智能割草系统及智能割草设备的制作方法

1.本发明涉及电动工具领域，具体涉及一种智能割草系统及智能割草设备。


背景技术：

2.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，类似于扫地机器人，能自动在用户草坪中进行割草、自主反充、自主避障的智能割草设备器人也逐渐开始普及。这种智能割草设备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。
3.通常，智能割草设备的工作区域内会存在一些固定的障碍物，例如树木、池塘或者花坛等，如果割草设备与障碍物频繁碰撞，可能导致上述障碍物或者割草机本身发生故障。为避免这种情况发生，一般是会围绕障碍物布置一圈边界线，可以称为孤岛线，割草设备通过自身的传感器识别到边界线时，便不会再继续前进从而可以避免与障碍物发生碰撞。然而，上述孤岛线一般与构成割草机工作区域的边界线为同一条线，因此，智能割草设备无法通过边界信号传感器分辨出孤岛线和工作区域的边界线。从而，在割草机为了达到某种目的，需要沿工作区域的边界线行走时，可能会沿孤岛线行走，且由于孤岛线没有明显的起止点，类似与一个封闭的线圈，割草机若沿孤岛线行走将无法走出孤岛，直至电量耗尽。


技术实现要素：

4.为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能准确行走在工作区域边界线上的智能割草设备。
5.为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种智能割草系统，包括由第一边界线所限定的工作区域和第二边界线所限定的非工作区域、以及智能割草设备，还包括：控制模块，用于控制所述智能割草设备在所述工作区域内和/或所述第一边界线上和/或所述第二边界线上行走；定位模块，用于定位所述智能割草设备的位置信息；数据获取模块，用于获取距离所述智能割草设备当前位置预设范围的区域数据，所述预设范围大于或等于零；所述控制模块被配置为：在所述智能割草设备工作于沿所述第一边界线和/或所述第二边界线行走的边界行走模式时，获取所述智能割草设备的所述区域数据；根据所述区域数据与数据阈值的关系控制所述智能割草设备沿所述第一边界线行走。
6.进一步的，还包括：边界线识别模块，用于识别所述第一边界线和/或所述第二边界线；所述控制模块被配置为：控制所述智能割草设备移动至所述第一边界线和/或所述第二边界线，使所述智能割草设备进入所述边界行走模式。
7.进一步的，所述控制模块被配置为：在所述区域数据处于数据阈值范围时，控制所述智能割草设备沿所述第一边界线；在所述区域数据超过所述数据阈值范围时，控制所述智能割草设备驶出所述第二边界线一段距离；所述边界线识别模块，在所述智能割草设备驶出所述第二边界线一段距离后，识别所述第一边界线和/或所述第二边界线，以使所述控
制模块根据识别结果控制割草设备进入所述边界行走模式。
8.进一步的，所述工作区域为所述智能割草设备沿所述第一边界线行走，并以其割草半径割草所形成的封闭区域。
9.进一步的，在所述智能割草设备工作于所述边界行走模式时，所述数据获取模块用于记录所述智能割草设备沿所述第一边界线和/或所述第二边界线行走的边界位置信息；所述控制模块，被配置为：计算不同时刻边界位置信息的重复次数；在所述重复次数大于或等于次数阈值时，确定所述智能割草设备正在沿所述第二边界线行走；控制所述智能割草设备从所述第二边界线移动至所述第一边界线，并沿所述第一边界线行走。
10.进一步的，所述控制模块，被配置为：基于所述边界位置信息生成任意时间段的行走轨迹数据；计算不具有相同时刻的两个时间段内的行走轨迹数据的数据重复度；在所述数据重复度大于或等于重复度阈值时，确定所述智能割草设备正在沿所述第二边界线行走；控制所述智能割草设备从所述第二边界线移动至所述第一边界线，并沿所述第一边界线行走。
