CN110888425A - 自移动设备、声磁边界装置和自动工作系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自移动设备、声磁边界装置、自动工作系统以及声磁边界检测方法。自动工作系统包括自移动设备和声磁边界装置，其中，自移动设备用于发射固定频率的交变磁场信号；声磁边界装置用于检测自移动设备发射的固定频率的交变磁场信号，并在检测到固定频率的交变磁场信号后发出与交变磁场信号频率相同的共振信号，以使自移动设备接收共振信号。上述自移动设备、声磁边界装置、自动工作系统以及声磁边界检测方法，通过在自动移动设备工作区域边界处布置声磁边界装置，并在自移动设备上安装相应的声磁检测传感器，可以准确的控制自移动设备在预设的工作区域内自动移动及工作，降低了整个工作系统的能耗以及维修成本和维护难度。

Description

自移动设备、声磁边界装置和自动工作系统

技术领域

本发明涉及自移动设备领域，特别是涉及一种自移动设备在工作区域内自动行走和工作自移动设备、声磁边界装置和自动工作系统。

背景技术

随着科学技术的发展，智能的自动行走设备逐渐被人们所熟知，由于自动行走设备可以由预先设置的程序控制，无须人为的操作与干预，因此得到了越来越广泛的应用。以智能割草机、智能除雪机、扫地机器人等智能设备为例，这些自动行走设备通常可以在一定的工作区域内自动行走和工作，极大地节省了人们的时间，给工业生产及家居生活都带来了极大的便利。

在现有技术中，通常采用在边界线上布置电缆的方式为自动行走设备规划工作区域，在这种方式下，通常需要一台信号发生装置不间断为边界线上的电缆提供交变电流信号，这会产生较大的能耗，且具有一定的危险性。并且，传统设置边界线的方式还需要在草地上的相应位置上开槽，安装过程费事费力且会影响到草坪的美观。此外，边界线一旦埋设，再次变动和修复线路故障都非常困难。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够节约能源、布设和维护方便并且性能稳定的自移动设备、声磁边界装置和自动工作系统。

一种自移动设备，在预设的工作区域内移动及工作，包括：

壳体；

声磁检测模块，包括设置于壳体四周的至少一个声磁检测传感器，声磁检测传感器用于发射固定频率的交变磁场信号，并接收共振信号；

控制模块，用于根据共振信号的频率和强度调整自移动设备的行走信号；

移动模块，设置在壳体的底部，用于根据行走信号带动自移动设备移动。

上述自移动设备，通过在壳体四周设置至少一个声磁检测传感器，并利用声磁检测传感器发射固定频率的交变磁场信号及接收共振信号，准确的判断出自移动设备相对于声磁信号发生源的位置以及自身所处的位置，进而根据位置信息自动调整行走方向，使自移动设备可以在预设的工作区域内自动移动及工作，增加了自移动设备的智能化程度，提高了自移动设备的工作效率。

在其中一个实施例中，至少一个声磁检测传感器包括第一声磁检测传感器和第二声磁检测传感器，第一声磁检测传感器和第二声磁检测传感器分别设置于壳体上自移动设备行走方向上的前端和后端。

在其中一个实施例中，交变磁场信号的固定频率大于58KHZ且小于1000KHZ。

一种声磁边界装置，用于为自移动设备限定工作区域，包括设置在工作区域边界处的多个声磁标签，声磁标签用于检测自移动设备发射的固定频率的交变磁场信号，并在检测到固定频率的交变磁场信号后发出与交变磁场信号频率相同的共振信号。

上述声磁边界装置，通过在自移动设备的工作区域边界处设置多个声磁标签，并利用声磁标签发出与自移动设备的交变磁场信号频率相同的共振信号，使自移动设备可以辨别出自身相对于工作区域边界的位置，进而使自移动设备准确的在工作区域内移动及工作。上述声磁边界装置无需连接电源即可自动发射声磁共振，抑制了能源的浪费，另外，上述声磁边界装置中的多个声磁标签均可以独立工作，性能稳定且利于维护。

