專利名稱：電子定范圍系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一用于操縱一自動設備尤其是一自動剪草機的方法和電搜尋系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少一個第一電纜，其連接到至少一個第一信號發(fā)生器和至少一個安裝在所述裝置上的傳感系統(tǒng)，所述傳感系統(tǒng)檢測至少一個經(jīng)由所述電纜傳送和通過空氣傳播的磁場，該傳感系統(tǒng)傳輸一個處理信號給至少一個驅動裝置，該驅動裝置用于所述設備相對于一個表面的運動。
背景技術：
改進能夠自動工作的工具的想法是陳舊的，上述工具例如是用于真空吸塵或剪草的機器人。不管這是一陳舊的想法這一事實，直到最近上述工具還并非消費者可獲得的。一個例子是，自動真空吸塵器TrilobiteTM和自動剪草機AutomowerTM。它們兩個都通過使其在一個需要被處理的區(qū)域內相對于該區(qū)域移動來處理(剪或清潔)一個表面。
為了保持機器人處于需要被處理的區(qū)域內，搜尋系統(tǒng)必須被改進。上述系統(tǒng)包括至少一個與傳感系統(tǒng)在一起的電纜，該傳感系統(tǒng)在機器人內并用于檢測電纜所傳信號。電纜例如被設置用來確定不允許機器人越過的邊界線，以使機器人留在應被處理的區(qū)域內。一自動真空吸塵器通常僅在門打開處和樓梯處使用上述電纜，因為其通常在一個由墻圍成的房間內工作。如果真空吸塵器在一個非常大的房間內工作，將使用電纜將房間分成不同區(qū)域。在另一方面，自動剪草機并非工作在由墻圍成的區(qū)域內。因此，需要用于限定機器人應工作區(qū)域的電纜。
上述電纜和用于自動真空吸塵器的特定電纜包括永磁鐵或可以傳輸電流的電纜。
傳感系統(tǒng)通常包括至少一個用于檢測磁信號的接收單元、一連接于接收器并處理所接收信號的控制單元和一個連接到控制單元并控制機器人運動的電機單元。當機器人接近電纜時，系統(tǒng)檢測磁場強度的變化(該磁場由電流或永磁鐵產(chǎn)生)。控制單元處理信息并根據(jù)啟動功能通過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。
當前用于自動機器人的搜尋系統(tǒng)的缺陷在于，為了產(chǎn)生磁場信號它們使用不中斷的電流(例如一個或幾個正弦波)。電流產(chǎn)生的磁場在機器人意欲操作的整個或部分區(qū)域內傳播。如果任何其他的例如由另一設置在所述區(qū)域附近的電纜所產(chǎn)生的磁場也在同一區(qū)域內傳播，傳感系統(tǒng)將檢測到該磁場，上述干擾磁場能夠擾亂傳感系統(tǒng)，并因此造成機器人的操作問題。尤其是來自其他相似的傳感系統(tǒng)例如隔壁鄰居的系統(tǒng)的信號，由于兩個系統(tǒng)都在相同的頻段操作，因此將導致上述操作問題。由于磁場的疊加，傳感系統(tǒng)將彼此干擾。當前傳感系統(tǒng)的另一問題在于正弦波系統(tǒng)的價格已經(jīng)上漲，因為它們經(jīng)常需要調整頻率限定元件。為了解決上述問題開發(fā)了本發(fā)明。

發(fā)明內容
本發(fā)明涉及一用于操縱一自動設備尤其是一自動剪草機的方法和電搜尋系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少一個第一電纜，其連接到至少一個第一信號發(fā)生器和至少一個安裝在所述裝置(2)上的傳感系統(tǒng)，所述傳感系統(tǒng)檢測至少一個經(jīng)由所述電纜傳送和通過空氣傳播的磁場，該傳感系統(tǒng)傳輸一個處理的信號給至少一個驅動裝置，該驅動裝置用于所述設備相對于一個表面的運動。本發(fā)明的所述信號發(fā)生器通過所述第一電纜進一步傳輸一電流，在部分時間內所述電流處于一實質上為恒定的靜止狀態(tài)，所述靜止狀態(tài)周期性地被至少一個第一特性的電流脈沖所中斷。


通過參考附圖，將以優(yōu)選實施例的形式描述本發(fā)明。其中，圖1顯示了根據(jù)當前發(fā)明的一搜尋系統(tǒng)。
圖2顯示了圖1中搜尋系統(tǒng)內的信號圖。
圖3顯示了用于圖1中搜尋系統(tǒng)的自動設備。
圖4顯示了作為圖1中搜尋系統(tǒng)的部分的一個電纜的磁場示意圖。
圖5顯示了作為圖1中搜尋系統(tǒng)的部分的不同電纜的磁場示意圖。
圖6顯示了用于圖1中搜尋系統(tǒng)的一算法流程圖。
圖7顯示了用于圖1中搜尋系統(tǒng)的一算法的另一流程圖。
圖8顯示了用于圖1中搜尋系統(tǒng)中的自動設備的不同運動路徑。
圖9顯示了圖1中搜尋系統(tǒng)中的推挽。
圖10顯示搜尋系統(tǒng)如何確定一電流脈沖。
具體實施例方式
附圖顯示了本發(fā)明中搜尋系統(tǒng)的一說明性的實施例。該說明性的實施例將不應被理解為是對發(fā)明范圍的限制，因為其目的僅在于對本發(fā)明涉及的那種搜尋系統(tǒng)中的一個實施方式進行說明。實施例的目的在于說明發(fā)明的范圍。
