基于测距传感器生成割草机器人虚拟边界的方法与流程
本发明涉及割草机器人领域，尤其涉及一种基于测距传感器生成割草机器人虚拟边界的方法。
背景技术
目前，割草机器人运动边界的确定主要采用以下两种方法：
1、绕线式：在草坪中央钉一根桩桶，引导线一头绕在桩桶上，一头固定在割草机器人上，割草机器人受到引导线约束，沿渐开线运动前进，在前进的同时完成割草作业。采用这种方法的缺点是：(1)割草区域受限于引导线长度，形状近似于圆弧包围形成的圆形区域，边角无法处理到；(2)每次割草作业都需要钉桩桶，安装引导线，操作复杂；(3)草丛过高时，引导线会受到阻碍，影响正常割草作业。
2、导线式电子篱笆：割草前，沿草坪边界敷设绝缘导线，接入电源后电流通过导线形成磁场，割草机器人遇到导线时，感应到磁场信号，割草机器人通过程序控制转向以达到不越过边界的目的。采用这种方法的缺点是：(1)割草前需敷设导线，费时费力；(2)草坪内部有树木、池塘、假山时，导线敷设路径复杂，技术要求较高；(3)割草作业结束后，回收导线也是一项费力工作，不回收的话，铺在草坪周围的导线会影响草坪美观。
为了解决现有技术中的上述缺点，有必要设计一种割草机器人割草边界的生成方法，用于简化操作步骤，快速、准确的生成割草工作区域的虚拟边界。
技术实现要素：
鉴于上述情况，本发明提供了一种基于测距传感器生成割草机器人虚拟边界的方法，可以快速且准确生成割草区域的虚拟边界。
为实现上述目的，本发明公开了一种基于测距传感器生成割草机器人虚拟边界的方法，包括以下步骤：
提供至少三个位置信号发射装置；
将所述位置信号发射装置放置于不同位置，并记录相对应的位置坐标；
提供测距传感器，所述测距传感器电联接于所述位置信号发射装置；
控制所述测距传感器沿割草机器人的割草工作区域的边界逐点移动，通过所述测距传感器实时测量所述测距传感器与所述位置信号发射装置之间的距离；
根据所述位置信号发射装置的位置坐标以及所述位置信号发射装置和所述测距传感器之间的距离计算所述测距传感器的位置坐标；
对所述位置坐标的误差进行校验，剔除误差较大的位置坐标；
将剔除误差较大的位置坐标后的剩余位置坐标沿顺时针或逆时针依次连接生成割草机器人的割草工作区域的虚拟边界。
本发明的有益效果在于：通过测距传感器可实时计算出测距传感器与各信号发射装置之间的距离，并基于各信号发射装置的位置坐标，生成测距传感器沿割草工作区域的边界逐点移动过程中各点的位置坐标，然后将误差较大的位置坐标剔除，最后通过将剔除误差较大的位置坐标后的剩余位置坐标按顺时针或逆时针依次连接即可快速生成所需的割草机器人的虚拟边界，可以保证最终生成的虚拟边界的精度，避免后期割草作业时割草机器人误穿越实际边界。
本发明一种基于测距传感器生成割草机器人虚拟边界的方法的进一步改进在于，提供三个位置信号发射装置，于计算所述测距传感器的位置坐标的步骤中，采用三边测量法计算出所述测距传感器的位置坐标。利用三边测量法可快速计算出测距传感器的位置坐标。
本发明一种基于测距传感器生成割草机器人虚拟边界的方法的进一步改进在于，于计算所述测距传感器的位置坐标的步骤后还包括步骤：将所述测距传感器移动过程中某一点的位置坐标设定为原点，然后计算出其他位置坐标相对于所述原点的相对位置坐标。通过设定原点，便于后期割草时割草机器人初始位置的校正。
本发明一种基于测距传感器生成割草机器人虚拟边界的方法的进一步改进在于，于计算所述测距传感器的位置坐标步骤中，提供虚拟边界软件处理系统，所述虚拟边界软件处理系统包括联接于所述测距传感器的计算模块，用于计算所述测距传感器的位置坐标，所述计算模块中预设有所述位置信号发射装置的位置坐标。通过计算模块实时计算测距传感器移动过程中各点的位置坐标；计算模块中还预设有以下计算公式，并根据下述计算公式计算出测距传感器移动过程中各点的位置坐标(x，y)：
(x1-x)2+(y1-y)2＝d12(1)
(x2-x)2+(y2-y)2＝d22(2)
......
