专利名称：用于对移动的工具进行工作区域识别的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明从根据权利要求1前序部分所述的用于对移动的工具、尤其是自动或半自动工作的整地机械进行工作区域识别的方法出发。此外本发明还涉及按照该方法而工作的系统。
背景技术：
自动或半自动工作的整地机械(比如割草机)早已是已知的。不许离开的工作面可以通过导电线来进行限制。所形成的电场或磁场可以通过行驶的工具上的传感器而被探测，使得该工具在接近工作区域边界时转向或掉头，但在任何情况下都不离开该工作区域。
在最简单的实施中该边界线流过一个交流电，在行驶的工具上的探测线圈中感应出一个电压。在靠近该导电线时场强明显上升，在达到一个确定的阈值时就转向或反转行驶方向。
(行驶工具工作面的限定，其中US3 550 714/US 3 570 227 (二者为1964)；行驶工具沿导电线的引导，其中us 549 674 (1940)、US 3 407 895 (1964)、DE 1 613 991 (1968)、DE 1 902 037 (1969))。
但是利用信号强度测量的这些简单系统的大的问题在于不能探测该探测线圈位于该导电线的哪一侧，也即该工具是否位于所限定的工具平面之内或之外。虽然在跨越边框线的瞬间发生相位旋转/相位偏移，但该相位偏移不能静态地被探测，也即不能在任何时间都确定该工具是否位于该工作面之内或之外。
为了弥补该缺陷已对该系统进行了改进。比如给该边框线提供具有2个或更多频率的电流。如果比如这些频率相互成倍数，以及其相互的时间关系是已知的，那么就可以借助总和信号来确定该工具是否位于该工作面之内或之外(行驶工具工作面的限定，其中WO 90/00274(1989)、EP 1 025 472(1998), EP 1 047 983(1998)；行驶工具沿导电线的引导，其中DE 2 228 659(1972)；相对于导电线的位置的通用探测，其中US 3 299 351 (1964)、US 5 438 266(1993))。
EP 1 470 460(2003)描述了一种系统，该系统能够在限定的范围内探测在行驶工具上的探测线圈是否位于导电限定线之内或之外。为此相应的当前探测的信号的幅度与事先位于存储器中的信号相比较。一个微处理器实施数字分析，以对这些测量的数量进行确定，其中这些测量是为达到一个阈值所必须的，并且其体现为至限定线的距离的一个尺度。 该分析的结果被分别存储在一个存储器单元中，并在一个限定的时间内可供使用(直至该存储单元的值被重新重写)。该存储单元的整体构成了信号的波形。对波形的数字分析实现了对相位变换(在跨越该边框线时)的探测。作为另一种对线的跨越进行探测的可能性， 这种可能性是把两个探测线圈(比如在汽车前或后)的信号相比较。由此能够在前面或后面来探测由于跨越线而造成的相位偏移。
按照上述方法所确定的内/外信息没有持续地可供使用(比如当该存储单元的内容被重新重写时，或者当该第二线圈同样已跨越该线时)。
EP 1 512 053 Q003)描述了一种系统，其中该限定线不流过正弦交流电，而是流过周期的、定义好的电流脉冲序列。针对在没有信号的一个较长时间段之后所接收的第一电流脉冲，在行驶的工具上来对评估(Auswertimg)进行触发。然后对被转换为电压信号的电流脉冲进行时间评估。然后由此能够明确地导出关于该工具在该限定工作面之内或之外的信息。
EP 1 906 205(2007)描述了一种类似的系统，其中该信号在一个定义的时间间隔中必须包含有至少一个正的和一个负的脉冲。
所有之前所介绍的、也实现了静态的(也即在工具的静止状态中，在任意移动该工具之后或者在由该边框线所围绕的工作面之外打开该工具之后)内/外分配的系统或者利用在边框线上的两个或更多频率的电流来工作，或者利用电流脉冲触发的对该线上信号的时间评估来工作。
