CN107168304A - 一种割草机器人控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种割草机器人控制方法，解决了现有技术中割草机器人运动不灵活的技术问题，本发明的一种割草机器人控制方法，所述割草机器人包括主控模块和行走机构，所述主控模块连接有用于采集割草机器人运动角速度的陀螺仪传感器，所述主控模块实时接收陀螺仪传感器的角速度数据并计算出当前割草机器人运动的角度信息，所述割草机器人控制方法包括转向方向控制和转向角度控制，所述转向方向控制用于控制机器人的转动方向，所述转向角度控制用于在完成转向后控制机器人的转向角度，所述主控模块根据陀螺仪传感器反馈的角速度数据获得实际角度数据，并通过与预定角度数据的对比来控制机器人的转向角度。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种自动化的智能机器领域，尤其涉及一种用于家庭、公共绿地等场合进行草坪修剪的割草机器人控制方法。
【背景技术】
随着经济的发展，城市建设步伐逐渐加快，城市绿化程度的提高最为明显。草坪具有吸尘、降噪、保湿、保持水土等众多优点，是城市绿化必不可少的组成部分，到草坪的日常维护及保养工作较为繁重，特别是草坪的修剪，该种工作劳动密集度高，又具有重复性，劳动强度较大；割草机采用内燃式发动机，带来了噪音污染和空气污染。
随着信息技术、机械电子技术的发展，机器人已逐渐走入人们的日常生活，如家用吸尘器人。技术人员也将此项技术应用到草坪修剪设备上，开发出了自动化机器人，在一定程度上提高了割草效率，降低了劳动强度，节省了大量劳动资源。
现有市场上销售的智能割草机机器人以随机运动为主，割草效率低。为此现有技术中公开了一种平行运动控制方法，该方法通过方向模块数据为反馈，控制割草机器人始终朝同一方向运动，但该方法的割草机器人采用不调头方式实现平移，使得割草机器人只能采用前进、倒退方式实现正反直线运动，这样一来，便使机器人的运动受到空间的限制，造成运动不灵活，对于草地的一些边角区域不能进行有效割草，降低了用户的使用体验。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足而提供一种割草机器人控制方法，能够控制割草机器人实现转向调头运动，从而提升割草机器人的运动灵活性，提升割草效果。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种割草机器人控制方法，所述割草机器人包括主控模块和行走机构，所述主控模块连接有用于采集割草机器人运动角速度的陀螺仪传感器，所述主控模块实时接收陀螺仪传感器的角速度数据并计算出当前割草机器人运动的角度信息，所述割草机器人控制方法包括转向方向控制和转向角度控制，所述转向方向控制用于控制机器人的转动方向，所述转向角度控制用于在完成转向后控制机器人的转向角度，所述主控模块根据陀螺仪传感器反馈的角速度数据获得实际角度数据，并通过与预定角度数据的对比来控制机器人的转向角度。
在上述的割草机器人控制方法中，所述割草机器人控制方法还包括直线运动角度设定和直线运动控制，所述割草机器人摆放在工作区域内并启动后，所述主控模块根据陀螺仪传感器采集的角速度数据计算出当前的角度信息，并将当前的角度信息设定为直线运动角度，所述主控模块根据实时计算出的角度信息与设定的直线运动角度的差值，控制机器人按照设定的直线运动角度完成直线运动。
在上述的割草机器人控制方法中，所述割草机器人控制方法还包括转向条件判定，所述直线运动控制中，若判定机器人不满足转向条件，则控制机器人继续做直线运动，若主控模块判定机器人满足转向条件，则停止直线运动并控制机器人进入转向方向控制和转向角度控制，转向角度控制完成后，若继续割草，则所述主控模块控制机器人再次进入直线运动角度设定和直线运动控制，若结束割草，则机器人关机。
在上述的割草机器人控制方法中，所述割草机器人还包括用于采集方向信息的方向采集模块，所述方向采集模块与所述主控模块连接，所述主控模块根据所述方向采集模块采集的方向信息对所述陀螺仪传感器的角度数据漂移进行校准，以通过行走机构控制割草机器人实现稳定的直线运动。
