CN114322980A - 获取位置坐标及绘制电子地图的方法、计算机可读存储介质和自主作业设备 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种获取位置坐标的方法、一种绘制电子地图的方法、计算机可读存储介质和自主作业设备，包括控制所述自主作业设备沿预设路径行走并获取卫星采集坐标和视觉采集坐标，其中所述自主作业设备被配置为设有卫星定位装置和视觉定位装置，且所述自主作业设备评估卫星定位精度，并根据所述视觉定位装置采集的环境图像信息识别锚定参考物，进而根据所述自主作业设备与所述锚定参考物的相对位置关系确定所述自主作业设备的视觉采集坐标；在所述卫星定位精度满足第一预设条件时，使用所述卫星采集坐标作为位置坐标；在所述卫星定位精度不满足第一预设条件时，使用变换后的所述视觉采集坐标作为位置坐标。

Description

获取位置坐标及绘制电子地图的方法、计算机可读存储介质 和自主作业设备

技术领域

本发明涉及一种获取位置坐标的方法、一种绘制电子地图的方法、计算机可读存储介质和自主作业设备。

背景技术

对于自主作业设备，定位是其关键技术之一。智能割草机是一种典型的室外自主作业设备，一方面，定位技术帮助智能割草机优化工作路径，减少重复行走的时间，以高效率地全面地覆盖工作区域S；另一方面，由于涉及较为严格安全规范，要求智能割草机只能在限定的工作区域S内工作，一旦超出工作区域S边界则需立即执行安全动作。已知的，全球导航卫星***是一种常用的定位技术。如果设置在智能割草机上的卫星接收设备能够接收到足够多的卫星信号，全球导航卫星***能够提供满足精确度要求的位置信息。然而，由于智能割草机工作环境的特殊性，在某些特殊的区域，例如房屋周边或高大乔木附近，一些卫星信号可能会被阻断，进而在房屋周边或高大乔木附近形成弱信号区。当智能割草机进入弱信号区时，由于无法接收到足够多的卫星信号，智能割草机的定位就会出现漂移。如果工作区域S边界穿过弱信号区，那么智能割草机将无法准确的确定这部分工作区域S边界，进而可能导致不受控地进入非工作区域S工作产生危险。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种自主作业设备，能够解决现有技术中存在的问题。

为解决上述技术问题，本发明的一种获取自主作业设备的位置坐标的方法，包括控制所述自主作业设备沿预设路径行走并获取卫星采集坐标和视觉采集坐标，其中所述自主作业设备被配置为设有卫星定位装置和视觉定位装置，且所述自主作业设备评估卫星定位精度，并根据所述视觉定位装置采集的环境图像信息识别锚定参考物，进而根据所述自主作业设备与所述锚定参考物的相对位置关系确定所述自主作业设备的视觉采集坐标；在所述卫星定位精度满足第一预设条件时，使用所述卫星采集坐标作为位置坐标；在所述卫星定位精度不满足第一预设条件时，使用变换后的所述视觉采集坐标作为位置坐标。

作为本发明的一具体实施方式，优选的，所述视觉定位装置被配置为采集所述自主作业设备前进方向上的环境图像信息和所述自主作业设备前进方向一侧的环境图像信息。进一步地，所述视觉定位装置被配置为采集所述自主作业设备前进方向左右两侧的环境图像信息。更进一步地，所述控制模块根据所述视觉定位装置164采集到的环境图像信息，确定所述自主作业设备与所述锚定参考物之间的距离和角度。

