CN116027337A - 智能割草机、自移动设备及其识别障碍物的方法 - Google Patents

智能割草机、自移动设备及其识别障碍物的方法 Download PDF

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CN116027337A CN202211002828.1A CN202211002828A CN116027337A CN 116027337 A CN116027337 A CN 116027337A CN 202211002828 A CN202211002828 A CN 202211002828A CN 116027337 A CN116027337 A CN 116027337A
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杜江
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Abstract

本发明涉及一种非接触式避障智能割草机，包括：壳体；移动模块；驱动模块；控制模块；壳体上设置超声波传感器组件，其包括至少两个超声波传感器，包括第一超声波传感器和第二超声波传感器，第一超声波传感器和第二超声波传感器互成角度地布置在壳体上；第一超声波传感器具有第一收发区域，第二超声波传感器具有第二收发区域；第一超声波传感器及第二超声波传感器外围均具有防串扰结构，防串扰结构具有止档壁，两个止档壁分别部分延伸入所述第一收发区域和所述第二收发区域，从而阻止第一超声传感器和第二超声传感器两者之一发送的超声未经障碍物反射被两者中的另一个直接接收。

Description

智能割草机、自移动设备及其识别障碍物的方法
技术领域
本发明涉及一种自移动设备，尤其一种非接触式避障的自移动设备及其识别障碍物的方法。
背景技术
随着计算机技术和人工智能技术的不断进步，类似于智能设备的自移动机器人已经开始慢慢的走进人们的生活。三星、伊莱克斯等公司均开发了全自动吸尘器并已经投入市场。这种全自动吸尘器通常体积小巧，集成有环境传感器、自驱系统、吸尘系统、电池和充电系统，能够无需人工操控，自行在工作区域内自动巡航和吸尘，在能量低时自动返回充电站，对接并充电，然后继续巡航和吸尘。同时，哈斯科瓦纳等公司开发了类似的智能割草机，其能够自动在用户的草坪中割草、充电，无需用户干涉。由于这种自移动机器人在一次设置之后就无需再投入精力管理，将用户从清洁、草坪维护等枯燥且费时费力的家务工作中解放出来，因此受到极大欢迎。
工作区域内通常存在阻碍自移动机器人移动的障碍物，自移动机器人需要具备识别障碍物的功能，进而在遇到障碍物时自动避开或者遇到障碍物前自动避开。
在常规技术中，自移动机器人采用接触式避障手段。在该技术中，自移动机器人的机身上设有碰撞传感器，当自移动机器人与障碍物发生碰撞时，碰撞传感器产生碰撞信号，自移动机器人的控制模块接收到碰撞信号，判断自移动机器人的前进方向上存在障碍物，进而控制自移动机器人转向或后退，进行避障。在接触式避障方式下，自移动机器人需要碰撞到障碍物时，才能识别出障碍物。这种方式不仅需要自移动机器人的机身具备较高的碰撞强度，增加了自移动机器人的成本，而且还不能适应一些不适宜发生碰撞的工况。
发明内容
本发明提供一种能实现非接触式避障的自移动设备。本发明还提供一种能够提高机器的可接近性，并可以判别障碍物方位，实现针对性避障措施的自移动设备及其识别障碍物的方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种智能割草机，其包括：
壳体；
移动模块，设置于所述壳体下方，用于带动所述壳体移动；
驱动模块，用于驱动所述移动模块移动；
控制模块，用于控制所述智能割草机；
其特征在于，所述壳体上设置用以识别智能割草机前进方向障碍物的超声波传感器组件；所述超声波传感器组件包括至少两个超声波传感器，包括第一超声波传感器和第二超声波传感器；所述第一超声波传感器和所述第二超声波传感器互成角度地布置在所述壳体上；所述第一超声波传感器在第一收发区域内接收和发射超声波，所述第二超声波传感器在第二收发区域内接收和发送超声波；
所述第一超声波传感器及所述第二超声波传感器外围均具有防串扰结构，所述防串扰结构具有止档壁，两个止档壁分别部分延伸入所述第一收发区域和所述第二收发区域，从而阻止所述第一超声传感器和所述第二超声传感器两者之一发送的超声未经障碍物反射被两者中的另一个直接接收。
优选的，所述第一超声波传感器具有第一轴线，第二超声波传感器具有第二轴线，所述第一轴线与第二轴线互成的角度范围为60°-110°。
优选的，所述第一超声波传感器具有第一轴线，第二超声波传感器具有第二轴线，所述壳体具有壳体轴线，所述第一轴线和/或第二轴线与壳体轴线之间的角度范围为10°-80°。
优选的，当协同工作的所述超声波传感器为3个或以上时，多个发射超声声波传输范围有重叠的超声波传感器采用轮流发射超声波的模式，声波传输范围有重叠的其中一个超声波传感器发射超声波时，其余超声波传感器接收超声波。
优选的，当协同工作的所述超声波传感器为3个或以上时，多个发射超声声波传输范围无重叠的超声波传感器采用同时发射超声波的模式，声波传输范围有重叠的其中一个超声波传感器与声波传输范围无重叠的超声波传感器同时发射超声波时，其余超声波传感器接收超声波。
优选的，当协同工作的所述超声波传感器为3个或以上时，多个发射超声声波传输范围无重叠的超声波传感器采用轮流发射超声波的模式，声波传输范围有重叠的其中一个超声波传感器发射超声波时，其余超声波传感器接收超声波，声波传输范围无重叠的超声波传感器发射超声波时，其余超声波传感器接收超声波。
优选的，所述第一超声波传感器设于距离智能割草机前端距离D处,所述距离D小于等于所述壳体长度的一半。
优选的，所述第一超声波传感器和/或所述第二超声波传感器相对于地面的安装高度范围为19厘米到20厘米。
优选的，当智能割草机待割除的草的高度为H2，所述超声波传感器组件的安装高度H1与H2的关系式为H1＝H2+L*sin(φ±σ)，其中，L为超声波传感器的轴心到判定截面的距离，φ为传感器性能决定的视场角度的一半，σ为超声波传感器的中心线相对于壳体底面的偏移角度。
优选的，所述防串扰结构向壳体前侧延伸不与超声波传感器轴线接触。
优选的，所述防串扰结构向壳体前侧延伸不超过第一超声波传感器轴线和第二超声波传感器轴线的投影的交叉点。
优选的，所述防串扰结构位于第一超声波传感器声波发射点和第二超声波传感器声波发射点连线的前侧并向壳体前侧延伸。
优选的，所述止档壁包括第一档壁和第二档壁，所述第一档壁具有顶端，所述第二档壁具有上连接端，所述上连接端在竖直方向上低于顶端。
优选的，所述第二档壁自上连接端向壳体前侧延伸，且竖直方向上的高度逐渐降低。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种自移动设备，其包括：
壳体；
移动模块，设置于所述壳体下方，用于带动所述壳体移动；
驱动模块，用于驱动所述移动模块移动；
控制模块，用于控制所述自移动设备；
其特征在于，所述壳体上设置用以识别自移动设备前进方向障碍物的超声波组件，所述超声波传感器组件包括至少两个超声波传感器，包括第一超声波传感器和第二超声波传感器；所述第一超声波传感器及所述第二超声波传感器外围均具有防串扰结构，所述防串扰结构具有止档壁，两个止档壁分别部分延伸入所述第一收发区域和所述第二收发区域，从而阻止所述第一超声传感器和所述第二超声传感器两者之一发送的超声未经障碍物反射被两者中的另一个直接接收；所述控制模块控制移动模块沿预设路径移动，保持壳体与障碍物之间的间距始终大于零。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种自移动设备，其包括：
壳体；
移动模块，设置于所述壳体下方，用于带动所述壳体移动；
驱动模块，用于驱动所述移动模块移动；
控制模块，用于控制所述自移动设备；
其特征在于，所述壳体上设置用以识别自移动设备前进方向障碍物的超声波组件，所述超声波传感器组件包括至少两个超声波传感器，包括第一超声波传感器和第二超声波传感器；所述第一超声波传感器及所述第二超声波传感器外围均具有防串扰结构，所述防串扰结构具有止档壁，两个止档壁分别部分延伸入所述第一收发区域和所述第二收发区域，从而阻止所述第一超声传感器和所述第二超声传感器两者之一发送的超声未经障碍物反射被两者中的另一个直接接收；所述控制模块控制移动模块沿不同于当前前进方向的路径移动。
