一种割草机路径规划方法及割草系统与流程

1.本发明涉及智能控制技术领域，尤其涉及一种割草机路径规划方法及割草系统。


背景技术：

2.目前，针对无导航定位模块的智能割草机，其工作模式基本采用在指定边界线内的随机切割，通过增加割草时间来换取割草区域覆盖率的提高。所述边界线是一种安全装置，其能够与割草机上的传感器交互，以保证割草机一直处于安全区域(即边界线限定出的区域)内工作。当割草机碰到边界线时，所述传感器检测到割草机处于安全区域的边缘，如果继续按原有的方向行走，割草机大概率会走到安全区域外，这种情况是不被允许的。因而，割草机需要及时的转动调整行走方向，往安全区域内继续进行切割操作。
3.对于无导航定位模块的智能割草机，如图1割草机在安全区域内的大体按直线轨道式切割进行，由此可见，割草机在边界线上的切割区域呈现点状分布，导致边界线附近的草地被完全切割到所需的时间很长，致使割草机的效率不高。


技术实现要素：

4.鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种割草机路径规划方法及割草系统，用以解决上述问题。
5.一方面，本发明提供了一种割草机路径规划方法，包括：
6.当割草机碰触到边界线时，进行如下操作：
7.步骤1：调整所述割草机的位姿横跨于所述边界线上；
8.步骤2：控制所述割草机沿所述边界线按照预设规则行走一距离d；
9.步骤3：控制所述割草机转动返回所述边界线限定出的安全区域内。
10.进一步地，所述步骤1包括以下操作：
11.步骤1.1：根据所述割草机的部分机身从所述边界线内逐步走到边界线外的过程确定所述割草机的转动方向，若左侧边界线传感器先出边界线，则割草机向右转动；否则割草机向左转动；
12.步骤1.2：控制所述割草机向所述步骤1.1确定的转动方向转动，直至左侧边界线传感器和右侧边界线传感器中的一者位于所述边界线内，另一者位于所述边界线外，以备所述割草机横跨于所述边界线上。
13.进一步地，所述步骤2包括以下操作：
14.步骤2.1：获取最小距离阈值mindistance、最大距离阈值maxdistance，所述距离d从范围[mindistance，maxdistance]内随机取值；
[0015]
步骤2.2：获取所述割草机速度的更新间隔时间t、所述割草机沿边预设速度v，计算所述割草机的沿边节拍总数res，res＝d/(v*t)；
[0016]
步骤2.3：开启所述割草机的节拍计数器，控制所述割草机以沿边预设速度v沿所述边界线行走，直至所述割草机行走完沿边节拍总数res。
[0017]
进一步地，所述步骤2.3中，所述割草机采用pid算法实现沿边操作。
[0018]
进一步地，所述边界线的长度为l，l/80≤mindistance＜maxdistance≤l/40，且mindistance≥1m；
[0019]
若d/(v*t)计算结果不是整数时，res＝[d/(v*t)] 1，其中“[]”为取整运算符。
[0020]
进一步地，所述步骤3中，控制所述割草机转动一角度θ以返回所述安全区域内。
[0021]
进一步地，所述步骤3包括以下操作：
[0022]
步骤3.1：获取最小角度阈值minangle、最大角度阈值maxangle，所述角度θ从范围[minangle，maxangle]内随机取值；
[0023]
步骤3.2：控制所述割草机向左侧边界线传感器、右侧边界线传感器中位于所述边界线内的那一侧转动角度θ后，直行进入所述安全区域内。
[0024]
进一步地，60
°
≤minangle＜maxangle≤130
°
。
[0025]
进一步地，所述割草机路径规划方法还包括：
[0026]
当所述割草机位于所述安全区域内时，进行如下操作：
[0027]
若碰到障碍物，则控制所述割草机向默认方向旋转一角度α后直行；否则控制所述割草机按当前方向直线行走。
[0028]
另一方面，本发明提供了一种割草系统，能够实施上述割草机路径规划方法，包括：
[0029]
割草机，设有左侧边界线传感器、右侧边界线传感器、节拍计数器和控制器，所述控制器被配置为至少能够接受左侧边界线传感器和右侧边界线传感器产生的信号、记录节拍计数器的计数以及通过所述割草机路径规划方法控制所述割草机的运行；
[0030]
边界线，与待割草区域相配合，所述边界线限定出所述割草机的安全区域；
[0031]
优选地，还包括基站，设有与所述割草机相配合的对接部，所述对接部被配置为至少能够为所述割草机提供电能。
[0032]
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
