TWI551877B

TWI551877B - Mobile guidance device and mobile guidance method

Info

Publication number: TWI551877B
Application number: TW103122332A
Authority: TW
Inventors: yao-ren Kang
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2016-10-01
Also published as: TW201600872A

Description

移動引導裝置及移動引導方法

本發明是有關於一種移動引導裝置及移動引導方法，特別是指一種利用紅外線反射導引的移動引導裝置及移動引導方法。

目前現有的移動裝置在使用的過程中，若感測到電量不足，會設法回到充電裝置來補充能量，以使得一使用者使用完該移動裝置後不須再額外花費時間找尋該移動裝置。

該移動裝置返回至該充電裝置的返回模式之方法為該充電裝置有一可發射複數個訊號的發射器，該移動裝置則藉由接收該等訊號來判斷該充電裝置之方位，並使該移動裝置往該充電裝置移動而返回至該充電裝置，但此種方法具有一缺點：當該充電裝置與該移動裝置間具有其他障礙物時，則該移動裝置就無法接收來自該充電裝置的訊號，故可能會造成該移動裝置在原地不斷地搜尋訊號至電量耗盡。

因此，本發明之目的，即在提供能有效率地利用一反射原理使該移動單元快速地返回該發射單元的移動引導裝置及移動引導方法。

於是本發明移動引導裝置，適用於一設置有一天花板的空間內，包含一發射單元，及一移動單元。

該發射單元發射至少一個由紅外線所組成的發射訊號至該天花板，並散射成多個分別相關於該發射訊號的反射訊號。

該移動單元包括多個分別設置於該移動單元的不同位置的光感測器，及一控制器。該每一光感測器偵測該等反射訊號的其中之一以產生一指示該所偵測反射訊號的能量的偵測信號。而該控制器接收來自該每一光感測器的偵測信號，且比對該每一偵測信號指示的能量來判斷出該發射單元的位置。

較佳的，該控制器根據在不同位置時來自該其一光感測器的偵測信號所指示的能量，來計算出該發射單元的鏡射點的一虛擬能量值，而該控制器並根據計算出來的該虛擬能量值來推算出該其一光感測器與該鏡射點間的一第一估算距離，且該控制器根據該虛擬能量值和該第一估算距離來求得該移動單元的該其一光感測器和該發射單元的距離。

更佳的，該控制器可操作於一使該移動單元遠離該發射單元並行走於該空間的工作模式，及一使該移動單元返回到該發射單元的返回模式。

本發明之第二目的，即在提供一種適用於由一移動引導裝置執行的移動引導方法，該移動引導裝置包含一發射單元及一移動單元，該具有一儲存電力的移動單元包括一控制器，及多個設置於不同位置的光感測器。

本發明移動引導方法包含以下步驟：

(A)利用該移動單元操作於該工作模式，以行走於該空間中。

(B)利用該發射單元發射至少一個發射訊號至該天花板並散射成多個分別相關於該發射訊號的反射訊號。

(C)利用該每一光感測器偵測該等反射訊號的其中之一，以產生一指示該所偵測反射訊號的能量的偵測信號。

(D)利用該控制器根據一預設參數來判斷是否須執行該返回模式，若是，則進到步驟(E)，反之，則回到步驟(A)。

(E)利用該控制器接收來自該每一光感測器的偵測信號，且比對該每一偵測信號指示的能量來判斷出該發射單元的位置。

(E0)利用該控制器比對是否至少有二偵測信號指示的能量差介於一預定誤差值內。

(E1)若該等偵測信號的能量差不介於該預定誤差值內，則利用該控制器根據具有最高能量的光感測器來判斷出該發射單元與該移動單元間的一相對方向。

(E2)利用該控制器控制該移動單元轉動至至少有二偵測信號指示的能量差介於該預定誤差值內，以定義指示該等能量差介於該預定誤差值內的二光感測器分別為二定位用光感測器。

