用于室外机器人惯性碰撞检测方法技术

除草机器人包括底盘、电动切割子系统、用于操纵底盘的驱动子系统、底盘上的除草传感器子系统以及安装至底盘的加速度感测子系统。控制驱动子系统通过调节机箱的速度来在花园周围操纵机箱。在检测到杂草后，电动切割子系统就会通电来切割杂草。底盘的加速度基于加速度感测子系统的输出来确定。如果确定的底盘加速度低于预定水平，则根据一个或多个预编程行为控制驱动子系统。

Inertial collision detection method for outdoor robot

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于室外机器人惯性碰撞检测方法相关申请本申请根据§§119、120、363、365和37C.F.R.§1.55和§1.78要求于2018年8月14日提交的第16/103,409号美国专利申请的权益和优先权，并且该申请和本申请还根据§§119、120、363、365和37C.F.R.§1.55和§1.78要求于2017年8月16日提交的第62/546,081号美国临时申请的权益和优先权，以及第16/103,409号美国专利申请和第62/546,081号美国临时申请中的每个均通过引用并入本文。本申请2017年2月17日的第15/435,660号美国专利申请，该美国专利申请以引用的方式并入本文中。
本专利技术涉及一种机器人，优选地涉及一种自主式花园除草机器人。
技术介绍
杂草降低产量，因为它们从粮食作物植物中偷取水、营养素和阳光。这对于所有的种植者来说都是一个重大的挑战。一个来源声明：“当前，杂草控制由有机种植者和许多常规种植者排为第一生产成本”，参见FundamentalsofWeedScience,4thedition,RobertL.Zimdahl,page308，通过引用结合到本文中。另外，随着杂草变得对常用除草剂具有抗性，杂草问题越来越恶化。参见https://en.wikipedia.org/wiki/Glyphosate，在此引入作为参考。杂草的机械根除会解决除草剂抗性问题。因此，这种策略已经被许多人追捧。例如，参见http://www.bosch-presse.de/presseforum/details.htm？txtID＝7361&tk-id＝166，在此引入作为参考。所面临的挑战是构建能够区分杂草和所需作物的成本有效的工具。纯粹的机械方法可商购(参见，例如http://www.ley.com/upload/origined/Turfcare-US/Files/WeederSpecSheetFINAL.pdf，在此引入作为参考)，但在范围上是有限的。基于视觉的方法还没有在商业上被证明是成功的，这可能是因为在生长周期的一些部分期间杂草与作物之间的巨大相似性。还参见第2013/0345876号美国公开专利申请和第5,442,552号和第8,381,501号美国专利。
技术实现思路
本专利技术提供了一种由能够区分杂草和作物的传感器引导的机械式根除方法。一个实施方式的特征在于一种除草机器人，其包括底盘、电动切割子系统、用于操纵底盘的驱动子系统、底盘上的杂草传感器子系统以及安装至底盘的加速度感测子系统。控制器子系统控制驱动子系统，并响应于杂草传感器子系统和加速度感测子系统。控制器子系统配置成通过调制底盘的速度来控制驱动子系统，从而围绕花园操纵底盘。在检测到杂草时，电动切割子系统切割杂草。根据加速度感测子系统的输出来确定底盘的加速度，并且如果底盘的所确定的加速度下降到预定水平以下，则根据一个或多个预编程的行为来控制控制驱动子系统。控制器子系统还可配置成在底盘移动预定距离之后和/或在预定时间段之后使电动切割子系统断电。优选地，控制器子系统配置成以随机或确定性模式在花园周围操纵底盘。除草机器人还可包括由底盘承载的用于为电动切割子系统和驱动子系统供电的至少一个电池以及由底盘承载的用于对该至少一个电池充电的至少一个太阳能电池板。控制器子系统可配置为当电池功率低于预定水平时使驱动子系统断电。在一个示例中，电动切割子系统包括马达，该马达具有承载在底盘下方旋转的绳的轴。杂草传感器子系统可包括至少一个位于底盘前部下方的电容传感器。优选的电容传感器是电容侧翼器(capaciflector)接近传感器。还可包括作物/障碍物传感器子系统，其包括至少一个向前安装的电容传感器。同样，优选为电容式接近传感器。加速度感测子系统可包括惯性测量单元。一个或多个预编程的行为可包括控制驱动子系统使底盘的方向反向、转动底盘、使底盘循环反向运动和向前运动和/或增加驱动子系统的速度。