專利名稱：一種用于控制自動設備的工作區(qū)域界定和引導的方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于控制自動設備的工作區(qū)域界定和引導方法及其系統(tǒng)，尤其涉及一種用于控制自動割草機的工作區(qū)域界定和引導的方法及其系統(tǒng)。
背景技術：
目前，用于家庭、公共綠地等場所地面清潔和草坪維護的機器一般是采用汽油發(fā)動機或民用電作為動力，在人工的參與下完成地面或者草地的清潔和護理修剪等工作。但是汽油發(fā)動機會排放廢氣造成空氣污染，需要人工參與的機器勞動強度大，機器產生的噪 聲對操作者和環(huán)境都帶來不利的影響。隨著信息技術和機械電子技術的飛速發(fā)展，使機器人走入日常應用成為可能。目前市場上已經有地板清潔機器人和自動割草機上市，用于草坪維護的自動割草機有著勞動力消耗少、安全性高、自動化程度高等特點，一些國外大型公司己對自動割草機器人的進行了初步研究，并推出了部分自功割草機器人產品，如Friendly Machines公司的 Robomow、Zucchetti 公司的 Ambrigio Robo-Lawnmower 和 Electrolux 公司的Husqvarna Auto Mower等。這些自動機器人都通過使其在一個需要被清潔或修剪的工作區(qū)域內相對于該區(qū)域自主移動來清潔地面或修剪草坪。為了保證機器人處于指定的工作區(qū)域內，并且在需要時能夠正確地回到指定地點，電子區(qū)域界定和引導系統(tǒng)是其中一個必不可少的組成部分。美國專利第US20080097645號和第US006300737號都提出了采用在工作區(qū)域周圍設置電纜用來確定不允許機器人越過的邊界線，同時將電纜連接到一個信號發(fā)生器，用于產生一個可以被安裝在機器人上的檢測裝置能檢測到的磁場。當機器人接近電纜時，系統(tǒng)檢測磁場強度的變化，控制單元處理信息并操縱電機單元來操縱機器人的運動。例如系統(tǒng)能夠防止機器人移出其本應處理的區(qū)域或者使其沿著電纜運動。根據(jù)上述在先文件所述，確定范圍的電纜是連接在信號發(fā)生器上的，信號發(fā)生器通常位于一個固定的地點(如基站)，通過給電纜施加一個電流產生磁場，然后由安裝在機器人上的磁場檢測裝置來檢測磁場變化，并由此做出操縱指令。在上述方法中，為了能夠確定機器人的位置，需要給電纜施加不同頻率的兩種電流，如果有多個電纜時，在給不同的電纜施加電流時需要指定嚴格的相位關系，因此在信號發(fā)生器和檢測裝置上的設計需要考慮不同頻率和相位關系的磁場變化。特別是當有多個電纜時，由于要嚴格指定相位關系，很難任意擴展電纜數(shù)量，也不易將工作區(qū)域進行細分，因此也不容易對機器人進行比較明確的方向引導。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供了一種用于控制自動設備特別是一種自動割草機的工作區(qū)域界定方法和引導系統(tǒng)。本發(fā)明信號發(fā)生系統(tǒng)安裝在自動設備上，在運動的過程中能夠產生靜止或者交變的電磁場，連接到信號接收系統(tǒng)的電纜作為工作區(qū)域范圍的界定，多個電纜可以將工作區(qū)域劃分成多個子區(qū)域，根據(jù)信號接收系統(tǒng)檢測到不同區(qū)域的磁場信號對自動設備的運動進行引導。為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明通過下述技術方案得以解決
