一种控制陀螺及其控制方法与流程

1.本发明涉及远程控制技术领域，更具体地说，它涉及一种控制陀螺及其控制方法。


背景技术：

2.随着先进智能技术的发展，各类场合的巡视方式有了更多元化的选择，通过智能化辅助手段解决人工巡视存在的问题是较为普遍的应用方向。
3.目前，轮式或轨道机器人是较为普及的智能巡检设备，但由于技术条件限制，无法在各设备室或各楼层间通行，需要每间设备室均配置一台，造成大量资源浪费，产生了大量额外的后期维护调试工作负担，而且当机器人转动目标方向时，通过常用的摇杆转变方向，响应速度低，具有较大的延迟性，上述问题使巡视机器人机动性强的优势无法完全发挥，为运维人员造成大量额外负担，因此亟需一种可控制智能巡检设备上下楼层的控制方法及载体。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种控制陀螺及其控制方法。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种控制陀螺，包括空心球壳、设置于空心球壳内的悬浮球或重力感应装置和用于填充空心球壳的球壳介质，空心球壳内设置有数据处理通信单元，球壳介质包覆于悬浮球外，悬浮球用于通过自身处于球壳介质内时的受力关系及运动关系计算控制陀螺的运动情况；球壳介质包覆于重力感应装置外，重力感应装置用于将自身的位移信息传输至数据处理通信单元。
6.本发明进一步设置为：重力感应装置包括主体部和副体部，主体部与副体部通过磁力完成非接触连接，副体部上设置有信号发射单元，空心球壳的内表面上设置有信号接收器，信号发射单元与信号接收器建立信号连接，副体部根据控制陀螺的重力线完成与主体部的相对位置的调整，副体部的重心与主体部的重心的连线始终与重力线重合，控制陀螺根据接收到信号发射单元所发信号的接收器布置方位确定对应方向并完成对终端运动方向的控制。
7.本发明进一步设置为：空心球壳上设置有复位传感器和速度传感器，复位传感器和速度传感器固设于空心球壳的表面，复位传感器用于完成控制陀螺的复位操作，速度传感器用于控制终端的速度以及档位。
8.本发明进一步设置为：悬浮球上设置有加速度传感器，加速度传感器用于通过获取悬浮球在球壳介质中的受力关系及运动关系计算控制陀螺的运动情况。
9.本发明进一步设置为：空心球壳的材料设置为磁性材料，球壳介质为气体介质，悬浮球的材料为与空心球壳的材料能生成磁力的材料，悬浮球悬浮放置于空心球壳的腔体中心。
10.本发明进一步设置为：空心球壳的材料设置为防渗透材料，球壳介质为液体介质，悬浮球在球壳介质中心处悬浮。
11.本发明进一步设置为：重力感应装置设置为陀螺仪，陀螺仪用于感应控制陀螺重力线所落位置，并根据控制陀螺重力线所落方位确定对应方向从而完成终端运动方向的控制。
12.本发明进一步设置为：一种适用于控制陀螺的控制方法，控制陀螺用于连接并控制不同终端，例如终端被设置为机器狗时，包括以下步骤，s1、建立数据连接阶段，将机器狗与控制陀螺建立数据连接，同时确保控制陀螺内的速度传感器、复位传感器、加速度传感器、重力感应装置以及数据处理通信单元相互建立信息连接；s2、复位传感器工作阶段，通过用户按压复位传感器，建立新的空间坐标系，对于不同配置的控制陀螺，具有不同的判定方法，包括以下步骤，当控制陀螺内配置为悬浮球时，步骤s20，归零阶段，当复位传感器检测到用户按压信息时，控制陀螺会将原有坐标数据归零，步骤s21、建立空间坐标系阶段，以按压时刻控制陀螺中心的空间位置坐标为原点重新建立空间坐标系，步骤s22、叠加空间坐标器阶段，当复位传感器检测到用户长按信息时，控制陀螺则采用上