CN115248055B - 一种基于双编码器的舵轮转向角度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双编码器的舵轮转向角度测量方法，测量机构：大齿圈分别与两个齿数不同的小齿轮啮合，两个单圈绝对值编码器分别与两个小齿轮同轴连接，测量两个小齿轮的旋转角度；计算方法：首先分析两个小齿轮与大齿圈的角度关系，然后假设第一个编码器的多圈值，求得第二个编码器的多圈值，并根据第二编码器多圈值检验假设是否正确，直至假设检验通过，以此获取舵轮的转向角度，同时可实现对编码器故障的监视。该方法仅需获取两小齿轮的单圈角度，无需获取小齿轮多圈值，上电后无需零位标定，即可计算得到舵轮的绝对转向角度；具有结构简单，算法易于实现，可靠性高等优点。

Description

一种基于双编码器的舵轮转向角度测量方法

技术领域

本发明涉及AGV控制领域，具体涉及一种基于双编码器的舵轮转向角度测量方法。

背景技术

当前，国内AGV厂商大多采用舵轮驱动结构，舵轮是指集成了驱动、转向功能的模块化驱动轮，舵轮有着集成度高、负载能力强、转向灵活等优点。舵轮控制系统为获取转向角度反馈，要求编码器断电后具有多圈值记忆功能，通常采用多圈绝对式编码器加电池的方案，来达到断电记忆功能。然而，一旦编码器备用电池出现故障，将导致转向零位丢失，进而导致AGV小法正常工作，需进行转向零位标定后才能恢复正常，这将为产线带来较大的经济损失。

因此，有必要提供一种舵轮转向角度测量计算方法，无需备用电池，上电后无需标定，以达到降低系统故障率的目的。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种基于双编码器的舵轮转向角度测算方法，根据所安装的两个绝对式编码器的单圈反馈值，演算出大齿圈的绝对角度，从而得到舵轮的转向角度。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种基于双编码器的舵轮转向角度测量方法，步骤如下：

步骤1，确定三个齿轮角度之间的函数关系f(θ₁,θ₂,θ₀)，θ₁为所述第一小齿轮102的角度值，θ₂为所述第二小齿轮105的角度值，θ₀为所述大齿圈101的角度值；

步骤2，计算速比i₁与所述速比i₂的最大公约数i_g，速比为i₁＝z₀/z₁，速比为i₂＝z₀/z₂，z₀为大齿圈101齿数，z₁为第一小齿轮102的齿数，z₂为第二小齿轮105的齿数；根据所述最大公约数i_g，计算出所述第一小齿轮102多圈值范围N_1min,N_1max，N_1min、N_1max分别为第一小齿轮的多圈值的最小值和最大值；

步骤3，获取所述第一编码器103、所述第二编码器104的反馈值，转换为所述第一小齿轮102、所述第二小齿轮105的角度值(θ₁,θ₂)；

步骤4，由式计算出其中，是对θ₀的估计，是对N₂的估计，N₁的取值从N_1min开始；

步骤5，对取余，并判断余数否小于i_g/(2·i₂)；若小于，则当前所求为所述大齿圈(101)角度θ₀的正确估计值，即得到舵轮的转向角度；否则，N₁加1，重复步骤4；若所有N₁增加至N_1max，仍不满足要求，表明所述第一编码器103、第二编码器104或传动机构出现故障；

进一步的，所述步骤2中的第一小齿轮102多圈值范围(N_1min,N_1max)，N_1min为四舍五入取整值，N_1max为四舍五入取整值。

进一步的，所述测量方法基于以下装置实现：

包括大齿圈101、第一小齿轮102、第一编码器103、第二编码器104、第二小齿轮105、回转支撑106；

所述大齿圈与所述回转支撑106刚性连接，同步旋转，所述第一小齿轮102与所述大齿圈101啮合，所述第一小齿轮102的齿数为z₁，所述大齿圈101齿数为z₀，所述第一小齿轮102的速比为i₁＝z₀/z₁；

