CN109933093A - 自动追随装置与自动追随系统 - Google Patents

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Abstract

一种自动追随装置与自动追随系统，自动追随系统包括目标装置与追随装置。目标装置包括第一地磁计、第一处理单元及第一无线通讯单元。第一地磁计持续传送地磁方位角信息。第一处理单元接收地磁方位角信息并输出第一方向角信息。第一无线通讯单元传送出具有第一方向角信息的无线信号。追随装置包括第二地磁计、第二处理单元、第二无线通讯单元及控制单元。第二地磁计传送地磁方位角信息。第二无线通讯单元接收无线信号。第二处理单元接收地磁方位角信息并产生第二方向角信息，且根据第一方向角信息与第二方向角信息计算出追随转向角信息。控制单元接收追随转向角信息并据以控制追随装置转向前进。

Description

自动追随装置与自动追随系统
技术领域
本发明涉及一种移动装置，特别涉及一种自动追随装置与自动追随系统。
背景技术
随着信息网络的蓬勃发展，人们可藉由网络远端控制生活周遭的硬件设备，举例来说，可藉由信息传感设备(例如无线感测器节点、射频识别装置、红外感应器等)按照事先约定的协议，将各种硬件与互联网连接起来，并进行信息的交换和通信，从而实现远端控制与管理。
然而，在现在高度科技化下的社会，还是有许多事物必须通过手动方式来进行操作，例如在卖场选购商品时，必须要自己推着手推车以进行购物。或者，在开车的过程中需要跟随其他车辆时，也必须自己操控方向盘控制车辆移动。又或者，在出国旅游过程中，也需要自行拖拉行李箱进行移动。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种自动追随装置与自动追随系统。
为达上述目的，本发明提供一种自动追随系统，其包括：
一目标装置，包括一第一地磁计、一第一处理单元以及一第一无线通讯单元，该第一地磁计持续传送一地磁方位角信息，该第一处理单元连接该第一地磁计与该第一无线通讯单元，该第一处理单元接收该地磁方位角信息并输出一第一方向角信息，该第一方向角信息是指该目标装置当前行进方向相对于地磁南北极向东西侧量取的夹角，该第一无线通讯单元传送出具有该第一方向角信息的一无线信号；以及
一追随装置，包括一第二地磁计、一第二处理单元、一第二无线通讯单元以及一控制单元，该第二地磁计持续传送该地磁方位角信息，该第二无线通讯单元通讯连接于该第一无线通讯单元并接收该无线信号，该第二处理单元连接该第二地磁计与该第二无线通讯单元，该第二处理单元接收该地磁方位角信息并产生一第二方向角信息，该第二方向角信息是指该追随装置相对于地磁南北极向东西侧量取的夹角，且该第二处理单元根据该第一方向角信息与该第二方向角信息计算出一追随转向角信息，该控制单元连接该第二处理单元，且该控制单元接收该追随转向角信息并据以控制该追随装置转向前进。
上述的自动追随系统，其中该第二无线通讯单元更持续检测该无线信号并输出对应的一接收信号强度值，该控制单元于该接收信号强度值持续减弱时，控制提高该追随装置的前进速度。
上述的自动追随系统，其中该第二无线通讯单元更持续检测该无线信号并输出对应的一接收信号强度值，该第二处理单元于该接收信号强度值持续减弱时，重新计算该追随转向角信息。
上述的自动追随系统，其中该第二无线通讯单元包括一第一信号接收单元及一第二信号接收单元，该第一信号接收单元与该第二信号接收单元分别设置于该追随装置的前进方向的相对二侧，该第一信号接收单元检测该无线信号并对应输出一第一接收信号强度值，该第二信号接收单元检测该无线信号并对应输出一第二接收信号强度值，该第一接收信号强度值大于该第二接收信号强度值，该第二处理单元接收该第一接收信号强度值与该第二接收信号强度值并据以产生一修正角信息，该修正角信息是指该追随装置偏向该第一信号接收单元一侧的转向修正角度，该控制单元根据该追随转向角信息与该修正角信息共同控制该追随装置转向前进。
