CN112596529A - 基于方向的机器人行走速度调节方法、芯片及视觉机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开基于方向的机器人行走速度调节方法、芯片及视觉机器人，机器人行走速度调节方法包括：根据机器人的驱动轮的行走速度的变化和状态切换情况，通过增量式PI调节去周期性地控制机器人的驱动轮的行走速度平稳过渡到所述最终目标速度，并及时切换到不同的速度变化状态下。在每一个调节周期内都根据预期加速度计算这个调节周期应该达到的目标速度；然后根据当前行走速度和目标速度的差值做增量式PI调节和相对应的开环调节控制，计算出所需要的PWM占空比和调整其方向，实现在加速和急减速场景下能够让机器人的行走速度可控地达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，提高机器人行走的顺畅度。

Description

基于方向的机器人行走速度调节方法、芯片及视觉机器人

技术领域

本发明涉及机器人的驱动轮控制技术领域，特别是一种基于方向的机器人行走速度调节方法、芯片及视觉机器人。

背景技术

目前扫地机器人在运动过程中速度控制存在一定的缺陷，例如，在机器人行走过程中，由于速度变化比较单一，如果响应太快，在运动行为切换时存在顿挫感，反应太慢，就会迟顿，并且实际值没达到目标值就有可能因为速度大小和方向的因素而切换到其他行为了，导致运动速度控制的精准度不够高。如何实现速度方向和大小的精准控制一直是机器人运动控制的一个难点。

发明内容

为了解决驱动轮速度切换时存在顿挫感和反应太慢技术问题，本发明结合运动方向信息和增量式PID调节的方式来周期性地控制机器人的运动状态，公开以下具体的技术方案：

一种基于方向的机器人行走速度调节方法，包括：步骤1、根据所述驱动轮所处的速度变化状态，确定对机器人的驱动轮的当前行走速度进行P调节的方式；然后进入步骤2；其中，所述驱动轮所处的速度变化状态是与机器人当前执行的运动行为相关联的；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，确定对前述步骤1调节的当前行走速度进行增量式PI调节的方式，以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，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没有缩小为系统允许误差且存在急刹车标志位时，通过判断对应标志位条件下调节过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的关系，来调整前述步骤1调节过的驱动轮的速度变化量的方向；然后进入步骤3；步骤3、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，是则进入步骤4，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，再返回步骤1；其中，这个预先配置的最终目标速度是与机器人的驱动轮所处的不同的速度变化状态是相关联的；步骤4、判断所述驱动轮所处的速度变化状态是否发生改变，是则返回步骤1，否则返回步骤2以维持执行所述增量式PI调节；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。

与现有技术相比，本技术方案基于机器人的驱动轮的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调节去周期性地控制机器人的驱动轮的行走速度平稳过渡到所述最终目标速度，并及时切换到不同的速度变化状态下，实现在各种速度变化场景下能够让机器人的行走速度可控地达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，提高机器人行走的顺畅程度和行走速度的精准度。

进一步地，还包括：在机器人启动运行时，分别对左驱动轮和机器人的右驱动轮配置相匹配的初始PWM信号占空比；其中，所述驱动轮包括左驱动轮和右驱动轮；然后根据所述驱动轮所处的速度变化状态，确定对机器人的驱动轮的当前行走速度进行P调节的方式。该技术方案提高所述驱动轮按照PWM信号占空比行走的响应速度，减少机器人在实际启动（包括启动加速运动、启动减速运动和启动刹车）所需调节的时间。

进一步地，所述根据所述驱动轮所处的速度变化状态，确定对机器人的驱动轮的当前行走速度进行P调节的方式的方法包括：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加速运动时，对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进行P调节，使得P调节输出的PWM信号占空比换算更新所述驱动轮的当前行走速度，以缩小所述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，并配置为不存在急刹车标志位；其中，所述驱动轮所处的速度变化状态切换到加速运动。本技术方案在机器人切换到加速运动后，通过P调节来让所述驱动轮的当前行走速度快速响应更新，增强机器人对行走环境的敏感程度。

进一步地，所述根据所述驱动轮所处的速度变化状态，确定对机器人的驱动轮的当前行走速度进行P调节的方式的方法包括：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更新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，并配置为存在急刹车标志位；否则对机器人的驱动轮的当前行走速度进行P调节以更新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，并配置为不存在急刹车标志位；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更新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，并配置为存在急刹车标志位；否则对机器人的驱动轮的当前行走速度进行P调节以更新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，并配置为不存在急刹车标志位；其中，存在急刹车标志位表示速度变化异常；所述驱动轮所处的速度变化状态切换到减速运动。该技术方案切换到急减速变化的场合下，根据当前调节周期下配置的目标速度与当前行走速度的速度差值变化情况，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达到的目标制动速度。

进一步地，所述反向处理包括：将所述驱动轮当前获得的PWM信号占空比直接设置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P调节和/或增量式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。

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信号占空比用于控制更新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调节的方式去改变更新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。

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，确定对前述步骤1调节的当前行走速度进行增量式PI调节的方式的方法包括：判断经过所述P调节更新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、更新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、更新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调节和/或增量式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。

与现有技术相比，该技术方案在机器人的驱动轮的行走速度的变化过快（包括P调节过快）并接近当前调节周期下配置的目标速度时，把速度调节状态（前述反向处理或P调节）地切换为增量式PI调节状态，进入一种平稳的PI调节状态下进行速度的调节，能够有效地减少机器人的驱动轮行走过程中产生的顿挫感，并有效地减少静差，适应短时间的变化而不受过去的速度误差的影响。

进一步地，在对机器人的驱动轮的当前行走速度进行增量式PI调节之前，还包括：当更新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缩小为所述系统允许误差时，配置为不存在急刹车标志位，并判断当前调节周期下配置的目标速度是否小于所述驱动轮的码盘被允许读取的最低速度值，是则将最新调节过的机器人的驱动轮的PWM信号占空比更新为当前调节周期下配置的目标速度与一个低速开环系数的乘积，以实现低速开环调节更新最新获得的当前行走速度；否则使用前述的增量式PI调节，去继续调节更新最新获得的当前行走速度。与现有技术相比，本技术方案使用开环控制的方式解决码盘读数量程不够精准的问题，保证机器人能在低速调节的条件下根据码盘的读数正常行走。

进一步地，所述通过判断对应标志位条件下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的关系，来调整前述步骤1调节过的驱动轮的速度变化量的方向的方法包括：当判断到存在所述急刹车标志位时，若经过所述反向处理更新的行走速度与对应调节周期下配置的目标速度的速度差值的绝对值不是缩小为所述系统允许误差，则判断经过所述反向处理更新的PWM信号占空比所控制的驱动轮的速度变化量的方向是否与所述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是否大于所述反向处理更新之前的行走速度的大小，若两者判断条件都满足则将经过前述反向处理更新的PWM信号占空比所控制的驱动轮的速度变化量的方向调节为与其相反的方向。

与现有技术相比，本技术方案在所述P调节和所述增量式PI调节急刹车场景下的驱动轮的行走速度之后，控制更新后的PWM信号占空比所控制的驱动轮的行走速度方向变得与当前调节周期下配置的目标速度方向相同。因为加速和慢减速的过程不足以对行走速度的方向产生影响。

