TW201915513A - 自動隨行系統及其應用方法 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種自動隨行系統，其包含一使用者及跟隨該使用者之一隨行單元，該隨行單元係依該使用者之移動及轉向行為進行跟隨，其結構包含：一第一指向單元、一相對位置感測單元及一控制模組，其中該第一指向單元係偵測使用者之面向方向，該隨行單元則係感測使用者朝向性訊號及該相對位置關係訊號並進行分析之後，產生一指示訊號以控制隨行單元進行位移與轉向。透過此一跟隨系統，得以達到可在前後左右等多位置隨行、提高安全性、減少遺失風險、免除使用者費心操控機器的目的，進而方便使用者進行相關應用。

Description

自動隨行系統

本發明係關於一種自動隨行系統，尤其是指一種可同時感測使用者之轉向及位移動作，並對應該些轉向及位移動作進行隨行的自動隨行系統。

由於生育率下降以及預期壽命延長，使得全世界人口老化問題日益嚴重，各國家之人口結構與未開發時期相較下有極大的差異；國際上係以65歲以上的老年人口數佔總人口數之比例作為高齡化的判斷依據，比例超過7%者為高齡化社會(ageing society)，比例超過14%者則為高齡社會(aged society)，而比例超過20%者為超高齡社會(super aged society)。

依據統計數據指出，亞洲地區例如台灣以及日本，老年人口的成長幅度大且老化程度高，因此，政府積極地推動老年照護計畫，無不是希望創造老年人口新氣象，在建立老年人自我照護的能力之餘，而能夠減少社會負擔及社會成本；人口老化之議題，存在許多面向亟需探討及改進，其中，由於青壯年人口大多離鄉而無法就近照料老年人，使得大部分老年人常須面臨單獨外出的情況，此外，伴隨著人體正常老化、退化，抑或是因意外導致行動不便、反應緩慢等，致使高達五成的高齡者有缺乏運動的現象，而缺乏運動則相對地讓人體老化加劇，衍然成為惡性循環的開端，這些資訊都明確指出了老人健康照護問題與輔助科技發展的重要性。

目前市場上現有銀髮族外出輔助器具仍以傳統拐杖、助行器、助行車為大宗，但卻尚未有結合年長者外出散步、就醫以及購物等 綜合功能性需求所開發的輔助器具；近年來，動力輔助操控及自動跟隨之技術逐漸普及化，例如：COWAROBOT R1、Smartbe嬰兒推車、Budgee、LG Cordzero吸塵器及自動跟隨高爾夫球車等，均為具有跟隨功能的產品，而前述之已開發產品多以「後方跟隨」運作，如欲將現有技術之裝置應用於老人照護領域，此類具有跟隨功能之設備與老年者互動時將衍生別於現有技術之問題；舉例而言，以「後方跟隨」方式運作之的產品，例如跟隨型機器人Budgee，當使用者轉向或機器人遇到障礙物時將發生敏感性不足的問題。再者，使用者更須不斷地回頭確認機器人是否跟丟，造成行走上的不便；據此，能夠靈敏地且即時前方自動跟隨式照護輔具，勢必更能符合輔助老年人之需求。

然而，靈敏、即時且精準的可在前方自動隨行系統之技術門檻及需求均較後方跟隨或其他現有技術為高，且尚有諸多技術限制待突破；其一，係前方隨行系統對於感測訊號的延遲性的容忍度，進一步而言，後方跟隨系統對於設備感測使用者後做出反饋之即時性的需求較低，能允許些微的延遲後再度跟上使用者即可，但是此延遲的現象若發生於使用者前視線範圍內之前方隨行系統，則會阻擋使用者的行走路徑，進而干擾使用者的活動；其二，係前方隨行系統對於移動平台之要求，當使用者改變行走方向後，由於使用者後續行走路徑並不會與跟隨裝置的路徑交錯，因此後方跟隨系統之裝置可以延遲後再選擇最短路徑跟上使用者即可，然而，如若前方隨行系統之裝置調整方向及移動的速度太慢(可能肇因於演算法、感測器或移動平台)，修正後的最短路徑可能會與使用者路徑交錯，如此裝置則必須繞路到使用者前方，否則使用者活動將受到干擾；其三，係應用於前方隨行系統之演算法，由於使用者行走的方式變化很大，除了前進及後退外，為因應環境的突發狀況，尚可能突然側移、轉彎或者轉身等諸多無法預測之情境，僅以預設好的運作方法將無法應付如此繁雜的情境。

基於上述內容，本發明遂以解決前述之技術限制為導向提出一種自動隨行系統及其應用方法，藉以促進高齡者適當的身體活動來 保持各部位器官機能有效的運作，亦能增進高齡者外出活動的意願及安全性。

本發明之主要目的，係提供一種自動隨行系統，透過系統之設計，可讓跟隨系統中之隨行單元依照其跟隨之使用者之面向方向及彼此之間的相對位置進行移動跟隨，可依循使用者之動態準確且即時的轉向及位移至預設之跟隨位置。

本發明之又一目的，係提供一種自動隨行系統的應用方法，利用該應用方法，該隨行單元可偵測並判斷與該使用者之間的相對位置及轉向關係，可即時的隨著使用者之動態維持進行一預設相對位置的跟隨作用。

本發明之又一目的，係提供一種自動隨行系統的應用方法，利用該應用方法，使用者可藉由碰觸拉扯連接於該使用者及該隨行單元之間的一長條物，對該隨行單元進行轉向及位移之操控及機器之功能控制。

本發明之又一目的，係提供一種自動隨行系統及其應用方法，以該自動隨行系統搭配該應用方法，得以達成前方隨行、提高安全性、減少遺失風險等目的，並提升使用方便性，進而降低社會額外的負擔及年長者外出的風險性。

為了達到上述之目的，本發明揭示一種自動隨行系統，其包含一使用者及跟隨該使用者之一隨行單元，該隨行單元係依該使用者之移動及轉向行為進行隨行，其結構包含：一第一指向單元，設置於該自動隨行系統之一任意位置上，用以偵測一使用者之面向方向，獲得一使用者朝向性訊號；一相對位置感測單元，設置於該自動隨行系統之一任意位置上，用以判斷該隨行單元與該使用者之間之相對位置關係，獲得一相對位置關係訊號；一控制模組，設置於該自動隨行系統之一任意位置上，其係接收該使用者朝向性訊號及該相對位置關係訊號並進行分 析之後，產生一指示訊號並進行傳輸；以及一隨行單元，其包含有一驅動單元及至少一移動件，該驅動單元可接受該指示訊號以驅動該至少一移動件帶動該隨行單元進行位移至指定位置及進行對應之轉向動作。

於本發明之一實施例中，其亦揭露該自動隨行系統進一步包含一第二指向單元，其係設置於該隨行單元之上，用以偵測該隨行單元之面向方向，獲得一隨行單元朝向性訊號。

於本發明之一實施例中，其亦揭露該控制模組係接收該使用者朝向性訊號及該隨行單元朝向性訊號進行比對分析之後，產生該指示訊號以控制該隨行單元進行轉向與位移。

於本發明之一實施例中，其亦揭露該第一指向單元及第二指向單元係選自於由一角度器、一旋轉編碼器、一慣性感測器、一電子羅盤、一陀螺儀、一可變電阻及一影像處理系統所組成之群組中之一者或其任意之組合。

於本發明之一實施例中，其亦揭露該相對位置感測單元係選自於由一影像處理系統、一聲納系統、一超音波掃描系統及一雷射掃描系統所組成之群組中之一者或其任意之組合。

於本發明之一實施例中，其亦揭露該相對位置感測單元係包含一跟隨角度感測器及一距離感測器，該跟隨角度感測器係感測該隨行單元與該使用者之間之一跟隨夾角，而該距離感測器量測該隨行單元與該使用者之間之一直線距離訊號；又其中，該跟隨夾角係為該跟隨角度感測器之指向方向與該隨行單元之面向方向所夾成之一角度。

