CN110764499A - 一种确保割草机直线行走的装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确保割草机直线行走的装置及其方法，该方法包括：采集割草机起始点和停止点的经纬度，转化为平面直角坐标系内的坐标，计算该直线路径的直线斜率；判断割草机的朝向是否在合适范围内，若在则启动自动直行程序；若不在则调节割草机的正对的方向；割草机直行后，获取当前割草机的位置信息，并计算当前点与起始点所组成直线的斜率，并与初始直线斜率进行比较，判断是否偏离；若偏离，则启动自动纠正程序；若没有偏离，则继续保持直行，直到割草机到达终止点附近范围。本发明在室外空旷地方能较好作业，对外界的复杂环境具有一定的适应能力，在割草机受到外界干扰偏离直线轨道时可以进行自我调节。

Description

一种确保割草机直线行走的装置及其方法

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种确保割草机直线行走的装置及其方法。

背景技术

户外草坪的维护修剪是一个繁重复杂的工作，智能割草机可以帮助人们完成割草工作，实现智能自主割草。智能割草机的自主工作可以脱离人工的控制，减少了人力资源的浪费和损耗，也提高了工作效率，更具有安全性和可靠性。

对于智能割草机来说，为了实现高自主性，其对于路径的规划和自身位置的调整有着较高的要求。由于割草机作业范围的广阔以及作业环境的复杂，难以保证割草机沿着既定路线持续进行工作，一旦割草机在行进过程中受到外界的干扰，整个工作路线都会被打乱，无法继续进行工作。因此，在割草机工作的过程中，割草机需要有自动调整的能力，以完整地完成整个工作任务。在割草机直线行走的过程中，往往是通过调整割草机左右两轮的转速相同来保证直行，而在实际的运行环境中，由于草地的高低不平或是其他外在因素的影响，会造成割草机的轮子打滑或是割草机的位置突然变化的情况，导致后续直行轨迹偏离原来的直线轨迹，所以需要实时对割草机的位置进行判定，并调整割草机的位置。

现有的引导割草机直线行走的方法中，有在地下铺设引导线的方法，但是该方法灵活性差，在新环境中需要规划新的路径时，需要重新铺设，且损坏后维修困难，维护成本高昂；另一种方式是通过陀螺仪等传感器来测定割草机的位置信息，以此修正割草机的位置，但是在较长的直线路径中，陀螺仪等传感器的累积误差会变得很大，割草机的直线行走难以保证。

综上，现有技术中缺乏一种成本低廉，准确性高的确保割草机直线行走的方法，能保证在长远的距离中割草机都能准确沿着既定直线轨迹行走。

发明内容

为了解决现有技术中的问题，本发明提供一种确保割草机直线行走的装置及其方法，该方法简单，覆盖范围广，在较远的距离下也能有准确的效果。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种确保割草机直线行走的装置，包括割草机、差分GPS、蓝牙模块、智能手机，所述差分GPS包括放置于户外开阔地带的基准站和安装于割草机上的移动站；所述割草机上安装有蓝牙模块，所述智能手机自带蓝牙模块，所述智能手机通过蓝牙模块控制割草机。

一种确保割草机直线行走的方法，包括以下步骤：

S1、确定直线路径，蓝牙模块控制割草机在起始点和停止点采集两点的经纬度信息，并转化为平面直角坐标系内的坐标，计算该直线路径的直线斜率，记为初始直线斜率，起始点和停止点之间的直线段则为既定直线轨迹；

