1.本发明涉及一种用于在充电站中对自推进式机器人作业工具进行充电的方法，该方法包括以下步骤：使机器人朝向充电站中的充电位置导航，通过位于自推进式机器人作业工具和充电站中的一者中的充电位置感测器以及与自推进式机器人作业工具和充电站中的另一者相关联的被感应特征部来感测机器人作业工具到达充电站中的预定充电位置。
2.本发明还涉及一种用于自推进式机器人作业工具的自主操作的系统，该系统包括充电站和机器人作业工具，并且充电站和机器人作业工具中的每个分别包括感测器和被感应特征部中的一者并且分别包括第一充电器件和第二充电器件。
3.在另一方面中，本发明还涉及一种用于上述系统的机器人作业工具，该机器人作业工具包括用于将机器人作业工具定位在充电站中的充电位置感测器、可充电电池以及充电器件。
背景技术：4.wo2019/223720公开了一种包括自移动装置和基站的自动系统。该自移动装置中设置有两个或更多个定位设备以用于在基站中检测位于板上的定位标记。可以获得准确的对接。
5.ep2648307b1公开了一种用于在对接站中对接机器人的方法和系统。该机器人包括多个信号收发器，这些信号收发器连接到多个充电触点。当分别位于对接站和机器人中的多个充电触点之间的接触足够时，来自一个充电触点的信号可以到达位于机器人中的第二充电触点，并且将指示充电站将通过充电触点的电流增加到信号电流之上，由此可以执行有效充电。
6.ep2960100b1公开了一种机器人割草机系统，其中，基站和机器人的充电触点之间的适当接触被验证，并且然后接通最大充电电压。
7.这些和其他文件公开了对接到充电站中的机器人作业工具。主要问题是如果在充电触点没有对准合适位置时就开始充电，则充电触点可能被过度地磨损。磨损可能是由于在接触不足时的过度加热和形成火花。即使在实际充电开始之前仅有减小的信号电流在充电触点之间传递时，该问题也会存在。
技术实现要素：8.本发明的目的是解决或至少减轻部分或全部上述问题。为此，公开了一种如介绍中概述的用于充电的方法，在该方法中，在到达所述充电位置后就执行启动充电的过程，并且所述充电位置感测器以非接触的方式检测所述被感应特征部。
9.因此，需要确保在充电开始之前机器人作业工具处于合适位置。在到达正确位置之前，不开始充电过程。换言之，充电站的充电触点直到启动充电过程才通电。有利的结果是在充电站和机器人作业工具两者中的充电触点上的过度磨损的风险被最小化或者甚至完全消除。这种效果可以是由于加热和形成火花的发生率低，在两组充电触点在充电期间
彼此不完全对准和接触的情况下，加热和形成火花的发生率可能会升高。
10.在实施例中，感测器布置在机器人作业工具中并且启动所述充电过程。
11.因此，可以获得一种这样的机器人作业工具，该机器人作业工具可以以高精度检测充电位置并将其自身引导到该充电位置。在一些情况下，布置在充电站中的感测器可以与布置在充电站中的发射器相对。
12.在另一实施例中，启动充电过程包括经由短距离无线接口传递信息。
13.因此，机器人作业工具能够通过布置在机器人作业工具中的第二定位装置的帮助导航到充电站中的最佳充电位置中。在到达正确的位置时，机器人作业工具能够无线地发送其位置的信息，以便可以开始充电。无线接口的实例是蓝牙。
14.在另一实施例中，感测是基于所产生的磁场的。
15.因此，可以实现多个实际且有成本效益的解决方案。
16.在另一实施例中，被感应特征部是磁体，并且感测器是霍尔感测器。
17.因此，所要到达的位置可以是由磁场限定的，在移动时，机器人作业工具可以将其自身相对于这个场定向和对准，该磁场优选地一直是恒定的并且相对于充电站是固定的。此外，磁场可一直恒定并且与电磁体或与任何其他形式的电产生的磁场不同，不依靠任何电力。此外，由永磁体产生的磁场在空间中可以是不均匀的，但是其场强的空间布置可以用于场中的高精度定向。因此，机器人作业工具相对于充电站的任何部分的定位可以以非常高的精度执行。
18.在另一实施例中，感测器是3d磁性感测器。
19.因此，呈现了用于感测器的又一替代方案。
20.在进一步的实施例中，感测机器人作业工具到达充电位置包括感测到磁场高于一阈值，并且之后启动充电过程。
21.在另一实施例中，其中，感测机器人作业工具的位置包括在机器人作业工具移动时感测到磁场中的峰值，并且之后启动充电过程。
22.在本公开内容的第二方面中，感测器和被感应特征部设置成用于非接触式地检测，并且机器人作业工具和充电站设置成在已经到达充电位置后启动充电过程。
23.由此，当不进行充电时，这些充电触点可以保持完全断电，这是因为正确位置的检测不依靠于通过充电触点的任何形式的电信号。
24.在第二方面的实施例中，感测器布置在机器人作业工具中。
25.因此，被感应特征部可以布置在充电站中。尽管如此，被感应特征部不需要被通电而可以是无源发射器。机器人作业工具可以在其感测器的帮助下相对于被感应特征部导航，而无需来自充电站的明确的方向。
26.在进一步的实施例中，在机器人作业工具和充电站中的每一者中都设置有短距离无线接口收发器。
27.因此，机器人作业工具和充电站可以无线地通信，使得可以传递到达正确充电位置的信息并且启动充电过程。充电过程包括用全充电功率对充电触点供电。机器人作业工具可以将其自身操纵到用于接收充电电流的最佳位置中(即，在充电站的充电触点与机器人作业工具的充电触点之间具有最佳接触的位置)。在这样的位置中，过度磨损和/或形成火花的风险被最小化。此后，在已经实现了与充电触点的足够接触时，机器人作业工具将通
过向第一通信器件无线发送消息来向充电站确认足够接触，该第一通信器件进而可以指示控制器件接通充电电压。收发器可以是蓝牙收发器。
28.在另一实施例中，感测是基于所产生的磁场的。
29.因此，在一些变型中，被感应特征部可以是无源的，即，不依靠能量供应进行工作。在其他变型中，感测器和感测元件可以容易地构造并集成到机器人作业工具的电力系统和充电站的电力系统中。
30.在另外的实施例中，感测器是霍尔感测器，并且被感应特征部是磁体。
31.在又一实施例中，感测器是3d磁性感测器。
32.因此，可获得感测器和无源被感应特征部的一个可能的实际配置。
33.在本公开的第三方面，充电位置感测器布置成用于被感应特征部的非接触式地检测，并且机器人作业工具布置成在已经到达充电位置后启动充电过程。
34.在第三方面的实施例中，机器人作业工具还包括用于与充电站通信的短距离无线接口收发器。
35.因此，此时，机器人作业工具通过布置在机器人作业工具中的充电位置感测器的帮助导航到充电站中的最佳充电位置。在到达正确的位置时，机器人作业工具可以能够无线地发送其位置的信息，以便可以开始充电。收发器可以是蓝牙收发器。
36.在另外的实施例中，感测器是霍尔感测器。
37.因此，机器人作业工具可以能够感测充电站中的磁体，以能够找出用于充电的最佳位置。磁体不需要通电就能发射可由霍尔感测器感测的磁场。
38.在另一实施例中，感测器是3d磁性感测器。
39.在又一实施例中，充电位置感测器布置在充电器件中的一组触点之间。
40.因此，充电触点上的实际预期接触点与定位装置之间的距离被最小化，并且机器人作业工具的定位可以以最大精度执行。由感测器感测的被感应特征部中的小角偏差保持较小，该偏差还与机器人作业工具和充电站中的充电触点的相互位置有关。这种偏差不会由于感测器与待定位的充电触点之间的较大距离而不适当地扩大。
41.应注意，本发明的实施例可以通过权利要求中陈述的特征的所有可能组合来实施。此外，要理解的是对系统和机器人作业工具描述的各种实施例可与上述所定义的方法组合，反之亦然。
附图说明
42.通过以下参照附图对本公开的优选实施例的说明性且非限制性的详细描述，将更好地理解本公开的上述以及其他目的、特征和优点，其中，相同的参考标号用于相似的元件，在附图中：
43.图1是具有机器人作业工具和充电站的工作区域的示意性俯视图；
44.图2a是充电站和机器人作业工具的立体图；
45.图2b是仅图2a的机器人作业工具的视图；
46.图3是机器人作业工具和充电站的示意性侧视图；以及
47.图4是根据本公开的用于对机器人作业工具进行充电的方法的流程图。
48.所有附图都是示意性的并且不一定按比例绘制，这些附图通常仅示出一些为了说
明实施例所必需的部分而可省略其他部分。