(E3)利用該控制器根據該二定位用光感測器間距的一中心點與步驟(E1)所定義的該相對方向，決定該發射單元與該移動單元直線間距最短的一直線方向。

(F1)若至少有二偵測信號指示的能量差介於該預定誤差值內，則利用該控制器定義指示該等能量差介於該預定誤差值內的二光感測器分別為二定位用光感測器，並記錄該二定位用光感測器的一初始位置。

(F2)利用該控制器控制該移動單元原地轉動，以判斷該那一定位用光感測器重新接收的反射信號的能量較高，並根據指示較高能量的定位用光感測器來判斷出該發射單元與該移動單元間的一相對方向。

(F3)利用該控制器控制該移動單元原地轉動，使該二定位用光感測器回到該初始位置。

(F4)利用該控制器根據步驟(F1)中該二定位用光感測器間距的一中心點與步驟(F2)所定義的該相對方向，決定該發射單元與該移動單元直線間距最短的一直線方向。

(H)該控制器根據該直線方向控制該移動單元行走返回到該發射單元。

更佳的，該步驟(E)包括：

(G0)利用該控制器根據在不同位置時來自該其一光感測器的偵測信號所指示的能量，來計算出該發射單元的鏡射點的一虛擬能量值。

(G2)利用該控制器根據計算出來的該虛擬能量值來推算出該其一光感測器與該鏡射點間的一第一估算距離。

(G4)利用該控制器根據該虛擬能量值和該第一估算距離來求得該移動單元的該其一光感測器和該發射單元的距離。

本發明之功效在於，藉由該每一光感測器分別接收該等反射訊號的其中之一，且產生指示該所偵測反射訊號的能量的該偵測信號，並由該控制器接收該每一偵測信號的能量，並比對該等能量以判斷出該發射單元的位置，使該移動單元能更準確快速地返回至該發射單元。

1‧‧‧外部電源

11‧‧‧天花板

2‧‧‧發射單元

21‧‧‧發射訊號

22‧‧‧反射訊號

3‧‧‧移動單元

32‧‧‧控制器

35‧‧‧第一反射訊號

36‧‧‧第二反射訊號

37‧‧‧第一光感測器

38‧‧‧第二光感測器

39‧‧‧中心點

4‧‧‧鏡射點

41‧‧‧間距

E_k‧‧‧虛擬能量值

E₁‧‧‧第一位置能量值

E₂‧‧‧第二位置能量值

E₃‧‧‧第三位置能量值

P₁‧‧‧第一位置

P₂‧‧‧第二位置

P₃‧‧‧第三位置

h‧‧‧第一估算距離

s‧‧‧第二估算距離

x‧‧‧第一距離

d‧‧‧第二距離

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明本發明移動引導裝置及移動引導方法的一第一實施例；圖2是一方塊圖，說明本發明移動引導裝置及移動引導方法的該第一實施例的一運作方法流程圖；圖3(a)是一俯視圖，說明本發明移動引導裝置及移動引導方法的該第一實施例的一第一光感測器和一第二光感測器所對應的一第一能量和一第二能量的能量差未介於一預定誤差值內的態樣；圖3(b)是一俯視圖，說明本發明移動引導裝置及移動引導方法的該第一實施例的該第一光感測器和該第二光感測器所對應的該第一能量和該第二能量的能量差介於該預定誤差值內的態樣；圖4是一示意圖，說明本發明移動引導裝置及移動引導方法的一第二實施例；圖5是一方塊圖，說明本發明移動引導裝置及移動引導方法的該第二實施例的一運作方法流程圖；及圖6是一示意圖，說明本發明移動引導裝置及移動引導方法的該第二實施例的一示意圖。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，本發明移動引導裝置之一第一實施例電連接一外部電源1，並適用於一設置有一天花板11的空間內，該實施例的裝置包含一電連接該外部電源1的發射單元2，及一移動單元3。

該移動單元3具有一儲存電力，並包括多個光感測器37、38及一控制器32，在此為方便說明，舉二個光感測器37、38為例，但光感測器37、38的數目不限於二個，數目為二個以上，該等光感測器37、38分別設置於該移動單元3的不同位置。該控制器32可操作於一使該移動單元3遠離該發射單元2並行走於該空間的工作模式，及一使該移動單元3返回到該發射單元2的返回模式。