於本發明之一實施例中，其亦揭露該距離感測器係選自於由一紅外線測距儀、一雷射測距儀、一無線射頻、一拉線式位移感測器(string pot)、一影像處理器及一超音波測距儀所組成之群組中之一者或其任意之組合。

於本發明之一實施例中，其亦揭露該跟隨角度感測器係選自於由一雷射掃描儀、一無線射頻、一影像處理單元、一角度計、一可 變電阻、一旋轉編碼器、一電子羅盤、一陀螺儀及一慣性感測器所組成之群組中之一者或其任意之組合。

為了達到前述之目的，本發明亦揭示一種自動隨行系統，其包含：一穿戴單元，其係設置於一使用者之任意部位之上，其包含：一第一追蹤單元，設置於該穿戴單元上，該第一追蹤單元之指向方向與該使用者所面向之方向形成一第一角度；以及一第一角度感測器，係設置於該穿戴單元上並感測該第一角度之角度變化，獲得一第一角度訊號；一隨行單元，其包含：一第二追蹤單元，設置於該隨行單元之上，用以追蹤並對準該第一追蹤單元，同時該第一追蹤單元亦追蹤並對準該第二追蹤單元，其中，該第二追蹤單元之指向方向與該隨行單元所面向之方向形成一第二角度；一第二角度感測器，其係設置於該隨行單元之上並感測該第二角度之角度變化，獲得一第二角度訊號；一驅動單元，其係設置於該隨行單元之上以接受一指示訊號；以及至少一移動件，其係設置於該隨行單元之上受該驅動單元之驅動以帶動該隨行單元進行位移至指定位置及進行對應之轉向動作；一控制模組，其係設置於該自動隨行系統之上，其係接收至少一訊號並進行分析之後，產生該指示訊號傳遞至該驅動單元；以及至少一距離感測器，其係設置於該穿戴單元及/或該隨行單元之上並與設置於該些單元上之該第一追蹤單元及/或該第二追蹤單元相互連動，用以量測該穿戴單元及該隨行單元之間之距離以獲得一距離訊號；其中，該控制模組接收之該至少一訊號係包含該距離訊號、該第一角度訊號及該第二角度訊號。

於本發明之一實施例中，其亦揭露該第一追蹤單元及該第二追蹤單元係以一長條物進行連接，形成一拉線式指向裝置，其中，該第一追蹤單元及該第二追蹤單元受該長條物之牽引以追蹤並對準彼此。

於本發明之一實施例中，其亦揭露該至少一距離感測器係選自於由為一紅外線測距儀、一影像處理器、一雷射測距儀、一拉線式位移感測器(string pot)、一超音波測距儀及一無線射頻所組成之群組中之一者或其任意之組合。

於本發明之一實施例中，其亦揭露該第一角度感測器及該第二角度感測器係選自於由為一雷射掃描儀、一影像處理單元、一無線射頻、一電子羅盤、陀螺儀、一角度計、一可變電阻、一旋轉編碼器及一慣性感測器所組成之群組中之一者或其任意之組合。

於本發明之一實施例中，其亦揭露該第一追蹤單元及該第二追蹤單元係選自於由為一磁吸裝置、一熱源跟隨系統、一影像跟隨系統或一光學對位系統所組成之群組中之一者或其任意之組合。

於本發明之一實施例中，其亦揭露該長條物係為一伸縮線(retraction)、一懸垂線、一繩索或多蕊之一導線。

為了達到前述之目的，本發明亦揭示一種自動隨行系統之應用方法，其係利用上述之自動隨行系統進行對使用者之動態隨行，其步驟包含：設定至少一相對位置參數給該控制模組，該至少一相對位置參數係用以定義該隨行單元與該使用者之間的相對位置關係及相對朝向性；該使用者開始移動；該自動隨行系統之至少一感測器獲得該使用者移動所產生之至少一相對位置關係訊號及一使用者朝向性訊號，並傳遞至該控制模組；該控制模組分析計算該些訊號後，產生一指示訊號以控制該隨行單元進行位移及轉向，使該隨行單元與該使用者維持該至少一相對位置參數所定義之相對位置關係及相對朝向性；重覆該獲得訊號步驟及該分析計算步驟，直至該使用者停止移動或結束使用。

於本發明之一實施例中，其亦揭露該至少一相對位置參數係選自於該隨行單元與該使用者之直線距離、該隨行單元與該使用者之間之跟隨夾角、該隨行單元與該使用者之橫向距離、該隨行單元與該使用者之縱向距離、該使用者與該隨行單元之朝向角度差異值所組成之群組中之一者或其任意之組合。

於本發明之一實施例中，其亦揭露該至少一相對位置關係訊號係包含有一使用者朝向性訊號、一距離訊號、一第一角度訊號及一第二角度訊號。

為了達到前述之目的，本發明亦揭示另一種自動隨行系統之應用方法，其步驟包含：該使用者開始移動，該控制單元透過該至少一訊號之擷取、處理藉以控制該隨行單元以進行自動跟隨；該使用者使該第一追蹤單元及該第二追蹤單元之間之該長條物產生一變化；該些感測器獲得該使用者變動該長條物所產生之該至少一訊號，並傳遞至該控制模組；該控制模組分析計算該至少一訊號後，產生該指示訊號以控制該驅動單元進行位移及轉向，使該隨行單元受該使用者之控制進行一跟隨狀態調整。

於本發明之一實施例中，其亦揭露該變化係為一長度變化或一指向角度變化。

於本發明之一實施例中，其亦揭露該跟隨狀態係為一相對位置關係調整、一相對角度調整、一位移速率調整或一加速度調整。

於本發明之一實施例中，其亦揭露該至少一訊號係包含有一距離訊號、一第一角度訊號及一第二角度訊號。

於本發明之一實施例中，其亦揭露於該使用者移動步驟之前，該使用者可藉由碰觸該長條物提供該控制模組一指令參數，該指令參數可對該隨行單元之使用狀態進行調整。

於本發明之一實施例中，其亦揭露該長條物係多蕊之一導線，多蕊之該導線係以按鍵或搖桿產生訊號進行傳導，以調整該隨行單元之使用狀態或進行該隨行單元之模式設定

於本發明之一實施例中，其亦揭露該使用者可藉由碰觸該長條物提供該控制模組一指令參數，該指令參數可對該隨行單元之使用狀態進行調整。

於本發明之一實施例中，其亦揭露該指令參數可係為一系統停止指令參數、一系統開啟指令參數或一跟隨條件設定指令參數。

10‧‧‧自動隨行系統

11‧‧‧使用者

12‧‧‧隨行單元

13‧‧‧第一指向單元

131‧‧‧第二指向單元

14‧‧‧相對位置感測單元

15‧‧‧控制模組

16‧‧‧驅動單元

17‧‧‧移動件

20‧‧‧自動隨行系統

21‧‧‧使用者

22‧‧‧穿戴單元

221‧‧‧第一追蹤單元

222‧‧‧第一角度感測器

23‧‧‧隨行單元

231‧‧‧第二追蹤單元

232‧‧‧第二角度感測器

233‧‧‧驅動單元

234‧‧‧移動件

24‧‧‧距離感測器

25‧‧‧控制模組

26‧‧‧長條物

第1圖：其係為本發明之一實施例之元件關係方塊圖；第2A-2C圖：本發明之一實施例之朝向角度示意圖；第3圖：本發明之一實施例之元件關係方塊圖；第4圖：本發明之一實施例之元件關係方塊圖；第5A圖：本發明之一實施例之側視圖；第5B圖：本發明之一實施例之元件關係方塊圖；第6A-6B圖：本發明之一實施例之指向、朝向角度示意圖；第7圖：其係為本發明之一實施例之方法流程圖；第8圖：其係為本發明之一實施例之方法流程圖；第9圖：其係為本發明之一實施例之方法流程圖；第10A-10B圖：其係為本發明之第一實施例之向前移動即時跟隨；第11A-11B圖：其係為本發明之第二實施例之向右轉即時跟隨；以及第12A-12B圖：其係為本發明之第三實施例之拉扯長條物即時反饋。

