CN108459327A - 测距装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种测距装置。此测距装置包括载具、扫描单元以及处理单元。扫描单元包括发光单元以及光接收单元。扫描单元以及处理单元配置于载具上。处理单元电性连接至扫描单元。载具用以在一平面上移动。发光单元用以沿着一出射方向发射光束，其中所述光束的出射方向与所述平面不平行。光接收单元用以接收所述光束经由物体反射的反射光。处理单元用以根据所述反射光判断所述载具与所述物体之间的距离。

Description

测距装置
技术领域
本发明涉及一种检测障碍物的测距装置。
背景技术
由于科技的进步，清洁机器人(例如，吸尘机器人、扫地机器人或洗地机器人)被广泛地应用于日常生活的清洁作业上。由于清洁机器人通常是无人驾驶的设备，因此在清洁机器人上会配置用来检测障碍物的扫描单元。通过扫描单元的运行，可以让清洁机器人在一空间内进行清洁作业时有效地避开障碍物。
图1A与图1B是现有的清洁机器人的示意图。请参照图1A，假设清洁机器人100是在平面S1上移动以进行清洁作业。在现有技术中，清洁机器人100会配置扫描单元10来检测空间中的障碍物。扫描单元10通常会沿着平行于平面S1的出射方向来发射光束L1。扫描单元10可以接收光束L1经由障碍物反射的反射光，清洁机器人100可以根据此反射光来判断前方是否有障碍物。
以障碍物为椅子200为例，在图1A中，由于光束L1可以通过椅子200的底部，因此清洁机器人100会判断可以继续前进以通过椅子200的底部。然而须注意的是，受限于扫描单元10的硬件架构，扫描单元10的顶端距离平面S1的高度h1通常会比光束L1距离平面S1的高度h2来的高。请参照图1B，继续图1A，由于光束L1可以通过椅子200的底部，故清洁机器人100会继续地往椅子200的底部前进以清洁椅子200下的平面S1。假设椅子200的座垫底部位于高度h1与高度h2之间，当清洁机器人100移动到椅子200的下方时，清洁机器人100的扫描单元10会与椅子200发生碰撞(如图1B中的位置300)。
也就是说，在现有技术中，清洁机器人100仅能通过光束L1来检测平行于平面S1的出射方向上是否有障碍物，而无法通过光束L1检测到位在与平面S1垂直的方向上且高度大于光束L1距离平面S1的高度h2的障碍物。
发明内容
本发明提供一种测距装置，通过调整扫描单元所发出的光束的出射方向，藉此能够有效地检测障碍物并且避免测距装置与障碍物发生碰撞。
本发明的提出一种测距装置，此测距装置具有载具、扫描单元以及处理单元。扫描单元包括发光单元以及光接收单元。扫描单元以及处理单元设置于载具上。处理单元电性连接至扫描单元。载具用以在平面上移动。发光单元用以沿着一出射方向发射光束，其中所述光束的出射方向与所述平面不平行。光接收单元用以接收所述光束经由物体反射的反射光。处理单元用以根据所述反射光判断所述载具与所述物体之间的距离。
在本发明的一实施例中，其中所述平面与所述出射方向所夹的锐角大于0度且小于90度。
在本发明的一实施例中，其中所述平面与所述出射方向所夹的锐角为1度。
在本发明的一实施例中，其中处理单元还用以根据反射光，判断物体上的反射点与平面之间的垂直高度，其中所述光束是在所述反射点反射而产生反射光。
在本发明的一实施例中，其中处理单元还用以发送控制信号以调整所述平面与所述出射方向所夹的锐角的角度。
在本发明的一实施例中，其中扫描单元用以沿着所述平面的法线旋转。
基于上述，通过调整扫描单元所发出的光束的出射方向，本发明的测距装置能够有效地检测障碍物并且避免测距装置与障碍物发生碰撞。特别是，本发明的测距装置可以在不使用价格较昂贵的三维扫描单元的情况下，使用一般较低价格的扫描单元来扫描空间中障碍物的垂直高度，进而达到类似于三维扫描单元感测障碍物的高度的效果。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合说明书附图作详细说明如下。
附图说明
图1A与图1B是现有的清洁机器人的示意图。
图2是依照本发明的一实施例所示出的的测距装置的方框图。
图3是依照本发明的一实施例所示出的的测距装置的光束的出射方向的示意图。
图4是依照本发明的一实施例所示出的的测距装置检测障碍物的示意图。
图5是依照本发明的一实施例所示出的的测距装置检测以阶梯状的方式并排的多个障碍物的示意图。
图6是依照本发明的一实施例所示出的的测距装置的扫描单元旋转的示意图。
图7是依照本发明的一实施例所示出的的测距装置所记录的在一空间中障碍物的位置的示意图。
图8是依照本发明的一实施例所示出的的应用于测距装置的测距方法的流程图。
附图标记说明：
100：清洁机器人
10：扫描单元
200：椅子
L1、L2：光束
h1、h2、h3、h4：高度
S1、S2：平面
300：位置
2000：测距装置
40：处理单元
42：扫描单元
44：载具
42a：发光单元
42b：光接收单元
θ：角度
600：前进方向
