对接机器人割草机的系统和方法与流程

本发明涉及一种在机器人割草机的电池需要充电时将机器人割草机返回充电站的系统和方法，尤其涉及一种将机器人割草机与充电站对接的系统和系统执行方法。

背景技术：

机器人割草机，也称为自行式割草机，已被广泛使用。这些机器人割草机配有可充电电池。当机器人割草机中电池的剩余电量低于一定水平时，通过程序设置使机器人割草机返回充电站以对电池进行充电。在现有技术中，有许多不同的方法用于将机器人割草机返回到充电站。一种常见的方法是：机器人割草机在接收到返回充电站的命令时继续移动，直到检测到边界线；然后沿着边界线移动到设置在边界线旁某处的充电站。当机器人割草机靠近充电站时，对接过程启动，以安全地引导机器人割草机与充电站的充电连接器接触。

美国专利第us8433468号公开了一种机器人割草机寻家系统，其中充电站被连接到外边界线环中。机器人割草机包括多个传感器，用于将每个传感器与外边界线环间的距离相关联。当机器人割草机被命令返回充电站时，其继续运动，直到多个传感器找到外边界线环，然后沿着偏离外边界线指定距离且平行于外边界线的路径沿外边界线环移动。当多个传感器检测到连接在充电站的内线环时，机器人割草机沿垂直于外边界线环的方向转动以进入充电站。机器人割草机每次返回充电站时的指定距离都会改变。通过改变指定的距离，使机器人割草机每次沿着不同的路径回到充电站，可以避免机器人割草机沿着外边界线环移动时对草坪的损坏。

美国专利第us8942862号公开了一种引导机器人园艺工具到预定位置，即到达充电站的方法。机器人园艺工具包括控制单元和用于无线检测引导信号的传感器单元。引导信号在引导线中产生，使得机器人园艺工具在返回充电站时沿该引导线移动。与沿着边界线移动相比，使用引导线通常能使机器人园艺工具回到充电站的路径更短、速度更快。当第一引导线检测到第一引导信号时，机器人园艺工具响应控制单元的命令，并跟随第一引导信号以可变距离沿第一引导线向充电站移动。当机器人园艺工具从第二导线中检测到第二引导信号时，其将跟随第一或第二引导信号中的一个，以预先设定的距离沿着相应的引导线移动到充电站，其中，第二引导信号需在机器人园艺工具移动至距充电站预设距离内方可检测。

虽然，现有技术中已存在许多不同的方法可以控制机器人割草机返回充电站进行充电。但是，仍然存在改进的空间，特别是对于最后阶段，即机器人割草机与充电站对接时，仍存在如何使机器人割草机准确地移动到位，确保机器人割草机的充电触点与对接站牢固连接的问题。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种当机器人割草机需要充电时将机器人割草机返回充电站的方法，以控制其停靠和对接过程，使机器人割草机与充电站充电连接器即将对接的过程简单可靠。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种将机器人割草机与充电站对接的系统执行方法，该系统包括具有控制单元和至少一个传感器的机器人割草机、边界线、充电站环路以及充电站，所述边界线在所述充电站中形成一个比所述充电站环路窄且穿过所述充电站环路的边界线环路。该方法的机器人割草机通过接收控制单元的返回信号返回充电站进行充电。该方法具体包括：控制机器人割草机与边界线之间保持一定距离并沿边界线移动，直到通过至少一个传感器检测到充电站环路；然后，控制割草机机器人沿着充电站环路向远离边界线的方向移动，直到至少一个传感器检测到充电站环路与边界线环路之间的交叉点；在检测到交叉点后，控制机器人割草机沿充电站环路移动第一距离，然后继续驱动机器人割草机沿直线前进第二距离。当机器人割草机移动第二距离后，通过控制单元控制机器人割草机转向充电站，然后通过至少一个传感器控制机器人割草机沿边界线环路移动直至到达充电位置。

作为本发明的进一步改进，控制机器人割草机转向充电站的步骤包括：控制机器人割草机朝向充电站转动第一预设角度，控制机器人割草机后退第三距离，控制机器人割草机朝向充电站转动第二预设角度。优选地，重复该步骤，直到机器人割草机与边界线环路对齐。

