CN114355920A - 行进方向的控制方法、装置、智能设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机器人技术领域，提供一种行进方向的控制方法、装置、智能设备及存储介质，用于解决移动机器人打滑检测后无法控制行进方向的问题。行进方向的控制方法包括：当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，对当前的第一行进方向进行调整，并基于调整后的第一行进方向行进至目标点；对行进至目标点的第二行进方向进行旋转，并基于旋转后的第二行进方向行进目标距离；对行进至目标距离的第三行进方向进行旋转，并基于旋转后的第三行进方向继续行进；对继续行进的运行状态进行实时监测，并根据监测的结果确定是否对继续行进的行进方向进行调整。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种行进方向的控制方法、装置、智能设备及存储介质。
背景技术
扫地机器人等移动机器人的工作环境复杂，在如地毯、薄冰等摩擦力较小的表面上运动时，轮子容易发生打滑。用激光、视觉等方式导航的扫地机，可以通过对比同步定位与建图(simultaneous localization and mapping，SLAM)系统给出的定位信息判断是否存在打滑现象，并及时修正。而纯惯性导航扫地机的定位和导航只能依赖编码器和微惯性测量组合MEMS-IMU传感器，两种传感器检测不出的打滑现象会造成定位误差迅速增大，无法消除或减轻。
光流传感器可用于检测载体的实际速度大小和方向，多用于无人机上，与GPS、加速度计等获得数据进行融合计算，以提高定位精度。光流传感器用于扫地机等移动机器人时，由于物距过小，地面平整度差会严重影响传感器的速度计算，给出误差过大甚至不可信的结果。因而，为了提高光流传感器的可信度，现有一般都是采用以下方法：在两个轮子附近各安装一个光流传感器，根据测出的两个轮子的实际速度重新估计扫地机的速度和位置。
上述方法虽然可以判断是否存在打滑，但未给出路径纠正的具体方法，移动机器人打滑检测后无法控制行进方向。
发明内容
本发明提供一种行进方向的控制方法、装置、智能设备及存储介质，用于解决移动机器人打滑检测后无法控制行进方向的问题。
本发明第一方面提供了一种行进方向的控制方法，所述行进方向的控制方法包括：
当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，对当前的第一行进方向进行调整，并基于调整后的第一行进方向行进至目标点；
对行进至目标点的第二行进方向进行旋转，并基于旋转后的第二行进方向行进目标距离；
对行进至目标距离的第三行进方向进行旋转，并基于旋转后的第三行进方向继续行进；
对继续行进的运行状态进行实时监测，并根据监测的结果确定是否对继续行进的行进方向进行调整。
在一种可行的实施方式中，所述当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，对当前的第一行进方向进行调整，并基于调整后的第一行进方向行进至目标点之前，还包括：
获取当前实际运动方向与期望方向的夹角，并计算所述当前实际运动方向与期望方向的夹角的绝对值，得到夹角绝对值；
判断所述夹角绝对值是否大于预设阈值；
若所述夹角绝对值大于预设阈值，则判定当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移。
在一种可行的实施方式中，所述获取当前实际运动方向与期望方向的夹角，包括：
获取光流传感器的安装位置、惯性传感器的当前角速度、预置周期内的光流传感器位移、预置周期内的惯性传感器角度；
通过所述光流传感器的安装位置、所述惯性传感器的当前角速度、所述预置周期内的光流传感器位移和所述预置周期内的惯性传感器角度，计算实际方向最优估计值；
获取当前机身朝向与期望方向的夹角，得到机身期望夹角；
对所述实际方向最优估计值和所述机身期望夹角进行运算，得到当前实际运动方向与期望方向的夹角。
在一种可行的实施方式中，所述当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，对当前的第一行进方向进行调整，并基于调整后的第一行进方向行进至目标点，包括：
当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，对当前的第一行进方向进行持续调整，直至调整后的当前实际运动方向与期望方向的夹角为0，得到调整后的第一行进方向；
基于调整后的第一行进方向行进至目标点。
在一种可行的实施方式中，所述当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，对当前的第一行进方向进行持续调整，直至调整后的当前实际运动方向与期望方向的夹角为0，得到调整后的第一行进方向，包括：
当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，通过预置算法、当前实际运动方向与期望方向的夹角，计算当前调整的控制参数；
通过所述当前调整的控制参数计算目标角速度；
判断所述目标角速度对应的实际运动方向与期望方向的夹角是否为0；
若所述目标角速度对应的实际运动方向与期望方向的夹角为0，则将所述目标角速度取反，得到调整后的第一行进方向。
在一种可行的实施方式中，所述对行进至目标点的第二行进方向进行旋转，并基于旋转后的第二行进方向行进目标距离，包括：
获取行进至目标点的第二行进方向对应的当前夹角，以及旋转期望角度，所述当前夹角用于指示行进至目标点的第二行进方向对应的当前机身朝向与期望方向的夹角；
通过所述当前夹角和所述旋转期望角度计算第一目标旋转角度，并获取驱动轮轮速；
