TW201334748A - 掃地機器人的控制方法 - Google Patents

Abstract

本發明的一實施例提供一種掃地機器人的控制方法。該控制方法適用於具有一非全向式光偵測器的一掃地機器人。該方法包括：透過該非全向式光偵測器偵測一光線；當該非全向式光偵測器偵測該光線時，該掃地機器人停止運動，且轉動該非全向式光偵測器；當該非全向式光偵測器偵測不到該光線時，停止轉動該非全向式光偵測器並估計一第一旋轉角度；根據該第一旋轉角度改變該掃地機器人的一行進方向。

Description

掃地機器人的控制方法

本發明係有關於一種掃地機器人，特別是一種具有非全向式光偵測器的掃地機器人。

隨著科技的進步，電子產品的種類愈來愈多，其中機器人(robot)就是其中一種。在許多可移動的機器人裝置中，為了達到自動移動的功能，機器人通常會具有一驅動裝置、一偵測器以及一移動控制器。舉例而言，清掃機器人就是一種清掃裝置，不需使用者操作，便可自動移動，並吸取地板上的灰塵。

本發明的一實施例提供一種掃地機器人的控制方法。該控制方法適用於具有一非全向式光偵測器的一掃地機器人。該方法包括：透過該非全向式光偵測器偵測一光線；當該非全向式光偵測器偵測該光線時，該掃地機器人停止運動，且轉動該非全向式光偵測器；當該非全向式光偵測器偵測不到該光線時，停止轉動該非全向式光偵測器並估計一第一旋轉角度；根據該第一旋轉角度改變該掃地機器人的一行進方向。

本發明的另一實施例提供一種掃地機器人的控制方法，適用於具有一非全向式光偵測器的一掃地機器人。該方法包括：透過該非全向式光偵測器偵測一光線；當該非 全向式光偵測器第一次偵測到該光線時，該掃地機器人繼續移動；當該非全向式光偵測器偵測不到該光線時，該掃地機器人停止運動，且轉動該非全向式光偵測器；當該非全向式光偵測器再次偵測到該光線時，停止轉動該非全向式光偵測器並估計該非全向式光偵測器的一第一旋轉角度；根據該第一旋轉角度改變該掃地機器人的一行進方向。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

第1圖為根據本發明之一掃地機器人與一虛擬牆的一實施例的示意圖。虛擬牆12會發出一光線15用以標示掃地機器人11不能進入的一限制區域。掃地機器人11包括具有一肋(rib)14的一非全向式光偵測器13。該肋14會覆蓋在非全向式光偵測器13的表面，並形成一不透光區域，該不透光區域會讓非全向式光偵測器13有一預定角度是無法接收到光線，該預定角度的範圍約30度到90度。

該肋14可能是固定在非全向式光偵測器13的表面，或是固定在另一個可旋轉的裝置，使得該肋14可以沿著非全向式光偵測器13的表面做360度的旋轉。在本實施例中，非全向式只是一個功能上的描述，用以說明說肋14會在非全向式光偵測器13會因為肋14而有一定的區域是無 法偵測光線。

因此，非全向式光偵測器13可能有兩種實現方式。非全向式光偵測器13的第一種實現方式就是將一全向式光偵測器與一肋14直接組合，使得肋14是固定在全向式光偵測器的表面上的一固定位置。接著，該非全向式光偵測器13會被設計成可以直接透過一馬達驅動而被轉動，或是該非全向式光偵測器13會被設置在一平台上，該平台可被一馬達所轉動，進而達到轉動該非全向式光偵測器13的目的。透過這樣的方式，當該非全向式光偵測器13偵測到該光線15時，便可以透過轉動該非全向式光偵測器13來偵測光線15的一入射角度。

非全向式光偵測器13的第二種實現方式就是將一遮罩套件(mask kit)套在全向式光偵測器的外側，且該遮罩套件是可以被轉動的，但該全向式光偵測器則無法被轉動。該遮罩套件可透過一馬達的驅動而被轉動。當該非全向式光偵測器13偵測到該光線15時，便可以透過轉動該遮罩套件來偵測光線15的一入射角度。

關於非全向式光偵測器13的詳細說明請參考第2a至第2e圖。

第2a圖為根據本發明之一非全向式光偵測器的一實施例的一上視圖。遮罩(mask)22是由一不透光材質所形成，並黏附在全向式光偵測器21的一感測表面上。遮罩22會在全向式光偵測器21上形成一θ角的感應死區(sensing dead zone)。

請參考第2b圖。第2b圖為第2a圖的非全向式光偵測 器的一實施例的一平視圖。從第2b圖可以看到，全向式光偵測器21被固定在一基座23上。基座23可被一馬達或一步進馬達所轉動。，馬達或步進馬達會根據掃地機器人內的一控制器的一控制信號來轉動基座23。雖然一般的全向式光偵測器可以沒有死角地偵測虛擬牆或充電站發出的光線，但是並無法用來判斷此時光線是由哪個方向傳送過來，進而無法得知虛擬牆或充電站與此時的掃地機器人的一相對位置。透過遮罩22的幫助就可以判斷偵測到的光線的角度。

當全向式光偵測器21偵測到一光線時，基座23被預設以順時針方向或逆時針方向來旋轉360度。當全向式光偵測器21偵測不到光線時，掃地機器人內的控制器會求得全向式光偵測器21偵測不到光線時，基座23的一旋轉角度。該旋轉角度的範圍為0度到(360-θ)度。接著，控制器就可以根據基座23的旋轉方向、該旋轉角度以及該θ角來估算出光線的方向。詳細的說明請參考第2c與第2d圖。

