角度传感器

如果把角度传感器连接到马达和轮子之间的任何一根传动轴上，必须将正确的传动比算入所读的数据。举一个有关计算的例子。在你的机器人身上，马达以3:1的传动比与主轮连接。角度传感器直接连接在马达上。所以它与主动轮的传动比也是3:1。也就是说，角度传感器转三周，主动轮转一周。角度传感器每旋转一周计16个单位，所以16*3=48个增量相当于主动轮旋转一周。我们需要知道齿轮的圆周来计算行进距离。幸运地是，每一个LEGO齿轮的轮胎上面都会标有自身的直径。我们选择了体积最大的有轴的轮子，直径是81.6CM(乐高使用的是公制单位)，因此它的周长是81.6×π=81.6×3.14≈256.22CM。已知量都有了：齿轮的运行距离由48除角度所记录的增量然后再乘以256。我们总结一下。称R为角度传感器的分辨率（每旋转一周计数值），G是角度传感器和齿轮之间的传动比率。我们定义I为轮子旋转一周角度传感器的增量。即：

I=G×R

在例子中，G为3，对于乐高角度传感器来说，R一直为16.因此，我们可以得到：

I=3×16=48

每旋转一次，齿轮所经过的距离正是它的周长C，应用这个方程式，利用其直径，你可以得出这个结论。

C=D×π

在我们的例子中：

C=81.6×3.14=256.22

最后一步是将传感器所记录的数据-S转换成轮子运动的距离-T，使用下面等式：

T=S×C/I

如果光电传感器读取的数值为296，你可以计算出相应的距离：

T=296×256.22/48=1580 距离（T）的单位与轮子直径单位是相同的.

无接触角度传感器

无触点角度传感器，又称无接触电位器，广泛应用于工业自动化设备、工程机械、纺织机械、造纸印刷机械、石化设备、国防工业等自动控制设备的水平和旋转角度的测量，也适用于拉丝机等作张力传感器。

你可以很容易的测出位置和速度。当在机器人身上连接上轮子（或通过齿轮传动来移动机器人）时，可以依据旋转的角度和轮子圆周数来推断机器人移动的距离。然后就可以把距离转换成速度，你也可以用它除以所用时间。实际上，计算距离的基本方程式为：

距离=速度×时间

由此可以得到：

速度=距离/时间

方位角又称地平经度，是在平面上量度物体之间的角度差的方法之一。传感器测量方位角是从某点的指北方向线起，依顺时针方向到目标方向线之间的水平夹角，是一种两面角，即午圈所在的平面与通过天体所在的地平经圈平面的夹角，以午圈所在的平面为起始面，按顺时针方向度量。方位的度量亦可在地平圈上进行，以南点为起算点，由南点开始按顺时针方向计量。方位的大小变化范围为0°～360°，南点为0°，西点为90°，北点为180°，东点为270°。上述这种方位度量是在天文学中所用的方法。

方位角传感器在跟随着军事技术的发展，有着高科技作战的性能。传感器测试系统的信息化是实现中国军队装备现代化建设主要途径，当务之急应该用高新技术提升老装备的性能。这既是提升现有武器装备的一个重要环节，又是最大限度地发挥现有装备整体作战效能的一个重要因素。我国现役的炮塔方位角系统中．老型号较多，大部分没有配备自动检测和录取设备。炮塔方位角系统的各种参数的计算、数据的处理和上报大多数由人工进行，难以胜任复杂环境下快速、准确采集。为适应现代化炮塔方位角系统的要求，必须具有一套自动采集和分析能力的完整测试系统。

系列倾角，角度传感器，距离传感器，加速度传感器，以及测量方位用的数字罗盘，电子罗盘和陀螺仪已经广泛的应用应用于石油，煤炭，钢铁，船舶，隧道，医疗设备，大坝，机械，物探仪器，地质，岩土，石油，矿山，管道，测斜导管，铁路、港口、水利、高层建筑，墙洞，矿井、隧道、船坞、抗滑桩和板桩，煤矿，动态冲击实验，地质，卫星GPS系统，风水，越野车，航海，实验仪器,数字水平仪，医疗，机械调平，角度测量和监视，汽车，起重机械运动检测,康复系统,生物工程系统,虚拟现实、现实放大,体育,惯性导航系统，人体姿态测量工业机械，摩托车陀螺仪，光纤，制导，平衡，导向，方向测量，动态跟踪，捷联，惯性，导航，方位角，角速度，速率，机械，爆转，测量等行业。

典型应用场合：

- 地理: 山体滑坡，雪崩.

