CN105759813A - 智能割草机自定位方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能割草机自定位方法及***。超宽带定位模块唤醒各个超宽带标签之后，向各个超宽带标签发送定位信号并开始计时。各个超宽带标签分别向超宽带定位模块发送定位反馈信号，超宽带定位模块接收到定位反馈信号后停止计时。根据计时结果计算与各个超宽带标签之间的距离，对智能割草机的位置进行定位。通过设置于智能割草机上的所述超宽带定位模块和分别设置于多个预设位置的所述各个超宽带标签，可以实现智能割草机的自主定位并进一步进行路径规划。克服了目前智能割草机只能在限定区域内随机割草的缺陷，避免了智能割草机重复割草的情况，节省资源，提高了工作效率。并且，本发明无需在草地周围安放电子围栏，进一步节省了成本。

Description

智能割草机自定位方法及***

技术领域

本发明涉及智能割草机技术领域，特别是涉及一种智能割草机自定位方法和一种智能割草机自定位***。

背景技术

智能割草机具备自动行走功能，在电子虚拟篱笆范围之内能够防止出线，并且能够自动返回充电，具备一定爬坡能力，尤其是一种适合家庭庭院、公共绿地等场所进行草坪修剪维护。智能割草机能自主的完成修剪草坪的工作，无须人为直接控制和操作，且功率低、噪音小、外形精巧美观，大幅度降低人工操作。目前越来越多的家庭备有除草机，用来为自己的花园除草。

通常地，通过在花园草地周围安放电子围栏(也即电子虚拟篱笆)，使得智能割草机只能在电子围栏限定区域内部运动，从而也就限定了智能割草机的割草范围。但对于目前的智能割草机而言，只能在限定区域内进行随机性割草，智能割草机不会进行自主定位和路径规划。这就不可避免会出现割草机到已经割过草的地方重复运动割草的情况，既浪费资源，降低工作效率。同时需要在草地周围安放电子围栏所需的线缆，进一步增加了成本，并且电子围栏也容易对用户的其他设备造成干扰。

发明内容

基于此，有必要提供一种智能割草机自定位方法和一种智能割草机自定位***。

一种智能割草机自定位方法，包括以下步骤：

超宽带定位模块向各个超宽带标签发送唤醒信号；其中，所述超宽带定位模块设置于智能割草机上，所述各个超宽带标签分别设置于多个预设位置；

所述各个超宽带标签被唤醒后，向所述超宽带定位模块发送唤醒反馈信号；

所述超宽带定位模块接收到所述唤醒反馈信号后，向所述各个超宽带标签发送定位信号并开始计时；

所述各个超宽带标签接收到所述定位信号后，分别向所述超宽带定位模块发送定位反馈信号；

所述超宽带定位模块接收到所述定位反馈信号后停止计时，并根据计时结果计算与所述各个超宽带标签之间的距离；

根据计算的所述超宽带定位模块与所述各个超宽带标签之间的距离，对智能割草机的位置进行定位。

在其中一个实施例中，所述各个超宽带标签分别设置于待割草花园内的多个预设位置。

在其中一个实施例中，所述超宽带标签至少为三个。

在其中一个实施例中，所述超宽带标签为三个，其中一个通过待割草花园内的智能割草机充电站获取电能，另外两个通过太阳能获取电能。

在其中一个实施例中，所述唤醒信号、所述唤醒反馈信号、所述定位信号和所述定位反馈信号均为超宽带信号。

在其中一个实施例中，所述超宽带定位模块向所述各个超宽带标签发送定位信号并开始计时的步骤，包括以下步骤：

所述超宽带定位模块向所述各个超宽带标签发送定位信号，并对各个超宽带标签分别开始计时；

所述超宽带定位模块根据计时结果计算与所述各个超宽带标签之间的距离的步骤，包括以下步骤：

所述超宽带定位模块接收到一个超宽带标签发送的所述定位反馈信号后停止对该超宽带标签的计时，并根据计时结果计算与该超宽带标签之间的距离。

在其中一个实施例中，所述根据计时结果计算与所述各个超宽带标签之间的距离的步骤，包括以下步骤：

按照如下公式计算所述超宽带定位模块与任意一个超宽带标签之间的距离：

$D=c\×\frac{1}{2}(T_A-T_{\mathrm{replyB}})$

其中，D为所述超宽带定位模块与该超宽带标签之间的距离，T_A为所述超宽带定位模块对该超宽带标签从开始计时至停止计时的总时间，T_replyB为该超宽带标签从接收到所述定位信号至发送所述定位反馈信号所延迟的时间，c为光传播速度。

