基于磁場(chǎng)梯度的車輛線性位移測(cè)量方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于磁場(chǎng)梯度的車輛線性位移測(cè)量方法及裝置，對(duì)于方法來(lái)說(shuō)，首先，按被導(dǎo)航車輛行進(jìn)軌跡鋪設(shè)導(dǎo)引電纜；在被導(dǎo)航車輛上安裝梯度計(jì)；調(diào)節(jié)磁場(chǎng)梯度計(jì)中兩個(gè)線圈在被導(dǎo)航車輛上的水平安裝位置，及磁場(chǎng)梯度計(jì)的垂直高度；隨后，對(duì)磁場(chǎng)梯度計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，得到標(biāo)定曲線；根據(jù)標(biāo)定曲線及磁場(chǎng)梯度計(jì)輸出的電壓信號(hào)，即可判斷被導(dǎo)航車輛車體中軸線與導(dǎo)引電纜之間的偏移量。對(duì)于裝置，為磁場(chǎng)梯度計(jì)設(shè)計(jì)了安裝支架，且安裝支架可實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)梯度計(jì)中兩線圈間距的調(diào)節(jié)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)梯度計(jì)高度的調(diào)節(jié)。本發(fā)明車輛線性位移測(cè)量方法及裝置，避免了傳統(tǒng)方法因輸出信號(hào)離散所帶來(lái)的誤差，大大提高了測(cè)量精度，可用于智能倉(cāng)庫(kù)的自動(dòng)運(yùn)輸當(dāng)中。
【專利說(shuō)明】基于磁場(chǎng)梯度的車輛線性位移測(cè)量方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于磁導(dǎo)航領(lǐng)域，是一種位移測(cè)量方法，具體來(lái)說(shuō)，是一種基于磁場(chǎng)梯度的 車輛線性位移測(cè)量方法及裝置，可以在無(wú)人工廠、智能交通等領(lǐng)域得到一定的應(yīng)用和延伸。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，倉(cāng)庫(kù)管理正朝著智能化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，因而對(duì)自主導(dǎo) 航的要求也越來(lái)越高。但在現(xiàn)有的磁傳感器陣列檢測(cè)法中，存在著輸出信號(hào)離散、無(wú)法準(zhǔn)確 定位等問(wèn)題。隨著自動(dòng)運(yùn)輸研究的更加深入，磁導(dǎo)航的研究有著重要的指導(dǎo)意義。電磁導(dǎo) 航按導(dǎo)航裝置可分為磁道釘導(dǎo)航和循跡電磁導(dǎo)航。
[0003] 磁道釘導(dǎo)航技術(shù)是以磁性較強(qiáng)的磁道釘為導(dǎo)航設(shè)備基礎(chǔ)，通過(guò)車體前端的傳感器 檢測(cè)磁場(chǎng)分布來(lái)判斷路徑信息的導(dǎo)航方式。它在事先清楚磁道釘磁場(chǎng)分布的前提下，研究 路徑的磁場(chǎng)信息，進(jìn)而研究車體與道釘之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在這種導(dǎo)航平臺(tái)上，我們可用道釘 擺設(shè)出諸如S形，圓形、直線型等不同的路徑，再換上不同材質(zhì)、不同形狀的磁道釘，基于大 量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地測(cè)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析來(lái)進(jìn)一步研究磁道釘對(duì)傳感器設(shè)計(jì)的影響。檢 測(cè)磁場(chǎng)的工具毫無(wú)疑問(wèn)是磁傳感器，而磁傳感器作為磁導(dǎo)航自動(dòng)行駛系統(tǒng)中信號(hào)檢測(cè)的最 前端設(shè)備，在這個(gè)系統(tǒng)中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。
[0004] 磁道釘導(dǎo)航技術(shù)首先出現(xiàn)在對(duì)自動(dòng)公路的研究中，自動(dòng)行駛的車輛要沿著路面下 預(yù)先埋好的磁道釘組成的路線行駛。磁道釘導(dǎo)航在自動(dòng)公路中起到了舉足輕重的作用，而 且具有不受環(huán)境干擾、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 美國(guó)和日本在磁道釘導(dǎo)航方面有著比較早的研究。美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校在車 輛的磁道釘導(dǎo)航方面取得了卓越的成績(jī)，并在鏟車、機(jī)場(chǎng)大巴、智能車等方面做了大量實(shí)驗(yàn) 研究，為這個(gè)領(lǐng)域做出了巨大的貢獻(xiàn)。