作为本发明的进一步改进，机器人割草机以一随机距离沿边界线移动。

作为本发明的进一步改进，当至少一个传感器位于充电站前的一特定位置时，机器人割草机移动第一距离和第二距离；第一和第二距离是预设距离。

作为本发明的进一步改进，机器人割草机朝向所述充电站转动，直至至少一个所述传感器通过所述边界线环路。

作为本发明的进一步改进，机器人割草机设置有三个传感器，包括两个前置传感器和一个后置传感器，当其中一个前置传感器经过所述充电站环路时，确定检测到充电站环路。

作为本发明的进一步改进，机器人割草机设置有四个传感器，包括两个前置传感器和两个后置传感器，且当其中一个后置传感器经过充电站环路和边界线环路时，机器人割草机依次移动第一距离和第二距离。

作为本发明的进一步改进，距离边界线最远的前置传感器用于控制机器人割草机沿充电站环路移动。

本发明的另一目的在于提供一种使得机器人割草机与充电站充电对接过程简单可靠的系统；即一种使机器人割草机与充电站对接的系统。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种使机器人割草机与充电站对接的系统，包括机器人割草机、边界线、充电站环路以及充电站，所述边界线在充电站中形成一个比充电站环路窄且穿过充电站环路的边界线环路，机器人割草机还包括控制单元和至少一个传感器，所述控制单元包括处理器和存储器，存储器用于存储由处理器执行的指令，当处理器执行这些指令时系统将执行：

-所述机器人割草机接收控制单元发出的返回充电站的返回信号；

-控制所述机器人割草机与所述边界线之间保持一定距离并沿所述边界线移动；

-通过至少一个传感器检测所述充电站环路；

-通过至少一个传感器控制机器人割草机在远离边界线的方向上沿充电站环路移动，

-通过至少一个传感器检测充电站环路和边界线环路之间的交叉点，

-在检测到所述交叉点后，控制机器人割草机沿充电站环路移动第一距离，

-继续驱动机器人割草机沿直线方向向前移动第二距离，

-通过控制单元控制机器人割草机朝向充电站转动，以及

-通过至少一个传感器控制机器人割草机沿边界线环路移动直至到达充电位置。

作为本发明的进一步改进，系统还执行：控制机器人割草机朝向充电站转动第一预设角度，控制机器人割草机后退第三距离，控制机器人割草机朝向充电站转动第二预设角度。优选地，系统被配置为重复该步骤，直到机器人割草机与边界线环路对齐。

作为本发明的进一步改进，所述机器人割草机以一随机距离沿所述边界线移动。

作为本发明的进一步改进，当至少一个传感器位于充电站前的一特定位置时，机器人割草机移动第一距离和第二距离；第一和第二距离是预设距离。

作为本发明的进一步改进，机器人割草机朝向所述充电站转动，直至至少一个所述传感器通过所述边界线环路。

作为本发明的进一步改进，机器人割草机设置有三个传感器，包括两个前置传感器和一个后置传感器，当其中一个前置传感器经过所述充电站环路时，确定检测到充电站环路。

作为本发明的进一步改进，机器人割草机设置有四个传感器，包括两个前置传感器和两个后置传感器，且当其中一个后置传感器经过充电站环路和边界线环路时，机器人割草机依次移动第一距离和第二距离。

作为本发明的进一步改进，通过两个前置传感器来控制机器人割草机，使得机器人割草机沿边界线环路到达充电位置。

本发明的另一个目的在于提供一种通过导线控制机器人割草机与充电站对接的系统执行方法，且该方法简单可靠。当机器人割草机需要充电且机器人割草机使用一根导线返回充电站时，将机器人割草机与充电站对接。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种控制机器人割草机与充电站对接的系统执行方法，该系统包括具有控制单元和至少一个传感器的机器人割草机、边界线、充电站环路、充电站以及至少一根导线。边界线在充电站中形成一个比充电站环路窄且穿过充电站环路的边界线环路。在该方法中，机器人割草机接收控制单元的返回信号以返回充电站。机器人割草机被控制为以随机距离沿导线移动，直到机器人割草机通过至少一个传感器检测到充电站环路。当检测到充电站环路时，控制机器人割草机靠近导线移动，直到至少一个传感器检测到机器人割草机通过边界线环路，至少一个传感器控制机器人割草机沿边界线环路移动，直至到达充电位置。