基于所述第一目标旋转角度和所述驱动轮轮速，对行进至目标点的第二行进方向进行旋转，并获取旋转后的第一目标夹角，所述第一目标夹角用于指示行进至目标点旋转后的当前机身朝向与期望方向的夹角；
判断所述第一目标夹角是否等于所述第一目标旋转角度；
若所述第一目标夹角等于所述第一目标旋转角度，则停止旋转；
计算目标距离，并基于旋转后的第二行进方向行进所述目标距离。
在一种可行的实施方式中，所述对行进至目标距离的第三行进方向进行旋转，并基于旋转后的第三行进方向继续行进，包括：
获取旋转期望角度，并通过所述当前夹角和所述旋转期望角度，计算第二目标旋转角度；
基于所述第二目标旋转角度，对行进至目标距离的第三行进方向进行旋转，并获取旋转后的第二目标夹角，所述第二目标夹角用于指示行进至目标距离旋转后的当前机身朝向与期望方向的夹角；
判断所述第二目标夹角是否等于所述第二目标旋转角度；
若所述第二目标夹角等于所述第二目标旋转角度，则停止旋转，并基于旋转后的第三行进方向继续行进。
在一种可行的实施方式中，所述对继续行进的运行状态进行实时监测，并根据监测的结果确定是否对继续行进的行进方向进行调整，包括：
对继续行进的运行状态进行实时监测；
若继续行进的运行状态为进入反向直行，则基于预置算法计算目标控制参数，通过所述目标控制参数对继续行进的行进方向进行持续调整，直至调整后的实际运动方向与期望方向的夹角为0。
本发明的第二方面提供了一种行进方向的控制装置，包括：
调整模块，用于当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，对当前的第一行进方向进行调整，并基于调整后的第一行进方向行进至目标点；
第一旋转模块，用于对行进至目标点的第二行进方向进行旋转，并基于旋转后的第二行进方向行进目标距离；
第二旋转模块，用于对行进至目标距离的第三行进方向进行旋转，并基于旋转后的第三行进方向继续行进；
监测模块，用于对继续行进的运行状态进行实时监测，并根据监测的结果确定是否对继续行进的行进方向进行调整。
本发明实施例的第三方面提供了一种智能设备，包括：存储器和至少一个处理器，所述存储器中存储有指令；所述至少一个处理器调用所述存储器中的所述指令，以使得所述智能设备执行上述的行进方向的控制方法。
本发明的第四方面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中存储有计算机程序，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的行进方向的控制方法。
本发明提供的技术方案中，通过当当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，对当前的第一行进方向、行进至目标点的第二行进方向和行进至目标距离的第三行进方向进行修正，在检测打滑后给出了路径纠正的具体方法，实现了移动机器人打滑检测后控制行进方向的效果。
附图说明
图1为本发明实施例中行进方向的控制方法的一个实施例示意图；
图2为本发明实施例中扫地机器人在发生打滑且未纠正时的运动轨迹的一个实施例示意图；
图3为本发明实施例中扫地机器人在发生严重打滑的情况下，无纠正和有纠正控制的实际运动路线的一个实施例示意图；
图4为本发明实施例中行进方向的控制方法的另一个实施例示意图；
图5为本发明实施例中机身坐标系和光流坐标系的一个实施例示意图；
图6为本发明实施例中当前实际运动方向与期望方向的夹角的一个实施例示意图；
图7为本发明实施例中误差变化率Ec通过区间映射到对应的论域中的一个实施例示意图；
图8为本发明实施例中三角形隶属度函数的另一个实施例示意图；
图9为本发明实施例中行进方向的控制装置的一个结构示意图；
图10为本发明实施例中行进方向的控制装置的另一个结构示意图；
图11为本发明实施例中智能设备的一个实施例示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种行进方向的控制方法、装置、智能设备及存储介质，用于解决移动机器人打滑检测后无法控制行进方向的问题。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”或“具有”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
可以理解的是，本发明可以应用在智能设备上，作为示例而非限定的是，智能设备可为移动机器人，本申请以移动机器人为例进行说明。其中，该移动机器人可以是扫地机器人、扫拖一体式机器人、擦地机器人或洗地机器人等的任意一种。本发明应用的扫地机器人的导航类型不限制，可以是纯惯导扫地机或其他采用导航设备的扫地机。对定位精度要求不高的行进方向的控制方法、设备均可应用本发明。作为示例而非限定的是，本发明以移动机器人中的扫地机器人为例进行说明。
为便于理解，下面对本发明实施例的具体流程进行描述，请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种本发明实施例中行进方向的控制方法的示意图，本发明实施例中行进方向的控制方法的一个实施例包括：
S101、当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，对当前的第一行进方向进行调整，并基于调整后的第一行进方向行进至目标点。
扫地机器人在地毯、有水渍的地面等摩擦力较小的表面上运动时，实际运动轨迹与通过轮子编码器所给数值计算出的位置往往存在较大偏差。如图2所示，图2示出的是扫地机器人在发生打滑且未纠正时的运动轨迹，图2中的箭头为扫地机器人的初始朝向，虚线为扫地机器人的理想轨迹，等同于扫地机器人自身记录的行走轨迹，理想轨迹为基于扫地机通过定位建图后，在清扫前(如弓字形清扫)规划的清扫路径/轨迹，理想轨迹可理解为预设行进方向对应的行进轨迹，实线为扫地机器人的实际行走轨迹。因而，须对扫地机器人的运动状况进行实时监控，当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，给出方向误差补偿控制，并持续纠正运动方向，使实际运动速度和轨迹更接近理想速度和预设行进轨迹(例如，弓字形轨迹)。
