一种扫地机器人沿墙运动控制方法技术

本发明专利技术公开了一种扫地机器人，包括扫地机本体和设置于扫地机本体前端的前挡，所述扫地机本体左右两侧中至少一侧设置有一用于探测墙面的沿墙传感器，所述前挡对应沿墙传感器开设有探测口，所述沿墙传感器包括红外发射源和红外接收器，所述红外发射源的发射基准线与红外接收器的接收基准线之间的夹角呈角度A设置，其中20°<A<40°,所述夹角的角平分线与扫地机器人前进方向垂直，所述红外发射源的发射基准线与红外接收器的接收基准线存在一交点，所述交点与前挡距离为L,其中L<1cm，本发明专利技术具备以下有益效果：成本低；可快速调整机身与墙体方向平行；沿墙传感器布置结构优化合理；自动适应各种反光性能不同的墙体；对动态障碍及干扰具有良好的适应性。

A control method of sweeping robot moving along the wall

【技术实现步骤摘要】
一种扫地机器人沿墙运动控制方法
本专利技术涉及扫地机器人
，具体为一种扫地机器人沿墙运动控制方法。
技术介绍
目前扫地机器人沿墙清扫路径规划方法存在以下缺陷：(1)在通过碰撞传感器(前挡)探测墙体到进入沿墙行走的过程中，需要进行多次碰撞，产生大量噪音，严重影响用户体验且使碰撞传感器寿命快速降低，导致整机可靠性降低；(2)沿墙行走时对墙体要求较高，目前大多数技术无法探测瓷砖、金属等镜面材质；(3)沿墙距离不稳定，其距离取决于沿墙红外信号阀值的设定，不同墙体由于反光性不同导致沿墙距离忽远忽近，造成清扫覆盖率低下；(4)沿墙行走时无法处理动态障碍，例如来自人、宠物或其他扫地机的干扰。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种扫地机器人沿墙运动控制方法，解决了现有市面上出售的扫地机器人由于其使用的算法导致行走过程中需要多次碰撞导致对墙体要求较高、沿墙距离不稳定、无法处理动态障碍、寿命和可靠性较低以及用户体验感差的问题。(二)技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种扫地机器人，包括扫地机本体和设置于扫地机本体前端的前挡，所述扫地机本体左右两侧中至少一侧设置有一用于探测墙面的沿墙传感器，所述前挡对应沿墙传感器开设有探测口，所述沿墙传感器包括红外发射源和红外接收器，所述红外发射源的发射基准线与红外接收器的接收基准线之间的夹角呈角度A设置，其中20°<A<40°,所述夹角的角平分线与扫地机器人前进方向垂直，所述红外发射源的发射基准线与红外接收器的接收基准线存在一交点，所述交点与前挡距离为L,其中L<1cm。优选的，所述扫地机器人沿墙前进时，所述夹角的角平分线与被探测墙面垂直，且所述交点位于扫地机本体与被探测墙面之间。优选的，所述L<5mm。优选的，所述扫地机本体左右两侧均设置有沿墙传感器。一种扫地机器人沿墙运动控制方法，包括如权利要求1-4任意一项所述的一种扫地机器人，所述扫地机本体内还设置有主控单元、PID稳定控制单元以及PID距离控制单元，所述前挡内设置有碰撞传感器，所述PID稳定控制单元、PID距离控制单元以及碰撞传感器均电性连接主控单元：步骤1：开启扫地机器人，设定最小沿墙信号值MIN_IR和最大沿墙信号值MAX_IR，主控单元执行沿墙程序，驱动扫地机器人沿墙直线行走，沿墙传感器实时将沿墙信号值IR发送至主控单元；步骤2：主控单元对实时接收到的沿墙信号值IR与最大沿墙信号值MAX_IR进行对比分析，选取最大值作为最大沿墙信号值MAX_IR，并取最大沿墙信号值MAX_IR的60％-80％作为目标信号值；步骤3：主控单元计算出实时接收的沿墙信号值IR与上一次接收的沿墙信号值LAST_IR的差值，记为ERR_IR，发送至PID稳定控制单元，并同步计算出实时接收的沿墙信号值IR与目标信号值的差值，记为TRG_ERR_IR,发送至PID距离控制单元；步骤4：PID稳定控制单元接收到ERR_IR后计算出稳定轮速差DV1，并反馈至主控单元，PID距离控制单元接收到TRG_ERR_IR后计算出距离轮速差DV2并同步反馈至主控单元；步骤5：主控单元根据反馈结果计算出轮速差DV，并根据轮速差DV控制左、右驱动轮的轮速，调整扫地机器人的行进姿态以及扫地机器人与被探测墙面之间的距离。