CN113534798A - 循迹返回控制方法、自动行走设备及可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供您一种循迹返回控制方法、自动行走设备及可读存储介质。本申请在自动行走设备沿边界线返回基站的过程中，分别选择自动行走设备上不同位置的信号检测器作为主检测器，保持该主检测器随同自动行走设备运行而往复地在边界线内外两侧之间交替摆动。由于各次返回基站的过程中，主检测器相对于自动行走设备机身的位置各部相同，因此其能够在沿边界线两侧往复循迹运行过程中，调整自动行走设备底部作业装置相对于地面及边界线的位置关系，从而调整自动行走设备返回基站的行走路径，避免自动行走设备的驱动轮反复碾压同一路径中的草地，从而保障工作区域边缘的作业效果或保护边界线不会被作业单元触碰。

Description

循迹返回控制方法、自动行走设备及可读存储介质

技术领域

本申请涉及自动行走设备领域，具体而言涉及一种循迹返回控制方法、自动行走设备及可读存储介质。

背景技术

目前割草机器人等自动行走设备在沿边界线返回基站或者割草作业过程中，需要利用图1所示的分别安装在设备两侧的两个信号头来检测机器人的位置信息。现有的自动行走设备同时通过其机身两侧的信号头采集边界线信号，通过分别识别两个信号头所采集的信号而在自动行走设备移动过程中确保两个信号头分别位于边界线的内外两侧，进而保证自动行走设备能够沿边界线行走。

采用上述循迹方式时自动行走设备采用固定的速度向前移动，当检测到两个信号头均位于边界线内侧或检测到两个信号头均位于边界线外侧时，判断设备偏航，需控制设备停下向相反方向偏转，调整其运行姿态。此过程中，由于现有自动行走设备的两个信号头分别位于机身左右两侧，两个信号头之间间距比较大，因此，现有自动行走设备通过其两信号头检测运行方向的偏转时，只能识别出较为严重的航向偏转，在沿边界线循迹运行过程中会产生比较明显的摆头。

此外，现有循迹方式下，当控制自动行走设备沿边界线返回基站时，由于每次路径相同，导致每次运行的轮迹大量重叠，容易因为行走轮反复碾压而在边界线附近草丛形成较深的轮子轨迹，对地面损伤较大，容易压坏边界线附近草地。

发明内容

本申请针对现有技术的不足，提供一种循迹返回控制方法、自动行走设备及可读存储介质，本申请通过切换自动行走设备上不同位置的信号检测器为主检测器，能够调整自动行走设备返回基站的行走路径，避免设备驱动轮反复碾压同一路径中的草地。本申请具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种循迹返回控制方法，用于自动行走设备，其中，所述自动行走设备上设置有至少2个信号检测器，自动行走设备沿边界线返回基站的过程中，按照预定规则分别以其中一个信号检测器为主检测器，执行以下步骤：当根据主检测器所接收的边界线信号判断其位于边界线外侧时，驱动自动行走设备向边界线内侧偏转；当根据主检测器所接收的边界线信号判断其位于边界线内侧时，驱动自动行走设备向边界线外侧偏转。

可选的，如上任一所述的循迹返回控制方法，其特征在于，所述信号检测器包括分别设置在自动行走设备机身左侧、机身中部和机身右侧的三组；自动行走设备沿边界线返回基站的过程中，当所述主检测器在边界线内外两侧交替摆动时，自动行走设备上的其他信号检测器始终保持在边界线的内侧，或始终保持在边界线的外侧，或分别保持在边界线的内外两侧。

可选的，如上任一所述的循迹返回控制方法，其特征在于，所述预定规则为：在自动行走设备每次沿边界线返回基站后切换主检测器，分别在自动行走设备每次沿边界线返回基站的过程中，以不同信号检测器为主检测器，驱动自动行走设备左右往复偏转，使当前所切换的主检测器在边界线内外两侧交替摆动。

可选的，如上任一所述的循迹返回控制方法，其特征在于，所述预定规则为：按照预定的周期切换主检测器，分别依次以其中一个信号检测器为主检测器，驱动自动行走设备左右往复偏转，使当前周期内的主检测器在边界线内外两侧交替摆动。

可选的，如上任一所述的循迹返回控制方法，其特征在于，所述边界线按照预设的信号周期辐射边界线信号，每个信号周期内，所述边界线信号均包括若干个标准脉冲和至少一个抗干扰脉冲，其中，抗干扰脉冲的脉冲宽度和/或脉冲幅值区别于标准脉冲；一个完整信号周期内，若任意信号检测器所接收到的边界线信号不包含抗干扰脉冲且其他信号检测器接收到完整正常边界线信号，则判断该信号检测器故障，或判断其当前所接收到的边界线信号为 干扰信号；一个完整信号周期内，若任意信号检测器一直处于无接收信号状态，且其他信号检测器接收到完整正常边界线信号，则判断该信号检测器故障。

