CN108032883A - 一种折叠式购物车及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种折叠式购物车，包括：第一支撑柱，其设置在四角并围成长方体结构；第二支撑柱，其设置在相邻两个所述第一支撑柱的中心，其上设置有第一滑槽；中心板，其为矩形且设置在购物车底面中心；多个横梁，其一端与所述第二支撑柱底部铰接，另一端与所述中心板的一条边铰接；多个连接板，其一端与第一支撑柱铰接，另一端与第二支撑柱铰接并可在所述滑槽内滑动，本发明所述的折叠式购物车，能够对车身进行折叠，结构简单，小巧轻便，占用空间小。本发明还提供一种折叠式购物车的控制方法，能够控制购物车直线行驶时车轮行驶速度与推车人的行驶速度一致，更加省力便捷。

Description

一种折叠式购物车及其控制方法
技术领域
本发明涉及手推车技术领域，更具体的是，本发明涉及一种折叠式购物车及其控制方法。
背景技术
购物车是目前消费者外出购物时常用的辅助工具，可以协助消费者将购买的大件或者较重的物品托回车上或者家中；目前市面上常用的购物车有轻便型和载重型两种；轻便型的大部分是用较薄的铁管或者铝管，经过简单折弯、组合，再加上轮子而成，有的配有牛津布购物袋，有的只是一个铁管的车架，大部分能进行较为简单的折叠，但整体结构稳定性较差；而载重型的一般结构较大，不便携。
发明内容
本发明的目的是设计开发了一种折叠式购物车，能够对车身进行折叠，结构简单，小巧轻便，占用空间小。
本发明的另一个目的是设计开发了一种折叠式购物车的控制方法，能够控制购物车直线行驶时车轮行驶速度与推车人的行驶速度一致，更加省力便捷。
本发明提供的技术方案为：
一种折叠式购物车，包括：
第一支撑柱，其设置在四角并围成长方体结构；
第二支撑柱，其设置在相邻两个所述第一支撑柱的中心，其上设置有滑槽；
中心板，其为矩形且设置在购物车底面中心；
多个横梁，其一端与所述第二支撑柱底部铰接，另一端与所述中心板的一条边铰接；
多个连接板，其一端与第一支撑柱铰接，另一端与第二支撑柱铰接并可在所述滑槽内滑动。
优选的是，所述连接板包括：
第一连接板，其一端与第一支撑柱底部铰接，另一端与第二支撑柱铰接并可在所述滑槽内滑动；
第二连接板，其一端与第一支撑柱顶部铰接，另一端与第二支撑柱铰接并可在所述滑槽内滑动；
其中，当购物车完全打开时，位于同一侧面的两条第一连接板和第二连接板分别处于同一直线上。
优选的是，还包括：
第三连接板，其一端与第一支撑柱底部铰接，另一端与第二支撑柱铰接并可在所述滑槽内滑动；
其中，当购物车完全打开时，位于同一侧面的两条第三连接板和第一连接板围成等角三角形。
优选的是，还包括：
推杆，其与相邻两个第一支撑柱连接，其高度可调节；
多个车轮，其分别设置在所述第一支撑柱底端；
布面，其铺设在所述第一支撑柱和第二支撑柱围成的空间内。
优选的是，还包括：
角度传感器，其设置在购物车底角上，用于检测购物车转弯角度；
速度传感器，其为手环状结构且与购物车相连，用于检测推车人的行走速度；
转速传感器，其设置在车轮上，用于检测车轮转速；
时间检测器，其设置在购物车上；
电机，其与车轮连接，用于驱动车轮旋转；
控制器，其与角度传感器、速度传感器、转速传感器、时间检测器和电机连接，用于接收角度传感器、速度传感器、转速传感器和时间检测器的检测数据并控制电机工作。
相应地，本发明还提共一种折叠式购物车的控制方法，包括模糊控制器：
当推车人推动购物车直线行走时，将所述推车人的行走速度υp、推车人的行走速度υp与购物车的行驶速度υc的速度差值Δυ输入模糊控制器，所述模糊控制器中推车人的行走速度υp和速度差值Δυ分为7个等级；
模糊控制器输出车轮的转速nc，输出分为7个等级；
所述推车人的行走速度υp的模糊论域为[0,1]，其量化因子为1；所述速度差值Δυ的模糊论域为[-1,1]，量化因子为0.5；输出车轮的转速nc的模糊论域为[0,1]，量化因子为2；
输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。
优选的是，还包括模糊PID控制器：
输入第i个测量过程的理想速度差值Δυid和速度差值Δυ的偏差e、偏差变化率ec，输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数，比例系数、比例积分系数和微分系数输入PID控制器进行车轮转速nc误差补偿控制。
优选的是，
所述理想速度差值Δυid和速度差值Δυ的偏差e的模糊论域为[-1,1]，量化因子为0.5；所述偏差变化率ec的模糊论域为[-1,1]，量化因子为1；
所述输出PID的比例系数的模糊论域为[-1,1]，其量化因子为0.1；比例积分系数的模糊论域为[-1,1]，其量化因子为0.1；微分系数的模糊论域为[-1,1]，其量化因子为0.0001；
所述偏差e和偏差变化率ec分为7个等级；所述输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数分为7个等级；
所述模糊PID控制器的输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。
优选的是，当推车人推动购物车转弯时，所述车轮转速为：
其中，nc为车轮转速，单位r/s；θ为购物车转弯角度，单位°；υp为推车人行走速度，单位m/s；π为圆周率；r为车轮半径，单位m。
优选的是，当推车人停下时间大于等于10s或者购物车无人使用时，车轮锁死；当购物车感受到作用力时，车轮解锁。
本发明至少具备以下有益效果：
(1)本发明所述的折叠式购物车，能够对车身进行折叠，结构简单，小巧轻便，占用空间小。
(2)本发明所述的折叠式购物车的控制方法，能够控制购物车直线行驶时车轮行驶速度与推车人的行驶速度一致，更加省力便捷；在购物车转弯时可以根据转弯的角度控制购物车的车轮转速，使得购物车在转弯过程中更加安全稳定；同时，当推车人停下时间大于等于10s或者购物车无人使用时，车轮锁死；当购物车感受到作用力时，车轮解锁，使用更加便捷。
附图说明
图1为发明所述折叠式购物车的结构示意图。
图2为发明所述折叠式购物车后面折叠时的结构示意图。
图3为发明所述折叠式购物车的俯视结构示意图。
图4为发明所述折叠式购物车底面中心板和横梁的结构示意图。
图5为发明所述折叠式购物车底面中心板和横梁折叠时的结构示意图。
图6是本发明所述的模糊控制器和模糊PID控制器的控制示意图。
图7是本发明所述的模糊控制器的输入推车人的行走速度υp的隶属度函数图。
图8是本发明所述的模糊控制器的输入速度差值Δυ的隶属度函数图。
图9是本发明所述的模糊控制器的输出车轮转速nc的隶属度函数图。
图10是本发明所述的模糊PID控制器的输入偏差e的隶属度函数图。
图11是本发明所述的模糊PID控制器的输入偏差变化率ec的隶属度函数图。
图12是本发明所述的模糊PID控制器的输出比例系数Kp的隶属度函数图。
图13是本发明所述的模糊PID控制器的输出比例积分系数Ki的隶属度函数图。
图14是本发明所述的模糊PID控制器的输出微分系数Kd的隶属度函数图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明可以有许多不同的形式实施，而不应该理解为限于再次阐述的实施例，相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的。在附图中，为了清晰起见，会夸大结构和区域的尺寸和相对尺寸。
如图1-5所示，发明提供一种折叠式购物车，包括：第一支撑柱110，其设置在四角并围成长方体结构；第二支撑柱120，其设置在相邻两个所述第一支撑柱的中心，其上设置有第一滑槽121；中心板130，其为矩形且设置在购物车底面中心；多个横梁140，其一端与所述第二支撑柱120底部铰接，另一端与所述中心板130的一条边铰接，可以使得横梁140绕着中心板130向上折叠；多个连接板，其一端与第一支撑柱110铰接，另一端与第二支撑柱120铰接并可在所述第一滑槽121内滑动，能够使得第一支撑住110和第二支撑柱120相互靠近折叠。
作为发明的另一实施例，所述连接板包括：第一连接板151，其一端与第一支撑柱110底部铰接，另一端与第二支撑柱120铰接并可在所述第一滑槽内121滑动；第二连接板152，其一端与第一支撑柱110顶部铰接，另一端与第二支撑柱120铰接并可在所述第一滑槽121内滑动；当购物车完全打开时，位于同一侧面的两条第一连接板151和第二连接板152分别处于同一直线上。
作为发明的另一实施例，还包括：第三连接板153，其一端与第一支撑柱110底部铰接，另一端与第二支撑柱120铰接并可在所述第一滑槽121内滑动；当购物车完全打开时，位于同一侧面的两条第三连接板153和第一连接板151围成等角三角形。
作为发明的另一实施例，所述第三连接板153上设置有第二滑槽1531；还包括第四连接板154，其一端与第一支撑柱110铰接，另一端与第三连接板铰接153并可在所述第二滑槽1531内滑动。
作为发明的另一实施例，还包括：推杆160，其与相邻两个第一支撑柱110连接，其高度可调节；多个车轮170，其分别设置在所述第一支撑柱110底端；布面(图中未示出)，其铺设在所述第一支撑柱110和第二支撑柱120围成的空间内。本实施例中，所述推杆160包括：插杆161，其分别插入相邻两个第一支撑柱110内部，其高度可调节；横杆162，其两端与所述插杆161顶端铰接，用于手握，所述横杆162中心处设置有铰接点，能够折叠；在插有插杆的第一支撑柱110上部设置有螺孔111,；插入所述螺孔111内设置有螺栓112，用于固定所述插杆161，当需要调高插杆161时，拧松螺栓112，向上拔出插杆161到合适位置后拧紧螺栓112即可。
作为发明的另一实施例，还包括：角度传感器，其设置在购物车底角上，用于检测购物车转弯角度；速度传感器，其为手环状结构且与购物车相连，在使用时将手环套在手上，用于检测推车人的行走速度；转速传感器，其设置在车轮上，用于检测车轮转速；时间检测器，其设置在购物车上；电机，其与车轮连接，用于驱动车轮旋转；控制器，其与角度传感器、速度传感器、转速传感器、时间检测器和电机连接，用于接收角度传感器、速度传感器、转速传感器和时间检测器的检测数据并控制电机工作。本实施例中，所述电机为电磁制动电机，当电机通电时，电机的轴带动车轮正转或者反转，当电机断电时，电机的轴处于锁定状态，优选的，电机型号为YEJ-71M1-4。
发明所述的折叠式购物车，能够对车身进行折叠，结构简单，小巧轻便，占用空间小。
本发明还提供一种折叠式购物车的控制方法，如图6所示，控制器包括模糊控制器和模糊PID控制器，包括以下步骤：
步骤1、当推车人推动购物车直线行走时，将推车人的行走速度υp(单位m/s)、推车人的行走速度υp(单位m/s)与购物车的行驶速度υc(单位m/s，本实施例中购物车的行驶速度可以根据车轮的转速和车轮半径通过公式υc＝2πr·nc获得)的速度差值Δυ(单位m/s)、车轮的转速nc(单位r/s)进行模糊处理；在无控制时，推车人的行走速度υp的模糊论域为[0,1]，其量化因子为1；所述速度差值Δn的模糊论域为[-1,1]，量化因子为0.5；车轮的转速nc的模糊论域为[0,1]，量化因子为2。为了保证控制的精度，实现更好的控制，反复进行实验，确定了最佳的输入和输出等级，其中，所述推车人的行走速度υp和速度差值Δυ分为7个等级；输出车轮的转速nc，输出分为7个等级；输入和输出的模糊集均为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}，输入和输出的隶属度函数均采用三角形隶属函，详见图7、8和9。其中所述模糊控制器的模糊控制规则为：
(1)推车人的行走速度υp一定，速度差值Δυ增大，需要增大车轮的转速nc；
(2)速度差值Δυ一定，推车人的行走速度υp增大，需要增大车轮的转速nc；
模糊控制的具体控制规则详见表一。
表一车轮的转速nc的模糊控制表
模糊控制器的输入推车人的行走速度υp、推车人的行走速度υp与购物车的行驶速度υc的速度差值Δυ，用模糊控制规则表一得出模糊控制器的输出车轮的转速nc，车轮的转速nc利用重心法解模糊化。
步骤2、模糊PID控制器
将第i个测量过程的理想速度差值Δυid和速度差值Δυ的偏差e、偏差变化率ec、输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数进行模糊处理；在无控制时，偏差e的模糊论域为[-1,1]，其量化因子为0.5；偏差变化率ec的模糊论域为[-1,1]，其量化因子为1；PID的比例系数Kp模糊论域为[-1,1]，其量化因子为0.1。PID的比例积分系数Ki模糊论域为[-1,1]，其量化因子为0.1；PID的微分系数Kd模糊论域为[-1,1]，其量化因子为0.0001。为了保证控制的精度，实现更好的控制，反复进行实验，确定了最佳的输入和输出等级，其中，所述模糊控制器中偏差e、偏差变化率ec分为7个等级；输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数分为7个等级；输入和输出的模糊集均为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}，输入和输出的隶属度函数均采用三角形隶属函数，详见图10-14。其模糊控制规则为：
1、当偏差|e|较大时，增大Kp的取值，从而使偏差快速减小，但同时产生了较大的偏差变化率，应取较小的Kd，通常取Ki＝0；
2、当|ec|和|e|取值处于中等时，为避免超调，适当减小Kp的取值，使Ki较小，选择适当大小的Kd；
3、当偏差|e|较小时，增大Kp Ki的取值，为避免出现在系统稳态值附近震荡的不稳定现象，通常使当|ec|较大时，取较小的Kd；当|ec|较小时，取较大的Kd；具体的模糊控制规则详见表二、三和四。
表二PID的比例系数Kp的模糊控制表
表三PID的比例积分系数Ki的模糊控制表
表四PID的微分系数Kd的模糊控制表
输入第i个测量过程的理想速度差值Δυid和速度差值Δυ的偏差e、偏差变化率ec，输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数，比例系数、比例积分系数和微分系数用高度法进行解模糊化，输入PID控制器进行车轮转速nc的误差补偿控制，其控制算式为：
经实验反复确定，模糊PID控制器对车轮转速nc进行精确控制，车轮转速nc为模糊控制器的输出转速和PID控制器的转速误差补偿值的加和，使车轮转速nc得以精确控制，使其偏差小于0.1％。
步骤3、当推车人推动购物车转弯时，所述车轮转速nc为：
其中，nc为车轮转速，单位r/s；θ为购物车转弯角度，单位°；υp为推车人行走速度，单位m/s；π为圆周率；r为车轮半径，单位m。
能够使得购物车在转弯过程中更加安全稳定。
本实施例中，当推车人停下时间大于等于10s或者购物车无人使用时，各传感器和控制系统停止工作，电机中无电流通过，电机的轴处于锁定状态，车轮锁死；当购物车感受到作用力时(可以为向前的作用力、向后的作用力、转弯的作用力)，各传感器和控制系统重新工作，电机中有电流通过，电机的轴带动车轮正转或者反转，车轮解锁。
本发明所述的折叠式购物车的控制方法，能够控制购物车直线行驶时车轮行驶速度与推车人的行驶速度一致，更加省力便捷；在购物车转弯时可以根据转弯的角度控制购物车的车轮转速，使得购物车在转弯过程中更加安全稳定；同时，当推车人停下时间大于等于10s或者购物车无人使用时，车轮锁死；当购物车感受到作用力时，车轮解锁，使用更加便捷。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种折叠式购物车，其特征在于，包括：
第一支撑柱，其设置在四角并围成长方体结构；
第二支撑柱，其设置在相邻两个所述第一支撑柱的中心，其上设置有滑槽；
中心板，其为矩形且设置在购物车底面中心；
多个横梁，其一端与所述第二支撑柱底部铰接，另一端与所述中心板的一条边铰接；
多个连接板，其一端与第一支撑柱铰接，另一端与第二支撑柱铰接并可在所述滑槽内滑动。
2.如权利要求1所述的折叠式购物车，其特征在于，所述连接板包括：
第一连接板，其一端与第一支撑柱底部铰接，另一端与第二支撑柱铰接并可在所述滑槽内滑动；
