自动行走设备导引系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及自动行走设备导引技术，特别是涉及一种自动行走设备导引系统和方法。
【背景技术】
[0002]自动行走设备，如自动割草机、吸尘器等越来越被广泛地使用。这些自动行走设备按预设程序运行，完成指派的任务，从而节省大量的人力，为人们的生活带来极大便利。
[0003]自动行走设备通常采用例如充电电池作为驱动电源在规定的工作区域内运行，并且在电池电量不足需要充电或者工作完成时被导引返回充电站进行充电以备下一次运行。
[0004]现有的一种导引系统实现为沿限定其工作区域的边界电缆朝充电站导引自动行走设备。为了朝着该充电站导引自动行走设备，该自动行走设备在其正常移动期间需要频繁地与边界电缆交互信息从而实现沿边界电缆返回充电站。这种导引系统存在以下缺点:导引路径有时候会较长，从而耗时耗能；自动行走设备通常被引导沿同一路径返回，因此自动行走设备的行走机构，如轮子，会磨损经过的表面，如草皮。
[0005]中国专利申请CN1659490A涉及一种用于自驱动设备特别是剪草机器人的过程和电导引控制系统。该系统包括连接到至少一个信号发生器的至少一个导引控制站和设置在自驱动设备上的一个传感单元。该传感单元感测至少一个在空气介质中传播、随时间和空间变化的磁场，至少经导引控制站传输，并将至少一个由传感单元处理的信号又转发给至少一个驱动源，该驱动源用于驱动设备经过一表面的运动。该系统包括这样的装置，通过该装置使信号发生器发送一通过导引控制站的电流，电流产生一个随时间和空间变化的磁场，其中，传感单元包括用于根据所感测磁场的特性来操纵该设备的装置。该电导引控制系统虽然解决了前述沿边界电缆固定路径返回充电站的问题，但该系统结构复杂，例如包括但不限于在各个方向都需要设置充电触点以连接返回的自驱动设备进行充电等。
[0006]因此，在该领域内仍然需要一种能够方便、快捷地将自动行走设备导引返回充电站的导引系统和方法。
[0007]针对使自动行走设备在规定区域内运行已存在一些现有技术。一般采用边界系统对自动行走设备的工作范围进行限定。现有的边界系统包括铺设在地表的边界线，与边界线连接的信号发生器，自动行走设备上的信号检测单元以及对信号进行处理并控制自动行走设备行走路径的控制单元。信号发生器发送的边界信号电流流经边界线时，会产生以边界线为中心向四周传播的磁场。自动行走设备上的信号检测单元将其所处位置处的磁场信息转换为相应的电信号传递给控制单元，而控制单元根据所传递的电信号判断其所处位置，并在自动行走设备接近边界线时及时控制自动行走设备改变行走方向，防止自动行走设备越过边界线，从而保证自动行走设备始终在边界线限定的工作范围内运行。
[0008]中国专利申请CN 102187289 A涉及用于对移动的自主工具进行工作区域识别的方法，其中分配给该工具的工作区域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。该发明采用附加的、非受制于导线的外部信号(Sync)来控制该工具，即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。该申请的全部公开内容以引证方式并入本申请。
[0009]中国专利申请CN 102890505 A公开了一种边界系统，所述边界系统包括:边界线；信号发生装置，产生预设边界信号并发送给所述边界线，所述边界信号流经所述边界线时产生磁场；信号检测单元，设置在所述自动行走设备内，用于检测所述磁场，并生成检测信号；控制单元，设置在所述自动行走设备内，接收所述检测信号，并判断自动行走设备是否位于工作区域内，所述预设边界信号为一个具有交替出现的第一状态和第二状态的信号，在第一状态和第二状态交界处存在突变。在具体实施时，所述第二状态信号包括第一特征部分和第二特征部分，所述第一特征部分的幅值大于第一状态信号的最大幅值，所述第二特征部分的幅值小于第一状态信号的最小幅值，处理信号携带表示第一特征部分和第二特征部分出现的时间点的信息；所述信号处理单元包括第一比较器和第二比较器，第一比较器设置为高电平比较器，第二比较器设置为低电平比较器，第一比较器具有第一基准电压，第二比较器具有第二基准电压；所述处理信号包括第一比较器输出的信号和第二比较器输出的信号，当第一特征部分出现时第一比较器输出高电平信号，否则第一比较器输出低电平信号；当第二特征部分出现时第二比较器输出低电平信号，否则输出高电平信号。优选地，当第一比较器输出高电平信号的时间点先于第二比较器输出低电平信号的时间点时，微处理器确认自动行走设备位于工作区域内。反之，微处理器确认自动行走设备位于工作区域外并通过控制单元改变其行走方向，从而回到工作区域内。上述申请的全部公开内容也以引证方式并入本申请。
【发明内容】
[0010]本发明的一个目的是提供一种自动行走设备导引系统，该系统包括:
边界电缆，用于限定所述自动行走设备的工作区域；
信号发生器，用于与所述边界电缆形成闭合回路并向所述边界电缆发送电流信号；位于所述自动行走设备上的信号检测单元、信号处理单元、控制单元，所述信号检测单元检测所述电流信号流过所述边界电缆时产生的磁场，并转换成电信号，所述信号处理单元用于判断所述自动行走设备是否在工作区域内，所述控制单元用于控制所述自动行走设备的行走方向；
充电站，所述充电站至少靠近所述信号发生器设置；
第一引导电缆，用于将所述工作区域基本上均分为两部分，所述第一引导电缆与所述信号发生器和边界电缆电连接；
通过所述信号发生器仅向所述第一引导电缆发送电流信号，所述系统确定所述自动行走设备所处的区域，并沿所述边界电缆选择最短路径返回所述充电站充电。
[0011]在一种优选的实施例中，所述自动行走设备导引系统还包括第二引导电缆，所述第二引导电缆靠近所述信号发生器和充电站并与所述信号发生器形成闭合回路，已完成工作或因电量不足需要充电的所述自动行走设备通过指令所述信号发生器按时间顺序向所述边界电缆和所述第二引导电缆发送不同的电流信号，形成不同磁场的分界线；若所述自动行走设备在所述分界线附近，首先被引导沿所述磁场的分界线返回，然后再沿所述边界电缆线返回所述充电站充电。
[0012]上述系统至少具有下述优点:1、通过指令信号发生器按时间顺序向所述边界电缆和所述第二引导电缆发送不同的电流信号，形成不同磁场的分界线，使得自动行走设备在探测到该磁场分界线时(即在充电站附近时)，受控首先被导引沿所述磁场的分界线返回，然后再沿所述边界电缆线返回所述充电站充电，从而相比现有技术大大缩短返回路径；2、若通过1不能探测到所述磁场分界线时，通过所述信号发生器仅向所述第一引导电缆发送电流信号，所述系统确定所述自动行走设备所处的区域，并沿所述边界电缆选择最短路径返回所述充电站充电。
[0013]因此，本发明的自动行走设备导引系统可以实现自动行走设备沿最短路径返回充电站充电，不但节省能源，而且高效。
[0014]本发明还提供了一种自动行走设备导引方法，包括: