CN113093745A - 跨区域的自动行走设备控制方法及自动行走设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种跨区域的自动行走设备控制方法及自动行走设备。本申请先分别获取各个独立工作区域的地图信息，然后根据地图信息分别在不同工作区域之间设定跨区行走路径，从而使得自动行走设备在需要切换工作区域时，能够直接调取相应路径进行行走，实现自动跨区运行。本申请可以控制自动行走设备自动遍历若干个相互独立的工作区域，无需人力跨区搬运自动行走设备，能够提高机器运行效率。由于自动行走设备能够自动跨区行走，因而，本申请中在一定范围内只需一个定位基站，用户可以根据场地需求布置尽可能少的充电站以减少使用成本。

Description

跨区域的自动行走设备控制方法及自动行走设备

技术领域

本申请涉及自动行走设备的控制技术领域，具体而言涉及一种跨区域的自动行走设备控制方法及自动行走设备。

背景技术

现有的自动行走设备通常只能够在固定的一个工作区域内自动运行实现割草等作业。

对于存在若干相互之间不连贯场地的应用场景，市场上的自动行走设备需要分别将每一块场地设置为一块独立的工作区域，才能够实现在该工作区域内自动作业。不同工作区域之间，则需要人为搬动自动行走设备才能实现不同工作区域之间的切换。当第一块场地完成割草作业后，需要人工将自动行走设备搬运到下一个场地，才能实现对另一块场地的作业，费时费力。

在不同场地中使用自动行走设备时，现有的技术下，还需要用户分别在每一个场地内分别布置一个充电基站。设备成本较高。

发明内容

本申请针对现有技术的不足，提供一种跨区域的自动行走设备控制方法及自动行走设备，本申请为自动行走设备规划有连接不同工作区域的跨区行走路径，能够自动在不同工作区域之间实现切换，而不需要人为搬运自动行走设备。本申请具体采用如下技术方案。

首先，为实现上述目的，提出一种跨区域的自动行走设备控制方法，其步骤包括：获取自动行走设备各个工作区域的地图信息；在不同工作区域之间设定至少一条跨区行走路径；在自动行走设备需要切换工作区域时，调取连接自动行走设备当前所处工作区域和目标工作区域的跨区行走路径，驱动自动行走设备沿该跨区行走路径运行。

可选的，如上任一所述的跨区域的自动行走设备控制方法，其中，在不同工作区域之间设定所述跨区行走路径的步骤包括：根据工作区域的地图信息，选取分别位于两个工作区域的边界线上的两个边界点，连接所述边界点并记录两边界点之间连线的地图信息，生成所述跨区行走路径。

可选的，如上任一所述的跨区域的自动行走设备控制方法，其中，在不同工作区域之间设定所述跨区行走路径的步骤包括：接收路径设定信号，根据所述路径设定信号获取跨区行走路径所对应的路径节点，记录各路径节点之间连线的地图信息，生成所述跨区行走路径。

可选的，如上任一所述的跨区域的自动行走设备控制方法，其中，在不同工作区域之间设定所述跨区行走路径的步骤包括：判断工作区域之间是否存在不可通过区域，若存在不可通过区域，则根据路径设定信号获取跨区行走路径所对应的路径节点，记录各路径节点之间连线的地图信息生成所述跨区行走路径；若不存在不可通过区域，则选取分别位于两个工作区域的边界线上的两个边界点，连接所述边界点并记录两边界点之间连线的地图信息生成所述跨区行走路径。

可选的，如上任一所述的跨区域的自动行走设备控制方法，其中，具体选取分别位于两个工作区域的边界线上距离最近的两个边界点，直线连接所述边界点并记录两边界点之间连线的地图信息，生成所述跨区行走路径。