11.进一步的，还包括：存储模块，用于存储包括所述工作区域和所述第一边界线的地图栅格；其中，所述第一边界线所在的地图栅格被标记为边界线栅格；在所述智能割草设备工作于所述边界行走模式时，所述数据获取模块用于获取所述智能割草设备当前位置的第一地图栅格；所述控制模块被配置为：检测所述第一地图栅格是否为边界线栅格；若所述第一地图栅格不是所述边界线栅格或者在一定时间段内确认为边界线栅格的所述第一地图栅格的数量小于或等于第一数量阈值，则确定所述智能割草设备正在沿所述第二边界线行走；控制所述智能割草设备从所述第二边界线移动至所述第一边界线，并沿所述第一边界线行走。
12.进一步的，在所述智能割草设备工作于所述边界行走模式时，所述数据获取模块用于获取距离所述智能割草设备当前位置预设范围的第二地图栅格；所述控制模块被配置为：检测所述第二地图栅格中的边界线栅格；若所述第二地图栅格中的边界线栅格的数量小于或等于第二数量阈值，则确定所述智能割草设备正在沿所述第二边界线行走；控制所述智能割草设备从所述第二边界线移动至所述第一边界线，并沿所述第一边界线行走。
13.一种智能割草设备，包括：控制模块，用于控制所述智能割草设备在第一边界线所限定的工作区域和/或所述第一边界线上和/或第二边界线上行走，其中，所述第二边界线限定非工作区域；定位模块，用于定位所述智能割草设备的位置信息；数据获取模块，用于获取距离所述智能割草设备当前位置预设范围的区域数据，所述预设范围大于或等于零；所述控制模块被配置为：在所述智能割草设备工作于沿所述第一边界线和/或所述第二边界线行走的边界行走模式时，获取所述智能割草设备的所述区域数据；根据所述区域数据与数据阈值的关系控制所述智能割草设备沿所述第一边界线行走。
14.进一步的，还包括：边界线识别模块，用于识别所述第一边界线和/或所述第二边界线；所述控制模块被配置为：控制所述智能割草设备移动至所述第一边界线和/或所述第二边界线，使所述智能割草设备进入所述边界行走模式。
15.本发明的有益之处在于：智能割草机在沿边界线移动的过程中，能够利用定位信息获取割草机当前位置或周边的区域数据，根据所获得的区域数据能准确判断当前所沿边
界线的类型，进而保证了控制割草机沿运行区域的边界线行走。
附图说明
16.图1是作为一种实施方式的自移动设备工作系统示意图；图2是作为一种实施方式的自移动设备的结构图；图3是作为一种实施方式的自移动设备的电路框图；图4是作为一种实施方式的路径规划示意图；图5是作为一种实施方式的路径状况判断示意图；图6是作为一种实施方式的自移动设备的运动控制方法的流程示意图。
具体实施方式
17.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。
18.本发明的技术方案除了适用于智能割草机，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。本技术以主要针对智能割草机而言。可以理解的是，针对不同的自移动设备，可以采用不同的功能附件，不同功能附件对应不同的动作方式，在本技术的智能割草机中，功能附件为切割刀片，用以切割植被。
19.参考图1，所示的割草系统，包括第一边界线100、第二边界线200、工作区域300、非工作区域400、智能割草设备500以及充电站600。其中，充电站600用于停靠智能割草机，尤其用于在其电源不足时补充能源，充电站300通常设置于第一边界线100上或者设定在工作区域300内。第一边界线100用于限定割草机的工作区域300，通常第一边界线100首尾连接以将工作区域300封闭。在本技术中，工作区域其可以为不规则封闭图形，也可以为规则封闭图形。第二边界线200用于限定非工作区域，非工作区域的形状与其中的障碍物的大小、形状等相关。
