TW201808197A - 行動機器人及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本發明的行動機器人包括：一第一圖案發射單元，被配置以在待清潔區域的地板上從主體向下且向前發射一第一圖案化光；以及一影像獲取單元，被配置以獲取由該第一圖案發射單元發射且入射到障礙物上的該第一圖案化光的影像。從所獲取的影像中偵測圖案以確定障礙物，並且基於影像中的圖案的形狀或位置中的至少一者來偵測懸崖。該行動機器人可識別不會前往該懸崖的行進路徑。

Description

行動機器人及其控制方法
本發明涉及一種行動機器人及其控制方法，其中該行動機器人可以偵測和繞過障礙物。
行動機器人(也稱為清掃機器人)是家用電器，其透過在待清潔的區域中自主地行進的同時吸入來自地板的灰塵或異物來進行清潔。行動機器人在待清潔的區域中偵測到諸如家具、辦公用品、牆壁等障礙物的距離，並且基於該偵測，行動機器人將待清潔的區域映射和透過控制包含在行動機器人中之左輪和/或右輪的驅動來操縱以繞過障礙物。
行動機器人從給定位置行進的距離可以透過感測器來測量，該感測器估計行動機器人相對於天花板或地板的移動。在遇到障礙物之前由移動行進的距離可以基於所測量的行進距離來計算。然而，與障礙物之距離的測量是基於行動機器人的移動距離的間接估計，並且測量移動距離的不準確性導致識別障礙物的位置的錯誤。行動機器人的移動距離可能由於地板等的不均勻表面而不能被精確地測量。此外，行動機器人可以透過朝向物體發射紅外線或超聲波傳輸並測量反射來執行距離測量，但是這種技術可能由於大量的光或障礙物傳播的聲音而產生誤差。
韓國發明專利公開第10-2013-0141979號(以下稱為“'979專利”)揭露一種行動機器人，其包括：發射交叉圖案的光的發光單元以及需要吸塵器之前影像的相機單元。然而，'979專利的行動機器人的缺點在於：行動機器人具有一個配置成以均勻角度發光的光源，從而限制了障礙物的偵測範圍，導致難以識別高障礙物的立體形狀。
此外，當識別和繞過懸崖(例如樓梯)時，'979專利的行動機器人可能不會在單程中識別懸崖，並且可能需要重複地接近懸崖以確定它，從而要求更長的時間來識別懸崖。
上述參考文獻透過引用併入本文中，在適當情況下，用於適當地教示附加或替代的細節、特徵及/或技術背景。
本發明可提供一種行動機器人及其控制方法，其中當行動機器人在行進時遇到諸如樓梯等懸崖時，行動機器人可以透過使用發射圖案來確定懸崖的存在，且可以立即繞過懸崖。
根據一態樣，本發明提供一種行動機器人，包括：一主體，被配置以在待清潔的區域中行進，並且在待清潔區域的地板上將異物吸入；一第一圖案發射單元，設置在該主體的一前表面上且被配置以從該主體向下並向前發射一第一圖案化光；一第二圖案發射單元，設置在該主體的表面上且在該第一圖案發射單元的下方，以及被配置以從該主體向上和向前發射一第二圖案化光；一影像獲取單元，設置在該主體的該前表面上且被配置以獲取該主體的前方影像；以及一控制器，被配置以透過從該影像獲取單元獲取的影像中偵測對應該第一圖案化光的一第一光學圖案和對應該第二圖案化光的一第二光學圖案來確定障礙物，並且控制該主體以通過或繞過該障礙物，其中該控制器基於顯示在所獲取影像上的該第一光學圖案的形狀確定一懸崖，並且控制該主體沿著不前往該懸崖的路徑行進。
根據另一態樣，本發明提供一種控制行動機器人的方法，該方法包括：在發射一第一圖案化光和一第二圖案化光的同時行進且獲取該行動機器人的前方影像；從所獲取影像中偵測對應該第一圖案化光的一第一光學圖案和對應該第二圖案化光的一第二光學圖案；基於該第一光學圖案和該第二光學圖案偵測障礙物；基於顯示在所獲取影像上的該第一光學圖案的形狀偵測複數個障礙物中的一懸崖；以及藉由沿著不前往該懸崖以繞過該懸崖的路徑行進來繞過該懸崖。
本發明提供行動機器人及其控制方法，其中透過使用垂直設置和發射的圖案，可以獲得關於障礙物之更具體的資訊；特別是在接近諸如樓梯等 懸崖之前，可立即確定懸崖的存在，並且可識別出懸崖的高度以確定是否可通過；以及諸如樓梯等的懸崖可以與臨界值不同，以確定是否通過或繞過懸崖，從而能夠快速確定和操作以實現更有效的行進，並且預先防止行動機器人從諸如樓梯等懸崖掉下去。
1‧‧‧行動機器人
10‧‧‧主體
10h‧‧‧吸入孔
11‧‧‧殼體
31‧‧‧懸崖感測器
33‧‧‧充電端子
34‧‧‧抽吸單元
35‧‧‧刷子
36(L)‧‧‧左輪
36(R)‧‧‧右輪
37‧‧‧輔助輪
38‧‧‧電池
39‧‧‧控制面板
100‧‧‧障礙物偵測單元
100'‧‧‧障礙物偵測單元
110‧‧‧模組框架
120‧‧‧第一圖案發射單元
130‧‧‧第二圖案發射單元
140‧‧‧影像獲取單元
200‧‧‧控制器
210‧‧‧圖案偵測單元
220‧‧‧障礙物資訊獲取器
230‧‧‧行進控制單元
240‧‧‧資料單元
300‧‧‧行進驅動單元
310‧‧‧清潔單元
PH‧‧‧水平線
PV‧‧‧垂直線
P11‧‧‧替代性第一圖案化光
P12‧‧‧替代性第二圖案化光
P1‧‧‧第一圖案化光
P2‧‧‧第二圖案化光
θr1‧‧‧第一發射角
θr2‧‧‧第二發射角
h1‧‧‧間隔距離
h2‧‧‧間隔距離
h3‧‧‧間隔距離
D1‧‧‧距離
D2‧‧‧距離
D3‧‧‧距離
θh‧‧‧發射角
θs‧‧‧視角
θr‧‧‧發射角
Dh‧‧‧間隔距離
S1‧‧‧區域
S2‧‧‧區域
T‧‧‧入射板
ref1‧‧‧參考位置
OB1‧‧‧障礙物
△g‧‧‧距離
A‧‧‧空間
OB2‧‧‧障礙物
P13‧‧‧水平線
P14‧‧‧水平線
P15‧‧‧水平線
S310~S430‧‧‧步驟
本實施例將參考以下附圖詳細描述，其中相同的參考編號表示相同的元件，其中：第1A圖係根據本發明例示實施例之行動機器人的立體圖；第1B圖係根據本發明另一例示實施例之行動機器人的立體圖；第2圖係說明在第1圖中所示之行動機器人的水平視角的圖；第3A圖係在第1A圖中所示之行動機器人的前視圖；第3B圖係在第1B圖中所示之行動機器人的前視圖；第4圖係在第1圖中所示之行動機器人的底視圖；第5圖係說明在第1圖中所示之行動機器人的主要部件的方塊圖；第6圖係根據本發明第一例示性實施例之障礙物偵測單元的前視圖和側視圖；第7圖係說明在第6圖中所示之障礙物偵測單元的圖案發射範圍和障礙物偵測範圍的圖；第8圖係根據本發明第二例示性實施例之障礙物偵測單元的前視圖和側視圖；第9圖係說明在第8圖中所示之障礙物偵測單元的圖案發射範圍和障礙物偵測範圍的圖；第10圖係說明由第1A圖所示之第一圖案發射單元發出的圖案化光的圖；第11圖係說明發射到在第1A圖中所示之行動機器人的障礙物上的圖案的形狀的示例的圖；第12圖係說明在第1B圖中所示之圖案化光的圖；第13圖係說明根據在第1B圖中所示之行動機器人的位置變化而獲取的影像的圖； 第14圖係說明發射到在第1B圖中所示之行動機器人的障礙物上的圖案化光的獲取影像的圖；第15圖係說明根據本發明例示性實施例之行動機器人繞過懸崖的方法的圖；第16圖係說明如第15圖所示之行動機器人的操作的側面立體圖；第17圖係說明當如第15圖所示之行動機器人繞過懸崖時所發射的圖案的示例的圖；以及第18圖係說明根據本發明例示性實施例之行動機器人繞過懸崖的方法的流程圖。
參考第1圖至第4圖，根據本發明例示性實施例的行動機器人1包括：一主體10，在待清潔區域的地板上行進以從地板吸入灰塵或異物；以及一障礙物偵測單元100，設置在主體10的前表面上。主體10包括：一殼體11，其形成主體10的外部和容納主體10的部件的內部空間；一抽吸單元34，設置在殼體11上以吸入灰塵、廢棄物等；以及一左輪36(L)和一右輪36(R)，可旋轉地設置在殼體11上。當左輪36(L)和右輪36(R)旋轉時，主體10可沿著待清潔區域的地板行進，使該抽吸單元可吸入異物。
