TW202001286A - 物件定位系統 - Google Patents

Abstract

本發明有關一種物件定位系統，包括控制單元、至少一發光單元、至少一影像擷取單元與影像辨識單元；藉此，本發明藉由將可發射光學圖樣之發光單元設置於自主移動物件上，再結合攝影機擷取投射於地面上或顯示於自主移動物件本身之光學圖樣，有效偵測與定位光學圖樣隨自主移動物件之移動態樣，得知自主移動物件在空間中之位置資訊與即時更新地圖資訊，有效解決習知之定位系統必須倚靠昂貴之深度感測器感測與耗費過多的時間定位等缺點，確實達到快速掃描與定位、同時辨識複數個自主移動物件之種類，以及持續更新地圖資訊與路徑規畫等主要優勢。

Description

物件定位系統

本發明係有關於一種物件定位系統，尤其是指一種使用監視攝影機進行空間中之自主移動物件之位置偵測與定位的監控系統。

按，先前倉庫中的小型貨物搬運皆是依賴人力為主，而大型貨物則是使用搬運機具搬運之，隨著科技的進步，無人搬運車(Automatic Guided Vehicle，AGV)即被研發以取代人力與搬運機具進行倉儲貨物之搬運與整理，由於現行的無人搬運車具有自動化、高效率，以及不易出錯等諸多優點，已廣泛應用於傳統產業與半導體產業的物料運輸上，而傳統的無人搬運車係藉由使用者給定的定位演算法來移動至指定的位置而達到定位的目的，然而，無人搬運車的定位精確度受限於使用的定位演算法的精準度，或受限於馬達的驅動力而無法有效定位；再者，無人搬運車在倉儲的行進過程中也因為定位的精確度不準而無法有效預估其所在之位置，更不用說使用者想要讓無人搬運車在中途變更行進路徑，而為了達到更準確的定位效果，使用者常會在無人搬運車上加裝各式各樣的感測器、光達(Light Detection and Ranging，LiDAR)、雙視覺攝影機(Stereo Camera)或飛行時間攝影機(TOF Camera)等設備，以求達到無人搬運車更精準的定位，然而，這些設備的價格昂貴，若一倉儲中配備有很多無人搬運車，將會是一筆不小的成本支出；因此，如何藉由創新的硬體設計，有效偵測與定位無人搬 運車的移動態樣，以得知無人搬運車在空間中之位置資訊與即時更新空間之地圖資訊，仍是無人搬運車等相關產業開發業者與相關研究人員需持續努力克服與解決之課題。

今，發明人即是鑑於傳統的物件位置監控系統於實際實施時仍存在有諸多缺失，於是乃一本孜孜不倦之精神，並藉由其豐富之專業知識及多年之實務經驗所輔佐，而加以改善，並據此研創出本發明。

本發明主要目的為提供一種物件定位系統，尤其是指一種使用監視攝影機進行空間中之自主移動物件之位置偵測與定位的監控系統，主要係藉由將可發射光學圖樣之發光單元設置於自主移動物件上之硬體設計，再結合以影像擷取單元之攝影機擷取投射於地面上或顯示於自主移動物件本身之光學圖樣的方法，有效偵測與定位光學圖樣隨自主移動物件之移動態樣，以得知自主移動物件在空間中之位置資訊與即時更新空間之地圖資訊，可有效解決習知之定位系統必須倚靠昂貴之深度感測器感測與耗費過多的時間定位等缺點，確實達到快速掃描與定位、同時辨識複數個自主移動物件之種類，以及持續更新地圖資訊與路徑規畫等主要優勢者。

