CN204515530U - 自动行走系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种自动行走系统，所述自动行走系统包括自动行走模块、信息采集模块、传输模块和控制模块；所述信息采集模块用于连续采集监控区域的图像信息并传输给所述控制模块；所述控制模块设有图像处理算法；所述控制模块根据所述图像信息控制所述自动行走模块的工作，其特征在于，所述控制系统还包括可飞行载体，所述信息采集模块设置在所述可飞行载体上。通过本实用新型的自动行走系统可观测监控区域的工作情况，实现了对大面积的工作区域进行自动工作。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种自动行走系统。
背景技术
随着科学技术的发展，智能的自动行走装置为人们所熟知，由于自动行走装置可以自动预先设置的程序执行预先设置的相关任务，无须人为的操作与干预，因此在工业应用及家居产品上的应用非常广泛。工业上的应用如执行各种功能的机器人，家居产品上的应用如割草机、吸尘器等，这些智能的自动行走装置极大地节省了人们的时间，给工业生产及家居生活都带来了极大的便利。
作为适于快速高效的修整草坪的工具，割草机在城市绿化和家庭除草等场合应用广泛。利用自动行走装置进行割草的割草机则成为自动行走装置。自动行走装置能自主的完成修剪草坪的工作，无须人为直接控制和操作，且功率低、噪音小、外形精巧美观，大幅度降低人工操作。为规划自动行走装置的工作区域，通常采用的方式是设置边界线，边界线围成的区域即为自动行走装置的工作区域。1999年5月11日公告的美国专利US6615108B1采用在草地上埋设边界线的方式设置机器人的工作区域。
然而，受限于自动行走装置的续航能力，现有自动行走装置主要还是面向较小的草地面积。若草地面积较大，现有自动行走装置的缺点为，埋设边界线需要更多的人力和物力，成本增加。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种适合大面积草地的自动行走系统。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：一种自动行走系统，包括：自动行走模块，包括自动行走装置和停靠或者充电的停靠装置；采集监控区域的图像信息的信息采集模块；控制所述自动行走模块工作的控制模块；传输模块，与所述自动行走模块、所述控制模块、所述信息采集模块电性连接，以传输数据；所述自动行走系统还包括可飞行载体，所述信息采集模块设置在所述可飞行载体上。
优选地，所述可飞行载体为四轴飞行器。
优选地，所述控制模块设置在所述可飞行载体上。
优选地，所述信息采集模块包括至少一个摄像头。
优选地，所述控制模块包括根据所述图像信息中多个图像上的特征点的重合将多个图像拼接成覆盖监控区域的全局图像的图像处理单元，。
优选地，所述控制模块还包括根据所述全局图像设定工作区域的区域设定单元。
优选地，所述工作区域包括多个分工作区域，所述自动行走系统包括对应个数的所述自动行走模块，每个所述自动行走模块对应于一个所述分工作区域。
优选地，所述自动行走模块包括传感单元，用于在采集图像时同步获取所述自动行走装置的位置参数和/或运动参数，并将其传输给所述控制模块；所述控制模块还用于根据所述位置参数和/或运动参数得到所述自动行走装置的行走路径。
优选地，所述控制模块还包括设定所述自动行走装置规划路径的路径规划单元，所述路径规划单元将所述行走路径与所述规划路径进行比较，根据比较结果生成相应的控制信号，以控制所述自动行走装置按照所述规划路径行走。
优选地，所述控制模块检测到所述自动行走装置电量低于设定值时，纪录所述自动行走装置的位置参数，所述控制模块控制所述自动行走装置返回所述停靠装置充电，充满电后再原路返回至充电前位置，并继续按所述规划路径工作。
