專利名稱：環(huán)形陣列磁導(dǎo)引裝置及其導(dǎo)引磁標(biāo)識別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可用于智能車輛和自動導(dǎo)引車導(dǎo)引檢測的磁導(dǎo)引裝置及其導(dǎo)引 磁標(biāo)識別方法，屬于自動化輸送裝備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自動導(dǎo)引技術(shù)的研究始于20世紀(jì)50年代的美國，1卯4年Barret Electronics 公司研制了第一臺用于貨物輸送的自動導(dǎo)引車，隨后自動導(dǎo)引車的應(yīng)用擴(kuò)展到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng) 域，1974年瑞典的Volvo Kalmar轎車裝配廠采用自動導(dǎo)引車作為自動裝配線的載運(yùn)工具。 從八十年代開始，美國國防部開始了地面無人作戰(zhàn)平臺的研究，主要針對適應(yīng)不同地形的 自主導(dǎo)航的智能車輛。自動導(dǎo)引技術(shù)始終是智能車輛和自動導(dǎo)引車領(lǐng)域研究的核心技術(shù)，目前比較常用 的導(dǎo)引方式有視覺導(dǎo)弓丨、激光導(dǎo)弓丨、電磁導(dǎo)弓丨、光學(xué)導(dǎo)引和磁導(dǎo)引等。每種導(dǎo)引方式都有各 自的優(yōu)勢和不足，面向不同的應(yīng)用領(lǐng)域。磁導(dǎo)引方式的基本思想是在運(yùn)行路徑上設(shè)置一定 寬度和厚度的磁條或者一定直徑和高度的磁釘作為導(dǎo)引信號，利用安裝在自動導(dǎo)引車上的 磁導(dǎo)引裝置檢測自動導(dǎo)引車與磁導(dǎo)引路徑的位置關(guān)系，根據(jù)偏差調(diào)節(jié)自動導(dǎo)引車的運(yùn)行姿 態(tài)，實(shí)現(xiàn)自動導(dǎo)引車對磁導(dǎo)引路徑的跟蹤行走。磁導(dǎo)引的處理計(jì)算較為簡單，路徑設(shè)置具有 一定的柔性，技術(shù)可靠性較高，應(yīng)用成本較低。因此，出現(xiàn)了不少針對智能車輛和自動導(dǎo)引 車研究磁導(dǎo)引技術(shù)的專利和論文。ZL94232045.X公開的“自動導(dǎo)引車磁導(dǎo)航傳感器”，采用兩個(gè)對稱的磁飽和線 圈檢測磁帶磁場。ZL(^8M893.7公開的“無人駕駛車輛導(dǎo)向系統(tǒng)和方法”，采用兩個(gè)磁 敏電阻作為檢測元件，且保持這兩個(gè)元件的軸線相交于車輛導(dǎo)向點(diǎn)上，裝配要求很高。 ZL200610019775. 9公開的“磁道釘定位導(dǎo)航二維磁傳感器”，采用鐵芯軸線相互垂直的兩個(gè) 線圈磁檢測裝置檢測磁道釘?shù)拇艌鲂盘?。ZL200610019983. 9公開的“混合型磁道釘定位導(dǎo) 航二維磁傳感器”，采用軸線相互垂直的線圈磁檢測裝置和霍爾元件磁檢測裝置檢測磁道 釘?shù)拇艌鲂盘?。ZL200810050826. 3公開的“磁導(dǎo)引傳感器”，采用直線形平行排列等距離分 布的多個(gè)磁檢測元件檢測磁帶磁場。上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文“基于磁阻傳感器陣列的 車輛自主導(dǎo)航系統(tǒng)研究”，采用間距不同的兩組磁阻傳感器，兩端4個(gè)傳感器之間的間距為 15cm，中間9個(gè)傳感器之間的距離為5cm。常用的磁檢測元件有集成霍爾器件、磁敏電阻和磁敏二極管等，每種磁檢測元件 的原理不同，但都可將磁場信號轉(zhuǎn)化為電壓信號。磁檢測元件的輸出主要有模擬輸出和開 關(guān)輸出，前者輸出的電壓信號的極性、大小與磁場信號極性、大小有關(guān)，后者輸出與磁場信 號是否存在相關(guān)的開關(guān)電壓信號。對恒定溫度，在線性磁檢測元件的工作范圍內(nèi)，輸出的電 壓信號可與磁場強(qiáng)度保持一定的線性關(guān)系。然而，磁場強(qiáng)度與車體位置姿態(tài)偏差大小的關(guān)系卻十分復(fù)雜。2008年第觀卷第4期《宇航計(jì)測技術(shù)》的“基于磁檢測的自動導(dǎo)引車導(dǎo)引新方 法”，采用一個(gè)單軸磁阻傳感器HMC1021和一個(gè)雙軸磁阻傳感器HMC1022組成一種三軸磁 檢測裝置，HMC1021的敏感軸線垂直于HMC1022的兩個(gè)敏感軸線所構(gòu)成的平面，由HMC1021 檢測AGV高度方向(Z軸)的磁場信號，由HMC1022檢測車體前進(jìn)方向(Y軸)和水平方向(X 軸)的磁場信號。該論文分別對車體的水平偏移和角度偏轉(zhuǎn)狀態(tài)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，三軸磁場 強(qiáng)度的變化與橫向位置偏差、姿態(tài)角偏差的關(guān)系十分復(fù)雜，不僅是非線性的，而且是非單調(diào) 的。在車體同時(shí)存在水平偏移和角度偏轉(zhuǎn)的情況下，僅根據(jù)磁場強(qiáng)度計(jì)算的橫向位置偏差 和姿態(tài)角偏差的可信度不高。因此，大部分文獻(xiàn)還是根據(jù)磁檢測元件檢測的磁場強(qiáng)度判斷 導(dǎo)引路徑的位置，進(jìn)而計(jì)算車體與導(dǎo)引路徑的橫向位置偏差。上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文“基于磁阻傳感器陣列的車輛自主導(dǎo)航系統(tǒng)研究”，針 對變間距直線陣列的磁阻傳感器，提出一種改進(jìn)的序列閾值算法，通過設(shè)定閾值來細(xì)分區(qū) 間，計(jì)算輸出結(jié)果次大的與最大的兩相鄰傳感器測量到的豎直方向磁場強(qiáng)度之比，將傳感 器比值與閾值進(jìn)行比較，確定磁釘與磁阻傳感器陣列的位置關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)車輛橫向位置 偏差的測量。然而，該方法的閾值不容易確定，且與磁檢測裝置的配置有關(guān)。為此，該論文 又提出一種序列磁場比值算法。首先利用序列算法來對各傳感器的輸出進(jìn)行排序，找出輸 出值最大及次大的傳感器，根據(jù)磁釘與傳感器陣列的相對位置關(guān)系，可以確定磁釘是位于 這兩傳感器之間，然后計(jì)算這兩傳感器豎直方向與水平方向的磁場乘積比值，建立比值與 橫向位置偏差的函數(shù)關(guān)系，從而提高橫向位置偏差的測量精度?？梢?，該論文將磁場強(qiáng)度和 傳感器陣列位置結(jié)合起來，但只是針對橫向距離偏差，而沒有考慮姿態(tài)角偏差。2009年第30卷第4期《儀器儀表學(xué)報(bào)》的“護(hù)士助手機(jī)器人磁導(dǎo)航方法研究”， 將16個(gè)線性霍爾器件UGN3503U以1. 7cm間距交叉排列在長32. 2cm的磁尺上，并將兩個(gè)磁 尺固定在機(jī)器人底盤的前后兩端，通過前后磁尺檢測機(jī)器人軸線偏離導(dǎo)引路徑的偏移量Ll 和L2，再結(jié)合兩磁尺間距L，則可計(jì)算機(jī)器人中心的橫向位置偏差和姿態(tài)角偏差。然而，該 方法僅限于直線路徑的偏差計(jì)算?