RU2665591C2 - Device for spatial movement control - Google Patents
Device for spatial movement control Download PDFInfo
- Publication number
- RU2665591C2 RU2665591C2 RU2017100280A RU2017100280A RU2665591C2 RU 2665591 C2 RU2665591 C2 RU 2665591C2 RU 2017100280 A RU2017100280 A RU 2017100280A RU 2017100280 A RU2017100280 A RU 2017100280A RU 2665591 C2 RU2665591 C2 RU 2665591C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- photodetectors
- signals
- cylindrical body
- movement control
- multipoint
- Prior art date
Links
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 title abstract description 23
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/14—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/28—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with deflection of beams of light, e.g. for direct optical indication
- G01D5/30—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with deflection of beams of light, e.g. for direct optical indication the beams of light being detected by photocells
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Control Of Position Or Direction (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для контроля крена объекта и перемещения в пространстве с привязкой по трем координатам. С помощью описанного далее устройства также возможна фиксация точек перемещения объекта в пространстве в течение определенного промежутка времени для контроля траектории его перемещения, что может оказаться полезным для исследования влияния на его движение различных внешних воздействий и предотвращения аварийных ситуаций.The invention relates to devices for controlling the roll of an object and moving in space with reference to three coordinates. Using the device described below, it is also possible to fix the object's moving points in space for a certain period of time to control the trajectory of its movement, which may be useful for studying the influence of various external influences on its movement and preventing emergency situations.
Известно устройство, измеряющее углы наклона объекта (Пат. 2234058, МПК G01C 9/00, опубл. 10.08.2004 - Устройство для определения углов наклона объекта), которое может быть использовано для определения углов наклона строительных механизмов и машин, а также при эксплуатации промышленных зданий и сооружений. Устройство содержит сферический корпус, заполненный жидкостью, с помещенным в него шаром-замыкателем и контактными поверхностями. Контактные поверхности выполнены в виде системы переплетенных между собой разомкнутых проводников, закрепленных вертикально и горизонтально на внутренней поверхности сферического корпуса.A device is known that measures the angles of inclination of an object (Pat. 2234058, IPC G01C 9/00, publ. 08/10/2004 - A device for determining the angles of inclination of an object), which can be used to determine the angles of inclination of building mechanisms and machines, as well as in the operation of industrial buildings and structures. The device comprises a spherical body filled with liquid, with a contact ball and contact surfaces placed in it. Contact surfaces are made in the form of a system of interconnected open conductors, fixed vertically and horizontally on the inner surface of a spherical body.
Недостатком данного устройства является невозможность оценки угла наклона объекта только по трем направлениям и невозможность использования датчика при низких температурах.The disadvantage of this device is the inability to assess the angle of inclination of the object in only three directions and the inability to use the sensor at low temperatures.
Известно устройство для контроля линейного или углового перемещения оборудования или механизма грузоподъемной машины (Пат. 2403204, МПК G01B 7/00, опубл. 10.11.2010 - Устройство для контроля линейного или углового перемещения оборудования или механизма грузоподъемной машины), в котором осуществляется преобразование перемещения контролируемого объекта в угловое перемещение вала оптического энкодера. Это устройство позволяет с учетом полученной величины отклонения регулировать работу привода грузоподъемной машины.A device for controlling linear or angular movement of equipment or a mechanism of a lifting machine (Pat. 2403204,
Недостатком данного устройства является низкое быстродействие и аппаратная избыточность.The disadvantage of this device is the low speed and hardware redundancy.
Известно устройство для измерения внешнего воздействия (Пат. US 20070097362 A1, опубл. 03.05.2007 - Optical displacement sensor structure with one light source, and external force detecting device incorporating the same), использующее один излучатель света и оптоволокно с тремя световодами, направляющими свет от излучателя на три оптических сенсора. Каждый сенсор содержит четыре фотодиода. При движении объекта направление света из каждого световода меняется, величина светового потока фиксируется фотодиодами.A device for measuring external influence (Pat. US 20070097362 A1, publ. 03.05.2007 - Optical displacement sensor structure with one light source, and external force detecting device incorporating the same), using one light emitter and optical fiber with three optical fibers guiding the light from the emitter to three optical sensors. Each sensor contains four photodiodes. When an object moves, the direction of light from each fiber changes, the magnitude of the light flux is fixed by photodiodes.
