割草機器人的路徑規划算法的製作方法
2023-05-21 14:48:31 1
專利名稱：割草機器人的路徑規划算法的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種割草機器人的路徑規划算法，屬於智能家用電器技術領域。
背景技術：
目前，對草坪的維護一般使用人工的方式。這種方式，工作人員勞動強度很大，特別是天氣不好的時候，需要經受風吹日曬，而且還必須忍受惱人的噪聲。因此，人們開始使用自動的割草機器人，代替人來完成辛苦的工作。目前的割草機器人還處在發展的初級階段，存在幾個弊端
1、通過鋪設地磁線來限定割草機器人的工作範圍，不僅需要消耗大量銅線，還需要進行施工； 2、沒有路徑規劃，採用隨機行走的方式，工作效率低；
3、電池容量大，可工作的草坪面積小。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有技術中的不足之處，設置GPS定位模塊和攝像機系統增加割草機器人的智能程度，可識別工作邊界和工作路徑，提高割草效率和回歸充電路徑效率，實現全自動的智能系統。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是
割草機器人的路徑規划算法，所述的割草機器人包括底盤，安裝在所述的底盤上的機殼，驅動系統，割草電機、割刀和電機割刀聯接件，用於放置可充電電池的電池倉，以及電子控制裝置，所述的機殼前端設置碰撞檢測裝置5和障礙物檢測傳感器，所述的驅動系統設置兩個驅動輪，與所述的驅動輪連接的減速箱和驅動電機，以及一個起支撐作用的萬向輪，所述的電子控制裝置連接所述的驅動電機、割草電機、碰撞檢測裝置和障礙物檢測傳感器，還包括為所述的割草機器人充電的充電座，所述的充電座設置在草坪自然邊界上，所述的草坪自然邊界為草坪與周邊混泥土、房屋牆壁、籬笆等的交接部分，還包括與所述的電子控制裝置連接的攝像機系統和GPS定位模塊，所述的攝像機系統設置在所述的機殼上，所述的GPS定位模塊提供全球定位數據，還包括設置在草坪非自然邊界的定位樁，所述的草坪非自然邊界，也就是在草坪中間人為設置的邊界；所述的電子控制裝置設置進行集中控制的處理器，所述的處理器設置路徑規划算法，所述的路徑規划算法包括以下步驟
(1)在所述的充電座獲位置獲取充電座的位置數據(Xs，Ys)，然後打開所述的割草電機出發，並通過所述的攝像機系統向右側尋找所述的草坪自然邊界，然後沿著所述的草坪自然邊界前進，並實時採集前方圖像；
(2)所述的處理器在圖像中獲取所述的草坪自然邊界和所述的定位樁，如果獲取到所述的定位樁，則識別方位以後朝所述的定位樁前進，否則繼續沿著所述的草坪自然邊界前進；同時，在前進過程中，所述的處理器不斷從所述的GPS定位模塊獲取所述的割草機器人的當前位置數據(H)，當距離所述的充電座13的距離L=[( I —Xs)2+(Yr —YS)T/2小於預設的閾值S時，所述的處理器開始尋找所述的充電座，回到所述的充電座所在位置，並繼續執行步驟(3)，否則繼續步驟(2)；
(3)所述的割草機器人開始尋找割草邊界，找到以後開始沿著所述的割草邊界開始工作，一圈一圈向草坪中心工作，所述的割草邊界為草坪的未割過部分與已割過部分的交接部分；
(4)當所述的割草機器人無法找到所述的割草邊界以後，判斷割草任務已經完成，關閉所述的割草電機，記錄當前位置為結束點(X。，Y。)，然後返回充電座向結束點(X。，Y。)與所述的充電座位置(Xs, Ys)的連線方向arctan[(Ys —Y。)/( Xs _ X0)]前進，並實時計算距離所述的充電座的距離L=[( I —Xs)2+(Yr —Ys)2]1/2，當所述的距離L小於預設的閾值S時判斷回到充電座位置，結束割草任務。
所述的充電座在左側、右側和前面設置特徵圖案，用於所述的割草機器人進行識別。所述的定位樁的表面設置特徵條紋或者圖像，可被所述的割草機器人識別。在步驟(3)中，所述的割草機器人與所述的割草邊界的相對位置設置為所述的割刀的工作圓周與所述的割草邊界相切或者分相交。實施本發明的積極效果是1、自行工作，不需要人為幹預；2、割草效率高，重複率低；3、自行充電，回歸路徑效率高。
