CN112180945B - 一种自动生成障碍物边界的方法及自动行走设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自动生成障碍物边界的方法及自动行走设备。本发明在自动行走设备遍历工作区域的过程中，会自动记录相应的碰撞点信息，从而根据碰撞点信息识别出分别对应不同障碍物的点集。由此，本发明的自动行走设备能够在遍历结束后，根据点集内所记录的全部碰撞点的信息进行碰撞点的归集，从而生成障碍物所对应的边界，以便自动行走设备在工作区域工作时针对障碍物进行路径规划。本发明可以减少用户手动圈定障碍物的操作，对于已经排布有边界线的自动行走设备，本发明可以减少针对障碍物所进行的布线。本发明的使成本更低，并且能够有效减少机器碰撞的频次。

Description

一种自动生成障碍物边界的方法及自动行走设备

技术领域

本发明涉及花园工具领域，具体而言涉及一种自动生成障碍物边界的方法及自动行走设备。

背景技术

现有的割草机器人等自动行走设备在工作区域作业时，常常容易因为工作区域中场地布置的影响，而发生碰撞。比如，以割草机器人为例，其工作区域的草地范围内经常会布置一些花栏，石头，树木等，当自动行走设备行走至其附近时，容易发生碰撞，影响割草作业的效率，也会影响自动行走设备自身安全。

现有技术中，通常在上述障碍物边缘布置边界线以避免自动行走设备发生碰撞。在其他一些方式下，还可以通过人工在地图数据中圈定障碍物区域而实现同样的效果。

但是，这些区分障碍物区域的方式均需要用户进行预先的布置与设定，费时费力，且不能及时适应工作区域内后期新出现的其他障碍物。对于一些临时障碍物或者只在某些时段出现的障碍物，现有技术也难以去识别和进行有针对性的避障。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种自动生成障碍物边界的方法及自动行走设备，本发明通过记录碰撞点，而自动识别工作区域内各个障碍物的区域范围，由此本发明能够对自动行走设备进行合理的路径规划，优化其作业路径。本发明具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种自动生成障碍物边界的方法，其步骤包括：在自动行走设备遍历其工作区域的过程中记录碰撞点信息；在自动行走设备遍历完其整个工作区域后，对记录的各碰撞点进行归集，获得若干点集；针对每一个点集分别生成对应该点集的障碍物边界。

可选的，如上任一所述的自动生成障碍物边界的方法，其中，所述工作区域中的碰撞点信息至少包括该碰撞点的位置信息。

可选的，如上任一所述的自动生成障碍物边界的方法，其中，所述工作区域中的碰撞点信息还包括该碰撞点发生碰撞时的时间信息和/或该碰撞点发生碰撞时的障碍物移动状况信息。

可选的，如上任一所述的自动生成障碍物边界的方法，其中，碰撞点发生碰撞时的障碍物移动状况信息具体通过以下任意一种方式或若干方式的组合而获得:第一种方式，碰撞时，检测障碍物所触发的传感信号的变化量，在传感信号的变化量超过变化量阈值时记录所述碰撞点为移动碰撞点，否则，记录所述碰撞点为固定碰撞点；第二种方式，碰撞时，检测障碍物所辐射的红外信号，在红外信号辐射超过辐射阈值时记录所述碰撞点为移动碰撞点，否则，记录所述碰撞点为固定碰撞点；第三种方式，在自动行走设备再次运行至碰撞点位置时，若未检测到发生碰撞，则记录所述碰撞点为移动碰撞点或删除该碰撞点或提示用户对该碰撞点进行确认，否则记录所述碰撞点为固定碰撞点。

可选的，如上任一所述的自动生成障碍物边界的方法，其中，在获得工作区域中的碰撞点信息后，具体根据各碰撞点所对应的位置信息，按照位置区域范围，对各碰撞点进行归集。

可选的，如上任一所述的自动生成障碍物边界的方法，其中，在获得工作区域中的碰撞点信息后，仅对记录为固定碰撞点的碰撞点信息，根据其所对应的位置信息，按照位置区域范围，对各固定碰撞点进行归集。

