本發(fā)明涉及一種具備輪狀物的設備，特別是涉及一種能夠檢測輪狀物的運動狀態(tài)的設備。
背景技術：
：近年，隨著GPS導航以及自動駕駛等技術的發(fā)展，利用運動指令控制具備輪狀物的汽車、智能機器人、智能平板車等設備行駛的技術獲得了很大的推進。通過運動指令對設備的輪狀物的轉(zhuǎn)動量/轉(zhuǎn)向角進行控制，從而實現(xiàn)對設備行駛情況(速度、路線、位置等)的控制。但是，由于機械誤差、摩擦力、地面狀況變化等因素，運動指令的轉(zhuǎn)動量/轉(zhuǎn)向角與輪狀物的實際的轉(zhuǎn)動量/轉(zhuǎn)向角之間難免存在誤差，預設的行駛路線與實際的行駛軌跡之間的誤差會隨著行駛距離進一步加大，高時效且精確地控制設備的行駛情況變得困難。技術實現(xiàn)要素：鑒于上述的問題，發(fā)明人想到采用光學的運動狀態(tài)檢測裝置來實時地對輪狀物的實際運動狀態(tài)進行檢測并校正，從而能夠彌補因轉(zhuǎn)動量/轉(zhuǎn)向角的誤差而導致的行駛偏差。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種設備。所述設備具備輪狀物和運動狀態(tài)檢測裝置，所述輪狀物能夠圍繞所述輪狀物的圓心軸在第一方向上進行轉(zhuǎn)動，所述運動狀態(tài)檢測裝置用于檢測所述輪狀物的實際運動狀態(tài)，其中，所述運動狀態(tài)檢測裝置包括：光發(fā)射器，向所述輪狀物的第一側(cè)面射出發(fā)射光線，其中在所述第一側(cè)面上設置編碼圖案，所述編碼圖案在所述輪狀物轉(zhuǎn)動時與所述輪狀物一起轉(zhuǎn)動；光探測器，對所述輪狀物上的被所述發(fā)射光線照射的第一區(qū)域進行拍攝，獲得所述第一區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)；以及處理器，根據(jù)所述編碼圖案與所述圖像數(shù)據(jù)，獲得所述輪狀物在第一方向上的實際轉(zhuǎn)動相關的數(shù)據(jù)。上述的設備的特征在于，所述處理器根據(jù)所述圖像數(shù)據(jù)，確定位于所述第一區(qū)域內(nèi)的拍攝圖案，通過對所述拍攝圖案與所述編碼圖案進行對比，得到所述輪狀物的所述第一方向的轉(zhuǎn)動情況，從而計算所述輪狀物在所述第一方向上的實際轉(zhuǎn)動量R，其中，所述編碼圖案儲存在所述運動狀態(tài)檢測裝置的存儲器中。上述的設備的特征在于，所述編碼圖案被設置為預定尺寸以上的任意區(qū)域內(nèi)的圖案均是唯一的圖案，其中，所述預定尺寸小于或等于所述第一區(qū)域的尺寸，在對所述拍攝圖案與所述編碼圖案進行對比時，所述處理器能夠確定所述第一區(qū)域在所述編碼圖案上的位置，根據(jù)所述第一區(qū)域的位置變化，計算所述輪狀物在所述第一方向上的實際轉(zhuǎn)動量R。上述的設備的特征在于，所述輪狀物能夠圍繞所述輪狀物的直徑軸在第二方向上進行轉(zhuǎn)向，所述運動狀態(tài)檢測裝置還包括：光調(diào)制器，對所述發(fā)射光線進行調(diào)制，以使所述發(fā)射光線的強度按特定模式在時間上變化，其中，所述發(fā)射光線的調(diào)制信息存儲在所述存儲器中，其中，所述處理器根據(jù)所述發(fā)射光線的調(diào)制信息與所述圖像數(shù)據(jù)，獲得所述輪狀物在第二方向上的實際轉(zhuǎn)向相關的數(shù)據(jù)。上述的設備的特征在于，其中，所述處理器通過比較預定時間內(nèi)所述發(fā)射光線的強度變化與所述圖像數(shù)據(jù)的預定位置的亮度變化，獲得從所述發(fā)射光線被所述光發(fā)射器射出直到所述發(fā)射光線被所述光探測器接收為止的時間差ΔT，根據(jù)所述時間差ΔT來計算光路長度L。上述的設備的特征在于，所述光發(fā)射器和所述光探測器被安裝在與所述輪狀物連接的車軸的不同位置上，所述光發(fā)射器和所述光探測器的位置在所述車軸上具有預設的第一距離ΔX，由所述光發(fā)射器射出的所述發(fā)射光線與所述車軸之間具有預設的夾角θ，所述光發(fā)射器到所述輪狀物與所述車軸的連接點具有預設的第二距離S，所述處理器根據(jù)所述光路長度L、所述第一距離ΔX以及所述夾角θ，計算所述第一區(qū)域內(nèi)的所述預定位置，并且，根據(jù)所述預定位置和所述第二距離S來計算所述輪狀物在所述第二方向上的實際轉(zhuǎn)向角度α。上述的設備的特征在于，所述設備還具備：運動控制器，根據(jù)來自所述處理器的運動指令，控制所述輪狀物進行運動，其中，所述運動指令包含指令轉(zhuǎn)動量R1和指令轉(zhuǎn)向角度α1，所述處理器根據(jù)所述實際轉(zhuǎn)動量R和所述實際轉(zhuǎn)向角度α，指示所述運動控制器對所述設備的行駛狀態(tài)進行校正。