配合參閱圖2，該第一實施例的移動引導裝置的運作方法包含以下步驟：

步驟A：該控制器32操作於該工作模式時，該移動單元3即遠離該發射單元2行走於該空間中。

步驟B：本實施例在執行該步驟A的同時，該發射單元2發射至少一發射訊號21至該天花板11，並散射成多個分別相關於該發射訊號21的反射訊號22。

步驟C：利用每一光感測器37、38偵測該等反射訊號22的其中之一以產生一指示該所偵測反射訊號22的能量的偵測信號(圖未示)。

步驟D：利用該控制器32根據一預設參數，例如該儲存電力大小、一運作時間或是一外部輸入訊號，但不限於此，來判斷是否須執行該返回模式，若是，則進到步驟E，反之，則回到步驟A。

步驟E：利用該控制器32接收來自該每一光感測器37、38的偵測信號，且比對該每一偵測信號的能量來判斷出該發射單元2的位置。

該步驟E包括以下子步驟：

子步驟E0：利用該控制器32比對是否至少有二偵測信號指示的能量差介於一預定誤差值內。

子步驟E1：若該等偵測信號的能量差不介於該預定誤差值內，則利用該控制器32根據具有最高能量的光感測器來判斷出該發射單元2與該移動單元3間的一相對方向。

子步驟E2：利用該控制器32控制該移動單元3 轉動至至少有二偵測信號指示的能量差介於該預定誤差值內，以定義指示該等能量差介於該預定誤差值內的二光感測器37、38分別為二定位用光感測器37、38。

子步驟E3：利用該控制器32根據該二定位用光感測器37、38間距的一中心點39(參閱圖3(b))與步驟E1所定義的該相對方向，決定該發射單元2與該移動單元3直線間距41(參閱圖3(b))最短的一直線方向

在此舉一例更進一步說明，該二個光感測器37、38分別是一第一光感測器37和一第二光感測器38，而該第一光感測器37偵測到的該其一反射訊號22為一第一反射訊號35，且該第一光感測器37偵測到的該第一反射訊號35的能量為一第一能量，該第二光感測器38偵測到的該其一反射訊號22為一第二反射訊號36，且該第二光感測器38偵測到的該第二反射訊號36的能量為一第二能量，當該第一能量高於該第二能量時，該控制器32可判斷出該第一光感測器37與該發射單元2的相對位置比該第二光感測器38與該發射單元2的相對位置近，如圖3(a)所示，故，該控制器32能判斷出該發射單元2位於靠近該第一光感測器37之方位。

也就是說，當該第一光感測器37所接收到的該第一能量的值比該第二光感測器38所接收到的該第二能量的值大，是因為該第一反射訊號35在該空間內訊號傳播的距離較該第二反射訊號36在該空間內訊號傳播的距離短，所以該第一反射訊號35在空氣中傳播的衰減損耗少於該第二反射訊號36，因此可以輕易地判斷出該第一光感測器37與該發射單元2的相對位置較近於該第二光感測器38，以此來判斷該發射單元2和該移動單元3間的相對方向。

利用該控制器32控制該移動單元3轉動至該第一能量與該第二能量的能量差介於該預定誤差值內的方位，如圖3(b)，並以該第一光感測器37和該第二光感測器38為二定位用的光感測器37、38。

再利用該控制器32根據該二定位用光感測器37、38間距的一中心點39與該相對方向，決定該發射單元2與該移動單元3直線間距41最短的一直線方向。

子步驟F1：若至少有二偵測信號指示的能量差介於該預定誤差值內，則利用該控制器32定義指示該等能量差介於該預定誤差值內的二光感測器37、38分別為二定位用光感測器37、38，並記錄該二定位用光感測器37、38的一初始位置。

子步驟F2：利用該控制器32控制該移動單元3原地轉動，以判斷該那一定位用光感測器37、38重新接收的反射訊號22的能量較高，並根據指示較高能量的定位用光感測器37、38來判斷出該發射單元2與該移動單元3間的一相對方向。

