CN110037869A - 带双遥控器的轮式控制系统及其控制方法 - Google Patents

带双遥控器的轮式控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电动轮椅技术领域，特别带双遥控器的轮式控制系统及其控制方法，前遥控器、后遥控器、左电机、右电机、电池分别与驱动器相连接，驱动器外部设置左电机接口和右电机接口，驱动器外部还设置有前遥控器接口和后遥控器接口，驱动器内部包括用于检测左电机和右电机工作电流的电流检测模块、用于检测总线电压的电压检测模块、用于驱动左电机和右电机的驱动模块。与现有技术相比，本发明的带双遥控器的轮式控制系统及其控制方法带有两个遥控器，分别应用于坐在产品上的用户和在后面推动产品的用户，为其提供动力，轻松实现转向，方便出行。

Description

带双遥控器的轮式控制系统及其控制方法
【技术领域】
本发明涉及电动轮椅技术领域，特别涉及带双遥控器的轮式控制系统及其控制方法。
【背景技术】
现有的电动轮椅控制系统主要是解决使用者的出行需求，对看护人员并不友好，现有市面上的电动轮椅有为看护人员提供的遥控器，但该遥控器只是提供了向前和向后的控制指令，不能轻松的控制轮椅转向，使用并不方便。
【发明内容】
为了克服上述问题，本发明提出一种可有效解决上述问题的带双遥控器的轮式控制系统及其控制方法。
本发明解决上述技术问题提供的一种技术方案是：提供一种带双遥控器的轮式控制系统，包括驱动器、前遥控器、后遥控器、左电机、右电机和电池，所述前遥控器、后遥控器、左电机、右电机、电池分别与驱动器相连接，所述驱动器外部设置左电机接口和右电机接口，所述左电机连接于左电机接口，右电机连接于右电机接口，所述驱动器外部还设置有前遥控器接口和后遥控器接口，所述前遥控器连接于前遥控器接口，后遥控器连接于后遥控器接口，所述驱动器内部包括用于检测左电机和右电机工作电流的电流检测模块、用于检测总线电压的电压检测模块、用于驱动左电机和右电机的驱动模块。
优选地，所述前遥控器包括一个全向的霍尔摇杆、控制按键、显示屏、蜂鸣器、蓝牙模块、FM模块、语音提示模块，显示屏可显示剩余电量、实时速度、档位、错误代码、设置内容。
优选地，所述后遥控器为采用霍尔检测方式的后遥控器，包括方向按键和按压油门，按动按压油门，控制速度，方向按键用于控制前后运行方向，按一下松开后改变运行方向。
优选地，所述后遥控器为采用触摸方式的后遥控器，包括触摸指托和方向按键，拇指放置于触摸指托处，控制电机转动。
优选地，所述后遥控器为采用光电检测方式的遥控器，包括手势识别区和液晶显示屏，液晶显示屏用于显示剩余电量和实时速度，手势识别区通过手势控制左电机和右电机运行。
优选地，所述带双遥控器的轮式控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，前遥控器开启控制系统，控制系统自检是否存在故障；
步骤S2，控制系统自检完毕后前遥控器、后遥控器分别与驱动器建立通信连接，连接成功后相互之间即可交换数据；
步骤S3，前遥控器和后遥控器将控制指令发送到驱动器，如果是停止指令，左电机和右电机停止转动；如果是移动指令，驱动器先检测电池电压是否满足最低电压运行需求，如果不满足则左电机和右电机不可移动；如果满足则可根据驱动算法控制左电机和右电机运行；
步骤S4，左电机和右电机运行过程中实时检测电流，如果发现电流超过了设定的最大保护电流，停止移动，并通过液晶和蜂鸣器报警提示。
优选地，所述步骤S3中，驱动算法包括如下步骤：
步骤S31，前遥控器和后遥控器下发控制指令，可解算为控制电机的三个变量，包括转向角度α、速度档位G、运行方向D，根据这三个变量可得出左电机和右电机分别需要控制的目标速度VL和VR；
步骤S32，采用PID闭环控制方法，根据左电机和右电机实时反馈的速度VcL和VcR，实时计算目标速度与反馈速度的偏差，直到偏差为零；
步骤S33，左电机和右电机闭环控制的输出值经过FOC矢量控制算法解算得到最终的占空比SvpwmL和SvpwmR，经过驱动模块控制电机转动；
