CN102844722A - 利用多个信号以一距离跟随引线的机器人园艺工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于将机器人园艺工具引导至预定位置的方法（300）和系统（100）。机器人园艺工具包括控制单元（104）和检测信号的传感器单元（102）。传感器单元（102）检测来自第一信号源（106）的第一信号（110），机器人园艺工具以距离第一信号源（106）的、小于或等于与第一信号源的最大距离的变化距离朝着预定位置来跟随第一信号（110）。其中，变化距离与检测到的第一信号（110）强度相关。在检测第一信号（110）的同时，传感器单元还可以检测来自第二信号源（108）的第二信号（112）。机器人园艺工具以小于或等于与第一信号源最大距离的变化距离跟随第一信号（110）以到达预定位置，其中最大距离当前至少部分基于检测到的第二信号（112）的强度设定。

Description

利用多个信号以一距离跟随引线的机器人园艺工具

技术领域

本发明涉及机器人园艺工具。具体地，本发明涉及将机器人园艺工具引导至充电站或将其从充电站引导出的方法和系统。

背景技术

例如但不限于机器人割草机的机器人园艺工具广泛用于草坪的割草应用。通常，机器人割草机是自主式机器人工具并使用电池作为电源。根据工作负荷和持续时间，有必要周期性地为机器人割草机的电池再充电。由于自主式机器人割草机工作时无人看管，在操作期间电池的功率电平降至低于阈值功率电平的情况下，需要找到通往充电站的路径。

目前有多种用于找到通往充电站路径的技术。一种简单方法是在充电站上安装天线，这样无论机器人割草机何时需要为其电池充电，它都会感应到天线信号进而跟随回到充电站。但是，这种系统的问题在于天线的范围有限；有可能使得机器人割草机在电池耗尽之前不能检测到天线信号。在待修剪面积较大的情况下上述问题更明显。这种系统的另一个缺点在于在充电板附近将天引线安装在充电站上会增加复杂性和成本。

为了克服上述缺点，可以在修剪表面上铺设一根或多根引线（wire）。这些引线可以将机器人割草机引导至充电站。这有效地消除了寻找充电站的时间增加这一问题；但是又有可能导致在草地表面上产生永久性痕迹的问题。这是因为机器人割草机每次需要为其电池充电时都会选择相同的路径。

上述问题的解决方案可以是沿循较远距离处的边界行进；这样消除了产生永久性痕迹的问题。但是该系统也存在缺点，缺点在于如果机器人割草机从恶劣的地点开始则可能要花费较长时间才能到达充电站。此外，如果有多个区域需要修剪，则联接通道可能很窄并且远程跟随引线的技术将会无效。

另外，为了能使割草机穿过窄通道并且尽可能仍然从远距离处沿循边界行进，该系统需要精细调整并测试以使其按预期设想进行工作。远距离受窄通道的尺寸限制。因此，这种系统的安装程序复杂又耗时。

也许，消除引线系统相关缺点的有效方法是使用如GPS的导航系统，以用于围绕着修剪区域引导机器人割草机。这类系统更精确并且还为相对容易地控制整个操作提供了灵活性。但是，这类系统需要复杂的电路和接口，这增加了系统的整体复杂性和成本。

根据前文所述，需要一种找到通往充电站的路径的改进方法和系统，该方法和系统将克服整体复杂、成本增加以及在草地表面上产生永久性痕迹等缺点。

发明内容

从上文来看，目标是解决或者至少减轻上文所讨论的问题。具体地，一个目标是提供一种找到通往充电站或从充电站离开的路径以避免在草地表面上产生永久性痕迹并且同时保持相关电路简单并且成本合算的方法和系统。

