TWI388956B - 行動機器人與其目標物處理路徑的規劃方法 - Google Patents

Description

行動機器人與其目標物處理路徑的規劃方法

本發明是有關於一種控制機器人行進的方法，且特別是有關於一種有效規劃機器人行進路徑的方法與實現此方法的行動機器人。

科技的進步使得各種智慧型機器人的研究與開發有日益蓬勃發展的趨勢；其中，電子寵物這類娛樂型機器人可滿足現代人在忙碌之餘卻想要飼養寵物的需求，而種類更為廣泛的助手型機器人除了應用在醫療、保全、儀器操作、教育，甚至是救災等範疇之外，與一般生活需求相關的助手型機器人也越來越受到現代人的喜愛及重視。

以室內清潔機器人為例，室內清潔機器人可以自動在房間中行走並執行邊走邊收取垃圾的功能，而撿球機器人則可以幫助運動員在運動場中搜集散落至四處的球類。然而大多數的助手型機器人在一個空間內執行其功能時，是會在空間中盲目地行走直到與障礙物發生碰撞後才會改變其行進方向。換句話說，這類機器人不但無法自動避開障礙物，且由於盲目行走必須等遇到目標時才能執行處理動作，這樣的被動處理勢必會耗費較多的電力，並使得完成工作的效率較為低落；另一種機器人則是會依照固定的預設路徑在空間中移動，好比是不斷地以繞回字型的方式在房間中走動。固定的路徑使得機器人的動作較不具彈性，況且在有些區域難以到達的情況下，有些區域卻可能會被重複行走多次。由此可見，無論是盲目行走或是依照固定的預設路徑行走，在沒有針對目標物做路徑規劃的前提之下，機器人完成工作的效率也難以提升。

有鑑於此，本發明提供一種目標物處理路徑的規劃方法，它是根據所拍攝到的影像控制行動機器人，以更有效率的方式在空間中行進並對目標物進行處理。

本發明提供一種行動機器人，利用拍攝影像的方式自動偵測所要處理的目標物，據以規劃出適當的處理路徑。

本發明提出一種目標物處理路徑的規劃方法，用以規劃行動機器人在處理空間內多個目標物時的行進路徑，其中空間包括邊緣區域與中心區域。此方法首先定義起始位置，並控制行動機器人由起始位置開始在邊緣區域中行進；其中，行動機器人在行進時將不斷地拍攝影像。此方法是在取得行動機器人最新拍攝的影像後，根據影像中目標物分別與行動機器人之間的距離來規劃處理順序，以及控制行動機器人依照處理順序行進並對影像中的目標物執行處理動作。此方法將重複上述取得影像、規劃處理順序，以及控制行動機器人執行處理動作的步驟，直到行動機器人回到起始位置。

在本發明之一實施例中，其中在行動機器人回到起始位置之後，本方法更包括將中心區域劃分為多個子區域，並定義上述子區域的區域行進順序，接著，依照區域行進順序控制行動機器人進入其中一個子區域，而行動機器人在行進時將不斷地拍攝影像；取得行動機器人在所進入之子區域行進時最新拍攝到的影像之後，根據影像中各目標物分別與行動機器人之間的距離規劃處理順序，並控制行動機器人依照處理順序行進且對影像中的目標物進行處理動作。此方法將重複控制行動機器人進入另一個子區域、取得影像、規劃處理順序，以及控制行動機器人執行處理動作的步驟，直到行動機器人已進入過各子區域為止。

在本發明之一實施例中，其中目標物符合特定形狀，而根據影像中各目標物分別與行動機器人之間的距離規劃處理順序的步驟，包括在影像中搜尋特定形狀以取得至少一個候選物。取得各候選物分別與行動機器人之間的距離，接著，篩選出所對應之距離小於或等於第一閾值的候選物以作為影像中的目標物。而在設定目標物的處理順序時，安排與行動機器人之間的距離越近的目標物越優先的次序。

在本發明之一實施例中，其中在影像中搜尋特定形狀以取得候選物的步驟，包括對影像進行測邊處理以擷取多個邊緣特徵，並判斷邊緣特徵是否符合特定形狀以取得候選物。

在本發明之一實施例中，其中在取得候選物的步驟之後，更包括將影像劃分為多個子影像區域，其中各子影像區域分別對應一方向。接著，計算在各子影像區域中所包括之候選物的數量，並取得所對應之數量最多的子影像區域，以及將所取得之子影像區域對應的方向設定為行進方向。在另一實施例中，本方法更包括控制行動機器人依照行進方向前進。

在本發明之一實施例中，其中取得各候選物分別與行動機器人之間的距離的步驟，包括依據各候選物在影像中的大小來判斷各候選物與行動機器人之間的距離。

在本發明之一實施例中，其中特定形狀包括圓形，而取得各候選物分別與行動機器人之間的距離的步驟，包括依據各候選物在影像中的半徑來判斷各候選物與行動機器人之間的距離。

在本發明之一實施例中，其中在篩選出所對應之距離小於或等於第一閾值的候選物以作為影像中的目標物之後，更包括取得各目標物在最新拍攝的影像中的目前位置與在上一張影像中的先前位置，以及刪除所對應之目前位置與先前位置之間的位移大於第二閾值的目標物。

在本發明之一實施例中，其中目標物符合特定顏色，而在篩選候選物以作為影像中的目標物之後，更包括取得各目標物的顏色，以及刪除所對應之顏色不符合特定顏色的目標物。

在本發明之一實施例中，其中根據影像中目標物分別與行動機器人之間的距離來規劃處理順序的步驟，包括每隔預設週期使判斷在最新拍攝的影像中是否出現新目標物。若出現新目標物，則重新根據新目標物與行動機器人之間的距離來更新處理順序。

