自动行走设备及其向停靠站回归的方法

自动行走设备及其向停靠站回归的方法
【专利摘要】本发明涉及一种自动行走设备以及其向停靠站回归的方法，所述自动行走设备包括：壳体、行走模块，所述行走模块包括安装在壳体上的轮组和驱动所述轮组的行走马达、安装在壳体上的图像采集装置，安装在壳体上、执行预定工作的工作模块、连接图像采集装置、工作模块和行走模块以控制自动行走设备工作的主控模块，所述回归方法包括以下步骤：a.监控所述图像采集装置采集的图像中是否出现边界；b.若监控到边界，行走到达边界位置；c.沿边界行走。本发明中通过采用图像采集装置监控边界并沿边界回归停靠站，避免了需要开槽埋设物理边界线，布置工作系统简单省力。
【专利说明】自动行走设备及其向停靠站回归的方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种自动行走设备，还涉及一种自动行走设备向停靠站回归的方法。

【背景技术】
[0002] 目前，随着人类生活节奏的加快，自动化的家庭设备在全球越来越受到欢迎。由于 其具有自动工作程序而自行工作，这样并不需要人力始终操控。人们可以从繁重的家庭任 务中解脱出来，节省了大量的精力从而得到更多的休闲时光。这种自动化的家庭设备也称 自动行走设备，包括像主要用于房间清洁的自动吸尘器，还包括像主要用于家庭花园的自 动割草机等。
[0003] 自动行走设备上，边界确认和自动回归是两件关键技术，边界确认使自动行走设 备能够区分工作区域和非工作区域，以在工作区域内工作；自动回归使自动行走设备在特 定情况下返回停靠站，如需要补充能量、需要维护以及非工作时段停靠等。以智能割草机为 例，通常边界确认和自动回归都依赖边界电线实现，此技术需要首先围绕工作区域布设一 圈边界电线，停靠站设置在边界电线上。边界电线通电后在周围空间产生电磁场，自动行走 设备依靠检测电磁场信号来判断工作区域和非工作区域；在需要回归时，自动行走设备沿 着电线行走就能回到停靠站。
[0004] 上述方案的弊端在于在使用前需要人工在边界上开槽埋设电线，较为麻烦，并且 维持边界电线需要持续耗电。


【发明内容】

[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种成本低，初始安装容易的自动行走设备。
[0006] 本发明解决现有技术问题所采用的技术方案是：一种自动行走设备，包括：壳体； 行走模块，所述行走模块包括安装在壳体上的轮组和驱动所述轮组的行走马达；图像采集 装置，安装在壳体上；工作模块，执行预定工作；主控模块，连接图像采集装置、工作模块和 行走模块以控制自动行走设备工作，其特征在于：所述图像采集装置采集壳体前方区域的 图像，并将所述图像传递到主控模块，所述前方区域至少包括壳体前方地面的预定区域，所 述主控模块分析所述图像中的与所述预定区域对应的预定图像块，以监控所述预定区域中 是否出现边界，并在监控到边界时使自动行走设备处于边界位置，并沿边界行走。
[0007] 优选的，所述预定区域的宽度大于壳体的宽度，所述主控模块将预定图像块划分 为对应于预定区域的若干子区域的相应若干子图像块，并分析各个子图像块以将相对应的 子区域识别为工作区域或非工作区域中的一个，当一个子区域为非工作区域且其相邻子区 域为工作区域时，主控模块判断边界位于该子区域中。
[0008] 优选的，沿边界行走时，所述主控模块控制行走模块，以保持壳体位于工作区域 内，且边界位于壳体的特定一侧。
[0009] 优选的，所述图像采集装置采集图像并传递给主控模块，所述主控模块将所述图 像的预定图像块分为中部、右部和左部三个子图像块，分别对应于自动行走设备正前方和 自动行走设备等宽的中间区域、所述中间区域右侧的右侧区域、所述中间区域左侧的左侧 区域三个子区域，所述主控模块控制行走模块动作以调整自动行走设备的位置，保持中部 对应的中间区域识别为工作区域，左部或右部对应的左侧区域或右侧区域识别为非工作区 域且边界位于其中，以保持壳体位于工作区域内，且边界位于壳体的特定一侧。
[0010] 优选的，所述主控模块还包括边界识别单元，所述边界识别单元判断当前沿行的 边界是否通向停靠站，若判断结果为否，所述主控模块控制行走模块，使自动行走设备离开 当前沿行的边界。
[0011] 优选的，所述边界识别单元判断在预设的时间或预设的距离内自动行走设备的行 走方向，并将判断结果和预设标准结果比对，若一致，判断当前沿行的边界连接到停靠站， 若不一致，判断当前沿行的边界未连接到停靠站。
[0012] 优选的，所述边界识别单元计算在预设的时间或预设的距离内自动行走设备的累 计偏转量，将所述累计偏转量和预设值比较以判断自动行走设备的行走方向。
[0013] 优选的，所述累积偏转量为自动行走设备的左轮和右轮行走的距离的累计轮差、 或自动行走设备的累计偏转角度。
