CN108245079A - 适用于机器人的监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明有关于一种适用于机器人的监测系统，以影像侦测光学图样变化方式，防止机器人于空间中坠落与碰撞，并达到侦测移动物件侵入空间的监控目的，本发明包括有发光单元、影像撷取单元、影像处理单元、转向控制单元与无线传输单元；藉此，本发明藉由影像撷取单元结合光学图样，做为机器人移动或监测的视觉模块，光学图样因机器人移动而导致碰触到物体或坑洞产生形状变化时，影像处理单元认定静止物件存在而控制机器人行进方向，有效避免机器人碰撞与坠落危险，并依移动侦测技术确实监控空间中态动物件，有效执行空间安全监控目的。

Description

适用于机器人的监测系统
技术领域
本发明有关于一种适用于机器人的监测系统，尤其是指一种利用影像侦测光学图样变化的方式以控制机器人行进方向与进行空间安全监控的监测系统。
背景技术
按，清洁机器人是一种可以在室内空间中自主行进而无需使用者控制其作动的自主移动清洁装置，清洁机器人可以在诸如家庭或办公室等室内空间中移动，以将地板上的脏污(例如垃圾或灰尘等)吸取到内建的集尘盒中，有效达到室内清洁的效果，故清洁机器人已经是现代繁忙的双薪家庭中最常见的清洁用具；然而，清洁机器人于实际实施时，仍存在有许多应用上的限制，诸如各种室内家俱摆设的位置皆不尽相同，且于不同的时间可能有不同的空间规划，甚或是室内空间存在有楼梯或高低差等区域时，若清洁机器人仅以事先固定的路径运行而无更新的话，仍旧无法符合全区清洁的要求与效能，甚至有可能发生碰撞或掉落等危险；因此，目前已有很多研究发展以针对清洁机器人的行进方式缺失进行改善，其中最普遍的做法即是使用阻隔装置进行清洁机器人转向的作动控制，阻隔装置即是所谓的“虚拟墙”，主要利用虚拟墙生成一清洁机器人可以接收的阻隔讯号，以使清洁机器人产生后退或偏斜行走的对应方式，达到避免碰撞或掉落的危险。
上述方法虽然可以避免清洁机器人与物件的碰撞或坠落楼梯等危险，然而，当物件与物件之间的空隙得以使清洁机器人通行时，清洁机器人仍旧会进入空隙中进行清扫工作，最后却无法找到正确的路径出来；为了解决上述的问题，现行机器人利用在自身本体上安装多颗摄影机或超音波感测器进行前方物件的判断，然而，超音波感测器无法有效判断空间中的地板存在有电源线或网路线等稍微凸起的线路，常常走到线路上而动弹不得，且超音波感测器造价不斐，装设的手续亦较复杂；因此，如何有效以创新、简单且低成本的硬体设计，确实达到避免机器人碰撞与坠落的危险，并达成减少硬体设置成本与人力设置成本的优势，仍是清洁机器人等相关产业开发业者与相关研究人员需持续努力克服与解决的课题。
发明内容
今，发明人即是鉴于上述传统清洁机器人的监测系统于实际实施时仍存在有诸多缺失，于是乃一本孜孜不倦的精神，并藉由其丰富的专业知识及多年的实务经验所辅佐，而加以改善，并据此研创出本发明。
本发明主要目的为提供一种适用于机器人的监测系统，尤其是指一种利用影像侦测光学图样变化的方式以控制机器人行进方向与进行空间安全监控的监测系统，主要藉由影像撷取单元结合发光单元所发射的光学图样的硬体设计，以做为机器人移动或监控的视觉模块，即影像撷取单元撷取的光学图样因机器人移动而导致碰触到高凸的物体或凹陷的坑洞等静止物件而产生形状的变化时，影像处理单元即认定静止物件的存在而控制机器人转向，有效避免机器人碰撞与坠落的危险，并可依移动侦测技术确实监控空间中的态动物件，有效执行空间安全监控的目的，以确实达到减少硬体设置成本与人力设置成本、增加侦测与监控准确度，以及即时警示等优势。