进一步地，当不存在所述急刹车标志位时，若当前调节周期下配置的目标速度小于所述驱动轮的码盘被允许读取的最低速度值，则选择将经过所述低速开环调节更新的PWM信号占空比直接输出至所述驱动轮对应的系统驱动层；当不存在所述急刹车标志位时，若当前调节周期下配置的目标速度大于或等于所述驱动轮的码盘被允许读取的最低速度值，则选择将经过所述增量式PI调节更新的PWM信号占空比直接输出至所述驱动轮对应的系统驱动层；当不存在所述急刹车标志位时，若经过所述P调节更新的行走速度与对应调节周期下配置的目标速度的速度差值的绝对值不是缩小为所述系统允许误差，则将经过同一P调节更新的PWM信号占空比直接输出至所述驱动轮对应的系统驱动层。以实现对机器人的驱动轮的行走速度的控制。

进一步地，还包括：若当前调节周期下配置的左驱动轮的目标速度和当前调节周期下配置的右驱动轮的目标速度都低于预先配置的最小驱动速度，则按预设放大比例系数同时放大左驱动轮的目标速度和右驱动轮的目标速度，再从放大后的左驱动轮的目标速度和放大后的右驱动轮的目标速度中选择最低的一个目标速度更新预先配置的最小驱动速度；若当前调节周期下配置的左驱动轮的目标速度和当前调节周期下配置的右驱动轮的目标速度都大于预先配置的最大动速度，则按预设缩小比例系数同时缩小左驱动轮的目标速度和右驱动轮的目标速度，再从放大后的左驱动轮的目标速度和放大后的右驱动轮的目标速度中选择最大的一个目标速度更新预先配置的最大驱动速度。从而在每一个调节周期进行PID调节之前对目标速度进行限速处理，以满足预期的左右驱动轮的调速效果。

进一步地，在每一个调节周期内，所述目标速度是按照预先配置的固定的预期加速度计算得到的；其中，在配置的最后一个调节周期内，所述目标速度按照预先配置的固定的预期加速度计算获得所述最终目标速度。实现：根据固定的预期加速度把最终目标速度划分成每个调节周期内对应的目标速度，实现速度变化快慢的控制，进而结合前述技术方案在需要低速控制的场景下能柔和的控制机器行走，在需要速度快速变化的场合下能快速的响应使当前行走速度更快达到目标值。

一种芯片，该芯片集成一种PID控制单元，用于存储并控制机器人执行所述的一种基于方向的机器人行走速度调节方法对应的程序代码。

一种视觉机器人，该视觉机器人内部设置有所述的芯片，用于执行所述的一种基于方向的机器人行走速度调节方法。

附图说明

图1是本发明实施例提供一种基于方向的机器人行走速度调节方法的流程图。

图2是加速运动的实施场景中提供一种基于方向的机器人行走速度调节方法的流程图。

图3是刹车减速的实施场景中提供一种基于方向的机器人行走速度调节方法的流程图。

具体实施方式

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详细描述。

作为一种实施例，本发明实施例公开一种基于方向的机器人行走速度调节方法，并由机器人内部设置的PID控制器控制驱动轮执行。如图1所示，具体包括：步骤S101、根据所述驱动轮所处的速度变化状态，确定对机器人的驱动轮的当前行走速度进行P调节的方式，并配置为不存在急刹车标志位，或者将急刹车标志位设置为默认的逻辑0信号；然后进入步骤S102。在步骤S101中，机器人接收到预先配置的固定的预期加速度（大小不变的加速度和方向不变的加速度）、用于调节速度的调节周期，然后机器人按照这个固定的预期加速度和调节周期计算出每一个调节周期所预期的目标速度，以此作为对应调节周期下的速度调节的依据，也是当前接收到的一个运动行为的控制指令所包含的速度信息。其中，其中，所述驱动轮所处的速度变化状态是与机器人当前执行的运动行为相关联的；机器人当前执行的运动行为不同，则选择达到的最终目标速度也是不同的，比如油门启动模式下的最终目标速度（非0的速度）和刹车减速模式下的最终目标速度（最终目标速度在0的附近）是不同的，因此本实施例需要根据所述驱动轮所处的速度状态（油门启动模式和刹车减速模式下）选择是否对机器人的驱动轮的当前行走速度执行P调节，可以是在油门启动模式下执行P调节，但在刹车减速模式选择执行P调节和开环调节。需要说明的是，所述驱动轮所处的速度变化状态包括油门启动模式下的加速运动状态和刹车减速模式下的减速运动状态。

步骤S102、根据步骤S101调节的机器人的驱动轮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调节的方式（包括执行增量式PI调节和不执行增量式PI调节以便于在下一调节周期经历新的一次P调节后再判断是否执行），以获取机器人的驱动轮在当前调节周期内所需达到的PWM信号占空比，较为稳定地补偿步骤S102调节过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。具体地，本实施例采用增量式PI调节对驱动轮的当前行走速度进行调节，以补偿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，特别是机器人的驱动轮的行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差是缩小为系统允许误差，即机器人的驱动轮的行走速度接近当前调节周期下配置的目标速度时，机器人切换到平稳的增量式PI调节，当速度差越大，当前调节周期下的增量式PI调节的补偿量越大，以便于稳定地将机器人的驱动轮的行走速度往逼近当前调节周期下配置的目标速度的方向调节，相对于PID调节，本实施例在机器人的驱动轮的当前行走速度比较接近当前调节周期下配置的目标速度的情况下没有引入微分调节环节，因为微分调节环节会延长调节时间，对整个PID调节的速度响应的改善优化作用有限，而且微分调节环节相对于PI调节环节更容易收到细微噪声的影响。因此，本实施例通过增量式PI调节更能实现短时间的变化而不受过去的影响，保证机器人的调速系统的稳定性。

另外，若判断到前述步骤S101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，且不存在急刹车标志位、且不是所述最终目标速度对应的最后一个调节周期时，可以直接进入下一调节周期继续新的一次速度调节，实现稳定地将机器人的驱动轮的行走速度拉近至所述最终目标速度。

在执行步骤S102的过程中，若判断到前述步骤S101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还没缩小为系统允许误差，且存在急刹车标志位（或者急刹车标志位被置为用于提示速度变化异常的逻辑信息）时，开始通过判断对应标志位条件下调节过（步骤S101的P调节（闭环调节）或开环调节）的驱动轮的速度变化量的方向与最终目标速度的方向的关系，来调整步骤S101调节过的驱动轮的速度变化量的方向，以使得调整后的速度变化量的方向与最终目标速度的方向相同。当调节过的速度变化量传输到驱动层后，控制机器人的驱动轮从当前行走速度开始按照当前调节周期下调节出的速度变化量做变速运动。然后进入步骤S103。其中，急刹车标志位的存在用于提示速度变化异常的逻辑信息，等效于在刹车减速模式下的速度将发生较大的变化以至于让当前速度的方向变得与所述最终目标速度的方向相反，并存在朝着这个相反方向变大的趋势时，在一些具体实施场景中也可以将所述急刹车标志位置为逻辑1。