[0014] 优选的，所述特定一侧为左侧时，所述预设标准结果为顺时针；所述特定一侧为右 侧时，所述预设标准结果为逆时针。
[0015] 优选的，所述主控模块还包括停靠站识别单元，所述停靠站识别单元监控图像采 集装置采集的图像中是否出现停靠站，若监控到停靠站，所述主控模块控制行走模块，使自 动行走设备向所述停靠站行驶。
[0016] 本发明的另一目的在于提供一种成本低，初始安装容易的自动行走设备的向停靠 站回归的方法。
[0017] 本发明解决现有技术问题所采用的技术方案是：一种自动行走设备向停靠站回 归的方法，所述自动行走设备包括：壳体、行走模块，所述行走模块包括安装在壳体上的轮 组和驱动所述轮组的行走马达、安装在壳体上的图像采集装置，安装在壳体上、执行预定工 作的工作模块、连接前述的图像采集装置、工作模块和行走模块以控制自动行走设备工作 的主控模块，所述回归方法包括以下步骤：a.监控所述图像采集装置采集的图像的预定图 像块，该预定图像块对应于壳体前方地面的预定区域，以判断该预定区域中是否出现边界； b.若特定区域中出现边界，控制自动行走设备处于边界位置；c.沿边界行走
[0018] 优选的，所述预定区域的宽度大于壳体的宽度，所述步骤a进一步包括：将预定图 像块划分为对应于预定区域的若干子区域的相应若干子图像块；分析各个子图像块以将相 对应的子区域识别为工作区域或非工作区域中的一个；当一个子区域为非工作区域且其相 邻子区域为工作区域时，判断边界位于该子区域中。
[0019] 优选的，在步骤c中，沿边界行走时，保持壳体位于工作区域内，且边界位于壳体 的特定一侧。
[0020] 优选的，所述图像采集装置采集采集图像并传递给主控模块，所述主控模块将所 述图像的预定图像块分为中部、右部和左部三个子图像块，分别对应于自动行走设备正前 方，和自动行走设备等宽的中间区域、所述中间区域右侧的右侧区域、所述中间区域左侧的 左侧区域三个子区域，所述主控模块控制行走模块动作以调整自动行走设备的位置，保持 中部对应的中间区域识别为工作区域，左部或右部对应的左侧区域或右侧区域识别为非工 作区域且边界位于其中，以保持壳体位于工作区域内，且边界位于壳体的特定一侧。
[0021] 优选的，自动行走设备向停靠站回归的方法还包括以下步骤：d.判断当前沿行的 边界是否通向停靠站；e.若步骤d的判断结果为否，离开当前沿行的边界，执行步骤a。
[0022] 优选的，所述步骤d进一步包括以下步骤：dl.判断在预设的时间或预设的距离内 自动行走设备的行走方向；d2.将dl步骤的判断结果和预设标准结果比对，若一致，判断当 前沿行的边界连接到停靠站，若不一致，判断当前沿行的边界未连接到停靠站。
[0023] 优选的，所述步骤dl具体为：计算在预设的时间或预设的距离内自动行走设备的 累计偏转量，将所述累计偏转量和预设值比较以判断自动行走设备的行走方向。
[0024] 优选的，所述累积偏转量为自动行走设备的左轮和右轮行走的距离的累计轮差、 或自动行走设备的累计偏转角度。
[0025] 优选的，所述特定一侧为左侧时，所述预设标准结果为顺时针；所述特定一侧为右 侧时，所述预设标准结果为逆时针。
[0026] 优选的，自动行走设备向停靠站回归的方法还包括以下步骤：f.监控采集图像采 集装置采集的图像中是否出现停靠站；g.若监控到停靠站，向所述停靠站行驶。
[0027] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：通过采用图像采集装置监控边界并沿边 界回归停靠站，避免了需要开槽埋设物理边界线，布置工作系统简单省力。

【专利附图】

【附图说明】
[0028] 以上所述的本发明的目的、技术方案以及有益效果可以通过下面附图实现：
[0029] 图1是本发明的一种实施方式的自动工作系统图。
[0030] 图2是图1所示的自动工作系统中自动行走设备的模块图。
[0031] 图3是图2所示的自动行走设备的立体图。
[0032] 图4是图2所示的自动行走设备的图像采集区域示意图。
[0033] 图5是图2所示的自动行走设备沿边界行走的示意图。
[0034] 图6是图5中的自动行走设备沿边界行走的原理示意图。
[0035] 图7是图2所示的自动行走设备脱离孤岛的示意图。
[0036] 图8是图2所示的自动行走设备向停靠站回归的方法的流程示意图。
[0037] 图9是图8中识别当前沿行的边界是否通向停靠站的方法的流程示意图。
[0038] 其中
[0039] 1、自动行走设备 4、停靠站 5、工作区域
[0040] 6、边界 7、非工作区域 71、孤岛
[0041] 11、壳体 13、轮组 17、行走模块
[0042] 131、左轮 132、右轮 133、辅助轮
[0043] 15、图像采集装置 19、工作模块 31、主控模块
[0044] 33、能量模块 311、子区域划分单元 312、颜色提取单元
