自校准双向扫描式射箭自动报靶系统的制作方法

本实用新型涉及射箭类电子设备与系统技术领域，特别是一种基于光路反射式的自校准双向扫描式射箭自动报靶系统。

背景技术：

目前射箭类(例如体育射箭比赛)的射箭靶一般采用草靶人工报靶方式。现在射箭类的射箭靶开始采用矩形射箭靶结构的扫描式射箭自动报靶方式获取射箭结果数据。扫描式射箭自动报靶方式通常是利用由发射机阵列组成的发射光带的发射点发射的光线构成垂直交叉光幕和与发射机对应设置的可移动的接收机接收光线以采集箭着点位置，如图1所示，一种扫描式射箭自动报靶系统包括沿水平方向设置的发射光带I和与其对应的有源X轴扫描头1(有源X轴扫描头1上配置接收机电路)，以及发射光带II和与其对应的有源Y轴扫描头2(有源Y轴扫描头1上配置接收机电路)，当箭射入射箭靶时(如图1中所示的黑色圆点)，发射光带I和发射光带II分别发射的光线被箭体遮挡，有源X轴扫描头1和有源Y轴扫描头2分别在其各自所在的射箭靶边框处移动以通过其各自配置的接收机电路分别接收采集箭着点位置数据，即采集例如平面直角坐标系下X轴和Y轴的坐标值数据。由于在实际采集应用中，各组件诸如有源扫描头或控制装置等由于外界环境温度、组件自身制造工艺以及产品批次或各组件协调配合等原因造成一定的测量误差，因此在实际扫描测量时无法精确确定扫描行程，故而极易导致系统采集出的箭着点位置与实际箭着点位置存在一定误差，从而影响箭着点位置采集的可靠性和精度，同时影响了射箭自动报靶系统的可靠性。

此外，如图1所示，目前现有的扫描式射箭自动报靶系统主要采用固定发射机电路(即固定发射光带I和II)但移动接收机电路(即分别移动有源X轴扫描头1和有源Y轴扫描头2)对整个射箭靶面进行扫描，由于接收机电路需要配置电源(即如图1中所示的通过电缆3与有源X轴扫描头1相连接的电源I，以及通过电缆3与有源Y轴扫描头2相连接的电源II)和信号，故当有源X轴扫描头1和有源Y轴扫描头2分别在其各自所在的射箭靶边框处移动时，需要拖着电缆3进行快速移动，这种系统结构长时间工作极易导致电缆3疲劳，而且，扫描头上的电路在频繁扫描移动和起停振动时也会导致工作不稳定，从而影响箭着点位置采集的有效性和可靠性，同时影响了射箭自动报靶系统的安全性和可靠性，减少了系统使用年限，增加了系统维护检修周期和成本。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中存在的缺陷或不足，提供一种自校准双向扫描式射箭自动报靶系统，在扫描头的扫描行程两端分别设置限位器以实现扫描行程自校准，并且进一步采用仅需均固定设置的两个发射电路和两个接收电路，利用带光路反射镜面的无源扫描头构成两路扫描光路，分别扫描交叉布置在射箭靶面的坐标光线，避免了有源扫描头的电缆拖累，从而能够有利于提高箭着点位置采集的有效性和可靠性，提高射箭自动报靶系统的安全性和可靠性。

本实用新型的技术方案如下：

自校准双向扫描式射箭自动报靶系统，其特征在于，包括扫描测量装置、至少两个限位器和控制装置，所述扫描测量装置包括两个发射装置和两个扫描头且发射装置和扫描头一一对应设置，所述两个发射装置分别固定设置于矩形的相邻的两边上，所述两个扫描头分别设置于与其各自对应的发射装置所在的边相对应的边上且通过控制装置控制分别在其各自所在的边上移动，所述两个限位器分别设置在任意一个扫描头的扫描行程中的任意两点，所述控制装置包括驱动扫描头的主动驱动轮，所述主动驱动轮步进量参数为所述扫描行程中的任意两点之间的距离与所述主动驱动轮转动的相应步数之比。

所述发射装置为发射光带，所述扫描头为有源扫描头，所述控制装置还包括电缆，所述系统还包括两个接收机，所述两个接收机分别一一对应设置在所述两个有源扫描头上，所述两个扫描头分别设置于与其各自对应的发射装置所在的边相对应的边上是指所述两个有源扫描头分别设置于与其各自对应的发射装置所在的边的对边上，通过电缆连接控制所述两个有源扫描头分别在其各自所在的边上移动，所述两个限位器分别设置在任意一个有源扫描头的扫描行程中的任意两点。

