CN113110025A - 机器人的行进控制方法、系统、电子设备及存储介质 - Google Patents

机器人的行进控制方法、系统、电子设备及存储介质 Download PDF

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CN113110025A
CN113110025A CN202110379638.0A CN202110379638A CN113110025A CN 113110025 A CN113110025 A CN 113110025A CN 202110379638 A CN202110379638 A CN 202110379638A CN 113110025 A CN113110025 A CN 113110025A
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陈海波
方继勇
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00—Automatic controllers
    • G05B11/01—Automatic controllers electric
    • G05B11/36—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential
    • G05B11/42—Automatic controllers electric with provision for obtaining particular characteristics, e.g. proportional, integral, differential for obtaining a characteristic which is both proportional and time-dependent, e.g. P. I., P. I. D.

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Abstract

本申请公开了一种机器人的行进控制方法、系统、电子设备及存储介质，所述行进控制方法包括：确定所述机器人直线行走时相对于基准直线的角度偏移量，基于该角度偏移量对所述机器人的行进执行第一PID控制，以建立角度控制闭环，确定所述机器人直线行走时相对于基准直线的速度偏移量，基于该速度偏移量对所述机器人的行进执行第二PID控制，以建立速度控制闭环，确定所述机器人直线行走时相对于基准直线的距离偏移量，基于该距离偏移量对所述机器人的行进执行第三PID控制，以建立偏距控制闭环，以及利用如上的三种控制闭环，同时在对应控制闭环中结合编码器和陀螺仪来控制所述机器人的行进，使得机器人按照基准直线进行直线行走。

Description

机器人的行进控制方法、系统、电子设备及存储介质
技术领域
本申请涉及机器人的控制的技术领域，尤其涉及对机器人的行进进行控制的方法、系统、电子设备及计算机可读存储介质。
背景技术
随着移动机器人技术的不断发展，移动机器人的应用范围和功能大为拓展和提高，在工业、农业、国防、医疗、救援、服务等行业中得到广泛的应用。
各类机器人可被配置对应业务逻辑，以便在相应的业务场景中执行业务功能，例如，机器人被配置成在地面上按照原先规划的直线路径作直线运动，以便完成相应的工作。
然而，由于移动机器人的运行环境是不确定的，包括地面类型，有大理石、地毯、水泥路面等，另外移动机器人的负载也是可变的，导致机器人的质心和惯量也是变化的。另外，机器人长期运行，轮胎磨损等造成的误差等因素，都会影响机器人直线度行走效果。
因此，需要对于机器人的行进进行控制，使得其能够准确地且可靠地按照基准进行直线行走。
发明内容
本申请的目的在于提供一种对机器人的行进进行控制的方法、系统、电子设备及计算机可读存储介质，其通过三种控制闭环结合陀螺仪和编码器能够精准地实现机器人按照基准进行直线行走。
本申请的目的采用以下技术方案实现：
第一方面，本申请提供了一种机器人的行进控制方法，所述行进控制方法包括：
确定所述机器人直线行走时相对于基准直线的角度偏移量，基于该角度偏移量对所述机器人的行进执行第一PID控制，以建立角度控制闭环，
