專利名稱：陀螺儀傳感器校準裝置及校準方法
技術領域：
本發明涉及一種陀螺儀傳感器校準裝置及校準方法。
背景技術：
現有技術中的陀螺儀傳感器，均存在溫漂問題，這就給一些要求動態性能高的智 能儀器設備的企業帶來很大的不便。雖然一些價格較高的陀螺儀傳感器，與價格較為便宜 的陀螺儀傳感器相比，其溫漂問題是減輕了，但是增加了企業的經濟負擔。鑒于此，對陀螺 儀傳感器進行校準，就成了很多企業降低成本的一種方式，然而現有技術中的針對陀螺儀 傳感器進行校準的裝置，其校準的效率比較低，不能批量對陀螺儀傳感器的角速度和加速 度進行校準，而且大部分工序還是需要人工來操作。發明內容
針對現有技術中的不足，本發明提供了一種陀螺儀傳感器校準裝置及校準方法， 以解決現有技術中的陀螺儀傳感器校準裝置無法進行批量校準的問題，主要是在溫控箱下 批量校準搭載有MCU控制芯片、陀螺儀傳感器和加速度傳感器的電路板。
為解決上述技術問題，本發明提供了一種陀螺儀傳感器校準裝置，包括CAN總線、 固定臺、校準電路板、可固定多塊傳感器板的旋轉架、帶動旋轉架旋轉的電機和人機交互顯 示板，所述固定臺由底板和對稱設置在底板兩側的側板組成，所述校準電路板置于所述底 板上，所述旋轉架的轉軸兩端分別安裝在位于所述底板兩側的所述側板上，所述旋轉架上 設有供傳感器板通電和通訊的傳感器插槽裝置，該傳感器插槽裝置與所述CAN總線連接， 所述電機安裝在所述側板的側面，且與所述旋轉架的轉軸連接，所述側板上還設有控制電 機運轉和對旋轉架進行位置檢測的光電限位開關，所述校準電路板和所述人機交互顯示板 均與所述CAN總線連接。
本技術方案中，旋轉架上可以固定多塊傳感器板進行校準，很好地實現了批量校 準的目的，將傳感器插槽裝置、校準電路板和人機交互顯示板均接入CAN總線，采用了工業 總線CAN協議的通訊手段，其可靠性、穩定性和抗干擾性強，整個裝置的整體結構設計，能 夠自動尋找并分配ID地址，基本上不需要人工參與校準過程，因此其自動化智能化程度 高，由于其不針對特定的陀螺儀傳感器進行校準，因此高低價位的陀螺儀傳感器均可校準， 方便且節約了企業的成本。
為保證能夠很好地達到批量校準的目的，所述旋轉架的數量至少為4個，所有旋 轉架在同一水平高度上平行安裝在所述側板上，且每一個旋轉架對應安裝一個電機和一個 校準電路板。
為了讓傳感器板能夠很方便地安裝在旋轉架上，所述旋轉架上設有供傳感器板固 定的金屬柱。
為了能更好的控制電機和旋轉架的旋轉角度，每個電機與旋轉架構成的單元均設 置兩個所述光電限位開關。
為解決上述技術問題，本發明還提供了一種陀螺儀傳感器校準方法，包括以下步 驟第一步，將待檢測的傳感器板固定在陀螺儀傳感器校準裝置的旋轉架上，將傳感器板 通過數據線接入傳感器插槽裝置，傳感器板即與CAN總線連接；第二步，將陀螺儀傳感器校準裝置水平放置于溫控箱內部，設定溫控箱的溫度-時間 曲線；第三步，人機交互顯示板對校準電路板和傳感器板進行地址ID解析；第四步，人機交互顯示板發送校準命令到所有校準電路板，然后人機交互顯示板進入 監聽狀態；第五步，校準電路板對傳感器板上的傳感器進行角速度校準和角度校準；第六步，校準電路板對傳感器板上的傳感器進行角速度校驗和角度校驗；第七步，整個校準過程結束。
