TWI600991B - 自動行走裝置及其控制方法 - Google Patents

Description

自動行走裝置及其控制方法

本案是關於自動控制技術，特別是一種自動行走裝置及其控制方法。

隨著自動化控制技術的進步與發展，諸多自動化設備已廣泛應用於人類之各種工作或生活當中。舉凡用於工廠搬運重物的搬運機器人、用於外太空探勘的探測機器人、用於巡邏的保全機器人、或用於環境清潔的清潔機器人等等，皆已於現代扮演了相當重要的角色。而於此些自動化設備之諸多種類中，又以可自動行走以執行預設任務的自動行走裝置蔚為常見。

由於自動行走裝置所儲存的電力有限，因此，自動行走裝置需在電力耗盡前透過充電站所發射之引導訊號返回到充電站進行充電作業，以避免延誤其作業時程。

然而，傳統的自動行走裝置與充電站的訊號接收與發射電路的設計過於複雜而定位演算耗時，且具有耗電量大與成本過高等問題。此外，傳統的自動行走裝置是根據所接收到之引導訊號的強度絕對值來進行定位，而易受到因充電站於長時間使用後所造成之引導訊號的衰減之影響而出現誤判問題。

本案提供一種自動行走裝置的控制方法，適用於具有第一感測單元、第二感測單元與第三感測單元之自動行走裝置與充電站。控制方法包含接收返回訊號，以及根據返回訊號執行控制程序。控制程序包含：利用第一感測單元、第二感測單元與第三感測單元偵測充電站所發射的第一引導訊號、第二引導訊號與第三引導訊號、於第二感測單元偵測到第二引導訊號時、測量自動行走裝置與充電站之間的量測距離；以及根據量測距離與第一閥值使自動行走裝置朝向充電站或遠離充電站移動，並重新執行控制程序。

本案更提供一種自動行走裝置，包含第一感測單元、第二感測單元、第三感測單元、移動單元、距離感測單元與處理單元。移動單元用以帶動第一感測單元、第二感測單元、第三感測單元與距離感測單元進行移動。處理單元耦接於第一感測單元、第二感測單元、第三感測單元、移動單元、與距離感測單元。處理單元於接收到返回訊號後，執行控制步驟。控制步驟包含：利用第一感測單元、第二感測單元與第三感測單元偵測充電站所發射的第一引導訊號、第二引導訊號與第三引導訊號；於第二感測單元偵測到第二引導訊號時，利用距離感測單元測量自動行走裝置與充電站之間的量測距離；以及根據量測距離與第一閥值使移動單元朝向充電站或遠離充電站移動，並重新執行控制程序。

綜上所述，本案實施例之自動行走裝置及其控制方法適用於一自動行走裝置，以致自動行走裝置在對準充電站時利用距離感測單元測量自動行走裝置與充電站之間的量測距離，並根據量測距離與第一閥值決 定朝向充電站或遠離充電站移動，以避免自動行走裝置因導正距離不足而無法準確回充電站，且降低自動行走裝置進行路徑修正的次數，進而提升其進站效率。

以下在實施方式中詳細敘述本案之詳細特徵及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者瞭解本案之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本案相關之目的及優點。

1‧‧‧自動控制系統

100‧‧‧充電站

110‧‧‧基座

111‧‧‧載體

112‧‧‧座體

113‧‧‧透射區

121-123‧‧‧發射單元

130‧‧‧分隔器

181‧‧‧第二傳輸埠

182‧‧‧第二正電埠

183‧‧‧第二負電埠

200‧‧‧自動行走裝置

210‧‧‧殼體

213‧‧‧透射區

221-223‧‧‧感測單元

230‧‧‧移動單元

240‧‧‧距離感測單元

250‧‧‧處理單元

260‧‧‧供電模組

261‧‧‧電池單元

262‧‧‧充放電電路

270‧‧‧電力偵測單元

281‧‧‧第一傳輸埠

282‧‧‧第一正電埠

283‧‧‧第一負電埠

290‧‧‧顯示單元

300‧‧‧無線傳輸單元

310‧‧‧儲存單元

H1-H3‧‧‧開口

E1-E3‧‧‧引導訊號

D1-D3‧‧‧方向

Sb‧‧‧返回訊號

Z1-Z3‧‧‧引導區

θ1‧‧‧第一夾角

θ2‧‧‧第二夾角

S100~S226‧‧‧步驟

圖1為一實施例之自動行走裝置與充電站的立體示意圖。

圖2為一實施例之訊號發射單元與分隔器的概要示意圖。

圖3為一實施例之引導訊號的概要示意圖。

圖4為一實施例之引導區的概要示意圖。

圖5為一實施例之自動行走裝置的方塊概要示意圖。

圖6為一實施例之感測單元的俯視概要示意圖。

圖7為一實施例之感測單元的前視概要示意圖。

圖8為一實施例之自動行走裝置之控制方法的流程概要示意圖。

圖9為圖8中步驟S200之一實施例的流程概要示意圖。

圖10為圖9中步驟S209之一實施例的流程概要示意圖。

圖11為圖10中步驟S211之一實施例的流程概要示意圖。

圖12為圖11中步驟S215之一實施例的流程概要示意圖。

圖13為圖9中步驟S221之一實施例的流程概要示意圖。

圖14為偵測自動行走裝置之一實施例的流程概要示意圖。

圖1為一實施例之自動行走裝置與充電站的立體示意圖。請參閱圖1，自動控制系統1包含充電站100以及自動行走裝置200，且自動行走裝置200可於電力不足時根據所偵測來自充電站100的導引訊號控制其移動方向，而可正確地返回至充電站100進行充電。

