CN105599761A - 一种移动扫描车的行进姿态控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种移动扫描车的行进姿态控制方法及装置，涉及移动扫描车技术领域，其方法包括以下步骤：通过对处于静止状态的移动扫描车车轮所受压力进行检测，得到移动扫描车车体相对于由移动扫描车的多个车轮构成的车轮平面的静态压力中心位置；通过对处于行进状态的移动扫描车车轮所受压力进行实时检测，得到移动扫描车车体相对于所述车轮平面的瞬时压力中心位置；根据所述瞬时压力中心位置与静态压力中心位置的距离关系，对移动扫描车的行进姿态进行控制。本发明中极大消除了上述参数测量时的偏差和成本高企问题，在成本、响应速度、精度上均有显著提升。
Description
技术领域
本发明涉及移动扫描车技术领域，特别涉及一种移动扫描车的行进姿态控制方法及装置。
背景技术
移动扫描车本身属于大高度，小支撑面的易倾倒外形，目标移动扫描车的最大支撑轮轮距宽度仅为40cm，高度却达到了250cm，如图1所示，并且需要在复杂的环境中完成行进、回转、急停、平移等任意方向加减速移动，且需要实现无人值守的自动行进控制。此移动扫描车的压力中心位置高、侧倾力矩大，加减速度对压力中心位置的影响极大，各种因素都对产品的抗倒伏能力提出了极高要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种移动扫描车的行进姿态控制方法及装置，解决了现有技术中大高度，小支撑面的易倾倒外形的移动扫描车的抗倒伏能力差的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种移动扫描车的行进姿态控制方法，包括以下步骤：
通过对处于静止状态的移动扫描车车轮所受压力进行检测，得到移动扫描车车体相对于由移动扫描车的多个车轮构成的车轮平面的静态压力中心位置；
通过对处于行进状态的移动扫描车车轮所受压力进行实时检测，得到移动扫描车车体相对于所述车轮平面的瞬时压力中心位置；
根据所述瞬时压力中心位置与静态压力中心位置的距离关系，对移动扫描车的行进姿态进行控制。
优选地，所述的通过对处于静止状态的移动扫描车车轮所受压力进行检测，得到移动扫描车车体相对于由移动扫描车的多个车轮构成的车轮平面的静态压力中心位置包括：
在移动扫描车静止时，利用安装在移动扫描车每个车轮与底盘之间的压力传感器检测每个车轮承载的静态压力；
利用所述每个车轮承载的静态压力，计算移动扫描车上的移动扫描车的静态压力中心位置；
其中，所述的压力传感器包括位于左前车轮位置的左前传感器、位于左后车轮位置的左后传感器、位于右前车轮位置的右前传感器以及位于右后车轮位置的右后传感器。
优选地，所述的利用所述每个车轮承载的静态压力，计算移动扫描车上的移动扫描车的静态压力中心位置包括：
利用左前车轮承载的静态压力和左后车轮承载的静态压力之和与右前车轮承载的静态压力和右后车轮承载的静态压力之和的差值，得到移动扫描车上的移动扫描车的横向静态压力中心位置；
利用左前车轮承载的静态压力和右前车轮承载的静态压力之和与左后车轮承载的静态压力和右后车轮承载的静态压力之和的差值，得到移动扫描车上的移动扫描车的纵向静态压力中心位置；
其中，所述静态压力中心位置包括横向静态压力中心位置和纵向静态压力中心位置。
优选地，所述的通过对处于行进状态的移动扫描车车轮所受压力进行实时检测，得到移动扫描车车体相对于所述车轮平面的瞬时压力中心位置包括：
在移动扫描车行进期间，利用所述压力传感器检测每个车轮承载的静态压力；
利用所述每个车轮承载的动态压力，计算移动扫描车上的移动扫描车的瞬时压力中心位置。
优选地，所述的利用所述每个车轮承载的动态压力，计算移动扫描车上的移动扫描车的瞬时压力中心位置包括：
利用左前车轮承载的动态压力和左后车轮承载的动态压力之和与右前车轮承载的动态压力和右后车轮承载的动态压力之和的差值，得到移动扫描车上的移动扫描车的横向动态压力中心位置；
利用左前车轮承载的动态压力和右前车轮承载的动态压力之和与左后车轮承载的动态压力和右后车轮承载的动态压力之和的差值，得到移动扫描车上的移动扫描车的纵向动态压力中心位置；
