CN102811604A

CN102811604A - 用于将机器人园林工具引导至预定位置的方法和系统

Info

Publication number: CN102811604A
Application number: CN2010800654195A
Authority: CN
Inventors: 奥勒·马库松; 贡纳尔·安德松; 约翰·阿道尔夫松; 帕特里克·彼得森; 约翰·厄斯特; 帕特里克·耶金斯泰特
Original assignee: Husqvarna AB
Current assignee: Husqvarna AB
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2010-03-17
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2030-03-17
Also published as: EP2547191B1; AU2010348406B2; EP2547191A1; WO2011115535A1; CN102811604B; US20130066484A1; US8942862B2; EP2547191A4; AU2010348406A1

Abstract

本发明涉及用于将机器人园林工具引导至预定位置的方法（400）和系统（100）。机器人园林工具包括控制单元（104）和检测引导信号的传感器单元（102）。传感器单元（102）检测来自第一信号源（106）的第一引导信号（110），且机器人园林工具跟随第一引导信号（110）以离第一信号源（106）可变的距离朝向预定位置行进。在处于离预定位置预定距离（D）内时，传感器单元（102）检测来自第二信号源（108）的第二引导信号（112）。在预定距离（D）内，机器人园林工具跟随第一和第二引导信号（110或112）中之一以离对应信号源预配置的距离朝向预定位置行进。

Description

用于将机器人园林工具引导至预定位置的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种机器人园林工具。特别地，本发明涉及用于将机器人园林工具引导至充电站的方法和系统。

背景技术

机器人园林工具（例如，但不限于机器人割草机）广泛地用于草地中的割草应用。典型地，机器人割草机是一种自治机器人工具，并用电池作为电源。在工作负载和持续时间的基础上，需要对机器人割草机的电池定期再充电。当进行无人操作的自治机器人割草机工作时，在电池功率电平在操作过程中降至阈值功率电平之下的情况中，需要找到一条到达充电站的路径。

存在许多目前用来找到一条到达充电站的路径的技术。首先，建造在充电站上的天线可能用来将机器人割草机引导至充电站。然而，该天线在充电站附近可能具有有限的范围，因此，机器人割草机可能花费较长的时间来找到天线信号。另一限制是在离充电板非常近的地方制造天线的复杂性。这可能增加充电板的成本，因此，系统的总成本也可能增加。

另一种用于克服上述缺点的技术是，机器人割草机可能跟随一条或多条引导线或边界线而到达充电站。然而，机器人割草机可能每次跟随相同的路径，并且这可能在草地上导致不希望有的持久痕迹和/或踪迹。

另一种找到到达充电站的路径的技术可能使用全球定位系统（GPS），但是，这种系统具有将GPS系统整合至机器人割草机的复杂性。除此之外，GPS系统昂贵且难以安装，接着，这可能增加机器人割草机的总成本。或者，可能利用本地定位系统，其使用本地服务，例如Wi-Fi或蜂窝网络。在此情况中，机器人园林工具具有精确的定位数据，但是在需要增加至该系统的电路和接口方面具有更多的限制，这可能再次增加整个系统的成本和复杂性。

考虑到以上内容，需要有一种找到一条到达充电站的路径的改进的方法和系统，其将克服复杂的整合、增加成本以及草面上的持久痕迹的缺点。

发明内容

考虑到以上内容，一个目的是解决或至少减少以上讨论的问题。特别地，一个目的是，提供找到一条到达充电站的路径以避免草面上的持久痕迹并保持相关电路简单且节省成本的方法和系统。

通过如权利要求1中描述的用于将机器人园林工具引导至预定位置的新颖方法来实现此目的。该机器人园林工具可能包括控制单元和至少一个传感器单元。该方法可能包括用传感器单元检测来自第一信号源的第一引导信号的步骤。此外，该方法可能包括，响应于来自控制单元的命令，以离第一信号源可变的距离跟随第一引导信号行进的步骤。机器人园林工具以离第一信号源可变的距离的运动可能帮助避免草地上的任何持久痕迹。此外，当机器人园林工具到达离预定位置预定距离处时，该方法可能包括检测第二引导信号的步骤，该第二引导信号意味着其接近预定位置。最后，在离预定位置预定距离内，该方法可能包括跟随第一引导信号或第二引导信号中之一以离对应信号源预配置的距离（pre-configured distance）朝向预定位置行进的步骤。

