智能动态蝴蝶装饰帽及其蝴蝶翅膀的扇动控制方法与流程

本发明涉及服装领域，更具体涉及装饰帽。

背景技术：

帽子作为服饰不可或缺的一部分，除了具有遮阳、增温和防护等实用性作用以外，还有着突出的装饰作用。目前绝大多数装饰性帽子，如礼帽，对于款式的更新主要在于采用新的面料、辅料和制作工艺，以及对于帽子上装饰物的造型、质地和色彩等进行改进。目前，很少存在具有动态效果展示的装饰帽子。

技术实现要素：

针对现有装饰帽子存在缺少动态装饰功能的缺点，申请人进行研究及改进，提供一种装饰效果好的智能动态蝴蝶装饰帽，并提供装饰帽上蝴蝶翅膀的扇动控制方法。

为了解决上述问题，本发明采用如下方案：

一种智能动态蝴蝶装饰帽，包括机械结构部分及电气控制部分；

所述机械结构部分包括帽体及安装于帽体上的蝴蝶动态机械组件，所述蝴蝶动态机械组件包括固定于所述帽体上的基座、安装于基座顶部的蝴蝶支撑主体及摆动安装于蝴蝶支撑主体上端的蝴蝶翅，所述蝴蝶支撑主体中上下贯穿安装有推杆，所述推杆的上端与所述蝴蝶翅的端部铰接，下端活动安装于驱动凸轮上，所述基座上安装有位于所述驱动凸轮下方的弹簧开关；

所述电气控制部分包括单片机、驱动芯片及步进电机，所述单片机与所述弹簧开关连接，所述步进电机安装于基座上并与所述驱动凸轮连接，所述单片机与驱动芯片连接，所述驱动芯片与步进电机连接。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述蝴蝶翅的下端固定于翅根固定板上，所述翅根固定板上设有与蝴蝶支撑主体上端铰接的第一铰轴及与推杆上端铰接的第二铰轴。

所述电气控制部分还包括传感器组件，所述传感器组件与所述驱动芯片连接。

所述传感器组件包括加速度传感器和/或红外传感器。

一种智能动态蝴蝶装饰帽中蝴蝶翅膀的扇动控制方法，包括以下过程：

系统测试过程：芯片上电时开始运行，获取硬件参数以及确定某一时刻的姿态，令驱动芯片以周期的电压电流驱动步进电机逐步转动，从单片机i/o口接收到第一个短时高电平信号到接收到第二个短时高电平信号，自动记录下驱动芯片所输出的驱动步数，以及在一个高电平时间内驱动芯片输出的驱动步数；

程序控制展示过程：包括单个展示过程及组合展示过程；所述单个展示过程包括匀速扇动翅膀过程、加减速扇动翅膀过程或震颤过程；

所述匀速扇动翅膀过程中，蝴蝶以周期t按正弦曲线扇动翅膀；

所述加减速扇动翅膀过程中，蝴蝶扇动翅膀速度由一个周期逐渐变为另一个周期；

所述震颤过程中，蝴蝶以极小幅度摆动翅膀，其步长数小于正常周期中的步长数，并控制步进电机进行正反转工作；

所述组合展示过程中，装饰帽上安装有与所述芯片连接的速度传感器，根据速度传感器的信号控制蝴蝶翅膀的扇动状态：运动时，蝴蝶缓慢匀速扇动翅膀，静止时，蝴蝶翅膀运动开始加速，并在高速与低速间不断循环若干周期；所述装饰帽上还安装有与所述芯片连接的红外传感器，当有其他人靠近时，红外传感器能感知并使蝴蝶停止并进行振颤，随后继续进入循环扇动状态。

本发明的技术效果在于：

本发明的装饰帽，采用蝴蝶动态摆翅装饰结构，具有装饰效果好、美观的特点；其中的动态机械组件，结构简单、工作可靠、稳定；本发明的蝴蝶翅膀扇动控制方法，能实现蝴蝶翅膀的可靠扇动，其扇动自然、真实，提高装饰帽的装饰效果。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中蝴蝶动态机械组件的局部结构图。

图3为本发明中翅根固定板的结构示意图。

图4为本发明中系统测试过程中驱动步数记录示意图。

图5为本发明中凸轮推动推杆的示意图。

图6为本发明中推杆的运动轨迹图。

图7为本发明中减速扇动翅膀的示意图。

图中：1、右前翅；2、右后翅；3、左前翅；4、左后翅；5、蝴蝶支撑主体；6、电机；7、基座；8、驱动凸轮；9、推杆；10、左翅根固定板；11、右翅根固定板；12、第一铰轴；13、第二铰轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