S2、割草机回到起始点，判断割草机的朝向是否在合适范围内，若在合适范围内，则启动自动直行程序；若不在合适范围内，需要调节割草机的正对的方向；

S3、割草机在直行一定距离后，获取当前割草机的位置信息，并计算当前点与起始点所组成直线的斜率，并与初始直线斜率进行比较，判断是否偏离既定直线轨迹；

S4、若检测到割草机偏离既定直线轨迹，则启动自动纠正程序；若没有偏离既定直线轨迹，则继续保持直行；

S5、循环执行步骤S3-S4，直到割草机到达终止点附近范围。

进一步的，所述步骤S1中，所述割草机在选定的起始点和停止点需要采集五次以上位置信息，并求取平均值来作为最终的起始点和停止点位置坐标，以获得更准确的位置信息。

进一步的，所述步骤S2中，所述割草机的朝向所在射线与既定直线轨迹所组成的角度不超过10°。

进一步的，所述步骤S4中，自动纠正程序分为两种情况：

S41：当检测到割草机位于既定直线轨迹左侧时，调整割草机的车轮转速，使左轮转速大于右轮转速，使割草机向右调整轨迹；

S42：当检测到割草机位于既定直线轨迹右侧时，调整割草机的车轮转速，使右轮转速大于左轮转速，使割草机向左调整轨迹。

进一步的，所述步骤S5中，终止点附近范围以根据差分GPS精度有所调整，对于高精度的差分GPS，附近范围可以确定在5cm以内，终止点附近范围是终止点为原点5cm为半径的圆内。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明采用的方法布置设备简单方便，对环境的适应性强，针对不同的环境不用重复安装；准确性高，覆盖范围广，能保证长距离直线路径的有效规划，受外部环境和人为因素的影响小；算法实现简单，对计算的要求低，所需的成本也比较低廉。

附图说明

图1是本发明中模块的连接示意图；

图2是本发明中割草机的朝向是否适宜的示意图，其中：(a)是割草机的朝向适宜的示意图，(b)是割草机的朝向不适宜的示意图；

图3是本发明中割草机直行过程中发生偏离的两种情况示意图；

图4是本发明中可能的直线路径和对应的斜率关系的示意图；

图5是本发明中割草机自动直行过程的算法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，一种确保割草机直线行走的装置，包括割草机、差分GPS、蓝牙模块、智能手机，所述差分GPS包括放置于户外开阔地带的基准站和安装于割草机上的移动站；终止点附近范围以根据差分GPS精度有所调整，对于高精度的差分GPS，附近范围可以确定在5cm以内，终止点附近范围是终止点为原点5cm为半径的圆内；所述割草机上安装有蓝牙模块，所述智能手机自带蓝牙模块，所述智能手机通过蓝牙模块控制割草机，所述智能手机中包括采集按钮、直行按钮、停止按钮、左偏按钮、右偏按钮，其中：采集按钮用于控制割草机采集位置信息，直行按钮和停止按钮分别用于控制割草机开始直行与停止直行，左偏按钮和右偏按钮分别用于割草机在左偏情况下调整割草机的车轮转速，使左轮转速大于右轮转速，使割草机向右调整轨迹和割草机在右偏情况下调整割草机的车轮转速，使右轮转速大于左轮转速，使割草机向左调整轨迹。

一种用于确保智能割草机直线行走的方法，包括：

S1、割草机需要将差分GPS输出的“度分”格式的经纬度转化为以“度”为单位的经纬度信息，并通过相关转换，转化为平面直角坐标系下的坐标，获得割草机的准确位置信息。通过蓝牙模块控制割草机到达起始点和停止点，在两个点停留一段时间，采集该点五次以上坐标，求取平均值作为该点的准确位置坐标。

S2、将割草机放置于起始点附近，准确位置可以通过后续控制调整过来，割草机的朝向所在射线与既定直线的夹角在10°以内为宜，如图2(a)所示，避免角度偏差太大给后续调整造成影响，导致无法调整。若割草机的朝向不在这个范围内，则需要旋转割草机的朝向到合适位置，如图2(b)所示，需要将该位置的割草机旋转α角度到达适宜位置。

S3、启动割草机的自动直行模式，将直线路线的起始点记为A，停止点记为B，割草机在行进过程中的点记为C，在割草机行进过程中，会发生两种偏离直线的情况，分别是左偏和右偏，这两种情况的示意图如图3所示，左偏的实时位置点记为C1，右偏的实时位置点记为C2。

通过采集，可以得到A、B两点的坐标分别为A(x_start，y_start)，B(x_end，y_end)，计算出直线AB所对应的斜率为：

割草机的实时坐标为C(x_{real_time}，y_{real_time})，计算割草机当前位置C与起始点A组成的直线的斜率为：

如果k_{real_time}≠k，则说明割草机当前位置偏离既定直线轨迹，需要进行位置调整。

S4、比较k_{real_time}和k的大小，如果k_{real_time}>k，则说明割草机当前位置较既定直线偏左，需要调整割草机左右轮转速，使左轮转速略大于右轮，让割草机向右偏行，回到预定直线轨迹；如果k_{real_time}<k，则说明割草机当前位置较既定直线偏右，需要调整割草机左右轮转速，使右轮转速略大于左轮，让割草机向左偏行，回到预定直线轨迹。

