TWI671053B

TWI671053B - 自動裝置的偵測系統

Info

Publication number: TWI671053B
Application number: TW106130760A
Authority: TW
Inventors: 莊忠憲; 李文琪
Original assignee: 智棋科技股份有限公司
Priority date: 2017-09-08
Filing date: 2017-09-08
Publication date: 2019-09-11
Also published as: TW201912097A; CN109471127A

Abstract

一種自動裝置的偵測系統，包括至少一光感應模組以及控制電路。至少一光感應模組用以在偵測方向上偵測目標物。光感應模組包括發光元件及收光元件。發光元件用以發出光束。收光元件用以接收被目標物反射的光束。發光元件的光軸與收光元件的光軸互相平行。收光元件的光軸相對於偵測方向傾斜。控制電路根據光感應模組偵測光束的結果決定自動裝置的移動方向。

Description

自動裝置的偵測系統

本發明是有關於一種偵測系統，且特別是有關於一種自動裝置的偵測系統。

隨著科技的進步，能自主移動的自動裝置已被應用於日常生活中。舉例而言，一般室內環境的日常打掃以地面清潔為最頻繁工作之一，為了減輕人類的勞動負擔，許多能自主移動的自動裝置，例如：能自動清掃的掃地機，已相繼發明上市

為使掃地機避開障礙物（例如：牆壁、傢俱等）而自動地打掃，掃地機裝設有光感應模組，以在偵測方向上偵測是否有障礙物，進而做出適當的反應（例如：轉向等）。然而，掃地機之光感應模組能偵測到障礙物的距離與障礙物的反射率有關。換言之，對於具有不同反射率的障礙物，光感應模組能偵測障礙物的距離不同。因此，在進行實際清掃工作時，掃地機可能能靠近低反射率的障礙物而清掃其附近的區域，卻無法靠近高反射率的障礙物而清掃其附近的區域；或者，掃地機可能能靠近高反射率的障礙物而清掃其附近的區域，但卻碰撞低反射率的障礙物、產生噪音。

本發明提供一種自動裝置的偵測系統，性能佳。

本發明的自動裝置的偵測系統，包括至少一光感應模組以及控制電路。至少一光感應模組用以在偵測方向上偵測目標物。每一光感應模組包括發光元件及收光元件。發光元件用以發出光束。收光元件用以接收被目標物反射的光束。發光元件的光軸與收光元件的光軸互相平行。收光元件的光軸相對於偵測方向傾斜。控制電路根據光感應模組偵測光束的結果決定自動裝置的移動方向。

在本發明的一實施例中，上述的每一光感應模組更包括固定結構。固定結構具有多個開口。發光元件及收光元件分別固定於多個開口中。

在本發明的一實施例中，上述的固定結構具有第一遮光部。第一遮光部位於發光元件與收光元件之間。

在本發明的一實施例中，上述的自動裝置用以在表面上移動。固定結構具有第二遮光部。第二遮光部位於收光元件與目標物之間。第二遮光部遮蔽收光元件之靠近所述表面的一部分。

在本發明的一實施例中，上述的第二遮光部位於發光元件與目標物之間。第二遮光部遮蔽發光元件之靠近所述表面的一部分。

在本發明的一實施例中，上述的自動裝置用以在表面上移動。至少一光感應模組包括第一光感應模組。第一光感應模組的偵測方向所在的平面與至少部分的所述表面平行。

在本發明的一實施例中，上述的自動裝置更包括機殼。機殼具有面向所述表面的底面、相對於底面的頂面以及連接於頂面與底面之間的側面。第一光感應模組設置於機殼的側面。

在本發明的一實施例中，上述的至少一光感應模組包括第二光感應模組。第二光感應模組的偵測方向所在的平面與至少部分的所述表面垂直。

在本發明的一實施例中，上述的上述的自動裝置更包括機殼。機殼具有面向所述表面的底面、相對於底面的頂面以及連接於頂面與底面之間的側面。第二光感應模組設置於機殼的底面。