上述的設備的特征在于，在對所述設備的行駛狀態(tài)進行校正時，所述處理器根據(jù)所述實際轉(zhuǎn)動量R與所述指令轉(zhuǎn)動量R1之間的差值、和所述實際轉(zhuǎn)向角度α與所述指令轉(zhuǎn)向角度α1之間的差值，對所述運動控制器指示校正后的所述指令轉(zhuǎn)動量R1和校正后的所述指令轉(zhuǎn)向角度α1，所述運動控制器根據(jù)校正后的所述指令轉(zhuǎn)動量R1和校正后的所述指令轉(zhuǎn)向角度α1，控制所述輪狀物進行運動。上述的設備的特征在于，在對所述設備的行駛狀態(tài)進行校正時，所述處理器根據(jù)所述實際轉(zhuǎn)動量R和所述實際轉(zhuǎn)向角度α來確定所述設備的實際行駛軌跡，根據(jù)所述實際行駛軌跡與預設行駛路線之間的誤差，指示所述運動控制器對所述輪狀物的運動狀態(tài)進行校正，以使所述設備能夠按所述預設行駛路線進行行駛。上述的設備的特征在于，所述運動狀態(tài)檢測裝置還包括：地面狀況記錄器，根據(jù)所述運動指令和所述實際運動狀態(tài)，對所述輪狀物的所在位置的地面狀況進行記錄，當所述設備在地面上行駛時，所述處理器基于所述地面狀況以及所述預設行駛路線，對所述運動控制器指示所述運動指令。上述的設備的特征在于，所述運動狀態(tài)檢測裝置還包括：背景光過濾器，對由所述光探測器拍攝得到的所述圖像數(shù)據(jù)中的背景光成分進行過濾。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，提供一種運動狀態(tài)檢測方法。所述運動狀態(tài)檢測方法用于檢測輪狀物的實際運動狀態(tài)，所述輪狀物能夠圍繞所述輪狀物的圓心軸在第一方向上進行轉(zhuǎn)動。所述運動狀態(tài)檢測方法包含：通過光發(fā)射器向所述輪狀物的第一側(cè)面射出發(fā)射光線，其中在所述第一側(cè)面上設置編碼圖案，所述編碼圖案在所述輪狀物轉(zhuǎn)動時與所述輪狀物一起轉(zhuǎn)動；通過光探測器對所述輪狀物上的被所述發(fā)射光線照射的第一區(qū)域進行拍攝，獲得所述第一區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)；以及根據(jù)所述編碼圖案與所述圖像數(shù)據(jù)，獲得所述輪狀物在第一方向上的實際轉(zhuǎn)動相關的數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的設備以及運動狀態(tài)檢測方法，提供了一種對設備的輪狀物的運動狀態(tài)的檢測以及控制的技術方案。利用光學的檢測方法能夠高時效且精確地檢測輪狀物的實際運動狀態(tài)。通過實時地對輪狀物的實際的轉(zhuǎn)動量/轉(zhuǎn)向角進行檢測并校正，從而能夠校正因轉(zhuǎn)動量/轉(zhuǎn)向角的誤差導致的運動軌跡偏差。此外，根據(jù)運動指令和實際運動狀態(tài)，對輪狀物的所在位置的地面狀況進行記錄，基于地面狀況以及預設行駛路線，能夠更加精確地控制設備的行駛。附圖說明圖1A至圖1B是表示設備的輪狀物的運動狀態(tài)的示意圖。圖2是表示本發(fā)明的一個實施例中的設備的功能框圖。圖3是表示在設備中各部件設置方式的一例的示意圖。圖4是表示對輪狀物的運動狀態(tài)進行檢測時的光路的示意圖。圖5是表示檢測輪狀物在第一方向上的轉(zhuǎn)動量的原理圖。圖6是表示對于輪狀物在第一方向上的轉(zhuǎn)動量的運動狀態(tài)檢測方法的流程圖。圖7是表示檢測輪狀物在第二方向上的轉(zhuǎn)向角度的原理圖。圖8是表示對于輪狀物在第二方向上的轉(zhuǎn)向角度的運動狀態(tài)檢測方法的流程圖。圖9是表示設備在不同的地面狀況行駛的示意圖。具體實施方式以下，參照附圖來說明本發(fā)明的具體實施方式。提供以下參照附圖的描述，以幫助對由權利要求及其等價物所限定的本發(fā)明的示例實施方式的理解。其包括幫助理解的各種具體細節(jié)，但它們只能被看作是示例性的。而且，為了使說明書更加清楚簡潔，將省略對本領域熟知功能和構(gòu)造的詳細描述。在附圖中，相同的參考標號通常代表相同部件或步驟。在這里，本發(fā)明涉及的設備可以是具備自動行駛功能的汽車、智能機器人、智能平板車等設備。設備根據(jù)由處理器或遠程服務器發(fā)出的運動指令而控制輪狀物的運動狀態(tài)，從而能夠按照預設的行駛路線進行行駛。圖1是表示設備的輪狀物的運動狀態(tài)的示意圖。下面，參照圖1對輪狀物的運動狀態(tài)進行說明。在通常的設備中，輪狀物的運動分為兩種運動方式：1)、如圖1A所示那樣，輪狀物能夠圍繞輪狀物的圓心軸在圓周方向上順時針或者逆時針進行轉(zhuǎn)動；2)、如圖1B所示那樣，輪狀物能夠圍繞輪狀物的直徑軸向左或者向右進行轉(zhuǎn)向。需要注意，這里的順時針、逆時針、向左、向右均只是為了解釋輪狀物的運動方式而做出的規(guī)定，并不具有任何限制的意義。顯然，基于觀察者所處位置的不同，上述方向和朝向也會發(fā)生變化。