该目标通过如权利要求1所述的将机器人园艺工具引导至预定位置的新颖性方法实现。机器人园艺工具可以包括至少一个传感装置。该方法包括通过传感器装置检测来自第一信号源的第一信号的步骤。此外，该方法可以包括以距第一信号源的变化的距离跟随第一信号。其中，变化的距离是可以小于或等于距第一信号源最大距离的距离。机器人园艺工具以距第一信号源变化距离的移动有助于避免在草地上形成任何永久性痕迹。该方法还可以包括检测来自第二信号源的第二信号的步骤。最终，当机器人园艺工具检测到第二信号时，该方法可以包括以距第一信号源的、小于或等于距第一信号源的最大距离的变化距离跟随第一信号源以到达预定位置的步骤，并且其中最大距离可以至少部分根据检测到的第二信号来设定。因此，机器人园艺工具还可以通过窄通道以变化距离跟随第一信号源。当第一信号源周围有较大空间时，最大距离设定得较大，从而在第一信号源和最大距离之间提供较大距离，其中机器人园艺工具可以改变其与第一信号源之间的距离。因而可以有效避免草坪内的轮迹。在工作区内的窄通道处，最大距离缩短以使机器人园艺工具在跟随第一信号源时能够穿过通道找到其路径。因此，机器人园艺工具和第一信号源之间的距离也在窄通道处尽可能地发生变化，因此从更广泛的意义上来说，避免了轮迹。不需要根据窄通道处的区域形状设定工作区较大面积处的最大距离。这还使得更容易在工作区内安装机器人园艺工具。

根据权利要求2，至少一个传感装置还可以包括第一和第二传感装置，这些传感装置可以分别适用于检测第一信号和第二信号。

根据权利要求3和4，第一信号源可以是引导引线（guide wire），第二信号源可以是边界引线（boundary wire）。边界引线可以至少部分适用于限定机器人园艺工具在其中操作的工作区。引导引线可以适用于设置在园艺工具的工作区内以便将园艺工具引导至预定位置。相同的工作区内可以有一个以上的引导引线。

根据权利要求5，机器人园艺工具可以至少部分基于检测到的来自第一信号源的第一信号的强度以距第一信号源的变化距离来跟随第一信号。当机器人园艺工具开始跟随第一信号源时可以针对每个工作周期随机选择变化距离。机器人园艺工具跟随第一信号源可以根据检测到的第一信号的强度和随机选择的距离进行控制。

根据权利要求6和7，机器人园艺工具可以以距第一信号源的变化距离跟随第一信号，其中变化距离可以小于或等于与第一信号源的最大距离。此处的最大距离可以至少部分基于检测到的第二信号的强度。此外，为了使第二信号更强，最大距离可以缩短。因此，当机器人园艺工具跟随第一信号源并且还检测来自第二信号源的第二信号时，检测到的第二信号的强度影响最大距离以使最大距离缩短。当未检测第二信号时，这可以提供以较大距离跟随第一信号源的可能性，并且当检测第二信号时，即，在窄通道处，与第一信号源的最大距离可以缩短以使机器人园艺工具可以不被卡住或穿过通道找到其路径。

根据权利要求8，第一和第二信号可以是磁场信号。

根据权利要求9，预定位置可能是充电站的位置。

在一个实施方式中，根据权利要求10，机器人园艺工具可以是机器人割草机。

权利要求11说明了用于实施上述方法的系统，该系统包括提供第一信号的第一信号源、提供第二信号的第二信号源以及包括适用于检测第一和第二信号的至少一个传感装置的机器人园艺工具。根据该系统，机器人园艺工具可以适用于以距第一信号源的变化距离朝着预定位置来跟随第一信号。其中变化距离可以小于或等于与第一信号源的最大距离，其中最大距离可以随之至少部分根据第二信号源的第二信号的检测来设定。

该系统可以包括控制单元和至少一个传感器单元。控制单元可以包含在机器人园艺工具内以用于将机器人园艺工具引导至预定位置。此外，传感器单元可以适用于检测分别来自第一信号源和第二信号源的第一信号和第二信号。因此，由于还可以检测到影响对第一信号源的跟随的来自第二信号源的第二信号，因此机器人园艺工具可以适用于跟随第一信号并且能够通过窄通道导航，并仍然能尽可能地以距第一信号源较大的距离移动。

