激光自动跟踪课设报告
基于深度学习和PnP模型的激光跟踪仪自动姿态测量
第30卷第9期2022年5月Vol.30No.9May2022光学精密工程Optics and Precision Engineering基于深度学习和PnP模型的激光跟踪仪自动姿态测量周道德1，2，高豆豆1，董登峰1，2*，周维虎1，2，崔成君1（1.中国科学院微电子研究所，北京100029；2.中国科学院大学，北京100049）摘要：针对航空航天、汽车装配等高端制造领域对姿态测量的迫切需求，提出一种面向激光跟踪仪的快速高精度姿态测量方法，利用深度学习结合视觉PnP模型实现了激光跟踪过程中被测件姿态的自动测量。
针对PnP姿态求解模型所需的3D特征点和2D特征点之间的对应关系难以直接确定的问题，设计了一个特征提取网络用于提取特征点对应的高维特征，采用最优传输理论确定特征向量之间的联合概率分布，从而完成3D-2D特征点的自动匹配；使用Ransac-P3P结合EPnP算法对匹配好的3D特征点和2D像素点进行姿态求解，获得高精度的姿态信息；在此基础上，利用隐式微分理论计算PnP求解过程的雅克比矩阵，从而将PnP姿态求解模型集成到网络中并指导网络训练，实现了深度网络匹配能力与PnP模型姿态求解能力的优势互补，提高了解算精度。
最后，制作了一个含有丰富标注信息的数据集，用于训练面向激光跟踪仪的姿态测量网络。
基于高精度二维转台进行了姿态测量实验，结果表明，该方法在3m处对俯仰角的测量精度优于0.31°，横滚角精度优于0.03°，单次测量耗时约40ms，能够实现激光跟踪仪的高精度姿态测量。
关键词：激光跟踪仪；姿态测量；单目视觉；深度学习中图分类号：TP391.4；TH744文献标识码：A doi：10.37188/OPE.20223009.1047Automatic attitude measurement of laser tracker based ondeep learning and PnP modelZHOU Daode1，2，GAO Doudou1，DONG Dengfeng1，2*，ZHOU Weihu1，2，CUI Chengjun1（1.Institute of Microelectronics of the Chinese Academy of Sciences，Beijing100029，China；2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing100049，China）*Corresponding author，E-mail：Dongdengfeng@Abstract：In view of the urgent demand for attitude measurement in high-end manufacturing applications，such as aerospace and automobile assembly，a fast and high-precision attitude measurement method for a laser tracker was proposed.The method employed deep learning in conjunction with the visual PnP model to realize automatic attitude measurement of the laser tracker.The correspondence between3D feature points and2D feature points required by the traditional PnP model were directly determined through a fea⁃ture extraction network designed to extract high-dimensional features.The joint probability distribution be⁃tween feature vectors was determined using optimal transmission theory to complete the matching of3D-文章编号1004-924X（2022）09-1047-11收稿日期：2022-03-04；修订日期：2022-03-16.基金项目：国家重点研发计划资助项目（No.2019YFB1310100）第30卷光学精密工程2D feature points.Subsequently，Ransac-P3P combined with EPnP algorithm was used to obtain high-pre⁃cision attitude information；Based on this，the Jacobian matrix of PnP solution process was calculated us⁃ing implicit differential theory，and the PnP attitude solution model was integrated into the network to guide the training of the network.The complementary advantages of strong depth network matching abili⁃ty and high attitude solution accuracy of the PnP model improved the solution accuracy of the network.In addition，a dataset with rich annotation information was used to train the attitude measurement network for the laser tracker.Finally，an attitude measurement test was conducted using a high-precision two-dimen⁃sional turntable.The experimental results show that the calculation error of pitch angle is less than0.31°，the rolling angle error is less than0.03°，and the single measurement takes approximately40ms.The pro⁃posed method can potentially be applied to attitude measurement scene of the laser tracker.Key words：laser tracker；attitude measurement；monocular vision；deep learning1引言随着制造业的快速发展，在航空航天、汽车装配等领域，大尺寸高精度姿态测量技术越来越重要。
