本發(fā)明涉及智能割草機(jī)器人領(lǐng)域，尤其涉及到一種面向割草機(jī)器人的Zigbee定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

智能割草機(jī)器人是集環(huán)境感知、路徑動(dòng)態(tài)規(guī)劃和行為控制等多種功能于一體的綜合機(jī)器人系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的草坪修剪機(jī)械相比，割草機(jī)器人可以降低草坪維護(hù)作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度。要實(shí)現(xiàn)割草作業(yè)的路徑規(guī)劃，割草機(jī)器人的定位非常重要。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)資料的檢索發(fā)現(xiàn)，割草機(jī)器人最常用的定位方式是用電纜圍出整個(gè)工作區(qū)域和障礙物、可稱之為電子籬笆線，利用渦流傳感器得到工作區(qū)域的范圍和路徑，當(dāng)割草機(jī)器人感應(yīng)到電纜時(shí)，便沿電纜環(huán)繞運(yùn)行或轉(zhuǎn)向進(jìn)行割草，如專利號(hào)CN102902272A所示。專利號(hào)CN102889850A所公開(kāi)的割草機(jī)器人邊界識(shí)別方法也是利用電磁感應(yīng)原理，與電子籬笆線的原理一致。專利號(hào)CN104898551A所公開(kāi)的全自動(dòng)割草機(jī)器人定位系統(tǒng)采用雙視覺(jué)的方式，利用兩個(gè)攝像頭構(gòu)成的視覺(jué)模塊，結(jié)合一定的數(shù)學(xué)計(jì)算方法來(lái)定位機(jī)器人。專利號(hào)CN105612909A則采用視覺(jué)和多傳感融合的方法，其中多傳感器模塊包括光電碼盤(pán)傳感器和電子羅盤(pán)傳感器。由于電子籬笆線定位方法比較簡(jiǎn)單，定位精度不高，只能定位機(jī)器人的位置在線內(nèi)或者線外，不能具體實(shí)現(xiàn)在某個(gè)確定位置的定位，局限性很大；視覺(jué)定位方法，尤其是雙視覺(jué)方式，成本較高，而且識(shí)別精度和所采用的視覺(jué)算法有很大關(guān)系。

因此，我們有必要對(duì)這樣一種結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善，以克服上述缺陷。

ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。這一名稱(又稱紫蜂協(xié)議)來(lái)源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動(dòng)翅膀的“舞蹈”來(lái)與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說(shuō)蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡(jiǎn)而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無(wú)線組網(wǎng)通訊技術(shù)。ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。ZigBee協(xié)議從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問(wèn)控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層(APL)等。其中物理層和媒體訪問(wèn)控制層遵循IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。在數(shù)千個(gè)微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信，這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過(guò)無(wú)線電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以它們的通信效率非常高。通過(guò)采用ZigBee技術(shù)可以有效得達(dá)到本發(fā)明的目的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于Zigbee的割草機(jī)器人定位系統(tǒng)。該定位系統(tǒng)成本低、實(shí)現(xiàn)方便，定位精度高，為戶外割草機(jī)器人的定位提供了一種簡(jiǎn)便高效的方法。

本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

面向割草機(jī)器人的Zigbee定位系統(tǒng)，

包括若干設(shè)置于割草場(chǎng)地周圍的Zigbee固定節(jié)點(diǎn)；所述割草場(chǎng)地內(nèi)設(shè)有一割草機(jī)器人，所述割草機(jī)器人上設(shè)有隨著割草機(jī)器人一起移動(dòng)的Zigbee移動(dòng)節(jié)點(diǎn)；

所述面向割草機(jī)器人的Zigbee定位系統(tǒng)還包括一運(yùn)行整個(gè)割草機(jī)器人集數(shù)據(jù)顯示處理、網(wǎng)關(guān)維護(hù)、Zigbee固定節(jié)點(diǎn)Zigbee移動(dòng)節(jié)點(diǎn)程序燒寫(xiě)和機(jī)器人路徑規(guī)劃功能為一體的監(jiān)控軟件的主控計(jì)算機(jī)，網(wǎng)關(guān)利用數(shù)據(jù)線通過(guò)仿真器和主控計(jì)算機(jī)連接；

所述網(wǎng)關(guān)作為連接主控計(jì)算機(jī)和Zigbee固定節(jié)點(diǎn)、Zigbee移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間的橋梁，通過(guò)Zigbee無(wú)線通訊的方式和Zigbee固定節(jié)點(diǎn)、Zigbee移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊。

