防过度自平衡的方法、终端、介质、及移动平衡装置
技术领域
本申请涉及一种平衡控制技术领域，特别是涉及防过度自平衡的方法、终端、介质、及移动平衡装置。
背景技术
双轮平衡车在静止时无法保持绝对平衡状态，为了保持平衡，平衡车会向重心偏移的方向移动。但是，现有的双轮平衡车一般只通过陀螺仪来确定车辆是否处于平衡状态，虽能在确定为不平衡状态时发出平衡指令，但尚不能很好地掌控平衡的过程。
因此，现有的双轮平衡车由于惯性的作用，往往会造成过度矫正，重心反向偏移。如果反向偏移的幅度较大，平衡车便会进入过度自平衡的死循环。
申请内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请的目的在于提供防过度自平衡的方法、终端、介质、及移动平衡装置，用于解决现有技术中双轮平衡车因惯性而造成过度矫正的技术问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第一方面提供一种适用于移动平衡装置的防过度自平衡的方法，所述方法包括：获取用于使移动平衡装置恢复至静态平衡状态的补偿速度的速度信息；施加至少一方向与补偿速度的方向相反且数值随补偿速度的数值同向变化的扭矩至所述移动平衡装置，以防止移动平衡装置过度自平衡。
于本申请第一方面的一些实施方式中，获取补偿速度的速度信息的方式包括：利用转速传感器检测移动平衡装置的转动轮的转速信息；其中，所述转速传感器包括：光电式转速传感器、霍尔转速传感器、电容式转速传感器、变磁阻式转速传感器、以及磁敏式转速传感器中的任一种或多种组合。
于本申请第一方面的一些实施方式中，施加扭矩的方式包括：向所述移动平衡装置的电机单元发送反向速度调整指令，以模拟形成施加于该移动平衡装置的反向扭矩。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第二方面提供一种移动平衡装置，所述装置包括：姿态检测单元，用于采集移动平衡装置的姿态数据；控制单元，其连接所述姿态检测单元，以获取移动平衡装置的姿态数据；移动单元，其连接并受控于控制单元；所述控制单元用于在根据移动平衡装置的姿态数据判断移动平衡装置并非处于静态平衡状态时，向所述移动单元发送以能使移动平衡装置恢复至静态平衡状态的补偿速度移动的控制指令，并向所述移动单元发送施加至少一方向与补偿速度的方向相反且数值随补偿速度的数值同向变化的扭矩的控制指令。
于本申请第二方面的一些实施方式中，所述装置包括：转速传感器，设于移动平衡装置的转动轮附近，用于检测移动平衡装置的转动轮的转速信息。
于本申请第二方面的一些实施方式中，所述转速传感器包括光栅编码器，设于移动平衡装置的至少一个转动轮附近。
于本申请第二方面的一些实施方式中，所述转速传感器包括霍尔传感器，设于移动平衡装置的至少一个转动轮附近。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请的第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述适用于移动平衡装置的防过度自平衡的方法。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种电子终端，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行所述适用于移动平衡装置的防过度自平衡的方法。
如上所述，本申请的防过度自平衡的方法、终端、介质、及移动平衡装置，具有以下有益效果：本申请的技术方案能够在移动平衡装置发生自平衡时，为移动平衡装置施加一扭矩大小随车轮转速的变化而相应发生变化的反向扭矩，减小因惯性造成的过度矫正，大大提升了装置的自平衡有效性，起到了防止移动平衡装置因过度自平衡而进入死循环的作用。
附图说明
图1显示为现有技术中的双轮平衡车自平衡控制的应用场景的示意图。
图2显示为本申请一实施例中双轮平衡车自平衡控制的应用场景的示意图。
图3显示为本申请一实施例中适用于移动平衡装置的防过度自平衡的方法的流程示意图。
