CN111123339A - 一种双模式的自行走设备控制方法及自行走设备 - Google Patents

Abstract

一种双模式的自行走设备控制方法及自行走设备。本发明同时利用定位单元和信号线检测单元获取自行走设备的位置，在定位单元所接收的定位信号不可靠时利用信号线检测单元所获得的自行走设备的位置输出控制信号驱动自行走设备行走或转向，或者在任意单元判断自行走设备运行到达信号线时驱动自行走设备转向或沿信号线行走。本发明通过定位单元和信号线检测单元双模式的切换控制，解决定位信号较弱或中断所导致的自行走设备定位不准确的问题。本发明能够解决单一系统位置判断误差所导致的割草效果不理想的问题。

Description

一种双模式的自行走设备控制方法及自行走设备

技术领域

本发明涉及花园工具领域，具体而言涉及一种双模式的自行走设备控制方法及自行走设备。

背景技术

目前的割草机器人等自行走设备正朝着智能化发展，其能够执行更多高级的操作。比如，现在的割草机器人等自行走设备能够按照预定路径在工作区域内割草。而为了在工作区域内实现对自行走设备的路径规划和控制，则需要对自行走设备进行定位和导航，现有技术中通常采用卫星定位和导航。但是，卫星定位和导航存在以下缺陷：卫星信号容易被建筑物、树等遮挡，在接收到的卫星信号较弱和信号中断的地方，自行走设备的定位和导航会出现误差，造成定位不准确的问题。一旦定位导航不准确，一方面会导致割草效果不理想，另一方面也会出现自行走设备跑出工作区域的问题。自行走设备进入非工作区域会对公共安全造成危害。

为了解决上述问题，现有的自行走设备会加装惯性导航模块，采用卫星定位和惯性导航相结合的定位方式。但是，惯性导航在自行走设备运行较长时间后，会积累运行过程中的误差，产生较大的定位误差。惯性导航本身并不完全可靠，将其用在卫星信号丢失的场景中，由于惯性导航本身的误差，其依旧无法彻底解决由于定位不准确而导致割草效果不理想和自行走设备跑出工作区域的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种双模式的自行走设备控制方法及自行走设备，本发明在卫星信号不可靠时，利用信号线对自行走设备进行导航以保证自行走设备运行路径稳定可靠。本发明具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种自行走设备，其包括：定位单元，其用于接收定位信号，根据所述定位信号获得自行走设备的位置；信号线检测单元，其用于接收信号线信号，根据所述信号线信号获得自行走设备相对信号线的位置；控制单元，其同时连接所述定位单元和信号线检测单元，根据定位单元和/或信号线检测单元所获得的自行走设备的位置输出控制信号驱动自行走设备行走或转向。

可选的，上述任一的自行走设备，其中，所述定位单元包括GNSS卫星信号接收单元、RTK模块、UWB定位模块中的一种或其组合；所述GNSS卫星信号接收单元用于接收卫星信号，根据所述卫星信号获得自行走设备的位置；所述RTK模块用于接收卫星信号，根据所述卫星信号进行RTK解算，获得自行走设备的位置；所述UWB定位模块用于接收UWB信号，根据所述UWB信号获得自行走设备的位置。

可选的，上述任一的自行走设备，其中，所述控制单元还连接有阈值判断单元，其判断定位单元所接收的定位信号的特征值是否到达阈值；所述控制单元在定位单元所接收的定位信号的特征值达到阈值时，根据定位单元所获得的自行走设备的位置输出控制信号驱动自行走设备行走或转向；所述控制单元在定位单元所接收的定位信号的特征值未达到阈值时，根据信号线检测单元所获得的自行走设备的位置输出控制信号驱动自行走设备行走或转向。

可选的，上述任一的自行走设备，其中，所述定位信号的特征值包括：定位信号的强度、幅值、设定时间内的信号数量中的任一或其组合。

可选的，上述任一的自行走设备，其中，所述控制单元还连接有边界判断单元，其根据定位单元所获得的自行走设备的位置判断自行走设备是否到达信号线；所述控制单元在边界判断单元或信号线检测单元中的任一判断自行走设备到达信号线时，输出控制信号驱动自行走设备转向或沿信号线行走。