所述第二小齿轮105与所述大齿圈101啮合，所述第二小齿轮105的齿数为z₂，所述第二小齿轮105的速比为i₂＝z₀/z₂；

所述第一小齿轮102与所述第二小齿轮105的齿数不等，所述速比i₁与所述速比i₂的最大公约数为i_g；

所述第一编码器103与所述的第一小齿轮102同轴，所述第一编码器103为单圈绝对值编码器，其反馈值θ₁为所述第一小齿轮102的角度值；

所述第二编码器104与所述的第二小齿轮105同轴，所述第二编码器104为单圈绝对值编码器，其反馈值θ₂为所述第二小齿轮105的角度值；

所述大齿圈101，最多可测量1/i_g圈的绝对角度值；

所述i_g满足i_g≤1时，即可演算出大齿圈101的单圈绝对角度值。

进一步的，三个齿轮角度之间的函数关系为

进一步的，N₁、N₂的值无法直接通过测量获取。

有益效果

此技术方案中，编码器为单圈绝对值编码器，无需编码器多圈值，因此也无需备用电池，上电后即可演算出舵轮的转向角度；且为线性关系，算法较为简单，易于实现。

附图说明

图1为本发明中的双编码器测量舵轮大齿圈角度的三维结构图

图2为本发明中舵轮转向角度计算方法的流程图。

附图标记：101-大齿圈；102-第一小齿轮；103-第一编码器；104-第二编码器；105-第二小齿轮；106-回转支撑。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1

本申请提供一种基于双编码器的舵轮转向角度测量方法，所述测量方法基于以下装置实现：

包括大齿圈101、第一小齿轮102、第一编码器103、第二编码器104、第二小齿轮105、回转支撑106；

所述大齿圈与所述回转支撑106刚性连接，同步旋转，所述第一小齿轮102与所述大齿圈101啮合，所述第一小齿轮102的齿数为z₁，所述大齿圈101齿数为z₀，所述第一小齿轮102的速比为i₁＝z₀/z₁；

所述第二小齿轮105与所述大齿圈101啮合，所述第二小齿轮105的齿数为z₂，所述第二小齿轮105的速比为i₂＝z₀/z₂；

所述第一小齿轮102与所述第二小齿轮105的齿数不等，所述速比i₁与所述速比i₂的最大公约数为i_g；所述大齿圈101，最多可测量1/i_g圈的绝对角度值；所述i_g满足i_g≤1时，即可演算出大齿圈101的单圈绝对角度值。

在舵轮转向平面上安装第一小齿轮与回转支撑上的大齿圈啮合，所述第一小齿轮的齿数为z₁，所述大齿圈齿数为z₀，所述第一小齿轮的速比为i₁＝z₀/z₁；

在舵轮转向平面上又安装第二小齿轮与所述大齿圈啮合，第二小齿轮的齿数为z₂，所述第二小齿轮的速比为i₂＝z₀/z₂；

所述速比i₁与所述速比i₂的值不等，两者的最大公倍数为i_g；

第一编码器与所述的第一小齿轮同轴，所述第一编码器为单圈绝对值编码器，其反馈值θ₁为所述第一小齿轮的角度值；

第二编码器与所述的第二小齿轮同轴，所述第二编码器为单圈绝对值编码器，其反馈值θ₂为所述第二小齿轮的角度值；

所述齿轮传动存在关系：其中，N₁为所述第一小齿轮的多圈值，N₂为所述第二小齿轮的多圈值，然而记录多圈值的编码器要么价格高、要么易丢失多圈值，对于单圈绝对值多圈值是为未知需值；

所述大齿圈，最多可测量1/i_g圈的绝对角度值；

所述i_g满足i_g≤1时，即可演算出大齿圈单圈的绝对角度值θ₀，即为所述舵轮的转向角度。

本发明实施例的一种基于双编码器的舵轮转向角度测算方法，将按图1实施例所示(包括大齿圈101，第一小齿轮102，第一编码器103，第二编码器104，第二小齿轮105，回转支承106)的结构进行安装；其中，所述大齿圈101与所述回转支撑106刚性连接，同步旋转；所述第一齿轮102与所述大齿轮101啮合；所述第一编码器103与所述第一小齿轮102同轴连接，同步旋转；所述第二齿轮105与所述大齿轮101啮合；所述第二编码器104与所述第二小齿轮105同轴连接，同步旋转。

在本具实施例中，所述大齿轮101、所述第一小齿轮102、所述第二小齿轮105的模数均为2.5；所述大齿轮101的齿数为127；所述第一小齿轮102齿数为23；所述第二小齿轮105齿数为27；所述第一编码器103，所述第二编码器104为单圈绝对式编码器。

实施例2

本发明实施例的一种基于双编码器的舵轮转向角度测算方法，还包括如下步骤：

步骤1，计算出所述第一编码器、所述第二编码器的速比，计算出速比最大公约数i_g，根据所述最大公约数i_g，由此计算出所述大齿圈多圈范围0～1/i_g，计算出所述第一小齿轮多圈值范围(N_1min,N_1max)。