所述两个发射装置为水平光路发射电路和垂直光路发射电路，所述扫描头为无源扫描头，所述系统还包括水平光路接收电路和垂直光路接收电路以及两路扫描光路，所述水平光路发射电路和水平光路接收电路设置于所述矩形的一垂直边上且分别固定设置于所述垂直边的两端，所述垂直光路发射电路和垂直光路接收电路设置于所述矩形的一水平边上且分别固定设置于所述水平边的两端；第一路扫描光路位于所述矩形的上水平边与下水平边之间且由第一水平光路反射镜面和第二水平光路反射镜面通过反射形成，所述第一水平光路反射镜面固定设置在第一水平光路无源扫描头上，第二水平光路反射镜面固定设置在第二水平光路无源扫描头上，所述第一水平光路无源扫描头和第二水平光路无源扫描头分别设置于所述矩形的两水平边上且通过控制装置控制分别在其各自所在的边上移动；第二路扫描光路位于所述矩形的左垂直边与右垂直边之间且由第一垂直光路反射镜面和第二垂直光路反射镜面通过反射形成，所述第一垂直光路反射镜面和第二垂直光路反射镜面分别固定设置在第一垂直光路无源扫描头和第二垂直光路无源扫描头上，所述第一垂直光路无源扫描头和第二垂直光路无源扫描头分别设置于所述矩形的两垂直边上且通过控制装置控制分别在其各自所在的边上移动，所述两个限位器分别设置在第一水平光路无源扫描头或第二水平光路无源扫描头或第一垂直光路无源扫描头或第二垂直光路无源扫描头的扫描行程中的任意两点。

所述反射镜面与其各自对应的无源扫描头之间的角度为45°。

所述主动驱动轮连接控制所述第一水平光路无源扫描头和第二水平光路无源扫描头同步移动；所述主动驱动轮连接控制所述第一垂直光路无源扫描头和第二垂直光路无源扫描头同步移动。

所述控制装置还包括若干个被动驱动轮，所述主动驱动轮通过绕线带动被动驱动轮连接控制所述第一水平光路无源扫描头、第二水平光路无源扫描头、第一垂直光路无源扫描头和第二垂直光路无源扫描头同步移动。

所述发射电路包括激光或红外发射器，所述接收电路包括至少一个激光或红外接收二极管。

所述射箭自动报靶系统还包括矩形靶框，所述发射电路和接收电路均设置在矩形靶框上，所述矩形靶框四边上均设置有扫描头导轨，所述无源扫描头在所述扫描头导轨上移动。

本实用新型的技术效果如下：本实用新型提出的自校准双向扫描式射箭自动报靶系统，在扫描头的扫描行程中的任意两点(即可以是扫描行程两端或扫描行程中两个固定的已知位置，也就是说任意两点之间的距离是一个已知参数或预设参数)分别设置限位器，实现扫描行程自校准，保证了在各种环境下的测量精度，同时实现了双向扫描测量，极大地提高了系统的测量速度，并且进一步采用仅需均固定设置的两个发射电路和两个接收电路，并在两对发射电路和接收电路之间设置配置有无源扫描头的光线交叉布置的两路扫描光路的系统结构，采用无源扫描头，从而去除了有源扫描头的长电缆，故当无源扫描头快速移动时，不会引起电缆疲劳和电路振动，极大地提高了系统的可靠性，同时避免了现有扫描式射箭自动报靶系统中需要的密集发射光带或密集接收阵列，从而极大地简化了系统设计，提高了系统的可靠性。

本实用新型具有以下特点：1.扫描行程自校准且双向扫描测量。2.发射电路和接收电路均固定设置。3.设置配置有无源扫描头的光线交叉布置的两路扫描光路。4.箭着点位置测量精度高、速度快，测量可靠性高。5.系统结构简单，安装、维护方便。

附图说明

图1是现有技术扫描式射箭自动报靶系统的一种结构示意图。

图2是本实用新型自校准双向扫描式射箭自动报靶系统的一种优选结构示意图。

附图标记列示如下：1-有源X轴扫描头；2-有源Y轴扫描头；3-电缆；4-水平光路发射电路；5-水平光路接收电路；601-第一无源X轴扫描头；602-第二无源X轴扫描头；701-第一水平光路反射镜面；702-第二水平光路反射镜面；8-垂直光路发射电路；9-垂直光路接收电路；1001-第一无源Y轴扫描头；1002-第二无源Y轴扫描头；1101-第一垂直光路反射镜面；1102-第二垂直光路反射镜面；12-主动驱动轮；1301-第一被动驱动轮；1302-第二被动驱动轮；1303-第三被动驱动轮；1304-第四被动驱动轮；14-绕线；15-扫描头导轨；16-矩形靶框；17-射箭靶；1801-第一限位器；1802-第二限位器。

