CN114684253A - 无联轴器方向盘旋转控制装置及清洁机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无联轴器方向盘旋转控制装置，包括与方向盘相连的连杆、第一电机、第二电机、第一驱动线、第二驱动线、第一检测器、角度控制器；第一驱动线的一端连接在第一电机的输出轴上而另一端卷绕在连杆上；第二驱动线的一端连接在第二电机的输出轴上而另一端卷绕在连杆；第一驱动线对连杆的旋转驱动方向与第二驱动线相反；第一检测器用于检测车轮的转动角度；角度控制器用于根据第一检测器的检测数据分别控制第一电机及第二电机的旋转角度，以通过第一驱动线及第二驱动线协作带动连杆与车轮同步转动。本发明能够使用户方便、准确地判断清洁机器人的行进方向，提高安全性能。本发明还公开一种清洁机器人，其有益效果如上所述。

Description

无联轴器方向盘旋转控制装置及清洁机器人

技术领域

本发明涉及智能汽车技术领域，特别涉及一种无联轴器方向盘旋转控制装置。本发明还涉及一种清洁机器人。

背景技术

随着机器人行业和自动驾驶技术的高速发展，能够进行自动驾驶的清洁机器人在市场上得到广泛使用。

目前，虽然清洁机器人已经能够进行自动驾驶操作，但在车体上仍然配置有方向盘，以供用户在需要时进行手动驾驶。与传统的汽车方向盘不同的是，传统的汽车方向盘需要通过联轴器与转向驱动桥形成动力连接，而清洁机器人上配置的方向盘则是无联轴器设置，即不与转向驱动桥形成动力连接。这是因为，传统的汽车方向盘的体积较大，且结构复杂，零部件众多，而清洁机器人的体积小巧，难以在清洁机器人的车体上实现传统的联轴器式方向盘结构设计。

在现有技术中，当清洁机器人处于自动驾驶模式时，用户乘坐在清洁机器人上无需进行任何驾驶操作，且方向盘通常保持静止不动的状态。由于视野、结构设计等因素的影响，用户在清洁机器人的座舱中难以直接用肉眼观察到前轮的转动方向，导致用户无法通过传统方式根据方向盘的转动方向准确地判断当前清洁机器人的当前行进方向，一方面造成用户体验感下降，乘坐舒适性不佳；另一方面，用户若需要随时进行手动驾驶控制，则难以准确知晓当前状态下对方向盘的安全旋转角度。

因此，如何使用户方便、准确地判断清洁机器人的行进方向，提高安全性能，是本领域技术人员面临的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种无联轴器方向盘旋转控制装置，能够使用户方便、准确地判断智能驾驶设备的行进方向，提高安全性能。本发明的另一目的是提供一种清洁机器人。

