ES2262988T3 - Mejora de un procedimiento de control de un robot movil autonomo y dispositivo asociado. - Google Patents
Mejora de un procedimiento de control de un robot movil autonomo y dispositivo asociado.Info
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Abstract
Dispositivo de navegación para robot móvil que incluye - un medio de medida de la amplitud de una señal electromagnética periódica emitida por un o unos elementos de límite, por ejemplo un hilo, dispuestos en la periferia de la superficie de trabajo de dicho robot móvil, y las medidas son repetidas durante varios períodos - un medio para realizar el muestreo de la amplitud de la señal durante cada período, - unas memorias independientes para almacenar el resultado de cada medida del muestreo, y los resultados recogidos son adicionados en dichas memorias hasta que el contenido de una de estas memorias alcance un umbral de referencia, - un microprocesador capaz de interpretar por análisis numérico el número de muestreos necesario para alcanzar dicho umbral y el contenido de cada memoria, y dicho microprocesador es por lo tanto capaz de determinar la distancia o variación de distancia con respecto a dichos elementos de límite.
Description
Mejora de un procedimiento de control de un
robot móvil autónomo y dispositivo asociado.
La presente invención se refiere a un
dispositivo y un procedimiento de control de una máquina robótica
móvil y autónoma.
La mayoría de las máquinas móviles autónomas,
tales como las cortadoras de césped automáticas, requieren, para
limitar sus desplazamientos en una zona de trabajo determinada, una
barrera electrónica, constituida por un hilo situado en la
periferia de la superficie a cubrir y por el que circula una señal
eléctrica de poca intensidad de baja frecuencia (por ejemplo algunas
decenas de mA a 5 KHz).
Un conocimiento preciso de la amplitud y de la
fase de la señal puede permitir al robot mantenerse al interior del
perímetro definido por un hilo periférico. La utilidad de la medida
precisa de la amplitud de la señal en el marco de un sistema de
navegación para cortadoras de césped automáticas ya ha sido
descrita en la solicitud de patente WO 98/41081.
La medida de la fase de la señal puede permitir
determinar si la medida está hecha al interior o al exterior del
bucle que genera el campo magnético. Por su paso desde el interior
del bucle hasta el exterior, las líneas de fuerza cambian
efectivamente de dirección y generan un cambio de fase de la señal
de 180º según las leyes generales del electromagnetismo.
La presente invención tiene como objeto proponer
un dispositivo de medida eficaz y poco costoso que permita obtener
a la vez una medida precisa de la amplitud de la señal con una
relación señal ruido constante sea cual sea la posición del móvil
sobre la superficie y la generación de las informaciones de fase
que permiten al móvil determinar con certeza si se encuentra al
interior o al exterior de la superficie a cubrir.
Una de las características del dispositivo y
procedimiento según la invención consiste en utilizar para la
medida de la amplitud, una variante particular de un filtro
adaptado para la detección de señales periódicas, ya utilizado en
astronomía por ejemplo para la detección de astros alejados,
llamado "multichannel scaler" o "averager". Este tipo de
filtro está descrito en la bibliografía por ejemplo en "The art
of electronics", P. Horowitz, Cambridge University Press 2d Ed.
Capítulos 15 & 13 y sucesivos.
Este tipo de dispositivo efectúa varias tomas de
muestras sincrónicas de la amplitud de la señal durante cada
período. El número de muestreos por período varía de 4 a 64. Cada
muestra es almacenada en una memoria independiente (las cestas).
Las medidas son repetidas durante varios períodos y las muestras
correspondientes son adicionadas en cada cesta.
En otras palabras, la forma de la señal es
coadicionada módulo su período.
La ventaja de aplicar este dispositivo a una
máquina robótica móvil es que se puede extraer fácilmente, por el
importante ruido eléctrico generado por la máquina, la fase y la
amplitud de la señal periódica procedente del hilo periférico.
Al final de cada período, el contenido de las
cestas es comparado con una referencia fija. Si ningún contenido de
ninguna cesta sobrepasa el valor de referencia, se incrementa un
contador. Después de cierto número de iteraciones el contenido de
una de las cestas sobrepasa necesariamente el valor de referencia.
