CN112486173A - 一种自行走设备作业边界获取方法和自行走设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自行走设备作业边界获取方法和自行走设备，在自行走设备上设置有追踪检测模块和定位单元，追踪检测模块能够检测并追踪特征物，自行走设备在边界信息获取模式下能够通过追踪检测模块追随特征物移动，并在移动过程中通过定位单元完成边界坐标信息记录。本发明通过让自行走设备跟随特征物移动，并在设备移动过程中记录坐标信息，完成工作区域边界规划，特征物可为人体，设备利用传感器完成人体跟随动作，用户沿边界行走，设备跟随用户移动并进行边界坐标信息的记录，完成边界规划，该方法增加了用户的选择范围，降低用户使用机器的学习成本，减少用户使用自行走设备如智能割草机的限制条件。

Description

一种自行走设备作业边界获取方法和自行走设备

技术领域

本发明属于自行走设备控制技术领域，具体涉及一种自行走设备作业边界获取方法和自行走设备。

背景技术

室外移动机器人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。

当前的智能割草机作业边界规划，使用专用遥控装置或者手机与割草机主控制器进行通信，遥控设备按照指定路径绘制作业边界和障碍物，然后生成作业地图。

使用遥控器绘制界面需要用户采购遥控器装置，增加了额外的经济支出和学习成本。使用手机APP绘制作业边界和障碍物，对不懂和不熟悉智能手机的用户在手机APP的安装和使用上增加了困难。

发明内容

为解决以上问题，本发明提出了一种自行走设备作业边界获取方法和自行走设备，通过利用跟随技术和定位技术，使自行走设备跟随特征物行走，自行走设备在行走过程中获得工作区域边界上的坐标位置，根据各坐标位置所对应的定位点，相应的拟合出自行走设备的工作区域边界。

实现以上目的的技术解决方案如下：

一种自行走设备作业边界获取方法，在所述自行走设备上设置有追踪检测模块和定位单元，所述追踪检测模块能够检测并追踪特征物，

所述自行走设备在边界信息获取模式下能够通过追踪检测模块追随所述特征物移动，并在移动过程中通过定位单元完成边界坐标信息记录。

进一步地，所述追踪检测模块包括一个或多个传感器。

进一步地，所述传感器包括超声波传感器、色彩传感器、激光雷达传感器、红外传感器、视频图像识别传感器、热感识别传感器、光学传感器中的一种或多种。

进一步地，所述追踪检测模块包括五组传感器，五组传感器等距布置于所述自行走设备的前部。

进一步地，所述五组传感器自左向右依次布置于自行走设备的前部，位于中间的传感器布置于自行走设备前部中间位置，自行走设备在所述边界信息获取模式下通过五组传感器追随所述特征物移动的方向如表1所示：

表1自行走设备追随特征物移动方向表

表1中A、B、C、D、E分别表示自左向右依次布置的传感器的检测范围，0表示没检测到特征物、1表示检测到特征物。

进一步地，所述设备前部设置有每只传感器检测状态指示灯和设备是否正常跟随状态指示灯，

传感器检测状态指示灯不工作时为红灯，当传感器检测到前方有特征物时，相应的指示灯将亮绿灯，设备正常跟随状态指示灯在进入边界信息获取模式时打开，当传感器检测到可跟随特征物时亮绿灯，否则为红灯。