另外，不論輪狀物向順時針轉(zhuǎn)動或者逆時針轉(zhuǎn)動，圓周方向的轉(zhuǎn)動量的檢測方法是相同的。同樣地，不論輪狀物向左轉(zhuǎn)向或者向右轉(zhuǎn)向，輪狀物的轉(zhuǎn)向角度的檢測方法也是相同。因此，為了簡化說明，在后面的記述中不再區(qū)分順時針和逆時針而將輪狀物圍繞圓心軸在圓周方向上的轉(zhuǎn)動簡稱為輪狀物在第一方向的轉(zhuǎn)動(有時也簡稱為轉(zhuǎn)動)，且不再區(qū)分向左或者向右而將輪狀物圍繞直徑軸的轉(zhuǎn)向定義為在第二方向上的轉(zhuǎn)向(有時也簡稱為轉(zhuǎn)向)。在本發(fā)明中，采用光學檢測的方法，分別檢測輪狀物在第一方向上的轉(zhuǎn)動以及在第二方向上的轉(zhuǎn)向，從而能夠高時效地掌握輪狀物的實際的運動狀態(tài)，進而能夠?qū)崟r地掌握設備的行駛情況。圖2是表示本發(fā)明的一個實施例中的設備的功能框圖。下面，參照圖2，對設備的結(jié)構(gòu)進行說明。設備1具備輪狀物11和運動狀態(tài)檢測裝置12。此外，設備1還具備用于存儲各種數(shù)據(jù)的存儲器(未圖示)。存儲器可以作為運動狀態(tài)檢測裝置12的一個部件來設置，也可以與運動狀態(tài)檢測裝置12分立地設置。輪狀物11能夠如圖1所示那樣進行在第一方向上的轉(zhuǎn)動以及在第二方向上的轉(zhuǎn)向。在輪狀物11的一個側(cè)面上預先設置了編碼圖案，編碼圖案在輪狀物11轉(zhuǎn)動時與輪狀物11一起進行轉(zhuǎn)動。編碼圖案可以是由花紋、字符、方塊等構(gòu)成的圖案，并且還可以是不同的顏色的圖案，從而使得在編碼圖案上不同區(qū)域內(nèi)的圖案之間具有區(qū)別度。從便于實現(xiàn)以及防止外界光線干擾的角度出發(fā)，設置編碼圖案的側(cè)面優(yōu)選為輪狀物11的內(nèi)側(cè)表面、即輪狀物11與車軸連接一側(cè)的側(cè)面。但是，從實現(xiàn)的可能性而言，設置編碼圖案的側(cè)面也可以根據(jù)設備1的實際情況而靈活選擇。為了便于說明，下面將輪狀物11的設置了編碼圖案的側(cè)面也簡稱為第一側(cè)面。與編碼圖案有關的數(shù)據(jù)被預先保存在存儲器中。關于編碼圖案的其他細節(jié)在后面詳細進行敘述。運動狀態(tài)檢測裝置12分別檢測輪狀物11在第一方向的轉(zhuǎn)動以及第二方向的轉(zhuǎn)向。運動狀態(tài)檢測裝置12包括光發(fā)射器121、光探測器122、以及處理器123。光發(fā)射器121用于向輪狀物11的第一側(cè)面射出發(fā)射光線。光發(fā)射器121可以是LED燈、激光器等各種的光源。光探測器122用于對輪狀物11上的被發(fā)射光線照射的區(qū)域(下面也簡稱第一區(qū)域)進行拍攝，獲得第一區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)。光探測器122可以是能夠以盡可能高的拍攝速度對輪狀物11的第一區(qū)域進行拍攝的高速攝像機或者高速照相機等。通過光探測器122拍攝而生成的圖像數(shù)據(jù)可以直接傳送給處理器123，也可以存儲在存儲器中以供處理器123在需要時進行讀取。處理器123用于進行各種相關的數(shù)據(jù)處理。處理器123根據(jù)編碼圖案與圖像數(shù)據(jù)，獲得輪狀物11的實際運動狀態(tài)。處理器123可以是CPU或者ASIC等?？蛇x擇地，為了消除設備1周圍的背景光對檢測精度的影響，運動狀態(tài)檢測裝置12還可以包括背景光過濾器(未圖示)。背景光過濾器用于對由光探測器122拍攝得到的圖像數(shù)據(jù)中的背景光成分進行過濾。由此，根據(jù)過濾后的圖像數(shù)據(jù)，能夠更加精確地檢測輪狀物11的實際運動狀態(tài)。背景光過濾器可以通過各種方式來實現(xiàn)對背景光的過濾。例如，當光發(fā)射器121射出的發(fā)射光線為特定頻段的光時，背景光過濾器對圖像數(shù)據(jù)中其他頻段的光進行過濾。下面，關于在輪狀物11的第一側(cè)面上設置的編碼圖案進行詳細說明。設置編碼圖案的本質(zhì)是對輪狀物11的第一側(cè)面的各區(qū)域賦予位置信息，從而根據(jù)拍攝到的圖像數(shù)據(jù)與編碼圖案的對比，能夠檢測輪狀物11在第一方向上的實際轉(zhuǎn)動的情況。編碼圖案被設置為預定尺寸以上的任意區(qū)域內(nèi)的圖案均是唯一的圖案，其中，預定尺寸小于或等于第一區(qū)域的尺寸。此外，編碼圖案也可以被設置為預定尺寸以上的在任意徑向上的圖案均是唯一的圖案。關于編碼圖案，只要滿足處理器123通過對比拍攝圖案與編碼圖案能夠唯一地確認輪狀物11在第一方向上的實際轉(zhuǎn)動量即可。如此，在對拍攝圖案與編碼圖案進行對比時，處理器123能夠確定第一區(qū)域在編碼圖案上的位置，根據(jù)第一區(qū)域相對于編碼圖案的位置變化，計算輪狀物11在第一方向上的實際轉(zhuǎn)動量。