電導引系統的製作方法
2023-05-30 18:54:26 1
專利名稱：電導引系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於自驅動設備特別是剪草機器人的方法和電導引控制系統。該系統包括連接到至少一個信號發生器的至少一個導引控制站，和設置在自驅動設備上的一個傳感單元。該傳感單元感測至少一個在空氣介質中傳播、隨時間和空間變化的磁場，至少經導引控制站傳輸，並將至少一個由傳感單元處理的信號依次轉發給至少一個驅動源，該驅動源用於設備經過一表面的運動。
背景技術：
全面改進自動工作工具的想法是過時的，上述工作工具可以涉及用於割草的設備，從現在起，它將被稱為機器人。不管上述情況，上述產品僅在最近幾年進入市場。一個這樣的例子是自動剪草機AutoMowerTM。它通過在其工作區域內的表面移過而對一表面進行割草。環被用來將機器人保持在受限的區域內。所述環包括傳輸信號的電導體，該信號被機器人所攜帶的傳感設備所感測並因此從外部控制機器人的運動。上述環例如用作標記機器人不能逾越的邊界線並使機器人自行遠離環。
傳感設備通常包括至少一個例如感測場信號的接收設備，一連接到接收設備以處理所接收信號的控制單元和一連接到控制單元、用於根據所處理的信息來控制機器人移動的電機控制單元。當機器人接近環時，系統感測到一磁場強度的變化。控制單元處理該信息，並根據被啟動的功能以一特定方向導引機器人。
先前的環系統的一個缺陷在於，機器人沿著放在地上的環而行以便朝著某個地方導引機器人，該地方可以是一用於機器人電池的充電站和/或用於機器人不工作時的停放地點。為了朝著上述地點導引機器人，必須放置一包括大的封閉環的導引控制站以便機器人在其正常移動期間頻繁地與其交互並藉此具備開始沿線權而行的可能性。一個進一步的缺陷在於，當前類型的導引控制站通常導引機器人沿著一個每次機器人被導引時都重複的路徑而行。因此機器人的輪子將沿著其所經過的表面導致磨損。為了克服上述缺陷，本發明進行了改進。
發明內容
本發明涉及一種包括這種裝置的電導引控制系統，該裝置用於使信號發生器發送一通過導引控制站的電流。電流產生一個隨時間和空間變化的磁場，其中，傳感單元包括用於根據所感測磁場的特性來控制機器人的裝置。
結合優選的實施例並參照所披露的附圖，更為詳細地描述本發明。
圖1顯示了依據本發明主題的一個控制系統。
圖2顯示了圖1中控制系統中的信號圖。
圖3顯示了用於圖1中導引控制系統的一個自驅動設備。
圖4顯示了圖1中控制站的一個實施例。
圖5顯示了圖1中導引控制站的一個可替換的實施例。
圖6顯示了由傳感單元感測、圍繞圖4和圖5中導引控制站的垂直磁場的頂視圖。
圖7顯示了由傳感單元感測、用於圖5中導引控制站的垂直磁場的磁場方向的側視圖。
圖8顯示了圖4中控制站的一個可替換的實施例。
圖9顯示了由傳感單元感測、圍繞圖8中導引控制站的垂直磁場的頂視圖。
圖10顯示了由傳感單元感測、用於圖8中導引控制站的垂直磁場的磁場方向的側視圖。
圖11顯示了當感測由圖4和圖5中導引控制站所產生的磁場時，機器人可能的兩種運動方式。
圖12顯示了當感測由圖8中導引控制站所產生的磁場時，機器人可能的一種運動方式。
具體實施例方式
附圖中顯示了本發明中控制系統的實施例，實施例不將解釋為本發明的限制，但是其目的僅是具體地使本發明的控制系統的優選實施方式清楚明白地顯示出來。其進一步闡明本發明的思想。
本發明涉及針對一利用導引控制站來朝著特定目標導引機器人的系統的改進。構成站所在範圍的導引控制站的站區域將是如此的小，以至於機器人通常不能在上述區域內移動，並且如果該區域被垂直地定位，機器人將根本不能移入該區域。另外，由站所產生的磁場如此強，以至於在一延伸至站區域之內和之外的導引控制區域內，該磁場都能被機器人所感測。所產生的磁場用來在導引控制區域內導引機器人。導引控制站包括一環、遠程系統，在某種情況下足以控制機器人。導引控制系統或者包括兩個不同的環、一近程系統，該近程系統用於增加對機器人接近目標所以方向進行影響的可能性。另一可替換的方式為，採用兩個用於產生近程系統和遠程系統的環，一個環被限定為封閉的導體環，以一個或多個環的方式被纏繞，藉此，導體的平行部分不被定位成彼此如此接近，以至於幹擾磁場完全地抑制彼此。