一種用于控制自動設備的工作區(qū)域界定和引導的方法，包括至少一個安裝在自動設備上的信號發(fā)生系統(tǒng)，和至少一個信號接收系統(tǒng)；信號發(fā)生系統(tǒng)隨自動設備移動，產生磁場信號并通過空氣傳播；信號接收系統(tǒng)連接有至少一根電纜，信號接收系統(tǒng)檢測由信號發(fā)生系統(tǒng)在移動或靜止的過程中產生并通過空氣傳播的磁場信號；信號接收系統(tǒng)根據(jù)檢測到的磁場信號傳輸一個處理信號給自動設備；自動設備通過至少一個驅動裝置引導自動設備在工作區(qū)域內運動；信號發(fā)生系統(tǒng)安裝在自動設備上，在特定時間內產生至少一個靜止或者交
變的磁場信號。作為優(yōu)選,信號接收系統(tǒng)檢測到由信號發(fā)生系統(tǒng)產生的磁場的磁場強度，根據(jù)磁場強度變化來判斷自動設備離電纜的距離。作為優(yōu)選，信號接收系統(tǒng)與電纜相連，并與電纜構成一個閉環(huán)。作為優(yōu)選，信號接收系統(tǒng)與第二電纜和第三電纜相連，信號接收系統(tǒng)分別與第二電纜、第三電纜構成第二閉環(huán)和第三閉環(huán)，閉環(huán)、第二閉環(huán)和第三閉環(huán)將工作區(qū)域劃分成多個子工作區(qū)域。作為優(yōu)選，閉環(huán)、第二閉環(huán)和第三閉環(huán)是單匝或者多匝的。作為優(yōu)選，信號接收系統(tǒng)檢測到的由信號發(fā)生系統(tǒng)產生的磁場的磁場強度變化來判斷自動設備位于閉環(huán)的內側還是外側。作為優(yōu)選，信號接收系統(tǒng)將檢測到的磁場信號經過處理后傳送給自動設備，自動設備的控制系統(tǒng)根據(jù)自動設備位于閉環(huán)的內側還是外側來驅動自動設備相對于電纜進行移動。作為優(yōu)選，信號接收系統(tǒng)將檢測到的多個閉環(huán)獲得的磁場信息經過處理后通過無線通訊模塊傳送給自動設備，自動設備的控制系統(tǒng)根據(jù)檢測到的磁場信號驅動自動設備在多個子工作區(qū)域間移動。作為優(yōu)選，自動設備為一種自動移動的機器。作為優(yōu)選，自動設備為一種自動割草裝置。一種自動設備工作區(qū)域界定和引導系統(tǒng)，包括至少一個安裝在自動設備上的信號發(fā)生系統(tǒng)，和至少一個信號接收系統(tǒng)，自動設備包括驅動裝置；信號發(fā)生系統(tǒng)隨自動設備移動，產生磁場信號并通過空氣傳播；信號接收系統(tǒng)連接有至少一根電纜，信號接收系統(tǒng)檢測由信號發(fā)生系統(tǒng)在移動或靜止的過程中產生并通過空氣傳播的磁場信號；信號接收系統(tǒng)將檢測到的磁場信號通過無線通訊模塊以無線方式傳輸給自動設備；信號發(fā)生系統(tǒng)安裝在自動設備上，在特定時間內產生至少一個靜止或者交變的磁場，由信號接收系統(tǒng)來檢測通過空氣傳播的磁場信號。作為優(yōu)選，信號接收系統(tǒng)包括至少一個信號檢測單元、信號處理單元和無線通訊模塊，信號檢測單元與電纜相連，并與電纜構成閉環(huán)。作為優(yōu)選，信號接收系統(tǒng)與第二電纜和第三電纜相連，信號接收系統(tǒng)分別與第二電纜、第三電纜構成第二閉環(huán)和第三閉環(huán)，閉環(huán)、第二閉環(huán)和第三閉環(huán)將工作區(qū)域劃分成多個子工作區(qū)域。作為優(yōu)選，自動設備包括輪子和驅動裝置，以及帶有無線通訊功能的控制單元。作為優(yōu)選，自動設備為一種自動移動的機器。作為優(yōu)選，自動設備為一種自動割草機器，自動割草機器包括割草刀片。作為優(yōu)選，自動設備為一種表面清潔機器。本發(fā)明的優(yōu)點信號發(fā)生系統(tǒng)產生的磁場信號無需特定的頻率和相位關系；信號接收系統(tǒng)可以方便地擴展到連接多個電纜閉環(huán)，從而將工作區(qū)域細分，為自動設備在不同工作區(qū)域之間移動提供引導信息；多個電纜構成的閉環(huán)可以相互覆蓋或者交叉。



