CN106842927B - 控制参数调整方法、装置及双轮自平衡机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种控制参数调整方法、装置及双轮自平衡机器人，该方法包括：监测双轮自平衡机器人在直行方向上晃动的晃动幅度；监测双轮自平衡机器人相对竖直方向摆动的摆动角度；监测双轮自平衡机器人相对竖直方向摆动的摆动频率；根据PD控制器的比例系数与晃动幅度的绝对值和摆动角度的绝对值成正相关、及与摆动频率成负相关的关系，调整比例系数；根据PD控制器的微分时间与晃动幅度的绝对值和摆动角度的绝对值成正相关、及与摆动频率成负相关的关系，调整微分时间。
Description
技术领域
本发明涉及双轮自平衡机器人技术领域，更具体地，本发明涉及一种用于双轮自平衡机器人的控制参数调整方法、一种用于双轮自平衡机器人的控制参数调整装置、及一种双轮自平衡机器人。
背景技术
随着机器人技术的不断发展，双轮自平衡机器人凭借结构简单、活动灵活等优点得到国内外机器人领域的重视。双轮自平衡机器人作为一种特殊的倒立摆式轮式机器人，具有非完整、非线性、欠驱动和不稳定性等特点，因此，采用恰当的平衡控制策略是双轮机器人保持平衡的关键。
现有的双轮自平衡机器人通常采用控制参数固定的PID控制策略，该种控制策略的抗干扰性较差。另外，目前也有一些将PID模糊控制、神经网络控制等应用在双轮自平衡机器人上的研究，应用这类智能控制方案虽然能够提高双轮自平衡机器人的抗干扰能力，但由于其计算量比较大，因此，存在响应速度慢、对硬件配置要求高进而导致成本上升的问题。
发明内容
本发明实施例的一个目的是提供一种用于双轮自平衡机器人的PD控制参数调整的新的技术方案，以较为简单的方式实现PD控制参数的在线调整。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于双轮自平衡机器人的控制参数调整方法，其包括：
监测所述双轮自平衡机器人在直行方向上晃动的晃动幅度；
监测所述双轮自平衡机器人相对竖直方向摆动的摆动角度；
监测所述双轮自平衡机器人相对竖直方向摆动的摆动频率；
根据PD控制器的比例系数与所述晃动幅度的绝对值和所述摆动角度的绝对值成正相关、及与所述摆动频率成负相关的关系，调整所述比例系数；
根据所述PD控制器的微分时间与所述晃动幅度的绝对值和所述摆动角度的绝对值成正相关、及与所述摆动频率成负相关的关系，调整所述微分时间。
可选的是，所述根据PD控制器的比例系数与所述晃动幅度的绝对值和所述摆动角度的绝对值成正相关、及与所述摆动频率成负相关的关系，调整所述比例系数包括：
获取所述比例系数的预设初始值；
根据PD控制器的比例系数与所述晃动幅度的绝对值和所述摆动角度的绝对值成正相关、及与所述摆动频率成负相关的关系，确定所述比例系数的修正量；
调整所述比例系数等于所述比例系数的预设初始值与所述比例系数的修正量之和。
可选的是，所述根据所述PD控制器的微分时间与所述晃动幅度的绝对值和所述摆动角度的绝对值成正相关、及与所述摆动频率成负相关的关系，调整所述微分时间包括：
获取所述微分时间的预设初始值；
根据PD控制器的微分时间与所述晃动幅度的绝对值和所述摆动角度的绝对值成正相关、及与所述摆动频率成负相关的关系，确定所述微分时间的修正量；
调整所述微分时间等于所述微分时间的预设初始值与所述微分时间的修正量之和。
可选的是，所述监测所述双轮自平衡机器人在直行方向上晃动的晃动幅度包括：
获取光电编码器输出的脉冲，其中，所述光电编码器安装在所述双轮自平衡机器人的电机输出轴上；
根据所述脉冲计算所述双轮自平衡机器人在直行方向上的运动速度；
对所述运动速度进行积分运算，直至根据所述脉冲确定运动方向发生改变为止；
确定所述晃动幅度等于所述积分运算的结果与设定常数的乘积。
可选的是，所述监测所述双轮自平衡机器人相对竖直方向摆动的摆动频率包括：
根据所述摆动角度的方向符号，确定在设定时间内摆动方向发生改变的次数作为所述摆动频率。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于双轮自平衡机器人的控制参数调整装置，其包括：
晃动幅度监测模块，用于监测所述双轮自平衡机器人在直行方向上晃动的晃动幅度；
