一種用于軌道移動設備的激光光柵定位系統的制作方法
【專利摘要】一種用于軌道移動設備的激光光柵定位系統，涉及一種激光定位系統，包括運動導軌（1）、移動設備（2）、激光發射和接收模塊（3）、定位光柵條（4）。所述的運動導軌（1）用于提供移動設備的運動約束和運動軌跡；所述的移動設備（2）底部安裝在運動導軌上并沿運動導軌左右移動；所述的激光發射和接收模塊（3）固定在移動設備（2）上，用于發射激光和接收反射激光信號；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，用于提供不同強度和形式的反射激光信號。本發明的定位誤差小于2mm，具有較高的定位精度和可靠性，其制造成本低，尤其適用于軌道移動設備的精確定位。
【專利說明】一種用于軌道移動設備的激光光柵定位系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種激光定位系統，尤其涉及一種基于激光全反射和漫反射原理的用于軌道移動設備的激光光柵精確定位系統。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術和社會的發展，大量智能移動設備不斷涌現，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采用激光測距、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:提供一種用于軌道移動設備的激光光柵定位系統，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:一種用于軌道移動設備的激光光柵定位系統，包括運動導軌、移動設備、激光發射和接收模塊、定位光柵條，所述的運動導軌用于提供移動設備的運動約束和運動軌跡；所述的移動設備底部安裝在運動導軌上并沿運動導軌左右移動；所述的激光發射和接收模塊固定在移動設備上，用于發射激光和接收反射激光信號；所述的定位光柵條安裝在放置待定位物體的固定物架上，用于提供不同強度和形式的反射激光信號。
[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上涂覆有具有反光性能的漫反射材料，以便保證在該區域I具有足夠的激光反射強度，使每個激光接收管都能接收到足夠強度的反射信號；所述的區域II用于提供移動設備精確定位的標識，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，當激光入射在該區域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激光接收管同時有信號輸出；所述的吸收光的漫反射區域涂覆較好吸光性能的漫反射材料，以便保證當激光入射在該區域上時，激光的強度被大量吸收，少量的漫反射激光不足以使每個激光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上涂覆的漫反射材料為白色啞光涂料；所述的區域II涂覆的漫反射材料為黑色啞光涂料。
[0007]本發明的再進一步技術方案是:所述的激光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、激光發射模塊、激光接收模塊、邏輯判斷模塊、信號放大模塊、信號輸出模塊，所述的電源模塊用于為各模塊提供電源；所述的調頻模塊、調壓模塊、控制模塊、激光發射模塊依次連接，所述的激光接收模塊、邏輯判斷模塊、信號放大模塊、信號輸出模塊依次連接，所述的激光發射模塊經過調頻模塊、調壓模塊和控制模塊作用后，發射一定頻率的激光光束，并隨移動設備掃描定位光柵條，激光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、信號放大模塊處理后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移動設備進行精確定位。
[0008]本發明的再進一步技術方案是:所述的激光發射模塊包括至少一個激光發射管。
[0009]所述的激光接收模塊包括至少兩個激光接收管，當激光光束入射在定位光柵條的區域I上時，激光接收模塊的每個激光接收管能同時接收到一定強度的漫反射激光信號，使每個激光接收管同時有輸出信號；當激光束射在定位光柵條的區域II上時，激光接收模塊中至少有一個激光接收管不能接收到全反射激光信號，或每個激光接收管都接收到不足以使其有信號輸出的漫反射激光信號。
[0010]所述的調頻模塊用于調制激光光束的頻率，使其在激光接收模塊的接收頻率范圍內，以減少外界光源的干擾；所述的調壓模塊用于調整激光發射管的工作電壓和電流，以調節激光發射管的光束強度；
