本發(fā)明屬于智能割草機的控制領(lǐng)域，尤其涉及一種智能割草機回位方法及回位裝置。

背景技術(shù)：

近些年來，隨著城市綠化面積和家庭庭院草地的大幅度增加，割草機的市場正逐漸變大。目前市場上割草機種類很多，按其操作方式可以分為智能式割草機和非智能式割草機。智能割草機是將機器人技術(shù)應(yīng)用到割草機領(lǐng)域的一種產(chǎn)品。該割草機能夠自主工作，自主充電等功能。為了防止割草機逃離割草區(qū)域，市場大部分的智能割草機在使用之前需要將電纜把需要割草的區(qū)域圍起來，再將電纜的兩端接入基站上，當(dāng)基站通電時，電纜上會產(chǎn)生電磁信號。這樣割草機就能通過識別該信號來識別邊界線，以至于不會跑出邊界線。當(dāng)智能割草機碰到邊界線時，會以特定的角度轉(zhuǎn)彎去其他地方作業(yè)。同時，當(dāng)割草機需要返回基站會沿著邊界線發(fā)出的信號尋找基站。但是市場大部分智能割草機需要返回基站在尋找邊界線的時候，以任意角度方向直線向前尋找，直到割草機碰到邊界，再沿著邊界線回基站。這將大大增加了智能割草機的路程，不僅不節(jié)能環(huán)保，還大大降低了其作業(yè)效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問題，提供一種使得智能割草機可以定向返回基站的方法和裝置，大大減少返回基站的路程，節(jié)能環(huán)保，同時也提高了作業(yè)效率。

本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：

一種智能割草機回位方法，S10檢測割草機當(dāng)前停止位置和基站位置之間的連線與正北方向的夾角；

S20檢測割草機當(dāng)前的姿態(tài)角；

S30根據(jù)步驟S10檢測的夾角以及步驟S20檢測的姿態(tài)角，調(diào)整割草機姿態(tài)，并向割草機發(fā)送行進(jìn)指令，使得割草機行駛到基站位置。

進(jìn)一步的，所述步驟S10檢測割草機當(dāng)前停止位置和基站位置之間的連

線與正北方向的夾角包括：

獲取基站的坐標(biāo)位置；

獲取割草機當(dāng)前停止位置坐標(biāo)；

測算割草機當(dāng)前停止位置和基站位置之間的連線與正北方向的夾角。

進(jìn)一步的，通過式(1)和式(2)獲取基站的坐標(biāo)位置：

其中，lng_average₁表示基站的經(jīng)度均值，lng_1-1表示基站的第一個經(jīng)度值，lng_1-2表示基站的第二個經(jīng)度值，lng_1-3表示基站的第三個經(jīng)度值，lng_1-100表示基站的第一百個經(jīng)度值，lat_average₁表示基站的緯度均值，lat_1-1表示基站的第一個緯度值，lat_1-2表示基站的第二個緯度值，lat_1-3表示基站的第三個緯度值，lat_1-100表示基站的第一百個緯度值。

進(jìn)一步的，所述獲取割草機當(dāng)前停止位置坐標(biāo)具體包括：

通過式(3)和式(4)獲取割草機當(dāng)前停止位置坐標(biāo)：

其中，lng_average₂表示割草機當(dāng)前停止位置的經(jīng)度均值，lng_2-1表示割草機當(dāng)前停止位置的第一個經(jīng)度值，lng_2-2表示割草機當(dāng)前停止位置的第二個經(jīng)度值，lng_2-3表示割草機當(dāng)前停止位置的第三個經(jīng)度值，lng_2-100表示割草機當(dāng)前停止位置的第一百個經(jīng)度值，lat_average₂表示割草機當(dāng)前停止位置的緯度均值，lat_2-1表示割草機當(dāng)前停止位置的第一個緯度值，lat_2-2表示割草機當(dāng)前停止位置的第二個緯度值，lat_2-3表示割草機當(dāng)前停止位置的第三個緯度值，lat_2-100表示割草機當(dāng)前停止位置的第一百個緯度值。

