TWI674084B - 控制機器人的方法 - Google Patents
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Abstract
一種控制機器人的方法。在沿邊模式下,驅使機器人朝向沿邊方向並緊貼於沿邊物行走,並且判斷是否偵測到路徑轉折點或已行走預設距離。當偵測到路徑轉折點或已行走預設距離時,切換至牛耕模式。在牛耕模式下,驅使機器人基於已沿著沿邊物行走的移動距離來進行牛耕式移動。
Description
本發明是有關於智能機器人,且特別是有關於一種控制機器人的方法。
對於清潔機器人來說,其任務就是清潔所屬環境的每一個空間,因此如何快速並有效率地提升清潔覆蓋率就顯示格外重要。在成本與技術考量下,大部分的清潔機器人多屬於隨機覆蓋式的路徑模式。在此路徑模式下不需定位也沒有地圖供參考,因此無法對路徑進行規劃,所以其移動路徑的行為需仰賴內部的移動運算。而運算的優劣最終也會決定其清潔效率的高低。
隨機覆蓋式的偵測尋路系統指的是遠距離感應加上近距離碰撞偵測的偵測尋路系統,其根據一定的移動規則法(例如隨機、多邊形、螺旋、沿邊、或是牛耕軌跡等)進行嘗試性移動覆蓋。當偵測到障礙物時,則轉向避開障礙物後繼續移動。所述移動方式是以時間換取空間的低成本策略,缺點是需要花費大量的時間。
隨機覆蓋式的偵測尋路系統可分兩種,一種為不採用慣性導航感測器,另一種則是採用慣性導航感測器。不採用慣性導航感測器的偵測尋路系統的優點是覆蓋率較高,而缺點是沒有空間規劃,導致重複打掃使得時間過長。採用慣性導航感測器的偵測尋路系統的優點是在能有效定位的情況下效率較好,但若在無法準確定位且多障礙的環境下,也未能有效移動到未覆蓋區域,導致在同一空間重複移動甚至無法跨越空間區域,因而覆蓋率低無法達成預期的清潔效果。
本發明提供一種控制機器人的方法,結合沿邊模式與牛耕模式,以進行高效率的清掃。
本發明的控制機器人的方法,其用以控制機器人的行走方式。所述方法包括:在沿邊模式下,執行下述動作,即,驅使機器人朝向沿邊方向並緊貼於沿邊物行走,判斷是否偵測到路徑轉折點或已行走預設距離,以及在偵測到路徑轉折點或已行走預設距離時,切換至牛耕模式;在牛耕模式下,驅使機器人基於已沿著沿邊物行走的移動距離來進行牛耕式移動。
在本發明一實施例中,在牛耕模式下,驅使機器人基於已沿著沿邊物行走的移動距離來進行牛耕式移動的步驟包括:在牛耕範圍內,以垂直於沿邊方向的方式而朝向與沿邊方向相反的方向進行牛耕式移動,並在牛耕範圍內的牛耕式移動結束之後,驅使機器人轉向至沿邊方向,而於沿著沿邊方向移動至模式切換位置之後,切換至沿邊模式,其中模式切換位置為在偵測到路徑轉折點或已行走預設距離時的位置。
在本發明一實施例中,在牛耕模式下,驅使機器人基於已沿著沿邊物行走的一段移動距離來進行牛耕式移動的步驟包括:朝向與沿邊方向相反的方向一段行走所述移動距離後,在牛耕範圍內,以垂直於沿邊方向的方式而朝向沿邊方向來進行牛耕式移動,並且在牛耕範圍內的牛耕式移動結束且機器人回到模式切換位置之後,自牛耕模式切換至沿邊模式。
在本發明一實施例中,在牛耕模式下,驅使機器人基於已沿著沿邊物行走的移動距離來進行牛耕式移動的步驟包括:在牛耕範圍內,以平行於沿邊方向的方式進行牛耕式移動,並在牛耕範圍內的牛耕式移動結束且機器人回到模式切換位置之後,自牛耕模式切換至沿邊模式。
在本發明一實施例中,在牛耕模式下,驅使機器人基於已沿著沿邊物行走的移動距離來進行牛耕式移動的步驟包括:先往垂直於沿邊方向的方向行走一段寬度距離之後,在牛耕範圍內,以平行於沿邊方向的方式進行牛耕式移動,並在牛耕範圍內的牛耕式移動結束且機器人回到模式切換位置之後,自牛耕模式切換至沿邊模式。
