TWI436179B - 自走式電子裝置及其控制自走式電子裝置行為之方法 - Google Patents

Description

自走式電子裝置及其控制自走式電子裝置行為之方法

本發明係關於一種自走式電子裝置及其控制自走式電子裝置行為之方法，特別是一種利用動態感應模組進行偵測之自走式電子裝置及其控制自走式電子裝置行為之方法。

隨著科技的發展，利用自走式之電子裝置，亦即俗稱之機器人，來自動執行打掃工作的方式已經被廣泛的應用於家庭中。而在先前技術中，為了避免自走式電子裝置碰撞到障礙物或是牆壁，通常會設置非接觸式或是接觸式之感測器。其中非接觸式之感測器可利用紅外線或是雷射，藉由主動發出訊號來偵測與障礙物間之距離。並且為了減少死角之機率，先前技術之自走式電子裝置會具有接觸式之感測器，例如緩衝器(Bumper)。當自走式電子裝置藉由緩衝器碰撞到障礙物時，會自動停止或改變移動方向。

但先前技術中的自走式電子裝置較佳者為同時具有非接觸式及接觸式之感測器，如此一來就會增加設計之困難度，讓製造成本增加。另一方面，利用先前技術中的自走式電子裝置非接觸式或接觸式之感測器對障礙物會有高度之限制，若是遇到高度低於自走式電子裝置主體之障礙物或是障礙物之所在處正好高於緩衝器之位置時，先前技術之自走式電子裝置可能無法做出迴避障礙物的控制。甚至是行走在不平整的地面時，先前技術之自走式電子裝置亦無法根據所接觸的地形環境即時執行相對應的調整。

因此，有必要發明一種新的自走式電子裝置及其控制自走式電子裝置行為之方法，以解決先前技術之缺失。

本發明之主要目的係在提供一種自走式電子裝置，其具有利用動態感應模組進行偵測之效果。

本發明之另一主要目的係在提供一種用於控制自走式電子裝置行為之方法。

為達成上述之目的，本發明之自走式電子裝置包括馬達、輪組、處理模組、馬達控制模組及動態感應模組。馬達係與輪組相連接，用以驅動輪組。馬達控制模組係與馬達電性連接，用以控制馬達。動態感應模組用以根據自走式電子裝置所接觸之一環境狀態偵測出感應訊號。處理模組係與馬達控制模組及動態感應模組電性連接，以接收感應訊號；其中當感應訊號為移動異常訊號時，處理模組係根據感應訊號以藉由馬達控制模組控制馬達，並進一步調整輪組以適應該環境狀態。

本發明之控制自走式電子裝置行為之方法包括以下步驟：藉由動態感應模組根據自走式電子裝置所接觸之環境狀態偵測出產生感應訊號；判斷感應訊號是否為移動異常 訊號；以及若是，則根據移動異常訊號以控制馬達，以進一步調整輪組以適應該環境狀態。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

請先參考圖1A係本發明之自走式電子裝置之第一實施例之系統架構圖。

在本發明之第一實施例中，自走式電子裝置10a可為一自動清掃機器人，但本發明並不限於此。自走式電子裝置10a包括處理模組11、馬達控制模組12、馬達20、輪組30及動態感應模組42。其中處理模組11與馬達控制模組12可為一軟體、一韌體、一硬體或是一韌體結合硬體等方式所架構而成，但本發明並不限於此。處理模組11用以控制自走式電子裝置10a內之各項功能。馬達控制模組12係與處理模組11電性連接，處理模組11可經由馬達控制模組12以控制馬達20。馬達20係與輪組30相互連接，用以控制輪組30之轉動速度或轉動方向。在本實施例中，輪組30包括左側輪組31與右側輪組32，但本發明並不限定為兩組。

動態感應模組42係與處理模組11電性連接，用以根據自走式電子裝置10a所接觸之環境狀態以偵測出感應訊號，再判斷感應訊號是否超出閥值來區分為正常訊號或移動異常訊號，或是將其感應訊號傳輸至處理模組11以判斷 為正常訊號或移動異常訊號。其中移動異常訊號係為由動態感應模組42根據自走式電子裝置10a所接觸之環境、地形等環境狀態，於符合特別定義的條件時所得到之訊號。例如自走式電子裝置10a於接觸到不平整的地面或是接觸到障礙物時所得到之訊號。其詳細的實施方式就如同圖4到圖6之步驟流程圖及相關說明書內容所述，故在此先不贅述。