進(jìn)一步的，所述的測算割草機當(dāng)前停止位置和基站位置之間的連線與正北方向的夾角，具體包括：

通過式(5)至式(7)，測算割草機當(dāng)前停止位置和基站位置之間的連線與正北方向的夾角θ：

a＝lat_average₂-lat_average₁ (5)

b＝lng_average₂-lng_average₁ (6)

η＝a tan2(a,b)*180°/π-90° (7)

其中，η∈[-270°,90°]，當(dāng)η≥-180°時，θ＝η；當(dāng)η<-180°時，θ＝η+360°；η、a、b均為中間變量。

進(jìn)一步的，所述步驟S30中，調(diào)整割草機姿態(tài)具體包括：檢測割草機相對于基站的方向，如果在基站的西邊，則依據(jù)式(8)和式(9)計算調(diào)整割草機車身的角度；如果在基站的東邊，則依據(jù)式(10)和式(11)計算調(diào)整割草機車身的角度；

β＝θ-180° (8)

φ＝β-α (9)

β＝θ+180° (10)

φ＝β-α (11)

其中，α表示智能割草機啟動時車頭相對于正北的夾角，φ表示割草機回基站調(diào)整車身的角度。

一種智能割草機回位裝置，包括：

定位模塊：用于檢測割草機當(dāng)前停止位置，并將該信息傳送給控制器；

姿態(tài)角檢測模塊：用于檢測割草機當(dāng)前的姿態(tài)角，并將該信息傳送給控制器；

控制器：用于檢測割草機當(dāng)前停止位置和基站位置之間的連線與正北方向的夾角；還用于計算割草機的調(diào)整姿態(tài)，并向割草機發(fā)送指令；

電機驅(qū)動模塊：用于接收控制器發(fā)送的指令，調(diào)整割草機姿態(tài)，使得割草機行駛到基站位置。

進(jìn)一步的，所述的定位模塊采用型號為ATK-NEO-6M的GPS模塊，姿態(tài)角檢測模塊采用型號為MPU9250的九軸傳感器，控制器采用型號為STM32F407的單片機；單片機與九軸傳感器采用IIC或者SPI的通訊方式，單片機與GPS?？觳捎肬ART串口通訊。

進(jìn)一步的，所述控制器還用于獲取基站的坐標(biāo)位置，坐標(biāo)位置的獲取包括：

通過式(1)和式(2)獲取基站的坐標(biāo)位置：

進(jìn)一步的，所述控制器計算割草機的調(diào)整姿態(tài)具體包括：

檢測割草機相對于基站的方向，如果在基站的西邊，則依據(jù)式(8)和式(9)計算調(diào)整割草機車身的角度；如果在基站的東邊，則依據(jù)式(10)和式(11)計算調(diào)整割草機車身的角度；

β＝θ-180° (8)

φ＝β-α (9)

β＝θ+180° (10)

φ＝β-α (11)

其中，α表示智能割草機啟動時車頭相對于正北的夾角，φ表示割草機回基站調(diào)整車身的角度，β作為中間變量。

本發(fā)明的有益效果是：通過檢測割草機當(dāng)前停止位置和基站位置之間的連線與正北方向的夾角以及割草機當(dāng)前的姿態(tài)角來確定割草機的返回基站的方向，大幅減少了返回基站時的路程，節(jié)省了能源，減少了對環(huán)境的污染，同時也提高了作業(yè)效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明中智能割草機停止位置相對于基站西邊時的坐標(biāo)示意圖；

圖2為本發(fā)明中智能割草機停止位置相對于基站東邊時的坐標(biāo)示意圖；

圖3為本發(fā)明中智能割草機回位裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。

由于智能割草機的適用范圍不是很大，可使用經(jīng)度和緯度作為平面坐標(biāo)，可忽略經(jīng)度和緯度本質(zhì)上球面坐標(biāo)帶來的誤差。即，采用經(jīng)度作為橫坐標(biāo)，緯度作為縱坐標(biāo)，正東為橫坐標(biāo)的正方向，正北為縱坐標(biāo)的正方向。

本發(fā)明實施例的一種智能割草機回位方法，包括以下步驟：

S10檢測割草機當(dāng)前停止位置和基站位置之間的連線與正北方向的夾角；

S20檢測割草機當(dāng)前的姿態(tài)角；

S30根據(jù)S10檢測的夾角以及S20檢測的姿態(tài)角，調(diào)整割草機姿態(tài)，并向割草機發(fā)送行進(jìn)指令，使得割草機行駛到基站位置。

