[發明專利]一種基于電磁感應的路徑循跡傳感器和循跡方法

有效

• 申請號: 201810181929.7
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN108931240B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 王心沅;蔣徐顥;鄭姚生
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 施昊

本發明公開了一種基于電磁感應的路徑循跡傳感器和循跡方法。路徑循跡傳感器包括供電單元、信號檢測單元、選頻濾波單元、信號放大單元、信號輸出單元和連接固定單元。傳感器通過連接固定單元安裝在運動載體上，信號檢測單元采集周圍磁場信號，選頻濾波單元提取出有效信號，信號放大單元對有效信號進行放大后通過信號輸出單元傳輸至運動載體控制器的AD通道，然后計算出運動載體相對于路徑中央導引線的偏移值，糾正運動載體回到路徑，實現自動循跡。本發明解決了現有電磁傳感器體積質量大、輸出信號不穩定、可維護性差的問題，同時配套的循跡方法解決了對信號源端裝置依賴性高和傳統差值法存在軌跡曲線非單調的問題，提高了自動循跡的穩定性。

技術領域

本發明屬于自動控制技術領域，特別涉及了一種基于電磁感應的路徑循跡傳感器和循跡方法。

背景技術

現有的自動循跡系統原理多樣，以基于攝像頭和光電CCD的圖像處理為主，它們對環境光線適應能力差，并且高速攝像頭成本高昂不易維護。機器學習與模式識別的算法深度高、數據量大、樣本規范性依賴大且處理速度緩慢。

基于電磁感應的線圈傳感方式優點顯著：對環境適應性良好、成本低廉、算法魯棒性高、可移植性好、信息處理速度快。但已有的電磁傳感器尚存在體積較大、碰撞易損壞、輸出信號不穩定、信號檢測范圍窄等缺點，因此未得到廣泛使用。同時路徑供電裝置對負載阻抗要求高，對路徑長度與寬度有嚴格限制，且存在輸出信號不穩定的現象。

發明內容

為了解決上述背景技術提出的技術問題，本發明旨在提供一種基于電磁感應的路徑循跡傳感器和循跡方法，解決現有電磁傳感器存在的體積質量大、輸出信號不穩定、可維護性差的問題，同時配套的循跡方法解決對信號源端裝置依賴性高的問題和傳統差值法存在的軌跡曲線非單調問題，進一步提高自動循跡的穩定性。

為了實現上述技術目的，本發明的技術方案為：

一種基于電磁感應的路徑循跡傳感器，包括供電單元、信號檢測單元、選頻濾波單元、信號放大單元、信號輸出單元和連接固定單元；在路徑中央導引線兩端施加交變電流，激發產生交變磁場；路徑循跡傳感器通過連接固定單元安裝在運動載體上，信號檢測單元采集周圍磁場信號，選頻濾波單元提取磁場信號的有效信號，信號放大單元對有效信號進行放大后通過信號輸出單元傳輸至運動載體控制器的AD通道，運動載體控制器根據接收到的信號計算運動載體相對于路徑中央導引線的偏移值，糾正運動載體回到路徑，實現自動循跡；所述信號檢測單元包含3種方向的電感線圈，分別為平行于路面且垂直于路徑的水平方向電感線圈、平行于路面且平行于路徑的垂直方向電感線圈和垂直于路面的豎直方向電感線圈，其中水平方向電感線圈必須存在，若循跡路徑中存在路徑交匯、分叉或重合的復雜路況，則垂直方向電感線圈和豎直方向電感線圈至少存在一種，所述水平方向電感線圈的個數為2N+1，N為大于等于1的整數，其中一個水平方向電感線圈設置在路徑循跡傳感器的中央，其余的2N個水平方向電感線圈對稱設置在中央的水平方向電感線圈的左右兩側，水平方向電感線圈用于計算運動載體相對于路徑中央導引線的的偏移值，所述垂直方向電感線圈和豎直方向電感線圈用于探測路徑中的復雜路況。

進一步地，所述供電單元直接采用運動載體控制器供電。

進一步地，所述信號放大單元采用集成運放和反向放大電路。

進一步地，所述信號輸出單元采用FPC接口。

進一步地，所述連接固定單元采用三通連接件形成三角穩定結構，實現路徑循跡傳感器與運動載體的固定連接。

進一步地，采用PCB電路板承載路徑循跡傳感器的各器件單元，并在電感線圈周圍設置保護擋板。

基于上述路徑循跡傳感器的循跡方法，包括以下步驟：

(1)運動載體控制器定時中斷讀取路徑循跡傳感器的輸出信號，并對讀取的數據進行預處理；