[0033]
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
[0034]
图1为背景技术中无导航定位模块的智能割草机在行走轨迹示意图；
[0035]
图2为具体实施方式中割草机的行走轨迹示意图；
[0036]
图3为具体实施方式中割草机沿边操作示意图；
[0037]
图4为具体实施方式中割草机向安全区域内转动的角度示意图；
[0038]
图5为具体实施方式中割草系统的示意图。
[0039]
附图标记：
[0040]
1-割草机；11-左侧边界线传感器；12-右侧边界线传感器；2-边界线；3-基站。
具体实施方式
[0041]
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
[0042]
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是机械连接，也可以是电连接可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0043]
全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在
……
上方”、“下”和“在
……
上”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。
[0044]
本发明通常的工作面可以为平面或曲面，可以倾斜，也可以水平。为了方便说明，本发明实施例放置在水平面上，并在水平面上使用，并以此限定“高低”和“上下”。
[0045]
实施例一
[0046]
本实施例公开了一种割草机路径规划方法，如图2～图5所示，包括：
[0047]
当割草机1碰触到边界线2时，进行如下操作：
[0048]
步骤1：调整所述割草机1的位姿横跨于所述边界线2上；
[0049]
步骤2：控制所述割草机1沿所述边界线2按照预设规则行走一距离d；
[0050]
步骤3：控制所述割草机1转动返回所述边界线1限位出的安全区域内。
[0051]
需要说明的是，上述割草机1为无导航模块的智能割草机。
[0052]
本发明的割草机路径规划方法，当割草机在割草过程中碰触到边界线不是直接转回安全区域内，而是先沿边界线进行一定距离的沿边切割操作以后再返回安全区域内，一方面，能够极大地提高边界线附近区域的切割效率，无需或者减少定期的沿边切割操作；另一方面，通过对割草机车身位姿的矫正操作，能够使得割草机快速进入沿边状态，提高割草机的整体切割效率，以及提高割草机沿边操作的可控性。
[0053]
所述割草机1的机身两侧至少分别设有一个边界线传感器，即所述割草机1的机身左侧至少设有一个左侧边界线传感器11，所述割草机1的机身右侧至少设有一个右侧边界线传感器12。
[0054]
根据所述步骤1的一个实施方式，所述步骤1包括以下操作：
[0055]
步骤1.1：根据所述割草机1的部分机身从所述边界线内逐步走到所述边界线2外的过程确定所述割草机1的转动方向，若左侧边界线传感器11先出边界线2，则割草机1向右转动；否则割草机1向左转动，即若所述右侧边界线传感器12先出边界线2，则所述割草机向右转动；若左侧边界线传感器11和右侧边界线传感器12同时出边界线，则所述割草机可以向右转也可以向左转。优选地，遇到同时出边界线2的情况可以固定一个默认方向，该默认方向可由割草机出厂设定，也可是割草机使用者进行设定)。
[0056]
步骤1.2：控制所述割草机1向所述步骤1.1确定的转动方向转动，直至所述左侧边界线传感器11和右侧边界线传感器12中的一者位于所述边界线2内，另一者位于所述边界线2外，以备所述割草机1横跨于所述边界线2上，即当左侧边界线传感器11和右侧边界线传感器12中的一者位于所述边界线2内另一者位于所述边界线2外时，则认为此时割草机1横跨于所述边界线2上，即完成了步骤1中使割草机1横跨于所述边界线2上。
[0057]
为方便所述割草机1横跨于所述边界线2更快地进入步骤2的沿边操作，所述割草机1的机身左侧前端和后端分别设有一个左侧边界线传感器11，所述割草机1的机身右侧前端和后端分别设有一个右侧边界线传感器12，此时的所述步骤1.2：控制所述割草机1向所述步骤1.1确定的转动方向转动，直至所述左侧边界线传感器11和右侧边界线传感器12中的一种(此处的一种是指所有的左侧边界线传感器或者所有的右侧边界线传感器)位于所述边界线2内，另一种位于所述边界线2外，以备所述割草机1更好地横跨于所述边界线2上。
