專利名稱:絕對(duì)位置編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單碼道絕對(duì)位置編碼方法，用于確定移動(dòng)物體在其軌跡上的絕對(duì)位置。
背景技術(shù)：
目前公知的沿圓周、直線或曲線的絕對(duì)定位編碼器都采用多碼道編碼方法，即每條碼道的長(zhǎng)度為待定位軌跡的全長(zhǎng)，每條碼道配置一個(gè)閱讀器件。各碼道按照順序分別分成2、4、8、…、2n-1、2n個(gè)等分位置，每個(gè)位置上均設(shè)有一個(gè)二值標(biāo)記，如透光或不透光、兩種不同顏色、兩種不同材料、凸起或凹陷、南磁極或北磁極等，一般用0或1描述。在每一個(gè)待定位的位置上由閱讀器件讀出每條碼道上的一個(gè)標(biāo)記屬性0或1，在n條碼道上讀出的n位二進(jìn)制數(shù)即是所需的位置坐標(biāo)，可用以確定2n個(gè)特定位置。碼道上的二值標(biāo)記通常采用原碼、補(bǔ)碼、循環(huán)碼等。這種多碼道編碼方法使用的標(biāo)記數(shù)量很大，制造成本較高，當(dāng)編碼器坐標(biāo)起點(diǎn)與實(shí)際應(yīng)用坐標(biāo)起點(diǎn)不一致時(shí)，讀數(shù)不便，因此應(yīng)用范圍受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種單碼道絕對(duì)位置編碼方法，僅采用一條按照特定順序布置二值標(biāo)記的碼道，閱讀碼道標(biāo)記的閱讀器件以特定方法布置，當(dāng)閱讀器件整體移動(dòng)時(shí)，在不同位置上讀到的標(biāo)記所構(gòu)成的二進(jìn)制數(shù)具有唯一性，以此二進(jìn)制數(shù)為地址，在一個(gè)預(yù)先編制的查找表中查得各位置的坐標(biāo)值，即可沿碼道長(zhǎng)度方向?qū)崿F(xiàn)絕對(duì)定位。
當(dāng)碼道首尾相接時(shí)，可實(shí)現(xiàn)沿封閉曲線按長(zhǎng)度或角度絕對(duì)定位。改變查找表中的數(shù)值即可改變編碼的坐標(biāo)起點(diǎn)和各個(gè)位置的坐標(biāo)值。查找表中的絕對(duì)定位數(shù)值可以是無(wú)符號(hào)整數(shù)、有符號(hào)整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)或文字標(biāo)記，碼道上任何一個(gè)二值標(biāo)記均可以作為起始標(biāo)記。
采用本發(fā)明的單碼道絕對(duì)位置編碼器只需要1條碼道，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于制造，尤其當(dāng)需要確定的位置數(shù)量較大或標(biāo)記尺寸較大時(shí)，降低成本的效果更明顯。有了按地址查表的功能，輸出絕對(duì)位置坐標(biāo)的起點(diǎn)和位置坐標(biāo)值可以更加靈活，應(yīng)用范圍更大。
本發(fā)明涉及一種絕對(duì)位置編碼方法，其工作原理如圖1。僅采用1條由二值標(biāo)記組成的碼道(1)，由閱讀器件(2)讀取碼道上的二值標(biāo)記構(gòu)成二進(jìn)制數(shù)，按一種閱讀位置排列的閱讀器件沿碼道長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，在沿途各個(gè)位置上讀到的二進(jìn)制數(shù)具有唯一性，以此二進(jìn)制數(shù)為地址(6)，在一個(gè)預(yù)先編制的查找表(5)中查得各位置的坐標(biāo)值(7)并輸出(8)，則可實(shí)現(xiàn)沿碼道方向的絕對(duì)定位。所述閱讀器件的閱讀位置沿碼道的延伸方向選定，閱讀位置不緊密相鄰布置，等間隔或不等間隔，每個(gè)選定的閱讀位置安置一個(gè)閱讀器件，閱讀器件的個(gè)數(shù)不少于以2為底的碼道標(biāo)記總數(shù)的對(duì)數(shù)。所述二值標(biāo)記的總數(shù)根據(jù)待定位置的個(gè)數(shù)而定。采用同步閱讀器(4)閱讀同步標(biāo)記(3)或采用預(yù)測(cè)濾波方法防止各閱讀器件通過標(biāo)記邊界不同步造成的誤碼，其中同步標(biāo)記保證所有閱讀器件完全越過標(biāo)記邊界，方能確認(rèn)讀出的標(biāo)記值有效。
