CN116820082A - 自移动设备定位系统及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种自移动设备定位系统及定位方法，该系统至少包括设有RTK移动站的自移动设备以及设置在自移动设备的工作区域内的RTK定位基站，还包括：地图生成模块，用于生成工作区域的区域地图；位置推荐模块，用于根据RTK定位基站和RTK移动站之间的最长通信距离以及区域地图确定放置RTK定位基站的第一目标位置；自移动设备，基于RTK移动站和设置在第一目标位置处的RTK定位基站进行定位导航，以在工作区域内移动工作。提供了一种能自动推荐RTK定位基站安装位置的适用于自移动设备的RTK定位系统。

Description

自移动设备定位系统及定位方法

技术领域

本发明涉及智能工作机领域，具体涉及一种自移动设备定位系统及定位方法。

背景技术

随着移动机器人技术的发展，近年来越来越多的机器人走进了人们的日常生活中。能自动在用户草坪中进行割草、自主返充、自主避障的智能割草机器人作为一种自移动设备也逐渐开始普及。这种智能割草机器人可以将用户从清洁、维护草坪等繁重且枯燥的家务生活中解放出来，越来越受到用户的青睐。

作为在户外工作的智能机器人，智能割草机一般采用基于全球卫星定位系统的实时载波相位定位技术(Real - time kinematic，RTK)。通常采用RTK定位技术的应用场景中，对基站的建立主要有两种方式：用户自建基站、网络差分服务。其中，网络差分服务使用方便，但该服务本身收费高，另需要实时的流量传输。目前常见的是自建基站的方式，自建基站时基站上将配置无线数据传输装置，将差分数据通过广播或者单播（点对点）的方式传递给机器上的接收端，用于差分定位解算，其中基站的安装位置选择尤为关键。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能智能推荐RTK定位技术中基站安装位置的定位系统。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种自移动设备定位系统，至少包括设有RTK移动站的自移动设备以及设置在所述自移动设备的工作区域内的RTK定位基站，还包括：地图生成模块，用于生成所述工作区域的区域地图；位置推荐模块，用于根据所述RTK定位基站和所述RTK移动站之间的最长通信距离以及所述区域地图确定放置所述RTK定位基站的第一目标位置；所述自移动设备，基于所述RTK移动站和设置在所述第一目标位置处的所述RTK定位基站进行定位导航，以在所述工作区域内移动工作。

可选的，还包括：中继站，设置在所述工作区域内，与所述RTK定位基站和所述RTK移动站进行通信；所述位置推荐模块，用于根据所述RTK定位基站和所述中继站之间的最长通信距离、所述中继站和所述RTK移动站之间的最长通信距离以及所述区域地图，确定放置所述RTK定位基站的第一目标位置和放置所述中继站的第二目标位置；所述自移动设备，基于所述RTK移动站、设置在所述第一目标位置处的所述RTK定位基站和设置在所述第二目标位置处的所述中继站进行定位导航，以在所述工作区域内移动工作。

可选的，所述地图生成模块，用于标记所述工作区域内的有效障碍物；所述位置推荐模块，用于根据所述RTK定位基站和所述中继站之间的最长通信距离、所述中继站和所述RTK移动站之间的最长通信距离、所述有效障碍物的有效遮挡范围以及所述区域地图确定放置所述RTK定位基站的第一目标位置和放置所述中继站的第二目标位置。

可选的，所述地图生成模块，被配置为：获取包含所述工作区域的第三方地图数据，并获取在所述第三方地图数据中针对所述工作区域输入的标记信息，所述标记信息包括用于标记所述有效障碍物的标记信息；根据所述输入标记信息确定所述工作区域的区域地图。

可选的，所述地图推荐模块，还用于生成并输出指示所述第一目标位置的第一提示信息或指示所述第二目标位置的第二提示信息。

可选的，所述位置推荐模块包括：显示单元，用于在所述区域地图中显示所述第一提示信息或所述第二提示信息。

可选的，还包括：用户终端，设置有所述地图生成模块或所述位置推荐模块。

可选的，所述自移动设备上设有所述地图生成模块或所述位置推荐模块。

一种自移动设备定位方法，所述自移动设备上设有RTK移动站，所述自移动设备的工作区域内设有RTK定位基站，所述方法包括：生成所述工作区域的区域地图；根据所述RTK定位基站和所述RTK移动站之间的最长通信距离以及所述区域地图确定放置所述RTK定位基站的第一目标位置；根据所述RTK移动站和设置在所述第一目标位置处的所述RTK定位基站对所述自移动设备在所述工作区域内的移动进行定位导航。