由遠程系統產生的磁場將在一由導引控制範圍限定的區域內傳播，藉此機器人在其所在位置感測到磁場的方向和/或幅值。機器人能夠例如利用上述信息來接近或遠離所述站、圍繞所述站執行圓周運動或停止或相對於所述站旋轉。近程系統內的不同環所產生的磁場將被反向或附加。因此，它們將在由近程環的導向控制範圍所限定的區域內傳播，由於兩磁場之間的共同作用，近程環的導向控制範圍將顯著地小於遠程環導引控制範圍。通過使近程系統與遠程系統共同作用，除了由遠程環提供的可能性，機器人能夠以一優選的方式接近環，舉例來說，機器人能夠被帶入象位於導引控制站能夠給機器人電池充電的充電設備這樣的位置。
圖1顯示了根據本發明的導引控制系統。信號發生器1產生通過外環2和導引控制站3而被饋送的電流。外環2不是必需的，但是將被視為用來圍成機器人移動所在區域的環的類型的一個例子。通過該環饋送的電流產生從環向外傳播的一磁場，藉此，機器人確定其在外環所限定區域的內部還是外部。由導引控制站3所覆蓋的區域限定了站的區域。在附圖中，導引控制站3由一個塊或盒子來表示。
附圖中的導引控制站3被水平地定位，但是它也可以以任意其他方式定位，例如，垂直。一種可能的方式是終端的某一部分例如遠程系統以一個方向定位和使其他部分例如近程系統以不同方向而定位。導引控制站的目的主要是產生一個在終端區域的導引控制內傳播的磁場，藉此，在導引控制區域內的機器人能夠相對於終端而被導引。
在通過外環2和導引控制站3所饋送的電流中選擇信號類型(頻率、幅值)，考慮所用的導體特性是必需的。因為導體通常具有感性，電壓脈衝經過導體將導致相應的電流脈衝延遲上升到與經過導體的電壓和導體的電阻也就是歐姆定律(I＝U/R)相應的電流值。因此，在每一個電流脈衝開始的期間，存在一個時間段，在其間導引控制系統並非按照規則的電理論工作。
導引控制站3包括本發明重要的部分。經此部分饋送的電流產生一個隨時間和空間變化的磁場以用於機器人導引。該站使用一個或多個繞成環的導體。導引控制區域的尺寸/範圍受由環饋送的安匝數影響。在三圈環中具有1A的電流與在相等尺寸的一圈環中具有3A的電流能夠產生相等的導引控制範圍。這意味著，優選採用多圈數環的導引控制站不同於已被採用的、用於限定區域、和使能機器人沿環而行的外環。外環的類型是採用低電流，更重要的是圍繞一更大或更小的區域僅拉一圈。它們不希望產生一個大的導引控制區域，在其中機器人能夠感測由導引環產生的磁場。其目的在於使置於環附近的機器人確定其定位在環的哪一側，並使其沿環而行。
關於導體例如被用在導引控制站3內的導線類型方面應當被知道的是，以反向電流、接近近程的導體增加環的電感。電導體可以被製成一載體上的蝕刻導體或被纏繞為多導體電纜，其優選安裝在一載體上。載體的優勢在於，使用者不需要努力安裝環。如果載體主要包括一平面狀的盤，它能以一種合適的方式被安裝。如果該盤與一電池充電器合用，機器人通過驅動上到盤上能夠容易朝著充電器的電極觸點自行移動(充電器在圖1中未被示出，但是優選理解為信號發生器1)。
具有反向電流的電導體的反向、平行部分不可以被設置成彼此接近(相對於一長而窄的終端區域)。那將導致磁場出問題，又顯著地減少磁場範圍。終端表面面積的一個合適的選擇是60×60cm。
在導引控制站3內產生隨時間變化的磁場的電流可以具有不同的特性。一電流特性可交變的電流，例如是正弦曲線電流，是一種可想像得到的可能性。如果一0.2A的正弦曲線電流和諧振電路被用於機器人的感測，可以獲得一以幾米為半徑的遠程系統導引控制區域。那意味著，10圈的環將導致一2安匝的值。