第2c與第2d圖為利用本發明之一非全向式光偵測器來估計一光線的入射角度的示意圖。在第2c圖中，遮罩22的初始位置於位置P1。當該非全向式光偵測器25偵測到光線24時，該非全向式光偵測器25被以一預定方向轉動。在本實施例中，該預定方向為逆時鐘方向。在第2d圖中，當該非全向式光偵測器25沒有偵測到該光線24時，該非全向式光偵測器25停止轉動。此時，掃地機器人內的控制器會記錄該非全向式光偵測器25的一轉動角度Φ，並根據該轉動角度Φ與初始位置P1來估計光線24的方 向。

在一實施例中，非全向式光偵測器25由一馬達所轉動，且該馬達會傳送一轉動信號給控制器，使得控制器可以根據該轉動信號來估計該轉動角度Φ。在另一實施例中，非全向式光偵測器25由一步進馬達所轉動。該步進馬達是根據一脈衝信號的數量來決定轉動的次數。因此控制器可以由脈衝信號的數量以及該步進馬達每一次轉動的角度來估計該轉動角度Φ。

在另一實施例中，非全向式光偵測器25是被固定在一底座上，且該底座設有一齒輪，使得馬達可以直接透過一齒輪來轉動該齒輪，或是透過一傳動皮帶(timing belt)來轉動該齒輪。

第2e圖為根據本發明之一非全向式光偵測器的另一實施例的示意圖。非全向式光偵測器26包括了一全向式光偵測器27、一底座28與一垂直延伸部29。該垂直延伸部29是由一不透光材料所形成，且會在全向式光偵測器27的感測表面上形成一感應死區。如果光線照射到感應死區，則非全向式光偵測器26不會偵測到該光線。底座28可由一馬達轉動，以偵測一光線的方向。在本實施例中，全向式光偵測器26與底座28並沒有連接在一起。也就是說當底座28被轉動時，全向式光偵測器26並不會被跟著轉動。至於如何偵測光線的方向請參考第2c與第2d圖，在此不贅述。

第3圖為根據本發明之一掃地機器人的控制方法的一實施例的示意圖。虛擬牆31會發出一光線用以標示掃地機 器人32不能進入的一限制區域。該光線具有一第一邊界b1與一第二邊界b2。在時間點T1時，掃地機器人32依照一預定路徑移動。在時間點T2時，非全向式光偵測器33偵測到虛擬牆31發出的光線的第一邊界b2。此時掃地機器人32會停止移動，且非全向式光偵測器33會以一順時鐘方式或一逆時鐘方向進行旋轉。

在時間點T3時，因為遮罩34擋住了虛擬牆31發出的光線，使得非全向式光偵測器33無法偵測到光線。此時，掃地機器人32內的一控制器會記錄目前遮罩34的一目前位置，並根據遮罩34的目前位置與其初始位置求得非全向式光偵測器33的一第一旋轉角度。

因為掃地機器人32不能直接以非全向式光偵測器33的第一旋轉角度來修正掃地機器人32的移動方向，這樣會照成旋轉後的掃地機器人32可能無法正對著虛擬牆31。因此必需要根據非全向式光偵測器33的旋轉角度，透過一校正機制來修正掃地機器人的移動方向。

在本實施例中，該校正機制會根據非全向式光偵測器33的一第一中心，掃地機器人32的一第二中心，該第一中心與該第二中心之間的距離以及該旋轉角度來求得一第二旋轉角度。接著再根據該第二旋轉角度來旋轉掃地機器人32。利用這樣的方式，旋轉後的掃地機器人32的移動方向就可以正對著虛擬牆31。

在另一實施例中，掃地機器人32的控制器會取得該第一中心的一第一座標以及第二中心的一第二座標，接著控制器會根據該第一座標與該第二座標估計該第一中心與該 第二中心的一相對角度，並根據該相對角度與該旋轉角度來求得一第二旋轉角度。接著，掃地機器人32會根據該第二旋轉角度旋轉，旋轉後的掃地機器人32的前端就會市政對著虛擬牆31。換言之，掃地機器人32只需要直線前進就可以接近虛擬牆31，而不需要在移動時進行移動方向的校正。

在本實施例中，在時間點T2時，只有非全向式光偵測器33被旋轉，等到非全向式光偵測器33確定了光線的方向後，在時間點T3時，掃地機器人32才會被旋轉。在另一實施例中，在時間點T2時，當非全向式光偵測器33被旋轉的同時，掃地機器人32也會同步旋轉。當非全向式光偵測器33偵測不到光線時，掃地機器人32與非全向式光偵測器33同時停止旋轉，當掃地機器人32停止後，掃地機器人32直線前進。

另外，要注意的是在時間點T2與時間點T3的時候，掃地機器人32並沒有移動。在時間點T2時，掃地機器人並不會移動也不會轉動，只有非全向式光偵測器33被轉動而已。而在時間點T3時，掃地機器人32會在原地轉動。雖然第3圖中，在時間點T2與時間點T3時，掃地機器人32似乎位於不同的位置，但實際上，在上述兩個時間點的時候，掃地機器人32的位置並沒有改變。

當掃地機器人32的控制器已經確認了光線的方向時，該控制器可以在一地圖上標示該光線的位置，並畫出一限制區域。該地圖可能儲存在掃地機器人32內的一記憶體或是一地圖資料庫。掃地機器人32的控制器可以根據掃 地機器人32每次的運動來修正該地圖，並於地圖上標示出障礙物的位置。