一个按压时刻控制陀螺中心为原点的空间坐标系，坐标数据由上一时刻更新数据继续叠加；当控制陀螺内配置为重力感应装置时，步骤s23、归零阶段，当复位传感器检测到用户按压信息时，控制陀螺会将原有坐标数据归零，步骤s24、建立球形坐标系阶段，以按压时刻控制陀螺中心的空间位置坐标为原点重新建立球形坐标系，并通过重力感应装置获取用户在球形坐标系中空间上的转动角度，步骤s25、重新叠加转动角度，当复位传感器检测到用户长按信息时，控制陀螺则采用上一个按压时刻控制陀螺中心为原点的坐标系，坐标数据由上一时刻更新数据继续叠加并实时更新并叠加转动角度；s3、加速度传感器工作阶段，通过设置于悬浮球的加速度传感器获取用户运动轨迹，由运动轨迹计算得出在此时的空间坐标系下控制陀螺中心相对于原点的空间位置坐标，s4、速度传感器工作阶段，通过控制陀螺中的控制算法将控制陀螺中获取的压力值转换成机器狗的对应目标速度，s5、空间位置坐标得到具体位置方向，将控制陀螺中获取的空间位置坐标转换成机器狗的移动方向，对于不同配的控制陀螺具有不同的判定方法，包括以下步骤：当控制陀螺内配置为悬浮球时，步骤s50、将人体正对方向设置为基准方向并将此方向传送至控制陀螺，以控制陀螺中心为控制侧坐标系原点，以人体正对方向作为控制侧坐标系y/x轴方向，控制侧坐标系x/y轴与之垂直形成控制侧坐标系；以机器狗头部几何中心作为执行侧坐标系原点，以机器狗正对方向作为y/x轴方向，x/y轴与之垂直形成执行侧坐标系，步骤s51、用户通过移动控制陀螺使其离开所选定的控制侧坐标系原点，控制陀螺通过加速度传感器或压力传感器采集过程轨迹，并计算此时控制陀螺在控制侧坐标系中相
对于控制侧坐标系原点的位移量，机器狗在执行侧坐标系中需要执行的移动方向与此时控制陀螺在控制侧坐标系中相对于坐标原点的位移方向相同；当控制陀螺内配置为重力感应装置时，步骤s52、将人体正对方向设置为基准方向并将此方向传送至控制陀螺，以控制陀螺中心为控制侧坐标系原点，将人体正对方向作为控制侧坐标系y/x轴方向，控制侧坐标系x/y轴与之垂直形成控制侧坐标系；以机器狗头部几何中心作为执行侧坐标系原点，以机器狗正对方向作为y/x轴方向，x/y轴与之垂直形成执行侧坐标系；步骤s53、用户通过转动控制陀螺使其具有转动角度，控制陀螺通过重力感应装置采集并计算空间转动角度矢量数据，并通过对转动角度矢量数据在水平面上进行投影形成在水平面内的二维矢量方向数据，机器狗在执行侧坐标系中需要执行的移动方向与此时水平面内的二维矢量方向数据相同。
13.通过采用上述技术方案，将控制陀螺与终端建立通讯连接，通过操作控制陀螺，将控制动作指令通过控制陀螺转化为终端的控制，可操作无人机完成垂直方向上的升降，以用于控制无人机完成对各个楼层的巡查任务；可操作机器狗完成跳跃，攀爬楼梯，以用于控制机器狗完成对各个楼层的巡查任务。
14.通过悬浮球上设置的加速度传感器，可获取悬浮球于球壳介质中的受力关系以及运动关系，从而获取悬浮球的运动情况，从而将机器狗、无人机的运动情况与其相关联，设置于空心球壳表面的复位传感器和速度传感器用于确定控制陀螺工作的水平基面，通过手指按压指令动作以触发复位传感器完成控制陀螺的复位工作，通过速度传感器完成对机器狗、无人机的速度控制，同时可调节机器狗、无人机的速度快慢。
附图说明
15.图1为本发明一种控制陀螺实施例的结构示意图；图中附图标记：1、空心球壳；2、悬浮球；3、球壳介质；4、数据处理通信单元；5、主体部；6、副体部；7、信号发射单元；8、信号接收器；9、复位传感器；10、速度传感器；11、加速度传感器。
具体实施方式