可选的，如上任一所述的跨区域的自动行走设备控制方法，其中，所述路径设定信号包括：驱动自动行走设备跨区域运行的控制信号，或在地图上选取跨区行走路径的控制信号；所述路径节点包括：跨区行走路径所对应的起点、终点以及跨区行走路径中的转弯位置；各路径节点之间的连线包括各路径节点之间的直线连线、各路径节点之间的曲线连线，或其组合。

可选的，如上任一所述的跨区域的自动行走设备控制方法，其中，驱动自动行走设备沿跨区行走路径运行的过程中，若检测到自动行走设备偏离所述跨区行走路径超出设定范围则触发报警，若检测到自动行走设备偏离所述跨区行走路径但未超出设定范围则触发自动行走设备转向并返回所述跨区行走路径。

可选的，如上任一所述的跨区域的自动行走设备控制方法，其中，驱动自动行走设备沿跨区行走路径运行的过程中，若检测到自动行走设备的定位单元失效，则停止运行并触发报警。

可选的，如上任一所述的跨区域的自动行走设备控制方法，其中，驱动自动行走设备沿跨区行走路径运行的过程中，若检测到自动行走设备当前的跨区行走路径运行上存在障碍物或无法通过，则调取连接自动行走设备跨区行走前所处工作区域和目标工作区域之间的另一个跨区行走路径，驱动自动行走设备调整方向并沿新调取的跨区行走路径运行。

可选的，如上任一所述的跨区域的自动行走设备控制方法，其中，驱动自动行走设备沿跨区行走路径运行的过程中，所述自动行走设备的作业单元保持停止状态。

同时，为实现上述目的，本申请还提供一种自动行走设备，其包括：存储单元，用于存储自动行走设备各个工作区域的地图信息以及各工作区域之间所对应的跨区行走路径；定位单元，用于获取自动行走设备的位置信息；控制单元，用于在自动行走设备需要切换工作区域时，根据自动行走设备的位置信息，按照上述任一所述的方法步骤调取相应的连接自动行走设备当前所处工作区域和目标工作区域的跨区行走路径，驱动自动行走设备沿该跨区行走路径运行。

可选的，如上任一所述的自动行走设备，其中，还包括有作业单元，其被设置为：在自动行走设备沿所述跨区行走路径运行的过程中停止作业。

可选的，如上任一所述的自动行走设备，其中，所述定位单元包括惯导定位模块以及定位信号接收模块，当所述定位信号接收模块未接收到有效定位信号时，触发惯导定位模块获取自动行走设备的位置信息；当所述定位信号接收模块超出预设时长仍未接收到有效定位信号时判断定位单元失效，则触发自动行走设备停止运行并报警。

有益效果

本申请所提供的自动行走设备的跨区域控制方法中，先分别获取各个独立工作区域的地图信息，然后根据地图信息分别在不同工作区域之间设定跨区行走路径，从而使得自动行走设备在需要切换工作区域时，能够直接调取相应路径进行行走，实现自动跨区运行。本申请可以控制自动行走设备自动遍历若干个相互独立的工作区域，无需人力跨区搬运自动行走设备，能够提高机器运行效率。由于自动行走设备能够自动跨区行走，因而，本申请中在一定范围内只需一个定位基站，用户可以根据场地需求布置尽可能少的充电站以减少使用成本。

进一步，本申请中在设定跨区行走路径时，可以直接根据地图信息自动生成最短路径，也可以同时存储若干个备选路径，以便跨区行走时一旦遇到障碍物或定位困难，能够自动切换至其他备选路径以顺利完成跨区行走。

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是本申请的自动行走设备进行跨区域行走的示意图；

图2是本申请的一种自动行走设备的内部电路原理框图。

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为根据本申请所提供的一种跨区域的自动行走设备控制方法的运行过程示意图。在执行跨区域行走之前，本申请需要首先通过由用户驱动自动行走设备分别沿各个相互之间独立的工作区域行走一圈儿获取、标定并记录对各工作区域的地图信息；或者在其他方式下，还可在跨区行走之前通过Google等各种电子地图由用户直接标定或由图像处理单元自动计算获取自动行走设备所对应的各个工作的区域的地图信息。

