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CN115167402A - 一种除草机器人寻路的方法及系统 - Google Patents

一种除草机器人寻路的方法及系统 Download PDF

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CN115167402A
CN115167402A CN202210720016.4A CN202210720016A CN115167402A CN 115167402 A CN115167402 A CN 115167402A CN 202210720016 A CN202210720016 A CN 202210720016A CN 115167402 A CN115167402 A CN 115167402A
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CN
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weeding
weeding robot
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CN202210720016.4A
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朱韦彦
应宁宁
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Zhejiang Jianrui Technology Co ltd
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Zhejiang Jianrui Technology Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种除草机器人寻路的方法及系统，属于除草机器人技术领域，其特征在于，包括：S1、绘制蓝图；S2、除草机器人寻路；其中：S201、在除草区域的边界和障碍物四周安装磁钉；S202、在二维数组地图中确定除草机器人的初始位置；S203、寻路开始；S204、当除草机器人进入某个点位后，通过逻辑判定该点位没有可移动方向时，则按照已运行过的点位，倒退去寻找可运行的位置；当找到可运行点位时，以当前除草机器人的位置为初始位置，以可运行点位为终点，进行移动；S205、当移动机器人到达可运行点位后，重新S203进行探路操作；S206、当移动机器人通过S204再也找不到可运行点时，则寻路完成。

Description

一种除草机器人寻路的方法及系统
技术领域
本发明属于除草机器人技术领域，特别是涉及一种除草机器人寻路的方法及系统。
背景技术
众所周知，智能除草机器人，是指可以实现定靶喷药，精准去除杂草，以减少不必要的农药浪费和污染的人工智能除草机器人。它可以减少大面积喷洒农药，这样不仅不会造成农药的浪费，而且也不会导致农作物上和土壤中有大量的农药残留。
近年来，随着科技的快速发展，除草机器人的使用越来越多，目前，大部分的除草机器人主要是集传感器技术、通信技术于一体的技术；在使用过程中发现，除草机器人的自动寻路是保证其正常工作的重要环节之一，目前，为了实现除草机器人的寻路，主要采用的是GPS定位，通信网络定位等；但是实践发现，这种传统技术存在如下缺陷：一、定位误差大；二、在一些特殊地区信号比较差。为此，设计开发一种高精度和高速除草机器人寻路的方法及系统显得是尤为重要。
发明内容
技术目的
本发明提供一种除草机器人寻路的方法及识别系统；用于实现除草机器人的高精度定位快速寻路。
技术方案
本发明的第一目的是提供一种除草机器人寻路的方法，包括如下步骤：
S1、绘制蓝图；具体包括：
S101、获取除草区域的目标地图，将目标区域进行栅格化；
S102、确定每个栅格的类型，所述类型包括障碍物栅格和空白栅格；
S103、根据类型将栅格进行二值化处理；形成二维数组地图；
S2、除草机器人寻路；具体包括：
S201、在除草区域的边界和障碍物四周安装磁钉；
S202、在二维数组地图中确定除草机器人的初始位置；
S203、寻路开始，具体为：除草机器人记录初始位置的方向，判断最左侧是否有磁钉：
如果没有磁钉，则按照当前方向往左侧移动，同时记录该方向所走过的路径；
如果有磁钉，则对当前方向的最左侧依次顺时针进行偏移计算，每次偏移需探知该方向是否有障碍，当没有障碍时，根据所记录已走过的坐标判断是否走过该点位，如果没有走过，则除草机器人向该方向进行前进，如果走过该点位则重复上述判断，并在此过程中记录磁钉的位置；
S204、在运行过程中，当除草机器人进入某个点位后，通过逻辑判定该点位没有可移动方向时，则按照已运行过的点位，倒退去寻找可运行的位置，此时由记录过的磁钉位置去直接循环计算；
