TWI309597B - - Google Patents

Description

1309597 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種機器人，詳而言 、視覺及通訊整合，使鮮備危害處 9機械智能 _致動物上具有區;;::二=，合搭 %»礙’且兼具鱗的機械視覺，可在日';二各種 合不同時間需求相之危却理知日、仗間全天候運作，而適 制之危害歧智_鋪人及其控制邏輯。 【先前技術】 都藉有安全疑慮的場合，或進行侧高危險卫作， 可精由機為人來代替人類，用以從v叙 :广般僅具備單-用途，僅適合於特定條件:合而:： =大使得機= 於夜_=: 於室内‘候運作。又，習知機器人大多偈限 受到限制下作業，使咖人運作的範圍 。因此，代替人類從事更危險性或更觀難性的工作 之士應再進-步，化===嫩，誠《界或有智 賴狀雜用垃缺點及其 上未臻理相之京每士电办 I正〇供、、-且化 開發出著手研發構思其解決方案，希望能 危害處理智而^全天候適用各種場合環境運作之 發展，'篆妞:〇α "控制邈輯’以服務社會大眾及促進此業之 Χ夕時之構思而有本發明之產生。 5 1309597 【發明内容】 本發明之目的係在提供一種危害處理智慧型機器人及其控制邏 輯，其能透過機械智能、視覺及通訊整合，使其具備危害處理能力， 可針對各簡辆合搭崎應的賴f ，並具有區域導航自走的 載具模組能翻於各種環境障礙，且兼具熱像的機械視覺，可在日、 仗間全天候運作，而適合不同時間的需求者。

本發明之再一目的在於提供一種危害處理智慧型機器人及其控 制邏輯’其能使機ϋ人具備運動、感知、思維及溝通之功能能，用二 代替人類從事各種人力所不及财安全疑慮的場合進行相關高危險 =作，諸如拆卸未爆彈及可疑郵包、高空卫作與夜間巡守、廠區毒氣 檢測、疾病傳·聽丄作甚或麟之偵防者。

κ本發明為達上述目的所採狀技術手段，主要係包括有—移動载 具機構’其包财-侷限框架，該偈限框架係設有兩側相對之平移導 载具機構做傳動輪組’該傳動輪組倾—載具馬達所驅動， “—輪組係包覆連結傳動有一傳動履帶；一主體機構，其包括有— 主體模組、_手臂機構及視線観機構，齡體触包括有— H顿體兩側係設有肋滑設於該平移導軌崎導件，該承載體 =:!動模組韻動模組係包括有一致動平台及其内用以帶動 紐獅狀致域構；舰財f_係設於 σ 〃 m端係②有—端末效應ϋ及後端設有-驅動電動紅 ，该視線調整機槿传? ^ 動單元所^ 載其包括有一驅動單元及被該驅 _之伸知目支按桿，該伸縮支撐桿上係設有—視線調整座， W、、：雕座係連結有—熱像鏡缺可見光鏡組。 -種危害處理智_機器人及其控制邏輯，其技術方案進 乂二主體核心架構，該主體核心架構係包括有交互連社之機 6 1309597 有電源供應、運算電腦及通訊設備等；該機械智能係具有工作規割、 轨跡規劃及雜規婦；魏訊整合係具射狀式介面、分散式運算 及遠端遙控等·，該機械視覺係具有影像接收、影像辨識及邏輯判斷等 ’ -精密致動臂模組’係與該主體核心架構連結，其控制流程包括有 -通訊介面連結-微《控制，該電驗制再連結—手臂致動琴及端 末致動器’財臂致_«末致動料分财結鶴触财臂機 構及端末效應器，該致動手臂機構及該端末效應器再分透過一感測器 將=傳至該微電腦控制；一驅動載具模組，係與該主體核心架構連 二’、=流程包括有一微_控制’該微電腦控制係連結-載具致 致動器再連結驅動該移動載具機構，該移動載具機構再 〜—字錢傳至—通訊介面及該微電腦控制。 -牛種危雜理智慧型_人及其控制邏輯，其技術方案進 二 主控端’係包括有—主控端系統及監視系統；-受控端 ，係藉網際網路與衛星通訊與該主钍^工 及光纖觀作拉㈣訊料連其包財—11無線網路 魏紅It 應器、資態調整機構、視線調整機構、 移動載具機構及致動手臂機構。 t發明—種危害處理智慧賴器人及其 動載具機構，該移動載呈趟m 1 ”匕枯有私 境之定位導航辦mί 錢之絲包括：—感測環 電子陀螺儀等建二:m料波及 包括有影像處理、地圖红m資訊進行一建立地圖程序，其 序，該_自動避障係藉接續一環境自動避障程 碼器、微電腦控制之路脚動器、移動載具機構、編 本發明-種产# 動载具機構之驅·控制。 動手臂機構，該致型=及其控制邏輯，其包括有一致 戌構之控制流程包括有：一視線調整機構之 7 1309597 機器視覺感知一目標資訊；一針對 ^ L 了邊感知目標資訊對該致動手臂機構 人八^臂位置命令及夹爪位置命令；該手臂位置命令及該失爪位置 “=別藉-手臂運作程序及爽爪運作程序對該目標進行動作。 本發明一種危害處理智慧 .收M 瑪^人及其控制邏輯，其流程包括有 .一將外部影像經一熱像單元或可旨 _ θ j見先早兀；一將該未處理之影像訊 唬經一影像擷取及影像處理單元 將该已處理之影像資訊經一影像 辨咸及即時控制單元；一雙向連沾 逆…之核心運鼻單元、整合型高速通訊 換組而將影像及訊息傳遞至-機器人整合操控平台；—將控制命令傳