具体实施方式

下面结合附图(图1-图2)对本实用新型进行说明。

本实用新型涉及一种自校准双向扫描式射箭自动报靶系统，包括扫描测量装置、至少两个限位器和控制装置，扫描测量装置包括两个发射装置和两个扫描头且发射装置和扫描头一一对应设置，两个发射装置分别固定设置于矩形的相邻的两边上，两个扫描头分别设置于与其各自对应的发射装置所在的边相对应的边上且通过控制装置控制分别在其各自所在的边上移动，两个限位器分别设置在任意一个扫描头的扫描行程中的任意两点，控制装置包括驱动扫描头的主动驱动轮，主动驱动轮步进量参数为扫描行程中的任意两点之间的距离与主动驱动轮转动的相应步数之比。

上述扫描测量装置可以是能够实现测量射入射箭靶的箭体的箭着点位置的任意一种扫描测量装置，也即是说，本实用新型涉及的限位器可以设置于包括在任意一种扫描测量装置中的扫描头的扫描行程中的任意两点(即可以是扫描行程两端或扫描行程中两个固定的已知位置)即可，例如，设置于如图1所示的扫描式射箭自动报靶系统中，此时，上述发射装置为发射光带(即发射光带I和发射光带II)，扫描头为有源扫描头(即有源X轴扫描头1和有源Y轴扫描头2)，控制装置包括电缆3，发射光带I和发射光带II分别固定设置于矩形的相邻的两边上，有源X轴扫描头1设置于与发射光带I所在的边相对的边上，有源Y轴扫描头2设置于与发射光带II所在的边相对的边上，两个接收机分别一一对应设置在有源X轴扫描头1和有源Y轴扫描头2上(图1中未示出)，通过电缆3连接控制有源X轴扫描头1和有源Y轴扫描头2分别在其各自所在的边上移动，此时，上述两个限位器可以分别设置在任意一个有源扫描头(即有源X轴扫描头1和有源Y轴扫描头2)的扫描行程的两端或扫描行程中两个固定的已知位置，且其中一个作为起点限位器，另一个作为终点限位器，以实现扫描行程自校准以及双向扫描测量。

