识别边界信号的方法和自主作业设备与流程

1.本发明涉及自动控制领域，更具体地，涉及一种用于识别边界信号的方法和执行该方法的自主作业设备。


背景技术：

2.目前市场上存在各种各样的自主作业设备，如用于割草的机器人、用于扫地的机器人和用于拖地的机器人等。以割草机器人为例，主流的割草机器人通常采用沿随机或规则路径行走的模式在预定操作区域内进行割草作业。该预定操作区域通常通过边界予以限定。在自主作业设备进行作业时，该自主作业设备的停靠站(信号站)持续向边界发出边界信号，该边界信号在边界周围产生电磁场，自主作业设备通过感测该电磁场来捕获该边界信号以确定其位于其预定操作区域之内。
3.然而，在实际工作环境中，自主作业设备周围很可能存在着其他的信号源，可能对自主作业设备产生干扰以致其不能正确识别与其对应的边界信号，这将进一步导致自主作业设备不能工作或者丢失。
4.对此，在一些现有技术方案中，提出了通过协同管理使得相邻的多个自主作业设备的边界信号分别处于不同工作频率、为自主作业设备的边界信号设置特定时间间隔、以及为边界信号所包含的脉冲设置特定的脉冲间隔等，以使得自主作业设备能够识别特定于其的边界信号。
5.然而，上述现有技术方案仍然存在着各自的缺点，例如在上述的一个方案中需要一个能够超控相邻的多个自主作业系统的控制器来协同管理这些自主作业设备，这在很多情况下，例如相邻的自主作业设备来自不同制造商或者同一制造商的不同型号时，不能很好地工作。


技术实现要素：

6.针对上述问题中的至少一个，本发明提出了一种用于识别边界信号的方法。该方法包括：由自主作业设备在预定初始位置对该边界信号的序列进行预采样以获得该边界信号的预采样信号，其中该边界信号的序列中的每个边界信号的持续时间为第一周期并且该边界信号包括标志信号和主体信号；确定该预采样信号是否满足预定条件；响应于确定该预采样信号满足该预定条件，基于该预采样信号确定该边界信号的基础特征集；在该自主作业设备的预定工作区域的任意位置处，获得对该边界信号的序列进行采样得到的采样信号；以及基于该边界信号的基础特征集确定该采样信号是否为有效信号。。
7.根据本发明的一些方面，提供了一种自主作业设备。该自主作业设备包括控制器，该控制器被配置为执行如上所述的方法。
附图说明
8.图1示出了根据本发明的实施例的自主作业系统的示意图；
9.图2示出了根据本发明的实施例的自主作业系统的停靠站的结构示意图；
10.图3示出了根据本发明的一种实施例的边界信号的序列的示意图；
11.图4示出了根据本发明的实施例的边界信号中的标志信号的示意图；
12.图5示出了根据本发明的另一种实施例的边界信号的序列的示意图；
13.图6示出了根据本发明的实施例的自主作业设备的结构示意图；
14.图7示出了根据本发明的一些实施例的自主作业设备的状态的时序图；
15.图8示出了根据本发明的另一些实施例的自主作业设备的状态的时序图；
16.图9示出了根据本发明实施例的自主作业设备识别边界信号的方法的流程图；
17.图10a示出了现有技术中存在相邻自主作业系统时的理想感测信号的示意图；
18.图10b示出了现有技术中存在相邻自主作业系统时的实际感测信号的示意图；以及
19.图10c示出了图10b所示的实际感测信号的等效效果图。
具体实施方式
20.以下将结合附图对本发明的各实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
21.在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况来实践实施例。在其它情形下，与本技术相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。
22.除非语境有其它需要，在整个说明书和权利要求中，词语“包括”和其变型，诸如“包含”和“具有”应被理解为开放的、包含的含义，即应解释为“包括，但不限于”。
23.在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。如该说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一”和“所述”包括复数指代物，除非文中清楚地另外规定。应当指出的是术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用，除非文中清楚地另外规定。在整个说明书中，“多”“多个”的表述，在没有特殊说明时，是指数量为两个或两个以上。
24.图1示出了根据本发明一具体实施方式的自主作业系统的示意图。如图1中所示，自主作业系统包括自主作业设备1和停靠站2，通常自主作业设备1在初始时位于停靠站2处，以进行定位或者充电等操作。
25.自主作业设备1尤其是可自主地在预设工作区域4内移动并执行特定作业的机器人，典型的如执行清洁作业的智能扫地机/吸尘器，或执行割草作业的智能割草机等。本发明以智能割草机为例进行详细说明。自主作业设备1可自主行走于工作区域4的表面上，尤其作为智能割草机可自主地在地面上进行割草作业。自主作业设备1至少包括主体机构、移动机构、工作机构、能源模块、检测模块、交互模块、控制模块等。
26.主体机构通常包括底盘和外壳，底盘用于安装和容纳移动机构、工作机构、能源模
块、检测模块、交互模块、控制模块等功能机构与功能模块。外壳通常构造为至少部分地包覆底盘，主要起到增强自主作业设备1的美观和辨识度的作用。在本实施例中，外壳构造为在外力作用下可相对于底盘平移和/或旋转，配合适当的检测模块，示例性地如霍尔传感器，可进一步地起到感知碰撞、抬起等事件的作用。