摆动角度监测模块，用于监测所述双轮自平衡机器人相对竖直方向摆动的摆动角度；
摆动频率监测模块，用于监测所述双轮自平衡机器人相对竖直方向摆动的摆动频率；
比例系数调整模块，用于根据PD控制器的比例系数与所述晃动幅度的绝对值和所述摆动角度的绝对值成正相关、及与所述摆动频率成负相关的关系，调整所述比例系数；以及，
微分时间调整模块，用于根据所述PD控制器的微分时间与所述晃动幅度的绝对值和所述摆动角度的绝对值成正相关、及与所述摆动频率成负相关的关系，调整所述微分时间。
可选的是，所述比例系数调整模块包括：
比例初始值获取单元，用于获取所述比例系数的预设初始值；
比例修正量计算单元，用于根据PD控制器的比例系数与所述晃动幅度的绝对值和所述摆动角度的绝对值成正相关、及与所述摆动频率成负相关的关系，确定所述比例系数的修正量；以及，
比例系数调整单元，用于调整所述比例系数等于所述比例系数的预设初始值与所述比例系数的修正量之和。
可选的是，所述微分时间调整模块包括：
微分初始值获取单元，用于获取所述微分时间的预设初始值；
微分修正量计算单元，用于根据PD控制器的微分时间与所述晃动幅度的绝对值和所述摆动角度的绝对值成正相关、及与所述摆动频率成负相关的关系，确定所述微分时间的修正量；以及，
微分时间调整单元，用于调整所述微分时间等于所述微分时间的预设初始值与所述微分时间的修正量之和。
可选的是，所述晃动幅度监测模块包括：
脉冲获取模块，用于获取光电编码器输出的脉冲，其中，所述光电编码器安装在所述双轮自平衡机器人的电机输出轴上；
速度计算单元，用于根据所述脉冲计算所述双轮自平衡机器人在直行方向上的运动速度；
积分单元，用于对所述运动速度进行积分运算，直至根据所述脉冲确定运动方向发生改变为止；以及，
晃动幅度确定单元，用于确定所述晃动幅度等于所述积分运算的结果与设定常数的乘积。
可选的是，所述摆动频率监测模块具体用于根据所述摆动角度的方向符号，确定在设定时间内摆动方向发生改变的次数作为所述摆动频率。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于双轮自平衡机器人的控制参数调整装置，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储指令，所述指令用于控制所述处理器进行操作以执行根据本发明的第一方面所述的控制参数调整方法。
根据本发明的第四方面，还提供了一种双轮自平衡机器人，其控制***的至少一个控制环包括PD控制器和根据本发明的第二方面或者根据本发明的第三方面所述的控制参数调整装置，所述控制参数调整装置用于在线调整所述PD控制器的比例系数和微分时间。
本发明的一个有益效果在于，本发明方法、装置通过能够反映双轮自平衡机器人的不平稳状态的晃动幅度、摆动角度和摆动频率来在线调整PD控制器的比例系数和微分时间，这使得双轮自平衡机器人不仅能够自身保持平稳，而且在加上负重后也能够保持平稳，进而提高了双轮自平衡机器人的适应能力。另外，由于本发明方法、装置是通过晃动幅度、摆动角度和摆动频率与控制参数之间的函数关系直接调整对应的控制参数，因此具有较小的计算量，能够进行平衡控制的快速响应。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。
图1为根据本发明的控制参数调整方法的一种实施例的流程示意图；
图2为根据本发明的控制参数调整装置的一种实施例的方框原理图；
图3为图2中比例系数调整模块的一种实施例的方框原理图；
图4为图2中微分时间调整模块的一种实施例的方框原理图；
图5为图2中晃动幅度监测模块的一种实施例的方框原理图；
图6为根据本发明控制参数调整装置的一种硬件结构的方框原理图；
图7为根据本发明双轮自平衡机器人的控制***的示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1是根据本发明的控制参数调整方法的一种实施例在一个调整周期的流程示意图。
根据图1所示，本发明方法可以包括如下步骤：
步骤S110，监测双轮自平衡机器人在直行方向上晃动的晃动幅度。
双轮自平衡机器人包括车身和左右两个驱动轮，两个驱动轮的轴线位于同一条直线上，但由各自的电机独立驱动。
