一種用於軌道行動裝置的雷射光柵定位系統的製作方法

2023-06-06 17:57:46

一種用於軌道行動裝置的雷射光柵定位系統的製作方法
【專利摘要】一種用於軌道行動裝置的雷射光柵定位系統，涉及一種雷射定位系統，包括運動導軌（1）、行動裝置（2）、雷射發射和接收模塊（3）、定位光柵條（4）。所述的運動導軌（1）用於提供行動裝置的運動約束和運動軌跡；所述的行動裝置（2）底部安裝在運動導軌上並沿運動導軌左右移動；所述的雷射發射和接收模塊（3）固定在行動裝置（2）上，用於發射雷射和接收反射雷射信號；所述的定位光柵條（4）安裝在放置待定位物體的固定物架（5）上，用於提供不同強度和形式的反射雷射信號。本發明的定位誤差小於2mm，具有較高的定位精度和可靠性，其製造成本低，尤其適用於軌道行動裝置的精確定位。
【專利說明】一種用於軌道行動裝置的雷射光柵定位系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種雷射定位系統，尤其涉及一種基於雷射全反射和漫反射原理的用於軌道行動裝置的雷射光柵精確定位系統。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術和社會的發展，大量智能行動裝置不斷湧現，如智能倉儲系統、智能圖書館系統和圖書ATM機系統等。在這些系統中，機械手、機械臂以及堆垛機等的精確定位技術至關重要，而現有的定位技術中大都採用雷射測距、運動軌跡計算和條碼掃描等方法。這些現有技術存在價格較高、定位精度和可靠性較差的缺點。

【發明內容】

[0003]本發明要解決的技術問題是:提供一種用於軌道行動裝置的雷射光柵定位系統，以解決現有技術存在的上述價格較高、定位精度和可靠性較差的不足之處。
[0004]解決上述技術問題的技術方案是:一種用於軌道行動裝置的雷射光柵定位系統，包括運動導軌、行動裝置、雷射發射和接收模塊、定位光柵條，所述的運動導軌用於提供行動裝置的運動約束和運動軌跡；所述的行動裝置底部安裝在運動導軌上並沿運動導軌左右移動；所述的雷射發射和接收模塊固定在行動裝置上，用於發射雷射和接收反射雷射信號；所述的定位光柵條安裝在放置待定位物體的固定物架上，用於提供不同強度和形式的反射雷射信號。
[0005]本發明的進一步技術方案是:所述的定位光柵條由區域I和區域II交替排列而成；所述的區域I為不吸收光的漫反射區域，該區域I上塗覆有具有反光性能的漫反射材料，以便保證在該區域I具有足夠的雷射反射強度，使每個雷射接收管都能接收到足夠強度的反射信號；所述的區域II用於提供行動裝置精確定位的標識，該區域II為全反射區域或吸收光的漫反射區域，所述的全反射區域具有較好的光學平整度，當雷射入射在該區域II上時具有良好的光學全反射性能，使其產生的一束主反射光束不能使離散分布的多個雷射接收管同時有信號輸出；所述的吸收光的漫反射區域塗覆較好吸光性能的漫反射材料，以便保證當雷射入射在該區域上時，雷射的強度被大量吸收，少量的漫反射雷射不足以使每個雷射接收管均有信號輸出。
[0006]本發明的再進一步技術方案是:所述的區域I上塗覆的漫反射材料為白色啞光塗料；所述的區域II塗覆的漫反射材料為黑色啞光塗料。
[0007]本發明的再進一步技術方案是:所述的雷射發射和接收模塊包括電源模塊、調頻模塊、調壓模塊、控制模塊、雷射發射模塊、雷射接收模塊、邏輯判斷模塊、信號放大模塊、信號輸出模塊，所述的電源模塊用於為各模塊提供電源；所述的調頻模塊、調壓模塊、控制模塊、雷射發射模塊依次連接，所述的雷射接收模塊、邏輯判斷模塊、信號放大模塊、信號輸出模塊依次連接，所述的雷射發射模塊經過調頻模塊、調壓模塊和控制模塊作用後，發射一定頻率的雷射光束，並隨行動裝置掃描定位光柵條，雷射接收模塊將定位光柵條的反射光轉換為相應的電平信號，再經邏輯判斷模塊、信號放大模塊處理後通過信號輸出模塊輸出給控制系統進行計數定位，以便由控制系統控制電機對行動裝置進行精確定位。
