一种通过手轮控制运动装置运动方式的设计方法与流程

1.本发明涉及移动机构运动方式的设计方法；具体说是一种通过手轮控制运动装置运动方式的设计方法。


背景技术：

2.随着计算机技术的不断发展，机械设备的自动化领域也在不断扩展，而机械设备领域中最重要的一部分莫过于装置的移动。手轮装置被大量采用于控制装置的移动，为用户操作装置提供了便捷的方式，也为用户提供了安全，通过远程操作装置，防止被装置误伤。
3.手轮控制装置是当下比较常规的控制方法。当下的手轮控制模式比较单一，大多数不适合在高纬度的复杂空间内进行移动。手轮控制的路径规划普遍为直线路径。当遇到一些障碍物，需要用户不停的切换轴来实现绕过障碍物的目的。
4.市场上的大部分手轮只支持移动操作，当用户想要切换移动的对象时需要回到操作界面进行调整。


技术实现要素：

5.发明目的：针对上述现有技术存在的不足，提供一种通过手轮控制运动装置运动方式的设计方法。
6.技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：一种通过手轮控制运动装置运动方式的设计方法，包括以下步骤：s1）根据运动装置的运动方式建立速度模型；s2）通过正向坐标系投影将不同维度的坐标系统一到相同维度的坐标系中进行换算；s3）根据运动装置的运动模式建立轨迹模型；s4）通过逆向坐标系投影将步骤s2中经过变换的坐标系还原到原维度的坐标系中；s5)将经过计算获得的位移信息、时间信息、速度信息通过工控机的网络模块发送到运动装置运动；s6）运动装置执行指定的控制信息，进而完成运动。
7.进一步地，所述步骤s1具体包括以下步骤：s1.1）根据运动装置的运动方式建立曲线速度模型，该曲线速度模型的公式如下：
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(1)其中，s为轨迹运动距离，为运动初始速度，为运动最大速度，为运动结束速度，为加速度段的运动时间，为匀速段的运动时间，为减速段的运动时间；s1.2）采集手轮脉冲数据，将其带入到公式(1)中，得到运动装置在运动到目标点
的运动速度。
8.进一步地，所述步骤s2中的坐标换算具体设置为：使用矩阵计算的方式，将当前的位置坐标映射到实际应用场景的模型所在的坐标系中；
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(2)
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(3)
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(4)
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(5)在公式（2）、（3）、（4）中，a和t均为4x4的矩阵，a和t将空间内的一个点转化到矩阵当中，为齐次坐标系平面上的矩阵，其旋转角度对 ；t中x，y，z的值为当前需要转变坐标点的三维值，即当前点在x轴，y轴，z轴上的数值；公式（5）中为转换后的映射在实际应用场景的坐标点，而为转换前在实际坐标系中的坐标点，括号中的x，y，z表示其位置坐标，t、、a分别为公式（2）、公式（3）、公式（4）。
9.进一步地，所述步骤s3中轨迹模型创建如下：
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(6)
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(7)
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(8)其中，公式(6)为运动装置的n维坐标信息，需要将其代入至公式(7）中计算出运动轨迹所在坐标系的模，通过公式(8)计算得到轨迹需要经过的点位。
10.进一步地，所述步骤s4中逆向坐标系投影将经过变换的坐标系还原到原维度的坐标系,其具体转换公式如下：
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（9）其中，公式（9）中为转换后在实际坐标系中的坐标点，为转换前的映射在实际应用场景的坐标点，括号中的x，y，z表示其位置坐标；公式（9）中的t
‑1、
‑1、a
‑1分别为公式（2）、公式（3）、公式（4）的逆矩阵；通过该转换公式（9），使用矩阵计算的方式将计算获得的位置坐标，还原到原来的
坐标系中。
