CN108073164A - 自动割草机及其行走方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动割草机，包括：工作区域识别模块；驱动模块；定位模块，用于接受定位信号，以取得自动割草机当前的位置的坐标或多个坐标组成的坐标区域；地图构建与存储模块，用于判断所述坐标是否存储于工作地图中，判断为否时，将所述坐标加入所述工作地图获得更新的工作地图；回归路径规划模块，用于接收回归指令并根据所述更新的工作地图生成回归路径，并控制自动割草机沿所述回归路径自回归前所处的位置回归至预定位置。上述自动割草机，可开始快速工作，且利用工作过程完善工作地图，在工作结束后根据已经有的工作地图导航，从而实现快速回归，不需要用户提前训练自动割草机学习全部的工作区域。还提出了一种自动割草机的行走方法。

Description

自动割草机及其行走方法

技术领域

本发明涉及自动割草机领域，特别是涉及一种自动割草机及其行走方法。

背景技术

随着科学技术的发展，智能的自动行走设备为人们所熟知，由于自动行走设备可以自动预先设置的程序执行预先设置的相关任务，无须人为的操作与干预，因此在工业应用及家居产品上的应用非常广泛。工业上的应用如执行各种功能的机器人，家居产品上的应用如割草机、吸尘器等，这些智能的自动行走设备极大地节省了人们的时间，给工业生产及家居生活都带来了极大的便利。

智能割草机是自动行走设备中的一种，可自动实现对草坪的修剪。智能割草机通常在边界线内工作，为方便充电，边界线上设置有充电站，当智能割草机在修剪草坪电量不足时，可以自动返回充电站进行回归充电。

但传统的智能割草机在使用前，需要人为引导或自动学习全部工作区域后才能实现智能回归，每次工作前，智能割草机使用前的安装复杂，不能实现快速回归。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够简化割草机的使用准备，并实现快速回归的自动割草机。

一种自动割草机，包括：

工作区域识别模块，用于判断自动割草机要经过的区域是否为工作区域；

驱动模块，用于驱动自动割草机在所述工作区域内行走；

定位模块，用于接受定位信号，以取得自动割草机当前的位置的坐标或多个坐标组成的坐标区域；

地图构建与存储模块，用于判断所述坐标是否存储于工作地图中，判断为否时，将所述坐标加入所述工作地图获得更新的工作地图；

回归路径规划模块，用于接收回归指令并根据所述更新的工作地图生成回归路径，并控制自动割草机沿所述回归路径自回归前所处的位置回归至预定位置。

上述自动割草机，可开始快速工作，且利用工作过程完善工作地图，在工作结束后可以根据已经有的工作地图导航，从而实现快速回归，不需要用户提前训练自动割草机学习全部的工作区域。

在其中一个实施例中，所述预定位置为充电站。

在其中一个实施例中，所述工作区域识别模块包括草地检测模块，用以识别自动割草机要经过的区域是否为草地。

在其中一个实施例中，所述定位模块具有用以接收定位信号的通信模块，所述通信模块包括GPS模块、D-GPS模块、UWB模块、Zigbee模块、wifi模块、超声波接收模块、惯性导航模块、里程计、电子地图和加速度传感器中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述回归路径为：由所述工作地图中的已知坐标限定的、自回归前所处的位置至预定位置的距离最短的路径。

在其中一个实施例中，所述回归路径规划模块还用于记录所述工作地图中各已知坐标被自动割草机经过的次数，所述回归路径由回归前所处的位置的坐标、预定位置的坐标、回归前所处的位置与预定位置之间被自动割草机经过的次数最少的已知坐标限定。