在获取到自动行走设备各个工作区域的地图信息后，可相应的对地图信息进行存储以便于为各个工作区域分别进行内部遍历路径的规划和相应驱动自动行走设备在各工作区域中运行以相应进行作业。

为自动实现跨区域的行走，本申请还在不同工作区域之间通过人为选定或自动计算等各种方式，设定至少一条跨区行走路径。由此，当自动行走设备需要切换工作区域时，其可以自动的调取连接自动行走设备当前所处工作区域和目标工作区域的跨区行走路径，并依据该跨区行走路径相应的驱动自动行走设备沿相应的路径运行，实现不同工作区域之间的自动切换。

参考图2，为实现上述功能，需要在智能割草机器人等自动行走设备***内部设置图2所示的各种功能单元，包括：

行走单元、作业单元、控制单元、定位单元、存储单元、路径规划单元。

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。

其中的定位单元可以通过RTK模块、UWB定位模块、GNSS定位模块、惯导定位模块等各种定位方式实现，用于获取自动行走设备的实时位置信息，实现对自动行走设备运行位置的运算。

其中的存储单元用于储存自动行走设备各工作区域所对应的地图信息。各工作区域的地图信息可以按照以下方式预先存储：一种方式为，由用户控制智能割草机等自动行走设备沿着工作区域边界行走一圈，在行走一圈的过程中相应采集边界上所经过的各点的地图信息，提取出边界上各位置所对应的地图坐标从而通过算法根据相应地图坐标拟合生成区域地图信息；第二种方式为：从Google等电子地图上直接画取或自动计算生成智能割草机等自动行走设备所对应的工作区域的地图信息。

其中的路径规划单元与上述存储单元相连，以便相应从存储单元中调取自动行走设备所对应的工作区域的地图信息，从而根据预设算法自动规划自动行走设备在每个工作区域内的遍历作业路径，并根据预设算法自动规划自动行走设备在相邻两个工作区域之间的跨区行走路径。路径规划单元还可将其规划好的遍历作业路径所对应的地图信息和跨区行走路径所对应的地图信息存储在存储单元内，以便自动行走设备在需要时自动调取。

其中的控制单元分别与上述的各行走单元、切割单元、定位单元和存储单元相连，用于根据其所接收到的定位单元的定位信息和存储单元中的遍历作业路径地图信息、跨区行走路径地图信息，相应的输出控制信号，控制行走单元按照既定的行走路径驱动自动行走设备行走，并在此过程中，相应的控制割草装置等作业单元执行相应的工作模式。

其中，所述的作业单元可对应割草作业需求而相应设置为包括：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包括以下的两种工作模式，一种是正常割草模式，用于自动行走设备在遍历作业路径的过程中，驱动割草电机正常驱动割草刀盘转动而实现割草作业；第二种是跨区域行走模式，用于自动行走设备在执行跨区行走路径的过程中，保持割草电机停转，以避免损伤不同工作区域之间的地面或避免误伤不同工作区域之间的障碍。

在其他实现方式下，本申请具体可以通过以下任意的方式实现在不同工作区域之间对所述跨区行走路径的设定：

第一种方式下，可根据工作区域的地图信息，选取分别位于两个工作区域的边界线上的两个边界点，连接所述边界点并记录两边界点之间连线的地图信息，生成一个直线形式的跨区行走路径；

第二种方式下，可接收用户对于跨区行走路径的设定信号，根据所述设定信号获取跨区行走路径所对应的路径节点，记录各路径节点之间连线的地图信息，生成所述跨区行走路径；

第三种方式下，还可以先判断工作区域之间是否存在不可通过区域，在存在不可通过区域时根据路径设定信号获取跨区行走路径所对应的路径节点，记录各路径节点之间连线的地图信息生成所述跨区行走路径；而在区域之间不存在不可通过区域时直接选取分别位于两个工作区域的边界线上的两个边界点，以直线或曲线或任意形式连接所述边界点，并记录两边界点之间连线的地图信息生成所述跨区行走路径。

