TW202004579A - 用於機器人之自動充電系統以及方法 - Google Patents
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Abstract
一種用於機器人之自動充電方法，步驟包括；一控制端根據一任務地圖產生分別對應於複數不同任務區域之複數當前任務；複數機器人分別自控制端接收當前任務，並計算完成當前任務所需的一第一電量；機器人取得分別對應於複數不同充電站之複數充電站位置，並根據機器人之一當前位置以及充電站位置計算走到充電站之每一者所需的一第二電量；機器人根據一當前電量、第一電量、第二電量以及一低電量閥值決定是否需要充電。
Description
本發明係有關於一種用於機器人之自動充電系統以及方法，特別係有關於一種事先計算機器人之剩餘電量以決定是否充電之自動充電系統以及方法。
隨著科技之進步，機器人於生活上的應用已相當地廣泛。然而，當有多個機器人同時執行任務時，如何安排多個機器人的充電策略為一重要的議題。一般而言，當機器人快沒電時，可直接回到距離最近的充電站進行充電，但是當有同時有兩台機器人快沒電時，就會產生衝突。或者，儘管機器人離一第一充電站比較近，但離下一個任務區域較遠，則必須考慮移動到下一個任務區域的距離，以避免電力的浪費。因此如何有效率地安排機器人的充電位置為目前所需解決之問題。
本發明一實施例提供一種用於機器人之自動充電方法，步驟包括；一控制端根據一任務地圖產生分別對應於複數不同任務區域之複數當前任務；複數機器人分別自控制端接收當前任務，並計算完成當前任務所需的一第一電量；機器人取得分別對應於複數不同充電站之複數充電站位置，並根據機器人之一當前位置以及充電站位置計算走到充電站之每一者 所需的一第二電量；機器人根據一當前電量、第一電量、第二電量以及一低電量閥值決定是否需要充電。
本發明另一實施例更提供一種機器人自動充電系統，包括一控制端以及複數機器人。控制端包括一第一儲存單元以及一第一處理單元。第一儲存單元儲存一任務地圖。第一處理單元根據任務地圖產生分別對應於複數不同任務之複數當前任務。機器人之每一者包括一定位單元、一第二儲存單元以及一第二處理單元。定位單元用以取得機器人之一當前位置。第二儲存單元儲存自控制端所接收之當前任務以及對應於複數不同充電站之複數充電站位置。第二處理單元根據當前任務計算完成當前任務所需的一第一電量、根據上述機器人之一當前位置以及充電站位置計算走到充電站之每一者所需的一第二電量以及根據一當前電量、第一電量、第二電量以及一低電量閥值決定是否需要充電。
100‧‧‧自動充電系統
110‧‧‧控制端
111‧‧‧第一處理單元
112‧‧‧第一儲存單元
120a~120n‧‧‧機器人
121‧‧‧第二處理單元
122‧‧‧第二儲存單元
123‧‧‧定位單元
S201~S209‧‧‧步驟流程
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之機器人自動充電系統之系統架構圖。
第2A、2B、2C圖係顯示根據本發明一實施例所述之機器人自動充電方法之示意圖。
有關本發明之機器人自動充電系統以及機器人自動充電方法適用之其他範圍將於接下來所提供之詳述中清楚 易見。必須了解的是下列之詳述以及具體之實施例，當提出有關機器人自動充電系統以及機器人自動充電方法之示範實施例時，僅作為描述之目的以及並非用以限制本發明之範圍。
