CN112631299A - 一种多区域多台割草机工作系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种多区域多台割草机工作系统及控制方法，包括如下步骤：a1、控制任一自行走设备记录工作区域边界信息，构建工作区域的虚拟地图；a2、控制任一自行走设备沿工作区域内部分界线移动，记录分界线信息，构建各预分区虚拟地图；a3、根据各预分区地图逐个配对自行走设备，各自行走设备在各自预分区地图里工作；a4、当某个自行走设备需要充电时，通过与充电站和遥控装置之间的通讯交流，按照充电优先级确定充电顺序，实现多自行走设备充电。可以实现对大面积工作区域进行合理的区域划分和多割草机控制，减少各区域交界处的草地漏割现象，同时通过充电等待区的设置，实现使用一个充电站为工作区域内的所有割草机进行充电，减少设备布置成本。

Description

一种多区域多台割草机工作系统及控制方法

技术领域

本发明涉及花园工具领域，具体而言涉及一种多区域多台割草机工作系统及控制方法。

背景技术

新技术的应用使得割草机技术日益智能化，现有的智能割草机，通常需要在草坪边界预埋一根封闭的线圈划定边界线，形成封闭的电子篱笆，通过检测电磁场信号，在工作区域内进行割草工作。更为先进的割草机会采用图像识别、惯性导航等方式创建虚拟边界线，构建虚拟地图。

但是对于某些超大面积的场合，单个智能割草机受限于中间地区信号丢失或工作时间过长等因素，割草效率很低。现有的方式是将大场地通过导线划分为若干小场地，形成各自独立的封闭电子篱笆，同时采用多个割草机进行割草和充电，这种方法会增加割草机系统成本，且多个割草机和电子篱笆同时工作，容易造成信号干扰，影响割草效果。一些采用GPS定位技术的智能割草机，可以无需电子篱笆进行边界划分，但是传统的区域划分方案中，受限于GPS定位精度等原因，可能出现割草机在区域内遍历不完全，特别是在边界处容易有割草遗漏的区域，割草效果不好。

同时由于设置有多个割草机，需要在每个区域内为割草机设置充电站进行充电，增加了设备数量，提高了设备成本。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种多区域多台割草机工作系统及控制方法，可以实现对大面积工作区域进行合理的区域划分和多割草机控制，减少各区域交界处的草地漏割现象，同时通过充电等待区的设置，实现使用一个充电站为工作区域内的所有割草机进行充电，减少设备布置成本。

为实现上述目的，提出一种多区域多台割草机工作系统及控制方法，一种多区域多台割草机工作系统及控制方法，所述工作系统包括多台自行走设备、至少一个充电站和控制终端，自行走设备、充电站和控制终端之间建立通信连接，实现数据交互，其特征在于，控制方法包括如下步骤：

a1、控制任一自行走设备沿工作区域边界和内部障碍物移动一周，记录工作区域边界信息，构建工作区域的虚拟地图；

a2、控制任一自行走设备沿工作区域内部分界线移动，记录分界线信息，分界线将工作区域分隔成若干预分区，构建各预分区虚拟地图；

a3、根据各预分区地图逐个配对自行走设备，各自行走设备在各自预分区地图里工作，；

a4、当某个自行走设备需要充电时，通过与充电站和遥控装置之间的通讯交流，按照充电优先级确定充电顺序，实现多自行走设备充电。

进一步的，所述步骤a4中，具体实施步骤如下：

b1、自行走设备实时检测自身电量，当电量低于阈值I时，发出I级充电申请，如果此时充电站内没有正在充电的设备，则自行走设备返回充电站进行充电，如果此时充电站内有其他设备正在进行充电，则进入b2步骤；

b2、自行走设备继续在所在预分区内工作，直至充电站内设备充电完成，行走出充电站后，再进入充电站进行充电；

b3、在b2步骤中，如果自行走设备在预分区内工作时，电量低于阈值II时，自行走设备行走至充电等待区，进入充电等待区后，发出II级充电申请，II级充电申请包括电量信息，发送后设备进入休眠等待，所述阈值II低于阈值I；

b4、当充电站内设备完成充电、退出充电站后，根据所接受到的充电申请，优先选择发出II级充电申请的设备进行充电，在所有发出II级充电申请的设备中，优先选择所上传电量信息最低的设备进行充电。