步骤2，获取所述第一编码器、所述第二编码器的反馈值，转换为所述第一小齿轮、所述第二小齿轮角度值(θ₁,θ₂)，假设N₁为N_1min。

当舵轮转角发生变化时，反馈值θ₁与反馈值θ₂会成周期性变化，由于无法获取小齿轮的多圈值，仅通过一个反馈值无法演算舵轮的转角。唯有两个或以上编码器且速比不同，设反馈值θ₁为横坐标，反馈值θ₂为纵坐标，所求舵轮转向角度为θ₀竖坐标，两反馈值的组合(θ₁,θ₂)在一个周期范围内与舵轮的转向角度θ₀一一映射(θ₁,θ₂,θ₀)，该周期范围由1/i_g决定。

步骤3，所述第一小齿轮的多圈值N₁不同时，可得到方程解：每一个整数N₁可得到一组解

步骤5，对取余，并判断余数是否小于i_g/(2·i₂)；若小于，则当前所求为所述大齿圈的角度估计值，即得到舵轮的转向角度；否则，N₁加1，重复步骤4；若所有N₁增加至N_1max，仍不满足要求，表明所述第一编码器、第二编码器或传动机构出现故障。

以上所述，仅是本发明较佳的实例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出的任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于双编码器的舵轮转向角度测量方法，其特征在于，

所述测量方法基于以下装置实现：

包括大齿圈(101)、第一小齿轮(102)、第一编码器(103)、第二编码器(104)、第二小齿轮(105)、回转支撑(106)；

所述大齿圈与所述回转支撑(106)刚性连接，同步旋转，所述第一小齿轮(102)与所述大齿圈(101)啮合，所述第一小齿轮(102)的齿数为z₁，所述大齿圈(101)齿数为z₀，所述第一小齿轮(102)的速比为i₁＝z₀/z₁；

所述第二小齿轮(105)与所述大齿圈(101)啮合，所述第二小齿轮(105)的齿数为z₂，所述第二小齿轮(105)的速比为i₂＝z₀/z₂；

所述第一小齿轮(102)与所述第二小齿轮(105)的齿数不等，所述速比i₁与所述速比i₂的最大公约数为i_g；

所述第一编码器(103)与所述的第一小齿轮(102)同轴，所述第一编码器(103)为单圈绝对值编码器，其反馈值θ₁为所述第一小齿轮(102)的角度值；

所述第二编码器(104)与所述的第二小齿轮(105)同轴，所述第二编码器(104)为单圈绝对值编码器，其反馈值θ₂为所述第二小齿轮(105)的角度值；

所述大齿圈(101)，最多可测量1/i_g圈的绝对角度值；

所述i_g满足i_g≤1时，即可演算出大齿圈(101)的单圈绝对角度值；

所述方法步骤如下：

步骤1，确定三个齿轮角度之间的函数关系f(θ₁,θ₂,θ₀)，θ₀为所述大齿圈(101)的角度值，三个齿轮角度之间的函数关系为N₁为所述第一小齿轮的多圈值，N₂为所述第二小齿轮的多圈值；

步骤2，计算速比i₁与所述速比i₂的最大公约数i_g，根据所述最大公约数i_g，计算出所述第一小齿轮(102)多圈值范围(N_1min,N_1max)，N_1min、N_1max分别为第一小齿轮的多圈值的最小值和最大值；

步骤3，获取所述第一编码器(103)、所述第二编码器(104)的反馈值，转换为所述第一小齿轮(102)、所述第二小齿轮(105)的角度值(θ₁,θ₂)；

步骤4，由式计算出其中，是对θ₀的估计值，是对N₂的估计值，N₁的取值从N_1min开始；

步骤5，对取余，并判断余数是否小于i_g/(2·i₂)；若小于，则当前所求为所述大齿圈(101)角度θ₀的正确估计值，即得到舵轮的转向角度；否则，N₁加1，重复步骤4；若所有N₁增加至N_1max，仍不满足要求，表明所述第一编码器(103)、第二编码器(104)或传动机构出现故障。

2.根据权利要求1所述的一种基于双编码器的舵轮转向角度测量方法，其特征在于，所述步骤2中的第一小齿轮(102)多圈值范围(N_1min,N_1max)，N_1min为四舍五入取整值，N_1max为四舍五入取整值。