TWI671609B - 無人自走車及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種無人自走車及其控制方法。在此方法包含以下步驟，透過影像擷取裝置以擷取影像；在降低影像的複數個像素值以後，計算複數個像素值的複數個色差值，進而辨識複數個色差值中落於預設色差區者以取得相應行車導線之像素點位置數值，據以判斷無人自走車是否偏離行車導線。

Description

無人自走車及其控制方法

本發明是有關於一種移動裝置與方法，且特別是有關於一種無人自走車及其控制方法。

無人自走車(Automatic Guided Vehicle,AGV)是一類輪式移動式載具，沿著地板上的路軌或磁條運動，或者通過雷射導航。多用於工業生產，在工廠、倉庫運輸貨物。隨著工業4.0浪潮，得到了更大重視。

然而，現行於地板設置路軌、磁條或雷射引導供車輛讀取訊號以做為行車導引依據之設置成本高，且施工不易，維護亦困難。舉例而言，路軌、磁條於應用時會遭遇到因自走車搬運貨物的整體重量所導致之毀損。

本發明提出一種無人自走車及控制方法，改善先前技術的問題。

在本發明的一實施例中，本發明所提出的無人自走車包含車輛本體、影像擷取裝置與處理器，處理器電性 連接影像擷取裝置。影像擷取裝置擷取影像，處理器在降低影像的複數個像素值以後，計算複數個像素值的複數個色差值(hue value)，進而辨識複數個色差值中落於預設色差區者以取得相應行車導線之像素點位置數值，據以判斷車輛本體是否偏離行車導線。

在本發明的一實施例中，若行車導線的頂端位置落於一第一位置與一第二位置之間，處理器判定車輛本體未偏移車道。

在本發明的一實施例中，若行車導線的頂端位置小於第一位置時，處理器控制車輛本體向第一方向修正。

在本發明的一實施例中，若行車導線的頂端位置大於第二位置時，處理器控制車輛本體向第二方向修正。

在本發明的一實施例中，若複數個色差值中落於預設色差區之一組色差值所對應的線段的寬度大於預設橫向像素點數量，處理器判定線段為定位線。

在本發明的一實施例中，若定位線的像素點位置距離影像的上緣小於或等於預設距離時，處理器判定車輛本體到達定位點。

在本發明的一實施例中，若複數個色差值皆未落於預設色差區，處理器暫停車輛本體的行進。

在本發明的一實施例中，本發明所提出的無人自走車的控制方法包含以下步驟：透過影像擷取裝置以擷取影像；以及在降低影像的複數個像素值以後，計算複數個像素值的複數個色差值(hue value)，進而辨識複數個色差值中落 於預設色差區者以取得相應行車導線之像素點位置數值，據以判斷無人自走車是否偏離行車導線。

在本發明的一實施例中，控制方法更包含：若行車導線的頂端位置落於第一位置與第二位置之間，判定無人自走車未偏移車道。

在本發明的一實施例中，控制方法更包含：若行車導線的頂端位置小於第一位置時，控制無人自走車向第一方向修正。

在本發明的一實施例中，控制方法更包含：若行車導線的頂端位置大於第二位置時，控制無人自走車向第二方向修正。

在本發明的一實施例中，控制方法更包含：若複數個色差值中落於預設色差區之一組色差值所對應的線段的寬度大於預設橫向像素點數量，判定線段為定位線。

在本發明的一實施例中，控制方法更包含：若定位線的像素點位置距離影像的上緣小於或等於預設距離時，判定無人自走車到達定位點。

在本發明的一實施例中，控制方法更包含：若複數個色差值皆未落於預設色差區，暫停無人自走車的行進。

綜上所述，本發明之技術方案與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。藉由本發明導線色差計算的技術方案，可改以油漆畫線或圖形，或有色膠帶貼於地板形成圖型、導線，改善以路軌或磁條、雷射高設置成本缺點，不 僅節省設置成本、施工容易、亦降低維護成本。

以下將以實施方式對上述之說明作詳細的描述，並對本發明之技術方案提供更進一步的解釋。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與 實施例能更明顯易懂，所附符號之說明如下：

110‧‧‧無人自走車

120‧‧‧伺服器

130‧‧‧使用者裝置

140‧‧‧無線通訊

210‧‧‧車輛本體

220‧‧‧影像擷取裝置

230‧‧‧處理器

240‧‧‧無線傳輸裝置

250‧‧‧輪子

400‧‧‧原始影像

410‧‧‧行車導線

500‧‧‧降低像素後的影像

510‧‧‧行車導線

520‧‧‧第一列橫線段

530‧‧‧縱線段

610‧‧‧定位線

620‧‧‧行車導線

630‧‧‧車道

700‧‧‧控制方法

S701、S702‧‧‧步驟

Φ‧‧‧朝下角度

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖是依照本發明一實施例之一種自動導引系統的方塊圖；第2圖是依照本發明一實施例之一種無人自走車的側視示意圖；第3圖是依照本發明一實施例之一種無人自走車的前視示意圖；第4圖是依照本發明一實施例之一種原始影像的示意圖；第5圖是依照本發明一實施例之一種降低像素後的影像的示意圖；第6圖是依照本發明一實施例之一種無人自走車的行進示意圖；以及第7圖是依照本發明一實施例之一種無人自走車的控制方法的流程圖。