为解决上述技术问题，本发明提供一种无联轴器方向盘旋转控制装置，包括用于与方向盘相连的连杆、第一电机、第二电机、第一驱动线、第二驱动线、第一检测器、角度控制器；

所述第一驱动线的一端连接在所述第一电机的输出轴上而另一端卷绕在所述连杆上；

所述第二驱动线的一端连接在所述第二电机的输出轴上而另一端卷绕在所述连杆上；

所述第一驱动线对所述连杆的旋转驱动方向与所述第二驱动线对所述连杆的旋转驱动方向相反；

所述第一检测器用于检测车轮的转动角度；

所述角度控制器用于根据所述车轮的转动角度分别控制所述第一电机及所述第二电机的旋转角度，以通过所述第一驱动线及所述第二驱动线协作带动所述连杆与车轮同步转动。

可选地，还包括安装座，所述连杆的一端可旋转地插设于所述安装座内，所述连杆的另一端与所述方向盘相连。

可选地，还包括分别套设于所述第一电机及所述第二电机的输出轴上的收线盒，所述第一驱动线及所述第二驱动线的一端分别固定在对应的所述收线盒内。

可选地，所述第一电机及所述第二电机分别位于所述连杆的径向方向两端位置。

可选地，还包括用于检测所述连杆的转动角度的第二检测器，所述第二检测器与所述角度控制器信号连接，以使所述角度控制器修正对所述第一电机及所述第二电机的旋转角度控制。

可选地，所述第一驱动线及所述第二驱动线均为线绳或软尺。

可选地，还包括第三检测器、第四检测器；

所述第三检测器用于检测所述第一电机的输出轴相对于初始状态的转动角度；

所述第四检测器用于检测所述第二电机的输出轴相对于初始状态的转动角度的第四检测器。

可选地，还包括力矩控制器，所述力矩控制器用于根据用户对所述方向盘的转动方向在所述第一电机或所述第二电机的输出轴上施加反向力矩，以对用户形成阻尼。

可选地，所述力矩控制器具体用于根据所述第三检测器、所述第四检测器的检测数据成比例地对所述第一电机、所述第二电机的输出轴施加力矩。

本发明还提供一种清洁机器人，包括车体和设置于所述车体上的无联轴器方向盘旋转控制装置，其中，所述无联轴器方向盘旋转控制装置具体为上述任一项所述的无联轴器方向盘旋转控制装置。

本发明所提供的无联轴器方向盘旋转控制装置，主要包括连杆、第一电机、第二电机、第一驱动线、第二驱动线、第一检测器和角度控制器。其中，连杆与方向盘相连，当连杆旋转时，将带动方向盘进行同步旋转。第一驱动线的一端连接在第一电机的输出轴上，而其另一端卷绕连接在连杆上；当第一电机的输出轴旋转时，对第一驱动线的另一端产生拉扯收线作用，从而利用线与面(连杆的圆周面)之间的摩擦力驱动连杆进行对应方向(顺时针或逆时针)转动。第二驱动线的一端连接在第二电机的输出轴上，而其另一端卷绕连接在连杆上；同理，当第二电机的输出轴旋时，对第二驱动线的另一端产生拉扯收线作用，从而利用线与面(连杆的圆周面)之间的摩擦力驱动连杆进行对应方向(顺时针或逆时针)转动。并且，第一驱动线对连杆的旋转驱动方向与第二驱动线对连杆的旋转驱动方向相反，即其中一者驱动连杆进行顺时针方向旋转，而另一者驱动连杆进行逆时针方向旋转。第一检测器主要用于检测车轮的转动角度，从而获得清洁机器人的当前行进方向。角度控制器与第一检测器保持信号连接，主要用于根据第一检测器的检测数据产生对应的控制指令，并分别发送给第一电机和第二电机，使得第一电机和第二电机分别产生对应的旋转角度，从而通过第一驱动线及第二驱动线的协同动作，带动连杆与车轮进行同步转动，进而带动方向盘与车轮保持同步转动状态。如此，本发明所提供的无联轴器方向盘旋转控制装置，通过角度控制器对第一电机及第二电机的旋转角度的控制，利用第一驱动线及第二驱动线对连杆的周向拉扯作用，使得连杆及方向盘均与车轮保持同步转向状态，从而使用户能够通过观察方向盘的转动方向而方便、准确地判断清洁机器人的行进方向，提高安全性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。

图2为本发明所提供的一种具体实施方式的控制原理模块图。

其中，图1—图2中：

方向盘—1，连杆—2，第一电机—3，第二电机—4，第一驱动线—5，第二驱动线—6，第一检测器—7，角度控制器—8，安装座—9，收线盒—10，第二检测器—11，第三检测器—12，第四检测器—13，力矩控制器—14。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，无联轴器方向盘旋转控制装置主要包括连杆2、第一电机3、第二电机4、第一驱动线5、第二驱动线6、第一检测器7和角度控制器8。

其中，连杆2与方向盘1相连，当连杆2旋转时，将带动方向盘1进行同步旋转。

第一驱动线5的一端连接在第一电机3的输出轴上，而其另一端卷绕连接在连杆2上；当第一电机3的输出轴旋转时，对第一驱动线5的另一端产生拉扯收线作用，从而利用线与面(连杆2的圆周面)之间的摩擦力驱动连杆2进行对应方向(顺时针或逆时针)转动。

第二驱动线6的一端连接在第二电机4的输出轴上，而其另一端卷绕连接在连杆2上；同理，当第二电机4的输出轴旋时，对第二驱动线6的另一端产生拉扯收线作用，从而利用线与面(连杆2的圆周面)之间的摩擦力驱动连杆2进行对应方向(顺时针或逆时针)转动。

