CN117519797A - 一种用于游乐设施的运动平台控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于游乐设施的运动平台控制系统及方法，所述用于游乐设施的运动平台控制系统包括应用层、文件管理模块、轴组控制模块、轴组运动规划模块、轴组位置发生模块、位置缓存模块和电机控制模块；所述轴组控制模块用于与控制系统的其他模块进行数据交互，进行轴组控制、模式切换和运动控制；所述应用层用于和上位机及其他设备进行交互、对控制系统进行参数配置、对输入输出信号进行处理。本发明提供一种用于游乐设施的运动平台控制系统及方法，对运动平台进行自动化控制，控制更加精确高效。

Description

一种用于游乐设施的运动平台控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种用于游乐设施的运动平台控制系统及方法，属于自动化控制技术领域。

背景技术

目前，随着经济和社会发展，人们对游乐活动和游乐产品的需求日益增加。骑行飞行和5D影院等游乐设备是为亲子互动及年轻人群体开发的游乐设备，深受亲子家庭和年轻人的喜爱。可使游客置身于座舱中，沉浸式体验星际旅行、异星历险等场景，并具有视觉、听觉、嗅觉和触觉等多种感官特效，辅以逼真的俯冲失重感等体验，为游客带来身临其境的游戏效果。俯冲失重感等体验由驱动座舱动作的运动平台完成，运动平台的各个轴组对座舱进行驱动，每个轴组中包含多个电机，由电机驱动相应的机械机构带动座舱完成各种动作。但是，随着游乐设备的功能体验越来越多，如何实现对运动平台的自动化精确控制，是当下各大厂商急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种用于游乐设施的运动平台控制系统及方法，对运动平台进行自动化控制，控制更加精确高效。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

本发明一方面提供一种用于游乐设施的运动平台控制系统，它包括应用层、文件管理模块、轴组控制模块、轴组运动规划模块、轴组位置发生模块、位置缓存模块和电机控制模块；

所述轴组控制模块用于与控制系统的其他模块进行数据交互，进行轴组控制、模式切换和运动控制；

所述应用层用于和上位机及其他设备进行交互、对控制系统进行参数配置、对输入输出信号进行处理；

所述文件管理模块用于接收由应用层发送的上位机动作指令数据，动作指令数据以指令字符串形式存储于CSV文件中，文件处理模块根据设定的路径打开CSV文件，读取CSV文件中的字符串并根据指令格式对动作数据进行解析，将解析出的动作数据存储在轴组控制模块的运动指令数组中；

所述轴组运动规划模块用于运动轨迹规划，生成轴组运动位置数据流；

所述位置缓存模块用于存放轴组运动位置数据流；

所述轴组位置发生模块用于管理位置缓存模块，实时从位置缓存模块中读取当前时刻电机运动位置并进行优化处理，然后将运动位置信息下发至电机控制模块；

所述电机控制模块用于接收轴组控制模块的控制指令和轴组位置发生模块的运动位置信息，对所有轴组内电机的工作状态进行控制。

本发明另一方面提供一种用于游乐设施的运动平台控制系统的控制方法，它包括：

步骤S1、游乐设施的运动平台上电，由应用层对控制系统进行初始化和参数配置；

步骤S2、轴组控制模块对各个轴组进行工作模式切换，在不同的工作模式下，对各个轴组进行相应的运动控制；

步骤S3、在各个轴组工作时，同时进行安全监控，在轴组出现故障时，进行安全保护。

进一步，所述步骤S1具体包括如下步骤：

步骤S11、游乐设施的运动平台上电；

步骤S12、应用层对控制系统进行初始化，若初始化完成，则进入步骤S13，若初始化未完成，则继续进行初始化操作；

步骤S13、应用层与上位机交互生成轴组启动指令，对控制系统进行参数配置，对输入输出信号进行处理。

进一步，所述步骤S2的工作模式包括自动模式或手动模式。

进一步，在所述自动模式下，对各个轴组进行相应的运动控制，具体包括如下步骤：

步骤S201、轴组控制模块将各个轴组的工作模式切换为自动模式；

步骤S202、在自动模式下，检测各个轴组是否存在故障，若不存在故障，则进入步骤S203，若存在故障，则停止故障轴组的动作，等待故障轴组复位，故障清除后再进入步骤S201；