[0045] 313、占比计算单元 314、占比比较单元 315、纹理提取单元
[0046] 316、纹理比较单元 317、工作区域识别单元318、存储单元
[0047] 321、边界识别单元 323、停靠站识别单元 d、盲区
[0048] a、中间区域 b、左侧区域 c、右侧区域

【具体实施方式】
[0049] 图1所示为本发明一实施例的自动工作系统。自动工作系统设置在地面上。在本 实施例中，地面划分为工作区域5和非工作区域7,被工作区域5包围的部分非工作区域7 形成孤岛71，工作区域5和非工作区域7的交界线形成边界6。工作区域5和非工作区域 7在视觉上具有差异。自动工作系统包括自动行走设备1和停靠站4。自动行走设备1可 以为自动吸尘器、自动割草机、自动修剪机等。在本实施例中，自动行走设备1为自动割草 机，停靠站4布置在工作区域的外围边界6上。
[0050] 结合图2和图3,自动行走设备1具有壳体11及安装在壳体11上的图像采集装置 15。图像采集装置15采集自动行走设备1前方的图像，用于识别工作区域5和非工作区域 7。自动行走设备1还包括主控模块31、行走模块17、工作模块19和能量模块33。
[0051] 工作模块19用于执行特定的工作。其工作模块19本实施例中具体为切割模块， 包括用于割草的切割部件和驱动切割部件的切割马达。
[0052] 能量模块33用于给自动行走设备1的运行提供能量。能量模块33的能源可以为 汽油、电池包等，在本实施例中能量模块33包括在壳体2内设置的可充电电池包。在工作 的时候，电池包释放电能以维持自动行走设备1工作。在非工作的时候，电池可以连接到外 部电源以补充电能。特别地，出于更人性化的设计，当探测到电池的电量不足时，自动行走 设备1会自行的寻找停靠站补充电能。
[0053] 行走模块17包括轮组13和驱动轮组13的行走马达。轮组13可以有多种设置方 法。通常轮组13包括由行走马达驱动的驱动轮和辅助支撑壳体11的辅助轮133,驱动轮的 数量可以为1个，2个或者更多。如图2所示，以自动行走设备1的移动方向作为前侧，与 前侧相对的一侧为后侧，与前后侧相邻的两边分别为左右两侧。在本实施例中，自动行走设 备1的驱动轮为2个，分别为位于左侧的左轮131和位于右侧的右轮132。左轮131和右轮 132关于自动行走设备1的中轴线对称设置。左轮131和右轮132优选的位于壳体11的后 部，辅助轮133位于前部，当然在其他实施例中也可以替换设置。
[0054] 在本实施例中，左轮131和右轮132各自配接一个驱动马达，以实现差速输出。驱 动马达可以直接连接驱动轮，但也可以在驱动马达和驱动轮之间设传动装置，如本技术领 域内常见的行星轮系等。在其他的实施例中，也可设置驱动轮2个，驱动马达1个，这种情 况下，驱动马达通过第一传动装置驱动左轮131，通过第二传动装置驱动右轮132。即同一 个马达通过不同的传动装置驱动左轮131和右轮132。
[0055] 如图3和图4,图像采集装置15安装在壳体11的前部靠上的位置，优选的居中设 置，采集壳体11前方区域的图像，该前方区域至少包括前方地面的预定区域。在本实施例 中，图像采集装置15的取景范围为一固定区域，但在其他可选实施例中取景范围也可以为 活动的。图像采集装置15的取景范围包括的预定区域为图4中的矩形的DCIJ区域，DCIJ 区域位于自动行走设备1的正前方的地面，且和自动行走设备1间隔一小段距离，形成盲区 d。DCIJ区域的中轴线和自动行走设备1的壳体11的中轴线重合，且DCIJ区域的宽度略大 于自动行走设备1的宽度。这样能够保证自动行走设备1能够采集其正前方不远处地面的 图像信息，供主控模块31判断其属性。
[0056] 图像采集装置15的全部取景范围可以大于DCIJ区域，例如还包括地面以上的区 域，在这种情况下，主控模块31会将图像采集装置15采集的完整图像中，对应于DCIJ区域 的预定图形块提取出来进行地面属性分析；图像采集装置15的全部取景范围也可以恰好 等于DCIJ区域，此时图像采集装置15采集的完整图像即为对应于DCIJ区域的预定图形 块。
[0057] 主控模块31连接并控制前述的行走模块17、工作模块19、图像采集装置15、能量 模块33等各个部件，以控制自动行走设备1工作。在本实施例中，主控模块31通过分析图 像采集装置15采集的图像中预定图像块的各项信息，识别前述的预定区域中工作区域5和 非工作区域7的分布情况，并寻找到边界6,控制自动行走设备1沿边界6向停靠站4回归。
[0058] 以下分别描述本实施例中主控模块31识别预定区域、寻找边界6和控制回归的具 体方式。
