本發(fā)明涉及一種花樣滑冰捻轉(zhuǎn)托舉保護(hù)裝置的控制方法，以花樣滑冰“捻轉(zhuǎn)托舉動(dòng)作”保護(hù)裝置為控制對(duì)象。

背景技術(shù)：

繩索牽引并聯(lián)機(jī)器人是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種新型機(jī)器人。它以工作空間大、運(yùn)動(dòng)速度快、承載能力強(qiáng)、輕便靈活等優(yōu)點(diǎn)，廣泛的應(yīng)用于物料搬運(yùn)、工業(yè)加工、虛擬實(shí)現(xiàn)、風(fēng)洞支撐、天文觀測、醫(yī)學(xué)康復(fù)治療等領(lǐng)域。但是在花樣滑冰方面暫無先例，對(duì)于裝置的控制方法也較為貧乏。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了提供一種花樣滑冰捻轉(zhuǎn)托舉保護(hù)裝置的控制方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：包括花樣滑冰捻轉(zhuǎn)托舉保護(hù)裝置，花樣滑冰捻轉(zhuǎn)托舉保護(hù)裝置包括支撐系統(tǒng)框架、移動(dòng)平臺(tái)、防止繩索打結(jié)的結(jié)構(gòu)，所述支撐系統(tǒng)框架是三角形結(jié)構(gòu)且與花樣滑冰場地屋頂固定連接，支撐系統(tǒng)框架的三個(gè)角上還設(shè)置有力矩電機(jī)，每個(gè)力矩電機(jī)的輸出端上纏繞有一號(hào)柔性繩索，所述移動(dòng)平臺(tái)包括三角形鋼板、安裝在三角形鋼板上的帶有編碼器的豎直繩索驅(qū)動(dòng)電機(jī)，豎直繩索驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出端上纏繞有二號(hào)柔性繩索，三角形鋼板的下端設(shè)置有角度傳感器，三根一號(hào)柔性繩索分別繞過三角形結(jié)構(gòu)上設(shè)置的過輪且端部分別與三角形鋼板的三個(gè)角連接，所述二號(hào)柔性繩索的端部與防止繩索打結(jié)的結(jié)構(gòu)的上端連接，防止繩索打結(jié)的結(jié)構(gòu)還通過三號(hào)繩索與訓(xùn)練者連接，二號(hào)柔性繩索保持處于豎直方向與訓(xùn)練者在同一豎直線上；

(1)當(dāng)角度傳感器檢測到二號(hào)柔性繩索與豎直方向形成的角度θ不等于0時(shí)，三個(gè)力矩電機(jī)牽引三根一號(hào)繩索使移動(dòng)平臺(tái)形位置閉環(huán)，移動(dòng)平臺(tái)保持在水平面運(yùn)動(dòng)且位于訓(xùn)練者正上方；當(dāng)θ等于0時(shí)，移動(dòng)平臺(tái)停止移動(dòng)；

(2)當(dāng)編碼器檢測到二號(hào)繩索長度在設(shè)定的允許范圍l+0.5內(nèi)，豎直繩索驅(qū)動(dòng)電機(jī)僅工作在力閉環(huán)，產(chǎn)生恒定的向上繩索牽引力，訓(xùn)練者處于正常訓(xùn)練狀態(tài)，其中：l是訓(xùn)練者正常站立時(shí)與移動(dòng)平臺(tái)之間的距離；