在一个实例中，控制器子系统通过根据预定波形调制施加至驱动子系统的电压来调制底盘的速度。优选地，控制器子系统通过对由加速度感测子系统输出的信号应用卷积并通过计算由加速度感测子系统输出的信号的卷积的均方根值来确定底盘的加速度。在一个版本中，驱动子系统包括多个轮和用于由控制器子系统控制的每个轮的驱动马达。优选地，具有4个盘形轮和4个驱动马达，并且所有的轮都是负外倾的(例如，以60°的角度)。盘形轮优选地包括边缘指状部。本专利技术的特征还在于一种地面机器人，其包括底盘、用于操纵所述底盘的驱动子系统、以及安装至所述底盘的加速度感测子系统。控制器子系统控制驱动子系统，并响应于加速度感测子系统。控制器子系统配置成通过调制底盘的速度来控制驱动子系统操纵底盘，确定底盘的加速度，并且如果所确定的底盘的加速度下降到预定水平以下，则根据一个或多个预编程的行为来控制驱动子系统。在一些实例中，机器人还包括电动杂草切割子系统和底盘上的杂草传感器子系统。控制器子系统配置为响应于由杂草感测子系统检测到的杂草而为电动杂草切割子系统通电。本专利技术的特征还在于操纵地面机器人的方法。根据预定的波形来调制机器人的速度。在机器人的行进方向上感测机器人的加速度。如果机器人在行进方向上的加速度下降到预定水平以下，则根据一个或多个预编程的行为操纵机器人。该方法还可包括在花园中操纵机器人、检测花园中的任何杂草以及切割杂草。然而，在其它实施方式中，本专利技术不需要实现所有这些目的，并且其权利要求不应限于能够实现这些目的的结构或方法。附图说明本领域技术人员从以下对优选实施方式的描述和附图中可想到其它目的、特征和优点，在附图中：图1A是检测待切割杂草的除草机器人的示例的示意性侧视图；图1B是检测作物植物的图1A的机器人的示例的示意性侧视图；图1C是检测放置在作物植物幼苗周围的套筒的图1A和图1B的机器人的示意性侧视图；图2是根据本专利技术的除草机器人的示例的示意性三维视图；图3和图4是图2的机器人的示意性仰视图；图5是图2至图4的机器人的另一视图；图6是描述与本专利技术的示例性方法相关联的主要步骤并且还描述机器人的控制器子系统的主要编程逻辑的示例的流程图；图7是示出与图2至图5的机器人相关联的主要部件的框图；图8是描述与机器人的电子电路相关的主要部件的框图；图9是用于向机器人轮马达施加变化的电压以调节机器人底盘的速度的波形的一个示例的曲线图；图10是当机器人根据图9所示的速度调节进行操纵时加速度感测子系统输出的示例的示意图；图11是当机器人被卡住和/或遇到障碍物时由加速度感测子系统输出的加速度信号的示例的示意图；图12是描述了与释放卡住的机器人和/或操纵已撞击障碍物的机器人的一种方法相关的主要步骤并且还描述了与机器人的控制器子系统相关的主要编程逻辑的示例的流程图；图13是描述了当机器人倒置时与驱动子系统和/或杂草敲击马达断电相关的主要步骤并且还描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种除草机器人，包括：/n底盘；/n电动切割子系统；/n驱动子系统，用于操纵所述底盘；/n杂草传感器子系统，位于所述底盘上；/n加速度感测子系统，安装至所述底盘；以及/n控制器子系统，控制所述驱动子系统，并且响应于所述杂草传感器子系统和所述加速度感测子系统，并且配置为：/n控制所述驱动子系统以通过调制所述底盘的速度来围绕花园操纵所述底盘，/n在检测到杂草时，为所述电动切割子系统通电以切割所述杂草，/n从所述加速度感测子系统的输出确定所述底盘的加速度，以及/n如果所确定的所述底盘的加速度下降到预定水平以下，则根据一个或多个预编程的行为来控制所述驱动子系统。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170816 US 62/546,081;20180814 US 16/103,4091.一种除草机器人，包括：
底盘；
电动切割子系统；
驱动子系统，用于操纵所述底盘；
杂草传感器子系统，位于所述底盘上；
加速度感测子系统，安装至所述底盘；以及
控制器子系统，控制所述驱动子系统，并且响应于所述杂草传感器子系统和所述加速度感测子系统，并且配置为：
控制所述驱动子系统以通过调制所述底盘的速度来围绕花园操纵所述底盘，
在检测到杂草时，为所述电动切割子系统通电以切割所述杂草，
从所述加速度感测子系统的输出确定所述底盘的加速度，以及
如果所确定的所述底盘的加速度下降到预定水平以下，则根据一个或多个预编程的行为来控制所述驱动子系统。