所述的邏輯判斷模塊用于將獲取的接收管信號進行邏輯判斷，當每個激光接收管同時接收到定位光柵條上區域I的漫反射激光信號時，邏輯模塊輸出為高電平，當至少有一個激光接收管接收不到定位光柵條上區域II的全反射激光信號，或每個激光接收管都接收到不足以使其有輸出信號的漫反射激光信號時，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]所述的激光發射模塊至少有兩個激光發射管，其中一個為正常工作狀態的激光發射管I，另一個為備用狀態的激光發射管II ;所述的激光發射和接收模塊還包括有控制模塊，該控制模塊用于控制激光發射管I和激光發射管II的開斷，當激光發射管I出現故障時，激光發射管II自動投入工作，以便提高可靠性。
[0012]所述的激光接收模塊中的激光接收管離散布置在激光發射管的周圍。
[0013]由于采用上述結構，本發明之一種基于軌道移動設備的激光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:
由于本發明包括運動導軌、移動設備、激光發射和接收模塊、定位光柵條，工作時移動設備沿著導軌運動，移動設備帶著激光發射和接收模塊一起運動，激光發射和接收模塊向定位光柵條發射激光，發射的激光照射在定位光柵條的區域I上時，光束經漫反射返回被激光發射和接收模塊的接收模塊接收，當發射的激光照射在定位光柵條的區域II上時，激光接收模塊中至少有一個激光接收管不能接收到全反射激光信號或每個激光接收管都接收到不足以使其有信號輸出的漫反射激光信號時，計數一次；移動設備帶著激光發射和接收模塊一起繼續向前運動，當下一次的激光照射在定位光柵條的區域II上時，激光接收模塊中至少有一個激光接收管不能接收到全反射激光信號或每個激光接收管都接收到不足以使其有信號輸出的漫反射激光信號時，又計數一次，以此類推，移動設備繼續向前運動，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，從而實現移動設備的精確定位功能。因此，本發明采用了激光全反射和漫反射原理進行閉環精確定位控制，能使移動設備的定位誤差小于2mm,其定位精度非常高。
[0014]2.可靠性高:
由于本發明包括運動導軌、移動設備、激光發射和接收模塊、定位光柵條，采用了激光全反射和漫反射原理進行閉環精確定位控制，避免了激光測距、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.制造成本低:
本發明包括的器件均比較簡單，無需復雜的元件，其制造成本較低。
[0016]4.易于推廣使用:
與現有技術相比，本發明無論在制造成本、定位精度還是可靠性方面都有較大優勢，易于推廣使用，尤其適用于軌道移動設備的精確定位。
[0017]下面，結合附圖和實施例對本發明之一種用于軌道移動設備的激光光柵定位系統的技術特征作進一步的說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1:本發明之一種用于軌道移動設備的激光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:實施例一所述激光發射和接收模塊的結構原理框圖，
圖4:實施例一所述兩個激光發射管、多個激光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-移動設備，3-激光發射和接收模塊，
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-激光發射模塊，3.51-激光發射管I，3.52-激光發射管II，
3.6-激光接收模塊，3.61-激光接收管，
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:
一種用于軌道移動設備的激光光柵定位系統，包括運動導軌1、移動設備2、激光發射和接收模塊3、定位光柵條4 (參見圖1)，所述的運動導軌I用于提供移動設備的運動約束和運動軌跡；所述的移動設備2底部安裝在運動導軌上并沿運動導軌左右移動；所述的激光發射和接收模塊3固定在移動設備2上，用于發射激光和接收反射激光信號；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、書柜和藥品柜等)上，用于提供不同強度和形式的反射激光信號。
[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上涂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涂料，以便保證在該區域I 4.1具有足夠的激光反射強度，使每個激光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是用于提供移動設備精確定位的標識，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，當激光入射在該區域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激光接收管同時有信號輸出；所述的吸收光的漫反射區域是涂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涂料，以便保證當激光入射在該區域上時，激光的強度被大量吸收，少量的漫反射激光不足以使每個激光接收管均有信號輸出。
