CN109822598A - 机器人系统及控制机器人的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机器人系统及控制机器人的方法。机器人系统包括信号发射装置以及机器人本体。信号发射装置环状发射光源信号，所述光源信号至少包括长距离信号与短距离信号。机器人本体判断所接收的光源信号为长距离信号或短距离信号。当所接收的光源信号为长距离信号时，确定信号发射装置的位置。当所接收的光源信号为短距离信号时，驱使机器人本体以远离规定的禁制区域的方向进行移动。所述禁制区域为基于短距离信号所设定的区域。

Description

机器人系统及控制机器人的方法

技术领域

本发明涉及一种自主性移动装置，尤其涉及一种机器人系统及控制机器人的方法。

背景技术

以自动扫地机来说，目前美国专利US6781338号提出了使用光束型的红外发射信号，配合机器人本体上的全向接收器，来达到墙面禁止区域。但在机器人本体上的全向接受器必须位于机器人本体的制高点，突出于本体其他结构，在移动时时常会卡住在各种家具底部。另有一类机器人，使用超音波发射与接收技术，一样可以达到墙面禁止区域，但其无法达到圆状区域禁制区的效果，也大大降低区隔的多用性。

在使用全向接收器除了会增加机器卡住的机率，产品外观上也会受影响。而使用最普及的红外线接收模块，其有接收角度的限制(一般小于180度)，安装在机器人上容易有接收死角。即便在机器人本体上不同区域安装多颗以上的红外线接收模块，也会因为发射与接收的相对角度的变异，导致机器感应到发射模块的距离会有很大的差异，禁制区域变成很难控制在近似圆形的区域，这对消费者而言也无法知道真正的禁制区域的界线。

发明内容

本发明提供一种机器人系统及控制机器人的方法，利用信号发射装置来设置规定的禁制区域，有效限制机器人的移动范围。

本发明的机器人系统，包括：信号发射装置以及机器人本体。信号发射装置包括光发射器，光发射器环状发射光源信号，所述光源信号至少包括长距离信号与短距离信号。机器人本体包括光接收器、移动机构以及控制电路。光接收器检测是否接收到光源信号。移动机构驱使机器人本体进行移动。控制电路耦接至光接收器以及移动机构，并判断光接收器所接收的光源信号为长距离信号或短距离信号。当控制电路判断所接收的光源信号为长距离信号时，控制电路确定信号发射装置的位置。当控制电路判断所接收的光源信号为短距离信号时，控制电路控制移动机构以使机器人本体以远离规定的禁制区域的方向进行移动。所述禁制区域为基于短距离信号而设定。

在本发明的一实施例中，上述机器人本体还包括多个光接收器。当控制电路判断所接收的光源信号为长距离信号时，控制电路基于接收到长距离信号的光接收器的设置位置，驱动移动机构进行转向使得多个光接收器中的指定接收器朝向信号发射装置而接收到长距离信号。

在本发明的一实施例中，在指定接收器朝向信号发射装置之后，控制电路驱动移动机构向左、向右转动至指定接收器接收不到长距离信号的第一位置与第二位置，基于第一位置与第二位置来判断信号发射装置相对于机器人本体的相对位置。

在本发明的一实施例中，上述光发射器包括单一光发射器。信号发射装置包括：光扩散元件，环状发射光源信号。

在本发明的一实施例中，上述光发射器包括：多个光发射器，环状设置于信号发射装置的本体，以利用这些光发射器来环状发射光源信号。

在本发明的一实施例中，上述信号发射装置还包括：功率控制电路，耦接至光发射器，控制光发射器以至少两种强度功率来分别发射光源信号。

在本发明的一实施例中，上述信号发射装置还包括：频率控制电路，耦接至光发射器，控制光发射器以至少两种载波频率来分别发射光源信号。

在本发明的一实施例中，上述距离信号载送有第一编码，短距离信号载送有第二编码。

在本发明的一实施例中，上述信号发射装置设置为如下：机器人本体在各种角度接收到长距离信号的情况下，长距离信号的信号传输距离皆大于短距离信号的信号传输距离。

本发明的控制机器人的方法，包括：通过信号发射装置环状发射长距离信号与短距离信号；以及驱使机器人本体进行移动，并且执行下述步骤。检测是否接收到长距离信号；当控制电路接收到长距离信号时，驱使机器人本体进行转向使得多个光接收器中的指定接收器朝向信号发射装置而接收到长距离信号；在持续接收到长距离信号的情况下，检测是否接收到短距离信号；以及在持续接收到长距离信号的情况下，接收到短距离信号时，驱使机器人本体以远离规定的禁制区域的方向进行移动。

