TWI659285B - 動力輪與其協同搬運方法 - Google Patents

Abstract

一種動力輪，包括定位元件、無線通訊模組以及控制器，其中控制器用以運作於主動模式或被動模式。當控制器運作於被動模式時，用以：藉由無線通訊模組從運作於主動模式的動力輪取得路徑資訊以及移動資訊，並且藉由定位元件取得與其他動力輪之間的相對位置資訊；以及依據路徑資訊、移動資訊以及相對位置資訊，決定轉動策略。當控制器運作於主動模式時，用以：取得路徑資訊，並且傳送路徑資訊以及移動資訊至其他動力輪；以及依據路徑資訊決定轉動策略。此外，一種此動力輪的協同搬運方法亦被提出。

Description

動力輪與其協同搬運方法

本揭露是有關於一種搬運元件，且特別是有關於一種模組化的動力輪與其協同搬運方法。

在自動控制的技術領域中，有越來越多關於無人搬運載具（Auto Guided Vehicle, AGV）的相關開發以及研究。然而，傳統的無人搬運載具的搬運操作必須依據無人搬運載具的重量與大小來決定所欲承載物件的體積大小以及外型。也就是說，若承載物件具有特殊的外型，則傳統的無人搬運載具將無法進行搬運。因此，如何設計出一種機制能夠讓無人搬運的搬運操作更具有彈性，是本領域重要的課題之一。

本揭露提供一種動力輪與其協同搬運方法，能夠適應於各種形狀的被搬運物件並協作地將其搬運，具有極高的彈性。

本揭露實施例的動力輪用以與多個動力輪協作以搬運物件，各所述動力輪包括定位元件、無線通訊模組以及控制器。控制器耦接於定位元件以及無線通訊模組，用以運作於主動模式以及被動模式的其中之一。當控制器運作於被動模式時，控制器用以：藉由無線通訊模組從運作於主動模式的動力輪取得路徑資訊以及移動資訊，並且藉由定位元件取得自身與其他動力輪之間的相對位置資訊；以及依據路徑資訊、移動資訊以及相對位置資訊決定轉動策略。當控制器運作於主動模式時，控制器用以：取得路徑資訊，並且傳送路徑資訊以及移動資訊至其他動力輪；以及依據路徑資訊決定轉動策略。

在本揭露的一實施例中，當上述的控制器運作於主動模式時，更用以：依據動力輪的轉動策略產生移動資訊；以及發送移動資訊至運作於被動模式的所述多個動力輪。

在本揭露的一實施例中，上述的轉動策略包括轉動速度以及轉動方向。

在本揭露的一實施例中，上述的各動力輪包括固定元件，用以固定於被搬運物件。

在本揭露的一實施例中，上述的各動力輪包括識別標籤以及影像感測元件。識別標籤設置於各動力輪的側邊。影像感測元件耦接於控制器，用以取得其他該些動力輪的該些識別標籤，以辨識其他該些動力輪。

在本揭露的一實施例中，上述的定位元件為光學測距元件。

在本揭露的一實施例中，上述的定位元件為全球定位系統模組。

本揭露實施例的協同搬運方法適用於多個動力輪以協同搬運物件。所述多個動力輪中的第一動力輪運作於主動模式，並且所述多個動力輪中的多個第二動力輪運作於被動模式。所述搬運方法包括：第一動力輪取得路徑資訊，並且將路徑資訊傳送至第二動力輪；第二動力輪分別取得與第一動力輪以及其他第二動力輪的相對位置資訊；第一動力輪依據路徑資訊決定第一動力輪的轉動策略；第一動力輪依據第一動力輪的轉動策略產生移動資訊，並且將移動資訊發送至第二動力輪；以及第二動力輪分別接收路徑資訊以及移動資訊，並且依據路徑資訊、移動資訊以及相對位置資訊，決定各個第二動力輪的轉動策略。

在本揭露的一實施例中，上述第二動力輪分別取得與第一動力輪以及其他第二動力輪的相對位置資訊的步驟包括：第二動力輪藉由第一動力輪以及其他第二動力輪的識別標籤辨識第一動力輪以及其他第二動力輪；以及第二動力輪分別利用光學測距元件取得與第一動力輪以及其他第二動力輪的相對位置資訊。