圖2和圖3給出了碼道標(biāo)記和閱讀位置處于不同相對(duì)位置上讀出的二進(jìn)制地址值，將它作為查找表的地址，可從查找表中得到符合定位要求的坐標(biāo)值。各圖中上端用黑白格表示碼道標(biāo)記，黑格表示1，白格表示0，重復(fù)畫了2次碼道以便表示其首尾相接的情況；碼道下面用若干行表示閱讀位置沿碼道方向的運(yùn)動(dòng)，每一行連續(xù)方格表示可選的閱讀位置，選定的閱讀位置用箭頭標(biāo)出，空格表示不在該位置閱讀，最下面一行用虛線表示的方格表示第一行閱讀位置的重復(fù)出現(xiàn)。圖2表示各個(gè)閱讀位置緊密相鄰的情形，而圖3則表示閱讀頭非緊密相鄰的情況之一。右面的第一列方格中給出了各個(gè)位置上讀出的地址值，最下面一行用虛線表示的方格表示第一行讀出地址的重復(fù)出現(xiàn)，可以看出各個(gè)位置上讀出的地址值是唯一的。虛線圍成的查找表框圖中，左面一列是地址值，右面一列是坐標(biāo)值內(nèi)容，圖2中的查找表列出在4個(gè)緊密相鄰閱讀位置讀取11位標(biāo)記碼道時(shí)，碼道左起第8位標(biāo)記作為起始標(biāo)記時(shí)的表格內(nèi)容；圖3中的查找表列出在4個(gè)非緊密相鄰閱讀位置讀取16位標(biāo)記碼道時(shí)，碼道左起第1位標(biāo)記作為起始標(biāo)記時(shí)的表格內(nèi)容。
圖4表示實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方式之一。以黑白顏色表示2種標(biāo)記的25個(gè)位置的環(huán)形碼道上方按照所選等間隔閱讀位置布置5個(gè)用圓柱形表示的閱讀器件，可一起沿碼道圓周方向轉(zhuǎn)動(dòng)，或者閱讀器件靜止而環(huán)形碼道繞自身對(duì)稱中心轉(zhuǎn)動(dòng)。環(huán)形碼道圈內(nèi)的黑色線段表示同步標(biāo)記，與每一個(gè)碼道標(biāo)記中心對(duì)正，當(dāng)同步標(biāo)記閱讀器件讀到同步標(biāo)記時(shí)，說明各個(gè)碼道標(biāo)記閱讀器件已經(jīng)完全越過標(biāo)記邊界，此時(shí)讀出的二進(jìn)制地址值有效。圖中所示時(shí)刻讀出的地址值是00110，從查找表查得的輸出坐標(biāo)值是0.0；如果碼道順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)讀到下一個(gè)同步標(biāo)記時(shí)，讀出的地址值是01001，從查找表查得的坐標(biāo)值是14.4；如果碼道逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)讀到下一個(gè)同步標(biāo)記時(shí)，讀出的地址值是11001，從查找表查得的坐標(biāo)值是-14.4。



圖1為本發(fā)明的工作原理示意圖。
圖2為4個(gè)緊密相鄰的閱讀器件沿著有11個(gè)標(biāo)記的碼道移動(dòng)時(shí)讀出的地址值及查表輸出坐標(biāo)值。
圖3為4個(gè)非緊密相鄰的閱讀器件沿著16個(gè)標(biāo)記的碼道移動(dòng)時(shí)讀出的地址值及查表輸出坐標(biāo)值。