，F(xiàn)有磁導(dǎo)引裝置主要采用四類布局方式(1)采用兩個(gè)磁檢測元件，或者對稱安 裝，或者使兩者軸線相交于車輛導(dǎo)向點(diǎn)，或者垂直安裝。(2)采用單軸磁檢測元件和雙軸磁 檢測元件垂直安裝，構(gòu)成三軸磁檢測裝置。(3)采用多個(gè)磁檢測元件沿單根直線平行排列。 (4)采用多個(gè)磁檢測元件沿多根直線平行排列。對于布局方式(1)和(3)，現(xiàn)有的磁導(dǎo)引方 法主要研究橫向位置偏差的計(jì)算。對于布局方式(2)和(4)，現(xiàn)有的磁導(dǎo)引方法主要研究橫 向位置偏差和姿態(tài)角偏差的計(jì)算。然而這些位置姿態(tài)偏差的計(jì)算只是針對直線路徑模型， 沒有考慮實(shí)際中應(yīng)用廣泛的弧形路徑模型。而且，更沒有考慮實(shí)際中的單分支、多分支路口 的轉(zhuǎn)向磁標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，針對不同形狀、形式、類型的路徑磁 標(biāo)、轉(zhuǎn)向磁標(biāo)、編碼磁標(biāo)，提供一種信息容量大、識別精度高、計(jì)算量小、可靠性好的磁導(dǎo)引 裝置，以及利用該裝置進(jìn)行編碼信息識別、位置姿態(tài)偏差計(jì)算、路口轉(zhuǎn)向信息識別的方法。一種環(huán)形陣列磁導(dǎo)引裝置，包括殼體，殼體內(nèi)布置由若干個(gè)第一磁檢測元件CfCn組成的環(huán)形陣列，每個(gè)第一磁檢測元件的檢測區(qū)域中心與圓心的連線之間的夾角相等，沿 環(huán)形陣列的水平直徑方向布置由若干個(gè)第二磁檢測元件LfLm組成的直線陣列，第一磁檢 測元件組成的環(huán)形陣列和第二磁檢測元件組成的直線陣列共同組成路徑磁標(biāo)檢測部分；殼 體的外部布置兩個(gè)第三磁檢測元件Bi、B2，與第二磁檢測元件組成的直線陣列位于同一水 平線上，構(gòu)成編碼磁標(biāo)檢測部分；殼體上布置若干個(gè)第四磁檢測元件EfEt組成的環(huán)境磁 場檢測部分、溫度檢測元件，路徑磁標(biāo)檢測部分、編碼磁標(biāo)檢測部分、環(huán)境磁場檢測部分、溫 度檢測元件分別與信號處理電路連接。本發(fā)明路徑磁標(biāo)檢測部分、編碼磁標(biāo)檢測部分、環(huán)境磁場檢測部分、溫度檢測元件 的信號輸出端分別連接運(yùn)算放大器Opl Ops，運(yùn)算放大器Opl Ops的信號輸出連接到多路 模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADfADr和微控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器引腳，多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADfADr的信號輸出 連接到微控制器的通信接口 ；根據(jù)溫度檢測元件的電壓值計(jì)算環(huán)境溫度值，根據(jù)當(dāng)前環(huán)境 溫度選擇相應(yīng)的電壓一磁場強(qiáng)度的計(jì)算關(guān)系，計(jì)算每個(gè)磁檢測元件檢測的磁場強(qiáng)度，根據(jù) 第四磁檢測元件EfEt檢測的磁場強(qiáng)度計(jì)算環(huán)境磁場強(qiáng)度，從第一磁檢測元件Cf Cru第二 磁檢測元件LfLm、第三磁檢測元件B1、B2檢測的磁場強(qiáng)度中減去環(huán)境磁場強(qiáng)度，得到實(shí)際 磁場強(qiáng)度，再根據(jù)磁場強(qiáng)度一距離的計(jì)算關(guān)系計(jì)算磁檢測元件檢測到的磁信號與其之間的 距離范圍，即導(dǎo)引磁標(biāo)與磁檢測元件陣列形狀的交點(diǎn)范圍。本發(fā)明通過其中一個(gè)第三磁檢測元件Bl檢測作為編碼磁標(biāo)有效識別信號的單根 磁條，在有效識別信號存在的時(shí)間內(nèi)，通過另一個(gè)第三磁檢測元件B2檢測作為編碼信號的 若干個(gè)磁塊，根據(jù)磁塊的信號類型和排序方式進(jìn)行信息編碼，描述路徑磁標(biāo)的路徑信息、轉(zhuǎn) 向磁標(biāo)的路口信息、工位磁標(biāo)的工位信息、運(yùn)行磁標(biāo)的運(yùn)行信息。本發(fā)明根據(jù)磁標(biāo)的路徑形狀信息，通過第一磁檢測元件CfCn檢測直線路徑磁標(biāo) 與其環(huán)形陣列相交的兩個(gè)交點(diǎn)范圍Ldl和Ld2，通過第二磁檢測元件LfLm檢測直線路徑磁 標(biāo)與其直線陣列相交的另一個(gè)交點(diǎn)范圍Ld3，由Ldl、Ld2、Ld3三個(gè)交點(diǎn)范圍擬合直線路徑， 計(jì)算磁導(dǎo)引裝置相對于直線路徑的橫向位置偏差和姿態(tài)角偏差。本發(fā)明根據(jù)磁標(biāo)的路徑形狀信息，通過第一磁檢測元件CfCn檢測弧形路徑磁標(biāo) 與其環(huán)形陣列相交的兩個(gè)交點(diǎn)范圍Cdl和Cd2，通過第二磁檢測元件LfLm檢測弧形路徑磁 標(biāo)與其直線陣列相交的另一個(gè)交點(diǎn)范圍Cd3，由Cdl、Cd2、Cd3三個(gè)交點(diǎn)范圍擬合弧形路徑， 計(jì)算弧形路徑的半徑R和圓弧方向，計(jì)算磁導(dǎo)引裝置相對于弧形路徑的橫向位置偏差和姿 態(tài)角偏差。本發(fā)明根據(jù)磁標(biāo)的路口形狀信息，通過第一磁檢測元件CfCn的下半部分檢測垂 直直線路徑磁標(biāo)與其環(huán)形陣列下半圓周的交點(diǎn)范圍Ld4，通過第二磁檢測元件LfLm檢測 垂直直線路徑磁標(biāo)與其直線陣列的交點(diǎn)范圍Ld5，由Ld4和Ld5兩個(gè)交點(diǎn)范圍擬合垂直直線 路徑，計(jì)算磁導(dǎo)引裝置相對于垂直直線路徑的橫向位置偏差和姿態(tài)角偏差；
通過第一列磁檢測元件CfCn的上半部分檢測水平直線路徑磁標(biāo)與其環(huán)形陣列上半 圓周的交點(diǎn)范圍Ld6，由交點(diǎn)范圍Ld6擬合正交于垂直直線路徑的水平直線路徑，識別單分 支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)的轉(zhuǎn)向方向，計(jì)算水平直線路徑在垂直方向上的位置；當(dāng)水平直線路徑接 近環(huán)形陣列的水平直徑方向時(shí)，第二磁檢測元件LfLm的左側(cè)或右側(cè)部分的多個(gè)元件將同 時(shí)檢測到磁信號，以此作為單分支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)在磁導(dǎo)引裝置檢測區(qū)域中心的定位信號。本發(fā)明根據(jù)磁標(biāo)的路口形狀信息和分支信息，通過第一磁檢測元件CfCn的下半