圖1顯示了一搜尋系統(tǒng)，該搜尋系統(tǒng)包括一個用于包圍機器人2所移動和操縱區(qū)域的外部搜尋電纜1。外部電纜包括一電纜和一信號發(fā)射器3，該信號發(fā)射器產(chǎn)生一通過所述電纜傳輸?shù)碾娏餍问降男盘?。實施例的系統(tǒng)進一步包括三個另外的搜索電纜4-6，它們也包括電纜。上述搜尋電纜之一的4使用相同的信號發(fā)生器3，而其余的搜索電纜5-6每一個具有一在電纜內產(chǎn)生信號的從動信號發(fā)生器7-8。為了與外部電纜的發(fā)生器3的信號同步，從動信號發(fā)生器被連接到外部電纜1。另一種替換方式是采用另一種通訊類型，例如無線電信號，來使發(fā)生器同步。為了進一步顯示根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)所帶來的優(yōu)越性，所示的電纜彼此交叉地延伸。
在圖3中顯示了機器人。它包括一作為搜尋系統(tǒng)一部分的傳感系統(tǒng)11、12、13。另外，機器人具有輪子10。實施例的傳感系統(tǒng)，通常具有被用于機器人的公共單元，該傳感系統(tǒng)包括用于檢測磁場的裝置11(從現(xiàn)在起這些裝置被定義為接收器)，一個用于處理所接收的磁場信息的控制單元12，它又被連接到一電機單元13。在圖3中，為了說明所述傳感系統(tǒng)的不同功能，該接收器、控制單元和電機單元被彼此分開地顯示。
附圖顯示了諸單元呈分離狀態(tài)，但是在現(xiàn)代系統(tǒng)中，至少它們中的部分被理解為功能，因為，軟件通常被用作實現(xiàn)上述功能。包括一微型計算機的軟件系統(tǒng)使用一些額外的元件以便完成其任務，上述的一個元件可以是接收器，該接收器通常具有一圍繞在鐵氧體棒周圍的線圈。由于線圈能夠檢測磁場的變化并在線圈內產(chǎn)生電壓，磁場激發(fā)接收器?？刂茊卧邮丈鲜鏊a(chǎn)生的電信號并對其進行處理。根據(jù)所處理的信息傳感系統(tǒng)使用電機單元來操作驅動輪子10的電機。用于這種機器人的控制單元當然也可以具有其他任務，例如控制如切削刀等安裝在機器人內的加工工具。為了管理所述處理過程，控制單元12利用其中存有軟件數(shù)據(jù)的存儲單元。本發(fā)明涉及的最重要的控制任務當然是對由電纜1、4、5、6傳輸?shù)男盘栠M行接收和處理的能力。因此在圖3中僅是示意性地顯示機器人的不同部分。涉及機器人的功能的處理將被進一步地說明，參見以下內容。
在圖4和5中顯示了磁場的磁特性圖像，該磁場圍繞一通以電流的電纜而產(chǎn)生的。主要的是，被發(fā)送的開關電流產(chǎn)生一圍繞電纜的磁場。參見圖4，磁場密度隨著離電纜的距離的增加而進一步地減小。圖中顯示了在一圓形電纜的不同點的垂直磁場。請注意，曲線中部的陡峭傾斜涉及這樣一個事實即傳感系統(tǒng)所檢測的磁場部分在某一刻改變了方向。這意味著在某一刻電纜一邊的磁場相對于電纜另一側的磁場指向一相反的方向。這意味著，當機器人相對于電纜移動或經(jīng)過電纜1時，它將檢測磁場方向的變化。這也意味著，機器人借以檢測磁場的傳感單元11、12、13將識別到機器人經(jīng)過電纜1、4、5、6。在圖4中顯示了一水平線通過圖的中間部分。該線圖示了零交叉點，并且也因此顯示了磁場方向的變化。該線也揭示了電纜的位置。
搜尋系統(tǒng)11、12、13能夠允許機器人部分地通過外部電纜1，借此能夠使機器人僅在電纜的外表面操作。通過允許接收器11經(jīng)過電纜并例如通過一輪轉數(shù)傳感器(未示出)計算輪子的轉數(shù)，機器人能夠在電纜1、4、5、6之外的一點距離內移動。利用計算輪子的轉數(shù)和/或檢測磁場，傳感系統(tǒng)將能夠指引機器人回到其本應操作的區(qū)域內部。在圖8中未顯示最后的運動。正如先前所揭示的，這樣的一個磁場檢測被用來指引機器人返回意味著傳感系統(tǒng)11、12、13檢測何時磁場改變方向。由于在電纜相對側的磁場具有相反的方向，傳感系統(tǒng)能夠識別是否機器人經(jīng)過電纜，并且另外，如果具有一個參考信號，知道其位于電纜的哪一側。因此，機器人能夠被朝著電纜的所期望的那一側指引。當然，無論它相對于所披露的電纜1、4、5、6中的哪一個進行導引，都能夠獲得上述識別和導引。
圖5顯示了四個電纜13-16的示意圖，電流背離圖的讀者而流動，這將導致圍繞電纜的磁場具有圖中所視的方向。圖中更多的細節(jié)將在下面參照圖1和2進行說明。
現(xiàn)在參照附圖，將描述電纜1、4、5、6和信號發(fā)生器3、7、8的功能。原理是，信號發(fā)生器分別通過每一個電纜傳輸電流。電流產(chǎn)生一圍繞電纜的磁場，如圖4-5所示，由于電纜具有感性，由導線中所送電壓脈沖生成的電流脈沖將被延遲。這意味著，在電流相應于歐姆定律(I＝U/R)之前將花費一些時間。電流脈沖將具有一個成大致指數(shù)形狀的上升曲線，并最后達到根據(jù)上述定律得出的值。這意味著在每一個新的電壓脈沖開始的期間，搜索系統(tǒng)并非按照規(guī)則的電理論如歐姆定律進行工作。在電壓脈沖結束的期間也是這種情況，系統(tǒng)再一次顯示一定的延時。圖10中進一步地顯示，隨后將更詳細地說明。電纜的電感視電纜的長度、如何定位和電纜的形狀而定。彼此定位接近的電纜激發(fā)彼此的電感。為了理解搜尋系統(tǒng)如何工作，記住關于電感如何被激發(fā)的知識是重要的。
通過在作為本發(fā)明的部分的電纜1、4、5、6中傳輸電流脈沖，搜尋系統(tǒng)進行工作。參見附圖2，所述脈沖具有50μs或100μs的長度。定義脈沖的長度不應被視為對本發(fā)明的限制。上述提及的長度僅表示適于實施例的值。最重要的事，搜尋系統(tǒng)以特性電流脈沖工作，在該電流脈沖之間，電流處于靜止狀態(tài)。一熟悉現(xiàn)有技術的人將理解由本申請所批露的發(fā)明還包括這些情況，其中在那些電流脈沖出現(xiàn)的時間段與無脈沖出現(xiàn)的那些時間段之間的百分比關系可以不同于圖2所示。熟悉現(xiàn)有技術的人也可以意識到只有一條用以傳輸一個信號的電纜的系統(tǒng)也落在本發(fā)明的范圍內。這樣的一個系統(tǒng)將代表本發(fā)明中最簡單的實施例。