- 民用: 大坝，建筑，桥梁，玩具，报警，运输

- 工业：吊车，吊架，收割机，起重机，称重系统的倾斜补偿，沥青机．铺路机等。

- 火车：高速列车转向架和客车车厢的倾斜测量

- 海事：纵倾和横滚控制，油轮控制，天线位置控制。

- 钻井：精确钻井倾斜控制。

- 机械：倾斜控制，大型机械对准控制，弯曲控制，起重机

- 军用：火炮和雷达调整，初始位置控制，导航系统，军用着陆平台控制。

在程序不仅仅会用到乘法和除法的数学运算，还有更多的需要多留心（有关内容我们将在第12章进行进一步的讨论）。

使用角度传感器来控制你的轮子可以间接的发现障碍物。原理非常简单：如果马达运转，而齿轮不转，说明你的机器已经被障碍物给挡住了。此技术使用起来非常简单，而且非常有效；唯一要求就是运动的轮子不能在地板上打滑（或者说打滑次数太多），否则你将无法检测到障碍物。如果是一个空转的齿轮连接到马达上就可以避免这个问题，这个轮子不是由马达驱动而是通过装置的运动带动它:在驱动轮旋转的过程中，如果惰轮停止了，说明你碰到障碍物了。

在许多情况下角度传感器是非常有用的：控制手臂，头部和其它可移动部位的位置。值的注意的是，当运行速度太慢或太快时，RCX在精确的检测和计数方面会受到影响。事实上，问题并不是出在RCX身上，而是它的操作系统，如果速度超出了其指定范围，RCX就会丢失一些数据。Steve Baker用实验证明过，转速在每分钟50到300转之间是一个比较合适的范围，在此之内不会有数据丢失的问题。然而，在低于12rpm或超过1400rpm的范围内，就会有部分数据出现丢失的问题。而在12rpm至50rpm或者300rpm至1400rpm的范围内时，RCX也偶会出现数据丢失的问题。

角度传感器在军事上的应用

大家熟知的火炮是利用火药燃气压力等能源抛射弹丸，口径等于和大于20毫米的身管射击武器。火炮通常由炮身和炮架两大部分组成。早在1332年，中国的元朝就在部队中装备了最早的金属身管火炮：青铜火铳。火炮通常由炮身和炮架两大部分组成。火炮射击时对炮床倾角的要求很高，利用角度传感器设计的数字式象限仪，可明显提高校正炮床的速度，降低操作难度。

角度传感器是作为炮弹发射的准确性，稳定性提供最大的帮助。大家都知道火炮身管用来赋予弹丸初速和飞行方向，炮尾用来装填炮弹，炮闩用以关闭炮膛，击发炮弹。如今炮架由反后坐装置、方向机、高低机、瞄准装置、大架和运动体，角度传感器等组成，而反后坐装置用以保证火炮发射炮弹后的复位，方向机和高低机用来保证火炮发射炮弹后复位，方向机和高低机用来操纵炮身变换方向和高低，瞄准装置由角度传感器，瞄准具和瞄准镜组成，用以装定火炮射击数据，实施瞄准射击，大架和运动体用于射击时支撑火炮，行军时作为炮车。

