CN112455606B - 载具转向控制系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种载具转向控制系统和方法，应用于载具，载具转向控制系统包括：驱动单元，设置在载具上，用于根据动力输出方向驱动载具向动力输出方向的反方向运动；惯性测量单元，电性连接于驱动单元，用于获取载具的位姿调整数据；控制单元，分别电性连接于驱动单元和惯性测量单元，用于根据位姿调整数据调整驱动单元的动力输出方向。以解决现有技术中载具的转向仅依靠驾驶者的身体惯性及拉手等纯物理的方法控制，造成了载具上手难度大，存在控制困难的缺点。
Description
技术领域
本申请涉及载具控制领域，具体而言，涉及一种载具转向控制系统和方法。
背景技术
目前的电动载具的转向仅依靠驾驶者的身体惯性及拉手等纯物理的方法控制。尤其是电动水上载具(水翼、电动冲浪板等)，有着速度快、载重大、应用场景丰富的优点。但是目前的电动水上载具的转向仅依靠驾驶者的身体惯性及拉手等纯物理的方法控制，造成了载具上手难度大，存在控制困难的缺点。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种载具转向控制系统和方法，用以解决现有技术中载具控制困难的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种载具转向控制系统，应用于载具，包括：驱动单元，设置在载具上，用于根据动力输出方向驱动载具向动力输出方向的反方向运动；惯性测量单元，电性连接于驱动单元，用于获取载具的位姿调整数据；控制单元，分别电性连接于驱动单元和惯性测量单元，用于根据位姿调整数据调整驱动单元的动力输出方向。
于一实施例中，惯性测量单元包括：位姿变化检测模块，用于获取载具的位姿变化方向；加速度检测模块，用于计算载具在位姿变化方向上的加速度数据。
于一实施例中，控制单元还用于：根据位姿变化方向，生成转向信号；根据载具在位姿变化方向上的加速度数据，生成转向速度数据；将转向信号和转向速度数据发送至驱动单元。
于一实施例中，驱动单元包括：推进器模块，用于向单个方向输出动力；以及，方向调整模块，与推进器模块连接，用于调整推进器模块的动力输出方向。
于一实施例中，推进器模块包括至少一个推进器。
于一实施例中，方向调整模块还用于：根据转向信号确定推进器的旋转方向；根据转向速度数据，控制推进器按照转向速度数据，将动力输出方向调整至旋转方向。
于一实施例中，驱动单元包括：至少两个推进器模块，每个推进器模块用于向单个方向输出动力；以及，动力调整模块，电性连接于每个推进器模块，用于调整每个推进器模块的输出功率。
于一实施例中，动力调整模块还用于：根据转向信号确定需要调整输出功率的推进器模块；以及，根据转向速度数据修改推进器模块的输出功率。
第二方面，本发明实施例提供一种载具转向控制方法，应用于上述前述实施方式任一项载具转向控制系统，方法包括：借由位姿变化检测模块，获取载具的位姿变化方向；借由加速度检测模块，计算载具在位姿变化方向上的加速度数据；借由控制单元根据位姿变化方向生成转向信号；借由控制单元根据载具在位姿变化方向上的加速度数据，生成转向速度数据；借由方向调整模块控制推进器按照转向速度数据调整动力输出方向。
第三方面，本发明实施例提供一种载具转向控制方法，应用于上述前述实施方式任一项的载具转向控制系统，方法包括：借由位姿变化检测模块，获取载具的位姿变化方向；借由加速度检测模块，计算载具在位姿变化方向上的加速度数据；借由控制单元根据位姿变化方向生成转向信号；借由控制单元根据载具在位姿变化方向上的加速度数据，生成转向速度数据；借由动力调整模块控制根据转向信号确定需要调整输出功率的推进器模块，以及根据转向速度数据修改推进器模块的输出功率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种载具转向控制系统的应用场景示意图；
图2为本申请实施例提供的一种载具转向控制系统的原理框图；
