CN111384875B - 一种舵机的控制方法、控制装置及终端设备 - Google Patents
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Abstract
本申请适用于控制技术领域,提供了一种舵机的控制方法、控制装置及终端设备,包括:获取压力减少倍数;根据所述压力减少倍数建立电压队列;基于所述电压队列计算当前时刻对应的目标加载电压;将所述目标加载电压加载在所述舵机的电机上,所述目标加载电压用于驱动所述舵机的电机运转。通过上述方法,能够在舵机启动时有效减少加载电压,进而保护舵机、增加舵机的使用寿命。
Description
技术领域
本申请涉及控制技术领域,尤其涉及一种舵机的控制方法、控制装置及终端设备。
背景技术
舵机的控制一般采用经典的PID算法,即利用角度误差和增益计算得到舵机电机两端的加载电压。当舵机启动时,角度误差可能很大,增益和角度误差的乘积也很大,导致加载在电机两端的加载电压很大。由于加载电压很大,而舵机刚启动时,时间很短,这时就会产生一个很大的加速度,进而产生一个很大的撞击力,瞬间撞击齿轮箱,影响齿轮箱的寿命。
发明内容
有鉴于此,本申请实施例提供了一种舵机的控制方法、控制装置及终端设备,以解决现有技术中舵机启动时加载电压过大的问题。
本申请实施例的第一方面提供了一种舵机的控制方法,包括:
获取压力减少倍数;
根据所述压力减少倍数建立电压队列;
基于所述电压队列计算当前时刻对应的目标加载电压;
将所述目标加载电压加载在所述舵机的电机上,所述目标加载电压用于驱动所述舵机的电机运转。
本申请实施例的第二方面提供了一种舵机的控制装置,包括:
获取单元,用于获取压力减少倍数;
建立单元,用于根据所述压力减少倍数建立电压队列;
计算单元,用于基于所述电压队列计算当前时刻对应的目标加载电压;
控制单元,用于将所述目标加载电压加载在所述舵机的电机上,所述目标加载电压用于驱动所述舵机的电机运转。
本申请实施例的第三方面提供了一种终端设备,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现本申请实施例第一方面提供的所述方法的步骤。
本申请实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被一个或多个处理器执行时实现本申请实施例第一方面提供的所述方法的步骤。
本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是:
本申请实施例通过获取压力减少倍数,并根据所述压力减少倍数建立电压队列,能够更灵活地调整加载电压;然后基于建立的电压队列计算当前时刻对应的目标加载电压,并将所述目标加载电压加载在所述舵机的电机上,所述目标加载电压用于驱动所述舵机的电机运转。通过上述方法,能够在舵机启动时有效减少加载电压,进而保护舵机、增加舵机的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,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一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的舵机的控制方法的实现流程示意图;
图2是本申请实施例提供的舵机的控制装置的示意图;
图3是本申请实施例提供的终端设备的示意图;
图4是本申请实施例提供的舵机H桥驱动电路示意图;
图5是本申请又一实施例提供的舵机H桥驱动电路示意图。
具体实施方式
以下描述中,为了说明而不是为了限定,提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节,以便透彻理解本申请实施例。然而,本领域的技术人员应当清楚,在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中,省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明,以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解,当在本说明书和所附权利要求书中使用时,术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在,但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解,在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样,除非上下文清楚地指明其它情况,否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解,在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合,并且包括这些组合。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样,术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地,短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