当扫地机器人检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，扫地机器人在机身朝向正确的情况下，整体轨迹朝固定方向偏移，对当前的第一行进方向进行调整，并基于调整后的第一行进方向行进至目标点，其中，目标点可为正所处的一条清扫线路上的终点。对当前的第一行进方向进行调整的一种实现方式可为：通过预置算法计算出调整所需的控制参数，通过该调整所需的控制参数，将机身方向调整为与打滑方向相反的方向。对当前的第一行进方向进行调整后，扫地机器人的行进方向会逐渐趋向期望方向，行进方向为直行，即基于调整后的第一行进方向行进至目标点的行进轨迹为直线。
S102、对行进至目标点的第二行进方向进行旋转，并基于旋转后的第二行进方向行进目标距离。
当扫地机器人行直进至目标点时，须按照预设角度对当前的机身方向进行旋转，以使得扫地机器人的机身方向(第二行进方向)能够转到期望方向，实现对行进至目标点的第二行进方向进行纠正。正常情况下，按照预设角度旋转机身即可，但是由于基于调整后的第一行进方向行进至目标点的过程中，机身朝向与运动轨迹方向将有一个夹角，因此，通过预设角度和该夹角计算行进至目标点的第二行进方向旋转至期望方向的第一实际旋转角度，因而，按照预设角度和该夹角计算得到的第一实际旋转角度旋转机身，从而得到旋转后的第二行进方向。
对行进至目标点的第二行进方向进行旋转后，须前行至下一条清扫线路处，但是由于该段距离较小，因而仅估算行进距离(即目标距离)，忽略方向偏差。扫地机器人基于旋转后的第二行进方向行进目标距离。其中，目标距离可为须前行至的下一条清扫线路的起始点与所需行进的位置(终点或非终点)之间的距离值。
S103、对行进至目标距离的第三行进方向进行旋转，并基于旋转后的第三行进方向继续行进。
当扫地机器人基于旋转后的第二行进方向直行进目标距离对应的位置时，按照预设角度对当前的机身方向进行旋转，以使得扫地机器人的机身方向(第三行进方向)能够转到期望方向，实现对行进至目标距离的第三行进方向进行纠正。为减轻打滑影响，通过预设角度和上述步骤S103所述的夹角计算行进至目标距离的第三行进方向旋转至期望方向的第二实际旋转角度，基于第二实际旋转角度旋转机身，从而得到旋转后的第三行进方向。对行进至目标距离的第三行进方向进行旋转后，扫地机器人进入反向直行的运动状态。
S104、对继续行进的运行状态进行实时监测，并根据监测的结果确定是否对继续行进的行进方向进行调整。
对继续行进的运行状态进行实时监测，若监测的结果指示继续行进的运行状态为发生打滑，则执行上述步骤S101-S103的执行过程，直至扫地机器人完成所有清扫的任务；若监测的结果指示继续行进的运行状态为未发生打滑，则继续行进，对继续行进的运行状态进行实时监测。
在一种实现方式中，对行进至目标距离的第三行进方向进行旋转后，扫地机器人进入反向直行的运动状态，即继续行进的运行状态的方向直行，重复上述步骤101的控制过程。
如图3所示，图3示出的是扫地机器人在发生严重打滑的情况下，无纠正和有纠正控制的实际运动路线，图3中的(1)示出的是扫地机器人在发生严重打滑的情况下，无纠正的实际运动路线，图3中的(2)示出的是扫地机器人在发生严重打滑的情况下，有纠正控制的实际运动路线，其中，图3中的理想运动路线可理解为前述的理想轨迹。
本发明实施例中，通过当当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，对当前的第一行进方向、行进至目标点的第二行进方向和行进至目标距离的第三行进方向进行修正，在检测打滑后给出了路径纠正的具体方法，实现了移动机器人打滑检测后控制行进方向的效果。
请参阅图4，本发明实施例中行进方向的控制方法的另一个实施例包括：
本发明实施例中行进方向的控制方法仅使用安装在扫地机器人中心的单个光流传感器，将其给出的速度信息结合惯性传感器(Inertial Measurement Unit，IMU)和编码器数据(例如，当前实际运动方向与期望方向的夹角)，判断扫地机器人是否打滑，并估计打滑方向；并采用模糊比例积分微分(Proportion Integration Differentiation，PID)控制算法纠正扫地机器人的实际运动方向。
对于两轮差速控制的扫地机器人，在正常情况下，当其朝着期望方向运动时，机身方向(即IMU给出角度)与期望方向的偏差很小。令IMU角度与期望方向的夹角为α，行进方向的控制方法对应的策略的目标为使α等于0，并允许一定的误差范围，即0加上一定的误差范围，例如，0加上一定的误差范围(千分之一)为0.0001。
其中，本发明实施例中的期望方向可解释为沿着前述的理想轨迹的方向，也可理解为前述的预设行进方向。本发明实施例中的当前实际运动方向可理解为当前行进方向。
S401、获取当前实际运动方向与期望方向的夹角，并计算当前实际运动方向与期望方向的夹角的绝对值，得到夹角绝对值。
具体的，扫地机器人获取的执行过程包括：获取光流传感器的安装位置、惯性传感器的当前角速度、预置周期内的光流传感器位移、预置周期内的惯性传感器角度；通过光流传感器的安装位置、惯性传感器的当前角速度、预置周期内的光流传感器位移和预置周期内的惯性传感器角度，计算实际方向最优估计值；获取当前机身朝向与期望方向的夹角，得到机身期望夹角；对实际方向最优估计值和机身期望夹角进行运算，得到当前实际运动方向与期望方向的夹角。