基於上述，由於光感應模組之發光元件及收光元件的光軸相對於偵測方向傾斜，因此發光元件發出的光束被目標物反射後，需具有相當的反射角才能被收光元件偵測到。藉此，自動裝置能偵測到目標物的距離與目標物的反射率的相關程度能降低，進而提升自動裝置的性能。

為讓本發明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。

現將詳細地參考本發明的示範性實施例，示範性實施例的實例說明於圖式中。只要有可能，相同元件符號在圖式和描述中用來表示相同或相似部分。

圖1為本發明一實施例的自動裝置的立體示意圖。圖2為本發明一實施例的自動裝置的仰視示意圖。圖3為本發明一實施例的自動裝置的側視示意圖。為方便說明起見，圖式中標有xyz直角座標系，其中方向x、方向y及方向z互相垂直。

請參照圖1、圖2及圖3，自動裝置100的偵測系統包括至少一光感應模組110A及/或110B。舉例而言，在本實施例中，自動裝置100包括第一光感應模組110A，第一光感應模組110A之偵測方向D1所在的平面（例如：xy平面）與至少部分的表面（例如：地面）平行。自動裝置100還包括機殻130，機殻130具有面向表面（例如：地面）的底面132、相對於底面132的頂面134以及連接於頂面134與底面132之間的側面136。在本實施例中，第一光感應模組110A可設置於機殻130的側面136。詳言之，機殼130的側面136可具有透光開口136a，而第一光感應模組110A可設置於機殼130之側面136的透光開口136a中。自動裝置100是指能自主移動裝置。舉例而言，在本實施例中，自動裝置100例如是掃地機。然而，本發明不限於此，根據其它實施例，自動裝置100可以是取代侍者的送餐機器人、無人駕駛車或其它類型的裝置。

圖4為本發明一實施例的第一光感應模組110A的立體示意圖。圖5為圖4的第一光感應模組110A的剖面示意圖。請參照圖4及圖5，第一光感應模組110A用以偵測在偵測方向D1上的目標物20。第一光感應模組110A包括發光元件112及收光元件114。發光元件112用以發出光束L（繪於圖6）。收光元件114用以接收被目標物20反射的光束L。發光元件112的光軸X與收光元件114的光軸X互相平行，且發光元件112的光軸X及收光元件114的光軸X相對於偵測方向D1傾斜。換言之，光軸X與偵測方向D1夾有角度α，其中角度α大於0^o 與且不等於90^o 。舉例而言，在本實施例中，20^o ≦α≦40^o ，但本發明不以此為限。在本實施例中，發光元件112及收光元件114能分別發出及偵測紅外光。然而，本發明不以此為限，在其它實施例中，發光元件112及收光元件114也能分別能發出及偵測其它波長範圍的光束L。

在本實施例中，第一光感應模組110A的光軸X是以向下傾斜為示例，但本發明不限於此，在其它實施例中，若光束L不會被自動裝置100的其它構件阻擋，第一光感應模組110A的光軸X也可以向上傾斜且與偵測方向D1夾有角度α。

請參照圖1、圖2及圖3，自動裝置100還包括控制電路120。控制電路120與光感應模組110A及/或110B電性連接。舉例而言，在本實施例中，控制電路120可以是電路板及/或晶片，但本發明不以此為限。自動裝置100還包括清掃機構140及移動機構150。移動機構150與控制電路120電性連接。舉例而言，在本實施例中，自動裝置100的清掃機構140可包括側刷。然而，本發明不限於此，在其它實施例中，自動裝置100的清掃機構140也可包括其它種類的清掃機構，例如：滾刷、吸塵口等。在本實施例中，移動機構150包括行走輪組以及用以驅動行走輪組的馬達（未繪示）。然而，本發明不限於此，在其它實施例中，自動裝置100的移動機構150也可包括其它種類的機構移動。