基于上述，本发明利用信号发射装置所设置的禁制区域来限制机器人本体的移动范围，以阻隔机器人本体进入禁制区域，提升使用体验。

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，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本发明一实施例的机器人系统的方块图；

图2是依照本发明一实施例的具有单一光发射器的信号发射装置的示意图；

图3是依照本发明另一实施例的具有多个光发射器的信号发射装置的示意图；

图4是依照本发明一实施例的机器人本体120的示意图；

图5A及图5B是依照本发明一实施例的机器人系统的移动示意图；

图6是依照本发明一实施例的控制机器人的方法流程图。

附图标号说明

100：机器人系统；

110：信号发射装置；

111：光发射器；

113：控制电路；

120：机器人本体；

121、121a～121d：光接收器；

123：移动机构；

125：控制电路；

201：光扩散元件；

510：长距离范围；

520：短距离范围；

M：前进方向；

R：旋转方向；

S605～S630：控制机器人的方法各步骤。

具体实施方式

现今自动移动机器人的应用层面越来越广，扫地机器人更是已经深入居家成为新一代白色家电。但家中地面需多空间不见得适合让机器人自主移动工作，像是小孩的游戏区域、宠物的喂食空间等。本提案利用信号发射装置配合控制逻辑，来设置规定的禁制区域，有效限制机器人的移动范围，提升机器人使用的体验。为了使本发明的内容更为明了，以下特举实施例作为本发明确实能够据以实施的范例。

图1是依照本发明一实施例的机器人系统的方块图。请参照图1，机器人系统100包括信号发射装置110以及机器人本体120。在本实施例中，利用信号发射装置110所设置的规定的禁制区域来限制机器人本体120的移动范围，以阻隔机器人本体120进入规定的禁制区域。例如，将信号发射装置110摆放在宠物喂食区或小孩游戏区等欲限制机器人本体120进出的区域内，便可有效阻隔机器人本体120进入规定的禁制区域。

信号发射装置110可发射出至少两种具有不同的信号传输距离的光源信号。在此，将信号传输距离较长的光源信号称为长距离信号，将信号传输距离较短的光源信号称为短距离信号。而在本实施例中，以两种光源信号来进行说明，然并不以此为限。

信号发射装置110包括光发射器111以及控制电路113。控制电路113耦接至光发射器111，通过控制电路113来驱使光发射器111基于不同的信号传输距离而分别环状发射长距离信号与短距离信号。在此，控制电路113可以是功率控制电路，控制光发射器111以至少两种强度功率来分别发射长距离信号与短距离信号。另外，控制电路113也可以是频率控制电路，控制光发射器111以至少两种载波频率来分别发射长距离信号与短距离信号。

而信号发射装置110中可以只包括单一个光发射器111，也可以同时具有多个光发射器111。光发射器111例如为红光线模块。

举例来说，图2是依照本发明一实施例的具有单一光发射器的信号发射装置的示意图。请参照图2，在信号发射装置110包括单一个光发射器111的情况下，信号发射装置110进一步包括光扩散元件201，利用光扩散元件201来环状发射光源信号。并且，在单一个光发射器111的情况下，控制电路113还可进一步控制光发射器111交替发出不同的光源信号。例如，控制光发射器111交替发出长距离信号与短距离信号。

图3是依照本发明另一实施例的具有多个光发射器的信号发射装置的示意图。请参照图3，在信号发射装置110包括多个光发射器111的情况下，将这些光发射器111环状设置于信号发射装置110的本体，以利用这些光发射器111来环状发射光源信号。在多个光发射器111的情况下，控制电路113可控制一部分的光发射器111发射长距离信号，控制另一部分的光发射器111发射短距离信号。

机器人本体120例如为扫地机器人或可自主性移动的任意电子设备，其包括光接收器121、移动机构123以及控制电路125。控制电路125耦接至光接收器121以及移动机构123。光接收器121用以检测是否接收到光源信号。移动机构123用以驱使机器人本体120进行移动。例如，移动机构123包括驱动轮以及马达。而光接收器121例如设置在机器人本体120的壳体内部。

