CN112327827B - 一种机器人沿线后退方法、机器人及机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机器人沿线后退方法、机器人及机器人系统。该方法包括：S1、获取并存储机器人沿线前行过程中的历史前行数据；S2、根据历史前行数据和磁场强度确定机器人的后退方向，使机器人沿历史前行路线后退，其中磁场强度由机器人的电磁传感器组实时获取。本发明根据机器人的历史前行数据和磁场强度确定机器人的后退方向，使机器人沿历史前行路线精确后退，满足机器人沿线后退的精度要求。

Description

一种机器人沿线后退方法、机器人及机器人系统

技术领域

本发明涉及机器人领域，更具体地说，涉及一种机器人沿线后退方法、机器人及机器人系统。

背景技术

无人控制的自动割草机使用越来越广泛，除正常前行外，割草线有时需要进行沿线后退操作，实现精确的沿线后退并不容易。现有技术中有使用卫星定位模块进行后退操作，但精度比较低，不能满足割草机精度需求。另外，虽然在自动驾驶领域已出现使用图像识别、雷达识别、激光识别等多种导航技术，但因草坪上基本没有标记物，这些技术在草坪上的匹配性并不高，还会大幅提升割草机的复杂性，以及大幅度提高割草机的成本，实用价值不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种机器人沿线后退方法、机器人及机器人系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种机器人沿线后退方法，包括：

S1、获取并存储机器人沿线前行过程中的历史前行数据；

S2、根据所述历史前行数据和磁场强度确定机器人的后退方向，使机器人沿历史前行路线后退，其中所述磁场强度由机器人的电磁传感器组实时获取。

进一步，在本发明所述的机器人沿线后退方法中，所述历史前行数据包括坐标信息和历史航向；

所述步骤S2中根据所述历史前行数据和磁场强度确定机器人的后退方向包括：首先根据所述坐标信息和所述历史航向确定机器人的大致后退方向，然后根据所述磁场强度进一步调整后退方向。

进一步，在本发明所述的机器人沿线后退方法中，所述机器人位于XOY平面直角坐标系中，所述坐标信息包括X轴坐标信息和Y轴坐标信息；或

所述机器人位于XYZ三维直角坐标系中，所述坐标信息包括X轴坐标信息、Y轴坐标信息和Z轴坐标信息，其中所述X轴坐标信息和所述Y轴坐标信息为平面坐标信息，所述Z轴坐标信息为高度坐标信息。

进一步，在本发明所述的机器人沿线后退方法中，所述电磁传感器组包括第一电磁传感器和第二电磁传感器，所述第一电磁传感器和所述第二电磁传感器相对于机器人的前后轴线方向对称分布；

所述根据所述磁场强度进一步调整后退方向包括：根据所述第一电磁传感器的第一磁场强度和所述第二电磁传感器的第二磁场强度进一步调整后退方向。

进一步，在本发明所述的机器人沿线后退方法中，所述根据所述第一电磁传感器的第一磁场强度和所述第二电磁传感器的第二磁场强度进一步调整后退方向包括：

若所述第一磁场强度不等于所述第二磁场强度，则机器人的后退方向向减小所述第一磁场强度和所述第二磁场强度之间差值的方向转动；

若所述第一磁场强度等于所述第二磁场强度，则根据机器人的当前航向和所述历史前行数据中当前坐标对应的历史航向调整机器人的航向。

进一步，在本发明所述的机器人沿线后退方法中，所述根据机器人的当前航向和所述历史前行数据中当前坐标对应的历史航向调整机器人的航向包括：

若机器人的当前航向和所述历史前行数据中当前坐标对应的历史航向的反方向一致，则保持当前航向；

若机器人的当前航向和所述历史前行数据中当前坐标对应的历史航向的反方向不一致，则调整机器人的航向以使机器人的当前航向和所述历史前行数据中当前坐标对应的历史航向的反方向一致。

