TWI426241B - Self - propelled device for the tracking system - Google Patents

Description

自走裝置之循跡導航系統

本發明係與導航技術有關，特別是指一種自走裝置之循跡導航系統。

按，自走車是一種集合了環境偵測及無人化自動操控等功能為一體的綜合體，應用的範圍甚廣，除了自動駕駛無人操作之外，還可以使用於物料的自動運輸、倉庫的監視巡邏、危險有害場所的作業等，自走車實具有高度的發展潛力。

傳統的自走車通常是使用GPS(全球定位系統)來進行定位，或是使用地面指示標記做為導引，依預定的路徑來前進，並且沿途不斷的進行位置以及航向的比對，藉以確保自走車能依照預定的路徑來前進。然而，傳統的技術中，大多數的路徑規劃係為網格式點對點間相連接的線所組成的路徑，此種路徑規劃會在轉彎處產生路徑不連續的現象，亦即路徑並非平滑的曲線，自走車在行進的過程會有較不平順的轉彎，其實際行走路徑較不易符合規劃的路徑。

我國發明第I249022號「自走裝置循跡導航系統」發明專利，其揭露了一種利用較近的數個導航點來找出平均座標點，並配合GPS系統來進行定位，進而修順了路徑，使得自走裝置的行進路線呈現出平滑的曲線，進而更符合規劃的路徑。然而，前述案件所揭露的技術，由於僅使用一個電子羅盤，因此在有地磁以外的干擾磁場存在時，容易在方向上產生誤判；此外，在GPS訊號不佳時，容易產生誤差甚至無法定位及運作，因此其仍有缺點有待改進。

本發明之主要目的在於提供一種自走裝置之循跡導航系統，其具有修正誤差的機制，且可在GPS訊號不佳時仍可以運作工作。

為了達成前述目的，依據本發明所提供之一種自走裝置之循跡導航系統，包含有：一自走裝置，具有複數車輪而可藉以移動及轉向，該等車輪中具有至少一前輪可轉向，該自走裝置具有一轉向裝置用以至少控制該前輪進行轉向，且該自走裝置可供輸入預定路線而據以依該預定路線移動；二電子羅盤，設於該自走裝置且彼此間相隔預定距離，用以偵測該自走裝置之方向，且可用以偵測是否有除了地磁以外的干擾磁場；一速度感測器，設於該自走裝置，用以偵測該自走裝置的行進速度；一差分式全球定位系統(DGPS)，設於該自走裝置，用以偵測該自走裝置之位置；以及二編碼輪，各該編碼輪係由一編碼器以及一被動輪所組成，設置於該自走裝置，用以在該自走裝置行進的過程中與地面接觸而滾動藉以進行編碼；其中，係先輸入預定路線至該自走裝置內，該預定路線上定義有多數的導航點，該自走裝置係依該預定路線行進；在行進的過程中，藉由該二電子羅盤、該速度感測器以及該等編碼輪來感測並取得該自走裝置的第一組資訊，包含位置、速度及角度等資料；並藉由該差分式全球定位系統來感測該自走裝置的第二組資訊，包含位置、速度及角度等資料；結合該第一組資訊以及該第二組資訊並加以運算取得綜合的第三組資訊以決定該自走裝置的位置、速度及角度；接著找出較近的數個導航點的平均座標點，由該平均座標點與該自走裝置構成期望航向，再將該期望航向與目前自走裝置之行進方向間的夾角定義為轉向方向角，藉以決定該轉向裝置轉動車輪的轉向角度，進而達到使該自走裝置循跡導航的效果。

為了詳細說明本發明之構造及特點所在，茲舉以下之較佳實施例並配合圖式說明如後，其中：如第一圖至第四圖所示，本發明一較佳實施例所提供之一種自走裝置之循跡導航系統10，主要由一自走裝置11、二電子羅盤21、一速度感測器31、一差分式全球定位系統(DGPS) 41以及二編碼輪51所組成，其中：該自走裝置11，具有複數車輪12而可藉以移動及轉向，該等車輪12中具有至少一前輪121可轉向，該自走裝置11具有一轉向裝置14用以至少控制該前輪121進行轉向，且該自走裝置11可供輸入預定路線，用以根據該預定路線移動。

