專利名稱：一種機(jī)器人行動區(qū)域設(shè)定系統(tǒng)及其設(shè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于智能機(jī)器的移動定位技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)器人行動區(qū)域設(shè)定系統(tǒng)及其設(shè)定方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的割草機(jī)即使自動化程度再高都需要人工對其行進(jìn)路線進(jìn)行調(diào)整、功耗大、 勞動強(qiáng)度高、且存在較大的噪音，不利與節(jié)約能源及勞動力，環(huán)保效果差。近年來出現(xiàn)了自動割草機(jī)器人，目的在于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自主割草。控制機(jī)器人自主割草必須首先解決如何設(shè)定割草機(jī)器人工作區(qū)域的問題，有效控制割草機(jī)器人在規(guī)定范圍內(nèi)活動，這是實(shí)現(xiàn)割草機(jī)器人自主割草的關(guān)鍵及難點(diǎn)。目前對于自動割草機(jī)區(qū)域設(shè)定方法的研究逐步增多，其中較為常用的是以圍線方式劃定割草機(jī)器人行動區(qū)域，由于現(xiàn)有的圍線方式存在布線相對復(fù)雜、靈活性差、功耗高等缺點(diǎn)，不適合復(fù)雜地形，局限性大。中國國家知識產(chǎn)權(quán)局于2008-03-19公開了專利號為“200710071374. 2”、名稱為
“一種機(jī)器人電子籬笆控制系統(tǒng)”的專利，針對現(xiàn)有機(jī)器人利用紅外線、超聲波、碰撞開關(guān)等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)指定范圍內(nèi)工作所存在的局限性，提出利用單片機(jī)和電磁場技術(shù)來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人自動導(dǎo)航、避障、檢測。但該專利的技術(shù)方案側(cè)重于解決機(jī)器人對其自身行動路徑的自動調(diào)整、控制，而對于如何設(shè)定機(jī)器人工作區(qū)域的問題卻沒有提出有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題就是提供一種機(jī)器人行動區(qū)域設(shè)定系統(tǒng)及其設(shè)定方法，具有布線簡單、可靠性高、功耗低的特點(diǎn)，使機(jī)器人能適應(yīng)復(fù)雜地形的作業(yè)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明首先提出了一種機(jī)器人行動區(qū)域設(shè)定系統(tǒng)，其特征在于包括信號發(fā)生源、由導(dǎo)線所圍成的行動區(qū)域以及磁感應(yīng)裝置；所述導(dǎo)線的兩端頭連接在信號發(fā)生源的信號輸出端上形成閉合回路，所述信號發(fā)生源可輸出變化電流使導(dǎo)線周圍區(qū)域形成變化磁場，所述磁感應(yīng)裝置安裝于機(jī)器人上用于感應(yīng)磁場信號。進(jìn)一步的，所述信號發(fā)生源包括串聯(lián)連接的電阻R與電容C，具有開關(guān)功能的電子元件I、電子元件II、電子元件III及電子元件IV ；電容C 一端串接電子元件I與電子元件 II，電子元件I與電子元件II并聯(lián)連接，電子元件I連接電源端VCC，電子元件II連接接地端⑶N ；電阻R —端串接電子元件III與電子元件IV，電子元件III與電子元件IV并聯(lián)連接，電子元件III連接接地端GDN，電子元件IV連接電源端VCC ；所述電子元件I、電子元件 II、電子元件III及電子元件IV均由一控制芯片控制開閉。進(jìn)一步的，電子元件I、電子元件III斷開時，電子元件II、電子元件IV處于閉合狀態(tài)；電子元件I、電子元件III閉合時，電子元件II、電子元件IV處于斷開狀態(tài)。進(jìn)一步的，所述磁感應(yīng)裝置內(nèi)設(shè)有信號放大單元以及與信號放大單元連接的濾波單元，所述濾波單元上連接有幅值采集單元及整形單元。感應(yīng)電動勢信號經(jīng)信號放大單元放大、濾波單元濾波后，由幅值采集單元完成幅值輸出，由整形單元整形后輸出具有交替高