為使 貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹配合詳細之說明並佐以較佳之實施例，詳加說明如後：在本發明中，針對現有技術下的跟隨系統大多僅著重於隨行單元與使用者之間的相對關係，而未能及時偵測使用者之轉向動作而導致跟隨行為不夠敏銳的狀況，提供一種新穎的自動隨行系統，藉由提供該自動隨行系統，可有效偵測該使用者之轉向動作並直接做出對應位置之改變，可以更即時有效的對使用者進行跟隨行為，而不是僅係針對使用者之位移軌跡進行跟隨，另一方面，本發明所提供之自動隨行系統，透過同時偵測相對位置關係及使用者轉向性之特性，能更加適應隨行單元於使用者前方的跟隨行為，使應用性更為廣泛。

因此，本發明提供一種自動隨行系統，其係讓隨行單元依該使用者之移動及轉向行為進行跟隨，其透過一第一指向單元偵測一使 用者之面向方向，並搭配相對位置感測單元判斷該隨行單元與該使用者之間之相對位置關係，再透過一控制模組訊號並進行分析之後，控制該隨行單元進行位移至指定位置及進行對應之轉向動作，以達到同時偵測相對位置關係及使用者轉向性之目標，進而提升該自動隨行系統之跟隨效率。

基於上述方針，以下針對本發明所提供之自動隨行系統中，所包含之元件、性質、其組合方式及其相互做動關係，進行進一步之說明：請參閱本發明之發明圖式第1圖，其係為本發明所提供之自動隨行系統之元件關係方塊圖，如圖所示，該自動隨行系統10係包含一使用者11及跟隨該使用者之一隨行單元12，該隨行單元12係會隨該使用者11之位移及轉向行為進行跟隨，其結構包含一驅動單元16與至少一移動件17，其中該自動隨行系統10之元件包含：一第一指向單元13、一相對位置感測單元14及一控制模組15，其中該第一指向單元13係設置於該自動隨行系統10之任意位置上，用以偵測一使用者11之面向方向，獲得一使用者朝向性訊號；另外，該相對位置感測單元14同樣係設置於該自動隨行系統10之任意位置上，用以判斷該隨行單元12與該使用者11之間之相對位置關係，獲得一相對位置關係訊號；最後，該控制模組15同樣係設置於該自動隨行系統10之任意位置上，接收該使用者朝向性訊號及該相對位置關係訊號並進行分析之後，產生一指示訊號以控制該隨行單元12進行位移至指定位置及進行對應之轉向動作。

其中，該使用者朝向性訊號係指該使用者11於靜止狀態或移動狀態下，與使用者面向方向(facing direction)或軀幹朝向方向相關的訊號，當該自動隨行系統10針對該使用者11及該隨行單元12之間就彼此的朝向關係進行設定後，則無論該使用者11面向何方，該隨行單元12都將依據設定的朝向關係進行對應之位移及轉向動作，就算該使用者11僅在原地轉動造成兩者之間的朝向關係改變，該隨行單元12仍會依據設定的朝向關係進行位移及對應之轉向動作，基於上述之內容，該自動隨行 系統10所提供之該第一指向單元13係可設置於該自動隨行系統10之任意位置上，包含設置於該使用者11之上或該隨行單元12之上，其直接設置於該使用者11之上時可直接就該使用者之面向方向(facing direction)或軀幹朝向方向進行感測，而當其設置於該隨行單元12之上時，則可自該隨行單元12向該使用者11進行感測，以獲得該使用者11之該使用者朝向性訊號。

舉例而言，請參閱本發明之發明圖式第2A圖至第2C圖，其係為本發明所提供之自動隨行系統之朝向角度示意圖，如圖所示，假設該自動隨行系統10係設定該隨行單元12於該使用者11之右前方，當該使用者11於原地向右轉動導致該隨行單元12與該使用者11之間的朝向關係從右前方轉變成左前方時，則該第一指向單元13會感測到此一變化，並透過該控制模組15驅使該隨行單元12移動至預設之該使用者11之右前方以維持兩者之間的朝向關係不變；因此，該自動隨行系統10可藉由偵測及分析該使用者朝向性訊號，使該隨行單元12即時的針對該使用者11的轉向行為進行對應之移動。

請參閱本發明之發明圖式第3圖，其係為本發明所提供之一較佳實施例當中，該自動隨行系統10之元件關係方塊圖，如圖所示，該自動隨行系統10係進一步包含一第二指向單元131，其係設置於該隨行單元12之上，用以判斷及偵測該隨行單元12之面向方向(facing direction)，獲得一隨行單元朝向性訊號，其中，所述之該隨行單元12之面向方向則係指該隨行單元12以自身為中心，所進行自定義之三維局部座標軸(Local coordinate system,LCS)中，其Y軸正向延伸之方向。

當該自動隨行系統10透過該第一指向單元13及該第二指向單元131同時感測該使用者11及該隨行單元12之朝向性訊號時，該自動隨行系統10係將該二朝向性訊號傳遞至該控制模組15分析兩者之間的朝向角度差異，並與事先於該自動隨行系統10中預設之朝向角度差異值進行比較，以判斷該使用者11之轉向情況，接著再提供一指示訊號以控制該隨行單元12進行對應之位移及轉向動作。

舉例而言，請復參閱本發明之發明圖式第2A圖至第2C圖，該自動隨行系統10可預先設定該使用者11之面向方向及該隨行單元12之面向方向係為相同方向，意即兩者之朝向角度差異值為0，當該使用者11於原地向右轉90度時，該第一指向單元13將感測到該使用者11之該使用者朝向性訊號係為正90度，而該第二指向單元131將感測到該隨行單元12之該隨行單元朝向性訊號為0度，此時該控制模組15接受到該第一指向單元13及該第二指向單元131傳遞之該二朝向性訊號後，經由分析判斷確定目前兩者之間的朝向角度差異值與預設之朝向角度差異值相差為負90度，則將提供一指示訊號要求該隨行單元12進行對應之位移及轉向，使兩者之回復為預設之朝向角度差異值。

基於前述之內容，本發明所提供之該第一指向單元13及第二指向單元131係選自於一角度器、一可變電阻、一旋轉編碼器、一慣性感測器、一陀螺儀及一電子羅盤所組成之群組中之一者或其任意之組合。

於本發明所提供之該自動隨行系統10中，尚提供一相對位置感測單元14中進行一相對位置關係訊號之感測，所述之該相對位置關係訊號係指該使用者11於靜止狀態或移動狀態下，與該隨行單元12之間位置對應關係的相關資訊，其包含但不限於該隨行單元12與該使用者11之間的橫向距離、該隨行單元12與該使用者11之間的縱向距離、該隨行單元12與該使用者11之間的垂直高度距離以及該隨行單元12與該使用者11之間的直線距離。

當該使用者11進行移動時，該自動隨行系統10中的該相對位置感測單元14可直同時觀察該隨行單元12與該使用者11之間的橫向距離變化、該隨行單元12與該使用者11之間的縱向距離變化、該隨行單元12與該使用者11之間的垂直高度距離變化以及該隨行單元12與該使用者11之間的直線距離變化，並將該隨行單元些距離變化的改變量作為該相對位置關係訊號，傳遞至該控制模組15進行分析，再進一步產生一指令要求該隨行單元12進行對應之位移及轉向。

