專利名稱：絕對方向控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于方向自動控制領域，具體是將指南針結合電子傳感器產(chǎn)生絕對的 方向控制信號的電子裝置。
背景技術：
隨著科技日新月異的發(fā)展，方向控制已經(jīng)廣泛應用到我們生活的方方面面。從航 天飛機的安全飛行到導彈的精確制導，從機器人的自動控制到汽車的自動駕駛，其關鍵技 術都是方向控制系統(tǒng)。目前，應用于高科技產(chǎn)品的方向控制系統(tǒng)主要是陀螺儀，如機械陀螺 儀、磁浮陀螺儀、激光陀螺儀等。它們的控制精度高，價格也非常的昂貴，很難應用于生活中 的普通產(chǎn)品。隨著現(xiàn)代化生活對自動化要求的提高，許多產(chǎn)品需要自動方向控制，需要的精 度不是很高，但是成本比較低的方向控制系統(tǒng)。例如全自動吸塵器、水上清潔機器人、玩具 汽車等，它們需要絕對的方向控制信號，對方向的精度要求不是很高，有時甚至僅需一個方 向的開關信號，如果此時采用陀螺儀提供方向控制信號明顯不現(xiàn)實。經(jīng)過檢索，目前國內(nèi)還沒有類似的方向控制器。因此，本實用新型提供了一種精度 要求不是很高，但是成本很低的方向控制器，主要用于普通智能產(chǎn)品的自動方向控制。在 它的控制下通過電機或電磁鐵等執(zhí)行裝置完成方向的自動控制，可以實現(xiàn)直線運動、S形運 動、螺旋線運動等，還可以時時遙控或結合單片機技術按照預先編程的路線行駛。絕對方向 控制器可以廣泛應用在各種成本低方向控制要求不高的各種自動化、智能化產(chǎn)品中。如自 動送料小車、水上清潔機器人、自動吸塵器和遙控玩具汽車等。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型涉及一種絕對方向控制器，具體內(nèi)容如下本實用新型的絕對方向控制器，由絕對方向傳感器和選通電路組成；絕對方向傳 感器由底座、指南針、多個微型光電開關和遮光片組成，指南針支撐在底座下方支撐針上， 可以自由轉(zhuǎn)動，遮光片位于指南針的一端，在底座的底板上排布有微型光電開關，當遮光片 靠近微型光電開關時，微型光電開關將接近信號轉(zhuǎn)化為該位置的開關信號，這樣底座上的 微型光電開關就可以反映此時的指南針的指向和位置；選通電路對信號進行處理，通過選 通不同的傳感器信號控制執(zhí)行系統(tǒng)的動作；通過改變選通信號的傳感器位置改變運動的方 向，從而實現(xiàn)感器實現(xiàn)直線行駛、S形運動和螺旋線運動。本實用新型的絕對方向控制器，其特征在于在底座的底板上均勻的排布有16個 微型光電開關，用于接受指南針的方向信號，將指南針的方向信號轉(zhuǎn)化為具有方向指示功 能的電信號。具體說來，本實用新型的核心是絕對方向傳感器(如圖1所示)和后續(xù)的處理電 路(如圖2所示)。絕對方向傳感器由底座1、指南針2、多個微型光電開關3和遮光片4組 成。指南針2支撐在底座1下方支撐針上，可以自由轉(zhuǎn)動，遮光片4位于指南針2的一端。 在底座1的底板上均勻的排布著16個微型光電開關(數(shù)量可以根據(jù)控制精度要求增減)。當遮光片4靠近微型光電開關時，微型光電開關將接近信號轉(zhuǎn)化為該位置的開關信號，這 樣底座1上的微型光電開關3就可以反映此時的指南針2的指向和位置。