CN108414145A - 一种基于滚球的平衡检测方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于滚球的平衡检测方法及设备，其中，该方法包括：获取红外触摸屏上被小球遮挡的横向红外信号的发射位置以及纵向红外信号的发射位置；根据上述横向红外信号的发射位置以及纵向红外信号的发射位置，获取小球在红外触摸屏上的位置；判断小球在红外触摸屏上的位置是否与小球初始位置相同；如果不同，则为小球制定从当前位置到初始位置的滚动路径并生成滚动路径数据；根据滚动路径数据，控制舵机进行转动以使小球滚动到初始位置；根据舵机的转动数据，获取红外触摸屏的倾斜信息；通过本发明，能够实时准确的检测智能机器的平衡情况，并且可以提供具体的倾斜信息使智能机器自动调节工作参数，极大地提高了智能机器工作的安全性。

Description

一种基于滚球的平衡检测方法及设备

技术领域

本发明涉及电子控制技术领域，特别涉及一种基于滚球的平衡检测方法及设备。

背景技术

目前，随着无人驾驶技术的逐步推行，安全保障已经成为了无人驾驶技术推行过程中最受关注的因素，而在无人驾驶技术中最关键的因素就在于能够实时检测车辆的行驶状况，以使车辆可以及时作出相应的调整避免危险的发生，这就要求无人驾驶车辆能够实时准确的获取车辆的平衡状况，当车辆发生倾斜等危险时可以迅速的进行调节，避免汽车翻倒的情况发生，使得无人驾驶车辆能够一直保持平衡驾驶。因此，设计一个用于检测无人驾驶车辆平衡的装置就是现在急需解决的问题了。

发明内容

本发明提供一种基于滚球的平衡检测方法及设备，能够实时准确的检测智能机器的平衡情况，并且可以提供具体的倾斜信息使智能机器自动调节工作参数，极大地提高了智能机器工作的安全性。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于滚球的平衡检测方法，包括以下步骤：获取红外触摸屏上被小球遮挡的横向红外信号的发射位置以及纵向红外信号的发射位置；根据红外触摸屏上被小球遮挡的横向红外信号的发射位置以及纵向红外信号的发射位置，获取小球在红外触摸屏上的位置；判断小球在红外触摸屏上的位置是否与小球初始位置相同；其中，小球初始位置是以红外触摸屏处于水平平衡状态时小球在红外触摸屏上的位置为依据进行设定的；如果小球在红外触摸屏上的位置与小球初始位置不同，则为小球制定从当前位置到初始位置的滚动路径并生成滚动路径数据；根据滚动路径数据，控制舵机进行转动以使小球滚动到初始位置；根据舵机的转动数据，获取红外触摸屏的倾斜信息；其中，倾斜信息包括倾斜角度以及倾斜方向。

优选地，根据舵机的转动数据，获取红外触摸屏的倾斜信息之后，该方法还包括以下步骤：将倾斜信息上传至中控服务器，以使中控服务器根据倾斜信息对智能机器的工作参数进行调节。

优选地，为小球制定从当前位置到初始位置的滚动路径并生成滚动路径数据，包括以下步骤：根据小球的当前位置以及小球的初始位置，生成小球从当前位置到初始位置的初步滚动路径数据；采用增量式PID控制算法对角度的误差量进行比例、积分、微分计算，生成PWM波占空比控制信号；将PWM波占空比控制信号作为小球的滚动路径数据。

优选地，采用增量式PID控制算法对角度的误差量进行比例、积分、微分计算，生成PWM波占空比控制信号，包括以下步骤：获取风力摆的角度值；计算风力摆的角度值与预设的风力摆角度值之间的误差值；对误差值进行增量式PID控制算法处理，得到PWM波占空比控制信号。

优选地，根据滚动路径数据，控制舵机进行转动以使小球滚动到初始位置，包括以下步骤：从滚动路径数据中获取PWM波占空比控制信号；根据获取的PWM 波占空比控制信号，控制舵机转动使风力摆摆动到预设的风力摆角度值。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种基于滚球的平衡检测设备，包括：第一获取单元，用于获取红外触摸屏上被小球遮挡的横向红外信号的发射位置以及纵向红外信号的发射位置；第一获取单元，还用于根据红外触摸屏上被小球遮挡的横向红外信号的发射位置以及纵向红外信号的发射位置，获取小球在红外触摸屏上的位置；判断单元，用于判断小球在红外触摸屏上的位置是否与小球初始位置相同；其中，小球初始位置是以红外触摸屏处于水平平衡状态时小球在红外触摸屏上的位置为依据进行设定的；路径生成单元，用于当判断单元判断小球在红外触摸屏上的位置与小球初始位置不同时，为小球制定从当前位置到初始位置的滚动路径并生成滚动路径数据；控制单元，用于根据滚动路径数据，控制舵机进行转动以使小球滚动到初始位置；第二获取单元，用于根据舵机的转动数据，获取红外触摸屏的倾斜信息；其中，倾斜信息包括倾斜角度以及倾斜方向。