图3为本申请实施例提供的另一种载具转向控制系统的原理框图；
图4为本申请实施例提供的另一种载具转向控制系统的原理框图；
图5为本申请实施例提供的一种载具转向控制方法的流程图；
图6为本申请实施例提供的另一种载具转向控制方法的流程图。
图标：1-载具转向控制系统；2-载具；3-遥控器；4-蓝牙模块；10-驱动单元；11-推进器模块；12-方向调整模块；13-动力调整模块；20-惯性测量单元；21-位姿变化检测模块；22-加速度检测模块；30-控制单元。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
参阅图1，其为本实施例提供的一种载具转向控制系统1的应用场景示意图，载具转向控制系统1应用于载具2，载具2上设置有推进器，推进器提供载具2行驶的动力，载具转向控制系统1控制推进器动力输出的方向，以此来改变载具2的行驶方向。
于一实施例中，载具2的驾驶者可以通过遥控器3控制载具转向控制系统1的工作与关闭，鉴于目前电动载具2的常规的控制方法及竞速赛事的要求，可能会有驾驶者期望不使用辅助转向功能，因此遥控器3上增加一颗按键用来开/关辅助转向功能。载具2上设有蓝牙模块4，蓝牙模块4用于在遥控器3与载具转向控制系统1之间建立无线通讯，将遥控器3的控制信息传递给载具转向控制系统1。
参阅图2，其为本实施例提供的一种载具转向控制系统1的原理框图，载具转向控制系统1包括：驱动单元10、惯性测量单元20和控制单元30。
于一实施例中，驱动单元10设置在载具2上，用于根据动力输出方向驱动载具2向动力输出方向的反方向运动。驱动单元10可以由推进器和推进器的控制器组成，推进器(Propeller)是将任何形式的能量转化为机械能的装置，推进器上设有旋转叶片或喷射装置，推进器通过旋转叶片或喷气(水)来产生推力的。
于一实施例中，惯性测量单元20电性连接于驱动单元10，用于获取载具2的位姿调整数据。其中，惯性测量单元20可以是IMU(Inertial measurement unit，惯性测量装置)一般IMU包括三轴陀螺仪及三轴加速度计，于一实施例中，某些9轴IMU还包括三轴磁力计。载具2的位姿调整数据可以包括三轴姿态角和加速度数据等，IMU可以测量物体三轴姿态角及加速度。
于一实施例中，一个IMU包含了一个三轴的加速度计传感器和一个三轴的陀螺仪传感器，加速度计检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号，而陀螺仪检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。
于一实施例中，控制单元30分别电性连接于驱动单元10和惯性测量单元20，用于根据位姿调整数据调整驱动单元10的动力输出方向。于一实施例中，根据控制单元30载具2的位姿变化方向，生成转向信号，然后根据载具2在位姿变化方向上的加速度数据，生成转向速度数据，最后将转向信号和转向速度数据发送至驱动单元10。
参阅图3，其为本实施例提供的另一种载具转向控制系统1的原理框图，其中，惯性测量单元20包括：位姿变化检测模块21和加速度检测模块22。位姿变化检测模块21用于获取载具2的位姿变化方向。加速度检测模块22用于计算载具2在位姿变化方向上的加速度数据。
于一实施例中，驱动单元10包括：推进器模块11和方向调整模块12。其中，推进器模块11用于向单个方向输出动力。方向调整模块12与推进器模块11连接，方向调整模块12用于调整推进器模块11的动力输出方向。
于一实施例中，推进器模块11包括至少一个推进器。控制器可以控制推进器调整其动力输出的方向，即方向调整模块12根据转向信号确定推进器的旋转方向，然后根据转向速度数据，控制推进器按照转向速度数据，将动力输出方向调整至旋转方向。
参阅图4，其为本实施例提供的另一种载具转向控制系统1的原理框图，驱动单元10还可以设置至少两个推进器模块11，每个推进器模块11用于向单个方向输出动力，此时推进器模块11中的所有推进器可以是固定朝向一个方向输出动力。
