CN109901594A - 一种除草机器人的定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种除草机器人的定位方法及系统，方法包括如下步骤：S1：获取整个工作区域的全局图像；S2：在所述全局图像中确定闭合的工作区域和所述工作区域中的障碍物的位置；S3：根据所述全局图像中像素坐标确定除草机器人在所述闭合的工作区域中的位置和方向信息。通过除草机器人的全局视觉定位方法获取全局图像，可得到准确的障碍物信息并确定工作区域，同时在全局图像中可以全面精确的得到除草机器人位置、方向，从而达到限制除草机器人工作区域和规划工作路径等目的，对除草区域中的障碍物达到更好的避障效果。

Description

一种除草机器人的定位方法及系统

技术领域

本发明涉及技术领域，尤其涉及一种除草机器人的定位方法及系统。

背景技术

随着生活水平的提高，人们日益关注环境建设，因此城市绿化园林的建设愈发受到重视。与此同时，高效的绿化养护，如日常除草等，逐渐成为了一种需求。除草机(lawnmowers)在日常除草工作中发挥了重要的作用。但由于传统除草机噪音大并且需要人工长时间操控除草，因此具有自主工作功能的智能除草机器人(autonomous lawn mowers)逐渐兴起。

除草机器人是一种可以在无人干预下自动完成除草工作的机器，它的设计初衷就是让人们从繁重的日常除草工作中解放出来。常见的除草机器人具有无需人工干预，可自动工作和返回充电等特点。为了实现自动工作，除草机器人需要具有自主避障、边界及定位检测等功能。可以发现，除草机器人是一种自主控制系统，它充分发挥了机器人自动化完成任务的优势，因此在日常除草、绿化养护方面具有广泛的应用前景。

在常见的除草机器人中，为实现自主控制需要保证除草机器人在特定工作区域内进行路径规划从而高效自主工作，因此除草机器人的定位方法十分重要。目前，对于工作区域的识别和路径规划的定位方法有多种方案，如GPS定位、电子围栏线、局部相机识别(除草机器人自带相机识别)等方式。然而这些方法都各自存在缺点，即不能从整体上识别工作区域及定位。

发明内容

本发明为了解决现有技术中除草机器人定位的问题，提供一种除草机器人的定位方法及系统。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下所述：

一种除草机器人的定位方法，包括：S1：获取整个工作区域的全局图像；S2：在所述全局图像中确定闭合的工作区域和所述工作区域中的障碍物的位置；S3：根据所述全局图像中像素坐标确定除草机器人在所述闭合的工作区域中的位置和方向信息。

在本发明的一种实施例中，还包括：S4：所述除草机器人规划工作路径。所述全局图像的信息、所述除草机器人的位置和方向信息、所述工作路径实时传输到云端。

在本发明的又一种实施例中，通过全局相机或鱼眼相机获取所述全局图像；所述除草机器人上设置前后标签；所述前后标签是不同颜色的圆球；所述圆球内设置有光源和光照传感器。

在本发明的再一种实施例中，所述除草机器人通过无线传输或蓝牙接受指令。

本发明还提供一种机器人的定位系统，包括：图像获取单元，获取整个工作区域的全局图像；处理器单元，与所述图像获取单元连接，用于实现如上任一所述的方法；信息传输单元，与所述处理器连接，用于接收指令及传输信息，所述信息包括全局图像的信息、所述除草机器人的位置和方向信息、所述工作路径。

本发明又提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一所述方法的步骤。

本发明的有益效果为：提供一种除草机器人的定位方法及系统，通过除草机器人的全局视觉定位方法获取全局图像，可得到准确的障碍物信息并确定工作区域，同时在全局图像中可以全面精确的得到除草机器人位置、方向，从而达到限制除草机器人工作区域和规划工作路径等目的，对除草区域中的障碍物达到更好的避障效果。相对于现有技术中的定位方法，采用全局视觉定位既有效避免了局部相机的难以识别边界的问题，又避免了电子围栏线技术中布线等繁琐的工作。