可选的，如上任一所述的循迹返回控制方法，其特征在于，若当前主检测器被判断为故障，则驱动自动行走设备移动预设距离或偏转预设角度，然后再次判断该信号检测器是否故障，如果该信号检测器仍被判断为故障，则更换其他信号检测器为主检测器，否则仍使用该信号检测器为主检测器。

可选的，如上任一所述的循迹返回控制方法，其特征在于，相邻信号检测器之间的间隔距离不低于：自动行走设备在边界线内外两侧交替摆动时垂直于边界线的运行速度分量与自动行走设备信号延迟时长之积。

可选的，如上任一所述的循迹返回控制方法，其特征在于，相邻信号检测器之间的间隔距离不低于5厘米。

同时，为实现上述目的，本申请还提供一种自动行走设备，其包括：至少2个信号检测器，用于接收边界线信号；驱动单元，其连接自动行走设备的控制单元，根据控制单元所输出的控制信号驱动自动行走设备运行；所述控制单元连接各信号检测器，并被设置为按照权如上任一项所述的循迹返回控制方法输出控制信号，驱动自动行走设备沿边界线内外两侧交替摆动。

此外，本申请还提供一种可读存储介质，其包括存储在其上的程序指令，所述程序指令在被自动行走设备的控制单元执行时，使得所述控制单元执行如上任一项所述的循迹返回控制方法。

有益效果

本申请在自动行走设备沿边界线返回基站的过程中，分别选择自动行走设备上不同位置的信号检测器作为主检测器，保持该主检测器随同自动行走设备运行而往复地在边界线内外两侧之间交替摆动。由于各次返回基站的过程中，主检测器相对于自动行走设备机身的位置各部相同，因此其能够在沿边界线两侧往复循迹运行过程中，调整自动行走设备底部作业装置相对于地面及边界线的位置关系，从而调整自动行走设备返回基站的行走路径，避免自动行走设备的驱动轮反复碾压同一路径中的草地，从而保障工作区域边缘的作业效果或保护边界线不会被作业单元触碰。

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是现有自动行走设备中信号检测器的安装位置示意图；

图2是信号检测器位于边界线内侧时所采集到的信号的示意图；

图3是信号检测器位于边界线外侧时所采集到的信号的示意图；

图4是本申请的自动行走设备在第一种循迹模式下的运行方式示意图；

图5是本申请的自动行走设备在第二种循迹模式下的运行方式示意图；

图6是本申请的自动行走设备在第三种循迹模式下的运行方式示意图；

图7是本申请的自动行走设备采用不同位置的主检测器时的运行轨迹对比图。

图中，1表示自动行走设备；2表示第一信号检测器；3表示第二信号检测器；4表示第三信号检测器；5表示边界线；5a、5b、5c分别表示不同主检测器下自动行走设备的行走轨迹。

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边界线本身而言，指向边界线所包围的工作区域内部的方向为内，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自动行走设备运行方向时，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。

图1为根据本申请的一种自动行走设备，其配套设置有基站以及与基站相连的边界线。基站产生边界信号，通过与之相连的边界线5发送出来。自动行走设备可在机身外壳1上设置至少2个信号检测器2，通过该信号检测器接收工作区域边界线所辐射的无线信号，在自动行走设备沿边界线5返回基站的过程中，通过控制单元根据预设值判断信号的合法性，判断出相应的信号检测器当前是位于界内还是界外，由此按照预定规则分别以其中一个信号检测器为主检测器，调整驱动单元的驱动方向，设置其在机器需要回基站进行充电时，根据该主检测器的信号驱动自动行走设备沿边界线循迹运行；

自动行走设备中的驱动单元，可连接自动行走设备的控制单元，根据控制单元所输出的控制信号相应的驱动自动行走设备运行，通过调节自动行走设备行走轮之间速度差实现行走方向的偏转或通过调整行走轮的方向直接驱动自动行走设备进行转向；

所述的控制单元连接各信号检测器，其由自动行走设备内部可读存储介质上所存储的程序指令设置为：在自动行走设备沿边界线5运行的过程中，按照预定规则分别仅以设备中的一个信号检测器为主检测器，在根据该主检测器所接收的边界线信号判断该主检测器位于边界线外侧时输出控制信号驱动自动行走设备向边界线内侧偏转，而在根据该主检测器所接收的边界线信号判断该主检测器位于边界线内侧时输出控制信号驱动自动行走设备向边界线外侧偏转，由此保证自动行走设备的主检测器在沿边界线循迹的过程中始终往复地在边界线内外两侧交替摆动，而其他各检测器始终保持在边界线的一侧，不会越过边界线。