在第三步中，具體由如下步驟組成步驟301，人機交互顯示板發送命令查找總線上的校準電路板，人機交互顯示板記錄有 回應的校準電路板地址，并且記錄校準電路板的個數N ；步驟302，人機交互顯示板開始向第i個校準電路板發送傳感器地址獲取命令，其中i 從I開始；步驟303，第i塊校準電路板收到該命令后，開始讓對應的電機旋轉；步驟304，校準電路板等待電機旋轉穩定之后，向CAN總線發送一個角速度測試命令， 該命令中附帶了校準電路板的地址，傳感器板收到角速度測試命令之后，判斷是否已經保 存過校準電路板地址，如果已經保存，則無響應，如果尚未保存，傳感器板則判斷當前角速 度值是否在預定的范圍內，如果是，則默認是對應到該校準電路板，然后保存命令中的校準 電路板地址,如果不是,則無響應；步驟305，等待100ms，電機停止轉動；步驟306，校準電路板發送探尋地址命令到CAN總線，等待傳感器板回應，傳感器板收 到探尋地址命令之后，對比命令中所含有的地址與自己所保存的校準電路板地址是否一 致,如果一致,則延時隨機的一個時間之后，向CAN總線發送自己的MCU地址，如果不一致， 則不響應；步驟307，校準電路板等待所有傳感器板地址值的返回，不管所有傳感器板的地址值是 否全部返回，均進入步驟308 ；步驟308，校準電路板按照傳感器板的MCU地址大小分配給各個MCU地址序號；步驟309，校準電路板發送地址解析過程結束指令到人機交互顯示板，人機交互顯示板 判斷i是否等于N，如果等于，則進入第四步，如果不等于，則進入步驟302 ；在第五步中，具體由如下步驟組成步驟501，所有校準電路板收到開始校準命令之后，電機開始轉動，使旋轉架位置歸零；步驟502，校準電路板發送歸零命令到傳感器板，傳感器板收到歸零命令后，開始校零， 延時，校準電路板查詢傳感器板校零是否完成，如果完成，則進入步驟503，如果未完成，重 新開始步驟502 ；步驟503，電機開始旋轉，待電機旋轉速度穩定之后，校準電路板發送角速度校準命 令到傳感器板，傳感器板收到角速度命令之后，開始進行角速度校準，延時，校準電路板查 詢完成角速度校準狀態，如果全部完成，則進入步驟504，如果未全部完成，重新開始步驟503；步驟504，電機轉到設定角度位置后停止旋轉，校準電路板發送角度校準命令到傳感 器板，傳感器板收到角度校準命令之后，開始進行角度校準，延時，校準電路板查詢傳感器 板完成角度校準狀態，如果全部完成，則進入步驟505，如果未全部完成，則重新開始步驟504；步驟505，旋轉架旋轉至水平基準位置，校準結束。
在第六步中，具體由如下步驟組成步驟601，校準電路板發送歸零命令到傳感器板，傳感器收到歸零命令后，開始校零，延 時，校準電路板查詢傳感器校零是否完成，如果完成，則進入步驟602，如果未完成，重新開 始步驟601 ；步驟602，電機開始旋轉，待電機旋轉速度穩定之后，校準電路板發送角速度校驗命令 到傳感器板，傳感器板收到角速度校驗命令之后，開始進行角速度校驗，對比角速度數據是 否和校準時的數據接近或一致，延時，校準電路板查詢完成角速度校驗狀態；步驟603，電機轉到設定角度位置后停止旋轉，校準電路板發送角度校驗命令到傳感器 板，傳感器板收到角度校驗命令后，開始進行角度校驗，對比角度數據是否和校準時的數據 接近或一致，延時，校準電路板查詢傳感器板完成角度校驗狀態，校驗過程結束。
在校準和校驗過程中，溫控箱的溫度變化設定為三個過程第一個過程，溫控箱的 溫度降溫到_25°C，在_25°C停留10分鐘；第二個過程，從_25°C開始升溫，用2小時升溫到 650C ;第三個過程，在65°C停留10分鐘。
溫控箱溫度緩升期間，校準電路板連續進行150次的校準，其中滿足70次校準校 驗正確的數據保存進傳感器板的MCU的flash空間。
本發明的校準裝置具有如下有益技術效果(1)很好地實現了對陀螺儀傳感器的批量校準，解決了陀螺儀傳感器在未校準之前因 溫漂帶來的輸出數據偏離零點的問題，讓陀螺儀傳感器校準的效率得到了提高；(2)本裝置采用現代工業總線CAN協議作為通訊手段，其可靠性、穩定性和抗干擾性強；(3)本裝置自動化智能化程度高，能夠自動尋找并分配ID地址，基本無需人工參與操作；(4)高低價位的陀螺儀均可校準，方便節約企業的成本。
