一种自动行走设备的制作方法

1.本公开涉及自动化技术领域，特别涉及一种自动行走设备。


背景技术：

2.随着科学技术的不断发展，越来越多的自动行走设备走进人们的生产、生活，如扫地机器人、智能割草机、拖地机器人等，它们能够自主的进行导航、避障的情况下，完成地面清洁、割草等任务，大大提高了人们的生活质量。然而，现有的割草机，多通过在机器外侧顶部设置超声波传感器来实现障碍物的检测，从而完成避障的操作，由于超声波传感器发射出的锥状光束具有一定的检测范围，对于一些低矮的障碍物，如鞋子、皮球、宠物等，往往处于超声波检测范围之外，与自动行走设备发生碰撞，形成安全隐患，用户体验较差。


技术实现要素：

3.为克服相关技术中存在的问题，本公开提供一种自动行走设备。
4.包括：机身、微波雷达、控制模块以及行走模块；
5.所述行走模块包括安装在所述机身上的轮组和用于驱动所述轮组的行走电机；
6.所述控制模块设置在所述机身内，所述控制模块分别与所述行走模块和所述微波雷达电连接，用于控制所述自动行走设备工作及行走；
7.所述微波雷达安装在所述机身内部，且位于所述自动行走设备的前端。
8.在一种可能的实现方式中，所述微波雷达包括毫米波雷达，工作在毫米波波段。
9.在一种可能的实现方式中，所述微波雷达的安装高度包括距离所述自动行走设备工作表面40mm及以上。
10.在一种可能的实现方式中，所述自动行走设备为自动割草机，所述机身上设置有用于割草的切割机构，所述微波雷达位于所述切割机构的前方。
11.在一种可能的实现方式中，所述割草机构包括刀盘，所述微波雷达的安装位置包括距离所述刀盘边缘100mm及以上。
12.在一种可能的实现方式中，所述微波雷达发射电磁波的主功率方向与水平方向呈预设角度。
13.在一种可能的实现方式中，所述微波雷达发射电磁波的主功率方向与水平方向的预设角度范围包括0
°-
45
°
。
14.在一种可能的实现方式中，在所述微波雷达的电磁波发射方向还设有辅助发射模块，所述辅助发射模块用于将所述微波雷达发射的电磁波波束限制在预设角度范围内。
15.在一种可能的实现方式中，所述预设角度范围包括10
°-
60
°
。
16.在一种可能的实现方式中，所述辅助发射模块包括天线。
17.在一种可能的实现方式中，所述天线的垂直向角度小于20
°
。
18.在一种可能的实现方式中，所述天线为喇叭天线和/或贴片天线。
19.在一种可能的实现方式中，所述喇叭天线内设有填充物，以阻挡尘屑。
20.在一种可能的实现方式中，所述微波雷达的数量为多个，多个所述微波雷达水平均匀的分布在所述自动行走设备的前端。
21.在一种可能的实现方式中，所述微波雷达的天线外侧设有天线罩，所述天线所在的平面与所述天线罩的距离大于微波雷达电磁波载波波长的一半，且所述天线罩厚度均匀、无加强筋，所述天线罩的厚度大于所述微波雷达电磁波波长的一半。
22.在一种可能的实现方式中，所述微波雷达的天线所在的平面与微波雷达电磁波经过方向的所述自动行走设备的壳体的距离大于所述电磁波载波波长的一半，且所述壳体厚度均匀、无加强筋，所述壳体的厚度大于所述电磁波波长的一半。
23.在一种可能的实现方式中，所述微波雷达，用于发射电磁波以及接收由前方待测物反射的电磁波；所述控制模块，用于在确定所述反射的电磁波的特征参量大于预设值时，控制所述自动行走设备执行预设的避障措施。
24.在一种可能的实现方式中，所述控制模块可以根据所述微波雷达所接收到的电磁波信号相应地调整所述预设值。
