CN109690906B - 机器人割草机与充电站之间的双向通信通道 - Google Patents

机器人割草机与充电站之间的双向通信通道 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种机器人割草机(2)与充电站(6)之间的双向通信通道，用于在机器人割草机(2)与充电站(6)之间进行数据通信。该通信通道包括设置在机器人割草机(2)上的第一接口(28)和设置在充电站(6)上的第二接口(38)。第一接口(28)和第二接口(38)通过充电端子(19,50)彼此连接，并且被配置为以直流、直流平衡的方式传送数据。在充电站(6)和机器人割草机(2)之间的充电路径中，第一接口(28)与第二接口(38)分别对应设置有第一电感器(52)和第二电感器(54)。第一电感器(52)和第二电感器(54)均具有高阻抗，用于实现50kHz以上频率的高速率数据传输。

Description

机器人割草机与充电站之间的双向通信通道
技术领域
本发明涉及机器人割草机与充电站之间的通信通道，更具体地说，涉及一种双向通信通道，通过该双向通信通道，机器人割草机可以接收和发送数据，以及充电。
背景技术
机器人割草机，也称为自走式割草机，已被广泛使用。这些机器人割草机配备有可充电电池。机器人割草机被设置为当电池中的剩余电力低于一定水平时，返回充电站对电池进行充电。在现有技术中，有许多不同的方法将机器人割草机返回到充电站。一种常见的方法是，当机器人割草机接收到返回充电站的命令时，其继续移动，直到检测到边界线，然后跟随边界线移动到设置于边界线旁某处的充电站。当机器人割草机靠近该充电站时，对接过程开始，以安全地引导该机器人割草机与充电站的充电连接器接触。
当机器人割草机到达充电站并与充电站对接时，电池通过充电连接器进行充电。在现有技术中，充电过程还用于通过使用边界线作为通信通道向机器人割草机传输数据。当需要更新软件或改变机器人割草机或充电站的行为时，不仅可以将数据传送到机器人割草机，也可以从机器人割草机传送数据到充电站。
美国专利第US 9606541号公开了一种机器人对接站和机器人。在机器人和对接站之间有两个对接点用于充电。这些对接点还可用于在对接站和机器人之间发送信号。即，对接点还可以用作对接站和机器人之间的通信通道。该系统可以给机器人充电或者向机器人发送信号，但不能同时进行充电与发送信号。
美国专利第US 2012/0226381号公开了一种方法，通过充电站中的电源和机器人的电池之间的一对耦合的电力线实现在充电站和机器人之间进行通信。当机器人充电时，可以同时执行与US 9606541相反的数据通信。
虽然，目前已有不同类型的在机器人割草机和充电站之间通信的通信通道，但是，割草机器人输入或输出数据的传输速度方面，还有待改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机器人割草机与充电站之间的双向通信通道，该双向通信通道可同时用于机器人割草机与充电站之间的数据通信和向机器人割草机的充电。
在本发明的一个实施方式中，通过设置在机器人割草机的第一控制单元与充电站的第二控制单元之间的双向通信通道来实现二者之间的数据通信。该双向通信通道包括设置在机器人割草机上的具有充电端子的第一接口和设置在充电站上的具有充电端子的第二接口。通过这些充电端子，第一接口和第二接口彼此连接，并且第一接口、第二接口、第一控制单元及第二控制单元被配置为以直流、直流平衡的方式进行数据通信。此外，在充电站和机器人割草机之间的充电路径中，每个接口都对应设置有电感器，对于50kHz以上的频率，每个电感器具有至少7欧姆的阻抗。
在双向通信通道的示例性实施例中，第一接口、第二接口、第一控制单元及第二控制单元被配置为使用曼彻斯特编码来对机器人割草机和充电站之间的数据传输进行直流平衡。在另一个示例性实施例中，双向通信通道被配置为使用8b/10b编码来对机器人割草机和充电站之间的数据传输进行直流平衡。
在双向通信通道的又一示例性实施例中，第一接口、第二接口各自对应设有用于接收数据的第一滞后放大器与第二滞后放大器。优选地，以放大器和施密特触发器串联连接的形式接收。第一接口和第二接口还可以包括用于放大输出信号的放大器。
第一接口与第二接口中的电感器的电感值的取值范围为20-100μH，优选为47μH。
如上所述，在机器人割草机和充电站之间提供双向通信通道，将允许在机器人割草机的电池被充电的同时在机器人割草机和充电站之间进行数据通信。通过在充电路径中使用电感器，一个电感器在充电站中，一个电感器在机器人割草机中，建立了高频高阻抗，使得机器人割草机与充电站之间能够通信。利用高阻抗，可以在机器人割草机和充电站之间以高速率传输数据，例如，50万比特/秒。
附图说明
下面将结合示例性附图对本发明进行描述：
图1为系统的结构示意图，该系统包括机器人割草机、充电站及边界限定线。
图2为机器人割草机的结构示意图。
图3为机器人割草机的控制单元的结构框图。
图4为充电站的结构框图。
图5为机器人割草机与充电站之间建立通信通道时的状态图。
具体实施方式
下面将详细描述机器人割草机与充电站之间的双向通信通道的示例性实施例。
图1示出了包括机器人割草机2的系统，该机器人割草机2在由边界限定线4围成的区域A中移动。需要说明的是，为了清晰起见，机器人割草机2被放大了一些。边界限定线4限定了机器人割草机2允许移动的区域A，其具体形式不予限制。该系统还包括充电站6，用于在机器人割草机2需要充电时对机器人割草机2中的电池充电。在充电过程中，机器人割草机2通过充电端子对接到充电站6，并位于一充电区域8内。充电站6还包括信号发生装置，该信号发生装置向边界限定线4发送交流电、AC、信号。