优选地，基于滚球的平衡检测设备还包括：上传单元，用于在第二获取单元根据舵机的转动数据，获取红外触摸屏的倾斜信息之后，将倾斜信息上传至中控服务器，以使中控服务器根据倾斜信息对智能机器的工作参数进行调节。

优选地，路径生成单元包括：第一生成子单元，用于当判断单元判断小球在红外触摸屏上的位置与小球初始位置不同时，根据小球的当前位置以及小球的初始位置，生成小球从当前位置到初始位置的初步滚动路径数据；计算子单元，用于采用增量式PID控制算法对角度的误差量进行比例、积分、微分计算，生成 PWM波占空比控制信号；第二生成子单元，用于将PWM波占空比控制信号作为小球的滚动路径数据。

优选地，计算子单元包括：获取模块，用于获取风力摆的角度值；计算模块，用于计算风力摆的角度值与预设的风力摆角度值之间的误差值；生成模块，用于对误差值进行增量式PID控制算法处理，得到PWM波占空比控制信号。

优选地，控制单元包括：获取子单元，用于从滚动路径数据中获取PWM波占空比控制信号；控制子单元，用于根据获取的PWM波占空比控制信号，控制舵机转动使风力摆摆动到预设的风力摆角度值。

与现有技术相比较，本发明的有益效果如下：

通过本发明，可以根据红外触摸屏上小球的位置来判断红外触摸屏是否发生倾斜，再进一步控制舵机转动以带动红外触摸屏转动使得小球可以回到原点，通过分析舵机的转动数据，可以得到红外触摸屏发生倾斜的角度以及倾斜的方向。这样就可以实时准确的得到智能机器的平衡情况并使得智能机器可以根据具体的倾斜情况自动调节工作参数，极大地提高了智能机器工作的安全性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。附图中：

图1是根据本发明实施例的一种基于滚球的平衡检测方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的一种基于滚球的平衡检测设备的结构框图；

图3是根据本发明实施例一的基于滚球的平衡检测方法的使用流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明附图，对本发明技术方案进行描述，但所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种基于滚球的平衡检测方法，图1是根据本发明实施例的基于滚球的平衡检测方法的流程图，如图1所示，包括以下步骤：

步骤S101：获取红外触摸屏上被小球遮挡的横向红外信号的发射位置以及纵向红外信号的发射位置；

步骤S102：根据红外触摸屏上被小球遮挡的横向红外信号的发射位置以及纵向红外信号的发射位置，获取小球在红外触摸屏上的位置；

步骤S103：判断小球在红外触摸屏上的位置是否与小球初始位置相同；其中，小球初始位置是以红外触摸屏处于水平平衡状态时小球在红外触摸屏上的位置为依据进行设定的；如果小球在红外触摸屏上的位置与小球初始位置不同，则执行步骤S104～步骤S106；

步骤S104：为小球制定从当前位置到初始位置的滚动路径并生成滚动路径数据；

步骤S105：根据滚动路径数据，控制舵机进行转动以使小球滚动到初始位置；

步骤S106：根据舵机的转动数据，获取红外触摸屏的倾斜信息；其中，倾斜信息包括倾斜角度以及倾斜方向。

在实施过程中，在步骤S106之后，可以将倾斜信息上传至中控服务器，以使中控服务器根据倾斜信息对智能机器的工作参数进行调节。

在步骤S104中，根据小球的当前位置以及小球的初始位置，生成小球从当前位置到初始位置的初步滚动路径数据；采用增量式PID控制算法对角度的误差量进行比例、积分、微分计算，生成PWM波占空比控制信号；将PWM波占空比控制信号作为小球的滚动路径数据。

进一步的，采用增量式PID控制算法对角度的误差量进行比例、积分、微分计算，生成PWM波占空比控制信号的具体实施方式为：获取风力摆的角度值；计算风力摆的角度值与预设的风力摆角度值之间的误差值；对误差值进行增量式 PID控制算法处理，得到PWM波占空比控制信号。

在步骤S105中，可以从滚动路径数据中获取PWM波占空比控制信号；根据获取的PWM波占空比控制信号，控制舵机转动使风力摆摆动到预设的风力摆角度值。

通过上述步骤，能够实时准确的检测智能机器的平衡情况，并且可以提供具体的倾斜信息使智能机器自动调节工作参数，极大地提高了智能机器工作的安全性。

本发明实施例还提供了一种基于滚球的平衡检测设备20，用于实现上述基于滚球的平衡检测方法中。图2是根据本发明实施例的基于滚球的平衡检测设备 20的结构框图，如图2所示，该设备20包括：第一获取单元201，用于获取红外触摸屏上被小球遮挡的横向红外信号的发射位置以及纵向红外信号的发射位置；第一获取单元201，还用于根据红外触摸屏上被小球遮挡的横向红外信号的发射位置以及纵向红外信号的发射位置，获取小球在红外触摸屏上的位置；判断单元202，用于判断小球在红外触摸屏上的位置是否与小球初始位置相同；其中，小球初始位置是以红外触摸屏处于水平平衡状态时小球在红外触摸屏上的位置为依据进行设定的；路径生成单元203，用于当判断单元202判断小球在红外触摸屏上的位置与小球初始位置不同时，为小球制定从当前位置到初始位置的滚动路径并生成滚动路径数据；控制单元204，用于根据滚动路径数据，控制舵机进行转动以使小球滚动到初始位置；第二获取单元205，用于根据舵机的转动数据，获取红外触摸屏的倾斜信息；其中，倾斜信息包括倾斜角度以及倾斜方向。

对于基于滚球的平衡检测设备20，还包括：上传单元206，用于在第二获取单元205根据舵机的转动数据，获取红外触摸屏的倾斜信息之后，将倾斜信息上传至中控服务器，以使中控服务器根据倾斜信息对智能机器的工作参数进行调节。

对于基于滚球的平衡检测设备20，路径生成单元203包括：第一生成子单元2031，用于当判断单元202判断小球在红外触摸屏上的位置与小球初始位置不同时，根据小球的当前位置以及小球的初始位置，生成小球从当前位置到初始位置的初步滚动路径数据；计算子单元2032，用于采用增量式PID控制算法对角度的误差量进行比例、积分、微分计算，生成PWM波占空比控制信号；第二生成子单元2033，用于将PWM波占空比控制信号作为小球的滚动路径数据。

对于基于滚球的平衡检测设备20，计算子单元2032包括：获取模块20321，用于获取风力摆的角度值；计算模块20322，用于计算风力摆的角度值与预设的风力摆角度值之间的误差值；生成模块20323，用于对误差值进行增量式PID控制算法处理，得到PWM波占空比控制信号。

对于基于滚球的平衡检测设备20，控制单元204包括：获取子单元2041，用于从滚动路径数据中获取PWM波占空比控制信号；控制子单元2042，用于根据获取的PWM波占空比控制信号，控制舵机转动使风力摆摆动到预设的风力摆角度值。

需要说明的是，装置实施例中描述的基于滚球的平衡检测设备对应于上述的方法实施例，其具体的实现过程在方法实施例中已经进行过详细说明，在此不再赘述。

为了使本发明的技术方案和实现方法更加清楚，下面将结合优选的实施例对其实现过程进行详细描述。

实施例一

本实施例提供一种基于滚球的平衡检测方法，也就是通过小球的位置变化来判断智能机器的倾斜程度。

图3是根据本发明实施例一的基于滚球的平衡检测方法的使用流程图，包括以下步骤：

步骤S301：获取红外触摸屏上被小球遮挡的横向红外信号的发射位置以及纵向红外信号的发射位置；

本发明实施例中，红外触摸屏采用红外线式触摸屏，利用X、Y方向上密布的红外线矩阵来检测并定位小球的位置。红外触摸屏在显示器的前面安装一个电路板外框，电路板在屏幕四边排布红外发射管和红外接收管，并且红外发射管和红外接收管一一对应形成横竖交叉的红外线矩阵。小球在触控屏幕时，就会挡住经过该小球所在位置的横竖两条红外线，因此可以判断出小球在屏幕上的位置；

进一步的，红外触摸屏不受电流、电压以及静电干扰，适宜恶劣的环境条件，这样可以扩大本发明的适用范围及使用条件，使得任何环境下的智能机器都能实时获取到该智能机器的实时平衡情况；