为实现本发明障碍物识别的目的，本发明的技术方案是：
一种自移动设备识别障碍物的方法，所述自移动设备包括至少两个超声波传感器，包括第一超声波传感器和第二超声波传感器，所述第一超声波传感器及所述第二超声波传感器外围均具有防串扰结构，所述防串扰结构具有止档壁，两个止档壁分别部分延伸入所述第一收发区域和所述第二收发区域，从而阻止所述第一超声传感器和所述第二超声传感器两者之一发送的超声未经障碍物反射被两者中的另一个直接接收；所述自移动设备识别障碍物的方法包括步骤：
S11：启动数据采集；
S12：超声波传感器发送超声波并接收障碍物回波；
S13：根据障碍物回波分析获得障碍物距离及回波强度；
S14：比较障碍物距离与预设距离以及比较回波强度与反射波门限阈值判断障碍物情况。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
图1为本发明智能割草机的模块示意图。
图2为本发明第一实施例的智能割草机100的俯视示意图。
图3为本发明第一实施例的智能割草机100的超声波传感器组件的第一种布置方式的示意图。
图4为本发明第一实施例的智能割草机100的超声波传感器组件的超声波传感器组件之间轴线的夹角关系示意图。
图5为本发明第一实施例的智能割草机100的超声波传感器组件的超声波传感器组件与壳体轴线之间的夹角关系示意图。
图6为本发明第一实施例的智能割草机100的超声波传感器组件为三角形波束模板的第一种布置方式的检测范围示意图。
图7为本发明第一实施例的智能割草机100的超声波传感器组件为三角形波束模板的第二种布置方式的检测范围示意图。
图8为本发明第一实施例的智能割草机100的超声波传感器组件为椭圆形波束模板的第一种布置方式的检测范围示意图。
图9为本发明第一实施例的智能割草机100的超声波传感器组件为椭圆形波束模板的第二种布置方式的检测范围示意图。
图10为本发明第一实施例的智能割草机100的超声波传感器组件包括三个超声波超声波传感器的排布示意图。
图11为控制模块30控制超声波传感器组件发射和接收的流程图。
图12为本发明第一实施例的智能割草机100的有效检测范围内障碍物情况不同所对应的超声波传感器组件接收信号情况示意图。
图13为本发明的智能割草机中超声波传感器未偏移的示意图。
图14为本发明的智能割草机中超声波传感器向下偏移β角的示意图。
图15为本发明的智能割草机中超声波传感器向上偏移β角的的示意图。
图16为本发明的智能割草机的超声波传感器的结构图。
图17为本发明的智能割草机的超声波传感器另一角度的结构图。
图18为本发明的智能割草机设防串扰结构与现有技术中智能割草机相同结构不设防串扰结构的视场串扰的结构示意图。
图19为本发明的智能割草机中一种防串扰结构的立体示意图。
图20为图19中防串扰结构的侧视示意图。
图21为图19中防串扰结构的俯视示意图。
图22为图21中A-A线的剖视图。
图23为本发明的智能割草机中防串扰结构的主视示意图。
图24为本发明的智能割草机的另一种防串扰结构与超声波传感器位置关系的示意图。
图25为图24另一角度的示意图。
图26为本发明智能割草机超声传感器收发信号检测方法的示意图。
图27为本发明的控制框图。
图28为本发明智能割草机识别障碍物方法的流程图。
具体实施方式
本发明公开了能实现非接触式避障的智能割草机，各实施例中的智能割草机均采用超声波传感器进行障碍物的识别。并且，通过超声波传感器的排布形成重叠检测区域，提高了智能割草机的可接近性，可以实现近距离的非接触式避障。
在详细说明本发明的实施例前，应该注意到的是，在本发明的描述中，诸如左和右，上和下，前和后，第一和第二之类的关系术语仅仅用来区分一个实体或动作与另一个实体或动作，而不一定要求或暗示这种实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。术语“包括”、“包含”或任何其他变体旨在涵盖非排他性的包含，由此使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包含这些要素，而且还包含没有明确列出的其他要素，或者为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
在本发明的描述中，“前”代表超声波传感器发送的超声波传播的方向，定义“前”为机器的行进方向，“后”代表与“前”相反的方向，“左”代表行进方向上的左侧，“右”代表与“左”相对的行进方向上的右侧，“上”代表工作中远离机器工作面的方向，“下”代表与“上”相反的接近机器工作面的方向。
出于本发明公开的目的，术语“收发区域”是指收发一体的超声波传感器发送超声波且能接收到超声回波的障碍物所在的区域。“收发一体”是指超声波传感器同时承担发送超声波的工作，还承担接收障碍物回波的工作。“发送区域”是指超声波传感器发出的超声波所能到达的区域。“接收区域”是指超声波传感器能接收到障碍物回波的障碍物所在的区域。“视场”是指超声波传感器发送超声波且能接收到超声回波的障碍物所在的范围。对于只负责接收障碍物回波的超声波传感器而言，“视场”指的是若该接收传感器能发射信号，该发射传感器能够收到障碍物回波的障碍物所在的区域。“声波传输范围”是指超声波传感器发送的超声波能到达的区域。“波束模板”是指超声波传感器发送超声波后超声波形成的视场的截面形状。“发声面”是指超声波传感器发射超声波的面，超声波从该面发射出去。“重叠检测区”指两个超声波传感器发出的波束能够交叉重叠的地方。“判定截面”指在视场上选定的截面，该截面形状为波束模板。“声波束轴”指波束最强辐射方向。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，图1为本发明非接触式避障的自移动设备1的模块示意图。智能割草机包括壳体10，位于壳体10上的超声波传感器组件20，位于壳体10底部的移动模块84，用于执行工作的工作模块86，用于控制智能割草机自动工作和移动的控制模块30，以及为智能割草机提供能量的能量模块88。控制模块30的具体物理形式为布置有一个或多个处理器、存储器、其他相关元器件以及相应外围电路的控制电路板。控制模块30内置有控制程序，以执行预定的指令，控制智能割草机在工作区域自动移动和执行工作。本发明所述的自移动设备可以为智能割草机或者智能扫地机器人。所以关于图1的元件描述同样适用本发明下述各实施例的关于智能割草机或者自移动设备的描述。
本发明非接触式避障的自移动设备1中超声波传感器组件20包括至少一个超声波传感器。超声波传感器组件20位于壳体10的前端，用于检测智能割草机100前进方向是否存在障碍物以及障碍物离自移动设备1的距离。超声波传感器组件20包括至少一个收发一体的超声波传感器，或者包括至少一个超声波发送传感器和一个与超声波发送传感器视场交叉的超声波接收传感器。
多组收发功能分离的超声波变送器。对于收发功能分离的超声波变送器，其中至少一个发送超声波，其余接收障碍物回波。
如图16及图17所示，本发明非接触式避障的自移动设备1中的超声波传感器组件20包括超声波传感器201、PCB板202、安装于PCB板上的电容204以及定位PCB板202及超声波传感器201的保护壳205。超声波传感器201具有向外的发声面2011，保护壳205具有端面2051，发声面2011与端面2051相平或相对端面2051内凹设于保护壳205内。如图17所示，在本发明其他实施例中，当超声波传感器需要高压发送超声波时，PCB板上还设置变压器203。
在本发明的描述中，所有关于超声波传感器的轴线的描述指的是贯穿发声面2011的轴线。所有智能割草机关于两个超声波传感器相互之间互成角度均指的是两个超声波传感器轴线之间互成的角度，关于两个超声波传感器平行均指的是两个超声波传感器轴线平行。壳体10的轴线指壳体10前后方向上的轴线，关于超声波传感器与壳体轴线之间互成角度指的是超声波传感器的轴线与壳体轴线之间的夹角，关于超声波传感器与壳体轴线之间平行指的是超声波传感器的轴线与壳体轴线相互平行。在本发明的描述中，超声波传感器与障碍物之间的距离指的都是发声面2011的轴心到障碍物的距离。壳体10与障碍物之间的距离指的都是壳体最前端与障碍物之间的距离。智能割草机与障碍物之间的距离指的也是壳体最前端与障碍物之间的距离。