采用上述方法的智能割草機回位方法，可以準(zhǔn)確確定割草機在作業(yè)的任意空間和時間內(nèi)與基站的相對位置，然后調(diào)整割草機的姿態(tài)角，調(diào)轉(zhuǎn)機頭，朝著基站方向行進(jìn)。該方法不需要如現(xiàn)有技術(shù)割草機需要觸碰周圍的邊界線，才能回到基站中。當(dāng)然上述方法也不需要在區(qū)域周邊布設(shè)邊界線。本實施例的方法能夠快捷、準(zhǔn)確的使割草機回位到基站中。

上述實施例中，所述的S10具體包括：

S101獲取基站的坐標(biāo)位置。該步驟具體包括：

利用式(1)和式(2)獲取基站的坐標(biāo)位置：

其中，lng_average₁表示基站的經(jīng)度均值，lng_1-1表示基站的第一個經(jīng)度值，lng_1-2表示基站的第二個經(jīng)度值，lng_1-3表示基站的第三個經(jīng)度值，lng_1-100表示基站的第一百個經(jīng)度值，lat_average₁表示基站的緯度均值，lat_1-1表示基站的第一個緯度值，lat_1-2表示基站的第二個緯度值，lat_1-3表示基站的第三個緯度值，lat_1-100表示基站的第一百個緯度值。100個緯度值和100個緯度值可以通過GPS模塊獲取。本實施例中，100個緯度值和100個緯度值是優(yōu)選個數(shù)。

S102獲取割草機當(dāng)前停止位置坐標(biāo)。該步驟具體包括：

利用式(3)和式(4)獲取割草機當(dāng)前停止位置坐標(biāo)：

其中，lng_average₂表示割草機當(dāng)前停止位置的經(jīng)度均值，lng_2-1表示割草機當(dāng)前停止位置的第一個經(jīng)度值，lng_2-2表示割草機當(dāng)前停止位置的第二個經(jīng)度值，lng_2-3表示割草機當(dāng)前停止位置的第三個經(jīng)度值，lng_2-100表示割草機當(dāng)前停止位置的第一百個經(jīng)度值，lat_average₂表示割草機當(dāng)前停止位置的緯度均值，lat_2-1表示割草機當(dāng)前停止位置的第一個緯度值，lat_2-2表示割草機當(dāng)前停止位置的第二個緯度值，lat_2-3表示割草機當(dāng)前停止位置的第三個緯度值，lat_2-100表示割草機當(dāng)前停止位置的第一百個緯度值。100個緯度值和100個緯度值可以通過GPS模塊獲取。本實施例中，100個緯度值和100個緯度值是優(yōu)選個數(shù)。

S103測算割草機當(dāng)前停止位置和基站位置之間的連線與正北方向的夾角。該步驟具體包括：

利用式(5)至式(7)，測算割草機當(dāng)前停止位置和基站位置之間的連線與正北方向的夾角θ：

a＝lat_average₂-lat_average₁ 式(5)

b＝lng_average₂-lng_average₁ 式(6)

η＝a tan2(a,b)*180°/π-90° 式(7)

其中，η∈[-270°,90°]，當(dāng)η≥-180°時，θ＝η；當(dāng)η<-180°時，θ＝η+360°。

上述實施例中，所述的S30中，調(diào)整割草機姿態(tài)具體包括：檢測割草機相對于基站的方向，如果在基站的西邊，則依據(jù)式(8)和式(9)計算調(diào)整割草機車身的角度φ；如果在基站的東邊，則依據(jù)式(10)和式(11)計算調(diào)整割草機車身的角度φ；

β＝θ-180° 式(8)

φ＝β-α 式(9)

β＝θ+180° 式(10)

φ＝β-α 式(11)