优选地，所述控制模块还包括割草检测单元，所述割草检测单元中预设有达到理想割草效果图像信息的预设值；所述割草检测单元分析处理最新采集的所述图像信息的颜色信息并得到相应的实测值；所述割草检测单元根据所述实测值与所述预设值的比较结果生成相应的控制信号，以控制所述自动行走装置工作。
优选地，当所述割草检测单元识别出所述工作区域包括未达所述理想割草效果的区域，所述控制模块识别未达所述理想割草效果的区域所处的分工作区域，并控制对应的所述自动行走装置前往未达所述理想割草效果的区域进行割草。
优选地，当所述割草检测单元没有识别出所述工作区域包括未达所述理想割草效果的区域，所述控制模块控制所述自动行走装置返回所述停靠装置结束任务。
优选地，所述控制系统还包括警报模块，当所述控制模块发现所述自动行走模块不在所述草域内时，发出指令给所述警报模块进行报警。
优选地，所述自动行走装置为自动割草机。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过本实用新型的自动行走系统可观测监控区域的工作情况，实现了对大面积的工作区域进行自动工作，无需埋设边界线，多机协作互不干扰的效果。
附图说明
以上所述的本实用新型所解决的技术问题、技术方案以及有益效果可以通过下面的能够实现本实用新型的具体实施例的详细描述，同时结合附图描述而清楚地获得。
附图以及说明书中的相同的标号和符号用于代表相同的或者等同的元件。
图1是本实用新型一较佳实施方式中智能割草控制系统的电路框图；
图2是图1所示自动割草模块的电路框图；
图3是图1所示智能割草控制系统的平面示意图；
图4是图1所示控制模块的电路框图；
图5为图1所示智能割草控制系统的工作流程图；
图6为图1所示智能割草控制系统的一个具体实施例的整体示意图。
其中，
1.智能割草系统 221.壳体 62.显示单元
2.自动割草模块 222.控制单元 63.信息输入单元
4.信息采集模块 223.传感单元 64.图像处理单元
6.控制模块 224.割草单元 65.区域设定单元
7.传输模块 225.能量单元 66.路径规划单元
8.警报模块 226.无线传输单元 67.割草检测单元
9.可飞行载体 24.停靠装置 91.四轴飞行器
10.工作区域 241.定位单元
22.自动割草机 61.控制器
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
在本实用新型的优选实施方式中，自动行走系统包括自动行走模块、信息采集模块、控制模块、传输模块以及警报模块，各模块之间电性连接。本实用新型的自动行走系统包括各类需要大面积操作或者多机协调的控制系统。优选地，本实用新型的自动行走系统为智能割草控制系统。
下面以智能割草控制系统为实施方式进行说明。
如图1所示，提供了一种用于割草的智能割草控制系统1，其包括自动行走模块2、信息采集模块4、控制模块6、传输模块7以及警报模块8。传输模块7与自动行走模块2、信息采集模块4、控制模块6、警报模块8之间均电性连接。自动行走模块2、信息采集模块4、控制模块6和警报模块8，均通过传输模块7相互传输数据。传输模块7包括智能割草控制系统1内部各模块的各种传输装置，并且包括各种有线传输和各种无线传输。自动行走模块2与控制模块6通过无线电传递数据；控制模块6与信息采集模块4、警报模块可通过无线也可以通过有线进行传递数据。