在本發明之一實施例中，其中當行動機器人在邊緣區域中行進時，更包括利用超音波感測裝置偵測環境資訊，以及依據環境資訊控制行動機器人沿著空間的邊緣行進並與邊緣保持預設距離。

在本發明之一實施例中，此方法更包括取得影像中的多個邊緣特徵，在各邊緣特徵符合直線且斜率為90度或接近90度時，判定各邊緣特徵的所在位置存在靜態障礙物，以及控制行動機器人在行進時閃避上述的靜態障礙物。

在本發明之一實施例中，此方法更包括根據最新拍攝的影像中物體的位置與上一張影像中物體的位置來判斷物體的移動速度。在移動速度大於第三閾值時，判定物體為動態障礙物，並控制行動機器人在行進且靠近動態障礙物時，轉彎閃避動態障礙物。

在本發明之一實施例中，其中當行動機器人在邊緣區域中行進時，更包括在行動機器人偏離空間的邊緣超過第四閾值時，控制行動機器人往邊緣移動以沿著邊緣行進，並與邊緣保持預設距離，其中，第四閾值大於預設距離。

從另一觀點來看，本發明提出一種行動機器人，包括行進裝置、影像擷取裝置、目標物處理裝置，以及控制模組。其中，行進裝置用以帶動行動機器人行進；影像擷取裝置用以在行動機器人行進時不斷拍攝影像；目標物處理裝置用以處理空間內的多個目標物，此空間包括邊緣區域與中心區域；控制模組耦接至影像擷取裝置、行進裝置，以及目標物處理裝置，藉以控制行進裝置由起始位置開始帶動行動機器人在邊緣區域中行進，並取得影像擷取裝置最新拍攝的影像，接著，根據影像中目標物分別與行動機器人之間的距離規劃處理順序，控制行進裝置依照處理順序行進並使目標物處理裝置對影像中的目標物執行處理動作。控制模組將不斷重複上述取得影像、規劃處理順序，以及控制目標物處理裝置執行處理動作的操作，直到行動機器人回到起始位置。

在本發明之一實施例中，其中控制模組在行動機器人回到起始位置之後，將中心區域劃分為多個子區域，並定義上述子區域的區域行進順序。控制模組依照區域行進順序，控制行進裝置帶動行動機器人進入其中一個子區域，並取得影像擷取裝置在所進入之子區域中最新拍攝的影像，接著，根據影像中目標物分別與行動機器人之間的距離規劃處理順序，以及控制行進裝置帶動行動機器人依照處理順序行進，並使目標物處理裝置對影像中目標物進行處理動作。控制模組將重複控制行進裝置帶動行動機器人進入另一個子區域、取得影像、規劃處理順序，以及控制目標物處理裝置執行處理動作的操作，直到行動機器人已進入過各子區域為止。

在本發明之一實施例中，其中目標物符合特定形狀，而控制模組在影像中搜尋特定形狀，以取得至少一個候選物，接著，取得各候選物分別與行動機器人之間的距離，篩選出所對應之距離小於或等於第一閾值的候選物，以作為影像中的目標物。控制模組在設定目標物的處理順序時，將安排與行動機器人之間的距離越近的目標物越優先的次序。

在本發明之一實施例中，其中控制模組對影像進行測邊處理以擷取多個邊緣特徵，以及判斷邊緣特徵是否符合特定形狀以取得候選物。

在本發明之一實施例中，其中控制模組將影像劃分為多個子影像區域，其中各子影像區域分別對應一方向。控制模組計算在各子影像區域中所包括之候選物的數量，取得所對應之數量最多的子影像區域，以及將上述子影像區域所對應的方向設定為行進方向。在另一實施例中，控制模組用來控制行進裝置帶動行動機器人依照行進方向前進。

在本發明之一實施例中，其中控制模組依據各候選物在影像中的大小來判斷各候選物與行動機器人之間的距離。

在本發明之一實施例中，其中特定形狀包括圓形，而控制模組依據各候選物在影像中的半徑來判斷各候選物與行動機器人之間的距離。

在本發明之一實施例中，其中控制模組取得各目標物在最新拍攝的影像中的目前位置與在上一張影像中的先前位置，以及刪除所對應之目前位置與先前位置之間的位移大於第二閾值的目標物。

在本發明之一實施例中，其中目標物符合特定顏色，而控制模組取得各目標物的顏色，以及刪除所對應之顏色不符合特定顏色的目標物。

在本發明之一實施例中，其中控制模組每隔預設週期便判斷在最新拍攝的影像中是否出現新目標物。若出現新目標物，則重新根據新目標物與行動機器人之間的距離來更新處理順序。

在本發明之一實施例中，行動機器人更包括耦接至控制模組的超音波感測裝置，用以偵測環境資訊；其中，控制模組依據環境資訊控制行進裝置帶動行動機器人沿著空間的邊緣行進，並與邊緣保持預設距離。

在本發明之一實施例中，其中控制模組取得影像中的多個邊緣特徵，在各邊緣特徵符合直線且斜率為90度或接近90度時，判定各邊緣特徵的位置存在靜態障礙物。據此，控制模組控制行進裝置於帶動行動機器人行進時，閃避靜態障礙物。

在本發明之一實施例中，其中控制模組根據最新拍攝的影像中物體的位置與上一張影像中物體的位置來判斷物體的移動速度。在移動速度大於第三閾值時，判定物體為動態障礙物。據此，控制模組控制行進裝置於帶動行動機器人行進而靠近動態障礙物時，轉彎閃避動態障礙物。