圖2顯示了導引控制站3工作所用的可想像得到的電流信號的另一種類型。該信號非常適於本發明設計的導引控制系統的類型。附圖未考慮導體的電感，因此一更準確的圖將真實地顯示本申請中的電流是如何被延遲和相對於時間而上升的。由控制站3向外傳播的磁場所產生的脈衝包含與電流相應的特性。在圖2中，脈衝7相應於具有100μS長度的主脈衝A0。脈衝長度的選擇不將視為對本發明的限制，而是僅代表在本實施例中合適的值。時間周期8，也是用於完全不同的電流信號的時間周期，優選為12ms，其相應於83Hz的頻率。脈衝N79具有50μS的長度，其具有相同的時間周期8，並在A0之後7ms出現10。應當注意到，1ms是使控制單元15的放大器在主脈衝A0之後復位的最短的可能時間。復位時間取決於在放大器的耦合電容器內A0脈衝的衰減。脈衝F9 11具有與N7相同的長度和周期並在A0之後9ms出現12。
在一10圈的環中採用2A的電流脈衝造成了20安匝，在通常情況下，其意味著與接近6米的半徑相應的一遠程系統的導引控制區域。採用電流脈衝的缺陷在於使用諧振電路的可能性不存在。而增加的電流對於在導引控制區域內獲得充足的控制範圍是必需的，在其內部傳感單元能夠檢測來自導引控制單元的磁場。有時，採用推挽來獲得增加的電流，該電流來自上述裝置類型通常許可的40V電壓。安培小時數的增加通常是被期望的，但是它也增加了磁場。因為導引控制系統將在與人類接近的環境工作，因此保持較低的磁場是重要的。
對於通過磁場與環2和導引控制站3進行通訊的機器人來說，採用電流脈衝是便於避免被附加其他磁場的麻煩。由於電流脈衝出現在不同的時間點、短的時間間隔，並且僅在相應的時間間隔內允許機器人聽從於脈衝，系統將過濾掉其他會干擾機器人功能的磁場噪聲。控制單元也能被允許聽從於A0脈衝7並使其與它們同步。如果A0脈衝不被用，機器人能夠與其他脈衝同步。
圖3顯示了機器人，它包括一個作為導引控制系統一部分的檢測設備14、15、16。另外，機器人具有輪子13，這不打算限制本發明的思想。履帶牽引是一可替換的可能性。檢測設備通常構成一公共單元，其包括用於磁場接收的功能(以後稱作接收器)14。處理所接收磁場的控制15(以後稱為控制單元)和用於控制驅動電機和機器人的可調節輪子的電機控制16。為了說明檢測單元具有這些功能，在附圖中該功能被顯示為分離的單元。
在真實生活中，大部分時間，由計算機單元內的軟體來執行上述分離功能，其中軟體被補充了用於計算機單元的附加元件。接收單元們通常包括一個或多個線圈，該線圈圍繞在一個置於線圈中心的鐵氧體棒周圍。線圈和鐵氧體棒通常被水平設置，但是，如果例如導引控制站被垂直導向的，線圈和鐵氧體棒將可能必須旋轉到便於接收磁場。如果使用許多線圈，它們可以以不同方向而被設置。具有一大體平行於線圈的磁場方向的磁場通過線圈檢測磁場強度變化這一方式來影響接收單元。控制單元接收來自接收單元的信號並處理該信息。隨後，它將信號通訊給用於控制電機(未示出)驅動輪子10的電機控制單元16。
用於上述設備信號的控制單元自然具有許多任務，例如控制安裝在機器人上的工具、剪切、剪切工具、刷子等。為了方便這樣，上述控制單元通常具有用於存儲工作期間執行的軟體代碼的存儲單元。本發明的主要興趣在於由環傳輸、由接收單元接收磁場的處理。因此，機器人的部分僅被示意性地顯示。在下面將結合機器人的功能進一步描述上述處理。
導引控制站3的任務是產生多個的導引控制區域，該導引控制區域用於相對導引控制站來控制機器人。通過不同的控制區域意味著來自近程系統和遠程系統的磁場不產生相同尺寸的導引控制區域。由導引控制單元所傳輸的磁場能夠由適當特性的電流所產生，例如正弦曲線電流或電流脈衝。本發明的目的不在於限定電流的特性。重要的事在於圍繞站所產生的磁場可能被傳感單元(14、15、16)區別或是解釋，以下描述垂直磁場的方向。從而了解磁場在某一位置、在某一時間點的方向。對於脈衝系統，方向通常如附圖所示，但是對於一正弦或類似系統磁場方向隨時改變。
圖5顯示了導引控制站3可能的實施例，在附圖中環3被顯示為繞了3圈，但是可能採用更多或更少的圈數。環所覆蓋的區域與站的區域相適應。站的區域不必具有水平的延伸方向。實施例適於用作遠程系統，其用於當機器人遠離導引控制站3時控制機器人的導引。如果環被顯示為處於一垂直位置，磁場還從站向外傳播，但是磁場將旋轉90度。
