一种车速自校准方法和装置以及一种智能设备与流程

本发明涉及智能设备技术领域，具体涉及一种车速自校准方法和装置以及一种智能设备。

背景技术：

随着各行各业、电子技术的发展，越来越多的智能设备出现在公众面前。传统玩具的市场比重正在逐步缩水，高科技含量的电子玩具则蒸蒸日上，已经成为玩家行业发展的主流。

以智能小车为例，智能小车是一个运用计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术来实现环境感知、规划决策和自动行驶为一体的高新技术综合体，在军事、民用和科学研究等方面已获得了应用。智能小车中的电控系统可以使智能小车按照预先设定的模式在一个环境里自动的运作，不需要人为的管理。

但是，现有的智能小车等智能设备，控制车轮转动的电机的转速都是固定不变的，无法根据不同地面，自适应调整运动速度。

技术实现要素：

本发明提供了一种车速自校准方法和装置以及一种智能设备，以解决现有的智能小车等智能设备无法根据不同地面自适应调整运动速度的问题。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种车速自校准装置，用于校准目标设备的车速，所述目标设备上设置有车轮以及控制所述车轮转动的电机，所述车速自校准装置包括分类测试单元和调速单元；

所述分类测试单元，用于根据车轮与地面的摩擦力的情况，预先将地面环境分成若干类别；

所述调速单元，用于在目标设备正常行驶的过程中，实时监测目标设备当前所在地面环境所属的类别，向控制车轮转动的电机发送相应的控制信号，使目标设备以预设速度行驶。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种智能设备，所述智能设备上设置有车轮以及控制所述车轮转动的电机，以及上述车速自校准装置。

根据本发明的又一个方面，本发明提供了一种车速自校准方法，用于校准目标设备的车速，所述目标设备上设置有车轮以及控制所述车轮转动的电机，所述方法包括：

根据车轮与地面的摩擦力的情况，将地面环境分成若干类别；

实时监测目标设备当前所在地面环境所属的类别；

根据目标设备当前所在地面环境所属的类别，向控制车轮转动的电机发送相应的控制信号，使目标设备以预设速度行驶。

本发明的有益效果是：本发明实施例根据车轮与地面的摩擦力的情况，将地面环境分成若干类别；测试完成之后，在正常行驶的过程中实时监测目标设备当前所在的地面环境，并根据地面环境的类别向控制车轮转动的电机发送相应的控制信号，从而实现了目标设备根据不同地面调整自身的运动速度。

附图说明

图1是本发明一个实施例提供的一种车速自校准装置的功能框图；

图2是本发明一个实施例提供的一种智能设备的功能框图；

图3是本发明一个实施例提供的一种车速自校准方法的流程图。

具体实施方式

本发明的设计构思是：现有的智能小车等智能设备，控制车轮转动的电机的转速都是固定不变的，无法根据不同地面，自适应调整运动速度。针对这种情况，本发明首先将目标设备放置在不同的地面环境中进行测试，确定目标设备在不同地面上的初始速度，据此对地面环境进行分类；测试完成之后，在正常行驶的过程中实时监测目标设备当前所在的地面环境，并根据地面环境的类别向控制车轮转动的电机发送相应的控制信号，从而实现了目标设备根据不同地面调整自身的运动速度。

实施例一

图1是本发明一个实施例提供的一种车速自校准装置的功能框图，如图1所示，本实施例提供的车速自校准装置用于校准目标设备的车速，目标设备上设置有车轮以及控制车轮转动的电机，车速自校准装置包括分类测试单元110和调速单元120。