在一些實施例中，自動行走裝置200可為用於探勘的探測機器人、用於巡邏的保全機器人、居家照護型的伴侶機器人、或用於環境清潔的清潔機器人等，但本案並非僅限於此。

圖2為一實施例之訊號發射單元與分隔器的概要示意圖，且圖3為一實施例之引導訊號的概要示意圖。請參閱圖1至圖3，充電站100包含基座110以及至少三個訊號發射單元(以下可分別稱之為第一訊號發射單元121、第二訊號發射單元122與第三訊號發射單元123)。基座110包含載體111與座體112。載體111以其底面放置於地面上，且座體112豎立於載體111之一側上而與載體111構成L型之基座110。

訊號發射單元121-123可各自發射第一引導訊號E1、第二引導訊號E2與第三引導訊號E3。在一實施例中，訊號發射單元121-123是裝設於座體112中，且各訊號發射單元121-123所發射之引導訊號E1-E3經由座體112上對應設置之透射區113發射出去。

在一實施例中，訊號發射單元121-123可為光發射器(phototransistor)，例如紅外線發射器(IR transmitter)，且各個訊號發射單元121-123可藉由分隔器(separator)130將所發射的引導訊號 E1-E3發射至特定的區域。此外，各個引導訊號E1-E3具有不同特性，例如具有不同的光波波長或訊號圖形(pattern)，以使自動行走裝置200根據所偵測到之引導訊號E1-E3的光波波長或訊號圖形來分辨發射源。舉例而言，各個訊號發射單元121-123在固定發射頻率之訊號上，分別於不同的時間點加入高頻載波以形成互不相同的引導訊號E1-E3。例如，如圖3所示，在具有38赫茲(Hz)之訊號上，分別相隔2毫秒(ms)加入56千赫茲(KHz)之高頻載波來形成引導訊號E1-E3。因此，自動行走裝置200根據各引導訊號E1-E3中之載波的時間差來識別其所偵測到之引導訊號是何者。

圖4為一實施例之引導區的概要示意圖。請參閱圖1、圖2與圖4，第二訊號發射單元122位於第一訊號發射單元121與第三訊號發射單元123之間。於此，第一訊號發射單元121所發射的第一引導訊號E1具有對應之第一引導區Z1，第二訊號發射單元122所發射的第二引導訊號E2具有對應之第二引導區Z2，且第三訊號發射單元123所發射的第三引導訊號E3具有對應之第三引導區Z3。其中，第二引導區Z2位於第一引導區Z1與第三引導區Z3之間。因此，第二訊號發射單元122之第二引導訊號E2用以使自動行走裝置200據此判斷其是否對準於充電站100，而位於第二訊號發射單元122兩側之第一訊號發射單元121的第一引導訊號E1和第三訊號發射單元123的第三引導訊號E3則用以使自動行走裝置200據此判斷其是否偏於充電站100之左邊或右邊。

在一實施例中，第二引導區Z2的範圍越窄，自動行走裝置200於返回充電站100時之定位準確度更高。於此，第一引導區Z1的範圍 大致上與第三引導區Z3的範圍大小相同，且第一引導區Z1的範圍大致上大於第二引導區Z2的範圍，但本案並非以此為限。

在一實施例中，第一引導區Z1、第二引導區Z2與第三引導區Z3之間有局部區域相互交疊。然而本案並非僅限於此。在另一實施例中，至少相鄰之訊號發射單元121-123的引導區Z1-Z3會有部分交疊。於一實施例中，位於中間的第二引導區Z2和第一引導區Z1局部交疊，且第二引導區Z2和第三引導區Z3局部交疊。第一引導區Z1則可與第三引導區Z3有局部交疊，亦可為完全不交疊而彼此間隔分離。

圖5為一實施例之自動行走裝置的方塊概要示意圖。請參閱圖5，自動行走裝置200包含至少三個感測單元(以下分別稱之為第一感測單元221、第二感測單元222與第三感測單元223)、移動單元230、距離感測單元240與處理單元250。處理單元250耦接至第一感測單元221、第二感測單元222、第三感測單元223、移動單元230與距離感測單元240。

在一實施例中，自動行走裝置200更包含殼體210。感測單元221-223、距離感測單元240與處理單元250設置於殼體210中。移動單元230設置於殼體210下方，並用以帶動殼體210旋轉、移動，進而帶動設置於殼體210中的感測單元221-223、距離感測單元240一起旋轉、移動。

在一些實施例中，處理單元250可為中央處理器(CPU)，或是其他可程式化之微處理器(Microprocessor)、數位訊號處理器(DSP)、可程式化控制器(PLC)、特殊應用積體電路(ASIC)、可程式化邏輯裝置(PLD)或其他類似裝置。

圖6為一實施例之感測單元的俯視概要示意圖，且圖7為一實 施例之感測單元的前視概要示意圖。請參閱圖1、圖4至圖7，第一感測單元221、第二感測單元222與第三感測單元223用以偵測充電站100所發射之引導訊號E1-E3。在一實施例中，第一感測單元221、第二感測單元222與第三感測單元223是裝設於殼體210之內且靠近殼體210之一側緣，但本案並非以此為限。於此，第一感測單元221、第二感測單元222與第三感測單元223可經由殼體210之一側緣上所對應設置之透射區213接收來自充電站100的引導訊號E1-E3。