步骤6：扫地机器人行走期间，若碰撞传感器发送碰撞信号至主控单元，主控单元则执行内转程序或避障程序，否则保持直行。优选的，所述PID稳定控制单元接收到ERR_IR以及PID距离控制单元接收到TRG_ERR_IR后，均先通过公式COF＝Kp×ΔSn+Ki×∑ΔS+Kd×(ΔSn-ΔSn-1)计算出速度差值COF，式中，Kp为比例控制权重，Ki为积分控制权重，Kd为微分控制权重，ΔSn为本次输入值，ΔSn-1为上一次的输入值；再通过公式进行限幅运算，得出稳定轮速差DV1或距离轮速差DV2，式中，MaxSpeedDif为最大可设置的速度差，MAX_IR为采集到的最大信号，MaxIntegrate为设定的积分限制。优选的，所述主控单元接收到PID稳定控制单元发送的DV1以及PID距离控制单元发送的DV2后，对MAX_IR与设定的动态权重临界点进行对比分析：若MAX_IR>动态权重临界点，主控单元根据公式DV＝DV1×a+DV2×b,a＝0.15,b＝0.85计算出轮速差DV，否则主控单元根据公式DV＝DV1×a+DV2×b,a＝0.9,b＝0.1计算出轮速差DV；主控单元设置远离被探测墙面的驱动轮轮速为可设置的最大轮速，另一驱动轮轮速为远离被探测墙面的驱动轮轮速和轮速差DV的差值。优选的，所述主控单元执行内转程序时，将MAX_IR重置为0，并驱动扫地机器人朝沿墙方式相同方向转动，并检测是否有碰撞，若有碰撞则执行避障程序，若无碰撞，则继续转动直至发生碰撞。优选的，所述主控单元执行避障程序，将MAX_IR重置为0，驱动扫地机器人后退一定距离，朝沿墙方式相反方向转动，转动期间，主控单元对实时接收的沿墙信号值IR进行判断分析，若MAX_IR>IR≥MIN_IR,主控单元执行沿墙程序，否则驱动扫地机器人继续转动。优选的，所述主控单元执行沿墙程序，将MAX_IR重置为0，并通过PID稳定控制单元和PID距离控制单元控制扫地机器人沿墙运动，并检测是否有碰撞，若有碰撞则执行避障程序，否则主控单元对实时接收的沿墙信号值IR进行分析判断，若IR<MIN_IR或(LAST_IR-IR)/LAST_IR<0.5或IR/LAST_IR<0.2，则执行内转程序，否则继续前进。(三)有益效果本专利技术提供了一种基于PID控制算法的扫地机器人沿线行走控制系统及其控制方法。具备以下有益效果：(1)成本低，对内存依赖极小，可在STM32F0x0芯片中与其他扫地机器人算法一同流畅运行；(2)可通过1次碰撞完成墙体探测，快速调整机身与墙体方向平行；(3)沿墙传感器布置结构优化合理；(4)可在一次沿墙运动中根据不同墙体反光强度动态调整控制参考量，自动适应各种反光性能不同的墙体；(5)使用PID距离控制单元控制沿墙距离，并在沿墙运动过程中进行绕圈判断，从而对动态障碍及干扰具有良好的适应性。附图说明图1为本专利技术的扫地机本体硬件结构示意图；图2为本专利技术的沿墙传感器结构示意图；图3为本专利技术的扫地机本体外观结构示意图；图4为本专利技术的沿墙工作状态切换流程框图；图5为本专利技术的双PID动态权重沿墙运动控制流程框图。图中，1扫地机本体、2沿墙传感器、3前挡、4红外接收器、5红外发射源、6探测口。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扫地机器人，包括扫地机本体和设置于扫地机本体前端的前挡，其特征在于，所述扫地机本体左右两侧中至少一侧设置有一用于探测墙面的沿墙传感器，所述前挡对应沿墙传感器开设有探测口，所述沿墙传感器包括红外发射源和红外接收器，所述红外发射源的发射基准线与红外接收器的接收基准线之间的夹角呈角度A设置，其中20°<A<40°,所述夹角的角平分线与扫地机器人前进方向垂直，所述红外发射源的发射基准线与红外接收器的接收基准线存在一交点，所述交点与前挡距离为L,其中L<1cm。/n