抽吸單元(或模組)34可以包括一清潔滾輪或清潔刷。抽吸單元也可進一步包括一抽吸風扇(圖中未顯示)，以產生吸力；以及一吸入孔10h，通過該吸入孔10h吸入由抽吸風扇的旋轉所產生的空氣。該抽吸單元還可以包括：一過濾器，用於從通過吸入孔10h吸入的空氣中收集異物；以及一異物收集容器(圖中未顯示)，儲存從該過濾器收集的異物。
此外，主體10可包括驅動左輪36(L)和右輪36(R)的一行進驅動單元(或驅動模組)300。行進驅動單元300可以包括至少一個驅動馬達。例如，驅動馬達可包括使左輪36(L)旋轉的一左輪驅動馬達和使右輪36(R)旋轉的一右輪驅動馬達。左輪驅動馬達和右輪驅動馬達由控制器200的行進控制單元(或控制器)230彼此獨立地控制，使得主體10可以向前或向後移動或者可以轉動。例如，在主體10向前移動的情況下，左輪驅動馬達和右輪驅動馬達可以相同的方向旋轉；相反地，左輪驅動馬達和右輪驅動馬達可以以不同的速度旋轉或彼 此相反的方向旋轉，以改變主體10的行進方向。至少一個輔助輪37可以進一步包括在主體10下方，以穩定地支撐主體10。
主體10可以進一步包括複數個刷子35，它們位於殼體11的前面底部，並且具有帶有徑向延伸的刷毛或葉片。當該複數個刷子35旋轉時，灰塵可以從待清潔區域的地板移除，並且將去除的灰塵通過吸入孔10h吸入到收集容器中。主體10還可以包括一控制面板39，設置在殼體11的頂部上，並且控制面板39可以從使用者接收各種指令的輸入，以控制行動機器人1。
障礙物偵測單元(或模組)100可以設置在主體10的前表面上。例如，障礙物偵測單元100可以固定在殼體11的前表面，如第6圖所示，障礙物偵測單元100可以包括：一第一圖案發射單元(或光源)120、一第二圖案發射單元(或光源)130和一影像獲取單元(或相機)140。第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130可以發射不同的圖案化光，如第1A圖和第1B圖所示。第1A圖和第1B圖中所示的第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130由相同的參考標號表示，並且所發射圖案的形狀不限於該些圖式。
如第1A圖所示，第一圖案發射單元120可以從主體10向下且向前發射第一圖案P1(以下稱為第一圖案化光)的光。第二圖案發光單元130可以從主體10向上和向前發射第二圖案P2(以下稱為第二圖案化光)的光。在第1A圖所示的例子中，第一圖案化光P1和第二圖案化光P2分別是在水平方向上延伸的直線狀。
在第1B圖中所示的另一例子，第一圖案發射單元120可以從主體10向下並向前發射替代性第一圖案化光P11的光。因此，第一圖案化光P11可以被發射到待清潔區域的地板。第一圖案化光P11可以是與水平線段PH和垂直線段PV交叉形成的十字形狀。
第二圖案發射單元130可以從主體10向上和向前發射替代性第二圖案化光P12的光。第二圖案化光P12可以具有基本上直線段狀，該直線段狀在平行於第一圖案化光P11的水平線PH的水平方向上延伸。
如第3A圖所示，根據第一例示性實施例的障礙物偵測單元100可將影像獲取單元140設置在第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130 下方。此外，第一圖案發射單元120、第二圖案發射單元130、和影像獲取單元140可以垂直對齊。
在第3B圖中所示的另一例子中，根據第二例示性實施例的障礙物偵測單元100'可垂直對齊第一圖案發射單元120、第二圖案發射單元130、和影像獲取單元140，並且可以將影像獲取單元140置於第一圖案發射單元120與第二圖案發射單元130之間。例如，影像獲取單元140可以設置在第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130的中心，使得從影像獲取單元140到第一圖案發射單元120的距離可以對應影像獲取單元140與第二圖案發射單元130之間的距離。在根據第一和第二例示性實施例的障礙物偵測單元100中，由第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130發射的成形光圖案可以具有任何形狀，例如第1A圖所示的直線第一圖案化光P1、或第1B圖所示的十字形第一圖案化光P11。
在其他示例中，障礙物感測單元100的一個或多個元件可以設置在主體10的不同表面上，例如在頂表面、側表面、或底表面上。此外，應當理解，雖然第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130在這裡被描述為單獨的元件，但是它們可以被包括在單一單元(圖中未顯示)中，該單一單元同時傳送第一圖案光和第二圖案光兩者。例如，單一發射單元120可以包括透鏡、分光器、反射鏡、或分割輸出以形成第一圖案光和第二圖案光的其它元件。在又一示例中，單一圖案發射單元120可替代地輸出的第一圖案光和第二圖案光。
參考第4圖，主體10可以進一步配備有一可充電電池38，其透過將充電端子33連接到商用電源(例如，家中的電源插座)來充電，或者透過將主體10與連接到商用電源的充電站對接，使得充電端子可以電性連接到商用電源。包括在移動式機器人1中的電子部件可以從電池38供給電力。因此，在對電池38充電時，行動機器人1在與商用電源電性分離之後可以自動行進。
第5圖係說明在第1圖中所示之行動機器人的主要部件的方塊圖。例如，行動機器人1可包括：一行進驅動單元300、一清潔單元(或清潔控制器)310、一資料單元(儲存裝置)240、一障礙物偵測單元100、以及控制行動機器人1的整體操作的一控制器200。控制器200可以被實現為一個或多個處理器，或者可以被實現為硬體裝置。控制器200可以包括：控制行進驅動單元 300的一行進控制單元230。左輪驅動馬達和右輪驅動馬達均由行進控制單元230彼此獨立地控制，使得主體10可以向前移動或旋轉。此外，控制器200可包括：一圖案偵測單元210，其透過分析從障礙物偵測單元100輸入的資料來偵測圖案；以及基於圖案確定障礙物的一障礙物資訊獲取器220。
圖案偵測單元210可從影像獲取單元140獲取的影像來偵測光學圖案P1和P2。在下文中，將透過使用第1A圖中的第一圖案化光P1和第二圖案化光P2來描述光學圖案。但是，也可以將該描述應用於第1B圖所示之替代性第一圖案化光和替代性第二圖案化光的光學圖案。圖案偵測單元210可以偵測所獲取影像中像素之諸如點、線、邊等的特徵，並且基於偵測到的特徵，圖案偵測單元210可以偵測光學圖案P1和P2，或光學圖案P1和P2的點、線、邊等。障礙物資訊獲取器220可基於由圖案偵測單元210偵測到的圖案來確定障礙物的存在，並確定障礙物的形狀。
行進驅動單元300可包括至少一個驅動馬達，以使行動機器人1能夠根據行進控制單元230的控制命令行進。如上所述，行進驅動單元300可包括使左輪36(L)旋轉的左輪驅動馬達和使右輪36(R)旋轉的右輪驅動馬達。
清潔單元310操作清潔刷子35，以便於吸入行動機器人1周圍的灰塵或異物，並且操作抽吸裝置以吸入灰塵或異物。清潔單元310控制包含在抽吸單元34中的抽吸風扇，該抽吸單元34吸入諸如灰塵或廢棄物的異物，使得灰塵可以通過吸入孔被吸入異物收集容器中。
資料單元240儲存：從障礙物偵測單元100輸入的獲取影像；用於障礙物資訊獲取器220的參考資料以確定障礙物；以及關於所偵測到障礙物的障礙物資訊。此外，資訊單元240可以儲存：控制資料以控制行動機器人1的操作；根據行動機器人1的清潔模式的資料；以及從外部來源產生或接收的地圖。此外，資料單元240可以儲存微處理器可讀取的資料，並且可以包括硬碟機(HDD)、固態硬碟(SSD)、矽硬碟機(SDD)、唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶光碟(CD-ROM)、磁帶、軟碟機、光學資料儲存裝置等。
