TWI681270B

TWI681270B - 自主行動裝置及其迴避方法

Info

Publication number: TWI681270B
Application number: TW107112029A
Authority: TW
Inventors: 楊勝傑; 張朝欽; 蔡博文
Original assignee: 大陸商光寶電子（廣州）有限公司; 光寶科技股份有限公司
Priority date: 2018-04-09
Filing date: 2018-04-09
Publication date: 2020-01-01
Also published as: TW201944183A

Abstract

一種自主行動裝置及其迴避方法。自主行動裝置包括本體、驅動輪、輔助輪、測距感測器以及控制電路。驅動輪、輔助輪以及測距感測器設置於本體的底部。測距感測器偵測本體的底部與地面間的距離或本體的底部與障礙物間的距離，且得到偵測距離。控制電路耦接驅動輪以及測距感測器，控制電路比較偵測距離與第一預設值，當偵測距離大於等於第一預設值時，控制電路控制驅動輪進行障礙迴避，其中第一預設值與輔助輪的半徑成正相關。

Description

自主行動裝置及其迴避方法

本發明是有關於一種電子裝置，且特別是有關於一種自主行動裝置及其迴避方法。

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，許多便利性的打掃機器相繼發明上市。掃地機器人在地面作清掃時，地面上常有不同的障礙會妨礙清掃，例如紙板、CD盒、向上階梯、向下階梯等，其會造成機身與地面有不同高度差的狀況，而可能造成掃地機器人無法克服高度差的問題進而順利地完成清掃工作。

本發明提供一種自主行動裝置及其迴避方法，可使自主行動裝置更有效地進行障礙迴避。

本發明的自主行動裝置包括本體、驅動輪、輔助輪、測距感測器以及控制電路。驅動輪、輔助輪以及測距感測器設置於本體的底部。測距感測器偵測本體的底部與地面間的距離或本體的底部與障礙物間的距離，且得到偵測距離。控制電路耦接驅動輪以及測距感測器，控制電路比較偵測距離與第一預設值，當偵測距離大於等於第一預設值時，控制電路控制驅動輪進行障礙迴避，其中第一預設值與輔助輪的半徑成正相關。

本發明還提供一種自主行動裝置的迴避方法，其中自主行動裝置包括本體、驅動輪以及輔助輪，驅動輪以及輔助輪設置於本體的底部，自主行動裝置的迴避方法包括下列步驟；偵測本體的底部與地面間的距離或本體的底部與障礙物間的距離，且得到偵測距離；以及比較偵測距離與第一預設值，當偵測距離大於等於第一預設值時，控制驅動輪進行障礙迴避，其中第一預設值與輔助輪的半徑成正相關。

基於上述，本發明實施例依據偵測距離來控制驅動輪驅動自主行動裝置進行障礙迴避，可使自主行動裝置更有效地進行障礙迴避。

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。

圖1是依照本發明一實施例的一種自主行動裝置的示意圖，請參照圖1。自主行動裝置100可例如為掃地機器人或拖地機器人，然不以此些為限。自主行動裝置100包括本體102、驅動輪104、輔助輪106、測距感測器108以及控制電路110。驅動輪104與輔助輪106設置於本體102的底部B。驅動輪104與輔助輪106可以定向輪、萬向輪或全向輪實現。驅動輪104可用以驅動自主行動裝置100移動，而輔助輪106可用以支撐自主行動裝置100。

請繼續參照圖1，測距感測器108也設置於本體102的底部B。測距感測器108的設置方式可例如圖2實施例所示。在圖2的實施例中，自主行動裝置100包括設置於靠近本體102的邊緣的多個測距感測器108。各個測距感測器108至本體102的邊緣的距離小於驅動輪104以及輔助輪106至本體102的邊緣的距離。如此，可確保測距感測器108在輔助輪106或驅動輪104移動至障礙的位置之前先偵測到障礙。需注意的是，圖示中的驅動輪104、輔助輪106以及測距感測器108的個數僅為示範性的實施例。

