一種割草機器人控制方法與流程
2024-03-02 09:01:15
【技術領域】
本發明涉及一種自動化的智能機器領域，尤其涉及一種用於家庭、公共綠地等場合進行草坪修剪的割草機器人控制方法。
背景技術：
隨著經濟的發展，城市建設步伐逐漸加快，城市綠化程度的提高最為明顯。草坪具有吸塵、降噪、保溼、保持水土等眾多優點，是城市綠化必不可少的組成部分，到草坪的日常維護及保養工作較為繁重，特別是草坪的修剪，該種工作勞動密集度高，又具有重複性，勞動強度較大；割草機採用內燃式發動機，帶來了噪音汙染和空氣汙染。
隨著信息技術、機械電子技術的發展，機器人已逐漸走入人們的日常生活，如家用吸塵器人。技術人員也將此項技術應用到草坪修剪設備上，開發出了自動化機器人，在一定程度上提高了割草效率，降低了勞動強度，節省了大量勞動資源。
現有市場上銷售的智能割草機機器人以隨機運動為主，割草效率低。為此現有技術中公開了一種平行運動控制方法，該方法通過方向模塊數據為反饋，控制割草機器人始終朝同一方向運動，但該方法的割草機器人採用不調頭方式實現平移，使得割草機器人只能採用前進、倒退方式實現正反直線運動，這樣一來，便使機器人的運動受到空間的限制，造成運動不靈活，對於草地的一些邊角區域不能進行有效割草，降低了用戶的使用體驗。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題在於克服現有技術的不足而提供一種割草機器人控制方法，能夠控制割草機器人實現轉向調頭運動，從而提升割草機器人的運動靈活性，提升割草效果。
為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案：
一種割草機器人控制方法，所述割草機器人包括主控模塊和行走機構，所述主控模塊連接有用於採集割草機器人運動角速度的陀螺儀傳感器，所述主控模塊實時接收陀螺儀傳感器的角速度數據並計算出當前割草機器人運動的角度信息，所述割草機器人控制方法包括轉向方向控制和轉向角度控制，所述轉向方向控制用於控制機器人的轉動方向，所述轉向角度控制用於在完成轉向後控制機器人的轉向角度，所述主控模塊根據陀螺儀傳感器反饋的角速度數據獲得實際角度數據，並通過與預定角度數據的對比來控制機器人的轉向角度。
在上述的割草機器人控制方法中，所述割草機器人控制方法還包括直線運動角度設定和直線運動控制，所述割草機器人擺放在工作區域內並啟動後，所述主控模塊根據陀螺儀傳感器採集的角速度數據計算出當前的角度信息，並將當前的角度信息設定為直線運動角度，所述主控模塊根據實時計算出的角度信息與設定的直線運動角度的差值，控制機器人按照設定的直線運動角度完成直線運動。
在上述的割草機器人控制方法中，所述割草機器人控制方法還包括轉向條件判定，所述直線運動控制中，若判定機器人不滿足轉向條件，則控制機器人繼續做直線運動，若主控模塊判定機器人滿足轉向條件，則停止直線運動並控制機器人進入轉向方向控制和轉向角度控制，轉向角度控制完成後，若繼續割草，則所述主控模塊控制機器人再次進入直線運動角度設定和直線運動控制，若結束割草，則機器人關機。
在上述的割草機器人控制方法中，所述割草機器人還包括用於採集方向信息的方向採集模塊，所述方向採集模塊與所述主控模塊連接，所述主控模塊根據所述方向採集模塊採集的方向信息對所述陀螺儀傳感器的角度數據漂移進行校準，以通過行走機構控制割草機器人實現穩定的直線運動。
在上述的割草機器人控制方法中，所述割草機器人還包括用於採集方向信息的方向採集模塊，所述方向採集模塊與所述主控模塊連接，所述方向採集模塊包括採集地磁場數據的磁場感應傳感器和採集重力加速度數據的重力加速度傳感器，所述主控模塊根據磁場感應傳感器的地磁場數據和重力加速度傳感器的重力加速度數據獲取割草機器人方向信息。
