CN104703460B - 用于提高自动园艺工具的覆盖分布的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于提高在预定工作区域(200)以内操作的自动园艺工具(100)的覆盖分布的方法，其中，自动园艺工具(100)设置有转向控制装置，可操作以改变自动园艺工具(100)的移动方向；以及定位装置(120)。该方法包括下列步骤：提供(301)工作区域相关数据；基于工作区域相关数据限定(302)临时工作区域(500)，该临时工作区域(500)至少部分在工作区域(200)以内延伸；估计(303)自动园艺工具(100)的当前位置(600)；评估(304)所估计的当前位置(600)；响应于评估(304)所估计的当前位置的步骤，选择性地调整(305)临时工作区域(500)；响应于评估(304)所估计的当前位置的步骤，选择性地调整(306)自动园艺工具(100)的移动方向。进行选择性地调整(305)临时工作区域(500)的延伸和选择性地调整(306)自动园艺工具的移动方向的步骤，以将自动园艺工具推向临时工作区域或使得自动园艺工具保持在临时工作区域(500)内。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于提高自动园艺工具的覆盖分布的方法和系统。
背景技术
自动园艺工具，诸如但不限于，自动割草机，广泛被用于进行预定的工作区域内的诸如草坪修剪的维护工作。
目前，边界导线通常被用于界定工作区域，并且自动园艺工具被布置为以任意产生的不规则图案移动以确保完全覆盖工作区域。还存在以部分有规则地和部分不规则地图案移动的自动园艺工具。
然而，当工作区域包括将工作区域的分离的子区域相互连接的狭窄通道时，自动园艺工具可能会在一个子区域中停留相当长的时间。在这种情况下，自动割草机可能会导致割草机停留的子区域的过度修剪和远距离的子区域的较差的覆盖。
存在可以用来最小化以上问题的几个解决方案。一个通常的解决方案是每次割草机离开充电站后让自动园艺工具沿着边界导线至远程子区域。这确保割草机在正确的地方起动并且这是增加处理复杂的工作区域的能力的好方法。
WO 20111115563 A1公开了一种工作区域的基本地图通过简单全球导航卫星系统生成的系统，以便提高边界跟踪。该系统基于工作区域的尺寸和工作区域中的不同的点已访问多少次的计算生成起动位置。
上述解决方案的剩余挑战是因为自动园艺工具的移动图案是基于随机的和/或半有规则的，所以自动园艺工具可能会在几乎刚到达远距离的子区域后就离开该远距离的子区域。
因此，还需要用于提高自动园艺工具的覆盖分布的替代方法和布置。
发明内容
考虑到以上所述，本发明的目标是提供一种用于提高自动园艺工具的覆盖分布的替代方法和布置。
根据用于提高预定的工作区域内的自动园艺工具操作的覆盖分布的方法至少部分实现该目标。自动园艺工具设置有转向控制装置，可操作以改变自动园艺工具的移动方向，以及定位装置。该方法包括下列步骤：提供工作区域相关的数据，基于该工作区域相关的数据限定临时工作区域，其中，临时工作区域至少部分地在工作区域内延伸；通过定位装置估计自动园艺工具的当前位置；相对于临时工作区域评估所估计的当前位置；响应于评估所估计的当前位置的步骤选择性地调整临时工作区域；响应于评估所估计的当前位置的步骤选择性地调整自动园艺工具的移动方向。进行选择性地调整临时工作区域的延伸和选择性地调整自动园艺工具的移动方向的步骤以将自动园艺工具推向临时工作区域和/或使得自动园艺工具保持在临时工作区域内。
以这种方法可以提供自动园艺工具的提高的覆盖分布，因为该方法提供了一种将自动园艺工具引向可选的临时工作区域并且使其保持在临时工作区域内的简单的方法。
根据一种实施方式，自动园艺工具适用于在工作区域内以不规则图案移动。
根据一种实施方式，定位装置包括定位系统，诸如，例如GNSS接收器或本地无线电信标。因此，该方法可以成本有效的方式来实现。