请参阅图2所示，将具体描述机器人割草机2。机器人割草机2包括可充电电池18、充电端子19、控制单元20、轮子10及若干传感器12,14,16。后面将结合图3对控制单元20进行具体描述。机器人割草机2还包括处理器22，不仅用于控制机器人割草机2的移动，还用于控制机器人割草机2的充电。当机器人割草机2工作时，传感器12,14,16感测边界限定线4产生的磁场。本领域的技术人员应当了解，当机器人割草机2的电池18需要充电时，感测磁场可用于引导机器人割草机2回到充电站6。
请参阅图3所示，将具体描述机器人割草机2的控制单元20。控制单元20包括处理器22、存储器24及接口28。后面将结合图5具体描述接口28。存储器24包括包含计算机程序代码的计算机程序26，即指令。该计算机程序代码不仅可以用于将机器人割草机2限定在区域A内，还可用于在机器人割草机2对接到充电站6时，控制机器人割草机2和充电站6之间的数据传输及控制机器人割草机2的充电过程。
人们可能希望机器人割草机2输入或输出不同类型的数据。利用本发明的双向通信通道，在机器人割草机2和充电站6之间可以传输的数据类型没有限制。例如，机器人割草机2可以向充电站6发送数据，指示充电站6改变其识别码，或者充电站6可以指示机器人割草机2改变其行为，例如，如何返回充电站6。在机器人割草机2和充电站6之间传输的其他数据还可以是在串行生产测试系统中使用通信通道时的测试数据。
所述处理器22可以包括单个中央处理单元(CPU)，或者可以包括两个或更多个处理单元。例如，处理器22可以包括通用微处理器、指令集处理器和/或相关芯片集和/或专用微处理器，例如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLDS)。处理器22还可包括用于缓存目的的存储器。
请参阅图4所示，充电站6包括控制单元30和接口38，控制单元30包括处理器32和存储器34。后面将结合图5对接口38进行具体描述。存储器34包括包含计算机程序代码的计算机程序36，即指令。该计算机程序代码适于当机器人割草机2对接到充电站6时，控制机器人割草机2和充电站6之间的数据传输及控制充电站6的充电过程。
与处理器22相似，处理器30可以包括单个中央处理单元(CPU)，或者可以包括两个或更多个处理单元。例如，处理器30可以包括通用微处理器、指令集处理器和/或相关芯片集和/或专用微处理器，例如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或复杂可编程逻辑器件(CPLDS)。处理器30还可包括用于缓存目的的存储器。
应当理解，在图3和图4中，为了清楚地说明本发明，不同的部件均示意性地定义为独立的，但这只是示例性的，不应以此为限。例如，在充电站6中，接口38也可以是控制单元30的一部分，或者设置在充电站6的其他地方。即，所有部件可以集成为一个元件，也可以将具有相同功能的单元分开对应设置在机器人割草机2和充电站6上。请结合图5所示，例如，充电端子19、50可以是接口28、接口38的一部分，或者设置在其他地方，但是与接口28、接口38电性连接。即，重要的是每个部件的功能，而不是其物理位置。
请参阅图5所示的机器人割草机2与充电站6之间的通信通道。需要说明的是，为了清楚起见，在图5中，仅分别示出了机器人割草机2和充电站6的接口28与接口38。接口28、接口38的结构相似，但是，当二者通过充电端子19、50彼此连接时，二者的结构呈镜像关系，如图5所示。因此，为避免不必要的重复，将仅对接口28进行具体描述。
机器人割草机2的接口28包括两个充电端子19或者与两个充电端子19连接，这两个充电端子19与充电站6的对应的充电端子50相互对接。接口28具有用于从充电站6接收信号的接收部件Rx。接收部件包括具有第一滞后放大器55，其被配置为接收数据。该第一滞后放大器55，例如可以是串联连接的放大器56和施密特触发器60。接口28还设有传输部件Tx，用于将数据从机器人割草机2传输到充电站6。该传输部件Tx具有放大器56，该放大器56用于放大包含有数据的传送信号。接口28还包括在机器人割草机2的充电路径中的第一电感器52。在充电过程中，充电路径为：充电站的电源正极+开始，依次经过接口38中的第二电感器54，充电站6的充电端子50、机器人割草机2的充电端子19，接口28中的第一电感器52，最后到达机器人割草机2的电池18中。
设置电感器的电感值，以使充电和数据传输过程中，通信通道中的高频具有高阻抗。高阻抗使得充电站6和机器人割草机2之间的数据传输速率高，有利于开发和测试机器人割草机2，加快产品上市时间。在一个实施方式中，第一电感器52、第二电感器54的电感值设置为47μH，具有15欧姆的阻抗。这已被证明是在成本和传输速度之间的优化结果。当然，第一电感器52、第二电感器54的电感值的取值范围为20μH-100μH，具体不应以此为限。
如前所述，接口28、接口38的结构相似，充电站的接口38也相应包括接收部件Rx、传输部件Tx及第二电感器54，各部分的相互作用关系与接口28基本相同，故，充电站的接口38在此不再赘述。
需要说明的是，尽管结合具体实施方式对本发明进行了示例性的描述，但是，本发明并不限于上述示例性实施方式。本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。另外，虽然列出了一种或者多种实施方式实现本发明，例如单个单元或处理器来实现多个装置或元件。另外，尽管不同的实施方式中包括不同的技术特征，本领域的普通技术人员应当理解，可以将这些技术特征有利地组合，并且包括在不同的权利要求中并不意味着特征的组合是不可行的和/或不利的。另外，单数设置不排除多个设置的实施方式。术语“一”，“一个”，“第一”，“第二”等不排除多个。权利要求中的附图标记仅作为示例性提供，不应被解释为以任何方式限制权利要求的范围。