[0022]所述的激光發射和接收模塊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、激光發射模塊3.5、激光接收模塊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用于為各模塊提供電源；所述的調頻模塊3.2、調壓模塊3.3、控制模塊3.4、激光發射模塊3.5依次連接，所述的激光接收模塊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，所述的激光發射模塊3.5經過調頻模塊3.2、調壓模塊3.3以及控制模塊3.4作用后，發射一定頻率的激光光束，并隨移動設備2掃描定位光柵條4,激光接收模塊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處理后通過信號輸出模塊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移動設備進行精確定位。
[0024]上述的激光發射模塊3.5包括兩個激光發射管，其中一個為正常工作狀態的激光發射管I 3.51，另一個為備用狀態的激光發射管II 3.52。
[0025]上述的激光接收模塊3.6包括多個激光接收管3.61，該多個激光接收管3.61離散布置在激光發射管的周圍(參見圖4)。當激光光束入射在定位光柵條4的區域I 4.1上時，激光接收模塊的每個激光接收管能同時接收到一定強度的漫反射激光信號，使每個激光接收管同時有輸出信號；當激光束射在定位光柵條4的區域II 4.2上時，激光接收模塊中至少有一個激光接收管不能接收到全反射激光信號，或每個激光接收管都接收到不足以使其有信號輸出的漫反射激光信號。
[0026]上述的調頻模塊3.2用于調制激光光束的頻率，使其在激光接收模塊的接收頻率范圍內，以減少外界光源的干擾。
[0027]上述的調壓模塊3.3用于調整激光發射管的工作電壓和電流，以調節激光發射管的光束強度。
[0028]上述的控制模塊3.4用于控制激光發射管I 3.51和激光發射管II 3.52的開斷，當激光發射管I 3.51出現故障時，激光發射管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用于將獲取的接收管信號進行邏輯判斷，當每個激光接收管同時接收到定位光柵條4上區域I 4.1的漫反射激光信號時，邏輯判斷模塊3.7輸出為高電平，當至少有一個激光接收管接收不到定位光柵條4上區域II 4.2的全反射激光信號，或每個激光接收管都接收到不足以使其有輸出信號的漫反射激光信號時，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，所述的激光發射管和激光接收管的數量可以增加或減少，但所述的激光發射模塊3.5包括至少一個激光發射管；所述的激光接收模塊3.6包括至少兩個激光接收管，以提高可靠性。
[0032]本發明之一種用于軌道移動設備的激光光柵定位系統的工作原理如下:
工作時移動設備沿著導軌運動，移動設備帶著激光發射和接收模塊一起運動，激光發射和接收模塊向定位光柵條發射激光，發射的激光照射在定位光柵條的區域I上時，光線經漫反射返回被激光發射和接收模塊的接收模塊接收，當發射的激光照射在定位光柵條的區域II上時，激光接收模塊中至少有一個激光接收管不能接收到全反射激光信號或每個激光接收管都接收到不足以使其有信號輸出的漫反射激光信號時，計數一次；移動設備帶著激光發射和接收模塊一起繼續向前運動，當下一次的激光照射在定位光柵條的區域II上時，激光接收模塊中至少有一個激光接收管不能接收到全反射激光信號或每個激光接收管都接收到不足以使其有信號輸出的漫反射激光信號時，又計數一次，以此類推，移動設備繼續向前運動，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，從而可實現移動設備的精確定位功能。
【權利要求】
1.一種用于軌道移動設備的激光光柵定位系統，其特征在于:包括運動導軌(I)、移動設備(2)、激光發射和接收模塊(3)、定位光柵條(4)，所述的運動導軌(I)用于提供移動設備的運動約束和運動軌跡；所述的移動設備(2)底部安裝在運動導軌上并沿運動導軌左右移動；所述的激光發射和接收模塊(3)固定在移動設備(2)上，用于發射激光和接收反射激光信號；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，用于提供不同強度和形式的反射激光信號。
