CN111123909A - 自行走设备的行走控制方法、系统及自行走设备 - Google Patents

Abstract

一种自行走设备的行走控制方法、系统及自行走设备。本发明在所述自行走设备需要返回基站时监控自行走设备沿边界线行走的行走数据，将其与设定阈值比对，从而能够及时判断出自行走设备是否在沿其工作区域内包围障碍物所形成的孤岛行走，并能够在发现孤岛时及时调整自行走设备的行走方向，使其能够顺利找到工作区域最外圈的边界线，沿该边界线到达基站。本发明无需对工作区域包围障碍物的边界线做特殊设计，使用安装更为简便。

Description

自行走设备的行走控制方法、系统及自行走设备

技术领域

本发明涉及花园工具领域，具体而言涉及一种自行走设备的行走控制方法、系统及自行走设备。

背景技术

智能型割草机器人等自行走设备已经得到广泛普及。其使用场景中，由于用户侧环境日趋复杂，因此需要对自行走设备的行走控制方案进行优化以适应日益复杂的应用场景。

目前市场上常见的自行走设备，其行走控制中所面临的一个关键问题是如何对自行走设备返回基站这一行走路径进行控制。现有技术中，通常基站位于自行走设备工作区域的边缘并连接有边界线。现有的自行走设备返回基站的过程中，首先会驱动自行走设备寻找其工作区域的边界线，然后控制自行走设备沿该边界线运行到达基站。但是，由于工作区域中往往存在树木、喷泉、园艺设施等障碍物，一般还需要在自行走设备工作区域内的障碍物边缘设置边界线圈以对障碍物进行标识。因此，会存在一定的可能：割草机器人会首先寻找到用于标识规避障碍物的边界线圈。由于该边界线圈首尾相接，形成工作区域内的一个孤岛，割草机器人将始终绕该边界线圈行走，无法自主走出标识障碍物的边界线圈。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种自行走设备的行走控制方法、系统及自行走设备，本发明通过对自行走设备行走过程的计算，能够自动识别到用于标识规避障碍物的边界线圈，从而驱动自行走设备退出该边界线圈所形成的孤岛，寻找到正确的边界线返回基站。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的行走控制方法，其在所述自行走设备需要返回基站时执行以下步骤：驱动所述自行走设备寻找边界线，沿寻找到的边界线行走，同时记录行走数据；在所述自行走设备沿该边界线行走过程中的行走数据超出设定阈值时，驱动所述自行走设备转向，重复上述步骤直至所述自行走设备到达基站。

可选的，上述的自行走设备的行走控制方法，其特征在于，所述行走数据包括：所述自行走设备沿该边界线行走的时间或距离，和/或所述自行走设备沿该边界线行走过程中电机的总转数，和/或所述自行走设备沿该边界线行走过程中行走轮的总转数。

可选的，上述的自行走设备的行走控制方法，其特征在于，所述设定阈值包括所述自行走设备沿工作区域最外圈的边界线行走一周所需的时间，和/或至少达到所述自行走设备工作区域最外圈的边界线的周长，和/或至少达到所述自行走设备沿工作区域最外圈的边界线行走一周所经历的电机的总转数，和/或至少达到所述自行走设备沿工作区域最外圈的边界线行走一周所经历的行走轮的总转数。

可选的，上述的自行走设备的行走控制方法，其特征在于，所述设定阈值由以下步骤获得：驱动所述自行走设备沿工作区域最外圈的边界线运行一周，记录所述自行走设备运行一周所需时间、运行一周所行走的距离、运行一周过程中电机的总转数、运行一周过程中行走轮的总转数中的任一数据或其组合；对所记录的数据增加冗余量，将增加所得的数据存储为所述设定阈值。

可选的，上述的自行走设备的行走控制方法，其特征在于，所述自行走设备沿该边界线行走过程中的行走数据超出设定阈值时，在驱动所述自行走设备转向之前，还包括控制所述自行走设备停止运动的步骤。

同时，为实现上述目的，本发明还提供一种自行走设备，其包括控制单元，所述控制单元包括：驱动信号输出端，用于输出驱动信号驱动所述自行走设备寻找边界线，还用于在比较单元输出转向信号时输出驱动信号驱动所述自行走设备转向；行走数据记录单元，用于在所述自行走设备寻找到边界线后，记录所述自行走设备沿所述边界线的行走数据；比较单元，用于比较所述行走数据与设定阈值，在所述行走数据超出设定阈值时，输出转向信号。