还提出一种自动割草机的行走方法，包括步骤：

判断自动割草机要经过的区域是否为工作区域；

驱动自动割草机在所述工作区域内行走；

接受定位信号，以取得自动割草机当前的位置的坐标或多个坐标组成的坐标区域；

判断所述坐标是否存储于工作地图中，判断为否时，将所述坐标加入所述工作地图获得更新的工作地图；

接收回归指令，根据所述更新的工作地图生成回归路径，并控制自动割草机沿所述回归路径自回归前所处的位置回归至预定位置。

在其中一个实施例中，所述回归路径为：由所述工作地图中的已知坐标限定的、自回归前所处的位置至预定位置的距离最短的路径。

在其中一个实施例中，所述接收回归指令，根据所述更新的工作地图生成回归路径，并控制自动割草机沿所述回归路径自回归前所处的位置回归至预定位置的步骤包括：

记录所述工作地图中各已知坐标被自动割草机经过的次数；

根据回归前所处的位置的坐标、预定位置的坐标、回归前所处的位置与预定位置之间被自动割草机经过的次数最少的已知坐标生成所述回归路径。

在其中一个实施例中，所述坐标的坐标原点为所述预定位置。

附图说明

图1为一个实施例的自动割草机的结构框图；

图2为自动割草机第1次工作时构建工作地图的示意图；

图3为自动割草机基于图2所构建的工作地图回归的示意图；

图4为自动割草机第2次工作时构建工作地图的示意图；

图5为自动割草机基于图3所更新的工作地图回归的示意图；

图6为自动割草机第N次工作时构建工作地图的示意图；

图7为自动割草机基于图6所更新的工作地图回归的示意图；

图8为一个实施例的自动割草机行走方法的流程图。

图中的相关元件对应编号如下：

100、自动割草机 110、工作区域识别模块 120、驱动模块

130、定位模块 140、地图构建与存储模块 150、回归路径规划模块

200、障碍物 300、充电站

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种自动割草机，能够简化割草机的安装，并实现快速回归的自动割草机。自动割草机不需要人为引导或自动学习全部工作区域后就能在工作后实现智能回归。下面结合具体的例子详细介绍。

请参考图1，本发明一个实施例的自动割草机100，包括工作区域识别模块110、驱动模块120、定位模块130、地图构建与存储模块140及回归路径规划模块150。

工作区域识别模块110，用于判断自动割草机100要经过的区域是否为工作区域。就割草机而言，工作区域识别模块110包括草地检测模块，用以识别自动割草机要经过的区域是否为草地。例如，可以通过摄像头拍摄图像，通过识别拍摄到的图像的纹理来识别是否为草地。当工作区域识别模块110识别前方为障碍物200(如灌木丛)时，自动割草机100通过转向、后退等方式避开该障碍物200。

驱动模块120用以驱动自动割草机100在工作区域内行走。驱动模块120包括动力机构、传动机构、行走机构等。其中，对于自动割草机而言，动力机构一般包括电机和给电机提供能源的电池包。电池包与电机一同安装在自动割草机的机架上。这样，自动割草机不依赖于外部电源，能够更好地适应在工作区域内巡航的需要。传动机构一般为齿轮传动机构，用以将电机输出的旋转动力经过速比转换及/或换向后传递给行走机构，从而驱动自动割草机100行走。行走机构的行走元件可以是行走轮，也可以是行走履带。行走元件通常采用柔性材料制造或至少包含部分柔性材料，以减轻对草地的压力。

定位模块130用以接受定位信号，以取得自动割草机当前的位置的坐标或多个坐标组成的坐标区域。

地图构建与存储模块140，用于判断获取到的坐标是否存储于工作地图中，判断为否时，将坐标加入工作地图获得更新的工作地图。

自动割草机100行走过程中，定位模块130获取到行走路径中各处的坐标或多个坐标后，地图构建与存储模块140就判断这些判断是否已经存储于工作地图中，若判断结果为是，则说明自动割草机100当前所处位置是已经探明的工作区域，若判断结果为否，则说明自动割草机100当前所处位置是未探明的工作区域，此区域需要加入工作地图中，以完善工作地图，利于后续割草工作及回归。

定位模块130具有用以接收定位信号的通信模块，所述通信模块包括GPS模块、D-GPS模块、UWB模块、Zigbee模块、wifi模块、超声波接收模块、惯性导航模块、里程计、电子地图和加速度传感器中的一种或多种。换言之，定位的方式可以有多种，只要能够取得自动割草机100行走过程中所经过的各处的坐标即可。

坐标可以是卫星定位系统分配的反映物体在地球上位置的坐标值。还可以是自行构建的坐标系中的坐标值。此时，该坐标的坐标系的原点可以根据需要设置。例如，由于自动割草机100通常是从充电站300处出发、执行割草工作及现在需要充电时返回充电站。因此，该坐标系的原点可以是充电站300。