Недостатком данного устройства является низкая надежность и ограниченный диапазон измерения.The disadvantage of this device is its low reliability and limited measurement range.
Наиболее близким аналогом является устройство для контроля перемещений, определяющее крен объекта (Пат. 2150086, МПК G01C 9/00, опубл. 27.05.2000 - Устройство для контроля перемещений) - прототип. Данное устройство представлено двумя блоками датчиков, выполненных в виде маятника с излучателем света, а также шкалы фотоприемников, расположенной вдоль траектории движения маятника. При движении маятника сигнал излучателя света регистрируется одним из фотоприемников. По тому, какой именно фотоприемник регистрирует сигнал излучателя, определяется положение маятника (угол его отклонения от вертикального положения) в конкретный момент времени.The closest analogue is a device for controlling movements that determines the roll of an object (Pat. 2150086, IPC G01C 9/00, publ. 27.05.2000 - Device for controlling movements) - a prototype. This device is represented by two blocks of sensors made in the form of a pendulum with a light emitter, as well as a scale of photodetectors located along the trajectory of the pendulum. When the pendulum moves, the light emitter signal is recorded by one of the photodetectors. According to which particular photodetector registers the emitter signal, the position of the pendulum (the angle of its deviation from the vertical position) at a particular point in time is determined.
Это устройство отличается более высоким быстродействием и долговечностью в использовании, оно может быть применено в исследованиях стабилизации неустойчивых объектов. Недостатком данного устройства является невозможность измерения пространственных характеристик движения объекта, т.к. измеряются только характеристики движения маятника по двум координатам.This device is characterized by higher speed and durability in use, it can be used in studies of stabilization of unstable objects. The disadvantage of this device is the inability to measure the spatial characteristics of the movement of the object, because only the motion characteristics of the pendulum are measured in two coordinates.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение определения параметров движения исследуемого объекта (крен, скорость, перемещение от предыдущего положения и др.) в пространстве.The task to which the claimed technical solution is directed is to ensure the determination of the motion parameters of the investigated object (roll, speed, displacement from the previous position, etc.) in space.
Усовершенствование системы состоит в том, что излучатель света становится многоточечным и жестко соединяется с исследуемым объектом металлической штангой, а блок приемников сигнала располагается на боковой поверхности цилиндрического корпуса и представлен матрицей фотоприемников, чувствительные поверхности которых обращены внутрь корпуса.An improvement of the system consists in the fact that the light emitter becomes multi-point and is rigidly connected to the object under study by a metal bar, and the signal receiver block is located on the side surface of the cylindrical body and is represented by a matrix of photodetectors, whose sensitive surfaces face the inside of the body.
Технический результат - определение параметров движения объекта по трем осям, а также повышение быстродействия, долговечности и надежности устройства. Достигается данный результат тем, что в конструкции устройства предусмотрены многоточечный излучатель света, жестко прикрепленный к исследуемому объекту, и блок приемников сигнала, расположенный на боковой поверхности цилиндрического корпуса и выполненный в виде матрицы фотоприемников, чувствительные поверхности которых обращены внутрь корпуса.The technical result is the determination of the parameters of the movement of the object along three axes, as well as improving the speed, durability and reliability of the device. This result is achieved by the fact that the design of the device provides a multipoint light emitter, rigidly attached to the test object, and a block of signal receivers located on the side surface of the cylindrical body and made in the form of a matrix of photodetectors, the sensitive surfaces of which are turned inside the body.
Изобретение дополняется чертежами, поясняющими структуру устройства: фиг. 1 - схема устройства, фиг. 2 - схема матрицы фотоприемников, фиг. 3 - функциональная схема системы.The invention is supplemented by drawings explaining the structure of the device: FIG. 1 is a diagram of a device, FIG. 2 is a diagram of a matrix of photodetectors, FIG. 3 is a functional diagram of the system.