7部分檢測垂直直線路徑磁標(biāo)與其環(huán)形陣列下半圓周的交點(diǎn)范圍Ld4，通過第二磁檢測元件 LfLm檢測垂直直線路徑磁標(biāo)與其直線陣列的交點(diǎn)范圍Ld5，通過第一磁檢測元件CfCn的 上半部分檢測水平直線路徑磁標(biāo)與其環(huán)形陣列上半圓周的交點(diǎn)范圍Ld6和Ld7，再檢測垂 直直線路徑磁標(biāo)與其上半圓周的交點(diǎn)范圍LdS ；如果交點(diǎn)范圍LdS存在，則說明多分支直角 轉(zhuǎn)向磁標(biāo)存在向前直線分支，由Ld4、Ld5和Ld8三個(gè)交點(diǎn)范圍擬合垂直直線路徑；如果交 點(diǎn)范圍LdS不存在，則說明多分支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)不存在向前直線分支，由Ld4和Ld5兩個(gè)交 點(diǎn)范圍擬合垂直直線路徑，計(jì)算磁導(dǎo)引裝置相對于該垂直直線路徑的橫向位置偏差和姿態(tài) 角偏差；由Ld6和Ld7兩個(gè)交點(diǎn)范圍擬合正交于垂直直線路徑的水平直線路徑，識別多分 支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)的左、右轉(zhuǎn)向方向，計(jì)算水平直線路徑在垂直方向上的位置。當(dāng)水平直線路 徑接近環(huán)形陣列的水平直徑方向時(shí)，第二磁檢測元件LfLm的多個(gè)元件將同時(shí)檢測到磁信 號，以此作為多分支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)在磁導(dǎo)引裝置檢測區(qū)域中心的定位信號。本發(fā)明根據(jù)磁標(biāo)的路口形狀信息和分支信息，通過第一磁檢測元件CfCn的下 半部分檢測直線路徑磁標(biāo)與其環(huán)形陣列下半圓周的交點(diǎn)范圍Ld4，通過第二磁檢測元件 LfLm檢測直線路徑磁標(biāo)與其直線陣列的交點(diǎn)范圍Ld5，通過第一磁檢測元件CfCn的上半 部分檢測直線路徑磁標(biāo)與其環(huán)形陣列上半圓周的交點(diǎn)范圍LdS ；如果交點(diǎn)范圍LdS存在，則 說明多分支圓弧轉(zhuǎn)向磁標(biāo)14存在向前直線分支，由Ld4、Ld5和Ld8三個(gè)交點(diǎn)范圍擬合直線 路徑；如果交點(diǎn)范圍LdS不存在，則說明多分支圓弧轉(zhuǎn)向磁標(biāo)不存在向前直線分支，由Ld4 和Ld5兩個(gè)交點(diǎn)范圍擬合直線路徑；計(jì)算磁導(dǎo)引裝置相對于該直線路徑的橫向位置偏差和 姿態(tài)角偏差；
通過第一磁檢測元件CfCn的左半部分檢測左弧形路徑磁標(biāo)與其環(huán)形陣列左半圓周 的交點(diǎn)范圍Cd4，通過第二磁檢測元件L廣Lm的左側(cè)部分檢測左弧形路徑磁標(biāo)與其直線陣 列的交點(diǎn)范圍Cd5，通過第一磁檢測元件CfCn的右半部分檢測右弧形路徑磁標(biāo)與環(huán)形陣 列其右半圓周的交點(diǎn)范圍Cd6，通過第二磁檢測元件LfLm的右側(cè)部分檢測右弧形路徑磁 標(biāo)與其直線陣列的交點(diǎn)范圍Cd7 ；由Cd4和Cd5兩個(gè)交點(diǎn)范圍擬合相切于直線路徑的左弧 形路徑，計(jì)算左弧形路徑的半徑Rl和圓弧方向，計(jì)算磁導(dǎo)引裝置相對于左弧形路徑的橫向 位置偏差和姿態(tài)角偏差；由Cd6和Cd7兩個(gè)交點(diǎn)范圍擬合相切于直線路徑的右弧形路徑，計(jì) 算右弧形路徑的半徑R2和圓弧方向，計(jì)算磁導(dǎo)引裝置相對于右弧形路徑的橫向位置偏差 和姿態(tài)角偏差。本發(fā)明根據(jù)磁標(biāo)的路口形狀信息和分支信息，并綜合利用識別多分支直角轉(zhuǎn)向磁 標(biāo)13的方法與識別多分支圓弧轉(zhuǎn)向磁標(biāo)14的方法，識別同時(shí)包含直角轉(zhuǎn)向分支和圓弧轉(zhuǎn) 向分支的多分支綜合轉(zhuǎn)向磁標(biāo)15 ；擬合垂直直線路徑，計(jì)算磁導(dǎo)引裝置相對于垂直直線路 徑的橫向位置偏差和姿態(tài)角偏差；擬合水平直線路徑，識別多分支綜合轉(zhuǎn)向磁標(biāo)的左、右直 角轉(zhuǎn)向方向，計(jì)算水平直線路徑在垂直方向上的位置；擬合左、右弧形路徑，識別多分支綜 合轉(zhuǎn)向磁標(biāo)的左、右圓弧轉(zhuǎn)向方向，計(jì)算左弧形路徑的半徑R1、右弧形路徑的半徑R2和圓 弧方向，計(jì)算磁導(dǎo)引裝置相對于左弧形路徑的橫向位置偏差、右弧形路徑的橫向位置偏差、 左姿態(tài)角偏差、右姿態(tài)角偏差。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明裝置采用一組磁檢測元件沿圓周方向均勻排列，再采用另一組磁檢測元件沿圓 周的水平直徑方向在圓周內(nèi)平行排列，還有兩個(gè)磁檢測元件沿圓周的水平直徑方向分布在圓周外的左、右兩側(cè)，將磁場信號檢測和傳感器陣列位置計(jì)算相結(jié)合。本發(fā)明不僅公開了一 種可靠性高和信息容量大的編碼磁標(biāo)識別方法，還提出了一種識別精度高的直線路徑識別 方法和一種計(jì)算弧形路徑的曲線形態(tài)、位置姿態(tài)偏差的識別方法，而且提出了一種可同時(shí) 識別直角轉(zhuǎn)向信息和圓弧轉(zhuǎn)向信息的轉(zhuǎn)向磁標(biāo)識別方法。


圖1是本發(fā)明裝置的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明裝置的正視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明裝置的信號處理電路示意圖。圖4是本發(fā)明裝置識別編碼磁標(biāo)的檢測方法示意圖。圖5是本發(fā)明裝置計(jì)算直線路徑磁標(biāo)位置姿態(tài)偏差的示意圖。圖6是本發(fā)明裝置計(jì)算弧形路徑磁標(biāo)位置姿態(tài)偏差的示意圖。圖7是本發(fā)明裝置識別單分支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)的檢測方法示意圖。圖8是本發(fā)明裝置識別多分支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)的檢測方法示意圖。圖9是本發(fā)明裝置識別多分支圓弧轉(zhuǎn)向磁標(biāo)的檢測方法示意圖。圖10是本發(fā)明裝置識別多分支綜合轉(zhuǎn)向磁標(biāo)的檢測方法示意圖。圖中標(biāo)號名稱Cl Cn為組成環(huán)形陣列的磁檢測元件，L廣Lm為組成直線陣列的磁 檢測元件，B1、B2為針對編碼磁標(biāo)的磁檢測元件，EfEt為針對環(huán)境磁場的磁檢測元件，T為 溫度檢測元件，1為信號處理電路，2為磁導(dǎo)引裝置的底面，3為環(huán)形陣列的圓周，C為每個(gè)磁 檢測元件的檢測區(qū)域中心，0為環(huán)形陣列的圓心，4為環(huán)形陣列的半徑方向，θ為相鄰磁檢 測元件之間的圓心夾角，5為環(huán)形陣列的水平直徑方向，6為環(huán)形陣列的垂直直徑方向，7為 磁導(dǎo)引裝置的側(cè)壁，8為信號處理電路的通信接口，9為導(dǎo)引磁信號與磁檢測元件之間的距 離范圍，10為直線路徑磁標(biāo)，11為弧形路徑磁標(biāo)，12為單分支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)，13為多分支直 角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)，14為多分支圓弧轉(zhuǎn)向磁標(biāo)，15為多分支綜合轉(zhuǎn)向磁標(biāo)，16為編碼磁標(biāo)，17為編 