CN111010975A - 一种智能割草机定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能割草机技术领域，公开一种智能割草机定位方法及系统，智能割草机上设置有第一定位信号接收件和UWB基站，定位方法包括以下步骤：接收设置在预设位置上的多个UWB定位标签发送的第二定位信号；当智能割草机行进进行割草时，智能割草机根据第二定位信号及存储在智能割草机中的地图数据，生成相应的割草路径，并沿割草路径行驶；当驶向充电基站进行充电时，智能割草机驶向充电基站，当接收到第一定位信号时，智能割草机对准并驶向充电基站的充电接口，进行充电。本发明的优点在于,本智能割草机的定位精度高，出错率低，能源利用率高；智能割草机定位系统的整体能耗低。

Description

一种智能割草机定位方法及系统

技术领域

本发明涉及智能割草机技术领域，尤其涉及一种智能割草机定位方法及系统。

背景技术

随着传统产品智能化、互联化的到来，新技术的应用提升传统割草机的需求日益明显，智能割草机取代传统割草机已成趋势。但现有的智能割草机普遍采用的是磁导线智能割草机，此种类型的智能割草机智能化水平偏低，只有在智能割草机碰到边界线后才能停止，并折返、往复割草。导致中间区域智能割草机并不能实现很好的定位，而且在车轮打滑、凸凹不平的场地并没有很好的应用体验；同时，存在埋设磁导线工序负载，需要专业人员现场作业，在磁导线断掉后维修困难等问题；另一方面，智能割草机为可充电电池，其电源能耗的利用不高；如果将上述问题改进，智能割草机的市场会进一步被打开。

市场逐渐出现了一种将UWB无线定位应用于智能割草机领域，但UWB定位技术很难控制在20cm范围内的定位精度，在需要对智能割草机进行精确定位时，仍然需要进一步改进。

如公开号为“CN105759813A”公开一种智能割草机自定位方法及系统。超宽带定位模块唤醒各个超宽带标签之后，向各个超宽带标签发送定位信号并开始计时。各个超宽带标签分别向超宽带定位模块发送定位反馈信号，超宽带定位模块接收到定位反馈信号后停止计时。根据计时结果计算与各个超宽带标签之间的距离，对智能割草机的位置进行定位。通过设置于智能割草机上的所述超宽带定位模块和分别设置于多个预设位置的所述各个超宽带标签，可以实现智能割草机的自主定位并进一步进行路径规划。克服了目前智能割草机只能在限定区域内随机割草的缺陷，避免了智能割草机重复割草的情况，节省资源，提高了工作效率。并且，本发明无需在草地周围安放电子围栏，进一步节省了成本。但是该方案中，当涉及智能割草机需要精准定位至充电基站时，其超宽带定位技术的定位精度很难达到，且智能割草机的能源利用率不高，当有定位标签被遮挡时，则智能割草机的定位容易出现不准的情况。

针对现有的智能割草机存在的上述不足，需要设计一种定位精度高、出错率低、能源利用率高，且整体能耗低的智能割草机定位方法及系统。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明所要解决的技术问题在于，提出一种定位精度高、出错率低、能源利用率高，且整体能耗低的智能割草机定位方法及系统。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，提出一种智能割草机定位方法，所述智能割草机上设置有第一定位信号接收件和UWB基站，所述定位方法包括以下步骤：

接收设置在预设位置上的多个UWB定位标签发送的第二定位信号；

当智能割草机行进进行割草时，智能割草机根据第二定位信号及存储在智能割草机中的地图数据，生成相应的割草路径，并沿所述割草路径行驶；

当驶向充电基站进行充电时，智能割草机驶向所述充电基站，且当接收到第一定位信号时，智能割草机对准并驶向充电基站的充电接口，进行充电。

进一步地，所述地图数据包括由智能割草机沿预割草地的边界行驶一次生成的虚拟边界。

进一步地，所述地图数据包括虚拟边界的坐标数据，所述坐标数据为被遥控软件遥控智能割草机沿预割草地的边界行驶一次所生成。

进一步地，所述第一定位信号由设置在充电基站上的第一定位信号发射件发送；所述第一定位信号发射件为低频磁场发射天线，所述第一定位信号接收件为低频磁场接收天线。

进一步地，所述充电基站的两侧各设置有一所述低频磁场发射天线，且所述充电接口处于两低频磁场发射天线之间；

当智能割草机接收的一低频磁场发射天线的信号，强于另一低频磁场发射天线的信号时，智能割草机沿信号强度较弱的一侧行驶；当两侧的信号强度相同时，智能割草机对准所述充电接口。

