CN113419529A - 一种机器自动引导故障机器的方法和自行走设备 - Google Patents

一种机器自动引导故障机器的方法和自行走设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种机器自动引导故障机器的方法和自行走设备，在所述机器上设置有追踪检测模块、定位单元和通信模块，所述追踪检测模块能够检测并追踪其它机器，所述通信模块能够实现机器之间的实时通信，所述定位单元能够获取机器的当前地址，当机器A发生故障时，通过所述通信模块向其它机器发出救援请求，机器B接收所述救援请求后运行到机器A附近，机器A能够通过追踪检测模块追随机器B移动。本发明通过同一作业区域内工况正常机器完成对故障机器的回归引导，从而自动将故障机器带离作业区域，回归引导过程简单可靠，减少人员对机器故障维护的工作量。

Description

一种机器自动引导故障机器的方法和自行走设备
技术领域
本发明属于机器故障处理技术领域，具体涉及一种机器自动引导故障机器的方法和自行走设备。
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。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。
传统割草机通常采用实体边界线，机器在边界线内移动。随着GPS定位技术的普及，一些割草机开始采用GPS定位技术实现无边界割草，即取消实体边界线，通过GPS定位技术实现割草机在固定区域内工作，但当割草机定位模块出现故障无法获取自身定位信息时，为了避免割草机行走出规定区域，通常会让故障机器停止工作，原地等待修复。
当草地上同一区域内有多台无边界智能割草机同时作业时，如果有机器在工作区域内长时间无定位信号时会一直停留在原地，将影响其他机器作业，需要人为干预，将机器挪动到基站或草坪外。如果没有人为干预，机器将长时间停留在草地上，可能导致机器下方草皮坏死，机器周边草皮无法维护，破坏草地，影响美观。
发明内容
为解决以上问题，本发明提出了一种机器自动引导故障机器的方法和自行走设备，通过同一作业区域内工况正常机器完成对故障机器的回归引导，从而将故障机器带离作业区域。
实现以上目的的技术解决方案如下：
一种机器自动引导故障机器的方法，在所述机器上设置有追踪检测模块、定位单元和通信模块，所述追踪检测模块能够检测并追踪其它机器，所述定位单元能够获取机器的当前地址，
当机器A发生故障时，能够通过所述通信模块发出救援请求，机器B接收所述救援请求后运行到机器A附近，机器A能够通过追踪检测模块追随机器B移动。
进一步地，所有机器的实时工况信息通过所述通信模块上传至服务器，机器通过服务器获取其它机器的工况信息，当机器A发生故障时，通过所述通信模块向服务器发出救援请求，服务器接收救援请求时广播至其它机器，机器B接收所述救援请求后运行到机器A附近。
进一步地，所述通信模块能够实现机器之间的实时通信，当机器A发生故障时，能够通过所述通信模块向其它机器发出救援请求，机器B接收所述救援请求后运行到机器A附近。
进一步地，发生所述故障时，机器A的定位单元不可用(机器无法获取自身实时定位信息)。
进一步地，所述救援请求指令包含本机当前地址、故障返回地址；
所述本机当前地址为机器实时地址或机器定位单元故障前保存和/或上传的最后一个地址信息(机器定位单元故障时，无法实时获得当前地址信息，救援请求包含的当前地址信息，为故障前最后保存或者上传服务器的地址信息)。
进一步地，接收到救援信息的机器B向机器A发送应答通知，并向其他机器发送已响应救援标志使其他机器正常作业。
进一步地，同一场地内每台机器通过无线通信，同步当前各个机器的作业地图，每张地图数据包括机器的基站位置，机器发生故障后能够返回的位置及范围。
进一步地，当机器B接收到机器A的请求后，根据本机位置和机器A的当前地址规划出一条路径，并实时计算本机在移动中距离机器A的距离，并将此距离值发送给机器A,当机器B和机器A的距离小于预定距离时，机器B判定为已运行到机器A附近，机器B停止前进，机器A在接收到与机器B的距离小于预定距离时，开始启动原地顺时针旋转并通过追踪检测模块寻找机器B，当检测到机器B时，启动跟随模式并通过通信模块实时告知机器B此时跟随状态，机器B根据当前位置和机器A的故障返回地址规划路径，将机器A带回到故障返回地址，当机器B到达机器A的故障返回地址时，通知机器A结束跟随模式，机器B结束救援模式，并返回原地址继续原工作模式。
进一步地，所述追踪检测模块包括一个或多个传感器，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机器的前部，所述五组传感器自左向右依次布置于机器的前部，位于中间的传感器布置于机器前部中间位置，故障机器通过五组传感器追随其它机器移动的方向如表1所示：
表1故障机器追随其它机器移动方向表
Figure BDA0003129349810000031
Figure BDA0003129349810000041
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表示没检测到其它机器、1表示检测到其它机器。
进一步地，当机器A与机器B的距离小于D1时，机器A减速前进或暂停等待，当机器A距离机器B距离大于D1+D2时，机器A加速前进。
一种自行走设备，所述自行走设备包括故障自动引导单元，所述故障自动引导单元包括追踪检测模块、定位单元和通信模块，所述故障自动引导单元用于实现上述的机器自动引导故障机器的方法。