作为本发明的进一步改进，机器人割草机设置有三个传感器，包括两个前置传感器和一个后置传感器，且当其中一个前置传感器经过充电站环路时确定检测到边界线环路。进一步的，在对接过程中，两个前置传感器均用于控制机器人割草机，使得机器人割草机沿边界线环路移动至充电位置。

本发明的另一个目的在于提供一种通过导线控制机器人割草机与充电站对接的系统，且该系统简单、可靠。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种控制机器人割草机与充电站对接的系统，包括机器人割草机、边界线、至少一根导线、充电站环路、以及充电站，所述边界线在充电站中形成一个比充电站环路窄且穿过充电站环路的边界线环路；机器人割草机还包括控制单元和至少一个传感器，所述控制单元包括处理器和存储器，存储器用于存储由处理器执行的指令，以控制系统执行：

-所述机器人割草机接收所述控制单元发出的返回所述充电站的返回信号，

-控制所述机器人割草机以随机距离沿所述导线移动，

-通过至少一个传感器检测所述充电站环路，

-控制所述机器人割草机贴近所述导线移动，

-通过至少一个传感器检测所述机器人割草机是否通过边界线环路，以及

-通过至少一个传感器控制机器人割草机沿边界线环路移动直至到达充电位置。

作为本发明的进一步改进，所述机器人割草机设置有三个传感器，包括两个前置传感器和一个后置传感器，且当其中一个所述前置传感器经过所述充电站环路时，确定检测到充电站环路，进一步的，在对接过程中，两个前置传感器均用于控制所述机器人割草机沿边界线环路移动至充电位置。

为实现上述发明目的，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序可被控制单元中的处理器执行，以实现前述的机器人割草机与充电站对接的系统执行方法。

本发明的有益效果是：通过提供将机器人割草机与充电站对接的方法和系统，使得机器人割草机与充电站的对接过程可靠、简单，保证机器人割草机与充电站的充电触点安全接触。

与使用独立的环路将割草机引导到充电位置的充电站相比，本发明有效的降低了充电站的组件成本，减少了环线的数量，也减少了系统需要和使用的计算机程序的数量，进一步降低了系统的复杂性。

附图说明

下面将结合示例性附图对本发明进行描述

图1是将机器人割草机与充电站对接的系统的示意图。

图2a是机器人割草机一示例性实施例的示意图。

图2b是机器人割草机另一示例性实施例的示意图。

图3是机器人割草机中的控制单元的示意图。

图4是信号发生器的示意图。

图5a至图5m示出了机器人割草机经由边界线与充电站对接时的对接步骤。

图6a至图6d示出了当机器人割草机经由导线与充电站对接时的对接步骤。

图7是将机器人割草机与充电站对接的示例性方法的流程图。

图8是将机器人割草机与充电站对接的另一示例性方法的流程图。

具体实施方式

以下说明书部分将详细描述机器人割草机与充电站对接的示例性实施例。

图1所示为一种将机器人割草机2与充电站11对接的系统的示意图，为使附图显示更加清楚，图1中对机器人割草机2进行放大示出。机器人割草机2，也称为自走式割草机，为一种采用电池供电且需定期充电的电动工具。机器人割草机2在使用期间可在以边界线4围绕形成的区域a上移动。边界线4可以以多种不同的方式进行设置，以界定机器人割草机2的可移动区域a。优选的，边界线4设置在草坪的地面下，以隐藏边界线4，当然，边界线4也可以设置在地表上或地面上。边界线4为单芯型的普通铜线，当然在其他实施例中，边界线4还可为本领域技术人员公知的多股线等。请参图1所示，边界线4在充电站11中形成边界线环路4a，边界线环路4a用于引导机器人割草机2与充电站11充电接触，以下说明书部分将对此进行详细描述。