圖6顯示了由接收單元14檢測的在一時間點的磁場。由於優選實施例的環被水平定位，垂直線圈檢測垂直磁場。線圈被定位在地面以上10cm。磁場的強度和方向構成導引機器人的信息。環6顯示在圖的上部，框架40顯示了垂直磁場41在相對於環的何處改變方向。出現在環外的方向改變的原因在於具有反向的電流的環的平行部分彼此影響達到了磁場方向的改變被迫向外的程度，環定位部分彼此越接近，該現象變得越強烈。
垂直磁場41的曲線圖具有在環6的範圍內的峰值42及其在環外某處的最低值43。兩個峰值表示隨著與導體距離的增加，在環6內，磁場強度平滑地減弱。在環外，磁場強度迅速地減弱。在圖6中進一步向下，顯示了機器人所感測磁場44的減弱，曲線圖相當平，但是如果環6的範圍減小，曲線圖將在圖表內迅速下降，磁場隨著環的半徑的減小而迅速減弱，這適用於導引控制系統中的所有磁場。應當注意，在同一時間點的垂直磁場44具有相對於環內磁場41的負方向。
圖7顯示了導體的截面和環6內磁場的主要方向45。磁場方向45與已經發送了圖5和6中順時針運行的電流的信號發生器1相對應。在圖7中，叉相當於朝著圖內運動，而點對應於電流朝外運動。應當注意，由在遠程系統的導引控制區域(在20安培小時約6米)外側的機器人的傳感單元14、15、16檢測的垂直磁場如此微弱，以至於它不能被傳感單元檢測到。
圖4顯示了導引控制站3的另一可能的實施例。該站包括一右環和一左環4。為了顯示的目的，每個環繞了3圈，但是也可以使用更多或更少的圈，由環覆蓋的區域相應於站的區域。站區域不必具有一水平延伸範圍，或如果結合時，不必與環6以相同方向延伸。實施例適於用作用於當機器人遠離導引控制站3時控制導引機器人的遠程系統，和用作用於當機器人接近導引控制站時導引機器人的近程系統。圖4中，環4被連到連接盒17，以至於在環4所圍區域內，在相同時間點都顯示相同的磁場方向46。該連接通過信號發生器1的硬體和/或軟體來實現。這導致相應於圖6所示的垂直磁場。如果環顯示為垂直位置，磁場還從站向外傳播，但是磁場將旋轉90度。圖4中站的實施例適於作為遠程系統。
圖8中，環4被連到連接盒17，以至於在環4所圍區域內，在相同時間點都顯示彼此相反的磁場方向50、51。這導致如圖9所示的由接收單元14所感測的垂直磁場52。線圈被定位在地面以上10cm。儘管當上述情況時，磁場方向的改變被迫向外。曲線圖52的峰值顯示了這樣的事實即隨著導體距離的增加，在環6內，磁場強度減弱。峰值的形狀取決於線圈相對於環被定位在何處。環外的磁場52比環內磁場減弱得更快，因為來自兩個環的磁場相互幹擾。在20安匝(2A和10圈)，導引控制區域是大約距離站1米。在圖9的下部，感測磁場54距離環一定距離，線55顯示了在何處共同作用的兩磁場50、51導致零幅值的磁場。沿著該線發生磁場方向的變化，也就是，如果機器人經過上述線，傳感單元檢測一個磁場方向的變化。進一步移出該線由於磁場減弱而象漏鬥一樣延伸，在漏鬥內，傳感單元實質上不檢測任何磁場。根據導引控制系統內部或外部所產生的幹擾和來自共同作用的兩環磁場的幹擾，漏鬥式的傳播隨時間而變化。
圖10顯示了圍繞4導體的磁場實質上的方向56。磁場方向56與已經發送了在右環中逆時針運行和在左環中順時針運行的電流的信號發生器相對應。叉相當於朝著圖內運動，而點對應於電流朝外運動。
在最後描述的關於具備兩環4的導引控制站的實施例中提及了連接盒17。通過使用電流脈衝，並讓信號發生器根據上述脈衝控制所述連接，可以獲得一個有用的磁場時間間隔。如果存在一個外環，同步脈衝A0能夠被允許通過外環2而傳輸。或者，A0能通過其他存在的環而傳送。脈衝N79能夠例如通過如圖8所連的環4而傳輸，並且脈衝F9通過如圖5所連的環4而傳輸。因此，導引控制站中的環的一個實施例可以是足夠的。控制意味著根據所接近的脈衝而進行的在環連接上的連續變化。這導致獲得一遠程和近程系統的結合。參見圖2，接收單元14將記錄三個產生於不同時間點的磁場，並根據其中之一控制運動。
或者，一種類型6的環能被用於遠程系統，並且兩個環4用於近程系統。其中環以相同或不同的方向延伸。有時，對於在遠程系統和近程系統的空間內重合的磁場，希望導致一磁場方向的變化。在上述情況中，優選一包圍近程環的分離的遠程環。由於近程環4方向的改變是被迫變成比遠程環6的方向更為向外，通過上述安排，獲得在空間所重合的方向的改變。
