本發(fā)明涉及智能割草機器人領(lǐng)域，尤其涉及到一種面向割草機器人的Zigbee定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
智能割草機器人是集環(huán)境感知、路徑動態(tài)規(guī)劃和行為控制等多種功能于一體的綜合機器人系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的草坪修剪機械相比，割草機器人可以降低草坪維護作業(yè)的勞動強度。要實現(xiàn)割草作業(yè)的路徑規(guī)劃，割草機器人的定位非常重要。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻資料的檢索發(fā)現(xiàn)，割草機器人最常用的定位方式是用電纜圍出整個工作區(qū)域和障礙物、可稱之為電子籬笆線，利用渦流傳感器得到工作區(qū)域的范圍和路徑，當(dāng)割草機器人感應(yīng)到電纜時，便沿電纜環(huán)繞運行或轉(zhuǎn)向進行割草，如專利號CN102902272A所示。專利號CN102889850A所公開的割草機器人邊界識別方法也是利用電磁感應(yīng)原理，與電子籬笆線的原理一致。專利號CN104898551A所公開的全自動割草機器人定位系統(tǒng)采用雙視覺的方式，利用兩個攝像頭構(gòu)成的視覺模塊，結(jié)合一定的數(shù)學(xué)計算方法來定位機器人。專利號CN105612909A則采用視覺和多傳感融合的方法，其中多傳感器模塊包括光電碼盤傳感器和電子羅盤傳感器。由于電子籬笆線定位方法比較簡單，定位精度不高，只能定位機器人的位置在線內(nèi)或者線外，不能具體實現(xiàn)在某個確定位置的定位，局限性很大；視覺定位方法，尤其是雙視覺方式，成本較高，而且識別精度和所采用的視覺算法有很大關(guān)系。
因此，我們有必要對這樣一種結(jié)構(gòu)進行改善，以克服上述缺陷。
ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國際標準規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。這一名稱(又稱紫蜂協(xié)議)來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的“舞蹈”來與同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。其特點是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率。主要適合用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。簡而言之，ZigBee就是一種便宜的，低功耗的近距離無線組網(wǎng)通訊技術(shù)。ZigBee是一種低速短距離傳輸?shù)臒o線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。ZigBee協(xié)議從下到上分別為物理層(PHY)、媒體訪問控制層(MAC)、傳輸層(TL)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)、應(yīng)用層(APL)等。其中物理層和媒體訪問控制層遵循IEEE802.15.4標準的規(guī)定。在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信，這些傳感器只需要很少的能量，以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點傳到另一個節(jié)點，所以它們的通信效率非常高。通過采用ZigBee技術(shù)可以有效得達到本發(fā)明的目的。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于Zigbee的割草機器人定位系統(tǒng)。該定位系統(tǒng)成本低、實現(xiàn)方便，定位精度高，為戶外割草機器人的定位提供了一種簡便高效的方法。
本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
面向割草機器人的Zigbee定位系統(tǒng)，