25.本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本公开利用微波雷达具有穿透能力强的优点，将微波雷达安装在机身内部，并利用同的待测物反射的电磁波强度差异性，进行识别障碍物，所识别的障碍物可以包括较大体积的障碍区也可以包括较为矮小的障碍物，可用于带有小草、小麦、或其他农作物的作业环境，解决了传统的超声波传感器在所述作业环境下不能识别低矮障碍物的技术缺陷。并且，将微波雷达安装在机身内部，无需额外安装其他防水结构，能够节省成本，并且使得自动行走设备呈现较为美观的造型设计。与红外、激光雷达相比，微波雷达穿透雾、烟、灰尘的能力强，传输距离远，性能稳定、不受待测物形状、颜色等干扰，很好的弥补了如红外、激光、超声波、摄像头等其他传感器所不具备的使用场景，更适合于所述自动行走设备的户外工作环境。
26.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
27.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
28.图1是根据一示例性实施例示出的一种自动行走设备的应用场景图。
29.图2是根据一示例性实施例示出的一种自动行走设备的结构示意图。
30.图3是根据一示例性实施例示出的一种智能割草机的结构示意图。
31.图4是根据一示例性实施例示出的一种自动行走设备的应用场景图。
32.图5是根据一示例性实施例示出的一种自动行走设备的结构示意图。
具体实施方式
33.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
34.为了方便本领域技术人员理解本公开实施例提供的技术方案，下面先对技术方案实现的技术环境进行说明。
35.自动行走设备，尤其是户外工作的自动行走设备，多采用超声波传感器进行障碍物的探测。超声波传感器一般安装于自动行走设备外侧顶部位置处，由于其发射的超声波波束形状类似于手电筒发出的光束，因此，当超声波传感器安装于自动行走设备前方顶部的位置处，向前发射超声波的时候，对于一些较为矮小的障碍物，比如小动物、小孩的鞋子较难识别，容易使得自动行走设备碰撞到障碍物，形成安全隐患；若通过改变超声波的发射方向，使其斜向下发射，虽然可以扫描到低矮的障碍物，但同时也会照射到非障碍物，如小草，对于小草和低矮的障碍物，超声波传感器还没有很好的区分，因此，会将小草误认为障碍物。其他传感器，如激光雷达传感器、红外传感器、视觉传感器也存在无法区分低矮障碍物和小草的情况，且上述几种传感器受天气影响较大，对于户外的自动行走设备，尤其是智能割草机或农作物收割机等，受小草或农作物的影响，障碍物的检测效果较差。
36.基于类似于上文所述的实际技术需求，本技术提供了一种自动行走设备。
37.图1是根据一示例性实施例示出的一种自动行走设备的应用场景图。参考图1所示，所述自动行走设备可以包括智能割草机100，所述智能割草机100上设有微波雷达101，控制模块，壳体104，移动模块和作业模块，所述移动模块可以包括后轮105和位于壳体底部的前轮107，所述作业模块可以包括刀盘以及驱动所述刀盘转动的驱动装置。工作时，所述微波雷达101不断的发射电磁波106，电磁波106被发射到小草103上并通过小草反射回微波雷达101。若遇到障碍物，参考图1，如障碍物可以包括一只足球102，电磁波106被发射到足球102上，并通过足球102反射回微波雷达101。在所述微波雷达101发射的电磁波106为低擦地角(电磁波106波束的中轴线与地面的夹角较小)的情况下，从小草103反射回的电磁波强度小于从障碍物反射的电磁波强度。由于所述电磁波的回波强度与待测物的大小、形状、方向和反射面的材质有关，因此，小草103反射回的电磁波强度与障碍物反射回的电磁波强度不同。基于此，所述智能割草机100的控制模块在确定所述反射的电磁波的强度大于或等于预设值时，即可确定电磁波的照射方向的前方存在障碍物，随后所述控制模块控制所述自动行走设备执行预设的避障措施。