在其中一个实施例中，所述对智能割草机的位置进行定位的步骤之后，包括以下步骤：

所述超宽带定位模块将定位的位置信息反馈至智能割草机上的控制模块；

所述控制模块根据定位的位置信息控制智能割草机执行相应操作。

一种智能割草机自定位***，包括设置于智能割草机上的超宽带定位模块和分别设置于多个预设位置的各个超宽带标签；

所述超宽带定位模块向所述各个超宽带标签发送唤醒信号；

所述各个超宽带标签被唤醒后，向所述超宽带定位模块发送唤醒反馈信号；

所述超宽带定位模块接收到所述唤醒反馈信号后，向所述各个超宽带标签发送定位信号并开始计时；

所述各个超宽带标签接收到所述定位信号后，分别向所述超宽带定位模块发送定位反馈信号；

所述超宽带定位模块接收到所述定位反馈信号后停止计时，并根据计时结果计算与所述各个超宽带标签之间的距离；

根据计算的所述超宽带定位模块与所述各个超宽带标签之间的距离，对智能割草机的位置进行定位。

在其中一个实施例中，所述超宽带标签至少为三个。

本发明智能割草机自定位方法和***中，超宽带定位模块唤醒各个超宽带标签之后，向各个超宽带标签发送定位信号并开始计时。各个超宽带标签分别向超宽带定位模块发送定位反馈信号，超宽带定位模块接收到所述定位反馈信号后停止计时。根据计时结果计算与各个超宽带标签之间的距离，从而对智能割草机的位置进行定位。

通过设置于智能割草机上的所述超宽带定位模块和分别设置于多个预设位置的所述各个超宽带标签，可以实现智能割草机的自主定位并进一步进行路径规划。克服了目前智能割草机只能在限定区域内随机割草的缺陷，避免了智能割草机重复割草的情况，节省资源，提高了工作效率。并且，本发明无需在草地周围安放电子围栏，进一步节省了成本。

附图说明

图1为本发明智能割草机自定位方法的流程示意图；

图2为本发明智能割草机自定位方法一个优选实施例中的超宽带标签安装示意图；

图3为超宽带测距原理示意图；

图4为超宽带定位原理示意图；

图5为Trilaterate算法定位原理示意图；

图6为本发明智能割草机自定位方法一个优选实施例的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

请参阅图1，为本发明智能割草机自定位方法的流程示意图。

本发明智能割草机自定位方法，包括以下步骤：

S101超宽带定位模块向各个超宽带标签发送唤醒信号；其中，所述超宽带定位模块设置于智能割草机上，所述各个超宽带标签分别设置于多个预设位置；

S102所述各个超宽带标签被唤醒后，向所述超宽带定位模块发送唤醒反馈信号；

S103所述超宽带定位模块接收到所述唤醒反馈信号后，向所述各个超宽带标签发送定位信号并开始计时；

S104所述各个超宽带标签接收到所述定位信号后，分别向所述超宽带定位模块发送定位反馈信号；

S105所述超宽带定位模块接收到所述定位反馈信号后停止计时，并根据计时结果计算与所述各个超宽带标签之间的距离；

S106根据计算的所述超宽带定位模块与所述各个超宽带标签之间的距离，对智能割草机的位置进行定位。

UWB(ULTRAWIDEBAND，超宽带)技术是一项崭新的无线电技术，最早应用在军事上，由其突出的性能优势也非常适合于民用的各领域，因此近年来各国对UWB技术格外重视。

超宽带技术是基于极窄脉冲的无线电技术。超宽带探测与传统的探测***相比较，无论是工作机理还是技术实现都有极大的区别。当无线电探测***的相对带宽(信号带宽与中心频率的比值)大于20％时就称之为超宽带探测***。实际上，超宽带***是产生、发射、接收、处理极窄脉冲信号的无线电***。超宽带***中发射的脉冲一般是脉宽小于1ns的高斯脉冲，这种窄脉冲具有非常宽的频谱。随着相关电子技术的发展，宽度在0.2ns以下的窄脉冲产生器已经研究成功，这种窄脉冲的相对带宽接近甚至大于200％。与传统的无线电探测***相比较，在超宽带探测***中不需要载频，能够直接用产生的窄脉冲去激励天线、辐射电磁波来进行目标的探测。