进一步，在本发明所述的机器人沿线后退方法中，通过调整机器人的两个驱动轮的转速差来调整机器人的航向。

进一步，在本发明所述的机器人沿线后退方法中，所述第一电磁传感器和所述第二电磁传感器位于机器人的车头方向，所述驱动轮位于机器人的车尾方向；或

所述第一电磁传感器和所述第二电磁传感器位于机器人的车尾方向，所述驱动轮位于机器人的车头方向。

进一步，在本发明所述的机器人沿线后退方法中，所述步骤S1包括：获取并存储机器人距离基站预设距离内沿线前行过程中的历史前行数据。

进一步，在本发明所述的机器人沿线后退方法中，所述步骤S1包括：获取并存储机器人沿线前行过程中的历史前行数据，且所述历史前行数据随着沿线行驶过程不断更新。

另外，本发明还提供一种机器人，所述机器人包括处理器和存储器，所述处理器通信连接所述存储器；

所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器中的计算机程序以实现如上述的机器人沿线后退方法。

另外，本发明还提供一种机器人系统，该系统包括用于发射磁场的电磁场发射器和如上述的机器人；

所述机器人的电磁传感器组获取的磁场强度用于机器人的定位和导航。

实施本发明的一种机器人沿线后退方法、机器人及机器人系统，具有以下有益效果：本发明根据机器人的历史前行数据和磁场强度确定机器人的后退方向，使机器人沿历史前行路线精确后退，满足机器人沿线后退的精度要求。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1实施例提供的一种机器人沿线后退方法的流程图；

图2实施例提供的一种机器人沿线后退方法的流程图；

图3实施例提供的一种机器人沿线后退的示意图；

图4实施例提供的一种机器人沿线后退的示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

实施例1

参考图1，本实施例的机器人沿线后退方法应用于自动控制机器人，该自动控制机器人不需要工作人员在车上控制或使用遥控器控制，机器人自身可进行前进、后退、转弯等操作；例如自动割草机，可自动完成一定区域内割草作业。该机器人包括用于检测当前位置磁场强度的电磁传感器组，其中磁场由电磁场发射器发射，机器人仅能在电磁场发射器的磁场覆盖范围内活动；需要说明的是，本实施例的电磁场发射器发射的电磁场仅为一定强度的磁场，提供一个稳定磁场环境，该磁场并不直接传输信息。可以理解，因电磁场发射器发射磁场的覆盖范围有限，所以机器人的活动范围受限于电磁场发射器发射磁场的覆盖范围内。例如，在需要进行割草作业的区域内放置电磁场发射器，使电磁场覆盖待割草范围，自动割草机在电磁场发射器的磁场范围内移动，完成该区域内的割草作业。具体的，该机器人沿线后退方法包括下述步骤：

S1、获取并存储机器人沿线前行过程中的历史前行数据。该机器人在整个作业过程中，都处于电磁发射器的磁场范围内。其中沿线前行是指机器人沿磁感线行驶，本实施例中的磁场由位于草坪内部或草坪表面的磁场发射线发射，该磁场发射线发出的磁场分别位于该磁场发射线的周围，且磁场发射线两侧的磁场方向相反。在此基础上，机器人的电磁传感器组通过感应的电磁场来判定是否在沿线行驶。例如电磁传感器组包括至少两个电磁传感器，且两个电磁传感器相对于机器人的前后轴线方向对称分布，则当两个电磁传感器感测的磁场的方向相同时，说明两个电磁传感器位于电磁场发射线的同侧；当两个电磁传感器感测的磁场的方向相反时，说明两个电磁传感器分别位于电磁场发射线的两侧。

作为选择，本实施例的机器人沿线后退方法中步骤S1包括：获取并存储机器人距离基站预设距离内沿线前行过程中的历史前行数据，其中基站可为机器人充电，当机器人电量不足或割草完成时会沿线自动返回基站充电。当机器人行驶至基站附近时，需要对准基站的充电位，此时需要保障机器人是沿线行驶，如果出现偏差，则需要进行调整。

