CN109594797B - 一种旅居空间装备舒适环境自动适应装置及控制方法 - Google Patents

一种旅居空间装备舒适环境自动适应装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种旅居空间装备舒适环境自动适应装置及控制方法，装置包括仓体、支撑装置、旋转装置、止动装置、动力传动装置、环境监控装置以及控制系统；仓体安装在旋转装置上，旋转装置安装在支撑装置上，仓体与动力传动装置连接，由动力传动装置提供旋转所需的动力源，实时控制仓体朝向；止动装置安装在旋转装置上，能够对仓体制动；环境监控装置安装在仓体外壁上，能够在获取外界景观后通过图像处理技术实现环境自适应功能，环境监控装置与控制系统连接，控制系统分别与动力传动装置、止动装置连接。本发明结构简单，操作方便，能够实现全方位互动式观看，也可自己控制环视的方向，环境适应性更人性化，使得用户所处位置视觉更美，能够增强人与自然的交互性和和谐性。

Description

一种旅居空间装备舒适环境自动适应装置及控制方法
技术领域
本发明涉及一种旅居空间装备舒适环境自动适应装置及控制方法。
背景技术
旅居空间装备所处位置的方位不恰当，直接影响优美景色的可观赏性，日照直射对旅居空间装备所处位置的环境、温度产生很大影响，稍微有些偏差将会严重影响旅客的体验感和舒适性。本发明设计一款一种旅居空间装备舒适环境自动适应装置，正好能解决人们这一需求，根据外界气候、景色、风向、日照等环境条件，全天候自动精确调整房间朝向，使用户所处环境最舒适、景色最好，人与自然景观完美融合。本发明满足人们对自然环境的美好向往，实现由传统体验到深度体验的升级，进而达到人与自然景观的完美融合，带动地方旅游业的发展，提高区域经济的整体竞争水平，为现代旅游业转型升级和发展提供强有力的支撑，具有广阔的市场前景。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单，操作方便，能够实现全方位互动式观看，也可自己控制环视的方向，环境适应性更人性化，使得用户所处位置视觉更美，能够增强人与自然的交互性和和谐性的旅居空间装备舒适环境自动适应装置及控制方法。
本发明采用的技术方案是：一种旅居空间装备舒适环境自动适应装置，包括仓体、支撑装置、旋转装置、止动装置、动力传动装置、环境监控装置及控制系统；仓体安装在旋转装置上，旋转装置安装在支撑装置上，仓体与动力传动装置连接，由动力传动装置提供旋转所需的动力源，实时控制仓体朝向；止动装置安装在旋转装置上，能够对仓体制动；环境监控装置安装在仓体外壁上，能够在获取外界景观后通过图像处理技术实现环境自适应功能，环境监控装置与控制系统连接，控制系统分别与动力传动装置、止动装置连接。
上述的旅居空间装备舒适环境自动适应装置中，所述旋转装置包括设置在仓体底部的上导环及安装在支撑装置上的下导环，所述的下导环上设有环形导轨，上导环支撑在环形导轨上，上导环中心通过仓体转轴支撑在下导环上，上导环能够相对于环形导轨旋转。
上述的旅居空间装备舒适环境自动适应装置中，所述的动力传动装置包括步进电机、齿轮、齿条及连杆机构；步进电机设置在下导环下方，电机的输出轴上安装有齿轮，所述的齿条安装在下导环的齿条导槽内，能够沿着齿条导槽滑动；齿条与齿轮啮合；齿条朝向仓体中心一端与连杆的一端铰接，连杆的另一端与上导环底部的销轴铰接。
