201011329 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種紅外線定位系統及定位方法，尤 指一種可辨識物體頭部朝向’確實判定物體前進、後退或 轉向動作之定位系統及方法。 ❹ 參 【先前技術】 w於位之方式’可制超音波（雷達、聲 時較^ _ ^ ί 波料在小1謂精確定位 面非垂直面⑶在水巾來回快速彈射)及所反射平 ^ ^ 4通，而採用影像辨識則需Jt大的運算，美 本上建立在電腦系統上，尚無 ^龐大的運异’基 合來說，兩者都存在價格昂責二式晶片J成。综 缺點，此外，習知輪挪〜 ⑽體積較大、運算複雜等 例如物體之頭^位方式無法辨識物體特定朝向， 體之位置或=物r定位方式細測物 動作’亦即，無法判斷物體行後退動作或前進 【發明内容】 系統=習=缺失，本發明提出-種紅外線定位 後退動作。辨識物體頭部朝向，確實判定物體前進或 定位3到:’本發明提出-種紅外線定位系統及 將至m外料元設置於―雜，該紅外 201011329 線單元包括至少二紅外線發射器，該至少二紅外線發射器 分別發射具有不同識別碼（Code)之紅外線訊號，該紅外線 單元包含至少一第一處理器，該第一處理器係與該紅外線 發射器電性連.接；透過一接收單元接收該紅外線訊號，該 接收單元設有至少二紅外線接收器以及一第二處理器，由 該至少二紅外線接收器個別接收該紅外線單元所發射之紅 外線訊號，再由該第二處理器根據所接收之紅外線訊號判 定該載體位置及該載體朝向。 為使貴審查委員對於本發明之結構目的和功效有更 進一步之了解與認同，兹配合圖示詳細說明如后。 【實施方式】 以下將參照隨附之圖式來描述本發明為達成目.的所使 用的技術手段與功效，而以下圖式所列舉之實施例僅為輔 助說明，以利貴審查委員瞭解，但本案之技術手段並不限 於所列舉圖式。 請參閱第一圖所示本發明所提供之紅外線定位系統之 一實施例之側視結構示意圖，該紅外線定位系統包含一載 體10，於本實施例中，該載體10呈魚型設置於一缸體40、 例如水箱中，該缸體40内盛裝有液體41、例如水；於該 載體10設有一組紅外線單元20，該紅外線單元20包括二 紅外線發射器21、22及一第一處理器23，該二紅外線發 射器21、22與該第一處理器23電性連接，可由該第一處 理器23控制該二紅外線發射器21、22分別發射具有不同 識別碼（Code)且具有一發射涵蓋區域A21、A22之紅外線訊 201011329 號L21、L22，且該發射涵蓋區域A21、A22相同；於該缸 體40底部設有一接收單元30，該接收單元30設有複數紅 外線接收器31，該複數紅外線接收器31、31a、31b，該複 數紅外線接收器31係設置於一基板32，該基板32包含一 ^ 第二處理器33，該第二處理器33與紅外線接收器31電性 連接，該複數紅外線接收器31可個別接收該紅外線單元 20所發射之紅外線訊號L21、L22，且由該第二處理器33 對紅外線接收器31所接收之紅外線訊號L21、L22進行辨 參識解析。於本發明之一實施例，該紅外線發射器21、22所 發射之紅外線訊號每次僅能覆蓋一個紅外線接收器31，例 如第一圖所示該發射涵蓋區域A21可覆蓋該紅外線接收器 31a，另一發射涵蓋區域A22可覆蓋該紅外線接收器31b， 換言之，一個紅外線接收器一次僅能被一個紅外線訊號覆 蓋；例如，設計該紅外線發射器21、22之距離dl為7· 5cm， 相鄰兩紅外線接收器31之距離d2也為7. 5cm，該載體10 與該紅外線接收器31之距離d3為40cm，再選用適當功率 ❹之紅外線發射器21、22，使發射涵蓋區域A21、A22約等 同於7. 5cm。 此外，以第一圖所示實施例，該二紅外線發射器21、 22係分別設置於該魚型載體10底部之前後兩側，亦即， 以該魚型載體10之造型而言，其魚頭端與魚尾端之連線可 構成一該載體10之行進方向軸線L10，且該行進方向軸線 L10包括一前進端L10F(亦即魚頭端），以及相對於該前進 端之一後退端L10B(亦即魚尾端），該兩紅外線發射器21、 22設置於該行進方向軸線L10上，其中該紅外線發射器21 201011329 設置於該岫進端LlOF，另一紅外線發射器22設置於該後 退端L10B，再由於該兩紅外線發射器21、22所發射出之 紅外線訊號L21、L22具有不同識別碼（Code),因此，當該 紅外線接收器31a接收到紅外線訊號L21、該紅外線接收 器31b接收到紅外線訊號L22時，即可由該處理器33立即 偵測出該魚型載體之位置，同時可辨識出該魚型载體 10之頭部朝向’若該載體10持續行進，可由其他紅外線 接收器31持續接收紅外線訊號L21、L22，並由處理器33 比對訊號接收順序所形成之路徑，進而辨識出該載體1〇係 為前進狀態或後退狀態。必須說明的是，該行進方向轴線