所述系统还包括前述充电站11。充电站11如图1虚线所示，以使图面更加清晰。充电站11为机器人割草机2进行充电的地方，在本发明的一个实施例中，充电站11被设置为充电板，以方便机器人割草机2与充电板对接进行充电。充电板的设置使得机器人割草机2在对接过程中处于均匀且连续的平面上，保证对接过程更精确。如图1所示，为了识别充电站11的所在位置，充电站11的周围设置有充电站环路10，所述边界线环路4a比充电站环路10窄并且穿过充电站环路10。

在本发明的一个实施例中，所述系统还设置有一根或多根导线8。导线8用于引导机器人割草机2返回充电站11。通常情况下，机器人割草机2沿着边界线4回到充电站11，机器人割草机2的移动距离取决于其开始沿着边界线4移动的位置，这可能是相当长的一段距离。众所周知，通过使用导线8，机器人割草机2可以以一种更快、能量消耗更少的方式返回到充电站11。

边界线4、充电站环路10以及可选地一个或多个导线8均连接到信号发生器6中，众所周知，信号发生器6可用于向边界线4、充电站环路10以及导线8提供交流电和ac信号，当机器人割草机2在感应距离内时，则可识别出其正在探测的边界线4、充电站环路10以及导线8。

请参阅图2a，为本发明机器人割草机2的示例性实施例。机器人割草机2包括控制单元22、滚轮20、至少一个传感器12、14和/或16以及电池18。请结合图3，控制单元22包括用于控制机器人割草机2的运动的处理器80。当机器人割草机2工作时，传感器12、14及16可感测到由边界线4、充电站环路10及导线8产生的磁场。所感知到的磁场(信号)在控制单元22中被解码，以确定磁场(信号)是从哪个环路或线路中接收到的。优选的，机器人割草机2设有三个传感器，包括两个前置传感器12、14和一个后置传感器16。在本示例性实施例中，两个前置传感器12、14中的一个用于检测充电站环路10的存在，如此设置，有利于提高对接过程的精度。

请参阅图2b，为本发明机器人割草机2的另一个示例性实施例，与前述的示例性实施例相比，两者的区别之处在于：本实施例的机器人割草机2包括两个后置传感器17、19，而不是一个。故，其余相似部分于此不再赘述。在本实施例中，两个后置传感器17、19的设置，可以进一步提高对接过程的精度。例如，对接过程中，这两个后置传感器17、19可以择一使用或者两个都使用，以确定机器人割草机2分别相对于充电站环路10和边界线环路4a的第一距离和第二距离是否到达；以下说明书部分将对此进行详细描述。

请参阅图3所示，为机器人割草机2的控制单元22的示意图。控制单元22包括处理器80和存储器82。存储器82包括包含计算机程序代码的计算机程序84，即指令。当在处理器80上执行代码时，计算机程序代码适于控制机器人割草机2执行方法步骤。控制单元22还包括用于与传感器12、14及16(或传感器12、14、17及19)通信的接口86和用于控制机器人割草机2运动的电机。

处理器80可以包括单个中央处理单元(cpu)，也可以包括两个或更多个中央处理单元。例如，处理器80可以包括通用微处理器，指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器，例如专用集成电路(asic)，现场可编程门阵列(fpga)或复杂可编程逻辑器件(cpld器件)。处理器80还可以包括用于高速缓存的存储器。

图4所示为信号发生器6的示意图。信号发生器6包括处理器60和存储器62。存储器62包括包含计算机程序代码的计算机程序64，即指令。当在处理器60上执行计算机程序代码时，计算机程序代码适于实现由信号发生器6执行的方法步骤。信号发生器6还包括用于将产生的ac信号发送到边界线4、充电站环路10以及导线8的接口66。

与处理器80相同，处理器60可以包括单个中央处理单元(cpu)，也可以包括两个或更多个中央处理单元。例如，处理器60可以包括通用微处理器，指令集处理器和/或相关芯片组和/或专用微处理器，例如专用集成电路(asic)，现场可编程门阵列(fpga)或复杂可编程逻辑器件(cpld器件)。处理器60还可以包括用于高速缓存的存储器。