同时，为实现上述目的，本发明还提供一种双模式的自行走设备控制方法，其步骤包括：在定位单元所接收的定位信号满足第一条件时，根据定位单元所接收的定位信号获得自行走设备的位置，根据自行走设备的位置驱动自行走设备行走或转向；在定位单元所接收的定位信号不满足第一条件时，根据信号线检测单元所接收的信号线信号获得自行走设备相对信号线的位置，根据自行走设备的位置驱动自行走设备行走或转向。

可选的，上述任一的双模式的自行走设备控制方法，其中，所述第一条件包括：定位信号的强度、幅值、设定时间内的信号数量中的任一或其组合达到阈值。

可选的，上述任一的双模式的自行走设备控制方法，其中，所述定位信号包括卫星信号、UWB信号中的任一或其组合。

同时，本发明还提供一种双模式的自行走设备控制方法，其步骤包括：定位单元接收定位信号，根据定位信号获得自行走设备的位置，根据该位置判断自行走设备是否到达信号线；信号线检测单元接收信号线信号，根据所述信号线信号获得自行走设备相对信号线的位置；在根据定位单元或信号线检测单元中的任一判断自行走设备到达信号线时，驱动自行走设备转向或沿信号线行走；在根据定位单元以及信号线检测单元均未判断自行走设备到达信号线时，驱动自行走设备按照当前方式行走或转向。

可选的，上述任一的自行走设备控制方法，其中，在根据定位单元或信号线检测单元中的任一判断自行走设备到达信号线时，按照定位单元或信号线检测单元中最先判断自行走设备到达信号线的一个所获得的自行走设备的位置，驱动自行走设备转向或沿信号线行走。

有益效果

本发明同时利用定位单元和信号线检测单元获取自行走设备的位置，在定位单元所接收的卫星信号、UWB信号等定位信号不可靠时利用信号线检测单元所获得的自行走设备的位置输出控制信号驱动自行走设备行走或转向，或者在任意单元判断自行走设备运行到达信号线时驱动自行走设备转向或沿信号线行走。本发明通过定位单元和信号线检测单元双模式的切换控制，解决定位信号较弱或中断所导致的自行走设备定位不准确的问题。本发明能够解决单一系统位置判断误差所导致的割草效果不理想的问题。

进一步的，本发明可根据应用场景，设置控制单元同时根据定位单元和信号线检测单元所获得的两种位置共同控制对自行走设备的驱动，或者按照定位单元和信号线检测单元所接收的信号的可靠程度选择其中一种获取自行走设备的位置，控制对自行走设备的驱动。本发明能够有效解决定位信号接收不良造成的定位不准确的问题，还能克服单一信号线检测方式的误差对割草效果的影响。本发明能够通过两种模式的协同工作有效避免自行走设备行走出工作区域。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的自行走设备的结构框图；

图 2是本发明的自行走设备在工作区域内行走的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将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清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本发明中所述的“内、外”的含义指的是相对于信号线本身而言，由信号线指向工作区域内部的方向为内，反之为外；而非对本发明的装置机构的特定限定。

本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

图1为根据本发明的一种自行走设备，其参照图2所示，在信号线所包围的工作区域范围内行走进行割草作业。信号线通常与自行走设备的基站连接，能够输出信号线信号或与自行走设备内信号线检测单元感应，是的自行走设备能够识别出其工作区域的边界。为避免自行走设备行走出工作区域范围，本发明的自行走设备具体可设置为包括：

定位单元，其用于接收定位信号，根据所述定位信号获得自行走设备的位置；

信号线检测单元，其用于接收信号线信号，根据所述信号线信号获得自行走设备相对信号线的位置；

控制单元，其同时连接所述定位单元和信号线检测单元，根据定位单元、信号线检测单元中的一个所获得的自行走设备的位置，或同时基于定位单元、信号线检测单元两者所获得的自行走设备的位置，输出控制信号至自行走设备的行走驱动单元；

所述的行走驱动单元，包括驱动电路、行走电机和行走轮。驱动电路连接控制单元的控制信号输出端，根据控制信号相应的输出驱动信号至行走电机，驱动行走电机运转。行走电机根据驱动信号的电流、电压或占空比或其他信号特征，相应的旋转，输出扭矩，带动其电机轴所连接的驱动轮运转。由此，所述行走驱动单元相应的驱动自行走设备的行走轮转动，带动自行走设备行走或转向。