在本发明的描述中，机身的宽度范围为壳体10的宽度和移动模块84的宽度。超声波传感器组件20的有效检测范围至少覆盖机身的宽度范围。超声波传感器组件20具有上述有效检测范围，使得超声波传感器组件20能够检测到智能割草机移动过程中正前方的障碍物，避免智能割草机在移动过程中碰撞到障碍物。
本发明公开的非接触式避障的智能割草机通过超声波传感器进行障碍物识别，所述超声波传感器发射超声波，超声波碰到前方障碍物时会发生反射，超声波传感器接收反射回来的超声回波，智能割草机通过发射超声波及接收障碍物回波的时间差来判断超声波传感器与障碍物之间的距离；再通过控制模块30设置预设距离进行智能割草机的运动限制，在超声波传感器与障碍物之间的距离小于预设距离时，智能割草机的控制模块30判断前方具有需要避开的障碍物，控制模块30控制智能割草机采取避障措施，最终实现非接触式避障。
本发明关于超声波传感器组件20的布置具有多个实施例，进而形成了多个实施例的非接触式避障的智能割草机，下面针对不同实施例的非接触式避障的智能割草机进行详细的叙述。
第一实施例：
如图2所示，图2为本发明第一实施例的智能割草机100的俯视示意图。该智能割草机100的长度方向为前后方向。行进箭头510表示智能割草机的前进方向。
如图3及图4所示，在该第一实施例的智能割草机100中，超声波传感器组件20包括第一超声波传感器21和第二超声波传感器23。第一超声波传感器21和第二超声波传感器23互成角度设置。第一超声波传感器21具有第一轴线211，第二超声波传感器23具有第二轴线231，智能割草机100具有前后延伸的壳体轴线210。第一轴线211和第二轴线231互成角度交叉，从俯视角度，第一轴线211和第二轴线231在壳体10的前方交叉，交叉的投影交点可以位于壳体10正前方的任意位置。第一超声波传感器21和第二超声波传感器23互成的夹角σ1的范围为60°-110°。在该第一实施例的智能割草机100的优选实施例中，第一超声波传感器21和第二超声波传感器23的交叉夹角σ1的范围为70°-90°。该70°-90°数值范围的第一超声波传感器21和第二超声波传感器23的交叉，确保获得重叠检测区域的同时，还能让重叠检测区域更加靠近智能割草机100的前方，而且避免其中一个超声波传感器发射的超声波未经过障碍物反射而直接被另一个超声波传感器接收，减少第一超声波传感器21和第二超声波传感器23两者之间的信号串扰，提高了障碍物识别的准确性。上述的第一超声波传感器21和第二超声波传感器23互成的角度即是指第一轴线211和第二轴线231互成的角度。第一轴线211和第二轴线231互成的角度沿智能割草机前进方向越来越小。
如图5所示，相对于壳体轴线210，第一轴线211与壳体轴线210之间的夹角ω1的范围是10°-80°，在该第一实施例的智能割草机100的优选实施例中，第一轴线211与壳体轴线210之间的夹角ω1的范围是25°-55°。第二轴线231与壳体轴线210之间的夹角ω2的范围是10°-80°，在该第一实施例的智能割草机100的优选实施例中，第二轴线231与壳体轴线210之间的夹角ω2的范围是25°-55°。在该角度范围内，在确保获得重叠检测区域的同时，还能让重叠检测区域更加靠近智能割草机100的前方，而且避免其中一个超声波传感器发射的超声波未经过障碍物反射而直接被另一个超声波传感器接收，减少第一超声波传感器21和第二超声波传感器23两者之间的信号串扰，提高了障碍物识别的准确性。
如图3及图4所示，在本发明该第一实施例的智能割草机100中，第一超声波传感器21和第二超声波传感器23均为收发一体的超声波传感器，即一个超声波传感器能够承担发送超声波和接收障碍物回波两个功能的超声波传感器。
如图6及图8所示，图6及图8显示了本发明第一实施例的智能割草机100的超声波传感器组件在第一种布置方式下的检测范围示意图，两个图的差异在于波束模板不同，图6中显示的超声波传感器组件的波束模板为三角形或者接近三角形，图8中超声波传感器组件的波束模板为椭圆形或者接近椭圆形。在该第一种布置方式的实施例中，第一超声波传感器21和第二超声波传感器23的硬件参数一致。第一超声波传感器21具有第一收发区域A。第二超声波传感器23具有第二收发区域B。第一收发区域A和第二收发区域B在智能割草机100的正前方形成有重叠检测区域。所述重叠检测区域内第一超声波传感器21和第二超声波传感器23均可收到超声回波，即在重叠检测区域内如果是第一超声波传感器21发送超声波，则第一超声波传感器21和第二超声波传感器23均可收到超声回波；如果是第二超声波传感器23发送超声波，则第一超声波传感器21和第二超声波传感器23均可收到超声回波。
如图6及图8所示，在本发明第一实施例的智能割草机100的该第一种布置方式的实施例中，第一超声波传感器21和第二超声波传感器23互成角度地设置在壳体10的前端，从而第一超声波传感器21的第一收发区域A和第二超声波传感器23的第二收发区域B部分重叠。第一收发区域A的未重叠部分为传感器组件20的第一检测区域11，第二收发区域B的未重叠部分为传感器组件20的第二检测区域12，第一收发区域A和第二收发区域B重叠的部分为传感器组件20的第三检测区域13。
如图7及图9所示，图7及图9显示了本发明第一实施例的智能割草机100的超声波传感器组件在第二种布置方式下的检测范围示意图。超声波传感器组件的该第二种布置方式与第一种布置方式的区别在于，超声波传感器组件20安装于距离壳体前端呈一段距离D的位置。具体描述为，在该第二种布置方式的实施例中，超声波传感器组件20包括第一超声波传感器21和第二超声波传感器23。第一超声波传感器21和第二超声波传感器23互成角度地设置在相对壳体10的前端且与壳体前端呈一段距离D的位置。第一超声波传感器21具有第一收发区域A。第二超声波传感器23具有第二收发区域B。第一超声波传感器21的第一收发区域A和第二超声波传感器23的第二收发区域B仍然部分重叠，仍然形成超声波传感器组件20的三个检测区域。所述重叠检测区域内第一超声波传感器21和第二超声波传感器23均可收到超声回波，即如果是第一超声波传感器21发送超声波，那么第一超声波传感器21和第二超声波传感器23均可收到超声回波；如果是第二超声波传感器23发送超声波，那么第一超声波传感器21和第二超声波传感器23均可收到超声回波。第一收发区域A的未重叠部分为传感器组件20的第一检测区域11，第二收发区域B的未重叠部分为传感器组件20的第二检测区域12，第一收发区域A和第二收发区域B重叠的部分为传感器组件20的第三检测区域13。
如图7及图9所示，在本发明第一实施例的智能割草机100的该第二种布置方式中，第一超声波传感器21和第二超声波传感器23原则上可以设置在壳体10长度方向上的任何位置，如果第一超声波传感器21和第二超声波传感器23设置在壳体10上更加靠近后端的地方，那么为了能够保证超声波传感器发送超声波和接收障碍物回波不受影响，可以改进壳体的形状或者将超声波传感器设置的更高。在本发明的优选实施例中，同时考虑到超声波的发送和接收以及占用空间小的因素，第一超声波传感器21和第二超声波传感器23设置在壳体10长度方向的前半部分，距离D小于等于壳体10长度的一半，如此设置，可以更加方便的通过对壳体前端的结构改进来适合视场的范围，避免对超声波产生阻挡。
在本发明第一实施例的智能割草机100的一个优选方案中，控制模块30控制第一超声波传感器21和第二超声波传感器23在时间上交替发射超声波。控制模块30控制第一超声波传感器21在第一时间段内发射超声波，第一超声波传感器21和第二超声波传感器23在第一时间段内接收障碍物回波，控制模块30控制第二超声波传感器23在第一时间段之后的第二时间段内发射超声波，第一超声波传感器21和第二超声波传感器23在第二时间段内接收障碍物回波。
