CN107193321A - 基于图像识别的手柄式位置控制装置 - Google Patents

基于图像识别的手柄式位置控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于图像识别的手柄式位置控制装置，其中，该装置包括：壳体(10)；设置于所述壳体(10)内的转动轮(20)，具有围绕所述转动轮(20)的转轴(202)开设的非等宽度通槽(201)；位于所述壳体外的手柄(30)，固定在所述转动轮(20)上，用于旋转所述转动轮(20)；图像采集设备(40)，位于所述转动轮(20)的一侧，用于采集所述非等宽度通槽(201)的图像。既可以实现档位有级变化，也可以实现无级连续输出，克服了现有传感器遇到的位置跳变，输出不稳定等缺陷，从而更好地满足手柄位置控制的所有功能需求。

Description

基于图像识别的手柄式位置控制装置
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种用于轨道交通的手柄式位置控制器，具体来说就是一种基于图像识别的手柄式位置控制装置。
背景技术
手柄式位置控制器是针对操作手柄的不同位置，表征不同输入的一种控制装置，例如轨道交通领域使用的制动手柄就是典型的手柄式位置控制器，通过推动手柄，可以实现初制动、全制动和紧急制动等不同的功能。牵引手柄也是一种典型的手柄式位置控制器，通过推动手柄，可以实现牵引和电制级位的调节等。
目前，在机车上使用的手柄式位置控制器绝大多数采用电位器等无级输出设备作为感知手柄位置变化的传感器，基本原理都是手柄位置变化时，通过齿轮机构带动电位器的转动，改变电位器内部分压电阻的大小，从而改变电位器的输出电压。但是，这样的传感器在安装时工序比较复杂，固定的位置和角度都有很严格的要求；传感器输出的改变是靠多个齿轮的机械传动，不可避免的会存在误差；不仅如此，由于其是无级连续输出，档位与档位之间只能靠固定的阈值进行区分，很容易出现位置之间跳变的现象；而且系统供电电压如果不稳定，也会对其输出造成较大的影响。
因此，本领域技术人员亟需研发出一种结构简单、安装方便、检测精度高，可以将无级连续输出和有级档位变化相结合的手柄式位置控制装置。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种基于图像识别的手柄式位置控制装置，解决了现有手柄式位置控制器结构复杂、检测灵敏度低，易于发生位置跳变的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的具体实施方式提供一种基于图像识别的手柄式位置控制装置，包括：壳体；设置于所述壳体内的转动轮，具有围绕所述转动轮的转轴开设的非等宽度通槽；位于所述壳体外的手柄，固定在所述转动轮上，用于旋转所述转动轮；图像采集设备，位于所述转动轮的一侧，用于采集所述非等宽度通槽的图像。
根据本发明的上述具体实施方式可知，基于图像识别的手柄式位置控制装置至少具有以下有益效果：通过图像采集设备采集凸轮片上正对着图像采集设备的开槽的宽度，从而定位手柄的位置，进而触发相应功能。本发明提供的手柄式位置控制装置具有结构简单、检测精度高、装配简单的特点，既可以将手柄式位置控制装置设计为连续无级输出，也可以设计为非连续的有级输出，还可以将无级输出与有级输出自由随意组合，既可以实现档位有级变化，也可以实现无级连续输出，极大地方便了控制程序的编写，避免了现有传感器遇到的位置跳变，输出不稳定等问题，从而更好地满足手柄位置控制的所有功能需求。
应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。
附图说明
下面的所附附图是本发明的说明书的一部分，其绘示了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本发明的原理。
图1A为本发明具体实施方式提供的一种基于图像识别的手柄式位置控制装置的主视结构示意图；
图1B为本发明具体实施方式提供的一种基于图像识别的手柄式位置控制装置的侧视结构示意图；
图2为本发明具体实施方式提供的一种基于图像识别的手柄式位置控制装置的实施例二的结构示意图；
图3为本发明具体实施方式提供的一种基于图像识别的手柄式位置控制装置的实施例三的结构示意图；
图4为本发明具体实施方式提供的一种基于图像识别的手柄式位置控制装置的实施例四的结构示意图；
图5A为本发明具体实施方式提供的一种呈三角形的非等宽度通槽的构造图；
图5B为本发明具体实施方式提供的一种呈半扇形的非等宽度通槽的构造图；
图5C为本发明具体实施方式提供的一种一侧呈全部阶梯状的非等宽度通槽的构造图；
图5D为本发明具体实施方式提供的一种两侧呈全部阶梯状的非等宽度通槽的构造图；
图5E为本发明具体实施方式提供的一种一侧部分呈阶梯状的非等宽度通槽的构造图；
图5F为本发明具体实施方式提供的一种两侧部分呈阶梯状的非等宽度通槽的构造图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本发明所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本发明内容的实施例后，当可由本发明内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明内容的精神与范围。
本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。
关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。
关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。
某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。
图1A为本发明具体实施方式提供的一种基于图像识别的手柄式位置控制装置的主视结构示意图；图1B为本发明具体实施方式提供的一种基于图像识别的手柄式位置控制装置的侧视结构示意图，如图1A、图1B所示，手柄带动转动轮转动时，转动轮上的非等宽度通槽也随之转动，图像采集设备采集到的图像也会发生变化，因此，通过图像的变化可以确定手柄的位置。
该附图所示的具体实施方式中，基于图像识别的手柄式位置控制装置包括壳体10、转动轮20、手柄30和图像采集设备40。其中，转动轮20设置在所述壳体10内，并且围绕所述转动轮20的转轴202开设有非等宽度通槽201，非等宽度通槽201可以为宽度连续变化的通槽或阶梯型通槽；手柄30位于所述壳体外，手柄30固定在所述转动轮20上，手柄30用于旋转所述转动轮20；图像采集设备40位于所述转动轮20的一侧，图像采集设备40用于采集所述非等宽度通槽201的图像。本发明的具体实施例中，手柄30包括制动手柄、牵引手柄和后备手柄等。转动轮20上可以开凿一个或多个非等宽度通槽201，转动轮20旋转时，正对着图像采集设备40的非等宽度通槽201的宽度可以变大或变小。图像采集设备40可以为摄像头、照相机、摄像机等设备，例如，摄像头可以为工业摄像头、高清晰度摄像头等。
参见图1，本发明提供的手柄式位置控制装置具有结构简单、检测精度高、装配简单的特点，避免了现有手柄式位置控制器经常遇到的位置跳变，输出不稳定等问题，可以更好地满足手柄位置控制的所有功能需求。
图2为本发明具体实施方式提供的一种基于图像识别的手柄式位置控制装置的实施例二的结构示意图，如图2所示，壳体可以形成封闭暗室环境，光源和图像采集设备分别位于转动轮的两侧，图像采集设备可以精准采集非等宽度通槽的图像。
该附图所示的具体实施方式中，所述壳体10用于形成封闭暗室环境，该装置还包括光源50。其中，光源50位于所述转动轮20的另一侧，光源50用于所述图像采集设备40在封闭暗室环境精准采集所述非等宽度通槽201的所述图像。本发明的具体实施例中，所述图像采集设备40的光轴与所述光源50的光轴重合，所述图像采集设备40的光轴正对着所述非等宽度通槽。
参见图2，在封闭暗室环境中，光源的光线穿过非等宽度通槽被图像采集设备直接采集，可以实现微米级别的识别精度；图像采集设备的光轴与光源的光轴重合，图像采集设备的光轴正对着非等宽度通槽，可以极大减少后期图像的数据处理量，提高手柄式位置控制装置的灵敏度。