(xn-x)2+(yn-y)2＝dn2(n)
其中：(x1，y1)，(x2，y2)，...，(xn，yn)为位置信号发射装置的位置坐标，(x，y)为测距传感器的位置坐标，d1、d2、...、dn分别为位置信号发射装置与测距传感器之间的距离。
本发明一种基于测距传感器生成割草机器人虚拟边界的方法的更进一步改进在于，所述虚拟边界软件处理系统还包括联接于所述计算模块的处理模块，用于生成所述割草机器人的割草工作区域的虚拟边界。利用处理模块自动生成虚拟边界或者手动绘制生成虚拟边界。
本发明一种基于测距传感器生成割草机器人虚拟边界的方法的进一步改进在于，所述测距传感器和所述位置信号发射装置之间采用超声波技术、rfid技术或zigbee技术联接。
附图说明
图1是本发明一种基于测距传感器生成割草机器人虚拟边界的方法的流程图。
图2是本发明中基于三边测量法确定测距传感器位置坐标的原理图。
具体实施方式
为利于对本发明的了解，以下结合附图及实施例进行说明。
参阅图1和图2可知，本发明公开了基于测距传感器生成割草机器人虚拟边界的方法，包括以下步骤：
步骤101：提供至少三个位置信号发射装置；
步骤102：将位置信号发射装置放置于不同位置，并记录相对应的位置坐标；
步骤103：提供测距传感器，测距传感器电联接于位置信号发射装置；
步骤104：控制测距传感器沿割草机器人的割草工作区域的边界逐点移动，通过测距传感器实时测量测距传感器与位置信号发射装置之间的距离；
步骤105：根据位置信号发射装置的位置坐标以及位置信号发射装置和测距传感器之间的距离计算测距传感器的位置坐标；
步骤106：对位置坐标的误差进行校验，剔除误差较大的位置坐标；
步骤107：将剔除误差较大的位置坐标后的剩余位置坐标沿顺时针或逆时针依次连接生成割草机器人的割草工作区域的虚拟边界。
本实施例中，通过下列计算公式(多边测量法)计算测距传感器在移动过程中各点的位置坐标(x，y)：
(x1-x)2+(y1-y)2＝d12
(x2-x)2+(y2-y)2＝d22
......
(xn-x)2+(yn-y)2＝dn2
其中：(x1，y1)，(x2，y2)，...，(xn，yn)为各位置信号发射装置的位置坐标，(x，y)为测距传感器的位置坐标，d1、d2、...、dn分别为不同位置信号发射装置与测距传感器之间的距离。利用本发明中的基于测距传感器生成割草机器人虚拟边界的方法可快速且准确的生成割草机器人的割草工作区域的虚拟边界，操作简便，无需布线、安装桩桶等室外作业。本实施例中通过将误差较大的位置坐标剔除，可以进一步提高生成虚拟边界的精确性；具体的，可以选取割草工作区域边界上的多个重要的特征点，对各特征点之间的相对距离进行误差校正，并剔除误差超过允许误差8cm的位置坐标。
进一步的，提供三个位置信号发射装置，于计算测距传感器的位置坐标的步骤中，采用三边测量法计算出测距传感器的位置坐标。如图2所示，三个圆之间的公共交点即为测距传感器的位置坐标点；利用下列公式，计算出测距传感器的位置坐标：
(x1-x)2+(y1-y)2＝d12
(x2-x)2+(y2-y)2＝d22
(x3-x)2+(y3-y)2＝d32
进一步的，于步骤105后还包括步骤：将测距传感器移动过程中某一点的位置坐标设定为原点，然后计算出其他位置坐标相对于原点的相对位置坐标。通过设定原点，便于后期割草机器人初始位置的校正和运动轨迹的编辑。
进一步的，于步骤105中，提供联接于测距传感器的虚拟边界软件处理系统，虚拟边界软件处理系统包括联接于测距传感器的计算模块，用于计算测距传感器的位置坐标，计算模块中预设有位置信号发射装置的位置坐标。本实施例中，计算模块中还预设有计算测距传感器位置坐标的计算公式(多边测量法公式)。
更进一步的，虚拟边界软件处理系统还包括联接于计算模块的处理模块，用于生成割草机器人的割草工作区域的虚拟边界。本实施例中，利用处理模块自动将测距传感器移动过程中各点的位置坐标按顺时针或逆时针依次连接成一封闭边界，即为割草机器人的割草工作区域的虚拟边界。本实施例中，处理模块中设有绘制功能和平滑(曲线)拟合功能，通过手动将各位置坐标依次连接，然后对其进行平滑曲线拟合，保证整个虚拟边界的美观性和真实性。
进一步的，于步骤107后还包括步骤，对生成的虚拟边界和测距传感器移动过程中各点位置坐标进行存储。
本发明中，测距传感器和位置信号发射装置之间采用超声波技术、rfid技术或zigbee技术联接；实现利用测距传感器测量测距传感器和位置信号发射装置之间距离。
本发明中，通过手持测距传感器并沿割草工作区域的边界逐点移动，可以保证生成的虚拟边界的准确性。
本发明中的测距传感器和位置信号发射装置均为现有技术。
本发明一种基于测距传感器生成割草机器人虚拟边界的方法的有益效果包括：
1.利用测距传感器可实时测量测距传感器与各位置信号发射装置之间的距离，并根据位置信号发射装置的位置坐标以及位置信号发射装置和测距传感器之间的距离计算出测距传感器沿割草工作区域的边界逐点移动过程中各点的位置坐标，然后剔除误差较大的位置坐标，最后将剩余位置坐标连接按顺时针或逆时针依次连接快速、准确的生成割草机器人的虚拟边界，避免后期割草作业时割草机器人误穿越实际边界。。
2.与现有技术相比，操作简便，无需布线、安装桩桶等室外作业，降低了劳动强度。
3.结构简单，便于操作。
以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容的能涵盖的范围内。
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