圖I顯示了根據(jù)本發(fā)明的電子區(qū)域界定和引導系統(tǒng)。圖2為實施例2的電子區(qū)域界定和引導系統(tǒng)。圖3顯示了自動設備在工作區(qū)域內的運動的一種路徑。圖4顯示了用于圖I中系統(tǒng)沿邊界引導的示意圖。圖5顯示了用于圖I中系統(tǒng)沿子區(qū)域引導的另一示意圖。圖6顯示了包含不可進入?yún)^(qū)域的運動示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖1-6與實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。實施例I
一種割草機單工作區(qū)域界定和引導系統(tǒng)，見圖1，包括至少一個安裝在自動設備2上的信號發(fā)生系統(tǒng)8，和一個信號接收系統(tǒng)3，自動設備2包括驅動裝置10 ;信號接收系統(tǒng)3和 相連接的電纜I用于工作區(qū)域21的界定和劃分。信號發(fā)生系統(tǒng)8安裝在自動設備2上，隨自動設備2移動，信號發(fā)生系統(tǒng)8通常具有能夠產生一定頻率交變電流的振蕩電路和信號發(fā)射線圈，信號發(fā)生系統(tǒng)8在工作過程中，在一定區(qū)域內產生一個交變的磁場信號，產生磁場信號并通過空氣傳播；信號接收系統(tǒng)3連接有一根電纜1，信號接收系統(tǒng)3檢測由信號發(fā)生系統(tǒng)8在移動或靜止的過程中產生并通過空氣傳播的磁場信號；電纜I用于確定工作區(qū)域21邊界，信號接收系統(tǒng)3通常安裝在固定位置。信號接收系統(tǒng)3根據(jù)檢測到的磁場信號通過無線通訊模塊13以無線方式將檢測到的磁場信號傳輸給自動設備2 ;信號發(fā)生系統(tǒng)8在特定時間內產生至少一個靜止或者交變的磁場，由信號接收系統(tǒng)3來檢測通過空氣傳播的磁場信號。信號接收系統(tǒng)3包括至少一個信號檢測單元11、信號處理單元12和無線通訊模塊13，信號檢測單元11與電纜I相連，并與電纜I構成閉環(huán)。信號接收系統(tǒng)3接收到的磁場信號是由安裝在自動設備2上的信號發(fā)生系統(tǒng)8產生的，因此所接收到的磁場強度與自動設備2和電纜I相對位置有關。當自動設備2在電纜I所圍工作區(qū)域21內部時，由于抵消作用，電纜I感應到的磁場強度較小。當自動設備2接近電纜I時，接收到的磁場強度逐漸增加，在跨過電纜I時達到最大。當自動設備2跨過電纜I并遠離電纜I所圍工作區(qū)域21時，接收到的磁場強度逐漸減弱，但在一定范圍內仍比在電纜I所圍的工作區(qū)域21內部時要大。這就意味著，信號接收系統(tǒng)3可以根據(jù)檢測到的磁場強度的大小和變化趨勢判斷自動設備2是位于電纜I所圍工作區(qū)域21的內部、臨界或者外部。信號接收系統(tǒng)3 —般包括信號檢測單元11、信號處理12和無線通訊模塊13。用于界定的邊界電纜I通常連接到信號檢測單元11，檢測由信號發(fā)生系統(tǒng)8產生的磁場信號，并經過信號處理后傳送給自動設備2。為了減少其他干擾對系統(tǒng)的影響，信號發(fā)生系統(tǒng)8通常產生的是一定頻率的交變磁場，檢測單元過濾掉干擾成分，檢測一定頻率的交變磁場，具有較強的抗干擾能力。