在本發明之一實施例中，其中控制模組在行動機器人於邊緣區域中行進且偏離空間的邊緣超過第四閾值時，控制行進裝置帶動行動機器人往邊緣移動，以沿著邊緣行進並與邊緣保持預設距離；其中，第四閾值大於預設距離。

在本發明之一實施例中，行動機器人更包括一本體，此本體具有腔室及出口，且出口與腔室相互連通。

在本發明之一實施例中，行進裝置包括第一輪組與第二輪組。其中，第一輪組的軸設於本體且以第一軸線為中心前後滾動，而第二輪組的軸設於本體且以第二軸線為中心左右轉動；其中，第一軸線與第二軸線實質上相互垂直。

在本發明之一實施例中，其中第一輪組包括相互平行且以第一軸線為軸心的第一輪及第二輪。此第一輪組可帶動行動機器人直線行進。

在本發明之一實施例中，其中第二輪組為方向輪，此方向輪的軸透過轉接件設於本體，且方向輪以第二軸線為中心左右轉動進而帶動行動機器人轉向。

在本發明之一實施例中，其中目標物處理裝置包括滾輪。此滾輪的軸設於本體，具有在第三軸線之徑向上延伸的多個葉片。

在本發明之一實施例中，其中本體更包括導引元件，此導引元件覆蓋於部份的滾輪。目標物處理裝置在對目標物執行處理動作時，係利用隨著滾輪轉動的葉片將目標物順著導引元件蒐集至腔室。

在本發明之一實施例中，其中第一輪組位於滾輪與第二輪組之間，且第二輪組位於第一輪組與出口之間。而第一輪組的輪徑大於第二輪組的輪徑。

基於以上所述，本發明是透過行動機器人在行進時所拍攝的影像來動態地偵測空間中的目標物，以及判斷各目標物與行動機器人之間的距離，進而規劃出在處理目標物時最有效率的行進路徑。如此可避免行動機器人在空間中盲目移動，而能夠迅速地完成目標物處理的動作。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1是依照本發明之一實施例所繪示之行動機器人的方塊圖。請參閱圖1，行動機器人100包括行進裝置110、影像擷取裝置120、目標物處理裝置130、超音波感測裝置140，以及控制模組150；其中，行進裝置110可包括用以帶動行動機器人100直行的輪組、帶動行動機器人100轉向的輪組，以及控制上述輪組之轉速的馬達。影像擷取裝置120例如是網路攝影機(webcam)，可以上下調整角度並且在行動機器人100行進的過程中不斷地拍攝影像。

目標物處理裝置130用以在行動機器人100行走在一空間中時，對空間內的數個目標物進行特定的處理動作；其中，空間可以是房間或球場等等，在此並不限制其範圍，而空間可分為邊緣區域與中心區域。超音波感測裝置140則是用以偵測行動機器人100四周的環境資訊。

控制模組150耦接至行進裝置110、影像擷取裝置120、目標物處理裝置130，以及超音波感測裝置140，利用影像擷取裝置120所拍攝的影像，針對所要處理的目標物進行偵測以及規劃處理順序，並且控制行進裝置110帶動行動機器人100依照動態規劃出的路徑在空間中行走以靠近目標物，再由目標物處理裝置130對目標物進行處理動作。換言之，當行動機器人100在空間中行走並試圖對目標物進行處理時，控制模組150將根據影像擷取裝置120所拍攝到的影像以及目標物的種類，動態規劃一個進行處理的行進路徑，從而使得行動機器人100能更有效率地完成目標物處理的動作；其中，控制模組150例如是具備運算處理能力的硬體(例如處理器或晶片組)、軟體元件，或硬體及軟體元件的組合，在此並不限制其範圍。舉例來說，可透過處理器或晶片組來實現路徑規劃功能，並藉由下達對應的硬體控制指令來驅動行進裝置110及目標物處理裝置130執行動作。除此之外，在將路徑規劃功能實作為軟體元件時，則可將此軟體元件安裝至筆記型電腦。而筆記型電腦可以透過藍芽、RS-232轉換器或通用串列匯流排(Universal Serial Bus；USB)等介面，將行進裝置110及目標物處理裝置130的硬體控制指令傳送至微處理器，再由微處理器驅動行進裝置110及目標物處理裝置130執行對應的動作。

以下將更進一步地說明行動機器人100之內部裝置與模組的運作流程。圖2是依照本發明之一實施例所繪示之目標物處理路徑的規劃方法的流程圖，請參閱圖1與圖2；首先如步驟210所示，控制模組150定義一起始位置，此起始位置例如是空間中的一個角落位置，或是行動機器人100目前的所在位置。

接著在步驟220中，控制模組150控制行進裝置110由起始位置開始帶動行動機器人100在空間的邊緣區域中行進。當行動機器人100行進之時，影像擷取裝置120會不斷地拍攝影像；其中，影像擷取裝置120所拍攝的例如是行動機器人100前方的影像。

接下來如步驟230所示，控制模組150取得影像擷取裝置120最新拍攝到的影像，並且在步驟240中，由控制模組150根據影像中目標物分別與行動機器人100之間的距離來規劃一處理順序。在本實施例中，利用影像來規劃目標物的處理順序，首先必須偵測影像中的目標物位置，而以下將以圖3來進一步說明規劃處理順序的各步驟。