可选的，如上任一所述的自动生成障碍物边界的方法，其中，对各碰撞点进行归集，获得若干点集的具体步骤包括：将相互之间位置距离小于集合距离的各碰撞点归集至同一个点集，将相互之间位置距离超出集合距离的不同碰撞点归集至不同点集。

可选的，如上任一所述的自动生成障碍物边界的方法，其中，对各碰撞点进行归集，获得若干点集的具体步骤还包括：删除碰撞点数量低于点集标准的各点集。

可选的，如上任一所述的自动生成障碍物边界的方法，其中，针对每一个点集分别生成对应该点集的障碍物边界的步骤包括：根据该点集内各碰撞点所对应的位置信息拟合生成闭合曲线，以所述闭合曲线作为对应该点集的障碍物边界。

可选的，如上任一所述的自动生成障碍物边界的方法，其中，根据该点集内各碰撞点所对应的位置信息所拟合生成的闭合曲线具体为贝塞尔曲线或对应满足最小二乘法要求的拟合曲线。

可选的，如上任一所述的自动生成障碍物边界的方法，其中，在获得障碍物边界后，按照自动行走设备的作业时段，仅根据时间信息在该作业时段范围内的各碰撞点所对应的障碍物边界进行作业路径规划。

同时，为实现上述目的，本发明还提供一种自动行走设备，其包括：碰撞检测装置，用于检测碰撞点；控制单元，其与所述碰撞检测装置通讯连接，并且，所述控制单元被设置以执行如上任一所述的自动生成障碍物边界的方法。

可选的，如上任一所述的自动行走设备，其中，还包括：位置获取单元，用于在碰撞检测装置检测到碰撞点时，获取对应该碰撞点的位置信息。

可选的，如上任一所述的自动行走设备，其中，还包括：时钟单元，用于在碰撞检测装置检测到碰撞点时，获取对应该碰撞点的时间信息，或用于获取自动行走设备的作业时段；传感信号获取单元，用于在碰撞检测装置检测到碰撞点时，获取对应该碰撞点的传感信号的变化量和/或红外信号辐射。

有益效果

本发明在自动行走设备遍历工作区域的过程中，会自动记录相应的碰撞点信息，从而根据碰撞点信息识别出分别对应不同障碍物的点集。由此，本发明的自动行走设备能够在遍历结束后，根据点集内所记录的全部碰撞点的信息进行碰撞点的归集，根据点集内所记录的工作区域内全部各碰撞点的信息进行碰撞点的归集，从而生成障碍物所对应的边界，以便自动行走设备在工作区域工作时针对障碍物进行路径规划。本发明可以减少用户手动圈定障碍物的操作，对于已经排布有边界线的自动行走设备，本发明可以减少针对障碍物所进行的布线。本发明的使成本更低，并且能够有效减少机器碰撞的频次。

进一步，本发明还可以分别记录每一个碰撞点的碰撞发生时间和障碍物的移动情况。由此，本发明可以对仅在某些特定时段出现的障碍物进行有针对性的避障，还可以自动识别人体、动物等活动的临时障碍物。本发明通过针对不同障碍物执行不同的避障策略，能够在有效减少碰撞的同时，提高对工作区域的作业效率。

此外，本发明还可以在后续遍历工作区域的过程中，在对应已记录的碰撞点位置未检测到障碍物时，或者在原先非障碍物位置新检测到障碍物时，触发对障碍物区域的重新学习和归集、拟合。由此，本发明能够人工干预重新进行对障碍物的学习，实时更新工作区域内的障碍物情况，并根据作业时间段相应调取对应该时间段的障碍物边界重新规划作业路径，避免因为绕障导致作业效率的降低。

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是本发明的自动生成障碍物边界的方法的流程步骤示意图；

图2是本发明的自动行走设备对地图工作区域进行遍历的示意图；

图3是本发明的自动行走设备在地图中标记碰撞点的过程示意图；

图4是本发明对地图中各碰撞点分别进行归集的示意图；

图5是本发明最后更新所获得的地图。

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工作区域的边界线本身而言，指向工作区域内部自动行走设备的方向为内，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。

