TW201505595A - 主動式三維空間位置定位裝置及使用其之掃地機器人控制系統 - Google Patents
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Abstract
本發明關於一種主動式三維空間位置定位裝置及使用其之掃地機器人控制系統,此主動式三維空間位置定位裝置包括一射頻接收器陣列、一射頻發射器以及一控制電路。射頻接收器陣列包括多個射頻接收器。每一射頻接收器用以接收射頻脈波。射頻發射器用以發射射頻脈波。控制電路耦接上述射頻接收器。控制電路發射一傳送命令給射頻發射器,射頻發射器接收到傳送命令後,發射上述射頻脈波。控制電路根據上述射頻接收器接收到射頻脈波的時間與上述射頻接收器的位置,計算出射頻發射器與射頻接收器陣列之間的相對位置。
Description
本發明係關於一種座標檢測的技術,更進一步來說,本發明係關於一種主動式三維空間位置定位裝置及使用其之掃地機器人。
隨著科技的進步,電子技術已經由最早的真空管、電晶體,進展到積體電路晶片。其用途十分的廣泛,也因此,電子產品也漸漸的成為現代人生活中不可或缺的生活必需品。目前數位電子產品如手機、平板電腦等等,皆因為人因工程的進步,操作介面更加人性化。然而,一般行動裝置對於位置的定位,仍是靠著衛星定位系統,衛星定位系統僅能夠進行平面2D的定位,並無法得知目前的高度資訊。
另外,行動裝置對於手勢(Gesture)控制的操作,一般是使用陀螺儀(Gyroscope)或線性加速度計(G-sensor/Accelerometer)進行速度與加速度的判定。
本發明的一目的在於提供一種主動式三維空間位置定位裝置,藉由多個射頻接收器接收到射頻訊號的時間,推算射頻發射器的位置。
本發明的實施例的主動式三維空間位置定位裝置,可藉由上述位置資訊,獲得速度與加速度資訊。
本發明的另一目的在於提供一種掃地機器人控制系統,藉由多個射頻接收器接收到射頻訊號的時間,推算掃地機器人的位置,並記錄軌跡,藉此,當掃地機器人電力不足時,可控制其自行回到充電接口進行充電。
有鑒於此,本發明提供一種主動式三維空間位置定位裝置,此主動式三維空間位置定位裝置包括一射頻接收器陣列、一射頻發射器以及一控制電路。射頻接收器陣列包括多個射頻接收器。每一射頻接收器用以接收射頻脈波。射頻發射器用以發射射頻脈波。控制電路耦接上述射頻接收器。控制電路發射一傳送命令給射頻發射器,射頻發射器接收到傳送命令後,發射上述射頻脈波。控制電路根據上述射頻接收器接收到射頻脈波的時間與上述射頻接收器的位置,計算出射頻發射器與射頻接收器陣列之間的相對位置。
依照本發明較佳實施例所述之主動式
三維空間位置定位裝置,上述控制電路更用以進行一差分計算,以算出射頻發射器對射頻接收器陣列的移動速度。在另一實施例中,控制電路更用以進行一二次差分計算,以算出射頻發射器對射頻接收器陣列的加速度。另外,在較佳實施例中,上述射頻接收器的數目至少為4。再者,在較佳實施例中,控制電路包括一射頻基地台以及一計算電路。射頻基地台用以發射傳送命令。計算電路用以根據上述射頻接收器接收到射頻脈波的時間與上述射頻接收器的位置,計算出射頻發射器與射頻接收器陣列之間的相對位置。再者,在較佳實施例中,此主動式三維空間位置定位裝置還可以包括第二射頻發射器。藉由上述控制方式,同時獲得第二射頻發射器的位置資訊。
本發明之精神在於利用一射頻發射器發射出射頻脈波,並使用多個接收器,接收上述射頻脈波。根據接收器接收到射頻脈波的時間差,可判斷出上述發射器與每一接收器的相對位置。藉此,可以判斷出持有該射頻發射器的使用者的相對位置。
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。
101‧‧‧射頻接收器陣列
102、103‧‧‧射頻發射器
104‧‧‧控制電路
101-1、101-2、101-3以及101-4‧‧‧射頻接收器
104-1‧‧‧射頻基地台
104-2‧‧‧計算電路
COMMAND-1、COMMAND-2‧‧‧傳送命令
RFP1、RFP2‧‧‧射頻脈波
301‧‧‧掃地機器人
302‧‧‧充電接點
第1圖繪示為本發明一較佳實施例的主動式三維空間位置定位裝置的示意圖。
第2圖繪示為本發明一較佳實施例的射頻接收器陣列101的位置配置圖。
第3圖繪示為本發明一較佳實施例的具有主動式三維空間位置定位裝置的掃地機器人控制系統的示意圖。
第1圖繪示為本發明一較佳實施例的主動式三維空間位置定位裝置的示意圖。請參考第1圖,此主動式三維空間位置定位裝置包括一射頻接收器陣列101、一射頻發射器102、103以及一控制電路104。射頻接收器陣列101包括4個射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4。控制電路104包括射頻基地台104-1以及一計算電路104-2。