控制電路120能根據光感應模組110A及/或110B之收光元件114偵測光束L的結果決定自動裝置100的移動方向。藉由清掃機構140、移動機構150、光感應模組110A及/或110B與控制電路120的配合，自動裝置100能自動地清掃表面10。舉例而言，清掃機構140作動時（例如：側刷轉動時），移動機構150 使自動裝置100在表面10上運動，以使清掃機構140清掃表面10各處。在清掃過程中，光感應模組110A及/或110B的發光元件112發出光束L，光感應模組110A及/或110B的收光元件114偵測被目標物反射的光束L；當光感應模組110A及/或110B未偵測到被目標物時，控制電路120控制移動機構150，以使自動裝置100繼續向前方移動、持續清掃；當光感應模組110A及/或110B偵測到目標物時，控制電路120透過移動機構150使自動裝置100轉向，以避開目標物。

值得注意的是，由於第一光感應模組110A之發光元件112及收光元件114的光軸X相對於偵測方向D1傾斜，因此，發光元件112發出的光束L被目標物20反射後，需具有相當的反射角才能被收光元件114偵測到。藉此，自動裝置100能偵測到目標物20的距離與目標物20的反射率的相關程度能降低，進而提升自動裝置100的清掃覆蓋率。以下舉例說明比較例之自動裝置的清掃過程與本發明一實施例的自動裝置100的清掃過程，以闡明之。

比較例之自動裝置的發光元件112及收光元件114之光軸X互相平行且平行於偵測方向D1，比較例之自動裝置其它部分則與本發明一實施例的自動裝置100相同。以反射率為90%的白卡做為目標物20，比較例之自動裝置在距離白卡21公分時即可偵測到白卡而使自動裝置做出對應的運動（例如：轉向）。以反射率為18%的灰卡做為目標物20，比較例之自動裝置在距離灰卡4.5公分時可偵測到灰卡而使自動裝置做出對應的運動（例如：轉向）。將上述比較例的自動裝置應用在一般家庭的清潔，當目標物20為低反射率的物體（例如：設置於牆壁底部的深色防踢板）時，比較例的自動裝置能靠近低反射率的物體而使其清掃機構140清掃其附近的區域；但當目標物20為高反射率的物體（例如：白色櫥櫃的表面）時，比較例的自動裝置在尚未靠近高反射率的物體時，自動裝置即偵測到高反射率的物體而轉向，因而無法清掃其附近的區域，清潔覆蓋率低。

以反射率為90%的白卡做為目標物20，本發明一實施例之自動裝置100在距離白卡7公分時才會偵測到白卡而使自動裝置做出對應的運動（例如：轉向）。以反射率為18%的灰卡做為目標物20，本發明一實施例之自動裝置100在距離灰卡4.5公分時可偵測到灰卡而使自動裝置做出對應的運動（例如：轉向）。將本發明一實施例的自動裝置100應用在一般家庭的清潔，當目標物20為低反射率的物體（例如：設置於牆壁底部的深色防踢板）時，自動裝置100能靠近低反射率的物體而使其清掃機構140清掃其附近的區域；當目標物20為高反射率的物體（例如：白色櫥櫃的表面）時，自動裝置100也能較比較例的自動裝置靠近高反射率的物體，而使清掃其附近的區域，清潔覆蓋率高。

在本實施例中，第一光感應模組110A更包括固定結構116。固定結構116具有多個開口116a、116b。發光元件112及收光元件114分別固定於多個開口116a、116b中，藉此，發光元件112及收光元件114的光軸X可相對於偵測方向D1傾斜且與偵測方向D1夾有角度α。然而，本發明不限於此，在其它實施例中，也可利用其它類型的固定結構來固定發光元件112及收光元件114且使其光軸X相對於偵測方向D1傾斜。