[0008]本發明的再進一步技術方案是:所述的雷射發射模塊包括至少一個雷射發射管。
[0009]所述的雷射接收模塊包括至少兩個雷射接收管，當雷射光束入射在定位光柵條的區域I上時，雷射接收模塊的每個雷射接收管能同時接收到一定強度的漫反射雷射信號，使每個雷射接收管同時有輸出信號；當雷射束射在定位光柵條的區域II上時，雷射接收模塊中至少有一個雷射接收管不能接收到全反射雷射信號，或每個雷射接收管都接收到不足以使其有信號輸出的漫反射雷射信號。
[0010]所述的調頻模塊用於調製雷射光束的頻率，使其在雷射接收模塊的接收頻率範圍內，以減少外界光源的幹擾；所述的調壓模塊用於調整雷射發射管的工作電壓和電流，以調節雷射發射管的光束強度；
所述的邏輯判斷模塊用於將獲取的接收管信號進行邏輯判斷，當每個雷射接收管同時接收到定位光柵條上區域I的漫反射雷射信號時，邏輯模塊輸出為高電平，當至少有一個雷射接收管接收不到定位光柵條上區域II的全反射雷射信號，或每個雷射接收管都接收到不足以使其有輸出信號的漫反射雷射信號時，邏輯模塊輸出為低電平；所述的信號放大模塊對邏輯判斷模塊輸出的電平進行信號放大處理，信號輸出模塊輸出最終信號，以便使控制系統根據高低電平的變化進行定位計算。
[0011]所述的雷射發射模塊至少有兩個雷射發射管，其中一個為正常工作狀態的雷射發射管I，另一個為備用狀態的雷射發射管II ;所述的雷射發射和接收模塊還包括有控制模塊，該控制模塊用於控制雷射發射管I和雷射發射管II的開斷，當雷射發射管I出現故障時，雷射發射管II自動投入工作，以便提高可靠性。
[0012]所述的雷射接收模塊中的雷射接收管離散布置在雷射發射管的周圍。
[0013]由於採用上述結構，本發明之一種基於軌道行動裝置的雷射光柵定位系統與現有技術相比，具有以下有益效果:
1.定位精度高:
由於本發明包括運動導軌、行動裝置、雷射發射和接收模塊、定位光柵條，工作時行動裝置沿著導軌運動，行動裝置帶著雷射發射和接收模塊一起運動，雷射發射和接收模塊向定位光柵條發射雷射，發射的雷射照射在定位光柵條的區域I上時，光束經漫反射返回被雷射發射和接收模塊的接收模塊接收，當發射的雷射照射在定位光柵條的區域II上時，雷射接收模塊中至少有一個雷射接收管不能接收到全反射雷射信號或每個雷射接收管都接收到不足以使其有信號輸出的漫反射雷射信號時，計數一次；行動裝置帶著雷射發射和接收模塊一起繼續向前運動，當下一次的雷射照射在定位光柵條的區域II上時，雷射接收模塊中至少有一個雷射接收管不能接收到全反射雷射信號或每個雷射接收管都接收到不足以使其有信號輸出的漫反射雷射信號時，又計數一次，以此類推，行動裝置繼續向前運動，控制系統將繼續計數，當計數到目標數時也就到了目標位置，從而實現行動裝置的精確定位功能。因此，本發明採用了雷射全反射和漫反射原理進行閉環精確定位控制，能使行動裝置的定位誤差小於2mm,其定位精度非常高。
[0014]2.可靠性高:
由於本發明包括運動導軌、行動裝置、雷射發射和接收模塊、定位光柵條，採用了雷射全反射和漫反射原理進行閉環精確定位控制，避免了雷射測距、運動軌跡計算和條碼掃描等定位技術所產生的誤差，其可靠性較高。
[0015]3.製造成本低:
本發明包括的器件均比較簡單，無需複雜的元件，其製造成本較低。
[0016]4.易於推廣使用:
與現有技術相比，本發明無論在製造成本、定位精度還是可靠性方面都有較大優勢，易於推廣使用，尤其適用於軌道行動裝置的精確定位。
[0017]下面，結合附圖和實施例對本發明之一種用於軌道行動裝置的雷射光柵定位系統的技術特徵作進一步的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1:本發明之一種用於軌道行動裝置的雷射光柵定位系統的結構示意圖，
圖2:實施例一所述定位光柵條的結構示意圖，