在本實施例中，動態感應模組42係為一加速度計(G-sensor)，用以於自走式電子裝置10a與外界環境接觸時，量測水平軸向(即X/Y軸)及垂直軸向(即Z軸)之感應訊號，以得知在水平軸向之移動異常訊號及垂直軸向之移動異常訊號。但本發明並不限於此。動態感應模組42亦可為陀螺儀(Gyro Sensor)、電子羅盤(E-compass)或是氣壓計(Barometer)等類似的模組。

當動態感應模組42或處理模組11判斷出感應訊號為移動異常訊號時，處理模組11係可根據移動異常訊號以控制馬達20，以進一步調整輪組30之轉動速度或轉動方向來適應環境狀態。其調整方式在之後會有詳細的說明，故在此先不贅述。

接著請參考圖1B係本發明之自走式電子裝置之第二實施例之系統架構圖。

本發明之第二實施例係本發明之最佳實施方式。在本發明之第二實施例中，自走式電子裝置10b包括處理模組11、馬達控制模組12、馬達20、輪組30、馬達狀態偵測模組41及動態感應模組42。處理模組11用以控制自走式 電子裝置10b內之各項功能。馬達控制模組12係與處理模組11電性連接，處理模組11可經由馬達控制模組12以控制馬達20。馬達20係與輪組30相互連接，用以控制輪組30之轉動速度或轉動方向。

自走式電子裝置10b同時包括了馬達狀態偵測模組41及動態感應模組42。馬達狀態偵測模組41係與馬達20及馬達控制模組12電性連接，用以偵測馬達20之狀態，並得到一回饋訊號以傳輸至馬達控制模組12及處理模組11，以判斷是否超出設定之閥值。在本發明之一實施方式中，馬達狀態偵測模組41係為一電流偵測模組，以偵測馬達20之電流值，但本發明並不限於此。如此一來處理模組11係可於回饋訊號異常時根據回饋訊號以控制馬達20，以進一步調整輪組30之轉動速度或轉動方向來適應環境。其調整方式在之後會有詳細的說明，故在此先不贅述。

動態感應模組42係與處理模組11電性連接，用以根據自走式電子裝置10b所接觸之環境狀態以偵測出感應訊號，再判斷為正常訊號或移動異常訊號讓處理模組11進行後續處理。其處理流程在之後會有詳細的敘述，故在此先不贅述。

如此一來，處理模組11係可根據回饋訊號或移動異常訊號以精確地控制馬達20，以進一步調整輪組30之轉動速度或轉動方向來適應環境狀態。

而關於動態感應模組42之設置位置請參考圖2係本發明之自走式電子裝置之其中一實施例之外觀示意圖。

動態感應模組42係設置於水平軸上可量測到最大加速 度變化之處。由於在本發明之一實施例中，左側輪組31與右側輪組32係分別設置於自走式電子裝置10b的兩側，因此動態感應模組42係實質上位於自走式電子裝置10b之邊緣，且實質上位於左側輪組31與右側輪組32之中央所延伸出的中央延伸線L上，以達到最佳的感測結果。

接著請參考圖3係本發明之控制自走式電子裝置行為之方法之步驟流程圖。此處需注意的是，以下雖以自走式電子裝置10b為例說明本發明之控制自走式電子裝置行為之方法，但本發明之控制自走式電子裝置行為之方法並不以使用在自走式電子裝置10b為限。

首先進行步驟301：啟動馬達以驅動輪組。

首先自走式電子裝置10b係先啟動馬達20，讓輪組30轉動。如此一來，即可使自走式電子裝置10b得以自行移動。

接著進行步驟302：藉由動態感應模組根據自走式電子裝置所接觸之環境狀態以偵測出感應訊號。

當輪組30轉動時，動態感應模組42係隨時感應自走式電子裝置10b所接觸之環境、地形等狀態以得到感應訊號。由於在本發明之一實施方式中，動態感應模組42係為一加速度計，因此可測量出自走式電子裝置10b於水平軸向及垂直軸向方向之加速度。如此一來，即可於根據自走式電子裝置10b所接觸到之環境，以偵測出感應訊號，進一步得知水平軸向感應訊號及垂直軸向感應訊號。

同時進行步驟303：藉由馬達狀態偵測模組偵測馬達之狀態，以得到回饋訊號。

同時當馬達20啟動後，馬達狀態偵測模組41係隨時偵測馬達20之狀態，以得到回饋訊號並傳輸至馬達控制模組12。以下係以馬達狀態偵測模組41係為電流偵測模組為例進行說明，但本發明並不限於此。由於馬達20之電流值在不同的狀況下會有不同的變化，例如當自走式電子裝置10c遇到障礙物時，會導致馬達20之電流值隨著阻力增加。因此自走式電子裝置10b可藉由偵測馬達20之電流值所產生之回饋訊號得知是否有異常之狀況。