27.移动机构构造为用于将主体机构支撑于地面并驱动主体机构在地面上移动，通常包括轮式移动机构、履带式或半履带式移动机构和步行式移动机构等。在本实施例中，移动机构为轮式移动机构，包括至少一个驱动轮和至少一个行走原动机。行走原动机优选为电动机，在其他实施方式中也可为内燃机或使用其他类型能源产生动力的机械。在本实施例中，优选地设置一左驱动轮、一驱动左驱动轮的左行走原动机、一右驱动轮和一驱动右驱动轮的右行走原动机。在本实施例中，自主作业设备1的直线行进通过左右两个驱动轮同向等速转动实现，转向行进通过左右两个驱动轮的同向差速或相向转动实现。在其他实施方式中，移动机构还可包括独立于驱动轮的转向机构和独立于行走原动机的转向原动机。在本实施中，移动机构还包括至少一个从动轮，该从动轮典型地构造为万向轮，驱动轮和从动轮分别位于自主作业设备1的前后两端。
28.工作机构构造为用于执行具体的作业任务，包括工作件和驱动该工作件运行的工作原动机。示例性地，对于智能扫地机/吸尘器，该工作件包括滚刷、吸尘管和集尘室等；对于智能割草机，该工作件包括切割刀片或切割刀盘，进一步地还包括用于调节割草高度的高度调节机构等优化或调整割草效果的其他部件。工作原动机优选为电动机，在其他实施方式中也可为内燃机或使用其他类型能源产生动力的机械。在另外的一些实施方式中，工作原动机和行走原动机构造为同一个原动机。
29.能源模块构造为用于为自主作业设备1的各项工作提供能量。在本实施例中，能源模块包括电池和充电连接结构，其中电池优选为可充电电池，充电连接结构优选为可暴露于自主作业设备1外部的充电电极。
30.检测模块构造为感知自主作业设备1所处环境参数或其自身工作参数的至少一种传感器。典型地，检测模块可包括与工作区域4限定有关的传感器，例如磁感应式、碰撞式、超声波式、红外线式、无线电式等多种类型，其传感器类型与对应的信号发生装置的位置和数量相适应。检测模块还可包括与定位导航相关的传感器，例如gps定位装置、激光定位装置、电子罗盘、地磁传感器等。检测模块还可包括与自身工作安全性相关的传感器，例如障碍物传感器、抬升传感器、电池包温度传感器等。检测模块还可包括与外部环境相关传感器，例如环境温度传感器、环境湿度传感器、加速度传感器、光照传感器等。
31.交互模块构造为至少用于接收用户输入的控制指令信息、发出需要用户感知的信息、与其他系统或设备通信以收发信息、等。在本实施例中，交互模块包括设置在自主作业设备1上的输入装置，用于接收用户输入的控制指令信息，典型地如控制面板、急停按键等；交互模块还包括设置在自主作业设备1上的显示屏和/或蜂鸣器，通过发光和/或发声使用户感知信息。在其他实施方式中，交互模块还包括设置在自主作业设备1上的通信模块和独立于自主作业设备1的终端设备，例如手机、电脑、网络服务器等，用户的控制指令信息或其他信息可在终端设备上输入、经由有线或无线通信模块到达自主作业设备1。
32.控制模块通常包括至少一个处理器和至少一个非易失性存储器，该存储器内存储有预先写入的计算机程序或指令集，处理器根据该计算机程序或指令集控制自主作业设备
1的移动、工作等动作的执行。进一步地，控制模块还能够根据检测模块的信号和/或用户控制指令控制和调整自主作业设备1的相应行为、修改存储器内的数据等。
33.边界3用于限制自主作业设备1的工作区域4，通常包括外边界和内边界。自主作业设备1被限定在外边界之内、内边界之外或外边界与内边界之间移动并工作。边界3可以是实体的，典型地如墙壁、篱笆、栏杆等；边界3也可以是虚拟的，典型地如由边界信号发生装置发出虚拟边界信号，该虚拟边界信号通常为例如由闭合的通电导线发出的电磁信号、或由其他设备发出的光信号、超声信号等，虚拟边界信号也可为针对设有定位装置(如gps等)的自主作业设备1而言，在示例性地由二维或三维坐标形成的电子地图中设置的虚拟边界。
34.停靠站2通常构造在边界2上或边界3附近，供自主作业设备1停泊，特别是能够向停泊在停靠站2的自主作业设备1供给能量。
35.图2示出了根据本发明的自主作业系统的停靠站2的结构示意图。更具体地，图2示出了停靠站2包含的信号站20的示意图。信号站20可以向与其相连的边界3馈电，从而在边界3周围产生电磁场。以下在本文中，术语“停靠站”和“信号站”有时可以互换使用，并不影响本发明要求保护的范围。如图2中所示，信号站20可以包括信号发生器22和发射器24，其中信号发生器22被配置为产生用于自主作业设备1的边界信号的序列，发射器24被配置为向与信号站20相连的边界3发射该边界信号的序列。
36.图3示出了根据本发明的实施例的边界信号30的序列的示意图。如图3中所示，边界信号的序列是由多个边界信号30(边界信号301、302、
……
)组成的脉冲信号序列。每个边界信号30的持续时间为第一周期t_all。每个边界信号30可以包括依次出现的标志信号s_flag(如图3中左斜线方框所示)和主体信号s_norm(如图3中空白方框所示)。标志信号s_flag包括至少一个第一脉冲32，主体信号s_norm包括至少一个第二脉冲34，其中每个第二脉冲34的持续时间是第二周期t_norm。应当注意，本文中脉冲的持续时间是指相邻两个脉冲之间的时间间隔，其不同于脉冲本身的脉冲宽度。例如，第一脉冲32的持续时间是指两个第一脉冲32之间的时间间隔，第二脉冲34的持续时间是指一个第二脉冲34与上一脉冲(可能是最后一个第一脉冲32也可能是上一第二脉冲34)之间的时间间隔(即第二周期t_norm)。
37.对于一个自主作业系统来说，设置有两个特征集合c
flag
和c
norm
，其中第一特征集合c
flag
用于表征其边界信号30的标志信号s_flag，第二特征集合c
norm
用于表征其边界信号30的主体信号s_norm。第一特征集合c
flag
包括脉冲宽度、脉冲强度、脉冲方向、脉冲数量、脉冲编码规则和相邻脉冲之间的时间间隔这些元素类型中的至少一个。第二特征集合c
norm
包括脉冲宽度、脉冲强度、脉冲方向、脉冲数量、脉冲编码规则和相邻脉冲之间的时间间隔这些元素类型中的至少一个。
38.标志信号s_flag应该使得接收到边界信号30的自主作业设备1能够将其与主体信号s_norm以及可能存在的干扰信号进行区分，因此第一特征集合c
