TWI407280B - 自動搜尋系統及方法 - Google Patents

Description

自動搜尋系統及方法

本發明關於一種自動搜尋系統及方法，並且特別地，本發明關於一種可應用於可動式設備的自動搜尋系統及方法。

隨著科技的進步，機器人已被大量應用於工業用途，並且逐漸被應用於人類的日常生活中。目前，已經有許多高度重覆性或危險性的工作由機器人取代人類來進行。

舉例來說，在工業上，例如，汽車製造、電子產品組裝等製程中，可利用機械手臂進行焊接、品管、檢驗、裝配等工作；在軍事上，可利用機器人進行爆破、彈藥拆除等工作；在土木工程上，可利用機械手臂進行挖水溝、砌磚、噴漆、安置瓷磚等工作；在資源探勘上，可利用機器人進行採礦、石油探勘等工作；在環境維護上，可利用機器人進行打掃、環境分析、空氣偵測等工作。

另外，需要與人互動的工作也漸漸開發出相對應的機器人來進行輔助。舉例來說，目前已經有針對老人或病人的照護工作推出的照護機器人；針對居家安全推出的保全機器人；或者是能與人互動的服務機器人等。相信在未來，會有更多類型的機器人被設計出來，讓人們的生活更便利。

機器人執行任務時，可能需要替換不同的配件，進行不同的工作。舉例來說，打掃機器人可使用不同構造的吸頭來吸塵；探勘機器人對不同的地質可選用不同材質的鑽頭來挖掘等。此外，機器人通常需要電力供應來維持其運作，雖然某些機器人會內建電池，但由於其耗電量通常較大，所以仍需要透過插座進行供電。

為了使機器人真正達到全自動的程度，如何在不需人為輔助的情況下搜尋插座並與插座連接便成為相關領域研究人員努力的目標。目前，已有習知技藝人士藉由在插座與機器人上加裝感測器，提供兩者定位資訊來協助機器人尋找插座。然而，這樣的設計使得機器人只能尋找到安裝有感測器的插座。若為了讓機器人能找到的插座較多，就需要在多個插座都安裝感測器，造成使用成本的提高以及使用上的不便。

因此，本發明之一範疇在於提供一種自動搜尋系統，可應用於如前述的機器人上，輔助機器人搜尋配對裝置，以解決先前技術的問題。當然，本發明之自動搜尋系統也可應用於其它可動式設備上，輔助其搜尋配對裝置。

根據一具體實施例，本發明之自動搜尋系統包含影像擷取模組、處理模組、運動模組以及配對模組。並且，處理模組分別連接影像擷取模組、運動模組以及配對模組。

影像擷取模組可分別於N個時間點擷取該可動式設備之第一方向上的N組連續影像，N係大於1之正整數。處理模組連接影像擷取模組，用以接收該N組連續影像，比對該N組影像之M個影像特徵，並據以判斷該第一方向上是否有該配對裝置存在，M為正整數。若前述判斷為肯定，處理模組產生路線訊號以及調整訊號。

運動模組連接處理模組，用以接收路線訊號，並根據路線訊號運動，致使可動式設備移動至配對裝置鄰近處。此外，配對模組連接處理模組，用以接收調整訊號，並根據調整訊號與配對裝置結合。

本發明之另一範疇在於提供一種自動搜尋方法，可應用於可動式設備上，輔助可動式設備搜尋配對裝置，以解決先前技術的問題。

根據一具體實施例，本發明之自動搜尋方法包含以下步驟：(a)分別於N個時間點擷取該可動式設備之第一方向上的N組連續影像，N係大於1之正整數；(b)接收該N組連續影像，比對該N組影像之M個影像特徵，並據以判斷第一方向上是否有配對裝置存在，M係正整數；(c)若步驟(b)的判斷為肯定，產生路線訊號以及調整訊號；(d)接收路線訊號，並根據路線訊號控制可動式設備移動至配對裝置鄰近處；(e)若步驟(b)的判斷為肯定，當該N個時間點中之第k時間點判斷該第一方向上有該配對裝置存在，而於第(k+1)時間點判斷該第一方向上沒有該配對裝置存在時，計算未發現該配對裝置之該時間點數量，且當其超過一預設數量時，控制該可動式設備移動至另一位置；以及(f)接收調整訊 號，並根據調整訊號控制可動式設備與配對裝置結合。