如图2和图3所示，自动行走模块2包括自动割草机22和停靠装置24。自动割草机22用于在指定区域内进行割草工作，停靠装置24用于自动割草机22的充电以及没有工作时的停靠。优选地，停靠装置24上还设置有定位单元241，向控制模块6传输停靠装置24位置信息。自动割草机22包括壳体221、控制单元222、传感单元223、割草单元224、能量单元225以及无线传输单元226。其中，控制单元222、传感单元223、割草单元224、能量单元225和无线传输单元226之间均为电性连接。控制单元222控制自动割草机22的工作以及充电。传感单元223用于获取自动割草机22的位置参数和/或运动参数，并将其传输给控制模块6。能量单元225为自动割草机22提供能量，并且监控所含能量高低，在能量低于某设定值时，控制单元222控制自动割草机22返回停靠装置24。无线传输单元226用于自动割草机22与控制模块6之间的数据传输。自动割草机22还设置有超声探测器，当探测到前方具有障碍物时，自动调节方向。
信息采集模块4采集监控区域的图像，并传输给电性连接的控制模块6。 信息采集模块4可以为抓取一定区域内某一时刻的图像的装置，如照相机；信息采集模块4也可以为连续传送其覆盖区域内的图像的装置，如摄像头或录影机。优选地，信息采集模块4为摄像头。信息采集模块4可以包含一个摄像头，也可以包含两个及两个以上的摄像头。信息采集模块4与控制模块6的电性连接可以为有线连接，也可以为无线连接。
如图3所示，为了扩大信息采集模块4所能采集区域的面积并且尽可能采集准确的图像信息，智能割草控制系统1还包括可飞行载体9。可飞行载体9可以提升信息采集模块4的高度以及广度，使信息采集模块4采集到更大的区域。信息采集模块4设置在可飞行载体9上，使得信息采集模块4可在飞行过程中采集监控区域的图像。可飞行载体9的飞行区域覆盖整个在监控区域，可飞行载体9的飞行轨迹可通过控制模块6控制。可飞行载体9的能量来源为电力、化石能源或者核能。通过设置在可飞行载体9上的信息采集模块4，使获得的全局图像更加准确，为自动割草机22的定位打下基础。可飞行载体9的飞行轨迹对形成全局图像非常重要，因而其飞行轨迹应尽可能覆盖所有草域，并以一定的频率沿既定轨迹循环。同时，通过可飞行载体的轨迹设定，使得信息采集模块4采集的监控区域可以根据用户欲设置的自动割草机22的草域的位置而任意调节。可飞行载体9为微型飞行器。优选地，可飞行载体9为四轴飞行器。四轴飞行器利用有四个旋翼作为飞行引擎来进行空中飞行，它的尺寸较小、重量较轻、适合携带和使用的无人驾驶飞行器一样能够携带一定的任务载荷，具备自主导航飞行能力。
如图4所示，控制模块6包括控制器61、图像处理单元64、区域设定单元65、路径规划单元66、割草检测单元67。图像处理单元64通过传输模块7接收信息采集模块4传递的图像信息，并通过设置在图像处理单元64中的图像处理算法，对其进行处理。区域设定单元65接收图像处理单元64的处理结果，并对处理结果进行分析，确定割草机的工作区域；区域设定单元65还根据测定工作区域面积大小，判断工作区域是否需要进行划分以及对工作区域具体进行划分。路径规划单元66用于设定所述自动行走装置的规划路径。割草检测单元67用于检测割草任务是否完成。控制器61根据控制模块6各单元的处理结果发出控制指令。
在一个优选实施方式中，控制模块6还包括显示单元62和信息输入单元63。显示单元62用于显示控制器61的接收信息或者处理结果。显示单元62 可以为任意的电子成像装置，如投影仪、显示屏等。信息输入单元63，由用户操作，可选择地选取显示单元3显示范围内的特定区域，并将用户的选择结果作为输入信息传递给控制器61，控制器61接收信息输入单元63的输入信息，根据信息输入单元63选取的特定区域设定自动行走设备的工作区域10。信息输入单元63的输入信息可以为一幅图片，在图片上有用户已经选择的特定区域的信息，控制器61将输入的图片与全局图像进行匹配，与输入的图片匹配的区域即为特定区域。信息输入单元63的输入信息也可以为代表特定区域的参数，用户通过信息输入单元63输入参数后，控制器61将符合参数的区域认定为用户选择的特定区域。信息输入单元63可以为鼠标、触摸屏、键盘、语音识别装置、人机交互装置、手写板、手写笔等多种形式，其与控制模块6的电性连接可以为有线连接，也可以为无线连接。