在時間點T4時，遮罩32的位置位於非全向式光偵測器33的前面，使得非全向式光偵測器33無法偵測到虛擬牆31發出的光線。這樣一來，只要在掃地機器人32接近虛擬牆31之前，非全向式光偵測器33一直沒有接收到光線的話，大致上就可以保證掃地機器人32是筆直地朝向虛擬牆31移動。

如果非全向式光偵測器33在往虛擬牆31移動的路上，偵測到了虛擬牆31發出的光線，掃地機器人32會停止移動，並且會利用非全向式光偵測器33再次對掃地機器人32的移動方向進行校正。

當掃地機器人32接近虛擬牆31，且掃地機器人32與虛擬牆31的距離小於一預定值時，掃地機器人32前端的一碰撞感測器會發出一停止信號給掃地機器人32的控制器。碰撞感測器設置在掃地機器人32的前端，用以偵測掃地機器人32的前方是否有障礙物。如果碰撞感測器偵測到一障礙物，掃地機器人32會先判斷該障礙物是否就是虛擬牆31。如果是的話，掃地機器人32會停止前進，並且會轉以另一個方向繼續前進。如果掃地機器人32判斷該障礙物不是虛擬牆31，掃地機器人32會先避開該障礙物，接著再回到原先移動的路徑上。

當掃地機器人32接近虛擬牆31時，虛擬牆31會發出一射頻信號或是一紅外線信號，使得掃地機器人32可以得知掃地機器人32已經非常接近虛擬牆31。在另一個實施 例中，可以利用將近場通信(Near Field Communication，NFC)裝置安裝在掃地機器人32與虛擬牆31上來達到相同的目的。當掃地機器人32上的NFC裝置接收到來自虛擬牆31上的NFC裝置傳送的資料或信號時，這表示掃地機器人32與虛擬牆31已經非常接近，且掃地機器人32應該要停止移動。一般來說，近場通信的感應距離約為20cm。

在本實施例中，虛擬牆31所發出的光線是經過調變或是編碼過的信號。因此，當非全向式光偵測器33在偵測到光線時，掃地機器人32的一控制器會先對偵測到的光線進行解調變或解碼。當確認光線為虛擬牆31發出時，掃地機器人才會進行前述的動作。

在另一實施例中，掃地機器人32更包括一反射裝置。該反射裝置可設置在非全向式光偵測器33上。在另一實施例中，該反射裝置可設置在遮罩32上。虛擬牆31更包括一接收裝置，可接收掃地機器人32發出的光線。在一實施例中，該接收裝置用以接收掃地機器人32的反射裝置所反射的光線。虛擬牆31內的一控制裝置會對接收到的光線進行解調變或解碼。當控制裝置確認接收到的光線與虛擬牆31發出的光線具有相同的解碼格式或相同的調變格式時，控制裝置可以判斷出此時掃地機器人32接近虛擬牆31。虛擬牆31可以發送不同編碼或不同調變的光線給掃地機器人31，使得掃地機器人31可以做對應的動作。

在一實施例中，該掃地機器人32具有一第一無線裝置，可以與虛擬牆31建立一無線連線。該虛擬牆31包括一第二無線裝置，可與該掃地機器人32建立該無線連線， 也可連結至一網路。當虛擬牆31接收到掃地機器人發出的光線信號時，虛擬牆31自動連結至網路，或是虛擬牆31會與掃地機器人32建立無線連線。在另一實施例中，當虛擬牆31會與掃地機器人32建立無線連線後，虛擬牆31才會連結至網路。

利用上述的方式，可以使得掃地機器人32可以清潔虛擬牆31所發出的光線附近的區域，而且掃地機器人32也不會進入限制區域。此外，也可以利用這樣的方式讓掃地機人32內的控制器描繪出一清潔區域地圖。爾後掃地機器人便可以依據該清潔區域地圖來移動，且可以更有效且更快速的完成清潔工作。

第4圖為根據本發明之一掃地機器人的控制方法的另一實施例的示意圖。虛擬牆41會發出一光線用以標示掃地機器人42不能進入的一限制區域。該光線具有一第一邊界b1與一第二邊界b2。在時間點T1時，掃地機器人42依照一預定路徑移動。在時間點T2時，非全向式光偵測器43偵測到虛擬牆41發出的光線的第一邊界b2。此時掃地機器人42仍會以預定路徑繼續移動。在時間點T3時，非全向式光偵測器43偵測不到虛擬牆41發射出的光線，此時掃地機器人42會停止移動，且非全向式光偵測器43會以一順時鐘方式或一逆時鐘方向進行旋轉。

當非全向式光偵測器43偵測到虛擬牆41發射出的光線時，掃地機器人42內的一控制器會接收到一第一觸發信號。此時該控制器會知道掃地機器人已經接近該限制區域，因此該控制器可以對掃地機人進行一些操作，如降低 掃地機器人42的移動速度或是預先啟動一光線方向偵測程序。這邊所指的預先啟動指的是控制器會開始蒐集光線方向偵測程式所需要的一些參數。

當非全向式光偵測器43偵測不到虛擬牆41發射出的光線時，掃地機器人42內的控制器會接收到一第二觸發信號。控制器會根據該第二觸發信號停止該掃地機器人42。如果該光線方向偵測程序在控制器接收到第一觸發信號時，就已經預先啟動，則當該控制器接收到該第二觸發信號時，該光線方向偵測程序會立即計算虛擬牆41所發出的光線的方向。