綜上所述，根據本發明之自動搜尋系統及方法利用影像擷取及分析方式產生路線訊號以及調整訊號，控制可動式設備自動移動至配對裝置鄰近處，並與配對裝置結合，以解決先前技術中的問題。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

本發明提供一種自動搜尋系統及方法，用以輔助可動式設備搜尋配對裝置。關於本發明之自動搜尋系統及方法的若干具體實施例係揭露如下。

於實務中，本發明之「可動式設備」可以是，但不受限於，如機器人。

請參見第1圖，第1圖繪示根據本發明之一具體實施例的自動搜尋系統之功能方塊圖。如第1圖所示，本具體實施例之自動搜尋系統1包含影像擷取模組10、處理模組12、運動模組14以及配對模組16。

影像擷取模組10包含第一相機100以及第二相機102，分別以第一視角以及第二視角於至少一時間點擷取可動式設備2之第一方向D1上的至少一組連續影像。換言之，於每個時間點，本具體實施例之影像擷取模組10可分別擷取一張第一視角影像以及一張第二視角影像。

當然，於實務中，本發明之影像擷取模組10可包含更多相機，以擷取更多不同視角的影像。

處理模組12進一步包含解析單元120以及定位單元122。解析單元120連接影像擷取模組10之第一相機100以及第二相機102，用以比對每個時間點之第一視角影像以及第二視角影像之若干影像特徵，據以判斷第一方向D1上是否有配對裝置4存在。若有的話，解析單元120產生關於配對裝置4之位置資訊。此外，定位單元122連接解析單元120，用以接收位置資訊，並根據位置資訊產生路線訊號以及調整訊號。

於實際應用中，前述「影像特徵」可以是，但不受限於，如配對裝置之邊界、代表配對裝置之特定色調區域、代表配對裝置之特定材質區域或配對裝置上的外加標記或符號(如十字記號、星號等)。舉例來說，當配對裝置為插座時，其可能具有大體上成方形之邊界，且中央具有平行的兩個黑色長條狀區域。再舉例來說，當配對裝置為吸塵器的吸頭時，其可能具有T字型邊界，且其頭部具有塑膠材質且呈深色的刷毛部份。於實務中，前述「影像特徵」可隨著配對裝置的不同而變化，並不限於這裡所舉的例子。

於實際應用中，本發明之自動搜尋系統可包含對照表，預存關於多個配對裝置之影像特徵，藉此，處理模組12之解析單元120可將擷取到的影像中之候選區塊與對照表中的資料比對，以快速判斷候選區塊中是否包含配對裝置。

此外，於實際應用中，前述「位置資訊」可以是，但 不受限於，如配對裝置4相對可動式設備2之深度、水平距離以及垂直距離等位置資訊。於實務中，配對裝置4相對可動式設備2之深度係透過比對前述多張不同視角影像中，具有相同影像特徵的配對裝置4的相對位置所建立。

運動模組14連接處理模組12之定位單元122，用以接收路線訊號，並根據路線訊號運動，致使可動式設備2移動至配對裝置4鄰近處。於實務中，運動模組14包含馬達、齒輪、輪軸、輪子或其它適當的元件以使可動式設備運動。

配對模組16連接處理模組12之定位單元122，用以接收調整訊號。當運動模組14將可動式設備2移動至配對裝置4鄰近處時，配對模組16根據調整訊號與配對裝置4結合。於實務中，配對模組16包含可轉動、滑動、移動之手臂，且其端部包含固定部，以與配對裝置4結合。於實際應用中，固定部可視配對裝置4的類型情況而為固定柱、固定夾、卡勾、卡槽或其它適合的固定構造。

