CN112731934A - 基于区域分割的智能割草机快速回充电站的方法 - Google Patents

Abstract

一种基于区域分割的智能割草机快速回充电站的方法，利用获取的工作区域边界信息，将工作区域划分成网格形区域，充电站完全位于其中一个区域中，当电量低于预设阈值时，设备返回充电站进行充电，返回充电站的步骤如下：S1、自行走设备确定自己所在网格区域；S2、从与自身所在网格区域相邻的所有网格区域中选择离充电站所在网格区域距离最近的区域作为下一行走目标区域，并向目标区域行走；S3、到达S2中目标区域后，继续重复S2，直至到达充电站所在区域；S4、到达充电站所在区域后沿返回路线返回充电站进行充电。所述的基于区域分割的智能割草机快速回充电站的方法，可以使自行走设备较快的返回充电站。

Description

基于区域分割的智能割草机快速回充电站的方法

技术领域

本发明涉及花园工具领域，具体而言涉及基于区域分割的智能割草机快速回充电站的方法。

背景技术

智能型自行走设备已经得到广泛普及。智能型自行走设备的运行多依赖于电能，为保证自行走设备运行稳定，当自行走设备的电能储备低于一定的预设值时，则会自动返回预先设置的充电站。返回充电站后，自行走设备与充电站内设置的充电设备对接，自动进行充电。现有的技术中，一般采用如下的三种方式控制自行走设备，使其能够自动返回预先设置的充电站。

第一种方式下，首先保持自行走设备沿当前航向继续前行，直到其遇到边界线。自行走设备遇到边界线后，沿边界线行走，回到充电站。此种方式的不足之处在于，由于实际计算自行走设备位置时会相比自行走设备实际位置出现较大偏差，有较大概率会使机器人会沿规划路径行走至超过充电站、充电站的位置。此时，需要沿边界线行走更多距离，甚至出现绕场地一周的情况。

第二种方式下，需要事先记录场地中场强或其它信息。在自行走设备需要返回充电站时，将存储的场强等信息与当前信息比较，以此调整自行走设备返回充电站的路线。此种方式需要事先记录信息，并且，对场地布置有较高要求，实现过程比较繁琐。

第三种方式下，需要根据自行走设备的坐标信息进行计算，根据计算结果调整设备返回充电站的路线。此种方式，易受定位精度的影响，当定位出现偏差时，会导致设备返回时偏离充电站位置。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于区域分割的智能割草机快速回充电站的方法，可以使自行走设备较快的返回充电站，其步骤包括：

a1、自行走设备通过定位模块获取工作区域边界信息和充电站位置信息；

a2、利用获取的工作区域边界信息，将工作区域划分成网格形区域，所述充电站完全位于其中一个区域中；

a3、自行走设备在工作区域内运行，当电量低于预设阈值时，返回充电站进行充电。

步骤a3中返回充电站的步骤如下：

S1、自行走设备通过定位模块获取自身实时位置并确定自己所在网格区域；

S2、从与自身所在网格区域相邻的所有网格区域中选择离充电站所在网格区域距离最近的区域作为下一行走目标区域，并向目标区域行走；

S3、到达S2中目标区域后，继续重复S2，直至到达充电站所在区域；

S4、到达充电站所在区域后沿返回路线返回充电站进行充电。

作为本方案的一种改进，所述网格区域中，每个独立区域的长度不小于充电站长度，宽度不小于充电站宽度。

作为本方案的一种改进，步骤S2中，判定距离最近的具体条件为：区域中心位置距离充电站所在区域中心位置直线长度最短。

作为本方案的一种改进，所述步骤S2中，与自行走设备所在网格区域相邻的网格区域具体为侧边相接的网格区域。

作为本方案的一种改进，步骤S4中，具体的返回路线包括首尾依次连接的返回路线a、返回路线b和返回路线c，其中：

返回路线a:方向垂直于方向Yaw0且由边界线指向工作区域内；

返回路线b: 方向与方向Yaw0相反；

返回路线c : 方向垂直于方向Yaw0且由工作区域内指向边界线；

方向Yaw0为自行走设备进入基站的行走方向。

进一步：

返回路线a:线路长度不小于单个网格区域宽度；

返回路线b:线路长度不小于单个区域长度与自行走设备自身长度之和；

返回路线c :线路长度根据自行走设备由实时位置到达边界线2的实际情况而定。

作为本方案的一种改进，所述自行走设备进入充电站所在网格区域后，判断自身与充电站相对位置，根据相对位置选择返回路线a、返回路线b和返回路线c中的至少一条行走。

作为本方案的一种改进，充电站设置于边界线上，自行走设备可以从充电站的三个侧面靠近充电站，其中，第一接近侧由边界线指向工作区域内侧，第二接近侧和第三接近侧方向相对且均平行于充电站所在边界线，自行走设备由第三接近侧方向进入充电站。

