一种建立工作区域地图的方法及自移动设备与流程

1.本技术涉及自动机器人技术领域，尤其涉及一种自移动设备建立工作区域地图的方法及一种自移动设备。


背景技术：

2.自移动设备，如自动割草机，能够自主在工作区域内行走和割草，为了降低自动割草机覆盖整个工作区域的所需的时间，通常在初始的步骤中，沿着围设工作区域的边界线行走一圈，通过实时记录边界位置坐标得到工作区域的边界位置坐标序列，并以此建立工作区域的地图，根据工作地图进行导航覆盖工作区域。
3.然而，传统的充电站一般设置在边界线上，而充电站凸出于地面设置，自动割草机在沿边界行走时会撞到充电站上而无法通过，因此，这样的充电站设置使得自动割草机无法实现围绕工作区域的整个边界，因此，无法获取全部的边界位置坐标序列，无法建立精确的工作区域地图。


技术实现要素：

4.针对上述技术中存在的不足之处，本技术提供了一种建立工作区域地图的方法及采用该方法的自移动设备。
5.为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：
6.一种自移动设备建立工作区域地图的方法，所述工作区域由边界线围设，所述边界线上设置有用于供所述自移动设备停靠的基站，所述方法包括：
7.控制自移动设备自位于所述基站前侧的初始位置出发，沿所述边界线向位于所述基站后侧的终端位置行走，实时记录行走路径的位置坐标；
8.根据实时记录的边界位置坐标形成边界位置坐标序列；
9.根据行走至所述终端位置记录的所述终端位置的位置坐标、航向以及预先存储的所述终端位置与所述初始位置之间的距离d，计算未驶过的所述终端位置至所述初始位置之间的直线边界的边界位置坐标序列；
10.根据实际行驶过的边界线而记录的所述边界位置坐标序列以及计算得到的未驶过的边界位置坐标序列建立工作区域的地图。
11.在其中一实施例中，根据计算的初始位置坐标与开始行走时记录的初始位置坐标的差值，校正记录的所述边界位置坐标序列以及计算得到的未驶过的所述边界位置坐标序列。
12.在其中一实施例中，所述自移动设备初始停靠在所述基站，所述初始位置为所述自移动设备停靠在所述基站的位置，获取所述边界位置坐标序列的步骤包括：
13.控制所述自移动设备倒退行走以退出所述基站；
14.保持沿所述边界线倒退行走至所述终端位置，根据行驶过程中记录的边界位置坐标形成所述边界位置坐标序列。
15.在其中一实施例中，所述自移动设备还包括设置于机身前后方向上后部的边界传感器，用于在倒退行走过程中感应所述边界线信号以实现跨所述边界线倒退行走。
16.在其中一实施例中，所述自移动设备初始停靠在所述基站，通过以下方式行走至所述初始位置：
17.控制所述自移动设备倒退以离开所述基站；
18.行走预设里程，控制所述自移动设备掉头；
19.控制所述自移动设备沿所述边界线倒退至位于所述基站上的所述初始位置。
20.在其中一实施例中，在所述自移动设备沿所述边界线倒退至位于所述基站上的所述初始位置的过程中，根据检测到碰撞事件的发生判断到达所述初始位置。
21.在其中一实施例中，所述自移动设备初始停靠在所述基站，通过以下方式行走至所述初始位置：
22.控制所述自移动设备倒退以离开所述基站；
23.行走预设里程，控制所述自移动设备掉头；
24.控制所述自移动设备沿所述边界线前进，根据检测到的预设边界标签的位置作为所述初始位置。
25.在其中一实施例中，所述自移动设备初始停靠在所述基站，通过以下方式行走至所述初始位置：
26.控制所述自移动设备倒退以离开所述基站；
27.行走预设里程，控制所述自移动设备掉头；
28.控制所述自移动设备沿所述边界线前进，根据所述自移动设备记录里程判断所述自移动设备相对所述基站是否达到预设距离，将所述自移动设备行驶至距所述基站预设距离的位置作为所述初始位置。
29.在其中一实施例中，所述自移动设备沿所述边界线向位于所述基站后侧的终端位置行走的过程中，所述自移动设备根据碰撞事件的发生判断所述自移动设备已到达所述终端位置。
