CN103984351B - 一种自行走设备的平衡控制方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种自行走设备的平衡控制方法和装置，该方法包括：根据自行走设备的平衡状态参数在当前时刻的第一参数值以及在当前时刻之前最近一次采样时刻的第二参数值，并结合当前控制器中配置的控制参数值，预估平衡状态参数在下一采样时刻的第三参数值；当第一参数值、第三参数值以及预设的目标参数值之间不满足预设条件时，从预置的多个控制参数值中，选取控制参数值，并基于选取的控制参数值，该第一参数值和第二参数值，重新预估第三参数值，直至第一参数值、当前预估出的第三参数值与目标参数值之间的关系满足所述预设条件，并利用此时选取出的控制参数值配置控制器。该方法和装置可以提高控制自行走设备运动平衡的精准度和可靠性。
Description
技术领域
本申请涉及自行走设备的平衡控制技术领域，更具体的说是涉及一种自行走设备的平衡控制方法和装置。
背景技术
目前，自行走设备的研究不断深入，自行走设备也被应用于多个领域，如，自行走设备可以包括自平衡机器人等。为了使得自行走设备在运动状态中能够维持自身的平衡，需要对控制器进行比例积分微分(PID，Proportion-Integration-Differentiation)、积分、微分)等控制参数值的控制。
为了保持自行走设备自身的平衡，自行走设备的控制器中的PID等参数可能需要大量的实验才能确定。当自行走设备所处的路面不平整或者是出现较大转角等情况时，如果在控制器中配置固定的PID参数，可能无法满足自行走设备在运动中的平衡。可见，现有的对自行走设备的平衡控制的方式存在精度低以及可靠性差的问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种自行走设备的平衡控制方法和装置，以提高控制自行走设备运动平衡的精准度和可靠性。
为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：一种自行走设备的平衡控制方法，包括：
在到达设定的采样时刻时，获取自行走设备的平衡状态参数的参数值，其中，平衡状态参数为影响所述自行走设备的运动平衡的参数；
根据所述平衡状态参数在当前时刻的第一参数值以及在所述当前时刻之前最近一次采样时刻的第二参数值，并结合当前时刻所述自行走设备的控制器中配置的控制参数值，预估所述平衡状态参数在下一采样时刻的第三参数值；
当所述平衡状态参数的所述第一参数值、第三参数值以及预设的所述平衡状态参数的目标参数值之间的关系不满足预设条件时，从预置的所述控制器的多个控制参数值中，选取所述控制器的控制参数值，并基于当前选取的所述控制参数值，所述平衡状态参数的第一参数值和第二参数值，重新预估所述第三参数值，直至所述第一参数值、当前预估出的所述第三参数值与所述目标参数值之间的关系满足所述预设条件；
依据在所述第一参数值、预估出的第三参数值与所述目标参数值满足所述预设条件时，选取出的控制参数值配置所述控制器。
优选的，在所述获取自行走设备的平衡状态参数的参数值之前，还包括：
基于预置的多个控制参数值中预先指定的最优控制参数值，对所述控制器进行配置，以使得所述控制器基于所述最优控制参数值控制所述自行走设备的运动平衡。
优选的，所述平衡状态参数的所述第一参数值、第三参数值以及预设的目标参数值之间的关系不满足预设条件，包括：
确定所述平衡状态参数的第一参数值与所述目标参数值的第一差值，以及当前预估出的所述第三参数值与所述目标参数值的第二差值；
如果所述第二差值小于或等于所述第一差值时，则所述平衡状态参数的第一参数值、当前预估出的所述第三参数值以及所述目标参数值之间满足预设条件；
则当所述第二差值大于所述第一差值时，所述平衡状态参数的第一参数值、当前预估出的所述第三参数值以及所述目标参数值之间不满足预设条件。
优选的，所述平衡状态参数包括：所述自行走设备的倾斜角度；
则所述平衡状态参数的所述第一参数值、第三参数值以及预设的目标参数值之间的关系不满足预设条件，包括：
所述倾斜角度的第一参数值、第三参数值以及预设的所述倾斜角度的目标参数值之间的关系不满足预设条件。
优选的，所述平衡状态参数还包括：
所述自行走设备倾斜角速度以及所述自行走设备的运行速度；
则，所述从预置的多个控制参数值中，选取所述控制器的控制参数值，并基于当前选取的所述控制参数值，包括：
依据倾斜角度的第一参数值与所述目标参数值的第一差值、所述倾斜角度的第三参数值与所述目标参数值的第二差值，并结合当前时刻所述自行走设备倾斜角速度以及所述自行走设备的运行速度，确定所述自行走设备在所述下一采样时刻的倾斜程度；