确定所述机器人直线行走时相对于基准直线的速度偏移量，基于该速度偏移量对所述机器人的行进执行第二PID控制，以建立速度控制闭环，
确定所述机器人直线行走时相对于基准直线的距离偏移量，基于该距离偏移量对所述机器人的行进执行第三PID控制，以建立偏距控制闭环，以及
利用如上的三种控制闭环，同时在对应控制闭环中结合编码器和陀螺仪来控制所述机器人的行进，使得机器人按照基准直线进行直线行走。
根据上述的行进控制方法，能够利用三种PID控制闭环，即，角度控制闭环、速度控制闭环和偏距控制闭环同时结合编码器和陀螺仪来共同实现对机器人的直线行走进行控制，多维度地且多参数地进行控制和反馈，精准地控制机器人按照基准直线进行直线行走。
优选地，在第一方面的行进控制方法中，所述第一PID控制至第三PID控制由如下的通用增量式PID反馈控制公式计算：
u(i)＝u(i-1)+Kp(ei-ei-1)+Kiei+Kd(ei-2ei-1+ei-2)，
其中，Kp为进行对应的PID控制的PID控制器的比例系数，Ki为PID控制器的积分系数，Kd为PID控制器的微分系数。
根据上述的行进控制方法，由于控制程序只能识别离散数字量，因此对PID控制算法分别进行离散化得到通用的增量式反馈公式，使得简化计算，其中，由于本发明中至少有3回路的闭环反馈(由内环向外环反馈依次)：力矩反馈回路、速度反馈回路、偏航(直线度控制)反馈回路，因此如果是速度回路，上述公式对应的控制变量就是速度指令，其他回路类同；并且u(i)是外环反馈的输出，也是内环反馈的输入，比如对于速度回路反馈，u(i)代表电流设定值，对于偏航反馈回路，u(i)代表速度设定值；对于力矩反馈回路，u(i)代表PWM占空度值。
优选地，在第一方面的行进控制方法中，在第三PID控制中，利用如下公式来计算所述机器人的在各个时刻的坐标，
Figure BDA0003012481230000021
其中，xr是机器人的位置，x是机器人的横坐标，y是机器人的纵坐标，θ为机器人转过的角度，ωr和υr分别为机器人角速度和线速度，w为所使用的传感器和模型这两者的误差。
根据上面的行进控制方法，能够精确地计算出机器人的实时坐标，从而有力地进行对于机器人进行直线行进的控制；由于位置是随时计算的，实时不停采集传感器数据进行计算，而在当前传感器方案下，利用上述公式计算机器人的位置时处理过程最少，计算量最小，且公式简单。
优选地，在第一方面的行进控制方法中，所述角度控制闭环包括：将所述陀螺仪的采集数据与所述编码器的采集数据进行融合，然后通过卡尔曼滤波器输出最优角速度。
根据上述的行进控制方法，能够通过卡尔曼滤波输出最优角速度参与整体直线行走闭环控制，进一步保证机器人能够沿直线行走。
优选地，在第一方面的行进控制方法中，所述卡尔曼滤波器可以是离散时间扩展卡尔曼滤波器。另外，通过卡尔曼滤波输出最优角速度可以具体包括：通过将陀螺仪与编码器的采集数据进行融合，并通过所述离散时间扩展卡尔曼滤波器，将多个传感器的采集信息相融合并消除扰动误差。
根据上述的行进控制方法，能够可靠且有效地通过离散时间扩展卡尔曼滤波器进行卡尔曼滤波以输出最优角速度。在导航定位这方面，选择所述的卡尔曼滤波器能够实现最优异的效果，精度高且计算量小。
优选地，在第一方面的行进控制方法中，所述方法还包括：
在陀螺仪方面顺次地进行陀螺仪初始化、读取数据寄存器并校正零漂和输出电机角速度，
在编码器方面顺次地进行编码器初始化、读取机器人的左右轮的脉冲数并进行LPF滤波和输出电机角速度，
将在陀螺仪方面输出的电机角速度和在编码器方面输出的电机角速度进行数据融合后经过卡尔曼滤波，输出最优角速度，以及
基于所述最优角速度，通过角速度积分计算偏航角。
根据上述的行进控制方法，能够有效且可靠地进行反馈参数(偏航角速度)的降噪处理。
第二方面，本申请提供了一种机器人的行进控制系统，所述行进控制系统包括：
角度控制子系统：其确定所述机器人直线行走时相对于基准直线的角度偏移量，基于该角度偏移量对所述机器人的行进执行第一PID控制，以建立角度控制闭环，
速度控制子系统：其确定所述机器人直线行走时相对于基准直线的速度偏移量，基于该速度偏移量对所述机器人的行进执行第二PID控制，以建立速度控制闭环，
偏距控制子系统：其确定所述机器人直线行走时相对于基准直线的距离偏移量，基于该距离偏移量对所述机器人的行进执行第三PID控制，以建立偏距控制闭环，以及
