电动牙刷的控制方法、电动牙刷以及储存介质与流程

1.本发明涉及电动牙刷技术领域，特别涉及一种电动牙刷的控制方法、电动牙刷以及储存介质。


背景技术：

2.电动牙刷是通过通过电动机芯的快速旋转或振动，使刷头产生高频振动，瞬间将牙膏分解成细微泡沫，深入清洁牙缝，与此同时，刷毛的颤动能促进口腔的血液循环，对牙龈组织有按摩效果；振动类型的牙刷内部有一个电驱动的振动电机，能让刷头产生垂直于刷柄方向的高频摆动，但摆动的幅度很小，一般为上下各5毫米左右，行业最大的摆幅是6毫米。刷牙的时候一方面高频摆动的刷头能高效完成洗刷牙齿的动作，另一方面超过30000次每分钟的振动也让口腔里的牙膏和水的混合物产生大量微小的气泡，气泡爆裂时产生的压力可以深入牙缝清洁污垢。
3.使用普通牙刷刷牙时，使用的力度由使用者自己控制，有时候难免刷牙力度过大，或者采用不正确的拉锯式横刷法，这些都会对牙齿及牙龈造成损伤使用普通牙刷刷牙时，使用的力度和转动角度由使用者自己控制，有时候难免刷牙力度过大，或者采用不正确的拉锯式横刷法，这些都会对牙齿及牙龈造成损伤；现有的技术方案一般只能实现马达输出轴高频往复震动，无法实现模拟正确的人工手动刷牙方法时有较大幅度运动的刷牙方式；因此在刷牙时的清洁效率和使用舒适性较差。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提出一种电动牙刷的控制方法，旨在克服现有技术中存在只能实现高频往复震动，无法实现模拟人工手动刷牙时有较大幅度运动的刷牙方式，而导致刷牙清洁效率低以及使用舒适性差的问题。
5.为实现上述目的，本发明提出的电动牙刷的控制方法，该方法包括以下步骤：
6.接收启动指令，所述启动指令包括摆动位置角参数，摆动位置角参数根据预设刷牙角度确定；对摆动位置角参数进行处理，以生成相对应的电动牙刷内部电机的转子位置角参数；
7.对转子位置角参数进行处理，以形成相对应的摆动电压信号；
8.在摆动电压信号的基础上叠加高频振动电压信号，以形成目标电压信号；
9.对目标电压信号进行序列化和时间化处理，以形成两路曲线化脉宽调制波；
10.根据两路曲线化脉宽调制波控制电动牙刷摆动和振动。
11.优选地，所述当接收到启动指令时，获取与所述启动指令对应的摆动位置角参数，摆动位置参数根据所设计的人手刷牙角度确定；对摆动位置角参数进行处理，以生成相对应的电动牙刷内部电机的转子位置角的步骤，包括以下步骤：
12.根据巴氏刷牙法与牙长轴之间的摆动角度变化生成预设的转子位置角参数；再根据预设的摆动幅度、预设的摆动频率以及预设的摆动初始相位与摆动位置角之间的映射关
系，以获得转子位置角的变换参数。优选地，所述对转子位置角参数进行处理，以形成相对应的摆动电压信号的步骤，包括以下步骤：
13.对转子位置角参数进行处理时，并采用电流发生模块生成相对应的摆动电流信号；电流发生模块将摆动电流输入至线性控制器，线性控制器再输出相对应的摆动电压信号；线性控制器用于减少系统误差。
14.优选地，所述对转子位置角参数进行处理时，并采用电流发生模块生成相对应的摆动电流信号；电流发生模块将摆动电流输入至线性控制器，线性控制器再输出相对应的摆动电压信号；线性控制器用于减少系统误差的步骤，包括以下步骤：
15.电流发生模块与电动牙刷的电机形成矢量控制闭环，且闭环反馈中使用低通滤波器以滤除高频振动电流。
16.优选地，所述对转子位置角参数进行处理，以形成相对应的摆动电压信号的步骤，包括以下步骤：
17.对转子位置角参数进行处理，采用电压发生模块以形成相对应的摆动电压信号。
18.优选地，所述在摆动电压信号的基础上叠加高频振动电压信号，以形成目标电压信号的步骤，包括以下步骤：
19.高频振动电压信号在高频信号注入模块生成，将高频振动电压信号采用方波输入并与摆动电压信号叠加。
20.优选地，所述对目标电压信号进行序列化和时间化处理，以形成两路频率占空比交替的曲线化脉宽调制波的步骤，包括以下步骤：
21.对获取的所述曲线化摆动和振动参数进行序列化处理，生成摆动序列可调的摆动参数以及生成振动序列可调的振动参数；
22.对所述摆动序列可调的摆动参数以及所述振动序列可调的振动参数进行时间化处理，生成摆动序列和摆动序列时间间隙均可调的曲线化电机摆动参数，以及生成振动序列和振动序列时间间隙均可调的曲线化电机振动参数；
23.将序列化处理时生成的摆动序列、时间化处理时生成的摆动序列时间间隙、及所述曲线化电机摆动参数；以及序列化处理时生成的振动序列、时间化处理时生成的振动序列时间间隙、及所述曲线化电机振动参数；均处理成两路曲线化脉宽调制波。
