CN109709987B - 一种履带式无人平台牵引跟随装置及控制系统和控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种履带式无人平台牵引跟随装置，包括外壳、拉线式位移传感器、摆角传感器和转动机构。外壳包括壳体底座和上盖，拉线式位移传感器固定在壳体底座上，转动机构下部可转动的连接在壳体底座上，拉线从转动机构的第一通孔引出；上盖的上表面开设有嵌设槽，摆角传感器紧密嵌设在该嵌设槽中，且其转动轴穿过嵌设槽底部的第二通孔后，与转动机构的上部固定连接，则在拉线被牵引转向时，带动转动机构旋转，转动机构带动摆角传感器的转动轴旋转。本发明还公开履带式无人平台牵引跟随控制系统和控制方法。本发明实时监测无人平台和牵引者之间的相对位移、相对速度和相对转角，进而实现对无人平台的跟随控制，可靠性高、适应性广且成本低。

Description

一种履带式无人平台牵引跟随装置及控制系统和控制方法

技术领域

本发明涉及履带式无人车跟随控制技术领域，特别是涉及一种履带式无人平台牵引跟随装置及控制系统和控制方法。

背景技术

随着信息技术及无人技术的发展，地面无人作战车辆，如轮式无人作战车和履带式无人作战车，开始在战场中得到应用。其中，履带式无人作战车采用履带驱动方式，与轮式无人作战车相比具有更好的越野性能，因而在野外作战环境中应用更为广泛。

目前，用于履带式无人作战车的常用跟随控制技术包括基于无线测距和相位阵列天线定向技术、摄像头视觉识别技术和红外热成像技术等，其中无线测试定向技术需要专门设计的阵列天线，容易受电磁干扰，视觉识别技术对于工作环境要求较高，在雨、雪等恶劣环境下性能衰减明显，红外热成像技术易受周围环境温度场的影响，导致跟随控制技术的精度下降，可靠性较低。

由此可见，上述现有的履带式无人平台跟随控制技术在结构、方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种新的履带式无人平台牵引跟随装置及控制系统和控制方法，使其安全可靠的实现履带无人平台在战场上精准跟随牵引者，保障作战任务的完成，其构型简单，成本低廉，控制可靠性高，成为当前业界极需改进的目标。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种履带式无人平台牵引跟随装置，使其安全可靠的实现履带无人平台在战场上精准跟随牵引者，保障作战任务的完成，从而克服现有的履带式无人平台跟随控制技术的不足。

为解决上述技术问题，本发明提供一种履带式无人平台牵引跟随装置，包括外壳、拉线式位移传感器、摆角传感器和转动机构；

所述外壳包括壳体底座和固定在其上端的上盖，所述拉线式位移传感器固定在所述壳体底座上，所述转动机构的下部可转动的连接在所述壳体底座上，且所述转动机构设置在所述拉线式位移传感器的拉线伸出侧，所述转动机构上开设有供所述拉线穿过的第一通孔，所述拉线从所述第一通孔引出；

所述上盖的上表面开设有放置所述摆角传感器的嵌设槽，所述嵌设槽的内侧壁与所述摆角传感器的外侧壁紧密配合，所述嵌设槽的底部开设有供所述摆角传感器的转动轴穿过的第二通孔，所述摆角传感器的转动轴穿过所述第二通孔后与所述转动机构的上部固定连接，则在所述拉线被牵引转向时，带动所述转动机构旋转，所述转动机构带动所述摆角传感器的转动轴旋转，进而由所述摆角传感器监测所述拉线的转角。

作为本发明的一种改进，所述摆角传感器采用高精度电阻式摆角传感器。

进一步改进，所述转动机构采用U型结构，所述U型结构的开口朝向所述拉线式位移传感器的拉线伸出侧，所述U型结构的下部通过回转支撑与所述壳体底座连接。

进一步改进，所述回转支撑安装在所述壳体底座的底面伸出板上。

进一步改进，所述嵌设槽设置在所述上盖的伸出檐处，所述上盖的伸出檐与所述壳体底座底面的伸出板相对应。

进一步改进，所述嵌设槽的上端固定连接有盖板。

进一步改进，还包括自回位机构，所述自回位机构包括至少一对极性相反的永磁体，所述一对极性相反的永磁体分别设置在所述转动机构的上表面和所述嵌设槽的底面上。

本发明还提供了一种包括上述的履带式无人平台牵引跟随装置的履带式无人平台牵引跟随控制系统，还包括与所述拉线式位移传感器和摆角传感器连接的控制机构，所述控制机构用于接收所述拉线式位移传感器和摆角传感器采集到的所述无人平台的相对位移、相对速度和相对转角信息，然后分析计算，输出所述无人平台的目标输出转矩，实现所述无人平台的牵引跟随控制。