在本發明一實施例中,上述控制機器人的方法更包括:在沿邊模式下,記錄緊貼於沿邊物行走時的起始時間;在偵測到路徑轉折點或已行走預設距離時,記錄結束時間;以及在切換至牛耕模式之後,基於所記錄的起始時間、結束時間以及緊貼於沿邊物行走的移動速度,決定牛耕式移動的牛耕範圍。
在本發明一實施例中,上述在偵測到路徑轉折點時,更包括:判斷自緊貼於沿邊物行走時的起始時間開始是否經過預設時間,倘若未經過預設時間,則不切換至牛耕模式,在路徑轉折點進行轉向而緊貼於另一沿邊物行走,並執行判斷是否偵測到路徑轉折點或已行走預設距離的步驟。
在本發明一實施例中,上述控制機器人的方法更包括:在沿邊模式下,倘若已行走預設距離仍未偵測到路徑轉折點,則切換至牛耕模式。
在本發明一實施例中,上述控制機器人的方法更包括:在結束沿邊移動之前的剩餘時間,記錄結束時間,並且切換至牛耕模式。
在本發明一實施例中,上述機器人包括至少一沿邊感測模組。上述控制機器人的方法更包括:可透過上述沿邊感測模組來感測沿邊物,讓機器人得以緊貼於沿邊物行走,且透過上述沿邊感測模組來偵測沿邊物是否已經結束準備進入轉角,其中轉角也就是路徑轉折點。
在本發明一實施例中,上述機器人包括至少一障礙物感測模組,其配置於機器人的前側。上述控制機器人的方法更包括:透過上述障礙物感測模組來偵測機器人於沿邊方向移動時是否存在有死角,其中死角也就是路徑轉折點。
基於上述,本發明可以使機器人在沿邊模式下行走時,透過感測器所提供的資訊以及機器人本身的移動距離,有效偵測可進行牛耕式移動的區域以動態決定是否切換至牛耕模式。據此可有效避免重複性覆蓋,快速提升整體的清潔覆蓋率。
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。
現今自動移動機器人之應用層面越來越廣,用於掃地的機器人更是已經深入居家成為新一代白色家電。本提案提出一種控制機器人掃地的方法,可快速提升空間的清潔率覆蓋。為了使本發明之內容更為明瞭,以下特舉實施例作為本發明確實能夠據以實施的範例。
圖1是依照本發明一實施例的機器人100的方塊圖。請參照圖1,機器人100包括移動機構110、控制器120、儲存器130、沿邊感測模組140以及障礙物感測模組150。控制器120耦接至移動機構110、儲存器130、沿邊感測模組140以及障礙物感測模組150。
移動機構110例如為具有馬達的輪子,透過馬達來驅動輪子進行轉動,使得機器人100進行行走。
控制器120例如為中央處理單元(Central Processing Unit,CPU)、圖像處理單元(Graphic Processing Unit,GPU)、物理處理單元(Physics Processing Unit,PPU)、可程式化之微處理器(Microprocessor)、嵌入式控制晶片、數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuits,ASIC)或其他類似裝置。
儲存器130例如是任意型式的固定式或可移動式隨機存取記憶體(Random Access Memory,RAM)、唯讀記憶體(Read-Only Memory,ROM)、快閃記憶體(Flash memory)、安全數位卡(Secure Digital Memory Card,SD)、硬碟或其他類似裝置或這些裝置的組合。儲存器130儲存有控制模組170。控制模組170例如是由至少一程式碼片段所組成,而控制器120透過讀取儲存器130內的控制模組170來執行控制機器人的方法。