圖4為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最好方式之一。
圖5為在碼道上布置二值標(biāo)記、沿碼道布置閱讀器件以及篩選能產(chǎn)生各個(gè)位置讀出地址值具有唯一性的合格匹配對(duì)的計(jì)算機(jī)程序框圖。
具體實(shí)施方式
用有11個(gè)標(biāo)記的碼道和4個(gè)閱讀器件的一對(duì)匹配為實(shí)施方案之一做進(jìn)一步說明。選用的閱讀器件布置方法是4個(gè)閱讀器件緊密相鄰，將左起第一個(gè)閱讀器件稱為首閱讀位。沿路徑延伸的碼道上有11個(gè)不同標(biāo)記0和1，布置情況為00001010011，當(dāng)首閱讀位與碼道左起第1位標(biāo)記對(duì)正時(shí)，用雙下劃線表示首閱讀位，用單下劃線表示其它閱讀位置，分布情況為
，4個(gè)閱讀器件讀出的標(biāo)記值為二進(jìn)制地址0000；當(dāng)首閱讀位與碼道左起第2位標(biāo)記對(duì)正時(shí)，分布情況為
，各閱讀器件讀出的標(biāo)記值為二進(jìn)制地址0001；當(dāng)首閱讀位與碼道左起第3位標(biāo)記對(duì)正時(shí)，讀出的標(biāo)記值為0010，依此類推。當(dāng)首閱讀位與碼道左起第9位標(biāo)記對(duì)正時(shí)，考慮碼道首尾相接，閱讀器件的分布情況為 讀出的標(biāo)記值為二進(jìn)制地址0110。當(dāng)首閱讀位由左向右依次與碼道左起第1位至第11位標(biāo)記對(duì)正時(shí)，讀出的二進(jìn)制地址依次為0000、0001、0010、0101、1010、0100、1001、0011、0110、1100和1000。
可見，在碼道全長(zhǎng)上，首閱讀位處在各個(gè)不同位置時(shí)讀出的地址值是唯一確定的，而且當(dāng)碼道首尾相接時(shí)可得到循環(huán)出現(xiàn)的地址值。按照地址值出現(xiàn)的順序，在查找表的單元格中寫入適當(dāng)?shù)奈恢弥?，則可實(shí)現(xiàn)絕對(duì)定位功能。如果將首閱讀位與碼道左起第1位標(biāo)記對(duì)正時(shí)作為坐標(biāo)起點(diǎn)0，其它位置的坐標(biāo)值采用自然數(shù)1至10，則查找表中從地址0000到1111的單元格內(nèi)容應(yīng)該為0、1、2、7、5、3、8、X、10、6、4、X、9、X、X和X，其中X表示不使用該地址。因?yàn)?個(gè)閱讀器件最多可以確定16個(gè)標(biāo)記位置，當(dāng)本例中只有11個(gè)待定位置時(shí)，將有5個(gè)地址不被使用，其中可以放置任何值。如果將首閱讀位與碼道上左起第8位標(biāo)記對(duì)正時(shí)作為坐標(biāo)起點(diǎn)，則查找表中從地址0000到1111的單元格內(nèi)容應(yīng)該為4、5、6、0、9、7、1、X、3、10、8、X、2、X、X和X。如果當(dāng)首閱讀位與碼道上左起第m位標(biāo)記對(duì)正時(shí)作為坐標(biāo)起點(diǎn)，則查找表各單元格內(nèi)容隨m而變化。采用4個(gè)緊密相鄰的閱讀器件讀取11標(biāo)記的碼道，可以有11種查找表內(nèi)容，全部查找表內(nèi)容見表1。圖2及圖2的文字說明對(duì)本例作了更直觀的說明。
表1 再取一對(duì)N＝16，n＝4的匹配為例做進(jìn)一步說明。選用的讀法是在首閱讀位及其右方的第4位、第6位和第7位上布置閱讀器件。沿路徑延伸的碼道上有16個(gè)不同標(biāo)記0和1，當(dāng)首閱讀位與碼道左起第1位標(biāo)記對(duì)正時(shí)，用雙下劃線表示首閱讀位，用單下劃線表示其它閱讀位置，分布情況為