在上述的割草機器人控制方法中，所述割草機器人控制方法還包括直線運動方向設定和直線運動控制，所述割草機器人擺放在工作區域內並啟動後，所述主控模塊根據方向採集模塊獲取的割草機器人啟動時的方向信息設定為直線運動方向，所述主控模塊根據磁場感應傳感器的地磁場數據和重力加速度傳感器的重力加速度數據獲取機器人的實際運動方向信息，主控模塊對比實際運動方向信息和設定的直線運動方向，控制機器人按照設定的直線運動方向完成直線運動。
在上述的割草機器人控制方法中，所述割草機器人控制方法還包括轉向條件判定，所述直線運動控制中，若判定機器人不滿足轉向條件，則控制機器人繼續做直線運動，若主控模塊判定機器人滿足轉向條件，則停止直線運動並控制機器人進入轉向方向控制和轉向角度控制，轉向角度控制完成後，若繼續割草，則所述主控模塊控制機器人再次進入直線運動方向設定和直線運動控制，若結束割草，則機器人關機。
在上述的割草機器人控制方法中，所述主控模塊還連接有用於採集機器人工作區域邊界信息的邊界信息採集模塊，所述邊界信息採集模塊設置在所述割草機器人的前端，所述主控模塊根據邊界信息採集模塊的反饋信號判定機器人是否滿足轉向條件。
在上述的割草機器人控制方法中，所述主控模塊還連接有用於記錄行走機構行走路程的行程採集模塊，若行程採集模塊採集的路程達到設定路程，則主控模塊判定機器人滿足轉向條件，若行程採集模塊採集的路程未達到設定路程，則主控模塊判定機器人不滿足轉向條件。
在上述的割草機器人控制方法中，所述主控模塊還連接有用於感應障礙物的障礙物感應模塊，所述主控模塊根據障礙物感應模塊的反饋信號判定機器人是否滿足轉向條件。
本發明的有益效果：
本發明的割草機器人的控制方法包括轉向方向控制和轉向角度控制，轉向方向控制用於控制機器人的轉動方向，轉向角度控制用於在完成轉向後控制機器人的轉向角度，主控模塊根據陀螺儀傳感器反饋的角速度數據獲得實際角度數據，並通過與預定角度數據的對比來控制機器人的轉向角度。與現有技術相比，本發明中的割草機器人可實現轉向運動，因此整體的運動靈活性更好，便於對草地的一些邊角區域進行有效割草，提高了割草效果；同時由於機器人的底盤前端低於後端，因此現有技術中的機器人在倒退行進的過程中，草地上的石子等障礙物不會給機器人的底盤造成幹涉，但是會刮傷底盤的前端，造成機器人的損壞，而本發明中的割草機器人在行進過程中始終保持前端向前，因此當遇到石子等障礙物時會繞行，從而避免障礙物損傷底盤，延長了機器人的使用壽命；最後，本發明中的機器人在割草過程中的運動狀態更加美觀，提升了用戶的使用體驗。
割草機器人還包括採集機器人工作區域邊界信息的邊界信息採集模塊，邊界信息採集模塊設置在所述割草機器人的前端，主控模塊根據邊界信息採集模塊的反饋信號判定機器人是否滿足轉向條件。與現有技術中前後兩端同時設置邊界信息採集模塊的結構相比，由於本發明的機器人在割草過程中，其前端始終保持向前的狀態，因此只需要在機器人的前端設置邊界信息採集模塊即可，減少了機器人的結構，降低了製造成本。
本發明的這些特點和優點將會在下面的具體實施方式、附圖中詳細的揭露。
【附圖說明】
下面結合附圖對本發明做進一步的說明：
圖1為本發明中割草機器人的結構示意圖；
圖2為本發明中割草機器人的行走路線圖；
圖3為本發明實施例一中割草機器人控制方法的流程圖；
圖4為本發明實施例二中割草機器人控制方法的流程圖。
【具體實施方式】
下面結合本發明實施例的附圖對本發明實施例的技術方案進行解釋和說明，但下述實施例僅為本發明的優選實施例，並非全部。基於實施方式中的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得其他實施例，都屬於本發明的保護範圍。
實施例一、
如圖1所示，本實施例中割草機器人包括本體和設置在本體上的控制系統，控制系統包括主控模塊1和與主控模塊1連接的行走機構2，行走機構2包括行走電機驅動模塊21和行走電機組合22，主控模塊1通過行走電機驅動模塊21控制行走電機組合22的運動狀態實現割草機器人的直線運動和轉向運動。