由此，本发明能够在定位单元所获得的定位信号不稳定时，或在信号线检测单元所检测到的信号线信号出现误差时，能够通过另一单元所获得的自行走设备的位置进行纠正，通过对定位单元和信号线检测单元双模式的切换控制，解决定位信号较弱或中断所导致的自行走设备定位不准确的问题。本发明能够解决单一系统位置判断误差所导致的割草效果不理想的问题。

具体而言，在一些实现方式下，所述的定位单元，其可设置为GNSS卫星信号接收单元、RTK模块、UWB定位模块中的一种或其组合。GNSS卫星信号接收单元直接接收GPS等卫星定位信号，根据卫星定位信号计算获得自行走设备的位置。所述的RTK模块同样接收卫星信号，其能够根据卫星信号和参考点的位置信号进行RTK解算，获得自行走设备的精确位置。所述的UWB定位模块用于接收UWB信号，根据所述UWB信号获得自行走设备的位置。

为进一步提高本发明自行走设备对信号线和工作区域的识别效果，本发明的自行走设备中，其控制单元可具体通过如下的两种方式选择定位单元和/或信号线检测单元所获得的自行走设备的位置，根据其选择的位置相应的输出控制信号驱动自行走设备行走或转向。

在第一种实现方式下：

自行走设备的定位单元优选可设置为RTK模块，其接收卫星信号，通过解算，获得准确的自行走设备的位置信息，将该位置信息发送给控制单元；

信号线检测单元，可采用常规的传感元件设计，用于接收信号线信号，并判断接收到的信号线信号的正负值，将结果发送给控制单元以识别自行走设备在信号线所包围的范围内或是在信号线所包围的范围外；

所述的控制单元，可通过其内设或外接的阈值判断单元获得定位单元所接收的卫星信号的特征值，比如卫星信号的信号强度、信号数量、信号幅值、信号衰减量等，将接收到的卫星信号的特征值与相应的预设的阈值比较，如果接收到的卫星信号高于或达到预设的阈值，则说明该卫星信号可靠，反之说明该卫星信号干扰较大，根据该卫星信号获得的自行走设备的位置具有较大误差。由此，控制单元根据可靠的卫星信号识别出自行走设备的位置，根据该位置控制自行走设备按照第一运行模式操作。第一运行模式为基于自行走设备的卫星信号接收系统接收到的定位信号对自行走设备进行定位和导航，从而控制自行走设备作业或动作。相反的，如果接收到的卫星信号，其信号强度、信号数量、信号幅值、信号衰减量等特征值未达到预设的阈值范围，则说明目前自行走设备所接收到的卫星信号不可靠。阈值判断单元输出卫星信号不可靠的信号给控制单元，控制单元控制自行走设备按照第二运行模式操作。第二运行模式为基于自行走设备所接收到的信号线信号来控制其进行定位和导航，从而控制自行走设备作业或动作。

所述的阈值判断单元可设置为实时或按照设定周期接收卫星信号，对该卫星信号进行阈值比较。由此，在发现卫星信号不可靠时及时切换自行走设备的定位信号来源，而一旦自行走设备的阈值判断单元再次检测到卫星信号可靠时，则能够及时的切换到第一运行模式，根据更为可靠的卫星信号精确的对自行走设备进行定位和导航。

本发明的自行走设备包括利用自行走技术的机器人割草机。该割草机中还可设置惯性导航单元，惯性导航单元用于辅助RTK模块对割草机器人进行导航。

这种方式下，在卫星信号良好的情况下，该割草机器人可采用RTK模块进行第一运行模式的定位和导航，在卫星信号较弱或卫星信号中断的情况下，采用基于信号线信号和/或惯性导航单元的第二运行模式作为补充，纠正卫星信号的误差。

在第二种实现方式下：

上述自行走设备中的控制单元，其可通过其内设或外接的边界判断单元接收定位单元发出的位置信息，将位置信息与工作区域地图的信号线坐标信息进行比较，判断自行走设备是否运行碰到信号线。同时，控制单元还接收信号线检测单元发出的信号线信号信息，通过信号线信号信息判断自行走设备是否到达信号线，控制单元按照最先感应到碰到信号线的信号后，控制行走驱动单元驱动自行走设备的行走轮带动自行走设备转向或沿信号线行走回归基站。

