电磁式运动平台的控制方法及系统与流程

本发明涉及运动模拟体验技术领域，更具体地，涉及一种电磁式运动平台的控制方法及系统。

背景技术：

目前多自由度运动平台的控制系统的驱动源基本为伺服电机+丝杠以及直线电机这两种。伺服电机和丝杠本身重量较大，直线电机重量大，其实体轨道尺寸较长，因此以上两种驱动源无法实现多自由度运动平台的小型化和轻量化。上述两种驱动源在驱动时，均存在机械结构摩擦，机械结构摩擦容易产生噪音进而导致驱动源的寿命降低。另外，对驱动源的控制仅针对驱动执行机构(例如，电机)进行闭环反馈，对于驱动执行机构之后的传动机构(例如，电缸、气缸、传动铰链)并未进行闭环反馈，由于多自由度运动平台是和传动机构直接连接，传动机构的运动误差也会导致多自由度运动平台的运动不到位，使得控制系统的控制精度较低。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种电磁式运动平台的控制方法及系统的新技术方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种电磁式运动平台的控制系统，包括：运动数据获取单元、位置控制单元、电流控制单元和电磁式运动平台，其中，所述电磁式运动平台至少包括：设置在上平台上的多个永磁铁、设置在下平台上的多个电磁线圈和设置在各个永磁铁上的位置传感器，所述运动数据获取单元用于获取所述各个永磁铁的运动数据，并将所述各个永磁铁的运动数据发送至所述位置控制单元，所述位置控制单元用于根据所述各个永磁铁的运动数据计算得到通入所述各个电磁线圈的电流的电流值，并将通入所述各个电磁线圈的电流的电流值发送至所述电流控制单元，所述电流控制单元用于根据接收到的通入所述各个电磁线圈的电流的电流值控制通入所述各个电磁线圈的电流，所述位置传感器用于将所述各个永磁铁的运动位置数据反馈至所述位置控制单元。

可选地，所述运动数据获取单元至少包括：接收单元和运动数据反解单元，其中，所述接收单元用于接收所述电磁式运动平台外接设备的运动指令，并根据所述运动指令得到所述电磁式运动平台的运动数据，并将所述电磁式运动平台的运动数据发送至所述运动数据反解单元，

所述运动数据反解单元用于根据所述电磁式运动平台的运动数据反解得到所述各个永磁铁的运动数据。

可选地，所述电磁式运动平台还包括：多个电流传感器，所述各个电磁线圈的两端均设置有电流传感器，所述电流传感器用于将通入所述各个电磁线圈的电流的实际电流值反馈至所述电流控制单元。

可选地，所述电磁式运动平台还包括：支撑部件，所述支撑部件的一端与所述上平台连接，所述支撑部件的另一端与所述下平台连接。

可选地，所述支撑部件至少包括：多个导向杆、法兰盘和万向节，其中，所述多个导向杆的一端固定在所述下平台上，所述导向杆的另一端与所述上平台留有间隙，所述法兰盘开设有与所述导向杆数量相同的通孔，每一个导向杆均穿过一个通孔，所述万向节的一端与所述法兰盘连接，所述万向节的另一端与所述上平台连接。

可选地，所述支撑部件包括有三个导向杆，所述三个导向杆均匀固定在所述下平台上。

可选地，所述电流控制单元至少包括：电流运算单元、电流调制单元和电流驱动放大单元。

可选地，所述电磁式运动平台包括三个所述永磁铁和三个所述电磁线圈，其中，所述三个永磁铁均匀固定在所述上平台上，所述三个电磁线圈均匀固定在所述下平台上。

根据本发明的第二方面，提供了一种电磁式运动平台的控制方法，所述电磁式运动平台包括：设置在上平台上的多个永磁铁和设置在下平台上的多个电磁线圈，

所述方法包括：获取所述各个永磁铁的运动数据；根据所述各个永磁铁的运动数据计算得到通入所述各个电磁线圈的电流的电流值；根据通入所述各个电磁线圈的电流的电流值控制通入所述各个电磁线圈的电流；当所述各个电磁线圈通入控制电流后，所述各个永磁铁运动至对应的位置，获取所述各个永磁铁的运动位置数据；根据获取到的所述各个永磁铁的运动位置数据，对所述计算得到的通入所述各个电磁线圈的电流进行调整。

可选地，所述获取所述各个永磁铁的运动数据，包括：接收所述电磁式运动平台外接设备的运动指令，并根据所述运动指令得到所述电磁式运动平台的运动数据；根据所述电磁式运动平台的运动数据反解得到所述各个永磁铁的运动数据。

可选地，在所述各个电磁线圈通入所述控制电流后，还包括：测量通入所述各个电磁线圈的电流的实际电流值；根据所述通入所述各个电磁线圈的电流的实际电流值对通入所述各个电磁线圈的控制电流的电流值进行调整。

