CN103282848A - 用于借助机器人-运输工具加工一个面的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于借助机器人-运输工具（10）加工一个面（100）的方法，其中，该机器人-运输工具（10）具有一个控制器（15），在该控制器中存储关于待加工的面（100）的轮廓的数据，其中，存在定位装置（20），所述定位装置求出机器人-运输工具（10）的位置，尤其是相对于待加工的面（100）的位置，并且该方法包括以下步骤：将待加工的面（100）分成单段（61a至64a；61b至64b）；将每个单段（61a至64a；61b至64b）分类到一个特性类（A，B）中；先后驶向和加工每个单段（61a至64a；61b至64b），其中，每个单段（61a至64a；61b至64b）以一个与它的特性类（A，B）相对应的加工策略被加工。

Description

用于借助机器人-运输工具加工一个面的方法

技术领域

本发明涉及一种用于借助机器人-运输工具加工一个面的方法。

背景技术

由现有技术已经公知很多用于借助机器人-运输工具加工一个面的方法，其中，这些面被构造为草坪并且借助一个自动控制的割草机被加工或收割。在此问题尤其在于对待加工的（草）面的外边界的识别。因此，由现有技术已知的是，例如使用包围线，通过它们包围待加工的面的外边界，其中，包围线可以通过传感器方式由机器人-运输工具识别。由申请人的DE102007023157A1此外已知一种方法，其中外边界可以借助传感器识别，其中，传感器包括至少一个红外线传感器，这些红外线传感器检测一个由地面反射的红外线辐射的强度。在知道待加工的面的外边界时还已知，控制器能够创建待加工的面的轮廓图。

在待加工的面的加工策略方面已知的是，根据随机策略加工一个面。这意味着，机器人-运输工具在待加工的面内部直线地以一个随机角度相对于周围环境运动，直到撞到周围环境边界。在那里在转向过程之后生成一个新的随机角度。在此缺点是，以这样的随机选择的路线对面的加工持续时间很长，直到实际上待加工的面完全被加工为止。尤其是这些面也多次被加工或被过度加工。在理想情况下，一个待加工的面借助相互平行设置的路线区段被加工，其中。这些路线区段分别在面的外边界上结束并且以180°的曲线相互连接。这样的加工策略能够在最短的时间内实现对面的全面加工，它此外例如在草坪收割的情况下也在外观上提供了优点。

由现有技术此外已知用于机器人-运输工具的高精度定位的装置或方法。这样的定位***用于使机器人-运输工具能够在待加工的面内部高精度地导航。在此问题是，定位***的所需的耗费随着其精度增加，这意味着比较高的成本耗费。

发明内容

由所示的现有技术出发，本发明的任务在于，这样地改进一种用于借助机器人-运输工具加工一个面的方法，使得在为机器人-运输工具使用比较低廉的定位***的情况下能够实现面的快速且有效的加工。在此，一个比较成本低廉的定位***尤其是被理解为这样一个***，其中机器人-运输工具相对于存在的轮廓图能够以在10cm和2m之间的精度求出其位置。该任务在用于借助机器人-运输工具加工一个面的方法中通过权利要求1的特征解决。按照本发明的方法在此提出一种加工策略，其中在知道待加工的面的情况下，首先将待加工的面划分成单段，接着在特性类方面对单段分类，最后先后驶向并且加工这些单段，其中，根据相应的单段的特性类以专门的加工策略加工该单元。

按照本发明的用于借助机器人-运输工具加工一个面的方法的有利扩展构型在从属权利要求中给出。由至少两个在权利要求、说明书和/或附图中公开的特征组成的所有组合都落在本发明的范围中。

为了求出待加工的面的外边界，按照本发明在本发明的第一设计方案中建议，通过机器人-运输工具沿着待加工的面的外边界的行驶求出关于待加工的面的数据。在此可以采用或使用所有由现有技术已知的、用于识别待加工的面的外边界的方法。

优选的是，机器人-运输工具的控制器在知道待加工的面的情况下将待加工的面划分成单段，其中，这些单段由几何的基本形状组成，这些基本形状各构成一个单段。

在此特别优选的是，这样地划分成单段，即基本形状具有优选的几何特性，尤其是所述基本形状矩形地并且由此凸形地构成。因此使用了以下知识，即矩形地且凸形地构成的基本形状允许特别简单且有效地加工。

在知道这些单段及其几何特性的情况下，在一种优选的设计方案中建议，根据达到优选的几何特性来确定所述特性类。

在借助机器人-运输工具真正加工该面之前优选的是，控制器通过许多将待加工的面分成临时的单段的随机划分来得到所述单段的数量、大小和轮廓，所述临时的单段中的这样的单段作为最终的单段生成，在这样的单段中优选的特性类的和或面积尽可能大或尽可能小。换言之，这意味着，机器人-运输工具的控制器尝试使用一种策略，其中待加工的面可以尽可能快且有效地被加工。

