CN206657244U - 一种无线机器人的光电定位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无线机器人的光电定位装置，包括控制器和光电定位装置；所述光电定位装置包括安装在桥架底板的壳体、微处理器、外接电源并向微处理器供电的电源模块、数据接收器、数据发射器、光电传感组件，微处理器分别与数据接收器、数据发射器连接且数据发射器通过无线射频信号与控制器进行通讯；所述光电传感组件包括两个输出端口级联的光电传感器，两个光电传感器分别输出代表X和Y方向上移动距离的四路正交编码信号并输入数据接收器。本实用新型通过光电传感器采集位置变化数据并将位置变化数据通过无线射频信号发送至控制器，位置移动信息反馈及时、装置体积小、运算量小，且有效避免线缆可能影响机器人移动路径的情况。

Description

一种无线机器人的光电定位装置

技术领域

本实用新型涉及定位装置领域，具体的说，是一种无线机器人的光电定位装置。

背景技术

现有技术中，存在多种方式来确定移动机器人在空间中移动时所在的位置，例如GPS定位、超声波激光定位。但是，现有定位装置存在一些不足：

例如：GPS定位装置对信号稳定性要求较高，一旦处于GPS信号弱或者GPS信号收到干扰时，就会出现机器人移动信息反馈不及时的问题，而影响定位。

又例如：激光定位系统通常在移动机器人上设置激光发射装置和激光接收装置，同时在机器人移动区域内设置多个激光反射装置，通过对已知坐标位置的激光反射装置来计算机器人在移动区域内的坐标位置。利用设置激光反射装置来确定机器人移动位置的定位系统，需要预先采集每个反射装置在坐标系中的坐标，同时将每个激光反射装置的坐标都存储在机器人的存储系统中，然后机器人才能通过关联已知坐标的激光反射装置，利用算法计算出机器人在坐标系中的实时坐标位置。此种方法中，获取机器人实时坐标位置需要大量的运算和数据处理。因此，激光定位系统装置体积较大、数据处理量较大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种无线机器人的光电定位装置，通过光电传感器采集位置变化数据并将位置变化数据通过无线射频信号发送至控制器，位置移动信息反馈及时、装置体积小、数据运算量小，而且无线传输方式有效避免线缆可能影响机器人移动路径的情况。

本实用新型通过下述技术方案实现：一种无线机器人的光电定位装置，包括控制器和安装在机器人桥架底板平台上并始终与工作面保持间距的光电定位装置，所述控制器通过无线射频信号与光电定位装置进行数据通信；

所述光电定位装置包括安装在桥架底板的壳体、微处理器、外接电源并向微处理器供电的电源模块、数据接收器、数据发射器、光电传感组件，所述电源模块、微处理器、数据接收器、数据发射器安装在壳体内且光电传感组件安装在壳体上并贴近工作面进行信号的收发，所述微处理器分别与数据接收器、数据发射器通过数据线进行通讯，数据发射器通过无线射频信号与控制器进行通讯；

所述光电传感组件包括两个输出端口级联的光电传感器，两个光电传感器分别输出代表X和Y方向上移动距离的四路正交编码信号并输入数据接收器。

本实施例中，安装在无线机器人底部桥架上的光电定位装置和远端的控制器无线通讯。所述光电定位装置通过光电传感组件中两个光电传感器分别采集+X、-X、+Y、-Y四路信号并通过数据接收器处理后发送至微处理器，再由微处理器进行处理后通过数据发射器无线发送至控制器。其中，电源模块通过微处理器向光电定位装置供电。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述光电定位装置还包括电子罗盘仪、检验芯片和报警器，检验芯片和报警器分别与微处理器连接，内置模数转换模块的电子罗盘仪与检验芯片连接。

所述检验芯片同时接收微处理器通过数据线发送的代表X和Y方向上移动距离的四路信号和电子罗盘仪发送的代表偏转角度的一路信号以进行匹配度检验并将匹配结果反馈至微处理器，微处理器根据检验结果控制报警器开关的通断。

所述检验芯片对两路代表X方向上移动距离的数字信号进行计算获得X方向偏移量△X、对两路代表Y方向上移动距离的数字信号进行计算获得Y方向偏移量△Y、对一路代表偏转角度的数字信号进行采集获得偏转角α，偏转角以X轴为参考边；然后根据三角函数关系对X方向偏移量、Y方向偏移量、偏转角度直接的关系进行检验：若满足tanα=△Y/△X，则表示检验合格，检验芯片向微处理器输出低电平且微处理器向报警器开关输出低电平，报警器开关断开；若满足tanα≠△Y/△X，则表示检验不合格，检验芯片向微处理器输出高电平且微处理器向报警器开关输出高电平，报警器开关闭合，报警器报警。