步骤S203、上位机向应用层发送动作指令数据，由文件管理模块对动作指令数据进行解析，将解析出的动作数据存储在轴组控制模块的运动指令数组中；

步骤S204、由轴组控制模块对各个轴组进行多机协同控制或单机控制。

进一步，所述多机协同控制具体包括如下步骤：

由轴组运动规划模块进行多机协同运动轨迹规划，生成多机协同运动位置数据流；

将多机协同运动位置数据流存放在位置缓存模块中，由轴组位置发生模块实时从位置缓存模块中读取当前时刻各个轴组的电机运动位置；

然后轴组位置发生模块将运动位置信息下发至进行协同运动的电机控制模块，由电机控制模块控制进行协同运动的轴组电机工作。

进一步，所述单机控制具体包括如下步骤：

由轴组运动规划模块进行单机运动轨迹规划，生成单机运动位置数据流；

将单机运动位置数据流存放在位置缓存模块中，由轴组位置发生模块实时从位置缓存模块中读取当前时刻单个轴组的电机运动位置；

然后轴组位置发生模块将运动位置信息下发至进行协同运动的电机控制模块，由电机控制模块控制进行单个轴组电机工作。

进一步，在所述手动模式下，对各个轴组进行相应的运动控制，具体包括如下步骤：

步骤S211、轴组控制模块将各个轴组的工作模式切换为手动模式；

步骤S212、在手动模式下，检测各个轴组是否存在故障，若不存在故障，则进入步骤S213，若存在故障，则停止故障轴组的动作，等待故障轴组复位，故障清除后再进入步骤S211；

步骤S213、通过应用层选择需要动作的轴组，通过上位机点动指令或者手动操作点动按钮将点动命令和点动速度输入至轴组控制模块；

步骤S214、由轴组运动规划模块进行运动轨迹规划，生成运动位置数据流；将运动位置数据流存放在位置缓存模块中，由轴组位置发生模块实时从位置缓存模块中读取当前时刻单个轴组的电机运动位置；

步骤S215、然后轴组位置发生模块将运动位置信息下发至需要动作的电机控制模块，由电机控制模块控制对应的轴组电机工作。

进一步，所述步骤S3具体包括如下步骤：

在各个轴组工作时，根据控制系统状态和控制指令，对运动平台进行安全监控，若轴组出现故障，则由控制系统中断轴组运行，运动平台紧急停车，进行使能关断，进入故障保护状态，然后对控制系统进行复位。

采用了上述技术方案，本发明采用轴组控制模块作为整个控制系统的功能核心，与其他模块进行数据交互，进行轴组控制、模式切换和运动控制。然后由应用层负责上位机交互、参数配置、输入输出信号处理，上位机的指令文件由文件管理模块统一处理，再由轴组运动规划模块负责运动轨迹规划，生成轴组运动位置数据流。轴组运动位置数据流存储在位置缓存模块中，轴组位置发生模块实时从位置缓存模块中读取当前时刻电机运动位置并优化处理并下发至电机控制模块，由电机控制模块控制所有轴组电机动作，从而实现对运动平台的自动化控制。本发明采用模块化的系统设计，每个模块的输入输出相互独立，模块间交互时各取所需的数据部分，控制和执行效率更高。