11.有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明的设计方法适用于现有的n维联动，模型联动以及单轴控制的运动方式；n维联动指装置在n维空间内移动的方式；模型联动指装置按照指定模型的运动方式移动，常见的模型有机械臂；单轴控制指装置移动指定的轴，例如电机轴等；本发明的设计方法在于可以控制装置多功能的运动方式；本发明建立速度模型后，通过正向坐标系投影将不同维度的坐标系统一到相同维度的坐标系中进行换算，最后再通过轨迹模型，利用逆向坐标系投影将经过变换的坐标系还原到原维度的坐标系，继而做出整体设计，通过这种方法，可以通过手轮控制装置进行多功能运动，在移动过程中，可以确保装置移动迅速、稳定性高以及可自由切换速度。
附图说明
12.图1为本发明流程图。
具体实施方式
13.下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
14.如图1所示，一种通过手轮控制运动装置运动方式的设计方法，包括以下步骤：s1）根据运动装置的运动方式建立速度模型；其具体步骤如下：s1.1）根据运动装置的运动方式建立曲线速度模型，该曲线速度模型的公式如下：
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(1)其中，s为轨迹运动距离，为运动初始速度，为运动最大速度，为运动结束速度，为加速度段的运动时间，为匀速段的运动时间，为减速段的运动时间；s1.2）采集手轮脉冲数据，将其带入到公式(1)中，得到运动装置在运动到目标点的运动速度；s2）通过正向坐标系投影将不同维度的坐标系统一到相同维度的坐标系中进行换算；其具体步骤如下：使用矩阵计算的方式，将当前的位置坐标映射到实际应用场景的模型所在的坐标系中；
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(2)
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(3)
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(4)
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(5)在公式（2）、（3）、（4）中，a和t均为4x4的矩阵，a和t将空间内的一个点转化到矩阵当中，为齐次坐标系平面上的矩阵，其旋转角度对 ；t中x，y，z的值为当前需要转变坐标点的三维值，即当前点在x轴，y轴，z轴上的数值；公式（5）中为转换后的映射在实际应用场景的坐标点，而为转换前在实际坐标系中的坐标点，括号中的x，y，z表示其位置坐标，t、、a分别为公式（2）、公式（3）、公式（4）；s3）根据运动装置的运动模式建立轨迹模型；其具体步骤如下：
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(6)
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(7)
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(8)其中，公式(6)为运动装置的n维坐标信息，需要将其代入至公式(7）中计算出运动轨迹所在坐标系的模，通过公式(8)计算得到轨迹需要经过的点位；s4）通过逆向坐标系投影将步骤s2中经过变换的坐标系还原到原维度的坐标系中；其具体转换公式如下：
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（9）其中，公式（9）中为转换后在实际坐标系中的坐标点，为转换前的映射在实际应用场景的坐标点，括号中的x，y，z表示其位置坐标；公式（9）中的t
‑1、
‑1、a
‑1分别为公式（2）、公式（3）、公式（4）的逆矩阵；通过该转换公式（9），使用矩阵计算的方式将计算获得的位置坐标，还原到原来的坐标系中；s5)将经过计算获得的位移信息、时间信息、速度信息通过工控机的网络模块发送到运动装置；s6） 运动装置执行指定的控制信息，进而完成运动。
15.本发明的设计方法适用于现有的n维联动，模型联动以及单轴控制的运动方式；n维联动指装置在n维空间内移动的方式；模型联动指装置按照指定模型的运动方式移动，常见的模型有机械臂；单轴控制指装置移动指定的轴，例如电机轴等；本发明的设计方法在于可以控制装置多功能的运动方式；本发明建立速度模型后，通过正向坐标系投影将不同维度的坐标系统一到相同维度的坐标系中进行换算，最后再通过轨迹模型，利用逆向坐标系投影将经过变换的坐标系还原到原维度的坐标系，继而做出整体设计，通过这种方法，可以通过手轮控制装置进行多功能运动，在移动过程中，可以确保装置移动迅速、稳定性高以及
可自由切换速度。
16.具体实施方式只是本发明的一个优选实施例，并不是用来限制本发明的实施与权利要求范围的，凡依据本发明申请专利保护范围内容做出的等效变化和修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。