步骤S34，左电机和右电机根据控制的方向和角度按照预定的目标行驶，若方向为前进，左电机和右电机向前转动；后退时左电机和右电机向后转动；转向时按照转向角度α左电机和右电机形成差速，实现转向。
优选地，所述步骤S31，驱动器可分别从前遥控器和后遥控器获取指令进行解算，解算后的变量为转向角度α，速度档位G，运行方向D。
优选地，所述前遥控器装有全向霍尔摇杆，全向霍尔摇杆可根据掰动的方向产生水平和竖直两个方向的模拟数据，前遥控器经过模数转换为AdcX和AdcY两个变量做为基础数据，
因此算法可得：
α＝arctan(AdcY-AdcY0,AdcX-AdcX0)*180/π，其中，AdcX0、AdcY0为全向霍尔摇杆居中时水平和竖直方向的数值，
其中，D＝1表示向前转动，D＝-1表示向后转动，D＝0表示停止运行。
优选地，所述后遥控器通过手势识别获取方向，根据获取的方向指令再结合转向意图预测，可获取更准备的转向角度，
其中N＝2，表示左转指令；N＝-2表示右转指令。
与现有技术相比，本发明的带双遥控器的轮式控制系统及控制方法主要应用于驱动控制带无刷电机的轮式产品，其带有两个遥控器，分别应用于坐在产品上的用户和在后面推动产品的用户，为其提供动力，轻松实现转向，方便出行。
【附图说明】
图1为本发明带双遥控器的轮式控制系统的整体结构图；
图2为本发明带双遥控器的轮式控制系统的前遥控器结构图；
图3为本发明带双遥控器的轮式控制系统的后遥控器第一实施例结构图；
图4为本发明带双遥控器的轮式控制系统的后遥控器第二实施例结构图；
图5为本发明带双遥控器的轮式控制系统的后遥控器第三实施例结构图；
图6为本发明带双遥控器的轮式控制系统的控制方法流程图；
图7为本发明带双遥控器的轮式控制系统的驱动算法框图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅限于指定视图上的相对位置，而非绝对位置。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1至图5，本发明的带双遥控器的轮式控制系统，包括驱动器10、前遥控器20、后遥控器30、左电机40、右电机50和电池60，所述前遥控器20、后遥控器30、左电机40、右电机50、电池60分别与驱动器10相连接。所述驱动器10外部设置左电机接口和右电机接口，所述左电机40连接于左电机接口，右电机50连接于右电机接口。所述驱动器10外部还设置有前遥控器接口和后遥控器接口，所述前遥控器20连接于前遥控器接口，后遥控器30连接于后遥控器接口。所述驱动器10内部包括用于检测左电机40和右电机50工作电流的电流检测模块、用于检测总线电压的电压检测模块、用于驱动左电机40和右电机50的驱动模块。
所述前遥控器20包括一个全向的霍尔摇杆21、控制按键22、显示屏23、蜂鸣器、蓝牙模块、FM模块、语音提示模块，显示屏23可显示剩余电量、实时速度、档位、错误代码、设置内容。前遥控器20与驱动器10的通信方式为串口通信。
所述后遥控器30的第一实施例为采用霍尔检测方式的后遥控器31，包括方向按键311和按压油门312，按动按压油门312，控制速度，方向按键311用于控制前后运行方向，按一下松开后改变运行方向。
所述后遥控器30的第二实施例为采用触摸方式的后遥控器32，包括触摸指托321和方向按键322，拇指放置于触摸指托321处，控制电机转动，该方式手指不用使劲，更加舒适。
所述后遥控器30的第三实施例为采用光电检测方式的后遥控器33，包括手势识别区331和液晶显示屏332，液晶显示屏332用于显示剩余电量和实时速度，手势识别区331通过手势控制左电机40和右电机50运行，如向手指前滑动轮椅向前移动，此方式为非接触式，用户不用实时操作遥控器，更加省心方便。
前遥控器20和后遥控器30为互斥关系，如当前遥控器20摇杆在工作时，后遥控器30控制指令自动失效，反之如此。只有前遥控器20可开启关闭控制系统，只有前遥控器20可加减档位。