根据权利要求12，该系统可以包括一个传感装置，这个传感器装置可以进一步包括分别检测第一信号和第二信号的第一和第二传感装置。

根据权利要求13和14，第一信号源可以是引导引线，第二信号源可以是边界引线。

根据权利要求15，该系统可以适用于以距第一信号源的变化距离跟随第一信号。其中变化距离可以至少部分取决于检测到的第一信号的强度。

根据权利要求16和17，机器人园艺工具可以变化距离跟随第一信号源，该变化距离可以小于或等于与第一信号源的最大距离。此外，最大距离可以至少部分基于检测到的第二信号的强度来设定。其中，为了使检测到的第二信号更强，最大距离可以缩短。

根据权利要求18，第一信号和第二信号可以是磁信号。

根据权利要求19，预定位置可能是充电站的位置。

附图说明

将会在下文中参考附图更详细地说明本发明，附图中：

图1示出了根据本发明实施方式的用于将机器人园艺工具引导至预定位置的系统的框图；

图2示出了根据本发明实施方式的用于机器人园艺工具的引导系统的示意图；

图3示出了根据本发明实施方式将机器人园艺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

下文将会参考附图更充分地说明本发明，图中示出了包含本发明一个或多个方面的发明实例实施方式。然而，本发明可以用多种不同的形式体现并且不应理解为限于此处所述的实施方式；相反地，提供这些实施方式是为了使本发明更全面更完整并且充分向本领域技术人员传达本发明的范围。例如，本发明的一个或多个方面可用于其他实施方式，甚至可用于其他类型的设备。在附图中，相同数字指相同元件。

图1示出了根据本发明实施方式的系统100的框图。在本发明实施方式中，系统100可以体现为以电池供电的用于将机器人园艺工具引导至预定位置的机器人园艺工具。在本发明实施方式中，机器人园艺工具可以是用于园艺应用的以电池供电的机器人割草机并且系统100可以用于将机器人割草机引导至充电站或从充电站引导离开。然而，系统100还可以体现为任何其他设备，例如，在不脱离本发明实质情况下，可以是以电池供电的自动真空清洁器或者任意其他以电池供电的自主机器人工具。

在本发明实施方式中，系统100可以包括诸如传感器单元102的传感装置、和控制单元104。在机器人园艺工具的操作过程中，传感器单元102可以无引线检测来自第一信号源106和第二信号源108的一个或多个信号。此外，第一信号源106适用于发送第一信号110，第二信号源108适用于发送第二信号112。在本发明实施方式中，在机器人园艺工具电池的功率电平降至低于阈值功率电平的情况下，传感器单元102可以响应于来自控制单元104的命令来检测第一信号110和第二信号112。替换地，控制单元104还可以产生命令以朝着预定位置指引机器人园艺工具。在本发明的一个实施方式中，预定位置是机器人园艺工具的充电站。

此外，传感器单元102可以包括一个或多个传感器，例如，但不限于，用以检测来自第一信号源106和/或第二信号源108的对应磁场信号或电流信号的磁场传感器或电流传感器。传感器可以位于在机器人园艺工具的前部或位于机器人园艺工具上的任何适当位置处。本领域普通技术人员应明白，传感器单元102可以将检测的来自第一信号源106和第二信号源108的信号110和/或112转换成相等的电信号。此外，传感器单元102可以向控制单元104提供经转换的相等电信号。

控制单元104还可以包括存储装置114和处理单元116。在本发明的一个实施方式中，存储装置114可以是随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、闪存或任意适当存储设备。存储装置114可以包括储存操作指令和控制单元104的其他软件的各种模块。操作指令可以是用于控制控制单元104整个操作的一组计算机可执行指令。存储装置114还可以储存基于从传感器单元102接收的一个或多个信号将命令发送至机器人园艺工具所需的参数的数据库。在本发明的一个实施方式中，参数还可以包括草坪或场地的几何形状、检测到的信号的强度、检测到的信号类型等。来自存储装置114的一个或多个参数可以传送至处理单元116。