根据一种实施方式，提供工作区域相关的数据的步骤包括提供有关工作区域被划分成的多个区域的地理数据和统计数据。
根据一种实施方式，统计数据包括有关区域已被自动园艺工具访问的次数的信息。
根据一种实施方式，统计数据包括有关进行不同的区域内的维护工作所需要的劳力(effort，工作量)的等级的信息。
根据一种实施方式，在估计自动园艺工具的当前位置的步骤中，里程表被用于补充定位装置。因此，可以提高准确度。
根据一种实施方式，选择性地调整临时工作区域的步骤包括：如果估计的当前位置在临时工作区域以外，那么就扩大临时工作区域。
根据一种实施方式，评估的步骤包括比较当前估计位置与先前的估计位置。以这种方法，可以认识到“越界”。越界意味着自动园艺工具自其位置在先前时间被估计起从临时工作区域以外至临时工作区域以内越过临时工作区域的边界，或者自动园艺工具自其位置上次被估计起离开临时工作区域。
根据一种实施方式，选择性地调整临时工作区域的步骤包括：如果估计的当前位置在临时工作区域内并且如果满足一个或几个预定条件，那么就减少临时工作区域的延伸。因此，实现将自动园艺工具引向要求的区域的简单的方法。
根据一种实施方式，估计当前位置、评估所估计的当前位置、选择性地调整临时工作区域的延伸以及选择性地调整自动园艺工具的移动方向的步骤被重复，直至满足预定停止条件。
根据本发明解决方案的第二方面，提供了一种用于提高预定工作区域内运行的自动园艺工具的覆盖分布的系统。该系统包括：转向控制装置，可操作以改变自动园艺工具的移动方向；定位装置，可操作以估计自动园艺工具的当前位置；数据提供装置，用于提供与工作区域相关的数据；临时工作区域限定装置，可操作以基于工作区域相关数据限定临时工作区域；评估装置，可操作以相对于临时工作区域评估所估计的当前位置；控制装置，用于响应从评估装置生成的数据，选择性地调整临时工作区域并且选择性地调整自动园艺工具的移动方向。
本发明的系统的优势与根据本发明的方法相似。
定义
如本文所使用，下列术语具有如下含义：
自动园艺工具的“覆盖分布”表示自动园艺工具在工作区域内移动时怎样覆盖工作区域的不同部分。如果自动园艺工具通过工作区域的某些部分许多次，同时留下其他部分未处理，那么可能实现不了最佳覆盖分布，但可以被修正。
“选择性地”进行操作是指在某些预定条件下进行操作，并且如果不满足条件则不进行操作。
“选择性地”进行两个操作意味着根据要满足的条件，可以进行两个操作、进行其中一个操作或不进行操作。
“半有规则的”移动图案包括有规则的移动(诸如以直线的方式的移动)以及不规则的运动(诸如任意产生的移动)。
附图说明
结合附图，从以下的详细描述中，本发明将被更全面地理解和领会，在附图中：
图1是示例性工作区域的示意性视图，其中，自动园艺工具被布置为操作。
图2是另一示例性工作区域的示意性视图。
图3是图2的工作区域的基本图的示意性视图。
图4是具有临时工作区域和自动园艺工具的估计位置的示例性工作区域的示意性视图。
图5是示意性视图，其中，临时工作区域和自动园艺工具的估计的当前位置不同于图4的临时工作区域和估计当前位置。
图6是示出根据本发明的实施方式的方法的流程图。
图7a至图7g是示出在根据本发明的方法中进行的不同步骤的示意性视图。
应理解，附图是仅为了说明的目的设计的而不是将本发明限定在附图中，对于本发明的限定应当参考所附权利要求。应当进一步理解，附图不一定按比例绘制而且除非另外指出，否则附图仅旨在概念上示出本文中描述的结构和过程。
具体实施方式
图1示意性示出了根据本发明实施方式的用于自动园艺工具100的工作区域200。
在下文所公开的实施方式中，自动园艺工具适用于在工作区域内以不规则图案移动。然而，应理解，本发明的方法和系统还适用于具有半有规则的移动图案的自动园艺工具。这样的自动园艺工具可以例如在其操作的部分时间有规律地移动，并且在部分时间以不规则的图案移动。
自动园艺工具100被配置为在工作区域内以不规则图案移动时，进行有限的工作区域200内的护理操作。工作区域200可包括具有植物的任何地面，诸如草坪、花园、庭院、高尔夫球场、田地等。可以存在限定工作区域200的一个或多个边界。