在選擇系統內的電流類型時，考慮是否需要一參考是重要的。以下描述的機器人的導引控制的目的在於，必要時傳感單元具有決定何磁場方向將被確定的可能性。如果系統僅包括一遠程系統，一僅用於產生磁場42的正弦曲線信號可以是非常足夠的。在遠程系統的導引控制區域內的機器人將僅根據磁場強度而被導引，其中，當進入環時，傳感單元考慮正在改變方向的磁場。但是，為了在由近程系統產生的導引控制區域內進行操作，需要至少兩個具有不同頻率(彼此相乘)的信號以使傳感單元能夠進行比較。否則，機器人將不知道在近程系統中何為左和右。
由於兩個信號根據彼此的信號頻率來產生以一定比率改變方向的磁場，各自磁場的方向在某一時刻被進行比較。同樣，兩信號都是通過環4而被傳輸的。如果導引控制系統包括遠程和近程系統，一信號能夠通過遠程和近程系統而被傳輸。在導引控制系統中需要至少兩個信號。如果是用電流脈衝，不會引起上述比較問題，因為電流脈衝僅以一個方向而被傳輸，傳感單元知道磁場方向。一個第三傳感選擇是以不同的方向傳輸磁場。這樣的方法需要線圈被定位成能夠檢測不同磁場。
將參照附圖11-12來說明導引控制系統的功能。在機器人和導引控制站3之間進行通訊的主要目的是，使得機器人能夠相對於站來控制其運動，而非必須沿環而行。信號發生器1在導引控制站中產生電流，該導引控制站隨後產生磁場，產生機器人能被控制在其中的導引控制區域。磁場被裝在機器人上的接收器14所選擇，控制單元從所選擇的磁場中濾去殘留的磁場噪聲。
不管電流的類型，包括多個處理所接收磁場的算法的控制單元15將利用包含在磁場中的不同信息來用於不同的目的。當用於感測來自導引控制站3的磁場的算法被啟動(例如通過電池充電電壓開始變低)，其確保當機器人運動時，其檢測磁場的強度，根據算法來選擇朝著更高磁場強度方向移動的算法、沿著一個磁場強度為常數的磁場線而行、朝著更低磁場強度方向移動、停止或者旋轉。檢測自然不是基於電流的變化，而是基於磁場強度或兩磁場間的分配。因此，機器人根據對磁場特性所進行的檢測來操縱其自身。
在遠程系統中，圖11中顯示了機器人五種可能運動路徑中的兩種。當起動用於檢測磁場43和44的算法，為了獲得運動路徑46，其確保機器人在運動和檢測磁場強度時連續一直向前。如果機器人運動時，磁場強度被認為是不變的，機器人以任意方向旋轉90度。如果機器人運動時，磁場強度被認為是減弱的，機器人旋轉180度。上述運動展現了僅採用遠程系統導引機器人的可能性。這將導致機器人從任意不確定的方向尋找其朝嚮導引控制站3中間的路徑。在另一可替換的運動路徑7中，機器人尋找一對應特定磁場強度的等量線48並隨後沿其而行。當接收單元14進入環的內部，磁場改變方向，算法將其考慮在內。當使用遠程環，機器人將不依靠對磁場方向的識別。
在近程系統中，圖12顯示了用於不同算法的可能的運動路徑。在近程系統中所產生的磁場從環4向外約傳播一米。當起動用於感測磁場52和54的算法時，確保機器人運動並橫切對應磁場變化的線55，作為計算參考的輪子連續旋轉直到車後軸被實質上定位在線上。它隨後旋轉直到接收單元再一次感測方向的變化。機器人然後朝著環沿線而行。該算法通過感測由各環所傳輸的磁場間的關係而知道機器人將以何方向旋轉。
當機器人的傳感單元實質上進入導引控制站的內部，磁場改變方向。其中，方向發生改變已經在文章中描述過，同時，磁場強度將再一次開始減弱。磁場強度所改變的方式取決於是否使用具有一個或兩個環的進程系統或遠程系統。當磁場改變時，機器人被定位在非常接近站的位置，並通過磁場變化而找出。上述對於近程系統構成一個更小的問題，由於機器人通過沿線55而行，已經具有一操縱的滿意方式。首先注意的是，環4間的磁場變化非常強。
在另一方面，遠程系統的磁場強度將再一次在站的區域內開始減弱。一個可能是傳感單元恢復其計算並朝著較低磁場強度尋找其路徑直到它再一次未檢測到磁場方向的變化。上述變化當然預示著傳感單元再一次處於站的附近。