Предлагаемая схема устройства приведена на фиг. 1. Элементами устройства являются многоточечный излучатель света и блок приемников сигнала. К исследуемому объекту 1 через жесткий подвес 2 прикреплен многоточечный излучатель света 3. Точка соединения подвеса с излучателем обозначена цифрой 4. Многоточечный излучатель состоит из четырех излучателей света 5 с узкой диаграммой направленности (например, лазерных) и находится в пространстве, ограниченном цилиндрическим корпусом 6. Этот корпус содержит блок приемников сигнала - матрицу фотоприемников, расположенную на боковой поверхности цилиндрического корпуса, причем эта матрица чувствительной поверхностью обращена внутрь корпуса. Отсутствие матрицы фотоприемников на верхней грани корпуса объясняется тем, что сквозь нее проходит жесткий подвес, соединяющий исследуемый объект с многоточечным излучателем света, а на нижней грани - тем, что по координатам двух осей можно однозначно определить перемещение объекта.The proposed device diagram is shown in FIG. 1. The elements of the device are a multipoint light emitter and a block of signal receivers. A
Схема расположения фотоприемников на боковой поверхности корпуса представлена на фиг. 2. Ряды фотоприемников, расположенные на внутренней боковой поверхности цилиндрического корпуса, чередуются с шагом h в вертикальном и горизонтальном направлениях. Количество фотоприемников K, обозначенных V11…VDNM, зависит от числа строк N и столбцов М матрицы. Общее число фотоприемников 7 в устройстве равно К. Оно зависит от необходимой точности измерений и вычисляется по формуле:The arrangement of photodetectors on the side surface of the housing is shown in FIG. 2. The rows of photodetectors located on the inner side surface of the cylindrical body alternate with a step h in the vertical and horizontal directions. The number of photodetectors K, denoted by V 11 ... VD NM , depends on the number of rows N and columns M of the matrix. The total number of
K=N⋅М,K = N⋅M,
где N - количество столбцов матрицы фотоприемников, М - количество строк матрицы фотоприемников.where N is the number of columns of the matrix of photodetectors, M is the number of rows of the matrix of photodetectors.
Таким образом, данное устройство отличается наличием многоточечного излучателя света, а также тем, что блок приемников сигнала выполнен в виде матрицы фотоприемников, расположенных на внутренней боковой поверхности цилиндрического корпуса.Thus, this device is characterized by the presence of a multipoint light emitter, as well as the fact that the block of signal receivers is made in the form of a matrix of photodetectors located on the inner side surface of the cylindrical body.
Данное устройство может быть применено в системе контроля перемещений, описание которой приведено далее.This device can be used in a motion control system, the description of which is given below.
Составляющие системы контроля перемещений: устройство для контроля пространственных перемещений, содержащее исследуемый объект с многоточечным излучателем света, блок приемников сигнала; два мультиплексора сигналов и микропроцессор (например, микроконтроллер Intel 8051 АН с внешней перезаписываемой памятью).Components of the motion control system: a device for controlling spatial movements, containing the object under study with a multipoint light emitter, a block of signal receivers; two signal multiplexers and a microprocessor (for example, an Intel 8051 AN microcontroller with external rewritable memory).