本发明的用于自动行走设备的自动障碍物边界生成方法可具体设置为包括如下步骤：

1.在创建自动行走设备工作区域的地图后，或者在直接调用已有的工作区域地图驱动自动行走设备自主作业之前，先设置自动行走设备以类似图2的方式对地图中的工作区域进行遍历。

2.遍历过程中，自动行走设备通过传感器，例如，超声波传感器、激光雷达等，或者利用距离传感器、霍尔传感元件等碰撞检测装置，获得类似图3所示的碰撞点的位置等相应信息后，将碰撞点信息储存下来。

3.在对工作区域的遍历结束后，对第2步中所获得的所有碰撞点采用图4所示的方式进行归集，获得若干点集；然后针对每一个点集分别生成图5所示的对应该点集的障碍物边界。

其中，在较为优选的实现方式下，本发明可具体通过如下处理步骤实现上述的第3步，以区分分别对应不同障碍物的区域范围：

3-1.将所有的碰撞点存在集合A中，然后新建一个对应第一个障碍物的点集a，从集合A中随机截取一个点放入点集a中，并将集合A中其余的各碰撞点分别与点集a中的点进行距离比较，将集合A中距离点集a中任意一个点距离小于N的碰撞点截取并放入点集a。在集合A中剩余的碰撞点数目还大于3时继续按照上述步骤新建分别对应其他障碍物的点集b，c，d…并分别对每一个点集按照上述步骤进行碰撞点的归集。由此将集合A中的各个碰撞点分别按照区域范围，归集至相应的点集中，利用点集将各碰撞点区分成分别对应不同障碍物的碰撞点。

3-2.通过边界拟合算法对每个点集中所对应的障碍物碰撞点进行边界拟合，生成分别对应各障碍物边界的地图信息。

3-3.更新地图，在地图上更新并标记区分分别对应不同障碍物的区域范围，以便自动行走设备遍历工作区域时能够准确根据地图上所标记的障碍物区域范围进行避障。

由此，本发明可然后控制自动行走设备根据最新后的地图信息，重新规划遍历工作区域的路径，重新规划应当如何避开障碍物。

本发明针对人体、动物、杂物等临时性障碍物，可进一步通过如下的处理步骤自动识别出碰撞点实际对应的仅仅是一个临时障碍物。

比如，一些处理方式下，本发明的自动行走设备可以在新的遍历中，对其所遇到的障碍物与地图进行比对，在原本地图中所记录的障碍物边界位置未再通过碰撞检测传感器重新检测到地图中所标记的障碍物时，认为该障碍物已经被移除。由此，本发明可以实时对地图障碍物进行更新。在较为具体的实现方式下，为避免自动行走设备直接碰触障碍物带来安全隐患，该步骤可以由激光雷达等非接触式的传感装置，设置其在原本地图上所标记的障碍物边界上进行障碍物检测而实现：当传感装置所得到的数值和非障碍区域一致，则可以执行以下任一方式以响应该障碍物被移除的情况，更新工作区域地图：方式一，删除原本所记录的该障碍物；方式二：提示用户操作，然后跳转至步骤4。

4. 用户可以通过按键或者APP操作，从系统的存储单元中清除障碍物信息，排除因为临时性存在的障碍物，而重复之前对工作区域的学习过程。

上述步骤中仅提供了一种较为简便的检查障碍物状态的方式。同样的技术效果，本发明还可以采用以下手段中的任意一种，或综合以下几种判断方式去实现，去检测一个障碍物是否为移动障碍物：