并且，第一驱动线5对连杆2的旋转驱动方向与第二驱动线6对连杆2的旋转驱动方向相反，即其中一者驱动连杆2进行顺时针方向旋转，而另一者驱动连杆2进行逆时针方向旋转。

第一检测器7主要用于检测车轮的转动角度，从而获得智能驾驶设备的当前行进方向。

角度控制器8与第一检测器7保持信号连接，主要用于根据第一检测器7的检测数据产生对应的控制指令，并分别发送给第一电机3和第二电机4，使得第一电机3和第二电机4分别产生对应的旋转角度，从而通过第一驱动线5及第二驱动线6的协同动作，带动连杆2与车轮进行同步转动，进而带动方向盘1与车轮保持同步转动状态。

如此，本实施例所提供的无联轴器方向盘旋转控制装置，通过角度控制器8对第一电机3及第二电机4的旋转角度的控制，利用第一驱动线5及第二驱动线6对连杆2的周向拉扯作用，使得连杆2及方向盘1均与车轮保持同步转向状态，从而使用户能够通过观察方向盘1的转动方向而方便、准确地判断清洁机器人的行进方向，提高安全性能。

一般的，由于线传动特性，当第一电机3的旋转方向对于第一驱动线5而言是收线时，则在卷绕过程中对连杆2产生周向摩擦力，反之，当第一电机3的旋转方向对于第一驱动线5而言是放线时，则不会产生驱动效果，即单向驱动。当然，由于第一驱动线5与第二驱动线6对连杆2的旋转驱动方向相反，当第一电机3驱动连杆2旋转时，第一驱动线5处于收线状态，而此时第二驱动线6处于放线状态，但第二电机4此时也并没有闲着，而是也保持同步反向旋转，将放出的多余部分线收回，使得第二驱动线6仍然保持紧绷状态，如此有利于随时改变连杆2的旋转方向，保证车轮在突然转向时连杆2及方向盘1也能够及时、同步地反向旋转。

在关于第一驱动线5及第二驱动线6的一种可选实施例中，该第一驱动线5及第二驱动线6具体可采用线绳部件，比如麻绳、钢丝绳等。当然，第一驱动线5及第二驱动线6还可以采用软尺、软带等。

为保证连杆2的稳定旋转运动，本实施例中增设了安装座9。具体的，在安装座9上开设有通孔，连杆2的一端(如底端)插设在该通孔内，并保持旋转运动自由度，而连杆2的另一端(如顶端)与方向盘1相连。如此设置，即可通过安装座9对连杆2形成稳定支撑，并对连杆2形成轴承效果。

为保证第一驱动线5及第二驱动线6能够稳定、有序地实现收放线操作，本实施例中增设了收线盒10。具体的，该收线盒10分别套设在第一电机3和第二电机4的输出轴上，与第一电机3或第二电机4的输出轴保持同步旋转。收线盒10整体呈环状，其内圆面可通过键等部件与第一电机3或第二电机4的输出轴相连，而其外圆面与第一驱动线5或第二驱动线6的一端固定连接。当第一电机3或第二电机4运行时，收线盒10同步旋转，从而逐圈实现第一驱动线5或第二驱动线6的收放线操作。

在关于第一电机3与第二电机4的一种位置关系的可选实施例中，考虑到第一驱动线5与第二驱动线6对连杆2的旋转驱动方向相反，且方向盘1一般大概呈圆形形状，因此，在本实施例中，第一电机3与第二电机4分别位于连杆2的径向方向两端位置，即第一电机3与第二电机4间隔180°圆心角。

当然，第一电机3与第二电机4不仅可以间隔180°圆心角分布，还可以间隔90°、120°、150°等圆心角分布。

此外，为提高连杆2及方向盘1的旋转控制精度，提高方向盘1与车轮的转向同步率，本实施例中增设了反馈调整机制。具体的，本实施例中增设了第二检测器11。该第二检测器11主要用于检测连杆2的实际转动角度，并与角度控制器8保持信号连接，以将检测到的实际转动角度反馈给角度控制器8，使得角度控制器8根据实际情况与目标情况的差值及时调整、修正对第一电机3和第二电机4的旋转角度控制。