在介绍本申请实施例之前,先介绍本申请实施例的应用背景(即舵机的相关原理)。舵机通过H桥驱动电机,电机输出力的大小取决于加载在电机两端的电压(可参见图4和图5,图4是本申请实施例提供的舵机H桥驱动电路示意图,图5是本申请又一实施例提供的舵机H桥驱动电路示意图)。正转时开通Q1 Q4(参见图5的(a)),反转时开通Q2 Q3(参见图5的(b));开通Q1 Q2 Q3 Q4是通过PWM控制。
舵机的控制原理是PID控制,PID控制器的输入e(t)与输出u(t)的关系为:
其中,kp为比例单元的增益,TI为积分单元的增益,TD为微分单元的增益。
u(t)作为控制输出转化为PWM的占空比,PWM占空比的大小控制开通H 桥使电机正转或是反转。占空比越大,电机的速度越大,力矩也越大。
舵机刚启动时,误差e(t)比较大,在kp一定时,对应的u(t)很大,PWM 的占空比可能是100%,相当于母线电压全部加载电机两端,电机启动,出力很大。启动前速度V1=0,启动后由于母线电压全部加载电机两端,启动后速度 V2达到额定速度V,所以加速度a=dv/dt=(V2-V1)/t=V2/t=V/t;由于启动时间很短,而速度一定,所以此时加速大非常大;作用在齿轮箱的力F=ma,m是齿轮箱输出外挂的质量,而质量是一定的,所以F也是非常大的。即在舵机启动时,会产生一个很大的瞬间力,这个瞬间力撞击齿轮箱,对齿轮箱的损害非常大,严重影响齿轮箱的寿命。
为了减少启动时对齿轮箱的损坏,本申请实施例提供了一种舵机的控制方法,具体如下实施例所示。
为了说明本申请所述的技术方案,下面通过具体实施例来进行说明。
图1是本申请实施例提供的舵机的控制方法的实现流程示意图,如图所示,所述方法可以包括以下步骤:
步骤S101,获取压力减少倍数。
这个压力减少倍数可以由用户输入,也可以是预先设定好的,还可以是根据最终要实现的效果反推得到。
步骤S102,根据所述压力减少倍数建立电压队列。
在一个实施例中,所述根据所述压力减少倍数建立电压队列,包括:
{U1,U2,…,Ui,…,Un};
其中,n为所述压力减少倍数,Ui为第i个时刻对应的预设加载电压,i为大于 1小于n的自然数。
换句话说,压力减少倍数是多少,电压队列里就要设置多少个预设加载电压。每个预设加载电压与舵机启动后的每个时刻对应。
在一个实施例中,所述根据所述压力减少倍数建立电压队列,还包括:
分别将所述电压队列中每个时刻对应的预设加载电压的初始值设置为0。
初始时,先将电压队列中的每个预设加载电压分别设置为0,即初始的电压队列为{0,0,…,0,…,0}。当舵机启动时,按照步骤S103的方法计算目标加载电压。
步骤S103,基于所述电压队列计算当前时刻对应的目标加载电压。
目标加载电压是经过本申请中的舵机控制方法计算出的最终的加载电压,即经过倍数缩小后的加载电压。
在一个实施例中,所述基于所述电压队列计算当前时刻对应的目标加载电压,包括:
判断当前时刻是否为所述舵机启动后的第一个时刻;
若当前时刻不是所述舵机启动后的第一个时刻,则获取从所述舵机启动后的第一个时刻到当前时刻的每个时刻对应的实际加载电压;
其中,u(t1)为所述舵机启动后的第一个时刻对应的实际加载电压,所述Uj为所述舵机启动后的第j个时刻对应的所述预设加载电压。u(tp)为所述舵机启动后的第p个时刻对应的实际加载电压,所述m为所述当前时刻,所述Uq为所述舵机启动后的第q个时刻对应的所述预设加载电压。
实际中,舵机启动时的实际加载电压与速度成正比,所以计算加速度的时候可以以实际加载电压进行计算。
示例性的,舵机启动的第一个时刻,令U1=u(t1),且电压队列中的其他值不变、仍为0,此时目标加载电压为(U1+U2+…+Ui+…+Un)/n=u(t1)/n,此时加速度为a=(u(t1)/n)/t,而在实际加载电压下的加速度为a=u(t1)/t,可见,加速度减小了n倍;又F=ma,所以F也减小了n倍。
舵机启动的第三个时刻,获取从舵机启动时刻到当前时刻之间每个时刻对应的实际加载电压得到历史加载电压,即历史加载电压为u(t1)、u(t2)和u(t3)。令U1=u(t1),U2=u(t2),U3=u(t3),其他值不变,仍为0。此时目标加载电压为(U1+U2+…+Ui+…+Un)/n=(u(t1)+u(t2)+u(t3))/n,此时加速度为a=((u(t1)+ u(t2)+u(t3))/n)/3t,可见加速度减少了(n*u(t3))/(u(t1)+u(t2)+u(t3))倍,相应的, F也减少了(n*u(t3))/(u(t1)+u(t2)+u(t3))倍。
根据上述示例,以此列推,可以将舵机启动的那一段时间分为n份,分别减少加速度,从而减少F,进而实现减少对齿轮箱的损坏。
步骤S104,将所述目标加载电压加载在所述舵机的电机上,所述目标加载电压用于驱动所述舵机的电机运转。
本申请实施例通过获取压力减少倍数,并根据所述压力减少倍数建立电压队列,能够更灵活地调整加载电压;然后基于建立的电压队列计算当前时刻对应的目标加载电压,并将所述目标加载电压加载在所述舵机的电机上,所述目标加载电压用于驱动所述舵机的电机运转。通过上述方法,能够在舵机启动时有效减少加载电压,进而保护舵机、增加舵机的使用寿命。
应理解,上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
图2是本申请实施例提供的舵机的控制装置的示意图,为了便于说明,仅示出与本申请实施例相关的部分。