[0006] 循跡電磁導(dǎo)航主要是以預(yù)埋在地面下的導(dǎo)線為行駛軌道，在導(dǎo)線中通有一定大 小、頻率的交變電流。此時(shí)導(dǎo)線周圍產(chǎn)生交變的環(huán)形磁場(chǎng)。自動(dòng)行駛車輛依靠車前端的電 感線圈來(lái)感應(yīng)磁場(chǎng)的大小，進(jìn)而輸出電壓值供測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)。系統(tǒng)通過(guò)電感的輸出值來(lái)判 斷此時(shí)此刻車前端與導(dǎo)線的位置關(guān)系，以此進(jìn)行精確定位。這種導(dǎo)航方式具有成本低、抗干 擾能力強(qiáng)、可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并且迅速適應(yīng)倉(cāng)儲(chǔ)導(dǎo)航技術(shù)的要求，具有廣闊的市場(chǎng)價(jià)值。
[0007] 循跡電磁導(dǎo)航不僅應(yīng)用價(jià)值非常廣泛，而且在本科生教育領(lǐng)域也有有著較高的影 響力。在全國(guó)大學(xué)生"飛思卡爾"杯智能車競(jìng)賽中，"電磁組"以它特有的導(dǎo)航方式自成一 派，與"光電組"和"攝像頭組"三足鼎立，同時(shí)受到廣大本科生的熱捧。
[0008] 我國(guó)"飛思卡爾"智能車競(jìng)賽中，電磁組采用的磁場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)是在車前端安裝電感 線圈一字型陣列（5?7個(gè)），同時(shí)輸出感應(yīng)電壓，傳送給單片機(jī)。單片機(jī)通過(guò)判斷，找出感 應(yīng)電壓值最大的兩個(gè)電感線圈，并以此為依據(jù)，確定導(dǎo)線處在哪兩個(gè)電感之間。
[0009] 這種車體定位方式具有快速、簡(jiǎn)便、高效的優(yōu)點(diǎn)，但其固有的結(jié)構(gòu)決定了這種磁場(chǎng) 檢測(cè)方式只能給出離散的數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)也只能判斷導(dǎo)線的大致位置，無(wú)法精確判斷車 體與導(dǎo)線的位置關(guān)系。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于磁場(chǎng)梯度的車輛線性位移測(cè)量方法及裝置， 將輸出電壓與車體位置偏移量呈現(xiàn)一一對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系，通過(guò)兩個(gè)串聯(lián)反接的線圈，精確 地對(duì)車體進(jìn)行定位，誤差小。
[0011] 本發(fā)明基于磁場(chǎng)梯度的車輛線性位移測(cè)量方法，通過(guò)下述方式實(shí)現(xiàn)：
[0012] 步驟1 :鋪設(shè)導(dǎo)引電纜；按被導(dǎo)航車輛需要的行進(jìn)軌跡鋪設(shè)導(dǎo)引電纜，設(shè)定導(dǎo)引電 纜內(nèi)的勵(lì)磁電流參數(shù)。
[0013] 步驟2 :在被導(dǎo)航車輛上安裝磁場(chǎng)梯度計(jì)；
[0014] A、確定磁場(chǎng)梯度計(jì)中兩個(gè)線圈在被導(dǎo)航車輛上的水平安裝位置；
[0015] 將磁場(chǎng)梯度計(jì)中的兩個(gè)線圈分別安裝在導(dǎo)航車輛前端，位于導(dǎo)引電纜兩側(cè)位置 處，且使磁場(chǎng)梯度計(jì)中兩個(gè)線圈間距不小于導(dǎo)航車輛的輪距。
[0016] B、確定磁場(chǎng)梯度計(jì)垂直方向的安裝高度；h/ L = 0. 354, L為磁場(chǎng)梯度計(jì)中兩個(gè)線 圈間距。
[0017] 步驟3 :標(biāo)定磁場(chǎng)梯度計(jì)；
[0018] a、將被導(dǎo)航車輛的中軸線與導(dǎo)引電纜堅(jiān)直方向重合放置，記錄磁場(chǎng)梯度計(jì)輸出電 壓值。
[0019] b、將被導(dǎo)航車輛連續(xù)向左每間隔1cm移動(dòng)一次，直至向左移動(dòng)距離等于1/2被導(dǎo) 航車輛寬度；記錄每次磁場(chǎng)梯度計(jì)的輸出電壓值；隨后向右每間隔lcm移動(dòng)一次，直至向右 移動(dòng)距離等于1/2被導(dǎo)航車輛寬度，記錄每次磁場(chǎng)梯度計(jì)的輸出電壓值。
