CN112558616A - 一种智能自行走设备及控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种智能自行走设备及控制方法。本申请通过记录自行走设备在第一行走状态下的机身角度，按照该机身角度范围生成相应的参考值，从而在自动行走设备运行过程中通过对机身角度的监测，在机身角度与该参考值相比偏差过大时，判定当前行走路径中的相应位置存在异常而使得自动行走设备遇到障碍物或被抬起。本申请对自动行走设备行走路径上障碍物的检测方式准确性高，能够大大提高设备运行的安全性，并且无需额外增加碰撞传感器，从而节省碰撞传感器及相应后护板的安装空间。

Description

一种智能自行走设备及控制方法

技术领域

本申请涉及自动行走设备技术领域，具体而言涉及一种智能自行走设备及控制方法。

背景技术

智能割草机器人等自行走设备已经得到广泛普及。其能够自动运行，代替传统割草机等作业设备，从而减少作业所需人力。

但是，智能割草机等自行走设备在为人们的生活带来方便的同时，也存在安全隐患。由于智能割草机等自行走设备在割草等作业工作中不存在人为进行的操纵和控制，因此，当其在后退时遇到障碍物或者被抬起时，需要设置机器能够快速检测到障碍物或快速检测到机器被抬起，从而及时作出响应。

现有技术中，常用的检测障碍物的方式是：在自行走设备的后侧设置后护板，在后护板和自行走设备的底座之间设置碰撞传感器。当机器后护板遇到障碍物时，后护板相对于底座产生形变或移动，触发碰撞传感器检测到碰撞信号，该碰撞信号由控制单元检测从而相应的触发应对机制。这种方式下，一般需要将自行走设备的后护板设置得很低或者加装其它感应检测元件，否则自行走设备后退时将遗漏高度较低的障碍物无法检测到。但是，高度较低的障碍物依旧会对自动行走设备的底部作业机构以及相应的驱动机构造成损伤。如果针对高度较低的障碍物而将后护板设置为较大尺寸，则该后护板容易在正常运行过程中，磕碰台阶或坡道，影响机器的正常行走和通过。

发明内容

本申请针对现有技术的不足，提供一种智能自行走设备及控制方法，本申请通过检测自行走设备的机身角度，能够及时检测到自行走设备碰撞障碍物或检测到自行走设备被抬起，从而触发相应的响应机制，保护设备。本申请具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种智能自行走设备的控制方法，其步骤包括：获取并记录自行走设备在第一行走状态下的机身角度，相应生成参考值；检测并计算自行走设备当前行走状态下的机身角度与所述参考值之间的偏差量，在所述偏差量超出预设阈值时，判断所述自行走设备的行走路径存在异常。

可选的，如上任一所述的智能自行走设备的控制方法，其中，所述第一行走状态包括：自行走设备向前行走的状态或自行走设备向其工作区域边界线行走的状态。

可选的，如上任一所述的智能自行走设备的控制方法，其中，所述机身角度包括以下任意一种或其组合：自行走设备机身的俯仰角，自行走设备机身的横滚角，自行走设备在任意方向上的速度，自行走设备在任意方向上的加速度。

可选的，如上任一所述的智能自行走设备的控制方法，其中，所述参考值在自行走设备以第一行走状态运行的过程中滚动更新。

可选的，如上任一所述的智能自行走设备的控制方法，其中，所述参考值包括以下任意一种：自行走设备以第一行走状态运行设定距离的过程中，机身角度的统计量；自行走设备以第一行走状态运行设定时长的过程中，机身角度的统计量。

可选的，如上任一所述的智能自行走设备的控制方法，其中，所述参考值包括：自行走设备以第一行走状态运行的过程中，位于不同位置坐标时所分别对应的机身角度；所述偏差量为：自行走设备当前行走状态下的机身角度与相同位置坐标所对应的参考值之间的差值。

可选的，如上任一所述的智能自行走设备的控制方法，其中，自行走设备在后退动作下，检测并计算自行走设备当前行走状态下的机身角度与所述参考值之间的偏差量，在所述偏差量超出预设阈值时，判断所述自行走设备的行走路径存在异常。

同时，为实现上述目的，本申请还提供一种智能自行走设备，其包括：机身角度检测单元，用于获取自行走设备的机身角度；存储单元，用于在自行走设备以第一行走状态运行的过程中根据所述机身角度存储相应的参考值；比较单元，用于比较自行走设备当前行走状态下的机身角度与所述参考值之间的偏差量；控制单元，用于在所述偏差量超出预设阈值时，判断所述自行走设备的行走路径存在异常。