进一步地，当设备与特征物的距离小于D1时，设备减速前进或暂停等待，当设备距离特征物距离大于D1+D2时，设备加速前进。

进一步地，所述特征物包括人体、信号发生器、色卡板、光斑中的一种或多种。

进一步地，所述边界信息获取模式包括工作区域边界信息获取模式和障碍物边界信息获取模式。

进一步地，在完成边界坐标信息记录后，根据各坐标位置所对应的定位点，拟合出自行走设备的工作区域边界或障碍物边界。

进一步地，所述自行走设备还包括人机交互单元，通过所述人机交互单元能够实现所述边界信息获取模式的开关和模式类型选择。

一种自行走设备，所述自行走设备包括边界获取单元，所述边界获取单元包括追踪检测模块和定位单元，所述边界获取单元用于实现上述的边界获取方法。

进一步地，所述自行走设备为智能割草机。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过让自行走设备跟随特征物移动，并在设备移动过程中记录坐标信息，完成工作区域边界规划，特征物可为人体，设备利用传感器完成人体跟随动作，用户沿边界行走，设备跟随用户移动并进行边界坐标信息的记录，完成边界规划，特征物可为信标，例如信号发生器、色卡板，用户携带信标沿边界行走，设备跟随用户移动并进行边界坐标信息的记录，完成边界规划，特征物也可以是光斑等指示特征，用户通过手持设备发射光束在地面形成光斑，设备通过传感器跟随光斑移动，并进行边界坐标信息的记录，完成边界规划，该方法增加了用户的选择范围，降低用户使用机器的学习成本，减少用户使用自行走设备如智能割草机的限制条件；

(2)本发明边界信息获取模式包括工作区域边界信息获取模式和障碍物边界信息获取模式，通过不同的工作模式设定，分为边界信息获取和障碍物边沿信息获取，区分当前获取的点位是边界点还是障碍物点；

(3)本发明采用五组传感器自左向右依次布置于自行走设备的前部，位于中间的传感器布置于自行走设备前部中间位置的具体方案，可通过五个传感器的检测结果准确、快速判断出特征物的方位从而让设备完成高精度自动跟随；

(4)当设备与特征物的距离小于D1时，设备减速前进或暂停等待，当设备距离特征物距离大于D1+D2时，设备加速前进，通过设备与特征物预定距离的设定和判断，让设备始终与边界线布设人员保持合适的距离，提高了使用安全性。

附图说明

图1是本发明的自行走设备人体追踪传感器分布及距离示意图。

图2是本发明的自行走设备人体追踪传感器布置侧视图。

图3是本发明的自行走设备草地边界及障碍物轮廓获取流程图。

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。

本实施例中，自动行走设备为智能割草机，但在其他实施例中，自动行走设备还可以是智能扫雪机、智能清洁设备等。

一种智能割草机作业边界获取方法，在所述智能割草机上设置有追踪检测模块、定位单元和人机交互单元，所述追踪检测模块能够检测并追踪特征物，

所述智能割草机在边界信息获取模式下能够通过追踪检测模块追随所述特征物移动，并在移动过程中通过定位单元完成边界坐标信息记录。

追踪检测模块，其可以是多种传感器，如超声波、色彩传感器、激光雷达、红外、视频图像等。

人机交互单元，用于机器工作模式及其他参数设置。

定位单元，其可采用GNSS卫星信号接收单元、RTK模块、UWB定位模块、惯导模块中的一种或其组合，用于在智能割草机沿封闭区域边界运行的过程中，获取智能割草机所在位置。为保证定位精度，保证边界线设置的准确，本发明中的定位单元可采用高精度定位模块，比如GNSS卫星信号接收单元、RTK模块、UWB定位模块实现，也可结合惯导模块对定位方向进行修正。

为实现对智能割草机运行的驱动，所述智能割草机一般还设置有移动模块、控制模块。控制模块可通过单片机、信号处理单元、芯片等多种方式，输出控制信号，相应地驱动移动模块。移动模块包括电机驱动电路、电机以及行走轮，其电机驱动电路接收控制信号相应地以特定的电流、电压或占空比驱动电机，电机带动行走轮运转，行走轮驱动自行走设备运行。

