CN113359770B - 自动行走设备间的协同运行控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种自动行走设备间的协同运行控制方法及系统。本申请可通过外部平台或者自动行走设备内置的交互单元，确认同一工作区域内各自动行走设备之间的位置关系，从而在相邻两自动行走设备距离小于预设阈值时，根据自动行走设备自身的运行参数确定两者之间的优先级，以保证至少一台设备能够沿原先工作路径运行，保证其能够完整遍历相应作业区域。本申请能够在保护各自动行走设备安全作业的前提下，提高作业区域重叠的各设备之间的协同作业效率，提升整体的割草作业效果。

Description

自动行走设备间的协同运行控制方法及系统

技术领域

本申请涉及自动行走设备领域，具体而言涉及一种自动行走设备间的协同运行控制方法及系统。

背景技术

割草机等自动行走设备普遍使用安装在机身上的超声波、碰撞检测或者图像识别等传感器件实现对障碍物的检测和避让。当工作区域内同时运行有两台或者多台自动行走设备同时进行作业时，需要分别通过各自动行走设备上所搭载的传感器实现对其他自动行走设备的感知，以判断其他设备是否为本设备行进路线上的障碍物，以便在遇到其他自动行走设备后迅速执行后退、转弯等避障操作，保证设备安全。

现有的这种自动行走设备间的避让方法可能会导致两台自动行走设备在近距离接触时，需要分别多次执行障碍物检测、后退、转弯等动作才能相互避让错开，降低了设备的运行效率。

同时，由于现有技术下，两台自动行走设备在运行过程中均会为了避让对方，而改变其预设好的行走路线。因此，现有的自动行走设备间的避让方法会破坏自动行走设备对原先规划的工作路径的遍历，改变原先规划的作业范围，导致工作区域中部分区域无设备运行，影响对该区域的作业效果。

发明内容

本申请针对现有技术的不足，提供一种自动行走设备间的协同运行控制方法及系统，本申请根据工作区域内两自动行走设备之间的位置距离触发工作路径协调机制，使得部分自动行走设备保持原工作路径运行，而另一部分自动行走设备进行避让，由此在所有设备安全运行的前提下进一步保证避让后对各自动行走设备对工作区域内地面的作业效果。本申请具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种自动行走设备间的协同运行控制方法，其包括：获取工作区域内自动行走设备间的位置关系；在两自动行走设备之间距离 小于预设阈值时，比较两自动行走设备的运行参数，判断两自动行走设备之间的优先级；触发优先级较低的自动行走设备避让或等待，保持优先级较高的自动行走设备按照其原先的工作路径继续运行。

可选的，如上任一所述的自动行走设备间的协同运行控制方法，其中，工作区域内自动行走设备间的位置关系，由以下步骤获得：由自动行走设备外部的管理平台统一接收各自动行走设备上传的定位信息，根据各所述定位信息判断工作区域内各自动行走设备间的位置关系。

可选的，如上任一所述的自动行走设备间的协同运行控制方法，其中，工作区域内自动行走设备间的位置关系，由以下步骤获得：各自动行走设备分别实时接收传感信号和/或分别实时接收其他自动行走设备的交互信号，分别根据所述传感信号和/或交互信号检测其他自动行走设备与本设备之间的距离。

可选的，如上任一所述的自动行走设备间的协同运行控制方法，其中，自动行走设备的运行参数包括以下任意一种或其组合：自动行走设备的作业时间，自动行走设备已完成作业的工作区域范围占比，预先设定的标识数据。

可选的，如上任一所述的自动行走设备间的协同运行控制方法，其中，根据自动行走设备的运行参数，判断两自动行走设备之间优先级的步骤包括：判断作业时间较长的自动行走设备具有较高优先级；或者，判断已完成作业的工作区域范围占比较大的自动行走设备具有较高优先级；或者，判断预先设定的标识数据较大的自动行走设备具有较高优先级；或者，综合若干运行参数，按照预设的权重占比或按照预设的顺序判断各运行参数符合优先级评判标准的自动行走设备具有较高优先级。

可选的，如上任一所述的自动行走设备间的协同运行控制方法，其中，在两自动行走设备之间距离小于预设阈值时，还进一步判断两自动行走设备的工作路径是否相交：若两自动行走设备的工作路径相交，则，直接触发优先级较低的自动行走设备避让、等待，保持优先级较高的自动行走设备按照其原先的工作路径继续运行，或者进一步判断两自动行走设备运行至相交点的间隔时间，仅在两自动行走设备运行至相交点的间隔时间低于安全间隔时长时，触发优先级较低的自动行走设备避让、等待，保持优先级较高的自动行走设备按照其原先的工作路径继续运行；若两自动行走设备的工作路径不相交，则，保持两自动行走设备均分别按照其原先的工作路径继续运行。