作为选择，本实施例的机器人沿线后退方法中步骤S1包括：获取并存储机器人沿线前行过程中的历史前行数据，且历史前行数据随着沿线行驶过程不断更新，即机器人仅存储短时间的历史前行数据，随着不断前行会删除在先数据，仅保存刚获取的历史前行数据。

S2、根据历史前行数据和磁场强度确定机器人的后退方向，使机器人沿历史前行路线后退，其中磁场强度由机器人的电磁传感器组实时获取。

本实施例根据机器人的历史前行数据和磁场强度确定机器人的后退方向，使机器人沿历史前行路线精确后退，满足机器人沿线后退的精度要求。

实施例2

参考图2，在实施例1的基础上，本实施例的机器人沿线后退方法包括下述步骤：

S11、获取并存储机器人沿线前行过程中的历史前行数据，历史前行数据包括坐标信息和历史航向。机器人通过自身携带的定位模块获取坐标信息，定位模块可参考现有技术，例如使用卫星定位模块、惯性导航传感器等，其中卫星定位模块可使用北斗定位模块。历史航向可使用现有技术的方向传感器获得，例如陀螺仪、加速度传感器等。进一步，在获取历史前行数据同时获取历史航向，使得每个坐标信息都对应有历史航向，即坐标信息和历史航向是一一对应的，将坐标信息、历史航向以及坐标信息和历史航向的对应关系按照获取时间顺序进行存储，以方便后续读取。作为选择，坐标信息可以为连续性坐标信息或离散性坐标信息，其中连续性坐标信息是指机器人继续不断的获取前行过程中的坐标信息，离散性坐标信息是指机器人在前行过程中获取的是一系列离散的点，每个点有对应的坐标信息和历史航向。

作为选择，在本实施例的机器人沿线后退方法中机器人位于XOY平面直角坐标系中，坐标信息包括X轴坐标信息和Y轴坐标信息。XOY平面直角坐标系可根据机器人的待工作区域灵活设置，对此不做限定。

作为选择，在本实施例的机器人沿线后退方法中机器人位于XYZ三维直角坐标系中，坐标信息包括X轴坐标信息、Y轴坐标信息和Z轴坐标信息，其中X轴坐标信息和Y轴坐标信息为平面坐标信息，Z轴坐标信息为高度坐标信息。XYZ三维直角坐标系可根据机器人的待工作区域灵活设置，对此不做限定。

S21、首先根据坐标信息和历史航向确定机器人的大致后退方向，然后根据磁场强度作为选择调整后退方向，使机器人沿历史前行路线后退，其中磁场强度由机器人的电磁传感器组实时获取。

具体的，在机器人需要沿线后退时，按照与存储顺序相反的依次顺序读取存储的坐标信息和历史航向。因为存储过程中坐标信息和历史航向是一一对应的，所以在读取过程中读取坐标信息中的某一位置时，同步读取该位置对应的历史航向。可以理解，因为是沿线后退，所以机器人的在某一位置的后退航向和该位置的前进航向(即历史航向)的方向是相反的。另外，因沿线后退对机器人的方向性要求较高，依靠坐标信息和历史航向仅能确定机器人的大致后退方向。

进一步，机器人的电磁传感器组在后退过程中实时获取磁场强度，根据电磁传感器组中不同电磁传感器的磁场强度调整机器人的航向或后退方向，实现对沿线后退的精确控制。

本实施例根据机器人的历史前行数据和磁场强度确定机器人的后退方向，使机器人沿历史前行路线精确后退，满足机器人沿线后退的精度要求。

实施例3

在上述实施例的基础上，本实施例的机器人的电磁传感器组包括至少两个电磁传感器，电磁传感器的使用数量可根据需要灵活选择，本实施例以两个电磁传感器进行工作原理说明，其他更多数量的电磁传感器可参考实施。作为选择，在本实施例的机器人沿线后退方法中第一电磁传感器301和第二电磁传感器302位于机器人的车头方向，驱动轮位于机器人的车尾方向。或者，第一电磁传感器301和第二电磁传感器302位于机器人的车尾方向，驱动轮位于机器人的车头方向。