自动割草机100利用工作区域识别模块110识别未探明的工作区域，这样，自动割草机100在工作时不需要工作区域已经全部探明，换言之不需要工作地图已经完善，可以是完全没有经过探明的工作区域。自动割草机100可以快速地投入工作，不需要先学习全部的工作区域，特别是转移到在新的工作区域工作时。

另外，由于设置了定位模块130和地图构建与存储模块140，自动割草机100每一次的工作(即割草作业)过程中，均能更新工作地图，使工作地图不断地完善。这样，每一次割草作业结束后需要回归时，自动割草机100可以基于更新后的已知的工作地图设计回归路径。

回归路径规划模块150用于接收回归指令并根据更新的工作地图生成回归路径，并控制自动割草机100沿回归路径自回归前所处的位置回归至预定位置。

自动割草机100通常是返回充电站300进行充电，因此，预定位置一般为充电站。然而，预定位置也可以是其他需要位置，例如可以是需要重点割草的区域，又如，可以是方便使用者检查、检修自动割草机100的位置。

前文已叙，自动割草机100的每一次行走都能够更新已知的工作地图。回归时，可以基于该更新后的已知地图来规划回归路径。自动割草机100基于已知地图规划路径，快速回归，无需用户训练割草机学习全部工作区域。回归路径规划模块150基于已知地图来生成最优的回归路径。最优的回归路径是满足不同目的需求的路径。

例如，回归路径为：由所述工作地图中的已知坐标限定的、自回归前所处的位置至预定位置的距离最短的路径。距离最短的路径可能是直线，也可能是避开障碍物后的折线或弧线。

又例如，回归路径规划模块150还用于记录工作地图中各已知坐标被自动割草机100经过的次数。回归路径由回归前所处的位置的坐标、预定位置的坐标、回归前所处的位置与预定位置之间被自动割草机100经过的次数最少的已知坐标限定。这样，自动割草机100回归时可以避免过度碾压某些区域。

下面结合附图2至6，简要说明上述自动割草机100的工作过程。

参图2，自动割草机100至充电站300出发，开始其第一次工作，箭头示意了自动割草机100的行走路径。在此过程中，工作地图中还没记录任何坐标，自动割草机100所经过的各处位置的坐标均被记录，构建成初始的工作地图。

参图3，自动割草机100结束第一次工作，自图3中所处的位置开始向充电站300回归。此时回归路径规划模块150生成如图中的箭头所示的折线路径，可以看到，自动割草机100不需要依原路返回，依照图3中折线路径即可实现快速回归。

参图4，自动割草机100至充电站300出发，开始其第二次工作。其中剖面线示意了第一次工作时经过的区域，实线边界界定的区域则为第二次工作时经过的区域。此过程中，自动割草机100经过的区域有部分是与第一次工作经过的区域重合，这些区域对应的坐标不需要重复记录，地图构建与存储模块140仅记录新增的坐标，使更新后的地图包含第二次工作时所走过的新的区域。

参图5，第二次工作结束后，自动割草机100自图5中所处的位置开始回归。回归路径规划模块150生成的回归路径如图5中箭头所示。可以看到，回归路径规划模块150不是按照第二次工作或第一次工作时的前进路径原路返回，而是同时有利用第一次工作时探明的区域和第二次工作时探明的区域，以生成较为快捷的回归路径。

参图6和图7，随着自动割草机100工作次数的增多，不断有新的坐标被加入到工作地图中，工作地图也越来越完善，图6和图7示意了全部工作区域具备探明的情况。回归路径规划模块150每次都可以依照新的工作地图来生成较佳的回归路径。

上述自动割草机100，可开始快速工作，且利用工作过程完善工作地图，在工作结束后可以根据已经有的工作地图导航，从而实现快速回归，不需要用户提前训练自动割草机100学习全部的工作区域。

参图8，本发明的一个实施例还提供了一种上述自动割草机100的行走方法，包括步骤：

S110、判断自动割草机要经过的区域是否为工作区域。自动割草机100工作时，依靠工作区域识别模块110探明待行走的区域，不依赖于工作地图的完善与否，用户不需要提前训练割草机，提高了使用的便捷性。

