自動工作系統及其控制方法
【專利摘要】本發明涉及自動工作系統的控制方法,所述控制方法包括如下步驟:信號發生裝置生成基帶信號和載波信號;通過基帶信號對載波信號進行相位調制后生成邊界信號,邊界信號經邊界線傳輸時生成電磁場;自動行走設備檢測電磁場生成檢測信號,對檢測信號進行處理生成處理信號;識別處理信號的相位,根據識別結果判斷自動行走設備是否處于邊界線圍成的工作區域內。本發明還涉及一種執行上述控制方法的自動工作系統。所述控制方法及自動工作系統具有較強的抗電機干擾和抗相鄰干擾的能力。
【專利說明】自動工作系統及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種自動工作系統,特別是一種控制自動行走設備在工作區域內工作的系統。
[0002]本發明涉及一種控制方法,特別是一種控制自動行走設備在工作區域內工作的控制方法。
【背景技術】
[0003]隨著科學技術的發展,智能的自動行走設備為人們所熟知,由于自動行走設備可以自動預先設置的程序執行預先設置的相關任務,無須人為的操作與干預,因此在工業應用及家居產品上的應用非常廣泛。工業上的應用如執行各種功能的機器人,家居產品上的應用如割草機、吸塵器等,這些智能的自動行走設備極大地節省了人們的時間,給工業生產及家居生活都帶來了極大的便利。
[0004]為保證上述自動行走設備在預設的工作范圍內工作,通常采用自動工作系統對自動行走設備的工作范圍進行控制。自動工作系統包括鋪設在地表的邊界線,與邊界線連接的信號發生裝置,自動行走設備上的信號檢測單元以及對信號進行處理并控制自動行走設備行走路徑的控制單元。信號發生裝置發送的邊界信號流經邊界線時,產生以邊界線為中心向四周逐漸減弱的電磁場,即靠近邊界線的位置電磁場強度強,遠離邊界線的位置電磁場強度弱,自動行走設備上的信號檢測單元將其所處位置處的電磁場轉換為相應的電信號傳遞給控制單元,控制單元根據其傳遞的電信號確認其離邊界線的遠近,從而控制自動行走設備的在接近邊界線時及時控制自動行走設備轉換行走方向,防止自動行走設備行走至邊界線外,從而使自動行走設備始終在邊界線內工作。雖然上述方案可以準確地判斷自動行走設備與邊界線的距離,但無法判斷自動行走設備處于邊界線內還是邊界線外,當自動行走設備由于意外,導致其滑移到邊界線外時,控制單元判斷自動行走設備接近邊界線時,同樣會控制自動行走設備向遠離邊界線的方向行走,當自動行走設備行走至電磁場很弱的位置時,自動行走設備停止行走,而使其永遠停留在了邊界線外,無法正常工作。
[0005]隨著技術的進一步發展,如何識別自動行走設備相對邊界線內外的問題已經得到初步解決。但由于來自相鄰自動工作系統的邊界信號、本系統內的電機信號以及環境中存在的噪音信號的干擾,使得目前已有的自動工作系統容易出現錯誤判斷的問題。為使得自動工作系統可以準確地識別自動行走設備相對邊界線的內外,必須設計一種能夠有效排除上述各類信號對邊界信號進行干擾的系統。
【發明內容】
[0006]本發明解決的技術問題為:提供一種能夠排除干擾信號的自動工作系統及控制方法。
[0007]為解決上述技術問題,本發明的技術方案是:一種自動工作系統的控制方法,所述控制方法包括如下步驟:信號發生裝置生成基帶信號和載波信號;通過基帶信號對載波信號進行相位調制后生成邊界信號,邊界信號經邊界線傳輸時生成電磁場;自動行走設備檢測電磁場生成檢測信號,對檢測信號進行處理生成處理信號;識別處理信號的相位,根據識別結果判斷自動行走設備是否處于邊界線圍成的工作區域內。
[0008]優選地,對檢測信號進行處理的步驟進一步包括以下步驟:對檢測信號進行相位解調。
[0009]優選地,基帶信號對載波信號進行相位調制的方式為移相鍵控;對檢測信號進行相位解調的方式為相干解調。
[0010]優選地,基帶信號對載波信號進行移相鍵控的步驟包括,基帶信號對載波信號進行移相鍵控的步驟包括,當基帶信號的幅值為低電平時,輸出與載波信號同相的邊界信號,當基帶信號的幅值為高電平時,輸出與載波信號相位相差H的邊界信號;對檢測信號進行相干解調的步驟包括,當檢測信號的相位與相干信號的相位相同時,輸出低電平的基帶信號,當檢測信號的相位與相干信號的相位相差H時,輸出高電平的基帶信號。
[0011]優選地,識別處理信號的相位的步驟包括識別處理信號出現高電平信號及低電平信號的持續時間,根據高電平信號及低電平信號的持續時間的比例識別處理信號的相位。
[0012]優選地,基帶信號為間歇性信號,載波信號為連續信號。
[0013]優選地,基帶信號為方波信號,載波信號為正弦波信號。
[0014]優選地,信號發生裝置生成的載波信號具有預設頻率;自動行走設備具有預設工作參數,在預設工作參數下工作時,自動行走設備具有以預設頻率為中心頻率的帶通濾波功能,濾除預設頻率以外的信號。
[0015]優選地,信號發生裝置根據手動輸入的信號設定預設頻率。
[0016]優選地,信號發生裝置根據預設頻率生成相應的通信信號發送給自動行走設備,自動行走設備根據信號發生裝置發送的通信信號設定預設工作參數。
[0017]優選地,信號發生裝置根據自動行走設備發送的通信信號進行設定預設頻率。
[0018]優選地,自動行走設備識別檢測的電磁場具有的頻率,選擇與識別的頻率不同的頻率,將選擇的頻率以通信信號的形式發送給信號發生裝置。