例如，如图5所示，图5示出的是机身坐标系和光流坐标系，其中，O1x1y1是扫地机的机身坐标系，以下简称“机身坐标系”，O2x2y2是光流传感器输出数据的坐标系，以下简称“光流坐标系”；假设IMU给出扫地机器人的实时朝向是准确的，令预置周期为一个计算周期Δt，光流传感器的安装位置为(x0,y0)，即O2点在O1x1y1坐标系(机身坐标系)中的坐标，惯性传感器的当前角速度为ω，预置周期内的光流传感器位移为(Δxots_raw，Δyots_raw)，Δxots_raw和Δyots_raw为光流传感器给出的位移增量在光流坐标系两轴的分量，预置周期内的惯性传感器角度为
通过光流传感器的安装位置、预置周期内的光流传感器位移和预置周期内的惯性传感器角度，计算扫地机器人相对光流坐标系的实际位移，即将光流传感器的安装位置(x0,y0)、预置周期内的光流传感器位移(Δxots_raw，Δyots_raw)和预置周期内的惯性传感器角度
代入第一预置计算公式中，得到扫地机器人相对光流坐标系的实际位移，其中，第一预置计算公式为
为扫地机器人相对光流坐标系的实际位移；
获取光流坐标系x轴与机身坐标系x轴的夹角，通过扫地机器人相对光流坐标系的实际位移以及光流坐标系x轴与机身坐标系x轴的夹角，计算实际运动方向测量值，即将扫地机器人相对光流坐标系的实际位移以及光流坐标系x轴与机身坐标系x轴的夹角代入第二预置计算公式中，得到实际运动方向测量值，其中，第二预置计算公式为
θraw为实际运动方向测量值，
为扫地机器人相对光流坐标系的实际位移，γ为光流坐标系x轴与机身坐标系x轴的夹角；
通过惯性传感器的当前角速度和实际运动方向测量值，计算实际方向最优估计值，一般来说，在扫地机器人正常运动时，其方向不会发生快速变化，但光流传感器给出的速度方向带有较大噪声，因此用一维Kalman滤波器将其与IMU给出的角速度(即惯性传感器的当前角速度)ω进行融合计算，以获取较稳定的实际运动方向，其中，一维Kalman滤波器的更新方程为：
Pk＝Pk-1+Q，状态更新方程为：
其中，
和
分别是k-1和k时刻的后验状态估计值，即所需的扫地机实际运动方向θ，即实际方向最优估计值，
是k时刻的先验状态估计值，Pk-1和Pk分别是k-1和k时刻的后验估计协方差，Pk是k时刻的先验估计协方差，zk是测量值，即实际方向最优估计值θraw，Kk是Kalman滤波增益，Q和N分别是过程噪声方差和测量噪声方差，ωk是惯性传感器的当前角速度，Δt是预置周期(一个计算周期)，通过一维Kalman滤波器的更新方程和状态更新方程、惯性传感器的当前角速度和实际运动方向测量值，可计算出实际方向最优估计值θ，实际方向最优估计值即为当前实际运动方向。
获取当前机身朝向与期望方向的夹角，得到机身期望夹角；将实际方向最优估计值和机身期望夹角进行相加，得到当前实际运动方向与期望方向的夹角，计算，如图6所示，实际方向最优估计值θ，机身期望夹角α，当前实际运动方向与期望方向的夹角e＝α+θ。
计算当前实际运动方向与期望方向的夹角e的绝对值，得到夹角绝对值|e|。
S402、判断夹角绝对值是否大于预设阈值。
判断夹角绝对值|e|是否大于预设阈值，其中，本实施中预设阈值优选为0。若夹角绝对值小于或等于预设阈值，则判定行进方向未发生打滑。优选的，预设阈值优选为0，则判定行进方向未发生打滑的判断条件只考虑夹角绝对值等于预设阈值。
S403、若夹角绝对值大于预设阈值，则判定当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移。
若夹角绝对值|e|大于预设阈值，则判定当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移，优选的，预设阈值优选为0，则判定当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移的判断条件只考虑夹角绝对值不等于预设阈值。
S404、当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，对当前的第一行进方向进行调整，并基于调整后的第一行进方向行进至目标点。
具体的，扫地机器人当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，对当前的第一行进方向进行持续调整，直至调整后的当前实际运动方向与期望方向的夹角为0，得到调整后的第一行进方向；基于调整后的第一行进方向行进至目标点。
其中，调整后的当前实际运动方向与期望方向的夹角为0允许一定的误差范围，即0+误差范围，例如，误差范围的绝对值0.001，则调整后的当前实际运动方向与期望方向的夹角为0.001也是可以的。
当扫地机器人检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，对当前的第一行进方向进行调整的控制策略将持续起效，扫地机器人的机身朝向会在某方向附近来回调整，当前的第一行进方向会逐渐趋向期望方向。当调整后的当前实际运动方向与期望方向的夹角e1为0时，机身朝向与行进方向之间将有一个夹角β，并持续以该状态行进至目标点。
具体的，扫地机器人当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，对当前的第一行进方向进行持续调整，直至调整后的当前实际运动方向与期望方向的夹角为0，得到调整后的第一行进方向的执行过程包括：当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，通过预置算法、当前实际运动方向与期望方向的夹角，计算当前调整的控制参数；通过当前调整的控制参数计算目标角速度；判断目标角速度对应的实际运动方向与期望方向的夹角是否为0；若目标角速度对应的实际运动方向与期望方向的夹角为0，则将目标角速度取反，得到调整后的第一行进方向。
其中，本实施例采用的预置算法为模糊比例积分微分(Proportion IntegrationDifferentiation，PID)控制算法。当前调整的控制参数包括Kp’、Ki’和Kd’。