上述的旅居空间装备舒适环境自动适应装置中，所述上导环和下导环之间安装有止动装置，所述止动装置包括止动销和电磁铁，所述的上导环上设有销孔，止动销置于销孔内，销孔的顶部设有电磁铁；所述的下导环顶面上对应于止动销设有销孔或销槽。
上述的旅居空间装备舒适环境自动适应装置中，所述仓体外部安装环境监控装置包括温度-湿度-风向监测系统及取景系统；所述温度-湿度-风向监测系统安装在仓体侧面，能够监测仓体所处位置的温度、湿度、风向及风速；所述取景系统安装在仓体顶部，包括四个不同位置的相机，其中两个相机与仓体上水平面呈45°角放置；另外两个相机中一个相机水平放置、一个相机垂直放置；垂直放置的相机为角度相机，能绕仓体顶部的旋转轴转动，可采集仓体周围景色照片，利用图像拼接技术形成仓体外360°全景图像，全景图像可在虚拟全景装置上面显示，并供客户选择仓体需调整到景色最优美的方位；仓体顶部靠近每个相机分别设置一个相机清洗装置。
上述的旅居空间装备舒适环境自动适应装置中，所述相机清洗装置包括电机、曲柄、连杆、滑块及清洗刷，电机固定安装在仓体顶部；曲柄的一端固定安装在电机输出轴上，曲柄另一端连杆的一端铰接，连杆的另一端与滑块的一端铰接，清洗刷固定安装在滑块上，清洗刷的初始位置处设有清洁液。
上述的旅居空间装备舒适环境自动适应装置中，所述四个相机清洗装置的曲柄与垂直方向的偏角大小、曲柄长度和连杆长度根据以下公式确定：
li1cosαi-li2cosθi＝di
li1sinαi-li2sinθi＝hi
li1cosα′i-li2cos(θ′i+θi)-d＝Δdi
式中：i为四个相机清洗装置的编号，i＝1，2，3，4，li1为第i个相机清洗装置的连杆长度；αi为第i个相机清洗装置的连杆与水平面的起始夹角；li2为第i个相机清洗装置的曲柄长度；θi为第i个相机清洗装置的曲柄与水平面的起始夹角；θ′i为第i个相机清洗装置的曲柄转动角度；α′i为第i个相机清洗装置的连杆转动角度；di为第i个相机清洗装置的滑块与曲柄旋转中心的水平距离；Δdi为第i个相机清洗装置的曲柄转动θ′i角度后滑块移动的距离；hi为第i个相机清洗装置的滑块与曲柄旋转中心的垂直距离。
上述的旅居空间装备舒适环境自动适应装置中，的控制方法，包括如下步骤：
(1)选取工作模式，若选取自动模式，则进入步骤(2)；若选取手动模式，环境监控装置将仓体周围景色照片拼接成360°全景图像，用户根据全景图像选择所需要的方位，则进入步骤(5)；
(2)通过环境监控装置的温度-湿度-风向监测系统采集仓体外部温度、湿度、风向以及风速；取景系统开始工作前，相机清洗装置清洗相机镜头；四个相机拍摄太阳、月亮、仓体周围景色照片，利用霍夫圆变换逼近原轮廓，以提取太阳、月亮轮廓，寻求其中心点，通过实验的方法事先确定任意位置轮廓在像相平面内像素点相对于像平面中心点的角度信息，即能匹配出仓体与太阳或月亮之间的相对方位信息，计算出月亮图像的面积大小；将仓体周围景色照片拼接成360°全景图像，结合时令日期、仓体初始位置信息和角度相机内部参数，并和仓体当前位置历史最美景色对比，计算出仓体周围每一处最美景色的精确方位；
(3)结合环境监控装置得到的仓体应调整方位信息，设置每个方位的优先级；
(4)结合时令日期，自动识别春、夏、秋、冬、白天、黑夜等工作模式，环境监控装置启动动力传动装置，根据计算出仓体转动角度，给步进电机输入转动方向和角度信号；
(5)使止动装置松开，使得上导环和下导环能相对滑动。