附图说明

图1为本发明的一种用于游乐设施的运动平台控制系统的原理框图；

图2为本发明的一种用于游乐设施的运动平台控制系统的控制方法的流程图；

图3为本发明的应用层的工作流程图；

图4为本发明的轴组控制的工作流程图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

实施例一：如图1所示，本实施例提供一种用于游乐设施的运动平台控制系统，它包括应用层、文件管理模块、轴组控制模块、轴组运动规划模块、轴组位置发生模块、位置缓存模块和电机控制模块。

其中，轴组控制模块是整个控制系统的管理核心，用于与控制系统的其他模块进行数据交互，进行轴组控制、模式切换和运动控制。

应用层用于和上位机及其他设备进行交互、对控制系统进行参数配置、对输入输出信号进行处理。上位机可以是监控操作机房中的电脑，上位机与应用层通过以太网进行通信，支持TCP/IP等协议。上位机的总控接口具有设备操作的最高权限，能够读取和写入全部接口数据。

文件管理模块用于接收由应用层发送的上位机动作指令数据，动作指令数据以指令字符串形式存储于CSV文件中，文件处理模块根据设定的路径打开CSV文件，读取CSV文件中的字符串并根据指令格式对动作数据进行解析，将解析出的动作数据存储在轴组控制模块的运动指令数组中。

轴组运动规划模块用于运动轨迹规划，生成轴组运动位置数据流。

位置缓存模块用于存放轴组运动位置数据流。

轴组位置发生模块用于管理位置缓存模块，实时从位置缓存模块中读取当前时刻电机运动位置并进行优化处理，然后将运动位置信息下发至电机控制模块。

电机控制模块用于接收轴组控制模块的控制指令和轴组位置发生模块的运动位置信息，对所有轴组内电机的工作状态进行控制，电机的工作状态包括启停、正反转、寻参、周期位置控制、故障停机、复位等。

实施例二：如图2所示，本实施例提供一种用于游乐设施的运动平台控制系统的控制方法，它包括：

步骤S1、游乐设施的运动平台上电，由应用层对控制系统进行初始化和参数配置。具体包括如下步骤，如图3所示：

步骤S11、游乐设施的运动平台上电；

步骤S12、应用层对控制系统进行初始化，若初始化完成，则进入步骤S13，若初始化未完成，则继续进行初始化操作；

步骤S13、应用层与上位机交互生成轴组启动指令，对控制系统进行参数配置，对输入输出的模拟量和数字量信号进行信号关联、数字量模拟量转换、滤波等处理。

步骤S2、轴组控制模块对各个轴组进行工作模式切换，在不同的工作模式下，对各个轴组进行相应的运动控制。工作模式包括自动模式或手动模式，自动模式即由控制系统对运动平台进行全自动控制，手动模式用于对运动平台进行人工调试，通过人工对轴组的每个动作进行手动调试，如图4所示：

1、在自动模式下，对各个轴组进行相应的运动控制，具体包括如下步骤：

步骤S201、轴组控制模块将各个轴组的工作模式切换为自动模式；

步骤S202、在自动模式下，检测各个轴组是否存在故障，若不存在故障，则进入步骤S203，若存在故障，则停止故障轴组的动作，等待故障轴组复位，故障清除后再进入步骤S201；