至一^介面«賴域通；—該整合型高速通訊模組將 一控制介面。 茲為使貴審查委員 進一步之瞭解與認識，謹 明如後： 對本發明之技術特徵及所達成之功效更有 佐以較佳之貫施例圖及配合詳細之說明，說 【實施方式】 明多閱第1 2圖’本發明包括有一移動載具機構}及主體機構2 ;該載具機構1包括有-侷限框節，該侷限框架n係設有兩側相對 之平移導軌12 ’魏具機細'設傳動輪組13，該傳動輪組13係被載 具馬達14所驅動’該傳動輪組13係包覆連結傳動有—傳動履_，該 傳動輪組13與該侷限框架設有聰系統16，該載具機構i係設 有前方一防撞系統17。 該主體機構2包括有-主體模組2卜致動手臂機構洲及視線調整 機構33，該主體模組21包括有—承載體22，該承载體22兩側係設有滑 導件23 ’ _滑設於辭移導軌_，並配合—姿_整機構29以使 該承载體22可滑移作動於該紐框賴内，該承载體22係設有一致動 模組24’該致動模組24係、包括有一致動平台25及其内用以帶動該致動 8 1309597 平台25進行俯仰與翻滚操作之致動機構（未圖示），且該致動機構及該 致動平台25上係可設置一感測角度用之感測器（未圖示），該承載體 上並设有一電源模組26、電控及通訊模組27 ;該致動手臂機構3〇係為 採用串、並聯型之複合手臂機構’致動手臂機構30係設於該致動平台 25上，其4端係設有一端末效應器31及後端設有一驅動電動缸32 ;該 視線調整機構33係設於該承«22上，其包括有-驅動單元34及被該 驅動單元34所驅動之伸縮支撐桿35 ’該伸縮支撐桿35上係設有一視線 凋整座36，该視線調整座36係連結有一熱像鏡組37及可見光鏡組38 〇 請參閱第3圖，係本發明機器人系統架構示意圖，其包括有—主 體核心架構40、精密致動臂模組&及驅動載具模組42，該主體核心架 構40係包括有交互連結之機械硬體43、機械智能从 '通訊整合45及機 械視覺46四個單元，該機械硬體43係具有電源供應、運算電腦及通訊 設備等，該機械智能44係具有工作規劃、軌跡規劃及路徑規劃等，該 通sfl整合45係具有開放式介面、分散式運算及遠端遙控等，該機械視 覺46係具有影像接收、影像辨識及邏輯判斷等。 該精密致動臂模組41，其係與該主體核心架構4〇連結，其控制流 轾包括有一通訊介面411連結一微電腦控制412 ,該電腦控制μ〗再連 手臂致動器413及端末致動器414 ,該手臂致動器413及端末致動 态414再分別連結驅動該致動手臂機構415及端末效應器416，該致動 手臂機構415及端末效應器416再分透過一感測器417、418將訊號傳至 该微電腦控制412。該驅動載具模組42係與該主體核心架構4〇連結， 其控制流程包括有一微電腦控制421，該微電腦控制421係連結一載具 致動裔422，該載具致動器422再連結驅動該移動載具機構423，該移 動载具機構423再透過一感測器424將訊號傳至一通訊介面425及該微 電腦控制421。 1309597 本發明機械人視覺採用一般可見光CCD搭配紅外線夜視功能（該 視線調整機構33之可見光鏡組38及熱像鏡組37)，使機器人不受曰夜 影響，更甚者用作特定物體表面溫度變化檢測，透過專屬影像辨識法 則及邏輯判斷，其應用可分成檢視、識別、量測、導引等四個方面。 請參閱第4圖，係本發明全系統網路示意圖，如圖所示，其網路連結 模組包括有一主控端之主控端系統5〇及監視系統51; 一受控端之電腦 52、通訊模組53、影像模組54、控制器區域網路匯流排①㈤计“丨打