(6)启动步进电机，带动仓体下端的上导环沿环形导轨转动，最终使仓体到达目标位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)本发明能够根据外界气候、景色、风向、日照等环境条件，全天候自动精确调整房间朝向，以满足人们对自然环境的美好向往，旅游由传统体验到深度体验的升级，进而达到人与自然景观的完美融合，具有广阔的市场前景。
2)本发明的动力传动装置采用齿轮、齿条和连杆机构，不需要变速箱，体积小，结构紧凑且简单，力矩大，可实现重物的转动，且变频电机安装精度要求不高，便于安装。
3)本发明通过360°旋转摄像机，智能捕捉周围景色，利用图像拼接技术，实现仓体周围环境实时虚拟全景，实现全方位互动式观看，也可自己控制环视的方向，环境适应性更人性化，用户所处位置视觉更美，体验感更好；相机配有相机清洗装置，采用曲柄、连杆和滑块机构，且曲柄根据实际相机布置位置确定偏置方向和曲柄长度，以保证清洗刷移动距离相近，只需一个步进电机就满足不同位置相机清洗要求，定期清洗相机，保障相机镜头清洁，拍摄的照片清晰；采用机器视觉的方法追踪全气候条件太阳、月亮的位置，精确度更高，仓体方位调整更细致。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图中：1-支撑装置；2-下导环；3-环形导轨；4-止动销；5-上导环；6-仓体；7-相机；8-相机；9-相机；10-旋转轴；11-相机；12-温度-湿度-风向监测装置；13-仓体转轴；14-齿条；15-齿轮；16-步进电机；17-相机动力装置；18-电磁铁；19-相机清洗装置；20-连杆；21-销轴；22-护栏；23-虚拟全景装置。
图2是本发明的动力传动装置运动机构原理图。
图3是本发明的相机清洗装置原理图。
图4是本发明的相机清洗装置曲轴的结构图。
图5是本发明的相机清洗装置运动机构运动分析图。
图6是本发明的太阳轮廓提取示意图。
图7是本发明太阳或月亮角度编码图。
图8是本发明的控制流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1所示，本发明的旅居空间装备舒适环境自动适应装置，包括仓体6、支撑装置1、旋转装置、止动装置、动力传动装置、环境监控装置及控制系统。所述的仓体6通过旋转装置安装在支撑装置1上，所述的旋转装置包括设置在仓体6底部的上导环5及安装在支撑装置1上的下导环2，所述的下导环2上设有环形导轨3，上导环5支撑在环形导轨3上，上导环5中心通过仓体转轴13支撑在下导环2上，上导环5能通过环形导轨3在下导环2上任意旋转。所述的上导环5的直径大于仓体6的直径，形成阳台，上导环5的边缘出设有护栏22。所述的虚拟全景装置23挂靠在仓体内墙面上。
上导环5和下导环2之间安装有止动装置，所述止动装置包括止动销4和电磁铁18，所述的上导环上设有销孔，止动销4置于销孔内，销孔的顶部设有电磁铁18；所述的下导环2顶面上对应于止动销设有销孔或销槽。止动装置动作如下：当仓体6需要转动时，电磁铁18得电，吸附止动销4上移，上下导环能以相对转动；当仓体不需要转动时，电磁铁18失电，止动销4由自重下落，上下导环卡住，实现自动止动。
所述的动力传动装置包括步进电机16、齿轮15、齿条14及连杆20；步进电机16设置在下导环2下方，步进电机16的输出轴上安装有齿轮15，所述的齿条14安装在下导环2上的齿条导槽内，能够沿着齿条导槽滑动。齿条14与齿轮15啮合；齿条14朝向仓体6中心的一端与连杆20的一端铰接，连杆20的另一端与上导环5底部的销轴21铰接。步进电机16驱动齿轮15转动，通过齿条14、连杆20、销轴21将转矩传递给仓体6，实现仓体6跟随转动一定角度，仓体观景阳台护栏安装在上导环5上面。
