[发明专利]一种基于PID控制算法的扫地机器人沿线行走控制系统及其控制方法

权利要求书

1.一种基于PID控制算法的扫地机器人沿线行走控制系统，包括扫地机机体、左转动轮、右转动轮，其特征在于，包括底层驱动模块、控制模块以及电源模块，所述底层驱动模块包括扫地机机体姿态测量单元以及驱动单元，所述机体姿态测量单元设置于所述扫地机机体内，所述驱动单元用于驱动左、右转动轮带动所述扫地机机体移动，所述左、右转动轮上均对应设置有用于测量左、右转动轮行进过程中脉冲数的左、右编码单元，所述控制模块为PID控制模块，所述机体姿态测量单元、驱动单元、左编码单元、右编码单元均电性连接所述PID控制模块，所述机体姿态测量单元、驱动单元、左编码单元、右编码单元、PID控制模块均电性连接所述电源模块；

所述PID控制模块包括主控单元、姿态环PID控制单元、速度环PID控制单元和偏距环PID控制单元，所述机体姿态测量单元电性连接所述姿态环PID控制单元，所述左、右编码单元均电性连接所述速度环PID控制单元，所述姿态环PID控制单元与所述速度环PID控制单元电性连接所述偏距环PID控制单元，所述姿态环PID控制单元、所述速度环PID控制单元、所述偏距环PID控制单元均设置于所述主控单元上；

所述姿态环PID控制单元以及所述偏距环PID控制单元采用位置式PID控制算法，所述速度环PID采用增量式PID控制算法；

所述机体姿态测量单元为陀螺仪，所述左、右编码单元为左、右光电编码器，所述驱动单元包括左直流有刷电机、右直流有刷电机，所述左、右光电编码器对应设置于左、右直流有刷电机上。

2.一种基于PID控制算法的扫地机器人沿线行走的控制方法，其特征在于，包括如权利要求1所述的一种基于PID控制算法的扫地机器人沿线行走控制系统，所述扫地机机体内还设置有定时单元，所述定时单元电性连接所述左光电编码器、右光电编码器以及PID控制模块：

步骤1：开启扫地机器人；

步骤2：所述扫地机器人系统初始化，清除所述陀螺仪、左光电编码器、右光电编码器内存储的采集数据；

步骤3：所述扫地机器人发送起始信号至定时单元，若定时单元未向主控单元发送中断信号，则所述姿态环PID控制单元扫描陀螺仪采集的数据，且所述速度环PID控制单元同步扫描左、右光电编码器扫描的数据，否则执行步骤2；

步骤4：所述姿态环PID控制单元和所述速度环PID控制单元分别将扫描数据与设定值分析对比，并同步将对比值发送至主控单元和偏距环PID控制单元；

步骤5：所述偏距环PID控制单元对接收自姿态环PID控制单元和速度环PID控制单元的对比值进行计算并与设定值进行对比分析后将对比值发送至主控单元，所述主控单元对接收到的对比值进行综合分析，并根据分析值控制左、右转动轮运动。

3.根据权利要求2所述的一种基于PID控制算法的扫地机器人沿线行走的控制方法，其特征在于，所述姿态环PID控制单元将扫描自陀螺仪的实时机体姿态角与设定期望姿态角进行对比分析，计算出姿态环PWM占空比值，所述速度环PID控制单元根据扫描自左、右光电编码器的单位采样时间内的实时脉冲计数得出实时左、右转动轮速度值，并将实时左、右转动轮速度值与设定期望速度值进行对比分析，计算出左、右转动轮速度环PWM占空比值，所述姿态环PID控制单元与所述速度环PID控制单元均同步将计算值发送至偏距环PID控制单元和主控单元；

所述偏距环PID控制单元根据接收的姿态环PWM占空比值和左、右转动轮速度环PWM占空比值计算出当前扫地机器人的实时偏距，且根据实时偏距与设定期望偏距进行对比分析，得出偏距环PWM占空比值，并将偏距环PWM占空比值发送至主控单元；

所述主控单元对接收到的姿态环PWM占空比值、速度环PWM占空比值以及偏距环PWM占空比值进行综合计算分析，得出左转动轮PWM占空比和右转动轮PWM占空比，并根据左、右转动轮PWM占空比对应发送至所述左、右直流有刷电机控制扫地机器人的行进轨迹。

4.根据权利要求3所述的一种基于PID控制算法的扫地机器人沿线行走的控制方法，其特征在于，所述主控单元综合计算公式为

左转动轮PWM占空比＝左转动轮速度环PWM占空比+偏距环PWM占空比+0.5姿态环PWM占空比；

右转动轮PWM占空比＝右转动轮速度环PWM占空比-偏距环PWM占空比+0.5姿态环PWM占空比。