如图1、图2所示，本实施例的智能动态蝴蝶装饰帽，包括帽体及安装于帽体上的蝴蝶动态机械组件，帽体部分即为普通带有装饰效果的礼帽，上面留有安装蝴蝶动态机械组件以及微控制器电路板部分的空间。蝴蝶动态机械组件包括固定于帽体上的基座7、安装于基座7顶部的蝴蝶支撑主体5及摆动安装于蝴蝶支撑主体5上端的蝴蝶翅，蝴蝶翅包括右前翅1、右后翅2、左前翅3和左后翅4，蝴蝶翅的下端固定于翅根固定板上，包括左翅根固定板10及右翅根固定板11；蝴蝶支撑主体5中上下贯穿安装有推杆9，推杆9的上端与蝴蝶翅的端部铰接，下端活动安装于驱动凸轮8上，驱动凸轮8由基座7一侧的电机6驱动，电机6可由普通电池或可充电电池供电。如图1、图3所示，左右翅根固定板的结构相同，以左翅根固定板10为例，其设有与蝴蝶支撑主体5上端铰接的第一铰轴12及与推杆9上端铰接的第二铰轴13(见图3)。

电机6带动驱动凸轮8转动，驱动凸轮8上下推拉推杆9，推杆9对上方的左翅根固定板10及右翅根固定板11推动，从而带动蝴蝶翅上下扇动，呈现蝴蝶的摆翅动态效果。

本实施例的智能动态蝴蝶装饰帽中蝴蝶翅膀的扇动控制方法，包括以下过程：

1、系统测试过程：芯片上电时开始运行，获取硬件参数以及确定某一时刻的姿态，令驱动芯片以周期的电压电流驱动步进电机逐步转动，从单片机i/o口接收到第一个短时高电平信号到接收到第二个短时高电平信号，自动记录下驱动芯片所输出的驱动步数a，以及在一个高电平时间内驱动芯片输出的驱动步数n，如图4所示；

本发明中，姿态识别算法分为两个部分，第一部分是能够计算得出当前蝴蝶翅膀所运动到的位置，第二部分是给出驱动步进电机的补偿算法使蝴蝶扇动翅膀的姿态更为自然。

计算当前位置：

如图5所示，r为圆的半径，b为所设计的圆心到凸轮心的距离，l为凸轮边槽推动推杆的高度，这个高度随着凸轮转动的角度而变化，当θ＝0时，l长度最小，为r-b，此时推杆运动到最低点，带动蝴蝶翅膀到达最高点p，当θ＝π时，l长度最大，为r+b，此时推杆运动到最高点，带动蝴蝶翅膀到达最低点。在凸轮一圈圈转动的过程中，带动蝴蝶翅膀上下扇动。

经推算，设r＝5，b＝2，当θ在0到2π时，推杆运动如图6蓝色实线所示。

步进电机驱动凸轮旋转一周的步数为n，则当前推杆位置

其中，n^*为单片机接收到弹簧开关的

高电平信号开始电机驱动步数的计数，到下一次接收到高电平信号重新计数，a为一个高电平期间的步数。将当前翅膀位置α标准化到[0,1]区间内，0为最低，1为最高，则

姿态补偿算法：

定义蝴蝶扇动一次翅膀的周期为t，在步进电机输出的频率固定时，每个步长的时间为在此情况下，其中t为步进电机进行每步的时刻点，l^*(t)为每一步所对应的推杆位置(这个数组的值是固定的)，通过构造新的数组t’，使得所有点(t',l^*(t))处于正弦曲线(当需要其他运动姿态时，可以构件新的函数)，因此，

以数组t’作为步进电机每一步的时刻点，在每一次接收到弹簧开关的高电平信号时间后开始按照数组t'的频率输出步长，到下一次接收到弹簧开关的高电平信号时间后结束当前周期，开始下一个循环，即可使蝴蝶翅膀完全按照正弦曲线扇动，如图6中的红色虚线所示。

2、程序控制展示过程：包括单个展示过程及组合展示过程；单个展示过程包括匀速扇动翅膀过程、加减速扇动翅膀过程或震颤过程；

2.1、匀速扇动翅膀过程中，蝴蝶以周期t按正弦曲线扇动翅膀，其周期t可以根据需求自己设定。其算法为上述姿态补偿算法。

2.2、加减速扇动翅膀过程中，蝴蝶扇动翅膀速度由一个周期逐渐变为另一个周期。

当蝴蝶扇动翅膀速度由周期t1逐渐变为t2时，直接在一个周期结束后强制加减速会显得很不自然。为使得自然，控制加减速过程是在若干个周期中逐渐变化，使用如下算法：

如图7为减速扇动翅膀的效果图，用了两个周期进行减速，前部衔接快速的周期t1，后部衔接慢速的周期t2。

2.3、震颤过程中，蝴蝶以极小幅度摆动翅膀，其步长数小于正常周期中的步长数，并控制步进电机进行正反转工作；

3、组合展示过程中，装饰帽上安装有与芯片连接的速度传感器，根据速度传感器的信号控制蝴蝶翅膀的扇动状态：运动时，蝴蝶缓慢匀速扇动翅膀，静止时，蝴蝶翅膀运动开始加速，并在高速与低速间不断循环若干周期；装饰帽上还安装有与芯片连接的红外传感器，当有其他人靠近时，红外传感器能感知并使蝴蝶停止并进行振颤，随后继续进入循环扇动状态。

4、启动和停止过程：

启动过程：利用最小速度匀速运动，到达每一次接收到弹簧开关的高电平信号后进行上述加速运动，然后进行上述匀速扇动翅膀运动。停止过程：进行上述减速扇动翅膀运动，直至最小速度，按照上述位置算法，到达指定位置后停止。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部改动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。