手段一：在自动行走设备遍历其工作区域的过程中，利用超声波传感器等非接触式传感器通过探测数据的变化量判断自动行走设备所遇到的障碍物是静止的还是移动的，如果遇到的障碍物是移动的，则自动行走设备只触发碰撞，但是不记录该碰撞点，反之，若障碍物不动，则记录该碰撞点。具体的判断障碍物是否移动的方式包括：设置自动行走设备触发碰撞后自身静止不动，如果障碍物是固定的，则间隔一段时间后再次采集的传感器的数值应当基本保持不变；而若是移动物体，则自动行走设备停止后，因为物体本身的移动，传感器所采集的数值依旧会有很大的变化量。

手段二：直接利用红外传感器识别障碍物是否具有热辐射，从而亦可分辨出障碍物是动物或者静止的固定物。

手段三：在自动行走设备遍历完其工作区域后，在自动行走设备的作业过程中或重新的遍历过程中，若检测到某一位置原先所记录的障碍物信息未再出现，则判断该障碍物为临时障碍物。

本发明具体在拟合障碍物边界时，可采用点拟合成闭合曲线。此过程中，如果存在多个点不能拟合成闭合曲线，或者曲线所对应的点集中连续的碰撞点数量少于3个，则认为原先所检测到的碰撞点为不连续或交叉的。此时可删除这些碰撞点，认为其为干扰噪声，或不会影响自动行走设备运行，不对其进行拟合。在拟合闭合曲线的过程中，本发明具体可利用现有技术中的贝塞尔曲线或最小二乘法等算法进行拟合。

本发明还可进一步在自动行走设备的多次遍历的过程中，同时记录检测到障碍物的时间信息，将障碍物存在的时间一并存储在相应的障碍物点集中。该时间信息可辅助于判定永久障碍物和临时障碍物。比如有些临时障碍物会在每天固定的时间出现，当自动行走设备在其他时间工作时，该临时障碍物就不存在自动行走设备的工作区域中。因此，可以根据检测到障碍物的具体时间，形成分别针对不同作业时段的不同的路径规划地图。在自动行走设备运行作业时，直接根据自动行走设备的作业时段分别调取障碍物的存在时间对应该时段的障碍物地图信息，根据不同时间段内所存在的障碍物，而相应规划针对不同时间段的不同的路径。例如，上午9点时，用户需要启动自动行走设备进行割草作业时，此时临时障碍物不存在，此时规划形成的地图信息中不包含相应的临时障碍物。这样的设计可以大大提高自动行走设备路径规划的工作效率；而在其他时间段，则又能够根据针对该时间段的地图有效对该时间段内所存在的障碍物实现准确避障。

为实现上述遍历、生成障碍物边界和避障运行的步骤，本发明可具体设置所述的自动行走设备包括：

碰撞检测装置，用于检测碰撞点；

控制单元，其与所述碰撞检测装置通讯连接，并且，所述控制单元被设置以执行上述的用于自动生成障碍物边界的方法。

该自动行走设备还可根据需要进一步的设置为包括有：

位置获取单元，用于在碰撞检测装置检测到碰撞点时，获取对应该碰撞点的位置信息；

时钟单元，用于在碰撞检测装置检测到碰撞点时，获取对应该碰撞点的时间信息，或用于获取自动行走设备的作业时段；

传感信号获取单元，用于在碰撞检测装置检测到碰撞点时，获取对应该碰撞点的传感信号的变化量和/或红外信号辐射。

由此，本发明通过对碰撞点的记录，可以让自动行走设备自主学习，获取障碍物位置，优化其割草作业的路径。本发明在完成对整个工作区域地图范围的遍历后，能够存储所有的碰撞点的位置信息，根据碰撞点位置信息，生成障碍物位置信息。当再次遇到临时障碍物时，或运行至临时障碍物所对应的区域范围时，用户可以通过对比原先记录中的障碍物状况，利用按键或者APP操作清除不需要的障碍物信息，重新对工作区域的障碍物分布状况进行学习。本发明能够通过算法有效筛除会移动的临时障碍物。

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 (13)