在其中一个实施例中，多个声磁标签连续设置或间隔设置在工作区域边界处。

在其中一个实施例中，多个声磁标签中相邻的两个声磁标签之间的间隔距离不大于30cm。

在其中一个实施例中，声磁标签设置于工作区域边界处的地表上或地表下不大于10cm的位置处。

在其中一个实施例中，声磁边界装置还包括多个声磁标签外壳，多个声磁标签一一对应设置于多个声磁标签外壳内。

一种自动工作系统，包括如上述任一项实施例所述的自移动设备以及如上述任一项实施例所述的声磁边界装置，其中，

自移动设备用于发射固定频率的交变磁场信号；

声磁边界装置用于检测自移动设备发射的固定频率的交变磁场信号，并在检测到固定频率的交变磁场信号后发出与交变磁场信号频率相同的共振信号，以使自移动设备接收共振信号。

上述自动工作系统，通过在自动移动设备工作区域边界处布置声磁边界装置，并在自移动设备上安装相应的声磁检测传感器，可以准确的控制自移动设备在预设的工作区域内自动移动及工作，使整个工作系统降低能耗的同时，提成了工作系统的稳定性和安全性，降低了维修成本和维护难度。

一种声磁边界检测方法，应用于上述任一项实施例所述的自移动设备，所述方法包括：

实时发射固定频率的交变磁场信号，以使声磁标签根据交变磁场信号返回共振信号；

接收声磁标签返回的共振信号，并根据共振信号的频率和强度调整行走方向。

在其中一个实施例中，根据共振信号的频率和强度调整行走方向，包括：

根据共振信号的频率，判断共振信号的发生源是否为工作区域边界处的声磁标签；

若确定共振信号的发生源为工作区域边界处的声磁标签，则根据共振信号的强度，确定自移动设备与声磁标签之间的距离；

根据自移动设备与声磁标签之间的距离调整行走方向，以使自移动设备避让声磁标签。

上述声磁边界检测方法，首先通过自移动设备实时发射固定频率的交变磁场信号，使声磁标签可以根据交变磁场信号返回相应的共振信号，然后通过共振信号的频率和强度，使自移动设备可以实时调整行走方向，并在工作区域内自动移动及工作，提升了自移动设备的工作效率，使自移动设备及其边界装置更加智能化。

附图说明

图1为一个实施例中自移动设备的结构示意图；

图2为一个实施例中自动工作系统的结构示意图；

图3为一个实施例中声磁边界检测方法的流程示意图；

图4为一个实施例中声磁边界检测方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在一个实施例中，如图1和图2所示，本申请首先提供了一种自移动设备110，该自移动设备110包括壳体111、声磁检测模块112、控制模块113和移动模块114。其中，声磁检测模块112包括设置于壳体111四周的至少一个声磁检测传感器，声磁检测传感器可以发射固定频率的交变磁场信号，并接收共振信号；控制模块113可以根据声磁检测传感器接收到的共振信号的频率和强度调整自移动设备110的行走信号，进而，移动模块114可以根据相应的行走信号带动自移动设备在工作区域内移动及工作。具体的，自移动设备110可以在一个预设的工作区域内自动行走，并通过声磁检测模块112实时的向周围环境中发射固定频率的交变磁场信号，当这个固定频率的交变磁场信号被周围环境中的特定信号发生源检测到时，就可以返回与该交变磁场信号频率相同的共振信号，这个共振信号可以进一步被声磁检测模块112所接收，进而，控制模块113可以通过该共振信号的频率和强度判断出该信号发生源的种类和相距自移动设备110的距离，继而控制模块113就可以通过移动模块114调整自移动设备110的行走方向，从而做出避让或绕行等行走动作。