30.在其中一实施例中，所述基站为充电站。
31.本技术还提供了一种自移动设备，采用上述任一实施例所述的方法建立工作区域的地图。
32.在其中一实施例中，所述自移动设备为自动割草机。
33.本技术与现有技术相比，其有益效果是：
34.本技术提供的建立工作区域地图的方法及采用该方法的自移动设备，其根据初始位置与终端位置的直线边界距离d，计算未被驶过的边界位置坐标序列得到完整的工作区域的边界位置坐标序列，从而实现建立工作区域的地图。
附图说明
35.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
36.图1是本技术提出的自移动设备的结构示意图；
37.图2是本技术提出的自移动设备的停靠在充电站的结构示意图；
38.图3是图2中的自移动设备的行走到终端位置b的示意图；
39.图4是图2中的自移动设备位于起始位置a和终端位置b的示意图；
40.图5是图本技术提出的另一实施例的自移动设备从起始位置a1到终端位置b的示意图；
41.图6是本技术提供的自移动设备建立工作区域地图的方法的流程图；
42.图7是本技术另一实施例提出的自移动设备和工作区域的整体结构示意图。
具体实施方式
43.为使本技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本技术的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本技术，而非对本技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分而非全部结构。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
44.本技术中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
45.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
46.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
47.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
48.请参见图1和图2，其中，图1示出了本发明的一实施例中提供的自移动设备10，图2示出了本发明提供的自移动设备10停靠在基站5(位置a0)的示意图。
49.自移动设备在工作区域3内自主行走和执行作业任务。工作区域3由边界线6围成确定，基站5设置于边界线6上。请参见图2，在初始状态，自移动设备10停靠在基站5上，机身头部与基站5相对，机身尾部朝外。具体的，基站5的前侧用于停靠自移动设备10，且基站5凸出于地面形成前后方向的阻挡，使得自移动设备10无法沿边界线6直行通过该基站5。
50.在一实施例中，基站5为用于为自移动设备10充电的充电站。
51.自移动设备10还包括设置于机身上的边界线传感器12，14。具体的，边界线传感器
12，14分别设置于自移动设备机身中线的左侧和右侧，能够检测到边界线6产生的边界信号从而识别相对边界线6的位置，比如判断自移动设备是在工作区域3内还是位于工作区域3之外或者跨边界线6上。根据边界线传感器12，14，自移动设备10能够实现跨线行走，即沿边界线6行走。
52.一个具体实施例场景中，自移动设备可以为自动割草机，在其他实施例中，自移动设备也可以为自动清洁设备、自动浇灌设备、自动扫雪机等适合无人值守的设备。
53.本说明书的一些实施例中，自移动设备10可以包括惯性测量单元和用于测量行驶里程的里程计。例如，惯性测量单元可以用于测量自移动设备的航向角，里程计能够测量行走轮的转速从而计算自移动设备10行驶过的里程。
54.本说明书的一些实施例中，自移动设备10还可以包括定位单元16。定位单元16可以根据惯性测量单元测量的航向角和里程计测量的里程，计算自移动设备的实时位置坐标。在自移动设备10行驶过程中，实时记录其行驶路径的位置坐标，从而得到一组行驶路径的位置坐标序列。该位置坐标需要可以存储在定位单元16中。定位单元16可以包括存储模块和计算模块。存储模块可以用于存储自移动设备10实时测量得到的位置坐标序列，计算模块可以对该位置坐标序列进行处理运算。存储模块和计算模块相互通信连接。
55.自移动设备10还包括地图建立模块，用于引发自移动设备10沿工作区域3的边界线6行走至少一圈，定位单元16实时记录自移动设备沿外边界线6行走过程中的位置坐标，并形成工作区域3的边界位置坐标序列。
56.本技术一实施例所提供的自移动设备10建立工作区域地图的方法，请参见流程图6，包括以下步骤：
57.s20:控制自移动设备10自位于基站5前侧的初始位置出发，沿工作区域3的边界线6向位于基站5后侧的终端位置行走，实时记录行走路径的位置坐标。
58.其中，初始位置和终端位置为别位于基站5的前侧和后侧，且经过基站的初始位置和终端位置之间的边界大致为直线，自移动设备10预先存储有初始位置和终端位置的直线距离d。
59.由于自移动设备10沿边界线6行走过程中只有在基站5所处的位置无法直行通过，在一实施例中，判断是否达到终端位置的方法是，自移动设备10沿边界线6向位于基站5后侧的终端位置行走的过程中，根据检到碰撞事件的发生判断自移动设备已到达终端位置。
60.s40:根据实时记录的边界位置坐标形成边界位置坐标序列。
61.自移动设备10在沿边界线6行走过程中，根据定位单元实时记录的位置坐标得到其驶过的边界位置坐标序列。
62.s60:根据行走至所述终端位置记录的所述终端位置的位置坐标、航向以及预先存储的终端位置与初始位置之间的距离d，计算未驶过的终端位置至初始位置之间的直线边界的边界位置坐标序列。
63.在一实施例中，自移动设备10根据在终端位置时的位置坐标及航向角，模拟计算自移动设备10从该终端位置沿当前航向角继续行驶距离d的多个定位点的坐标，从而计算出当前终端位置与初始位置之间的未被驶过的边界位置坐标序列。
64.s80:根据实际行驶过的边界线而记录的边界位置坐标序列以及计算得到的未驶过的边界位置坐标序列建立工作区域的地图。
65.在步骤s60中得到了未被驶过的边界位置坐标序列，该未被驶过的边界位置坐标序列与实际行驶过的边界线而记录的所述边界位置坐标序列结合在一起，从而得到完整的工作区域的边界位置坐标序列，以此可以建立工作区域的地图。
66.可以理解的，由于计算得到的未驶过的边界位置坐标序列的终点为计算的初始位置坐标，而由于测量误差，该计算的初始位置坐标与开始行走时记录的初始位置坐标之间存在偏差，也即是说，计算的初始位置坐标与记录的初始位置坐标不重合，因此，初始得到的工作区域的边界位置坐标序列一般是不闭合的。
67.为了得到闭环的边界位置坐标序列，在一实施例中，还包括以下步骤：根据计算的初始位置坐标和开始行走时记录的初始位置坐标的差值，校正记录的边界位置坐标序列以及计算得到的未驶过的边界位置坐标序列。
68.具体的，将计算的初始位置坐标校正为开始行走时记录的初始位置坐标。并，根据计算的初始位置坐标与开始行走时记录的初始位置坐标的差值确定每个定位点的校正偏移量，根据校正偏移量校正记录的边界位置坐标序列以及计算得到的未驶过的边界位置坐标序列。其中校正偏移量的大小，采用相对靠近初始位置的定位点使用相对较小的校正偏移量，所有定位点的校正偏移量之和不超过初始位置的定位误差。当然，校正偏移量也可以是零。
69.在一实施例中，请参见图2，自移动设备10的初始位置为停靠在基站5的位置，自移动设备10的前头与基站5相对，此时自移动设备10由于基站5的阻挡无法继续前进。在该实施例中，获取边界位置坐标序列的步骤包括：
70.控制所述自移动设备10倒退行走以退出所述基站5；