[0059] 在本实施例中，自动行走设备1为自动割草机，主控模块31通过识别预定区域对 应的预定图像块的色彩信息和纹理信息来判断其中的工作区域5和非工作区域7的分布 情况。作为工作区域5,草地的颜色为绿色，且纹理为天然的不规则图案，而作为非工作区 域7, 土地地面或水泥等其他地面颜色通常不是绿色，即使颜色为绿色，其通常为人工加工 的物品，从而具有规则的纹理。因此，主控模块31在识别出某部分颜色为绿色，且纹理不规 贝1J，则判断该部分为草地，否则，若颜色不是绿色或者纹理具有规则，则为非草地。
[0060] 请再次参考图2,所述主控模块31包括子区域划分单元311、颜色提取单元312、占 比计算单元313、占比比较单元314、纹理提取单元315、纹理比较单元316、工作区域识别单 元317及存储单元318。
[0061] 经过子区域划分单元311的处理，预定图像块分为中部、右部和左部三个子图像 块，分别对应于特定区域中的子区域。中部对应于自动行走设备1的前方正中，和自动行走 设备1等宽的中间区域a ;左部对应于自动行走设备1的前方、中部的左侧的左侧区域b ;右 部对应于自动行走设备1的前方、中间区域a的右侧的右侧区域c。预定区域和自动行走设 备1之间具有一个图像采集装置覆盖不到的盲区d。
[0062] 请同时参考图4及图5,所述颜色提取单元312提取至少一个子图像块各个像素的 颜色。本实施方式中，颜色提取单元312分别提取中部、右部和左部中各个像素的颜色。具 体地，颜色提取单元312提取各个像素三原色（RGB)分量。
[0063] 占比计算单元313计算预定颜色在一个子图像块中所占的比例（以下简称占比)。
[0064] 本实施方式中，所述预定颜色为绿色，所述存储单元318中存有所述预定颜色的 颜色分量，特别是三原色分量的数值范围。若一个像素的颜色分量分别落入预定颜色的颜 色分量的数值范围，则颜色提取单元312判断该像素的颜色为预定颜色。
[0065] 在一个子图像块中，占比计算单元313将绿色像素的数目除以该子图像块中总的 像素的数目，得到绿色的像素在该子图像块中的占比。
[0066] 所述存储单元318中还存有第一预设值，所述占比比较单元314比较该子图像块 中预定颜色的占比与第一预设值，判断两者大小。
[0067] 纹理提取单元315提取该子图像块的纹理特征值。
[0068] 由于草地的纹理不规则，通过侦测图像的一个参数的离散度可以体现其纹理的不 规则性。因此，本实施方式中，所述纹理特征值为参数离散度，所述第二预设值为预设离散 度。所述存储单元318存储预设离散度及预设差分值，纹理提取单元315计算一个子区域 中每相邻的两个像素的至少一个参数的梯度差分，判断该梯度差分是否大于预设差分值， 计算该子区域中所有大于该预设差分值的梯度差分的离散度。
[0069] 纹理比较单元316比较该子图像块的纹理特征值与第二预设值以判断纹理特征 值是否达到第二预设值。纹理比较单元316比较该离散度与预设离散度以判断该离散度是 否达到预设离散度。
[0070] 更具体地，所述纹理特征值为颜色离散度。本实施方式中，颜色离散度为绿色离散 度。
[0071] 工作区域识别单元317在该子图像块中的预定颜色的占比达到第一预设值且纹 理特征值达到第二预设值时判断该子图像块对应的子区域为工作区域。
[0072] 其他实施方式中，主控模块31也可先进行纹理分析，再进行颜色设别，只要一个 子图像块中的预定颜色的占比达到第一预设值且纹理特征值达到第二预设值，所述主控模 块32则识别该子图像块对应的子区域为工作区域5。上述工作区域5和非工作区域7的区 分方法仅仅是示例性的，在类似的思路下，主控模块31也可以使用其他的算法对图像进行 处理来区分工作区域5和非工作区域7。例如将预定区块划分为更多的子区域以提高位置 识别的精确度、改变预定区块的形状，如变为扇形以涵盖更宽的视野等等。
[0073] 基于上面对工作区域5和非工作区域7的区分，主控模块31实现了分析所述图像 中和所述预定区域对应的预定图像块，以监控所述预定区域中是否出现边界。
[0074] 在本实施例中，主控模块31将预定图像块划分为对应于预定区域的若干子区域 的相应若干子图像块，并分析各个子图像块以将相对应的子区域识别为工作区域或非工作 区域中的一个，当一个子区域为非工作区域且其相邻子区域为工作区域时，主控模块判断 边界位置位于该子区域中。
[0075] 具体的，若分析后发现中间区域a、左侧区域b和右侧区域c均为工作区域，那么判 断自动行走设备1自身的位置为位于工作区域5中且可见范围内没有边界6存在。若各个 区域中某些区域为工作区域5,某些区域为非工作区域7,那么判断自动行走设备1位于边 界6附近，此时，主控模块31需要进一步判断自身和边界6的相对位置关系。如果某一个 子区域被判定为非工作区域7,并且该区域的相邻子区域为工作区域5,那么则判定该区域 中包括边界6,由于各个区域的实际范围有限，因此通过这种方式能够判定边界6的具体位 置。
[0076] 上述边界6位置的识别方式仅仅是示例性的，在类似的思路下，主控模块31也可 以使用其他的算法对视频进行处理来识别边界。例如将预定区块划分为更多的子区域以提 高边界6位置识别的精确度、改变预定区块的形状，如变为扇形以涵盖更宽的视野、改变预 定区块的大小以发现更远处的边界等等。