控制模块6包括如下三大功能：
其一为建立全局图像。控制模块6接收信息采集模块4传输的图像信息，并通过设置在控制器61中的图像处理单元64分析处理图像信息，生成覆盖监控区域的全局图像。全局图像随信息采集模块4搜集的图像信息不断更新，更新频率可设定，优选地，更新频率设定为0-10秒。控制器61可以为可编程控制器，也可以为包含可编程控制器的电脑或专用设备。信息采集模块4包含一个摄像头时，控制模块6接收单一摄像头采集的图像建立全局图像。信息采集模块4包含多个摄像头时，控制模块6接收多个摄像头传递的图像建立全局图像。由于图像信息不断更新，不管信息采集模块4包含一个摄像头还是包含多个摄像头，控制模块6均会接收到多个图像。控制模块6根据多个图像上出现的特征点的重合将多个图像拼接成一个覆盖监控区域的全局图像。在一个优选的实施例中，全局图像为立体的三维图像。
其二为确定工作区域10。在建立全局图像后，区域设定单元65根据内设的程序首先在全局图像中划定工作区域10。当然，操作者也可以通过信息输入单元63输入指定的工作区域10。工作区域10设定完成后，区域设定单元65将判断工作区域10的面积大小，如超过一定的范围，将自动将工作区域10划分成N个分工作区域，N为整数，N≥1。上述范围是可设定的，N的个数与工作区域10的面积大小是有关的。在默认的情况下，N等于工作区域10的面积大小除以每个自动割草机22的最大割草面积。每一个分工作区域对应一个自动割草机22。控制模块6可以同时与多个自动割草机22传输数 据信息，分别发出不同的指令。当然不管工作区域10面积多大，操作者可通过操作设置将工作区域10进行划分。有时候为提高工作效率，工作区域10面积较小时操作者往往也将工作区域10进行划分。每一个分工作区域还对应一个停靠装置24，用于给自动割草机22进行充电或者停靠。当然，每一个分工作区域并非都需要对应一个停靠装置24。在一个实施方式中，工作区域10也可以只设置一个停靠装置24，所有分工做区域对应的自动割草机22均在一个停靠装置24上进行充电或者停靠。
进一步的，在确定工作区域10后，控制模块6通过分析图像中各个部分的颜色信息和纹理信息特征，判断各个部分对应的位置是否是作为工作区域10的草地。具体的，提取特征可以采用的方式包括但不限于SIFT(尺度不变特征转换)、SURF(speeded up robust features，快速鲁棒性特征)、DAISY(DAISY是面向稠密特征提取的可快速计算的局部图像特征描述子)、Haar(矩形特征)、WLD(韦伯局部特征)、LBP(Local Binary Patterns，局部二值模式)、ORB(一种二值特征描述子)、BRIEF(一种特征描述子)、LDA-hash(一种特征描述子)、MSER(Maximally Stable External Regions，区域特征提取)、HOG(Histogram of Oriented Gradient，方向梯度直方图)、灰度值、颜色直方图、灰度直方图、灰度矩等。作为工作区域10，草地的颜色为绿色，且纹理为天然的不规则图案，而作为非工作区域，土地地面或水泥等其他地面颜色通常不是绿色，即使颜色为绿色，其通常为人工加工的物品，从而具有规则的纹理。因此，控制模块6在识别出某部分颜色为绿色，且纹理不规则，则判断该部分为草域，若颜色不是绿色或者纹理具有规则，则为非草域。
其三为控制工作过程。首先，控制模块6接收自动割草机22的传感单元223传输的自动割草机22的位置参数和/或运动参数，并在全局图像中产生定位点。随着自动割草机22的工作运动，在全局图像中的定位点产生位移，并产生行走路径，控制模块6记录产生的行走路径。
