CN104981747B

CN104981747B - 用于控制自行式割草机的方法

Info

Publication number: CN104981747B
Application number: CN201380063738.6A
Authority: CN
Inventors: M.汉斯
Original assignee: Viking GmbH
Current assignee: Andreas Stihl AG and Co KG
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2013-12-06
Publication date: 2018-04-27
Anticipated expiration: 2033-12-06
Also published as: EP2741160B1; US20160014955A1; CN104981747A; WO2014086498A1; EP2741160A1; US9901028B2

Abstract

本发明涉及一种用于运行自行式割草机的方法，该自行式割草机在面（20）上行驶。该面（20）被边缘限制线（21）包围，在所述边缘限制线上发送电信号（16，116）。所发送的信号（16）被割草机（2）中的至少一个接收线圈（17，18）接收并且感生接收信号（E1），所述接收信号在分析单元（19）中被分析。分析单元（19）将输出信号输出给控制单元（13），所述控制单元（13）根据输出信号来控制割草机（2）的行驶方向。为了即使在干扰电磁场的范围中也保证割草机的安全运行而规定：发送具有预先给定的模式（M）的电信号（16，116）。割草机（2）的分析单元（19）处理作为模式的接收信号（E1），其中将接收信号（E1）的模式（M'）与预先给定的参考模式（RM）相比较。从比较结果获得关于割草机（2）在边缘限制线（21）之内或之外的停留地点的信息。根据该信息，控制单元（13）确定工作设备的行驶方向。

Description

用于控制自行式割草机的方法

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的用于运行蓄电池运行的自行式工作设备、尤其是自行式割草机的方法。

背景技术

自行式割草机本身是已知的。因此，EP 1 025 472 B1公开了一种由具有电行驶驱动装置的蓄电池运行的割草机构成的系统，所述电行驶驱动装置被控制单元操纵以确定行驶方向和行驶速度。要由割草机收割的面是由边缘限制线来定义的，在所述边缘限制线的线环上可以同时发出两个信号。第一交变电压信号以第一频率振荡，并且第二交变电压信号以两倍频率振荡。在割草机中的接收线圈中，持久发送的交变电压信号的交变电磁场感生接收信号，所述接收信号由分析单元来分析，使得可以作出关于工作设备是位于线环之内还是线环之外的陈述。如果第一信号穿过零线，则设置参考点。在该时刻，系统检查以两倍频率振荡的第二信号的接着的最大值处于何处。如果该最大值处于正侧，则机器人收割机的接收线圈位于线环之内；如果该最大值处于负侧，则机器人收割机的接收线圈位于线环之外。根据该分析来控制割草机的行驶方向。

从EP 1 512 054 A1中已知一种用于蓄电池运行的自行式割草机的控制装置，其中分析在线环上发送的信号的所接收电磁场的场强。工作设备的行驶方向根据接收信号的接收强度来确定。

在已知的自行式割草机的情况下有问题的是随机的外部和内部的电磁场干扰的出现，所述电磁场干扰在实践中可能达到所接收的接收信号的数量级并且更大。这样的干扰可能在内部由割草机的驱动电动机或其电动机功率电子设备造成，或者在外部由外部高压线、无线电信号或其它相邻机器人收割机引起。如果出现干扰，则机器人收割机在线环之内或之外的停留地点的精确确定变得困难或者甚至变得不可能。

发明内容

本发明所基于的任务是，说明一种用于运行蓄电池运行的自行式工作设备的方法，该方法以少量技术花费即使在强电磁场干扰的区域中也安全和无干扰地工作。

该任务根据权利要求1的特征来解决。

在边缘限制线的线环上发出的用于对工作设备进行定位的电信号被构造为具有预先给定的模式的信号。在此，该模式被选择，使得该模式即使在由于干扰电磁场造成的强失真的情况下仍然可以以合理的技术花费被识别和分析。

工作设备的分析单元处理作为模式的接收线圈的接收信号，其中接收信号与预先给定的所保存的参考模式相比较。从比较结果可以获得关于接收线圈在边缘限制线之内或之外的位置以及因此关于工作设备在该面上的停留地点的信息。根据比较结果，控制单元将以如下目标实施工作设备的行驶方向：接收线圈再次处于边缘限制线之内并且工作设备加工由边缘限制线所定义的整个面。