16.参照图1对本发明一种控制陀螺及其控制方法实施例做进一步说明。
17.为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。
18.而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
19.一种控制陀螺，包括空心球壳1、设置于空心球壳1内的悬浮球2或重力感应装置和
用于填充空心球壳1的球壳介质3，空心球壳1内设置有数据处理通信单元4，球壳介质3包覆于悬浮球2外，悬浮球2用于通过自身处于球壳介质3内时的受力关系及运动关系计算控制陀螺的运动情况；球壳介质3包覆于重力感应装置外，重力感应装置用于将自身的位移信息传输至数据处理通信单元4，空心球壳1与悬浮球2设置方式具有以下两种方式，第一种方式为，空心球壳1的材料设置为磁性材料，例如可被磁化的金属以及磁铁等，球壳介质3为气体介质，悬浮球2的材料为与空心球壳1的材料能生成磁力的材料，悬浮球2悬浮放置于空心球壳1的腔体中心，通过此种配合方式，悬浮球2通过与空心球壳1产生磁力作用，即可将悬浮球2固定设置于球壳介质3中部，由于球体为中心对称立体结构，所以可保证在控制陀螺静置时，悬浮球2所述各个方向磁力相同，即可保证恒处于球壳介质3的中央，第二种方式为，空心球壳1的材料设置为防渗透材料，球壳介质3为液体介质，悬浮球2在球壳介质3中心处悬浮，安装悬浮球2时，悬浮球2周侧设置有用于固定悬浮球2位置的软杆，软杆与空心球壳1固定连接，用于对悬浮物进行位置限位，然后向其内部注入液体介质，使得悬浮球2漂浮于液体介质中部，当人员移动控制陀螺时，悬浮球2受力发生位置偏移，通过加速度传感器11获取悬浮球2在球壳介质3中的受力关系及运动关系计算控制陀螺的运动情况，并以此运动关系控制机器狗、无人机运动。
20.重力感应装置包括主体部5和副体部6，主体部5与副体部6通过磁力完成非接触连接，副体部6上设置有信号发射单元7，空心球壳1的内表面上设置有信号接收器8，信号发射单元7与信号接收器8建立信号连接，副体部6根据控制陀螺的重力线完成与主体部5的相对位置的调整，副体部6的重心与主体部5的重心的连线始终与重力线重合，控制陀螺根据接收到信号发射单元7所发信号的接收器布置方位确定对应方向并完成对终端运动方向的控制，由数据处理通信单元4将所确定的运动方向发送至机器狗、无人机完成对应方向的执行，重力感应装置设置于球壳介质3中心处，主体部5与副体部6非接触连接同时位置相对固定，并且具有各自的运动状态，当主体部5与副体部6因人员移动控制陀螺发生位置偏移时，设置于副体部6上的信号发射单元7将位移信号传送至设置于空心球壳1表面的信号接收器8端，信号接收器8作为中转设备将此信号传送至机器狗、无人机，控制机器狗、无人机完成指令动作。
21.为达到与重力感应装置相同的效果，可将控制陀螺内设置的重力感应装置替换为一个陀螺仪，陀螺仪用于感应控制陀螺重力线所落位置，并根据控制陀螺重力线所落方位确定对应方向从而完成终端运动方向的控制，陀螺仪内部中空形成内腔，陀螺仪表面与内腔上设置有状态传感器，状态传感器用于采集控制陀螺的运动状态并将数据传输至数据处理通信单元4。
22.为达到与重力感应装置相同的效果，可将控制陀螺内设置的重力感应装置替换为压力传感器，压力传感器设置于控制陀螺各个表面，当布置于控制陀螺某一方位的压力传感器生成对应数据时，确定该方位对应方向并完成执行模块运动方向的控制。
