基于编码器和齿条的轨道车定位系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于编码器和齿条的轨道车定位系统及方法，具体说是一种编码 器和齿条定位系统，控制不可调速电机W达到高精度定位的方法。
【背景技术】
[0002] 在一些工程领域，一台由电气控制的轨道车需要对多个作业位置进行定位，如何 准确的对轨道车进行定位是轨道车能够进行精确作业的前提。
[000引分析已有专利：
[0004] (1)发明专利名称：移动清污机行走机构自动定位装置（【申请号】 201020692747. 5)
[0005] 该发明专利是在移动清污机的机架下方设接近传感器和接近定位传感器，在移动 清污机安装的巧面上根据需要设置清污定位点，清污定位点可W是2个或多个，在各清污 定位点上设接近减速传感块和接近定位传感块，接近减速传感块设在距定位点80-120毫 米处，接近定位传感块设在定位点处，接近减速传感器和接近定位传感器与控制柜中的控 制电路电气连接。用接近开关降速制动，利用接近开关发出的信号，控制电路根据接近开关 发出的信号反复点动来找准位置，由接近定位传感接近发出信号，通过控制电路来把它锁 定。
[0006] 该专利不能够实时监测轨道车的位置。
[0007] 该专利不涉及到编码器的定位方法。
[0008] (2)实用新型专利名称；一种激光测距定位系统（【申请号】201120176926. 8)
[0009] 激光扫描测距仪设置于跟随机构上，跟随机构与由处理器控制的电动机相连。
[0010] 由于本方案中需要小车到位后将激光关闭进行下一动作，需要行走时打开激光测 距，激光的应用受到环境条件的制约，室外露天环境不宜应用。该专利不涉及机电控制执行 装置和控制定位方法。
[0011] (3)发明专利名称：轨道车往返行走编码定位装置及其控制机构（【申请号】 200610054590. 1)
[0012] 旋转编码轮通过主轴安装在机架的下端并与轨道车的轨道滚动接触，如果轨道车 轮打滑会影响清污机的定位精度。
[0013] 该专利不涉及齿条定位的方法。
[0014] (4)发明专利名称：电力驱动车辆直线运行定位系统（申请号02111510. 9)
[0015] 激光位置检测器设置在车辆的运行轨道中必线一端的固定物上，控制盘接收该信 号并控制车辆驱动电动机。
[0016] 该专利不涉及机电控制执行装置。
[0017] (5)发明专利名称：基于激光测距的直线轨道车定位系统及方法（申请号 201210493674. 0)
[0018] 激光测距仪开启时发出激光射到反射板上，再反射回激光测距仪，激光测距仪的 数据通过数据传输线输入到控制中，控制器通过计算距离值来使交流接触器闭合，从而控 制电机通过减速箱使轨道车行走。
[0019] 该专利中，由于反射板是固定在轨道的一端，激光测距仪与反射板需要在同一条 直线上并且该直线要与轨道平行，地面的塌陷会直接导致激光测距仪接收不到数据，定位 不准确。
[0020] 通过对已有的定位技术分析可W看出，每个专利都有各自的应用背景，有各自的 优点。本方案中需要解决轨道车的操作人员在车上操作，控制台在轨道车上，所用电机为交 流减速电机，抱间电源进行单独释放。
【发明内容】
[0021] 本发明就是针对上述问题，提供一种定位准确、定位控制时间短的基于编码器和 齿条的轨道车定位系统及方法。
[0022] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明基于编码器和齿条的轨道车 定位系统包括轨道，轨道上设置有轨道车，其结构要点轨道上沿轨道长度方向设置有多个 齿条，各齿条的齿数均不相同，一个齿条对应一个作业目标位置设置，轨道车上设置有与所 述齿条喃合的齿轮，齿轮中必轴与设置在轨道车上的编码器转动信号输入端相连，编码器 的信号输出端口与PLC信号输入端口相连。
[0023] 作为一种优选方案，本发明所述PLC设置在轨道车上。
[0024] 作为另一种优选方案，本发明所述齿条设置在轨道的侧方，齿轮设置在轨道车的 侧方。
[0025] 作为另一种优选方案，本发明所述齿轮通过联轴器与编码器转动信号输入端连 接。
[0026] 作为另一种优选方案，本发明所述齿轮采用圆柱齿轮。
