多向运动设备线控信号生成装置以及线控运动设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多向运动设备线控信号生成装置，能够解决现有技术占用人力资源较多或需要车载相应感知设备等问题。该多向运动设备线控信号生成装置，包括牵引线、牵引线张紧收纳装置、牵引线长度测量装置、牵引线偏转角度测量装置、竖直偏移测量装置以及控制量计算模块；牵引线张紧收纳装置与被控运动设备相对固定(同步运动)；根据当前的长度信息和角度信息，同时参考前一次测量的长度信息和角度信息，计算得出速度控制变量和转向控制变量，作为运动设备驱动运动状态变化的目标；另外，还由竖直偏移测量装置获得偏离基准位置的竖直位移或角度，计算得出高度控制变量，作为运动设备设定部位高度状态变化的目标。

【技术实现步骤摘要】
多向运动设备线控信号生成装置以及线控运动设备
本专利技术涉及一种使运动设备伴随用户行进的操控系统。
技术介绍
车辆运动主要涉及车辆前进、后退、左转、右转以及刹车等，一般是通过驾驶员直接操纵转向机构和行驶机构来实现。对于无人车，可以通过激光雷达、摄像头、毫米波雷达等自主运动或者遥控器遥控操纵车辆运动。车辆伴随人行进是一种常见的工作状态。现有的操纵伴随车辆的方案有：1、有线或者无线遥控车辆运动。2、语音命令，通过识别特定语音指令，或者语音识别理解，车载控制系统接收指令，控制车辆做相应动作。3、手势(动作)指挥，通过识别特定手势(动作)，车载控制系统接收指令，控制车辆做相应动作。4、通过车载环境感知设备，识别人的运动，进行伴随动作。或者人携带便于车辆感知的有源或者无源特定标志，车载控制系统感知人的运动，控制车辆进行伴随运动。这些方案，要么需要配备操作人员，占用人力资源(特别是双手)，要么需要车载相应感知设备，对于复杂环境的适应性较差。
技术实现思路
本专利技术的目的是一种多向运动设备线控信号生成装置，旨在解决现有技术占用人力资源较多或需要车载相应感知设备等问题。本专利技术的解决方案如下：多向运动设备线控信号生成装置，其特殊之处在于，包括：牵引线；牵引线张紧收纳装置，用于收纳所述牵引线并使牵引线始终处于张紧状态，牵引线的自由端经牵引线张紧收纳装置相应的出口能够在人为拉力和张紧力的共同作用下被拉出/收回；牵引线张紧收纳装置与被控运动设备相对固定(同步运动)；牵引线长度测量装置，用于测量牵引线的收放长度(以初始位置为参考的牵引线被拉出/收回的长度)；牵引线偏转角度测量装置，用于测量牵引线偏离运动设备前进方向的角度；竖直偏移测量装置，用于测量牵引指示偏离基准位置(基准水平线，可能与物理水平线有一个偏移角度)的竖直位移或角度；控制量计算模块，根据牵引线长度测量装置和牵引线偏转角度测量装置获得当前的长度信息和角度信息，同时参考前一次测量的长度信息和角度信息，计算得出速度控制变量和转向控制变量，作为运动设备驱动运动状态变化的目标；另外，还由竖直偏移测量装置获得偏离基准位置的竖直位移或角度，计算得出高度控制变量，作为运动设备设定部位高度状态变化的目标。基于以上方案，本专利技术还进一步作了如下优化：进一步地，上述牵引线张紧收纳装置包括线轴和线轴张紧部件，牵引线绕接于线轴上，牵引线的拉出使得线轴克服线轴张紧部件的作用而转动；所述牵引线长度测量装置采用增量式编码器，与牵引线张紧收纳装置的线轴相连，测量牵引线收放的圈数，根据圈数得到收放长度。进一步地，该运动设备线控信号生成装置还包括内框架和外框架；所述牵引线张紧收纳装置与内框架相对固定，并整体位于外框架内部，内框架通过与所述线轴平行的主轴与外框架连接，使得牵引线在偏转时能够带动内框架相对外框架转动；所述牵引线偏转角度测量装置通过测量所述主轴的转动角度来表征牵引线偏离运动设备前进方向的角度。进一步地，上述牵引线偏转角度测量装置采用电位器、光电传感器或者霍尔传感器。进一步地，上述牵引线张紧收纳装置的牵引线出口与牵引线的径向尺寸相适配；所述牵引线偏转角度测量装置采用压力传感器，设置于牵引线张紧收纳装置的牵引线出口处，通过测量牵引线因偏转在牵引线出口施加的压力水平分量来表征牵引线偏离运动设备前进方向的角度。