專利名稱：割草機(jī)器人的路徑規(guī)劃算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種割草機(jī)器人的路徑規(guī)劃算法，屬于智能家用電器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，對(duì)草坪的維護(hù)一般使用人工的方式。這種方式，工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度很大，特別是天氣不好的時(shí)候，需要經(jīng)受風(fēng)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(dòng)的割草機(jī)器人，代替人來完成辛苦的工作。目前的割草機(jī)器人還處在發(fā)展的初級(jí)階段，存在幾個(gè)弊端
1、通過鋪設(shè)地磁線來限定割草機(jī)器人的工作范圍，不僅需要消耗大量銅線，還需要進(jìn)行施工； 2、沒有路徑規(guī)劃，采用隨機(jī)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，設(shè)置GPS定位模塊和攝像機(jī)系統(tǒng)增加割草機(jī)器人的智能程度，可識(shí)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(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的智能系統(tǒng)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
割草機(jī)器人的路徑規(guī)劃算法，所述的割草機(jī)器人包括底盤，安裝在所述的底盤上的機(jī)殼，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，割草電機(jī)、割刀和電機(jī)割刀聯(lián)接件，用于放置可充電電池的電池倉(cāng)，以及電子控制裝置，所述的機(jī)殼前端設(shè)置碰撞檢測(cè)裝置5和障礙物檢測(cè)傳感器，所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，與所述的驅(qū)動(dòng)輪連接的減速箱和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以及一個(gè)起支撐作用的萬向輪，所述的電子控制裝置連接所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、割草電機(jī)、碰撞檢測(cè)裝置和障礙物檢測(cè)傳感器，還包括為所述的割草機(jī)器人充電的充電座，所述的充電座設(shè)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、房屋墻壁、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(jī)系統(tǒng)和GPS定位模塊，所述的攝像機(jī)系統(tǒng)設(shè)置在所述的機(jī)殼上，所述的GPS定位模塊提供全球定位數(shù)據(jù)，還包括設(shè)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(shè)置的邊界；所述的電子控制裝置設(shè)置進(jìn)行集中控制的處理器，所述的處理器設(shè)置路徑規(guī)劃算法，所述的路徑規(guī)劃算法包括以下步驟
(1)在所述的充電座獲位置獲取充電座的位置數(shù)據(jù)(Xs，Ys)，然后打開所述的割草電機(jī)出發(fā)，并通過所述的攝像機(jī)系統(tǒng)向右側(cè)尋找所述的草坪自然邊界，然后沿著所述的草坪自然邊界前進(jìn)，并實(shí)時(shí)采集前方圖像；
(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(shí)別方位以后朝所述的定位樁前進(jìn)，否則繼續(xù)沿著所述的草坪自然邊界前進(jìn)；同時(shí)，在前進(jìn)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(jī)器人的當(dāng)前位置數(shù)據(jù)(H)，當(dāng)距離所述的充電座13的距離L=[( I —Xs)2+(Yr —YS)T/2小于預(yù)設(shè)的閾值S時(shí)，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，并繼續(xù)執(zhí)行步驟(3)，否則繼續(xù)步驟(2)；
(3)所述的割草機(jī)器人開始尋找割草邊界，找到以后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(dāng)所述的割草機(jī)器人無法找到所述的割草邊界以后，判斷割草任務(wù)已經(jīng)完成，關(guān)閉所述的割草電機(jī)，記錄當(dāng)前位置為結(jié)束點(diǎn)(X。，Y。)，然后返回充電座向結(jié)束點(diǎn)(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(jìn)，并實(shí)時(shí)計(jì)算距離所述的充電座的距離L=[( I —Xs)2+(Yr —Ys)2]1/2，當(dāng)所述的距離L小于預(yù)設(shè)的閾值S時(shí)判斷回到充電座位置，結(jié)束割草任務(wù)。
所述的充電座在左側(cè)、右側(cè)和前面設(shè)置特征圖案，用于所述的割草機(jī)器人進(jìn)行識(shí)別。所述的定位樁的表面設(shè)置特征條紋或者圖像，可被所述的割草機(jī)器人識(shí)別。在步驟(3)中，所述的割草機(jī)器人與所述的割草邊界的相對(duì)位置設(shè)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(shí)施本發(fā)明的積極效果是1、自行工作，不需要人為干預(yù)；2、割草效率高，重復(fù)率低；3、自行充電，回歸路徑效率高。