[0058]
优选地，所述割草机1机身两侧设有数量相同的左侧边界线传感器11和右侧边界线传感器12，且所述割草机1机身两侧的左侧边界线传感器11、右侧边界线传感器12两两相对设置。进一步优选地，所述割草机1横跨于所述边界线2上时，所述左侧边界线传感器11与右侧边界线传感器12的信号强度相同(此处的相同并非必须数值完全相等，大致相等即可)，也就是所述左侧边界线传感器11和右侧边界线传感器12距离边界线2的距离大致相同。
[0059]
需要说明的是，当割草机1行走过程中其左侧边界线传感器11和右侧边界线传感器12中至少一个位于所述边界线2外时，则认定所述割草机1碰触到了所述边界线2。具体地，所述左侧边界线传感器11和右侧边界线传感器12以一定频次将其采集到的信号传送至所述割草机1的控制器，当割草机1连续n次均收到某个边界线传感器位于边界线外的信号时，则认定所述割草机1碰触到了所述边界线2。所述n为经验数值，其与所述边界线传感器的采样频次有关，示例性地，所述边界线传感器的采样频次为10～20hz时，n为15～30。如此设置，是为了避免因割草机抖动等因素导致的认定错误，使得认定结果更稳定无误。
[0060]
根据所述步骤2的一个实施方式，所述步骤2包括以下操作：
[0061]
步骤2.1：获取最小距离阈值mindistance、最大距离阈值maxdistance，所述距离d从范围[mindistance，maxdistance]内随机取值；
[0062]
步骤2.2：获取所述割草机速度的更新间隔时间t、所述割草机沿边预设速度v，计算所述割草机的沿边节拍总数res，res＝d/(v*t)；
[0063]
步骤2.3：开启所述割草机的节拍计数器，控制所述割草机以沿边预设速度v沿所述边界线行走，直至所述割草机行走完沿边节拍总数res。
[0064]
所述最小距离阈值mindistance、最大距离阈值maxdistance是与边界线长度l(即安全区域的周长)有关的经验数值，由割草机出厂时设定。优选地，l/80≤mindistance＜maxdistance≤l/40，且mindistance≥1m(即1米)，如此设置，能够保证割草机在完成安全区域的清理工作之前先将边界线附近清理一遍。
[0065]
所述节拍计数器每次开启时，初始值为0，割草机每次行走完一个节拍(即割草机以预设速度v行走完一个更新间隔时间t)，则节拍计数器计数一次，当节拍计数器完成该次的沿边节拍总数res时，所述节拍计数器刷新归零关闭。即每次割草机到达边界线进行沿边操作时，需开启节拍计数器，每次沿边操作完成时，节拍计数器关闭。
[0066]
需要说明的是，所述沿边节拍总数res为整数，当d/(v*t)不是整数时，所述res＝[d/(v*t)] 1，其中“[]”为取整运算符。
[0067]
所述步骤2.3中，所述割草机采用pid算法等算法实现沿边操作。
[0068]
如图3所示，沿边算法的目的是使得割草机的左侧边界线传感器11和右侧边界线传感器12保持一者在边界线内另一者在边界线在外的状态，并且两个边界线传感器的信号
强度值大小一致(边界线传感器与边界线之间的距离越近，则边界线传感器的信号强度值越大)，即两个边界线传感器距离边界线的距离相近。
[0069]
以pid算法为例，pid算法是工业应用中最广泛算法之一，在闭环系统的控制中，可自动对控制系统进行准确且迅速的矫正。pid算法就是“比例(proportional)、积分(integral)、微分(derivative)”，是一种常见的“保持稳定”控制算法。pid算法的原理属于现有技术，在此不再赘述。本发明中，将割草机的左侧边界线传感器与右侧边界线传感器的信号强度值之差作为pid算法的输入值，目标值为0，pid算法输出值为割草机两侧的驱动轮的差值(因为割草机属于双轮差速小车，割草机的左转和右转是通过调整两个驱动轮的速度来实现的；所述割草机的两侧驱动轮分别为左侧驱动轮和右侧驱动轮)，如果左侧边界线信号强度大于右侧边界线传感器信号强度，说明左侧边界线传感器更靠近边界线，则割草机需要向左偏移，调节左侧驱动轮的速度小于右侧驱动轮速度；如果右侧边界线信号强度大于左侧边界线传感器信号强度，说明右侧边界线传感器更靠近边界线，则割草机需要向右偏移，调节右侧驱动轮的速度小于左侧驱动轮速度。
[0070]
需要说明的是，所述步骤2.3中所采用的沿边算法并不局限于pid算法，只要能使割草机实现沿边操作的算法均可使用，例如模糊控制算法等。
[0071]
根据所述步骤3的一个实施方式，控制所述割草机转动一角度θ以返回所述安全区域内。具体地，所述步骤3包括以下操作：