此時如果底座1 的轉(zhuǎn)動，底板上的微型光電開3關隨之轉(zhuǎn)動，但是指南針2的指向不變，這樣微型光電開關3 的開關信號就會隨之改變，也就是說微型光電開關3的信號反映出了底座1的旋轉(zhuǎn)方向和 旋轉(zhuǎn)角度。轉(zhuǎn)動角度越大，檢測到遮光片4的微型光電開關3與起始位置的微型光電開關 4夾角越大，即根據(jù)指南針的位置信號就可以準確的獲得絕對的方向信號(需要預先校準 零位或單片機初始化時自動設置零位)。這樣，絕對方向傳感器就可以時時給電路提供方向 信號，當方向出現(xiàn)偏差時還可以及時反饋給控制方向系統(tǒng)，并及時修正行駛方向。能夠正常 工作的絕對方向傳感器還要加設保護罩，防止指針抖動過大的阻尼液體和防電磁干擾的附 屬配件。絕對方向傳感器工作時16個傳感器都處于供電狀態(tài)，它們的開關信號都傳送給 后續(xù)的處理電路。經(jīng)過電平匹配電路和信號隔離等前處理電路后進入16路選通芯片中，通 過遙控控制或是單片機系統(tǒng)選擇某一傳感器的信號與放大驅(qū)動電路接通，即某一路微型 光電開關3的開關信號控制執(zhí)行系統(tǒng)的工作。通過改變選通的微型光電開關3的開關信 號，就可以改變執(zhí)行系統(tǒng)的工作狀態(tài)，從而控制轉(zhuǎn)向電機或驅(qū)動電機動作實現(xiàn)直線運動、螺 旋線運動。絕對方向控制器可以控制移動設備沿任一直線行駛，如自動送料小車，下面結合 其控制原理具體說明。它采用一個絕對方向傳感器和兩套選通電路。假如自動吸塵器需要 直線運動時，可以選通圖1所示A、B兩個微型光電開關，當遮光片4處于A、B中間的位置時， 傳感器都沒有信號，自動吸塵器保持原來的方向直線行駛；當運動方向出現(xiàn)偏差后，指南針 2上的遮光片4到達A位置時，微型光電開關A檢測到信號，將開關信號傳遞到選通電路，從 而控制轉(zhuǎn)向電機轉(zhuǎn)動方向消除自動吸塵器的方向偏移；當遮光片到達B位置時微型光電開 關B檢測到信號，將開關信號傳遞到選通電路，從而控制轉(zhuǎn)向電機反向運動消除自動吸塵 器方向的偏移。這樣就保證了自動吸塵器自動調(diào)整方向在很小的夾角范圍內(nèi)運動，保證了 它的直線行駛方向并可以時時修正。

圖1為絕對傳感器結構圖，其中1-底座，2-指南針，3-微型光電開關，4-遮光片；圖2為后續(xù)處理框圖圖3為水上漂浮物示意圖圖4為螺旋運動具有較好適應性示意圖圖5為螺旋運動實現(xiàn)方法示意圖圖6為改變選通位置從而改變螺旋漸進方向示意圖
具體實施方式
實施例1在水上清潔機器人采用絕對方向控制系統(tǒng)實現(xiàn)螺旋線運動軌跡打撈漂 浮物現(xiàn)在螺旋前進的運動控制方式也得到了廣泛利用，水上清潔機器人采用了絕對方向控制系統(tǒng)實現(xiàn)螺旋線的運動軌跡打撈水面上的漂浮物。它采用螺旋線的運動方式，避免 了電機的頻繁正反轉(zhuǎn)，延長了產(chǎn)品的使用壽命，同時還具有控制參數(shù)少、操作靈活方便、工 作適應性大、清潔效果好的優(yōu)點。下面就結合絕對方向控制系統(tǒng)的典型應用例子說明它的 具體控制原理。通常來說，水面上的漂浮物分布是極不均勻的，如圖3。若是采用直線式反復運動 的軌跡打撈，由于水面的漂浮物相對于水面一定的漂移，所以清潔效果不理想，更多的時候 漂浮物沒有被撈起而是被推到其他水面。并且直線式反復運動需要頻繁正反轉(zhuǎn)，需要操縱 人員根據(jù)垃圾分布不均勻的情況不停的來回操縱，費時費力，對機器損害大。螺旋前進運動 的軌跡具有漸進性，只要設定旋轉(zhuǎn)半徑和螺旋漸進的方向即可，簡化了操縱過程，提高了它 工作的適應能力，如圖4。