在時間點T4時，因為遮罩44擋住了虛擬牆41發出的光線，使得非全向式光偵測器43無法偵測到光線。此時，掃地機器人42內的控制器會記錄目前遮罩44的一目前位置，並根據遮罩44的目前位置與其初始位置求得非全向式光偵測器43的一第一旋轉角度。

因為掃地機器人42不能直接以非全向式光偵測器43的第一旋轉角度來修正掃地機器人42的移動方向，這樣會照成旋轉後的掃地機器人42可能無法正對著虛擬牆41。因此必需要根據非全向式光偵測器43的旋轉角度，透過一校正機制來修正掃地機器人的移動方向。

在本實施例中，該校正機制會根據非全向式光偵測器43的一第一中心、掃地機器人42的一第二中心、該第一中心與該第二中心之間的距離以及該旋轉角度來求得一第二旋轉角度。接著再根據該第二旋轉角度來旋轉掃地機器人42。利用這樣的方式，旋轉後的掃地機器人42的移動 方向就可以正對著虛擬牆41。

在另一實施例中，掃地機器人42的控制器會取得該第一中心的一第一座標以及第二中心的一第二座標，接著控制器會根據該第一座標與該第二座標估計該第一中心與該第二中心的一相對角度，並根據該相對角度與該旋轉角度來求得一第二旋轉角度。接著，掃地機器人42會根據該第二旋轉角度旋轉，旋轉後的掃地機器人42的前端就會是正對著虛擬牆41。換言之，掃地機器人42只需要直線前進就可以接近虛擬牆41，而不需要在移動時進行移動方向的校正。

另外，要注意的是在時間點T3與時間點T4的時候，掃地機器人42並沒有移動。在時間點T3時，掃地機器人並不會移動也不會轉動，只有非全向式光偵測器43被轉動而已。而在時間點T4時，掃地機器人42會在原地轉動。雖然第4圖中，在時間點T3與時間點T4時，掃地機器人42似乎位於不同的位置，但實際上，在上述兩個時間點的時候，掃地機器人42的位置並沒有改變。

當掃地機器人42的控制器已經確認了光線的方向時，該控制器可以在一地圖上標示該光線的位置，並畫出一限制區域。該地圖可能儲存在掃地機器人42內的一記憶體或是一地圖資料庫。掃地機器人42的控制器可以根據掃地機器人32每次的運動來修正該地圖，並於地圖上標示出障礙物的位置。

在時間點T4與T5時，遮罩42的位置位於非全向式光偵測器43的前面，使得非全向式光偵測器43無法偵測 到虛擬牆41發出的光線。這樣一來，只要在掃地機器人42接近虛擬牆41之前，非全向式光偵測器43一直沒有接收到光線的話，大致上就可以保證掃地機器人42是筆直地朝向虛擬牆41移動。

如果非全向式光偵測器43在往虛擬牆41移動的路上，偵測到了虛擬牆41發出的光線，掃地機器人42會停止移動，並且會利用非全向式光偵測器43再次對掃地機器人42的移動方向進行校正。

當掃地機器人42接近虛擬牆41，且掃地機器人42與虛擬牆41的距離小於一預定值時，掃地機器人42前端的一碰撞感測器會發出一停止信號給掃地機器人42的控制器。碰撞感測器設置在掃地機器人42的前端，用以偵測掃地機器人42的前方是否有障礙物。如果碰撞感測器偵測到一障礙物，掃地機器人42會先判斷該障礙物是否就是虛擬牆41。如果是的話，掃地機器人42會停止前進，並且會轉以另一個方向繼續移動。如果掃地機器人42判斷該障礙物不是虛擬牆41，掃地機器人42會先避開該障礙物，接著再回到原先移動的路徑上。

當掃地機器人42接近虛擬牆41時，虛擬牆41會發出一射頻信號或是一紅外線信號，使得掃地機器人42可以得知掃地機器人42已經非常接近虛擬牆41。在另一個實施例中，可以利用將近場通信(Near Field Communication，NFC)裝置安裝在掃地機器人42與虛擬牆41上來達到相同的目的。當掃地機器人42上的NFC裝置接收到來自虛擬牆41上的NFC裝置傳送的資料或信號時，這表示掃地機 器人42與虛擬牆41已經非常接近，且掃地機器人42應該要停止移動。一般來說，近場通信的感應距離約為20cm。

第5圖為根據本發明之一掃地機器人的控制方法的另一實施例的流程圖。在步驟S51中，掃地機器人會根據一預定的路徑移動。一般來說，當掃地機器人開始工作時，可能會先以隨機移動方式移動，或是由使用者設定掃地機器人一開始的移動模式。掃地機器人以隨機方式移動的話，可以協助掃地機器人內的控制器繪製一室內空間的一平面地圖。當掃地機器人下次被啟動時，就可以根據該平面地圖上的資訊來移動。

在步驟S52中，判斷掃地機器人的一光偵測器是否有偵測到虛擬牆發出的光線。如果沒有的話，則掃地機器人繼續以預定的路徑移動。如果光偵測器偵測虛擬牆發出的光線，則執行步驟S53。在本實施例中，光偵測器是一非全向式光偵測器。虛擬牆發出的光線中會攜帶一編碼過的資訊或是經過調變過。當光偵測器偵測到光線時，會去解碼光線中所攜帶的資訊或是對該光線進行解調變，以確認該光線是否為虛擬牆所發出。