進(jìn)一步的，根據(jù)割草場(chǎng)地的形狀可以將若干固定節(jié)點(diǎn)布置為方形或者圓形。

所述的Zigbee移動(dòng)節(jié)點(diǎn)固定在割草機(jī)器人上，Zigbee移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)收集和自己相近的Zigbee固定節(jié)點(diǎn)的位置信息，計(jì)算出自身的位置(坐標(biāo))信息，然后將信息發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)再發(fā)送給主控計(jì)算機(jī)，因此就可以在主控計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)割草機(jī)器人位置信息的顯示、查詢。根據(jù)位置信息，主控計(jì)算機(jī)的機(jī)器人控制軟件向割草機(jī)器人發(fā)送指令。

所述的割草機(jī)器人在草地上，接收主控計(jì)算機(jī)的命令，例如前進(jìn)、后退、拐彎等動(dòng)作，完成割草作業(yè)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

本發(fā)明采用市場(chǎng)上開(kāi)發(fā)成熟的Zigbee定位模塊，利用其自帶的定位算法實(shí)現(xiàn)割草機(jī)器人的精確定位。該定位方法給出的是割草機(jī)器人的精確坐標(biāo)值，這就克服了電子籬笆線方法只能確認(rèn)線內(nèi)線外的定位方式，可以在主控計(jì)算機(jī)上方便地觀察割草機(jī)器人在草坪中的位置，從而規(guī)劃相應(yīng)的割草路徑；通個(gè)增加固定節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)和改變節(jié)點(diǎn)的布局可以提高本發(fā)明定位系統(tǒng)的精度，例如方形草坪可以采用方形布局，而圓形草坪可以采用圓形布局，如果草坪面積較大，可以適當(dāng)增加固定節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，以提高定位精度。

本發(fā)明采用基于Zigbee的無(wú)線定位模塊可以非常容易地實(shí)現(xiàn)割草機(jī)器人的定位。首先，Zigbee采用無(wú)線定位技術(shù)，擺脫了有線電纜的限制，不再需要電子籬笆線。Zigbee定位成本低，有成熟的Zigbee定位模塊可以選用，成本比攝像頭模塊，GPS模塊都便宜；另外，Zigbee組網(wǎng)靈活，定位節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)及布局方式可以根據(jù)割草范圍的大小調(diào)整，對(duì)草坪形狀和面積具有很大的適應(yīng)性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提出的一種面向割草機(jī)器人的Zigbee定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合圖示與具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

如圖1所示，本發(fā)明提出的面向割草機(jī)器人的Zigbee定位系統(tǒng)，

包括若干設(shè)置于割草場(chǎng)地周圍的Zigbee固定節(jié)點(diǎn)；所述割草場(chǎng)地內(nèi)設(shè)有一割草機(jī)器人，所述割草機(jī)器人上設(shè)有隨著割草機(jī)器人一起移動(dòng)的Zigbee移動(dòng)節(jié)點(diǎn)；

所述面向割草機(jī)器人的Zigbee定位系統(tǒng)還包括一運(yùn)行整個(gè)割草機(jī)器人集數(shù)據(jù)顯示處理、網(wǎng)關(guān)維護(hù)、Zigbee固定節(jié)點(diǎn)Zigbee移動(dòng)節(jié)點(diǎn)程序燒寫(xiě)和機(jī)器人路徑規(guī)劃功能為一體的監(jiān)控軟件的主控計(jì)算機(jī)，網(wǎng)關(guān)利用數(shù)據(jù)線通過(guò)仿真器和主控計(jì)算機(jī)連接；

所述網(wǎng)關(guān)作為連接主控計(jì)算機(jī)和Zigbee固定節(jié)點(diǎn)、Zigbee移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間的橋梁，通過(guò)Zigbee無(wú)線通訊的方式和Zigbee固定節(jié)點(diǎn)、Zigbee移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊。

進(jìn)一步的，根據(jù)割草場(chǎng)地的形狀可以將若干固定節(jié)點(diǎn)布置為方形或者圓形。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括：主控計(jì)算機(jī)、網(wǎng)關(guān)、Zigbee固定節(jié)點(diǎn)、Zigbee移動(dòng)節(jié)點(diǎn)和割草機(jī)器人。其中Zigbee固定節(jié)點(diǎn)固定在割草場(chǎng)地上，可以布置為正方形。Zigbee定位節(jié)點(diǎn)中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)固定在割草機(jī)器人上，隨機(jī)器人一起移動(dòng)。固定節(jié)點(diǎn)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)網(wǎng)關(guān)和主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。

