TW200822897A - Collision detecting apparatus, collision detecting method and robot and vacuum cleaner using the same - Google Patents

Description

200822897 ^i^uu^TW 21931twf.doc/e 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是一種關於碰撞偵測裝置、碰撞偵測方法及應 用此碰撞偵測裝置的機器人和吸塵器。 * 【先前技術】 ^ 移動式智慧型機器人的應用是建構在機構設計、電控 設計、運動控制理論、感測技術等有相當基礎之後，才能 ^ 形成一項成熟的商品。 在移動式機益人的控制中，機器人需要得知其與周遭 障礙物的相對關係，所以碰撞偵測是一個重要的課題。此 外，碰撞偵測也是機器人在障礙環境中運動的另一道防 線，即是盡可能不破壞或傷害運動環境中的障礙物，尤豆 是人體。 μ ，有的碰撞侧方法大致有兩種，—種是利用視訊/ 音訊資料來計算障礙物位置，缺點是需要進行龐雜的運算 作業;另一種則是利用碰撞偵測系統來偵測障礙物位置。: 種方式都有其優缺點，簡述如下。 在接觸式的碰撞摘測方法中，是利用防撞桿是否碰觸 到物體時來判斷碰撞的有無。常見的作法是在機哭 财圍設置防撞桿，在防撞桿上設有—關節 • 應關節機構的地方連接光遮斷感測器或接觸式感測器。各 發生碰技日守，關郎會搖動，並由光遮斷感測器债測到此一 搖動，或是觸動到接觸式感測器，此時機器人便判斷受到 了碰撞。此一偵測方法的缺點是僅能偵測碰撞的有無，但 5 200822897 21931twf.d〇c/e 二、、偵測减的程度’例如碰撞力量的大小。此外，防撞 j内部轉的結構，不易達成軟性的碰撞及自動吸震的 1 :又由於解析度不高’當機器人的防撞桿受到碰撞時，

O o =丨分辨减點的綠’以致於機11人可能會無法正 ft所軸方向。另外也可能會造成絲作，例如偵測褒 置疋設計成當㈣桿受撞科料關節機齡搖動，但是 ，好撞到防撞桿的邊緣時關節機構不會搖動，所以侦測裝 、,=撞到了障礙物卻不知道。且_接觸的方式來^ =里也可能破壞或傷_運動環境中的障礙物，尤其是人 體。 在光學式❹m碰㈣财法巾，如果糊障礙物是 =體，不妓射光，就紐姻，亦即，對受測物的表面 或者是，障補恰巧較射光反射到別處 …、法债測，亦即，偵測角度不多句廣。 在聲學式感測的碰撞偵測方法中，需要的運算量大， 速行走避障。而且在某些特殊角度或斜面也容易 在阻抗式感測的碰撞偵測方法中，是針對車 ，路隨時_電壓電流的變化，如果馬達猶吃力時，$ 堡會下降而電流會上昇，此時關斷铜了障礙物。但3 如果遇到草地、地毯、斜坡等就會誤判。 一疋 在磁性感測的碰撞制方法中，第—次使用時 境中佈置大量的磁條物體，非常麻須，較適用於環境二 的工廠。而且’此-方法不能侧臨時進人環境中的移^ 200822897 jyouuDoTW 21931 twf.doc/e 障礙物’而且人/動物等移動障礙物也不願意被貼上磁性標 記。 在電子地圖的碰撞偵測方法中，雖可依據電子地圖中 各障礙物的位置資訊進行避障，但是在該電子地圖被完整 建立元成之别，退疋需仰賴上述各方法來作首次的避障。 且感測系統的誤差累積會一直增加，必需一直校正。此外， 此一方法也無法偵測移動障礙物。 o o 【發明内容】 為了解決上述習知的問題點，本發明的目的之一是提 七、種碰彳里偵測裝置及碰撞偵測方法，不會破壞成傷宝運 =環境中的障礙物，尤其是人體;在偵測碰撞的同時又二減 辰、吸震;其製造成本低、元件少；其感測靈敏度高、方位 精確。 為達成上述目的，本發明於是提出一種碰撞伯 置1括：本體;至少—氣囊’位於本體外周；至少二氣壓 偵測益’ It壓侧器連接至氣囊，則貞職囊的壓力變化; ^及轉換電路’將氣壓偵·所測得的訊號轉換為類比或 ，位的電氣訊號;藉由氣壓_器所測得的壓力變化，來判 畊碰撞的有無並計算碰撞的力量。 在上述碰撞偵測裝置中，氣囊為多個，氣壓偵測器為 二二虱囊彼此連通’每一氣囊與每一氣壓偵測器連接， 在各時間的動值，並藉由各氣囊在各時間 撞碰撞範圍/碰撞位置/碰撞角度，也可求出碰 7 200822897 F!>iy^uu^oTW 21931twf.doc/e 在上述碰撞偵測裝置中，氣囊彼此鄰接呈扇形，固定 於本體外周亦可。 在上述碰撞偵測裝置中，氣囊可以為一體成形，在鄰 接的氣囊之間具有連通孔，藉由連通孔達成各氣囊之間壓 力的傳遞並延遲壓力的傳遞。 在上述碰撞偵測裝置中，亦可使該些氣囊彼此鄰接呈 環形，固定於本體外周。 o