模糊PID控制算法的控制实现过程如：将调整后的当前实际运动方向与期望方向的夹角e1作为误差E；(1)模糊化：在模糊控制中，输入输出变量大小用语言形式进行描述。常选用的7个语言值为{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大}，即{NB，NM，NS，O，PS，PM，PB}；a.确定论域和区间映射：首先确定论域范围[-3，3]，并将论域划分为6等分：[-3,-2]，[-2,-1]，[-1,0]，[0,1]，[1,2]，[2,3]，然后将区间的每个端点，使用上述语言值进行等级划分。将误差E，以及误差变化率Ec通过区间映射到对应的论域中，误差变化率Ec通过区间映射到对应的论域中如图7所示，其中，假设当前值为E，
其范围为[Emin，Emax]，则在论域[-3，3]区间映射函数的算法为：6×(E-Emin)/(Emax-Emin)-3。b.隶属度函数确定：选取三角形隶属度函数作为计算隶属度使用，三角形隶属度函数如图8所示，通过三角形隶属度函数，可以将误差E及误差变化率Ec进行区间映射后，计算出相应的隶属度；(2)模糊推理：经过模糊化处理后，可以得到E与Ec的隶属度，建立推理表，从而根据隶属度查表得到输出的大小程度模糊化表达，分别制定Kp、Ki和Kd的模糊推理表，通过表中的模糊规则，可以计算及查表得到Kp、Ki和Kd相应的模糊输出，如：Kp＝{(ZO,0.8),(NS,0.2)}，Kp规则表如表1所示，Ki规则表如表2所示，Kd规则表如表3所示；
表1 Kp规则表
表2 Ki规则表
表3 Kd规则表
(3)去模糊化：当经过模糊推理，得到相应的模糊输出值后，通过加权平均法计算其期望值，再通过区间映射得到精确的输出值，如：E(Kp)＝0.8×ZO+0.2×NS＝-0.2；假设Kp的范围是[Kpmin，Kpmax]，其反映射函数算法为:Kp＝(Kpmax-Kpmin)×[e(Kp)+3]/6+Kpmin；同理可得参数Ki和Kd，需注意此时得到的Kp，Ki以及Kd均为增量形式，故记为Kpadd，Kiadd和Kdadd。通过下列计算公式可获取最终的前调整的控制参数(Kp’、Ki’和Kd’)：Kp’＝Kp+Kpadd，Ki’＝Ki+Kiadd，Kd’＝Kd+Kdadd。
获取当前角度误差以及前两次角度误差，当前角度误差即当前实际运动方向与期望方向的夹角，前两次角度误差为当前实际运动方向与期望方向的夹角的前两次夹角，通过当前角度误差、前两次角度误差和当前调整的控制参数(Kp’、Ki’和Kd’)计算目标角速度，即将当前角度误差、前两次角度误差和当前调整的控制参数代入第三预置计算公式，得到目标角速度，其中，第三预置计算公式如下：ω1＝Kp’×(E-Epre)+Ki’×E+Kd’×(E-2×Epre+Eppre)，ω1为目标角速度，E为当前角度误差，即当前实际运动方向与期望方向的夹角，Epre和Eppre分别为前两次角度误差，即当前实际运动方向与期望方向的夹角的前两次夹角，Kp’、Ki’和Kd’分别为当前调整的控制参数；判断目标角速度对应的实际运动方向与期望方向的夹角是否为0；若目标角速度对应的实际运动方向与期望方向的夹角为0，则将目标角速度取反，得到调整后的第一行进方向，即目标角速度；若目标角速度对应的实际运动方向与期望方向的夹角不为0，则继续调整，并重新获取目标角速度对应的实际运动方向与期望方向的夹角，直至目标角速度对应的实际运动方向与期望方向的夹角为0，得到新的目标角速度，并将新的目标角速度取反，从而得到调整后的第一行进方向。
扫地机器人基于调整后的第一行进方向行进至目标点，其行进轨迹为直线。在一种实现方式中，扫地机器人计算目标角速度后，还会获取目标线速度，通过目标角速度和目标线速度计算扫地机器人的趋向轮轮速，即将目标角速度和目标线速度代入第四预置计算公式，第四预置计算公式如下：vleft＝(2×v-ω1×l)/2，vright＝(2×v+ω1×l)/2，其中，vleft为趋向轮轮速中的左轮速，vright为趋向轮轮速中的右轮速，v为目标线速度，ω1为目标角速度，l为趋向轮的半径；扫地机器人基于目标角速度和趋向轮轮速行进至目标点。
S405、对行进至目标点的第二行进方向进行旋转，并基于旋转后的第二行进方向行进目标距离。
具体的，扫地机器人获取行进至目标点的第二行进方向对应的当前夹角，以及旋转期望角度，当前夹角用于指示行进至目标点的第二行进方向对应的当前机身朝向与期望方向的夹角；通过当前夹角和旋转期望角度计算第一目标旋转角度，并获取驱动轮轮速；基于第一目标旋转角度和驱动轮轮速，对行进至目标点的第二行进方向进行旋转，并获取旋转后的第一目标夹角，第一目标夹角用于指示行进至目标点旋转后的当前机身朝向与期望方向的夹角；判断第一目标夹角是否等于第一目标旋转角度；若第一目标夹角等于第一目标旋转角度，则停止旋转；计算目标距离，并基于旋转后的第二行进方向行进目标距离。
其中，由于前述过程，机身朝向与运动轨迹方向有夹角，即行进至目标点的第二行进方向对应的当前夹角为前述的夹角β，β的方向为顺时针，即为负值，旋转期望角度为90°。将当前夹角和旋转期望角度进行相减，得到第一目标旋转角度90°-β。在一种实现方式中，获取第一旋转线速度，通过第一目标旋转角度和第一旋转线速度计算旋转所需的第一驱动轮轮速，旋转所需的第一驱动轮轮速的计算过程可参考上述步骤S405中所述的过程，在此不再赘述；将旋转所需的第一驱动轮轮速下发至驱动轮，扫地机机器人按照第一目标旋转角度90°-β，并控制驱动轮按照旋转所需的第一驱动轮轮速，将行进至目标点的第二行进方向进行旋转，并获取旋转后的第一目标夹角；判断第一目标夹角是否等于第一目标旋转角度；若是，则停止旋转；计算目标距离，并基于旋转后的第二行进方向行进目标距离；若否，则基于第一目标夹角计算旋转所需的第一实际旋转角(即新的第一目标旋转角度)和旋转所需的新第一驱动轮轮速，新的第一目标旋转角度和旋转所需的新第一驱动轮轮速的计算过程可参考上述第一目标旋转角度和旋转所需的第一驱动轮轮速的计算过程，在此不再赘述；并根据新的第一目标旋转角度和旋转所需的新第一驱动轮轮速对第一目标夹角进行旋转，直至旋转后的夹角等于每轮重新计算的新的第一目标旋转角度。