再進行步驟304：判斷感應訊號或回饋訊號是否異常。

接著動態感應模組42或處理模組11判斷偵測到之感應訊號是否異常，例如判斷感應訊號是否超出閥值來區分為正常訊號或移動異常訊號。同時馬達狀態偵測模組41或處理模組11亦判斷回饋訊號是否超出設定閥值以得知自走式電子裝置10b是否有異常之狀況。

最後若感應訊號或回饋訊號異常時，則進行步驟305：根據移動異常訊號或回饋訊號以控制馬達，以進一步調整輪組以適應環境狀態。

最後處理模組11再根據移動異常訊號或回饋訊號判斷是否要維持自走式電子裝置10b之動作狀態。亦即決定要如何藉由馬達控制模組12控制馬達20，來進一步調整輪組30之轉動速度或轉動方向，使得自走式電子裝置10b可適應所接觸到的環境或地形。

並需注意的是，本發明之自走式電子裝置10b並不需先啟動馬達才能執行本發明之動作偵測方法。亦即本發明可先不執行步驟301，在自走式電子裝置10b靜止的狀態下仍可進行偵測。同時若自走式電子裝置10b並未設置馬達狀態偵測模組41時，則自走式電子裝置10b係不執行步驟303。若當自走式電子裝置10b不具有動態感應模組42，則可不進行步驟302之流程。

而關於上述步驟304到步驟305中，處理模組11控制馬達20之實施方式可先參考如圖4所示，圖4係本發明之自走式電子裝置調整馬達之第一實施方式之步驟流程圖。並需注意的是，下述之圖4到圖6之不同實施方式及步驟順序僅為舉例，本發明並不以此為限。

首先進行步驟401：判斷水平軸向感應訊號是否小於移動閥值且超過特定時間。

首先處理模組11係根據動態感應模組42傳輸來之感應訊號，以判斷水平軸向感應訊號是否小於移動閥值，並確定是否超過一特定時間。此移動閥值可為自走式電子裝置10b於正常移動狀態下應具有之加速度值，特定時間可為一秒鐘，但本發明並不限於此。亦即當自走式電子裝置10b在水平軸向之加速度長時間都低於移動閥值時，其狀態並不符合正常自走式電子裝置10b移動時之特性，因此可判斷自走式電子裝置10b可能遇到了障礙物而無法正常行走。

因此當水平軸向感應訊號長時間小於移動閥值時，則執行步驟402：執行障礙物模式。

在此狀況下水平軸向感應訊號即視為障礙物之移動異常訊號，因此處理模組11係對馬達20執行一障礙物模式。舉例而言，處理模組11可試著控制馬達20讓自走式電子裝置10b退後，再轉向來避開障礙物。或者處理模組11判斷無法避開障礙物，則可以關閉馬達20之動作以節省電力。由此可知，本發明之自走式電子裝置10b可根據所接觸到的環境狀態進行調整，而不會受到障礙物高度的限制。

若水平軸向感應訊號並沒有小於移動閥值時，則進行步驟403：執行正常模式。

若水平軸向感應訊號為正常訊號時，處理模組11判斷自走式電子裝置10b並無因接觸到障礙物而產生移動異常之訊號，則自走式電子裝置10b係持續執行正常模式，保持正常之行走狀態。

接著請參考圖5係本發明之自走式電子裝置調整馬達之第二實施方式之步驟流程圖。

在第二實施方式中，處理模組11係先執行步驟501：判斷水平軸向感應訊號是否超過碰撞閥值。

處理模組11係根據動態感應模組42傳輸來之感應訊號，以判斷水平軸向感應訊號是否超過碰撞閥值。此碰撞閥值可為自走式電子裝置10b於正常移動狀態下應具有之加速度變化值。亦即當自走式電子裝置10b於水平軸向之加速度變化大於碰撞閥值時，處理模組11係判斷自走式電子裝置10b碰觸或是撞擊到障礙物。

因此，當水平軸向感應訊號超過碰撞閥值時，則執行步驟502：執行碰撞模式。

當自走式電子裝置10b碰觸或是撞擊到障礙物時，水平軸向感應訊號即視為碰撞之移動異常訊號，因此處理模組11係藉由馬達20控制輪組30轉向，讓自走式電子裝置10b可以避開障礙物。

若處理模組11判斷水平軸向感應訊號在正常範圍內時，則進行步驟503：執行正常模式。

若水平軸向感應訊號為正常訊號時，處理模組11判斷自走式電子裝置10b的移動無任何異常變化或受到其他外界的衝擊，則自走式電子裝置10b係持續執行正常模式，保持正常之行走狀態。