由于本申请在主检测器每次越过边界线时即触发自动行走设备调整其行走方向，因此，本申请的自动行走设备沿边界线内外两侧摆动循迹行走时，其偏转的距离得以限制在较小范围，由此，本申请能够有效减小自动行走设备沿边界线行走时的摆动幅度。

在具体使用中，本申请可通过图1所示的两个、图5所示的三个或更多信号检测器实现上述循迹控制过程。以割草机器人使用3个信号检测器为例，三个信号检测装置可分别安装在机器前端，分别为第一信号检测器2、第二信号检测器3和第三信号检测器，其中第三信号检测器位于第一信号检测器2和第二信号检测器3中间。当需要循迹时，三个信号检测器分别把其所检测到的信号特征值，如，信号检测器位于界内、界外或者无信号，传递给自动行走设备的控制单元，控制单元根据三个信号检测器传递过来的信号信息，来决定机器人的运动状态。

由此，上述循迹过程可按照随机方式或按照预定的顺序分别设置其中任意一个信号检测器作为主检测器，通过控制单元和驱动单元的配合，使得主检测器在循迹过程中始终沿边界线内外两侧交替摆动，并限制此时自动行走设备上的其他信号检测器始终不跨越边界线。由此，自动行走设备沿边界线左右偏转的幅度可通过其他检测器的检测信号而被限制在主检测器与相邻信号检测器的间隔距离内。

由于3个信号检测器可分别设置为主检测器，而3个信号检测器的位置分别设置在自动行走设备机身的左侧、中部和机身的右侧，因此，本申请还可通过对主检测器位置的选择切换循迹模式，驱动自动行走设备分别按照图7所示的不同轨迹线路返回至基站。例如，正常模式下，可参考图4所示，选择位于自动行走设备机身中部的信号检测器为主检测器。使自动行走设备按照中间信号头的检测信号沿边界线内外两侧小幅度摆动实现循迹行走。此循迹过程中，在自动行走设备沿边界线5逆时针运行的过程中，位于机身右侧的信号检测器始终保持在边界线外侧，位于机身左侧的信号检测器始终保持在边界线内侧，自动行走设备根据中间主检测器所检测到的边界线内外两侧的变化信号左右往复偏转，使机器主体沿图7中5b路径保持在边界线上左右交替摆动。

当自动行走设备每次沿边界线5返回基站后可直接触发其切换主检测器，通过选择其他位置的主检测器相应执行修边模式和安全模式的返回轨迹，以避免同一位置地面反复被碾压而损坏。此两模式分别利用机身两侧位置上的信号检测器实现循迹以调整自动行走设备相对于边界线的距离位置：

修边模式下，可参考图5所示，在自动行走设备沿边界线5运行的过程中，仅以位于机身侧部的信号检测器为主检测器，驱动自动行走设备左右往复偏转，使该主检测器在边界线内外两侧交替摆动，并保持其他信号检测器始终位于边界线的外侧。其行走路线可参考图7中的5c路线。考虑到现有的割草机器人等自动行走设备，其割草刀盘或其他作业装置多设置于机身中间位置，实际割草过程中，位于边界线5边缘的草地容易被遗漏，特别是位于边界线5外侧一周的草地不会被割到。针对此问题，本申请可通过上述修边模式，在自动行走设备沿边界线循迹过程中，使设备底部的割草刀盘等作业装置随设备机身而偏向于边界线，甚至靠向边界线5以外，或至少保持在边界线的上方进行作业，外扩了割草区域，使设备切割作业范围最大，由此可保证对边界线附近草地的割草作业效果。

当自动行走设备运行故障需要返回基站时，或者按照预定的周期切换至安全模式时，可参考图6所示，在自动行走设备沿边界线5运行的过程中，仅以位于机身侧部的信号检测器为主检测器，驱动自动行走设备左右往复偏转，使其主检测器在边界线内外两侧交替摆动，并保持其他信号检测器始终位于边界线的内侧。由此，自动行走设备沿边界线循迹过程切换为图7中5a标记的轨迹所示，设备底部的割草刀盘等作业装置随设备机身而偏向于边界线内侧，基本保持在边界线的范围内进行作业，减小了割草机器人1驶出边界线5的可能性，提高了安全性，由此可保护地面埋设的边界线，使其不易接触到割草刀盘等作业装置，保护边界线不易被误伤。适用于执行安全模式的设备故障不限于割草作业装置的驱动电机故障，也不限于设备中某个传感器故障。