38.下面结合附图2对本公开所述的一种自动行走设备进行详细的说明。图2是根据一示例性实施例示出的一种自动行走设备的结构示意图。参考图2所示，所述自动行走设备200包括：
39.机身、微波雷达101、控制模块201以及行走模块；
40.所述行走模块包括安装在所述机身上的轮组202和用于驱动所述轮组202的行走电机；
41.所述控制模块201设置在所述机身内，所述控制模块201分别与所述行走模块和所述微波雷达101电连接，用于控制所述自动行走设备工作及行走；
42.所述微波雷达101安装在所述机身内部，且位于所述自动行走设备的前端。
43.本公开实施例中，所述自动行走设备200可以包括智能割草机100、割麦机，以及其它果蔬、农作物的自动作业设备。在一个示例中，可以根据自动行走设备200的高度，以及待测物的高度，确定所述微波安装高度。所述待测物可以包括草坪、麦苗以及其它果蔬、农作物，障碍物。所述控制模块201设置在所述机身内，所述控制模块201分别与所述行走模块和
所述微波雷达101电连接，用于控制所述自动行走设备工作及行走，在一个示例中，所述控制模块201还用于确定障碍物后，控制所述自动行走设备执行预设的避障措施。所述行走模块可以包括轮组202或履带，以移动所述自动行走设备。与所述自动行走设备相对应的，所述自动行走设备的工作可以包括割草机的割草工作、割麦机的割麦工作等等。
44.本公开实施例中，所述微波雷达包括微波发射机和微波接收机，所述微波发射机可以包括调制信号控制电路、微波发生器、阵列发射天线以及探测器外壳；所述微波接收机可以包括探测器外壳、阵列接收天线、信号检测器、信号分析和控制电路组成。由于微波的穿透能力高，所以可以将微波雷达安装在机身内部，通过调整微波雷达电磁波的发射方向，并利用待测物反射的电磁波的特征参量的差异性，以区分待测物是否为障碍物。微波雷达还具有受环境影响小的优点，适用于户外自动行走设备。
45.在一个示例中，参考图3所示，所述自动行走设备200可以包括智能割草机100。利用所述微波雷达101发射电磁波，接收由前方待测物反射的电磁波，通过小草反射的电磁波特征参数与障碍物反射的电磁波特征参数的差异性，即小草反射的电磁波特征参数小于障碍物反射的电磁波特征参数，在一个示例中，可以将小草反射的电磁波参数作为预设值，进一步通过判断反射的电磁波的强度大于所述预设值时，确定微波雷达101的发射方向上存在障碍物，控制所述智能割草机执行预设的避障措施。
46.在另一个示例中，所述自动行走设备可以包括小麦收割机，所述小麦收割机的作业模块可以包括割麦工具以及驱动所述割麦工具转动的驱动装置，所述小麦收割机利用所述微波雷达发射电磁波，接收由前方待测物反射的电磁波。根据小麦反射的电磁波特征参数与障碍物反射的电磁波的差异性，所述障碍物如麦田里的小动物、石头等，确定微波雷达的电磁波发射方向是否存在障碍物，控制所述小麦收割机执行预设的避障措施。