本發明的主控模塊1還連接有用於採集割草機器人運動角速度的陀螺儀傳感器3，主控模塊1實時接收陀螺儀傳感器3的角速度數據，主控模塊1內設有處理器，處理器根據接收的角速度數據計算出當前割草機器人運動的角度信息，割草機器人控制方法包括轉向方向控制和轉向角度控制，轉向方向控制用於控制機器人的轉動方向，轉向角度控制用於在完成轉向後控制機器人的轉向角度，主控模塊1根據陀螺儀傳感器3反饋的角速度數據獲得實際角度數據，並通過與預定角度數據的對比來控制機器人的轉向角度。當實際角度數據達到預定角度數據時，主控模塊1停止轉向運動控制。與現有技術相比，本發明中的割草機器人可實現轉向運動，因此整體的運動靈活性更好，便於對草地的一些邊角區域進行有效割草，提高了割草效果；同時由於機器人的底盤前端低於後端，因此現有技術中的機器人在倒退行進的過程中，草地上的石子等障礙物不會給機器人的底盤造成幹涉，但是會刮傷底盤的前端，造成機器人的損壞，而本發明中的割草機器人在行進過程中始終保持前端向前，因此當遇到石子等障礙物時會繞行，從而避免障礙物損傷底盤，延長了機器人的使用壽命；最後，本發明中的機器人在割草過程中的運動狀態更加美觀，提升了用戶的使用體驗。
本發明的主控模塊1還連接有用於採集方向信息的方向採集模塊4，方向採集模塊4包括採集地磁場數據的磁場感應傳感器和採集重力加速度數據的重力加速度傳感器，主控模塊1根據磁場感應傳感器的地磁場數據和重力加速度傳感器的重力加速度數據獲取割草機器人方向信息。其中磁場感應傳感器的地磁場數據和重力加速度傳感器的重力加速度數據可以通過主控模塊計算出方向信息，或者也可以在方向採集模塊中計算得出。
此外，本發明中的主控模塊1還連接有用於採集機器人工作區域邊界信息的邊界信息採集模塊5、用於感應障礙物的障礙物感應模塊6和用於記錄行走機構行走路程的行程採集模塊7，邊界信息採集模塊5安裝在割草機器人本體的前端，邊界信息採集模塊5內設有用於感應邊界信息的感應電路、轉換信息用的信號處理電路及處理信息用的單片機，信號處理電路分別連接在單片機和ad接口及pio接口上，單片機通過uart接口連接在主控模塊1上。邊界信息獲取過程：首先通過感應電路感應邊界信號，在通過信號處理電路將信號放大並轉換成表示離邊界距離的模擬信號以及表示邊界內外的數位訊號，然後分別與單片機的ad接口及pio口連接，單片機對數據進行運算，並通過uart接口與主控電路連接傳遞採集到的邊界信息。與現有技術中前後兩端同時設置邊界信息採集模塊的結構相比，由於本發明的機器人在割草過程中，其前端始終保持向前的狀態，因此只需要在機器人的前端設置邊界信息採集模塊5即可，減少了機器人的結構，降低了製造成本。
障礙物感應模塊6為碰撞開關，其通過碰撞開關接口與主控模塊1連接，障礙物感應模塊6的輸入信號通過上拉電阻接電源，正常輸入為高電平，碰撞開關有效時，輸入接口通過下拉電阻接地，輸入為低電平。
行程採集模塊7內設有感應行走電機轉數的霍爾元件，霍爾元件將電機轉數轉化為脈衝信號輸出，脈衝信號連接主控模塊1的計數器接口進行轉數計數，實現行程採集。
如圖3所示，本發明中的實施例一的割草機器人控制方法包括：
1)直線運動角度設定：割草機器人擺放在工作區域內並啟動後，主控模塊1根據陀螺儀傳感器3採集的角速度數據計算出當前的角度信息，並將當前的角度信息設定為直線運動角度；
2)直線運動控制(控制角度)：主控模塊1根據實時計算出的角度信息與設定的直線運動角度的差值，來控制行走機構2的運動形態，以使機器人按照設定的直線運動角度完成直線運動；
3)轉向條件判定：主控模塊1根據邊界信息採集模塊反饋信號判定機器人是否滿足轉向條件，如果機器人機身超出邊界，則邊界信息採集模塊將超出邊界信號發送給主控模塊1，此時主控模塊1根據該信號判定滿足轉向條件，並控制機器人停止當前的直線運動，進入轉向方向控制；若機器人機身未超出邊界，則邊界信息採集模塊將未超出邊界信號發送給主控模塊1，此時主控模塊1判定不滿足轉向條件，控制機器人繼續直線運動；
4)轉向方向控制：主控模塊1根據設定的轉動方向控制機器人轉向；
5)轉向運動控制：主控模塊1根據陀螺儀傳感器3反饋的角速度數據獲得實際角度數據，並通過與預定角度數據的對比來控制機器人的轉向角度，若實際角度數據未達到預定角度數據，則控制機器人繼續轉向，若實際角度數據達到預定角度數據，則停止機器人轉向。