如第5圖所示，障礙物偵測單元100可包括：第一圖案發射單元120、第二圖案發射單元130、以及影像獲取單元140。如上所述，障礙物偵測 單元100在主體10的前部可安置第一圖案發射單元120、第二圖案發射單元130、以及影像獲取單元140。從該位置，第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130可以從行動機器人1向前發射第一圖案化光P1和第二圖案化光P2，並且影像獲取單元140可以拍攝來自障礙物或表面所發射的圖案化光的反射的影像。
控制器200可將所獲取影像儲存在資料單元240中，並且圖案偵測單元210分析所獲取影像以偵測圖案。也就是說，圖案偵測單元210可提取透過將第一圖案發射單元或第二圖案發射單元發射的圖案化光發射到地板或障礙物而獲得的光學圖案。障礙物資訊獲取器220基於所提取的光學圖案來確定障礙物。控制器200基於從障礙物偵測單元100輸入之所獲取影像來確定障礙物，並且控制行進驅動單元300以改變移動方向或行進路徑以在行進時繞過障礙物。
當在行動機器人1的行進路徑中識別出懸崖(cliff)時，如果行動機器人不能操縱來避開懸崖，則行動機器人1可能掉落懸崖下。在一個示例中，控制器200可以使用拍攝的影像來初始地偵測懸崖，例如在所獲取的影像中確定光圖案的變化。然後，控制器200可以使用包含括在行動機器人1的底表面處的懸崖感測器31來控制行動機器人1以驗證懸崖的存在和位置。控制器可以進一步控制行動機器人1移動使不致從懸崖上掉下來。例如，回應識別懸崖，控制器200可以控制行進驅動單元300沿著懸崖附近的路徑行進，但是會保持足夠的距離以避免掉落懸崖。
在根據第一例示性實施例的障礙物偵測單元100中，第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130可各自包括一光源和一光學圖案投影元件(Optical Pattern Projection Element,OPPE)，其透過修改從光源發射的光來產生預定圖案。光源可以是雷射二極管(LD)，發光二極體(LED)等。與其他光源相比，通常期望使用雷射二極體作為光源，因為雷射光具有優異的單色性、直線性、和連接性，從而能夠進行相對較精細的距離測量。相反地，紅外光或可見光根據目標物體的顏色和材料等因素而在距離測量中的精度偏差可能相對高。OPPE可以包括透鏡或繞射光學元件(diffractive optical element,DOE)。取決於包含在圖案發射單元120和圖案發射單元130中的OPPE配置，各種圖案的光可以被發射。
第一圖案發光單元120可以從主體10向下且向前發射第一圖案化光P1。因此，第一圖案化光P1可以被發射到待清潔的區域的地板上。第一圖案化光P1可以包括水平線段。此外，第一圖案化光P1也可以是與垂直線段相交的水平線段的十字形。
如第6圖所示，第一圖案發射單元120、第二圖案發射單元130、和影像獲取單元140可以垂直地對齊。例如影像獲取單元140設置在第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130的下方，但是本發明不限於此，並且影像獲取單元140可以設置在第一圖案發射單元120、第二圖案發射單元130上方(例如，維持第一圖案發射單元120、第二圖案發射單元130、和影像獲取單元140而將障礙物偵測單元100翻轉)。
在某些實施例中，第一圖案發射單元120可設置在障礙物偵測單元100的頂部，並且向下和向前發射第一圖案化光P1，以便偵測位於低於第一圖案發射單元120的位置處的障礙物。第二圖案發光單元130可設置在第一圖案發射單元120的下方，並且可向上和向前發射第二圖案化光P2，使得第二圖案化光P2可以發射到牆壁、障礙物、或位於比第二圖案發射單元130高的障礙物的一部分上。第二圖案化光P2可以形成為與第一圖案化光P1不同。例如，第二圖案化光P2可包括水平線。在一個示例中，第二圖案化光P2中的水平線可以是連續線段，並且在另一示例中，第二圖案化光P2可以是不連續的(例如，虛線)。因此，第一圖案化光P1和第二圖案化光P2中的水平線段可以根據偵測到的反射是否與連續或間歇圖案部分相關聯而可直觀地區分出。
如第2圖所示，發射角θh是由第一圖案發射單元120發射的第一圖案化光P1的水平發射角。發射角θh可表示在第一圖案發射單元120發射的水平線的兩端之間形成的角度，以及期望設定在130~140°的範圍內，但不限於此。第2圖的虛線表示行動機器人1的向前的方向，且第一圖案化光P1可以相對於虛線形成為對稱(例如，使得水平發射角θh的相等部分均包括在虛線的每一側上)。類似於第一圖案發射單元120，第二圖案發射單元130的水平發射角θh可以設定在130°至140°的範圍內，並且在一些實施例中，第二圖案化光P2可以與第一圖案發射單元120以相同的水平發射角發射。第二圖案化光P2也可以相對於第2圖的虛線形成為對稱。
如第2圖所示，對於給定的水平發射角θh，第一圖案化光P1和第二圖案化光P2的寬度可以與機器人本體的距離成比例地變化。如下所述，與從障礙物的水平線段PH的反射相關聯之偵測到的光學圖案的寬度(如影像獲取器140偵測到的)可以用於確定障礙物與主體10的距離。
影像獲取單元140可以拍攝主體10前方影像。如本文所使用的，術語“前方”係與主體10行進的方向和/或安裝有障礙物感測單元100的主體10的部分相關聯。例如，第一圖案化光P1和第二圖案化光P2可以存在於由影像獲取單元140獲取的影像(以下稱為獲取影像)上。以下將顯示在獲取影像上的第一圖案化光P1和第二圖案化光P2的影像稱為“光學圖案”。光學圖案表示入射在影像中所示之障礙物或表面上的第一圖案化光P1和第二圖案化光P2的反射，並且在本文中使用相同的參考標號，使得第一圖案化光P1與第一光學圖案P1相關聯，且第二圖案化光P2與第二光學圖案P2相關聯。
影像獲取單元140可以包括一數位相機，其將被攝體的影像轉換為電信號、將電信號轉換為數位信號、然後將數位信號儲存在記憶體裝置中。該數位相機包括一影像感測器(圖中未顯示)和一影像處理器(圖中未顯示)。該影像感測器是將光學影像轉換為電信號的裝置，且形成為具有整合在其中的複數個光電二極體的晶片。例如，光電二極體可以是像素。當已通過透鏡的光在晶片上形成影像時，電荷在構成影像的各個像素中累積，並且累積在像素中的電荷被轉換成電信號(例如，電壓)。如眾所周知，可以使用電荷耦合裝置(Charge Coupled Device,CCD)、互補金屬氧化物半導體(CMOS)等作為影像感測器。該影像處理器基於從影像感測器輸出的類比信號來產生數位影像。該影像處理器包括：一A/D轉換器，用於將類比信號轉換為數位信號；一緩衝記憶體，用於根據從A/D轉換器輸出的數位信號暫時儲存數位資料；以及一數位信號處理器(DSP)，用於透過處理儲存在緩衝記憶體中的資料來產生數位影像。
圖案偵測單元210可以偵測所獲取影像中的像素之諸如點、線、邊等的特徵，並且基於偵測到的特徵，圖案偵測單元210可以偵測光學圖案P1和P2，或光學圖案P1和P2的點、線、邊等。例如，圖案偵測單元210可以提取由比相鄰像素更亮的連續像素形成的線段，以提取形成第一光學圖案P1的水 平線和形成第二光學圖案P2的水平線。然而，圖案提取方法不限於此，並且提取期望圖案的各種方法在本領域中是已知的，這可以由圖案偵測單元210使用，以提取第一光學圖案P1和第二光學圖案P2。