於本發明之一較佳實施例當中，該隨行單元12與該使用者11之間的縱向距離變化、橫向距離變化、垂直高度距離變化及直線距離變化，係可直接由一影像處理系統透過影像之擷取與分析直接獲得，當影像中之一感測標的物進行移動產生相對位置之改變時，該影像處理系統可即時監測到該隨行單元12與該使用者11之間的縱向距離變化、橫向距離變化及垂直高度距離變化。該影像處理系統之設置位置無需特意限制，當該影像處理系統設置於該使用者11端時，則表示影像中之該感測標的物係為該隨行單元12，則以該使用者11是接近或遠離該隨行單元12，進行該相對位置關係訊號之判讀；反之，當該影像處理系統設置於該隨行單元12端，則表示影像中之該感測標的物係為該使用者11，將從該隨行單元12之視角判斷該使用者11是遠離或接近該隨行單元12。

於本發明之另一較佳實施例當中，該隨行單元12與該使用者11之間的縱向距離變化、橫向距離變化、垂直高度距離變化及直線距離變化，係可透過一跟隨角度感測器及一距離感測器之共同作用，獲得該隨行單元12與該使用者11之間之一跟隨角度訊號及一直線距離訊號，並經由運算獲得該隨行單元12與該使用者11之間的縱向距離變化、橫向距離變化及垂直高度距離變化。其中，所述之該直線距離訊號係指該使用者11與該隨行單元12之間之直線距離，而所述之該跟隨角度訊號則係指該跟隨角度感測器之指向方向與其設置之所在元件的面向方向所夾成之一跟隨角度的角度值，意即，當該跟隨角度感測器係設置於該使用者11之上時，該跟隨角度訊號則係指該跟隨角度感測器之指向方向與該使用者11的面向方向所夾成之一跟隨角度的角度值，反之亦然，當該跟隨角度感測器係設置於隨行單元12之上時，該跟隨角度訊號則係指該跟隨角度感測器之指向方向與該隨行單元12的面向方向所夾成之一跟隨角度的角度值；當該自動隨行系統10測量該跟隨角度訊號及該直線距離訊號並將該些訊號傳遞至該控制模組15後，該控制模組15可透過幾何運算的方式，例如三角函數之運算，獲得該隨行單元12與該使用者11之間的縱向距離、橫向距離及垂直高度距離，以達到觀察兩者之間對應 位置關係之目的，再進一步產生一指令要求該隨行單元12進行對應之位移及轉向。

其中，該跟隨角度感測器係持續的指向其對應之標的物，形成該跟隨角度感測器之一指向方向，而該跟隨角度感測器對應之標的物將因為其設置的位置而有所不同，當該跟隨角度感測器係設置於該使用者11之上時，則其指向之對應標的物即係為該隨行單元12，反之亦然，當該跟隨角度感測器係設置於該隨行單元12之上時，則其指向之標的物則係為該使用者11；而該隨行單元12之面向方向則係指該隨行單元12以自身為中心，所進行自定義之三維局部座標軸(Local coordinate system,LCS)中，其Y軸正向延伸之方向，因此，透過前述之定義，該跟隨角度感測器之指向方向與該隨行單元12之面向方向所夾成的該跟隨角度係與該隨行單元12與該使用者11之間的縱向距離、橫向距離及垂直高度距離具有直接關係，使該自動隨行系統10可藉由獲得該跟隨角度訊號及該直線距離訊號，進行該使用者11及該隨行單元12之間相對位置關係變化之判斷依據。

基於前述之內容，本發明所提供之該跟隨角度感測器係選自於一雷射掃描儀、一無線射頻、一影像處理單元、一角度計、一可變電阻、一旋轉編碼器、一電子羅盤、一陀螺儀或一慣性感測器所組成之群組中之一者或其任意之組合。而本發明所提供之該距離感測器係選自於一紅外線測距儀、一雷射測距儀、一無線射頻、一拉線式位移感測器(string pot)、一影像處理器或一超音波測距儀所組成之群組中之一者或其任意之組合。

本發明所提供之該自動隨行系統10中，係提供一控制模組15進行前述之該些感測訊號的接收及分析運算，並透過該分析之結果產生一指示訊號以控制該隨行單元12位移至指定位置及進行對應之轉向動作。基於前述之內容，本發明所提供之該控制模組15係可設置於該自動隨行系統10之任意位置之上，且其可藉由有線傳輸或無線傳輸之方式與該自動隨行系統10中之該第一指向單元13、該第二指向單元131及該相 對位置感測單元14進行通訊連接，並從該些感測元件中獲得足以判斷該使用者11之朝向性訊號及其與該隨行單元12之該相對位置關係訊號後進行分析，並計算出該隨行單元12需因應該使用者11之移動所需之位移及轉向資訊，提供該指示訊號控制該隨行單元12位移至指定位置及進行對應之轉向動作。

最後，請參閱本發明之發明圖式第4圖，其係為本發明所提供之一較佳實施例當中，該自動隨行系統10之元件關係方塊圖，本發明所提供之該隨行單元12係進一步包含有一驅動單元16及移動件17，該驅動單元16自該控制模組15獲得該指示訊號後，可依據該指示訊號之訊息內容驅動該移動件17進行位移及進行對應之轉向動作，以維持該隨行單元12與該使用者11之間相對位置關係，其中，為使該隨行單元12以較有效率之方式對該使用者11進行跟隨，減少移動之途徑以增進該隨行單元12之位移效率，基於上述之內容，該移動件17可係為一全向輪組、一萬向輪組或一空氣動力裝置，其可讓該隨行單元12以多軸向之方式進行移動，減少跟隨所需之位移路徑，提升該隨行單元12之跟隨效率。

除前述之內容之外，本發明提供有另外一種類型之自動隨行系統，其同樣係藉由觀察該隨行單元12與該使用者11之間的直線距離及跟隨角度，判斷兩者之間的相對位置關係並進行驅動跟隨之功效，以下，針對該另一類型之自動隨行系統中，所包含之元件、性質、其組合方式及其相互做動關係，進行進一步之說明： 請參閱本發明之發明圖式第5A圖及第5B圖，其係為本發明所提供之另一自動隨行系統20，其中一較佳實施例之側視圖及元件關係方塊圖，如圖所示，該自動隨行系統20係包含一穿戴單元22、一隨行單元23、至少一距離感測器24及一控制模組25，其中，該穿戴單元22係設置於一使用者21之任意部位之上，包含一第一追蹤單元221及一第一角度感測器222，其中該第一追蹤單元221之指向方向係與該使用者21之所面向之方向形成一第一角度(如第6A圖所示之θ 1)，而該第一角度感測器222，則係設置以感測該第一角度之角度變化，獲得一第一角 度訊號；另一方面，該隨行單元23係設置有一第二追蹤單元231及一第二角度感測器232，該第二追蹤單元231係用以追蹤並對準該第一追蹤單元221，同時該第一追蹤單元221亦追蹤並對準該第二追蹤單元231，其中，該第二追蹤單元231之指向方向與該隨行單元所面向之方向形成一第二角度(如第6B圖所示之θ 2)，而該第二角度感測器232則係設置以感測該第二角度之角度變化，獲得一第二角度訊號，同時該隨行單元23係設置有一驅動單元233及至少一移動件234，該驅動單元233係接受一指示訊號以驅動該至少一移動件234，使其帶動該隨行單元23進行位移至指定位置及進行對應之轉向動作；該自動隨行系統20所設置之該至少一距離感測器24係用以量測該穿戴單元22及該隨行單元23之間之距離以獲得一距離訊號，因此，其可單獨設置於該穿戴單元22或該隨行單元23之上，或是同時設置於該穿戴單元22及該隨行單元23之上相互進行比對以減少誤差，另一方面，為了能較為準確的量測到該穿戴單元22及該隨行單元23之間的直線距離，該至少一距離感測器24係設置與該第一追蹤單元221及/或該第二追蹤單元231進行連動，藉以確保準確量測到該穿戴單元22及該隨行單元23之間的直線距離；最後，該自動隨行系統20同樣係具有一控制模組25，且其可藉由有線傳輸或無線傳輸之方式與該自動隨行系統20中之該第一角度感測器222、該第二角度感測器232及該至少一距離感測器24進行通訊連接，並從該些感測器中獲得足以判斷該使用者21與該隨行單元23之該相對位置關係訊號後進行分析，並計算出該隨行單元23需因應該使用者21之移動所需之位移及轉向資訊，提供該指示訊號控制該隨行單元23位移至指定位置及進行對應之轉向動作。