23.加速度传感器11设置于悬浮球2上，加速度传感器11用于通过获取悬浮球2在球壳介质3中的受力关系及运动关系计算控制陀螺的运动情况，加速度可监测控制陀螺移动时产生的加速度，同时将此加速度以比例传送至机器狗、无人机，以此控制机器狗、无人机运动，同时加速度也可设置为压力传感器，压力传感器通过受力情况计算控制陀螺的位移情况，将此位移情况以比例传送至机器狗、无人机，以此控制机器狗、无人机运动，复位传感器
9和速度传感器10设置于空心球壳1的表面，通过复位传感器9完成控制陀螺的复位操作，即将累计的位移数据进行清零操作，以触发复位传感器9时的时间点，作为控制陀螺空间位置的原点，重新进行位移数据的累积，通过速度传感器10完成速度及档位的选择，速度传感器10可以为压力传感器，通过压力大小调节执行模块的速度快慢，也可以为档位选择器，通过选择不同速度的档位调节执行模块的速度快慢。
24.一种适用于控制陀螺的控制方法，控制陀螺用于连接并控制不同终端，例如终端被设置为机器狗时，包括以下步骤：s1、建立数据连接阶段，将机器狗与控制陀螺建立数据连接，同时确保控制陀螺内的速度传感器、复位传感器、加速度传感器、重力感应装置以及数据处理通信单元相互建立信息连接；s2、复位传感器工作阶段，通过用户按压复位传感器，建立新的空间坐标系，对于不同配置的控制陀螺，具有不同的判定方法，包括以下步骤，当控制陀螺内配置为悬浮球时，步骤s20、归零阶段，当复位传感器检测到用户按压信息时，控制陀螺会将原有坐标数据归零，步骤s21、建立空间坐标系阶段，以按压时刻控制陀螺中心的空间位置坐标为原点重新建立空间坐标系，步骤s22、叠加空间坐标器阶段，当复位传感器检测到用户长按信息时，控制陀螺则采用上一个按压时刻控制陀螺中心为原点的空间坐标系，坐标数据由上一时刻更新数据继续叠加；当控制陀螺内配置为重力感应装置时，步骤s23、归零阶段，当复位传感器检测到用户按压信息时，控制陀螺会将原有坐标数据归零，步骤s24、建立球形坐标系阶段，以按压时刻控制陀螺中心的空间位置坐标为原点重新建立球形坐标系，并通过重力感应装置获取用户在球形坐标系中空间上的转动角度，步骤s2、，重新叠加转动角度，当复位传感器检测到用户长按信息时，控制陀螺则采用上一个按压时刻控制陀螺中心为原点的坐标系，坐标数据由上一时刻更新数据继续叠加并实时更新并叠加转动角度；s3、加速度传感器工作阶段，通过设置于悬浮球的加速度传感器获取用户运动轨迹，由运动轨迹计算得出在此时的空间坐标系下控制陀螺中心相对于原点的空间位置坐标，s4、速度传感器工作阶段，通过控制陀螺中的控制算法将控制陀螺中获取的压力值转换成机器狗的对应目标速度，s5、空间位置坐标得到具体位置方向，将控制陀螺中获取的空间位置坐标转换成机器狗的移动方向，对于不同配的控制陀螺具有不同的判定方法，包括以下步骤:当控制陀螺内配置为悬浮球时，步骤s50、将人体正对方向设置为基准方向并将此方向传送至控制陀螺，以控制陀螺中心为控制侧坐标系原点，以人体正对方向作为控制侧坐标系y/x轴方向，控制侧坐标系x/y轴与之垂直形成控制侧坐标系；以机器狗头部几何中心作为执行侧坐标系原点，以机器
狗正对方向作为y/x轴方向，x/y轴与之垂直形成执行侧坐标系，步骤s51、用户通过移动控制陀螺使其离开所选定的控制侧坐标系原点，控制陀螺通过加速度传感器或压力传感器采集过程轨迹，并计算此时控制陀螺在控制侧坐标系中相对于控制侧坐标系原点的位移量，机器狗在执行侧坐标系中需要执行的移动方向与此时控制陀螺在控制侧坐标系中相对于坐标原点的位移方向相同。