圖3:實施例一所述雷射發射和接收模塊的結構原理框圖，
圖4:實施例一所述兩個雷射發射管、多個雷射接收管的布局示意圖。
`[0019]上述附圖中，各標號如下:
1-運動導軌，2-行動裝置，3-雷射發射和接收模塊，
3.1-電源模塊， 3.2-調頻模塊， 3.3-調壓模塊，3.4-控制模塊 3.5-雷射發射模塊，3.51-雷射發射管I，3.52-雷射發射管II，
3.6-雷射接收模塊，3.61-雷射接收管，
3.7-邏輯判斷模塊，3.8-信號放大模塊，3.9-信號輸出模塊，
4-定位光柵條，4.1-區域I， 4.2-區域II，
5-固定物架。
【具體實施方式】
[0020]實施例一:
一種用於軌道行動裝置的雷射光柵定位系統，包括運動導軌1、行動裝置2、雷射發射和接收模塊3、定位光柵條4 (參見圖1)，所述的運動導軌I用於提供行動裝置的運動約束和運動軌跡；所述的行動裝置2底部安裝在運動導軌上並沿運動導軌左右移動；所述的雷射發射和接收模塊3固定在行動裝置2上，用於發射雷射和接收反射雷射信號；所述的定位光柵條4安裝在放置待定位物體的固定物架5 (如貨架、書櫃和藥品櫃等)上，用於提供不同強度和形式的反射雷射信號。
[0021]所述的定位光柵條4由區域I 4.1和區域II 4.2交替排列而成(參見圖2);所述的區域I 4.1為不吸收光的漫反射區域，該區域I 4.1上塗覆有具有反光性能的漫反射材料，該漫反射材料為白色啞光塗料，以便保證在該區域I 4.1具有足夠的雷射反射強度，使每個雷射接收管都能接收到足夠強度的反射信號；所述的區域II 4.2是用於提供行動裝置精確定位的標識，該區域II 4.2為全反射區域或吸收光的漫反射區域，所述的全反射區域是具有較好的光學平整度，當雷射入射在該區域II上時具有良好的光學全反射性能，使其產生的一束主反射光束不能使離散分布的多個雷射接收管同時有信號輸出；所述的吸收光的漫反射區域是塗覆有具有較好吸光性能的漫反射材料，該漫反射材料為黑色啞光塗料，以便保證當雷射入射在該區域上時，雷射的強度被大量吸收，少量的漫反射雷射不足以使每個雷射接收管均有信號輸出。
[0022]所述的雷射發射和接收模塊3包括電源模塊3.1、調頻模塊3.2、調壓模塊3.3、控制模塊3.4、雷射發射模塊3.5、雷射接收模塊3.6、邏輯判斷模塊3.7、信號放大模塊3.8、信號輸出模塊3.9 (參見圖3)。
[0023]所述的電源模塊3.1用於為各模塊提供電源；所述的調頻模塊3.2、調壓模塊3.3、控制模塊3.4、雷射發射模塊3.5依次連接，所述的雷射接收模塊3.6、邏輯判斷模塊3.7、信號放大模塊3.8、信號輸出模塊3.9依次連接，所述的雷射發射模塊3.5經過調頻模塊3.2、調壓模塊3.3以及控制模塊3.4作用後，發射一定頻率的雷射光束，並隨行動裝置2掃描定位光柵條4,雷射接收模塊3.6將定位光柵條4的反射光轉換為相應的電平信號,再經邏輯判斷模塊3.7、信號放大模塊3.8處理後通過信號輸出模塊3.9輸出給公知的控制系統進行計數定位，以便由控制系統控制電機對行動裝置進行精確定位。
[0024]上述的雷射發射模塊3.5包括兩個雷射發射管，其中一個為正常工作狀態的雷射發射管I 3.51，另一個為備用狀態的雷射發射管II 3.52。
[0025]上述的雷射接收模塊3.6包括多個雷射接收管3.61，該多個雷射接收管3.61離散布置在雷射發射管的周圍(參見圖4)。當雷射光束入射在定位光柵條4的區域I 4.1上時，雷射接收模塊的每個雷射接收管能同時接收到一定強度的漫反射雷射信號，使每個雷射接收管同時有輸出信號；當雷射束射在定位光柵條4的區域II 4.2上時，雷射接收模塊中至少有一個雷射接收管不能接收到全反射雷射信號，或每個雷射接收管都接收到不足以使其有信號輸出的漫反射雷射信號。
[0026]上述的調頻模塊3.2用於調製雷射光束的頻率，使其在雷射接收模塊的接收頻率範圍內，以減少外界光源的幹擾。