目标设备在行驶过程中，在电机转速不变的情况下，目标设备在经过不同材料的地面时，由于轮子与不同材料的地面之间的摩擦力不同，行驶的速度会有差别，例如经过水泥地面时速度较快，经过地毯时速度较慢。因此，分类测试单元110首先根据车轮与地面的摩擦力的情况，预先将地面环境分成若干类别，可以通过将目标设备放置在不同的地面环境中进行测试来对地面环境进行分类。测试完成之后，在目标设备正常行驶的过程中，调速单元120实时监测目标设备当前所在地面环境所属的类别，并根据分类测试单元110的分类结果，向控制车轮转动的电机发送相应的控制信号，使目标设备以预设速度行驶。

本实施例通过PWM(Pulse Width Modulate，脉冲宽度调变)波控制电机的转速，本实施例中，控制车轮转动的电机为直流电机。所谓PWM信号就是一连串可以调整脉冲宽度的信号。PWM是一种调变或改变某个方波的简单方法，在它的基本形式上，方波工作周期是根据输入信号的变化而变化。在直流电机控制系统中，为了减少流经电机绕线电流及降低功率消耗等目的，常常使用PWM信号来控制交换式功率组件的开与关动作时间。本实施例就是通过改变输出脉冲宽度或频率来改变电机的转速。

优选地，分类测试单元110包括计时模块111、初始速度确定模块112和PWM波形确定模块113。不同的地面环境中，目标设备的行驶速度不同，当目标设备被置于不同的地面环境中进行测试时，计时模块111在测试开始条件被触发时开始计时，电机接收预设的测试PWM波形，控制目标设备先向前行驶预设的距离S，再向后行驶，直到测试结束条件被触发时，计时模块111停止计时，从而获得目标设备在测试的过程中行驶的时间T，目标设备行驶的路程为2S。测试PWM波形可设置为中间值，对目标设备来说是中等速度，方便调整速度，可以调快，也可以调慢。

为了确定测试开始和结束的时间点，在优选实施例中，分类测试单元110还包括红外传感器114，用于检测目标设备后方是否存在遮挡物，红外传感器在短距离检测中比较精准、实时性好，可以很快触发事件变化，并且红外传感器稳定性好、价格较低。可以在进行测试之前，在目标设备的后方设置遮挡物，并调整遮挡物的距离使红外传感器114刚好可以检测到遮挡物。在进行分类测试的过程中，当目标设备向前行驶，红外传感器114会远离遮挡物，使得红外传感器114检测不到遮挡物，此时认为测试开始条件被触发，计时模块111开始计时；当目标设备向后行驶，红外传感器114会接近遮挡物，当目标设备返回测试开始的位置时，红外传感器114又可以重新检测到遮挡物，此时认为测试结束条件被触发，计时模块111停止计时。目标设备在整个测试的过程中走过的路程刚好是预设距离S的二倍，等于2S。这种方式可以有效利用有限的测试空间，并且仅需要在目标设备上安装一个红外传感器。

也可以在目标设备的上设置两个红外传感器，分别用于检测目标设备前方和后方是否存在遮挡物；可以在进行测试之前，在目标设备的后方设置遮挡物，并调整遮挡物的距离使红外传感器刚好可以检测到遮挡物；在目标设备的前方也设置遮挡物，使目标设备行驶预设的距离S之后，红外传感器刚好可以检测到遮挡物。当目标设备向前行驶，红外传感器会远离后方的遮挡物，使得红外传感器检测不到后方的遮挡物，此时认为测试开始条件被触发；当目标设备行驶了预设距离S之后，红外传感器会接近前方的遮挡物，当红外传感器检测到前方的遮挡物时，认为测试结束条件被触发。相比于上一种方式，这种测试方式需要更大的测试空间，并且需要在目标设备上安装两个红外传感器，通常在目标设备的前后各安装一个，成本较高。

初始速度确定模块112根据目标设备行驶的路程2S和时间T，计算目标设备行驶的平均速度V＝2S/T，作为该类地面环境对应的初始速度。PWM波形确定模块113根据预设速度以及每一类地面环境对应的初始速度，确定在每一类地面环境中将初始速度调整为预设速度时电机需要的PWM波形，并记录PWM波形数据。

