CN111230884A - 清洁型机器人及其在pid控制下的路径移动方法 - Google Patents

清洁型机器人及其在pid控制下的路径移动方法 Download PDF

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邓辅秦
李伟科
赖飞跃
黄永深
冯华
岳洪伟
丁毅
龙佳乐
张建民
王栋
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Wuyi University
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Wuyi University
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    • B25J9/16—Programme controls
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Abstract

本发明公开了清洁型机器人及其在PID控制下的路径移动方法，相比于传统技术，通过机械臂、摄像装置以及上位机的组合提供了良好的机器人清洁基础，具有较高的智能化清洁效果，能够满足用户需求，尤其是，通过实时获取摄像装置的位置坐标，可以定位机械臂的移动状况，那么在将其与污渍的固定位置进行对比时，就能够清楚地了解到机械臂的移动状况，从而通过PID实现其稳定调节控制，使其最终能够稳定到达污渍处。因此，本发明设计合理，控制简易，能够高效稳定地驱动机器人实现清洁，从而满足人们的日常使用需求。

Description

清洁型机器人及其在PID控制下的路径移动方法
技术领域
本发明涉及机器人智能控制领域，尤其是清洁型机器人及其在PID控制下的路径移动方法。
背景技术
随着智能时代的到来，越来越多的人对于方便、快捷的生活方式提出了更高的要求，尤其是，智能家居领域的新产品层出不穷，机器视觉和机器人技术也逐渐开始应用在智能化产品之中，其在一些重复性或简单性工作上可以减轻人们的负担，提高人们的生活水平。较为常见的包括具有清洁功能、能够代替人类清洗的一种机器人，这类机器人虽然能够实现清洗，但是在对位污渍的位置过程中容易出现移动阻滞或路径错误，因此工作效率相对不高，无法满足人们的使用需求。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供清洁型机器人及其在PID控制下的路径移动方法，能够高效稳定地驱动机器人实现清洁，从而满足人们的日常使用需求。
为了弥补现有技术的不足，本发明实施例采用的技术方案是：
清洁型机器人，包括机械主体，所述机械主体上设置有：
机械臂；以及
摄像装置，能够拍摄污渍图像；以及
上位机，能够根据所述摄像头所反馈的污渍图像信息读取出污渍节点信息，与所述机械臂相连接。
进一步地，所述摄像装置采用摄像头、电子照相机或数码摄影机。
进一步地，清洁型机器人在PID控制下的路径移动方法，包括以下步骤：
采用摄像装置获取污渍的固定位置坐标，记为(Xn,Yn)，并采用摄像装置获取污渍的实时变化位置坐标，记为(Xt,Yt)；
采用所述上位机通过PID控制输出实现对于所述机械臂的移动调节，记为
Figure BDA0002395264130000021
在所述移动调节过程中，若S(t)不为0，则控制所述机械臂保持移动调节状态，否则使所述机械臂停止移动；
其中：
U(t)表示所述机械臂随时间变化移动的直线长度；
Figure BDA0002395264130000022
S(t)表示所述机械臂和污渍之间的直线距离；
Kp为比例环节增益，Ti为积分环节增益，Td为微分环节增益。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果:通过机械臂、摄像装置以及上位机的组合提供了良好的机器人清洁基础，具有较高的智能化清洁效果，能够满足用户需求，尤其是，通过实时获取摄像装置的位置坐标，可以定位机械臂的移动状况，那么在将其与污渍的固定位置进行对比时，就能够清楚地了解到机械臂的移动状况，从而通过PID实现其稳定调节控制，使其最终能够稳定到达污渍处。因此，本发明设计合理，控制简易，能够高效稳定地驱动机器人实现清洁，从而满足人们的日常使用需求。
进一步地，所述Kp取值为0.5。
进一步地，所述Ti取值为1。
进一步地，所述Td取值为1。
进一步地，还包括步骤：当所述PID控制输出完成对于所述机械臂的移动调节时，生成状态反馈信息并上传至所述上位机。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的实施方案。
图1是本发明实施例提供的清洁型机器人的结构示意框图；
图2是本发明实施例提供的清洁型机器人在PID控制下的路径移动方法的步骤流程示意图；
图3是本发明实施例提供的清洁型机器人在PID控制下的路径移动方法的控制调节示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。另外，虽然在系统示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于系统中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。
下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
参照图1，本发明实施例提供的清洁型机器人，包括机械主体100，所述机械主体100上设置有：
机械臂300；以及
摄像装置400，能够拍摄污渍图像；以及
上位机200，能够根据所述摄像头所反馈的污渍图像信息读取出污渍节点信息，与所述机械臂300相连接。
参照图2，本发明实施例还提供了清洁型机器人在PID控制下的路径移动方法，包括以下步骤：
采用摄像装置400获取污渍的固定位置坐标，记为(Xn,Yn)，并记录摄像装置400的实时变化位置坐标，记为(Xt,Yt)；
采用所述上位机200通过PID控制输出实现对于所述机械臂300的移动调节，记为
Figure BDA0002395264130000041
在所述移动调节过程中，若S(t)不为0，则控制所述机械臂300保持移动调节状态，否则使所述机械臂300停止移动；
其中：
U(t)表示所述机械臂300随时间变化移动的直线长度；
Figure BDA0002395264130000042
S(t)表示所述机械臂300和污渍之间的直线距离；
Kp为比例环节增益，Ti为积分环节增益，Td为微分环节增益。
在上述实施例中，优选地，所述摄像装置400采用摄像头、电子照相机或数码摄影机，在本实施例中，所采用的为摄像头。
通过机械臂300、摄像装置400以及上位机200的组合提供了良好的机器人清洁基础，上位机200作为伺服系统实现统筹控制，具有较高的智能化清洁效果，能够满足用户需求，尤其是，通过实时获取摄像装置400的位置坐标，可以定位机械臂300的移动状况，那么在将其与污渍的固定位置进行对比时，就能够清楚地了解到机械臂300的移动状况，从而通过PID实现其稳定调节控制，使其最终能够稳定到达污渍处。因此，本发明设计合理，控制简易，能够高效稳定地驱动机器人实现清洁，从而满足人们的日常使用需求。
具体地，参照图3，将S(t)带入到PID算法中，先通过比例环节U(t)＝Kp*S(t)控制机械臂300进行运动，再加入积分环节
Figure BDA0002395264130000051
将机械臂300因为摩擦阻力或者空气阻力所产生的误差通过积分中S(t)的不断累加进行消除，最后通过微分环节
Figure BDA0002395264130000052
进行“刹车”控制，使机械臂300更加精准平稳地达到指定位置处，实际上，S(t)随着时间变化会比上一次的控制要小，所以该微分项最终得出是一个负数项，以防止机械臂300越过指定位置,当机械臂300到达污渍处后即停止移动，即当S(t)为0，此时表明摄像装置400的坐标与污渍的坐标是重合的，因此，通过以上各环节的轮流控制，可以使机械臂300准确到达目标污渍处。
更进一步地，所述Kp取值为0.5，这是发明人根据经验所了解的，此时将S(t)代入到U(t)式中，使机械臂300产生移动，通过S(t)的循环变化(即摄像装置400的坐标变化)，能够方便使其到达指定位置。
进一步地，所述Ti取值为1，这是发明人根据经验所了解的，此时积分项是离散型的，即随着S(t)的累加，使得最终输出不断增加，能够减小误差所带来的负面影响。
进一步地，所述Td取值为1，这是发明人根据经验所了解的，能够反馈控制S(t)值的变化，防止机械臂300移动超过污渍目标位置。
进一步地，还包括步骤：当所述PID控制输出完成对于所述机械臂300的移动调节时，生成状态反馈信息并上传至所述上位机200。
在本实施例中，能够将机械臂300的调节控制信息实时反馈给上位机200，以供了解机械臂300的实时运动情况，实现了良好反馈，使得整体控制流程更加合理可靠。
以上内容对本发明的较佳实施例和基本原理作了详细论述，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员应该了解在不违背本发明精神的前提下还会有各种等同变形和替换，这些等同变形和替换都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (7)