圖I是割草機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意 圖2是割草機(jī)器人的控制原理框 圖3是規(guī)劃路徑意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明
參照?qǐng)DI 一 3，割草機(jī)器人14包括底盤12，安裝在所述的底盤12上的機(jī)殼，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，割草電機(jī)4、割刀11和電機(jī)割刀聯(lián)接件，用于放置可充電電池I的電池倉(cāng)，以及電子控制裝置2，所述的機(jī)殼前端設(shè)置碰撞檢測(cè)裝置5和障礙物檢測(cè)傳感器6，所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪9，與所述的驅(qū)動(dòng)輪9連接的減速箱和驅(qū)動(dòng)電機(jī)3，以及一個(gè)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(qū)動(dòng)電機(jī)3、割草電機(jī)4、碰撞檢測(cè)裝置5和障礙物檢測(cè)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(jī)器人14可以自由行走，并打開所述的割刀11就可以執(zhí)行割草任務(wù)。所述的割草機(jī)器人14采用所述的可充電電池I供電，因此可以不用拖拖著長(zhǎng)長(zhǎng)的電線。還包括充電座13，所述的充電座13設(shè)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、房屋墻壁、籬笆等的交接部分。當(dāng)所述的可充電電池I的電量耗盡時(shí)，所述的割草機(jī)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，在無人干預(yù)的情況下，所述的割草機(jī)器人14可以持續(xù)工作。同時(shí)，所述的充電座13在左側(cè)、右側(cè)和前面設(shè)置特征圖案，用于所述的割草機(jī)器人14進(jìn)行識(shí)別。
還包括與所述的電子控制裝置2連接的攝像機(jī)系統(tǒng)7和GPS定位模塊8，所述的攝像機(jī)系統(tǒng)7設(shè)置在所述的機(jī)殼上，可拍攝所述的割草機(jī)器人14前方的場(chǎng)景，所述的GPS定位模塊8提供全球定位數(shù)據(jù)，還包括設(shè)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(shè)置特征條紋或者圖像，可被所述的割草機(jī)器人14識(shí)別。所述的草坪非自然邊界17，也就是在草坪中間人為設(shè)置的邊界。所述的電子控制裝置2設(shè)置進(jìn)行集中控制的處理器，所述的處理器設(shè)置路徑規(guī)劃算法，所述的路徑規(guī)劃算法包括以下步驟
(I)所述的割草機(jī)器人14在所述的充電座13的位置獲取充電座13的位置數(shù)據(jù)(Xs， Ys)，然后打開所述的割草電機(jī)4出發(fā)，并通過所述的攝像機(jī)系統(tǒng)7向右側(cè)尋找所述的草坪自然邊界16，然后沿著所述的草坪自然邊界16前進(jìn)，并實(shí)時(shí)采集前方圖像；
因?yàn)樗龅某潆娮?3設(shè)置在草坪自然邊界16上，所述的所述的割草機(jī)器人14啟動(dòng)以后首先沿著所述的草坪自然邊界16前進(jìn)。(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(shí)別方位以后朝所述的定位樁15前進(jìn)，否則繼續(xù)沿著所述的草坪自然邊界16前進(jìn)；同時(shí)，在前進(jìn)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(jī)器人14的當(dāng)前位置數(shù)據(jù)(I，乙)，當(dāng)距離所述的充電座13的距離L=[( Xr _Xs)2+(Yr-Ys)2]1/2小于預(yù)設(shè)的閾值S時(shí)，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，并繼續(xù)執(zhí)行步驟(3)，否則繼續(xù)步驟(2)；
在步驟(2)中，所述的割草機(jī)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(gè)封閉的割草痕跡，為后續(xù)工作提供路徑規(guī)劃的參照。(3)所述的割草機(jī)器人14開始尋找割草邊界，找到以后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(jī)器人14與所述的割草邊界的相對(duì)位置設(shè)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(jī)器人14不會(huì)在已經(jīng)割過的草坪上重復(fù)工作，節(jié)約了大量的時(shí)間和電力，大大提高了工作效率。(4)當(dāng)所述的割草機(jī)器人14無法找到所述的割草邊界以后，判斷割草任務(wù)已經(jīng)完成，關(guān)閉所述的割草電機(jī)4，記錄當(dāng)前位置為結(jié)束點(diǎn)(X。，Y0),然后返回充電座13 :向結(jié)束點(diǎn)(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(jìn)，并實(shí)時(shí)計(jì)算距離所述的充電座13的距離L=[( I —Xs)2+(Yr — Ys) 2]1/2，當(dāng)所述的距離L小于預(yù)設(shè)的閾值S時(shí)判斷回到充電座13位置，結(jié)束割草任務(wù)。綜上所述，本發(fā)明在割草機(jī)器人14上設(shè)置攝像機(jī)系統(tǒng)7和GPS定位模塊8增加割草機(jī)器人14的信息采集能力和自身定位能力，可識(shí)別工作邊界、工作路徑和獲取自身位置信息，本發(fā)明中的路徑規(guī)劃算法提高了割草效率和回歸充電路徑效率，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)的智能系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.