在EP 1 612 631 Q004)中描述了一种系统，该系统能够在没有电流脉冲触发信号的情况下来进行内/外评估。但是在该系统中强制必须在该工作面之内来接通该工具。 在接通该工具之后，位于该工具上的时钟与该边框线的信号同步。在同步之后该工具保持经同步的时基，并能够探测由于跨越线而造成的相位变换。没有规定该内部时钟在工作周期期间继续与边框线上的信号相同步。在该边框线上的信号必须是一个频率的纯粹的正弦信号。
发明内容
本发明所基于的任务是，改善用于限定自主或半自主工具工作面的方法。
根据本发明而推荐，通过把由圈定工作面的线环所发射的至少一个信号与提供时间信息的至少一个无线电信号相结合来实现对自主或半自主工具的工作面的限定。这通过时间同步或者参照共同的时基来实现。从而在任何时间都能够探测该工具是否位于所圈定的工作面之内或之外，这尤其还适合于在工作面之外接通该工具的情况。
尤其描述了用于可靠探测工作面的内区域和外区域的方法。
根据本发明的系统用于为移动的自主或半自主工具(AG)来限定工作面(AF)。本发明的系统特征是把由一个或多个导电线所发射的信号与至少另一无线传输的信号相结合。该信号被用于信号评估的同步，并能够
-由基站以及必要时与之相连的从-发送器 -由该工具 -由外部实体来确定。
本发明的其他优点是
可靠地静态地探测该工具是否位于所限定的工作面之内/之外(也即在该工具的静止状态下、或者在任意移动该工具之后、或者在工作面的圈定之外接通该工具之后也起作用)；
不大依赖于从导电线所实际发射的场强(比如由于把线敷设于不同的深度、该工具与边框线的不同距离)；
在进行圈定的线环上使用有时间限制的脉冲信号的情况下，可以实现微小的电流消耗(脉冲原理)；
在一些实施变化方案中，实现了附加益处，如提高了工具的定位精确度、简化了归寻功能(比如工具返回到充电站)、(必要时双向的)在充电站与工具之间的通信(比如用于传输指令)。
在一些实施方案中，流过进行圈定的线环的电流不必包含有具有多个频率的成分。
在一些实施方案中，通过进行圈定的线环所发射的信号不必一定是周期性的，并且不必包含有谐波成分。
在一些实施方案中，可以采用相对简单的评估电子装置。
在一些实施方案中，不强制进行时间评估。
在附图中示出了本发明方法以及本发明系统的实施例以及变化方案。该说明、所属的附图以及权利要求包含有许多组合的特征。专业人员也将会把这些特征、尤其不同实施例的特征也单独地看待，并组合为其他有意义的组合。
其中
图1示出了根据本发明的系统的两个变化方案A及B的系统部件， 图2示出了根据本发明的系统，以借助封闭的线环(边框线)来阐明工作区域的“内”和 “外，，，
图3示出了生成同步信号Sync的变化方案， 图4示出了在该系统的工具(AG)上可能的部件状况，
图5示出了信号序列MS,以阐明在该系统的边框线上电流信号的可能的预处理方式， 图6示出了用于根据测量信号MS和测试信号TS来生成结果信号ESl的信号序列， 图7示出了用于测量ESl的脉冲时长的“评估”块的图示， 图8示出了根据变化方案A2的一种可选实施方案的“评估”块的图示， 图9示出了在边框线上有矩形脉冲序列的情况下在用于测量ESl的脉冲时长的变化方案Al中的信号序列，
图10示出了在根据变化方案Cl的一种可选实施方案中的根据本发明的系统，其中另一用户在定义的时间点通过SG来发起发送边框线信号以及在该AG上的测量过程，
图11示出了工作面的示意性图，以阐明根据本发明的系统的同步信号发送器的配置， 图12示出了一种可选工作面的示意性图，以阐明根据本发明的系统的Sync信号发送器的改善配置。
具体实施例方式在此所介绍的系统用于限定自主或半自主工具AG的工作面(AF)。本发明的系统特征是把由一个或多个导电线所发射的信号与至少另一无线传输的信号相结合。
在下文中，描述了这两个主要的系统成分“有线信号”和“无线电信号”的一些可选可能性和评估可能性的变化方案。
在此示出了对该信号进行评估的一些可能性，但本发明并不局限于所述的电路实例。也可以采用变化方案的组合。
变化方案A
在变化方案A中整个系统(见图1)由以下组成