根据权利要求2和3，第一引导信号源可能是第一引导线（guide wire，导丝），并且该方法可能包括检测来自第一引导线的第一引导信号。此外，该方法可能包括以离第一引导线可变的距离跟随第一引导信号行进。通过以可变的距离跟随线行进，园林工具不会在草地上留下痕迹。

根据权利要求4和5，第二信号源可能是第二引导线，并且该方法可能包括，在离预定位置预定距离内检测来自第二引导线的第二引导信号。此外，该方法可能包括，当机器人园林工具处于离预定位置预定距离内时，响应于第一和第二引导信号中之一，基于来自控制单元的命令，使机器人园林工具以离第一引导线或第二引导线中之一预配置的距离移动。当两个信号源都是引导线且草地上设置有两条引导线时，草地上的两条引导线用作第一或第二引导线。当朝向预定位置移动时，机器人园林工具开始跟随两条引导线中的哪条并不重要。园林工具开始跟随的引导线可能用作第一引导线，然后，另一条引导线可能用作第二引导线。

可替代地，根据权利要求6，可能从该预定位置产生第二引导信号。此外，在一个实施方式中，该方法可能包括，从预定位置处的天线在离预定位置预定距离内检测第二引导信号。在此情况中，该方法还可能包括，响应于第一和第二引导信号中之一，基于来自控制单元的命令，使机器人园林工具在离第一引导线预配置的距离朝向预定位置移动。此布置对于更简单地建造和节省成本地制造充电站来说可能是特别有帮助的。

根据权利要求9，该预定距离可能处于离预定位置大约0.5米到大约4米的范围内。在一个实施方式中，可能基于将引导线形式的第一信号源和第二信号源定位在预定位置附近，来确定该预定距离的范围。在另一实施方式中，可能基于在预定位置处的天线的范围，来确定该预定距离的范围。

此外，根据权利要求10，可能在预定位置处设置充电站。然后，引导线可能用于当需要对园林工具充电时，将机器人园林工具引导至充电站。来自控制单元的命令可能基于需要对机器人园林工具充电的事实。

权利要求11描述了一种用于执行上述方法的系统。该系统可能包括控制单元和至少一个传感器单元。在机器人园林工具中，该控制单元可能被具体化为用于将机器人园林工具引导至预定位置。此外，该传感器单元可能适于分别检测来自第一信号源和第二信号源的第一引导信号和第二引导信号。

根据该系统，机器人园林工具可能适于，响应于来自控制单元的命令，跟随第一引导信号以离第一信号源可变的距离朝向预定位置行进。此外，机器人园林工具可能适于，在处于离预定位置预定距离内时，响应于来自控制单元的命令，跟随第一引导信号和第二引导信号中之一以离对应信号源预配置的距离行进到达预定位置。

根据权利要求12和13，该系统可能包括用作第一信号源的第一引导线和用作第二信号源的第二引导线。根据权利要求14，可能将第一引导线和第二引导线在离预定位置预定距离内被放置在一起。

可替换地，根据权利要求15，可能将第二信号源安装在预定位置处。此外，根据权利要求16，第二信号源可能是安装在预定位置处的天线。

根据权利要求17，该预定距离可能处于离预定位置大约0.5米到大约4米的范围内。此外，根据权利要求18，可能将充电站定位在预定位置处。此外，根据权利要求19，机器人园林工具可能是电池供电的自治机器人割草机。

附图说明

下文中将参照附图更详细地描述本发明，附图中：

图1示出了根据本发明的一个实施方式的用于将机器人园林工具引导至预定位置的系统的框图；

图2示出了根据本发明的一个实施方式的用于机器人园林工具的引导系统的示意图；

图3示出了根据本发明的另一实施方式的用于机器人园林工具的引导系统的示意图；以及

图4示出了根据本发明的一个实施方式的用于将机器人园林工具引导至预定位置的示例性方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图更充分地描述本发明，其中，示出了包含本发明的一个或多个方面的本发明的实例实施方式。然而，本发明可能被具体化为许多不同的形式，并且不应被解释为限制于这里阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式，使得本公开将是充分且完全的，并将把本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。例如，在其他实施方式中，甚至在其他类型的装置中，可利用本发明的一个或多个方面。在图中，同样的数字指的是同样的元件。