一种新型自动激光经纬仪引导跟踪方法
随着大型装备制造业水平的提高，大空间大尺寸范围内三维坐标的测量逐渐成为工业测量关注的焦点 和热点。可移动式空间大尺寸坐标测量系统因其测量范围广(一般在几米到几十米甚至上百米的范围内)、 测量精度高(亚毫米级以内)等特点被广泛地应用在汽车、造船、航空航天、能源及水利电力等工业中，如 汽车白车身关键部位三维特征的测量[1]、飞机外型整体几何参数测量、大型水力发电机的叶片形貌、粒子 加速环的几何参数测量等。常用的可移动式大尺寸测量设备主要有激光跟踪仪、全站仪、经纬仪、数字近 景摄影测量系统等。其中经纬仪测量系统因为精度高、非接触式测量、易搬迁等特点在工业测量领域有着 广泛的应用[2]，但传统的经纬仪测量系统需要人眼瞄准，人为误差明显，测量效率低下。
到。
利用定向后的双经纬仪系统对精密转台进行标定。将一球形靶标固定在转台上，将转台水平旋转 5 个
位置，用已完成定向的双经纬仪系统测量各个位置处靶标的坐标并利用最小二乘法拟合出转台垂直旋转轴
z 轴的参数。水平旋转转台，使得垂直旋转轴与双经纬仪连线大致平行，以保证垂直旋转时两台经纬仪对
靶标都保持可见，将水平转台当前位置作为初始标定的水平方位。保持转台水平旋转位置不变，使转台在
3
1) 经纬仪 XwYwZw 与二维精密转台转动后实时坐标系 XytmYytmZytm 的标定 通过系统定向将双经纬仪统一到同一个坐标系 XwYwZw 下[7-8]，其坐标原点为左经纬仪中心，x 轴方向 为两经纬仪中心连线在水平面上的投影并指向右经纬仪，y 轴方向竖直向下，z 轴方向则由右手法则可以得
2 所示。
Zw
Xw
Theodolite
Yw
coordinate system
Zyt0 Yyt0
Viewing field of
激光跟踪仪操作指导书rev1.1
激光跟踪仪操作指导书1 软件名称：Metrolog/SILMA1.1 序列号：No.159541.2 软件授权文件的获取：1.2.1插上软件狗；1.2.2连接外网；1.2.3双击Protection→Web Read→Programmer→installed successfully(提示) ；1.2.4 OK.2 开关机次序2.1 开机次序：电源（黑色）→伺服电机（红色，主机移动时关掉）2.2 关机次序：伺服电机（红色）→电源（黑色）3 网络设置：3.1 IP设置：192.168.0.100 / 255.255.255.03.2 无线路由器IP：192.168.0.110 / 255.255.255.03.2.1用于控制器与电脑的无线连接；3.2.2用于控制器与智能测头的无线连接。
4 配置参数：4.1 初始参数文件：4048.PRM4.2 靶球校准的配置文件：Probe files→API Probes.plp4.3 I-Probe测头文件：4001_IProbe.prm5 预热预热15~30分钟后，跟踪头上红灯不再闪烁（常亮）：5.1 ADM：红外激光器，可断光续接；5.2 IFM：双频激光干涉仪，氦氖激光器，断光不能续接；5.3 校准软件：Trackercal 4.12 / 测量软件：Metrolog XG V13.0045.4 测量软件：Metrolog XG V13.0045.5 位置坐标： AZ------水平转角EL------俯仰角D ------极径/距离注意：校准软件和测量软件不能同时打开6 环境传感器6.1 大气压力------自动测量6.2 空气温度------自动测量6.3 材料温度------自动测量，人工补偿7 校准软件：Trackercal 4.12使用：Azimuth------方位角Elevation------仰角7.1 3个角度校准空间/前后视/单点7.2 2个距离校准8 测座种类：8.1 SM-TM：定位座，4个，转站用；8.2 ESM：边沿测座，高度偏移25mm；8.3 SSM：平面测座，高度偏移25mm；8.4 SMN：圆柱销座，4个，其中英制圆柱销座（1″）1个，用于测量基准孔中心，也可当ESM边沿测座用8.5 HP：硬尖顶；8.6 SFA：球座（1/4″）；8.7 CB：标准球；8.8 2个用途：8.8.1隐蔽点测杆+硬尖顶+英制圆柱销座配合（通过摆动采点构造球）用于测量指定点；8.8.2球座（1/4″）+标准球+加长杆+英制圆柱销座配合，用于测量销孔。
光靶自动跟踪装置结构设计
第36卷，增刊红外与激光工程2007年6月、r01．36Su ppl em e n t I n丘卸ed锄d L嬲e r En百nee血g J un．2007光靶自动跟踪装置结构设计闫勇刚1，欧阳健飞1，马辑2，杨红果1，徐赫洋1(1．河南理工大学精密工程研究所，河南焦作454003；2．中国运载火箭技术研究院519厂，山西长治046012)摘要：在分析激光制导测量机器人技术和原理基础上，提出一种具有两自由度的光靶自动跟踪装置结构方案，介绍了光靶自动跟踪原理及特点并建立了三维数学模型。
重点对光靶自动跟踪装置的机械结构进行了分析及设计，并对某些重要构件进行了强度校核，最后研制出光靶自动跟踪装置。
光靶自动跟踪装置能够按照要求完成方位和俯仰运动，实现了对测量激光束的自动跟踪，不仅解决了测量过程中掉光现象，同时降低了激光束入射角度引起的测量误差，也验证了光靶自动跟踪装置结构方案的正确性和有效性。