在上述碰撞偵測裝置中，氣囊是由彈性材料構成。 本發明又提供一種機器人，其採用上述的碰撞偵測 置。 本發明又提供一種吸塵器，其採用上述的碰撞偵測裝 置。 本發明進-步提供—種碰撞躺方法，包括:在一本體 =定至少三氣囊，並定岐點位置XG及終點位置 =中此些氣囊藉由至少兩通孔彼此 =力並延遲壓，遞;偵測並記錄各氣囊= 1 X2 x3在各呀間的壓力值；由 x3、X、Xe代表從起點位置 1 2 該位置的轉;叹錢財向到達各 ”列出如下的^…f間傳3^力時的壓力波速度為 】出如下_立方程式，並求出碰撞 200822897 P53950056TW 21931twf.doc/e 點t〇 0 v(trt〇)=min{(xrX)，[x+(Xe-Xl)]}， v(t2-t〇)=min{(x2.x)?[x+(Xe.X2)]}, v(t3-t〇)=min{(x3-x)，[x+(Xe-X3)]}， 其中min{}函數代表取括號内各數值的最小值，未知 數為V、t〇及X，其餘為已知數，故可求得唯一解v、砣及

在上述的碰撞偵測方法中，其中到達預定壓力時，是 =在各位置Xl、X2、X3所測得的各氣囊的壓力達最大值的 時候，或是達一預定參考壓力值的時候，或是指在各位置 4、X2、X3所測得的各氣囊的壓力開始上昇的時候。 在上述的碰撞偵測方法中，所計算的碰撞位置是從起 點算起的距離’所以可適驗各式的多邊形。若將氣囊圍 成扇形或環形’還可以將碰撞位置的計算簡化成碰撞角度 ▲ ίΓΐ述ΐί’本發明再進一步提供一種碰撞偵測方 外周固定至少三氣囊，使氣囊鄰接呈 +仕為R的-扇形或-環形，並定出—零度位置θ。及一線 點1度位置ee ’此絲囊藉由至少兩通孔彼此連通，以在 =囊間傳遞壓力亚延遲壓力的傳遞;_並記錄各氣囊上 =-個角度位置、θ2、θ3在各時_壓力值 ^ ;'=ί二=丨得的壓力變化，來判斷=是 =又_ ’並计异处力量;當判斷遭受碰撞時，假 里角度位置為θχ，碰撞時間點為該 θ2、θ3_測到的壓力到達一預定壓力時，記錄該ί間點 9 200822897 P53950056TW 21931twf.doc/e 1 t2 t3 —其中0〇、、θ2、θ3、θχ、θβ代表從該零度位置 沿著各該氣囊以同一時鐘方向到達各氣囊上的角度位置的 角度;以及以氣囊間傳遞壓力時的壓力波速度為V，列出如 下的聯立方程式，並求出該碰撞角度位置θχ， • v(tr t〇)=min{R(0r0x)5R[ θχ+(θ6-θι)]} ^ • V(t2" t〇)==min{R(02-0x)9R[ θχ+(θβ-θ2)]} ^ v(t3- t〇)=min{R(03-0x)?R[ θχ+(θ6-θ3)]} ^ 、其中mm{}函數代表取括號内各數值的最小值，未知 數為v t〇及❸X，其餘為已知數，故可求得唯一解v、砣 及 θχ。 〇 在上述的碰撞偵測方法中，還包括:藉由碰撞前後的位 置Xi、X2、X3的壓力變化或是藉由碰撞前後的角度位置匕、 θ2、θ3的壓力變化計算出碰撞力量的大小。