[0072]
步骤3.1：获取最小角度阈值minangle、最大角度阈值maxangle，所述角度θ从范围[minangle，maxangle]内随机取值；
[0073]
步骤3.2：控制所述割草机向左侧边界线传感器11、右侧边界线传感器12中位于所述边界线2内的那一侧转动角度θ后(即当左侧边界线传感器位于边界线内时，控制所述割草机向左转动角度θ；当右侧边界线传感器位于边界线内时，控制所述割草机向右转动角度θ)，直行进入所述安全区域内。
[0074]
所述最小角度阈值minangle、最大角度阈值maxangle为经验数值，由割草机出厂时设定。优选地，60
°
≤minangle＜maxangle≤130
°
，如此设置，能够保证割草机能够转入安全区域内。
[0075]
所述割草机路径规划方法，还包括：
[0076]
当所述割草机位于所述安全区域内，进行如下操作：
[0077]
若碰到障碍物，则控制所述割草机向默认方向旋转一角度α后直行；否则控制所述割草机按当前方向直线行走。
[0078]
所述默认方向可以向左也可以向右，与上述步骤1.1的默认方向可以相同，也可以不同。所述角度α可以是固定的角度，也可以是从某一角度范围内随机取值，优选地，角度α是角度范围[35
°
，120
°
]中某一固定角度，或者从该角度范围内随机取值。
[0079]
实施例二
[0080]
本实施例公开了一种割草系统，能够实施上述实施例一中所述割草机路径规划方法，如图5所示，所述割草系统包括：
[0081]
割草机1，设有左侧边界线传感器11、右侧边界线传感器12、节拍计数器和控制器，所述控制器被配置为至少能够接受左侧边界线传感器11和右侧边界线传感器12产生的信号、记录节拍计数器的计数以及通过所述割草机路径规划方法控制所述割草机的运行；
[0082]
边界线2，与待割草区域相配合，所述边界线限定出所述割草机1的安全区域；
[0083]
基站3，设有与所述割草机相配合的对接部，所述对接部被配置为至少能够为所述割草机提供电能。
[0084]
控制器至少包括存储模块、运行模块和通讯模块，所述存储模块存储有最小距离阈值mindistance、最大距离阈值maxdistance、最小角度阈值minangle、最大角度阈值maxangle等参数。所述运行模块与存储模块连接，能够调取存储模块上的参数，所述运行模块至少被配置为能够运行上述实施例一中所述的割草机路径规划方法。所述通讯模块被配置为能够无线连接远程终端设备(包括如电脑、手机等智能终端)，以备使用者能够通过远程终端设备远程实时查看割草机的运行情况。
[0085]
边界线2通电产生一定频率的脉冲电磁信号，并且以边界线为界，这种脉冲信号具备两种相反的极性，一般定义在边界线以内为正极性信号，在边界线以外为负极性信号，即相当于沿着割草机的工作区域(即待割草区域)的边缘形成一个电子篱笆墙，在篱笆墙(即边界线)内外两侧恰好是正负极性相反的信号。
[0086]
本实施例中，所述割草机1前端两侧分别设有左侧边界线传感器11、右侧边界线传感器12，分别接受边界线发出的电磁信号。控制器通过左侧边界线传感器11、右侧边界线传感器12实时监测割草机是否与边界线碰触。
[0087]
根据本发明的一个优选实施方式，所述割草机1的机身两侧至少分别设有一个边界线传感器，即所述割草机1的机身左侧至少设有一个左侧边界线传感器11，所述割草机1的机身右侧至少设有一个右侧边界线传感器12。
[0088]
优选地，所述割草机1的机身左侧前端和后端分别设有一个左侧边界线传感器11，所述割草机1的机身右侧前端和后端分别设有一个右侧边界线传感器12。
[0089]
优选地，所述割草机1机身两侧设有数量相同的左侧边界线传感器11和右侧边界线传感器12，且所述割草机1机身两侧的左侧边界线传感器11、右侧边界线传感器12两两相对设置。
[0090]
所示割草机1还包括驱动行走平台、工具头和电源等，所述驱动行走平台用于驱动割草机1在安全区域内行走，所述驱动行走平台与控制器电性连接，控制器通过驱动行走平台控制割草机1的行走和转动等进程。所述工具头至少被配置为能够用于割草使用。所述电源为割草机工作提供电能，并能够在所述对接部进行充电。
[0091]
优选地，所述基站3位于所述边界线内，或者至少对接部位于边界线2内。
[0092]
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
[0093]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。