通過使用以一電極間的40V的電壓推挽，電流脈沖被信號發(fā)生器3、7、8所傳輸。推挽意味著電極在每個電流脈沖期間被切換，這將導致通過電纜的峰峰值比僅使用一規(guī)則的40V脈沖時更大，使用峰峰值的原因是，為了產(chǎn)生接收器11能夠檢測的磁場，電流強度是重要的。在一些國家，類似此處說明的搜索系統(tǒng)不被允許使用超過40V的電壓。如果系統(tǒng)具有高的電感，則存在這樣一個風險即當使用50μs的脈沖時磁場強度將變低，因此將不能被傳感系統(tǒng)檢測到。代替不增加脈沖的長度，因為那樣將導致增加能量消耗和增加來自相同一搜尋系統(tǒng)的磁場干擾的風險，推挽能被使用在實施例中，推挽的使用將導致1-2安培的電流強度。
圖9顯示了推挽的效果。電流脈沖40-42總共的持續(xù)時間與搜尋系統(tǒng)中的一電流脈沖相對應。在上圖中，具有相同極性的第一40和最后41電壓脈沖被傳入電纜。在上述第一和最后的電壓脈沖之間，極性被切換，導致在同一上圖中的電壓脈沖42被以相對于其他脈沖40-41切換的極性傳輸。上述操作的結果顯示為下圖中的電流脈沖。在上述操作中的峰峰值44是只采用一個長脈沖時的值的兩倍大。具有斜坡部分的電流脈沖的特性取決于電纜的電感。
在圖2中，顯示一個原理，脈沖20與具有100μs長度的主脈沖A0相對應。說明性實施例中批露的原理不應當被理解為對本發(fā)明的范圍的限制。其他脈沖長度也可能在本發(fā)明范圍中。附圖顯示了一相應于電纜內不具有任何電感的非現(xiàn)實狀態(tài)的電流脈沖的理想示圖。另外，推挽的使用未被示出。用于上述圖以及本發(fā)明實施例的周期21為12ms，其相應于83Hz的頻率。在每一個主脈沖之間也存在用于附加脈沖的空間。顯然，對于熟悉現(xiàn)有技術的人員而言，以另一種頻率操作的搜尋系統(tǒng)的一個實施例落在本發(fā)明范圍內。
圖中脈沖S1 22具有50μs的長度，該脈沖具有與A0相同的周期并滯后A0 1ms。選擇1ms的時間是因為控制單元12的放大器，它需要在脈沖之間具有使它們自身復位的時間。用于復位的時間取決于在放大器的耦合電容器內A0脈沖的衰減。在圖中，電流脈沖S2 24具有與S1相同的長度和周期并滯后A0 2ms 25。最后還存在電流脈沖S326，其具有與S1和S2相同的長度和周期并滯后A0 3ms 27。選擇間隔1ms通常取決于更早的電流脈沖的衰減。脈沖由信號發(fā)生器3、7、8產(chǎn)生，其中發(fā)生器3產(chǎn)生A0和S1，而發(fā)生器7產(chǎn)生S2，發(fā)生器8產(chǎn)生S3。
圖5顯示了電纜13-16，它們相應于圖1中的電纜1、4、5、6。使用圖2和5并允許電纜13相應于代表電纜1將導致由電纜傳輸?shù)拇艌鯰0-T3相應于電流脈沖20、22、24、和26。T0-T3在時間的不同點(pint)出現(xiàn)，并且能夠在時間的不同點(pint)由傳感系統(tǒng)的控制單元12處理?？刂茊卧璐四軌蚬烙嫿邮諉卧鄬τ诿恳粋鬏斠淮艌龅膯为氹娎|的位置。如前面所提及的，這意味著，控制單元根據(jù)與時間有關的磁場特性的檢測，能夠識別機器人被定位在電纜1、4、5、6的哪一側。與先前的例如使用連續(xù)的正弦波的搜尋系統(tǒng)相比本搜尋系統(tǒng)因此具有一個主要的優(yōu)勢。在先前的搜尋系統(tǒng)中每一個傳輸磁場的電纜與其他電纜所傳輸?shù)拇艌鱿喔蓴_。
本發(fā)明的范圍是采用電流脈沖。由于在一個短的間隔內出現(xiàn)電流脈沖，并且由于傳感系統(tǒng)只能在一個與電流脈沖相應的時間間隔中識別磁場脈沖，搜索系統(tǒng)11、12、13將能夠區(qū)分可能干擾機器人操作的磁場噪聲。其他要素是產(chǎn)生壓倒噪聲和消耗更少能量的短、強的電流脈沖。
通過使電流脈沖的周期短，搜尋系統(tǒng)將對來自外界的磁場噪聲干擾更不敏感。通過設計系統(tǒng)使得每個周期干擾噪聲僅僅激發(fā)系統(tǒng)一小段時間，系統(tǒng)將操作得更好。由于系統(tǒng)被設計成保持其同步，不同步的干擾噪聲將不能夠給系統(tǒng)帶來麻煩，反之亦然。
現(xiàn)在將參照附圖描述傳感系統(tǒng)的操作。圖6-7顯示了表示傳感單元操作算法的流程圖。這些涉及在電纜中的電流脈沖產(chǎn)生的信號的處理過程。由電纜1、4、5、6到機器人上的傳感系統(tǒng)11、12、13進行通訊的目的在于使機器人能夠控制其相對于電纜的運動。在說明完算法后，將描述上述運動和其他操作方面。信號發(fā)生器3、7、8在電纜中產(chǎn)生電流脈沖20、22、24、26，該電流脈沖產(chǎn)生由電纜傳輸?shù)拇艌雒}沖。被設置在機器人2上的傳感系統(tǒng)的接收器11檢測磁場脈沖。如果脈沖超過了一定的閾值，脈沖被檢測到。該閾值為傳感系統(tǒng)區(qū)分從外部送出的信號而提供了一個選擇。該信號通常具有較低的強度。
接收器11的線圈產(chǎn)生感應電壓e，其具有一個與所檢測的磁場強度的時間導數(shù)成比例的瞬間值。N相應于線圈的圈數(shù)。