图1为《一种旋转角度传感器》的旋转角度传感器的立体结构示意图；

图2为图1的分解结构示意图；

图3为《一种旋转角度传感器》的旋转角度传感器内部结构示意图；

图4为《一种旋转角度传感器》的旋转角度传感器的盒体结构示意图；

图5为《一种旋转角度传感器》的盒体内部分安装组件结构示意图；

图6为盒体底座部分结构示意图；

图7为盒体内部组件安装结构示意图；

图8为《一种旋转角度传感器》旋转角度传感器的转动部分结构示意图；

图9为《一种旋转角度传感器》旋转角度传感器的活动套安装结构示意图；

图10为《一种旋转角度传感器》旋转角度传感器的转动部分的局部安装结构示意图；

图11为活动套的组装结构示意图；

图12为活动套的半圆型弧型组件结构示意图；

图13为《一种旋转角度传感器》的活动套的固定构件结构示意图；

图14为固定圈结构示意图；

图15为固定圈的组成构件结构示意图；

图16为固定片结构示意图。

附图标记说明：1、活动套2、紧固结构2-1、支撑柱2-2、铆孔2-3、铆柱2-4、弧型连接组件2-5、孔槽2-6、扣弹片3、盒体3-1、底座3-2、防尘盖3-3、半圆形固定结构3-4、半圆环3-5、轴承4、连接拉杆4-1、前拉杆4-2、后拉杆4-3、固定卡4-4、卡槽4-5、孔5、螺纹圈6、锁紧机构7、固定圈7-1、固定螺母8、固定片8-1、卡位件8-2、定位轴8-3、斜面8-4、防滑面9、定位孔10、凹槽11、齿牙12、减速装置13、电路板组件14、传感数据输出线。

一种旋转角度传感器专利目的

《一种旋转角度传感器》的目的是提供的一种不仅拆装方便，结构简单，而且性能稳定，测试精确的旋转角度传感器。

一种旋转角度传感器技术方案

《一种旋转角度传感器》是采用如下技术解决方案来实现上述目的：一种旋转角度传感器，其特征在于：它包括与转动轴套接的活动套以及与活动套转动连接的盒体，活动套的上部设置有螺纹圈，螺纹圈的内侧设有与转动轴配合连接的锁紧机构，螺纹圈的外围螺接有固定圈，活动套、螺纹圈以及固定圈均为由两个以上弧型组件组装而成的同心、同轴的分体式圆环结构；活动套的外缘周向分布有齿牙，盒体内设置有与该齿牙齿合的、主要由多级齿轮组构成的减速装置，该减速装置固定于一电路板组件上，其外围连接固定有传感组件。

作为上述方案的进一步说明，所述构成活动套的弧型组件的底部活动设置有环形连接片，该环形连接片周向分布有多个铆孔，铆孔内的铆柱将环形连接片紧固于活动套上，该环形连接片由两块以上与弧型组件相配的连接组件构成，连接组件的端部设置有孔槽，相邻的两连接组件之间设置有与该孔槽扣接的扣弹片。

所述螺纹圈内侧的锁紧机构由若干块紧贴螺纹圈内壁的固定片组成，固定片的外侧面成型有卡位件与活动套的上部卡接，活动套的内部分布有若干个定位孔，固定片的卡位件底部设置有与该定位孔转动连接的定位轴；卡位件的上部设有斜面，螺纹圈的主体下部设置有凹槽与该卡位件的斜面卡接配合，螺纹圈上的固定圈顶压于卡位件的斜面上并与其滑动连接。

所述固定片的内侧面为与转动轴表面配合的防滑面，该防滑面带有齿纹。

所述盒体由底座及其上的防尘盖构成，盒体的端部向外延伸为与活动套相配合的半圆形固定结构，该固定结构的顶端连接有与其对应的半圆环，该半圆环与盒体的半圆形固定结构的内侧绕轴心方向均匀分布有多个轴承，活动套与轴承滑动连接。

所述盒体的侧部设置有将整个装置支撑固定汽车螺柱上的连接拉杆，该连接拉杆包括前拉杆、后拉杆以及与后拉杆铰接的固定卡，前拉杆与后拉杆组合连接为长度可调的杆件。

所述固定卡上设置卡槽，该卡槽呈锥型，其内设置有若干个与不同固定直径的螺柱相配的孔。

所述减速装置中的齿轮组与活动套外缘周向分布的齿牙共同构成五级齿轮减速机构，该机构外围的传感组件采用无接触传感机电转换电路。

一种旋转角度传感器有益效果

1、《一种旋转角度传感器》的活动套、活动套上部的螺纹圈以及该螺纹圈外围的固定圈均采用由两个半圆结构组件组成的同心、同轴旋转的圆环形结构，可实现灵活的免拆机安装，获得任意角度的位置传感，并且旋转圈数无限制，n×360°，n＝∞。

2、《一种旋转角度传感器》的活动套受被测对象转动轴的带动，通过五组齿轮实现低转速比转换，后采用最新无接触传感机电转换电路，可获取精确旋转角度数据。

3、盒体的侧部设置将整个装置支撑固定汽车螺柱上的连接拉杆，连接拉杆的长度及角度均可调节，使整机的安装固定更为方便，使固定于转动轴上的活动套时刻与转动轴的旋转角度一致，保证检测数据的精确性。