可以提供信号源401来界定工作区域200的边界。在本发明的实施方式中，信号源401是沿着工作区域200的周边延伸的边界导线。该边界导线可以被埋入到地面中。此外，信号源401可以产生用于自动园艺工具100 的一个或多个信号。该一个或多个信号可具有与其相关联的具体特性，诸如但不限于频率、相位和强度。
工作区域200的边界还可以由如图1所示的固定物体208A、208B和 208C、栅栏(未示出)等限定。
此外，传感器单元可以安装在自动园艺工具100中以用于检测来自信号源401的一个或多个信号，并且因此识别工作区域200的边界。在电池充电操作过程中自动园艺工具可以对接的充电站402可被设置在工作区域内，或者与工作区域相邻。
如图1所示，工作区域可具有不规则的形状，具有多个子区域 210-218。该子区域可以由狭窄通道分开。当工作区域包括这样的将分开的工作区域的子区域相互连接的狭窄通道时，以基于任意的图案移动的自动园艺工具可能会长时间停留在一个子区域中。在这种情况下，自动割草机可能会导致割草机停留的子区域的过度修剪和远距离的子区域的较差的覆盖。
工作区域的第二实例在图2中示出。工作区域200包括两个子区域 210、220，这两个子区域由狭窄通道分开。
如先前所提到，存在可以用来最小化以上问题的几个解决方案。一个通常的解决方案是在每次割草机离开充电站后，或割草机离开充电站部分次数后，让自动园艺工具沿着边界导线或单独的引导导线至远距离的子区域。这确保割草机在正确的地方起动并且这是增加处理复杂的工作区域的能力的好方法。
WO 20111115563 A1公开了一种工作区域的基本图通过简单全球导航卫星系统生成的系统，以便提高边界跟踪。该系统基于工作区域的尺寸和工作区域中的不同点已被访问多少次的计算生成起动位置。
根据本发明，不仅可以将自动园艺工具引到工作区域的某个部分，而且可以根据需要使其长时间保持在那个部分。
根据本发明，自动园艺工具设置有定位装置。该定位装置可以是 GNSS接收器。根据一种实施方式，该定位装置是标准GPS接收器。
本发明的基本特征是选择工作区域内的目标部分或目标点，自动园艺工具应当被引向该部分的点。
为了进行目标点的合适选择，必须提供有关工作区域的特定信息。在下文中，这样的信息被称为工作区域相关数据。
工作区域相关数据可包括关于工作区域的地理信息以及关于工作区域的其他相关信息。
地理信息可以被提供为工作区域的基本地图。
设置在自动园艺工具100中的控制单元可以适于基于从定位装置接收的位置坐标(和从传感器单元接收的一个或多个转换的电信号)生成工作区域200的这种基本地图。位置坐标可以在自动园艺工具100以不规则图案在工作区域200周围移动时从定位装置接收。图3示出了工作区域200 的示例性的基本地图。该基本地图可包括网格区域700。
工作区域相关数据还可包括其他种类的数据。一个实例是有关所接收的位置坐标的统计数据。该统计数据可以涉及某个位置已被自动园艺工具访问过多少次。
工作区域相关数据的另一实例可以是关于例如根据区域内的草的长度或那个区域内的草的质量而定的修剪工作区域的各个区域中的草所需要的劳力的信息。
当已提供工作区域相关数据时，可以基于该工作区域相关数据选择合适的目标点505或目标区域。
根据一种示例性实施方式，目标点505定位在工作区域200的区域中，在该区域中，与工作区域的其他区域相比，自动园艺工具仅经过几次。
目标点505或目标区域还可以基于其他信息来选择。举例来说，可以选择已认识到修剪草需要大量劳力的区域。
在限定临时工作区域500时，可以使用目标点505。该临时工作区域 500是要求自动园艺工具操作特定时间或直至满足一个或几个预定条件的虚拟区域。
根据一种实施方式，虚拟边界限定在目标点周围，使得临时工作区域 500被限定。
临时工作区域500可具有任何形状。根据一种示例性实施方式，虚拟边界在离目标点预定距离处延伸，以创建圆形的临时工作区域。