双轮自平衡机器人在保持平衡时如果在直行方向上出现晃动，则说明双轮自平衡机器人处于不平稳的状态，因此，通过监测晃动幅度可以确定双轮自平衡机器人的不平稳程度，进而可以根据该晃动幅度调整PD控制器的比例系数KP和微分时间KD。
具体地，晃动幅度越大，说明比例系数KP和微分时间KD应该具有越大的数值，即比例系数KP和微分时间KD均与晃动幅度成正相关的关系。
由于双轮自平衡机器人可以通过在电机输出轴上安装光电编码器来检测电机转速，因此，在该步骤S110中，可利用光电编码器输出的脉冲确定双轮自平衡机器人在直行方向上晃动的晃动幅度。
这样，该步骤S110可以进一步包括如下步骤：
步骤S111，获取光电编码器输出的脉冲。
步骤S112，根据获取到的脉冲计算双轮自平衡机器人在直行方向上的运动速度。
在该步骤S112中，可以利用电机转速表示运动速度，也可以根据电机转速进一步计算得到线速度。
步骤S113，对运动速度进行积分运算，直至根据获取到的脉冲确定运动方向发生改变为止。
在该步骤S113中，通过对运动速度进行积分运算，将得到在直行方向上的位移。
该位移在运动速度为角速度时对应角位移，而在运动速度为线速度时对应直线位移。
由于光电编码器会输出A、B两路脉冲，且两路脉冲的相位差相差90度，因此，在该步骤S113中，根据A、B两路脉冲中是A路脉冲的相位超前，还是B路脉冲的相位超前，可以判断电动机的旋转方向，进而确定双轮自平衡机器人的运动方向。
步骤S114，确定晃动幅度等于积分运算的结果与设定常数的乘积。
该积分运算的结果即为在执行方向上的位移。
该设定常数可以等于1，也可以等于其他的正数，例如等于1/2。
步骤S120，监测双轮自平衡机器人相对竖直方向摆动的摆动角度。
该相对竖直方向摆动的摆动角度具体为双轮自平衡机器人在俯仰方向上摆动时与竖直方向的夹角。
双轮自平衡机器人在保持平衡时如果在俯仰方向上出现摆动，则说明双轮自平衡机器人处于不平稳的状态，因此，通过监测摆动角度可以确定双轮自平衡机器人的不平稳程度，进而可以根据该摆动角度调整PD控制器的比例系数KP和微分时间KD。
具体地，摆动角度越大，说明比例系数KP和微分时间KD应该具有越大的数值，即比例系数KP和微分时间KD均与摆动角度成正相关的关系。
该摆动角度可以根据双轮自平衡机器人设置的惯性测量单元(Inertialmeasurement unit，IMU)采集到的数据确定。
该惯性测量单元例如是MPU6050。
步骤S130，监测双轮自平衡机器人相对竖直方向摆动的摆动频率。
该相对竖直方向摆动的摆动频率具体为双轮自平衡机器人在俯仰方向上摆动时摆动频率。
双轮自平衡机器人在保持平衡时如果在俯仰方向上出现摆动，则说明双轮自平衡机器人处于不平稳的状态，因此，通过监测摆动频率可以确定双轮自平衡机器人的不平稳程度，进而可以根据该摆动频率调整PD控制器的比例系数KP和微分时间KD。
具体地，摆动频率越大，说明比例系数K和微分时间D应该具有越小的数值，即比例系数KP和微分时间KD均与摆动频率成负相关的关系。
该摆动频率可以根据设定时间内摆动方向发生改变的次数确定。
因此，该步骤S130可以具体根据摆动角度的方向符号，确定在设定时间内摆动方向发生改变的次数作为摆动频率。
该设定时间例如小于或者等于500ms，在本发明的一个具体实施例中，该设定时间等于100ms。
步骤S140，根据PD控制器的比例系数与所述晃动幅度的绝对值和所述摆动角度的绝对值成正相关、及与所述摆动频率成负相关的关系，调整所述比例系数。
这说明比例系数是将晃动幅度、摆动角度和摆动频率作为自变量的函数，通过设置晃动幅度、摆动角度和摆动频率各自的系数，便可计算得到根据当前监测结果调整后的比例系数。
该步骤S140可以进一步包括：
步骤S141，获取比例系数的预设初始值KP0。
该预设初始值KP0可以是在无外界干扰下确定的参数。
步骤S142，根据PD控制器的比例系数KP与晃动幅度的绝对值L和摆动角度的绝对值θ成正相关、及与摆动频率F成负相关的关系，确定比例系数的修正量ΔKP。
即ΔKP＝k1×L+k2×θ-k3×F，其中，k1、k2、k3均为设定的常数，k1、k2、k3可以通过对双轮自平衡机器人模型进行工程试验确定。
