CN109823162A - 一种轮对的行进系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轮对的行进系统及其控制方法，该系统包括轮毂电机，将轮毂电机用主连轴机构连接起来组成轮对结构，在行进的过程中通过在联轴机构所放置的转角传感器来采集双轮行驶的状态，将采集后的数据通过插卡式智能控制板，对采集数据进行处理，应用控制算法对此时所得到的轮子状态进行控制；所述插卡式智能控制板与其他的轮对进行组网，构成协同控制。本发明突破了传统的轮子转向机构，为未来车子行进的模式进行了全新的探索，给出了相应的设计，提供了一种可以实现共享经济发展、人工智能发展的一种全新驱动模式。
Description
技术领域
本发明涉及一种有别于我们传统的扭杆传动转向和SMPT平板车的液压发动机的转向模式，具体涉及一种轮对的行进系统及其控制方法。
背景技术
轮对的驱动模式在目前来说还是不成熟的，但是在大型的工程机械中渐渐出现了双轮或者多轮的驱动方式，但是这样的方式还是想让整个车的接地面积增大，并没有真正把轮对的差速转向优势体现出来，所以有必要冲轮对的驱动方式来对整个车的驱动和转向方式来进行全新的设计。
现有的车辆的转向系统主要是由扭杆机构来实现，其一，造成整个车辆的转向过于死板，而且在转向过程中的能量损耗较为严重，其二，转向上难以实现全方位转向，在转向的过程中只能够转过有限度的某个角度，不能充分利用轮胎的功能；其三，不利于车辆共享的发展；其四，不利于随着神经网络、机器学习、人工智能发展来实现汽车向更高的领域发展。利用调整两个车轮的速度行驶是非常好的，例如在直线行驶时只需要保证两个车轮的速度是一样的，在转向过程中保证两个车轮速度存在速度差，这样就会实现车的各种路况行驶，在车转向的过程中也将是非常迅速的，同时非常容易实现侧向行驶，在某些特殊场合是非常好的。
国内目前的轮对方式有SMPT大型平板车模型，但是他的轮对在转向上与本发明有本质的区别。SMPT平板车的双轮技术如图3所示：其中主要包括液压支撑和液压转向机构。12-SMPT双轮结构实心轮胎或者充气轮胎，13-液压支撑结构，14-液压驱动器，15-T型联轴器，16-法兰轴座，17-转向支架机构；这种方式构成的相关双轮机构是基于液压转向驱动器来实现的，没有基于地面的摩擦和差速来实现，难以实现比较快速的转向，同时这种设计存在转向对轮胎的磨损比较大的缺点。
发明内容
本发明旨在提供一种轮对的行进系统及其控制方法，突破传统的轮子转向机构，为未来车子行进的模式进行了全新的探索，给出了相应的设计。
本发明的转向是基于两个独立驱动的轮子之间的差速实现转向，但是SMPT平板车实现转向是利用液压驱动，起到类似舵机的功能来实现转向。所以基于现在还没有这样的轮对驱动模式，来设计出本模式下的发明。本发明基于轮毂电机的发展，提供了一种可以实现共享经济发展、人工智能发展的一种全新驱动模式。
本发明提供了一种轮对的行进系统，包括轮毂电机，将轮毂电机用主连轴机构连接起来组成轮对结构，在行进的过程中通过在联轴机构所放置的转角传感器来采集双轮行驶的状态，将采集后的数据通过插卡式智能控制板，对采集数据进行处理，应用控制算法对此时所得到的轮子状态进行控制；所述插卡式智能控制板与其他的轮对进行组网，构成协同控制。
所述插卡式智能控制板，中部为主控芯片，上部设有插卡式智能控制器金指，左右两侧分别设有AD转换模块、网络端口、通信接口和控制模块；进一步地，所述主控芯片型号为STM32F103ZET6，AD转换模块型号:ZIAD USB CARD USB 6005，网络端口模块型号：W5500I,通信接口模块型号：PCM-3680-BE,控制模块型号：NIcRIO-9039，转角传感器型号：米郎WOA-C。
所述主连轴机构由一根实心的钢杆组成，主连轴结构与车轮的连接方式是：在车轮上预留的杆通过两个联轴器与主轴连接。
所述联轴机构由一个T型轴组成，联轴机构与主轴通过开通孔的方式与主连轴机构连接，与法兰轴承通过焊接的方式连接，转角传感器放置在法兰联轴器内部。
上述轮对的行进系统的控制方法如下：先对控制系统进行初始化，启动该行进系统，然后对行进方式命令下发，实时通过角度传感器来采集得到的数据，保证轮对的正常行驶。