該二電子羅盤21，設於該自走裝置11且彼此間相隔預定距離，用以偵測該自走裝置11之方向，且可用以偵測是否有除了地磁以外的干擾磁場。於本實施例中，當該自走裝置11位於平坦地面時，該二電子羅盤21係位於相同高度。

該速度感測器31，設於該自走裝置11，用以偵測該自走裝置11的行進速度。

該差分式全球定位系統(DGPS)41，設於該自走裝置11，用以偵測該自走裝置11之位置。

該二編碼輪51，各該編碼輪51係由一編碼器52以及一被動輪54所組成，設置於該自走裝置11，用以在該自走裝置11行進的過程中與地面接觸而滾動藉以進行編碼。

其中，係先輸入一預定路線P至該自走裝置11內，該預定路線P係定義有多數的導航點N，該自走裝置11係依該預定路線P行進。於本實施例中，該預定路線P的形成方式為：以人工操作的方式驅動該自走裝置11行進一次，並依預定時間間隔沿途藉由該差分式全球定位系統41取得多個位置點並定義為導航點N，將該等導航點N以多點一組的方式配合C-R曲線來求得一連續曲線，進而形成該預定路線P。此外，亦可藉由將包含有路徑的電子檔輸入該自走裝置11內，同樣能形成該預定路徑。本實施例在使用C-R曲線的方式，係與I249022號專利所述之方式相同，因此容不贅述。

在行進的過程中，藉由該二電子羅盤21、該速度感測器31以及該等編碼輪51來感測並取得該自走裝置11的第一組資訊I1，包含位置、速度及角度等資料。並藉由該差分式全球定位系統41來感測該自走裝置11的第二組資訊I2，包含位置、速度及角度等資料。結合該第一組資訊I1以及該第二組資訊I2並加以運算取得綜合的第三組資訊I3以決定該自走裝置11的位置、速度及角度。

接著找出較近的數個導航點N的平均座標點，由該平均座標點與該自走裝置11構成期望航向，再將該期望航向與目前自走裝置11的行進方向間的夾角定義為轉向方向角，藉以決定該轉向裝置14轉動車輪12(本實施例以前輪121為例)的轉向角度，進而達到使該自走裝置11循跡導航的效果。此處所述的平均座標點以及期望航向等技術均已見於I249022號專利中，容不再予贅述。

於本實施例中，在該差分式全球定位系統41所能取得訊號的衛星數量少於5個時，則判斷該第二組資訊I2不能使用，此時僅取用該第一組資訊I1來判斷該自走裝置11的位置、速度以及角度。

於本實施例中，更包含有一外部物體感測器61，設置於該自走裝置11，用以感測外部之障礙物的大小及與該自走裝置11之間的距離，該自走裝置11可藉由執行一迴避措施來避開障礙物，而自走裝置11的迴避措施係屬習知技術，容不贅述。

而在行進的過程中，由於該二電子羅盤21相隔預定距離，因此在僅有地磁時，該二電子羅盤21所感測到的方向會是相同的，但在有除了地磁以外的干擾磁場時，該二電子羅盤21即會產生方向上的差異，如此一來即可偵測出有干擾磁場的存在，而可進一步進行過濾或抵銷的動作，進而取得正確的方向。

此外，該自走裝置11在依預定路線P行進的過程中，雖然是使用由該第一組資訊I1以及該第二組資訊I2所結合而成的該第三組資訊I3，藉以取得該自走裝置11的位置、速度及角度。但是，有時天候不佳時，例如雲層、煙霧或其他干擾因素，有可能使得該自走裝置11無法接收到某些衛星的訊號，當所能取得訊號的衛星數量少於5個時，該第二組資訊I2的精準度即不足夠，因此若仍將該第二組資訊I2去和第一組資訊I1結合，反而會降低該第三組資訊I3的精準度，因此，在這樣的情況下，僅採用該第一組資訊I1而不採用第二組資訊I2，可以使得結果(即決定該自走裝置11的位置、速度及角度)更為正確。