为了达到上述的实施目的，本发明人提出一种适用于机器人的监测系统，至少包括有至少一发光单元、一影像撷取单元、一影像处理单元、一转向控制单元，以及一无线传输单元；至少一发光单元嵌设于一机器人的外端部，每一发光单元发射一包括有一光学图样的光束，其中光学图样因照射于一空间中至少一静止物件或至少一移动物件上而产生变化；影像撷取单元嵌设于机器人的外端部，影像撷取单元包括有一光学镜头，以及一与光学镜头连接的感光元件，其中光学镜头撷取静止物件或移动物件，以及其上的光学图样的影像于感光元件上成像；影像处理单元电性连接影像撷取单元，以接收影像撷取单元所撷取的影像，影像处理单元包括有一侦测模块、一辨识模块，以及一移动侦测模块，其中侦测模块侦测影像中光学图样的态样，当光学图样因接触静止物件而产生变化时，侦测模块计算静止物件的距离并传递一第一讯号，而辨识模块系比对影像中的资讯，当比对不一致时，辨识模块传递影像与一第二讯号，且移动侦测模块系侦测影像中的移动物件，以传递影像与一第三讯号；转向控制单元电性连接侦测模块，转向控制单元接收侦测模块传递的第一讯号，以控制机器人的转向而避开静止物件；无线传输单元电性连接辨识模块与移动侦测模块，无线传输单元接收辨识模块与移动侦测模块传递的影像、第二讯号与第三讯号，以将影像经由一无线通讯协定传递至一使用者的远端监控装置。
如上所述的适用于机器人的监测系统，其中至少一发光单元为雷射、发光二极管或用以输出一光束的发光体等其中的一种装置。
如上所述的适用于机器人的监测系统，其中光学图样系为网格、直线或规则排列点等其中的一种态样。
如上所述的适用于机器人的监测系统，其中静止物件为置于地面上的物体、地面凹陷或地面隆起等其中的一种态样或两者以上的组合。
如上所述的适用于机器人的监测系统，其中光学镜头为鱼眼镜头、广角镜头或标准镜头等其中的一种装置。
如上所述的适用于机器人的监测系统，其中感光元件为光电耦合元件(ChargeCoupled Device，CCD)或互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)等其中的一种装置。
如上所述的适用于机器人的监测系统，其中辨识模块藉由人脸辨识、条码辨识或图形辨识等其中的一种方式读取影像中的资讯，并与辨识模块内建的多个比对资料比对。
如上所述的适用于机器人的监测系统，其中辨识模块可进一步设置有一储存模块，以储存比对资料。
如上所述的适用于机器人的监测系统，其中移动侦测模块藉由移动物件侦测技术、光流检测技术或物件轮廓侦测等其中的一种技术进行移动物件的侦测。
如上所述的适用于机器人的监测系统，其中无线通讯协定为蓝芽(Bluetooth)通讯、红外线(Infrared，IR)通讯、近场通讯(Near Field Communication，NFC)、无线区域网路(Wireless Local Area Network，WLAN)、无线千兆联盟(Wireless Gigabit Alliance，WiGig)、紫蜂(ZigBee)、无线通用序列汇流排(Wireless USB)、超宽频(Ultra Wide Band，UWB)或无线保真(Wi-Fi)其中的一协定或两者以上的组合，以提供无线传输单元与远端监控装置间的通讯功能。
如上所述的适用于机器人的监测系统，其中远端监控装置为行动通讯装置、遥控装置或电脑装置等其中的一种装置。
如上所述的适用于机器人的监测系统，其中发光单元可进一步为一闪烁式光源，闪烁式光源的闪烁频率相同于影像撷取单元撷取画面的频率。
如上所述的适用于机器人的监测系统，其中影像处理单元的侦测模块可进一步比对影像撷取单元撷取的前后影像的差异，以判断光学图样的变化。
