机器人减速刹车状态下的PID调节方法技术

本发明专利技术公开机器人减速刹车状态下的PID调节方法，该PID调节方法基于机器人的驱动轮的减速行走速度的变化情况，包括速度大小和速度方向变化情况，通过增量式PI调节去控制机器人的驱动轮的减速行走速度平稳变化至对应调节周期内的目标速度，并及时纠正错误的行走速度方向，实现在刹车减速变化场景下能够让机器人的行走速度可控地降低到预先配置的目标速度，不会因为速度变化量的方向错误而引导速度朝着错误方向增大、让机器人不但不刹车反而朝着相反方向加速运动，提高机器人刹车行走的顺畅程度和减速行走的精准度。程度和减速行走的精准度。程度和减速行走的精准度。

【技术实现步骤摘要】
机器人减速刹车状态下的PID调节方法


[0001]本专利技术涉及机器人的驱动轮减速控制
，特别是机器人减速刹车状态下的PID调节方法。

技术介绍

[0002]目前扫地机器人在减速运动过程中速度控制存在一定的缺陷，例如，在机器人刹车减速行走过程中，如果速度响应太快，在执行急刹车减速时会产生顿挫感，反应太慢，就会迟顿，并且减速没达到目标速度值就有可能因为加速度过大而跨过0改变速度方向，使得机器人朝着相反的方向运动，最后不但达不到减速的目的，反而反向超过初始速度，即让机器人减速过头，随着调节输出的PWM信号占空比越来越大时，机器人的运动容易失控。