在本发明第一实施例的智能割草机100的一个优选方案中，控制模块30依据超声波传感器组件20中第一超声波传感器21和第二超声波传感器23所发射和接收障碍物回波的组合情况，判断障碍物的方位。具体描述为，当超声波传感器组件20中只有第一超声波传感器21发射超声波时，且只有第一超声波传感器21接收到障碍物回波，控制模块30判断障碍物位于第一检测区域。当超声波传感器组件20中只有第二超声波传感器23发射超声波时，且只有第二超声波传感器23接收障碍物回波时，控制模块30判断障碍物位于所述第二检测区域。当超声波传感器组件20中第一超声波传感器21发射超声波、第一超声波传感器21和第二超声波传感器23接收障碍物回波时，控制模块30判断障碍物位于所述第三检测区域。当超声波传感器组件20中第二超声波传感器23发射超声波、第一超声波传感器21和第二超声波传感器23接收障碍物回波时，控制模块30判断障碍物位于所述第三检测区域。当超声波传感器组件20中第一超声波传感器21发射超声波、第二超声波传感器23接收障碍物回波时，控制模块30判断障碍物位于所述第三检测区域。当超声波传感器组件20中第二超声波传感器23发射超声波、第一超声波传感器21接收障碍物回波时，控制模块30判断障碍物位于所述第三检测区域。
在本发明第一实施例的智能割草机100的优选方案中，控制模块30依据超声波传感器组件20的发射超声波和接收障碍物回波的时间差，计算障碍物离智能割草机的距离。
在本发明第一实施例的智能割草机100的一个优选实施例中，为保障第一实施例的智能割草机100能识别前进方向上的障碍物，必须使超声波传感器组件20的有效检测范围覆盖智能割草机100机身正前方的区域。在本发明第一实施例的智能割草机100的一个优选实施例中，超声波传感器组件20的有效检测范围为第一检测区域、第二检测区域和第三检测区域的总和。具体的，以智能割草机100的左右方向为宽度方向，超声波传感器组件20的有效检测宽度覆盖机身的宽度范围。
在本发明第一实施例的智能割草机100的其他优选实施例中，使用的超声波传感器组件20包括不止两个超声波传感器，即超声波传感器组件20可以包括三个及以上的超声波传感器，当超声波传感器超过两个时，对超声波传感器的发送超声波在不同的布置情况下有不同的要求。原则上，超过两个的超声波传感器与其他传感器有重叠检测区域时，需要与存在重叠检测区域的其他超声波传感器轮流在时间上交替发送超声波，超过两个的超声波传感器与其他超声波传感器没有重叠检测区域时，可以选择与其他超声波传感器同时发送超声波，也可以选择与其他超声波传感器轮流在时间上交替发送超声波。下面将结合具体的附图与实施例对超过两个超声波传感器的布置及超声波的发送情况进行描述。
如图10所示，图10为本发明第一实施例的智能割草机100包括三个超声波传感器的实施例，具体描述为，超声波传感器组件20包括第一超声波传感器21、第二超声波传感器23和第三超声波传感器25。其中，第一超声波传感器21和第二超声波传感器23保持成角度交叉的布置方式，并在壳体10的正前方形成视场重叠检测区域，第三超声波传感器25与壳体轴线平行。如第一种布置方式，第三超声波传感器25不与第一超声波传感器21和第二超声波传感器23任何一个在壳体10的正前方形成视场重叠检测区域，第三超声波传感器25具有第四检测区域。基于第三超声波传感器25并不与第一超声波传感器21和第二超声波传感器23任何一个在壳体10的正前方形成视场重叠检测区，第三超声波传感器25可以选择和第一超声波传感器21或第二超声波传感器23同时发送超声波，也可以选择和第一超声波传感器21和第二超声波传感器23轮流在时间上交替发送超声波。
如图10所示，当第三超声波传感器25与第一超声波传感器21或第二超声波传感器23同时发送超声波时，控制模块30控制第一超声波传感器21和第三超声波传感器25在第一时间段内发射超声波，第一超声波传感器21、第二超声波传感器23和第三超声波传感器25在第一时间段内接收障碍物回波，控制模块30控制第三超声波传感器25和第二超声波传感器23在第一时间段之后的第二时间段内发射超声波，第一超声波传感器21、第二超声波传感器23和第三超声波传感器25在第二时间段内接收障碍物回波。
如图10所示，当第三超声波传感器25与第一超声波传感器21和第二超声波传感器23轮流发送超声波时，控制模块30控制第一超声波传感器21在第一时间段内发射超声波，第一超声波传感器21、第二超声波传感器23和第三超声波传感器25在第一时间段内接收障碍物回波，控制模块30控制第二超声波传感器23在第一时间段之后的第二时间段内发射超声波，第一超声波传感器21、第二超声波传感器23和第三超声波传感器25在第二时间段内接收障碍物回波，控制模块30控制第三超声波传感器25在第二时间段之后的第三时间段内发射超声波，第一超声波传感器21、第二超声波传感器23和第三超声波传感器25在第三时间段内接收障碍物回波。
如图10所示，在本发明第一实施例的智能割草机100的该包括三个超声波传感器的实施例中，第一超声波传感器21和第二超声波传感器23互成角度地设置在壳体10的前端，从而第一超声波传感器21的第一收发区域A和第二超声波传感器23的第二收发区域B部分重叠。第三超声波传感器25的第三收发区域C不与第一超声波传感器21的第一收发区域A和第二超声波传感器23的第二收发区域B重叠。第一收发区域A的未重叠部分为传感器组件20的第一检测区域11，第二收发区域B的未重叠部分为传感器组件20的第二检测区域12，第一收发区域A和第二收发区域B重叠的部分为传感器组件20的第三检测区域13。第三收发区域C为第四检测区域14。
如图10所示，控制模块30仍旧可以依据超声波传感器组件20中第一超声波传感器21、第二超声波传感器23和第三超声波传感器25所发射和接收障碍物回波的组合情况，判断障碍物的方位，具体描述为，当超声波传感器组件20中只有第一超声波传感器21发射超声波时，且只有第一超声波传感器21接收障碍物回波时，控制模块30判断障碍物位于第一检测区域11。当超声波传感器组件20中只有第二超声波传感器23发射超声波时，且只有第二超声波传感器23接收障碍物回波时，控制模块30判断障碍物位于所述第二检测区域12。当超声波传感器组件20中第一超声波传感器21发射超声波、第一超声波传感器21和第二超声波传感器23接收障碍物回波时，控制模块30判断障碍物位于所述第三检测区域13。当超声波传感器组件20中第二超声波传感器23发射超声波、第一超声波传感器21和第二超声波传感器23接收障碍物回波时，控制模块30判断障碍物位于所述第三检测区域13。当超声波传感器组件20中第一超声波传感器21发射超声波、第二超声波传感器23接收障碍物回波时，控制模块30判断障碍物位于所述第三检测区域13。当超声波传感器组件20中第二超声波传感器23发射超声波、第一超声波传感器21接收障碍物回波时，控制模块30判断障碍物位于所述第三检测区域13。当超声波传感器组件20中第三超声波传感器25发射超声波，且只有第三超声波传感器25接收障碍物回波时，控制模块30判断障碍物位于所述第四检测区域14。
如图
本发明第一实施例的智能割草机100通过超声波传感器检测障碍物，智能割草机100具有预设距离，当智能割草机100与障碍物之间的距离小于等于预设距离时，智能割草机进行避障而不继续朝障碍物前进并实现智能割草机的非接触式避障。通过预设距离值的不同，当距离相对较小时，可以实现相对的近距离非接触式避障，当距离相对较大时，可以实现相对近距离非接触式避障的远距离非接触式避障。另外，通过超声波传感器成角度交叉布置，可以获知障碍物所在的位置及方向，提高了障碍物定位的准确性，而且有助于智能割草机100适应不同工况，同时，知道方向后还方便智能割草机100采取针对性的避障措施，比如若障碍物在右侧时，在满足左拐条件的前提下进行左拐。
控制模块30根据超声波传感器组件20所接收超声波的不同情况，判断出障碍物出现的方位，进而控制智能割草机前进方向，有针对性地规避障碍物，提高了避障的效率。具体如，针对本发明第一实施例的智能割草机100而言，当障碍物出现在第三检测区域时，控制模块30控制智能割草机后退，或者停机，或者向左转向，或者向右转向，或者后退向左转向，或者后退向右转向；当障碍物出现在第一检测区域时，控制模块30控制智能割草机后退，或者停机，或者向左转向，或者后退向左转向；当障碍物出现在第二检测区域时，控制模块30控制智能割草机后退，或者停机，或者向右转向，或者后退向右转向。具体的避障措施，控制模块30根据障碍物与智能割草机100之间的距离进行合理的选择。
本发明前述实施例的智能割草机的实施例同样适用于其他自移动设备，比如智能扫地机器人，关于智能扫地机器人或者更多的自移动设备的实施例描述在此不重复进行，其他自移动设备的实施例方案与前述四个实施例的智能割草机100、200、300、400相同。