作为本方案的一种改进，所述充电站位于充电等待区内，所述充电等待区与所有预分区均有部分重叠区域。

作为本方案的一种改进，所述I级充电申请和II级充电申请包括以下数据：充电申请级别、电量，申请时间，机型或者机器编号。

作为本方案的一种改进，在所述步骤b2和步骤b4中，自行走设备到达充电站时，均先有各自预分区进入充电等待区，再由充电等待区进入充电站。

作为本方案的一种改进，步骤b4中，当多台自行走设备均上传充电申请时，控制系统对多台设备的充电申请进行优先级排序，同时每当有新的充电申请上传时，系统对同一型号设备的充电申请进行覆盖，并对覆盖后的所有充电申请进行优先级排序，优先级越高的，当充电站空置时，优先进行充电动作。

作为本方案的一种改进，优先级具体排序如下：

电量低于阈值II的设备，优先级高于电量低于阈值I的设备，同时，对于多台电量低于阈值II的设备，其中上传电量信息更低的设备，优先级越高；

对于多台电量低于阈值I但高于阈值II的设备，提出I级充电申请的时间越早的优先级越高。

作为本方案的一种改进，所述自行走设备在执行a2步骤后，执行如下步骤：

a2’、 对各相邻预分区之间的分界线进行阈值处理，形成冗余边界线，之后执行a3步骤。

作为本方案的一种改进，冗余边界线形成方式为将分界线沿两侧方向同时偏置预设距离，偏置后的分界线为冗余边界线，相邻两个预分区使用在交界处以冗余边界线为边界形成重叠边界区域，步骤a3中，完成配对的自行走设备，在各自预分区和预分区边界处的充电边界区域内移动，同一时间段，相邻预分区之间的重叠边界区域仅有一台自行走设备进入进行工作。

作为本方案的一种改进，步骤a2’中，偏置预设距离不小于单台割草机切割宽度。

作为本方案的一种改进，阈值I电量可以设定在满电量的30%-60%之间，阈值II电量可以设定在满电量的5%-30%之间。

作为本方案的一种改进，所述分界线均为连续边界，分界线路径上无障碍物和信号盲区。

作为本方案的一种改进，所述重叠边界区域内无不可移动障碍物。

有益效果

本发明针对大场地进行分区割草作业，通过RTK定位技术构建工作区域地图和分区域地图，多个割草机器人在各自分区域地图进行工作，互不干扰；相邻预分区域之间的重叠边界区域可以由两个区域的自行走设备共同进行工作，分界线处不存在工作盲区。

利用合理的电量分级管理，对多台自行走设备的运行进行合理规划，自行走设备需要充电时，系统按照充电优先级确定充电顺序，满足多个割草机器人轮流充电，减少充电站的布置数量，降低成本。

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是本发明的智能割草机系统工作示意图；

图2是本发明的智能割草机系统构建地图流程图；

图3是本发明的单一智能割草机排队充电流程图；

图4是本发明的多个智能割草机排队充电流程图；

图5是本发明的智能割草机系统充电优先级示意图；

图6是本发明的智能割草机电量阈值示意图；

附图标记为：1、工作区域；2、自行走设备；3、充电站；4、分界线；5、I区；6、II区；7、III区；8、IV区；9、冗余边界线；10、充电等待区边界。

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信号线本身而言，由信号线指向工作区域1内部的方向为内，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。

以下实施例以带有RTK装置的自行走设备2为例进行具体说明，自行走设备2可以是割草机器人、扫地机器人等。例如具有自行走功能的割草机，基于RTK技术进行定位，接收来自卫星的定位数据，用于记录自行走设备2移动的位置坐标信息，并与系统其他自行走设备2、遥控装置和充电站3进行通讯交互。

如图1所示，工作系统包括多台自行走设备2，本实施例中共有四台，自行走设备2在工作区域1内工作，工作区域1边界可以在开始使用自行走设备2时进行设定。例如使用遥控装置控制自行走设备2沿工作区域1边界行走一周，记录边界坐标，构建工作区域1虚拟地图。每个自行走设备2均包括无线通信模块，可以实现数据交换，使用遥控器、手机等终端设备可以实现对自行走设备2的控制。充电站3设置于工作区域1中，充电站3可以作为虚拟地图参的考基准点。充电站3可以采用传统的插头连接方式与自行走设备2连接进行充电，也可以采用无线充电方式给自行走设备2进行充电。