这个双轮结构是一个具有颠覆性的创新设计，也是基于本双轮模式的一种可实现的方案。
具体地，在保证直线行驶的情况下，要求轮对保持一个角度固定不变，这样就要对下方的轮毂电机进行实时的调速，保持角度不变，若是想转弯，通过插卡式智能控制板对轮对下发指令，通过两个轮子的差速方式实现转弯，若是多个轮对转弯，可以通过插卡式智能控制板通过网络端口对其中的多个轮对所需要转的角度进行协同控制，这样能够发挥人工智能的最大作用。
进一步地，在轮对的行进过程中，在轮毂电机内部装有测速编码器，测速编码器对轮子的行进速度进行实时监测，通过控制板上的通信接口收到相应的返回数据，此时接收到的数据会传送到处理器中，处理器对得到的数据进行分析、处理，最后将处理后的数据通过网络端口下发到轮子，来保证轮子的实时调控。
当遇到多轮子情况需要配合行进的时候，工作原理与单个轮子的原理相同，但是每个轮子都会进行地址编码，这样就会对每个轮子进行控制，这样在所有的数据经过相应的控制板处理之后，统一传输给上方的中央处理器，最后中央处理器对所有的下方处理器进行控制，如果此时需要多轮在行进过程中改变相应的姿态，需要上方中央处理器下发命令后，下方处理器对数据进行处理即可，这样就完成了轮对结构的控制。
进一步地，所述测速编码器的型号为欧姆龙E6B2-CCWZ6C。
本发明的有益效果：
（1）本发明有别于SMPT平板车的轮对行进模式，使整个系统设计较为简单。
（2）突破传统的轮子转向机构，为未来车子行进的模式进行了全新的探索，给出了相应的设计。
（3）在具有多轮行驶中，可以实现零转弯半径。
（4）在多轮控制中人工智能控制的控制策略让整个车具有智慧，为未来无人驾驶的车提供更大的发挥空间。
附图说明
图1是本发明行进系统的主视图。
图2是本发明行进系统的插卡式智能控制板的主视图。
图3是现有技术中基于SMPT双轮结构的主视图。
图4为本发明单个轮对的控制过程图。
图5为本发明人工智能的控制过程图。
图中：1-轮毂电机，2-转角传感器，3-联轴机构，4-插卡式智能控制板，5-主连轴机构，6-插卡式智能控制器金指，7-AD转换模块，8-网络端口，9-通信接口，10-控制模块，11-主控芯片，12-SMPT双轮结构实心轮胎或者充气轮胎，13-液压支撑结构，14-液压驱动器，15-T型联轴器，16-法兰轴座，17-转向支架机构。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1：
如图1~2所示，一种轮对的行进系统，包括轮毂电机1，将轮毂电机1用主连轴机构5连接起来组成轮对结构，在行进的过程中通过在联轴机构3所放置的转角传感器2来采集双轮行驶的状态，将采集后的数据通过插卡式智能控制板4，对采集数据进行处理，应用控制算法对此时所得到的轮子状态进行控制；所述插卡式智能控制板4与其他的轮对进行组网，构成协同控制。
所述插卡式智能控制板4，中部为主控芯片11，上部设有插卡式智能控制器金指6，左右两侧分别设有AD转换模块7、网络端口8、通信接口9和控制模块10。进一步地，所述主控芯片型号为STM32F103ZET6，AD转换模块型号:ZIAD USB CARD USB 6005，网络端口模块型号：W5500I,通信接口模块型号：PCM-3680-BE,控制模块型号：NIcRIO-9039，转角传感器型号：米郎WOA-C。
所述主连轴机构由一根实心的钢杆组成，主连轴结构与车轮的连接方式是：在车轮上预留的杆通过两个联轴器与主轴连接。
所述联轴机构由一个T型轴组成，联轴机构与主轴通过开通孔的方式与主连轴机构连接，与法兰轴承通过焊接的方式连接，转角传感器放置在法兰联轴器内部。
本发明提供了上述轮对的行进系统的控制方法，其控制过程如下：先对控制系统进行初始化，启动该行进系统，然后对行进方式命令下发，实时通过角度传感器来采集得到的数据，保证轮对的正常行驶。上述轮对的行进系统，控制过程如下：先对控制系统进行初始化，启动该行进系统，然后对行进方式命令下发，实时通过角度传感器来采集得到的数据，保证轮对的正常行驶。
这个双轮结构是一个具有颠覆性的创新设计，也是基于本双轮模式的一种可实现的方案。