沿邊感測模組140例如為距離感測器,配置於機器人100本體的兩側。控制器120會搭配沿邊感測模組140的感測結果來控制移動機構110,使得機器人100在沿邊模式下緊貼沿邊物(例如牆壁、椅腳、桌邊或床沿等)行走。即,透過沿邊感測模組140來感測沿邊物,以驅使機器人100緊貼於沿邊物行走,並且偵測沿邊物在沿邊方向上是否存在轉角(路徑轉折點)。沿邊感測模組140用以感測距離,使機器人100可以不接觸到沿邊物的方式進行移動,或者也可採取直接接觸沿邊物的方式進行移動。
障礙物感測模組150例如為距離感測器,配置於機器人100本體的前方。控制器120會透過障礙物感測模組150來偵測機器人100於沿邊方向上是否存在有死角(路徑轉折點)。
在此,沿邊感測模組140以及障礙物感測模組150可視情況來決定所要安裝的數量。控制器120搭配沿邊感測模組140以及障礙物感測模組150可判斷沿邊物上是否存在路徑轉折點(例如轉角或死角)。
底下即搭配上述機器人100進一步來描述控制機器人100的方法各步驟。
圖2是依照本發明一實施例的控制機器人的方法流程圖。在步驟S201中,機器人100進入沿邊模式。接著,在步驟S202中,驅使機器人100朝向沿邊方向並緊貼於沿邊物行走。
之後,在步驟S203中,控制器120判斷是否偵測到路徑轉折點或已行走預設距離。若未偵測到路徑轉折點或已行走預設距離,重複執行步驟S203直到機器人100偵測到路徑轉折點或已行走預設距離。在此,路徑轉折點例如為死角或是轉角。
在偵測到路徑轉折點或已行走預設距離時,如步驟S204所示,切換至牛耕模式。在此,機器人100進行沿邊行走時,不一定要在偵測到路徑轉折點才切換至牛耕模式,也可以在行走一段預設距離之後,便切換至牛耕模式。例如,在沿邊模式下,倘若機器人100已行走預設距離仍未偵測到路徑轉折點,則可直接切換至牛耕模式。
在此,為了避免在偵測到路徑轉折點時所經過的區域不足以進行牛耕式移動,因此,可進一步設定為:在偵測到路徑轉折點時,判斷自緊貼於沿邊物行走時的起始時間開始是否經過一段預設時間。倘若未經過所述預設時間,則不切換至牛耕模式,並於路徑轉折點進行轉向而緊貼於另一沿邊物行走,並繼續執行步驟S203。例如,在偵測到路徑轉折點時,判斷自起始時間起是否經過10秒。在判斷經過10秒之後,才切換至牛耕模式;否則,即便偵測到路徑轉折點也不會切換至牛耕模式,而繼續在沿邊模式下行走。
之後,在牛耕模式下,如步驟S205所示,驅使機器人100進行牛耕式移動。所謂的牛耕式移動以橫向移動而言,假設第一行是由左向右移動,第二行則由右向左移動,下一行又是由左向右移動,以此類推;又,假設第一行是由右向左移動,第二行則由左向右移動,下一行又是由右向左移動,以此類推。另外,以直向移動的牛耕式移動而言,假設第一行是由上往下移動,第二行則由下往上移動,下一行又是由上往下移動,以此類推;又,假設第一行是由下往上移動,第二行則由上往下移動,下一行又是由下往上移動,以此類推。
而在完成牛耕式移動之後,控制器120會控制移動機構110,透過移動機構110使得機器人100回到模式切換位置,即,在偵測到路徑轉折點的位置或是已行走預設距離時的位置,使得機器人100能夠在回到沿邊模式後接續尚未行走過的區域行走。
圖3A~圖3D是依照本發明一實施例的多種牛耕式移動方法的示意圖。圖3A~圖3D分別表示進行牛耕式移動所行走的牛耕路徑301~304。圖3A與圖3B是以垂直於沿邊物30的方式而在牛耕範圍32a、32b內來進行牛耕式移動,圖3C與圖3D是以平行於沿邊物30的方式而在牛耕範圍32c、32d內來進行牛耕式移動。
在切換至牛耕模式之後,控制器120會先決定牛耕式移動的牛耕範圍32a~32d。例如,控制器120執行下述動作:在沿邊模式下,控制器120記錄緊貼於沿邊物行走時的起始時間T