下面提供一种多区域多台割草机工作控制方法，其步骤包括：

a1、控制任一自行走设备2沿工作区域1边界和内部障碍物移动一周，记录工作区域1边界信息，构建工作区域1的虚拟地图；

a2、控制任一自行走设备2沿工作区域1内部分界线4移动，记录分界线4信息，分界线4将工作区域1分隔成若干预分区，构建各预分区虚拟地图；

a3、对各相邻预分区之间的分界线4进行阈值处理，形成冗余边界线9；

a4、根据各预分区地图逐个配对自行走设备2，各自行走设备2在各自预分区地图里工作，并与充电站3和遥控装置保持通讯；

a5、当某个自行走设备2需要充电时，通过与充电站3和遥控装置之间的通讯交流，按照充电优先级确定充电顺序，实现多自行走设备2充电。

步骤a1至步骤a4的具体流程如图2所示，自行走设备2启动上电后，整个工作系统以充电站3位置为原点，充电站3实时将自身的位置信息通过通讯方式发送给自行走设备2和遥控装置，作为虚拟地图的参考点。此时可以任选一个自行走设备2，遥控装置对其进行配对，遥控自行走设备2进行地图构建。地图构建过程中，可以首先控制自行走设备2沿工作区域1边界顺时针或逆时针移动一周，根据自行走设备2接收的定位数据，记录移动过程中的位置坐标信息,生成整个工作区域1外边界的虚拟地图边界位置信息。对于工作区域1内的不可移动障碍物（树木、假山等），自行走设备2沿工作区域1内部障碍物边界顺时针或逆时针移动一周，生成虚拟地图内部障碍物位置信息；根据生成的边界信息和障碍物信息，构建整个工作区域1的虚拟地图。

完成整个工作区域1的虚拟地图构建后，可以使用遥控装置控制自行走设备2沿内部分界线4行走，记录移动过程中的位置坐标信息，完成分界线4的设定，分界线4将工作区域1分隔成若干预分区。之后对各相邻预分区之间的分界线4进行阈值处理，形成冗余边界线9，具体的冗余边界线9形成方式为将分界线4沿两侧方向同时偏置预设距离，偏置后的分界线4为冗余边界线9，如图1所示，冗余边界线9在两个相邻区域之间构成一部分重叠边界区域，如图1所示，自行走设备2可以进入相连区域的重叠边界区域，为了防止自行走设备2互相直接不发生碰撞，通过自行走设备2之间的通信交互，确保重叠边界区域同一时间段仅有一台设备进入进行工作。同时，在进行分界线4设定时，最好保证分界线4连续，更优选的，是保证重叠边界区域内没有障碍物。

步骤a3中，可以根据每台机器的机器码、mac地址或型号等信息进行区分编号，在配对时，可以根据编号对应配对不同预分区，也可以直接使用机器码、mac地址或型号等可以区分识别的信息与不同预分区进行配对。

根据工作区域1的虚拟地图信息和分界线4信息，可以生成各预分区的地图，并进行标记，如图1所示，工作区域1被分为4个区域，分别记做I区5、II区65、III区765和IV区8，每个区域中放置一个自行走设备2。

虚拟地图生成后，遥控装置逐个配对自行走设备2，并将最终状态信息在系统内部进行信息共享。保证各自行走设备2在各自预分区地图内进行工作。由于对分界线4进行了阈值处理，使相邻预分区之间存在一个由冗余边界线9构成的重叠边界区域，由于冗余边界线9实际上是对分界线4进行可外扩处理，增大了每个预分区的边界范围，导致相邻两个预分区的边界在扩大后有部分重叠，构成了重叠边界区域。相邻两个预分区内的自行走设备2均可以进入他们所在预分区之间的重叠边界区域，单位了保证两个设备不会相互碰撞，通过自行走设备2之间的通信交互，确保重叠边界区域同一时间段仅有一台设备进入进行工作。由于重叠边界区域的存在，导致相邻两个预分区之间交接部分均可以被两个预分区之内的设备处理到，从而减少了两个预分区交接处被遗漏处理的可能性，提升了自行走设备2在工作区域1内的工作质量。同时为了保证更高的切割质量，分界线4的偏置距离不小于单台自行走设备2的切割宽度。