具體而言，隨著輪狀物11在第一方向上進行轉(zhuǎn)動，位于被發(fā)射光線照射的第一區(qū)域內(nèi)的圖案也發(fā)生變化。當光探測器122對第一區(qū)域進行拍攝時，生成與第一區(qū)域內(nèi)的圖案相應的圖像數(shù)據(jù)。如果在編碼圖案的預定尺寸以上的任意區(qū)域內(nèi)的圖案均是唯一的圖案，那么處理器123將圖像數(shù)據(jù)與編碼圖案進行比對，能夠確定圖像數(shù)據(jù)所表示的圖案(即第一區(qū)域內(nèi)的圖案)對應于編碼圖案的哪一區(qū)域內(nèi)的圖案，從而能夠確定在進行拍攝時第一區(qū)域與編碼圖案的位置關系，進而確定輪狀物11在第一方向上的轉(zhuǎn)動情況。圖3是表示在設備中各部件設置方式的一例的示意圖。需要注意的是，圖3僅用于示意性的說明本發(fā)明，圖中的長度或尺寸的比例關系等并不代表實際情況。下面，參照圖3，說明設備1中所設置的各部件之間的位置關系。如圖3所示，光發(fā)射器121和光探測器122被安裝在與輪狀物11連接的車軸的不同位置上，光發(fā)射器121和光探測器122的位置在車軸上具有預設的第一距離ΔX，由光發(fā)射器121射出的發(fā)射光線與車軸之間具有預設的夾角θ，光發(fā)射器121到輪狀物11與車軸的連接點具有預設的第二距離S。圖4是表示對輪狀物的運動狀態(tài)進行檢測時的光路的示意圖。下面，參照圖4，說明對輪狀物11的運動狀態(tài)進行檢測時的光路。發(fā)射光線從光發(fā)射器121射出而照射在輪狀物11的編碼圖案上，發(fā)射光線在編碼圖案上發(fā)生反射。光探測器122對反射回來的光線進行接收。當輪狀物11在第二方向上進行轉(zhuǎn)向時，隨著輪狀物11的向左或向右的轉(zhuǎn)向，發(fā)射光線所照射的第一區(qū)域相對于輪狀物11的編碼圖案的位置發(fā)生偏移，光路以及光路長度L也發(fā)生變化。圖5是表示檢測輪狀物在第一方向上的轉(zhuǎn)動量的原理圖。下面，參照圖5來詳細說明利用運動狀態(tài)檢測裝置12來檢測輪狀物11在第一方向上的轉(zhuǎn)動量的原理。圖5中示出的編碼圖案只是為了便于說明而簡化后的圖案，并不起到任何的限制作用。光探測器122對輪狀物11上的被發(fā)射光線照射的第一區(qū)域進行拍攝，從而獲得第一區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)。處理器123根據(jù)圖像數(shù)據(jù)能夠識別出第一區(qū)域內(nèi)的圖案(即圖4中的“A”、“K”)。處理器123將識別出的第一區(qū)域內(nèi)的圖案與在存儲器中保存的編碼圖案進行對比。如前面提到的那樣，在編碼圖案中不存在兩個的第一區(qū)域大小的相同圖案，因此，處理器123根據(jù)識別出的第一區(qū)域內(nèi)的圖案，能夠唯一地確認在進行拍攝時輪狀物11所處的狀態(tài)。進而，處理器123根據(jù)在任意兩個時刻(例如圖4中的“T1”、“T2”)拍攝得到的圖像數(shù)據(jù)，能夠獲得出這兩個時刻之間輪狀物11在第一方向(圓周方向)上的轉(zhuǎn)動角度β。在公式(1)中，β為輪狀物11在第一方向上的轉(zhuǎn)動角度，r為輪狀物11的半徑長度，利用公式(1)能夠計算出輪狀物11在第一方向上的實際轉(zhuǎn)動量R。下面，說明在設備1中如何檢測輪狀物11在第一方向上的實際轉(zhuǎn)動量。輪狀物11能夠圍繞輪狀物11的圓心軸在第一方向上進行轉(zhuǎn)動。光發(fā)射器121向輪狀物11的第一側(cè)面射出發(fā)射光線，其中在第一側(cè)面上設置編碼圖案，編碼圖案在輪狀物11轉(zhuǎn)動時與輪狀物11一起轉(zhuǎn)動。光探測器122對輪狀物11上的被發(fā)射光線照射的第一區(qū)域進行拍攝，獲得第一區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)。處理器123根據(jù)編碼圖案與圖像數(shù)據(jù)，獲輪狀物11在第一方向上的實際轉(zhuǎn)動相關的數(shù)據(jù)。處理器123根據(jù)圖像數(shù)據(jù)，確定位于第一區(qū)域內(nèi)的拍攝圖案，通過對拍攝圖案與編碼圖案進行對比，得到輪狀物11的第一方向的轉(zhuǎn)動情況，從而計算輪狀物11在第一方向上的實際轉(zhuǎn)動量R，其中，編碼圖案儲存在運動狀態(tài)檢測裝置的存儲器中。編碼圖案被設置為預定尺寸以上的任意區(qū)域內(nèi)的圖案均是唯一的圖案，其中，預定尺寸小于或等于第一區(qū)域的尺寸。在對拍攝圖案與編碼圖案進行對比時，處理器123能夠確定第一區(qū)域在編碼圖案上的位置，根據(jù)第一區(qū)域的位置變化，計算輪狀物11在第一方向上的實際轉(zhuǎn)動量R?？