请一并参阅图5a～图5k并结合图7所示，将更详细地描述本发明将机器人割草机2与充电站11对接的系统执行方法的示例性实施例。该方法自步骤s100开始，机器人割草机2接收来自控制单元22的返回信号，该返回信号命令机器人割草机2返回充电站11。步骤s100可以通过检测电池18的电量低于阈值来触发。预先设定阈值是为了使机器人割草机2能够在电池电量耗尽之前安全的返回充电站11，即使当其返回充电站11的路径最长时。

当机器人割草机2接收到返回充电站11的命令时，其开始在区域a内移动，直至传感器12、14及16(或12、14、17及19)中的一个或多个检测到边界线4。步骤s102中，当检测到边界线4时，控制机器人割草机2以固定或随机距离rd沿边界线4移动。每次机器人割草机2接收到返回充电站11的命令时，控制单元22中的随机发生器可以随机性确定上述随机距离。因此，控制单元22可决定机器人割草机2该回到充电站11了，生成一个随机距离，并向机器人割草机2发送返回命令和返回过程中与边界线4之间的距离。通过使用不同距离控制机器人割草机2回到充电站11，可以避免在草坪上留下机器人割草机2的行动路径。

在步骤s104中，机器人割草机2将以随机距离rd沿边界线4移动，直至通过至少一个传感器12、14、16、17或19检测到所述充电站环路10。在本示例性实施例中，当其中一个前置传感器12、14在经过充电站环路10时，可确定检测到充电站环路10。作为响应，在步骤s106中，控制单元22通过至少一个传感器12、14、16、17或19控制机器人割草机2在远离边界线4的方向上沿充电站环路10移动。在本发明的另一个示例性实施例中，在检测到充电站环路10之后，机器人割草机2在步骤s105的控制下沿靠近边界线4的方向移动，以更好地控制对接过程。不过这只是个选择项，在图7中以虚线框显示。

在步骤s108中，机器人割草机2沿充电站环路10移动并在充电站环路10转动90度时进行90度转弯，直至至少一个传感器12、14、16检测到充电站环路10与边界线环路4a之间的交叉点。在步骤s110中，交叉点的检测将触发机器人割草机2沿充电站环路10移动第一距离。所述第一距离足够长，以使机器人割草机2与充电站环路10中远离边界线4的一边平行。在步骤s112中，当机器人割草机2移动第一距离后，控制机器人割草机2沿直线方向继续向前移动第二距离。所述第一距离和所述第二距离为预设距离。且在步骤s112之后，机器人割草机2所处的位置通常是相同的，这将确保机器人割草机2与充电站11充电触点之间的对接能够顺利运行。

在步骤s114中，机器人割草机2在控制单元22的控制下，将在步骤s112中所处的位置，旋转或转动一个预定的角度，以朝向充电站11。机器人割草机2也将被控制旋转，直至前置传感器12、14通过边界线4朝向充电站11。在步骤s116中，控制单元22可通过至少一个传感器12、14、16，引导转弯后的机器人割草机2沿边界线环路4a移动直至移动至充电位置。

通常情况下，充电站环路10和/或边界线环路4a会产生磁场，而位于充电站环路10和/或边界线环路4a附近的磁场强度要高于位于其环路正上方的磁场强度。这可能是由充电站6的充电板内部和周围的强磁场造成的，因为所有的电缆和电线的空间有限。为了确保机器人割草机2能够正确地沿着充电站环路10移动，可以使用距离边界线4最远的前置传感器12、14来控制机器人割草机2的移动，以实现与充电站11的对接。然而，这可能导致步骤s112之后的机器人割草机2因位置过于靠近充电站11而无法转弯，如图5h所示。

为了使机器人割草机2与充电站11顺利对接，可以将步骤s114分成以下几个步骤依次执行。首先，控制机器人割草机2朝向充电站11旋转或转动第一预设角度，见图5i；然后，控制机器人割草机2朝远离充电站11的方向后退预定距离，见图5j；最后，控制机器人割草机2朝向充电站11旋转或转动第二预设角度，见图5k。这一系列步骤都是为了确保机器人割草机2与边界线环路4a能够对齐，从而在执行步骤s116之前与充电站11的充电触点对齐。如有必要，可重复上述步骤，直至达到最佳对齐。