由此，这种实现方式下，本发明通过RTK和信号线双系统同时运行，由最先感应碰到信号线的信号控制自行走设备运行，其可靠性高，可避免单一系统的信号线检测方式不稳定，导致自行走设备跑出工作区域的问题。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本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，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自行走设备，其特征在于，包括：

定位单元，其用于接收定位信号，根据所述定位信号获得自行走设备的位置；

信号线检测单元，其用于接收信号线信号，根据所述信号线信号获得自行走设备相对信号线的位置；

控制单元，其同时连接所述定位单元和信号线检测单元，根据定位单元和/或信号线检测单元所获得的自行走设备的位置输出控制信号驱动自行走设备行走或转向。

2.如权利要求1所述的自行走设备，其特征在于，所述定位单元包括GNSS卫星信号接收单元、RTK模块、UWB定位模块中的一种或其组合；

所述GNSS卫星信号接收单元用于接收卫星信号，根据所述卫星信号获得自行走设备的位置；

所述RTK模块用于接收卫星信号，根据所述卫星信号进行RTK解算，获得自行走设备的位置；

所述UWB定位模块用于接收UWB信号，根据所述UWB信号获得自行走设备的位置。

3.如权利要求1-2所述的自行走设备，其特征在于，所述控制单元还连接有阈值判断单元，其判断定位单元所接收的定位信号的特征值是否到达阈值；

所述控制单元在定位单元所接收的定位信号的特征值达到阈值时，根据定位单元所获得的自行走设备的位置输出控制信号驱动自行走设备行走或转向；

所述控制单元在定位单元所接收的定位信号的特征值未达到阈值时，根据信号线检测单元所获得的自行走设备的位置输出控制信号驱动自行走设备行走或转向。

4.如权利要求3所述的自行走设备，其特征在于，所述定位信号的特征值包括：定位信号的强度、幅值、设定时间内的信号数量中的任一或其组合。

5.如权利要求1-2所述的自行走设备，其特征在于，所述控制单元还连接有边界判断单元，其根据定位单元所获得的自行走设备的位置判断自行走设备是否到达信号线；

所述控制单元在边界判断单元或信号线检测单元中的任一判断自行走设备到达信号线时，输出控制信号驱动自行走设备转向或沿信号线行走。

6.一种双模式的自行走设备控制方法，其特征在于，步骤包括：

在定位单元所接收的定位信号满足第一条件时，根据定位单元所接收的定位信号获得自行走设备的位置，根据自行走设备的位置驱动自行走设备行走或转向；

在定位单元所接收的定位信号不满足第一条件时，根据信号线检测单元所接收的信号线信号获得自行走设备相对信号线的位置，根据自行走设备的位置驱动自行走设备行走或转向。

7.如权利要求6所述的双模式的自行走设备控制方法，其特征在于，所述第一条件包括：定位信号的强度、幅值、设定时间内的信号数量中的任一或其组合达到阈值。

8.如权利要求6-7所述的双模式的自行走设备控制方法，其特征在于，所述定位信号包括卫星信号、UWB信号中的任一或其组合。

9.一种双模式的自行走设备控制方法，其特征在于，步骤包括：

定位单元接收定位信号，根据定位信号获得自行走设备的位置，根据该位置判断自行走设备是否到达信号线；

信号线检测单元接收信号线信号，根据所述信号线信号获得自行走设备相对信号线的位置；

在根据定位单元或信号线检测单元中的任一判断自行走设备到达信号线时，驱动自行走设备转向或沿信号线行走；

在根据定位单元以及信号线检测单元均未判断自行走设备到达信号线时，驱动自行走设备按照当前方式行走或转向。

10.如权利要求9所述的自行走设备控制方法，其特征在于，在根据定位单元或信号线检测单元中的任一判断自行走设备到达信号线时，按照定位单元或信号线检测单元中最先判断自行走设备到达信号线的一个所获得的自行走设备的位置，驱动自行走设备转向或沿信号线行走。

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