在本实施例中，自移动设备可以是智能割草机、智能除雪机或扫地机器人等可以自动行走的设备；特定信号发生源可以是设置在工作区域边界处的声磁标签，该声磁标签无需外接能源即可发射与交变磁场信号频率相同的共振信号；移动模块可以包括驱动电机和移动装置，移动装置可以是设置于自移动设备壳体底部的履带、轮子等装置。在本实施例中，自移动设备可以通过声磁检测模块和设置于工作区域边界处的声磁标签之间的信号传递，准确的判断出自身的位置并及时的调整行走方向，从而使自移动设备可以在不超出预设工作区域的空间内自动移动及工作。

上述自移动设备，通过在壳体四周设置至少一个声磁检测传感器，并利用声磁检测传感器发射固定频率的交变磁场信号及接收共振信号，准确的判断出自移动设备相对于声磁信号发生源的位置以及自身所处的位置，进而根据位置信息自动调整行走方向，使自移动设备可以在预设的工作区域内自动移动及工作，增加了自移动设备的智能化程度，提高了自移动设备的工作效率。

在一个实施例中，如图1所示，自移动设备110的声磁检测模块112包括第一声磁检测传感器1121和第二声磁检测传感器1122。其中，第一声磁检测传感器1121和第二声磁检测传感器1122可以分别设置于自移动设备110行走方向上的前端和后端。通过这样的设计，可以使第一声磁检测传感器1121和第二声磁检测传感器1122准确的检测出自移动设备的前端和后端相较于声磁信号发生源的位置，从而使自移动设备在前进或后退的过程中都可以准确的判断出自身所处的位置并做出相应的行走动作。在另一个实施例中，声磁检测模块112还可以包括第三声磁检测传感器1123和第四声磁检测传感器1124或更多的声磁检测传感器，具体的，声磁检测传感器通常设置在壳体111的四周。在本实施例中，声磁检测传感器的具体设置位置和设置数量不做限制，可以根据实际情况具体选择。

在一个实施例中，声磁传感器发射的交变磁场信号的频率应大于58KHZ且小于1000KHZ。具体的，在安防等领域中，声磁系统通常采用58KHZ的频率进行检测，如果声磁传感器选定发射这个频率的交变磁场信号，会严重干扰自移动设备自身的超声波系统，并且会导致自移动设备产生误识别；而在通信等领域中，声磁系统通常采用1000KHZ及1000KHZ以上的频率进行通信，如果声磁传感器选定发射这个频率的交变磁场信号，则会干扰自移动设备的通信系统。因而，在本实施例中，自移动设备选择发射58KHZ以上及1000KHZ以下频率的交变磁场信号是比较适合的。在一个优选的实施例中，声磁传感器发射的交变磁场信号的频率最好在60KHZ-90KHZ之间，在这个频段内，既避开了常规的干扰信号或干扰信号的整数倍，也使得信号发生源的制作相对容易实现。需要说明的是，交变磁场信号的频率是根据相应的信号发生源去选择和适配的，因此，声磁传感器发射的交变磁场信号的频率只能是一个固定值，比如82KHZ。

在一个实施例中，如图2所示，本申请还提供了一种声磁边界装置120，该声磁边界装置120用于为自移动设备110限定出一个工作区域。在本实施例中，声磁边界装置120包括多个声磁标签121，这些声磁标签121设置于工作区域的边界处并构成一个闭环，这个闭环即构成了自移动设备110的一个工作区域。具体的，自移动设备110可以在由声磁边界装置120限定出的工作区域内自动行走，并通过声磁检测模块实时的向周围环境中发射固定频率的交变磁场信号，当自移动设备逐渐靠近声磁标签并与声磁标签之间的距离在一定范围内时，声磁标签121就可以被自移动设备110发射的固定频率的交变磁场信号所激励，并在被激励后发出与交变磁场信号频率相同的共振信号，自移动设备110接收到这个共振信号，并判断这个共振信号是否由工作区域边界处的声磁标签121发出的，在确定这个共振信号是工作区域边界处的声磁标签121发出的之后，即做出后退或转弯等动作对其进行避让，从而使自移动设备可以在不超出预设工作区域的空间内自动移动及工作。