[0077] 主控模块31识别出边界6的位置后，控制行走模块31动作，使自动行走设备1处 于边界位置。若预定区块的实际覆盖范围较大，该步骤可能需要较长的时间和动作来完成， 例如在一个较大的、分为更多子区域的预定区块的最外侧发现边界6后，行走模块31带动 自动行走设备行走，直到中间区域或几个最靠近中间区域a的相邻区域为非工作区域；若 如在本实施例中，预定区域较小、仅划分为三个子区域，那么发现边界6时边界6已经很靠 近自动行走设备1，则此时行走到达边界位置仅包括控制自动行走设备保持当前状态，避免 远离边界6的动作。
[0078] 处于边界6位置后，主控模块31继续控制行走模块13动作，使自动行走设备1沿 边界6行走。沿边界行走时，自动行走设备1需要保持朝向和边界6 -致，因此，主控模块 31控制行走模块13,保持壳体11位于工作区域5内，且边界6位于壳体11的特定一侧。
[0079] 主控模块31使边界6所在的区域位于自动行走设备的一侧而非前方，以实现朝向 调整。具体的，主控模块动作使中间区域a为工作区域，而左侧区域b或右侧区域c为非工 作区域，这样，边界6就位于左侧区域b或右侧区域c中，而不在中间区域a。主控模块31 可以使边界6位于自动行走设备的任意一侧，也可以使边界6位于自动行走设备的特定一 侦牝在本实施例中，调整朝向时，使边界6位于自动行走设备1的特定一侧，即保持前述的中 间区域a为工作区域45,且左侧区域b或右侧区域c中的特定一个是非工作区域7,另一个 是工作区域5。具体的，主控模块31控制行走模块13动作，保持中部对应的中间区域识别 为工作区域，左部或右部对应的左侧区域或右侧区域识别为非工作区域且边界位于其中。
[0080] 朝向调整完毕后，主控模块31保持自动行走设备1的朝向及行走方向与边界6 - 致，即主控模块31控制行走模块13动作，保持中部对应的中间区域识别为工作区域，左部 或右部对应的左侧区域或右侧区域识别为非工作区域且边界位于其中，使边界6所在的子 区域始终位于自动行走设备1的一侧，即保持前述的中间区域a为工作区域45,且左侧区域 b或右侧区域c中的一个是非工作区域7,另一个是工作区域5。
[0081] 主控模块31还包括边界识别单元321和停靠站识别单元323,以下依次介绍。
[0082] 边界识别单元321判断当前沿行的边界6是否正确，即是否通向停靠站4。
[0083] 除了工作区域5夕卜，被工作区域5环绕的孤岛71同样具有边界6。如图7,若自动 行走设备1在寻找边界6时先找到了孤岛71的边界6,则可能不停的绕孤岛71转圈，无法 脱离，无法返回停靠站4。为了避免这种情况，在沿边界6行走时，边界识别单元321还判断 自动行走设备1当前所沿行的边界6是否是工作区域5的边界6,如果判断结果为是，主控 模块31控制行走模块13,使自动行走设备1继续沿该边界6行走；如果判断结果为否，则 主控模块31控制行走模块13,使自动行走设备1离开当前沿行的边界6,转而寻找其他的 边界6。
[0084] 边界识别单元321通过比对自动行走设备1的实际行走方向和沿正确边界行走时 的理论行走方向来判断当前的边界是否正确。如前所述，本实施例中，自动行走设备1在沿 边界6回归时，始终保证边界6位于自身的特定一侧。以自动行走设备1保证边界6位于 自身右侧为例，若自动行走设备1工作区域5的外围边界6上，其将在边界6的内部行走， 行走方向为逆时针方向，若在孤岛71的外围边界上，其将在边界6的外部行走，其行走方向 为顺时针。预设标准结果就根据上述这种对应关系而设定，若所述特定一侧为左侧，理论行 走方向为顺时针，所述特定一侧为右侧，理论行走方向为逆时针。
[0085] 边界识别单元321首先判断在预设的时间或预设的距离内，自动行走设备1的行 走方向，以顺时针和逆时针表示，这个行走方向通过计算在预设的时间或预设的距离内，自 动行走设备1的累计偏转量，并将所述累计偏转量和预设值比较来获得，累积偏转量为自 动行走设备1的左轮131和右轮132行走的距离的累计轮差、或自动行走设备1的累计偏 转角度。
[0086] 随后边界识别单元321将判断的结果和存储单元318中的预设标准结果、即沿正 确的边界6行走时的理论行走方向比对，如果比对的结果是实际行走方向和理论行走方向 一致，那么边界识别单元321判断当前沿行的边界6为正确的边界6,通向停靠站4,如果比 对的结果不一致，那么边界识别单元321判断当前沿行的边界不正确，不通向停靠站4。 [0087] 停靠站识别单元323识别自动行走设备1是否已经靠近或到达停靠站4,当其识别 到停靠站4后，主控模块31控制行走模块，使自动行走设备1朝向停靠站行走并对接。