本发明还提供了一种履带式无人平台牵引跟随控制方法，所述控制方法为：采用拉线式位移传感器实时监测所述无人平台与牵引者之间的相对位移和相对速度信息，并将摆角传感器的转动轴转角同步于所述拉线式位移传感器的拉线转角，则通过所述摆角传感器实时监测所述无人平台与牵引者之间的相对转角信息，将所述拉线式位移传感器和摆角传感器的实时监测信息发送至控制机构，由所述控制机构控制所述无人平台的转向和启停，实现所述无人平台对牵引者的跟随控制。

进一步改进，所述的将摆角传感器的转动轴转角同步于所述拉线式位移传感器的拉线转角的步骤，通过上述的履带式无人平台牵引跟随装置实现。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

本发明履带式无人平台牵引跟随装置将拉线式位移传感器和摆角传感器通过转动机构和外壳的活动配合，实现拉线带动转动机构旋转，转动机构带动摆角传感器的转动轴旋转，从而能够实时监测到该无人平台和牵引者之间的相对位移、相对速度和相对转角，进而为控制该无人平台的跟随动作提供数据支持。

本发明通过将转动机构设置成U型结构，并将该U型结构设置在壳体底座的伸出板上，能实现转动机构较大的转角范围，使摆角传感器的转角测量准确可靠。

本发明通过设置自回位机构，能实现拉线不受力或受力很小时，转动机构的自动回位，保证该履带式无人平台的直线跟随。

本发明结构简单、设计巧妙，成本低、可靠性高，抗电磁干扰能力强，可以保证长时间稳定工作；且通过拉线控制，其控制效果不受天气环境影响，可在多种工况下运行，适应性广。

本发明履带式无人平台牵引跟随控制方法原理简单、安全可靠，不受天气环境影响，适应性广。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明履带式无人平台牵引跟随装置(缺上盖)的结构示意图；

图2是图1的主视图；

图3是图1的侧视图；

图4是图1的俯视图；

图5是本发明中转动机构的结构示意图；

图6是本发明中上盖与摆角传感器的分解结构示意图；

图7是本发明履带式无人平台牵引跟随装置的工作原理示意图。

具体实施方式

本发明履带式无人平台牵引跟随控制方法，是通过拉线式位移传感器和摆角传感器的配合及实时监测，实现的该无人平台与牵引者之间的相对位移、相对速度和相对转角信息的测量，然后通过控制机构对监测数据分析，得出控制该无人平台转向和启停的指令，最终实现该无人平台对牵引者的跟随控制。

具体的，该控制方法是：采用拉线式位移传感器实时监测该无人平台与牵引者之间的相对位移和相对速度信息，并将摆角传感器的转动轴转角同步于该拉线式位移传感器的拉线转角，则通过该摆角传感器实时监测该无人平台与牵引者之间的相对转角信息，将该拉线式位移传感器和摆角传感器的实时监测信息发送至控制机构，由该控制机构控制该无人平台的转向和启停，实现该无人平台对牵引者的跟随控制。

其中，将摆角传感器的转动轴转角同步于该拉线式位移传感器的拉线转角的步骤，是通过如下履带式无人平台牵引跟随装置实现的。该履带式无人平台牵引跟随装置具体阐述如下。

参照附图1至6所示，本实施例履带式无人平台牵引跟随装置，包括外壳、拉线式位移传感器2、摆角传感器3和转动机构4。

该外壳是整套牵引跟随装置的硬件框架，为拉线式位移传感器2、摆角传感器3和转动机构4提供安装支承位置及保护。本实施例中该外壳包括壳体底座1和固定在其上端的上盖8，如附图1所示，该壳体底座1为具有三个竖直侧面的底座，该底座用于固定在履带式无人平台上。上盖8通过螺栓与该壳体底座1的三个竖直侧面顶端连接。

