RO110365B1

RO110365B1 - Traductor de poziție

Info

Publication number: RO110365B1
Application number: RO14566690A
Authority: RO
Inventors: Constantin Achim
Original assignee: Inst Cercetari Ing Te
Priority date: 1990-08-01
Filing date: 1990-08-01
Publication date: 1995-12-29

Abstract

Invenția se referă la un traductor de poziție, utilizat pentru ghidajul automat, al unui mobil autopropulsat - roboți industriali, nave, avioane, utilaje complexe, în agricultură, minerit, construcții, autovehicule cu pilot automat sau alte sisteme pentru care este necesară cunoașterea coordonatelor și unghiurilor de rotație față de axele unui sistem de referință, tridimensional. Invenția constă, în principal, din niște panouri (1 și 2; 3 și 4; 6 și 7) cu celule fotosensibile (CF), activate la incidență cu razele laser, emise de niște surse laser (Sj și S2; Sj și S,; Ss și S^, în punctele de incidență formându-se niște spoturi a căror poziție pe panou este determinatăprintr-un baleiaj orizontal - vertical, de citire a potențialului celulelor fotosensibile (CF), iar transparenta fiecărui panou asigură transmisia laser, la un alt panou învecinat astfel încât se obține o mulțime finită de spoturi a căror pozi{ie pe panouri definește pozi{ia în spațiu a mobilului, care e comandată și controlată, permanent, prin intermediul unui microcalculator.

Description

Invenția se referă la un traductor de poziție, utilizat pentru ghidajul automat al unui mobil autopropulsat, ca de exemplu: roboți industriali independenți, nave pe canale sau trasee maritime periculoase, decolarea și aterizarea automată de mare precizie a avioanelor, cuplarea automată a părților unui utilaj complex, dirijarea autovehiculelor în regim de pilot automat pe șosele, dirijarea automată a utilajelor din minerit, îmbunătățiri funciare și agricultură, construcții spațiale sau alte sisteme pentru care este necesară cunoașterea coordonatelor și unghiurilor de rotație față de axele unui sistem de referință tridimensional.

în scopul dirijării automate a roboților minieri este cunoscut un brevet de invenție cu titlul Traductor de poziție cu laser (RO nr. 94322) a cărui construcție constă în două oglinzi cilindrice în focarul cărora se află câte o matrice liniară de celule fotovoltaice, așezate la un unghi diedru de 90°. Raza laser incidență cade pe o oglindă semitransparentă care împarte fasciculul într-unul reflectat, incident, pe oglinda cilindrică orizontală și o parte transmisă care cade pe oglinda cilindrică verticală. Prin reflexie cele două raze, vor impresiona celule fotovoltaice din matricele liniare aflate în focarele oglinzilor cilindrice. Poziția celulelor fotovoltaice atinse de razele laser determină coordonatele traductorului în spațiu. Sistemul expus este destinat unei mișcări liniare și prezintă dezavantajul că nu recunoaște rotațiile unghiulare pozitive și negative îti jurul axelor sistemului de referință, iar realizarea practică a oglinzilor cilindrice și a celei semitransparente necesită tehnologii dificile.

Scopul invenției este simplificarea tehnologiilor de realizare a traductoarelor de poziție, respectiv a dispozitivelor optoelectronice și îmbunătățirea performanțelor acestora.

Problema pe care o rezolvă invenția este crearea unui sistem de referință necesar pentru ghidajul automat al unui mobil autopropulsat.

Invenția de față înlătură dezavantajele de mai sus prin aceea că se compune, în principal, din niște panouri cu celule fotosensibile transparente, activate la incidența cu razele laser emise de niște surse laser, în punctele de incidență formându-se niște spoturi a căror poziție pe panou este determinată printr-un baleiaj orizontal - vertical de citire a potențialului celulelor fotosensibile transparente, iar transparența fiecărui panou asigură transmisia laser la un alt panou învecinat, astfel încât se obține o mulțime finită de spoturi, a căror poziție pe panouri definește poziția în spațiu a mobilului, care e comandată și controlată permanent prin intermediul unui microcalculator.

Sistemul optoelectronic propus prezintă următoarele avantaje:

- recunoaște deplasările și rotațiile pozitive și negative pe axele sistemului de referință;

- extinde posibilitățile de recepționare a fasciculelor laser în spațiul de acționare a automatului și prin simplitate înlătură dificultățile tehnologice de construcție ale oglinzilor semitransparente sau cilindrice.

- traductorul de poziție optoelectronic, în variantele propuse, îndeplinește funcțiile unui giroscop mecanic, cu avantajul că furnizează direct semnale electrice ușor de prelucrat.

Se dau, în continuare, trei exemple de realizare a invenției, în legătură și cu fig. 1.....7, care reprezintă:

- fig.l, schema electronică bloc a traductorului de poziție;

- fig.2, traductor de poziție cu panouri plane paralele pentru controlul deplasării liniare;

- fig.3, sistemul geometric de poziționare a panourilor plane în fasciculele laser fixe;

- fig.4, traductor de poziție cu panouri cilindrice concentrice pentru controlul mișcării în plan;

- fig.5, sistemul geometric de poziționare a traductorului cilindric în rețeaua de fascicule laser,

- fig.6, traductor de poziție cu panouri sferice concentrice pentru controlul mișcării tridimensionale;

- fig.7, sistem geometric de poziționare a traductorului sferic în rețeaua de fascicule laser.

