CN111761584A - 带参考点的闭环控制***、方法、运动机器人及介质 - Google Patents
带参考点的闭环控制***、方法、运动机器人及介质 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种带参考点的闭环控制***、方法、运动机器人及介质，包括：电机、运动件、第一光电开关、第二光电开关、第一触发件和第二触发件；所述第一触发件包括多个触发结构，所述第二触发件包括一个或多个触发结构；所述第一触发件安装在电机的转动轴上，随所述电机的转动轴同步旋转，所述第一光电开关的发射端和接收端位于所述第一触发件的一侧或两侧；所述运动件与所述电机的转动轴驱动连接，所述第二触发件连接在所述运动件上，所述第二光电开关的发射端和接收端位于所述第二触发件的一侧或两侧。本发明带参考点的闭环控制***可实现速度的精准控制，以及输出轴位置的精准控制，简单方便。
Description
技术领域
本发明涉及闭环控制技术领域，具体地，涉及一种带参考点的闭环控制***、方法、运动机器人及介质。
背景技术
现有技术中，机器人、飞行器、无人驾驶汽车等设备中通常会采用光电式传感器测量障碍物的距离、方向等。
然而通常的测量仪器无法对速度进行准确的控制，也无法对运动件进行位置的准确控制。
专利文献CN206609891U(申请号：201720117462.0)公开了一种光电测速传感器，包括：码盘与光电开关，其中，码盘包括多个同轴转圈，转圈包括物理格档和位于物理格档之间的格档空隙，每个转圈至少设置一个光电开关。由于转圈有多个，每个转圈上有一个光点开关，因此，在转轴转一圈的过程中，可以通过多个转圈做多次计算，通过计算次数增加来提高计算精度。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种带参考点的闭环控制***、方法、运动机器人及介质。
请参阅图1、图2，根据本发明提供的带参考点的闭环控制***，包括：电机、运动件、第一光电开关、第二光电开关、第一触发件和第二触发件；
所述第一触发件包括多个触发结构，所述第二触发件包括一个或多个触发结构；
所述第一触发件安装在电机的转动轴上，随所述电机的转动轴同步旋转，所述第一光电开关的发射端和接收端位于所述第一触发件的一侧或两侧；
所述运动件与所述电机的转动轴驱动连接，所述第二触发件连接在所述运动件上，所述第二光电开关的发射端和接收端位于所述第二触发件的一侧或两侧。
优选的，所述第一触发件或所述第二触发件包括码盘，所述触发结构包括触发孔或触发杆。
优选的，还包括控制器；
第一光电开关随着第一触发件的转动输出相应频率的第一信号至控制器，第二光电开关根据第二触发件的转动输出相应频率的第二信号至控制器；
所述电机通过PWM波进行速度控制，所述控制器根据所述第一信号的频率计算所述电机的实际转速，根据所述实际转速调整PWM波的占空比，使所述电机的实际转速与预设转速一致。
优选的，还包括控制器；
所述控制器根据所述第二光电开关自被触发起直至被下n次触发过程中所述第一光电开关被触发的次数，n为第二触发件上触发结构的数量，计算所述第一触发件上相邻两个触发结构与所述转动件的转动角度的对应关系，从而能够控制所述运动件的转动位置。
优选的，所述第一光电开关或所述第二光电开关包括反射式光电开关或槽型光电开关。
根据本发明提供的带参考点的闭环控制方法，采用所述的带参考点的闭环控制***，执行以下任意一个或任多个步骤：
转速调整步骤：根据第一光电开关输出信号的频率计算所述电机的实际转速，根据所述实际转速调整输入所述电机的速度控制信号，使所述电机的实际转速与预设转速一致；
转动位置调整步骤：根据所述第二光电开关自被触发起直至被下n次触发过程中所述第一光电开关被触发的次数，n为第二触发件上触发结构的数量，计算所述第一触发件上相邻两个触发结构与所述转动件的转动角度的对应关系，从而控制所述运动件转动至所需的位置。
优选的，所述第一触发件或所述第二触发件包括码盘，所述触发结构包括触发孔或触发杆。
优选的，所述速度控制信号包括PWM波，所述控制器根据所述实际转速调整PWM波的占空比，使所述电机的实际转速与预设转速一致。
根据本发明提供的一种运动机器人，包括上述的带参考点的闭环控制***。
根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明带参考点的闭环控制***可实现速度的精准控制；