flag
和第二特征集合c
norm
之间应当有至少一个元素的类型不同或者取值不同。
39.在一个实例中，可以使得第一特征集合c
flag
和第二特征集合c
norm
的至少一个元素的类型不同。例如，第一特征集合c
flag
可以包括脉冲宽度和脉冲强度这两种元素类型，而第二特征集合c
norm
可以包括脉冲数量和相邻脉冲之间的时间间隔这两种元素类型。又例如，第一特征集合c
flag
可以包括脉冲宽度和脉冲强度这两种元素类型，而第二特征集合c
norm
可
以包括脉冲宽度、脉冲强度、脉冲数量和相邻脉冲之间的时间间隔这四种元素类型。
40.在另一个实例中，可以使得第一特征集合c
flag
和第二特征集合c
norm
的元素类型相同而元素取值不同。例如，第一特征集合c
flag
和第二特征集合c
norm
都包括脉冲宽度和脉冲强度这两种元素类型，其中第一特征集合c
flag
中的脉冲宽度和脉冲强度中的至少一个的取值不同于第二特征集合c
norm
。
41.更进一步地，可以设置第一特征集合c
flag
中的元素的取值大大不同于第二特征集合c
norm
中的相应元素的取值，例如前者是后者的2倍或以上，以使得更容易地区分二者。
42.在一种实施例中，如图3中所示，标志信号s_flag包括至少两个第一脉冲32，并且至少两个第一脉冲32具有相同的脉冲宽度。
43.在另一种实施例中，如图4中所示，标志信号s_flag可以包括至少两个第一脉冲32，并且其中一个第一脉冲32的脉冲宽度大于另一个第一脉冲32的脉冲宽度。更进一步地，为了便于检测，通常将一个第一脉冲32的脉冲宽度设置得远远大于另一个第一脉冲32的脉冲宽度。例如，其中一个第一脉冲32的脉冲宽度可以是另一个第一脉冲32的脉冲宽度的至少两倍。
44.在一种实施例中，标志信号s_flag可以包括至少三个第一脉冲32，并且相邻两个第一脉冲32之间的时间间隔相同。
45.在另一种实施例中，标志信号s_flag可以包括至少三个第一脉冲32，并且相邻两个第一脉冲32之间的时间间隔不同。
46.在一些实施例中，对于一个边界信号30的序列中的所有第一周期t_all中的边界信号30来说，其标志信号s_flag具有完全相同的特征。
47.在一些实施例中，对于一个边界信号30的序列中的相邻两个第一周期t_all中的边界信号30(如边界信号301、302)来说，其主体信号s_norm可以具有不同的第二特征集合c
norm
，即相邻两个第一周期t_all中的主体信号s_norm的至少一个特征不同。如图3中所示，在一种实施例中，边界信号301的主体信号s_norm的第二脉冲34之间的时间间隔是t_norm1，边界信号302的主体信号s_norm的第二脉冲34之间的时间间隔是t_norm2，t_norm1不等于t_norm2。
48.在一些实施例中，边界信号序列中的每个边界信号30的第二特征集合c
norm
可以相同。然而，在这种情况下，需要停靠站2和自主作业设备1之间频繁进行时间同步。
49.为了避免停靠站2与自主作业设备1之间频繁需要时间同步的情况，在本发明的一些实施例中，可以将边界信号序列中的相邻边界信号30的第二特征集合c
norm
设置得不同。为此，可以在停靠站2和自主作业设备1中分别设置预定规则来指示每个边界信号30中的主体信号s_norm的第二特征集合以及循环顺序(需要的情况下)。为此，如图2中所示，信号站20还可以包括存储器26，其中存储有用于主体信号s_norm的预定规则，该预定规则用于指示每个第一周期t_all中边界信号30的主体信号s_norm的至少一个特征。例如，在边界信号30的序列分别对应着有限个第二特征集合c
normi
的情况下，该预定规则还可以指示这些第二特征集合c
normi
的循环顺序。表1列出了预定规则的一个示例。
50.表1预定规则
[0051][0052]
如表1中所示，在连续的多个第一周期t_all中，每个边界信号30的主体信号s_norm可以按照s_norm1—>s_norm2—>s_norm3—>s_norm1—>
……
的顺序循环，其中s_norm1、s_norm2和s_norm3分别对应着不同的第二特征集合c
norm1
、c
norm2
和c
norm3
。
[0053]
在一种实施例中，每个第二特征集合c
normi
(i＝1、2、3)可以包括第二脉冲34的脉冲强度、脉冲宽度和相邻两个第二脉冲34之间的时间间隔(即第二周期t_norm)等，该预定规则可以使得其中至少一个特征(如脉冲宽度或第二周期t_norm)不同。例如，在如图3中所示的实例中，相邻两个第二脉冲34之间分别具有不同的第二周期t_norm1和t_norm2。又例如，在如图5所示的实例中，相邻两个边界信号301、302的主体信号的第二脉冲34的脉冲宽度不同。
[0054]
在一些实施例中，每个第二特征集合c
normi
(i＝1、2、3)还可以包括第一周期t_all被第二周期t_normi除的余数t_endi(如图3中所示)。由于第一周期t_all通常不能被第二周期t_normi整除，因此余数t_endi也可以作为一个区别特征来辅助识别下一周期t_all的标志信号s_flag。
[0055]
在一些实施例中，为了更好地区分，还可以将第二周期t_normi(i＝1、2、3)设置为彼此互质。更优选地，可以将第二周期t_normi(i＝1、2、3)分别设置为不同的质数。
[0056]
信号站20的发射器24向与信号站20相连的边界3持续发射如上所述产生的边界信号30的序列以使得自主作业设备1能够捕获该边界信号。
[0057]