实际运行过程中，修边模式和安全模式下具体使用哪一侧的信号检测器进行边界线5循迹行走需要根据机器的具体行走方向判定。具体何时需要切换何种循迹模式可随机进行，也可按照预设周期进行切换，切换的顺序可以预先设定，也可随机选择。

具体实现时，所述边界线可按照预设的信号周期辐射边界线信号，每个信号周期内，所述边界线信号均包括若干个标准脉冲和至少一个抗干扰脉冲，其中，抗干扰脉冲的脉冲宽度和/或脉冲幅值区别于标准脉冲。当自动行走设备在边界线限定的区域外时，检测装置识别出来的信号如图3所示。当自动行走设备在边界线限定的区域内时，检测装置识别出来的信号如图2所示。

上述的边界信号输出包括幅值Vmax大于阈值Vref+的峰值和小于Vmin的谷值。其中第一个峰值和第二个峰值可设置为标准脉冲，具有相等脉冲宽度；第三个峰值脉冲宽度加长可作为抗干扰脉冲，用来增强抗干扰性：

如果一个完整信号周期内，连续两个相等脉冲宽度的标准脉冲后，第三个信号不是特定加长的波峰值，则可当做干扰信号处理，判定信号检测器未接收到有效信号；

若任意信号检测器所接收到的边界线信号不包含抗干扰脉冲且其他信号检测器能够接收到完整边界线信号，则判断该信号检测器故障，或判断其当前所接收到的边界线信号为干扰信号；

一个完整信号周期内，若任意信号检测器一直处于无接收信号状态，且其他信号检测器均能接收到完整边界线信号，则判断该信号检测器故障。

考虑到信号检测器位于边界线正上方时，其接收到的内外两侧正负脉冲基本对冲，处于无接收信号的状态，因此，为避免这种情况下误判检测器故障，还可进一步的设置当任意信号检测器被判断为故障时，先驱动自动行走设备移动较小的预设距离或偏转一定的预设角度，使误判为故障的检测器能够离开边界线正上方，然后再次判断该信号检测器是否故障。如果移动、偏转后，该信号检测器仍被判断为故障，则可确认其确实存在故障情况，需要更换其他信号检测器为主检测器，以保证准确循迹；如果移动、偏转后，该信号检测器即能够接收到边界线信号，即可判断该检测器能够正常工作，可继续使用该信号检测器为主检测器。

具体实现时，以设备前端分别设置3个信号检测器为例，相邻信号检测器之间的间隔距离一般设置为不低于：自动行走设备在边界线内外两侧交替摆动时垂直于边界线的运行速度分量与自动行走设备信号延迟时长的乘积，或者直接设置为，相邻信号检测器之间的间隔距离不低于5厘米。由此可避免由于信号延迟导致割草机器人1在摆动幅度较小的情况下，不止一个信号检测装置发生信号变化

此时，当需要循迹返回基站时，先确定三个信号检测器接收到的信号状态值，当三者都对应处于边界线内时，控制单元驱动机器继续前进，直至三个信号检测值都到达界外时，确定自动行走设备运行到边界线上，此时控制系统控制机器人停止运行，当确认好自动行走设备方向后，可控制边界线附近的自动行走设备向界内转弯，当转弯后机器中的一个信号检测器的检测值变为界内时，判断到达循迹路径范围，可先暂停运行，以进一步判断三个检测器相对于边界线的具体位置关系：当三个信号检测器传递到自动行走设备控制系统的值分别对应是界内、界外、界外时，可控制系统继续驱动行走电机，自动行走设备1先沿原方向行走至第三信号检测器的检测值发生变化，当第三信号检测器的检测值发生变化时，控制系统立即控制行走电机带动割草机器人1转向，在整个行走过程中，确保第三信号检测器在界内和界外交替出现，如图4所示，达到机器人沿着边界线5平稳前进的目的。

实际使用过程中，上述自动行走设备也可以只通过2个或单个信号检测装置实现同样的循迹过程。假如多个信号检测装置中的某一个侧检测装置损坏，一直是无信号，也可以利用其于的信号检测装置进行沿边界线5循迹行走。

例如，若第一信号检测装置或第二信号检测装置损坏，此时，当完好的两个信号检测装置值从界内移动到界外时，可设置自动行走设备1向边界线5内转弯，使其中一个信号检测装置偏转至界内之后判断自动行走设备运行至边界线位置，并驱动自动行走设备继续沿边界线移动。此过程中，可设置其中一个信号检测装置始终位于边界线内或线外，而保持另一个信号检测装置的信号在界内、界外交替变化，使自动行走设备仍然能够平稳向前移动。当自动行走设备只有一个有效的信号检测装置时，也可以通过这一个信号检测装置的特征值，使其在界内和界外交替偏转，实现寻线驱动自动行走设备运行的目的。