在本实施例中，设置于工作区域边界处的声磁标签是由两种金属条构成的类似于音叉的结构，其中一种金属是固定在外壳上的硬磁金属条，另一种金属是能够自由震动的软磁坡莫合金条，根据声频标签的特殊材料和结构，导致其具有一定的谐振频率，当外加交变磁场信号的频率与标签谐振频率一致时，就会产生共振，当外加交变磁场信号消失后，声磁标签仍会产生阻尼震荡，形成磁场能与机械能交替的转换信号，产生衰减型共振信号。声频标签所产生的音叉共振信号类似于超声波，因此，其抗干扰和穿透力极强，具有良好的性能。

上述声磁边界装置，通过在自移动设备的工作区域边界处设置多个声磁标签，并利用声磁标签发出与自移动设备的交变磁场信号频率相同的共振信号，使自移动设备可以辨别出自身相对于工作区域边界的位置，进而使自移动设备准确的在工作区域内移动及工作。上述声磁边界装置无需连接电源即可自动发射声磁共振，抑制了能源的浪费，另外，上述声磁边界装置中的多个声磁标签均可以独立工作，性能稳定且利于维护。

在一个实施例中，声磁边界装置的多个声磁标签可以连续设置或间隔设置在工作区域边界处。具体的，设置于工作区域边界处的一个声磁标签与其左右相邻的两个声磁标签之间可以是连续的也可以是相隔一小段距离的。当声磁标签连续设置在工作区域边界处时，可以形成一个封闭的无检测死角的工作区域，自移动设备在这个工作区域内工作时，可以更准确的判断出自身相对于边界的位置，以及时做出相应的判断；当声磁标签间隔的设置在工作区域边界处时，可能会导致自移动设备在距离边界更近的地方才可以检测到边界的存在，但这不会影响到声磁边界装置的功能实现，并且会节约一定的成本。在一个实施例中，多个声磁标签可以用链条或绳索相连，这样可以便于声磁标签的安装和维护。在另一个实施例中，声磁标签可以设置为两排或更多排，这样可以起到一定的保险作用，使声磁边界装置的性能更加稳定。

在一个实施例中，声磁边界装置的多个声磁标签中相邻的两个声磁标签之间的间隔距离不大于30cm，具体的，设置于工作区域边界处的一个声磁标签与其左右相邻的两个声磁标签之间可以相隔一小段距离，但这个距离不应大于30cm。在本实施例中，安装于自移动设备上的声磁检测传感器的信号识别范围通常是以该声磁检测传感器为中心30cm以内的范围，也就是说，当自移动设备与声磁标签的距离在30cm以内时，自移动设备可以检测到声磁标签返回的共振信号，并根据该共振信号做出相应的行走动作。在本实施例中，控制相邻的两个声磁标签之间的间隔距离的目的在于，使自移动设备在逐渐接近边界的过程中可以更快以及更准确的检测到边界的存在。

在一个实施例中，声磁标签可以固定于工作区域边界处的地表上或埋设在工作区域边界处的地表下不大于10cm的位置处。具体的，声磁标签的安装和固定方式可以根据自移动设备的工作环境选择，但需要注意的是，当声磁标签埋设在工作区域边界处的地表下时不可埋设的过深，一方面这会增加埋设的工作量，另一方面也会增加自移动设备的检测难度，另外，埋设的多个声磁标签之间最好通过链条或绳索连接，并且埋设的位置尽量控制为同一个深度，这样可以有利于声磁标签的安装以及后续的维护工作。