其中，所述之該第一追蹤單元221及該第二追蹤單元231係分別設置於該穿戴單元22及該隨行單元23之上，其係以三維軸向轉動之方式依據追蹤標的物的移動進行追蹤，對該第一追蹤單元221而言，其對應之追蹤標的物係為該隨行單元23或位於其上的該第二追蹤單元231，反之，該第二追蹤單元231之追蹤標的物則係為該穿戴單元22或位於其上的該第一追蹤單元221，基於其彼此追蹤的特性，於該使用者 21之靜止狀態時，該二隨行單元係為彼此相對，且該指向方向係各自與該使用者21之面向方向(facing direction)及該隨行單元23之面向方向各自夾有一跟隨角度，係為該第一角度(如第6A圖所示之θ ₁)及該第二角度(如第6B圖所示之θ ₂)。

承續前段之內容，於本發明所提供之一較佳實施例當中，為使該第一追蹤單元221及該第二追蹤單元231能於其追蹤標的物的相對位置進行變化時，準確地進行轉動追蹤，其係可利用接觸式或非接觸式的方式提供牽引力使該二追蹤單元進行追蹤，所述之接觸式追蹤方式係可利用一長條物26連接該第一追蹤單元221及該第二追蹤單元231，形成一拉線式指向裝置，當該使用者21或該隨行單元23之相對位置改變時，該第一追蹤單元221及該第二追蹤單元231將受到該長條物26之牽引力而進行對應之轉動，使該二追蹤單元持續性的對追蹤標的物進行追蹤並對準彼此，即時性的提供該使用者21與該隨行單元23彼此之對應關係及相關參考數據。

於本發明所提供之一較佳實施例當中，可提供不同態樣之該長條物26以加強該自動隨行系統20之功能，舉例而言，該長條物26可係為一具有伸縮功能之材料，透過此一設計以增添該二追蹤單元之間之牽引力進而提升其追蹤準確性，或者，於本發明所提供之另一較佳實施例中，該長條物26可係為一懸垂線系統，使該長條物26能於牽引該二追蹤單元進行追蹤跟隨的同時直接對該二追蹤單元之間的距離進行測量，又或者是，於本發明所提供之另一較佳實施例中，該長條物26可係為多蕊之一導線，使該自動隨行系統20當中任何需要傳輸之感測訊號得以透過該導線進行有效率之傳輸，更甚者，能讓該使用者21透過操控該長條物26而對該自動隨行系統20給予指令，為達到給予指令之目的，該多蕊導線係可進一步設置按鍵、搖桿或以任意形式影響該導線之訊息傳輸；基於前述之內容，本發明所提供之該長條物26係為一伸縮線(retraction)、一懸垂線、一繩索或多蕊之一導線。

於本發明所提供之一較佳實施例當中，該第一追蹤單元221及該第二追蹤單元231係可透過非接觸式之方式進行追蹤，換言之，其係透過足夠強度之超距力驅使該二追蹤單元，使其於該使用者21及該隨行單元23之相對位置改變時進行轉動追蹤，所述之超距力可舉例為但不限於一磁力，或是，該些隨行單元可針對其追蹤標的物之生理特徵或額外設置的追蹤特徵進行感測並驅動該隨行單元之轉動機制進行跟隨，所述之追蹤標的物生理特徵可舉例為但不限於該使用者21之動態活動特徵、該使用者21之熱感應或其他生理感測標的，所述之設置追蹤特徵可舉例為但不限於在另一追蹤單元之上設置光源發射器、熱源發射器或其他追蹤特徵，基於前述之內容，該第一追蹤單元及該第二追蹤單元係為一磁吸裝置、一熱源跟隨系統、一影像跟隨系統或一光學對位系統，然而本發明之保護範圍並不以此為限，任何與本發明之發明目的與技術手段與本發明之構思相同者，皆應受限於本發明之保護範圍。

如同前述之內容，該本發明所提供之該自動隨行系統20中，該二追蹤單元係為彼此相對，且該二追蹤單元之指向方向係各自與該使用者21之面向方向(facing direction)及該隨行單元23之面向方向各自夾有一跟隨角度，形成該第一角度及該第二角度，當該使用者21進行移動時，或是該使用者21與該隨行單元23之相對位置關係有所改變時，該穿戴單元22之上的該第一追蹤單元221與該隨行單元23之上的該第二追蹤單元231係持續性的進行追蹤以維持該二追蹤單元面對面之關係，同時造成該二隨行單元之指向方向與該使用者21之面向方向(facing direction)及該隨行單元23之面向方向夾成的該第一角度及第二角度產生變化，該二角度變化量經由該第一角度感測器222及該第二角度感測器232進行量測後，獲得一第一角度訊號及一第二角度訊號，並遞送至該控制模組25。基於前述之內容，該第一角度感測器及該第二角度感測器係選自於一雷射掃描儀、一影像處理單元、一無線射頻、一角度計、一旋轉編碼器、一慣性感測器、一電子羅盤及一陀螺儀所組成之群組中之一者或其任意之組合。

本發明所提供之該自動隨行系統20中，亦提供至少一距離感測器24係用以量測該穿戴單元22及該隨行單元23之間之距離以獲得一距離訊號，為使該能即時性的量測到該二元件之間的距離，該至少一距離感測器24係與該第一追蹤單元221及/或該第二追蹤單元231進行連動，且其感測方向是與該二追蹤單元的指向方向相同，如此一來，當該使用者21與該隨行單元23之相對位置改變時，該第一追蹤單元221及該第二追蹤單元231的三維軸向轉動將會帶動該至少一距離感測器24一同進行轉動，進而在任何時間點都準確的量測到該使用者21與該隨行單元23之間的直線距離。基於前述之內容，本發明所提供之至少一距離感測器24係選自於一紅外線測距儀、一影像處理器、一雷射測距儀、一無線射頻、一拉線式位移感測器(string pot)及一超音波測距儀所組成之群組中之一者或其任意之組合。

本發明所提供之該自動隨行系統20中，該隨行單元23亦提供一驅動單元233及一移動件234，該驅動單元233自該控制模組25獲得該指示訊號後，可依據該指示訊號之訊息內容驅動該移動件234進行位移及進行對應之轉向動作，以維持該隨行單元23與該使用者21之間相對位置關係及相對朝向性關係，其中，為使該隨行單元23以較有效率之方式對該使用者21進行跟隨，減少移動之途徑以增進該隨行單元23之位移效率，基於上述之內容，該移動件234可係為一全向輪組、一萬向輪組或一空氣動力裝置，其可讓該隨行單元23以多軸向之方式進行移動，減少跟隨所需之位移路徑，提升該隨行單元23之跟隨效率。

最後，本發明所提供之該自動隨行系統20中，係提供一控制模組25進行前述之該些感測訊號的接收及分析運算，並透過該分析之結果產生一指示訊號以控制該隨行單元23位移至指定位置及進行對應之轉向動作。基於前述之內容，本發明所提供之該控制模組25係可設置於該自動隨行系統20之任意位置之上，且其可藉由有線傳輸或無線傳輸之方式與該第一角度感測器222、該第二角度感測器232及該至少一距離感測器24進行通訊連接，並從該些感測元件之感測動作中獲得足以判斷 該使用者21之直線距離訊號及其與該隨行單元23之間彼此的跟隨角度訊號(意即該第一訊號及該第二訊號)以進行分析，並計算出該隨行單元23需因應該使用者21之移動所需之位移及轉向資訊，提供該指示訊號控制該隨行單元23位移至指定位置及進行對應之轉向動作。

