[发明专利]基于能源替代技术的智能运动装置及其运动控制方法

说明书

本发明公开基于能源替代技术的智能运动装置及其运动控制方法。整体结构共包括三层，第一层为单晶硅光伏板，第二层为整个装置的控制核心大脑树莓派控制板，其中树莓派控制板上安装有可随时拆卸的前后置摄像头。第三层为智能运动装置的电路板，其上面包括红外传感器、激光传感器、麦克风、陀螺仪、电机驱动模块、蓄电池、40P线排和支撑杆。本发明提出了该装置运动控制方法，融合基于不同运动控制模型的多传感器融合角速度测量算法、直线消抖处理算法、基于激光测距传感器的改进型A*路径寻优算法、外卷封闭路径排除算法和最优路线寻址方法。

技术领域

本发明涉及一种智能运动装置及其运动控制方法，特别是涉及一种基于能源替代技术的智能运动装置及其运动控制方法。

背景技术

传统智能运动装置的器件都是直接焊接在主板上，因此在实际使用时只能使用完整的智能运动装置。在日常教学或者相关使用者学习时并不利于对装置的相关模块和硬件组成进行展示学习，导致使用者对智能运动装置的认知有一定的局限性，而且传统智能运动装置中某个器件出现问题进行维修时，不但维修时间长，而且在维修过程中还可能导致主板等其它问题，导致该装置的维护十分复杂。对装置的结构采用模块化设计可有效的解决装置的认知学习和维护的问题，同时也可实现装置在不同运行环境下可随时切换不同的结构模型来满足运行的需求。中华人民共和国国家知识产权局于2017年12月01日公开了公开号为CN206696878U的专利文献，名称为一种模块化的智能电脑鼠，但其模块化的设计构想只用于其内部系统的模块设计，并没有将该设计应用于装置的机构设计上。

太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁环保可在生能源，越来越受人们的关注，其中太阳能光伏发电技术已成为替代传统发电的一种重要手段，同时其也具有巨大的商业化发展价值，因此将该技术直接应用于一些小型的运动装置并为其提供电能具有良好的发展前景。传统智能运动装置的动力来源一般来自于蓄电池，其中蓄电池一般为质量较好的锂电池，但蓄电池的电量容量比较小，当装置行驶的路程过长时，蓄电池则不能提供足够的电量，需要频繁充电才可为其续航，故装置在长距离长时间工作时，动力续航方面是一个很大的短板。结合光伏发电技术和储能技术将清洁的太阳能资源转化为电能存储于蓄电池里，再通过蓄电池可为其提供源源不断的电能，从而解决装置的续航问题。中华人民共和国国家知识产权局于2018年7月03日公开了公开号为CN207571583U的专利文献，名称为一种智能控制装置，该装置在设计时设计了一种应急续航机构，但是仅限用于应急情况下使用，并不能有效的解决装置的长时间长距离的动力供应问题。

2020年10月徐欢等人提出了一种《基于传统算法的电脑鼠走迷宫搜索算法研究》的文献，文献在传统算法的基础进行了优化设计，相较而言其搜索冗余度和搜索时间都有了显著的提高，但对于装置运动控制算法的优化程度没有较深涉及，没有单一的去对转弯、直线和最优路径寻址等运动控制算法进行创新研究。目前的智能运动装置在进行转弯运动时主要采用两种传感器测量角速度和角度----MEMS陀螺仪和电机编码器，但二者各有优缺点，单一的采用某一种都无法精准的实现对转弯角度的测量。在装置进行两侧有障碍的直线行驶时，由于红外传感器对装置具体位置测量造成的误差容易引起装置发生抖动的现象。在装置进行最优路径寻址时，由于缺乏对远距离地图信息的测量和未排除外卷封闭路径的干扰，造成了装置寻优路搜索效率过低。通过对装置转弯运动、直线运动、寻址运动的控制算法的优化，从而实现对装置的控制运动的优化。

发明内容

本发明针对上述已有产品的不足，提出一种基于能源替代技术的智能运动装置及其运动控制方法。

1)该智能运动装置采用模块化设计，其整体结构共包括三层，第一层为单晶硅光伏板，第二层为整个装置的控制核心大脑树莓派控制板，其中树莓派控制板上安装有可随时拆卸的前后置摄像头。第三层为智能运动装置的电路板，其上面包括红外传感器、激光传感器、麦克风、陀螺仪、电机驱动模块、蓄电池、40P线排和支撑杆。