进一步地，当智能割草机的电量低于预设电量值时，或智能割草机的割草覆盖率达到预设覆盖率时，或智能割草机检测的下雨状态时，智能割草机驶向所述充电基站进行充电。

进一步地，所述智能割草机上设置有陀螺仪，在智能割草机驶向充电基站进行充电时，所述陀螺仪检测智能割草机姿态，智能割草机根据第二定位信号和陀螺仪检测信息驶向所述充电基站，以使得所述智能割草机能接收到所述第一定位信号。

进一步地，所述UWB定位标签包括有第一UWB定位标签、第二UWB定位标签、第三UWB定位标签和第四UWB定位标签；

所述第一UWB定位标签、第二UWB定位标签、第三UWB定位标签设置在预割草地上，所述第四UWB定位标签设置在充电基站上；且第一UWB定位标签、第二UWB定位标签、第三UWB定位标签和第四UWB定位标签处于四边形的四个端点处。

进一步地，智能割草机根据第一UWB定位标签、第二UWB定位标签、第三UWB定位标签和第四UWB定位标签四者中的三者发送的第二定位信号，计算出智能割草机的全局坐标；

当三者中有一者被遮挡时，第一UWB定位标签、第二UWB定位标签、第三UWB定位标签和第四UWB定位标签中未被遮挡的参与计算。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是，还提出一种智能割草机定位系统，其特征在于，包括有：

智能割草机，所述智能割草机上设置有第一定位信号接收件和UWB基站；所述第一定位信号接收件用于接收第一定位信号发射件发送的第一定位信号；所述UWB基站用于接收若干UWB定位标签发送的第二定位信号；

可供所述智能割草机充电的充电基站，所述充电基站上设置有用于发射第一定位信号的第一定位信号发射件；

多个UWB定位标签，用于发送第二定位信号；其中，一个所述UWB定位标签设置在充电基站上，其他的所述UWB定位标签设置在预割草地上；

当智能割草机行进进行割草时，智能割草机根据第二定位信号及存储在智能割草机中的地图数据，生成相应的割草路径，并沿所述割草路径行驶；

当驶向充电基站进行充电时，智能割草机驶向所述充电基站，当接收到第一定位信号时，智能割草机对准并驶向充电基站的充电接口，进行充电。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明中，在智能割草机驶向充电基站进行充电时，在智能割草机距离充电基站还较远时，智能割草机根据多个UWB定位标签发送的第二定位信号及智能割草机上具有陀螺仪导航至距离智能割草机较近的位置(如：距离充电基站约1米的位置)，智能割草机上的第一定位信号接收件接收到充电基站上的第一定位信号发送件发送的第一定位信号，进行精确定位，进而使得智能割草机对准充电基站的充电接口，防止因导向不准确而发生智能割草机充不了电的情况；智能割草机根据分别检测到充电基站上两第一定位信号发射件信号的强弱进行精确定位，定位精度高。且智能割草机可在电量低时、割草覆盖率达到预设覆盖率要求时和感应到下雨状态时等情况下，自动返回充电基站进行充电或避雨，智能化程度高。本方案中，互换现有技术中的UWB定位标签和UWB基站的位置，将UWB定位基站设置在智能割草机上，UWB定位标签设置在智能割草机外，由于UWB基站耗电量高，将其设置在方便随时充放电的智能割草机上，而将耗电量低的UWB定位标签设置在智能割草机外，充分利用智能割草机的电池电能，使UWB定位标签的使用时间长；且总共设置有四个UWB定位标签，其中三个UWB定位标签优先进行参与计算，当三个优先进行计算中的一个被遮挡时，另一个没有优先参与计算的UWB定位标签替换被遮挡的UWB定位标签，使智能割草机的导航出错率大大降低。