图2所示的舵机的控制装置可以是内置于现有的终端设备内的软件单元、硬件单元、或软硬结合的单元,也可以作为独立的挂件集成到所述终端设备中,还可以作为独立的终端设备存在。
所述舵机的控制装置2包括:
获取单元21,用于获取压力减少倍数。
建立单元22,用于根据所述压力减少倍数建立电压队列。
计算单元23,用于基于所述电压队列计算当前时刻对应的目标加载电压。
控制单元24,用于将所述目标加载电压加载在所述舵机的电机上,所述目标加载电压用于驱动所述舵机的电机运转。
可选的,所述建立单元22包括:
{U1,U2,…,Ui,…,Un};
其中,n为所述压力减少倍数,Ui为第i个时刻对应的预设加载电压,i为大于 1小于n的自然数。
可选的,所述建立单元22还包括:
设置模块,用于分别将所述电压队列中每个时刻对应的预设加载电压的初始值设置为0。
可选的,所述计算单元23包括:
判断模块,用于判断当前时刻是否为所述舵机启动后的第一个时刻。
第一计算模块,用于若当前时刻为所述舵机启动后的第一个时刻,则通过计算当前时刻对应的目标加载电压,其中,u(t1)为所述舵机启动后的第一个时刻对应的实际加载电压,所述Uj为所述舵机启动后的第j个时刻对应的所述预设加载电压。
获取模块,用于若当前时刻不是所述舵机启动后的第一个时刻,则获取从所述舵机启动后的第一个时刻到当前时刻的每个时刻对应的实际加载电压。
其中,u(tp)为所述舵机启动后的第p个时刻对应的实际加载电压,所述m 为所述当前时刻,所述Uq为所述舵机启动后的第q个时刻对应的所述预设加载电压。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为了描述的方便和简洁,仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明,实际应用中,可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成,即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块,以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中,上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。另外,各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分,并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
图3是本申请实施例提供的终端设备的示意图。如图3所示,该实施例的终端设备3包括:处理器30、存储器31以及存储在所述存储器31中并可在所述处理器30上运行的计算机程序32。所述处理器30执行所述计算机程序32 时实现上述各个舵机的控制方法实施例中的步骤,例如图1所示的步骤S101 至S104。或者,所述处理器30执行所述计算机程序32时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能,例如图2所示模块21至24的功能。
示例性的,所述计算机程序32可以被分割成一个或多个模块/单元,所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器31中,并由所述处理器30执行,以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段,该指令段用于描述所述计算机程序32在所述终端设备3中的执行过程。例如,所述计算机程序32可以被分割成获取单元、建立单元、计算单元、控制单元,各单元具体功能如下:
获取单元,用于获取压力减少倍数。
建立单元,用于根据所述压力减少倍数建立电压队列。
计算单元,用于基于所述电压队列计算当前时刻对应的目标加载电压。
控制单元,用于将所述目标加载电压加载在所述舵机的电机上,所述目标加载电压用于驱动所述舵机的电机运转。
可选的,所述建立单元包括:
{U1,U2,…,Ui,…,Un};
其中,n为所述压力减少倍数,Ui为第i个时刻对应的预设加载电压,i为大于 1小于n的自然数。
可选的,所述建立单元还包括:
设置模块,用于分别将所述电压队列中每个时刻对应的预设加载电压的初始值设置为0。
可选的,所述计算单元包括:
判断模块,用于判断当前时刻是否为所述舵机启动后的第一个时刻。
第一计算模块,用于若当前时刻为所述舵机启动后的第一个时刻,则通过计算当前时刻对应的目标加载电压,其中,u(t1)为所述舵机启动后的第一个时刻对应的实际加载电压,所述Uj为所述舵机启动后的第j个时刻对应的所述预设加载电压。
获取模块,用于若当前时刻不是所述舵机启动后的第一个时刻,则获取从所述舵机启动后的第一个时刻到当前时刻的每个时刻对应的实际加载电压。
其中,u(tp)为所述舵机启动后的第p个时刻对应的实际加载电压,所述m 为所述当前时刻,所述Uq为所述舵机启动后的第q个时刻对应的所述预设加载电压。