在其中一个实施例中，所述各个超宽带标签分别设置于待割草花园内的多个预设位置。

所述各个超宽带标签分别设置于待割草花园内的多个预设位置，更容易安装，并且距离所述超宽带定位模块更近，有利于超宽带定位模块快速找到自身位置。

在其中一个实施例中，所述超宽带标签至少为三个。

至少在割草机工作的花园中安装三个或者三个以上的超宽带标签。割草机本身安装有超宽带定位模块。超宽带定位模块利用对三个或者三个以上的超宽带标签的唤醒以及测距，可以实现自身定位。

在其中一个实施例中，所述超宽带标签为三个，其中一个通过待割草花园内的智能割草机充电站获取电能，另外两个通过太阳能获取电能。

请参阅图2，为本发明智能割草机自定位方法一个优选实施例中的超宽带标签安装示意图。在需要割草的花园中，安装三个超宽带标签。其中一个超宽带标签安装在智能割草机充电站处，便于提供电能。其他两个可通过太阳能或者其他方式提供电能。

所述唤醒信号、所述唤醒反馈信号、所述定位信号和所述定位反馈信号均为超宽带信号，利用超宽带定位模块和超宽带标签实现快速测距。

在其中一个实施例中，所述超宽带定位模块向所述各个超宽带标签发送定位信号并开始计时的步骤，包括以下步骤：

所述超宽带定位模块向所述各个超宽带标签发送定位信号，并对各个超宽带标签分别开始计时；

所述超宽带定位模块根据计时结果计算与所述各个超宽带标签之间的距离的步骤，包括以下步骤：

所述超宽带定位模块接收到一个超宽带标签发送的所述定位反馈信号后停止对该超宽带标签的计时，并根据计时结果计算与该超宽带标签之间的距离。

所述超宽带定位模块向每个超宽带标签均发送定位信号，并对每个超宽带标签分别开始计时；所述超宽带定位模块接收到某一个超宽带标签发送的所述定位反馈信号后停止对这个超宽带标签的计时，超宽带定位模块根据针对于某一个超宽带标签的计时结果，可以计算自身与该超宽带标签之间的距离。因此，根据针对于各个超宽带标签的计时结果，超宽带定位模块与各个超宽带标签之间的距离均可以计算出来。

在其中一个实施例中，所述根据计时结果计算与所述各个超宽带标签之间的距离的步骤，包括以下步骤：

按照如下公式计算所述超宽带定位模块与任意一个超宽带标签之间的距离：

$D=c\×\frac{1}{2}(T_A-T_{\mathrm{replyB}})$

其中，D为所述超宽带定位模块与该超宽带标签之间的距离，T_A为所述超宽带定位模块对该超宽带标签从开始计时至停止计时的总时间，T_replyB为该超宽带标签从接收到所述定位信号至发送所述定位反馈信号所延迟的时间，c为光传播速度。

超宽带技术(也即UMB技术)的具体测距方法包括TOA(TimeofArrival)、TDOA(TimeDifferenceofArrival)和RTOF(RoundtripTimeofFlight)等，以其中RTOF为例进行说明。

请参阅图3，为超宽带测距原理示意图。

当智能割草机开始运行时，智能割草机首先通过自身的超宽带定位模块A发射超宽带信号唤醒其他预先安装的超宽带定位标签，之后发出超宽带信号，同时开始计时。当其他标签B在收到超快带信号后则反馈超宽带信号，当智能割草机上的定位模块A再次收到标签反馈回来的超宽带信号时停止计时，由此可以得出：

$D=c\×\frac{1}{2}(T_A-T_{\mathrm{replyB}})$

其中T_R为信号从A传播到B得时间，T_A为所述超宽带定位模块对该超宽带标签从开始计时至停止计时的总时间，也即测量过程中的信号总时间，T_replyB为该超宽带标签从接收到所述定位信号至发送所述定位反馈信号所延迟的时间。那么两点之间距离为：