1.清洁型机器人，其特征在于，包括机械主体，所述机械主体上设置有：
机械臂；以及
摄像装置，能够拍摄污渍图像；以及
上位机，能够根据所述摄像头所反馈的污渍图像信息读取出污渍节点信息，与所述机械臂相连接。
2.根据权利要求1所述的清洁型机器人，其特征在于：所述摄像装置采用摄像头、电子照相机或数码摄影机。
3.如权利要求1或2所述的清洁型机器人在PID控制下的路径移动方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用摄像装置获取污渍的固定位置坐标，记为(Xn,Yn)，并采用摄像装置获取污渍的实时变化位置坐标，记为(Xt,Yt)；
采用所述上位机通过PID控制输出实现对于所述机械臂的移动调节，记为
Figure FDA0002395264120000011
在所述移动调节过程中，若S(t)不为0，则控制所述机械臂保持移动调节状态，否则使所述机械臂停止移动；
其中：
U(t)表示所述机械臂随时间变化移动的直线长度；
Figure FDA0002395264120000012
S(t)表示所述机械臂和污渍之间的直线距离；
Kp为比例环节增益，Ti为积分环节增益，Td为微分环节增益。
4.根据权利要求3所述的清洁型机器人在PID控制下的路径移动方法，其特征在于：所述Kp取值为0.5。
5.根据权利要求3或4所述的清洁型机器人在PID控制下的路径移动方法，其特征在于：所述Ti取值为1。
6.根据权利要求5所述的清洁型机器人在PID控制下的路径移动方法，其特征在于：所述Td取值为1。
7.根据权利要求3所述的清洁型机器人在PID控制下的路径移动方法，其特征在于，还包括步骤：当所述PID控制输出完成对于所述机械臂的移动调节时，生成状态反馈信息并上传至所述上位机。
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