所述检验芯片为STM32系列芯片。所述报警器为LED状态指示灯，微处理器的控制引脚通过电平高低控制LED状态指示灯其开关的通断。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述数据发射器包括与微处理器连接的无线收发芯片和接入无线发射芯片的天线。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述微处理器还连接有外部扩展存储器。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述无线收发芯片为CC1000芯片；所述微处理器为MSP430系列芯片；所述外部扩展存储器为AT45db321d系列flash存储器芯片；所述微处理器通过SPI总线分别与无线收发芯片、外部扩展存储器连接。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述数据接收器包括第一电路板和集成在第一电路板上并依次连接的输入/输出端口、模数转换器、带阻滤波器、信号放大器、解调器；两个光电传感器接入输入/输出端口并输出代表X和Y方向上移动距离的四路正交编码信号，经过模数转换器转换成数字信号、带阻滤波器滤波、信号放大器放大、解调器解调后发送至微处理器。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述输入/输出端口为标准10针的FPC扁平电缆插座；所述光电传感器为ADNS-3530芯片；两个光电传感器的数据输出端MISO、数据输入端MOSI和时钟输入端SCLK通过共用SPI总线级联在一起并分别与输入/输出端口的MISO、MOSI和SCLK对应连接；两个光电传感器的片选端CS分别与输入/输出端口的CS1、CS2对应连接；两个光电传感器的运动控制检测端MOTION分别与输入/输出端口的MOTION1、MOTION2对应连接；两个光电传感器的供电端VCC、数字地端GND和模拟地端AGND分别与输入/输出端口的VCC、GND和AGND对应连接。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述信号放大器为包括主要由TLC2272芯片构成的一二级放大电路和主要由TLC274芯片构成的三四级放大电路。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述带阻滤波器为FIR滤波器。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，所述电源模块为内置PR6244E集成电路的PR6249E系列芯片。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本实用新型中通过光电定位装置进行位置移动数据的采集，并通过无线射频信号与控制器进行数据通讯，既能够快速采集机器人位置信息又能够有效避免线缆对机器人移动路径的干扰；

（2）本实用新型中通过光电定位装置进行位置信息采集，数据处理量小、运算速度快；

（3）本实用新型中光电定位装置的各个元件功耗小、节能。

附图说明

图1为实施例1中本实用新型的连接关系示意图；

图2为本实用新型中数据接收器的内部结构示意图；

图3为本实用新型中光电传感器与数据接收器的连接关系示意图；

图4为电子罗盘仪和两个光电传感器同时连接数据接收器时的连接关系示意图；

图5为实施例2中本实用新型的连接关系示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，本实施例所述的一种无线机器人的光电定位装置，包括控制器和安装在机器人桥架底板平台上并始终与工作面保持间距的光电定位装置，所述控制器通过无线射频信号与光电定位装置进行数据通信；

所述光电定位装置包括安装在桥架底板的壳体、微处理器、外接电源并向微处理器供电的电源模块、数据接收器、数据发射器、光电传感组件，所述电源模块、微处理器、数据接收器、数据发射器安装在壳体内且光电传感组件安装在壳体上并贴近工作面进行信号的收发，所述微处理器分别与数据接收器、数据发射器通过数据线进行通讯，数据发射器通过无线射频信号与控制器进行通讯；

如图3所示，所述光电传感组件包括两个输出端口级联的光电传感器，两个光电传感器分别输出代表X和Y方向上移动距离的四路正交编码信号并输入数据接收器。

本实施例中，安装在无线机器人底部桥架上的光电定位装置和远端的控制器无线通讯。所述光电定位装置通过光电传感组件中两个光电传感器分别采集+X、-X、+Y、-Y四路信号并通过数据接收器处理后发送至微处理器，再由微处理器进行处理后通过数据发射器无线发送至控制器。其中，电源模块通过微处理器向光电定位装置供电。

实施例2：

如图5所示，一种无线机器人的光电定位装置，包括控制器和安装在机器人桥架底板平台上并始终与工作面保持间距的光电定位装置，所述控制器通过无线射频信号与光电定位装置进行数据通信；

所述光电定位装置包括安装在桥架底板的壳体、微处理器、外接电源并向微处理器供电的电源模块、数据接收器、数据发射器、光电传感组件，所述电源模块、微处理器、数据接收器、数据发射器安装在壳体内且光电传感组件安装在壳体上并贴近工作面进行信号的收发，所述微处理器分别与数据接收器、数据发射器通过数据线进行通讯，数据发射器通过无线射频信号与控制器进行通讯；