上述各方式下，为进一步缩短跨区行走路径的长度，还可以在选择边界点时，通过选取分别位于两个工作区域的边界线上距离最近的两个边界点而尽量缩短两边界点之间路径长度。工作区域之间路况条件允许的情况下，可以直接直线连接不同工作区域中距离最近的两个边界点并记录两边界点之间连线的地图信息，自动生成最短路径。

上述第二种方式下所接收的用户对于跨区行走路径的设定信号包括：

驱动自动行走设备跨区域运行的控制信号，或在地图上选取跨区行走路径的控制信号；

对应于上述各类型的设定信号，上述第二种方式下所获取的跨区行走路径所对应的路径节点可包括：跨区行走路径所对应的起点、终点以及跨区行走路径中的转弯位置；或者，还可以按照预定的周期获取跨区行走路径上所对应的各个位置点，通过对各位置点之间连线进行拟合而相应生成跨区行走路径。

其中，各路径节点之间的连线不应该被限制为任意一种特定的形式。各路径节点之间的直线连线、各路径节点之间的曲线连线，或上述各种连线方式的组合均能够实现对跨区行走路径的设定。

由此，在一些更为具体的实现方式下，本申请的自动行走设备可通过对其控制单元的设置而按照以下步骤进行工作：

S1、将每个工作区域所对应的地图分别储存到自动行走设备的存储单元内，通过设备自身的定位信息确定其所处于的具体的工作区域，相应的调用对应工作区域的地图，通过该工作区域的地图中所包括的位置信息和路径规划信息，驱动自动行走设备按照规划好的作业路径在工作区域内进行遍历和作业；

S2、当在预定的工作区域内完成遍历作业后，需要更换工作区域时，将自动行走设备切换至跨区域行走模式，在此模式下相应控制自动行走设备按照相应工作区域之间的跨区行走路径，从一个工作区域向另一个独立的工作区域转移，同时，为避免作业单元损伤地面或造成事故还可以在该跨区行走过程中，在自动行走设备沿所述跨区行走路径运行的途中保持作业单元停止作业，并保持在停止状态。

其中，对步骤S2中跨区行走路径所进行的路径规划可通过以下任意方式实现。

方式一、指定区域间行走路径：

具体方式包括：通过手机APP或者遥控器，发出学习行走路径命令；通过手机APP或者遥控机器控制自动行走设备沿着指定路径行走，行走过程中路径上对应路径起点、拐点、终点的各特征点处记录自动行走设备所对应的位置信息，最后生成区域间行走路径。

由此，自动行走设备在图1中第一工作区域内割草完毕后，可以先走到第一工作区域内对应于跨区行走路径上的位置点，然后按照该路径根据定位信号进行行走而到达其他工作区域内，在其他工作区域内相应的调用该新工作区域的地图，正常进行割草作业和遍历过程。

期间，若机器通过RTK、惯导计算定位等各种方式检测到自动行走设备偏离所述跨区行走路径超出设定范围，则停下触发报警；否则，若仅仅检测到自动行走设备偏离所述跨区行走路径但未超出设定范围，则可以通过触发自动行走设备转向并返回所述跨区行走路径而自动校准回航向。若该路径上存在无RTK定位，则使用惯导导航继续行进，超过一定时间后RTK还不能有效定位，则判断检测到自动行走设备的定位单元失效。此时，可以进一步停机并触发报警以避免意外。