其中：

所述GNSS卫星信号接收单元用于接收卫星信号，根据所述卫星信号获得智能割草机所在位置；

所述RTK模块用于接收卫星信号，根据所述卫星信号进行RTK解算，获得智能割草机所在位置；

所述UWB定位模块用于接收UWB信号，根据所述UWB信号获得智能割草机所在位置；

所述惯导模块用于根据智能割草机运行过程中的惯导数据获得所述智能割草机所在位置和/或方向。

下面基于上述设备，通过具体实施例对边界规划方法进行说明。

本实例使用超声波传感器做人体检测传感器进行描述。

智能割草机在跟随人体行走时，采用如图1-2所示的传感器布置方式。通过传感器检测到的机器距离人体的距离，确定机器是否需要前进或后退。通过五组传感器进行方位编码，决定智能割草机的前进方向，动态感知人体行走轨迹，通过调整前进方向，保证所追踪的人体始终在机器的正前方。在需要机器进行边界信息获取时，需要人在机器前方沿着草坪边界行走，机器通过传感器测量与人的距离，判断人体移动方向，机器追随人体方向进行转弯和前行，机器与人体保持一定的距离。在此过程中，机器按照设定的时间间隔将获取的机器所在位置实时定位数据，并按顺序记录数据，形成作业边界。

下面使用编码表简要展示机器前进方向的控制逻辑。A\B\C\D\E分别为各传感器检测的区域，每个传感器检测区域大致呈扇形，0表示没检测到物体、1表示检测到物体。

机器前部增加每只传感器检测状态指示灯和机器是否正常跟随状态指示灯，方便机器前方引导的人随时获取机器状态。

传感器检测状态指示灯不工作时为红灯，当传感器检测到前方有特征物时，相应的指示灯将亮绿灯，提示检测到物体。机器正常跟随状态指示灯在进入边界信息获取模式时打开，当传感器检测到可跟随物体时亮绿灯，否则为红灯。

当机器处于边界信息获取模式时，只有在单只传感器检测到物体，或者相邻传感器检测到物体且同时检测到物体的传感器数量要小于等于3只时，机器才可以正常工作，否则进入等待模式。

当机器设置为边界信息获取模式，等待时间超过设定等待时间，自动退出边界信息获取状态，进入休眠状态。自动进入休眠状态时间长短可在人机界面进行设置。

表1自行走设备追随特征物移动方向表

结合图2，当机器距离人体的距离小于D1时，减速前进或暂停等待，当机器距离人体距离大于D1+D2时，机器需要加速前进，使机器始终与边界线布设人员始终保持合适的距离，D1:车前人体检测保持近端，D2：车前人体检测保持范围，H:传感器检测高度，D1+D2:传感器最远检测距离。

结合图3，具体的边界规划流程如下：

S1、开始进行边界信息获取时，首先进行自检，确保机器的高精度定位模块能够正常工作。

S2、然后通过人机交互接口设置机器的工作模式为边界信息获取模式，具体的人机交互接口可以是遥控器、手机app、设置于机器上的控制器等。

S3、机器在边界信息获取模式下，跟随用户移动，并在移动过程中完成坐标信息记录。

在上述S3步骤中，边界信息获取模式可具体分为草地边界信息获取模式和障碍物边界信息获取模式。

在草地边界信息获取模式下，机器将在基站内获取第一个定位点，然后将出站并后退到设定的距离，同时启动割草机前部的超声波测试传感器实时检测，当监测到物体后将追随物体进行移动，在移动过程中，实时记录机器当前定位点信息。当完成一个封闭的虚拟边界信息采集后，可在人机接口界面点击边界信息获取完成选项。

当需要在已设定的虚拟边界内设置障碍物轮廓时，可控制机器进入障碍物边界获取模式，此时机器跟随人体移动，并记录实时位置数据，当机器绕障碍物一周后，完成障碍物轮廓信息的获取。如果需要获取多个障碍物信息，可重复上面的步骤。

割草机器人的人体跟随功能可以独立开启，同样的，割草机器人也可独立进行控制是否进行定位信息(坐标信息)的记录储存。具体的，可在人机界面上选择机器跟随模式，此模式只启动机器的跟随功能，不进行设备定位信息的存储。当引导机器到障碍物附近预定点位时，通过人机界面选择获取障碍物信息选项。