71.保持沿所述边界线6倒退行走至所述终端位置b(请参见图3)，根据行驶过程中记录的边界位置坐标形成边界位置坐标序列。
72.也就是说，在上述实施例中，自移动设备10绕边界线6行走是采用倒退的方式，因此，围绕边界线6由起始位置行走，如图2所示，沿边界行走至碰到基站5而停止的终端位置b，请参见图3，整个沿边界线6行走过程均是倒退行走，在过程中不需要转弯或掉头，方法简单快捷。
73.为了保证倒退沿边界线6的行走精度，自移动设备10还包括设置在机身前后方向上后部的边界线传感器(未示出)。具体的，边界传感器位于自移动设备后轮的上方，如此，自移动设备能够及时在调整倒退方向，从而保证准确的跨边界线6行走。
74.在一实施例中，请参见图4，自移动设备10初始停靠在基站5，通过以下方式行走至初始位置a：
75.控制自移动设备10倒退以离开基站5。
76.行走预设里程，控制自移动设备10掉头。
77.具体的，在离开基站5后，控制自移动设备10进行180
°
掉头，如此，改变机身车头朝向，方便以前进方向沿边界线6的行走。
78.控制自移动设备沿边界线6倒退至位于基站5上的初始位置a(请参见图4)。
79.其中，上述初始位置a与自移动设备10初始停靠在所述基站5的位置a0(请参见图2)相同，但是自移动设备10的机身朝向相反。自移动设备10通过推出基站5后再倒退至基站5上，使自移动设备10与终端位置之间的不能驶过的边界长度最短，从而缩短需要计算的边
界位置坐标序列的长度，进一步确保了建立工作区域的边界位置坐标序列的准确性。
80.在另一实施例中，自移动设备10在倒退离开基站5，并且掉头之后，不再倒退至基站5上。请参见图5，在该实施例中，基站5的前方设置有可检测的预设边界标签101，自移动设备10上设置有边界标签检测单元18，能够识别该预设边界标签101，经过基站5的该预设边界标签101与终端位置b之间的边界大致为直线，且自移动设备10预先存储有该预设边界标签101与终端位置b的距离d，自移动设备10的初始位置为检测到该预设边界标签101的位置。
81.可以理解的，预设边界标签可以是电子标签或者物理标签，只要能被自移动设备10识别即可，在此不作限定。
82.在上述实施例中，通过以下方式行走至所示初始位置a1：
83.控制自移动设备10倒退以离开基站5。
84.行走预设里程，控制自移动设备10掉头。
85.控制自移动设备10沿所述边界线6前进，根据检测到的预设边界标签101的位置作为所述初始位置a1。
86.以初始位置a1沿边界线6前进行走，直到终端位置b，得到记录的边界位置坐标序列。
87.在本技术提供的另一实施例中，初始位置为自移动设备10距基站5预设距离的位置，自移动设备10根据里程计记录的行驶里程判断自移动设备10是否已到达初始位置。
88.在该实施例中，通过以下方式行走至初始位置：
89.控制自移动设备10倒退以离开基站5；
90.行走预设里程，控制自移动设备10掉头；
91.控制自移动设备10沿边界线6前进，根据自移动设备10的记录里程判断自移动设备10相对基站5是否达到预设距离，将自移动设备10行驶至距基站5预设距离的位置作为初始位置。
92.在上实施例中，根据自移动设备自身记录的行驶里程判断与基站的距离是否达到预设距离，以距基站预设距离的位置作为初始位置，因此初始位置确认简单，无需设置额外的边界标签，成本低。
93.本技术还提供了一种自移动设备10，采用上述任一实施例所述的方法建立工作区域的地图。
94.在一具体实施例中，自移动设备10可以为自动割草机。
95.然而，自移动设备10在沿边界线6行走过程中，一方面，由于惯性测量单元的累积误差，行驶距离越远则记录的坐标信息与实际偏差越大，导致位置信息不准确；另一方面，由于行走轮打滑或空转等原因，导致里程计算误差，最终建立的工作区域地图信息不准确，进一步对自移动设备10覆盖效率造成不利影响。