附图说明

图1为本发明智能割草机在割草定位时的定位流程图；

图2为本发明智能割草机在回归充电基站时的定位流程图；

图3为智能割草机定位系统的示意图；

图4为UWB定位的三边定位示意图。

图中，

100、智能割草机；10、UWB定位基站；11、第一定位信号接收件；

200、充电基站；20、第一定位信号发射件；

300、UWB定位标签。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1-4所示，一种智能割草机定位方法，所述智能割草机100上设置有第一定位信号接收件11和UWB基站10，所述定位方法包括以下步骤：

接收设置在预设位置上的多个UWB定位标签300发送的第二定位信号；

当智能割草机100行进进行割草时，智能割草机100根据第二定位信号及存储在智能割草机100中的地图数据，生成相应的割草路径，并沿所述割草路径行驶；

当驶向充电基站200进行充电时，智能割草机100驶向所述充电基站200，且当接收到第一定位信号时，智能割草机100对准并驶向充电基站200的充电接口，进行充电。

其中，所述地图数据包括由智能割草机100沿预割草地的边界行驶一次生成的虚拟边界；且所述地图数据包括虚拟边界的坐标数据，所述坐标数据为被遥控软件遥控智能割草机沿预割草地的边界行驶一次所生成。其中，可用具有预设APP的手机遥控智能割草机绕预割草地的边界行驶一次。现有技术中，大多采用设置磁导线来限制智能割草机100的边界，当智能割草机100触碰到边界时，则停止，但是对于处于边界内中间草地进行割草时，智能割草机100则很难准确定位，而且埋设磁导线需要耗费大量的人力物力，在磁导线断掉后，需要专业人士来维修，使用起来非常不便。

优选地，所述第一定位信号由设置在充电基站200上的第一定位信号发射件20发送；所述第一定位信号发射件20为低频磁场发射天线，所述第一定位信号接收件11为低频磁场接收天线，需要解释的是，低频磁场定位原理为通电螺线圈轴线磁场强度约为3次方衰减，频率为125KHZ，本方案利用低频磁场定位具有定位精度高的特点。

本方案，在智能割草机100进行割草时，利用的是UWB定位技术和存储在智能割草机100中的地图数据进行导航，控制智能割草机行进路线；而在智能割草机100驶向充电基站进行充电时，前段时，智能割草机100距离充电基站200较远，依靠UWB定位技术和智能割草机100上的陀螺仪进行导航，使智能割草机100行驶至距离充电基站200较近的位置(如1米的位置)；在后段，智能割草机100行驶至距离充电基站200较近(如1米以内)时，智能割草机100上的低频磁场接收天线接收到充电基站200上的低频磁场发射天线发送的第一定位信号，智能割草机100精准对齐充电基站200上的充电接口，使得智能割草机100能准确对接充电接口进行充电，解决UWB定位技术不能精确导向的问题。

具体地，当智能割草机100的电量低于预设电量值时，或智能割草机100的割草覆盖率达到预设覆盖率时，或智能割草机100检测的下雨状态时，智能割草机驶向所述充电基站200进行充电，还能及时进行避雨，提高智能割草机100的智能化程度。

所述智能割草机100上设置有陀螺仪，在智能割草机100驶向充电基站200进行充电时，所述陀螺仪检测智能割草机100的姿态，由于UWB定位技术不能对智能割草机100的车身姿态进行检测，不能合理单独控制智能割草机100的走向，智能割草机100根据第二定位信号和陀螺仪检测信息驶向所述充电基站200，以使得所述智能割草机100能接收到所述第一定位信号。