為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施例，圖式中相同之號碼代表 相同或相似之元件。另一方面，眾所週知的元件與步驟並未描述於實施例中，以避免對本發明造成不必要的限制。

於實施方式與申請專利範圍中，涉及『電性連接』之描述，其可泛指一元件透過其他元件而間接電氣耦合至另一元件，或是一元件無須透過其他元件而直接電氣連結至另一元件。

於實施方式與申請專利範圍中，涉及『連線』之描述，其可泛指一元件透過其他元件而間接與另一元件進行有線與/或無線通訊，或是一元件無須透過其他元件而實體連接至另一元件。

於實施方式與申請專利範圍中，除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則『一』與『該』可泛指單一個或複數個。

本文中所使用之『約』、『大約』或『大致』係用以修飾任何可些微變化的數量，但這種些微變化並不會改變其本質。於實施方式中若無特別說明，則代表以『約』、『大約』或『大致』所修飾之數值的誤差範圍一般是容許在百分之二十以內，較佳地是於百分之十以內，而更佳地則是於百分五之以內。

第1圖是依照本發明一實施例之一種自動導引系統的方塊圖。如第1圖所示，自動導引系統包含無人自走車110、伺服器120與使用者裝置130。在架構上，伺服器120與無人自走車110以及使用者裝置130建立無線通訊140，如：Wi-Fi無線通訊。

實作上，無人自走車110可為自動導引車，伺服器120可為雲端伺服器，使用者裝置130可為手機、平板電腦或其他電腦裝置。

於使用時，伺服器120可進行無人自走車110的排程，無人自走車110將行進記錄上傳至伺服器120，使用者裝置130可連上伺服器120進行相關的查詢及設定。

第2圖是依照本發明一實施例之一種無人自走車110的側視示意圖，第3圖是依照本發明一實施例之一種無人自走車110的前視示意圖。如第2、3圖所示，無人自走車110包含車輛本體210、影像擷取裝置220、處理器230與無線傳輸裝置240。在架構上，處理器230電性連接影像擷取裝置220、與無線傳輸裝置240，影像擷取裝置220、處理器230與無線傳輸裝置240設置於車輛本體210中。於本實施例中，影像擷取裝置220具有一朝下角度Φ(如：約5度角)，且設置於車輛本體210車頭右側，但此不限制本發明，熟習此項技藝者當視實際應用彈性選擇朝下的角度及影像擷取裝置220的位置；舉例而言，車輛本體210後側對向方向也可設置影像擷取裝置，以利無人自走車110後退。另外，車輛本體210可包括配合影像擷取裝置220、處理器230與無線傳輸裝置240而協同操作之輪子250及其他移動及控制相關構件(未顯示)，例如：煞車、傳動結構(如：前輪驅動裝置)…等。

實作上，處理器230可為微控制器、中央處理器、處理電路…等，無線傳輸裝置240可為國際電機電子工 程學會802.11(IEEE 802.11)無線網路通訊模組(即，Wi-Fi模組)、第三代行動通訊技術(3G)模組、第四代行動通訊技術(4G)模組…等，影像擷取裝置220可為一般單一個攝影機，採用感光耦合元件(CCD)或互補式金屬氧化物半導體(CMOS)感光元件，無需其他複雜元件(如：顏色辨識光纖感測元件…等)。

於使用時，影像擷取裝置220擷取原始影像400(如第4圖所示)，其像素可約為640×480，影像400中有黃色的行車導線410。接著，處理器230降低影像的複數個像素值，降低像素後的影像如第5圖所示，其像素可約為20×20，簡稱目標像素值(即，每一行或每一列的像素總數)=20，該目標像素值可依處理器230執行速度與解析度需求調整，減少後續辨識時間並增進系統效率。

在降低影像的複數個像素值以後，處理器230計算這些像素值的複數個色差值(hue value)，藉以避免行車車道影像色差受環境燈源干擾。影像RBG顏色轉換為色差、飽和度及強度，本發明使用下列電腦運算式進行色差運算：numerator={(red-green)+(red-blue)}/2