图2是本实用新型自校准双向扫描式射箭自动报靶系统的一种优选结构示意图，如图2所示，包括水平光路发射电路4、水平光路接收电路5、第一无源X轴扫描头601、第二无源X轴扫描头602、第一水平光路反射镜面701、第二水平光路反射镜面702、垂直光路发射电路8、垂直光路接收电路9、第一无源Y轴扫描头1001、第二无源Y轴扫描头1002、第一垂直光路反射镜面1101、第二垂直光路反射镜面1102、主动驱动轮12、第一被动驱动轮1301、第二被动驱动轮1302、第三被动驱动轮1303、第四被动驱动轮1304、绕线14、扫描头导轨15以及第一限位器1801和第二限位器1802，其中，水平光路发射电路4可以仅包括一个发射电路，发射电路可以包括激光或红外发射器，即激光光源或红外光源(点光源)，水平光路接收电路5可以仅包括一个接收电路，接收电路可以包括至少一个激光或红外接收二极管，从而发射电路与接收电路构成点―点的发射―接收光路，水平光路发射电路4和水平光路接收电路5设置于矩形的右边上且分别固定设置于该右边的两端处，即水平光路发射电路4固定设置于该右边的上端处，水平光路接收电路5固定设置于该右边的下端处；垂直光路发射电路8可以仅包括一个发射电路，发射电路可以包括激光或红外发射器，即激光光源或红外光源(点光源)，垂直光路接收电路9可以仅包括一个接收电路，接收电路可以包括至少一个激光或红外接收二极管，从而发射电路与接收电路构成点―点的发射―接收光路，垂直光路发射电路8和垂直光路接收电路9设置于矩形的下边上且分别固定设置于该下边的两端，即垂直光路发射电路8固定设置于该下边的左端处，垂直光路接收电路9固定设置于该下边的右端处；水平光路发射电路4和水平光路接收电路5之间设置第一路扫描光路I，即沿水平光路发射电路4依次设置第一水平光路反射镜面701和第二水平光路反射镜面702以通过反射产生水平光路，其中，第一水平光路反射镜面701固定设置在第一水平光路无源扫描头即第一无源X轴扫描头601上，第二水平光路反射镜面702固定设置在第二水平光路无源扫描头即第二无源X轴扫描头602上，并且第一水平光路反射镜面701与其对应的第一无源X轴扫描头601之间的角度为45°，第二水平光路反射镜面702与其对应的第二无源X轴扫描头602之间的角度为45°；第一无源X轴扫描头601和第二无源X轴扫描头602分别设置于矩形的上下两边上且通过控制装置(主动驱动轮12、第一被动驱动轮1301、第二被动驱动轮1302、第三被动驱动轮1303和第四被动驱动轮1304)控制分别在其各自所在的边上移动，以采集箭着点的水平位置即X轴位置数据；垂直光路发射电路8和垂直光路接收电路9之间设置第二路扫描光路II，即沿垂直光路发射电路8依次设置第一垂直光路反射镜面1101和第二垂直光路反射镜面1102以通过反射产生垂直光路，第一垂直光路反射镜面1101固定设置在第一垂直光路无源扫描头即第一无源Y轴扫描头1001上，第二垂直光路反射镜面1102固定设置在第二垂直光路无源扫描头即第二无源Y轴扫描头1002上，并且第一垂直光路反射镜面1101与其对应的第一无源Y轴扫描头1001之间的角度为45°，第二垂直光路反射镜面1102与其对应的第二无源Y轴扫描头1002之间的角度为45°，从而第一路扫描光路I与第二路扫描光路II形成光线垂直交叉布置的光路结构；第一无源Y轴扫描头1001和第二无源Y轴扫描头1002分别设置于矩形的左右两边上且通过控制装置(主动驱动轮12、第一被动驱动轮1301、第二被动驱动轮1302、第三被动驱动轮1303和第四被动驱动轮1304)控制分别在其各自所在的边上移动，以采集箭着点的垂直位置即Y轴位置数据。在实际应用中，主动驱动轮12通过绕线14带动第一被动驱动轮1301、第二被动驱动轮1302、第三被动驱动轮1303和第四被动驱动轮1304进而通过绕线14连接控制第一无源X轴扫描头601、第二无源X轴扫描头602、第一无源Y轴扫描头1001和第二无源Y轴扫描头1002同步移动，以同时同步采集箭着点的位置即X轴和Y轴数据，保证了箭着点位置测量采集的稳定性和精度；第一限位器1801和第二限位器1802同样设置于矩形的右边上且分别固定设置于该右边的两端，即第一限位器1801固定设置于该右边的上端处并紧邻水平光路发射电路4，且水平光路发射电路4和第一限位器1801从上至下依次并排设置，第二限位器1802固定设置于该右边的下端处并紧邻水平光路接收电路5，且第二限位器1802和水平光路接收电路5从上至下依次并排设置，第一限位器1801可以作为起点限位器，此时第二限位器1802作为终点限位器，当然第一限位器1801也可以作为终点限位器，此时第二限位器1802作为起点限位器，以实现扫描行程自校准以及双向扫描测量，第一限位器1801和第二限位器1802可以是能够实现位置检测功能的器件或装置，例如机械限位器，也可以是光电位置传感器。此外如图2中所示的射箭自动报靶系统还包括矩形靶框16，上述水平光路发射电路4、水平光路接收电路5、垂直光路发射电路8、垂直光路接收电路9以及第一限位器1801和第二限位器1802均设置在矩形靶框16上，矩形靶框16的四边即四个边沿/边框上均设置有扫描头导轨15，上述第一无源X轴扫描头601、第二无源X轴扫描头602、第一无源Y轴扫描头1001和第二无源Y轴扫描头1002分别设置在其各自所在的边沿/边框的扫描头导轨15上，且在主动驱动轮协同被动驱动轮控制下分别在其各自所在的扫描头导轨15上同步移动。

如图2所示，第一限位器1801和第二限位器1802的功能和工作原理具体说明如下：当主动驱动轮12控制第二无源Y轴扫描头1002在其所在的扫描头导轨15上由上至下移动时，此时第一限位器1801作为起点限位器，第二限位器1802作为终点限位器，当第二无源Y轴扫描头1002通过第一限位器1801时，第一限位器1801限定一个起始点，当第二无源Y轴扫描头1002通过第二限位器1802时，第二限位器1802限定一个终点且限定了此时主动驱动轮12转动的相应步数，也即是限定了主动驱动轮12行进的步数；当第一限位器1801和第二限位器1802之间的距离已知时，可以通过第一限位器1801和第二限位器1802之间的距离与主动驱动轮12转动的相应步数之比校准或推算主动驱动轮步进量参数。