步骤S143，调整比例系数KP等于所述比例系数的预设初始值KP0与所述比例系数的修正量ΔKP之和，即KP＝ΔKP+KP0。
步骤S150，根据PD控制器的微分时间与晃动幅度的绝对值和摆动角度的绝对值成正相关、及与摆动频率成负相关的关系，调整微分时间。
这说明微分时间是将晃动幅度、摆动角度和摆动频率作为自变量的函数，通过设置晃动幅度、摆动角度和摆动频率各自的系数，便可计算得到根据当前监测结果调整后的微分时间。
该步骤S150可以进一步包括：
步骤S151，获取微分时间的预设初始值KD0。
该预设初始值KD0可以是在无外界干扰下确定的参数。
步骤S152，根据PD控制器的微分时间KD与晃动幅度的绝对值L和摆动角度的绝对值θ成正相关、及与摆动频率F成负相关的关系，确定微分时间的修正量ΔKD。
即ΔKD＝d1×L+d2×θ-d3×F，其中，d1、d2、d3均为设定的常数，d1、d2、d3可以通过对双轮自平衡机器人模型进行工程试验确定。
步骤S153，调整微分时间KD等于所述微分时间的预设初始值KD0与所述微分时间的修正量ΔKD之和，即KD＝ΔKD+KD0。
这样，双轮自平衡机器人的控制***便可以通过调整后的PD控制器输出PWM波至电机，实现双轮自平衡机器人的运动控制。
本发明方法可以按照设定的调整周期对PD控制器的比例参数和微分时间进行调整。该调整周期可以与上述用于计算摆动频率的设定时间相同，也可以大于该设定时间。
该调整周期设置的越小，控制的越精准，但由于PD控制本身具有较大的冗余度，一组控制参数能够适用一定范围的负载，因此，基于在满足控制要求的情况下尽量减少资源占用的方面考虑，该调整周期例如可以大于或者等于50ms，小于或者等于500ms。
图2是根据本发明的控制参数调整装置的一种实施例的方框原理图。
根据图2所示，该控制参数调整装置可以包括晃动幅度监测模块210、摆动角度监测模块220、摆动频率监测模块230、比例系数调整模块240、及微分时间调整模块250。
该晃动幅度监测模块210用于监测所述双轮自平衡机器人在直行方向上晃动的晃动幅度。
该摆动角度监测模块220用于监测所述双轮自平衡机器人相对竖直方向摆动的摆动角度。
该摆动频率监测模块230用于监测所述双轮自平衡机器人相对竖直方向摆动的摆动频率。
该比例系数调整模块240用于根据PD控制器的比例系数与所述晃动幅度的绝对值和所述摆动角度的绝对值成正相关、及与所述摆动频率成负相关的关系，调整所述比例系数。
该微分时间调整模块250用于根据PD控制器的微分时间与所述晃动幅度的绝对值和所述摆动角度的绝对值成正相关、及与所述摆动频率成负相关的关系，调整所述微分时间。
图3是上述比例系数调整模块240的一种实施例的方框原理图。
根据图3所示，该比例系数调整模块240可以进一步包括比例初始值获取单元241、比例修正量计算单元242、及比例系数调整单元243。
该比例初始值获取单元241用于获取所述比例系数的预设初始值。
该比例修正量计算单元242用于根据PD控制器的比例系数与晃动幅度的绝对值和摆动角度的绝对值成正相关、及与摆动频率成负相关的关系，确定比例系数的修正量。
该比例系数调整单元243用于调整比例系数等于比例系数的预设初始值与比例系数的修正量之和。
图4是上述微分时间调整模块250的一种实施例的方框原理图。
根据图4所示，该微分时间调整模块250可以进一步包括微分初始值获取单元251、微分修正量计算单元252、及微分时间调整单元253。
该微分初始值获取单元251用于获取微分时间的预设初始值。
该微分修正量计算单元252用于根据PD控制器的微分时间与所述晃动幅度和所述摆动角度成正相关、及与所述摆动频率成负相关的关系，确定所述微分时间的修正量。
该微分时间调整单元253用于调整所述微分时间等于微分时间的预设初始值与微分时间的修正量之和。
图5是上述晃动幅度监测模块210的一种实施例的方框原理图。
根据图5所示，该晃动幅度监测模块210可以进一步包括脉冲获取模块211、速度计算单元212、积分单元213、及晃动幅度确定单元214。
该脉冲获取模块211用于获取光电编码器输出的脉冲，其中，所述光电编码器安装在所述双轮自平衡机器人的电机输出轴上。
该速度计算单元212用于根据所述脉冲计算所述双轮自平衡机器人在直行方向上的运动速度。