碼磁標(biāo)的有效識別信號，18為編碼磁標(biāo)的編碼信號，LdU Ld2、Ld3為直線路徑磁標(biāo)與磁檢 測元件環(huán)形陣列、直線陣列的交點(diǎn)范圍，19為磁導(dǎo)引裝置相對于直線路徑的橫向位置偏差， 20為磁導(dǎo)引裝置相對于直線路徑的姿態(tài)角偏差，Cdl、Cd2、Cd3為弧形路徑磁標(biāo)與磁檢測元 件環(huán)形陣列、直線陣列的交點(diǎn)范圍，R為弧形路徑的半徑，21為磁導(dǎo)引裝置相對于弧形路徑 的橫向位置偏差，22為磁導(dǎo)引裝置相對于弧形路徑的姿態(tài)角偏差，Ld4、Ld5、LdS為直角轉(zhuǎn) 向磁標(biāo)的垂直直線路徑與磁檢測元件環(huán)形陣列、直線陣列的交點(diǎn)范圍，Ld6、Ld7為直角轉(zhuǎn)向 磁標(biāo)的水平直線路徑與磁檢測元件環(huán)形陣列的交點(diǎn)范圍，23為直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)在磁導(dǎo)引裝置 檢測區(qū)域中心的定位信號，Cd4、Cd5為左弧形路徑磁標(biāo)與磁檢測元件環(huán)形陣列、直線陣列的 交點(diǎn)范圍，Rl為左弧形路徑的半徑，24為磁導(dǎo)引裝置相對于左弧形路徑的橫向位置偏差， 25為磁導(dǎo)引裝置相對于左弧形路徑的姿態(tài)角偏差，Cd6、Cd7為右弧形路徑磁標(biāo)與磁檢測元 件環(huán)形陣列、直線陣列的交點(diǎn)范圍，R2為右弧形路徑的半徑，26為磁導(dǎo)引裝置相對于右弧 形路徑的橫向位置偏差，27為磁導(dǎo)引裝置相對于右弧形路徑的姿態(tài)角偏差。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明
參照圖1，本發(fā)明的環(huán)形陣列磁導(dǎo)引裝置采用多個(gè)磁檢測元件組成環(huán)形陣列、直線陣 列、直線外延端點(diǎn)三個(gè)磁檢測區(qū)域。其中，第一磁檢測元件CfCn安裝在磁導(dǎo)引裝置的底面 2上，本實(shí)施例中ri=16，沿直徑為D的圓周3方向均勻分布，每個(gè)磁檢測元件的檢測區(qū)域中 心C與圓心0的連線處于圓周的半徑方向4，且相鄰連線之間的夾角θ相等。第二磁檢測 元件LfLm安裝在磁導(dǎo)引裝置的底面2，本實(shí)施例中m=6，沿圓周的水平直徑方向5平行排 列，等距離分布在圓周3內(nèi)，圓心位置無磁檢測元件，在圓心兩側(cè)的磁檢測元件沿垂直直徑 方向6對稱。第三磁檢測元件Bl和B2安裝在磁導(dǎo)引裝置的底面2，沿圓周的水平直徑方向 分布在圓周外的左、右兩端點(diǎn)。第一磁檢測元件Cf Cru第二磁檢測元件LfLm和第三磁檢 測元件B1、B2的敏感軸線與磁導(dǎo)引裝置的底面垂直。參照圖2，本發(fā)明的環(huán)形陣列磁導(dǎo)引裝置除了包含第一磁檢測元件CfCru第二磁 檢測元件LfLm和第三磁檢測元件Bi、B2多個(gè)檢測導(dǎo)引磁標(biāo)的磁檢測元件外，還包含均勻 分布在磁導(dǎo)引裝置的四周側(cè)壁7上的第四磁檢測元件EfEt和溫度檢測元件T，E1飛t用于 檢測磁導(dǎo)引裝置所處空間的環(huán)境磁場強(qiáng)度，T用于檢測磁導(dǎo)引裝置所處空間的環(huán)境溫度。此 外，磁導(dǎo)引裝置的中部還安裝有處理磁檢測元件和溫度檢測元件輸出信號的信號處理電路 1，信號處理電路1中包含可與外部控制裝置進(jìn)行信號傳輸?shù)耐ㄐ沤涌?8。參照圖3，本發(fā)明的信號處理電路1包含多個(gè)運(yùn)算放大器Opl Ops、多路模數(shù)轉(zhuǎn)換 器ADfADr、微控制器MCU和其他輔助電路。磁檢測元件Cl Cn、L廣Lm、Bl和B2、El Et以 及溫度檢測元件T的信號輸出連接到各自的運(yùn)算放大器Opl Ops，運(yùn)算放大器Op廣Ops的 信號輸出連接到多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADfADr和微控制器MCU的模數(shù)轉(zhuǎn)換器引腳，多路模數(shù)轉(zhuǎn) 換器ADfADr的信號輸出連接到微控制器MCU的通信接口，微控制器MCU可通過模擬輸出 接口、串行通信接口和總線通信接口等連接外部控制裝置。微控制器MCU的程序中包含電 壓一溫度的計(jì)算關(guān)系、不同溫度下電壓一磁場強(qiáng)度的計(jì)算關(guān)系、磁場強(qiáng)度一距離的計(jì)算關(guān) 系。根據(jù)溫度檢測元件T的電壓值計(jì)算環(huán)境溫度值。根據(jù)當(dāng)前環(huán)境溫度選擇相應(yīng)的電壓一 磁場強(qiáng)度的計(jì)算關(guān)系，計(jì)算每個(gè)磁檢測元件檢測的磁場強(qiáng)度。根據(jù)磁檢測元件EfEt檢測 的磁場強(qiáng)度計(jì)算環(huán)境磁場強(qiáng)度。從磁檢測元件CfCruLnjiuBl和B2檢測的磁場強(qiáng)度中減 去環(huán)境磁場強(qiáng)度，得到實(shí)際磁場強(qiáng)度。參照圖4，編碼磁標(biāo)16由單根磁條17和多個(gè)磁塊18構(gòu)成。磁條17和磁塊18具 有足夠的寬度，當(dāng)車體通過磁導(dǎo)引裝置跟蹤路徑磁標(biāo)10從而保持正常的行駛精度時(shí)，磁導(dǎo) 引裝置左端的磁檢測元件Bl能可靠地檢測到左側(cè)的磁條17，右端的磁檢測元件B2能可靠 地檢測到右側(cè)的磁塊18。當(dāng)磁檢測元件Bl檢測到左側(cè)的磁條17時(shí)，該時(shí)間段作為磁導(dǎo)引 裝置對編碼磁標(biāo)進(jìn)行識別的有效時(shí)間，在此時(shí)間內(nèi)，磁檢測元件B2對磁塊18的信號類型進(jìn) 行檢測，并按檢測順序進(jìn)行編碼。假定對上表面為N極的磁塊編碼為1，對上表面為S極的 磁塊編碼為0，則圖4中編碼磁標(biāo)16的二進(jìn)制信息為1010?？捎眠@類二進(jìn)制信息表示路徑 磁標(biāo)的路徑信息、轉(zhuǎn)向磁標(biāo)的路口信息、工位磁標(biāo)的工位信息、運(yùn)行磁標(biāo)的運(yùn)行信息，并根 據(jù)所需表達(dá)的編碼信息的復(fù)雜程度，通過增加磁塊18的個(gè)數(shù)增加編碼信息的二進(jìn)制位數(shù)， 如采用8位二進(jìn)制數(shù)表示編碼信息，最高2位表示路徑磁標(biāo)、轉(zhuǎn)向磁標(biāo)、工位磁標(biāo)和運(yùn)行磁 標(biāo)中的一大類，低6位表示具體的描述信息，對路徑磁標(biāo)，有路徑類型(直線和曲線)、路徑編號等，可在實(shí)際應(yīng)用中具體設(shè)計(jì)。參照圖5，本發(fā)明包含16個(gè)環(huán)形陣列磁檢測元件CfC16，6個(gè)直線陣列磁檢測元 件L1 L6。假定直線陣列中磁檢測元件L4的磁場強(qiáng)度最大，L3的磁場強(qiáng)度次大，則可判斷 直線路徑磁標(biāo)10與直線陣列的交點(diǎn)范圍Ld3為線段0P3，傳統(tǒng)的磁導(dǎo)引裝置和序列磁場算 法都是通過縮小交點(diǎn)范圍Ld3以提高對直線路徑的橫向位置偏差的識別精度。