依据所述自行走设备在所述下一采样时刻的倾斜程度，从所述预置的多个控制参数值中，选取与所述倾斜程度匹配的所述控制器的控制参数值。
优选的，所述预置的控制参数值为基于与所述自行走设备自身对应的控制模型进行仿真，构建出在维持所述自行走设备运动平衡的条件下，所述控制器所能够配置的控制参数的参数值。
优选的，所述控制参数值中包含有所述控制器能够配置的比例、积分、微分PID参数的参数值。
优选的，所述自行走设备为自平衡机器人。
另一方面，本申请还提供了一种自行走设备的平衡控制装置，包括：
采集单元，用于在到达设定的采样时刻时，获取自行走设备的平衡状态参数的参数值，其中，平衡状态参数为影响所述自行走设备的运动平衡的参数；
预测单元，用于根据所述平衡状态参数在当前时刻的第一参数值以及在所述当前时刻之前最近一次采样时刻的第二参数值，并结合当前时刻所述自行走设备的控制器中配置的控制参数值，预估所述平衡状态参数在下一采样时刻的第三参数值；
参数选取单元，用于当所述平衡状态参数的所述第一参数值、第三参数值以及预设的所述平衡状态参数的目标参数值之间的关系不满足预设条件时，从预置的所述控制器的多个控制参数值中，选取所述控制器的控制参数值，并基于当前选取的所述控制参数值，所述平衡状态参数的第一参数值和第二参数值，重新预估所述第三参数值，直至所述第一参数值、当前预估出的所述第三参数值与所述目标参数值之间的关系满足所述预设条件；
重配置单元，用于依据在所述第一参数值、预估出的第三参数值与所述目标参数值满足所述预设条件时，选取出的控制参数值配置所述控制器。
优选的，该装置还包括：
预配置单元，用于基于预置的多个控制参数值中预先指定的最优控制参数值，对所述控制器进行配置，以使得所述控制器基于所述最优控制参数值控制所述自行走设备的运动平衡，并触发所述采集单元的操作。
优选的，所述参数选取单元，包括：
差值确定单元，用于确定所述平衡状态参数的第一参数值与所述目标参数值的第一差值，以及当前预估出的所述第三参数值与所述目标参数值的第二差值；
第一参数选取子单元，用于当确定所述第二差值大于所述第一差值时，确定所述第一参数值、当前预估出的所述第三参数值与所述目标参数值之间的关系不满足所述预设条件，从预置的所述控制器的多个控制参数值中，选取所述控制器的控制参数值，并基于当前选取的所述控制参数值，所述平衡状态参数的第一参数值和第二参数值，重新预估所述第三参数值，直至所述第一参数值、当前预估出的所述第三参数值与所述目标参数值之间的关系满足所述预设条件。
优选的，所述采集单元获取到的所述平衡状态参数包括：所述自行走设备的倾斜角度；
所述参数选取单元，包括：
目标参数选取单元，用于当所述倾斜角度的第一参数值、第三参数值以及预设的所述倾斜角度的目标参数值之间的关系不满足预设条件时，从预置的所述控制器的多个控制参数值中，选取所述控制器的控制参数值，并基于当前选取的所述控制参数值，所述倾斜角度的第一参数值和第二参数值，重新预估所述第三参数值，直至所述第一参数值、当前预估出的所述第三参数值与所述目标参数值之间的关系满足所述预设条件。
优选的，所述采集单元获取到的所述平衡状态参数还包括：
所述自行走设备倾斜角速度以及所述自行走设备的运行速度；
则，目标参数选取单元，包括：
倾斜度确定单元，用于当所述倾斜角度的第一参数值、第三参数值以及预设的所述倾斜角度的目标参数值之间的关系不满足预设条件时，依据倾斜角度的第一参数值与所述目标参数值的第一差值、所述倾斜角度的第三参数值与所述目标参数值的第二差值，并结合当前时刻所述自行走设备的倾斜角速度以及所述自行走设备的运行速度，确定所述自行走设备在所述下一采样时刻的倾斜程度；
目标参数选取子单元，用于依据所述自行走设备在所述下一采样时刻的倾斜程度，从所述预置的多个控制参数值中，选取与所述倾斜程度匹配的所述控制器的控制参数值，并基于当前选取的所述控制参数值，所述倾斜角度的第一参数值和第二参数值，重新预估所述第三参数值，直至所述第一参数值、当前预估出的所述第三参数值与所述目标参数值之间的关系满足所述预设条件。
优选的，所述预置的控制参数值为基于与所述自行走设备自身对应的控制模型进行仿真，构建出在维持所述自行走设备运动平衡的条件下，所述控制器所能够配置的控制参数的参数值。
优选的，所述控制参数值中包含有所述控制器能够配置的比例、积分、微分PID参数的参数值。