4低電平的波形信號。為了進(jìn)一步解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提出了一種機(jī)器人行動區(qū)域設(shè)定方法， 其特征在于包括如下步驟1)信號發(fā)生源產(chǎn)生交替變換的正向電流與逆向電流，使導(dǎo)線兩側(cè)區(qū)域形成變化磁場，設(shè)定位于行動區(qū)域內(nèi)的磁場為內(nèi)磁場，位于行動區(qū)域外的磁場為外磁場，內(nèi)磁場與外磁場的方向始終相反；2)磁感應(yīng)裝置根據(jù)內(nèi)磁場與外磁場所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢信號輸出相應(yīng)幅值，該幅值反應(yīng)機(jī)器人離導(dǎo)線的距離；3)磁感應(yīng)裝置根據(jù)內(nèi)磁場與外磁場所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢信號輸出具有高電平與低電平交替的波形信號，行動區(qū)域內(nèi)輸出高電平時，行動區(qū)域外則輸出低電平，行動區(qū)域內(nèi)輸出低電平時，則行動區(qū)域外輸出高電平；該波形信號中高電平與低電平輸出時間的長短反應(yīng)機(jī)器人的相對于導(dǎo)線的位置，即機(jī)器人在行動區(qū)域內(nèi)或是在行動區(qū)域外。進(jìn)一步的，信號發(fā)生源控制導(dǎo)線中正向電流與逆向電流交替變換的方法如下1)電流經(jīng)電源端VCC、電子元件IV、導(dǎo)線2、電阻R、電容C、電子元件II流至接地端GDN，將上述電流設(shè)定為正向電流.；當(dāng)電子元件II、電子元件IV斷開，電子元件I、電子元件III閉合時，電流經(jīng)電源端VCC、電子元件I、電容C、電阻R、導(dǎo)線、電子元件III流至接地端⑶N，將上述電流設(shè)定為逆向電流；2)控制芯片控制電子元件II與電子元件IV斷開，電子元件I與電子元件III閉合，逆向電流對電容C充電；3)控制芯片控制電子元件I與電子元件III斷開，電子元件II與電子元件IV閉合，導(dǎo)線中產(chǎn)生正向電流，在保持正向電流的過程中，電容電壓不斷升高，使得通過電阻R 的正向電流不斷減小，即導(dǎo)線中的正向電流不斷減小；4)控制芯片控制電子元件II與電子元件IV斷開，電子元件I與電子元件III閉合，導(dǎo)線中產(chǎn)生逆向電流，在保持逆向電流的過程中，電容電壓不斷升高，使得通過電阻R 的逆向電流不斷減小。重復(fù)操作步驟2)-步驟4)，正向電流與逆向電流在導(dǎo)線中交替變換，從而使導(dǎo)線兩側(cè)區(qū)域形成變化磁場，該變化磁場在感應(yīng)電感上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢信號經(jīng)磁感應(yīng)裝置的放大、濾波、幅值采集后，其輸出的幅值反應(yīng)了機(jī)器人離導(dǎo)線的距離。由于導(dǎo)線上正向電流與逆向電流交替時間的不等性，造成高電平與低電平輸出時間不等，且內(nèi)磁場與外磁場的方向始終相反，故行動區(qū)域內(nèi)外高電平與低電平交替順序正好相反，行動區(qū)域內(nèi)輸出高電平時，行動區(qū)域外則輸出低電平，行動區(qū)域內(nèi)輸出低電平時，則行動區(qū)域外輸出高電平，因此可以根據(jù)整形輸出高電平與低電平時間的長短來判斷機(jī)器人的位置在行動區(qū)域外或是在行動區(qū)域內(nèi)。