根据本发明的方法对随机的外部或内部的电磁场干扰不敏感。这样的干扰信号可以在工作设备之内由驱动电动机和电动机功率电子设备触发，或者在外部由高压线、无线电信号或相邻机器人系统引起。

有利地在线环上发出的信号是具有数字模式、尤其是具有随机数字模式的突发信号，所述数字模式即使在外部场干扰下也保持能可靠地识别。突发信号的模式优选地由固定的高电平和固定的低电平构成。该模式通过以下方式被成形（geprägt）：电平的时长不同。突发信号的模式的其它形式和设计也可以是有利的。

在本发明的改进方案中，在相继的突发信号之间设置有间歇，使得连接在接收线圈之后的分析单元可以明确地识别突发信号的开头和结尾。由此可以将用于分析信号的技术花费保持为小的。此外保证了：模式以其整体被接收、即以其完整的时间长度可供用于分析。

线环上的突发信号的时间序列可以是随机的；适宜地，相继的突发信号之间的间歇被设置有固定的时间间隔。

在相继的突发信号之间构造间歇提高同时在邻近的周围环境中运行的其它自行式工作设备的运行安全性。在突发信号之间的间歇中，在周围环境中运行的自行式工作设备具有如下可能性：可靠地接收在其边缘限制线上发送的所分配的信号，而该信号不被根据本发明的工作设备的同时的突发信号的电磁场叠加。因此，突发信号之间的间歇开辟如下可能性：在邻近的周围环境中彼此独立地运行不同的自行式工作设备，其中分配给第二工作设备的第二信号总是当在分配给第一工作设备的第一信号之间提供了间歇时被发送并且反之亦然。因此，通过根据本发明在边缘限制线上的信号之间构造间歇，给在邻近的周围环境中运行的另外的自行式工作设备提供如下可能性：无干扰地接收分配给其的信号。在此，分配给另外的工作设备的信号可以在与第一信号相同的边缘限制线上或者在与该边缘限制线分开的另一边缘限制线上被发送。

在邻近的周围环境中运行的工作设备的信号之间的间歇以及根据本发明的工作设备的信号之间的间歇不必被同步。在邻近的周围环境中运行的工作设备的信号以及根据本发明的工作设备的信号在时间上彼此独立地运行。在此容忍：一些信号相交并且仅能差地或不能无错误地被接收。根据本发明规定：边缘限制线上的针对第一工作设备的相继的信号之间的时间间歇大于该信号本身的时长。有效信号的时长小于间歇的时长。即使信号相交，以后也再次出现如下状态，在这些状态中提供信号的干净的分离。第一信号在第二信号的间歇中被发送，并且第二信号在第一信号的间歇中被发送。保证了分配给工作设备的信号的无干扰接收。结果是不完整地或受干扰地接收的信号的受时间限制的信号叠加对于工作设备的运行具有次要意义，因为不久之后再次无干扰地接收信号。

可能适宜的是，在相继的突发信号之间的间歇中发送任意的其它的信号、例如具有其它模式的另外的突发信号，例如以用于控制另外的工作设备或其它执行元件。

在本发明的另一有利的扩展方案中，在边缘限制线上发送的信号是确定性模拟交流信号，该信号具有预先给定时间长度的周期。

可能适宜的是，预先给定时间上定义的接收窗，在所述接收窗之内，在接收线圈中进行在线环上发送的信号的接收。接收窗的打开和关闭有利地与在线环上发送的信号的序列或其周期持续时间匹配。

在接收线圈中接收的接收信号是在边缘限制线上发送的信号的时间导数U ~ dI/dt，其中为了获得有说服力的比较结果，接收信号的模式作为整体被分析。

接收信号的模式与参考模式的比较有利地通过相关进行。相关的结果、即比较结果是输出信号的值W，该输出信号处于范围“1”≤W≤“-1”内，并且再现关于接收信号的模式与参考模式的相似性的陈述。如果输出信号的值W处于“-1”，则存在接收信号E1中的模式与参考模式RM的相反的一致性。值W = “0”说明，不存在模式的一致性；如果值W处于“1”，则提供接收信号中的模式与参考模式RM的完全一致性。根据相互比较的模式的相似性的值W，可以陈述：工作设备的接收线圈是位于线环之内（相似性“1”）还是线环之外（相似性“-1”）。相关的结果是1≤W≤-1范围内的值W；在比较的范围内，给值“1”分配分别所计算的例如0.92的结果，而给值“-1”分配所计算的例如-0.86的结果。