可选的，上述的自行走设备，其特征在于，所述行走数据记录单元包括：计时单元和/或计数单元和/或运算单元，其中，所述计时单元用于计量所述自行走设备行走的时间；所述计数单元用于计量所述自行走设备行走过程中电机的转数和/或行走轮的转数；所述运算单元用于计算自行走设备行走的距离。

自行走设备的行走控制系统，其包括基站、与所述基站连接的边界线以及如上所述的自行走设备。

可选的，上述的自行走设备的行走控制系统，其特征在于，还包括设置在所述自行走设备的工作区域内部的边界线圈，所述边界线圈的高度与所述边界线的高度接近或相等。

有益效果

本发明在所述自行走设备需要返回基站时监控自行走设备沿边界线行走的行走数据，将其与设定阈值比对，从而能够及时判断出自行走设备是否在沿其工作区域内包围障碍物所形成的孤岛行走，并能够在发现孤岛时及时调整自行走设备的行走方向，使其能够顺利找到工作区域最外圈的边界线，沿该边界线到达基站。

由于本发明能够通过自行走设备自身控制单元的判断而脱离工作区域内包围障碍物所形成的孤岛，因此，本发明的系统，其无需对工作区域中包围障碍物的边界线做特殊设计，无需将其垫高或对其进行特备的信号设置以实现与最外圈边界线的区分。本发明使用安装更为简便。

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工作区域运行环境的示意图；

图中，1表示自行走设备；2表示基站，3表示边界线；4表示障碍物；41表示凸起边界线圈；42表示边界线圈。

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自行走设备的工作区域而言，指向其内部的方向为内，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。

自行走设备，例如，割草机器人，其包括:

壳体；

行走驱动模块,安装于壳体内，用于驱动自动行走设备行走和转向。所述的行走驱动模块具体又包括：

行走轮组，以及驱动所述行走轮组运转行进的驱动马达；

界限侦测模块,其能够检测到自行走设备工作区域所设置的边界线的信号，获得自行走设备和边界线之间的位置关系；

能量模块,安装于壳体内部,为自动行走设备提供能量；

控制单元,与行走驱动模块和界限侦测模块电性连接，根据界限侦测模块所获得的自行走设备和边界线之间的位置关系控制所述自动行走设备在其工作区域的边界范围内按照软件算法所设计的路径运行。

自行走设备往往需要通过图1所示的边界线3标识出其工作区域的范围。为方便控制所述自行走设备返回基站进行充电、维修或待机，通常会选择将基站2设置在工作区域最外圈的边界线3附近，利用该边界线3进行导向，从而使得自行走设备能够沿该边界线返回基站2。通常，考虑到工作区域最外圈的边界线3内部工作区域中还存在各类障碍物4，因此需要通过边界线对该障碍物4进行标识，以避免自行走设备碰撞障碍物或损坏障碍物。这种用于标识障碍物的边界线，在传统方式下，需要设置成图1左侧所示的高出草地10cm的凸起边界线圈41。这是因为，一旦自行走设备在寻找基站的过程中，误把凸起边界线圈41当作外围的边界线，将始终在该凸起边界线圈41附近绕圈。现有的设计需要通过10cm的高度触发自行走设备检测到碰撞或抬起，从而将该凸起边界线圈41识别出来，避免自行走设备绕其旋转。

但是，这种设计无疑为用户安装设备造成了困难，不容易隐藏在使用环境中，影响美观，还容易对人造成磕绊。

因此，本发明中，利用与外围边界线3相同或至少是相近的结构，构成该边界线圈42，设置所述边界线圈42的高度与所述边界线2的高度接近或相等，无需碰撞抬起触发，而改由自行走设备自身的控制单元对该边界线圈42进行智能的识别，以驱动自行走设备正确的回到工作区域最外圈的主边界线，沿该边界线3返回至基站。

所述的控制单元，可通过如下的方式实现上述对自行走设备行走的控制过程：

在所述自行走设备1需要返回基站2时，首先输出驱动信号驱动所述自行走设备寻找边界线3，找到边界线后沿其所寻找到的边界线3行走，并在沿其所寻找到的边界线3行走的同时记录行走数据；