同时，为实现上述目的，本申请还提供一种自动行走设备间的协同运行控制系统，其包括：位置信息获取装置，用于获取工作区域内自动行走设备间的位置关系；运行控制单元，其在两自动行走设备之间距离 小于预设阈值 时，比较两自动行走设备的运行参数，判断两自动行走设备之间的优先级，触发优先级较低的自动行走设备避让或等待，保持优先级较高的自动行走设备按照其原先的工作路径继续运行。

可选的，如上任一所述的自动行走设备间的协同运行控制系统，其中，所述位置信息获取装置为设置在自动行走设备外的管理平台中的定位信息接收单元，所述定位信息接收单元接收各自动行走设备上传的定位信息，根据各所述定位信息判断工作区域内各自动行走设备间的位置关系；所述运行控制单元为设置在自动行走设备外的管理平台中的控制端口，其在两自动行走设备之间距离 小于预设阈值 时，根据自动行走设备的运行参数，输出控制信号以触发优先级较低的自动行走设备避让、等待，而保持优先级较高的自动行走设备按照其原先的工作路径继续运行。

可选的，如上任一所述的自动行走设备间的协同运行控制系统，其中，所述位置信息获取装置为分别安装在每一个自动行走设备内的距离传感单元和/或定位交互信号接收单元，用于接收距离传感信号和/或接收其他自动行走设备的定位交互信号以获取工作区域内自动行走设备间的位置关系；所述运行控制单元分别设置在每一个自动行走设备上，用于根据自动行走设备间的位置关系，在本设备与其他自动行走设备之间距离 小于预设阈值 时，根据自动行走设备的运行参数，输出控制信号以在本设备优先级较低时触发本设备避让、等待，在本设备优先级较高时保持本设备按照其原先的工作路径继续运行。

可选的，如上任一所述的自动行走设备间的协同运行控制系统，其中，所述运行控制单元在两自动行走设备之间距离小于预设阈值时，还进一步判断两自动行走设备的工作路径是否相交：若两自动行走设备的工作路径相交，则，直接触发优先级较低的自动行走设备避让、等待，保持优先级较高的自动行走设备按照其原先的工作路径继续运行，或者进一步判断两自动行走设备运行至相交点的间隔时间，仅在两自动行走设备运行至相交点的间隔时间低于安全间隔时长时，触发优先级较低的自动行走设备避让、等待，保持优先级较高的自动行走设备按照其原先的工作路径继续运行；若两自动行走设备的工作路径不相交，则，保持两自动行走设备均分别按照其原先的工作路径继续运行。

有益效果

本申请可通过外部平台或者自动行走设备内置的交互单元，确认同一工作区域内各自动行走设备之间的位置关系，从而在相邻两自动行走设备之间距离小于预设阈值时，根据自动行走设备自身的运行参数确定两者之间的优先级，触发工作路径协调机制，使得部分自动行走设备保持原工作路径运行，而另一部分自动行走设备进行避让，由此在所有设备安全运行的前提下进一步保证至少一台设备能够沿其原先的工作路径运行，保证其能够完整遍历相应作业区域。由此，本申请能够在触发避让机制后，在各自动行走设备安全运行的前提下，提高作业区域重叠的各设备之间的协同作业效率，提升各自动行走设备协同对工作区域内地面整体的作业效果。

本申请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，或者通过实施本申请而了解。

附图说明

附图用来提供对本申请的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本申请的实施例一起，用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中：

图1是本申请的第一种自动行走设备间的协同运行方式的示意图；

图2是本申请的第二种自动行走设备间的协同运行方式的示意图；

图中，1表示第一自动行走设备；2表示第二自动行走设备；3表示第三自动行走设备；4表示第四自动行走设备，5表示管理平台。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

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）具有与本申请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。