于一实施例中，驱动单元10还包括动力调整模块13，动力调整模块13电性连接于每个推进器模块11，用于调整每个推进器模块11的输出功率。于一实施例中，每个推进器模块11的动力输出方向平行，调整每个推进器模块11的输出功率形成一定的输出差，即可实现载具转向。
于一实施例中，动力调整模块13还用于：根据转向信号确定需要调整输出功率的推进器模块11，以及根据转向速度数据修改推进器模块11的输出功率。
参阅图5，其为本实施例提供的一种载具转向控制方法的流程图，应用于图1所示的应用场景中，并借由图3所示的载具转向控制系统1来实现，方法包括：
步骤501：借由位姿变化检测模块21，获取载具2的位姿变化方向。
在本步骤中，位姿变化检测模块21用于获取载具2的位姿变化方向，位姿变化方向是载具2发生侧倾时的映射方向，例如载具2向左侧倾，表示载具2的期望方向为“左”，位姿变化检测模块21检测载具2向左倾斜的表征信号，以获取载具2的位姿变化方向。
步骤502：借由加速度检测模块22，计算载具2在位姿变化方向上的加速度数据。
在本步骤中，速度检测模块用于计算载具2在位姿变化方向上的加速度数据。载具2在其位姿变化方向上的变化速率表示载具转向的角度大小，载具2需要急转弯，则在其急转弯方向上的加速度数据必然大于缓慢转向的加速度。
步骤503：借由控制单元30根据位姿变化方向生成转向信号。
在本步骤中，根据控制单元30载具2的位姿变化方向，生成转向信号。
步骤504：借由控制单元30根据载具2在位姿变化方向上的加速度数据，生成转向速度数据。
在本步骤中，根据载具2在位姿变化方向上的加速度数据，生成转向速度数据。
步骤505：借由方向调整模块12控制推进器按照转向速度数据调整动力输出方向。
在本步骤中，推进器模块11包括至少一个推进器。控制器可以控制推进器调整其动力输出的方向，即方向调整模块12根据转向信号确定推进器的旋转方向，然后根据转向速度数据，控制推进器按照转向速度数据，将动力输出方向调整至旋转方向。
参阅图6，其为本实施例提供的一种载具转向控制方法的流程图，应用于图1所示的应用场景中，并借由图4所示的载具转向控制系统1来实现，方法包括：
步骤601：借由位姿变化检测模块21，获取载具2的位姿变化方向。详细请参阅上述实施例中对步骤501的描述。
步骤602：借由加速度检测模块22，计算载具2在位姿变化方向上的加速度数据。详细请参阅上述实施例中对步骤502的描述。
步骤603：借由控制单元30根据位姿变化方向生成转向信号。详细请参阅上述实施例中对步骤503的描述。
步骤604：借由控制单元30根据载具2在位姿变化方向上的加速度数据，生成转向速度数据。详细请参阅上述实施例中对步骤505的描述。
步骤605：借由动力调整模块13控制根据转向信号确定需要调整输出功率的推进器模块11，以及根据转向速度数据修改推进器模块11的输出功率。
在本步骤中，驱动单元10还可以设置至少两个推进器模块11，每个推进器模块11用于向单个方向输出动力，此时推进器模块11中的所有推进器可以是固定朝向一个方向输出动力，驱动单元10还包括动力调整模块13，动力调整模块13电性连接于每个推进器模块11，用于调整每个推进器模块11的输出功率。于一实施例中，每个推进器模块11的动力输出方向平行，调整每个推进器模块11的输出功率形成一定的输出差，即可实现载具转向。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
需要说明的是，功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种载具转向控制系统，应用于载具，其特征在于，包括：
驱动单元，设置在所述载具上，用于根据动力输出方向驱动所述载具向所述动力输出方向的反方向运动；
惯性测量单元，电性连接于所述驱动单元，用于获取所述载具的位姿调整数据，所述位姿调整数据包括载具发生侧倾时的位姿变化方向以及载具在位姿变化方向上的加速度数据；