所述光电传感组件包括两个输出端口级联的光电传感器，两个光电传感器分别输出代表X和Y方向上移动距离的四路正交编码信号并输入数据接收器。

本实施例中，安装在无线机器人底部桥架上的光电定位装置和远端的控制器无线通讯。所述光电定位装置通过光电传感组件中两个光电传感器分别采集+X、-X、+Y、-Y四路信号并通过数据接收器处理后发送至微处理器，再由微处理器进行处理后通过数据发射器无线发送至控制器。其中，电源模块通过微处理器向光电定位装置供电。

如图4所示，所述光电定位装置还包括电子罗盘仪、检验芯片和报警器，检验芯片和报警器分别与微处理器连接，内置模数转换模块的电子罗盘仪与检验芯片连接。

所述检验芯片同时接收微处理器通过数据线发送的代表X和Y方向上移动距离的四路信号和电子罗盘仪发送的代表偏转角度的一路信号以进行匹配度检验并将匹配结果反馈至微处理器，微处理器根据检验结果控制报警器开关的通断。

所述检验芯片对两路代表X方向上移动距离的数字信号进行计算获得X方向偏移量△X、对两路代表Y方向上移动距离的数字信号进行计算获得Y方向偏移量△Y、对一路代表偏转角度的数字信号进行采集获得偏转角α，偏转角以X轴为参考边；然后根据三角函数关系对X方向偏移量、Y方向偏移量、偏转角度直接的关系进行检验：若满足tanα=△Y/△X，则表示检验合格，检验芯片向微处理器输出低电平且微处理器向报警器开关输出低电平，报警器开关断开；若满足tanα≠△Y/△X，则表示检验不合格，检验芯片向微处理器输出高电平且微处理器向报警器开关输出高电平，报警器开关闭合，报警器报警。

实施例3：

本实施例在实施例1或实施例2的基础上进行进一步优化，所述数据发射器包括与微处理器连接的无线收发芯片和接入无线发射芯片的天线。所述微处理器通过SPI总线与无线收发芯片连接。所述无线收发芯片为CC1000芯片。所述天线为PCB天线。

所述CC1000芯片功率低，可通过简单的三线串行接口(PDATA,PCLK 和PALE)进行编程和传输数据。

本实施例的其他部分与实施例1或实施例2相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在实施例1-3任一项的基础上进行进一步优化，所述微处理器还连接有外部扩展存储器。所述微处理器通过SPI总线与外部扩展存储器连接。所述外部扩展存储器为AT45db321d系列flash存储器芯片，其容量为4M。

本实施例的其他部分与实施例1-3任一项相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在实施例1-4任一项的基础上进行进一步优化，如图2所示，所述数据接收器包括第一电路板和集成在第一电路板上并依次连接的输入/输出端口、模数转换器、带阻滤波器、信号放大器、解调器；两个光电传感器接入输入/输出端口并输出代表X和Y方向上移动距离的四路正交编码信号，经过模数转换器转换成数字信号、带阻滤波器滤波、信号放大器放大、解调器解调后发送至微处理器。

如图3所示，所述输入/输出端口为标准10针的FPC扁平电缆插座；所述光电传感器为ADNS-3530芯片；两个光电传感器的数据输出端MISO、数据输入端MOSI和时钟输入端SCLK通过共用SPI总线级联在一起并分别与输入/输出端口的MISO、MOSI和SCLK对应连接；两个光电传感器的片选端CS分别与输入/输出端口的CS1、CS2对应连接；两个光电传感器的运动控制检测端MOTION分别与输入/输出端口的MOTION1、MOTION2对应连接；两个光电传感器的供电端VCC、数字地端GND和模拟地端AGND分别与输入/输出端口的VCC、GND和AGND对应连接。

本实用新型通过模数转换器将采集的代表移动距离和偏转角度的模拟信号转换成数字信号，在市场上直接采购现有的低功耗的模数转换器即可，模数转换器本身结构并非本实用新型改进点，故不赘述。所述模数转换器为常规元件，可采用ADC0809芯片。

本实用新型中通过带阻滤波器对转换的数字信号进行滤波处理。带阻滤波器并非本实用新型的改进点，可直接在市场上采购现有的低功率的带阻滤波器，故不赘述其内部结构。优选地，所述带阻滤波器为FIR滤波器。

所述信号放大器为包括主要由TLC2272芯片构成的一二级放大电路和主要由TLC274芯片构成的三四级放大电路。本实用新型中通过信号放大器对滤波处理后的数字信号进行四级放大，以便于进行后续处理。

