一种基于霍尔定位系统的精确定位装置及定位方法技术领域
本发明涉及定位装置及方法技术领域，具体的说是一种基于霍尔定位
系统的精确定位装置及定位方法。
背景技术
行走机构具有结构精巧、控制可靠、运行平稳，用途广泛、应用灵活，
可安装不同的末端执行器以完成各种不同形状和状态的工件搬运工作，大
大减轻了人类繁重的体力劳动，提高了产品的质量稳定性和企业的自动化
水平，减少了企业的劳动力成本支出，传统的搬运行走机构是通过填埋在
地面上的地磁进行位置的坐标标记，利用对地磁的识别传感器准确找到并
分辨出已标记的物体，经过控制部分计算分析，控制安装在行走机构上的
机械结构，将物体转运至指定位置，实现智能分类装卸、搬运的目的，使
货物运输搬运场所搬运智能化，减少人类劳动，实现全面智能化管理，传
统的地磁定位行走机构相邻地磁之间无法精确定位。
因此，为克服上述技术的不足而设计出一款系统结构简单，定位快速
精确的一种基于霍尔定位系统的精确定位装置及定位方法，正是发明人所
要解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于霍尔定位系统的
精确定位装置及定位方法，其系统结构简单，定位快速精确。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于霍尔定位系统
的精确定位装置及定位方法，其包括定位系统、行走机构，所述定位系统
由霍尔探头、伸缩机构、安装板、步进电机组成，所述步进电机设置在安
装板上，所述伸缩机构穿过步进电机，所述伸缩机构一端连接有霍尔探头，
所述定位系统安装在行走机构的底部，所述伸缩机构由模数为0.5的齿轮
的齿条、隔离柱、轴承组成，所述步进电机由两个螺栓固定在安装板上，
所述齿条的定位是靠两块支撑板中间放入隔离柱固定间隙，所述轴承为微
型轴承，所述微型轴承数量为四个，所述微型轴承对齿条的直线运动方向
进行定位齿条，所述霍尔探头是由四个霍尔元件和外围电路构成，所述四
个霍尔元件呈十字交叉分布；所述行走机构由行走步进电机、驱动板、行
走轮组成，所述行走步进电机通过驱动板与行走轮连接。
一种基于霍尔定位系统的精确定位方法，包含以下步骤：
1)把行走机构放入地磁矩阵中，Arduino2560主控板驱动步进电机运
动，使齿条向前运动200MM，齿条带着前端的霍尔探头运动到前端的地磁上
方，Arduino2560主控板通过读取四个霍尔元件的信号自动校正方向，实现
定位，然后让行走机构向前移动一小步，伸缩霍尔探头11随之收缩，并反
馈此时探头相对行走机构身中心的位置，从而实现自身定位。
2)当行走机构需要转向时，可以先运动到一个地磁的正上方，然后将
霍尔探头11伸出200mm，原地旋转，当探头检测到下一个地磁时，即完成
了准确旋转90度。
本发明的有益效果是：
1、本发明设计选用可伸缩的霍尔探头，配合行走机构，实现精确到毫
米级别的定位，弥补传统地磁定位系统只能在地磁参考点定位的缺陷，实
现相邻地磁参考点之间位置的精确定位，通过本发明提出了增加一套霍尔
探头、伸缩杆、步进电机构成的定位系统，基于Arduino实现定位算法，
达到两个地磁定位点之间任意位置的精确定位，无需提高地磁定位点密度，
并实现90度角及其倍数角度的精确转向的效果，具有系统结构简单，定位
快速精确的价值。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图。
图2是本发明底部结构示意图。
图3是本发明底部立体结构示意图。
图4是本发明中霍尔探头结构示意图。
图5是本发明控制电路连接关系示意图。
附图标记说明：1-定位系统；11-霍尔探头；12-伸缩机构；13-步进电
机；14-霍尔元件；15-齿条；
3-行走机构；31-行走步进电机；32-驱动板；33-行走轮。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用
于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明
讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些