第二感測單元222位於第一感測單元221與第三感測單元223之間。第一感測單元221、第二感測單元222與第三感測單元223可分別指向不同方向，且分別具有不同的訊號接收範圍。因此，自動行走裝置200根據位於中間之第二感測單元222是否偵測到第二引導訊號E2來判斷其是否對準於充電站100，且根據位於第二感測單元222兩側之第一感測單元221與第三感測單元223是否偵測到任一個引導訊號E1-E3來判定其是否位於充電站100之附近(即，是否位於引導區Z1-Z3內)。

舉例而言，如圖6所示，第一感測單元221可指向第一方向D1，第二感測單元222可指向第二方向D2，第三感測單元223可指向第三方向D3。第一方向D1與第二方向D2之間可夾第一夾角θ1，且第二方向D2與第三方向D3間可夾第二夾角θ2。在一實施例中，第一夾角θ1大致上與第二夾角θ2相等，例如第一夾角θ1與第二夾角θ2可分別為27度。但是本案並非以此為限，第一夾角θ1亦可與第二夾角θ2並不相同。

在一實施例中，第一感測單元221、第二感測單元222與第三感測單元223可為光接收器(photoreceiver)，例如紅外線接收器(IR receiver)。第一感測單元221、第二感測單元222與第三感測單元223分別可藉由罩子覆蓋。各罩子上所開設之開口面積可限制各感測單元221-223之訊號接收範圍的大小。一般而言，第二感測單元222的訊號接收範圍越窄，自動行走裝置200於返回充電站100時之定位準確度越高。因此，如圖7所示，在一實施例中，第二感測單元222之罩子的開口H2大致上小於第一感測單元221之罩子的開口H1，以使得第二感測單元222之訊號接收範圍小於第一感測單元221之訊號接收範圍，並且第一感測單元221之罩子的開口H1大致上與第三感測單元223之罩子的開口H3大小相同，以使得第一感測單元221之訊號接收範圍與第三感測單元223之訊號接收範圍大致上相同，但本案並非以此為限。

移動單元230根據處理單元250之移動訊號進行相應之運動。在一實施例中，移動單元230可包含驅動模組以及複數個滾輪，且驅動模組耦接至複數個滾輪和處理單元250。滾輪可轉動地安裝於殼體210的下方。驅動模組根據移動訊號驅動複數個滾輪轉動進行前進、後退、左右轉動等運動，以致整個自動行走裝置200進行前進、後退、左右轉動等運動。

距離感測單元240位用以測量自動行走裝置200與至少一反射物之間的量測距離。於此，距離感測單元240是採用非接觸式測距技術來測量自動行走裝置200與反射物(如，充電站100或牆面)之間的距離。在一實施例中，距離感測單元240為透過超音波之反射來進行測距的超音波感測器，但本案並非以此為限，在另一實施例中，距離感測單元240為利用調製之光波進行測距的光學測距儀，如紅外線測距儀或雷射測距儀 等。在一實施例中，非接觸式測距技術為本領域所熟知，故不再贅述。

在一實施例中，距離感測單元240是裝設於殼體210之內，且靠近殼體210之一側緣。距離感測單元240經由殼體210之側緣上所對應設置之透射區213收發用以測距之超音波或光波。於此，距離感測單元240沿第二方向D2設置，且距離感測單元240和第二感測單元222位於同一垂直面。例如，距離感測單元240位於第二感測單元222之上或之下。

在一實施例中，如圖5所示，自動行走裝置200更包含供電模組260、第一傳輸埠281、第一正電埠282與第一負電埠283。供電模組260位於殼體210內，且第一傳輸埠281、第一正電埠282與第一負電埠283皆位於殼體210之底部。在一實施例中，第一正電埠282與第一負電埠283耦接至供電模組260，且第一傳輸埠281耦接至處理單元250。

此外，如圖1所示，充電站100更包含第二傳輸埠181、第二正電埠182與第二負電埠183，且第二傳輸埠181、第二正電埠182與第二負電埠183對應於自動行走裝置200之第一傳輸埠281、第一正電埠282與第一負電埠283設置於座體112上。

當自動行走裝置200對準充電站100返回時，自動行走裝置200之第一傳輸埠281接觸於充電站100之第二傳輸埠181，自動行走裝置200之第一正電埠282接觸於充電站100之第二正電埠182，且自動行走裝置200之第一負電埠283接觸於充電站100之第二負電埠183。

於此，自動行走裝置200偵測第一傳輸埠281是否接觸於充電站100之第二傳輸埠181。當第一傳輸埠281接觸於充電站100之第二傳輸埠181時，自動行走裝置200透過第一傳輸埠281與第二傳輸埠181傳輸 供電訊號至充電站100，以使充電站100可經由分別與第二正電埠182和第二負電埠183相接觸之第一正電埠282與第一負電埠283開始對自動行走裝置200之供電模組260進行充電。

在一實施例中，供電模組260包含電池單元261與充放電電路262。第一正電埠282與第一負電埠283耦接至充放電電路262，且充放電電路262耦接至電池單元261。在充電模式下，自動行走裝置200是透過第一正電埠282與第一負電埠283接收來自充電站100的電力，並經由充放電電路262對電池單元261充電。在供電模式下，充放電電路262則以電池單元261所儲存的電力供應自動行走裝置200的各個元件運作所需的電力。