其次，控制模块6中的路径规划单元66通过人为设定或者按照预有设定产生自动割草机22的规划路径。控制器61将行走路径与规划路径的数据进行比较，根据比较结果生成相应的控制信号，以控制所述自动割草机22按照所述规划路径行走。预有设定为预置在控制模块6内部的程序，当没有人为设定时，控制模块可以随机从预有设定中选择一种规划路径。当然，控制模块6也可以根据对全局图像的分析，选择最优的一种规划路径。当控制模块 6检测到自动割草机22电量低于设定值时，自动割草机22位于第一位置，控制模块6记录自动割草机22位置参数，控制模块6控制自动割草机22以直线路径返回停靠装置24充电，充满电后再原路返回至前述第一位置，并继续按所述规划路径工作。控制模块6可通过GPS定位、惯性导航等设备，根据返回停靠装置24前记录的位置参数，控制自动割草机22返回前述第一位置。
再者，当自动割草机22按照规划路径走完之后，控制系统6中的割草检测单元67通过对信息采集模块4实时拍摄的工作区域10图像信息的分析处理，转化为实测值，割草检测单元67中预设有达到理想割草效果图像信息的预设值；割草检测单元67根据两者的比较得出是否达到理想割草效果。实测值和预设值实际为一种颜色信息，随着草被割去，图像中的绿色颜色信息实际是逐渐减少的。因而，当实测值小于或者等于预设值时，割草检测单元67显示割草完成，并控制自动割草机22以直线路径返回停靠装置24；当实测值大于预设值时，割草检测单元67显示割草未完成，并控制自动割草机22以直线路径前往最邻近的区域进行割草。
智能割草控制系统1的警报模块8，用于在系统出错时及时提醒操作者采取措施。当信息采集模块4采集到自动割草机22不在工作区域10内时，发出指令给所述警报模块进行报警，提醒操作者智能割草控制系统1出现了需要人为干涉的问题，以便操作者及时知道问题并采取措施。尤其在草地面积比较大时，人眼难以识别所有区域的信息时，警报模块8显得更为重要，可以及时使操作者获悉问题所在。优选地，警报模块8设置在操作者易接受警报信息的位置。
在一个优选实施方式中中，控制模块6设置在可飞行载体9上。它们之间均电性连接。用户在使用时，通过在信息输入单元63上设定可飞行载体9的飞行轨迹，然后可飞行载体运载信息采集模块4采集监控区域的图像信息，并迅速传输给控制模块6。
以下结合图5详细介绍智能割草控制系统1的操作过程：
如步骤S0所示，控制可飞行载体进行航拍，信息采集模块4拍摄监控区域的地面，并采集监控区域的图像，将所述图像传递给控制模块6；进入步骤S2，控制模块6根据信息采集装置4传递的图像生成覆盖监控区域的全局图像；进入S4，操作者通过显示单元63获悉全局图像，并根据需要通过信 息输入单元63设定工作区域10；进入S6，控制模块6根据工作区域10面积大小将工作区域10划分为N个分工作区域，并选定设置在监控区域的N个自动割草机22，使之与N个分工作区域一一对应；进入S8，设定各分工作区域的规划路径；进入S10，设定可飞行载体9飞行轨迹，让其在工作区域10上方飞行，继续采集工作区域10的图像，并传输给控制器61；进入S12，控制模块6向位于停靠装置24的自动割草机22发送启动指令，并前往相应的分工作区域10按照设定的规划路径进行割草工作；进入S14，控制模块6接收自动割草机22上设置的传感单元223产生的信号，并在全局图像中对自动割草机22进行定位，产生行走路径；进入S16，控制模块6将自动割草机22的行走路径与规划路径比较，产生控制信号，控制自动割草机22沿规划路径行走；进入S18，自动割草机22完成规划路径，控制模块6通过信息采集模块4进行检测地面，确定是否达到理想割草效果的区域；进入S20，检测到未达理想割草效果区域，计算各区域离自动割草机22的距离；进入S22，锁定最近的未达到理想割草效果的区域，控制自动割草机22以直线路径前往最近的未达到理想割草效果的区域进行割草工作；进入S24，完成割草工作，控制模块6控制自动割草机22以直线路径返回停靠装置。