关键词：激光制导；测量机器人；自动跟踪装置；设计中图分类号l V556．7文献标识码：A文章编号：1007．2276(2007)增(激光)．0316．04 St m ct ural des i gn of opt i cal t r acke r f or L G M RY A N Y ong．g觚91，O I J Y A N G J i锄一f eil，M A Q i锄92，W蝌GH ong．gu01，ⅪJE H e．y龃91(1．Pfecisi∞蛐∞riⅡg I ns吐nIt e，He啪P0l yo∞hI l i c U l l iV e陪it y’J i∞朋o454003，Ch i I l a；2．N0．519F a ct o睇A ca dem y of L删ch、铀i cle Tc曲nol ogy'al蛐gzI l i046012，al ina)A bst ra ct：II l t ll is paper，nl e他s ear ch w or k t o deV el op锄opt i cal昀cker f br a new l y deV el oped L as crG ui danc e M e asur i ng R obot(L G M R)i s de sc曲ed．B ase d o n m e p咖ci pl e aI l d aI l al ysi s of L G M R，m eo砸c al t racker w i m t、)l，o D O F s is pr es ent ed aI l d i n仃oduced．T he3D m odel i s e st a bl i s hed a s w e U．A nm ysi s 锄d des i gn a r e m ade i n em phas i s on m e s nl l c t ur e of opt i ca l t I．ackeL Fi nal l y，m e opt i ca J n．ac ker w a s m甜e and j oined t o t l le body t o aSse m bl e a I I l ob i l e robot．111e re sul t s s how t l l at廿l e opt i cal嘶ker is pr act i cal衄d c觚t r ack t I le l as er be锄aut om at i cal l y and ef!f＆t i V el y’and a l so pr oV e t ll e co r r e ct I l es s of m e m em od．K e y w or ds：L a s er gl l i d趾cc；M eas um m ent r obot；opt i cal仃a cker；D e si gI lO引言基于极坐标法的激光跟踪测量系统是具有高精度、大范围、动态及现场测量等一系列突出优点，日益受到人们的重视。
基于激光视觉的焊缝跟踪系统的研究的开题报告
基于激光视觉的焊缝跟踪系统的研究的开题报告
一、选题的背景和意义
随着工业自动化程度的不断提高，焊接工艺的自动化也越来越受到人们的重视。
对于焊接工艺来说，焊缝的质量是决定焊接效果的关键因素之一。
因此，在焊接过程中能够实时跟踪焊缝的位置和形状，对保证焊缝的质量至关重要。
传统的焊缝跟踪方法主要是通过感应器或摄像机来实现，但这种方法存在误差较大、精度不高等问题。
而基于激光视觉的焊缝跟踪系统，则能够解决这些问题，因此具有广泛的应用前景。
二、研究的目的和内容
本次研究旨在设计一种基于激光视觉的焊缝跟踪系统，通过激光投射线来实时监测焊接过程中焊缝的位置和形状。
具体研究内容包括：
1. 激光视觉技术的基本原理研究；
2. 激光投射线的设计、构建及其与摄像机、计算机等组件的整合；
3. 焊接过程中焊缝跟踪算法的研究和实现；
4. 实验验证和结果分析。
三、研究的方法和步骤
本次研究采用文献资料法、理论分析法和实验验证法。
具体步骤如下：
1. 理论分析激光视觉跟踪技术的基本原理和应用场景；
2. 设计和构建激光投射线、摄像机等硬件设备，并进行组件整合；
3. 研究并实现焊缝跟踪算法；
4. 进行实验验证，并对实验结果进行分析。
四、预期成果和意义
本次研究预期将设计出一种基于激光视觉的焊缝跟踪系统，并验证其在焊接过程中的有效性。
该系统具有以下意义：
1. 提高焊缝跟踪的精度和稳定性，减小人为干扰因素对焊缝质量的影响；
2. 实现焊缝自动跟踪，提高生产效率和工作效率；
3. 推动焊接工艺的自动化进程，提高工业制造的智能化水平。
激光跟踪电路实验报告
激光跟踪电路实验报告1. 引言激光跟踪电路是一种基于光电原理设计的电路，用于追踪和测量激光光束的位置。
它在很多领域都有广泛的应用，比如光纤通信、激光推进以及激光测距等。
本实验通过搭建激光跟踪电路，验证其在激光测距中的应用。
2. 原理激光跟踪电路主要由光电传感器、信号放大电路和位置控制电路组成。
当激光光束照射到光电传感器上时，光电传感器会产生电信号，并经过信号放大电路放大后，送入位置控制电路进行处理。
位置控制电路根据信号的强弱，来控制相应的电动机或执行器，实现对光束位置的跟踪。
3. 实验准备3.1 材料- 激光发射器- 光电传感器- 信号放大电路模块- 位置控制电路模块- 示波器- 电源供应器- 连接线等3.2 连接图根据实验指导书提供的连接示意图，将激光发射器、光电传感器、信号放大电路模块和位置控制电路模块依次连接起来。
确保连接正确无误。
4. 实验步骤4.1 调试激光发射器首先，将激光发射器连接到电源供应器，调整电源供应器输出电压，使激光发射器工作正常，并调节激光发射器位置，使其发出的激光束聚焦在光电传感器上。
4.2 调试信号放大电路模块将光电传感器输出信号连接到信号放大电路模块的输入端，并连接示波器观察输出信号。
调节信号放大电路模块的增益，使得输出信号的幅度适宜。
4.3 调试位置控制电路模块将信号放大电路模块的输出信号连接到位置控制电路模块的输入端，连接示波器观察位置控制电路模块的输出信号。
使用示波器调节阈值等参数，可以实现对激光光束位置的跟踪。
5. 实验结果在完成上述步骤后，我们成功搭建了激光跟踪电路。
通过示波器观察到光电传感器的输出信号，并通过信号放大电路模块和位置控制电路模块进行了信号处理和跟踪。
6. 实验总结本实验通过搭建激光跟踪电路，验证了其在激光测距中的应用。
通过调试激光发射器、信号放大电路模块和位置控制电路模块，我们成功实现了对激光光束位置的跟踪。
激光跟踪电路具有实时性和高精度的特点，可以在很多领域中发挥重要作用。
激光标记自动跟踪视频引伸计的标记识别算法研究
图 １ 激光标记 自动跟踪视 频引伸计 的结构
作者简介 ： 谢森栋 （ １ ９ ８ ８ 一） ， 男， 浙江富 阳人 ， 硕士研究生 ， 主要从事计算机测控技术方面的研究 。
有 效 增 强 图 像 对 比度 ， 却 容 易受 背 景 噪声 干 扰 ； Ｇ ａ ｍｍａ校正 ［ ９ ］ ， 通 过改 变 Ｇａ ｍｍａ 参 数 来 控 制 一 幅 图像 的整 体 亮 度 ， 但 容 易 造 成 图像 失 真 ； 非 线 性 变 换 ］ ， 采用 像 素值 的对 数变 换来 达到 增强 图像 的 目
射 向被测试 样 ； Ｃ Ｃ Ｄ获取 激 光标 记 和试 样 标 记 的 图
整算 子修 正像 素值
， ｆ Ｒ ２ ５５
—
１ ２ ５ ５ ，
Ｒ×ｇ ａ ｉ ｎ ｒ ≥２ ５ ５
像， 经 图像 采集 卡传输 给计 算机 ， 由图像 处理算 法 获
（ 浙江理 工大 学精 密测量技术 实验 室，杭 州 ３ １ ０ ０ １ ８ ） 摘 要： 针对视频 引伸计 易受光照变化干扰的 问题 ， 提 出一种基 于图像 亮度调整 和去雾增强相结合 的图像预 处