G /上述由壓力變化計算出碰撞力量的方法包括:預先在 一系列^實驗巾，以不同碰撞力量撞擊氣囊，記錄不同的 碰撞力量下的各氣囊的壓力變化，以建立—對照表格 對照表格計算出對應於該碰撞的碰撞力量。 胸月的碰軸測裝置與方法，僅需以氣囊和氣 偵測裔…s，便可達同時達成缓衝碰撞、吸震、偵 才里=否發生、偵測碰撞力量大小、偵測碰撞方位與位置 功月^且僅需少數氣壓制器就可達成高解析度的、 測效果。機構設計全為不可動件，結構簡單可靠。是二，、 本發明僅需少數的元件，就能達成高$敏度的碰撞侦剛致 將本發明的碰撞偵測裝置與方法應用於機器人或吸 200822897 rjDyjvKjj>OTW 21931twf.doc/e 塵器時，由於碰撞偵測裝置本身就具有吸震效果，機器人 或吸塵器等不需額外設計吸震結構，且碰撞時受碰物體及 碰撞偵測裝置、或是利用此碰撞偵測裝置的機器人及吸塵 裔本體專所遭受的衝量較小。 為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯 易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 明如下。 【實施方式】 [第1實施例] [碰撞偵測裝置] 參照圖1，其繪示依照本發明第i實施例的碰撞偵測 裝置。 、、 碰撞偵測裝置130包括:本體1〇〇、位於本體13〇外周 的至少一氣囊，本圖是以3個氣囊11〇a、11〇b、11〇c為例、 至少一氣壓偵測器，本圖是以3個氣壓偵測器S1、幻、％ 為例，以及轉換電路120。 使氣囊110a、ll〇b、ll〇c彼此鄰接呈扇形或是環形(本 圖是以，形包圍本體100的全周為例），固定在本體1〇〇外 周’且氣囊110a、ll〇b、ll〇c之間相連通，其製造方法舉 例而言可以利用彈性材料—體成形地構成氣囊11〇&、 ll〇b ，並在鄰接的氣囊之間形成連通孔I〗】。藉由 連通孔112達成各氣囊11〇a、11〇b、n〇c之間壓力的 並延遲該壓力的傳遞。 〜 氣壓偵測态SI、S2、S3分別連接至氣囊11〇a、11〇b、 11 200822897 ^J^uu^oTW 21931twf.doc/e ljOc’以偵測各氣囊11〇a、11〇b、11〇c在各時間的壓力值， 得到壓力對時間的曲線圖，即p_t圖（見圖3)。 轉換電路120，將氣壓偵測器S卜S2、S3所測得的訊 號轉換為類比或數位的電氣訊號。 ° · ^藉由氣壓偵測器S1、S2、S3所測得的壓力變化，來 '判斷碰撞的有無，並計算碰撞的力量，並藉由P-t圖（見圖 3)求出碰撞範圍/碰撞位置/碰撞角度、碰撞發生的時間。關 〇 則貞測出碰撞發生的時間、碰撞力量及碰撞範圍/碰撞位置 /碰撞角度的方法詳如後述。 、上述的碰撞偵測裝置130可以有多種的應用，例如， 可以裝配在機器人或吸塵器的本體上，此時便將上述本體 100，成是機器人本體或是吸塵器本體即可，藉此，能夠 使機器人或吸塵器具有防撞保護、偵測 _碰撞力量及制碰撞位置的功能。 [碰撞彳貞測方法] 以下苓照圖2_圖4詳細說明依照本發明的第1實施例 ° 純撞侧方法。圖2繪示當障礙物碰制氣囊時的示意 ，，圖3繪示位在氣囊上不同角度纽置的氣壓侧器所 偵測到的各時間的壓力值，圖4緣示依照本發明第i實施 ^ 例的碰撞偵測的步驟。 - *〜參，圖2及圖4，在步驟S100中，在本體100的外周 固疋至少三氣囊，本實施例是以3個氣囊11〇a、11〇b、n〇c =例’使氣囊ll〇a、110b、11〇c鄰接呈半徑為㈣扇形或 環形(本圖是以是環形包圍本體100的全周為例），並定出 12 200822897 P53950056TW 21931twf.doc/e 一零度位置θ〇及一終點角度位置0e(包圍全周時，^=2疋）。 此些氣囊110a、110b、ll〇c藉由至少兩通孔112彼此連通， 以在氣囊110a、110b、ll〇c間傳遞壓力並延遲該壓力的傳 遞。 在上述步驟S100中本體1〇〇可以是機器人本體，也 可以是吸塵器本體，視需要偵測碰撞的主體而定。 f o 在步驟S110中，偵測並記錄各氣囊11〇a、11〇b、11〇c 上的各個角度位置、θ2、Θ3在各時間的壓力值，取得如 圖3的p-t圖。在本步驟中，可以把氣壓偵測器S1、幻、 連接至上述氣囊ll〇a、ll〇b、u〇c的角度位置I、㊀2、 而獲得圖。在圖3巾，實、線、虛線、點線分別代表 乳壓偵測器SI、S2、S3所測得的各時間下的壓力曲線。 产其中θ〇—0 ’㊀1、㊀2、㊀3、θχ、1代表從零度位置沿著各 ，囊110a、ll〇b、ll〇c以同一時鐘方向（例如同為逆時鐘 或同為順時鐘方向，本圖是以逆時鐘方向為例)到達各氣囊 上的該角度位置的角度。 H當障礙物在時間to碰撞到氣囊時，此障礙物5〇可以 疋一般障礙物（固定或非固定皆可，固定者 ，物碰觸到氣囊_時，在各角度位置二 倡測到的壓力變化的P-t圖如圖3所示。 本發明人發現到因為碰撞角度θχ較接近氣壓偵測器 ’所以在® 3巾最先發生壓力變化，且壓力變化 是角度θΐ所偵測到的曲線(實線）。鱗，壓力的變化透過 13 200822897 21931twf.doc/e 通孔112往旁傳遞，其次發生壓力變化的是角度θ2所偵測 到的曲線(虛線）。最慢發生壓力變化的是角度03所偵測到 的曲線(點線）。 母一條壓力曲線應該僅會有一個高峰值，且在碰撞力 道釋放之前，都會趨近一個慢速下降的值。趨近此慢速下 降值的下降速度則與所使用的氣壓偵測器有關，若使用壓 力洩漏型的感測器，則慢速下降的速度會稍快一點，若使 用封閉不洩漏型的感測器，則慢速下降的速度會稍慢一點。 在步驟S120中，藉由碰撞前後該角度位置θι、θ2、θ3 所測得的壓力變化，便可判斷氣囊是否遭受碰撞。 若判斷出氣囊遭受到碰撞時，便在步驟S130中，藉 在各氣囊110a、110b、110c上的該些角度位置θι，θ2、 所測传的壓力變化，來計算碰撞力量。在角度位置㊀1、㊀2、 〇3所測得的壓力最大值分別為1>1、1>2、1>3，1>1與1)2差』^， ρ2 與 ρ3 差 dP2。 ^ 1 由壓力變化計算出碰撞力量大小的方法，舉例而言， y以包括如下步驟:預先在一系列的實驗中，以不同碰撞力 量、不同角度撞擊該些氣囊，記錄不同的碰撞力量下的各 氣囊的壓力差zlPi、ZP2，以建立一對照表格。在建完表 格之後，便可賴絲格計算出對應於各次碰撞=碰 撞力量。 在步驟S140中，假設碰撞角度位置為θχ，碰撞時間 點為，且當角度位置θι、h、％所偵測到的壓力到達一 預定壓力畴物賴力最纽Ρ_ “職I考壓力 200822897 F53950056TW 21931twf.doc/e 值Pref時、達壓力開始攸昇點PriseBf)，記錄 、t3。參照圖3，由於氣壓偵測器S1、幻、幻1 角度位以鳴、θ3_壓力，所以壓力值達 $ 的各==、t2、t3為已知，但碰撞_點t。是未知的。 ^上述步驟⑽巾，以氣囊間傳遞壓力時的壓力波 =度為v，列出如下的聯立方程式’並求出碰撞角度位置 V(tr t〇)= minlRCOrej^R^e^eO]}, v(t2-t〇)= min{R(02.0x)?R[0x+(0e.02)]}, v(t3-t〇)= min{R(03-0x)?R[0x+(0e.03)]}, 其巾min»函數代表取括號内各數值的最小值 Θ數為v、Μ θχ，其餘為已知數，故可求得唯—解v、t。及