在一實施例中，自動行走裝置200更包含一電力偵測單元270。此電力偵測單元270裝設於殼體210之內，並且電性連接處理單元250與供電模組260。其中，電力偵測單元270用以對自動行走裝置200之供電模組260的蓄電量進行監測。並且，電力偵測單元270所監測到的蓄電量顯示於自動行走裝置200的顯示單元290和/或外部裝置上，以供使用者查看自動行走裝置200的剩餘電量。在一些實施例中，外部裝置可例如與自動行走裝置200匹配的充電站100、與自動行走裝置200匹配的無線控制器、與自動行走裝置200匹配的使用者裝置(如，手機、電腦等)、或其組合。在一些實施例中，電力偵測單元270可透過無線傳輸單元300以無線傳輸方式將監測到的蓄電量發送給外部裝置，但本案並非以此為限。

圖8為一實施例之自動行走裝置之控制方法的流程概要示意圖。請參閱圖1至圖8，自動行走裝置200於接收返回訊號Sb(步驟S100) 後，根據此返回訊號Sb執行控制程序(步驟S200)，以返回充電站100進行充電。舉例來說，當處理單元250接收到返回訊號Sb時，處理單元250會執行控制程序以使移動單元230以返回至充電站100的方向移動，進而讓自動行走裝置200至充電站100進行充電。

在一些實施例中，返回訊號Sb由自動行走裝置200的外部元件(如，充電站100或與自動行走裝置200匹配的無線控制器等)產生並傳送給自動行走裝置200。在另一些實施例中，返回訊號Sb由自動行走裝置200的內部元件(如，處理單元250或電力偵測單元270等)產生。舉例來說，於電力偵測單元270偵測到供電模組260的電量不足時，例如僅剩10%或15%的電量時，電力偵測單元270發送返回訊號Sb至處理單元250，使得處理單元250開始執行控制程序。

圖9為圖8中步驟S200之一實施例的流程概要示意圖。請參閱圖1至圖9，在控制程序中，自動行走裝置200利用第一感測單元221、第二感測單元222與第三感測單元223偵測充電站100所發射之第一引導訊號E1、第二引導訊號E2與第三引導訊號E3(步驟S201)，並且判斷此三個感測單元221-223中任一者是否至少偵測到任一引導訊號E1-E3(步驟S202)。

在一實施例中，於判定第一感測單元221、第二感測單元222與第三感測單元223皆未偵測到第一引導訊號E1、第二引導訊號E2或第三引導訊號E3中任一者時，自動行走裝置200藉由移動單元230旋轉(步驟S203)，以使得第一感測單元221、第二感測單元222與第三感測單元223偵測自動行走裝置200之周圍區域，並且自動行走裝置200根據移動單元 230的旋轉角度來判斷其是否旋轉超過第二閥值(步驟S204)。若判定旋轉角度尚未超過第二閥值時，返回步驟S210，以重新利用第一感測單元221、第二感測單元222與第三感測單元223偵測第一引導訊號E1、第二引導訊號E2與第三引導訊號E3。反之，若判定旋轉角度超過第二閥值時，自動行走裝置200藉由移動單元230移動第一預定距離(步驟S205)，並且返回步驟S200以重新執行控制程序。

換言之，在第一感測單元221、第二感測單元222與第三感測單元223皆未偵測到第一引導訊號E1、第二引導訊號E2與第三引導訊號E3中任一者且移動單元230的旋轉角度尚未超過第二閥值時，自動行走裝置200於原地旋轉，以使得第一感測單元221、第二感測單元222與第三感測單元223偵測自動行走裝置200之周圍區域，並且持續根據各感測單元221-223之偵測結果判斷是否有偵測到任一引導訊號E1-E3。反之，在移動單元230的旋轉角度已超過第二閥值且第一感測單元221、第二感測單元222與第三感測單元223仍未偵測到第一引導訊號E1、第二引導訊號E2與第三引導訊號E3中任一者時，表示此時自動行走裝置200並未處於任一引導區Z1-Z3內，因此，自動行走裝置200移動第一預定距離後，再返回步驟S200以重新執行控制程序。

在步驟S203之一實施例中，自動行走裝置200以第一旋轉方向旋轉，但本案並非以此為限，自動行走裝置200亦可以相反於第一旋轉方向之第二旋轉方向旋轉。在一些實施例中，第一旋轉方向與第二旋轉方向分別為逆時針方向與順時針方向。

在步驟S204之一實施例中，自動行走裝置200利用角度感測 器或電子羅盤等取得移動單元230的旋轉角度，但本案並非以此為限。在一些實施例中，角度感測器可為例如但不限於旋轉編碼器(rotary encoder)。此外，第二閥值可為360度。

在步驟S205之一實施例中，自動行走裝置200以隨機方式朝任一方向行走第一預定距離後，再重新執行控制程序。但本案並非以此為限，自動行走裝置200亦可以移動單元230當前的方向前進。在一些實施例中，第一預定距離為一預設值且於小於引導訊號E1-E3的最短發射距離之範圍內。例如，第一預定距離可為120公分。

若於步驟S202中根據第一感測單元221、第二感測單元222與第三感測單元223之偵測結果判定偵測到至少一引導訊號E1-E3時，自動行走裝置200根據所偵測到之引導訊號E1-E3為何者而決定接續之執行步驟。

在一實施例中，於步驟S202中判定偵測到至少一引導訊號E1-E3時，自動行走裝置200先判斷所偵測到之至少一引導訊號是否包含第二引導訊號E2(步驟S206)。當自動行走裝置200於步驟S206中判定所偵測到之至少一引導訊號包含第二引導訊號E2時，自動行走裝置200判斷偵測到第二引導訊號E2之感測單元是否為第二感測單元222(步驟S207)。

當自動行走裝置200於步驟S207中判定是第二感測單元222偵測到第二引導訊號E2時，自動行走裝置200利用距離感測單元240測量自動行走裝置200與充電站100之間的量測距離(步驟S208)。之後，自動行走裝置200根據量測距離與第一閥值決定朝向充電站100或遠離充電 站100移動(步驟S209)，並且返回步驟S200，以重新執行控制程序。反之，當自動行走裝置200於步驟S207中判定並非是第二感測單元222偵測到第二引導訊號E2時，則旋轉直到第二感測單元222偵測到第二引導訊號E2(步驟S210)後，再接續執行步驟S208與步驟S209。

圖10為圖9中步驟S209之一實施例的流程概要示意圖。請參閱圖1至圖10，在步驟S209之一實施例中，自動行走裝置200根據量測距離是否大於等於第一閥值(步驟S209a)決定朝向充電站100移動(步驟S211)或遠離充電站100移動(步驟S212)。當量測距離大於等於第一閥值時，執行步驟S211，自動行走裝置200朝向充電站100移動。反之，當量測距離小於第一閥值時，則執行步驟S212，此時自動行走裝置200朝向遠離充電站100之方向移動，以避免自動行走裝置200因與充電站100之間相距過近而無法準確回充電站100，並且返回步驟S200以重新執行控制程序。

圖11為圖10中步驟S211之一實施例的流程概要示意圖。請參閱圖1至圖11，在步驟S211之一實施例中，自動行走裝置200朝充電站100移動(步驟S213)，並且在移動的過程中根據第二感測單元222偵測到的引導訊號為何者(步驟S214)來決定後續之執行步驟。

當自動行走裝置200在步驟S214中，判定第二感測單元222僅偵測到第一引導訊號E1與第三引導訊號E3之其中一者以及第二引導訊號E2時，表示此時自動行走裝置200是位於第一引導訊號E1和第二引導訊號E2的訊號交疊區(即，第一引導區Z1和第二引導區Z2的重疊區塊)或第三引導訊號E3和第二引導訊號E2的訊號交疊區(即，第三引導區Z3和 第二引導區Z2的重疊區塊)，而略微偏離引導訊號E1-E3的中央區(即，第一引導區Z1、第二引導區Z2與第三引導區Z3的重疊區塊，或當引導區Z1-Z3三者未有重疊時，第二引導區Z2不與第一引導區Z1以及第三引導區Z3重疊的區塊)。因此，自動行走裝置200旋轉直至第二感測單元222偵測到第一引導訊號E1、第二引導訊號E2與第三引導訊號E3或僅偵測到第二引導訊號E2(步驟S215)後，再以旋轉後的方向前進(步驟S216)，以使得自動行走裝置200可朝引導訊號E1-E3的中央區前進，進而回到充電站100充電。

圖12為圖11中步驟S215之一實施例的流程概要示意圖。請參閱圖1至圖12，在步驟S215之一實施例中，當自動行走裝置200判定第二感測單元222偵測到第一引導訊號E1與第二引導訊號E2時，自動行走裝置200以第一旋轉方向旋轉(步驟S217)直至第二感測單元222偵測到第一引導訊號E1、第二引導訊號E2與第三引導訊號E3或僅偵測到第二引導訊號E2。而當自動行走裝置200判定第二感測單元222偵測到第二引導訊號E2與第三引導訊號E3時，自動行走裝置200以第二旋轉方向旋轉(步驟S218)直至第二感測單元222偵測到第一引導訊號E1、第二引導訊號E2與第三引導訊號E3或僅偵測到第二引導訊號E2。於此，第一旋轉方向相反於第二旋轉方向。在一些實施例中，第一旋轉方向為逆時針方向，而第二旋轉方向為順時針方向。

反之，如圖11所示，當自動行走裝置200在步驟S214中判定第二感測單元222偵測到第一引導訊號E1、第二引導訊號E2與第三引導訊號E3或僅偵測到第二引導訊號E2時，表示此時自動行走裝置200已位在引 導訊號E1-E3的中央區，因此，自動行走裝置200執行步驟S216，而繼續以移動單元230當前行走方向前進。

如圖10所示，在步驟S212之一實施例中，自動行走裝置200朝遠離充電站100之方向移動第二預定距離後，再返回步驟S200，以重新執行控制程序。在一實施例中，遠離充電站100之方向可為自動行走裝置200之當前行走方向的相反方向。

在一些實施例中，第一閥值介於70公分至90公分之範圍間，但不限於此，可依實際環境與需求調整。例如，自動行走裝置200所預設之第一閥值為80公分。此外，第二預定距離介於110公分至130公分之範圍間。例如，第二預定距離為120公分。

在一實施例中，自動行走裝置200所移動之第二預定距離為預先設定之固定值，故自動行走裝置200每次所移動之第一預定距離皆為相同之數值。而在另一實施例中，自動行走裝置200所移動之第一預定距離則為自動行走裝置200與反射物(如充電站100或牆面)之間所預設的最近距離(固定值)和此時自動行走裝置200與反射物之間的量測距離(由距離感測單元240實際測得)的差值。例如，當預設的最近距離為120公分且此時自動行走裝置200與反射物之間的量測距離為50公分時，自動行走裝置200朝遠離反射物之方向移動70公分，以使得自動行走裝置200與反射物之間的量測距離為120公分。

如圖9所示，當自動行走裝置200於步驟S206中判定所偵測到至少一引導訊號不包含第二引導訊號E2時，表示自動行走裝置200此時位於第一引導區Z1或第三引導區Z3中(即第一引導區Z1不與第二引導區 Z2交疊之部分或第三引導區Z3不與第二引導區Z2交疊之部分)，而使得第一感測單元221、第二感測單元222與第三感測單元223僅偵測到第一引導訊號E1或第三引導訊號E3二者其中之一。此時，自動行走裝置200旋轉至偵測到第一引導訊號E1或第三引導訊號E3的訊號邊緣(步驟S219)，再從訊號邊緣反轉預定角度，並偵測自動行走裝置200與至少一反射物之間的最短距離(步驟S220)。之後，自動行走裝置200根據最短距離與第一閥值決定朝向充電站100或遠離充電站100移動(步驟S221)。

在步驟S219之一實施例中，當自動行走裝置200判定第一感測單元221、第二感測單元222與第三感測單元223僅偵測到第一引導訊號E1時，自動行走裝置200以第一旋轉方向旋轉，直至第一感測單元221無法偵測到任一引導訊號E1-E3時停止旋轉，且於停止旋轉後以自動行走裝置200的電子羅盤或角度感測器取得移動單元230所旋轉的一邊際角度，並將取得的邊際角度定義為第一引導訊號E1的訊號邊緣。而當自動行走裝置200判定第一感測單元221、第二感測單元222與第三感測單元223僅偵測到第三引導訊號E3時，自動行走裝置200以第二旋轉方向旋轉，直至第三感測單元223無法偵測到任一引導訊號E1-E3時才停止旋轉，且於停止旋轉後以自動行走裝置200的電子羅盤或角度感測器取得移動單元230所旋轉的一邊際角度，並將取得的邊際角度定義為第三引導訊號E3的訊號邊緣。換言之，第一引導訊號E1的訊號邊緣為第一感測單元221的訊號接收邊緣，而第三引導訊號E3的訊號邊緣為第三感測單元223的訊號接收邊緣。

在步驟S220的一實施例中，自動行走裝置200自第一引導訊 號E1的訊號邊緣或第三引導訊號E3的訊號邊緣以相反於其在步驟S219中之旋轉方向反向旋轉一預定角度(即，在第一引導訊號E1的訊號邊緣時以第二旋轉方向旋轉，而在第三引導訊號E3的訊號邊緣時則以第一旋轉方向旋轉)，且於反向旋轉之期間中持續利用距離感測單元240測量自動行走裝置200在此預定角度內與位於距離感測單元240的偵測範圍內之反射物之間的量測距離，以取得一個最小的量測距離作為自動行走裝置200與至少一反射物之間的最短距離以及對應於此最短距離的旋轉角度。

在一些實施例中，自動行走裝置200反向旋轉的預定角度為90度。此外，至少一反射物可為充電站100、牆面或任何位於自動行走裝置200之距離感測單元240的偵測範圍內的物體。

圖13為圖9中步驟S221之一實施例的流程概要示意圖。請參閱圖1至圖13，在步驟S221之一實施例中，自動行走裝置200根據最短距離是否大於等於第一閥值(步驟S222)來決定朝向充電站100移動或遠離充電站100移動。當自動行走裝置200判定最短距離大於等於第一閥值時，自動行走裝置200轉回至偵測到訊號邊緣的方向，並以此方向朝向充電站100移動(步驟S223)。反之，當自動行走裝置200判定最短距離小於第一閥值時，自動行走裝置200遠離充電站100(步驟S224)。

在步驟S223之一實施例中，自動行走裝置200可於前進一第三預定距離後，返回步驟S200，以重新執行控制程序。在一些實施例中，第三預定距離小於第一閥值。

在步驟S224之一實施例中，自動行走裝置200轉回至偵測到最短距離的方向，並以此方向遠離充電站100。待自動行走裝置200遠離 至少一反射物一第四預定距離後，返回步驟S200，以重新執行控制程序。在一些實施例中，第四預定距離介於110公分至130公分之範圍間。例如，120公分。

圖14為偵測自動行走裝置之一實施例的流程概要示意圖。請參閱圖1至圖14，在一些實施例中，於自動行走裝置200朝向充電站100移動時，例如在步驟S211、步驟S213、步驟S216或步驟S223等執行時，控制程序更包含偵測自動行走裝置200之第一傳輸埠281是否接觸於充電站100之第二傳輸埠181(步驟S225)，藉以確定自動行走裝置200之第一正電埠282與第一負電埠283是否分別已接觸於充電站100之第二正電埠182和第二負電埠183。當偵測到自動行走裝置200之第一傳輸埠281接觸於充電站100之第二傳輸埠181時，便可停止驅動移動單元240，並且經由第一傳輸埠281輸出供電訊號至充電站100，以使充電站100開始對自動行走裝置200充電(步驟S226)。反之，在尚未偵測到自動行走裝置200之第一傳輸埠281接觸於充電站100之第二傳輸埠181時，則重復執行步驟S232。

在一些實施例中，如圖5所示，自動行走裝置200更包含儲存單元310，且儲存單元310用以儲存上述之控制程序、第一閥值、第二閥值、第一預定距離、第二預定距離、第三預定距離、第四預定距離、預定角度、量測距離、感測距離、旋轉角度等等。