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之用以實施用於機器人的自動充電系統之系統架構圖。自動充電系統100可包括一控制端110以及複數機器人120a~120n。控制端110可實施於例如伺服器、桌上型電腦、筆記型電腦、平板電腦或者智慧型手機等的電子裝置中，且至少包含一第一處理單元111以及一第一儲存單元112。第一處理單元111可透過多種方式實施，例如以專用硬體電路或者通用硬體(例如，單一處理器、具平行處理能力之多處理器、圖形處理器或者其它具有運算能力之處理器)，且於執行程式碼或者軟體時，提供之後所描述的功能。第一儲存單元112用以儲存至少一任務地圖、根據任務地圖所產生的任務相關資訊、機器人120a~120n之當前位置、複數充電站之充電站位置以及由機器人120a~120n所回傳的任務相關參數等，以供第一處理單元111於執行相關運算時進行存取。其中，第一儲存單元112可為硬碟、快閃記憶體、ROM等非揮發性儲存裝置。其中，控制端110更可包括一通訊介面(未顯示)，通訊介面可為區域網路(local area network,LAN)通訊模組、無線區域網路通訊模組(WLAN)或藍芽(Bluetooth)通訊模組等，用以與機器人120a~120n之每一者進行通訊，以發送以及接收各種訊號以及數據。
機器人120a~120n可為具有清掃功能之機器人，且機器人120a~120n之每一者至少包含一第二處理單元121、一第 二儲存單元122以及一定位單元123。同樣地，第二處理單元121可透過多種方式實施，例如以專用硬體電路或者通用硬體，且於執行程式碼或者軟體時，提供之後所描述的功能。第二儲存單元122可為硬碟、快閃記憶體、ROM等非揮發性儲存裝置，用以儲存自控制端110所接收到的任務相關資訊、複數充電站之充電站位置、與執行任務區域面積相關之耗電量資訊(例如1%的電量可執行的任務區域面積)以及與移動距離相關的耗電量資訊(例如1%的電量可移動的距離)等。定位單元123用以定位機器人120a~120n於任務地圖上之位置，以供第二處理單元121進行任務相關的計算。其中，第二處理單元121更可根據機器人120a~120n之每一者之當前位置、每個充電站位置、當前任務的區域面積、下一任務的區域面積、下一任務的一起始位置等資訊計算任務相關參數，並根據計算得的任務相關參數判斷是否需要充電。
根據本發明一實施例，當機器人120a~120n之任一者接收到控制端110所分配之當前任務後，第二處理單元121即根據當前任務所對應之區域面積進行計算，以取得完成當前任務所需要的一第一電量，並同時計算當前位置移動到各個充電站所需要的一第二電量。接著，第二處理單元121每隔一既定時間(例如5秒)重新計算第一電量以及第二電量，並將當前電量減去第一電量以及第二電量以取得對應於預估剩餘電量之一第一預測剩餘電量，並判斷第一預測剩餘電量是否大於低電量閥值，藉此以判斷機器人是否能順利完成當前任務並走到充電站之其中一者進行充電。其中，當對應於充電站之每一者 之第一預測剩餘電量中有任一者的值大於低電量閥值時，表示機器人能順利完成當前任務並走到充電站之一者進行充電，則第二處理單元121繼續驅動機器人執行當前任務。然而，當複數第一預測剩餘電量之每一者皆小於或等於低電量閥值，則第二處理單元121判斷機器人無法完成當前任務或者於完成任務後可能無法走到充電站充電時，此時根據第一預測剩餘電量之大小順序驅動機器人移動至合適的充電站進行充電。舉例來說，表1係顯示根據本發明一實施例所述之不同充電站以及不同機器人所分別對應之第一預測剩餘電量之示例。