在本揭露的一實施例中，上述的轉動策略包括轉動速度以及轉動方向。

基於上述，本揭露實施例所提出的動力輪與其協同搬運方法，透過動力輪上所設置的控制器、定位元件以及無線通訊模組等各項元件，可使動力輪根據其與其他動力輪之間的溝通來決定自身的轉動策略。據此，能夠提升使用上的便利性且不受空間限制的搬運任意形狀的物件。

為讓本揭露的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

在本案說明書全文(包括申請專利範圍)中所使用的「耦接」一詞可指任何直接或間接的連接手段。舉例而言，若文中描述第一裝置耦接第二裝置，則應該被解釋成第一裝置可以直接耦接至第二裝置，或者第一裝置可以透過其他裝置、導線或某種連接手段而間接地耦接至第二裝置。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/步驟代表相同或類似部分。不同實施例中使用相同標號或使用相同用語的元件/構件/步驟可以相互參照相關說明。

圖1A繪示本揭露一實施例中動力輪的概要方塊圖；圖1B繪示本揭露一實施例中動力輪的第一視角示意圖；圖1C繪示本揭露一實施例中動力輪的第二視角示意圖。

請同時參照圖1A、圖1B與圖1C，本實施例的動力輪100包括控制器110、定位元件120、無線通訊模組130、影像感測元件140、動力元件150以及電源160，其中控制器110耦接於定位元件120、無線通訊模組130、影像感測元件140、動力元件150以及電源160。除此之外，本實施例的動力輪100還包括固定元件170以及識別標籤180。

在本實施例中，多個動力輪100分別例如實作為全向輪等可在平面上朝任意方向移動而無須改變姿態的輪胎機構，使多個動力輪100共同執行本揭露實施例的協同搬運方法時，能夠協同在滿足特定要求(例如，不轉動被搬運的物件)的前提下，穩定地搬運物件。然而，本揭露並不在此限制上述的特定要求。在其他實施例中，上述的特定要求也可例如是為了滿足地形或路線的限制，而以特定的方式來轉動被搬運的物件。

在本實施例中，控制器110運作於主動模式或被動模式，以負責動力輪100的整體運作，其例如包括由單核心或多核心組成的中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)，或是其他可程式化之一般用途或特殊用途的微處理器(Microprocessor)、數位訊 號處理器(Digital Signal Processor，DSP)、可程式化控制器、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits，ASIC)、可程式化邏輯裝置(Programmable Logic Device，PLD)或其他類似裝置或這些裝置的組合。特別是，本揭露實施例在一個動力輪100中就設置一個控制器110來控制動力輪100的運作。據此，當多個動力輪100協同地搬運物件時，每個動力輪100能夠分別根據各自的控制器110所決定的轉動策略來以不同的轉動速度與轉動方向協同運作。關於控制器110分別在主動模式以及被動模式的運作將於以下段落中詳細說明。

在一實施例中，定位元件120例如是光學測距元件，其中包括雷射收發模組而能夠用以取得視野範圍(field of view，FOV)內的距離資料。舉例來說，光學測距元件的視野範圍內例如包括其他多個動力輪100，雷射收發模組會發射雷射脈衝，而雷射脈衝在打到物體表面後會反射而使雷射收發模組接收到反射的雷射脈衝。雷射脈衝被發射與接收的兩時間點的時間差可以對應於光子的飛行時間(time-of-flight，TOF)。據此，將光子的飛行時間搭配光速便能夠計算出雷射收發模組與其他動力輪之間的距離。然而，本揭露並不在此限制光學測距元件與其所取得的原始資料的具體實作方式與資料型式。在其他實施例中，光學測距元件也可例如使用結構光或其他不同的方式來取得視野範圍內的距離資料，所屬技術領域具備通常知識者當可依其需求來實作光學測距元件以取得距離資料。在動力輪100與其他動力輪之間的距離資料後，其便能夠得到動力輪100其他動力輪之間的相對位置資訊。

