1.一种控照型光测距与定位系统,其特征在于,包括点光源(1)、内壁反光罩(2)、光接收器阵列(4)、发射端控制电路(6)、接收端控制电路(7)和电机传动装置I(91),点光源(1)设置在内壁反光罩(2)的顶部,内壁反光罩(2)通过反射作用将点光源(1)发出的光向一个方向散射形成投射光柱(3),投射光柱(3)上设有光接收器阵列(4),投射光柱(3)在光接收器阵列(4)上产生投射区域(5),投射区域(5)与投射光柱(3)的轴线之间设定有夹角,投射光柱(3)的轴线指向投射区域(5),光接收器阵列(4)的覆盖面积大于投射区域(5)的面积;
所述发射端控制电路(6)和电机传动装置I(91)均与点光源(1)相连接,发射端控制电路(6)与电机传动装置I(91)相连接,光接收器阵列(4)与接收端控制电路(7)相连接;
应用在非接触供电的原边线圈与副边线圈电能传输时的定位,所述内壁反光罩(2)的底部设有非接触供电副边板(82),内壁反光罩(2)的轴线与非接触供电副边板(82)所在平面垂直,非接触供电副边板(82)上放置非接触供电的副边线圈;所述投射区域(5)的平面上设有非接触供电原边板(81),非接触供电原边板(81)上放置非接触供电的原边线圈;所述接收端控制电路(7)与电机传动装置II(92)相连接,电机传动装置II(92)与非接触供电原边板(81)相连接,所述光接收器阵列(4)为圆形或椭圆形的光接收器阵列。
2.根据权利要求1所述的控照型光测距与定位系统,其特征在于,所述点光源(1)的类型是激光、可见光或不可见光的光源;点光源(1)为连续照射或断续照射的光源;光接收器阵列(4)的光接收器使用的光敏器件是光敏二极管、光敏三极管或CCD传感器;发射端控制电路(6)按照特定时钟频率控制断续照射的点光源(1)可实现点对点单向通信。
3.根据权利要求2所述的控照型光测距与定位系统,其特征在于,所述点光源(1)的通信采用异步串行通信方式,异步串行通信以字符为单位,即一个字将传送一个字符,一个字符是1位或多位二进制数;异步串行通信每帧的字符包括依次串接的起始位、1个或若干个数据位、奇偶校验位和停止位;异步串行通信是一帧接一帧进行,数据传送是连续或断续的。
4.根据权利要求1所述的控照型光测距与定位系统,其特征在于,所述内壁反光罩(2)包括细部与截面部,细部与截面部固定连接,细部的顶部封闭,细部与截面部连接处的截面贯通,截面部的底部开口;当点光源位于细部的顶部时,细部能使点光源(1)发出的光汇聚在一个小区域或一个点上;当点光源位于细部与截面部的结合处时,截面部能使点光源(1)发出的光沿一个方向散射。
5.根据权利要求4所述的控照型光测距与定位系统,其特征在于,所述内壁反光罩(2)的细部为细长的柱体或多面体,内壁反光罩(2)的截面部为圆锥体、椭圆锥体或多面锥体。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的控照型光测距与定位系统,其特征在于,其测量点光源(1)到投射区域(5)的距离的方法为:
当投射区域(5)的法向量与内壁反光罩(2)的中轴线重合,内壁反光罩(2)与投射区域(5)垂直,已知内壁反光罩(2)的高度AB和底面直径D1,使用光接收器阵列(4)检测投射区域(5)的直径为D2,则点光源(1)到投射区域(5)的垂直距离AC计算得到:AC=AB×D2/D1;
当投射区域(5)的法向量与内壁反光罩(2)中轴线不重合,内壁反光罩(2)与投射区域(5)不垂直,点光源(1)位于E点,且内壁反光罩(2)底圆周的最高点为F点,过F点作平行于投射区域(5)的平行线交内壁反光罩(2)于G点,测量内壁反光罩(2)上过点E垂直于FG的长度H2,投射区域(5)是不规则的圆形,使用光接收器阵列(4)检测投射区域(5)上平行于线段FG的为直径D3,则点光源(1)到投射区域(5)的垂直距离H1计算得到:H1= H2×D3/FG。
7.根据权利要求4或5任意一项所述的控照型光测距与定位系统,其特征在于,其实现定位的方法为:S1:光接收器阵列(4)接收投射区域(5)的光;依据求投射中心点的几何方法,找到点光源(1)射向投射区域(5)的中心点,将该点称为C点;S2:当投射区域(5)的法向量与内壁反光罩(2)中轴线重合,内壁反光罩(2)与投射区域(5)垂直,则点光源(1)位于经过中心点C点的投射区域(5)的法向量的直线上;
S2’:发射端控制电路(6)控制电机传动装置I(91)将点光源(1)移动到内壁反光罩(2)的顶部内侧,使投射区域(5)汇聚在一个小区域上,光接收器阵列(4)仅能检测到中心点C点及其附近小区域的光信号;S3’:当投射区域(5)的法向量与内壁反光罩(2)中轴线重合,内壁反光罩(2)与投射区域(5)垂直,则点光源(1)位于经过中心点C点的投射区域(5)的法向量的直线上;S4’:当点光源(1)与内壁反光罩(2)一起沿空间某一方向移动时,根据投射区域(5)的边界点或中心点C点的轨迹,由空间几何方法记录点光源(1)的移动距离,即可实现点光源(1)的动态定位。
8.根据权利要求1所述的控照型光测距与定位系统,其特征在于,光接收器阵列(4)选用圆形光接收器阵列(41),当内壁反光罩(2)的轴线与投射区域(5)的法向量平行或重合时,非接触供电原边板(81)与非接触供电副边板(82)平行,对原边线圈与副边线圈的位置关系进行定位有两种方法:方法一:点光源(1)位于内壁反光罩(2)的细部与截面部的结合处,投射区域(5)为圆形投射区域(51),接收端控制电路(7)接收到圆形光接收器阵列(41)接收的光信号,当圆形投射区域(51)与圆形光接收器阵列(41)仅有一部分交集时,接收端控制电路(7)控制电机传动装置II(92)动作,带动非接触供电原边板(81)沿水平方向x轴或y轴移动,直到圆形光接收器阵列(41)的所有接收点均接收到光信号或圆形光接收器阵列(41)接收到光信号的区域的圆心与圆形光接收器阵列(41)的圆心重合;接收端控制电路(7)控制电机传动装置II(92)动作,使非接触供电原边板(81)沿垂直方向z轴移动,使非接触供电原边板(81)和非接触供电副边板(82)的距离满足非接触供电电路要求;
方法二:发射端控制电路(6)控制电机传动装置I(91)将点光源(1)竖直移动到内壁反光罩(2)的顶部,使点光源(1)发出的光汇聚在圆形光接收器阵列(41)的一个小区域上,投射区域(5)为圆形投射点(52),圆形光接收器阵列(41)仅能检测到投射点(52)这个点及其附近小的区域的光信号;接收端控制电路(7)控制电机传动装置II(92)动作,使非接触供电原边板(81)沿水平方向x轴或y轴移动,直到圆形光接收器阵列(41)接收到光信号的区域的圆心与投射点(52)的圆心重合;接收端控制电路(7)控制电机传动装置II(92)动作,使非接触供电原边板(81)沿垂直方向z轴移动,使非接触供电原边板(81)和非接触供电副边板(82)的距离满足非接触供电电路要求。