[0027]上述的調壓模塊3.3用於調整雷射發射管的工作電壓和電流，以調節雷射發射管的光束強度。
[0028]上述的控制模塊3.4用於控制雷射發射管I 3.51和雷射發射管II 3.52的開斷，當雷射發射管I 3.51出現故障時，雷射發射管II 3.52自動投入工作，以便提高可靠性。
[0029]上述的邏輯判斷模塊3.7用於將獲取的接收管信號進行邏輯判斷，當每個雷射接收管同時接收到定位光柵條4上區域I 4.1的漫反射雷射信號時，邏輯判斷模塊3.7輸出為高電平，當至少有一個雷射接收管接收不到定位光柵條4上區域II 4.2的全反射雷射信號，或每個雷射接收管都接收到不足以使其有輸出信號的漫反射雷射信號時，邏輯判斷模塊3.7輸出為低電平。
[0030]上述的信號放大模塊3.8對邏輯判斷模塊3.7輸出的電平進行信號放大處理，信號輸出模塊3.9輸出最終信號，以便使控制系統根據高低電平的變化進行定位計算。
[0031]作為本實施例一的一種變換，所述的雷射發射管和雷射接收管的數量可以增加或減少，但所述的雷射發射模塊3.5包括至少一個雷射發射管；所述的雷射接收模塊3.6包括至少兩個雷射接收管，以提高可靠性。
[0032]本發明之一種用於軌道行動裝置的雷射光柵定位系統的工作原理如下:
工作時行動裝置沿著導軌運動，行動裝置帶著雷射發射和接收模塊一起運動，雷射發射和接收模塊向定位光柵條發射雷射，發射的雷射照射在定位光柵條的區域I上時，光線經漫反射返回被雷射發射和接收模塊的接收模塊接收，當發射的雷射照射在定位光柵條的區域II上時，雷射接收模塊中至少有一個雷射接收管不能接收到全反射雷射信號或每個雷射接收管都接收到不足以使其有信號輸出的漫反射雷射信號時，計數一次；行動裝置帶著雷射發射和接收模塊一起繼續向前運動，當下一次的雷射照射在定位光柵條的區域II上時，雷射接收模塊中至少有一個雷射接收管不能接收到全反射雷射信號或每個雷射接收管都接收到不足以使其有信號輸出的漫反射雷射信號時，又計數一次，以此類推，行動裝置繼續向前運動，控制系統將繼續計數，當計數到目標數時也就到了目標位置，從而可實現行動裝置的精確定位功能。
【權利要求】
1.一種用於軌道行動裝置的雷射光柵定位系統，其特徵在於:包括運動導軌(I)、行動裝置(2)、雷射發射和接收模塊(3)、定位光柵條(4)，所述的運動導軌(I)用於提供行動裝置的運動約束和運動軌跡；所述的行動裝置(2)底部安裝在運動導軌上並沿運動導軌左右移動；所述的雷射發射和接收模塊(3)固定在行動裝置(2)上，用於發射雷射和接收反射雷射信號；所述的定位光柵條(4)安裝在放置待定位物體的固定物架(5)上，用於提供不同強度和形式的反射雷射信號。
2.根據權利要求1所述的一種用於軌道行動裝置的雷射光柵定位系統，其特徵在於:所述的定位光柵條(4)由區域I (4.1)和區域II (4.2)交替排列而成；所述的區域I (4.1)為不吸收光的漫反射區域，該區域I (4.1)上塗覆有具有反光性能的漫反射材料，以便保證在該區域I (4.1)具有足夠的雷射反射強度，使每個雷射接收管都能接收到足夠強度的反射信號；所述的區域II (4.2)用於提供行動裝置精確定位的標識，該區域II (4.2)為全反射區域或吸收光的漫反射區域，所述的全反射區域具有較好的光學平整度，當雷射入射在該區域II上時具有良好的光學全反射性能，使其產生的一束主反射光束不能使離散分布的多個雷射接收管同時有信號輸出；所述的吸收光的漫反射區域塗覆較好吸光性能的漫反射材料，以便保證當雷射入射在該區域上時，雷射的強度被大量吸收，少量的漫反射雷射不足以使每個雷射接收管均有信號輸出。
3.根據權利要求2所述的一種用於軌道行動裝置的雷射光柵定位系統，其特徵在於:所述的區域I (4.1)上塗覆的漫反射材料為白色啞光塗料；所述的區域II (4.2)塗覆的漫反射材料為黑色啞光塗料。