Рассмотрим работу системы. Ее функциональная схема представлена на фиг. 3. После включения питания системы происходит ее инициализация: запись начальных настроек в микропроцессор, сброс значений фотоприемников, включение излучателей света, установка начального положения исследуемого объекта. Далее системой начинается непрерывный опрос блока приемников сигнала. Сигналы с фотоприемников VD11…VDNM (фиг. 2) поступают на устройства преобразования величины тока в напряжение. Каждое такое устройство преобразует фототок одного фотоприемника в выходное напряжение Uout и содержит фотодиод VD, резисторы R1 и R2 и операционный усилитель DA. После этого сигналы с устройств преобразования по каналам 1..N (с горизонтальных рядов матрицы) и 1..М (с вертикальных рядов матрицы) поступают на мультиплексоры MSH и MSV, в которых сигналы с фотоприемников в горизонтальных и вертикальных рядах отдельно обрабатываются и передаются в микропроцессор.Consider the operation of the system. Its functional diagram is shown in FIG. 3. After powering up the system, it is initialized: the initial settings are recorded in the microprocessor, the photodetectors are reset, the light emitters are turned on, and the initial position of the object under study is set. Next, the system begins continuous polling of the block of signal receivers. The signals from the photodetectors VD 11 ... VD NM (Fig. 2) are fed to the device converting the magnitude of the current into voltage. Each such device converts the photocurrent of one photodetector into the output voltage U out and contains a photodiode VD, resistors R 1 and R 2, and an operational amplifier DA. After that, the signals from the conversion devices through the
На входы A1-AK и A1-AL мультиплексоров MSH и MSV по линиям адреса поступают с нулевого и второго портов микропроцессора адреса каналов, выбранных для передачи данных. С выходов OUT мультиплексоров на входы Р1.0 и Р1.1 микропроцессора по линиям данных поступают сигналы с фотоприемников и фиксируются во внешней памяти. Далее с выходов Р1.2-P1.6 микропроцессора по адресным линиям на входы А0-А4 EPROM поступают адреса ячеек, выбранных для записи данных о текущем состоянии объекта, а через линии третьего порта микропроцессора Р3.0-Р3.7 производится обмен данными с EPROM. Выход P1,7 управления записью-чтением микропроцессора соединяется с соответствующим выводом WR/RD EPROM.At the inputs A 1 -A K and A 1 -A L of the multiplexers MS H and MS V , the address lines from the zero and second ports of the microprocessor receive the addresses of the channels selected for data transmission. From the outputs of the OUT multiplexers to the inputs P 1.0 and P 1.1 of the microprocessor, signals from photodetectors are received via data lines and are recorded in external memory. Further, from the outputs P 1.2 -P 1.6 of the microprocessor, the address lines of the cells selected for recording data on the current state of the object are received through the address lines to the inputs A0-A4 of the EPROM, and data is exchanged with the EPROM through the lines of the third port of the microprocessor P 3.0- P 3.7 . The microprocessor write-read control output P 1.7 is connected to the corresponding WR / RD EPROM pin.
Программа, хранящаяся во внутреннем ПЗУ микропроцессора, обрабатывает сигналы, поступающие с матрицы фотоприемников, и устанавливает набор фотоприемников, на которых в данный момент регистрируются сигналы излучателей света. Для точного определения перемещения многоточечного излучателя и, следовательно, исследуемого объекта применяется технология Case-Based Reasoning (CBR), или вывода на основе прецедентов. Так, прецедент можно представить в виде:The program stored in the internal microprocessor ROM processes the signals coming from the photodetector array and sets up a set of photodetectors on which the signals of the light emitters are currently recorded. Case-based Reasoning (CBR) technology, or case-based inference, is used to accurately determine the movement of a multipoint emitter and, therefore, the object under study. So, the precedent can be represented as:
CASE=(VDi, VDj, VDk, VDl, R),CASE = (VD i , VD j , VD k , VD l , R),
где VDi, VDj, VDk, VDl - набор фотоприемников, зарегистрировавших сигнал от первого, второго, третьего и четвертого излучателей света соответственно; R - решения (управляющие рекомендации).where VD i , VD j , VD k , VD l - a set of photodetectors that registered the signal from the first, second, third and fourth light emitters, respectively; R - decisions (management recommendations).
Библиотека прецедентов (БП), содержащая всевозможные наборы сигналов с фотоприемников, а также соответствующие решения, формируется до ввода системы в эксплуатацию и записывается во внешнюю память.The use case library (BP), containing all sorts of sets of signals from photodetectors, as well as the corresponding solutions, is formed before the system is put into operation and written to external memory.