[0019]優選地,自動行走設備記錄繞邊界線行走一圈的過程中識別的頻率,選擇與記錄的頻率不同的頻率。
[0020]優選地,自動行走設備根據選擇的頻率設定預設工作參數。
[0021]為解決上述技術問題,本發明還提供的技術方案是:一種自動工作系統,包括,信號發生裝置,生成基帶信號和載波信號;相位調制模塊,通過基帶信號對載波信號進行相位調制生成邊界信號,并向外發送;邊界線,規劃自動行走設備的工作區域,與所述相位調制模塊電性連接,傳輸所述邊界信號,并生成電磁場;自動行走設備,按照預設的程式在所述工作區域內工作;檢測單元,設置于自動行走設備,檢測環境中存在的電磁場并轉換為相應的檢測信號;處理單元,接收檢測單元的檢測信號,并生成處理信號;控制單元,接收處理單元生成的處理信號,識別處理信號的相位,根據識別結果判斷自動行走設備是否處于工作區域內。
[0022]優選的,所述處理單元進一步包括相位解調模塊,所述相位解調模塊對檢測信號進行相位解調。
[0023]優選的,所述相位調制模塊根據基帶信號的幅值控制載波信號的起始相位;所述相位解調模塊進一步包括生成相干信號的相干信號發生單元,相位解調模塊根據輸入信號與載波信號的相位差,還原基帶信號。
[0024]優選的,當基帶信號的幅值為高電平時,相位調制模塊輸出的信號與載波信號的相位相差η,當基帶信號的幅值為低電平時,相位調制模塊輸出的信號與載波信號的相位相差;當相位解調模塊接收的輸入信號的相位與相干信號的相位相差為η時,相位解調模塊輸出高電平的信號,當相位解調模塊接收的輸入信號的相位與相干信號的相位相差為零時,相位解調模塊輸出低電平的信號。
[0025]優選的,控制單元接收相位解調模塊輸出的高電平信號和低電平信號,根據高電平信號和低電平信號的持續時間的比例識別處理信號的相位。
[0026]優選的,基帶信號為間歇性信號,載波信號為連續信號。
[0027]優選的,基帶信號為方波信號,載波信號為正弦波信號。
[0028]優選的,所述信號發生裝置包括第一頻率選擇單元,所述信號發生裝置根據第一頻率選擇單元設定的預設頻率生成具有預設頻率的載波信號;處理單元包括濾頻組件,濾頻組件工作在預設工作參數下工作時,具有以預設頻率為中心頻率的帶通濾波功能,濾除具有不同于預設頻率的頻率的信號。
[0029]優選的,所述第一頻率選擇單元包括人機交互界面,根據手動操作人機交互界面的輸入信號設定所述預設頻率。
[0030]優選的,所述第一頻率選擇單元將設定的預設頻率以通信信號的形式發送給濾頻組件,濾頻組件根據第一頻率選擇單元發送的通信信號設定預設工作參數。
[0031]優選的,所述第一頻率選擇單元根據處理單元發送的通信信號設定預設頻率。
[0032]優選的,處理單元包括第二頻率選擇單元,第二頻率選擇單元識別檢測信號具有的頻率,選擇與識別的頻率不同的頻率,將選擇的頻率以通信信號的形式發送給相位調制模塊。
[0033]優選的,第二頻率選擇單元記錄自動行走設備繞邊界線行走一圈的過程中識別的頻率,選擇與記錄的頻率不同的頻率。
[0034]優選的,第二頻率選擇單元將選擇的頻率以通信信號的形式發送給濾頻組件,濾頻組件根據通信信號設定預設工作參數。
[0035]本發明的有益效果為:由于通過識別信號的絕對相位即可識別自動行走設備相對邊界線的內外,使得無需在自動工作系統工作之初同步自動行走設備與信號發生裝置之間的工作。同時,由于信號發生裝置發送的邊界信號具有特定的頻率,且檢測信號經處理單元處理后,濾除掉其他頻率的信號,僅保留具有預設頻率的信號,使得自動工作系統有效抵抗其他頻率的信號對本系統的干擾。此外,由于信號發生裝置發送的邊界信號為經過相位調制的信號,處理單元對檢測信號進行解調后還原為與基帶信號對應的處理信號,使得自動工作系統能有效抵抗環境干擾和電機干擾,進一步提高本系統的抗干擾能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036]以上所述的本發明解決的技術問題、技術方案以及有益效果可以通過下面的能夠實現本發明的較佳的具體實施例的詳細描述,同時結合附圖描述而清楚地獲得。
[0037]附圖以及說明書中的相同的標號和符號用于代表相同的或者等同的元件。[0038]圖1是本發明一較佳實施方式的自動工作系統的示意圖;
[0039]圖2是圖1所示自動工作系統的第一較佳實施方式的自動行走設備的示意圖;
[0040]圖3是圖1所示自動工作系統的第二較佳實施方式的自動行走設備的示意圖;
[0041]圖4是本發明第二較佳實施方式下,自動行走設備處于工作區域內的信號形式示意圖;
[0042]圖5是本發明第二較佳實施方式下,自動行走設備處于工作區域外的信號形式示意圖;
[0043]圖6是圖1所示自動工作系統的第三較佳實施方式的信號發生裝置的示意圖;
[0044]圖7是圖1所示自動工作系統的第三較佳實施方式的自動行走設備的示意圖;
[0045]圖8是圖1所示自動工作系統的第四較佳實施方式的信號發生裝置的示意圖;
[0046]圖9是圖1所示自動工作系統的第四較佳實施方式的自動行走設備的示意圖;
[0047]圖10是本發明第四較佳實施方式下,自動行走設備處于工作區域內的信號形式示意圖;
[0048]圖11是本發明第四較佳實施方式下,自動行走設備處于工作區域外的信號形式示意圖;
[0049]圖12是圖1所示自動工作系統的第五較佳實施方式的信號發生裝置的示意圖;