為了達到上述之實施目的，本發明人提出一種物件定位系統，係偵測一空間中至少一自主移動物件的位置資訊；本發明之物件定位系統係至少包括有一控制單元、至少一發光單元、至少一影像擷取單元，以及一影像辨識單元；控制單元係設置於自主移動物件上，控制單元係接收一使用者之指令以控制自主移動物件於空間中之移動；至少一發光單元係設置於自主移動物件上並電性連接控制單元，發光單元係發射一包含有 至少一光學圖樣之光束；至少一影像擷取單元係設置於空間中，影像擷取單元係包括有一光學鏡頭，以及一連接光學鏡頭之感光元件，其中光學鏡頭係擷取自主移動物件與光學圖樣之影像於感光元件上成像；影像辨識單元係分別以電性連接影像擷取單元與控制單元，影像辨識單元係包括有一偵測模組，以及一電性連接偵測模組之轉向模組，其中偵測模組係依據光學圖樣之影像以辨識自主移動物件之種類，並結合空間之地圖資訊以偵測自主移動物件之位置資訊，而轉向模組係接收位置資訊並傳遞至控制模組以控制自主移動物件之轉向。

如上所述的物件定位系統，其中自主移動物件係為無人搬運車、掃地機器人或自走式機器人等其中之一種裝置。

如上所述的物件定位系統，其中控制單元係可進一步電性連接有一人機介面，人機介面係提供使用者傳送指令以經由控制單元控制自主移動物件於空間中之移動。

如上所述的物件定位系統，其中發光單元係為雷射二極體(Laser Diode，LD)、發光二極體(Light Emitting Diode，LED)或用以輸出一光束之發光元件等其中之一種裝置。

如上所述的物件定位系統，其中發光單元之前端部係可進一步設置有一繞射光學元件(Diffraction Optical Element，DOE)。

如上所述的物件定位系統，其中發光單元之光束通過繞射光學元件所形成之光學圖樣係投射於空間之地面上。

如上所述的物件定位系統，其中發光單元所發射之光學圖樣係形成於自主移動物件上。

如上所述的物件定位系統，其中光學圖樣係包括有圖形、顏色或文字等其中之一種態樣或兩者以上之組合。

如上所述的物件定位系統，其中影像擷取單元係設置於空間之上端部，以擷取空間中自主移動物件與光學圖樣之影像。

如上所述的物件定位系統，其中光學鏡頭係為魚眼鏡頭、廣角鏡頭或標準鏡頭等其中之一種裝置。

如上所述的物件定位系統，其中感光元件係為光電耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)或互補金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)等其中之一種裝置。

如上所述的物件定位系統，其中影像辨識單元係以一無線通訊協定電性連接影像擷取單元與控制單元。

如上所述的物件定位系統，其中無線通訊協定係為藍芽(Bluetooth)通訊、紅外線(Infrared，IR)通訊、近場通訊(Near Field Communication，NFC)、無線區域網路(Wireless Local Area Network，WLAN)、無線千兆聯盟(Wireless Gigabit Alliance，WiGig)、紫蜂(ZigBee)、無線通用序列匯流排(Wireless USB)、超寬頻(Ultra Wide Band，UWB)或無線保真(Wi-Fi)等其中之一種協定或兩者以上之組合。

如上所述的物件定位系統，其中物件定位系統係可進一步設置有一電性連接影像擷取單元之顯示單元，顯示單元係顯示自主移動物件與光學圖樣之影像。

藉此，本發明之物件定位系統主要係藉由將可發射光學圖樣之發光單元設置於自主移動物件上之硬體設計，再結合以影像擷取單元之 攝影機擷取投射於地面上或顯示於自主移動物件本身之光學圖樣的方法，有效偵測與定位光學圖樣隨自主移動物件之移動態樣，以得知自主移動物件在空間中之位置資訊與即時更新空間之地圖資訊，確實達到快速掃描與定位、同時辨識複數個自主移動物件之種類，以及持續更新地圖資訊與路徑規畫等主要優勢；此外，本發明之物件定位系統主要係藉由影像擷取單元之攝影機擷取投射於地面上或顯示於自主移動物件本身之光學圖樣，以判斷自主移動物件在空間中之位置資訊，有效解決習知之定位系統必須倚靠昂貴之深度感測器感測與耗費過多的時間定位等缺點，確實達到有效且快速定位之目的、易於安裝與操作，以及製造成本低廉等主要優勢；最後，本發明之物件定位系統內建的影像擷取單元係可使用空間中早已存在的攝影機替代之，除了攝影機原始具備之空間監控功能外，亦能進行本發明之物件定位的功效，而不需要使用目前坊間用以物件定位與偵測之各式感測器、光達(LiDAR)、雙視覺攝影機(Stereo Camera)或飛行時間攝影機(TOF Camera)等昂貴的設備，確實達到以經濟實惠之設備成本完成物件定位之功效。