20.可选的，第一边界线100和第二边界线200可以是实体的也可以是发出电信号的，例如第一边界线可以是篱笆、围栏、墙壁等实体边界，也可以是导线、信号发射装置等发出的虚拟边界信号，例如电磁信号或光信号。在本技术中，第二边界线200与第一边界线100为同一条导线或者同一组发出虚拟边界信号的装置。也就是说，智能割草机通过自身的信号传感器并不能分辨第一边界线和第二边界线。
21.需要说明的是，如图1所示虽然第一边界线100和第二边界线200为同一条线，但在第一边界线100向工作区域300内延伸部分的两条边界线100a之间的距离很近或者相互较差，可导致两条边界线100a的信号消失或减弱，而不会被智能割草机的传感器检测到，从而形成第二边界线200包围的孤岛即非工作区域400。可以理解的，非工作区域位于工作区域内，第二边界线200可以认为是一种孤岛线，其限定的障碍物（如，水池、花坛等）可以认为是工作区域内的孤岛。
22.如图2至图3所示，智能割草设备500至少包括壳体501、设置于割草机主体下方的切割刀片502、驱动轮503、控制驱动轮503行走的驱动马达（未示出）、控制模块10、电源装置
20，定位模块30、数据获取模块40。可以理解的是，割草机500还包括驱动切割刀片502的切割马达（未示出）。控制模块10通过控制驱动马达和切割马达分别实现对驱动轮503的切割刀片502的控制。切割刀片用于切割草，切割刀片具有割草半径r。可以理解的，如图1所示，割草机500在沿第一边界线100行走时，由虚线700所围绕形成的封闭区域是工作区域300的最大范围，其中，虚线700与第一边界线100之间的距离为割草半径r。
23.电源装置20，用于向驱动马达和切割马达供电，以及提供控制模块10、定位模块30和数据获取模块40等单元模块的供电电压。可选的，电源装置可以是直流电源电池包，也可以是交流市电，此处不做限定。
24.定位模块30，用于实时定位智能割草机500的位置信息。在本技术中，定位模块可以采用gps定位技术、slam定位技术、视觉定位技术、超声波定位技术等其他定位技术中的一种或多种来定位割草机的位置。
25.数据获取模块40，可以获取距离智能割草机500当前位置预设范围的区域数据，其中，预设范围大于或等于零。也就是说，数据获取模块40可以获取割草机在当前位置的区域数据或者距离当前位置一定范围的区域数据。所谓的区域数据是指在整个割草区域内，割草机的位置信息、行走轨迹信息、割草机所处的地图栅格或其周围的地图栅格信息等一些只与割草机所处位置相关而与割草机本身的运行数据（如，行走速度、时间或者转向角度等）无关的数据。在本技术中，数据获取模块40可以实时的或者以一定的频率记录或标记区域数据。
26.控制模块10，用于控制驱动马达以带动智能割草机按照不同的运行模式行走。可选的，智能割草机可以具有在工作区域300内移动割草的工作模式、沿着边界线行走的工作模式或者其他工作模式，本技术中的边界线包括第一边界线100和/或第二边界线200。一般来说，割草机500在工作区域300内移动割草的过程中，若电量较低需要充电，则会智能寻找充电站进行自动充电。通常，充电站设置在工作区域的边界上，例如设置在第一边界线100上，因此为了找到充电站进行充电，现有的控制方式是先控制割草机寻找边界线，然后控制其沿边界线行走，直至找到充电站。由于围绕障碍物的第二边界线与限定工作区域的第一边界线是同一条线，割草机在不借助其他硬件的情况下很难区分二者，从而会出现在从工作区域的任意位置寻找边界线时，将第二边界线当做第一边界线而沿其行走。
27.需要说明的，本技术即是针对割草机需要沿第一边界线行走的应用场景，以求在该场景下不借助其他硬件而确保割草机能准确识别第一边界线和第二边界线，避免其沿第二边界线行走而进入无法停止的绕行工作导致电量耗尽。
28.具体实现中，边界线识别模块50可以识别边界线，包括第一边界线和/或第二边界线，但边界识别模块50只是能识别出边界线，并不能识别边界线的类型，即不能确定是第一边界线还是第二边界线。可选的，边界线识别模块50可以是能够识别边界线的传感器，例如电磁传感器。