本实施例中电磁传感器组包括第一电磁传感器301和第二电磁传感器302，第一电磁传感器301和第二电磁传感器302相对于机器人的前后轴线方向对称分布；优选地，机器人的前后轴线方向中前后是指机器人的车头和车位，且机器人相对于前后轴线方向对称。机器人在后退过程中，第一电磁传感器301实时获取第一磁场强度，第二电磁传感器302实时获取第二磁场强度，根据第一电磁传感器301的第一磁场强度和第二电磁传感器302的第二磁场强度作为选择调整后退方向。

进一步，机器人在后退过程中需要根据第一磁场强度和第二磁场强度实时调整后退方向，根据第一电磁传感器301的第一磁场强度和第二电磁传感器302的第二磁场强度作为选择调整后退方向包括：若第一磁场强度等于第二磁场强度，则根据机器人的当前航向和历史前行数据中当前坐标对应的历史航向调整机器人的航向。若第一磁场强度不等于第二磁场强度，则机器人的后退方向向减小第一磁场强度和第二磁场强度之间差值的方向转动，即通过调整机器人转动方向，使得第一磁场强度和第二磁场强度之间差值逐渐减小，直至相等。图3中，虽然机器人的坐标信息正确，但后退方向已偏离历史前行路线，如果继续按照此方向行驶下去将偏移历史前行路线。因机器人出现偏移，则第一电磁传感器301和第二电磁传感器302到历史前进路线的距离不相等，即第一电磁传感器301的第一磁场强度不等于第二电磁传感器302的第二磁场强度，所以通过第一电磁传感器301和第二电磁传感器302的感测磁场即可发现机器人是否出现方向偏移。图3中通过调整驱动轮303和驱动轮304的转速实现机器人的逆时针转动，从而修正后退方向，使机器人回溯到历史前行路线上。

进一步，根据机器人的当前航向和历史前行数据中当前坐标对应的历史航向调整机器人的航向包括：若机器人的当前航向和历史前行数据中当前坐标对应的历史航向的反方向一致，则保持当前航向。若机器人的当前航向和历史前行数据中当前坐标对应的历史航向的反方向不一致，则调整机器人的航向以使机器人的当前航向和历史前行数据中当前坐标对应的历史航向的反方向一致。作为选择，在本实施例的机器人沿线后退方法中通过调整机器人的两个驱动轮的转速差来调整机器人的航向。参考图4，第一电磁传感器301和第二电磁传感器302到历史前进路线的距离相等，即第一磁场强度等于第二磁场强度，此时需要根据机器人的当前航向和历史前行数据中当前坐标对应的历史航向调整机器人的航向。通过比较机器人的当前航向和当前坐标对应的历史航向的反方向得到机器人需要旋转的方向，图4中机器人需要逆时针转动，直至机器人的当前航向和历史前行数据中当前坐标对应的历史航向的反方向一致。

本实施例根据机器人的历史前行数据和磁场强度确定机器人的后退方向，使机器人沿历史前行路线精确后退，满足机器人沿线后退的精度要求。

实施例4

本实施例的机器人包括处理器和存储器，处理器通信连接存储器。存储器用于存储计算机程序，处理器用于执行存储器中的计算机程序以实现如上述实施例的机器人沿线后退方法。优选地，机器人为割草机。

实施例5

本实施例的机器人系统包括用于发射磁场的电磁场发射器和如上述实施例的机器人，机器人的电磁传感器组获取的磁场强度用于机器人的定位和导航。优选地，机器人系统为割草机系统。

本实施例根据机器人的历史前行数据和磁场强度确定机器人的后退方向，使机器人沿历史前行路线精确后退，满足机器人沿线后退的精度要求。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (11)