在本實施例中，固定結構116具有第一遮光部116c。第一遮光部116c位於發光元件112與收光元件114之間。換言之，第一遮光部116c隔開發光元件112與收光元件114。藉此，可避免發光元件112發出的光束L直接被收光元件114接收。

在本實施例中，第一光感應模組110A的固定結構116還可選擇地具有第二遮光部116d。第二遮光部116d位於發光元件112與目標物20之間。第二遮光部116d遮蔽發光元件112之靠近表面10的一部分。詳言之，發光元件112的第一部分112a位於發光元件112的光軸X與表面10之間。發光元件112的光軸X位於發光元件112的第二部分112b與發光元件112的第一部分112a之間。第二遮光部116d遮蔽發光元件112的第一部分112a（例如但不限於：下半部）而不遮蔽發光元件112的第二部分112b（例如但不限於：上半部）。第二遮光部116d遮蔽收光元件114之靠近表面10的一部分。詳言之，收光元件114具有第一部分114a以及第二部分114b。收光元件114的第一部分114a位於收光元件114的光軸X與表面10之間。收光元件114的光軸X位於收光元件114的第二部分114b與收光元件114的第一部分114a之間。第二遮光部116d位於收光元件114與目標物20之間。第二遮光部116d遮蔽收光元件114的第一部分114a（例如但不限於：下半部）而不遮蔽收光元件114的第二部分114b（例如但不限於：上半部）。

自動裝置100用以在表面10（例如：地面）上移動，以清掃表面10。在本實施例中，第一光感應模組110A用以偵測位於掃表面10上且不平行於表面10的目標物20。簡言之，第一光感應模組110A是用以偵測位於自動裝置100側邊的目標物20（例如：牆壁、傢俱等）。利用固定結構116之第二遮光部116d的遮擋作用，第一光感應模組110A之發光元件112發出的光束L不易投射至非欲偵測物（例如：表面10），且使第一光感應模組110A的收光元件114不易接收到被非欲偵測物（例如：表面10）反射的光束L。藉此，利用第一光感應模組110A能更正確地判斷自動裝置100側邊是否存在目標物20，進而使自動裝置100做出正確的動作。

圖6示出本發明一實施例之第一光感應模組110A的發光元件112及收光元件114與目標物20的相對位置。請參照圖6，在本實施例中，第一光感應模組110A的發光元件112及收光元件114的中心可位於與表面10平行的同一平面（例如：xy平面）上。換言之，第一光感應模組110A的發光元件112及收光元件114可以左右排列。然而，本發明不限於此，圖7示出本發明另一實施例之第一光感應模組110A’的發光元件112及收光元件114與目標物20的相對位置。在圖7的實施例中，第一光感應模組110A的發光元件112及收光元件114的中心也可位於與表面10垂直的同一平面（例如：yz平面）上。換言之，第一光感應模組110A’的發光元件112及收光元件114也可以上下排列。

圖8為本發明一實施例的第二光感應模組110B的立體示意圖。圖9為圖8的的第二光感應模組110B的剖面示意圖。請參照圖1、圖8及圖9，在本實施例中，自動裝置100除了包括用以偵測側邊目標物20（繪於圖5）的第一光感應模組110A外，自動裝置100更可包括用以偵測下方目標物30（例如：樓梯之台階的踩踏面）的第二光感應模組110B。利用第二光感應模組110B，可防止自動裝置100踩空。

第二光感應模組110B的結構與第一光感應模組110A的結構類似，因此以下主要說明兩者差異處，兩者相同或相似處，還請依圖8及圖9中的標號對應地參照前述說明，於此便不再重述。請參照圖1、圖8及圖9，第二光感應模組110B之偵測方向D2所在的平面（例如：xz平面）與至少部分的表面10（例如：xy平面）垂直。在本實施例中，機殼130的底面132具有透光開口132a，而第二光感應模組110B可設置於機殼130之底面132的透光開口132a中。第二光感應模組110B之發光元件112及收光元件114的光軸X相對於偵測方向D2傾斜。第二光感應模組110B之發光元件112發出之光束L（繪於圖10）朝自動裝置100的外側傳遞。第二光感應模組110B之發光元件112及收光元件114的光軸X與偵測方向D2夾有角度β，其中角度β大於0^o 與且不等於90^o 。舉例而言，在本實施例中，20^o ≦β≦40^o ，但本發明不以此為限。在本實施例中，第二光感應模組110B的固定結構116B與第一光感應模組110A的固定結構116類似，惟第二光感應模組110B的固定結構116B可選擇性地不包括第二遮光部116d，但本發明不以此為限。