所述仓体外部安装环境监控装置，包括温度-湿度-风向监测系统12及取景系统。所述温度-湿度-风向监测系统12安装在仓体6侧面，能监测仓体6所处位置的温度、湿度、风向以及风速。所述取景系统安装在旅居空间装备仓体6顶部，包括四个不同位置的相机，其中，相机7和相机11与仓体6上水平面呈45°角放置。相机9水平放置、相机8垂直放置，相机8为角度相机，能绕仓体顶部的旋转轴10转动，便于采集仓体6四周的景色照片，再利用图像拼接技术形成仓体6四周的360°全景图像，全景图像可在虚拟全景装置23上面显示，并供客户选择仓体6需调整到景色最优美的方位，共客户在仓体6外观赏。仓体6顶部靠近每个相机分别设置一个相机清洗装置19。
所述相机清洗装置19由包括电机、曲柄、连杆、滑块及清洗刷，电机固定安装在仓体顶部。曲柄的一端固定安装在电机输出轴上，曲柄另一端连杆的一端铰接，连杆的另一端与滑块的一端铰接，清洗刷固定安装在滑块上，清洗刷的初始位置处设有清洁液。相机清洗装置19实现了相机镜片清洗，用于擦净相机镜片灰尘，提升摄像效果。所述相机清洗装置19的电机采用的是步进电机，接受清洗指令后步进电机转动，循环清洗相机镜片。四个相机曲柄与垂直方向呈一定偏角，在仓体6上水平面呈45°角放置的相机7和相机11的曲柄与垂直方向偏角相同，而相机9、相机8与垂直方向偏角不相同。
所述四个相机清洗装置的曲柄与垂直方向的偏角大小、曲柄长度和连杆长度根据以下公式确定：
li1cosαi-li2scosθi＝di
li1sinαi-li2sinθi＝hi
li1cosα′i-li2cos(θ′i+θi)-d＝Δdi
式中：i为四个相机清洗装置的编号，i＝1，2，3，4，li1为第i个相机清洗装置的连杆长度；αi为第i个相机清洗装置的连杆与水平面的起始夹角；li2为第i个相机清洗装置的曲柄长度；θi为第i个相机清洗装置的曲柄与水平面的起始夹角；θ′i为第i个相机清洗装置的曲柄转动角度；α′i为第i个相机清洗装置的连杆转动角度；di为第i个相机清洗装置的滑块与曲柄旋转中心的水平距离；Δdi为第i个相机清洗装置的曲柄转动θ′i角度后滑块移动的距离；hi为第i个相机清洗装置的滑块与曲柄旋转中心的垂直距离。
其中，di、hi为已知量。由于，各曲柄通绕一根轴转动，转动角度相同，为保障各滑块移动距离基本相等，可事先确定其中一个曲柄的长度、曲柄与垂直方向的偏角、连杆长度，则其他曲柄的长度、曲柄与垂直方向的偏角、连杆长度均可确定。
一种旅居空间装备舒适环境自动适应装置控制方法，包括如下步骤：
1)旅居空间装备环境自动适应装置工作方式分自动模式和手动模式两种模式，根据时令日期，自动模式又可设置为白天、黑夜、春、夏、秋、冬六种工作模式。如果选择手动模式，则启动相机8将仓体6周围景色照片，环境监控装置将相机8拍摄的仓体6周围的景色照片拼接成360°全景图像，用户根据全景图像选择所需要的方位，然后直接进入步骤5)；如果选择自动模式，则进入步骤2)。