本发明提供的电磁式运动平台的控制方法及系统，通过控制流入各个电磁线圈的电流的大小产生不同强度的磁场，与对应的永磁铁相互作用产生吸力或推力，进而实现上平台的各种运动姿态，本发明采用非接触的电磁力驱动运动平台的运动，与现有技术相比，避免了机械结构之间的摩擦引起的噪音以及寿命较低的问题。另外，本发明通过在各个永磁铁上设置的位置传感器，将各个永磁铁的运动位置数据反馈至位置控制单元，实现了电磁式运动平台的闭环控制，相对于现有技术中仅对驱动机构进行闭环反馈而言，由于各个永磁铁的运动位置决定了电磁式运动平台的运动姿态，本发明是直接对电磁式运动平台的运动位置数据进行反馈，提高了电磁式运动平台的控制系统的控制精准度。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1示出了根据本发明一个实施例的电磁式运动平台的控制系统的结构示意图。

图2示出了根据本发明一个实施例的电磁式运动平台的结构示意图。

图3示出了根据本发明一个实施例的电磁式运动平台的控制系统的另一种结构示意图。

图4示出了根据本发明一个实施例的电磁式运动平台的控制方法的处理流程图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明提供了一种电磁式运动平台的控制系统。图1示出了根据本发明一个实施例的电磁式运动平台的控制系统的结构示意图。图2示出了根据本发明一个实施例的电磁式运动平台的结构示意图。参见图1，电磁式运动平台的控制系统100至少包括：运动数据获取单元110、位置控制单元120、电流控制单元130和电磁式运动平台140。参见图1和图2，电磁式运动平台140至少包括：上平台1410、下平台1420、多个永磁铁1430、多个电磁线圈1440和位置传感器1450，其中，多个永磁铁1430设置在上平台1410上，多个电磁线圈1440设置在下平台1420上，各个永磁铁上均设置有位置传感器1450。各个电磁线圈根据其流过的电流的大小产生不同强度的磁场，与对应的永磁铁相互作用产生吸力或推力，进而实现上平台的各种运动姿态。图1中示出的运动数据获取单元110用于获取各个永磁铁的运动数据，并将各个永磁铁的运动数据发送至位置控制单元120。位置控制单元120用于根据接收到的各个永磁铁的运动数据计算得到通入各个电磁线圈的电流的电流值，并将计算得到的通入各个电磁线圈的电流的电流值发送至电流控制单元130。电流控制单元130用于根据接收到的通入各个电磁线圈的电流的电流值控制通入各个电磁线圈的电流。设置在各个永磁铁上的位置传感器1450用于将感测得到的各个永磁铁的运动位置数据反馈至位置控制单元120。

本发明提供的电磁式运动平台的控制系统，通过控制流入各个电磁线圈的电流的大小产生不同强度的磁场，与对应的永磁铁相互作用产生吸力或推力，进而实现上平台的各种运动姿态，本发明采用非接触的电磁力驱动运动平台的运动，与现有技术相比，避免了机械结构之间的摩擦引起的噪音以及寿命较低的问题。另外，本发明通过在各个永磁铁上设置的位置传感器，将各个永磁铁的运动位置数据反馈至位置控制单元，实现了电磁式运动平台的闭环控制，相对于现有技术中仅对驱动机构进行闭环反馈而言，由于各个永磁铁的运动位置决定了电磁式运动平台的运动姿态，本发明是直接对电磁式运动平台的运动位置数据进行反馈，提高了电磁式运动平台的控制系统的控制精准度。

本发明实施例中，参见图3，运动数据获取单元110至少包括接收单元1110和运动数据反解单元1120。接收单元1110用于接收电磁式运动平台外接设备的运动指令，并根据该运动指令得到电磁式运动平台的运动数据。具体地，电磁式运动平台外接设备为一游戏手柄，用户根据游戏内容，操纵游戏手柄控制电磁式运动平台的运动，用户操纵游戏手柄发出一运动指令时，该游戏手柄将运动指令发送至电磁式运动平台的控制系统。电磁式运动平台的控制系统中的接收单元1110接收到该运动指令后，根据该运动指令得到电磁式运动平台的运动数据，例如，电磁式运动平台的加速度数据和角速度数据，并将电磁式运动平台的运动数据发送至运动数据反解单元1120。运动数据反解单元1120接收到电磁式运动平台的运动数据后，对电磁式运动平台的运动数据进行反解运算，得到各个永磁铁的运动数据，例如，各个永磁铁的位移、转动角度及角速度数据。本发明实施例涉及的电磁式运动平台的外接设备并不限于游戏手柄，还可为手环、遥控器。

参见图3，电磁式运动平台140还包括：多个电流传感器1460，各个电磁线圈的两端均设置有电流传感器1460。电流传感器1460用于将感测得到的通入各个电磁线圈的实际电流值反馈至电流控制单元130，以便于电流控制单元130根据接收到的通入各个电磁线圈的实际电流值与计算得到的通过各个电磁线圈的电流值进行比对，以进行电流补偿运算。