S120、驱动自动割草机在所述工作区域内行走。动力机构驱动行走机构，使自动割草机前进。并且自动割草机能够自动地避开障碍物，只在工作区域内行走。

S130、接受定位信号，以取得自动割草机当前的位置的坐标或多个坐标组成的坐标区域。利用GPS、D-GPS等多种方式实现定位，取得行走路径中的各处位置的坐标。

S140、判断所述坐标是否存储于工作地图中，判断为否时，将所述坐标加入所述工作地图获得更新的工作地图。地图构建与存储模块140利用自动割草机100每一次的工作时的行走不断的完善工作地图。

S150、接收回归指令，根据所述更新的工作地图生成回归路径，并控制自动割草机沿所述回归路径自回归前所处的位置回归至预定位置。每一次工作结束时，自动割草机100要从回归前所处的位置回归至预定位置，此时回归路径规划模块150利用已知的工作地图进行导航，生产较佳的回归路径。

例如，回归路径为：由所述工作地图中的已知坐标限定的、自回归前所处的位置至预定位置的距离最短的路径。距离最短的路径可能是直线，也可能是避开障碍物后的折线或弧线。

又例如，回归路径规划模块150还用于记录工作地图中各已知坐标被自动割草机100经过的次数。回归路径由回归前所处的位置的坐标、预定位置的坐标、回归前所处的位置与预定位置之间被自动割草机100经过的次数最少的已知坐标限定。这样，自动割草机100回归时可以避免过度碾压某些区域。

利用上述方法，自动割草机100可开始快速工作，且利用工作过程完善工作地图，在工作结束后可以根据已经有的工作地图导航，从而实现快速回归，不需要用户提前训练自动割草机100学习全部的工作区域。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种自动割草机，其特征在于，包括：

工作区域识别模块，用于判断自动割草机要经过的区域是否为工作区域；

驱动模块，用于驱动自动割草机在所述工作区域内行走；

定位模块，用于接受定位信号，以取得自动割草机当前的位置的坐标或多个坐标组成的坐标区域；

地图构建与存储模块，用于判断所述坐标是否存储于工作地图中，判断为否时，将所述坐标加入所述工作地图获得更新的工作地图；

回归路径规划模块，用于接收回归指令并根据所述更新的工作地图生成回归路径，并控制自动割草机沿所述回归路径自回归前所处的位置回归至预定位置。

2.根据权利要求1所述的自动割草机，其特征在于，所述预定位置为充电站。

3.根据权利要求1所述的自动割草机，其特征在于，所述工作区域识别模块包括草地检测模块，用以识别自动割草机要经过的区域是否为草地。

4.根据权利要求1所述的自动割草机，其特征在于，所述定位模块具有用以接收定位信号的通信模块，所述通信模块包括GPS模块、D-GPS模块、UWB模块、Zigbee模块、wifi模块、超声波接收模块、惯性导航模块、里程计、电子地图和加速度传感器中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的自动割草机，其特征在于，所述回归路径为：由所述工作地图中的已知坐标限定的、自回归前所处的位置至预定位置的距离最短的路径。

6.根据权利要求1所述的自动割草机，其特征在于，所述回归路径规划模块还用于记录所述工作地图中各已知坐标被自动割草机经过的次数，所述回归路径由回归前所处的位置的坐标、预定位置的坐标、回归前所处的位置与预定位置之间被自动割草机经过的次数最少的已知坐标限定。

7.一种自动割草机的行走方法，其特征在于，包括步骤：

判断自动割草机要经过的区域是否为工作区域；

驱动自动割草机在所述工作区域内行走；

接受定位信号，以取得自动割草机当前的位置的坐标或多个坐标组成的坐标区域；

判断所述坐标是否存储于工作地图中，判断为否时，将所述坐标加入所述工作地图获得更新的工作地图；

接收回归指令，根据所述更新的工作地图生成回归路径，并控制自动割草机沿所述回归路径自回归前所处的位置回归至预定位置。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述回归路径为：由所述工作地图中的已知坐标限定的、自回归前所处的位置至预定位置的距离最短的路径。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述接收回归指令，根据所述更新的工作地图生成回归路径，并控制自动割草机沿所述回归路径自回归前所处的位置回归至预定位置的步骤包括：

记录所述工作地图中各已知坐标被自动割草机经过的次数；

根据回归前所处的位置的坐标、预定位置的坐标、回归前所处的位置与预定位置之间被自动割草机经过的次数最少的已知坐标生成所述回归路径。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述坐标的坐标原点为所述预定位置。