Claims (8)

1.一种机器人割草机和充电站之间的双向通信通道，用于在机器人割草机(2)的第一控制单元(20)和充电站(6)的第二控制单元(30)之间进行数据通信，其特征在于：该通信通道包括设置在机器人割草机(2)上的第一接口(28)、设置在充电站(6)上的第二接口(38)，所述第一接口(28)与所述第二接口(38)之间通过充电端子(19，50)彼此连接以建立充电路径；所述第一接口(28)、所述第二接口(38)、所述第一控制单元(20)及所述第二控制单元(30)被配置成以直流、直流平衡的方式传送数据；在所述充电站(6)与所述机器人割草机(2)的充电路径上，所述第一接口(28)与所述第二接口(38)分别对应设置有第一电感器(52)和第二电感器(54)；对于50kHz以上的频率，所述第一电感器(52)与所述第二电感器(54)具有至少7欧姆的阻抗，利用高阻抗使得机器人割草机(2)和充电站(6)之间以高速率传输数据，该双向通信通道同时用于机器人割草机(2)和充电站(6)之间的数据通信和向机器人割草机(2)的充电；所述第一接口(28)具有用于从充电站(6)接收信号的接收部件和用于将数据从机器人割草机(2)传输到充电站(6)的传输部件，所述第二接口(38)具有用于从机器人割草机(2)接收信号的接收部件和用于将数据从充电站(6)传输到机器人割草机(2)的传输部件；所述第一接口(28)的传输部件的输出端和所述第一接口(28)的接收部件的输入端均连接第一电感器(52)的第一端，所述第一电感器(52)的第二端连接机器人割草机(2)，第二电感器(54)的第一端连接电源正极，所述第二接口(38)的传输部件的输出端和所述第二接口(38)的接收部件的输入端均连接第二电感器(54)的第二端。
2.根据权利要求1所述的机器人割草机和充电站之间的双向通信通道，其特征在于：所述第一接口(28)、所述第二接口(38)、所述第一控制单元(20)及所述第二控制单元(30)使用曼彻斯特编码对机器人割草机(2)和充电站(6)之间的数据传输进行直流平衡。
3.根据权利要求1所述的机器人割草机和充电站之间的双向通信通道，其特征在于：所述第一接口(28)、所述第二接口(38)、所述第一控制单元(20)及所述第二控制单元(30)使用8b/10b编码对机器人割草机(2)和充电站(6)之间的数据传输进行直流平衡。
4.根据权利要求1所述的机器人割草机和充电站之间的双向通信通道，其特征在于：所述第一接口(28)与所述第二接口(38)分别对应设有接收数据的第一滞后放大器(55)与第二滞后放大器(57)。
5.根据权利要求4所述的机器人割草机和充电站之间的双向通信通道，其特征在于：所述第一滞后放大器(55)包括串联连接的第一放大器(56)和第一施密特触发器(60)，所述第二滞后放大器(57)包括串联连接的第二放大器(58)和第二施密特触发器(62)。
6.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的机器人割草机和充电站之间的双向通信通道，其特征在于：所述第一接口(28)与所述第二接口(38)分别对应设有用于放大输出信号的第一放大器(56)与第二放大器(58)。
7.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的机器人割草机和充电站之间的双向通信通道，其特征在于：所述第一电感器(52)和所述第二电感器(54)的电感值的取值范围为20μH-100μH。
8.根据权利要求7所述的双向通信通道，其特征在于：所述第一电感器(52)和所述第二电感器(54)的电感值为47μH。
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