利用信号发射装置110发射长距离信号以及短距离信号来设置两个虚拟范围，而长距离信号形成长距离范围，短距离信号形成短距离范围。短距离范围即规定的禁制区域。而为了使控制电路125能够区分所接收到的光源信号为长距离信号或短距离信号，在信号发射装置110中会对光发射器111所发出的光源信号进行编码，以在长距离信号中载送第一编码，在短距离信号中载送第二编码。其中，第一编码不同于第二编码。

当机器人本体120移动至长距离范围内时，表示机器人本体120已经相当靠近规定的禁制区域，因此，控制电路125会调降机器人本体120的移动速度，以避免移动速度太快在到达短距离范围内时来不及反应。而在机器人本体120移动至短距离范围内时，控制电路125驱使机器人本体120离开禁制区域。

在此，当控制电路125判断所接收的光源信号为长距离信号时，控制电路125会先确定信号发射装置110所在的位置。另外，控制电路125还可进一步驱使移动机构123降低移动速度。当控制电路125判断所接收的光源信号为短距离信号时，控制电路125控制移动机构123以使机器人本体120以远离规定的禁制区域的方向进行移动。

另外，机器人本体120还可包括多个光接收器121。举例来说，图4是依照本发明一实施例的机器人本体120的示意图。请参照图4，光接收器121a设置在机器人本体120的正面，光接收器121c设置在机器人本体120的背面，光接收器121b、121d分别设置在机器人本体的两侧。在此定义为：以机器人本体120的正面来进行前进移动，以机器人本体120的背面来进行后退移动。

当控制电路125判断所接收的光源信号为长距离信号时，控制电路125基于接收到长距离信号的光接收器的设置位置，驱动移动机构123进行转向使得光接收器121a～121d中的指定接收器朝向信号发射装置110而接收到长距离信号。在此，假设指定接收器为设置在正面的光接收器121a。

而在将光接收器121a转向至可接收到长距离信号的位置之后，控制电路125还可进一步对机器人本体120进行角度的校正，让机器人本体120调适至最佳的接收角度。例如，在指定接收器(光接收器121a)朝向信号发射装置110之后，控制电路125会通过驱使机器人本体120进行左右摆头至接收不到长距离信号来计算光发射器111的准确角度。即，控制电路125驱动移动机构123向左、向右转动至光接收器121a接收不到长距离信号的第一位置与第二位置，基于第一位置与第二位置来计算出中心点位置，藉以判断信号发射装置110相对于机器人本体120的相对位置。

图5A及图5B是依照本发明一实施例的机器人系统的移动示意图。请参照图5A，信号发射装置110发射长距离信号形成长距离范围510，发射短距离信号形成短距离范围520。而机器人本体120朝向前进方向M行进的过程中，当光接收器121d接收到长距离信号时，表示光接收器121d进入至长距离范围510内。此时，控制电路125会通知移动机构123以朝向旋转方向R进行转向，使得光接收器121a得以面向信号发射装置110，如图5B所示。

在本实施例中，信号发射装置110还可进一步设置为如下：机器人本体120在各种角度接收到长距离信号的情况下，长距离信号的信号传输距离皆大于短距离信号的信号传输距离。据此，可确保机器人本体120在刚检测到长距离信号时，其机身不会进入至短距离范围520内。

图6是依照本发明一实施例的控制机器人的方法流程图。本实施例为搭配上述机器人系统100所实现的方法。在此，请同时参照图1及图6，将信号发射装置110设置在规定的禁制区域内，信号发射装置110基于不同的信号传输距离而分别环状发射长距离信号与短距离信号。在设置好信号发射装置110之后，在步骤S605中，驱使机器人本体120进行移动。

接着，在步骤S610中，机器人本体120的控制电路125会检测光接收器121是否接收到长距离信号。若未接收到长距离信号，则回到步骤S605。而在接收到长距离信号时，如步骤S615所示，控制电路125驱使机器人本体120进行转向使得指定接收器朝向信号发射装置110而接收到长距离信号。

接着，在步骤S620中，控制电路125判断是否持续接收到长距离信号。若未持续接收到长距离信号，表示机器人本体120已离开了长距离信号所形成的范围(如图5A、图5B所示的长距离范围510)，因此回到步骤S605。若持续接收到长距离信号，则在步骤S625中，控制电路125判断是否接收到短距离信号。若未接收到短距离信号，则回到步骤S620。而在持续接收到长距离信号的情况下接收到短距离信号时，在步骤S630中，控制电路125驱使机器人本体120以远离规定的禁制区域的方向进行移动。