具体实施方式
49.图1示出了在工作区域2中工作的根据本公开的机器人作业工具1。在图1中公开的实施例中的工作区域2由边界线缆3界定，但在一些实施例中可使用其他方式限定工作区域2，例如诸如墙壁的物理边界或者诸如gps的卫星导航。
50.机器人作业工具1通过由电池供电的电动机推进，该电池可在位于工作区域2中或附近某处的充电站4中充电。在机器人作业工具1中的电池电量低时，机器人作业工具1可以根据本领域中已知的任何方式(即，在边界线缆3、引导线、卫星导航等的帮助下)导航回充电站4。
51.如图2a所示，当机器人作业工具1到达充电站4时，机器人作业工具可以与充电站对接。机器人作业工具1的充电触点5a(参见例如图2b)需要与充电站4的对应的充电触点接触，以进行充电。
52.可以将机器人作业工具1引导至充电站4的导航方式通常不足以准确地将机器人作业工具1引导至充电触点彼此完美接触的位置，迄今为止，这涉及上述与现有技术相关的问题。
53.在图3中示意性示出的公开的实施例中，机器人作业工具1设置有感测器6a，在充电站4中设置有被感应特征部6b，感测器用于感测被感应特征部。可使用各种类型的感测器6a，只要其适于感测充电站4中的被感应特征部6b即可。一些实施例利用光学感测，诸如条形码等的扫描、感测led灯等。在某些情况下，可以使用声学感测、多普勒技术等。在另外的实施例中，被感应特征部6b可以是磁体，优选地是永磁体。永磁体6b不需要被供电就能产生磁场，并且因此可以独立于电源工作。然而，利用电磁场的感测(例如，通过感应电路、谐振电路等)的其他实施例也是可能的变形。
54.在一些有利实施例中，在被感应特征部6b是磁体的情况下，感测器6a是霍尔感测器。
55.无论在本公开的多个实施例中使用的感测器6a和被感应特征部6b的类型如何，它们可在大多数情况下以类似的方式布置。感测器6a可在一距离内感测被感应特征部6b。优选地，感测器6a适于感测被感应特征部6b的大小和位置，并且适于感测其场强和场的配置。感测器6a可以适于感测被感应特征部6b的阈值，该阈值作为确定机器人作业工具1已经到达正确的充电位置的基础，在正确的充电位置中，充电触点5a、5b彼此紧密接触。在系统的其他实施例中，感测器6a适于感测所感测的值中的峰值。在这种情况下，感测器6a可以在机器人作业工具1移动靠近理想充电位置1时感测到所感测的值的增加，并且在经过理想充电位置之后在机器人作业工具1移动远离理想充电位置时感测到所感测的值的减小。充电触点5a、5b的理想的相互位置应该布置成与在机器人作业工具1在所感测的值出现峰值时的位置一致。
56.感测器6a和被感应特征部6b不必在所有实施例中都布置成靠近充电触点5a、5b。只要感测器6a和被感应特征部6b到它们相应的充电触点5a、5b之间的相应距离是已知的且刚性的，就可以实现合理的定位。然而，在感测器6a与充电触点5a以及充电站中的被感应特征部6b与充电触点5b之间的距离分别保持较小的情况下，可以最大化机器人作业工具1在
充电站4中定位的精度。通常，感测器6a和被感应特征部6b的相互定位中的任何角偏差可随其间距离增加而更明显。这种偏差可能导致一对或两对充电触点5a、5b之间的接触不如最佳接触。在本公开的有利实施例中，感测器6a和被感应特征部6b分别布置在机器人作业工具1上的充电触点5a和充电站4上的充电触点5b之间。当然，在非接触感测过程结束后，可以施加测试信号来验证定位。
57.充电触点5a、5b的位置或相互紧密接触都不需要通过使测试电流或测试信号通过触点5a、5b来确认。因此，通过增强的定位并且通过在已经确定最佳充电位置之前在充电触点5a、5b上没有电压的事实这两者，消除了在接触不足时过度加热或形成火花的风险。
58.在优选的实施例中，机器人作业工具1和充电站4设置有收发器7a、7b，例如利用诸如蓝牙等的无线接口。在机器人作业工具中，蓝牙可用于其他目的。其他合适的通信方案包括例如ant和zigbee。通过使用这种收发器7a、7b，对接的信息(即，机器人作业工具1在充电站4中的成功定位的信息)可以从机器人作业工具1传递到充电站4，或反之。