圖3是自動設備2在由電纜I圍成的工作區(qū)域21內往復工作的示意圖。自動設備2在工作區(qū)域21內根據(jù)所承擔的任務按一定方式前進，當其接近并跨越電纜I時，信號接收系統(tǒng)3檢測到迅速增加的磁場強度，由此判斷自動設備2正在越界，將信號處理后通過無線通訊模塊13傳送給自動設備2，使自動設備2掉頭重新進入工作區(qū)域21。如此往復，使自動設備2始終在工作區(qū)域21內往復工作。 圖4給出了當自動設備2需要回到指定地點(如基站)時的一種引導路線和方法。自動設備2先按照一定的方式前進，直至運行到接近并跨越電纜I時，此時信號檢測單元會檢測到較強的磁場信號，然后按照一定的控制算法能夠使自動設備2沿著邊界電纜I按Z字形的方式前進。一般來講，Z字形運動事實上非常有限。當自動設備2沿著邊界電纜前進時，采用傳感元件和一個好的控制算法能夠盡量地減少Z字形行為。自動設備2為包括輪子7和驅動裝置10，以及帶有無線通訊功能的控制單元9。控制單元9接收來自信號接收系統(tǒng)3根據(jù)檢測到的磁場強度傳送的處理信息，根據(jù)所處理的信息通過驅動裝置10操作輪子7使自動設備2移動，控制單元9當然也可以具有其他任務，如控制安裝在自動機器人內的附加刀具(如果是適用割草機)等。自動設備2為一種自動移動的機器,機器人具有輪子7和相應的驅動裝置10,以及帶有無線通訊功能的控制單元9。本實施例的自動設備2為一種自動割草機器，自動割草機器包括割草刀片。實施例2
一種割草機多工作區(qū)域界定和引導系統(tǒng)，見圖2，結構與實施例I不同之處在于，在實施例I的基礎上增加一些內容，具體如下，實施例I采用的是一根電纜1，構成一個工作區(qū)域21，而實施例2在電纜I的基礎上增加兩根電纜，即第二電纜5和第三電纜6，當然也可以多幾根電纜，比如電纜4，即信號接收系統(tǒng)3與電纜I、第二電纜5和第三電纜6相連，電纜I、第二電纜5、電纜6構成閉環(huán)、第二閉環(huán)和第三閉環(huán)，閉環(huán)、第二閉環(huán)和第三閉環(huán)將工作區(qū)域21劃分成多個子工作區(qū)域。電纜I、第二電纜5和第三電纜6可以連接到相同的信號檢測單元11，也可以連接到各自獨立的信號檢測單元11。不同的電纜可以相互包含，也可以相互交叉，這也正是根據(jù)本發(fā)明所實施系統(tǒng)的一個優(yōu)越性。圖5給出了另一種引導自動設備2回到基站的路線和方法。在這種方法中，工作區(qū)域21被多個電纜分成多個子工作區(qū)域，特別地其中有一個子工作區(qū)域，例如由電纜4圍成的區(qū)域，表示了自動設備2需要返回的地點。當自動設備2需要返回指定地點的時候，可以按照一定的控制算法使自動設備2依次進入某個子工作區(qū)域，最終回到基站附近，無需沿著邊界返回，因此，其效率比前一種方法要好。實施例3
一種表面清潔機器單工作區(qū)域界定和引導系統(tǒng)，與實施例2不同之處在于，實施例2的自動設備為割草機，而本實施例的自動設備2為一種表面清潔機器。圖6給出了一種避免自動設備2進入某個局部區(qū)域的示意圖。由第二電纜5所圍成的區(qū)域是自動設備2由于某種原因禁止進入的。因此可以在信號檢測和信號處理單元給該電纜接收到的磁場信號一個特殊的標記，以示區(qū)別。按照一定控制算法使得自動設備2在進入該區(qū)域時掉頭回到由電纜I圍成的正常工作區(qū)域。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍?！?br> 權利要求