其中，於此一實施例中，低電量閥值係設定為15%。如表1所示，儘管經計算後機器人120a完成任務並走到充電站S1、S2的第一預測剩餘電量小於或等於低電量閥值，但其完成任務並走到充電站S3的剩餘電量仍大於低電量閥值，因此機器人120a的第二處理單元121繼續執行任務而並不會輸出充電請求至控制端110。同樣地，機器人120c於完成任務並走到充電站S2的第一預測剩餘電量大於低電量閥值，因此機器人120c亦繼續執行任務而不會輸出充電請求至控制端110。反之，經計算後，機器人120b於完成任務並走到充電站S1~S3的第一預測 剩餘電量皆小於或等於低電量閥值，因此其第二處理單元121則根據第一預測剩餘電量的大小順序輸出充電請求。於本發明之實施例中，第二處理單元121會選擇第一預測剩餘電量最多的充電站作為充電站目標。舉例來說，由於機器人120b完成任務並走到充電站S3的第一預測剩餘電量最多，因此第二處理單元121選擇充電站S3作為充電站目標並輸出對應於充電站S3的充電請求至控制端110，而控制端110之第一處理單元111則響應於控制請求回覆一確認訊號給機器人120b。當機器人120b之第二處理單元121於接收到確認訊號後，第二處理單元121驅動機器人120b移動至充電站S3進行充電。
根據本發明另一實施例，當控制端110之第一處理單元111同時接收到對應於同一充電站之充電請求時，更根據第一預測剩餘電量的大小順序決定將該充電站的使用優先權分配給哪個機器人。舉例來說，如表2所示，機器人120a以及機器人120b所分別對應之第一預測剩餘電量皆小於或等於低電量閥值，且兩者第一預測剩餘電量之最大者皆對應至充電站S3，因此兩者之第二處理單元121皆輸出對應於充電站S3之充電請求至控制端110。控制端110於同時接收到對應於充電站S3 之充電請求時，由於機器人120b所對應之第一預測剩餘電量低於對應於機器人120a之第一預測剩餘電量，表示機器人120b相較於機器人120a更需要充電，因此第二處理單元121相應地將確認訊號發送給機器人120b，並輸出一拒絕訊號給機器人120a。機器人120a於收到拒絕訊號後，其第二處理單元121則根據第一預測剩餘電量取次大者作為充電站，並發出對應之充電請求。換言之，於此實施例中，機器人120a之第二處理單元121於接收到拒絕訊號後，即輸出對應於充電站S2之充電請求至控制端110。此時，由於控制端110之第一處理單元111並未接收到對應於其它機器人之充電請求，因此將會輸出確認訊號給機器人120a，使機器人120a可至充電站S2充電。
值得注意的是，當機器人120a~120n之任一者接收到對應於任一充電站之確認訊號後，控制端110之第一處理器111將會忽略對應於該機器人的其它第一預測剩餘電量，以避免干擾其它機器人。舉例來說，如表2所示，若機器人120a發出對應於充電站S2之充電請求時，儘管其所對應之第一預測剩餘電量大於機器人120b對應於充電站S2的第一預測剩餘電量(即14%>12%)，但由於機器人120b已接收到對應於充電站S3之確認訊號，因此第一處理單元111將忽略對應於機器人120b之第一預測剩餘電量，而仍將確認訊號發送給機器人120a。
根據本發明另一實施例，除了當前任務外，機器人120a~120n更可一併考慮下一任務，並事先計算下一任務所需的電力，以於執行任務前事先進行充電。舉例來說，當完成當前任務後但未走到充電站之任一者前，第二處理單元121更 事先計算完成下一任務所需的一第三電量。接著，第二處理單元121根據當前電量以及第三電量決定是否要先至充電站充電再執行下一任務。舉例來說，第二處理單元121首先取得當前電量與第三電量之一第二差值作為一第二預測剩餘電量。接著，第二處理單元121判斷第二預測剩餘電量是否大於低電量閥值。當第二預測剩餘電量大於低電量閥值時，表示機器人應可完成下一任務，則機器人自當前位置走到下一任務的起始位置並開始執行下一任務。其中，由於完成下一任務所需的電量遠大於機器人自當前位置(完成當前任務後)走到下一任務的起始位置所需的電量，因此第二預測剩餘電量僅考慮完成下一任務所需的電量。換言之，若欲求得更準確地剩餘電量，第二處理單元121亦可更進一步地考慮機器人自當前位置走到下一任務的起始位置所需的電量。