在本實施例中,主動式三維空間位置定位裝置以檢測射頻發射器102的位置、速度、加速度作舉例。在開始檢測時,射頻基地台104-1會先發射一對應於射頻發射器102的傳送命令COMMAND-1。射頻發射器102與103都會接收到傳送命令COMMAND-1,然僅有射頻發射器102會啟動,並開始發射射頻脈波RFP1。由於射頻脈波RFP1是屬於全向性的,因此,設置於射頻接收器陣列101的4個射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4都會收到上述射頻脈波RFP1。
然而,由於射頻發射器102與每一個射
頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4的距離有所差異,因此,射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4接收到射頻脈波RFP1的時間會有些許差異。此時,射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4會把接收到射頻脈波RFP1的時間傳送給控制電路104,控制電路104內的計算電路104-2會根據傳送命令COMMAND-1發射的時間,到射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4接收到上述射頻脈波RFP1的時間,估算出每一個射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4與上述射頻發射器102的距離,進而計算出射頻發射器102的位置。在本實施例中,傳送命令COMMAND-1可以例如透過射頻訊號、紅外線(Infrared,IR)、微波(Microwave)或其他通訊介面來傳送。
為了使本領域具有通常知識者可以透過本實施例來實施本發明,本實施例提供射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4設置位置的示意圖。第2圖繪示為本發明一較佳實施例的射頻接收器陣列101的位置配置圖。請參考第2圖,射頻接收器101-1、101-2與101-3分別位於同一平面,射頻接收器101-4則位於與該平面上方。由上述擺放位置可知,射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4相當於分佈在X、Y、Z平面,也就能夠偵測出射頻發射器102在空間中的立體位置。雖然本實施例中的射頻接收器的數目是4個,然而,本領域具有通常知識者應當知道,根據產品的需求與應用,射頻接
收器的數目可由設計者自行設計,另外,射頻接收器的空間擺放位置也可由產品設計者變化,故本發明不限於此。
另外,由於射頻脈波RFP1的速度極快,當射頻發射器102與射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4的距離過近時,接收到的時間差是nanosecond等級的,因此,仍不免判斷失敗。此時,控制電路104會控制射頻基地台104-1再次發射傳送命令COMMAND-1給射頻發射器102,讓射頻發射器102重新發射上述射頻脈波RFP1,使控制電路104可以重新判斷射頻發射器102與射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4的距離。再者,由於射頻訊號遇到障礙物時,容易發生繞射、反射或折射的現象,使得射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4重複地接收到繞射、反射或折射後的射頻脈波,因此,在本實施例中,射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4可以例如以接收到第一次的射頻脈波RFP1的接收時間來計算距離,之後接收到的訊號則會視為雜訊。另外,本領域具有通常知識應該可以推知,本實施例的射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4也可以利用接收到強度最強的射頻脈波RFP1的接收時間來計算距離,因此,本發明不以此為限。
在本發明一較佳實施例中,為了讓檢測更加精準,控制電路104可以多次傳送命令COMMAND-1,以持續要求射頻發射器102發射射頻脈衝RFP1,並在發射傳送命令COMMAND-1後,檢測並紀錄
收到射頻脈衝RFP1的時間。接著,在多次紀錄的結果,進行統計計算,以得到更精確的位置資訊並減少判斷誤差。
藉由上述偵測位置的方式,控制電路104多次計算射頻發射器102的位置,獲得此射頻發射器102的移動軌跡與時間。之後,再藉由差分運算,便可以獲得上述射頻發射器102的移動速度與加速度。
