CN112433521A - 一种自行走装置的控制方法、自行走装置及系统 - Google Patents

Abstract

一种自行走装置的控制方法、自行走装置及系统。本发明首先等分所述自行走装置的工作区域边界，获得多个工作点；而后在工作状态下，控制自行走装置沿所述工作区域边界遍历各工作点，并在此过程中分别由各工作点进入其对应的作业区域内作业。由此，本发明的自行走装置能够保证分别在每一个工作点附近的工作区域中工作，而不会集中在同一片区域内反复作业。本发明能够提高自行走装置作业时对工作区域的覆盖率，尤其能够改善对复杂区域的作业效果。

Description

一种自行走装置的控制方法、自行走装置及系统

技术领域

本发明涉及自行走控制技术领域，具体而言涉及一种自行走装置的控制方法、自行走装置及系统。

背景技术

智能型割草机器人已经得到广泛普及，需要智能型割草机器人自我算法的提升和优化去应对用户侧日趋复杂的应用场景。

目前市场上通用的技术是当割草机器人在充电站内完成充电动作后，割草机器人会离开充电基站，在行驶设定距离后离开边界线，向界内移动割草，由于每次出站割草点的位置都相同，导致该区域割草覆盖率最好，但是其他区域，例如由狭窄通道相连的区域，割草覆盖率就会比较的差。而：用于割草机器人在复杂区域内割草效能提升的方法，就是通过设定的方法来提升割草效率，改善多区域草地的割草表现。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种自行走装置的控制方法、自行走装置及系统，本发明通过对自行走装置工作区域边界的分割，使得自行走装置能够均匀的在整个工作区域内。本发明具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种自行走装置的控制方法，其步骤包括：等分所述自行走装置的工作区域边界，获得多个工作点；工作状态下：所述自行走装置沿所述工作区域边界遍历各工作点，并在此过程中分别由各工作点进入其对应的作业区域内作业。

可选的，上述自行走装置的控制方法，其中，等分所述自行走装置的工作区域边界的步骤包括：采集所述自行走装置沿所述工作区域边界运行一圈的电机数据；根据所述电机数据计算工作区域边界的边界参数；根据所述边界参数对所述工作区域边界等分，以等分的分割位置为工作点；其中，所述边界参数包括：所述自行走装置沿所述工作区域边界运行一圈所对应的总时长、总距离、电机运转的总圈数中的任一或其组合。

可选的，上述自行走装置的控制方法，其中，所述自行走装置每一次沿所述工作区域边界遍历各工作点之前，均分别进行等分所述自行走装置的工作区域边界的步骤。

可选的，上述自行走装置的控制方法，其中，工作状态下，所述自行走装置沿所述工作区域边界遍历各工作点的步骤包括：采集所述自行走装置沿所述工作区域边界运行时的电机数据；根据所述电机数据，在计算运行到对应一个工作点的距离时，判断该工作点在本次遍历过程中是否已经运行到；若已经运行到，则继续上述步骤运行至下一工作点；否则，由该工作点进入其对应的作业区域内作业；重复上述步骤直至遍历到全部各工作点。

可选的，上述自行走装置的控制方法，其中，所述自行走装置沿所述工作区域边界遍历各工作点的过程中，若所述自行走装置异常，则中断工作状态并记录当前工作点；在中断结束后，恢复工作状态，沿所述工作区域边界运行至该中断前的工作点，进入其对应的作业区域内作业。

可选的，上述自行走装置的控制方法，其中，所述异常包括：所述自行走装置内的储能低于预设值，或所述自行走装置内储能模块的信号未达到预设的范围。

同时，为实现上述目的，本发明还提供一种自行走装置，其包括：行走模块，包括电机，用于带动所述自行走装置运行和转向；工作区域边界监测单元，用于检测所述自行走装置与所述工作区域边界的位置关系，输出边界监测信号；控制单元，连接所述行走模块以及所述工作区域边界监测单元，用于接收所述边界监测信号，等分所述自行走装置的工作区域边界，获得多个工作点，在工作状态下：输出行走模块控制信号，控制所述行走模块带动所述自行走装置沿所述工作区域边界遍历各工作点，并在此过程中分别由各工作点进入其对应的作业区域内作业。