本实施例中该拉线式位移传感器2的底部安装孔通过螺栓固定在该壳体底座1的底面上，确保该拉线式位移传感器2在工作时不发生移位。该拉线式位移传感器2通过拉线5与牵引者的连接，可实时反馈牵引者与履带式无人平台之间的相对距离和相对速度，为控制履带式无人平台的跟随速度提供数据支持。

该转动机构3采用U型结构，该U型结构的开口朝向该拉线式位移传感器2的拉线伸出侧，该U型结构的下部通过回转支撑6与该壳体底座1可转动的连接，且该转动机构4上开设有供该拉线5穿过的第一通孔41，该拉线5从该第一通孔41中引出，与牵引者连接。

该上盖8的上表面开设有放置该摆角传感器3的嵌设槽81，该嵌设槽81的内侧壁与该摆角传感器3的外侧壁紧密配合，该嵌设槽81的底部开设有供该摆角传感器3的转动轴穿过的第二通孔82，该摆角传感器3的转动轴穿过该第二通孔82后与该转动机构4的上部固定连接。从附图5可知，该摆角传感器3的转动轴端部为半圆柱形，该转动机构4的上表面设有半圆形孔，这样该摆角传感器3的转动轴与转动机构卡合紧密，利于转动机构与转动轴的同步旋转。

参照附图7所示，在该拉线5被牵引转向时，带动该转动机构4旋转，该转动机构4带动该摆角传感器3的转动轴旋转，图中虚线部分为转动机构旋转一定角度后的示意图。因为该摆角传感器3的外侧壁与嵌设槽81内侧壁的紧配合，所以在转动机构4转动时，该摆角传感器3的本体不动，只有与转动机构4固连的转动轴旋转，这样该摆角传感器可根据其转动轴的旋转角度，实时监测出该无人平台与牵引者之间的相对转角，为后续控制该无人平台转向提供准确的数据参考。

本实施例中该摆角传感器3采用高精度电阻式摆角传感器。该嵌设槽81的上端固定连接有盖板9，该盖板9通过螺栓与上盖8密封连接，起到防尘、防雨的作用，保证高精度电阻式传感器3在固定位置稳定可靠工作。

为了扩大该转动机构的转动角度，该回转支撑6固定安装在该壳体底座1的底面伸出板11上，这样壳体底座的侧壁不会影响该转动机构的转动角度，使该摆角传感器的转角测量准确可靠。

本实施例中该上盖8也设置有与该壳体底座1底面的伸出板11相对应的伸出檐83，嵌设槽81即设置在该伸出檐83处。

本实施例中还包括自回位机构，该自回位机构包括至少一对极性相反的永磁体7，该一对极性相反的永磁体7分别设置在该转动机构4的上表面和该嵌设槽81的底面上。这样由于磁性吸引，在该拉线5不受力或受力很小时，该转动机构4可在永磁体7的作用下，自动转回中位，提升该无人平台直线跟随牵引者的稳定性和可靠性。

将上述履带式无人平台牵引跟随装置应用于履带式无人平台牵引跟随控制系统时，该控制系统还包括与该拉线式位移传感器和摆角传感器连接的控制机构。该控制机构用于接收该拉线式位移传感器和摆角传感器采集到的该无人平台的相对位移、相对速度和相对转角信息，然后分析计算，输出该无人平台的目标输出转矩，从而实现履带式无人平台跟随过程中按牵引者行进轨迹随动转向，达到该无人平台牵引跟随控制的目的。

本发明该履带式无人平台牵引跟随控制系统的控制步骤如下：

1)牵引者将拉线5向外拉出一定距离激活该牵引跟随控制系统，这时该控制机构进入牵引跟随控制模式；

2)牵引者根据自己意愿选择要走的路线，该拉线式位移传感器2和高精度电阻式摆角传感器3同时向控制机构反馈当前牵引者与履带式无人平台的相对距离、相对速度和相对转角信息；