在上述的割草机器人控制方法中，所述割草机器人还包括用于采集方向信息的方向采集模块，所述方向采集模块与所述主控模块连接，所述方向采集模块包括采集地磁场数据的磁场感应传感器和采集重力加速度数据的重力加速度传感器，所述主控模块根据磁场感应传感器的地磁场数据和重力加速度传感器的重力加速度数据获取割草机器人方向信息。
在上述的割草机器人控制方法中，所述割草机器人控制方法还包括直线运动方向设定和直线运动控制，所述割草机器人摆放在工作区域内并启动后，所述主控模块根据方向采集模块获取的割草机器人启动时的方向信息设定为直线运动方向，所述主控模块根据磁场感应传感器的地磁场数据和重力加速度传感器的重力加速度数据获取机器人的实际运动方向信息，主控模块对比实际运动方向信息和设定的直线运动方向，控制机器人按照设定的直线运动方向完成直线运动。
在上述的割草机器人控制方法中，所述割草机器人控制方法还包括转向条件判定，所述直线运动控制中，若判定机器人不满足转向条件，则控制机器人继续做直线运动，若主控模块判定机器人满足转向条件，则停止直线运动并控制机器人进入转向方向控制和转向角度控制，转向角度控制完成后，若继续割草，则所述主控模块控制机器人再次进入直线运动方向设定和直线运动控制，若结束割草，则机器人关机。
在上述的割草机器人控制方法中，所述主控模块还连接有用于采集机器人工作区域边界信息的边界信息采集模块，所述边界信息采集模块设置在所述割草机器人的前端，所述主控模块根据边界信息采集模块的反馈信号判定机器人是否满足转向条件。
在上述的割草机器人控制方法中，所述主控模块还连接有用于记录行走机构行走路程的行程采集模块，若行程采集模块采集的路程达到设定路程，则主控模块判定机器人满足转向条件，若行程采集模块采集的路程未达到设定路程，则主控模块判定机器人不满足转向条件。
在上述的割草机器人控制方法中，所述主控模块还连接有用于感应障碍物的障碍物感应模块，所述主控模块根据障碍物感应模块的反馈信号判定机器人是否满足转向条件。
本发明的有益效果：
本发明的割草机器人的控制方法包括转向方向控制和转向角度控制，转向方向控制用于控制机器人的转动方向，转向角度控制用于在完成转向后控制机器人的转向角度，主控模块根据陀螺仪传感器反馈的角速度数据获得实际角度数据，并通过与预定角度数据的对比来控制机器人的转向角度。与现有技术相比，本发明中的割草机器人可实现转向运动，因此整体的运动灵活性更好，便于对草地的一些边角区域进行有效割草，提高了割草效果；同时由于机器人的底盘前端低于后端，因此现有技术中的机器人在倒退行进的过程中，草地上的石子等障碍物不会给机器人的底盘造成干涉，但是会刮伤底盘的前端，造成机器人的损坏，而本发明中的割草机器人在行进过程中始终保持前端向前，因此当遇到石子等障碍物时会绕行，从而避免障碍物损伤底盘，延长了机器人的使用寿命；最后，本发明中的机器人在割草过程中的运动状态更加美观，提升了用户的使用体验。
割草机器人还包括采集机器人工作区域边界信息的边界信息采集模块，边界信息采集模块设置在所述割草机器人的前端，主控模块根据边界信息采集模块的反馈信号判定机器人是否满足转向条件。与现有技术中前后两端同时设置边界信息采集模块的结构相比，由于本发明的机器人在割草过程中，其前端始终保持向前的状态，因此只需要在机器人的前端设置边界信息采集模块即可，减少了机器人的结构，降低了制造成本。
本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。
【附图说明】
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1为本发明中割草机器人的结构示意图；
图2为本发明中割草机器人的行走路线图；
图3为本发明实施例一中割草机器人控制方法的流程图；
图4为本发明实施例二中割草机器人控制方法的流程图。
【具体实施方式】
下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例一、