理算 法， 获得 了激光标记 和试 样标记的清晰 图像 ； 分别利 用 Ｃ ｒ色度 阈值分割 算 法和基 于感兴趣 区域 的亮度梯度 阈 值分割 算法提 取激光标记和试样标记 。在光 照 变化 和有 无试验机 夹头干扰 的情况 下分别进 行 了实验 ， 验证 了算法
的； 同态 滤波 ｜ ＿ １ ， 根 据光 照 反射 理 论 ， 通 过傅 里 叶变
激光跟踪测距一体化技术在火控系统中的应用
体设 备一般 分 为跟踪 和测距 两部分 。其 中跟踪部 分
多采用可见光／ 红外成像摄像机 ， 在前端探测的引导
下 对远方 目标 进行 稳定 跟 踪 ； 距 部分 多 采用 激 光 测 测距 机 ， 稳定 跟踪 目标 的基 础 上对 目标进 行 精 确 在
作者简介： 陆 君 （９ ０一） 男 ， 程师 ， １８ ， 工 主要从事阵地 防护及 光电对抗 方面的研究。Ｅｍａ ： ｄｐ ｌｌ５ ６ ．ｏ — ｉ ｒ ａｐｅ １＠１３ ｃＩ ｌｅ ａ 收 稿 日期 ：０ ０１ －１ ２ １ —１０
Ａｐ ｌ ａ ｉ ｎ ｏ ａ ｅ ｒ ｃ ｉ ｇ ａ ｄ ｒ ｎ ｉ ｇ ｉ ｔ ｇ ａ ｉ ｎ ｐ ｉ ｔｏ ｆｌ ｓ ｒ ｔ ａ ｋ ｎ ｎ ａ ｇ ｎ ｎ ｅ ｒ ｔｏ ｃ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｆｒ ｏ ｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｉ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓｅ ｉ
ｃ ｎ ｒ ｌｓ ｓ ｍ ａ ｌｍｅ ｔｒ ｙ ｄ ｓ ｕ ｓ ｓ ｏ ｔ ｙ ｔ Ｗ ｅ ｅ ｎａ ｉ ｉｃ ｓ ｅ ． ｏ ｅ ｓ ｌ
Ｋ ｙ ｗ ｒ ｓ ｌ ｅ ｔ ｃ ｉｇａ ｄｒｎ ｎ ； ｔ ｒｔ ｎｄ ｓ ｎ ｆ ｅ ｏｔ ｌ ｙ ｔ ｅ ｏ ｄ ： ｓ ｒ ｒ ｋ ｎ ｇ ｇ ｉ ｅ ａｉ ｅｉ ； ｒ ｃ ｎｒ ｓ ｍ ａ ａ ｎ ａｉ ｎｇ ｏ ｇ ｉ ｏｓ ｅ
１ 引 言
激光 跟踪测 距一体 设 计 的方 式 ， 过 激光 自动 跟踪 通 测距技 术 ， 以将分 立 的光 电跟 踪 、 光测距 功能进 可 激
火 力 防空 装 备 的探 测跟 瞄 设备 ， 其 火控 系统 是
的重要 组成 部分 ， 引导 火 力单 元 对 敌来 袭 平 台 或 是 武器实 施防空 打击 的重要保 障 。光 电探 测跟 瞄设备 采用激 光测距 、 视跟 踪 、 外 跟踪 等 光 电技 术 ， 电 红 对
激光雷达行业跟踪报告系列之一：高级自动驾驶必备传感器
2022年10月17日行业研究高级自动驾驶必备传感器——激光雷达行业跟踪报告系列之一电子行业买入（维持）分析师：刘凯执业证书编号：S0930517100002分析师：石崎良执业证书编号：S0930518070005分析师：何昊执业证书编号：S0930522090002300资料来源：Wind相关研报Pico4发布会召开，内容生态全面发力——VR/AR行业跟踪报告之三（2022-09-30）Pico Neo4和小鹏G9重磅发布，关注XR与汽车智能化投资机会——光大证券通信电子行业周观点第40期（20220924）（2022-09-26）Pico即将发布新机Pico 4，SiFive推出车用RISC-V内核系列——光大证券通信电子行业周观点第39期（20220918）（2022-09-18）激光雷达：高级自动驾驶必备传感器。
激光雷达是高级自动驾驶的核心传感器，主要利用光波获取并处理信息，起到测距、避障、定位和导航等对驾驶的辅助作用。
它的基本原理是通过发射器向目标发射探测信号（激光束）和传感器接受目标反射回来的信号来测量与目标之间的距离、分析目标反射回来的信息得到目标的距离和物理属性等信息，用于避障，于此同时结合地图，便于实现定位以及导航功能。
图表1：激光雷达基本原理图资料来源：SlidePlayer，光大证券研究所以此方法，激光雷达收集的数据是离散的，被叫做点云数据，点云数据描述了目标物体的物理属性和位置，包括三维坐标X，Y，Z、颜色值和强度值等，通过处理点云数据来获得目标的信息。
图表2：激光雷达点云图资料来源：禾赛科技，光大证券研究所激光雷达发展历程：从科研到智能驾驶核心部件。
激光雷达诞生于1960-1970年代，最初用于科研与测绘领域；2000年以前逐渐走向商业化，出现了单线扫描式2D激光雷达产品；2000-2015年进入车辆应用的初期，高线数激光雷达开始应用于无人驾驶的避障与导航，以国外厂商为主；2015-2019年无人驾驶和高级辅助驾驶领域蓬勃发展，成为技术热点，国内厂商开始跟进研究并陆续取得突破；2019年至今，随着智能驾驶的迅速发展，作为感知层重要的一部分，激光雷达也加快了发展的脚步，技术更迭层出不穷，产品性能持续优化，激光雷达向着芯片化和阵列化发展。
光电跟踪系统的精密跟踪定位控制技术
CATALOGUE目录•引言•光电跟踪系统概述•精密跟踪定位控制技术•基于图像处理的自动跟踪定位技术•基于红外成像的自动跟踪定位技术•基于激光雷达的自动跟踪定位技术•总结与展望研究背景与意义光电跟踪系统在军事、航空航天、工业自动化等领域具有广泛的应用价值。
精密跟踪定位技术是光电跟踪系统实现其功能的关键所在。
研究光电跟踪系统的精密跟踪定位控制技术有助于提高系统的性能和精度，具有重要的现实意义和理论价值。
国内外研究现状及发展趋势国内外学者针对光电跟踪系统的精密跟踪定位控制技术进行了大量研究。
目前，该领域的研究热点主要集中在提高系统精度、稳定性和响应速度等方面。
随着人工智能、机器学习等技术的不断发展，光电跟踪系统的精密跟踪定位控制技术将逐渐向智能化、自主化方向发展。
研究内容和方法基于光学原理测量光路长度光电跟踪系统的基本原理系统组成工作过程光电跟踪系统的组成及工作过程跟踪精度响应速度稳定性抗干扰能力光电跟踪系统的性能指标自动控制理论概述自动控制系统的分类自动控制系统的性能要求自动控制系统的基本组成1常用控制器及其控制算法23PID控制器是最常用的控制器之一，其控制算法基于比例、积分、微分三个基本控制环节。
PID控制器及其控制算法模糊控制器是一种基于模糊逻辑理论的控制算法，适用于具有不确定性和复杂性的系统。
模糊控制器及其控制算法神经网络控制器是一种基于神经网络理论的控制算法，具有自学习、自组织和适应性强的特点。
神经网络控制器及其控制算法03混合控制策略精密跟踪定位控制策略01基于模型的控制策略02基于学习的控制策略图像处理技术概述图像处理技术的定义01图像处理技术的应用02图像处理技术的发展趋势03系统需求分析基于图像处理的自动跟踪定位系统设计系统架构设计关键技术分析实验设置为了验证基于图像处理的自动跟踪定位系统的性能和精度，实验采用了实际场景中的视频数据进行测试。
