[發明專利]基于編碼器和齒條的軌道車定位系統及方法

有效

• 申請號: 201410395300.4
• 申請日: 2014-08-12
• 公開（公告）號: CN105446331B
• 公開（公告）日: 2018-04-03
• 發明（設計）人: 車新生;李茂東;趙佳;寧益丹;高東云
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: G05D1/02
• 分類號: G05D1/02
• 代理公司: 沈陽亞泰專利商標代理有限公司21107
• 代理人: 史旭泰

1.基于編碼器和齒條的軌道車定位系統，包括軌道，軌道上設置有軌道車，軌道上沿軌道長度方向設置有多個齒條，各齒條的齒數均不相同，一個齒條對應一個作業目標位置設置，軌道車上設置有與所述齒條嚙合的齒輪，齒輪中心軸與設置在軌道車上的編碼器轉動信號輸入端相連，編碼器的信號輸出端口與PLC信號輸入端口相連；

所述PLC設置在軌道車上；

所述不同齒數的齒條設置在軌道的側方，齒輪設置在軌道車的側方；

所述齒輪通過聯軸器與編碼器轉動信號輸入端連接；

所述齒輪采用圓柱齒輪；

還包括操作按鈕、左右極限傳感器、軌道車左行走接觸器、軌道車右行走接觸器和顯示屏，所述PLC信號輸入端口分別與操作按鈕信號輸出端口、左右極限傳感器信號輸出端口相連，PLC信號輸出端口分別與軌道車左行走接觸器控制信號輸入端口、軌道車右行走接觸器輸入端口、顯示屏顯示信號輸入端口相連；所述左右極限傳感器分別設置在軌道的兩端；

所述編碼器選用SPC編碼器，PLC采用西門子S7-200，顯示屏采用Smart700IE顯示屏；PLC的I0.0端口與編碼器信號輸出端口相連，PLC的I0.1端口通過軌道車左行走接觸器受控開關與直流-24V電源相連，PLC的I0.2端口通過軌道車右行走接觸器受控開關與直流-24V電源相連，PLC的I0.3端口通過軌道車行走電機熱繼電器受控開關與直流-24V電源相連，PLC的M端口與直流+24V電源相連，PLC的Q0.0端口通過軌道車左行走接觸器控制端與市電零線相連，PLC的Q0.1端口通過軌道車右行走接觸器控制端與市電零線相連，PLC的L端口與與市電火線相連，PLC的PORT0端口與顯示屏顯示信號輸入端口相連；

其特征在于基于編碼器和齒條的軌道車定位系統的定位方法：

1)位置檢測

軌道車位置＝格位置+微位置

格位置：由PLC檢測不同作業目標位置的齒數不同的齒條所產生的不同脈沖數；一個工程中有i個作業目標位置，在鋪設齒條時，i根不同齒數的齒條確定作業目標位置，每個齒條的齒數預先測試存儲在PLC的程序中的，軌道車通過一個完整的齒條，PLC控制器通過編碼器在這個齒條上獲得的脈沖數比對存儲的齒條數，確定其當前的格位置；右行為正，當前的格位置＝i±1，右行加，左行減；

微位置：軌道車行駛到作業目標位置附近時，齒輪接觸到齒條,PLC檢測編碼器的輸出脈沖，實時微位置＝p×X；

其中，X實時的脈沖數，p脈沖當量，由齒條、齒輪和編碼器確定單位脈沖對應的位移；

p(mm/脈沖)代表每個脈沖的距離，M代表齒輪模數，Z代表齒輪齒數，k(脈沖/轉)代表編碼器的分辨率，則

齒輪分度圓的直徑d＝M×Z；

齒輪分度圓的周長C＝π×d＝π×M×Z；

p＝齒輪分度圓的周長/編碼器的分辨率＝π×M×Z/k；

軌道車在兩個齒條間行走，PLC通過行走時間和平均速度獲得位置，

其中，軌道車行走的平均速度，t軌道車行走的時間；

軌道車右行，PLC控制器獲得的脈沖數與車行走的軌道位置關系

軌道車在有齒條的位置＝p X；

軌道車在無齒條的位置＝v(t)×t；

軌道車的i是有齒條的位置，j是無齒條的位置；

由于微位置是通過齒條確定，與無齒條的位置無關，所以可以由代替；

2)定位

軌道車的定位是在微位置區間，位置檢測之后，采用閉環反饋回路方式進行定位；

在PLC控制器中使作業目標位置相對脈沖y_i與實際停車相對脈沖位置x_i相比較，如果x_i>y_i，則軌道車需要繼續自動向逆方向行走，若x_i<y_i則軌道車需要向正方向行走，當

|x_i-y_i|<Δ

其中，Δ為定位誤差，最終達到微位置的確定。