24.优选地，所述根据两路曲线化脉宽调制波控制电动牙刷摆动和振动的步骤，包括以下步骤：
25.在预设时长内按照所述两路曲线化脉宽调制波向电动牙刷的电机输入驱动电流，以控制所述电机执行摆动角度可变、摆动频率可变的往复式曲线摆动；同时控制电机执行转速可变、振动强度可变的往复式曲线化振动。
26.本发明还提出一种电动牙刷，该电动牙刷包括存储器、处理器及存储在所述存储器并可在所述处理器上运行的控制程序，所述控制程序被所述处理器执行时实现如上述任意一项所述的电动牙刷的控制方法。
27.本发明还提出一种储存介质，该储存介质上储存有控制程序，所述控制程序被处理执行时实现如上述任一项所述的电动牙刷的控制方法。
28.本发明的技术方案通过在接收到启动指令时，获取与所述启动指令对应的摆动位置角参数；摆动位置角参数根据所设计的人手刷牙角度确定；对摆动位置角参数进行处理，
以生成相对应的电动牙刷内部电机的转子位置角参数；通过对转子位置角参数进行处理，以形成相对应的摆动电压信号；并在摆动电压信号的基础上叠加高频振动电压信号，以形成目标电压信号；再通过对目标电压信号进行序列化和时间化处理，以形成两路曲线化脉宽调制波；最后根据两路曲线化脉宽调制波控制电动牙刷摆动和振动；通过模拟手动刷牙摆动角度，并结合高频往复震动，提高了电动牙刷的清洁效率，同时也保证了电动牙刷的舒适度。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
30.图1为本发明电动牙刷的控制方法一实施例的流程示意图。
31.图2为图1中步骤s100一实施例的流程示意图。
32.图3为图1中步骤s200一实施例的流程示意图。
33.图4为图1中步骤s300一实施例的流程示意图。
34.图5为图1中步骤s400一实施例的流程示意图。
35.图6为图1中步骤s500一实施例的流程示意图。
36.图7为本发明电动牙刷的控制方法一实施例的电路原理示意图。
37.图8本发明电动牙刷的控制方法另一实施例的步骤s200的流程示意图。
38.图9为本发明电动牙刷的控制方法另一实施例的电路原理示意图。
39.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
41.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
42.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”或者“及/或”，其含义包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案、或b方案、或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
43.本发明提出一种电动牙刷的控制方法。
44.实施例一
45.参照图1至图6，在本发明一实施例中，该电动牙刷的控制方法，该方法包括以下步骤：
46.s100：接收启动指令，所述启动指令包括摆动位置角参数，摆动位置角参数根据预设刷牙角度确定；对摆动位置角参数进行处理，以生成相对应的电动牙刷内部电机的转子位置角参数；
47.s200：对转子位置角参数进行处理，以形成相对应的摆动电压信号；
48.s300：在摆动电压信号的基础上叠加高频振动电压信号，以形成目标电压信号；
49.s400：对目标电压信号进行序列化和时间化处理，以形成两路曲线化脉宽调制波；
50.s500：根据两路曲线化脉宽调制波控制电动牙刷摆动和振动。
51.通过在接收到启动指令时，获取与所述启动指令对应的摆动位置角参数；摆动位置角参数根据所设计的人手刷牙角度确定；对摆动位置角参数进行处理，以生成相对应的电动牙刷内部电机的转子位置角参数；通过对转子位置角参数进行处理，以形成相对应的摆动电压信号；并在摆动电压信号的基础上叠加高频振动电压信号，以形成目标电压信号；再通过对目标电压信号进行序列化和时间化处理，以形成两路曲线化脉宽调制波；最后根据两路曲线化脉宽调制波控制电动牙刷摆动和振动；通过模拟手动刷牙摆动角度，并结合高频往复震动，提高了电动牙刷的清洁效率，同时也保证了电动牙刷的舒适度。
52.在本实施例中，该电动牙刷的控制方法主要采用仿生学原理，在用户使用该电动牙刷的过程中，模拟人手采用巴氏刷牙法对牙齿进行清洁，以增加电动牙刷的清洁效率；通过将转子位置架角参数处理并转换成模拟的摆动电压信号，方便后续叠加高频振动电压信号再进行输出；使得电动牙刷可以实现较大幅度的刷头摆动，同时还叠加高频震动，将模拟手动刷牙和高频电动刷牙两种刷牙模式相结合。