在步驟S53中，掃地機器人的控制器會決定是否要針對光偵測器偵測到虛擬牆發出的光線的事件進行對應的動作，如離開該光線所涵蓋的區域。如果控制器決定回應，則執行步驟S54。如果控制器決定不回應，則執行步驟S59，且掃地機器人繼續移動。

在步驟S59中，判斷掃地機器人的光偵測器是否仍有偵測到虛擬牆發出的光線。如果有的話，則掃地機器人繼 續移動，並繼續執行步驟S59。掃地機器人的光偵測器偵測不到虛擬牆所發出的光線時，執行步驟S54。在步驟S59中，掃地機器人的光偵測器偵測不到虛擬牆所發出的光線的情況表示此時掃地機器可能已經進入限制區域內，掃地機器人必須要馬上離開。

在步驟S53中，當光偵測器偵測到虛擬牆發出的光線時，光偵測器會傳送一第一觸發信號給控制器，控制器在根據掃地機器人的設定以及該第一觸發信號決定要執行步驟S54或S59。在一實施例中，該第一觸發信號會被傳送到該控制器的一通用輸入輸出腳位(general purpose input/output pin，GPIO)，且會改變該GPIO腳位的邏輯狀態。舉例來說，該第一觸發信號可能為一上緣觸發信號，且該GPIO腳位的預設邏輯狀態為邏輯低準位。因此當該GPIO腳位接收到該上緣觸發信號時，該GPIO腳位的邏輯狀態被改變為邏輯高準位。該GPIO腳位的邏輯狀態改變會觸發一中斷事件，控制器也可根據該中斷事件得知光偵測器已經偵測到虛擬牆發出的光線。

在步驟S54中，掃地機器人停止移動，且該光偵測器被以順時鐘方向或逆時鐘方向旋轉。本實施例中光偵測器的結構或是運作方式可以參考第2a至2e圖，以及對應的說明。在步驟S55中，當該光偵測器從有偵測到虛擬牆的光線變成沒有偵測到虛擬牆光線時，控制器會求得該光偵測器的一第一旋轉角度。

接著在步驟S56中，掃地機器人的控制器根據該第一旋轉角度、該光偵測器的一第一中心、該掃地機器人的一 第二中心、該第一中心與該第二中心之間的距離以及該第一旋轉角度來求得一第二旋轉角度。接著再根據該第二旋轉角度來旋轉掃地機器人(步驟S57)。利用這樣的方式，旋轉後的掃地機器人4移動方向就可以正對著虛擬牆。

在另一實施例中，掃地機器人的控制器會取得該第一中心的一第一座標以及第二中心的一第二座標，接著控制器會根據該第一座標與該第二座標估計該第一中心與該第二中心的一相對角度，並根據該相對角度與該第一旋轉角度來求得一第二旋轉角度。接著，掃地機器人會根據該第二旋轉角度被旋轉。旋轉後的掃地機器人的前端就會是正對著虛擬牆。換言之，在這樣的情況下，掃地機器人只需要直線前進就可以接近虛擬牆，而不需要在移動時進行移動方向的校正。

在步驟S58中，掃地機器人朝向虛擬牆移動。在掃地機器人移動的期間，如果非全向式光偵測器在往虛擬牆移動的路上，偵測到了虛擬牆41發出的光線，掃地機器人會停止移動，並且會利用該光偵測器再次對掃地機器人的移動方向進行校正。

當掃地機器人接近虛擬牆，且掃地機器人與虛擬牆的距離小於一預定值時，掃地機器人前端的一碰撞感測器會發出一停止信號給掃地機器人的控制器。碰撞感測器設置在掃地機器人的前端，用以偵測掃地機器人的前方是否有障礙物。如果碰撞感測器偵測到一障礙物，掃地機器人會先判斷該障礙物是否就是虛擬牆。如果是的話，掃地機器人會停止前進，並且會轉以另一個方向繼續移動。如果掃 地機器人判斷該障礙物不是虛擬牆，掃地機器人會先避開該障礙物，接著再回到原先移動的路徑上。

當掃地機器人接近虛擬牆時，虛擬牆會發出一射頻信號或是一紅外線信號，使得掃地機器人可以得知掃地機器人已經非常接近虛擬牆。在另一個實施例中，可以將近場通信(Near Field Communication，NFC)裝置安裝在掃地機器人與虛擬牆上來達到相同的目的。當掃地機器人上的NFC裝置接收到來自虛擬牆上的NFC裝置所傳送的資料或信號時，這表示掃地機器人與虛擬牆已經非常接近，且掃地機器人應該要停止移動。一般來說，近場通信的感應距離約為20cm。

第6圖為根據本發明之一掃地機器人的一實施例的方塊示意圖。光偵測器65受一驅動馬達64的驅動而被旋轉。關於光偵測器65的結構與運作方式可以參考第2a至2e圖以及對應的說明。移動馬達63控制掃地機器人前進或後退。旋轉馬達66用以旋轉掃地機器人以控制掃地機器人的前進方向或後退方向。

主控制器61會執行一程式，以控制掃地機器人。該程式中包含複數個子程式，其中一個子程式是關於當掃地機器人遇到虛擬牆時的，該如何運作。該子程式的功能說明可參可第3至第5圖的說明。

本實施例是以光偵測器65為例說明，但非將本發明限制於此。光偵測器65可替換為一聲學信號偵測器，且虛擬牆發出的信號為一聲學信號。該聲學信號偵測器可被旋轉，並根據接收到的聲學信號的強度來判斷虛擬牆的位 置。舉例來說，當聲學信號偵測器偵測到具有最強信號強度的聲學信號時，表示此時聲學信號偵測器是正對虛擬牆。聲學信號偵測器可能為一硬材質的聲學反射板。