作为本方案的一种改进，当自行设备分别从第一接近侧、第二接近侧或第三接近侧进去基站所在区域时，选取不同的返回路线行走，具体如下：

当自行走设备从充电站第一接近侧靠近时，自行走设备沿返回路线b行走到达充电站第三接近侧方向所在区域，然后沿返回路线c到达边界线，最后沿边界线行走进站充电；

当自行走设备从充电站第二接近侧靠近时，自行走设备沿返回线路a行走到达拐点后，再沿返回路线b行走到达充电站第三接近侧方向所在区域，然后沿返回路线c到达边界线，最后沿边界线行走进站充电；

当自行走设备从充电站第三接近侧靠近时，自行走设备直接沿返回路线c到达边界线，最后沿边界线行走进站充电。

作为本方案的一种改进，自行走设备与充电站之间建立无线通信连接，可以进行数据交换。

有益效果

本发明在通过对工作区域进行网格区域划分，当自行走设备需要返回充电站充电时，通过依次进入更靠近充电站所在区域的网格，直至行走至充电站所在区域，在沿预设的返回路线进入充电站，整个过程可以避免自行走设备由于行走偏差导致的返回路线增加，能保证自行走设备在工作区域内任意位置均可以较为快速的返回充电站进行充电。

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是本发明应用场景示意图；

图2是所述充电站示意图；

图3是工作区域区域分割示意图；

图4是自行走设备返回充电站路线示意图。

附图标记为：1、充电站；2、边界线；3、3a、3b、3c均表示自行走设备；101、第一接近侧；102、第二接近侧；103、第三接近侧；401、返回线路a；402、返回线路b；403、返回线路c。

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。

如图1所示是自行走设备3在工作区域内工作状态示意图，本实施例中，自行走设备3为割草机器人。由图可知，工作区域边界由边界线2划定，该边界线2可以是电子篱笆等实体边界，也可以是通过定位装置等划定的虚拟地图边界。充电站1设置于边界线2上，割草机器人在边界线2区域内移动。通常充电站1只有一个进入方向，如图1和2所示，充电站1设置于工作区域一侧的边界线2上，在工作区域范围内，割草机器人可以从充电站1的三个侧面靠近充电站1，其中，第一接近侧101由边界线2指向工作区域内侧，第二接近侧102和第三接近侧103位于边界线2上，通常割草机器人只能从第二接近侧102或者第三接近侧103中的一个进入充电站1进对接充电。本实施例中，第三接近侧103为割草机器人可以进入充电站1的侧面。

自行走设备3包括行走系统用于进行移动，包括定位模块、惯导模块等用于确定自身实时位置，包括功能模块用于实现具体的使用功能，例如功能模块为切割单元，切割单元可以实现割草动作。自行走设备3和充电站1还包括无线通信模块，可以实现数据交换。定位模块可以是GPS模块等。

下面具体介绍本申请所公开的割草机器人快速回充电站1的方法。

在第一次使用自行走设备3时，将自行走设备3放置在充电站1，通过定位模块获取充电站1所在位置的坐标(x0,y0)，并存储。通过惯导模块获取自行走设备3的初始朝向Yaw0，如图4所示。控制自行走设备3在第一次运行时沿着边界线2行走一圈，通过定位模块记录下此过程中的横坐标和纵坐标的最大最小值xmax,xmin, ymax,ymin。自行走设备3根据场地尺寸将整个场地划分为MxN个区域，充电站1完全位于其中一个独立区域中，记录下充电站1所在区域(X0,Y0)。划分区域时，每个区域长宽均不小于自行充电站1自身的长宽尺寸。本实施例中，划分区域后，每个独立区域的长宽为充电站1长宽尺寸的两倍。由于区域划分是利用定位模块获取的坐标进行，同时在之前过程中，已经记录了充电站1所在位置坐标，所以，通过计算可以获得划分区域后，每个区域中心位置距离充电站1的直线距离以及任意两个区域中心位置之间的距离。

