TWI597039B - 掃地機器人的控制方法 - Google Patents

Description

掃地機器人的控制方法

本發明係有關於一種掃地機器人，特別是一種具有非全向式光偵測器的掃地機器人。

隨著科技的進步，電子產品的種類愈來愈多，其中機器人(robot)就是其中一種。在許多可移動的機器人裝置中，為了達到自動移動的功能，機器人通常會具有一驅動裝置、一偵測器以及一移動控制器。舉例而言，清掃機器人就是一種清掃裝置，不需使用者操作，便可自動移動，並吸取地板上的灰塵。

本發明的一實施例提供一種掃地機器人的控制方法。該控制方法適用於具有一非全向式光偵測器的一掃地機器人。該方法包括：透過該非全向式光偵測器偵測一光線；當該非全向式光偵測器偵測該光線時，該掃地機器人停止運動，且轉動該非全向式光偵測器；當該非全向式光偵測器偵測不到該光線時，停止轉動該非全向式光偵測器並估計一第一旋轉角度；根據該第一旋轉角度改變該掃地機器人的一行進方向。

本發明的另一實施例提供一種掃地機器人的控制方法，適用於具有一非全向式光偵測器的一掃地機器人。該方法包括：透過該非全向式光偵測器偵測一光線；當該非 全向式光偵測器第一次偵測到該光線時，該掃地機器人繼續移動；當該非全向式光偵測器偵測不到該光線時，該掃地機器人停止運動，且轉動該非全向式光偵測器；當該非全向式光偵測器再次偵測到該光線時，停止轉動該非全向式光偵測器並估計該非全向式光偵測器的一第一旋轉角度；根據該第一旋轉角度改變該掃地機器人的一行進方向。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。

第1圖為根據本發明之一掃地機器人與一光產生裝置的一實施例的示意圖。光產生裝置12會發出一光線15用以標示掃地機器人11不能進入的一限制區域。掃地機器人11包括具有一肋(rib)14的一非全向式光偵測器13。該肋14會覆蓋在非全向式光偵測器13的表面，並形成一不透光區域，該不透光區域會讓非全向式光偵測器13有一預定角度是無法接收到光線，該預定角度的範圍約30度到90度。

該肋14可能是固定在非全向式光偵測器13的表面，或是固定在另一個可旋轉的裝置，使得該肋14可以沿著非全向式光偵測器13的表面做360度的旋轉。在本實施例中，非全向式只是一個功能上的描述，用以說明說肋14會 在非全向式光偵測器13會因為肋14而有一定的區域是無法偵測光線。

因此，非全向式光偵測器13可能有兩種實現方式。非全向式光偵測器13的第一種實現方式就是將一全向式光偵測器與一肋14直接組合，使得肋14是固定在全向式光偵測器的表面上的一固定位置。接著，該非全向式光偵測器13會被設計成可以直接透過一馬達驅動而被轉動，或是該非全向式光偵測器13會被設置在一平台上，該平台可被一馬達所轉動，進而達到轉動該非全向式光偵測器13的目的。透過這樣的方式，當該非全向式光偵測器13偵測到該光線15時，便可以透過轉動該非全向式光偵測器13來偵測光線15的一入射角度。

非全向式光偵測器13的第二種實現方式就是將一遮罩套件(mask kit)套在全向式光偵測器的外側，且該遮罩套件是可以被轉動的，但該全向式光偵測器則無法被轉動。該遮罩套件可透過一馬達的驅動而被轉動。當該非全向式光偵測器13偵測到該光線15時，便可以透過轉動該遮罩套件來偵測光線15的一入射角度。

關於非全向式光偵測器13的詳細說明請參考第2a至第2e圖。

第2a圖為根據本發明之一非全向式光偵測器的一實施例的一上視圖。遮罩(mask)22是由一不透光材質所形成，並黏附在全向式光偵測器21的一感測表面上。遮罩22會在全向式光偵測器21上形成一θ角的感應死區(sensing dead zone)。

請參考第2b圖。第2b圖為第2a圖的非全向式光偵測器的一實施例的一平視圖。從第2b圖可以看到，全向式光偵測器21被固定在一基座23上。基座23可被一馬達或一步進馬達所轉動。馬達或步進馬達會根據掃地機器人內的一控制器的一控制信號來轉動基座23。雖然一般的全向式光偵測器可以沒有死角地偵測光產生裝置或充電站發出的光線，但是並無法用來判斷此時光線是由哪個方向傳送過來，進而無法得知光產生裝置或充電站與此時的掃地機器人的一相對位置。透過遮罩22的幫助就可以判斷偵測到的光線的角度。在其它實施例中，掃地機器人解碼偵測到的光線，用以得知光線係由光產生裝置或是一充電站所發出。

