用于在行驶局限区内操作自主机器人作业机的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了用于相对于作业区域引导诸如草坪剪草机等自主机器人车辆的装置、系统和方法。在一些实施例中，车辆在尺寸小于作业区域的行驶局限区内以随机的模式行驶。行驶局限区可以横跨作业区域移动或行进，使得随时间的推移，行驶局限区跨越作业区域的大部分作业表面行进。

System and method for operating an autonomous robotic manipulator in a restricted travel zone

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在行驶局限区内操作自主机器人作业机的系统和方法
本申请要求2017年12月18日提交的美国临时申请No.62/599,938和2017年11月20日提交的美国临时申请No.62/588,680的优先权，这两个申请的全部内容通过引用并入本文。本专利技术的公开涉及包括诸如草坪剪草机之类的车辆在内的自主机器人作业机，并且更具体地涉及用于控制此类机械在地产或其它作业区域的操作的方法和系统。
技术介绍
草坪机械和花园机械已知用于执行各种任务。例如，业主和专业人士等都使用电动草坪剪草机来维护地产或庭院内的草地区域。自主执行割草功能的机器人草坪剪草机也是已知的。机器人草坪剪草机通常由电池供电，并且通常限于在需要充电之前仅切割地产草坪的一部分，充电通常需要剪草机返回到充电基站。机器人草坪剪草机通常还在固定的地产边界内以随机的行驶模式割草，其中，所述边界由连续的边界标记限定，例如，在地产边界处铺设在草坪上的或埋设在草坪下方的通电的导线。这样的边界导线也可以延伸到庭院的内部，以划定障碍物(例如，树木、花坛等)或其它排除区。然后，剪草机可以在边界导线所划界的区域内随机地移动。尽管有效，但是剪草机的随机模式与边界的可变性(即，地产线的形状、障碍物的形状和尺寸等)相结合会产生问题。例如，剪草机有时在同一区域剪草的时间可能长于所需的时间，而遗漏的区域仍未剪草。当庭院的布局(例如，边界和排除的区域/障碍物)与剪草机的随机模式运动相结合导致进入某些区域(例如，庭院的具有狭窄进入通道的那些区域)的难度增加时，就会发生这种情况。如果剪草机不能进入这些区域，则可能会遗漏这样的区域，从而降低了能感知到的切割质量。相反，当剪草机能够到达这些区域时，它可能会被不适当地“搁置”，从而潜在地延长了在需要充电之前完成剪草任务所花费的时间。
技术实现思路
本专利技术可以提供一种在预定的作业区域内操作自主作业车辆的方法，该方法包括：利用与作业车辆相关联的控制器，限定至少部分地处于作业区域内的行驶局限区，该行驶局限区限定小于作业区域的面积的区面积；在行驶局限区内自主地操作作业车辆；将作业车辆的位置约束在行驶局限区内；以及在作业车辆在行驶局限区内操作的同时，越过作业区域移动行驶局限区。在另一实施例中，提供一种在预定的作业区域内操作自主作业车辆的方法，该方法包括：利用与作业车辆相关联的控制器，限定至少部分地处于作业区域内的行驶局限区，该行驶局限区限定小于作业区域的面积的区面积；自主地将作业车辆从行驶局限区之外的位置运送到行驶局限区内的位置；在行驶局限区内自主地操作附接至作业车辆的工具；以及，在作业车辆在行驶局限区内操作的同时，越过作业区域移动行驶局限区。在又一实施例中，提供一种剪草系统，包括自主操作的剪草机，该剪草机适于随着剪草机在作业区域各处行驶而切割作业区域内生长的草。该剪草机包括：底盘，其由地面支撑构件支撑在草地表面上，其中，地面支撑构件中的一个或多个包括驱动构件；割草元件，其附接至底盘；马达，其适于为割草元件和驱动构件提供动力；以及控制器，其适于控制割草元件以及剪草机的速度和方向。控制器进一步适于：识别至少部分地在作业区域内的行驶局限区，该行驶局限区包括小于作业区域的面积的区面积；以及，随着行驶局限区越过作业区域行驶，将剪草机的操作约束在行驶局限区和作业区域两者内。在又一实施例中，提供一种在预定的作业区域内操作自主作业车辆的方法，该方法包括：利用与作业车辆相关联的控制器，限定至少部分地处于作业区域内的行驶局限区，其中，作业区域划出第一组多个网格单元并且行驶局限区划出更小的第二组多个网格单元。该方法进一步包括；在行驶局限区内自主地操作作业车辆；将作业车辆的位置约束在行驶局限区内；在作业车辆在行驶局限区内操作的同时，越过作业区域移动行驶局限区；以及，利用控制器，决定使行驶局限区前进的方向。在再一实施例中，提供一种在预定的作业区域内操作自主作业车辆的方法。该方法可以包括以下各项中的一项或多项：利用与作业车辆相关联的电子的控制器，限定至少部分地处于作业区域内的行驶局限区，该行驶局限区限定小于作业区域的面积的区面积；在行驶局限区内自主地操作作业车辆；将作业车辆的位置约束在行驶局限区内；以及在作业车辆在行驶局限区内操作的同时，越过作业区域移动行驶局限区。可以以任何组合另外地包括一个或多个方面，以产生又另外的实施例。例如，作业车辆可以构造为草坪剪草机。在另一方面，作业区域可以包括地产的草地表面。在另一方面，可以随着行驶局限区越过作业区域移动，改变行驶局限区的形状。在再一方面，方法可以进一步包括：在行驶局限区内以随机的方式移动作业车辆。在又一方面，方法包括：利用控制器，控制作业车辆的转向角度和地面速度。在又一方面，方法进一步包括：在越过作业区域移动行驶局限区之前，将行驶局限区的初始位置维持一段时间。在又一方面，方法包括：利用控制器，估计作业车辆跨越整个作业区域的操作将完成的时间。在再一方面，方法包括：随着行驶局限区越过作业区域移动，将行驶局限区的区面积维持恒定；或者，随着行驶局限区越过作业区域移动，改变行驶局限区的区面积。在又一方面，方法包括：当在行驶局限区内操作作业区域时，维持作业车辆的速度；或者，当在行驶局限区内操作作业区域时，改变作业车辆的速度。在又一方面，移动行驶局限区的步骤包括以恒定的速率或可变的速率移动行驶局限区。在另一实施例中，提供一种剪草系统，包括自主操作的剪草机，该剪草机适于随着剪草机在作业区域各处行驶而切割作业区域内的草。在一方面，系统可以包括以下各项中的一项或多项：底盘，其由地面支撑构件支撑在草地表面上，其中，地面支撑构件中的一个或多个包括驱动构件；割草元件，其由底盘承载；一个或多个马达，其适于为割草元件和驱动构件提供动力；以及电子的控制器，其适于控制割草元件的操作以及剪草机的速度和方向。该控制器适于：识别至少部分地在作业区域内的行驶局限区，该行驶局限区包括小于作业区域的面积的区面积；以及，随着行驶局限区越过作业区域行驶，将剪草机的操作约束在行驶局限区和作业区域两者内。可以以任何组合另外地包括一个或多个方面，以产生又另外的实施例。例如，在一方面，在越过作业区域移动行驶局限区之前，控制器可以将行驶局限区的初始位置维持一段时间。在另一方面，剪草机进一步包括：适于估计剪草机在作业区域内的位置的定位系统，其中该定位系统能操作地连接至控制器。在又一方面，系统进一步包括：位于作业区域中或附近的基站。在再一实施例中，提供一种在预定的作业区域内操作自主作业车辆的方法。在一方面，该方法可以包括以下各项中的一项或多项：利用与作业车辆相关联的电子的控制器，限定至少部分地处于作业区域内的行驶局限区，其中，作业区域划出第一组多个网格单元并且行驶局限区划出更小的第二组多个网格单元；在行驶局限区内自主地操作作业车辆；将作业车辆的位置约束在行驶局限区内；利用控制器，决定使行驶局限区的前缘前进的方向；以及，在作业车辆在行驶局限区内操作的同时，越过作业区域移动行驶局限区。可以以任何组合另外地包括一个或多个方面，以产生又另外的实施例。例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在预定的作业区域内操作自主作业车辆的方法，所述方法包括：/n利用与所述作业车辆相关联的电子的控制器，限定至少部分地处于所述作业区域内的行驶局限区，所述行驶局限区限定比所述作业区域的面积小的区面积；/n在所述行驶局限区内自主地操作所述作业车辆；/n将所述作业车辆的位置约束在所述行驶局限区内；以及/n在所述作业车辆在所述行驶局限区内操作的同时，横跨所述作业区域移动所述行驶局限区。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171120 US 62/588,680;20171218 US 62/599,9381.一种在预定的作业区域内操作自主作业车辆的方法，所述方法包括：
利用与所述作业车辆相关联的电子的控制器，限定至少部分地处于所述作业区域内的行驶局限区，所述行驶局限区限定比所述作业区域的面积小的区面积；
在所述行驶局限区内自主地操作所述作业车辆；
将所述作业车辆的位置约束在所述行驶局限区内；以及
在所述作业车辆在所述行驶局限区内操作的同时，横跨所述作业区域移动所述行驶局限区。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述作业车辆是草坪剪草机。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述作业区域包括地产的草地表面。