根據同樣的道理,開始檢測射頻發射器103的位置、速度、加速度時,射頻基地台104-1會先發射一對應於射頻發射器103的傳送命令COMMAND-2。射頻發射器102與射頻發射器103都會接收到傳送命令COMMAND-2,然僅有射頻發射器103會啟動,並開始發射射頻脈波RFP2。由於射頻脈波RFP2是屬於全向性的,因此,設置於射頻接收器陣列101的4個射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4都會收到上述射頻脈波RFP2。
然而,由於射頻發射器103與每一個射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4的距離有所差異,因此,射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4接收到射頻脈波RFP2的時間會有些許差異。此時,射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4會把接收到射頻脈波RFP2的時間傳送給控制電路104,控制電路104內的計算電路104-2會根據傳送命令COMMAND-2發射的時間,到射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4接收
到上述射頻脈波RFP1的時間,估算出每一個射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4與上述射頻發射器103的距離。由於控制電路104偵測射頻發射器103的位置、速度與加速度的方式與偵測射頻發射器102相同,故在本實施例不再詳加贅述。
再者,此應用還可以使用在掃地機器人上。如第3圖所示,第3圖繪示為本發明一較佳實施例的具有主動式三維空間位置定位裝置的掃地機器人控制系統的示意圖。請參考第3圖,在此實施例中,掃地機器人控制系統包括一射頻接收器陣列101、具有射頻發射器的掃地機器人301、充電接點302以及控制電路104。射頻接收器陣列101同樣包括4個射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4。控制電路104包括射頻基地台104-1以及一計算電路104-2。
首先,在開始檢測時,射頻基地台104-1會先發射一對應於射頻發射器的掃地機器人201的傳送命令COMMAND-1。射頻發射器的掃地機器人201會接收到傳送命令COMMAND-1,並開始發射射頻脈波RFP1。由於射頻脈波RFP1是屬於全向性的,因此,設置於射頻接收器陣列101的4個射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4都會收到上述射頻脈波RFP1。
然而,由於掃地機器人301與每一個射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4的距離有所差
異,因此,射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4接收到射頻脈波RFP1的時間會有些許差異。此時,射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4會把接收到射頻脈波RFP1的時間傳送給控制電路104,控制電路104內的計算電路104-2會根據傳送命令COMMAND-1發射的時間,到射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4接收到上述射頻脈波RFP1的時間,估算出每一個射頻接收器101-1、101-2、101-3以及101-4與上述掃地機器人301的距離。藉此,便可以判斷掃地機器人301與上述接收器陣列101的相對距離與掃地機器人301的座標。如此,只要檢測的時間足夠長,便可以獲得掃地機器人3201的移動軌跡,此掃地機器人控制系統亦可以藉此技術繪示出樓層的平面圖。當掃地機器人301電力不足時,可以藉由移動軌跡,判斷回充電接點302的較佳路徑。
同樣的道理,上述實施例雖然僅控制一個掃地機器人301,然所屬技術領域具有通常知識者應當知道,控制兩個或多個掃地機器人是使用相同原理,故本發明不以此為限。另外,本發明的應用除了掃地機器人,還可以應用於模型飛機、遊樂器材或智慧型手機等等,因此,本實施例並不限制應用範圍。
綜上所述,本發明之精神在於利用一射頻發射器發射出射頻脈波,並使用多個接收器,接收上述射頻脈波。根據接收器接收到射頻脈波的時間差,可判斷出上述發射器與每一接收器的相對位置。藉此,可以判斷
出持有該射頻發射器的使用者的相對位置。
在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅用以方便說明本發明之技術內容,而非將本發明狹義地限制於上述實施例,在不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況,所做之種種變化實施,皆屬於本發明之範圍。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