本發(fā)明裝置 的特色在于增加了環(huán)形陣列磁檢測元件Cl C16，假定環(huán)形陣列上半圓周中磁檢測元件Cl 的磁場強(qiáng)度最大，C16的磁場強(qiáng)度次大，下半圓周中磁檢測元件C9的磁場強(qiáng)度最大，C8的磁 場強(qiáng)度次大，則可判斷直線路徑磁標(biāo)10與環(huán)形陣列上半圓周的交點(diǎn)范圍Ldl為線段P1P2， 與下半圓周的交點(diǎn)范圍Ld2為線段P4P5。由于直線路徑磁標(biāo)10同時(shí)通過交點(diǎn)范圍Ldl、 Ld2、Ld3，則四邊形0P3P2P1為路徑磁標(biāo)在上半圓周的可能區(qū)域，四邊形0P3P5P4為路徑磁 標(biāo)在下半圓周的可能區(qū)域。先繪制四邊形0P3P2P1關(guān)于水平直徑方向5的對稱區(qū)域與四邊 形0P3P5P4的交集區(qū)域0P3P5，再繪制四邊形0P3P5P4關(guān)于水平直徑方向5的對稱區(qū)域與四 邊形0P3P2P1的交集區(qū)域0P3P2，則兩個(gè)交集區(qū)域之和(即四邊形0P5P3P2)為直線路徑磁 標(biāo)10的可能區(qū)域。考慮到直線路徑磁標(biāo)10必須通過可能區(qū)域的兩個(gè)端點(diǎn)，則必須經(jīng)過端 點(diǎn)P2和P5，如圖5中的帶狀填充路徑所示。該直線路徑與水平直徑方向5的交點(diǎn)到圓心0 的距離為橫向位置偏差19，該直線路徑與垂直直徑方向6的夾角為姿態(tài)角偏差20。通過上 述的直線路徑擬合過程，在Ldl、Ld2、Ld3三個(gè)交點(diǎn)范圍不完全共線的情況下，可在很大程 度上縮小直線路徑磁標(biāo)的可能區(qū)域，提高對直線路徑磁標(biāo)的定位精度，從而提高磁導(dǎo)引裝 置相對于直線路徑的橫向位置偏差19和姿態(tài)角偏差20的計(jì)算精度。參照圖6，本發(fā)明識別弧形路徑磁標(biāo)11的計(jì)算過程如下。假定直線陣列中磁檢測 元件L4的磁場強(qiáng)度最大，L3的磁場強(qiáng)度次大，則可判斷弧形路徑磁標(biāo)11與直線陣列的交 點(diǎn)范圍Cd3為線段0P3。假定環(huán)形陣列上半圓周中磁檢測元件C16的磁場強(qiáng)度最大，C15的 磁場強(qiáng)度次大，下半圓周中磁檢測元件C8的磁場強(qiáng)度最大，C9的磁場強(qiáng)度次大，則可判斷 弧形路徑磁標(biāo)11與環(huán)形陣列上半圓周的交點(diǎn)范圍Cdl為線段P1P2，與下半圓周的交點(diǎn)范圍 Cd2為線段P4P5。由于弧形路徑磁標(biāo)11同時(shí)通過交點(diǎn)范圍Cdl、Cd2、Cd3，則由這三個(gè)交點(diǎn) 范圍擬合弧形路徑，如圖6中的帶狀填充路徑所示。假定該弧形路徑的圓心為01，半徑為 R，圓弧方向?yàn)槟鏁r(shí)針，圓心01與原點(diǎn)0的連線的延長線與弧形路徑交于點(diǎn)P6，則線段0P6 為磁導(dǎo)引裝置相對于弧形路徑的橫向位置偏差21，弧形路徑上點(diǎn)P6的切線方向與垂直直 徑方向6的夾角為姿態(tài)角偏差22。參照圖7，本發(fā)明識別單分支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)12的計(jì)算過程如下。假定環(huán)形陣列下 半圓周中磁檢測元件C9的磁場強(qiáng)度最大，ClO的磁場強(qiáng)度次大，則可判斷單分支直角轉(zhuǎn)向 磁標(biāo)12的垂直直線路徑與環(huán)形陣列下半圓周的交點(diǎn)范圍Ld4為線段P1P2。假定直線陣列 中磁檢測元件L4的磁場強(qiáng)度最大，L3的磁場強(qiáng)度次大，則可判斷單分支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)12的 垂直直線路徑與直線陣列的交點(diǎn)范圍Ld5為線段0P3。由于單分支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)12的垂直 直線路徑同時(shí)通過交點(diǎn)范圍Ld4和Ld5，則由線段P1P2的中點(diǎn)P6和線段0P3的中點(diǎn)P7擬 合垂直直線路徑，如圖7中的帶狀填充路徑所示。該垂直直線路徑與水平直徑方向5的交 點(diǎn)P7到圓心0的距離為橫向位置偏差19，該垂直直線路徑與垂直直徑方向6的夾角為姿態(tài) 角偏差20。假定環(huán)形陣列上半圓周中磁檢測元件C15的磁場強(qiáng)度最大，C14的磁場強(qiáng)度次 大，則可判斷單分支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)12的水平直線路徑與環(huán)形陣列上半圓周的交點(diǎn)范圍Ld6為線段P4P5。過線段P4P5的中點(diǎn)P8作垂直直線路徑的垂線，交線段P6P7于點(diǎn)P9，則線段 P8P9為水平直線路徑。當(dāng)點(diǎn)P8位于環(huán)形陣列上半圓周的左側(cè)時(shí)，該單分支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)12 為向左轉(zhuǎn)向；當(dāng)點(diǎn)P8位于環(huán)形陣列上半圓周的右側(cè)時(shí)，該單分支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)12為向右轉(zhuǎn) 向。計(jì)算點(diǎn)P8到水平直徑方向5的距離d，當(dāng)距離d趨向0時(shí)，直線陣列磁檢測元件L廣Lm 的左側(cè)或右側(cè)部分的多個(gè)元件將同時(shí)檢測到磁信號，此時(shí)垂直直線路徑與水平直線路徑的 交點(diǎn)P9位于原點(diǎn)0附近，它可作為單分支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)12在磁導(dǎo)引裝置檢測區(qū)域中心的 定位信號23。參照圖8，本發(fā)明識別多分支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)13的計(jì)算過程如下。該實(shí)施例中的多 分支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)是一個(gè)典型的十字形路口，包含當(dāng)前直線路徑13a、向前直線路徑13b、 向左直線路徑13c和向右直線路徑13d。假定環(huán)形陣列下半圓周中磁檢測元件C9的磁場 強(qiáng)度最大，ClO的磁場強(qiáng)度次大，則可判斷當(dāng)前直線路徑13a與環(huán)形陣列下半圓周的交點(diǎn)范 圍Ld4為線段P1P2。假定直線陣列中磁檢測元件L4的磁場強(qiáng)度最大，L3的磁場強(qiáng)度次大， 則可判斷當(dāng)前直線路徑13a與直線陣列的交點(diǎn)范圍Ld5為線段0P3。假定環(huán)形陣列上半圓 周左側(cè)部分磁檢測元件C15的磁場強(qiáng)度最大，C14的磁場強(qiáng)度次大，則可判斷向左直線路徑 13c與環(huán)形陣列上半圓周的交點(diǎn)范圍Ld6為線段P4P5。假定環(huán)形陣列上半圓周右側(cè)部分磁 檢測元件C4的磁場強(qiáng)度最大，C5的磁場強(qiáng)度次大，則可判斷向右直線路徑13d與環(huán)形陣列 上半圓周的交點(diǎn)范圍Ld7為線段P6P7。