1.一种机器人沿线后退方法，其特征在于，包括：

S1、获取并存储机器人沿线前行过程中的历史前行数据，其中沿线前行是指机器人沿磁感线行驶；

S2、根据所述历史前行数据和磁场强度确定机器人的后退方向，使机器人沿历史前行路线后退，其中所述磁场强度由机器人的电磁传感器组实时获取；

所述历史前行数据包括坐标信息和历史航向；

所述步骤S2中根据所述历史前行数据和磁场强度确定机器人的后退方向包括：首先根据所述坐标信息和所述历史航向确定机器人的大致后退方向，然后根据所述磁场强度进一步调整后退方向。

2.根据权利要求1所述的机器人沿线后退方法，其特征在于，所述机器人位于XOY平面直角坐标系中，所述坐标信息包括X轴坐标信息和Y轴坐标信息；或

所述机器人位于XYZ三维直角坐标系中，所述坐标信息包括X轴坐标信息、Y轴坐标信息和Z轴坐标信息，其中所述X轴坐标信息和所述Y轴坐标信息为平面坐标信息，所述Z轴坐标信息为高度坐标信息。

3.根据权利要求1所述的机器人沿线后退方法，其特征在于，所述电磁传感器组包括第一电磁传感器和第二电磁传感器，所述第一电磁传感器和所述第二电磁传感器相对于机器人的前后轴线方向对称分布；

所述根据所述磁场强度进一步调整后退方向包括：根据所述第一电磁传感器的第一磁场强度和所述第二电磁传感器的第二磁场强度进一步调整后退方向。

4.根据权利要求3所述的机器人沿线后退方法，其特征在于，所述根据所述第一电磁传感器的第一磁场强度和所述第二电磁传感器的第二磁场强度进一步调整后退方向包括：

若所述第一磁场强度不等于所述第二磁场强度，则机器人的后退方向向减小所述第一磁场强度和所述第二磁场强度之间差值的方向转动；

若所述第一磁场强度等于所述第二磁场强度，则根据机器人的当前航向和所述历史前行数据中当前坐标对应的历史航向调整机器人的航向。

5.根据权利要求4所述的机器人沿线后退方法，其特征在于，所述根据机器人的当前航向和所述历史前行数据中当前坐标对应的历史航向调整机器人的航向包括：

若机器人的当前航向和所述历史前行数据中当前坐标对应的历史航向的反方向一致，则保持当前航向；

若机器人的当前航向和所述历史前行数据中当前坐标对应的历史航向的反方向不一致，则调整机器人的航向以使机器人的当前航向和所述历史前行数据中当前坐标对应的历史航向的反方向一致。

6.根据权利要求5所述的机器人沿线后退方法，其特征在于，通过调整机器人的两个驱动轮的转速差来调整机器人的航向。

7.根据权利要求6所述的机器人沿线后退方法，其特征在于，所述第一电磁传感器和所述第二电磁传感器位于机器人的车头方向，所述驱动轮位于机器人的车尾方向；或

所述第一电磁传感器和所述第二电磁传感器位于机器人的车尾方向，所述驱动轮位于机器人的车头方向。

8.根据权利要求1所述的机器人沿线后退方法，其特征在于，所述步骤S1包括：获取并存储机器人距离基站预设距离内沿线前行过程中的历史前行数据。

9.根据权利要求1所述的机器人沿线后退方法，其特征在于，所述步骤S1包括：获取并存储机器人沿线前行过程中的历史前行数据，且所述历史前行数据随着沿线行驶过程不断更新。

10.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括处理器和存储器，所述处理器通信连接所述存储器；

所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器中的计算机程序以实现如权利要求1至9中任一项所述的机器人沿线后退方法。

11.一种机器人系统，其特征在于，包括用于发射磁场的电磁场发射器和如权利要求10所述的机器人；

所述机器人的电磁传感器组获取的磁场强度用于机器人的定位和导航。