上述公式中，numerator表示分子，denominator表示分母，red表示紅色值，blue表示藍色值，green表示綠色值。theta表示變數值，arccos表示反餘弦，hue value表示色差值。Round(theta,2)表示變數值取小數點兩位，以下四捨五入；同理，Round[(1-theta),2]表示(1-變數值)取小數點兩位，以下四捨五入。

接著，處理器230辨識複數個色差值中落於預設色差區(如：黃色色差區)者以取得相應行車導線510之像素點位置數值，據以判斷車輛本體是否偏離行車導線510。舉例而言，黃色色差值：(30~65)，紅色色差值：(1~10)，藍色色差值：(-110~-120)，本實施例中，行車導線以黃色為例，但本發明不以此為限。

於降低像素後的影像500中，行車導線510每一列像素的橫線段需符合以下關係式：[絕對值(線段右緣像素值-線段左緣像素值)÷橫線段像素值]<1，藉以避免顏色雜訊散佈干擾造成誤判。舉例而言，第一列橫線段520落於黃色色差區的像素為從左方數來第8個(對應橫座標為從左方數來第一個「7」)、第9個(對應橫座標為從左方數來第一個「8」)與第10個(對應橫座標為從左方數來第一個「9」)，共3個。故，[(線段右緣像素值-線段左緣像素值) ÷橫線段像素值]=[(10-8)÷3]=2/3<1。

於降低像素後的影像500中，行車導線510任兩相鄰列像素所連成的縱線段530需符合以下關係式：絕對值(縱線左緣相臨上下兩點像素值差)<3，藉以避免顏色雜訊散佈干擾造成誤判。舉例而言，第一列(對應縱座標從上方數來第一個「0」)落於黃色色差區的左緣像素為第8個(對應橫座標為從左方數來第一個「7」)，第二列(對應縱座標從上方數來第一個「1」)落於黃色色差區的左緣像素為從左方數來第9個(對應橫座標為從左方數來第一個「8」)。故，絕對值(縱線左緣相臨上下兩點像素值差)=|(8-9)|<3。處理器230藉由每一列橫線段與縱線段530的確立，以得出行車導線510中每個像素值(即，像素位置)及涵蓋的範圍。

在本發明的一實施例中，於降低像素後的影像500中，若行車導線的頂端位置落於第一位置與第二位置之間，處理器230判定車輛本體210未偏移車道。於一實施例中，第一位置為目標像素值*N，第二位置為目標像素值*(N+0.2)，且0<N<0.8，以避免車輛本體210偏移。舉例來說，N為0.4，第一位置可為目標像素值(如：20)×0.4(如：第5圖中橫座標從左算來第一個標示「7」的像素位置)，第二位置可為目標像素值(如：20)×0.6(如：第5圖中橫座標從左算來第二個標示「1」的像素位置)，但本發明不以此些數值為限。

在本發明的一實施例中，若行車導線的頂端位 置小於第一位置時，代表車輛本體210向第二方向(如：右方)偏移，處理器230控制車輛本體210向第一方向(如：左方)修正。

反之，若行車導線的頂端位置大於第二位置時，代表車輛本體210向第一方向(如：左方)偏移，處理器230控制車輛本體110向第二方向(如：右方)修正。

在本發明的一實施例中，於降低像素後的影像500中，若複數個色差值中落於預設色差區之一組色差值所對應的一線段的寬度大於預設橫向像素點數量，處理器230判定該線段為定位線610，如第6圖所示，定位線610與行車導線620正交，亦即定位線610係與車輛本體210行進方向大致垂直。於第6圖所示之實施例中，定位線610係設置於數條行車導線620之頂部，以定義出一十字路口，無人自走車110可於此十字路口處進行轉彎、停止或直行等移動動作。於其他實施例中，定位線610可能設置於一行車導線620之中間部(未顯示)，進而定義出用於特定機台或工段之一停止點(未顯示)，如此無人自走車110將可於此停止點(未顯示)處暫停，以進行如貨物卸除、貨物載運或其他工廠用途之搬運動作。

在本發明的一實施例中，於降低像素後的影像500中，若定位線610的像素點位置距離影像的上緣小於或等於預設距離(如：目標像素值×0.3)時，處理器230判定車輛本體210到達定位點，於此無人自走車110可依據伺服器120的排程向左轉。於其他實施例中，無人自走車110亦可向右轉或直行，熟習此項技藝者當視實際應用彈性選擇之。

在本發明的一實施例中，若複數個色差值皆未落於預設色差區，代表無人自走車110可能完全脫離車道630，處理器230暫停車輛本體210的行進(如：暫停5秒)。

為了對上述無人自走車100的控制方法做更進一步的闡述，請同時參照第1~7圖，第7圖是依照本發明一實施例之一種控制方法700的流程圖。如第7圖所示，控制方法700包含步驟S701、S702(應瞭解到，在本實施例中所提及的步驟，除特別敘明其順序者外，均可依實際需要調整其前後順序，甚至可同時或部分同時執行)。以下將搭配第1~7圖來說明本發明之技術方案。