可选的，如上任一所述的智能自行走设备，其中，所述机身角度检测单元包括：角度传感器、陀螺仪、加速度传感器中的任意一种或其组合。

可选的，如上任一所述的智能自行走设备，其中，所述存储单元在自行走设备以第一行走状态运行的过程中，滚动存更新自行走设备最近经过的若干坐标位置所分别对应的机身角度，作为该坐标位置所对应的参考值。

可选的，如上任一所述的智能自行走设备，其中，所述存储单元还在比较单元进行偏差量比较的过程中，根据自行走设备当前所处坐标位置调取对应该坐标位置的参考值，向所述比较单元输出所述参考值。

有益效果

本申请通过记录自行走设备在第一行走状态下的机身角度，按照该机身角度范围生成相应的参考值，从而在自动行走设备运行过程中通过对机身角度的监测，在机身角度与该参考值相比偏差过大时，判定当前行走路径中的相应位置存在异常而使得自动行走设备遇到障碍物或被抬起。本申请对自动行走设备行走路径上障碍物的检测方式准确性高，能够大大提高设备运行的安全性，并且无需额外增加碰撞传感器，从而节省碰撞传感器及相应后护板的安装空间。

进一步的，本申请还可以通过比较自动行走设备前进过程中的机身角度与其他情况下后退过程中对应位置上的机身角度，通过计算相同位置上不同行走状态下机身角度的偏差量，判断自动行走设备在后退过程中是否遇到障碍物，是否被抬起。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。

附图说明

附图用来提供对本申请的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本申请的实施例一起，用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中：

图1是本申请的自行走设备的内部电路结构框图；

图2是本申请的自行走设备前进状态下的示意图；

图3是本申请的自行走设备后退状态下的示意图；

图4是本申请的自行走设备在后退状态下遇到障碍物时的示意图。

图中，1表示自行走设备。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

图1为根据本申请的一种自行走设备的电路单元示意图，该自动行走设备包括有：

行走单元、作业单元、控制单元、机身角度检测单元和比较单元。

其中的行走单元内设置有行走轮、连接行走轮的行走电机，和对应于该行走电机的驱动电路，行走单元与控制单元相连，由控制单元的指令控制而相应调节行走电机的转速，以驱动行走轮带动自动行走设备行走。

其中，所述的作业单元可对应智能割草机等自动行走设备的割草作业需求而相应的设置为包括：割草刀盘、割草电机和驱动电路。该割草功能的作业单元可设置为在自动行走设备遍历作业路径的过程中，驱动割草电机从而带动割草刀盘转动而实现割草作业。

其中的机身角度检测单元，用于获取自行走设备的机身角度，然后在自行走设备以第一行走状态运行的过程中根据所述机身角度相应的在存储单元中存储相应的参考值；在具体实现时，上述的机身角度检测单元可通过以下任意一种传感器或以下各类型传感器之间或同类型传感器之间的组合而实现：角度传感器、陀螺仪、加速度传感器。

其中的比较单元，用于比较自行走设备当前行走状态下的机身角度与所述参考值之间的偏差量。

控制单元，用于在所述偏差量超出预设阈值时，判断所述自行走设备的行走路径存在异常。

由此，本申请通过对机身角度检测单元当前所检测到的机身角度和存储单元中所记录的角度进行对比，可以判断出自动行走设备是否运行在常规的工作环境内。由此，本申请通过设置角度传感器等常规的检测单元，通过简单的比较算法，即可准确地判断机器在前进或后退过程中是否遇到障碍物或被抬起。该方式检测准确性高，大大提高了机器运行的安全性，且不需要额外使用碰撞传感器，可以节约机身内的安装空间并省去碰撞传感器所对应的后侧护板结构，有利于设备机身的小型化。

其他实现方式下，为精确判断自动行走设备运行的各个位置上是否遇到异常障碍物，本申请还可以进一步的将上述自动行走设备的控制单元设置为按照以下方式对自动行走设备进行检测：