当找到可运行点位时，以当前除草机器人的位置为初始位置，以可运行点位为终点，进行移动；
S205、当移动机器人到达可运行点位后，重新S203进行探路操作；
S206、当移动机器人通过S204再也找不到可运行点时，则寻路完成；
S3、当除草机器人回到基站后，将根据记录的运行轨迹和磁钉位置在二维数组地图中进行绘制，再通过地图裁剪技术，将多余的地图边缘进行缩小。
优选地，S101具体为：首先确定栅格大小，然后进行栅格化。
优选地，相邻磁钉之间的间距小于除草机器人前后两轮之间的轴间距，且不小于上述轴间距的二分之一。
优选地，S201还包括设置基站。
优选地，在S203中：偏移角度的偏移量为10度。
优选地，在S204中：当找到可运行点位时，运用a*算法得到一个最优的行动轨迹，然后进行移动。
优选地，在S206中：寻路完成后，以当前位置为起点，已基站为终点，使用a*算法回到基站。
本发明的第二目的是提供一种除草机器人寻路的系统，包括：
地图模块：绘制蓝图；具体包括：
获取除草区域的目标地图，将目标区域进行栅格化；
确定每个栅格的类型，所述类型包括障碍物栅格和空白栅格；
根据类型将栅格进行二值化处理；形成二维数组地图；
寻路模块：除草机器人寻路；具体包括：
在除草区域的边界和障碍物四周安装磁钉；
在二维数组地图中确定除草机器人的初始位置；
寻路开始，具体为：除草机器人记录初始位置的方向，判断最左侧是否有磁钉：
逻辑A：如果没有磁钉，则按照当前方向往左侧移动，同时记录该方向所走过的路径；如果有磁钉，则对当前方向的最左侧依次顺时针进行偏移计算，每次偏移需探知该方向是否有障碍，当没有障碍时，根据所记录已走过的坐标判断是否走过该点位，如果没有走过，则除草机器人向该方向进行前进，如果走过该点位则重复上述判断，并在此过程中记录磁钉的位置；
逻辑B：在运行过程中，当除草机器人进入某个点位后，通过逻辑判定该点位没有可移动方向时，则按照已运行过的点位，倒退去寻找可运行的位置，此时由记录过的磁钉位置去直接循环计算；
当找到可运行点位时，以当前除草机器人的位置为初始位置，以可运行点位为终点，进行移动；
当移动机器人到达可运行点位后，重新逻辑A进行探路操作；
当移动机器人通过逻辑B再也找不到可运行点时，则寻路完成；
地图修订模块：当除草机器人回到基站后，将根据记录的运行轨迹和磁钉位置在二维数组地图中进行绘制，再通过地图裁剪技术，将多余的地图边缘进行缩小。
本专利的第三发明目的是提供一种实现上述除草机器人寻路的方法的计算机程序。
本专利的第四发明目的是提供一种实现上述除草机器人寻路的方法的信息数据处理终端。
本专利的第五发明目的是提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的除草机器人寻路的方法。
本发明的优点及积极效果为：
本发明能够快速准确地对除草路径进行规划，避免重复路线，使得路径最短，提高工作效率。
附图说明
图1为本发明优选实施例中磁钉的结构图；
图2为本发明优选实施例中除草机器人的示意图；
图3为本发明优选实施例中栅格定位示意图；
图4为本发明优选实施例中二维数组地图；
图5为本发明优选实施例的移动路径图；
图6为本发明优选实施例的行走范围图；
图7为本发明优选实施例规划路径图；
图8为本发明优选实施例规划范围图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。
请参阅图1至图8，
本申请的除草机器人上集成有光码盘、磁力传感器、方向传感器、加速度传感器等多技术传感器组合而成。其中光码盘用来计算寻路过程中的步进的长度。磁力传感器用来在寻路过程中探索磁钉，通过磁钉的位置和方位来确定场地的边界和障碍物。方向传感器是用来确定寻路过程中车头的方向和角度，从而确定当前的位置，和后续前进的方向。加速度传感器用于控制前进的速度。
磁钉的结构采用上平下尖的设计理念，中间核心位置采用永磁铁，上方的边缘加宽设计可以有效防止人为踩踏或因环境因素造成的沉降，防止寻路过程中出现磁力探测器检测不到磁钉的问题。
在寻路前需要在场地内事先安装磁钉，从而来确定场地寻路范围。为了使移动机器人在到达边界时能够检测到磁场的存在,工作区域边界磁钉的合理分布至关重要。若移动机器人两后轮间距为480mm,要使机器人每次到达工作边界时磁传感器组都能够检测到磁场的存在,那么磁体的分布距离应小于480mm,为了不失一般性,考虑到草坪中可能会散落个别的永久磁体,所以为了使机器人能够准确地判定出工作边界,要求机器人磁传感器组必须在到达边界时能够同时检测至两个以上(包括两个)的磁钉能确认为到达边界,但同时也考虑到经济因素,磁体的分布数量不能过密,所以磁钉分布距离在400mm较为合适。
一种除草机器人寻路的方法，包括：
蓝图绘制：
智能蓝图绘制是除草机器人实现移动导航与路径规划的基础。栅格法是指将移动机器人的工作空间分成若干栅格，然后利用传感器手段将各个栅格的状态进行判断，通常栅格分为障碍物栅格和空白栅格两种状态。于是在此具有二值化信息的二维栅格网络内通过算法实现全覆盖路径的搜索。在将机器人实际工作地图进行栅格化时，应该注意到栅格大小的确定是非常重要的。