請參閱圖3，在本實施例中假設目標物符合於一特定形狀(例如圓形或方形等等，在此並不加以限制)，因此在步驟310中，控制模組150首先在取得的影像中搜尋特定形狀以取得至少一個候選物。舉例來說，控制模組150將對影像進行一測邊處理，以擷取影像中的多個邊緣特徵；其中，測邊處理例如是利用Sobel測邊演算法等等，但並不用以限制本發明的範圍。在取得邊緣特徵之後，控制模組150便可藉由判斷邊緣特徵是否符合特定形狀來取得影像中的候選物。在一實施例中，控制模組150還可以利用影像處理與電腦視覺的相關技術來偵測影像中相互重疊的候選物。舉例來說，當特定形狀為圓形時，控制模組150例如可使用隨機式測圓法來偵測影像中重疊的圓形。

在本實施例中，控制模組150在取得候選物之後，例如會將影像劃分為數個子影像區域，並統計在哪個子影像區域中具有最多的候選物；其中，各子影像區域分別對應一方向(例如前方、左方，以及右方)。控制模組150計算在各子影像區域中的候選物數量，並取得所對應之候選物數量最多的子影像區域，以及將包括最多候選物的子影像區域所對應的方向設定為行進方向。爾後，控制模組150便可控制行進裝置110帶動行動機器人100朝行進方向前進。

在取得影像中的候選物之後，如步驟320所示，控制模組150取得各候選物分別與行動機器人100之間的距離。由於在本實施例中所針對的是種類相同的目標物，在同一種類之目標物的體積都應相同的前提之下，當候選物在影像中的體積越大，便表示距離行動機器人100越近，因此控制模組150例如是依據各候選物在影像中的大小來判斷其與行動機器人100之間的距離。在特定形狀為圓形的情況下，控制模組150會依據各候選物在影像中的半徑來判斷候選物與行動機器人100之間的距離，其中，半徑越大表示候選物距離行動機器人100越近。

在本實施例中，影像中符合特定形狀的候選物很有可能都是行動機器人100所要處理的目標物。然而，當候選物與行動機器人100的距離過遠時，行動機器人100並無法立即對其進行處理，因此在步驟330中，控制模組150將篩選出所對應之距離小於或等於第一閾值的候選物以作為影像中的目標物。

在另一實施例中，控制模組150還會以前後拍攝的多張影像來進一步判斷移動中的目標物是否能被行動機器人100處理。其中，控制模組150分別取得各目標物在最新拍攝之影像中的目前位置與在上一張影像中的先前位置。倘若目標物之目前位置與先前位置之間的位移大於第二閾值，表示這個目標物移動的速度非常快，十分可能快速閃過行動機器人100所能觸及的範圍，進而導致行動機器人100無法對其進行處理。因此，控制模組150將刪除所對應之位移大於第二閾值的目標物；反之，若在前後拍攝的幾張影像中，相同的目標物都出現在鄰近的位置，控制模組150便判斷這樣的目標物是靜止或趨於靜止狀態而能被行動機器人100所處理。

又在另一實施例中，為了更進一步地確保所偵測到的目標物就是行動機器人100所要處理的對象，當目標物符合特定顏色時，控制模組150將取得各目標物的顏色，並且將所對應之顏色不符合特定顏色的目標物刪除。

透過上述動作便可偵測出影像中符合行動機器人100之處理對象的各個目標物，同時也可以確認目標物的位置。最後如步驟340所示，在設定目標物的處理順序時，對與行動機器人100之間的距離越近的目標物，控制模組150將安排越優先的次序。也就是說，越靠近行動機器人100的目標物將越優先被行動機器人100所處理。

值得一提的是，控制模組150每隔一段預設週期便會判斷在最新拍攝的影像中是否出現新目標物。若出現新目標物，控制模組150將重新根據新目標物與行動機器人100之間的距離來更新原有的處理順序。如此一來，即便是有新的目標物進入空間，行動機器人100也能即時將其納入處理順序並進行處理。

圖3說明了控制模組150如何偵測影像中的目標物並規劃各目標物的處理順序，接著請回到圖2之步驟250，控制模組150控制行進裝置110依照處理順序帶動行動機器人100行進，並使目標物處理裝置130依序對影像中的目標物執行處理動作。舉例來說，由於控制模組150已取得各目標物的位置，因此便能控制行進裝置110改變行動機器人100的運動方向與速度以接近目標物，並適時開啟目標物處理裝置130，待完成處理動作後再將目標物處理裝置130關閉。

接下來在步驟260中，控制模組150判斷行動機器人100是否已回到起始位置。若已回到起始位置，則表示完成了邊緣區域中的目標物處理動作，而在此結束本實施例的流程。然而，倘若行動機器人100尚未回到起始位置，則如步驟270所示，控制模組150控制行進裝置110繼續帶動行動機器人100在邊緣區域中行進，並反覆執行步驟230至步驟260的動作，直到行動機器人100回到起始位置為止；如圖2所示之各步驟，行動機器人100在處理空間中的多個目標物時，將不再沒效率地盲目行走，取而代之的是繞著此空間的四周(即邊緣區域)並依照處理順序行進。在回到起始位置時，行動機器人100便可完成散落於空間四周之所有目標物的處理動作。

值得一提的是，當行動機器人100在邊緣區域中行進時，控制模組150將依據超音波感測裝置140所偵測到的環境資訊來控制行進裝置110帶動行動機器人100沿著空間的邊緣(例如房間四周的牆壁)行進，並與邊緣保持一預設距離。一旦行動機器人100為了執行處理動作而偏離空間邊緣超過第四閾值時，控制模組150將控制行進裝置110帶動行動機器人100往邊緣移動，進而沿著邊緣行進並同時與邊緣保持預設距離，其中，第四閾值大於預設距離。