25.当控制陀螺内配置为重力感应装置时，步骤s52、将人体正对方向设置为基准方向并将此方向传送至控制陀螺，以控制陀螺中心为控制侧坐标系原点，将人体正对方向作为控制侧坐标系y/x轴方向，控制侧坐标系x/y轴与之垂直形成控制侧坐标系；以机器狗头部几何中心作为执行侧坐标系原点，以机器狗正对方向作为y/x轴方向，x/y轴与之垂直形成执行侧坐标系；步骤s53、用户通过转动控制陀螺使其具有转动角度，控制陀螺通过重力感应装置采集并计算空间转动角度矢量数据，并通过对转动角度矢量数据在水平面上进行投影形成在水平面内的二维矢量方向数据，机器狗在执行侧坐标系中需要执行的移动方向与此时水平面内的二维矢量方向数据相同。
26.步骤s1中，建立数据连接阶段，机器狗作为控制陀螺的控制终端，在启动前须确保终端与控制魔方建立数据连接，具体操作为实际测验。
27.步骤s2中，通过复位传感器获取用户按压信息，若用户按压则将此时控制陀螺中心的空间位置坐标设为原点，即坐标数据归零，以按压时刻控制陀螺中心的空间位置坐标为原点重新建立空间坐标系，否则继续采用上一个按压时刻控制陀螺中心为原点的空间坐标系，坐标数据由上一时刻更新数据继续叠加，通过悬浮球以及其上的加速度传感器或压力传感器获取用户运动轨迹，由运动轨迹计算得出在此时的空间坐标系下控制陀螺中心相对于原点的空间位置坐标，通过速度传感器获取用户操作的压力大小，压力值与机器狗、无人机速度大小成正比，压力越大机器狗的速度越快。
28.步骤s2中，以控制陀螺中心为原点建立球形坐标系，通过重力感应装置获取用户在球形坐标系中空间上的转动角度，通过复位传感器获取用户按压信息，若用户按压则控制陀螺所记录的转动角度归零，重新叠加转动角度，否则继续在上一个转动角度上实时更新并叠加转动角度；通过速度传感器获取用户操作的压力大小，压力值与机器狗、无人机速度大小成正比，压力越大机器狗的速度越快。
29.步骤s3中，用户通过移动控制陀螺使其离开所选定的控制侧坐标系原点，控制陀螺通过加速度传感器或压力传感器采集过程轨迹，并计算此时控制陀螺在控制侧坐标系中相对于控制侧坐标系原点的位移量，机器狗在执行侧坐标系中需要执行的移动方向与此时控制陀螺在控制侧坐标系中相对于坐标原点的位移方向相同。
30.步骤s4中，通过控制陀螺中的控制算法将控制陀螺中获取的压力值转换成机器狗的对应目标速度，将控制陀螺中获取的空间位置坐标转换成机器狗的移动方向，将转换后的信息数据对应机器狗、无人机速度，机器狗的移动方向通过通信单元传送至机器狗的控制芯片，由机器狗的控制芯片控制机器狗的执行电机执行对应信息数据的动作。
31.步骤s50中，由于机器狗相较于无人机，在空间上的移动方向仅有以水平面为基准的二维运动方向，因此用户在远程控制机器狗时控制陀螺是以桌面等水平面为基准进行二维平面运动的，因此空间位置坐标即为平面位置坐标，在平面之外的垂直运动数据可忽略
不计，有利于数据的简化，节省了数据运算的空间。
32.步骤s51中，人体正对方向具体可以为人体头部位置正对方向，也可以为人体身体位置正对方向，人体身体位置正对方向在一般情况下为陀螺仪获取的初始原点，并在协同操控机器狗、无人机过程中固定不变，人体头部位置正对方向在一般情况下会随头部的运动实时更新，通过陀螺仪实时获取转动角度并计算头部正对的平面和方向。
33.步骤s52中，重力感应装置采集并计算空间转动角度矢量数据有以下两种方法，第一种方法为，重力感应装置实时获取用户操作当下停留的角度位置作为空间转动角度矢量数据，第二种方法为，重力感应装置实时获取用户所操作的每一个相对于零点的转动角度，对每一个转动角度进行矢量积分运算得到空间转动角度矢量数据。
34.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行通常的变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。