图4示出了示例性的临时工作区域500。
定位装置被用于估计自动园艺工具的当前位置600。然后针对临时工作区域500，评估所估计的当前位置。
图4示出了估计的当前位置不在临时工作区域以内的情况。
图5示出了估计的当前位置在临时工作区域以内的情况。
本发明的本质是调整临时工作区域500以及自动园艺工具的移动方向使得当向着目标点505引导自动园艺工具时实现“橡皮圈效果”的能力。
根据一种实施方式，当估计的当前位置不在目标工作区域以内时，临时工作区域通过增加其半径来调整。
当认识到其当前的估计位置不在目标工作区域以内时，可以产生转向事件以调整自动园艺工具的移动方向。
在下文中，将描述根据本发明的实施方式的方法的不同步骤。
图6是示出不同的方法步骤的流程图。
第一步骤301包括提供工作区域相关数据。这可以如先前描述的那样来完成。
当提供工作区域相关数据时，下一步骤302是选择目标点505和包括该目标点505的临时工作区域500。在图7a至图7g中，这样的基于工作区域相关数据限定的最初临时工作区域被表示为500'。图7a示出刚限定了临时工作区域500的状态。因为其还没有被调整，所以其等于最初的临时工作区域500'。
为估计303自动园艺工具的当前位置600，使用定位装置。该定位装置可以是设置在自动园艺工具上的标准的GNSS接收器。
在图7a中示出的情况下，评估304所估计的当前位置的步骤将指示自动园艺工具在临时工作区域500以外。
下一步骤是如果需要，则调整305临时工作区域，并且如果需要，则调整306自动园艺工具的移动方向。这些调整是选择性地进行的，这意味着只有满足某些预定条件才进行这些调整，并且这些调整也是根据某些条件来选择的。如图6中所示，可以进行步骤305和306中的一个、不进行步骤305和306、或者进行步骤305和306两者。
根据一种实施方式，如果估计的当前位置不在临时工作区域以内，那么临时工作区域被扩大。
根据一种实施方式，如果估计的当前位置不在临时工作区域以内，那么调整自动园艺工具的移动方向。
当已识别到如在图7a中示出的状态时，采取的措施可以是调整305 临时工作区域以及调整306自动园艺工具的移动方向。
调整临时工作区域的步骤可以是增加临时工作区域半径，使得其被扩大。这样的调整的临时工作区域500在图7b中示出。在图7b中，还示出了最初的临时工作区域500'。新的临时工作区域与最初的临时工作区域 500'重叠并且包括该目标点505。
调整自动园艺工具的移动方向的步骤可包括产生转向事件，使得自动园艺工具将停止在其当前移动所在的方向上的移动，并且开始在另一方向上移动。该新的方向可以任意选择。
既然调整了临时工作区域500以及自动园艺工具的移动方向，那么就可以估计并估计自动园艺工具的新的当前位置600。
图7b示出了自动园艺工具具有与图7a的估计的当前位置相比的新的估计的当前位置600的状态。现将针对在图7b中示出的临时工作区域500 来评估该估计的当前位置。
在图7b中示出的情况下，自动园艺工具依然不在临时工作区域以内，且因此优选地，可以调整临时工作区域以及自动园艺工具的移动方向。
临时工作区域可以进一步被拉长，如在图7c中示出的。
估计当前位置、评估其并且选择性地调整临时工作区域以及移动方向的步骤可以预定时间间隔重复。可以在自动园艺工具在工作区域以内行进时，例如，每秒重复以上步骤。
当评估图7c的估计的当前位置时，发现自动园艺工具在临时工作区域500范围之内。
然而，现在与最初的临时工作区域500'相比，临时工作区域的边界已像橡皮圈一样被拉长。估计的当前位置远离目标点505。
在图7c中示出的情况的评估之后，采取的措施可以是根据一个或几个条件来选择。
为将自动园艺工具推向最初的临时工作区域500'和目标点505，现在当前临时工作区域500可以缩小。
缩小临时工作区域的决定可以基于与先前估计的当前位置相比的自动园艺工具的估计的当前位置的评估。