处理单元116可以进行将机器人园艺工具引导至预定位置所需的所有计算。处理单元116可以包括输入/输出（I/O）接口（未示出），该输入/输出接口可操作以用于从存储装置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还可以通过I/O接口从传感器单元102获得转换的电信号。

处理单元116还可以包括生成用于将机器人园艺工具引导至预定位置的命令的计算模块（未示出）。在本发明的一个实施方式中，命令可以指引机器人园艺工具朝着预定位置以距第一信号源106的变化距离跟随第一信号110。在本发明的各种实施方式中，机器人园艺工具与第一信号源106的变化距离可以小于或等于与第一信号源106的最大距离，其中，机器人园艺工具与第一信号源106的最大距离可以以检测到的第一信号110的强度为基础。此外，传感器单元102还可以检测来自第二信号源108的第二信号112。在这种情况下，命令可以指引机器人园艺工具以距第一信号源106的变化距离跟随第一信号110，其中，变化距离可以小于或等于与第一信号源106的最大距离，然而，最大距离可以至少部分基于检测的第二信号112的强度。在本发明的另一个实施方式中，计算模块可以确定附加参数，诸如，但不限于，机器人园艺工具与第一信号源106和/或第二信号源108的距离以确定与第一信号源110的最大距离。

此外，处理单元116可以基于检测到的信号110和/或112从存储装置114调用命令。包含在处理单元116内的计算模块可以将检测到的信号110和/或112的特性与储存在存储装置114内的数据库进行比较，因而识别将从存储装置114中调用的命令。在本发明的一个实施方式中，检测的信号110和/112的特性可以是检测的信号110和/112的强度。

图2示出了根据本发明一个实施方式的机器人割草机202的导航系统200的示意图。在本发明的一个实施方式中，机器人割草机202可以用作机器人园艺工具并构造为修剪有限区域内的植被。有限区域可以是带有植被的任何地区，诸如草坪、花园、庭院、高尔夫球场、牧场等等。在本发明的一个实施方式中，有限区域可以由边界引线204划定界限。在本发明的一个实施方式中，边界引线可以是第二信号源108（结合图1说明）。边界引线204可以固定在地面上方或埋入地下并且连接至由电源通电的信号发生器或直接连接至电源。在本发明的一个实施方式中，边界引线204还可以围绕有限区域内的不需要修剪的区域而形成环路，例如，但不限于，如花园棚屋、树、墙壁、大石头、矮树丛或灌木、花园或者菜园、高架喷泉等的固定物体。

导航系统200还可以包括引导引线206，其中引导引线206可以是第一信号源106（结合图1进行说明）并适用于发送第一信号110。在本发明实施方式中，引导引线206还可以固定在地面上方或埋入地下并连接至边界引线204和充电站208。引导引线206的用途是沿着直接路径将机器人割草机202引导至充电站208或从充电站208引导离开，与割草机202沿循边界引线204到达充电站208相比，这是提供更快输送的路径。在本发明的一个实施方式中，充电站208位于预定位置。

在本发明的一个实施方式中，第一信号110和第二信号112可以是磁信号。此外，每个磁信号可以具有其自身独特特性。在本发明的一个实施方式中，磁信号特性可以由流经每根引线的电流定义。

此外，存在于机器人割草机202上的传感器单元102可以具有适用于检测第一信号110的一个传感器和适用于检测第二信号112的另一个传感器。在本发明另一个实施方式中，单一传感器可适用于检测多个信号。在本发明实施方式中，多个传感器可以是相同类型。在替换实施方式中，多个传感器可以是不同类型。

在本发明的一个实施方式中，在机器人割草机202感应到需要为电池充电的情况下，机器人割草机202可以朝着充电站208跟随第一信号源106。在本发明的一个实施方式中，机器人割草机202可以朝着充电站208以变化距离跟随第一信号源106。这可以确保机器人割草机202每次沿循第一引导引线206到达充电站208时不会跟随同一路径。因此，经过机器人割草机202的多个工作周期后，可以避免在草坪上留下由轮子产生的任何永久性痕迹和/或轨迹。在本发明的一个实施方式中，机器人割草机202跟随第一信号源106所处的距离可以小于或等于与第一信号源106的最大距离。

