[发明专利]一种基于增量式PID的服务机器人负载平台平衡控制方法

说明书

一种基于增量式PID的服务机器人负载平台平衡控制方法，包括以下步骤：1)计算机器人移动平台行进过程中的实时六轴加速度；2)由上一步得到的加速度进行两次积分，得到平台当前四角的坐标偏移量，同时计算出小球的三维坐标；3)根据上一步计算得到的三维坐标与偏移量，对平台的四根支柱进行增量式PID控制，使平台趋于水平稳定；4)将三维坐标系中建立的模型投射到二维平面中；5)使用matlab简化整个过程中所涉及的矩阵运算；6)将算法嵌入至单片机，由单片机控制平台四周的支柱伸缩以达到使平台趋于稳定的目的。本发明提供一种鲁棒性强、灵敏度高、界面友好的服务机器人负载平台平衡控制方法。

技术领域

本发明涉及平衡控制、机器人、嵌入式编程等领域。具体是指一种基于增量式PID的服务机器人负载平台平衡控制方法。

背景技术

平衡控制系统的设计近年来越来越多的应用于机器人领域，尤其是双足机器人与自平衡机器人。映射到市场需求主要是服务机器人，包括社会服务机器人、家政服务机器人、制造服务机器人、物流服务机器人等等，只要有服务的地方就会需要服务机器人。在机器人移动平台上常需要根据应用需求控制平台倾斜角度，并保证平台载物的平衡。而现在大多机器人移动平台系统对负载重量、放置位置等都有较高要求，鲁棒性不高；且行进过程中平台的稳定多是依靠机械结构来保证，存在累计误差，不能实时动态进行补偿控制。

发明内容

为了克服现有服务机器人负载平台平衡控制方法的鲁棒性不高、灵敏度较低的不足，本发明的目的是针对上述服务机器人移动平台行进过程中的不稳定问题提供一种鲁棒性强、灵敏度高、界面友好的服务机器人负载平台平衡控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于增量式PID的服务机器人负载平台平衡控制方法，包括以下步骤：

1)计算机器人移动平台行进过程中的实时六轴加速度；

2)由上一步得到的加速度进行两次积分，得到平台当前四角的坐标偏移量。同时计算出小球的三维坐标；

3)根据上一步计算得到的三维坐标与偏移量，对平台的四根支柱进行增量式PID控制，使平台趋于水平稳定；所述四根支柱支撑于平台四角，可改变高度以提供平台与倾斜方向相反的力矩，用于使系统回到平衡位置；

4)将三维坐标系中建立的模型投射到二维平面中；

5)使用matlab简化整个过程中所涉及的矩阵运算；

6)将算法嵌入至单片机，由单片机控制平台四周的支柱伸缩以达到使平台趋于稳定的目的。

进一步，所述步骤1)中，记录下历史数据，根据预测规则预测下一个状态的加速度值，而在测量得到下一个状态的加速度值后，两者进行比较校正，加权得到实际的加速度值。

再进一步，所述步骤3)中，设置相应的PID参数，在平台倾角大时，使修正量也相应大；在平台倾角小时，修正量也变小；用户可以自行设置判断平台已达到稳定状态的条件，所述条件是平台倾角在0°一定邻域内或者负载物体以及在平台中心领域内。

所述步骤4)中，要将物体从三维空间坐标系投射到二维平面坐标系，先要将三维物体放到一个坐标系中，将平面的中点放到三维空间的原点；在平面翻转过程中，任何翻转都能分解为围绕x，y，z轴旋转；通过伸缩矩阵改变视野的大小从而改变投射平面上物体的大小；经过一系列翻转和缩放的物体在三维物体中的坐标位置由矩阵运算得到。

所述步骤6)中，基于TivaTMTM4C1294KCPDT Microcontroller单片机开发的，完成最小系统和外围电路模块的搭建。