2)环境监控装置的温度-湿度-风向监测系统12采集仓体6外部温度、湿度、风向以及风速；取景系统开始工作前，相机清洗装置19清洗相机镜头；相机7、相机9和相机11拍摄太阳、月亮照片，角度相机8拍摄仓体6周围景色照片，利用霍夫圆变换逼近原轮廓，以提取太阳、月亮轮廓，寻求其中心点，通过实验的方法事先确定任意位置轮廓在像相平面内像素点相对于像平面中心点的角度信息，即能匹配出仓体6与太阳之间的相对方位信息、仓体6与月亮之间的相对方位信息，计算出月亮图像的面积大小；通过角度相机8拍摄仓体6周围景色照片，得到每一幅景色照片的角度信息，利用图像拼接技术将仓体6周围景色照片拼接成360°全景图像，结合时令日期、仓体6初始位置信息和角度相机内部参数，并和仓体6当前位置历史最美景色对比，计算出仓体6周围每一处最美景色的精确方位。
3)结合各个系统得到的仓体6应调整方位信息，设置每个方位的优先级，例如：
夏天时，白天的上午6点至9点和下午5点至7点，仓体6优先朝向最美；白天上午10点至12点和下午1点至4点，仓体6优先背对太阳，防止太阳直射和西晒；晚上优先仓体6窗户对准风向，如果月亮较圆，则仓体6朝向便于赏月的方向。
春天时，白天，仓体6优先朝向太阳，有充足太阳光照，如果太阳太过强烈则仓体6背朝太阳；如果仓体6周围景色有优美的方位，则可优先朝向景色优美的方位1小时(具体时间可根据需要设定)；晚上如果月亮较圆，则仓体6朝向便于赏月的方向，如果风较大则赏月的朝向时间减小。
秋天时，白天，仓体6优先朝向太阳，有充足太阳光照，如果太阳太过强烈则仓体6背朝太阳；如果仓体6周围景色有优美的方位，则可优先朝向景色优美的方位1小时(具体时间可根据需要设定)；晚上如果月亮较圆，则仓体6朝向便于赏月的方向，如果风较大则赏月的朝向时间减小。
冬天时，白天，仓体6优先朝向太阳，有充足太阳光照；如果仓体6周围景色有优美的方位，则可优先朝向景色优美的方位1小时(具体时间可根据需要设定)；晚上如果月亮较圆，则仓体6朝向便于赏月的方向，如果风较大则赏月的朝向时间减小。
4)结合时令日期，自动识别春、夏、秋、冬、白天、黑夜等工作模式，启动动力传动装置，根据计算出仓体6转动角度，给步进电机16输入转动方向和角度信号。
5)使得止动装置的电磁铁18得电，吸附止动销4，止动装置松开，上导环5和下导环2能相对转动。
6)启动步进电机16，步进电机16通过齿轮14齿条15啮合，带动推动连杆20运动，连杆20的运动通过仓体6底部的柱销21带动仓体6下端的上导环沿环形导轨3转动，最终使仓体6到达目标位置。

Claims (6)

1.一种旅居空间装备舒适环境自动适应装置的控制方法，其用于的旅居空间装备舒适环境自动适应装置，包括仓体、支撑装置、旋转装置、止动装置、动力传动装置、环境监控装置及控制系统；仓体安装在旋转装置上，旋转装置安装在支撑装置上，仓体与动力传动装置连接，由动力传动装置提供旋转所需的动力源，实时控制仓体朝向；止动装置安装在旋转装置上，能够对仓体制动；环境监控装置安装在仓体外壁上，能够在获取外界景观后通过图像处理技术实现环境自适应功能，环境监控装置与控制系统连接，控制系统分别与动力传动装置、止动装置连接；
所述旋转装置包括设置在仓体底部的上导环及安装在支撑装置上的下导环，所述的下导环上设有环形导轨，上导环支撑在环形导轨上，上导环中心通过仓体转轴支撑在下导环上，上导环能够相对于环形导轨旋转；
包括如下步骤：
(1)选取工作模式，若选取自动模式，则进入步骤(2)；若选取手动模式，环境监控装置将仓体周围景色照片拼接成360°全景图像，用户根据全景图像选择所需要的方位，则进入步骤(5)；
