专利名称：割草机器人的路径规划算法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种割草机器人的路径规划算法，属于智能家用电器技术领域。
背景技术：
目前，对草坪的维护一般使用人工的方式。这种方式，工作人员劳动强度很大，特别是天气不好的时候，需要经受风吹日晒，而且还必须忍受恼人的噪声。因此，人们开始使用自动的割草机器人，代替人来完成辛苦的工作。目前的割草机器人还处在发展的初级阶段，存在几个弊端
1、通过铺设地磁线来限定割草机器人的工作范围，不仅需要消耗大量铜线，还需要进行施工； 2、没有路径规划，采用随机行走的方式，工作效率低；
3、电池容量大，可工作的草坪面积小。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足之处，设置GPS定位模块和摄像机系统增加割草机器人的智能程度，可识别工作边界和工作路径，提高割草效率和回归充电路径效率，实现全自动的智能系统。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
割草机器人的路径规划算法，所述的割草机器人包括底盘，安装在所述的底盘上的机壳，驱动系统，割草电机、割刀和电机割刀联接件，用于放置可充电电池的电池仓，以及电子控制装置，所述的机壳前端设置碰撞检测装置5和障碍物检测传感器，所述的驱动系统设置两个驱动轮，与所述的驱动轮连接的减速箱和驱动电机，以及一个起支撑作用的万向轮，所述的电子控制装置连接所述的驱动电机、割草电机、碰撞检测装置和障碍物检测传感器，还包括为所述的割草机器人充电的充电座，所述的充电座设置在草坪自然边界上，所述的草坪自然边界为草坪与周边混泥土、房屋墙壁、篱笆等的交接部分，还包括与所述的电子控制装置连接的摄像机系统和GPS定位模块，所述的摄像机系统设置在所述的机壳上，所述的GPS定位模块提供全球定位数据，还包括设置在草坪非自然边界的定位桩，所述的草坪非自然边界，也就是在草坪中间人为设置的边界；所述的电子控制装置设置进行集中控制的处理器，所述的处理器设置路径规划算法，所述的路径规划算法包括以下步骤
(1)在所述的充电座获位置获取充电座的位置数据(Xs，Ys)，然后打开所述的割草电机出发，并通过所述的摄像机系统向右侧寻找所述的草坪自然边界，然后沿着所述的草坪自然边界前进，并实时采集前方图像；
(2)所述的处理器在图像中获取所述的草坪自然边界和所述的定位桩，如果获取到所述的定位桩，则识别方位以后朝所述的定位桩前进，否则继续沿着所述的草坪自然边界前进；同时，在前进过程中，所述的处理器不断从所述的GPS定位模块获取所述的割草机器人的当前位置数据(H)，当距离所述的充电座13的距离L=[( I —Xs)2+(Yr —YS)T/2小于预设的阈值S时，所述的处理器开始寻找所述的充电座，回到所述的充电座所在位置，并继续执行步骤(3)，否则继续步骤(2)；
(3)所述的割草机器人开始寻找割草边界，找到以后开始沿着所述的割草边界开始工作，一圈一圈向草坪中心工作，所述的割草边界为草坪的未割过部分与已割过部分的交接部分；
(4)当所述的割草机器人无法找到所述的割草边界以后，判断割草任务已经完成，关闭所述的割草电机，记录当前位置为结束点(X。，Y。)，然后返回充电座向结束点(X。，Y。)与所述的充电座位置(Xs, Ys)的连线方向arctan[(Ys —Y。)/( Xs _ X0)]前进，并实时计算距离所述的充电座的距离L=[( I —Xs)2+(Yr —Ys)2]1/2，当所述的距离L小于预设的阈值S时判断回到充电座位置，结束割草任务。
所述的充电座在左侧、右侧和前面设置特征图案，用于所述的割草机器人进行识别。所述的定位桩的表面设置特征条纹或者图像，可被所述的割草机器人识别。在步骤(3)中，所述的割草机器人与所述的割草边界的相对位置设置为所述的割刀的工作圆周与所述的割草边界相切或者分相交。实施本发明的积极效果是1、自行工作，不需要人为干预；2、割草效率高，重复率低；3、自行充电，回归路径效率高。
图I是割草机器人的结构示意 图2是割草机器人的控制原理框 图3是规划路径意图。