在此也建议，在分成单段时考虑来自先前的加工或在当前加工期间的结果。这可以例如通过以下方式发生，即在知道待加工的面的情况下进行与在控制器的存储器中存储的已经加工的面的比较。如果在此发现，当前要加工的面与一个已经加工的面重合，那么由此推导出，两个面是相同的。如果此外在之前发生的加工中发现，例如在待加工的面内部存在一个障碍物、例如一个树，那么对于当前向单段的划分可以考虑该障碍物，其方式是例如借助随机策略加工该障碍物所在的区域。此外在当前加工期间重新出现的结果可以被利用，以便重新使用所描述的措施，以便生成用于尚未加工的剩余面的优化的剩余加工策略。

单段的加工策略尤其在于驶过一个预先限定的运动路径或一个随机的运动路径。预先限定的运动路径在此优选由相互平行地设置的轨迹区段组成，并且随机的运动路径通过直线的轨迹区段表征，这些直线的轨迹区段通过在单段的边界上产生的转向部以随随机角度连接。

该方法优选用在自动行进的割草机中。这样的、自动行进的割草机能够在比较成本低廉的导航装置的情况下实现对草坪的有效加工。

附图说明

本发明的其它优点、特征和细节由下面的优选实施例的说明以及根据附图给出。其示出：

图1以简化的俯视图示出自动行进的割草机；

图2示出用于阐明按照本发明的用于加工一个面的方法的程序流程图；

图3和4示出各一个相同地构成的、待加工的面的俯视图，具有不同的单段；和

图5和6示出在使用不同的加工策略时不同的、待加工的单段的简化的俯视图。

具体实施方式

在图1中以简化的俯视图示出自动行进的割草机10形式的机器人-运输工具。割草机10具有两个通过一个驱动马达11驱动的后轮12以及一个可转向的前轮13。

根据所示的实施例也可想到，割草机10具有两个相互独立地被驱动的驱动轮，从而通过不同的驱动转速影响割草机10的行进方向。

另外可看到一个割草机构14，通过它能够收割一个草坪。割草机10还包括一个控制器15以及至少一个传感器元件16，它被设置用于检测一个待加工的面100的外边界101。传感器元件16可以根据专门设计被不同地构造用于识别外边界101。因此例如可想到，传感器元件16通过以下方式识别待加工的面100的外边界101，即检测一个设置或埋到外边界101上的金属叉或电流流过的导线。但是该传感器元件16可以例如也被构造为红外线传感器，通过它根据地面的反射识别待加工的面100以及由此识别它的外边界101。传感器元件16的精确位置在图1中仅仅举例地被选择。也可以是其它布置，例如在割草机10的正面上，或者但是设置多个传感器元件16。

割草机10还包括导航或定位装置20，通过它割草机10能够以在10cm和2m之间的精度求出其位置，尤其是在待加工的面100内部。这类导航或定位装置20可以例如是用于检测车轮转速的传感器、惯性传感器或包括GPS。

在图3和4中分别举例地示出待加工的、相同的面100。在该面100的外边界101的区域中可以如所述那样例如布设一个由割草机10设置的金属导线。面100基本上由一个大致矩形的区域102和一个连接到矩形区域102的长侧上的、直角圆化的区域103组成，其中，面100也可以具有障碍物、例如树。

在图2中简化地示出由割草机10的控制器15设定的用于加工一个面100的程序流程及其重要步骤。在此，在第一程序步骤51中由控制器15创建待加工的面100的轮廓图。面100的轮廓图的创建通过以下方式进行，即割草机10沿着待加工的面100的外边界101行进。在此不断地借助导航装置20检测割草机10的位置。一旦割草机10重新到达它的起始位置，这借助导航装置20识别，那么割草机10的控制器15推导出，待加工的面100完全地被包围或检测。

在一个连接在第一程序步骤51上的第二程序步骤52中，接下来借助一个算法将待加工的面100划分成单段61a至64a或61b至64b。借助控制器15通过将待加工的面100随机地生成或划分成n段来实现划分成单段61a至64a或61b至64b。在根据图3和4的所述实施例中，待加工的面100被划分成四个单段61a至64a或61b至64b。段的数量n然而也可以更大或更小。然而优选段的比较小的数量n是有利的，由此各个段分别可以具有比较大的面积，它们如下面所述允许至少部分地简单地或合理地被加工。控制器15可以例如通过以下方式预给定这些段的数量n，即在知道面100的轮廓图和由此知道其大小的情况下给n预先赋值，从而典型地设定这些段的确定的最小大小。也可以首先生成多个具有不同数量n的段的分段方案，其中，生成最大单个面的那个分段方案是优选的。