假定環(huán)形陣列上半圓周中央磁檢測元件C2的磁場 強(qiáng)度最大，Cl的磁場強(qiáng)度次大，則可判斷向前直線路徑1 與環(huán)形陣列上半圓周的交點(diǎn)范 圍LdS為線段P8P9。如果交點(diǎn)范圍LdS存在，則說明向前直線路徑1 存在。由于多分支 直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)13的垂直直線路徑同時(shí)通過交點(diǎn)范圍Ld4、Ld5和Ld8，則由這三個(gè)交點(diǎn)范圍 擬合垂直直線路徑，如圖8中的帶狀填充路徑所示，交環(huán)形陣列下半圓周于點(diǎn)P10，交水平 直徑方向5于點(diǎn)P11，交環(huán)形陣列上半圓周于點(diǎn)P13。點(diǎn)Pll到圓心0的距離為橫向位置偏 差19，該垂直直線路徑P10P13與垂直直徑方向6的夾角為姿態(tài)角偏差20。由于多分支直 角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)13的水平直線路徑同時(shí)通過交點(diǎn)范圍Ld6和Ld7，且與垂直直線路徑P10P13垂 直，則過這兩個(gè)交點(diǎn)范圍作垂直直線路徑P10P13的垂線，交環(huán)形陣列上半圓周左側(cè)部分于 點(diǎn)P12，交環(huán)形陣列上半圓周右側(cè)部分于點(diǎn)P14，交垂直直線路徑P10P13于點(diǎn)P9。計(jì)算點(diǎn)P9 到水平直徑方向5的距離d，當(dāng)距離d趨向0時(shí)，直線陣列磁檢測元件L廣Lm的左側(cè)和右側(cè) 部分的多個(gè)元件將同時(shí)檢測到磁信號，此時(shí)垂直直線路徑P10P13與水平直線路徑P12P14 的交點(diǎn)P9位于原點(diǎn)0附近，它可作為多分支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)13在磁導(dǎo)引裝置檢測區(qū)域中心 的定位信號23。參照圖9，本發(fā)明識別多分支圓弧轉(zhuǎn)向磁標(biāo)14的計(jì)算過程如下。該實(shí)施例中的多 分支圓弧轉(zhuǎn)向磁標(biāo)包含當(dāng)前直線路徑14a、向前直線路徑14b、向左弧形路徑Hc和向右弧 形路徑14d。假定環(huán)形陣列下半圓周中磁檢測元件C9的磁場強(qiáng)度最大，C8的磁場強(qiáng)度次大， 則可判斷當(dāng)前直線路徑Ha與環(huán)形陣列下半圓周的交點(diǎn)范圍Ld4為線段P5P6。假定直線陣 列中央磁檢測元件L4的磁場強(qiáng)度最大，L3的磁場強(qiáng)度次大，則可判斷向前直線路徑14b與 直線陣列的交點(diǎn)范圍Ld5為線段0P4。假定環(huán)形陣列上半圓周中央磁檢測元件Cl的磁場 強(qiáng)度最大，C2的磁場強(qiáng)度次大，則可判斷向前直線路徑14b與環(huán)形陣列上半圓周的交點(diǎn)范 圍LdS為線段P1P2。假定環(huán)形陣列上半圓周左側(cè)部分磁檢測元件C14的磁場強(qiáng)度最大，C13 的磁場強(qiáng)度次大，則可判斷向左弧形路徑14c與環(huán)形陣列上半圓周的交點(diǎn)范圍Cd4為線段P10P11.假定環(huán)形陣列上半圓周右側(cè)部分磁檢測元件C4的磁場強(qiáng)度最大，C5的磁場強(qiáng)度次 大，則可判斷向右弧形路徑14d與環(huán)形陣列上半圓周的交點(diǎn)范圍Cd6為線段P16P17。假定 直線陣列左側(cè)磁檢測元件L2的磁場強(qiáng)度最大，L3的磁場強(qiáng)度次大，則可判斷向左弧形路徑 14c與直線陣列的交點(diǎn)范圍Cd5為線段P8P9。假定直線陣列右側(cè)磁檢測元件L5的磁場強(qiáng) 度最大，L6的磁場強(qiáng)度次大，則可判斷向右弧形路徑14d與直線陣列的交點(diǎn)范圍Cd7為線段 P14P15。如果交點(diǎn)范圍LdS存在，則說明向前直線路徑14b存在。由于多分支圓弧轉(zhuǎn)向磁 標(biāo)14的直線路徑同時(shí)通過交點(diǎn)范圍Ld4、Ld5和Ld8，則由這三個(gè)交點(diǎn)范圍擬合直線路徑， 如圖9中的帶狀填充路徑所示。磁導(dǎo)引裝置相對于直線路徑的橫向位置偏差19和姿態(tài)角 偏差20與圖5中的計(jì)算方法相同。由于向左弧形路徑14c同時(shí)通過交點(diǎn)范圍Cd4和Cd5， 且與當(dāng)前直線路徑Ha相切，則過這兩個(gè)交點(diǎn)范圍作相切于當(dāng)前直線路徑14a的圓弧14c， 交環(huán)形陣列上半圓周左側(cè)部分于點(diǎn)P13，交直線陣列左側(cè)部分于點(diǎn)P12。由于向右弧形路徑 14d同時(shí)通過交點(diǎn)范圍Cd6和Cd7，且與當(dāng)前直線路徑1 相切，則過這兩個(gè)交點(diǎn)范圍作相 切于當(dāng)前直線路徑14a的圓弧14d，交環(huán)形陣列上半圓周右側(cè)部分于點(diǎn)P19，交直線陣列右 側(cè)部分于點(diǎn)P18。計(jì)算向左弧形路徑14c的半徑Rl和圓弧方向，計(jì)算向右弧形路徑14d的 半徑R2和圓弧方向，磁導(dǎo)引裝置相對于向左弧形路徑14c的橫向位置偏差M和姿態(tài)角偏 差25、相對于向右弧形路徑14d的橫向位置偏差沈和姿態(tài)角偏差27與圖6中的計(jì)算方法 相同。 參照圖10，本發(fā)明識別多分支綜合轉(zhuǎn)向磁標(biāo)15的計(jì)算過程如下。該實(shí)施例中的 多分支綜合轉(zhuǎn)向磁標(biāo)包含當(dāng)前直線路徑15a、向前直線路徑15b、向左直線路徑15c和向右 弧形路徑15d。假定環(huán)形陣列下半圓周中央磁檢測元件C9的磁場強(qiáng)度最大，C8的磁場強(qiáng)度 次大，則可判斷當(dāng)前直線路徑15a與環(huán)形陣列下半圓周的交點(diǎn)范圍Ld4為線段P1P2。假定 直線陣列中央磁檢測元件L4的磁場強(qiáng)度最大，L3的磁場強(qiáng)度次大，則可判斷向前直線路徑 15b與直線陣列的交點(diǎn)范圍Ld5為線段0P3。假定環(huán)形陣列上半圓周中央磁檢測元件Cl的 磁場強(qiáng)度最大，C2的磁場強(qiáng)度次大，則可判斷向前直線路徑15b與環(huán)形陣列上半圓周的交 點(diǎn)范圍LdS為線段P4P5。假定環(huán)形陣列左側(cè)部分磁檢測元件Cll的磁場強(qiáng)度最大，C12的磁 場強(qiáng)度次大，則可判斷向左直線路徑15c與環(huán)形陣列左側(cè)部分的交點(diǎn)范圍Ld6為線段P6P7。 假定環(huán)形陣列上半圓周右側(cè)部分磁檢測元件C4的磁場強(qiáng)度最大，C3的磁場強(qiáng)度次大，則可 判斷向右弧形路徑15d與環(huán)形陣列上半圓周的交點(diǎn)范圍Cd6為線段P10P11。假定直線陣列 右側(cè)磁檢測元件L4的磁場強(qiáng)度最大，L5的磁場強(qiáng)度次大，則可判斷向右弧形路徑15d與直 線陣列的交點(diǎn)范圍Cd7為線段P3P9。如果交點(diǎn)范圍LdS存在，則說明向前直線路徑1 存 在。