CN113181662A - 一种摇动控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种摇动控制方法，包括双光电传感器和光栅，通过检测光栅遮断或者开通部分通过光电传感器的时间；在每个摇动周期中，将最短时间值与预设摇动幅度对应的时间值进行比较，当最短时间值与预设时间值不相等时，产生调节电机输出功率的控制信号以使摇动幅度达到预设摇动幅度；检测当前摇动方向；判断当前摇动方向是否发生变化，当发生改变时，产生调节电机输出功率的控制信号以做同向补充加力。本发明通过计算光栅遮断或者开通部分通过光电传感器的时间值，来控制秋千摇摆的速度，提高控制精度，有效解决精度不足的问题。并且根据摇动方向对应做正反向同向补充加力，可以提前修正摇动动力。
Description
技术领域
本发明属于秋千摇椅摇动控制技术领域，具体涉及一种秋千餐椅、摇椅或摇床的具有的摇动控制方法，还涉及一种摇动控制装置。
背景技术
近年来，儿童秋千餐椅、摇椅和摇床发展快速。
然而美国和欧洲高性能摇动控制技术专利一直被美国公司KIDSII控制，其核心专利US007905791B2 由于控制精度高，生产成本低，一直控制美国婴儿秋千市场。现在Graco公司已失效专利US6339304B1所示结构基础上，改善控制算法，消除原算法精度不高的缺陷，达到与KIDS II公司专利相当摇动性能，从而进入美国市场。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种摇动控制方法，解决了现有技术中儿童秋千摇动控制算法精度不足的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案。
第四方面，本发明还提供了一种摇动控制方法，包括以下步骤：
检测光栅遮断或者开通部分通过光电传感器的时间；
在每个摇动周期中，将最短时间值与预设摇动幅度对应的时间值进行比较，当最短时间值与预设时间值不相等时，产生调节电机输出功率的控制信号以使摇动幅度达到预设摇动幅度；
检测当前摇动方向；
判断当前摇动方向是否发生变化，当发生改变时，产生调节电机输出功率的控制信号以做同向补充加力。
可选地，所述检测光栅遮断或者开通部分通过光电传感器的时间，包括：
通过计时器计算光栅移动时光栅遮断或者开通部分在光电传感器上产生的脉冲时间。
可选地，所述检测当前摇动方向，包括：
采集设置在光栅盘的两端的双光电传感器AB的信号；
检测A相和B相的电平信号时间差，判断摇动移动方向。
可选地，所述当最短时间值与预设时间值不相等时，产生调节电机输出功率的控制信号以使摇动幅度达到预设摇动幅度，包括：
当最短时间值小于预设时间值时，产生减少电机输出功率的PWM信号；
当最短时间值大于预设时间值时，产生增加电机输出功率的PWM信号。
第二方面，本发明还提供了一种秋千餐椅，采用上述的摇动控制方法控制秋千餐椅摇动。
第三方面，本发明还提供了一种摇椅，采用上述的摇动控制方法控制摇椅摇动。
第四方面，本发明还提供了一种摇床，采用上述的摇动控制方法控制摇床摇动。
第五方面，本发明提供了一种摇动控制装置，包括控制器、电机、摇动时间检测器和摇动方向检测器；
所述摇动时间检测器，用于检测光栅遮断或者开通部分通过光电传感器的时间；
所述摇动方向检测器，用于检测当前摇动方向；
所述控制器，用于在每个摇动周期中，将最短时间值与预设摇动幅度对应的时间值进行比较，当最短时间值与预设时间值不相等时，产生调节所述电机输出功率的控制信号以使摇动幅度达到预设摇动幅度；并判断当前摇动方向是否变化，当当前摇动方向改变时，产生调节所述电机输出功率的控制信号以做同向补充加力。
可选地，所述摇动时间检测器包括光电传感器和计时器，通过计时器计算光栅移动时光栅遮断或者开通部分在光电传感器上产生的脉冲时间。
可选地，所述摇动方向检测器采用双光电传感器，双光电传感器分别设置在光栅盘两侧，分别记为光电传感器A和光电传感器B，通过双光电传感器AB信号的相位关系确定摇动的正反转方向。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过主轴光栅移动时在双光电传感器上产生的脉冲时间来计算主轴的移动速度，通过对比预设值改变PWM值调整马达的驱动功率，控制秋千摇摆的线性更平顺，有效解决精度不足的问题。并且根据摇动方向对应做正反向同向补充加力，可以提前修正摇动动力，以使摆幅达到预设要求。