上述的自动追随系统，其中该追随装置更包括一驱动单元以连接于该控制单元，该控制单元系控制该驱动单元驱动该追随装置转向前进。
为达上述目的，本发明还提供一种自动追随装置，其包括：
一地磁计，持续传送一地磁方位角信息；
一无线通讯单元，持续接收一外部无线信号，该外部无线信号包括一第一方向角信息；
一处理单元，连接该地磁计与该无线通讯单元，该处理单元持续接收该地磁方位角信息并据以产生一第二方向角信息，该第二方向角信息是指该自动追随装置相对于地磁南北极向东西侧量取的夹角，该处理单元根据该第一方向角信息与该第二方向角信息计算出一追随转向角信息；以及
一控制单元，连接该处理单元，该控制单元接收并依据该追随转向角信息并据以控制该自动追随装置转向前进。
上述的自动追随装置，其中该无线通讯单元更持续检测该外部无线信号并输出对应的一接收信号强度值，该控制单元于该接收信号强度值持续减弱时，控制提高该自动追随装置的前进速度。
上述的自动追随装置，其中该无线通讯单元更持续检测该外部无线信号并输出对应的一接收信号强度值，该处理单元于该接收信号强度值持续减弱时，重新计算该追随转向角信息。
上述的自动追随装置，其中该无线通讯单元包括一第一信号接收单元及一第二信号接收单元，该第一信号接收单元与第二信号接收单元分别设置于该自动追随装置的前进方向的相对二侧，该第一信号接收单元检测该外部无线信号并对应输出一第一接收信号强度值，该第二信号接收单元检测该外部无线信号并对应输出一第二接收信号强度值，该第一接收信号强度值大于该第二接收信号强度值，该处理单元接收该第一接收信号强度值与该第二接收信号强度值并据以产生一修正角信息，该修正角信息是指该自动追随装置偏向该第一信号接收单元一侧的转向修正角度，该控制单元根据该追随转向角信息与该修正角信息共同控制该自动追随装置转向前进。
上述的自动追随装置，其中更包括一驱动单元以连接该控制单元，该控制单元控制该驱动单元驱动该自动追随装置转向前进。
综上所述，本发明实施例的自动追随系统与自动追随装置，是利用地磁计量测地球的地磁方位角信息，以经由地磁方位角信息取得目标装置行进的方向角，由于方向角包含角度与方向的信息，使追随装置能藉由地磁方位角信息与目标装置行进的方向角计算出追随目标装置的转向角，以根据转向角转向前进而达到自动追随的目的。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1本发明自动追随系统一实施例的系统方框图；
图2本发明追随装置一实施例的局部立体图；
图3本发明自动追随系统一实施例的追随示意图；
图4本发明自动追随系统一实施例的应用示意图；
图5系本发明自动追随系统另一实施例的应用示意图；
图6系本发明追随装置另一实施例的装置方框图；
图7系本发明自动追随系统一实施例的修正转向示意图。
其中，附图标记
1 自动追随系统
2 车机装置
10、10’ 目标装置
11 第一地磁计
12 第一处理单元
13 第一无线通讯单元
20、20’ 追随装置
21 第二地磁计
22 第二处理单元
23 第二无线通讯单元
231 第一信号接收单元
232 第二信号接收单元
24 控制单元
25 驱动单元
A 地磁方位角信息
W 无线信号
θ1 第一方向角信息
θ2 第二方向角信息
θ3 修正角信息
Δθ 追随转向角信息
L1～L3 箭号
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
图1为本发明自动追随系统一实施例的系统方框图。在本实施例中，自动追随系统1包括目标装置10与追随装置20。在一些实施例中，目标装置10为一可移动的装置，例如目标装置10可为自动飞行器、自走车或自走机器等可自行移动的装置、或者目标装置10也可为遥控飞机、汽车或脚踏车等由人为操控移动的装置、又或者目标装置10也可为手表、手环、手机、平板电脑、背包、衣物等穿戴式装置或可携式装置，以随着人体的移动而位移。