(1)‧‧‧物件定位系統

(11)‧‧‧控制單元

(12)‧‧‧發光單元

(121)‧‧‧光束

(1211)‧‧‧光學圖樣

(13)‧‧‧影像擷取單元

(131)‧‧‧光學鏡頭

(132)‧‧‧感光元件

(14)‧‧‧影像處理單元

(141)‧‧‧偵測模組

(142)‧‧‧轉向模組

(15)‧‧‧人機介面

(2)‧‧‧空間

(21)‧‧‧地板

(22)‧‧‧天花板

(3)‧‧‧自主移動物件

(P1)‧‧‧第一地點

(P2)‧‧‧第二地點

(V1)‧‧‧第一無人搬運車

(V2)‧‧‧第二無人搬運車

第1圖：本發明物件定位系統其一較佳實施例之整體架構方塊圖

第2圖：本發明物件定位系統其一較佳實施例之光學圖樣設置俯視圖

第3圖：本發明物件定位系統其一較佳實施例之自主移動物件移動側視圖

第4圖：本發明物件定位系統其一較佳實施例之自主移動物件移動俯視 圖

第5圖：本發明物件定位系統其二較佳實施例之光學圖樣設置俯視圖

為利 貴審查委員瞭解本發明之技術特徵、內容、優點，以及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

首先，請參閱第1圖至第4圖所示，為本發明物件定位系統其一較佳實施例之整體架構方塊圖、光學圖樣設置俯視圖、自主移動物件移動側視圖，以及自主移動物件移動俯視圖，本發明之物件定位系統(1)係偵測一空間(2)中至少一自主移動物件(3)的位置資訊，其中自主移動物件(3)係為無人搬運車、掃地機器人或自走式機器人等其中之一種裝置；在本發明其一較佳實施例中，以倉庫態樣呈現之空間(2)中係存在有兩輛自主移動物件(3)之無人搬運車，以經由一使用者(圖式未標示)之指令指示而將至少一物品(圖式未標示)由一第一地點(P1)搬運至一第二地點(P2)存放，其中物品係可例如但不限定為一貨物，而第一地點(P1)與第二地點(P2)係可例如但不限定為一貨架；本發明之物件定位系統(1)係至少包括有：一控制單元(11)，係設置於自主移動物件(3)上，控制單元(11)係接收使用者之指令以控制自主移動物件(3)於空間(2)中之移動；此外，控制單元(11)係可進一步電性連接有一人機介面(15)，人機介面(15)係提供使用者傳送該指令以經由控制單元(11)控制自主移動物件(3)於空間(2)中之移 動；在本發明其一較佳實施例中，控制單元(11)係設置於自主移動物件(3)之無人搬運車上，以提供使用者使用人機介面(15)電性連接控制單元(11)以傳送移動方位或行進路徑之指令至無人搬運車，以驅使無人搬運車由第一地點(P1)搬運至少一貨物至第二地點(P2)；至少一發光單元(12)，係設置於自主移動物件(3)上並電性連接控制單元(11)，發光單元(12)係發射一包含有至少一光學圖樣(1211)之光束(121)；此外，發光單元(12)係為雷射二極體(LD)、發光二極體(LED)或用以輸出一光束之發光元件等其中之一種裝置；再者，發光單元(12)之前端部係可進一步設置有一繞射光學元件(DOE)(圖式未標示)，其中發光單元(12)之光束(121)通過繞射光學元件所形成之光學圖樣(1211)係投射於空間(2)之地面(21)上；此外，光學圖樣(1211)係包括有圖形、顏色或文字等其中之一種態樣或兩者以上之組合；在本發明其一較佳實施例中，自主移動物件(3)之無人搬運車的二側部係分別設置有以雷射二極體態樣呈現的發光單元(12)，而每一發光單元(12)的前端部係分別設置有繞射光學元件(DOE)，控制單元(11)控制發光單元(12)發射的雷射之光束(121)通過繞射光學元件(DOE)後係形成光學圖樣(1211)而投射在空間(2)的地面(21)上，其中光學圖樣(1211)係為以文字態樣呈現之商標(logo)，例如第3圖所示，設置於第一無人搬運車(V1)與第二無人搬運車(V2)二側部的雷射二極體係經由繞射光學元件(DOE)而於兩旁之地面(21)上分別投射以文字態樣呈現的第一商標(HPB1)與第二商標(HPB2)，且第一商標(HPB1)與第二商標(HPB2)係隨著無人搬運車之移動而移動；然而必須注意的是，上述自主移動物件(3)的數量、發光單元(12)設置於自主移動物件(3)上的數量，以及光學圖樣(1211)的種 