96.对此，本说明书的另一些实施方案中，为了进一步提高自移动设备10的建立工作区域地图的准确性，请参见图7，自移动设备初始停靠在基站，其位置为a0，终端位置为b。沿着工作区域的边界线6间隔布置的多个可识别的预设边界标签101-106，每个边界标签可提供唯一确定的识别信息，例如数字或代码，多个唯一可识别的预设边界标签101-106可以按顺序依次布置在边界上或者临近边界布置。具体的一个实施方式中，所述边界标签可以为
rfid(radio frequency identification)电子标签。rfid电子标签可以直接连接在边界线上，也可以附着在固定边界线的地钉上。rfid电子标签可以为不供电的rfid电子标签，当然也可以包括主动的和/或供电的电子标签。边界标签也可以有其他形式，例如磁钉、超声波模块或者wifi模块，并且可以以多种不同电子标签的组合方式布置使用。
97.优选的，预设边界标签101-106沿着边界线6以均匀的间隔隔开，即相邻的预设边界标签之间的边界线长度相同。例如，相邻的预设边界标签之间边界长度均为1米，当然也可以是2米。在一实施例中，边界标签集成在边界线6上，与边界线6形成一个整体，如此，在铺设边界线6的同时就完成了边界标签的设置，无需额外的设置边界标签。在另一些实施例中，边界标签可以是非等间距布局，其中边界标签相互之间的边界线长度信息存储在自移动设备10中，自移动设备10使用该数据时可以调取获知即可。
98.本技术一些实施例提供的自移动设备10，可以通过预先布置在边界线上的边界标签来校正工作区域外边界的位置坐标序列，从而根据校正后的位置坐标序列建立工作区域地图，能够降低由于测量或打滑或其他环境原因导致的地图信息建立不准确的风险，提高工作区域地图建立的精确度。
99.在一实施例中，自移动设备10还包括地图校正模块，用于对地图建立模块引发的自移动设备10围绕外边界行走过程中记录的边界位置坐标序列进行校正。具体的，地图校正模块设置为以当前检测的边界标签与上一个边界标签之间的边界线长度作为沿边界行走的自移动设备的实际行驶里程，基于里程计记录的行驶里程计算当前预设边界标签与上一个预设边界标签之间的记录行驶里程，根据上述两预设边界标签之间的实际行驶里程与记录的行驶里程的差值对前边界标签与上一个边界标签之间的位置坐标序列进行校正，地图建立模块根据校正后的边界位置坐标序列建立工作区域地图。
100.具体的一个建立工作区域地图的实施示例中，设其中两个边界标签之间的边界线长度为s，当前预设边界标签编号为105，位置为b，上一个预设边界标签编号为104，位置为a，即自移动设备10由上一个预设边界标签a处行走到下一个预设边界标签b处的实际行驶里程为已知长度s。自移动设备10在沿边界线6行走过程中，记录检测到的a处的预设边界标签104的位置坐标为(x1，y1)。继续沿边界线6行走，检测到b处的与预设边界标签105，此时定位单元实时测量的b点的坐标为(x2，y2)。假设，位置a与位置b之间的边界位置坐标序列的数量为n(即n个定位点)，其中，n个定位点包括位置b处的边界标签105的坐标，不包括位置a处的边界标签104的坐标，里程计测量的位置a与位置b之间的里程为s1＝((x2，y2)-(x1，y1))，则里程计算误差为s-s1。若采用将所述里程计算误差平均到每一个边界位置坐标里，则平均每个定位点的校正偏移量为(s-s1)/n。基于校正偏移量可以重新计算边界标签104到105之间的边界位置坐标序列，得到校正后的边界位置坐标序列。
101.如此，在每一个预设边界标签的定位点，自移动设备均进行一次校正，根据校正后的边界位置坐标序列建立工作区域的地图。建立的工作区域的边界位置与实际工作区域更准确。
102.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
103.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并
不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。