E＝-N*d/dt電流脈沖20、22、24、26的前沿和后沿具有最大的導數(shù)(斜率)并且將在接收單元11的線圈中產(chǎn)生一電壓。在電流脈沖的前沿具有一個區(qū)別電壓脈沖，并且在該電流脈沖的后沿具有一個相反極性的相似的區(qū)別電壓脈沖。當感知到A0(主電流脈沖)時，控制單元將檢測到產(chǎn)生于線圈的電壓，相應于電流脈沖的邊緣(側邊)。在圖10將進一步圖示上述內容。
這意味著控制單元12能夠確定特性電流脈沖是多長的和兩脈沖之間的靜止狀態(tài)有多長。因為控制單元從一正向電壓脈沖的出現(xiàn)來確定電流脈沖的起始或終止點，或者從一負向(反向)電壓脈沖的出現(xiàn)來確定電流脈沖的終止或起始點，借此來獲得上述長度。隨后將描述如何獲得上述長度。那些使控制單元為了提高其確定能力而使接收器11所接收的信號反相或放大的特征將被認為是落在本發(fā)明的范圍內。本發(fā)明在其最廣泛的實施例中包括一個控制單元12，它能夠檢測電壓脈沖并因此獲得所接收磁場的圖像，它與電流脈沖和電纜1、4、5、6中所傳輸?shù)碾娏餍盘柕撵o止狀態(tài)的結合相對應。
通過對檢測信號發(fā)生器3、7、8所傳輸?shù)碾娏髅}沖的側邊的使能，控制單元12啟動算法(參見圖6)，該側邊帶有關于磁場脈沖的信息。原因是開始檢測主脈沖A0的出現(xiàn)。
當磁場脈沖20、22、24、26的電壓脈沖已經(jīng)被接收時，傳感系統(tǒng)11、12、13確定在一正電壓脈沖與一隨后出現(xiàn)的負電壓脈沖之間或反過來的時間間隔。由于傳感系統(tǒng)在上述時間點僅檢測100μs電流脈沖，電壓控制單元12能夠與來自信號發(fā)生器的信號同步。為了安全的原因，在脈沖A0的前沿出現(xiàn)的時間點之前，傳感系統(tǒng)開始檢測30μs29，參看圖2中下部的圖。當控制單元已經(jīng)感知出現(xiàn)的脈沖是A0脈沖，并且當該單元在此之前已經(jīng)檢測到另一A0脈沖時，控制單元將根據(jù)來自脈沖側沿的信息來調整其周期。
圖7顯示了控制單元12如何使傳感系統(tǒng)11、12、13同步，該同步與機器人2和信號發(fā)生器3、7、8之間的合作相對應，控制單元連續(xù)檢測A0脈沖并根據(jù)上述信息調整其周期。由于控制單元僅在某時間間隔，例如圖2的窗口28、29內檢測脈沖，傳感系統(tǒng)的周期與信號發(fā)生器的周期相對應是重要的。為了避免來自外界的干擾噪聲A0脈沖對搜尋系統(tǒng)進行干擾。傳感系統(tǒng)周期的調整是逐步進行的。
在圖2的窗口28、29所限定的30μs時間間隔內，一個單獨的A0脈沖將不能夠獨自啟動傳感系統(tǒng)的同步，因為該脈沖可能是一個來自外部系統(tǒng)的噪聲信號。因此傳感系統(tǒng)11、12、13的周期是根據(jù)傳感系統(tǒng)所計算的當前周期與信號發(fā)生器傳輸?shù)腁0脈沖所確定的實際脈沖之間的部分差異來調節(jié)的。因此，在傳感系統(tǒng)的周期被最后調節(jié)之前，幾個“真”A0必須被檢測。幾個干擾噪聲脈沖接連出現(xiàn)的風險被認為是很低的。為了安全的原因，只有在所計數(shù)、接收的脈沖下降，才激活算法。原因是避免傳感系統(tǒng)在錯誤周期連續(xù)操作。
傳感系統(tǒng)11、12、13的周期的正確性是重要的。為了信號發(fā)生器和電纜能夠與機器人通訊，這是一個必要的條件。如果周期是錯的，檢測窗口將連續(xù)錯位并且傳感系統(tǒng)將在錯誤的時間進行檢測。因此，控制單元將不能夠檢測任何來自電纜的磁場脈沖。
在電纜1、4、5、6和機器人之間進行通訊的目的是什么，為什么上述工作如此重要？主要目的是控制機器人相對于一表面移動。機器人將能夠呆在一個由外部電纜1和/或由電纜4、5、6圍繞的區(qū)域內。在優(yōu)選的實施例中，信號發(fā)生器3通過電纜1傳輸脈沖A0。機器人的傳感系統(tǒng)11、12、13檢測A0并根據(jù)A0(參見圖6、7)所帶的信息調節(jié)其周期。為了通訊，A0存在的事實是必要的。
由于機器人2能夠檢測A0的磁場強度，它將知道其何時接近電纜。當接收器11已經(jīng)穿過電纜時，傳感系統(tǒng)11、12、13所檢測的磁場將切換到反方向，參見圖5。控制單元12將因此改為當一電流脈沖開始時檢測一個負電壓脈沖，而當一個電流脈沖結束時檢測一個正電壓脈沖。在電纜的每一側所選擇的正和負的符號僅僅是為了圖示磁場的相反方向。所產(chǎn)生的電壓脈沖具有相反的方向是非常可能的，即當一電流脈沖開始時對應一個正電壓脈沖，而當一個電流脈沖結束時對應一個負電壓脈沖。
該情形被更加清楚地顯示在圖10中，在上部的圖中，兩個電流脈沖45(非推挽式顯示)被顯示。脈沖具有斜邊(側沿)，其是由電纜中的電感造成的并顯示了電纜中的電感。這意味著電纜是“電流延遲”。當機器人2移動并通過電纜時，傳感系統(tǒng)11、12、13將檢測得到，如同由電流脈沖產(chǎn)生的磁場切換了方向，脈沖50圖示了當系統(tǒng)位于電纜的一側時傳感系統(tǒng)所檢測的磁場方向，脈沖50’圖示了當系統(tǒng)位于電纜的另一側時所檢測的磁場方向。磁場被標記為B(以泰斯拉測量)，磁場脈沖50/50’具有與電流脈沖45相同的形狀。
在下一圖中，圖示了接收器線圈中的電壓。所示電壓被簡化為圖中的脈沖46-49。U代表電壓。感應電壓脈沖取決于磁場對時間的導數(shù)，這在前面已被描述過，并且其具有事實上更復雜的形狀。實線電壓脈沖46-47由磁場脈沖50感應。當磁場脈沖在脈沖的正向傾斜側沿的起點開始，脈沖46被感應，當磁場脈沖在脈沖的負向傾斜側沿的起點結束，脈沖47被感應，虛線電壓脈沖48-49由磁場脈沖50’感應。當磁場脈沖在脈沖的負向(因為脈沖為負向)傾斜側沿的起點開始，脈沖48被感應，當磁場脈沖在脈沖的正向(因為脈沖為正向)傾斜側沿的起點結束，脈沖49被感應。這意味著當信號系統(tǒng)經(jīng)過電纜時，電壓脈沖變換方向。