29.具体的，当割草机需要沿第一边界线行走时，割草机通过边界线识别模块50识别边界线，并由控制模块控制驱动马达带动驱动轮从当前位置移动到边界线上，然后沿边界线行走，此处的边界线可能是第一边界线也可能是第二边界线。在本技术中，将割草机寻找到边界线后，沿边界线行走的模式定义为沿第一边界线和/或第二边界线行走的边界行走模式。也就是说，在边界线识别模块50识别出边界线后，控制模块10控制割草机进入边界行
走模式。
30.在割草机工作于边界行走模式时，控制模块10可以获取割草机在当前位置或者距离当前位置一定范围的区域数据。进一步的，控制模块10可根据区域数据与预先设置的数据阈值的关系，控制割草机沿第一边界线行走。例如，当区域数据处于数据阈值范围时，可以确定割草机正在沿第一边界线行走，控制模块只需继续控制割草机沿该边界线行走即可；若上述区域数据超过数值阈值范围，则可以确定割草机正在沿第二边界线行走，控制模块10可控制割草机改变运行方向，并继续寻找边界线以及重复进行区域数据与数据阈值的比较，根据比较结果识别割草机当前所处的边界线，直至确定割草机行走在第一边界线上为止。例如，控制模块10可以控制割草机驶出第二边界线一段距离，边界线识别模块50再次识别边界线使得控制模块10可以根据识别结果再次进入边界行走模式，然后重复区域数据与阈值的比较、根据比较结果识别两种边界线的过程，直至确定割草机行走在第一边界线上。
31.需要说明的，本技术中，控制模块10控制割草机从第二边界线转向并重新寻找边界线的控制方式可以是随机的转向控制，也可以是按照一定的偏航角或者转向角等进行的转向控制，此处不做限定。
32.在本技术中，智能割草机在沿边界线移动的过程中，能够利用定位信息获取割草机当前位置或周边的区域数据，根据所获得的区域数据能准确判断当前所沿边界线的类型，无需借助其他硬件设施即可准确控制割草机沿运行区域的第一边界线行走。
33.在本技术的一个实施例中，上述区域数据为割草机在边界线上当前的位置信息。具体的，以割草机寻找第一边界线上的充电站或者其他目标物为例，智能割草机沿第一边界线行走的控制过程如下：可以理解，在智能割草机工作的过程中，电量检测单元到电量较低时，控制模块可自动返回充电站充电，在返回充电站前割草机可位于工作区域的任意位置处。具体的，控制模块10在控制割草机沿第一边界线寻找充电站或其他目标物之前，可控制边界识别模块50，识别第一边界线100和/或第二边界线200。可以理解的，边界识别模块可以根据割草机当前的位姿识别当前运行方向上的边界线。进而，控制模块10控制割草机朝边界识别模块识别出的边界线行走，并控制割草机沿该边界线行走，即控制模块控制割草机进入边界行走模式。在边界行走模式下，数据获取模块40可记录割草机当前的边界位置信息，并传递至控制单元10，控制单元10通过计算任一边界位置信息在不同时刻的重复次数，并比较重复次数与次数阈值的关系，来确定割草机当前是否行走在第一边界线上。例如，计初始位置为a，一段时间后位置a被重复检测到一次即a位置的重复次数为1，则可以确定割草机可能在孤岛线即第二边界线上绕行。可选的，次数阈值为大于或等于1的正整数，例如，次数阈值为1次、2次、3次、4次等。可以理解，在重复次数大于或等于次数阈值时，可确定割草机正在沿第二边界线行走，在重复次数小于次数阈值时，可确定割草机正在沿第一边界线行走。
34.若确定割草机正在沿第一边界线行走，则控制模块10只需继续控制割草机沿第一边界线行走即可；若确定割草机正在沿第二边界线行走，则控制模块10可控制割草机驶出第二边界线一段距离，之后，可再次控制边界识别模块50重新寻找边界线，并重复上述过程，直至确定割草机行走在第一边界线上为止。
35.需要说明的，割草机在边界行走模式下，遇到充电站或者其他设置在第一边界线
上的目标物时，控制模块可以控制割草机停止行走，以进行充电或者其他操作。
36.在本实施例中，通过比较割草机在边界线上的位置的重复次数，可以确定割草机是否在绕孤岛线绕行，无需借助外部设备即可达到准确、高效识别孤岛线的目的。