进一步地，上述竖直偏移测量装置，包括转动轴、曲柄和角度检测单元，所述转动轴与牵引线张紧收纳装置的相对位置固定，转动轴配合相应的轴承安装以满足自由转动(且允许沿自身轴向移动设定距离，从而避免阻碍牵引线水平方向的偏转)，曲柄的一端与转动轴固定连接，另一端套接在牵引线上，角度检测单元用于测量所述转动轴的转动角度来表征牵引指示偏离基准高度的竖直位移。进一步地，设当前牵引线角度为Ain2，前一次采样的牵引线角度为Ain1，采样时间间隔为t，通过采样时间间隔得到的偏移变化DAin＝(Ain2-CAin)-(Ain1-CAin)，得到角度变化速度VAin＝DAin/t，设运动设备直行时的线偏移角度为CAin，当前运动设备转弯角度为LAout，偏移控制常数B，速度控制常数C；则运动设备转向控制量(新的运动设备转弯角度NAout)为：NAout＝LAout+(DAin/B)*(VAin/C)；设当前牵引线长度为Lin2，前一次采样的牵引线长度为Lin1，采样时间间隔为t，通过采样时间间隔t得到的拉出或者收回变化DLin＝(Lin2-CLin)-(Lin1-CLin)；得到牵引线长度变化速度VLin＝DLin/t，设线拉出CLin运动设备才开始行驶(运动设备启动的阈值)，当前运动设备速度为LSout，偏移控制常数E，速度控制常数F；则运动设备速度控制量(新的运动设备速度NSout)为：NSout＝LSout+(DLin/E)*(VLin/F)。进一步地，所述速度控制量的计算过程包括以下步骤：1)判断当前牵引线的收放长度是否达到启动阈值，如果是，则执行步骤2)；如果否，则运动设备停止动作；2)根据当前牵引线收放长度、前一次测量的牵引线收放长度以及运动设备的速度，判断牵引线的自由端(用户)相对于运动设备的动作趋向，分为：正向移动、停止移动、反向移动；3)若牵引线的自由端被判断为正向移动，则运动设备根据当前牵引线收放长度，按照设定的牵引线收放长度-运动设备前进速度的正相关函数调整前进速度；所述正相关函数设置为分段映射；若牵引线的自由端被判断为停止移动，则运动设备按照前一次的前进速度继续运动，直至牵引线的收放长度缩短至小于启动阈值，运动设备停止动作；若牵引线的自由端被判断为反向移动，则运动设备按照设定的倒退速度进行匀速倒退。进一步地，设当前牵引线长度为Lin2，前一次采样的牵引线长度为Lin1，采样时间间隔为t，运动设备当前速度(也即前一次调整后的速度)为LSout，则步骤2)的判断方法为：Lin2>Lin1-(LSout*t)，表明牵引线的自由端正向移动；Lin2＝Lin1-(LSout*t)，表明牵引线的自由端停止移动；Lin2<Lin1-(LSout*t)，表明牵引线的自由端反向移动。一种基于上述多向运动设备线控信号生成装置的线控运动设备，运动设备本体上固定安装所述牵引线张紧收纳装置，所述控制量计算模块发出控制信号通过以下任一方式实现运动设备跟随行进、转向和高度调整；(1)以数字指令的方式给运动设备的控制器发送运动指令；(2)以数字占空比方式直接控制电机控制器控制运动设备的运动；(3)通过模拟信号方式直接控制电机控制器控制运动设备的运动。本专利技术具有以下优点：本专利技术采用牵引线(绳)与运动设备(如车辆)连接，但并不是直接用绳的拉力来拉动车辆，而是通过实时测量牵引线的张紧程度和偏转角度，换算相应的控制量来驱动车辆跟随行进。本专利技术占本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.多向运动设备线控信号生成装置，其特征在于，包括：/n牵引线；/n牵引线张紧收纳装置，用于收纳所述牵引线并使牵引线始终处于张紧状态，牵引线的自由端经牵引线张紧收纳装置相应的出口能够在人为拉力和张紧力的共同作用下被拉出/收回；牵引线张紧收纳装置与被控运动设备相对固定；/n牵引线长度测量装置，用于测量牵引线的收放长度；/n牵引线偏转角度测量装置，用于测量牵引线偏离运动设备前进方向的角度；/n竖直偏移测量装置，用于测量牵引指示偏离基准位置的竖直位移或角度；/n控制量计算模块，根据牵引线长度测量装置和牵引线偏转角度测量装置获得当前的长度信息和角度信息，同时参考前一次测量的长度信息和角度信息，计算得出速度控制变量和转向控制变量，作为运动设备驱动运动状态变化的目标；另外，还由竖直偏移测量装置获得偏离基准位置的竖直位移或角度，计算得出高度控制变量，作为运动设备设定部位高度状态变化的目标。/n