其中，所述动态压力中心位置包括横向动态压力中心位置和纵向动态压力中心位置。
优选地，所述根据所述瞬时压力中心位置与静态压力中心位置的距离关系，对移动扫描车的行进姿态进行控制包括：
根据所述距离关系，判断所述瞬时压力中心位置在所述车轮平面预置的调整门限区域之内还是之外；
若判断所述瞬时压力中心位置在所述车轮平面预置的调整门限区域之外，则通过调整移动扫描车的车速、加速度以及角加速度对移动扫描车的行进姿态进行控制；
其中，所述的移动扫描车的车速、加速度以及角加速度是通过安装在车体上的速度传感器、加速度传感器以及角加速度传感器的检测得到的。
优选地，所述瞬时压力中心位置在所述车轮平面预置的调整门限区域之外时，若加速度传感器检测到车辆处于加速状态，则当前车速降低到正常车速。
优选地，所述瞬时压力中心位置在所述车轮平面预置的调整门限区域之外时，若角加速度传感器检测到车辆处于转弯状态，则将当前车速降低到慢行车速。
根据本发明的另一方面，提供了一种移动扫描车的行进姿态控制装置，包括：
检测模块，用于通过对处于静止状态的移动扫描车车轮所受压力进行检测，得到移动扫描车车体相对于由移动扫描车的多个车轮构成的车轮平面的静态压力中心位置，以及通过对处于行进状态的移动扫描车车轮所受压力进行实时检测，得到移动扫描车车体相对于所述车轮平面的瞬时压力中心位置；
控制模块，用于根据所述瞬时压力中心位置与静态压力中心位置的距离关系，对移动扫描车的行进姿态进行控制。
优选地，所述的检测模块包括：
第一检测单元，用于在移动扫描车静止时，利用安装在移动扫描车每个车轮与底盘之间的压力传感器检测每个车轮承载的静态压力；
第一计算单元，用于利用所述每个车轮承载的静态压力，计算移动扫描车上的移动扫描车的静态压力中心位置；
第二检测单元，用于在移动扫描车行进期间，利用所述压力传感器检测每个车轮承载的静态压力；
第二计算单元，用于利用所述每个车轮承载的动态压力，计算移动扫描车上的移动扫描车的瞬时压力中心位置；
其中，所述的压力传感器包括位于左前车轮位置的左前传感器、位于左后车轮位置的左后传感器、位于右前车轮位置的右前传感器以及位于右后车轮位置的右后传感器。
与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：
本发明中将压力中心位置、惯性力、离心力的控制合理简化为四个车轮上压力的均衡问题，以四点采样值取代了横向度、加速度、角加速度的测量，极大消除了上述参数测量时的偏差和成本高企问题，在成本、响应速度、精度上均有显著提升。
附图说明
图1是现有技术中提供的移动扫描车的外观示意图；
图2是本发明实施例提供的一种移动扫描车的行进姿态控制方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的一种移动扫描车的行进姿态控制装置的结构图；
图4是本发明实施例提供的移动扫描车的压力传感器装配位置示意图；
图5是本发明实施例提供的移动扫描车的压力中心位置测算及调整系统的电路图；
图6是本发明实施例提供的移动扫描车的瞬时压力中心位置投影点示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图2是本发明实施例提供的一种移动扫描车的行进姿态控制方法的流程图，如图2所示，包括以下步骤：
步骤S201：通过对处于静止状态的移动扫描车车轮所受压力进行检测，得到移动扫描车车体相对于由移动扫描车的多个车轮构成的车轮平面的静态压力中心位置；
步骤S202：通过对处于行进状态的移动扫描车车轮所受压力进行实时检测，得到移动扫描车车体相对于所述车轮平面的瞬时压力中心位置；
步骤S203：根据所述瞬时压力中心位置与静态压力中心位置的距离关系，对移动扫描车的行进姿态进行控制。