子步驟F3：利用該控制器32控制該移動單元3原地轉動，使該二定位用光感測器37、38回到該初始位置。

子步驟F4：利用該控制器32根據步驟F1中該二定位用光感測器37、38間距的一中心點39與步驟F2所定義的該相對方向，決定該發射單元2與該移動單元3直線間距41最短的一直線方向。

步驟H：該控制器32根據該直線方向控制該移動單元3行走返回到該發射單元2。

本發明移動引導裝置之一第二實施例類似該第一實施例，如圖4所示，其不同之處在於該控制器32可更精確地計算出該發射單元2與該移動單元3的距離，如下式子所示。

此處的E_x為該每一光感測器37、38指示的偵測信號的能量，E_k為該發射單元2的鏡射點4的一虛擬能量值，及r為該移動單元3的其一光感測器(以下以該第一光感測器37為例，以方便說明)距離該發射單元2的鏡射點4的該估算距離。

配合參閱圖5，該第二實施例的移動引導裝置的運作方法類似該第一實施例，不同之處在於該步驟E包括以下步驟：

子步驟G0：利用該控制器32根據來自該第一光感測器37的偵測信號所指示的能量來計算出該發射單元2的鏡射點4的該虛擬能量值E_k。在本實施例中，不限於利用該來自該第一光感測器37所偵測到的能量，也可以利用來自其他光感測器所偵測到的能量。

在此更進一步說明以方便了解，參閱圖6，當該移動單元3被啟動時，該移動單元3的該第一光感測器37於一第一位置P₁接收到該等反射訊號22的其一反射訊號22，並產生一指示該所偵測反射訊號22的該第一位置能量值E₁的起始偵測信號，且將其輸出到該控制器32，且令該移動單元3移動一段第一距離x到達一第二位置P₂時，該移動單元3的該第一光感測器37即接收到該等反射訊號22的其一反射訊號22，並產生另一指示該所偵測反射訊號22的該第二位置能量值E₂的測試偵測信號，且將其該輸出到該控制器32，再由下列式子可推算出該鏡射點4的虛擬能量值E_k。

x²=s²-h² (式2)

由(式1)得知

再將(式3)和(式4)代入(式2)，而推算得到

此處的h為該移動單元3的該第一光感測器37於該第一位置P₁時與該鏡射點4間的一第一估算距離，而s為該移動單元3的該第一光感測器37於該第二位置P₂時與該鏡射點4間的一第二估算距離。

子步驟G1：利用該控制器32儲存該虛擬能量值E_k。

子步驟G2：利用該控制器32根據計算出來的該虛擬能量值E_k來推算出該第一光感測器37與該鏡射點4 間的該第一估算距離h。也就是將該虛擬能量值E_k代回(式3)而可求得該第一估算距離h。

子步驟G3：利用該控制器32儲存該第一估算距離h。

子步驟G4：利用該控制器32根據該虛擬能量值E_k和該第一估算距離h來求得該移動單元3的該第一光感測器37和該發射單元2的第二距離d。

也就是說，當該移動單元3移動至一第三位置P₃時，利用(式1)之公式可推導出該移動單元3的該第一光感測器37和該發射單元2的第二距離d，如(式6)所示，並將該虛擬能量值E_k、該第一估算距離h，和該移動單元3的該第一光感測器37所偵測到的其一反射訊號22的一第三位置能量值E₃代入(式6)而可求得該移動單元3的該第一光感測器37和該發射單元2間的第二距離d。

綜上所述，上述實施例具有以下優點：

1.訊號不受阻擾：藉由光反射的原理使該移動單元3可不受該空間內的多個障礙物所阻擋，而能有效率地供每一光感測器37、38接收。

2.判斷該發射單元2方位：利用該控制器32對該每一偵測信號指示的能量，來比對判斷出該發射單元2與該移動單元3的相對方向，並使該移動單元3藉由該相對方向的指引返回至該發射單元2。

3.準確計算該發射單元2和該移動單元3的距離：利用該控制器32計算推算出該移動單元3和該發射單元2間的距離，進而使該移動單元3能根據該預設參數快速準確地返回該發射單元2，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。