於實際應用中，當第一方向上有複數個配對裝置時，處理模組12進一步根據該至少一組影像判斷使用者(例如，但不限於，可動式設備2負責照顧的患者)與各該等配對裝置之距離，並根據該距離產生路線訊號以及調整訊號。換言之，處理模組12可選擇離使用者較近的配對裝置作為目標配對裝置，並控制可動式設備2與目標配對裝置結合。

於實務中，當處理模組12判斷第一方向上沒有配對裝置存在時，處理模組12產生轉動訊號控制影像擷取模組10或 可動式設備2轉動預設角度至第二方向，並控制影像擷取模組10擷取可動式設備2之第二方向上的至少一組連續影像，並重新進行前述的判斷程序。進一步，處理模組12計算預設角度之累計值，且當累計值超過360°時，處理模組12控制該可動式設備2移動至另一位置。

此外，於實務中，當處理模組12於第1時間點判斷第一方向上有配對裝置4存在，而於第n個時間點判斷第一方向上沒有配對裝置存在時，處理模組12計算未發現配對裝置之時間點數量。當未發現配對裝置之時間點數量超過預設數量(例如，但不限於，10次)時，處理模組12控制可動式設備2移動至另一位置，重新進行配對裝置的搜尋及定位。

本發明還提供一種自動搜尋方法，用以輔助可動式設備搜尋配對裝置。請參見第2圖，第2圖繪示根據本發明之一具體實施例的自動搜尋方法之流程圖。如第2圖所示，本具體實施例的自動搜尋方法包含下列步驟： 首先，執行步驟S60，分別於至少一個時間點，以第一視角以及第二視角擷取可動式設備之第一方向上的至少一組連續影像。如前所述，於實務中，不同視角的影像是由不同的相機進行擷取，因此，也可包含更多台相機以擷取更多其他視角的影像。

隨後，執行步驟S62，接收該至少一組連續影像，比對該至少一組影像之若干影像特徵。並執行步驟S64，判斷該第一方向上是否有配對裝置存在。

接著，若步驟S64的判斷為肯定，執行步驟S66，產生關於配對裝置之位置資訊。接著，執行步驟S68，根據位置資訊產生路線訊號以及調整訊號。並且，執行步驟S70，接收路線訊號，根據路線訊號控制可動式設備移動至配對裝置鄰近處。隨後，執行步驟S72，接收調整訊號，並根據調整訊號控制可動式設備與配對裝置結合。

請注意，前述步驟S70以及S72可同步執行。此外，當可動式設備與配對裝置結合後，便可利用配對裝置執行預設的任務。例如，當配對裝置為插座時，可動式設備可透過配對裝置供應所需之電力。或者，當配對裝置為毛毯時，可動式設備可將毛毯遞送給受照顧者使用。

另外，若步驟S64的判斷為否定，則判斷可動式設備與配對裝置間可能有障礙物存在，或是可動式設備與配對裝置之間的距離過遠。此時，執行步驟S74，產生轉動訊號控制影像擷取模組轉動預設角度至第二方向，並擷取可動式設備之第二方向上的至少一組連續影像。並且，執行步驟S76，計算預設角度之累計值，當累計值超過360°時，控制可動式設備移動至另一位置，並重新進行步驟S60。於實務中，前述步驟也可控制可動式設備旋轉預設角度至第二方向。

請再參見第3圖，第3圖繪示根據本發明之另一具體實施例的自動搜尋方法之流程圖。如第3圖所示，本具體實施例的自動搜尋方法包含前述步驟S60~S64，並且進一步包含下列步驟：步驟S80，產生關於配對裝置之位置資訊，並根據位 置資訊產生路線訊號。

步驟S82，接收路線訊號，根據路線訊號控制可動式設備往第一方向移動。

步驟S84，再次判斷第一方向上是否有配對裝置存在。若是，則執行步驟S86，控制可動式設備繼續往第一方向移動。

反之，若步驟S84的判斷為否，則執行步驟S88，暫停可動式設備的動作，並計算未發現配對裝置之時間點數量。並接著執行步驟S90，當未發現配對裝置之時間點數量超過預設數量時，控制可動式設備移動至另一位置，並重新進行前述步驟S60。