藉此，本发明的适用于机器人的监测系统藉由影像撷取单元结合发光单元所发射的光学图样的硬体设计，以做为清洁机器人的移动所需的视觉模块，亦即影像撷取单元撷取的光学图样因清洁机器人移动而导致碰触到高凸的物体或凹陷的坑洞等静止物件而产生形状的变化时，影像处理单元即认定静止物件的存在而控制清洁机器人的行进方向，有效避免清洁机器人的碰撞与坠落的危险，可解决传统清洁机器人必须藉由多个价格昂贵的雷射雷达或超音波感测器才能避免碰撞的危险，确实达到减少硬体设置成本的优势者；此外，本发明的适用于机器人的监测系统藉由影像撷取单元与至少一发光单元所发射的光学图样的成对设计，以做为各式机器人监测的监控模块，并依照移动物件侦测、光流检测或物件轮廓侦测等侦测技术监控空间中的至少一移动物件的侵入危机，以有效执行空间安全监控与影像传输的目的，确实达到增加侦测与监控准确度与即时警示等优势者；再者，本发明的适用于机器人的监测系统藉由人脸辨识、条码辨识或图形辨识等影像撷取、侦测与辨识的技术，可让机器人于大型厂区或大楼住宅区等区域进行深度的巡逻工作，以有效辨识陌生人入侵厂区或住宅区的危机，确实达到节省保全人员的人力支出成本，以及即时通报与警示等优势者；最后，本发明的适用于机器人的监测系统藉由发光单元所发射的光学图样的变化，以侦测位于地面上的隆起物的存在(例如：电线或电缆等)，有效解决传统清洁机器人无法侦测不明显的隆起高度而卡住不动至电量耗尽的缺点，确实达到准确避开地上障碍物，以及节能省电的优势。
附图说明
图1是本发明适用于机器人的监测系统其一较佳实施例的系统架构方块图
图2是本发明适用于机器人的监测系统其一较佳实施例的系统设置示意图
其中，附图标记说明如下：
1 发光单元
11 光束
111 光学图样
2 机器人
21 清洁机器人
3 影像撷取单元
31 光学镜头
32 感光元件
4 影像处理单元
41 侦测模块
42 辨识模块
43 移动侦测模块
5 转向控制单元
6 无线传输单元
7 远端监控装置
S1 第一讯号
S2 第二讯号
S3 第三讯号
具体实施方式
为利贵审查委员了解本发明的技术特征、内容、优点，以及其所能达成的功效，兹将本发明配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的图式，其主旨仅为示意及辅助说明书的用，未必为本发明实施后的真实比例与精准配置，故不应就所附的图式的比例与配置关系解读、局限本发明于实际实施上的权利范围，合先叙明。
首先，请参阅图1与图2所示，为本发明适用于机器人的监测系统其一较佳实施例的系统架构方块图，以及系统设置示意图，其中本发明的适用于机器人的监测系统以影像侦测一光学图样111变化的方式，防止一机器人2于一空间中的坠落与碰撞，并达到侦测至少一移动物件侵入空间的安全监控目的；在本发明其一较佳实施例中，机器人2可例如但不限定为一清洁机器人21，以进行居家或办公室等室内空间的清洁任务与安全监控；此外，在本发明其二较佳实施例中，机器人2可例如但不限定为一巡逻机器人，以在大楼住宅区或大型厂区内进行巡逻任务，与监控不明人士入侵等工作；本发明的适用于机器人的监测系统至少包括有：
至少一发光单元1，嵌设于一机器人2的外端部，每一发光单元1系发射一包括有一光学图样111的光束11，其中光学图样111因照射于一空间中至少一静止物件或至少一移动物件上而产生变化；此外，发光单元1为雷射、发光二极管或用以输出一光束的发光体等其中的一种装置；再者，光学图样111为网格、直线或规则排列点等其中的一种态样；此外，静止物件系为置于地面上的物体、地面凹陷或地面隆起等其中的一种态样或两者以上的组合；在本发明其一较佳实施例中，以清洁机器人21态样呈现的机器人2的外端部设置有二相邻且以雷射态样呈现的发光单元1，此等雷射所发射的光束11包括有一直线态样的光学图样111，其中的一发光单元1的光束11平行发射，以藉由直线态样的光学图样111侦测前方置于地面上的物体或地面隆起的静止物件等，而另一发光单元1所发射的光束(11)则朝地面发射，以藉由直线态样的光学图样111侦测前方地面凹陷的静止物件；然而必须注意的是，上述静止物件与光学图样111的种类是为说明方便起见，而非以本发明所举为限，且熟悉本领域的技术人员当知道不同的静止物件的种类皆可造成不同的光学图样111形状的改变，并不会影响本发明的实际实施；