(3)當(dāng)訓(xùn)練者意外跌倒時(shí)，編碼器檢測到二號(hào)柔性繩索長度超出允許范圍l+0.5，豎直繩索驅(qū)動(dòng)電機(jī)由力閉環(huán)控制切換至位置閉環(huán)控制，使二號(hào)柔性繩索按斜坡規(guī)律停止下放，提供向上的緩沖提升力，避免人與冰面發(fā)生強(qiáng)烈碰撞。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的目的是對(duì)于花樣滑冰的“捻轉(zhuǎn)托舉動(dòng)作”保護(hù)裝置提供一種控制方法。三根繩索牽引的移動(dòng)平臺(tái)采用位置閉環(huán)，通過角度傳感器檢測繩索傾斜，支撐框架上的三個(gè)電機(jī)配合牽引平臺(tái)在水平面運(yùn)動(dòng)，使得訓(xùn)練者與傳感器之間的繩索始終保持豎直。移動(dòng)平臺(tái)上的電機(jī)采用可以互相切換的位置閉環(huán)和力閉環(huán)控制；當(dāng)訓(xùn)練者正常訓(xùn)練時(shí)，編碼器檢測到繩索長度在設(shè)定的允許范圍內(nèi)，豎直繩索電動(dòng)機(jī)僅工作在力閉環(huán)，產(chǎn)生恒定的向上繩索牽引力；當(dāng)訓(xùn)練者意外下落距離地面一定高度時(shí)，即跌倒時(shí)，位置編碼器檢測到繩索長度超出設(shè)定范圍值，豎直繩索驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)切換至位置閉環(huán)，使得豎直繩索按斜坡規(guī)律停止下放，提供足夠的、向上的緩沖提升力，避免人與冰面發(fā)生強(qiáng)烈碰撞，起到保護(hù)作用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)的軸測圖；

圖2是本發(fā)明移動(dòng)平臺(tái)的位置閉環(huán)框圖；

圖3是本發(fā)明移動(dòng)平臺(tái)的位置分析；

圖4是本發(fā)明移動(dòng)平臺(tái)的x軸投影位置分析；

圖5是本發(fā)明移動(dòng)平臺(tái)的y軸投影位置分析；

圖6是本發(fā)明電機(jī)3的力閉環(huán)框圖；

圖7是本發(fā)明電機(jī)3的力和位置閉環(huán)結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

結(jié)合圖1-7，本發(fā)明是提供一種花樣滑冰“捻轉(zhuǎn)托舉動(dòng)作”保護(hù)裝置的控制方法。對(duì)于三根繩索牽引的移動(dòng)平臺(tái)采用位置閉環(huán)，通過角度傳感器檢測繩索傾斜，支撐框架上的三個(gè)電機(jī)配合牽引平臺(tái)在水平面運(yùn)動(dòng)，使得訓(xùn)練者與傳感器之間的繩索始終保持豎直；對(duì)于移動(dòng)平臺(tái)上的電機(jī)特征是采用可以互相切換的位置閉環(huán)和力閉環(huán)控制。當(dāng)訓(xùn)練者正常訓(xùn)練時(shí)，編碼器檢測到繩索長度在設(shè)定的允許范圍內(nèi)，豎直繩索驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)僅工作在力閉環(huán)，產(chǎn)生恒定的向上繩索牽引力；當(dāng)訓(xùn)練者意外下落距離冰面一定高度時(shí)，即跌倒時(shí)，位置編碼器檢測到繩索長度超出設(shè)定范圍值，豎直繩索驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)切換至位置閉環(huán)，使得豎直繩索按斜坡規(guī)律停止下放，提供足夠的、向上的緩沖提升力，避免人的意外摔傷。

如圖2，當(dāng)角度傳感器1檢測到繩索與豎直線形成角度θ時(shí)，通過電機(jī)4牽引繩索，使移動(dòng)平臺(tái)2形成位置閉環(huán)，平臺(tái)始終在水平面運(yùn)動(dòng)且位于人體正上方，角度傳感器再次檢測θ是否為0，為0則平臺(tái)靜止，相反則繼續(xù)調(diào)節(jié)。如圖3，當(dāng)θ≠0時(shí)，由于移動(dòng)平臺(tái)相對(duì)場地很小，將平臺(tái)近似成一點(diǎn)，人體距離平臺(tái)l，p4點(diǎn)為平臺(tái)初始位置，p5點(diǎn)為平臺(tái)調(diào)節(jié)后的位置，θ為人與豎直線的夾角；設(shè)繩索p1p4＝a，p2p4＝b，p3p4＝c。

如圖4是移動(dòng)平臺(tái)在x軸方向投影的位置分析，p5x為p5點(diǎn)在x軸的投影，夾角為θ1；則p4p5x＝p4p5cosθ1＝lsinθcosθ1。