在本發明的另一實施例中，行動機器人100除了對空間之邊緣區域中的目標物進行處理之外，在邊緣區域已處理完畢而回到起始位置之後，行動機器人100會進一步地往中心區域偵測目標物，並排定處理順序以及依照處理順序進行目標物的處理動作。圖4是依照本發明之另一實施例所繪示之目標物處理路徑的規劃方法的流程圖。在本實施例中，圖4所示之步驟4010至步驟4070與圖2之步驟210至步驟270相同或相似，故在此不再贅述。以下將以行動機器人100完成邊緣區域的處理動作，而回到起始位置之後的動作來進行說明。

如步驟4080所示，控制模組150在行動機器人100回到起始位置之後，將空間的中心區域劃分為數個子區域，並定義上述子區域的一區域行進順序；其中，控制模組150例如會朝著預設方向掃瞄中心區域，且在掃描的過程中，一旦遇到障礙物便劃分出一塊子區域。而控制模組150在規劃區域行進順序時，會儘量避免行動機器人100重複行經相同的子區域，同時也會避免繞遠路行進的情況。

接著在步驟4090中，控制模組150依照區域行進順序取得尚未進入過且目前應最先進入的子區域，並控制行進裝置110帶動行動機器人100進入上述子區域。由於影像擷取裝置120會不斷地拍攝影像，因此如步驟4100所示，控制模組150取得影像擷取裝置120在所進入之子區域中最新拍攝到的影像。接下來在步驟4110中，控制模組150根據影像中目標物分別與行動機器人100之間的距離來規劃子區域中對目標物進行處理的處理順序，並如步驟4120所示，控制行進裝置110帶動行動機器人100依照處理順序在子區域中行進，且讓目標物處理裝置130對影像中的目標物進行處理動作。由於步驟4100至步驟4120的詳細實施方式與上述實施例相同或相似，故在此不再贅述。

最後在步驟4130中，控制模組150判斷是否還有其他尚未進入過的子區域。若是，則回到步驟4090令行動機器人100依照區域行進順序進入另一個子區域，並反覆執行步驟4100至步驟4130直到行動機器人100依序進入中心區域中的所有子區域為止。

如圖4所示，行動機器人100在空間中準備對特定的目標物進行處理時，首先會沿著空間的邊緣區域進行搜尋，並且透過不斷拍攝到的影像來進行目標物的偵測以及處理順序的規劃。待邊緣區域均處理完畢之後，行動機器人100便會往空間的中心區域行進，它是按照特定的區域行進順序依次進入劃分自中心區域的各個子區域，並同樣利用拍攝到的影像來偵測各子區域中的目標物且排定處理順序。行動機器人100將以子區域為單位，依序對每個子區域中的目標物進行處理，進而完成整個空間的目標物處理動作。

也就是說，根據控制模組150的判斷及指示，行動機器人100在對一空間中散落於各處的目標物進行處理時，首先會繞著空間的四周(即邊緣區域)邊行進邊執行目標物處理的動作，直到回到起始位置之後，再按照控制模組150的規劃依序進入中心區域的各個子區域，並對各子區域中的目標物進行處理。透過路徑規劃以及處理順序的安排，行動機器人100將不需要耗費時間及電力在空間中盲目地行走，而可以有效地接近目標物進而提升處理目標物的效率。

在圖2與圖4所示的目標物處理路徑之規劃方法中，當行動機器人100在行進時，控制模組150會利用超音波感測裝置140所偵測到的環境資訊，來避免行動機器人100碰撞到空間的邊緣(例如牆壁)或障礙物。除此之外，控制模組150將取得影像中的多個邊緣特徵，以及在邊緣特徵符合直線且斜率為90度或接近90度時，判定邊緣特徵的所在位置存在靜態障礙物。據此，控制模組150將控制行進裝置110在帶動行動機器人100行進時，自動閃避上述的靜態障礙物。另外，倘若最新拍攝的影像中，物體的位置與上一張影像中同一物體的位置相差過多，表示物體的移動速度較快；而在移動速度大於第三閾值(例如行動機器人100行進的速度)時，物體將被判定為動態障礙物。控制模組150將控制行進裝置110在帶動行動機器人100行進而靠近動態障礙物時，自動轉彎以閃避動態障礙物。透過這樣的機制，即便空間中有任何移動中或靜止的障礙物，行動機器人100都能順利地前進而不與其產生碰撞。

圖5是依照本發明之一實施例所繪示之行動機器人100的外觀側視圖。請同時參閱圖1與圖5，行動機器人100包括本體510，其中本體510具有相互連通的腔室520及出口530。在本實施例中，行進裝置110包括第一輪組與第二輪組，其中，第一輪組的軸設於本體520且能以第一軸線545為中心前後滾動，第一輪組包括相互平行並以第一軸線545為軸心的第一輪540及第二輪(未繪示，其位於行動機器人100的另一側)；亦即，第一輪540及第二輪同軸且相互平行。第一輪組係用以帶動行動機器人100直線行進，而第二輪組的軸亦設於本體510且可以第二軸線553為中心左右轉動。在本實施例中，第二輪組為方向輪550，其透過轉接件557將軸設於本體510。進一步來說，方向輪550是以第二軸線553為中心左右轉動，進而帶動行動機器人100轉向；其中，第一軸線545與第二軸線553實質上是彼此相互垂直。本實施例是利用單一個方向輪550來帶動行動機器人100轉換方向，且由兩個平行且同軸的第一輪540與第二輪來控制行進的速度，這樣的設計不僅較為簡單，同時也可以確保行動機器人100能直線行進。