包括若干設(shè)置于割草場地周圍的Zigbee固定節(jié)點；所述割草場地內(nèi)設(shè)有一割草機器人，所述割草機器人上設(shè)有隨著割草機器人一起移動的Zigbee移動節(jié)點；
所述面向割草機器人的Zigbee定位系統(tǒng)還包括一運行整個割草機器人集數(shù)據(jù)顯示處理、網(wǎng)關(guān)維護、Zigbee固定節(jié)點Zigbee移動節(jié)點程序燒寫和機器人路徑規(guī)劃功能為一體的監(jiān)控軟件的主控計算機，網(wǎng)關(guān)利用數(shù)據(jù)線通過仿真器和主控計算機連接；
所述網(wǎng)關(guān)作為連接主控計算機和Zigbee固定節(jié)點、Zigbee移動節(jié)點之間的橋梁，通過Zigbee無線通訊的方式和Zigbee固定節(jié)點、Zigbee移動節(jié)點進行通訊。
進一步的，根據(jù)割草場地的形狀可以將若干固定節(jié)點布置為方形或者圓形。
所述的Zigbee移動節(jié)點固定在割草機器人上，Zigbee移動節(jié)點通過收集和自己相近的Zigbee固定節(jié)點的位置信息，計算出自身的位置(坐標)信息，然后將信息發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)再發(fā)送給主控計算機，因此就可以在主控計算機上實現(xiàn)割草機器人位置信息的顯示、查詢。根據(jù)位置信息，主控計算機的機器人控制軟件向割草機器人發(fā)送指令。
所述的割草機器人在草地上，接收主控計算機的命令，例如前進、后退、拐彎等動作，完成割草作業(yè)。
本發(fā)明的優(yōu)點在于：
本發(fā)明采用市場上開發(fā)成熟的Zigbee定位模塊，利用其自帶的定位算法實現(xiàn)割草機器人的精確定位。該定位方法給出的是割草機器人的精確坐標值，這就克服了電子籬笆線方法只能確認線內(nèi)線外的定位方式，可以在主控計算機上方便地觀察割草機器人在草坪中的位置，從而規(guī)劃相應(yīng)的割草路徑；通個增加固定節(jié)點個數(shù)和改變節(jié)點的布局可以提高本發(fā)明定位系統(tǒng)的精度，例如方形草坪可以采用方形布局，而圓形草坪可以采用圓形布局，如果草坪面積較大，可以適當(dāng)增加固定節(jié)點的個數(shù)，以提高定位精度。
本發(fā)明采用基于Zigbee的無線定位模塊可以非常容易地實現(xiàn)割草機器人的定位。首先，Zigbee采用無線定位技術(shù)，擺脫了有線電纜的限制，不再需要電子籬笆線。Zigbee定位成本低，有成熟的Zigbee定位模塊可以選用，成本比攝像頭模塊，GPS模塊都便宜；另外，Zigbee組網(wǎng)靈活，定位節(jié)點的個數(shù)及布局方式可以根據(jù)割草范圍的大小調(diào)整，對草坪形狀和面積具有很大的適應(yīng)性。
附圖說明
圖1是本發(fā)明提出的一種面向割草機器人的Zigbee定位系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合圖示與具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。
如圖1所示，本發(fā)明提出的面向割草機器人的Zigbee定位系統(tǒng)，
包括若干設(shè)置于割草場地周圍的Zigbee固定節(jié)點；所述割草場地內(nèi)設(shè)有一割草機器人，所述割草機器人上設(shè)有隨著割草機器人一起移動的Zigbee移動節(jié)點；
所述面向割草機器人的Zigbee定位系統(tǒng)還包括一運行整個割草機器人集數(shù)據(jù)顯示處理、網(wǎng)關(guān)維護、Zigbee固定節(jié)點Zigbee移動節(jié)點程序燒寫和機器人路徑規(guī)劃功能為一體的監(jiān)控軟件的主控計算機，網(wǎng)關(guān)利用數(shù)據(jù)線通過仿真器和主控計算機連接；
所述網(wǎng)關(guān)作為連接主控計算機和Zigbee固定節(jié)點、Zigbee移動節(jié)點之間的橋梁，通過Zigbee無線通訊的方式和Zigbee固定節(jié)點、Zigbee移動節(jié)點進行通訊。