本发明实施例中，电磁式运动平台140还包括：支撑部件，其中，支撑部件的一端与上平台1410连接，支撑部件的另一端与下平台1420连接。参见图2，支撑部件至少包括：多个导向杆1470a、法兰盘1470b和万向节1470c。其中，多个导向杆1470a的一端固定在下平台1420上，在电磁式运动平台处于非工作状态时，多个导向杆1470a的另一端与上平台1410留有间隙，法兰盘1470b开设有与导向杆1470a数量相同的通孔，其中，每一个导向杆均穿过一个通孔，万向节1470c的一端与法兰盘1470b连接，例如，可为螺栓连接，万向节1470c的另一端与上平台1410连接，例如，可为螺栓连接。在电磁式运动平台处于非工作状态时，法兰盘1470b放置在下平台1420上，当各个电磁线圈产生的磁场使得各个永磁铁提供上升驱动力时，上平台1410向上运动，进而上平台1410通过万向节1470c拉动法兰盘1470b沿着导向杆1470a向上滑动。本发明实施例中，导向杆的数量可为三根，并且该三根导向均匀地固定在下平台1420上，其中，导向杆的数量并不限于三根，还可为其他任意数量的导向杆。

本发明实施例中，参见图3，电流控制单元130至少包括：控制单元1310和电流驱动放大单元1320。控制单元1310用于对通入各个电磁线圈的电流进行调制，来控制各个电磁线圈产生的磁场强度大小和变化率，其中，控制单元1310的调制模式有多种，如脉冲宽度调制、脉冲频率调制以及电流幅值调制，优选为脉冲频率调制。电流驱动放大单元1320用于对控制单元1310输出的电流信号进行功率放大处理。

参见图2，本发明实施例中，电磁式运动平台包括有三个永磁铁和三个电磁线圈，其中，三个永磁铁均匀固定在上平台上，三个电磁线圈均匀固定在下平台上，每一个永磁铁均与一个电磁线圈相对设置。当向三个电磁线圈通入电流时，电磁线圈会对永磁铁产生推力或吸力。当任一电磁线圈产生的推力等于上平台在该点的重力分量时，上平台保持平衡，当任一电磁线圈产生的推力大于上平台在该点的重力分量时，该平台在该点具有向上的加速度，当任一电磁线圈的推力小于上平台在该点的重力分量是，该平台在该点具有向下的加速度。当三个电磁线圈都被通以合适的电流大小时，则上平台会实现向上或向下运动。由于电磁线圈和永磁铁的组合缺少约束连接，因此在上平台的运动过程中，万向节限制上平台的自由度，使上平台的旋转运动中心轴只能位于万向节的轴心。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种电磁式运动平台的控制方法，其中，电磁式运动平台至少包括：设置在上平台上的多个永磁铁和设置在下平台上的多个电磁线圈。图4示出了根据本发明一个实施例的电磁式运动平台的控制方法的处理流程图。参见图4，该方法至少包括以下步骤s402至步骤s410。

步骤s402，获取各个永磁铁的运动数据；

步骤s404，根据各个永磁铁的运动数据计算得到通入各个电磁线圈的电流的电流值；

步骤s406，根据通入各个电磁线圈的电流的电流值控制通入各个电磁线圈的电流；

步骤s408，当各个电磁线圈通入控制电流后，各个永磁铁运动至对应的位置，获取各个永磁铁的运动位置数据；

步骤s410，根据获取到的各个永磁铁的运动位置数据，对计算得到的通入各个电磁线圈的电流进行调整。

本发明实施例中，上述步骤s402具体为：接收电磁式运动平台外接设备的运动指令，并根据运动指令得到电磁式运动平台的运动数据；根据电磁式运动平台的运动数据反解得到各个永磁铁的运动数据。具体地，电磁式运动平台外接设备为一游戏手柄，用户根据游戏内容，操纵游戏手柄控制电磁式运动平台的运动，用户操纵游戏手柄发出一运动指令，根据该运动指令得到电磁式运动平台的运动数据，例如，电磁式运动平台的加速度数据和角速度数据，接着，对电磁式运动平台的运动数据进行处理，即对电磁式运动平台的运动数据进行反解运算，得到各个永磁铁的运动数据，例如，各个永磁铁的位移、转动角度及角速度数据。本发明实施例涉及的电磁式运动平台的外接设备并不限于游戏手柄，还可为手环、遥控器。

本发明实施例中，当各个电磁线圈通入控制电流后，该方法还包括：测量通入各个电磁线圈的电流的实际电流值；根据通入各个电磁线圈的电流的实际电流值对通入各个电磁线圈的控制电流的电流值进行调整。具体地，根据接收到的通入各个电磁线圈的实际电流值与计算得到的通入各个电磁线圈的电流值进行比对，以进行电流补偿运算。

本发明可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。

计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、静态随机存取存储器(sram)、便携式压缩盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能盘(dvd)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。

这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。

用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(isa)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如smalltalk、c++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“c”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(fpga)或可编程逻辑阵列(pla)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。

这里参照根据本发明实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。

这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。

也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。对于本领域技术人员来说公知的是，通过硬件方式实现、通过软件方式实现以及通过软件和硬件结合的方式实现都是等价的。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本发明的范围由所附权利要求来限定。