由于多分支綜合轉(zhuǎn)向磁標(biāo)15的直線路徑同時(shí)通過交點(diǎn)范圍Ld4、Ld5和Ld8，則由這 三個(gè)交點(diǎn)范圍擬合直線路徑，如圖10中的帶狀填充路徑所示。由于向左直線路徑15c經(jīng)過 交點(diǎn)范圍Ld6，且與當(dāng)前直線路徑1 垂直，則過該交點(diǎn)范圍作相切于當(dāng)前直線路徑15a的 直線15c，交當(dāng)前直線路徑15a于點(diǎn)P8。由于向右弧形路徑15d同時(shí)通過交點(diǎn)范圍Cd6和 Cd7，且與當(dāng)前直線路徑1 相切，則過這兩個(gè)交點(diǎn)范圍作相切于當(dāng)前直線路徑15a的圓弧 15d，交環(huán)形陣列上半圓周右側(cè)部分于點(diǎn)P12，交直線陣列右側(cè)部分于點(diǎn)P13。磁導(dǎo)引裝置相 對于直線路徑的橫向位置偏差19和姿態(tài)角偏差20與圖5中的計(jì)算方法相同。磁導(dǎo)引裝置 相對于向右弧形路徑15d的橫向位置偏差沈和姿態(tài)角偏差27與圖6中的計(jì)算方法相同。
1權(quán)利要求
1.一種環(huán)形陣列磁導(dǎo)引裝置，其特征在于包括殼體，殼體內(nèi)布置由若干個(gè)第一磁檢測 元件(Cl Cn)組成的環(huán)形陣列，每個(gè)第一磁檢測元件的檢測區(qū)域中心與圓心的連線之間 的夾角相等，沿環(huán)形陣列的水平直徑方向布置由若干個(gè)第二磁檢測元件(Li Lm)組成的 直線陣列，第一磁檢測元件組成的環(huán)形陣列和第二磁檢測元件組成的直線陣列共同組成路 徑磁標(biāo)檢測部分；殼體的外部布置兩個(gè)第三磁檢測元件(Bi、B2)，與第二磁檢測元件組成 的直線陣列位于同一水平線上，構(gòu)成編碼磁標(biāo)檢測部分；殼體上布置若干個(gè)第四磁檢測元 件(El Et)組成的環(huán)境磁場檢測部分、溫度檢測元件，路徑磁標(biāo)檢測部分、編碼磁標(biāo)檢測 部分、環(huán)境磁場檢測部分、溫度檢測元件分別與信號處理電路(1)連接。
2.基于權(quán)利要求1所述的環(huán)形陣列磁導(dǎo)引裝置的導(dǎo)引磁標(biāo)識別方法，其特征在于上述 路徑磁標(biāo)檢測部分、編碼磁標(biāo)檢測部分、環(huán)境磁場檢測部分、溫度檢測元件的信號輸出端分 別連接運(yùn)算放大器(Opl Ops)，運(yùn)算放大器(Opl Ops)的信號輸出連接到多路模數(shù)轉(zhuǎn)換 器(ADl ADr)和微控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器引腳，多路模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADl ADr)的信號輸出 連接到微控制器的通信接口 ；根據(jù)溫度檢測元件的電壓值計(jì)算環(huán)境溫度值，根據(jù)當(dāng)前環(huán)境 溫度選擇相應(yīng)的電壓一磁場強(qiáng)度的計(jì)算關(guān)系，計(jì)算每個(gè)磁檢測元件檢測的磁場強(qiáng)度，根據(jù) 第四磁檢測元件(El Et)檢測的磁場強(qiáng)度計(jì)算環(huán)境磁場強(qiáng)度，從第一磁檢測元件(Cl Cn)、第二磁檢測元件(Li Lm)、第三磁檢測元件(B1、B2)檢測的磁場強(qiáng)度中減去環(huán)境磁場 強(qiáng)度，得到實(shí)際磁場強(qiáng)度，再根據(jù)磁場強(qiáng)度一距離的計(jì)算關(guān)系計(jì)算磁檢測元件檢測到的磁 信號與其之間的距離范圍，即導(dǎo)引磁標(biāo)與磁檢測元件陣列形狀的交點(diǎn)范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的環(huán)形陣列磁導(dǎo)引裝置的導(dǎo)引磁標(biāo)識別方法，其特征在于通 過其中一個(gè)第三磁檢測元件Bl檢測作為編碼磁標(biāo)有效識別信號的單根磁條(17)，在有效 識別信號存在的時(shí)間內(nèi)，通過另一個(gè)第三磁檢測元件B2檢測作為編碼信號的若干個(gè)磁塊 (18)，根據(jù)磁塊(18)的信號類型和排序方式進(jìn)行信息編碼，描述路徑磁標(biāo)的路徑信息、轉(zhuǎn)向 磁標(biāo)的路口信息、工位磁標(biāo)的工位信息、運(yùn)行磁標(biāo)的運(yùn)行信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的環(huán)形陣列磁導(dǎo)引裝置的導(dǎo)引磁標(biāo)識別方法，其特征在于根據(jù) 磁標(biāo)的路徑形狀信息，通過第一磁檢測元件(Cl Cn)檢測直線路徑磁標(biāo)與其環(huán)形陣列相 交的兩個(gè)交點(diǎn)范圍Ldl和Ld2，通過第二磁檢測元件(Li Lm)檢測直線路徑磁標(biāo)與其直線 陣列相交的另一個(gè)交點(diǎn)范圍Ld3，由Ldl、Ld2、Ld3三個(gè)交點(diǎn)范圍擬合直線路徑，計(jì)算磁導(dǎo)引 裝置相對于直線路徑的橫向位置偏差和姿態(tài)角偏差。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的環(huán)形陣列磁導(dǎo)引裝置的導(dǎo)引磁標(biāo)識別方法，其特征在于根據(jù) 磁標(biāo)的路徑形狀信息，通過第一磁檢測元件(Cl Cn)檢測弧形路徑磁標(biāo)與其環(huán)形陣列相 交的兩個(gè)交點(diǎn)范圍Cdl和Cd2，通過第二磁檢測元件(Li Lm)檢測弧形路徑磁標(biāo)與其直線 陣列相交的另一個(gè)交點(diǎn)范圍Cd3，由Cdl、Cd2、Cd3三個(gè)交點(diǎn)范圍擬合弧形路徑，計(jì)算弧形路 徑的半徑R和圓弧方向，計(jì)算磁導(dǎo)引裝置相對于弧形路徑的橫向位置偏差(21)和姿態(tài)角偏 差(22)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的環(huán)形陣列磁導(dǎo)引裝置的導(dǎo)引磁標(biāo)識別方法，其特征在于根據(jù) 磁標(biāo)的路口形狀信息，通過第一磁檢測元件(Cl Cn)的下半部分檢測垂直直線路徑磁標(biāo) 與其環(huán)形陣列下半圓周的交點(diǎn)范圍Ld4，通過第二磁檢測元件(Li Lm)檢測垂直直線路徑 磁標(biāo)與其直線陣列的交點(diǎn)范圍Ld5，由Ld4和Ld5兩個(gè)交點(diǎn)范圍擬合垂直直線路徑，計(jì)算磁 導(dǎo)引裝置相對于垂直直線路徑的橫向位置偏差和姿態(tài)角偏差；通過第一磁檢測元件(Cl Cn)的上半部分檢測水平直線路徑磁標(biāo)與其環(huán)形陣列上半 圓周的交點(diǎn)范圍Ld6，由交點(diǎn)范圍Ld6擬合正交于垂直直線路徑的水平直線路徑，識別單分 支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)的轉(zhuǎn)向方向，計(jì)算水平直線路徑在垂直方向上的位置；當(dāng)水平直線路徑接 近環(huán)形陣列的水平直徑方向時(shí)，第二磁檢測元件(Li