由于起始点和终止点的选择不同，以及割草机实际使用时地理位置经纬度的不同，既定直线的选择和割草机的走向也会有所不同，其可能的情况如图4所示。假定起始点A和停止点B都在一个象限内，在每个象限内的起始点分别表示为Ai(i＝1,2,3,4)，停止点分别表示为Bi(i＝1,2,3,4)，既定直线的斜率分别表示为k_i(i＝1,2,3,4)，左偏的实时点分别表示为Ci1(i＝1,2,3,4)，其对应的实时斜率分别为k_i1(i＝1,2,3,4)，右偏的实时点分别表示为Ci2(i＝1,2,3,4)，其对应的实时斜率分别为k_i2(i＝1,2,3,4)。

从图4中可以看出，随着起始点和停止点选择的位置不同，既定的直线路径的斜率也可能有所不同，有正有负。但是不论起始点A和停止点B在哪个象限，当割草机的位置左偏于既定直线时，肯定有k_i1>k_i；当割草机的位置右偏于既定直线时，肯定有k_i2<k_i。该结论也可以推广到起始点A和停止点B不在同一个象限内的情况。

S5、计算实时坐标C(x_{real_time}，y_{real_time})与停止点B(x_end，y_end)之间的距离：

如果d<5cm，则可以认为割草机已经到达停止点，停止割草机的运动；如果d>5cm，则认为割草机尚未到达停止点，需要循环执行S3-S4。割草机自动直行过程的算法流程图如图5所示，其中k_{real_time}表示当前位置点C与起始点A组成直线的斜率，k表示既定直线路径的斜率，d表示当前位置点C与停止点B之间的距离。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种确保割草机直线行走的装置，其特征在于，包括割草机、差分GPS、蓝牙模块、智能手机，所述差分GPS包括放置于户外开阔地带的基准站和安装于割草机上的移动站；所述割草机上安装有蓝牙模块，所述智能手机自带蓝牙模块，所述智能手机通过蓝牙模块控制割草机。

2.一种基于权利要求1所述的装置确保割草机直线行走的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、确定直线路径，蓝牙模块控制割草机在起始点和停止点采集两点的经纬度信息，并转化为平面直角坐标系内的坐标，计算该直线路径的直线斜率，记为初始直线斜率，起始点和停止点之间的直线段则为既定直线轨迹；

S2、割草机回到起始点，判断割草机的朝向是否在合适范围内，若在合适范围内，则启动自动直行程序；若不在合适范围内，需要调节割草机的正对的方向；

S3、割草机在直行一定距离后，获取当前割草机的位置信息，并计算当前点与起始点所组成直线的斜率，并与初始直线斜率进行比较，判断是否偏离既定直线轨迹；

S4、若检测到割草机偏离既定直线轨迹，则启动自动纠正程序；若没有偏离既定直线轨迹，则继续保持直行；

S5、循环执行步骤S3-S4，直到割草机到达终止点附近范围。

3.根据权利要求2所述的装置确保割草机直线行走的方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述割草机在选定的起始点和停止点需要采集五次以上位置信息，并求取平均值来作为最终的起始点和停止点位置坐标。

4.根据权利要求2所述的装置确保割草机直线行走的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述割草机的朝向所在射线与既定直线轨迹所组成的角度不超过10°。

5.根据权利要求2所述的装置确保割草机直线行走的方法，其特征在于，所述步骤S4中，自动纠正程序分为两种情况：

S41：当检测到割草机位于既定直线轨迹左侧时，调整割草机的车轮转速，使左轮转速大于右轮转速，使割草机向右调整轨迹；

S42：当检测到割草机位于既定直线轨迹右侧时，调整割草机的车轮转速，使右轮转速大于左轮转速，使割草机向左调整轨迹。

6.根据权利要求2所述的装置确保割草机直线行走的方法，其特征在于，所述步骤S5中，终止点附近范围是终止点为原点5cm为半径的圆内。

Images