Start;而在偵測到路徑轉折點或是已行走預設距離時,記錄結束時間T
End;在切換至牛耕模式之後,基於起始時間T
Start、結束時間T
End以及緊貼於沿邊物行走的移動速度V,來決定牛耕式移動的牛耕範圍。例如,牛耕範圍的長度L=(T
End- T
Start) × V。牛耕範圍的寬度W=2/3×L,並且寬度最長不超過150cm。
在圖3A中,機器人100朝向沿邊方向31並緊貼於沿邊物30行走。假設控制器120在位置A(即,模式切換位置)偵測到路徑轉折點,此時,控制器120會自沿邊模式切換至牛耕模式,以驅使機器人100在牛耕範圍32a內以垂直於沿邊方向31的方式而朝向與沿邊方向31相反的方向進行牛耕式移動,如牛耕路徑301所示。在牛耕範圍32a內的牛耕式移動結束之後,控制器120驅使機器人100轉向至沿邊方向31,而沿著沿邊方向31移動至位置A之後,才切換至沿邊模式繼續行走。
在圖3B中,機器人100朝向沿邊方向31並緊貼於沿邊物30行走。假設控制器120在位置B(即,模式切換位置)偵測到路徑轉折點,此時,控制器120會自沿邊模式切換至牛耕模式,以驅使機器人100朝向與沿邊方向31相反的方向行走一段移動距離(在沿邊模式下所行走的距離)後,在牛耕範圍32b內,以垂直於沿邊方向31的方式而朝向沿邊方向31來進行牛耕式移動,如牛耕路徑302所示。並且,在牛耕範圍32b內的牛耕式移動結束且機器人100回到位置B之後,自牛耕模式切換至沿邊模式。
在圖3C中,機器人100朝向沿邊方向31並緊貼於沿邊物30行走。假設控制器120在位置C(即,模式切換位置)偵測到路徑轉折點,此時,控制器120會自沿邊模式切換至牛耕模式,以驅使機器人100在牛耕範圍32c內,以平行於沿邊方向31的方式進行牛耕式移動,如牛耕路徑303所示。並且,在牛耕範圍32c內的牛耕式移動結束且機器人100回到位置C之後,自牛耕模式切換至沿邊模式。
在圖3D中,機器人100朝向沿邊方向31並緊貼於沿邊物30行走。假設控制器120在位置D(即,模式切換位置)偵測到路徑轉折點,此時,控制器120會自沿邊模式切換至牛耕模式,以驅使機器人100先往垂直於沿邊方向31的方向行走一段寬度距離(為牛耕範圍32d的寬度)之後,在牛耕範圍32d內,以平行於沿邊方向31的方式進行牛耕式移動,如牛耕路徑304所示。並且,在牛耕範圍32d內的牛耕式移動結束且機器人100回到位置D之後,自牛耕模式切換至沿邊模式。
在此,圖3A~圖3D所示的牛耕路徑301~304僅為舉例說明,牛耕式移動的方式亦可為其他方式,並不以此為限。
底下再舉一例來更進一步說明控制機器人的方法的更詳細的步驟。圖4是依照本發明一實施例控制機器人的方法流程圖。請同時參照圖1及圖2,在步驟S401中,驅使機器人100開始沿邊移動。此時,記錄開始進行沿邊移動的時間T0。
接著,在步驟S402中,在偵測到沿邊物(在此以牆面為例)之後,進入沿邊模式。此時,控制器120控制移動機構110使得機器人100自動轉向平行於牆面,並且記錄下此時的起始時間T
Start。
之後,在步驟S403中,在沿邊模式下,機器人100緊貼於沿邊物行走。並且,在步驟S404中,機器人100透過控制器120、沿邊感測模組140以及障礙物感測模組150來判斷是否偵測到路徑轉折點。此外,可進一步設定一預設時間。例如,可進一步根據牆面是否為平整或非平整來設定預設時間,即,在平整牆面的情況下預設時間設定為T
Stable,在非平整牆面的情況下預設時間設定為T
Non-stable。
若偵測到路徑轉折點,記錄一結束時間T
End,並且,在步驟S405中,判斷是否經過預設時間。倘若未經過預設時間(T
Stable或T