Area Network Bus，CAN Bus)55、環境感測模組56、端末效應器57

、資態調整機構58、視線機機構59、軸載具機構6G及致動手臂機 構61 ’本發明係以控制器區域網路匯流排55作$機器人狀士端硬 體）内部各模組與控制H間的控制及迴授訊 及光纖雜_主要通訊媒介，用以溝通人機介面（Η_^= 人間的監控’糾’主控端魏㈣間貞彳糊_路與衛星通 遠距監視之用。 ° ” 請翏閱第5圖 叫叫知明王糸統包含12個運動自由度，符號定義及驅 ，軸力用》兄明如下·致動器I、£分別驅動手臂及端末效應器之關 節3為旋轉馬達帶動手臂模組旋轉、為鶴伸縮缸帶動手臂第一 段:仰、為旋轉馬達帶動手臂第二段俯仰、為她旋轉馬 達帶動手臂第三段俯仰及旋轉；£則旋轉馬達帶動端^效應器開合。 為左、右兩組旋轉馬達帶動履帶1為伸縮紅帶 動正個手纽主體模組前、後移動調整重心位置、£為伸縮虹帶動敕 '疋v'“ R兩組旋轉馬達帶動鏡頭模組俯仰及旋轉。 請蒼閱第6圖’係本翻鶴載具機構運作之流程圖，該移 具機構物_觸之控制，其絲械達紅流程，首先進行牛 ’感測環境，之後進行步驟S2，定位導航，此步驟係藉CCD_ 10 1309597 機建超音波及電子陀螺儀等建立資訊；接續，進行步觀 、建立地圖，其包括有影像處理、地圖建立及路徑規鮮； 驟S4 ’環境自動麟，此步驟係依據步·3的資訊進行環境自 進避障:二其:_電腦、驅動器、移動載具機構、編碼器(Enco—) 二、電綱於控娜動ϋ而，轉及控制該㈣載具機構動作，並 ^精由編碼$得知移動載具機構之運動而回報至微電腦，如此微電腦 P可依據所獲知的資料而得知移動载具機構是否確實執行微電腦所 =之動作，進而可鎌此結果再進行機，以可確實執行環境自動避

另外，建立地圖後亦進行步驟S5，傳輸資料，此步驟藉由通赠 例如無線模組，以將資料傳輸至使用者吐述之控制架構請參閱 H所7^ ’其主要是藉繼棘影像後，以無鱗輸至遠端電腦作 :像處理«立地_及精職_，並騎令再透 載具控制器。 請參閱第8® ’係本發明致動手雜構控制方翻，藉一視 線調整機構8〇(機器視覺）感知一目標81，繼針對該感知資訊對紐動 手臂機構產生-手臂位置命令82及夾爪位置命令83，該手臂位置命令 82及夾爪位置命令83係分別藉一手臂運作程序84及夾爪運作程序奶 對该目標81進行動作，其巾該手臂位置命令犯係相繼經—控制器、伺 驅動器4達而使手臂對该目標81產生動作，且該馬達及手臂係分 別藉-編碼器及解角器將資訊進行匯整控制，而該夾爪位置命令83 係相繼經m孤驅動II、馬達而使夾爪對該目觀產生動作 ’且該^達及夾爪係分別藉-編端及力量感測器將資訊進行匯整控 制，換言之’本發明經由機械視覺影像辨識後，自動產生目標軌跡， 進行控制’除本身具備解角器與力量感測器，另藉由機械視覺辨識結 果作為外部迴授’顿修正目標軌跡，以達到空_密定位的目的。 1309597 μ參閱第9圖’係本發明之全系統控制及功能運作方塊圖，如圖所示 ，其流程包括有將一外部影像9〇經一熱像單元或可見光單元gi，繼將 a亥未處理之影像訊號經一影像擷取及影像處理單元92，繼將該已處理 之影像資訊經一影像辨識及即時控制單元93，繼經一雙向連結之核心 運算單兀94、整合型高速通訊模組95而將影像及訊息傳遞至一機器人 產合操控平台96，繼將控制命令傳至一人機介面（系統模組溝通)97 ，其中該影像辨識及即時控制單元93係將控制命令經一旋轉機構及電 動鏡頭單兀98而將目標鎖定回授至該熱像單元或可見光單元91，另該