方式二、不同工作区域间不存在不可通过区域，可随意通过

当自动行走设备需要从图1中的第一工作区域运行到第二工作区域时，通过对地图信息的调取，找到两个工作区域，判断两区域之间可以以任意路线通过的情况下，可以任意选择两个区域之间距离最近的边界点，得到位于第一工作区域边界上的起点和位于第二工作区域边界上的终点，将它们直线连线，形成跨区行走路径。由此执行跨区移动时，可相应驱动自动行走设备自主运行到第一工作区域的边界起点上，然后，沿直线移动到第二工作区域边界的终点。

此过程中，如果自动行走设备在上述直线连接的最短路径上行走时遇到障碍物或者遇到无法通过的情况，例如无法获得准确的定位信号，则可触发控制单元控制自动行走设备先退回到第一工作区域，然后随机选取其他路线，比如，选择最远距离的跨区行走路径进行尝试。若尝试后依然不能通过，可以再调取连接自动行走设备跨区行走前所处工作区域和目标工作区域之间的其他跨区行走路径，例如，选取中间距离的路径，驱动自动行走设备调整方向并沿新调取的跨区行走路径运行。

上述两种区域间行走路径的规划方式的选择可由用户根据实际情况进行选择。比如，当用户观察到两个区域之间存在无法行走的区域时，可优选第一种方式进行路径规划，当用户观察到两个区域之间不存在无法通过的区域时，可优选第二种方式进行路径规划。

由此，当自动行走在设备到达下一个工作区域后，可通过机器自身的定位信息确定其所处的具体的工作区域，从而相应调用对应该工作区域的地图，然后按照地图所记载的路径规划信息在该工作区域内继续进行遍历作业工作。

本申请所提供的跨区行走方案，可以实现以下效果：

1、通过人为观察判断跨跨区行走路径上是否存在不可通过区域，根据不同情况采用不同的路径规划方式。由此可以在存在不可通过区域时，采用指定方式设定跨区行走路径；当不存在不可通过的区域时，可采用自动生成最短距离路径的方式。本专利的技术可以控制智能割草机等自动行走设备自动行走到多个相互独立的区域中，减少人力在不同工作区域间搬运自动行走设备，从而提高效率。本申请可以通过跨区域行走使得若干个独立的工作区域之间可以保持共用同一个基站进行定位或充电，由此，本申请在一定范围内只需一个定位基站，可以使用户根据场地需求布置尽可能的减少充电站硬件支出成本。

2、自动行走设备按照指定跨区行走路径进行跨区域移动时，若机器通过RTK和/或惯导计算判断其定位位置偏移航向超过限定距离，则可设置设备自动停下报警，否则在较小偏差的情况下也可自动校准回航向。若该路径上存在无RTK定位信号的区域，则可使用惯导导航继续行进。若通过惯导进行一段时间的导向后，超过一定时间依旧无法获得有效的RTK信号，依旧还不能有效定位，则也可设置自动行走设备停机报警，以避免自动行走设备迷路或被卡住的问题。由此，本申请还可以提高自动行走设备跨区域行走的安全性。

3、自动规划路径方式中，本申请可以自动生成最短路径，也可根据不同场地情况形成最优跨区行走路径方案，同时，通过设置多个备选路径，还可以在自动行走设备遇到定位信号不好、障碍物无法通行等突发情况时，选取合适的备选路径，以提高机器跨区域通行的成功率和安全性。

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 (13)