在上述直線運動控制(控制角度)中，主控模塊1還可根據方向採集模塊4採集的方向信息對陀螺儀傳感器3的角度數據漂移進行校準，以通過行走機構2控制割草機器人實現穩定的直線運動。
在上述的轉向條件判定中，主控模塊1還可根據障礙物感應模塊6和行程採集模塊7的反饋信號判定是否滿足轉向條件。具體的，若行程採集模塊7採集的路程達到設定路程，則主控模塊1判定機器人滿足轉向條件，若行程採集模塊7採集的路程未達到設定路程，則主控模塊1判定機器人不滿足轉向條件。或者主控模塊1根據障礙物感應模塊6的反饋信號判定機器人是否滿足轉向條件，若碰撞開關被觸發，則說明遇到障礙物，滿足轉向條件，若碰撞開關未被觸發，則不滿足轉向條件。通過上述兩個模塊可判定機器人是否滿足轉向條件，以使機器人適應更複雜的草地及周圍環境。
在上述轉向運動控制後，如果割草結束，則關閉機器人，如果割草未結束，則主控模塊1機器人再次進入直線運動角度設定和直線運動控制，進行再次直線運動割草。
為了提高割草效率，本實施例中的預定角度數據與機器人直線運動角度之差為180度，以使機器人實現調頭反向割草，且每次轉向都是朝向草地的右側方向轉向，從而控制機器人沿圖2所示的路線運動。
實施例二、
如圖4所示，本發明還公開了另一種割草機器人控制方法包括：
1)直線運動方向設定：割草機器人擺放在工作區域內並啟動後，主控模塊1根據方向採集模塊4獲取的割草機器人啟動時的方向信息設定為直線運動方向；
2)直線運動控制(控制方向)：主控模塊1根據磁場感應傳感器的地磁場數據和重力加速度傳感器的重力加速度數據獲取機器人的實際運動方向信息，主控模塊1對比實際運動方向信息和設定的直線運動方向，若實際運動方向信息偏離設定的直線運動方向，則通過行走機構2的運動狀態控制機器人按照設定的直線運動方向完成直線運動；
3)轉向條件判定：主控模塊1根據邊界信息採集模塊反饋信號判定機器人是否滿足轉向條件，如果機器人機身超出邊界，則邊界信息採集模塊將超出邊界信號發送給主控模塊1，此時主控模塊1根據該信號判定滿足轉向條件，並控制機器人停止當前的直線運動，並進入轉向方向控制；若機器人機身未超出邊界，則邊界信息採集模塊將未超出邊界信號發送給主控模塊1，此時主控模塊1判定不滿足轉向條件，控制機器人繼續直線運動；
4)轉向方向控制：主控模塊1根據設定的轉動方向控制機器人轉向；
5)轉向運動控制：主控模塊1根據陀螺儀傳感器3反饋的角速度數據獲得實際角度數據，並通過與預定角度數據的對比來控制機器人的轉向角度，若實際角度數據未達到預定角度數據，則控制機器人繼續轉向，若實際角度數據達到預定角度數據，則停止機器人轉向。
在上述的轉向條件判定中，主控模塊1還可根據障礙物感應模塊6和行程採集模塊7的反饋信號判定是否滿足轉向條件。具體的，若行程採集模塊7採集的路程達到設定路程，則主控模塊1判定機器人滿足轉向條件，若行程採集模塊7採集的路程未達到設定路程，則主控模塊1判定機器人不滿足轉向條件。或者主控模塊1根據障礙物感應模塊6的反饋信號判定機器人是否滿足轉向條件，若碰撞開關被觸發，則說明遇到障礙物，滿足轉向條件，若碰撞開關未被觸發，則不滿足轉向條件。通過上述兩個模塊可判定機器人是否滿足轉向條件，以使機器人適應更複雜的草地及周圍環境。
在上述轉向運動控制後，如果割草結束，則關閉機器人，如果割草未結束，則主控模塊1機器人再次進入直線運動角度設定和直線運動控制，進行再次直線運動割草。
為了提高割草效率，本實施例中的預定角度數據與機器人直線運動角度之差為180度，以使機器人實現調頭反向割草，且每次轉向都是朝向草地的右側方向轉向，從而控制機器人沿圖2所示的路線運動。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，熟悉該本領域的技術人員應該明白本發明包括但不限於附圖和上面具體實施方式中描述的內容。任何不偏離本發明的功能和結構原理的修改都將包括在權利要求書的範圍中。