蛇x擇地，背景光過濾器也可以對由光探測器拍攝得到的圖像數(shù)據(jù)中的背景光成分進行過濾。圖6是表示對于輪狀物在第一方向上的實際轉(zhuǎn)動量的運動狀態(tài)檢測方法的流程圖。如圖6所示，在步驟S101中，光發(fā)射器121對輪狀物11的設置了編碼圖案的第一側(cè)面射出發(fā)射光線。在步驟S102中，光探測器122對被發(fā)射光線照射的第一區(qū)域進行拍攝，獲得與第一區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)。所獲得的圖像數(shù)據(jù)可以發(fā)送給處理器123，也可以保存在存儲器中以供處理器123在需要時進行讀取。此外，在存儲器中還保存了輪狀物11的第一側(cè)面上的編碼圖案相關的數(shù)據(jù)。在步驟S103中，背景光過濾器對由光探測器122拍攝得到的圖像數(shù)據(jù)中的背景光成分進行過濾。在此，步驟S103只是作為優(yōu)選的實施方式，也可以在步驟S102之后直接前進至步驟S104。在步驟S104中，根據(jù)圖像數(shù)據(jù)，確定位于第一區(qū)域內(nèi)的拍攝圖案，通過將拍攝圖案與編碼圖案進行對比，確定第一區(qū)域在編碼圖案上的位置。在步驟S105中，根據(jù)第一區(qū)域的位置變化，計算輪狀物11在第一方向上的實際轉(zhuǎn)動量R。需要說明的是，在輪狀物11的運動狀態(tài)可能會同時包含第一方向的轉(zhuǎn)動以及第二方向的轉(zhuǎn)向時，輪狀物11上的第一區(qū)域(即被發(fā)射光線照射的區(qū)域)還會隨著輪狀物的轉(zhuǎn)向而在輪狀物11的徑向上產(chǎn)生偏移。但是，由于在步驟S104～S105的處理中，僅需要從圖像數(shù)據(jù)中提取輪狀物11在第一方向(圓周方向)上的轉(zhuǎn)動情況，因此，即使第一區(qū)域相對于輪狀物11的編碼圖案的位置在徑向上發(fā)生變化，仍然不會影響到對于輪狀物11的第一方向(圓周方向)上的轉(zhuǎn)動的檢測精度。圖7是表示檢測輪狀物在第二方向上的轉(zhuǎn)向角度的原理圖。下面，參照圖7來詳細說明利用運動狀態(tài)檢測裝置12來檢測輪狀物11在第二方向上的轉(zhuǎn)向角度的原理。光發(fā)射器121向輪狀物11的第一側(cè)面射出發(fā)射光線，發(fā)射光線在輪狀物11的第一側(cè)面上的第一區(qū)域發(fā)生反射，光探測器122對反射回來的光線進行接收。由此，光發(fā)射器121到輪狀物11第一側(cè)面的第一區(qū)域到光探測器122這三者之間形成了一條光路。光路長度L隨著輪狀物11在第二方向上的轉(zhuǎn)向角度而發(fā)生變化。相反地，若檢測出光路長度L，則能夠計算出輪狀物11在第二方向上的轉(zhuǎn)向角度α。為了對光路長度L進行檢測，運動狀態(tài)檢測裝置還包括光調(diào)制器。光調(diào)制器用于對光發(fā)射器121射出的發(fā)射光線進行調(diào)制，以使發(fā)射光線的強度按特定模式在時間上變化。其中，發(fā)射光線的調(diào)制信息存儲在存儲器中以供處理器123在需要時進行讀取。在調(diào)制信息中保存有發(fā)射光線的強度隨時間變化的信息。由于光調(diào)制器將發(fā)射光線的強度按特定的模式進行了時間調(diào)制，光探測器122從輪狀物11的側(cè)面接收到的反射光線的強度同樣會按照特定的模式而變化。處理器123根據(jù)發(fā)射光線的調(diào)制信息與由光探測器122拍攝到的圖像數(shù)據(jù)，獲得輪狀物11在第二方向上的實際轉(zhuǎn)向相關的數(shù)據(jù)。具體而言，由于對發(fā)射光線進行了調(diào)制，發(fā)射光線的強度隨時間發(fā)生變化，從而在發(fā)射光線以及接收光線中都保存有時間信息。如圖7所示，處理器123通過比較預定時間內(nèi)發(fā)射光線的強度變化與圖像數(shù)據(jù)的預定位置的亮度變化，獲得從發(fā)射光線被光發(fā)射器121射出直到發(fā)射光線被光探測器122接收為止的時間差ΔT。需要注意的是，圖像數(shù)據(jù)是對第一區(qū)域進行拍攝而得到的數(shù)據(jù)，圖像數(shù)據(jù)的位置與第一區(qū)域的位置成為一一對應的關系?？紤]到更加精確地測量光路長度L，第一區(qū)域的預定位置優(yōu)選為第一區(qū)域的中心位置，圖像數(shù)據(jù)的預定位置則為與第一區(qū)域的中心位置對應的位置。如此，所獲得的時間差ΔT能夠精確地反映出從光發(fā)射器121到輪狀物11上的第一區(qū)域的中心位置再返回到光探測器122為止的光路長度L。L＝ΔT·C…(2)在公式(2)中，ΔT為時間差，C為正常大氣環(huán)境下的光速，利用公式(2)能夠計算出光路長度L。x2a2+y2b2=1y=cx+d...