設(shè)∠p1p4p5x＝α，∠p2p4p5x＝β，∠p3p4p5x＝γ；

根據(jù)余弦定理：

以上計(jì)算分析了平臺(tái)運(yùn)動(dòng)在x軸方向投影時(shí)繩索長度變化。

如圖5是移動(dòng)平臺(tái)在y軸方向投影的位置分析，p5y為p5點(diǎn)在y軸的投影，夾角為θ2；則p4p5y＝p4p5cosθ2＝lsinθcosθ2。

設(shè)∠p1p4p5y＝α1，∠p2p4p5y＝β1，∠p3p4p5y＝γ1；

根據(jù)余弦定理：

以上分析了平臺(tái)運(yùn)動(dòng)在y軸方向投影時(shí)繩索長度變化。

通過在x軸、y軸投影的運(yùn)動(dòng)分析，可以得到繩索在x軸、y軸分別需要改變多少才能使平臺(tái)到達(dá)同一平面指定的位置，以便電機(jī)4調(diào)節(jié)，以上為移動(dòng)平臺(tái)在水平面內(nèi)的位置閉環(huán)原理。

假設(shè)人體正常站立時(shí)距離移動(dòng)平臺(tái)距離l，設(shè)定當(dāng)人體距離移動(dòng)平臺(tái)(l+0.5)m時(shí)，豎直繩索驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)3將提供足夠的、向上的緩沖提升力。當(dāng)編碼器測得繩索長度小于等于(l+0.5)m時(shí)，引入如圖7所示的力閉環(huán)，通過力反饋，豎直繩索驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生恒定的向上繩索牽引力；當(dāng)繩索長度大于(l+0.5)m時(shí)(即跌倒時(shí))，引入圖7中的位置閉環(huán)，豎直繩索驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)由力閉環(huán)控制切換至位置閉環(huán)控制，使得豎直繩索按斜坡規(guī)律停止下放(設(shè)定人體重心距離冰面20cm為危險(xiǎn)距離，則繩索下放的長度h＜20cm)，提供足夠的、向上的緩沖提升力，避免人與冰面發(fā)生強(qiáng)烈碰撞，起到保護(hù)作用。

綜上，本發(fā)明提供的是一種花樣滑冰“捻轉(zhuǎn)托舉動(dòng)作”保護(hù)裝置的控制方法，該控制方法以花樣滑冰“捻轉(zhuǎn)托舉動(dòng)作”保護(hù)裝置為控制對(duì)象。保護(hù)裝置由支撐系統(tǒng)框架、移動(dòng)平臺(tái)、防止繩子打結(jié)裝置、五根柔性繩索以及角度傳感器和力矩電機(jī)組成。五根繩索中：三根繩索連接支撐框架與移動(dòng)平臺(tái)，一根繩索連接移動(dòng)平臺(tái)與防止繩索打結(jié)裝置，一根連接訓(xùn)練者與防止繩索打結(jié)裝置。三根繩索牽引的移動(dòng)平臺(tái)采用位置閉環(huán)，通過角度傳感器檢測繩索傾斜，支撐框架上的三個(gè)電機(jī)配合牽引平臺(tái)在水平面運(yùn)動(dòng)，使得訓(xùn)練者與傳感器之間的繩索始終保持豎直。移動(dòng)平臺(tái)上的電機(jī)采用可以互相切換的位置閉環(huán)和力閉環(huán)控制；當(dāng)訓(xùn)練者正常訓(xùn)練時(shí)，編碼器檢測到繩索長度在設(shè)定的允許范圍內(nèi)，豎直繩索驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)僅工作在力閉環(huán)，產(chǎn)生恒定的向上繩索牽引力；當(dāng)訓(xùn)練者意外下落距離冰面一定高度時(shí)，即跌倒時(shí)，位置編碼器檢測到繩索長度超出設(shè)定范圍值，豎直繩索驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)切換至位置閉環(huán)，使得豎直繩索按斜坡規(guī)律停止下放，提供足夠的、向上的緩沖提升力，避免人與冰面發(fā)生強(qiáng)烈碰撞，起到保護(hù)作用。