以下針對本發明之自動隨行系統之應用方法中，所使用之元件、裝置性質及其操作方式進行進一步之說明：請參閱第7圖，其係為本發明之一實施例之自動隨行系統應用方法之方法流程圖，如圖所示，該自動隨行系統之應用方法其步驟如下：步驟S12：設定至少一相對位置參數給該控制模組，該至少一相對位置定義該隨行單元與該使用者之間的相對位置關係及相對朝向性；步驟S14：該使用者開始移動；步驟S16：該自動隨行系統之該些感測器獲得該使用者移動所產生之至少一相對位置關係訊號及一使用者朝向性訊號，並傳遞至該控制模組；步驟S18：該控制模組分析計算該些訊號後，產生一指示訊號以控制該驅動單元進行位移及轉向，使該隨行單元與該使用者維持該至少一相對位置參數所定義之相對位置關係及相對朝向性；以及步驟S19：重覆該獲得訊號步驟及該分析計算步驟，直至該使用者停止移動或結束使用。

如圖式S12之步驟，本實施例所提供之自動隨行系統之應用方法中，係預先設定至少一相對位置參數給該控制模組，使該控制模組得以驅動該隨行單元移動至與該預設相對位置參數所對應之相對位置進行待命，並於該使用者之移動過程中，持續性的維持該預設相對位置參數所對應之相對位置進行跟隨，其所設定之內容應至少包含該使用者與該跟隨系統之間的相對朝向性及相對位置關係，所述之相對朝向性是指該使用者之面向方向(facing direction)及該跟隨系統之面向方向 之角度差，舉例而言，該預先設定該使用者與該隨行單元之相對朝向性係為0度時，則表示該使用者與該隨行單元應於移動之過程當中持續面向同一個方向，另一方面，所述之該相對位置關係，是指該使用者與該隨行單元彼此之間縱向距離與橫向距離綜合評估後所獲得之相對關係，基於前述之內容，本發明所提供之該至少一相對位置參數係選自於該隨行單元與該使用者之直線距離、該隨行單元與該使用者之橫向距離、該隨行單元與該使用者之縱向距離、該隨行單元與該使用者之垂直高度距離、該隨行單元與該使用者之間之跟隨角度所組成之群組中之一者或其任意之組合。

如圖式S14及S16之步驟，當該使用者開始移動時，將導致該使用者與該隨行單元之間的相對位置關係產生變化，或是該使用者與該隨行單元之間的相對朝向性有所改變，此時，該自動隨行系統之該些感測器，包含但不限於選自於該第一指向單元、該相對位置感測單元、該第二指向單元、該跟隨角度感測器、第一角度感測器、第二角度感測器及至少一距離感測器中之一者或其任意之組合，係針對該使用者與該隨行單元之間的相對位置關係進行感測，獲得該使用者移動所產生之至少一相對位置關係訊號及一使用者朝向性訊號，並傳遞至該控制模組；其中，所述之該至少一相對位置關係訊號係包含但不限於一直線距離訊號、一跟隨角度訊號、一第一角度訊號或一第二角度訊號。

如圖式S18之步驟所述，該控制模組接受由該些感測器所感測獲得之該使用者移動所產生之至少一相對位置關係訊號及一使用者朝向性訊號之後，透過該些訊號之組合及運算，獲得該使用者在移動後與該隨行單元之相對位置關係，包含但不限於該隨行單元與該使用者之直線距離、該隨行單元與該使用者之橫向距離、該隨行單元與該使用者之縱向距離、該隨行單元與該使用者之垂直高度距離、該隨行單元與該使用者之間之跟隨角度，舉例而言，該控制模組可藉由接受該直線距離訊號及該第一角度訊號之後，經由幾何運算，例如三角函數之運算得知該使用者在移動後與該隨行單元之橫向距離關係及縱向距離關係，接 著再同時參考該使用者與該隨行單元之間橫向距離關係、縱向距離關係、直線距離關係及該第一角度訊號之結果，可明確定義出目前該隨行單元目前係位於該使用者哪一個方位的哪個位點(location)上，接著再將判斷結果與原先預設之該相對位置參數進行對應比較，確認該隨行單元與預設之相對位置差異之後，產生一指示訊號給該隨行單元進行反饋，使該隨行單元移動至預設之相對位置進行復位，以達到持續性針對該使用者之移動進行跟隨之目的。

如圖式S19之步驟，本發明所提供之該自動隨行系統係可重覆該步驟S14至該步驟S18，使該隨行單元於該使用者持續的移動過程中，不間斷的進行跟隨，以提供一種高敏銳度及高安全性地自動隨行系統。

以下，請參閱第8圖，其係為本發明之一實施例之自動隨行系統應用方法之方法流程圖，其係應用於該使用者與該隨行單元之間具有一長條物之實施態樣，藉由於該長條物上設置感應裝置，讓使用者透過該長條物對該自動隨行系統進行操作控制之應用方法，如圖所示，該自動隨行系統之應用方法其步驟如下：步驟S22：該使用者開始移動，該隨行單元透過至少一訊號之擷取、處理藉以控制該驅動單元以進行自動跟隨；步驟S24：該使用者使該第一追蹤單元及該第二追蹤單元之間之該長條物產生一變化；步驟S26：該些感測器獲得該使用者變動該長條物所產生之至少一訊號，並傳遞至該控制模組；以及步驟S28：該控制模組分析計算該些訊號後，產生一指示訊號以控制該驅動單元進行位移及轉向，使該隨行單元受該使用者之控制進行一跟隨狀態調整。

如圖式S22之步驟，本發明所提供之該利用長條物進行隨行單元跟隨狀態控制之應用方法，係應用於該使用者進行移動之情況下，同時該隨行單元亦同步針對該使用者之移動狀態進行跟隨，其中， 該隨行單元對該使用者進行跟隨之訊號擷取方法、擷取之訊號種類、訊號處理之方法及指示訊號的產生方式，與步驟S12至步驟S18所述之內容相同，於此不再贅述。

如圖式S24及該S26之步驟，本發明所提供之該利用長條物進行隨行單元跟隨狀態控制之應用方法中，係透過該使用者讓該第一追蹤單元及該第二追蹤單元之間的該長條物產生一變化，該變化可係藉由該使用者之移動狀態或手動改變該第一追蹤單元或該長條物之位置所導致，當設置於該自動隨行系統上之該些感測器獲得因該使用者變動該長條物而產生之至少一訊號之後，傳遞至該控制模組，進行產生後端之回饋訊號以進行該隨行單元跟隨狀態之控制。其中，所述之該長條物所產生之該變化可包含但不限於一長度變化或一指向角度變化，而該自動隨行系統透過該長條物之該長度變化或該指向角度變化而感測獲得之該訊號，係包含但不限於一距離訊號、一第一角度訊號及一第二角度訊號。

舉例而言，該使用者如欲使該隨行單元向該使用者之左方進行移動時，該使用者可將該長條物之該指向角度向左偏移，此時該自動隨行系統上之該第一角度感測器所感測獲得之該第一角度訊號將有所改變，並將產生改變之該第一角度訊號傳遞至該控制模組，該控制模組於接收訊號後進行後續之訊號處理，認定該使用者之移動方向係向左偏移後，進而產生一指示訊號以驅動該隨行單元向該使用者之左方進行對應之移動。