在圖10中最下部的圖中，顯示了傳感系統(tǒng)11、12、13如何根據(jù)電壓脈沖46-49的出現(xiàn)而產(chǎn)生(在圖中定義為“T”)一個信號。脈沖51/51’的寬度提供了一個情況的簡化圖，脈沖51/51’的寬度顯示了所檢測的時間周期在電流脈沖開始的時間點和其結束的時間點之間。這意味著傳感系統(tǒng)知道電流脈沖的寬度和無脈沖出現(xiàn)期間的時間周期的寬度。脈沖51’顯示了當系統(tǒng)經(jīng)過電纜時傳感系統(tǒng)檢測電流脈沖變換方向。
在圖中顯示了在實線時間軸“t”之下，能夠發(fā)現(xiàn)脈沖，如果時間軸變低，對應于虛線軸，這樣脈沖51’的最低邊接觸到時間軸，傳感系統(tǒng)將改為將脈沖51/51’的不存在認為是一個脈沖。參見實線52。在理論上可能顯示傳感系統(tǒng)11、12、13如何能夠檢測由電壓脈沖帶來的信息。時間軸的降低或升高僅僅是表明參考點定在何處，其不會改變傳感系統(tǒng)如何檢測已經(jīng)發(fā)生的情形的這個事實。
傳感系統(tǒng)所檢測的電流脈沖的特性將改變，并且將取決于接收器11被定位在電纜1、4、5、6的哪一側。這意味著當傳感系統(tǒng)經(jīng)過一個電纜時，將檢測脈沖出現(xiàn)的時間周期與靜止狀態(tài)改變的時間周期之間的比率。該比率的改變能被傳感系統(tǒng)11、12、13用來得出定位在電纜哪一側的結論。隨后，傳感系統(tǒng)將根據(jù)圖10中被定義為“T”的信號而產(chǎn)生進一步的信號該進一步的信號最后被傳送給電機單元13，以便以一定方式操作機器人。
已知上述控制單元12通過一個算法進行工作，該算法能夠使機器人待在由外部電纜繞成的區(qū)域內。如果機器人移出上述區(qū)域，上述單元將在這種情況下控制機器人的運動以便使其回到它本應工作的范圍內。在圖8中上述運動被顯示為30。一個可替換的算法能夠使機器人顯示圖8中一根據(jù)31的運動，這意味著機器人沿著電纜而行。Z字形運動事實上非常有限。當機器人沿著電纜而行時，采用傳感元件和一個好的算法來減少Z字形行為。
如說明性的實施例所示，本發(fā)明以100μs和50μs的電流脈沖和12ms的周期進行工作。另一界定本發(fā)明的是非對稱的占空因數(shù)。占空因數(shù)指的是在電流脈沖與12ms的周期內靜止狀態(tài)之間的分配率。非對稱的占空因數(shù)意味著在電流脈沖的時間周期與12ms的周期內靜止狀態(tài)的時間周期的比率為50％到1/1。如果12ms的周期內出現(xiàn)一100μs的脈沖，非對稱的占空因數(shù)意味著所述分配率是1/120或0.8％。
如前面所述，本領域的技術人員將意識到本申請所公開的發(fā)明也包括那些分配率不同于已示出的分配率的情形。由于說明性的實施例包括一個具有非對稱的占空因數(shù)的信號，當機器人經(jīng)過電纜1、4、5、6時，控制單元12將確定一個清楚的比率的變化?？刂茊卧?2將確定比率從1/120變化到120/1或者相應地從0.8％變化到99.2％。變化了的分配率顯然揭示了電纜已被經(jīng)過。上述信息可以被控制單元12用來相對于電纜引導機器人。
圖2中的信號S1-S3 22、24、26在本申請中已被提前提及過。它們具有50μs的寬度，不擾亂傳感系統(tǒng)用于與信號發(fā)生器同步的100μs的A0。該50μs的脈沖具有同樣的周期21并且相對于A0被同步化，如果傳感系統(tǒng)檢測到他們的形狀(該檢測能與所用電纜的數(shù)目相適應)它將打開檢測窗口以便接收它們。當使傳感系統(tǒng)相對于信號發(fā)生器同步時，脈沖S1-S3不被采用。因此，來自它們的僅必需信息是所檢測磁場的方向及其強度。采用50μs的脈沖的首要目的在于使機器人除了相對于外部電纜1以外還能相對于其他電纜4、5、6移動和導引。
例如，在圖8中這意味著一個通過電纜5傳輸且以S2工作的算法將操縱機器人在32所表示的特定運動中導引。該算法將確保機器人以一確定方向沿電纜而行。例如，如果信號發(fā)生器也配置了用于機器人電池的充電站，該算法能被采用。采用另一算法的機器人將聽從于S3并在由電纜6包圍的區(qū)域內運動，參見運動路徑33。如果某個區(qū)域需要更高強度的處理，例如一個自動剪草機所進行的剪切，這將是有用的。
為了使傳感器能夠在檢測到信號時確定將使用哪一個算法，將采用更多的脈沖信號。由于搜索系統(tǒng)的周期是12ms并且一個脈沖的間隔僅僅是50μs-100μs，有大量的空間留給更多的脈沖，使用其他脈沖，例如S1，能夠使搜尋系統(tǒng)在機器人和信號發(fā)生器之間發(fā)送信息。傳感系統(tǒng)將聽從S1，每一個S1表示一個數(shù)字量1或者0。在彼此的顯現(xiàn)周期之后，使用八個為一組來傳送一個編碼的S1信息，將使得發(fā)生器能夠在機器人上執(zhí)行一算法。如果其他電纜被連接到系統(tǒng)，稍后，周期內更多的空間能夠被用于通過電纜傳送來自信號發(fā)生器的進一步的信息。上述通訊的一個例子是，傳感系統(tǒng)確認信號發(fā)生器實際發(fā)送的脈沖。這保證了電源切斷對于信號發(fā)生器將不造成任何麻煩。