$D=c\×T_R=c\×\frac{1}{2}(T_A-T_{\mathrm{replyB}})$

其中c为光传播速度。

本发明利用超宽带定位技术实现智能割草机的自定位。

请参阅图4，为超宽带定位原理示意图。

智能割草机通过自身的超宽带模块与各个超宽带标签之间通信，从而测算出与各个超宽带标签之间的距离，当至少测量与三个不同的超宽带标签之间的距离之后，便可以通过算法确定自身位置实现定位。

优选的，可采用Trilaterate算法进行定位。请参阅图5，为Trilaterate算法定位原理示意图。

如图5所示，在安装智能割草机以及整套定位***时，首先测量出三个辅助定位装置(对应于本发明中的三个超宽带标签)之间的距离，利用其中两个定位装置连线作为x轴，则可以简化为如图的数学模型，其中D(x,y)点代表智能割草机上装配的超宽带定位装置，而A(0,0)，B(k,0),C(m,n)为三个辅助定位点(对应于本发明中的三个超宽带标签)的坐标，此三点的坐标可以通过A、B、C之间距离的测量获得。而三个定位装置到D点的距离分别为r1，r2，r3，可以通过超带宽定位装置测出。则智能割草机的位置参数可以按照如下方式计算出：

r1²＝x²+y²

r2²＝(k-x)²+y²

r3²＝(m-x)²+(n-y)²

然后可得出x和y的数值如下：

$x=\frac{k^2+{r1}^2-{r2}^2}{2k}$

$y=\frac{m^2+n^2+{r1}^2-{r3}^2-2\mathrm{mx}}{2n}$

从而最终实现对智能割草机的定位。

在其中一个实施例中，所述对智能割草机的位置进行定位的步骤之后，包括以下步骤：

所述超宽带定位模块将定位的位置信息反馈至智能割草机上的控制模块；

所述控制模块根据定位的位置信息控制智能割草机执行相应操作。

请参阅图6，为本发明智能割草机自定位方法一个优选实施例的流程示意图。

超宽带定位模块唤醒各个超宽带标签之后，向各个超宽带标签发送定位信号并开始计时。各个超宽带标签分别向超宽带定位模块发送定位反馈信号，超宽带定位模块接收到所述定位反馈信号后停止计时。根据计时结果计算与各个超宽带标签之间的距离，从而对智能割草机的位置进行定位。

所述超宽带定位模块将定位的位置信息反馈至智能割草机上的控制模块，所述控制模块根据定位的位置信息进行相应动作，从而实现智能割草机的自主定位并进一步进行路径规划。

一种智能割草机自定位***，包括设置于智能割草机上的超宽带定位模块和分别设置于多个预设位置的各个超宽带标签；

所述超宽带定位模块向所述各个超宽带标签发送唤醒信号；

所述各个超宽带标签被唤醒后，向所述超宽带定位模块发送唤醒反馈信号；

所述超宽带定位模块接收到所述唤醒反馈信号后，向所述各个超宽带标签发送定位信号并开始计时；

所述各个超宽带标签接收到所述定位信号后，分别向所述超宽带定位模块发送定位反馈信号；

所述超宽带定位模块接收到所述定位反馈信号后停止计时，并根据计时结果计算与所述各个超宽带标签之间的距离；

根据计算的所述超宽带定位模块与所述各个超宽带标签之间的距离，对智能割草机的位置进行定位。

在其中一个实施例中，所述超宽带标签至少为三个。

至少在割草机工作的花园中安装三个或者三个以上的超宽带标签。割草机本身安装有超宽带定位模块。超宽带定位模块利用对三个或者三个以上的超宽带标签的唤醒以及测距，可以实现自身定位。

本发明智能割草机自定位方法和***中，超宽带定位模块唤醒各个超宽带标签之后，向各个超宽带标签发送定位信号并开始计时。各个超宽带标签分别向超宽带定位模块发送定位反馈信号，超宽带定位模块接收到所述定位反馈信号后停止计时。根据计时结果计算与各个超宽带标签之间的距离，从而对智能割草机的位置进行定位。