如圖式S28之步驟，本發明所提供之該利用長條物進行隨行單元跟隨狀態控制之應用方法中，該控制模組接收該自動隨行系統上之該些感測元件所獲得之訊號變化後，就變更後的該隨行單元與該使用者之間之角度關係與直線距離進行幾何運算，例如透過三角函數之計算，經由該運算得知該長條物變化所對應之該使用者與該隨行單元之橫向距離關係及縱向距離關係，並明確定義出該長條物變化所對應之使用者與該隨行單元之相對位置關係，接著該控制模組會將判斷結果與原先 預設之該相對位置參數進行對應比較，確認該隨行單元與預設之相對位置差異之後，產生一指示訊號給該隨行單元進行反饋，使該隨行單元移動至預設之相對位置進行位移及進行對應之轉向動作，使該隨行單元受該使用者之控制進行一跟隨狀態調整，進而達到該使用者透過該長條物變化以進行控制該自動隨行系統之目的。其中，該跟隨狀態係包含但不限於一相對位置關係調整、一直線距離調整及一位移速率調整。

本發明所提供之該自動隨行系統係可重覆該步驟S24至該步驟S28，使該使用者於使該隨行單元持續的跟隨過程中，於適當之時機進行控制，以提供一種操作便利性高及功能性完整的自動隨行系統。

承續前述之內容，本發明所提供之該使用者透過該長條物對該自動隨行系統進行操作控制之應用方法，除了前述之操作內容外，於步驟S22之前，如第9圖所示，更可進一步包含一步驟S21，意即該使用者可藉由碰觸該長條物對設置於該自動隨行系統之上的該控制模組，提供一指令參數，同時該指令參數係可對該隨行單元之使用狀態進行調整。

另一方面，於本發明所提供之一較佳實施例當中，該使用者亦可於該應用方法之任意時點當中藉由碰觸該長條物，以針對該自動隨行系統之上的該控制模組模組進行調控，意即，該步驟S21係可於該應用方法之任二步驟之間進行。

其中，於本發明所提供之一較佳實施例當中，該使用者碰觸該長條物之動作，係可包含多種動作之變化，包含由右向左撥弄、由左向右撥弄、向下壓或向上提等動作；另一方面，於本發明所提供之一較佳實施例當中，所述之該使用者碰觸該長條物之動作，亦可透過其碰觸該長條物之時間長短進行變化，舉例而言，其可選擇以長時間之上提、連續兩次短時間之下壓或時間兩短一長對該長條物上提等動作，進行指令參數之定義與設計；同時，為了使該長條物能敏銳的感應該使用者經由碰觸而產生之變化，進行指令參數之判讀，於本發明一較佳實施例當中，該長條物可進一步設置有一感應器與該控制模組進行通訊連 接，並對該長條物經由該使用者之碰觸產生之變化進行感應；或者，為達到給予指令之目的，於本發明所提供之一較佳實施例當中，該多蕊導線係可進一步設置按鍵、搖桿或以任意形式影響改導線之訊息傳輸。

另一方面，該指令參數係對於該自動隨行系統之使用狀態以及跟隨條件進行調整與設定，所述之使用狀態係包含但不限於該自動隨行系統之開啟、暫停、關閉或其他操作模式之切換，而所述之該跟隨條件之設定則係包含但不限於該使用者與該隨行單元之間預設相對位置之設定、跟隨速率之設定等跟隨條件。

本發明之其他特色及優點將於下列實施範例中被進一步舉例與說明，而該實施範例僅作為輔助說明，並非用於限制本發明之範圍。

【實施例一】

自動隨行系統於使用者向前移動時進行即時跟隨

請參閱第10A圖，其係顯示自動隨行系統之初始位置設定，其中，θ u為使用者面向方向及指向方向之夾角，θ r為隨行單元面向方向及指向方向之夾角，y0為使用者與隨行單元之間的縱向距離，X0為使用者與隨行單元之間的橫向距離，di則為使用者與隨行單元之間的直線距離；接續參閱第10B圖，當使用者向前移動時，將造成隨行單元與使用者之縱向距離(y)縮短，且兩夾角(θ u1及θ r1)均變大，而橫向距離(X)則沒有改變，此時，即可以下列〈式一〉之運算公式計算得出隨行單元與初始設定之相對位置差異，亦即可以藉由夾角的變化推算出縱向距離的縱向距離變化值(y1-y0)，再將此變化值透過控制單元轉換為指示訊號，再傳遞至隨行單元，使得隨行單元得以依據縱向距離變化值(y1-y0)而朝向遠離使用者的方向縱向移動，以反饋使用者向前行進的動作，並回到初始設定之使用者與隨行單元相對位置，達到隨行的目的。

y=d_i cos θ_u1-uo 〈式一〉

【實施例二】

本發明之自動隨行系統於使用者向右轉時進行即時跟隨

第11A圖係如第10A圖所述之自動隨行系統初始位置設定，於此不再贅述。

接續參閱第11B圖，當使用者向右轉時，將同時造成連接隨行單元與使用者之間縱向距離(y)增加而橫向距離(X)縮短，且夾角θ u2變大而夾角θ r2不改變，此時，即可以下列〈式二、式三〉之運算公式計算得出隨行單元與初始設定之相對位置差異，亦即藉由夾角變化值(θ u2-θ u0)來推算縱向距離變化值(y2-y0)及橫向距離變化值(X2-X0)，並由控制單元依據該些變化值產生指示訊號給該隨行單元，如此，該隨行單元即朝向使用者縱向移動變化值(y2-y0)之距離，且遠離使用者之面相方向(facing direction)橫向移動變化值(X2-X0)之距離，以反饋使用者向右轉的動作，並回到初始設定之使用者與隨行單元相對位置，達到隨行的目的。

x=d_i sin θ_u2-uo 〈式二〉

y=d_i cos θ_u2-u0 〈式三〉

【實施例三】

本發明之自動跟隨系統於使用者拉扯長條物時進行反饋

第12A圖係如第10A圖所述之自動隨行系統初始位置設定，於此不再贅述。

接續參閱第12B圖，當使用者以隨行單元面向使用者的左方拉扯該長條物時，將造成兩夾角θ u3及θ r3變大，而此時，控制單元獲得此夾角變化的訊號時，即可依據預先設定之參數而提供特定指令動作之指示訊號給該隨行單元，並由該隨行單元反饋特定指令動作。

綜上所述，本發明確實提供一種自動隨行系統，其藉由即時性的監測該使用者之面向方向變化及感測該使用者與該隨行單元之 相對位置關係變化，並即時性的處理該些訊號指示該隨行單元進行回饋調整，使該隨行單元得依循該使用者之動態準確且即時的位移至預設之跟隨位置及進行對應之轉向動作，且讓該自動隨行系統得以運用於該隨行單元位於該使用者前方之跟隨行為上；另一方面，透過設置線控裝置於該使用者與該隨行單元之間，可讓該使用者藉由碰觸拉扯連接於該使用者及該隨行單元之間的線控裝置，對該隨行單元進行位移之操控及機器之功能控制，以提升該自動隨行系統的操作便利性及功能性，並確實達到增進高齡者外出活動的意願及使用者的使用安全性。

惟以上所述者，僅為本創作之較佳實施例而已，並非用來限定本創作實施之範圍，舉凡依本創作申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本創作之申請專利範圍內。

Claims (25)

