平衡车的控制方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明实施例涉及平衡车技术，尤其涉及一种平衡车的控制方法及装置。
【背景技术】
[0002] 目前平衡车作为一种新的代步工具被越来越多的消费者所熟悉。犹如其名，平衡 成是一种自平衡的电动车，用户站在平衡车上通过调整身体姿态保持平衡。
[0003] 平衡车的平衡原理主要是建立在一种被称为"动态稳定"（Dynamic Stabilization)的基本原理上，实现时，通过对内置的陀螺仪（State Gyroscopes)获取的 角速度进行放大并积分，得到车身倾斜角度；根据该倾斜角度确定车身的姿势状态，进而生 成驱动电机（又称马达）的调整信号，根据调整信号控制驱动电机，以实现自平衡的效果。
[0004] 但是，由于陀螺仪及其放大电路存在温漂，且经过积分运算将使误差放大，导致通 过陀螺仪识别的姿势状态不准确，进而使得平衡车平衡效果不稳定。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种平衡车的控制方法及装置，以实现提高姿势状态的识别效果，进 而提高平衡车的平衡效果。
[0006] 第一方面，本发明实施例提供了一种平衡车的控制方法，包括：
[0007] 通过加速度计获取加速度；
[0008] 通过陀螺仪获取角速度；
[0009] 根据所述加速度和角速度确定目标倾斜角度；
[0010] 根据所述目标倾斜角度确定电机控制量；
[0011] 根据所述电机控制量调整电机转动。
[0012] 第二方面，本发明实施例还提供了一种平衡车的控制装置，所述控制装置位于所 述平衡车中，包括：
[0013] 加速度获取单元，用于通过加速度计获取加速度；
[0014] 角速度获取单元，用于通过陀螺仪获取角速度；
[0015] 目标倾斜角度确定单元，用于根据所述加速度和角速度确定目标倾斜角度；
[0016] 电机控制量确定单元，用于根据所述目标倾斜角度确定电机控制量；
[0017] 调整单元，用于根据所述电机控制量调整电机转动。
[0018] 本发明实施例通过加速度计获取的加速度和陀螺仪获取的角速度确定目标倾斜 角度。与现有技术根据陀螺仪获取的角速度确定倾斜角度相比，本发明实施例由加速度计 和陀螺仪两者获得的参数共同确定目标倾斜角度，能够提高目标倾斜角度的准确度，进而 提高平衡车的平衡效果，提高用户体验。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明实施例一中的一个平衡车的控制方法的流程图；
[0020] 图2是本发明实施例二中的第一个平衡车的控制方法的流程图；
[0021] 图3是本发明实施例二中的第二个平衡车的控制方法的流程图；
[0022] 图4是本发明实施例二中的第三个平衡车的控制方法的流程图；
[0023] 图5是本发明实施例二中的第四个平衡车的控制方法的流程图；
[0024] 图6是本发明实施例三中的第一个平衡车的控制装置的结构示意图；
[0025] 图7是本发明实施例三中的第二个平衡车的控制装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描 述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便 于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0027] 实施例一
[0028] 图1为本发明实施例一提供的一种平衡车的控制方法的流程图，本实施例可适用 于平衡车进行自平衡的情况，该方法可以由平衡车中进行自平衡的处理器来执行，具体包 括如下步骤：
[0029] 步骤110、通过加速度计获取加速度。
[0030] 加速度计可使用三轴加速度计。加速度计利用检测质量块的惯性力来测量载体加 速度。该加速度为平衡车的运动加速度与重力加速度共同确定的加速度。
[0031] 步骤120、通过陀螺仪获取角速度。
[0032] 陀螺仪通过旋转坐标系中的物体会受到科里奥利力的原理，在器件中利用压电陶 瓷做成振动单元。当旋转器件时会改变振动频率，从而反映出物体旋转的角速度。
[0033] 步骤130、根据加速度和角速度确定目标倾斜角度。