其他的選擇能夠使機器人能夠將信號傳回給信號發(fā)生器。通過這樣做，使可用于不同目的的雙路徑通訊成為可能。
說明性的實施例中的這種機器人的可能用途是用于處置機器人，例如機器人形式的真空吸塵器或剪草機。上述機器人包括處理工具，例如刀或刷子。在上述應用中使控制單元12根據(jù)信號發(fā)生器傳送的信息而操作這些工具是可能的。例如，在某一時機或運動時，刀可以切斷，使用本發(fā)明的其他種類的機器人可以是用于例如工業(yè)環(huán)境的更大地面的濕式除塵的清潔機器人。其中采用搜尋系統(tǒng)的這種機器人并非要點，也就是說，本申請所關注的是搜尋系統(tǒng)。
說明性的實施例涉及一個具有四個電纜、三個信號發(fā)生器和一個機器人的搜尋系統(tǒng)，說明性的實施例的目的在于說明本發(fā)明的范圍。實施例因此將被理解為發(fā)明的限制。在發(fā)明的范圍內也展現(xiàn)了采用其他數(shù)量的電纜和/或信號發(fā)生器的可能性，并且也可以使用多于一個的機器人。其他的實施例被認為是由權利要求1所限定的發(fā)明的范圍所包括。本發(fā)明因此不被限制于上面所提的以及附圖所示的實施例。它可以改為用在其中使用了用于輪子上的自動裝置例如機器人的搜尋系統(tǒng)的任何范圍。
權利要求
1.一種用于通過電導引系統(tǒng)來操作自動裝置(2)的方法，所述系統(tǒng)包括至少一個第一電纜(1、4、5、6)，其連接到至少一個第一信號發(fā)生器(3、7、8)，和至少一個安裝在所述裝置(2)上的傳感系統(tǒng)(11、12、13)，所述傳感系統(tǒng)(11、12、13)檢測至少一個經(jīng)由所述電纜(1、4、5、6)傳送和通過空氣傳播的磁場，該傳感系統(tǒng)傳輸一個處理信號給至少一個驅動裝置，該驅動裝置貢獻于所述設備相對于一個表面的運動，其特征在于，所述第一信號發(fā)生器(3、7、8)通過所述第一電纜(1、4、5、6)傳輸一電流，在部分時間內所述電流處于一實質上為恒定的靜止狀態(tài)，所述靜止狀態(tài)周期性地被至少一個第一特性的電流脈沖(20)所中斷。
2.如上述任一權利要求所述的方法，其特征在于所述傳感系統(tǒng)(11、12、13)適配時間間隔(28、29)，在該時間間隔(28、29)期間所述系統(tǒng)(11、12、13)根據(jù)所述第一電流脈沖(20)的特性檢測磁場。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于所述適配是指所述傳感系統(tǒng)(11、12、13)工作頻率的同步，它是由所述系統(tǒng)(11、12、13)根據(jù)所述第一電流脈沖(20)來進行的。
4.如權利要求2-3中的任一項所述的方法，其特征在于所述適配是指所述時間間隔(28、29)的同步，它是由所述傳感系統(tǒng)(11、12、13)根據(jù)第一電流脈沖(20)的周期、出現(xiàn)和/或持續(xù)時間來進行的。
5.如權利要求2-4中的任一項所述的方法，其特征在于所述時間間隔(28、29)被適配使得所述傳感系統(tǒng)(11、12、13)能夠檢測由所述導引系統(tǒng)傳送的電流脈沖(20、22、24、26)的出現(xiàn)，所述傳感系統(tǒng)(11、12、13)在等待下一個脈沖(20、22、24、26)出現(xiàn)的期間，不考慮在所述時間間隔(28、29)之外出現(xiàn)的脈沖。
6.如上述任一權利要求所述的方法，其特征在于在每個所述電纜(1、4、5、6)中的電流被所述信號發(fā)生器(3、7、8)之一傳輸，所述信號發(fā)生器(3、7、8)同步它傳輸?shù)拿恳粋€電流脈沖(20、22、24、26)與在搜尋系統(tǒng)中的其他電流脈沖(20、22、24、26)，使得在搜尋系統(tǒng)中沒有電流脈沖(20、22、24、26)會出現(xiàn)在相同時間周期(21)內的相同時間點上。
7.如上述任一權利要求所述的方法，其特征在于每個所述電纜(1、4、5、6)中的電流由所述信號發(fā)生器(3、7、8)中的一個傳輸，所述信號發(fā)生器(3、7、8)同步它傳輸?shù)拿恳粋€電流脈沖(20、22、24、26)與在搜尋系統(tǒng)中的其他電流脈沖(20、22、24、26)，使得在所述搜尋系統(tǒng)中出現(xiàn)的每一個電流脈沖(20、22、24、26)之間的時間間隔足夠長，以至于在傳感系統(tǒng)(11、12、13)中產(chǎn)生的來自于電流脈沖(20、22、24、26)的信號在來自另一電流脈沖(20、22、24、26)的信號出現(xiàn)之前被部分延遲。
8.如上述任一權利要求所述的方法，其特征在于在多于一個電纜(1、4、5、6)中的電流從相同的信號發(fā)生器(3、7、8)傳送出來。
9.如上述任一權利要求所述的方法，其特征在于所述電流具有與所傳輸它的電纜(1、4、5、6)無關的相同周期(21)。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于用于搜尋系統(tǒng)的所述周期(21)由搜尋系統(tǒng)的用戶選擇。
11.如上述任一權利要求所述的方法，其特征在于每一個電流脈沖(22、24、26)具有一由搜尋系統(tǒng)所確定的、并與所述第一電流脈沖(20)相適應的出現(xiàn)時間。
12.如上述任一權利要求所述的方法，其特征在于在每個電纜(1、4、5、6)中傳輸?shù)碾娏髅}沖(20、22、24、26)包括一時間事件的軌跡，其中脈沖相對于所述靜止狀態(tài)為正和負。