59.承载感测器6a的单元(在优选的实施例中，机器人作业工具1)布置成将到达充电位置的信息经由收发器7a传递给充电站4中的收发器7b。一充分确认被感应特征部6b(即根据峰值或阈值的检测)，就进行这种信息的传递。此外，在机器人作业工具1已经到达充电位置时可以停止移动，以便不损坏充电触点5a、5b之间的相互接触。由此启动充电过程。充电站4布置成在接收到机器人作业工具1处于充电位置(这意味着充电触点5a、5b充分相互接触)的信息时使充电触点5b通电。
60.在图4中示意性地示出了用于对机器人作业工具1进行充电的方法。在步骤8中，机器人作业工具1通过本领域已知的任何方式(例如，gps、引导线等)朝向充电站4导航。
61.在步骤9中，在机器人作业工具1到达充电站4之后，机器人作业工具1中的感测器6a开始检测被感应特征部6b。基于来自感测器6a的信息，机器人作业工具1可以缓慢移动并且可以一次或多次调整其位置以便找到最佳充电位置。
62.在步骤10中，已经到达充电位置，并且感测器6a检测到被感应特征部处于最大程度，即，得到被感应特征部6b的峰值。在一些实施例中，为了获得最佳充电位置，方法的步骤10涉及感测被感应特征部6b的阈值。
63.步骤11是启动充电过程的步骤。在该步骤11中，机器人作业工具1的收发器7a将确认信号无线发送至充电站4中的收发器7b。在接收到确认信号后，指示充电站4对充电触点5b通电。在已经接收到到达充电位置的确认之前，充电触点不可以通电，以便确保充电站4的充电触点5b与机器人作业工具1的充电触点5a处于安全接触。
64.在完成步骤11之后，将根据技术人员已知的任何充电过程进行充电。
65.以上主要参考几个实施例描述了本发明。然而，如本领域技术人员容易理解的，除了上文所公开的实施例之外，在由所附权利要求限定的本发明的范围内的其他实施例也是可能的。
66.例如，充电站4中的被感应特征部6b被描述为无源特征部(例如磁体)，该无源特征部随着时间的推移不断地产生磁场并且不依靠电力。当然可以使用依靠电力的被感应特征部6b，诸如电磁体、led等。
67.另一个变型是感测器6a布置在充电站4中，并且被感应特征部6b布置在机器人作业工具1中。在一些这种实施例中，在充电站4与机器人作业工具1之间发送无线消息可被视
为多余的，这是因为充电站4中的感测器6a可直接与对充电站4中的充电触点5b通电的控制系统通信，而不涉及机器人作业工具1。另一方面，存在利用感测器6a和被感应特征部6b的以下布置的实施例，在该布置中，到机器人作业工具1的无线消息可用于传递已经到达充电位置的信息。例如，在到达充电位置时，机器人作业工具1可以使用该信息以便中断对充电位置的搜索。
68.在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且词语“一”或“一个”不排除多个。
技术特征：1.一种用于在充电站(4)中对自推进式机器人作业工具(1)进行充电的方法，包括以下步骤：将所述机器人作业工具(1)朝向所述充电站中的充电位置导航的步骤(8)；通过位于所述机器人作业工具(1)和所述充电站(4)中的一者中的充电位置感测器(6a)以及与所述机器人作业工具(1)和所述充电站(4)中的另一者相关联的被感应特征部(6b)，感测所述机器人作业工具(1)到达所述充电站(4)中的预定充电位置的步骤(9)；其中，所述方法还包括以下步骤：在到达所述充电位置的步骤(10)后进行启动充电过程的步骤(11)，并且其中，所述充电位置感测器(6a)以非接触的方式检测所述被感应特征部(6b)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述充电位置感测器(6a)布置在所述机器人作业工具(1)中并且启动所述启动充电过程的步骤(11)。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述启动充电过程的步骤(11)包括经由短距离无线接口传递信息。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，感测是基于所产生的磁场的。