[0050]圖13是圖1所示自動工作系統的第五較佳實施方式的自動行走設備的示意圖;
[0051]圖14是圖1所示自動工作系統的第五較佳實施方式的工作流程圖。
[0052]2自動行走設備28相位解調模塊
[0053]3邊界線30第二頻率選擇單元
[0054]4作區域201第一濾頻器
[0055]5非工作區域202第二濾頻器
[0056]6信號發生裝置203第三濾頻器
[0057]7電磁場204第四濾頻器
[0058]8檢測單元205第五濾頻器
[0059]9處理單元261反相器
[0060]14第一幅值測量單元262模擬開關
[0061]16第二幅值測量單元263相加器
[0062]18中央控制單元281相干信號發生單元
[0063]20濾頻組件282乘法器
[0064]24第一頻率選擇單元283低通濾波器
[0065]26相位調制模塊
【具體實施方式】
[0066]有關本發明的詳細說明和技術內容,配合【專利附圖】
【附圖說明】如下,然而所附附圖僅提供參考與說明,并非用來對本發明加以限制。
[0067]圖1所示的自動工作系統包括信號發生裝置6、自動行走設備2、邊界線3,且信號發生裝置6與邊界線3電性連接。信號發生裝置6產生預設邊界信號SC發送給邊界線3,預設邊界信號SC流經邊界線3時產生電磁場7。邊界線3用于將特定區域劃分為內外兩個區域,其中位于邊界線3內為工作區域4,位于邊界線3外的為非工作區域5。自動行走設備2進一步包括檢測單元8、處理單元9以及控制單元11。檢測單元8用于檢測所述電磁場7,并生成檢測信號。處理單元9接收所述檢測信號,并根據所述檢測信號生成處理信號。控制單元11接收處理單元9生成的處理信號,識別處理信號的相位,根據識別結果判斷自動行走設備2是否處于工作區域4內。本領域技術人員可以理解的是,處理單元9和控制單元11也可以設置在自動行走設備2以外的地方,此時處理單元9與檢測單元8之間,以及處理單元9與控制單元11之間可以通過有線方式傳遞信號,也可以通過無線方式傳遞信號。
[0068]以下,結合圖2及圖3具體說明如何根據相位識別自動行走設備2是否處于工作區域4中。
[0069]如圖2所示為本發明的第一較佳實施方式。控制單元11包括與處理單元9電性連接的第一幅值測量單元14和第二幅值測量單元16。第一幅值測量單元14和第二幅值測量單元16分別用于測量處理信號的第一幅值與第二幅值是否出現,并在第一幅值與第二幅值出現時輸出代表其出現的信號至中央控制單元18。其中,第一幅值測量單元14與第二幅值測量單元16測量不同的幅值。中央控制單元18根據第一幅值測量單元14和第二幅值測量單元16輸出代表相應幅值信號出現的持續時間,計算第一幅值測量單元14和第二幅值測量單元16輸出信號的持續時間的比例,識別出與第一幅值及第二幅值對應的相位出現的時間比例,識別處理信號的相位,并將識別結果與預先存儲的代表自動行走設備2相對工作區域4的內外的時間比例相比較,從而判斷自動行走設備2相對工作區域4的內外。
[0070]本實施方式中,邊界信號為非連續信號。優選為方波信號或正弦波信號。
[0071]當邊界信號為方波信號時,方波信號包括為正值和負值的兩部分,且該兩部分的持續時間不同。此時,將第一幅值測量單元14設置為測量幅值為正的部分,并在幅值為正的部分出現時,持續輸出信號;第二幅值測量單元16設置為測量幅值為負的部分,并在幅值為負的部分出現時,持續輸出信號。若邊界信號的負幅值部分的時間短于正幅值部分的時間時,且中央控制單元18檢測到第一幅值測量單元14輸出信號的持續時間長于第二幅值測量單元16輸出信號的持續時間,則判斷正向方波對應的時間與負向方波對應的時間的比值大于I,從而識別出經處理單元9輸出的處理信號的相位與邊界信號的相位相同,識別出自動行走設備2處于工作區域4內。反之,若邊界信號的負幅值部分的時間短于正幅值部分的時間時,且中央控制單元18檢測到第一幅值測量單元14輸出信號的持續時間短于第二幅值測量單元16輸出信號的持續時間,則判斷正向方波對應的時間與負向方波對應的時間的比值小于1,從而識別出經處理單元9輸出的處理信號的相位與邊界信號的相位相反,識別出自動行走設備2處于工作區域4外。
[0072]當邊界信號為正弦信號時,正弦信號的兩部分的頻率不同,該兩部分分別為:正弦信號幅值為正的部分與幅值為負的部分。該兩部分的頻率不同,使得一個正弦信號從相位為零到相位為2 π的變化過程中,幅值為正的部分與幅值為負的部分出現的時間長度不同。根據與邊界信號為方波信號的識別方法,同樣可以根據第一幅值測量單元14輸出信號的持續時間與第二幅值測量單元16輸出信號的持續時間的比例來判斷處理信號與邊界信號的相位相同或相反,從而識別出自動行走設備2處于工作區域4內或外。在此不再贅述。[0073]如圖3所示為本發明的第二較佳實施方式。控制單元11包括與處理單元9電性連接的第一幅值測量單元14和第二幅值測量單元16。第一幅值測量單元14和第二幅值測量單元16分別用于測量處理信號的第一幅值與第二幅值是否出現,并在第一幅值與第二幅值出現時輸出代表其出現的信號至中央控制單元18。其中,第一幅值測量單元14與第二幅值測量單元16測量不同的幅值。與第一較佳實施方式不同的是,中央控制單元18不再根據第一幅值測量單元14和第二幅值測量單元16輸出代表相應幅值信號出現的持續時間,計算與兩個特定幅值相對應的特定相位出現的時間比例來識別相位,而是根據第一幅值測量單元14和第二幅值測量單元16輸出代表相應幅值信號出現的時間先后,識別處理信號的相位,并將識別結果與預先存儲的代表自動行走設備2相對工作區域4的內外的相位值相比較,從而判斷自動行走設備2相對工作區域4的內外。