所述终端设备3可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括,但不仅限于,处理器30、存储器31。本领域技术人员可以理解,图3仅仅是终端设备3的示例,并不构成对终端设备3的限定,可以包括比图示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件,例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器30可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现成可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器31可以是所述终端设备3的内部存储单元,例如终端设备3 的硬盘或内存。所述存储器31也可以是所述终端设备3的外部存储设备,例如所述终端设备3上配备的插接式硬盘,智能存储卡(Smart Media Card,SMC),安全数字(Secure Digital,SD)卡,闪存卡(Flash Card)等。进一步地,所述存储器31还可以既包括所述终端设备3的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器31用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器31还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述或记载的部分,可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中,应该理解到,所揭露的装置/终端设备和方法,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的,例如,所述模块或单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通讯连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程,也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中,该计算机程序在被处理器执行时,可实现上述各个方法实施例的步骤。其中,所述计算机程序包括计算机程序代码,所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括:能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是,所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减,例如在某些司法管辖区,根据立法和专利实践,计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种舵机的控制方法,其特征在于,包括:
获取压力减少倍数;
根据所述压力减少倍数建立电压队列;
基于所述电压队列计算当前时刻对应的目标加载电压;
将所述目标加载电压加载在所述舵机的电机上,所述目标加载电压用于驱动所述舵机的电机运转;
所述电压队列为:
{U1,…,Ui,…,Un};
其中,n为所述压力减少倍数,n为自然数,Ui为第i个时刻对应的预设加载电压,1≤i≤n,i为自然数;
所述基于所述电压队列计算当前时刻对应的目标加载电压,包括:
判断当前时刻是否为所述舵机启动后的第一个时刻;
若当前时刻为所述舵机启动后的第一个时刻,则通过计算当前时刻对应的目标加载电压,其中,u(t1)为所述舵机启动后的第一个时刻对应的实际加载电压,所述Uj为所述舵机启动后的第j个时刻对应的所述预设加载电压;
2.如权利要求1所述的舵机的控制方法,其特征在于,所述根据所述压力减少倍数建立电压队列,还包括:
分别将所述电压队列中每个时刻对应的预设加载电压的初始值设置为0。
3.一种舵机的控制装置,其特征在于,包括:
获取单元,用于获取压力减少倍数;
建立单元,用于根据所述压力减少倍数建立电压队列;
计算单元,用于基于所述电压队列计算当前时刻对应的目标加载电压;
控制单元,用于将所述目标加载电压加载在所述舵机的电机上,所述目标加载电压用于驱动所述舵机的电机运转;
所述电压队列为:
{U1,…,Ui,…,Un};
其中,n为所述压力减少倍数,n为自然数,Ui为第i个时刻对应的预设加载电压,1≤i≤n,i为自然数;
所述计算单元包括:
判断模块,用于判断当前时刻是否为所述舵机启动后的第一个时刻;
第一计算模块,用于若当前时刻为所述舵机启动后的第一个时刻,则通过计算当前时刻对应的目标加载电压,其中,u(t1)为所述舵机启动后的第一个时刻对应的实际加载电压,所述Uj为所述舵机启动后的第j个时刻对应的所述预设加载电压;
获取模块,用于若当前时刻不是所述舵机启动后的第一个时刻,则获取从所述舵机启动后的第一个时刻到当前时刻的每个时刻对应的实际加载电压;
4.如权利要求3所述的舵机的控制装置,其特征在于,所述建立单元还包括:
设置模块,用于分别将所述电压队列中每个时刻对应的预设加载电压的初始值设置为0。
5.一种终端设备,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至2任一项所述方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质,所述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如权利要求1至2任一项所述方法的步骤。
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