图11为控制模块30控制超声波传感器组件20发射和接收的流程图。适用本发明所有实施例的超声波传感器组件20，下面以第一实施例的智能割草机100中的超声波传感器进行举例描述。控制模块30控制第一超声波传感器21和第二超声波传感器23在时间轴上间隔发射超声波，具体步骤依次为：
步骤S11：第一超声波传感器21在一第一时间发出超声波；
步骤S12：第一超声波传感器21和第二超声波传感器23接收超声波；
步骤S13：第二超声波传感器23在一第二时间发出超声波；
步骤S14：第一超声波传感器21和第二超声波传感器23接收超声波。
控制模块30控制超声波传感器组件20按照图11所示的步骤，循环地进行障碍物检测。如果有效检测范围内存在障碍物，发射的超声波会被障碍物反射形成回波。超声波传感器组件20接收到回波，控制模块30根据回波信息，分析判断出障碍物的方位及距离。如果有效检测范围内不存在障碍物，则步骤S12和步骤S14的超声波传感器组件接收不到超声波回波，进而分析判断智能割草机100的前进方向上不存在障碍物。第一超声波传感器21和第二超声波传感器23发射超声波的时间差T，称为有效接收时段。有效接收时段T的具体时间，根据驱动电路所产生驱动信号的强弱及超声波传感器的硬件参数而有所不同。该超声波交替发射的步骤同样适用于本发明上述的智能割草机200、300。
图12为智能割草机的有效检测范围内障碍物情况不同所对应的超声波传感器组件接收信号情况示意图，图12以第一实施例的智能割草机100中的超声波传感器进行举例描述。该波形示意图仅用来表示障碍物在不同方位时，超声波传感器组件所接收的波形示意，并不代表真实传感器组件的接收信号波形。在本实施例中，以第一超声波传感器21发射超声波为例，阐述障碍物出现在不同方位时，第一超声波传感器21和第二超声波传感器23所接收信号的情况示意图。在图17的接收信号波形中，类似矩形的波形M表示超声波传感器发射超声波后的自激振荡，类似菱形的波形N表示超声波传感器所接收到的反射的超声波。由于在该实施例中，第一超声波传感器21发射超声波，因此，第一超声波传感器21的接收信号示意图始终存在类似矩形的波形a。该收发信号的情况同样适用于本发明上述的智能割草机200、300。
如图12(a)所示，第一超声波传感器21在t0时刻发射超声波。在t0至t1时间段内，第一超声波传感器21和第二超声波传感器23都未接收到反射的超声波。控制模块30判断，智能割草机100的有效检测范围内不存在障碍物。t0至t1时间段为上述所述的有效接收时段T。
如图12(b)所示，第一超声波传感器21在t0时刻发射超声波。在t0至t1时间段内，第一超声波传感器21接收到发射波而第二超声波传感器23未接收到反射的超声波。控制模块30判断，智能割草机100的第一检测区域内存在障碍物。
如图12(c)所示，第一超声波传感器21在t0时刻发射超声波。在t0至t1时间段内，第一超声波传感器21未接收到发射波而第二超声波传感器23接收到反射的超声波。控制模块30判断，智能割草机100的第二检测区域内存在障碍物。
如图12(d)所示，第一超声波传感器21在t0时刻发射超声波。在t0至t1时间段内，第一超声波传感器21和第二超声波传感器23都未接收到反射的超声波。控制模块30判断，智能割草机100的第三检测区域内存在障碍物。
如图27及28
本发明一个优选实施例的智能割草机中，当所述障碍物和智能割草机之间的距离小于所述预设距离时，控制模块30控制智能割草机执行预设的避障措施。所述预设距离与所述智能割草机的移动速度、加速度、惯性中的至少一个成正向关系。惯性为与智能割草机的质量有关，以及移动模块轴的设置位置有关，即与智能割草机的质量分布有关，因为移动模块轴的位置不同会影响智能割草机的质量分布，进而影响惯性。所述预设距离小于等于25厘米。当本发明的智能割草机需要实现近距离非接触式避障时，所述预设距离小于等于15厘米。当本发明的智能割草机的工作环境中有坡或者狭窄通道时，所述预设距离小于等于10厘米。以本发明智能割草机的长度尺寸作为参考值，所述预设距离小于等于壳体长度的40％。当本发明的智能割草机需要实现近距离非接触式避障时，所述预设距离小于等于壳体长度的24％。当本发明的智能割草机的工作环境中有坡或者狭窄通道时，所述预设距离小于等于壳体长度的15％。以本发明智能割草机的宽度尺寸作为参考值，所述预设距离小于等于壳体宽度的60％。当本发明的智能割草机需要实现近距离非接触式避障时，所述预设距离小于等于壳体宽度的35％。当本发明的智能割草机的工作环境中有坡或者狭窄通道时，所述预设距离小于等于壳体宽度的25％。如前述将预设距离的设定与壳体的长度及宽度关联，是因为智能割草机在选择不同的避障逻辑时，为了实现非接触式避障，不但跟预设距离有关，还和壳体长度及宽度有关。上述关于预设距离的描述同样适用于本发明上述的四个实施例的智能割草机100、200、300、400。
本发明一个优选实施例的智能割草机中，由于超声波传感器信号发出后，在前方超声波的传输范围内所有的障碍物都会有回波返回，且很多的超声回波会被超声波传感器接收到，但是对于一些较远的障碍物，对智能割草机是没有影响的，智能割草机主要是需要对较近的障碍物进行辨识，然后达成非接触式避障的目的。所以为了减少不必要的数据分析，控制模块30仅对限定分析范围内接收到的超声回波进行分析。所述限定分析范围与壳体10的长度有关。所述限定分析范围最好是小于等于200厘米，该范围是指壳体10最前端至壳体10前方200厘米。在本发明的优选实施例中，所述限定分析范围的范围最佳为小于等于90厘米，该范围是指壳体10最前端至壳体10前方90厘米。
本发明一个优选实施例的智能割草机中，智能割草机需要检测其前进方向上的障碍物，且仅仅检测符合一定高度范围的障碍物，超过该高度范围外的障碍物可以不用检测，比如超过智能割草机1本身高度5cm以外的障碍物可以不用检测。由于检测的障碍物有高度范围的要求，决定是否检测到障碍物的前提是障碍物落入超声波传感器的视场范围内，使得超声波传感器发出的超声波视场能够检测到障碍物产生超声回波，而超声波传感器的安装高度及俯仰角不同，决定了视场的方向不同。
本发明一个优选实施例的智能割草机中，如图13至图15所示，超声波传感器的安装高度为H1，待识别的障碍物的高度界限值为H2(对于智能割草机而言，H2一般设定的待割除的草的高度)，即高于H2被识别为障碍物，低于H2的不认为是障碍物。超声波传感器安装高度H1与待割除的草的高度H2的关系，H1＝H2+L*sin(φ±σ)，其中，L为超声波传感器的轴心到判定截面的距离，φ为传感器性能决定的视场角度的一半，σ为超声波传感器的中心线相对于壳体底面的偏移角度，如果超声波传感器向上倾斜-σ，如果超声波传感器向下倾斜+σ。基于该安装高度H1，超声波传感器的视场98可以满足覆盖到大于H2范围，可以识别高于H2高度的物体并进行障碍物识别。关于本实施例中的超声传感器的高度H1的设置同样适用于本发明上述的四个实施例的智能割草机100、200、300、400。
本发明一个优选实施例的智能割草机中，智能割草机有大致确定的需要割除的割草高度范围，所以大于待割除的草的高度的物体会被识别为障碍物，同时为了完成确定高度的草可以被割掉，需要超声波传感器的视场并不将需要割掉的草识别为障碍物，因为超声波传感器的自身性能决定了φ、σ的值，判定截面选定后L的距离也是可以确定的，所以只要确定好需要割草的高度H2，通过公式H1＝H2+L*sin(φ±σ)，即可以换算出超声波传感器的安装高度H1。由于不同的草坪割草高度H2的值可能会不同，设定一个初始的割草高度H2后，还可以通过内部软件控制H2数值的弹性变动，比如传感器视场内传感器轴线附近的检测信号强度是大于远离传感器轴线的外侧视场的，可以通过识别信号强度的选择改变H2的高度，达成不同割草高度的微调节。关于本实施例中的超声传感器的高度H1的设置同样适用于本发明上述的四个实施例的智能割草机100、200、300、400。