[0074]實現第一幅值測量單元14和第二幅值測量單元16功能的結構有多種,以下以第一幅值測量單元14設置為第一比較器,第二幅值測量單元16設置為第二比較器,邊界信號SC為間歇性的正弦信號為例,結合圖4及圖5,具體說明第二較佳實施方式的識別過程。
[0075]第一比較器的負極輸入端具有第一基準電壓,第二比較器的負極輸入端具有第二基準電壓。處理信號分為兩路,分別輸入至第一比較器和第二比較器的正極輸入端。若處理信號的幅值高于第一基準電壓,則第一比較器輸出電平為高;反之,若處理信號的幅值低于第一基準電壓,則第一比較器的輸出電平為低。對于第二比較器而言,若處理信號的幅值高于第二基準電壓,則第二比較器輸出電平為高;反之,若處理信號的幅值低于第二基準電壓,則第二比較器的輸出電平為低。如圖4和圖5分別顯示出了,自動行走設備2位于工作區域4和位于非工作區域5時,處理信號SC’和處理信號SC’經第一比較器和第二比較器后的輸出信號SH和SL。其中,圖示中的RH和RL分別代表了第一基準電壓RH和第二基準電壓RL。且由圖4可知,當自動行走設備2處于工作區域4以內時,處理信號SC’與邊界信號SC的相位相同,且信號SH出現高電平的時間早于信號SL出現低電平的時間。由圖5可知,當自動行走設備2處于工作區域4以外時,處理信號SC’與邊界信號SC的相位相反,且信號SH出現高電平的時間滯后于信號SL出現低電平的時間。
[0076]中央控制單元18接收到第一比較器和第二比較器的輸出信號后,比較第一比較器與第二比較器輸出高低電平的時間先后,即處理信號的第一幅值與第二幅值出現的時間順序,識別處理信號的相位,并將識別結果與預先存儲的代表自動行走設備2相對工作區域4的內外的相位值相比較,從而判斷自動行走設備2相對工作區域4的內外。具體地,中央控制單元18接收到信號SH和信號SL后,若識別出信號SH出現高電平的時間早于信號SL出現低電平的時間,則判斷處理信號SC’的相位與邊界信號SC的相位相同,進而判斷自動行走設備2處于工作區域4以內;反之,若識別出信號SH出現高電平的時間滯后信號SL出現低電平的時間,則判斷處理信號SC’的相位與邊界信號SC的相位相反,進而判斷自動行走設備2處于工作區域4以外。
[0077]作為對第一實施方式和第二實施方式的改進,本發明提出第三實施方式。改進點在于,在第三實施方式中,信號發生裝置6發送的邊界信號為具有預設頻率的信號。處理單元9在對信號進行處理時,濾除掉其他頻率的信號,而僅保留預設頻率的信號。上述改進使得自動行走設備2可以排除其他頻率的邊界信號對其工作的干擾。
[0078]如圖6所示,信號發生裝置6包含第一頻率選擇單元24,用于設定預設頻率。處理單元9包括濾頻組件20,用于濾除掉其他頻率的信號,而僅保留預設頻率的信號。所述預設頻率可以由操作者手動設定,也可以由自動工作系統自動設定,還可以由自動工作系統在初始化時隨機生成。
[0079]預設頻率由操作者手動設定時,信號發生裝置6設置的第一頻率選擇單元24包含人機界面。該人機交互界面可以是觸摸屏、按鈕、按鍵、語音等多種形式。操作者通過第一頻率選擇單元24輸入其欲設置的預設頻率值。在操作者完成上述設定后,需對應地設定濾頻組件20的工作參數,以使在預設工作參數下工作的濾頻組件20能濾除預設頻率以外的其他頻率的信號,從而排除其他頻率信號對自動行走設備2的工作的影響。
[0080]設定濾頻組件20的工作參數的方法有多種,可以手動設定預設工作參數,也可以由自動工作系統自動設定預設工作參數。當由手動設定預設工作參數時,濾頻組件20進一步包括人機交互界面。操作者通過人機交互界面設定與預設頻率相對應的工作參數。當預設工作參數由自動工作系統自動設定時,第一頻率選擇單元20在操作者輸入預設頻率值后,發送與預設頻率對應的通信信號給濾頻組件20,濾頻組件20根據接收到的通信信號設定預設工作參數,并在預設工作參數下工作。在預設工作參數下工作的濾頻組件20具有以預設頻率為中心頻率的帶通濾波功能,可濾除預設頻率以外的其他頻率的信號,從而排除其他頻率信號對自動行走設備2的工作的影響。
[0081]如前所述,預設頻率還可以由自動工作系統自動設定。以下結合圖7詳細介紹,預設頻率由自動工作系統自動設定的實施方式。
[0082]處理單元9包括濾頻組件20和第二頻率選擇單元30。第二頻率選擇單元30用于識別檢測單元8傳遞的信號包含的頻率種類,并將識別的結果與預先存儲的頻率族相比較,從中選擇出與識別結果不同的頻率種類,同時根據選擇的頻率種類生成相應的通信信號傳遞給信號發生裝置6內的第一頻率選擇單元24和濾頻組件20。第一頻率選擇單元24根據第二頻率選擇單元30發送的通信信號設定預設頻率,從而使得信號發生裝置6發送的邊界信號的頻率不同于環境中已經存在的信號的頻率。濾頻組件20根據通信信號設定濾頻組件20的工作參數,使得在預設工作參數下工作的濾頻組件20具有以預設頻率為中心頻率的帶通濾波功能,濾除預設頻率以外的其他信號,保留具有預設頻率的信號,從而避免其他頻率的信號對本系統的干擾。第二頻率選擇單元30內預先存儲的頻率族包含有多種頻率值。優選地,頻率族包括5種供選擇的不同頻率,因為通過5種不同的頻率即可為所有的相鄰系統分配不同的頻率,從而將相鄰系統的邊界信號相互區分。