至少一个信号发生器SG (典型地集成在该充电站中)，该信号发生器生成定义的电流信号I，并通过闭合的线环(边框线)来传导。所述闭合的线环如此来限定要处理的工作面AF， 使得从而明确地定义不仅外边界、而且可能要留出来的区域(岛)。图2示例地示出了该关系。如果比如在线上沿着所示的电流方向行驶，那么要处理的区域总是位于其右侧；外部区域位于左侧。
另外该信号发生器SG还支配有至少一个无线电接口 Fl，通过该无线电接口可以发射同步信号Sync。
一个自主的移动的工具AG，其具有至少一个无线电接口 F2，使得该信号发生器SG 的同步信号Sync能够被接收。
关于电流信号I以一个固定的时间参照来进行该信号Sync的发送。比如在正弦形电流量I的情况下可以在过零点处或者在峰值处来发送该同步信号Sync。在矩形脉冲的情况下可以在上升边缘来发送该同步信号Sync。
图3在此示出了一些例子，其中示出了生成同步信号Sync的变化方案；Tsync在此表示该同步信号的周期时长。如果其是恒定的，那么这是有利的，但这并不是强制特征。
图3上部正弦形信号以及在从负到正的过零点期间该同步信号Sync的生成。 在不限制普遍性的情况下，该信号也可以在从正到负的过零点处或者在每个过零点处来发生。
图3中部正弦形信号以及在定义数量的周期之后该同步信号Sync的生成。在此比如是在两个完整的振荡周期之后。
图3下部脉冲形的电流信号以及在该信号的上升边缘该同步信号Sync的生成。
图4示出了在该工具AG上的用于信号评估所需的一些部件以及在该工具AG上的可能的部件状况。虚线所示的部件是可选的或者是用于扩展变化方案的加倍。比如该采样-保持环节(Sample-Hold)可以集成在上级设备控制(比如μ C)中。
块“测量信号”至少一个探测器(具有后接电子装置的接收线圈)，其探测由该边框线信号所产生的磁场，并转换为电气量。通常采用多于一个的探测器，比如用于在越过界限时来确定该AG的冲击角。为此所需的部件相应地加倍。
块“测试信号”一个无线电接口 F2，其具有后接的、用于探测该同步信号Sync的信号处理装置(接收器)以及至少一个信号发生器，该信号发生器由该同步信号Sync来触发并生成定义的测试信号TS。通过采用其他的、由同一同步信号Sync所触发的信号发生器， 比如可以提高干扰可靠性(具有相应后接的评估电子装置)。
块“评估”评估电子装置，其用于识别区域(内/外)并转发到上级设备控制，比如转发到微控制器μ C。可以通过该同步信号Sync和/或上级设备控制来进行该评估电子装置的(重新)初始化(比如低通滤波输出取零)。同样所述评估的一部分也可以在上级设备控制中来进行。
对于块“测量信号”
图5示出了对于该边框线上电流信号的可能的预处理方式。
图5 (a,b)示出了一种变化方案，其中正弦形电流信号借助线圈和放大电路连同所连接的施密特触发器被评估。
图5 (c-f)示出了一种变化方案，其中矩形电流脉冲借助线圈和放大电路连同所连接的施密特触发器而被评估。
在所有情况(正弦信号/ (矩形)脉冲信号/ (矩形)脉冲序列)下的结果都是矩形输出信号MS。在矩形电流脉冲的情况下，在合适的信号波形的情况下可以由所处理的信号 MS脉冲时长(衰减特性)来推断所接收的信号强度，并从而获得与线的距离。该评估可以通过时间测量来进行。
对于块“测试信号”
可选地可以通过该同步信号Sync来启动计时器，该计时器开始和/或结束一个或多个测量过程。
对于块“评估”
所述评估的变化方案Al
在该测量过程期间在该工具(AG)上进行至少一个时间测试信号TS的生成，该测试信号与所接收的并必要时被进一步处理的边框线信号MS —起被处理，使得由此明确地并在任何时间都能够识别磁场的极性，并从而能够实施上述的内/外分配。
图6示出了在线上采用正弦形电流信号时的一个例子，其中该正弦电流信号如上所述被转换为矩形函数MS。另外还示出了在该AG上所生成的信号TS。在该例子中它同样是具有该电流信号的同一(已知的)周期时长的一个矩形函数。在理想情况下，MS和TS在形状上是相同的。但是在接收该同步信号Sync与生成TS之间可能出现可能变化的延迟时间Tv，但该延迟时间相对于剩余的时间通常是可忽略的。在所示的例子中为了进一步的处理，对这两个信号实施了 “异或(X0R)”操作，并接着取反成为结果信号ES1。如果该AG位于工作面之内，那么在忽略Tv的情况下总是得到一个逻辑“ 1”的值，否则如果该AG位于工作面之外，那么就得到逻辑“0”的值。(按照电流方向或者安装位置或绕组方向等该电平也可以是反相定义的)。