[0027] 其次，本发明还包括操作按钮、左右极限传感器、轨道车左行走接触器、轨道车右 行走接触器和显示屏，所述PLC信号输入端口分别与操作按钮信号输出端口、左右极限传 感器信号输出端口相连，PLC信号输出端口分别与轨道车左行走接触器控制信号输入端口、 轨道车右行走接触器输入端口、显示屏显示信号输入端口相连；所述左右极限传感器分别 设置在轨道的两端。
[0028] 另外，本发明所述编码器选用SPC编码器，PLC采用西口子S7-200,显示屏采用 Smart700IE显示屏；PLC的10. 0端口与编码器信号输出端口相连，PLC的10. 1端口通过轨 道车左行走接触器受控开关与直流-24V电源相连，PLC的10. 2端口通过轨道车右行走接 触器受控开关与直流-24V电源相连，PLC的10. 3端口通过轨道车行走电机热继电器受控 开关与直流-24V电源相连，PLC的Μ端口与直流巧4V电源相连，PLC的Q0. 0端口通过轨道 车左行走接触器控制端与市电零线相连，PLC的Q0. 1端口通过轨道车右行走接触器控制端 与市电零线相连，PLC的L端口与与市电火线相连，PLC的PORTO端口与显示屏显示信号输 入端口相连（轨道车左行走接触器和轨道车右行走接触器用于控制轨道车的启停）。
[0029] 本发明基于编码器和齿条的轨道车定位方法，包括W下步骤：
[0030] 1)位置检测
[0031] 轨道车位置=格位置+微位置
[0032] 格位置：由PLC检测不同作业目标位置的齿数不同的齿条所产生的不同脉冲数； 一个工程中有i个作业目标位置，在铺设齿条时，i根不同齿数的齿条确定作业目标位置， 每个齿条的齿数预先测试存储在PLC的程序中的，轨道车通过一个完整的齿条，PLC控制器 通过编码器在送个齿条上获得的脉冲数比对存储的齿条数，确定其当前的格位置；右行为 正，当前的格位置=1 + 1，右行加，左行减；
[0033] 微位置；轨道车行驶到作业目标位置附近时，齿轮接触到齿条，PLC检测编码器的 输出脉冲，实时微位置=PXX
[0034] 其中，X实时的脉冲数，P脉冲当量，由齿条、齿轮和编码器确定单位脉冲对应的位 移；
[0035]P每个脉冲所代表的距离，齿轮模数为M，齿轮齿数为Z，编码器的分辨率为k，
[0036] 齿轮分度圆的直径d=MXZ;
[0037] 齿轮分度圆的周长C=31Xd=31XMXZ;
[003引 P=齿轮分度圆的周长/编码器的分辨率=πXMXZ/k;
[0039] 轨道车在两个齿条间行走，PLC通过行走时间和平均速度获得位置，
[0040] 矜晋-VX/;
[0041] 其中，？表示轨道车行走的平均速度，t表示轨道车行走的时间；
[0042] 轨道车右行，PLC控制器获得的脉冲数与车行走的轨道位置关系
[0043] 轨道车在有齿条的位置=pX;
[0044] 轨道车在无齿条的位置=V(t)Xt;
[0045]
(i是有齿条的位置，j是无齿条的位 置）；
[0046] 微位置是通过齿条确定，与无齿条的位置无关，所W
可W由VXf代替。
[0047]。定位
[0048] 本发明轨道车的定位是在微位置区间，位置检测之后，采用闭环反馈回路方式进 行定位，图5是本发明轨道车闭环反馈定位框图；
[0049] 在PLC控制器中使作业目标位置相对脉冲与实际停车相对脉冲位置相比较， 如果Xi〉yi，则轨道车需要继续自动向逆方向行走，若则轨道车需要向正方向行走，当
[0050] x-y,I< Δ
[0051] 其中，Δ为定位误差，最终达到微位置的确定。
[0052] 作为另一种优选方案，本发明所述齿轮由主从两个齿轮组成：
[00閲齿轮模数为Μ= 3mm;
[0054]主齿轮齿数Zi= 40;
[00巧]齿轮分度圆的直径d=MXZi= 3X40 = 120mm;
[0056] 主齿轮分度圆的周长Cl= 31Xd= 376. 8mm;
[0057] 从齿轮齿数Z2= 20;
[0058] 王从齿轮的传输比ii2二Zi/Zz二40/20 = 2;
[0059] 王从齿轮结构的综合齿轮分度圆的周长C=Ci/ii2二120/2 = 60mm;
[0060] 齿条的周节t=πΜ= 3 3T;
[0061] 编码器选用SPC编码器，分辨率k= 1024;
[0062] 微位置的脉冲当量P=主从结构的综合齿轮分度圆的周长C/编码器的分辨率k，
[0063]P= 60/102