如圖1以及圖4至圖6所示，測距感測器108可偵測本體102的底部B與地面G1間的距離或本體102的底部B與障礙物O間的距離，並得到偵測距離(例如：圖1中的偵測距離D1、圖4中的偵測距離D2、圖5中的偵測距離D3或圖6中的偵測距離D4)。此時，驅動輪104位於地面G2。詳細來說，如圖3所示，測距感測器108可包括光發射器302、光感測器304以及處理電路306。處理電路306耦接光發射器302以及光感測器304。光發射器302具有發射角且用以發射光束。光發射器302所發射的光束可為紅外光或其它具有不同波長的不可見光或可見光。光感測器304具有接收角且用以感測地面G1反射來自光發射器302的光束後所提供的反射光。處理電路306可依據光發射器302發射光束與光感測器304接收到反射光的時間差以及光速計算出本體102的底部B與地面G1或本體102的底部B與障礙物O間的距離。在一些實施例中，處理電路306可以微處理器或微控制器來實施。在部分實施例中，處理電路306與控制電路110可整合在同一晶片中。在一些實施例中，光發射器302及光感測器304間的距離非常近。如此，偵測距離幾乎等於整個光線路徑的長度的一半。

在一些實施例中，控制電路110耦接驅動輪104以及測距感測器108。控制電路110可將上述的該些偵測距離與機身高度H、第一預設值或第二預設值進行比較，並依據比較結果決定是否控制驅動輪104驅動自主行動裝置100進行障礙迴避。在一些實施例中，障礙迴避包含停下或轉向。

如圖1所示，當偵測距離D1等於機身高度H加上誤差值時(例如：地面並無高低差或地面僅有微小的坑洞)，驅動輪104可驅動自主行動裝置100依照原定的路徑移動，以在原定的路徑上進行清掃。在一些實施例中，機身高度H為本體102的底部B與地面G2之間的距離。在一些實施例中，機身高度H可為已知或經事先測量而得，且誤差值可為正數或負數。在一些實施例中，誤差值的絕對值實質上被設定為小於輔助輪106的半徑R，以確保自主行動裝置100可跨越障礙物或避免受困於較深的坑洞中。如圖4所示，當偵測距離D2大於等於第一預設值時(例如：圖4實施例中右邊向下的階梯很低)，控制電路110可控制驅動輪104驅動自主行動裝置100進行障礙迴避，以避免自主行動裝置100墜落。在一些實施例中，第一預設值實質上等於本體102的機身高度H加上輔助輪106的半徑R。在上述的關係中，第一預設值與輔助輪106的半徑R成正相關。也就是說，當輔助輪106的半徑R越大時，第一預設值也隨之越大。又如圖5所示，當偵測距離D3小於等於第二預設值時(例如：圖5實施例中右邊向上的階梯很高)，控制電路110也可控制驅動輪104驅動自主行動裝置100進行障礙迴避，以避免自主行動裝置100撞上右邊向上的階梯。由於自主行動裝置100無法跨越大於輔助輪106的半徑R的高度，因此第二預設值實質上被設定為等於輔助輪106的半徑R。此外，當偵測距離D2或D3小於第一預設值且大於第二預設值時，控制電路110可不需控制驅動輪104驅動自主行動裝置100進行迴避。也就是說，控制電路110可控制自主行動裝置100依照原定的路徑移動，且可視情況調整自主行動裝置100的移動速度或加速度。

類似地，在圖6的實施例中，當偵測距離D4小於等於第二預設值時(例如：圖6實施例中障礙物O的高度很高)，控制電路110也可控制驅動輪104驅動自主行動裝置100進行障礙迴避，以避免自主行動裝置100撞上障礙物O。此外，當偵測距離D4小於第一預設值且大於第二預設值時，控制電路110也可不需控制驅動輪104驅動自主行動裝置100進行迴避。也就是說，控制電路110可控制自主行動裝置100依照原定的路徑移動，且可視情況調整自主行動裝置100的移動速度或加速度。

如此依據偵測距離與輔助輪106的半徑R的關係來控制驅動輪104驅動自主行動裝置100進行障礙迴避，而非如習知技術僅以是否偵測到地板來判斷是否進行迴避，可更有效地進行障礙迴避。一般情況下，輔助輪106的半徑R小於驅動輪104的半徑，因此，依據上述該些偵測距離與輔助輪106的半徑R的關係來決定是否進行障礙迴避，而非用驅動輪104的半徑來決定，可使得用來決定是否進行障礙迴避的條件更為精準，以兼顧清掃任務及保護自主行動裝置100。再者，上述實施例的測距感測器108相較於習知技術使用的懸崖感應器具有較小的體積，而可有利於自主行動裝置100的小型化。