图6示出了由该测量信号MS和该测试信号TS来生成该结果信号ESl，以及在存在 Tv时的影响。由后接的低通滤波来产生ES2。现在可以定义合适的阈值，由此可以可靠而明确地探测内/外这两个状态。
根据图4 (在块“测量信号”中)，可选地，该接收信号可以在该探测单元中被延迟， 并从而补偿Tv，或者在必要时有目的地调节所期望的延迟Tv。
在后一情况中，也可以通过ESl的脉冲时长的测量来进行评估。为此该块“评估” 按照图7来实施。除了专用的脉宽测量电子装置之外，这也可以直接通过上级的设备控制 (比如μ C，在所示的图7中该块“脉宽测量”被省略)来进行。可选地，可以通过该同步信号 Sync在确定时间点上来触发测量(在图7中由虚线表示)。
评估的变化方案Α2:
在另一实施方式中，不需要测试信号TS，并直接进行该测量信号MS的脉宽评估。在此需要通过该同步信号Sync作为时间参照来强制触发(见图8a)。
如图8b)所示，可以通过专用的电子装置或者直接通过上级设备控制(比如μ C) 来进行脉宽评估。
图9示出了该变化方案Al的另一扩展，其中在线上采用了一种矩形脉冲序列。在此有利地采用了一种特定的模式(比如以伪二进制信号的形式)，以从而比如进行一种编码 (干扰可靠性、采用多个设备、防盗保护)。上述的方法作为评估可能性可被利用。
所述评估的变化方案A3
在按照图4的另一实施方式中，在该工具AG上不生成测试信号TS，并在离散的时间点实施该测量过程。为此，所示的计时器通过该同步信号Sync而被激活，该计时器在经过一个或多个定义时长之后来触发该信号MS的扫描，并被存储在ES3中以比如通过μ C来进行进一步处理。该计时器功能也可以由μ C来承担。
变化方案B
在变化方案B中该自主工具AG发送同步信号。在这种情况下在该信号发生器SG上来进行同步信号的探测。然后直接或者在所定义的时间偏移之后进行所定义的边框线信号的发送。该时间点是该AG所已知的，从而可以采用上述的信号评估变化方案、也即与在该AG 上自己生成的信号相关联或者被变换的边框线信号的所定义的扫描。
变化方案C
在变化方案C中，不仅信号发生器、而且该自主工具AG都由一个第三实体在时间上相同步。
在变化方案C的版本Cl中，这通过在该无线电通信上的至少另一用户F3来进行， 其中该用户在所定义的时间点来发起该边框线信号的发送以及在该AG上的测量过程。所述内/外评估可以如上所述来进行。(图10)。在室内区域中为此比如可以访问已有的诸如 LAN的网络或者播叫系统。
在变化方案C的版本C2中，不仅信号发生器、而且该自主工具都使用相同的时基， 其方式是它们二者都比如支配有一个GPS接收器或一个无线电时钟接收器(比如DCF77)。 必要时足够频繁地进行在该SG和该AG上所运行的本地时钟的时间校正。在定义好的全球时基中时间点上(由本地时钟来控制)，在该AG上进行该边框线信号的发送以及信号评估的启动。
如果不仅信号发生器SG、而且工具AG都构造有一个GPS模块，那么就产生了一个附加益处该系统可以作为微分GPS系统(DGPS)来实施，其提供了改善的定位信息(实现了该AG的更精确的本地定位以及速度测量)。为计算更精确信息所需的校正数据可以由信号发生器SG通过该边框线信号经编码传输给该工具AG。
变化方案D
由该信号发生器SG仅仅生成简单的电流脉冲或者电流脉冲序列，这不必强制地以一个固定的周期来重复。同时通过该SG来进行该同步信号的发送，该同步信号在该AG上直接发起该电流脉冲/电流脉冲序列的测量和评估过程。
变化方案E
(采用一个或多个从-发送器以完全发送覆盖该工作面)
对于变化方案A和B，在SG和AG (单向或双向)之间的无线通信是必要的。可以考虑工作面AF的形状，其中工作面的部分被障碍(比如房子、车库)遮挡。同步信号发送器的位置(通常是基站)则必须如此来选择，使得保证在工作面的所有区域中与该AG的通信。