類，都是為了說明方便起見，而非以本發明所舉為限，且熟知此技藝者當知道不同的自主移動物件(3)的數量、發光單元(12)設置於自主移動物件(3)上的數量，以及光學圖樣(1211)的種類，只要設置於每一自主移動物件(3)上的光學圖樣(1211)可以清楚被辨識，皆可視為本發明之技術特徵的延伸，並不會影像本發明的實際實施；至少一影像擷取單元(13)，係設置於空間(2)中，影像擷取單元(13)係包括有一光學鏡頭(131)，以及一連接光學鏡頭(131)之感光元件(132)，其中光學鏡頭(131)係擷取自主移動物件(3)與光學圖樣(1211)之影像於感光元件(132)上成像；此外，影像擷取單元(13)係設置於空間(2)之上端部，以擷取空間(2)中自主移動物件(3)與光學圖樣(1211)之影像；再者，光學鏡頭(131)係為魚眼鏡頭、廣角鏡頭或標準鏡頭等其中之一種裝置；此外，感光元件(132)係為光電耦合元件(CCD)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)等其中之一種裝置；在本發明其一較佳實施例中，影像擷取單元(13)係設置於倉庫之天花板(22)上，以擷取整個倉庫內部之影像，而內建於影像擷取單元(13)且以廣角鏡頭態樣呈現之光學鏡頭(131)係擷取倉庫中第一無人搬運車(V1)與第二無人搬運車(V2)，以及隨第一無人搬運車(V1)移動之第一商標(HPB1)與隨第二無人搬運車(V2)移動之第二商標(HPB2)的影像於以光電耦合元件(CCD)態樣呈現的感光元件(132)上成像；此外，影像擷取單元(13)係可以空間(2)中早已存在的攝影機替代之，除了攝影機原始具備之空間(2)監控功能外，亦能進行物件定位的功效，而不需要使用目前坊間用以物件定位與偵測之各式感測器、光達(LiDAR)、雙視覺攝影機(Stereo Camera)或飛行時間攝影機(TOF Camera)等昂貴的設備，確實達到以經濟實惠之設備成 本完成物件定位之功效；以及一影像辨識單元(14)，係分別以電性連接影像擷取單元(13)與控制單元(11)，影像辨識單元(14)係包括有一偵測模組(141)，以及一電性連接偵測模組(141)之轉向模組(142)，其中偵測模組(141)係依據光學圖樣(1211)之影像以辨識自主移動物件(3)之種類，並結合空間(2)之地圖資訊以偵測自主移動物件(3)之位置資訊，而轉向模組(142)係接收位置資訊並傳遞至控制單元(11)以控制自主移動物件(3)之轉向；此外，影像辨識單元(14)係以一無線通訊協定電性連接影像擷取單元(13)與控制單元(11)，其中無線通訊協定係為藍芽(Bluetooth)通訊、紅外線(IR)通訊、近場通訊(NFC)、無線區域網路(WLAN)、無線千兆聯盟(WiGig)、紫蜂(ZigBee)、無線通用序列匯流排(Wireless USB)、超寬頻(UWB)或無線保真(Wi-Fi)等其中之一種協定或兩者以上之組合；在本發明其一較佳實施例中，影像辨識單元(14)係分別以無線保真(Wi-Fi)之無線通訊協定電性連接影像擷取單元(13)與控制單元(11)，且影像辨識單元(14)係由相互電性連接之偵測模組(141)與轉向模組(142)所組合而成，其中偵測模組(141)係依據所偵測之不同的光學圖樣(1211)態樣辨識不同的自主移動物件(3)之種類，例如第3圖所示，當偵測模組(141)偵測到光學圖樣(1211)之商標(logo)為第一商標(HPB1)時，即可由預先設定之資訊中得知對應之第一無人搬運車(V1)的種類，再結合內建的空間(2)之地圖資訊，即可得知第一無人搬運車(V1)的所在位置資訊，第二無人搬運車(V2)亦同，若自主移動物件(3)偏離原本使用者設定行走之路徑或使用者臨時想要自主移動物件(3)行走其他路徑，則使用者可依偵測模組(141)提供之位置資訊而驅使轉向模組(142)電性連接控制單元(11)，以控制自主移動物件(3) 之轉向，確實達到快速掃描與定位、同時辨識複數個自主移動物件之種類，以及持續更新地圖資訊與路徑規畫等主要優勢。