[0083]為保證自動行走設備2選擇的頻率種類與所有相鄰的自動工作系統發送的邊界信號的頻率種類不同,優選的,自動行走設備2沿邊界線3行走一周,第二頻率選擇單元30記錄在整個行走過程中濾頻組件2識別到的頻率種類,根據記錄的頻率種類選擇不同于記錄的頻率種類的預設頻率。從而使得預設頻率不同于自動工作系統整個工作區域范圍內存在的頻率種類。在自動行走設備2沿邊界線3行走一周的過程中,檢測單元8持續檢測環境中存在的信號,并將檢測信號傳遞給處理單元9的第二頻率選擇單元30。第二頻率選擇單元30在自動行走設備2的整個行走過程中,持續識別接收到的檢測信號具有的頻率種類,并將識別到的頻率種類記錄下來。在自動行走設備2沿邊界線3行走一周終了后,第二頻率選擇單元30將所有記錄的頻率種類與預先存儲的頻率族進行比較,從中選擇出與記錄的頻率種類不同的頻率。第二頻率選擇單元30根據選擇的頻率種類生成相應的通信信號傳遞給信號發生裝置6內的第一頻率選擇單元24和濾頻組件20。
[0084]優選的,可以將第二頻率選擇單元30功能整合至濾頻組件20中,而省略第二頻率選擇單元30,從而降低成本。此時濾頻組件20包括工作模式和識別模式。在識別模式下,濾頻組件20用于識別環境信號的頻率,并將識別的結果與預先存儲的頻率族相比較,從中選擇出與識別結果不同的頻率種類,同時根據選擇的頻率種類生成相應的通信信號傳遞給第一頻率選擇單元24,以及設定工作模式下的預設工作參數。在工作模式下,濾頻組件20在預設工作參數下工作,濾除預設頻率以外的信號。優選地,濾頻組件20進一步包括第一濾頻器201,第二濾頻器202,第三濾頻器203,第四濾頻器204,以及第五濾頻器205。該5個濾頻器可以為模擬電路組成的濾頻電路,也可以為具有特定頻率選擇功能的專用芯片,如LM567。識別模式下,上述5個濾頻器均處于工作狀態,分別用于篩選具有特定頻率的信號,并記錄是否有信號輸出。若濾頻器沒有信號輸出,則說明環境中沒有該種頻率的信號;反之,濾頻器有信號輸出,則表明環境中已經存在該種頻率的信號。濾頻組件20判斷上述5個濾頻器是否輸出信號,并識別沒有信號輸出的濾頻器所代表的頻率種類,即識別尚未存在于環境中的頻率種類。濾頻組件20按照一定的規律,從尚未存在于環境的頻率種類中,選擇其中一種,并將選擇結果以通信信號的形式發送給信號發生裝置6的第一頻率選擇單元24。濾頻組件20同時根據預設頻率設定上述5個濾頻器中,工作模式下仍處于工作狀態的濾頻器,并控制其他未被選擇的濾頻器處于非工作狀態。
[0085]作為對第一實施方式和第二實施方式的改進,本發明提出第四實施方式。改進點在于,在第四實施方式中,信號發生裝置6發送的邊界信號為經過相位調制的信號。改進方案的優點在于,經過相位調制的邊界信號,可以更有效避除環境信號的干擾,特別是其他自動行走設備及自動行走設備內設置的馬達的信號的干擾;同時,由于信號采取的是相位調制方案,使得自動行走設備2在整個工作過程中,無需關心邊界信號的幅度大小,僅需關心邊界信號的相位,從而避免因自動行走設備距離邊界線的遠近,以及自動行走設備內相關電子元件的誤差導致對幅度識別不準確等因素帶來的誤判斷。
[0086]如圖8所示,信號發生裝置6包括相位調制模塊26。信號發生裝置6生成基帶信號和載波信號,相位調制模塊26通過基帶信號對載波信號進行相位調制生成邊界信號,并向外發送給邊界線3。優選的,基帶信號為數字信號,載波信號為模擬信號。基帶信號可以為連續信號或非連續信號。當基帶信號為連續信號時,其包括具有第一幅值的第一部分和具有第二幅值的第二部分。優選的,第一部分與第二部分出現的時間長度不相同。優選的,第一幅值為高電平,第二幅值為低電平。第二載波信號可以為連續信號,也可以為非連續信號。
[0087]相位調制的方法為載波信號的相位相對參考相位的偏離值隨調制信號的瞬時值成比例變化。其中,參考相位可以為絕對相位值,也可以為前一碼元的相位值。參考相位設置為絕對相位值時,此種調制方式稱為移相鍵控(PSK);參考相位為前一碼元的相位值時,此種調制方式稱為差分移相鍵控(DPSK)。優選的,本實施方式中,將相位調制方式設置為移相鍵控(PSK)。
[0088]結合本實施方式的相位調制方法,相位調制模塊26進一步包括反相器261、模擬開關262、相加器263。反相器261具有使輸出信號與輸入信號相位相差π的功能。載波信號分為兩路,一路直接輸入給模擬開關262,另一路經反相器261后輸入給模擬開關。模擬開關262包括三路輸入及兩路輸出,其中第一路輸入為載波信號,第二路輸入為反相器261的輸出,第三路輸入為基帶信號,第一路輸出信號與第一路輸入信號相同,第二路輸出與第二路輸入信號相同。模擬開關262根據基帶信號的高低電平控制第一路輸出與第二路輸出是否輸出信號。具體地,當基帶信號為高電平時,模擬開關262控制第二路輸出輸出信號,此時模擬開關的輸出信號為反相器261的輸出信號,即與載波信號相位相差π的信號;反之,當基帶信號為低電平時,模擬開關262控制第一路輸出輸出信號,此時模擬開關的輸出信號為未經反相器261的信號,即與載波信號相位相差零的信號。相加器263接收模擬開關262的兩路輸出信號,并將兩路信號進行擬合生成邊界信號發送給邊界線3。基于上述操作,當輸入至模擬開關262的基帶信號為低電平信號時,經調制的邊界信號與載波信號的相位相同;反之,當輸入至模擬開關262的基帶信號為高電平信號時,經調制的邊界信號與載波信號的相位相差31,即相位相反。
[0089]如圖9所示,處理單元9進一步包括相位解調模塊28。相位解調模塊28將檢測單元8傳遞的檢測信號進行解調,還原為基帶信號。由于本實施方式的相位調制方式為移相鍵控,因此相位解調方式為相干解調。基于此種解調方式,相位解調模塊28進一步包括相干信號發生單元281、乘法器282、低通濾波器283。相干信號發生單元281生成具有與載波信號同頻同相的相干信號。乘法器282包含兩路輸入,第一路輸入為相干信號,第二路輸入為檢測信號。乘法器282將兩路輸入相乘后得到的信號輸出給低通濾波器283,經低通濾波器283過濾后還原出基帶信號。基于上述操作,當輸入至乘法器282的信號與相干信號,即載波信號的相位相同時,還原出的基帶信號為低電平信號;反之,當輸入至乘法器282的信號與相干信號,即載波信號的相位相差η時,還原出的基帶信號為高電平信號。
[0090]低通濾波器283進一步將還原出的基帶信號傳遞給控制單元11。控制單元11接收到基帶信號后,根據基帶信號傳遞的相位信息,識別自動行走設備2相對工作區域4的內夕卜,從而控制自動行走設備2在工作區域4內工作。具體的,控制單元11接收到低通濾波器283輸出的基帶信號后,識別高電平信號的持續時間和低電平信號的持續時間,計算高電平信號與低電平信號持續時間的比值。當控制單元11計算得到的比值與信號發生裝置6發送的基帶信號的高電平信號與低電平信號持續時間的比值相同時,判斷控制單元11接收到的基帶信號與信號發生裝置6發送的基帶信號的相位相同,判斷自動行走設備2處于工作區域4內;反之,當控制單元11計算得到的比值與信號發生裝置6發送的基帶信號的高電平信號與低電平信號持續時間的比值不相同時,判斷控制單元11接收到的基帶信號與信號發生裝置6發送的基帶信號的相位相反,判斷自動行走設備2處于工作區域4外。
[0091]以下以基帶信號為非連續的方波信號,載波信號為連續的正弦波信號為例,結合圖10及圖11說明上述信號調制、信號解調、以及內外識別的過程。非連續方波信號出現的時間長度與非連續方波信號不出現的時間長度之比小于1,即高電平信號出現的時間長度與低電平信號出現的時間長度之比小于I。
[0092]信號發生裝置6生成如圖10及圖11所示的基帶信號BS以及載波信號CS。信號發生裝置6將載波信號CS直接作為第一路輸入傳遞給和模擬開關262,將載波信號CS傳遞給反相器261后作為第二路輸入傳遞給模擬開關262,并且將基帶信號BS作為第三路輸入傳遞給模擬開關262。模擬開關262根據基帶信號的高低電平控制第一路輸出與第二路輸出是否輸出信號。相加器263接收模擬開關262的兩路輸出信號,并將兩路信號進行擬合生成邊界信號發送給邊界線3。相加器263的輸出信號即為調制信號,即如圖10及圖11所示的邊界信號SC。當自動行走設備2處于工作區域4內時,信號檢測單元8生成如圖10所示的檢測信號SC’ ;反之,當自動行走設備2處于非工作區域5內時,信號檢測單元8生成如圖11所示的檢測信號SC’。圖10所示的檢測信號SC’與圖11所示的檢測信號SC’相位相差π。
[0093]檢測信號SC’進一步傳遞給處理單元9的相位解調模塊28。相位解調模塊28的乘法器282在接收到檢測信號SC’的同時,接收來自相干信號發生單元281的信號。如前所述,相干信號發生單元281生成的信號為與載波信號同頻同相的相干信號。乘法器282將兩路輸入相乘后得到的信號輸出給低通濾波器283。低通濾波器283對接收的信號進行濾波,從而得到如圖10及圖11所示的基帶信號BS,并將基帶信號BS進一步傳遞給控制單元11。
[0094]控制單元11接收到低通濾波器283輸出的基帶信號后,識別高電平信號的持續時間和低電平信號的持續時間,計算高電平信號與低電平信號持續時間的比值,即可判斷自動行走設備2相對工作區域4的位置。本實施方式中,當自動行走設備2位于工作區域4內,即邊界線3內時,高電平信號持續時間與低電平信號持續時間比值小于1,當自動行走設備2位于非工作區域5內,即邊界線3外時,高電平信號持續時間與低電平信號持續時間比值為大于I。
[0095]當載波信號與基波信號均為非連續的信號時,載波信號與基波信號具有相同的出現周期與時間長度。優選的,基波信號具有高電平與低電平兩部分,且高電平與低電平出現的時間長度比值小于I。具體工作原理與前述過程相同,在此不再贅述。
[0096]作為對第三和第四實施方式的改進,本發明還提供了第五實施方式。第五實施方式的改進點在于,信號發生裝置6發送的邊界信號為具有特定頻率的調制信號。該改進使得具有該種邊界信號的自動工作系統,既能有效抵抗相鄰自動工作系統的干擾,又能有效抵抗來自本系統的電機干擾及其他環境信號的干擾。以下結合圖11至圖13詳細介紹本實施方式的具體電路結構及工作流程。
[0097]如圖12和圖13所示,信號發生裝置6包括相位調制模塊26和第一頻率選擇單元24,其中相位調制模塊26進一步包括基波發生單元261和載波發生單元262。自動行走設備2包括檢測單元8、處理單元9、以及控制單元11。其中,處理單元9進一步包括濾頻組件20和相位解調模塊28 ;控制單元11進一步包括相位識別模塊30和中央控制單元18。優選的,濾頻組件20進一步包括第一濾頻器201,第二濾頻器202,第三濾頻器203,第四濾頻器204,以及第五濾頻器205。