X ^述等式左邊的物理意義是指壓力波從碰撞位置走 ，壓=測器的距離。等式右邊取min{}函數的原因 生之後’s力波會走最_距_達各壓力偵 本發明人從多次的實驗中發現到，圖3的壓力曲線圖 中各债測角度的壓力曲線的時間差有種微妙的關係 述三種時間差是非常接近的，幾乎是一樣： 士當各曲線到達壓力最大值時記錄各時間點H 日守，任兩個氣壓偵測器所得的年問莫 S1、S2達壓力最大值的氣壓偵測器 以、本广 的間差)’」t2=t3-t2(氣壓偵測器S2、 S3達壓力最大值的時間差），命㈣(氣壓偵測器^、幻 15 Γ o 200822897 rjj!/juuj〇TW 21931twf.doc/e 達壓力最大值的時間差）。 當指定一個預定參考壓力值p 該預定參考壓力值pref的時間ti，、=，、、亲各曲線到讀 偵測器所得的時間差，3可，任兩個氣屡 以各曲線開始上昇的時候，記 任兩個氣壓偵測器所得的時間差 ” ” ” I l2 *"Li ， ^ t2 ~t3 -t2 ，Zlt3 。 依各方式得到的時間差抑、 ==性，本發明人秘展出利用查表法來計算碰撞角 即在上述碰撞裝置中，以氣囊圍繞本體⑽的 例疮做-系列的實驗，以—個蚊碰撞力量沿36 = 一度進行碰撞’並記錄各碰㈣度下所 母 =，料中任兩個 作成-個三軸財引表’由」tl、為/或由外、） 、Zt3查出碰撞角度位置θχ。