本發(fā)明的有益效果相比現(xiàn)有圍線方式，本發(fā)明利用磁場變化來獲取機(jī)器人的位置及距離信息，因此可以有效的設(shè)定割草機(jī)器人的工作區(qū)域，并實(shí)現(xiàn)割草機(jī)器人在劃定的行動區(qū)域內(nèi)自主割草，具有布線簡單、可靠性高、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，使割草機(jī)器人能適應(yīng)復(fù)雜地形的作業(yè)。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明圖1為本發(fā)明的行動區(qū)域設(shè)定圖；圖2為信號發(fā)生源的電路原理圖；圖3為信號發(fā)生源控制電流變化的一個實(shí)施例；圖4為磁感應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式參照圖1，本發(fā)明的機(jī)器人行動區(qū)域設(shè)定系統(tǒng)，包括信號發(fā)生源1、由導(dǎo)線2所圍成的行動區(qū)域3以及磁感應(yīng)裝置5 ；所述導(dǎo)線2的兩端頭連接在信號發(fā)生源1的信號輸出端上形成閉合回路，所述信號發(fā)生源1可輸出變化電流使導(dǎo)線2周圍區(qū)域形成變化磁場，所述磁感應(yīng)裝置5安裝于機(jī)器人4上用于感應(yīng)磁場信號。參照如2，信號發(fā)生源1包括串聯(lián)連接的電阻R與電容C ；具有開關(guān)功能的電子元件I、電子元件II、電子元件III及電子元件IV ；電容C 一端串接電子元件111與電子元件1112，電子元件111與電子元件1112并聯(lián)連接，電子元件111連接電源端VCC，電子元件 II12連接接地端GDN ；電阻R —端串接電子元件II113與電子元件IV14，電子元件II113與電子元件IV14并聯(lián)連接，電子元件III13連接接地端GDN，電子元件IV14連接電源端VCC ；所述電子元件111、電子元件1112、電子元件III13及電子元件IV14均由一控制芯片控制開閉。參照圖4，所述磁感應(yīng)裝置5內(nèi)設(shè)有信號放大單元51、濾波單元52、幅值采集單元 53及整形單元M。本發(fā)明所提出機(jī)器人行動區(qū)域設(shè)定方法，包括如下步驟1)信號發(fā)生源1產(chǎn)生交替變換的正向電流與逆向電流，使導(dǎo)線2兩側(cè)區(qū)域形成變化磁場，設(shè)定位于行動區(qū)域3內(nèi)的磁場為內(nèi)磁場，位于行動區(qū)域3外的磁場為外磁場，內(nèi)磁場與外磁場的方向始終相反；2)磁感應(yīng)裝置5根據(jù)內(nèi)磁場與外磁場所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢信號輸出相應(yīng)幅值，該幅值反應(yīng)機(jī)器人4離導(dǎo)線2的距離；3)磁感應(yīng)裝置5根據(jù)內(nèi)磁場與外磁場所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢信號輸出具有高電平與低電平交替的波形信號，行動區(qū)域3內(nèi)輸出高電平時，行動區(qū)域3外則輸出低電平，行動區(qū)域3內(nèi)輸出低電平時，則行動區(qū)域3外輸出高電平；該波形信號中高電平與低電平輸出時間的長短反應(yīng)機(jī)器人4的相對于導(dǎo)線2的位置，即機(jī)器人4在行動區(qū)域3內(nèi)或是在行動區(qū)域3外。信號發(fā)生源1控制導(dǎo)線2中正向電流與逆向電流交替變換的方法如下1)電流經(jīng)電源端VCC、電子元件IV14、導(dǎo)線2、電阻R、電容C、電子元件1112流至接地端⑶N，將上述電流設(shè)定為正向電流.