图4显示为本申请一实施例中补偿速度与反向扭矩力的关系示意图。
图5显示为本申请一实施例中移动平衡装置的结构示意图。
图6显示为本申请一实施例中电子终端的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，在下述描述中，参考附图，附图描述了本申请的若干实施例。应当理解，还可使用其他实施例，并且可以在不背离本申请的精神和范围的情况下进行机械组成、结构、电气以及操作上的改变。下面的详细描述不应该被认为是限制性的，并且本申请的实施例的范围仅由公布的专利的权利要求书所限定。这里使用的术语仅是为了描述特定实施例，而并非旨在限制本申请。空间相关的术语，例如“上”、“下”、“左”、“右”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等，可在文中使用以便于说明图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“固持”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
自平衡控制的运作原理主要是以内置的精密固态陀螺仪来判断车身所处的姿态，并通过精密且高速的中央微处理器计算出适当的指令后，驱动马达来达到平衡的效果。但是，现有的自平衡装置却无法很好地做到自平衡控制。
以双轮平衡车为例，双轮平衡车在自平衡过程由于惯性力经常出现过度矫正的问题。为便于本领域技术人员理解，现结合图1进行相应的解释说明。在图1中，位于左侧的双轮平衡车发生向右倾斜而无法保持静态平衡状态，为了保持静态平衡，需给双轮平衡车施加一向重心偏移方向移动的补偿速度V。在理想情况下，双轮平衡车在补偿速度V的驱动下，会恢复至静态平衡状态。但是，现有的双轮平衡车一般只通过陀螺仪来确定车辆是否处于平衡状态，虽然能够发出平衡指令，但由于惯性的作用，往往会造成过度矫正，导致如图1中右侧双轮平衡车那样发生重心反向偏移，即矫正后的双轮平衡车向左倾斜，仍然无法恢复至静态平衡状态。如果反向偏移的幅度较大，平衡车便会进入过度自平衡的死循环。
鉴于上述存在于现有技术中的问题，本申请提供防过度自平衡的方法、终端、介质、及移动平衡装置来解决该些技术难题。本申请的主要思想旨在移动平衡装置发生自平衡时，为移动平衡装置施加一扭矩大小随车轮转速的变化而相应发生变化的反向扭矩，减小因惯性造成的过度矫正，大大提升了装置的自平衡有效性，起到了防止移动平衡装置因过度自平衡而进入死循环的作用。
如图2所示，展示本申请一实施例中移动平衡装置的应用场景的示意图。于本场景中，位于左侧的双轮平衡车发生向右倾斜而无法保持静态平衡状态，为了保持静态平衡，需给双轮平衡车施加一向重心偏移方向移动的补偿速度V。此外，还施加给移动平衡装置一反向扭矩，于图2中表现为反向扭矩力F反。该反向扭矩减小了双轮平衡车的自平衡控制过程中的惯性，因而有效防止过度自平衡。
需要说明的是，自平衡的运作原理主要是建立“动态稳定”的基本原理上。因此，位于图2中右侧的矫正后的双轮平衡车，可以是较优的只需经历一次矫正便实现恢复至静态平衡状态，也可以是相比于现有技术而言，经历了较少次数的矫正后实现恢复至静态平衡状态。
上文，就移动平衡装置在一实施例中的应用场景做了相应的解释说明。下文，将结合适用于移动平衡装置的防过度自平衡的方法的流程示意图，对本申请的技术方案做进一步的解释说明。
如图3所示，展示本申请一实施例中适用于移动平衡装置的防过度自平衡的方法的流程示意图。
在一些实施方式中，所述防过度自平衡的方法可应用于控制器，例如：ARM控制器、FPGA控制器、SoC控制器、DSP控制器、或者MCU控制器等等。在一些实施方式中，所述防过度自平衡的方法也可应用于包括存储器、存储控制器、一个或多个处理单元(CPU)、外设接口、RF电路、音频电路、扬声器、麦克风、输入/输出(I/O)子系统、显示屏、其他输出或控制设备，以及外部端口等组件的计算机；所述计算机包括但不限于如台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、智能手机、智能电视、个人数字助理(Personal Digital Assistant，简称PDA)等个人电脑。在另一些实施方式中，所述防过度自平衡的方法还可应用于服务器，所述服务器可以根据功能、负载等多种因素布置在一个或多个实体服务器上，也可以由分布的或集中的服务器集群构成。