具体地，判断经过前述步骤S101调节更新的PWM信号占空比所控制的驱动轮的速度变化量的方向是否与所述最终目标速度的方向相反，同时判断前述步骤S101调节更新的PWM信号占空比所控制的驱动轮的速度变化量的大小是否大于前述步骤S101调节更新之前的驱动轮的行走速度的大小，若两种判断结果都成立，表明步骤S101调节的机器人的驱动轮的当前行走速度将会反向超过调节之前的行走速度，而且驱动轮的行走速度的方向也发生改变，导致驱动轮的运动方向变化，最终陷入运动失控的状态中。

需要说明的是，在本实施例中，机器人的驱动轮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还没缩小为系统允许误差时，在机器人的驱动轮的行走速度与当前调节周期下配置的目标速度不是比较接近的情况下，不进入增量式PI调节，因为本实施例公开的增量式PI调节是用于机器人的驱动轮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比较小的情况下进行平稳的调节的，有利于消除静差和克服部分噪声的干扰。

在本实施例中，机器人的驱动轮的行走速度（当前的或调节更新后的）与当前调节周期下配置的目标速度的速度差一直保持缩小状态。

需要说明的是，所述急刹车标志位的存在与否，可以通过对预先配置的急刹车标志位赋值来实现，比如，当急刹车标志位置位为1或其他逻辑量时，表示存在所述急刹车标志位；当急刹车标志位置位为0或其他形式的逻辑量时，表示不存在所述急刹车标志位。

步骤S103、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（最后一个调节周期内执行前述步骤S101和前述步骤S102），是则进入步骤S105，否。则进入步骤S104。其中，这个预先配置的最终目标速度是机器人的驱动轮所处的速度变化状态是相关联的，当机器人的驱动轮处于加速状态时，这个预先配置的最终目标速度是比机器人的驱动轮在加速运动中的初始速度大的；当机器人的驱动轮处于刹车减速状态时，这个预先配置的最终目标速度是比机器人的驱动轮在刹车减速运动中的初始速度小的，在急刹车减速状态是接近0的。

因此，前述步骤通过分周期调节机器人的驱动轮的当前行走速度依次达到对应的目标速度，减少机器人行走过程中的顿挫感。因而，实现：根据固定的预期加速度把最终目标速度划分成每个调节周期内对应的目标速度，实现速度变化快慢的控制。需要说明的是，在每一个调节周期内，所述目标速度是按照预先配置的固定的预期加速度计算得到的；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。具体地，首先求取预先配置的固定的预期加速度和调节周期的周期长度的乘积，作为调节周期内的固定速度变化量；然后求取所述最终目标速度与这个固定速度变化量的比值，作为所述调节周期的个数。

步骤S105、判断所述驱动轮的速度变化状态是否发生改变，是则返回步骤S101，否则返回步骤S102。当机器人接收到下一个不同类型的运动行为的最终目标速度的控制指令时，机器人的驱动轮所处的速度变化状态发生改变，可能是由加速运动切换到减速运动，也可以是由减速运动切换为加速运动，此时需重新执行前述的PID调节以确保在新的速度变化状态下达到对应的新的目标速度，保证加减速切换过程中的变速无顿挫，减少机器人行走过程中的顿挫感，也实现对速度的精准控制。当机器人没有接收到下一个不同类型的运动行为的最终目标速度的控制指令时，返回步骤S102维持前述的增量式PI调节，尽管在最后一个调节周期内，上一个调节周期调节更新的机器人的驱动轮的行走速度已经接近所述最终目标速度，但是还是存在干扰、静差等因素，仍需保持PID调节以维持稳定的速度状态，具体是返回步骤S102继续保持增量式PI调节，而不用理会调节周期或者是调节时间的长短问题。避免当前运动行为下的速度变化状态出现静差，并对扰动合理调节，保证机器人在当前运动状态下的稳定性。

步骤S104、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，然后返回步骤S101。在步骤S104中，机器人的驱动轮在当前调节周期下的当前行走速度是被增量式PI调节更新为新的行走速度，用于在下一调节周期内与下一调节周期下配置的目标速度进行比较以完成新的增量式PI调节；当然机器人的驱动轮在当前调节周期下的当前行走速度也可以是没有被增量式PI调节更新过的，需要在下一调节周期内与下一调节周期下配置的目标速度进行比较，判断是否可以通过增量式PI调节来稳定地补偿机器人的行走速度与下一调节周期下配置的目标速度的速度差，以实现调节后的行走速度稳定地接近于下一调节周期下配置的目标速度、或落入下一调节周期下配置的目标速度的临界误差范围内，并保证这一过程中产生的静差得以消除，产生的噪声干扰也得到合理的调节。需要说明的是，在每一个调节周期内，所述目标速度是按照预先配置的固定的预期加速度计算得到的，下一调节周期下配置的目标速度可以是比当前调节周期下配置的目标速度大；根据步骤S101中确定的速度变化状态的不同可以决定下一调节周期下配置的目标速度是比当前调节周期下配置的目标速度小。

需要说明的是，在重复上述步骤S101至步骤S105的过程中，无论切换到哪一种速度变化状态下，本实施例进行增量式PI调节后将当前调节周期下达到的PWM信号占空比更新为下一调节周期下所需达到的PWM信号占空比，用于控制机器人的驱动轮的行走速度发生变化（比如加速和减速），因为增量式PI调节实际上是基于机器人的驱动轮的行走速度与当前调节周期下配置的目标速度的速度差，配置比例系数和积分系数进行乘积求和运算得到占空比信号。当然机器人输出的PWM信号占空比用于控制改变驱动轮的速度变化量，进而改变行走速度的方向，也能改变驱动轮的加速度的方向。其中，PWM信号占空比采用的是1024级控制占空比，使得速度的处理更加的精细。

在本实施例中，机器人的驱动轮的当前行走速度以及调节后的行走速度都是由机器人的驱动轮内部的码盘读取换算出来的。机器人是通过码盘取获取当前速度的，所以在对所述目标速度做处理之前需要把所述目标速度按照码盘比进行单位的转换，把速度的单位mm/s转换为tick/s，同理对预期加速度的单位作为相应的调整变化，其中，码盘比在是客户端根据机器人的实际运动速度情况配置的；同时，驱动轮的调节周期优选为10ms，作为机器人的运动控制周期，对应测试读取显示出来的机器人实际运动速度也是比较流畅的。

与现有技术相比，本实施例可以根据机器人的驱动轮的行走速度的变化和状态切换情况，包括速度大小和速度方向变化情况（比如加速运动和急减速运动），通过增量式PI调节去周期性地控制机器人的驱动轮的行走速度平稳过渡到所述最终目标速度，并及时切换到不同的速度变化状态下，实现在各种速度变化场景下能够让机器人的行走速度可控地达到预先配置的目标速度（包括速度大小和速度方向都可控地达到预期状态），其中，在每一个调节周期内，本实施例根据预期加速度计算这个调节周期应该达到的目标速度；然后根据当前行走速度和目标速度的差值做增量式PI调节和相对应的开环调节控制，计算出所需要的PWM占空比和调整其方向，使得速度的处理更加的精细，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，进而提高机器人行走的顺畅程度和行走速度的精准度。