使用環僅用作導引裝置意味著接觸電極的微調不被獲得，而充電站必須被設計成具有來自所有方向的觸點的帽狀物。通過蓋帽狀物，導引控制站能具有如圖5所示的實施例，或以圓周方式傳播。在這種情況下，機器人僅朝著磁場強度更高的方向前進，不管所來方向，尋找帽狀物的電極。通過結合近程系統和遠程系統並使用運動路徑47和55，機器人能夠第一次沿遠程系統的等位線48而行直到其橫切線55，然後，沿該線尋找其路徑。或者，機器人能夠沿近程系統的等位線而行。該近程系統的等位線在某種程度上與線55平行。因此，在原理上，上述運動將導致機器人始終在內部。但是，機器人大並且慢，以上述方式沿等位線而行經常是不足夠的。機器人或者使用線55。
關於機器人，用於上述類型導引控制系統的可能磁場控制機器人例如真空吸塵器機器人或剪草機機器人。上述機器人包括處理工具，例如刀或刷子。例如，可以想像的是控制單元根據環所傳輸的信息控制它們的操作。例如，由於某種運動刀子暫停。其他機器人可以是清潔機器人，其用於例如在工業建築中的大面積地板區域的溼式除塵。所用磁場的選擇不重要，而本申請涉及搜尋系統。
本實施例的目的是使本發明具體化，其不將被解釋為權利要求的限制。本發明思想所蘊含的也是使系統設置更多或更少的環和信號發生器的可能性，例如為了沿表面設置邊界，機器人計劃移過它，控制機器人沿一環而行並可能使用多於一個的機器人。其他的實施例因此被包含在由權利要求1所限定的發明思想中。本發明因此不被限制於上面所提的以及附圖所示的實施例。但是，上述安排可以用在任何範圍，在該範圍中使用了用於輪子上的自動裝置通常表示為機器人的搜尋系統。
權利要求
1.一種用於通過電導引控制系統操縱自驅動設備(5)的方法，所述電導引控制系統包括連接到至少一個信號發生器的至少一個導引控制站(3)，和一個設置在自驅動設備(5)上的傳感單元(14、15、16)，其中該傳感單元(14、15、16)至少感測一個在空氣介質中傳播、隨時間和空間變化的磁場，該磁場被導引控制站(3)傳輸，並且將至少一個由傳感單元(14、15、16)處理的信號又轉發給至少一個驅動源，該驅動源用於設備經過一表面所作的運動，其特徵在於，信號發生器(1)發送一個通過導引控制系統(3)的電流，電流產生一個隨時間和空間變化的磁場(43、44、52、54)，傳感單元(14、15、16)根據感測磁場(43、44、52、54)的特性來操縱該設備(5)。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於當所述設備(5)主要在導引控制站的範圍之外移動並感測磁場中的變化(44、45)時，所述設備(5)相對於導引控制站(3)自行操縱，以便通過一個或多個操縱而使其相對於導引控制站(3)接近、實質上處於固定距離或者遠離，或者停止和/或旋轉。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於當設備(5)以一路線方向移動並感測一不變的磁場強度(44、45)時，其方向改變90度，當設備以一路線方向移動並感測一增強的磁場強度(44、45)時，其連續以該路線方向運行，當設備以一路線方向移動並感測一減弱的磁場強度(44、45)時，其路線方向改變180度。
4.如權利要求2-3中任一權利要求所述的方法，其特徵在於設備(5)以一個與感測磁場(44、45)恆定對應的路線方向移動。
5.如權利要求2-4中任一權利要求所述的方法，其特徵在於當設備(5)感測到磁場(43、44、52、54)改變方向(55)，其以相同方向繼續移動一定距離，隨後停止或旋轉，直到再次檢測磁場(44、54)改變方向(55)，其實質上以相同的類似一直線(55)的方向運動，它將感測磁場(43、44、52、54)方向改變的點連接起來。
6.如上述任一權利要求所述的方法，其特徵在於當傳感單元(14、15、16)感測到控制站(3)範圍內的磁場(43、52)，適應其對感測磁場(43、52)的處理。
7.如上述任一權利要求所述的方法，其特徵在於至少一信號發生器(1)發送一經過導引控制站的第一電流，藉此，主要在導引控制站區域內的一時間點由電流所產生的磁場(43、44)具有一個方向，該方向與在上述範圍之外的、同一時間點的磁場(43、44)的方向實質上相反。