一影像撷取单元3，嵌设于机器人2的外端部，影像撷取单元3包括有一光学镜头31，以及一与光学镜头31连接的感光元件32，其中光学镜头31撷取静止物件或移动物件，以及其上的光学图样111的影像于感光元件32上成像；此外，光学镜头31为鱼眼镜头、广角镜头或标准镜头等其中的一种装置；再者，感光元件32为光电耦合元件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)等其中的一种装置；在本发明其一较佳实施例中，影像撷取单元3包括有以鱼眼镜头态样呈现的光学镜头31，以及以电耦合元件(CCD)态样呈现的感光元件32，其中影像撷取单元3对应发光单元1而设置于机器人2的外端部，且光学镜头31可撷取静止物件或移动物件，以及其上的光学图样111的影像于感光元件32上成像；
一影像处理单元4，电性连接影像撷取单元3，以接收影像撷取单元3所撷取的影像，影像处理单元4包括有一侦测模块41、一辨识模块42，以及一移动侦测模块43，其中侦测模块41侦测影像中光学图样111的态样，当光学图样111因接触静止物件而产生变化时，侦测模块41计算静止物件的距离并传递一第一讯号S1，而辨识模块42比对影像中的资讯，当比对不一致时，辨识模块42传递影像与一第二讯号S2，且移动侦测模块43侦测影像中的移动物件，以传递影像与一第三讯号S3；此外，辨识模块42藉由人脸辨识、条码辨识或图形辨识等其中的一种方式读取影像中的资讯，并与辨识模块42内建的多个个比对资料比对；再者，辨识模块42可进一步设置有一储存模块(图式未标示)，以储存比对资料；再者，移动侦测模块43藉由移动物件侦测技术、光流检测技术或物件轮廓侦测等其中的一种技术进行移动物件的侦测；在本发明其一较佳实施例中，影像处理单元4的侦测模块41接收影像撷取单元3撷取的影像，以判断影像中的光学图样111是否因接触到静止物件而产生变化，若光学图样111产生变化时，则侦测模块41发出一第一讯号S1并计算静止物件的距离，而辨识模块42可提供本发明其二较佳实施例的巡逻机器人使用，当巡逻机器人在大楼住宅区或大型厂区内进行巡逻任务时，可使用条码辨识的方式进行人员所携带的条码(例如员工证)与内建的储存模块所储存的多个比对资料比对，当比对结果不一致时，辨识模块42传递不明人士的影像与一第二讯号S2，而移动侦测模块43以光流检测技术进行空间中的移动物件侵入的安全监控目的，并传递影像与一第三讯号S3；
一转向控制单元5，电性连接侦测模块41，转向控制单元5接收侦测模块41传递的第一讯号S1，以控制机器人2的转向而避开静止物件；在本发明其一较佳实施例中，当侦测模块41接收影像撷取单元3所撷取的影像后，若判断影像中的光学图样111因接触到静止物件而产生变化时，则侦测模块41发出一第一讯号S1至转向控制单元5，以控制机器人2的转向而避免与静止物件碰撞的危险；以及
一无线传输单元6，电性连接辨识模块42与移动侦测模块43，无线传输单元6接收辨识模块42与移动侦测模块43传递的影像、第二讯号S2与第三讯号S3，以将影像经由一无线通讯协定传递至一使用者的远端监控装置7；此外，无线通讯协定为蓝芽通讯、红外线通讯、近场通讯(NFC)、无线区域网路(WLAN)、无线千兆联盟(WiGig)、紫蜂(ZigBee)、无线通用序列汇流排(Wireless