值得注意的是，如图2中所示的系统中各组件的名称定义中的“水平”和“垂直”的限定是相对而言的，也即是说，本实用新型涉及的“水平”是相对于本实用新型涉及的“垂直”，本实用新型涉及的“水平”与通常意义上的水平面可以一致也可以不一致，本实用新型涉及的“垂直”与通常意义上的垂直面可以一致也可以不一致，具体来说，例如本实用新型涉及的矩形的“水平”边相对于本实用新型涉及的矩形的“垂直”边，无论该矩形被如何摆放或布置；并且本实用新型涉及的“水平”平行于本实用新型涉及的X轴，本实用新型涉及的“垂直”平行于本实用新型涉及的Y轴。此外，上述反射镜面与其各自对应的无源扫描头之间的角度可以任意设置；并且上述分别各自配置有反射镜面的第一水平光路无源扫描头和第二水平光路无源扫描头可以同步移动，上述分别各自配置有反射镜面的第一垂直光路无源扫描头和第二垂直光路无源扫描头可以同步移动，也即是说，上述第一水平光路无源扫描头和第二水平光路无源扫描头与上述第一垂直光路无源扫描头和第二垂直光路无源扫描头可以同步移动，也可以异步移动，更进一步，上述第一水平光路无源扫描头、第二水平光路无源扫描头、第一垂直光路无源扫描头和第二垂直光路无源扫描头可以同步移动，上述角度参数以及移动参数可以根据实际应用需求合理设置，只要各部件相互配合能够直接或者间接(即通过相应的算法/公式处理)实现箭着点位置数据采集(例如平面直角坐标系下X轴和Y轴的坐标值数据)即可。此外，上述控制装置可以是任何一种能够控制实现无源扫描头移动的装置，可以根据实际应用需求合理设置，更进一步，如图2中所示的各驱动轮的尺寸可以根据实际应用需求合理设置，其尺寸大小影响速度，通常尺寸越小阻力越小，扭矩越大，故而驱动能力越强，但速度越慢。

本实用新型涉及的扫描行程自校准原理具体说明如下：

参考图2，在实际应用中，假设需要测量箭体射入射箭靶17时的箭着点位置坐标数据，为了提高测量的精度和可靠性，故需要选定一个参考值，例如可以选择参考如图2中所示的系统中主动驱动轮12控制任意一个无源扫描头在其所在边上全行程单向移动一次得到的公式：

D_size＝L_s/N_step (1)

假设主动驱动轮的半径为R，理论上，主动驱动轮每转动/前进一步，对应的扫描头移动的距离为：

D_size＝2πRΦ (2)

其中，D_size为主动驱动轮12控制时每转动/前进一步时扫描头移动的距离，即扫描步长，也即是主动驱动轮12的步进量参数，L_s为两个限位器之间的距离，N_step为主动驱动轮12控制扫描头依次经过两个限位器时行进的步数，R为主动驱动轮12的半径，Φ为主动驱动轮12每转动/前进一步所转动的角度。

将公式(2)代入公式(1)中可以得出：

L_s＝2πRΦ*N_step (3)

由公式(3)可以看出，当不使用本实用新型提出的限位器时，无源扫描头在其所在边上全行程单向移动距离L通常会受到由于周围环境温度等条件影响而引起主动驱动轮半径的变化或绕线松紧变化，导致其数值测量误差较大，并且由于主动驱动轮12的制造工艺以及产品批次等影响，同样将会导致每次步进的距离即扫描步长以及每圈步进的距离不一致，故将会产生一系列的累积误差(开放误差)，最终导致箭着点位置测量结果的不可靠、误差较大甚至无效。本实用新型提出采用起点/终点限位器的设计，在无源扫描头在其所在边上全行程单向移动距离(L)两端点引入位置限定检测，并用于校准或推算出D_size，进而可以将两个限位器之间的距离L_s(如图2所示，当两个限位器设置在无源扫描头的扫描行程两端点时，L_s＝L)之间的任何误差均限定为一个封闭的误差，因此可以精确的确定例如主动驱动轮12每步前进的距离是多少等参考值，故进而能够实时实现对扫描行程进行自校准(即对无源扫描头全行程单向移动距离L进行自校准)，以随时修正由于热胀冷缩或绕线松紧等外界原因引起的扫描步长的变化，保证了在各种环境下的测量精度。

在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明创造，但并非限制本发明创造的保护范围。任何没有脱离本发明创造实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明创造的保护范围。