附图说明

图1是本发明实施例中一种机器人的定位方法示意图。

图2是本发明实施例中又一种机器人的定位方法示意图。

图3是本发明实施例中除草机器人的结构示意图。

图4是本发明实施例中一种机器人的定位系统示意图。

图5是本发明实施例中图像获取单元的示意图。

图6是本发明实施例中全局图像的示意图。

图7是本发明实施例中与全局图像对应的矩阵信息示意图。

其中，1-前标签，2-后标签，3-除草机器人，4-全局相机，5-相机支撑杆，6-工作区域，7-障碍物，8-全局图像。

具体实施方式

为了使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1

如图1所示，一种机器人的定位方法包括如下步骤：

S1：获取整个工作区域的全局图像；

S2：在所述全局图像中确定闭合的工作区域和所述工作区域中的障碍物的位置；

S3：根据所述全局图像中像素坐标确定除草机器人在所述闭合的工作区域中的位置和方向信息。

如图2所示，可以理解的是，获取上述信息以后，可以进一步的完成如下步骤：

S4：所述除草机器人规划工作路径。

为了方便实时获悉除草机器人的状态，可以将全局图像的信息、除草机器人的位置和方向信息、工作路径实时传输到云端。

在本发明的一种实施例中，通过全局相机或鱼眼相机获取所述全局图像；闭合的工作区域是可以根据需要设置的。除草机器人上设置前后标签，这里所说的前后标签是指在机器人的运行方向上，处于运行前端的设置前标签，处于运行后端的设置后标签。可以理解的是，前后标签是为了获取除草机器人的位置和方向信息，所以前后标签可以通过颜色区分，不管什么颜色都需要与草地颜色区分开。

如图3所示，前后标签是不同颜色的圆球。除草机器人3前后标签设置为安装在除草机器人顶部的两个不同颜色的圆球物体，前标签1是除草机器人头部顶端的红色标签，后标签2为除草机器人尾部顶端的黄色标签，两个标签所连直线与除草机器人直线运动方向相同。上述位置信息通过全局图像中的像素坐标来描述，方向信息为相对于全局图像所成的角度值，可规定水平向右为0°，逆时针方向为正方向。

得到的位置、方向信息、工作区域及障碍物位置信息通过TCP/IP网络协议无线传输给除草机器人，为除草机器人的路径规划、避障等提供必要信息，除草机器人可通过该信息规划工作路径。

全局图像信息(RGB图像)及除草机器人的位置、方向信息，可通过TCP/IP网络传输协议实时传输到云端，便于用户通过互联网观察除草机器人的工作情况。用户可通过互联网或本地设备，发出启动、停止、暂停指令，指令通过无线传输给除草机器人，除草机器人依据相关指令进行处理。

为了适应夜间及光照条件差的环境下使用，除草机器人前后标签内部装有光源、光照传感器。当光照传感器检测到光照条件不足时，开启除草机器人前后标签的光源，便于全局图像处理程序，在夜间及光照条件差的环境下识别除草机器人前后标签。

除草机器人在运行过程中，通过无线传输或蓝牙接受指令。

实施例2

如图4所示，一种机器人的定位系统，包括：图像获取单元，用于获取整个工作区域的全局图像；处理器单元，与图像获取单元连接，用于实现实施例1所述的方法；信息传输单元，与处理器单元连接，用于接收指令及传输信息。

如图5所示，在一种具体的实施例中，图像获取单元包括：全局相机4，全局相机4可架设在距离工作区域一定距离、一定高度的相机支撑杆5上，全局相机4可以拍摄到整个需要除草的区域，相机支撑杆5可以调节高度，并且能够固定在草地上，为全局相机提供足够的高度。可以理解的是，适当的高度可以在保证清晰度的前提下使得全局图像的畸变减小。全局相机4设置位置应当避开树木等遮挡物并且避免阳光直射等影响。除草机器人前后标签1和2，可保证全局相机在不同光照条件下检测到除草机器人位置及方向，不易受到光照条件影响。除草机器人的位置信息通过全局图像中的像素坐标来描述；方向信息为相对于全局图像所成的角度值，可规定水平向右为0°，逆时针方向为正方向。