(3)]]>進而，參照圖4和圖7，在光發(fā)射器121與光探測器122的第一距離△X、發(fā)射光線與車軸之間的夾角θ、光路長度L均為已知的情況下，可以得知方程組(3)，其中，系數(shù)c＝-tanθ，通過求解方程組(3)能夠計算出第一區(qū)域的預定位置P的坐標。在計算出第一區(qū)域的預定位置P的坐標之后，能夠進一步根據(jù)計算出輪狀物11的轉(zhuǎn)向角度α。具體計算過程省略。下面，說明在設備1中如何檢測輪狀物11在第二方向上的實際轉(zhuǎn)向角度。輪狀物11還能夠圍繞輪狀物11的直徑軸在第二方向上進行轉(zhuǎn)向。運動狀態(tài)檢測裝置12還包括光調(diào)制器。光調(diào)制器對發(fā)射光線進行調(diào)制，以使發(fā)射光線的強度按特定模式在時間上變化，其中，發(fā)射光線的調(diào)制信息可以發(fā)送給處理器123，也可以存儲在存儲器中以供處理器123讀取。光發(fā)射器121向輪狀物11的第一側(cè)面射出經(jīng)調(diào)制的發(fā)射光線，其中在第一側(cè)面上設置編碼圖案，編碼圖案在輪狀物11轉(zhuǎn)動時與輪狀物11一起轉(zhuǎn)動。光探測器122對輪狀物11上的被發(fā)射光線照射的第一區(qū)域進行拍攝，獲得第一區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)。處理器123根據(jù)發(fā)射光線的調(diào)制信息與由光探測器122拍攝到的圖像數(shù)據(jù)，獲得輪狀物11在第二方向上的實際轉(zhuǎn)向相關的數(shù)據(jù)。處理器123通過比較預定時間內(nèi)發(fā)射光線的強度變化與圖像數(shù)據(jù)的預定位置的亮度變化，獲得從發(fā)射光線被光發(fā)射器射出直到發(fā)射光線被光探測器接收為止的時間差ΔT，根據(jù)時間差ΔT來計算光路長度L。光發(fā)射器121和光探測器122被安裝在與輪狀物11連接的車軸的不同位置上，光發(fā)射器121和光探測器122的位置在車軸上具有預設的第一距離ΔX，由光發(fā)射器121射出的發(fā)射光線與車軸之間具有預設的夾角θ，光發(fā)射器121到輪狀物11與車軸的連接點具有預設的第二距離S。處理器123根據(jù)光路長度L、第一距離ΔX以及夾角θ，計算第一區(qū)域內(nèi)的預定位置，并且，根據(jù)預定位置和第二距離S來計算輪狀物11在第二方向上的實際轉(zhuǎn)向角度α?？蛇x擇地，運動狀態(tài)檢測裝置12還可以包括背景光過濾器。背景光過濾器對由光探測器122拍攝得到的圖像數(shù)據(jù)中的背景光成分進行過濾。圖8是表示對于輪狀物在第二方向上的轉(zhuǎn)向角度的運動狀態(tài)檢測方法的流程圖。如圖8所示，在步驟S201中，通過光調(diào)制器對光發(fā)射器121的發(fā)射光線進行調(diào)制，以使發(fā)射光線的強度按特定模式在時間上變化。發(fā)射光線的調(diào)制信息可以發(fā)送給處理器123，也可以存儲在存儲器中以供處理器123讀取。在步驟S202中，光發(fā)射器121以與車軸成預設的夾角θ的方式，對輪狀物11的設置了編碼圖案的第一側(cè)面射出經(jīng)過調(diào)制后的發(fā)射光線。在步驟S203中，光探測器122對被發(fā)射光線照射的第一區(qū)域進行拍攝，獲得第一區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)。所獲得的圖像數(shù)據(jù)可以發(fā)送給處理器123，也可以存儲在存儲器中以供處理器123在需要時進行讀取。在步驟S204中，背景光過濾器對由光探測器122拍攝得到的圖像數(shù)據(jù)中的背景光成分進行過濾。在此，步驟S204只是作為優(yōu)選的實施方式，也可以在步驟S102之后直接前進至步驟S205。在步驟S205中，通過比較預定時間內(nèi)發(fā)射光線的強度變化與圖像數(shù)據(jù)的預定位置的亮度變化，獲得從發(fā)射光線被光發(fā)射器121射出直到發(fā)射光線被光探測器122接收為止的時間差ΔT，根據(jù)時間差ΔT來計算光路長度L。在步驟S206中，根據(jù)光路長度L、第一距離△X、以及夾角θ，計算第一區(qū)域內(nèi)的預定位置，并且，根據(jù)預定位置和第二距離S來計算輪狀物11在第二方向上的實際轉(zhuǎn)向角度α。需要說明的是，在輪狀物11的運動狀態(tài)同時包含第一方向的轉(zhuǎn)動以及第二方向的轉(zhuǎn)向時，隨著輪狀物11在第一方向上的轉(zhuǎn)動，輪狀物11上的第一區(qū)域內(nèi)的編碼圖案也在發(fā)生變化，編碼圖案的變化也會引起圖像數(shù)據(jù)的亮度的變化。為了更好地區(qū)分兩種強度變化，考慮可以將光調(diào)制器的調(diào)制周期設置為足夠短的周期(高頻調(diào)制)，或者將發(fā)射光線的強度在特定的時刻設為0，以便于處理器123能夠準確地從圖像數(shù)據(jù)中識別出由光調(diào)制器的調(diào)制而引起的圖像數(shù)據(jù)的亮度變化。