在查表法中，可以利用任兩個氣壓偵測器達p 、 Pref、Prise的時間差來查出碰撞角度位置θ。 X

X 在本實施例中，氣囊彼此之間是利用具有延遲壓 2用的通孔相連通，藉此，可以把圖3中各曲線的時間 長，這樣的話，氣壓偵測器的取樣時間不需很短 以得到精確的感測結果。 200822897 F53950056TW 21931twf.doc/e 又，在本實施例中利用3個氣囊環狀地圍住本體的全 周(360度），再配合3個氣壓債測器來偵測各氣囊的壓力一 時間曲線。藉此，便可測出全周的碰撞角度。 又，在本實施例中3個氣壓偵測器是位在任意位置， - 不一定要等間隔配置。 . 产在上述實施例中，偵測全周的碰撞角度時是採用3個 氣囊和3個氣壓感測器，當然的氣囊和氣壓感測器的數量 、 也可以多於3個。 [第2實施例] 如果僅需偵測本體上某個範圍的碰撞，不需偵測全周 的話，可採用圖5的碰撞偵測裝置23〇，使用至少一個氣 囊ll〇a、ll〇b(本圖是以兩個氣囊為例）呈扇形固定在本體 1〇〇的外周，並使用至少一氣壓偵測器S1、S2(本圖是以兩 個氣壓偵測裔si、S2為例）。在圖5中，與第i實施例相 同的元件，採用相同的符號，不再贅述。 且其碰撞偵測與第1實施例大致相同，可在氣囊 〇 11〇a、110b包圍的範圍内，偵測有無碰撞及碰撞的力量。 [第3實施例] 如果僅需偵測碰撞力量，不需偵測碰撞角度/碰撞位置 - 的話，可採用圖6的碰撞偵測裝置330，使用至少一個氣 ， 囊，本圖是以兩個氣囊210a、210b為例，至少一個氣壓偵 測裔si。氣囊彼此間不需連通，氣壓偵測器S1連接至氣 囊210a，以偵測氣囊2i〇a的壓力變化，而氣囊21〇b僅作 防才里用，不接氣壓偵測器。在圖6中，與第丨實施例相同 17 200822897 P53950056TW 21931twf.doc/e 的元件’採用相同的符號，不再贅述。 [第4實施例] 在第1實施例中的碰撞偵測方法中，是利用已知偵測 角度來求碰撞角度，同理，亦可將該方法略作修改，而改 從已知偵測位置（從起始點起算的距離）來求碰撞位置（從 起始位置起算的距離）。 參照圖7、圖8，其繪示依照本發明第4實施例的碰 撞债測方法。圖7繪示當障礙物碰撞到氣囊時的示意圖， 圖8繪不依照本發明第4實施例的碰撞偵測的步驟。在圖 7中，與第1實施例相同的元件，採用相同的符號，不再 贅述。 在步驟S200中，在本體1〇〇的外周固定至少三氣囊， 本圖是以3個氣囊n〇a、11〇b、n〇c為例，使氣囊11〇&、 ll〇b、ll〇c鄰接呈扇形或環形(本圖是以是環形包圍本體 1〇〇的全周為例），並定出起點位置Xg及一終點位置&(包 圍全周時，xe=本體的全周長）。 在上述步驟S200中本體1〇〇可以是機器人本體，也 可以是吸塵器本體，視需要偵測碰撞的主體而定。 在步驟S210中，偵測並記錄各氣囊u〇a、n〇b、u〇c 上的一個位置Xl在各時間的壓力值，取得如圖3 的p -t圖。在本步驟中，可以把氣壓_器S1、S2、S3 連接至上述氣囊110a、110b、110c的位置X1，X2、X3 _ 得P-t圖。 其中x〇=0 ’ Xl、X2、X3、x、xe代表從起點位置沿著各 200822897 P53950056TW 21931twf.doc/e 氣囊110a、ll〇b、110c以同一時鐘方向（例如同為逆時鐘 或同為順時鐘方向，本圖是以逆時鐘方向為例)到達各氣囊 上的位置的距離。 ^ Ο 當障礙物在時間to碰撞到氣囊時，此障礙物5〇可以 是-般障礙物(固定或非固定皆可，固定者例如為牆角，非 固定者例如地上的垃圾等）或是移動障礙物(例如動物 障礙物50碰觸到氣囊110a時，在各位置χι、&、χ二 到的壓力變化如圖3所示。 3、“ 在步驟S220巾，藉由碰撞前後該角度位置々，χ、 &所測得的壓力變化，便可判斷氣囊是否遭受碰撞。2 若判斷出氣囊遭受到碰撞時’便在步驟S23〇S 各氣義S1、S2、S3上的該此位置χ、 力變化，來計算碰撞力量。h^£x2'X3所測得的壓 Ρ3差」P2。 U2差吨’！>2與 田縻刀變化計算出碰撞力 包括查表法 f 2 S·中，假設碰撞位置為x，碰撞時間點 且田位置Xl、X2、X3所偵測到的壓力到達一 如達壓力最大值pmax時、達一預定:力Μ例 壓力開始爬昇點Prise時)，記錄該時間t、達 3，由於氣壓偵測器81、82、83 二2 3、照圖 =壓力’所以壓力值達該預定壓力的各=二^ ? 為已知，但娅撞時間點t0是未知的。 〃 2、t3 200822897 r^y^uj〇TW 21931twf.doc/e