Traductorul de poziție, conform invenției, în general utilizează niște celule fotosensibile transparente CF, alcătuind niște matrici dispuse în formă de panouri optoelectronice care pot fi de formă plană 1 și 2 (fig.2), de formă cilindircă 3 și 4 (fig.4) sau de formă sferică 6 și 7 (fig.6). Celulele fotosensibile transparente CF pot fi realizate printr-o tehnologie de depunere planară în strat subțire, în sine cunoscută, sau prin alte tehnologii. în aceste cazuri, celulele fotosensibile permit incidența luminii într-un unghi cuprins între 0 și 180°. Niște raze laser Rj și R₂ provenite de Ia niște surse laser fixe S_t și S₂intersectează panourile optoelectronice transparente astfel, încât punctele de intersecție delimitează zona de control a traductorului. Intersecția razelor laser cu panoul optoelectronic formează niște pete de lumină numite spoturi. Dacă panourile optoelectronice 1 și 2 sunt montate pe un robot mobil și independent care se mișcă în zona de control, poziția spoturilor determină în orice moment poziția robotului în spațiu. Controlul poziției robotului în spațiu se bazează pe o metodă, în sine cunoscută, de balieaj orizontal - vertical de citire a potențialului celulelor fotosensibile tranparente CF din matricile panourilor, respectiv prin multiplexarea rândurilor și coloanelor unor matrici, cu multiplexoarelor MUX H -V1.....MUX H-V4 (fig.l).

Multiplexarea orizontal-verticală este controlată de un microcalculator de proces μ, care dă niște impulsuri de sincronizare și de trecere de la o celulă fotosensibilă la alta, prin intermediul unei interfețe paralele PIO. Curentul celulelor citite este amplificat în niște bucle de amplificare programabilă, în sine cunoscute, AD AP1......AD AP4, ale căror trepte de amplificare sunt comandate prin interfața PIO și printr-un bloc decodor 7, pe baza comparației curentului de pe celule cu un nivel minim de semnal prestabilit. Semnalele seriale reprezintă potențialul celulelor fotosensibile din matricile citite și sunt supuse conversiei analog-digitale în interfața de conversie A/Dl

......A/D4, urmată de o analiză de semnal prin care spoturile razei laser sunt reduse la puncte geometrice. Proiecția geometrică a punctelor de pe primul panou pe al doilea panou formează niște triunghiuri, în care, printr-un calcul trigonometric se află unghiurile de rotație în jurul unor axe ale unui sistem de referință - în sine cunoscut și nefigurat - precum și coordonatele fața de acest sistem de referință, în urma deplasării robotului, controlat de traductor, pot să apară situații în care spoturile să se formeze pe celulele fotosensaibile periferice panourilor, care prin datele furnizate microcalculatorului μ și prin acțiunea unui sistem electromecanic 8 în buclă închisă, în sine cunoscut, va repoziționa panourile optoelectronice astfel, încât spoturile să se formeze permanent pe mijlocul lor, traductorul putând recepționa în continuare coordonatele sale. Sistemul electromecanic 8 este format din niște motoare pas-cu-pas MPP-H și MPP-V pentru mișcarea pe orizontală și respectiv pe verticală, comandate prin interfața PIO, blocul de putere 9 și niște traductoare de rotație incrementale TR-I-H și TR-I-V pentru controlul poziționării orizontale și verticale. Prin acțiunea sa, sistemul electromecanic de repoziționare 8 mărește câmpul de control al traductorului de poziție. Programarea microcalculatorului de proces μ cu programul de lucru se face cu ajutorul unui calculator IBM-PC 10.

Traductorul de poziție, potrivit primului exemplu de realizare a invenției, cuprinde un dispozitiv optoelectronic format din două panouri plane 1 și 2 - cu matrici de celule fotosensibile transparente CF - așezate paralel unul fața de altul la o distanță optimă. Două raze laser Rj și R₂, emise de două surse laser S, și S₂ din puncte fixe sub un unghi ascuțit cu vârful în spatele traductorului, intersectează panourile 1 și 2 formând patru spoturi (fig.3). Poziția spoturilor pe panouri fiind cunoscută, se pot determina unghiurile de rotație în jurul axelor de rotație XX', YY' și ZZ' ale sistemului de referință, precum și deplasarea laterală și în profunzime. Pentru mărirea câmpului de acțiune a traductorului plan, este folosit sistemul electromecanic 8, de poziționare orizontală și verticală.