步骤S302：根据红外触摸屏上被小球遮挡的横向红外信号的发射位置以及纵向红外信号的发射位置，获取小球在红外触摸屏上的即时位置；

本发明实施例中，红外触摸屏上被小球遮挡住的横向红外线与纵向红外线的交点就是小球在红外触摸屏上的位置，获取小球位置的具体方式可以是：以红外触摸屏四个角的任意一个角为原点建立坐标轴，获取红外触摸屏上被小球遮挡的横向红外线的发射位置所在半轴的名称以及与原点之间的横向距离，再获取红外触摸屏上被小球遮挡的纵向红外线的发射位置所在半轴的名称以及与原点之间的纵向距离，由于小球的位置就是红外触摸屏上被小球遮挡的横向红外线与纵向红外线的交点位置，所以这时就可以得到小球的坐标，进而准确的得到小球在红外触摸屏上的位置；

步骤S303：判断小球在红外触摸屏上的位置是否与小球初始位置相同；如果否，则执行步骤S304～步骤S308；如果是，则执行步骤S301；

本发明实施例中，小球初始位置是以红外触摸屏处于水平平衡状态时小球在红外触摸屏上的位置为依据进行设定的，当平面完全平衡时，小球在平面上不受任何的外力作用，因此小球不会滚动，一旦有外力的作用它就会朝着合力的方向滚动，所以当小球所在的位置与小球的初始位置不同时，就说明红外触摸屏发生了倾斜，进而说明智能机器发生了倾斜；

步骤S304：为小球制定从当前位置到初始位置的滚动路径并生成滚动路径数据；

本发明实施例中，当判断出小球偏离初始位置时，就说明红外触摸屏发生了倾斜，即智能机器发生了倾斜，要进一步获取倾斜情况，就需要使小球再回到初始位置，通过分析小球回到初始位置的数据就可以获取倾斜情况了；

可选的，可以根据小球的当前位置与小球的初始位置为小球制定从当前位置到初始位置的路线图，并将该路线图转化为路径数据进行分析处理，以得到舵机可以执行的数据；

进一步可选的，将该路线图转化为路径数据进行分析处理的具体实现方式为：采用增量式PID控制对角度的误差量进行比例、积分、微分计算，并将其结果构成的PWM波占空比控制信号送入电机驱动，控制舵机进行转动，具体的，首先，将获取的风力摆的角度值与当前设定值比较求出误差，然后对误差量进行 PID算法处理得到一路PWM占空比,通过电机驱动控制风力摆使其摆到所需角度；采用增量式算法只需保持以前三个时刻的偏差即可，既节省了资源又不会产生较大的积累误差，这种控制方式可以加快系统阶跃响应、减小超调量，并具有较高的精度；

其中，PID控制相应的控制算法式为：

最终得到

步骤S305：根据滚动路径数据，控制舵机进行转动以使小球滚动到初始位置；

本发明实施例中，红外触摸屏安装在平板上，平板可以选用亚克力板，并与中心万向节形成滚球的支架，舵机的控制信号是PWM信号，可以利用占空比的变化，改变舵机的位置，舵机的转动可以带动平板转动进而带动红外触摸屏进行转动，需要两个舵机就可以完成对红外触摸屏的控制，舵机的转动会给小球一定的加速度使得小球回到初始位置，所以可以使舵机根据获取到的滚动数据路径进行转动以使得小球可以回到初始位置；进一步的，可以在舵机转动的过程中记录舵机的转动数据；

步骤S306：获取舵机的转动数据；

本发明实施例中，获取的舵机的转动数据包括舵机的转动角度以及舵机的转动方向等；

步骤S307：根据舵机的转动数据，获取红外触摸屏的倾斜信息；

本发明实施例中，倾斜信息包括倾斜角度以及倾斜方向；

步骤S308：将倾斜信息上传至中控服务器，以使中控服务器根据倾斜信息对智能机器的工作参数进行调节。

本发明实施例中，中控服务器在得到智能机器的倾斜信息时，会根据倾斜的角度以及倾斜的方向对智能机器的工作参数进行调节，以使智能机器可以迅速的恢复为平衡工作状态，这样可以使智能机器在发生倾斜时能够迅速的通过调节智能机器的工作参数来消除倾斜，恢复平衡状态。

可见，实施本发明实施例可以通过实时检测小球的位置情况来判断红外触摸屏是否发生倾斜，进而判断智能机器是否发生倾斜，如果发生倾斜，就可以控制舵机转动使小球回到初始位置，通过舵机的转动数据来获取智能机器的倾斜情况，使得智能机器可以根据倾斜情况来调节智能机器的工作参数以消除倾斜，避免智能机器因发生倾斜而导致翻倒的情况发生，进而提高了智能机器工作的安全性。

综合上述，通过上述实施例，能够实时检测智能机器的平衡情况，并能够根据智能机器的平衡情况对智能机器的工作参数进行适当的调节，使得智能机器可以一直保持平衡状态进行工作，进而提高了智能机器工作的安全性。