500、501：障碍物
T1：法线
700：障碍物位置分布图
70、71：线段
步骤S801：通过发光单元沿着一出射方向发射光束，其中此光束的出射方向与载具所位于的平面不平行的步骤
步骤S801：通过光接收单元接收光束经由物体反射的反射光的步骤
步骤S801：通过处理单元根据反射光判断载具与物体之间的距离的步骤
具体实施方式
现将详细参考本发明示范性实施例，在附图中说明所述示范性实施例的实例。另外，凡可能之处，在附图及实施方式中使用相同标号的元件/构件代表相同或类似部分。
图2是依照本发明的一实施例所示出的的测距装置的方框图。请参照图2，测距装置2000例如是用来执行清洁作业的清洁机器人。测距装置2000包括处理单元40、扫描单元42以及载具44。处理单元40以及扫描单元42分别设置于载具44上，且处理单元40电性连接至扫描单元42。
处理单元40例如可以是一般用途处理器、特殊用途处理器、传统的处理器、数字信号处理器、多个微处理器(microprocessor)、一个或多个结合数字信号处理器核心的微处理器、控制器、微控制器、特殊应用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、任何其他种类的集成电路、状态机、基于进阶精简指令集机器(Advanced RISC Machine，ARM)的处理器以及类似品。
扫描单元42包括发光单元42a以及光接收单元42b。发光单元42a电性连接至光接收单元42b。发光单元42a用以提供扫描单元42所需的光源输出。发光单元42可以沿着一出射方向发射光束。在本实施例中，发光单元42a可以是激光二极管(laser diode，LD)或发光二极管(light emitting diode，LED)等可以发出光束的元件。光接收单元42b可以是光敏电阻(Photoresistor)、光晶体管(Phototransistor)或光检测二极管(Photo-Detector)等可以用来接收光的元件。
载具44可以具有运动控制单元(未示出的)以及清洁单元(未示出的)。所述运动控制单元以及清洁单元可以分别电性连接至处理单元40。运动控制单元可以用以接收例如由处理单元40所发送的控制信号，并且基于控制信号来控制载具44在一平面上移动。运动控制单元例如是由多个硬件芯片所组成并且还包括马达(未示出的)以及控制设备(未示出的)。其中，运动控制单元的马达可以耦接至载具的轮胎(未示出的)以及控制设备。马达自控制设备接收控制信号后，可以控制轮胎的转动，藉此来控制载具44的在一平面上的移动。此外，清洁单元可以用以接收例如由处理单元40所发送的控制信号来执行对应的清洁操作(例如，吸尘、洗地或扫地)的装置。
应了解的是，测距装置2000所具有的元件并不限于图2中所示出的的元件。本领域具通常知识者应可了解测距装置2000亦可包括其他更多常用的元件。
在本范例实施例中，发光单元42a会沿着一出射方向发射光束，其中所述出射方向与测距装置2000的载具44所位于的平面不平行。
举例来说，图3是依照本发明的一实施例所示出的的测距装置的光束的出射方向的示意图。请参照图3，在本范例实施例中，假设测距装置2000通过载具44在平面S2上移动。测距装置2000的扫描单元42被设置于载具44的顶端，且扫描单元42的发光单元42a的光束的出射方向会被调整为上扬的状态以使得发光单元42a沿着不平行于平面S2的出射方向发射光束L2。此时，载具44所位于的平面S2与光束L2的出射方向(或光束L2的出射方向的延伸)所夹的锐角是角度θ。在本范例实施例中，角度θ的数值是大于0度且小于90度。换句话说，角度θ的数值是介于0到90度之间。而在一范例实施例中，角度θ可以是1度。然而，本发明并不用于限定所述角度θ的数值。特别是，在一范例实施例中，测距装置2000的处理单元40还可以发送一控制信号以调整角度θ的数值。例如，测距装置2000的处理单元40可以发送一控制信号调整发光单元42a上扬的程度以将上述的角度θ从一第一角度调整至一第二角度，其中所述第一角度不同于第二角度。
特别是，通过上述的配置方式，测距装置2000就不会发生如图1A与图1B中所述扫描单元会与障碍物的情况。具体来说，图4是依照本发明的一实施例所示出的的测距装置检测障碍物的示意图。请参照图4，在本实施例中，由于扫描单元42的发光单元42a所发射的光束L2的出射方向与平面S2不平行，故扫描单元42的光接收单元42b可以接收到光束L2经由高度较高的障碍物(例如，椅子200的座垫底部)所反射的反射光。此时，测距装置2000的处理单元40可以判断测距装置2000的前方具有障碍物，并且可以根据此反射光来判断载具44与椅子200之间的水平距离。此外，处理单元40还可以根据所接收的反射光判断光束L2在椅子200的一反射点距离平面S2的垂直高度。在图4的范例实施例中，处理单元40可以根据所接收的反射光判断椅子200的座垫底部距离平面S2的高度小于或等于扫描单元42的顶端距离平面S2的高度h1，因此测距装置2000会判断不通过椅子200的底部而避开椅子200。藉此可以有效地防止测距装置2000的扫描单元42与椅子200发生碰撞。