1. 一種自動隨行系統，其包含一使用者及跟隨該使用者之一隨行單元，該隨行單元係依該使用者之移動及轉向行為進行隨行，其結構包含：一第一指向單元，設置於該自動隨行系統之一任意位置上，用以偵測該使用者之面向方向，獲得一使用者朝向性訊號；一相對位置感測單元，設置於該自動隨行系統之一任意位置上，用以判斷該隨行單元與該使用者之間之相對位置關係，獲得一相對位置關係訊號；一控制模組，設置於該自動隨行系統之一任意位置上，其係接收該使用者朝向性訊號及該相對位置關係訊號並進行分析之後，產生一指示訊號並進行傳輸；以及一隨行單元，其包含有一驅動單元及至少一移動件，該驅動單元可接受該指示訊號以驅動該至少一移動件帶動該隨行單元進行位移至指定位置及進行對應之轉向動作。
2. 如請求項第1項之自動隨行系統，其進一步包含一第二指向單元，其係設置於該隨行單元之上，用以偵測該隨行單元之面向方向，獲得一隨行單元朝向性訊號。
3. 如請求項第2項之自動隨行系統，其中該控制模組係接收該使用者朝向性訊號及該隨行單元朝向性訊號進行比對分析之後，產生該指示訊號以控制該隨行單元進行轉向與位移。
4. 如請求項第1項或第2項之自動隨行系統，其中該第一指向單元及 第二指向單元係選自於由一角度器、一旋轉編碼器、一慣性感測器、一電子羅盤、一陀螺儀、一可變電阻及一影像處理系統所組成之群組中之一者或其任意之組合。
5. 如請求項第1項之自動隨行系統，其中該相對位置感測單元係選自於由一影像處理系統、一聲納系統、一超音波掃描系統及一雷射掃描系統所組成之群組中之一者或其任意之組合。
6. 如請求項第1項之自動隨行系統，其中該相對位置感測單元係包含一跟隨角度感測器及一距離感測器，該跟隨角度感測器係感測該隨行單元與該使用者之間之跟隨角度之變化量獲得一跟隨角度訊號，而該距離感測器量測該隨行單元與該使用者之間之一直線距離訊號；又其中，該跟隨角度係為該跟隨角度感測器之指向方向與其設置之所在單元的面向方向所夾成之一角度。
7. 如請求項第6項之自動隨行系統，其中該距離感測器係選自於由一紅外線測距儀、一雷射測距儀、一無線射頻、一拉線式位移感測器(string pot)、一影像處理器及一超音波測距儀所組成之群組中之一者或其任意之組合。
8. 如請求項第6項之自動隨行系統，其中該跟隨角度感測器係選自於由一雷射掃描儀、一無線射頻、一影像處理單元、一角度計、一可變電阻、一旋轉編碼器、一電子羅盤、一陀螺儀及一慣性感測器所組成之群組中之一者或其任意之組合。
9. 一種自動隨行系統，其包含： 一穿戴單元，其係設置於一使用者之任意部位之上，其包含：一第一追蹤單元，設置於該穿戴單元上，該第一追蹤單元之指向方向與該使用者所面向之方向形成一第一角度；以及一第一角度感測器，係設置於該穿戴單元上並感測該第一角度之角度變化，獲得一第一角度訊號；一隨行單元，其包含：一第二追蹤單元，設置於該隨行單元之上，用以追蹤並對準該第一追蹤單元，同時該第一追蹤單元亦追蹤並對準該第二追蹤單元，其中，該第二追蹤單元之指向方向與該隨行單元所面向之方向形成一第二角度；一第二角度感測器，其係設置於該隨行單元之上並感測該第二角度之角度變化，獲得一第二角度訊號；一驅動單元，其係設置於該隨行單元之上以接受一指示訊號；以及至少一移動件，其係設置於該隨行單元之上受該驅動單元之驅動以帶動該隨行單元進行位移至指定位置及進行對應之轉向動作；一控制模組，其係設置於該自動隨行系統之上，其係接收至少一訊號並進行分析之後，產生該指示訊號傳遞至該驅動單元；以及至少一距離感測器，其係設置於該穿戴單元及/或該隨行單元之上並與設置於該些單元上之該第一追蹤單元及/或該第二追蹤單 元相互連動，用以量測該穿戴單元及該隨行單元之間之距離以獲得一距離訊號；其中，該控制模組接收之該至少一訊號係包含該距離訊號、該第一角度訊號及該第二角度訊號。
10. 如請求項第9項之自動隨行系統，其中該第一追蹤單元及該第二追蹤單元係以一長條物進行連接，形成一拉線式指向裝置，其中，該第一追蹤單元及該第二追蹤單元受該長條物之牽引以追蹤並對準彼此。
11. 如請求項第9項或第10項之自動隨行系統，其中該至少一距離感測器係選自於由一紅外線測距儀、一影像處理器、一雷射測距儀、一拉線式位移感測器(string pot)、一超音波測距儀及一無線射頻所組成之群組中之一者或其任意之組合。
12. 如請求項第9項或第10項之自動隨行系統，其中該第一角度感測器及該第二角度感測器係選自於由一雷射掃描儀、一影像處理單元、一無線射頻、一電子羅盤、一陀螺儀、一角度計、一可變電阻、一旋轉編碼器及一慣性感測器所組成之群組中之一者或其任意之組合。
13. 如請求項第9項之自動隨行系統，其中該第一追蹤單元及該第二追蹤單元係選自於由一磁吸裝置、一熱源跟隨系統、一影像跟隨系統及一光學對位系統所組成之群組中之一者或其任意之組合。
14. 如請求項第10項之自動隨行系統，其中該長條物係為一伸縮線 (retraction)、一懸垂線、一繩索或多蕊之一導線。
15. 一種系統之應用方法，其係使用申請專利範圍第1項或第9項所述之該自動隨行系統，進行對該使用者之動態隨行，其步驟包含：設定至少一相對位置參數給該控制模組，該至少一相對位置參數係用以定義該隨行單元與該使用者之間的相對位置關係及相對朝向性；該使用者開始移動；該自動隨行系統之至少一感測器獲得該使用者移動所產生之至少一相對位置關係訊號及一使用者朝向性訊號，並傳遞至該控制模組；該控制模組分析計算該些訊號後，產生一指示訊號以控制該隨行單元進行位移及轉向，使該隨行單元與該使用者維持該至少一相對位置參數所定義之相對位置關係及相對朝向性；以及重覆該獲得訊號步驟及該分析計算步驟，直至該使用者停止移動或結束使用。
16. 如請求項第15項之應用方法，其中該至少一相對位置參數係選自於該隨行單元與該使用者之直線距離、該隨行單元與該使用者之間之跟隨角度、該隨行單元與該使用者之橫向距離、該隨行單元與該使用者之縱向距離、該隨行單元與該使用者之垂直高度距離、該使用者與該隨行單元之朝向角度差異值所組成之群組中之一者或其任意之組合。
17. 如請求項第15項之應用方法，其中該至少一相對位置關係訊號係包含有一跟隨角度訊號、一距離訊號、一第一角度訊號及一第二角度訊號。
18. 一種系統之應用方法，其係使用申請專利範圍第10項所述之該自動隨行系統，其步驟包含：該使用者開始移動，該控制模組透過該至少一訊號之擷取、處理藉以控制該隨行單元以進行自動跟隨；該使用者使該第一追蹤單元及該第二追蹤單元之間之該長條物產生一變化；該些感測器獲得該使用者變動該長條物所產生之該至少一訊號，並傳遞至該控制模組；以及該控制模組分析計算該至少一訊號後，產生該指示訊號以控制該驅動單元進行位移及轉向，使該隨行單元受該使用者之控制進行一跟隨狀態調整。
19. 如請求項第18項之應用方法，其中該變化係為一長度變化或一指向角度變化。
20. 如請求項第18項之應用方法，其中該跟隨狀態係為一相對位置關係調整、一相對角度調整、一位移速率調整或一加速度調整。
21. 如請求項第18項之應用方法，其中該至少一訊號係包含有一距離訊號、一第一角度訊號及一第二角度訊號。
22. 如請求項第18項之應用方法，其中於該使用者移動步驟之前，該使 用者可藉由碰觸該長條物提供該控制模組模組一指令參數，該指令參數可對該隨行單元之使用狀態進行調整。
23. 如請求項第18項之應用方法，其中於任意步驟之間，該使用者可藉由碰觸該長條物提供該控制模組一指令參數，該指令參數可對該隨行單元之使用狀態進行調整。
24. 如請求項第22或第23項之應用方法，其中該長條物係多蕊之一導線，多蕊之該導線係以按鍵或搖桿產生訊號進行傳導，以調整該隨行單元之使用狀態或進行該隨行單元之模式設定。
25. 如請求項第23項之應用方法，其中該指令參數可係為一系統停止指令參數、一系統開啟指令參數或一跟隨條件設定指令參數。