如图1所示，本实施例中割草机器人包括本体和设置在本体上的控制系统，控制系统包括主控模块1和与主控模块1连接的行走机构2，行走机构2包括行走电机驱动模块21和行走电机组合22，主控模块1通过行走电机驱动模块21控制行走电机组合22的运动状态实现割草机器人的直线运动和转向运动。
本发明的主控模块1还连接有用于采集割草机器人运动角速度的陀螺仪传感器3，主控模块1实时接收陀螺仪传感器3的角速度数据，主控模块1内设有处理器，处理器根据接收的角速度数据计算出当前割草机器人运动的角度信息，割草机器人控制方法包括转向方向控制和转向角度控制，转向方向控制用于控制机器人的转动方向，转向角度控制用于在完成转向后控制机器人的转向角度，主控模块1根据陀螺仪传感器3反馈的角速度数据获得实际角度数据，并通过与预定角度数据的对比来控制机器人的转向角度。当实际角度数据达到预定角度数据时，主控模块1停止转向运动控制。与现有技术相比，本发明中的割草机器人可实现转向运动，因此整体的运动灵活性更好，便于对草地的一些边角区域进行有效割草，提高了割草效果；同时由于机器人的底盘前端低于后端，因此现有技术中的机器人在倒退行进的过程中，草地上的石子等障碍物不会给机器人的底盘造成干涉，但是会刮伤底盘的前端，造成机器人的损坏，而本发明中的割草机器人在行进过程中始终保持前端向前，因此当遇到石子等障碍物时会绕行，从而避免障碍物损伤底盘，延长了机器人的使用寿命；最后，本发明中的机器人在割草过程中的运动状态更加美观，提升了用户的使用体验。
本发明的主控模块1还连接有用于采集方向信息的方向采集模块4，方向采集模块4包括采集地磁场数据的磁场感应传感器和采集重力加速度数据的重力加速度传感器，主控模块1根据磁场感应传感器的地磁场数据和重力加速度传感器的重力加速度数据获取割草机器人方向信息。其中磁场感应传感器的地磁场数据和重力加速度传感器的重力加速度数据可以通过主控模块计算出方向信息，或者也可以在方向采集模块中计算得出。
此外，本发明中的主控模块1还连接有用于采集机器人工作区域边界信息的边界信息采集模块5、用于感应障碍物的障碍物感应模块6和用于记录行走机构行走路程的行程采集模块7，边界信息采集模块5安装在割草机器人本体的前端，边界信息采集模块5内设有用于感应边界信息的感应电路、转换信息用的信号处理电路及处理信息用的单片机，信号处理电路分别连接在单片机和AD接口及PIO接口上，单片机通过UART接口连接在主控模块1上。边界信息获取过程：首先通过感应电路感应边界信号，在通过信号处理电路将信号放大并转换成表示离边界距离的模拟信号以及表示边界内外的数字信号，然后分别与单片机的AD接口及PIO口连接，单片机对数据进行运算，并通过UART接口与主控电路连接传递采集到的边界信息。与现有技术中前后两端同时设置边界信息采集模块的结构相比，由于本发明的机器人在割草过程中，其前端始终保持向前的状态，因此只需要在机器人的前端设置边界信息采集模块5即可，减少了机器人的结构，降低了制造成本。
障碍物感应模块6为碰撞开关，其通过碰撞开关接口与主控模块1连接，障碍物感应模块6的输入信号通过上拉电阻接电源，正常输入为高电平，碰撞开关有效时，输入接口通过下拉电阻接地，输入为低电平。
行程采集模块7内设有感应行走电机转数的霍尔元件，霍尔元件将电机转数转化为脉冲信号输出，脉冲信号连接主控模块1的计数器接口进行转数计数，实现行程采集。
如图3所示，本发明中的实施例一的割草机器人控制方法包括：
1)直线运动角度设定：割草机器人摆放在工作区域内并启动后，主控模块1根据陀螺仪传感器3采集的角速度数据计算出当前的角度信息，并将当前的角度信息设定为直线运动角度；
2)直线运动控制(控制角度)：主控模块1根据实时计算出的角度信息与设定的直线运动角度的差值，来控制行走机构2的运动形态，以使机器人按照设定的直线运动角度完成直线运动；
3)转向条件判定：主控模块1根据边界信息采集模块反馈信号判定机器人是否满足转向条件，如果机器人机身超出边界，则边界信息采集模块将超出边界信号发送给主控模块1，此时主控模块1根据该信号判定满足转向条件，并控制机器人停止当前的直线运动，进入转向方向控制；若机器人机身未超出边界，则边界信息采集模块将未超出边界信号发送给主控模块1，此时主控模块1判定不满足转向条件，控制机器人继续直线运动；