[0098]自動工作系統工作前,首先進入系統初始化,如圖14所示的步驟S0。
[0099]隨后進入步驟S2,第一頻率選擇單元24為信號發生裝置6設定預設頻率。頻率選擇單元24的功能可以由硬件電路實現,也可以由軟件實現。第一頻率選擇單元24設定預設頻率的方式主要有兩種,一種為:第一頻率選擇單元24進一步包括人機交互界面,操作者手動操作人機交互界面從而實現對預設頻率的設定;另一種為:自動工作系統自動設定預設頻率,具體為:自動行走設備2的濾頻組件20具有工作模式和識別模式,識別模式下,濾頻組件20識別周圍環境中存在的環境信號的頻率種類,并從預先存儲的頻率族中選擇與環境信號的頻率種類不同的頻率值作為預設頻率,將選擇的預設頻率以通信信號的形式傳遞給第一頻率選擇單元24,同時設定濾頻組件20工作模式下的工作參數。優選的,自動工作系統自動設定預設頻率。更為優選的,自動行走設備2繞邊界線3行走一圈,以收集工作區域4的整個區域內存在的環境信號,從而使得選擇出的預設頻率不同于整個區域內存在的環境信號的頻率。本領域技術人員可以理解的是,處理單元9還可以進一步包括第二頻率選擇單元,此時,濾頻組件20僅需具有工作模式,不再要求具有識別模式,即濾頻組件20僅具備濾波功能,不再具備預設頻率的選擇功能。預設頻率的選擇功能由第二頻率選擇單元實現。預設頻率的設定方式在實施方式三中已詳細說明,本部分不再贅述。
[0100]進入步驟S6,相位調制模塊26根據信號發生裝置6生成的基帶信號、載波信號,以及自動工作系統選擇的預設頻率,生成具有預設頻率的相位調制信號,并發送給邊界線3。基帶信號為非連續的信號,優選地為非連續的方波信號或正弦波信號。載波信號的形式可以為多種,但通常為正弦波信號。相位調制方式具體為移相鍵控(PSK)。具體調制方法及調制電路與第四實施方式相同,在此不再贅述。
[0101]進入步驟S8,檢測單元8將檢測到的信號轉換為檢測信號,并傳遞給與其電性連接的處理單元9。
[0102]進入步驟S10,濾頻組件20對檢測單元8傳遞的信號進行濾波,得到具有預設頻率的信號。濾頻組件20可以通過控制5個濾頻器中特定的某個濾頻器輸出信號,從而得到具有特定頻率的信號,從而濾除掉其他頻率的信號,從而排除其他頻率信號對自動工作系統的干擾,進而避免相鄰自動工作系統對本自動工作系統的干擾。可以通過為濾頻組件20設置專門的人機交互界面,由操作者設定濾頻組件20的工作參數,即選擇某個特定的濾頻器輸出信號;也可以由自動行走設備2根據周圍環境中已經存在的信號所具有的頻率,自動設定濾頻組件20的工作參數,即自動選擇某個特定的濾頻器輸出信號,而該濾頻器代表的頻率不同于環境信號的頻率。自動行走設備2可以根據當前位置上的環境信號設定特定的濾頻器工作,也可以根據繞邊界線3行走一周接收到的環境信號設定特定的濾頻器工作。優選的,由自動工作系統自動設定濾頻組件20的工作參數。
[0103]進入步驟S12,相位解調模塊28對濾頻組件20傳遞的信號進行解調,從而得到與基帶信號相對應的處理信號。解調包括的步驟與第四實施方式相同,在此不再贅述。
[0104]進入步驟S14,控制單元11識別解調后的信號的相位。識別相位可以有多種方法,如第一實施方式和第四實施方式中介紹的通過高電平信號和低電平信號出現的持續時間的比例,識別相位,進而識別內外。再如,通過實施方式二中介紹的通過識別第一幅值與第二幅值出現的先后,識別相位,進而識別內外。在此不再贅述。
[0105]在本發明中,自動行走設備2的可以為割草機、吸塵器、工業機器人等多種形式。自動行走設備2為割草機時,還進一步包括切割機構,切割機構包括切割電機和切割刀片,割草機在邊界線3規劃的工作區域4內工作時,切割電機驅動切割刀片旋轉,切割草坪。
【權利要求】
1.一種自動工作系統的控制方法,其特征在于,包括如下步驟: 信號發生裝置生成基帶信號和載波信號; 通過基帶信號對載波信號進行相位調制后生成邊界信號,邊界信號經邊界線傳輸時生成電磁場; 自動行走設備檢測電磁場生成檢測信號,對檢測信號進行處理生成處理信號;識別處理信號的相位,根據識別結果判斷自動行走設備是否處于邊界線圍成的工作區域內。
2.根據權利要求1所述的自動工作系統的控制方法,其特征在于:對檢測信號進行處理的步驟進一步包括以下步驟:對檢測信號進行相位解調。
3.根據權利要求2所述的自動工作系統的控制方法,其特征在于:基帶信號對載波信號進行相位調制的方式為移相鍵控;對檢測信號進行相位解調的方式為相干解調。
4.根據權利要求3所述的自動工作系統的控制方法,其特征在于:基帶信號對載波信號進行移相鍵控的步驟包括,當基帶信號的幅值為低電平時,輸出與載波信號同相的邊界信號,當基帶信號的幅值為高電平時,輸出與載波信號相位相差η的邊界信號;對檢測信號進行相干解調的步驟包括,當檢測信號的相位與相干信號的相位相同時,輸出低電平的基帶信號,當檢測信號的相位與相干信號的相位相差η時,輸出高電平的基帶信號。
5.根據權利要求4所述的自動工作系統的控制方法,其特征在于:識別處理信號的相位的步驟包括識別處理信號出現高電平信號及低電平信號的持續時間,根據高電平信號及低電平信號的持續時間的比 例識別處理信號的相位。