進一步的，根據(jù)割草場地的形狀可以將若干固定節(jié)點布置為方形或者圓形。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括：主控計算機、網(wǎng)關(guān)、Zigbee固定節(jié)點、Zigbee移動節(jié)點和割草機器人。其中Zigbee固定節(jié)點固定在割草場地上，可以布置為正方形。Zigbee定位節(jié)點中的移動節(jié)點固定在割草機器人上，隨機器人一起移動。固定節(jié)點和移動節(jié)點通過網(wǎng)關(guān)和主控計算機進行通訊。
所述的主控計算機作為一個控制中心，運行整個割草機器人監(jiān)控軟件。該軟件有數(shù)據(jù)顯示及處理、網(wǎng)關(guān)維護、Zigbee固定節(jié)點Zigbee移動節(jié)點程序燒寫、機器人路徑規(guī)劃等功能。管理人員通過該軟件可以實時的監(jiān)控整個Zigbee定位系統(tǒng)。
所述的網(wǎng)關(guān)利用數(shù)據(jù)線通過仿真器和主控計算機相連，通過Zigbee無線通訊的方式和Zigbee固定節(jié)點，Zigbee移動節(jié)點進行通訊，是連接主控計算機和Zigbee固定節(jié)點、Zigbee移動節(jié)點的橋梁。
所述的Zigbee固定節(jié)點布置在草地上，可根據(jù)草地形狀布置為方形，圓形等。固定節(jié)點向網(wǎng)關(guān)和移動節(jié)點發(fā)送位置信息。
所述的Zigbee移動節(jié)點固定在割草機器人上，Zigbee移動節(jié)點通過收集和自己相近的Zigbee固定節(jié)點的位置信息，計算出自身的位置(坐標)信息，然后發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)再發(fā)送給主控計算機，因此就可以在主控計算機上實現(xiàn)割草機器人位置信息的顯示、查詢。根據(jù)位置信息，主控計算機的機器人控制軟件向割草機器人發(fā)送指令。
所述的割草機器人在草地上，接收主控計算機的命令，例如前進、后退、拐彎等動作，完成割草作業(yè)。
本發(fā)明的實施例：
實施例1.通個增加固定節(jié)點個數(shù)和改變節(jié)點的布局可以提高本發(fā)明定位系統(tǒng)的精度，方形草坪可以采用方形布局，而圓形草坪可以采用圓形布局，如果草坪面積較大，可以適當(dāng)增加固定節(jié)點的個數(shù)，以提高定位精度。
實施例2.網(wǎng)關(guān)采用德州儀器生產(chǎn)CC2430模塊，該模塊是一款專用于Zigbee協(xié)議通訊的片上系統(tǒng)解決方案。在單個芯片上集成了CPU、存儲器、常用片內(nèi)外設(shè)和RF射頻單元。網(wǎng)關(guān)是主控計算機和Zigbee固定節(jié)點，Zigbee移動節(jié)點進行通訊的橋梁。
實施例3.Zigbee固定節(jié)點采用CC2430模塊，其特性如實施例2中所述，Zigbee固定節(jié)點的位置坐標通過設(shè)置已經(jīng)確定。Zigbee固定節(jié)點按一定的頻率和移動節(jié)點進行通訊，發(fā)送自己的位置給移動節(jié)點，以便Zigbee移動節(jié)點根據(jù)這些固定的位置信息進行定位。
實施例4.Zigbee移動節(jié)點采用CC2431模塊。CC2431芯片具備CC2430芯片的所有功能，但是比CC2430芯片多了一個定位引擎。Zigbee定位采用的是Received Signal Strength Indicator(RSSI)節(jié)點接收信號強度技術(shù)，運用發(fā)射信號的強度大小會隨著無線電波傳播距離的增加而不斷減小的原理來實現(xiàn)的。定位系統(tǒng)中的Zigbee移動節(jié)點能夠與離自己最近的參考節(jié)點通信，收集這些節(jié)點的坐標值和RSSI值，根據(jù)這些信息和預(yù)先設(shè)定的其他參數(shù)計算自己的坐標信息。將自己的定位信息發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，通過RS232傳給主控計算機上的定位監(jiān)控系統(tǒng)。
本發(fā)明中所提出的割草機器人為現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備，本領(lǐng)域相關(guān)技術(shù)人員可根據(jù)實際需求選用。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等同物界定。