如第7圖所示，第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130彼此垂直間隔距離h3。此外，第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130可以彼此對稱地設置。例如，第一圖案發射單元120可以以給定的角度向下發射第一圖案化光P1，並且第二圖案發射單元130可以以類似的角度向上發射第二圖案化光P2，使得第一圖案化光與第第二個圖案光相交。
如第7圖所示，影像獲取單元140可以設置在第二圖案發射單元130的下方，並且可以與其間隔開距離h2。影像獲取單元140可以相對於垂直方向以視角θs拍攝主體10的前方影像。影像獲取單元140可以安裝在與底面間隔開距離h1的位置處。考慮到形成在移動式機器人1的主體10的前下端的保險槓(圖中未顯示)或用於行進或清潔的結構的形狀，影像獲取單元140期望安裝在不干擾前方影像拍攝的位置。
如前所述，可以安裝第一圖案發射單元120或第二圖案發射單元130，使得包含在圖案發射單元120中的透鏡的光軸和圖案發射單元130被定向成形成恆定發射角度。例如，第一圖案發射單元120可以以第一發射角θr1向下發射第一圖案化光P1；並且第二圖案發射單元130可以以第二發射角θr2發射第二圖案化光P2。在該配置中，第一發射角度和第二發射角度可以彼此不同，或可基本上彼此相同。第一發射角和第二發射角期望設定在50°至75°的範圍內，但不限於此。例如，第一發射角度可以設定在60°~70°的範圍內，第二發光角度可以設定在50°~55°的範圍內。該發射角可以基於行動機器人1的下部的保險槓的結構、下部物體偵測距離、和/或待偵測的上部的高度來改變。
當由第一圖案發射單元120和/或第二圖案發射單元130發射的圖案光入射到障礙物上時，光學圖案P1和P2的位置會取決於障礙物與第一圖案發射單元120之間的距離改變。例如，當第一圖案化光P1和第二圖案化光P2入射到特定障礙物上時，當障礙物位於更靠近行動機器人1時，第一光學圖案P1在所獲取影像中顯示在較高的位置處，而第二光學圖案P2顯示在較低位置。在一個實施方式中，行動機器人1可以儲存識別障礙物的影像中的第一光學圖 案P1和/或第二光學圖案P2的各個高度的資料，該障礙物位在距行動機器人1已知距離(例如，10cm)處。然後，障礙物的位置可以基於將影像中的第一光學圖案P1和/或第二光學圖案P2的高度與位於已知距離的障礙物相關聯的所儲存的高度值進行比較來估算。
影像獲取單元140被佈置使得透鏡的光軸在水平方向上定向，且第7圖顯示設定為等於或大於100°的值且較佳是100°~110°的範圍的值的視角θs，但不限於此。此外，可以將從待清潔區域的地板到影像獲取單元140的距離設定在大約60mm至70mm的範圍內。所拍攝的影像描繪了比行動機器人1的距離D1更遠的待清潔區域的一部分地板
在第7圖中，如果平坦地板上沒有存在障礙物，距離D2是從第一圖案發射單元120發射第一圖案光P1的地方。當障礙物位於距離D2時，可以透過影像獲取單元140獲取第一圖案化光P1入射的障礙物的影像。在障礙物比距離D2更靠近行動機器人1的情況下，對應於所發射的第一圖案化光P1的第一光學圖案係顯示在比參考位置ref1更高的位置。參考位置ref1是當主體10放置在平坦表面上時顯示第一光學圖案的位置。當第一光學圖案被發射到D2時，可以將影像獲取單元140可被設置為拍攝第一光學圖案的位置。參考位置ref1是用於確定正常狀態的參考，即，在主體10前方沒有障礙物且地板是平坦表面的狀態。
這裡，從主體10到D1的距離較佳在100mm至150mm的範圍內；並且從主體10到D2的距離較佳在180mm至280mm的範圍內，但該距離不限於此。D3表示從主體10的前表面的最突出部分到第二圖案光入射的位置的距離。主體10在移動時偵測障礙物，使得D3是允許主體10偵測位於主體10的前方(上方)的障礙物而不與障礙物碰撞所需的最小距離。
當第一光學圖案P1被包含在所獲取的影像中的ref1處，然後隨著主體10行進時部分地或完全地從拍攝的影像中消失時，障礙物資訊獲取器220可以確定在行動機器人1附近存在懸崖。當第一光學圖案不在所獲取影像上顯示時，障礙物資訊獲取器220可以識別位於行動機器人1前面的懸崖。在行動機器人1前面有懸崖(例如樓梯)的情況下，第一圖案化光不會入射到地板上，使得第一光學圖案P1從所獲取影像消失。基於D2的長度，障礙物資訊獲取器 220可以確定在與主體10間隔開D2的位置處在主體10的前方存在懸崖。在這種情況下，當第一圖案化光P1為十字形狀時，僅顯示垂直線而不顯示水平線，使得障礙物資訊獲取器220可以確定懸崖。
此外，在不顯示第一光學圖案的一部分的情況下，障礙物資訊獲取器220可以確定在行動機器人1的左側或右側存在障礙物。例如，在不顯示第一光學圖案的右側的一部分時，障礙物資訊獲取器220可以確定懸崖位於其右側。在一個示例中，基於所識別的懸崖資訊，行進控制單元230可以控制行進驅動單元300，使得行動機器人1可以沿著不前往懸崖的路徑行進。
在另一示例中，當基於所拍攝影像在行動機器人1的前方偵測到懸崖時，行進控制單元230可以控制行動機器人1向前移動一距離，例如距離D2或小於距離D2的距離，以透過使用安裝在主體10的底部上的懸崖感測器來識別懸崖的存在。因此，行動機器人1可以首先基於所獲取影像來識別懸崖，然後可以在行進一預定距離之後透過使用懸崖感測器來識別懸崖的存在。
第8圖係根據本發明第二例示性實施例之障礙物偵測單元的前視圖和側視圖；以及第9圖係說明在第8圖中所示之障礙物偵測單元的圖案發射範圍和障礙物偵測範圍的圖。如第8圖的(a)和(b)所示，根據第二例示性實施例的障礙物偵測單元100'包括：一第一圖案發射單元120、一第二圖案發射單元130、和一影像獲取單元140。將使用相同的參考標號來表示與根據第一例示性實施例的障礙物偵測單元100相同的元件，並且將省略對相同元件的描述。
障礙物偵測單元100'可進一步包括：固定在殼體11的前部且是垂直細長的一模組框架110，但是在一些實施例中，第一圖案發射單元120、第二圖案發射單元130、及/或影像獲取單元140可以直接固定到殼體11而沒有模組框架110。在根據第二例示性實施例的障礙物偵測單元100'中，第一圖案發射單元120、影像獲取單元140、和第二圖案發射單元130可以垂直排列。在第8圖所示的例子中，影像獲取單元140可被置於第一圖案發射單元120與第二圖案發射單元130之間。
在前面描述的方式中，第一圖案發射單元120可以設置在障礙物偵測單元100'的頂部，並且可以從主體10向下和向前發射第一圖案化光。類似地，第二圖案發射單元130可以設置在障礙物偵測單元100'的底部，並且可以從 主體10向上和向前發射第二圖案化光。第一圖案化光P1可以被發射到待清潔區域的地板。第二圖案光P2可以從待清潔區域的地板發射到位於至少比第二圖案發射單元130高的位置處的障礙物，或者可以被發射到障礙物的一部分。
影像獲取單元140可以獲取主體10的前方影像。特別是，第一圖案化光P1和第二圖案化光P2均顯示在由獲取單元140影像獲取的影像(以下稱為獲取影像)上，其中顯示在所獲取影像上的第一圖案化光P1和第二圖案化光P2的影像在下文中將被稱為光學圖案；並且如同光學圖案被投影在入射到實際空間上的第一圖案化光P1和第二圖案化光P2的影像感測器上。第一圖案化光P1和第二圖案光P2可以分別在影像中示出為第一光學圖案P1和第二光學圖案P2。
如第9圖所示，在根據第二例示性實施例的障礙物偵測單元100'中，第一圖案發射單元120可以在與影像獲取單元140間隔距離Dh的位置處設置在影像獲取單元140上方；以及第二圖案發射單元130可以在與影像獲取單元140間隔類似的距離Dh的位置處設置在影像獲取單元140的下方。在第一圖案發射單元120或第二圖案發射單元130的水平線與發射方向之間形成的角度將被定義為垂直發射角。具體地，垂直發射角可以被定義為在水平線與包含在每個圖案發射單元120和130中的透鏡的光軸的方向之間所形成的角度。