图1示出了根据本发明的一个实施方式的系统100的框图。在本发明的一个实施方式中，系统100可能被具体化于电池供电的机器人园林工具中，用于将机器人园林工具引导至预定位置。在本发明的一个实施方式中，机器人园林工具可能是在园艺应用中使用的电池供电的机器人割草机，系统100可能用于将机器人割草机引导至充电站。然而，在不背离本发明的本质的前提下，系统100还可能被具体化于任何另一种设备中，例如，电池供电的自治真空吸尘器或任何其他自治的电池供电的机器人工具。

在本发明的一个实施方式中，系统100包括传感器单元102和控制单元104。在机器人园林工具的运行过程中，传感器单元102无线检测来自第一信号源106和第二信号源108的一个或多个引导信号。在本发明的一个实施方式中，第一信号源106适于发送第一引导信号110，而第二信号源108适于发送第二引导信号112。在特殊原因的情况中，传感器单元102响应于来自控制单元104的命令而检测第一引导信号110和/或第二引导信号112。该特殊原因可以是，机器人园林工具的电池的功率电平降至阈值功率电平之下、达到定时器间隔、给出外部命令或机器人园林工具检测到下雨。此外，在本发明的一个实施方式中，控制单元104还产生朝向预定位置引导机器人园林工具的命令。在本发明的一个实施方式中，该预定位置是用于机器人园林工具的充电站。

在本发明的一个实施方式中，传感器单元102可能包括一个或多个传感器，例如但不限于，磁场传感器或电流传感器，以检测来自第一信号源106和/或第二信号源108对应的磁场信号或电流信号。可能将这些传感器定位在机器人园林工具的前部。在本发明的另一实施方式中，可能将这些传感器定位在机器人园林工具上的适当位置处。如对于本领域的普通技术人员来说将是显而易见的，传感器单元102将从第一信号源106和第二信号源108检测到的信号110和/或112转换成等效电信号。此外，传感器单元102向控制单元104提供所转换的等效电信号。

控制单元104进一步包括存储装置114和处理单元116。在本发明的一个实施方式中，存储装置114可能是随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、闪存或任何适当的存储设备。存储装置114包括各种用于储存控制单元104的操作指令和其他软件的模块。这些操作指令是一组用于控制控制单元104的全部操作的计算机可执行指令。存储装置114还储存基于从传感器单元102接收的一个或多个信号对机器人园林工具发送命令所需的参数的数据库。在本发明的一个实施方式中，这些参数还可能包括草地或场地的几何形状、所检测的信号的强度、所检测的信号的类型，等等。将来自存储装置114的一个或多个参数传送至处理单元116。

处理单元116执行将机器人园林工具引导至预定位置所需的所有计算。处理单元116包括输入/输出（I/O）接口（未示出），其可操作的用于从存储装置114接收参数和计算机可执行指令。在本发明的一个实施方式中，处理单元116还通过I/O接口从传感器单元102获得所转换的电信号。

处理单元116还包括产生用于将机器人园林工具引导至预定位置的命令的计算模块（未示出）。命令引导机器人园林工具跟随第一引导信号110以离第一信号源106可变的距离朝向预定位置行进。在本发明的另一实施方式中，命令可能引导机器人园林工具跟随来自对应信号源106和108的第一引导信号110和第二引导信号112中之一朝向预定位置行进。在本发明的又一实施方式中，计算模块可能确定额外的参数，例如但不限于，机器人园林工具离第一信号源106和/或第二信号源108的距离。

此外，处理单元116基于所检测到的信号110和/或112调用来自存储装置114的命令。包含在处理单元116中的计算模块将所检测到的信号110和/或112的特性与储存于存储装置114中的数据库进行比较，并由此确定从存储装置114将调用的所需命令。