X 速产t=S250中，以氣囊間傳遞壓力時_力波 逮度為V列出如下的聯立方程式，並求出碰撞位置 v(ti -t〇)=rnin {(Xl -X)? [x+(xe.Xl)]}, v(t2-t〇)= min{(x2.x)?[x+(Xe.X2)j}, νΟθ_ΐ〇)- min{(x3_x)，[x+(Xe-X3)]}， 其中min{}缝絲取括㈣各數值的最小值未知 二、v t〇及X，其餘為已知數，故可求得唯—解V、t〇及 [變化例] 在第1實躺巾’氣囊是連賴環形，所 從碰撞位置走到各氣壓偵測器位置的距離時，是利^徑 5乘上孤度來得到距離。如果氣囊不是連成圓環形，‘ 是連成多邊形的話，就不能利用半徑R乘上弧度來計算壓 力行走的距離。但是，可以利用第4實施例的方法，:已 知偵測位置(距離)來計算碰撞位置。 因而，第4實施例的碰撞偵測方可適用於如圖9所示 〇 變化例。 、在上述的各實施例中，都可利用壓力對時間的變化， 來求得碰撞的有無、碰撞的力量大小。 此外，從上述第1實施例和第4實施例的聯立方程式 可知，只要3個氣囊、3個氣壓感測器便可列出3個式子， 得到唯一解，當然，氣囊和氣壓感測器超過三個也可得到 唯二解。此時若氣囊包圍住本體的全周，則可在全方位上 求得準確的碰撞時間點、碰撞位置/碰撞角度;此時若氣囊 20 200822897 21931twf.doc/e 本體ί某個範圍，則可在該範圍中求得準確的碰撞 日守間2、碰撞位置/碰撞角度。 固或兩個氣囊，仍可利用壓力對時間的變 ’付在某個㈣内碰撞的有無、碰撞的力量。