具体实施例方式现结合附图对本发明作进一步说明
参照图I 一 3，割草机器人14包括底盘12，安装在所述的底盘12上的机壳，驱动系统，割草电机4、割刀11和电机割刀联接件，用于放置可充电电池I的电池仓，以及电子控制装置2，所述的机壳前端设置碰撞检测装置5和障碍物检测传感器6，所述的驱动系统设置两个驱动轮9，与所述的驱动轮9连接的减速箱和驱动电机3，以及一个起支撑作用的万向轮10。所述的电子控制装置2连接所述的驱动电机3、割草电机4、碰撞检测装置5和障碍物检测传感器6。在所述的电子控制装置2的控制下，所述的割草机器人14可以自由行走，并打开所述的割刀11就可以执行割草任务。所述的割草机器人14采用所述的可充电电池I供电，因此可以不用拖拖着长长的电线。还包括充电座13，所述的充电座13设置在草坪自然边界16上，所述的草坪自然边界16为草坪与周边混泥土、房屋墙壁、篱笆等的交接部分。当所述的可充电电池I的电量耗尽时，所述的割草机器人14回到所述的充电座13的位置，为所述的可充电电池I充电。因此，在无人干预的情况下，所述的割草机器人14可以持续工作。同时，所述的充电座13在左侧、右侧和前面设置特征图案，用于所述的割草机器人14进行识别。
还包括与所述的电子控制装置2连接的摄像机系统7和GPS定位模块8，所述的摄像机系统7设置在所述的机壳上，可拍摄所述的割草机器人14前方的场景，所述的GPS定位模块8提供全球定位数据，还包括设置在草坪非自然边界17的定位桩15，所述的定位桩15的表面设置特征条纹或者图像，可被所述的割草机器人14识别。所述的草坪非自然边界17，也就是在草坪中间人为设置的边界。所述的电子控制装置2设置进行集中控制的处理器，所述的处理器设置路径规划算法，所述的路径规划算法包括以下步骤
(I)所述的割草机器人14在所述的充电座13的位置获取充电座13的位置数据(Xs， Ys)，然后打开所述的割草电机4出发，并通过所述的摄像机系统7向右侧寻找所述的草坪自然边界16，然后沿着所述的草坪自然边界16前进，并实时采集前方图像；
因为所述的充电座13设置在草坪自然边界16上，所述的所述的割草机器人14启动以后首先沿着所述的草坪自然边界16前进。(2)所述的处理器在图像中获取所述的草坪自然边界16和所述的定位桩15，如果获取到所述的定位桩15，则识别方位以后朝所述的定位桩15前进，否则继续沿着所述的草坪自然边界16前进；同时，在前进过程中，所述的处理器不断从所述的GPS定位模块8获取所述的割草机器人14的当前位置数据(I，乙)，当距离所述的充电座13的距离L=[( Xr _Xs)2+(Yr-Ys)2]1/2小于预设的阈值S时，所述的处理器开始寻找所述的充电座13，回到所述的充电座13所在位置，并继续执行步骤(3)，否则继续步骤(2)；
在步骤(2)中，所述的割草机器人14沿着所述的草坪自然边界16和草坪非自然边界17绕着草坪工作一圈，形成了一个封闭的割草痕迹，为后续工作提供路径规划的参照。(3)所述的割草机器人14开始寻找割草边界，找到以后开始沿着所述的割草边界开始工作，一圈一圈向草坪中心工作，所述的割草边界为草坪的未割过部分与已割过部分的交接部分；
在步骤(3)中，所述的割草机器人14与所述的割草边界的相对位置设置为所述的割刀11的工作圆周与所述的割草边界相切或者分相交。因此，所述的割草机器人14不会在已经割过的草坪上重复工作，节约了大量的时间和电力，大大提高了工作效率。(4)当所述的割草机器人14无法找到所述的割草边界以后，判断割草任务已经完成，关闭所述的割草电机4，记录当前位置为结束点(X。，Y0),然后返回充电座13 :向结束点(X0, Y。)与所述的充电座13的位置(Xs，Ys)的连线方向arctan[(Ys — Y0)/( Xs —X。)]前进，并实时计算距离所述的充电座13的距离L=[( I —Xs)2+(Yr — Ys) 2]1/2，当所述的距离L小于预设的阈值S时判断回到充电座13位置，结束割草任务。综上所述，本发明在割草机器人14上设置摄像机系统7和GPS定位模块8增加割草机器人14的信息采集能力和自身定位能力，可识别工作边界、工作路径和获取自身位置信息，本发明中的路径规划算法提高了割草效率和回归充电路径效率，实现全自动的智能系统。