其中，所述的通过对处于静止状态的移动扫描车车轮所受压力进行检测，得到移动扫描车车体相对于由移动扫描车的多个车轮构成的车轮平面的静态压力中心位置包括：在移动扫描车静止时，利用安装在移动扫描车每个车轮与底盘之间的压力传感器检测每个车轮承载的静态压力；利用所述每个车轮承载的静态压力，计算移动扫描车上的移动扫描车的静态压力中心位置；其中，所述的压力传感器包括位于左前车轮位置的左前传感器、位于左后车轮位置的左后传感器、位于右前车轮位置的右前传感器以及位于右后车轮位置的右后传感器。具体地说，所述的利用所述每个车轮承载的静态压力，计算移动扫描车上的移动扫描车的静态压力中心位置包括：利用左前车轮承载的静态压力和左后车轮承载的静态压力之和与右前车轮承载的静态压力和右后车轮承载的静态压力之和的差值，得到移动扫描车上的移动扫描车的横向静态压力中心位置；利用左前车轮承载的静态压力和右前车轮承载的静态压力之和与左后车轮承载的静态压力和右后车轮承载的静态压力之和的差值，得到移动扫描车上的移动扫描车的纵向静态压力中心位置；其中，所述静态压力中心位置包括横向静态压力中心位置和纵向静态压力中心位置。
其中，所述的通过对处于行进状态的移动扫描车车轮所受压力进行实时检测，得到移动扫描车车体相对于所述车轮平面的瞬时压力中心位置包括：在移动扫描车行进期间，利用所述压力传感器检测每个车轮承载的静态压力；利用所述每个车轮承载的动态压力，计算移动扫描车上的移动扫描车的瞬时压力中心位置。具体地说，所述的利用所述每个车轮承载的动态压力，计算移动扫描车上的移动扫描车的瞬时压力中心位置包括：利用左前车轮承载的动态压力和左后车轮承载的动态压力之和与右前车轮承载的动态压力和右后车轮承载的动态压力之和的差值，得到移动扫描车上的移动扫描车的横向动态压力中心位置；利用左前车轮承载的动态压力和右前车轮承载的动态压力之和与左后车轮承载的动态压力和右后车轮承载的动态压力之和的差值，得到移动扫描车上的移动扫描车的纵向动态压力中心位置；其中，所述动态压力中心位置包括横向动态压力中心位置和纵向动态压力中心位置。
其中，所述根据所述瞬时压力中心位置与静态压力中心位置的距离关系，对移动扫描车的行进姿态进行控制包括：根据所述距离关系，判断所述瞬时压力中心位置在所述车轮平面预置的调整门限区域之内还是之外；若判断所述瞬时压力中心位置在所述车轮平面预置的调整门限区域之外，则通过调整移动扫描车的车速、加速度以及角加速度对移动扫描车的行进姿态进行控制；其中，所述的移动扫描车的车速、加速度以及角加速度是通过安装在车体上的速度传感器、加速度传感器以及角加速度传感器的检测得到的。
其中，所述瞬时压力中心位置在所述车轮平面预置的调整门限区域之外时，若加速度传感器检测到车辆处于加速状态，则当前车速降低到正常车速。所述瞬时压力中心位置在所述车轮平面预置的调整门限区域之外时，若角加速度传感器检测到车辆处于转弯状态，则将当前车速降低到慢行车速。
图3是本发明实施例提供的一种移动扫描车的行进姿态控制装置的结构图，如图3所示，包括：检测模块301和控制模块302。所述检测模块301，用于通过对处于静止状态的移动扫描车车轮所受压力进行检测，得到移动扫描车车体相对于由移动扫描车的多个车轮构成的车轮平面的静态压力中心位置，以及通过对处于行进状态的移动扫描车车轮所受压力进行实时检测，得到移动扫描车车体相对于所述车轮平面的瞬时压力中心位置；所述控制模块302，用于根据所述瞬时压力中心位置与静态压力中心位置的距离关系，对移动扫描车的行进姿态进行控制，确保其上部锁承载设备的瞬时重心处于安全方位内。
具体地说，所述的检测模块302包括：第一检测单元，用于在移动扫描车静止时，利用安装在移动扫描车每个车轮与底盘之间的压力传感器检测每个车轮承载的静态压力；第一计算单元，用于利用所述每个车轮承载的静态压力，计算移动扫描车上的移动扫描车的静态压力中心位置；第二检测单元，用于在移动扫描车行进期间，利用所述压力传感器检测每个车轮承载的静态压力；第二计算单元，用于利用所述每个车轮承载的动态压力，计算移动扫描车上的移动扫描车的瞬时压力中心位置；其中，所述的压力传感器包括位于左前车轮位置的左前传感器、位于左后车轮位置的左后传感器、位于右前车轮位置的右前传感器以及位于右后车轮位置的右后传感器。
下面结合图4至图6对本发明的技术内容进行详细的说明：