第7圖為根據本發明之一掃地機器人的控制方法的另一實施例的示意圖。

掃地機器人72在位置A時是以預定的路徑移動，而肋74也被固定於光偵測器73的正後方。

位置A至位置B：步驟S1：肋74是被固定在光偵測器73的正後方。在位置B時，光偵測器73偵測到虛擬牆71發出的光線，掃地機器人72停止移動。

位置B至位置C：步驟S2：光偵測器73被以順時鐘方向或逆時鐘方向旋轉，直到光偵測器73偵測不到虛擬牆發出的光線為止。掃地機器人內的一控制器會去估計此時光偵測器73的一第一旋轉角度。

假設光偵測器73的一第一中心C與掃地機器人72的一第二中心的距離為15公分，且直線L1的長度為50公分。控制器可以根據第一旋轉角度來推之直線L1的斜率。因為在位置B時，掃地機器人的中心點C1的一第一坐標值是已知，加上直線L2的距離是固定，因此可以推之於位置C時，掃地機器人的中心點的一第二座標值。利用該第一座標值與該第二座標值可以求得直線L2的斜率。而直線L2與L3的夾角就是掃地機器人應該要旋轉的角度。

步驟S3：掃地機器人由位置B移動至位置B。在本實 施例中，掃地機器人移動的沿著直線L1所移動的距離是固定的。

從位置C到虛擬牆71

步驟S4：計算直線L1與L2的夾角，接著該掃地機器人72被旋轉，使得肋74會正對著虛擬牆71。

步驟S5：將肋74固定在光偵測器73，且控制掃地機器人72走直線靠近虛擬牆71。

第8圖為根據本發明之一掃地機器人系統的一實施例的示意圖。虛擬牆81包括一無線信號發射器85與一接收裝置86。無線信號發射器85用以發出一無線信號，用以標示掃地機器人不能進入的限制區域。該無線信號是經調變或是編碼過的信號。無線信號發射器85可能為一光線發射器或一聲波信號發射器。

掃地機器人包括一偵測器83與一遮罩84。偵測器83用以偵測無線信號發射器85發出的無線信號。在一實施例中，偵測器83可反射該無線信號給接收裝置86。在另一實施例中，遮罩84可反射該無線信號給接收裝置86。此外，掃地機器人更可包括一第一無線信號發設器，可發射一第一無線信號，該第一無線信號與無線信號發射器85所發出無線信號具有相同的調變格式或編碼格式。

當接收裝置86接收到無線信號時，虛擬牆81內的一控制裝置會對接收到的無線信號進行解調變或解碼。當控制裝置確認接收到的無線信號與虛擬牆81發出的無線信號具有相同的解碼格式或相同的調變格式時，控制裝置可以判斷出此時掃地機器人接近虛擬牆81。控制裝置亦可根 據接收裝置86接收到的無線信號的強度判斷掃地機器人與虛擬牆81的距離。

第9圖為根據本發明之一掃地機器人的控制方法的另一實施例的流程圖。在步驟S901中，掃地機器人會根據一預定的路徑移動。一般來說，當掃地機器人開始工作時，可能會先以隨機移動方式移動，或是由使用者設定掃地機器人一開始的移動模式。掃地機器人以隨機方式移動的話，可以協助掃地機器人內的控制器繪製一室內空間的一平面地圖。當掃地機器人下次被啟動時，就可以根據該平面地圖上的資訊來移動。

在步驟S902中，判斷掃地機器人的一偵測器是否有偵測到虛擬牆發出的無線信號。如果沒有的話，則掃地機器人繼續以預定的路徑移動。如果偵測器偵測虛擬牆發出的無線信號，則執行步驟S903。

在步驟S903中，掃地機器人的一控制器先判斷收到的無線信號的強度是否大於一預定值，如果是的話，則執行步驟S904。如果無線信號的強度沒有大於該預定值，則偵測器偵測到的無線信號被視為干擾或雜訊，且接著執行步驟S901。如果無線信號的強度大於該預定值，掃地機器人的控制器更可根據無線信號的強度判斷無線信號的發射源與掃地機器人之間的距離。

在步驟S904中，掃地機器人的控制器會判斷接收到的無線信號是否為虛擬牆發出。如果不是的話，則執行步驟S901。如果是的話，執行步驟S905。

在一實施例中，偵測器是一非全向式光偵測器。虛擬 牆發出的無線信號為攜帶一編碼過的資訊或是經過調變過的光線。當偵測器偵測到該光線時，會去解碼光線中所攜帶的資訊或是對該光線進行解調變，以確認該光線是否為虛擬牆所發出。

在另一實施例中，偵測器是聲學偵測裝置，且具有一聲學反射板。虛擬牆發出的無線信號為攜帶一編碼過的資訊或是經過調變過的一聲學信號。當偵測器偵測到該聲學信號時，會去解碼該聲學信號中所攜帶的資訊或是對該該聲學信號進行解調變，以確認該聲學信號是否為虛擬牆所發出。

該聲學反射板會反射接收到的聲學信號給虛擬牆。當該虛擬牆接收到該反射的聲學信號時，虛擬牆會先判斷該聲學信號是否為虛擬牆發出。如果是的話，該虛擬牆可以得知有掃地機器人接近，且虛擬牆可根據反射的聲學信號的強度判斷掃地機器人與虛擬牆的位置。