在另一實施例中，定位元件120例如是全球定位系統（Global Positioning System, GPS）模組，透過全球定位系統GPS來取得動力輪100的定位資訊。在其他實施例中，定位元件120也可例如是藉由3G網路定位、Wifi網路定位或是IP位址定位等方式，取得動力輪100的定位資訊。多個動力輪100之間藉著分享各自的定位資訊，便能夠取得多個動力輪100之間的相對位置資訊。

在本實施例中，無線通訊模組130用以與其他動力輪100進行通訊，其例如是支援藍芽（Bluetooth）、WiFi、全球互通微波存取（WiMax）、近場通訊（Near Field Communication，NFC）、長期演進技術（LTE）等各種無線通訊標準的無線通訊模組，本揭露並不加以限制。在一實施例中，當控制器110是運作於主動模式時，無線通訊模組130可更用於與外部裝置進行通訊，以從外部裝置取得路徑資訊。

在本實施例中，影像感測元件140用以取得包括設置於其他動力輪上的識別標籤180的影像，控制器110可根據影像感測元件140所取得的影像來辨識出與其協作搬運物件的其他動力輪，再利用定位元件120所取得的資料來判斷出自身與其他動力輪的相對位置資訊。影像感測元件140例如是電荷耦合元件（Charge Coupled Device，CCD）影像感測器或是互補式金氧半導體（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS）影像感測器，等諸如此類的影像感測器，本揭露並不加以限制。

在本實施例中，動力元件150受控於控制器110以根據控制器110所決定的轉動策略來提供動力輪100轉動時的動力並且控制轉動方向，其例如但不限於是動力馬達系統。詳細來說，當動力元件150所提供的動力越大，動力輪100所能轉動的轉速就越快，或是轉動時的扭力就越大，而轉動時的扭力越大，動力輪100的載重能力也就越強。在本實施例中，所述的轉動策略包括動力輪100的轉動速度以及轉動方向等，但不限於此。

在本實施例中，電源160用以提供動力輪100所需的電力，其例如是鋰電池、鋰離子電池或鹼性電池等，本揭露並不在此限制。特別是，本實施例中每個模組化的動力輪100都設置有電源160，更加提升了使用上的彈性。

在本實施例中，固定元件170用以固定於被搬運物件，其可例如是承載平台或鎖附元件（例如，螺絲、螺栓等）等，本揭露並不在此加以限制。

在本實施例中，識別標籤180是設置於動力輪100的側面，可例如包括動力輪100的編號資訊、轉動策略資訊、運作模式的其中之一或其組合的資訊，但本發明並不限於此。值得一提的是，為了盡可能使識別標籤180能夠包含在其他動力輪100的影像感測元件140的視野範圍內，動力輪100亦可包括多個相同的識別標籤180，設置於動力輪100的多個側面。

藉由上述實施例中多個動力輪100的協作，無論何種形狀或重量分布的物件都能夠在平面上不旋轉且穩定的被搬運。以下將舉實施例說明本揭露實施例的協同搬運方法。

圖2繪示本揭露一實施例中協同搬運物件的示意圖。

請參照圖2，被搬運的物件OB由多個動力輪100所協同搬運，而多個動力輪100包括動力輪100_1、動力輪100_2、動力輪100_3以及動力輪100_4。在本實施例中，物件OB的四個角落透過固定元件170被固定於四個動力輪100_1、100_2、100_3、100_4上。特別是，物件OB為不規則的四邊形，因此四個動力輪100_1、100_2、100_3、100_4中，兩兩之間的距離與設置方向各不相同。

在本實施例中，四個動力輪100_1、100_2、100_3、100_4固定於物件OB上時，各動力輪的識別標籤180皆是朝內設置，使得各個動力輪的識別標籤180都可以包含在其他動力輪的影像感測元件140的視野範圍當中。舉例而言，動力輪100_1可以藉由動力輪100_2、100_3、100_4的識別標籤180來辨識出與其協作搬運物件OB的動力輪100_2、100_3、100_4。