在本发明的一示例性实施例中，机器人割草机2设置有三个传感器，包括两个前置传感器12、14和一个后置传感器16，当至少一个前置传感器12、14经过充电站环路10时，确定检测到充电站环路10。如本领域技术人员所理解的，在使用三个或者四个传感器控制机器人割草机2进行充电对接时，传感器的排列和设置形式是多样的。例如，在步骤s116中，两个前置传感器12、14均可用于控制机器人割草机2，以提高机器人割草机2沿边界线环路4a移动至充电位置时的移动精度。此外，边界线环路4a的宽度可以根据两个前置传感器12、14之间的实际距离进行调整，以增加对接过程的稳健性。

当机器人割草机2设置有四个传感器12、14、17及19时，则步骤s110和s112以不同的方式进行。在步骤s110中，当后置传感器17、19中的任一个位于充电站11前的一特定位置(已知位置)时，例如，当任一个后置传感器17、19到达充电站环路10时，即移动第一距离。步骤s112中，当任一个后置传感器17、19位于充电站11前的另一个已知位置时，即移动第二距离，例如当任意一个后置传感器17或19到达边界线环路4a时。这些可替代步骤在图5l和5m中展示。

请一并参阅图6a～图6d并结合图8，将更详细地描述本发明将机器人割草机2与充电站11对接的系统执行方法的另一示例性实施例。先前描述的方法与该方法之间的区别在于：本示例性实施例中机器人割草机2通过导线8返回充电站11，而不是边界线4，这使得机器人割草机2返回充电站11时的时间更短。该方法自步骤s200开始，机器人割草机2接收来自控制单元22的返回信号，机器人割草机2接收返回信号后返回充电站11。如上所述，步骤s200可以通过检测电池18的电量低于阈值来触发。当然，步骤s200还可以通过其他触发事件触发，例如，雨水传感器检测到雨水。

当机器人割草机2接收到返回充电站11的命令时，其开始在割草区域a内移动，直至传感器12、14及16中的一个或多个检测到导线8。步骤s202中，当检测到导线8时，控制机器人割草机2以随机距离rd沿导线4移动。如上所述，控制单元22中的随机发生器可以确定该随机距离的随机性。

在步骤s204中，机器人割草机2将以随机距离rd沿导线8移动，直至至少一个传感器12、14、16检测到充电站环路10。在本示例性实施例中，任意一个前置传感器12、14在经过充电站环路10时，均可对其进行检测。如上所述，在步骤s206中，控制单元22控制机器人割草机2靠近导线8移动。如此设置，可确保机器人割草机2沿着导线8穿过边界线环路4a。因此，机器人割草机2在移动过程中与导线8之间的间距的大小，取决于边界线环路4a的宽度。

在步骤s208中，机器人割草机2以更近的距离继续沿着导线8移动，直至至少一个传感器12、14、16检测到机器人割草机2通过边界线环路4a。进一步的，在步骤210中，控制机器人割草机2通过至少一个传感器12、14、16沿边界线环路4a移动直至到达充电位置。如上所述，在使用三个传感器12、14、16控制机器人割草机2进行充电对接时，传感器12、14、16的排列和设置形式是多样的。例如，在步骤s210中，两个前置传感器12、14都用来控制机器人割草机2沿边界线环路4a移动，以提高机器人割草机2沿边界线环路4a移动至充电位置时的移动精度。此外，边界线环路4a的宽度可以根据两个前置传感器12、14之间的实际距离进行调整，以增加对接过程的稳健性。

需要说明的是，尽管结合具体示例性实施方式对本发明进行了示例性的描述，但是，本发明并不限于上述示例性的实施方式。本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”意指不排除其他的因素或步骤。另外，本发明列出了一种或者多种实施方式来实现本发明，例如单个单元或处理器来实现多个装置或元件，尽管不同的实施方式中包括不同的技术特征，但本领域的普通技术人员应当理解，可以将这些技术特征有利地组合，并且包括在不同的权利要求中并不意味着特征的组合是不可行的和/或不利的。另外，单数设置不排除多个设置的实施方式。术语“一”、“一个”、“第一”、“第二”等不排除多个。权利要求中的附图标记仅作为示例性提供，不应被解释为以任何方式限制权利要求的范围。