综上，本申请基于单信号检测器，提供一种驱动自动行走设备返回基站的方法。如图7所示，本申请所提供的割草机器人等自动行走设备在返回基站时，可轮流使用不同位置的信号检测器进行边界线5循迹返回基站，避免每次返回基站轮子轨迹重叠，压坏边界线5处草地。各信号检测器之间的间距可使得自动行走设备按照不同位置主检测器循迹返回时的行走轨迹5a、行走轨迹5b和行走轨迹5c之间偏移一定距离，可防止自动行走设备轮子每次都碾压相同位置，形成较深的压痕损伤草地。

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)

1.一种循迹返回控制方法，用于自动行走设备，其特征在于，所述自动行走设备上设置有至少2个信号检测器，

自动行走设备沿边界线（5）返回基站的过程中，按照预定规则分别以其中一个信号检测器为主检测器，执行以下步骤：

当根据主检测器所接收的边界线信号判断其位于边界线外侧时，驱动自动行走设备向边界线内侧偏转；

当根据主检测器所接收的边界线信号判断其位于边界线内侧时，驱动自动行走设备向边界线外侧偏转。

2.如权利要求1所述的循迹返回控制方法，其特征在于，所述信号检测器包括分别设置在自动行走设备机身左侧、机身中部和机身右侧的三组；

自动行走设备沿边界线（5）返回基站的过程中，当所述主检测器在边界线内外两侧交替摆动时，自动行走设备上的其他信号检测器始终保持在边界线的内侧，或始终保持在边界线的外侧，或分别保持在边界线的内外两侧。

3.如权利要求2所述的循迹返回控制方法，其特征在于，所述预定规则为：

在自动行走设备每次沿边界线（5）返回基站后切换主检测器，分别在自动行走设备每次沿边界线（5）返回基站的过程中，以不同信号检测器为主检测器，驱动自动行走设备左右往复偏转，使当前所切换的主检测器在边界线内外两侧交替摆动。

4.如权利要求2所述的循迹返回控制方法，其特征在于，所述预定规则为：

按照预定的周期切换主检测器，分别依次以其中一个信号检测器为主检测器，驱动自动行走设备左右往复偏转，使当前周期内的主检测器在边界线内外两侧交替摆动。

5.如权利要求1-4所述的循迹返回控制方法，其特征在于，所述边界线按照预设的信号周期辐射边界线信号，每个信号周期内，所述边界线信号均包括若干个标准脉冲和至少一个抗干扰脉冲，其中，抗干扰脉冲的脉冲宽度和/或脉冲幅值区别于标准脉冲；

一个完整信号周期内，若任意信号检测器所接收到的边界线信号不包含抗干扰脉冲且其他信号检测器接收到完整边界线信号，则判断该信号检测器故障，或判断其当前所接收到的边界线信号为干扰信号

一个完整信号周期内，若任意信号检测器一直处于无接收信号状态，且其他信号检测器接收到完整边界线信号，则判断该信号检测器故障。

6.如权利要求6所述的循迹返回控制方法，其特征在于，若当前主检测器被判断为故障，则驱动自动行走设备移动预设距离或偏转预设角度，然后再次判断该信号检测器是否故障，如果该信号检测器仍被判断为故障，则更换其他信号检测器为主检测器，否则仍使用该信号检测器为主检测器。

7.如权利要求1-6所述的循迹返回控制方法，其特征在于，相邻信号检测器之间的间隔距离不低于：自动行走设备在边界线内外两侧交替摆动时垂直于边界线的运行速度分量与自动行走设备信号延迟时长之积。

8.如权利要求7所述的循迹返回控制方法，其特征在于，相邻信号检测器之间的间隔距离不低于5厘米。

9.一种自动行走设备，其特征在于，包括：

至少2个信号检测器，用于接收边界线信号；

驱动单元，其连接自动行走设备的控制单元，根据控制单元所输出的控制信号驱动自动行走设备运行；

所述控制单元连接各信号检测器，并被设置为按照权利要求1至8所述的循迹返回控制方法输出控制信号，驱动自动行走设备沿边界线内外两侧交替摆动。

10.一种可读存储介质，其特征在于，包括存储在其上的程序指令，所述程序指令在被自动行走设备的控制单元执行时，使得所述控制单元执行权利要求1-8中任一项所述的循迹返回控制方法。

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