在本實施例中，目標物處理裝置130包括滾輪560。此滾輪560的軸係設於本體510，且如圖6所示，具有在第三軸線565之徑向上延伸的多個葉片(在本實施例中，滾輪560據有8個葉片)。本體510更包括導引元件570，此導引元件570覆蓋於部份的滾輪560。當目標物處理裝置130依照控制模組150的命令而開始對目標物執行處理動作時，例如是利用隨著滾輪560轉動的葉片，將目標物順著導引元件570蒐集至腔室520。由於第一輪組係位於滾輪560與第二輪組之間，而第二輪組係位於第一輪組與出口530之間，且第一輪組的輪徑又大於第二輪組的輪徑，因此行動機器人100所蒐集到的目標物會滾入腔室520，並被保留在腔室520之中。而使用者則可以由出口530取出行動機器人100所蒐集的目標物。

圖7A至圖7D是依照本發明之一實施例所繪示之滾輪560將目標物蒐集至腔室520的示意圖。在本實施例中，假設行動機器人100所要處理的目標物為乒乓球，而圖7A表示行動機器人100接近乒乓球700的狀態；接著在圖7B中，滾輪560受到控制模組150的指示轉動而使得葉片561接觸到乒乓球700；如圖7C所示，乒乓球700持續被轉動的葉片561順著導引元件570所帶動；最後在圖7D中，乒乓球700被帶動而滑入腔室520。

綜合以上所述，本發明所提之行動機器人與其目標物處理路徑的規劃方法是：透過在行走時拍攝的影像來偵測並排定目標物處理的順序，而行動機器人在依照動態規劃出的路徑行進時，還可以自動閃避動態與靜態的障礙物，進而能更快且更有效率地完成目標物處理的動作。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍，當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．行動機器人

110．．．行進裝置

120．．．影像擷取裝置

130．．．目標物處理裝置

140．．．超音波感測裝置

150．．．控制模組

210～270．．．本發明之一實施例所述之目標物處理路徑的規劃方法之各步驟

310～340．．．本發明之一實施例所述之規劃處理順序之各步驟

4010～4130．．．本發明之另一實施例所述之目標物處理路徑的規劃方法之各步驟

510．．．本體

520．．．腔室

530．．．出口

540．．．第一輪

545．．．第一軸線

550．．．方向輪

553．．．第二軸線

557．．．轉接件

560．．．滾輪

561．．．葉片

565．．．第三軸線

570．．．導引元件

700．．．乒乓球

圖1是依照本發明之一實施例所繪示之行動機器人的方塊圖。

圖2是依照本發明之一實施例所繪示之目標物處理路徑的規劃方法的流程圖。

圖3是依照本發明之一實施例所繪示之規劃處理順序的流程圖。

圖4是依照本發明之另一實施例所繪示之目標物處理路徑的規劃方法的流程圖。

圖5是依照本發明之一實施例所繪示之行動機器人的外觀側視圖。

圖6是依照本發明之一實施例所繪示之滾輪的示意圖。

圖7A、7B、7C、7D是依照本發明之一實施例所繪示之滾輪將目標物蒐集至腔室的示意圖。

210～270．．．本發明之一實施例所述之目標物處理路徑的規劃方法之各步驟

Claims (39)