1.一种自动生成障碍物边界的方法，其特征在于，步骤包括：

在自动行走设备遍历其工作区域的过程中记录碰撞点信息；

在自动行走设备遍历完其整个工作区域后，对记录的各碰撞点进行归集，获得若干点集；

针对每一个点集分别生成对应该点集的障碍物边界；

所述工作区域中的碰撞点信息包括该碰撞点发生碰撞时的障碍物移动状况信息；

碰撞点发生碰撞时的障碍物移动状况信息具体通过以下任意一种方式或若干方式的组合而获得:

第一种方式，碰撞时，检测障碍物所触发的传感信号的变化量，在传感信号的变化量超过变化量阈值时记录所述碰撞点为移动碰撞点，否则，记录所述碰撞点为固定碰撞点；

第二种方式，碰撞时，检测障碍物所辐射的红外信号，在红外信号辐射超过辐射阈值时记录所述碰撞点为移动碰撞点，否则，记录所述碰撞点为固定碰撞点；

第三种方式，在自动行走设备再次运行至碰撞点位置时，若未检测到发生碰撞，则记录所述碰撞点为移动碰撞点或删除该碰撞点或提示用户对该碰撞点进行确认，否则记录所述碰撞点为固定碰撞点。

2.如权利要求1所述的自动生成障碍物边界的方法，其特征在于，所述工作区域中的碰撞点信息至少包括该碰撞点的位置信息。

3.如权利要求2所述的自动生成障碍物边界的方法，其特征在于，所述工作区域中的碰撞点信息还包括该碰撞点发生碰撞时的时间信息。

4.如权利要求1所述的自动生成障碍物边界的方法，其特征在于，在获得工作区域中的碰撞点信息后，具体根据各碰撞点所对应的位置信息，按照位置区域范围，对各碰撞点进行归集。

5.如权利要求4所述的自动生成障碍物边界的方法，其特征在于，在获得工作区域中的碰撞点信息后，仅对记录为固定碰撞点的碰撞点信息，根据其所对应的位置信息，按照位置区域范围，对各固定碰撞点进行归集。

6.如权利要求1所述的自动生成障碍物边界的方法，其特征在于，对各碰撞点进行归集，获得若干点集的具体步骤包括：

将相互之间位置距离小于集合距离的各碰撞点归集至同一个点集，将相互之间位置距离超出集合距离的不同碰撞点归集至不同点集。

7.如权利要求6所述的自动生成障碍物边界的方法，其特征在于，对各碰撞点进行归集，获得若干点集的具体步骤还包括：删除碰撞点数量低于点集标准的各点集。

8.如权利要求1所述的自动生成障碍物边界的方法，其特征在于，针对每一个点集分别生成对应该点集的障碍物边界的步骤包括：根据该点集内各碰撞点所对应的位置信息拟合生成闭合曲线，以所述闭合曲线作为对应该点集的障碍物边界。

9.如权利要求8所述的自动生成障碍物边界的方法，其特征在于，根据该点集内各碰撞点所对应的位置信息所拟合生成的闭合曲线具体为贝塞尔曲线或对应满足最小二乘法要求的拟合曲线。

10.如权利要求3所述的自动生成障碍物边界的方法，其特征在于，在获得障碍物边界后，按照自动行走设备的作业时段，仅根据时间信息在该作业时段范围内的各碰撞点所对应的障碍物边界进行作业路径规划。

11.一种自动行走设备，其特征在于，包括：

碰撞检测装置，用于检测碰撞点；

控制单元，其与所述碰撞检测装置通讯连接，并且，所述控制单元被设置以执行如权利要求1至10任一所述的自动生成障碍物边界的方法。

12.如权利要求11所述的自动行走设备，其特征在于，还包括：

位置获取单元，用于在碰撞检测装置检测到碰撞点时，获取对应该碰撞点的位置信息。

13.如权利要求12所述的自动行走设备，其特征在于，还包括：

时钟单元，用于在碰撞检测装置检测到碰撞点时，获取对应该碰撞点的时间信息，或用于获取自动行走设备的作业时段；

传感信号获取单元，用于在碰撞检测装置检测到碰撞点时，获取对应该碰撞点的传感信号的变化量和/或红外信号辐射。