53.优选地，所述当接收到启动指令时，获取与所述启动指令对应的摆动位置角参数，摆动位置参数根据所设计的人手刷牙角度确定；对摆动位置角参数进行处理，以生成相对应的电动牙刷内部电机的转子位置角的步骤s100，包括以下步骤：
54.s11：采用虚拟位置发生模块根据巴氏刷牙法与牙长轴之间的摆动角度变化生成预设的转子位置角参数；再根据预设的摆动幅度、预设的摆动频率以及预设的摆动初始相位与摆动位置角之间的映射关系，以获得转子位置角的变换参数。
55.巴氏刷牙法又称龈沟清扫法或水平颤动法，是美国牙科协会推荐的一种有效去除龈缘附近及龈沟内菌斑的方法；选择软毛牙刷，将牙刷与牙长轴呈45
°
角指向根尖方向(上颌牙向上，下颌牙向下)，使得刷毛与牙齿呈45
°
～60
°
角；按牙龈和牙为交界区，使刷毛一部分进入龈沟，一部分铺于龈缘上，并尽可能伸入邻间隙内，用轻柔的压力，使刷毛在原位作前后方向短距离的水平颤动4～5次。颤动时牙刷移动仅约1mm，每次刷2～3个牙；再将牙刷移到下一组牙时，注意重叠放置。需要说明的是，虚拟位置发生模块可采用三角波等在正负之间交替变化的函数形式。
56.根据巴氏刷牙法中提出的牙刷与牙长轴呈45
°
角根尖方向以及刷毛在原位作前后方向短距离的水平颤动4～5次等确定预设的摆动幅度、预设的摆动频率以及预设的摆动初始相位，计算出最终的转子位置角的变换参数，计算表达式为：
[0057][0058]
其中，δθ为预设的摆动幅度，ω为预设的摆动频率，为预设的摆动初始相位。
[0059]
优选地，所述对转子位置角参数进行处理，以形成相对应的摆动电压信号的步骤s200，包括以下步骤：
[0060]
s21：对转子位置角参数进行处理，采用电压发生模块以形成相对应的摆动电压信号。
[0061]
优选地，所述在摆动电压信号的基础上叠加高频振动电压信号，以形成目标电压信号的步骤s300，包括：
[0062]
s31：高频振动电压信号在高频信号注入模块生成，将高频振动电压信号采用方波输入并与摆动电压信号叠加。
[0063]
高频信号注入模块生成电压信号的表达式为：
[0064]usdi
＝u
dh
sin(ωht α)
[0065]usqi
＝u
qh
sin(ωht β)
[0066]
其中，u
dh
和u
qh
为预设的注入信号的幅值，可以根据需求进行调整；ωh为摆动电压信号的频率以及所叠加的高频振动信号的频率之和，可以根据需求进行调整；α和β为高频振动信号的相位，可以根据需求进行调整。同时低通滤波器的截止频率低于ωh。
[0067]
优选地，所述对目标电压信号进行序列化和时间化处理，以形成两路频率占空比交替的曲线化脉宽调制波的步骤s400，包括以下步骤：
[0068]
s41：对获取的所述曲线化摆动和振动参数进行序列化处理，生成摆动序列可调的摆动参数以及生成振动序列可调的振动参数；对所述摆动序列可调的摆动参数以及所述振动序列可调的振动参数进行时间化处理，生成摆动序列和摆动序列时间间隙均可调的曲线化电机摆动参数，以及生成振动序列和振动序列时间间隙均可调的曲线化电机振动参数；将序列化处理时生成的摆动序列、时间化处理时生成的摆动序列时间间隙、及所述曲线化电机摆动参数；以及序列化处理时生成的振动序列、时间化处理时生成的振动序列时间间隙、及所述曲线化电机振动参数；均处理成两路的曲线化脉宽调制波。
[0069]
在得到电动牙刷的曲线化摆动和振动参数时，对所述曲线化摆动参数和振动参数进行序列化和时间化处理，所谓序列化处理就是选取所述曲线化振动参数中的某一参数作为排序标准，如将所述曲线化摆动参数按照摆动角度的大小进行排序，或者按照驱动电流进行排序；将所述曲线化振动参数按照振动频率的大小进行排序，或者按照驱动电流进行排序；所谓时间化处理就是赋予不同的振动参数值以一预先设置好的时序时间点，以将所述曲线化摆动参数和振动参数处理成两路的曲线化脉冲宽度调制(pulse width modulation)波。
[0070]
优选地，所述根据两路曲线化脉宽调制波控制电动牙刷摆动和振动的步骤s500，包括以下步骤：
[0071]
s51：在预设时长内按照所述两路曲线化脉宽调制波向电动牙刷的电机输入驱动电流，以控制所述电机执行摆动角度可变、摆动频率可变的往复式曲线摆动；同时控制电机执行转速可变、振动强度可变的往复式曲线化振动。
[0072]