1. 一種目標物處理路徑的規劃方法，用以規劃一行動機器人處理一空間內多個目標物時的行進路徑，其中該空間包括一邊緣區域與一中心區域，該方法包括：定義一起始位置；控制該行動機器人由該起始位置開始在該邊緣區域中行進，其中該行動機器人在行進時不斷拍攝一影像；取得該行動機器人最新拍攝的該影像；根據該影像中該些目標物分別與該行動機器人之間的一距離規劃一處理順序；控制該行動機器人依照該處理順序行進，並對該影像中的該些目標物執行一處理動作，其中該處理動作包括接近並蒐集該些目標物的其中之一；重複上述取得該影像、規劃該處理順序，以及控制該行動機器人執行該處理動作的步驟，直到該行動機器人回到該起始位置；以及控制該行動機器人移動至該中心區域並且對該中心區域內的該些目標物執行該處理動作。
2. 如申請專利範圍第1項所述之目標物處理路徑的規劃方法，其中在該行動機器人回到該起始位置之後，更包括：劃分該中心區域為多個子區域，並定義該些子區域的一區域行進順序；依照該區域行進順序控制該行動機器人進入該些子 區域其中之一，其中該行動機器人在行進時不斷拍攝該影像；取得該行動機器人在所進入之該子區域行進時最新拍攝的該影像；根據該影像中該些目標物分別與該行動機器人之間的該距離規劃該處理順序；控制該行動機器人依照該處理順序行進並對該影像中的該些目標物進行該處理動作；以及重複上述控制該行動機器人進入該些子區域其中之一、取得該影像、規劃該處理順序，以及控制該行動機器人執行該處理動作的步驟，直到該行動機器人已進入過各該些子區域為止。
3. 如申請專利範圍第1項所述之目標物處理路徑的規劃方法，其中該些目標物符合一特定形狀，而根據該影像中該些目標物分別與該行動機器人之間的該距離，規劃該處理順序的步驟包括：在該影像中搜尋該特定形狀以取得至少一候選物；取得各該些候選物分別與該行動機器人之間的該距離；篩選出所對應之該距離小於或等於一第一閾值的該些候選物，以作為該影像中的該些目標物；以及在設定該些目標物的該處理順序時，安排與該行動機器人之間的該距離越近的該些目標物越優先的次序。
4. 如申請專利範圍第3項所述之目標物處理路徑的規 劃方法，其中在該影像中搜尋該特定形狀，以取得該些候選物的步驟包括：對該影像進行一測邊處理以擷取多個邊緣特徵；以及判斷該些邊緣特徵是否符合該特定形狀以取得該些候選物。
5. 如申請專利範圍第3項所述之目標物處理路徑的規劃方法，其中在取得該些候選物的步驟之後，更包括：劃分該影像為多個子影像區域，其中各該些子影像區域分別對應一方向；計算在各該些子影像區域中所包括之該些候選物的一數量；取得所對應之該數量最多的該子影像區域；以及設定所取得之該子影像區域對應的該方向為一行進方向。
6. 如申請專利範圍第5項所述之目標物處理路徑的規劃方法，更包括：控制該行動機器人依照該行進方向前進。
7. 如申請專利範圍第3項所述之目標物處理路徑的規劃方法，其中取得各該些候選物分別與該行動機器人之間的該距離的步驟，包括：依據各該些候選物在該影像中的一大小，判斷各該些候選物與該行動機器人之間的該距離。
8. 如申請專利範圍第3項所述之目標物處理路徑的規劃方法，其中該特定形狀包括一圓形，而取得各該些候選 物分別與該行動機器人之間的該距離的步驟，包括：依據各該些候選物在該影像中的一半徑，判斷各該些候選物與該行動機器人之間的該距離。
9. 如申請專利範圍第3項所述之目標物處理路徑的規劃方法，其中在篩選出所對應之該距離小於或等於該第一閾值的該些候選物，以作為該影像中的該些目標物的步驟之後，更包括：取得各該些目標物在最新拍攝的該影像中的一目前位置與在上一張之該影像中的一先前位置；以及刪除所對應之該目前位置與該先前位置之間的一位移大於一第二閾值的該些目標物。
10. 如申請專利範圍第3項所述之目標物處理路徑的規劃方法，其中該些目標物符合一特定顏色，而在篩選出所對應之該距離小於或等於該預設值的該些候選物，以作為該影像中的該些目標物的步驟之後，更包括：取得各該些目標物的一顏色；以及刪除所對應之該顏色不符合該特定顏色的該些目標物。
11. 如申請專利範圍第1項所述之目標物處理路徑的規劃方法，其中根據該影像中該些目標物分別與該行動機器人之間的該距離，規劃該處理順序的步驟包括：每隔一預設週期判斷在最新拍攝的該影像中是否出現一新目標物；以及若出現該新目標物，則重新根據該新目標物與該行動 機器人之間的該距離更新該處理順序。
12. 如申請專利範圍第1項所述之目標物處理路徑的規劃方法，其中在該行動機器人於該邊緣區域中行進時，更包括：利用一超音波感測裝置偵測一環境資訊；以及依據該環境資訊控制該行動機器人沿著該空間的一邊緣行進，並與該邊緣保持一預設距離。
13. 如申請專利範圍第1項所述之目標物處理路徑的規劃方法，更包括：取得該影像中的多個邊緣特徵；在各該些邊緣特徵符合一直線且斜率為90度或接近90度時，判定各該些邊緣特徵的一位置存在一靜態障礙物；以及控制該行動機器人在行進時閃避該靜態障礙物。
14. 如申請專利範圍第1項所述之目標物處理路徑的規劃方法，更包括：根據最新拍攝的該影像中一物體的一位置與上一張之該影像中該物體的該位置，判斷該物體的一移動速度；在該移動速度大於一第三閾值時，判定該物體為一動態障礙物；以及控制該行動機器人在行進而靠近該動態障礙物時，轉彎閃避該動態障礙物。
15. 如申請專利範圍第1項所述之目標物處理路徑的規劃方法，其中在該行動機器人於該邊緣區域中行進時， 更包括：若該行動機器人偏離該空間的一邊緣超過一第四閾值，則控制該行動機器人往該邊緣移動以沿著該邊緣行進，並與該邊緣保持一預設距離，其中該第四閾值大於該預設距離。
16. 一種行動機器人，包括：一行進裝置，用以帶動該行動機器人行進；一影像擷取裝置，用以在該行動機器人行進時不斷拍攝一影像；一目標物處理裝置，用以處理一空間內的多個目標物，其中該空間包括一邊緣區域與一中心區域；以及一控制模組，耦接至該影像擷取裝置、該行進裝置，以及該目標物處理裝置，其中該控制模組定義一起始位置，控制該行進裝置由該起始位置開始帶動該行動機器人在該邊緣區域中行進，並取得該影像擷取裝置最新拍攝的該影像，再根據該影像中該些目標物分別與該行動機器人之間的一距離規劃一處理順序，進而控制該行進裝置依照該處理順序行進，並使該目標物處理裝置對該影像中的該些目標物執行一處理動作，其中該處理動作包括接近並蒐集該些目標物的其中之一；該控制模組重複上述取得該影像、規劃該處理順序，以及控制該目標物處理裝置執行該處理動作的操作，直到該行動機器人回到該起始位置； 該控制模組控制該行動機器人移動至該中心區域並且對該中心區域內的該些目標物執行該處理動作。
