红外传感器件的装配机器人定位系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种红外传感器件的装配机器人定位系统，设有控制电路板、两只红外发射管、一只红外接收头和单片机，两只红外发射管、一只红外接收头和单片机安装于控制电路板上，每只红外发射管的正极性端通过上拉电阻接于电源，负极性端通过一晶体三极管和可调电阻接于单片机的一个I/O端口，晶体三极管的一端接地；红外接收头一端接于电源，一端接地，一端接于单片机的一个I/O端口，两只红外发射管和红外接收头分别占用单片机的一个I/O端口。本发明采用双红外发射管，准确分辨本定位系统与待测透明圆柱形及球形物体的位置偏离情况，使装配机器人精确定位，实现物体准确抓取和投放。
【专利说明】红外传感器件的装配机器人定位系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种定位装置，尤其涉及一种采用双红外发射管进行定位的装置。
【背景技术】
[0002]目前常见的用于装配机器人障碍物检测或准确定位的红外传感器件，其检测准确率通常受到外部光线、表面形状、表面颜色及透明度的影响，特别是对于透明圆柱形及球形物体等，检测准确率不高；在使用其作为定位传感手段时，随机器人的运动速度不同和检测电路的反应灵敏度不同，定位准确率相差很大。另一方面，很多装配机器人通常要抓取圆球形物体，或者要在圆柱形物体前准确停住，迫切需要解决目前机械手无法可靠抓住物体或者准确投放物体的问题。
【发明内容】
[0003]为克服目前装配配机器人用定位装置无法对透明圆柱形及球形物体准确定位，从而导致机械手无法可靠抓住物体或者准确投放物体的缺点，本发明提供一种红外传感器件的装配机器人定位系统。
[0004]本发明的目的是这样实现的，红外传感器件的装配机器人定位系统，其特征在于:设有控制电路板、两只红外发射管、一只红外接收头和单片机，两只红外发射管、一只红外接收头和单片机安装于控制电路板上，每只红外发射管的正极性端通过上拉电阻接于电源，负极性端通过一晶体三极管和可调电阻接于单片机的一个I/o端口，晶体三极管的一端接地；红外接收头一端接于电源，一端接地，一端接于单片机的一个I/o端口，两只红外发射管和红外接收头分别占用单片机的一个I/o端口。
[0005]还包括安装于所述控制电路板上的三只定位状态指示灯，每只定位状态指示灯的一端接于所述单片机的一个I/o端口，另一端接地；三只定位状态指示灯分别占用单片机的一个I/O端口，且与红外发射管及红外接收头所占用的三个I/O端口不相同。
[0006]还包括固定于所述控制电路板上的将所述两只红外发射管和红外接收头包围在内的U形防尘遮光罩。
[0007]本发明采用双目式结构，即采用双红外发射管，配合机器人自带巡线传感器进行位置检测，构造新颖，准确分辨本定位装置(本发明)与待测透明圆柱形及球形物体的位置偏离情况，使装配机器人精确定位，实现物体准确抓取和投放；定位状态指示灯能实时指示“正对”、“左偏”和“右偏”三种定位情况，利于操作人员及时了解安装有本定位装置的装配机器人的实际运行状态，为人工介入时机提供参考；U形防尘遮光罩可以防尘和遮挡外部杂散光线，有效抑制外部环境对红外信号的干扰。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的俯视图； 图3为本发明的电气原理图；
图4为本定位装置对圆柱形透明物体的位置检测示意图；
图5为本定位装置对球形物体的位置检测示意图；
图6为安装有本定位装置的装配机器人示意图；
图中:1.红外发射管，2.红外接收头，3.U形防尘遮光罩，4.定位状态指示灯，5.控制电路板，6.装配机器人，7.本定位装置，8.前排巡线传感器，9.后排巡线传感器。
【具体实施方式】
[0009]下面结合附图和实施例，对本发明作进一步说明:
图1和图2是基于双目式红外传感器件的定位装置的结构示意图，图3为本发明的电气原理图，安装于控制电路板5上的两只红外发射管I在图3原理图上为TRl和TR2，红外接收头2在图3原理图上为RD，单片机采用AT89C51系列，两只红外发射管I对称设于红外接收头2的两侧，两只红外发射管I的发光中心和红外接收头2的中心在一个平面上，每只红外发射管I均向红外接收头2 —侧倾斜且与控制电路板5之间成一锐角Al，每只红外发射管I的发光中心到控制电路板5的垂直距离为H1，每只红外发射管I的发光中心到红外接收头2中心的水平距离为LI，设本定位装置7与待测物体间需要定位的距离为Ds，Al，LI和Rb需要根据待测物体的形状、尺寸大小、颜色及需要定位的距离Ds进行调节；每只红外发射管I的正极性端通过上拉电阻Re接于+5V电源Vcc，负极性端通过一晶体三极管和可调电阻Rb接于单片机的一个I/O端口，晶体三极管的一端接地；红外接收头2 —端接于+5V电源Vcc，一端接地，一端接于单片机的一个I/O端口，两只红外发射管I占用单片机的Pl.0和Pl.1端口，红外接收头2占用单片机的Pl.2端口。
[0010]为实时指示定位情况，还在控制电路板5上安装三只定位状态指示灯4，在图3原理图上分别为LT1、LT2和LT3，每只定位状态指示灯4的一端接于单片机的一个I/O端口，另一端接地；三只定位状态指示灯4分别占用单片机的P1.3、P1.4和Pl.5端口，分别指示“正对”、“左偏”和“右偏”三种定位状态。
[0011]38KHz方波调制信号通过单片机端口 P1.0、P1.1分时控制两只红外发射管I各自发射支路中晶体三极管的通断，使两只红外发射管I分时发射红外光，光信号的强弱可以通过可调电阻Rb进行调节，Rb越小，光信号越强；红外光照射待测物体发生反射，反射光照射到红外接收头2，如待测物体上发生光线漫反射的面积足够大，有足够量的反射光被红外接收头2接收，经解调后红外接收头2输出对应的电平信号，从前一状态的OV跳变到+5V，其输出电平由单片机Pl.2端口接收处理后，将装配机器人6与前方物体的位置情况通过单片机Pl.3、Pl.4和Pl.5端口送给定位状态指示灯4和装配机器人6的上位机，装配机器人6据此进行位置调整，直至到达准确的装配位置。
[0012]为防尘和遮挡外部杂散光线，有效抑制外部环境对红外信号的干扰，还在控制电路板5上安装U形防尘遮光罩3，将两只红外发射管I和红外接收头2包围在U形防尘遮光罩3内。
[0013]图4为本定位装置7对圆柱形透明物体的位置检测示意图，由两只红外发射管I分时发射红外线对待测物体进行位置检测。按照本定位装置7与待测物体之间的相对位置关系分六种检测情况: 情况I为本定位装置7与待测物体正对的情形，先由左侧红外发射管I发射红外线，在待测物体的AB弧段内发生漫反射，大部分反射光能被红外接收头2所接收，则红外接收头2占用的单片机Pl.2端口发生一次从OV到5V的电平跳变，再由右侧红外发射管I发射红外线，在待测物体的BC弧段内发生漫反射，大部分反射光也能被红外接收头2所接收，则单片机Pl.2端口又发生一次从OV到5V的电平跳变，即在两次发射占用的时间T内，单片机Pl.2端口连续发生两次电平跳变后，装配机器人6则立刻在该位置停车，能够准确停到预定位置。
[0014]情况2为本定位装置7与待测物体之间距离较远时的情形，此时由于待测物体上光反射区AB弧段和BC弧段面积较小，红外接收头2不能接收到足够的光信息量，单片机Pl.2端口电平不会发生变化。本定位装置7与待测物体之间距离较近时与情况2相同。
[0015]情况3为本定位装置7向左偏离待测物体的情形，此时左侧红外发射管I的反射光能被红外接收头2接收，单片机Pl.2端口电平发生一次跳变，右侧红外发射管I的发射光已经偏离待测物体，基本无反射光，单片机Pl.2端口电平不变化，即在两次发射占用的时间T内，仅检测到一次电平跳变，此时装配机器人6立刻停车，分多步右转，直至转到检测到两次连续电平跳变的正对位置。