反之，當第二預測剩餘電量小於或等於低電量閥值時，第二處理單元更根據機器人的當前位置、充電站之每一者之充電站位置以及下一任務所對應的起始位置計算走到充電站之每一者再走到起始位置所需的一第四電量。其中，當當前任務所對應之任務區域距離下一任務所對應之任務區域很遠時，若機器人僅選擇距離當前任務所對應之任務區域最近的充電站進行充電，則可能會造成不必要的電力浪費，因此在此更額外考慮從充電站移動到下一任務之起始位置所需的電力。接著，第二處理單元121更選擇第四電量之最小一者所對應之充電站作為充電站目標，並向控制端110輸出充電請求。最後，控制端110之第一處理單元111根據接收到的充電請求之數量 決定輸出確認訊號給哪一個充電站。其中，控制端110決定確認訊號所對應的充電站之方法係如前所述，在此即不加以描述以精簡說明。
此外，根據本發明另一實施例，在某一機器人的充電期間，當有另一機器人需要此一充電站時(例如該機器人之當前電量並不足以移動到其它充電站)，則控制端110之第一處理單元111會等到原本正在充電的機器人的電量到達一第一閥值後(例如35%)，再通知原本的機器人離開充電站，並發送確認訊號給等待充電的機器人。舉例來說，當一機器人正在充電時，當有另一機器人需要該充電站時，第一處理單元111會等到正在充電的機器人電量到達35%時才會發送一離開訊號通知正在充電的機器人離開充電站，並發送確認訊號給需要充電的機器人已告知該機器人可移動至該充電站進行充電。
第2A、2B、2C圖係顯示根據本發明一實施例所述之機器人自動充電方法之示意圖。於步驟S201，控制端110之第一處理單元111根據儲存於第一儲存單元112中的一任務地圖產生對應於複數不同任務區域之複數當前任務，並將複數當前任務分別分派給複數機器人120a~120n。於步驟S202，機器人120a~120n自控制端110接收對應之當前任務，根據當前任務所對應之任務區域面積計算完成當前任務所需的第一電量，以及機器人根據當前位置以及複數充電站所分別對應之充電站位置計算機器人走到充電站之每一者所需的第二電量。最後，機器人之每一者之第二處理單元121計算當前電量與第一電量以及第二電量之第一差值以作為一第一預測剩餘電量。於步驟 S203，判斷第一預測剩餘電量是否皆小於或等於低電量閥值。其中，當對應於不同充電站之第一預測剩餘電量皆小於或等於低電量閥值時，表示機器人無法完成當前任務，則進入步驟S204，第二處理單元選擇第一預測剩餘電量之最大者所對應之充電站向控制端發出充電請求。於步驟S205，控制端110於接收到充電請求後，第一處理單元111更判斷是否僅接收到一個充電請求。若僅接收到一個充電請求，則進入步驟S206，第一處理單元111輸出確認訊號，使得機器人根據確認訊號移動至充電站進行充電。
反之，若第一處理單元同時接收到複數機器人對應於該充電站的充電請求，則進入步驟S207，第一處理單元發出確認訊號給對應於第一預測剩餘電量最小之一者之機器人(即最需要充電的機器人)，並發出拒絕訊號給其它機器人。於步驟S208，機器人根據確認訊號移動至對應之充電站，以及根據拒絕訊號選擇第一預測剩餘電量次大之一者所對應之充電站向控制端發出充電請求。接著，進入步驟S209，機器人於充電站充電至電量全滿或者到達一高電量閥值後，離開充電站並繼續執行當前任務。