8.如上述任一權利要求所述的方法，其特徵在於至少一信號發生器(1)發送一經過導引控制站(3)的第二電流，並且，所述或另一個信號發生器(1)發送一經過導引控制站(3)的第三電流，藉此，主要在導引控制站(3)範圍內的第二區域中、由第二電流所產生的磁場(43、44)在一時間點具有一個方向，該方向與一個主要在導引控制站(3)範圍內的一第三區域中、在同一時間點並由第三電流所產生磁場(43、44)的方向(46)實質上相對應。
9.如權利要求1-7中任一權利要求所述的方法，其特徵在於至少一信號發生器(1)發送一經過導引控制站(3)的第二電流，並且，所述或另一個信號發生器(1)發送一經過導引控制站(3)的第三電流，藉此，主要在導引控制站(3)範圍內的第二區域中、由第二電流所產生的磁場(52、54)在一時間點具有一個方向，該方向與一個主要在導引控制站(3)範圍內的第三區域中、在同一時間點並由第三電流所產生磁場(52、54)的方向(46)實質上相反。
10.如權利要求8-9中任一權利要求所述的方法，其特徵在於該第二電流對應於該第三電流。
11.如權利要求9所述的方法，其特徵在於在導引控制站範圍之外和之內，產生一未限定的區域，其實質上限定了兩個區域，這兩個區域在一時間點上具有實質上彼此相反的磁場。
12.如權利要求8-11中任一權利要求所述的方法，其特徵在於在第二和第三區域內所產生磁場(43、44、52、54)的方向(46、50、51)取決於所發送電流的特性。
13.如上述任一權利要求所述的方法，其特徵在於系統中至少一個電流包括一正弦成分。
14.如上述任一權利要求所述的方法，其特徵在於系統所發送的至少一個電流在多數時間內處於一靜止狀態，在該靜止狀態該電流主要恆定，該靜止狀態被至少一特性參考電流脈衝(7、9、11)周期地中斷。
15.如權利要求14所述的方法，其特徵在於獲知參考電流脈衝(7、9、11)特性的傳感單元(14、15、16)適應於在其間傳感單元(14、15、16)感測磁場的時間間隔。
16.如權利要求15所述的方法，其特徵在於該適應意味著在基於參考電流脈衝(7、9、11)的時間域內，傳感單元(14、15、16)使單元(14、15、16)的工作頻率同步。
17.如權利要求15-16中任一權利要求所述的方法，其特徵在於該適應意味著在基於參考電流脈衝(7)的時間域內，傳感單元(14、15、16)使時間間隔的特性同步。
18.如權利要求14-17中任一權利要求所述的方法，其特徵在於導引控制系統中的每一個信號發生器(1)使其發送的電流脈衝(7、9、11)與系統中的其他脈衝(7、9、11)同步，以便在同一信號周期(8)期間的同一時間沒有電流脈衝(7、9、11)相一致。
19.如權利要求14-18中任一權利要求所述的方法，其特徵在於導引控制系統中的每一信號發生器(1)使其發送的電流脈衝(7、9、11)與系統中的其他脈衝(7、9、11)同步，以便在當下一個發送的電流脈衝(7、9、11)所產生的信號出現時，傳感單元(14、15、16)中通過一發送的電流脈衝(7、9、11)產生的信號至少部分已經逐漸消失。
20.如權利要求14-19中任一權利要求所述的方法，其特徵在於每一環(2、3、4、6)中發送的電流脈衝(7、9、11)具有一時間函數，其中，在該函數期間，電流相對於在環(2、3、4、6)中出現的空轉電流為正和負。
21.如權利要求14-20中任一權利要求所述的方法，其特徵在於傳感單元(14、15、16)記錄電流脈衝(7、9、11)的正和負側沿，在上述兩側沿之間的時間間隔決定單元檢測信息的處理。
22.如權利要求8-12和14-18中任一權利要求所述的方法，其特徵在於在一時間點上，第二和第三區域內的磁場(43、44、52、54)的方向(46、50、51)分別取決於電流脈衝(7、9、11)的特性和出現。
23.如權利要求22所述的方法，其特徵在於當一電流脈衝N7(9)出現時，第二區域內的磁場(25)在一時間點上顯示一方向(22)，該方向與一個在第三區域中、在同一時間點的磁場方向(23)實質上相反，並當另一電流脈衝F9(11)出現時，第二區域內的磁場(25)在一時間點上顯示一方向(18)，該方向與一個在第三區域中的磁場方向(18)實質上相對應。