图2示出了根据本发明的一个实施方式的用于机器人割草机202的引导系统200的示意图。机器人割草机202用作机器人园林工具，并被构造为切割有限区域内的植物。该有限区域可能是具有植物的任何地带，例如草地、花园、院子、高尔夫球场、耕地等等。在本发明的一个实施方式中，用边界线204划分该有限区域的界限。将边界线204固定在地面上方或埋在地面下方并连接至信号发生器，该信号发生器由电源供电，或直接连接至电源。在本发明的一个实施方式中，边界线204还在该有限区域内不希望切割的区域周围形成环，例如但不限于，如花棚、树、墙、大石头、灌木或灌木丛、花园或菜园、高架喷泉等的固定物体。

引导系统200进一步包括第一引导线206和第二引导线208，其中，第一引导线206和第二引导线208分别用作第一信号源106和第二信号源108。此外，第一引导线206和第二引导线208适于分别发送第一引导信号110和第二引导信号112。在本发明的一个实施方式中，也将第一引导线206和第二引导线208固定在地面上方或埋在地面下方，并连接至边界线204和充电站210。在本发明的一个实施方式中，充电站210位于预定位置处。

在本发明的一个实施方式中，在离充电站210预定距离D内，第一引导线206和第二引导线208放置在基本上平行的构造中。在本发明的一个实施方式中，预定距离D的范围可能是离充电站210大约0.5米到大约4米。在本发明的一个实施方式中，超过预定距离D，第一引导线206和第二引导线208分开，位于不同的方向上，并在不同的位置与边界线204连接。

在本发明的一个实施方式中，如果机器人割草机202需要为电池充电，或由于其他原因而应该转到预定位置，那么，机器人割草机202跟随第一引导信号110朝向充电站210行进。在本发明的一个实施方式中，机器人割草机202以离第一引导线206可变的距离跟随第一引导信号110行进。如上所述，当检测到第一引导信号110时，控制单元104为机器人割草机202的驱动机构产生以离第一引导线206随机和/或连续变化的距离跟随第一引导信号110行进的命令。这确保，机器人割草机202在每次跟随第一引导线206到达充电站210时，不会跟随相同的路径行进。因此，在机器人割草机202的大量工作循环之后，可以避免由于轮子而在草地上产生的任何持久痕迹和/轨迹。在本发明的另一实施方式中，机器人割草机202以离第二引导线208可变的距离跟随第二引导信号112行进。在本发明的又一实施方式中，机器人割草机202还可能部分地跟随边界线204行进，以定位充电站210。

在本发明的一个实施方式中，通过跟随第一引导线206行进，当机器人割草机202到达离充电站210预定距离D处时，传感器单元102还检测到由第二引导线208产生的第二引导信号112。如上所述，在检测到第二引导信号112时，控制单元104为机器人割草机202的驱动机构产生跟随分别来自第一引导线206和第二引导线208的第一引导信号110或第二引导信号112中之一行进的命令。此外，在本发明的一个实施方式中，通过跟随第一引导信号110或第二引导信号112并且还以分别离第一引导线206或第二引导线208固定的预定距离移动，朝向充电站210引导机器人割草机202。在本发明的另一实施方式中，机器人割草机202跨骑在第一引导线206和/或第二引导线208上，并跨接至（deck to）充电站210。在本发明的各种实施方式中，还可能使用多于两个引导线，以覆盖更大的切割面积。这对于更快地找到至少一个引导线来说可能是特别有帮助的。

此外，由于机器人割草机202采用固定路径，同时处于离充电站210预定距离D内，所以机器人割草机202可能在草地上形成持久轨迹。为了避免这一点，在草地上放置保护板（未示出）。该保护板可能由这样的材料制成，例如但不限于，不同的塑料成分、金属合金等等。

图3示出了根据本发明的另一实施方式的用于机器人割草机302的引导系统300的示意图。该引导系统300包括边界线304、引导线306和天线308。引导线306用作第一信号源106，并适于发送第一引导信号110。天线308用作第二信号源108，并适于发送第二引导信号112。此外，在本发明的一个实施方式中，将引导线306的一端连接至边界线304，同时，将另一端连接至充电站310。此外，将天线308安装在充电站310上，并且第二引导信号112可能是超声信号、红外信号、电磁信号等中之一，但不限于此。