4)转向方向控制：主控模块1根据设定的转动方向控制机器人转向；
5)转向运动控制：主控模块1根据陀螺仪传感器3反馈的角速度数据获得实际角度数据，并通过与预定角度数据的对比来控制机器人的转向角度，若实际角度数据未达到预定角度数据，则控制机器人继续转向，若实际角度数据达到预定角度数据，则停止机器人转向。
在上述直线运动控制(控制角度)中，主控模块1还可根据方向采集模块4采集的方向信息对陀螺仪传感器3的角度数据漂移进行校准，以通过行走机构2控制割草机器人实现稳定的直线运动。
在上述的转向条件判定中，主控模块1还可根据障碍物感应模块6和行程采集模块7的反馈信号判定是否满足转向条件。具体的，若行程采集模块7采集的路程达到设定路程，则主控模块1判定机器人满足转向条件，若行程采集模块7采集的路程未达到设定路程，则主控模块1判定机器人不满足转向条件。或者主控模块1根据障碍物感应模块6的反馈信号判定机器人是否满足转向条件，若碰撞开关被触发，则说明遇到障碍物，满足转向条件，若碰撞开关未被触发，则不满足转向条件。通过上述两个模块可判定机器人是否满足转向条件，以使机器人适应更复杂的草地及周围环境。
在上述转向运动控制后，如果割草结束，则关闭机器人，如果割草未结束，则主控模块1机器人再次进入直线运动角度设定和直线运动控制，进行再次直线运动割草。
为了提高割草效率，本实施例中的预定角度数据与机器人直线运动角度之差为180度，以使机器人实现调头反向割草，且每次转向都是朝向草地的右侧方向转向，从而控制机器人沿图2所示的路线运动。
实施例二、
如图4所示，本发明还公开了另一种割草机器人控制方法包括：
1)直线运动方向设定：割草机器人摆放在工作区域内并启动后，主控模块1根据方向采集模块4获取的割草机器人启动时的方向信息设定为直线运动方向；
2)直线运动控制(控制方向)：主控模块1根据磁场感应传感器的地磁场数据和重力加速度传感器的重力加速度数据获取机器人的实际运动方向信息，主控模块1对比实际运动方向信息和设定的直线运动方向，若实际运动方向信息偏离设定的直线运动方向，则通过行走机构2的运动状态控制机器人按照设定的直线运动方向完成直线运动；
3)转向条件判定：主控模块1根据边界信息采集模块反馈信号判定机器人是否满足转向条件，如果机器人机身超出边界，则边界信息采集模块将超出边界信号发送给主控模块1，此时主控模块1根据该信号判定满足转向条件，并控制机器人停止当前的直线运动，并进入转向方向控制；若机器人机身未超出边界，则边界信息采集模块将未超出边界信号发送给主控模块1，此时主控模块1判定不满足转向条件，控制机器人继续直线运动；
4)转向方向控制：主控模块1根据设定的转动方向控制机器人转向；
5)转向运动控制：主控模块1根据陀螺仪传感器3反馈的角速度数据获得实际角度数据，并通过与预定角度数据的对比来控制机器人的转向角度，若实际角度数据未达到预定角度数据，则控制机器人继续转向，若实际角度数据达到预定角度数据，则停止机器人转向。
在上述的转向条件判定中，主控模块1还可根据障碍物感应模块6和行程采集模块7的反馈信号判定是否满足转向条件。具体的，若行程采集模块7采集的路程达到设定路程，则主控模块1判定机器人满足转向条件，若行程采集模块7采集的路程未达到设定路程，则主控模块1判定机器人不满足转向条件。或者主控模块1根据障碍物感应模块6的反馈信号判定机器人是否满足转向条件，若碰撞开关被触发，则说明遇到障碍物，满足转向条件，若碰撞开关未被触发，则不满足转向条件。通过上述两个模块可判定机器人是否满足转向条件，以使机器人适应更复杂的草地及周围环境。
在上述转向运动控制后，如果割草结束，则关闭机器人，如果割草未结束，则主控模块1机器人再次进入直线运动角度设定和直线运动控制，进行再次直线运动割草。
为了提高割草效率，本实施例中的预定角度数据与机器人直线运动角度之差为180度，以使机器人实现调头反向割草，且每次转向都是朝向草地的右侧方向转向，从而控制机器人沿图2所示的路线运动。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。
Claims (10)