24.一種用於自驅動設備(5)的電導引控制系統，該系統包括連接到至少一個信號發生器(1)的至少一個導引控制站(3)，和一個設置在自驅動設備(5)上的傳感單元(14、15、16)，其中該傳感單元(14、15、16)至少感測一個在空氣介質中傳播、隨時間和空間變化的磁場，該磁場至少被導引控制站(3)傳輸，並且又將至少一個由傳感單元(14、15、16)處理的信號轉發給至少一個驅動源，該驅動源用於設備經過一表面所作的運動，其特徵在於，該系統包括一裝置，信號發生器(1)通過該裝置發送一個通過導引控制系統(3)的電流，電流產生一個隨時間和空間變化的磁場(43、44、52、54)，傳感單元(14、15、16)包括用於根據所感測磁場(43、44、52、54)的特性來操縱該設備(5)的裝置。
25.如權利要求24所述的電導引控制系統，其特徵在於在主要部分的時間內，在系統發送的至少一個電流處於實質上為恆定的靜止狀態，該靜止狀態被至少一特性參考電流脈衝(7、9、11)周期地中斷。
26.如權利要求24-25中任一權利要求所述的電導引控制系統，其特徵在於導引控制站(3)包括包圍第一區域的第一環(6)。
27.如權利要求24-26中任一權利要求所述的電導引控制系統，其特徵在於導引控制站(3)包括第二和第三環(4)，第二環(4)包圍一第二區域並且第三環(4)包圍一第三區域。
28.如權利要求24-27所述的電導引控制系統，其特徵在於各環(4、6)在一平面內延伸。
29.如權利要求28中任一權利要求所述的電導引控制系統，其特徵在於該平面平行於地面或垂直於地面。
30.如權利要求24-29中任一權利要求所述的電導引控制系統，其特徵在於至少一個環構成一個電導體，其設置在設備將要移動所經過的連續表面之上、之內或之下。
31.如權利要求24-30中任一權利要求所述的電導引控制系統，其特徵在於至少一環構成一個被繞成多於一圈的連續電導體。
32.如權利要求31所述的電導引控制系統，其特徵在於該電導體構成一個設置在一載體上的固定導向路經。
33.如上述任一權利要求所述的電導引控制系統，其特徵在於自驅動設備(5)意味著一個工作機器人，其包括一個用於在機器人移動所經表面上工作的作業系統。
34.如權利要求33所述的電導引控制系統，其特徵在於根據用於傳感單元(14、15、16)處理的接收或存儲的信息控制該作業系統。
35.如權利要求33-34中任一權利要求所述的電導引控制系統，其特徵在於機器人構成一剪草機機器人，作業系統構成刀，當其運動時，切割長在表面上的生物材料。
36.如權利要求33-34中任一權利要求所述的電導引控制系統，其特徵在於機器人構成一真空吸塵器機器人，作業系統包括一真空吸塵器機器人通常設置的用於清除表面汙垢的部分，例如一旋轉刷和一吸入裝置。
37.如權利要求33-34中任一權利要求所述的電導引控制系統，其特徵在於機器人構成一清潔機器人，作業系統包括一清潔機器人通常設置的用於清除表面汙垢的部分，例如用於溼式清潔的工具。
全文摘要
本發明涉及一種用於自驅動設備(5)特別是剪草機器人的過程和電導引控制系統。該系統包括連接到至少一個信號發生器(1)的至少一個導引控制站(3)，和設置在自驅動設備(5)上的一個傳感單元。該傳感單元感測至少一個在空氣介質中傳播、隨時間和空間變化的磁場，至少經導引控制站(3)傳輸，並將至少一個由傳感單元處理的信號又轉發給至少一個驅動源，該驅動源用於設備經過一表面的運動。該系統包括這樣的裝置，通過該裝置使信號發生器(1)發送一通過導引控制站(3)的電流，電流產生一個隨時間和空間變化的磁場，其中，傳感單元包括用於根據所感測磁場的特性來操縱該設備(5)的裝置。
文檔編號A01D34/00GK1659490SQ03812948
公開日2005年8月24日 申請日期2003年6月3日 優先權日2002年6月7日
發明者尤爾弗·彼得森, 本格特-艾倫·伯格瓦爾 申請人:電氣聯合股份有限公司