El valor del contador es almacenado y el contador vuelve de nuevo a
cero.
El valor C del contador almacenado, asociado
eventualmente a una operación de calibrado, permite deducir la
distancia de la máquina con respecto al hilo periférico. Cuanto más
alejada está la máquina del hilo, más débil es la señal, y más
elevado será el número de muestreos necesarios para alcanzar el
valor de referencia.
La distancia puede ser deducida por ejemplo
mediante la aplicación de la relación C=K*X
((D-X)/D) donde se suponen dos hilos paralelos, X es
la distancia del móvil al hilo, D la distancia entre los hilos y K
es una constante que tiene en cuenta la ganancia del
dispositivo.
Como se puede entender, una de las ventajas del
dispositivo según la invención es que la relación señal ruido de la
medida se mantiene constante sea cual sea el valor de la señal, es
decir sea cual sea la distancia de la máquina con respecto al hilo
periférico, y el factor de selectividad del filtro es proporcional
al número de muestras y este último es inversamente proporcional a
la amplitud de la señal.
El conjunto de las cestas proporciona también
una representación de la forma de la señal (cuanto mayor sea el
número de muestras por período más precisa será la forma de la
señal).
El análisis numérico de la forma de onda por el
ordenador a bordo permite detectar fácilmente un cambio de fase de
la señal, en particular si ésta es asimétrica.
En el caso de una señal simétrica, una
referencia de fase debe ser conservada por el ordenador a bordo.
Esto puede ser obtenido o bien usando un oscilador local estable
cuya fase sigue la fase de la señal periférica por medio de un PLL,
el bucle de reacción estando abierto si el móvil sale del recinto,
o bien utilizando una segunda bobina situada sobre un lado de la
máquina móvil. En este último caso cuando la máquina cruza el
límite, una de las dos bobinas se encuentra al exterior y la otra
al interior del límite del hilo periférico. La diferencia de fase
es detectada inmediatamente y la máquina vuelve completamente al
interior de su superficie de trabajo.
Se debe señalar que independientemente a la
detección de cambio de fase de 180º provocado por un paso del hilo
periférico, el sistema también es capaz de detectar una modulación
de fase generada por el generador del hilo periférico, y en
consecuencia de recibir un mensaje enviado por el hilo periférico a
la máquina. Este mensaje puede ser un mensaje de parametrización o
un mensaje de instrucción, por ejemplo de regreso del robot a la
estación de recarga.
En resumen la invención propone así entre otros
un dispositivo de navegación para robot móvil que incluye un
microprocesador y un medio de medida de la amplitud de una señal
electromagnética periódica de baja frecuencia, cuya frecuencia
varía de 1 a 15 kHz, emitida por un o unos elemento(s) de
límite, por ejemplo un hilo, situados en la periferia de la
superficie de trabajo de dicho robot móvil, mientras que dicho medio
de medida efectúa un muestreo de la amplitud de la señal durante
cada período, y el resultado de cada medida del muestreo es
almacenado en unas memorias independientes y las medidas son
repetidas durante varios períodos, los resultados recogidos son
adicionados en dichas memorias hasta que el contenido de una de
estas memorias alcance un umbral de referencia, el número de
muestreos necesarios y el contenido de cada memoria puede entonces
ser interpretado por análisis numérico por el microprocesador para
determinar la distancia o variación de distancia con respecto a
dichos elementos de límite.
Las figuras presentadas anexas ilustran la
invención únicamente a modo de ejemplo.
Las figuras 1 a 3 muestran la evolución del
contenido de las cestas después de respectivamente 2, 10, 36
períodos de 200 \musec. En el período 36, el contenido de la
cesta nº5 sobrepasa el valor fijado de 18 unidades (referencia
fija).
Este número de períodos, así como eventualmente
el valor preciso del contenido de la cesta nº5, son memorizados y
utilizados por el ordenador a bordo para determinar la distancia
hasta el hilo periférico. Esta determinación puede ser relativa o
absoluta. Una determinación relativa es suficiente si la máquina
robótica, según su algoritmo interno de navegación, debe seguir
simplemente un recorrido paralelo al hilo
periférico.
periférico.