1.一种跨区域的自动行走设备控制方法，其特征在于，步骤包括：

获取自动行走设备各个工作区域的地图信息；

在不同工作区域之间设定至少一条跨区行走路径；

在自动行走设备需要切换工作区域时，调取连接自动行走设备当前所处工作区域和目标工作区域的跨区行走路径，驱动自动行走设备沿该跨区行走路径运行。

2.如权利要求1所述的跨区域的自动行走设备控制方法，其特征在于，在不同工作区域之间设定所述跨区行走路径的步骤包括：

根据工作区域的地图信息，选取分别位于两个工作区域的边界线上的两个边界点，连接所述边界点并记录两边界点之间连线的地图信息，生成所述跨区行走路径。

3.如权利要求1所述的跨区域的自动行走设备控制方法，其特征在于，在不同工作区域之间设定所述跨区行走路径的步骤包括：

接收路径设定信号，根据所述路径设定信号获取跨区行走路径所对应的路径节点，记录各路径节点之间连线的地图信息，生成所述跨区行走路径。

4.如权利要求1所述的跨区域的自动行走设备控制方法，其特征在于，在不同工作区域之间设定所述跨区行走路径的步骤包括：

判断工作区域之间是否存在不可通过区域，

若存在不可通过区域，则根据路径设定信号获取跨区行走路径所对应的路径节点，记录各路径节点之间连线的地图信息生成所述跨区行走路径；

若不存在不可通过区域，则选取分别位于两个工作区域的边界线上的两个边界点，连接所述边界点并记录两边界点之间连线的地图信息生成所述跨区行走路径。

5.如权利要求2或4所述的跨区域的自动行走设备控制方法，其特征在于，具体选取分别位于两个工作区域的边界线上距离最近的两个边界点，直线连接所述边界点并记录两边界点之间连线的地图信息，生成所述跨区行走路径。

6.如权利要求3或4所述的跨区域的自动行走设备控制方法，其特征在于，所述路径设定信号包括：驱动自动行走设备跨区域运行的控制信号，或在地图上选取跨区行走路径的控制信号；

所述路径节点包括：跨区行走路径所对应的起点、终点以及跨区行走路径中的转弯位置；

各路径节点之间的连线包括各路径节点之间的直线连线、各路径节点之间的曲线连线，或其组合。

7.如权利要求2至4任一所述的跨区域的自动行走设备控制方法，其特征在于，驱动自动行走设备沿跨区行走路径运行的过程中，若检测到自动行走设备偏离所述跨区行走路径超出设定范围则触发报警，若检测到自动行走设备偏离所述跨区行走路径但未超出设定范围则触发自动行走设备转向并返回所述跨区行走路径。

8.如权利要求2至4任一所述的跨区域的自动行走设备控制方法，其特征在于，驱动自动行走设备沿跨区行走路径运行的过程中，若检测到自动行走设备的定位单元失效，则停止运行并触发报警。

9.如权利要求2至4任一所述的跨区域的自动行走设备控制方法，其特征在于，驱动自动行走设备沿跨区行走路径运行的过程中，若检测到自动行走设备当前的跨区行走路径运行上存在障碍物或无法通过，则调取连接自动行走设备跨区行走前所处工作区域和目标工作区域之间的另一个跨区行走路径，驱动自动行走设备调整方向并沿新调取的跨区行走路径运行。

10.如权利要求2至4任一所述的跨区域的自动行走设备控制方法，其特征在于，驱动自动行走设备沿跨区行走路径运行的过程中，所述自动行走设备的作业单元保持停止状态。

11.一种自动行走设备，其特征在于，包括：

存储单元，用于存储自动行走设备各个工作区域的地图信息以及各工作区域之间所对应的跨区行走路径；

定位单元，用于获取自动行走设备的位置信息；

控制单元，用于在自动行走设备需要切换工作区域时，根据自动行走设备的位置信息，按照权利要求1至10任一所述的方法步骤调取相应的连接自动行走设备当前所处工作区域和目标工作区域的跨区行走路径，驱动自动行走设备沿该跨区行走路径运行。

12.如权利要求11所述的自动行走设备，其特征在于，还包括有作业单元，其被设置为：在自动行走设备沿所述跨区行走路径运行的过程中停止作业。

13.如权利要求11所述的自动行走设备，其特征在于，所述定位单元包括惯导定位模块以及定位信号接收模块，当所述定位信号接收模块未接收到有效定位信号时，触发惯导定位模块获取自动行走设备的位置信息；当所述定位信号接收模块超出预设时长仍未接收到有效定位信号时判断定位单元失效，则触发自动行走设备停止运行并报警。

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