基于電子羅盤的割草機器人局部路徑規劃方法技術

本發明專利技術公開了一種基于電子羅盤的割草機器人局部路徑規劃方法。包括路徑規劃控制模塊，電子羅盤硬件模塊，監控感應模塊和運動系統控制模塊。電子羅盤硬件模塊和監控感應模塊為路徑規劃控制模塊提供割草機器人當前的方位信息和環境狀況。路徑規劃控制模塊實現割草狀態、邊界狀態、導航狀態下路徑的精準校正及軌跡的優化，并由運動系統控制模塊來控制割草機器人執行相應的動作命令。本發明專利技術能實現多種工作方式的轉換，精準控制割草機器人在各個狀態下的軌跡，解決了以往割草機器人工作時運動路徑失控的問題，用于草坪的自動修剪，能適應復雜地形的作業，并充分覆蓋整個區域，減少了電能消耗和提高了割草機器人的工作效率。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種控制割草機器人路徑的方法，尤其是一種，可精確控制和優化割草機器人工作時的路徑。
技術介紹
隨著經濟的發展，生活水平的提高，人們的環境意識越來越強，綠色草坪在大小城市中已隨處可見，但割草作業的任務量大且帶有很強的重復性，因此對智能割草機器人的研究是社會發展的需要。智能割草機器人是一個相當復雜的系統，它集多種功能和多種技術于一體，因此對智能割草機器人的研究涉及很多方面，相比于以往割草機器人運動路徑失控，重復性大的問題，本專利技術研究，可精確控制和優化割草機器人的工作路徑，以求得復雜環境下割草機器人平滑、穩定、精確的工作，解決了以上問題。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種，該方法利用電子羅盤硬件模塊對割草機器人所處位置的方位進行檢測，分析得到割草機器人此刻在磁場中X、Y、Z軸上的分量，從而根據輸出的航向角來精確校正割草機器人的運動路徑。減少了電能消耗和提高了割草效率，精確控制運動路徑并優化軌跡。本專利技術采用的技術方案是，割草機器人與電子羅盤硬件模塊是通過I2 C協議來實現通訊。電子羅盤硬件模塊檢測割草機器人所處位置的方位并將方位信號傳遞給路徑規劃控制模塊。同時， 根據外部環境狀況，監控感應模塊判斷割草機器人的運動狀態割草狀態、邊界狀態、導航狀態，并將狀態信號傳遞給路徑規劃控制模塊。路徑規劃控制模塊對接收到的方位信號和狀態信號進行分析處理，判斷割草機器人下一步的精確位置及運動狀態。本專利技術采用的技術方案的步驟如下O電子羅盤硬件模塊記錄割草機器人當前和歷史的方位信息，并轉換為方位信號傳送給路徑規劃控制模塊；2)監控感應模塊根據外部環境來判斷割草機器人當前的環境狀況，并轉換為狀態信號傳送給路徑規劃控制模塊；3)路徑規劃控制模塊分析處理接收到的方位信號和狀態信號，優化得到相應的運動狀態及路徑。最后將得到的數字信號發送給割草機器人的運動系統控制模塊；4)運動系統控制模塊根據接收到的數字信號來控制割草機器人按相應的命令運動到下一位置。所述步驟I)中的電子羅盤硬件模塊包含放大器、濾波器及A/D轉換器。通過電子羅盤測量割草機器人所處位置在磁場中Χ、γ軸方向上的分量，同時測得Z軸的分量，并對這三個數值進行放大濾波和A/D轉換，再通過I 2 C通訊傳給割草機器人的路徑規劃控制模塊；同時結合電子羅盤測量得到的俯仰角和翻滾角對X、Y軸的磁場強度作補償校正，傳送給割草機器人的路徑規劃控制模塊，分析計算得到割草機器人的地理航向角和姿態角。它能確定割草機器人當前和歷史的方位，進而控制割草機器人下一步的運動方位，來實現軌跡的優化。所述步驟2)中的監控感應模塊判斷割草機器人當前的環境狀況，根據環境狀況得到狀態信號，確定割草機器人下一步的運動狀態，總共有三個狀態割草狀態，邊界狀態，導航狀態。所述步驟3)中的路徑規劃控制模塊，根據接收的方位信號和狀態信號來判斷割草機器人的精確運動位置。其運動控制特征如下O割草狀態在割草狀態輸入的條件下，割草機器人沿某一方向行走，遇到障礙(包括導航標志、邊界、墻、階梯等)后退，利用電子羅盤硬件模塊的方位信號來控制割草機器人相對于原來方向順時針轉動某一設定的角度，并判斷障礙是否還在監控感應模塊設定的感應范圍內。若是，重復后退轉彎的步驟；若不是，則利用電子羅盤硬件模塊的方位信號來控制割草機器人沿轉后的方向繼續行走并判斷。