编码器和陀螺仪，
其中，利用如上的三种控制子系统建立的控制闭环，同时在对应控制闭环中结合编码器和陀螺仪来控制所述机器人的行进，使得机器人按照基准直线进行直线行走。
利用本发明第二方面的机器人的行进控制系统，能够实现与第一方面同样的技术效果，实现对机器人的直线行走进行精确地控制。
另外，在本发明第二方面的机器人的行进控制系统中，编码器分别为机器人的左轮电机和右轮电机提供。
第三方面，本申请提供了一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项方法的步骤。
优选地，在上面第三方面的电子设备中，所述处理器包括角度PID控制器、速度PID控制器、偏距PID控制器，并且所述电子设备还包括编码器和陀螺仪。
进一步优选地，在第三方面的电子设备中，至少由所述机器人的电机、所述编码器以及所述速度PID控制器构成了所述速度控制闭环，至少由所述机器人的电机、所述编码器、所述机器人的底盘、所述陀螺仪以及所述角度PID控制器构成了所述角度控制闭环，以及至少由所述机器人的电机、所述编码器、所述机器人的底盘、所述陀螺仪以及所述偏距PID控制器构成了所述偏距控制闭环。
进一步优选地，在第三方面的电子设备中，在所述角度控制闭环中，还包括卡尔曼滤波器，所述编码器与所述陀螺仪的融合后数据输入至所述卡尔曼滤波器，并且所述卡尔曼滤波器的输出数据输入至所述角度PID控制器。
第四方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项方法的步骤。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请进一步说明。
图1是本申请实施例提供的一种机器人的行进控制系统的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种机器人的行进控制方法的示意框图；
图3是本申请实施例提供的一种机器人行进控制方法的PID沿线控制算法框图；
图4是本申请实施例提供的一种机器人行进控制方法中的速度闭环控制算法的结构示意图；
图5是本申请实施例提供的一种机器人行进控制方法中的扩展卡尔曼滤波消除干扰误差控制的示意图；
图6是本申请实施例提供的一种机器人行进控制方法中的多传感器融合后的偏航角计算的示意图；
图7是本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图；
图8是本申请实施例提供的一种用于实现机器人直线行走控制的程序产品的结构示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
图1是本申请实施例提供的一种机器人的行进控制系统的结构示意图。首先，在本发明实施例中，机器人可以是包括左右两轮的各种机器人，左轮无刷电机和右轮无刷电机分别向左右两轮提供行进的动力。在接收到行进指令后，机器人可以对应地实现规定的行进。在机器人收到了从起到向终点进行直线行走的指令时，运用本发明实施例的行进控制方法和系统，能够精准地控制机器人按照基准直线进行行走。
如图1所示，本申请实施例的行进控制系统100包括：角度控制子系统110：其确定所述机器人直线行走时相对于基准直线的角度偏移量即偏航角，基于该角度偏移量对所述机器人的行进执行第一PID控制，以建立角度控制闭环；速度控制子系统120：其确定所述机器人直线行走时相对于基准直线的速度偏移量，基于该速度偏移量对所述机器人的行进执行第二PID控制，以建立速度控制闭环；偏距控制子系统130：其确定所述机器人直线行走时相对于基准直线的距离偏移量即偏距，基于该距离偏移量对所述机器人的行进执行第三PID控制，以建立偏距控制闭环，以及编码器140和陀螺仪150。利用如上的三种子系统110、120、130同时结合所述编码器140和陀螺仪150控制所述机器人的行进，使得机器人按照基准直线进行直线行走。