分别记录目标设备在各种环境中的初始速度Vmin<Vmin+1<Vmin+2<…Vmax-2<Vmax-1<Vmax，其中Vmin为测试过程中，目标设备的最小速度；Vmax为测试过程中，目标设备的最大速度。

首先针对所使用的电机，确定出可调整的最大速度对应的PWM波形PWMmax，以及可调整的最小速度对应的PWM波形PWMmin。然后确定能够调节的最小单位，例如PWMmin与PWMmin+1或是PWMmax-1与PWMmax之间是PWM信号所能调节的最小单位。之后可以定义：当初始速度为Vmin时，采用PWMmax调整车速；当初始速度为Vmax时，采用PWMmin调整车速。

本实施例用车轮与地面的“摩擦系数”来代表不同地面，表1示出了不同地面环境中的初始速度与PWM波形的对应关系，在最慢的粗糙地面中，地面摩擦系数为20，初始速度为1(Vmin)，对应的PWM波形为20(PWMmax)，调整后的车速为V＝Vmin PWMmax。在最快的光滑地面中，摩擦系数为1，初始速度为20(Vmax)，对应的PWM波形为1(PWMmim)，调整后的车速为V＝Vmax PWM min。以此类推，使Vmax PWMmin＝Vmax-1PWMmin+1＝Vmax-2PWMmin+2＝…＝Vmin+2PWMmax-2＝Vmin+1PWMmax-1＝Vmin PWMmax。从而使目标设备最终行驶的实际速度都是V，实现了目标设备根据地面环境校准自身的速度，使目标设备在不同的地面上能够以预设的速度V匀速行驶。

表1

表1仅举例了20种地面环境，在实际使用中，可根据电机实际可调整范围，相应地进行调整。测试的地面环境种类越多，结果越精确。当需要调整目标设备的实际速度V时，只需要相应地调整不同地面对应的PWM波形即可。当然，也可以将各种地面对应的初始速度与PWM波形以其他方式存储，存储下来的数据可以直接应用到各种设备中，不必对每一台设备重新调试设置参数，使得人工成本、维护设备的成本大大降低，也减少了调试维护时间。

优选地，调速单元120包括测速模块121、类别确定模块122和信号发送模块123。在目标设备正常行驶的过程中，测速模块121实时监测目标设备的行驶速度。类别确定模块122将测速模块121检测到的目标设备的当前速度与上述表1进行对比，判断此时目标设备处于哪一种地面。由于误差等因素，测量得到的当前速度与表1中的初始速度可能不完全一致，当目标设备的行驶速度与某一类地面环境对应的初始速度的差值小于预设值时，类别确定模块122判断目标设备当前所在地面环境属于该类别。信号发送模块123根据上述表1中记录的波形数据，确定在该类地面环境中将初始速度调整为预设速度时电机需要的PWM波形，并将该PWM波形作为控制信号发送给电机，即可实现目标设备车速的自校准。

实施例二

图2是本发明一个实施例提供的一种智能设备的功能框图，如图2所示，本实施例提供的智能设备200上设置有车轮210以及控制车轮210转动的电机220，智能设备200还包括上述实施例一中的车速自校准装置230。本实施例中的智能设备200可以是智能小车，也可以是智能机器人等其他设备。

车速自校准装置230可以通过智能设备的主控芯片执行相关指令来实现，车速自校准装置230可以针对不同的地面环境自动调整输出给电机的PWM波形，校准智能设备200的车速，使智能设备能针对不同地面环境，以统一的速度去执行运动任务，以满足某些应用场景的需要：例如要求四轮机器人在不同环境下，一直以某个特定的速度运动；或是要求放置在不同材质的地面上的两台设备，统一以一致的运动行驶轨迹。