经由上述的技术方案可知，在本申请中根据当前时刻获取到的该自行走设备的平衡状态参数的第一参数值，当前时刻之前最近一次采样时刻获取到的该平衡状态参数的第二参数值，以及该自行走设备的控制器中配置的控制参数值，预估该自行走设备的平衡状态参数在下一采样时刻的第三参数值；如果该第三参数值、第一参数值与预设的平衡状态参数的目标参数值不满足预设要求，则重新选取控制器的控制参数值，直至能够基于该控制器参数值预估出的第三参数值与该第一参数值和该目标参数值之间的关系满足预设条件，并利用此时选取出的控制器参数值配置该控制器，实现了控制器中控制参数值的动态调节，使得控制器能够基于当前配置的控制参数值能够很好的控制该自行走设备的运动平衡，从而保证了在自行走设备运行过程中的运行平衡，提高了自行走设备平衡控制的精准度和可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1示出了本申请一种自行走设备的平衡控制方法一个实施例的流程示意图；
图2示出了本申请一种自行走设备的平衡控制方法另一个实施例的流程示意图；
图3示出了本申请一种自行走设备的平衡控制装置一个实施例的结构示意图；
图4示出了本申请一种自行走设备的平衡控制装置另一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参见图1，其示出了本申请一种自行走设备的平衡控制方法一个实施例的流程示意图，本实施例的方法可以适用于任意能够自行走且需要自身的平衡控制的设备，如，可以适用于自平衡机器人等移动机器人，例如，两轮自平衡机器人，三轮自平衡机器人以及自平衡电动车等等。本实施例的方法可以包括如下步骤：
101，在到达设定的采样时刻时，获取自行走设备的平衡状态参数的参数值。
其中，平衡状态参数为影响该自行走设备的运动平衡的参数。即，该平衡状态参数是在自行走设备行走过程中，与该自行走设备自身平衡的相关参数。
在自行走设备的运动行走过程中，可以在到达采样时刻时，获取该自行走设备的平衡状态参数的参数值，以根据当前该平衡状态的参数值来对自行走设备的平衡状态进行调整。
其中，获取平衡状态参数的采样时刻可以根据需要设定，如可以设定采样周期，并按照采样周期，每隔设定时间进行采样；也可以是任意相邻两个采样时刻之间的时间间隔不相同，如第一次采样时刻与第二次采样时刻的时间间隔为1秒，第二次采样时刻与第三次采样时刻的时间间隔为2秒。
102，根据平衡状态参数在当前时刻的第一参数值以及在当前时刻之前最近一次采样时刻的第二参数值，并结合当前时刻该自行走设备的控制器中配置的控制参数值，预估该平衡状态参数在下一采样时刻的第三参数值。
可以理解的是，自行走设备自身平衡状态的趋势与其当前时刻之前的平衡状态参数的参数值，以及该自行走设备的控制器中配置的控制器参数的控制参数值有关系。根据最近两次获取到的该平衡状态参数的第一参数值和第二参数值，以及该控制器当前配置的控制参数值，可以进行状态预测，进而估计出平衡状态参数在下一采样时刻的参数值。
其中，为了便于区别，将当前时刻获取到的该平衡状态参数的参数值称为第一参数值；将当前时刻之前最近一次采样时刻获取到的该平衡状态参数的参数值称为第二参数值；将预估出的该平衡状态参数在下一采样时刻的参数值称为第三参数值。
在本申请实施例中，在预估平衡状态参数在下一采样时刻的第三参数值时，可以基于现有的任意状态预测算法，在此不加以限制。如，可以基于卡尔曼(Kalman)滤波算法来进行状态预测，将该平衡状态参数的第一参数值和第二参数值、以及该控制器的控制参数值输入到预置的卡尔曼滤波器中进行状态预测，以输出该平衡状态参数在下一采样时刻的第三参数值。
103，当平衡状态参数的第一参数值、第三参数值以及预设的该平衡状态参数的目标参数值之间的关系不满足预设条件时，从预置的该控制器的多个控制参数值中，选取该控制器的控制参数值，并基于当前选取的控制参数值以及该平衡状态参数的第一参数值和第二参数值，重新预估该第三参数值，直至该第一参数值、当前预估出的第三参数值与该目标参数值之间的关系满足该预设条件。
其中，目标参数值为预先设定的，在该自行走设备运动平衡时，该平衡状态参数所需达到的最优值。该目标参数值的设定一般以该自行走设备的运动平衡状态能够满足该自行走设备平稳行走的需求为依据。
根据该平衡状态参数在当前时刻的第一参数值，预估出的在下一采样时刻的第三参数值以及预设的目标参数值之间的关系，可以确定出该自行走设备的平衡状态的走势，以分析出在当前时刻之后该自行走设备在行走过程中的平衡状态变差还是变好。
其中，该预设条件可以根据需要设定，一般以平衡状态参数的第一参数值、第三参数值以及预设的目标参数值之间的关系满足预设条件时，该自行走设备在下一采样时刻处于运动平衡状态为依据。
可以理解的是，由于控制器中配置的控制参数的参数值影响到该控制器对自行走设备的平衡控制，进而影响到该自行走设备的运动平衡，因此，当基于该控制器中当前配置的控制参数值估计出该平衡状态的第三参数值与采集到的该第一参数值和预设的目标参数值之间的关系不满足预设条件时，则说明基于该控制器中当前配置控制参数值进行平衡控制，会导致下一采样时刻该自行走设备的平衡状态变差。这样，就需要重新选取一个控制参数值，并根据选取出的控制参数值、该平衡状态参数的第一参数值和第二参数值，重新预估该平衡状态的第三参数值，直至基于选取出的该控制参数值，预估出的第三参数值与该第一参数值、预设的目标参数值之间的关系满足预设条件。