2.根據權利要求1所述的一種用于軌道移動設備的激光光柵定位系統，其特征在于: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)上涂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)具有足夠的激光反射強度，使每個激光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)用于提供移動設備精確定位的標識，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，當激光入射在該區域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激光接收管同時有信號輸出；所述的吸收光的漫反射區域涂覆較好吸光性能的漫反射材料，以便保證當激光入射在該區域上時，激光的強度被大量吸收，少量的漫反射激光不足以使每個激光接收管均有信號輸出。
3.根據權利要求2所述的一種用于軌道移動設備的激光光柵定位系統，其特征在于:所述的區域I (4.1)上涂覆的漫反射材料為白色啞光涂料；所述的區域II (4.2)涂覆的漫反射材料為黑色啞光涂料。
4.根據權利要求2，所述的一種用于軌道移動設備的激光光柵定位系統，其特征在于:所述的激光發射和接收模塊(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)、激光發射模塊(3.5)、激光接收模塊(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)用于為各模塊提供電源；所述的調頻模塊(3.2)、調壓模塊(3.3)、控制模塊(3.4)、激光發射模塊(3.5)依次連接，所述的激光接收模塊(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，所述的激光發射模塊(3.5)經過調頻模塊(3.2)、調壓模塊(3.3)和控制模塊(3.4)作用后，發射一定頻率的激光光束，并隨移動設備(2)掃描定位光柵條(4)，激光接收模塊(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)處理后通過信號輸出模塊(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移動設備進行精確定位。
5.根據權利要求4所述的一種用于軌道移動設備的激光光柵定位系統，其特征在于:所述的激光發射模塊(3.5)包括至少一個激光發射管。
6.根據權利要求4所述的一種用于軌道移動設備的激光光柵定位系統，其特征在于:所述的激光接收模塊(3.6)包括至少兩個激光接收管(3.61)，當激光光束入射在定位光柵條(4)的區域I (4.1)上時，激光接收模塊的每個激光接收管能同時接收到一定強度的漫反射激光信號，使每個激光接收管同時有輸出信號；當激光束入射在定位光柵條(4)的區域II (4.2)上時，激光接收模塊中至少有一個激光接收管不能接收到全反射激光信號，或每個激光接收管都接收到不足以使其有信號輸出的漫反射激光信號。
7.根據權利要求4所述的一種用于軌道移動設備的激光光柵定位系統，其特征在于:所述的調頻模塊(3.2)用于調制激光光束的頻率，使其在激光接收模塊的接收頻率范圍內，以減少外界光源的干擾；所述的調壓模塊(3.3)用于調整激光發射管的工作電壓和電流，以調節激光發射管的光束強度。
8.根據權利要求4所述的一種用于軌道移動設備的激光光柵定位系統，其特征在于:所述的邏輯判斷模塊(3.7)用于將獲取的接收管信號進行邏輯判斷，當每個激光接收管同時接收到定位光柵條(4)上區域I (4.1)的漫反射激光信號時，邏輯判斷模塊(3.7)輸出為高電平，當至少有一個激光接收管接收不到定位光柵條(4)上區域II (4.2)的全反射激光信號，或每個激光接收管都接收到不足以使其有輸出信號的漫反射激光信號時，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所述的一種用于軌道移動設備的激光光柵定位系統，其特征在于:所述的激光發射模塊(3.5)至少有兩個激光發射管，其中一個為正常工作狀態的激光發射管I (3.51)，另一個為備用狀態的激光發射管II (3.52)，通過控制模塊(3.4)控制激光發射管I (3.51)和激光發射管11(3.52)的開斷，當激光發射管I (3.51)出現故障時，激光發射管II (3.52)自動投入工作，以便提高可靠性。
10.根據權利要求6所述的一種用于軌道移動設備的激光光柵定位系統，其特征在于:所述的激光接收模塊(3.6)中 的激光接收管(3.61)離散布置在激光發射管的周圍。
【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