通过设置于智能割草机上的所述超宽带定位模块和分别设置于多个预设位置的所述各个超宽带标签，可以实现智能割草机的自主定位并进一步进行路径规划。克服了目前智能割草机只能在限定区域内随机割草的缺陷，避免了智能割草机重复割草的情况，节省资源，提高了工作效率。并且，本发明无需在草地周围安放电子围栏，进一步节省了成本。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种智能割草机自定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

超宽带定位模块向各个超宽带标签发送唤醒信号；其中，所述超宽带定位模块设置于智能割草机上，所述各个超宽带标签分别设置于多个预设位置；

所述各个超宽带标签被唤醒后，向所述超宽带定位模块发送唤醒反馈信号；

所述超宽带定位模块接收到所述唤醒反馈信号后，向所述各个超宽带标签发送定位信号并开始计时；

所述各个超宽带标签接收到所述定位信号后，分别向所述超宽带定位模块发送定位反馈信号；

所述超宽带定位模块接收到所述定位反馈信号后停止计时，并根据计时结果计算与所述各个超宽带标签之间的距离；

根据计算的所述超宽带定位模块与所述各个超宽带标签之间的距离，对智能割草机的位置进行定位。

2.根据权利要求1所述的智能割草机自定位方法，其特征在于，所述各个超宽带标签分别设置于待割草花园内的多个预设位置。

3.根据权利要求1所述的智能割草机自定位方法，其特征在于，所述超宽带标签至少为三个。

4.根据权利要求1所述的智能割草机自定位方法，其特征在于，所述超宽带标签为三个，其中一个通过待割草花园内的智能割草机充电站获取电能，另外两个通过太阳能获取电能。

5.根据权利要求1所述的智能割草机自定位方法，其特征在于，所述唤醒信号、所述唤醒反馈信号、所述定位信号和所述定位反馈信号均为超宽带信号。

6.根据权利要求1所述的智能割草机自定位方法，其特征在于，所述超宽带定位模块向所述各个超宽带标签发送定位信号并开始计时的步骤，包括以下步骤：

所述超宽带定位模块向所述各个超宽带标签发送定位信号，并对各个超宽带标签分别开始计时；

所述超宽带定位模块根据计时结果计算与所述各个超宽带标签之间的距离的步骤，包括以下步骤：

所述超宽带定位模块接收到一个超宽带标签发送的所述定位反馈信号后停止对该超宽带标签的计时，并根据计时结果计算与该超宽带标签之间的距离。

7.根据权利要求6所述的智能割草机自定位方法，其特征在于，所述根据计时结果计算与所述各个超宽带标签之间的距离的步骤，包括以下步骤：

按照如下公式计算所述超宽带定位模块与任意一个超宽带标签之间的距离：

$D=c\×\frac{1}{2}(T_A-T_{\mathrm{replyB}})$

其中，D为所述超宽带定位模块与该超宽带标签之间的距离，T_A为所述超宽带定位模块对该超宽带标签从开始计时至停止计时的总时间，T_replyB为该超宽带标签从接收到所述定位信号至发送所述定位反馈信号所延迟的时间，c为光传播速度。

8.根据权利要求1所述的智能割草机自定位方法，其特征在于，所述对智能割草机的位置进行定位的步骤之后，包括以下步骤：

所述超宽带定位模块将定位的位置信息反馈至智能割草机上的控制模块；

所述控制模块根据定位的位置信息控制智能割草机执行相应操作。

9.一种智能割草机自定位***，其特征在于，包括设置于智能割草机上的超宽带定位模块和分别设置于多个预设位置的各个超宽带标签；

所述超宽带定位模块向所述各个超宽带标签发送唤醒信号；

所述各个超宽带标签被唤醒后，向所述超宽带定位模块发送唤醒反馈信号；

所述超宽带定位模块接收到所述唤醒反馈信号后，向所述各个超宽带标签发送定位信号并开始计时；

所述各个超宽带标签接收到所述定位信号后，分别向所述超宽带定位模块发送定位反馈信号；

所述超宽带定位模块接收到所述定位反馈信号后停止计时，并根据计时结果计算与所述各个超宽带标签之间的距离；

根据计算的所述超宽带定位模块与所述各个超宽带标签之间的距离，对智能割草机的位置进行定位。

10.根据权利要求9所述的智能割草机自定位***，其特征在于，所述超宽带标签至少为三个。