在图1的实施例中，目标装置10包括第一地磁计11、第一处理单元12及第一无线通讯单元13。其中第一地磁计11可持续传送地磁方位角信息A，举例来说，第一地磁计11具体上可为一微地磁计(Micro magnetometer)又称为电子罗盘(E compass)，主要是用来量测地球北极的磁场方位而取得地磁方位角信息A，例如第一地磁计11可利用磁性材料的霍尔效应或磁阻效应量测取得地磁方位角信息A。在一实施例中，第一地磁计11可根据实际上的需求设计成三轴地磁计(3axis micro magnetometer)或平面式地磁计。
如图1所示，目标装置10的第一处理单元12连接第一地磁计11与第一无线通讯单元13。在一些实施例中，第一处理单元12可为具备有运算能力的硬件，例如中央处理单元(Central Processing Unit,CPU)、可程序化的微处理器(Microprocessor)、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、可程序化控制器、特殊应用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits,ASIC)、可程序化逻辑装置(Programmable LogicDevice,PLD)或其他类似装置。第一处理单元12可接收第一地磁计11传送的地磁方位角信息A并输出第一方向角信息θ1，第一方向角信息θ1是指目标装置10当前行进方向相对于地磁南北极向东西侧量取的夹角。举例来说，假设第一地磁计11检测到地磁方位角信息A(也就是地磁北极的方位角)显示地磁方位角为0°，第一处理单元12可计算出目标装置10当前行进方向与地磁北极的夹角(例如20°、30°或50°)，在本实施例及以下的实施例当中，皆系以地磁北极为角度基准。
再如图1所示，第一无线通讯单元13可无线传送出具有上述第一方向角信息θ1的无线信号W。其中第一无线通讯单元13具体上可为天线单元、WIFI单元、3G/4G单元、无线射频单元(Radio Frequency,RF)，以对外无线传送信号。
在一实施例中，上述目标装置10的各个元件(第一地磁计11、第一处理单元12以及第一无线通讯单元13)可采用单独的型式配置，例如第一地磁计11、第一处理单元12以及第一无线通讯单元13各别为独立的元件并分别设置在目标装置10中、或者目标装置10的各个元件亦可采用结合的型式配置，例如第一地磁计11、第一处理单元12以及第一无线通讯单元13整合在同一电路板上并设置在目标装置10中。
如图1所示，在一实施例中，追随装置20为一可移动的装置，例如追随装置20可为飞行器、汽车、行李箱、手推车、模型车等具有驱动元件(例如轮体或旋翼)的可致动装置。在图1的实施例中，追随装置20包括有第二地磁计21、第二处理单元22、第二无线通讯单元23及控制单元24。
如图1所示，追随装置20的第二地磁计21同样可为一电子罗盘(E compass)，以量测地球北极的磁场方位而取得地磁方位角信息A并传送出。第二无线通讯单元23通讯连接于第一无线通讯单元13，例如第二无线通讯单元23具体上可为天线单元、WIFI单元、3G/4G单元、无线射频单元(Radio Frequency,RF)以无线接收第一无线通讯单元13所传出的无线信号W。
如图1所示，追随装置20的第二处理单元22连接于第二地磁计21与第二无线通讯单元23，第二处理单元22可为具备有运算能力的硬件，例如中央处理单元(CentralProcessing Unit,CPU)、可程序化的微处理器(Microprocessor)、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、可程序化控制器、特殊应用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuits,ASIC)、可程序化逻辑装置(Programmable LogicDevice,PLD)或其他类似装置。第二处理单元22接收地磁方位角信息A并产生一第二方向角信息θ2，第二方向角信息θ2是指追随装置20相对于地磁北极的方向角度，举例来说，假设第二地磁计21检测到地磁方位角信息A(也就是地磁北极的方位角)显示地磁方位角为0°，第二处理单元22可计算出追随装置20当前的朝向或行进方向与地磁北极的夹角(例如20°、30°或50°)。