同理，为保证角度控制器8对第一电机3和第二电机4的旋转角度控制精度，本实施例中增设了第三检测器12和第四检测器13。其中，第三检测器12主要用于监测第一电机3的输出轴的旋转状态，以便检测第一电机3在接收到角度控制器8的旋转指令后的实际旋转角度。同理，第四检测器13主要用于监测第二电机4的输出轴的旋转状态，以便检测第一电机3在接收到角度控制器8的旋转指令后的实际旋转角度。该第三检测器12与第四检测器13可均与角度控制器8保持信号连接，以便角度控制器8对第一电机3、第二电机4的输出轴的旋转状态进行微调。

在其中一个实施例中，第一检测器7、第二检测器11、第三检测器12和第四检测器13为绝对值编码器，可以理解，在其他实施例中第一检测器7、第二检测器11、第三检测器12和第四检测器13为其他具有检测转动角度功能的设备。

如图2所示，图2为本发明所提供的一种具体实施方式的控制原理模块图。

在本发明所提供的另一种具体实施方式中，考虑到清洁机器人不仅可以进行自动驾驶，还可以由用户进行手动驾驶。当清洁机器人处于手动驾驶模式时，方向盘1及连杆2处于主动旋转状态，而非自动驾驶模式下的由第一电机3和第二电机4带动的被动旋转状态。至于自动驾驶模式与手动驾驶模式的切换，可由清洁机器人的控制系统通过感应连杆2上的外加力矩而自动判断。在手动驾驶模式下，用户旋转方向盘1时，连杆2同步旋转，而第二检测器11实时检测到连杆2的旋转角度和旋转方向等信息，并将其发送至前轮的转向电机上，使得该转向电机根据第二检测器11的检测数据驱动前轮进行对应的转向操作。

考虑到由于连杆2并没有通过联轴器等部件与前轮形成动力连接，当用户手动转动方向盘1时，无法感受到反馈力度的变化，与真实的车辆驾驶体验相差很大，手感较差，针对此，本实施例在清洁机器人的手动驾驶模式下增设了阻尼反馈机制。具体的，本实施例中增设了力矩控制器14。该力矩控制器14与第一电机3和第二电机4保持信号连接，当清洁机器人的控制系统检测到用户手动调整方向盘1进行手动驾驶时，力矩控制器14立即根据用户对方向盘1施加的力矩方向(即转动方向)在第一电机3或第二电机4的输出轴上施加一个反向力矩(具体需要由用户对方向盘1施加的力矩方向而定，比如，若第一电机3驱动连杆2顺时针转动，而用户左转方向盘1，则对第一电机3的输出轴施加反向力矩)，以通过第一电机3或第二电机4的输出轴上的反向力矩，对用户对方向盘1的转动操作造成阻尼效果。如此设置，在用户视角下，当其转动方向盘1时，将立刻感受到阻力反馈，从而产生操作手感。

进一步的，为提高用户的手动驾驶安全性，同时提供更加贴近真实的驾驶体验，在本实施例中，力矩控制器14对第一电机3或第二电机4的输出轴上施加的反向力矩，其具体值与对应的第三检测器12或第四检测器13的检测数据成正相关。同时，在清洁机器人的手动驾驶模式下，第三检测器12还用于检测第一电机3的输出轴相对于初始状态的转动角度，即第一偏转角；同理，第四检测器13还用于检测第二电机4的输出轴相对于初始状态的转动角度，即第二偏转角。一般的，第一电机3的输出轴和第二电机4的输出轴的初始状态均为未产生任何旋转的状态，此时方向盘1处于未产生偏转的初始状态，比如朝向正前方。如此设置，当用户转动方向盘1的角度越大，第三检测器12或第四检测器13的检测数据越大，力矩控制器14在第一电机3或第二电机4的输出轴上施加的反向力矩就越大。