3)控制机构接收到该拉线式位移传感器2和高精度电阻式摆角传感器3反馈的信息后，进行相关运算，输出该无人平台两侧电机的目标输出转矩，驱动该无人平台按牵引者的行进路径转向、前进；

4)当牵引者将拉线5逐渐释放时，履带式无人平台控制机构检测到反向相对速度后，对该无人平台进行制动操作，使无人平台保持静止；当拉线5伸出的长度小于牵引跟随控制系统的拉线激活阈值长度时，牵引跟随控制系统进入休眠模式，无人平台控制机构收到相应信号后退出牵引跟随控制模式，并恢复至常规行驶模式，牵引跟随控制过程结束。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种履带式无人平台牵引跟随装置，其特征在于，包括外壳、拉线式位移传感器、摆角传感器和转动机构；

所述外壳包括壳体底座和固定在其上端的上盖，所述拉线式位移传感器固定在所述壳体底座上，所述转动机构的下部可转动的连接在所述壳体底座上，且所述转动机构设置在所述拉线式位移传感器的拉线伸出侧，所述转动机构上开设有供所述拉线穿过的第一通孔，所述拉线从所述第一通孔引出；

所述上盖的上表面开设有放置所述摆角传感器的嵌设槽，所述嵌设槽的内侧壁与所述摆角传感器的外侧壁紧密配合，所述嵌设槽的底部开设有供所述摆角传感器的转动轴穿过的第二通孔，所述摆角传感器的转动轴穿过所述第二通孔后与所述转动机构的上部固定连接，则在所述拉线被牵引转向时，带动所述转动机构旋转，所述转动机构带动所述摆角传感器的转动轴旋转，进而由所述摆角传感器监测所述拉线的转角。

2.根据权利要求1所述的履带式无人平台牵引跟随装置，其特征在于，所述摆角传感器采用高精度电阻式摆角传感器。

3.根据权利要求1所述的履带式无人平台牵引跟随装置，其特征在于，所述转动机构采用U型结构，所述U型结构的开口朝向所述拉线式位移传感器的拉线伸出侧，所述U型结构的下部通过回转支撑与所述壳体底座连接。

4.根据权利要求3所述的履带式无人平台牵引跟随装置，其特征在于，所述回转支撑安装在所述壳体底座的底面伸出板上。

5.根据权利要求4所述的履带式无人平台牵引跟随装置，其特征在于，所述嵌设槽设置在所述上盖的伸出檐处，所述上盖的伸出檐与所述壳体底座底面的伸出板相对应。

6.根据权利要求1所述的履带式无人平台牵引跟随装置，其特征在于，所述嵌设槽的上端固定连接有盖板。

7.根据权利要求1至6任一项所述的履带式无人平台牵引跟随装置，其特征在于，还包括自回位机构，所述自回位机构包括至少一对极性相反的永磁体，所述极性相反的永磁体分别设置在所述转动机构的上表面和所述嵌设槽的底面上。

8.一种包括权利要求1至7任一项所述的履带式无人平台牵引跟随装置的履带式无人平台牵引跟随控制系统，其特征在于，还包括与所述拉线式位移传感器和摆角传感器连接的控制机构，所述控制机构用于接收所述拉线式位移传感器和摆角传感器采集到的所述无人平台的相对位移、相对速度和相对转角信息，然后分析计算，输出所述无人平台的目标输出转矩，实现所述无人平台的牵引跟随控制。

9.一种履带式无人平台牵引跟随控制方法，其特征在于，所述控制方法为：采用拉线式位移传感器实时监测所述无人平台与牵引者之间的相对位移和相对速度信息，并将摆角传感器的转动轴转角同步于所述拉线式位移传感器的拉线转角，则通过所述摆角传感器实时监测所述无人平台与牵引者之间的相对转角信息，将所述拉线式位移传感器和摆角传感器的实时监测信息发送至控制机构，由所述控制机构控制所述无人平台的转向和启停，实现所述无人平台对牵引者的跟随控制；

其中，所述的将摆角传感器的转动轴转角同步于所述拉线式位移传感器的拉线转角的步骤，通过权利要求1至7任一项所述的履带式无人平台牵引跟随装置实现。

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