1.一種用于控制自動設備的工作區(qū)域界定和引導的方法，包括至少一個安裝在自動設備(2)上的信號發(fā)生系統(tǒng)(8)和至少一個信號接收系統(tǒng)(3);信號發(fā)生系統(tǒng)(8)隨自動設備(2)移動，產生磁場信號并通過空氣傳播；信號接收系統(tǒng)(3)連接有至少一根電纜(1)，信號接收系統(tǒng)(3)檢測由信號發(fā)生系統(tǒng)(8)在移動或靜止的過程中產生并通過空氣傳播的磁場信號；信號接收系統(tǒng)(3)根據(jù)檢測到的磁場信號通過無線通訊模塊(13)以無線方式傳輸一個處理信號給自動設備(2);自動設備(2)通過至少一個驅動裝置(10)引導自動設備(2)在工作區(qū)域(21)內運動；其特征在于信號發(fā)生系統(tǒng)(8)安裝在自動設備(2)上，在特定時間內產生至少一個靜止或者交變的磁場信號。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種用于控制自動設備的工作區(qū)域界定和引導的方法，其特征在于信號接收系統(tǒng)(3 )檢測到由信號發(fā)生系統(tǒng)(8 )產生的磁場的磁場強度,根據(jù)磁場強度變化來判斷自動設備(2 )離電纜(I)的距離。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種用于控制自動設備的工作區(qū)域界定和引導的方法，其特征在于信號接收系統(tǒng)(3 )與電纜(I)相連，并與電纜(I)構成一個閉環(huán)。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種用于控制自動設備的工作區(qū)域界定和引導的方法，其特征在于信號接收系統(tǒng)(3)與第二電纜(5)和第三電纜(6)相連，信號接收系統(tǒng)(3)分別與第二電纜(5)、第三電纜(6)構成第二閉環(huán)和第三閉環(huán)，閉環(huán)、第二閉環(huán)和第三閉環(huán)將工作區(qū)域(21)劃分成多個子工作區(qū)域。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種用于控制自動設備的工作區(qū)域界定和引導的方法，其特征在于閉環(huán)、第二閉環(huán)和第三閉環(huán)是單匝或者多匝的。
6.根據(jù)權利要求I所述的一種用于控制自動設備的工作區(qū)域界定和引導的方法，其特征在于信號接收系統(tǒng)(3)檢測到的由信號發(fā)生系統(tǒng)(8)產生的磁場的磁場強度變化來判斷自動設備(2)位于閉環(huán)的內側還是外側。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種用于控制自動設備的工作區(qū)域界定和引導的方法，其特征在于信號接收系統(tǒng)(3)將檢測到的磁場信號經過處理后傳送給自動設備(2)，自動設備(2)的控制系統(tǒng)根據(jù)自動設備(2)位于閉環(huán)的內側還是外側來驅動自動設備(2)相對于電纜(I)進行移動。
8.根據(jù)權利要求4所述的一種用于控制自動設備的工作區(qū)域界定和引導的方法，其特征在于信號接收系統(tǒng)(3)將檢測到的多個閉環(huán)獲得的磁場信號經過處理后傳送給自動設備(2)，自動設備(2)的控制系統(tǒng)驅動自動設備(2)在多個子工作區(qū)域間移動。
9.根據(jù)權利要求所述I的一種用于控制自動設備的工作區(qū)域界定和引導的方法，其特征在于自動設備(2)為一種自動移動的機器。
10.根據(jù)權利要求I所述的一種用于控制自動設備的工作區(qū)域界定和引導的方法，其特征在于自動設備(2)為一種自動割草裝置。
11.一種自動設備工作區(qū)域界定和引導系統(tǒng)，包括至少一個安裝在自動設備(2)上的信號發(fā)生系統(tǒng)(8)和至少一個信號接收系統(tǒng)(3)，自動設備(2)包括驅動裝置(10);信號發(fā)生系統(tǒng)(8)隨自動設備(2)移動，產生磁場信號并通過空氣傳播；信號接收系統(tǒng)(3)連接有至少一根電纜(1)，信號接收系統(tǒng)(3)檢測由信號發(fā)生系統(tǒng)(8)在移動或靜止的過程中產生并通過空氣傳播的磁場信號；信號接收系統(tǒng)(3)將檢測到的磁場信號通過無線通訊模塊(13)以無線方式傳輸給自動設備(2)，其特征在于信號發(fā)生系統(tǒng)(8)安裝在自動設備(2)上，在特定時間內產生至少一個靜止或者交變的磁場，由信號接收系統(tǒng)(3)來檢測通過空氣傳播的磁場信號。
12.根據(jù)權利要求11所述的一種自動設備工作區(qū)域界定和引導系統(tǒng)，其特征在于信號接收系統(tǒng)(3)包括至少一個信號檢測單元(11)、信號處理單元(12)和無線通訊模塊(13 )，信號檢測單元(11)與電纜(I)相連，并與電纜(I)構成閉環(huán)。
13.根據(jù)權利要求12所述的一種自動設備工作區(qū)域界定和引導系統(tǒng)，其特征在于信號接收系統(tǒng)(3)與第二電纜(5)和第三電纜(6)相連，信號接收系統(tǒng)(3)分別與第二電纜(5)、第三電纜(6)構成第二閉環(huán)和第三閉環(huán)，閉環(huán)、第二閉環(huán)和第三閉環(huán)將工作區(qū)域(21)劃分成多個子工作區(qū)域。
14.根據(jù)權利要求11所述的一種自動設備工作區(qū)域界定和引導系統(tǒng)，其特征在于自動設備(2)包括輪子(7)和驅動裝置(10)，以及帶有無線通訊功能的控制單元(9)。
15.根據(jù)權利要求14所述的一種自動設備工作區(qū)域界定和引導系統(tǒng)，其特征在于自動設備(2)為一種自動移動的機器。
16.根據(jù)權利要求14所述的一種自動設備工作區(qū)域界定和引導系統(tǒng)，其特征在于自動設備(2)為一種自動割草機器，自動割草機器包括割草刀片。
17.根據(jù)權利要求14所述的一種自動設備工作區(qū)域界定和引導系統(tǒng)，其特征在于自動設備(2)為一種表面清潔機器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于控制自動設備的工作區(qū)域界定和引導的方法及其系統(tǒng)，包括安裝在自動設備上的信號發(fā)生系統(tǒng)，和信號接收系統(tǒng)；信號發(fā)生系統(tǒng)隨自動設備移動，產生磁場信號并通過空氣傳播；信號接收系統(tǒng)連接有電纜，信號接收系統(tǒng)檢測由信號發(fā)生系統(tǒng)在特定時間內產生至少一個靜止或者交變的磁場；信號接收系統(tǒng)根據(jù)磁場信號傳輸一個處理信號給自動設備。本發(fā)明的優(yōu)點信號發(fā)生系統(tǒng)產生的磁場信號無需特定的頻率和相位關系；信號接收系統(tǒng)可以方便地擴展到連接多個電纜閉環(huán)，從而將工作區(qū)域細分，為自動設備在不同區(qū)域之間移動提供引導信息；多個電纜構成的閉環(huán)可以相互覆蓋或者交叉。
文檔編號G05D1/02GK102681545SQ20121017314
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權日2012年5月30日
發(fā)明者李德舜, 藍艇, 謝建軍, 鄔楊波, 陸立孟 申請人:寧波市德霖機械有限公司