本申请中所述的“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。

本申请中所述的“内、外”的含义指的是相对于工作区域本身而言，指向工作区域边界线所包围的区域范围内部的方向为内，反之为外；而非对本申请的装置机构的特定限定。

本申请中所述的“左、右”的含义指的是使用者正对自动行走设备前进方向时，使用者的左边即为左，使用者的右边即为右，而非对本申请的装置机构的特定限定。

本申请中所述的“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。

参考图1，以同一工作区域内布置有两台自动行走设备为例说明本申请的第一种实现方式。

图1中的第一自动行走设备1和第二自动行走设备2可分别设置为包括内嵌设置的：

位置信息获取装置，其能够通过蓝牙定位技术或者其他定位技术获取工作区域内自动行走设备间的位置关系；

运行控制单元，其在两自动行走设备之间距离D1小于预设阈值，即图1中所标D2或D3时，触发两自动行走设备之间进行交互，以根据交互数据比较两自动行走设备的运行参数，判断两自动行走设备之间的优先级，从而进一步触发优先级较低的自动行走设备执行避让或等待，而保持优先级较高的自动行走设备能够按照其原先的工作路径继续运行，继续完成对其原先设定的遍历路径的遍历，保证对其原先所设定的遍历路径区域范围的作业效果。

在具体实现时，所述位置信息获取装置可通过分别安装在每一个自动行走设备内的距离传感单元和/或定位交互信号接收单元实现，其接收距离传感信号和/或接收其他自动行走设备的定位交互信号以获取工作区域内自动行走设备间的位置关系；

而自动行走设备内部的运行控制单元可响应于位置信息获取装置的信号，根据自动行走设备间的位置关系，在本设备与其他自动行走设备之间距离小于预设阈值时，根据自动行走设备的运行参数，在本设备优先级较低时输出控制信号以触发本设备避让、等待，而在本设备优先级较高时不输出调整信号，或者输出保持信号，以驱动本设备的行走单元保持沿本设备其原先的工作路径继续运行。

其中的定位交互信号接收单元可由高精度卫星定位模块、UWB定位传感器、惯性导航传感器等模块获取自动行走在工作区域中的相对位置或者绝对位置，配合相应的蓝牙或者射频收发模块，通过蓝牙技术、超带宽技术、射频识别技术、wifi技术、zigbee技术等实现定位位置信号的交互。

参考图2所示，在另一种实现方式下，各自动行走设备之间还可通过外设的管理平台5实现实时的位置交互，以实现对工作路径的协调，保证部分自动行走设备能够沿原工作路径运行，而另一部分自动行走设备进行避让保障安全。

图2系统中，设置在自动行走设备外的管理平台中设置有定位信息接收单元作为位置信息获取装置。该定位信息接收单元统一接收各自动行走设备通过蓝牙技术、超带宽技术、射频识别技术、wifi技术、zigbee技术所上传的实时定位信息，进而根据各所述定位信息判断工作区域内各自动行走设备间的位置关系；

此实现方式下，调度各自动行走设备进行避障运行的运行控制单元可通过设置在管理平台5中的控制端口实现。其根据定位信息，在第三自动行走设备3与第四自动行走设备4之间距离D4小于预设阈值时，根据自动行走设备的运行参数，输出控制信号以触发优先级较低的自动行走设备避让、等待，而保持优先级较高的自动行走设备按照其原先的工作路径继续运行。

上述各实现方式下，内嵌或外设的运行控制单元均可设置通过以下任意的方式进行自动行走设备之间路权优先级的评判：

判断作业时间较长的自动行走设备具有较高优先级；

或者，判断已完成作业的工作区域范围占比较大的自动行走设备具有较高优先级；

或者，判断预先设定的标识数据较大的自动行走设备具有较高优先级；

或者，综合若干运行参数，按照预设的权重占比计算运行参数，判断各运行参数符合优先级评判标准的自动行走设备具有较高优先级；

或者，综合若干运行参数，按照预设的顺序比较各运行参数，判断符合优先级评判标准的自动行走设备具有较高优先级。

上述判断过程所依据的运行参数可任意选取为自动行走设备的作业时间，自动行走设备已完成作业的工作区域范围占比，或者自动行走设备的串码等预先设定的标识数据。

由此，图2所示的远程调度方式下：

各自动行走设备将机器实时位置信息发送到设备管理平台，平台根据机器实时上报的作业数据，通过一定的算法确定机器间是否存在碰撞可能，进而执行避让操作，发送相应控制信息使一台机器原地等待，而使另一台机器优先通过。

平台对机器之间路权优先级的判定可以采用设备上线时间，谁上线时间早谁拥有优先通过权；或者使用机器当前割草作业任务的完成百分比，任务完成度高的机器拥有优先通过权；或者机器自身的串码数据大小，确定路径优先权；也可综合上述多个判定条件综合进行评估。