附图说明
图1为儿童秋千餐椅的结构图；
图2为儿童摇椅的结构图；
图3为光栅和光电传感器的安装结构图；
图4为本发明方法的流程图。
附图标记：
1、支撑框架；2、摇动控制装置；3、吊架；4、座椅；5、盘构件；6、光栅盘；7、光电传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
现有技术中，通常是计算光栅格数（或齿数）来控制秋千摇摆速度，因为光栅盘不在电机轴上，而是在输出轴上，轴出轴转动的速度很小，所以通过的齿数只有1~2个齿，这种控制精度很差，无法达到精确控制秋千摇摆速度的要求。
儿童秋千餐椅的结构参见图1所示，支撑框架1的顶端连接一对吊架3，一对吊架3分别连接座椅4，支撑框架1的顶端还安装有摇动控制装置2，摇动控制装置2驱动吊架3带动座椅4摇摆。儿童摇椅的结构参见图2所示，支撑框架1的上方连接吊架3，吊架3上连接座椅4，支撑框架1的顶端还安装有摇动控制装置2，摇动控制装置2驱动座椅4摇摆。摇动控制装置2包括控制器和电机，电机的主轴具有盘构件5和径向延伸部，从径向延伸部延伸出光栅盘6，参见图3所示，并且在这里所示的实施例中，光栅盘6上延伸出12个光栅，相邻光栅间隔约为2°，光栅的宽度约为4°。在一个摇动周期中，需要控制摇动频率使之等于秋千摇动的本征频率，控制秋千摇动幅度使之达到预设的最大幅度，使秋千摇摆具有较高的稳定性和精度。
本发明的一种摇动控制方法，具体参见如图4所示，包括以下步骤：
步骤1，初始化定时模组，初始化PWM；定时模组中定时器用来计时，PWM波是用来调整电机驱动功率；
步骤2，读取光电传感器输入值；读取时间设定值；此设定值是根据在实际使用中秋千的摇动幅度需求计算得到。
为了采集秋千摇动的速度和运动方向，采用现有技术中的光电传感器实现，在光栅盘6的一侧放置光源，在光栅盘6的相对侧两端放置两个光电传感器7，分别记为光电传感器A和光电传感器B。
电机驱动摇摆时候带动光栅盘6在光源和光电传感器7的中间摇摆运动，光电传感器输出表征有无光栅遮挡的特征信号，例如无遮挡（即对应通）时候，在光电传感器上产生高电平脉冲；记录光电传感器输出的对应光栅盘上的阻、通、阻的时间间隔。
本发明中通过主轴光栅移动时在光电传感器（任一个）上产生的脉冲时间来计算电机主轴的移动速度，也就是秋千摇动的速度。
采集设置在光栅盘的两端的光电传感器A和光电传感器B的信号；根据双光电传感器AB的相位信号来判断秋千的运动方向，当传感器A先检测到光栅盘的阻格时，相位关系是AB-AB-AB，则判断秋千是从A往B方向摇摆，是正向。当传感器B先检测到光栅盘的阻格时，相位关系是BA-BA-BA，则判断摇动方向为从B往A方向，是反向。
步骤3，判断光电传感器输入值是否有变化，如果没有变化，则转入步骤4，如果有变化，则执行步骤5；
光电传感器输入值有变化表示马达驱动功率大于摩擦力，无变化表示马达驱动功率小于摩擦力。
步骤4，时间计数器+1，重新回到步骤2执行；
步骤5，存储时间计数器，然后将时间计数器清零；
步骤6，选择最短时间值与预设时间值（对应的预设摇摆幅度）比较；
如果最短时间值小于预设时间值，则执行步骤7，调整PWM驱动减少电机功率；
如果最短时间值大于等于预设时间值，则执行步骤8；调整PWM驱动增加电机功率；
如果最短时间等于预设时间值，则不增加PWM值。
本发明选择最短时间值作为即时摇动速度大小的判断依据，也就是说，认为到达最低点时通过一格光栅所用时间间隔最短，摇摆速度最快。适时调整马达驱动功率以使摇椅能够到达设定摇动幅度。
步骤7，计算新的摇动周期，计算PWM新的参数；执行步骤8；
摇动周期=双光电传感器检测到的AB换向时间差计算得出。
产生调节电机输出功率的PWM控制信号以使摇动幅度达到预设摇动幅度。
当最短时间值小于预设时间值时，产生减少电机输出功率的PWM信号；
当最短时间值大于预设时间值时，产生增加电机输出功率的PWM信号。
步骤8，判断摇动方向有没有变化，如果没有变化，重新返回步骤2执行，如果有变化，则执行步骤9。
MCU通过读取双光电传感器AB的信号相位差来判断秋千的正反转方向，当摇椅到达最高点后，运动方向变化，根据摇动方向对应做正反向同向补充加力。
步骤9，计算新的摇动周期，计算PWM新的参数。产生调节电机输出功率的PWM控制信号以做同向补充加力。