一般的，力矩控制器14施加的反向力矩的大小与第一偏转角或第二偏转角呈正比，如F＝mΔα，其中F为反向力矩，m为映射参数变量，可以根据实际情况进行调试，Δα为偏转角。如此设置，方向盘1离中心点(初始状态)越近的位置，即偏转角越小的位置，反向力矩越小，方向盘1越容易转动；当方向盘1离中心点逐渐越来越远时，偏转角越来越大，转动方向盘1需要使用到的力矩将越来越大。同时，当偏转角达到最大值β时，反向力矩将维持在一个较大的定值，此时方向盘1几乎无法再继续转动，从而限制用户继续转动方向盘1。此外，如果用户在手动驾驶模式下突然放开方向盘1，只踩油门，则在力矩控制器14施加的反向力矩的作用下，方向盘1将随着前进的距离慢慢回正，并切换回自动驾驶模式。

在手动模式下，在车轮不运动时，第一电机3和第二电机4均保持相同的反向力矩大小；反向力矩的值设置为20-40N，此时方向盘1几乎无法再继续转动，从而限制用户继续转动方向盘1。

本实施例还提供一种清洁机器人，主要包括车体、方向盘和设置在车体上的无联轴器方向盘旋转控制装置，其中，该无联轴器方向盘旋转控制装置的具体内容与上述相关内容相同，此处不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种无联轴器方向盘旋转控制装置，其特征在于，包括用于与方向盘相连的连杆、第一电机、第二电机、第一驱动线、第二驱动线、第一检测器、角度控制器；

所述第一驱动线的一端连接在所述第一电机的输出轴上而另一端卷绕在所述连杆上；

所述第二驱动线的一端连接在所述第二电机的输出轴上而另一端卷绕在所述连杆上；

所述第一驱动线对所述连杆的旋转驱动方向与所述第二驱动线对所述连杆的旋转驱动方向相反；

所述第一检测器用于检测车轮的转动角度；

所述角度控制器用于根据所述车轮的转动角度分别控制所述第一电机及所述第二电机的旋转角度，以通过所述第一驱动线及所述第二驱动线协作带动所述连杆与车轮同步转动。

2.根据权利要求1所述的无联轴器方向盘旋转控制装置，其特征在于，还包括安装座，所述连杆的一端可旋转地插设于所述安装座内，所述连杆的另一端与所述方向盘相连。

3.根据权利要求1所述的无联轴器方向盘旋转控制装置，其特征在于，还包括分别套设于所述第一电机及所述第二电机的输出轴上的收线盒，所述第一驱动线及所述第二驱动线的一端分别固定在对应的所述收线盒内。

4.根据权利要求1所述的无联轴器方向盘旋转控制装置，其特征在于，所述第一电机及所述第二电机分别位于所述连杆的径向方向两端位置。

5.根据权利要求1所述的无联轴器方向盘旋转控制装置，其特征在于，还包括用于检测所述连杆的转动角度的第二检测器，所述第二检测器与所述角度控制器信号连接，以使所述角度控制器修正对所述第一电机及所述第二电机的旋转角度控制。

6.根据权利要求1所述的无联轴器方向盘旋转控制装置，其特征在于，所述第一驱动线及所述第二驱动线均为线绳或软尺。

7.根据权利要求1-6任一项所述的无联轴器方向盘旋转控制装置，其特征在于，还包括第三检测器、第四检测器；

所述第三检测器用于检测所述第一电机的输出轴相对于初始状态的转动角度；

所述第四检测器用于检测所述第二电机的输出轴相对于初始状态的转动角度的第四检测器。

8.根据权利要求7所述的无联轴器方向盘旋转控制装置，其特征在于，还包括力矩控制器，所述力矩控制器用于根据用户对所述方向盘的转动方向在所述第一电机或所述第二电机的输出轴上施加反向力矩，以对用户形成阻尼。

9.根据权利要求8所述的无联轴器方向盘旋转控制装置，其特征在于，所述力矩控制器具体用于根据所述第三检测器、所述第四检测器的检测数据成比例地对所述第一电机、所述第二电机的输出轴施加力矩。

10.一种清洁机器人，包括车体、方向盘和设置于所述车体上的无联轴器方向盘旋转控制装置，其特征在于，所述无联轴器方向盘旋转控制装置具体为权利要求1-9任一项所述的无联轴器方向盘旋转控制装置。

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