步骤S203、上位机向应用层发送动作指令数据，由文件管理模块对动作指令数据进行解析，将解析出的动作数据存储在轴组控制模块的运动指令数组中；

步骤S204、由轴组控制模块对各个轴组进行多机协同控制或单机控制。

多机协同控制具体包括如下步骤：

由轴组运动规划模块进行多机协同运动轨迹规划，生成多机协同运动位置数据流；

将多机协同运动位置数据流存放在位置缓存模块中，由轴组位置发生模块实时从位置缓存模块中读取当前时刻各个轴组的电机运动位置；

然后轴组位置发生模块将运动位置信息下发至进行协同运动的电机控制模块，由电机控制模块控制进行协同运动的轴组电机工作。

单机控制具体包括如下步骤：

由轴组运动规划模块进行单机运动轨迹规划，生成单机运动位置数据流；

将单机运动位置数据流存放在位置缓存模块中，由轴组位置发生模块实时从位置缓存模块中读取当前时刻单个轴组的电机运动位置；

然后轴组位置发生模块将运动位置信息下发至进行协同运动的电机控制模块，由电机控制模块控制进行单个轴组电机工作。

2、在手动模式下，对各个轴组进行相应的运动控制，具体包括如下步骤：

步骤S211、轴组控制模块将各个轴组的工作模式切换为手动模式；

步骤S212、在手动模式下，检测各个轴组是否存在故障，若不存在故障，则进入步骤S213，若存在故障，则停止故障轴组的动作，等待故障轴组复位，故障清除后再进入步骤S211；

步骤S213、通过应用层选择需要动作的轴组，通过上位机点动指令或者手动操作点动按钮IO信号将点动命令和点动速度输入至轴组控制模块；

步骤S214、由轴组运动规划模块进行运动轨迹规划，生成运动位置数据流；将运动位置数据流存放在位置缓存模块中，由轴组位置发生模块实时从位置缓存模块中读取当前时刻单个轴组的电机运动位置；

步骤S215、然后轴组位置发生模块将运动位置信息下发至需要动作的电机控制模块，由电机控制模块控制对应的轴组电机工作。

本实施例所涉及的运动轨迹规划包括：S曲线规划、连续轨迹规划和反解计算。

步骤S3、在各个轴组工作时，同时进行安全监控，在轴组出现故障时，进行安全保护。具体包括如下步骤：

在各个轴组工作时，根据控制系统状态和控制指令，对运动平台进行安全监控，若轴组出现故障，则由控制系统中断轴组运行，运动平台紧急停车，进行使能关断，进入故障保护状态，然后对控制系统进行复位。系统状态包括轴组运动姿态、电机运行状态、防护输入信号状态、机械机构运行到位信号、发车逻辑控制状态等。控制指令由上位机发送，包括上电、下电、运行、停止、复位等指令。

安全保护作为控制系统一项不可或缺的功能，能够实时判断控制系统状态并进行安全保护，从而保障人员和设备的安全。主要的功能有安全监控、急停保护、启动屏蔽、使能关断等，一旦判断系统有危险状况，将会中断程序的运行进入安全停车。

以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于游乐设施的运动平台控制系统，其特征在于：它包括应用层、文件管理模块、轴组控制模块、轴组运动规划模块、轴组位置发生模块、位置缓存模块和电机控制模块；

所述轴组控制模块用于与控制系统的其他模块进行数据交互，进行轴组控制、模式切换和运动控制；

所述应用层用于和上位机及其他设备进行交互、对控制系统进行参数配置、对输入输出信号进行处理；

所述文件管理模块用于接收由应用层发送的上位机动作指令数据，动作指令数据以指令字符串形式存储于CSV文件中，文件处理模块根据设定的路径打开CSV文件，读取CSV文件中的字符串并根据指令格式对动作数据进行解析，将解析出的动作数据存储在轴组控制模块的运动指令数组中；

所述轴组运动规划模块用于运动轨迹规划，生成轴组运动位置数据流；

所述位置缓存模块用于存放轴组运动位置数据流；

所述轴组位置发生模块用于管理位置缓存模块，实时从位置缓存模块中读取当前时刻电机运动位置并进行优化处理，然后将运动位置信息下发至电机控制模块；

所述电机控制模块用于接收轴组控制模块的控制指令和轴组位置发生模块的运动位置信息，对所有轴组内电机的工作状态进行控制。

2.一种如权利要求1所述的用于游乐设施的运动平台控制系统的控制方法，其特征在于，它包括：

步骤S1、游乐设施的运动平台上电，由应用层对控制系统进行初始化和参数配置；

步骤S2、轴组控制模块对各个轴组进行工作模式切换，在不同的工作模式下，对各个轴组进行相应的运动控制；

步骤S3、在各个轴组工作时，同时进行安全监控，在轴组出现故障时，进行安全保护。

3.根据权利要求2所述的用于游乐设施的运动平台控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括如下步骤：