當全向式光偵測器21偵測到一光線時，基座23被預設以順時針方向或逆時針方向來旋轉360度。當全向式光偵測器21偵測不到光線時，掃地機器人內的控制器會求得全向式光偵測器21偵測不到光線時，基座23的一旋轉角度。該旋轉角度的範圍為0度到(360-θ)度。接著，控制器就可以根據基座23的旋轉方向、該旋轉角度以及該θ角來估算出光線的方向。詳細的說明請參考第2c與第2d圖。

第2c與第2d圖為利用本發明之一非全向式光偵測器來估計一光線的入射角度的示意圖。在第2c圖中，遮罩22的初始位置於位置P1。當該非全向式光偵測器25偵測到光線24時，該非全向式光偵測器25被以一預定方向轉動。在本實施例中，該預定方向為逆時鐘方向。在第2d圖中，當該非全向式光偵測器25沒有偵測到該光線24時，該非全向式光偵測器25停止轉動。此時，掃地機器人內的 控制器會記錄該非全向式光偵測器25的一轉動角度Φ，並根據該轉動角度Φ與初始位置P1來估計光線24的方向。

在一實施例中，非全向式光偵測器25由一馬達所轉動，且該馬達會傳送一轉動信號給控制器，使得控制器可以根據該轉動信號來估計該轉動角度Φ。在另一實施例中，非全向式光偵測器25由一步進馬達所轉動。該步進馬達是根據一脈衝信號的數量來決定轉動的次數。因此控制器可以由脈衝信號的數量以及該步進馬達每一次轉動的角度來估計該轉動角度Φ。

在另一實施例中，非全向式光偵測器25是被固定在一底座上，且該底座設有一齒輪，使得馬達可以直接透過一齒輪來轉動該齒輪，或是透過一傳動皮帶(timing belt)來轉動該齒輪。

第2e圖為根據本發明之一非全向式光偵測器的另一實施例的示意圖。非全向式光偵測器26包括了一全向式光偵測器27、一底座28與一垂直延伸部29。該垂直延伸部29是由一不透光材料所形成，且會在全向式光偵測器27的感測表面上形成一感應死區。底座28可由一馬達轉動，以偵測一光線的方向。在本實施例中，全向式光偵測器26與底座28並沒有連接在一起。也就是說當底座28被轉動時，全向式光偵測器26並不會被跟著轉動。至於如何偵測光線的方向請參考第2c與第2d圖，在此不贅述。

第3a與3b圖為根據本發明之一掃地機器人的控制方法的一實施例的示意圖。光產生裝置33會發出一光線用以標示掃地機器人31不能進入的一限制區域。該光線具有一 第一邊界b1與一第二邊界b2。在時間點T1時，掃地機器人31依照一預定路徑移動。在時間點T2時，光偵測器32偵測到光產生裝置33發出的光線的第一邊界b2。此時掃地機器人31維持原運動方向繼續移動。在本實施例中，光偵測器32可能為一非全向性光偵測器或一全向性光偵測器。

在時間點T3，光偵測器32偵測不到光產生裝置33發出的光線，掃地機器人31會繼續移動一距離d，接著原地180度旋轉。在第3b圖所示的時間點T4中，光偵測器32偵測到光產生裝置33發出的光線的第一邊界b1。在時間點T5中，光偵測器32偵測不到光產生裝置33發出的光線，掃地機器人中的一控制器會根據時間點T4與時間點T5中，光偵測器32的偵測結果來判斷掃地機器人31是否已經離開限制區域。

第4圖為根據本發明之一掃地機器人的控制方法的一實施例的流程圖。在步驟S41中，掃地機器人會根據一預定的路徑移動。在步驟S42中，光偵測器的一控制器判斷掃地機器人的光偵測器是否有偵測到光產生裝置發出的光線。如果沒有的話，則掃地機器人繼續以預定的路徑移動。如果光偵測器偵測光產生裝置發出的光線，則執行步驟S43。在本實施例中，光偵測器可能為一全向式光偵測器或一非全向式光偵測器，如第2a至第2e圖所示。