图11示出了针对变化方案A和B的、L形工作面AF的这种示例以及同步信号发送器的可能位置(GP:合适的定位，KP:可能临界的定位，UP:可能不合适的定位)。
图12示出了针对变化方案A和B的、一个C形工作面AF以及这种特殊形状的工作面AF的同步信号的发送覆盖(VSA:完全发送覆盖，USA:可能不完全的工作面发送覆盖)。 在此仅利用一个发送器可能就不再能够实现完全的发送覆盖。在这种情况下必须采用至少一个从-(=第二)发送器VSASS，该从-发送器可以在主-发送器不能覆盖的区域中进行发送。该从-发送器VSASS不仅通过导线、而且无线地(中继器)与该主-发送器相连接。
其他实施方式
用于移动的工具工作区域识别的根据本发明的方法以及根据本发明的系统并不局限于上述的实施方式。
在上述的实施中通常阐述的是自主工具AG。但所述种类的限定系统也可以应用于半自主工具的运行。其比如可以是一种人工推动的割草机，一旦位于该工具上的探测器越过该限定线，那么该割草机比如可以停止割草工作。
在圈定工作面的线环上的电流脉冲涉及 选择正弦或脉冲波形
正弦典型地是低电流的，以具有微小的损耗；
优点在接收单元上的调谐的LC振荡回路能够实现附加的信号放大。
脉冲需要较高的单相电流强度，但消耗功率借助与信号周期时长相比微小的脉冲宽度而同样可以保持微小。
在圈定工作面的线环上的电流信号可以包含有一个或多个以下的特征 可以是正弦形的可以是脉冲序列比如也可以是三角或锯齿形的可以包含有正的和/或负的分量可以包含有直流分量可以包含有多个频率(但不是必须) 不必一定具有固定的频率可以具有不同的幅度上述的无线电信号也可以是编码的，比如借助幅度调制，这导致干扰可靠性的提高。
上述的无线通信比如可以通过如下方式来进行无线电、蓝牙、红夕卜、激光、Wi-Fi。
通过无线电通信而获得的附加功能传输其他的信息，比如中止诸如“返回基站” 的指令)。
除了限定工作面之外，如上所述的系统也可以用于引导移动的(自主或半自主)工具(线跟随)。
按照上述实施方式的限定系统比如也可以用于以下的任务(该列举并不是全部的)
户外整地任务，比如割草、翻松、通气、采叶、浇园、花园/草坪施肥、除雪； 在家居区域中的室内整地任务，比如吸尘、地面擦拭/冲洗/抛光； 在公共/工业区域中的室内整地任务，比如在体育馆和多功能厅或在工业厅和商店中比如进行冰面准备(针对滑冰)、地面吸尘/擦拭/冲洗/抛光；通常用于限定移动的工具、诸如半自主和全自主工具(机器人)的停留区域。
对于不是自主或半自主的工具也可以采用以下种类的限定系统 比如针对狗/猫/小动物的“虚拟围栏”(在狗项圈中的探测器)； 防盗保护(比如汽车或公司场所的工具、测试场所的测试车、越野路线的地形车辆、射击设备中的武器等)； 作为“电子脚镣”。
权利要求
1.一种用于对移动的自主工具(AG)进行工作区域识别的方法，其中分配给该工具的工作区域(AF)通过能作为导电线环而使用的边框来限定，并且该工具探测该线环的信号， 以识别该工作区域，其特征在于，使用附加的、非受制于导线的外部信号(Sync)来控制该工具。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，相对于信号I、尤其是相对于被施加给该导电线环的电流信号以固定的时间参照来进行所述至少一个外部信号(Sync)的发送。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用所述至少一个外部信号(Sync) 用于该工具的探测的同步、尤其是用于该工具(AG)的信号评估的同步，以探测该边框。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述至少一个附加的外部信号 (Sync)由用于生成信号I以施加给该导电线环的基站、尤其是静止的基站来发射。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该基站作为一个或多个驱动该工具的能量存储器的充电站来构造。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述至少一个外部信号(Sync)由该工具(AG)的接口(F)来探测。