綜上所述，本案實施例之自動行走裝置及其控制方法適用於一自動行走裝置，以致自動行走裝置在對準充電站時利用距離感測單元測量自動行走裝置與充電站之間的量測距離，並根據量測距離與第一閥值決定自動行走裝置朝向充電站或遠離充電站移動，以避免自動行走裝置因導 正距離不足而無法準確回充電站，且降低自動行走裝置進行路徑修正的機率，進而提升其進站效率。

雖然本案的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本案，任何熟習此技藝者，在不脫離本案之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本案的範疇內，因此本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

S200~S221‧‧‧步驟

Claims (21)

1. 一種自動行走裝置的控制方法，適用於一具有一第一感測單元、一第二感測單元與一第三感測單元之自動行走裝置，並配合一充電站，該控制方法包含：該自動行走裝置接收一返回訊號；以及根據該返回訊號執行一控制程序，其中該控制程序包含：利用該第一感測單元、該第二感測單元與該第三感測單元偵測該充電站所發射的一第一引導訊號、一第二引導訊號與一第三引導訊號；於該第二感測單元偵測到該第二引導訊號時，測量該自動行走裝置與該充電站之間的一量測距離；當該量測距離小於一第一閥值時，該自動行走裝置遠離該充電站移動，並重新執行該控制程序；以及當該量測距離大於等於該第一閥值時，該自動行走裝置朝向該充電站移動。
2. 如請求項1所述之自動行走裝置的控制方法，其中使該自動行走裝置朝向該充電站移動的步驟中，當該第二感測單元僅偵測到該第一引導訊號與該第三引導訊號的其中一者，以及該第二引導訊號時，該自動行走裝置旋轉，直到該第二感測單元偵測到該第一引導訊號、該第二引導訊號與該第三引導訊號或僅偵測到該第二引導訊號，且該自動行走裝置以旋轉後的方向前進。
3. 如請求項2所述之自動行走裝置的控制方法，其中該自動行走裝置旋轉的步驟包含：當該第二感測單元偵測到該第一引導訊號和該第二引導訊號時，該自動行走裝置以一第一旋轉方向旋轉；及當該第二感測單元係偵測到該第二引導訊號和該第三引導訊號時，該自動行走裝置以一第二旋轉方向旋轉，其中該第二旋轉方向相反於該第一旋轉方向。
4. 如請求項1所述之自動行走裝置的控制方法，其中該控制程序在利用該第一感測單元、該第二感測單元與該第三感測單元偵測該第一引導訊號、該第二引導訊號與該第三引導訊號的步驟之後更包含：於該第二感測單元未偵測到該第二引導訊號，且該第一感測單元或該第三感測單元偵測到該第二引導訊號時，該自動行走裝置旋轉直到該第二感測單元偵測到該第二引導訊號。
5. 如請求項1所述之自動行走裝置的控制方法，其中該控制程序在利用該第一感測單元、該第二感測單元與該第三感測單元偵測該第一引導訊號、該第二引導訊號與該第三引導訊號的步驟之後更包含：於該第一感測單元、該第二感測單元與該第三感測單元均未偵測到該第二引導訊號，且該第一感測單元、該第二感測單元與該第三感測單元中任一者偵測到該第一引導訊號或該第三引導訊號時，該自動行走裝置旋轉至偵測到該第一引導訊號或該第三引導訊號的訊號邊緣；該自動行走裝置從該訊號邊緣反轉一預定角度，並偵測該自動行走裝置與至少一反射物之間的一最短距離；以及 該自動行走裝置根據該最短距離與該第一閥值朝向該充電站或遠離該充電站移動。
6. 如請求項5所述之自動行走裝置的控制方法，其中在該自動行走裝置根據該最短距離與該第一閥值朝向該充電站或遠離該充電站移動的步驟中，當該最短距離大於等於該第一閥值時，該自動行走裝置轉回至偵測到該訊號邊緣的方向，並以該方向朝向該充電站移動。
7. 如請求項5所述之自動行走裝置的控制方法，其中在該自動行走裝置根據該最短距離與該第一閥值朝向該充電站或遠離該充電站移動的步驟中，當該最短距離小於該第一閥值時，該自動行走裝置遠離該充電站移動，並重新執行該控制程序。
8. 如請求項1所述之自動行走裝置的控制方法，其中該控制程序在利用該第一感測單元、該第二感測單元與該第三感測單元偵測該第一引導訊號、該第二引導訊號與該第三引導訊號的步驟之後更包含：於該第一感測單元、該第二感測單元與該第三感測單元皆未偵測到該第一引導訊號、該第二引導訊號與該第三引導訊號中任一者時，該自動行走裝置旋轉；以及於該自動行走裝置旋轉超過一第二閥值且該第一感測單元、該第二感測單元與該第三感測單元仍皆未偵測到該第一引導訊號、該第二引導訊號與該第三引導訊號中任一者時，該自動行走裝置移動一第一預定距離，並重新執行該控制程序。
9. 如請求項1所述之自動行走裝置的控制方法，其中該控制程序更包含： 於該自動行走裝置朝向該充電站移動時，偵測該自動行走裝置之一第一傳輸埠是否接觸於該充電站之一第二傳輸埠；以及於偵測到該第一傳輸埠接觸到該第二傳輸埠時，輸出一供電訊號至該充電站，以使該充電站開始對該自動行走裝置進行充電。