可选的，所述自移动设备的工作区域内还设有中继站，所述中继站与所述RTK定位基站和所述RTK移动站进行通信，自移动设备定位方法还包括：根据所述RTK定位基站和所述中继站之间的最长通信距离、所述中继站和所述RTK移动站之间的最长通信距离以及所述区域地图确定放置所述RTK定位基站的第一目标位置和放置所述中继站的第二目标位置；根据所述RTK移动站、设置在所述第一目标位置处的所述RTK定位基站和设置在所述第二目标位置处的所述中继站，对所述自移动设备在所述工作区域内的移动进行定位导航。

附图说明

图1是作为一种实施方式的智能割草机定位系统示意图；

图2是作为一种实施方式的智能割草机定位系统示意图；

图3是作为一种实施方式的外部设备示意图；

图4是作为一种实施方式中位置推荐示意图；

图5是作为一种实施方式中有效障碍物标记示意图；

图6是作为一种实施方式中定位方法的流程图。

实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

本发明的技术方案除了适用于智能割草设备，还适用于自动清洁设备、自动浇灌设备、自动扫雪机等适合无人值守的设备，以及其他类型能够采用以下披露的技术方案的实质内容的自移动设备均可落在本发明的保护范围内。本申请主要针对智能割草机而言以下简称割草机。可以理解的是，针对不同的自移动设备，可以采用不同的工作附件，不同功能附件对应不同的动作方式，在本申请的智能割草机中，工作附件为切割刀片，用以切割植被。

参考图1所示的割草机的定位系统，包括设有RTK移动站101的割草机100以及设置在割草机100的工作区域200内的RTK定位基站201。其中，工作区域200可以是由实物边界线包围形成的封闭区域，也可以是由用户自行划定的无实物边界的工作范围。RTK定位基站201是固定在工作区域200内或工作区域200周围的某一位置的，该位置在机器工作时，通常不会发生变化，RTK移动站101设置在割草机100上，能随割草机100的移动而移动。无论工作区域200是否有实物边界，割草机100均工作在上述工作区域200内。在本申请实施例中，工作区域200其可以为不规则封闭图形，也可以为规则封闭图形。

在一个实施例中，RTK定位基站201和RTK移动站101上分别设有信号发射装置和信号接收装置。RTK定位基站201可以将卫星定位结果和基站的固定位置进行对比计算出GPS的定位误差，并通过上述信号发射装置将定位误差发送至RTK移动站101，以便RTK移动站101能利用该定位误差纠正从卫星获得的定位结果，从而得到割草机100的准确位置信息。需要说明的是，RTK定位基站201和RTK移动站101之间的通信具有一定的通信距离，割草机100距离RTK定位基站越远，通信距离越长，二者之间的通信质量越低。因此，在设置RTK定位基站201时，需要尽量保证割草机100在工作区域200内的各个位置处均能使RTK移动站101与RTK定位基站201之间进行高质量的数据传输。

通常割草机100进入工作区域200内执行割草前，RTK定位基站201已固定架设在某个位置上。在工作区域200的范围不大，一般是通过借助其他工具测量工作区域200的几何中心后，将RTK定位基站201设置几何中心处或者以几何中心为圆心的预设范围内。在一定程度上增加了定位系统初始化配置的复杂性。

为了简化定位系统的初始化配置，本申请提供了一种能准确快速推荐RTK定位基站201在工作区域200内的安装位置的定位系统。参考图2所示的割草机的定位系统还可以包括地图生成模块10，位置推荐模块20。其中，地图生成模块20，用于生成工作区域200的区域地图203。位置推荐模块20，能根据RTK定位基站201和RTK移动站101之间的最长通信距离以及区域地图203确定放置RTK定位基站201的第一目标位置。在本实施例中，RTK定位基站201和RTK移动站101之间的最长通信距离为能二者之间能进行有效通信即不影响通信质量的最大的空间距离。