於步驟S701，透過影像擷取裝置220以擷取影像。接下來，於步驟S702，在降低影像的複數個像素值以後，計算複數個像素值的複數個色差值，進而辨識複數個色差值中落於預設色差區者以取得相應行車導線之像素點位置數值，據以判斷無人自走車110是否偏離行車導線620。

在本發明的一實施例中，控制方法700更包含：若行車導線的頂端位置落於第一位置與第二位置之間，判定無人自走車110未偏移車道630。

在本發明的一實施例中，控制方法700更包含：若行車導線的頂端位置小於第一位置時，控制無人自走車110向第一方向修正。

在本發明的一實施例中，控制方法700更包含：若行車導線的頂端位置大於第二位置時，控制無人自走車110向第二方向修正。

在本發明的一實施例中，控制方法700更包含：若複數個色差值中落於預設色差區之一組色差值所對應的一線段的寬度大於預設橫向像素點數量，判定該線段為定位線610。

在本發明的一實施例中，控制方法700更包含：若定位線的像素點位置距離影像的上緣小於或等於預設距離時，判定無人自走車110到達定位點。

在本發明的一實施例中，控制方法700更包含：若複數個色差值皆未落於預設色差區，暫停無人自走車110的行進。

綜上所述，本發明之技術方案與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。藉由本發明導線色差計算的技術方案，可改以油漆畫線或圖形，或有色膠帶貼於地板形成圖型、導線，改善以路軌或磁條、雷射高設置成本缺點，不僅節省設置成本、施工容易、亦降低維護成本。具體而言，本發明可克服傳統技術中因路軌、磁條於應用時會遭遇到因自走車搬運貨物的整體重量所導致之毀損問題。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (12)

1. 一種無人自走車，包含：一車輛本體；一影像擷取裝置，擷取一影像；以及一處理器，電性連接該影像擷取裝置，該處理器在降低該影像的複數個像素值以後，計算該些像素值的複數個色差值，進而辨識該些色差值中落於一預設色差區者以取得相應一行車導線之像素點位置數值，據以判斷該車輛本體是否偏離該行車導線，其中若於已降低該些像素值後的該影像中該行車導線的頂端位置落於一第一位置與一第二位置之間，該處理器判定該車輛本體未偏移車道，其中該第一位置為一目標像素值乘以N，該第二位置為該目標像素值乘以(N+0.2)，且0<N<0.8。
2. 如請求項1所述之無人自走車，其中若該行車導線的頂端位置小於該第一位置時，該處理器控制該車輛本體向一第一方向修正。
3. 如請求項1所述之無人自走車，其中若該行車導線的頂端位置大於該第二位置時，該處理器控制該車輛本體向一第二方向修正。
4. 如請求項1所述之無人自走車，其中若該些色差值中落於該預設色差區之一組色差值所對應的一線段的寬度大於一預設橫向像素點數量，該處理器判定該線段為一定位線。
5. 如請求項4所述之無人自走車，其中若該定位線的像素點位置距離該影像的上緣小於或等於一預設距離時，該處理器判定該車輛本體到達一定位點。
6. 如請求項1所述之無人自走車，其中若該些色差值皆未落於該預設色差區，該處理器暫停該車輛本體的行進。
7. 一種無人自走車的控制方法，該控制方法包含以下步驟：透過一影像擷取裝置以擷取一影像；在降低該影像的複數個像素值以後，計算該些像素值的複數個色差值，進而辨識該些色差值中落於一預設色差區者以取得相應一行車導線之像素點位置數值，據以判斷該無人自走車是否偏離該行車導線；以及若於已降低該些像素值後的該影像中該行車導線的頂端位置落於一第一位置與一第二位置之間，該處理器判定該車輛本體未偏移車道，其中該第一位置為一目標像素值乘以N，該第二位置為該目標像素值乘以(N+0.2)，且0<N<0.8。
8. 如請求項7所述之控制方法，更包含：若該行車導線的頂端位置小於該第一位置時，控制該無人自走車向一第一方向修正。
9. 如請求項7所述之控制方法，更包含：若該行車導線的頂端位置大於該第二位置時，控制該無人自走車向一第二方向修正。
10. 如請求項7所述之控制方法，更包含：若該些色差值中落於該預設色差區之一組色差值所對應的一線段的寬度大於一預設橫向像素點數量，判定該線段為一定位線。
11. 如請求項10所述之控制方法，更包含：若該定位線的像素點位置距離該影像的上緣小於或等於一預設距離時，判定該無人自走車到達一定位點。
12. 如請求項7所述之控制方法，更包含：若該些色差值皆未落於該預設色差區，暫停該無人自走車的行進。