(2)通过环境监控装置的温度-湿度-风向监测系统采集仓体外部温度、湿度、风向以及风速；取景系统开始工作前，相机清洗装置清洗相机镜头；四个相机拍摄太阳、月亮、仓体周围景色照片，利用霍夫圆变换逼近原轮廓，以提取太阳、月亮轮廓，寻求其中心点，通过实验的方法事先确定任意位置轮廓在像相平面内像素点相对于像平面中心点的角度信息，即能匹配出仓体与太阳或月亮之间的相对方位信息，计算出月亮图像的面积大小；将仓体周围景色照片拼接成360°全景图像，结合时令日期、仓体初始位置信息和角度相机内部参数，并和仓体当前位置历史最美景色对比，计算出仓体周围每一处最美景色的精确方位；
(3)结合环境监控装置得到的仓体应调整方位信息，设置每个方位的优先级；
(4)结合时令日期，自动识别春、夏、秋、冬、白天、黑夜工作模式，环境监控装置启动动力传动装置，根据计算出仓体转动角度，给步进电机输入转动方向和角度信号；
(5)使止动装置松开，使得上导环和下导环能相对滑动；
(6)启动步进电机，带动仓体下端的上导环沿环形导轨转动，最终使仓体到达目标位置。
2.根据权利要求1所述的旅居空间装备舒适环境自动适应装置的控制方法，其特征在于：所述上导环和下导环之间安装有止动装置，所述止动装置包括止动销和电磁铁，所述的上导环上设有销孔，止动销置于销孔内，销孔的顶部设有电磁铁；所述的下导环顶面上对应于止动销设有销孔或销槽。
3.根据权利要求1所述的旅居空间装备舒适环境自动适应装置的控制方法，其特征在于：所述仓体外部安装环境监控装置包括温度-湿度-风向监测系统及取景系统；所述温度-湿度-风向监测系统安装在仓体侧面，能够监测仓体所处位置的温度、湿度、风向及风速；所述取景系统安装在仓体顶部，包括四个不同位置的相机，其中两个相机与仓体中心上水平面呈45°角放置；另外两个相机中一个相机水平放置、一个相机垂直放置；垂直放置的相机为角度相机，能绕仓体顶部的旋转轴转动，可采集仓体周围景色照片，利用图像拼接技术形成仓体外360°全景图像，全景图像可在虚拟全景装置上面显示，并供客户选择仓体需调整到景色最优美的方位；仓体顶部靠近每个相机分别设置一个相机清洗装置。
4.根据权利要求3所述的旅居空间装备舒适环境自动适应装置的控制方法，其特征在于：所述相机清洗装置包括电机、曲柄、连杆、滑块及清洗刷，电机固定安装在仓体顶部；曲柄的一端固定安装在电机输出轴上，曲柄另一端连杆的一端铰接，连杆的另一端与滑块的一端铰接，清洗刷固定安装在滑块上，清洗刷的初始位置处设有清洁液。
5.根据权利要求4所述的旅居空间装备舒适环境自动适应装置的控制方法，其特征在于：所述四个相机清洗装置的曲柄与垂直方向的偏角大小、曲柄长度和连杆长度根据以下公式确定：
li1cosαi-li2cosθi＝di
li1sinαi-li2sinθi＝hi
li1cosα′i-li2cos(θ′i+θi)-d＝Δdi
式中：i为四个相机清洗装置的编号，i＝1，2，3，4，li1为第i个相机清洗装置的连杆长度；αi为第i个相机清洗装置的连杆与水平面的起始夹角；li2为第i个相机清洗装置的曲柄长度；θi为第i个相机清洗装置的曲柄与水平面的起始夹角；θ′i为第i个相机清洗装置的曲柄转动角度；α′i为第i个相机清洗装置的连杆转动角度；di为第i个相机清洗装置的滑块与曲柄旋转中心的水平距离；Δdi为第i个相机清洗装置的曲柄转动θ′i角度后滑块移动的距离；hi为第i个相机清洗装置的滑块与曲柄旋转中心的垂直距离。
6.根据权利要求1所述的旅居空间装备舒适环境自动适应装置的控制方法，其特征在于：所述的上导环的直径大于仓体的直径，上导环的边缘出设有护栏。
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