作为另一种实施例，即加速运动的实施场景中，或者是从原来的减速运动的场景切换到加速运动的实施场景时，提供一种基于方向的机器人行走速度调节方法，具体如图2所示，具体包括以下步骤：

步骤S201、在机器人启动运动时，对驱动轮配置初始PWM信号占空比、最终目标速度、固定的预期加速度和调节周期，此时机器人按照这个固定的预期加速度和调节周期计算出每一个调节周期所预期的目标速度，以此作为对应调节周期下执行PID调节的判断依据，并配置为不存在急刹车标志位（或将其设置为逻辑0），表明机器人当前的运动行为不是处于刹车减速模式下，加速度方向、速度变化量的方向不会发生改变；然后进入步骤S202。具体地，在机器人启动加速运动时，分别对左驱动轮和机器人的右驱动轮配置相匹配的初始PWM信号占空比；其中，所述驱动轮包括左驱动轮和右驱动轮；该步骤为防止机器人开始启动时会扭动，则从0状态启动时直接给驱动轮输送默认的占空比，既可以减少在启动时P调节的时间，又确保了左驱动轮和右驱动轮的一致性。

需要说明的是，左右驱动轮内的码盘单位采样时间内的实时脉冲计数可以得出实时左右驱动轮的速度值，左右驱动轮的脉冲计数，经过码盘计算与速度的转换公式(该转换公式可为本领域人员常用技术，也可为本申请人研究出的成果)得到机器人在当前运动行为下的整体速度，该整体速度为左右驱动轮的平均值)。

步骤S202、根据驱动轮的码盘读数确定出机器人的运动状态，包括加速运动和慢减速运动（反向加速运动，但减速不过头以至于反向超过原始速度）。然后进入步骤S203。此时，机器人可能是启动油门，开始加速运动，包括但不限于正向加速和反向加速。

步骤S203、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正向加速运动或前述的慢减速运动时，对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进行P调节，让P调节输出的PWM信号占空比换算更新所述驱动轮的当前行走速度，以缩小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。然后进入步骤S204。步骤S203在机器人执行加速运动的过程中，通过P调节来让所述驱动轮的当前行走速度快速响应更新，增强机器人对行走环境的敏感程度，防止超调和振荡。从而在机器人刚启动加速这一低速控制的场景下能柔和的控制机器行走。因此，本实施例实现根据所述驱动轮所处的速度状态，确定对机器人的驱动轮的当前行走速度进行P调节，提高所述驱动轮按照PWM信号占空比行走的响应速度，减少机器人在实际启动（包括启动加速运动）所需调节的时间。

需要说明的是，所述P调节的方法包括：将机器人的驱动轮在当前调节周期内更新前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，所述驱动轮最新获得的PWM信号占空比是上一调节周期内开环调节获得的或闭环调节（增量式PI调节）获得的占空比，P调节输出的PWM信号占空比用于控制更新机器人的驱动轮的当前行走速度。本实施例仅使用P调节的方式去改变更新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。

步骤S204、判断步骤S203更新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所述系统允许误差，是则进入步骤S205，否则进入步骤S208。步骤S204视为：步骤S203更新后的当前行走速度接近当前调节周期下配置的目标速度时进入步骤S205，否则进入步骤S208。优选地，所述系统允许误差用于表示所述当前行走速度在经过所述P调节后，当前行走速度接近当前调节周期下配置的目标速度。所述系统允许误差优选为100tick/s。

因此通过设置所述系统允许误差来检测并触发调节减速过头的驱动轮的行走速度、以及加速过大的驱动轮的行走速度，避免步骤S203更新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变得过大，进而及时防止后续增量式PI调节出的PWM信号占空比失控、以及下一调节周期内的P调节输出的PWM信号占空比失控。

步骤S205、判断当前调节周期下配置的目标速度是否小于所述驱动轮的码盘被读取的最低速度值，是则进入步骤S207，否则进入步骤S206。

步骤S207、将最新调节过的机器人的驱动轮的PWM信号占空比（步骤S203调节更新过的）更新为当前调节周期下配置的目标速度与一个低速开环系数的乘积，以实现低速开环调节步骤S203调节更新过的PWM信号占空比，间接控制更新经过所述P调节更新后的当前行走速度，使用开环控制的方式解决码盘读数量程不够精准的问题，可以是按照低速开环系数增大所述目标速度，使得与当前调节周期下配置的目标速度的速度差值的绝对值缩小为所述系统允许误差的当前行走速度能够在码盘上被正常读取，保证机器人在刚启动加速的场景下的速度数据能被码盘读取，并根据对应的读数正常行走。然后进入步骤S208。

步骤S206、使用增量式PI调节的方式，去调节更新步骤S203更新过的当前行走速度，从而实现：根据机器人的驱动轮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，对机器人的驱动轮的当前行走速度进行增量式PI调节，然后进入步骤S208。具体地，所述增量式PI调节包括：对最新调节过（步骤S203的P调节更新过）的机器人的驱动轮的PWM信号占空比、步骤S203更新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、步骤S203更新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，并配置为不存在急刹车标志位。与现有技术相比，本实施例在机器人的驱动轮的行走速度的变化过快（包括P调节过快）并接近当前调节周期下配置的目标速度时，把速度调节状态（前述反向处理或P调节）地切换为增量式PI调节状态，进入一种平稳的PI调节状态下进行速度的调节，能够有效地减少机器人的驱动轮行走过程中产生的顿挫感，并对有效地减少静差，更能适应短时间的变化而不受过去的速度误差的影响。

因此，在本实施例中，所述驱动轮从0开始加速启动，由于机器人一开始不动，所以被配置初始占空比以促进机器人顺利启动，然后在所述增量式PI调节的过程中， 机器人的驱动轮的PWM信号占空比一直增加，若机器人的加油门信号很小并且外部处于大阻尼负载情况下，机器人的驱动轮也加大力矩输出，让驱动轮可以平稳起步，使得下一调节周期内经过前述的增量式PI调节输出的PWM信号占空比保持大于当前调节周期内经过调节输出的PWM信号占空比，而且是随着调节周期的先后到来，增量式PI调节输出的PWM信号占空比保持平稳地增加，也使得机器人的速度一直朝着同一运动方向增加，这一过程中没有发生刹车现象，则配置为不存在急刹车标志位（或将其置位为逻辑0）。

步骤S208、通过判断急刹车标志位的存在与否，来下传PWM信号占空比到更底层的程序去实现机器人的驱动轮的当前行走速度的控制，即控制机器人按照前述调节输出的PWM信号占空比执行加速运动，然后进入步骤S209。需要说明的是，机器人使用的码盘是单方向的，单纯从码盘无法判断驱动轮方向的正负。在驱动轮的当前行走速度过0，很容易失控，因为PWM信号占空比是进行PID调节，根据当前行走速度和同一调节周期内的目标速度的差值来计算得到PWM信号占空比的结果值，如果PWM信号占空比的结果值在0附近，那么当前行走速度的方向判断错误，会导致PWM信号占空比控制的方向错误，产生当前行走速度和同一调节周期内的目标速度的差值越来越大，PWM信号占空比也变得越来越大，最后失控。因此还需要对速度的方向进行判断。