10. 如請求項1所述之自動行走裝置的控制方法，其中該第一引導訊號、該第二引導訊號與該第三引導訊號互不相同。
11. 一種自動行走裝置，包含：一第一感測單元；一第二感測單元；一第三感測單元；一距離感測單元；一移動單元，用以帶動該第一感測單元、該第二感測單元、該第三感測單元與該距離感測單元進行移動；以及一處理單元，耦接該第一感測單元、該第二感測單元、該第三感測單元、該移動單元與該距離感測單元，該處理單元於接收到一返回訊號後，執行一控制步驟；其中，該控制步驟包含：利用該第一感測單元、該第二感測單元與該第三感測單元偵測一充電站所發射的一第一引導訊號、一第二引導訊號與一第三引導訊號；於該第二感測單元偵測到該第二引導訊號時，使該距離感測單元測量該自動行走裝置與該充電站之間的一量測距離； 當該量測距離小於一第一閥值時，使該移動單元遠離該充電站移動，並重新執行一控制程序；以及當該量測距離大於等於該第一閥值時，使該移動單元朝向該充電站移動。
12. 如請求項11所述的自動行走裝置，更包含：一電力偵測單元，偵測該自動行走裝置之一供電模組的電量，且該電力偵測單元於偵測到該供電模組的該電量小於一預設電量時，產生該返回訊號。
13. 如請求項11所述的自動行走裝置，更包含：一供電模組；一第一傳輸埠；一第一正電埠，耦接該供電模組；及一第一負電埠，耦接該供電模組；其中，該處理單元更耦接該第一傳輸埠，當該處理單元偵測到該第一傳輸埠接觸於該充電站之一第二傳輸埠時，該處理單元更輸出一供電訊號以經由該第一傳輸埠與該第二傳輸埠傳輸至該充電站，以使該充電站經由該第一正電埠與該第一負電埠對該供電模組充電。
14. 如請求項11所述的自動行走裝置，其中使該移動單元朝向該充電站移動的步驟包含：利用該移動單元朝向該充電站移動；當該第二感測單元僅偵測到該第一引導訊號與該第三引導訊號的其中一者，以及該第二引導訊號時，使該移動單元旋轉，直到該第二感測單 元偵測到該第一引導訊號、該第二引導訊號與該第三引導訊號或僅偵測到該第二引導訊號；及使該移動單元以旋轉後的方向前進。
15. 如請求項14所述的自動行走裝置，其中使該移動單元旋轉的步驟包含：當該第二感測單元偵測到該第一引導訊號和該第二引導訊號時，使該移動單元以一第一旋轉方向旋轉；及當該第二感測單元偵測到該第二引導訊號和該第三引導訊號時，使該移動單元以一第二旋轉方向旋轉，其中該第二旋轉方向相反於該第一旋轉方向。
16. 如請求項11所述的自動行走裝置，其中該控制步驟中，在利用該第一感測單元、該第二感測單元與該第三感測單元偵測該第一引導訊號、該第二引導訊號與該第三引導訊號的步驟之後更包含：於該第二感測單元未偵測到該第二引導訊號且該第一感測單元或該第三感測單元偵測到該第二引導訊號時，使該移動單元旋轉直到該第二感測單元偵測到該第二引導訊號。
17. 如請求項11所述的自動行走裝置，其中該控制步驟中，在利用該第一感測單元、該第二感測單元與該第三感測單元偵測該第一引導訊號、該第二引導訊號與該第三引導訊號的步驟之後更包含：於該第一感測單元、該第二感測單元與該第三感測單元均未偵測到該第二引導訊號且該第一感測單元、該第二感測單元與該第三感測單元中任 一者偵測到該第一引導訊號或該第三引導訊號時，使該移動單元旋轉至偵測到該第一引導訊號或該第三引導訊號的訊號邊緣；使該移動單元從該訊號邊緣反轉一預定角度，並使該距離感測單元偵測該自動行走裝置與至少一反射物之間的一最短距離；及根據該最短距離與該第一閥值使該移動單元朝向該充電站或遠離該充電站移動。
18. 如請求項17所述的自動行走裝置，其中在根據該最短距離與該第一閥值使該移動單元朝向該充電站或遠離該充電站移動的步驟中，當該最短距離大於等於該第一閥值時，利用該移動單元轉回至偵測到該訊號邊緣的方向，並自該方向朝向該充電站移動。
19. 如請求項17所述的自動行走裝置，其中在根據該最短距離與該第一閥值使該移動單元朝向該充電站或遠離該充電站移動的步驟中，當該最短距離小於該第一閥值時，使該移動單元遠離該充電站移動，且該處理單元重新執行該控制程序。
20. 如請求項11所述的自動行走裝置，其中該控制步驟中，在利用該第一感測單元、該第二感測單元與該第三感測單元偵測該充電站所發射的該第一引導訊號、該第二引導訊號與該第三引導訊號步驟之後更包含：於該第一感測單元、該第二感測單元與該第三感測單元皆未偵測到該第一引導訊號、該第二引導訊號與該第三引導訊號中任一者時，使該移動單元旋轉；及 於該移動單元旋轉超過一第二閥值且該第一感測單元、該第二感測單元與該第三感測單元仍未偵測到該第一引導訊號、該第二引導訊號與該第三引導訊號中任一者時，使該移動單元移動一第一預定距離，且該處理單元重新執行該控制步驟。
21. 如請求項11所述的自動行走裝置，其中該第一引導訊號、該第二引導訊號與該第三引導訊號互不相同。