本发明一个优选实施例的智能割草机中，由于草坪上的草的高度并不都是一样的，所以割草高度H2的高度的选择是为了能够将大部分的草割除，对于部分高度高于割草高度H2的高草仍旧是需要割掉的，但是，由于该部分高草的高度值大于H2的值，所以该部分高草会被识别为障碍物做避障处理，而这会导致高草无法割除。所以本发明智能割草机内预设有反射波门限阈值，由于对于进入超声波传感器视场内的高草，其是草的顶端进入超声波传感器的视场，该草的顶端产生的回波信号比较弱，可以通过设置反射波门限阈值，将小于反射波门限阈值的超声回波认定为是高草产生的，智能割草机继续前进对其进行割除，将大于反射波门限阈值的回波信号认定为是障碍物产生的，智能割草机需要采取避障措施。在实际的应用中，有时也会出现高草产生的回波信号与障碍物产生的回波信号强度相差比较小，此时反射波门限阈值的设置会比较高，而且为了避免造成碰撞障碍物，某些高草的回波信号仍旧会高于反射波门限阈值，那么会导致把高草认为是障碍物使得高草没有被割掉。对于这种情形，可以对电路进行改进，设置放大倍数调节，通过放大倍数调节，拉开高草回波与障碍物回波的信号差距，再通过合理的反射波门限阈值的设定，可以明显区分高草与障碍物。本发明前述的反射波门限阈值，可以是反射信号强度值。关于本实施例中的超声传感器反射波门限阈值设定的相关描述适用于本发明的所有实施例。
如图18、24解决防串扰问题的实施例。
本发明第二实施例的自移动设备与第一实施例的智能割草机100完全相同，此处不进行重复描述及重复附图的提供。本发明第二实施例的自移动设备与第一实施例的智能割草机100的区别在于：第二实施例的自移动设备中第一超声波传感器21及第二超声波传感器23之间具有物理隔离的防串扰结构，防串扰结构可以是一个独立的位于第一超声波传感器21及第二超声波传感器23之间的物理结构，也可以是至少两个分别设在第一超声波传感器21及第二超声波传感器23外部或之间的物理结构。
如图18、24、25所示，所述自移动设备还包括防串扰结构80、89，用于阻止第一超声波传感器21和第二超声波传感器23两者之一发送的超声波未经障碍物反射被两者中的另一个直接接收。防串扰结构80、89设于第一超声波传感器21和第二超声波传感器23之间。防串扰结构80、89向壳体10前侧延伸不与超声波传感器轴线接触。防串扰结构80、89向壳体10前侧延伸不超过第一超声波传感器轴线和第二超声波传感器轴线的投影的交叉点。防串扰结构80、89位于第一超声波传感器21声波发射点和第二超声波传感器23声波发射点连线的前侧并向壳体前侧延伸。防串扰结构80、89包括与超声波传感器轴线成角度设置的止档壁801。
如图24及图25所示，防串扰结构80的第一实施例中，第一超声波传感器21及第二超声波传感器23之间具有防串扰结构89。防串扰结构89包括两个止档壁，其中一个止档壁(即下述的第一防串扰面893)对着第一收发区域并部分延伸入第一收发区域，另一个止档壁(即下述的第二防串扰面894)对着第二收发区域并部分延伸入第二收发区域。第一超声波传感器21具有第一轴线211，第二超声波传感器23具有第二轴线231。防串扰结构89具有对着第一超声波传感器21的第一防串扰面893以及对着第二超声波传感器23的第二防串扰面894，防串扰结构89不超过第一轴线211和第二轴线231。防串扰结构89具有最靠近第一轴线211的第一边891以及靠近第二轴线231的第二边892。第一边891不超过第一轴线211，第二边892不超过第二轴线231。在本发明的该实施例中，第一边891为第一防串扰面893的一个边，第二边892为第二防串扰面894的一个边。第一防串扰面893部分延伸入第一收发区域，第二防串扰面894部分延伸入第二收发区域。如此设置，防串扰结构89可以阻挡第一超声波传感器21及第二超声波传感器23相邻位置的收发区域，避免第一超声波传感器21及第二超声波传感器23相互之间产生信号串扰。
如图18所示，防串扰结构的第二实施例中，第一超声波传感器21及第二超声波传感器23外围均具有防串扰结构80，每一防串扰结构80具有止档壁801。两个止档壁801分别部分延伸入第一收发区域和第二收发区域。第一超声波传感器21及第二超声波传感器23的止档壁801对应第一实施例的第一防串扰面893和第二防串扰面894。如此设置，防串扰结构89可以阻挡第一超声波传感器21及第二超声波传感器23相邻位置的收发区域，避免第一超声波传感器21及第二超声波传感器23相互之间产生信号串扰。如图2所示，两个防串扰结构80沿壳体轴线210对称设置。
图18表示出了设置止档壁801与未设置止档壁801的区别，从图18(a)可以看出其中一个超声波传感器发出来的超声波，即视场98直接覆盖到了相邻另一个超声波传感器，由于两个超声波传感器的轴线是成角度交叉设置，所以其中一个超声波传感器发出来的部分超声波会直接被相邻的另一个超声波传感器所接收，会对该相邻的另一个超声波传感器发射出来的超声波造成串扰。从图18(b)可以看出设置本发明的止档壁801后，其中一个超声波传感器发出来的超声波形成的视场98不会覆盖到相邻的另一个超声波传感器，所以避免了相互之间的信号串扰。
如图19至图23所示，防串扰结构80还包括用以与超声波传感器发声面对应的安装孔802、顶面803、与顶面803平行的虚拟平行面804，超声波传感器的发声面朝向安装孔802。止档壁801包括第一档壁8011和第二档壁8012。第一档壁8011和第二档壁8012可以是一体结构，也可以是分体结构，当第一档壁8011和第二档壁8012为分体结构时，通过两个结构的叠加实现止档壁801的作用。所述第一档壁具有顶端，在本发明的实施例中，该顶端即顶面803。第二档壁具有上连接端805，上连接端805在竖直方向上低于顶端。第二档壁8012自上连接端805向壳体10前侧延伸，且竖直方向上的高度逐渐降低。第一档壁8011的宽度为L3，超声波传感器发射的会引起相互串扰的超声波大部分会被的第一档壁8011阻挡，剩余的较少的干扰超声波只需要第二档壁8012阻挡即可。
如图19至图23所示，第二档壁8012朝向自移动设备的行进方向面积逐渐减小。第二档壁8012具有与第一档壁8011连接且低于顶面803的上连接端805、远离第一档壁8011并在竖直方向上低于上连接端805的下连接端806以及连接上连接端805和下连接端806的连接面809。防串扰结构80具有与顶面803基本垂直连接的前端面808，此处基本垂直指的是可以使完全垂直，也可以是大概呈垂直的状态。
发明通过设置第一档壁8011和第二档壁8012结构，第一档壁8011可以挡住大部分的串扰超声波，第二档壁8012的结构低于第一档壁8011可以档住剩余的防串扰波，并且结构上呈近似三角形，具有朝向自移动设备的行进方向面积逐渐减小的特征，且第二档壁8012自上连接端805向壳体10前侧延伸，且竖直方向上的高度逐渐降低，该第二档壁8012的形状设计独特，高度在竖直方向上的高度逐渐降低，通过一个阶梯形状逐渐过渡的防串扰，可以避免档过多的超声波，在不影响障碍物检测的同时，还能防串扰，保证近距离障碍物检测的准确度。
如图22所示，安装孔802具有孔中心807。孔中心807与前端面808之间的距离L大于5mm，上连接端805与前端面808之间的距离L2小于10mm，下连接端806与前端面808之间的距离L1小于20mm。上连接端805与孔中心807在竖直方向上的距离Δ小于16mm，连接面809与虚拟平行面804之间的角度τ的范围是35°-55°。本发明通过不同的参数设计，可以确保第一超声波传感器21发出的超声波不会直接未经过障碍物直接被第二超声波传感器23收到，保证了近距离障碍物识别的准确性，同时保证了第二超声波传感器23发送超声波信号的稳定性。
如图23所示，止档壁801相对于顶面803倾斜设置，即止档壁801与顶面80之间的角度不等于90°，由于虚拟平行面804与顶面803平行，虚拟平行面804与止档壁801之间的角度μ大于0°，且角度μ小于90°，角度μ不等于90°。本发明的防串扰结构80通过将止档壁801倾斜设置，以第一超声波传感器21为例，当第一超声波传感器21发射超声波时，由于止档壁801倾斜设置，部分超声波会直接从止档壁801发射出去，而不会再被反射回第一超声波传感器21，进而可以减少直接反射回第一超声波传感器21的超声波，由于直接被止档壁801发射回去的超声波变少，所以即使第一超声波传感器21收到了部分止档壁801反射的超声波回波，但是由于该些回波强度值较弱，没有到达障碍物判断的反射波门限阈值，所以第一超声波传感器21不会做近距离的障碍物判断，提升了近距离障碍物判断的准确度。