最後請參考圖6係本發明之自走式電子裝置調整馬達之第三實施方式之步驟流程圖。

在第三實施方式中，處理模組11係先執行步驟601：判斷回饋訊號是否超過設定閥值或垂直軸向感應訊號是否超出震動閥值。

處理模組11係根據動態感應模組42所傳輸之感應訊號，以判斷垂直軸向感應訊號是否超出一震動閥值。此震動閥值可為自走式電子裝置10b於正常移動狀態下，在垂直軸向應具有之加速度值。另一方面，處理模組11亦可根據馬達狀態偵測模組41產生之回饋訊號，判斷是否超過一設定閥值。若以馬達狀態偵測模組41為偵測馬達20之電流值為例，設定閥值則為電流閥值。此電流閥值可為自走式電子裝置10b於正常移動狀態下，馬達20所需之電流值。當自走式電子裝置10b垂直軸向之加速度改變且超出震動閥值，或馬達20之電流值超出正常行走之電流閥值時，可判斷自走式電子裝置10b可能行走於不規則之地形上。此處之不規則之地形可能為長毛地毯，但本發明並不以此為限。

因此當回饋訊號超過設定閥值或垂直軸向感應訊號超出震動閥值時，則進行步驟602：執行震動模式。

當處理模組11判斷出自走式電子裝置10b行走於不規則之地形上時，垂直軸向感應訊號即視為震動之移動異常訊號，因此處理模組11係控制馬達20執行相對應之調整。或是馬達20之回饋訊號超出正常行走之設定閥值時，處理模組11亦可執行此震動模式。舉例而言，若自走式電子裝置10b行走於長毛地毯上時，處理模組11可控制馬達20降低輪組30之轉動速度，以加強對於長毛地毯之清掃。

若垂直軸向感應訊號並無超出震動閥值或回饋訊號並無超過設定閥值時，則進行步驟603：執行正常模式。

若垂直軸向感應訊號為正常訊號時，或回饋訊號仍在設定閥值內時，處理模組11判斷自走式電子裝置10b的並未接觸到任何異常的地形時，則自走式電子裝置10b係持續執行正常模式，保持正常之行走狀態。

此處需注意的是，本發明之控制自走式電子裝置行為之方法並不以上述之步驟次序為限，只要能達成本發明之目的，上述之步驟次序亦可加以改變。

同時本發明之調整馬達之實施方式也並不以上述所列舉之模式為限，可以視自走式電子裝置10a或10b之需求而另外設定。處理模組11亦可依序執行第一實施方式到第三實施方式，也可根據不同的環境同時執行不同的實施方式。例如當自走式電子裝置10a或10b行走於長毛地毯上且碰撞到障礙物時，處理模組11可同時執行障礙物模式及震動模式，以達到最佳的適應地形環境之效果。

由上述的描述可知，本發明之自走式電子裝置10a或10b之架構較簡單，且可針對所接觸到不同的環境、地行狀況進行靈活地調整，亦不會有障礙物高度限制的影響，明顯優於先前技術中的裝置。

綜上所陳，本發明無論就目的、手段及功效，在在均顯示其迥異於習知技術之特徵，懇請　貴審查委員明察，早日賜准專利，俾嘉惠社會，實感德便。惟應注意的是，上述諸多實施例僅係為了便於說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

10a、10b．．．自走式電子裝置

11．．．處理模組

12．．．馬達控制模組

20．．．馬達

30．．．輪組

31．．．左側輪組

32．．．右側輪組

41．．．馬達狀態偵測模組

42．．．動態感應模組

L．．．中央延伸線

圖1A係本發明之自走式電子裝置之第一實施例之系統架構圖。

圖1B係本發明之自走式電子裝置之第二實施例之系統架構圖。

圖2係本發明之自走式電子裝置之其中一實施例之外觀示意圖。

圖3係本發明之控制自走式電子裝置行為之方法之步驟流程圖。

圖4係本發明之自走式電子裝置調整馬達之第一實施方式之步驟流程圖。

圖5係本發明之自走式電子裝置調整馬達之第二實施方式之步驟流程圖。

圖6係本發明之自走式電子裝置調整馬達之第三實施方式之步驟流程圖。

10b．．．自走式電子裝置

11．．．處理模組

12．．．馬達控制模組

20．．．馬達

30．．．輪組

31．．．左側輪組

32．．．右側輪組

41．．．馬達狀態偵測模組

42．．．動態感應模組

Claims (18)

