[发明专利]基于磁场梯度的车辆线性位移测量方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于磁导航领域，是一种位移测量方法，具体来说，是一种基于磁场梯度的车辆线性位移测量方法及装置，可以在无人工厂、智能交通等领域得到一定的应用和延伸。

背景技术

随着科学技术的进步，仓库管理正朝着智能化、自动化的方向发展，因而对自主导航的要求也越来越高。但在现有的磁传感器阵列检测法中，存在着输出信号离散、无法准确定位等问题。随着自动运输研究的更加深入，磁导航的研究有着重要的指导意义。电磁导航按导航装置可分为磁道钉导航和循迹电磁导航。

磁道钉导航技术是以磁性较强的磁道钉为导航设备基础，通过车体前端的传感器检测磁场分布来判断路径信息的导航方式。它在事先清楚磁道钉磁场分布的前提下，研究路径的磁场信息，进而研究车体与道钉之间的相对运动。在这种导航平台上，我们可用道钉摆设出诸如S形，圆形、直线型等不同的路径，再换上不同材质、不同形状的磁道钉，基于大量的现场实地测验，通过对实验数据的分析来进一步研究磁道钉对传感器设计的影响。检测磁场的工具毫无疑问是磁传感器，而磁传感器作为磁导航自动行驶系统中信号检测的最前端设备，在这个系统中发挥了至关重要的作用。

磁道钉导航技术首先出现在对自动公路的研究中，自动行驶的车辆要沿着路面下预先埋好的磁道钉组成的路线行驶。磁道钉导航在自动公路中起到了举足轻重的作用，而且具有不受环境干扰、维护费用低等优点。

美国和日本在磁道钉导航方面有着比较早的研究。美国加州大学伯克利分校在车辆的磁道钉导航方面取得了卓越的成绩，并在铲车、机场大巴、智能车等方面做了大量实验研究，为这个领域做出了巨大的贡献。

循迹电磁导航主要是以预埋在地面下的导线为行驶轨道，在导线中通有一定大小、频率的交变电流。此时导线周围产生交变的环形磁场。自动行驶车辆依靠车前端的电感线圈来感应磁场的大小，进而输出电压值供测量系统检测。系统通过电感的输出值来判断此时此刻车前端与导线的位置关系，以此进行精确定位。这种导航方式具有成本低、抗干扰能力强、可操作性强等优点，并且迅速适应仓储导航技术的要求，具有广阔的市场价值。

循迹电磁导航不仅应用价值非常广泛，而且在本科生教育领域也有有着较高的影响力。在全国大学生“飞思卡尔”杯智能车竞赛中，“电磁组”以它特有的导航方式自成一派，与“光电组”和“摄像头组”三足鼎立，同时受到广大本科生的热捧。

我国“飞思卡尔”智能车竞赛中，电磁组采用的磁场检测技术是在车前端安装电感线圈一字型阵列(5～7个)，同时输出感应电压，传送给单片机。单片机通过判断，找出感应电压值最大的两个电感线圈，并以此为依据，确定导线处在哪两个电感之间。

这种车体定位方式具有快速、简便、高效的优点，但其固有的结构决定了这种磁场检测方式只能给出离散的数字信号，单片机也只能判断导线的大致位置，无法精确判断车体与导线的位置关系。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于磁场梯度的车辆线性位移测量方法及装置，将输出电压与车体位置偏移量呈现一一对应的线性关系，通过两个串联反接的线圈，精确地对车体进行定位，误差小。

本发明基于磁场梯度的车辆线性位移测量方法，通过下述方式实现：

步骤1：铺设导引电缆；按被导航车辆需要的行进轨迹铺设导引电缆，设定导引电缆内的励磁电流参数。

步骤2：在被导航车辆上安装磁场梯度计；

Ａ、确定磁场梯度计中两个线圈在被导航车辆上的水平安装位置；

将磁场梯度计中的两个线圈分别安装在导航车辆前端，位于导引电缆两侧位置处，且使磁场梯度计中两个线圈间距不小于导航车辆的轮距。

B、确定磁场梯度计垂直方向的安装高度；h/Ｌ＝0.354，L为磁场梯度计中两个线圈间距。

步骤3：标定磁场梯度计；

a、将被导航车辆的中轴线与导引电缆竖直方向重合放置，记录磁场梯度计输出电压值。

b、将被导航车辆连续向左每间隔1cm移动一次，直至向左移动距离等于1/2被导航车辆宽度；记录每次磁场梯度计的输出电压值；随后向右每间隔1cm移动一次，直至向右移动距离等于1/2被导航车辆宽度，记录每次磁场梯度计的输出电压值。

c、根据所记录的偏移量与梯度计输出的电压值，绘制标定曲线。

步骤6：确定车辆偏差；

采集磁场梯度计的输出电压值，与标定曲线进行对比，判断被导航车辆车体中轴线与导引电缆之间的偏移量。