Устройство для определения положения транспортного средства Советский патент 1987 года по МПК G05D1/00 

Изобретение относится к системам автоматического управления транспортными средствами, передвигающимися вдоль индукционного провода, и может быть использовано, например, для уп- равления внутрицеховыми робокарами в гибком автоматизированном производстве .

Цель изобретения - расширение функ- д циональных возможностей устройства за счет определения его поперечного и углового смещения.

На фиг. 1 изображено расположение транспортного средства с индукционными датчиками на его борту в месте останова; на фиг. 2 - направляющий индукционный кабель с расположением индукционного датчика, поперечный разрез; на фиг. 3 - функциональная схе- 20 ма устройства для определения положения транспортного средства; на фиг.4- пример реализации шифратора.

Направляющий индукционный провод 1 в месте возможного останова транспортного средства 2 имеет петлю, содержащую один- перпендикулярный направляющему индукционному проводу неэкранированный участок 3 и два экранированных участка 4 и 5, на транспортном средстве 2 установлены блок 6 управления и первый - четвертый индукционные датчики 7-10 соответственно, блок 6 управления содержит первый - четвертый масштабирующие усилители 11-14 соответственно, первый - червертый аналого-цифровые преобразователи 15-18 соответственно, шифратор 19 и первый - четвертый индикачетвертого масштабирующих усилителей 11-14, выходы которых подключены соответственно к входам первого - четвертого цифроаналоговых преобразователей 15-18, выходы которых соединены с первым - четвертым входами шифратора 19 соответственно, первый - четвертый выходы которого подключены к входам первого - четвертого индикатора 20-23 соответственно, а первый - третий выходы являются выходами устройства .

Первые входы первой и второй мик- 15 росхем ППЗУ 24 и 25 совпадают с первым входом шифратора 19, их вторые входы - с его третьим входом,.а выходы микросхем ППЗУ 24 и 25 являются соответственно первым и четвертым выходами шифратора 19. Первые входы третьей и четвертой микросхем ППЗУ 26 и 27 совпадают с вторым входом шифратора 19, их вторые входы - с его четвертым входом, а выходы микросхем ППЗУ 26 и 27 являются соответственно вторым и третьим выходами шифратора 19.

Устройство работает следующим образом.

При движении или расположении транспортного средства 2 вдоль направляющего индукционного провода 1 излучение от этого провода воспринимается индукционными датчиками 8 и 10, так как их оси перпендикулярны продольной оси транспортного средства 2 и, следовательно, практически

25

30

35

перпендикулярны индукционному направляющему проводу. Так как основу ин- торы 20-23 соответственно, а шифратор . дукционных датчиков составляет катуш- выполнен на четырех микросхемах ППЗУ ка индуктивности или соленоид, то сиг24-27.

Экранированные участки 4 и 5 соединяют концы неэкранированного участка 3 с индукционным проводом 1, а индукционные датчики 7-10 расположены в вершинах квадрата, две стороны которого параллельны продольной оси транспортного средства 2, оси двух индукционных датчиков 7 и 9, определяющих одну диагональ квадрата, па- паллельны продольной оси транспортного средства 2, а оси индукционных датчиков 8 и 10 перпендикулярны этой оси.

Выходы индукционных датчиков 7-10 соединены с первым - четвертым входами блока 6 управления, которыми являются соответственно входы первого

четвертого масштабирующих усилителей 11-14, выходы которых подключены соответственно к входам первого - четвертого цифроаналоговых преобразователей 15-18, выходы которых соединены с первым - четвертым входами шифратора 19 соответственно, первый - четвертый выходы которого подключены к входам первого - четвертого индикатора 20-23 соответственно, а первый - третий выходы являются выходами устройства .

Первые входы первой и второй мик- росхем ППЗУ 24 и 25 совпадают с первым входом шифратора 19, их вторые входы - с его третьим входом,.а выходы микросхем ППЗУ 24 и 25 являются соответственно первым и четвертым выходами шифратора 19. Первые входы третьей и четвертой микросхем ППЗУ 26 и 27 совпадают с вторым входом шифратора 19, их вторые входы - с его четвертым входом, а выходы микросхем ППЗУ 26 и 27 являются соответственно вторым и третьим выходами шифратора 19.

Устройство работает следующим образом.