实验中，系统对视频中的目标进行了自动检测和跟踪。
一种新型激光经纬仪自动跟踪引导方法
一种新型激光经纬仪自动跟踪引导方法
张辰; 杨学友
【期刊名称】《《电源技术》》
【年(卷),期】2012(36)12
【摘要】针对经纬仪在测量过程中需要人眼瞄准读数,不能自动跟踪并测量运动目标的问题,提出一种新型经纬仪自动跟踪引导方法。
该方法采用高分辨率相机,捕获运动目标;采用基于卡尔曼滤波原理的跟踪程序预测目标运动航迹,驱动二维云台承载相机沿水平或俯仰方向旋转,从而实现相机视准轴对目标航迹的跟踪;再基于D-H 模型构造相机坐标系和经纬仪坐标系之间的引导矩阵,从而引导经纬仪的望远镜指向相机视场范围,完成对目标的跟踪和测量过程。
实验结果表明,该跟踪引导方法效率高,实用性强,在实现了经纬仪自动测量的同时,保证了测量的精度。
【总页数】4页(P1869-1872)
【作者】张辰; 杨学友
【作者单位】天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072
【正文语种】中文
【中图分类】TM93
【相关文献】
D激光经纬仪自动跟踪算法及软件实现方案 [J], 徐晶;杨华民;方明;佟首峰
2.一种新型自动激光经纬仪引导跟踪方法 [J], 张滋黎;邾继贵;周虎;耿娜;叶声华
3.一种全新的激光自动跟踪方法在激光移动通信中的应用 [J], 陈非凡;陈益峰;苑京
立
4.一种视觉引导经纬仪自动测量中精确引导方法 [J], 吴斌;苏晓越
5.一种经纬仪准直测量自动引导方法 [J], 吴卓昊;范百兴;向民志;杨振;
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
激光跟踪自动焊接设备的原理
激光跟踪自动焊接设备的原理
激光跟踪自动焊接系统集激光焊接与机器视觉跟踪技术于一体,实现了焊接过程的自动化。
其构成和工作原理可概括为:
1. 激光焊接部件
它由激光器、聚焦镜、校准系统等组成,可以输出高功率密集激光进行焊接。
焊接时通过聚焦镜调节焦点位置。
2. 机器视觉跟踪系统
它包含图像采集设备、图像处理单元、跟踪算法模块等。
可以实时捕捉焊缝图像,经处理后计算焊缝的空间位置信息。
3. 运动控制系统
它将图像处理系统输出的焊缝位置信息与预设的焊接轨迹进行比较,计算偏差并控制工作台移动,使焊炉保持在焊缝上方准确跟踪。
4. 计算机集成控制
计算机统筹各个子系统,根据焊接工艺参数发出控制指令,实现对整个系统的协调
运作。
工作时,焊工预先编辑焊接轨迹程序输入计算机,放置好焊接工件后启动系统。
视觉系统实时反馈焊缝位置,控制系统驱动工作台移动,使激光焊炉精准跟随焊缝运动。
计算机监控系统状态,精确控制激光输出参数,完成高质量的自动焊接作业。
这种闭环控制的自动激光焊接系统,精度高、灵活性强,可以实现多种复杂零件的焊接自动化,大幅提高了焊接效率和质量。
它结合了先进的激光焊接技术、精密机械系统、现代光电传感与数字控制技术,代表了现代工业自动化技术发展方向。
智能装备设计实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的本次实验旨在通过设计并实现一个智能装备，提高生产效率，降低人工成本，同时提升产品的质量。
通过学习智能装备的设计原理和实施过程，培养我们的创新思维和实践能力。
二、实验背景随着科技的飞速发展，智能化、自动化已成为制造业发展的必然趋势。
智能装备在提高生产效率、降低成本、保障产品质量等方面发挥着重要作用。
本实验通过设计并实现一个智能装备，使我们对智能装备的设计原理和应用领域有更深入的了解。
三、实验内容1. 设计方案（1）功能需求分析本智能装备主要实现以下功能：1）自动上料：将原材料送入生产线上，进行后续加工；2）自动识别：识别原材料种类、尺寸等信息；3）自动调整：根据识别信息，调整加工参数；4）自动加工：完成加工任务；5）自动检测：检测加工后的产品是否符合要求；6）自动存储：将合格产品存储起来，不合格产品进行返工。
（2）技术路线1）硬件设计：主要包括控制系统、传感器、执行器等；2）软件设计：主要包括控制算法、数据处理、人机交互等；3）系统集成：将硬件和软件集成在一起，实现智能装备的功能。
2. 硬件设计（1）控制系统：选用工业控制计算机作为控制系统，用于实现智能装备的各个功能；（2）传感器：采用多种传感器，如光电传感器、位移传感器、温度传感器等，用于检测原材料种类、尺寸、加工状态等信息；（3）执行器：选用伺服电机、气缸等执行器，用于实现自动上料、调整、加工等动作。
3. 软件设计（1）控制算法：采用模糊控制、神经网络等算法，实现自动调整加工参数；（2）数据处理：采用图像处理、数据挖掘等技术，实现原材料识别、加工状态检测等功能；（3）人机交互：采用触摸屏、语音识别等技术，实现人机交互功能。
4. 系统集成将硬件和软件集成在一起，实现智能装备的功能。
主要包括以下步骤：（1）搭建实验平台：搭建智能装备实验平台，包括控制系统、传感器、执行器等；（2）编程调试：编写控制程序，调试各个功能模块，确保智能装备正常运行；（3）实验验证：进行实验验证，测试智能装备的功能，优化设计方案。
一种新型激光经纬仪自动跟踪引导方法
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａ ｎｅｗ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｒａｃｉｎｇ ｇｕｉｄｉｎｇ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｔｈｅｏｄｏｌｉｔｅｓ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｈｅｏｄｏｌｉｔｅｓ ｔｈａｔ ｍａｎｕａｌ ａｉｍ ｔａｋｉｎｇ ａｎｄ ｒｅａｄｉｎｇ ｗａｓ ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｒａｔｈｅｒ ｔｈａｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｒａｃｉｎｇ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｍｏｖｉｎｇ ｏｂｊｅｃｔ ｄｕｒｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐｒｏｐｏｓａｌ， ａ ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｃａｍｅｒａ ｗａｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｃａｐｔｕｒｅ ｔｈｅ ｍｏｖｉｎｇ ｏｂｊｅｃｔ， ａｎｄ ａ ｔｒａｃｉｎｇ ｐｒｏｇｒａｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｋａｌｍａｎ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｆｏｒｅｃａｓｔ ｔｈｅ ｔｒａｃｋ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｖｉｎｇ ｏｂｊｅｃｔ， ａｎｄ ｄｒｉｖｅ ｔｈｅ ｃａｍｅｒａ ｃａｒｒｉｅｄ ｂｙ ａ ｔｗｏ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｈｏｌｄｅｒ ｔｏ ｒｏｔａｔｅ ｉｎ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｏｒ ｐｉｔｃｈｉｎｇ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ， ｓｏ ａｓ ｔｏ ｅｎａｂｌｅ ｔｈｅ ｃａｍｅｒａ ｃｏｌｌｉｍａｔｉｏｎ ａｘｉｓ ｔｏ ｔｒａｃｅ ｔｈｅ ｔｒａｃｋ ｏｆ ｔｈｅ ｏｂｊｅｃｔ． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ， ｔｈｅ ｇｕｉｄｉｎｇ ｍａｔｒｉｘ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｍｅｒａ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｅｏｄｏｌｉｔｅ ｗａｓ ｃｒｅａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｈｅｌｐ ｏｆ Ｄ－Ｈ ｍｏｄｅｌ， ｗｉｔｈ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｔｅｌｅｓｃｏｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｈｅｏｄｏｌｉｔｅ ｗａｓ ｇｕｉｄｅｄ ｔｏ ｐｏｉｎｔ ａｔ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｍｅｒａ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍ ｏｂｊｅｃｔ ｔｒａｃｉｎｇ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ． Ｔｈｉｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｇｕｉｄｉｎｇ ａｐｐｒｏａｃｈ ｉｓ ｈｉｇｈｌｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｌ， ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｃａｎ ｂｅ ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ， ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅｏｄｏｌｉｔｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｔｈｅｏｄｏｌｉｔｅ； ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｒａｃｋｉｎｇ ａｎｄ ｇｕｉｄａｎｃｅ； Ｋａｌｍａｎ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ； Ｄｅｎａｖｉｔ－Ｈａｒｔｅｎｂｅｒｇ ｍａｔｒｉｘ 以大型船体、 发电设备、 客机［１－２］等为代表的大型设备装配 能力， 是一个国家工业实力的重要组成部分。高效率测量这些 大尺寸设备的装配精度，是目前大空间测量领域研究的热门 课题。 大空间测量设备主要有激光跟踪仪 、 全站仪 、 经纬仪等 。 其中， 经纬仪因其具备测量精度高 、 移站方便 、 非接触式测量 等优点而应用广泛。但相比激光跟踪仪等自动化程度较高的 设备， 经纬仪没有内置光电跟踪伺服机构， 只能实现对静止目 标的测量。 针对上述缺点， 本文提出了一种解决方案： 首先搭建外置 光电跟踪伺服子系统捕获和跟踪动目标；再配合坐标系转换 矩阵， 引导激光经纬仪瞄准待测目标。该方法在保持了经纬仪 原有优点的同时， 实现了对运动目标的自动跟踪测量， 有效提 高了测量效率。限于篇幅， 本文在简要介绍系统原理后， 重点
激光切割中的激光光束跟踪和自动对焦技术
激光切割中的激光光束跟踪和自动对焦技术激光切割是一种高精度的切割技术，广泛应用于各种材料的切割、雕刻和打标等领域。
在激光切割过程中，激光光束的稳定性和精准度对切割效果有着至关重要的影响。
为了解决这一问题，激光光束跟踪和自动对焦技术应运而生，成为激光切割过程中不可或缺的关键技术。
激光光束跟踪技术的原理是通过传感器采集激光光束的位置和角度信息，然后通过控制系统实现激光光束的精准控制。
在传感器方面，主要采用反射式传感器和透射式传感器两种方式。
反射式传感器将激光光束反射回来，通过计算反射回来的时间和角度等信息来确定激光光束的位置和角度。
透射式传感器则是通过激光光束穿过传感器的透光面，然后被传感器内部的光电传感器接收，通过计算接收到的信号来确定激光光束的位置和角度。
两种传感器各有优缺点，反射式传感器适用于光束直径较大的情况，精度较高，但需要额外的反射镜来进行反射；透射式传感器则适用于光束直径较小、对安装位置要求不高的情况。
除传感器外，激光光束跟踪技术还需要一个控制系统来实现对激光光束的精准控制。
控制系统需要收集传感器的数据，并结合预设的切割路径和参数来实现激光光束的移动和调整，从而实现对切割过程的控制。
自动对焦技术是激光切割过程中另一个重要的技术。
在切割过程中，会因为材料厚度不同而产生不同的焦距，因此需要对激光焦距进行调整以保证切割的精度和质量。
传统的方法是手动调整焦距，但这种方法效率低下，误差大，严重影响生产效率。
自动对焦技术是将传感器安装在切割头上，通过采集材料表面反射回来的激光信号来识别材料表面距离，由控制系统自动调整激光头的焦距，以保证切割深度一致。
激光光束跟踪和自动对焦技术在提高激光切割精度和效率方面发挥了不可或缺的作用。
随着技术的不断进步，激光切割设备的运作效率和稳定性将得到进一步提高，为激光切割行业带来更加广阔的发展前景。