利用图1所述的行进控制系统100能够进行对于机器人的进行控制，使其实现按照基准直线进行直线行走。图2示出了本申请实施例提供的一种机器人的行进控制方法的示意框图。如图2所述，本实施例的机器人的行进控制方法主要包括步骤S101-S104。具体地，在步骤S101中，确定所述机器人直线行走时相对于基准直线的角度偏移量，基于该角度偏移量对所述机器人的行进执行第一PID控制，以建立角度控制闭环；在步骤S102中，确定所述机器人直线行走时相对于基准直线的速度偏移量，基于该速度偏移量对所述机器人的行进执行第二PID控制，以建立速度控制闭环；在步骤S103中，确定所述机器人直线行走时相对于基准直线的距离偏移量，基于该距离偏移量对所述机器人的行进执行第三PID控制，以建立偏距控制闭环；以及在步骤S104中，利用如上的三种控制闭环，同时在对应控制闭环中结合编码器和陀螺仪来控制所述机器人的行进，使得机器人按照基准直线进行直线行走。
另外，需要注意的是，上述的步骤S101-S104可以不是顺次进行的，而是可以是同时进行的。
根据上述的行进控制系统及其方法，能够利用三种PID控制闭环，即，角度控制闭环、速度控制闭环和偏距控制闭环同时结合编码器和陀螺仪来共同实现对机器人的直线行走进行控制，多维度地且多参数地进行控制和反馈，精准地控制机器人按照基准直线进行直线行走。
根据本发明实施例的行进控制方法中，所述第一PID控制至第三PID控制由如下的通用增量式PID反馈控制公式(1)计算：
u(i)＝u(i-1)+Kp(ei-ei-1)+Kiei+Kd(ei-2ei-1+ei-2) (1)
其中，Kp为进行对应的PID控制的PID控制器的比例系数，Ki为PID控制器的积分系数，Kd为PID控制器的微分系数。
具体，由于控制程序只能识别离散数字量，因此对PID控制算法分别进行离散化得到如上通用的增量式反馈公式(1)，使得简化计算，其中，由于本发明中至少有3回路的闭环反馈(由内环向外环反馈依次)：力矩反馈回路、速度反馈回路、偏航(直线度控制)反馈回路，因此如果是速度回路，上述公式对应的控制变量就是速度指令，其他回路类同；并且u(i)是外环反馈的输出，也是内环反馈的输入，比如对于速度回路反馈，u(i)代表电流设定值，对于偏航反馈回路，u(i)代表速度设定值；对于力矩反馈回路，u(i)代表PWM占空度值。
在本实施中，除了角度闭环和速度闭环控制，还引入了偏距的PID控制。这是因为，考虑到机器人在直线行走过程中，若只是依靠角度闭环和速度闭环控制只能保证机器人不偏航，而无法保证机器人沿着一条直线行走，因此引入一个针对机器人偏距的偏距PID控制，从而更加精确地完成机器人的沿直线行走功能。机器人在行走过程中，可根据式(2)计算出每个时刻机器的坐标，当给出机器人沿线行走的起始坐标和终点坐标时，便求出预期的直线轨迹，控制当前点到直线的距离为零范围内，再融合角度和速度双闭环控制便可得到左右两轮速度，其结构框图如图3和图4所示。
Figure BDA0003012481230000071
Figure BDA0003012481230000081
其中，xr是机器人的位置，x是机器人的横坐标，y是机器人的纵坐标，θ为机器人转过的角度，ωr和υr分别为机器人角速度和线速度，w为所使用的传感器和模型这两者的误差。Wx(k+1)、Wy(k+1)、Wθ(k+1)的数值例如可以通过另外传感器IMU获得。另外，机器人一般都有地图，一般会把充电点当做所述的绝对原点。
根据上面的行进控制方法，利用上述公式(2)，能够精确地计算出机器人的实时坐标，从而有力地进行对于机器人进行直线行进的控制；由于位置是随时计算的，实时不停采集传感器数据进行计算，而在当前传感器方案下，利用上述公式计算机器人的位置时处理过程最少，计算量最小，且公式简单。
另外，考虑到由于移动机器人左右两边驱动轮的无刷直流电机性能存在个体差异，存在即使控制算法输出同样的PWM占空比信号亦会导致电机转速不同的可能性。此外，在实际地面直线行进中，也可能出现车轮打滑等现象，同样会造成两个机器人两边驱动轮的轮速不同。因此为了完成直线行驶和机器人速度控制，除了上面的至少3个PID闭环控制之外，本实施例还利用编码器和陀螺仪的采集数据同时再结合前述PID控制算法完成对机器人的直线运动控制。
图3是本申请实施例提供的一种机器人行进控制方法的PID沿线控制算法框图；图4是本申请实施例提供的一种机器人行进控制方法中的速度闭环控制算法的结构示意图；图5是本申请实施例提供的一种机器人行进控制方法中的扩展卡尔曼滤波消除干扰误差控制的示意图；图6是本申请实施例提供的一种机器人行进控制方法中的多传感器融合后的偏航角计算的示意图。