При движении или расположении транспортного средства 2 вдоль направляющего индукционного провода 1 излучение от этого провода воспринимается индукционными датчиками 8 и 10, так как их оси перпендикулярны продольной оси транспортного средства 2 и, следовательно, практически

нал, воспринимаемый индукционным датчиком от проводника с переменным током, пропорционален косинусу угла между осью датчика и направлением

проводника, а также обратно пропорционален квадрату расстояния между датчиком и проводником. В местах возможного останова транспортного средства индукционные датчики 7 и 9 воспринимают сигнал от неэкранированного участка 3 петли индукционного провода, так как их оси параллельны продольной оси транспортного средства 2 и практически перпендикулярны незкра0

5

нированному участку петли. Ввиду того, что оси индукционных датчиков 7 и 9 практически параллельны направляющему индукционному проводу 1, они не воепринимают его излучение, а так как оси индукционных датчиков 8 и 10 .фатически параллельны неэкранированному участку 3 петли индукционного провода, то они не воспринимают его излучение. Излучение экранированных участков 4 и 5 петли гасится экранами и индукционными датчиками 7-10 не воспринимается. В качестве экранов используются заземленные металлические трубы.

Так как оси индукционных датчиков оказываются практически перпендикулярны соответствующим им ИНДУКЦИОН-

ным проводам, то величины индуцируемых в них сигналов обратно пропорциональны квадрату расстояния между датчиками и индукционными проводаьш. Коэффициент пропорциональности зави(Ч1т от конструктивных особенностей датчиков, величины и частоты тока, протекающего по индукционному проводу и может считаться неизменным для каждого индукционного датчика в пределг1х конкретной транспортной сети но неизвестным по величине. Поэтому (фиг.2)

KI R

и,

(1)

R.

У,

+ (И- + h)2

и,

ji

-напряжение, индуцируемое в i-M индукционном датчике ;

-коэффициент пропорциональности для i-ro индукционного датчика;

(х) - смещение i-ro индукционного датчика относительно индукционного провода по оси у(х)-,

Н; - высота расположения i-ro индукционного датчика относительно поверхности движенр я транспортного средства-,

h - глубина прилегания индукционного провода.

Индукционный провод прокладывается одинаковую глубину h на всей транртной сети, а индукционные датчирасполагаются на одинаковой высоН относительно поверхности движетранспортного средства, т.е.

U; - yi--(-;-hF (3)

Сигнал от каждого индукционного датчика поступает в блок 6 управле

ю IP,

2025

3 9 34

ния, ГДР уси-чинается i М- раз и диск- ретизируется в oдJ n ; из соответствующих масштабирующих усилителей 11-14 и аналого-цифровых прсобразовр.телей 15-18, и в цифровой форме подается на соответствующий вход шифратора 19. Величина у; выражается через пос- . тупающее в шифратор 19 значение V, следу:ошим образом:

+ (H+iO

(,н„) -yi

7F

- (.H+h)2

V:

у

, 2

(4) (5)

у

Гм к: - --.

(6)

Продольное и поперечное смещения транспортного средства определяются как координаты х и у центра квадрата расположения индукционных датчиков, а угловое смещение - как угол cvi между направляющим индукционным проводом и стороной квадрата расположения индукционных датчиков, расположенной пдопь него, из очевидных (фиг. 1) гeo eтpичecкиx соотношения:

- (х 9 Э

- о

&

а 45

ч);(7)

-yg);(8)

cos (45° )j (9) (10)

Ув У|Д arccos J

0

5

0

Iде Г - диагональ квадрата расположения индукционных датчиков - величина известная и неизменная .

Вс ЛИ-П1ны X j и у положительны и соот ветствуют pacп,лoжeнию каждого датчика в своем координатном квадранте в месте останова транспортного средства, что легко обеспечивается разнесением индукционных датчиков благодаря небольшим отклонениям транспортного средства 2 при его движении от индукционного направляющего провода, не превышающим обычно 40мм.

Таким образом, искомые смещения X, у выражаются через поступающие на вход шифратора 19 значения V; следующим образом:

llSi (H4h) № - () ot 45° - arccos -- 8-l- o

(B)

в полученной системе (4) неизвестные их определения введено состно - величины: , , м|Кд , ,, М„К,о. Для шение.

ь -X и i lZr jf

-- 2 - - 5

и учитывается тот факт, что при номинальном, без отклонений, расположении транспортного средства 2 должны выполняться условия: х О, у О,

42

-2т

с О,

N

0.