而在图1所示的本地调度方式下：

各自动行走设备分别通过蓝牙定位技术或者其他定位技术，实时监测机器周围一定距离内的其他设备位置，判断附近机器的移动方向、速度等信息，在判断设备间距离过近存在碰撞可能时，可根据设备运行时间，作业任务完成百分比、串码数据大小等信息确定谁拥有路权可以优先通过。

在更为具体的实现方式下，以图1为例，当一块场地上需要多台割草机等自动行走设备进行作业时，各设备可通过RF通信网络将机器位置信息发送给基站。基站通过自定义的协议格式将各机器的位置信息、航向、速度、进度、已运行时间和/或串码编号等数据广播给场地上的所有相关割草机。

此时，若场地上有第一自动行走设备1和第二自动行走设备2，其通过广播获得的坐标信息计算得知其两者位置较近，则第一自动行走设备1号可在得到第二自动行走设备2的坐标后，根据两台机器的坐标信息得到两机器之间的相对位置，同时，相应地，自动行走设备2也可以获得第一自动行走设备1相对于其的位置关系。如图1所示，当两机器之间距离D1小于机器路径管理范围D2时，两设备分别各自判断其自身的优先级是否比对方较高，由此可根据优先级大小，保障其中一台机器优先通过，而触发另一台机器原地等待或者执行避让以保障安全。

为了进一步提高多机协作运行的效率，当D1小于机器路径管理范围D2时，还可触发机器开始预测对方的行进路线及位置是否会与自己的行进路线及位置交叉，进而进一步评估交叉位置处是否可能发生碰撞。如果根据各自设备运行速度和运行方向评估存在发生碰撞的可能，则可根据设备的作业进度信息或者已运行时间长短等数据评估优先级，在确定自身优先级较低时驱动行走轮停下等待对方优先通过；如果根据各自设备运行速度和运行方向评估不会发生碰撞，则两台机器可分别继续按照原定参数运行。

在进行是否可能碰撞的判断时，可以根据两机器人运行路线是否相交、两机器人到达路线相交点时间是否相同，或两自动行走设备运行至相交点的间隔时间是否低于安全间隔时长等方式进行判断，以尽量避免非必要地干预设备运行。

在实际控制过程中，在运行安全性要求较高的场景下，还可以在上述进行是否可能碰撞的判断时，采用安全冗余的方式：当计算判定两机器运行路线相交时，即启动对路权优先级的判断，以保证优先级高的机器先通过，而阻止其他机器尝试通过。以此保障机器之间完全不会因为控制时延、定位误差等各种因素在路径交叉点位置出现碰撞。

由此，本申请通过采用基于定位技术的机器轮廓预测与避让通过技术，根据机器运行参数划分机器路权，控制相应机器进行避让而保障其他设备能够维持正常运行。由此，本申请能够有效提高多机器协同作业的工作效率。

以上仅为本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动行走设备间的协同运行控制方法，其特征在于，包括：

各自动行走设备分别通过基站获取工作区域内各自动行走设备间的位置关系；

在任意两自动行走设备之间距离小于预设阈值时，进一步判断两自动行走设备的工作路径是否相交；

若不相交，则保持两自动行走设备均分别按照其原先的工作路径继续运行；若相交，则进一步判断两自动行走设备运行至相交点的间隔时间是否低于安全间隔时长，若不低于安全间隔时长则保持自动行走设备分别继续按照原定参数运行，若低于则比较两自动行走设备的运行参数，判断两自动行走设备之间的优先级，触发优先级较低的自动行走设备避让或等待，保持优先级较高的自动行走设备按照其原先的工作路径继续运行。

2.如权利要求1所述的自动行走设备间的协同运行控制方法，其特征在于，工作区域内自动行走设备间的位置关系，由以下步骤获得：

由自动行走设备外部的管理平台统一接收各自动行走设备上传的定位信息，根据各所述定位信息判断工作区域内各自动行走设备间的位置关系。

3.如权利要求1所述的自动行走设备间的协同运行控制方法，其特征在于，工作区域内自动行走设备间的位置关系，由以下步骤获得：

各自动行走设备分别实时接收传感信号和/或分别实时接收其他自动行走设备的交互信号，分别根据所述传感信号和/或交互信号检测其他自动行走设备与本设备之间的距离。

4.如权利要求1-3任一所述的自动行走设备间的协同运行控制方法，其特征在于，自动行走设备的运行参数包括以下任意一种或其组合：

自动行走设备的作业时间，自动行走设备已完成作业的工作区域范围占比，预先设定的标识数据。

5.如权利要求4所述的自动行走设备间的协同运行控制方法，其特征在于，根据自动行走设备的运行参数，判断两自动行走设备之间优先级的步骤包括：判断作业时间较长的自动行走设备具有较高优先级；