4個(gè)閱讀器件讀出的標(biāo)記值為二進(jìn)制地址0000；當(dāng)首閱讀位與碼道左起第2位標(biāo)記對(duì)正時(shí)，分布情況為 ，讀出的標(biāo)記值作為二進(jìn)制地址0101；當(dāng)首閱讀位與碼道左起第3位標(biāo)記對(duì)正時(shí)，分布情況為
，讀出的標(biāo)記值作為二進(jìn)制地址0010；當(dāng)首閱讀位與碼道左起第15位標(biāo)記對(duì)正時(shí)，考慮碼道首尾相接，閱讀位置分布情況為
，讀出的標(biāo)記值作為二進(jìn)制地址1001當(dāng)首閱讀位由左向右依次與碼道左起第1位至第16位標(biāo)記對(duì)正時(shí)，讀出的二進(jìn)制地址依次為0000、0101、0010、0001，1111、0011，0110、1101、0111、1011、1110，1100、0100、1000、1001和1010。
可見，在此特定碼道全長(zhǎng)上，用此種布置的閱讀器件閱讀，當(dāng)首閱讀位處在碼道各個(gè)位置時(shí)讀出的地址值也都是唯一確定的，而且當(dāng)碼道首尾相接時(shí)也可得到循環(huán)出現(xiàn)的地址值。按照地址值出現(xiàn)的順序，在查找表的單元格中寫入適當(dāng)?shù)奈恢弥?，則可實(shí)現(xiàn)絕對(duì)定位功能。如果將首閱讀位與碼道左起第1位標(biāo)記對(duì)正時(shí)作為坐標(biāo)起點(diǎn)A，其它位置的坐標(biāo)值采用字母表順序的大寫英文字母B至M，則查找表中從地址0000到1111的單元格內(nèi)容應(yīng)該為A、D、C、F、M、B、G、I、N、O、P、J、L、H、K、E。如果當(dāng)首閱讀位與碼道上左起第m位標(biāo)記對(duì)正時(shí)作為坐標(biāo)起點(diǎn)，則查找表各單元格內(nèi)容隨m而變化。采用此種布置的閱讀器件讀取16標(biāo)記的碼道，可以有16種查找表內(nèi)容，全部查找表內(nèi)容見表2。圖3及圖3的文字說明對(duì)本例作了更直觀的說明。
在不同位置上布置4個(gè)閱讀器件的讀法配合特定的9至16個(gè)位置標(biāo)記的碼道，能產(chǎn)生多對(duì)不同的匹配，可根據(jù)具體情況選用。查找表中寫入的位置值可以是按照大小排列的無(wú)符號(hào)整數(shù)，也可以是有符號(hào)整數(shù)、浮點(diǎn)數(shù)或文字標(biāo)記。
表2 再取一對(duì)N＝25，n＝5的匹配為例做進(jìn)一步說明。選用的讀法是在首閱讀位及其右方的第6位、第11位、第16位和第21位上閱讀碼道標(biāo)記，即5個(gè)閱讀器件等間隔布置。沿路徑延伸的碼道上有25個(gè)不同標(biāo)記0和1，當(dāng)首閱讀位與碼道左起第1位標(biāo)記對(duì)正時(shí)的布置情況為
5個(gè)閱讀器件讀出的標(biāo)記值為二進(jìn)制地址00110當(dāng)首閱讀位與碼道左起第2位標(biāo)記對(duì)正時(shí)，分布情況為 ，讀出的標(biāo)記值為二進(jìn)制地址01001；當(dāng)首閱讀位與碼道左起第3位標(biāo)記對(duì)正時(shí)，分布情況為
，讀出的標(biāo)記值為二進(jìn)制地址10111；當(dāng)首閱讀位與碼道左起第21位標(biāo)記對(duì)正時(shí)，考慮碼道首尾相接，閱讀位置分布情況為 ，讀出的標(biāo)記值為二進(jìn)制地址00011；當(dāng)首閱讀位由左向右依次與碼道左起第1位至第25位標(biāo)記對(duì)正時(shí)，讀出的二進(jìn)制地址值依次為00110、01001、10111、01000、10011、01100、10010、01111、10000、00111、11000、00101、11110、00001、01110、10001、01010、11101、00010、11100、00011、10100、11011、00100和11001。