圖I是割草機器人的結構示意 圖2是割草機器人的控制原理框 圖3是規劃路徑意圖。
具體實施例方式現結合附圖對本發明作進一步說明
參照圖I 一 3，割草機器人14包括底盤12，安裝在所述的底盤12上的機殼，驅動系統，割草電機4、割刀11和電機割刀聯接件，用於放置可充電電池I的電池倉，以及電子控制裝置2，所述的機殼前端設置碰撞檢測裝置5和障礙物檢測傳感器6，所述的驅動系統設置兩個驅動輪9，與所述的驅動輪9連接的減速箱和驅動電機3，以及一個起支撐作用的萬向輪10。所述的電子控制裝置2連接所述的驅動電機3、割草電機4、碰撞檢測裝置5和障礙物檢測傳感器6。在所述的電子控制裝置2的控制下，所述的割草機器人14可以自由行走，並打開所述的割刀11就可以執行割草任務。所述的割草機器人14採用所述的可充電電池I供電，因此可以不用拖拖著長長的電線。還包括充電座13，所述的充電座13設置在草坪自然邊界16上，所述的草坪自然邊界16為草坪與周邊混泥土、房屋牆壁、籬笆等的交接部分。當所述的可充電電池I的電量耗盡時，所述的割草機器人14回到所述的充電座13的位置，為所述的可充電電池I充電。因此，在無人幹預的情況下，所述的割草機器人14可以持續工作。同時，所述的充電座13在左側、右側和前面設置特徵圖案，用於所述的割草機器人14進行識別。
還包括與所述的電子控制裝置2連接的攝像機系統7和GPS定位模塊8，所述的攝像機系統7設置在所述的機殼上，可拍攝所述的割草機器人14前方的場景，所述的GPS定位模塊8提供全球定位數據，還包括設置在草坪非自然邊界17的定位樁15，所述的定位樁15的表面設置特徵條紋或者圖像，可被所述的割草機器人14識別。所述的草坪非自然邊界17，也就是在草坪中間人為設置的邊界。所述的電子控制裝置2設置進行集中控制的處理器，所述的處理器設置路徑規划算法，所述的路徑規划算法包括以下步驟
(I)所述的割草機器人14在所述的充電座13的位置獲取充電座13的位置數據(Xs， Ys)，然後打開所述的割草電機4出發，並通過所述的攝像機系統7向右側尋找所述的草坪自然邊界16，然後沿著所述的草坪自然邊界16前進，並實時採集前方圖像；
因為所述的充電座13設置在草坪自然邊界16上，所述的所述的割草機器人14啟動以後首先沿著所述的草坪自然邊界16前進。(2)所述的處理器在圖像中獲取所述的草坪自然邊界16和所述的定位樁15，如果獲取到所述的定位樁15，則識別方位以後朝所述的定位樁15前進，否則繼續沿著所述的草坪自然邊界16前進；同時，在前進過程中，所述的處理器不斷從所述的GPS定位模塊8獲取所述的割草機器人14的當前位置數據(I，乙)，當距離所述的充電座13的距離L=[( Xr _Xs)2+(Yr-Ys)2]1/2小於預設的閾值S時，所述的處理器開始尋找所述的充電座13，回到所述的充電座13所在位置，並繼續執行步驟(3)，否則繼續步驟(2)；
在步驟(2)中，所述的割草機器人14沿著所述的草坪自然邊界16和草坪非自然邊界17繞著草坪工作一圈，形成了一個封閉的割草痕跡，為後續工作提供路徑規劃的參照。(3)所述的割草機器人14開始尋找割草邊界，找到以後開始沿著所述的割草邊界開始工作，一圈一圈向草坪中心工作，所述的割草邊界為草坪的未割過部分與已割過部分的交接部分；
在步驟(3)中，所述的割草機器人14與所述的割草邊界的相對位置設置為所述的割刀11的工作圓周與所述的割草邊界相切或者分相交。因此，所述的割草機器人14不會在已經割過的草坪上重複工作，節約了大量的時間和電力，大大提高了工作效率。(4)當所述的割草機器人14無法找到所述的割草邊界以後，判斷割草任務已經完成，關閉所述的割草電機4，記錄當前位置為結束點(X。，Y0),然後返回充電座13 :向結束點(X0, Y。)與所述的充電座13的位置(Xs，Ys)的連線方向arctan[(Ys — Y0)/( Xs —X。)]前進，並實時計算距離所述的充電座13的距離L=[( I —Xs)2+(Yr — Ys) 2]1/2，當所述的距離L小於預設的閾值S時判斷回到充電座13位置，結束割草任務。綜上所述，本發明在割草機器人14上設置攝像機系統7和GPS定位模塊8增加割草機器人14的信息採集能力和自身定位能力，可識別工作邊界、工作路徑和獲取自身位置信息，本發明中的路徑規划算法提高了割草效率和回歸充電路徑效率，實現全自動的智能系統。