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)本发明通过同一作业区域内工况正常机器完成对故障机器的回归引导，从而自动将故障机器带离作业区域，回归引导过程简单可靠，减少人员对机器故障维护的工作量；
(2)本发明能够快速高效地将故障机器引导停放在场地边缘或故障维修点，减少机器长时间放置在场地上导致草皮坏死。
附图说明
图1是工作区域内机器分部示意图。
图2是本发明的机器追踪传感器侧视图。
图3是本发明的机器追踪传感器分布及距离示意图。
图4机器自动故障引导流程图。
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，机器为自动行走设备，具体为为智能割草机，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。
一种机器自动引导故障机器的方法，在所述机器上设置有追踪检测模块、定位单元和通信模块，所述追踪检测模块能够检测并追踪其它机器，所述定位单元能够获取机器的当前地址，
当机器A发生故障时，能够通过所述通信模块发出救援请求，机器B接收所述救援请求后运行到机器A附近，机器A能够通过追踪检测模块追随机器B移动，机器之间可以通过服务器(云端)建立通讯，也可以在机器之间建立实时通讯，
通过服务器建立通讯模式为：所有机器的实时工况信息通过所述通信模块上传至服务器，机器通过服务器获取其它机器的工况信息，当机器A发生故障时，通过所述通信模块向服务器发出救援请求，服务器接收救援请求时广播至其它机器，机器B接收所述救援请求后运行到机器A附近。
机器之间建立实时通讯模式为：所述通信模块能够实现机器之间的实时通信，当机器A发生故障时，能够通过所述通信模块向其它机器发出救援请求，机器B接收所述救援请求后运行到机器A附近。
结合图1，以机器之间建立实时通讯模式为例，当同一作业区域内有两台或以上作业机器时，场地上的机器可以通过wifi、BLE、zigbee等射频手段实现机器设备间的实时通信，图中1：智能割草机A 2:智能割草机B 3:智能割草机A的基站4：智能割草机B的基站5：故障机器被引导放置区域。结合图4，当机器A发生故障时，机器A根据故障类型判断是否可以发出救援请求，当发送请求时，通过所述通信模块向其它机器发出救援请求，例如通过向场地上的其他设备广播故障救援信息，机器B接收所述救援请求后运行到机器A附近，机器A能够通过追踪检测模块追随机器B移动，发生所述故障时，机器A的定位信息不可用，即机器与基站之间失去通信或者机器的定位单元发生故障，此时机器停在原地，并使用系统记录的最近的有效定位地址通过无线模块广播救援信息，机器A发生的故障类型为定位信息失效(即定位信息不可用)具体包括机器本身的定位模块损坏、定位天线损坏、基站被损坏导致机器和基站之间的无线通信断开、基站的定位模块损坏、基站定位天线损坏这些与机器驱动轮正常工作无关的故障状态。机器发生的故障类型不影响传感器工作和行走电机的正常运行时才可以向其他机器发出故障请求。
优选地，所述救援请求指令包含本机当前地址、故障返回地址。
优选地，接收到救援信息的机器B向机器A发送应答通知，并向其他机器发送已响应救援标志使其他机器正常作业。
机器B可是人工预设的某一指定机器，在此情况下，接受到广播救援信息的其他机器对所接受到的广播消息不进行响应。
机器B也可以是其他规定条件下筛选处理的机器，比如当故障机器A广播救援信息时，所有机器中距离机器A距离最近的机器选定为机器B。在此情况下，所有机器在接收到救援信息后，同时发送自身实时位置信息，根据每台机器位置信息计算出每台机器与故障机之间的距离，距离最近的机器，对救援信息进行响应，其他机器对救援信息不进行响应。还可以使用其他筛选条件，例如，按照联网时间，最先接收到救援信息的机器进行响应，并广播已响应救援标志，其他机器在接受到已响应救援标志后，维持正常作业。
优选地，同一场地内每台机器通过无线通信，同步当前各个机器的作业地图，每张地图数据包括机器的基站位置，机器发生故障后能够返回的位置及范围。
优选地，结合图4，当机器B接收到机器A的请求后，根据本机位置和机器A的当前地址规划出一条路径，并实时计算本机在移动中距离机器A的距离，并将此距离值发送给机器A,当机器B和机器A的距离小于1米时，机器B即判定为已运行到机器A附近，机器B停止前进，机器A在接收到距离小于1米时，开始启动原地顺时针旋转并通过置于机器A前部的传感器寻找机器B，当检测到机器B时，启动跟随模式并通过通信模块实时告知机器B此时跟随状态，机器B根据当前位置和机器A的故障返回地址规划路径，将机器A带回到故障返回地址，当机器B到达机器A的故障返回地址时，通知机器A结束跟随模式，机器B结束救援模式，并返回原地址继续原工作模式。
优选地，定位单元可采用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，用于在自行走设备沿封闭区域边界运行的过程中，获取自行走设备所在位置。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。
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自行走设备所在位置；
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，获得自行走设备所在位置；
所述UWB定位模块用于接收UWB信号，根据所述UWB信号获得自行走设备所在位置；
所述惯导模块用于根据自行走设备运行过程中的惯导数据获得所述自行走设备所在位置和/或方向。
为实现对自行走设备运行的驱动，所述自行走设备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。