此外，於步驟S203中，當第一預測剩餘電量之任一者大於低電量閥值時，表示機器人可完成當前任務並走回對應之充電站進行充電，則進入步驟S210，第二處理單元驅動機器人繼續執行當前任務，並每隔一既定時間重新取得第一預測剩餘電量。於完成當前任務後，進入步驟S211，機器人的第二處理單元121接收下一任務並計算完成下一任務所需的第三電 量。於步驟S212，第二處理單元121更計算當前電量與第三電量之第二差值以作為第二預測剩餘電量，並判斷第二預測剩餘電量是否大於低電量閥值。當第二預測剩餘電量之任一者大於低電量閥值時，進入步驟S213，第二處理單元121驅動機器人移動至下一任務之任務區域之起始位置，並開始執行下一任務。
反之，於步驟S212中，當第二預測剩餘電量皆小於或等於低電量閥值時，進入步驟S214，第二處理單元121根據當前位置、充電站之每一者之充電站位置以及下一任務的起始位置計算走到充電站之每一者再走到起始位置所需的第四電量。於步驟S215，第二處理單元121根據第四電量之最小一者所對應之充電站向控制端110發出充電請求，並根據確認訊號移動至充電站進行充電，以及於電量全滿或者到達高電量閥值後，機器人離開充電站並繼續執行下一任務。
本發明之方法，或特定型態或其部份，可以以程式碼的型態存在。程式碼可以包含於實體媒體，如軟碟、光碟片、硬碟、或是任何其他機器可讀取(如電腦可讀取)儲存媒體，亦或不限於外在形式之電腦程式產品，其中，當程式碼被機器，如電腦載入且執行時，此機器變成用以參與本發明之裝置。程式碼也可透過一些傳送媒體，如電線或電纜線、光纖、或是任何傳輸型態進行傳送，其中，當程式碼被機器，如電腦接收、載入且執行時，此機器變成用以參與本發明之裝置。當在一般用途處理單元實作時，程式碼結合處理單元提供一操作類似於應用特定邏輯電路之獨特裝置。
綜上所述，根據本發明一些實施例所述之用於機器人之自動充電方法以及系統，以上敘述許多實施例的特徵，使所屬技術領域中具有通常知識者能夠清楚理解本說明書的形態。所屬技術領域中具有通常知識者能夠理解其可利用本發明揭示內容為基礎以設計或更動其他製程及結構而完成相同於上述實施例的目的及/或達到相同於上述實施例的優點。所屬技術領域中具有通常知識者亦能夠理解不脫離本發明之精神和範圍的等效構造可在不脫離本發明之精神和範圍內作任意之更動、替代與潤飾。
S201~S215‧‧‧步驟流程
Claims (12)
- 一種用於機器人之自動充電方法，包括；一控制端根據一任務地圖產生分別對應於複數不同任務區域之複數當前任務；複數機器人分別自上述控制端接收上述當前任務，並計算完成上述當前任務所需的一第一電量；上述機器人取得分別對應於複數不同充電站之複數充電站位置，並根據上述機器人之一當前位置以及上述充電站位置計算走到上述充電站之每一者所需的一第二電量；上述機器人根據一當前電量、上述第一電量、上述第二電量以及一低電量閥值決定是否需要充電。
- 如申請專利範圍第1項所述之自動充電方法，更包括：計算上述機器人對應於上述充電站之每一者之上述當前電量與上述第一電量以及上述第二電量之一第一差值以作為一第一預測剩餘電量；以及判斷複數上述第一預測剩餘電量之每一者是否皆小於或者等於上述低電量閥值；其中，當複數上述第一預測剩餘電量之任一者大於上述低電量閥值時，上述機器人繼續執行上述當前任務，並每隔一既定時間重新根據複數上述第一預測剩餘電量決定是否需要充電。
- 如申請專利範圍第2項所述之自動充電方法，其中當複數上述第一預測剩餘電量皆小於或等於上述低電量閥值 時，上述機器人停止執行上述當前任務，並根據複數上述第一預測剩餘電量之大小順序向上述控制端發出對應於複數上述第一預測剩餘電量之最大一者所對應的上述充電站之一充電請求。