在一个实施例中，地图生成模块20和位置推荐模块30可以设置在独立于割草机100之外的外部设备300上。

在一种实现方式中，该外部设备300为图3所示的智能手机终端。在智能手机上，可以直接显示工作区域200的区域地图203，并显示针对该工作区域所推荐的安装RTK定位基站201的第一目标位置，用“☆”标记。从而，用户只要按照手机提示的安装位置安装RTK定位基站201即可。

在一种实施方式中，用户终端300中的数据处理器可调取第三方应用提供的包含上述工作区域200的地图并展示给用户。用户终端300中的交互模块可以根据用户的标记操作圈定地图中针对工作区域200的区域地图203。例如，用户可以在手机的显示屏上直接通过触屏或者操作按键等的方式选定区域地图203。进而，终端内的数据处理器可以计算出所选定的区域地图203的几何中心的坐标，并在该区域地图203的几何半径小于或等于RTK定位基站201和RTK移动站101之间的最长通信距离时，将上述几何中心作为第一目标位置进行推荐。在一个实施例中，位置推荐模块20可以包括显示单元，能够显示指示第一目标位置的第一提示信息。例如，图3所示的可以以一种特殊的符号“☆”作为第一提示信息在终端显示界面上显示的区域地图203中显示，以提示该位置处可以安装RTK定位基站201。

在一种实现方式中，外部设备300还可以是一种独立的定位装置。该外部设备300可被用户手持，或者可拆卸的安装在割草机100上。外部设备300可以包含视觉传感器、激光雷达、IMU、里程计中的任一个或多个，能够定位工作区域200的边界线坐标，从而生成针对工作区域200的区域地图203。也就是说，外部设备300可以不调用第三方应用提供的地图，而自己生成区域地图203。在生成工作区域200的区域地图203后，可以采用与上述实施例一致的方法确定第一目标位置，并输出显示给用户。

在一个实施例中，地图生成模块10和位置推荐模块20可以内置在割草机100中。割草机100上可以设有用户交互模块，如显示屏。割草机100可以调用第三方应用提供的地图，并通过用户交互模块获取用户输入的标记信息后生成工作区域200的区域地图203，进而根据上述推荐方法推荐第一目标位置。在一种实时方式中，割草机100也可以沿工作区域200的边界线行走一圈后，通过自身的定位你模块建立工作区域200的区域地图203，进而采用上述推荐方式确定第一目标位置。

当工作区域200的范围较大时，RTK定位基站201即使安装在工作区域200的几何中心处，也不能保证RTK移动站101在工作区域200内的任意位置处，均能与RTK定位基站进行有效通信。例如，工作区域200的几何半径大于RTK定位基站201和RTK移动站101之间的最长通信距离时，RTK定位基站201即使设置在工作区域200的几何中心位置处，在割草机100处于以几何中心为圆心半径大于上述最长通信距离的范围之外时，RTK移动站101与RTK定位基站201之间将不能进行有效通信。

为了解决上述问题，定位系统中还可以设置中继站202。中继站202设置在工作区域200内，且能与RTK定位基站201和RTK移动站101进行通信。其中，中继站202也是固定安装在工作区域200内的，中继站202能作为数据传输的中间传递者，将RTK定位基站201输出的数据传输至RTK移动站101。因此，中继站202与RTK定位基站201的安装位置均通过合理配置才能使中继站202发挥作用，避免RTK定位基站201和RTK移动站101之间存在无效通信的区域。

