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专利号: 2022101498659
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-15
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于改进CAN协议的动感座椅运动控制系统,其特征在于:包括座椅主体(1)、座椅缓冲器(2)、动平台(3)、动感执行模块(4)、底座(5)和控制模块;动平台(3)与底座(5)通过动感执行模块(4)连接;座椅主体(1)通过若干个座椅缓冲器(2)安装在动平台(3)上;动感执行模块(4)用于驱动座椅主体(1)进行运动;座椅缓冲器(2)用于为座椅主体(1)提供不同阻尼值的缓冲;

所述的控制模块包括座椅控制器、座椅检测器和动感强度控制器;座椅检测器用于检测包括座椅主体位置在内的工作参数;动感强度控制器包括手动输入模块、自动选择模块和动感强度处理模块;座椅控制器控制动感执行模块(4)运动;动感强度控制器调节座椅缓冲器(2)的阻尼值;

所述的座椅控制器包括处理器、FPGA模块、两个双向存储器组、n个专用MCU和n个CAN控制器;n为动感执行模块(4)中伺服电机的数量;处理器与FPGA模块通信;两个双向存储器组均包括n个双向存储器;所有双向存储器的第一数据传输接口均与FPGA模块连接;第一个双向存储器组中的n个双向存储器与n个专用MCU的第一数据接口分别连接;第二个双向存储器组中的n个双向存储器与n个专用MCU的第二数据接口分别连接;n个专用MCU的控制输出接口与n个CAN控制器分别连接;n个CAN控制器与n个伺服驱动器分别连接;n个伺服驱动器分别驱动动感执行模块(4)中的n个伺服电机转动;n个专用MCU均与FPGA模块连接,接收中断信号;

所述的座椅控制器控制n个伺服电机的一个伺服周期中,FPGA模块向其中一个双向存储器组中存储伺服控制指令;同时,n个专用MCU在FPGA模块提供的外部中断的控制下分别读取另一个双向存储器组中n个双向存储器内存储的n个伺服控制指令,并分别将读取到的伺服控制指令发送至对应的CAN控制器;n个CAN控制器分别将n个伺服控制指令发送至n个伺服驱动器;在不同的伺服周期中,两个双向存储器组交替用于伺服控制指令的读取和写入,使得伺服控制指令的读取和写入同时执行。

2.根据权利要求1所述的一种基于改进CAN协议的动感座椅运动控制系统,其特征在于:所述的控制动感执行模块(4)中伺服电机时使用的CAN协议数据帧结构由依次相连的帧起始、仲裁段、控制段、数据段、CRC段、应答段、帧结束组成;仲裁段中包括2位的ID1段、9位的DATA1段、1位的SRR段、1位的IDE段、18位的DATA2段和1位的RTR段;数据段为0~64Bit的DATA3段;DATA1段、DATA2段和DATA3段共同用于数据传输。

3.根据权利要求1所述的一种基于改进CAN协议的动感座椅运动控制系统,其特征在于:座椅缓冲器(2)的阻尼值增大时,动感座椅的动感强度增大;座椅缓冲器(2)的阻尼值减小时,动感座椅的动感强度减小;将座椅缓冲器(2)的阻尼值分为多个不同档位供使用者选择,使得不同使用者获得适当的动感强度;在动感座椅工作的过程中,若检测到座椅主体(1)的加速度超过预设的阈值,则座椅缓冲器(2)的阻尼值自动减小,保证使用者的安全。

4.根据权利要求1所述的一种基于改进CAN协议的动感座椅运动控制系统,其特征在于:所述的座椅控制器通过以太网与作为上位机的主控服务器通信。

5.根据权利要求1所述的一种基于改进CAN协议的动感座椅运动控制系统,其特征在于:所述的座椅检测器包括位置检测模块、速度检测模块、温度检测模块、湿度检测模块、体重检测模块、心率检测模块、安全判断模块和I/O控制模块。

6.根据权利要求1所述的一种基于改进CAN协议的动感座椅运动控制系统,其特征在于:所述的动感执行模块(4)包括六根电动推杆;电动推杆的底端与底座(5)构成球面副,顶端与动平台(3)构成球面副;每个电动推杆均通过对应的伺服电机驱动;六根电动推杆的底端沿底座(5)中心轴线的周向排列;对于任意一根电动推杆,均有两根与其相邻的电动推杆;对于一根电动推杆,其底端与其中一侧电动推杆的底端在底座(5)上相互靠近,其顶端与另一侧电动推杆的顶端在动平台(3)上相互靠近。