图6示出了根据本发明的实施例的自主作业设备1的结构示意图。如图1和图6中所示，自主作业设备1可以包括至少一个传感器10和控制器12，其中传感器10被配置为感测用于自主作业设备1的边界信号30以产生感测信号，控制器12被配置为根据该感测信号控制自主作业设备1的操作。此外，自主作业设备1还可以包括存储器14，其可以用于存储如上所述的预定规则。如图1中所示，至少一个传感器10可以位于自主作业设备1的前方。图1中示意性地示出了两个传感器10，然而本领域技术人员可以理解，自主作业设备1可以配置更多或更少的传感器10。此外，传感器10的位置也不限于图中所示的前方，而是可以位于自主作业设备1的两侧等。
[0058]
自主作业设备1对边界信号30的采样包括两个阶段，一个阶段是预采样阶段，即当自主作业设备1位于预定的初始位置(如停靠站2处)时对边界信号30的序列进行采样以确定边界信号30的基础特征集的阶段，另一个阶段是采样阶段，即当自主作业设备1位于工作区域4内或附近的任意位置处时对接收到的信号进行分析以识别与其停靠站2相对应的边界信号30的阶段。
[0059]
在本发明的一些实施例中，为控制器12配置状态标志，该状态标志可以用于指示自主作业设备1处于采样状态和响应状态中的一个。自主作业设备1的采样状态和响应状态
交替出现，并且同一时刻自主作业设备1仅可以处于其中一个状态。这里，响应状态是指自主作业设备1不进行信号采样操作的状态，也可以称为准备状态。图7示出了根据本发明的一些实施例的自主作业设备1的状态的时序图。其中左斜线方框指示自主作业设备1处于响应状态，右斜线方框指示自主作业设备1处于采样状态。假设在初始状态下自主作业设备1处于响应状态。
[0060]
在一种实现方式中，状态标志可以包括一个标志位，该标志位设置为第一值(如0)时指示采样状态，设置为第二值(如1)时指示响应状态。
[0061]
在另一种实现方式中，状态标志可以包括两个标志位，其中第一标志位用于指示采样状态(例如将第一标志位设置为1)，第二标志位用于指示响应状态(例如将第二标志位设置为1)，即状态标志10指示采样状态，状态标志01指示响应状态，或者反之。
[0062]
如图7中所示，控制器12被配置为确定传感器10的感测信号中的脉冲信号的上升沿的强度是否大于或等于预定阈值pw
th
，如果该强度大于或等于预定阈值pw
th
，则将控制器12的状态标志设置为采样状态。在采样状态下，控制器12获取传感器10感测的脉冲信号中强度大于或等于预定阈值pw
th
的脉冲信号并且形成一个独立的信号记录record1。
[0063]
当确定控制器12的状态标志处于采样状态的持续时间达到预设时间t_sa或脉冲信号的下降沿的强度小于预定阈值pw
th
，时，将控制器12的状态标志设置为响应状态。
[0064]
在一种实施例中，预设时间t_sa被设置为大于或等于当前脉冲信号的有效脉冲宽度pw
prst
。例如，预设时间t_sa可以比当前脉冲信号的有效脉冲宽度pw
prst
大一个很小的预设值，如当前脉冲信号的有效脉冲宽度pw
prst
的5％。通过这种方式，可以在预采样阶段保证采集到一个完整的脉冲信号，以用于后续的有效信号分析。
[0065]
在另一种实施例中，例如在自主作业设备1的采样阶段，预设时间t_sa可以被设置为大于或等于边界信号30的主体信号34的脉冲宽度pw
norm
。例如，预设时间t_sa可以比主体信号34的脉冲宽度pw
norm
大一个很小的预设值，如主体信号34的脉冲宽度pw
norm
的5％。通过这种方式，可以在采样阶段保证采集到一个完整的脉冲信号。在这种情况下，虽然可能由于干扰信号的存在而使得遗漏一部分有效的主体信号，但是能够进一步排除干扰信号。
[0066]
在一些实施例中，在预采样阶段，控制器12的响应状态始终关闭，采样状态始终打开，即将预采样期间的所有达到阈值pw
th
的信号上升沿都记录在同一个信号记录record1中。
[0067]
在本发明的另一些实施例中，为控制器12配置状态标志，该状态标志可以用于指示自主作业设备1处于间隔状态、采样状态和响应状态中的一个。自主作业设备1的间隔状态、采样状态和响应状态交替出现，并且同一时刻自主作业设备1仅可以处于其中一个状态。图8示出了根据本发明的另一些实施例的自主作业设备1的状态的时序图。其中网格状方框指示自主作业设备1处于间隔状态，左斜线方框指示自主作业设备1处于响应状态，右斜线方框指示自主作业设备1处于采样状态。间隔状态的持续时间表示为间隔时间t_intvl。与图7所示的实施例的不同之处在于，在控制器12的状态标志处于采样状态的持续时间达到预设时间t_sa时，将控制器12的状态标志设置为间隔状态，并持续间隔时间t_intvl之后再将控制器12的状态标志设置为响应状态。
[0068]
在一种实施例中，可以根据当前周期内主体信号s_norm的第二特征集合c
norm
来确定间隔时间t_intvl。具体地，可以根据主体信号s_norm的脉冲宽度pw
norm
和第二周期t_
norm来确定间隔时间t_intvl。例如，可以利用如下公式(1)来确定间隔时间t_intvl：
[0069]
t_intvl＝t_norm-pw
norm-∈1-∈2,
ꢀꢀ
(1)
[0070]
其中第二周期t_norm是预先设置的值，主体信号s_norm的脉冲宽度pw
norm
可以根据当前周期内主体信号s_norm的第二特征集合c
norm
来确定，∈1是一个相对于pw
norm
来说很小的值(例如∈1≤5％pw
norm
)，∈2是一个统计值，指示自主作业设备1检测到完整信号和识别出该完整信号是标志信号s_flag之间的时间差。
[0071]
在这种情况下，自主作业设备1可以在识别出标志信号s_flag之后进入间隔状态，等待间隔时间t_intvl之后再进入响应状态，以进一步降低能耗。
[0072]