可选的，上述自行走装置，其中，还包括电机采样单元，连接所述电机，采集电机数据；所述控制单元还用于：根据所述电机数据计算工作区域边界的边界参数，根据所述边界参数对所述工作区域边界等分，以等分的分割位置为工作点；其中，所述边界参数包括：所述自行走装置沿所述工作区域边界运行一圈所对应的总时长、总距离、电机运转的总圈数中的任一或其组合；在工作状态下：根据所述电机数据，在计算运行到对应一个工作点的距离时，判断该工作点在本次遍历过程中是否已经运行到；若已经运行到，则继续上述步骤运行至下一工作点；否则，由该工作点进入其对应的作业区域内作业。

可选的，上述自行走装置，其中，还包括：储能模块，用于为所述自行走设备提供能量；异常检测模块，连接所述储能模块以及所述控制单元，用于在所述储能模块的储能低于预设值，或所述储能模块的信号未达到预设的范围时输出异常信号；所述控制单元还用于：在接收到异常信号后，中断工作状态并记录当前工作点；在中断结束后，恢复工作状态，控制所述行走模块带动所述自行走装置沿所述工作区域边界运行至该中断前的工作点，进入其对应的作业区域内作业。

基于上述，本发明还提供有一种系统，其包括如上任一所述的自行走装置，还包括工作区域边界线，沿所述自行走装置的工作区域边界设置。

有益效果

本发明通过等分所述自行走装置的工作区域边界，获得均匀分布的多个工作点；而后在工作状态下，控制自行走装置沿所述工作区域边界遍历各工作点，由于工作点在工作区域边界均匀分布，因此，根据各工作点而确定的其对应的作业区域也在工作区域内均匀分布。由此，本发明的自行走装置能够保证分别在每一个工作点附近的工作区域中工作，而不会集中在同一片区域内反复作业，提高自行走装置作业时对工作区域的覆盖率，尤其能够改善对复杂区域的作业效果。

进一步，本发明通过对电机数据的采集和计算能够直接确定工作点，对自行走装置进行控制。本发明对工作区域的分割不需要借助额外的标记，也不需要增加传感检测，因而整体实现成本更低。同时还避免了对标记装置的安装，使用更为方便。

本发明中还设计有中断机制，在自行走装置储能较低或出现其他异常时，中断工作状态，待异常处理结束后，恢复之前的工作状态，从中断之前的工作点开始继续进行遍历和作业。每一次遍历结束后，均重新确认工作点，以确保每一次均能够对工作区域进行均匀的作业。

本发明尤其适合较为复杂的草坪，由狭窄通道分割成不同区域的草坪，之前针对该类草坪，常规操作是通过设置多区域割草，但是设置复杂而且需要用户自行设置，通过使用本发明的方法机器会自动计算运动到每个区域的点，也能改善之前由于狭窄通道导致的不同区域割草效果明显区别的问题。具体来说，现有技术中用户需要根据草地尺寸和形状自行将割草区域进行分割，分割获得的区域有大小之分，采用本发明不需要进行人为分割，针对较大区域，由于较大区域对应的边长相对较长，该区域内等分获得的出发点也相应较多，因此能够保证对较大区域全面覆盖进行切割。

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是本发明的自行走装置工作状态示意图；

图中，1表示自行走装置；2表示基站；3表示边界线；4表示工作点。

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“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包括有自行走装置的系统。该自行走装置可以是带有自行走功能的割草装置，或者其他设备。自行走装置用于对其工作区域进行作业，该系统在自行走装置的工作区域的边缘设置有工作区域边界线进行标记。自行走装置设置有能够识别该工作区域边界线的界限侦测模块,侦测自动行走设备和该界限线之间的位置关系，使得自行走装置能够沿所述边界运行，或在边界范围内的工作区域内进行作业。