图3为本发明具体实施方式提供的一种基于图像识别的手柄式位置控制装置的实施例三的结构示意图，如图3所示，图像处理设备处理图像，可以分析出非等宽度通槽位置的变化，从而可以确定手柄的位置。
该附图所示的具体实施方式中，该装置还包括图像处理设备60。其中，图像处理设备60与所述图像采集设备40连接，图像处理设备60用于根据所述图像定位所述手柄30的位置。本发明的具体实施方式中，所述图像处理设备60根据所述图像中所述非等宽度通槽201的宽度确定所述手柄30的位置。图像处理设备60可以为图像处理器(GPU)等。
参见图3，利用图像处理设备处理非等宽度通槽的图像，从而可以定位手柄的位置，处理简单，而且识别精度高、测量范围大。
图4为本发明具体实施方式提供的一种基于图像识别的手柄式位置控制装置的实施例四的结构示意图，如图4所示，控制设备根据图像处理设备的处理结果，控制相关元件执行相应操作。
该附图所示的具体实施方式中，该装置还包括控制设备70。其中，控制设备70与所述图像处理设备60连接，控制设备70用于根据所述手柄30的位置控制相关元件执行相应操作。本发明的具体实施方式中，控制设备70可以为CPU(中央处理器)、FPGA(现场可编程门陈列)、ASIC(专用集成电路)等。
参见图4，控制设备根据图像处理设备的处理结果，控制相关元件执行相应操作，从而满足手柄的所有功能需求，方便控制程序的编写，实现成本低廉，应用范围广泛。
图5A为本发明具体实施方式提供的一种呈三角形的非等宽度通槽的构造图；图5B为本发明具体实施方式提供的一种呈半扇形的非等宽度通槽的构造图；图5C为本发明具体实施方式提供的一种一侧呈全部阶梯状的非等宽度通槽的构造图；图5D为本发明具体实施方式提供的一种两侧呈全部阶梯状的非等宽度通槽的构造图；图5E为本发明具体实施方式提供的一种一侧部分呈阶梯状的非等宽度通槽的构造图；图5F为本发明具体实施方式提供的一种两侧部分呈阶梯状的非等宽度通槽的构造图，如图5A～5F所示，非等宽度通槽201为三角形形通槽或者为半扇形通槽时，可以将手柄式位置控制装置设计为连续的无级输出；非等宽度通槽201为一侧或两侧边全部呈阶梯状的通槽时，可以将手柄式位置控制装置设计为非连续的有级输出；非等宽度通槽201为一侧或两侧边部分呈阶梯状的通槽时，可以将手柄式位置控制装置设计为非连续的有级输出和连续的无级输出组合，既可以实现档位有级变化，又可以实现无级连续输出，极大地方便了控制程序的编写，克服现有手柄式位置控制器容易出现位置跳变、输出不稳定的缺陷，从而满足手柄的所有功能需求。
本发明提供的基于图像识别的手柄式位置控制装置至少还具有以下有益效果：
a.结构简单：只需要增加一个小体积的图像采集设备，可以去掉现有手柄式位置控制器中的齿轮传动机构和电位器等传感器。
b.非接触测量：手柄的频繁操作和震动等对手柄式位置控制装置没有影响，也不会发生因传动机构故障造成的手柄位置识别失败的问题。
c.检测精度高：从测量方式来讲属于直接测量，既没有传动机构将位移传递，也不受其他输入量改变的影响(如输入电压)；其次，图像识别加图像处理的方式，尺寸识别的精度在微米级别，目前现有手柄式位置控制器通过齿轮传动后对位置的放大倍数在5倍左右，而在基于图像识别的手柄式位置控制装置里，根据摄像头模组像素的不同放大倍数可以达到上百倍甚至上千倍，可以极大地提高测量的精度，扩大测量的范围，即可以更灵敏的识别手柄位置的变化。
d.传统手柄行程只有70度左右，由于传感器的转动是手柄运动带动的，所以这也限制了传感器转动的角度，而本发明突破了手柄行程对传感转动的制约，本发明靠开槽的宽度来表征手柄位置的变化，这样就变原来的测角度为现在的测宽度，可以比较随意的调整测量的尺度，从微米级可以一直测到视野的最大值(毫米级)。
e.可靠性高：由于只有图像采集设备这一个部件，发生故障的可能性大大降低。
f.对装配精度要求低：因为不存在机械的装配等问题，唯一要求就是要保证图像采集设备可以清晰成像，所以装配精度可以在毫米级。
g.免标定：由于图像采集设备的分辨率在出厂时就已经固定，槽的尺寸开好也不会发生变化，所以只要选定型号，标定好之后，只要装配距离不发生改变，就不需要进行位置的标定，安装好即可以使用，避免了现用手柄复杂的标定流程和因为标定问题造成的众多问题。
本发明提供一种基于图像识别的手柄式位置控制装置，通过图像采集设备采集凸轮片上正对着图像采集设备的开槽的大小，从而定位手柄的位置，进而触发相应功能。本发明提供的手柄式位置控制装置结构简单、检测精度高、装配简单，既可以将手柄式位置控制装置设计为连续无级输出，也可以设计为非连续的有级输出，还可以将无级输出与有级输出自由随意组合，既可以实现档位有级变化，也可以实现无级连续输出，极大地方便了控制程序的编写，避免了现有传感器遇到的位置跳变，输出不稳定等问题，从而更好地满足手柄位置控制的所有功能需求。
上述的本发明实施例可在各种硬件、软件编码或两者组合中进行实施。例如，本发明的实施例也可为在数据信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)中执行上述方法的程序代码。本发明也可涉及计算机处理器、数字信号处理器、微处理器或现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)执行的多种功能。可根据本发明配置上述处理器执行特定任务，其通过执行定义了本发明揭示的特定方法的机器可读软件代码或固件代码来完成。可将软件代码或固件代码发展为不同的程序语言与不同的格式或形式。也可为不同的目标平台编译软件代码。然而，根据本发明执行任务的软件代码与其他类型配置代码的不同代码样式、类型与语言不脱离本发明的精神与范围。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，在不脱离本发明的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于图像识别的手柄式位置控制装置，其特征在于，该装置包括：
壳体(10)；
设置于所述壳体(10)内的转动轮(20)，具有围绕所述转动轮(20)的转轴(202)开设的非等宽度通槽(201)；
位于所述壳体外的手柄(30)，固定在所述转动轮(20)上，用于旋转所述转动轮(20)；
图像采集设备(40)，位于所述转动轮(20)的一侧，用于采集所述非等宽度通槽(201)的图像。
2.如权利要求1所述的基于图像识别的手柄式位置控制装置，其特征在于，所述壳体(10)用于形成封闭暗室环境，该装置还包括：
光源(50)，位于所述转动轮(20)的另一侧，用于所述图像采集设备(40)在封闭暗室环境精准采集所述非等宽度通槽(201)的所述图像。
3.如权利要求2所述的基于图像识别的手柄式位置控制装置，其特征在于，所述图像采集设备(40)的光轴与所述光源(50)的光轴重合，所述图像采集设备(40)的光轴正对着所述非等宽度通槽。
4.如权利要求1所述的基于图像识别的手柄式位置控制装置，其特征在于，该装置还包括：
图像处理设备(60)，与所述图像采集设备(40)连接，用于根据所述图像定位所述手柄(30)的位置。
5.如权利要求4所述的基于图像识别的手柄式位置控制装置，其特征在于，所述图像处理设备(60)根据所述图像中所述非等宽度通槽(201)的宽度确定所述手柄(30)的位置。
6.如权利要求4所述的基于图像识别的手柄式位置控制装置，其特征在于，该装置还包括：
控制设备(70)，与所述图像处理设备(60)连接，用于根据所述手柄(30)的位置控制相关元件执行相应操作。
7.如权利要求1所述的基于图像识别的手柄式位置控制装置，其特征在于，所述非等宽度通槽(201)为宽度连续变化的通槽或阶梯型通槽。
8.如权利要求1所述的基于图像识别的手柄式位置控制装置，其特征在于，所述非等宽度通槽(201)为部分或全部呈阶梯状的通槽。
9.如权利要求1所述的基于图像识别的手柄式位置控制装置，其特征在于，所述图像采集设备(40)为摄像头。
10.如权利要求9所述的基于图像识别的手柄式位置控制装置，其特征在于，所述摄像头为工业摄像头。
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