權利要求
1.割草機器人的路徑規划算法，所述的割草機器人包括底盤，安裝在所述的底盤上的機殼，驅動系統，割草電機、割刀和電機割刀聯接件，用於放置可充電電池的電池倉，以及電子控制裝置，所述的機殼前端設置碰撞檢測裝置和障礙物檢測傳感器，所述的驅動系統設置兩個驅動輪，與所述的驅動輪連接的減速箱和驅動電機，以及ー個起支撐作用的萬向輪，所述的電子控制裝置連接所述的驅動電機、割草電機、碰撞檢測裝置和障礙物檢測傳感器，還包括為所述的割草機器人充電的充電座，所述的充電座設置在草坪自然邊界上，所述的草坪自然邊界為草坪與周邊混泥土、房屋牆壁、籬笆等的交接部分，還包括與所述的電子控制裝置連接的攝像機系統和GPS定位模塊，所述的攝像機系統設置在所述的機売上，所述的GPS定位模塊提供全球定位數據，其特徵在於還包括設置在草坪非自然邊界的定位樁，所述的草坪非自然邊界，也就是在草坪中間人為設置的邊界；所述的電子控制裝置設置進行集中控制的處理器，所述的處理器設置路徑規划算法，所述的路徑規划算法包括以下步驟 (1)在所述的充電座的位置獲取充電座的位置數據(Xs，Ys)，然後打開所述的割草電機出發，並通過所述的攝像機系統向右側尋找所述的草坪自然邊界，然後沿著所述的草坪自然邊界前進，並實時採集前方圖像； (2)所述的處理器在圖像中獲取所述的草坪自然邊界和所述的定位樁，如果獲取到所述的定位樁，則識別方位以後朝所述的定位樁前進，否則繼續沿著所述的草坪自然邊界前進；同時，在前進過程中，所述的處理器不斷從所述的GPS定位模塊獲取所述的割草機器人的當前位置的定位數據(Xr，Yr)，當距離所述的充電座的距離L=[( Xr js)2+(Yt Ys)2] 1/2小於預設的閾值S時，所述的處理器開始尋找所述的充電座，回到所述的充電座所在位置，並繼續執行步驟(3)，否則繼續步驟(2)； (3)所述的割草機器人開始尋找割草邊界，找到以後開始沿著所述的割草邊界開始エ作，一圈ー圈向草坪中心工作，所述的割草邊界為草坪的未割過部分與已割過部分的交接部分； (4)當所述的割草機器人無法找到所述的割草邊界以後，判斷割草任務已經完成，關閉所述的割草電機，記錄當前位置為結束點(X。，Y。)，然後返回充電座向結束點(X。，Y。)與所述的充電座位置(xs，Ys)的連線方向arctan[(Ys _Y。)/( Xs _ X0)]前進，並實時計算距離所述的充電座的距離L=[( Xr —Xs)2+(t — Ys)2]1/2，當所述的距離L小於預設的閾值S時判斷回到充電座位置，結束割草任務。
2.如權利要求I所述的割草機器人的路徑規划算法，其特徵在於所述的充電座在左偵れ右側和前面設置特徵圖案，用於所述的割草機器人進行識別。
3.如權利要求I所述的割草機器人的路徑規划算法，其特徵在於所述的定位樁的表面設置特徵條紋或者圖像，可被所述的割草機器人識別。
4.如權利要求I所述的割草機器人的路徑規划算法，其特徵在於在步驟(3)中，所述的割草機器人與所述的割草邊界的相對位置設置為所述的割刀的工作圓周與所述的割草邊界相切或者分相交。
全文摘要
公開了一種割草機器人的路徑規划算法，割草機器人包括電子控制裝置，攝像機系統和GPS定位模塊，電子控制裝置設置處理器，處理器設置路徑規划算法，路徑規划算法包括步驟1、獲取充電座的位置數據，然後打開割草電機出發，並通過攝像機系統向右側尋找草坪自然邊界，然後沿著草坪自然邊界前進，並實時採集前方圖像；2、處理器在圖像中獲取草坪自然邊界和定位樁，沿著自然邊界和定位樁組成的非自然邊界前進，直到回到充電座位置；3、割草機器人開始尋找割草邊界，沿著割草邊界開始工作，一圈一圈向草坪中心工作；4、當割草機器人無法找到割草邊界以後，判斷割草任務已經完成，關閉割草電機，回到充電座位置。
文檔編號A01D34/00GK102662400SQ20121014292
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月10日 優先權日2012年5月10日
發明者劉瑜, 程曉東 申請人:慈谿思達電子科技有限公司