第一圖案發射單元120的第一垂直發射角和第二圖案發射單元130的第二垂直發射角可以具有類似的垂直發射角θr。第一圖案發射單元120相對於水平線以向下的角度θr發射第一圖案化光P1；並且第二圖案發射單元130相對於水平線以向上的角度θr發射第二圖案化光P2。角度θr較佳設定在20°~30°的範圍內，但不限於此。
如上所述，第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130可被設置為彼此對稱，且影像獲取單元140可置於其間。例如，第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130可被配置為以類似的垂直發射角θr發射相反方向的光。
這種對稱結構允許簡化校準或初始化產品。當由第一圖案發射單元120或第二圖案發射單元130發射的圖案化光入射到障礙物上時，光學圖案P1和P2的位置可依據從障礙物到第一圖案發射單元120的距離來變動。例如， 當第一圖案化光P1和第二圖案化光P2入射到特定障礙物上時，隨著行動機器人1靠近障礙物移動時，第一光學圖案P1，特別是水平線圖案PH，被顯示在所獲取影像中之較高位置，以及第二光學圖案P2被顯示在所獲取影像中之較低位置。如前所述，可以基於拍攝影像中的第一圖案化光P1和第二圖案化光P2的高度估計行動機器人1與障礙物之間的距離。例如，拍攝影像中的第一圖案化光P1和第二圖案化光P2的高度可以對在給定位置處的障礙物將與第一圖案化光P1和第二圖案化光P2相關聯的高度進行比較。
然而，為了精確地執行這種處理，先決條件是佈置第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130以在預定的垂直發射角θr精確地發射光。此先決條件可以在校準期間檢查。該校準過程可以如下進行：一般地固定障礙物偵測單元100'，並且將具有平面的入射板T(參見第9圖)垂直地設置在障礙物偵測單元100'的前方，其間具有一預定距離。入射板T期望位於第一圖案化光P1可入射的位置。
隨後，第一圖案發射單元120發射光，並且由影像獲取單元140獲取影像。該獲取影像具有入射到入射板T上的第一光學圖案P1。在這種情況下，從障礙物偵測單元100到入射板T的距離是已知的，使得在障礙物偵測單元100'在正常製造而沒有故障的情況下，需要在獲取影像上的指定位置ref1(以下稱為參考位置)處顯示第一光學圖案P1的水平線PH。
第二圖案發射單元130的發射方向可以透過倒置障礙物偵測單元100'使得障礙物偵測單元100'倒置，然後藉由重複上述校準處理來檢查。也就是說，在障礙物偵測單元100'反轉，且將第二圖案發射單元130置於影像獲取單元140的上方後，第二圖案發射單元130發射光，並且影像獲取單元140獲取影像，其中投影在入射板T上的第二光學圖案P2被顯示出來。在這種情況下，如果第二圖案發射單元130處於正常狀態，則第二光學圖案P2將在參考位置ref1處偵測。影像獲取單元140被佈置使得透鏡的光軸在水平方向上定向，以及θs表示影像獲取單元140的視角，且被設定為等於或高於100°的值，較佳是在100°至110°的範圍內，但不限於此。這種校準處理也適用於根據第一例示性實施例的障礙物偵測單元100。
從待清潔區域的地板到影像獲取單元140的距離可設定在大約145mm至155mm的範圍內。在這種情況下，在由影像獲取單元140獲取的影像中，在被表示為D2的點之後顯示待清潔區域的地板，並且在所獲取影像中顯示的地板上，S2是從第一光學圖案P1(水平線PH和垂直線PV相交的點)的中心到D3的區域。特別是，在區域S2中存在障礙物的情況下，影像獲取單元140可以獲取入射到障礙物上的第一圖案化光P1的影像。在這種情況下，從主體10到D2的距離較佳是設定在100mm至120mm的範圍內，並且D3位於與行動機器人1間隔約400mm的位置，但不限於此。
此外，第9圖所示的S1(從行動機器人1延伸到D1的區域)表示第一光學圖案P1的位置和第二光學圖案P2的位置被倒置的區域。在區域S1中存在障礙物的情況下，第一圖案化光P1位於獲取影像中的第二圖案化光P2的上方，其中D1位於與行動機器人1間隔開的位置，期望為70mm至80mm，但不限於此。
第10圖係說明由第1A圖所示之第一圖案發射單元發出的圖案化光的圖(即，圖案化光P1為一水平線段)。一旦獲取影像被輸入，圖案偵測單元210從影像獲取單元140輸入之所獲取影像中偵測第一光學圖案或第二光學圖案，並將偵測到的第一光學圖案或第二光學圖案傳送到障礙物資訊獲取器220。障礙物資訊獲取器220分析從所獲取影像偵測到的第一光學圖案或第二光學圖案，並且將第一光學圖案的位置與參考位置ref1進行比較以確定障礙物。如第10圖的(a)所示，在第一光學圖案P1的水平線低於參考位置1的情況下，障礙物資訊獲取器220確定行動機器人處於正常狀態。正常狀態是指地板為平坦且均勻，且行動機器人前方沒有障礙物，使得行動機器人繼續行進的狀態。
在行動機器人前方存在障礙物的情況下，第二光學圖案P2入射到障礙物上並被顯示在所獲取影像上，使得在正常狀態下，第二光學圖案P2通常不被顯示。如第10圖的(b)所示，在第一光學圖案P1的水平線高於參考位置ref1的情況下，障礙物資訊獲取器220確定在行動機器人前面存在障礙物。
在如第10圖所示的障礙物資訊獲取器220偵測到障礙物的情況下，行進控制單元230控制行進驅動單元300在行進時繞過障礙物。障礙物資訊獲取器220可以基於第一光學圖案P1和第二光學圖案P2的位置以及是否顯示 第二光學圖案P2來確定偵測到的障礙物的位置和大小。此外，障礙物資訊獲取器220可以基於在行進時在所獲取影像上顯示的第一光學圖案和第二光學圖案的變化確定障礙物的位置和大小。行進控制單元230可以基於障礙物上的輸入資訊確定是否繼續行進或繞過障礙物，並且可以基於該確定控制行進驅動單元300。例如，當障礙物的高度低於預定高度時，或者可能通過障礙物與地板之間的空間的情況下，行進控制單元230判斷在目前方向下能繼續行進(即，不需要改變方向來避開偵測到的障礙物)。
如第10圖的(c)所示，第一光學圖案P1可以在比參考位置ref1更低的位置處顯示。在第一光學圖案P1被顯示在比參考位置ref1更低的位置的情況下，障礙物資訊獲取器220確定有一向下斜坡。在存在懸崖的情況下，第一光學圖案P1消失，使得向下斜坡可以與懸崖不同。
在第一光學圖案如第10圖的(d)所示為不顯示的情況下，障礙物資訊獲取器220確定在行進方向上存在障礙物。此外，在第一光學圖案的部分如第10圖的(e)所示為不被顯示的情況下，障礙物資訊獲取器220可以確定在主體10的左側或右側有懸崖。在本實施例中，障礙物資訊獲取器220確定主體左側有懸崖。此外，在第一光學圖案P1為十字形狀的情況下，障礙物資訊獲取器220可以透過考慮水平線的位置和垂直線的長度來確定障礙物。
第11圖係說明發射到在第1A圖中所示之行動機器人的障礙物上的圖案的形狀的示例的圖。如第11圖所示，障礙物資訊獲取器220可以以由障礙物偵測單元100發射的圖案化光入射到障礙物上的方式確定障礙物的位置、大小、和形狀，並且獲取顯示光學圖案的影像。
如第11圖的(a)所示，在行動機器人行進時之前方有牆壁的情況下，第一圖案化光入射在地板上，且第二圖案光入射到牆壁上。因此，第一光學圖案P1和第二光學圖案P2在所獲取影像上顯示為兩條水平線。在主體10與牆壁之間的距離大於D2的情況下，第一光學圖案P1被顯示在參考位置ref1上，但是也顯示第二光學圖案，使得障礙物資訊獲取器220可以確定有障礙。