換言之，當於該等個時間點中之第1時間點判斷第一方向上有配對裝置存在，而在可動式設備往配對裝置移動過程中的第n時間點判斷第一方向上沒有配對裝置存在時，判斷可動式設備與配對裝置之間可能有移動的障礙物存在。此時，本發明之自動搜尋方法可暫停可動式設備的動作，並計算未發現配對裝置之時間點數量，且當其超過預設數量時(例如，但不限於，10次)，控制可動式設備移動至另一位置，並重新進行前述步驟S60。

此外，於實務中，當第一方向上有複數個配對裝置時，本發明之自動搜尋方法還可包含下列步驟：根據所擷取之影像判斷使用者與各配對裝置之距離，並根據所得之距離產生路線訊號以及調整訊號。

於實際應用中，當可動式設備第一次進入某個區域(例如，但不受限於，客廳、病房、辦公室…等空間)時，本發明之自動搜尋系統可先控制可動式設備掃瞄該區域的完整邊界，以及位於該區域中的配對裝置之位置，並將這些資訊儲存於記憶體中。當可動式設備再一次進入該區域時，便可先透過所儲存的資訊移動至配對裝置鄰近處，再進行更精確的定位，以節省定位以及配對的時間。

綜上所述，根據本發明之自動搜尋系統及方法利用影像擷取及分析方式產生路線訊號以及調整訊號，控制可動式設備自動移動至配對裝置鄰近處，並與配對裝置結合，節省了安裝感測器的成本，也縮短了配對的時間，讓配對更有效率。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。

1．．．自動搜尋系統

10．．．影像擷取模組

100．．．第一相機

102．．．第二相機

12．．．處理模組

120．．．解析單元

122．．．定位單元

14．．．運動模組

16．．．配對模組

2．．．可動式設備

4．．．配對裝置

S60~S76、S80~S90．．．流程步驟

第1圖繪示根據本發明之一具體實施例的自動搜尋系統之功能方塊圖。

第2圖繪示根據本發明之一具體實施例的自動搜尋方法之流程圖。

第3圖繪示根據本發明之一具體實施例的自動搜尋方法之流程圖。

S60~S76．．．流程步驟

Claims (18)