1.一种割草机器人控制方法，所述割草机器人包括主控模块和行走机构，其特征在于，所述主控模块连接有用于采集割草机器人运动角速度的陀螺仪传感器，所述主控模块实时接收陀螺仪传感器的角速度数据并计算出当前割草机器人运动的角度信息，所述割草机器人控制方法包括转向方向控制和转向角度控制，所述转向方向控制用于控制机器人的转动方向，所述转向角度控制用于在完成转向后控制机器人的转向角度，所述主控模块根据陀螺仪传感器反馈的角速度数据获得实际角度数据，并通过与预定角度数据的对比来控制机器人的转向角度。
2.根据权利要求1所述的割草机器人控制方法，其特征在于，所述割草机器人控制方法还包括直线运动角度设定和直线运动控制，所述割草机器人摆放在工作区域内并启动后，所述主控模块根据陀螺仪传感器采集的角速度数据计算出当前的角度信息，并将当前的角度信息设定为直线运动角度，所述主控模块根据实时计算出的角度信息与设定的直线运动角度的差值，控制机器人按照设定的直线运动角度完成直线运动。
3.根据权利要求2所述的割草机器人控制方法，其特征在于，所述割草机器人控制方法还包括转向条件判定，所述直线运动控制中，若判定机器人不满足转向条件，则控制机器人继续做直线运动，若主控模块判定机器人满足转向条件，则停止直线运动并控制机器人进入转向方向控制和转向角度控制，转向角度控制完成后，若继续割草，则所述主控模块控制机器人再次进入直线运动角度设定和直线运动控制，若结束割草，则机器人关机。
4.根据权利要求3所述的割草机器人控制方法，其特征在于，所述割草机器人还包括用于采集方向信息的方向采集模块，所述方向采集模块与所述主控模块连接，所述主控模块根据所述方向采集模块采集的方向信息对所述陀螺仪传感器的角度数据漂移进行校准，以通过行走机构控制割草机器人实现稳定的直线运动。
5.根据权利要求1所述的割草机器人控制方法，其特征在于，所述割草机器人还包括用于采集方向信息的方向采集模块，所述方向采集模块与所述主控模块连接，所述方向采集模块包括采集地磁场数据的磁场感应传感器和采集重力加速度数据的重力加速度传感器，所述主控模块根据磁场感应传感器的地磁场数据和重力加速度传感器的重力加速度数据获取割草机器人方向信息。
6.根据权利要求5所述的割草机器人控制方法，其特征在于，所述割草机器人控制方法还包括直线运动方向设定和直线运动控制，所述割草机器人摆放在工作区域内并启动后，所述主控模块根据方向采集模块获取的割草机器人启动时的方向信息设定为直线运动方向，所述主控模块根据磁场感应传感器的地磁场数据和重力加速度传感器的重力加速度数据获取机器人的实际运动方向信息，主控模块对比实际运动方向信息和设定的直线运动方向，控制机器人按照设定的直线运动方向完成直线运动。
7.根据权利要求6所述的割草机器人控制方法，其特征在于，所述割草机器人控制方法还包括转向条件判定，所述直线运动控制中，若判定机器人不满足转向条件，则控制机器人继续做直线运动，若主控模块判定机器人满足转向条件，则停止直线运动并控制机器人进入转向方向控制和转向角度控制，转向角度控制完成后，若继续割草，则所述主控模块控制机器人再次进入直线运动方向设定和直线运动控制，若结束割草，则机器人关机。
8.根据权利要求3或4或7所述的割草机器人控制方法，其特征在于，所述主控模块还连接有用于采集机器人工作区域边界信息的边界信息采集模块，所述边界信息采集模块设置在所述割草机器人的前端，所述主控模块根据边界信息采集模块的反馈信号判定机器人是否满足转向条件。
9.根据权利要求3或4或7所述的割草机器人控制方法，其特征在于，所述主控模块还连接有用于记录行走机构行走路程的行程采集模块，若行程采集模块采集的路程达到设定路程，则主控模块判定机器人满足转向条件，若行程采集模块采集的路程未达到设定路程，则主控模块判定机器人不满足转向条件。
10.根据权利要求3或4或7所述的割草机器人控制方法，其特征在于，所述主控模块还连接有用于感应障碍物的障碍物感应模块，所述主控模块根据障碍物感应模块的反馈信号判定机器人是否满足转向条件。
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