- 如申請專利範圍第3項所述之自動充電方法，更包括：透過上述控制端判斷上述充電站之一者是否接收到對應於複數上述機器人之複數上述充電請求；其中，當上述控制端僅接收一個上述充電請求時，輸出一確認訊號至上述機器人，以及上述機器人根據上述確認訊號至對應於上述充電請求之上述充電站充電；以及其中，當上述控制端接收到複數上述充電請求時，僅輸出上述確認訊號至複數上述第一預測剩餘電量之最小一者所對應的上述機器人，並輸出一拒絕訊號至其它上述機器人。
- 如申請專利範圍第4項所述之自動充電方法，其中上述機器人更根據上述拒絕訊號重新向上述控制端發出對應於複數上述差值之次大之一者所對應的上述充電站之上述充電請求。
- 如申請專利範圍第2項所述之自動充電方法，其中當上述機器人完成上述當前任務後，更計算完成一下一任務所需的一第三電量，並根據上述當前電量、上述第三電量以及上述最低電量決定是否需要充電。
- 一種機器人自動充電系統，包括： 一控制端，包括：一第一儲存單元，儲存一任務地圖；一第一處理單元，根據上述任務地圖產生分別對應於複數不同任務區域之複數當前任務；複數機器人，其中複數上述機器人之每一者包括：一定位單元，用以取得上述機器人之一當前位置；一第二儲存單元，儲存自上述控制端所接收之上述當前任務以及對應於複數不同充電站之複數充電站位置；以及一第二處理單元，根據上述當前任務計算完成上述當前任務所需的一第一電量，根據上述機器人之上述當前位置以及上述充電站位置計算走到上述充電站之每一者所需的一第二電量，以及根據一當前電量、上述第一電量、上述第二電量以及一低電量閥值決定是否需要充電。
- 如申請專利範圍第7項所述之機器人自動充電系統，其中：上述第二處理單元更計算上述機器人對應於上述充電站之每一者之上述當前電量與上述第一電量以及上述第二電量之一第一差值以作為一第一預測剩餘電量，並判斷複數上述第一預測剩餘電量之每一者是否皆小於或者等於上述低電量閥值；以及當複數上述第一預測剩餘電量之任一者大於上述低電量閥值時，上述第二處理單元繼續執行上述當前任務，並 每隔一既定時間重新根據複數上述第一預測剩餘電量決定是否需要充電。
- 如申請專利範圍第8項所述之機器人自動充電系統，其中當複數上述第一預測剩餘電量皆小於或等於上述低電量閥值時，上述機器人停止執行上述當前任務，並根據複數上述第一預測剩餘電量之大小順序向上述第一處理單元發出對應於複數上述第一預測剩餘電量之最大一者所對應的上述充電站之一充電請求。
- 如申請專利範圍第9項所述之機器人自動充電系統，其中：上述第一處理單元更判斷上述充電站之一者是否接收到對應於複數上述機器人之複數上述充電請求；當上述控制端僅接收一個上述充電請求時，輸出一確認訊號至上述機器人，以及上述機器人根據上述確認訊號至對應於上述充電請求之上述充電站充電；以及當上述控制端接收到複數上述充電請求時，僅輸出上述確認訊號至複數上述第一預測剩餘電量之最小一者所對應的上述機器人，並輸出一拒絕訊號至其它上述機器人。
- 如申請專利範圍第10項所述之機器人自動充電系統，其中上述第二處理單元更根據上述拒絕訊號重新向上述第一處理單元發出對應於複數上述第一預測剩餘電量之次大之一者所對應的上述充電站之上述充電請求。
- 如申請專利範圍第8項所述之機器人自動充電系統，其中當完成上述當前任務後，上述第二處理單元更計算完 成一下一任務所需的一第三電量，並根據上述當前電量、上述第三電量以及上述最低電量決定是否需要充電。
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