Non-stable),表示所行走過的移動距離並不足以來進行牛耕式移動,因此不切換至牛耕模式,而在步驟S409中,於路徑轉折點進行轉向。之後,返回步驟S403,並且重新設定預設時間。
另外,除了偵測到死角、轉角等路徑轉折點會記錄下結束時間T
End之外,亦可在沿邊移動即將結束的前幾秒(例如為前2秒),記錄結束時間T
End,並切換至牛耕模式。
若偵測到路徑轉折點且已經過預設時間,表示所行走過的移動距離能夠進行牛耕式移動,則在步驟S406中,切換至牛耕模式。並且,基於起始時間T
Start、結束時間T
End以及緊貼於沿邊物行走的移動速度V,來決定牛耕式移動的牛耕範圍。之後,在步驟S407中,於牛耕範圍內進行牛耕式移動(如圖3C~圖3D所示)。接著,在步驟S408中,結束牛耕式移動,離開牛耕範圍。之後,在步驟S409中,於路徑轉折點進行轉向。
返回步驟S404,若未偵測到路徑轉折點,則在步驟S410中,控制器120判斷是否已行走預設距離。若未行走預設距離,則返回步驟S403,在沿邊模式下,緊貼於沿邊物行走。
另一方面,在步驟S410中,若未偵測到路徑轉折點,但已行走了預設距離,則在步驟S411中,切換至牛耕模式。之後,在步驟S412,在牛耕範圍內進行牛耕式移動(如圖3C~圖3D所示)。並且,在步驟S413中,在牛耕範圍內的牛耕式移動結束之後,離開牛耕範圍。最後再回到步驟S403,在沿邊模式下,緊貼於沿邊物行走。
當機器人100進入沿邊移動時,還可進一步區分牆面是否為平整或非平整牆面。針對平整或非平整牆面有各自預先設定的移動時間。一旦機器人100行走了所設定的移動時間之後,發現前方即將進入死角、轉角或是沿邊移動結束之前,就會觸發牛耕式移動。而進行牛耕式移動的牛耕範圍可根據前面沿邊移動的總距離來自動調整其長度與寬度。並且,當牛耕式移動結束後,會自動判斷原來牆面的方向並轉向牆面,移動至牆面後,切換回沿邊模式,並持續行走直到沿邊移動的時間結束。
綜上所述,所述實施方式使機器人在沿邊模式下行走時,能夠有效偵測可進行牛耕式移動的區域。當所述區域被牛耕式移動完全覆蓋完畢後,再回復到沿邊模式來接續先前的沿邊移動,以此方式,可避免重複性覆蓋,並可快速提高該空間的清潔覆蓋率。據此,對於遠距離感應加上近距離碰撞偵測的偵測尋路系統,本發明改進了隨機偵測尋路系統中,缺少空間規劃而導致重複打掃缺乏效率的缺點,以及牛耕式偵測尋路系統之中在無法有效定位情況下所造成的無法跨區的缺點,提供了一種可以判斷適合進行牛耕式清掃區域的方法,讓使用者得以用低成本的方式獲得高效率的清掃效果。
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‧‧‧機器人
110‧‧‧移動機構
120‧‧‧控制器
130‧‧‧儲存器
140‧‧‧沿邊感測模組
150‧‧‧障礙物感測模組
170‧‧‧控制模組
30‧‧‧沿邊物
31‧‧‧沿邊方向
32a~32d‧‧‧牛耕範圍
301~304‧‧‧牛耕路徑
A~D‧‧‧位置
S201~S205‧‧‧控制機器人的方法各步驟
S401~S413‧‧‧控制機器人的方法各步驟
圖1是依照本發明一實施例的機器人的方塊圖。 圖2是依照本發明一實施例的控制機器人的方法流程圖。 圖3A~圖3D是依照本發明一實施例的多種控制機器人的方法的示意圖。 圖4是依照本發明一實施例的控制機器人的方法流程圖。
Claims (10)
- 一種控制機器人的方法,控制一機器人的行走方式,該方法包括:在一沿邊模式下,包括:驅使該機器人朝向一沿邊方向並緊貼於一沿邊物行走,並且記錄緊貼於該沿邊物行走時的一起始時間;判斷是否偵測到一路徑轉折點或已行走一預設距離;以及在偵測到該路徑轉折點或已行走該預設距離時,切換至一牛耕模式並且記錄一結束時間;以及在該牛耕模式下,驅使該機器人基於已沿著該沿邊物行走的一移動距離來進行一牛耕式移動,包括:基於該起始時間、該結束時間以及緊貼於該沿邊物行走的一移動速度,決定該牛耕式移動的一牛耕範圍。