在本发明的一个实施方式中，在机器人割草机202可以跟随第一信号110的同时，机器人割草机还可以检测第二信号112。在本发明的一个实施方式中，一旦检测到第二信号112，控制单元104就可以发送命令信号至机器人割草机202，以改变机器人割草机202与第一信号源106的最大距离。在本发明的一个实施方式中，新的最大距离可以基于检测的第二信号112的强度。此外，在本发明的一个实施方式中，由于检测的第二信号112的强度更大，新的最大距离可能更短；这是两个信号源彼此更靠近时出现的情况。当两个信号非常接近时，这可能使机器人割草机202紧密地跟随第一信号源106。这可以进一步确保机器人割草机202在较窄区域（例如，路径（P））内可以自动调整并紧密地跟随第一信号源106，其中两个信号源可以非常接近。这可以在不需要其他昂贵装置的情况下解决草地上留下永久痕迹和在较窄区域内紧密地跟随引导引线206这两个问题。因此，最大距离在花园的较宽区域内会较大，而在花园较窄区域内将会较小。

机器人割草机202可以在多个不同路径上跟随信号110/112。在示例性实施方式中，图2描述了用210和212标记的多个路径。在本发明的一个实施方式中，当开始跟随引导引线时，路经可以随机选择。在本发明的一个实施方式中，第一信号110和/或第二信号112的强度可以通过改变相应信号源内的电流进行改变。

更进一步，在本发明的另一实施方式中，引导引线206可以具有不同的形状以便以不同的几何形状覆盖割草区。在本发明的另一个实施方式中，系统200可以具有多根导引线206，以用于覆盖较大的割草区。

图3示出了根据本发明一个实施方式的用于将机器人园艺工具引导至预定位置的方法300的流程图。在方法300的步骤302中，机器人园艺工具可以检测来自第一信号源106的第一信号110。在一个实施方式中，第一信号源110可以是引导引线206。如上所述，安装在机器人园艺工具上的传感器单元102可以检测第一信号110。第一信号110可以是磁信号。此外，第一信号110可以具有与其相关的特定强度。

紧接着步骤302，在步骤304中，机器人园艺工具可以距第一信号源106的变化距离跟随第一信号110。如上所述，控制单元104可以响应于检测的第一信号110来产生命令以朝着预定位置引导机器人园艺工具。命令可以指导驱动机构来改变与第一信号源106的距离。变化距离可以小于或等于与第一信号源106的最大距离。变化距离可以在开始跟随后在步骤302中随机选择。

此外，在方法300的步骤306中，机器人园艺工具可以检测第二信号112。在本发明的一个实施方式中，第二信号112可以具有与其相关的特定强度，该强度可将第二信号与第一信号110区分开来。在本发明的一个实施方式中，第二信号112是从第二信号源108接收的。在本发明的一个实施方式中，第二信号源108可以是边界引线204。

在步骤308中，在本发明的一个实施方式中，机器人园艺工具可以距第一信号源106的变化距离跟随第一信号110。在本发明的一个实施方式中，与第一信号源106的变化距离可以小于或等于与第一信号源106的最大距离。此外，最大距离可以至少部分基于检测的第二信号112的强度进行设定。其中，检测的第二信号112的强度越大，与第一信号源106的最大距离越小。

尽管本发明上述内容说明了与机器人园艺工具相关的工作方式，本领域技术人员知道这种系统可以简单地应用到其他工具，例如但不限于，自动真空清洁器。

在附图和说明书中，已经公开了本发明的优选实施方式和实例，尽管采用了特定的术语，但这些术语只用于一般性和说明性的含义，而并不为了进行限制，本发明范围在所附权利要求中进行描述。

Claims (20)