在步驟S43中，光偵測器的控制器會發送一第一觸發信號給掃地機器人的一控制器。在步驟S44中，光偵測器的控制器判斷光偵測器是否有偵測到光產生裝置發出的光 線。如果有的話，維持步驟S44。如果沒有的話，執行步驟S45，光偵測器的控制器會發送一第二觸發信號給掃地機器人的一控制器。接著在步驟S46中，掃地機器人的控制器會執行一對應程序，使得掃地機器人遠離光產生裝置發出的光線所界定的一限制區域。

在本實施例中，第一觸發信號為一上緣觸發信號，且第二觸發信號為一下緣觸發信號。

第5圖為根據本發明之一掃地機器人的控制方法的另一實施例的示意圖。光產生裝置53會發出一光線用以標示掃地機器人51不能進入的一限制區域。該光線具有一第一邊界b1與一第二邊界b2。在時間點T1時，掃地機器人51依照一預定路徑移動。在時間點T2時，非全向式光偵測器52偵測到光產生裝置53發出的光線的第一邊界b2。此時掃地機器人42仍會以預定路徑繼續移動。在時間點T3時，非全向式光偵測器52偵測不到光產生裝置53發射出的光線，此時掃地機器人51不會馬上停止移動，掃地機器人會在移動一距離d後才停止。

在時間點T2的時候，當非全向式光偵測器52偵測到光產生裝置53發射出的光線時，掃地機器人51內的一控制器會接收到一第一觸發信號。此時該控制器會知道掃地機器人已經接近該限制區域，因此該控制器可以對掃地機人進行一些操作，如降低掃地機器人51的移動速度或是預先啟動一光線方向偵測程序。這邊所指的預先啟動指的是控制器會開始蒐集光線方向偵測程式所需要的一些參數。

在時間點T3的時候，非全向式光偵測器52偵測不到 光產生裝置41發射出的光線，此時表示掃地機器人已經進入限制區域。掃地機器人51內的控制器會接收到一第二觸發信號，控制器並會根據該第二觸發信號準備停止該掃地機器人51。在本實施例中，控制器可以在接收到該第二觸發信號後，延遲一預定時間t才停止掃地機器人51。或是控制器在接收到該第二觸發信號後，N個時脈週期或是N個取樣時間後，控制器才停止掃地機器人51。

控制器會根據掃地機器人51的一移動速度、一移動模式或是掃地機器人51的一煞車時間來決定距離d或時間t。

在時間點T3時，非全向式光偵測器52被旋轉以判斷光產生裝置53的位置。接著，掃地機器人51的控制器會決定掃地機器人51以何種方式離開光產生裝置53發出的光線。掃地機器人51的控制器可以控制掃地機器人51轉動180度後，沿著原路徑離開或是以另一個方向離開。

舉例來說，如果掃地機器人51的控制器判斷區域I是還沒有清潔過的區域，則掃地機器人51可能會被轉動180度後，沿著原路徑離開。等到掃地機器人51離開光產生裝置發出的光線的第二邊界b2時，掃地機器人51會沿著該第二邊界b2往光產生裝置53的方向移動並且進行清潔的動作。

在另一個實施例中，如果掃地機器人51的控制器判斷區域I已經被清潔過，但是區域II尚未被清潔過，則控制器會決定到達區域II的一最短路徑，並根據該最短路徑決定一第一方向，使掃地機器人51沿著該第一方向移動。換言之，掃地機器人51的控制器會根據先前的移動路徑以及 已經清潔過的區域來控制掃地機器人51往未清潔過的區域移動。

第6圖為根據本發明之一掃地機器人的一實施例的功能方塊示意圖。控制器61用以執行控制程式62，且控制器61上的一通用輸入輸出腳位GPIO_1耦接之偵測器63。GPIO_1腳位的預設邏輯準位為第一邏輯準位。當偵測器63偵測到光產生裝置發出的光線時，GPIO_1腳位的邏輯狀態會由第一邏輯準位改變為第二邏輯準位。當偵測器63沒有偵測到光產生裝置發出的光線時，GPIO_1腳位的邏輯狀態會由第二邏輯準位改變為第一邏輯準位。因此當控制器61從GPIO_1腳位接收到一方波信號時，表示此時掃地機器人已經進入一限制區域內。