如果估计的当前位置以及连续的先前估计的当前位置两者均在临时工作区域以内，那么认识到自上次评估起临时工作区域的边界没有被越过。这指示自动园艺工具已在临时工作区域以内一会儿，并且该决定可以减少临时工作区域，使得其开始返回到最初临时工作区域的形状。
图7d示出了临时工作区域已减少的状态。将发现针对这个临时工作区域而评估的估计的当前位置在临时工作区域以外，并且采取的行动可以是改变自动园艺工具的移动方向。该临时工作区域还可以再次扩大。
在上述方法中，自动园艺工具被推向目标点和最初临时工作区域。
可以调整临时工作区域，直至其等于最初临时工作区域。如图7e所示，临时工作区域甚至可以小于最初临时工作区域。可以存在确定临时工作区域的最小尺寸或半径的停止条件。
通过选择性地继续调整自动园艺工具的移动方向以及临时工作区域的边界，一旦自动园艺工具被“捕捉”在临时工作区域以内，那么自动园艺工具将不会直接从临时工作区域“逃逸”，而是保持在临时工作区域以内。
在自动割草机的情况下，因此确保临时工作区域的草被适当地修剪。
自动园艺工具可以保持在临时工作区域以内，直至满足一个或几个预定的停止条件。一个可能的停止条件可以是自动园艺工具已在选择的区域以内操作了特定时间。
作为下一步骤，可以基于工作区域相关数据来选择新的目标点505 和新的临时工作区域500、500'。这在图7f和图7g中示出。
以这种方法，提高了自动园艺工具在工作区域以内的覆盖分布，因为覆盖了最需要自动园艺工具的操作的区域。
上述实施方式可以在所附权利要求范围内改变。
因此，尽管已示出并描述和指出本文中的实施方式的基本的新颖特征，但应理解，本领域技术人员可以对示出的装置的形成和细节以及他们的操作进行各种省略以及替换和改变。例如，显然的意图是，以大体相同的方式执行大体相同的功能以实现相同的结果的那些元件和/或方法步骤的全部组合都是等效的。此外，应当认识到，与本文中的任何公开的形式或者实施方式有关的示出和/或描述的结构和/或元件和/或方法步骤可以作为设计的一般选择内容而合并到任何其他公开的或者描述的或者建议的形式或者实施方式中。
Claims (6)
1.一种用于提高在预定工作区域(200)以内操作的自动园艺工具(100)的覆盖分布的系统，
所述系统包括：
转向控制装置，可操作以改变所述自动园艺工具(100)的移动方向，
定位装置，可操作以估计所述自动园艺工具(100)的当前位置(600)，
数据提供装置，用于提供与所述预定工作区域(200)相关的数据，
临时工作区域限定装置，可操作以基于所述预定工作区域相关数据来限定临时工作区域，评估装置，可操作以针对所述临时工作区域(500)评估所估计的当前位置(600)，
控制装置，用于响应于从所述评估装置生成的数据，选择性地调整所述自动园艺工具(100)的移动方向，
其特征在于，所述系统被配置为响应于所述自动园艺工具在所述临时工作区域(500)以外，增加所述临时工作区域(500)的尺寸。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统进一步被配置为响应于所述自动园艺工具在所述临时工作区域(500)以内，减小所述临时工作区域(500)的尺寸。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其中，以离目标点(505)预定距离的边界限定所述临时工作区域(500)。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述自动园艺工具(100)适用于以不规则图案在所述预定工作区域(200)以内移动。
5.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述定位装置包括低精度GNSS接收器。
6.根据权利要求1或2所述的系统，其中，所述预定工作区域相关数据包括有关所述预定工作区域被划分而成的多个区域(700)的坐标数据和统计数据。
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