此外，追随装置20的第二处理单元22可根据第一方向角信息θ1与第二方向角信息θ2计算出追随转向角信息Δθ。追随装置20的控制单元24连接第二处理单元22，控制单元24具体上可为具备有运算能力的硬件，例如中央处理单元(Central Processing Unit,CPU)、可程序化的微处理器(Microprocessor)、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、可程序化控制器、特殊应用集成电路(Application Specific IntegratedCircuits,ASIC)、可程序化逻辑装置(Programmable Logic Device,PLD)或其他类似装置。控制单元24可接收追随转向角信息Δθ并据以控制追随装置20转向前进。
具体来说，由于第一方向角信息θ1与第二方向角信息θ2都是相对于地磁北极的方向角度，因此第二处理单元22可根据第一方向角信息θ1与第二方向角信息θ2的差值计算出追随转向角信息Δθ。举例来说，假设第一方向角信息θ1为50°，第二方向角信息θ2为20°，追随转向角信息Δθ即为50°－20°＝30°。控制单元24即可控制追随装置20由原本的方向角20°(第二方向角信息θ2)再转向30°(追随转向角信息Δθ)，使追随装置20能够与目标装置10的方向角50°相同而能朝同个方向前进，达到自动追随目标装置10的目的。
如图1所示，在一实施例中，追随装置20可包括一驱动单元25以连接于控制单元24，控制单元24可控制驱动单元25驱动追随装置20转向前进。举例来说，假设追随装置20为一车辆时，驱动单元25可为驱动车辆转向前进的结构(如车轮及转向器等)。假设追随装置20为一飞行器时，驱动单元25则可为旋翼及电机等，以此类推。
藉此，本发明实施例的自动追随系统1，是利用地磁计量测地球的地磁方位角信息A，以经由地磁方位角信息A取得目标装置10行进的方位角，使追随装置20能藉由地磁方位角信息A与目标装置10行进的方位角计算出追随转向角信息Δθ，以根据追随转向角信息Δθ转向前进而达到自动追随的目的。另外，本实施例通过地磁计量测的地磁北极的方向角度作为第一方向角信息θ1与第二方向角信息θ2的计算基准，相较于通过GPS信号计算方向来说，由于GPS信号常被地形、地物遮挡，导致精度大大降低，甚至不能使用。因此，本实施例的自动追随系统1更具精确性而提高追随的效率。
以下再配合附图具体说明自动追随系统1的一实际应用例。请参阅图2与图3所示，在此，目标装置10与追随装置20皆以车辆为例，追随装置20的第二地磁计21、第二处理单元22、第二无线通讯单元23及控制单元24可设置在追随装置20内的一车机装置2中(如图2所示)。目标装置10可朝一行进方向(如箭号L1)移动，目标装置10的第一地磁计11可侦知地磁方位角信息A(在此为0°)，第一处理单元12可计算出目标装置10行进方向与地磁北极的夹角(即第一方向角信息θ1，在此为40°)并经由第一无线通讯单元13无线传送至追随装置20。追随装置20的朝向或行进方向可如箭号L2所示，追随装置20的第二地磁计21同样可侦知地磁方位角信息A(在此为0°)，第二处理单元22可计算出追随装置20朝向或行进方向与地磁北极的夹角(即第二方向角信息θ2，在此为-30°)，第二处理单元22即可计算出追随转向信息Δθ＝第一地磁角信息θ1－第二地磁角信息θ2＝70°，控制单元24即可控制追随装置20由原本的方向(如箭号L2)顺时针转70°而能够与目标装置10朝同个方向前进，达到自动追随目标装置10的目的。