17. 如申請專利範圍第16項所述之行動機器人，其中該控制模組在該行動機器人回到該起始位置之後，劃分該中心區域為多個子區域，並定義該些子區域的一區域行進順序；依照該區域行進順序控制該行進裝置帶動該行動機器人進入該些子區域其中之一，並取得該影像擷取裝置在所進入之該子區域中最新拍攝的該影像，再根據該影像中該些目標物分別與該行動機器人之間的該距離規劃該處理順序，從而控制該行進裝置帶動該行動機器人依照該處理順序行進，並使該目標物處理裝置對該影像中的該些目標物進行該處理動作；該控制模組重複上述控制該行進裝置帶動該行動機器人進入該些子區域其中之一、取得該影像、規劃該處理順序，以及控制該目標物處理裝置執行該處理動作的操作，直到該行動機器人已進入過各該些子區域為止。
18. 如申請專利範圍第16項所述之行動機器人，其中該些目標物符合一特定形狀，而該控制模組在該影像中搜尋該特定形狀以取得至少一候選物，並估算各該些候選物分別與該行動機器人之間的該距離，再篩選出所對應之該距離小於或等於一第一閾值的該些候選物，以作為該影像中的該些目標物，以及在設定該些目標物的該處理順序時，安排與該行動機器人之間的該距離越近的該些目標物越優先的次序。
19. 如申請專利範圍第18項所述之行動機器人，其中該控制模組對該影像進行一測邊處理，以擷取多個邊緣特徵，以及判斷該些邊緣特徵是否符合該特定形狀，以取得該些候選物。
20. 如申請專利範圍第18項所述之行動機器人，其中該控制模組劃分該影像為多個子影像區域，其中各該些子影像區域分別對應一方向，計算在各該些子影像區域中所包括之該些候選物的一數量，進而取得所對應之該數量最多的該子影像區域，以及設定所取得之該子影像區域對應的該方向為一行進方向。
21. 如申請專利範圍第18項所述之行動機器人，其中該控制模組控制該行進裝置帶動該行動機器人依照該行進方向前進。
22. 如申請專利範圍第18項所述之行動機器人，其中該控制模組依據各該些候選物在該影像中的一大小，判斷各該些候選物與該行動機器人之間的該距離。
23. 如申請專利範圍第18項所述之行動機器人，其中該特定形狀包括一圓形，而該控制模組依據各該些候選物在該影像中的一半徑，判斷各該些候選物與該行動機器人之間的該距離。
24. 如申請專利範圍第18項所述之行動機器人，其中該控制模組取得各該些目標物在最新拍攝的該影像中的一目前位置與在上一張之該影像中的一先前位置，以及刪除所對應之該目前位置與該先前位置之間的一位移大於一第 二閾值的該些目標物。
25. 如申請專利範圍第18項所述之行動機器人，其中該些目標物符合一特定顏色，而該控制模組取得各該些目標物的一顏色，以及刪除所對應之該顏色不符合該特定顏色的該些目標物。
26. 如申請專利範圍第16項所述之行動機器人，其中該控制模組每隔一預設週期判斷在最新拍攝的該影像中是否出現一新目標物；若出現該新目標物，則重新根據該新目標物與該行動機器人之間的該距離更新該處理順序。
27. 如申請專利範圍第16項所述之行動機器人，更包括：一超音波感測裝置，耦接至該控制模組，用以偵測一環境資訊，其中該控制模組依據該環境資訊控制該行進裝置，帶動該行動機器人沿著該空間的一邊緣行進，並與該邊緣保持一預設距離。
28. 如申請專利範圍第16項所述之行動機器人，其中該控制模組取得該影像中的多個邊緣特徵，在各該些邊緣特徵符合一直線且斜率為90度或接近90度時，判定各該些邊緣特徵的一位置存在一靜態障礙物，以及控制該行進裝置在帶動該行動機器人行進時閃避該靜態障礙物。
29. 如申請專利範圍第16項所述之行動機器人，其中該控制模組根據最新拍攝的該影像中一物體的一位置與上一張之該影像中該物體的該位置，判斷該物體的一移動速 度，在該移動速度大於一第三閾值時，判定該物體為一動態障礙物，以及控制該行進裝置在帶動該行動機器人行進而靠近該動態障礙物時，轉彎閃避該動態障礙物。
30. 如申請專利範圍第16項所述之行動機器人，其中該控制模組在該行動機器人於該邊緣區域中行進且偏離該空間的一邊緣超過一第四閾值時，控制該行進裝置帶動該行動機器人往該邊緣移動，以沿著該邊緣行進並與該邊緣保持一預設距離，其中該第四閾值大於該預設距離。
31. 如申請專利範圍第16項所述之行動機器人，更包括：一本體，該本體具有一腔室及一出口，其中該出口與該腔室連通。
32. 如申請專利範圍第31項所述之行動機器人，其中該行進裝置包括一第一輪組與一第二輪組；該第一輪組的軸設於該本體且以一第一軸線為中心前後滾動，而該第二輪組的軸設於該本體且以一第二軸線為中心左右轉動，其中該第一軸線與該第二軸線實質上相互垂直。
33. 如申請專利範圍第32項所述之行動機器人，其中該第一輪組包括相互平行且以該第一軸線為軸心的一第一輪及一第二輪；該第一輪組帶動該行動機器人直線行進。
34. 如申請專利範圍第32項所述之行動機器人，其中該第二輪組為一方向輪；該方向輪透過一轉接件將軸設於該本體，且該方向輪以該第二軸線為中心左右轉動，以帶動該行動機器人轉向。
35. 如申請專利範圍第32項所述之行動機器人，其中該目標物處理裝置包括一滾輪；該滾輪的軸設於該本體，具有在一第三軸線之徑向上延伸的多個葉片。
36. 如申請專利範圍第35項所述之行動機器人，其中該本體更包括一導引元件，該導引元件覆蓋於該滾輪的一部份。
37. 如申請專利範圍第35項所述之行動機器人，其中該目標物處理裝置在對該些目標物執行該處理動作時，利用隨著該滾輪轉動的該些葉片，將該些目標物順著該導引元件蒐集至該腔室。
38. 如申請專利範圍第35項所述之行動機器人，其中該第一輪組位於該滾輪與該第二輪組之間，且該第二輪組位於該第一輪組與該出口之間。
39. 如申請專利範圍第38項所述之行動機器人，其中該第一輪組的輪徑大於該第二輪組的輪徑。