47.本公开实施例中，所述预设的避障措施可以包括：当检测到障碍物的位置方向时，如，若所述障碍物位于所述自动行走设备的前进方向，可以控制所述自动行走设备按照预设的方向转弯(向左转弯或向右转弯)并前行预设距离，接下来按照与之前相反的方向(如之前遇到障碍物后左转，那么此时就右转；如之前遇到障碍物后右转，那么此时就左转)转弯并前行，以绕过障碍物，接着确定与规划路径最近的位置点，继续按照规划路径行驶；所述预设的避障措施还可以包括：若所述障碍物位于所述自动行走设备的前进方向，控制所述自动行走设备按照预设方向转弯，并确定与规划路径较近的位置点，按照规划的路径行驶，最后，对未行使的区域进行路径规划，并继续行驶。需要说明的是，所述预设避障措施不限于上述举例，所属领域技术人员在本技术技术精髓的启示下，还可能做出其它变更，但只要其实现的功能和效果与本技术相同或相似，均应涵盖于本技术保护范围内。
48.本公开实施例中，可以通过控制所述微波雷达的电磁波发射方向，使得电磁波的擦地角较小，进而改变电磁波入射到待测物，如小草的部位，如低擦地角的情况下，使得较多的电磁波束入射到小草的头部，这样，经小草反射的电磁波的特征参数与经障碍物反射的电磁波的特征参数大小将会更加的明显。
49.本公开利用微波雷达具有穿透能力强的优点，将微波雷达安装在机身内部，并利用同的待测物反射的电磁波强度差异性，进行识别障碍物，所识别的障碍物可以包括较大体积的障碍区也可以包括较为矮小的障碍物，可用于带有小草、小麦、或其他农作物的作业环境，解决了传统的超声波传感器在所述作业环境下不能识别低矮障碍物的技术缺陷。并
且，将微波雷达安装在机身内部，无需额外安装其他防水结构，能够节省成本，并且使得自动行走设备呈现较为美观的造型设计。
50.在一种可能的实现方式中，所述微波雷达包括毫米波雷达，工作在毫米波波段。所述毫米波的电磁波波段包括1-10mm。由于毫米波雷达的波长在1-10mm之间，天线尺寸和波长相当，因此，毫米波的雷达天线比较小，可以做成微带贴片天线，这样毫米波雷达的天线可以做成pcb板；所述毫米波雷达可以包括射频、基带及相应的控制单元所述毫米波雷达的射频部分用于产生交替变化的电磁波；所述基带用来合成发送的基带信号或对接收到的基带信号进行解码；所述控制单元包括信号检测、测量、分类和跟踪等一些算法控制。由于毫米波雷达的波长介于厘米波和光波之间，因此毫米波雷达兼有微波制导和光电制导的优点。与红外、激光雷达相比，毫米波雷达穿透雾、烟、灰尘的能力强，传输距离远，性能稳定、不受待测物形状、颜色等干扰，很好的弥补了如红外、激光、超声波、摄像头等其他传感器所不具备的使用场景，更适合于所述自动行走设备的户外工作环境。
51.在一种可能的实现方式中，所述微波雷达的安装高度包括距离所述自动行走设备工作表面40mm及以上。本公开实施例中所述微波雷达的安装高度设置由具体的应用场景所决定。在一个示例中，所述自动行走设备包括自动割草机，考虑到低矮障碍物的识别效果，除障碍物以外的其它待测物如小草也会反射电磁波，若所述微波雷达安装高度低于所述40mm，受草的密度及地面影响，反射回的电磁波的特征参数与障碍物的特征参数不是很明显，可能产生误报，因此，将安装高度设置在40mm以上能够起到较好的识别效果。
52.在一种可能的实现方式中，所述自动行走设备为自动割草机，所述机身上设置有用于割草的切割机构，所述微波雷达位于所述切割机构的前方。本公开实施例中，考虑到微波雷达发射的电磁波具有方向性，为减少切割机构位于微波雷达的前方对微波雷达造成的影像，本公开将微波雷达设置于所述切割机构的前方，保证了微波雷达使用效果。
53.在一种可能的实现方式中，所述割草机构包括刀盘，所述微波雷达的安装位置包括距离所述刀盘边缘100mm及以上。