此外，物件定位系統(1)係可進一步設置有一電性連接影像擷取單元(13)之顯示單元(圖式未標示)，顯示單元係顯示自主移動物件(3)與光學圖樣(1211)之影像；在本發明另一較佳實施例中，以液晶螢幕態樣呈現之顯示單元係電性連接影像擷取單元(13)，以顯示自主移動物件(3)與光學圖樣(1211)之影像，如上文所述，若自主移動物件(3)偏離原本使用者設定行走之路徑或使用者臨時想要自主移動物件(3)行走其他路徑，則使用者可於顯示單元觀測自主移動物件(3)之位置，進而驅使轉向模組(142)電性連接控制單元(11)，以控制自主移動物件(3)之轉向。

再者，發光單元(12)所發射之光學圖樣(1211)係形成於自主移動物件(3)上；請參閱第5圖所示，本發明物件定位系統其二較佳實施例之光學圖樣設置俯視圖，其中發光單元(12)所發射之光學圖樣(1211)係顯示於該自主移動物件(3)上方，亦即設置於第一無人搬運車(V1)之第一商標(HPB1)係顯示於第一無人搬運車(V1)之頂部，以讓設置於空間(2)之天花板(22)上的影像擷取單元(13)方便擷取其影像，以供影像辨識單元(14)之偵測模組(141)辨識其位置資訊。

由上述之實施說明可知，本發明之物件定位系統與現有技術相較之下，本發明係具有以下優點：

1.本發明之物件定位系統主要係藉由將可發射光學圖樣之發光單元設置於自主移動物件上之硬體設計，再結合以影像擷取單元之攝影機擷取投射於地面上或顯示於自主移動物件本身之光學圖樣的方法，有 效偵測與定位光學圖樣隨自主移動物件之移動態樣，以得知自主移動物件在空間中之位置資訊與即時更新空間之地圖資訊，確實達到快速掃描與定位、同時辨識複數個自主移動物件之種類，以及持續更新地圖資訊與路徑規畫等主要優勢。

2.本發明之物件定位系統主要係藉由影像擷取單元之攝影機擷取投射於地面上或顯示於自主移動物件本身之光學圖樣，以判斷自主移動物件在空間中之位置資訊，有效解決習知之定位系統必須倚靠昂貴之深度感測器感測與耗費過多的時間定位等缺點，確實達到有效且快速定位之目的、易於安裝與操作，以及製造成本低廉等主要優勢。

3.本發明之物件定位系統內建的影像擷取單元係可使用空間中早已存在的攝影機替代之，除了攝影機原始具備之空間監控功能外，亦能進行本發明之物件定位的功效，而不需要使用目前坊間用以物件定位與偵測之各式感測器、光達(LiDAR)、雙視覺攝影機(Stereo Camera)或飛行時間攝影機(TOF Camera)等昂貴的設備，確實達到以經濟實惠之設備成本完成物件定位之功效。