在本发明的一个实施方式中，如果机器人割草机302需要对电池充电，或由于其他原因而应该转到预定位置，那么机器人割草机302跟随第一引导信号110朝向充电站310行进。在本发明的一个实施方式中，机器人割草机302以离引导线306可变的距离跟随第一引导信号110行进。

在本发明的一个实施方式中，通过跟随引导线306行进，当机器人割草机302到达离充电站310预定距离D处时，安装于机器人割草机302上的传感器单元102也检测到由天线308产生的第二引导信号112。如上所述，在检测到第二引导信号112时，控制单元104为机器人割草机302的驱动机构产生跟随分别来自引导线306和天线308的第一引导信号110和第二引导信号112中之一行进的命令。此外，在本发明的一个实施方式中，通过跟随第一引导信号110或第二引导信号112并且还以离引导线306固定的距离移动，朝向充电站310引导机器人割草机302。在本发明的另一实施方式中，机器人割草机302跨骑在引导线306上，并跨接至充电站310。在本发明的一个实施方式中，为了避免草面上的任何持久轨迹，还可能使用保护板。

此外，在本发明的一个示例性实施方式中，预定距离D可能处于离预定位置大约0.5米到大约4米的范围中。此外，在本发明的一个实施方式中，预定距离D可能由来自天线308的第二引导信号112限定。引导系统300特别消除了对与充电板一起制造大范围天线的复杂工艺的需求。这降低了充电板的成本，并且引导系统的总成本较低。在本发明的一个示例性实施方式中，天线308的范围可能延伸至大约8米。

图4示出了根据本发明的一个实施方式的用于将机器人园林工具引导至预定位置的方法400的流程图。在方法400的步骤402中，机器人园林工具检测第一引导信号110。如上所述，安装于机器人园林工具上的传感器单元102检测第一引导信号110。第一引导信号110可能是，例如，磁场或电流。此外，第一引导信号110可能具有特殊的特性，例如但不限于，频率、相位和强度。

在步骤402之后，在步骤404中，机器人园林工具以离第一信号源106可变的距离跟随第一引导信号110行进。在各种其他实施方式中，用第一引导线206或引导线306来发送第一引导信号110。如上所述，控制单元104响应于所检测到的第一引导信号110而产生朝向预定位置引导机器人园林工具的命令。该命令引导驱动机构连续地或随机地改变离第一信号源（例如引导线206和306）的距离。

此外，在方法400的步骤406中，机器人园林工具检测第二引导信号112。在本发明的一个实施方式中，第二引导信号112具有其自己的特殊特性，以将其与第一引导信号110区分开。在本发明的一个实施方式中，从第二引导线208检测到第二引导信号112。在本发明的另一实施方式中，在离预定位置预定距离D内检测到第二引导信号112。在本发明的各种实施方式中，将天线308安装在预定位置上，并且其适于发送第二引导信号112。

如上所述，机器人园林工具在离预定位置预定距离D内检测第二引导信号112。在步骤408中，在本发明的一个实施方式中，机器人园林工具跟随第一引导信号110或第二引导信号112中之一朝向预定位置行进。在本发明的一个实施方式中，在预定距离D内，机器人园林工具以离一个引导线206或306预配置的距离移动。在另一实施方式中，机器人园林工具跨骑在一个引导线206或306上。在又一实施方式中，机器人园林工具以靠近一个引导线206或306固定的距离跟随固定路径行进。

虽然上述发明说明了机器人园林工具的工作，但是，本领域的技术人员可能知道，这种系统可以轻松地在其他工具上实现，例如但不限于，自动真空吸尘器。

在图中和说明书中，已经公开了本发明的优选实施方式和实例，尽管使用特定术语，但是其仅在通用性及描述性意义上使用，并非用于限制目的，在以下权利要求中阐述了本发明的范围。

Claims

1.一种用于将机器人园林工具引导至预定位置的方法（400），其中，所述机器人园林工具包括控制单元（104）和用于无线检测引导信号的至少一个传感器单元（102），所述方法包括以下步骤：