Выражения (11)-(l4) табулируются при выбранных номинальных напряжениях, соответствующих номинальному расположению транспортного средства 2, на первом - четвертом входах шифратора 19 и записываются в микросхемы ППЗУ 24, 26, 27 и 25 соответственно, из которых состоит шифратор 19. Значения, вычисляемые по формулам (11)- (14), соответс- венно с первого - четвертого выходов шифратора 19 подаются на входы первого - четвертого индикаторов 20-23. Расположив транс- - портное средство 2 без отклонений, вращением потенциометров масштабирующих усилителей 11 и 13 подбираютЦ,U

ся значения М и М, , соответствующие показаниям индикаторов 20 и 23:

х, + XT -42 „ . X О и - -;:: - О. Аналогично

вращением потенциометров, масштабирующих усилителей 12 и 14 подбираютЦ h

ся значения М„ и М , соответствующие

D 1О

показаниям индикаторов 21 и 22: у О и с О. После зтого устройство является отмасштабируемым и готовым к работе. В местах останова транспорного средства 2 с первого - третьего выходов шифратора 19 будут сниматься соответственно продольное, поперечное и угловое смещения,

В качестве примера рассматривается случай максимального отклонения транспортного средства от индукционного провода 30 максимального отклонения в прокладке индукционного провода 2 мм, учитывая, что в существующих системах эти величины находятся в пределах 10-40 мм и 1-5 мм соответственно (6) . Задаются также максимальное угловое смещение 15 и h

(14)

15 мм, Н 50 мм, D 150 мм. Линейные смещения определяют в диапазоне 30 мм с точностью 2 мм и угловое смещение в пределах 15 с максимально возможной при заданных условиях точностью, равной гг 7 Jf

2 arcsinг1 .

01 .150

Первоначально определяется диапазон изменений входных и выходных переменных шифратора. Для представле5 ния X и у с точностью 2 мм в пределах от -30 мм до +30 мм требуется 5 двоичных разрядов - 1 под знак и 4 под значение от О до (2-1) 2 мм. Аналогично 5 разрядов требуется дЛя представ0 ления об с точностью 1° в пределах от -15 до +15 . Считая, что смещение датчиков относительно их номинального расположения также находятся в пределах 30 мм, а их номинальное удаление

g от индукционного провода составляет 0,5 D 0,707 53 (мм), получим диапазон удаления датчиков от индукционного провода 23-83 мм. Этому диапазону соответствует изменение входного

0 сигнала АДП и шифратора V в пределах:

У;

5

у| + (H+h) ;

,

(15)

V; (у; 83 мм)

.L. - 332 +652

90 10

.-ь

.

(16)

V; (у; 23 мм)

21010 . .

,

(17)

Очевидно, что изменением величин М. можно установить удобные величи- gg ны входных сигналов для АЦП, удобные также для шифрации. Причем таких значений могут быть 9 и 21, 3 и 7, 12 и 28 и т.д. Так как АЦП дискретирует сигнал от О до максимального напряжения, a под входной сигнал необходимо отвести 5 разрядов, выбирается максимальное дискретное значение выходного сигнала АЦП 32 ед. с рабочим диапазоном 12-28. Приняв номинальное значение V, равным 0,5 (12129) 20, получим:

У;,.у;н + (П + h/l 20-(532 -1-652) 140680 . (18)

При масштабировании,несмотря на неизвестные значения К;,все М. устанавливают равными -- 140680, что

К1

й 45 arccos (

140680 Д225 + (

X, . X, Г-Л - - 22 D 2 150Т

Так как каждая из четырех вычисляемых величин зависит только от двух входных величин, то таблицу значений выходных величин достаточно просчитать для различных значений только одной пары входных величин в требуе- йом диапазоне, т.е. когда выполняются условия принадлежности входных сигналов диапазону 12-28 ед., а вычисляемое значение об не выходит за пределы (-15) - (+15)° . Наполовину сокращают таблиду следующие свойства:

V,) -x(v,, V,) ;

vj -y(v,, Ve); w „y /u j

V.);

(23)

(24) (25)

+ X7

D

if(v

2

9

V.).

(26)

Это позволяет вычислять табличные значения только для случаев, когда первая входная величина не превышает вторую входную величину.