自行走设备3在工作区域内行走过程中，如果检测到电量低于预设阈值时，则进行返回充电站1充电的动作。自行走设备3在返回充电站1时，假设此时位于区域(X,Y)，从与自身所在区域(X,Y)相邻的所有区域中选择离区域(X0,Y0)距离最近的区域作为下一行走目标区域，设为(Xk,Yk)。判定距离最近的具体条件为：区域中心位置距离充电站1所在区域（X0，Y0）中心位置直线长度最短。自行走设备3控制行走模块往区域(Xk,Yk)行走。到达区域(Xk,Yk)后，再从与区域(Xk,Yk)相邻的所有区域中选择离区域(X0,Y0)最近的区域(Xk+1,Yk+1)作为下一行走目标区域。自行走设备3总是从实时所处区域相邻的所有区域中选择距离区域(X0,Y0)最近的区域行走，直到自行走设备3到达区域(X0,Y0)。当行走至区域（X0，Y0）是，进行进站动作。

在实际行走过程中，自行走设备3由自身所在区域(X,Y)行走至区域(Xk,Yk)的行走方向可以由自行走设备3实时位置至区域(Xk,Yk)中心位置的连线方向确定。由于自行走设备3行走过程中可能出现偏差，如果自行走设备3沿计算方向进入了除区域(Xk,Yk)以外的其他区域，也可以以该区域为新的起始点，继续寻找相邻的所有区域中选择离区域(X0,Y0)最近的区域并向其行走，最终可以到达区域（X0，Y0），进行进站动作。

利用区域(X0,Y0)及位于充电站1第三接近侧103的一个或多个相邻区域，设定返回路线a、返回路线b和返回路线c。返回路线a:方向垂直于Yaw0且由边界线2指向工作区域内，在图4的实施例中，具体方向为Yaw0+90°，线路长度为单个区域宽度；返回路线b: 方向与Yaw0相反，线路长度为2倍的单个区域长度；返回路线c : 方向垂直于Yaw0且由工作区域内指向边界线2，如图4所示的具体事例中，方向为Yaw0+90，线路长度根据自行走设备3由实时位置到达边界线22的实际情况而定。

自行走设备3到达区域（X0,Y0）后，依次执行返回路线a、返回路线b和返回路线c三条路线的行走动作，可以最终到达靠近充电站1第三接近侧103的边界线2，自行走设备3到达边界线2后，沿边界线2方向行走入充电站1中进行充电。通过上述方法，使自行走设备3先行走至充电站1所在的区域中，并执行返回充电站1的动作，可以避免自行走设备3由于定位精度误差、方向偏差等问题，可能出现绕行边界线2一周返回充电站1的情况，保证自行走设备3以一个较短的行驶路径即可返回充电站1。

由于自行走设备3在实际行走过程中，可能出现路线偏差，利用本方法划定的区域自身尺寸较大，自行走设备3行走偏差相对于较大的划分区域来说，影响被大大减小。同时，利用本方法，自行走位于工作区域任一位置，均可以较快的获取返回充电站1路径。如图3所示，自行走设备3在实际运行过程中，可能位于3a或3b或3c等位置，利用上述返回充电站1的方法，可以较快的规划出返回充电站1的行走路线。

为了进一步提高自行走设备3进站效率，提高自行走设备3返回充电站1的速度，下面对进站动作进行进一步的改进。

自行走设备3到达区域(X0,Y0)后会有3种情况，分别从第一接近侧101、第二接近侧102或者第三接近侧103驶向基站。

当自行走设备3从充电站1第一接近侧101靠近时，充电站1探测到自行走设备3靠近，并通过无线通信模块将相对位置发送给自行走设备3。自行走设备3沿返回路线b行走到达充电站1第三接近侧103方向所在区域，然后沿返回路线c到达边界线2，最后沿边界线2行走进站充电。

当自行走设备3从充电站1第二接近侧102靠近时，充电站1探测到自行走设备3靠近，并通过无线通信模块将相对位置发送给自行走设备3。自行走设备3沿返回线路a401行走到达拐点后，自行走设备3沿返回路线b行走到达充电站1第三接近侧103方向所在区域，然后沿返回路线c到达边界线2，最后沿边界线2行走进站充电。

当自行走设备3从充电站1第三接近侧103靠近时，充电站1探测到自行走设备3靠近，并通过无线通信模块将相对位置发送给自行走设备3。自行走设备3直接沿返回路线c到达边界线2，最后沿边界线2行走进站充电。