核心運算單元_將控制命令雙向絲—數賴服馬辆動器⑽，而 八區域導航自走的載具單元顺及具危害排除功能的致動臂⑽係 將資訊傳至魏位舰騎驅動及透過__單元⑽將狀態回 授至該核㈣算單元94，而合型高速通賴組95翁訊號傳至-控制介面（訊息傳遞）1〇4。 由於本發明制被動式機械智能、兼具日夜視覺、多重通訊並搭配手 =即時監控，其使用情境請參㈣圃之使用情境階段示意圖及第U 圖之控制時序示意圖之說明，簡略說明如下： 機器人透過類域性自走的智慧型移動載具 巡守的目標任務。 執行日夜麻區自動 2·，由录具，像功能的機械視覺辨識出有異狀發生如毒氣外泡、火 在思厂^又入等’此時搭配輔助條件如氣體偵測器，確認是否發 生”况？若否，則繼續巡守。 則Γ由多種通崎道通知安管中心、或現場人m，此時，由 二為誤判’贿除f報、繼續巡守^ 4·執行自動排除或遠端遙控模式時，機 人工智能及精密手臂等功能模組實現危安事件排除的目的〉 1309597 5. 載具在巡㈣程(蝴，細 狀況發生，載具自主移動及避障，至手臂模組可處理Ur定° =停止，手臂單元依路徑於空間移動，到端末效應器 後，定點停止，端末效應器依方向挾持目標物。 辄圍 6. 若無法完成則由安管中心進—步 報、繼續巡守。 "作處理，右元成排除，則解除警 7. 所有，境處理過程透過機器人經驗學習不斷累積事件處理邏輯及 _參數貧料庫，作為下次類似事件處理的參考模型。

本發明所提出㈣_ —整合顯化概念之危 器人及綱峨’該_人本身具備勒、感及= 四種基本機能，用以代替人類，從事各種人力所不及；甚至有 慮的場合，進行_高危險轉，諸如··拆卸未爆彈及可疑郵包 紅作與《巡守、顧毒氣檢測、疾病觸性地區項更甚者於戰 場偵防等。 士綜合上述，本發明確已符合發明專利之要件，爰依法提出專利申 «月准以上所述者’僅為本發明較佳實施例而已，並非用來限定本發 明實施之範圍’故舉凡依本發日种請專利範圍所述之形狀、構造嚼

徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍 内0 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明之結構示意圖； 第2圖係本發明之結搆側視示意圖； 第3圖係本發職器人系贿構示意圖； 弟4圖係本發明全系統網路示意圖； 第5圖係本發明全系統運動示意圖； 13 -1309597 第6圖係本發明移動載具機構運作之流程圖； 第7圖係本發明移動載具機構系統控制方塊圖； 第8圖係本發明致動手臂機構控制方塊圖； 第9圖係本發明之全系統控制及功能運作方塊圖； 第10圖係本發明使用情境階段示意圖；以及 第11圖係本發明控制時序示意圖。

【主要元件符號說明】 1 移動載具機構 2 主體機構 11 侷限框架 12 平移導執 13 傳動輪組 14 載具馬達 15 傳動履帶 16 避振系統 17 防撞系統 21 主體模組 22 承載體 23 滑導件 24 致動模組 25 致動平台 26 電源模組 27 電控及通訊模組 29 姿態調整機構 30 致動手臂機構 14 1309597