请参阅图6和图7，带双遥控器的轮式控制系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤S1，前遥控器20开启控制系统，控制系统自检是否存在故障；
步骤S2，控制系统自检完毕后前遥控器20、后遥控器30分别与驱动器10建立通信连接，连接成功后相互之间即可交换数据；
步骤S3，前遥控器20和后遥控器30将控制指令发送到驱动器10，如果是停止指令，左电机40和右电机50停止转动；如果是移动指令，驱动器10先检测电池60电压是否满足最低电压运行需求，如果不满足则左电机40和右电机50不可移动；如果满足则可根据驱动算法控制左电机40和右电机50运行；
步骤S4，左电机40和右电机50运行过程中实时检测电流，如果发现电流超过了设定的最大保护电流，停止移动，并通过液晶显示屏和蜂鸣器报警提示。
所述步骤S3中，驱动算法包括如下步骤：
步骤S31，前遥控器20和后遥控器30下发控制指令，可解算为控制电机的三个变量，包括转向角度α、速度档位G、运行方向D，根据这三个变量可得出左电机40和右电机50分别需要控制的目标速度VL和VR；
步骤S32，采用PID闭环控制方法，根据左电机40和右电机50实时反馈的速度VcL和VcR，实时计算目标速度与反馈速度的偏差，直到偏差为零；
步骤S33，左电机40和右电机50闭环控制的输出值经过FOC矢量控制算法解算得到最终的占空比SvpwmL和SvpwmR，经过驱动模块控制电机转动；
步骤S34，左电机40和右电机50根据控制的方向和角度按照预定的目标行驶，若方向为前进，左电机40和右电机50向前转动；后退时左电机40和右电机50向后转动；转向时按照转向角度α左电机和右电机形成差速，实现转向。
所述步骤S31，驱动器10可分别从前遥控器20和后遥控器30获取指令进行解算，解算后的变量为转向角度α，速度档位G，运行方向D。
前遥控器20指令解算：
前遥控器20装有全向霍尔摇杆21，全向霍尔摇杆21可根据掰动的方向产生水平和竖直两个方向的模拟数据，前遥控器20经过模数转换为AdcX和AdcY两个变量做为基础数据。
因此算法可得：
α＝arctan(AdcY-AdcY0,AdcX-AdcX0)*180/π，其中，AdcX0、AdcY0为全向霍尔摇杆居中时水平和竖直方向的数值。
其中，D＝1表示向前转动，D＝-1表示向后转动，D＝0表示停止运行。
速度档位G由前遥控器20按键更改，无需算法处理。
第一实施例后遥控器31指令解算：
后遥控器31通过按压油门312获取运行和档位指令，其转向角度的解算通过意图预测获取，运行方向由方向按键311获取。
G＝(Adc-Adcmin)/Adcmax，其中Adc为霍尔油门实时数据，Adcmin为可获取的最小值，Adcmax为可获取的最大值，当G>0.4时，表示处于运行状态。
其中N表示按下方向按键311的次数。
第二实施例后遥控器32指令解算：
后遥控器32通过触摸指托321获取运行指令，拇指放于指托上时，发出运行指令，其转向角度的解算通过意图预测获取，运行方向由方向按键322获取。
其中N表示按下方向按键322的次数。
第三实施例后遥控器33指令解算：
后遥控器33通过手势识别获取方向，根据获取的方向指令再结合转向意图预测，可获取更准备的转向角度。
其中N＝2，表示左转指令；N＝-2表示右转指令。
与现有技术相比，本发明的带双遥控器的轮式控制系统及控制方法主要应用于驱动控制带无刷电机的轮式产品，其带有两个遥控器，分别应用于坐在产品上的用户和在后面推动产品的用户，为其提供动力，轻松实现转向，方便出行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.带双遥控器的轮式控制系统，其特征在于，包括驱动器、前遥控器、后遥控器、左电机、右电机和电池，所述前遥控器、后遥控器、左电机、右电机、电池分别与驱动器相连接，所述驱动器外部设置左电机接口和右电机接口，所述左电机连接于左电机接口，右电机连接于右电机接口，所述驱动器外部还设置有前遥控器接口和后遥控器接口，所述前遥控器连接于前遥控器接口，后遥控器连接于后遥控器接口，所述驱动器内部包括用于检测左电机和右电机工作电流的电流检测模块、用于检测总线电压的电压检测模块、用于驱动左电机和右电机的驱动模块。