如图3所示，根据本实施例的PID沿线控制算法包括具有速度PID控制器的速度控制闭环、具有角度PID控制器的角度控制闭环以及具有偏距PID控制器的偏距控制闭环。通过三种PID控制闭环，同时结合编码器和陀螺仪，完整实现了对于机器人的直线行进的沿线控制和计算。在该图3所示的算法框图中，能够将速度反馈、偏距反馈以及最优偏航角估计(反馈)纳入沿线计算中，多维度多参数地实现了控制，使得电极驱动模块能够对电机进行驱动，使得机器人左右轮严格按照基准直线进行直线行走。
图3是图1中的由编码器进行速度反馈并且具有速度PID控制器进行速度PID控制的速度闭环控制的算法框图。如图3所示，机器人的左轮无刷电机和右轮无刷电机分别设置有对应的左编码器和右编码器，通过左编码器能够测量机器人的左轮的左轮转速，通过右编码器能够测量机器人的右轮的右轮转速。通过将由各自的编码器测量得到的左右轮的转速输入到速度PID控制器中，进行速度的PID控制，并且输出功率驱动模块中，至此能够控制左轮无刷电机和右轮无刷电机从而实现左右轮为相同的转速。
图5是角度PID控制闭环中的一个环节。由于在偏航角的控制过程中，对于来自编码器和陀螺仪的数据的融合的输入可能存在噪声，因此，进行卡尔曼滤波融合，即图5所具体示出的卡尔曼滤波融合，以便消除干扰误差，其中所涉及的参数可以参见前述的各算式(1)-(2)，对于卡尔曼滤波器本身，其示出的参数与现有技术相同。
如图3的框图所示，在行进控制方法中，角度控制闭环包括：将陀螺仪的采集数据与所述编码器的采集数据进行传感器融合，然后通过卡尔曼滤波输出最优角速度。根据上述的行进控制方法，能够通过卡尔曼滤波输出最优角速度参与整体直线行走闭环控制，进一步保证机器人能够沿直线行走。
此外，上面提到的通过卡尔曼滤波输出最优角速度具体可以包括：通过将陀螺仪与编码器的采集数据进行融合，并通过离散时间扩展卡尔曼滤波器，将多个传感器的采集信息相融合并消除扰动误差，并且可以将其实现在arm嵌入式平台上。根据上述的行进控制方法，能够可靠且有效地通过卡尔曼滤波输出最优角速度。然后，借助于该最优角速度在角度PID控制器中进行PID控制，并且最终输入至电机控制模块控制的通用底盘中，实现左右轮在行进过程中不偏航，以进一步保证直线度。而且，在导航定位这方面，选择所述的离散时间卡尔曼滤波器能够实现最优异的效果，精度高且计算量小。
图6更加具体地示出了图3中的反馈参数(偏航角速度)的降噪处理，即，编码器、陀螺仪至卡尔曼滤波融合的输出为止的沿线的处理，从而输出偏航角。
具体地，如图6，在多个传感器融合后计算偏航角，包括：在陀螺仪方面顺次地进行陀螺仪初始化、读取数据寄存器并校正零漂和输出电机角速度，在编码器方面顺次地进行编码器初始化、读取机器人的左右轮的脉冲数并进行LPF滤波和输出电机角速度，将在陀螺仪方面输出的电机角速度和在编码器方面输出的电机角速度进行数据融合后经过卡尔曼滤波，输出最优角速度，以及基于所述最优角速度，通过角速度积分计算偏航角。
根据上述的行进控制方法，能够有效且可靠地进行反馈参数(偏航角速度)的降噪处理，得到偏航角，最终实现PID角度控制，使得机器人在行进时不会偏航。
另外，如图3，本实施例还引入了具有偏距PID控制器的偏距控制闭环，其也可以融合编码器和陀螺仪的采集数据，并且进一步将控制结果输出至机器人的通用底盘，使其在不偏航的基础上更能够实现不偏距，即严格按照基准直线进行行走。
以上已经详细描述了本申请实施例的一种对于机器人的行进进行控制的方法和系统，其针对移动机器人底盘，在左右驱动轮分别进行速度和角度双闭环控制基础上引入偏距控制PID算法，并且引入陀螺仪采集数据(测量旋转角速度)与编码器(测量速度、角速度)进行传感器融合，通过卡尔曼滤波输出最优角速度参与整体直线行走闭环控制，进一步保证机器人能够沿直线行走。
对于上述提到的传感器，例如是惯导传感器IMU，当然也可以添加更多的传感器采集数据信息进行多传感器融合。
参见图7，本申请实施例还提供了一种电子设备200，电子设备200包括至少一个存储器210、至少一个处理器220以及连接不同平台系统的总线230。
存储器210可以包括易失性存储器形式的可读介质，例如随机存取存储器(RAM)211和/或高速缓存存储器212，还可以进一步包括只读存储器(ROM)213。
其中，存储器210还存储有计算机程序，计算机程序可以被处理器220执行，使得处理器220执行本申请实施例中机器人的行进控制方法的步骤，其具体实现方式与上述机器人的行进控制方法的实施例中记载的实施方式、所达到的技术效果一致，部分内容不再赘述。