在步骤S208中，判断到存在所述急刹车标志位时，则执行以下步骤：在步骤S204判断结果为否时，即经过所述P调节更新的行走速度与对应调节周期下配置的目标速度的速度差值的绝对值还没缩小为所述系统允许误差时，判断经过步骤S203的P调节更新的当前行走速度方向是否与最新调节过的机器人的驱动轮的PWM信号占空比所控制的驱动轮的速度变化量的方向相同，显然在本实施例的机器人的加速运动过程中前述的速度方向是相同的；或者，根据步骤S205的判断结果选择判断步骤S206的增量式PI调节更新过的当前行走速度的方向、或者步骤S207的低速开环调节过的当前行走速度的方向，是否与最新调节过的机器人的驱动轮的PWM信号占空比所控制的驱动轮的速度变化量的方向相同。

在步骤S208中，判断不存在所述急刹车标志位（或者标志位置位为逻辑0）时，则执行以下步骤：在步骤S204判断结果为否时，即经过所述P调节更新的行走速度与对应调节周期下配置的目标速度的速度差值的绝对值还没有缩小为所述系统允许误差时，将步骤S203的P调节更新后的PWM信号占空比直接下发到机器人的更底层的程序，即把步骤S203的P调节更新后的PWM信号占空比直接输出至所述驱动轮对应的系统驱动层，实现机器人的行走速度的控制；当所述急刹车标志位（或者标志位置位为逻辑0）时，若当前调节周期下配置的目标速度大于或等于所述驱动轮的码盘被允许读取的最低速度值，则选择将经过所述增量式PI调节更新的PWM信号占空比直接输出至所述驱动轮对应的系统驱动层；当不存在所述急刹车标志位时，若经过所述P调节更新的行走速度与对应调节周期下配置的目标速度的速度差值的绝对值还没缩小为所述系统允许误差，则将经过同一P调节更新的PWM信号占空比直接输出至所述驱动轮对应的系统驱动层。从而实现控制机器人按照前述调节输出的PWM信号占空比执行加速运动，这正是本实施例的机器人从启动开始执行加速运动的触发控制机制，也是机器人按照前述PID调节方式输出的PWM信号占空比在不同调节周期内执行稳定的加速运动的触发控制机制，使得机器人的驱动轮从当前行走速度开始按照当前调节周期下的PWM信号占空比调节出的速度变化量做变速运动。

步骤S209、判断当前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，是则进入步骤S210，否则进入步骤S211。

步骤S210、判断所述驱动轮的速度变化状态是否发生改变，是则结束当前运动行为下的行走速度调节方法，并开始切换到下一个不同类型的运动行为（比如减速运动）的最终目标速度的控制指令；否则返回步骤S205，此时视为已经将机器人的驱动轮的行走速度稳定地调节至最终目标速度，但需要重新返回步骤S205，通过执行增量式PI调节或所述低速开环调节来保证机器人的驱动轮的当前行走速度稳定地达到本实施例所预期的速度。

步骤S211、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，然后返回步骤S203。需要说明的是，在本实施例中，可以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调节和增量式PI调节使用。

在步骤S211中，机器人的驱动轮在当前调节周期下的当前行走速度是先后经过P调节和增量式PI调节更新为新的行走速度，用于在下一调节周期内与下一调节周期下配置的目标速度进行比较以完成新的增量式PID调节；当然机器人的驱动轮在当前调节周期下的经过P调节过的行走速度也可以是没有被增量式PI调节更新过的，需要在下一调节周期内与下一调节周期下配置的目标速度进行比较，判断是否可以通过增量式PI调节来稳定地补偿经过P调节过的机器人的行走速度与下一调节周期下配置的目标速度的速度差，以实现调节后的行走速度稳定地接近于下一调节周期下配置的目标速度、或落入下一调节周期下配置的目标速度的临界误差范围内，并保证这一过程中产生的静差得以消除，产生的噪声干扰也得到合理的调节。需要说明的是，在每一个调节周期内，所述目标速度是按照预先配置的固定的预期加速度计算得到的，下一调节周期下配置的目标速度是比当前调节周期下配置的目标速度大。

因此，本实施例根据划分出的每个周期的目标速度，实现启动状态下的速度变化快慢的控制，特别是在刚刚启动运动的场景下（速度发生较大的变化）能快速地响应使实际行走速度更快接近目标速度，在当前行走速度接近目标速度时，柔和的控制机器人行走。

优选地，所述系统允许误差用于表示所述当前行走速度在经过所述P调节后，当前行走速度接近当前调节周期下配置的目标速度。所述系统允许误差优选为100tick/s。这一系统允许误差也充分考虑机器人在变速运动过程中所受到的阻力影响。

作为另一种实施例，刹车减速运动的实施场景中（包括正向刹车减速和反向刹车减速，其中正向是机器人当前行走方向），或者是从前述实施例的加速运动的场景切换到刹车减速运动的实施场景时，提供一种基于方向的机器人行走速度调节方法，具体如图3所示，具体包括以下步骤：

步骤S301、在机器人按照当前的运动模式启动运动时，对驱动轮配置初始PWM信号占空比、最终目标速度、固定的预期加速度和调节周期，此时机器人按照这个固定的预期加速度和调节周期计算出每一个调节周期所预期达到的目标速度，以此作为对应调节周期下执行PID调节的速度判断依据；然后进入步骤S302。具体地，在机器人启动减速运动时，分别对机器人的左驱动轮和机器人的右驱动轮配置相匹配的初始PWM信号占空比，这些初始PWM信号占空比和实际速度相匹配，既可以减少在减速运动过程中P调节的时间，又确保了左驱动轮和右驱动轮的一致性。

步骤S302、根据驱动轮的码盘读数确定出机器人的运动状态，包括刹车减速运动（反向刹车减速运动和正向刹车减速运动，其中，减速过大则容易过头以至于反向超过原始速度）。然后进入步骤S303。需要说明的是，左右驱动轮内的码盘单位采样时间内的实时脉冲计数可以得出实时左右驱动轮的速度值，左右驱动轮的脉冲计数，经过码盘计算与速度的转换公式(该转换公式可为本领域人员常用技术，也可为本申请人研究出的成果)得到机器人在当前运动行为下的整体速度，该整体速度为左右驱动轮的平均值)，进而确定机器人的加速度大小。

步骤S303、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，是则进入步骤S305，否则进入步骤S304。该步骤用于判断机器人的驱动轮在减速过程中是否出现减速异常的情况，包括出现减速过快的现象，比如刹车速度差阈值优选为400mm/s时，步骤S303则是判断机器人的驱动轮在步骤S302中减速运动中出现的当前行走速度是否比当前调节周期内配置的目标速度大400mm/s。需要说明的是，当出现减速过快的现象时，驱动轮的速度容易出现失控，对机器人的运动的稳定性产生影响。