1. 一種自走式電子裝置，包括：一輪組；一馬達，係與該輪組相連接，用以驅動該輪組；一馬達控制模組，係與該馬達電性連接，用以控制該馬達；一動態感應模組，用以根據該自走式電子裝置所接觸之一環境狀態偵測出一感應訊號，其中該感應訊號包括一水平軸向感應訊號及一垂直軸向感應訊號；以及一處理模組，係與該馬達控制模組及該動態感應模組電性連接，以接收該感應訊號；其中當該感應訊號為一移動異常訊號時，該處理模組係自動根據該移動異常訊號以藉由該馬達控制模組控制該馬達，並進一步調整該輪組以適應該環境狀態。
2. 如申請專利範圍第1項所述之自走式電子裝置，其中當該水平軸向感應訊號超過碰撞閥值時，該處理模組係執行一碰撞模式。
3. 如申請專利範圍第1項所述之自走式電子裝置，其中當該水平軸向感應訊號小於移動閥值且超過一特定時間時，該處理模組係執行一障礙物模式。
4. 如申請專利範圍第1項所述之自走式電子裝置，其中當該垂直軸向感應訊號超出一震動閥值時，該處理模組係執行一震動模式。
5. 如申請專利範圍第1項所述之自走式電子裝置，更包括一馬達狀態偵測模組，係與該馬達及該馬達控制模組電 性連接，用以偵測該馬達之一狀態以得到一回饋訊號，其中該處理模組係接收該回饋訊號，並於該回饋訊號異常時進一步根據該回饋訊號來藉由該馬達控制模組控制該馬達，調整該輪組以適應該環境狀態。
6. 如申請專利範圍第5項所述之自走式電子裝置，其中當該回饋訊號超過設定閥值時，該處理模組係執行一震動模式。
7. 如申請專利範圍第6項所述之自走式電子裝置，其中該馬達狀態偵測模組係為一電流偵測模組，用以偵測該馬達之一電流值，設定閥值係為電流閥值。
8. 如申請專利範圍第1項所述之自走式電子裝置，其中該動態感應模組係為一加速度計。
9. 如申請專利範圍第1項所述之自走式電子裝置，其中該輪組包括一左側輪組及一右側輪組。
10. 如申請專利範圍第1項所述之自走式電子裝置，其中該動態感應模組係於該馬達啟動後偵測出該感應訊號。
11. 一種控制自走式電子裝置行為之方法，係用於一自走式電子裝置，該自走式電子裝置包括一馬達及一輪組，該方法包括：藉由一動態感應模組根據該自走式電子裝置所接觸之一環境狀態以偵測出一感應訊號，包括偵測出一水平軸向感應訊號及一垂直軸向感應訊號；判斷該感應訊號是否為一移動異常訊號；以及若是，則自動根據該移動異常訊號以控制該馬達，以進一步調整該輪組以適應該環境狀態。
12. 如申請專利範圍第11項所述之控制自走式電子裝置行為之方法，其中判斷該感應訊號是否為該移動異常訊號之步驟更包括：判斷該水平軸向感應訊號是否超過碰撞閥值；以及若是，則執行一碰撞模式。
13. 如申請專利範圍第11項所述之控制自走式電子裝置行為之方法，其中判斷該感應訊號是否為該移動異常訊號之步驟更包括：判斷該水平軸向感應訊號是否小於移動閥值且超過一特定時間；以及若是，則執行一障礙物模式。
14. 如申請專利範圍第11項所述之控制自走式電子裝置行為之方法，其中判斷該感應訊號是否為該移動異常訊號之步驟更包括：判斷該垂直軸向感應訊號是否超出震動閥值；以及若是，則執行一震動模式。
15. 如申請專利範圍第11項所述之控制自走式電子裝置行為之方法，更包括以下步驟：藉由一馬達狀態偵測模組偵測該馬達之狀態，以得到一回饋訊號；判斷該回饋訊號是否異常；以及若是，則進一步根據該回饋訊號以控制該馬達，調整該輪組以適應該環境狀態。
16. 如申請專利範圍第15項所述之控制自走式電子裝置行為之方法，其中判斷該回饋訊號是否異常之步驟更包 括：判斷該回饋訊號是否超過設定閥值；以及若是，則執行一震動模式。
17. 如申請專利範圍第16項所述之控制自走式電子裝置行為之方法，其中偵測該馬達之狀態之步驟包括由一電流偵測模組偵測該馬達之一電流值，設定閥值係為電流閥值。
18. 如申請專利範圍第11項所述之控制自走式電子裝置行為之方法，更包括以下步驟：預先啟動該馬達以驅動該輪組。