该积分单元213用于对所述运动速度进行积分运算，直至根据所述脉冲确定运动方向发生改变为止。
该晃动幅度确定单元214用于确定所述晃动幅度等于所述积分运算的结果与设定常数的乘积。
上述摆动频率监测模块230可以具体用于根据摆动角度的方向符号，确定在设定时间内摆动方向发生改变的次数作为摆动频率。
图6是根据本发明的控制参数调整装置的一种硬件结构的方框原理图。
根据图6所示，该控制参数调整装置600包括存储器601和处理器602，该存储器601用于存储指令，该指令用于控制处理器602进行操作以执行根据本发明的任一种控制参数调整方法。
该控制参数调整装置600还可以包括通信装置(图中未示出)，以通过通信装置向PD控制器发送调整后的比例系数和微分时间，进而实现PD控制器的比例系数和微分时间的在线调整。
图7是根据本发明的双轮自平衡机器人的控制***的一个控制环的示意图。
根据图7所示，该控制***包括PD控制器710、根据本发明的任一种控制参数调整装置(被标记为720)、电机驱动器730和电机740。
输入信号INPUT由主控单元根据惯性测量单元提供的数据和光电编码器输出的脉冲确定。
输入信号INPUT经由PD控制器710得到控制信号。
控制信号输入至电机驱动器730，电机驱动器输出对应的PWM波作用于电机740上。
控制参数调整装置720根据惯性测量单元提供的数据和光电编码器输出的脉冲进行PD控制器的比例系数和微分时间的在线调整，以提高双轮自平衡机器人的抗干扰能力。
该控制环可以是角度控制环，也可以是速度控制环。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分相互参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，但本领域技术人员应当清楚的是，上述各实施例可以根据需要单独使用或者相互结合使用。另外，对于装置实施例而言，由于其是与方法实施例相对应，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的对应部分的说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的。
本发明可以是装置、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本发明的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本发明操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本发明的各个方面。
这里参照根据本发明实施例的方法、装置和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本发明的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。对于本领域技术人员来说公知的是，通过硬件方式实现、通过软件方式实现以及通过软件和硬件结合的方式实现都是等价的。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本发明的范围由所附权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种用于双轮自平衡机器人的控制参数调整方法，其特征在于，包括：
监测所述双轮自平衡机器人在直行方向上晃动的晃动幅度；
监测所述双轮自平衡机器人相对竖直方向摆动的摆动角度；
监测所述双轮自平衡机器人相对竖直方向摆动的摆动频率；
根据PD控制器的比例系数与所述晃动幅度的绝对值和所述摆动角度的绝对值成正相关、及与所述摆动频率成负相关的关系，调整所述比例系数，包括：获取所述比例系数的预设初始值；根据PD控制器的比例系数与所述晃动幅度的绝对值和所述摆动角度的绝对值成正相关、及与所述摆动频率成负相关的关系，确定所述比例系数的修正量；调整所述比例系数等于所述比例系数的预设初始值与所述比例系数的修正量之和；
根据所述PD控制器的微分时间与所述晃动幅度的绝对值和所述摆动角度的绝对值成正相关、及与所述摆动频率成负相关的关系，调整所述微分时间。