于本实施例中，所述适用于移动平衡装置的防过度自平衡的方法包括步骤S31和步骤S32。
在步骤S31中，获取用于使移动平衡装置恢复至静态平衡状态的补偿速度的速度信息。
于本申请的一些实施方式中，获取补偿速度的速度信息的方式包括：利用转速传感器检测移动平衡装置的转动轮的转速信息；其中，所述转速传感器包括：光电式转速传感器、霍尔转速传感器、电容式转速传感器、变磁阻式转速传感器、以及磁敏式转速传感器中的任一种或多种组合。
以光电式转速传感器中的光栅式转速传感器为例，移动平衡装置的至少一个转动轮附近设有光栅式转速传感器。基于光栅式转速传感器的莫尔条纹的位移与光栅的移动成比例的原理，可检测移动平衡装置的转速大小以及转速方向。在一些优选的实施方式中，移动平衡装置的两个转动轮附近均设有光栅式转速传感器，从而能够在两个转动轮的转速有转速差时，如发生转弯或者其中一车轮被卡住等情况时，通过选取两个转动轮的平均转速、较大转速、后者较小转速等方式，有效避免误检测的情况，提升转速检测的精准度。
再以霍尔转速传感器为例，移动平衡装置的至少一个转动轮附近设有霍尔传感器。基于利用霍尔效应可使位移带动霍尔元件在磁场中运动产生霍尔电势的原理，可检测移动平衡装置的转速大小以及转速方向。在一些优选的实施方式中，移动平衡装置的两个转动轮附近均设有霍尔，从而能够在两个转动轮的转速有转速差时，如发生转弯或者其中一车轮被卡住等情况时，通过选取两个转动轮的平均转速、较大转速、后者较小转速等方式，有效避免误检测的情况，提升转速检测的精准度。
本领域技术人员基于上文中的光栅式转速传感器以及霍尔转速传感器的实施例，应能推晓得出其它如电容式转速传感器、变磁阻式转速传感器、以及磁敏式转速传感器等传感器件如何应用于本申请的技术方案中，且该些转速传感器本身的工作原理已为现有，故不再一一赘述。
在步骤S32中，施加至少一方向与补偿速度的方向相反且数值随补偿速度的数值同向变化的扭矩至所述移动平衡装置，以防止移动平衡装置过度自平衡。
如图4所示，展示本申请一实施例中补偿速度V和反向扭矩力F反的关系示意图。图中的虚线波形表示的是补偿速度V随时间T变化的曲线，实线波形表示的是反向扭矩力F反随时间T变化的曲线。由图4可知，补偿速度V与反向扭矩力F反的方向相反，且反向扭矩力F反的数值随着补偿速度V的速度值发生同向变化。也即，当补偿速度V的速度值变大时，反向扭矩力F反的数值也相应增大；当补偿速度V的速度值小时，反向扭矩力F反的数值也相应减小。
需要说明的是，本申请中的技术方案中具体如何实现将反向扭矩施加于移动平衡装置上，将于下文的移动平衡装置的相关内容中予以详述。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
如图5所示，展示本申请一实施例中移动平衡装置的结构示意图。所述移动平衡装置包括：姿态检测单元51、控制单元52、以及移动单元53。姿态检测单元51用于采集移动平衡装置的姿态数据；控制单元52连接所述姿态检测单元51，以获取移动平衡装置的姿态数据；移动单元53连接并受控于控制单元52。
姿态检测单元51包括陀螺仪、加速度计、磁传感器中的任一种或多种组合。具体而言，加速度计和磁传感器较易受外部干扰，但其测量值随时间的变化相对较小；陀螺仪动态性能好，不易受外部干扰，但其测量值随时间变化比较大。因此，本申请中的姿态检测单元51既可单独使用陀螺仪、加速度计、或者磁传感器，以降低产品成本，也可使用陀螺仪、加速度计、以及磁传感器的结合，三者互补形成一不易受外部干扰且测量值随时间变化较小的检测单元。需要说明的是，姿态检测单元51包括但不限于本实施例中所列举的检测部件，任何其它能够实现姿态检测功能的部件均可应用于本申请的技术方案中。