- 如申請專利範圍第1項所述的控制機器人的方法,其中在該牛耕模式下,驅使該機器人基於已沿著該沿邊物行走的該移動距離來進行該牛耕式移動的步驟包括:在該牛耕範圍內,以垂直於該沿邊方向的方式而朝向與該沿邊方向相反的一方向進行該牛耕式移動;以及在該牛耕範圍內的該牛耕式移動結束之後,驅使該機器人轉向至該沿邊方向,而沿著該沿邊方向移動至一模式切換位置之後,切換至該沿邊模式,其中該模式切換位置為在偵測到該路徑 轉折點或已行走該預設距離時的位置。
- 如申請專利範圍第1項所述的控制機器人的方法,其中在該牛耕模式下,驅使該機器人基於已沿著該沿邊物行走的該移動距離來進行該牛耕式移動的步驟包括:朝向與該沿邊方向相反的一方向行走該移動距離後,在該牛耕範圍內,以垂直於該沿邊方向的方式而朝向該沿邊方向來進行該牛耕式移動;以及在該牛耕範圍內的該牛耕式移動結束且該機器人回到一模式切換位置之後,自該牛耕模式切換至該沿邊模式,其中該模式切換位置為在偵測到該路徑轉折點或已行走該預設距離時的位置。
- 如申請專利範圍第1項所述的控制機器人的方法,其中在該牛耕模式下,驅使該機器人基於已沿著該沿邊物行走的該移動距離來進行該牛耕式移動的步驟包括:在該牛耕範圍內,以平行於該沿邊方向的方式進行該牛耕式移動;以及在該牛耕範圍內的該牛耕式移動結束且該機器人回到一模式切換位置之後,自該牛耕模式切換至該沿邊模式,其中該模式切換位置為在偵測到該路徑轉折點或已行走該預設距離時的位置。
- 如申請專利範圍第1項所述的控制機器人的方法,其中在該牛耕模式下,驅使該機器人基於已沿著該沿邊物行走的該移動距離來進行該牛耕式移動的步驟包括:先往垂直於該沿邊方向的方向行走一寬度距離之後,在該牛 耕範圍內,以平行於該沿邊方向的方式進行該牛耕式移動;以及在該牛耕範圍內的該牛耕式移動結束且該機器人回到一模式切換位置之後,自該牛耕模式切換至該沿邊模式,其中該模式切換位置為在偵測到該路徑轉折點或已行走該預設距離時的位置。
- 如申請專利範圍第1項所述的控制機器人的方法,其中在偵測到該路徑轉折點時,更包括:判斷自緊貼於該沿邊物行走時的該起始時間開始是否經過一預設時間;倘若未經過該預設時間,則不切換至該牛耕模式,於該路徑轉折點進行轉向而緊貼於另一沿邊物行走,並執行判斷是否偵測到該路徑轉折點或已行走該預設距離的步驟。
- 如申請專利範圍第1項所述的控制機器人的方法,更包括:在該沿邊模式下,倘若已行走該預設距離仍未偵測到該路徑轉折點,則切換至該牛耕模式。
- 如申請專利範圍第1項所述的控制機器人的方法,更包括:在結束一沿邊移動之前的一剩餘時間,記錄該結束時間,並且切換至該牛耕模式。
- 如申請專利範圍第1項所述的控制機器人的方法,其中該機器人包括至少一沿邊感測模組,該方法更包括:透過該至少一沿邊感測模組來感測該沿邊物,以驅使該機器 人緊貼於該沿邊物行走,並且透過該至少一沿邊感測模組來偵測該沿邊物是否結束而存在一轉角,其中該轉角為該路徑轉折點。
- 如申請專利範圍第1項所述的控制機器人的方法,其中該機器人包括至少一障礙物感測模組,其配置於該機器人的前側,該方法更包括:透過該至少一障礙物感測模組來偵測該機器人於該沿邊方向上是否存在有一死角,其中該死角為該路徑轉折點。
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2018
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