实施例三

图3是本发明一个实施例提供的一种车速自校准方法的流程图，如图3所示，本实施例提供的车速自校准方法用于校准目标设备的车速，目标设备上设置有车轮以及控制车轮转动的电机，本实施例的车速自校准方法包括：

步骤S310：根据车轮与地面的摩擦力的情况，将地面环境分成若干类别。由于轮子与不同材料的地面之间的摩擦力不同，即使输出给电机的控制信号相同，目标设备的车速也会有差别，为了能够实现根据不同的地面环境调节目标设备的车速，应当首先将地面环境分成若干类别。可以将目标设备放置在不同的地面环境中进行测试，根据测试的结果进行分类，测试具体可以通过以下方式进行：

在测试过程中，目标设备的电机受到相同的PWM波形控制，但是目标设备的初始速度会不同，因此初始速度反映了地面环境的不同。将目标设备置于不同的地面环境中进行测试，当测试开始条件被触发时开始计时，向电机发送预设的测试PWM波形，控制目标设备先向前行驶预设距离S，再向后行驶，直到测试结束条件被触发时停止计时，得到目标设备行驶的时间T和路程2S，然后计算目标设备行驶的平均速度V＝2S/T，作为该类地面环境对应的初始速度；最后，根据预设速度以及每一类地面环境对应的初始速度，确定在每一类地面环境中将初始速度调整为预设速度时电机需要的PWM波形，记录PWM波形数据。

为了确定测试开始和结束的时间点，本实施例在目标设备上设置了红外传感器，用于检测目标设备后方是否存在遮挡物；当将目标设备置于一类地面环境进行测试时，在目标设备的后方设置遮挡物，并调整目标设备与遮挡物之间的距离，使红外传感器刚好可以检测到该障碍物。当目标设备向前行驶，红外传感器会远离遮挡物，使得红外传感器检测不到遮挡物，此时认为测试开始条件被触发；当目标设备向后行驶，红外传感器会接近遮挡物，当目标设备返回测试开始的位置时，红外传感器又可以重新检测到遮挡物，此时认为测试结束条件被触发。

步骤S320：实时监测目标设备当前所在地面环境所属的类别。通过实时监测目标设备的行驶速度，将当前的行驶速度和步骤S310中得到的各种地面环境中目标设备的初始速度进行对比，当目标设备的行驶速度与某一类地面环境对应的初始速度的差值小于预设值时，可以判断目标设备当前所在地面环境属于该类别。

步骤S330：根据目标设备当前所在地面环境所属的类别，向控制车轮转动的电机发送相应的控制信号，使目标设备以预设速度行驶。根据步骤S310中记录的波形数据，确定在该类地面环境中将初始速度调整为预设速度时电机需要的PWM波形，将该PWM波形作为控制信号发送给电机，就可以实现目标设备车速的自适应调整，使目标设备在不同的环境中，速度保持一致。

将本实施例提供方法应用到智能设备中，可以使智能设备根据地面环境智能地调整自身车速，以满足各种应用场景：例如需要设备在不同材质的地面上保持匀速行驶等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是：

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

本发明的车速自校准装置传统上包括处理器和以存储器形式的计算机程序产品或者计算机可读介质。存储器可以是诸如闪存、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、EPROM、硬盘或者ROM之类的电子存储器。存储器具有用于执行上述方法中的任何方法步骤的程序代码的存储空间。例如，用于程序代码的存储空间可以包括分别用于实现上面的方法中的各种步骤的各个程序代码。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。这些计算机程序产品包括诸如硬盘，紧致盘(CD)、存储卡或者软盘之类的程序代码载体。这样的计算机程序产品通常为便携式或者固定存储单元。该存储单元可以类似布置的存储段、存储空间等。程序代码可以例如以适当形式进行压缩。通常，存储单元包括用于执行根据本发明的方法步骤的计算机可读代码，即可以由例如处理器读取的代码，这些代码被运行时，导致该车速自校准装置执行上面所描述的方法中的各个步骤。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。单词“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。