由于工作区域比较复杂，可能如图1所示，包含有若干块，每一块之间工作区域形状不规则，各块之间过渡区域可能比较狭窄。因此，现有技术下，自行走机器人等割草装置在基站2完成充电工作后，会按预定动作在基站2附近的工作区域界限内割草，但由于其所存储的能量有限，基站附近完成割草动作后，很可能还没运行到另一区域就电能耗尽，而需要重新充电。这样，自行走装置在充电后又重复在基站附近进行割草作业动作，导致基站附近草地的割草覆盖情况会显著高于其他区域。尤其对于工作区域界限内存在狭窄通道的情况，自行走装置很可能因为自行走控制无法快速穿越狭窄通道而只能在某些固定区域内重复的进行割草。整个工作区域的覆盖情况不均衡，可能存在某些区域切割良好，或过度切割，另外一些区域没有割草。

由此，相对于现有常规的工作方式，本发明改进了对自行走装置的控制逻辑，使其按照如下的步骤进行割草：

首先，在每次完成工作区域的遍历之后，或在开始新的割草任务之前，或者在需要的任何时候，先等分所述自行走装置的工作区域边界，获得多个工作点；

然后进入工作状态，工作状态下，所述自行走装置沿所述工作区域边界遍历各工作点，并在此过程中分别由各工作点进入其对应的作业区域内作业。

由此，本发明的自行走装置能够均匀的在工作区域边界的各个位置进入对应的作业区域，每一个工作点所对应的作业区域也在整个工作区域内均匀分布。由此，该自行走装置能够对每一个作业区域进行均匀的作业，提高作业的覆盖率和均匀度。

具体而言，所述的自行走装置包括：

壳体；

行走模块，安装于壳体内，包括电机以及由电机驱动的轮组，用于带动所述自行走装置运行和转向；

工作区域边界监测单元，用于检测所述自行走装置与所述工作区域边界的位置关系，输出边界监测信号；例如，在一种情况下，所述的工作区域边界可通过具有电磁信号或能够反射电磁信号的线材标记，所述工作区域边界监测单元对应选择为能够检测或激发以识别该电磁信号的电磁传感器或收发器，通过该电磁信号的强弱方向判断自行走装置相对于工作区域的位置关系；或者，在另一种情况下，上述的工作区域边界线可采用具有特定感测值或特定色彩的线材进行对工作区域的标记，所述的工作区域边界监测单元相应的检测该感测值或色彩，以同样的识别工作区域，并相应的输出边界监测信号控制行走模块调整其行走方向；

能量单元，如电池包、太阳能板或其他能够供能的装置，为所述的自行走装置提供能量；

控制单元，连接所述行走模块以及所述工作区域边界监测单元，用于接收所述边界监测信号，根据工作区域边界大小或长度或其他的相关特征参数进行等分，获得多个工作点；所述的控制单元在工作状态下：输出行走模块控制信号，控制所述行走模块带动所述自行走装置沿所述工作区域边界遍历各工作点，并在此过程中分别在各工作点转向，驶离边界，进入边界内该工作点对应的作业区域内，按照设定的工作方式进行作业。

在一种实现方式下，上述对工作区域边界的等分通过如下的方式实现：

首先控制所述的自行走装置根据所述工作区域边界线3，沿所述工作区域边界运行一周；

在其运行一周的过程中，采集所述自行走装置沿所述工作区域边界运行一周的电机数据，例如电机转子的旋转圈数、电机所经历的电周期数、电机的转速和时间等；

而后根据所述电机数据计算工作区域边界的边界参数：例如将电机转子的旋转圈数、电机所经历的电周期数乘以其所对应的轮组的旋转周长，计算工作区域边界的总长；或者通过电机转速和统计的时间，以转速所对应的自行走速度乘以时间获得工作区域边界的总长；或者直接统计电机的运行时间或旋转圈数；或者通过其他电机数据计算获得；

最后根据所述边界参数对所述工作区域边界等分，以等分的分割位置为工作点4。这里等分的间距需设置为适合自行走装置作业的范围。其可通过特定的算法实现。这样，每次自行走装置在基站充完电后，就可以由工作区域边界监测单元控制从基站附近的边界上一点开始，依次行驶到每一个等分点，并在每一个等分点附近转向进入工作区域后进行割草。