具体地，在保证直线行驶的情况下，要求轮对保持一个角度固定不变，这样就要对下方的轮毂电机1进行实时的调速，保持角度不变，若是想转弯，通过插卡式智能控制板4对轮对下发指令，通过两个轮子的差速方式实现转弯，若是多个轮对转弯，可以通过插卡式智能控制板4通过网络端口8对其中的多个轮对所需要转的角度进行协同控制，这样能够发挥人工智能的最大作用。
进一步地，在轮对的行进过程中，在轮毂电机内部装有测速编码器，测速编码器对轮子的行进速度进行实时监测，通过控制板上的通信接口收到相应的返回数据，此时接收到的数据会传送到处理器中，处理器对得到的数据进行分析、处理，最后将处理后的数据通过网络端口下发到轮子，来保证轮子的实时调控。如图4所示。
所述测速编码器的型号为欧姆龙E6B2-CCWZ6C。
当遇到多轮子情况需要配合行进的时候，工作原理与单个轮子的原理相同，但是每个轮子都会进行地址编码，这样就会对每个轮子进行控制，这样在所有的数据经过相应的控制板处理之后，统一传输给上方的中央处理器，最后中央处理器对所有的下方处理器进行控制，如果此时需要多轮在行进过程中改变相应的姿态，需要上方中央处理器下发命令后，下方处理器对数据进行处理即可，这样就完成了轮对结构的控制。
如图5所示，给出了本发明的控制过程，对应逻辑关系图描述控制过程如下：在人工智能的控制中启动整个系统后，我们要对整个系统进行检测，保证整个系统在控制没有出错的时候才能够完成整个系统的启动，在启动和检查的规则是，在每一次完成一级检测后，要是满足检测条件，则进入下一级控制，若是没有通过，则执行报警操作，若是报警次数通过，则继续返回上一级进行，若是没有通过则执行与其相邻的判断环节，最后都没有通过则通过电脑进行整个系统的重新启动，若是都没有错误，则对每次行驶的数据，存储到电脑，当做一次学习的数据，最后得到最好的控制策略。这样就完成了人工智能的控制。
Claims (8)
1.一种轮对的行进系统，其特征在于：包括轮毂电机，将轮毂电机用主连轴机构连接起来组成轮对结构，在行进的过程中通过在联轴机构所放置的转角传感器来采集双轮行驶的状态，将采集后的数据通过插卡式智能控制板，对采集数据进行处理，应用控制算法对此时所得到的轮子状态进行控制；所述插卡式智能控制板与其他的轮对进行组网，构成协同控制。
2.根据权利要求1所述的轮对的行进系统，其特征在于：所述插卡式智能控制板，中部为主控芯片，上部设有插卡式智能控制器金指，左右两侧分别设有AD转换模块、网络端口、通信接口和控制模块。
3.根据权利要求1所述的轮对的行进系统，其特征在于：所述主连轴机构由一根实心的钢杆组成，主连轴结构与车轮的连接方式是：在车轮上预留的杆通过两个联轴器与主轴连接。
4.根据权利要求1所述的轮对的行进系统，其特征在于：所述联轴机构由一个T型轴组成，联轴机构与主轴通过开通孔的方式与主连轴机构连接，与法兰轴承通过焊接的方式连接，转角传感器放置在法兰联轴器内部。
5.一种权利要求1~4任一项所述的轮对的行进系统的控制方法，其特征在于：控制过程如下：先对控制系统进行初始化，启动该行进系统，然后对行进方式命令下发，实时通过角度传感器来采集得到的数据，保证轮对的正常行驶。
6.根据权利要求5所述的轮对的行进系统的控制方法，其特征在于：在保证直线行驶的情况下，若是想转弯，通过插卡式智能控制板对轮对下发指令，通过两个轮子的差速方式实现转弯，若是多个轮对转弯，可以通过插卡式智能控制板通过网络端口对其中的多个轮对所需要转的角度进行协同控制，这样能够发挥人工智能的最大作用。
7.根据权利要求5所述的轮对的行进系统的控制方法，其特征在于：在轮对的行进过程中，在轮毂电机内部装有测速编码器，测速编码器对轮子的行进速度进行实时监测，通过控制板上的通信接口收到相应的返回数据，此时接收到的数据会传送到处理器主控芯片中，处理器对得到的数据进行分析、处理，最后将处理后的数据通过网络端口下发到轮子，来保证轮子的实时调控。
8.根据权利要求7所述的轮对的行进系统的控制方法，其特征在于：所述主控芯片型号为STM32F103ZET6。
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