在输出所述两路的曲线化脉冲宽度调制波之后，向电动牙刷的电机输入与所述两路曲线化脉冲宽度调制波匹配的驱动电流，以控制电动牙刷执行摆动角度可变、摆动频率
可变、摆动速度可变、振动强度可变的往复式曲线化振动。
[0073]
实施例二
[0074]
本实施例与实施例一基本相同，区别在于，参照图1至图2以及图4至图7，所述对转子位置角参数进行处理，以形成相对应的摆动电压信号的步骤s200，包括以下步骤：
[0075]
s222：对转子位置角参数进行处理时，并采用电流发生模块生成相对应的摆动电流信号；电流发生模块将摆动电流输入至线性控制器，线性控制器再输出相对应的摆动电压信号；线性控制器用于减少系统误差。
[0076]
本实施例中，线性控制器可以根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制；校正环节主要包括比例环节和积分环节。比例环节即时成比例的反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生控制作用，以减少偏差。积分环节主要用于消除静差，提高系统的无差度(型别)。积分作用的强弱取决于积分常数，积分常数越大，积分作用越弱，反之越强。闭环系统的超调量越小，系统的响应速度变慢。线性控制器主要是用来改善控制系统的稳态性能，有利于控制输出电压的稳定性，进而具有稳定调节并降低运行系统的误差。
[0077]
电流发生模块生成电流信号时，通过确定的恒定常量或带直流偏置的波动量等确定，同时需要满足以下等式：
[0078][0079][0080]
其中，f(x)为任意函数，任意函数包括确定的恒定常量或带直流偏置的波动量与电流信号之间的映射关系式。
[0081]
优选地，所述对转子位置角参数进行处理时，并采用电流发生模块生成相对应的摆动电流信号；电流发生模块将摆动电流输入至线性控制器，线性控制器再输出相对应的摆动电压信号；线性控制器用于减少系统误差的步骤s21，包括以下步骤：
[0082]
s23：电流发生模块与电动牙刷的电机形成矢量控制闭环，且闭环反馈中使用低通滤波器以滤除高频振动电流。
[0083]
本实施例中，低通滤波器可以采用现有技术中任何一种具有低通能力的滤波器；在闭环回路中，需要滤除高频振动电流，避免高频振动电流在闭环反馈中影响反馈作用，对后续调节调节造成影响。
[0084]
本发明的技术方案通过在接收到启动指令时，获取与所述启动指令对应的摆动位置角参数；摆动位置角参数根据所设计的人手刷牙角度确定；对摆动位置角参数进行处理，以生成相对应的电动牙刷内部电机的转子位置角参数；通过对转子位置角参数进行处理，以形成相对应的摆动电压信号；并在摆动电压信号的基础上叠加高频振动电压信号，以形成目标电压信号；再通过对目标电压信号进行序列化和时间化处理，以形成两路曲线化脉宽调制波；最后根据两路曲线化脉宽调制波控制电动牙刷摆动和振动；通过模拟手动刷牙摆动角度，并结合高频往复震动，提高了电动牙刷的清洁效率，同时也保证了电动牙刷的舒适度。
[0085]
本发明还提出一种电动牙刷，该电动牙刷包括电动牙刷的控制方法，该电动牙刷的控制方法的具体步骤参照上述实施例，由于本电动牙刷采用了上述所有实施例的全部技
术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，该电动牙刷包括存储器、处理器及存储在所述存储器并可在所述处理器上运行的控制程序，所述控制程序被所述处理器执行时实现如上述任意一项所述的电动牙刷的控制方法。
[0086]
存储器可用于存储软件程序以及各种数据；处理器是电动牙刷的控制中心，利用各种接口和线路连接整个电动牙刷的各个部分，通过运行或执行存储在存储器内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，执行电动牙刷的各种功能和处理数据，从而对电动牙刷进行整体监控；处理器执行控制程序时，实现如上述的电动牙刷的控制方法。需要说明的是，所述电动牙刷采用三相逆变器和三相永磁同步电机作为动力驱动。
[0087]
此外，本发明实施例还提出一种存储介质，该存储介质存储有控制程序，所述控制程序被处理器执行时实现如上所述的电动牙刷的控制方法的步骤。
[0088]
其中，控制程序被执行时所实现的方法可参照本发明电动牙刷的控制方法的各个实施例，此处不再赘述。
[0089]
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。