；當(dāng)電子元件1112、電子元件IV14斷開，電子元件111、電子元件II113閉合時，電流經(jīng)電源端VCC、電子元件111、電容C、電阻R、導(dǎo)線2、電子元件III13流至接地端⑶N，將上述電流設(shè)定為逆向電流；2)控制芯片控制電子元件1112與電子元件IV14斷開，電子元件111與電子元件 III13閉合，逆向電流對電容C充電；3)控制芯片控制電子元件111與電子元件III13斷開，電子元件1112與電子元件IV14閉合，導(dǎo)線2中產(chǎn)生正向電流，在保持正向電流的過程中，電容電壓不斷升高，使得通過電阻R的正向電流不斷減小，即導(dǎo)線2中的正向電流不斷減??；4)控制芯片控制電子元件1112與電子元件IV14斷開，電子元件111與電子元件 III13閉合，導(dǎo)線2中產(chǎn)生逆向電流，在保持逆向電流的過程中，電容電壓不斷升高，使得通過電阻R的逆向電流不斷減小。下面通過一個具體的實(shí)施方式來解釋本發(fā)明的特點(diǎn)電子元件111、電子元件III13斷開時，電子元件1112、電子元件IV14閉合；電子元件111、電子元件II113閉合時，電子元件1112、電子元件IV14斷開；設(shè)定電子元件1112、 電子元件IV14的閉合時間為斷開時間的2倍；電子元件111、電子元件III13的斷開時間為閉合時間的2倍；電阻遠(yuǎn)離電容的一端設(shè)定一測試點(diǎn)Tl，電阻與電容之間設(shè)定一測試點(diǎn) T2，電容遠(yuǎn)離電阻的一端設(shè)定一測試點(diǎn)T3。1、當(dāng)電子元件1112、電子元件IV14斷開，電子元件111、電子元件III13閉合時， 逆向電流對電容C充電，測試點(diǎn)T3的電壓比測試點(diǎn)T2電壓高，此時測試點(diǎn)T3的電壓為Vl ；2、當(dāng)電子元件111、電子元件III13斷開，電子元件1112、電子元件IV14閉合的瞬間，測試點(diǎn)Tl電壓為VCC，因測試點(diǎn)T3連接接地端GND，故測試點(diǎn)T2的電壓為-VI，此時正向電流最大；在保持正向電流的過程中，電容電壓不斷升高，使得通過電阻R的正向電流不斷減小，在正向電流降至最低時，測試點(diǎn)T2的電壓比測試點(diǎn)T3的電壓高，此時測試點(diǎn)T2的電壓V2 ；3、當(dāng)電子元件1112、電子元件IV14再次斷開，電子元件111、電子元件III13再次閉合時，測試點(diǎn)Tl的電壓為零，因測試點(diǎn)T3連接電源端VCC，故此時測試點(diǎn)T2的電壓為 VCC+V2，逆向電流最大；在保持逆向電流的過程中，電容電壓不斷升高，使得通過電阻R的逆向電流不斷減小，在電子元件111、電子元件III13斷開，電子元件1112、電子元件IV14 閉合瞬間前，逆向電流降至最低。參照圖4重復(fù)操作上述三個步驟，電流在導(dǎo)線2中的方向不斷發(fā)生改變，以此在導(dǎo)線2兩側(cè)區(qū)域形成變化磁場，設(shè)定位于行動區(qū)域3內(nèi)的磁場為內(nèi)磁場，位于行動區(qū)域3外的磁場為外磁場，內(nèi)磁場與外磁場的方向始終相反，越靠近導(dǎo)線2，則內(nèi)磁場與外磁場的強(qiáng)度越大；該變化磁場在感應(yīng)電感上產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電動勢信號經(jīng)磁感應(yīng)裝置5的放大、 濾波、幅值采集后，其輸出的幅值反應(yīng)了機(jī)器人4離導(dǎo)線2的距離。由于導(dǎo)線2上正向電流與逆向電流交替時間的不等性，造成高電平與低電平輸出時間不等，且內(nèi)磁場與外磁場的方向始終相反，故行動區(qū)域3內(nèi)外高電平與低電平交替順序正好相反，行動區(qū)域3內(nèi)輸出高電平時，行動區(qū)域3外則輸出低電平，行動區(qū)域3內(nèi)輸出低電平時，則行動區(qū)域3外輸出高電平，因此可以根據(jù)整形輸出高電平與低電平時間的長短來判斷機(jī)器人4的位置在行動區(qū)域外或是在行動區(qū)域內(nèi)。