在主體10靠近牆壁移動的情況下，其間的距離小於D2，第一圖案化光不會入射到地板上而是在牆壁上，使得第一光學圖案被顯示在比參考位置ref1高的位置處之所獲取影像上，以及第二光學圖案被顯示在第一光學圖案 的上方。當主體10靠近障礙物移動時，第二光學圖案被顯示在較低的位置處，使得相較於牆壁與主體10之間的距離大於D2的情況下，第二光學圖案顯示在較低位置；但是第二圖案化光係顯示在超過第一光學圖案之參考位置ref1的上方。因此，障礙物資訊獲取器220可以基於第一光學圖案和第二光學圖案計算從主體10到牆壁的距離。
如第11圖的(b)所示，在諸如床、衣櫃之類的障礙物的情況下，第一圖案化光P1和第二圖案化光P2為兩條水平線分別入射到地板和障礙物上。障礙物資訊獲取器220基於第一光學圖案和第二光學圖案確定障礙物。基於第二光學圖案的位置和主體接近障礙物時顯示出的第二光學圖案的變化，障礙物資訊獲取器220可以確定障礙物的高度。然後，行進控制單元230判定是否能夠通過障礙物下方的空間，以基於該判定控制行進驅動單元300。例如，在障礙物與地板之間形成一空間之待清潔區域中存在諸如床的障礙物的情況下，行進控制單元230可以識別該空間，並且可以透過識別該空間的高度來確定是否通過或繞過障礙物。回應確定該空間的高度小於主體10的高度，行進控制單元230可以控制行進驅動單元300，使得主體10可以在行進時繞過障礙物。相反地，回應確定該空間的高度大於主體10的高度，行進控制單元230可以控制行進驅動單元300，使得主體10可以進入或通過該空間。
儘管第一光學圖案和第二光學圖案被顯示為如在第11圖的(a)中的兩條水平線，但是障礙物資訊獲取器220可以區分第一光學圖案和第二光學圖案，因為第一光學圖案與第二光學圖案之間的距離不同。此外，如第11圖的(a)所示，隨著主體10越靠近障礙物，第一光學圖案被顯示在高於參考位置的位置處。然而，如第11圖的(b)所示，在位於較高位置的障礙物的情況下，雖然主體10靠近障礙物移動一預定距離，但是在參考位置ref1處顯示第一光學圖案P1，並且改變了第二光學圖案P2的位置，使得障礙物資訊獲取器220可以區分障礙物的類型。
如第11圖的(c)所示，在障礙物是床或衣櫃的角落的情況下，第一圖案化光P1發射到地板為水平線；以及第二圖案光P2發射到障礙物的角落，其一部分被顯示為水平線，並且剩餘部分入射到障礙物上且以斜線顯示。當主體10進一步遠離障礙物時，第二光學圖案被顯示在較高部分處，使得當第 二圖案化光P2入射到障礙物的側邊上時，第二光學圖案被顯示為彎曲到上側的斜線，該上側的斜線超過發射到前面部分的情況下所顯示的水平線。
如第11圖的(d)所示，在主體10靠近牆壁的角落移動超過一預定距離的情況下，第一圖案化光P1的部分在高於參考位置的位置處被顯示為水平線；第一圖案化光P1的部分發射到角落的一側，並且被顯示為向下側彎曲的斜線；以及相對於地板，第一圖案化光P1被顯示為水平線。
如第11圖的(c)所示，第二圖案化光被顯示為水平線，並且發射到角落側的第二圖案化光P2的部分被顯示為彎曲到上部之有角度的斜線。此外，如第11圖的(e)所示，相對於從牆壁的表面突出的障礙物，第一光學圖案在參考位置ref1處被顯示為水平線；並且在突出表面上發射的第二光學圖案P2的部分被顯示為水平線，而向突出表面側發射的另一部分被顯示為向上側彎曲的斜線，以及發射到牆壁的表面的其餘部分被顯示為水平線。以這種方式，基於第一圖案化光和第二圖案光的位置和形狀，障礙物資訊獲取器220可以確定障礙物的位置、形狀和、大小(高度)。
第12圖係說明在第1B圖中所示之圖案化光的圖。第12圖的(a)說明了在獲取的影像上顯示的第一光學圖案P1的示例，這是在參考位置ref1處偵測到水平線PH的情況。如第12圖的(b)所示，在第二光學圖案P2於所獲取的影像上顯示位於參考位置ref1上方距離△g的情況下，第二圖案發射單元130的垂直發射角度小於預定值θr，使得期望調整第二圖案發射單元130的垂直發射角。
然而，如果距離△g在預定的誤差範圍內，則距離△g可以儲存在資料儲存器中，然後可以稍後使用以取得從獲取影像上顯示的第二光學圖案P2的位置到障礙物的距離，其中透過使用距離△g補償第二光學圖案P2的位置可以更精確地獲得距離。
第13圖係說明根據在第1B圖中所示之行動機器人的位置變化而獲取的影像的圖；在第13圖的(a)中，影像係在行動機器人處於位置1且障礙物1在行動機器人的前方的情況下獲取；第13圖的(b)說明在行動機器人的位置變更為位置2的情況下所取得的影像。在待清掃的區域中存在障礙物OB1(例如床)的情況下，空間A形成在障礙物OB1與地板之間，該空間A可以被 識別出，並且空間A的高度可望被識別，使得是否通過或繞過障礙物OB1得以被確定。
例如，如第13圖的(a)所示，當第一圖案化光P11入射到空間A的地板上，且第二圖案化光P12入射到置於空間A上的結構體(例如支撐床墊的框架)的情況下，包含在控制器200中的障礙物資訊獲取器220可以識別在第一圖案化光P11入射的部分之上方存在障礙物，特別是，可以基於在所獲取影像上顯示的第二光學圖案P12的位置確定從行動機器人1到障礙物OB1的距離。此外，第二圖案發射單元130的垂直發射角度是恆定的，使得基於從行動機器人1到障礙物OB1的距離，障礙物資訊獲取器220可以確定待清潔區域的地板到第二圖案化光P2入射的部分的高度。因此，基於這些類型的資訊，障礙物資訊獲取器220可以確定空間A的高度。回應確定空間A的高度小於主體10的高度，行進控制單元230可以控制行進驅動單元300，使得主體10可以繞過障礙物OB1；相反地，回應確定空間A的高度大於主體10的高度，行進控制單元230可以控制行進驅動單元300，使得主體10可以進入或穿過空間A。
如第13圖的(b)所示，當第一圖案化光的垂直線PV延伸到牆壁時，水平線PH可被入射到地板上。此外，第二圖案化光P12可被部分地入射在障礙物OB1上，使得第二圖案光P2的部分入射到障礙物OB1上，第二圖案光P2的其他部分入射在牆壁上。如果沒有第二圖案發射單元130，那麼障礙物資訊可僅基於所獲取影像上顯示的第一光學圖案P11來獲得。在這種情況下，只能識別出行動機器人前面有牆壁的事實。
然而，某些實施例中，可提供第二圖案發射單元130，從而進一步識別在行動機器人1與牆壁之間存在障礙物OB1。例如，基於包括水平線PH的第二圖案化光P12，可以在水平方向上的較寬區域上偵測障礙物OB1，從而能夠偵測位於不在第一圖案化光P11的垂直線PV能觸及的區域內的障礙物OB1。
第14圖係說明發射到在第1B圖中所示之行動機器人的障礙物上的圖案化光的獲取影像的圖。參考第14圖，根據例示性實施例的行動機器人1除了基於第一圖案化光P11識別的障礙物資訊之外，還可以基於第二圖案化光P12特定地識別障礙物的立體形狀。例如，障礙物OB2的實際高度對於行動機 器人1在行進時要穿越而言是太高了，但是在行動機器人1的當前位置，第一光學圖案P11入射到障礙物的下部。如果沒有第二圖案發射單元130或第二圖案發射單元130不起作用，行進控制單元230可能錯誤地判定主體10可越過障礙物OB2，並且首先控制主體10朝向障礙物OB2行進。當主體10靠近障礙物OB2移動時，第二光學圖案P12的位置在所獲取影像上逐漸增加，使得在確定障礙物OB2的高度處於比主體10可能穿越的高度更高的高度時，行進控制單元230可以控制行進驅動單元300，使得主體10可以繞過障礙物OB2。
相反地，提供第二圖案發射單元130以在行動機器人1的當前位置發射入射在障礙物OB2上的第二圖案化光P12可以使障礙物OB2的高度能夠預先識別。行進路徑可以基於確定障礙物OB2的高度來進一步最佳化。