54.在一种可能的实现方式中，所述微波雷达发射的电磁波主功率方向与水平方向呈预设角度。本公开实施例中，雷达波瓣表示雷达天线向各个方向辐射或接收电磁波的相对场强特性，在雷达辐射的方向图中，具有多个辐射波束，其中，辐射强度最大的波束称为主瓣，所述电磁波主功率方向即为主瓣方向。所述微波雷达发射的电磁波主功率方向与水平方向呈预设角度包括：在一个示例中，所述微波雷达的电磁波主功率方向为斜向上方向，此时，微波雷达的电磁波不会照射到地面，能够避免地杂波的干扰，具有较好的实施效果。在另一个示例中，所述微波雷达的电磁波的主功率方向与水平方向相同，参考图4所示，所述微波雷达101以竖直方式安装于所述自动行走设备上，在这种情况下，所述微波雷达101发射出的波束位于所述自动行走设备100的正前方，此时可以根据自动行走设备100的高度以及小草的高度的比例，适应性的调整微波雷达101在所述自动行走设备的位置，以便低矮的障碍物能够位于所述微波雷达101的识别区域。在另一个示例中，所述微波雷达的主功率方向为斜向下方向，可以参考图1所示，所述微波雷达101以向下倾斜预设角度的方式安装于所述自动行走设备上的工作原理已在上述实施例中进行了阐述，在这里不再赘述。
55.在一种可能的实现方式中，所述微波雷达发射的电磁波主功率方向与水平方向的预设角度范围包括0
°-
45
°
。通过将所述微波雷达向上倾斜或向下倾斜0
°-
45
°
的方式安装于
所述自动行走设备上，以控制所述微波雷达的电磁波的发射方向。在一个示例中，所述微波雷达向下倾斜0
°-
45
°
，电磁波主功率的发射方向与地面的夹角也位于所述预设角度范围内，维持一个较小的擦地角，使得较多的电磁波束入射到小草的头部，这样，经小草反射的电磁波的强度与经障碍物反射的电磁波的强度大小将会更加的明显，提高检测的准确度和灵敏度；在另一个示例中，所述微波雷达向上倾斜0
°-
45
°
，此时，微波雷达的电磁波不会照射到地面，能够避免地杂波的干扰，具有较好的实施效果。
56.在一种可能的实现方式中，在所述微波雷达的电磁波发射方向还设有辅助发射模块，所述辅助发射模块用于将所述微波雷达发射的电磁波波束限制在预设角度范围内。所述辅助发射模块可以包括喇叭天线或透镜天线。由于微波雷达的电磁波波束是一个锥状的波束，所以具有反射面大，更容易识别障碍物优点，而为了更准确的检测到障碍物的方位，可以采用辅助发射模块将所述微波雷达发射的电磁波波束约束在一定的范围内。
57.在一种可能的实现方式中，所述辅助发射模块将所述微波雷达发射的电磁波波束角度包括10
°
和60
°
，或者所述辅助发射模块将所述微波雷达发射的电磁波波束角度大于10
°
且小于60
°
。
58.在一种可能的实现方式中，所述辅助发射模块可以包括天线，所述天线可以喇叭天线和/或贴片天线。所述喇叭天线可以包括角锥喇叭天线、扇形喇叭天线、圆锥喇叭天线、指数喇叭天线和波纹喇叭天线。电磁波沿着喇叭天线朝向孔径传播，增加喇叭角会减小增益，增加波束宽度，因此，为了提供较窄的波束宽度，可以通过增加喇叭长度的方式，以获得较小的喇叭角。可以使用多个对称的贴片天线组阵，能够控制辐射，产生偏平的电磁波波形，把信号的集中在水平方向上，产生较窄的波束。
59.在一种可能的实现方式中，所述喇叭天线内设有填充物，以阻挡尘屑。由于微波雷达发射的电磁波具有较好的穿透性，因此，可以在喇叭天线内设置填充物，将喇叭天线内的腔体填充满或将喇叭天线的口径处填充密封，以防止所述自动行走设备在户外作业的过程产生的尘屑飞入腔体内。
60.图5是根据一示例性实施例示出的一种自动行走设备的结构示意图。参考图4所示，所述微波雷达101的数量为多个，多个所述微波雷达水平均匀的分布在所述自动行走设备100的前端。