第7圖為第6圖中的GPIO_1腳位的一邏輯準位示意圖。在時間點t1之前，GPIO_1腳位維持在預設的邏輯低準位(L)。在時間點t1時，掃地機器人的光偵測器偵測到光產生裝置發出的光線，光偵測器會將GPIO_1腳位的邏輯準位上拉制邏輯高準位(H)。在時間點t1至t2之間，掃地機器人持續在光產生裝置發出的光線所涵蓋的範圍內移動，因此GPIO_1腳位的邏輯準位被維持在邏輯高準位。

在時間點t2時，掃地機器人離開光產生裝置發出的光線所涵蓋的範圍，因此光偵測器偵測不到光產生裝置發出的光線，光偵測器會將GPIO_1腳位的邏輯準位下拉制邏輯低準位(L)。在時間點t2至t3的期間內，掃地機器人移動一段距離後，以一第一方向離開限制區，因此掃地機器人會再次通過光產生裝置發出的光線所涵蓋的範圍。

在時間t3時，掃地機器人的光偵測器再次偵測到光產生裝置發出的光線，光偵測器會將GPIO_1腳位的邏輯準位上拉制邏輯高準位(H)。在時間點t3至t4之間，掃地機器人持續在光產生裝置發出的光線所涵蓋的範圍內移動，因此GPIO_1腳位的邏輯準位被維持在邏輯高準位。

在時間點t4時，掃地機器人離開光產生裝置發出的光線所涵蓋的範圍，因此光偵測器偵測不到光產生裝置發出的光線，光偵測器會將GPIO_1腳位的邏輯準位下拉制邏輯低準位(L)。

從上述說明可以得知，當控制器61偵測到第一個方波信號時，如時間點t1至t2所形成的方波，表示掃地機器人進入了限制區域。當控制器偵測到第二個方波信號時，如實間點t3至t4所形成的方波，表示掃地機器人已經離開限制區域。因此，控制器除了可以根據控制程式62控制掃地機器人離開限制區域外，也可以根據偵測到的方波信號的數量來確認掃地機器人是否已經離開限制區域。

第8圖為根據本發明之一掃地機器人的控制方法的另一實施例的流程圖。在步驟S801中，掃地機器人會根據一預定的路徑移動。在步驟S802中，光偵測器的一控制器判斷掃地機器人的光偵測器是否有偵測到光線。若光偵測器沒有偵測到光線，則回到步驟S801。若光偵測器有偵測到光線，則執行步驟S803，以確認該光線是否為光產生裝置所發出。如果該光線不是光產生裝置發出的話，則執行步驟S801，掃地機器人繼續以預定的路徑移動。如果該光線被判斷是光產生裝置發出的話，則執行步驟S804。

在步驟S804中，光偵測器的控制器會發送一第一觸發信號給掃地機器人的一控制器，且掃地機器人會根據原預定的路徑繼續移動。在步驟S805中，光偵測器的控制器或掃地機器人的控制器會判斷光偵測器是否有偵測到光線。如果有的話，則執行步驟S804，掃地機器人繼續依據原預定路徑移動。如果光偵測器沒有偵到光線的話，則執行步驟S806。

在步驟S806中，光偵測器的控制器會發送一第二觸發信號給掃地機器人的控制器。接著，在步驟S807中，掃地機器人的控制器會決定掃地機器人離開的方向，且控制掃地機器人移動以離開限制區域。

在步驟S808中，光偵測器的控制器判斷掃地機器人的光偵測器是否有偵測到光線。若光偵測器沒有偵測到光線，則回到步驟S807。若光偵測器有偵測到光線，則執行步驟S809。在步驟S809中，光偵測器的控制器會發送一第三觸發信號給掃地機器人的控制器，且掃地機器人會繼續移動。

在步驟S810中，光偵測器的控制器或掃地機器人的控制器會判斷光偵測器是否有偵測到光線。如果有的話，則執行步驟S809，掃地機器人繼續依據原預定路徑移動。如果光偵測器沒有偵到光線的話，則執行步驟S811。在步驟S811中，光偵測器的控制器會發送一第四觸發信號給掃地機器人的控制器。當掃地機器人的控制器接收到第三觸發信號與第四觸發信號後，掃地機器人的控制器就可以確認掃地機器人已經離開限制區域。換言之，第三觸發信號與 第四觸發信號可以用來作為確認掃地機器人是否離開限制區域的參考信號。

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發明說明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。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

