CN112180922B - 一种基于光学的自行走设备识别方法和自行走设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光学的自行走设备识别方法和自行走设备，所述方法为：在自行走设备上设置有光源，光源的状态信息根据自行走设备的工况不同进行改变，采集自行走设备工作区域的图像，通过识别图像中光源的状态信息，根据光源的不同状态信息识别出自行走设备对应的工况信息，光源的状态信息包括光源发出光的颜色、波长、光源形状和光源闪烁的频率中的一种或多种。本发明利用摄像头等图像采集设备采集工作区域信息，提供摄像头追踪技术，使得工作稳定性更加可靠，摄像头本身成本低，在工作区域内可布置多个，避免盲区，自行走设备在工作区域内可被完全监测，并识别工作状态，避免自行走设备由于无线信号丢失导致的工作状态信息无法传输的问题。

Description

一种基于光学的自行走设备识别方法和自行走设备

技术领域

本发明属于自行走设备技术领域，具体涉及一种基于光学的自行走设备识别方法和自行走设备。

背景技术

自行走设备是一种能够在道路和户外连续的、实时的自主移动的智能机器人。智能割草机器人作为自行走设备的一种，适用于清理丘陵、梯田、平原等地块的植被，以及草坪之内的杂草。其操作简单，工作效率高。我们常见的学校，以及街道美化，都是用割草机来完成的，在国外，许多家庭用割草机来为自己的花园除草。

现在自行走设备对工作区域进行割草需要先通过在地底下预埋一根封闭的信号线，通过信号线与 机器的信号头进行交换，从而保证机器在预埋的信号线范围内工作，但这种方法需要提前去布场地，并比较费事，而且信号线也有可能断裂，因此其工作并不稳定。

一些科技含量较高的自行走设备会携带或安装GNSS模块，通过定位确定工作范围和机器位置，或者在机器上安装各种传感器或者图像采集装置通过扫描前方图片获取位置精度，但这种方法普遍造价很高，而且GPS等定位系统受外界干扰很大，天气变化、工作区域内地形或所放置的物体的变化均可能干扰到设备所接收的信号，影响设备正常工作。

目前自行走设备在运行时，多依赖无线数据传输实现自行走设备运行信息的传递，在工作区域较大的情况下，自行走设备在场地内可能丢失信号，导致数据无法传输，用户无法获得自行走设备实时工作状态信息。

发明内容

为解决以上问题，本发明提出了一种基于光学的自行走设备识别方法和自行走设备。

为实现以上目的的技术解决方案如下：

一种基于光学的自行走设备识别方法，在自行走设备上设置有光源，

所述光源的状态信息根据自行走设备的工况不同进行改变，

通过图像采集装置采集自行走设备工作区域的图像，通过识别图像中光源的状态信息，根据光源的不同状态信息识别出自行走设备对应的工况信息。

进一步地，所述光源的状态信息包括光源发出光的颜色、波长、光源形状和光源闪烁的频率中的一种或多种。

进一步地，所述自行走设备的工况信息包括正常行走、返回充电站、站内充电、站内满电、发生故障、触碰到障碍物进行绕行。

进一步地，根据光源的不同状态信息识别出自行走设备对应的工况信息包括：自行走设备在正常行走时所述光源闪烁频率为每15s闪烁1次；在返回充电站时每10s闪烁1次；在站内充电时每7s闪烁1次；站内满电时常亮；所述光源单次亮起时间大于图像采集装置采集相邻两帧画面之间的时间间隔。

进一步地，根据光源的不同状态信息识别出自行走设备对应的工况信息包括：自行走设备在发生故障时所述光源发出红色光。

进一步地，所述自行走设备在工作区域内工作，所述图像采集装置为摄像头，所述摄像头包括一个或多个，所述摄像头安装于工作区域上方能够拍摄和监控到整个工作区域范围的图像。

进一步地，所述光源的外形为圆形或三角形或绕自行走设备外壳外侧一周设置的灯带形式。

进一步地，所述光源的状态信息包括身份信息和工况指示信息；所述身份信息包括光的颜色、波长和光源形状中的一种或多种组合；所述工况指示信息包括光源闪烁的频率；所述工况指示信息对应自行走设备的工况信息进行改变；

所述工作区域内包括多种自行走设备，每种自行走设备的工况指示信息不相同，通过图像采集装置采集所述工作区域的图像，通过识别图像中光源的工况指示信息，根据光源的不同工况指示信息识别出自行走设备的对应的工况信息。

进一步地，不同种类自行走设备的身份信息不相同，通过识别图像中光源的身份信息，根据光源的不同身份信息识别出自行走设备的种类。

一种自行走设备，所述自行走设备包括上述的光源。

进一步地，所述自行走设备为割草机机器人。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明利用摄像头等图像采集设备采集工作区域信息，提供摄像头追踪技术，使得工作稳定性更加可靠，摄像头本身成本低，在工作区域内可布置多个，避免盲区，自行走设备在工作区域内可被完全监测，并识别工作状态，避免自行走设备由于无线信号丢失导致的工作状态信息无法传输的问题；