如此循環此過程，直到整個區域被覆蓋。2)邊界狀態本專利技術中邊界狀態有兩種形式，一種是割草時遇到的邊界，此時在割草機器人中作為障礙處理，在割草狀態中已說明。另一種則是在回基站的過程中遇到的邊界，具有不同的處理方式。在回基站過程中，由于導航標志設置在邊界處，故識別到邊界時，利用電子羅盤硬件模塊的方位信號來控制割草機器人沿著邊界行走，尋找導航標志。具體為當遇到邊界時，利用電子羅盤硬件模塊的方位信號來控制割草機器人順時針轉一個固定角度，判斷邊界是否還在監控感應范圍內，若是，利用電子羅盤硬件模塊的方位信號來控制割草機器人再轉一個設定的角度；若不是，則利用電子羅盤硬件模塊的方位信號來控制割草機器人直線前進一段距離，在此過程中監控感應模塊仍在不斷的判斷中。如此反復，直到發現標志。3)導航狀態本專利技術中當割草機器人在割草過程中電量達到某一設定值時，割草機器人就要回基站充電。其基本的方式是不管割草機器人在草地的哪個位置，割草機器人得到這一信號后先停止割草，然后利用電子羅盤硬件模塊的方位信號來控制割草機器人向前直線行走直到發現邊界，再以邊界狀態的方式進行處理。找到導航標志后，判斷標志是否在割草機器人的右側，若是，利用電子羅盤硬件模塊的方位信號來控制割草機器人左轉一個角度，并移動一段距離，再判斷；若不是，利用電子羅盤硬件模塊的方位信號來控制割草機器人右轉一個角度，并移動一段距離，再判斷。如此反復，直到順著標志走到充電處。所述步驟4)中的運動系統控制模塊，控制割草機器人按相應的執行命令運動到下一位置。本專利技術具有的有益效果是帶有電子羅盤的割草機器人與傳統割草機器人相比，能精確控制割草路徑，在割草模式，邊界模式，導航模式中實現有規律的路徑變化，避免了傳統割草方式的無規律性，盲目性和出現的路徑失控問題，減少了電能消耗和提高了割草效率，充分覆蓋整個區域。附圖說明圖I是系統體系結構圖。圖2是三個狀態流程圖。圖3是基于電子羅盤的系統框圖。圖4是三軸磁阻傳感器引腳及外圍電路圖。圖5是I 2 C通訊電路圖。具體實施例方式下面結合附圖和具體實例對本專利技術做進一步詳述圖I所示，是系統體系結構圖。由路徑規劃控制模塊，電子羅盤硬件模塊，監控感應模塊和運動系統控制模塊組成。所述的電子羅盤硬件模塊記錄割草機器人當前和歷史的方位信息，并轉換為方位信號傳送給路徑規劃控制模塊。所述的監控感應模塊根據外部環境來判斷割草機器人當前的環境狀況，并轉換為狀態信號傳送給路徑規劃控制模塊。所述的路徑規劃控制模塊分析處理接收到的狀態信號和方位信號，優化得到相應的運動狀態及路徑。得到的運動狀態若是割草狀態，則以割草狀態下的路徑控制割草機器人的運動，實現了在割草狀態下精準校正螺旋式軌跡，精準校正迂回式軌跡，精準校正隨機式軌跡；得到的運動狀態若是邊界狀態，則以邊界狀態下的路徑控制割草機器人的運動，實現了在邊界狀態下精準校正邊界轉彎角度和優化邊界軌跡速度；得到的運動狀態若是導航狀態，則以導航狀態下的路徑控制割草機器人的運動，實現了在導航狀態下精準校正導航轉彎角度。所述的運動系統控制模塊控制割草機器人按相應的命令運動到下一位置。圖2所示，是三個狀態流程圖。由監控感應模塊根據外部環境判斷割草機器人是否處于割草狀態。若處于割草狀態，則利用電子羅盤硬件模塊的方位信號來控制割草機器人沿原來方向繼續行走。在此過程中判斷是否發現障礙(包括邊界，標志，墻或者樓梯等)，若未發現障礙，則利用電子羅盤硬件模塊的方位信號來控制割草機器人沿原來方向繼續行走；若發現障礙，則后退，利用電子羅盤硬件模塊的方位信號來控制割草機器人相對于原來方向順時針轉過一定角度后再判斷障礙能否被發現。如此反復，直至完全覆蓋草地。實現了在割草狀態下精準校正螺旋式軌跡，精準校正迂回式軌跡，精準校正隨機式軌跡。若得到的是回基站狀態，則判斷有無發現邊界。若未發現邊界，利用電子羅盤硬件模塊的方位信號來控制割草機器人沿原來本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙亮，朱培培，江興旺，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：