4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：随着所述行驶局限区越过所述作业区域移动，改变所述行驶局限区的形状。


5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在所述行驶局限区内以随机的方式移动所述作业车辆。


6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：利用所述控制器，控制所述作业车辆的转向角度和地面速度。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，进一步包括：在越过所述作业区域移动所述行驶局限区之前，将所述行驶局限区的初始位置维持一段时间。


8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，进一步包括：利用所述控制器，估计所述作业车辆跨越整个所述作业区域的操作将完成的时间。


9.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，进一步包括：随着所述行驶局限区越过所述作业区域移动，将所述行驶局限区的所述区面积维持恒定；或者，随着所述行驶局限区越过所述作业区域移动，改变所述行驶局限区的所述区面积。


10.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，进一步包括：当在所述行驶局限区内操作所述作业区域时，维持所述作业车辆的速度；或者，当在所述行驶局限区内操作所述作业区域时，改变所述作业车辆的所述速度。


11.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，移动所述行驶局限区的步骤包括以恒定的速率或可变的速率移动所述行驶局限区。


12.一种剪草系统，包括自主操作的剪草机，所述剪草机适于随着所述剪草机围绕作业区域行驶而切割所述作业区域内的草，所述系统包括：
底盘，其由地面支撑构件支撑在草地表面上，其中，所述地面支撑构件中的一个或多个包括驱动构件；
割草元件，其由所述底盘承载；
一个或多个马达，其适于为所述割草元件和所述驱动构件提供动力；以及
电子的控制器，其适于控制所述割草元件的操作以及所述剪草机的速度和方向；

【专利技术属性】
技术研发人员：赖安·道格拉斯·英格瓦尔森，杰森·托马斯·克拉夫特，亚历山大·斯蒂文·弗里克，
申请(专利权)人：托罗公司，
类型：发明
国别省市：美国;US