37.在本技术的一个实施例中，智能割草机沿第一边界线行走的控制过程与上述实施例中的控制过程类似，不同之处在于控制模块识别孤岛线即第二边界线的方式：在本实施例中，控制模块10识别孤岛线之前的过程可以参见上述实施例中的描述，此处重点介绍控制模块10识别孤岛线的方式。
38.需要说明的是，基于上述位置的重复次数判别孤岛线时，可能存在误识别，如图4所示的第一边界线，即使割草机行走在第一边界线上，也可能两次经过位置点f。因此在本实施例中，控制模块10采用了一种避免误识别的判别方法。具体的，控制模块10接收到数据获取模块40传输的割草机的边界位置信息后，可基于边界位置信息生成任意时间段的割草机的行走轨迹数据。进一步的，控制模块10可以计算任意两个不具有相同时刻的时间段内的行走轨迹的数据重复度。所谓的具有不同时刻的两个时间段可以是首位相连的两个时间段，也可以是中间间隔一定时间的两个时间段。可选的，上述两个时间段可以等长也可以不等长。
39.进一步的，控制模块10可以根据上述数据重复度与重复度阈值的关系来确定割草机当前是否行走在第一边界线上。例如，在第一个时间段割草机的行走轨迹由位置a、b、c、d、e、f组成，第二个时间段的行走轨迹由c、d、e、f、g、h组成，则两段行走轨迹数据中有重复轨迹c、d、e、f即两段行走轨迹的数据重复度为67%，则可以确定割草机可能在孤岛线即第二边界线上绕行。可选的，重复度阈值为大于0的正数，例如，重复度阈值为5%、10%、20%、50%等。可以理解，在数据重复度大于或等于重复度阈值时，可确定割草机正在沿第二边界线行走，在数据重复度小于重复度阈值时，可确定割草机正在沿第一边界线行走。
40.进一步的，若确定割草机正在沿第一边界线行走，则控制模块10只需继续控制割草机沿第一边界线行走即可；若确定割草机正在沿第二边界线行走，则控制模块10可控制割草机驶出第二边界线一段距离，之后，可再次控制边界识别模块50重新寻找边界线，并重复上述过程，直至确定割草机行走在第一边界线上为止。
41.在本实施例中，通过比较割草机在边界线上行走轨迹的重复度，来确定割草机是否在绕孤岛线绕行，进一步提高了孤岛线判别的准确性。
42.在本技术的又一个实施例中，智能割草机沿第一边界线行走的控制过程与上述实施例中的控制过程类似，不同之处仍在于控制模块识别孤岛线即第二边界线的方式不同：需要说明的，若割草机工作中的存储模块存储由工作区域的地图，则控制模块10可以基于该地图以一种更加高效的方式判别割草机在边界行走模式下是否沿第一边界线行走。具体的，智能割草机500中的存储模块中存储地图信息，该地图信息可以包括工作区域和第一边界线的地图栅格，其中地标边界线的地图栅格被标记为边界线栅格。也就是说，在割草机工作于边界行走模式时，可以通过识别边界线栅格来确认当前是否在沿第一边界线行走。
43.具体实现中，数据获取模块40可以获取智能割草机在当前位置处的第一地图栅格的信息，并将其传输至控制模块10；控制模块10通过检测第一地图栅格是否存在边界线标记信息来确定第一地图栅格是否为边界线栅格，若检测到第一地图栅格不是边界线或者在
一定时间段内确认为边界线栅格的第一地图栅格的数量小于或等于第一数量阈值，则确定智能割草机正在沿第二边界线行走；否则确定智能割草机在沿第一边界线行走。
44.在可选实现方式中，数据获取模块也可以获取距离智能割草机当前位置预设范围的第二地图栅格，例如，数据获取模块可以获取距离割草机当前位置1米范围的地图栅格。进一步的，控制模块可以检测所有的第二地图栅格中的边界线栅格的数量，如果第二地图栅格中边界线栅格的数量小于或等于第二数量阈值，则确定智能割草机正在沿第二边界线行走，否则可以确定割草机正在沿第一边界线行走。特别的，控制模块10还可以根据边界线栅格距离割草机当前位置的远近，设置边界线栅格的权重系数，例如，距离割草机当前位置最近的边界线栅格的权重为2，距离较远的边界线栅格的权重为0.5。从而，在计算第二地图栅格中边界线栅格数量时，可以加乘权重系数，以增加孤岛线判别的可靠性。