可选的，为避免不能够及时反应割草区域边界的变化，所述的自行走转子还能被设置为，在每经历一个循环周期，遍历每个等分点进行作业后，或，在每一次沿所述工作区域边界遍历各工作点之前，重新计算边界线长度，再重新划分若干等分点。这里，对等分点进行重新划分时，其划分的起点和划分的方向可与上一次划分过程不同。这样能够使得每次划分前后的工作点位置变化，能够避免某些狭窄的工作区域始终难以设置到工作点，难以到达的问题。

上述的工作方式还需要为自行走装置设置基站2，以供所述自行走装置1在基站内进行充电，进行工作设置，等待机器完成充电后，割草机器人会退出基站，并沿边界线行走以按照设定的方式工作。

上述工作状态下，所述自行走装置沿所述工作区域边界遍历各工作点的步骤具体可包括：

采集所述自行走装置沿所述工作区域边界运行时的电机数据；

根据所述电机数据，在计算运行到对应一个工作点的距离时，判断该工作点在本次遍历过程中是否已经运行到；若已经运行到，则继续上述步骤运行至下一工作点；否则，由该工作点进入其对应的作业区域内作业；

重复上述步骤直至遍历到全部各工作点。

所述自行走装置沿所述工作区域边界遍历各工作点的过程中，若设置在储能单元的异常检测模块，或其他检测模块检测到所述自行走装置异常，例如，检测到所述自行走装置内的储能低于预设值，或所述自行走装置内储能模块的信号未达到预设的范围，或所述检测到需要中断作业的其他异常状况，则中断工作状态并记录当前工作点而后执行相应的中断处理操作，例如返回基站充电等。在中断结束后，恢复工作状态，沿所述工作区域边界运行至该中断前的工作点，进入其对应的作业区域内继续按照上述的过程遍历以进行作业。

其中，中断结束后，具体可按照以下的方式恢复工作状态，以避免过多的重复对终端前的同一作业区域进行多次作业：

若中断前所述自行走装置的位置位于所述工作区域边界的第N个工作点和第N+1个工作点之间，则在中断结束后，所述自行走装置继续沿所述工作区域边界运行至所述第N+1个工作点，进入其对应的作业区域内作业；

若中断前所述自行走装置的位置位于所述工作区域边界的第N+1个工作点所对应的作业区域以内，则在中断结束后，所述自行走装置继续沿所述工作区域边界运行至所述第N+1个工作点，进入其对应的作业区域内作业。

比如，若异常发生在行走在边界线，未达到等分点N，等故障结束后，机器会继续尝试达到等分点N后再出来割草，如故障发生已达到等分点N，并进入对应区域割草后，当故障恢复后，机器再次充完电后会进入等分点N+1,并进入对应区域割草。

所述的异常检测模块包括设置在自行走装置储能单元，例如电池包中的电压传感单元、电流传感单元或电能检测单元，其在检测到电池包或电池元件电压、电流或电能低于预设范围时触发异常信号，控制单元根据异常信号进行中断，并执行返回基站2进行充电的异常响应。

所述自行走装置，其内部的存储单元可在上述计算工作点的过程中记录根据软件算法获得的工作点，以便直接进行控制。在按照上述方式覆盖了所有等分的工作点进行作业后，割草机器人等自行走装置会再次沿边界线行走至基站尾部，然后重新再依据软件算法重新对边界线进行新一轮的等分点划分，再次重复上述操作。

由此，本发明所提供的自行走装置会自动计算反应工作区域边界界限的整体范围和区域大小的边界参数，并自动对工作区域按照等分规则切割成若干均匀分布的较小的工作区域。每次充完电后，割草机器人会依次到达划分的各个工作点后转向朝界内行驶。这样可以改善提升机器在同等时间内的割草覆盖率，同样也可以改善界限内复杂区域的割草等作业的覆盖率。

本发明的技术方案已经在技术产品 “Free zone”中得到应用，该技术产品已经能够完整地实现本发明的控制方法，实现相应的目的，达到相应的技术效果。

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)