在实际应用时，可以通过多种方式判断自行走设备3从充电站1哪一侧靠近充电站1，例如上述实施例已经说明的通过定位模块获取自行走设备3相对于充电站1的相对位置。除了上述方法，还可以通过超声波、激光雷达、视觉传感器等其他方法确定自行走设备3相对于充电站1的具体位置，进而判断使用何种线路返回充电站1进行充电。

还可以在充电站1上设置多个不同位置的传感器获取自行走设备3与充电站1之间通信连接的信号强度，通过信号强度也可判断出自行走设备3相对于基站的位置，方便进行后续路线选择。

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)

1.一种基于区域分割的智能割草机快速回充电站的方法，包括如下步骤：

a1、自行走设备通过定位模块获取工作区域边界信息和充电站位置信息；

a2、利用获取的工作区域边界信息，将工作区域划分成网格形区域，所述充电站完全位于其中一个区域中；

a3、自行走设备在工作区域内运行，当电量低于预设阈值时，返回充电站进行充电；

其特征在于，步骤a3中返回充电站的步骤如下：

S1、自行走设备通过定位模块获取自身实时位置并确定自己所在网格区域；

S2、从与自身所在网格区域相邻的所有网格区域中选择离充电站所在网格区域距离最近的区域作为下一行走目标区域，并向目标区域行走；

S3、到达S2中目标区域后，继续重复S2，直至到达充电站所在区域；

S4、到达充电站所在区域后沿返回路线返回充电站进行充电。

2.如权利要求1所述的基于区域分割的智能割草机快速回充电站的方法，其特征在于，所述网格区域中，每个独立区域的长度不小于充电站长度，宽度不小于充电站宽度。

3.如权利要求1或2所述的基于区域分割的智能割草机快速回充电站的方法，其特征在于，步骤S2中，判定距离最近的具体条件为：区域中心位置距离充电站所在区域中心位置直线长度最短。

4.如权利要求3所述的基于区域分割的智能割草机快速回充电站的方法，其特征在于，所述步骤S2中，与自行走设备所在网格区域相邻的网格区域具体为侧边相接的网格区域。

5.如权利要求4所述的基于区域分割的智能割草机快速回充电站的方法，其特征在于，步骤S4中，具体的返回路线包括首尾依次连接的返回路线a、返回路线b和返回路线c，其中：

返回路线a:方向垂直于方向Yaw0且由边界线指向工作区域内；

返回路线b: 方向与方向Yaw0相反；

返回路线c : 方向垂直于方向Yaw0且由工作区域内指向边界线；

方向Yaw0为自行走设备进入基站的行走方向。

6.如权利要求5所述的基于区域分割的智能割草机快速回充电站的方法，其特征在于，

返回路线a:线路长度不小于单个网格区域宽度；

返回路线b:线路长度不小于单个区域长度与自行走设备自身长度之和；

返回路线c :线路长度根据自行走设备由实时位置到达边界线2的实际情况而定。

7.如权利要求5或6任一所述的基于区域分割的智能割草机快速回充电站的方法，其特征在于，所述自行走设备进入充电站所在网格区域后，判断自身与充电站相对位置，根据相对位置选择返回路线a、返回路线b和返回路线c中的至少一条行走。

8.如权利要求7所述的基于区域分割的智能割草机快速回充电站的方法，其特征在于，充电站设置于边界线上，自行走设备可以从充电站的三个侧面靠近充电站，其中，第一接近侧由边界线指向工作区域内侧，第二接近侧和第三接近侧方向相对且均平行于充电站所在边界线，自行走设备由第三接近侧方向进入充电站。

9.如权利要求8所述的基于区域分割的智能割草机快速回充电站的方法，其特征在于，

当自行走设备从充电站第一接近侧靠近时，自行走设备沿返回路线b行走到达充电站第三接近侧方向所在区域，然后沿返回路线c到达边界线，最后沿边界线行走进站充电；

当自行走设备从充电站第二接近侧靠近时，自行走设备沿返回线路a行走到达拐点后，再沿返回路线b行走到达充电站第三接近侧方向所在区域，然后沿返回路线c到达边界线，最后沿边界线行走进站充电；

当自行走设备从充电站第三接近侧靠近时，自行走设备直接沿返回路线c到达边界线，最后沿边界线行走进站充电。

10.如权利要求9所述的基于区域分割的智能割草机快速回充电站的方法，其特征在于，自行走设备与充电站之间建立无线通信连接，可以进行数据交换。

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