45.进一步的，若确定割草机正在沿第一边界线行走，则控制模块10只需继续控制割草机沿第一边界线行走即可；若确定割草机正在沿第二边界线行走，则控制模块10可控制割草机驶出第二边界线一段距离，之后可再次控制边界识别模块50重新寻找边界线，并重复上述过程，直至确定割草机行走在第一边界线上为止。
46.下面将结合图5说明用于智能割草机运动控制方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：s101，开始，触发边界线行走模式。可以理解的，触发边界线行走模式后，割草机通过识别边界线，而转向边界线行走，此处边界线包括向第一边界线和/或第二边界线。
47.s102，向边界线行走。
48.s103，检测是否在边界线上。若检测结果为是，则转入步骤s104，沿该边界线行走，并记录边界线位置信息，否则返回步骤s102继续向边界线行走。
49.s104，沿边界线行走，并记录边界线位置信息。
50.s105，判断是否行走了一段距离。若是，则转入步骤s106沿边界线行走，否则返回步骤s104继续控制割草机沿边界线行走，并记录边界线位置信息。
51.需要说明，通过在记录边界线位置信息后判断割草机是否行走了一段距离，可以确保割草机处于正常行走中，避免割草机由于故障或其他原因停止行走，而导致孤岛线即第二边界线的判别有无。
52.s106，继续沿边界线行走。
53.s107，判断是否遇到充电站，若是则转入步骤s108确定割草机在第一边界线上行走。否则，转入步骤s109，基于边界位置信息判断割草机是否行驶在第二边界线上。
54.s108，确定割草机在第一边界线上行走。
55.s109，基于边界位置信息判断割草机是否行驶在第二边界线上。若是，则转入步骤s110确定割草机行驶在第二边界线上，否则转入步骤s108。
56.具体的，可通过检测边界位置信息的重复次数，或者基于边界位置信息位置生成轨迹数据后检测轨迹数据的重复度等方法判别割草机是否行驶在第二边界线上。具体的判断过程可以参见上述实施例中的描述，此处不再赘述。
57.s110，确定割草机行驶在第二边界线上。
58.s111，结束。
59.需要说明的是，上述控制流程只是割草机在边界行走模式下判别当前行走的边界
线的类型的方法，在识别出割草机行走在第二边界线上后的转向控制可以参见上述实施例中的描述，此处不再赘述。
60.下面将结合图6说明用于智能割草机运动控制方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：s201，开始，触发边界线行走模式。可以理解的，触发边界线行走模式后，割草机通过识别边界线，而转向边界线行走，此处边界线包括向第一边界线和/或第二边界线。
61.s202，向边界线行走。
62.s203，检测是否在边界线上。若检测结果为是，则转入步骤s204，沿该边界线行走，否则返回步骤s202继续向边界线行走。
63.s204，沿边界线行走。
64.s205，获取割草机当前位置或距离当前位置预设范围的地图栅格。
65.s206，判断标记为边界线栅格的数量是否大于或等于数量阈值，若是则转入步骤s207，确定割草机行驶在第二边界线上。否则，转入步骤s208，确定割草机行驶在第一边界线上。
66.可以理解的是，割草机根据地图栅格的信息判别孤岛线即第二边界线的方法可以参见上述实施例中的描述，此处不再赘述。
67.s207，确定割草机行驶在第二边界线上。
68.s208，确定割草机行驶在第一边界线上。
69.s209，结束。
70.可以理解的，上述控制流程只是割草机在边界行走模式下判别当前行走的边界线的类型的方法，在识别出割草机行走在第二边界线上后的转向控制可以参见上述实施例中的描述，此处不再赘述。
71.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。