CN114572014B - 设备控制方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

设备控制方法、装置、电子设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明实施例涉及自动控制领域，公开了一种设备控制方法、装置、电子设备及存储介质。本发明中，设备控制方法，应用于多轮设备，多轮设备包括至少两个轮子，每个轮子分别由对应的电机进行控制，包括以下步骤：获取多轮设备的当前运动速度和目标运动速度；根据当前运动速度和目标运动速度，预测多轮设备沿第一直线上的加速度分量方向；其中，第一直线为多轮设备在当前朝向所在直线；根据加速度分量方向，控制多轮设备中各电机的沿第一直线上的力矩分量方向都与加速度分量方向相符。本申请的设备控制方法，可以提高多轮设备的资源利用效率。

Description

设备控制方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本发明实施例涉及自动控制领域，特别涉及一种设备控制方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
在各种自动控制设备中，机器人是常见的一种，机器人是一种能够半自主或全自主工作的智能机器，市面上有许多机器人都是轮式移动机器人，轮式移动机器人中多数为多轮机器人，即多轮设备，在多轮设备运动的过程中，会经历加速，减速，保持等运动状态。例如，四轮机器人在每种状态下，四轮的四个驱动电机的驱动状态是不同的。当主机给四个轮子的电机下发速度之后，每个电机都有自己独立的控制软件，由于行驶的路况平整等原因，四个轮子的运动速度可能不同，会形成四个轮子互相拉扯导致四轮机器人的资源内耗的问题，导致多轮机器人的资源利用效率较低，这是多轮设备的自动控制实现过程中亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施方式的目的在于提供一种设备控制方法、装置、电子设备及存储介质，可以提高多轮设备的资源利用效率。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种设备控制方法，应用于多轮设备，多轮设备包括至少两个轮子，每个轮子分别由对应的电机进行控制，包括以下步骤：获取多轮设备的当前运动速度和目标运动速度；根据当前运动速度和目标运动速度，预测多轮设备沿第一直线上的加速度分量方向；其中，第一直线为多轮设备在当前朝向所在直线；根据加速度分量方向，控制多轮设备中各电机的沿第一直线上的力矩分量方向都与加速度分量方向相符。
本发明的实施方式还提供了一种应用于多轮设备，多轮设备包括至少两个轮子，每个轮子分别由对应的电机进行控制，装置包括：获取模块，用于获取多轮设备的当前运动速度和目标运动速度；预测模块，用于根据当前运动速度和目标运动速度，预测多轮设备沿第一直线上的加速度分量方向；其中，第一直线为多轮设备在当前朝向所在直线；控制模块，用于根据加速度分量方向，控制多轮设备中各电机的沿第一直线上的力矩分量方向都与加速度分量方向相符。
本发明的实施方式还提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；与至少一个处理器通信连接的存储器；存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行上述的设备控制方法。
本发明的实施方式还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述设备控制方法。
本发明实施方式相对于现有技术而言，由于多轮设备中，各电机的沿第一直线上的力矩分量方向都与加速度分量方向相符，所以多轮设备中没有轮子的沿第一直线上的力矩分量方向不会与机器人的运动方向相反，即，多轮设备中各个轮子的运动都与多轮设备的总体运动趋势相符，不会阻碍多轮设备的运动，减少多轮设备的资源内耗，从而提高多轮设备的资源利用效率。
另外，根据加速度分量方向，控制多轮设备中各电机的沿第一直线上的力矩分量方向都与加速度分量方向相符，包括：根据加速度分量方向，设置各电机的输出电流方向为第一方向；其中，第一方向是使各电机的力矩分量方向与速度分量方向相符的电流方向。本申请中通过设置各电机的输出电流方向为第一方向，由于第一方向是使各电机的力矩分量方向与速度分量方向相符的电流方向，所以可以使得多轮设备中各电机的沿第一直线上的力矩分量方向都与加速度分量方向相符，从而提高多轮设备的资源利用效率。
另外，设置各电机的输出电流方向为第一方向，包括：分别设置各电机的输出电流在第一方向的最大值为对应电机允许的电流最大值，并设置各电机的输出电流在第二方向的最大值为0；其中，第二方向与第一方向相反。本申请中由于第二方向与第一方向相反，即，第二方向是是使各电机的力矩分量方向与速度分量方向不相符的电流方向，所以通过分别设置各电机的输出电流在第一方向的最大值为对应电机允许的电流最大值，并设置各电机的输出电流在第二方向的最大值为0，可以使得各电机的输出电流只沿第一方向，从而提高多轮设备的资源利用效率。