101‧‧‧射頻接收器陣列
102、103‧‧‧射頻發射器
104‧‧‧控制電路
101-1、101-2、101-3以及101-4‧‧‧射頻接收器
104-1‧‧‧射頻基地台
104-2‧‧‧計算電路
COMMAND-1、COMMAND-2‧‧‧傳送命令
RFP1、RFP2‧‧‧射頻脈波
Claims (10)
- 一種主動式三維空間位置定位裝置,包括:一射頻接收器陣列,包括多個射頻接收器,其中,每一該些射頻接收器用以接收一射頻脈波;一射頻發射器,用以發射該射頻脈波;以及一控制電路,耦接該些射頻接收器,其中,該控制電路發射一傳送命令給該射頻發射器,該射頻發射器接收到該傳送命令後,發射該射頻脈波,其中,該控制電路根據該些射頻接收器接收到該射頻脈波的時間與該些射頻接收器的位置,計算出該射頻發射器與該射頻接收器陣列之間的相對位置。
- 如申請專利範圍第1項所記載之主動式三維空間位置定位裝置,其中,該控制電路更用以進行一差分計算,以算出該射頻發射器對該射頻接收器陣列的移動速度。
- 如申請專利範圍第1項所記載之主動式三維空間位置定位裝置,其中,該控制電路更用以進行一二次差分計算,以算出該射頻發射器對該射頻接收器陣列的加速度。
- 如申請專利範圍第1項所記載之主動式三維空間位置定位裝置,其中,該些射頻接收器的數目至少為4。
- 如申請專利範圍第1項所記載之主動式三維空間位置定位裝置,其中,在該些射頻接收器中之一第一接收器、一第二接收器與一第三接收器配置一平面,在該些該些射頻接收器中之一第四接收器配置於該平面的上方或下方。
- 如申請專利範圍第1項所記載之主動式三維空間位置定位裝置,其中,該控制電路包括:一射頻基地台,用以發射該傳送命令;以及一計算電路,用以根據該些射頻接收器接收到該射頻脈波的時間與該些射頻接收器的位置,計算出該射頻發射器與該射頻接收器陣列之間的相對位置。
- 如申請專利範圍第1項所記載之主動式三維空間位置定位裝置,更包括:一第二射頻發射器,用以發射一第二射頻脈波;其中,該控制電路發射一第二傳送命令給該第二射頻發射器,該第二射頻發射器接收到該第二傳送命令後,發射該第二射頻脈波,其中,該些射頻接收器用以接收該第二射頻脈波,其中,該控制電路根據該些射頻接收器接收到該第二射頻脈波的時間與該些射頻接收器的位置,計算出該第二射頻發射器與該射頻接收器陣列之間的相對位置。
- 一種掃地機器人控制系統,包括:一射頻接收器陣列,包括多個射頻接收器,其中,每一該些射頻接收器用以接收一射頻脈波;一掃地機器人,包括一射頻發射器,用以發射該射頻脈波;以及一控制電路,耦接該些射頻接收器,其中,該控制電路發射一傳送命令給該射頻發射器,該射頻發射器接收到該傳送命令後,發射該射頻脈波,其中,該控制電路根據該些射頻接收器接收到該射頻脈波的時間與該些射頻接收器的位置,計算出該掃地機器人與該射頻接收器陣列之間的相對位置,其中,該控制電路連續記錄該掃地機器人與該射頻接收器陣列之間的相對位置以獲得該掃地機器人的移動軌跡。
- 如申請專利範圍第8項所記載之掃地機器人控制系統,更包括:一充電接口,耦接該控制電路;其中,該掃地機器人的外殼具有一充電接點,與該充電接口相對應,其中,該掃地機器人回傳一電量回饋訊號給該控制電路,其中,該控制電路根據該掃地機器人的移動軌跡,傳 送導引訊號,控制該掃地機器人,移動回該充電接口進行充電。
- 如申請專利範圍第8項所記載之掃地機器人控制系統,其中,該控制電路包括:一射頻基地台,用以發射該傳送命令;以及一計算電路,用以根據該些射頻接收器接收到該射頻脈波的時間與該些射頻接收器的位置,計算出該射頻發射器與該射頻接收器陣列之間的相對位置。
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- 2013-08-06 TW TW102128038A patent/TW201505595A/zh unknown
-
2014
- 2014-01-31 US US14/170,029 patent/US20150045990A1/en not_active Abandoned
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Publication number | Publication date |
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US20150045990A1 (en) | 2015-02-12 |
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