其中，α表示智能割草機啟動時車頭相對于正北的夾角，φ表示割草機回基站調(diào)整車身的角度。

如圖3所示，本發(fā)明實施例還提供一種智能割草機回位裝置，該裝置包括：

定位模塊：用于檢測割草機當(dāng)前停止位置，并將該信息傳送給控制器；

姿態(tài)角檢測模塊：用于檢測割草機當(dāng)前的姿態(tài)角，并將該信息傳送給控制器；

控制器：用于檢測割草機當(dāng)前停止位置和基站位置之間的連線與正北方向的夾角；還用于計算割草機的調(diào)整姿態(tài)，并向割草機發(fā)送指令；

電機驅(qū)動模塊：用于接收控制器發(fā)送的指令，調(diào)整割草機姿態(tài)，使得割草機行駛到基站位置。

上述實施例中，所述的定位模塊采用型號為ATK-NEO-6M的GPS模塊，姿態(tài)角檢測模塊采用型號為MPU9250的九軸傳感器，控制器采用型號為STM32F407的單片機；單片機與九軸傳感器采用IIC或者SPI的通訊方式，單片機與GPS?？觳捎肬ART串口通訊。

所用的檢測姿態(tài)角的模塊是MPU9250九軸傳感器，其傳感器必須水平安裝于智能割草機上，并且傳感器的X軸必須指向車頭的前進(jìn)方向。因為傳感器所測得的偏航角是X軸與正北方向的夾角。夾角正負(fù)根據(jù)右手定則，范圍為[--180°，180°]。電機驅(qū)動模塊采用型號L6229的模塊，電機驅(qū)動模塊安裝在智能割草機上。

智能割草機在從基站啟動前，先記錄100非零數(shù)據(jù)。由于GPS模塊收到的經(jīng)緯度存在精度誤差，將數(shù)據(jù)進(jìn)行均值濾波，如式(1)和式(2)所示，從而得到基站的坐標(biāo)位置。

在基站建立一個極坐標(biāo)系，其中坐標(biāo)軸指向正北，逆時針方向為正，其角度范圍為[—180°，180°]。

當(dāng)智能割草機需要返回基站時，停止前進(jìn)，原地不動，通過GPS模塊獲取第二組100個非零數(shù)據(jù)，進(jìn)行均值濾波，如式(3)和式(4)所示。

智能割草機當(dāng)前停止位置位于基站西邊時，如圖1所示。智能割草機當(dāng)前停止位置位于基站東邊時，如圖2所示。在圖1和圖2中，A點相當(dāng)于基站，B點相對于割草機來說為任意停止且準(zhǔn)備返回基站的位置，θ為AB連線相對于正北的夾角，α為智能割草機啟動時車頭相對于正北的夾角，由MPU9250九軸傳感器在割草機啟動時所記錄；φ為智能割草機回基站調(diào)整車身所需要的角度。智能割草機當(dāng)前停止位置位于基站西邊時，則依據(jù)式(8)和式(9)計算調(diào)整割草機車身的角度；如果位于基站東邊時，則依據(jù)式(10)和式(11)計算調(diào)整割草機車身的角度。

本發(fā)明實施例的基于智能割草機定向回基站的方法及裝置中，控制器通過串口UART與定位模塊(例如GPS模塊)連接，用于接收定位模塊所檢測到的經(jīng)緯度信息?？刂破魍ㄟ^SPI或者IIC的通訊方式與姿態(tài)角檢測模塊(例如，九軸傳感器)相連接，用于接收姿態(tài)角角度信息。當(dāng)需要返回基站時，根據(jù)控制器接收到定位模塊的經(jīng)緯度信息和姿態(tài)角檢測模塊的姿態(tài)角進(jìn)行計算，算出智能割草機相對于基站的位置角度，從而控制器發(fā)送命令給電機驅(qū)動模塊，調(diào)整智能割草機機體姿態(tài)角度，使其朝向基站并向其行進(jìn)。本發(fā)明裝置所需模塊較少，算法簡易，穩(wěn)定可靠，精確度高可以大大減少智能割草機返回基站的路程，提高智能割草機工作效率。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該知曉，實現(xiàn)上述實施例的方法或者系統(tǒng)，可以通過計算機程序指令來實現(xiàn)。該計算機程序指令裝載到可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，例如計算機，從而在可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上執(zhí)行相應(yīng)的指令，用于實現(xiàn)上述實施例的方法或者系統(tǒng)實現(xiàn)的功能。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。