上述结合图7和图8所述的自主作业设备1的信号采样方案可以用于预采样阶段和采样阶段。其中，在预采样阶段，每当采集到一个信号时即判断该信号是否为标志信号s_flag，直到识别出两个相邻的标志信号s_flag后，再对期间的其他非标志信号进行识别。在采样阶段，可以根据当前周期的第二特征集合立即判断采集的信号是否是有效信号，或者，可以累积一段信号之后再根据当前周期的第二特征集合依次判断各个信号是否为有效信号，并且根据标志信号s_flag和存储器14中的预定规则改变相应的第二特征集合。
[0073]
图9示出了根据本发明实施例的自主作业设备1识别边界信号30的方法900的流程图。方法900例如可以由自主作业设备1的控制器12来执行。控制器12例如可以实现为微处理器，其根据自主作业设备1的存储器中所存储的计算机程序来执行方法900。或者，控制器12可以实现为硬件编程的电路或芯片(如现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)等)，根据其中内嵌的计算机程序来执行方法900。
[0074]
首先，在预采样阶段，在步骤910，自主作业设备1在预定初始位置对边界信号30的序列进行预采样以获得边界信号30的预采样信号。这里，控制器12例如可以从传感器10接收传感器10所采集的预采样信号。如前所述，每个边界信号30的持续时间为第一周期t_all并且边界信号30包括标志信号s_flag和主体信号s_norm。预采样信号的长度(预采样持续时间)应当大于或等于第一周期t_all的2倍，以保证采集到至少一个完整的边界信号30。
[0075]
这里，预定初始位置是边界信号30强度最高的位置。在一种实现中，该预定初始位置是自主作业设备1的停靠站2(即信号站20)的位置。
[0076]
在一些实施例中，传感器10可能采集到脉冲宽度和频率大致相同的多个脉冲信号，在这种情况下，可以从多个脉冲信号中选择适当的信号作为预采样信号。为此，步骤910还可以包括子步骤912(图中未示出)，其中获得对边界信号30的序列进行预采样的多个候选预采样信号，该多个候选预采样信号所包含的脉冲的脉宽和频率基本上相同；以及子步骤914(图中未示出)，其中从该多个候选预采样信号中选择脉冲强度最大的一个候选预采样信号作为预采样信号。
[0077]
接下来，在步骤920，控制器12确定该预采样信号是否满足预定条件。
[0078]
在一种实施例中，预定条件包括预采样信号的主体信号的预定特征。具体地，控制器12基于标志信号s_flag的特征从预采样信号中识别出两个连续的标志信号s_flag。接下来，控制器12从该两个连续的标志信号s_flag中提取出主体信号s_norm。控制器126确定主体信号s_norm的至少一个第二脉冲34是否符合多个第二特征集合c
normi
中的至少一个。如果主体信号s_norm的至少一个第二脉冲34符合多个第二特征集合c
normi
中的至少一个，则控制器12确定该预采样信号满足预定条件。在其他实施例中，预定条件还可以包括其他条件，如
预采样信号的标志信号的特征等。
[0079]
接下来，在步骤930，响应于确定预采样信号满足该预定条件，控制器12基于该预采样信号确定边界信号30的基础特征集c
base
。
[0080]
如前所述，取决于预采样持续时间，获得的预采样信号可能包含多个边界信号30(例如预采样持续时间为多个第一周期t_all)。在这种情况下，步骤920中还应当确定从预采样信号中提取出一个主体信号s_norm还是多个主体信号s_norm。如果确定从预采样信号中仅提取出一个主体信号s_norm，则在步骤930中将与该主体信号s_norm相对应的第二特征集合c
norm
作为基础特征集c
base
。
[0081]
另一方面，如果在步骤920中确定从预采样信号中提取出多个主体信号s_norm，则控制器12确定该多个主体信号s_norm是否符合预定规则，并且如果该多个主体信号符合预定规则，则确定该预采样信号满足该预定条件。如上所述，该预定规则用于指示在每个第一周期t_all中的边界信号30的主体信号s_norm的至少一个特征，从而获取到满足该预定条件的预采样信号即意味着自主作业设备1捕获到了来自信号站20的一个有效信号，以实现信号站20(即停靠站2)和自主作业设备1之间的同步。在边界信号30的主体信号存在多个第二特征集合的情况下，该预定规则还可以指示这些第二特征集合的循环顺序(如表1中所示)，从而在一次同步之后即可以根据预定规则中指示的循环顺序识别接下来的采样信号。对于这种情况，在步骤930中，控制器12可以将与该多个主体信号s_norm中最后一个主体信号相对应的第二特征集合作为基础特征集c
base
。
[0082]
接下来，在采样阶段，在步骤940，在自主作业设备1的预定操作区域的任意位置处，控制器12获得对边界信号30的序列进行采样得到的采样信号。采样信号可以是由传感器10对边界3周围的电磁场进行采样和处理得到的。
[0083]
在步骤950，控制器12基于边界信号30的基础特征集c
base
确定该采样信号是否为有效信号。
[0084]
在一种实施例中，控制器12可以从该采样信号中上一第一周期t_all结束的位置开始截取第一周期t_all长度的信号片段，确定该信号片段中所包含的主体信号s_norm的第二特征集合c
norm
是否与基础特征集c
base
匹配。如果该信号片段中所包含的主体信号s_norm的第二特征集合c
norm
与基础特征集c
base
匹配，则确定该采样信号为有效信号。相反，如果该信号片段中所包含的主体信号s_norm的第二特征集合c
norm
与基础特征集c
base
不匹配，则确定该采样信号不是有效信号。进一步地，如果采样信号不是有效信号，则控制器12可以指示传感器10重新对边界信号30进行采样或者从传感器10持续采集的信号中获取新的采样信号。
[0085]
在一些实施例中，不同的第一周期t_all中的主体信号s_norm的第二特征集合c
norm
可能不同。在这种情况下，在确定该信号片段中所包含的主体信号s_norm的第二特征集合c
norm
与基础特征集c
base