控制单元，分别电性连接于所述驱动单元和所述惯性测量单元，用于根据所述位姿调整数据调整所述驱动单元的动力输出方向,包括：根据所述位姿变化方向确定至少两个推进器模块中需要调整输出功率的推进器模块，以及，根据加速度数据修改至少两个推进器中每个推进器模块的输出功率。
2.根据权利要求1所述的载具转向控制系统，其特征在于，所述惯性测量单元包括：
位姿变化检测模块，用于获取所述载具的位姿变化方向；
加速度检测模块，用于计算所述载具在所述位姿变化方向上的加速度数据。
3.根据权利要求2所述的载具转向控制系统，其特征在于，所述控制单元还用于：
根据所述位姿变化方向，生成转向信号；
根据所述载具在所述位姿变化方向上的加速度数据，生成转向速度数据；
将所述转向信号和所述转向速度数据发送至所述驱动单元。
4.根据权利要求3所述的载具转向控制系统，其特征在于，所述驱动单元还包括：
推进器模块，用于向单个方向输出动力；以及，
方向调整模块，与所述推进器模块连接，用于调整所述推进器模块的所述动力输出方向。
5.根据权利要求4所述的载具转向控制系统，其特征在于，所述推进器模块包括至少一个推进器。
6.根据权利要求5所述的载具转向控制系统，其特征在于，所述方向调整模块还用于：
根据转向信号确定所述推进器的旋转方向；
根据所述转向速度数据，控制所述推进器按照所述转向速度数据，将所述动力输出方向调整至所述旋转方向。
7.根据权利要求3所述的载具转向控制系统，其特征在于，所述驱动单元包括：
至少两个推进器模块，每个所述推进器模块用于向单个方向输出动力；以及，
动力调整模块，电性连接于每个所述推进器模块，用于调整每个所述推进器模块的输出功率。
8.一种载具转向控制方法，其特征在于，应用于上述权利要求1-6任一项所述载具转向控制系统，所述方法包括：
借由位姿变化检测模块，获取所述载具的位姿变化方向；
借由加速度检测模块，计算所述载具在所述位姿变化方向上的加速度数据；
借由控制单元根据位姿变化方向生成转向信号；
借由控制单元根据所述载具在所述位姿变化方向上的加速度数据，生成转向速度数据；
借由方向调整模块控制推进器按照所述转向速度数据调整所述动力输出方向，包括：根据所述位姿变化方向确定至少两个推进器模块中需要调整输出功率的推进器模块，以及，根据加速度数据修改至少两个推进器中每个推进器模块的输出功率。
9.一种载具转向控制方法，其特征在于，应用于上述权利要求1-3、7任一项所述的载具转向控制系统，所述方法包括：
借由位姿变化检测模块，获取所述载具的位姿变化方向；
借由加速度检测模块，计算所述载具在所述位姿变化方向上的加速度数据；
借由控制单元根据位姿变化方向生成转向信号；
借由控制单元根据所述载具在所述位姿变化方向上的加速度数据，生成转向速度数据；
借由动力调整模块控制根据所述转向信号确定需要调整输出功率的推进器模块，以及根据所述转向速度数据修改所述推进器模块的输出功率。
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Effective date of registration: 20240423 Address after: 120 Robinson Road, Singapore # 13-01 Patentee after: Little Shark Intelligent Technology (Singapore) Ltd. Country or region after: Singapore Address before: 1st Floor, Building 33, Yunguyuan, No. 79 Shuangying West Road, Science and Technology Park, Changping District, Beijing 102200 Patentee before: PowerVision Robot Inc. Country or region before: China |
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