104，依据在该第一参数值、预估出的第三参数值与目标参数值满足该预设条件时，选取出的控制参数值配置该控制器。
通过该步骤103可以选取出一个控制器参数值，以使得预估出的第三参数值与该平衡状态参数的第一参数值和目标参数值满足预设条件，基于该控制器参数对控制器进行配置，使得控制器基于该控制参数值对自行走设备进行平衡控制，可以使得该自行走设备在下一采样时刻仍能处于相对平衡的状态。
本申请实施例中，根据当前时刻获取到的该自行走设备的平衡状态参数的第一参数值，当前时刻之前最近一次采样时刻获取到的该平衡状态参数的第二参数值，以及该自行走设备的控制器中配置的控制参数值，预估该自行走设备的平衡状态参数在下一采样时刻的第三参数值；如果该第三参数值、第一参数值与预设的平衡状态参数的目标参数值不满足预设要求，则重新选取控制器的控制参数值，直至能够基于该控制器参数值预估出的第三参数值与该第一参数值和该目标参数值之间的关系满足预设条件，并利用此时选取出的控制器参数值配置该控制器，实现了控制器中控制参数值的动态调节，使得控制器能够基于当前配置的控制参数值能够很好的控制该自行走设备的运动平衡，从而保证了在自行走设备运行过程中的运行平衡，提高了自行走设备平衡控制的精准度和可靠性。
可以理解的是，在本申请实施例中该平衡状态的第一参数值、第三参数值和预设的目标参数值之间的关系所需满足的预设条件可以根据需要设定，该预设条件可以有多种可能的形式。
可选的，可以通过如下方式来确定该平衡状态参数的第一参数值、预估出的第三参数值和预设的目标参数值之间的关系是否满足预设条件：
确定该平衡状态参数的第一参数值与目标参数值的第一差值，以及当前预估出的第三参数值与该目标参数值的第二差值；
如果该第二差值小于或等于该第一差值时，则该平衡状态参数的第一参数值、当前预估出的所述第三参数值以及所述目标参数值之间满足预设条件；
相应的，如果该第二差值大于该第一差值，则平衡状态参数的第一参数值、当前预估出的所述第三参数值以及预设的目标参数值之间不满足预设条件。
也就是说，如果该第二差值大于该第一差值，则说明该下一采样时刻该平衡状态的第三参数值偏离该目标参数值的程度变大，进而表明该自行走设备偏离平衡状态的趋势越来越大，在该种情况下，需要对控制器中配置的控制参数进行调整，以降低自行走设备的偏离平衡状态的趋势。如果该第二差值小于该第一差值，则表明该下一采样时刻该平衡状态参数的参数值更加趋近于该目标参数值，该自行走设备下一采样时刻的平衡状态较当前时刻的平衡状态更好，则可以利用预估出该第三参数值所对应的控制器的控制参数值配置该控制器。
在实际应用中，也可以根据该平衡状态参数的第一参数值，预设的目标参数值和预估出的该第三参数值，判断该平衡状态参数的参数值是否收敛于某一值，如果是则不需要调整控制器中配置的控制参数值，否则，则需要调整该控制器中配置的控制参数值。
其中，在本申请实施例中，该控制器的控制参数值可以包含需要在该控制器中配置的任意参数，可选的，考虑到运动平衡的控制主要与该控制器配置的比例、积分、微分(PID，Proportion、Integration、Differentiation)参数的参数值有关，因此，控制参数值中可以包含有该控制器能够配置的比例、积分、微分PID参数的参数值。
由于影响该自行走设备运动平衡的参数可以有多种，该平衡状态参数也可以包含有多种不同情况。
可选的，考虑到对自行走设备平衡状态影响最大的参数应为该自行走设备行走过程中的倾斜角度，则该平衡状态参数至少可以包括该自行走设备的倾斜角度。其中该倾斜角度是指该自行走设备偏离竖直方向的夹角，也可以是认为是自行走设备与水平面之间的夹角。
在到达预设的采样时刻时，需要采集该自行走设备的倾斜角度的角度值。相应的，可以通过该倾斜角度在当前时刻的第一参数值，以及当前时刻之前最近一次采样时刻采集到的该倾斜角度的第二参数值，以及该控制器中配置的控制参数值，预估该倾斜角度在下一采样时刻的第三参数值，并在该倾斜角度的第一参数值、第三参数值与预设的倾斜角度的目标参数值之间的关系不满足预设条件时，重新选取该控制器的控制参数并进行配置。
其中，在实际应用中，获取该自行走设备的自身的倾斜角度可以通过在该自行走设备中设置角度传感器来实现。如，该角度传感器可以为倾角仪。
进一步的，该平衡状态参数除了包含该倾斜角度外，还可以包含有该自行走设备倾斜角速度以及该自行走设备的运动速度。如，可以通过设置在自行走设备上的陀螺仪或者是角速度传感器来获取该自行走设备的倾斜角速度；通过安装在该自行走设备的电机轴上的速度传感器来获取自行走设备当前的运行速度。
