[發明專利]一種輪式機器人行走電機轉速的測定方法以及測量裝置

有效

• 申請號: 201410012254.5
• 申請日: 2014-01-10
• 公開（公告）號: CN103760377A
• 公開（公告）日: 2014-04-30
• 發明（設計）人: 姜春雷;高丙坤;王金玉;王源;段玉波;邢思遠
• 申請（專利權）人: 東北石油大學
• 主分類號: G01P3/36
• 分類號: G01P3/36
• 代理公司: 大慶知文知識產權代理有限公司 23115
• 代理人: 李建華

1.一種輪式機器人行走電機轉速的測定方法，該方法由如下步驟組成：

（1）在輪式機器人的行走輪外粘貼一個反光薄片，所述反光薄片的外表面與行走輪之間形成傾斜角，角度為Φ(?)；

（2）在輪式機器人的行走輪外，搭建一套測量裝置，所述測量裝置包括可產生穩定波長的激光二極管、反光薄片、準直透鏡和可使光回饋水平處于中等回饋水平的衰減片，激光二極管LD發出的激光經過透鏡和衰減片按照激光二極管發出的出射光平行于電機轉動軸的方向打到步驟（1）中所述的帶有傾斜角Φ的反光薄片的傾斜面表面邊緣處；?

（3）調整步驟（2）中的激光二極管的驅動電流，并且調整反光角度使反射光進入激光腔內部，使其處于激光二極管驅動閾值電流的1～1.1倍區間,以確保激光自混合現象發生；?

（4）當發生激光自混合現象后，反光薄片平行電機轉軸方向每移動激光半個波長的距離，反射光散射到激光器腔內就會引起功率的變化，從而測量裝置中的光電二極管PD輸出的電流信號就會產生一個條紋的變化；根據條紋個數可以判斷車輪轉動過的位移;

（5）調整光反饋水平，使光反饋水平處于中等反饋水平下，將步驟（4）中光電二極管輸出的信號經過信號放大電路放大形成類鋸齒波信號,電機轉軸轉動方向與所獲得鋸齒波傾斜方向一致;

（6）步驟（5）中的類鋸齒波信號經微分信號處理電路處理后送給單片機進行數據處理，按照以下方式計算，即可獲得輪式機器人行走輪車輪走過的弧長:

因為一個自混合干涉條紋代表半個波長的位移,系統中采用的激光器波長為650nm,所以半波波長即325nm,所以

車輪（電機）轉過的圈數可以表示為：

??

,為車輪轉動一周傾斜斜面轉動引起的平行于電機轉軸的位移；?

式中Q為旋轉車輪轉動圈數；?c為自混合干涉條紋個數；D反光薄片平行于電機轉軸方向的位移，R為車輪半徑，為車輪斜面傾角();

（7）將步驟（6）中獲得的車輪走過的弧長乘以車輪轉過的圈數即可測量出行走電機的轉速。

2.一種用于實施權利要求1所述方法的測量裝置，由激光二極管LD（1-1）、光電二極管PD（1-2）、激光器的驅動電路（2）、溫控電路（3）、信號放大電路（4）、信號處理電路（5）、單片機采集信號電路（6）、透鏡（7）、衰減片（8）以及帶有一定輕微傾角的反光車輪（9）組成；

其中，激光二極管（1-1）用于產生波長穩定的激光，激光二極管（1-1）發出的激光經過透鏡（7）和衰減片（8）打到帶有一定輕微傾角的反光車輪（9）上，激光二極管（1-1）發出的激光經過透鏡（7）打到衰減片（8）上，衰減片（8）用于對激光進行衰減，使其光回饋水平處于中等回饋水平可以使得自混合干涉現象發生；所述帶有輕微傾角的反光車輪（9）為粘貼在車輪上的反光薄片；

驅動電路（2）包括按照電路原理圖連接的穩壓電路（2-1）與驅動芯片電路（2-2），穩壓電路（2-1）電壓可調，為驅動芯片電路提供恒定電壓，驅動芯片電路（2-2）為激光二極管提供恒定的工作電壓與電流；

信號放大電路（4）采用運算放大器對光電二極管（1-2）輸出的電流進行放大，使得輸出的電流信號可以用于信號處理電路（5）進行處理；信號處理電路（5）用于處理信號放大電路（4）輸出的電流信號，處理后得到的方波脈沖可以用于單片機信號采集電路（6）；單片機信號采集電路（6）用于對信號處理電路（5）輸出的方波脈沖信號進行采集和處理；

溫控電路（3）包括按照電路原理圖連接的溫度傳感器（3-1）、單片機系統（3-2）以及單片機系統控制的半導體制冷片（3-3）；溫度傳感器（3-1）將測得的實時溫度發送給單片機系統（3-2），單片機系統（3-2）進行比較計算，控制單片機系統控制的半導體制冷片（3-3）從而保證溫度的恒定用來抑制激光二極管輸出波長隨溫度的變化，以提高精度。