如前述段落所提及，在部分實施例中，當偵測距離小於第一預設值且大於第二預設值時，控制電路110可依據偵測距離控制驅動輪104調整自主行動裝置100的移動速度或加速度。例如，控制電路110可對應偵測距離的增大而降低自主行動裝置100的移動速度或加速度。舉例來說，當圖4的偵測距離D2越大時，代表圖4實施例中右邊向下的階梯越低，此時需使自主行動裝置100的速度慢一點，以避免主行動裝置100移動經過階梯時產生過大的振動而導致當機。又或者當圖5的偵測距離D3越大或圖6的偵測距離D4越大時，代表圖5實施例中右邊向上的階梯越低或圖6的障礙物O的高度越低，此時控制電路110可不需大幅地提高自主行動裝置100的移動速度或加速度，即可使自主行動裝置100輕易地跨越障礙。

在一些其他的實施例中，自主行動裝置100可更包含耦接控制電路110的攝像裝置109。控制電路110可依據攝像裝置109所拍攝的影像來決定自主行動裝置100的移動速度。舉例來說，在自主行動裝置100應用於掃地機器人的情形下，控制電路110可依據攝像裝置109所拍攝的影像來判斷地面狀況，並據以調整自主行動裝置100的移動速度。地面狀況可例如為地面G1的材質以及髒汙狀況。當地面G1的材質屬於較難以清潔或髒汙狀況較為嚴重時，控制電路110可控制驅動輪104驅動自主行動裝置100以較慢的速度移動，以加強對地面G1的清潔。

為了易於瞭解的目的，以下段落以自主行動裝置100為例進行說明，但不以此為限。圖7是依照本發明一實施例的一種自主行動裝置100的迴避方法的流程圖，請參照圖7。由上述實施例可知，自主行動裝置100的迴避方法的步驟可至少包括下列步驟。首先，在步驟S702中，偵測本體102的底部B與地面G1間的距離或本體102的底部B與障礙物O間的距離，且得到偵測距離(例如：圖1中的偵測距離D1、圖4中的偵測距離D2、圖5中的偵測距離D3或圖6中的偵測距離D4)。接著，在步驟S704中，判斷偵測距離是否等於機身高度H加上誤差值。然後，在步驟S706中，判斷偵測距離是否大於等於第一預設值。若偵測距離大於等於第一預設值，則進入步驟S708。在步驟S708中，控制驅動輪104驅動自主行動裝置100進行障礙迴避。在一些實施例中，第一預設值與輔助輪106的半徑R成正相關。第一預設值可實質上等於本體102的機身高度H加上輔助輪106的半徑R。相反地，若偵測距離未大於等於第一預設值，則進入步驟S710。在步驟S710中，判斷偵測距離是否小於等於第二預設值。在一些實施例中，第二預設值實質上等於輔助輪106的半徑R。若偵測距離小於等於第二預設值，則進入步驟S708。在步驟S708中，控制驅動輪104驅動自主行動裝置100進行障礙迴避。而若偵測距離介於第一預設值與第二預設值之間，則回到步驟S702。也就是說，此時可不需控制驅動輪104驅動自主行動裝置100進行迴避，且繼續偵測本體102的底部B與地面G1間的距離。

圖8是依照本發明另一實施例的一種自主行動裝置100的迴避方法的流程圖，請參照圖8。本實施例的自主行動裝置100的迴避方法與圖6實施例的不同之處在於，本實施例的自主行動裝置100的迴避方法更包括步驟S802。當在步驟S710中的判斷為否時，則進入步驟S802。亦即當偵測距離介於第一預設值與第二預設值之間時，可依據偵測距離控制驅動輪104調整自主行動裝置100的移動速度或加速度。例如，對應偵測距離的增大而降低自主行動裝置100的移動速度或加速度，以避免自主行動裝置100出現異常情形，或使自主行動裝置100能更輕易地跨越障礙。接著，再回到步驟S702以繼續偵測本體102的底部B與地面G1間的距離。此外，在部分實施利中，自主行動裝置100的移動速度或加速度也可依據地面狀況調整。地面狀況可利用攝像裝置109拍攝地面G1而獲得，而地面狀況可包括地面G1的材質以及髒汙狀況。

綜上所述，本發明依據偵測距離來控制驅動輪驅動自主行動裝置進行障礙迴避，而非如習知技術僅以是否偵測到地板來判斷是否進行迴避，因此可更有效地控制自主行動裝置進行障礙迴避。在部分實施例中還可依據偵測距離控制驅動輪調整自主行動裝置的移動速度或加速度，以避免自主行動裝置出現異常情形，或使自主行動裝置能更輕易地跨越障礙。