激光跟踪仪测量系统主动靶球装置设计及测试
激光跟踪仪测量系统主动靶球装置设计及测试
唐晓;阮少伟;高捷;王婵媛;刘舒阳;吴贤欢;马俊俊;祖洪飞
【期刊名称】《轻工机械》
【年(卷),期】2024(42)1
【摘要】针对目前激光跟踪仪测量工作中靶球容易断光、需要人工引导激光的问题,课题组设计出了一种能够自动对光的主动激光靶球(spherically mounted retroreflector,SMR)装置。
基于STM32系列单片机实现了控制电路的设计,通过实时检测跟踪仪的转角以及靶球自身的自转角度,能够准确计算出靶球收光口与跟踪仪出射激光之间的偏角,进而控制步进电机带动靶球作相应的旋转实现对光;将主动靶球装置安装在4足机器人上进行了性能测试。
研究结果表明使用该主动靶球装置可以有效减少激光跟踪仪断光次数,提高了跟踪仪在机器人在线检测等领域的测量效率,具有良好的实用性。
【总页数】7页(P21-26)
【作者】唐晓;阮少伟;高捷;王婵媛;刘舒阳;吴贤欢;马俊俊;祖洪飞
【作者单位】佛山市南海区质量技术监督检测所;浙江谱麦科技有限公司;浙江理工大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH744.5;TH39
【相关文献】
1.激光跟踪仪动态参数自动测试系统设计
2.多路激光跟踪干涉仪坐标测量系统的容错设计
3.激光跟踪测量系统角度自动校正装置设计
4.激光跟踪仪靶球识别图像处理方法研究
5.自动照准型全站仪配合跟踪靶球测量可行性及精度验证研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
CCD激光经纬仪自动跟踪算法及软件实现方案
第 ２ 卷 第 ６期 ９
２００８年 ６月
兵
工
学
报
Ｖ ０ ． Ｎｏ． １２９ ６
ＡＣＴＡ ＡＲＭ ＡＭ ＥＮＴＡＲ Ｉ Ｉ
Ｊ ｎ． ２ ０ ｕ ０８
Ｃ Ｄ激 光 经 纬仪 自动 跟 踪 算 法及 软件 实现 方 案 Ｃ
ｔ ｉ．Ａ ｒ ｕ ｆｅ ｅ ｉｎｃ ａ ａ ｗａ ｎ ｌｚ ｄ，ｔ ｅ ａ ａ ｙ ｅ ｅ ｕ ｔｐ ｏ ｅ ｈａ ｈ ｔ ｏ ｓ ｓ ｔｓ ｉｄ ａｌ ｇ ｏ ｐ ｏ ｘｐ ｒｅ ｅ ｄ ｔ ｓ ａ ａ ｙ ｅ ｈ ｎ ｌ ｚ ｄ ｒ ｓ ｌ ｒ ｖ ｓ ｔ ｔｔ ｅ ｍｅ ｈ ｄ ｉ ａ ｉｆｅ
徐 晶 ，杨 华 民 ，方 明 ，佟 首 峰
（． １ 长春理工大学 计算机科学技术学院，吉林 长春 １０ ２ ２ 长春理 工大学 光电工程学院 ，吉林 长春 １０ ２ ） ３ ０２； ． ３ ０ ２
摘要 ：目前 激光经纬 仪只 能测量 静态 目标， 无法 实现对 动态 目标 的测量， 但在 实 际应用 中却有
ｌｓ ｒｔ ｅ ｄ ｌ ｅ ａ ｄ ｉ ｇ ｒ ｃ ｓ ｉ ｇ ｓ ｆｗａ ｅ ｔ ｍｐ ｅ ｎ ｓ ｒｔ ｅ ｄ ｌ ｅ ｗｉ ｕ ｏ ｔ ｒ ｃ ｉｇ ａ ｅ ｈ ｏ ｏ ｉ ｎ ｍａ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｏ ｔ ｒ ｏ ｉ ｌｍｅ ｔａ ｌ ｅ ｈ ｏ ｏ ｉ ｔ ａ ｔ ｍａ ｉ ｔａ ｋ ｎ ｔ ａ ｔ ｈ ｃ
ｗｉｈ ｔ ｅ ｓ ｒ ｒ ｃｓｏ ｔ ｈｅｍ ａ ｕ ｅ ｐ ｅ ｉｉｎ．
ｔ ｅｖ ｌｅｏ ｕｏ ｔ ｒｃ ｉｇ ｏ ｊｃｓ Ｃ Ｄ ａｅ ｈ ｏ ｏｉ ｒ ｉｅ ，ｔ ｅｐ ｏ ｅ ｕ ｅｏ ａ ｌ ｇ ｈ ａｕ ｆａ ｔｍａｉ ｔａｋｎ ｂｅ ｔ Ｃ ｌｓｒｔ ｅ ｄ ｌ ｅ ｗｅｅ ｇｖ ｎ ｈ ｒ ｃ ｄ ｒ ｆｓｍｐｉ ， ｃ ｔ ｎ
自动控制跟踪激光导向系统在地铁中的应用
自动控制跟踪激光导向系统在地铁中的应用
冯夯;李强
【期刊名称】《铁道勘察》
【年(卷),期】2003(029)002
【摘要】主要介绍了自动控制跟踪激光导向系统的性能、原理以及在地铁施工中的应用.
【总页数】2页(P41-42)
【作者】冯夯;李强
【作者单位】北京地铁建设管理有限责任公司,北京,100034;中铁十六局集团公司,北京,100018
【正文语种】中文
【中图分类】U2
【相关文献】
1.行为导向教学法在《自动控制系统》课程中的应用 [J], 周贤
2.第二代激光跟踪系统：激光跟踪器II [J], 任延同
3.激光跟踪器Ⅲ:Sandia国家实验室第三代激光跟踪系统 [J], 于波
4.天铁中厚板定尺剪自动控制系统的研究和应用 [J], 郭金来
5.重庆钢铁中厚板厂中间坯冷却装置自动控制系统介绍 [J], 李波; 刘道明; 王鑫; 宋红英; 刘涛
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
《现代电子技术应用综合设计》课程报告激光自动跟踪电路设计
二0一九年一月
目录
一、综述 (1)
二、系统功能及工作原理 (1)
三、单元电路设计调试结果 (3)
1、矩形波调制电路 (3)
2、 I/V转换电路 (5)
3、放大电路 (7)
4、解调电路 (8)
5、滤波电路 (9)
6、减法电路 (13)
7、加法电路 (14)
8、除法电路 (15)
9、绝对值电路 (17)
10、非门电路 (18)
11、三角波电路 (18)
12、比较电路 (20)
13、 L298N电路 (22)
四、整体电路搭建图 (22)
五、整体电路功能 (23)
六、小组课程设计总结 (23)
七、实际用到器件 (24)
一、综述
现今社会，光的用途越来越多样化，不论是用于照明，还是用来测绘，亦或是用在军工方面，可以说，人类正在从电的时代向光的时代转变，以前由电来解决得问题，现在可以尝试通过光电的手段来解决。
这样可以有效的提升信息的传输效率。
四象限发光物体自动追踪装置，以激光照射运动目标，根据从目标反射回来的激光信号与测量系统光轴的偏离角，控制测量系统指向目标方向的技术。
激光跟踪系统通常由激光照明器、激光探测器、信息处理系统和随动系统组成。
激光跟踪（Laser Tracker ）是工业测量系统中一种高精度的大尺寸测量仪器。
英国Oxford Sensors公司的激光焊缝跟踪系统成功用于中石油宝鸡钢管厂螺旋焊管机组内外焊的焊缝跟踪中，该系统中运用了本次课设的激光自动跟踪原理，在焊枪上安装激光发射器，将激光打在焊缝上，激光枪上的光电探测器探测到激光位置，经后续电路处理驱动焊枪准确完成焊接。
图1 激光焊缝跟踪系统
在军工方面，可以用于导弹的制导系统，激光锁定一个目标，导弹自动追踪激光的目标位置，并且根据激光位置的位置调节导弹的飞行方向。
从而实现自动制导。
二、系统功能及工作原理
系统功能：本次课程设计目标是设计一套可对发光物体进行自动跟踪的系统，其可对视场内的发光物体（如太阳，LED，激光光斑）等实现自动跟踪，即始终将自身指向发光目标，此外系统应具有一定的抗干扰能力，可在室内环境正常工作。
