旋转扣及基于扭矩优化的旋转扣自动锁紧控制方法与流程

本发明属于旋转扣，尤其涉及旋转扣及基于扭矩优化的旋转扣自动锁紧控制方法。

背景技术：

1、在日常生活中，通过系绳来进行固定是用在鞋类、医疗护具或者其他生活用品上的常见的固定方式。以鞋子为例，在使用运动鞋或帆布鞋时，通常的鞋带是穿过鞋上的带孔，然后以蝴蝶结或其他结扣系紧，在运动过程中，鞋带容易松散，如果正在路上行走或手提物品较多时鞋带松动需系紧，更是感到不方便；尤其是在运动中，鞋带一旦松开，很容易发生意外。所以需要提供旋转扣以方便使用。

2、但是，现有的旋转扣结构在进行使用时还存在以下问题：

3、现有的在对绳子在进行收紧或者松开时，不能进行快速地受力以及长力矩的受力，会导致对绳子进行收紧或松开时效果不好。

技术实现思路

1、本发明实施例提供旋转扣，以解决现有技术中的问题。

2、本发明实施例采用下述技术方案：旋转扣，包括底座，所述底座上卡接有主体，所述主体的顶部设有第一环形齿轮以及两个穿线孔，所述主体上设有与其转动连接的收纳仓，所述收纳仓的上方设有离合结构，所述离合结构与收纳仓之间相互耦合连接，所述离合结构上设有单向控制结构，所述单向控制结构与离合结构之间转动连接，所述单向控制结构上设有上盖，所述上盖罩设在主体的外侧且上盖可在主体上进行转动，所述上盖与单向控制结构之间相互卡接，所述上盖可带动单向控制结构进行转动。

3、所述收纳仓包括第一收纳套筒轮，所述第一收纳套筒轮的顶部设有收纳齿轮，所述第一收纳套筒轮与收纳齿轮之间设有第一限位孔，所述第一收纳套筒轮上设有两个第一收纳孔。

4、进一步的，所述离合结构包括两个对称转动连接在第一收纳套筒轮顶部弧形的第一离合齿，所述第一离合齿上设有转轴，所述第一离合齿上设有锁紧面和脱离面，所述脱离面可在收纳齿轮内进行卡合，所述第一离合齿上设有咬合齿，所述咬合齿与收纳齿轮卡合。

5、进一步的，所述单向控制结构包括单向棘轮，所述单向棘轮上设有供两个转轴进行转动的转动孔，所述单向棘轮上设有两个环形的单向控制齿，所述单向控制齿与收纳齿轮之间相互卡合，所述单向棘轮上还设有两个环形设置的第一弹力臂，所述第一弹力臂上设有卡合块，所述单向棘轮的底部设有转动连接在第一限位孔内的限位柱。

6、进一步的，所述上盖内设有两个限位块，每个所述限位块上均设有与卡合块卡合的卡合槽。

7、进一步的，所述收纳仓包括第二收纳套筒轮，所述第二收纳套筒轮的顶部设有第二环形齿轮，所述第二收纳套筒轮上设有第二限位孔，所述第二收纳套筒轮上设有两个第二收纳孔。

8、进一步的，所述离合结构包括第二弹力臂和设置在第二弹力臂两端的擒放齿和卡块，所述主体内设有固定支架，所述固定支架上设有两个支架槽，所述擒放齿和卡块的顶部分别卡接在两个支架槽内，所述擒放齿与第二环形齿轮卡合，所述固定支架的中间位置设有放置槽；所述上盖内设有两个转动块，所述转动块与擒放齿的顶部相互抵触。

9、进一步的，所述单向控制结构包括荆棘条和设置在荆棘条两端的控制齿，所述荆棘条水平设置在放置槽内，两个所述控制齿分别与第一环形齿轮卡合。

10、进一步的，所述离合结构包括第二离合齿，所述第二离合齿上设有两个环形的弹力片，所述弹力片上设有与第二环形齿轮卡合的卡接齿，所述弹力片上还设有限位杆，所述第二离合齿上设有两个凹槽，所述主体内设有两个滚珠，两个所述滚珠分别在两个凹槽内转动，所述第二离合齿与收纳仓之间设有固定片，所述收纳仓的底部设有穿过第二限位孔、固定片、第二离合齿并延伸至上盖的固定轴。

11、进一步的，所述上盖内设有两个限位导轨，所述限位杆的顶部在限位导轨内滑动。

12、基于扭矩优化的旋转扣自动锁紧控制方法，包括上述的旋转扣，其特征在于，包括以下步骤：

13、步骤1.测量旋转扣的输入扭矩t；

14、

15、其中，γ表示扭矩系数，ω(t)是角速度，t是时间，δti表示由于外界因素引起的扭矩变化；通过这种方法，能够精确测量并计算旋转扣的输入扭矩，为自动锁紧控制系统提供了可靠的基础数据。这种方法的独特之处在于其对动力学原理和现代传感技术的综合应用，确保了高精度和实时性，满足了自动锁紧控制系统对数据准确性的高要求；