控制单元52例如可以是ARM控制器、FPGA控制器、SoC控制器、DSP控制器、或者MCU控制器等控制器，或者也可以是台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、智能手机、智能电视、个人数字助理(Personal Digital Assistant，简称PDA)等个人电脑，或者还可以是分布的或集中的服务器集群等等，本申请对此不作限定。
移动单元53包括：带有转动轮的运动机构、用于驱动运动机构发生运动的电机、以及用于控制电机转动的电机驱动器等等。
在一实施例中，施加至少一方向与补偿速度的方向相反且数值随补偿速度的数值同向变化的扭矩至所述移动平衡装置，其方式包括：向所述移动平衡装置的电机单元发送反向速度调整指令，以模拟形成施加于该移动平衡装置的反向扭矩。
具体而言，移动平衡装置的速度由两方面决定：
第一方面是装置在静止状态下发生不平衡时所产生的用于维持平衡的第一速度。所述第一速度取决于装置不平衡的程度，即其倾斜角度，该速度用于维持平衡，故通常不可调整。
第二方面是基于外部对移动平衡装置所发送的速度调整指令而产生的第二速度。所述第二速度由于是通过外部指令施加而生成，故可调整，移动平衡装置在保持平衡的条件下尽量切换到所述第二速度。
举例而言，移动平衡装置在静止状态下发生倾斜，例如倾斜20度，则为了维持装置的平衡，需令装置的电机单元启动5m/s的速度。但通常情况下，5m/s的速度会因过大而导致装置从该速度停下时出现反向倾斜的情况，例如反向倾斜15°。本申请针对这些难题，提出了再给装置的电机单元发送一反向速度的调整指令，例如最初发送﹣2m/s的速度指令，其效果相当于添加了一个反向扭矩，等装置的速度慢慢减小，外部发送给装置的速度调整指令中的速度值也会相应减小，也即，向装置发送了一个方向与与补偿速度的方向相反且数值随补偿速度的数值同向变化的扭矩。基于这样的速度调整过程，装置最终停下来时的反向倾斜程度会得到大大改善，例如从原先可能反向倾斜15°改善为只反向倾斜5°，故减小因惯性造成的过度矫正，大大提升了装置的自平衡有效性，起到了防止移动平衡装置因过度自平衡而进入死循环的作用。
应理解的是，出于说明性目的而提供以上示例，并且以上示例不应被理解成是限制性的。在其他的实施例中，还可通过添加硬件形式的扭矩施加单元来实现反向扭矩的施加，例如采用智能刹车装置或电机作用于轮子内侧等等，本申请对此不作限定。事实上，在本领域技术人员普遍掌握的技术水准和通常知晓的知识中，凡是能够对移动平衡装置产生反向扭矩的方式均可应用于本申请中。
如图6所示，展示本申请实施例提供的再一种电子终端的结构示意图。本实施例提供的电子终端，包括：处理器61、存储器62、收发器63、通信接口64和系统总线65；存储器62和通信接口64通过系统总线65与处理器61和收发器63连接并完成相互间的通信，存储器62用于存储计算机程序，通信接口64和收发器63用于和其他设备进行通信，处理器61用于运行计算机程序，使电子终端执行如上适用于移动平衡装置的防过度自平衡的方法的各个步骤。
上述提到的系统总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称EISA)总线等。该系统总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。通信接口用于实现数据库访问装置与其他设备(例如客户端、读写库和只读库)之间的通信。存储器可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
综上所述，本申请提供防过度自平衡的方法、终端、介质、及移动平衡装置，能够在移动平衡装置发生自平衡时，为移动平衡装置施加一扭矩大小随车轮转速的变化而相应发生变化的反向扭矩，减小因惯性造成的过度矫正，大大提升了装置的自平衡有效性，起到了防止移动平衡装置因过度自平衡而进入死循环的作用。所以，本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。