在到达采样时刻时，可以分别采集该自行走设备的倾斜角度、倾斜角速度和运行速度这几个参数各自的参数值。然后根据该自行走设备当前时刻的倾斜角度，倾斜角速度、运行速度，以及当前时刻之前的前一采样时刻预估出的倾斜角度、倾斜角速度和运行速度，并结合控制器中配置的控制参数值，预估下一采样时刻该自行走设备的倾斜角度，倾斜角速度和运行速度。相应的，通过判断当前时刻采集到的这几个参数的参数值，预估出的这几个参数的参数值以及预设的这几个参数的目标参数值之间的关系是否满足预设条件，进而判断是否需要重新选择控制参数值进行这几个参数在下一采样时刻的参数值，并最终确定出能够使得预估出的这几个参数的参数值与当前时刻这几个参数的参数值、以及预设的这几个参数的参数值满足预设条件的控制参数值，并基于该控制参数值来配置控制器。通过综合判断这几个参数来判断出该自行走设备的倾斜趋势是否越来越大，如果自行走设备的倾斜趋势越来越大，则需要调整控制器中配置的控制参数值，以提高自行走设备下一采样时刻的运行平衡性。
可选的，在该平衡状态参数还可以包含有该自行走设备倾斜角速度以及该自行走设备的运行速度的基础上，还可以以自行走设备的倾斜角速度和运行速度为依据，确定需要选取的控制器的控制参数值。为了便于理解，参见图2，其示出了本申请一种自行走设备的平衡控制方法另一个实施例的流程示意图，本实施例的方法适用于任意能够自行走且需要自身的平衡控制的设备，如，可以适用于自平衡机器人等移动机器人，例如，两轮自平衡机器人，三轮自平衡机器人以及自平衡电动车等等。本实施例的方法可以包括：
201，在到达设定的采样时刻时，获取自行走设备的倾斜角度、倾斜角速度和运动速度的参数值。
其中，倾斜角度、倾斜角速度和运动速度均为影响该自行走设备的运动平衡的平衡状态参数。
202，根据倾斜角度在当前时刻的第一参数值以及在当前时刻之前最近一次采样时刻的第二参数值，并结合当前时刻该自行走设备的控制器中配置的控制参数值，预估该倾斜角度在下一采样时刻的第三参数值。
203，判断该倾斜角度的第一参数值、当前预估出的第三参数值以及预设的该倾斜角度的目标参数值之间的是否满足预设条件，如果是，则进入步骤207，如果否，进入步骤204。
由于倾斜角度是影响该自行走设备自身运动平衡的最重要的参数，因此，本实施例中仅仅是以预估该倾斜角度在下一采样时刻的第三参数值，并基于该倾斜角度当前时刻的第一参数值，预估出的在下一采样时刻的第三参数值以及该预设的目标参数值的关系，对该自行走设备的倾斜趋势进行判断。其中，该预设条件可以参见前面实施例的相关描述，在此不再赘述。
可以理解的是，如果分别预估出该自行走设备在下一采样时刻的倾斜角度、倾斜角速度和运动速度，并综合当前时刻倾斜角度、倾斜角速度和运动速度，以及预设的倾斜角度的目标值、倾斜角速度的目标值和运动速度的目标值，来综合判断该自行走设备的倾斜趋势是否越来越大，也同样适用于本实施例。
204，依据倾斜角度的第一参数值与该目标参数值的第一差值、倾斜角度的第三参数值与目标参数值的第二差值，并结合当前时刻的倾斜角速度和运行速度，确定该自行走设备在下一采样时刻的倾斜程度。
205，依据自行走设备在下一采样时刻的倾斜程度，从预置的多个控制参数值中，选取与倾斜程度匹配的自行走设备控制器的控制器参数值。
在实际应用中，自行走设备自身的平衡状态除了与该自行走设备当前时刻以及下一采样时刻的倾斜角度有关外，还与该自行走设备在后续的运动决策即运动速度和倾斜角速度有关系。
分别确定出倾斜角度的第一参数值、第二参数值与该目标参数值的第一差值、第二差值后，可以结合当前时刻的倾斜角速度和运行速度，来综合确定该自行走设备的倾斜程度。其中，该倾斜程度是该自行走设备以当前倾斜角速度和运动速度运行过程中，自行走设备能够维持平衡程度的信息。
如，自行走设备的运动速度较大，且倾斜角速度较大，使得机器人处于加速运动时，则该自行走设备应呈现向前倾斜的状态，使得倾斜角度与地面的夹角较小即倾斜角度较大，才能保证该自行走设备的运动平衡，因此，在该种情况下，即使倾斜角度较大，也可以认为该自行走设备的倾斜程度较小。
具体的，可以预先构建不同运行速度和倾斜角度下，倾斜角度变化值所对应的倾斜程度，以及不同倾斜程度所需选取的控制参数值，根据该对应关系进行控制器的控制参数值的选取。如，可以预先通过对自行走设备以不同运行速度、不同倾斜角速度的运行过程中的平衡控制进行仿真，以构建出不同运动速度、倾斜角速度下，不同倾斜角度变化范围内，为了保持自行走设备运动平衡，该控制器中可能配置的控制参数值。
206，基于当前选取的控制参数值以及该倾斜角度的第一参数值和第二参数值，重新预估该倾斜角度的第三参数值，并返回步骤203；
207，依据在该第一参数值、当前预估出的第三参数值与目标参数满足该预设条件时，预估该第三参数值所用的控制参数值配置该控制器。
可以理解的是，在本申请任意一个实施例中，预置的控制器的多个控制参数值可以是基于该自行走设备自身对应的控制模型进行仿真，构建出的在维持该自行走设备运动平衡的条件下，该控制器所能够配置的控制参数的参数值。
其中，该自行走设备自身对应的控制模型，是根据该自行走设备的动态特性，并结合机械、电气、液压等物理学定律构建出的代表该自行走设备在运动过程中各个变量之间相互关系的动态方程。
如，以该自行走设备为机器人为例，为了便于描述，以该机器人为两轮自平衡机器人为例进行介绍，可以先获取该机器人左右两轮的质量，该机器人两轮中心之间的距离，该机器人两轮的半径、该机器人车身重量等参数，基于获取到的这些参数进行动力学模型和运动学模型的构建，最终推导出该机器人对应的控制模型。对该控制模型进行仿真，可以得出在机器人运动过程中，为了维持该机器人运动平衡，该控制器可以配置的控制参数值。
进一步的，在以上任意一个实施例中，为了使得自行走设备在最初运行便能够保持一个较好的平衡状态，进而减少对控制器配置的控制参数值的调整次数，可以基于预置的该多个控制参数值中预先指定的最优控制参数值，对该自行走设备的控制器进行配置，以使得该自行走设备基于配置有该最优控制参数值的控制器控制自行走设备的运动平衡。
其中，该预置的多个控制参数值同样可以基于对自行走设备的控制模型进行仿真，而构建出的在维持该自行走设备运动平衡的条件下，该控制器所能够配置的控制参数的参数值。在对控制模型进行仿真的过程中，可以得到一个理论的控制参数的最优值，将该最优值作为该预设的最优控制参数值。
另一方面，对应本申请的一种自行走设备的平衡控制方法，本申请还提供了一种自行走设备的平衡控制装置。
参见图3，其示出了本申请一种自行走设备的平衡控制装置一个实施例的结构示意图，该装置可以应用于任意的自行走设备，如机器人，本实施例的装置可以包括：
采集单元301，用于在到达设定的采样时刻时，获取自行走设备的平衡状态参数的参数值，其中，平衡状态参数为影响所述自行走设备的运动平衡的参数；
预测单元302，用于根据所述平衡状态参数在当前时刻的第一参数值以及在所述当前时刻之前最近一次采样时刻的第二参数值，并结合当前时刻所述自行走设备的控制器中配置的控制参数值，预估所述平衡状态参数在下一采样时刻的第三参数值；
参数选取单元303，用于当所述平衡状态参数的所述第一参数值、第三参数值以及预设的所述平衡状态参数的目标参数值之间的关系不满足预设条件时，从预置的所述控制器的多个控制参数值中，选取所述控制器的控制参数值，并基于当前选取的所述控制参数值，所述平衡状态参数的第一参数值和第二参数值，重新预估所述第三参数值，直至所述第一参数值、当前预估出的所述第三参数值与所述目标参数值之间的关系满足所述预设条件；
重配置单元304，用于依据在所述第一参数值、预估出的第三参数值与所述目标参数值满足所述预设条件时，选取出的控制参数值配置所述控制器。
可选的，该参数选取单元可以包括：
差值确定单元，用于确定所述平衡状态参数的第一参数值与所述目标参数值的第一差值，以及当前预估出的所述第三参数值与所述目标参数值的第二差值；
第一参数选取子单元，用于当确定所述第二差值大于所述第一差值时，确定所述第一参数值、当前预估出的所述第三参数值与所述目标参数值之间的关系不满足所述预设条件，从预置的所述控制器的多个控制参数值中，选取所述控制器的控制参数值，并基于当前选取的所述控制参数值，所述平衡状态参数的第一参数值和第二参数值，重新预估所述第三参数值，直至所述第一参数值、当前预估出的所述第三参数值与所述目标参数值之间的关系满足所述预设条件。
可选的，该采集单元获取到的所述平衡状态参数可以包括：所述自行走设备的倾斜角度；
则，所述参数选取单元，包括：
目标参数选取单元，用于当所述倾斜角度的第一参数值、第三参数值以及预设的所述倾斜角度的目标参数值之间的关系不满足预设条件时，从预置的所述控制器的多个控制参数值中，选取所述控制器的控制参数值，并基于当前选取的所述控制参数值，所述倾斜角度的第一参数值和第二参数值，重新预估所述第三参数值，直至所述第一参数值、当前预估出的所述第三参数值与所述目标参数值之间的关系满足所述预设条件。
进一步，该采集单元获取到的所述平衡状态参数还包括：
所述自行走设备倾斜角速度以及所述自行走设备的运行速度；
则，目标参数选取单元，包括：
倾斜度确定单元，用于当所述倾斜角度的第一参数值、第三参数值以及预设的所述倾斜角度的目标参数值之间的关系不满足预设条件时，依据倾斜角度的第一参数值与所述目标参数值的第一差值、所述倾斜角度的第三参数值与所述目标参数值的第二差值，并结合当前时刻所述自行走设备的倾斜角速度以及所述自行走设备的运行速度，确定所述自行走设备在所述下一采样时刻的倾斜程度；