步骤S304、判断当前调节周期内配置的目标速度是否为0，是则进入步骤S305，否则进入步骤S306。如果判断到机器人的驱动轮在减速过程中没有出现减速过快的情况，则利用该步骤去判断机器人的驱动轮在当前调节周期下配置的目标速度是否为0。因为在目标速度设置为0的情况下，本实施例需将驱动轮的当前行走速度调节至接近目标速度0，而当驱动轮的当前行走速度在0的附近时，驱动轮的当前行走速度的方向容易发生变化，在一些实施场景下，调节输出的PWM信号占空比会将驱动轮的当前行走速度的方向调节为与其相反，当调节输出的PWM信号占空比越来越大时，容易失控。

步骤S305、将所述驱动轮当前获得的PWM信号占空比反向处理以更新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，并配置为存在急刹车标志位（或者置位为逻辑1），然后进入步骤S307；具体地，所述反向处理是作为一种开环调节方式，所述反向处理包括：将所述驱动轮当前获得的PWM信号占空比直接设置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P调节在下一调节周期内累加使用和/或增量式PI调节在当前调节周期内累加使用，以降低机器人的驱动轮在当前行走方向上的速度大小；用于减速的刹车信号占空比的数值符号与所述驱动轮当前获得的PWM信号占空比的数值符号是相反的，使得用于减速的刹车信号占空比控制输出的速度变化量的方向与机器人的驱动轮的当前行走速度的方向是相反的。在一些实施场景中，对PWM信号占空比进行反向处理，比如当前行走速度是250mm/s，当前获得的PWM信号占空比是650，将当前获得的PWM信号直接设置为刹车信号占空比-20，直接作为反向处理输出的占空比信号，实现对机器人的驱动轮的当前行走速度的减速作用；若在下一调节周期中仍判断到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大于刹车速度差阈值，则继续通过反向处理设置出新的刹车信号占空比-40，并将这个新的刹车信号占空比-40直接作为新的反向处理输出的占空比信号，直到所述驱动轮的行走速度被反向处理为接近对应调节周期内配置的目标速度，然后才能在后续步骤中进入所述增量式PI调节中对比较接近的驱动轮的当前行走速度和对应调节周期下配置的目标速度的速度差进行稳定的调节，增强驱动轮刹车减速的稳定性，以消除静差，并克服干扰。

步骤S306、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刹车减速运动时，若步骤S304判断到当前调节周期内配置的目标速度为0，或者，步骤S303判断到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大于刹车速度差阈值，则对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进行P调节，让P调节输出的PWM信号占空比换算更新所述驱动轮的当前行走速度，以缩小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，并配置为不存在急刹车标志位（置位为逻辑0）。然后进入步骤S307。需要说明的是，所述P调节的方法包括：将机器人的驱动轮在当前调节周期内更新前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（在步骤S306中最新获得的PWM信号占空比是步骤S301中配置的初始PWM信号占空比、或者是上一调节周期内的开环调节结果、或者是上一调节周期内的增量式PI调节的结果）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信号占空比用于控制更新机器人的驱动轮的当前行走速度，此时，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不是特别大，但需要经过P调节以进一步地快速缩小两者的速度差值，减小超调和振荡，再在两者的速度差值足够小的时候切换到平稳的增量式PI调节中。本实施例仅使用P调节的方式去改变更新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。在机器人执行刹车减速的过程中，通过P调节来让所述驱动轮的当前制动速度快速响应更新，增强机器人对刹车制动环境的敏感程度，防止超调和振荡。从而在机器人减速刹车这一速度快速变化的场景下能快速控制机器人达到预期的制动目标速度。因此，本实施例实现根据所述驱动轮所处的速度状态，确定对机器人的驱动轮的当前行走速度进行P调节，提高所述驱动轮按照PWM信号占空比行走的响应速度，减少机器人在实际刹车所需调节的时间。

步骤S307、判断步骤S305反向处理更新后的当前行走速度或步骤S306的P调节更新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所述系统允许误差，是则进入步骤S308，否则进入步骤S311。

优选地，所述系统允许误差用于表示所述当前行走速度在经过所述P调节或反向处理后，当前行走速度接近当前调节周期下配置的目标速度。所述系统允许误差优选为100tick/s。

因此通过设置所述系统允许误差来检测并触发调节减速过头的驱动轮的行走速度，避免步骤S305更新后的当前行走速度或步骤S306更新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变得过大，进而及时防止后续增量式PI调节出的PWM信号占空比失控、以及下一调节周期内的P调节输出的PWM信号占空比失控。

步骤S308、配置为不存在急刹车标志位（置位为逻辑0），说明机器人的驱动轮的行走速度已经接近当前调节周期下配置的目标速度，需要将来自步骤S305更新的当前行走速度所匹配的急刹车标志位由存在配置为不存在；并判断当前调节周期下配置的目标速度是否小于所述驱动轮的码盘被读取的最低速度值，是则进入步骤S310，否则进入步骤S309。

步骤S310、将最新获得的机器人的驱动轮的PWM信号占空比更新为当前调节周期下配置的目标速度与一个低速开环系数的乘积，以实现低速开环调节经过步骤S306的P调节更新过的PWM信号占空比、或经过步骤S305的反向处理更新过的PWM信号占空比，间接控制更新驱动轮的当前行走速度，使用开环控制的方式解决码盘读数量程不够精准的问题，可以是按照低速开环系数增大所述目标速度，使得与当前调节周期下配置的目标速度的速度差值的绝对值缩小为所述系统允许误差的当前行走速度能够在码盘上被正常读取，保证机器人在刚启动加速的场景下的速度数据能被码盘读取，并根据对应的读数正常行走。然后进入步骤S311。

步骤S309、使用增量式PI调节的方式，去调节更新步骤S306调节更新过的当前行走速度、或调节更新步骤S305更新处理过的当前行走速度，从而实现：根据机器人的驱动轮的当前行走速度与当前调节周期下配置的目标速度之间的一种大小比较关系，对机器人的驱动轮的当前行走速度进行增量式PI调节的方法，然后进入步骤S311。具体地，所述增量式PI调节包括：对最新调节过的机器人的驱动轮的PWM信号占空比（步骤S306的P调节结果或步骤S305的反向处理结果）、更新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、更新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。与现有技术相比，本实施例在机器人的驱动轮的行走速度的变化过快（包括P调节过快）并接近当前调节周期下配置的目标速度时，把速度调节状态（前述反向处理或P调节）地切换为增量式PI调节状态，在短时间内进入一种平稳的刹车制动速度状态下，能够有效地减少机器人的驱动轮刹车行走过程中产生的顿挫感，并对有效地减少静差，更能适应短时间的变化而不受过去的速度误差的影响。

步骤S311、判断急刹车标志位是否存在，是则进入步骤S312，否则进入步骤S313。需要说明的是，机器人使用的码盘是单方向的，单纯从码盘无法判断驱动轮方向的正负。在驱动轮的当前行走速度过0，很容易失控，因为PWM信号占空比是进行PID调节，根据当前行走速度和同一调节周期内的目标速度的差值来计算得到PWM信号占空比的结果值，如果PWM信号占空比的结果值浮动在0附近，那么容易出现当前行走速度的方向判断错误的问题，会导致PWM信号占空比控制的方向错误，从而导致在相反方向上产生当前行走速度和同一调节周期内的目标速度的差值越来越大，PWM信号占空比也变得越来越大，最后驱动轮的运转变得失控。因此还需要对速度的方向进行判断。