在本實施例中，動力輪100_1作為領導動力輪，而動力輪100_2、100_3、100_4作為輔助動力輪。領導動力輪是運作於主動模式。運作於主動模式的領導動力輪100_1會取得路徑資訊，並且依據此路徑資訊來決定物件OB的搬運方向以及搬運速度，而輔助動力輪是運作於被動模式，用以配合領導動力輪在平面上以不旋轉物件OB為前提來搬運物件OB。

在一實施例中，路徑資訊例如是來自外部裝置（未繪示）的物件OB的預設路徑，在領導動力輪100_1連接至外部裝置並接收到路徑資訊後，便會依據路徑資訊來決定其轉動策略（例如，轉動方向與轉動速度）。除此之外，領導動力輪100_1亦會將此路徑資訊發送給輔助動力輪100_2、100_3、100_4。據此，輔助動力輪100_2、100_3、100_4也能夠依據此路徑資訊來決定其轉動策略。

在另一實施例中，路徑資訊亦可例如是來自外部裝置的遙控資訊。外部裝置即時地與領導動力輪100_1進行通訊，並且直接傳遞例如左轉、右轉等路徑資訊至領導動力輪100_1以控制領導動力輪100_1的轉動策略。類似地，領導動力輪100_1會將所接收到的路徑資訊發送給輔助動力輪100_2、100_3、100_4。

在又另一實施例中，領導動力輪100_1上例如包括有雷射掃描器，耦接於控制器110。雷射掃描器用以掃描領導動力輪100_1周圍的空間分布資訊，以使領導動力輪100_1的控制器110能夠依據空間分布資訊來規劃並取得路徑資訊。

然而，本揭露並不限於此。在其他實施例中，路徑資訊亦可以是預先載入於領導動力輪100_1或以其他方式來使領導動力輪100_1能夠取得路徑資訊。

在領導動力輪100_1依據路徑資訊決定了轉動策略後，會將其轉動策略轉換為移動資訊，並且將移動資訊發送給其他輔助動力輪100_2、100_3、100_4。舉例而言，領導動力輪100_1會透過無線通訊模組130來將其轉動方向與轉動速度發送給輔助動力輪100_2、100_3、100_4。

運作於被動模式的輔助動力輪100_2、100_3、100_4除了接收到來自領導動力輪100_1的路徑資訊以及移動資訊之外，還會取得其與領導動力輪100_1以及其他輔助動力輪之間的相對位置資訊。以輔助動力輪100_3為例，在本實施例中，輔助動力輪100_3會先利用影像感測元件140來從其他各動力輪100_1、100_2、100_4的多個識別標籤180來辨識出與其協作搬運物件OB的動力輪100_1、100_2、100_4，再透過定位元件120（例如，光學測距元件）來取得輔助動力輪100_3與領導動力輪100_1以及輔助動力輪100_2、100_4之間的距離。

在另一實施例中，輔助動力輪100_3可例如是藉由無線通訊模組130從領導動力輪100_1以及輔助動力輪100_2、100_4取得領導動力輪100_1以及輔助動力輪100_2、100_4各自的定位元件120（例如，GPS模組）所取得的位置資訊。藉由此些位置資訊，輔助動力輪100_3便能夠計算出自身與其他動力輪100_1、100_2、100_4之間的相對位置資訊。

其餘動力輪100_1、100_2、100_4亦可以藉由類似的方法取得自身與其他動力輪之間的相對位置資訊，在此不再贅述。

在一實施例中，識別標籤180可例如是顯示螢幕或至少一個不同顏色或型式的LED燈。在另一實施例中，識別標籤180可例如是指示其所屬的動力輪的編號資訊。當任一輔助動力輪在透過無線通訊模組130接收到來自領導動力輪的移動資訊時，可從中一併得知領導動力輪的編號資訊，進而從識別標籤180來辨識出領導動力輪。此外，輔助動力輪亦可藉由無線通訊模組130來取得其他輔助動力輪的編號資訊，以辨識出與其協作中的其他輔助動力輪。換言之，本揭露並不在此限制藉由識別標籤180來辨識出協作搬運物件OB的動力輪的具體技術手段，所屬技術領域具備通常知識者當可依其需求來實作。