2.如权利要求1所述的带双遥控器的轮式控制系统，其特征在于，所述前遥控器包括一个全向的霍尔摇杆、控制按键、显示屏、蜂鸣器、蓝牙模块、FM模块、语音提示模块，显示屏可显示剩余电量、实时速度、档位、错误代码、设置内容。
3.如权利要求1所述的带双遥控器的轮式控制系统，其特征在于，所述后遥控器为采用霍尔检测方式的后遥控器，包括方向按键和按压油门，按动按压油门，控制速度，方向按键用于控制前后运行方向，按一下松开后改变运行方向。
4.如权利要求1所述的带双遥控器的轮式控制系统，其特征在于，所述后遥控器为采用触摸方式的后遥控器，包括触摸指托和方向按键，拇指放置于触摸指托处，控制电机转动。
5.如权利要求1所述的带双遥控器的轮式控制系统，其特征在于，所述后遥控器为采用光电检测方式的后遥控器，包括手势识别区和液晶显示屏，液晶显示屏用于显示剩余电量和实时速度，手势识别区通过手势控制左电机和右电机运行。
6.带双遥控器的轮式控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，前遥控器开启控制系统，控制系统自检是否存在故障；
步骤S2，控制系统自检完毕后前遥控器、后遥控器分别与驱动器建立通信连接，连接成功后相互之间即可交换数据；
步骤S3，前遥控器和后遥控器将控制指令发送到驱动器，如果是停止指令，左电机和右电机停止转动；如果是移动指令，驱动器先检测电池电压是否满足最低电压运行需求，如果不满足则左电机和右电机不可移动；如果满足则可根据驱动算法控制左电机和右电机运行；
步骤S4，左电机和右电机运行过程中实时检测电流，如果发现电流超过了设定的最大保护电流，停止移动，并通过液晶和蜂鸣器报警提示。
7.如权利要求6所述的带双遥控器的轮式控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，驱动算法包括如下步骤：
步骤S31，前遥控器和后遥控器下发控制指令，可解算为控制电机的三个变量，包括转向角度α、速度档位G、运行方向D，根据这三个变量可得出左电机和右电机分别需要控制的目标速度VL和VR；
步骤S32，采用PID闭环控制方法，根据左电机和右电机实时反馈的速度VcL和VcR，实时计算目标速度与反馈速度的偏差，直到偏差为零；
步骤S33，左电机和右电机闭环控制的输出值经过FOC矢量控制算法解算得到最终的占空比SvpwmL和SvpwmR，经过驱动模块控制电机转动；
步骤S34，左电机和右电机根据控制的方向和角度按照预定的目标行驶，若方向为前进，左电机和右电机向前转动；后退时左电机和右电机向后转动；转向时按照转向角度α左电机和右电机形成差速，实现转向。
8.如权利要求7所述的带双遥控器的轮式控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S31，驱动器可分别从前遥控器和后遥控器获取指令进行解算，解算后的变量为转向角度α，速度档位G，运行方向D。
9.如权利要求8所述的带双遥控器的轮式控制系统的控制方法，其特征在于，所述前遥控器装有全向霍尔摇杆，全向霍尔摇杆可根据掰动的方向产生水平和竖直两个方向的模拟数据，前遥控器经过模数转换为AdcX和AdcY两个变量做为基础数据，
因此算法可得：
α＝arctan(AdcY-AdcY0,AdcX-AdcX0)*180/π，其中，AdcX0、AdcY0为全向霍尔摇杆居中时水平和竖直方向的数值，
其中，D＝1表示向前转动，D＝-1表示向后转动，D＝0表示停止运行。
10.如权利要求8所述的带双遥控器的轮式控制系统的控制方法，其特征在于，所述后遥控器通过手势识别获取方向，根据获取的方向指令再结合转向意图预测，可获取更准备的转向角度，
其中N＝2，表示左转指令；N＝-2表示右转指令。
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