Ll0及其前進端L10F或後退端L10B之界定，係依載體種 類或型態’以及所需偵測該載體之移動狀態不同而可做不 同設定。 線傳輪裝置包括一無 線香 線發射器34以及一無線接收器24，
睛參閱第二圖所示本發明之紅外線定位系統之一實施 $之侧視結構示意圖，本實施例係以第一圖實施例為基 用’包含一载體10、紅外線單元20及接收單元30，其作 及所能達成之功效不予贅述，本實施例之特點在於，該 10與該接收單元30之間設有一無線傳輸裝置，該無 u無線發射器34係設置 30 8 201011329 外，亦可於載體没置兩個第一處理器，其中—第一處理哭 負責發射訊號，另-第-處理器專司負責接收訊號或控^ 載體ίο行進，以提高處理速度。 至於該無線發射器以及該無線接收器24之種類不 限，可採用紅外線發射器及紅外線接收器，亦可採用其他 無線訊號傳輸裝置，舉凡可達到無線訊號傳輸之功能即 可。設置上述該無線發射器34以及該無線接收器24之主 赢要目的在於調整該紅外線訊號L2卜L22之發射涵蓋區域 A21、A22，由於載體1〇具有可活動性，载體丨〇與接收單 元30之間的距離變化會造成發射涵蓋區域A21、A22相對 地產生變化，導致接收單元30在某些距離情況下無法正確 接收到紅外線訊號L21、L22，例如，當載體10高度較高、 亦即距離接收單元30較遠時，會使得發射涵蓋區域A21、 A22擴大，可能導致紅外線接收器31a、31b同時被紅外線 訊號L21覆蓋，反之當载體1〇高度過低、亦即距離接收單 元30較近時，會使得發射涵蓋區域A21、A22縮減，如此 ® 會加長紅外線訊號L21、L22被紅外線接收器3i讀取到之 時間’導致偵測載體10之過程無法順暢進行，因此，必須 透過調整裝置修正該紅外線訊號L21、L22之發射涵蓋區域 A21 、 A22 。 冑參閱第三圖所示本發明調整裝置之—實施例之結構 示意圖，該調整裝置為套筒裝置50，該套筒 一第一套筒51、一第二套筒52及一連桿裝 套筒51係固設於該載體1〇底部，該第二套筒犯係用以容 置一紅外線發射器21，該第二套筒52與該第一套筒51同 201011329 軸相互套設，該第二套筒 該連桿裝置53之另—端係1接於該連桿裝置53之一端， 理器23(顯示於第—圖），由望接，該載體10之第一處 裝置53並帶動該第二套筒處理器23控制該連桿 可與該第一套筒51軸向相=移動，使該第二套筒52 作動之驅動力，則係透4= ’而控制該連桿裝置50 該無線接收器24,當接收;圖所示該無線發射器34以及 訊號L2卜L22,即由㈣Γ^30無法正確接收到紅外線 指令並傳送由該無線接收器^疋3^之第二處理器33產生 再將指令傳送域魏1() 無祕收器24 由該載體10之第一處理器23進行處理，再 第三圖所示，以同蓋1J43 Γ動該連桿裝置50作動。如 該第一套筒51下端日夸二;而言，該第二套筒52位於 線訊號L21且右一私°"、、工外線發射器21所發射之紅外 51被連桿裝置53 :拉、域A1 ’當該第二套筒 發射㈣㈣射端時，該紅外線 亦設有相同之Λ’Λ—紅外線發射器22(顯示於第二圖） 之發射涵蓋區域。裝置5G ’以修正其紅外線訊號L22 器位晋m 裝置，、重點在於藉由改變紅外線發射 圖所示本;域之裝置皆可。例如第四 裝置50A七裝置另一貝施例之結構示意圖，該套筒 套筒5】a t 伸縮套筒5U及—連桿裝置53A，該伸縮 係套設於紅外線發射器21外，該紅外線發射器 201011329 =固設於裁體10底部，該連桿裝置53A可帶動該伸縮套 同51A於5亥载體iq底部軸向伸縮伸出不同長度，如第四圖 . 所示，當伸縮套筒51A伸出該載體10底部之長度較長時， • 紅外線發射器21所發射之紅外線訊號L21受到該伸縮套筒 51A兩内側壁512A之阻擋，因此被限縮形成一較小之發射 涵蓋區域A1 ;當該伸縮套筒51A被連桿裝置53A上拉，使 該伸縮套筒51A之底緣511A至少與該紅外線發射器21之 發射端面等高，或高於該紅外線發射器21之發射端面時， 由於紅外線訊號L21之發射路徑無任何障礙，因此可具有 一較大之發射涵蓋區域A2 ’同樣地，另一紅外線發射哭 22(顯示於第二圖）亦設有相同之另一套筒裝置5〇A，以調 整其紅外線訊號L22之發射涵蓋區域。 