在輔助動力輪100_2、100_3、100_4分別取得了自身與其他動力輪之間的相對位置資訊之後，便能夠依據從領導動力輪100_1所取得的路徑資訊、移動資訊，以及自身與其他動力輪之間的相對位置資訊，來決定輔助動力輪100_2、100_3、100_4的轉動策略，例如，決定輔助動力輪100_2、100_3、100_4各別的轉動速度以及轉動方向。如此一來，動力輪100_1、100_2、100_3、100_4各自的轉動速度以及轉動方向被決定後，便能夠在不轉動物件OB的前提下，協作地搬運物件OB。

值得一提的是，當所承載的物件OB形狀不規則時，各個動力輪所承受的重量也不相同。當物件OB某些部位的重量過重，導致動力輪100_1、100_2、100_3、100_4至少其中之一的承重超過負荷時，使用者可例如是自行再將額外的動力輪固定於物件OB（例如，增加新的輔助動力輪至動力輪100_1與動力輪100_2之間）。特別是，新加入的動力輪藉由上述本揭露實施例中的方法，便能夠自動的適應並且與現有的動力輪100_1、100_2、100_3、100_4協作搬運物件OB。

圖3繪示本揭露一實施例的協同搬運方法的流程圖。

請參照圖3，本實施例介紹的協同搬運方法適用於上述實施例的動力輪100，故本實施例將參照前述實施例的動力輪來進行說明。相同的標號將用以表示相同或類似的元件，且重複的步驟將不再贅述。

在步驟S310中，動力輪100的控制器110會決定要運作於主動模式或被動模式。在本實施例中，控制器110可例如連接於外部裝置，接收來自外部裝置的指示，以決定運作於主動模式或被動模式。在另一實施例中，動力輪100側邊例如裝設有實體按鍵，用以選擇運作模式為主動模式或被動模式。在又另一實施例中，多個動力輪100例如是透過無線通訊模組130相互通訊，並且依據各動力輪100相對於物件OB的位置或各動力輪100的剩餘電量等資訊，決定其中一個動力輪100來運作於主動模式，其他則運作於被動模式。換言之，本揭露並不在此限制選擇多個動力輪100的其中之一來運作於主動模式的選擇方式。

若動力輪100是運作於主動模式（例如，動力輪100_1），在步驟S320中，動力輪100會取得路徑資訊，並且將路徑資訊傳送至其他運作於被動模式的多個動力輪（例如，動力輪100_2、100_3、100_4）。在步驟S330中，動力輪100的控制器110會根據所取得的路徑資訊來決定動力輪100的轉動策略，以運行動力輪100。最後，在步驟S340中，動力輪100會依據其轉動策略來產生移動資訊，並且將此移動資訊發送至其他運作於被動模式的多個動力輪（例如，動力輪100_2、100_3、100_4）。

若動力輪100是運作於被動模式（例如，動力輪100_2、100_3、100_4），在步驟S350中，動力輪100會分別取得與其他動力輪的相對位置資訊。在一實施例中，運作於被動模式的動力輪100（例如，動力輪100_2、100_3、100_4）會首先藉由其他動力輪的識別標籤180來辨識出其他動力輪。隨後，再利用光學測距元件來取得自身與其他各動力輪之間的相對位置資訊。在另一實施例中，運作於被動模式的動力輪100（例如，動力輪100_2、100_3、100_4）會透過無線通訊模組130來從其他動力輪取得其他動力輪各自藉由GPS模組取得的位置資訊，然後再整合所有位置資訊以取得自身與其他各動力輪之間的相對位置資訊。

在步驟S360中，動力輪100會藉由無線通訊模組130來從運作於主動模式的動力輪（例如，動力輪100_1）接收路徑資訊以及移動資訊。最後，在步驟S370中，動力輪100的控制器110會依據所取得的路徑資訊、移動資訊以及相對位置資訊，來決定動力輪100的轉動策略，以運行動力輪100。

綜上所述，本揭露實施例所提出的動力輪與其協同搬運方法，透過動力輪上所設置的控制器、定位元件以及無線通訊模組等各項元件，可使動力輪根據其與其他動力輪之間的溝通來決定自身的轉動策略。據此，能夠提升使用上的便利性並且不受空間限制的搬運任意形狀的物件。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100、100_1、100_2、100_3、100_4‧‧‧動力輪