由上可知，本發明除了可以獲得較為平滑的路徑之外，由於本發明使用了兩個電子羅盤21，因此可以偵測出是否有地磁以外的干擾磁場存在，在方向的判斷上更為準確；此外，在GPS訊號不佳時，仍可藉由該第一組資訊I1繼續運作，改善了先前技術的缺點。

10．．．自走裝置之循跡導航系統

11．．．自走裝置

12．．．車輪

121．．．前輪

14．．．轉向裝置

21．．．電子羅盤

31．．．速度感測器

41．．．差分式全球定位系統

51．．．編碼輪

52．．．編碼器

54．．．被動輪

61．．．外部物體感測器

I1．．．第一組資訊

I2．．．第二組資訊

I3．．．第三組資訊

N．．．導航點

P．．．預定路線

第一圖係本發明一較佳實施例之系統架構示意圖。

第二圖係本發明一較佳實施例之局部架構示意圖，顯示二電子羅盤位於自走裝置上同高度的狀態。

第三圖係本發明一較佳實施例之資訊產生示意圖。

第四圖係本發明一較佳實施例之預定路線示意圖。

10．．．自走裝置之循跡導航系統

11．．．自走裝置

12．．．車輪

121．．．前輪

14．．．轉向裝置

21．．．電子羅盤

31．．．速度感測器

41．．．差分式全球定位系統

51．．．編碼輪

52．．．編碼器

54．．．被動輪

61．．．外部物體感測器

Claims (5)

1. 一種自走裝置之循跡導航系統，包含有：一自走裝置，具有複數車輪而可藉以移動及轉向，該等車輪中具有至少一前輪可轉向，該自走裝置具有一轉向裝置用以至少控制該前輪進行轉向，且該自走裝置可供輸入預定路線而據以依該預定路線移動；二電子羅盤，設於該自走裝置且彼此間相隔預定距離，用以偵測該自走裝置之方向，且可用以偵測是否有除了地磁以外的干擾磁場；一速度感測器，設於該自走裝置，用以偵測該自走裝置的行進速度；一差分式全球定位系統(DGPS)，設於該自走裝置，用以偵測該自走裝置之位置；以及二編碼輪，各該編碼輪係由一編碼器以及一被動輪所組成，設置於該自走裝置，用以在該自走裝置行進的過程中與地面接觸而滾動藉以進行編碼；其中，係先輸入預定路線至該自走裝置內，該預定路線上定義有多數的導航點，該自走裝置係依該預定路線行進；在行進的過程中，藉由該二電子羅盤、該速度感測器以及該等編碼輪來感測並取得該自走裝置的第一組資訊，包含位置、速度及角度等資料；並藉由該差分式全球定位系統來感測該自走裝置的第二組資訊，包含位置、速度及角度等資料；結合該第一組資訊以及該第二組資訊並加以運算取得綜合的第三組資訊以決定該自走裝置的位置、速度及角度；接著找出較近的數個導航點的平均座標點，由該平均座標點與該自走裝置構成期望航向，再將該期望航向與目前自走裝置之行進方向間的夾角定義為轉向方向角，藉以決定該轉向裝置轉動車輪的轉向角度，進而達到使該自走裝置循跡導航的效果。
2. 依據申請專利範圍第1項所述之自走裝置之循跡導航系統，其中：於該自走裝置位於平坦地面時，該二電子羅盤係位於相同高度。
3. 依據申請專利範圍第1項所述之自走裝置之循跡導航系統，其中：在該差分式全球定位系統所能取得訊號的衛星數量少於5個時，則判斷該第二組資訊不能使用，此時僅取用該第一組資訊來判斷該自走裝置的位置、速度及角度。
4. 依據申請專利範圍第1項所述之自走裝置之循跡導航系統，其中：該預定路線之形成方式為：以人工操作的方式驅動該自走裝置行進一次，並依預定時間間隔沿途藉由該差分式全球定位系統取得多個位置點並定義為該等導航點，將該等導航點以多點一組的方式配合C-R曲線(Catmull-Rom Splines)來求得一連續曲線，進而形成該預定路線。
5. 依據申請專利範圍第1項所述之自走裝置之循跡導航系統，其中：更包含有一外部物體感測器，設置於該自走裝置，用以感測外部之障礙物的大小及與該自走裝置之間的距離。