然而，上述实施例仅为举例，本发明自动追随系统1除了可应用于车辆追随之外，更可应用于其他物品的追随。例如图4所示，在本实施例中，自动追随系统1的目标装置10为配戴在使用者手腕上的手表，追随装置20则为一行李箱，当使用者行进时可同步使目标装置10位移，行李箱可自动追随目标装置10，故使用者即不需手动拖拉行李箱而更加便利。或者，如图5所示，在本实施例中，自动追随系统1的目标装置10为配戴在使用者手腕上的手环，追随装置20则为一手推车，当使用者在卖场选购商品时，手推车可自动追随目标装置10，使用者即不需自己手推而更加便利。
如图1与图3所示，在一实施例中，第二无线通讯单元23可持续检测目标装置10所传出的无线信号W并输出对应的一接收信号强度值(Received Signal StrengthIndicator,RSSI)，控制单元24于接收信号强度值RSSI持续减弱时，控制提高追随装置20的前进速度。具体来说，无线信号W的接收信号强度值RSSI可响应追随装置20与目标装置10的距离，也就是当接收信号强度值RSSI越强时，表示追随装置20与目标装置10的距离越近，当接收信号强度值RSSI越弱时，表示追随装置20与目标装置10的距离越远。因此，于追随装置20追随目标装置10的过程中，无线信号W的信号强度值RSSI反而越来越弱时，代表追随装置20的前进速度不足，控制单元24即提高追随装置20的前进速度。
或者，如图1与图3所示，在一实施例中，于追随装置20追随目标装置10的过程中，无线信号W的信号强度值RSSI反而越来越弱时，也可能代表追随装置20的前进方向有误，追随装置20的第二处理单元22即重新计算追随转向信息Δθ，以避免追随错误的情形发生。
再请参阅图6与图7所示，本实施例相较于上述图1的实施例的差异在于追随装置不同，本实施例的追随装置20’的第二无线通讯单元23更包括第一信号接收单元231及第二信号接收单元232，第一信号接收单元231与第二信号接收单元232分别设置于追随装置20’的前进方向(例如图7的箭号L3所示)的相对二侧(在此为车辆的左、右两侧)，于追随装置20’追随目标装置10’的过程中，第一信号接收单元231可检测无线信号W并对应输出一第一接收信号强度值，第二信号接收单元232可检测无线信号W并对应输出第二接收信号强度值。在图7的实施例中，由于目标装置10’在追随装置20’的右方，而第一信号接收单元231相较于第二信号接收单元232靠近目标装置10’，故第一接收信号强度值会大于第二接收信号强度值，第二处理单元22可接收第一接收信号强度值与第二接收信号强度值，并根据第一接收信号强度值大于第二接收信号强度值得知目标装置10’在追随装置20’的右方而产生一修正角信息θ3，修正角信息θ3是指追随装置20’偏向第一信号接收单元231一侧的转向修正角度，控制单元24即可根据追随转向角信息Δθ与修正角信息θ3共同控制追随装置20’转向前进。举例来说，请对照图3与图7所示，追随装置20’是经由转向70°(追随转向角信息Δθ)而能够与目标装置10’朝同个方向前进，于追随装置20’追随目标装置10’过程中，假设目标装置10’在追随装置20’的右方，控制单元24即可根据修正角信息θ3控制追随装置20’往右修正角度(在此修正角信息θ3为40°)，使追随装置20’能追随在目标装置10’的后方。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种自动追随系统，其特征在于，包括：
一目标装置，包括一第一地磁计、一第一处理单元以及一第一无线通讯单元，该第一地磁计持续传送一地磁方位角信息，该第一处理单元连接该第一地磁计与该第一无线通讯单元，该第一处理单元接收该地磁方位角信息并输出一第一方向角信息，该第一方向角信息是指该目标装置当前行进方向相对于地磁南北极向东西侧量取的夹角，该第一无线通讯单元传送出具有该第一方向角信息的一无线信号；以及