110‧‧‧控制器

120‧‧‧定位元件

130‧‧‧無線通訊模組

140‧‧‧影像感測元件

150‧‧‧動力元件

160‧‧‧電源

170‧‧‧固定元件

180‧‧‧識別標籤

OB‧‧‧物件

S310~S370‧‧‧協同搬運方法的步驟

圖1A繪示本揭露一實施例中動力輪的概要方塊圖。 圖1B繪示本揭露一實施例中動力輪的第一視角示意圖。 圖1C繪示本揭露一實施例中動力輪的第二視角示意圖。 圖2繪示本揭露一實施例中協同搬運物件的示意圖。 圖3繪示本揭露一實施例中協同搬運方法的流程圖。

Claims (10)

1. 一種動力輪，用以與多個動力輪協作以搬運物件，各所述動力輪包括： 定位元件； 無線通訊模組，用以與其他該些動力輪進行通訊；以及 控制器，耦接於該定位元件以及該無線通訊模組，用以運作於主動模式以及被動模式的其中之一， 其中當該控制器運作於該被動模式時，該控制器用以： 藉由該無線通訊模組從運作於該主動模式的該動力輪取得路徑資訊以及移動資訊，並且藉由該定位元件取得與其他該些動力輪之間的相對位置資訊；以及 依據該路徑資訊、移動資訊以及該相對位置資訊，決定轉動策略， 其中當該控制器運作於該主動模式時，該控制器用以： 取得該路徑資訊，並且傳送該路徑資訊以及該移動資訊至其他該些動力輪；以及 依據該路徑資訊決定該轉動策略。
2. 如申請專利範圍第1項所述的動力輪，其中當該控制器運作於該主動模式時，該控制器更用以： 依據該動力輪的該轉動策略產生該移動資訊；以及 發送該移動資訊至運作於被動模式的該些動力輪。
3. 如申請專利範圍第1項所述的動力輪，其中該轉動策略包括轉動速度以及轉動方向。
4. 如申請專利範圍第1項所述的動力輪，其中各該動力輪包括： 固定元件，用以固定於被搬運的該物件。
5. 如申請專利範圍第1項所述的動力輪，其中各該動力輪包括： 識別標籤，設置於各該動力輪的側邊；以及 影像感測元件，耦接於該控制器，用以取得其他該些動力輪的該些識別標籤，以辨識其他該些動力輪。
6. 如申請專利範圍第1項所述的動力輪，其中該定位元件為光學測距元件。
7. 如申請專利範圍第1項所述的動力輪，其中該定位元件為全球定位系統模組。
8. 一種協同搬運方法，適用於多個動力輪以協同搬運物件，其中該些動力輪中的第一動力輪運作於主動模式，並且該些動力輪中的多個第二動力輪運作於被動模式，所述協同搬運方法包括： 該第一動力輪取得路徑資訊，並且將該路徑資訊傳送至該些第二動力輪； 該些第二動力輪分別取得與該第一動力輪以及該些第二動力輪的相對位置資訊； 該第一動力輪依據該路徑資訊決定該第一動力輪的轉動策略； 該第一動力輪依據該第一動力輪的該轉動策略產生移動資訊，並且將該移動資訊發送至該些第二動力輪；以及 該些第二動力輪分別接收該路徑資訊以及移動資訊，並且依據該路徑資訊、該移動資訊以及該相對位置資訊，決定各該第二動力輪的轉動策略。
9. 如申請專利範圍第8項所述的協同搬運方法，其中該些第二動力輪分別取得與該第一動力輪以及該些第二動力輪的該相對位置資訊的步驟包括： 該些第二動力輪藉由該第一動力輪以及該些第二動力輪的識別標籤辨識該第一動力輪以及該些第二動力輪；以及 該些第二動力輪分別利用光學測距元件取得與該第一動力輪以及該些第二動力輪的該相對位置資訊。
10. 如申請專利範圍第8項所述的協同搬運方法，其中該轉動策略包括轉動速度以及轉動方向。