步骤S11、游乐设施的运动平台上电；

步骤S12、应用层对控制系统进行初始化，若初始化完成，则进入步骤S13，若初始化未完成，则继续进行初始化操作；

步骤S13、应用层与上位机交互生成轴组启动指令，对控制系统进行参数配置，对输入输出信号进行处理。

4.根据权利要求2所述的用于游乐设施的运动平台控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤S2的工作模式包括自动模式或手动模式。

5.根据权利要求4所述的用于游乐设施的运动平台控制系统的控制方法，其特征在于：在所述自动模式下，对各个轴组进行相应的运动控制，具体包括如下步骤：

步骤S201、轴组控制模块将各个轴组的工作模式切换为自动模式；

步骤S202、在自动模式下，检测各个轴组是否存在故障，若不存在故障，则进入步骤S203，若存在故障，则停止故障轴组的动作，等待故障轴组复位，故障清除后再进入步骤S201；

步骤S203、上位机向应用层发送动作指令数据，由文件管理模块对动作指令数据进行解析，将解析出的动作数据存储在轴组控制模块的运动指令数组中；

步骤S204、由轴组控制模块对各个轴组进行多机协同控制或单机控制。

6.根据权利要求5所述的用于游乐设施的运动平台控制系统的控制方法，其特征在于，所述多机协同控制具体包括如下步骤：

由轴组运动规划模块进行多机协同运动轨迹规划，生成多机协同运动位置数据流；

将多机协同运动位置数据流存放在位置缓存模块中，由轴组位置发生模块实时从位置缓存模块中读取当前时刻各个轴组的电机运动位置；

然后轴组位置发生模块将运动位置信息下发至进行协同运动的电机控制模块，由电机控制模块控制进行协同运动的轴组电机工作。

7.根据权利要求5所述的用于游乐设施的运动平台控制系统的控制方法，其特征在于，所述单机控制具体包括如下步骤：

由轴组运动规划模块进行单机运动轨迹规划，生成单机运动位置数据流；

将单机运动位置数据流存放在位置缓存模块中，由轴组位置发生模块实时从位置缓存模块中读取当前时刻单个轴组的电机运动位置；

然后轴组位置发生模块将运动位置信息下发至进行协同运动的电机控制模块，由电机控制模块控制进行单个轴组电机工作。

8.根据权利要求4所述的用于游乐设施的运动平台控制系统的控制方法，其特征在于，在所述手动模式下，对各个轴组进行相应的运动控制，具体包括如下步骤：

步骤S211、轴组控制模块将各个轴组的工作模式切换为手动模式；

步骤S212、在手动模式下，检测各个轴组是否存在故障，若不存在故障，则进入步骤S213，若存在故障，则停止故障轴组的动作，等待故障轴组复位，故障清除后再进入步骤S211；

步骤S213、通过应用层选择需要动作的轴组，通过上位机点动指令或者手动操作点动按钮将点动命令和点动速度输入至轴组控制模块；

步骤S214、由轴组运动规划模块进行运动轨迹规划，生成运动位置数据流；将运动位置数据流存放在位置缓存模块中，由轴组位置发生模块实时从位置缓存模块中读取当前时刻单个轴组的电机运动位置；

步骤S215、然后轴组位置发生模块将运动位置信息下发至需要动作的电机控制模块，由电机控制模块控制对应的轴组电机工作。

9.根据权利要求2所述的用于游乐设施的运动平台控制系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括如下步骤：

在各个轴组工作时，根据控制系统状态和控制指令，对运动平台进行安全监控，若轴组出现故障，则由控制系统中断轴组运行，运动平台紧急停车，进行使能关断，进入故障保护状态，然后对控制系统进行复位。