6.根據權利要求1所述的自動工作系統的控制方法,其特征在于:基帶信號為間歇性信號,載波信號為連續信號。
7.根據權利要求6所述的自動工作系統的控制方法,其特征在于:基帶信號為方波信號,載波信號為正弦波信號。
8.根據權利要求1至7所述的自動工作系統的控制方法,其特征在于:信號發生裝置生成的載波信號具有預設頻率;自動行走設備具有預設工作參數,在預設工作參數下工作時,自動行走設備具有以預設頻率為中心頻率的帶通濾波功能,濾除預設頻率以外的信號。
9.根據權利要求8所述的自動工作系統的控制方法,其特征在于:信號發生裝置根據手動輸入的信號設定預設頻率。
10.根據權利要求9所述的自動工作系統的控制方法,其特征在于:信號發生裝置根據預設頻率生成相應的通信信號發送給自動行走設備,自動行走設備根據信號發生裝置發送的通信信號設定預設工作參數。
11.根據權利要求8所述的自動工作系統的控制方法,其特征在于:信號發生裝置根據自動行走設備發送的通信信號進行設定預設頻率。
12.根據權利要求11所述的自動工作系統的控制方法,其特征在于:自動行走設備識別檢測的電磁場具有的頻率,選擇與識別的頻率不同的頻率,將選擇的頻率以通信信號的形式發送給信號發生裝置。
13.根據權利要求12所述的自動工作系統的控制方法,其特征在于:自動行走設備記錄繞邊界線行走一圈的過程中識別的頻率,選擇與記錄的頻率不同的頻率。
14.根據權利要求12所述的自動工作系統的控制方法,其特征在于:自動行走設備根據選擇的頻率設定預設工作參數。
15.一種自動工作系統,其特征在于,所述自動工作系統包括, 信號發生裝置,生成基帶信號和載波信號; 相位調制模塊,通過基帶信號對載波信號進行相位調制生成邊界信號,并向外發送; 邊界線,規劃自動行走設備的工作區域,與所述相位調制模塊電性連接,傳輸所述邊界信號,并生成電磁場; 自動行走設備,按照預設的程式在所述工作區域內工作; 檢測單元,設置于自動行走設備,檢測環境中存在的電磁場并轉換為相應的檢測信號; 處理單元,接收檢測單元的檢測信號,并生成處理信號; 控制單元,接收處理單元生成的處理信號,識別處理信號的相位,根據識別結果判斷自動行走設備是否處于工作區域內。
16.根據權利要求15所述的自動工作系統,其特征在于:所述處理單元進一步包括相位解調模塊,所述相位解調模塊對檢測信號進行相位解調。
17.根據權利要求16所述的自動工作系統,其特征在于:所述相位調制模塊根據基帶信號的幅值控制載波信號的起始相位;所述相位解調模塊進一步包括生成相干信號的相干信號發生單元,相位 解調模塊根據輸入信號與載波信號的相位差,還原基帶信號。
18.根據權利要求17所述的自動工作系統,其特征在于:當基帶信號的幅值為高電平時,相位調制模塊輸出的信號與載波信號的相位相差η,當基帶信號的幅值為低電平時,相位調制模塊輸出的信號與載波信號的相位相差;當相位解調模塊接收的輸入信號的相位與相干信號的相位相差為η時,相位解調模塊輸出高電平的信號,當相位解調模塊接收的輸入信號的相位與相干信號的相位相差為零時,相位解調模塊輸出低電平的信號。
19.根據權利要求18所述的自動工作系統,其特征在于:控制單元接收相位解調模塊輸出的高電平信號和低電平信號,根據高電平信號和低電平信號的持續時間的比例識別處理信號的相位。
20.根據權利要求19所述的自動工作系統,其特征在于:基帶信號為間歇性信號,載波信號為連續信號。
21.根據權利要求20所述的自動工作系統,其特征在于:基帶信號為方波信號,載波信號為正弦波信號。
22.根據權利要求15至21所述的自動工作系統,其特征在于:所述信號發生裝置包括第一頻率選擇單元,所述信號發生裝置根據第一頻率選擇單元設定的預設頻率生成具有預設頻率的載波信號;處理單元包括濾頻組件,濾頻組件工作在預設工作參數下工作時,具有以預設頻率為中心頻率的帶通濾波功能,濾除具有不同于預設頻率的頻率的信號。
23.根據權利要求22所述的自動工作系統,其特征在于:所述第一頻率選擇單元包括人機交互界面,根據手動操作人機交互界面的輸入信號設定所述預設頻率。
24.根據權利要求23所述的自動工作系統,其特征在于:所述第一頻率選擇單元將設定的預設頻率以通信信號的形式發送給濾頻組件,濾頻組件根據第一頻率選擇單元發送的通信信號設定預設工作參數。
25.根據權利要求22所述的自動工作系統,其特征在于:所述第一頻率選擇單元根據處理單元發送的通信信號設定預設頻率。
26.根據權利要求25所述的自動工作系統,其特征在于:處理單元包括第二頻率選擇單元,第二頻率選擇單元識別檢測信號具有的頻率,選擇與識別的頻率不同的頻率,將選擇的頻率以通信信號的形式發送給相位調制模塊。
27.根據權利要求26所述的自動工作系統,其特征在于:第二頻率選擇單元記錄自動行走設備繞邊界線行走一圈的過程中識別的頻率,選擇與記錄的頻率不同的頻率。
28.根據權利要求26所述的自動工作系統,其特征在于:第二頻率選擇單元將選擇的頻率以通信信號 的形式發送給濾頻組件,濾頻組件根據通信信號設定預設工作參數。
【文檔編號】G05D1/02GK103809592SQ201210447200
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年11月9日 優先權日:2012年11月9日
【發明者】強尼·鮑瑞那圖 申請人:蘇州寶時得電動工具有限公司