13.如上述任一權利要求所述的方法，其特征在于所述第一電流脈沖(20)具有一不同于搜尋系統(tǒng)中其他電流脈沖(22、24、26)特性的脈沖特性。
14.如上述任一權利要求所述的方法，其特征在于所述傳感單元(11、12、13)檢測由設備意欲工作的整個區(qū)域內的至少一個所述電纜(1、4、5、6)發(fā)送的磁場(20、22、24、26)。
15.如上述任一權利要求所述的方法，其特征在于至少一個所述電纜(6)被直接連接到所述其他電纜(1)之一。
16.如上述任一權利要求所述的方法，其特征在于傳感單元(11、12、13)僅檢測在設備意欲工作的區(qū)域的一部分內的一個所述電纜(1、4、5、6)發(fā)送的磁場。
17.如上述任一權利要求所述的方法，其特征在于通過信息電流脈沖(22、26)特性周期間的選擇性改變，至少一個信號發(fā)生器(3、7、8)將信息傳送給傳感系統(tǒng)(11、12、13)，所述信息電流脈沖(22、26)在相應于第一電流脈沖(20)的一定時間點出現(xiàn)在電纜中。
18.如權利要求17所述的方法，其特征在于所述信息電流脈沖(22、26)特性的選擇性變化包括一不斷改變的電流方向。
19.如權利要求17所述的方法，其特征在于所述信息電流脈沖(22、26)特性的選擇性變化包括選擇性的阻流脈沖。
20.如權利要求17所述的方法，其特征在于所述信息電流脈沖(22、26)特性的選擇性變化包括具有選擇性的不同脈沖寬度的電流脈沖。
21.如權利要求17-20之任一所述的方法，其特征在于根據(jù)所述的信息，在設備(2)啟動不同的操作，所述操作例如是對所述設備(2)經(jīng)過與一電纜(1、4、5、6)相應的表面的運動的調節(jié)。
22.如上述任一權利要求所述的方法，其特征在于傳感系統(tǒng)(11、12、13)僅檢測電流脈沖(20、22、24、26)是否包括具有一重要磁場方向的磁場脈沖。
23.如上述任一權利要求所述的方法，其特征在于傳感系統(tǒng)(11、12、13)檢測電流脈沖(20、22、24、26)正向和負向的側沿，上述兩側沿間的時間間隔決定系統(tǒng)根據(jù)所檢測的側沿進行處理。
24.如權利要求23所述的方法，其特征在于傳感單元(11、12、13)通過檢測所出現(xiàn)的電壓脈沖來檢測所述側沿。
25.如上述任一權利要求所述的方法，其特征在于通過獲知所述出現(xiàn)的電壓脈沖，傳感單元(11、12、13)檢測至少設備(2)的一部分被定位在電纜(1、4、5、6)的哪一側。
26.如權利要求25所述的方法，其特征在于所述檢測指傳感單元(11、12、13)檢測由至少一個電流脈沖(45)所產(chǎn)生的磁場(50/50′)，并根據(jù)所述磁場的特性(50/50′)檢測設備(2)的至少一部分被定位在電纜(1、4、5、6)的哪一側。
27.如權利要求25-26任一所述的方法，其特征在于所述檢測指傳感單元(11、12、13)檢測由至少一個電流脈沖(45)所產(chǎn)生的磁場(50/50′)，并根據(jù)至少一個經(jīng)由所述磁場(50/50′)檢測的電流脈沖(45)與至少一個經(jīng)由所述磁場檢測的靜止狀態(tài)之間的關系來檢測設備(2)的至少一部分被定位在電纜(1、4、5、6)的哪一側。
28.如權利要求25-27任一所述的方法，其特征在于傳感單元(11、12、13)通過根據(jù)所檢測的磁場產(chǎn)生一解釋信號(T)來檢測設備(2)的至少一部分被定位在電纜(1、4、5、6)的哪一側，所述解釋信號的特性取決于至少設備(2)的一部分被定位在所述電纜的哪一側。
29.如權利要求28所述的方法，其特征在于通過獲知所述解釋信號(T)的特性，傳感單元(11、12、13)相對于電纜(1、4、5、6)來操作自動設備(2)。
30.如權利要求29所述的方法，其特征在于所述特性指與在特性信號脈沖出現(xiàn)的時機和無上述信號脈沖出現(xiàn)的時機之間的時間分配相對應的脈沖比率。
31.如權利要求30所述的方法，其特征在于所述脈沖比率具有非對稱的特性。
32.如權利要求29-32任一所述的方法，其特征在于所述傳感系統(tǒng)(11、12、13)根據(jù)對設備(2)的至少一部分被定位在電纜(1、4、5、6)的哪一側的檢測，來相對于電纜(1、4、5、6)操作自動設備(2)。
33.如權利要求29-32任一所述的方法，其特征在于操作指設備被調動到電纜(1、4、5、6)的某一側。
34.如上述任一權利要求所述的方法，其特征在于所述電流脈沖和/或電壓脈沖和/或信號脈沖指一方波。
35.如上述任一權利要求所述的方法，其特征在于所述脈沖比率對應于在特性電流脈沖出現(xiàn)的時機和無上述特性電流脈沖出現(xiàn)的時機之間的時間分配，所述脈沖比率是非對稱的。
36.如上述任一權利要求所述的方法，其特征在于通過檢測來自電流脈沖(20、22、24、26)的信息或通過檢測來自用戶的信息，傳感單元(11、12、13)啟動一操作，該操作使用傳感系統(tǒng)所具有的關于電纜(1、4、5、6)信息，該信息是通過檢測電纜(1、4、5、6)所傳送的額外信息而收集的。
37.如權利要求36所述的方法，其特征在于所述操作的啟動是指設備當其接近電纜(1、4、5、6)時使其沿著所述電纜(1、4、5、6)的一個延伸方向而行。
38.如權利要求36-37任一所述的方法，其特征在于所述操作的啟動是指設備當其處于一由電纜(1、4、5、6)圍成的區(qū)域內并接近所述電纜(1、4、5、6)時，使其改變方向并在所述區(qū)域內背離所述電纜(1、4、5、6)移動。