移动扫描车的稳定状态的动态监测主要是通过实时检测移动扫描车上装设的压力传感器、底盘平台上的速度传感器、加速度传感器、角加速度传感器共同来实现的，如图4所示，压力传感器放置在移动扫描车的四个驱动轮连接结构之上，上层工作平台和底盘的重力将全部作用在压力传感器上；用四个车轮电机自带的光栅码盘作为速度传感器；在底盘平台正中部位安放陀螺仪作为加速度/角加速度传感器。因为车轮部分重量相对于移动扫描车可以忽略，压力传感器采集的实时压力信号反映的就是整个移动扫描车的实际作用于车轮的受力参数。同时因为移动扫描车的质心位置高度稳定不变，且移动扫描车自身刚度较高，可以认为质心位置相对于四个车轮的相对位置是固定的。因此，只要能控制移动扫描车四个轮子上承受的载荷相对一致，就能够保证移动扫描车不会产生侧倾危险。
数据总线采集各个传感器的实时检测值，由中央控制器CPU通过平面解析的算法，如图5所示。其中，所述各个传感器包括压力传感器(1-4)、速度传感器(1-4)以及加速度/角加速度传感器1。
将四个压力传感器采集到的压力数据信息进行解算，就可以定位瞬时压力中心位置在传感器所在平面的投影。如图6所示，如果压力中心位置瞬时投影点在调整门限区和临界稳定边界范围内，则移动扫描车启动调整方案，使用预设的方案进行姿态控制，解除移动扫描车的不稳定状态；如果压力中心位置瞬时投影点超过临界稳定边界，则移动扫描车紧急停车，并立即报警。其中，姿态调整需要采集速度、加速度、角加速度值，以综合计算最合适的行进姿态调整方案，保证不会因为急刹车、急转弯造成压力中心位置偏移情况的恶化，最终通过合适的行进速度、方向调整，以及配重平台中心点调整，实现移动扫描车偏斜姿态的纠正。
其中，计算移动扫描车的压力中心位置在四个轮轴平面上的压力中心位置瞬时投影点，如果以移动扫描车的四轮中心点定义为(X，Y)＝＝(0,0)，移动扫描车的动态压力中心位置坐标计算公式可以简化为：
X＝[G(左前)+G(左后)-G(右前)-G(右后)]/(M*g)
Y＝[G(左前)+G(右前)-G(左后)-G(右后)]/(M*g)
其中，G(xx)代表相应车轮压力传感器测得的压力数据，M为移动扫描车整个质量，g为当地重力加速度，(X，Y)坐标即为移动扫描车压力中心位置在四个轮轴平面上的压力中心位置瞬时投影点。
如果压力中心位置瞬时投影点处于调整门限区域之外且临界稳定边界之内，则调整操作启动，通过加减速、回转等方式将压力中心位置瞬时投影点调整回压力中心位置投影中心点，即根据移动扫描车预先设定的姿态纠偏参数(车轮驱动力、车体重量、重心高度、动态补偿配重惯量等)计算出纠正不稳定姿态所需要的参数，对驱动姿态调整系统进行纠偏。如果压力中心位置瞬时投影点处于临界稳定边界附近，则应紧急停车，并警告操作人员，及时进行人工干预。
综上所述，本发明具有以下技术效果：
本发明通过合理应用传感器选择和位置规划，以及配套的算法，能够实时监控移动扫描车的平衡状态，在超过预先设定的阈值时，及时发出报警。并能够提醒姿态保持系统，采用合理的措施，及时纠正失稳状态，恢复移动扫描车的平稳运行模式。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种移动扫描车的行进姿态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
通过对处于静止状态的移动扫描车车轮所受压力进行检测，得到移动扫描车车体相对于由移动扫描车的多个车轮构成的车轮平面的静态压力中心位置；
通过对处于行进状态的移动扫描车车轮所受压力进行实时检测，得到移动扫描车车体相对于所述车轮平面的瞬时压力中心位置；
根据所述瞬时压力中心位置与静态压力中心位置的距离关系，对移动扫描车的行进姿态进行控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的通过对处于静止状态的移动扫描车车轮所受压力进行检测，得到移动扫描车车体相对于由移动扫描车的多个车轮构成的车轮平面的静态压力中心位置包括：
在移动扫描车静止时，利用安装在移动扫描车每个车轮与底盘之间的压力传感器检测每个车轮承载的静态压力；
利用所述每个车轮承载的静态压力，计算移动扫描车上的设备的静态压力中心位置；
其中，所述的压力传感器包括位于左前车轮位置的左前传感器、位于左后车轮位置的左后传感器、位于右前车轮位置的右前传感器以及位于右后车轮位置的右后传感器。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的利用所述每个车轮承载的静态压力，计算移动扫描车上的设备的静态压力中心位置包括：