在所述自行走设备1沿该边界线2行走过程中的行走数据超出设定阈值时，驱动所述自行走设备转向，重复上述从寻找边界线3至驱动所述自行走设备转向的步骤，直至所述自行走设备到达基站2。

上述对行走数据的采集可通过计时单元和/或计数单元和/或运算单元实现。其中的计时单元用于计量所述自行走设备行走的时间；其中的计数单元用于计量所述自行走设备行走过程中电机的转数和/或行走轮的转数；其中的运算单元用于计算自行走设备行走的距离。具体而言，在一些实现方式下，该距离可通过对电机运行状态的监控，通过电机转速与时间关系、通过电机运转圈数或经历的电周期个数而获得。

由此，所述的设定阈值，可根据自行走设备对行走数据的采集方式，而相应的选择为：所述自行走设备1沿该边界线3行走的时间和/或所述自行走设备1沿该边界线3行走过程中电机的总转数，和/或所述自行走设备1沿该边界线3行走过程中行走轮的总转数，和/或所述自行走设备1沿该边界线3行走的距离。

在较为优选的方式下，为避免对自行走设备行走数据采集时所带来的误差，或测量边界线3周长所存在的误差，所述设定阈值一般还包括有一定的冗余量。其可设置为：至少达到所述自行走设备1沿工作区域最外圈的边界线3行走一周所需的时间，和/或至少达到所述自行走设备工作区域最外圈的边界线3的周长,和/或至少达到所述自行走设备沿工作区域最外圈的边界线3行走一周所经历的电机的总转数，和/或至少达到所述自行走设备沿工作区域最外圈的边界线3行走一周所经历的行走轮的总转数。

该设定阈值可在自行走设备设置时通过以下方式确定，也可由用户设置为一个适合其运行环境的固定值，或者，可还可在出厂前直接按照用户习惯预设为一个固定值。

其中，确定所述设定阈值的步骤包括：

驱动所述自行走设备沿工作区域最外圈的边界线3运行一周，记录所述自行走设备运行一周所需时间、运行一周所行走的距离、运行一周过程中电机的总转数、运行一周过程中行走轮的总转数中的任一数据或其组合；

对所记录的数据增加冗余量，将增加所得的数据存储为所述设定阈值。冗余量为以设定值或设定比例，其可根据客户需要调整或直接在出厂前进行预设。

在一种实现方式下，本发明所提供的自行走系统，其依据草坪轮廓，布置边界线3，并选择合适的基站2的布置点。完成基站布置后，将自行走设备放置至基站内进行充电，进行工作设置。等待机器完成充电后，自行走设备会退出基站，并沿边界线行走一圈直至基站另一侧。由此，自行走设备内部的控制单元能够在自行走设备会退出基站沿边界线行走一圈直至基站另一侧的过程中，计算工作区域中设置基站的边界线长度，或记录自行走设备沿该边界线行走一圈所需时间，将上述统计值再加上适量冗余量，将最终所获得的数据作为评判孤岛边界线圈的预设范围，存储值自行走设备中。

当自行走设备需要返回基站进行充电作业时，自行走设备首先会搜寻边界线，当抵达边界线时，换向，此时自行走设备保持其机身同边界线处于平行状态，从自行走设备触及边界线开始记录行走数据。从自行走设备触及边界线到最终达到基站运动距离或运动时间不会超过上述这个包含有冗余量的设定阈值。因此，到达到这个设定值后，能够判断自行走设备选择了错误的边界线。

当自行走设备行走数据达到其所存储的预设范围时，判断该自行走设备刚刚是在绕工作区域内标识障碍物的孤岛边界线圈运行。因而自行走设备停止向前运动，向左侧或右侧或背离孤岛边界线圈换向，离开该错误的边界线，朝工作区域其他位置移动，重新搜寻正确的边界线。