在一个实施例中，声磁边界装置还包括多个声磁标签外壳，该声磁标签外壳长约40mm，宽约8-14mm，厚约1mm，多个声磁标签可以一一对应的设置于声磁标签外壳内。在本实施例中，自移动设备的工作区域通常设置在室外，因此，声磁标签的工作环境受环境影响较大。在安防或通信领域中，声磁标签通常也会设置在对应的声磁标签外壳内，但本实施例与其他领域不同的是，本实施例中的声磁标签外壳是具有一定防腐蚀作用且经过一定防腐处理的，这样的声磁标签外壳可以保护位于其内的声磁标签免受自然环境的侵袭，保持更稳定的性能。

在一个实施例中，如图2所示，本申请还提供了一种自动工作系统100，该自动工作系统100包括自移动设备110以及声磁边界装置120。其中，自移动设备110可以通过声磁检测传感器发射固定频率的交变磁场信号；声磁边界装置120可以通过声磁标签121检测自移动设备110发射的固定频率的交变磁场信号，并在检测到该固定频率的交变磁场信号后发出与该交变磁场信号频率相同的共振信号，自移动设备110在接收到该共振信号后可以做出相应的判断并调整自移动设备110的行走方向以避让声磁边界装置120。在本实施例中，声磁检测传感器发出的交变磁场信号的频率与声磁标签发出的共振信号的频率相同，通过这种方式，可以使自移动设备准确的判断出自身的移动方向，从而可以在不超出预设工作区域的空间内自动移动及工作。

上述自动工作系统，通过在自动移动设备工作区域边界处布置声磁边界装置，并在自移动设备上安装相应的声磁检测传感器，可以准确的控制自移动设备在预设的工作区域内自动移动及工作，使整个工作系统降低能耗的同时，提成了工作系统的稳定性和安全性，降低了维修成本和维护难度。

在一个实施例中，如图3所示，提供了一种声磁边界检测方法，以该方法应用在如图1所示的自移动设备的控制模块上为例进行说明，包括以下步骤：

步骤102，实时发射固定频率的交变磁场信号，以使声磁标签根据交变磁场信号返回共振信号。

具体的，自移动设备的控制模块可以通过声磁检测模块实时的向周围环境中发射固定频率的交变磁场信号，当这个固定频率的交变磁场信号被周围环境中的声磁标签检测到时，就可以返回与该交变磁场信号频率相同的共振信号。在本实施例中，声磁检测模块发送的交变磁场信号的频率与声磁标签返回的共振信号的频率一致。

步骤104，接收声磁标签返回的共振信号，并根据共振信号的频率和强度调整行走方向。

具体的，声磁检测模块在向周围环境发射固定频率的交变磁场信号之后，有可能会接收到声磁标签返回的共振信号，当声磁检测模块接收到声磁标签返回的共振信号之后，控制模块可以通过该共振信号的频率和强度判断出声磁标签相距自移动设备的距离，继而通过移动模块调整自移动设备的行走方向，从而使自移动设备做出避让或绕行等行走动作。

在一个实施例中，如图4所示，根据共振信号的频率和强度调整行走方向，包括以下步骤：

步骤202，根据共振信号的频率，判断共振信号的发生源是否为工作区域边界处的声磁标签。

具体的，自移动设备的控制模块可以将声磁检测模块接收到的共振信号的频率与声磁检测模块发出的交变磁场信号的频率作对比，如果两个频率一致，且可以在一个时间段内连续多次接收到同一频率的共振信号，则说明该共振信号的发生源为工作区域边界处的声磁标签。

步骤204，若确定共振信号的发生源为工作区域边界处的声磁标签，则根据共振信号的强度，确定自移动设备与声磁标签之间的距离。

具体的，如果控制模块通过频率确定了共振信号的发生源为工作区域边界处的声磁标签，则可以进一步检测该共振信号的强度，共振信号的强度越大，自移动设备与声磁标签的距离越近。