16、步骤2.检测并获取当前拉力传感器的实时拉力fs；

17、

18、其中，k是拉力传感器的灵敏度系数，a(t)是加速度，表示由传感器误差引入的拉力变化；通过这一系列的步骤，能够准确地获取实时拉力数据，为自动锁紧控制系统提供可靠的输入。这种方法不仅提高了数据的准确性，而且通过特征工程优化了数据处理流程，确保了系统的高效性和稳定性。

19、步骤3.建立扭矩-拉力映射模型

20、

21、其中，a,b,和c是通过实验数据拟合得到的系数，代表扭矩与拉力之间的非线性关系；通过这个详细的方案，能够建立一个准确的扭矩-拉力映射模型，这个模型不仅能够根据实时拉力数据预测出所需的锁紧扭矩，而且还具有很好的适应性，能够应对不同工作条件下的变化。这种方法的独特之处在于它结合了传统的物理模型和现代的机器学习技术，提高了模型的准确性和灵活性，从而为自动锁紧控制系统提供了强大的支持。

22、步骤4.预测锁紧所需扭矩td

23、

24、其中，α,β,和γ是调整系数，用于根据当前状态预测所需的锁紧扭矩；通过这个详细的方案，能够根据当前和过去的系统状态预测未来所需的锁紧扭矩，实现对自动锁紧控制系统的精确调节。这种方法的独特之处在于它综合考虑了系统的动态性质，通过实时数据分析和先进的数学模型，提高了控制系统的适应性和性能。

25、步骤5.设计扭矩pid控制器，输出控制量u

26、

27、其中，kp,ki,和kd是pid控制器的比例、积分、微分系数，e(t)是扭矩误差；pid控制器能够有效地将系统的实际扭矩调整到与目标扭矩相匹配，实现快速、准确的自动锁紧控制。这种方法的优势在于其简洁性和高效性，能够广泛适用于各种动态系统的控制中，特别是在自动锁紧控制系统中，确保了系统的稳定性和可靠性。

28、步骤6.驱动执行机构，调整离合齿的锁紧力矩；

29、δt＝u·η·(1-e-λ·t)

30、其中，η是执行机构的效率，η是时间常数，表示调整速度；通过这个详细的方案，可以确保系统的控制信号被有效地转换为执行机构的物理动作，实现对锁紧力矩的精确调整。这种方法的优势在于其直接关联了控制信号与物理响应，确保了系统的高效性和可靠性。

31、步骤7.闭环控制，直至扭矩t达到td；

32、

33、其中，tfinal为最终调整后的扭矩，目标是使其等于td；td为目标扭矩；t为当前扭矩；δt为根据pid控制器输出和执行机构效能调整的扭矩变化量；t为时间，表示从调整开始到当前的时间间隔，闭环控制系统能够确保自动锁紧控制系统在各种工作条件下都能达到高效、准确的控制效果。这种方法通过不断的反馈和自我调整，提高了系统的鲁棒性和适应性，是实现复杂控制任务的关键技术路径。

34、本发明实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

35、1.本发明中：正转动时，控制相关机构，通过相关传动机构，实现收纳仓，被控制单向旋转运动状态；反向转动时，控制相关机构，实现收纳仓，与传动机构分开，且能自主旋转状态。

36、2.本发明中在于具备远长距离离合齿，离合齿上具备紧锁面与脱离面。两个面与现有技术中而非在同一圆上具备受力面。具备长力距的受力。在控制时通过两个远端力矩面的受力，实现出快速咬合与分离是具备更好的实现效果。

37、3.本发明受力强，此结构上具备特大受力特点，其具备更多，更大面积受力点，受力面积为切向角，且切向角为90°。具备了良好的受力。

38、4.上述基于扭矩优化的旋转扣自动锁紧控制方法，实现了快速准确的自动锁紧控制：通过实时扭矩和拉力的监测与预测，以及pid控制器的精确调节，确保了锁紧动作的快速性和准确性。

39、5.动态调节锁紧力矩：根据实时拉力和扭矩的变化动态调节锁紧力矩，保证了锁紧力矩与实际需求的匹配，避免了过紧或过松的问题。

40、6.高控制性能与适应性：通过复杂的算法设计，实现了对各种工作条件的适应性和高控制性能，提高了系统的可靠性和稳定性。

41、这套方案的创新之处在于其算法的设计，特别是扭矩与拉力之间复杂的映射关系，以及pid控制器的精细调节机制。