USB)、超宽频(UWB)或无线保真(Wi-Fi)等其中的一种协定或两者以上的组合，以提供无线传输单元6与远端监控装置7间的通讯功能；再者，远端监控装置7为行动通讯装置、遥控装置或电脑装置等其中的一种装置；在本发明其一较佳实施例中，当辨识模块42辨识的结果不一致时，辨识模块42将不明人士的影像与一第二讯号S2传递至无线传输单元6，再由无线传输单元6将不明人士的影像以无线通讯协定方式传递至使用者的行动通讯装置的远端监控装置7中，以警示或通知相关人员有关大楼住宅区或大型厂区遭不明人士入侵的危险；此外，当移动侦测模块43以光流检测技术侦测空间中存在有移动物件时，移动侦测模块43传递影像与一第三讯号S3至无线传输单元6，无线传输单元6将移动物件的影像传递至使用者的远端监控装置7中，以通知相关人员有关移动物件入侵空间的危险并储存移动物件影像。
此外，发光单元1进一步可为一闪烁式光源，闪烁式光源的闪烁频率系相同于影像撷取单元3撷取画面的频率，而影像处理单元4的侦测模块41可进一步比对影像撷取单元3撷取的前后影像的差异，以判断光学图样111的变化；在本发明其三较佳实施例中，当闪烁式的发光单元1明亮时，影像撷取单元3撷取一次静止物件与其上的光学图样111的影像，而在下一刻发光单元1暗灭时，则影像撷取单元3再撷取一次静止物件与其上的光学图样111影像，经由侦测模块41将上述的两个影像相减时，则只会保留光学图样111的影像，则侦测模块41可更明确判断光学图样111变化的态样，达到更严密的机器人2转向的控制。
接着，为使贵审查委员能进一步了解本发明的目的、特征，以及所欲达成的功效，以下兹举本发明适用于机器人的监测系统的具体实际实施例，进一步证明本发明的适用于机器人的监测系统可实际应用的范围，但不意欲以任何形式限制本发明的范围；当一使用者欲于一空间进行清洁工作时，可使用搭载有本发明的适用于机器人的监测系统的清洁机器人21进行清洁，以有效避免机器人2与静止物件碰撞或坠落的危险，另外，清洁机器人21亦可依移动侦测技术确实监控空间中的移动物件，有效执行空间安全监控目的，确实减少硬体设置成本与人力设置成本、增加侦测与监控准确度，以及即时警示等优势；首先，准备至少一发光单元1，其中发光单元1嵌设于机器人2的外端部，每一雷射态样的发光单元1发射一包括有光学图样111的雷射光束11，其中光学图样111因照射于空间中的静止物件或移动物件而产生变化；接着，准备一影像撷取单元3，其中影像撷取单元3嵌设于机器人2的外端部，影像撷取单元3包括有一光学镜头31，以及一与光学镜头31连接的感光元件32，其中光学镜头31撷取静止物件或移动物件，以及其上的光学图样111的影像于感光元件32上成像；接续，准备一内建于一电性连接影像撷取单元3的影像处理单元4中的侦测模块41，其中侦测模块41接收影像撷取单元3所撷取的影像并侦测影像中光学图样111的态样，当光学图样111因接触静止物件而产生变化时，侦测模块41计算静止物件的距离并传递一第一讯号S1至一转向控制单元5，以控制机器人2的转向而避开静止物件；最后，准备一内建于影像处理单元4中的移动侦测模块43，其中移动侦测模块43以光流检测技术侦测空间中存在有移动物件时，移动侦测模块(43)系传递移动物件的影像与一第三讯号(S3)至一无线传输单元6，无线传输单元(6)即将接收的移动物件的影像传递至一使用者的行动通讯装置的远端监控装置7中，以通知相关人员有关移动物件入侵空间的危险并储存移动物件的影像；藉此，本发明的适用于机器人的监测系统系藉由影像撷取单元3结合发光单元1所发射的光学图样111的硬体设计，以做为清洁机器人21的移动所需的视觉模块，亦即影像撷取单元3撷取的光学图样111因清洁机器人21移动而导致碰触到静止物件而产生形状变化时，影像处理单元4即认定静止物件存在而控制清洁机器人21转向，有效避免清洁机器人21碰撞与坠落的危险，确实达到减少硬体设置成本的优势。