根据本发明的信号处理提供如下可能性：被第一边缘限制线包围的第一面和被第二边缘限制线包围的第二面可以彼此重叠，而在这些面上工作的工作设备的接收信号不彼此干扰。在此，所述线也可以彼此相叠，使得线环可以形成例如由两个圆或矩形构成的8的形状。在中心，共同的线或两个线可以直接彼此重叠。线环的该构成在权利要求的意义上也被理解为重叠的。

附图说明

本发明的另外的特征从另外的权利要求、说明书和附图中得出，在附图中示出了随后详细描述的本发明的实施例。

图1以示意性俯视图示出在边缘限制线之内的以自行式割草机为例的蓄电池运行的自行式工作设备，

图2示出在边缘限制线上发送的作为随机数字交流信号的电信号的序列的示意图，

图3以放大的图示示出来自图2的序列的单个信号，

图4以示意图示出在工作设备的接收线圈中感生的接收信号，

图5示出不同的在边缘限制线上发送的电信号的序列的一个实施例，

图6示出用于分析在工作设备的接收线圈中接收的接收信号的示意性流程图，

图7以示意图示出相邻系统的多个重叠的线环的布置，

图8示出在边缘限制线上发送的作为确定性模拟交流信号的替代的电信号的示意图，

图9示出在边缘限制线上发送的电信号的序列的示意图，所述电信号具有设置在信号之间的、比有效信号更长的间歇。

具体实施方式

在图1中大体上示出了工作设备1，该工作设备在该实施例中被构造为自行式割草机2。工作设备1基本上由具有后驱动轮3和4的行驶机构构成，给所述后驱动轮优选地分别分配有电驱动电动机5和6。在工作设备1的壳体9的前面的区域8中布置有自动转向的第三轮7。第三轮7优选地处于壳体9的纵向中轴10上，使得工作设备1是根据三轮车的类型构造的。具有四个轮的底架可能是适宜的，其中两个或更多个轮可以是可转向的。

在该实施例中，驱动轮3和4围绕共同的驱动轴11旋转，所述驱动轴与壳体9的纵向中轴10基本上成直角。驱动轮3、4应当通过其电驱动电动机5和6在直线驶出的情况下同步地被驱动或者在曲线行驶的情况下彼此分开地被驱动，由此工作设备1可以被转向到每个所期望的行驶方向30上。

在驱动轮3和4之间，在底架的朝向要加工的面20的侧上布置有工作工具12、在所示实施例中割草机2的围绕垂直旋转轴28转动的切割刀。

电驱动电动机5和6的控制通过控制单元13进行，所述控制单元通过示意性勾画的电线14与适宜地被分开的驱动电动机5和6连接。

控制单元13和驱动电动机5和6的供电通过蓄电池组15来保证，该蓄电池组被插入到工作设备1的壳体9中。

通过相应地操纵驱动电动机5和6，控制单元13使工作设备1在要加工的面20上行驶，该面被边缘限制线21包围。边缘限制线21被设置为闭合的线环22，该线环的端部23和24被连接到发送单元25上。

与边缘限制线21连接的发送单元25可以是对接站26的一部分，在该对接站中对工作设备1的蓄电池组15进行充电。为此，工作设备1驶入对接站26中，其中用于对蓄电池组15进行充电的电接触建立与对接站26的充电设备的连接。

发送单元25将电信号16馈入到线环22中，根据所述电信号，工作设备1被控制。在图2中示例性地示出了在线环22的边缘限制线21上被发送的信号16的序列。

在图3中以放大的图示示出了在线环22的边缘限制线21上发送的电信号16的一个实施例。电信号16优选地被构造为具有预先给定的模式M的突发信号B1。突发信号B1的模式M是数字信号、尤其是随机数字信号，该数字信号由固定的高电平H和固定的低电平L构成，其中电平H、L的时长Δt_i不同。在该实施例中，在线环22的边缘限制线21上发送的各个突发信号B1之间分别设置有具有间歇时间ΔT的间歇P。

