CN101477379B - 光电反馈摆动控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种摆动控制装置，通过构建一种基于光电反馈的摆动控制装置，包括摆动机构，控制所述摆动机构摆动的动力控制模块，还包括检测所述摆动机构摆动状态的光电检测模块以及根据所述光电检测模块反馈的所述摆动机构的摆动信息控制摆动幅度和速度的处理器模块，所述处理器模块指令所述动力控制模块以确定的幅度和速度驱动摆动机构摆动。本发明能精确控制摆动装置的摆动幅度和速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种控制装置，尤其涉及一种摆动控制装置。
背景技术
摆动装置在生活中应用广泛，象日常生活中的秋千、摇篮、摇椅等都使用摆动装置，这些摆动装置从以前的手动摆动发展到现在电力驱动、磁力驱动、弹簧驱动等多种方式。目前这些摆动要么施加一个固定的驱动力进行驱动，象采取一般的电机驱动，要么采用回复装置根据上次摆动的高度回复一个力，象磁力驱动、弹簧驱动等方式。由于摆动机构不同于一般的动力机构，摆动机构摆动起来后，还会有根据摆动高度势能转换而来的作用力，这这些摆动装置均没有设置精确的检测装置，每次通过施加一固定力或者回复上次摆动高度的力，由于摩擦等的消耗，并不能保持其摆动幅度，更不说能控制摆动装置的摆动幅度和速度。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术中不能精确控制摆动机构摆动幅度和速度的问题。
本发明解决技术问题的技术方案是：构建一种光电反馈摆动控制装置，包括摆动机构，以及控制所述摆动机构摆动的动力控制模块，还包括检测所述摆动机构摆动状态的光电检测模块，以及根据所述光电检测模块反馈的所述摆动机构的摆动信息控制摆动幅度和速度的处理器模块，所述处理器模块指令所述动力控制模块以确定的幅度和速度驱动摆动机构摆动，所述光电检测模块包括光电传感单元，以及连接摆动机构并随着摆动机构摆动而转动的齿形遮光片，所述光电传感单元和齿形遮光片配合使用，所述光电传感单元与处理器模块相连，处理器模块通过齿形遮光片转动时光电传感单元中转换的脉冲信号确定连接齿形遮光片的物体摆动的方向、速度和幅度。
本发明解决技术问题的进一步技术方案是：所述光电传感单元包括设置于齿形遮光片一侧的发光二极管以及配合所述发光二极管使用的设置于所述发光二极管另一侧的光接收管组件。
本发明解决技术问题的进一步技术方案是：所述处理器模块根据光电检测模块反馈的摆动角度和速度指令动力控制模块对所述摆动机构施加一定增量的力Δf，使摆动机构保持一定幅度和速度摆动，所述Δf为根据摆臂摆动的幅度和速度与预设的幅度和速度来确定。
本发明解决技术问题的进一步技术方案是：所述动力控制模块为马达机构。
本发明解决技术问题的进一步技术方案是：所述动力控制模块还包括与所述摆动机构连接的连杆。
本发明解决技术问题的进一步技术方案是：所述连杆与齿形遮光片为轴连接。
本发明解决技术问题的进一步技术方案是：所述连杆与齿形遮光片为齿合连接。
本发明技术方案产生的技术效果是：通过光电检测模块和处理器模块能够精确测出摆动装置摆动的幅度、速度和方向，由处理器模块指令动力控制装置施加力的大小和方向以确定摆动装置的摆动幅度和速度。
附图说明
图1为本发明的工作原理图。
图2为本发明的结构连接示意图。
图3为本发明的光传感单元的结构图
图4为本发明的光电脉冲信号图。
图5为本发明的动力控制示意图
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明技术方案进一步说明。
如图1所示，本发明技术方案构建一种光电反馈摆动控制装置，包括摆动机构1，控制摆动机构1摆动的动力控制模块2，还包括检测所述摆动机构1摆动状态的光电检测模块3以及根据所述光电检测模块3反馈的所述摆动机构1的摆动信息控制所述摆动机构1摆动幅度和速度的处理器模块4，所述处理器模块4指令所述动力控制模块2以确定的幅度和速度驱动摆动机构1摆动。
如图2所示，本发明的优选实施方式中，所述光电检测模块3包括光电传感单元32，连接摆动机构1并随着所述摆动机构1摆动而转动的齿形遮光片，所述光电传感单元32配合齿形遮光片31使用，所述光电传感单元32与处理器模块4相连，处理器模块4通过齿形遮光片31转动时光电传感单元32中转换的脉冲信号确定连接齿形遮光片31的物体摆动的方向、速度和幅度。
如图3所示，光电传感单元32包括一个光电二极管321和一个带有两个光接收管的接收组件33组成，其中发光二极管321位于齿形遮光片31的一侧，光接收组件33在齿形遮光片的另一侧。当所述齿形遮光片31遮住光电二极管321发射的光线时，光接收组件33检测到切断信号；所述齿形遮光片31没有遮住光电二极管321发射的光线时，光接收组件33检测到导通信号。根据这种光线通断形成的一路脉冲信号个数可以根据预设的一个通断的距离得出摆动机构1移动的距离。同时可以通过计算单位时间内的内脉冲数获得的摆动机构1移动的距离得到物体摇摆的速度。