权利要求
1.割草机器人的路径规划算法，所述的割草机器人包括底盘，安装在所述的底盘上的机壳，驱动系统，割草电机、割刀和电机割刀联接件，用于放置可充电电池的电池仓，以及电子控制装置，所述的机壳前端设置碰撞检测装置和障碍物检测传感器，所述的驱动系统设置两个驱动轮，与所述的驱动轮连接的減速箱和驱动电机，以及ー个起支撑作用的万向轮，所述的电子控制装置连接所述的驱动电机、割草电机、碰撞检测装置和障碍物检测传感器，还包括为所述的割草机器人充电的充电座，所述的充电座设置在草坪自然边界上，所述的草坪自然边界为草坪与周边混泥土、房屋墙壁、篱笆等的交接部分，还包括与所述的电子控制装置连接的摄像机系统和GPS定位模块，所述的摄像机系统设置在所述的机売上，所述的GPS定位模块提供全球定位数据，其特征在于还包括设置在草坪非自然边界的定位桩，所述的草坪非自然边界，也就是在草坪中间人为设置的边界；所述的电子控制装置设置进行集中控制的处理器，所述的处理器设置路径规划算法，所述的路径规划算法包括以下步骤 (1)在所述的充电座的位置获取充电座的位置数据(Xs，Ys)，然后打开所述的割草电机出发，并通过所述的摄像机系统向右侧寻找所述的草坪自然边界，然后沿着所述的草坪自然边界前进，并实时采集前方图像； (2)所述的处理器在图像中获取所述的草坪自然边界和所述的定位桩，如果获取到所述的定位桩，则识别方位以后朝所述的定位桩前进，否则继续沿着所述的草坪自然边界前进；同时，在前进过程中，所述的处理器不断从所述的GPS定位模块获取所述的割草机器人的当前位置的定位数据(Xr，Yr)，当距离所述的充电座的距离L=[( Xr js)2+(Yt Ys)2] 1/2小于预设的阈值S时，所述的处理器开始寻找所述的充电座，回到所述的充电座所在位置，并继续执行步骤(3)，否则继续步骤(2)； (3)所述的割草机器人开始寻找割草边界，找到以后开始沿着所述的割草边界开始エ作，一圈ー圈向草坪中心工作，所述的割草边界为草坪的未割过部分与已割过部分的交接部分； (4)当所述的割草机器人无法找到所述的割草边界以后，判断割草任务已经完成，关闭所述的割草电机，记录当前位置为结束点(X。，Y。)，然后返回充电座向结束点(X。，Y。)与所述的充电座位置(xs，Ys)的连线方向arctan[(Ys _Y。)/( Xs _ X0)]前进，并实时计算距离所述的充电座的距离L=[( Xr —Xs)2+(t — Ys)2]1/2，当所述的距离L小于预设的阈值S时判断回到充电座位置，结束割草任务。
2.如权利要求I所述的割草机器人的路径规划算法，其特征在于所述的充电座在左侦れ右侧和前面设置特征图案，用于所述的割草机器人进行识别。
3.如权利要求I所述的割草机器人的路径规划算法，其特征在于所述的定位桩的表面设置特征条纹或者图像，可被所述的割草机器人识别。
4.如权利要求I所述的割草机器人的路径规划算法，其特征在于在步骤(3)中，所述的割草机器人与所述的割草边界的相对位置设置为所述的割刀的工作圆周与所述的割草边界相切或者分相交。
全文摘要
公开了一种割草机器人的路径规划算法，割草机器人包括电子控制装置，摄像机系统和GPS定位模块，电子控制装置设置处理器，处理器设置路径规划算法，路径规划算法包括步骤1、获取充电座的位置数据，然后打开割草电机出发，并通过摄像机系统向右侧寻找草坪自然边界，然后沿着草坪自然边界前进，并实时采集前方图像；2、处理器在图像中获取草坪自然边界和定位桩，沿着自然边界和定位桩组成的非自然边界前进，直到回到充电座位置；3、割草机器人开始寻找割草边界，沿着割草边界开始工作，一圈一圈向草坪中心工作；4、当割草机器人无法找到割草边界以后，判断割草任务已经完成，关闭割草电机，回到充电座位置。
文档编号A01D34/00GK102662400SQ20121014292
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月10日 优先权日2012年5月10日
发明者刘瑜, 程晓东 申请人:慈溪思达电子科技有限公司