如图2所示，相继的突发信号B1之间的间歇时间ΔT可以分别具有固定的时间间隔。可能适宜的是，随机地选择线环22上的突发信号的时间序列；于是间歇P具有随机间歇时间ΔT。在本发明的一个有利的扩展方案中，根据图2或图9规定：相继的信号B1之间的间歇时间ΔT大于信号时间T本身。有效信号被实施为在时间上短于在有效信号之间所设置的时间间歇P。在图9中，间歇P具有间歇时间ΔT，该间歇时间大约为信号时间T的两倍那样长。

数字突发信号B1的模式M通过如下方式确定：各个电平H和L的时长Δt₁、Δt₂、Δt₃、...Δt_i——如在该实施例中所示的那样——被不同地构造。通过电平H和L的时长来确定突发信号的模式M。这样的突发信号B1作为具有不同时长Δt_i的高电平H和低电平L的电流脉冲的序列在边缘限制线上被发出。

在边缘限制线21上发送的每个电突发信号B1都产生围绕边缘限制线21的交变电磁场，该交变电磁场由工作设备1的壳体9中的接收线圈17和18来接收。在所示实施例中，在壳体9中，接收线圈17和18处于工作设备1的纵向中轴10的每个纵向侧；在工作设备1中可以适宜地设置另外的接收线圈，或者将所设置的接收线圈17、18布置在其它位置处，因此例如在工作设备1的纵向中轴10上在前面和在后面布置各一个接收线圈17和18。

图1中所示的接收线圈17、18与控制单元13电连接。在边缘限制线21上发送的每个电信号16或突发信号B1都通过其产生的交变电磁场在接收线圈17和18中感生交变电压。在此，所感生的接收信号E1是在线环22上发送的突发信号B1的时间导数；接收信号E1的模式因此例如是突发信号B1的模式M的时间导数M' ~ dI/dt。接收信号E1（图4）的该模式M'被输送给分析单元19。在分析单元19中，所感生的接收信号E1的模式M'被分析，并且根据所进行的比较生成输出信号，该输出信号从分析单元19被转交给控制单元13。控制单元13根据输出信号控制行驶驱动装置的驱动电动机5和6，并且因此确定工作设备1的行驶方向30（图1）。

通过突发信号B1的模式M产生的电磁场总是被工作设备1的接收线圈17和18中的至少一个接收，其中在布置两个接收线圈17、18的情况下同时两次接收相同的突发信号B1，也就是说，接收信号E1两倍地存在。如果两个接收线圈17和18处于线环22之内或之外，则接收信号E1的模式M'大致相同；通过同时接收的接收信号E1的关联，干扰可以与接收空隙一样被滤除。如果所接收的模式M'不同，则接收线圈17处于线环22之内并且接收线圈18处于线环之外；工作设备因此位于边缘限制线21之上。

工作设备1的分析单元19处理接收线圈17和18中的每个的所感生的接收信号E1的模式M'。该模式M'大约对应于在线环22上发送的信号16的模式M的时间导数Μ' ~ dI/dt。在图6中示意性地再现了按照根据本发明的方法的所接收的模式M'的处理。在线环22上发送的电信号16的电磁场在接收线圈17、18中感生接收信号E1，该接收信号被输送给分析单元19。分析单元19将接收信号E1的模式M'与参考模式RM进行比较，该参考模式例如通过存储器27被提供给分析单元19。

接收信号E1的模式M'借助于相关被分析；在此，伪随机接收信号E1中的参考模式RM的识别被实现为频域中的算法。根据合适的相关方法，在分析单元19中，将接收信号E1的由接收线圈17、18输出的模式'与参考模式RM持久地进行比较，并且作为输出信号确定相似性的滑动量度。相关的输出信号在值W=-1（接收信号E1中的模式M'与参考模式RM相反一致）、值W=0（所比较的模式不一致）与值W=1（接收信号E1中的模式M'与参考模式RM完全一致）之间移动。分析单元19的输出信号的值W被通知给控制单元13，该控制单元根据输出信号的值W确定：工作设备1的接收线圈位于线环22之内（相似性“1”）还是线环22之外（相似性“-1”）；如果通过相关方法未确定相似性值，则输出信号“0”被输出。如果在预先给定的时期内施加值“0”，则工作设备1出于安全原因被停止。