至此，處理器123計算出輪狀物11的實際轉(zhuǎn)動量R和實際轉(zhuǎn)向角度α。下面，說明在設備1中如何對設備1的行駛狀態(tài)進行校正。設備1還具備運動控制器。運動控制器根據(jù)來自處理器123的運動指令，控制輪狀物11進行運動。其中，運動指令包含指令轉(zhuǎn)動量R1和指令轉(zhuǎn)向角度α1。運動控制器可以是電動機等。在獲得輪狀物11在第一方向上的實際轉(zhuǎn)動量R以及在第二方向上的實際轉(zhuǎn)向角度α之后，處理器123還可以根據(jù)實際轉(zhuǎn)動量R和實際轉(zhuǎn)向角度α，指示運動控制器對設備1的行駛狀態(tài)進行校正。在此，對設備1的行駛狀態(tài)的校正可以有兩種校正方式。在第一種校正方式中，在對設備1的行駛狀態(tài)進行校正時，處理器123根據(jù)實際轉(zhuǎn)動量R和實際轉(zhuǎn)向角度α來確定設備1的實際行駛軌跡，根據(jù)實際行駛軌跡與預設行駛路線之間的誤差，指示運動控制器對輪狀物11的運動狀態(tài)進行校正，以使設備1能夠按預設行駛路線進行行駛。例如，在設備1行駛了30秒后，處理器123根據(jù)過去30秒內(nèi)的各個時刻檢測到的實際轉(zhuǎn)動量R和實際轉(zhuǎn)向角度α，計算出設備1當前所在的實際位置。在考慮實際位置與預設位置之間的誤差的基礎上，處理器123計算用于校正設備1的行駛狀態(tài)的運動指令，以使在后續(xù)的行駛中設備1能夠返回到預設的行駛路線上。第一種校正方式的優(yōu)點在于，只需要實時地檢測輪狀物11的實際運動狀態(tài)，而不需要實時地計算用于校正的運動指令。在經(jīng)過一定時間的行駛之后計算一次設備1的實際行駛軌跡，。根據(jù)實際行駛軌跡與預設行駛路線之間的誤差，計算用于校正設備1的行駛狀態(tài)的運動指令。由此，能夠減少數(shù)據(jù)的處理量以及節(jié)省電力的消耗。在第二種校正方式中，在對設備1的行駛狀態(tài)進行校正時，處理器123根據(jù)實際轉(zhuǎn)動量R與指令轉(zhuǎn)動量R1之間的差值、和實際轉(zhuǎn)向角度α與指令轉(zhuǎn)向角度α1之間的差值，對運動控制器指示校正后的指令轉(zhuǎn)動量R1和校正后的指令轉(zhuǎn)向角度α1。運動控制器根據(jù)校正后的指令轉(zhuǎn)動量R1和校正后的指令轉(zhuǎn)向角度α1，控制輪狀物11進行運動。例如，在處理器123對運動控制器指示指令轉(zhuǎn)動量R1和指令轉(zhuǎn)向角度α1后，運動狀態(tài)檢測12檢測到實際轉(zhuǎn)動量R和實際轉(zhuǎn)向角度α。處理器123在考慮運動指令與實際運動狀態(tài)之間的誤差的基礎上，處理器123計算用于校正設備1的行駛狀態(tài)的運動指令，以使彌補上次的運動指令與實際運動狀態(tài)的誤差。另外，考慮到從處理器123發(fā)出運動指令到運動控制器控制輪狀物11完成相應于該運動指令的運動為止，需要一定的時間。因此，優(yōu)選為在相應于運動指令的運動完成之后，再開始對實際運動狀態(tài)的檢測。第二種校正方式的優(yōu)點在于，根據(jù)輪狀物11的實際運動狀態(tài)實時地對運動指令進行校正，能夠更加實時且精確地控制設備1的行駛路線。關于上述兩種校正方式，可以根據(jù)實際需要而自由進行選擇。圖9是表示設備在不同的地面狀況下行駛的示意圖。下面，參照圖9來說明設備1在不同的地面狀況下行駛的情況。當設備1行駛在不同的材質(zhì)的地面上時，即使對輪狀物11作出相同的運動指令，輪狀物11的實際運動狀態(tài)也會不同。例如，在地面上存在大理石區(qū)域、木地板區(qū)域、毛毯區(qū)域。在這3種地面狀況下，地面的粗糙程度以及摩擦力的大小依次增加。此時，假設處理器123對運動控制器指示了指令轉(zhuǎn)向角度10°。由于地面狀況的不同，輪狀物11的實際轉(zhuǎn)向角度可能并不相同。作為示例，將在不同地面狀況下運動指令與實際運動狀態(tài)的關系列為下表。指令轉(zhuǎn)向角度實際轉(zhuǎn)向角度比例大理石區(qū)域10°10°1:1木地板區(qū)域10°8°1:0.8毛毯區(qū)域10°6°1:0.6表1不同地面狀況的實際轉(zhuǎn)向角度具體而言，通過運動狀態(tài)檢測裝置12對實際轉(zhuǎn)向角度的檢測，得到了在不同地面狀況下指令轉(zhuǎn)動角度與實際轉(zhuǎn)動角度之間的比例關系。例如，在大理石區(qū)域，運動控制器按照指令轉(zhuǎn)向角度10°來控制輪狀物11在第二方向上進行轉(zhuǎn)向時，輪狀物11實際轉(zhuǎn)動10°，即指令轉(zhuǎn)向角度與實際轉(zhuǎn)向角度的比例為1:1。