1.一种自行走装置的控制方法，其特征在于，步骤包括：

等分所述自行走装置的工作区域边界，获得多个工作点；

工作状态下，

所述自行走装置沿所述工作区域边界遍历各工作点，并在此过程中分别由各工作点进入其对应的作业区域内作业。

2.如权利要求1所述的自行走装置的控制方法，其特征在于，等分所述自行走装置的工作区域边界的步骤包括：

采集所述自行走装置沿所述工作区域边界运行一圈的电机数据；

根据所述电机数据计算工作区域边界的边界参数；

根据所述边界参数对所述工作区域边界等分，以等分的分割位置为工作点；

其中，所述边界参数包括：所述自行走装置沿所述工作区域边界运行一圈所对应的总时长、总距离、电机运转的总圈数中的任一或其组合。

3.如权利要求2所述的自行走装置的控制方法，其特征在于，所述自行走装置每一次沿所述工作区域边界遍历各工作点之前，均分别进行等分所述自行走装置的工作区域边界的步骤。

4.如权利要求1所述的自行走装置的控制方法，其特征在于，工作状态下，所述自行走装置沿所述工作区域边界遍历各工作点的步骤包括：

采集所述自行走装置沿所述工作区域边界运行时的电机数据；

根据所述电机数据，在计算运行到对应一个工作点的距离时，判断该工作点在本次遍历过程中是否已经运行到；若已经运行到，则继续上述步骤运行至下一工作点；否则，由该工作点进入其对应的作业区域内作业；

重复上述步骤直至遍历到全部各工作点。

5.如权利要求4所述的自行走装置的控制方法，其特征在于，所述自行走装置沿所述工作区域边界遍历各工作点的过程中，若所述自行走装置异常，则中断工作状态并记录当前工作点；

在中断结束后，恢复工作状态，沿所述工作区域边界运行至该中断前的工作点，进入其对应的作业区域内作业。

6.如权利要求5所述的自行走装置的控制方法，其特征在于，所述异常包括：所述自行走装置内的储能低于预设值，或所述自行走装置内储能模块的信号未达到预设的范围。

7.一种自行走装置，其特征在于，包括：

行走模块，包括电机，用于带动所述自行走装置运行和转向；

工作区域边界监测单元，用于检测所述自行走装置与所述工作区域边界的位置关系，输出边界监测信号；

控制单元，连接所述行走模块以及所述工作区域边界监测单元，用于接收所述边界监测信号，等分所述自行走装置的工作区域边界，获得多个工作点，在工作状态下：输出行走模块控制信号，控制所述行走模块带动所述自行走装置沿所述工作区域边界遍历各工作点，并在此过程中分别由各工作点进入其对应的作业区域内作业。

8.如权利要求7所述的自行走装置，其特征在于，还包括电机采样单元，连接所述电机，采集电机数据；

所述控制单元还用于：

根据所述电机数据计算工作区域边界的边界参数，根据所述边界参数对所述工作区域边界等分，以等分的分割位置为工作点；其中，所述边界参数包括：所述自行走装置沿所述工作区域边界运行一圈所对应的总时长、总距离、电机运转的总圈数中的任一或其组合；

在工作状态下：根据所述电机数据，在计算运行到对应一个工作点的距离时，判断该工作点在本次遍历过程中是否已经运行到；若已经运行到，则继续上述步骤运行至下一工作点；否则，由该工作点进入其对应的作业区域内作业。

9.如权利要求7所述的自行走装置，其特征在于，还包括：

储能模块，用于为所述自行走设备提供能量；

异常检测模块，连接所述储能模块以及所述控制单元，用于在所述储能模块的储能低于预设值，或所述储能模块的信号未达到预设的范围时输出异常信号；

所述控制单元还用于：

在接收到异常信号后，中断工作状态并记录当前工作点；

在中断结束后，恢复工作状态，控制所述行走模块带动所述自行走装置沿所述工作区域边界运行至该中断前的工作点，进入其对应的作业区域内作业。

10.一种系统，其特征在于，包括权利要求7-9所述的自行走装置，还包括工作区域边界线，沿所述自行走装置的工作区域边界设置。

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