如图1所示，所述充电基站200的两侧各设置有一所述低频磁场发射天线，且所述充电接口(图中未标注)处于两低频磁场发射天线之间；当智能割草机100接收的一低频磁场发射天线的信号，强于另一低频磁场发射天线的信号时，智能割草机100沿信号强度较弱的一侧行驶；当两侧的信号强度相同时，智能割草机100对准所述充电接口。需要解释的是，低频磁场发射天线设置在充电基站200两侧的一定距离上，智能割草机100上的低频磁场接收天线接收到低频磁场发射天线发射的固有频率的信号(即第一定位信号)，当两个信号强度相等时，车头针对充电站的充电接口，如果左侧大右侧小，则说明智能割草机100距离左侧近距离右侧远，所以智能割草机100需要继续向右侧行驶；同理，如果信号强度，左侧小右侧大，则说明智能割草机100距离左侧远右侧近，所以智能割草机100需要向左行驶，直到两边的信号强度相同，完成导引智能割草机100进充电基站200充电。

如图1和图4所示，所述UWB定位标签300包括有第一UWB定位标签、第二UWB定位标签、第三UWB定位标签和第四UWB定位标签；其中，所述第一UWB定位标签、第二UWB定位标签、第三UWB定位标签设置在预割草地上，所述第四UWB定位标签设置在充电基站200上；且第一UWB定位标签、第二UWB定位标签、第三UWB定位标签和第四UWB定位标签处于四边形的四个端点处，避免出现两个或者多个被遮挡的情况。且智能割草机100根据第一UWB定位标签、第二UWB定位标签、第三UWB定位标签和第四UWB定位标签四者中的三者发送的第二定位信号，计算出智能割草机100的全局坐标；当三者中有一者被遮挡时，第一UWB定位标签、第二UWB定位标签、第三UWB定位标签和第四UWB定位标签中未被遮挡的参与计算。需要说明的是，本方案中，包括有四个UWB定位标签300，其中三个UWB定位标签300优先进行参与计算，当三个优先进行计算的UWB定位标签300中的一个被遮挡时，另一个没有优先级的UWB定位标签300替换被遮挡的UWB定位标签300，同样利用三边定位原理，测量出智能割草机100距离三个参与计算的UWB定位标签的距离，然后解算出智能割草机的全局坐标，数据可靠，能有效降低计算的出错率，导向准确。

且相比于现有技术中，互换现有技术中的UWB定位标签300和UWB基站10的位置，将UWB基站10设置在智能割草机100上，UWB定位标签300设置在智能割草机100外，由于UWB基站10耗电量高，将其设置在方便随时充放电的智能割草机100上，而将耗电量低的UWB定位标签300设置在智能割草机100外，充分利用智能割草机100的电池电能，使UWB定位标签300的使用时间长，智能割草机的电池电能利用率高。

本方案还提出一种智能割草机定位系统，包括有：

智能割草机100，所述智能割草机100上设置有第一定位信号接收件11和UWB基站10；所述第一定位信号接收件11用于接收第一定位信号发射件20发送的第一定位信号；所述UWB基站10用于接收若干UWB定位标签300发送的第二定位信号；

可供所述智能割草机100充电的充电基站200，所述充电基站200上设置有用于发射第一定位信号的第一定位信号发射件20；

多个UWB定位标签300，用于发送第二定位信号；其中，一个所述UWB定位标签300设置在充电基站200上，其他所述UWB定位标签300设置在预割草地上；

当智能割草机100行进进行割草时，智能割草机100根据第二定位信号及存储在智能割草机100中的地图数据，生成相应的割草路径，并沿所述割草路径行驶；

当驶向充电基站200进行充电时，智能割草机100驶向所述充电基站200，当接收到第一定位信号时，智能割草机100对准并驶向充电基站200的充电接口，进行充电。

其中，第一定位信号发射件20为低频磁场发射天线，第一定位信号接收件11为低频磁场接收天线。

在本系统中，地图数据的生成方式，及UWB定位技术的定位原理，及低频磁场的定位原理等与以上所述的定位方法类似，在此不再冗述。

本方案的智能割草机100的定位精度高，出错率低，能源利用率高；智能割草机100定位系统的整体能耗低。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种智能割草机定位方法，其特征在于，所述智能割草机上设置有第一定位信号接收件和UWB基站，所述定位方法包括以下步骤：