障礙物資訊獲取器220可以基於在所獲取影像上顯示的垂直線PV的長度識別位於行動機器人1前面的懸崖。在行動機器人1前面有懸崖(例如樓梯)的情況下，水平線的前端可以延伸到懸崖下方的一部分，並且發射到懸崖下方的部分不會顯示在所獲取影像上，使得顯示在所獲取影像上的垂直線PV的長度減小。因此，在垂直線PV的長度減小的情況下，障礙物資訊獲取器220可以確定在行動機器人1的前方存在懸崖，並且基於該確定，行進控制單元230可以控制行進驅動單元300，使得行動機器人1可以沿著不前往懸崖的路徑行進。此外，在水平線PH(P13~P15)的部分不在該獲取影像上顯示的情況下，障礙物資訊獲取器220可以確定主體的左側或右側有懸崖。
如第15圖至第17圖所示，行動機器人1偵測位於其前方的懸崖，以便在行進時不會從懸崖上掉下來。如第15圖的(a)所示，行動機器人1行進時，由第一圖案發射單元120發射的第一圖案化光P1被包含在影像獲取單元140拍攝的影像中，行動機器人1基於顯示在所獲取影像上的第一光學圖案確定懸崖。在到達如第16圖的(a)所示懸崖之前，第一圖案化光被發射到行動機器人1的前方的地板，使得第一圖案化光如第17圖的(a)所示被正常地顯示。在行動機器人1向前移動到如第15圖的(b)所示之懸崖的邊緣的情況下。行動機器人1如第16圖的(b)所示，在懸崖下面發射第一圖案化光，使得懸崖不會顯示在如第17圖的(b)所示之所獲取影像上。
因此，當確定在行動機器人1前面有懸崖時，障礙物資訊獲取器220將關於懸崖的資訊發送到行進控制單元230。行進控制單元230透過使用懸崖感測器可以再次識別懸崖的存在。行進控制單元230設定一懸崖模式，且可以控制行進驅動單元300，使得行動機器人1可以如第15圖的(c)所示之向後移動。為了確保讓行動機器人1以安全的方式旋轉的空間，行進控制單元230控制行動機器人1向後移動預定距離。在行動機器人1如第16圖的(c)所示向後移動的情況下，行進控制單元230控制行進驅動單元300，使得行動機器人1可以旋轉。當行動機器人1如第17圖的(c)所示向後移動時，第一圖案化光不被顯示。然而，在後退距離大於D2的情況下，第一圖案化光可以在向後移動期間顯示在所獲取影像上。
如第15圖的(d)所示，行動式機器人1向左或向右方向旋轉。第一圖案化光的部分如第16圖的(d)所示在旋轉期間被發射到地板，因此，第一光學圖案的部分顯示在如第17圖的(d)所示之所獲取影像上。
在顯示第一光學圖案的部分的情況下，障礙物資訊獲取器220計算第一光學圖案的長度，並且行進控制單元230確定所計算的第一光學圖案的長度是否大於一預設值。對於回應第一光學圖案的長度小於預設值，行進控制單元230控制行動機器人1進一步旋轉。當行動機器人1旋轉約90度時，如第15圖的(e)和第16圖的(e)所示，以及當第一光學圖案的長度大於如第17圖的(e)所示的預設值時，行進控制單元230控制行動機器人1前進。
也就是說，如上所述，當設定懸崖模式時，當懸崖存在於行動機器人1的左側或右側時，行動機器人1行進而不會掉下懸崖。在這種情況下，第一光學圖案的一部分由於懸崖而不顯示。雖然第一光學圖案的部分被顯示，行進控制單元230以保持第一光學圖案的長度的方式控制行進，使得行動機器人1可以沿著懸崖行進而不會掉下懸崖。
在這種情況下，無需連續檢查懸崖，行動機器人1可向前移動並繞過懸崖。如第15圖的(f)和第16圖的(f)所示，在行動機器人1遠離懸崖的情況下，第一光學圖案P1如第17圖的(f)所示為正常顯示。然後，障礙物資訊獲取器220取消懸崖模式，以及行進控制單元230正常行進。
第18圖係說明根據本發明例示性實施例之行動機器人繞過懸崖的方法的流程圖。如第18圖所示，行動機器人1基於第一光學圖案P1和第二光學圖案P2，在S310中行進時偵測並繞過障礙物。在這種情況下，第一圖案發射單元和第二圖案發射單元發射各自的光學圖案，以及影像獲取單元拍攝並獲取所發射的光學圖案，並且輸入所獲取影像。圖案偵測單元從所獲取影像偵測光學圖案。障礙物資訊獲取器220分析偵測到的光學圖案並確定障礙物的位置、形狀、和大小。基於該判定，行進控制單元230判斷是否繼續行進，並且在行進時控制行進驅動單元300繞過障礙物。
此外，在行進時第一光學圖案在獲取影像上不正常顯示的情況下，障礙物資訊獲取器220確定在行動機器人1的前方存在障礙物，並且在S330中設定懸崖模式。當設定懸崖模式時，行進控制單元230控制行進驅動單元，使得行動機器人1可以在行進時繞過障礙物。在為行進控制單元230設置懸崖感測器的情況下，行進控制單元230向前移動一預定距離，並且在S350中透過使用懸崖感測器再次確定懸崖的存在。懸崖感測器測量相距地板的距離，以及在沒有接收到信號或距地面的距離等於或大於預定距離的情況下，懸崖感測器輸入懸崖信號。相反地，在沒有設置懸崖感測器的情況下，當第一圖案化光不被顯示在所獲取影像上且懸崖模式被設定時，行進控制單元控制行動機器人在行進時立即繞過懸崖。
回應來自懸崖感測器的信號，行進控制單元在S360中確定其是否可通過，以及在確定不可通過時，行進控制單元230控制行動機器人在行進時繞過懸崖，使得行動機器人不會掉下懸崖。在距離懸崖感測器到地面的距離等於或小於預定距離的斜坡的情況下，行進控制單元230確定它是可通過的，並且基於該確定，取消懸崖模式並且控制行動機器人繼續行進。
為了繞過懸崖，行進控制單元230可以控制行進驅動單元300，使得行動機器人1向後移動一預定距離，然後在S380中沿著一個方向旋轉。在這種情況下，行機器人1向左或向右方向旋轉，以及旋轉方向可以基於在行進時檢測到的障礙物的資訊來確定。在旋轉期間，在第一光學圖案的部分被顯示在所獲取影像上的情況下，障礙物資訊獲取器220在S390中確定第一光學圖案 的長度是否等於或大於預設值。回應第一光學圖案的長度小於預設值，行動機器人1在S380和S390中繼續旋轉。
回應第一光學圖案的長度等於或大於預設值，行進控制單元230在S400中停止旋轉。在某些情況下，一旦主體10以指定的角度旋轉而不管第一光學圖案的長度時，行進控制單元230可以控制主體10向前移動及行進。然而，在旋轉後的第一光學圖案被部分地顯示在獲取影像上的情況下，行進控制單元230控制主體10繼續行進，以及第一光學圖案在所獲取影像上不顯示的情況下，行進控制單元230判斷為有可能使行動機器人掉下懸崖，並且控制行動機器人進一步移動或旋轉。
行進控制單元230在S410中控制行進，從而保持第一光學圖案的長度。障礙物資訊獲取器220計算第一光學圖案的長度；以及在第一光學圖案的長度減小的情況下，行進控制單元230確定行動機器人接近懸崖，並且控制行動機器人在行進時進一步旋轉。障礙物資訊獲取器220確定顯示在所獲取影像上的第一光學圖案的長度是否正常。回應第一光學圖案的長度是正常的，障礙物資訊獲取器220確定行動機器人繞過懸崖，並且在S430中取消懸崖模式。在第一光學圖案的長度為正常且位於參考位置的情況下，障礙物資訊獲取器220確定行動機器人處於正常狀態。
然後，當行動機器人繞過懸崖時，行進控制單元230控制行進驅動單元300，使得行動機器人可以繼續執行指定的操作，例如清潔或移動到特定位置，因此，清潔單元310還可在行進期間透過吸入異物來執行清潔操作。如上所述，行動機器人1可以透過使用光學圖案來確定懸崖，並且可以立即繞過懸崖，而不必在沿著不前往懸崖的路徑行進的同時重複地接近懸崖。本發明提供了行動機器人立即繞過懸崖而不需要靠近懸崖，從而防止行動機器人掉下懸崖，因而提高行進安全性。
儘管本文已經參考附圖描述了本發明，但是本發明僅僅是對本發明的較佳實施例說明，而不意欲限制本發明。此外，對於本領域技術人員顯而易見的是，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可以進行各種修改和變化。