61.本公开实施例中，所述微波雷达101的个数为多个，这是因为，每个所述微波雷达101发射的电磁波都有其一定的探测范围，这个探测范围有可能不能完全的覆盖掉所说自动行走设备100的需要识别的所有区域，因此，通过增加多个微波雷达101，增加了所述自动行走设备100的可识别范围。多个所述微波雷达水平均匀的分布在所述自动行走设备100的前端，这是因为，微波雷达位于所述自动行走设备的前端，其发射的电磁波波束与所述自动行走设备的前进方向是一致的，能够更好的执行相对应的避障措施。多个所述微波雷达101是水平(一字型)均匀分布在所述自动行走设备100的前端的，没有上下交错分布，这是因为多个微波雷达101在同一水平高度上，可以具有相同的俯仰角，进而简化后续的控制算法。
62.在一种可能的实现方式中，所述微波雷达的天线外侧设有天线罩，所述天线所在的平面与所述天线罩的距离大于所述电磁波载波波长的一半，且所述天线罩厚度均匀、无加强筋，所述天线罩的厚度大于所述电磁波波长的一半。本公开实施例中，在微波雷达的天线外侧设置天线罩，可以对所述天线进行防护，且在下述条件下能够提高电磁波的发射效
率。所述条件可以包括：所述天线所在的平面与所述天线罩的距离大于所述电磁波载波波长的一半，且所述天线罩厚度均匀、无加强筋，所述天线罩的厚度大于所述电磁波波长的一半。
63.在一种可能的实现方式中，在所述微波雷达位于所述自动行走设备壳体内部的情况下，所述微波雷达的天线所在的平面与所述电磁波经过方向的所述壳体的距离大于所述电磁波载波波长的一半，且所述壳体厚度均匀、无加强筋，所述壳体的厚度大于所述电磁波波长的一半。由于微波雷达的穿透性较好，因此，所述微波雷达既可以安装在所述自动行走设备的内部也可以安装在所述自动行走设备的外部。在所述微波雷达位于所述自动行走设备壳体内部的时候，在下述条件下能够提高电磁波的发射效率。所述条件可以包括：所述微波雷达的天线所在的平面与所述电磁波经过方向的所述壳体的距离大于所述电磁波载波波长的一半，且所述壳体厚度均匀、无加强筋，所述壳体的厚度大于所述电磁波波长的一半。
64.在一种可能的实现方式中，所述微波雷达，用于发射电磁波以及接收由前方待测物反射的电磁波；所述控制模块，用于在确定所述反射的电磁波的特征参量大于预设值时，控制所述自动行走设备执行预设的避障措施。本公开实施例中所述电磁波的特征参数可以包括电磁波的回波强度，还可以包括接收电磁波信号经过频域变换的参数值，比如接收电磁波的信号经过傅里叶变换后对应的参数值。需要说明的是，所述电磁波特征参数设置方式不限于上述举例，例如，对回波信号进行拉普拉斯变换或小波变换等，所属领域技术人员在本技术技术精髓的启示下，还可能做出其它变更，但只要其实现的功能和效果与本技术相同或相似，均应涵盖于本技术保护范围内。
65.在一种可能的实现方式中，所述控制模块可以根据所述微波雷达所接收到的电磁波信号相应地调整所述预设值。在一个示例中，可以将除障碍物以外的待测物，如草坪的反射的电磁波特征参量作为预设值，在另一个示例中，微波雷达接收到的反射电磁波的特征参量会有所变化，即使是同一待测物，如草坪，也会有所不同，可以取预设时间内反射电磁波特征参量较为稳定的数值作为所述预设值。本公开实施例通过自适应的设置所述预设值，保证了自动行走设备能够稳定的工作。
66.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
67.应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。