4.根據權利要求2，所述的一種用於軌道行動裝置的雷射光柵定位系統，其特徵在於:所述的雷射發射和接收模塊(3)包括電源模塊(3.1)、調頻模塊(3.2)、調壓模塊(3.3)、控制模塊(3.4)、雷射發射模塊(3.5)、雷射接收模塊(3.6)、邏輯判斷模塊(3.7)、信號放大模塊(3.8)、信號輸出模塊(3.9)，所述的電源模塊(3.1)用於為各模塊提供電源；所述的調頻模塊(3.2)、調壓模塊(3.3)、控制模塊(3.4)、雷射發射模塊(3.5)依次連接，所述的雷射接收模塊(3.6)、邏輯判斷模塊(.3.7)、信號放大模塊(3.8)、信號輸出模塊(3.9)依次連接，所述的雷射發射模塊(3.5)經過調頻模塊(3.2)、調壓模塊(3.3)和控制模塊(3.4)作用後，發射一定頻率的雷射光束，並隨行動裝置(2)掃描定位光柵條(4)，雷射接收模塊(3.6)將定位光柵條(4)的反射光轉換為相應的電平信號，再經邏輯判斷模塊(3.7)、信號放大模塊(3.8)處理後通過信號輸出模塊(3.9)輸出給控制系統進行計數定位，以便由控制系統控制電機對行動裝置進行精確定位。
5.根據權利要求4所述的一種用於軌道行動裝置的雷射光柵定位系統，其特徵在於:所述的雷射發射模塊(3.5)包括至少一個雷射發射管。
6.根據權利要求4所述的一種用於軌道行動裝置的雷射光柵定位系統，其特徵在於:所述的雷射接收模塊(3.6)包括至少兩個雷射接收管(3.61)，當雷射光束入射在定位光柵條(4)的區域I (4.1)上時，雷射接收模塊的每個雷射接收管能同時接收到一定強度的漫反射雷射信號，使每個雷射接收管同時有輸出信號；當雷射束入射在定位光柵條(4)的區域II (4.2)上時，雷射接收模塊中至少有一個雷射接收管不能接收到全反射雷射信號，或每個雷射接收管都接收到不足以使其有信號輸出的漫反射雷射信號。
7.根據權利要求4所述的一種用於軌道行動裝置的雷射光柵定位系統，其特徵在於:所述的調頻模塊(3.2)用於調製雷射光束的頻率，使其在雷射接收模塊的接收頻率範圍內，以減少外界光源的幹擾；所述的調壓模塊(3.3)用於調整雷射發射管的工作電壓和電流，以調節雷射發射管的光束強度。
8.根據權利要求4所述的一種用於軌道行動裝置的雷射光柵定位系統，其特徵在於:所述的邏輯判斷模塊(3.7)用於將獲取的接收管信號進行邏輯判斷，當每個雷射接收管同時接收到定位光柵條(4)上區域I (4.1)的漫反射雷射信號時，邏輯判斷模塊(3.7)輸出為高電平，當至少有一個雷射接收管接收不到定位光柵條(4)上區域II (4.2)的全反射雷射信號，或每個雷射接收管都接收到不足以使其有輸出信號的漫反射雷射信號時，邏輯判斷模塊(3.7)輸出為低電平；所述的信號放大模塊(3.8)對邏輯判斷模塊(3.7)輸出的電平進行信號放大處理，信號輸出模塊(3.9)輸出最終信號，以便使控制系統根據高低電平的變化進行定位計算。
9.根據權利要求4所述的一種用於軌道行動裝置的雷射光柵定位系統，其特徵在於:所述的雷射發射模塊(3.5)至少有兩個雷射發射管，其中一個為正常工作狀態的雷射發射管I (3.51)，另一個為備用狀態的雷射發射管II (3.52)，通過控制模塊(3.4)控制雷射發射管I (3.51)和雷射發射管11(3.52)的開斷，當雷射發射管I (3.51)出現故障時，雷射發射管II (3.52)自動投入工作，以便提高可靠性。
10.根據權利要求6所述的一種用於軌道行動裝置的雷射光柵定位系統，其特徵在於:所述的雷射接收模塊(3.6)中 的雷射接收管(3.61)離散布置在雷射發射管的周圍。
【文檔編號】G05D3/12GK103439980SQ201310361426
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月19日 優先權日:2013年8月19日
【發明者】向風帆, 向宇, 張彥會, 伍松, 王鎮江 申請人:向風帆, 向宇