[0020] c、根據(jù)所記錄的偏移量與梯度計(jì)輸出的電壓值，繪制標(biāo)定曲線。
[0021] 步驟6 :確定車輛偏差；
[0022] 采集磁場(chǎng)梯度計(jì)的輸出電壓值，與標(biāo)定曲線進(jìn)行對(duì)比，判斷被導(dǎo)航車輛車體中軸 線與導(dǎo)引電纜之間的偏移量。
[0023] 基于上述車輛線性位移測(cè)量方法的測(cè)量方法，本發(fā)明還提出一種車輛線性位移測(cè) 量方法的測(cè)量裝置，包括水平的磁場(chǎng)梯度計(jì)安裝平臺(tái)與高度調(diào)節(jié)框架；磁場(chǎng)梯度計(jì)安裝平 臺(tái)兩端分別與高度調(diào)節(jié)框架兩側(cè)滑動(dòng)連接，使磁場(chǎng)梯度計(jì)安裝平臺(tái)處于水平，且堅(jiān)直方向 上位置可調(diào)；磁場(chǎng)梯度安裝平臺(tái)上開有水平滑槽，用來(lái)安裝磁場(chǎng)梯度計(jì)。
[0024] 所述磁場(chǎng)梯度計(jì)由兩個(gè)串聯(lián)反接的線圈構(gòu)成；兩個(gè)線圈設(shè)置在水平滑槽內(nèi)，可沿 滑槽軸向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)線圈間距的調(diào)節(jié)。
[0025] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：
[0026] 1、本發(fā)明車輛線性位移測(cè)量方法利用串聯(lián)反接的雙線圈的輸出特性，找到傳感器 輸出信號(hào)與其位置信息的線性關(guān)系，即輸出電壓與位置一一對(duì)應(yīng)，從而檢測(cè)出地面導(dǎo)線的 軌跡，實(shí)現(xiàn)精確定位；
[0027] 2、本發(fā)明車輛線性位移測(cè)量裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、測(cè)量速度快、可操作性強(qiáng)；
[0028] 3、的應(yīng)用可延伸到無(wú)人工廠、智能交通等領(lǐng)域，對(duì)建設(shè)高科技現(xiàn)代化的未來(lái)城市 有著重大的指導(dǎo)意義。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1為本發(fā)明車輛線性位移測(cè)量方法流程圖；
[0030] 圖2為磁場(chǎng)梯度計(jì)布局及其參數(shù)示意圖；
[0031] 圖3為磁場(chǎng)梯度計(jì)理論輸出E-d曲線圖；
[0032] 圖4為磁場(chǎng)梯度計(jì)理論輸出E-d曲線與理想E-d曲線對(duì)比圖；
[0033] 圖5為磁場(chǎng)梯度計(jì)標(biāo)定曲線圖；
[0034] 圖6為本發(fā)明基于磁場(chǎng)梯度的車輛線性位移測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖7為磁場(chǎng)梯度計(jì)中兩線圈連接方式示意圖。
[0036] 圖中：
[0037] 1-安裝支架 2-磁場(chǎng)梯度計(jì) 3-線圈 101-磁場(chǎng)梯度計(jì)安裝平臺(tái) 102-高度調(diào)節(jié)框架 103-水平滑槽 201-線圈

【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0039] 本發(fā)明車輛線性位移測(cè)量方法，如圖1所示，通過(guò)下述步驟實(shí)現(xiàn)：
[0040] 步驟1 :按被導(dǎo)航車輛需要的行進(jìn)軌跡鋪設(shè)導(dǎo)引電纜，設(shè)定導(dǎo)引電纜內(nèi)的勵(lì)磁電 流參數(shù)，包括頻率f、波形與幅值；
[0041] 步驟2 :在被導(dǎo)航車輛上安裝磁場(chǎng)梯度計(jì)；
[0042] A、確定磁場(chǎng)梯度計(jì)中兩個(gè)線圈在被導(dǎo)航車輛上的水平安裝位置；
[0043] 將磁場(chǎng)梯度計(jì)中的兩個(gè)線圈分別安裝在被導(dǎo)航車輛前端，位于導(dǎo)引電纜兩側(cè)位置 處，且使磁場(chǎng)梯度計(jì)中兩個(gè)線圈間距不小于導(dǎo)航車輛的輪距；
[0044] B、確定磁場(chǎng)梯度計(jì)垂直方向的安裝高度，即磁場(chǎng)梯度計(jì)與地面間的距離；