7.根据前述权利要求之一、尤其根据权利要求3所述的方法，其特征在于，生成测试信号TS，该测试信号与该线环的经处理的或未经处理的信号MS —起被处理，以确定该线环的磁场的极性。
8.根据前述权利要求1一 6之一、尤其根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对该线环的经处理的或未经处理的信号MS实施脉冲评估，以确定该线环的磁场的极性。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少一个外部信号(Sync)由要控制的工具(AG)来发射。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述至少一个外部信号(Sync)由用于生成所述线环的信号的信号发生器(SG)来探测。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，以相对于所述至少一个外部信号 (Sync)而在时间上定义的方式发送所述信号I，以施加给该导电线环。
12.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述至少一个附加的外部信号(Sync)由外部装置来发射。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，该外部装置发送非受制于导线的信号， 用于对用于施加给该导电线环的信号I的发送进行同步，以及用于对通过该工具对该线环的经处理的或未经处理的信号MS的探测过程进行同步。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，用于给该导电线环施加信号I的信号发生器(SG)、以及该工具(AG)都支配有相同的时基。
15.根据前述权利要求1至13之一所述的方法，其特征在于，所述至少一个外部信号 (Sync)借助发射器和/或从-发送器而被传输。
16.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，给该线环施加脉冲化信号或连续的信号，尤其是连续的正弦/余弦信号。
17.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，给该线环施加幅度调制的或频率调制的信号。
18.一种用于移动的工具的工作区域识别的系统，其具有至少一个能作为导电线环来使用的边框、用于为线环生成信号(I)的信号发生器(SG)和自主或半自主的具有无线电接口(F2)的移动的工具(AG)，其特征在于，设置有至少另一无线电接口(Fl )，通过该接口能够在该信号发生器(SG)和工具(AG)之间交换同步信号(Sync)。
全文摘要
本发明涉及用于对移动的自主工具(AG)进行工作区域识别的方法，其中分配给该工具的工作区域(AF)通过可作为导电线环而使用的边框来限定，并且该工具探测该线环的信号，以识别该工作区域。根据本发明而推荐，采用附加的、非受制于导线的外部信号(Sync)来控制该工具。此外本发明还涉及用于移动的工具的工作区域识别的系统，其具有至少一个可作为导电线环来使用的边框、用于为线环生成信号(I)的信号发生器(SG)和自主或半自主的具有无线电接口(F2)的移动的工具(AG)。设置有至少另一无线电接口(F1)，通过该接口可以在该信号发生器(SG)和工具(AG)之间交换同步信号(Sync)。
文档编号G05D1/02GK102187289SQ200980141306
公开日2011年9月14日 申请日期2009年10月12日 优先权日2008年10月20日
发明者彼得赖特 S., 阿尔贝特 A., 迪策尔 F. 申请人:罗伯特·博世有限公司