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述被感应特征部(6b)是磁体，并且所述充电位置感测器(6a)是霍尔感测器。6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述充电位置感测器是3d磁性感测器。7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中，感测所述机器人作业工具(1)到达预定充电位置的步骤(9)包括感测到磁场高于一阈值，并且此后启动所述启动充电过程的步骤(11)。8.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中，感测所述机器人作业工具(1)到达预定充电位置的步骤(9)包括在所述机器人作业工具(1)移动时感测到磁场中的峰值，并且此后启动所述启动充电过程的步骤(11)。9.一种用于自推进式机器人作业工具(1)的自主操作的系统，所述系统包括充电站(4)和机器人作业工具(1)，并且所述充电站(4)和所述机器人作业工具(1)中的每个分别包括充电位置感测器(6a)和被感应特征部(6b)中的一者并且分别包括第一充电器件和第二充电器件(5a、5b)，其中，所述充电位置感测器(6a)和所述被感应特征部(6b)布置成用于非接触式地检测，并且所述机器人作业工具(1)和所述充电站(4)布置成在已经到达充电位置后启动充电过程。10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述充电位置感测器(6a)布置在所述机器人作业工具(1)中。11.根据权利要求9或10所述的系统，其中，在所述机器人作业工具(1)和所述充电站(4)中的每一者中都设置有短距离无线接口收发器(7a、7b)。12.根据权利要求9至11中任一项所述的系统，其中，感测是基于所产生的磁场的。13.根据权利要求9至12中任一项所述的系统，其中，所述充电位置感测器(6a)是霍尔感测器，并且所述被感应特征部(6b)是磁体。14.根据权利要求9至12中任一项所述的系统，其中，所述充电位置感测器是3d磁性感测器。
15.一种机器人作业工具，用于在根据权利要求9至14中任一项所述的系统中使用，所述机器人作业工具包括：充电位置感测器(6a)，用于使所述机器人作业工具(1)在充电站(4)中定位；可充电电池；以及充电器件，其中，所述充电位置感测器(6a)设置成用于非接触式地检测被感应特征部(6b)，并且所述机器人作业工具(1)布置成在到达充电位置后启动充电过程。16.根据权利要求15所述的机器人作业工具，其中，所述机器人作业工具(1)还包括用于与所述充电站(4)通信的短距离无线接口收发器(7a)。17.根据权利要求15或16所述的机器人作业工具，其中，所述充电位置感测器(6a)是霍尔感测器。18.根据权利要求15或16所述的机器人作业工具，其中，所述充电位置感测器(6a)是3d磁性感测器。19.根据权利要求15至18中任一项所述的机器人作业工具，其中，所述充电位置感测器(6a)布置在位于所述充电器件中的一组触点(5a)之间。
技术总结一种用于在充电站中对自推进式机器人作业工具进行充电的方法，包括以下步骤：将机器人作业工具朝向充电站中的充电位置导航，以及感测机器人作业工具到达充电站中的预定充电位置。在自推进式机器人作业工具和充电站中布置有充电位置感测器和被感应特征部。一到达充电位置就启动充电过程，并且感测器以非接触的方式检测被感应特征部。一种系统，包括充电站和机器人作业工具，充电站和机器人作业工具中的每个分别包括感测器和被感应特征部中的一者，并且分别包括第一充电器件和第二充电器件。感测器和被感应特征部布置成用于非接触式地检测。一种在该系统中使用的机器人作业工具，包括充电位置感测器、可充电电池以及充电器件。器件。器件。
技术研发人员：乌尔夫
受保护的技术使用者：胡斯华纳有限公司
技术研发日：2022.04.29
技术公布日：2022/11/1