一追随装置，包括一第二地磁计、一第二处理单元、一第二无线通讯单元以及一控制单元，该第二地磁计持续传送该地磁方位角信息，该第二无线通讯单元通讯连接于该第一无线通讯单元并接收该无线信号，该第二处理单元连接该第二地磁计与该第二无线通讯单元，该第二处理单元接收该地磁方位角信息并产生一第二方向角信息，该第二方向角信息是指该追随装置相对于地磁南北极向东西侧量取的夹角，且该第二处理单元根据该第一方向角信息与该第二方向角信息计算出一追随转向角信息，该控制单元连接该第二处理单元，且该控制单元接收该追随转向角信息并据以控制该追随装置转向前进。
2.根据权利要求1所述的自动追随系统，其特征在于，该第二无线通讯单元更持续检测该无线信号并输出对应的一接收信号强度值，该控制单元于该接收信号强度值持续减弱时，控制提高该追随装置的前进速度。
3.根据权利要求1所述的自动追随系统，其特征在于，该第二无线通讯单元更持续检测该无线信号并输出对应的一接收信号强度值，该第二处理单元于该接收信号强度值持续减弱时，重新计算该追随转向角信息。
4.根据权利要求1所述的自动追随系统，其特征在于，该第二无线通讯单元包括一第一信号接收单元及一第二信号接收单元，该第一信号接收单元与该第二信号接收单元分别设置于该追随装置的前进方向的相对二侧，该第一信号接收单元检测该无线信号并对应输出一第一接收信号强度值，该第二信号接收单元检测该无线信号并对应输出一第二接收信号强度值，该第一接收信号强度值大于该第二接收信号强度值，该第二处理单元接收该第一接收信号强度值与该第二接收信号强度值并据以产生一修正角信息，该修正角信息是指该追随装置偏向该第一信号接收单元一侧的转向修正角度，该控制单元根据该追随转向角信息与该修正角信息共同控制该追随装置转向前进。
5.根据权利要求1所述的自动追随系统，其特征在于，该追随装置更包括一驱动单元以连接于该控制单元，该控制单元系控制该驱动单元驱动该追随装置转向前进。
6.一种自动追随装置，其特征在于，包括：
一地磁计，持续传送一地磁方位角信息；
一无线通讯单元，持续接收一外部无线信号，该外部无线信号包括一第一方向角信息；
一处理单元，连接该地磁计与该无线通讯单元，该处理单元持续接收该地磁方位角信息并据以产生一第二方向角信息，该第二方向角信息是指该自动追随装置相对于地磁南北极向东西侧量取的夹角，该处理单元根据该第一方向角信息与该第二方向角信息计算出一追随转向角信息；以及
一控制单元，连接该处理单元，该控制单元接收并依据该追随转向角信息并据以控制该自动追随装置转向前进。
7.根据权利要求6所述的自动追随装置，其特征在于，该无线通讯单元更持续检测该外部无线信号并输出对应的一接收信号强度值，该控制单元于该接收信号强度值持续减弱时，控制提高该自动追随装置的前进速度。
8.根据权利要求6所述的自动追随装置，其特征在于，该无线通讯单元更持续检测该外部无线信号并输出对应的一接收信号强度值，该处理单元于该接收信号强度值持续减弱时，重新计算该追随转向角信息。
9.根据权利要求6所述的自动追随装置，其特征在于，该无线通讯单元包括一第一信号接收单元及一第二信号接收单元，该第一信号接收单元与第二信号接收单元分别设置于该自动追随装置的前进方向的相对二侧，该第一信号接收单元检测该外部无线信号并对应输出一第一接收信号强度值，该第二信号接收单元检测该外部无线信号并对应输出一第二接收信号强度值，该第一接收信号强度值大于该第二接收信号强度值，该处理单元接收该第一接收信号强度值与该第二接收信号强度值并据以产生一修正角信息，该修正角信息是指该自动追随装置偏向该第一信号接收单元一侧的转向修正角度，该控制单元根据该追随转向角信息与该修正角信息共同控制该自动追随装置转向前进。
10.根据权利要求6所述的自动追随装置，其特征在于，更包括一驱动单元以连接该控制单元，该控制单元控制该驱动单元驱动该自动追随装置转向前进。
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