在本发明的一种变通实施例中，全局相机可采用普通相机，对于工作区域较大的情况下可以使用鱼眼相机，以增大视野范围。

在全局相机4得到全局图像后，通过人机交互的方式，用户可以自由的在全局图像上指定闭合的工作区域6、圈出障碍物位置；也可以通过设置相应的程序确定全局图像中障碍物的位置。

如图6和图7所示，指定的工作区域、障碍物信息，通过逻辑型数据构成的矩阵来描述，矩阵长宽与全局图像相同，并且与全局图像像素位置对应。该矩阵信息存储在图像处理设备中，只需在初次使用或需要修改时，重新通过人机交互设置。

可以理解的，处理器单元还可以实现图像处理设备、人机交互设备的功能。其与全局相机相连，采集、处理全局相机数据，并运行人机交互程序。可以采用Linux系统，能够提供全局图像处理的必要运算能力，以运行OpenCV库进行图像处理。

信息传输单元采用Wi-Fi模块，采用TCP/IP网络协议进行数据通信，将处理器单元处理得到的除草机器人的位置、方向信息、工作区域及障碍物位置信息传递给除草机器人，为除草机器人的路径规划、避障等提供必要信息；并将全局图像及位置、方向信息实时传输到云端，便于用户通过互联网观察除草机器人的工作情况，用户可通过互联网或本地设备，发出启动、停止、暂停指令，指令通过无线传输给除草机器人，除草机器人依据相关指令进行处理。

在本发明的一种实施例中，处理器单元包括人机交互程序和全局图像处理程序，具体如下：

a.人机交互程序

人机交互程序，运行于处理器单元，首先通过图像处理平板计算机显示全局图像，用户在全局图像上拖动鼠标，或用手写笔，指定出闭合的线，即边界线。边界线围绕的部分即为指定的工作区域。

用户还可在全局图像上，标出工作区域中的障碍物。

b.全局图像处理程序

通过对全局相机的图像进行计算机图像处理，即通过颜色不同，识别出除草机器人两个标签(前标签与后标签)的位置，两个标签中点在全局图像中的像素坐标即为除草机器人的位置坐标；除草机器人的方向信息，由前标签与后标签的位置关系得到。

上述位置信息可通过单通道8位灰度，存储传输。灰度图中用户指定边界位置、障碍物位置、除草机器人位置用不同的灰度值进行标识。除草机器人的方向直接以角度的形式进行存储传输。

实施例3

所述除草机器人的系统集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种除草机器人的定位方法，其特征在于，包括：

S1：获取整个工作区域的全局图像；

S2：在所述全局图像中确定闭合的工作区域和所述工作区域中的障碍物的位置；

S3：根据所述全局图像中像素坐标确定除草机器人在所述闭合的工作区域中的位置和方向信息。

2.如权利要求1所述的除草机器人的定位方法，其特征在于，还包括：

S4：所述除草机器人规划工作路径。

3.如权利要求2所述的除草机器人的定位方法，其特征在于，所述全局图像的信息、所述除草机器人的位置和方向信息、所述工作路径实时传输到云端。

4.如权利要求1所述的除草机器人的定位方法，其特征在于，通过全局相机或鱼眼相机获取所述全局图像。

5.如权利要求1所述的除草机器人的定位方法，其特征在于，所述除草机器人上设置前后标签。

6.如权利要求5所述的除草机器人的定位方法，其特征在于，所述前后标签是不同颜色的圆球。

7.如权利要求6所述的除草机器人的定位方法，其特征在于，所述圆球内设置有光源和光照传感器。

8.如权利要求1-7任一所述的除草机器人的定位方法，其特征在于，所述除草机器人通过无线传输或蓝牙接受指令。

9.一种机器人的定位系统，其特征在于，包括：

图像获取单元，获取整个工作区域的全局图像；

处理器单元，与所述图像获取单元连接，用于实现如权利要求1-8任一所述的方法；

信息传输单元，与所述处理器连接，用于接收指令及传输信息，所述信息包括全局图像的信息、所述除草机器人的位置和方向信息、所述工作路径。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-8任一所述方法的步骤。