本發明的校準方法具有如下有益技術效果(1)校準時的溫度控制十分合理，通過三個過程的溫度環境的不同變化，增加了校準陀 螺儀傳感器的準確性；(2)在校準的過程中，增加的校驗數據的過程，避免了校準的誤差；(3)整個校準的方法是針對批量陀螺儀傳感器的校準而設計，因此解決了現有技術中 無法大批量校準陀螺儀傳感器的難題。


圖1為本發明所述陀螺儀傳感器校準裝置的立體結構示意圖。
圖2為圖1中固定臺與其他部件連接的主視圖。
圖3為本發明所述校準裝置的實施例的CAN總線連接示意圖。
圖4為本發明實施例所述校準方法的工作流程圖。
圖中11_底板，12-側板，2-校準電路板，3-旋轉架，4-電機，5-人機交互顯示板， 6-傳感器插槽裝置，7-光電限位開關，8-金屬柱。
具體實施方式
下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
實施例如圖1和圖2所示，一種陀螺儀傳感器校準裝置，包括CAN總線、固定臺、校準電路板2、 可固定多塊傳感器板的旋轉架3、帶動旋轉架3旋轉的電機4和人機交互顯示板5。所述固 定臺由底板11和對稱設置在底板11兩側的側板12組成，所述校準電路板2置于所述底板 11上，所述旋轉架3的轉軸兩端分別安裝在位于所述底板11兩側的所述側板12上。所述 旋轉架3上設有供傳感器板通電和通訊的傳感器插槽裝置6，該傳感器插槽裝置6與所述 CAN總線連接。所述電機4安裝在所述側板12的側面，且與所述旋轉架3的轉軸連接。所 述側板12上還設有控制電機4運轉和對旋轉架3進行位置檢測的光電限位開關7。所述校 準電路板2和所述人機交互顯示板5均與所述CAN總線連接。為保證能夠很好地達到批量 校準的目的，所述旋轉架3的數量為4個(多于4個也可以，主要是針對溫控箱的大小來決 定)，所有旋轉架3在同一水平高度上平行安裝在所述側板12上，且每一個旋轉架3對應安 裝一個電機4和一個校準電路板2。為了讓傳感器板能夠很方便地安裝在旋轉架3上，所述 旋轉架3上設有供傳感器板固定的金屬柱8。為了能更好的控制電機4和旋轉架3的旋轉 角度，每個電機4與旋轉架3構成的單元均設置兩個所述光電限位開關7。
如圖3所示，圖3為本發明所述校準裝置的實施例的CAN總線連接示意圖。從圖3 中可以看出，將傳感器板、校準電路板2和人機交互顯示板5均接入CAN總線，采用了工業 總線CAN協議的通訊手段，其可靠性、穩定性和抗干擾性就比較強。
本實施例公開的陀螺儀傳感器校準裝置，4個旋轉架3上共可以固定16塊傳感器 板進行校準，很好地實現了批量校準的目的，整個裝置的整體結構設計，能夠自動尋找并分 配ID地址，基本上不需要人工參與校準過程，因此其自動化智能化程度高，由于其不針對 特定的陀螺儀傳感器進行校準，因此高低價位的陀螺儀傳感器均可校準，方便且節約了企 業的成本。
如圖4所示，圖4為本實施例所述校準方法的工作流程圖。一種陀螺儀傳感器的 校準方法，包括以下步驟S401，第一步，將待檢測的傳感器板固定在陀螺儀傳感器校準裝置的旋轉架3上，將傳 感器板通過數據線接入傳感器插槽裝置，傳感器板即與CAN總線連接；S402，第二步，將陀螺儀傳感器校準裝置水平放置于溫控箱內部，設定溫控箱的溫度-時間曲線；S403，第三步，人機交互顯示板5發送命令查找CAN總線上的校準電路板2 ；S404，第四步，人機交互顯示板5記錄有回應的校準電路板2地址，并且記錄校準電路板2的個數N ；S405，第五步，人機交互顯示板5開始向第i個校準電路板2發送傳感器地址獲取命令，其中i從I開始；S406，第六步，第i塊校準電路板2收到該命令后,開始讓對應的電機4旋轉；S407，第七步，校準電路板2等待電機4旋轉穩定之后，向CAN總線發送一個角速度測試命令，該命令中附帶了校準電路板2的地址，傳感器板收到角速度測試命令之后，判斷是否已經保存過校準電路板2地址，如果已經保存，則無響應，如果尚未保存，傳感器板則判斷當前角速度值是否在預定的范圍內，如果是，則默認是對應到該校準電路板2，然后保存命令中的校準電路板2地址，如果不是，則無響應；S408，第八步，待第七步結束之后，等待100ms，電機4停止轉動；S409，第九步，校準電路板2發送探尋地址命令到CAN總線，等待傳感器板回應，傳感器板收到探尋地址命令之后，對比命令中所含有的地址與自己所保存的校準電路板2地址是否一致,如果一致,則延時隨機的一個時間之后，向CAN總線發送自己的MCU地址，如果不一致，則不響應；S410，第十步，校準電路板2等待所有傳感器板地址值的返回，不管所有傳感器板的地址值是否全部返回，均進入第十一步；S411，第i^一步，校準電路板2按照傳感器板的MCU地址大小分配給各個MCU地址序號;S412，第十二步，校準電路板2發送地址解析過程結束指令到人機交互顯示板5，人機交互顯示板5判斷i是否等于N，如果等于，則進入第十三步，如果不等于，則進入第五步； S413，第十三步，人機交互顯示板5發送開始校準命令到所有校準電路板2，然后人機交互顯示板5進入監聽狀態；S414，第十四步，所有校準電路板2收到開始校準命令之后，電機4開始轉動，使旋轉架 3位置歸零；S415，第十五步，校準電路板2發送歸零命令到傳感器板，傳感器板收到歸零命令后， 開始校零，延時，校準電路板2查詢傳感器板校零是否完成，如果完成，則進入第十六步，如果未完成，重新開始第十五步；S416，第十六步，電機4開始旋轉，待電機4旋轉速度穩定之后，校準電路板2發送角速度校準命令到傳感器板，傳感器板收到角速度命令之后，開始進行角速度校準，延時，校準電路板2查詢完成角速度校準狀態，如果全部完成，則進入第十七步，如果未全部完成，重新開始第十六 步；S417，第十七步，電機4轉到設定角度位置后停止旋轉，校準電路板2發送角度校準命令到傳感器板，傳感器板收到角度校準命令之后，開始進行角度校準，延時，校準電路板2 查詢傳感器板完成角度校準狀態，如果全部完成，則進入第十八步，如果未全部完成，則重新開始第十七步；S418，第十八步，一次校準結束，旋轉架3旋轉至水平基準位置，然后進入校驗過程；S419，第十九步，校準電路板2發送歸零命令到傳感器板，傳感器收到歸零命令后，開始校零，延時，校準電路板2查詢傳感器校零是否完成，如果完成，則進入第二十步，如果未完成，重新開始第十九步；S420，第二十步，電機4開始旋轉，待電機4旋轉速度穩定之后，校準電路板2發送角速度校驗命令到傳感器板，傳感器板收到角速度校驗命令之后，開始進行角速度校驗，對比角速度數據是否和校準時的數據接近或一致，延時，校準電路板2查詢完成角速度校驗狀態； S421，第二i^一步，電機4轉到設定角度位置后停止旋轉，校準電路板2發送角度校驗命令到傳感器板，傳感器板收到角度校驗命令后，開始進行角度校驗，對比角度數據是否和校準時的數據接近或一致，延時，校準電路板2查詢傳感器板完成角度校驗狀態，校驗過程結束；S422，第二十二步，整個校準過程結束。
本實施例的校準和校驗過程中，溫控箱的溫度變化設定為三個過程第一個過程， 溫控箱的溫度以最大降溫速率(不同的溫控箱，其降溫速率的最大值不同，因此最大降溫速率的數值根據實際情況而設定)降溫到_25°C，在_25°C停留10分鐘；第二個過程，從_25°C 開始升溫，用2小時升溫到65°C;第三個過程，在65°C停留10分鐘。溫控箱溫度緩升期間， 校準電路板2連續進行150次的校準，其中滿足70次校準校驗正確的數據保存進傳感器板的MCU的flash空間。