得知機(jī)器人4的位置信息與距離信息后便能方便的控制機(jī)器人的行走路徑，使其在設(shè)定行動區(qū)域3內(nèi)作業(yè)，具有布線簡單、可靠性高、功耗低的特點(diǎn)，割草機(jī)器人能適應(yīng)復(fù)雜地形的作業(yè)。本發(fā)明所提供的機(jī)器人行動區(qū)域設(shè)定系統(tǒng)及其設(shè)定方法并不僅限于割草機(jī)器人上使用，類似的智能機(jī)械，如地面拋光機(jī)器人、擦玻璃機(jī)器人等都適用。通過上述技術(shù)內(nèi)容，本領(lǐng)域技術(shù)人員完全可以在不脫離本發(fā)明精神范圍的前提下進(jìn)行多種修改及變換， 只要不脫離本發(fā)明精神的修改及變換均應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求所定義的范圍。
權(quán)利要求
1.一種機(jī)器人行動區(qū)域設(shè)定系統(tǒng)，其特征在于包括信號發(fā)生源(1)、由導(dǎo)線(2)所圍成的行動區(qū)域(3)以及磁感應(yīng)裝置(5)；所述導(dǎo)線O)的兩端頭連接在信號發(fā)生源(1)的信號輸出端上形成閉合回路，所述信號發(fā)生源(1)可輸出變化電流使導(dǎo)線( 周圍區(qū)域形成變化磁場，所述磁感應(yīng)裝置( 安裝于機(jī)器人(4)上用于感應(yīng)磁場信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)器人行動區(qū)域設(shè)定系統(tǒng)，其特征在于所述信號發(fā)生源(1)包括串聯(lián)連接的電阻R與電容C，具有開關(guān)功能的電子元件1(11)、電子元件II (12)、 電子元件111(13)及電子元件IV(14)；電容C 一端串接電子元件I(Il)與電子元件11(12)， 電子元件I (11)與電子元件11(12)并聯(lián)連接，電子元件I (11)連接電源端VCC，電子元件 II (12)連接接地端⑶N ；電阻R —端串接電子元件III (13)與電子元件IV(14)，電子元件 111(13)與電子元件IV(14)并聯(lián)連接，電子元件III (13)連接接地端GDN，電子元件IV(14) 連接電源端VCC ；所述電子元件I (11)、電子元件II (12)、電子元件III (13)及電子元件 IV(14)均由一控制芯片(15)控制開閉。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種機(jī)器人行動區(qū)域設(shè)定系統(tǒng)，其特征在于電子元件 I (11)、電子元件III (13)斷開時，電子元件II (12)、電子元件IV(14)處于閉合狀態(tài)；電子元件I (11)、電子元件III (13)閉合時，電子元件II (12)、電子元件IV(14)處于斷開狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種機(jī)器人行動區(qū)域設(shè)定系統(tǒng)，其特征在于所述磁感應(yīng)裝置(5)內(nèi)設(shè)有信號放大單元(51)以及與信號放大單元(51)連接的濾波單元(52)， 所述濾波單元(5 上連接有幅值采集單元(5 及整形單元(54)。