匹配之后，控制器12还确定该信号片段中所包含的主体信号s_norm的第二特征集合c
norm
和该信号片段之后的一个或多个第一周期t_all内所包含的主体信号s_norm的第二特征集合c
norm
是否符合如上所述的预定规则，例如如表1所示的多个第二区别特征集合的循环顺序。如果确定符合该预定规则，则控制器12确定该采样信号为有效信号。
[0086]
以上结合图1至图9描述了本发明的各个方面，包括自主作业系统的信号站(停靠
站)构造具有不同特征集的边界信号、自主作业设备对边界信号进行采样以及自主作业设备从采样得到的感测信号中识别出边界信号等。然而，以上方面关注的是单个自主作业系统的信号设计，并未考虑到相邻的多个自主作业系统的干扰问题。当多个如图1所示的自主作业系统临近设置并且这些自主作业系统是同一厂家的同一规格的产品(即产生的边界信号的脉冲频率可能是相同的)时，自主作业设备1的传感器10接收到的感测信号除了包含当前系统的边界信号之外，还可能包括临近系统的边界信号。
[0087]
图10a示出了现有技术中存在相邻自主作业系统时的理想感测信号的示意图。如图10a中所示，自主作业设备1的传感器10感测到的信号除了包含自身的边界信号1010(图10a中用粗实线表示)之外，还包括相邻的自主作业系统的边界信号1020(图10a中用细实线表示)。在这种理想情况下，边界信号1010和1020具有相同频率和稳定的相位差，但是由于和传感器10的距离不同，使得边界信号1010的强度通常大于边界信号1020的强度，因此自主作业设备1能够通过确定感测信号的脉冲强度(s)识别出感测到的多个信号中的哪一个是针对其自身的边界信号1010，并且进一步根据前文所述的标识信号和主体信号的特征确定出针对其自身的边界信号1010的具体信息。然而，在实际情况中，由于发射边界信号的信号站20的信号发生器22的硬件误差(如所使用的信号发生芯片的晶振造成的误差)，两个不同的边界信号1010和1020的相位会持续发生相对变化，从而使得自主作业设备1实际感测到的信号不同于图10a中所示的实际情况。图10b示出了现有技术中存在相邻自主作业系统时的实际感测信号的示意图；图10c示出了图10b所示的实际感测信号的等效效果图。如图10b和图10c所示，由于上述误差，相邻边界信号1010和1020发生偏移并可能部分重叠，从而传感器10实际感测到的信号如图10c所示。对于这种感测信号，自主作业设备1将难以识别针对其自身的边界信号1010，从而无法准确地确定边界3。此外，在两个相邻的自主作业系统采用相同规格的产品(自主作业设备1和停靠站2)的情况下，信号发生频率基本相同，从而这种信号重叠将持续相当长时间，这使得更加难以识别出边界信号1010。
[0088]
对此，本发明还提供了一种通过控制信号的发生频率来尽可能地避免相邻信号发生器22产生的信号耦合的方案。更具体地，信号站20和自主作业设备1之间除了对标志信号的特征、主体信号的特征以及如表1所述的主体信号的循环规则进行预先协调之外，还可以对标志信号的特征与主体信号的特征之间的对应关系进行预先协同，例如，可以预先协调标志信号s_flag的第一脉冲32的第一时间间隔t_flag和主体信号s_norm的第二脉冲34的第二时间间隔t_norm之间的对应关系。
[0089]
结合图2和图3，用于自主作业设备1的信号站20包括信号发生器22，其被配置为基于对应关系产生边界信号30的序列(边界信号301、302、
……
)。边界信号30包括依次出现的标志信号s_flag(如图3中左斜线方框所示)和主体信号s_norm(如图3中空白方框所示)。如上所述，标志信号s_flag具有第一特征，其例如属于上述第一特征集合c
flag
，主体信号s_norm具有第二特征，其例如属于上述第二特征集合c
norm
，其中第一特征集合c
flag
和第二特征集合c
norm
之间有至少一个元素的类型不同或者取值不同。第一特征集合c
flag
包括脉冲宽度、脉冲强度、脉冲方向、脉冲数量、脉冲编码规则和相邻脉冲之间的时间间隔这些元素类型中的至少一个。第二特征集合c
norm
包括脉冲宽度、脉冲强度、脉冲方向、脉冲数量、脉冲编码规则和相邻脉冲之间的时间间隔这些元素类型中的至少一个。
[0090]
在根据本发明的实施例中，可以构造第一特征和第二特征之间的对应关系，使得
对于第一特征的每个取值，该对应关系唯一指定了第二特征的取值。通过以这种唯一的对应关系来构造边界信号30，使得接收端(自主作业设备1)在确定了标志信号s_flag之后能够唯一地确定与其相对应的主体信号s_norm。
[0091]
在一些实施例中，标志信号s_flag可以包括至少两个第一脉冲32，主体信号s_norm可以包括至少一个第二脉冲34。第一特征可以包括第一脉冲32的第一时间间隔t_flag，第二特征可以包括第二脉冲34的第二时间间隔t_norm。本文中，两个相邻的第一脉冲32之间(如图3中所示)的时间间隔称为第一时间间隔t_flag，最后一个第一脉冲32和相邻的第二脉冲34之间的时间间隔或者两个相邻的第二脉冲34之间的时间间隔称为第二时间间隔t_norm(即上文所述的第二周期t_norm)。
[0092]
在根据本发明的一些实施例中，该对应关系可以表示为第一特征和第二特征之间的函数关系，从而根据第一特征和该函数关系能够唯一确定相对应的第二特征。
[0093]
在根据本发明的另一些实施例中，该对应关系可以表示为一个对应关系表，例如存储在信号站20的存储器26中。该对应关系表可以包括分别用于第一脉冲32的多个第一特征的取值和用于第二脉冲34的多个第二特征的取值。例如，如表2中所示，该对应关系表可以包括至少一对第一时间间隔t_flag和第二时间间隔t_norm的对应关系。由于第一脉冲32的第一时间间隔t_flag的取值在第二脉冲34的第二时间间隔t_norm的范围内，即t_flag∈(0,t_norm)，因此可以通过二者之间的唯一的对应关系构造边界信号30，以使得接收端(自主作业设备1)能够在确定了第一时间间隔t_flag之后，唯一地确定后续的第二时间间隔t_norm，从而识别相应的主体信号s_norm以识别出整个边界信号30。