另外，在控制多轮设备中各电机的力矩分量方向都与加速度分量方向相符之后，方法还包括：在当前运动速度超过预设速度的情况下，允许多轮设备中各电机的力矩分量方向包括任意方向。本申请中，通过在当前运动速度超过预设速度的情况下，允许多轮设备中各电机的力矩分量方向包括任意方向，即，多轮设备需要减速和停止运动时，可以使多轮设备产生与运动方向相反的力矩，从而保证多轮设备安全。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是根据本发明一实施例提供的设备控制方法步骤流程图；
图2是根据本发明一实施例提供的设备控制装置示意图；
图3是根据本发明一实施列提供的电子设备结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
本发明的实施例涉及一种设备控制方法。具体流程如图1所示。
步骤101，获取多轮设备的当前运动速度和目标运动速度；
步骤102，根据当前运动速度和目标运动速度，预测多轮设备沿第一直线上的加速度分量方向；其中，第一直线为多轮设备在当前朝向所在直线；
步骤103，根据加速度分量方向，控制多轮设备中各电机的沿第一直线上的力矩分量方向都与加速度分量方向相符。
本实施例的设备控制方法，应用于多轮设备中，例如，多轮机器人，可以由一个与各个轮子的电机通信连接的控制器或者其他电子设备实现。多轮设备包括至少两个轮子，每个轮子分别由对应的电机进行控制。在各种自动控制设备中，机器人是常见的一种，机器人是一种能够半自主或全自主工作的智能机器，市面上有许多机器人都是轮式移动机器人，轮式移动机器人中多数为多轮设备，由于在多轮设备运动的过程中，会经历加速，减速，保持等运动状态，所以多轮设备的轮子也有各种不同的运动状态。例如，四轮机器人在每种状态下，四轮的四个驱动电机的驱动状态是不同的。当主机给四个轮子的电机下发速度之后，每个电机都有自己独立的控制软件，由于行驶的路况平整等原因，四个轮子的运动速度可能不同，会形成四个轮子互相拉扯导致四轮机器人的资源内耗的问题。
具体来说，以四轮机器人为例，在四轮四个电机驱动的机器人中，通过一个主机下发一个命令，分别发给4个轮子的驱动电机，来实现运动的控制。而电机本身也有控制程序，实时调整自己的参数已达到主机下发的命令。这样，在一些特殊的路况下，就可能出现其中一个轮子达不到预期的速度，电机需要加大电流增大力矩，提高速度，而同时另外一个轮子有可能速度太快，电机需要通过增大相反方向的力矩来减小速度，这时四轮机器人就会形成四轮拉扯，导致多轮设备的资源利用效率较低。
而在本申请中，通过获取多轮设备的当前运动速度和目标运动速度，根据当前运动速度和目标运动速度，预测多轮设备沿第一直线上的加速度分量方向；其中，第一直线为多轮设备在当前朝向所在直线，根据加速度分量方向，控制多轮设备中各电机的沿第一直线上的力矩分量方向都与加速度分量方向相符，由于多轮设备中，各电机的沿第一直线上的力矩分量方向都与加速度分量方向相符，所以多轮设备中没有轮子的沿第一直线上的力矩分量方向不会与机器人的运动方向相反，即，多轮设备中各个轮子的运动都与多轮设备的总体运动趋势相符，不会阻碍多轮设备的运动，减少多轮设备的资源内耗，从而提高多轮设备的资源利用效率。
下面对本实施方式的设备控制方法的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解提供的实现细节，并非实施本方案的必须。
在步骤101中，多轮设备获取多轮设备的当前运动速度和目标运动速度。其中，当前运动速度是多轮设备在主机下发目标运动速度时的当前的运动速度。目标运动速度是主机下发的命令中的运动速度，是各个轮子的驱动电机需要使得各个轮子达到的运动速度。
在步骤102中，多轮设备根据当前运动速度和目标运动速度，预测多轮设备沿第一直线上的加速度分量方向，其中，第一直线为多轮设备在当前朝向所在直线，多轮设备通过将当前运动速度和目标运动速度在第一直线上的分量进行运算，得到多轮设备沿第一直线上的加速度分量方向。
在步骤103中，多轮设备根据加速度分量方向，控制多轮设备中各电机的沿第一直线上的力矩分量方向都与加速度分量方向相符，其中，各电机可以将所有产生与加速度分量方向相反的指令都拦截，不执行。
在一个例子中，多轮设备通过根据加速度分量方向，设置各电机的输出电流方向为第一方向，实现根据加速度分量方向，控制多轮设备中各电机的沿第一直线上的力矩分量方向都与加速度分量方向相符，其中，第一方向是使各电机的力矩分量方向与速度分量方向相符的电流方向。
具体地，多轮设备的各个电机可以指示本设备的电流方向只能沿第一方向。
本实施例中，通过设置各电机的输出电流方向为第一方向，由于第一方向是使各电机的力矩分量方向与速度分量方向相符的电流方向，所以可以使得多轮设备中各电机的沿第一直线上的力矩分量方向都与加速度分量方向相符，从而提高多轮设备的资源利用效率。
