具有困境避免和障碍物避开路径计划的自主地面维护机器制造技术

操作自主地面维护机器包括：确定用于机器到达作业区域的分区中的目的地道路点的行进路径。基于预先确定的地形图，对于问题区域分析行进路径。甚至在机器开始沿路径行进之前，也可以计划机器的转动，以主动地防止机器被困。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有困境避免和障碍物避开路径计划的自主地面维护机器本申请要求2018年5月25日提交的美国临时申请No.62/676,379以及2019年2月5日提交的美国临时申请No.62/801,267的优先权，这两个美国临时申请通过引用并入本文。
本文中描述的实施例涉及自主地面维护机器，特别是涉及用于自主地面维护机器以避免被困和避开障碍物的路径计划。
技术介绍
诸如草坪机械和花园机械之类的地面维护机器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。自主地执行割草功能的草坪剪草机也是已知的。自主草坪剪草机通常由电池供电，并且通常受限于仅切割地产草坪的一部分就需要充电，充电通常需要剪草机返回到充电基站。此外，许多自主草坪剪草机都是由差速驱动系统提供动力的，这意味着仅剪草机的前部或后部的两个车轮被提供动力。与四轮或全轮驱动系统相比，这简化了用于操作的动力传动系统。自主草坪剪草机通常还会在固定地产边界内以随机行驶模式割草。固定地产边界内的地形可能会给某些自主草坪剪草机带来问题，尤其是那些具有差速驱动系统的自主草坪剪草机。例如，一个问题区域是具有足以导致差速从动轮的牵引力损失的陡坡度的斜坡。特别是，接近陡坡下坡边界处的草坪剪草机在停止并试图移动离开边界后可能会被卡住。为了解决此类问题区域，一些自主草坪剪草机通过采取规避动作对固定地产边界中的地形变化做出反应。例如，当水平检测器感测到自主草坪剪草机处于足够陡的坡度(即，对于牵引力而言太陡)时，可以触发规避策略(evasivemaneuver)。规避动作可以包括反向路线或使草坪剪草机转动以退出问题区域。虽然有时是有效的，但水平检测器并不能在所有情况下都防止自主剪草机被卡住，尤其是当接近边界时。因为水平检测器只能感测到草坪剪草机何时已经到达陡坡，所以当水平检测器感测到了陡坡的时候，自主剪草机可能已经失去了反向或转向离开边界的能力。牵引力的损失可能会阻碍自主剪草机在整个预期作业区域继续割草的能力。无法恢复牵引力可能会降低自主剪草机的效率。另外，当已经位于陡坡上时所采取的规避动作可能会在一段时间起作用，但最终会磨平地面，因此该区域中的后续规避动作可能会最终失败并且机器人可能会被卡住。在陡坡上采取规避动作也会损坏草皮，进一步降低了牵引力，并且将来可能需要维修。除潜在的陡坡之外，地形还可能包括在自主草坪剪草机的路径上的障碍物。这些障碍物可能会阻碍自主剪草机有效地覆盖预期作业区域的能力。当存在障碍物时，自主剪草机的有效性可能会进一步降低。
技术实现思路
本专利技术的公开的实施例涉及用于自主地面维护机器的路径计划，以通过基于预先确定的地形图来计划机器沿行进路径的转动来避免被困在问题区域中。使用这种主动技术，机器可以被取向为当穿越问题区域时维持牵引力。机器可以基于预先确定的地形图来分析计划的行进路径是否将穿越问题区域，诸如陡坡。机器可以决定是沿向前方向(例如，对于陡的上坡斜坡)穿越问题区域，还是沿反向方向(例如，对于陡的下坡斜坡)穿越问题区域。机器还可以使用传感器检测障碍物、然后决定是在接触障碍物之前还是之后改变路线来避开障碍物。问题区域、障碍物或两者均可以由用户手动地识别或由机器自主地识别。这些技术的使用可以提高许多自主地面维护机器的有效性。在一个实施例中，本专利技术的公开涉及一种用于操作自主地面维护机器的方法。该方法包括：确定自主地面维护机器到达作业区域中的目的地道路点的行进路径；基于预先确定的地形图，分析行进路径是否将穿越问题区域；基于预先确定的地形图，确定自主地面维护机器沿行进路径的计划转动；以及基于计划转动命令自主地面维护机器沿行进路径推进。在另一实施例中，本专利技术的公开涉及一种自主地面维护机器，其包括限定有前端和后端的壳体以及与壳体相关联的机具。机器包括将壳体的前端支撑在地面上的至少一个前轮以及将壳体的后端支撑在地面上的两个后轮。机器还包括由壳体支撑的机具马达以及由壳体支撑并可操作地联接到后轮的推进系统。推进系统适于独立地控制两个后轮的速度和旋转方向，从而控制壳体在地面上的速度和方向。机器进一步包括可操作地联接到推进系统的控制器。控制器适于生成壳体的行驶计划。控制器适于自主地：确定壳体到达作业区域中的目的地道路点的行进路径；基于预先确定的地形图，分析行进路径是否将穿越问题区域；基于预先确定的地形图，计划壳体的转动；以及基于计划的转动命令推进系统将壳体沿行进路径推进。在又一实施例中，本专利技术的公开涉及一种自主地面维护机器，其包括限定有前端和后端的壳体以及与壳体相关联的机具。机器包括将壳体的前端支撑在地面上的至少一个前轮以及将壳体的后端支撑在地面上的两个后轮。机器还包括由壳体支撑的机具马达以及由壳体支撑并可操作地联接到后轮的推进系统。推进系统适于独立地控制两个后轮的速度和旋转方向，从而控制壳体在地面上的速度和方向。机器进一步包括：定位成在壳体的前端或后端的方向上检测障碍物的障碍物感测电路，以及可操作地联接到推进系统和障碍物感测电路的控制器。控制器适于自主地：基于预先确定的地形图和当前行进路径，确定壳体的计划转动；使用障碍物感测电路，检测沿当前行进路径到达作业区域中的目的地道路点的障碍物；确定目的地道路点是当前分区内的下一坐标还是作业区域的新分区内的起始坐标；响应于目的地道路点是当前分区内的下一坐标，使用如下命令来避开障碍物：命令推进系统将壳体沿当前行进路径推进，直到与障碍物进行接触；以及在避开障碍物之后，命令推进系统将壳体朝目的地道路点推进。上述概述并非旨在描述本专利技术的公开的每个实施例或每个实现方式。通过参考下面的详细描述和权利要求书，结合附图，对本专利技术的更全面的理解将变得显而易见并得以理解。附图说明将参考附图进一步描述示例性实施例，其中：图1是根据本专利技术的公开的一个实施例的结合了路径计划的自主地面维护机器的示意性正视图。图2是根据本专利技术的公开的一个实施例的图1的机器所覆盖的作业区域的俯视图。图3是根据本专利技术的公开的一个实施例的图2的作业区域内的分区和图1的机器在该分区内的路径的俯视图。图4是根据本专利技术的公开的一个实施例的沿着行进路径的海拔对距离的曲线图。图5是沿着图4的行进路径的坡度对距离的曲线图。图6是根据本专利技术的公开的一个实施例的执行障碍物避开方法的图1的机器的俯视图。图7是根据本专利技术的公开的一个实施例的执行另一障碍物避开方法的图1的机器的俯视图。图8是根据本专利技术的公开的一个实施例的操作图1的机器的方法的一个实例的流程图。图9是根据本专利技术的公开的一个实施例的使用图1的机器来实现穿越图8的作业区域的一个实例的流程图。图10是根据本专利技术的公开的一个实施例的使用图1的机器且利用图9的多个道路点来实现穿越分区的一个实例的流程图。图11是根据本专利技术的公开的一个实施例的使用图1的机器来实现确定图8的作业区域的地形图的一个实例的流程图。图12是根据本专利技术的公开的一个实施例的使用图1的机器来实现确定沿着图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于操作自主地面维护机器的方法，包括：/n确定所述自主地面维护机器到达作业区域中的目的地道路点的行进路径；/n基于预先确定的地形图，分析所述行进路径是否将穿越问题区域；/n基于预先确定的所述地形图，确定所述自主地面维护机器沿所述行进路径的计划转动；以及/n基于所述计划转动命令所述自主地面维护机器沿所述行进路径推进。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180525 US 62/676,379;20190205 US 62/801,2671.一种用于操作自主地面维护机器的方法，包括：
确定所述自主地面维护机器到达作业区域中的目的地道路点的行进路径；
基于预先确定的地形图，分析所述行进路径是否将穿越问题区域；
基于预先确定的所述地形图，确定所述自主地面维护机器沿所述行进路径的计划转动；以及
基于所述计划转动命令所述自主地面维护机器沿所述行进路径推进。