在本說明書中對“一個實施例”、“一實施例”、“例示性實施例”等的任何參考意指結合實施例描述的特定特徵、結構或特性包括在本發明的至少 一個實施例中。這些名詞在說明書中的不同地方的出現並不一必然都是指相同的實施例。此外，當結合任何實施例描述特定特徵、結構或特性時，在本領域技術人員的權限範圍內，可建議以實現與這些實施例中的其他實施例相關的這些特徵、結構或特性。
雖然實施例已經參照其多個說明性實施例描述，但是應當理解，本領域技術人員可以設計出許多其它修改和實施例，這些修改和實施例將落在本發明的原理的精神和範圍內。更具體地，在本發明、附圖和所附申請專利範圍的範疇內，標的組合佈置的元件部件和/或佈置中的各種變化和修改是可能的。除了元件部件和/或佈置中的變化和修改之外，替代使用對於本領域技術人員也是顯而易見的。
本申請案主張在韓國智慧產權局於2016年5月17日提交的韓國專利申請第10-2016-0060444號、2016年8月29日提交的韓國專利申請第10-2016-0110295號、以及2016年10月27日提交的韓國專利申請第10-2016-0141106號的優先權利益，其公開內容透過引用併入本文。
100‧‧‧障礙物偵測單元
120‧‧‧第一圖案發射單元
130‧‧‧第二圖案發射單元
140‧‧‧影像獲取單元
200‧‧‧控制器
210‧‧‧圖案偵測單元
220‧‧‧障礙物資訊獲取器
230‧‧‧行進控制單元
240‧‧‧資料單元
300‧‧‧行進驅動單元
310‧‧‧清潔單元

Claims (20)

  1. 一種行動機器人，包括：一主體，被配置以在待清潔的區域中行進，並將待清潔之該區域的地板上的異物吸入；一相機，設置在該主體的一前部上，且被配置以拍攝一規定區域的影像；一第一光源，設置在該主體的該前部上，且被配置以朝向該規定區域的一第一子區域以向下的角度發射一第一圖案化光；以及一控制器，被配置以：偵測該相機所拍攝的該影像是否包括對應於該第一圖案化光的一第一光學圖案，基於該第一光學圖案識別該規定區域中的一障礙物，以及控制該主體相對於該障礙物的移動，其中該控制器在識別該障礙物時，進一步被配置以基於該影像中的該第一光學圖案的形狀或位置中的至少一者來確定該障礙物包括一懸崖。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的行動機器人，進一步包括：一第二光源，設置在該主體的該前部上的該第一光源的下方，並且被配置以朝向位於該第一子區域上方的該規定區域的一第二子區域以發射一第二圖案化光，以及其中該控制器進一步被配置以：在該相機所拍攝的該影像中偵測與該第二圖案化光的一部分相對應的一第二光學圖案，基於該第二光學圖案進一步在該規定區域中識別該障礙物。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述的行動機器人，該控制器進一步被配置以：當該影像包括該第二光學圖案時，確定該障礙物在該主體的一頂部上方延伸。
  4. 根據申請專利範圍第2項所述的行動機器人，其中，該第一光源、該第二光源、以及該相機在該主體的該前部上垂直對齊。
  5. 根據申請專利範圍第2項所述的行動機器人，其中，該相機設置在該第一光源與該第二光源之間。
  6. 根據申請專利範圍第4項所述的行動機器人，其中該第一光源和該第二光源係彼此垂直對稱，使得該第一光源以低於水平的角度發射，以及該第二光源以高於水平的相應角度發射。
  7. 根據申請專利範圍第2項所述的行動機器人，其中，該第一圖案化光包括一第一水平線段；以及該第二圖案化光包括一第二水平線段。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述的行動機器人，其中，該第一圖案化光進一步包括與該第一水平線段相交的一垂直線段。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述的行動機器人，其中，該控制器進一步被配置以：當該第一光學圖案包括該第一圖案化光的該部分且不包括該第一圖案化光的另一部分時，確定該懸崖位於該行動機器人的行進方向的一側。
  10. 根據申請專利範圍第8項所述的行動機器人，其中，該控制器在控制該主體的移動時，進一步被配置以使該行動機器人改變行進方向遠離與該懸崖相關聯的該側。
  11. 根據申請專利範圍第1項所述的行動機器人，其中，該控制器進一步被配置以當該控制器確定該影像不包括該第一光學圖案時，確定該懸崖位於該行動機器人的行進方向上。
  12. 根據申請專利範圍第11項所述的行動機器人，進一步包括：一懸置感測器，位於該主體的一底部且面向該行動機器人待清潔的地板，其中，當確定該影像不包括該第一光學圖案時，該控制器進一步被配置以：控制該主體向前移動一規定距離，以及使用該懸崖感測器驗證該懸崖的存在。
  13. 根據申請專利範圍第12項所述的行動機器人，其中，該懸崖感測器被配置以確定該懸崖感測器與該懸崖感測器下面的一表面之間的距離，以及其中，該控制器在控制該主體相對於該障礙物的移動時，進一步被配置以： 當該懸崖感測器與該懸崖感測器下面的該表面之間的該距離大於或等於一臨界距離時，使該行動機器人遠離該障礙物，以及當該懸崖感測器與該懸崖感測應器下面的該表面之間的該距離小於該臨界距離時，使該行動機器人朝向該障礙物移動。
  14. 根據申請專利範圍第1項所述的行動機器人，其中，該控制器基於確定該懸崖位於該行動機器人的行進方向上，進一步被配置以在偵測到該懸崖後，控制該主體向後移動一規定距離，並且在向後移動該規定距離後，旋轉一規定的旋轉角度。
  15. 根據申請專利範圍第1項所述的行動機器人，其中，該控制器在控制該主體的移動時進一步被配置以使該行動機器人在偵測到該懸崖之後沿著第一方向移動到另一位置，其中，該相機進一步被配置以在該另一位置拍攝另一影像，並且其中，該控制器進一步被配置以：在該另一影像中識別另一第一光學圖案，該另一第一光學圖案對應於在該另一位置處由該第一光源發射的該第一圖案化光的至少一部分，將該另一第一光學圖案的一個或多個尺寸與該第一光學圖案的一個或多個尺寸進行比較，以及基於該另一第一光學圖案的一個或多個尺寸與該第一光學圖案的一個或多個尺寸的比較，控制該主體的移動。
  16. 根據申請專利範圍第15項所述的行動機器人，其中，該控制器進一步被配置以：當該另一第一光學圖案的一個或多個尺寸對應於或大於該第一光學圖案的一個或多個尺寸時，使該行動機器人在該第一方向上繼續行進；以及當該另一第一光學圖案的一個或多個尺寸小於該第一光學圖案的一個或多個尺寸時，使該行動機器人旋轉且沿著與該第一方向不同的第二方向移動。
  17. 根據申請專利範圍第1項所述的行動機器人，其中，該控制器在控制該主體的移動時，進一步被配置以使該行動機器人在偵測到該懸崖之後移動到另一位置， 其中，該相機進一步被配置以在該另一位置拍攝另一規定區域的另一影像，以及其中，該控制器進一步被配置以：當該另一影像包括與該另一位置處的該第一光源發射的該第一圖案化光的至少一部分相對應的另一第一光學圖案時，確定障礙物不存在於該另一規定區域中，以及另一第一光學圖案位於該另一影像內的參考位置處，當該第一圖案化光不與該另一規定區域中的一障礙物相交時，該參考位置對應於該另一第一光學圖案將被設置的該另一影像的一部分。
  18. 根據申請專利範圍第1項所述的行動機器人，其中，該控制器進一步被配置以：基於該第一光學圖案的形狀與該第一圖案化光或該第二圖案化光的形狀之間的差異識別該障礙物的一邊緣。
  19. 根據申請專利範圍第1項所述的行動機器人，其中，該第一光源包括：用於產生光的一雷射二極體(LD)或一發光二極體(LED)、和用於將該光轉換成該第一圖案化光的一光學圖案投影元件(OPPE)。
  20. 根據申請專利範圍第1項所述的行動機器人，其中，該相機位於該第一光源下方。
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