【技术特征摘要】
1.多向运动设备线控信号生成装置，其特征在于，包括：
牵引线；
牵引线张紧收纳装置，用于收纳所述牵引线并使牵引线始终处于张紧状态，牵引线的自由端经牵引线张紧收纳装置相应的出口能够在人为拉力和张紧力的共同作用下被拉出/收回；牵引线张紧收纳装置与被控运动设备相对固定；
牵引线长度测量装置，用于测量牵引线的收放长度；
牵引线偏转角度测量装置，用于测量牵引线偏离运动设备前进方向的角度；
竖直偏移测量装置，用于测量牵引指示偏离基准位置的竖直位移或角度；
控制量计算模块，根据牵引线长度测量装置和牵引线偏转角度测量装置获得当前的长度信息和角度信息，同时参考前一次测量的长度信息和角度信息，计算得出速度控制变量和转向控制变量，作为运动设备驱动运动状态变化的目标；另外，还由竖直偏移测量装置获得偏离基准位置的竖直位移或角度，计算得出高度控制变量，作为运动设备设定部位高度状态变化的目标。


2.根据权利要求1所述的多向运动设备线控信号生成装置，其特征在于：所述牵引线张紧收纳装置包括线轴和线轴张紧部件，牵引线绕接于线轴上，牵引线的拉出使得线轴克服线轴张紧部件的作用而转动；所述牵引线长度测量装置采用增量式编码器，与牵引线张紧收纳装置的线轴相连，测量牵引线收放的圈数，根据圈数得到收放长度。


3.根据权利要求2所述的多向运动设备线控信号生成装置，其特征在于：该运动设备线控信号生成装置还包括内框架和外框架；所述牵引线张紧收纳装置与内框架相对固定，并整体位于外框架内部，内框架通过与所述线轴平行的主轴与外框架连接，使得牵引线在偏转时能够带动内框架相对外框架转动；所述牵引线偏转角度测量装置通过测量所述主轴的转动角度来表征牵引线偏离运动设备前进方向的角度。


4.根据权利要求3所述的多向运动设备线控信号生成装置，其特征在于：所述牵引线偏转角度测量装置采用电位器、光电传感器或者霍尔传感器。


5.根据权利要求2所述的多向运动设备线控信号生成装置，其特征在于：所述牵引线张紧收纳装置的牵引线出口与牵引线的径向尺寸相适配；所述牵引线偏转角度测量装置采用压力传感器，设置于牵引线张紧收纳装置的牵引线出口处，通过测量牵引线因偏转在牵引线出口施加的压力水平分量来表征牵引线偏离运动设备前进方向的角度。


6.根据权利要求1所述的多向运动设备线控信号生成装置，其特征在于：所述竖直偏移测量装置，包括转动轴、曲柄和角度检测单元，所述转动轴与牵引线张紧收纳装置的相对位置固定，转动轴配合相应的轴承安装以满足自由转动，曲柄的一端与转动轴固定连接，另一端套接在牵引线上，角度检测单元用于测量所述转动轴的转动角度来表征牵引指示偏离基准高度的竖直位移。


7.根据权利要求1所述的多向运动设备线控信号生成装置，其特征在于：设当前牵引线角度为Ain2，前一次采样的牵...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘根贤，张红刚，叶斌，
申请(专利权)人：陕西雷神智能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61