(2)本发明光源的状态信息包括光源发出光的颜色、波长、光源形状和光源闪烁的频率，光源闪烁频率可以根据设备实时工作状态改变，图像采集设备采集工作区域图像后，识别灯光闪烁频率，并通过灯光闪烁频率判断设备工作状态，为后续控制做准备，识别方法简单、可靠；

(3)本发明方法可应用在具有多种自行走设备的自动化系统(例如大面积草地内设置有多个割草机同时运行；大面积园区内设置有巡逻机器人、割草机器人等多种不同的自行走设备等情况)，可以通过身份信息(包括光的颜色、波长和光源形状中的一种或多种组合)识别出不同种类的自行走设备，还可以通过工况指示信息(包括光源闪烁的频率)识别工作区域内自行走设备的工作状态，便于进行设备监控和对后续控制提供相应的工况信息。

附图说明

图1、基于光学识别的割草机器人系统示意图。

图2、特征灯示意图一。

图3、特征灯示意图二。

图4、特征灯示意图三。

图中，1、割草机器人；2、工作区域；3、摄像机；4a、4b、4c均为特征灯。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示的割草机器人系统，包括一个或多个摄像机、割草机器人、充电站、控制终端和控制系统。其中，一个或多个摄像机安装在工作区域上方，可拍摄和监控到整个工作区域范围的图像，安装多个摄像机可保证工作区域无死角遮挡，并且，可以将多个摄像机拍摄的画面合成在一张图片上，并显示在控制终端或显示装置上。实际使用时，可以利用工作区域内的安保摄像头等已经存在的装置作为图像采集装置，可进一步降低成本。

割草机器人包括切割单元、行走单元、控制单元和通讯单元，切割单元包括切割刀盘和与切割刀盘相连的割草电机，用于执行割草指令，行走单元包括行走轮、与行走轮相连的行走电机、辅助轮，控制单元分别与切割单元、行走单元和通讯单元相连。控制系统可以单独设置，也可以设置在摄像机内。摄像头主控通过射频通信模块与WiFi配合与机器进行信息交互。

割草机器人外壳上设置特定的标识，摄像头通过内置的控制芯片能够自动识别割草机器人外壳上的特定标识，从而判断是否是割草机器人，以及移动的位置，并能够实现对割草机器人的实时追踪，同时记录下割草机器人的位置信息。其中，特定标识可以是具有特定颜色和/或形状的图案或光源(如白天可以借助图案识别割草机，但晚上识别割草机以及割草机的工作状态的识别需要借助光源)，例如为红色三角形、特定波长的光源等，便于摄像头的识别。图2-4展示了部分以光源作为特定标识的结构。如图2所示，特定标识为设置在割草机器人外壳上的圆形特征灯4a；如图3所示，特定标识为设置在割草机器人外壳上的三角形特征灯4b；如图4所示，特定标识为绕割草机器人外壳外侧一周设置的灯带形式特征灯4c，上述特征灯具有一定的状态信息，所述状态信息能够根据割草机的工况不同进行改变。

该割草机器人系统的运行步骤具体包括：

步骤一、利用摄像头拍摄工作区域的图像，将图像传输至控制终端或显示装置上。

步骤二、圈定图像上的工作区域边界，圈定方式可以是人为圈定，也可以利用边界生成算法自动识别工作区域边界。

步骤三、在移动终端上的图像上把禁止进入的区域(比如静态的物体、障碍物等)人为圈定起来，具体地，通过多个图像采集装置先把工作区域给图像采集并发送给手机、平板电脑等客户端，在客户端上通过手绘等人为圈定割草区域或障碍物比如一些静止不动的物体大树、石头等物体生成OSD层，将OSD层附在之前采集的图层上方。

步骤四、根据工作区域的形状，制定遍历割草算法，将遍历割草算法存储在控制系统中，控制系统根据接收的摄像头的图像信息和遍历算法，输出相关控制信息给割草机器人上的控制单元，从而驱动割草机器人按照预设的遍历算法对工作区域进行割草。在工作过程中，摄像头对机器的实时位置进行判断，从而保证机器在割草工作区域内。