本发明通过在第一超声波传感器21及第二超声波传感器23相邻处设置止档壁，如此设置，当第一超声波传感器21及第二超声波传感器23成角度交叉时，可以通过止档壁避免第一超声波传感器21发射的超声波为经过障碍物反射直接被第二超声波传感器23接收，保证了近距离障碍物识别的准确性。同时，防串扰结构80利用其自由的内部结构还能在超声波刚发出时约束超声波的视场发射范围，进一步防止超声波与壳体10直接产生接触而产生超声回波，保证了障碍物检测的准确性。
本发明上述防串扰结构的实施方案适用于本发明两个超声波传感器交叉布局的方案，即两个传感器轴线的投影交叉的方案。
对于本发明前述的非接触避障的智能割草机或者自移动设备而言，本发明各实施例实现了至少四种形式的避障，即所述控制模块控制移动模块沿预设路径移动，保持壳体与障碍物之间的间距始终大于零；所述控制模块控制移动模块沿不同于当前前进方向的路径移动；所述控制模块控制移动模块沿远离障碍物的方向移动；所述控制模块识别壳体行进方向的一侧障碍物与壳体的距离小于预设的距离，所述控制模块控制移动模块沿行进方向的另一侧移动。关于这四种形式的非接触避障实施例如下：
一种自移动设备，其包括：
壳体；
移动模块，设置于所述壳体下方，用于带动所述壳体移动；
驱动模块，用于驱动所述移动模块移动；
控制模块，用于控制所述自移动设备；
其特征在于，所述壳体上设置用以识别自移动设备前进方向障碍物的超声波组件，所述超声波传感器组件包括至少两个超声波传感器，包括第一超声波传感器和第二超声波传感器；所述第一超声波传感器及所述第二超声波传感器外围均具有防串扰结构，所述防串扰结构具有止档壁，两个止档壁分别部分延伸入所述第一收发区域和所述第二收发区域，从而阻止所述第一超声传感器和所述第二超声传感器两者之一发送的超声未经障碍物反射被两者中的另一个直接接收；所述控制模块控制移动模块沿预设路径移动，保持壳体与障碍物之间的间距始终大于零。
一种自移动设备，其包括：
壳体；
移动模块，设置于所述壳体下方，用于带动所述壳体移动；
驱动模块，用于驱动所述移动模块移动；
控制模块，用于控制所述自移动设备；
其特征在于，所述壳体上设置用以识别自移动设备前进方向障碍物的超声波组件，所述超声波传感器组件包括至少两个超声波传感器，包括第一超声波传感器和第二超声波传感器；所述第一超声波传感器及所述第二超声波传感器外围均具有防串扰结构，所述防串扰结构具有止档壁，两个止档壁分别部分延伸入所述第一收发区域和所述第二收发区域，从而阻止所述第一超声传感器和所述第二超声传感器两者之一发送的超声未经障碍物反射被两者中的另一个直接接收；所述控制模块控制移动模块沿不同于当前前进方向的路径移动。
一种自移动设备，其包括：
壳体；
移动模块，设置于所述壳体下方，用于带动所述壳体移动；
驱动模块，用于驱动所述移动模块移动；
控制模块，用于控制所述自移动设备；
所述壳体上设置用以识别自移动设备前进方向障碍物的超声波组件，所述超声波传感器组件包括至少两个超声波传感器，包括第一超声波传感器和第二超声波传感器，所述第一超声波传感器及所述第二超声波传感器外围均具有防串扰结构，所述防串扰结构具有止档壁，两个止档壁分别部分延伸入所述第一收发区域和所述第二收发区域，从而阻止所述第一超声传感器和所述第二超声传感器两者之一发送的超声未经障碍物反射被两者中的另一个直接接收；所述控制模块控制移动模块沿远离障碍物的方向移动。
一种自移动设备，其包括：
壳体；
移动模块，设置于所述壳体下方，用于带动所述壳体移动；
驱动模块，用于驱动所述移动模块移动；
控制模块，用于控制所述自移动设备；
所述壳体上设置用以识别自移动设备前进方向障碍物的超声波组件，所述超声波传感器组件包括至少两个超声波传感器，包括第一超声波传感器和第二超声波传感器，所述第一超声波传感器及所述第二超声波传感器外围均具有防串扰结构，所述防串扰结构具有止档壁，两个止档壁分别部分延伸入所述第一收发区域和所述第二收发区域，从而阻止所述第一超声传感器和所述第二超声传感器两者之一发送的超声未经障碍物反射被两者中的另一个直接接收；所述控制模块控制移动模块沿行进方向的另一侧移动。
上述四种方式中关于超声波传感器的结构或者收发信号的界定与第一实施例的智能割草机100相同，防串扰结构的界定如上述第十三实施例的自移动设备中的放串扰结构相同，在此不再重复描述。
如图28所示，为本发明自移动设备的控制模块30识别障碍物的方法流程图。以第一实施例的智能割草机100进行叙述，其他实施例的自移动设备根据超声波传感器数量及超声波发送方式(交替发射或同时发射)的不同进行相应的方法替换。
如图28所示，所述自移动设备识别障碍物的方法，所述自移动设备包括控制模块及第一超声波传感器，所述控制方法包括步骤：
S11：启动数据采集；
S12：超声波传感器发送超声波并接收障碍物回波；
S13：根据障碍物回波分析获得障碍物距离及回波强度；
S14：比较障碍物距离与预设距离以及比较回波强度与反射波门限阈值判断障碍物情况。
当自移动设备包括第一超声波传感器21和所述第二超声波传感器23时，接收障碍物回波的方法包括步骤：
S111：启动数据采集；
S112：所述第一超声波传感器21和所述第二超声波传感器23中的一个在ti时间段内发送超声波，所述第一超声波传感器21和所述第二超声波传感器23在ti时间段内接收障碍物回波，获得第i组障碍物回波；
S113：所述第一超声波传感器21和所述第二超声波传感器23中的另一个在ti时间段之后的ti+1时间段内发射超声波，所述第一超声波传感器21和所述第二超声波传感器23在ti+1时间段内接收障碍物回波，获得第i+1组障碍物回波；
S114：对第i+1组障碍物回波和第i组障碍物回波进行分析获得障碍物距离及回波强度；
S115：比较障碍物距离与预设距离以及比较回波强度与反射波门限阈值判断障碍物情况。
当i＝1时，所述控制方法包括步骤：
S11：启动数据采集；
S12：所述控制模块控制第一超声波传感器21在第一时间段内发送超声波，所述第一超声波传感器21和所述第二超声波传感器23在第一时间段内接收障碍物回波，获得第一组障碍物回波；
S13：所述控制模块控制所述第二超声波传感器23在第一时间段之后的第二时间段内发射超声波，所述第一超声波传感器21和所述第二超声波传感器23在第二时间段内接收障碍物回波，获得第二组障碍物回波；
S14：所述控制模块结合第一组障碍物回波和第二组障碍物回波进行距离分析及回波强度分析，并将分析获得的距离值与预设距离进行比较，将分析获得的回波强度值与发射波门限阈值进行比较，获得障碍物信息。
当在时间上轮流i＝2时，所述控制方法包括步骤：
S11：启动数据采集；
S12：所述控制模块控制第一超声波传感器21在第一时间段内发送超声波，所述第一超声波传感器21和所述第二超声波传感器23在第一时间段内接收障碍物回波，获得第一组障碍物回波；
S13：所述控制模块控制所述第二超声波传感器23在第一时间段之后的第二时间段内发射超声波，所述第一超声波传感器21和所述第二超声波传感器23在第二时间段内接收障碍物回波，获得第二组障碍物回波；
S14：所述控制模块结合第一组障碍物回波和第二组障碍物回波进行距离分析及回波强度分析，并将分析获得的距离值与预设距离进行比较，将分析获得的回波强度值与发射波门限阈值进行比较，获得障碍物信息；
S15：所述控制模块控制第一超声波传感器21在第三时间段内发送超声波，所述第一超声波传感器21和所述第二超声波传感器23在第三时间段内接收障碍物回波，获得第三组障碍物回波；
S16：所述控制模块结合第三组障碍物回波和第二组障碍物回波进行距离分析及回波强度分析，并将分析获得的距离值与预设距离进行比较，将分析获得的回波强度值与发射波门限阈值进行比较，获得障碍物信息。
当在时间上轮流i＝3时，所述控制方法包括步骤：
S11：启动数据采集；
S12：所述控制模块控制第一超声波传感器21在第一时间段内发送超声波，所述第一超声波传感器21和所述第二超声波传感器23在第一时间段内接收障碍物回波，获得第一组障碍物回波；
S13：所述控制模块控制所述第二超声波传感器23在第一时间段之后的第二时间段内发射超声波，所述第一超声波传感器21和所述第二超声波传感器23在第二时间段内接收障碍物回波，获得第二组障碍物回波；
S14：所述控制模块结合第一组障碍物回波和第二组障碍物回波进行距离分析及回波强度分析，并将分析获得的距离值与预设距离进行比较，将分析获得的回波强度值与发射波门限阈值进行比较，获得障碍物信息；