[0034] 分别对加速度计和陀螺仪获取的加速度和角速度进行模数转换。通过融合算法将 加速度和角速度进行融合，得到目标倾斜角度。该目标倾斜角度用于表示平衡车垂直方向 的倾角。
[0035] 步骤140、根据目标倾斜角度确定电机控制量。
[0036] 将倾斜角度代入比例积分微分（proportion、integration、differentiation， PID)控制器中，通过PID控制器的转化得到电机控制量。
[0037] PID控制器主要由比例单元（P)、积分单元（I)和微分单元（D)组成，其输入与输 出之间存在非线性关系。以目标倾斜角度作为输入量输入PID控制器，PID控制器的输出 量为电机控制量。
[0038] 车速PID控制伪代码如下：
[0039] 方法名（参数：期望车速）{ 变量1:实际车速 变量2:车速偏差=I期望车速-实际车速I 变量3:车速偏差允许范围 IF (变量2〈变量3驗变量2! =0) { 车速偏差=0; 不做任何改变 } EI 改变车速，然后继续比较 车速偏差=I期望车速-实际车速I } }
[0040] 当期望车速（用户设定的一个固定车速）与实际车速偏差小于0. lm/s，或者该偏 差小于期望车速的5%时，时将偏差设为零，否则，继续改变车速，继续比较，直至偏差为零， 以此保持系统的稳定性。
[0041] 平衡车的两个轮子分别配有一个电机，对双电机实现差速输出，则可实现在保持 平衡的基础上实现转弯。
[0042] 运动控制伪代码如下：
[0043] 方法名（参数1，参数2) {
[0044] SWITCH (参数 1)
[0045] {
[0046] CASE 0:直行；BREAK ;
[0047] CASE 1:左转；BREAK ;
[0048] CASE 2:右转；BREAK ;
[0049] CASE3:后退；BREAK ;
[0050] }
[0051] }
[0052] 通过电机控制子函数参数2给电机设定速度，而通过参数1的设置选择是直行，左 转，右转或是后退。
[0053] 步骤150、根据电机控制量调整电机转动。
[0054] 根据电机类型，对电机控制量进行转换，使得转换后的控制量能够被电机所识别。 例如：电机为步进电机，则电机控制量被转换成脉冲信号。
[0055] 本发明实施例，通过加速度计获取的加速度和陀螺仪获取的角速度确定目标倾斜 角度。与现有技术根据陀螺仪获取的角速度确定倾斜角度相比，由加速度计和陀螺仪两者 获得的参数共同确定目标倾斜角度，能够提高目标倾斜角度的准确度，进而提高平衡车的 平衡效果，提高用户体验。
[0056] 实施例二
[0057] 本发明实施例还提供了一种平衡车的控制方法，作为对实施例一的进一步说明， 如图2所示，步骤130、根据所述加速度和角速度确定目标倾斜角度，可通过下述方式进行 实施：
[0058] 步骤131、分别对加速度和角速度进行卡尔曼滤波。
[0059] 卡尔曼滤波的实现可根据现有技术中卡尔曼滤波方法的定义进行实现。
[0060] 步骤132、通过反三角函数对滤波后的加速度进行计算，得到第一倾斜角度。
[0061] 作为一种实现方式，angle = atan2(x, y, z)，其中，angle为第一倾斜角度，X、y、z 分别对应三轴加速度计在三个方向上获取的加速度。
[0062] 步骤133、对滤波后角速度进行积分，得到第二倾斜角度。
[0063] 对角速度进行放大，将放大后的角速度进行积分，得到第二倾斜角度。
[0064] 步骤134、根据第一倾斜角度和第二倾斜角度确定目标倾斜角度。
[0065] 通过现有技术中的相关算法对第一倾斜角度和第二倾斜角度进行融合，得到目标 倾斜角度。例如将第一倾斜角度和第二倾斜角度加权平均等方式。
[0066] 本实施例提供的技术方案，能够根据对加速度计和陀螺仪输出的信号进行滤波， 并根据滤波后的数据确定目标倾斜角度。
[0067] 平衡车的行驶速度为零时，其处于静止状态。由于其与地面存在一定的静摩擦力 使得通过上述计算得到的电机控制量可能无法使电机带动平衡车移动。基于此，本发明实 施例还提供了一种平衡车的控制方法，作为对实施例一的进一步说明，如图3所示，步骤 150、根据所述电机控制量调整电机转动，包括：
[0068] 步骤151、