Traductorul de poziție, potrivit celui de-al doilea exemplu de realizare a invenției, cuprinde un dispozitiv optoelectronic format din două panouri 3 și 4 de formă cilindrică cu matrici de celule fotosensibile transparente CF (fig.4). Panourile 3 și 4 au diametre optime și sunt așezate concentric . O rețea de raze laser Ri creată de niște surse laser S₃ și S₄ (fig.5) și reflectate succesiv de nișăte oglinzi Oj, marchează zona de control a traductorului de poziție pentru mișcare în plan. Prin intersecția razelor laser Rj cu panourile cilindrice 3 și 4 se formează patru sau mai multe spoturi, suficiente pentru recunoașterea suprafeței de referințădescrisă de rețeua de raze laser R,. Unghiurile diedre, dintre această suprafață de referință și suprafețele principale ale panourilor cilindrice, reprezintă unghiurile de rotație în jurul celor trei axe ale sistemului de referință, care pe axa verticală ZZ' este de n x 360°. Traductorul cu panouri cilindrice are posibilitatea măririi câmpului de acțiune cu ajutorul sistemului electromecanic de poziționare 8.

Traductorul de poziție, potrivit celui de-al treilea exemplu de realizare a invenției, cuprinde un dispozitiv optoelectronic format din două panouri de formă sferică 5 și 6, cu matrici de celule fotosensibile transparente CF, având diametre optime și fiind așezate concentric (fig.6). O rețea spațială de fascicule laser R, creată de niște surse laser Sj și S₆ și reflectate succesiv de niște oglinzi O_tl și O_i2, marchează zona de control a traductorului (fig.7) care prin intersecție cu sferele traductorului formează opt sau mai multe spoturi suficiente pentru recunoașterea poziției traductorului fața de sistemul de referință. Unghiurile diedre dintre suprafețele de referință și suprafețele principale ale panourilor sferice reprezintă unghiurile de rotație în jurul celor trei axe ale sistemului de referință. Traductorul de panouri optoelectronice sferice are posibilitatea măririi câmpului de acțiune cu ajutorul sistemului electromecanic de poziționare 8.

Percepția deplasării traductorului se face în raport cu un sistem de referință realizat cu ajutorul surselor de raze laser. Deplasarea poate fi liniară, în plan și spațială cu recunoașterea rotațiilor pozitive și negative în jurul axelor. Precizia coordonatelor furnizate de traductor este dependentă de dimensiunea celulelor fotosensibile transparente, de puterea de colimare a razei laser, de distanța dintre panouri și de algoritmul de calcul folosit

Claims

Revendicări

1. Traductor de poziție , caracterizat prin aceea că, în scopul ghidajului automat al unui obiect mobil autopropulsat, se compune în principal din niște panouri (1 și 2; 3 și 4; 6 și 7) cu celule fotosensibile trasnparente (CF), activate la incidența cu razele laser emise de niște surse laser (S, și S₂; S₃ și S₄; S₅ și S₆), în punctele de incidență formându-se niște spoturi a căror poziție pe panou este determinată printr-un baleiaj orizontal-vertical de citire a potențialului celulelor fotosensibile transparente (CF), iar transparența fiecărui panou asigură transmisia razelor laser la un alt panou învecinat, astfel încât se obține o mulțime finită de spoturi, a căror poziție pe panouri definește poziția în spațiu a mobilului, care e comandată și controlată permanent prin intermediul unui microcalculator.
2. Traductor de poziție, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în scopul ghidajului automat al unui mobil autopropulsat în mișcare liniară, este alcătuit în principal din două panouri plane (1 și 2), așezate paralel unul fața de celălalt, celulele fotosensibile transparente (CF) fiind activate de razele laser emise de două surse laser (S_t și S₂), amplasate în două puncte fixe, astfel încât razele laser să formeze un unghi ascuțit cu vârful în spatele traductorului, în punctele de incidență formându-se patru spoturi ale căror poziții pe panouri definește poziția mobilului în spațiu.
3. Traductor de poziție, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în scopul ghidajului automat al unui mobil propulsat cu mișcare în plan, este alcătuit în principal din două panouri cilindrice (3 și 4) cu celule fotosensibile transparente (CF) așezate concentric, celulele fotosensibile transparente (CF) fiind activate de o rețea de fascicule laser emise de două surse laser (S₃ și S₄) și reflectate de niște oglinzi (O|) dispuse pe două șiruri paralele, astfel încât rețeaua de fascicule să delimiteze o zonă de lucru a mobilului, inclusiv a traductorului, in punctele de incidență formându-se patru sau mai multe spoturi ale căror poziții pe panouri definește poziția mobilului în spațiu.
4. Traductor de poziție, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în scopul ghidajului automat al unui mobil autopropulsat în mișcare spațială, este alcătuit în principal din două panouri sferice (5 și 6) cu celule fotosensibile transparente (CF) așezate concentric, celulele fotosensibile și transparente (CF) fiind activate de o rețea de fascicule laser emise de două surse laser (S_s și Sg) și reflectate de niște oglinzi (O_n și O_B) dispuse în două plane paralele, în fiecare plan cu câte două șiruri, astfel încât rețeaua de fascicule
5 delimitează o zonă de lucru a mobilului, inclusiv a traductorului, în punctele de incidență formându-se opt sau mai multe spoturi a căror poziție pe panouri definește poziția mobilului îh spațiu.