11、31、51‧‧‧掃地機器人

12、33、53‧‧‧光產生裝置

13、25、26、52‧‧‧非全向式光偵測器

14‧‧‧肋

15、24‧‧‧光線

21、27、33‧‧‧全向式光偵測器

22、54‧‧‧遮罩

23、28‧‧‧基座

29‧‧‧垂直延伸部

32‧‧‧光偵測器

61‧‧‧控制器

62‧‧‧控制程式

63‧‧‧偵測器

第1圖為根據本發明之一掃地機器人與一光產生裝置的一實施例的示意圖。

第2a圖為根據本發明之一非全向式光偵測器的一實施例的一上視圖。

第2b圖為第2a圖的非全向式光偵測器的一實施例的一平視圖。

第2c與第2d圖為利用本發明之一非全向式光偵測器來估計一光線的入射角度的示意圖。

第2e圖為根據本發明之一非全向式光偵測器的另一實施例的示意圖。

第3a與3b圖為根據本發明之一掃地機器人的控制方法的一實施例的示意圖。

第4圖為根據本發明之一掃地機器人的控制方法的一實施例的流程圖。

第5圖為根據本發明之一掃地機器人的控制方法的另一實施例的示意圖。

第6圖為根據本發明之一掃地機器人的一實施例的功能方塊示意圖。

第7圖為第6圖中的GPIO_1腳位的一邏輯準位示意圖。

第8圖為根據本發明之一掃地機器人的控制方法的另一實施例的流程圖。

S41、S42、S43、S44、S45、S46‧‧‧步驟

Claims (8)

1. 一種掃地機器人的控制方法，適用於一掃地機器人，包括：在該掃地機器人的一光偵測器偵測一光線前，令該掃地機器人以一第一方向移動；當該掃地機器人的該光偵測器偵測該光線時，接收該光偵測器所發送的一第一觸發信號，並令該掃地機器人維持以該第一方向繼續移動；當該光偵測器偵測不到該光線時，接收該光偵測器所發送的一第二觸發信號，並令該掃地機器人沿該第一方向移動一距離，使得該光偵測器穿過該光線後，停止移動該掃地機器人；以及令該掃地機器人以一第二方向移動，用以離開該光線所標示的一限制區域，其中當該掃地機器人以該第二方向移動，並且該光偵測器偵測到該光線時，該光偵測器發送一第三觸發信號予該掃地機器人的一控制器，其中當該光偵測器偵測不到該光線時，該光偵測器發送一第四觸發信號予該控制器，該控制器根據該第三及第四觸發信號，判斷該掃地機器人是否已經離開該限制區域。
2. 如申請專利範圍第1項所述之控制方法，更包括：判斷該光線是否為一光產生裝置所發出；以及當該光線不是由該光產生裝置所發出時，即使該光偵測器偵測不到該光線，該掃地機器人仍維持以該第一方向繼續移動。
3. 如申請專利範圍第1項所述之控制方法，其中該第二方向為該第一方向的相反方向。
4. 如申請專利範圍第1項所述之控制方法，其中該距離係根據該掃地機器人的一移動速度以及一煞車時間所決定。
5. 一種掃地機器人，包括：一控制器，用以控制該掃地機器人以一第一方向移動；以及一光偵測器，耦接該控制器，用以偵測一光線，其中當該光偵測器偵測到該光線且判斷該光線由一光產生裝置所發出時，該光偵測器傳送一第一觸發信號給該控制器，並且該控制器控制該掃地機器人繼續以該第一方向移動，直到該光偵測器穿過該光線，且當該光偵測器偵測不到該光線時，該光偵測器傳送一第二觸發信號給該控制器，並且該控制器控制該掃地機器人移動一距離後停止，且以改以一第二方向移動並離開由該光線所標示的一限制區域，其中在該光偵測器偵測到該光線前，該控制器控制該掃地機器人以該第一方向移動，當該掃地機器人以該第二方向移動並且該光偵測器偵測到該光線時，該光偵測器傳送一第三觸發信號給該控制器，當該光偵測器偵測不到該光線時，該光偵測器傳送一第四觸發信號給該控制器，該控制器根據該第三觸發信號與該第四觸發信號判斷該掃地機器人是否已離開該限制區域。
6. 如申請專利範圍第5項所述之掃地機器人，其中該第二方向為該第一方向的相反方向。
7. 如申請專利範圍第5項所述之掃地機器人，其中該距離係根據該掃地機器人的一移動速度以及一煞車時間所決定。
8. 如申請專利範圍第5項所述之掃地機器人，其中當該掃地機器人離開該限制區域後，該掃地機器人沿著該光線往該光產生裝置移動。