为了进一步提高人体跟随过程中，对所跟随人体的准确识别，除了利用超声波进行障碍物识别，还可以同时使用图像识别、热感识别等方式，提高跟随准确性。

除了以人体作为特征物引导机器移动以外，还可以通过其他信标指示机器移动。

例如便携式的信号发生器，可以发射信号，在自行走设备上设置多个信号接收器，可以根据多个信号接收器所接收到的信号强度，判断出信号发生器相对于多个信号接收器的距离，进而进一步判断信号发生器相对于机器本身的方位，从而引导设备行走。

例如使用手持设备发射光束在地面形成光斑，智能割草机上设置视觉传感器或者其他光学传感器，通过传感器判断光斑位置并跟随光斑移动，在移动过程中进行工作区域边界坐标信息的记录，完成工作区域边界规划。

例如使用彩色引导板，通过安装在智能割草机前部不同方位的色彩传感器检测引导板颜色，确定机器行走方向，引导机器完成工作区域边界信息采集。

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 (13)

1.一种自行走设备作业边界获取方法，在所述自行走设备上设置有追踪检测模块和定位单元，所述追踪检测模块能够检测并追踪特征物，

其特征在于，所述自行走设备在边界信息获取模式下能够通过追踪检测模块追随所述特征物移动，并在移动过程中通过定位单元完成边界坐标信息记录。

2.根据权利要求1所述的自行走设备作业边界获取方法，其特征在于，所述追踪检测模块包括一个或多个传感器。

3.根据权利要求2所述的自行走设备作业边界获取方法，其特征在于，所述传感器包括超声波传感器、色彩传感器、激光雷达传感器、红外传感器、视频图像识别传感器、热感识别传感器、光学传感器中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的自行走设备作业边界获取方法，其特征在于，所述追踪检测模块包括五组传感器，五组传感器等距布置于所述自行走设备的前部。

5.根据权利要求4所述的自行走设备作业边界获取方法，其特征在于，所述五组传感器自左向右依次布置于自行走设备的前部，位于中间的传感器布置于自行走设备前部中间位置，自行走设备在所述边界信息获取模式下通过五组传感器追随所述特征物移动的方向如表1所示：

表1 自行走设备追随特征物移动方向表

表1中A、B、C、D、E分别表示自左向右依次布置的传感器的检测范围，0表示没检测到特征物、1表示检测到特征物。

6.根据权利要求5所述的自行走设备作业边界获取方法，其特征在于，所述设备前部设置有每只传感器检测状态指示灯和设备是否正常跟随状态指示灯，

传感器检测状态指示灯不工作时为红灯，当传感器检测到前方有特征物时，相应的指示灯将亮绿灯，设备正常跟随状态指示灯在进入边界信息获取模式时打开，当传感器检测到可跟随特征物时亮绿灯，否则为红灯。

7.根据权利要求5所述的自行走设备作业边界获取方法，其特征在于，当设备与特征物的距离小于D1时，设备减速前进或暂停等待，当设备距离特征物距离大于D1+D2时，设备加速前进。

8.根据权利要求1-7任一项所述的自行走设备作业边界获取方法，其特征在于，所述特征物包括人体、信号发生器、色卡板、光斑中的一种或多种。

9.根据权利要求8所述的自行走设备作业边界获取方法，其特征在于，所述边界信息获取模式包括工作区域边界信息获取模式和障碍物边界信息获取模式。

10.根据权利要求9所述的自行走设备作业边界获取方法，其特征在于，在完成边界坐标信息记录后，根据各坐标位置所对应的定位点，拟合出自行走设备的工作区域边界或障碍物边界。

11.根据权利要求9或10所述的自行走设备作业边界获取方法，其特征在于，所述自行走设备还包括人机交互单元，通过所述人机交互单元能够实现所述边界信息获取模式的开关和模式类型选择。

12.一种自行走设备，其特征在于，所述自行走设备包括边界获取单元，所述边界获取单元包括追踪检测模块和定位单元，所述边界获取单元用于实现权利要求1-11任一项所述的边界获取方法。

13.根据权利要求12所述的自行走设备，其特征在于，所述自行走设备为智能割草机。

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