目标参数选取子单元，用于依据所述自行走设备在所述下一采样时刻的倾斜程度，从所述预置的多个控制参数值中，选取与所述倾斜程度匹配的所述控制器的控制参数值，并基于当前选取的所述控制参数值，所述倾斜角度的第一参数值和第二参数值，重新预估所述第三参数值，直至所述第一参数值、当前预估出的所述第三参数值与所述目标参数值之间的关系满足所述预设条件。
参见图4，其示出了本申请一种自行走设备的平衡控制装置另一个实施例的结构示意图，本实施例与前面装置实施例的不同之处在于：
在本实施例中该装置还可以包括：
预配置单元305，用于基于预置的多个控制参数值中预先指定的最优控制参数值，对所述控制器进行配置，以使得所述控制器基于所述最优控制参数值控制所述自行走设备的运动平衡，并触发所述采集单元的操作。
可选的，在以上任意一个实施例中，该预置的控制参数值为基于与所述自行走设备自身对应的控制模型进行仿真，构建出在维持所述自行走设备运动平衡的条件下，所述控制器所能够配置的控制参数的参数值。
可选的，在以上任意一个实施例中，所述控制参数值中包含有所述控制器能够配置的比例、积分、微分PID参数的参数值。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (15)
1.一种自行走设备的平衡控制方法，其特征在于，包括：
在到达设定的采样时刻时，获取自行走设备的平衡状态参数的参数值，其中，平衡状态参数为影响所述自行走设备的运动平衡的参数；
根据所述平衡状态参数在当前时刻的第一参数值以及在所述当前时刻之前最近一次采样时刻的第二参数值，并结合当前时刻所述自行走设备的控制器中配置的控制参数值，预估所述平衡状态参数在下一采样时刻的第三参数值；
当所述平衡状态参数的所述第一参数值、第三参数值以及预设的所述平衡状态参数的目标参数值之间的关系不满足预设条件时，从预置的所述控制器的多个控制参数值中，选取所述控制器的控制参数值，并基于当前选取的所述控制参数值，所述平衡状态参数的第一参数值和第二参数值，重新预估所述第三参数值，直至所述第一参数值、当前预估出的所述第三参数值与所述目标参数值之间的关系满足所述预设条件；
依据在所述第一参数值、预估出的第三参数值与所述目标参数值满足所述预设条件时，选取出的控制参数值配置所述控制器；
其中，所述平衡状态参数包括：所述自行走设备的倾斜角度。
2.根据权利要求1所述的自行走设备的平衡控制方法，其特征在于，在所述获取自行走设备的平衡状态参数的参数值之前，还包括：
基于预置的多个控制参数值中预先指定的最优控制参数值，对所述控制器进行配置，以使得所述控制器基于所述最优控制参数值控制所述自行走设备的运动平衡。
3.根据权利要求1所述的自行走设备的平衡控制方法，其特征在于，所述平衡状态参数的所述第一参数值、第三参数值以及预设的目标参数值之间的关系不满足预设条件，包括：
确定所述平衡状态参数的第一参数值与所述目标参数值的第一差值，以及当前预估出的所述第三参数值与所述目标参数值的第二差值；
如果所述第二差值小于或等于所述第一差值时，则所述平衡状态参数的第一参数值、当前预估出的所述第三参数值以及所述目标参数值之间满足预设条件；
则当所述第二差值大于所述第一差值时，所述平衡状态参数的第一参数值、当前预估出的所述第三参数值以及所述目标参数值之间不满足预设条件。
4.根据权利要求1或3所述的自行走设备的平衡控制方法，其特征在于，所述平衡状态参数的所述第一参数值、第三参数值以及预设的目标参数值之间的关系不满足预设条件，包括：
所述倾斜角度的第一参数值、第三参数值以及预设的所述倾斜角度的目标参数值之间的关系不满足预设条件。
5.根据权利要求4所述的自行走设备的平衡控制方法，其特征在于，所述平衡状态参数还包括：
所述自行走设备倾斜角速度以及所述自行走设备的运行速度；
则，所述从预置的多个控制参数值中，选取所述控制器的控制参数值，并基于当前选取的所述控制参数值，包括：
依据倾斜角度的第一参数值与所述目标参数值的第一差值、所述倾斜角度的第三参数值与所述目标参数值的第二差值，并结合当前时刻所述自行走设备倾斜角速度以及所述自行走设备的运行速度，确定所述自行走设备在所述下一采样时刻的倾斜程度；
依据所述自行走设备在所述下一采样时刻的倾斜程度，从所述预置的多个控制参数值中，选取与所述倾斜程度匹配的所述控制器的控制参数值。
6.根据权利要求1所述的自行走设备的平衡控制方法，其特征在于，所述预置的控制参数值为基于与所述自行走设备自身对应的控制模型进行仿真，构建出在维持所述自行走设备运动平衡的条件下，所述控制器所能够配置的控制参数的参数值。