割草機(jī)器人的路徑規(guī)劃算法，所述的割草機(jī)器人包括底盤，安裝在所述的底盤上的機(jī)殼，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，割草電機(jī)、割刀和電機(jī)割刀聯(lián)接件，用于放置可充電電池的電池倉(cāng)，以及電子控制裝置，所述的機(jī)殼前端設(shè)置碰撞檢測(cè)裝置和障礙物檢測(cè)傳感器，所述的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)置兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪，與所述的驅(qū)動(dòng)輪連接的減速箱和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以及ー個(gè)起支撐作用的萬向輪，所述的電子控制裝置連接所述的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、割草電機(jī)、碰撞檢測(cè)裝置和障礙物檢測(cè)傳感器，還包括為所述的割草機(jī)器人充電的充電座，所述的充電座設(shè)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、房屋墻壁、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(jī)系統(tǒng)和GPS定位模塊，所述的攝像機(jī)系統(tǒng)設(shè)置在所述的機(jī)売上，所述的GPS定位模塊提供全球定位數(shù)據(jù)，其特征在于還包括設(shè)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(shè)置的邊界；所述的電子控制裝置設(shè)置進(jìn)行集中控制的處理器，所述的處理器設(shè)置路徑規(guī)劃算法，所述的路徑規(guī)劃算法包括以下步驟 (1)在所述的充電座的位置獲取充電座的位置數(shù)據(jù)(Xs，Ys)，然后打開所述的割草電機(jī)出發(fā)，并通過所述的攝像機(jī)系統(tǒng)向右側(cè)尋找所述的草坪自然邊界，然后沿著所述的草坪自然邊界前進(jìn)，并實(shí)時(shí)采集前方圖像； (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(shí)別方位以后朝所述的定位樁前進(jìn)，否則繼續(xù)沿著所述的草坪自然邊界前進(jìn)；同時(shí)，在前進(jìn)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(jī)器人的當(dāng)前位置的定位數(shù)據(jù)(Xr，Yr)，當(dāng)距離所述的充電座的距離L=[( Xr js)2+(Yt Ys)2] 1/2小于預(yù)設(shè)的閾值S時(shí)，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，并繼續(xù)執(zhí)行步驟(3)，否則繼續(xù)步驟(2)； (3)所述的割草機(jī)器人開始尋找割草邊界，找到以后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(dāng)所述的割草機(jī)器人無法找到所述的割草邊界以后，判斷割草任務(wù)已經(jīng)完成，關(guān)閉所述的割草電機(jī)，記錄當(dāng)前位置為結(jié)束點(diǎn)(X。，Y。)，然后返回充電座向結(jié)束點(diǎn)(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(jìn)，并實(shí)時(shí)計(jì)算距離所述的充電座的距離L=[( Xr —Xs)2+(t — Ys)2]1/2，當(dāng)所述的距離L小于預(yù)設(shè)的閾值S時(shí)判斷回到充電座位置，結(jié)束割草任務(wù)。
2.如權(quán)利要求I所述的割草機(jī)器人的路徑規(guī)劃算法，其特征在于所述的充電座在左偵れ右側(cè)和前面設(shè)置特征圖案，用于所述的割草機(jī)器人進(jìn)行識(shí)別。
3.如權(quán)利要求I所述的割草機(jī)器人的路徑規(guī)劃算法，其特征在于所述的定位樁的表面設(shè)置特征條紋或者圖像，可被所述的割草機(jī)器人識(shí)別。
4.如權(quán)利要求I所述的割草機(jī)器人的路徑規(guī)劃算法，其特征在于在步驟(3)中，所述的割草機(jī)器人與所述的割草邊界的相對(duì)位置設(shè)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(jī)器人的路徑規(guī)劃算法，割草機(jī)器人包括電子控制裝置，攝像機(jī)系統(tǒng)和GPS定位模塊，電子控制裝置設(shè)置處理器，處理器設(shè)置路徑規(guī)劃算法，路徑規(guī)劃算法包括步驟1、獲取充電座的位置數(shù)據(jù)，然后打開割草電機(jī)出發(fā)，并通過攝像機(jī)系統(tǒng)向右側(cè)尋找草坪自然邊界，然后沿著草坪自然邊界前進(jìn)，并實(shí)時(shí)采集前方圖像；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(jìn)，直到回到充電座位置；3、割草機(jī)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(dāng)割草機(jī)器人無法找到割草邊界以后，判斷割草任務(wù)已經(jīng)完成，關(guān)閉割草電機(jī)，回到充電座位置。
文檔編號(hào)A01D34/00GK102662400SQ20121014292
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月10日
發(fā)明者劉瑜, 程曉東 申請(qǐng)人:慈溪思達(dá)電子科技有限公司