[0088] 停靠站识别单元323的具体实现形式可以有多种，其可以监控图像采集装置15采 集的图像中是否出现停靠站4,若监控到停靠站4,所述主控模块31控制行走模块13,使自 动行走设备1向所述停靠站4行驶。其也可以采用电磁式或其他类型的接近传感器，在停 靠站4和自动行走设备1靠近时向自动行走设备1发出提示信号等，在此不再赘述。
[0089] 以下参照图8,详细描述自动行走设备1的朝向停靠站4回归的方法。
[0090] 自动行走设备1在回归程序开始后，首先进入步骤S0,保持行走，在保持行走的同 时，执行步骤S1，监控图像采集装置15采集的图像中是否出现边界6,在监控的过程中自动 行走设备1保持行走。若主控模块31在图像采集装置15采集的图像中没有发现边界6,则 继续执行步骤S0,持续监控边界6 ;若主控模块31在图像采集装置15采集的图像中发现了 边界6,则进入步骤S2,调整位置使自动行走设备1位于边界6位置且朝向和边界6走向一 致。在本实施例中，由于图像采集装置15的预定区域较小，监控到边界6时自动行走设备1 离边界6的距离已经较近，此时步骤S2的工作量较小，仅需调整自身位置靠近边界6即可。
[0091] 监控图像采集装置15采集的图像中是否包括边界6可以通过以下步骤实现。
[0092] 首先，将预定图像块划分为对应于预定区域的若干子区域的相应若干子图像块；
[0093] 随后，分析各个子图像块以将相对应的子区域识别为工作区域5或非工作区域7 中的一个；
[0094] 当一个子区域为非工作区域7且其相邻子区域为工作区域5时，判断边界6位置 位于该子区域中。
[0095] 如图5和图6,步骤S2完成后进入步骤S4,沿边界6行走。沿边界6行走的具体 方式可为跨边界6行走，也可为在边界6 -侧行走，在本实施例中，为了保持行走的稳定性， 自动行走设备1在边界6的特定一侧行走。且在沿边界行走时，保持壳体位于工作区域内， 且边界位于壳体的特定一侧。即保持前述的中间区域a为工作区域45,且左侧区域b或右 侧区域c中的特定一个是非工作区域7,另一个是工作区域5。具体的，主控模块31控制行 走模块13动作，保持中部对应的中间区域识别为工作区域，左部或右部对应的左侧区域或 右侧区域识别为非工作区域且边界位于其中。
[0096]自动行走设备1调整自身的朝向，使边界6全部位于特定一侧，即左侧区域b或者 右侧区域c中，然后按该朝向方向彳丁走。朝向调整完毕后，王控|旲块31保持自动彳丁走设备 1的朝向及行走方向与边界6 -致，即主控模块31控制行走模块13动作，保持中部对应的 中间区域识别为工作区域，左部或右部对应的左侧区域或右侧区域识别为非工作区域且边 界位于其中，使边界6所在的子区域始终位于自动行走设备1的一侧，即保持前述的中间区 域a为工作区域45,且左侧区域b或右侧区域c中的一个是非工作区域7,另一个是工作区 域5。
[0097] 在行走的过程中，图像采集装置15仍实时采集图像，若边界6偏离了左侧区域b 或者右侧区域c，则说明自动行走设备1的朝向，也就是行走方向和边界6的走向不再一致， 自动行走设备1再次调整朝向使边界6位于左侧区域b或右侧区域c中，通过上述方式行 走和实时调整方向，自动行走设备1实现了沿边界6行走。因为停靠站4设置在工作区域 5的边界6上，自动行走设备1若沿工作区域5的边界6行走，则最终能够回到停靠站4。 [0098] 保持沿边界6行走的同时，自动行走设备1进入步骤S6,监控图像采集装置15采 集的图像中是否出现停靠站4。若主控模块31分析图像未发现停靠站4,则不作动作，继续 行走和监控停靠站4,若主控模块31发现停靠站4,则进入步骤S8,主控模块31控制自动行 走设备1向停靠站4行走，并进行调整朝向以正对停靠站4,和停靠站4对接，确认对接后进 行停机、充电等动作。
[0099] 以下参照图9,详细描述自动行走设备1的识别当前沿行的边界6是否通向停靠站 4的方法。
[0100] 在边界判断流程中，主控设备31首先执行步骤S4,沿边界6行走。
[0101] 在沿边界6行走的同时，执行步骤S5,边界识别模块321判断在预设的时间或者预 设的距离内，自动行走设备1的行走方向。
[0102] 步骤S5可以分解为两个子步骤，S卩：1、计算在预设的时间或预设的距离内，自动 行走设备1的累计偏转量；以及2、将累计偏转量和和预设值相比较，以判断自动行走设备1 的行走方向。
[0103] 在上述的子步骤1中，累计偏转量为自动行走设备1在行驶中偏离直线的程度，或 者说累计的偏转角度。累计偏转量可以用偏离距离或者偏离的角度来表示。例如，在一定 的时间或者一定的行驶距离内，自动行走设备1向左偏离了 5m后又向右偏离了 7m，则累计 偏转量可以表示为向右偏离了 2m ;又如，自动行走设备1顺时针转向了 15°后，又逆时针转 向了 12°，则累计偏转量可以表示为顺时针偏转了 3°。