限定iii發明已f較佳實關揭露如上，然其並非用以 ^ P1 :任何㈣此技藝者’在不脫離本發明之精神 當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之伴護 範圍當視後附之_請專利範_界定者為準。 遵 【圖式簡單說明】 f 1 %示錢本剌第！實施例的碰撞_裝置的平 面不思圖。 圖2繚示圖1的碰撞偵測裝置遭到碰撞時的示意圖。 圖增示本發_碰撞侧裝置在碰撞前後各氣壓伯 測益所測得的壓力對時間的曲線圖。 、 圖4繪示圖1的碰撞偵測裝置的碰撞偵測方法的步驟。 圖5繪示依照本發明第2實施例的碰撞偵測裝置 面示意圖。 丁 一圖6繪示依照本發明第3實施例的碰撞偵測裝置的平 面示意圖。 、圖7繪示依照本發明第4實施例的碰撞偵測裝置遭到 碰撞時的示意圖。 圖8綠示圖7的碰撞偵測裝置的碰撞偵測方法的步驟。 圖9綠示依照本發明較佳實施例的碰撞偵測裝置的織 化例。 又 21 200822897 r ) j y d uto 6TW 21931 twf.doc/e 【主要元件符號說明】 50:障礙物 100 :本體 110a、110b、110c :氣囊 • 112:通孔 - 120:轉換電路 130、230、330:碰撞偵測裝置

Pref:預定參考壓力值 Π 1 R:氣囊所連成的環形或扇形的半徑 SI、S2、S3:氣壓感測器 X〇:起點位置 Xe:終點位置

Xi、x2、x3:各氣壓偵測器的位置 心、1；2、6:各氣壓偵測器所測得的壓力達一預定壓力 的時間點 V、V、t3’：各氣壓偵測器所測得的壓力達一預定參 〇 考壓力值的時間點 V’、t2”、t3”：各氣壓偵測器所測得的壓力開始上昇 的時間點 - θ〇:零度位置 ee:終點角度位置 各氣壓偵測器的角度位置 22

Claims (1)

1. 200822897 to奶uu)6TW 21931twf.doc/e 十、申請專利範圍： ι·一種碰撞偵測裝置，包括： 一本體； 至少一氣囊，位於該本體外周； 至少-氣壓偵測器，該氣壓債測器連接至該氣囊，以 偵測該氣囊的壓力變化;以及