秋千在运行中受外力、风阻等情况下随时都有可能改变摇动周期，所以每次的摇动周期都要重新计算周期。控制摇动频率使之等于秋千摇动的本征频率。产生调节电机输出功率的PWM控制信号以做同向补充加力。
本发明通过计算一格光栅通过的时间值来控制秋千摇摆的速度（即幅度），提高控制精度，有效解决精度不足的问题。并且根据摇动方向对应做正反向同向补充加力，可以提前修正摇动动力，以使摆幅达到预设要求。
此摇动控制方法可以适用于现有技术中的儿童秋千餐椅、摇床和摇椅等。
本发明实施例的一种摇动控制装置，包括控制器、电机、摇动时间检测器和摇动方向检测器；
所述摇动时间检测器，用于监测单个光栅移动时在双光电传感器上产生的脉冲时间；
所述摇动方向检测器，用于监测当前摇动方向；
所述控制器，用于在每个摇动周期中，将摇动最短时间值与预设摇动幅度对应的时间值进行比较，当两者不相等时，产生调节所述电机输出功率的控制信号；并判断当前摇动方向是否变化，当当前摇动方向改变时，产生调节所述电机输出功率的控制信号。
计时器计算脉冲的上升沿到下降沿截止的时间作为摇动通过一个光栅的时间，然后通过此时间值来计算秋千摇摆的速度。本发明中选择最短时间值来计算秋千在最高点的运动速度，适时调整马达驱动功率到达设定摇动幅度。
摇到最高点后，在重力作用下使秋千反转，控制器通过读取双光电传感器管AB相位来判断秋千的正反转方向，根据判断的方向对应做正反向同向补充加力。
本发明通过计算一格光栅通过的时间值来控制秋千摇摆的速度，时间值可以计算到0.001秒，提高控制精度，有效解决精度不足的问题。
现在常见的摇动物件有秋千和摇椅，上述的摇摆驱动控制装置可直接运用在秋千和摇椅中。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种摇动控制方法，其特征是，包括以下步骤：
检测光栅遮断或者开通部分通过光电传感器的时间；
在每个摇动周期中，将最短时间值与预设摇动幅度对应的时间值进行比较，当最短时间值与预设时间值不相等时，产生调节电机输出功率的控制信号以使摇动幅度达到预设摇动幅度；
检测当前摇动方向；
判断当前摇动方向是否发生变化，当发生改变时，产生调节电机输出功率的控制信号以做同向补充加力。
2.根据权利要求1所述一种摇动控制方法，其特征是，所述检测光栅遮断或者开通部分通过光电传感器的时间值，包括：
通过计时器计算光栅移动时光栅遮断或者开通部分在光电传感器上产生的脉冲时间。
3.根据权利要求1所述一种摇动控制方法，其特征是，所述检测当前摇动方向，包括：
采集设置在光栅盘端部的双光电传感器AB相位信号；
检测A相和B相的电平信号时间差，判断摇动移动方向。
4.根据权利要求1所述一种摇动控制方法，其特征是，所述当最短时间值与预设时间值不相等时，产生调节电机输出功率的控制信号以使摇动幅度达到预设摇动幅度，包括：
当最短时间值小于预设时间值时，产生减少电机输出功率的PWM信号；
当最短时间值大于预设时间值时，产生增加电机输出功率的PWM信号。
5.一种秋千餐椅，其特征是，采用权利要求1-4任一项所述的摇动控制方法控制秋千餐椅摇动。
6.一种摇椅，其特征是，采用权利要求1-4任一项所述的摇动控制方法控制摇椅摇动。
7.一种摇床，其特征是，采用权利要求1-4任一项所述的摇动控制方法控制摇床摇动。
8.一种摇动控制装置，其特征是，包括控制器、电机、摇动时间检测器和摇动方向检测器；
所述摇动时间检测器，用于检测光栅遮断或者开通部分通过光电传感器的时间；
所述摇动方向检测器，用于检测当前摇动方向；
所述控制器，用于在每个摇动周期中，将最短时间值与预设摇动幅度对应的时间值进行比较，当最短时间值与预设时间值不相等时，产生调节所述电机输出功率的控制信号以使摇动幅度达到预设摇动幅度；并判断当前摇动方向是否变化，当发送改变时，产生调节所述电机输出功率的控制信号以做同向补充加力。
9.根据权利要求8所述的一种摇动控制装置，其特征是，所述摇动时间检测器包括光电传感器和计时器，通过计时器计算光栅移动时光栅遮断或者开通部分在光电传感器上产生的脉冲时间。
10.根据权利要求8所述的一种摇动控制装置，其特征是，所述摇动方向检测器采用双光电传感器，双光电传感器分别设置在光栅盘两侧，分别记为光电传感器A和光电传感器B，通过双光电传感器AB信号的相位关系确定摇动的正反转方向。
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