作为本发明的一具体实施方式，优选的，所述视觉定位装置为单目摄像装置、双目摄像装置或多目摄像装置。进一步地，所述视觉定位装置为单目全景摄像装置或双目全景摄像装置。

作为本发明的一具体实施方式，优选的，所述锚定参考物为建筑物、构筑物和/或高大植物。进一步地，所述建筑物为固定建筑物，所述构筑物为固定构筑物，所述高大植物为乔木。

作为本发明的一具体实施方式，优选的，所述控制模块被进一步地配置为根据所述环境图像信息识别参考锚定点，所述参考锚定点被构造为所述参考锚定参考物上的特征点。

作为本发明的一具体实施方式，优选的，所述参考锚定点构造为固定在所述参考锚定参考物上的标记图案。

作为本发明的一具体实施方式，优选的，所述参考锚定参考物包括至少两个参考锚定点。

作为本发明的一具体实施方式，优选的，所述参考锚定点距离地面的高度不小于第一高度阈值且不大于第二高度阈值。

作为本发明的一具体实施方式，优选的，所述自主作业设备在获得所述卫星采集坐标的同时获取所述视觉采集坐标。

作为本发明的一具体实施方式，优选的，所述自主作业设备被配置为间隔预设时间获取一次所述卫星采集坐标和所述视觉采集坐标。

作为本发明的一具体实施方式，优选的，在所述卫星定位精度满足所述第一预设条件时，根据至少一组同时获取的所述卫星采集坐标和所述视觉采集坐标，得到所述卫星采集坐标与所述视觉采集坐标的变换关系；在所述卫星定位精度不满足所述第一预设条件时，根据所述变换关系将所述视觉采集坐标变换为计算坐标，使用所述计算坐标作为位置坐标。

为解决上述技术问题，本发明的一种绘制电子地图的方法，包括控制自主作业设备从基准位置出发，沿工作区域的边界行走至少一周；按照上述的方法获取位置坐标的序列；根据所述位置坐标的序列拟合生成所述工作区域的边界；根据所述工作区域的边界生成所述工作区域的电子地图。

作为本发明的一具体实施方式，优选的，所述基准位置为所述自主作业设备停泊在停靠站时的位置。

为解决上述技术问题，本发明的一种其上存储有处理器可执行指令的非暂态计算机可读存储介质，所述可执行指令被配置为使自主作业设备的处理器执行包括上方法的操作。

为解决上述技术问题，本发明的一种自主作业设备，包括移动机构和控制模块，其中，所述控制模块包括上述的非暂态计算机可读存储介质。

为解决上述技术问题，本发明的一种自主作业设备，包括移动机构14和控制模块18，其中，所述控制模块被配置为可执行上述方法的操作。

附图说明

图1是本发明一具体实施方式的自主作业***的示意图。

图2是本发明一具体实施方式的自主作业设备的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

需要理解的是，在本发明具体实施方式的描述中，“第一”、“第二”等术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。

在本发明具体实施方式中，除非另有明确的规定和限定，“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是活动连接，还可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明具体实施方式中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。

在本发明具体实施方式中，除非另有明确的规定和限定，术语“多”是指两个或两个以上。

参考图1～图2，本实施例提供了一种自主作业***，包括自主作业设备100、停靠站900和边界800。

所述自主作业设备100尤其是可自主地在预设区域内移动并执行特定作业的机器人，典型的如执行清洁作业的智能扫地机/吸尘器，或执行割草作业的智能割草机等。其中，所述特定作业尤其指对工作面进行处理、使工作面的状态发生改变的作业。本发明以智能割草机为例进行详细说明。所述自主作业设备100可自主行走于工作区域S的表面上，尤其作为智能割草机可自主地在地面上进行割草作业。自主作业设备100至少包括主体机构12、移动机构14、工作机构、能源模块、检测模块、交互模块、控制模块18等。

所述主体机构12通常包括底盘和外壳，所述底盘用于安装和容纳移动机构14、工作机构、能源模块、检测模块、交互模块、控制模块18等功能机构与功能模块。所述外壳通常构造为至少部分地包覆所述底盘，主要起到增强自主作业设备100美观和辨识度的作用。在本实施例中，所述外壳构造为在外力作用下可相对于所述底盘可复位地平移和/或旋转，配合适当的检测模块，示例性地如霍尔传感器，可进一步地起到感知碰撞、抬起等事件的作用。

所述移动机构14构造为用于将所述主体机构12支撑于地面并驱动所述主体机构12在地面上移动，通常包括轮式移动机构、履带式或半履带式移动机构和步行式移动机构14等。在本实施例中，所述移动机构14为轮式移动机构，包括至少一个驱动轮142和至少一个行走原动机144。行走原动机144优选为电动机，在其他实施方式中也可为内燃机或使用其他类型能源产生动力的机械。在本实施例中，优选地设置一左驱动轮、一驱动所述左驱动轮的左行走原动机、一右驱动轮和一驱动所述右驱动轮的右行走原动机。在本实施例中，所述自主作业设备的直线行进通过左右两个驱动轮同向等速转动实现，转向行进通过左右两个驱动轮的同向差速或相向转动实现。在其他实施方式中，移动机构14还可包括独立于所述驱动轮的转向机构和独立于所述行走原动机144的转向原动机。在本实施中，所述移动机构14还包括至少一个从动轮，所述从动轮典型地构造为万向轮，所述驱动轮142和所述从动轮分别位于自主作业设备的前后两端。