还包括人机交互单元，用于机器工作模式及其他参数设置。
智能割草机A在跟随模式时，采用如图2-3所示的传感器布置方式。通过传感器检测到的机器间的距离，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，动态感知行走轨迹，通过调整前进方向，保证被追踪的机器始终在机器的正前方。
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。
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。
当机器进入追踪模式，等待时间超过设定等待时间，自动退出追踪状态，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故障机器追随其它机器移动方向表
Figure BDA0003129349810000071
Figure BDA0003129349810000081
结合图2，当机器距离被追踪的机器距离小于D1时，减速前进或暂停等待，当机器距离被追踪机器距离大于D1+D2时，机器需要加速前进，使机器始终保持合适的距离，D1:车前检测保持近端，D2：车前检测保持范围，H:传感器检测高度，D1+D2:传感器最远检测距离，A\B\C\D\E:车前不同方向传感器检测范围。
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 (12)

1.一种机器自动引导故障机器的方法，在所述机器上设置有追踪检测模块、定位单元和通信模块，所述追踪检测模块能够检测并追踪其它机器，所述定位单元能够获取机器的当前地址，
其特征在于，当机器A发生故障时，能够通过所述通信模块发出救援请求，机器B接收所述救援请求后运行到机器A附近，机器A能够通过追踪检测模块追随机器B移动。
2.根据权利要求1所述的机器自动引导故障机器的方法，其特征在于，所有机器的实时工况信息通过所述通信模块上传至服务器，机器通过服务器获取其它机器的工况信息，当机器A发生故障时，通过所述通信模块向服务器发出救援请求，服务器接收救援请求时广播至其它机器，机器B接收所述救援请求后运行到机器A附近。
3.根据权利要求1所述的机器自动引导故障机器的方法，其特征在于，所述通信模块能够实现机器之间的实时通信，当机器A发生故障时，能够通过所述通信模块向其它机器发出救援请求，机器B接收所述救援请求后运行到机器A附近。
4.根据权利要求1所述的机器自动引导故障机器的方法，其特征在于，发生所述故障时，机器A的定位单元不可用。
5.根据权利要求2或3所述的机器自动引导故障机器的方法，其特征在于，所述救援请求指令包含本机当前地址、故障返回地址；
所述本机当前地址为机器实时地址或机器定位单元故障前保存和/或上传的最后一个地址信息。
6.根据权利要求5所述的机器自动引导故障机器的方法，其特征在于，接收到救援信息的机器B向机器A发送应答通知，并向其他机器发送已响应救援标志使其他机器正常作业。
7.根据权利要求6所述的机器自动引导故障机器的方法，其特征在于，同一场地内每台机器通过无线通信，同步当前各个机器的作业地图，每张地图数据包括机器的基站位置，机器发生故障后能够返回的位置及范围。
8.根据权利要求7所述的机器自动引导故障机器的方法，其特征在于，当机器B接收到机器A的请求后，根据本机位置和机器A的当前地址规划出一条路径，并实时计算本机在移动中距离机器A的距离，并将此距离值发送给机器A,当机器B和机器A的距离小于预定距离时，机器B判定为已运行到机器A附近，机器B停止前进，机器A在接收到与机器B的距离小于预定距离时，开始启动原地顺时针旋转并通过追踪检测模块寻找机器B，当检测到机器B时，启动跟随模式并通过通信模块实时告知机器B此时跟随状态，机器B根据当前位置和机器A的故障返回地址规划路径，将机器A带回到故障返回地址，当机器B到达机器A的故障返回地址时，通知机器A结束跟随模式，机器B结束救援模式，并返回原地址继续原工作模式。
9.根据权利要求8所述的机器自动引导故障机器的方法，其特征在于，所述追踪检测模块包括一个或多个传感器，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中的一种或多种。
10.根据权利要求9所述的机器自动引导故障机器的方法，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机器的前部，所述五组传感器自左向右依次布置于机器的前部，位于中间的传感器布置于机器前部中间位置，故障机器通过五组传感器追随其它机器移动的方向如表1所示：
表1 故障机器追随其它机器移动方向表
Figure FDA0003129349800000021
Figure FDA0003129349800000031
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表示没检测到其它机器、1表示检测到其它机器。
11.根据权利要求10所述的机器自动引导故障机器的方法，其特征在于，当机器A与机器B的距离小于D1时，机器A减速前进或暂停等待，当机器A距离机器B距离大于D1+D2时，机器A加速前进。
12.一种自行走设备，其特征在于，所述自行走设备包括故障自动引导单元，所述故障自动引导单元包括追踪检测模块、定位单元和通信模块，所述故障自动引导单元用于实现权利要求1-11任一项所述的机器自动引导故障机器的方法。
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