在割草机器人运行过程中，利用图像识别技术进行割草机器人工作状态的识别。具体识别方式如下：

A1、在割草机器人上设置特征灯，割草机器人在不同工况下，特征灯闪烁频率不同，工况包括正常割草行走、返回充电站、站内充电、站内满电等不同的工作状态；

A2、利用摄像头拍摄工作区域的图像，将图像传输至控制终端或显示装置上，识别图像中特征灯闪烁频率，并根据闪烁频率转化成对应的工况信息进行显示或用于后续自动控制。

当然，也可以通过特征灯发光的不同颜色来识别割草机器人的不同工作状态，例如当机器人出现故障时特征灯发出红色闪光，其它状态用相应其它颜色表示。

闪烁频率的识别方式包括但不限于以下的方式：

例如，割草机器人在正常行走时闪烁频率为每15s闪烁1次；在返回充电站时每10s闪烁1次；在站内充电时每7s闪烁1次；站内满电时常亮；特征灯单次亮起时间大于摄像头拍摄相邻两帧画面之间的时间间隔。摄像头采集工作区域内图像数据并返回控制端，通过图像识别程序进行分析，识别图像中是否出现有亮起的特征灯，选取图像中相邻两次出现特征灯亮起的画面，并得出两帧画面之间时间间隔并与各个工况所对应的闪烁频率进行比对，得出此时割草机器人的实时工况。

上述只是列举了部分工况，实际使用过程中，可以对割草机器人的各种工况设定对应的灯光闪烁频率，例如割草机触碰障碍物进行绕行、割草机沿边界进行修边割草等等工况均可设定对应的灯光闪烁频率进行识别。

作为更进一步的应用，本控制方法可以应用于自行走设备控制系统，例如园区内安防机器人系统、公园等大面积植被养护机器人系统等，此类系统通常在一个较大的区域内设置有多种自行走设备，例如巡逻机器人、灌溉机、割草机等等，利用本控制方法，使得所述特征灯的状态信息包括身份信息和工况指示信息；所述身份信息包括光的颜色、波长和光源形状中的一种或多种组合；所述工况指示信息包括光源闪烁的频率；所述工况指示信息对应自行走设备的工况信息进行改变，当上述多种自行走设备同时使用时，可以通过身份信息识别出不同种类的自行走设备(例如同种设备的特征灯形状相同，不同种设备的特征灯形状不相同)，当识别出同一种类的设备(如外形一样的割草机)后，可以通过工况指示信息识别工作区域内同类自行走设备不同个体的工作状态(例如一台设备在三个不同工况下特征灯的闪烁频率分别为A、B、C，另一台设备在同样三个工况下特征灯的闪烁频率分别为D、E、F)，这样不存在重复的频率，可以识别工作区域内自行走设备的工作状态，便于进行设备监控和对后续控制提供相应的工况信息。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于光学的自行走设备识别方法，在自行走设备上设置有光源，其特征在于，

所述光源的状态信息根据自行走设备的工况不同进行改变，

通过图像采集装置采集自行走设备工作区域的图像，通过识别图像中光源的状态信息，根据光源的不同状态信息识别出自行走设备对应的工况信息；

所述光源的状态信息包括身份信息和工况指示信息；所述身份信息包括光的颜色、波长和光源形状中的一种或多种组合；所述工况指示信息包括光源闪烁的频率；所述工况指示信息对应自行走设备的工况信息进行改变；

所述工作区域内包括多种自行走设备，每种自行走设备的工况指示信息不相同，通过图像采集装置采集所述工作区域的图像，通过识别图像中光源的工况指示信息，根据光源的不同工况指示信息识别出自行走设备的对应的工况信息；

不同种类自行走设备的身份信息不相同，通过识别图像中光源的身份信息，根据光源的不同身份信息识别出自行走设备的种类。

2.根据权利要求1所述的基于光学的自行走设备识别方法，其特征在于，所述光源的状态信息包括光源发出光的颜色、波长、光源形状和光源闪烁的频率中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的基于光学的自行走设备识别方法，其特征在于，所述自行走设备的工况信息包括正常行走、返回充电站、站内充电、站内满电、发生故障、触碰到障碍物进行绕行。

4.根据权利要求3所述的基于光学的自行走设备识别方法，其特征在于，根据光源的不同状态信息识别出自行走设备对应的工况信息包括：自行走设备在正常行走时所述光源闪烁频率为每15s闪烁1次；在返回充电站时每10s闪烁1次；在站内充电时每7s闪烁1次；站内满电时常亮；所述光源单次亮起时间大于图像采集装置采集相邻两帧画面之间的时间间隔。

5.根据权利要求3所述的基于光学的自行走设备识别方法，其特征在于，根据光源的不同状态信息识别出自行走设备对应的工况信息包括：自行走设备在发生故障时所述光源发出红色光。

6.根据权利要求1所述的基于光学的自行走设备识别方法，其特征在于，所述自行走设备在工作区域内工作，所述图像采集装置为摄像头，所述摄像头包括一个或多个，所述摄像头安装于工作区域上方能够拍摄和监控到整个工作区域范围的图像。

7.根据权利要求1-6任一项所述的基于光学的自行走设备识别方法，其特征在于，所述光源的外形为圆形或三角形或绕自行走设备外壳外侧一周设置的灯带形式。

8.一种自行走设备，其特征在于，所述自行走设备包括权利要求1-7任一项中所述的光源。

9.根据权利要求8所述的自行走设备，其特征在于，所述自行走设备为割草机机器人。

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