当自行走设备再次搜寻到边界线后，继续重复上述的判断过程，直至进入基站完成充电动作。

由此，本发明能够通过对行走电机的监控，有效退出孤岛边界线，返回到工作区域边缘的主边界线上从而能返回基站进行充电。相比于常规的工作方式，本发明不需要人为的在障碍物线圈上布置高出草地的障碍物，供自行走设备触发碰撞或抬起功能，才使其离开小线圈，返回外围的主边界线从而沿该边界线返回基站。本发明首先记录所述自行走设备的工作区域边界长度值（或行走时间值），在这个值上增加适量冗余量后生成一个新的值，作为预设范围记录在自行走设备的控制单元中。而后在工作状态下，当机器需要返回基站重新充电时，沿边界线行进过程中，会对其行走数据与其控制单元中所获得的预设范围的值对比。当行走距离（或行走时间）达到预设范围时，自行走设备停止运动并转换运动方向。由此，本发明无需人为布置障碍物，自行走设备能够自动规避障碍物边界线区域，避免在该孤岛范围内重复运动，本发明能够及时退出该孤岛，返回连接并指示基站位置的边界线，确保机器在一定时间内能够主动停止重复运动并返回该主边界线回到基站进行充电。

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 (9)

1.一种自行走设备的行走控制方法，其特征在于，在所述自行走设备（1）需要返回基站（2）时执行以下步骤：

驱动所述自行走设备寻找边界线（3），沿寻找到的边界线（3）行走，同时记录行走数据；

在所述自行走设备（1）沿该边界线（2）行走过程中的行走数据超出设定阈值时，驱动所述自行走设备转向，重复上述步骤直至所述自行走设备到达基站（2）。

2.如权利要求1所述的自行走设备的行走控制方法，其特征在于，所述行走数据包括：所述自行走设备（1）沿该边界线（3）行走的时间或距离，和/或所述自行走设备（1）沿该边界线（3）行走过程中电机的总转数，和/或所述自行走设备（1）沿该边界线（3）行走过程中行走轮的总转数。

3.如权利要求2所述的自行走设备的行走控制方法，其特征在于，所述设定阈值包括所述自行走设备（1）沿工作区域最外圈的边界线（3）行走一周所需的时间，

和/或至少达到所述自行走设备工作区域最外圈的边界线（3）的周长,

和/或至少达到所述自行走设备沿工作区域最外圈的边界线（3）行走一周所经历的电机的总转数，

和/或至少达到所述自行走设备沿工作区域最外圈的边界线（3）行走一周所经历的行走轮的总转数。

4.如权利要求2所述的自行走设备的行走控制方法，其特征在于，所述设定阈值由以下步骤获得：

驱动所述自行走设备沿工作区域最外圈的边界线（3）运行一周，记录所述自行走设备运行一周所需时间、运行一周所行走的距离、运行一周过程中电机的总转数、运行一周过程中行走轮的总转数中的任一数据或其组合；

对所记录的数据增加冗余量，将增加所得的数据存储为所述设定阈值。

5.如权利要求1所述的自行走设备的行走控制方法，其特征在于，所述自行走设备（1）沿该边界线（3）行走过程中的行走数据超出设定阈值时，在驱动所述自行走设备转向之前，还包括控制所述自行走设备（1）停止运动的步骤。

6.一种自行走设备，其特征在于，包括控制单元，所述控制单元包括：

驱动信号输出端，用于输出驱动信号驱动所述自行走设备寻找边界线（3），还用于在比较单元输出转向信号时输出驱动信号驱动所述自行走设备转向；

行走数据记录单元，用于在所述自行走设备寻找到边界线（3）后，记录所述自行走设备沿所述边界线（3）的行走数据；

比较单元，用于比较所述行走数据与设定阈值，在所述行走数据超出设定阈值时，输出转向信号。

7.如权利要求6所述的自行走设备，其特征在于，所述行走数据记录单元包括：计时单元和/或计数单元和/或运算单元，其中，

所述计时单元用于计量所述自行走设备行走的时间；

所述计数单元用于计量所述自行走设备行走过程中电机的转数和/或行走轮的转数；

所述运算单元用于计算自行走设备行走的距离。

8.一种自行走设备的行走控制系统，其特征在于，包括基站（2）、与所述基站连接的边界线（3）以及如权利要求6-7所述的自行走设备。

9.如权利要求8所述的自行走设备的行走控制系统，其特征在于，还包括设置在所述自行走设备的工作区域内部的边界线圈（42），所述边界线圈（42）的高度与所述边界线（2）的高度接近或相等。

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