請參閱第五圖及第六圖所示本發明之接收單元之不同 實施例俯視結構示意圖’如第五圖所示該接收單元13〇， .其係於一長形基板132上設有複數紅外線接收器131，該 紅外線接收器131及基板132係電性連接於一處理器133, •❿ 該複數紅外線接收器131係呈一直線排列，原則上，該長 . 形基板132可僅設置兩個紅外線接收器131，透過兩個紅 外線接收器131分別接收載體10所產生之兩道紅外線訊號 L21、L22，即可辨識出載體10之頭部朝向，第五圖實施例 提供載體10於移動中透過不同紅外線接收器131接收紅外 線訊號L21、L22，即可快速偵測該載體1〇之位置、頭部 朝向及行進方向。 第六圖所示該接收單元230，其係於正矩形基板232 上設有複數紅外線接收器231，該紅外線接收器231及基 11 201011329 板232係電性連接於一處理器233,本實施例之特點在於， 該複數紅外線接收器231係呈矩陣形式配置，藉此提供載 .體1G具有大範圍移動空間，載體1G於移動過程中透過不 同紅外線接收器231即可持續偵測載體1〇之位置、頭部朝 向及轉彎、旋轉等動作或行進方向。 請參閱第七圖所示接收單元另一實施例，該接收單元 330之特點在於包含一主基板332A及複數副基板 332B〜332D，該主基板332A與該複數副基板332B〜332D電 性連接，該主基板332A與該複數副基板332B〜332D分別設 有複數陣列之紅外線接收器331A〜331D，且該主基板332A 及該複數副基板332B〜332D分別具有一主處理器333A及副 處理333B〜333D，本實施例之重點在於透過複數基板分 擔紅外線訊號接收工作，於載體10移動過程中，紅外線訊 號L21、L22可能落在同一基板上，或分別落於不同基板 上’可由該紅外線訊號L21、L22所涵蓋之紅外線接收器 331八〜3310進行接收，若是由副基板3328〜3320之紅外線 ® 接收器331A~331D接收到紅外線訊號L21、L22，則由副處 理器333B〜333D將訊號傳送至該主處理器333A統一進行處 理。 請參閱第八圊所示本發明紅外線單元另一實施例之前 視結構視意圖，以及第九圖所示第八圖實施例之俯視結構 示意圖，本實施例之特點在於載體10底部設有二組紅外線 單元120、220，其中，該組紅外線單元120具有二紅外線 發射器121、122，該二紅外線發射器121、122所發射之 紅外線訊號L121、L122具有相同幅度之發射涵蓋區域 12 201011329 A121、A122，另一組紅外線單元22〇具有二紅外線發射器 221、222，該二紅外線發射器221、222所發射之紅外線訊 號L221、L222具有相同幅度之發射涵蓋區域A221、A222 ; 必須注意的是，對同一涵蓋平面A而言，該發射涵蓋區域 A121、A122大於該發射涵蓋區域A22i、A222。 必須說明的是，當設置複數組紅外線單元時，理論上 必須盡量將各組紅外線單元配置靠近載體中央或中心^位 置，以確保得以正確判讀載體位置，但實際上各組紅外線 單元仍必然存在一定程度之偏移，亦即所發射之紅外線訊 號中心位置並非載體中心或中央位置，因而導致位置判續 上的誤差，故，在一實施例中可以對各紅外線發射器之發 射角度進行調整，如第八圖所示，將該紅外線發射器121 朝向載體中央或中心線位置調整一角度0 12卜將該紅外線 發射為221朝向載體中央或中心線位置調整一角度0· 221，使該紅外線發射器121、221投射到A平面之中心值 置Ac可相互重合。 上述第八圖及第九圖實施例之作用在於，利用複數組 具有不同發射涵蓋區域之紅外線單元搭配载體於不同位置 時使用’其方式請參考第十圖至第十二圖所示，首先如第 十圖所示，該載體10位於高度H1時，該組紅外線單元12〇 所發射之紅外線訊號L121CL122)之發射涵蓋區域 A12KA122)過大，導致該接收單元30有二紅外線接收器 31同時被覆蓋’此時可由該接收單元30之第二處理器扣 判斷為異常狀態，該第二處理器33可發出指令關閉該級紅 外線單元120 ’並同時驅動另一組紅外線單元220發射紅 13 201011329 外線訊號，如第十一圖所示，該組紅外線單元22〇所發射 之紅外線訊號L221(L222)之發射涵蓋區域A221(A222)僅 ，能覆蓋一紅外線接收器31，因此，可由第二處理器33偵 測出該載體10之位置及頭部朝向或轉彎、旋轉等動作或行 進方向。