进一步地，多轮设备通过分别设置各电机的输出电流在第一方向的最大值为对应电机允许的电流最大值，并设置各电机的输出电流在第二方向的最大值为0，以实现设置各电机的输出电流方向为第一方向，其中，第二方向与第一方向相反。
本实施例中，由于第二方向与第一方向相反，即，第二方向是是使各电机的力矩分量方向与速度分量方向不相符的电流方向，所以通过分别设置各电机的输出电流在第一方向的最大值为对应电机允许的电流最大值，并设置各电机的输出电流在第二方向的最大值为0，可以使得各电机的输出电流只沿第一方向，从而提高多轮设备的资源利用效率。
在一个例子中，多轮设备在加速度为0的情况下，允许多轮设备中各电机的力矩分量方向包括任意方向，根据加速度分量方向，控制多轮设备中各的电机的力矩分量方向都与加速度分量方向相符。
具体地，多轮设备的各个轮子对应的电机可以取消先前对各指令的拦截行为。
本实施例中，通过设置多轮设备在加速度为0的情况下，允许多轮设备中各电机的力矩分量方向与当前运动速度方向保持一致，可以避免多轮设备在匀速或者静止时，无法改变运动状态的情况，在实现提高多轮设备的资源利用效率的基础上，提高本申请的设备控制方法的可用性。
在一个例子中，多轮设备可以分别设置各电机的输出电流在各方向的最大值为对应电机允许的电流最大值，以实现许多轮设备中各电机的力矩分量方向包括任意方向。
本实施例中，通过分别设置各电机的输出电流在各方向的最大值为对应电机允许的电流最大值，可以实现允许多轮设备中各电机的力矩分量方向包括任意方向，从而提高本申请的设备控制方法的可用性。
在一个例子中，在控制多轮设备中各电机的力矩分量方向都与加速度分量方向相符之后，多轮设备还在当前运动速度超过预设速度的情况下，允许多轮设备中各电机的力矩分量方向包括任意方向。
本实施例中，通过在当前运动速度超过预设速度的情况下，允许多轮设备中各电机的力矩分量方向包括任意方向，即，多轮设备需要减速和停止运动时，可以使多轮设备产生与运动方向相反的力矩，从而保证多轮设备安全。
在一个例子中，多轮设备中的控制设备在每次接收到主机下发的速度命令时都执行本申请的设备控制方法，并以如下步骤实现：
步骤1、主机下发一个速度命令v后，控制设备收到当前速度，计算delta＝v–v0。并根据步骤2判断机器人的运动状态。
步骤2、如果当前速度v大于零，判断delta，如果delta大于零，此时是正向加速，如果delta小于零，此时是正向减速，如果delta等于零，此时是正向保持。
如果当前速度v小于零，判断delta，如果delta小于零，此时是反向加速，如果delta大于零，此时是反向减速，如果delta等于零，此时是反向保持。
如果当前速度v等于零，判断delta，如果delta大于零，此时是反向减速，如果delta小于零，此时是正向减速，如果delta等于零，此时是保持静止。
步骤3、把当前速度v保存覆盖v0，用于下次计算。
步骤4、根据上面得到的状态，分别设置电机的电流方向，已达到控制力矩方向的目的。比如正负方向的最大电流分别为max＝1和min＝-1。那么根据上面的状态，正向保持和正向加速设置电流max＝1，min＝0；正向减速设置电流max＝0，min＝-1；
反向保持和反向加速设置电流max＝0，min＝-1；反向减速设置电流max＝1，min＝0；保持静止设置电流max＝1，min＝-1。
步骤5、等待下一轮计算。
上面各种方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包括相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。
本发明的实施方式还提供了一种设备控制装置，应用于多轮设备，多轮设备包括至少两个轮子，每个轮子分别由对应的电机进行控制，如图2所示，装置包括：
获取模块201，用于获取多轮设备的当前运动速度和目标运动速度；
预测模块202，用于根据当前运动速度和目标运动速度，预测多轮设备沿第一直线上的加速度分量方向；其中，第一直线为多轮设备在当前朝向所在直线；
控制模块203，用于根据加速度分量方向，控制多轮设备中各电机的沿第一直线上的力矩分量方向都与加速度分量方向相符。
在一个例子中，根据加速度分量方向，控制多轮设备中各电机的沿第一直线上的力矩分量方向都与加速度分量方向相符，包括：根据加速度分量方向，设置各电机的输出电流方向为第一方向；其中，第一方向是使各电机的力矩分量方向与速度分量方向相符的电流方向。
在一个例子中，设置各电机的输出电流方向为第一方向，包括：分别设置各电机的输出电流在第一方向的最大值为对应电机允许的电流最大值，并设置各电机的输出电流在第二方向的最大值为0；其中，第二方向与第一方向相反。
在一个例子中，根据加速度分量方向，控制多轮设备中各的电机的力矩分量方向都与加速度分量方向相符，包括；在加速度为0的情况下，允许多轮设备中各电机的力矩分量方向与当前运动速度方向保持一致。
在一个例子中，允许多轮设备中各电机的力矩分量方向包括任意方向，包括：分别设置各电机的输出电流在各方向的最大值为对应电机允许的电流最大值。
在一个例子中，在控制多轮设备中各电机的力矩分量方向都与加速度分量方向相符之后，还在当前运动速度超过预设速度的情况下，允许多轮设备中各电机的力矩分量方向包括任意方向。