2、本发明通过对转动位置进行调整，实现对位置的精准控制。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明传感器结构示意图；
图2为本发明传感器结构示意图；
图中，1-码盘；2-触发杆。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
根据本发明提供的带参考点的闭环控制***，包括：电机、运动件、第一光电开关、第二光电开关、第一触发件和第二触发件；
所述第一触发件包括多个触发结构，所述第二触发件包括一个或多个触发结构；
所述第一触发件安装在电机的转动轴上，随所述电机的转动轴同步旋转，所述第一光电开关的发射端和接收端位于所述第一触发件的一侧或两侧；
所述运动件与所述电机的转动轴驱动连接，所述第二触发件连接在所述运动件上，所述第二光电开关的发射端和接收端位于所述第二触发件的一侧或两侧。
优选的，所述第一触发件或所述第二触发件包括码盘1，所述触发结构包括触发孔或触发杆2。
优选的，还包括控制器；
第一光电开关随着第一触发件的转动输出相应频率的第一信号至控制器，第二光电开关根据第二触发件的转动输出相应频率的第二信号至控制器；
所述电机通过PWM波进行速度控制，所述控制器根据所述第一信号的频率计算所述电机的实际转速，根据所述实际转速调整PWM波的占空比，使所述电机的实际转速与预设转速一致。
优选的，还包括控制器；
所述控制器根据所述第二光电开关自被触发起直至被下n次触发过程中所述第一光电开关被触发的次数，n为第二触发件上触发结构的数量，计算所述第一触发件上相邻两个触发结构与所述转动件的转动角度的对应关系，从而能够控制所述运动件的转动位置。
优选的，所述第一光电开关或所述第二光电开关包括反射式光电开关或槽型光电开关。
根据本发明提供的带参考点的闭环控制方法，采用所述的带参考点的闭环控制***，执行以下任意一个或任多个步骤：
转速调整步骤：根据第一光电开关输出信号的频率计算所述电机的实际转速，根据所述实际转速调整输入所述电机的速度控制信号，使所述电机的实际转速与预设转速一致；
转动位置调整步骤：根据所述第二光电开关自被触发起直至被下n次触发过程中所述第一光电开关被触发的次数，n为第二触发件上触发结构的数量，计算所述第一触发件上相邻两个触发结构与所述转动件的转动角度的对应关系，从而控制所述运动件转动至所需的位置。
优选的，所述第一触发件或所述第二触发件包括码盘1，所述触发结构包括触发孔或触发杆2。
优选的，所述速度控制信号包括PWM波，所述控制器根据所述实际转速调整PWM波的占空比，使所述电机的实际转速与预设转速一致。
根据本发明提供的一种运动机器人，包括上述的带参考点的闭环控制***。
根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
实施例2：
根据本发明提供的带参考点的闭环控制***，包括：
带参考点的闭环控制***，包括：电机、码盘1、触发杆2、反射式光电开关和槽型光电开关；
所述码盘1安装在电机的转动轴上，电机转动时码盘1跟随一起转动；
所述码盘1嵌入安装在电路板上的槽型光电开关中；
所述反射式光电开关安装在电路板牙箱输出轴处；
所述触发杆2安装在牙箱输出轴处。
优选的，所述电机为直流电机，通过PWM方式进行速度控制。
优选的，光电开关随着码盘1的转动输出不同的频率的方波信号到单片机；
单片机根据方波信号的频率计算当前电机转速。
优选的，将当前电机转速反馈给控制算法来调整PWM波占空比实现电机速度调节，通过反馈调节***将当前电机转速与设定的电机转速调节一致。
根据本发明提供的带参考点的闭环控制方法，包括：
步骤1：当触发杆2随牙箱输出轴转动到反射式光电开关的上方时，反射式光电开关输出导通的信号；反之，反射式光电开关输出关断的信号；
当反射式光电开关输出导通的信号时，设定触发杆2所在位置为零位参考点；
步骤2：根据码盘1和零位参考点，确定输出轴转动一圈码盘1触发光电开关信号的次数，以零位参考点为起始点，计算转动轴转动到以码盘1间隔为最小单位的任意位置的反射式光电开关对应的输出轴的圈数。
优选的，所述槽型光电开关与反射式光电开关存在圈数上的比例关系，槽型光电开关记录转动轴转动的圈数。
优选的，所述电机为直流电机，通过PWM方式进行速度控制。
优选的，光电开关随着码盘1的转动输出不同的频率的方波信号到单片机；
单片机根据方波信号的频率计算当前电机转速。
优选的，将当前电机转速反馈给控制算法来调整PWM波占空比实现电机速度调节，通过反馈调节***将当前电机转速与设定的电机转速调节一致。
控制***上电后，给电机指令，电机转动，带动其上的码盘1同步转动，槽型光电开关开始记录圈数，电机牙箱输出轴带动牙箱输出端传感器触发杆2同步转动，反射式光电开关开始记录牙箱输出轴的圈数，其转动一圈(或半圈，90°，不局限某一角度)，反射式光电开关记录一个数。
码盘1是36个槽位即每转10°，槽型光电开关记录一个数，码盘1转一圈，槽型光电开关记录36个数。
位置精度：槽型光电开关与反射式光电开关存在圈数上的比例关系，因为槽型光电开关一直记录圈数，这样就可以得出反射式光电开关对应的输出轴的圈数，就实现了位置精度。
速度精度：单片机通过光电开关输出的信号频率计算出当前的电机速度。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的***、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的***、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的***、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种带参考点的闭环控制***，其特征在于，包括：电机、运动件、第一光电开关、第二光电开关、第一触发件和第二触发件；
所述第一触发件包括多个触发结构，所述第二触发件包括一个或多个触发结构；
所述第一触发件安装在电机的转动轴上，随所述电机的转动轴同步旋转，所述第一光电开关的发射端和接收端位于所述第一触发件的一侧或两侧；
所述运动件与所述电机的转动轴驱动连接，所述第二触发件连接在所述运动件上，所述第二光电开关的发射端和接收端位于所述第二触发件的一侧或两侧。
2.根据权利要求1所述的带参考点的闭环控制***，其特征在于，所述第一触发件或所述第二触发件包括码盘，所述触发结构包括触发孔或触发杆。
3.根据权利要求1所述的带参考点的闭环控制***，其特征在于，还包括控制器；
第一光电开关随着第一触发件的转动输出相应频率的第一信号至控制器，第二光电开关根据第二触发件的转动输出相应频率的第二信号至控制器；
所述电机通过PWM波进行速度控制，所述控制器根据所述第一信号的频率计算所述电机的实际转速，根据所述实际转速调整PWM波的占空比，使所述电机的实际转速与预设转速一致。
4.根据权利要求1所述的带参考点的闭环控制***，其特征在于，还包括控制器；
所述控制器根据所述第二光电开关自被触发起直至被下n次触发过程中所述第一光电开关被触发的次数，n为第二触发件上触发结构的数量，计算所述第一触发件上相邻两个触发结构与所述转动件的转动角度的对应关系，从而能够控制所述运动件的转动位置。
5.根据权利要求1所述的带参考点的闭环控制***，其特征在于，所述第一光电开关或所述第二光电开关包括反射式光电开关或槽型光电开关。
6.一种带参考点的闭环控制方法，其特征在于，采用权利要求1所述的带参考点的闭环控制***，执行以下任意一个或任多个步骤：
转速调整步骤：根据第一光电开关输出信号的频率计算所述电机的实际转速，根据所述实际转速调整输入所述电机的速度控制信号，使所述电机的实际转速与预设转速一致；
转动位置调整步骤：根据所述第二光电开关自被触发起直至被下n次触发过程中所述第一光电开关被触发的次数，n为第二触发件上触发结构的数量，计算所述第一触发件上相邻两个触发结构与所述转动件的转动角度的对应关系，从而控制所述运动件转动至所需的位置。
7.根据权利要求6所述的带参考点的闭环控制方法，其特征在于，所述第一触发件或所述第二触发件包括码盘，所述触发结构包括触发孔或触发杆。
8.根据权利要求6所述的带参考点的闭环控制方法，其特征在于，所述速度控制信号包括PWM波，所述控制器根据所述实际转速调整PWM波的占空比，使所述电机的实际转速与预设转速一致。
9.一种运动机器人，其特征在于，包括权利要求1至5任一项所述的带参考点的闭环控制***。
10.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求6至8中任一项所述的方法的步骤。
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