或者，判断已完成作业的工作区域范围占比较大的自动行走设备具有较高优先级；

或者，判断预先设定的标识数据较大的自动行走设备具有较高优先级；

或者，综合若干运行参数，按照预设的权重占比或按照预设的顺序判断各运行参数符合优先级评判标准的自动行走设备具有较高优先级。

6.如权利要求1所述的自动行走设备间的协同运行控制方法，其特征在于，在两自动行走设备之间距离小于预设阈值时，还进一步判断两自动行走设备的工作路径是否相交：

若两自动行走设备的工作路径相交，则，直接触发优先级较低的自动行走设备避让、等待，保持优先级较高的自动行走设备按照其原先的工作路径继续运行，或者进一步判断两自动行走设备运行至相交点的间隔时间，仅在两自动行走设备运行至相交点的间隔时间低于安全间隔时长时，触发优先级较低的自动行走设备避让、等待，保持优先级较高的自动行走设备按照其原先的工作路径继续运行。

7.一种自动行走设备间的协同运行控制系统，其特征在于，其安装于各自动行走设备上，包括：

位置信息获取装置，用于获取工作区域内自动行走设备间的位置关系；

运行控制单元，其在两自动行走设备之间距离小于预设阈值时，进一步判断两自动行走设备的工作路径是否相交；若不相交，则保持两自动行走设备均分别按照其原先的工作路径继续运行；若相交，则进一步判断两自动行走设备运行至相交点的间隔时间是否低于安全间隔时长，若不低于安全间隔时长则保持自动行走设备分别继续按照原定参数运行，若低于则比较两自动行走设备的运行参数，判断两自动行走设备之间的优先级，触发优先级较低的自动行走设备避让或等待，保持优先级较高的自动行走设备按照其原先的工作路径继续运行。

8.如权利要求7所述的自动行走设备间的协同运行控制系统，其特征在于，所述位置信息获取装置还包括设置在自动行走设备外的管理平台中的定位信息接收单元，所述定位信息接收单元接收各自动行走设备上传的定位信息，根据各所述定位信息判断工作区域内各自动行走设备间的位置关系；

所述运行控制单元还包括设置在自动行走设备外的管理平台中的控制端口，其在两自动行走设备之间距离小于预设阈值时，根据自动行走设备的运行参数，输出控制信号以触发优先级较低的自动行走设备避让、等待，而保持优先级较高的自动行走设备按照其原先的工作路径继续运行。

9.如权利要求7所述的自动行走设备间的协同运行控制系统，其特征在于，所述位置信息获取装置为分别安装在每一个自动行走设备内的距离传感单元和/或定位交互信号接收单元，用于接收距离传感信号和/或接收其他自动行走设备的定位交互信号以获取工作区域内自动行走设备间的位置关系；

所述运行控制单元分别设置在每一个自动行走设备上，用于根据自动行走设备间的位置关系，在本设备与其他自动行走设备之间距离小于预设阈值时，根据自动行走设备的运行参数，输出控制信号以在本设备优先级较低时触发本设备避让、等待，在本设备优先级较高时保持本设备按照其原先的工作路径继续运行。

10.如权利要求7-9任一所述的自动行走设备间的协同运行控制系统，其特征在于，所述运行控制单元在两自动行走设备之间距离小于预设阈值时，还进一步判断两自动行走设备的工作路径是否相交：

若两自动行走设备的工作路径相交，则，直接触发优先级较低的自动行走设备避让、等待，保持优先级较高的自动行走设备按照其原先的工作路径继续运行，或者进一步判断两自动行走设备运行至相交点的间隔时间，仅在两自动行走设备运行至相交点的间隔时间低于安全间隔时长时，触发优先级较低的自动行走设备避让、等待，保持优先级较高的自动行走设备按照其原先的工作路径继续运行；

若两自动行走设备的工作路径不相交，则，保持两自动行走设备均分别按照其原先的工作路径继续运行。

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