步骤S312、判断经过所述步骤S305更新的PWM信号占空比所控制的驱动轮的速度变化量的方向是否与所述最终目标速度的方向相反，且判断这个速度变化量的大小是否大于对应步骤更新之前的驱动轮的行走速度，若两者判断条件都成立则进入步骤S314，否则进入步骤S315。或者，判断经过所述步骤S305更新的PWM信号占空比所控制的驱动轮的速度变化量的方向是否与所述最终目标速度的方向相反且同时到判断这个速度变化量的大小是否大于对应步骤更新之前的驱动轮的行走速度大小的两倍以至于反向超过对应步骤更新之前的驱动轮的行走速度大小，若两者判断条件都成立则进入步骤S314，否则进入步骤S315。需要说明的是，在该步骤S312中参与判断的所述步骤S305的反向处理更新输出的数值，是经过步骤S307判断筛选，且是在所述急刹车标志位存在（置位为逻辑1）的情况下进行的。

步骤S314、将经过前述步骤更新的PWM信号占空比（参与步骤S312的判断操作的PWM信号占空比）所控制的驱动轮的速度变化量的方向调节为与其相反的方向，避免驱动轮的速度往错误的方向上越变越大，使得机器人无法在相应的调节周期内刹车制动为静止状态。然后进入步骤S315。具体地，当判断到存在所述急刹车标志位时，若经过所述反向处理更新的行走速度与对应调节周期下配置的目标速度的速度差值的绝对值还没缩小为所述系统允许误差，则判断经过所述反向处理更新的PWM信号占空比所控制的驱动轮的速度变化量的方向是否与所述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是否大于所述反向处理更新之前的行走速度的大小，若两者判断条件都满足则将经过前述步骤S305的反向处理更新的PWM信号占空比所控制的驱动轮的速度变化量的方向调节为与其相反的方向。与现有技术相比，本实施例在所述P调节、所述增量式PI调节、所述低速开环调节或所述反向处理的急刹车场景下的驱动轮的行走速度之后，控制更新后的PWM信号占空比所控制的驱动轮的行走速度方向变得与当前调节周期下配置的目标速度方向相同，及时判断出PWM信号占空比调节失控的速度信息，有利于及时纠正PWM信号占空比控制的方向错误。

步骤S313、将更新调节过的PWM信号占空比输出至所述驱动轮对应的系统驱动层，实现机器人的行走速度的控制，然后进入步骤S315。在步骤S313中，步骤S309的增量式PI调节出的PWM信号占空比、步骤S310的低速开环调节出的PWM信号占空比输出至所述驱动轮对应的系统驱动层；或者，经过步骤S306所述P调节更新的行走速度与对应调节周期下配置的目标速度的速度差值的绝对值还没缩小为所述系统允许误差时，将步骤S306所述P调节更新的PWM信号占空比输出至所述驱动轮对应的系统驱动层；本实施例将前述的PWM信号占空比直接输出至所述驱动轮对应的系统驱动层，实现对机器人按照前述PWM信号占空比调节控制的行走速度在工作区域作刹车减速运动，然后进入步骤S315。从而实现控制机器人按照前述调节输出的PWM信号占空比执行加速运动，这正是本实施例的机器人从启动刹车开始执行稳定的减速运动的触发控制机制，也是机器人按照前述PID调节方式输出的PWM信号占空比在不同调节周期内执行稳定的加速运动的触发控制机制，使得机器人的驱动轮从当前行走速度开始按照当前调节周期下的PWM信号占空比调节出的速度变化量做减速运动。

步骤S315、判断当前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，是则进入步骤S317，否则进入步骤S316。

步骤S317、判断所述驱动轮的速度变化状态是否发生改变，是则结束当前运动行为下的行走速度调节方法，并开始切换到下一个不同类型的运动行为（比如加速运动）的最终目标速度的控制指令；否则返回步骤S308，此时视为已经将机器人的驱动轮的行走速度稳定地调节至最终目标速度，但需要重新返回步骤S308，通过执行增量式PI调节或所述低速开环调节来保证机器人的驱动轮的当前行走速度稳定地达到本实施例所预期的速度。

步骤S316、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，然后返回步骤S303。需要说明的是，在本实施例中，可以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调节和增量式PI调节累加使用。

在前述步骤中，机器人的驱动轮在当前调节周期下的当前行走速度可能经过P调节、增量式PI调节、低速开环调节、反向处理更新为新的行走速度，用于在下一调节周期内与下一调节周期下配置的目标速度进行比较以完成新的一轮对应的调节；当然机器人的驱动轮在当前调节周期下的经过P调节过的行走速度也可以是没有被增量式PI调节更新过的，需要在下一调节周期内与下一调节周期下配置的目标速度进行比较，判断是否可以通过增量式PI调节来稳定地补偿经过P调节过、反向处理过的机器人的行走速度与下一调节周期下配置的目标速度的速度差，以实现调节后的行走速度稳定地接近于下一调节周期下配置的目标速度、或落入下一调节周期下配置的目标速度的临界误差范围内，并保证这一过程中产生的静差得以消除，产生的噪声干扰也得到合理的调节，再通过判断更新的PWM信号占空比所控制的驱动轮的速度变化量与所述最终目标速度的大小方向关系以预防驱动轮的行走速度减速过头，反向超过最终目标速度，导致机器人的减速刹车制动失效，从而也确保在每一个调节周期内，所述目标速度是按照预先配置的固定的预期加速度计算得到的，下一调节周期下配置的目标速度是比当前调节周期下配置的目标速度小。

因此，本实施例根据划分出的每个周期的目标速度，实现启动状态下的速度变化快慢的控制，特别是在机器人刹车减速至零的场景下（速度发生较大的变化）能快速地响应使实际行走速度更快接近目标制动速度，在当前行走速度接近目标制动速度时，柔和的控制机器人刹车减速行走。实现在不同减速状态下都能实现精准控制。

优选地，所述系统允许误差用于表示所述当前行走速度在经过所述P调节或反向处理后，当前行走速度接近当前调节周期下配置的目标速度。所述系统允许误差优选为100tick/s。

在前述三个实施例的基础上，还包括对所述目标速度的限制处理，具体为：若判断到当前调节周期下配置的左驱动轮的目标速度和当前调节周期下配置的右驱动轮的目标速度都低于预先配置的最小驱动速度，则按预设放大比例系数同时放大左驱动轮的目标速度和右驱动轮的目标速度，再从放大后的左驱动轮的目标速度和放大后的右驱动轮的目标速度中选择最低的一个目标速度更新预先配置的最小驱动速度，用于作为下一调节周期的目标速度判断。若判断到当前调节周期下配置的左驱动轮的目标速度和当前调节周期下配置的右驱动轮的目标速度都大于预先配置的最大动速度，则按预设缩小比例系数同时缩小左驱动轮的目标速度和右驱动轮的目标速度，再从放大后的左驱动轮的目标速度和放大后的右驱动轮的目标速度中选择最大的一个目标速度更新预先配置的最大驱动速度，用于作为下一调节周期的目标速度判断。从而在每一个调节周期进行PID调节之前对目标速度进行限速处理，以满足预期的左右驱动轮的调速效果。