可見，在此特定碼道全長(zhǎng)上，用此種等間隔布置的閱讀器件閱讀，當(dāng)首閱讀位處在碼道各個(gè)位置時(shí)讀出的地址值也是唯一確定的，而且當(dāng)碼道首尾相接時(shí)也可得到循環(huán)出現(xiàn)的地址值。按照地址值出現(xiàn)的順序，在查找表的單元格中寫入適當(dāng)?shù)奈恢弥担瑒t可實(shí)現(xiàn)絕對(duì)定位功能。如果將首閱讀位與碼道左起第1位標(biāo)記對(duì)正時(shí)作為坐標(biāo)起點(diǎn)0.0，其它位置的坐標(biāo)值采用增量為14.4的等差數(shù)列，則查找表中從二進(jìn)制地址00000到11111的單元格內(nèi)容應(yīng)該如表3，構(gòu)成25等分圓周角的度數(shù)坐標(biāo)。如果當(dāng)首閱讀位與碼道上左起第m位標(biāo)記對(duì)正時(shí)作為坐標(biāo)起點(diǎn)，則查找表各單元格內(nèi)容隨m而變化。采用此種5個(gè)等間隔的閱讀器件讀取25標(biāo)記的碼道，可以有25種查找表內(nèi)容，全部查找表內(nèi)容的構(gòu)造方法與表1、表2相同。圖4及圖4的文字說明對(duì)本例作了更直觀的說明。
表3


在碼道上布置二值標(biāo)記、沿碼道布置閱讀器件以及篩選能產(chǎn)生各個(gè)位置讀出地址值具有唯一性的合格匹配對(duì)的計(jì)算機(jī)程序框圖如圖5。
權(quán)利要求
1.一種絕對(duì)位置編碼方法，其特征在于僅采用1條由二值標(biāo)記組成的碼道，由閱讀器件讀取碼道上的二值標(biāo)記構(gòu)成二進(jìn)制數(shù)，按一種閱讀位置排列的閱讀器件沿碼道長(zhǎng)度方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，在沿途各個(gè)位置上讀到的二進(jìn)制數(shù)具有唯一性，將所述二進(jìn)制數(shù)作為地址與閱讀器件的坐標(biāo)值相對(duì)應(yīng)，則可實(shí)現(xiàn)沿碼道方向的絕對(duì)定位；閱讀器件的閱讀位置沿碼道的延伸方向選定，閱讀位置不緊密相鄰布置，每個(gè)選定的閱讀位置安置一個(gè)閱讀器件，閱讀器件的個(gè)數(shù)不少于以2為底的二值標(biāo)記總數(shù)的對(duì)數(shù)；二值標(biāo)記的總數(shù)根據(jù)待定位置的個(gè)數(shù)而定。
專利摘要
一種絕對(duì)位置編碼方法，它僅采用一條布置有二值標(biāo)記的碼道(1)，當(dāng)按照一種閱讀位置用閱讀器件(2)讀取碼道上的二值標(biāo)記而構(gòu)成二進(jìn)制數(shù)時(shí)，在該閱讀位置上的閱讀器件沿碼道運(yùn)動(dòng)時(shí)，在每個(gè)運(yùn)動(dòng)位置上讀到的二進(jìn)制數(shù)(6)具有唯一性，以此二進(jìn)制數(shù)為地址，在一個(gè)預(yù)先編制的查找表(5)中查得各位置的坐標(biāo)值(7)并輸出(8)，即可沿碼道長(zhǎng)度方向?qū)崿F(xiàn)絕對(duì)定位。當(dāng)碼道首尾相接時(shí)，可實(shí)現(xiàn)沿封閉曲線按長(zhǎng)度或角度絕對(duì)定位。改變查找表中的數(shù)值即可改變編碼的坐標(biāo)起點(diǎn)和各個(gè)位置的坐標(biāo)值。
文檔編號(hào)G01B21/02GKCN1292228SQ200410009539
公開日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2004年9月10日
發(fā)明者朱衡君, 邱成 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan