CN108803414A - 翻滚车控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的翻滚车控制系统及方法，该系统包括操作板和主控板；操作板包括操作控制器、操作元件以及第一通讯单元；主控板包括主控制器、陀螺仪、第二通讯单元和控制子回路；主控制器通过控制子回路连接左侧电子调速器和右侧电子调速器；其中控制子回路包括数模转换电路和电子开关；主控制器通过数模转换电路接电子调速器；主控制器通过电子开关接电子调速器；主控制器通过采集电路接电机。该系统主控板输出连续变化的电压信号和开关信号给电子调速器，以实现对电机转速和正转反转的控制。还通过采集电路采集电机运行时的脉冲信号计算电机转速，实现对转速的闭环控制。用户可以通过操作操作元件实现翻滚车行进、翻滚和倒立，增加翻滚车的趣味性。

Description

翻滚车控制系统及方法

技术领域

本发明属于电子技术领域，具体涉及翻滚车控制系统及方法。

背景技术

现有技术中，游乐园中的游乐用车或儿童的游乐用车，多是三轮或四轮的，乘客乘坐在上面进行诸如碰碰车等游乐活动。但是这种车辆功能单一，一般只具有前进、后退和转向的功能，乘客只是坐在车上进行水平运动，无法获得上下摆动、翻滚等运动感受，近年出现的乐吧车可以小幅前后摆动，但不能翻滚和倒立保持、倒立行走。因此申请人发明了一种翻滚车，乘客坐在车上可以进行翻滚运动和水平运动，使得乘客获得上下摆动、翻滚、倒立等运动感受，但是在实现上述翻滚车的同时，申请人还要考虑如何设计一种翻滚车控制方法，能够控制翻滚车的行进、翻滚和倒立等，增加翻滚车的趣味性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供翻滚车控制系统及方法，能够控制翻滚车前进、翻滚和倒立，增加翻滚车的趣味性。

第一方面，一种翻滚车控制系统，所述翻滚车包括车架、分别设置在车架左右两侧上的车轮：左侧车轮和右侧车轮；其中左侧车轮与固定在车架左侧的左侧电机接触，右侧车轮与固定在车架右侧的右侧电机接触；所述翻滚车还包括分别与左侧电机和右侧电机电连接的左侧电子调速器和右侧电子调速器；电子调速器控制电机工作，电机带动车架相对车轮旋转；

所述翻滚车控制系统包括设置在车架上的操作板和主控板；

所述操作板包括操作控制器、操作元件以及第一通讯单元；所述操作元件以及第一通讯单元分别与操作控制器电连接；操作控制器将操作元件的输出信号传输给主控制器；

所述主控板包括主控制器、陀螺仪、第二通讯单元和两个控制子回路；所述陀螺仪和第二通讯单元分别与主控制器电连接；所述主控制器分别通过控制子回路连接左侧电子调速器和右侧电子调速器；主控制器根据接收到的操作元件的输出信号生成操作元件输出命令，控制电机工作；

其中，所述控制子回路包括数模转换电路和电子开关；主控制器的输出端通过数模转换电路接电子调速器的第一控制端；主控制器的另一输出端通过电子开关接电子调速器的第二控制端；所述主控制器的输入端通过采集电路接电机的脉冲信号输出端。

进一步地，所述数模转换电路包括数模转换器U18、二极管D4、可控精密稳压源Q7；

所述主控制器的输出端接数模转换器U18的输入端，数模转换器U18的输出端通过正接二极管D4接电子调速器的第一控制端；数模转换器U18的参考信号端接可控精密稳压源Q7的参考极，可控精密稳压源Q7的阴极接地，可控精密稳压源Q7的阳极通过电阻R19接正极电源，可控精密稳压源Q7的参考极与可控精密稳压源Q7的阳极相连。

进一步地，所述采集电路包括光耦U1和三极管Q2，所述三极管Q2为PNP型三极管；三极管Q2的基级通过电容C6接地,电机的脉冲信号输出端接三极管Q2的基级，三极管Q2的发射级通过电阻R8接正极电源，三极管Q2的集电极接光耦U1的阳极输入端，光耦U1的阴极输入端接地，光耦U1的集电极输出端接主控制器的输入端，光耦U1的发射级输出端接地。

进一步地，所述操作元件包括设置在车架上的快捷按键；当主控制器检测到快捷按键按下时，生成操作元件输出命令控制电机工作。

第二方面，一种翻滚车控制方法，包括以下步骤：

接收操作控制器上传的操作元件输出命令，操作元件输出命令由用户操作操作元件获得；

当操作元件输出命令为行进时，对操作元件输出命令进行分析，分别得到左侧电机和右侧电机的目标转速和目标方向，进入行进控制步骤；

行进控制步骤:分别采集左侧电机和右侧电机输出的脉冲信号，分别调节左侧电机和右侧电机的转速；

进入转速调节步骤：根据目标转速和脉冲信号计算左侧电子调速器和右侧电子调速器的电压值；驱动数模转换电路生成相应的电压值，分别传给左侧电子调速器和右侧电子调速器，控制左侧电机和右侧电机的转速；

进入转向调节步骤：根据目标方向驱动电子开关的断开或闭合，控制左侧电机和右侧电机的转动方向，退出本次行进控制步骤。

进一步地，该方法在所述行进调节步骤之后，还包括倒立控制步骤：

当所述操作元件输出命令为倒立时，读取陀螺仪采集到的当前车架的角度；

计算车架的倒立偏离角，所述倒立偏离角为预设的倒立角与当前车架的角度的差值；

当倒立偏离角在预设的偏离角偏差范围内时，根据倒立偏离角计算左侧电机和右侧电机的目标转速和目标方向；

进入转速调节步骤；

进入转向调节步骤；

进入倒立角调节步骤，控制车架保持倒立状态的同时使翻滚车静止；

进入倒立行驶步骤，控制翻滚车前进、后退或原地旋转；

分别对左侧电机和右侧电机输出的脉冲信号进行计数，计算得到翻滚车的移动距离；当移动距离大于预设的运行距离最大值时，退出本次倒立控制步骤。

进一步地，所述倒立角调节步骤包括：

分别对左侧电机和右侧电机输出的脉冲信号进行计数，计算得到翻滚车的移动距离；

启动倒立角调节计时器；

当翻滚车的移动距离超出预设的倒立角调节距离时，根据倒立角调节计时器的计时，计算倒立角调整目标值；

逐步调整倒立角调整值到倒立角调整目标值，具体包括：

设置倒立角调整值的调整步值；

当倒立角调整值小于倒立角调整目标值时，下一次倒立角调整值为上一次倒立角调整值加上调整步值，退出倒立角调节步骤；

当倒立角调整值大于等于倒立角调整目标值且电机的转速大于等于预设的倒立角动态调整阈值时，下一次倒立角调整值为上一次倒立角调整值加上调整步值，退出倒立角调节步骤；

当倒立角调整值大于倒立角调整目标值且电机的转速小于预设的倒立角动态调整阈值时，下一次倒立角调整值为上一次倒立角调整值减去调整步值，退出倒立角调节步骤；

当倒立角调整值等于倒立角调整目标值且电机的转速小于预设的倒立角动态调整阈值时，对翻滚车的移动距离和倒立角调节计时器进行清零，退出本次倒立角调节步骤。

进一步地，所述倒立行驶步骤包括：

当操作元件输出命令为前、后或斜向行进时，计算车架的倒立角调整值与左侧电机和右侧电机的目标转速差，进入倒立控制步骤；

当操作元件输出命令为左或右原地旋转时，计算左侧电机和右侧电机的目标转速和目标方向，当检测到倒立偏离角大于阈值时，进入倒立控制步骤。

进一步地，该方法在所述行进控制步骤之后，还包括自动进入倒立控制步骤；

自动进入倒立控制步骤：当所述操作元件输出命令为自动倒立时，实时读取陀螺仪采集到的当前车架的角速度；

当车架的角速度为零时，设置车架的目标方向为预设的首次摆动方向；

当车架的角速度不为零时，设置车架的目标方向为当前的角速度方向；

根据目标方向驱动电子开关的断开或闭合，控制左侧电机和右侧电机的转动方向；

当车架的角度与预设的倒立角的差大于预设的自动倒立阈值时，判断车架的角速度是否为零；

如果车架的角速度不为零，车架的目标方向保持不变；

如果车架的角速度为零，设置车架的目标方向为当前目标方向的反方向；

当车架的角度与预设的倒立角的差小于预设的自动倒立阈值时，进入所述倒立控制步骤。

进一步地，该方法在所述行进控制步骤之后，还包括自动进入翻滚控制步骤；

自动进入翻滚控制步骤：当所述操作元件输出命令为自动进入翻滚时，实时读取陀螺仪采集到的当前车架的角速度；

当车架的角速度为零时，设置车架的目标方向为预设的首次摆动方向；

当车架的角速度不为零时，设置车架的目标方向为当前的角速度方向；

根据目标方向驱动电子开关的断开或闭合，控制左侧电机和右侧电机的转动方向；

当检测到车架没有越过倒立点时，判断车架的角速度是否为零；

如果车架的角速度不为零，车架的目标方向保持不变；

如果车架的角速度为零，设置车架的目标方向为当前目标方向的反方向；

当检测到车架越过倒立点时，退出本次自动进入翻滚控制步骤。

由上述技术方案可知，本发明提供的翻滚车控制系统及方法，主控板输出连续变化的电压信号和开关信号给电子调速器，以实现对电机转速和正转反转的控制。还通过采集电路采集电机运行时的脉冲信号计算电机转速，实现对转速的闭环控制。用户可以通过操作操作元件实现翻滚车行进、翻滚和倒立，增加翻滚车的趣味性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为实施例一提供的翻滚车的立体图。

图2为实施例一提供的翻滚车控制系统的模块框图。

图3为实施例二提供的数模转换电路的电路图。

图4为实施例二提供的采集电路的电路图。

图5为实施例二提供的电子开关的电路图。

图6为方法的整体流程图。

图7为实施例三提供的普通摇杆控制的流程图。

图8为实施例四提供的翻滚车倒立时的车身状态示意图。

图9为实施例四提供的倒立控制的流程图。

图10为实施例四提供的场地不平整时，翻滚车的车身状态示意图。

图11为实施例四提供的车身重心不稳时，翻滚车的车身状态示意图。

图12为实施例四提供的倒立角调整的流程图。

图13为实施例四提供的倒立行驶的流程图。

图14为实施例五提供的进入自动倒立的流程图。

图15为实施例六提供的进入自动翻滚的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例一：

一种翻滚车控制系统，所述翻滚车，如图1所示，包括车架1、分别设置在车架1左右两侧上的车轮2：左侧车轮和右侧车轮；两个车轮2左右并排设置；其中左侧车轮与固定在车架左侧的左侧电机接触，右侧车轮与固定在车架右侧的右侧电机接触；所述翻滚车还包括分别与左侧电机和右侧电机电连接的左侧电子调速器和右侧电子调速器；电子调速器(图2中简称电调)控制电机工作，电机带动车架相对车轮旋转；

具体地，电机为轮毂电机，翻滚车的传动结构可以参考图1和申请人之前申请的专利(申请号WO 2017/206905 A1)理解，车架和车轮之间滑动连接。

参见图2，所述翻滚车控制系统包括设置在车架上的操作板和主控板；

所述操作板包括操作控制器、操作元件以及第一通讯单元；所述操作元件以及第一通讯单元分别与操作控制器电连接；操作控制器将操作元件的输出信号传输给主控制器；

具体地，操作元件包括设置在车架上的摇杆和按键，按键为多个，包括倒立按键、翻滚按键和档位按键。摇杆为2维电位器型摇杆，可上下左右360度各角度活动。该操作板上还可以设置显示板，显示板显示游戏剩余时间、电量、安全带和速度档位等信息。

所述主控板包括主控制器、陀螺仪、第二通讯单元和两个控制子回路；所述陀螺仪和第二通讯单元分别与主控制器电连接；所述主控制器分别通过控制子回路连接左侧电子调速器和右侧电子调速器；主控制器根据接收到的操作元件的输出信号生成操作元件输出命令，控制电机工作；

其中，所述控制子回路包括数模转换电路和电子开关；主控制器的输出端通过数模转换电路接电子调速器的第一控制端；主控制器的另一输出端通过电子开关接电子调速器的第二控制端；所述主控制器的输入端通过采集电路接电机的脉冲信号输出端。

具体地，第一通讯单元和第二通讯单元实现操作板和主控板之间的通信，第一通讯单元和第二通讯单元可以为串口通信模块。主控板通过数模转换电路和电子开关分别输出连续变化的电压信号和开关信号给电子调速器，以实现对电机转速和正转反转的控制。还通过采集电路采集电机运行时的脉冲信号计算电机转速，实现对转速的闭环控制。陀螺仪可采用MPU6050模块，可以检测3轴的加速度和3轴角速度信息，通过主控制器处理后可得到车身的角度和角速度信息。除此在外，主控板上还可以设有遥控接收模块，遥控接收模块用于接收遥控器信号，另外还有音频模块用于播放声音，LED光带驱动电路用于驱动LED炫彩光带。

实施例二：

实施例二提供的系统，在实施例一的基础上增加了数模转换电路和采集电路。

参见图3，所述数模转换电路包括数模转换器U18、二极管D4、可控精密稳压源Q7；

所述主控制器的输出端接数模转换器U18的输入端，数模转换器U18的输出端通过正接二极管D4接电子调速器的第一控制端；数模转换器U18的参考信号端接可控精密稳压源Q7的参考极，可控精密稳压源Q7的阴极接地，可控精密稳压源Q7的阳极通过电阻R19接正极电源，可控精密稳压源Q7的参考极与可控精密稳压源Q7的阳极相连。

具体地，数模转换器U18用于将主控制器输出的数字信号转换为模拟信号，可控精密稳压源Q7用于稳定得到的模拟信号，这样主控制器可以通过数模转换电路输出稳定的电压模拟信号，驱动电子调速器。

参见图4，所述采集电路包括光耦U1和三极管Q2，所述三极管Q2为PNP型三极管；三极管Q2的基级通过电容C6接地,电机的脉冲信号输出端接三极管Q2的基级，三极管Q2的发射级通过电阻R8接正极电源，三极管Q2的集电极接光耦U1的阳极输入端，光耦U1的阴极输入端接地，光耦U1的集电极输出端接主控制器的输入端，光耦U1的发射级输出端接地。

具体地，光耦起到隔离的作用，采集电路通过三极管Q2采集电机的驱动信号，主控制器根据采集到的电机的驱动信号对电机的转速进行补偿，实现对转速的闭环控制。

图5为开关电路，其中，光耦U16即作为电子开关，又起到隔离作用。

所述操作元件包括设置在车架上的快捷按键；当主控制器检测到快捷按键按下时，生成操作元件输出命令控制电机工作。

具体地，快捷按键可以包括一键倒立按键、一键翻滚按键等，也可以是开发人员设定特定的操作指令，例如：前进两步，然后后退两步；并将操作指令和快捷按键关联，当用户按下快捷按键时，翻滚车执行相应的操作指令。本发明实施例所提供的系统，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述实施例中相应内容。

实施例三：

翻滚车控制的整体方法参见图6，其中实施例三提供的翻滚车控制方法，可以在上述实施例的翻滚车上运行。参见图7，包括以下步骤：

S1：接收操作控制器上传的操作元件输出命令，操作元件输出命令由用户操作操作元件获得；

具体地，操作元件输出命令可以是通过操作摇杆可控制翻滚车进行不同角度、不同速度的前进和后退，或者是原地旋转。翻滚车的最高速度由档位按键设置，包括1-3挡。

S2：当操作元件输出命令为行进时，对操作元件输出命令进行分析，分别得到左侧电机和右侧电机的目标转速和目标方向，进入行进控制步骤；

具体地，行进包括前、后、左、右等不同方向和速度的移动。由于摇杆和档位按键是成熟产品，通过用户操作摇杆得到的操作元件输出命令，获得左侧电机和右侧电机的目标转速和目标方向可以采用现有方法实现。

S3：行进控制步骤:分别采集左侧电机和右侧电机输出的脉冲信号，分别调节左侧电机和右侧电机的转速；

具体地，例如当用户操作摇杆发出控制翻滚车左转的时候，此时左侧电机和右侧电机的目标方向不同，两个电机的转速由档位控制。

S4：进入转速调节步骤：根据目标转速和脉冲信号计算左侧电子调速器和右侧电子调速器的电压值；驱动数模转换电路生成相应的电压值，分别传给左侧电子调速器和右侧电子调速器，控制左侧电机和右侧电机的转速；

具体地，根据电子调速器的信号生成相应的电压值。生成的电压值由电子调速器的参数和电机的参数确定，可以根据电子调速器和电机的型号确定，只要能驱动电机按照目标方向和目标转速运行即可。

S5：进入转向调节步骤：根据目标方向驱动电子开关的断开或闭合，控制左侧电机和右侧电机的转动方向，退出本次行进控制步骤；

具体地，可以定义电子开关为断开状态时，电机正转；为闭合状态时，电机反转。反之，也可以定义电子开关为断开状态时，电机反转；为闭合状态时，电机正转。

该方法，主处理器接收到摇杆位置信息后，结合档位值计算得到两个电机的目标转速和目标方向，随后驱动DAC芯片输出对应的电压信号并控制光耦芯片处于相应的状态，通过两个电调实现对电机转速和方向的控制。实时检测电机转速以实现转速闭环控制。

实施例四：

实施例四提供的方法，在实施例三的基础上增加了倒立控制的功能。倒立控制即通过驾驶者个人感官的判断，选定合适的时机控制摇杆向前或向后，借助惯性和电机的驱动力可使车架连续前后摇摆且摆幅越来越大，当摆幅足够大时可使车架进入倒立姿态，如此时仍有向前继续转动的速度则实现了车架的翻滚。翻滚一次后，借助下滑的惯性，继续操作翻滚车向当前运动的方向加速可以实现连续翻滚。

参见图8，在翻滚的过程中，当整车重心处于最高点附近(倒立状态)，且车架的旋转速度足够低时，按下倒立按键可进入倒立保持状态。此时驾驶者只需按住倒立按键不放，无需控制摇杆，车架可一直保持在倒立位置。

该方法在所述行进调节步骤之后，参见图9，还包括倒立控制步骤：

S11：当所述操作元件输出命令为倒立时，读取陀螺仪采集到的当前车架的角度；

S12：计算车架的倒立偏离角，所述倒立偏离角为预设的倒立角与当前车架的角度的差值；

S13：当倒立偏离角在预设的偏离角偏差范围内时，根据倒立偏离角计算左侧电机和右侧电机的目标转速和目标方向；

S14：进入转速调节步骤，即步骤S3；

S15：进入转向调节步骤，即步骤S4；

S16：进入倒立角调节步骤，控制车架保持倒立状态的同时使翻滚车静止；

S17：进入倒立行驶步骤，控制翻滚车前进、后退或原地旋转。

S18：分别对左侧电机和右侧电机输出的脉冲信号进行计数，计算得到翻滚车的移动距离；当移动距离大于预设的运行距离最大值时，退出本次倒立控制步骤。

具体地，偏离角偏差范围由用户根据情况自行设置，单位为度，当倒立偏离角超过偏离角偏差范围时，认为车架当前的角度偏离倒立角较大，不宜倒立。运行距离最大值由用户自行设置，用于限定倒立行驶的距离，当倒立行驶距离大于运行距离最大值时，认为行驶完毕，退出倒立行驶。

翻滚车的移动距离如下：电机方向为正则脉冲计数值为正，电机方向为负则脉冲计数器为负，两电机计数值累加并取绝对值，即得到翻滚车的移动距离。翻滚车两车轮为相同大小的圆形，车架与车轮为滑动连接，所以当车辆正向静止时，车架的重心与车轮和地面的接触点处于同一垂直线上；当翻滚车倒立静止时，其重心也同样与地面接触点处于同一条垂直线上；所以倒立静止时的角度为正立静止时角度加180度。

人员上车后，车架和人紧密接触形成一个整体，车身(车架+人员)重心相对无人时的车架会发生改变。所以每次必须等乘客坐好后，才获得正立静止时角度，控制游戏开始。收到开始指令后，主控板会监测车架角速度，当发现车架角速度足够小时，即认为当前车架基本稳定，此时采集当前车架的角度作为本次游戏的正立角，该角度加180度即为倒立角。

当主处理器收到倒立按键按下的信息后，判断车架当前角度是否接近倒立角，如果足够接近，则启动倒立控制。即控制两电机同时以合适的速度向前或向后旋转(与倒立角的差值越大速度越快)，使当前车架角度保持在倒立角，从而实现整车的倒立保持。当检测到倒立按键松开则跳出倒立控制程序，回到普通摇杆控制的状态。在倒立控制的过程中可能由于车架旋转速度过快等原因造成本次倒立失败，所以设定了一个偏离角最大值和运行距离最大值。当车架角度偏离倒立角超过此偏离角最大值，或翻滚车向前或向后运行距离超过运行距离最大值则放弃本次倒立控制。运行距离由采集到的电机旋转圈数估算。

但是车架达到倒立状态后，有时电机是处于持续朝某一方向旋转的状态，同时车辆也即向某一方向持续行进，直到撞到障碍物。此时车辆处于半失控状态，只有松开倒立按键才能退出此状态，这对倒立功能的体验影响很大。此现象发生的原因主要有以下两点：

1、翻滚车所在场地不平整，车所处地面的角度随位置不同而变化。

如图10所示，游戏启动时翻滚车正立处于地点A，而在之后的倒立时翻滚车已移动到地点B，地面角度发生了变化，则在重力的作用下，整车会有顺时针滚动的趋势。当整车滚动刚刚发生，车架角度会随之发生变化，以下方法会自动控制电机顺时针转动以使车架回到原角度，结果就是车架角度可以保持，但车轮在电机驱动下顺时针旋转。如果地面坡度不变，翻滚车会一直不停的向箭头的方向运动。

2、倒立后，由于车内成员活动等原因，车身的重心发生位移。

如图11所示，假设地面是平面。游戏启动时翻滚车重心为A点，而在之后的倒立时重心已移动到B点，则在重力的作用下，车架会有顺时针滚动的趋势，当其角度刚刚发生变化，以下方法会自动控电机顺时针转动以使车架回到原角度，结果就是车架角度可以保持不变，但车轮在电机驱动下会顺时针旋转。制如果重心B不变，则翻滚车会一直不停的向图中箭头的方向运动，无法稳定倒立。

参见图12，所述倒立角调节步骤具体包括：

S21：分别对左侧电机和右侧电机输出的脉冲信号进行计数，计算得到翻滚车的移动距离；

S22：启动倒立角调节计时器；

S23：当翻滚车的移动距离超出预设的倒立角调节距离时，根据倒立角调节计时器的计时，计算倒立角调整目标值；

S24：逐步调整倒立角调整值到倒立角调整目标值，具体包括：

S24a：设置倒立角调整值的调整步值；

S24b：当倒立角调整值小于倒立角调整目标值时，下一次倒立角调整值为上一次倒立角调整值加上调整步值，退出倒立角调节步骤；

S24c：当倒立角调整值大于等于倒立角调整目标值且电机的转速大于等于预设的倒立角动态调整阈值时，下一次倒立角调整值为上一次倒立角调整值加上调整步值，退出倒立角调节步骤；

S24d：当倒立角调整值大于倒立角调整目标值且电机的转速小于预设的倒立角动态调整阈值时，下一次倒立角调整值为上一次倒立角调整值减去调整步值，退出倒立角调节步骤；

S24e：当倒立角调整值等于倒立角调整目标值且电机的转速小于预设的倒立角动态调整阈值时，对翻滚车的移动距离和倒立角调节计时器进行清零，退出本次倒立角调节步骤。

具体地，倒立角动态调整阈值由用户自行设置，当电机的转速小于倒立角动态调整阈值时，说明电机转速比较小了，可以进入比较稳定的倒立状态。当检测到翻滚车已处于比较稳定的倒立状态(车架角度足够接近倒立角，并保持了一定时间)后，开始对电机转动产生的脉冲信号进行计数，同时开始计算时间T。当电机方向为正，计数值为正；当电机方向为负，计数值为负；计数值累加的结果乘上一个比例系数，再取绝对值即为翻滚车向某一方向的移动距离L。当发现L超过设定值后，依据T值计算倒立角调整目标值G，同时暂时关闭倒立角调整值的计算开关。倒立角调整目标值为一个系数a除以T。新的倒立角为原倒立角与倒立角调整值的差。

调整目标值G计算出来之后，并不是立刻将倒立角调整到位，而是需要从零开始逐步增加调整角，以防止车身突然剧烈抖动。并需要有一个超调的过程，即先使调整角逐步增加，例如图12中，每次调整的步值为a，并超过G值，以使倒立行进的翻滚车较快速的停下。当检测到电机基本停转之后逐步把调整值角调回到调整目标值G，此时本次倒立角调整结束，重新打开倒立角调整值计算的开关。

在调整值确定后，调整角连续调整的过程中，倒立平衡的控制一直持续进行。倒立的目标角即为倒立角与调整角的差值。

一次调整过后，理想情况下，翻滚车的重心会回到车轮和地面接触点所在垂直线上，此时整车没有了滚动的趋势，可保持稳定倒立(车架保持在倒立角位置，整车不再前后移动)。但由于地面角度多变、倒立角调整值估算结果和理想调整结果之间的误差等原因，一次调整后，整车并没有稳定下来，则整车继续倒立移动，L和T值重新开始计算，如L又超过设定值则继续进行倒立角的调整，此调整过程不断循环，直到L值不再超过设定值，即翻滚车位置稳定在一个限定的范围内，不再向一个方向倒立移动，这样倒立角调整的目的就达到了。

倒立角调整可以使倒立后前后移动的翻滚车稳定下来，同样也可以使稳定倒立中的翻滚车移动起来，即实现可操控的倒立行驶。

参见图13，所述倒立行驶步骤具体包括：

S31：当操作元件输出命令为前、后或斜向行进时，计算车架的倒立角调整值与左侧电机和右侧电机的目标转速差，进入倒立控制步骤；

S32：当操作元件输出命令为左或右原地旋转时，计算左侧电机和右侧电机的目标转速和目标方向，当检测到倒立偏离角大于阈值时，进入倒立控制步骤。

具体地，当翻滚车已经处于稳定倒立状态时，如摇杆处于水平位置(左或右)，此时为使翻滚车可以在倒立的状态下原地旋转，需暂时关闭倒立控制，并依据摇杆的位置，分别计算两电机转速，确定两电机方向(一前转一后转)。在原地旋转的同时，监测车架角度，当发现角度偏离倒立角超过限值，则打开倒立控制、暂停原地旋转。当检测到车架回到稳定倒立状态，则再次关闭倒立控制，开始原地旋转。以上过程不断循环即实现了翻滚车的倒立原地旋转。

如果摇杆不在水平位置，则需要翻滚车向前或向后(包括正向、斜向)移动，此时可调整倒立角的值使翻滚车退出稳定状态，进入向前或向后移动的不稳定状态。角度调整方向(加/减)由摇杆方向(前/后)决定，调整幅度由摇杆摆动幅度决定。如摇杆处于斜向位置，则两电机的转速差由摇杆位置进行计算。

实时监测倒立按键，如松开则退出倒立控制程序。

本发明实施例所提供的方法，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述实施例中相应内容。

实施例五：

实施例五提供的方法，在实施例四的基础上增加了自动倒立的功能。

车身正立时，不用操作摇杆，只需按下倒立键并保持几秒即运行自动倒立控制程序，实现车架从正立状态到倒立状态的转换并保持。

参见图14，该方法在所述行进控制步骤之后，还包括，

S41：自动进入倒立控制步骤：当所述操作元件输出命令为自动倒立时，实时读取陀螺仪采集到的当前车架的角速度；

S42：当车架的角速度为零时，设置车架的目标方向为预设的首次摆动方向；

S43：当车架的角速度不为零时，设置车架的目标方向为当前的角速度方向；

S44：根据目标方向驱动电子开关的断开或闭合，控制左侧电机和右侧电机的转动方向；

S45：当车架的角度与预设的倒立角的差大于预设的自动倒立阈值时，判断车架的角速度是否为零；

S46：如果车架的角速度不为零，车架的目标方向保持不变；

S47：如果车架的角速度为零，设置车架的目标方向为当前目标方向的反方向；

S48：当车架的角度与预设的倒立角的差小于预设的自动倒立阈值时，进入倒立控制步骤。

具体地，即用程序模拟人工操纵摇杆和倒立按键的效果，自动控制电机使翻滚车前后摆动，且摆幅不短变大，此过程与自动翻滚控制基本相同，只是电机的转速不是全速，而是会依据角度不同而有所不同，以使车架在进入倒立控制范围角时处于一个合适的速度。在摆动过程中，当发现车架与倒立角的差值小于限定值时，启动倒立控制程序使车架进入稳定倒立状态，从而实现了自动倒立。实时监测倒立按键，如松开则退出自动倒立控制程序。

本发明实施例所提供的方法，为简要描述，实施例部分未提及之处，可参考前述实施例中相应内容。

实施例六：

实施例六提供的方法，在其他实施例的基础上增加了自动翻滚的功能。

不用操作摇杆，只需按下翻滚键即实现整车的翻滚。

参见图15，该方法在所述行进控制步骤之后，还包括，

S51：自动进入翻滚控制步骤：当所述操作元件输出命令为自动进入翻滚时，实时读取陀螺仪采集到的当前车架的角速度；

S52：当车架的角速度为零时，设置车架的目标方向为预设的首次摆动方向；

S53：当车架的角速度不为零时，设置车架的目标方向为当前的角速度方向；

S54：根据目标方向驱动电子开关的断开或闭合，控制左侧电机和右侧电机的转动方向；

S55：当检测到车架没有越过倒立点时，判断车架的角速度是否为零；

S56：如果车架的角速度不为零，车架的目标方向保持不变；

S57：如果车架的角速度为零，设置车架的目标方向为当前目标方向的反方向；

S58：当检测到车架越过倒立点时，退出本次自动翻滚控制步骤。

具体地，倒立点即翻滚车最高的点。当主控板接收到翻滚按键按下的信息后，启动自动翻滚控制程序。即用程序模拟人工操纵摇杆的效果，使翻滚车翻滚，全过程电机以最大功率输出。首先驱动电机使车架按当前的摆动方向继续摆动；如果车架当前角速度为零，则默认选择向顺时针方向摆动。先顺时针摆动或先逆时针摆动在之后控值流程上基本相同，只是方向刚好相反。

以先逆时针方向摆动为例：在两电机的驱动下，车架向逆时针方向摆动，如在车架越过倒立点之前检测到车架的角速度为零，则判断此次摆动已达到最高点，此时控制电机换向，使车架向与之前相反的方向摆动。在电机的驱动下，此次摆动幅度会大于之前的摆动幅度。以上换向摆动的过程不断循环，摆动幅度越来越大，实时检测车架角度，当发现车架越过倒立点，便保持电机转向不变继续全速旋转，便完成了一次翻滚，随即进入下一次翻滚控制。

实时监测翻滚按键，如按键松开则退出自动翻滚控制程序。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种翻滚车控制系统，其特征在于，所述翻滚车包括车架、分别设置在车架左右两侧上的车轮：左侧车轮和右侧车轮；其中左侧车轮与固定在车架左侧的左侧电机接触，右侧车轮与固定在车架右侧的右侧电机接触；所述翻滚车还包括分别与左侧电机和右侧电机电连接的左侧电子调速器和右侧电子调速器；电子调速器控制电机工作，电机带动车架相对车轮旋转；

所述翻滚车控制系统包括设置在车架上的操作板和主控板；

所述操作板包括操作控制器、操作元件以及第一通讯单元；所述操作元件以及第一通讯单元分别与操作控制器电连接；操作控制器将操作元件的输出信号传输给主控制器；

所述主控板包括主控制器、陀螺仪、第二通讯单元和两个控制子回路；所述陀螺仪和第二通讯单元分别与主控制器电连接；所述主控制器分别通过控制子回路连接左侧电子调速器和右侧电子调速器；主控制器根据接收到的操作元件的输出信号生成操作元件输出命令，控制电机工作；

其中，所述控制子回路包括数模转换电路和电子开关；主控制器的输出端通过数模转换电路接电子调速器的第一控制端；主控制器的另一输出端通过电子开关接电子调速器的第二控制端；所述主控制器的输入端通过采集电路接电机的脉冲信号输出端。

2.根据权利要求1所述的翻滚车控制系统，其特征在于，所述数模转换电路包括数模转换器U18、二极管D4、可控精密稳压源Q7；

所述主控制器的输出端接数模转换器U18的输入端，数模转换器U18的输出端通过正接二极管D4接电子调速器的第一控制端；数模转换器U18的参考信号端接可控精密稳压源Q7的参考极，可控精密稳压源Q7的阴极接地，可控精密稳压源Q7的阳极通过电阻R19接正极电源，可控精密稳压源Q7的参考极与可控精密稳压源Q7的阳极相连。

3.根据权利要求1所述的翻滚车控制系统，其特征在于，

所述采集电路包括光耦U1和三极管Q2，所述三极管Q2为PNP型三极管；三极管Q2的基级通过电容C6接地,电机的脉冲信号输出端接三极管Q2的基级，三极管Q2的发射级通过电阻R8接正极电源，三极管Q2的集电极接光耦U1的阳极输入端，光耦U1的阴极输入端接地，光耦U1的集电极输出端接主控制器的输入端，光耦U1的发射级输出端接地。

4.根据权利要求1所述的翻滚车控制系统，其特征在于，

所述操作元件包括设置在车架上的快捷按键；当主控制器检测到快捷按键按下时，生成操作元件输出命令控制电机工作。

5.一种翻滚车控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收操作控制器上传的操作元件输出命令，操作元件输出命令由用户操作操作元件获得；

当操作元件输出命令为行进时，对操作元件输出命令进行分析，分别得到左侧电机和右侧电机的目标转速和目标方向，进入行进控制步骤；

行进控制步骤:分别采集左侧电机和右侧电机输出的脉冲信号，分别调节左侧电机和右侧电机的转速；

进入转速调节步骤：根据目标转速和脉冲信号计算左侧电子调速器和右侧电子调速器的电压值；驱动数模转换电路生成相应的电压值，分别传给左侧电子调速器和右侧电子调速器，控制左侧电机和右侧电机的转速；

进入转向调节步骤：根据目标方向驱动电子开关的断开或闭合，控制左侧电机和右侧电机的转动方向，退出本次行进控制步骤。

6.根据权利要求5所述翻滚车控制方法，其特征在于，该方法在所述行进调节步骤之后，还包括倒立控制步骤：

当所述操作元件输出命令为倒立时，读取陀螺仪采集到的当前车架的角度；

计算车架的倒立偏离角，所述倒立偏离角为预设的倒立角与当前车架的角度的差值；

当倒立偏离角在预设的偏离角偏差范围内时，根据倒立偏离角计算左侧电机和右侧电机的目标转速和目标方向；

进入转速调节步骤；

进入转向调节步骤；

进入倒立角调节步骤，控制车架保持倒立状态的同时使翻滚车静止；

进入倒立行驶步骤，控制翻滚车前进、后退或原地旋转；

分别对左侧电机和右侧电机输出的脉冲信号进行计数，计算得到翻滚车的移动距离；当移动距离大于预设的运行距离最大值时，退出本次倒立控制步骤。

7.根据权利要求6所述翻滚车控制方法，其特征在于，所述倒立角调节步骤包括：

分别对左侧电机和右侧电机输出的脉冲信号进行计数，计算得到翻滚车的移动距离；

启动倒立角调节计时器；

当翻滚车的移动距离超出预设的倒立角调节距离时，根据倒立角调节计时器的计时，计算倒立角调整目标值；

逐步调整倒立角调整值到倒立角调整目标值，具体包括：

设置倒立角调整值的调整步值；

当倒立角调整值小于倒立角调整目标值时，下一次倒立角调整值为上一次倒立角调整值加上调整步值，退出倒立角调节步骤；

当倒立角调整值大于等于倒立角调整目标值且电机的转速大于等于预设的倒立角动态调整阈值时，下一次倒立角调整值为上一次倒立角调整值加上调整步值，退出倒立角调节步骤；

当倒立角调整值大于倒立角调整目标值且电机的转速小于预设的倒立角动态调整阈值时，下一次倒立角调整值为上一次倒立角调整值减去调整步值，退出倒立角调节步骤；

当倒立角调整值等于倒立角调整目标值且电机的转速小于预设的倒立角动态调整阈值时，对翻滚车的移动距离和倒立角调节计时器进行清零，退出本次倒立角调节步骤。

8.根据权利要求6所述翻滚车控制方法，其特征在于，所述倒立行驶步骤包括：

当操作元件输出命令为前、后或斜向行进时，计算车架的倒立角调整值与左侧电机和右侧电机的目标转速差，进入倒立控制步骤；

当操作元件输出命令为左或右原地旋转时，计算左侧电机和右侧电机的目标转速和目标方向，当检测到倒立偏离角大于阈值时，进入倒立控制步骤。

9.根据权利要求5所述翻滚车控制方法，其特征在于，该方法在所述行进控制步骤之后，还包括自动进入倒立控制步骤；

自动进入倒立控制步骤：当所述操作元件输出命令为自动倒立时，实时读取陀螺仪采集到的当前车架的角速度；

当车架的角速度为零时，设置车架的目标方向为预设的首次摆动方向；

当车架的角速度不为零时，设置车架的目标方向为当前的角速度方向；

根据目标方向驱动电子开关的断开或闭合，控制左侧电机和右侧电机的转动方向；

当车架的角度与预设的倒立角的差大于预设的自动倒立阈值时，判断车架的角速度是否为零；

如果车架的角速度不为零，车架的目标方向保持不变；

如果车架的角速度为零，设置车架的目标方向为当前目标方向的反方向；

当车架的角度与预设的倒立角的差小于预设的自动倒立阈值时，进入所述倒立控制步骤。

10.根据权利要求5所述翻滚车控制方法，其特征在于，该方法在所述行进控制步骤之后，还包括自动进入翻滚控制步骤；

自动进入翻滚控制步骤：当所述操作元件输出命令为自动进入翻滚时，实时读取陀螺仪采集到的当前车架的角速度；

当车架的角速度为零时，设置车架的目标方向为预设的首次摆动方向；

当车架的角速度不为零时，设置车架的目标方向为当前的角速度方向；

根据目标方向驱动电子开关的断开或闭合，控制左侧电机和右侧电机的转动方向；

当检测到车架没有越过倒立点时，判断车架的角速度是否为零；

如果车架的角速度不为零，车架的目标方向保持不变；

如果车架的角速度为零，设置车架的目标方向为当前目标方向的反方向；

当检测到车架越过倒立点时，退出本次自动进入翻滚控制步骤。