31 端末效應器 32 驅動電動缸 33 視線調整機構 34 驅動單元 35 伸縮支撐桿 36 視線調整座 37 熱像鏡組 38 可見光鏡組 40 主體核心架構 41 精密致動臂模組 42 驅動載具模組 43 機械硬體 44 機械智能 45 通訊整合 46 機械視覺 411 通訊介面 412 微電腦控制 413 手臂致動器 414 端末致動器 415 致動手臂機構 416 端末效應器 417 感測器 418 感測器 421 微電腦控制 422 載具致動器 423 移動載具機構 ,1309597 424 感測器 425 通訊介面 50 主控端系統 51 監視系統 52 電腦 53 通訊模組 54 影像模組 55 控制益區域網路匯流排 56 環境感測模組 57 端末效應器 58 資態調整機構 59 視線調整機構 60 移動載具機構 61 致動手臂機構 62 無線網路及光纖纜線 80 視線調整機構 81 目標 82 手臂位置命令 83 夾爪位置命令 84 手臂運作程序 85 夾爪運作程序 90 外部影像 91 熱像單元或可見光單元 92 影像擷取及影像處理單元 93 影像辨識及即時控制單元 94 核心運算單元 16 * 1309597 95 整合型高速通訊模組 96 機器人整合操控平台 97 人機介面（系統模組溝通） 98 旋轉機構及電動鏡頭單元 99 數位伺服馬達驅動器 101 具區域導航自走的載具單元 102 具危害排除功能的致動臂 103 感測單元 104 控制介面（訊息傳遞）

Claims (1)

1309597 I ---------〜 ㈣月>細:: + , / ：J：> \ X ! ；t 請專利範圍： --------L：：. b -種危害處理智慧型機器人，其包括有： 移動載具機構，其包括冑一侷限框架，該侷限框架係設有兩 側相對之平移導執，該載具機構係設傳動輪組，該傳動輪組係 被一載具馬達所驅動’該傳動輪組係包覆連結傳動有一傳動履 帶； 主體機構，其包括有一主體模組、致動手臂機構及視線調整 機構’該主職組包括有—承紐，該承«兩纖設有用以 滑設於該平移導軌内滑導件，該承載體係設有一致動模組，該 致動模組係包括有一致動平台及其内用以帶動該致動平台進 打俯仰與翻滾操作之致動機構；該致動手臂機構係設於該致動 平σ上其則端係設有一端末效應器及後端設有一驅動電動缸 ;該視線調整機構係設於該承載體上，其包括有一驅動單元及 被該驅動單元所驅動之伸縮支撐桿，該伸縮支撐桿上係設有一 視線調整座’該視線調整座係連結有一熱像鏡組及可見光鏡組 一主體核心架構’該主體核心架構係包括有交互連結之機械硬體 、機械智能、通訊整合及機械視覺四個單元；該機械硬體係 具有電源供應、運算電腦及通訊設備等；該機械智能係具有 工作規劃、軌跡規劃及路徑規劃等；該通訊整合係具有開放 式介面刀散式運算及遠端遙控專，該機械視覺係具有影像 接收、影像辨識及邏輯判斷等； 一精密致動臂模組，係與該主體核心架構連結，其控制流程包 括有一通訊介面連結一微電腦控制，該電腦控制再連結一手臂 致動器及端末致動器，該手臂致動器及端末致動器再分別連結 驅動該致動手臂機構及端末效應器，該致動手臂機構及該端末 18 1309597 效應器再分透過一感測器將訊號傳至該微電腦控制；以及 一驅動載具模組，係與該主體核心架構連結，其控制流程包括 有一微電腦控制，該微電腦控制係連結一載具致動器，該載具 致動器再連結驅動該移動載具機構’該移動載具機構再透過一 感測器將訊號傳至一通訊介面及該微電腦控制。 2、 如申請專利範園第1項所述之危害處理智慧型機器人，其中該傳 動輪組與該侷限框架間係設有避振系統，而該載具機構前方係設 有一防撞系統。 ' 3、 如申請專利範圍第丨項所述之危害處理智慧型機器人，其中該承 載體係藉一姿態調整機構滑設於該平移導執内。 〆 4、 如申請專利範圍第1項所述之危害處理智慧型機器人，其中該致 動機構或該致動平台上係設置一感測角度用之感測器。 5、 如申請專利範圍第丨項所述之危害處理智慧型機器人，其中該承 载體上係設有一電源模組、電控及通訊模組。 6、 如申請專利範圍第1項所述之危害處理智慧型機器人，其中該致 動手臂機構係採用串、並聯型複合手臂機構者。 1309597

第2圖 1309597

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V 1309597 % 000 85

84 \ II- J 控制器 伺服驅動器 編碼器 — 馬達 力量感測器 夾爪 A [ 編碼器

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