检测（402）来自第一信号源（106）的第一引导信号（110）；

响应于来自所述控制单元（104）的命令，跟随（404）所述第一引导信号（110）以离所述第一信号源（106）可变的距离朝向所述预定位置行进；

检测（406）来自第二信号源（108）的第二引导信号（112），其中，在离所述预定位置预定距离（D）内检测所述第二引导信号（112）；以及

跟随（408）所述第一和第二引导信号（110或112）中之一以离对应信号源（106或108）预配置的距离朝向所述预定位置行进。

2.根据权利要求1所述的方法（400），其中，检测（420）来自所述第一信号源的所述第一引导信号（110）包括检测来自第一引导线（206）的所述第一引导信号（110）的步骤。

3.根据权利要求2所述的方法（400），其中，跟随（404）所述第一引导信号（110）行进包括使所述机器人园林工具以离所述第一引导线（206）可变的距离沿着所述第一引导线（206）移动的步骤。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法（400），其中，检测（406）所述第二引导信号（112）包括在离所述预定位置所述预定距离（D）内检测来自第二引导线（208）的所述第二引导信号（112）的步骤。

5.根据权利要求4所述的方法（400），其中，跟随（408）所述第一和第二引导信号（110和112）中之一行进包括以下步骤：基于响应于所述第一和第二引导信号（110和112）中之一的来自所述控制单元（104）的命令，使所述机器人园林工具以离所述第一引导线（206）或所述第二引导线（208）中之一预配置的距离移动。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法（400），其中，所述第二信号源（108）被定位于所述预定位置处。

7.根据权利要求6所述的方法（400），其中，在所述预定距离（D）内检测（406）所述第二引导信号（112）包括检测来自安装在所述预定位置的天线（308）的所述第二引导信号（112）的步骤。

8.根据权利要求6或7中任一项所述的方法（400），其中，跟随（408）所述第一和第二引导信号（110和112）中之一行进包括：基于响应于所述第一和第二引导信号（110和112）中之一的来自所述控制单元（104）的命令，使所述机器人园林工具以离第一引导线（306）预配置的距离移动。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法（400），其中，所述预定距离（D）处于离所述预定位置大约0.5米到大约4米的范围中。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法（400），在所述预定位置处提供充电站（210和310）。

11.一种用于将机器人园林工具引导至预定位置的系统（100），所述系统（100）包括：

第一信号源（106），适于发送用于朝向所述预定位置引导所述机器人园林工具的第一引导信号（110）；

第二信号源（108），适于发送用于朝向所述预定位置引导所述机器人园林工具的第二引导信号（112）；

至少一个传感器单元（102），设置在所述机器人园林工具上，以检测所述第一引导信号（110）和所述第二引导信号（112）；以及

控制单元（104），设置在所述机器人园林工具上，以基于响应于所述第一引导信号（110）和所述第二引导信号（112）中至少之一而产生命令；

其特征在于，

所述机器人园林工具适于响应于来自所述控制单元（104）的所述命令跟随所述第一引导信号（110）以离所述第一信号源（106）可变的距离朝向所述预定位置行进；以及

所述机器人园林工具进一步适于，当处于离所述预定位置预定距离（D）内时，响应于来自所述控制单元（104）的所述命令，跟随所述第一和第二引导信号（110或112）中之一以离对应信号源（106或108）预配置的距离行进到达所述预定位置。

12.根据权利要求11所述的系统（100），其中，所述第一信号源（106）是第一引导线（206）。

13.根据权利要求11或12中任一项所述的系统（100），其中，所述第二信号源（108）是第二引导线（208）。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的系统（100），其中，所述第一信号源（106）和所述第二信号源（106）在离所述预定位置所述预定距离（D）内被放置在一起并且然后以不同方向定向。

15.根据权利要求11或12中任一项所述的系统（100），其中，所述第二信号源（108）被安装在所述预定位置处。

16.根据权利要求15所述的系统（100），其中，所述第二信号源（108）是安装在所述预定位置处的天线（308）。

17.根据权利要求11至16中任一项所述的系统（100），其中，所述预定距离（D）处于离所述预定位置大约0.5米到大约4米的范围内。

18.根据权利要求11至16中任一项所述的系统（100），其中，所述预定位置是充电站（210或310）的位置。

19.根据前述权利要求中任一项所述的系统（100），其中，所述机器人园林工具是机器人割草机（202或302）。