7.根据权利要求1至3任一项所述的自行走设备的平衡控制方法，其特征在于，所述控制参数值中包含有所述控制器能够配置的比例、积分、微分PID参数的参数值。
8.根据权利要求1至3任一项所述的自行走设备的平衡控制方法，其特征在于，所述自行走设备为自平衡机器人。
9.一种自行走设备的平衡控制装置，其特征在于，包括：
采集单元，用于在到达设定的采样时刻时，获取自行走设备的平衡状态参数的参数值，其中，平衡状态参数为影响所述自行走设备的运动平衡的参数，所述平衡状态参数包括所述自行走设备的倾斜角度；
预测单元，用于根据所述平衡状态参数在当前时刻的第一参数值以及在所述当前时刻之前最近一次采样时刻的第二参数值，并结合当前时刻所述自行走设备的控制器中配置的控制参数值，预估所述平衡状态参数在下一采样时刻的第三参数值；
参数选取单元，用于当所述平衡状态参数的所述第一参数值、第三参数值以及预设的所述平衡状态参数的目标参数值之间的关系不满足预设条件时，从预置的所述控制器的多个控制参数值中，选取所述控制器的控制参数值，并基于当前选取的所述控制参数值，所述平衡状态参数的第一参数值和第二参数值，重新预估所述第三参数值，直至所述第一参数值、当前预估出的所述第三参数值与所述目标参数值之间的关系满足所述预设条件；
重配置单元，用于依据在所述第一参数值、预估出的第三参数值与所述目标参数值满足所述预设条件时，选取出的控制参数值配置所述控制器。
10.根据权利要求9所述的自行走设备的平衡控制装置，其特征在于，还包括：
预配置单元，用于基于预置的多个控制参数值中预先指定的最优控制参数值，对所述控制器进行配置，以使得所述控制器基于所述最优控制参数值控制所述自行走设备的运动平衡，并触发所述采集单元的操作。
11.根据权利要求9所述的自行走设备的平衡控制装置，其特征在于，所述参数选取单元，包括：
差值确定单元，用于确定所述平衡状态参数的第一参数值与所述目标参数值的第一差值，以及当前预估出的所述第三参数值与所述目标参数值的第二差值；
第一参数选取子单元，用于当确定所述第二差值大于所述第一差值时，确定所述第一参数值、当前预估出的所述第三参数值与所述目标参数值之间的关系不满足所述预设条件，从预置的所述控制器的多个控制参数值中，选取所述控制器的控制参数值，并基于当前选取的所述控制参数值，所述平衡状态参数的第一参数值和第二参数值，重新预估所述第三参数值，直至所述第一参数值、当前预估出的所述第三参数值与所述目标参数值之间的关系满足所述预设条件。
12.根据权利要求9或11所述的自行走设备的平衡控制装置，其特征在于，所述采集单元获取到的所述平衡状态参数包括：所述自行走设备的倾斜角度；
所述参数选取单元，包括：
目标参数选取单元，用于当所述倾斜角度的第一参数值、第三参数值以及预设的所述倾斜角度的目标参数值之间的关系不满足预设条件时，从预置的所述控制器的多个控制参数值中，选取所述控制器的控制参数值，并基于当前选取的所述控制参数值，所述倾斜角度的第一参数值和第二参数值，重新预估所述第三参数值，直至所述第一参数值、当前预估出的所述第三参数值与所述目标参数值之间的关系满足所述预设条件。
13.根据权利要求12所述的自行走设备的平衡控制装置，其特征在于，所述采集单元获取到的所述平衡状态参数还包括：
所述自行走设备倾斜角速度以及所述自行走设备的运行速度；
则，目标参数选取单元，包括：
倾斜度确定单元，用于当所述倾斜角度的第一参数值、第三参数值以及预设的所述倾斜角度的目标参数值之间的关系不满足预设条件时，依据倾斜角度的第一参数值与所述目标参数值的第一差值、所述倾斜角度的第三参数值与所述目标参数值的第二差值，并结合当前时刻所述自行走设备的倾斜角速度以及所述自行走设备的运行速度，确定所述自行走设备在所述下一采样时刻的倾斜程度；
目标参数选取子单元，用于依据所述自行走设备在所述下一采样时刻的倾斜程度，从所述预置的多个控制参数值中，选取与所述倾斜程度匹配的所述控制器的控制参数值，并基于当前选取的所述控制参数值，所述倾斜角度的第一参数值和第二参数值，重新预估所述第三参数值，直至所述第一参数值、当前预估出的所述第三参数值与所述目标参数值之间的关系满足所述预设条件。
14.根据权利要求9所述的自行走设备的平衡控制装置，其特征在于，所述预置的控制参数值为基于与所述自行走设备自身对应的控制模型进行仿真，构建出在维持所述自行走设备运动平衡的条件下，所述控制器所能够配置的控制参数的参数值。
15.根据权利要求9至11任一项所述的自行走设备的平衡控制装置，其特征在于，所述控制参数值中包含有所述控制器能够配置的比例、积分、微分PID参数的参数值。
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