7.根据权利要求1所述的一种基于改进CAN协议的动感座椅运动控制系统,其特征在于:座椅缓冲器(2)共有六个;六个座椅缓冲器(2)两两为一组;同组的两个座椅缓冲器(2)的安装位置相互靠近;三组座椅缓冲器(2)沿动平台(3)中心轴线的周向均布。

8.根据权利要求3所述的一种基于改进CAN协议的动感座椅运动控制系统,其特征在于:所述的座椅缓冲器(2)包括筒体(2‑1)、活塞杆(2‑2)、弹簧(2‑3)、充压接口(2‑4)和气压传感器(2‑5);活塞杆(2‑2)的活塞部分与筒体(2‑1)的内腔滑动连接,将筒体(2‑1)分隔为两个气室;两个弹簧(2‑3)分别位于两个气室内;两个弹簧(2‑3)的相对端分别抵住活塞杆(2‑2)的活塞部分的两侧面,相背端分别抵住筒体(2‑1)内腔的两端面;活塞杆(2‑2)的外端伸出筒体(2‑1)外,并与座椅主体(1)固定;两个充压接口(2‑4)均安装在筒体(2‑1)上,并与两个气室分别连通;通过调节两个气室中的气压,改变座椅缓冲器(2)的阻尼值。

9.根据权利要求8所述的一种基于改进CAN协议的动感座椅运动控制系统,其特征在于:所述座椅缓冲器(2)的两个气室在动感强度调节模块的控制下进行充泄压;动感强度调节模块包括气压源、电动阀控制器和电动阀;每个充压接口(2‑4)均通过一个独立的电动阀连接至气压源;通过电动阀对两个充压接口(2‑4)进行充泄压控制,调节两个气室内的气压;两个气室的相背端面上均安装有气压传感器(2‑5);各电动阀的控制接口及气压传感器(2‑5)的信号输出接口均与电动阀控制器连接;电动阀控制器与动感强度控制器连接。

10.一种基于改进CAN协议的动感座椅运动控制方法,其特征在于:应用于如权利要求

1‑9中任意一项所述的一种基于改进CAN协议的动感座椅运动控制系统;该控制方法包括以下步骤:

步骤1、电影开始放映,主控服务器将动作数据通过以太网发送给座椅控制器;

步骤2、座椅控制器对动作数据进行计算处理,生成伺服控制指令,并通过CAN总线分别传给n个伺服驱动器;具体过程为:座椅控制器中的处理器通过座椅正逆解算法,对接收到的动作数据进行解算,得到动感座椅的下一目标位置的姿态坐标与电动推杆动作长度;解算结果通过SPI总线输入FPGA模块;

步骤3、各伺服驱动器根据接收的伺服控制指令控制各动感执行模块执行相应动作;通过动感执行模块中各伺服电机的联合动作,使动感座椅达到需要的动感效果;多个伺服控制指令同步传输的过程如下:①.在一个伺服周期内,FPGA模块中的存储处理单元将n个伺服驱动器的伺服控制指令分别存储到第一双向存储器组中的n个双向存储器内;同时,n个专用MCU在FPGA模块中的外部中断产生单元的控制下同时分别读取第二双向存储器组中n个双向存储器内存储的n个伺服控制指令,并分别将读取到的伺服控制指令同时发送至对应的CAN控制器;n个CAN控制器分别将n个伺服控制指令发送至n个伺服驱动器;

②.在步骤①执行后的一个伺服周期T中,FPGA模块中的存储处理单元将n个伺服驱动器的控制指令分别存储到第二双向存储器组中的n个双向存储器内;同时,n个专用MCU在FPGA模块中的外部中断产生单元的控制下同时分别读取第一双向存储器组中n个双向存储器内存储的n个伺服控制指令,并分别将读取到的伺服控制指令同时发送至对应的CAN控制器;n个CAN控制器分别将n个伺服控制指令发送至n个伺服驱动器;

③.重复执行步骤①和②,实现对伺服控制指令的交替存储同步传输;

步骤4、座椅检测器对动感座椅运行参数进行检测,并将检测到的运行参数发送到座椅控制器;座椅控制器根据运行参数进行误差补偿,从而形成闭环控制。