2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
利用预先确定的所述地形图，分析所述行进路径是否会使所述自主地面维护机器在所述问题区域之前穿越在前的可转动区域；
确定将所述自主地面维护机器推进穿过所述问题区域的优选方向；
确定所述自主地面维护机器将穿越所述在前的可转动区域的方向；以及
响应于确定所述自主地面维护机器将穿越所述在前的可转动区域，计划使所述自主地面维护机器在所述在前的可转动区域中转动到与对于所述问题区域来说的所述优选方向相反的方向上。


3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括：基于先前对所述作业区域的穿越来确定地形图。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，确定所述地形图的步骤包括：确定所述作业区域内的多个坐标的多个坡度。


5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括：确定在所述地形图中沿所述行进路径的多个海拔、俯仰角或侧倾坡度。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，分析所述行进路径是否将穿越问题区域的步骤包括：将沿所述行进路径的多个坡度与问题区域的阈值坡度进行比较。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，进一步包括：使用沿所述行进路径的多个坡度和可转动区域的阈值坡度，分析所述行进路径是否穿越可转动区域。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，进一步包括：在将所述自主地面维护机器转动到新起始取向之前，针对问题区域分析到达新目的地道路点的新行进路径。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述目的地道路点是当前分区内的下一坐标或所述作业区域的新分区内的起始坐标。


10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：使用预先确定的所述地形图，基于海拔或坡度数据来确定所述新分区内的所述起始坐标。


11.根据权利要求10所述的方法，其中，确定所述新分区内的所述起始坐标是基于所述新分区中的最高海...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰森·克拉夫特，
申请(专利权)人：托罗公司，
类型：发明
国别省市：美国;US