除草机器人的准确定位是保证其正确完成导航、控制任务的关键之一。定位技术可以分为绝对定位技术和相对定位技术。最常用的有里程仪和光电编码器。惯导法包括陀螺仪和加速度计。
根据其优缺点，通常在定位系统中综合使用相对定位技术和绝对定位技术,对其数据进行融合以达到实时、准确的定位。在进行局部路径规划和导航时,以光码盘和方向传感器为主,在全局路径规划和导航时,利用定位对光码盘定位所产生的累积误差进行修正,从而保证了定位系统精度和可靠性。
寻路步骤
1、开始寻路前需要根据场地的边界，进行测定的安装若移动机器人两后轮间距为480mm,则磁钉至少要以400mm的间隔安装放置。
2、在将边界磁钉安装好后，还需要安装障碍物磁钉，以障碍物为基准在其四周安装磁钉，从而移动机器人通过自身的磁力探测器感知障碍物的存在。
3、设置基站，基站在整体寻路过程中至关重要，它将决定移动机器人的初始位置及方向，以及寻路结束后的终点。通过基站的作用还将设置充电，防雨等维护功能。
4、开始寻路前系统将自动搭建一个至少1000*1000的二维数组地图模型，用于探索使用。移动机器人的初始位置则为地图模型的中心-(500,500)的位置上
5、当寻路开始后，移动机器人将根据方向传感器记录初始位置的方向，先通过磁力传感器判断最左侧是否有磁钉出现，如果没有则按照当前方向的最左侧移动，同时通过光码盘记录该方向所走过的路程。如果探测到有磁钉出现则此方向不可前进，则会对当前方向的最左侧依次顺时针进行偏移计算(此偏移角度经过实地测量最优的偏移量为10度)，每偏移一次都会使用磁力探测器探知该方向是否有障碍，当遇到没有障碍时，再根据所记录的已走过的坐标判断是否走过该点位，如果没有走过方可使用移动机器人上的转向装置进行转向操作，向该方向进行前进，如果走过该点位则重复上述判断，并在此过程中记录磁钉额位置。
在移动过程中当磁力探测器检测的磁钉时，此时代表遇到了边界或障碍物。移动机器人会立刻停止前进。并将移动过程中的数据记录后，重复以上操作。
6、在运行过程中当移动机器人进入某个点位后通过磁力传感器探测磁钉和移动过此位置判断没有可移动方向时，则按照已运行过的点位倒退去寻找可运行的位置，此时不再由磁力探测器去提供磁钉的位置而是由记录过的磁钉位置去直接循环计算。
7、当找到可运行点位时，已当前移动机器人的位置为初始位置已可运行点位为终点，进行直接移动过去，此时运用a*算法得到一个最优的行动轨迹，然后进行快速移动。
8、当移动机器人到达可运行点位后，重新第5步操作进行探路操作。
9、当移动机器人通过步骤6再也找不到可运行点时，则代表寻路完成，则以当前位置为起点，已基站为终点，使用a*算法快速回到基站。
10、当移动机器人回到基站后，系统会根据记录的运行轨迹和磁钉位置得在1000*1000的二维数组地图中绘制出来，再通过地图裁剪技术，将多余的地图边缘进行缩小。此时寻路正式结束。
一种除草机器人寻路的系统，包括：
地图模块：绘制蓝图；具体包括：
获取除草区域的目标地图，将目标区域进行栅格化；
确定每个栅格的类型，所述类型包括障碍物栅格和空白栅格；
根据类型将栅格进行二值化处理；形成二维数组地图；
寻路模块：除草机器人寻路；具体包括：
在除草区域的边界和障碍物四周安装磁钉；
在二维数组地图中确定除草机器人的初始位置；
寻路开始，具体为：除草机器人记录初始位置的方向，判断最左侧是否有磁钉：
逻辑A：如果没有磁钉，则按照当前方向往左侧移动，同时记录该方向所走过的路径；如果有磁钉，则对当前方向的最左侧依次顺时针进行偏移计算，每次偏移需探知该方向是否有障碍，当没有障碍时，根据所记录已走过的坐标判断是否走过该点位，如果没有走过，则除草机器人向该方向进行前进，如果走过该点位则重复上述判断，并在此过程中记录磁钉的位置；
逻辑B：在运行过程中，当除草机器人进入某个点位后，通过逻辑判定该点位没有可移动方向时，则按照已运行过的点位，倒退去寻找可运行的位置，此时由记录过的磁钉位置去直接循环计算；
当找到可运行点位时，以当前除草机器人的位置为初始位置，以可运行点位为终点，进行移动；
当移动机器人到达可运行点位后，重新逻辑A进行探路操作；
当移动机器人通过逻辑B再也找不到可运行点时，则寻路完成；
地图修订模块：当除草机器人回到基站后，将根据记录的运行轨迹和磁钉位置在二维数组地图中进行绘制，再通过地图裁剪技术，将多余的地图边缘进行缩小。
一种实现上述除草机器人寻路的方法的计算机程序。
一种实现上述除草机器人寻路的方法的信息数据处理终端。