請參閱第十二圖所示，同樣由該組紅外線單元12〇 發射紅外線说號L121(L122) ’但由於此時該載體之高 度H2較低，使得發射涵蓋區域A121(A122)僅能覆蓋一紅 外線接收器31，可立即由第二處理器33進行訊號處理， ❹不必再進行另一組紅外線單元220之訊號偵測，換言之， 當設置有多組紅外線單元時，係由發射涵蓋區域最廣的首 先發射紅外線訊號，再接續發射涵蓋區較窄者，若設有三 組紅外線單兀，則具有三種不同幅度之發射涵蓋區域，且 各組紅外線單元分別包括兩紅外線發射器，以此類推，可 依載體大小或實際冷需設置所需紅外線單元之組數。 此外，本發明所提供之紅外線定位系統除了可以做載 體二維度之平面位置定位之外，也可做載體三維度之位置 ❿定位’亦即透過複數紅外線單元進行載體平面位置及高度 之定位三以第十圖及第十二圖為說明例，其同樣是由該組 紅外線單兀120發射紅外線訊號，當載體1〇位於高度耵 時，有一個紅外線接收器31被該紅外線訊號Li2i(L122) 涵蓋，而當载體1G降低至第十二圖所示高度H2時，只有 一各紅外線接收器31被該紅外線訊號L121(L122)涵蓋， 據此，即可判定出該栽體1 〇之高度變化。 綜上所述’本發明提供之紅外線定位系統及定位方 法，不僅可债測物體位置，同時利用紅外線訊號夾帶識別 14 201011329 碼之特性，可用以辨識物體頭部朝向，確實判定物體前進 或後退動作，此外，本發明利用紅外線接收模組及可擴展 矩陣架構配合低價位的嵌入式晶片進行訊號運算，在合理 的硬體成本及運算速度下，達到所需的控制目的。 惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以 之限定本發明所實施之範圍。即大凡依本發明申請專利範 圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之 範圍内，謹請貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。 【圖式簡單說明】 第一圖係本發明紅外線定位系統之一實施例之侧視結 構示意圖。 第二圖係本發明紅外線定位系統另一實施例之側視結 構示意圖結構示意圖。 第三圖係本發明調整裝置之一實施例之結構示.意圖。 第四圖係本發明調整裝置另一實施例之結構示意圖。 第五圖及第六圖係本發明接收單元不同佈置之俯視結 構示意圖。 第七圖係本發明接收單元之基板另一實施例之俯視結 構示意圖。 第八圖係本發明紅外線單元另一實施例之前視結構視 意圖。 第九圖係第八圖實施例之俯視結構示意圖。 第十圖及第十一圖係第八圖實施例於較高高度發射紅 外線訊號之示意圖。 15 201011329 第十二圖係第十圖實施例於較低高度發射紅外線訊號 之示意圖。 【主要元件符號說明】 10-載體 L10-行進方向軸線 L10F-前進端 L10B-後退端 20-紅外線單元 21、22-紅外線發射器 23- 第一處理器 24- 無線接收器 A21、A22-發射涵蓋區域 L 21、L 2 2 -紅外線訊號 120、 220-紅外線單元 121、 122-紅外線發射器 A121、A122-發射涵蓋區域 L121、L122-紅外線訊號 221、222-紅外線發射器 A221、A222-發射涵蓋區域 L221、L222-紅外線訊號 30-接收單元 31、31a、31b-紅外線接收器 16 201011329 3 2 -基板 33- 第二處理器 34- 無線發射器 130- 接收單元 131- 紅外線接收器 132 -長形基板 133-處理器 230- 接收單元 231- 紅外線接收器 2 32-矩形基板 233-處理器 330-接收單元 331人〜3310-紅外線接收器 332A-主基板 332B〜332D-副基板 333A-主處理器 333B〜333D-副處理器 40- 缸體 41- 液體 50、50A-套筒裝置 51-第一套筒 51A-伸縮套筒 511A-伸縮套筒底緣 17 201011329 512A-伸縮套筒内侧壁 52、 52A-第二套筒 53、 53A-連桿裝置 A-涵蓋平面
Al、A2-發射涵蓋區域 Ac-涵蓋平面之中心位置 dl、d2、d3-距離 HI、H2-高度 θ 12卜0221-角度 18