1.一种用于将机器人园艺工具引导至预定位置的方法（300），所述机器人园艺工具设置有适用于检测引线内信号的至少一个传感装置（102），

所述方法包括如下步骤，其中所述机器人园艺工具；

检测（302）来自第一信号源（106）的第一信号（110），

以距所述第一信号源（106）的变化距离跟随（304）所述第一信号源（106），其中，所述变化距离是小于或等于与所述第一信号源（106）的最大距离的距离，

检测（306）来自第二信号源（108）的第二信号（112），以及

以距所述第一信号源（106）的、小于或等于与所述第一信号源（106）的最大距离的变化距离跟随（308）所述第一信号源（106），其中与所述第一信号源（106）的最大距离至少部分基于对来自所述第二信号源（108）的第二信号（112）的检测来设定。

2.根据权利要求1所述的方法（300），其中，所述至少一个传感装置（102）包括第一传感装置和第二传感装置，并且其中，所述第一传感装置适用于检测来自所述第一信号源（106）的第一信号（110），所述第二传感装置适用于检测来自所述第二信号源（108）的第二信号（112）。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法（300），其中，所述第一信号源（106）是引导引线（206）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法（300），其中，第二信号源（108）是边界引线（204）。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法（300），其中，所述机器人园艺工具以距所述第一信号源（106）的、至少部分基于检测到的来自所述第一信号源（106）的第一信号（110）的强度的变化距离来跟随所述第一信号源（106）。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法（300），其中，所述机器人园艺工具以距所述第一信号源（106）的、至少部分基于检测到的来自所述第二信号源（108）的第二信号（112）的强度的最大距离来跟随所述第一信号源（106）。

7.根据权利要求6所述的方法（300），其中，所述机器人园艺工具在检测到来自所述第二信号源（108）的第二信号（112）具有较大强度的情况下以较短最大距离跟随所述第一信号源（106）。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法（300），其中，所述第一信号（110）和所述第二信号（112）是磁场信号。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法（300），其中，所述预定位置是充电站（208）。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法（300），其中，所述机器人园艺工具是机器人割草机。

11.一种机器人园艺工具引导系统（100），包括：

第一信号源（106），提供第一信号（110），

第二信号源（108），提供第二信号（112），

机器人园艺工具（202），包括适用于检测所述第一信号（110）和所述第二信号（112）的至少一个传感装置（102），

其特征在于，

所述机器人园艺工具适用于检测所述第一信号（110）并以距所述第一信号源（106）的变化距离朝着预定位置跟随所述第一信号源（106），其中，所述变化距离小于或等于与所述第一信号源（106）的最大距离，并且

其中，与所述第一信号源（106）的最大距离至少部分基于对来自所述第二信号源（108）的第二信号（112）的检测来设定。

12.根据权利要求11所述的系统（100），其中，所述至少一个传感装置（102）包括第一传感装置和第二传感装置，其中，所述第一传感装置适用于检测所述第一信号（110），所述第二传感装置适用于检测所述第二信号（112）。

13.根据权利要求11或12中任一项所述的系统（100），其中，所述第一信号源（106）是引导引线（206）。

14.根据权利要求11–13中任一项所述的系统（100），其中，所述第二信号源（108）是边界引线（204）。

15.根据权利要求11–14中任一项所述的系统（100），其中，所述机器人园艺工具（202）适用于以距所述第一信号源（106）的、至少部分基于检测到的来自所述第一信号源（106）的第一信号（110）的强度的变化距离来跟随所述第一信号源（106）。

16.根据权利要求11–15中任一项所述的系统（100），其中，与所述第一信号源（106）的最大距离至少部分基于检测到的来自所述第二信号源（108）的第二信号（112）的强度来设定。

17.根据权利要求16所述的系统（100），其中，所述机器人园艺工具（202）适用于在检测到来自所述第二信号源（108）的第二信号（112）具有较大强度的情况下以较短最大距离跟随所述第一信号源（106）。

18.根据权利要求11–17中任一项所述的系统（100），其中，所述第一信号（110）和所述第二信号（112）是磁场信号。

19.根据权利要求11–18中任一项所述的系统（100），其中，所述预定位置是充电站（208）的位置。

20.根据权利要求11–19中任一项所述的系统（100），其中，所述机器人园艺工具（202）是机器人割草机。

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