1. 一種自動搜尋系統，用以輔助一可動式設備搜尋一配對裝置，該自動搜尋系統包含：一影像擷取模組，用以分別於N個時間點擷取該可動式設備之一第一方向上的N組連續影像，N係大於1之一正整數；一處理模組，連接該影像擷取模組，用以接收該N組連續影像，比對該N組影像之M個影像特徵，並據以判斷該第一方向上是否有該配對裝置存在，若有的話，該處理模組產生一路線訊號以及一調整訊號，若該處理模組於該N個時間點中之第k時間點判斷一第一方向上有該配對裝置存在，而於第(k+1)時間點判斷該第一方向上沒有該配對裝置存在時，該處理模組計算未發現該配對裝置之該時間點數量，且當其超過一預設數量時，該處理模組控制該可動式設備移動至另一位置，M係一正整數；一運動模組，連接該處理模組，用以接收該路線訊號，並根據該路線訊號運動，致使該可動式設備移動至該配對裝置鄰近處；以及一配對模組，連接該處理模組，用以接收該調整訊號，並根據該調整訊號與該配對裝置結合。
2. 如申請專利範圍第1項所述之自動搜尋系統，其中該影像擷取裝置包含二台相機，分別以一第一視角以及一第二視角擷取該N組連續影像。
3. 如申請專利範圍第1項所述之自動搜尋系統，其中該處理模組進一步包含：一解析單元，連接該影像擷取模組，用以比對該N個影像之該M個影像特徵，並據以判斷該第一方向上是否有該配對裝置存在，若有的話，該解析單元產生關於該配對裝置之一位置資訊；以及一定位單元，連接該解析單元，用以接收該位置資訊，並根據該位置資訊產生該路線訊號以及該調整訊號。
4. 如申請專利範圍第3項所述之自動搜尋系統，其中該M個影像特徵包含選自由該配對裝置之邊界、該配對裝置之特定色調區域、該配對裝置之特定材質以及該配對裝置之特定記號所組成之群組中之至少一。
5. 如申請專利範圍第3項所述之自動搜尋系統，其中該位置資訊包含該配對裝置相對該可動式設備之深度、水平距離以及垂直距離。
6. 如申請專利範圍第1項所述之自動搜尋系統，其中當該第一方向上有複數個該配對裝置時，該處理模組進一步根據該N組影像判斷一使用者與各該等配對裝置之距離，並根據該距離產生該路線訊號以及該調整訊號。
7. 如申請專利範圍第1項所述之自動搜尋系統，其中當該處理模組判斷該第一方向上沒有該配對裝置存在時，該處理模組產生一轉動訊號控制該影像擷取模組轉動一預設角度至一第二方向，並擷取該可動式設備之該第二方向上的N組連續影像。
8. 如申請專利範圍第7項所述之自動搜尋系統，其中該處理模組計算該預設角度之一累計值，且當該累計值超過360°時，該處理模組控制該可動式設備移動至另一位置。
9. 如申請專利範圍第1項所述之自動搜尋系統，其中該配對裝置係一插座。
10. 一種自動搜尋方法，用以輔助一可動式設備搜尋一配對裝置，該自動搜尋方法包含下列步驟：(a)分別於N個時間點擷取該可動式設備之一第一方向上的N組連續影像，N係大於1之一正整數；(b)接收該N組連續影像，比對該N組影像之M個影像特徵，並據以判斷該第一方向上是否有該配對裝置存在，M係一正整數；(c)若步驟(b)的判斷為肯定，產生一路線訊號以及一調整訊號；(d)接收該路線訊號，並根據該路線訊號控制該可動式設備移動至該配對裝置鄰近處；(e)若步驟(b)的判斷為肯定，當該N個時間點中之第k時間點判斷該第一方向上有該配對裝置存在，而於第(k+1)時間點判斷該第一方向上沒有該配對裝置存在時，計算未發現該配對裝置之該時間點數量，且當其超過一預設數量時，控制該可動式設備移動至另一位置；以及(f)接收該調整訊號，並根據該調整訊號控制該可動式設備與該配對裝置結合。
11. 如申請專利範圍第10項所述之自動搜尋方法，其中步驟(a)進一步包含下列步驟：(a1)分別以一第一視角以及一第二視角擷取該N組連續影像。
12. 如申請專利範圍第10項所述之自動搜尋方法，其中步驟(c)進一步包含下列步驟：(c1)若步驟(b)的判斷為肯定，產生關於該配對裝置之一位置資訊；以及(c2)根據該位置資訊產生該路線訊號以及該調整訊號。
13. 如申請專利範圍第12項所述之自動搜尋方法，其中該M個影像特徵包含選自由該配對裝置之邊界、該配對裝置之特定色調區域、該配對裝置之特定材質以及該配對裝置之特定記號所組成之群組中之至少一。
14. 如申請專利範圍第12項所述之自動搜尋方法，其中該位置資訊包含該配對裝置相對該可動式設備之深度、水平距離以及垂直距離。
15. 如申請專利範圍第10項所述之自動搜尋方法，進一步包含下列步驟：(c3)當該第一方向上有複數個該配對裝置時，根據該N個影像判斷一使用者與各該等配對裝置之距離，並根據該距離產生該路線訊號以及該調整訊號。
16. 如申請專利範圍第10項所述之自動搜尋方法，進一步包含下列步驟：(c4)若步驟(b)的判斷為否定，產生一轉動訊號控制該影 像擷取模組轉動一預設角度至一第二方向，並擷取該可動式設備之該第二方向上的N組連續影像。
17. 如申請專利範圍第16項所述之自動搜尋方法，進一步包含下列步驟：(c5)計算該預設角度之一累計值，且當該累計值超過360°時，控制該可動式設備移動至另一位置，並重新進行步驟(a)。
18. 如申請專利範圍第10項所述之自動搜尋方法，進一步包含下列步驟：(g)透過該配對裝置供應該可動式設備所需之電力。