在步驟S905中，掃地機器人的控制器會決定是否要針對偵測器偵測到虛擬牆發出的無線信號的事件進行對應的動作，如離開該光線所涵蓋的區域。如果控制器決定回應，則執行步驟S906。如果控制器決定不回應，則執行步驟S911，且掃地機器人繼續移動。

在步驟S911中，掃地機器人的控制器持續判斷掃地機器人的偵測器是否仍有偵測到虛擬牆發出的無線信號。如果有的話，則掃地機器人繼續移動，並繼續執行步驟S911。當掃地機器人的偵測器偵測不到虛擬牆所發出的無線信號時，執行步驟S906。在步驟S911中，掃地機器人的偵測 器偵測不到虛擬牆所發出的無線信號的情況表示此時掃地機器可能已經進入限制區域內，掃地機器人必須要馬上離開。

在步驟S906中，當偵測器偵測到虛擬牆發出的無線信號時，偵測器會傳送一第一觸發信號給控制器，控制器在根據掃地機器人的設定以及該第一觸發信號決定要執行步驟S906或S911。在一實施例中，該第一觸發信號會被傳送到該控制器的一通用輸入輸出腳位(general purpose input/output pin，GPIO)，且會改變該GPIO腳位的邏輯狀態。舉例來說，該第一觸發信號可能為一上緣觸發信號，且該GPIO腳位的預設邏輯狀態為邏輯低準位。因此當該GPIO腳位接收到該上緣觸發信號時，該GPIO腳位的邏輯狀態被改變為邏輯高準位。該GPIO腳位的邏輯狀態改變會觸發一中斷事件，控制器也可根據該中斷事件得知偵測器已經偵測到虛擬牆發出的無線信號。

在步驟S906中，掃地機器人停止移動，且該偵測器被以順時鐘方向或逆時鐘方向旋轉。本實施例中，偵測器為一光偵測器，且其結構或是運作方式可以參考第2a至2e圖，以及對應的說明。如果偵測器為聲學偵測器，則聲學偵測器會被旋轉，且當該聲學偵測器偵測到具有最大信號強度的聲學信號時，表示此時聲學偵測器正對虛擬牆，且聲學偵測器停止旋轉。

在步驟S907中，當該偵測器從有偵測到虛擬牆的無線信號變成沒有偵測到該無線信號時(該無線信號為光學信號)，或該偵測器從有偵測到虛擬牆的無線信號變成偵測 到最大信號強度的無線信號時(該無線信號為聲學信號)，控制器會求得該偵測器的一第一旋轉角度。

接著在步驟S908中，掃地機器人的控制器根據該第一旋轉角度、該偵測器的一第一中心、該掃地機器人的一第二中心、該第一中心與該第二中心之間的距離以及該第一旋轉角度來求得一第二旋轉角度。接著再根據該第二旋轉角度來旋轉掃地機器人(步驟S57)。利用這樣的方式，旋轉後的掃地機器人的移動方向就可以正對著虛擬牆。

在另一實施例中，掃地機器人的控制器會取得該第一中心的一第一座標以及第二中心的一第二座標，接著控制器會根據該第一座標與該第二座標估計該第一中心與該第二中心的一相對角度，並根據該相對角度與該第一旋轉角度來求得一第二旋轉角度。接著，掃地機器人會根據該第二旋轉角度被旋轉。旋轉後的掃地機器人的前端就會是正對著虛擬牆。換言之，在這樣的情況下，掃地機器人只需要直線前進就可以接近虛擬牆，而不需要在移動時進行移動方向的校正。

在另一實施例中，掃地機器人會與偵測器同步旋轉。當該偵測器從有偵測到虛擬牆的無線信號變成沒有偵測到該無線信號時(該無線信號為光學信號)，或該偵測器從有偵測到虛擬牆的無線信號變成偵測到最大信號強度的無線信號時(該無線信號為聲學信號)，掃地機器人停止旋轉。接著，在步驟S910中，掃地機器人朝向虛擬牆移動。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利 範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

11、32、42、72‧‧‧掃地機器人

12、31、41、71、81‧‧‧虛擬牆

13、25、26、43、73‧‧‧非全向式光偵測器

14、74‧‧‧肋

15、24‧‧‧光線

21、27、33‧‧‧全向式光偵測器

22、34、44、84‧‧‧遮罩

23、28‧‧‧基座

29‧‧‧垂直延伸部

61‧‧‧主控制器

63‧‧‧移動馬達

64‧‧‧驅動馬達

65‧‧‧光偵測器

66‧‧‧旋轉馬達

83‧‧‧偵測器

85‧‧‧無線信號發射器

86‧‧‧接收裝置

b1‧‧‧第一邊界

b2‧‧‧第二邊界

T1、T2、T3、T4、T5‧‧‧時間點

第1圖為根據本發明之一掃地機器人與一虛擬牆的一實施例的示意圖。

第2a圖為根據本發明之一非全向式光偵測器的一實施例的一上視圖。

第2b圖為第2a圖的非全向式光偵測器的一實施例的一平視圖。

第2c與第2d圖為利用本發明之一非全向式光偵測器來估計一光線的入射角度的示意圖。

第2e圖為根據本發明之一非全向式光偵測器的另一實施例的示意圖。

第3圖為根據本發明之一掃地機器人的控制方法的一實施例的示意圖。

第4圖為根據本發明之一掃地機器人的控制方法的另一實施例的示意圖。

第5圖為根據本發明之一掃地機器人的控制方法的另一實施例的流程圖。

第6圖為根據本發明之一掃地機器人的一實施例的方塊示意圖。

第7圖為根據本發明之一掃地機器人的控制方法的另一實施例的示意圖。

第8圖為根據本發明之一掃地機器人系統的一實施例的示意圖。

第9圖為根據本發明之一掃地機器人的控制方法的另一實施例的流程圖。

31‧‧‧虛擬牆

32‧‧‧掃地機器人

33‧‧‧全向式光偵測器

34‧‧‧遮罩

b1‧‧‧第一邊界

b2‧‧‧第二邊界

T1、T2、T3、T4‧‧‧時間點

Claims (20)