在木地板區(qū)域，指令轉(zhuǎn)向角度與實際轉(zhuǎn)向角度的比例為1:0.8。在毛毯區(qū)域，指令轉(zhuǎn)向角度與實際轉(zhuǎn)向角度的比例為1:0.6。相反地，只要根據(jù)上述的比例，當設備1在相應的地面狀況行駛時，將指令轉(zhuǎn)向角度乘以相應的校正系數(shù)(即上述比例的倒數(shù))，則能夠?qū)χ噶钷D(zhuǎn)向角度與實際轉(zhuǎn)向角度之間的誤差進行校正。在下表2中示出作為利用校正系數(shù)進行校正的一例。表2校正后的不同地面狀況的實際轉(zhuǎn)向角度如表2所示，在判斷出設備1的輪狀物11所處的地面狀況之后，通過對指令轉(zhuǎn)向角度乘以相應的校正系數(shù)，能夠校正輪狀物11的指令轉(zhuǎn)向角度與實際轉(zhuǎn)向角度之間的誤差。此外，關于指令轉(zhuǎn)動量與實際轉(zhuǎn)動量的校正方式也是相同的，在此省略說明。在另一實施例中，運動狀態(tài)檢測裝置12還可以包括地面狀況記錄器(未圖示)。地面狀況記錄器根據(jù)運動指令和實際運動狀態(tài)，對輪狀物11的所在位置的地面狀況進行記錄。當設備1在地面上行駛時，處理器123基于地面狀況以及預設行駛路線，對運動控制器指示運動指令。當設備1在地面上行駛時，運動狀態(tài)檢測裝置12對輪狀物11的實際運動狀態(tài)進行檢測。根據(jù)運動指令和實際運動狀態(tài)之間的關系，對輪狀物11的所在位置的地面狀況進行記錄。作為對地面狀況進行記錄的方式，可以將輪狀物11所處的位置、與在該位置上的運動指令和實際運動狀態(tài)的比例相關聯(lián)地保存在地面狀況記錄器中。如此，當設備1再次在相同的地面上進行行駛時，能夠根據(jù)所記錄的地面狀況以及預設行駛路線，預先利用相應的校正系數(shù)來對用于指示運動控制器的運動指令進行校正。下面，說明用于校正設備1的行駛情況的運動狀態(tài)檢測方法。通過運動控制器根據(jù)運動指令來控制輪狀物11進行運動，其中，運動指令包含指令轉(zhuǎn)動量R1和指令轉(zhuǎn)向角度α1。根據(jù)實際轉(zhuǎn)動量R和實際轉(zhuǎn)向角度α，指示運動控制器對具備輪狀物11的設備的行駛狀態(tài)進行校正。在第一校正方式下，在對設備1的行駛狀態(tài)進行校正時，根據(jù)實際轉(zhuǎn)動量R與指示轉(zhuǎn)動量R1之間的差值、以及實際轉(zhuǎn)向角度α與指示轉(zhuǎn)向角度α1之間的差值，對運動控制器指示校正后的指示轉(zhuǎn)動量R1和校正后的指示轉(zhuǎn)向角度α1。通過運動控制器根據(jù)校正后的指令轉(zhuǎn)動量R1和校正后的指令轉(zhuǎn)向角度α1，控制輪狀物11進行運動。在第二校正方式下，在對設備1的行駛狀態(tài)進行校正時，根據(jù)實際轉(zhuǎn)動量R和實際轉(zhuǎn)向角度α來確定設備1的實際行駛軌跡，根據(jù)實際行駛軌跡與預設行駛路線之間的誤差，指示運動控制器對輪狀物11的運動狀態(tài)進行校正，以使設備1能夠按預設行駛路線進行行駛?？蛇x擇地，還可以通過地面狀況記錄器根據(jù)運動指令和實際運動狀態(tài)，對輪狀物11的所在位置的地面狀況進行記錄；以及當設備1在地面上行駛時，基于地面狀況以及預設行駛路線，對運動控制器指示運動指令。根據(jù)本發(fā)明的設備以及運動狀態(tài)檢測方法，提供了一種對設備的輪狀物的運動狀態(tài)的檢測以及控制的技術方案。利用光學的檢測方法能夠高時效且精確地檢測輪狀物的實際運動狀態(tài)。通過實時地對輪狀物的實際的轉(zhuǎn)動量/轉(zhuǎn)向角進行檢測并反饋，從而能夠校正因轉(zhuǎn)動量/轉(zhuǎn)向角的誤差導致的運動軌跡偏差。此外，根據(jù)運動指令和實際運動狀態(tài)，對輪狀物的所在位置的地面狀況進行記錄，基于地面狀況以及預設行駛路線，能夠更加精確地控制設備的行駛。本領域普通技術人員可以意識到，結(jié)合在本發(fā)明的實施例描述的各個單元和步驟，能夠以電子硬件、計算機軟件或者二者的結(jié)合來實現(xiàn)。并且軟件模塊可以置于任意形式的計算機存儲介質(zhì)中。為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術方案的特定應用和設計約束條件。本領域技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現(xiàn)所描述的功能，但是這種實現(xiàn)不應認為超出本發(fā)明的范圍。在上面詳細描述了本發(fā)明的各個實施例。然而，本領域技術人員應該理解，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下，可對這些實施例進行各種修改，組合或子組合，并且這樣的修改應落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。當前第1頁1 2 3