[0045] 如圖2所示，令磁場(chǎng)梯度計(jì)安裝高度為h ;磁場(chǎng)梯度計(jì)的兩個(gè)線圈間距為L(zhǎng)。導(dǎo)引 電纜中的電流大小為I，圖2中瞬時(shí)電流方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶?；磁?chǎng)梯度計(jì)的兩個(gè)線圈中點(diǎn) 與導(dǎo)引電纜存在一個(gè)水平距離，即磁場(chǎng)梯度計(jì)位置偏差d。
[0046] 對(duì)E-d曲線線性區(qū)段的提?。?br> [0047] 磁場(chǎng)梯度計(jì)的線圈一與線圈二的感應(yīng)電壓EpE2分別為：
[0048]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于磁場(chǎng)梯度的車輛線性位移測(cè)量方法，其特征在于：通過(guò)下述方式實(shí)現(xiàn)： 步驟1 :鋪設(shè)導(dǎo)引電纜；按被導(dǎo)航車輛需要的行進(jìn)軌跡鋪設(shè)導(dǎo)引電纜，設(shè)定導(dǎo)引電纜內(nèi) 的勵(lì)磁電流參數(shù)； 步驟2 :在被導(dǎo)航車輛上安裝磁場(chǎng)梯度計(jì)； A、 確定磁場(chǎng)梯度計(jì)中兩個(gè)線圈在被導(dǎo)航車輛上的水平安裝位置； 將磁場(chǎng)梯度計(jì)中的兩個(gè)線圈分別安裝在導(dǎo)航車輛前端，位于導(dǎo)引電纜兩側(cè)位置處，且 使磁場(chǎng)梯度計(jì)中兩個(gè)線圈間距不小于導(dǎo)航車輛的輪距； B、 確定磁場(chǎng)梯度計(jì)垂直方向的安裝高度；h/ L = 0. 354，L為磁場(chǎng)梯度計(jì)中兩個(gè)線圈間 距； 步驟3 :標(biāo)定磁場(chǎng)梯度計(jì)； a、 將被導(dǎo)航車輛的中軸線與導(dǎo)引電纜堅(jiān)直方向重合放置，記錄磁場(chǎng)梯度計(jì)輸出電壓 值； b、 將被導(dǎo)航車輛連續(xù)向左每間隔lcm移動(dòng)一次，直至向左移動(dòng)距離等于1/2被導(dǎo)航車 輛寬度；記錄每次磁場(chǎng)梯度計(jì)的輸出電壓值；隨后向右每間隔lcm移動(dòng)一次，直至向右移動(dòng) 距離等于1/2被導(dǎo)航車輛寬度，記錄每次磁場(chǎng)梯度計(jì)的輸出電壓值； c、 根據(jù)所記錄的偏移量與梯度計(jì)輸出的電壓值，繪制標(biāo)定曲線； 步驟6 :確定車輛偏差； 采集磁場(chǎng)梯度計(jì)的輸出電壓值，與標(biāo)定曲線進(jìn)行對(duì)比，判斷被導(dǎo)航車輛車體中軸線與 導(dǎo)引電纜之間的偏移量，實(shí)現(xiàn)被導(dǎo)航車輛線性位移測(cè)量，根據(jù)偏移量可采取適當(dāng)?shù)目刂拼?施。
2. 如權(quán)利要求1所述一種基于磁場(chǎng)梯度的車輛線性位移測(cè)量方法，其特征在于：所述 磁場(chǎng)梯度計(jì)中兩個(gè)線圈采用串聯(lián)反接。
3. 基于權(quán)利要求1所述一種基于磁場(chǎng)梯度的車輛線性位移測(cè)量方法的測(cè)量裝置，其特 征在于：包括水平的磁場(chǎng)梯度計(jì)安裝平臺(tái)與高度調(diào)節(jié)框架；磁場(chǎng)梯度計(jì)安裝平臺(tái)兩端分別 與高度調(diào)節(jié)框架兩側(cè)滑動(dòng)連接，使磁場(chǎng)梯度計(jì)安裝平臺(tái)處于水平，且堅(jiān)直方向上位置可調(diào)； 磁場(chǎng)梯度安裝平臺(tái)上開有水平滑槽，用來(lái)安裝磁場(chǎng)梯度計(jì)； 所述磁場(chǎng)梯度計(jì)由兩個(gè)串聯(lián)反接的線圈構(gòu)成；兩個(gè)線圈設(shè)置在水平滑槽內(nèi)，可沿滑槽 軸向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)線圈間距的調(diào)節(jié)。
4. 如權(quán)利要求3所示一種基于磁場(chǎng)梯度的車輛線性位移測(cè)量裝置，其特征在于：所述 磁場(chǎng)梯度計(jì)兩個(gè)線圈的軸向長(zhǎng)度與直徑之比均保證小于〇. 5。
5. 如權(quán)利要求3所示一種基于磁場(chǎng)梯度的車輛線性位移測(cè)量裝置，其特征在于：所述 磁場(chǎng)梯度計(jì)的信號(hào)輸出引線通過(guò)8字形雙絞線絞接引出，且兩股引線之間的空隙面積小于 線圈有效磁通面積的千分之一。
【文檔編號(hào)】G01C21/34GK104142116SQ201410265149
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月13日
【發(fā)明者】王三勝, 王陽(yáng), 向嘉彬, 張明吉 申請(qǐng)人:北京鼎臣超導(dǎo)科技有限公司