存储器210还可以包括具有至少一个程序模块215的实用工具214，这样的程序模块215包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
相应的，处理器220可以执行上述计算机程序，以及可以执行实用工具214。处理器220可以包括角度PID控制器、速度PID控制器、偏距PID控制器，从而进行各种PID控制。
另外，所述电子设备200还包括编码器和陀螺仪。
在电子设备200中，至少由所述机器人的电机、所述编码器以及所述速度PID控制器构成了所述速度控制闭环，至少由所述机器人的电机、所述编码器、所述机器人的底盘、所述陀螺仪以及所述角度PID控制器构成了所述角度控制闭环，以及至少由所述机器人的电机、所述编码器、所述机器人的底盘、所述陀螺仪以及所述偏距PID控制器构成了所述偏距控制闭环。
而且，在电子设备200的所述角度控制闭环中，还可以包括卡尔曼滤波器，所述编码器与所述陀螺仪的融合后数据输入至所述卡尔曼滤波器，并且所述卡尔曼滤波器的输出数据输入至所述角度PID控制器。
因此，利用本发明的电子设备200，其也能够可靠地实现利用三种PID控制闭环，即，角度控制闭环、速度控制闭环和偏距控制闭环同时结合编码器和陀螺仪来共同实现对机器人的直线行走进行控制，多维度地且多参数地进行控制和反馈，精准地控制机器人按照基准直线进行直线行走。
总线230可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器、外围总线、图形加速端口、处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
电子设备200也可以与一个或多个外部设备240例如键盘、指向设备、蓝牙设备等通信，还可与一个或者多个能够与该电子设备200交互的设备通信，和/或与使得该电子设备200能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等)通信。这种通信可以通过输入输出接口250进行。并且，电子设备200还可以通过网络适配器260与一个或者多个网络(例如局域网(LAN)，广域网(WAN)和/或公共网络，例如因特网)通信。网络适配器260可以通过总线230与电子设备200的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合电子设备200使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理器、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储平台等。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序被执行时实现本申请实施例中机器人的行进控制方法的步骤，其具体实现方式与上述机器人的行进控制方法的实施例中记载的实施方式、所达到的技术效果一致，部分内容不再赘述。
图8示出了本实施例提供的用于实现上述机器人的行进控制方法的程序产品300，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在终端设备，例如个人电脑上运行。然而，本发明的程序产品300不限于此，在本申请中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。程序产品300可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等，或者上述的任意合适的组合。可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言诸如C语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
本申请从使用目的上，效能上，进步及新颖性等观点进行阐述，已符合专利法所强调的功能增进及使用要件，本申请以上的说明书及说明书附图，仅为本申请的较佳实施例而已，并非以此局限本申请，因此，凡一切与本申请构造，装置，特征等近似、雷同的，即凡依本申请专利申请范围所作的等同替换或修饰等，皆应属本申请的专利申请保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种机器人的行进控制方法，其特征在于，所述行进控制方法包括：