上列詳細說明是針對本發明可行實施例的具體說明，該實施例并非用以限制本發明的專利范圍，凡未脫離本發明所為的等效實施或變更，均應包含于本案的專利范圍中。
權利要求
1.一種陀螺儀傳感器校準裝置，其特征在于包括CAN總線、固定臺、校準電路板、可固定多塊傳感器板的旋轉架、帶動旋轉架旋轉的電機和人機交互顯示板，所述固定臺由底板和對稱設置在底板兩側的側板組成，所述校準電路板置于所述底板上，所述旋轉架的轉軸兩端分別安裝在位于所述底板兩側的所述側板上，所述旋轉架上設有供傳感器板通電和通訊的傳感器插槽裝置，該傳感器插槽裝置與所述CAN總線連接，所述電機安裝在所述側板的側面，且與所述旋轉架的轉軸連接，所述側板上還設有控制電機運轉和對旋轉架進行位置檢測的光電限位開關，所述校準電路板和所述人機交互顯示板均與所述CAN總線連接。
2.根據權利要求1所述的陀螺儀傳感器校準裝置，其特征在于所述旋轉架的數量至少為4個，所有旋轉架在同一水平高度上平行安裝在所述側板上，且每一個旋轉架對應安裝一個電機和一個校準電路板。
3.根據權利要求1或2所述的陀螺儀傳感器校準裝置，其特征在于所述旋轉架上設有供傳感器板固定的金屬柱。
4.根據權利要求1或2所述的陀螺儀傳感器校準裝置，其特征在于每個電機與旋轉架構成的單元均設置兩個所述光電限位開關。
5.一種陀螺儀傳感器校準方法，其特征在于，包括以下步驟 第一步，將待檢測的傳感器板固定在陀螺儀傳感器校準裝置的旋轉架上，將傳感器板通過數據線接入傳感器插槽裝置，傳感器板即與CAN總線連接； 第二步，將陀螺儀傳感器校準裝置水平放置于溫控箱內部，設定溫控箱的溫度-時間曲線； 第三步，人機交互顯示板對校準電路板和傳感器板進行地址ID解析； 第四步，人機交互顯示板發送校準命令到所有校準電路板，然后人機交互顯示板進入監聽狀態； 第五步，校準電路板對傳感器板上的傳感器進行角速度校準和角度校準； 第六步，校準電路板對傳感器板上的傳感器進行角速度校驗和角度校驗； 第七步，整個校準過程結束。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，在第三步中，具體由如下步驟組成 步驟301，人機交互顯示板發送命令查找總線上的校準電路板，人機交互顯示板記錄有回應的校準電路板地址，并且記錄校準電路板的個數N ； 步驟302，人機交互顯示板開始向第i個校準電路板發送傳感器地址獲取命令，其中i從I開始； 步驟303，第i塊校準電路板收到該命令后，開始讓對應的電機旋轉； 步驟304，校準電路板等待電機旋轉穩定之后，向CAN總線發送一個角速度測試命令，該命令中附帶了校準電路板的地址，傳感器板收到角速度測試命令之后，判斷是否已經保存過校準電路板地址，如果已經保存，則無響應，如果尚未保存，傳感器板則判斷當前角速度值是否在預定的范圍內，如果是，則默認是對應到該校準電路板，然后保存命令中的校準電路板地址,如果不是,則無響應； 步驟305，等待100ms，電機停止轉動； 步驟306，校準電路板發送探尋地址命令到CAN總線，等待傳感器板回應，傳感器板收到探尋地址命令之后，對比命令中所含有的地址與自己所保存的校準電路板地址是否一致,如果一致,則延時隨機的一個時間之后，向CAN總線發送自己的MCU地址，如果不一致，則不響應； 步驟307，校準電路板等待所有傳感器板地址值的返回，不管所有傳感器板的地址值是否全部返回，均進入步驟308 ； 步驟308，校準電路板按照傳感器板的MCU地址大小分配給各個MCU地址序號； 步驟309，校準電路板發送地址解析過程結束指令到人機交互顯示板，人機交互顯示板判斷i是否等于N，如果等于，則進入第四步，如果不等于，則進入步驟302。