接收设置在预设位置上的多个UWB定位标签发送的第二定位信号；

当智能割草机行进进行割草时，智能割草机根据第二定位信号及存储在智能割草机中的地图数据，生成相应的割草路径，并沿所述割草路径行驶；

当驶向充电基站进行充电时，智能割草机驶向所述充电基站，且当接收到第一定位信号时，智能割草机对准并驶向充电基站的充电接口，进行充电。

2.根据权利要求1所述的一种智能割草机定位方法，其特征在于，所述地图数据包括由智能割草机沿预割草地的边界行驶一次生成的虚拟边界。

3.根据权利要求2所述的一种智能割草机定位方法，其特征在于，所述地图数据包括虚拟边界的坐标数据，所述坐标数据为被遥控软件遥控智能割草机沿预割草地的边界行驶一次所生成。

4.根据权利要求1所述的一种智能割草机定位方法，其特征在于，所述第一定位信号由设置在充电基站上的第一定位信号发射件发送；所述第一定位信号发射件为低频磁场发射天线，所述第一定位信号接收件为低频磁场接收天线。

5.根据权利要求4所述的一种智能割草机定位方法，其特征在于，所述充电基站的两侧各设置有一所述低频磁场发射天线，且所述充电接口处于两低频磁场发射天线之间；

当智能割草机接收的一低频磁场发射天线的信号，强于另一低频磁场发射天线的信号时，智能割草机沿信号强度较弱的一侧行驶；当两侧的信号强度相同时，智能割草机对准所述充电接口。

6.根据权利要求4或5所述的一种智能割草机定位方法，其特征在于，当智能割草机的电量低于预设电量值时，或智能割草机的割草覆盖率达到预设覆盖率时，或智能割草机检测的下雨状态时，智能割草机驶向所述充电基站进行充电。

7.根据权利要求6所述的一种智能割草机定位方法，其特征在于，所述智能割草机上设置有陀螺仪，在智能割草机驶向充电基站进行充电时，所述陀螺仪检测智能割草机姿态，智能割草机根据第二定位信号和陀螺仪检测信息驶向所述充电基站，以使得所述智能割草机能接收到所述第一定位信号。

8.根据权利要求1所述的一种智能割草机定位方法，其特征在于，所述UWB定位标签包括有第一UWB定位标签、第二UWB定位标签、第三UWB定位标签和第四UWB定位标签；

所述第一UWB定位标签、第二UWB定位标签、第三UWB定位标签设置在预割草地上，所述第四UWB定位标签设置在充电基站上；且第一UWB定位标签、第二UWB定位标签、第三UWB定位标签和第四UWB定位标签处于四边形的四个端点处。

9.根据权利要求8所述的一种智能割草机定位方法，其特征在于，智能割草机根据第一UWB定位标签、第二UWB定位标签、第三UWB定位标签和第四UWB定位标签四者中的三者发送的第二定位信号，计算出智能割草机的全局坐标；

当三者中有一者被遮挡时，第一UWB定位标签、第二UWB定位标签、第三UWB定位标签和第四UWB定位标签中未被遮挡的参与计算。

10.一种智能割草机定位系统，其特征在于，包括有：

智能割草机，所述智能割草机上设置有第一定位信号接收件和UWB基站；所述第一定位信号接收件用于接收第一定位信号发射件发送的第一定位信号；所述UWB基站用于接收若干UWB定位标签发送的第二定位信号；

可供所述智能割草机充电的充电基站，所述充电基站上设置有用于发射第一定位信号的第一定位信号发射件；

多个UWB定位标签，用于发送第二定位信号；其中，一个所述UWB定位标签设置在充电基站上，其他所述UWB定位标签设置在预割草地上；

当智能割草机行进进行割草时，智能割草机根据第二定位信号及存储在智能割草机中的地图数据，生成相应的割草路径，并沿所述割草路径行驶；

当驶向充电基站进行充电时，智能割草机驶向所述充电基站，当接收到第一定位信号时，智能割草机对准并驶向充电基站的充电接口，进行充电。

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