当然，在上述过程中，当自动割草机22通过超声波探测遇到障碍物改变方向而偏离规划路径时，控制模块6控制自动割草机22返回规划路径。当控制模块6接收到自动割草机22的能量单元225电力不足时，记录自动割草机22当前位置，控制自动割草机22以直线路径前往停靠装置24充电；充完电后，控制模块6控制自动割草机22返回充电前记录的位置，继续割草工作。当操作者通过信息输入单元63对工作区域10进行设定划分时，控制模块6优先选择通过信息输入单元63得到的结果进行工作区域划分。
结合图5和图6所示，在一个具体的实施例中，智能割草控制系统1包括自动行走模块2、信息采集模块4、控制模块6、传输模块7以及警报模块8。信息采集模块4和控制模块6设置在四轴飞行器91上。控制模块6将工作区域10划分为4个分工作区域，分别为A区、B区、C区、D区，并选定设置在监控区域的4个自动割草机22，分别为A区、B区、C区、D区一一对应。A区、B区、C区、D区还分别设置4个停靠装置24，与4个自动割草机22也一一对应。4个自动割草机22在搭载信息采集模块4和控制模块6的四轴飞行器91的控制下进行割草工作。当然，工作区域10也可以只设置 一个停靠装置24(图中未示出)，4个自动割草机22共用一个停靠装置24进行充电或者停靠。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种自动行走系统，包括：
自动行走模块，包括自动行走装置和停靠或者充电的停靠装置；
采集监控区域的图像信息的信息采集模块；
控制所述自动行走模块工作的控制模块；
传输模块，与所述自动行走模块、所述控制模块、所述信息采集模块电性连接，以传输数据；
其特征在于，所述自动行走系统还包括可飞行载体，所述信息采集模块设置在所述可飞行载体上。
2.根据权利要求1所述的自动行走系统，其特征在于：所述控制模块设置在所述可飞行载体上。
3.根据权利要求1所述的自动行走系统，其特征在于：所述信息采集模块包括至少一个摄像头。
4.根据权利要求1所述的自动行走系统，其特征在于：所述控制模块包括根据所述图像信息中多个图像上的特征点的重合将多个图像拼接成覆盖监控区域的全局图像的图像处理单元。
5.根据权利要求4所述的自动行走系统，其特征在于：所述控制模块还包括根据所述全局图像设定工作区域的区域设定单元。
6.根据权利要求5所述的自动行走系统，其特征在于：所述工作区域包括多个分工作区域，所述自动行走系统包括对应个数的所述自动行走模块，每个所述自动行走模块对应于一个所述分工作区域。
7.根据权利要求1所述的自动行走系统，其特征在于：所述自动行走模块包括传感单元，用于在采集图像时同步获取所述自动行走装置的位置参数和/或运动参数，并将其传输给所述控制模块；所述控制模块还用于根据所述位置参数和/或运动参数得到所述自动行走装置的行走路径。
8.根据权利要求7所述的自动行走系统，其特征在于：所述控制模块还包括设定所述自动行走装置规划路径的路径规划单元，所述路径规划单元将所述行走路径与所述规划路径进行比较，根据比较结果生成相应的控制信号，以控制所述自动行走装置按照所述规划路径行走。
9.根据权利要求1所述的自动行走系统，其特征在于：所述控制模块还包括割草检测单元，所述割草检测单元中预设有达到理想割草效果图像信息的预 设值；所述割草检测单元分析处理最新采集的所述图像信息的颜色信息并得到相应的实测值；所述割草检测单元根据所述实测值与所述预设值的比较结果生成相应的控制信号，以控制所述自动行走装置工作。
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Cited By (16)
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