重要的是，给每个单段61a至64a或61b至64b配设一个特性类A或B。特性类A在此被理解为一个单段61a至64a或61b至64b，它允许比较简单地加工。比较简单地加工的面又被理解为一个面，它的形状具有一个几何的基本形状，尤其是比较矩形的和由此凸形地构成。这样的面110——它例如在图5中示出——允许尤其是通过相互平行设置的轨迹111被加工，它们通过180°转向部112相互连接。相对于此，特性类B被理解为一个面，它允许最有效地借助随机策略加工。为此例如参考图6，其中面115通过以下方式被加工，即割草机10在面115内部在直线地构成的轨迹116上运动，其中，一旦割草机10撞击到外边界117上，割草机10就旋转或转过一个随机角度或适当地启发式求出的角度。

在具有分别相同地构成的、待加工的面100的图3和4中，这些面具有特性类A的各两个单段61a、61b或62a、62b以及特性类B的各两个单段63a、63b或64a、64b。对于单段64a、64b还可以看到，在单段64a、64b中存在一个障碍物21、例如一颗树。尽管在生成待加工的面100的轮廓图时割草机10不能识别或检测树或该障碍物21，但是它的地点由于在时间上已经发生的加工过程是已知的并且因此在面100的实际加工策略中被考虑。

因此仅仅在首次加工一个面100时导致对段61a至64a；61b至64b的错误分类，但是该错误分类通过考虑新的知识和算法的重复使用被消除。所述的方法目前重复（在线）被使用并且在重新执行时提供合适的剩余策略。这同样也适用于初始未知的留空区域，这些留空区域通过边界缆线标记（例如花坛、花园池塘），并且在沿着外边界101行进时保持未知。

面100的加工策略通过以下方式生成，即控制器15执行单段61a至64a或61b至64b的特性类A和B的加合。继续进行这样的加工策略，它含有较大数量的特性类A，它们允许更简单或更有效地加工这些段。

在图3和4中所示的实施例中，待加工的面100分别被划分成特性类A的两个单段61a、61b、62a、62b和特性类B的两个单段63a、63b和64a、64b。在该情况中，割草机10的加工策略通过根据图3的划分或根据图4的划分进行，因为两个划分分别具有特性类A的两个段。但是也可以规定，考虑用于选出加工策略的附加标准。它们可以例如在于考虑待加工的单段61a至64a或61b至64b的大小，尤其是具有特性类A或B的段的大小。因此可以例如根据图3识别，特性类A的单段61a稍微大于根据图4的单段61b。属于特性类B的单段63a明显地小于图4中的相应的单段63b。这样一个加工策略显得更有意义，其中待加工的面100根据图3划分。

单段61a至64a或61b至64b在特性类A、B中的上述分类在一个第三程序步骤53中进行。在第三程序步骤53上根据图2连接一个第四程序步骤54，其中单段61a至64a或61b至64b根据实际选出的加工策略先后被处理或加工。在此也可以规定，处理的顺序是这样的，即在单段61a至64a或61b至64b之间存在分别最小的或最短的连接路径。

到此描述的用于加工一个面100的方法可以通过许多方式改变或改进，而不脱离本发明构思。尤其是本发明也不限于使用割草机10。

Claims (10)

1.用于借助机器人-运输工具（10）加工一个面（100）的方法，其中，该机器人-运输工具（10）具有一个控制器（15），在该控制器中存储关于待加工的面（100）的轮廓的数据，其中，存在定位装置（20），所述定位装置求出机器人-运输工具（10）的位置，尤其是相对于待加工的面（100）的位置，并且该方法包括以下步骤：

-将待加工的面（100）分成单段（61a至64a；61b至64b）；

-将每个单段（61a至64a；61b至64b）分类到一个特性类（A，B）中；

-先后驶向和加工每个单段（61a至64a；61b至64b），其中，每个单段（61a至64a；61b至64b）以一个与它的特性类（A，B）相对应的加工策略被加工。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过机器人-运输工具（10）沿着待加工的面（100）的外边界（101）的行驶求出关于待加工的面（100）的数据。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过将面（100）分成几何的基本形状来将所述待加工的面（100）分成单段（61a至64a；61b至64b），所述基本形状各构成一个单段（61a至64a；61b至64b）。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基本形状具有优选的几何特性，尤其是所述基本形状矩形地或凸形地构成。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据达到优选的几何特性来确定所述特性类（A，B）。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，首先通过许多将待加工的面（100）随机分成临时的单段（61a至64a；61b至64b）的随机划分来得到所述单段（61a至64a；61b至64b）的数量（n）、大小和轮廓，这些临时的单段（61a至64a；61b至64b）中的这样的单段作为最终的单段（61a至64b）被生成，在这样的单段中优选的特性类（A，B）的和或面积尽可能大或尽可能小。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在分成单段（61a至64a；61b至64b）时考虑来自先前的加工或在当前加工期间的结果。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述单段（61a至64a；61b至64b）的加工策略在于驶过一个预先限定的运动路径（111，112）或一个随机的或启发式激励的运动路径（116）。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述预先限定的运动路径由相互平行地设置的轨迹区段（111）组成并且所述随机的运动路径通过直线的轨迹区段（116）表征，这些直线的轨迹区段通过在所述单段的边界（117）上产生的转向部以随机角度连接。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法在自动行进的割草机（10）中的应用。

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