综上所述，本发明的信号发射装置除了可环形发射光源信号之外，还可基于至少两种不同的信号传输距离来分别发射光源信号，藉此来设置至少两个虚拟范围(短距离范围与长距离范围)，让机器人本体在抵达长距离范围时，可以提早得知与信号发射装置之间的相对位置，并且降低移动速度，以避免移动速度太快在到达短距离范围内时来不及反应。

并且，还可在机器人本体抵达长距离范围时，将机器人本体面向光发射器，并判断两者之间的相对位置，然后持续前进到接收到短距离信号后回避远离。换言之，长距离信号适用于机器人本体的接收角度校正，让机器人本体调适到指定接收器与接收角度，如此不管机器人本体位于信号发射装置的360度的任一方位，在接收到短距离信号的距离会变成很一致。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种机器人系统，包括：

信号发射装置，包括光发射器，其中所述光发射器环状发射光源信号，所述光源信号至少包括长距离信号与短距离信号；以及

机器人本体，包括：

光接收器，检测是否接收到所述光源信号；

移动机构，驱使所述机器人本体进行移动；以及

控制电路，耦接至所述光接收器以及所述移动机构，并判断所述光接收器所接收的所述光源信号为所述长距离信号或所述短距离信号，其中

当所述控制电路判断所接收的所述光源信号为所述长距离信号时，所述控制电路确定所述信号发射装置的位置；

当所述控制电路判断所接收的所述光源信号为所述短距离信号时，所述控制电路控制所述移动机构以使所述机器人本体以远离规定的禁制区域的方向进行移动，其中所述禁制区域为基于所述短距离信号而设定。

2.根据权利要求1所述的机器人系统，其中所述机器人本体还包括多个所述光接收器，

当所述控制电路判断所接收的所述光源信号为所述长距离信号时，所述控制电路基于接收到所述长距离信号的其中一个所述光接收器的设置位置，驱动所述移动机构进行转向使得多个所述光接收器中的指定接收器朝向所述信号发射装置而接收到所述长距离信号。

3.根据权利要求2所述的机器人系统，其中

在所述指定接收器朝向所述信号发射装置之后，所述控制电路驱动所述移动机构向左、向右转动至所述指定接收器接收不到所述长距离信号的第一位置与第二位置，基于所述第一位置与所述第二位置来判断所述信号发射装置相对于所述机器人本体的相对位置。

4.根据权利要求1所述的机器人系统，其中

所述光发射器包括：单一光发射器，

所述信号发射装置包括：光扩散元件，环状发射所述光源信号。

5.根据权利要求1所述的机器人系统，其中所述光发射器包括：

多个光发射器，环状设置于所述信号发射装置的本体，以利用所述多个光发射器来环状发射所述光源信号。

6.根据权利要求1所述的机器人系统，其中所述信号发射装置还包括：

功率控制电路，耦接至所述光发射器，控制所述光发射器以至少两种强度功率来分别发射所述光源信号。

7.根据权利要求1所述的机器人系统，其中所述信号发射装置还包括：

频率控制电路，耦接至所述光发射器，控制所述光发射器以至少两种载波频率来分别发射所述光源信号。

8.根据权利要求1所述的机器人系统，其中所述长距离信号载送有第一编码，所述短距离信号载送有第二编码。

9.根据权利要求1所述的机器人系统，其中所述信号发射装置设置为如下：所述机器人本体在各种角度接收到所述长距离信号的情况下，所述长距离信号的信号传输距离皆大于所述短距离信号的信号传输距离。

10.一种控制机器人的方法，包括：

通过信号发射装置环状发射长距离信号与短距离信号；以及

驱使机器人本体进行移动，并且执行下述步骤：

检测是否接收到所述长距离信号；

当所述控制电路接收到所述长距离信号时，驱使所述机器人本体进行转向使得多个所述光接收器中的指定接收器朝向所述信号发射装置而接收到所述长距离信号；

在持续接收到所述长距离信号的情况下，检测是否接收到所述短距离信号；以及

在持续接收到所述长距离信号的情况下，接收到所述短距离信号时，驱使所述机器人本体以远离规定的禁制区域的方向进行移动，其中所述禁制区域为基于所述短距离信号而设定。