Lm)的左側(cè)或右側(cè)部分的多個(gè)元件 將同時(shí)檢測到磁信號，以此作為單分支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)(12)在磁導(dǎo)引裝置檢測區(qū)域中心的定 位信號(23)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的環(huán)形陣列磁導(dǎo)引裝置的導(dǎo)引磁標(biāo)識別方法，其特征在于根據(jù) 磁標(biāo)的路口形狀信息和分支信息，通過第一磁檢測元件(Cl Cn)的下半部分檢測垂直直 線路徑磁標(biāo)與其環(huán)形陣列下半圓周的交點(diǎn)范圍Ld4，通過第二磁檢測元件(Li Lm)檢測垂 直直線路徑磁標(biāo)與其直線陣列的交點(diǎn)范圍Ld5，通過第一磁檢測元件(Cl Cn)的上半部分 檢測水平直線路徑磁標(biāo)與其環(huán)形陣列上半圓周的交點(diǎn)范圍Ld6和Ld7，再檢測垂直直線路 徑磁標(biāo)與其上半圓周的交點(diǎn)范圍LdS ；如果交點(diǎn)范圍LdS存在，則說明多分支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo) (13)存在向前直線分支，由Ld4、Ld5和Ld8三個(gè)交點(diǎn)范圍擬合垂直直線路徑；如果交點(diǎn)范 圍LdS不存在，則說明多分支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)(13)不存在向前直線分支，由Ld4和Ld5兩個(gè) 交點(diǎn)范圍擬合垂直直線路徑，計(jì)算磁導(dǎo)引裝置相對于該垂直直線路徑的橫向位置偏差和姿 態(tài)角偏差；由Ld6和Ld7兩個(gè)交點(diǎn)范圍擬合正交于垂直直線路徑的水平直線路徑，識別多分 支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)的左、右轉(zhuǎn)向方向，計(jì)算水平直線路徑在垂直方向上的位置；當(dāng)水平直線路 徑接近環(huán)形陣列的水平直徑方向時(shí)，第二磁檢測元件(Li Lm)的多個(gè)元件將同時(shí)檢測到 磁信號，以此作為多分支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)在磁導(dǎo)引裝置檢測區(qū)域中心的定位信號(23)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的環(huán)形陣列磁導(dǎo)引裝置的導(dǎo)引磁標(biāo)識別方法，其特征在于根據(jù) 磁標(biāo)的路口形狀信息和分支信息，通過第一磁檢測元件(Cl Cn)的下半部分檢測直線路 徑磁標(biāo)與其環(huán)形陣列下半圓周的交點(diǎn)范圍Ld4，通過第二磁檢測元件(Li Lm)檢測直線路 徑磁標(biāo)與其直線陣列的交點(diǎn)范圍Ld5，通過第一磁檢測元件(Cl Cn)的上半部分檢測直線 路徑磁標(biāo)與其環(huán)形陣列上半圓周的交點(diǎn)范圍LdS ；如果交點(diǎn)范圍LdS存在，則說明多分支圓 弧轉(zhuǎn)向磁標(biāo)(14)存在向前直線分支，由Ld4、Ld5和Ld8三個(gè)交點(diǎn)范圍擬合直線路徑；如果 交點(diǎn)范圍LdS不存在，則說明多分支圓弧轉(zhuǎn)向磁標(biāo)(14)不存在向前直線分支，由Ld4和Ld5 兩個(gè)交點(diǎn)范圍擬合直線路徑；計(jì)算磁導(dǎo)引裝置相對于該直線路徑的橫向位置偏差和姿態(tài)角 偏差；通過第一磁檢測元件(Cl Cn)的左半部分檢測左弧形路徑磁標(biāo)與其環(huán)形陣列左半 圓周的交點(diǎn)范圍Cd4，通過第二磁檢測元件(Li Lm)的左側(cè)部分檢測左弧形路徑磁標(biāo)與其 直線陣列的交點(diǎn)范圍Cd5，通過第一磁檢測元件(Cl Cn)的右半部分檢測右弧形路徑磁標(biāo) 與其環(huán)形陣列右半圓周的交點(diǎn)范圍Cd6，通過第二磁檢測元件(Li Lm)的右側(cè)部分檢測右 弧形路徑磁標(biāo)與其直線陣列的交點(diǎn)范圍Cd7 ；由Cd4和Cd5兩個(gè)交點(diǎn)范圍擬合相切于直線 路徑的左弧形路徑，計(jì)算左弧形路徑的半徑Rl和圓弧方向，計(jì)算磁導(dǎo)引裝置相對于左弧形 路徑的橫向位置偏差(24)和姿態(tài)角偏差(25);由Cd6和Cd7兩個(gè)交點(diǎn)范圍擬合相切于直線 路徑的右弧形路徑，計(jì)算右弧形路徑的半徑R2和圓弧方向，計(jì)算磁導(dǎo)引裝置相對于右弧形 路徑的橫向位置偏差(26 )和姿態(tài)角偏差(27 )。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的環(huán)形陣列磁導(dǎo)引裝置的導(dǎo)引磁標(biāo)識別方法，其特征在于 根據(jù)磁標(biāo)的路口形狀信息和分支信息，并綜合利用識別多分支直角轉(zhuǎn)向磁標(biāo)(13)的方法與 識別多分支圓弧轉(zhuǎn)向磁標(biāo)(14)的方法，識別同時(shí)包含直角轉(zhuǎn)向分支和圓弧轉(zhuǎn)向分支的多分支綜合轉(zhuǎn)向磁標(biāo)(15)；擬合垂直直線路徑，計(jì)算磁導(dǎo)引裝置相對于垂直直線路徑的橫向位 置偏差和姿態(tài)角偏差；擬合水平直線路徑，識別多分支綜合轉(zhuǎn)向磁標(biāo)(15)的左、右直角轉(zhuǎn) 向方向，計(jì)算水平直線路徑在垂直方向上的位置；擬合左、右弧形路徑，識別多分支綜合轉(zhuǎn) 向磁標(biāo)(15)的左、右圓弧轉(zhuǎn)向方向，計(jì)算左弧形路徑的半徑R1、右弧形路徑的半徑R2和圓 弧方向，計(jì)算磁導(dǎo)引裝置相對于左弧形路徑的橫向位置偏差(24)、右弧形路徑的橫向位置 偏差(26)、左姿態(tài)角偏差(25)、右姿態(tài)角偏差(27)。
全文摘要
環(huán)形陣列磁導(dǎo)引裝置及其導(dǎo)引磁標(biāo)識別方法，屬于自動化輸送裝備領(lǐng)域。本發(fā)明的殼體內(nèi)布置由若干個(gè)第一磁檢測元件第一磁檢測元件組成的環(huán)形陣列和若干個(gè)第二磁檢測元件組成的直線陣列共同組成路徑磁標(biāo)檢測部分；殼體的外部布置兩個(gè)第三磁檢測元件構(gòu)成編碼磁標(biāo)檢測部分；殼體上布置若干個(gè)第四磁檢測元件組成的環(huán)境磁場檢測部分、溫度檢測元件，路徑磁標(biāo)檢測部分、編碼磁標(biāo)檢測部分、環(huán)境磁場檢測部分、溫度檢測元件分別與信號處理電路連接。本發(fā)明提供了一種信息容量大、識別精度高、計(jì)算量小、可靠性好的磁導(dǎo)引裝置，以及利用該裝置進(jìn)行編碼信息識別、位置姿態(tài)偏差計(jì)算、路口轉(zhuǎn)向信息識別的方法。
文檔編號G01C21/28GK102147259SQ20111000739
公開日2011年8月10日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月14日
發(fā)明者吳亮亮, 周馳東, 樓佩煌, 武星, 王輝, 肖海寧, 錢曉明 申請人:南京航空航天大學(xué)