[0016]情况4为本定位装置7向左偏离待测物体过多的情形，此时两只红外发射管I发射的红外光均没有照射到待测物体，两次检测单片机Pl.2端口都没有电平跳变情况发生，此时装配机器人6处于异常情况，需要结合装配机器人6自带的前、后巡线传感器8，9进行判断。
[0017]情况5为本定位装置7向右偏离待测物体的情形，此时右侧红外发射管I的反射光能被红外接收头2接收，单片机Pl.2端口电平发生一次跳变，左侧红外发射管I的发射光已经偏离待测物体，基本无反射光，单片机Pl.2端口电平不变化，即在两次发射占用的时间T内，仅检测到一次电平跳变，此时装配机器人6立刻停车，分多步左转，直至转到检测到两次连续电平跳变的正对位置。
[0018]情况6为本定位装置7向右偏离待测物体过多的情形，与情况4相似，
由于装配机器人6自带前、后巡线传感器8，9用于巡线，使其沿着轨迹线运动，其运动轨迹采用PID调节，所以装配机器人6的车身整体相对待测物体歪斜程度较大的情况基本不发生，而且在检测前方物体前，首先查看前、后巡线传感器8，9的位置情况，情况4和情况6出现的机率很小。
对于圆柱形透明物体，可通过调节可调电阻Rb来调节红外发射管I发射的红外信号强度，Rb越小，信号越强；调节角度Al和间距LI来调整待测物体发生漫反射的面积，使红外接收头2能接收到足够强的发射光，从而确保本定位装置7与待测物体间的距离为Ds时，单片机Pl.2端口连续发生两次电平跳变。
[0019]图5为本定位装置对球形物体的位置检测示意图，设本定位装置7与待测物体间的距离为Db。由于球形物体漫发射面积普遍较小，导致红外接收头2很难接收到足量的发射光信号，为提高接收信号的强度，要将两只红外发射管I的发光中心、红外接收头2的中心和球形物体的中心保持在一个平面上，另可通过同时调节可调电阻Rb、角度Al和间距LI，确保本定位装置7与待测物体间的距离为Ds时，单片机Pl.2端口连续发生两次电平跳变。其他情况基本和检测圆柱形透明物体时一致，但是球形物体定位时，对本定位装置7的灵敏度要求更高，各可调参数的调节范围更小，必须结合装配机器人6自带的前、后巡线传感器8，9进行判断，位置检测时确保装配机器人6的车身基本正对待测物体，这样就可以做到精确定位。
[0020]图6为安装有本定位装置的装配机器人示意图，本定位装置7安装在装配机器人6的车体前部正中位置，前、后巡线传感器8，9主要用于帮助装配机器人6沿着预定的轨迹线行走，可以在确认装配机器人6车体位置较正后进行红外线的发射和接收，从而排除异常干扰。
【权利要求】
1.一种红外传感器件的装配机器人定位系统，其特征在于:设有控制电路板、两只红外发射管、一只红外接收头和单片机，两只红外发射管、一只红外接收头和单片机安装于控制电路板上，每只红外发射管的正极性端通过上拉电阻接于电源，负极性端通过一晶体三极管和可调电阻接于单片机的一个I/o端口，晶体三极管的一端接地；红外接收头一端接于电源，一端接地，一端接于单片机的一个I/o端口，两只红外发射管和红外接收头分别占用单片机的一个I/O端口。
2.根据权利要求1所述的红外传感器件的装配机器人定位系统，其特征在于: 还包括安装于所述控制电路板上的三只定位状态指示灯，每只定位状态指示灯的一端接于所述单片机的一个I/o端口，另一端接地；三只定位状态指示灯分别占用单片机的一个I/O端口，且与红外发射管及红外接收头所占用的三个I/O端口不相同。
3.根据权利要求1所述的红外传感器件的装配机器人定位系统，其特征在于: 还包括固定于所述控制电路板上的将所述两只红外发射管和红外接收头包围在内的U形防尘遮光罩。
【文档编号】B25J19/04GK104139401SQ201310162195
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年5月6日 优先权日:2013年5月6日
【发明者】唐国民, 邹华东 申请人:唐国民