[0104] 在本实施例中，边界识别模块321采用累计左轮131和右轮132的行驶距离差的 方式来计算累计偏转量。具体的，在左轮131和右轮132者左右驱动马达处各设置速度传 感器，速度传感器将采集的速度信息传递给相连接的主控模块31，主控模块31根据该速度 信息便可以分别计算得到一定的时间或距离内，左轮131和右轮132分别行驶的距离，进而 得到代表累计偏转量的左右驱动轮的行驶路程之差。在其他的实施例中，也可以采用累计 自动行走设备1的偏转角度的方式来计算累计偏转量。具体的，在自动行走设备1内设置 角度感应仪，角度感应仪不断的检测自动行走设备1的偏转方向和角度并将数据发送给相 连接的主控模块31，主控模块31中的边界识别模块321根据该数据便可以计算得到一定的 时间或距离内，代表累计偏转量的累计偏转角度。
[0105] 计算得到自动行走设备1的一定时间或行驶距离内的累计偏转量后，进入到上述 的子步骤2,边界识别模块321将累计偏转量和和预设值相比较，以判断自动行走设备1的 行走方向。在理想的情况下，预设值可以设为〇,即只需要判断距离值或角度值的正负，例 如，距离或角度为正就判断行走方向为顺时针，为负就判断行走方向为逆时针。但为了保证 计算的准确性，也可以将预设值设置为一个区间，例如（〇±1〇)米，或（0±180° )，当累计 偏转量位于该区间外时，根据其值判断行走方向，在累计偏转量位于该区间内时，重新计算 累计偏转量。重新计算的方式可以有多种，例如重新开始一个周期的预设时间或预设距离， 或延长预设时间或预设距离，或滚动取值，即随着时间或距离增加，不断的相应后移预设时 间或预设距离的起始点。
[0106] 在步骤S5中，最终得到自动行走设备1的行走方向，随后进入步骤S7,将S5的计 算结果和预设标准结果比对，若一致，判断当前沿行的边界6连接到停靠站4,若不一致，判 断当前沿行的边界6未连接到停靠站4。
[0107] 边界识别单元321通过比对自动行走设备1的实际行走方向和沿正确边界行走时 的理论行走方向来判断当前的边界是否正确。如前所述，本实施例中，自动行走设备1在沿 边界6回归时，始终保证边界6位于自身的特定一侧。以自动行走设备1保证边界6位于 自身右侧为例，若自动行走设备1工作区域5的外围边界6上，其将在边界6的内部行走， 行走方向为逆时针方向，若在孤岛71的外围边界上，其将在边界6的外部行走，其行走方向 为顺时针。预设标准结果就根据上述这种对应关系而设定，若所述特定一侧为左侧，理论行 走方向为顺时针，所述特定一侧为右侧，理论行走方向为逆时针。
[0108] 若判断结果为当前沿行的边界6连接到停靠站4,则返回步骤S4,自动行走设备1 继续沿边界6行走；若判断结果为当前沿行的边界6不连接到停靠站4,则进入步骤S9,自 动行走设备1离开当前的边界6,重新回到寻找边界6的流程。
[0109] 本发明不局限于所举的具体实施例结构，基于本发明构思的结构均属于本发明保 护范围。
【权利要求】
1. 一种自动行走设备，包括： 壳体； 行走模块，所述行走模块包括安装在壳体上的轮组和驱动所述轮组的行走马达； 图像采集装置，安装在壳体上； 工作模块，执行预定工作； 主控模块，连接图像采集装置、工作模块和行走模块以控制自动行走设备工作， 其特征在于： 所述图像采集装置采集壳体前方区域的图像，并将所述图像传递到主控模块，所述前 方区域至少包括壳体前方地面的预定区域，所述主控模块分析所述图像中的与所述预定区 域对应的预定图像块，以监控所述预定区域中是否出现边界，并在监控到边界时使自动行 走设备处于边界位置，并沿边界行走。
2. 根据权利要求1所述的自动行走设备，其特征在于：所述预定区域的宽度大于壳体 的宽度，所述主控模块将预定图像块划分为对应于预定区域的若干子区域的相应若干子图 像块，并分析各个子图像块以将相对应的子区域识别为工作区域或非工作区域中的一个， 当一个子区域为非工作区域且其相邻子区域为工作区域时，主控模块判断边界位于该子区 域中。
3. 根据权利要求2所述的自动行走设备，其特征在于：沿边界行走时，所述主控模块控 制行走模块，以保持壳体位于工作区域内，且边界位于壳体的特定一侧。
4. 根据权利要求3所述的自动行走设备，其特征在于，所述图像采集装置采集图像并 传递给主控模块，所述主控模块将所述图像的预定图像块分为中部、右部和左部三个子图 像块，分别对应于自动行走设备正前方和自动行走设备等宽的中间区域、所述中间区域右 侧的右侧区域、所述中间区域左侧的左侧区域三个子区域，所述主控模块控制行走模块动 作以调整自动行走设备的位置，保持中部对应的中间区域识别为工作区域，左部或右部对 应的左侧区域或右侧区域识别为非工作区域且边界位于其中，以保持壳体位于工作区域 内，且边界位于壳体的特定一侧。
5. 根据权利要求3或4所述的自动行走设备，其特征在于，所述主控模块还包括边界识 别单元，所述边界识别单元判断当前沿行的边界是否通向停靠站，若判断结果为否，所述主 控模块控制行走模块，使自动行走设备离开当前沿行的边界。