Claims (10)

1.一种基于滚球的平衡检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取红外触摸屏上被小球遮挡的横向红外信号的发射位置以及纵向红外信号的发射位置；

根据所述红外触摸屏上被小球遮挡的横向红外信号的发射位置以及纵向红外信号的发射位置，获取小球在所述红外触摸屏上的位置；

判断小球在所述红外触摸屏上的位置是否与小球初始位置相同；其中，所述小球初始位置是以所述红外触摸屏处于水平平衡状态时小球在所述红外触摸屏上的位置为依据进行设定的；

如果小球在所述红外触摸屏上的位置与小球初始位置不同，则为小球制定从当前位置到初始位置的滚动路径并生成滚动路径数据；

根据所述滚动路径数据，控制舵机进行转动以使小球滚动到初始位置；

根据所述舵机的转动数据，获取所述红外触摸屏的倾斜信息；其中，所述倾斜信息包括倾斜角度以及倾斜方向。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述舵机的转动数据，获取所述红外触摸屏的倾斜信息之后，还包括以下步骤：

将所述倾斜信息上传至中控服务器，以使所述中控服务器根据所述倾斜信息对智能机器的工作参数进行调节。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述为小球制定从当前位置到初始位置的滚动路径并生成滚动路径数据，包括以下步骤：

根据小球的当前位置以及小球的初始位置，生成小球从当前位置到初始位置的初步滚动路径数据；

采用增量式PID控制算法对角度的误差量进行比例、积分、微分计算，生成PWM波占空比控制信号；

将所述PWM波占空比控制信号作为小球的滚动路径数据。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述采用增量式PID控制算法对角度的误差量进行比例、积分、微分计算，生成PWM波占空比控制信号，包括以下步骤：

获取风力摆的角度值；

计算所述风力摆的角度值与预设的风力摆角度值之间的误差值；

对所述误差值进行增量式PID控制算法处理，得到PWM波占空比控制信号。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述滚动路径数据，控制舵机进行转动以使小球滚动到初始位置，包括以下步骤：

从所述滚动路径数据中获取PWM波占空比控制信号；

根据获取的PWM波占空比控制信号，控制所述舵机转动使风力摆摆动到预设的风力摆角度值。

6.一种基于滚球的平衡检测设备，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于获取红外触摸屏上被小球遮挡的横向红外信号的发射位置以及纵向红外信号的发射位置；

所述第一获取单元，还用于根据所述红外触摸屏上被小球遮挡的横向红外信号的发射位置以及纵向红外信号的发射位置，获取小球在所述红外触摸屏上的位置；

判断单元，用于判断小球在所述红外触摸屏上的位置是否与小球初始位置相同；其中，所述小球初始位置是以所述红外触摸屏处于水平平衡状态时小球在所述红外触摸屏上的位置为依据进行设定的；

路径生成单元，用于当所述判断单元判断小球在所述红外触摸屏上的位置与小球初始位置不同时，为小球制定从当前位置到初始位置的滚动路径并生成滚动路径数据；

控制单元，用于根据所述滚动路径数据，控制舵机进行转动以使小球滚动到初始位置；

第二获取单元，用于根据所述舵机的转动数据，获取所述红外触摸屏的倾斜信息；其中，所述倾斜信息包括倾斜角度以及倾斜方向。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，还包括：

上传单元，用于在所述第二获取单元根据所述舵机的转动数据，获取所述红外触摸屏的倾斜信息之后，将所述倾斜信息上传至中控服务器，以使所述中控服务器根据所述倾斜信息对智能机器的工作参数进行调节。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述路径生成单元包括：

第一生成子单元，用于当所述判断单元判断小球在所述红外触摸屏上的位置与小球初始位置不同时，根据小球的当前位置以及小球的初始位置，生成小球从当前位置到初始位置的初步滚动路径数据；

计算子单元，用于采用增量式PID控制算法对角度的误差量进行比例、积分、微分计算，生成PWM波占空比控制信号；

第二生成子单元，用于将所述PWM波占空比控制信号作为小球的滚动路径数据。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，计算子单元包括：

获取模块，用于获取风力摆的角度值；

计算模块，用于计算所述风力摆的角度值与预设的风力摆角度值之间的误差值；

生成模块，用于对所述误差值进行增量式PID控制算法处理，得到PWM波占空比控制信号。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，控制单元包括：

获取子单元，用于从所述滚动路径数据中获取PWM波占空比控制信号；

控制子单元，用于根据获取的PWM波占空比控制信号，控制所述舵机转动使风力摆摆动到预设的风力摆角度值。