获取并记录自行走设备在向前行走、向其工作区域边界线行走等第一行走状态下的机身角度，从而根据获取得到的机身的俯仰角、横滚角、机身在任意方向上的速度和/或机身在任意方向上的加速度而相应生成参考值；该参考值可以在自行走设备以第一行走状态运行的过程中滚动更新，从而使得自动行走设备在反向向后以第二行走状态运行的过程中，能够最先获得距离折返点最近位置所对应的参考值，从而触发比较单元根据自动行走设备以第二行走状态运行的位置相应地顺序调取出对应该位置的参考值进行比较，从而通过参考值恢复出机身在相应路径位置中所应当处于的角度范围。由此，本申请可以根据实际路径上的路况，相应更新参考值，从而准确检测出自动行走设备是否遇到障碍物，是否需要进行避障、报警、停机等保护性响应动作。

在具体运行过程中，上述的参考值可以对应设置为：自行走设备以第一行走状态运行设定距离的过程中，机身角度的均值、分布情况的统计量，也可以是自行走设备以第一行走状态运行设定时长的过程中，机身角度的均值、分布情况的统计量。该统计量能够反映一端运行距离下路况的整体情况，从而相应确定适宜该路况的偏差量的预设阈值。

在图2、图3以及图4所示的运行过程中，本申请具体可通过以下的方式，相应设置自动行走设备在行走过程中的状态信息并将其记录下来，供自动行走设备在运行过程中，通过其机身角度检测单元实时对机身角度是否符合预存的参考值所对应的路况进行检测，通过将自动行走设备当前机身角度与之前时刻在同一位置点下所获取并记录的状态信息进行对比，而在实时状态信息与之前时刻记录的状态信息之间存在明显差异时，判定自动行走设备运行状态异常，从而触发停机等保护性动作。

自动行走设备在图2所示的行进过程中，其机身上所设置的机身角度检测单元实时检测和记录当前前进状态下的机身角度信息，前进状态下的机身角度信息可以包括机身的俯仰角、横滚角等各类数据。当割草机在前方遇到障碍物或者其他状况下，进行后退动作时，机身角度检测单元实时检测自动行走设备在后退行走过程中的后退状态信息，后退状态信息同样包括后退状态下机身所对应的俯仰角、横滚角等。由此，与机身角度检测单元相连的比较单元实时接收机身角度检测单元所检测到的前进状态下的机身角度信息和后退状态下的后退状态信息，将前进状态下的机身角度信息和对应位置下的后退状态信息进行比较，如果两者不一致且偏差达到预设阈值时，则认为割草机运行状态出现异常。

由于割草机器人等自动行走设备在行进过程中，通常只有在前方遇到障碍物或者行走至边界附近才需要进行后退动作，且后退距离较短。因此，如图2所示，在实际记录割草机前进状态信息时，可以只记录割草机器人在当下位置点之前一段距离D范围内不同位置点的前进状态信息。该距离D可以根据需要调整长短。由此，在如图3所示的后退过程中，对应图3中实际后退的距离D’，可以得到各个位置点的后退状态信息。将后退状态信息与之前记录的相应各个位置点的前进状态信息进行对比，则可以通过判断两者差异是否超过设定阈值，而确定割草机的运行状态是否出现异常，从而相应触发控制单元控制机器停止或进行其他动作。

具体地，比较单元接收到当前的后退行走过程中的后退状态信息后，可以相应调取存储单元中所滚动更新的自行走设备最近经过的若干位置所分别对应的机身角度，将前进状态信息和后退状态下的机身角度按照俯仰角和/或横滚角进行对比，判断后退过程中的机身的角度和之前记录的机身角度是否一致，当两者明显不一致时，判定机器状态异常，输出异常信息，还可以进行发送警报等动作。

判断两者明显不一致的具体方式包括：比较后退路径的角度和之前记录的角度两者之间的差异值大小以及差异值的正负。如果差异值大小高于设定阈值，则认为两者不一致；而通过确定差异值的正负，能够进一步判定环境异常的具体情况，并输出不同种类的异常信息。

例如，若后退时俯仰角和/或横滚角的角度变大，则可能机器后面出现了新的障碍物，而机器以图4方式爬上障碍物了。此时机器不应再后退，以防止出现意外的伤害。类似的，当俯仰角和/或横滚角的后退时角度变小，机器可能被倾斜了，此时同样应该进行保护。

如图4所示，当自动行走设备在后退过程中遇到障碍物时，后轮被抬起，自动行走设备的俯仰角必定会发生变化，当后退状态信息中的俯仰角与该位置点先前记录的前进状态信息中的俯仰角之间则存在差异，在判定过程中，当两者差异超过预设阈值时，即判定自动行走设备在后退中遇到障碍物，此时控制自动行走设备停止后退动作，避免对自身和/或后方的物体造成损伤。