并且同一區(qū)域的水面可以被清潔多次，保證了清潔效果。水上清 潔機器人的方向控制系統(tǒng)如果采用陀螺儀則成本太高，因此采用了結構簡單成本低的絕對 方向傳感器。在其控制下船體沿著遙控設定的螺旋線軌跡運動，完成打撈水面漂浮物的工 作，經(jīng)過實際測試使用效果非常好。當水上清潔機器人螺旋前進時，船體轉(zhuǎn)向時指南針2的指向不變，絕對方向傳感 器相對船體固定，所以在某一位置時該傳感器能夠檢測到信號，進入遙控選通電路后控制 電磁繼電器將串聯(lián)在電機兩端的電阻短路，使電機瞬間加速，致使船加速完成螺旋前進運 動(或是采用PWM方式控制電動機，通過改變占空比使電機瞬間加速)。通過遠程遙控電路 設定選通電路所接收的微型光電開關3的信號，就可以控制船體前進的方向和運行軌跡。如圖5所示，箭頭代表指南針2，圓點代表選通的微型光電開關3。指南針2所指 的方向不變，由于船體在舵的轉(zhuǎn)向作用下繞某一轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，絕對方向傳感器隨船體一 起轉(zhuǎn)動。每當船體運行到向右行駛時，絕對方向傳感器的微型光電開關3總能檢測到指南 針2頭部的遮光板4，經(jīng)過選通電路后控制繼電器將電阻短路或提高電動機控制脈沖的占 空比，使電動機加速，生成螺旋運動軌跡，然后進入下一個旋轉(zhuǎn)過程。如此反復，就可以使水 上清潔機器人在旋轉(zhuǎn)的同時還有一個螺旋前進的總方向。改變選通電路所選通的微型光電開關3，就可以改變船體螺旋前進的總方向，如圖 6。假如此時遙控器選通的是微型光電開關A，船體在螺旋運動的同時向右偏移，運動軌跡如 圖6左圖；通過遙控器選通微型光電開關C，這樣每當船體向下行駛時總能檢測到遮光片的 信號，微型光電開關C的信號就可以通過選通電路控制電機的加速，在旋轉(zhuǎn)過程中其他微 型光電開關也產(chǎn)生了信號但是因為沒有被選通而失效。其效果是改變了絕對方向傳感器檢 測到指南針輸出加速信號的位置，即船體加速時所面對的方向不同，最終改變了船體螺旋 前進的總方向，運動軌跡如圖6右圖所示，達到了控制船體螺旋前進的目的。絕對方向控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)多種運動模式的控制，并且可以時時反饋修正運動方 向，實現(xiàn)的功能較多而成本很低。主要應用領域是對精度要求不是很高的需要方向自動控 制的移動設備中。
權利要求一種絕對方向控制器，其特征在于，所述絕對位置控制器由絕對方向傳感器和選通電路組成；絕對方向傳感器由底座、指南針、多個微型光電開關和遮光片組成，指南針支撐在底座下方支撐針上，遮光片位于指南針的一端，在底座的底板上排布有微型光電開關。
2.根據(jù)權利要求1所述的絕對方向控制器，其特征在于，在底座的底板上均勻的排布 有16個微型光電開關。
專利摘要本實用新型涉及一種絕對方向控制器，由絕對方向傳感器和選通電路組成；絕對方向傳感器由底座、指南針、多個微型光電開關和遮光片組成。該方向控制器應用于方向自動控制系統(tǒng)中，可實現(xiàn)時時反饋，從而達到及時修正方向的目的。
文檔編號G05D3/12GK201681309SQ200820226970
公開日2010年12月22日 申請日期2008年12月16日 優(yōu)先權日2008年12月16日
發(fā)明者龐嚴英, 陳秀云 申請人:山東三維石化工程股份有限公司