一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述的除草机器人寻路的方法。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用全部或部分地以计算机程序产品的形式实现，所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载或执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL)或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输)。所述计算机可读取存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘SolidState Disk(SSD))等。
以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种除草机器人寻路的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、绘制蓝图；具体包括：
S101、获取除草区域的目标地图，将目标区域进行栅格化；
S102、确定每个栅格的类型，所述类型包括障碍物栅格和空白栅格；
S103、根据类型将栅格进行二值化处理；形成二维数组地图；
S2、除草机器人寻路；具体包括：
S201、在除草区域的边界和障碍物四周安装磁钉；
S202、在二维数组地图中确定除草机器人的初始位置；
S203、寻路开始，具体为：除草机器人记录初始位置的方向，判断最左侧是否有磁钉：
如果没有磁钉，则按照当前方向往左侧移动，同时记录该方向所走过的路径；
如果有磁钉，则对当前方向的最左侧依次顺时针进行偏移计算，每次偏移需探知该方向是否有障碍，当没有障碍时，根据所记录已走过的坐标判断是否走过该点位，如果没有走过，则除草机器人向该方向进行前进，如果走过该点位则重复上述判断，并在此过程中记录磁钉的位置；
S204、在运行过程中，当除草机器人进入某个点位后，通过逻辑判定该点位没有可移动方向时，则按照已运行过的点位，倒退去寻找可运行的位置，此时由记录过的磁钉位置去直接循环计算；
当找到可运行点位时，以当前除草机器人的位置为初始位置，以可运行点位为终点，进行移动；
S205、当移动机器人到达可运行点位后，重新S203进行探路操作；
S206、当移动机器人通过S204再也找不到可运行点时，则寻路完成；
S3、当除草机器人回到基站后，将根据记录的运行轨迹和磁钉位置在二维数组地图中进行绘制，再通过地图裁剪技术，将多余的地图边缘进行缩小。
2.根据权利要求1所述的除草机器人寻路的方法，其特征在于，S101具体为：首先确定栅格大小，然后进行栅格化。
3.根据权利要求1所述的除草机器人寻路的方法，其特征在于，相邻磁钉之间的间距小于除草机器人前后两轮之间的轴间距，且不小于上述轴间距的二分之一。
4.根据权利要求1所述的除草机器人寻路的方法，其特征在于，S201还包括设置基站。
5.根据权利要求1所述的除草机器人寻路的方法，其特征在于，在S203中：偏移角度的偏移量为10度。
6.根据权利要求1所述的除草机器人寻路的方法，其特征在于，在S204中：当找到可运行点位时，运用a*算法得到一个最优的行动轨迹，然后进行移动。
7.根据权利要求1所述的除草机器人寻路的方法，其特征在于，在S206中：寻路完成后，以当前位置为起点，已基站为终点，使用a*算法回到基站。
8.一种除草机器人寻路的系统，其特征在于，包括：
地图模块：绘制蓝图；具体包括：
获取除草区域的目标地图，将目标区域进行栅格化；
确定每个栅格的类型，所述类型包括障碍物栅格和空白栅格；
根据类型将栅格进行二值化处理；形成二维数组地图；
寻路模块：除草机器人寻路；具体包括：
在除草区域的边界和障碍物四周安装磁钉；
在二维数组地图中确定除草机器人的初始位置；
寻路开始，具体为：除草机器人记录初始位置的方向，判断最左侧是否有磁钉：
逻辑A：如果没有磁钉，则按照当前方向往左侧移动，同时记录该方向所走过的路径；如果有磁钉，则对当前方向的最左侧依次顺时针进行偏移计算，每次偏移需探知该方向是否有障碍，当没有障碍时，根据所记录已走过的坐标判断是否走过该点位，如果没有走过，则除草机器人向该方向进行前进，如果走过该点位则重复上述判断，并在此过程中记录磁钉的位置；
逻辑B：在运行过程中，当除草机器人进入某个点位后，通过逻辑判定该点位没有可移动方向时，则按照已运行过的点位，倒退去寻找可运行的位置，此时由记录过的磁钉位置去直接循环计算；
当找到可运行点位时，以当前除草机器人的位置为初始位置，以可运行点位为终点，进行移动；
当移动机器人到达可运行点位后，重新逻辑A进行探路操作；
当移动机器人通过逻辑B再也找不到可运行点时，则寻路完成；
地图修订模块：当除草机器人回到基站后，将根据记录的运行轨迹和磁钉位置在二维数组地图中进行绘制，再通过地图裁剪技术，将多余的地图边缘进行缩小。
9.一种实现权利要求1至7任一项所述除草机器人寻路的方法的信息数据处理终端。
10.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1至7任一项所述除草机器人寻路的方法。
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