步骤a5的具体流程如图3和4所示，其具体步骤包括：

b1、自行走设备2实时检测自身电量，当电量低于阈值I时，发出I级充电申请，如果此时充电站3内没有正在充电的设备，则自行走设备2返回充电站3进行充电，如果此时充电站3内有其他设备正在进行充电，则进入b2步骤；

b2、自行走设备2继续在所在预分区内工作，直至充电站3内设备充电完成，行走出充电站3后，再进入充电站3进行充电；

b3、在b2步骤中，如果自行走设备2在预分区内工作时，电量低于阈值II时，自行走设备2行走至充电等待区，进入充电等待区后，发出II级充电申请并上传电量信息，同时休眠等待，阈值II低于阈值I；

b4、当充电站3内设备完成充电、退出充电站3后，根据所接受到的充电申请，优先选择发出II级充电申请的设备进行充电，在所有发出II级充电申请的设备中，优先选择所上传电量信息最低的设备进行充电。

下面以具体实施过程来对上述步骤进行说明，为了方便描述，将工作系统中四个自行走设备2分别表说为A机、B机、C机和D机。如图1所示，工作区域1中还设置有充电等待区，工作区域1内充电站3设置于充电等待区内，所述充电等待区与四个预分区均有一定重叠区域。在上述步骤b2和步骤b4中，自行走设备2到达充电站3时，均先有各自预分区进入充电等待区，再由充电等待区进入充电站3。

参考图3，工作过程中，A机实时检测自身电量，当检测到电量低于阈值I时，对系统提出I级充电申请，系统进行充电安排，如当前充电站3闲置，则返回充电站3空闲信息，系统安排A机直接回充电站3充电，充电完成后退出充电站3继续工作。如当前已有其他自行走设备2，例如B机正在充电站3进行充电，则A机继续当前工作，并在系统进行排队登记，待B机充电完成充电站3闲置时，系统提醒并安排A机进行充电。当B机充电时间较长，A机工作中检测到电量低于阈值II时，立即停止当前割草工作，并移动到充电站3附近的充电等待区，提出II级充电申请，上传当前剩余电量，进行休眠等待，直至B机充电完成退出充电站3，系统唤醒A机进行充电。

如图4所示，当多个自行走设备2提出充电申请，系统进行排队登记，待充电站3闲置后，安排自行走设备2逐个进入充电站3进行充电。当新的充电申请级别高于已登记排队其他设备时，将会按照充电申请级别的高地重新对已登记的自行走设备2进行排序。具体的充电申请级别排序如图5所示，由图5可知，电量低于阈值II的设备，优先级高于电量低于阈值I的设备，同时，对于多台电量低于阈值II的设备，其中上传电量信息更低的设备，优先级越高；对于多台电量低于阈值I但高于阈值II的设备，提出I级充电申请的时间越早的优先级越高。系统按照图5所示的优先级顺序进行插队处理，重新更新充电顺序，待充电站3闲置后，安排优先级最高的设备进行充电，其余设备继续排队等待，直至系统安排进行充电。

充电申请以数据包的形式进行上传，数据包包括申请级别（I级或II级），电量，申请时间，机型等信息，II级高于I级，当前电量低的设备高于当前电量高的设备，申请时间早的设备高于申请时间晚的设备，其中电量参数仅对同为II级申请有效。

如图6所示，阈值I高于阈值II。自行走设备2在工作过程中实时检测当前电量，当检测到电池剩余电量达到阈值I时，对系统进行I级充电申请，待系统同意后进入充电站3进行充电。若系统判定已有其他设备在充电，需要排队等待，自行走设备2继续进行当前工作。当自行走设备2检测到电池剩余电量已达到阈值II时，立即停止割草工作，并移动到充电站3附近的充电等待区，对系统提出II级充电申请，并上传当前电量，提醒系统该设备剩余电量已无法继续工作，同时进行休眠状态，等待系统唤醒。系统根据充电优先级顺序进行多个自行走设备2的充电排队，等充电站3闲置后，安排优先级最高的设备进入充电站3进行充电，其余设备继续等待，实现多个自行走设备2轮流充电。

为了对多台设备进行合理的电量控制，阈值I电量可以设定在满电量的30%-60%之间，阈值II电量可以设定在满电量的5%-30%之间，本实施例中，阈值I为满电量的55%,阈值II为满电量的20%。

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)