【技术特征摘要】
1.一种扫地机器人，包括扫地机本体和设置于扫地机本体前端的前挡，其特征在于，所述扫地机本体左右两侧中至少一侧设置有一用于探测墙面的沿墙传感器，所述前挡对应沿墙传感器开设有探测口，所述沿墙传感器包括红外发射源和红外接收器，所述红外发射源的发射基准线与红外接收器的接收基准线之间的夹角呈角度A设置，其中20°<A<40°,所述夹角的角平分线与扫地机器人前进方向垂直，所述红外发射源的发射基准线与红外接收器的接收基准线存在一交点，所述交点与前挡距离为L,其中L<1cm。


2.根据权利要求1所述的一种扫地机器人，其特征在于，所述扫地机器人沿墙前进时，所述夹角的角平分线与被探测墙面垂直，且所述交点位于扫地机本体与被探测墙面之间。


3.根据权利要求1所述的一种扫地机器人，其特征在于，所述L<5mm。


4.根据权利要求1所述的一种扫地机器人，其特征在于，所述扫地机本体左右两侧均设置有沿墙传感器。


5.一种扫地机器人沿墙运动控制方法，其特征在于，包括如权利要求1-4任意一项所述的一种扫地机器人，所述扫地机本体内还设置有主控单元、PID稳定控制单元以及PID距离控制单元，所述前挡内设置有碰撞传感器，所述PID稳定控制单元、PID距离控制单元以及碰撞传感器均电性连接主控单元：
步骤1：开启扫地机器人，设定最小沿墙信号值MIN_IR和最大沿墙信号值MAX_IR，主控单元执行沿墙程序，驱动扫地机器人沿墙直线行走，沿墙传感器实时将沿墙信号值IR发送至主控单元；
步骤2：主控单元对实时接收到的沿墙信号值IR与最大沿墙信号值MAX_IR进行对比分析，选取最大值作为最大沿墙信号值MAX_IR，并取最大沿墙信号值MAX_IR的60％-80％作为目标信号值；
步骤3：主控单元计算出实时接收的沿墙信号值IR与上一次接收的沿墙信号值LAST_IR的差值，记为ERR_IR，发送至PID稳定控制单元，并同步计算出实时接收的沿墙信号值IR与目标信号值的差值，记为TRG_ERR_IR,发送至PID距离控制单元；
步骤4：PID稳定控制单元接收到ERR_IR后计算出稳定轮速差DV1，并反馈至主控单元，PID距离控制单元接收到TRG_ERR_IR后计算出距离轮速差DV2并同步反馈至主控单元；
步骤5：主控单元根据反馈结果计算出轮速差DV，并根据轮速差DV控制左、右驱动轮的轮速，调整扫地机器人的行进姿态以及扫地机器人与被探测墙面之间的距离。
步骤6：扫地机器人行走期间，若碰撞传感器发送碰撞信号至主控单元，主控单元则执行内转程序或...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹伟，
申请(专利权)人：湖南格兰博智能科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43