等价形式同样落在申请所附权利要求书所限定的范围。
参见图1-4，本发明包括定位系统1、行走机构3；行走机构3由行走
步进电机31、驱动板32、行走轮33组成，行走步进电机31通过驱动板32
与行走轮33连接。
参见图1-4，定位系统1由霍尔探头11、伸缩机构12、安装板、步进
电机13组成，步进电机13设置在安装板上，伸缩机构12穿过步进电机13，
伸缩机构12一端连接有霍尔探头11，定位系统1安装在行走机构3的底部。
参见图1-4，伸缩机构12由模数为0.5的齿轮的齿条15、隔离柱、轴
承组成，步进电机13由两个螺栓固定在安装板上，齿条15的定位是靠两
块支撑板中间放入隔离柱固定间隙，轴承为微型轴承，微型轴承数量为四
个，微型轴承对齿条的直线运动方向进行定位齿条，可以在微型轴承上滚
动摩擦，这样齿条15的运动准确和减少齿条15和固定板之间的相对摩擦，
保证了机构把旋转运动转化成直线运动的准确性和可靠性。
参见图4，霍尔探头11是由四个霍尔元件14和外围电路构成，四个
霍尔元件14呈十字交叉分布，参考地磁定位点，配合行走机构实现自身方
位调整，可实现两个地磁定位点之间任意位置的精确定位，并实现90度角
及其倍数角度的精确转向，霍尔元件14可以准确感应出12mm强磁圆片的
磁场，当强磁圆片的中心距离霍尔元件14在10mm以内时，霍尔元件14即
可输出感应信号，4个霍尔元件14以十字交叉分部在地磁周围10MM处，当
探头向左偏的时候，左边的霍尔元件14就会检测到信号，输出引脚给控制
板一个低电平，控制板就会向左调整行走机构的位置，其它方向以此类推，
4个霍尔元件14分别校正四个方向上的位置偏差，使行走机构调整自身方
位。
地磁定位方式分为路线模式和矩阵模式，所谓路线模式是指按照固定
路径铺设地磁，而矩阵模式是指以固定间隔铺设地磁，由于矩阵模式可以
通过更改程序任意更改行走路线，所以实际应用中矩阵模式应用更为广泛，
本项目的行走机构定位模式也是采用矩阵模式，每个地磁参考点的间隔是
200mm。
把行走机构放入地磁矩阵中，Arduino2560主控板驱动步进电机13运
动，使齿条15向前运动200MM，齿条15带着前端的霍尔探头11运动到前
端的地磁上方，Arduino2560主控板通过读取四个霍尔元件14的信号自动
校正方向，实现定位，然后让行走机构向前移动一小步，伸缩霍尔探头11
随之收缩，并反馈此时探头相对行走机构身中心的位置，从而实现自身定
位。
当行走机构需要转向时，可以先运动到一个地磁的正上方，然后将霍
尔探头11伸出200mm，原地旋转，当探头检测到下一个地磁时，即完成了
准确旋转90度。
参见图5，Arduino2560为主控板，实现精确定位需要设计霍尔元件
14呈特定位置分布的定位探头，然后设计伸缩机构，设计自动控制算法，
在arduino2560上实现，制作四轮驱动行走机构底盘，编写并调试自动定
位程序。
实验测试霍尔元件的感应范围如下：
编写一个简单的测试程序：
voidsetup()
{
pinMode(3，INPUT)；//接霍尔模块DO数字量输出口
pinMode(4，OUTPUT)；//接LED正极，另一端接负极
digitalWrite(4，LOW)；//正常状态下不亮
}
voidloop()
{
//如果检测的霍尔元件输出的低电平信号，LED亮，否则灭。
if(digitalRead(3)＝＝LOW；)digitalWrite(4，HIGH)；
elsedigitalWrite(4，LOW)；//
}
经过测试发现霍尔元件可以感应到其正下方15mm距离内的1mm厚圆形
强磁，当强磁偏离霍尔元件竖直中心线10mm处时即超出了感应范围。
本发明设计选用可伸缩的霍尔探头11，配合行走机构，实现精确到毫
米级别的定位，弥补传统地磁定位系统只能在地磁参考点定位的缺陷，实
现相邻地磁参考点之间位置的精确定位，通过本发明提出了增加一套霍尔
探头、伸缩杆、步进电机构成的定位系统，基于Arduino实现定位算法，
达到两个地磁定位点之间任意位置的精确定位，无需提高地磁定位点密度，
并实现90度角及其倍数角度的精确转向的效果，具有系统结构简单，定位
快速精确的价值。