所述工作机构构造为用于执行具体的作业任务，包括工作件和驱动所述工作件运行的工作原动机。示例性地，对于智能扫地机/吸尘器，所述工作件包括滚刷、吸尘管和集尘室等；对于智能割草机，所述工作件包括切割刀片或切割刀盘，进一步地还包括用于调节割草高度的高度调节机构等优化或调整割草效果的其他部件。所述工作原动机优选为电动机，在其他实施方式中也可为内燃机或使用其他类型能源产生动力的机械。在另外的一些实施方式中，工作原动机和行走原动机构造为同一个原动机。

所述能源模块构造为用于为自主作业设备100的各项工作提供能量。在本实施例中，所述能源模块包括电池和充电连接结构，其中电池优选为可充电电池，充电连接结构优选为可暴露于自主作业设备外的充电电极。

所述检测模块构造为感知自主作业设备100所处环境参数或其自身工作参数的至少一种传感器。典型地，检测模块可包括与工作区域S限定有关的传感器，例如磁感应式、碰撞式、超声波式、红外线式、无线电式等多种类型，其传感器类型与对应的信号发生装置的位置和数量相适应。检测模块还可包括与定位导航相关的传感器，例如卫星定位装置162、激光定位装置、电子罗盘、加速度传感器、里程计、角度传感器、地磁传感器、视觉定位装置164等。检测模块还可包括与自身工作安全性相关的传感器，例如障碍物传感器、抬升传感器、电池包温度传感器等。检测模块还可包括与外部环境相关传感器，例如环境温度传感器、环境湿度传感器、光照传感器、雨淋传感器等。

所述交互模块构造为至少用于接收用户输入的控制指令信息、发出需要用户感知的信息、与其他***或设备通信以收发信息等。在本实施例中，交互模块包括设置在自主作业设备100上的输入装置，用于接收用户输入的控制指令信息，典型地如控制面板、急停按键等；交互模块还包括设置在自主作业设备100上的显示屏、指示灯和/或蜂鸣器，通过发光或发声使用户感知信息。在其他实施方式中，交互模块包括设置在自主作业设备100上的通信模块和独立于自主作业设备100的终端设备，例如手机、电脑、网络服务器等，用户的控制指令信息或其他信息可在终端设备上输入、经由有线或无线通信模块到达自主作业设备100。

所述控制模块18通常包括至少一个处理器和至少一个非易失性存储器，所述存储器内存储有预先写入的计算机程序或指令集，处理器根据所述计算机程序或指令集控制自主作业设备100的移动、工作等动作的执行。进一步地，所述控制模块18还能够根据检测模块的信号和/或用户控制指令控制和调整自主作业设备100的相应行为、修改所述存储器内的参数等。

所述边界800为所述机器人***的工作区域S的周界，通常包括外边界和内边界。自主作业设备100被限定在所述外边界之内、所述内边界之外或所述外边界与内边界之间移动并工作。所述边界可以是实体的，典型地如墙壁、篱笆、栏杆等；所述边界也可以是虚拟的，典型地如由边界信号发生装置发出虚拟边界信号，所述虚拟边界信号通常为电磁信号或光信号，在一些现有技术中，边界800构造为与边界信号发生装置电连接的闭合通电导线，边界信号发生装置通常设置在停靠站900内。针对本发明的设有定位装置的自主作业设备100而言，在示例性地由二维或三维坐标形成的电子地图中构造出的虚拟边界。

所述停靠站900通常构造在边界800上或边界800内，供自主作业设备100停泊，特别是能够向停泊在停靠站的自主作业设备100供给能量。

在本实施例中，自主作业设备100包括主体机构12，设置在主体机构12上的移动机构14、卫星定位装置162、视觉定位装置164和控制模块18，所述控制模块18分别与所述行走原动机144、卫星定位装置162和视觉定位装置164电性连接。卫星定位装置162被构造为与卫星导航***(GNSS)通讯以获取其当前位置坐标信息，记为卫星采集坐标{x_s,y_s}。本领域技术人员应当知道，卫星定位装置162通常需要与卫星导航***中的多个卫星建立通讯。通常卫星定位装置162与卫星导航***中建立通讯的卫星数量越多，得到的卫星采集坐标的精度就越高；相应地，卫星定位装置162与卫星导航***中建立通讯的卫星数量越少，得到的卫星采集坐标的精度就越低。当自主作业设备100行驶到弱信号区W时，卫星定位装置162与卫星导航***中建立通讯的卫星数量会降低的特定数量K，导致得到的卫星采集坐标的精度无法满足自主作业设备100的定位要求。视觉定位装置164被构造为采集自主作业设备100前进方向上的环境图像信息，进一步地还采集自主作业设备100前进方向一侧的环境图像信息，再进一步地还采集自主作业设备100前进方向左右两侧的环境图像信息。所谓本实施例的优选方案，视觉定位装置164被构造为包括全景摄像装置。在一些优选方案中，视觉定位装置164被构造为包括单目全景摄像装置。在另一些优选方案中，视觉定位装置164被构造为双目全景摄像装置。在本具体实施方式中，控制模块18能够根据视觉定位装置164采集到的自主作业设备100周围的环境图像，经过计算分析得到自主作业设备100与锚定参考物之间的距离d_v和/或自主作业设备100的方位角α_v，进而可以根据已知的位置坐标推算出当前自主作业设备100的位置坐标，记为视觉采集坐标{x_v,y_v}。本领域技术人员应当知道，所述卫星采集坐标{x_s,y_s}通常为绝对坐标，视觉采集坐标{x_v,y_v}通常为相对坐标。