本申请的自动行走设备中，可以将控制单元分别与行走单元、作业单元和比较单元相连，用于接收比较单元输出的异常信息。从而设置控制单元执行以下步骤，以控制自动行走设备根据接收到的异常信息，作出相应的动作：

S1、记录自动行走设备前进过程中的前进状态信息，前进状态信息包括俯仰角、横滚角；

S2、自动行走设备需要后退时，记录其在后退过程中的后退状态信息，后退状态信息包括俯仰角、横滚角；

S3、判定后退过程中，自动行走设备在实时位置点的后退状态信息与所记录的该位置点的前进状态信息是否一致，如果不一致，则判定自动行走设备的运行状态异常。具体地，判定方式为后退状态信息和前进状态信息中的俯仰角、横滚角之间的差值是否超过设定阈值。

由此，控制单元可以根据上述差值的大小和正负状况相应判断出不同种类的异常信息，从而控制自动行走设备作出不同的应对动作。

综上，本申请通过检测与计算自行走设备当前行走状态下的机身角度与对应参考值之间的偏差量，在所述偏差量超出预设阈值时，判断所述自行走设备的行走路径存在异常，从而触发自动行走设备进行停机等保护性响应。

以上仅为本申请的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本申请的保护范围。

Claims (11)

1.一种智能自行走设备的控制方法，其特征在于，步骤包括：

获取并记录自行走设备在第一行走状态下的机身角度，相应生成参考值；

检测并计算自行走设备当前行走状态下的机身角度与所述参考值之间的偏差量，在所述偏差量超出预设阈值时，判断所述自行走设备的行走路径存在异常。

2.如权利要求1所述的智能自行走设备的控制方法，其特征在于，所述第一行走状态包括：

自行走设备向前行走的状态或自行走设备向其工作区域边界线行走的状态。

3.如权利要求2所述的智能自行走设备的控制方法，其特征在于，所述机身角度包括以下任意一种或其组合：

自行走设备机身的俯仰角，自行走设备机身的横滚角，自行走设备在任意方向上的速度，自行走设备在任意方向上的加速度。

4.如权利要求1-3任一所述的智能自行走设备的控制方法，其特征在于，所述参考值在自行走设备以第一行走状态运行的过程中滚动更新。

5.如权利要求4所述的智能自行走设备的控制方法，其特征在于，所述参考值包括以下任意一种：

自行走设备以第一行走状态运行设定距离的过程中，机身角度的统计量；

自行走设备以第一行走状态运行设定时长的过程中，机身角度的统计量。

6.如权利要求4所述的智能自行走设备的控制方法，其特征在于，所述参考值包括：自行走设备以第一行走状态运行的过程中，位于不同位置坐标时所分别对应的机身角度；

所述偏差量为：自行走设备当前行走状态下的机身角度与相同位置坐标所对应的参考值之间的差值。

7.如权利要求5或6所述的智能自行走设备的控制方法，其特征在于，自行走设备在后退动作下，检测并计算自行走设备当前行走状态下的机身角度与所述参考值之间的偏差量，在所述偏差量超出预设阈值时，判断所述自行走设备的行走路径存在异常。

8.一种智能自行走设备，其特征在于，包括：

机身角度检测单元，用于获取自行走设备的机身角度；

存储单元，用于在自行走设备以第一行走状态运行的过程中根据所述机身角度存储相应的参考值；

比较单元，用于比较自行走设备当前行走状态下的机身角度与所述参考值之间的偏差量；

控制单元，用于在所述偏差量超出预设阈值时，判断所述自行走设备的行走路径存在异常。

9.如权利要求8所述的智能自行走设备，其特征在于，所述机身角度检测单元包括：角度传感器、陀螺仪、加速度传感器中的任意一种或其组合。

10.如权利要求9所述的智能自行走设备，其特征在于，所述存储单元在自行走设备以第一行走状态运行的过程中，滚动存更新自行走设备最近经过的若干坐标位置所分别对应的机身角度，作为该坐标位置所对应的参考值。

11.如权利要求10所述的智能自行走设备，其特征在于，所述存储单元还在比较单元进行偏差量比较的过程中，根据自行走设备当前所处坐标位置调取对应该坐标位置的参考值，向所述比较单元输出所述参考值。

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