在每一个调节周期内，所述目标速度是按照预先配置的固定的预期加速度计算得到的；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。实现：根据固定的预期加速度把最终目标速度划分成每个调节周期内对应的目标速度，实现速度变化快慢的控制，进而结合前述三个实施例在需要低速控制的场景下能柔和的控制机器行走，在需要速度快速变化的场合下能快速的响应使实际速度更快达到目标值。

本发明实施例还公开一种芯片，该芯片集成一种PID控制单元，用于存储并控制机器人执行所述的一种基于方向的机器人行走速度调节方法对应的程序代码。所述PID控制单元在前述实施例的步骤S208或步骤S313中将对应调节出的PWM信号占空比输出给机器人的驱动轮的底层驱动层，以实现对机器人的驱动轮的行走速度的控制。在每一个调节周期内，所述PID控制单元根据预期加速度计算这个调节周期应该达到的目标速度；然后根据当前行走速度和目标速度的差值做增量式PI调节和相对应的开环调节控制，计算出所需要的PWM占空比和调整其方向，使得速度的处理更加的精细，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，进而提高机器人行走的顺畅程度和行走速度的精准度。

基于前述实施例，本发明还公开一种视觉机器人，该视觉机器人内部设置有前述实施例的芯片，用于执行前述实施例的一种基于方向的机器人行走速度调节方法。该视觉机器人可以是一种装配摄像头和左右驱动轮的扫地机器人。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (12)

1.一种基于方向的机器人行走速度调节方法，其特征在于，包括：

步骤1、根据所述驱动轮所处的速度变化状态，确定对机器人的驱动轮的当前行走速度进行P调节的方式；然后进入步骤2；其中，所述驱动轮所处的速度变化状态是与机器人当前执行的运动行为相关联的；

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，确定对前述步骤1调节的当前行走速度进行增量式PI调节的方式，以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，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没有缩小为系统允许误差且存在急刹车标志位时，通过判断对应标志位条件下调节过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的关系，来调整前述步骤1调节过的驱动轮的速度变化量的方向；然后进入步骤3；

步骤3、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，是则进入步骤4，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，再返回步骤1；其中，这个预先配置的最终目标速度是与机器人的驱动轮所处的不同的速度变化状态是相关联的；

步骤4、判断所述驱动轮所处的速度变化状态是否发生改变，是则返回步骤1，否则返回步骤2以维持执行所述增量式PI调节；

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。

2.根据权利要求1所述机器人行走速度调节方法，还包括：在机器人启动运行时，分别对左驱动轮和机器人的右驱动轮配置相匹配的初始PWM信号占空比；其中，所述驱动轮包括左驱动轮和右驱动轮；

然后根据所述驱动轮所处的速度变化状态，确定对机器人的驱动轮的当前行走速度进行P调节的方式。

3.根据权利要求2所述机器人行走速度调节方法，其特征在于，所述根据所述驱动轮所处的速度变化状态，确定对机器人的驱动轮的当前行走速度进行P调节的方式的方法包括：

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加速运动时，对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进行P调节，使得P调节输出的PWM信号占空比换算更新所述驱动轮的当前行走速度，以缩小所述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，并配置为不存在急刹车标志位；

其中，所述驱动轮所处的速度变化状态切换到加速运动。

4.根据权利要求2所述机器人行走速度调节方法，其特征在于，所述根据所述驱动轮所处的速度变化状态，确定对机器人的驱动轮的当前行走速度进行P调节的方式的方法包括：

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更新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，并配置为存在急刹车标志位；否则对机器人的驱动轮的当前行走速度进行P调节以更新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，并配置为不存在急刹车标志位；

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更新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，并配置为存在急刹车标志位；否则对机器人的驱动轮的当前行走速度进行P调节以更新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，并配置为不存在急刹车标志位；

其中，存在急刹车标志位表示速度变化异常；所述驱动轮所处的速度变化状态切换到减速运动。

5.根据权利要求4所述机器人行走速度调节方法，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信号占空比直接设置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P调节和/或增量式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。

6.根据权利要求3或5所述机器人行走速度调节方法，其特征在于，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信号占空比用于控制更新机器人的驱动轮的当前行走速度。

7.根据权利要求6所述机器人行走速度调节方法，其特征在于，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，确定对前述步骤1调节的当前行走速度进行增量式PI调节的方式的方法包括：

判断经过所述P调节更新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、更新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、更新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调节和/或增量式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。

8.根据权利要求7所述机器人行走速度调节方法，其特征在于，在对机器人的驱动轮的当前行走速度进行增量式PI调节之前，还包括：

当更新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缩小为所述系统允许误差时，配置为不存在急刹车标志位，并判断当前调节周期下配置的目标速度是否小于所述驱动轮的码盘被允许读取的最低速度值，是则将最新调节过的机器人的驱动轮的PWM信号占空比更新为当前调节周期下配置的目标速度与一个低速开环系数的乘积，以实现低速开环调节更新最新获得的当前行走速度；否则使用前述的增量式PI调节，去继续调节更新最新获得的当前行走速度。

9.根据权利要求8所述机器人行走速度调节方法，其特征在于，所述通过判断对应标志位条件下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的关系，来调整前述步骤1调节过的驱动轮的速度变化量的方向的方法包括：

当判断到存在所述急刹车标志位时，若经过所述反向处理更新的行走速度与对应调节周期下配置的目标速度的速度差值的绝对值不是缩小为所述系统允许误差，则判断经过所述反向处理更新的PWM信号占空比所控制的驱动轮的速度变化量的方向是否与所述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是否大于所述反向处理更新之前的行走速度的大小，若两者判断条件都满足则将经过前述反向处理更新的PWM信号占空比所控制的驱动轮的速度变化量的方向调节为与其相反的方向。

10.根据权利要求9所述机器人行走速度调节方法，其特征在于，当不存在所述急刹车标志位时，若当前调节周期下配置的目标速度小于所述驱动轮的码盘被允许读取的最低速度值，则选择将经过所述低速开环调节更新的PWM信号占空比直接输出至所述驱动轮对应的系统驱动层；

当不存在所述急刹车标志位时，若当前调节周期下配置的目标速度大于或等于所述驱动轮的码盘被允许读取的最低速度值，则选择将经过所述增量式PI调节更新的PWM信号占空比直接输出至所述驱动轮对应的系统驱动层；

当不存在所述急刹车标志位时，若经过所述P调节更新的行走速度与对应调节周期下配置的目标速度的速度差值的绝对值不是缩小为所述系统允许误差，则将经过同一P调节更新的PWM信号占空比直接输出至所述驱动轮对应的系统驱动层。

11.一种芯片，其特征在于，该芯片集成一种PID控制单元，用于存储并控制机器人执行权利要求1至10任一项所述的一种基于方向的机器人行走速度调节方法对应的程序代码。

12.一种视觉机器人，其特征在于，该视觉机器人内部设置有权利要求11所述的芯片，用于执行权利要求1至10任一项所述的一种基于方向的机器人行走速度调节方法。

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