在一个实施例中，地图生成模块10生成工作区域200的区域地图203后，位置推荐模块20可以根据RTK定位基站201和中继站202之间的最长通信距离、中继站202和RTK移动站101之间的最长通信距离以及区域地图203，确定放置RTK定位基站201的第一目标位置和放置中继站202的第二目标位置。示例性的，如图4，位置推荐模块20可以以工作区域200的几何中心为圆心、直径为第一直径的圆的直径的两端设置RTK定位基站201和中继站202，且上述第一直径小于或等于RTK定位基站201和中继站202之间的最长通信距离。在一个实施例中，位置推荐模块20中的显示单元可以在区域地图203中显示指示第一目标位置的第一提示信息或指示第二目标位置的第二提示信息。例如图4中用“☆”作为第一提示信息标记第一目标位置，用“△”作为第二提示信息标记第二目标位置，二者位于虚线圆的直径的两端。用户可以根据在外部设备300或者割草机100上显示的区域地图203中的标记“☆”和“△”设置RTK定位基站201和中继站202。

在一种实现方式中，中继站202的个数大于或等于1个。也就是说，位置推荐模块20可以推荐RTK定位基站201的第一目标位置以及至少一个中继站202的第二目标位置。示例性的，位置推荐模块20可以将工作区域200的区域地图203划分为多个子工作区域，将RTK定位基站201的位置设置在距离每个子工作区域距离基本一致的中心，再将每个中继站202设置在各个子工作区域内。

在本实施例中，位置推荐模块20推荐中继站202和RTK定位基站201的安装位置的原则是：尽量保证RTK移动站101在工作区域200内的任意位置处均能有效接收到RTK定位基站201发送的定位数据。只要符合上述原则，其他位置推荐的方法也在本申请保护范围内。

在一些情况下，工作区域200内存在一些障碍物，有些障碍物较小不影响RTK定位基站201接收卫星信号，而有些障碍物比较高大会影响RTK定位基站201接收障碍物，如高大的树木或者房子等。在本实施例中，统一称影响RTK定位基站201接收卫星信号或者影响基站201传输差分数据至移动站101的障碍物为有效障碍物204。有效障碍物204能够遮挡住RTK定位基站201，使其接收卫星信号的能力降低，或者阻碍移动站101从基站201接收差分校正数据，从而影响RTK定位的精度。

为避免位置推荐模块20推荐的第一目标位置或第二目标位置太靠近有效障碍物204。地图生成模块10在生成工作区域200的区域地图203时，可以允许用户通过交互模块输入标记有效障碍物204的标记信息，该标记信息可包含障碍物的类别、面积、高度等等。从而，地图生成模块10生成的区域地图203能够显示上述标记信息。如图5所示，区域地图203中存在大树和房子等障碍物时，大树和房子较高可作为有效障碍物204被标记。进而，位置推荐模块20可以根据RTK定位基站201和中继站202之间的最长通信距离、中继站202和RTK移动站101之间的最长通信距离、有效障碍物204的有效遮挡范围以及区域地图203确定放置RTK定位基站201的第一目标位置和放置中继站202的第二目标位置。其中，有效遮挡范围可以是有效障碍物204能遮挡RTK定位基站201接收卫星信号的最大遮挡距离构成的遮挡范围。示例性的，若有效障碍物位于工作区域200的几何中心或者距离几何中心较近时，在有效障碍物204的有效遮挡范围的外边缘设置第一目标位置的第一提示信息“☆”或第二目标位置的第一提示信息“△”，其中图5中虚线圈内的范围是有效遮挡范围。

本申请实施例中，关于第一目标位置的第一提示信息和第二目标位置的第一提示信息的标记符号除了上述实施例中用的“☆”和“△”，还可以用其他标记符号，此处不做限定。

在本申请实施例中，通过综合考虑工作区域的范围、区域内的有效障碍物的有效遮挡范围、RTK定位基站与RTK移动站之间的最长通信距离、RTK定位基站与中继站之间的最长通信距离、RTK移动站与中继站之间的最长通信距离等因素，推荐工作区域内的RTK定位基站或中继站的安装位置。在简化定位系统初始化配置的基础上，也使得设置在推荐位置处的RTK定位基站或中继站能稳定可靠的工作，从而保证了移动站101的定位精度。

