[发明专利]一种磁场检测电路、磁钉检测装置及磁钉定位方法

说明书

本发明公开了一种磁场检测电路、磁钉检测装置及磁钉定位方法，其中，磁场检测电路由惠斯通电桥、差分放大电路、低通滤波电路和整流检波电路组成，所述惠斯通电桥由四个金属薄膜磁电阻搭建而成；磁钉检测装置由s个封装了相同的所述磁场检测电路的磁检测模块组成。本发明的磁场检测电路、磁钉检测装置可以借助于金属薄膜磁电阻的各向异性磁阻效应，通过惠斯通电桥输出随外部磁场变化的差分电压信号，再对电压信号进行放大、低通滤波和整流检波，提高了信号采集的精度，滤除了高频噪声，使输出信号更加平滑，而磁钉定位方法实现了磁钉相对于磁钉检测装置中心横向偏移的精确检测，进而有助于提高磁钉导航的精度。

技术领域

本发明属于移动机器人的导航技术领域，尤其涉及磁钉导航中的磁场检测电路、磁钉检测装置及磁钉定位方法。

背景技术

磁导航技术已经被广泛应用于移动机器人的自主导航中。目前常用的磁诱导控制方式主要有磁力线导航、磁带导航以及磁钉导航。磁力线导航是在移动机器人的行驶路径上埋设金属线，并在金属线上加载导引频率，通过对导引频率的识别来实现机器人的导航。该导航方式具有导引线隐蔽，不易污染和破损，导引原理简单而可靠等优点，但不足是需要对整个路面进行破坏，导引线铺设相对困难，改变或扩充路径较麻烦。磁带导航是指在机器人的行驶路径上粘贴磁带来替代在地面下埋设金属线，从而通过磁带感应信号实现导引，其优点是导引原理简单而可靠，相比起磁力线导航来说，其不需要破坏路表面，且改变或扩充路径方便，而其缺点是磁带会高于路表面2～3mm，对机器人的行驶会有一定的影响，且磁带若长时间受高频率碾压容易损坏，故需要经常更换。磁钉导航是指在机器人的行驶路径上等间距地埋设磁钉，然后通过磁传感器来感知磁钉周围的磁场强度，得出机器人的横向或者纵向偏移量，进而实现机器人的自主导航，具有电磁导引原理简单、可靠等优点，且不存在磁带导航中凸于地表的阻挡，是一种具有广阔应用前景的磁导航方式。

在磁钉导航中，磁钉检测装置显然是整个系统中最为关键的部分，而磁钉检测装置中磁场检测电路的稳定性和精确性则直接决定了磁钉导航的性能。目前，国内外专门针对磁钉导航的磁场检测电路还很少，更多是基于磁带导航中所用的霍尔元件检测传感器来进行，如HMC1033、XGS-16N等传感器，这类传感器不仅价格较高，通常达到数百乃至上千元不等，而且在磁钉导航中的精确性和稳定性不够高，因为磁带的磁场具有连续性和均匀的特征，而磁钉磁场是离散的且不均匀分布。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁钉导航中的磁钉检测装置及磁钉定位方法，能够针对磁钉导航中磁钉磁场的离散性和不均匀特征，提高移动机器人磁钉导航时的稳定性和准确性。

为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案：

一种磁场检测电路，设置在磁钉导航系统中并用于检测所述磁钉导航系统的磁钉周围的磁场强度，由惠斯通电桥(1)、差分放大电路(2)、低通滤波电路(3)和整流检波电路(4)依次连接而成，其中，所述惠斯通电桥(1)由第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)和第四电阻(R4)组成，第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)和第四电阻(R4)是完全相同的窄长型金属薄膜磁电阻条，第一电阻(R1)与第三电阻(R3)的磁化方向与通过其电流方向呈相反方向放置，第二电阻(R2)与第四电阻(R4)的磁化方向与通过其电流方向呈相同方向放置；第一电阻(R1)和第四电阻(R4)串联，第二电阻(R2)和第三电阻(R3)串联，串联的第一电阻(R1)和第四电阻(R4)再与串联的第二电阻(R2)和第三电阻(R3)并联，第一电阻(R1)和第二电阻(R2)连接处接VCC直流稳压电源，第三电阻(R3)和第四电阻(R4)连接处接地，第二电阻(R2)和第三电阻(R3)连接处为惠斯通电桥(1)的第一输出端(V1)，第一电阻(R1)和第四电阻(R4)连接处为惠斯通电桥(1)的第二输出端(V2)，所述第一输出端(V1)和第二输出端(V2)分别连接到差分放大电路(2)的两个输入端，所述差分放大电路(2)的输出端连接所述低通滤波电路(3)的输入端，所述低通滤波电路(3)的输出端连接所述整流检波电路(4)的输入端，所述整流检波电路(4)的输出端为所述磁场检测电路的输出端。