當自動裝置100完全位於表面10（例如：地面）上時，第二光感應模組110B之發光元件112發出的光束L會照射至表面10，表面10反射光束L，而使收光元件114接收到較強的反射光束L。當自動裝置100移動至表面10（例如：地面）邊緣時，部分自動裝置100（即第二光感應模組110B所在的部分）懸空。此時，第二光感應模組110B之發光元件112發出的光束L會照射至較遠的目標物30（例如：樓梯之台階的踩踏面），而第二光感應模組110B之收光元件114所接收到的反射光束L強度變弱。藉此，控制電路120能根據此偵測結果判斷自動裝置100已靠近表面10邊緣而令自動裝置100轉向，以防止自動裝置100踩空。同理於第一光感應模組110A，利用第二光感應模組110B，自動裝置100能偵測到目標物30的距離與目標物30的反射率的相關程度能降低，進而降低自動裝置100踩空的機率。

圖10示出本發明一實施例之第二光感應模組110B的發光元件112及收光元件114與目標物30的相對位置。請參照圖10，在本實施例中，第二光感應模組110B的發光元件112及收光元件114的中心可位於與表面10平行的同一平面（例如：xy平面）上。換言之，第二光感應模組110B的發光元件112及收光元件114可以左右排列。然而，本發明不限於此，圖11示出本發明另一實施例之第二光感應模組110B’的發光元件112及收光元件114與目標物30的相對位置。在圖11的實施例中，第二光感應模組110B’的發光元件112及收光元件114的中心也可位於相對於表面10傾斜的同一平面上。換言之，第二光感應模組110B’的發光元件112及收光元件114也可以前後排列。

如圖1所示，雖然前述是以同時包括第一光感應模組110A及第二光感應模組110B的自動裝置100為例說明，但本發明並不限制自動裝置100一定要同時包括第一光感應模組110A及第二光感應模組110B。此外，本發明也不限制自動裝置100所包括的第一光感應模組110A及/或第二光感應模組110B的數量。凡包括至少一個第一光感應模組110A或至少一個第二光感應模組110B的自動裝置均在本發明的保護範疇內。

綜上所述，本發明一實施例的自動裝置的偵測系統包括至少一光感應模組以及與至少一光感應模組電性連接的控制電路。每一光感應模組包括發光元件及收光元件。發光元件的光軸與收光元件的光軸互相平行，且收光元件的光軸相對於偵測方向傾斜。控制電路根據收光元件偵測光束的結果決定自動裝置的移動方向。由於光感應模組之發光元件及收光元件的光軸相對於偵測方向傾斜，因此發光元件發出的光束被目標物反射後，需具有相當的反射角才能被收光元件偵測到。藉此，自動裝置能偵測到目標物的距離與目標物的反射率的相關程度能降低，進而提升自動裝置的清掃覆蓋率及/或降低自動裝置的踩空機率。