第二连接板，其一端与第一支撑柱顶部铰接，另一端与第二支撑柱铰接并可在所述滑槽内滑动；
其中，当购物车完全打开时，位于同一侧面的两条第一连接板和第二连接板分别处于同一直线上。
3.如权利要求2所述的折叠式购物车，其特征在于，还包括：
第三连接板，其一端与第一支撑柱底部铰接，另一端与第二支撑柱铰接并可在所述滑槽内滑动；
其中，当购物车完全打开时，位于同一侧面的两条第三连接板和第一连接板围成等角三角形。
4.如权利要求1所述的折叠式购物车，其特征在于，还包括：
推杆，其与相邻两个第一支撑柱连接，其高度可调节；
多个车轮，其分别设置在所述第一支撑柱底端；
布面，其铺设在所述第一支撑柱和第二支撑柱围成的空间内。
5.如权利要求4所述的折叠式购物车，其特征在于，还包括：
角度传感器，其设置在购物车底角上，用于检测购物车转弯角度；
速度传感器，其为手环状结构且与购物车相连，用于检测推车人的行走速度；
转速传感器，其设置在车轮上，用于检测车轮转速；
时间检测器，其设置在购物车上；
电机，其与车轮连接，用于驱动车轮旋转；
控制器，其与角度传感器、速度传感器、转速传感器、时间检测器和电机连接，用于接收角度传感器、速度传感器、转速传感器和时间检测器的检测数据并控制电机工作。
6.一种折叠式购物车的控制方法，其特征在于，包括模糊控制器：
当推车人推动购物车直线行走时，将所述推车人的行走速度υp、推车人的行走速度υp与购物车的行驶速度υc的速度差值Δυ输入模糊控制器，所述模糊控制器中推车人的行走速度υp和速度差值Δυ分为7个等级；
模糊控制器输出车轮的转速nc，输出分为7个等级；
所述推车人的行走速度υp的模糊论域为[0,1]，其量化因子为1；所述速度差值Δυ的模糊论域为[-1,1]，量化因子为0.5；输出车轮的转速nc的模糊论域为[0,1]，量化因子为2；
输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。
7.如权利要求6所述的折叠式购物车的控制方法，其特征在于，还包括模糊PID控制器：
输入第i个测量过程的理想速度差值Δυid和速度差值Δυ的偏差e、偏差变化率ec，输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数，比例系数、比例积分系数和微分系数输入PID控制器进行车轮转速nc误差补偿控制。
8.如权利要求7所述的折叠式购物车的控制方法，其特征在于，
所述理想速度差值Δυid和速度差值Δυ的偏差e的模糊论域为[-1,1]，量化因子为0.5；所述偏差变化率ec的模糊论域为[-1,1]，量化因子为1；
所述输出PID的比例系数的模糊论域为[-1,1]，其量化因子为0.1；比例积分系数的模糊论域为[-1,1]，其量化因子为0.1；微分系数的模糊论域为[-1,1]，其量化因子为0.0001；
所述偏差e和偏差变化率ec分为7个等级；所述输出PID的比例系数、比例积分系数和微分系数分为7个等级；
所述模糊PID控制器的输入和输出的模糊集为{NB，NM，NS，0，PS，PM，PB}。
9.如权利要求8所述的折叠式购物车的控制方法，其特征在于，当推车人推动购物车转弯时，所述车轮转速为：
<mrow> <msub> <mi>n</mi> <mi>c</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>&amp;upsi;</mi> <mi>p</mi> </msub> </mrow> <mrow> <mn>2</mn> <mi>&amp;pi;</mi> <mi>r</mi> </mrow> </mfrac> </mrow>
其中，nc为车轮转速，单位r/s；θ为购物车转弯角度，单位°；υp为推车人行走速度，单位m/s；π为圆周率；r为车轮半径，单位m。
10.如权利要求9所述的折叠式购物车的控制方法，其特征在于，当推车人停下时间大于等于10s或者购物车无人使用时，车轮锁死；当购物车感受到作用力时，车轮解锁。
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