所述的主控計(jì)算機(jī)作為一個(gè)控制中心，運(yùn)行整個(gè)割草機(jī)器人監(jiān)控軟件。該軟件有數(shù)據(jù)顯示及處理、網(wǎng)關(guān)維護(hù)、Zigbee固定節(jié)點(diǎn)Zigbee移動(dòng)節(jié)點(diǎn)程序燒寫(xiě)、機(jī)器人路徑規(guī)劃等功能。管理人員通過(guò)該軟件可以實(shí)時(shí)的監(jiān)控整個(gè)Zigbee定位系統(tǒng)。

所述的網(wǎng)關(guān)利用數(shù)據(jù)線通過(guò)仿真器和主控計(jì)算機(jī)相連，通過(guò)Zigbee無(wú)線通訊的方式和Zigbee固定節(jié)點(diǎn)，Zigbee移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊，是連接主控計(jì)算機(jī)和Zigbee固定節(jié)點(diǎn)、Zigbee移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的橋梁。

所述的Zigbee固定節(jié)點(diǎn)布置在草地上，可根據(jù)草地形狀布置為方形，圓形等。固定節(jié)點(diǎn)向網(wǎng)關(guān)和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送位置信息。

所述的Zigbee移動(dòng)節(jié)點(diǎn)固定在割草機(jī)器人上，Zigbee移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)收集和自己相近的Zigbee固定節(jié)點(diǎn)的位置信息，計(jì)算出自身的位置(坐標(biāo))信息，然后發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)再發(fā)送給主控計(jì)算機(jī)，因此就可以在主控計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)割草機(jī)器人位置信息的顯示、查詢。根據(jù)位置信息，主控計(jì)算機(jī)的機(jī)器人控制軟件向割草機(jī)器人發(fā)送指令。

所述的割草機(jī)器人在草地上，接收主控計(jì)算機(jī)的命令，例如前進(jìn)、后退、拐彎等動(dòng)作，完成割草作業(yè)。

本發(fā)明的實(shí)施例：

實(shí)施例1.通個(gè)增加固定節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)和改變節(jié)點(diǎn)的布局可以提高本發(fā)明定位系統(tǒng)的精度，方形草坪可以采用方形布局，而圓形草坪可以采用圓形布局，如果草坪面積較大，可以適當(dāng)增加固定節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)，以提高定位精度。

實(shí)施例2.網(wǎng)關(guān)采用德州儀器生產(chǎn)CC2430模塊，該模塊是一款專用于Zigbee協(xié)議通訊的片上系統(tǒng)解決方案。在單個(gè)芯片上集成了CPU、存儲(chǔ)器、常用片內(nèi)外設(shè)和RF射頻單元。網(wǎng)關(guān)是主控計(jì)算機(jī)和Zigbee固定節(jié)點(diǎn)，Zigbee移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊的橋梁。

實(shí)施例3.Zigbee固定節(jié)點(diǎn)采用CC2430模塊，其特性如實(shí)施例2中所述，Zigbee固定節(jié)點(diǎn)的位置坐標(biāo)通過(guò)設(shè)置已經(jīng)確定。Zigbee固定節(jié)點(diǎn)按一定的頻率和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊，發(fā)送自己的位置給移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，以便Zigbee移動(dòng)節(jié)點(diǎn)根據(jù)這些固定的位置信息進(jìn)行定位。

實(shí)施例4.Zigbee移動(dòng)節(jié)點(diǎn)采用CC2431模塊。CC2431芯片具備CC2430芯片的所有功能，但是比CC2430芯片多了一個(gè)定位引擎。Zigbee定位采用的是Received Signal Strength Indicator(RSSI)節(jié)點(diǎn)接收信號(hào)強(qiáng)度技術(shù)，運(yùn)用發(fā)射信號(hào)的強(qiáng)度大小會(huì)隨著無(wú)線電波傳播距離的增加而不斷減小的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)的。定位系統(tǒng)中的Zigbee移動(dòng)節(jié)點(diǎn)能夠與離自己最近的參考節(jié)點(diǎn)通信，收集這些節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)值和RSSI值，根據(jù)這些信息和預(yù)先設(shè)定的其他參數(shù)計(jì)算自己的坐標(biāo)信息。將自己的定位信息發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，通過(guò)RS232傳給主控計(jì)算機(jī)上的定位監(jiān)控系統(tǒng)。

本發(fā)明中所提出的割草機(jī)器人為現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備，本領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際需求選用。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等同物界定。