本发明一具体实施方式揭示了一种获取自主作业设备100的位置坐标的方法，包括控制所述自主作业设备100沿预设路径行走并获取卫星采集坐标和视觉采集坐标。卫星采集坐标建立在大地坐标系中，自主作业设备100评估卫星定位精度。在本实施方式中，当卫星定位装置162与卫星导航***中建立通讯的卫星数量不小于K时，判定卫星定位精度满足第一预设条件，进而判定卫星定位精度满足需求；当卫星定位装置162与卫星导航***中建立通讯的卫星数量小于K时，判定卫星定位精度不满足第一预设条件，进而判定卫星定位精度不满足需求。通常，K为不小于3的正整数。在卫星定位精度满足第一预设条件时，使用所述卫星采集坐标{x_s,y_s}作为自主作业设备100的位置坐标{X,Y}。视觉定位装置164采集的环境图像信息识别锚定参考物，进而根据所述自主作业设备100与所述锚定参考物的相对位置关系确定所述自主作业设备100的视觉采集坐标。在所述卫星定位精度不满足第一预设条件时，使用视觉采集坐标{x_v,y_v}作为自主作业设备100的当前位置坐标{X,Y}。

作为本发明一具体实施方式的优选，所述锚定参考物通常被构造为在其周围产生弱信号区W的物体，典型地为建筑物A1、构筑物A2和/或植物A3。进一步地，由于位置固定且自主作业设备100会周期性地返回，所以停靠站900有时也会被作为锚定参考物。进一步地，所述建筑物为固定建筑物，典型地如图1所示的房屋A1。所述构筑物为固定构筑物，典型地如图1所示的水塔A2。所述植物为乔木或高大灌木，典型地如图1所示的乔木A3。进一步地，所述控制模块18被进一步地配置为根据所述环境图像信息识别参考锚定点，所述参考锚定点被构造为所述参考锚定参考物上的特征点，典型地如房屋A1上的窗户和/或门。进一步地，所述参考锚定点构造为固定在所述参考锚定参考物上的标记图案，例如在水塔A2和植物A3上悬挂特定的图案标记。进一步地，所述参考锚定参考物包括至少两个参考锚定点。进一步地，所述参考锚定点距离地面的高度不小于第一高度阈值且不大于第二高度阈值。在本实施方式中，第一高度阈值不小于500mm，第二高度阈值不大于2000mm。在本实施方式中，自主作业设备100在工作区域S内的任意一个位置时，视觉定位装置164至少能够检测到一个参考锚定点。

作为本发明一具体实施方式的优选，所述自主作业设备100在获得所述卫星采集坐标的同时获取所述视觉采集坐标。进一步地，所述自主作业设备100被配置为间隔预设时间获取一次所述卫星采集坐标和所述视觉采集坐标。进一步地，在所述卫星定位精度满足所述第一预设条件时，根据至少一组同时获取的所述卫星采集坐标{x_s,y_s}和所述视觉采集坐标{x_v,y_v}，得到所述卫星采集坐标{x_s,y_s}与所述视觉采集坐标{x_v,y_v}的变换关系{x_s,y_s}＝f({x_v,y_v})；在所述卫星定位精度不满足所述第一预设条件时，根据所述变换关系将所述视觉采集坐标变换为计算坐标{x_c,y_c}＝f({x_v,y_v})，使用所述计算坐标{x_c,y_c}作为位置坐标{X,Y}。