В таблиде приведены в десятичной и двоичной форме значения первого и второго входных сигналов и вычисленные с заданным числом двоичных разрядов с точностью величины линейного смещения (т.е. х и у), углового смещения oi и отклонения масштаба

D 2

Для хну входными

контролируется по индикаторам.

Поэтому формулы кодирования шифратора для примера имеют вид:

10

(19)

0,5 (

140680

V,

- 4225 (20)

(21)

(22)

ь

0

0

5

а

а для

:

0

5

сигналами являются V и

X, + х-7 - „ „ и-- - -- - V, и V, .

Четыре указанные функции можно закодировать на четырех микросхемах ППЗУ КР 556РТ6 с организацией по одной микросхеме на каждую функцию.Реализация шифратора 19 на четырех микросхемах ППЗУ КР 556РТ6 показана на фиг. 4. В микросхемах 26 и 27 защиты значения у и Ы. даны в зависимости от У,д и VP . Старший адресный разряд в них не используется, следующие пять разрядов, соответствующие вторым входам, отводятся под V, а на младшие пять разрядов, соответствующие первым входам, подается Vj. С младших пяти разрядов шины данных микросхем 26 и 27 снимаются коды у и ОС соответственно. Аналогично в микросхемах 24 и 25 защиты значения

X , + Х7 -

X и - -- даны в зависимости

от V, и V .

Кодировка микросхем ППЗУ по таблице осуществляется следующим образом. В микросхемы 26 и 24 по адресам 1 вх. сигнал, 2 вх. сигнал (конкатенация кодов) записываются значения линейного смещения, а по адресам 2 вх. сигнал с 1 вх. сигнал - значения линейного смещения с инверсным старшим разрядом. В микросхему 27 по адресам «с1 вх. сигнал, 2 вх. сигнал и -2 Бх. сигнал , 1 1 вх.

91343393. О

сигнал записываются значения угло- налов, отличающееся тем, вого смещения, а в микросхему 25 по что, с целью расширения функциональ- адресам вх. сигнал, ;2 вх. сиг- ных возможностей за счет определения нал и 2 вх. сигнал , 1 вх. сиг- поперечного и углового смещения транс- нал t записываются значения отклони- портного средства, петля содержит ния масштаба.один перпендикулярный направляющему

Закодированные таким образом мик- индукционному проводу неэкранирован- росхемы 24-27, соединенные как пока- ный участок и два экранированных уча- зано на фиг. 4, полностью реализуют ю стка, соединяющих неэкранированный функции шифратора 19.участок с направляющим индукционным

В качестве масштабирующих усилите- проводом, индукционные датчики распо- лей 11-14 можно использовать микро- ложены в вершинах квадрата, две сто- схемы операционных усилителей К140 роны которого параллельны продольной УДб 7 с переменным сопротивлением в 15 оси транспортного средства, оси двух цепи обратной связи. Методика пост- индукционных датчиков, определяющих роения и пример выполнения А1Щ приве- одну диагональ квадрата, параллель- дены в (8). В качестве индикаторов ны продольной оси транспортного сред- 20-23 можно использовать светодиоды ства, а оси двух других индукционных АЛ 310 с последовательно включенными 20 датчиков перпендикулярны этой оси. резисторами сопротивлением 1 кОм, по 2. Устройство по п. 1, о т л и- одному на каждый разряд выходных дан- чающееся тем, что блок форми- ных.рования управляющих сигналов содержит

четыре масштабирующих усилителя, чеФормула изобретения 25 тыре аналого-цифровых преобразователя, шифратор и четыре индикатора,

1. Устройство для определения по- причем входы масштабирующих усилите- ложения транспортного средства, со- лей подключены к соответствующим держащее направляющий индукционный входам блока, а выходы - к входам провод, проложенный под поверхностью зо соответствующих аналого-цифровых пре- движения транспортного средства и образователей, входы шифратора соеди- имеющий петли в местах останова транс- нены с выходами соответствующих ана- портного средства, на котором уста- лого-цифровых преобразователей, а новлены блок управления и четыре ин- выходы - с входами соответствующих дукционных датчика, выходы которых индикаторов, входы трех из которых подключены к соответствующим входам подключены к соответствующим выходам блока формирования управляющих сиг- блока.

13

1343393

14 Продолжение таблицы

15

1343393

16 Продолжение таблицы

19

1343393

20 Продолжение таблицы