7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，在第五步中，具體由如下步驟組成 步驟501，所有校準電路板收到開始校準命令之后，電機開始轉動，使旋轉架位置歸零； 步驟502，校準電路板發送歸零命令到傳感器板，傳感器板收到歸零命令后，開始校零，延時，校準電路板查詢傳感器板校零是否完成，如果完成，則進入步驟503，如果未完成，重新開始步驟502 ； 步驟503，電機開始旋轉，待電機旋轉速度穩定之后，校準電路板發送角速度校準命令到傳感器板，傳感器板收到角速度命令之后，開始進行角速度校準，延時，校準電路板查詢完成角速度校準狀態，如果全部完成，則進入步驟504，如果未全部完成，重新開始步驟503； 步驟504，電機轉到設定角度位置后停止旋轉，校準電路板發送角度校準命令到傳感器板，傳感器板收到角度校準命令之后，開始進行角度校準，延時，校準電路板查詢傳感器板完成角度校準狀態，如果全部完成，則進入步驟505，如果未全部完成，則重新開始步驟504； 步驟505，旋轉架旋轉至水平基準位置，校準結束。
8.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，在第六步中，具體由如下步驟組成 步驟601，校準電路板發送歸零命令到傳感器板，傳感器收到歸零命令后，開始校零，延時，校準電路板查詢傳感器校零是否完成，如果完成，則進入步驟602，如果未完成，重新開始步驟601 ； 步驟602，電機開始旋轉，待電機旋轉速度穩定之后，校準電路板發送角速度校驗命令到傳感器板，傳感器板收到角速度校驗命令之后，開始進行角速度校驗，對比角速度數據是否和校準時的數據接近或一致，延時，校準電路板查詢完成角速度校驗狀態； 步驟603，電機轉到設定角度位置后停止旋轉，校準電路板發送角度校驗命令到傳感器板，傳感器板收到角度校驗命令后，開始進行角度校驗，對比角度數據是否和校準時的數據接近或一致，延時，校準電路板查詢傳感器板完成角度校驗狀態，校驗過程結束。
9.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，在校準和校驗過程中，溫控箱的溫度變化設定為三個過程第一個過程，溫控箱的溫度降溫到_25°C，在_25°C停留10分鐘；第二個過程，從_25°C開始升溫，用2小時升溫到65°C ;第三個過程，在65°C停留10分鐘。
10.根據權利要求5或9所述的方法，其特征在于溫控箱溫度緩升期間，校準電路板連續進行150次的校準，其中滿足70次校準校驗正確的數據保存進傳感器板的MCU的flash空間。
全文摘要
本發明公開了一種陀螺儀傳感器校準裝置，包括CAN總線、固定臺、校準電路板、可固定多塊傳感器板的旋轉架、帶動旋轉架旋轉的電機和人機交互顯示板，所述固定臺由底板和對稱設置在底板兩側的側板組成，所述校準電路板置于所述底板上，所述旋轉架的轉軸兩端分別安裝在位于所述底板兩側的所述側板上，所述旋轉架上設有供傳感器板通電和通訊的傳感器插槽裝置，該傳感器插槽裝置與所述CAN總線連接，所述電機安裝在所述側板的側面，且與所述旋轉架的轉軸連接，所述側板上還設有控制電機運轉和對旋轉架進行位置檢測的光電限位開關，所述校準電路板和所述人機交互顯示板均與所述CAN總線連接。本發明還公開了一種陀螺儀傳感器的校準方法。
文檔編號G01C25/00GK103017785SQ20111028733
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月26日 優先權日2011年9月26日
發明者郭蓋華, 李星樂, 周偉 申請人:東莞易步機器人有限公司