此外，如何根据反射光来计算光束L2在障碍物上的反射点距离平面S2的垂直高度以及根据反射光来计算载具44与障碍物之间的水平距离可以经由现有技术来得知，在此便不赘述。
特别是，本发明的测距装置2000还可以检测以阶梯状的方式并排的多个障碍物。例如，图5是依照本发明的一实施例所示出的的测距装置检测以阶梯状的方式并排的多个障碍物的示意图。请参照图5，假设障碍物500与障碍物501两者并排并放置于平面S2上。假设障碍物500的顶端距离平面S2的距离为高度h3，障碍物501的顶端距离平面S2的距离为高度h4。当测距装置2000距离障碍物500与障碍物501两者较远时，由于扫描单元42的发光单元42a的光束的出射方向被调整为上扬的状态以使得发光单元42a沿着不平行于平面S2的出射方向发射光束L2，测距装置2000会先检测到由高度较高的障碍物500反射的反射光，进而可以判断载具44距离障碍物500的距离以及光束L2在障碍物500上的反射点距离平面S2的高度。而当测距装置2000往前进方向600移动时，测距装置2000会检测到由高度较低的障碍物501反射的反射光，进而可以判断载具44距离障碍物501的距离以及光束L2在障碍物501上的反射点距离平面S2的高度h4。通过此方式，本发明的测距装置2000可以检测以阶梯状的方式并排的多个障碍物。
在一范例实施例中，测距装置2000的扫描单元42还可以旋转来增加扫描单元42能够感测的范围。图6是依照本发明的一实施例所示出的的测距装置的扫描单元旋转的示意图。请参照图6，扫描单元42会沿着与平面S2垂直的法线T1旋转。而在扫描单元42旋转的过程中，扫描单元42的发光单元42a所发出的光束所经的区域会呈现圆锥面的感测区域，而测距装置2000可以感测此圆锥面上的障碍物。通过此方式可以增加扫描单元42能够感测的范围。
在一范例实施例中，测距装置2000还可以根据扫描单元42扫描的结果记录一空间中障碍物的位置。例如，图7是依照本发明的一实施例所示出的的测距装置所记录的在一空间中障碍物的位置的示意图。请参照图7，测距装置2000例如可以在一空间中移动。测距装置2000可以经由前述的实施例来对所述空间进行扫描，并且产生所述空间的障碍物位置分布图700。在图7A的障碍物位置分布图700中，实线的部分代表测距装置2000无法通过的区域。特别是，在障碍物位置分布图700中，线段70与线段71例如是图5中以阶梯状形式并排的两个障碍物，测距装置2000可以将先检测到且高度较高的障碍物500记录为线段70，并且将后续检测到且高度较低的障碍物501记录为线段71。通过产生障碍物位置分布图700，可以让使用者或测距装置2000了解所处的空间中障碍物的分布。
图8是依照本发明的一实施例所示出的的应用于测距装置的测距方法的流程图。
请参照图8，在步骤S801中，发光单元42a会沿着一出射方向发射光束，其中光束的出射方向与载具44所位于的平面S2不平行。在步骤S803中，光接收单元42b会接收上述光束经由一物体反射的反射光。最后在步骤S805中，处理单元40会根据上述反射光判断载具44与物体之间的距离。
综上所述，通过调整扫描单元所发出的光束的出射方向，本发明的测距装置能够有效地检测障碍物并且避免测距装置与障碍物发生碰撞。特别是，本发明的测距装置可以在不使用价格较昂贵的三维扫描单元的情况下，使用一般较低价格的扫描单元来扫描空间中障碍物的垂直高度，进而达到类似于三维扫描单元感测障碍物的高度的效果。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，当可作些许的变动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (6)

1.一种测距装置，包括：
一载具，用以在一平面上移动；
一扫描单元，设置于该载具上，该扫描单元包括：
一发光单元，用以沿着一出射方向发射一光束，其中该光束的该出射方向与该平面不平行；以及
一光接收单元，用以接收该光束经由一物体反射的一反射光；以及
一处理单元，设置于该载具上且电性连接至该扫描单元，用以根据该反射光判断该载具与该物体之间的一距离。
2.如权利要求1所述的测距装置，其中该平面与该出射方向所夹的锐角大于0度且小于90度。
3.如权利要求2所述的测距装置，其中该平面与该出射方向所夹的锐角为1度。
4.如权利要求1所述的测距装置，其中
该处理单元还用以根据该反射光，判断该物体上的一反射点与该平面之间的一垂直高度，其中该光束是在该反射点反射而产生该反射光。
5.如权利要求1所述的测距装置，其中
该处理单元还用以发送一控制信号以调整该平面与该出射方向所夹的锐角的角度。
6.如权利要求1所述的测距装置，其中
该扫描单元用以沿着该平面的法线旋转。
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