2.根据权利要求1所述的除草机器人，其中，所述控制器子系统还配置成在所述底盘已移动预定距离之后和/或在预定时间段之后，使所述电动切割子系统断电。


3.根据权利要求1所述的除草机器人，其中，所述控制器子系统配置成以随机或确定性模式围绕所述花园操纵所述底盘。


4.根据权利要求1所述的除草机器人，还包括：
至少一个电池，由所述底盘承载，用于为所述电动切割子系统和所述驱动子系统供电；以及
至少一个太阳能电池板，由所述底盘承载，用于为所述至少一个电池充电。


5.根据权利要求4所述的除草机器人，其中，所述控制器子系统还配置成当所述电池的功率低于预定水平时使所述驱动子系统断电。


6.根据权利要求1所述的除草机器人，其中，所述电动切割子系统包括马达，所述马达具有承载在所述底盘下方旋转的绳的轴。


7.根据权利要求1所述的除草机器人，其中，所述杂草传感器子系统包括位于所述底盘的前部下方的至少一个电容传感器。


8.根据权利要求7所述的除草机器人，其中，所述电容传感器是电容侧翼(capaciflector)接近传感器。


9.根据权利要求1所述的除草机器人，还包括作物/障碍物传感器子系统，所述作物/障碍物传感器子系统包括至少一个前向安装的电容传感器。


10.根据权利要求9所述的除草机器人，其中，所述电容传感器是电容侧翼接近传感器。


11.根据权利要求1所述的除草机器人，其中，所述加速度感测子系统包括惯性测量单元。


12.根据权利要求1所述的除草机器人，其中，所述一个或多个预编程的行为包括：控制所述驱动子系统使所述底盘的方向反向、转动所述底盘、使所述底盘循环反向运动和向前运动、和/或增大所述驱动子系统的速度。


13.根据权利要求1所述的除草机器人，其中，所述控制器子系统通过根据预定波形调制施加至所述驱动子系统的电压来调制所述底盘的速度。


14.根据权利要求1所述的除草机器人，其中，控制器子系统通过对由所述加速度感测子系统输出的信号施加卷积来确定所述底盘的加速度。


15.根据权利要求14所述的除草机器人，其中，所述控制器子系统通过计算由所述加速度感测子系统输出的信号的卷积的均方根值来确定所述底盘的加速度。


16.根据权利要求1所述的除草机器人，其中，所述驱动子系统包括多个轮和用于由所述控制器子系统控制的每个轮的驱动马达。


17.根据权利要求16所述的除草机器人，其中，具有4个轮和4个驱动马达。


18.根据权利要求16所述的除草机器人，其中，所述多个轮外倾。


19.根据权利要求18所述的除草机器人，其中，所述多个轮以60°的角度外倾。


20.根据权利要求18所述的除草机器人，其中，所述多个轮具有负外倾。


21.根据权利要求20所述的除草机器人，其中，所述多个轮为盘形。


22.根据权利要求21所述的除草机器人，其中所述盘形轮包括边缘指状部。


23.根据权利要求1所述的机器人，其中，所述控制器子系统还配置为基于所确定的所述底盘的加速度来禁用所述电动切割子系统。


24.一种地面机器人，包括：
底盘；
驱动子系统，用于操纵所述底盘；
加速度感测子系统，安装至所述底盘；以及
控制器子系统，控制所述驱动子系...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗里·麦肯，约瑟夫·L·琼斯，约翰·查瑟，杰弗里·范德格里夫，诺埃尔·阿兰，
申请(专利权)人：富兰克林机器人公司，
类型：发明
国别省市：美国;US