2.根据权利要求1所述的控制参数调整方法，其特征在于，根据所述PD控制器的微分时间与所述晃动幅度的绝对值和所述摆动角度的绝对值成正相关、及与所述摆动频率成负相关的关系，调整所述微分时间包括：
获取所述微分时间的预设初始值；
根据PD控制器的微分时间与所述晃动幅度的绝对值和所述摆动角度的绝对值成正相关、及与所述摆动频率成负相关的关系，确定所述微分时间的修正量；
调整所述微分时间等于所述微分时间的预设初始值与所述微分时间的修正量之和。
3.根据权利要求1所述的控制参数调整方法，其特征在于，所述监测所述双轮自平衡机器人在直行方向上晃动的晃动幅度包括：
获取光电编码器输出的脉冲，其中，所述光电编码器安装在所述双轮自平衡机器人的电机输出轴上；
根据所述脉冲计算所述双轮自平衡机器人在直行方向上的运动速度；
对所述运动速度进行积分运算，直至根据所述脉冲确定运动方向发生改变为止；
确定所述晃动幅度等于所述积分运算的结果与设定常数的乘积。
4.根据权利要求1所述的控制参数调整方法，其特征在于，所述监测所述双轮自平衡机器人相对竖直方向摆动的摆动频率包括：
根据所述摆动角度的方向符号，确定在设定时间内摆动方向发生改变的次数作为所述摆动频率。
5.一种用于双轮自平衡机器人的控制参数调整装置，其特征在于，包括：
晃动幅度监测模块，用于监测所述双轮自平衡机器人在直行方向上晃动的晃动幅度；
摆动角度监测模块，用于监测所述双轮自平衡机器人相对竖直方向摆动的摆动角度；
摆动频率监测模块，用于监测所述双轮自平衡机器人相对竖直方向摆动的摆动频率；
比例系数调整模块，用于根据PD控制器的比例系数与所述晃动幅度的绝对值和所述摆动角度的绝对值成正相关、及与所述摆动频率成负相关的关系，调整所述比例系数；以及，
微分时间调整模块，用于根据所述PD控制器的微分时间与所述晃动幅度和所述摆动角度成正相关、及与所述摆动频率成负相关的关系，调整所述微分时间；
所述比例系数调整模块包括：
比例初始值获取单元，用于获取所述比例系数的预设初始值；
比例修正量计算单元，用于根据PD控制器的比例系数与所述晃动幅度的绝对值和所述摆动角度的绝对值成正相关、及与所述摆动频率成负相关的关系，确定所述比例系数的修正量；以及，
比例系数调整单元，用于调整所述比例系数等于所述比例系数的预设初始值与所述比例系数的修正量之和。
6.根据权利要求5所述的控制参数调整装置，其特征在于，所述微分时间调整模块包括：
微分初始值获取单元，用于获取所述微分时间的预设初始值；
微分修正量计算单元，用于根据PD控制器的微分时间与所述晃动幅度的绝对值和所述摆动角度的绝对值成正相关、及与所述摆动频率成负相关的关系，确定所述微分时间的修正量；以及，
微分时间调整单元，用于调整所述微分时间等于所述微分时间的预设初始值与所述微分时间的修正量之和。
7.根据权利要求5所述的控制参数调整装置，其特征在于，所述晃动幅度监测模块包括：
脉冲获取模块，用于获取光电编码器输出的脉冲，其中，所述光电编码器安装在所述双轮自平衡机器人的电机输出轴上；
速度计算单元，用于根据所述脉冲计算所述双轮自平衡机器人在直行方向上的运动速度；
积分单元，用于对所述运动速度进行积分运算，直至根据所述脉冲确定运动方向发生改变为止；以及，
晃动幅度确定单元，用于确定所述晃动幅度等于所述积分运算的结果与设定常数的乘积。
8.根据权利要求5所述的控制参数调整装置，其特征在于，所述摆动频率监测模块具体用于根据所述摆动角度的方向符号，确定在设定时间内摆动方向发生改变的次数作为所述摆动频率。
9.一种用于双轮自平衡机器人的控制参数调整装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器用于存储指令，所述指令用于控制所述处理器进行操作以执行根据权利要求1至4中任一项所述的控制参数调整方法。
10.一种双轮自平衡机器人，其特征在于，其控制***的至少一个控制环包括PD控制器和权利要求5至9中任一项所述的控制参数调整装置，所述控制参数调整装置用于在线调整所述PD控制器的比例系数和微分时间。
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