利用左前车轮承载的静态压力和左后车轮承载的静态压力之和与右前车轮承载的静态压力和右后车轮承载的静态压力之和的差值，得到移动扫描车上的设备的横向静态压力中心位置；
利用左前车轮承载的静态压力和右前车轮承载的静态压力之和与左后车轮承载的静态压力和右后车轮承载的静态压力之和的差值，得到移动扫描车上的设备的纵向静态压力中心位置；
其中，所述静态压力中心位置包括横向静态压力中心位置和纵向静态压力中心位置。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的通过对处于行进状态的移动扫描车车轮所受压力进行实时检测，得到移动扫描车车体相对于所述车轮平面的瞬时压力中心位置包括：
在移动扫描车行进期间，利用所述压力传感器检测每个车轮承载的静态压力；
利用所述每个车轮承载的动态压力，计算移动扫描车上的设备的瞬时压力中心位置。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的利用所述每个车轮承载的动态压力，计算移动扫描车上的设备的瞬时压力中心位置包括：
利用左前车轮承载的动态压力和左后车轮承载的动态压力之和与右前车轮承载的动态压力和右后车轮承载的动态压力之和的差值，得到移动扫描车上的设备的横向动态压力中心位置；
利用左前车轮承载的动态压力和右前车轮承载的动态压力之和与左后车轮承载的动态压力和右后车轮承载的动态压力之和的差值，得到移动扫描车上的设备的纵向动态压力中心位置；
其中，所述动态压力中心位置包括横向动态压力中心位置和纵向动态压力中心位置。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述瞬时压力中心位置与静态压力中心位置的距离关系，对移动扫描车的行进姿态进行控制包括：
根据所述距离关系，判断所述瞬时压力中心位置在所述车轮平面预置的调整门限区域之内还是之外；
若判断所述瞬时压力中心位置在所述车轮平面预置的调整门限区域之外，则通过调整移动扫描车的车速、加速度以及角加速度对移动扫描车的行进姿态进行控制；
其中，所述的移动扫描车的车速、加速度以及角加速度是通过安装在车体上的速度传感器、加速度传感器以及角加速度传感器的检测得到的。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述瞬时压力中心位置在所述车轮平面预置的调整门限区域之外时，若加速度传感器检测到车辆处于加速状态，则当前车速降低到正常车速。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述瞬时压力中心位置在所述车轮平面预置的调整门限区域之外时，若角加速度传感器检测到车辆处于转弯状态，则将当前车速降低到慢行车速。
9.一种移动扫描车的行进姿态控制装置，其特征在于，包括：
检测模块，用于通过对处于静止状态的移动扫描车车轮所受压力进行检测，得到移动扫描车车体相对于由移动扫描车的多个车轮构成的车轮平面的静态压力中心位置，以及通过对处于行进状态的移动扫描车车轮所受压力进行实时检测，得到移动扫描车车体相对于所述车轮平面的瞬时压力中心位置；
控制模块，用于根据所述瞬时压力中心位置与静态压力中心位置的距离关系，对移动扫描车的行进姿态进行控制。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述的检测模块包括：
第一检测单元，用于在移动扫描车静止时，利用安装在移动扫描车每个车轮与底盘之间的压力传感器检测每个车轮承载的静态压力；
第一计算单元，用于利用所述每个车轮承载的静态压力，计算移动扫描车上的设备的静态压力中心位置；
第二检测单元，用于在移动扫描车行进期间，利用所述压力传感器检测每个车轮承载的静态压力；
第二计算单元，用于利用所述每个车轮承载的动态压力，计算移动扫描车上的设备的瞬时压力中心位置；
其中，所述的压力传感器包括位于左前车轮位置的左前传感器、位于左后车轮位置的左后传感器、位于右前车轮位置的右前传感器以及位于右后车轮位置的右后传感器。
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