本实用新型通过解调器对放大后的数字信号进行解调并将解调后数字信号发送至微处理器。在市场上直接采购现有的低功耗的解调器即可，解调器本身结构并非本实用新型改进点，故不赘述。

本实施例的其他部分与实施例1-4任一项相同，故不再赘述。

实施例6：

本实施例在实施例1-5任一项的基础上进行进一步优化，所述微处理器为，该芯片在1.8v-3.6v的工作电压范围内性能高达25MIPS，具有集成A/D转换器和高达256KB的RAM存储器。

所述电源模块包括LM350K稳压芯片和锂离子可充电池，电池输出为3.6V，在电池输出供电时先经过LM350K稳压芯片的稳压处理。LM350K稳压芯片功耗低。

本实施例的其他部分与实施例1-5任一项相同，故不再赘述。

实施例7：

本实施例在实施例1-6任一项的基础上进行进一步优化，所述电源模块为内置PR6244E集成电路的PR6249E系列芯片。PR6249E系列芯片内置4A的MOS管，待机功耗仅75ma，而且整体为六级能效，总体能耗低。

本实施例的其他部分与实施例1-6任一项相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无线机器人的光电定位装置，包括控制器和安装在机器人桥架底板平台上并始终与工作面保持间距的光电定位装置，其特征在于：所述控制器通过无线射频信号与光电定位装置进行数据通信；

所述光电定位装置包括安装在桥架底板的壳体、微处理器、外接电源并向微处理器供电的电源模块、数据接收器、数据发射器、光电传感组件，所述电源模块、微处理器、数据接收器、数据发射器安装在壳体内且光电传感组件安装在壳体上并贴近工作面进行信号的收发，所述微处理器分别与数据接收器、数据发射器通过数据线进行通讯，数据发射器通过无线射频信号与控制器进行通讯；

所述光电传感组件包括两个输出端口级联的光电传感器，两个光电传感器分别输出代表X和Y方向上移动距离的四路正交编码信号并输入数据接收器。

2.根据权利要求1所述的一种无线机器人的光电定位装置，其特征在于：所述光电定位装置还包括电子罗盘仪、检验芯片和报警器，检验芯片和报警器分别与微处理器连接，内置模数转换模块的电子罗盘仪与检验芯片连接；所述检验芯片同时接收微处理器通过数据线发送的代表X和Y方向上移动距离的四路信号和电子罗盘仪发送的代表偏转角度的一路信号以进行匹配度检验并将匹配结果反馈至微处理器，微处理器根据检验结果控制报警器开关的通断。

3.根据权利要求1或2所述的一种无线机器人的光电定位装置，其特征在于：所述数据发射器包括与微处理器连接的无线收发芯片和接入无线发射芯片的天线。

4.根据权利要求3所述的一种无线机器人的光电定位装置，其特征在于：所述微处理器还连接有外部扩展存储器。

5.根据权利要求4所述的一种无线机器人的光电定位装置，其特征在于：所述无线收发芯片为CC1000芯片；所述微处理器为MSP430系列芯片；所述外部扩展存储器为AT45db321d系列flash存储器芯片；所述微处理器通过SPI总线分别与无线收发芯片、外部扩展存储器连接。

6.根据权利要求1或2所述的一种无线机器人的光电定位装置，其特征在于：所述数据接收器包括第一电路板和集成在第一电路板上并依次连接的输入/输出端口、模数转换器、带阻滤波器、信号放大器、解调器；两个光电传感器接入输入/输出端口并输出代表X和Y方向上移动距离的四路正交编码信号，经过模数转换器转换成数字信号、带阻滤波器滤波、信号放大器放大、解调器解调后发送至微处理器。

7.根据权利要求6所述的一种无线机器人的光电定位装置，其特征在于：所述输入/输出端口为标准10针的FPC扁平电缆插座；所述光电传感器为ADNS-3530芯片；两个光电传感器的数据输出端MISO、数据输入端MOSI和时钟输入端SCLK通过共用SPI总线级联在一起并分别与输入/输出端口的MISO、MOSI和SCLK对应连接；两个光电传感器的片选端CS分别与输入/输出端口的CS1、CS2对应连接；两个光电传感器的运动控制检测端MOTION分别与输入/输出端口的MOTION1、MOTION2对应连接；两个光电传感器的供电端VCC、数字地端GND和模拟地端AGND分别与输入/输出端口的VCC、GND和AGND对应连接。

8.根据权利要求6所述的一种无线机器人的光电定位装置，其特征在于：所述信号放大器为包括主要由TLC2272芯片构成的一二级放大电路和主要由TLC274芯片构成的三四级放大电路。