S15：所述控制模块控制第一超声波传感器21在第三时间段内发送超声波，所述第一超声波传感器21和所述第二超声波传感器23在第三时间段内接收障碍物回波，获得第三组障碍物回波；
S16：所述控制模块结合第三组障碍物回波和第二组障碍物回波进行距离分析及回波强度分析，并将分析获得的距离值与预设距离进行比较，将分析获得的回波强度值与发射波门限阈值进行比较，获得障碍物信息；
S17：所述控制模块控制所述第二超声波传感器23在第三时间段之后的第四时间段内发射超声波，所述第一超声波传感器21和所述第二超声波传感器23在第四时间段内接收障碍物回波，获得第四组障碍物回波；
S18：所述控制模块结合第四组障碍物回波和第三组障碍物回波进行距离分析及回波强度分析，并将分析获得的距离值与预设距离进行比较，将分析获得的回波强度值与发射波门限阈值进行比较，获得障碍物信息。
从以上举例可以类推，所述控制模块每次对在ti+1时间段内获得的第i+1组障碍物回波与前一ti时间段内获得的第ti组障碍物回波进行距离分析及回波强度分析，并将分析获得的距离值与预设距离进行比较，将分析获得的回波强度值与发射波门限阈值进行比较，获得障碍物信息。ti时间段和ti-1时间段分别是第一超声波传感器21和所述第二超声波传感器23发射信号且的时间段并随着时间段的推进第一超声波传感器21和所述第二超声波传感器23进行轮流发送超声波。
上述步骤S14和S115中所述的比较障碍物距离与预设距离以及比较回波强度与反射波门限阈值判断障碍物情况的方法为，当分析获得的距离值大于设定阈值时，判断没有障碍物。
上述步骤S14和S115中所述的比较障碍物距离与预设距离以及比较回波强度与反射波门限阈值判断障碍物情况的方法为，当分析获得的距离值小于设定阈值时，且分析获得的回波强度值小于发射波门限阈值时，判断没有障碍物。
上述步骤S14和S115中所述的比较障碍物距离与预设距离以及比较回波强度与反射波门限阈值判断障碍物情况的方法为，当分析获得的距离值小于设定阈值时，但分析获得的回波强度值大于发射波门限阈值时，判断有障碍物。
在上述步骤S13中，障碍物回波的处理包括：
对超声回波模拟信号进行放大倍数调节；
对放大倍数调节后的信号进行模数转换；
对模数转换后的信号进行数字滤波。
电压、脉冲数与超声波传感器的视场有一定的关系，电压越大，脉冲数越多，视场的范围越广，但是电压有极限值，电压的极限值即是传感器特性所决定的传感器能承受的最大电压值。脉冲数
尽管本说明书中仅描述和图示了本发明的几个实施例，但是本领域技术人员应该容易预见用于执行这里描述的功能/或者获得这里描述的结构的其它手段或结构，每个这样的变化或者修改都视为在本发明的范围内。

Claims (13)

1.一种智能割草机，其包括：
壳体；
移动模块，设置于所述壳体下方，用于带动所述壳体移动；
驱动模块，用于驱动所述移动模块移动；
控制模块，用于控制所述智能割草机；
其特征在于，所述壳体上设置用以识别智能割草机前进方向障碍物的超声波传感器组件；所述超声波传感器组件包括至少两个超声波传感器，包括第一超声波传感器和第二超声波传感器；所述第一超声波传感器和所述第二超声波传感器互成角度地布置在所述壳体上；所述第一超声波传感器具有第一收发区域，所述第二超声波传感器具有第二收发区域；
所述第一超声波传感器及所述第二超声波传感器外围均具有防串扰结构，所述防串扰结构具有止档壁，两个止档壁分别部分延伸入所述第一收发区域和所述第二收发区域，从而阻止所述第一超声传感器和所述第二超声传感器两者之一发送的超声未经障碍物反射被两者中的另一个直接接收。
2.根据权利要求1所述的智能割草机，其特征在于，所述第一超声波传感器具有第一轴线，第二超声波传感器具有第二轴线，所述第一轴线与第二轴线互成的角度范围为60°-110°。
3.根据权利要求1所述的智能割草机，其特征在于，所述第一超声波传感器具有第一轴线，第二超声波传感器具有第二轴线，所述壳体具有壳体轴线，所述第一轴线和/或第二轴线与壳体轴线之间的角度范围为10°-80°。
4.根据权利要求1所述的智能割草机，其特征在于，当协同工作的所述超声波传感器为3个或以上时，多个发射超声声波传输范围无重叠的超声波传感器采用同时发射超声波的模式，声波传输范围有重叠的其中一个超声波传感器与声波传输范围无重叠的超声波传感器同时发射超声波时，其余超声波传感器接收超声波。
5.根据权利要求1所述的智能割草机，其特征在于，当协同工作的所述超声波传感器为3个或以上时，多个发射超声声波传输范围无重叠的超声波传感器采用轮流发射超声波的模式，声波传输范围有重叠的其中一个超声波传感器发射超声波时，其余超声波传感器接收超声波，声波传输范围无重叠的超声波传感器发射超声波时，其余超声波传感器接收超声波。
6.根据权利要求1所述的智能割草机，其特征在于，所述第一超声波传感器设于距离智能割草机前端距离D处,所述距离D小于等于所述壳体长度的一半。
7.根据权利要求1所述的智能割草机，其特征在于，当智能割草机待割除的草的高度为H2，所述超声波传感器组件的安装高度H1与H2的关系式为H1＝H2+L*sin(φ±σ)，其中，L为超声波传感器的轴心到判定截面的距离，φ为传感器性能决定的视场角度的一半，σ为超声波传感器的中心线相对于壳体底面的偏移角度。
8.根据权利要求1所述的智能割草机，其特征在于，所述防串扰结构向壳体前侧延伸不与超声波传感器轴线接触。
9.根据权利要求1所述的智能割草机，其特征在于，所述防串扰结构向壳体前侧延伸不超过第一超声波传感器轴线和第二超声波传感器轴线的投影的交叉点。
10.根据权利要求1所述的智能割草机，其特征在于，所述止档壁包括第一档壁和第二档壁，所述第一档壁具有顶端，所述第二档壁具有上连接端，所述上连接端在竖直方向上低于顶端，所述第二档壁自上连接端向壳体前侧延伸，且竖直方向上的高度逐渐降低。
11.一种自移动设备，其包括：
壳体；
移动模块，设置于所述壳体下方，用于带动所述壳体移动；
驱动模块，用于驱动所述移动模块移动；
控制模块，用于控制所述自移动设备；
其特征在于，所述壳体上设置用以识别自移动设备前进方向障碍物的超声波组件，所述超声波传感器组件包括至少两个超声波传感器，包括第一超声波传感器和第二超声波传感器；所述第一超声波传感器及所述第二超声波传感器外围均具有防串扰结构，所述防串扰结构具有止档壁，两个止档壁分别部分延伸入所述第一收发区域和所述第二收发区域，从而阻止所述第一超声传感器和所述第二超声传感器两者之一发送的超声未经障碍物反射被两者中的另一个直接接收；所述控制模块控制移动模块沿预设路径移动，保持壳体与障碍物之间的间距始终大于零。
12.一种自移动设备，其包括：
壳体；
移动模块，设置于所述壳体下方，用于带动所述壳体移动；
驱动模块，用于驱动所述移动模块移动；
控制模块，用于控制所述自移动设备；
其特征在于，所述壳体上设置用以识别自移动设备前进方向障碍物的超声波组件，所述超声波传感器组件包括至少两个超声波传感器，包括第一超声波传感器和第二超声波传感器；所述第一超声波传感器及所述第二超声波传感器外围均具有防串扰结构，所述防串扰结构具有止档壁，两个止档壁分别部分延伸入所述第一收发区域和所述第二收发区域，从而阻止所述第一超声传感器和所述第二超声传感器两者之一发送的超声未经障碍物反射被两者中的另一个直接接收；所述控制模块控制移动模块沿不同于当前前进方向的路径移动。
13.一种自移动设备识别障碍物的方法，所述自移动设备包括用以识别自移动设备前进方向障碍物的超声波组件，所述超声波传感器组件包括至少两个超声波传感器，包括第一超声波传感器、第二超声波传感器，所述第一超声波传感器及所述第二超声波传感器外围均具有防串扰结构，所述防串扰结构具有止档壁，两个止档壁分别部分延伸入所述第一收发区域和所述第二收发区域，从而阻止所述第一超声传感器和所述第二超声传感器两者之一发送的超声未经障碍物反射被两者中的另一个直接接收，；所述自移动设备识别障碍物的方法包括步骤：
S11：启动数据采集；
S12：超声波传感器发送超声波并接收障碍物回波；
S13：根据障碍物回波分析获得障碍物距离及回波强度；
S14：比较障碍物距离与预设距离以及比较回波强度与反射波门限阈值判断障碍物情况。
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