1.一种多区域多台割草机工作系统及控制方法，所述工作系统包括多台自行走设备、至少一个充电站和控制终端，自行走设备、充电站和控制终端之间建立通信连接，实现数据交互，其特征在于，控制方法包括如下步骤：

a1、控制任一自行走设备沿工作区域边界和内部障碍物移动一周，记录工作区域边界信息，构建工作区域的虚拟地图；

a2、控制任一自行走设备沿工作区域内部分界线移动，记录分界线信息，分界线将工作区域分隔成若干预分区，构建各预分区虚拟地图；

a3、根据各预分区地图逐个配对自行走设备，各自行走设备在各自预分区地图里工作，；

a4、当某个自行走设备需要充电时，通过与充电站和遥控装置之间的通讯交流，按照充电优先级确定充电顺序，实现多自行走设备充电。

2.如权利要求1所述的多区域多台割草机工作系统及控制方法，其特征在于，所述步骤a4中，具体实施步骤如下：

b1、自行走设备实时检测自身电量，当电量低于阈值I时，发出I级充电申请，如果此时充电站内没有正在充电的设备，则自行走设备返回充电站进行充电，如果此时充电站内有其他设备正在进行充电，则进入b2步骤；

b2、自行走设备继续在所在预分区内工作，直至充电站内设备充电完成，行走出充电站后，再进入充电站进行充电；

b3、在b2步骤中，如果自行走设备在预分区内工作时，电量低于阈值II时，自行走设备行走至充电等待区，进入充电等待区后，发出II级充电申请，II级充电申请包括电量信息，发送后设备进入休眠等待，所述阈值II低于阈值I；

b4、当充电站内设备完成充电、退出充电站后，根据所接受到的充电申请，优先选择发出II级充电申请的设备进行充电，在所有发出II级充电申请的设备中，优先选择所上传电量信息最低的设备进行充电。

3.如权利要求2所述的多区域多台割草机工作系统及控制方法，其特征在于，所述充电站位于充电等待区内，所述充电等待区与所有预分区均有部分重叠区域。

4.如权利要求3所述的多区域多台割草机工作系统及控制方法，其特征在于，所述I级充电申请和II级充电申请包括以下数据：充电申请级别、电量，申请时间，机型或者机器编号。

5.如权利要求4所述的多区域多台割草机工作系统及控制方法，其特征在于，在所述步骤b2和步骤b4中，自行走设备到达充电站时，均先有各自预分区进入充电等待区，再由充电等待区进入充电站。

6.如权利要求5所述的多区域多台割草机工作系统及控制方法，其特征在于，步骤b4中，当多台自行走设备均上传充电申请时，控制系统对多台设备的充电申请进行优先级排序，同时每当有新的充电申请上传时，系统对同一型号设备的充电申请进行覆盖，并对覆盖后的所有充电申请进行优先级排序，优先级越高的，当充电站空置时，优先进行充电动作。

7.如权利要求6所述的多区域多台割草机工作系统及控制方法，其特征在于，优先级具体排序如下：

电量低于阈值II的设备，优先级高于电量低于阈值I的设备，同时，对于多台电量低于阈值II的设备，其中上传电量信息更低的设备，优先级越高；

对于多台电量低于阈值I但高于阈值II的设备，提出I级充电申请的时间越早的优先级越高。

8.如权利要求1-7任一所述的多区域多台割草机工作系统及控制方法，其特征在于，所述自行走设备在执行a2步骤后，执行如下步骤：

a2’、 对各相邻预分区之间的分界线进行阈值处理，形成冗余边界线，之后执行a3步骤。

9.如权利要求8所述的多区域多台割草机工作系统及控制方法，其特征在于，冗余边界线形成方式为将分界线沿两侧方向同时偏置预设距离，偏置后的分界线为冗余边界线，相邻两个预分区使用在交界处以冗余边界线为边界形成重叠边界区域，步骤a3中，完成配对的自行走设备，在各自预分区和预分区边界处的充电边界区域内移动，同一时间段，相邻预分区之间的重叠边界区域仅有一台自行走设备进入进行工作。

10.如权利要求10所述的多区域多台割草机工作系统及控制方法，其特征在于，步骤a2’中，偏置预设距离不小于单台割草机切割宽度。

11.如权利要求7所述的多区域多台割草机工作系统及控制方法，其特征在于，阈值I电量可以设定在满电量的30%-60%之间，阈值II电量可以设定在满电量的5%-30%之间。

12.如权利要求9所述的多区域多台割草机工作系统及控制方法，其特征在于，所述分界线均为连续边界，分界线路径上无障碍物和信号盲区。

13.如权利要求9所述的多区域多台割草机工作系统及控制方法，其特征在于，所述重叠边界区域内无不可移动障碍物。

Images