具体地，假设在时刻t₁时，自主作业设备100位于工作区域S之内、弱信号区W之外，卫星定位精度满足第一预设条件，根据卫星定位装置162得到卫星采集坐标

该卫星采集坐标为可信坐标；根据视觉定位装置164得到视觉采集坐标

则以卫星采集坐标作为自主作业设备100的当前坐标，即

此外，通过计算得到作为可信坐标的卫星采集坐标

与视觉采集坐标

的变换关系

在时刻t₂时(其中t₂＝t₁+Δt，Δt为一预设的时间间隔)，自主作业设备100位于工作区域S之内、弱信号区W之内，卫星定位精度不满足第一预设条件，根据卫星定位装置162得到卫星采集坐标

该卫星采集坐标为不可信坐标；根据视觉定位装置164得到视觉采集坐标

则根据在卫星定位精度满足第一预设条件时得到的变换关系，对视觉采集坐标进行变换得到计算坐标

以变换坐标作为自主作业设备的当前坐标，即

本发明一具体实施方式还揭示了一种绘制电子地图的方法，包括控制自主作业设备100从基准位置出发，沿工作区域S的边界行走至少一周；按照上述的方法获取位置坐标的序列；根据所述位置坐标的序列拟合生成所述工作区域S的边界；根据所述工作区域S的边界生成所述工作区域S的电子地图。

作为本发明一具体实施方式的优选，所述基准位置为所述自主作业设备100停泊在停靠站900时的位置。

本发明一具体实施方式还揭示了一种其上存储有处理器可执行指令的非暂态计算机可读存储介质，所述可执行指令被配置为使自主作业设备100的处理器执行包括任意一项方法的操作。

本发明一具体实施方式还揭示了一种自主作业设备100，包括移动机构14和控制模块18，其中，所述控制模块18包括上述的非暂态计算机可读存储介质。

本发明一具体实施方式还揭示了一种自主作业设备100，包括移动机构14和控制模块18，其中，所述控制模块18被配置为可执行上述方法的操作。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种获取位置坐标的方法，其特征是，

控制所述自主作业设备沿预设路径行走并获取卫星采集坐标和视觉采集坐标，其中所述自主作业设备被配置为设有卫星定位装置和视觉定位装置，且所述自主作业设备评估卫星定位精度，并根据所述视觉定位装置采集的环境图像信息识别锚定参考物，进而根据所述自主作业设备与所述锚定参考物的相对位置关系确定所述自主作业设备的视觉采集坐标；

在所述卫星定位精度满足第一预设条件时，使用所述卫星采集坐标作为位置坐标；

在所述卫星定位精度不满足第一预设条件时，使用变换后的所述视觉采集坐标作为位置坐标。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述视觉定位装置被配置为至少采集所述自主作业设备前进方向上的环境图像信息；所述控制模块根据所述视觉定位装置采集到的环境图像信息，确定所述自主作业设备与所述锚定参考物之间的距离和角度。

3.根据权利要求2任意一项所述的方法，其特征是，所述视觉定位装置为单目摄像装置、双目摄像装置或多目摄像装置。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述控制模块被配置为根据所述环境图像信息识别参考锚定点，所述参考锚定点被构造为所述参考锚定物上的特征点。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述参考锚定点构造为固定在所述参考锚定物上的标记图案。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述参考锚定点距离地面的高度不小于第一高度阈值且不大于第二高度阈值。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述自主作业设备在获得所述卫星采集坐标的同时获取所述视觉采集坐标。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征是，在所述卫星定位精度满足所述第一预设条件时，根据至少一组同时获取的所述卫星采集坐标和所述视觉采集坐标，得到所述卫星采集坐标与所述视觉采集坐标的变换关系；在所述卫星定位精度不满足所述第一预设条件时，根据所述变换关系将所述视觉采集坐标变换为计算坐标，使用所述计算坐标作为位置坐标。

9.一种绘制电子地图的方法，其特征是，

控制自主作业设备从基准位置出发，沿工作区域的边界行走至少一周；

按照如权利要求1~8任意一项所述的方法获取位置坐标的序列；

根据所述位置坐标的序列拟合生成所述工作区域的边界坐标；

根据所述工作区域的边界坐标生成所述工作区域的电子地图。

10.一种其上存储有处理器可执行指令的非暂态计算机可读存储介质，其特征是，所述可执行指令被配置为使自主作业设备的处理器执行包括如权利要求1~9任意一项方法的操作。

11.一种自主作业设备，包括移动机构和控制模块，其特征是，所述控制模块包括如权利要求10所述的非暂态计算机可读存储介质。

12.一种自主作业设备，包括移动机构和控制模块，其特征是，所述控制模块被配置为可执行如权利要求1~9任意一项方法的操作。

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