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。

10‧‧‧表面

20、30‧‧‧目標物

100‧‧‧自動裝置

110A、110B、110A’、110B’‧‧‧光感應模組

112‧‧‧發光元件

114‧‧‧收光元件

116‧‧‧固定結構

116a、116b‧‧‧開口

116c‧‧‧第一遮光部

116d‧‧‧第二遮光部

120‧‧‧控制電路

130‧‧‧機殼

132‧‧‧底面

132a、136a‧‧‧透光開口

134‧‧‧頂面

136‧‧‧側面

140‧‧‧清掃機構

150‧‧‧移動機構

L‧‧‧光束

X‧‧‧光軸

x、y、z、D1、D2‧‧‧方向

α、β‧‧‧角度

圖1為本發明一實施例的自動裝置的立體示意圖。圖2為本發明一實施例的自動裝置的仰視示意圖。圖3為本發明一實施例的自動裝置的側視示意圖。圖4為本發明一實施例的第一光感應模組的立體示意圖。圖5為圖4的第一光感應模組的剖面示意圖。圖6示出本發明一實施例之第一光感應模組的發光元件及收光元件與目標物的相對位置。圖7示出本發明另一實施例之第一光感應模組的發光元件及收光元件與目標物的相對位置。圖8為本發明一實施例的第二光感應模組的立體示意圖。圖9為圖8的的第二光感應模組的剖面示意圖。圖10示出本發明一實施例之第二光感應模組的發光元件及收光元件與目標物的相對位置。圖11示出本發明另一實施例之第二光感應模組的發光元件及收光元件與目標物的相對位置。

Claims

一種自動裝置的偵測系統，包括：至少一光感應模組，用以在一偵測方向上偵測一目標物，而每一光感應模組包括：一發光元件，用以發出一光束；以及一收光元件，用以接收被該目標物反射的該光束，其中該發光元件的光軸與該收光元件的光軸互相平行，且該收光元件的光軸相對於該偵測方向傾斜；以及一控制電路，根據該光感應模組偵測該光束的結果決定該自動裝置的移動方向。
如申請專利範圍第1項所述的自動裝置的偵測系統，其中每一該光感應模組更包括：一固定結構，具有多個開口，其中該發光元件及該收光元件分別固定於該些開口中。
如申請專利範圍第2項所述的自動裝置的偵測系統，其中該固定結構具有：一第一遮光部，位於該發光元件與該收光元件之間。
如申請專利範圍第2項所述的自動裝置的偵測系統，其中該自動裝置用以在一表面上移動，而該固定結構具有：一第二遮光部，位於該收光元件與該目標物之間，其中該第二遮光部遮蔽該收光元件之靠近該表面的一部分。
如申請專利範圍第4項所述的自動裝置的偵測系統，其中該第二遮光部位於該發光元件與該目標物之間，且該第二遮光部遮蔽該發光元件之靠近該表面的一部分。
如申請專利範圍第1項所述的自動裝置的偵測系統，其中該自動裝置用以在一表面上移動，該至少一光感應模組包括：一第一光感應模組，其中該第一光感應模組的該偵測方向所在的平面與至少部分的該表面平行。
如申請專利範圍第6項所述的自動裝置的偵測系統，更包括：一機殼，具有面向該表面的一底面、相對於該底面的一頂面以及連接於該頂面與該底面之間的一側面，其中該第一光感應模組設置於該機殼的該側面。
如申請專利範圍第6項所述的自動裝置的偵測系統，其中該至少一光感應模組更包括：一第二光感應模組，其中該第二光感應模組的該偵測方向所在的平面與至少部分的該表面垂直。
如申請專利範圍第8項所述的自動裝置的偵測系統，更包括：一機殼，具有面向該表面的一底面、相對於該底面的一頂面以及連接於該頂面與該底面之間的一側面，其中該第二光感應模組設置於該機殼的該底面。
如申請專利範圍第1項所述的自動裝置的偵測系統，其中該至少一光感應模組包括：一第二光感應模組，其中該第二光感應模組的該偵測方向所在的平面與至少部分的該表面垂直。
如申請專利範圍第10項所述的自動裝置的偵測系統，更包括：一機殼，具有面向該表面的一底面、相對於該底面的一頂面以及連接於該頂面與該底面之間的一側面，其中該第二光感應模組設置於該機殼的該底面。