[0094]
表2对应关系表
[0095]
编号t_flag(ms)t_norm(ms)1212600241333336153334816555
[0096]
在一些实施例中，第一时间间隔t_flag的不同取值彼此互质。更进一步地，第一时间间隔t_flag的多个取值都是质数。
[0097]
在一些实施例中，第二时间间隔t_norm的不同取值彼此互质。更进一步地，第二时间间隔t_norm的多个取值都是质数。
[0098]
发射器24被配置为向与信号站20相连的边界3发射如上构造的边界信号30的序列。
[0099]
在一种实施例中，该对应关系表仅包括一对第一时间间隔t_flag和第二时间间隔t_norm(表2中仅包括一个行的情况)。在这种情况下，边界信号30的序列中的每个边界信号30具有相同的第一时间间隔t_flag和第二时间间隔t_norm。这种情况相当于预先唯一设定了这两个时间间隔。
[0100]
在另一种实施例中，该对应关系表可以包括用于第一脉冲32的多个第一时间间隔t_flag的取值和用于第二脉冲34的多个第二时间间隔t_norm的取值，如表2中所示，该对应关系表包括了4对第一时间间隔t_flag的取值和第二时间间隔t_norm的取值。在这种情况下，信号发生器22可以被配置为从该对应关系表中(例如按照指定顺序或随机顺序)选择一
个第一时间间隔t_flag的取值用于第一脉冲32，并且从该对应关系表中选择与所选择的第一时间间隔t_flag的取值相对应的第二时间间隔t_norm的取值用于第二脉冲34。例如，信号发生器22可以选择对应关系表中的2ms(毫秒)作为第一时间间隔t_flag，并且选择与2ms相对应的12600ms作为第二时间间隔t_norm。在一种实施例中，信号发生器22可以选择一个第一时间间隔t_flag，例如选择第一时间间隔t_flag＝2ms，并且相应地确定第二时间间隔t_norm＝12600ms。当检测到出现信号干扰时，信号发生器22可以选择一个不同的第一时间间隔t_flag，例如选择第一时间间隔t_flag＝4ms，并且相应地确定第二时间间隔t_norm＝13333ms。这里，信号干扰的检测可以由配置在停靠站2上的相应传感器实现；也可由配置在自主作业设备1上的相应传感器实现并通过通信模块通知停靠站2(更具体地，通知信号发射器22)。
[0101]
进一步地，信号发生器22还可以进一步为边界信号30的序列中的多个边界信号30分别确定不同的多个第一特征(如第一时间间隔t_flag)的取值和相应的多个第二特征(如第二时间间隔t_norm)的取值。
[0102]
具体地，在一种实施例中，信号发生器22被配置为按照指定顺序从该对应关系表中依次选择多个第一特征(如第一时间间隔t_flag)的取值分别用于序列的多个第一脉冲32，并且从该对应关系表中选择与所选择的多个第一特征(如第一时间间隔t_flag)的取值相对应的第二特征(如第二时间间隔t_norm)的取值分别用于序列的多个第二脉冲34。例如，假设该指定顺序是如表2中所示的顺序并循环，则信号发生器22可以按照编号1
→2→3→4→1→2→3→4……
的顺序选择第一时间间隔和第二时间间隔的组合，即依次选择2ms和12600ms分别用于边界信号301的第一脉冲32和第二脉冲34，选择4ms和13333ms分别用于边界信号302的第一脉冲32和第二脉冲34，选择6ms和15333ms分别用于边界信号303的第一脉冲32和第二脉冲34
……
选择2ms和12600ms分别用于边界信号305的第一脉冲32和第二脉冲34等。
[0103]
进一步地，上述指定顺序还可以是可变的。例如，可以定义至少两种不同的指定顺序，以使得信号发生器22可以按照该至少两种不同的指定顺序从对应关系表中选择用于多个边界信号30的第一特征的取值和第二特征的取值。更具体地，信号发生器22可以按照该至少两种不同的指定顺序中的第一指定顺序从该对应关系表中选择用于多个边界信号30的第一特征的取值和第二特征的取值，并且在第一指定顺序的选择完成之后或者在检测到信号干扰时，信号发生器22按照该至少两种不同的指定顺序中的第二指定顺序从该对应关系表中选择用于多个边界信号30的第一特征的取值和第二特征的取值。在一种实施例中，第二指定顺序可以是从该至少两种不同的指定顺序中随机选择的，其可以与第一指定顺序相同，也可以与第一指定顺序不同。在另一种实施例中，第二指定顺序可以是从该至少两种不同的指定顺序中除了该第一指定顺序之外的其他指定顺序中随机选择的。在这种情况下，可以保证相邻的多个边界信号的序列按照不同的指定顺序产生，这尤其适合于检测到信号干扰的情况。
[0104]
仍然参考表2，假设第一指定顺序是按照编号1
→2→3→
4的顺序选择，第二指定顺序是按照编号3
→1→4→
2的顺序选择。在这种情况下，信号发生器22可以依次选择2ms和12600ms分别用于边界信号301的第一脉冲32和第二脉冲34，选择4ms和13333ms分别用于边界信号302的第一脉冲32和第二脉冲34，选择6ms和15333ms分别用于边界信号303的第一脉
冲32和第二脉冲34，选择8ms和16555ms分别用于边界信号304的第一脉冲32和第二脉冲34。在第一指定顺序的选择完成之后，信号发生器22可以依次选择6ms和15333ms分别用于边界信号305的第一脉冲32和第二脉冲34，选择2ms和12600ms分别用于边界信号306的第一脉冲32和第二脉冲34，选择8ms和16555ms分别用于边界信号307的第一脉冲32和第二脉冲34，选择4ms和13333ms分别用于边界信号308的第一脉冲32和第二脉冲34。
[0105]