对于摆动机构1的摆动方向的检测，其工作过程如下：如图4所示，在所述齿形遮光片31在摆动机构1的摆动带动下转动时，由于所述光接收组件33采用两个光接收管331和332，因此在所述齿形遮光片31转动时，两个光接收管331和332会检测到两个周期性脉冲信号。两个信号波形完全一样，只是相位有差别。通过相位不同，来判断摆动物体的方向。假设这两路脉冲信号分别用X1与X2表示，这里将摆动机构1摆动的两个方向分别定义正反向，即X1为摆动机构1正向摆动的脉冲信号，X2为摆动机构1反向摆动的脉冲信号。当物体正向移动时，X1的相位超前于X2；当物体反向移动时，X1的相位落后于X2的相位。在一个运行周期中，第一段测得X1、X2都为低电平0，如图3所示的a，第二段测得X1为高电平1、X2为低电平0，如图3所示的b，第三段测得X1、X2电平1如图3所示的c，第四段检测到X1为低电平1、X2为高电平0如图3所示的d，图3所示的a、b、c、d正好构成一个完整的脉冲周期，计数器加1，接着进入下一个循环。由此可见，要完成一个脉冲的计数，需要检测到如图3中a、b、c、d所示的四种不同的状态：X1＝X2＝0；X1＝1，X2＝0；X1＝X2＝1；X1＝0，X2＝1。检测到这种状态代表所述摆动机构1向一个方向的摆动，反之若向另一个方向摆动，则就图3中a、b、c、d所示的四种状态应反向，即：X1＝X2＝0；X1＝0，X2＝1；X1＝X2＝1；X1＝1，X2＝0。由此，根据检测到一个周期所示电平的不同，可以检测出所述摆动机构1的摆动方向。
如图5所示，对于所述摆动机构1的摆动幅度和速度的控制，可以建立如下数学模型：所述摆动机构1预设一个摆动幅度和速度，假设所述最大摆动幅度与竖直方向的夹角为a、摆动速度为v，若在某一次通过上述光电检测装置3测得其摆动的最大夹角为a1、摆动速度为v1，处理器模块4经过判断与a1与预设摆动角度a不同、摆动速度v1与预设摆动速度v不同，则处理器模块4指令动力控制模块2对所述摆动机构1施加一定的力f，即：fn+1＝fn+Δf，所述fn+1为第n+1次要施加的力，所述fn为上次施加的力，所述Δf为第n+1次施加的增量力。所述Δf的大小为摆动角度a1和预设摆动角度a以及摆动速度v1和预设摆动速度v的函数，即Δf＝f(a，a1，v，v1)。若a1大于a、v1大于v，则所述Δf为负值，动力控制模块2会施加一个反向的力，让所述摆动机构1的摆动幅度减小至预设的摆动幅度；若a1小于a、v1小于v，则所述Δf为正值，动力控制模块2会施加一个正向的力，让所述摆动机构1的摆动幅度增加至预设的摆动幅度和摆动速度。
本发明实施例中，所述动力控制模块2优选为电动马达2，根据光电检测模块3检测到的摆动机构1摆动的幅度、速度和方向，由处理器模块4根据检测到的摆动信息控制电动马达2的转动力和转动方向，从而带动摆动机构摆动，使其达到预设的摆动幅度。
本发明实施例中，所述动力控制模块2还包括连接摆动机构1的连杆21，所述动力控制模块2通过所述连杆21向摆动机构1施加力。所述连杆与摆动机构1的连接方式为轴连接，通过连接轴控制摆动机构1的摆动。所述连杆与摆动机构1的连接方式还可以为齿合连接，通过齿合转动控制摆动机构1的摆动。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种光电反馈摆动控制装置，包括摆动机构，以及控制所述摆动机构摆动的动力控制模块，其特征在于，还包括检测所述摆动机构摆动状态的光电检测模块，以及根据所述光电检测模块反馈的所述摆动机构的摆动信息控制摆动幅度和速度的处理器模块，所述处理器模块指令所述动力控制模块以确定的幅度和速度驱动摆动机构摆动，所述光电检测模块包括光电传感单元，以及连接摆动机构并随着摆动机构摆动而转动的齿形遮光片，所述光电传感单元和齿形遮光片配合使用，所述光电传感单元与处理器模块相连，处理器模块通过齿形遮光片转动时光电传感单元中转换的脉冲信号确定连接齿形遮光片的物体摆动的方向、速度和幅度。
2.根据权利要求1所述的光电反馈摆动控制装置，其特征在于，所述光电传感单元包括设置于齿形遮光片一侧的发光二极管以及配合所述发光二极管使用的设置于所述齿形遮光片另一侧的光接收管。
3.根据权利要求1或2所述的光电反馈摆动控制装置，其特征在于，所述处理器模块根据光电检测模块反馈的摆动角度和速度指令动力控制模块对所述摆动机构施加一定增量的力Δf，使摆动机构保持一定幅度和速度摆动，所述Δf为根据摆臂摆动的幅度和速度与预设的幅度和速度来确定。
4.根据权利要求1所述的光电反馈摆动控制装置，其特征在于，所述动力控制模块为马达机构。
5.根据权利要求1所述的光电反馈摆动控制装置，其特征在于，所述动力控制模块还包括与所述齿形遮光片连接的连杆。
6.根据权利要求5所述的光电反馈摆动控制装置，其特征在于，所述连杆与齿形遮光片为轴连接。
7.根据权利要求5所述的光电反馈摆动控制装置，其特征在于，所述连杆与齿形遮光片为齿合连接。
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