值得一提的是，本实施例中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。
本发明第四实施方式涉及一种电子设备，如图3所示，包括：至少一个处理器301；与至少一个处理器通信连接的存储器302；其中，存储器302存储有可被至少一个处理器301执行的指令，指令被至少一个处理器301执行上述的设备控制方法。
其中，存储器302和处理器301采用总线方式连接，总线可以包括任意数量的互联的总线和桥，总线将一个或多个处理器301和存储器302的各种电路连接在一起。总线还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路连接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口在总线和收发机之间提供接口。收发机可以是一个元件，也可以是多个元件，比如多个接收器和发送器，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。经处理器301处理的信息通过天线在无线介质上进行传输，进一步，天线还接收信息并将信息传送给处理器301。
处理器301负责管理总线和通常的处理，还可以提供各种功能，包括定时，外围接口，电压调节、电源管理以及其他控制功能。而存储器302可以被用于存储处理器在执行操作时所使用的信息。
本发明实施例涉及一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序。计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例。
即，本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种设备控制方法，其特征在于，应用于多轮设备，所述多轮设备包括至少两个轮子，每个轮子分别由对应的电机进行控制，所述方法包括：
获取所述多轮设备的当前运动速度和目标运动速度；
根据所述当前运动速度和所述目标运动速度，预测所述多轮设备沿第一直线上的加速度分量方向；其中，所述第一直线为所述多轮设备在当前朝向所在直线；
根据所述加速度分量方向，控制所述多轮设备中各电机的沿第一直线上的力矩分量方向都与所述加速度分量方向相符。
2.根据权利要求1所述的设备控制方法，其特征在于，所述根据所述加速度分量方向，控制所述多轮设备中各电机的沿第一直线上的力矩分量方向都与所述加速度分量方向相符，包括：
根据所述加速度分量方向，设置各电机的输出电流方向为第一方向；
其中，所述第一方向是使各电机的所述力矩分量方向与所述速度分量方向相符的电流方向。
3.根据权利要求2所述的设备控制方法，其特征在于，所述设置各电机的输出电流方向为第一方向，包括：
分别设置各电机的输出电流在所述第一方向的最大值为对应电机允许的电流最大值，并设置各电机的输出电流在第二方向的最大值为0；
其中，所述第二方向与所述第一方向相反。
4.根据权利要求1所述的设备控制方法，其特征在于，所述根据所述加速度分量方向，控制所述多轮设备中各的电机的力矩分量方向都与所述加速度分量方向相符，包括；
在所述加速度为0的情况下，允许所述多轮设备中各电机的所述力矩分量方向与所述当前运动速度方向保持一致。
5.根据权利要求4所述的设备控制方法，其特征在于，所述允许所述多轮设备中各电机的所述力矩分量方向包括任意方向，包括：
分别设置各电机的输出电流在各方向的最大值为对应电机允许的电流最大值。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的设备控制方法，其特征在于，在所述控制所述多轮设备中各电机的力矩分量方向都与所述加速度分量方向相符之后，所述方法还包括：
在所述当前运动速度超过预设速度的情况下，允许所述多轮设备中各电机的力矩分量方向包括任意方向。
7.一种设备控制装置，其特征在于，应用于多轮设备，所述多轮设备包括至少两个轮子，每个轮子分别由对应的电机进行控制，所述装置包括：
获取模块，用于获取所述多轮设备的当前运动速度和目标运动速度；
预测模块，用于根据所述当前运动速度和所述目标运动速度，预测所述多轮设备沿第一直线上的加速度分量方向；其中，所述第一直线为所述多轮设备在当前朝向所在直线；
控制模块，用于根据所述加速度分量方向，控制所述多轮设备中各电机的沿第一直线上的力矩分量方向都与所述加速度分量方向相符。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及，
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至6中任一项所述的设备控制方法。
9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的设备控制方法。
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