6. 根据权利要求5所述的自动行走设备，其特征在于，所述边界识别单元判断在预设 的时间或预设的距离内自动行走设备的行走方向，并将判断结果和预设标准结果比对，若 一致，判断当前沿行的边界连接到停靠站，若不一致，判断当前沿行的边界未连接到停靠 站。
7. 根据权利要求6所述的自动行走设备，其特征在于，所述边界识别单元计算在预设 的时间或预设的距离内自动行走设备的累计偏转量，将所述累计偏转量和预设值比较以判 断自动行走设备的行走方向。
8. 根据权利要求7所述的自动行走设备，其特征在于，所述累积偏转量为自动行走设 备的左轮和右轮行走的距离的累计轮差、或自动行走设备的累计偏转角度。
9. 根据权利要求6所述的自动行走设备，其特征在于，所述特定一侧为左侧时，所述预 设标准结果为顺时针；所述特定一侧为右侧时，所述预设标准结果为逆时针。
10. 根据权利要求1所述的自动行走设备，其特征在于，所述主控模块还包括停靠站识 别单元，所述停靠站识别单元监控图像采集装置采集的图像中是否出现停靠站，若监控到 停靠站，所述主控模块控制行走模块，使自动行走设备向所述停靠站行驶。
11. 一种自动行走设备向停靠站回归的方法，所述自动行走设备包括：壳体、行走模 块，所述行走模块包括安装在壳体上的轮组和驱动所述轮组的行走马达、安装在壳体上的 图像采集装置，安装在壳体上、执行预定工作的工作模块、连接前述的图像采集装置、工作 模块和行走模块以控制自动行走设备工作的主控模块，其特征在于，所述回归方法包括以 下步骤： a. 监控所述图像采集装置采集的图像的预定图像块，该预定图像块对应于壳体前方地 面的预定区域，以判断该预定区域中是否出现边界； b. 若特定区域中出现边界，控制自动行走设备处于边界位置； C.沿边界行走。
12. 根据权利要求11所述的自动行走设备向停靠站回归的方法，其特征在于，所述预 定区域的宽度大于壳体的宽度，所述步骤a进一步包括： 将预定图像块划分为对应于预定区域的若干子区域的相应若干子图像块； 分析各个子图像块以将相对应的子区域识别为工作区域或非工作区域中的一个； 当一个子区域为非工作区域且其相邻子区域为工作区域时，判断边界位于该子区域 中。
13. 根据权利要求12所述的自动行走设备向停靠站回归的方法，其特征在于，在步骤c 中，沿边界行走时，保持壳体位于工作区域内，且边界位于壳体的特定一侧。
14. 根据权利要求13所述的自动行走设备向停靠站回归的方法，其特征在于，所述图 像采集装置采集采集图像并传递给主控模块，所述主控模块将所述图像的预定图像块分为 中部、右部和左部三个子图像块，分别对应于自动行走设备正前方，和自动行走设备等宽的 中间区域、所述中间区域右侧的右侧区域、所述中间区域左侧的左侧区域三个子区域，所述 主控模块控制行走模块动作以调整自动行走设备的位置，保持中部对应的中间区域识别为 工作区域，左部或右部对应的左侧区域或右侧区域识别为非工作区域且边界位于其中，以 保持壳体位于工作区域内，且边界位于壳体的特定一侧。
15. 根据权利要求13或14所述的自动行走设备向停靠站回归的方法，其特征在于，还 包括以下步骤： d. 判断当前沿行的边界是否通向停靠站； e. 若步骤d的判断结果为否，离开当前沿行的边界，执行步骤a。
16. 根据权利要求15所述的自动行走设备向停靠站回归的方法，其特征在于，所述步 骤d进一步包括以下步骤： dl.判断在预设的时间或预设的距离内自动行走设备的行走方向； d2.将dl步骤的判断结果和预设标准结果比对，若一致，判断当前沿行的边界连接到 停靠站，若不一致，判断当前沿行的边界未连接到停靠站。
17. 根据权利要求16所述的自动行走设备向停靠站回归的方法，其特征在于，所述步 骤dl具体为：计算在预设的时间或预设的距离内自动行走设备的累计偏转量，将所述累计 偏转量和预设值比较以判断自动行走设备的行走方向。
18. 根据权利要求17所述的自动行走设备向停靠站回归的方法，其特征在于，所述累 积偏转量为自动行走设备的左轮和右轮行走的距离的累计轮差、或自动行走设备的累计偏 转角度。
19. 根据权利要求16所述的自动行走设备向停靠站回归的方法，其特征在于，所述特 定一侧为左侧时，所述预设标准结果为顺时针；所述特定一侧为右侧时，所述预设标准结果 为逆时针。
20. 根据权利要求11所述的自动行走设备向停靠站回归的方法，其特征在于，还包括 以下步骤： f. 监控采集图像采集装置采集的图像中是否出现停靠站； g. 若监控到停靠站，向所述停靠站行驶。
【文档编号】G05D1/02GK104111651SQ201310140286
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年4月22日 优先权日:2013年4月22日
【发明者】田角峰, 刘瑜 申请人:苏州宝时得电动工具有限公司