技术实现思路

[0003]为了解决上述驱动轮减速过头的问题，本专利技术结合P调节、增量式PI调节以及开环调节的方式，分周期地控制机器人的刹车减速的大小和方向，公开以下具体的技术方案：机器人减速刹车状态下的PID调节方法，该PID调节方法适用于机器人执行刹车减速运动，具体包括以下步骤：步骤1、根据机器人的驱动轮的当前行走速度与当前调节周期内配置的目标速度的速度差值异常情况，对机器人的驱动轮的当前行走速度选择执行增量式P调节P调节或反向开环调节，实现：通过降低当前行走速度来缩小当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差；其中，执行增量式P调节P调节的过程中，设置急刹车标志位为低电平逻辑0；执行反向开环调节的过程中，设置急刹车标志位为高电平逻辑1；步骤2、根据前述步骤1调节的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的大小关系，确定对机器人的驱动轮的当前行走速度进行增量式PI调节或低速开环调节，以减少前述步骤1调节的当前行走速度在调节过程中存在的噪声干扰；其中，当前述步骤1调节的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差不是缩小为系统允许误差、急刹车标志位被置为逻辑1、且判断到步骤1调节出的驱动轮的速度变化量的方向与预先配置的最终目标速度的方向相反、且判断驱动轮的速度变化量的大小大于步骤1调节更新之前的行走速度的大小时，调整前述步骤1调节过的驱动轮的速度变化量的方向与最终目标速度的方向相同。
[0004]与现有技术相比，本技术方案基于机器人的驱动轮的减速行走速度的变化情况，包括速度大小和速度方向变化情况，通过增量式PI调节去控制机器人的驱动轮的减速行走速度平稳变化至对应调节周期内的目标速度，并及时纠正错误的行走速度方向，实现在刹车减速变化场景下能够让机器人的行走速度可控地降低到预先配置的目标速度，不会因为速度变化量的方向错误而引导速度朝着错误方向增大、导致机器人不但不刹车反而朝着相反方向加速运动，提高机器人刹车行走的顺畅程度和减速行走的精准度。
[0005]进一步地，在执行所述步骤2之后，还包括：步骤3、计数判断是否完成预先配置的最终目标速度匹配的最后一个调节周期内的速度调节步骤，是则返回所述步骤2以维持进
行所述增量式PI调节，直到机器人不执行刹车减速运动为止；否则将当前调节周期下配置的目标速度更新为下一调节周期下配置的目标速度，再返回所述步骤1；其中，调节周期的个数是由所述最终目标速度、预先配置的固定的预期加速度和调节周期的周期长度计算获得。本技术方案结合P调节、增量式PI调节以及开环调节的方式，分周期地控制机器人的刹车减速的大小和方向，保证机器人在刹车行走过程中持久稳定，不会产生刹车减速过头的现象。
[0006]进一步地，所述根据机器人的驱动轮的当前行走速度与当前调节周期内配置的目标速度的速度差值异常情况，对机器人的驱动轮的当前行走速度选择执行P调节或反向开环调节的方法包括：当机器人的驱动轮按照当前调节周期内调节出的速度变化量进行减速运动时，判断机器人的驱动轮的当前行走速度与当前调节周期内配置的目标速度的速度差值是否大于刹车速度差阈值，是则将所述驱动轮当前获得的PWM信号占空比反向处理以降低机器人的驱动轮的当前行走速度，使得机器人的驱动轮的当前行走速度与当前调节周期内配置的目标速度的速度差得到缩小，并将急刹车标志位设置为逻辑1；否则对机器人的驱动轮的当前行走速度进行P调节以降低所述驱动轮的当前行走速度，使得机器人的驱动轮的行走速度与当前调节周期内配置的目标速度的速度差得到缩小；或者，当机器人的驱动轮按照当前调节周期内调节出的速度变化量进行减速运动时，判断当前调节周期内配置的目标速度是否为0，是则将所述驱动轮当前获得的PWM信号占空比反向处理以降低机器人的驱动轮的当前行走速度，使得机器人的驱动轮的行走速度与当前调节周期内配置的目标速度的速度差得到缩小，并将急刹车标志位设置为逻辑1；否则对机器人的驱动轮的当前行走速度进行P调节以降低所述驱动轮的当前行走速度，使得机器人的驱动轮的行走速度与当前调节周期内配置的目标速度的速度差得到缩小；其中，反向处理是一种反向开环调节方式。该技术方案在减速过快或减速至0的场合下，根据当前调节周期下配置的目标速度的大小选择性地使用P调节或反向处理PWM信号占空比，使驱动轮的行走速度更快降低至预期的制动速度。
[0007]进一步地，所述反向处理包括：将所述驱动轮当前获得的PWM信号占空比更新为用于减速的刹车信号占空比，以获得反向处理输出的占空比信号；其中，这个反向处理输出的占空比信号用于供下一调节周期的P调节使用和/或当前调节周期的增量式PI调节使用；用于减速的刹车信号占空比所指示的速度变化量方向与机器人的驱动轮的当前行走速度的方向是相反的。该技术方案在机器人急需减速时，直接对PWM信号占空比取反处理而不需理会上一个调节周期内最新获得的PWM信号占空比的数值大小，从而降低机器人的驱动轮的当前行走速度，进而使得机器人的驱动轮的行走速度与当前调节周期内配置的目标速度的速度差得到缩小。
[0008]进一步地，所述P调节的方法包括：将机器人的驱动轮的当前行走速度与所述当前调节周期下配置的目标速度的速度差值与比例系数的乘积与所述驱动轮最新获得的PWM信号占空比相加，以获得P调节输出的PWM信号占空比，其中，P调节输出的PWM信号占空比用于降低机器人的驱动轮的当前行走速度。在该技术方案中，仅使用P调节的方式去改变降低驱动轮的当前行走速度，从而加快PWM信号占空比调节的响应速度。