图2 四象限探测器工作流程图
工作原理：用ICL8038发生的方波对光源进行调制，当光线照射四象限探测器时，通过四路I/U转换，将四象限探测器输出的电流转化成电压，通过乘法器组成的解调电路，将经过光源调制的信号解调成原信号和两个高频信号，然后经过滤波将高频波滤掉，得到原信号。
然后通过减法器和加法器算出（A+B-C-D）、（A+C-B-D）和（A+B+C+D），通过除法器将减法器的输出和加法器的输出相除，得到输出信号用输出信号驱动L298N，继而驱动转台。
详细设计方案:
1．调制激光：利用ICL8038 发生方波信号，并用该方波信号对激光光源进行
调制。
后经由加了镜头的四象限探测器对于激光光源在纸上所产生的反射光信
号进行探测，通过照在四象限探测器上的位置不同产生不同的光信号。
2．流压转换：将探测到的微弱光信号通入由运放LM324 组成的四路I/U 转换电路，将微弱的电流信号转换成较大的电压信号，放大信号有利于之后对信号的处理。
3．解调滤波：将ICL8038产生的方波信号与四路I/U 转换电路的输出信号接入由乘法器AD633 组成的四路解调电路，进行解调。
解调后的信号分别接入四路由运放UA741 组成的滤波电路进行滤波，从而将高频的杂波进行滤除。
减少干扰。
4．信号处理：将四路滤波后的信号分别通过由运放LM324 组成的四路加法电路，之后将四路加法电路的输出信号根据四象限探测器上所产生的信号进行编号，将A+B 与C+D 两路的输出信号通入一个由运放UA741 搭建的加法电路中，同时将A+B 与C+D 的输出,A+D 与B+C 的输出分别接入两个由运放UA741 搭建的减法电路中，并按照A+B-C-D,A+D-B-C 的方法接入减法电路的输入当中，最后通过由乘法器AD633和运算放大器OP07组成的除法电路，对于输入信号分别进行运算。
5．方向控制：将除法电路的输出信号，经过非门电路，接入L298N 所组成的运放电路中，从而实现对于控制方向的功能。
6．速率控制：依据需求利用ICL8038 搭建成一个输出为特定频率与幅值的三角波信号，并将两路除法电路的输出信号分别与该三角波信号在由LM399 组成的两路比较电路中进行比较，并将比较后的信号接入L298N实现对于追踪速率的控制。
三、单元电路设计调试结果
1、矩形波调制电路
图3 ICL8038产生方波原理图
用ICL8038产生的方波，通过三极管去调制激光光源，真正驱动激光光源的是VCC的电压值。
图4 ICL8038产生方波波形图
实验现象：产生的矩形波频率接近为2.5KHZ，产生的方波峰峰值为888mV
左右。
图5 被调制激光波形图
实验现象：接激光三极管后的波形图在顶部有削弱，底部接近为0V，经过流压转换后，削顶的现象得到明显的改善。
图6 调制激光电路连接图
2、 I/V 转换电路
图7 I/V 转化电路设计
由于I/V 转换器的输出是电流值，要驱动后面的运算电路，需要将电流值转换为电压值，I/V 的转换倍率取决于电阻R1的阻值的大小，输入电流为I i ，输出电压为O V ，所以1i R I V O +=，因为四象限探测器的输出大小为uA 量级，所以选用了1M 的电阻。
ICL8038
NPN 型三极管
7805
图8 I/V 转化电路波形图
调试结果：由四象限探测器接收到调制激光的光信号产生电流经I/U 转换为如上图所示的信号。
图9 I/V 转化电路连接图
LM324
10pF 电容
3、放大电路
图10 放大电路电路设计
图11 放大电路仿真结果
由于I/V转换产生的电压是负值而且电压值较小，所以用LM324分别将四路I/V转换电路输出信号反向放大三十倍。
图12 放大电路波形
调试结果：经放大后波形全部位于横轴以上，且峰值明显提高。
图13 二级放大电路连接图
4、解调电路
图14 解调电路（乘法器）
由于我们调制电路是对光源进行的调制，所以只需要解调电路进行解调就LM324
行了，解调电路的原理是在调制信号的基础上乘以一个原来的调制信号，当输入一个正弦时，乘以两次载波信号，就会形成如下公式：
U 0=1
2U m cos ωΩt +1
4U m cos(2ωc −Ω)t +1
4U m cos(2ωc +Ω) (1)
可以看出原波形被单独出来了，但是有两个高频杂波信号叠加了上去，然后只需要进行滤波就可以了。
将高频杂波滤掉，得到的就是原信号。
图15 四路解调电路
5、 滤波电路
图16 100Hz 滤波电路电路设计
AD633
因为调制电压输出的是直流，所以应该将滤波器的截止频率做的尽量小就可以了，选取截止频率100Hz的二阶有源低通滤波器，截止频率公式
(2)
f=1
2πRC
图17 滤波器的截止频率仿真图
图18 滤波器波形图
调试结果：乘法电路输出的信号经低通滤波器后输出为直流电平。
表1 滤波器A幅值随频率变化表
表2 滤波器B幅值随频率变化表
表3 滤波器C幅值随频率变化表
表4 滤波器D幅值随频率变化表
图19 滤波器A的幅频特性曲线
图20 滤波器B的幅频特性曲线
图21 滤波器C的幅频特性曲线
图22 滤波器D的幅频特性曲线
图23 四路滤波器电路连接图
6、减法电路
图24 减法电路电路图
因为要得到四象限探测器的具体位置，所以要求左右象限感受的光强的差值，通过减法器可以有效的得到。
在搭建减法电路是要注意，输入阻抗应该相同，输入的电压值会由于输入阻抗的比值而产生正比关系，而且电压值是由光强影响的，所以即使光照在同样的坐标，四象限做的差值也会发生变化，和光强成正比，而为了避免光强对确定点的坐标发生影响，从而引入加法器和除法器。
表6 减法器输出峰峰值
A+D-B-C A+B-C-D
图25 减法电路连接图
7、加法电路
图26 加法电路电路图
加法电路要注意，两路输入信号的输入阻抗要相等，因为输入电压会受输入阻抗的影响而导致输入电压值改变。
表7 加法器输出最值
图27 加法电路连接图
8、除法电路
图28 AD633组成的除法电路
图29 除法电路仿真
A+B
C+D A+D
B+C
图30 除法电路输出最小值
图31 除法电路输出最大值
实验现象：得到电压最大值6.23V，电压最小值-7.97V。
AD633
OP07
图32 两路除法电路连接图
由于除法电路输出值为正负值，不能直接控制电机正反转，且在PWM中需要与三角波进行比较，故增加绝对值电路。
图33 绝对值仿真电路
图34 三路绝对值连接电路
图35 非门电路
采用74LS14非门芯片发现当输入的负电压小于-3V后，经过非门不能输出高电平，通过查找资料发现采用传统的三极管搭建的非门电路效果比74LS14的效果好。
图36 三极管搭建的两非门电路
11、三角波电路
利用三角波进行PWM调制，直接用ICL8038产生三角波，再接入绝对值电路将其横轴下半部分翻转到上边。