在另一种实施例中，信号发生器22被配置为按照随机顺序从该对应关系表中依次选择多个第一时间间隔t_flag分别用于序列的第一脉冲32，并且从该对应关系表中选择与所选择的第一时间间隔t_flag相对应的第二时间间隔t_norm分别用于序列的第二脉冲34。例如，信号发生器22可以随机选择2ms、2ms、4ms、8ms、6ms分别用作边界信号301、302、303、304、305的第一时间间隔t_flag，则相应地，信号发生器22应当选择12600ms、12600ms、13333ms、16555ms、15333ms分别用作边界信号301、302、303、304、305的第二时间间隔t_norm。采用上述方法，能够有效地避免前文中提到的相邻边界信号1010与1020因为长时间叠加而导致难以识别的问题。
[0106]
另一方面，在接收端，自主作业设备1的传感器10感测自主作业设备1的边界信号30以产生感测信号。该感测信号例如可以是如图10a或10c中所示的感测信号。
[0107]
控制器12从该感测信号中检测边界信号30的标志信号s_flag并且确定标志信号s_flag的第一特征。这里，检测边界信号30的标志信号s_flag的方法可以如上面结合图6-图9所述。控制器12检测感测信号中的脉冲信号的上升沿的强度，并且在该强度大于或等于预定阈值时，将控制器12的状态标志设置为采样状态。在控制器12的状态标志处于采样状态的持续时间达到预设时间或者脉冲信号的下降沿的强度小于预定阈值时，将控制器12的状态标志切换为间隔状态。控制器12可以提取其状态标志从采样状态到间隔状态的第一信号片段作为标志信号s_flag的一个第一脉冲32。控制器12可以通过这种方式连续提取多个脉冲信号，根据这些脉冲信号之间的时间间隔(例如连续两个脉冲信号的上升沿之间的时间间隔)的大小确定这些脉冲信号是否是第一脉冲32。例如，如表2中所示，标志信号s_flag的第一脉冲32的第一时间间隔t_flag通常远远小于主体信号s_norm的第二脉冲34的第二时间间隔t_norm，仅为几个毫秒。因此在接收端盲检测的情况下，可以根据检测到的脉冲信号之间的时间间隔的量级确定检测到的是否是第一脉冲32，从而确定第一时间间隔t_flag。
[0108]
进一步地，控制器12可以如上地连续检测出感测信号中的所有连续的第一脉冲32以确定出该感测信号中的标志信号s_flag。或者，控制器12可以根据第一特征集合c
flag
知道边界信号30中包含的标志信号s_flag的第一脉冲32的数量，从而确定出该感测信号中的标志信号s_flag。
[0109]
接下来，控制器12基于所确定的标志信号s_flag的第一特征和第一特征与第二特征之间的对应关系，确定与第一特征对应的第二特征。
[0110]
在一种实施例中，控制器12可以基于第一特征和第一特征与第二特征之间的函数关系来确定该第二特征。
[0111]
在另一种实施例中，控制器12可以基于自主作业设备1(更具体地，例如存储器14)中存储的对应关系表确定该对应关系。例如，控制器12可以基于该对应关系表(如表2所示)确定与第一时间间隔t_flag相对应的第二时间间隔t_norm。其中，自主作业设备1的存储器
14中存储的对应关系表与信号站20的存储器26中存储的对应关系表相同。
[0112]
控制器12可以基于标志信号s_flag和主体信号s_norm的第二特征，从感测信号中检测主体信号s_norm。
[0113]
这里，从感测信号中检测主体信号s_norm的方法可以如上面结合图6-图9所述。控制器12可以从上述确定的第一脉冲32开始，经过间隔时间t_intvl，将控制器12的状态标志从间隔状态切换到响应状态。这里，间隔时间t_intvl由第二时间间隔t_norm确定。例如，可以通过上述公式(1)来根据第二时间间隔t_norm确定间隔时间t_intvl。在一种粗略的计算中，第二时间间隔t_norm远远大于主体信号s_norm的脉冲宽度pw
norm
、∈1和∈2，因此可以认为间隔时间t_intvl大致上等于第二时间间隔t_norm。
[0114]
在感测信号中的脉冲信号的上升沿的强度大于或等于预定阈值时，将控制器12的状态标志从响应状态切换到采样状态，并且在控制器12的状态标志处于采样状态的持续时间达到预设时间或者脉冲信号的下降沿的强度小于预定阈值时，将控制器12的状态标志切换为间隔状态。控制器12可以提取状态标志从采样状态到间隔状态的第二信号片段作为主体信号s_norm的第二脉冲34。
[0115]
进一步地，控制器12可以如上地连续检测出感测信号中的所有连续的第二脉冲34以确定出该感测信号中的主体信号s_norm。或者，控制器12可以根据第二特征集合c
norm
知道边界信号30中包含的主体信号s_norm的第二脉冲34的数量，从而确定出该感测信号中的主体信号s_norm。
[0116]
这里，对第一脉冲32和第二脉冲34的检测可以参照上述结合图7或图8所述的利用控制器12的采样状态进行的信号采样过程进行，这里不再赘述。
[0117]
在如上所述确定了一个边界信号30中的标志信号s_flag和主体信号s_norm之后，控制器12可以确定完整的边界信号30。
[0118]
上述实施方式以脉冲时间间隔为例示例性地对本发明的技术方案进行了描述。应当理解，在其他的等效方案中，也可以采用脉冲频率、脉冲宽度、脉冲强度等其他要素中的任意一个或多个作为具有唯一对应关系的第一特征和第二特征。
[0119]
本公开的以上描述用于使本领域的任何普通技术人员能够实现或使用本公开。对于本领域普通技术人员来说，本公开的各种修改都是显而易见的，并且本文定义的一般性原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的情况下应用于其它变形。因此，本公开并不限于本文所述的实例和设计，而是与本文公开的原理和新颖性特性的最广范围相一致。