[0009]进一步地，所述根据前述步骤1调节的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的大小关系，确定对机器人的驱动轮的当前行走速度进行增量式PI调节或低速开环
调节的方法包括：判断经过所述P调节降低后的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差值的绝对值是否缩小为系统允许误差，是则对最新调节过的机器人的驱动轮的PWM信号占空比、降低后的当前行走速度与所述当前调节周期下配置的目标速度的速度差值与比例系数的乘积、降低后的当前行走速度与所述当前调节周期下配置的目标速度的速度差值与积分系数的乘积相加求和，以获得增量式PI调节输出的占空比；否则将最新调节过的机器人的驱动轮的PWM信号占空比输出以供下一调节周期的P调节、增量式PI调节使用；其中，所述系统允许误差是100tick/s，这个tick/s是用于码盘表示的速度单位。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.机器人减速刹车状态下的PID调节方法，其特征在于，该PID调节方法适用于机器人执行刹车减速运动，具体包括以下步骤：步骤1、根据机器人的驱动轮的当前行走速度与当前调节周期内配置的目标速度的速度差值异常情况，对机器人的驱动轮的当前行走速度选择执行P调节或反向开环调节，实现：通过降低当前行走速度来缩小当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差；其中，执行P调节的过程中，设置急刹车标志位为逻辑0；执行反向开环调节的过程中，设置急刹车标志位为逻辑1；步骤2、根据前述步骤1调节的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的大小关系，确定对机器人的驱动轮的当前行走速度进行增量式PI调节或低速开环调节，以减少前述步骤1调节的当前行走速度在调节过程中存在的噪声干扰；其中，当前述步骤1调节的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差不是缩小为系统允许误差、急刹车标志位被置为逻辑1、且判断到步骤1调节出的驱动轮的速度变化量的方向与预先配置的最终目标速度的方向相反、且判断驱动轮的速度变化量的大小大于步骤1调节更新之前的行走速度的大小时，调整前述步骤1调节过的驱动轮的速度变化量的方向与最终目标速度的方向相同。2.根据权利要求1所述PID调节方法，其特征在于，在执行所述步骤2之后，还包括：步骤3、计数判断是否完成预先配置的最终目标速度匹配的最后一个调节周期内的速度调节步骤，是则返回所述步骤2以维持进行所述增量式PI调节，直到机器人不执行刹车减速运动为止；否则将当前调节周期下配置的目标速度更新为下一调节周期下配置的目标速度，再返回所述步骤1；其中，调节周期的个数是由所述最终目标速度、预先配置的固定的预期加速度和调节周期的周期长度计算获得。3.根据权利要求2所述PID调节方法，其特征在于，所述根据机器人的驱动轮的当前行走速度与当前调节周期内配置的目标速度的速度差值异常情况，对机器人的驱动轮的当前行走速度选择执行P调节或反向开环调节的方法包括：当机器人的驱动轮按照当前调节周期内调节出的速度变化量进行减速运动时，判断机器人的驱动轮的当前行走速度与当前调节周期内配置的目标速度的速度差值是否大于刹车速度差阈值，是则将所述驱动轮当前获得的PWM信号占空比反向处理以降低机器人的驱动轮的当前行走速度，使得机器人的驱动轮的当前行走速度与当前调节周期内配置的目标速度的速度差得到缩小，并将急刹车标志位设置为逻辑1；否则对机器人的驱动轮的当前行走速度进行P调节以降低所述驱动轮的当前行走速度，使得机器人的驱动轮的行走速度与当前调节周期内配置的目标速度的速度差得到缩小，并将急刹车标志位设置为逻辑0；或者，当机器人的驱动轮按照当前调节周期内调节出的速度变化量进行减速运动时，判断当前调节周期内配置的目标速度是否为0，是则将所述驱动轮当前获得的PWM信号占空比反向处理以降低机器人的驱动轮的当前行走速度，使得机器人的驱动轮的行走速度与当前调节周期内配置的目标速度的速度差得到缩小，并将急刹车标志位设置为逻辑1；否则对机器人的驱动轮的当前行走速度进行P调节以降低所述驱动轮的当前行走速度，使得机器人的驱动轮的行走速度与当前调节周期内配置的目标速度的速度差得到缩小，并将急刹车标志位设置为逻辑0；
其中，反向处理是一种反向开环调节方式。4.根据权利要求3所述PID调节方法，其特征在于，所述反向处理包括：将所述驱动轮当前获得的PWM信号占空比更新为用于减速的刹车信号占空比，以获得反向处理输出的占空比信号；其中，这个反向处理输出的占空比信号用于供下一调节周期的P调节使用和/或当前调节周期的增量式PI调节使用；用于减速的刹车信号占空比所指示的速度变化量方向与机器人的驱动轮的当前行走速度的方向是相反的。5.根据权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖伟健，李永勇，杨武，
申请(专利权)人：珠海市一微半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：