综上所述，本发明的适用于机器人的监测系统，的确能藉由上述所揭露的实施例，达到所预期的使用功效，且本发明亦未曾公开于申请前，诚已完全符合专利法的规定与要求。爰依法提出发明专利的申请，恳请惠予审查，并赐准专利，则实感德便。
惟，上述所揭示的图示及说明，仅为本发明的较佳实施例，非为限定本发明的保护范围；大凡熟悉本领域的技术人员，其所依本发明的特征范畴，所作的其它等效变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的设计范畴。

Claims (10)

1.一种适用于机器人的监测系统，其特征在于，至少包括有：
至少一发光单元，嵌设于一机器人的外端部，每一发光单元发射一包括有一光学图样的光束，其中该光学图样因照射于一空间中至少一静止物件或至少一移动物件上而产生变化；
一影像撷取单元，嵌设于该机器人的外端部，该影像撷取单元包括有一光学镜头，以及一与该光学镜头连接的感光元件，其中该光学镜头撷取该静止物件或该移动物件，以及其上的光学图样的影像于该感光元件上成像；
一影像处理单元，电性连接该影像撷取单元，以接收该影像撷取单元所撷取的影像，该影像处理单元包括有一侦测模块、一辨识模块，以及一移动侦测模块，其中该侦测模块侦测该影像中该光学图样的态样，当该光学图样因接触该静止物件而产生变化时，该侦测模块计算该静止物件的距离并传递一第一讯号，而该辨识模块比对该影像中的资讯，当比对不一致时，该辨识模块传递该影像与一第二讯号，且该移动侦测模块侦测该影像中的移动物件，以传递该影像与一第三讯号；
一转向控制单元，电性连接该侦测模块，该转向控制单元接收该侦测模块传递的第一讯号，以控制该机器人的转向而避开该静止物件；以及
一无线传输单元，电性连接该辨识模块与该移动侦测模块，该无线传输单元接收该辨识模块与该移动侦测模块传递的影像、该第二讯号与该第三讯号，以将该影像经由一无线通讯协定传递至一使用者的远端监控装置。
2.根据权利要求1所述的适用于机器人的监测系统，其特征在于，该至少一发光单元为雷射、发光二极管或用以输出一光束的发光体其中之一。
3.根据权利要求1所述的适用于机器人的监测系统，其特征在于，该光学图样为网格、直线或规则排列点其中之一。
4.根据权利要求1所述的适用于机器人的监测系统，其特征在于，该静止物件为置于地面上的物体、地面凹陷或地面隆起其中之一态样或两者以上的组合。
5.根据权利要求1所述的适用于机器人的监测系统，其特征在于，该光学镜头为鱼眼镜头、广角镜头或标准镜头其中之一。
6.根据权利要求1所述的适用于机器人的监测系统，其特征在于，该感光元件为光电耦合元件或互补金属氧化物半导体其中之一。
7.根据权利要求1所述的适用于机器人的监测系统，其特征在于，该辨识模块藉由人脸辨识、条码辨识或图形辨识其中之一方式读取该影像中的资讯，并与该辨识模块内建的多个比对资料比对，且该辨识模块进一步设置有一储存模块，以储存所述比对资料。
8.根据权利要求1所述的适用于机器人的监测系统，其特征在于，该移动侦测模块藉由移动物件侦测技术、光流检测技术或物件轮廓侦测其中之一技术进行该移动物件的侦测。
9.根据权利要求1所述的适用于机器人的监测系统，其特征在于，该无线通讯协定为蓝芽通讯、红外线通讯、近场通讯、无线区域网路、无线千兆联盟、紫蜂、无线通用序列汇流排、超宽频或无线保真其中之一协定或两者以上的组合，以提供该无线传输单元与该远端监控装置间的通讯功能，且该远端监控装置为行动通讯装置、遥控装置或电脑装置其中之一。
10.根据权利要求1所述的适用于机器人的监测系统，其特征在于，该发光单元进一步为一闪烁式光源，该闪烁式光源的闪烁频率相同于该影像撷取单元撷取画面的频率，且该影像处理单元的侦测模块进一步比对该影像撷取单元撷取的前后影像的差异，以判断该光学图样的变化。
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