确定所述机器人直线行走时相对于基准直线的角度偏移量，基于该角度偏移量对所述机器人的行进执行第一PID控制，以建立角度控制闭环，
确定所述机器人直线行走时相对于基准直线的速度偏移量，基于该速度偏移量对所述机器人的行进执行第二PID控制，以建立速度控制闭环，
确定所述机器人直线行走时相对于基准直线的距离偏移量，基于该距离偏移量对所述机器人的行进执行第三PID控制，以建立偏距控制闭环，以及
利用如上的三种控制闭环，同时在对应控制闭环中结合编码器和陀螺仪来控制所述机器人的行进，使得机器人按照基准直线进行直线行走。
2.根据权利要求1所述的行进控制方法，其特征在于，在第三PID控制中，利用如下公式来计算所述机器人的在各个时刻的坐标，
Figure FDA0003012481220000011
其中，xr是机器人的位置，x是机器人的横坐标，y是机器人的纵坐标，θ为机器人转过的角度，ωr和υr分别为机器人角速度和线速度，w为所使用的传感器和模型这两者的误差。
3.根据权利要求1所述的行进控制方法，其特征在于，
所述角度控制闭环包括：将所述陀螺仪的采集数据与所述编码器的采集数据进行融合，然后通过卡尔曼滤波器输出最优角速度。
4.根据权利要求3所述的行进控制方法，其特征在于，所述卡尔曼滤波器是离散时间扩展卡尔曼滤波器。
5.根据权利要求1-4的任意一项所述的行进控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
在陀螺仪方面顺次地进行陀螺仪初始化、读取数据寄存器并校正零漂和输出所述机器人的电机的角速度，
在编码器方面顺次地进行编码器初始化、读取机器人的左右轮的脉冲数并进行低通滤波和输出机器人的电机的角速度，
将在陀螺仪方面输出的电机的角速度和在编码器方面输出的电机的角速度进行数据融合后经过卡尔曼滤波，输出最优角速度，以及
基于所述最优角速度，通过角速度积分计算偏航角。
6.一种机器人的行进控制系统，其特征在于，所述行进控制系统包括：
角度控制子系统：其确定所述机器人直线行走时相对于基准直线的角度偏移量，基于该角度偏移量对所述机器人的行进执行第一PID控制，以建立角度控制闭环，
速度控制子系统：其确定所述机器人直线行走时相对于基准直线的速度偏移量，基于该速度偏移量对所述机器人的行进执行第二PID控制，以建立速度控制闭环，
偏距控制子系统：其确定所述机器人直线行走时相对于基准直线的距离偏移量，基于该距离偏移量对所述机器人的行进执行第三PID控制，以建立偏距控制闭环，以及
编码器和陀螺仪，
其中，利用如上的三种控制子系统建立的控制闭环，同时在对应控制闭环中结合编码器和陀螺仪来控制所述机器人的行进，使得机器人按照基准直线进行直线行走。
7.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-5任一项所述方法的步骤；
所述处理器包括角度PID控制器、速度PID控制器、偏距PID控制器，并且
所述电子设备还包括编码器和陀螺仪。
8.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，
至少由所述机器人的电机、所述编码器以及所述速度PID控制器构成了所述速度控制闭环，
至少由所述机器人的电机、所述编码器、所述机器人的底盘、所述陀螺仪以及所述角度PID控制器构成了所述角度控制闭环，以及
至少由所述机器人的电机、所述编码器、所述机器人的底盘、所述陀螺仪以及所述偏距PID控制器构成了所述偏距控制闭环。
9.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，
在所述角度控制闭环中，还包括卡尔曼滤波器，所述编码器与所述陀螺仪的融合后数据输入至所述卡尔曼滤波器，并且所述卡尔曼滤波器的输出数据输入至所述角度PID控制器。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一项所述方法的步骤。
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