39.如權利要求36-38任一所述的方法，其特征在于所述操作的啟動是指使用者經(jīng)一控制裝置能夠控制設備所進行的運動和/或處理。
40.如上述任一權利要求所述的方法，其特征在于傳感系統(tǒng)(11、12、13)傳輸信息。
41.如權利要求40所述的方法，其特征在于所述被傳輸?shù)男畔⑹窃趦蓚€電流脈沖(20、22、24、26)出現(xiàn)之間的時間間隔內進行傳送的。
42.一種操作一自動設備(2)的電導引系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少一個第一電纜(1、4、5、6)，其連接到至少一個第一信號發(fā)生器(3、7、8)和至少一個安裝在所述裝置(2)上的傳感系統(tǒng)(11、12、13)，所述傳感系統(tǒng)(11、12、13)檢測至少一個經(jīng)由所述電纜(1、4、5、6)傳送和通過空氣傳播的磁場，該傳感系統(tǒng)傳輸一個處理信號給至少一個驅動裝置，該驅動裝置貢獻于所述設備相對于一個表面的運動，其特征在于，所述系統(tǒng)包括裝置，通過該裝置所述第一信號發(fā)生器(3、7、8)通過所述第一電纜(1、4、5、6)傳輸一電流，在部分時間內所述電流處于一實質上為常數(shù)的靜止狀態(tài)，所述靜止狀態(tài)周期性地被至少一個第一特性的電流脈沖(20)所中斷。
43.如權利要求42所述的電導引系統(tǒng)，其特征在于所述電流具有與所傳輸它的電纜無關的相同周期(21)。
44.如權利要求42-43任一所述的電導引系統(tǒng)，其特征在于每一個電流脈沖(22、24、26)具有一由搜尋系統(tǒng)所確定的、并與所述第一電流脈沖(20)相適應的出現(xiàn)時間。
45.如權利要求42-44任一所述的電導引系統(tǒng)，其特征在于在每個電纜(1、4、5、6)中傳輸?shù)碾娏髅}沖(20、22、24、26)包括一時間事件的軌跡，其中脈沖相對于電流的所述靜止狀態(tài)是正和負的。
46.如權利要求42-45任一所述的電導引系統(tǒng)，其特征在于所述第一電流脈沖(20)具有一不同于搜尋系統(tǒng)中其他電流脈沖(22、24、26)脈沖寬度的脈沖寬度。
47.如權利要求42-46任一所述的電導引系統(tǒng)，其特征在于所述傳感單元(11、12、13)檢測在設備意欲工作的整個區(qū)域內的至少一個所述電纜(1、4、5、6)傳送的磁場(20、22、24、26)。
48.如權利要求42-47任一所述的電導引系統(tǒng)，其特征在于至少一個所述電纜(6)被直接連接到所述其他電纜(1)。
49.如權利要求42-48任一所述的電導引系統(tǒng)，其特征在于至少一個電纜(1、4、5、6)被設置在設備意欲相對移動表面的上面、之內或之下，所述電纜(1、4、5、6)因此將一由所述電纜(1、4、5、6)包圍的內部區(qū)域與所述電纜(1、4、5、6)之外的外部區(qū)域分隔開。
50.如權利要求42-49任一所述的電導引系統(tǒng)，其特征在于傳感單元(11、12、13)僅檢測由在設備意欲工作的部分區(qū)域內的一個所述電纜(1、4、5、6)發(fā)送的磁場。
51.如上述任一權利要求所述的電導引系統(tǒng)，其特征在于自動設備(2)指一處理機器人，其包括一用于處理所述表面的處理系統(tǒng)。
52.如權利要求51所述的電導引系統(tǒng)，其特征在于處理系統(tǒng)根據(jù)傳感系統(tǒng)(11、12、13)所接收和/或所存儲的用于處理操作的信息進行操作。
53.如權利要求51-52任一所述的電導引系統(tǒng)，其特征在于設備涉及一剪草機，所述處理系統(tǒng)包括用于切割長在所述表面上的草的刀。
54.如權利要求51-52任一所述的電導引系統(tǒng)，其特征在于設備涉及一真空吸塵器，所述處理系統(tǒng)涉及一通常真空吸塵器所設置的用于清潔所述表面的部分，所述部分例如是一刷滾和一吸入設備。
55.如權利要求51-52任一所述的電導引系統(tǒng)，其特征在于設備涉及一自動清潔機器人，所述處理系統(tǒng)涉及一通常清潔機器人所設置的用于清潔所述表面的部分，例如是一用于濕式除塵的工具。
全文摘要
本發(fā)明涉及一用于操縱一自動設備尤其是一自動剪草機的方法和電搜尋系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括至少一個第一電纜(1、4、5、6)，其連接到至少一個第一信號發(fā)生器(3、7、8)，和至少一個安裝在所述裝置(2)上的傳感系統(tǒng)，所述傳感系統(tǒng)(11、12、13)檢測至少一個經(jīng)由所述電纜(1、4、5、6)傳送和通過空氣傳播的磁場，該傳感系統(tǒng)傳輸一個處理信號給至少一個驅動裝置，該驅動裝置用于所述設備相對于一個表面的運動，所述搜尋系統(tǒng)包括裝置，通過該裝置本發(fā)明的所述第一信號發(fā)生器(3、7、8)通過所述第一電纜(1、4、5、6)傳輸一電流，在部分時間內所述電流處于一實質上為常數(shù)的靜止狀態(tài)，所述狀態(tài)周期性地被至少一個第一特性的電流脈沖所中斷。
文檔編號G05D1/02GK1659489SQ03812947
公開日2005年8月24日 申請日期2003年6月3日 優(yōu)先權日2002年6月7日
發(fā)明者尤爾弗·彼得森, 本格特-艾倫·伯格瓦爾 申請人:電氣聯(lián)合股份有限公司