参考图6，作为一种实施方式中，自移动设备定位方法的流程图，定位过程包括以下步骤：

S101，生成工作区域的区域地图。

在一种实施例中，可以在生成区域地图时，记录或标记有效障碍物的位置或者有效障碍物的有效遮挡范围。

S102，根据RTK定位基站和RTK移动站之间的最长通信距离以及区域地图确定放置RTK定位基站的第一目标位置。

S103，根据RTK移动站和设置在第一目标位置处的RTK定位基站对自移动设备在工作区域内的移动进行定位导航。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种自移动设备定位系统，至少包括设有RTK移动站的自移动设备以及设置在所述自移动设备的工作区域内的RTK定位基站，还包括：

地图生成模块，用于生成所述工作区域的区域地图；

位置推荐模块，用于根据所述RTK定位基站和所述RTK移动站之间的最长通信距离以及所述区域地图确定放置所述RTK定位基站的第一目标位置；

所述自移动设备，基于所述RTK移动站和设置在所述第一目标位置处的所述RTK定位基站进行定位导航，以在所述工作区域内移动工作。

2.根据权利要求1所述的自移动设备定位系统，其特征在于，

还包括：

中继站，设置在所述工作区域内，与所述RTK定位基站和所述RTK移动站进行通信；

所述位置推荐模块，用于根据所述RTK定位基站和所述中继站之间的最长通信距离、所述中继站和所述RTK移动站之间的最长通信距离以及所述区域地图，确定放置所述RTK定位基站的第一目标位置和放置所述中继站的第二目标位置；

所述自移动设备，基于所述RTK移动站、设置在所述第一目标位置处的所述RTK定位基站和设置在所述第二目标位置处的所述中继站进行定位导航，以在所述工作区域内移动工作。

3.根据权利要求2所述的自移动设备定位系统，其特征在于，

所述地图生成模块，用于标记所述工作区域内的有效障碍物；

所述位置推荐模块，用于根据所述RTK定位基站和所述中继站之间的最长通信距离、所述中继站和所述RTK移动站之间的最长通信距离、所述有效障碍物的有效遮挡范围以及所述区域地图确定放置所述RTK定位基站的第一目标位置和放置所述中继站的第二目标位置。

4.根据权利要求3所述的自移动设备定位系统，其特征在于，

所述地图生成模块，被配置为：

获取包含所述工作区域的第三方地图数据，并获取在所述第三方地图数据中针对所述工作区域输入的标记信息，所述标记信息包括用于标记所述有效障碍物的标记信息；

根据所述输入标记信息确定所述工作区域的区域地图。

5.根据权利要求2所述的自移动设备定位系统，其特征在于，

所述地图推荐模块，还用于生成并输出指示所述第一目标位置的第一提示信息或指示所述第二目标位置的第二提示信息。

6.根据权利要求5所述的自移动设备定位系统，其特征在于，

所述位置推荐模块包括：

显示单元，用于在所述区域地图中显示所述第一提示信息或所述第二提示信息。

7.根据权利要求1所述的自移动设备定位系统，其特征在于，

还包括：

用户终端，设置有所述地图生成模块或所述位置推荐模块。

8.根据权利要求1所述的自移动设备定位系统，其特征在于，

所述自移动设备上设有所述地图生成模块或所述位置推荐模块。

9.一种自移动设备定位方法，所述自移动设备上设有RTK移动站，所述自移动设备的工作区域内设有RTK定位基站，所述方法包括：

生成所述工作区域的区域地图；

根据所述RTK定位基站和所述RTK移动站之间的最长通信距离以及所述区域地图确定放置所述RTK定位基站的第一目标位置；

根据所述RTK移动站和设置在所述第一目标位置处的所述RTK定位基站对所述自移动设备在所述工作区域内的移动进行定位导航。

10.根据权利要求9所述的自移动设备定位方法，所述自移动设备的工作区域内还设有中继站，所述中继站与所述RTK定位基站和所述RTK移动站进行通信，其特征在于，

所述方法还包括：

根据所述RTK定位基站和所述中继站之间的最长通信距离、所述中继站和所述RTK移动站之间的最长通信距离以及所述区域地图确定放置所述RTK定位基站的第一目标位置和放置所述中继站的第二目标位置；

根据所述RTK移动站、设置在所述第一目标位置处的所述RTK定位基站和设置在所述第二目标位置处的所述中继站，对所述自移动设备在所述工作区域内的移动进行定位导航。