1. 一種掃地機器人的控制方法，適用於具有一非全向式光偵測器的一掃地機器人，包括：透過該非全向式光偵測器偵測一光線；當該非全向式光偵測器偵測該光線時，該掃地機器人停止運動，且轉動該非全向式光偵測器；當該非全向式光偵測器偵測不到該光線時，停止轉動該非全向式光偵測器並估計一第一旋轉角度；以及根據該第一旋轉角度改變該掃地機器人的一行進方向。
2. 如申請專利範圍第1項所述之掃地機器人的控制方法，更包括：當偵測到該光線時，判斷該光線是否由一虛擬牆所發出。
3. 如申請專利範圍第1項所述之掃地機器人的控制方法，更包括：根據該第一旋轉角度、該非全向式光偵測器的一第一中心、該掃地機器人的一第二中心以及該第一中心與該第二中心的一距離，估計一第二旋轉角度。
4. 如申請專利範圍第3項所述之掃地機器人的控制方法，更包括：根據該第二旋轉角度轉動該掃地機器人以改變該掃地機器人的該行進方向。
5. 如申請專利範圍第1項所述之掃地機器人的控制方法，更包括： 該掃地機器人沿著該光線向一虛擬牆移動。
6. 如申請專利範圍第5項所述之掃地機器人的控制方法，其中當該掃地機器人沿著該光線向該虛擬牆移動時，該非全向式光偵測器無法偵測到該光線。
7. 如申請專利範圍第5項所述之掃地機器人的控制方法，當該掃地機器人沿著該光線向該虛擬牆移動時，若該非全向式光偵測器偵測到該光線，該掃地機器人停止，並調整該行進方向。
8. 一種掃地機器人的控制方法，適用於具有一非全向式光偵測器的一掃地機器人，包括：透過該非全向式光偵測器偵測一光線；當該非全向式光偵測器第一次偵測到該光線時，該掃地機器人繼續移動；當該非全向式光偵測器偵測不到該光線時，該掃地機器人停止運動，且轉動該非全向式光偵測器；當該非全向式光偵測器再次偵測到該光線時，停止轉動該非全向式光偵測器並估計該非全向式光偵測器的一第一旋轉角度；以及根據該第一旋轉角度改變該掃地機器人的一行進方向。
9. 如申請專利範圍第8項所述之掃地機器人的控制方法，更包括：當偵測到該光線時，判斷該光線是否由一虛擬牆所發出。
10. 如申請專利範圍第8項所述之掃地機器人的控制 方法，更包括：根據該第一旋轉角度、該非全向式光偵測器的一第一中心、該掃地機器人的一第二中心以及該第一中心與該第二中心的一距離，估計一第二旋轉角度。
11. 如申請專利範圍第10項所述之掃地機器人的控制方法，更包括：根據該第二旋轉角度轉動該掃地機器人以改變該掃地機器人的該行進方向。
12. 如申請專利範圍第8項所述之掃地機器人的控制方法，更包括：該掃地機器人沿著該光線向一虛擬牆移動。
13. 如申請專利範圍第12項所述之掃地機器人的控制方法，其中當該掃地機器人沿著該光線向該虛擬牆移動時，該非全向式光偵測器無法偵測到該光線。
14. 如申請專利範圍第12項所述之掃地機器人的控制方法，當該掃地機器人沿著該光線向該虛擬牆移動時，若該非全向式光偵測器偵測到該光線，該掃地機器人停止，並調整該行進方向。
15. 一種掃地機器人，包括：一無線信號偵測器，用以偵測一第一無線信號；一馬達，用以移動該掃地機器人；以及一控制器，根據該第一無線信號控制該馬達，其中當該無線信號偵測器偵到到該第一無線信號時，該控制器判斷該第一無線信號的強度是否大於一預定值，且當該第一無線信號的強度大於該預定值時，該控制器判斷該第一無 線信號是否為一虛擬牆所發出，且當該第一無線信號為該虛擬牆所發出，該控制器控制該無線信號偵測器與該馬達，使該掃地機器人往該虛擬牆移動。
16. 如申請專利範圍第15項所述之掃地機器人，更包括：一無線信號發射裝置，用以發射一第二無線信號給該虛擬牆。
17. 如申請專利範圍第16項所述之掃地機器人，其中該無線信號發射裝置為一無線信號反射裝置，用以反射該第一無線信號給該虛擬牆。
18. 如申請專利範圍第15項所述之掃地機器人，其中該無線信號偵測器為具有一遮罩的一非全向式光偵測器，該第一無線信號為一光線。
19. 如申請專利範圍第18項所述之掃地機器人，其中當該非全向式光偵測器偵測到該光線時，該非全向式光偵測器被轉動以偵測該虛擬牆的一方向。
20. 如申請專利範圍第15項所述之掃地機器人，更包括一無線裝置，用以與該虛擬牆建立一無線連線，其中當該無線連線被建立時，該虛擬牆連結一網路。