Во время работы системы выполняется определение сходства данного прецедента с хранимыми в БП. При нахождении однозначного соответствия устанавливаются координаты положения объекта, его крена, скорости и величины перемещения от предыдущего положения и др.During the operation of the system, the similarity of this precedent with those stored in the BP is determined. When finding an unambiguous match, the coordinates of the position of the object, its roll, speed and magnitude of movement from the previous position, etc. are established.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017100280A RU2665591C2 (en) | 2017-01-09 | 2017-01-09 | Device for spatial movement control |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017100280A RU2665591C2 (en) | 2017-01-09 | 2017-01-09 | Device for spatial movement control |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2017100280A RU2017100280A (en) | 2018-07-09 |
RU2017100280A3 RU2017100280A3 (en) | 2018-07-09 |
RU2665591C2 true RU2665591C2 (en) | 2018-08-31 |
Family
ID=62814122
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017100280A RU2665591C2 (en) | 2017-01-09 | 2017-01-09 | Device for spatial movement control |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2665591C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4906846A (en) * | 1985-09-03 | 1990-03-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Displacement detector for detecting an amount of displacement of an object to be measured |
RU2150086C1 (en) * | 1998-11-16 | 2000-05-27 | Тюменский государственный нефтегазовый университет | Device monitoring movements |
US20070097362A1 (en) * | 2005-11-02 | 2007-05-03 | Minebea Co., Ltd. | Optical displacement sensor structure with one light source, and external force detecting device incorporating the same |
RU2377498C2 (en) * | 2007-11-08 | 2009-12-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Optical-mechanical angle gauge of rotary type with optical indicator on base of multi-value measure and with photo-electron recorder |
-
2017
- 2017-01-09 RU RU2017100280A patent/RU2665591C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4906846A (en) * | 1985-09-03 | 1990-03-06 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Displacement detector for detecting an amount of displacement of an object to be measured |
RU2150086C1 (en) * | 1998-11-16 | 2000-05-27 | Тюменский государственный нефтегазовый университет | Device monitoring movements |
US20070097362A1 (en) * | 2005-11-02 | 2007-05-03 | Minebea Co., Ltd. | Optical displacement sensor structure with one light source, and external force detecting device incorporating the same |
RU2377498C2 (en) * | 2007-11-08 | 2009-12-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Optical-mechanical angle gauge of rotary type with optical indicator on base of multi-value measure and with photo-electron recorder |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2017100280A (en) | 2018-07-09 |
RU2017100280A3 (en) | 2018-07-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN1904544B (en) | Laser tracking interferometer | |
JP3171446B2 (en) | Probe | |
RU2431804C2 (en) | Positioning pattern | |
CN106197288B (en) | Self-calibration measuring device and method for large structure vertical displacement or deformation | |
CN106197287B (en) | Self-calibration measuring device and method for large scale structure composition deformation or displacement parameter | |
JPS6279306A (en) | Inspection machine with free probe | |
US20050280804A1 (en) | Determination of an orientation parameter of an elongate object with a scan beam apparatus | |
ES2588998T3 (en) | Procedure and device to control the correct operation of an elevator | |
US4732472A (en) | Methods of, and systems for, determining the position of an object | |
CN104335067A (en) | Coordinate measurement system and method | |
CN102661709B (en) | Large-journey measuring method of moving platform displacement | |
CN206223097U (en) | For the vertical displacement of large structure body and the measurement apparatus of ground settlement | |
CN113702991A (en) | Light detection and ranging device and calibration system thereof | |
CN112539698B (en) | Method for on-line tracking and real-time feedback of laser beam acting material interior | |
EP2250461B1 (en) | Tilt sensor for a measuring instrument | |
CN106248067A (en) | System and method for highly integrated optical read-out MEMS sensor | |
RU2665591C2 (en) | Device for spatial movement control | |
CN115406400A (en) | Laser range finder | |
CN206223096U (en) | For large scale structure composition deformation or the self-calibration measurement apparatus of displacement parameter | |
CN113701968B (en) | Bridge dynamic deflection monitoring system | |
CN106940174A (en) | The sensor with displacement is reversed in a kind of measurement based on optical fiber acousto-optic modulation | |
CN103868466B (en) | Comprehensive measuring device for deformation of parallel double-joint coordinate measuring machine rotating arm | |
US20230384090A1 (en) | High-precision dual-axis laser inclinometer based on wavefront homodyne interference and measuring method | |
CN203965127U (en) | Photoelectric tracking device for detecting performance that can be portable | |
CN206223095U (en) | For large structure vertical displacement or the self-calibration measurement apparatus of deformation |