相关的结果不是固定值“1”或“-1”；作为结果，在实践中将出现-1≤W≤1之间的范围中的任意值W，其中分析单元19的相似性的值W然后被分配给状态“1”或“-1”。如果得出例如0.83的相似性值W，则该值被分配给状态“1”；如果相似性值W处于例如0.3，则关于模式的相似性的可靠陈述是不可能的——输出“0”。

根据所分配的相似性值“-1”和“+1”，控制单元13控制工作设备1的行驶方向，使得分别选择行驶方向30，以所述行驶方向保证接收线圈17、18停留在线环22之内并且因此将工作设备1保持在要加工的面20之内。

接收信号E1的模式M'与参考信号RM的比较使得能够以简单的方式确定：工作设备1的停留地点是处于边缘限制线21之内还是之外、即是处于线环22之内还是之外。根据该信息，由控制单元13改变工作设备的行驶方向30，以便使工作设备1再次在线环22之内移动。

接收线圈17、18有利地在时间上预先给定的时间间隔为T的接收窗F中接收完整的突发信号B1，如图4中所示。接收窗F的打开和关闭适宜地与线环22上的突发信号B1的序列匹配，使得突发信号B1总是被完整地接收，也就是说，接收信号E1之内的完整的模式M'被映射。

由于除了线环上的突发信号B1以外在这样的工作设备1的工作范围内有规律地散布干扰电磁场等，因此接收信号E1通过相应干扰参量被叠加。然而通过相关，模式M或模式M'的可靠识别是可能的，并且可以获得关于要比较的模式的相似性是为“-1”还是“+1”、即工作设备1是在线环22之内还是之外移动的可靠陈述。

为了确定相似性所计算的相关值也可以被平均，并且因此给出关于接收信号E1的质量的信息。

利用根据本发明的方法，也可以在线环22上发送多个突发信号B1、B2、...、Bn，如图5中所示。因此，可能适宜的是，在相继的第一突发信号B1之间的间歇中发送任意的其它的信号、例如第二突发信号B2。突发信号B1和B2的模式不同，如图5中示意性再现的；因此，第一工作设备1可以无干扰地利用突发信号B1工作，而同时在旁边工作的工作设备无干扰地利用突发信号B2工作。在此规定：间歇P的间歇时间ΔT大于突发信号B1的信号时间T。也就是说，该间歇长于有效信号。相邻系统的相互影响可以通过选择突发信号B1、B2的不同模式M来避免；由此开辟如下的可能性：将唯一的边缘限制线21用作两个要由不同工作设备加工的面之间的分离。

如图7中所示，相邻系统的线环22、22'、22''也可以重叠，使得得出要由两个或更多个工作设备1、1'、1''加工的两个或更多个也交错的面20、20'、20''。由于线环上的所发送的信号具有不同模式，因此工作设备1、1'、1''可以遵循分派给其的参考模式，所述参考模式分别保存在相应工作设备1、1'、1''的存储器27（图6）中。每个工作设备1、1'、1''都仅仅加工通过所保存的参考模式分配给其的面20、20'、20''，而在线环22、22'、22''上发送的信号或在工作设备1、1'、1''中分析的接收信号不彼此干扰。在此可以在时间上彼此独立地在线环上发送信号，使得不同系统的不同模式彼此重叠或者甚至覆盖。然而，由于通过相关进行的分析，可以实现对分配给工作设备的模式的精确的、可靠的识别。

也可以利用仅仅一个工作设备1来连续地加工面，其方式是，工作设备的在比较中要使用的参考模式被切换为线环22、22'、22''的相应信号。根据所设定的参考模式，同一工作设备在线环22或22'或22''之内工作。因此，可以利用仅仅一个工作设备来独立地加工多个面，其方式是，例如适宜地通过相应编程来进行要使用的参考模式的依赖于时间的切换。因此，在工作设备中可以保存多个参考模式，并且根据使用情况主动接通预先给定的参考模式以用于分析接收信号的模式。因此，相同的工作设备可以用于具有不同模式的信号的不同系统。