La figura 4 muestra un diagrama de bloques
explicitando las diferentes fases del bucle de medida.
Las figuras 5 y 6 ilustran el contenido de las
cestas para una señal cuadrada asimétrica, donde la máquina está
respectivamente al interior y al exterior del hilo periférico, o a
la inversa.
Si se observa el contenido de las cestas para
dos señales asimétricas desfasadas de 180º se ve claramente que en
el caso de la señal de la figura 5 hay 4 cestas positivas y que en
el caso de la señal de la figura 6, hay 12.
La invención puede ser aplicada o adaptada a
otros dispositivos además de unas cortadoras de césped, por ejemplo
a máquinas de recogida de objetos o a aspiradores robotizados.
Claims (12)
1. Dispositivo de navegación para robot móvil
que incluye
- -
- un medio de medida de la amplitud de una señal electromagnética periódica emitida por un o unos elementos de límite, por ejemplo un hilo, dispuestos en la periferia de la superficie de trabajo de dicho robot móvil, y las medidas son repetidas durante varios períodos
- -
- un medio para realizar el muestreo de la amplitud de la señal durante cada período,
- -
- unas memorias independientes para almacenar el resultado de cada medida del muestreo, y los resultados recogidos son adicionados en dichas memorias hasta que el contenido de una de estas memorias alcance un umbral de referencia,
- -
- un microprocesador capaz de interpretar por análisis numérico el número de muestreos necesario para alcanzar dicho umbral y el contenido de cada memoria, y dicho microprocesador es por lo tanto capaz de determinar la distancia o variación de distancia con respecto a dichos elementos de límite.
2. Dispositivo según la reivindicación 1 en el
que el medio de medida de la amplitud es también un medio de medida
de la fase.
3. Dispositivo de navegación según la
reivindicación 2 en el que el microprocesador es capaz de detectar
por análisis numérico la forma de la señal y es capaz de determinar
un cambio de fase provocado por el paso del robot más allá de
dichos elementos de
límite.
límite.
4. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en el que el microprocesador incluye
un medio para detectar por análisis numérico una modulación de fase
generada por el generador del hilo periférico, y en consecuencia de
recibir un
mensaje enviado por el hilo periférico al robot móvil.
mensaje enviado por el hilo periférico al robot móvil.
5. Dispositivo según la reivindicación 4 en el
que el mensaje es una instrucción de regreso del robot a una
estación de recarga.
6. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en el que el ordenador a bordo incluye
un medio para conservar una referencia de fase.
7. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes adaptado a una cortadora de césped
robótica.
8. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes en el que la frecuencia de la señal
electromagnética periódica varía de 1 a 15 kHz.
9. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes que comprende dos detectores de
amplitud de la señal periódica, situados en dos lugares diferentes
de la máquina móvil.
10. Procedimiento de control de una máquina
robótica móvil que comprende la medida de la amplitud y de la fase
de una señal electromagnética periódica emitida por un o unos
elementos de límite, por ejemplo un hilo, dispuestos en la
periferia de la superficie de trabajo de dicho robot móvil, y dicho
medio de medida efectúa un muestreo de la amplitud de la señal
durante cada período, y el resultado de cada medida del muestreo es
almacenado en unas memorias independientes y las medidas son
repetidas durante varios períodos, los resultados recogidos son
adicionados en dichas memorias hasta que el contenido de una de
estas memorias alcance un umbral de referencia predeterminado, el
número de muestreos necesarios y el contenido de cada memoria puede
entonces ser interpretado por análisis numérico por el
microprocesador para determinar la distancia o variación de
distancia con respecto a dichos elementos de límite y/o la forma de
dicha señal periódica.
11. Procedimiento según la reivindicación 10 en
el que el número de muestreos por período varía de 4 a 64.
12. Procedimiento según la reivindicación 10 en
el que una instrucción de regreso de la máquina robótica es
recibida cuando una modulación de fase generada por el generador
del elemento límite es detectada.
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