綜上所述，本發明之物件定位系統，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

惟，上述所揭示之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範 疇。

(1)‧‧‧物件定位系統

(11)‧‧‧控制單元

(12)‧‧‧發光單元

(13)‧‧‧影像擷取單元

(131)‧‧‧光學鏡頭

(132)‧‧‧感光元件

(14)‧‧‧影像處理單元

(141)‧‧‧偵測模組

(142)‧‧‧轉向模組

(15)‧‧‧人機介面

(3)‧‧‧自主移動物件

Claims (14)

1. 一種物件定位系統，係偵測一空間中至少一自主移動物件的位置資訊，該物件定位系統係至少包括有：一控制單元，係設置於該自主移動物件上，該控制單元係接收一使用者之指令以控制該自主移動物件於該空間中之移動；至少一發光單元，係設置於該自主移動物件上並電性連接該控制單元，該發光單元係發射一包含有至少一光學圖樣之光束；至少一影像擷取單元，係設置於該空間中，該影像擷取單元係包括有一光學鏡頭，以及一連接該光學鏡頭之感光元件，其中該光學鏡頭係擷取該自主移動物件與該光學圖樣之影像於該感光元件上成像；以及一影像辨識單元，係分別以電性連接該影像擷取單元與該控制單元，該影像辨識單元係包括有一偵測模組，以及一電性連接該偵測模組之轉向模組，其中該偵測模組係依據該光學圖樣之影像以辨識該自主移動物件之種類，並結合該空間之地圖資訊以偵測該自主移動物件之位置資訊，而該轉向模組係接收該位置資訊並傳遞至該控制單元以控制該自主移動物件之轉向。
2. 如申請專利範圍第1項所述之物件定位系統，其中該自主移動物件係為無人搬運車、掃地機器人或自走式機器人其中之一。
3. 如申請專利範圍第1項所述之物件定位系統，其中該控制單元係進一步電性連接有一人機介面，該人機介面係提供該使用者傳送該指令以經由該控制單元控制該自主移動物件於該空間中之移動。
4. 如申請專利範圍第1項所述之物件定位系統，其中該發光單元係為雷射二極體、發光二極體或用以輸出一光束之發光元件其中之一。
5. 如申請專利範圍第4項所述之物件定位系統，其中該發光單元之前端部係進一步設置有一繞射光學元件。
6. 如申請專利範圍第5項所述之物件定位系統，其中該發光單元之光束通過該繞射光學元件所形成之光學圖樣係投射於該空間之地面上。
7. 如申請專利範圍第4項所述之物件定位系統，其中該發光單元所發射之光學圖樣係形成於該自主移動物件上。
8. 如申請專利範圍第1項所述之物件定位系統，其中該光學圖樣係包括有圖形、顏色或文字其中之一或兩者以上之組合。
9. 如申請專利範圍第1項所述之物件定位系統，其中該影像擷取單元係設置於該空間之上端部，以擷取該空間中該自主移動物件與該光學圖樣之影像。
10. 如申請專利範圍第1項所述之物件定位系統，其中該光學鏡頭係為魚眼鏡頭、廣角鏡頭或標準鏡頭其中之一。
11. 如申請專利範圍第1項所述之物件定位系統，其中該感光元件係為光電耦合元件(CCD)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)其中之一。
12. 如申請專利範圍第1項所述之物件定位系統，其中該影像辨識單元係以一無線通訊協定電性連接該影像擷取單元與該控制單元。
13. 如申請專利範圍第12項所述之物件定位系統，其中該無線通訊協定係為藍芽通訊、紅外線通訊、近場通訊、無線區域網路、無線千兆聯盟、紫 蜂、無線通用序列匯流排、超寬頻或無線保真其中之一協定或兩者以上之組合。
14. 如申請專利範圍第1項所述之物件定位系統，其中該物件定位系統係進一步設置有一電性連接該影像擷取單元之顯示單元，該顯示單元係顯示該自主移動物件與該光學圖樣之影像。

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