该实施例根据具有外加的模式M的准随机数字信号16来阐明。替代地，作为信号16也可以使用确定性模拟信号116，相应的模式M被外加到该确定性模拟信号上。这样的确定性模拟交流信号可以是如图8中所示的信号116。信号116的模式M适宜地具有周期τ。

Claims

1.一种用于运行蓄电池运行的自行式工作设备的方法，所述工作设备具有电行驶驱动装置，通过所述电行驶驱动装置使所述工作设备（1）在面（20）上行驶，

a)其中所述面（20）被边缘限制线（21）包围，在所述边缘限制线上发送电信号（16，116），

b)并且所发送的电信号（16，116）的电磁场由所述工作设备（1）中的至少一个接收线圈（17，18）接收，并且感生接收信号（E1），其中接收线圈（17，18）的接收信号（E1）在所述工作设备（1）的分析单元（19）中被分析，

c)并且所述分析单元（19）将输出信号输出给所述工作设备（1）的控制单元（13），所述控制单元根据所述输出信号来控制所述工作设备（1）的行驶方向，

其特征在于，

d)所述电信号（16，116）作为具有预先给定的模式（M）的数字突发信号（B1）在所述边缘限制线（21）上被发送；

e)在所述边缘限制线（21）上的相继的突发信号（B1）之间设置间歇（P），其中每个突发信号（B1）具有明确的开头和明确的结尾；

f)所述工作设备（1）的分析单元（19）处理作为模式（M'）的在接收线圈（17，18）中所接收的接收信号（E1），其中所述分析单元识别突发信号的明确的开头和结尾，使得用于分析所述接收信号（E1）的技术花费是小的；

g)所述分析单元（19）将所述接收信号（E1）与预先给定的在存储器（27）中所保存的参考模式（RM）进行比较，其中接收信号（E1）的模式（M'）与参考模式（RM）的比较通过相关进行，并且所述相关的比较结果是“1”和“-1”之间的范围中的输出信号；

h)比较结果再现关于所述接收线圈（17，18）在所述边缘限制线（21）之内或之外的位置以及因此关于所述工作设备（1）在所述面（20）上的停留地点的信息；以及

i)所述控制单元（13）根据比较结果控制所述工作设备（1）的行驶方向。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，所述突发信号（16）被构造为具有数字模式（M）。

3.根据权利要求2所述的方法，

其特征在于，所述数字模式（M）是随机数字模式（M）。

4.根据权利要求2所述的方法，

其特征在于，所述突发信号（B1）的模式（M）由固定的高电平（H）和固定的低电平（L）构成。

5.根据权利要求2所述的方法，

其特征在于，所述突发信号（B1）的模式（M）由固定的高电平（H）和固定的低电平（L）构成并且所述电平（H，L）的时长（Δt_i）不同。

6.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，在相继的突发信号（B1）之间构造间歇（P），并且所述间歇（P）是预先给定的固定的时间间隔（ΔT）。

7.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，所述边缘限制线（21）上的突发信号（16）的时间序列是随机的。

8.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，在相继的突发信号（B1）之间构造间歇（P），并且在相继的突发信号（B1）之间的间歇（P）中发送其它的信号（B2）。

9.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，所述突发信号（116）是具有预先给定的时间长度的周期（τ）的确定性模拟交流信号。

10.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，在接收线圈（17，18）中对突发信号（16，116）的接收在时间上预先给定的接收窗（F）中进行。

11.根据权利要求10所述的方法，

其特征在于，所述接收窗（F）的打开和关闭与所述边缘限制线（21）上的突发信号（16，116）的序列匹配。

12.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，所述接收信号（E1）的模式（M'）再现所发送的突发信号（16，116）的模式（M）的时间导数。

13.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，所述接收信号（E1）的模式（M'）作为整体被分析。

14.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，第一面（20）被第一边缘限制线（21）包围并且第二面（20'）被第二边缘限制线（21'）包围，并且所述面（20，20'）重叠。

15.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，所述工作设备是自行式割草机。