步骤206，根据自移动设备与声磁标签之间的距离调整行走方向，以使自移动设备避让声磁标签。

具体的，控制模块可以根据自移动设备与声磁标签之间的距离调整自身的行走方向，当自移动设备距离边界较近时，可以采用后退再转弯的方式避让声磁标签，当自移动设备距离边界较相对远时，可以继续前进或直接做转弯动作避让声磁标签。在本实施例中，自移动设备的避让动作与其自身的行走路线也有关联，再此不做过多限制。

上述声磁边界检测方法，首先通过自移动设备实时发射固定频率的交变磁场信号，使声磁标签可以根据交变磁场信号返回相应的共振信号，然后通过共振信号的频率和强度，使自移动设备可以实时调整行走方向，并在工作区域内自动移动及工作，提升了自移动设备的工作效率，使自移动设备及其边界装置更加智能化。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种自移动设备，在预设的工作区域内移动及工作，其特征在于，包括：

壳体；

声磁检测模块，包括设置于所述壳体四周的至少一个声磁检测传感器，所述声磁检测传感器用于发射固定频率的交变磁场信号，并接收共振信号；

控制模块，用于根据所述共振信号的频率和强度调整所述自移动设备的行走信号；

移动模块，设置在所述壳体的底部，用于根据所述行走信号带动所述自移动设备移动。

2.根据权利要求1所述的自移动设备，其特征在于，所述至少一个声磁检测传感器包括第一声磁检测传感器和第二声磁检测传感器，所述第一声磁检测传感器和第二声磁检测传感器分别设置于所述壳体上自移动设备行走方向上的前端和后端。

3.根据权利要求1或2所述的自移动设备，其特征在于，所述交变磁场信号的所述固定频率大于58KHZ且小于1000KHZ。

4.一种声磁边界装置，用于为自移动设备限定工作区域，其特征在于，所述声磁边界装置包括设置在所述工作区域边界处的多个声磁标签，所述声磁标签用于检测所述自移动设备发射的固定频率的交变磁场信号，并在检测到所述固定频率的交变磁场信号后发出与所述交变磁场信号频率相同的共振信号。

5.根据权利要求4所述的声磁边界装置，其特征在于，所述多个声磁标签连续设置或间隔设置在所述工作区域边界处。

6.根据权利要求5所述的声磁边界装置，其特征在于，所述多个声磁标签中相邻的两个声磁标签之间的间隔距离不大于30cm。

7.根据权利要求4-6任一项所述的声磁边界装置，其特征在于，所述声磁标签设置于所述工作区域边界处的地表上或地表下不大于10cm的位置处。

8.根据权利要求4-6任一项所述的声磁边界装置，其特征在于，所述声磁边界装置还包括多个声磁标签外壳，所述多个声磁标签一一对应设置于所述多个声磁标签外壳内。

9.一种自动工作系统，包括如权利要求1-3任一项所述的自移动设备以及如权利要求4-8任一项所述的声磁边界装置，其特征在于，

所述自移动设备用于发射固定频率的交变磁场信号；

所述声磁边界装置用于检测所述自移动设备发射的固定频率的交变磁场信号，并在检测到所述固定频率的交变磁场信号后发出与所述交变磁场信号频率相同的共振信号，以使所述自移动设备接收所述共振信号。

10.一种声磁边界检测方法，应用于权利要求1-3任一项所述的自移动设备，其特征在于，所述方法包括：

实时发射固定频率的交变磁场信号，以使声磁标签根据所述交变磁场信号返回共振信号；

接收所述声磁标签返回的共振信号，并根据所述共振信号的频率和强度调整行走方向。

11.根据权利要求10所述的声磁边界检测方法，其特征在于，所述根据所述共振信号的频率和强度调整行走方向，包括：

根据所述共振信号的频率，判断所述共振信号的发生源是否为所述工作区域边界处的声磁标签；

若确定所述共振信号的发生源为所述工作区域边界处的声磁标签，则根据所述共振信号的强度，确定所述自移动设备与所述声磁标签之间的距离；

根据所述自移动设备与所述声磁标签之间的距离调整行走方向，以使所述自移动设备避让所述声磁标签。

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