5.一種機(jī)器人行動區(qū)域設(shè)定方法，其特征在于包括如下步驟1)信號發(fā)生源(1)產(chǎn)生交替變換的正向電流與逆向電流，使導(dǎo)線( 兩側(cè)區(qū)域形成變化磁場，設(shè)定位于行動區(qū)域(3)內(nèi)的磁場為內(nèi)磁場，位于行動區(qū)域C3)外的磁場為外磁場， 內(nèi)磁場與外磁場的方向始終相反；2)磁感應(yīng)裝置( 根據(jù)內(nèi)磁場與外磁場所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢信號輸出相應(yīng)幅值，該幅值反應(yīng)機(jī)器人(4)離導(dǎo)線O)的距離；3)磁感應(yīng)裝置( 根據(jù)內(nèi)磁場與外磁場所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢信號輸出具有高電平與低電平交替的波形信號，行動區(qū)域(3)內(nèi)輸出高電平時，行動區(qū)域C3)外則輸出低電平，行動區(qū)域⑶內(nèi)輸出低電平時，則行動區(qū)域⑶外輸出高電平；該波形信號中高電平與低電平輸出時間的長短反應(yīng)機(jī)器人的相對于導(dǎo)線O)的位置，即機(jī)器人(4)在行動區(qū)域(3) 內(nèi)或是在行動區(qū)域⑶夕卜。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種機(jī)器人行動區(qū)域設(shè)定方法，其特征在于信號發(fā)生源(1) 控制導(dǎo)線O)中正向電流與逆向電流交替變換的方法如下1)電流經(jīng)電源端VCC、電子元件IV(14)、導(dǎo)線(2)2、電阻R、電容C、電子元件II (12)流至接地端GDN，將上述電流設(shè)定為正向電流.；當(dāng)電子元件11(12)、電子元件IV(14)斷開， 電子元件I (11)、電子元件III (13)閉合時，電流經(jīng)電源端VCC、電子元件I (11)、電容C、電阻R、導(dǎo)線O)、電子元件111(13)流至接地端GDN，將上述電流設(shè)定為逆向電流；2)控制芯片(15)控制電子元件II(12)與電子元件IV(14)斷開，電子元件I (11)與電子元件111(13)閉合，逆向電流對電容C充電；3)控制芯片(15)控制電子元件I(11)與電子元件111(13)斷開，電子元件II (12)與電子元件IV(14)閉合，導(dǎo)線(2)中產(chǎn)生正向電流，在保持正向電流的過程中，電容電壓不斷升高，使得通過電阻R的正向電流不斷減小，即導(dǎo)線O)中的正向電流不斷減??；4)控制芯片(15)控制電子元件II (12)與電子元件IV(14)斷開，電子元件I (11)與電子元件111(13)閉合，導(dǎo)線O)中產(chǎn)生逆向電流，在保持逆向電流的過程中，電容電壓不斷升高，使得通過電阻R的逆向電流不斷減小。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種機(jī)器人行動區(qū)域設(shè)定系統(tǒng)及其設(shè)定方法，設(shè)定系統(tǒng)包括信號發(fā)生源、由導(dǎo)線所圍成的行動區(qū)域以及磁感應(yīng)裝置；所述導(dǎo)線的兩端頭連接在信號發(fā)生源的信號輸出端上形成閉合回路，所述信號發(fā)生源可輸出變化電流使導(dǎo)線周圍區(qū)域形成變化磁場，所述磁感應(yīng)裝置安裝于機(jī)器人上用于感應(yīng)磁場信號。相比現(xiàn)有圍線方式，本發(fā)明利用磁場變化來獲取機(jī)器人的位置及距離信息，因此可以有效的設(shè)定割草機(jī)器人的工作區(qū)域，并實(shí)現(xiàn)割草機(jī)器人在劃定的行動區(qū)域內(nèi)自主割草，具有布線簡單、可靠性高、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，使割草機(jī)器人能適應(yīng)復(fù)雜地形的作業(yè)。
文檔編號G05D1/02GK102169345SQ201110032088
公開日2011年8月31日 申請日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者錢興桂 申請人:浙江亞特電器有限公司