S406、对行进至目标距离的第三行进方向进行旋转，并基于旋转后的第三行进方向继续行进。
具体的，扫地机器人获取旋转期望角度，并通过当前夹角和旋转期望角度，计算第二目标旋转角度；基于第二目标旋转角度，对行进至目标距离的第三行进方向进行旋转，并获取旋转后的第二目标夹角，第二目标夹角用于指示行进至目标距离旋转后的当前机身朝向与期望方向的夹角；判断第二目标夹角是否等于第二目标旋转角度；若第二目标夹角等于第二目标旋转角度，则停止旋转，并基于旋转后的第三行进方向继续行进。
其中，由于前述过程，机身朝向与运动轨迹方向有夹角，即当前夹角为前述的夹角β，β的方向为顺时针，即为负值，旋转期望角度为90°。将当前夹角和旋转期望角度进行相加，得到第二目标旋转角度90°+β；基于第二目标旋转角度90°+β，对行进至目标距离的第三行进方向进行旋转，并获取旋转后的第二目标夹角，使得机身朝向与期望方向的夹角为-β。
在一种实现方式中，获取第二旋转线速度，通过第二目标旋转角度和第二旋转线速度计算旋转所需的第二驱动轮轮速，旋转所需的第二驱动轮轮速的计算过程可参考上述步骤S405中所述的过程，在此不再赘述；将旋转所需的第二驱动轮轮速下发至驱动轮，扫地机机器人按照第二目标旋转角度90°+β，并控制驱动轮按照旋转所需的第二驱动轮轮速，将行进至目标距离的第三行进方向进行旋转，并获取旋转后的第二目标夹角；判断第二目标夹角是否等于第二目标旋转角度；若是，则停止旋转，并基于旋转后的第三行进方向继续行进；若否，则基于第二目标夹角计算旋转所需的第二实际旋转角(即新的第二目标旋转角度)和旋转所需的新第二驱动轮轮速，新的第二目标旋转角度和旋转所需的新第二驱动轮轮速的计算过程可参考上述第二目标旋转角度和旋转所需的第二驱动轮轮速的计算过程，在此不再赘述；并根据新的第二目标旋转角度和旋转所需的新第二驱动轮轮速对第二目标夹角进行旋转，直至旋转后的夹角等于每轮重新计算的新的第二目标旋转角度。
S407、对继续行进的运行状态进行实时监测，并根据监测的结果确定是否对继续行进的行进方向进行调整。
具体的，扫地机器人对继续行进的运行状态进行实时监测；若继续行进的运行状态为进入反向直行，则基于预置算法计算目标控制参数，通过目标控制参数对继续行进的行进方向进行持续调整，直至调整后的实际运动方向与期望方向的夹角为0。
对行进至目标距离的第三行进方向进行旋转后，扫地机器人进入反向直行的运动状态，基于预置算法(模糊PID控制算法)计算目标控制参数，通过目标控制参数对继续行进的行进方向进行持续调整，直至调整后的实际运动方向与期望方向的夹角为0，即重复执行上述步骤404的执行过程，在一种实现方式中，重复执行上述步骤404-406的执行过程，在一种实现方式中，重复执行上述步骤401-406的执行过程；若继续行进的运行状态不为进入反向直行，则继续实时监测继续行进的运行状态，并根据监测的结果确定是否对继续行进的行进方向进行调整。
本发明实施例中，通过使用安装在扫地机器人中心的单个光流传感器，将其给出的速度信息结合惯性传感器IMU和编码器数据，判断扫地机器人是否打滑，并估计打滑方向；并采用模糊比例积分微分PID控制算法纠正扫地机器人的实际运动方向，在检测打滑后给出了路径纠正的具体方法，实现了移动机器人打滑检测后控制行进方向的效果。
上面对本发明实施例中行进方向的控制方法进行了描述，下面对本发明实施例中行进方向的控制装置进行描述，请参阅图9，本发明实施例中行进方向的控制装置一个实施例包括：
调整模块901，用于当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，对当前的第一行进方向进行调整，并基于调整后的第一行进方向行进至目标点；
第一旋转模块902，用于对行进至目标点的第二行进方向进行旋转，并基于旋转后的第二行进方向行进目标距离；
第二旋转模块903，用于对行进至目标距离的第三行进方向进行旋转，并基于旋转后的第三行进方向继续行进；
监测模块904，用于对继续行进的运行状态进行实时监测，并根据监测的结果确定是否对继续行进的行进方向进行调整。
上述行进方向的控制装置中各个模块的功能实现与上述行进方向的控制方法实施例中各步骤相对应，其功能和实现过程在此处不再一一赘述。
本发明实施例中，通过当当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，对当前的第一行进方向、行进至目标点的第二行进方向和行进至目标距离的第三行进方向进行修正，在检测打滑后给出了路径纠正的具体方法，实现了移动机器人打滑检测后控制行进方向的效果。
请参阅图10，本发明实施例中行进方向的控制装置的另一个实施例包括：
计算模块905，用于获取当前实际运动方向与期望方向的夹角，并计算当前实际运动方向与期望方向的夹角的绝对值，得到夹角绝对值；
判断模块906，用于判断夹角绝对值是否大于预设阈值；
判定模块907，用于若夹角绝对值大于预设阈值，则判定当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移；
调整模块901，用于当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，对当前的第一行进方向进行调整，并基于调整后的第一行进方向行进至目标点；
第一旋转模块902，用于对行进至目标点的第二行进方向进行旋转，并基于旋转后的第二行进方向行进目标距离；
第二旋转模块903，用于对行进至目标距离的第三行进方向进行旋转，并基于旋转后的第三行进方向继续行进；
监测模块904，用于对继续行进的运行状态进行实时监测，并根据监测的结果确定是否对继续行进的行进方向进行调整。
可选的，计算模块905还可以具体用于：
获取光流传感器的安装位置、惯性传感器的当前角速度、预置周期内的光流传感器位移、预置周期内的惯性传感器角度；
通过光流传感器的安装位置、惯性传感器的当前角速度、预置周期内的光流传感器位移和预置周期内的惯性传感器角度，计算实际方向最优估计值；
获取当前机身朝向与期望方向的夹角，得到机身期望夹角；
对实际方向最优估计值和机身期望夹角进行运算，得到当前实际运动方向与期望方向的夹角。
可选的，调整模块901包括：
调整单元9011，用于当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，对当前的第一行进方向进行持续调整，直至调整后的当前实际运动方向与期望方向的夹角为0，得到调整后的第一行进方向；
行进单元9012，用于基于调整后的第一行进方向行进至目标点。
可选的，调整单元9011还可以具体用于：
当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，通过预置算法、当前实际运动方向与期望方向的夹角，计算当前调整的控制参数；
通过当前调整的控制参数计算目标角速度；
判断目标角速度对应的实际运动方向与期望方向的夹角是否为0；
若目标角速度对应的实际运动方向与期望方向的夹角为0，则将目标角速度取反，得到调整后的第一行进方向。
可选的，第一旋转模块902还可以具体用于：
获取行进至目标点的第二行进方向对应的当前夹角，以及旋转期望角度，当前夹角用于指示行进至目标点的第二行进方向对应的当前机身朝向与期望方向的夹角；
通过当前夹角和旋转期望角度计算第一目标旋转角度，并获取驱动轮轮速；
基于第一目标旋转角度和驱动轮轮速，对行进至目标点的第二行进方向进行旋转，并获取旋转后的第一目标夹角，第一目标夹角用于指示行进至目标点旋转后的当前机身朝向与期望方向的夹角；
判断第一目标夹角是否等于第一目标旋转角度；
若第一目标夹角等于第一目标旋转角度，则停止旋转；
计算目标距离，并基于旋转后的第二行进方向行进目标距离。
可选的，第二旋转模块903还可以具体用于：
获取旋转期望角度，并通过当前夹角和旋转期望角度，计算第二目标旋转角度；
基于第二目标旋转角度，对行进至目标距离的第三行进方向进行旋转，并获取旋转后的第二目标夹角，第二目标夹角用于指示行进至目标距离旋转后的当前机身朝向与期望方向的夹角；
判断第二目标夹角是否等于第二目标旋转角度；
若第二目标夹角等于第二目标旋转角度，则停止旋转，并基于旋转后的第三行进方向继续行进。
可选的，监测模块904还可以具体用于：
对继续行进的运行状态进行实时监测；
若继续行进的运行状态为进入反向直行，则基于预置算法计算目标控制参数，通过目标控制参数对继续行进的行进方向进行持续调整，直至调整后的实际运动方向与期望方向的夹角为0。
本发明实施例中，通过使用安装在扫地机器人中心的单个光流传感器，将其给出的速度信息结合惯性传感器IMU和编码器数据，判断扫地机器人是否打滑，并估计打滑方向；并采用模糊比例积分微分PID控制算法纠正扫地机器人的实际运动方向，在检测打滑后给出了路径纠正的具体方法，实现了移动机器人打滑检测后控制行进方向的效果。
上面图9和图10从模块化功能实体的角度对本发明实施例中的行进方向的控制装置进行详细描述，下面从硬件处理的角度对本发明实施例中基于单元分解的智能设备进行详细描述。
图11是本发明实施例提供的一种智能设备的结构示意图，该智能设备1100可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器(centralprocessing units，CPU)1110(例如，一个或一个以上处理器)和存储器1120，一个或一个以上存储应用程序1133或数据1132的存储介质1130(例如一个或一个以上海量存储设备)。其中，存储器1120和存储介质1130可以是短暂存储或持久存储。存储在存储介质1130的程序可以包括一个或一个以上模块(图示没标出)，每个模块可以包括对智能设备1100中的一系列指令操作。更进一步地，处理器1110可以设置为与存储介质1130通信，在智能设备1100上执行存储介质1130中的一系列指令操作。
基于智能设备1100还可以包括一个或一个以上电源1140，一个或一个以上有线或无线网络接口1150，一个或一个以上输入输出接口1160，和/或，一个或一个以上操作系统1131，例如Windows Serve，Mac OS X，Unix，Linux，FreeBSD等等。本领域技术人员可以理解，图11示出的智能设备结构并不构成对智能设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以为非易失性计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质也可以为易失性计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当计算机程序在计算机上运行时，使得计算机执行行进方向的控制方法的步骤。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干计算机程序用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read-only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (11)
1.一种行进方向的控制方法，其特征在于，所述行进方向的控制方法包括：
当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，对当前的第一行进方向进行调整，并基于调整后的第一行进方向行进至目标点；
对行进至目标点的第二行进方向进行旋转，并基于旋转后的第二行进方向行进目标距离；