   o -轉換電路’將該氣壓仙器所測得的訊號轉換為一 類比或數位的電氣訊號； 藉由該氣壓侧器所測得的壓力變化，來判斷碰撞的 有無並計算碰撞的力量。 、2·如申w專利範圍第1項的碰撞彳貞測裝置，其中該氣 ，為多個，該氣壓偵湘為多個，且該些氣囊彼此連通， =該氣囊與每—該氣壓偵·連接，以制各該氣囊在 各知間_力值’並藉由各該氣囊在各時間的壓力值求出 一碰撞範圍。 ^ 3·如中明專利||圍第2項的碰撞彳貞測裝置，其中該些 氣囊彼此鄰接呈扇形，固定於該本體外周。 尸4·如申請專利範圍第3項的碰撞偵測裝置，其中該些 氣囊為一體成形，在鄰接的該些氣囊之間具有連通孔广^ 由該連通孔達成各該氣囊之間壓力的傳遞並延遲該壓力^ 傳摄。 ^ 5·如申明專利範圍第2項的碰撞偵測農置，其中該此 氣囊彼此鄰接呈環形，固定於該本體外周。 6·如申明專利範圍弟5項的碰撞偵測裝置，其中該此 23 21931twf.doc/e 200822897 體ΐ形’在鄰接的該些氣囊之間具有連通孔，藉 =連通孔達成各該氣囊之間壓力的傳遞並延遲該壓力的 壹口7戶t中請專利範圍第1項的碰顧測裝置，其中該氣 曩壬扇形，固定於該本體外周。 申#專利㈣帛1項的碰撞_裝置，其中該氣 曩王％形，固定於該本體外周。 壹請專利範圍第1項的碰撞偵測裝置，其中該氣 囊由彈性材料構成。 撞偵機11人’包括如申請專利範圍第1項所述的碰 ㈣機11人’包括如中請專利範圍第2項所述的碰 产^壯―種吸塵器，包括如申請專利範圍第1項所述的碰 才里偵测裝置。 u μ 13· 一種吸塵器，包括如申請專利範圍第2項所述的碰 才里偵測裝置。 14·一種碰撞偵測方法，包括： 在一本體的外周固定至少三氣囊，並定出—起點位置 =及一終點位置Xe’其中該些氣囊藉由至少兩通孔彼此連 H乂在該些氣囊間傳遞壓力並延遲該壓力的傳遞； ，測並記錄各該氣囊上的—個位置X1、X2、X3在各時 間的壓力值； 由各該氣囊上的該些位置X1、X2、X3所測得的壓力變 24 200822897 —21931twf.doc/e 化，，判斷該些氣囊是否遭受碰撞，並計算碰撞力量； 、§判斷遭受碰撞時，假設碰撞位置為X，碰撞時間點 ，且當該些位置Xl、&、々所偵測到的壓力到達一預 疋壓力時，記錄該時間點tl、t2、t3，其中χ〇、χι、&、&、 表從該起點位置沿著各該氣囊以同一時鐘方向到達 各該軋囊上的該位置的距離;以及 V，列出如 以該些氣囊間傳遞壓力時的壓力波速度為 下的^立方程式，並求出該碰撞位置X， v(trt〇)=min{(xrx)?[x+(Xe.Xi>)]| , v(t2-t〇)-min{(x2.x)?[x+(Xe.X2)]}, v(t3-t〇)=min{(x3-x)5[x+(xe.X3)]}, 其巾min{}函數代表取括號内各數值的最小值，未知 X。”、、v、t〇及X，其餘為已知數，故可求得唯一解▽、砣及 中^5：!^請專纖圍第14項職的雜制方法，复 力時’是指在各該位置χι、χ2、χ_ 的各該乳囊的壓力達最大值的時候。 中到、專郷圍第14項所_碰撞_方法，其 壓力時，是指在各該位置χ 得 的各該氣囊的壓力達-預定參考壓力值㈣候。】件 中到1「專魏圍第14項所述的碰撞侧方法，1 中到達該預定壓力時，是指在各 ^ 的各該氣囊的壓力開始上昇的時^。Xl、X2、X3所測得 18.如申請專利範圍第14項所述的碰撞債測方法，其 25 200822897 JT 刀 7 wv^0TW 21931 twf.doc/e 中該些氣囊相連繞圍該本體的全周。 19·如申請專利範圍第14項辦、+、 包括:藉由碰撞前後該位置Xl、x、2^的碰撞_方法，還 撞力量的大小。 Χ3的壓力變化計算出碰 20.如申請專利範圍第18項 中由壓力變化計算出碰撞力量的方法包括偵則方去，其 預先在一系列的實驗中，以 · 〇 嚢，々样π η沾η立·^曰 同碰撞力量撞擊該此氣 展δ己錄不同的喊力量下的各 /一轧 立-對照祕； 續的【力德’以建 利用該對照表格計算出斟旛 2!.如申請專利範於該碰撞的碰撞力量。 由兮^ I ^ 14項所述的碰撞#測方牛，i 中该些氣囊由彈性材料—體成形。㈣财去，其 22·—種碰撞偵測方法，包括· 半徑少”屮囊’使該些氣囊鄰接呈 點角度位置^中\ =臺亚定出一零度位置0〇及一終 ^.，、中該二虱囊错由至少兩通孔彼此連通， 在ί些氣囊間傳遞壓力並延遲該壓力的傳遞； 各時各該氣囊上的-個角度位置^ 力變:各Γΐίΐ:以度位置θι、θ2、〜所測得的壓 春判斷、=讀是否遭受碰撞，並計算碰撞力量； 間點i t。，产=碰撞角度位置騎’碰撞時 預疋昼力…記錄該時間點tl、t2、t3，其中θο、θ1、 26 200822897TW 21931twf.doc/e θ2、θ3、θχ、0e代表從該零度位置沿著各該氣囊以石 鐘方向到達各該氣囊上的該角度位置的角度;以及同〜時 以戎些氣囊間傳遞壓力時的壓力波速度為V， 下的聯立方程式，並求出該碰撞角度位置θχ， 列出如 v(trt〇)=min{R(erex)，R[㊀彳队令)]}， v(t2-t〇)=min{R(e2_ex)，R[ θχ+(θβ·θ2)]}， v(t3-t〇)=min{R(e3-ex)，R[ θχ+(θ6·θ3)]}， 其中min{}函數代表取括號内各數值的最小值，未知 數為V、t〇及θχ，其餘為已知數，故可求得唯一解v、丨〇及

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