对行进至目标距离的第三行进方向进行旋转，并基于旋转后的第三行进方向继续行进；
对继续行进的运行状态进行实时监测，并根据监测的结果确定是否对继续行进的行进方向进行调整。
2.根据权利要求1所述的行进方向的控制方法，其特征在于，所述当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，对当前的第一行进方向进行调整，并基于调整后的第一行进方向行进至目标点之前，还包括：
获取当前实际运动方向与期望方向的夹角，并计算所述当前实际运动方向与期望方向的夹角的绝对值，得到夹角绝对值；
判断所述夹角绝对值是否大于预设阈值；
若所述夹角绝对值大于预设阈值，则判定当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移。
3.根据权利要求2所述的行进方向的控制方法，其特征在于，所述获取当前实际运动方向与期望方向的夹角，包括：
获取光流传感器的安装位置、惯性传感器的当前角速度、预置周期内的光流传感器位移、预置周期内的惯性传感器角度；
通过所述光流传感器的安装位置、所述惯性传感器的当前角速度、所述预置周期内的光流传感器位移和所述预置周期内的惯性传感器角度，计算实际方向最优估计值；
获取当前机身朝向与期望方向的夹角，得到机身期望夹角；
对所述实际方向最优估计值和所述机身期望夹角进行运算，得到当前实际运动方向与期望方向的夹角。
4.根据权利要求1所述的行进方向的控制方法，其特征在于，所述当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，对当前的第一行进方向进行调整，并基于调整后的第一行进方向行进至目标点，包括：
当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，对当前的第一行进方向进行持续调整，直至调整后的当前实际运动方向与期望方向的夹角为0，得到调整后的第一行进方向；
基于调整后的第一行进方向行进至目标点。
5.根据权利要求4所述的行进方向的控制方法，其特征在于，所述当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，对当前的第一行进方向进行持续调整，直至调整后的当前实际运动方向与期望方向的夹角为0，得到调整后的第一行进方向，包括：
当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，通过预置算法、当前实际运动方向与期望方向的夹角，计算当前调整的控制参数；
通过所述当前调整的控制参数计算目标角速度；
判断所述目标角速度对应的实际运动方向与期望方向的夹角是否为0；
若所述目标角速度对应的实际运动方向与期望方向的夹角为0，则将所述目标角速度取反，得到调整后的第一行进方向。
6.根据权利要求1所述的行进方向的控制方法，其特征在于，所述对行进至目标点的第二行进方向进行旋转，并基于旋转后的第二行进方向行进目标距离，包括：
获取行进至目标点的第二行进方向对应的当前夹角，以及旋转期望角度，所述当前夹角用于指示行进至目标点的第二行进方向对应的当前机身朝向与期望方向的夹角；
通过所述当前夹角和所述旋转期望角度计算第一目标旋转角度，并获取驱动轮轮速；
基于所述第一目标旋转角度和所述驱动轮轮速，对行进至目标点的第二行进方向进行旋转，并获取旋转后的第一目标夹角，所述第一目标夹角用于指示行进至目标点旋转后的当前机身朝向与期望方向的夹角；
判断所述第一目标夹角是否等于所述第一目标旋转角度；
若所述第一目标夹角等于所述第一目标旋转角度，则停止旋转；
计算目标距离，并基于旋转后的第二行进方向行进所述目标距离。
7.根据权利要求6所述的行进方向的控制方法，其特征在于，所述对行进至目标距离的第三行进方向进行旋转，并基于旋转后的第三行进方向继续行进，包括：
获取旋转期望角度，并通过所述当前夹角和所述旋转期望角度，计算第二目标旋转角度；
基于所述第二目标旋转角度，对行进至目标距离的第三行进方向进行旋转，并获取旋转后的第二目标夹角，所述第二目标夹角用于指示行进至目标距离旋转后的当前机身朝向与期望方向的夹角；
判断所述第二目标夹角是否等于所述第二目标旋转角度；
若所述第二目标夹角等于所述第二目标旋转角度，则停止旋转，并基于旋转后的第三行进方向继续行进。
8.根据权利要求1所述的行进方向的控制方法，其特征在于，所述对继续行进的运行状态进行实时监测，并根据监测的结果确定是否对继续行进的行进方向进行调整，包括：
对继续行进的运行状态进行实时监测；
若继续行进的运行状态为进入反向直行，则基于预置算法计算目标控制参数，通过所述目标控制参数对继续行进的行进方向进行持续调整，直至调整后的实际运动方向与期望方向的夹角为0。
9.一种行进方向的控制装置，其特征在于，所述行进方向的控制装置包括：
调整模块，用于当检测到当前行进方向因打滑而相对预设行进方向发生偏移时，对当前的第一行进方向进行调整，并基于调整后的第一行进方向行进至目标点；
第一旋转模块，用于对行进至目标点的第二行进方向进行旋转，并基于旋转后的第二行进方向行进目标距离；
第二旋转模块，用于对行进至目标距离的第三行进方向进行旋转，并基于旋转后的第三行进方向继续行进；
监测模块，用于对继续行进的运行状态进行实时监测，并根据监测的结果确定是否对继续行进的行进方向进行调整。
10.一种智能设备，其特征在于，所述智能设备包括：存储器和至少一个处理器，所述存储器中存储有计算机程序；
所述至少一个处理器调用所述存储器中的所述计算机程序，以使得所述智能设备执行如权利要求1-8中任意一项所述的行进方向的控制方法。
11.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-8中任一项所述行进方向的控制方法。
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