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：自主行動裝置 102：本體 104：驅動輪 106：輔助輪 108：測距感測器 109：攝像裝置 110：控制電路 302：光發射器 304：光感測器 306：處理電路 B：底部 D1~D4：偵測距離 G1、G2：地面 H：機身高度 R：半徑 O：障礙物 S702~S710、S802：步驟

圖1是依照本發明一實施例的一種自主行動裝置的示意圖。圖2是依照本發明一實施例的自主行動裝置的本體的底部的示意圖。圖3是依照本發明一實施例的一種測距感測器進行距離偵測的示意圖。圖4是依照本發明一實施例的自主行動裝置偵測地面狀況的示意圖。圖5是依照本發明另一實施例的自主行動裝置偵測地面狀況的示意圖。圖6是依照本發明另一實施例的自主行動裝置偵測障礙物的示意圖。圖7是依照本發明一實施例的一種自主行動裝置的迴避方法的流程圖。圖8是依照本發明另一實施例的一種自主行動裝置的迴避方法的流程圖。

S702~S710：步驟

Claims

一種自主行動裝置，包括：一本體；一驅動輪，設置於該本體的底部；一輔助輪，設置於該本體的底部；一測距感測器，設置於該本體的底部，該測距感測器偵測該本體的底部與一地面間的距離或該本體的底部與一障礙物間的距離，且得到一偵測距離；以及一控制電路，耦接該驅動輪以及該測距感測器，該控制電路比較該偵測距離與一第一預設值，當該偵測距離大於等於該第一預設值時，該控制電路控制該驅動輪進行障礙迴避，其中該第一預設值與該輔助輪的半徑成正相關。
如申請專利範圍第1項所述的自主行動裝置，其中該第一預設值實質上等於該本體的機身高度加上該輔助輪的半徑。
如申請專利範圍第2項所述的自主行動裝置，其中該控制電路比較該偵測距離與一第二預設值，當該偵測距離小於等於該第二預設值時，該控制電路控制該驅動輪進行障礙迴避，其中該第二預設值實質上等於該輔助輪的半徑。
如申請專利範圍第3項所述的自主行動裝置，其中當該偵測距離小於該第一預設值且大於該第二預設值時，該控制電路依據該偵測距離控制該驅動輪調整該自主行動裝置的移動速度或加速度。
如申請專利範圍第4項所述的自主行動裝置，其中該控制電路對應該偵測距離的增大而降低該自主行動裝置的移動速度或加速度。
如申請專利範圍第1項所述的自主行動裝置，更包括：攝像裝置，耦接該控制電路，該控制電路依據該攝像裝置所拍攝到該地面的影像判斷地面狀況，並依據該地面狀況調整該自主行動裝置的移動速度，其中該地面狀況包括該地面的材質以及髒汙狀況。
如申請專利範圍第1項所述的自主行動裝置，其中該測距感測器包括：光發射器，發射一光束；光感測器，感測該地面接收該光束後提供的一反射光；以及一處理電路，耦接該光發射器、該光感測器以及該控制電路，該處理電路依據該光發射器發射該光束與該光感測器接收到該反射光的時間差計算該偵測距離。
一種自主行動裝置的迴避方法，該自主行動裝置包括一本體、一驅動輪以及一輔助輪，該驅動輪以及該輔助輪設置於該本體的底部，該自主行動裝置的迴避方法包括：偵測該本體的底部與一地面間的距離或該本體的底部與一障礙物間的距離，且得到一偵測距離；以及比較該偵測距離與一第一預設值，當該偵測距離大於等於該第一預設值時，控制該驅動輪進行障礙迴避，其中該第一預設值與該輔助輪的半徑成正相關。
如申請專利範圍第8項所述的自主行動裝置的迴避方法，其中該第一預設值實質上等於該本體的機身高度加上該輔助輪的半徑。
如申請專利範圍第9項所述的自主行動裝置的迴避方法，更包括：比較該偵測距離與一第二預設值，當該偵測距離小於等於該第二預設值時，控制該驅動輪進行障礙迴避，其中該第二預設值實質上等於該輔助輪的半徑。
如申請專利範圍第10項所述的自主行動裝置的迴避方法，其中當該偵測距離小於該第一預設值且大於該第二預設值時，依據該偵測距離控制該驅動輪調整該自主行動裝置的移動速度或加速度。
如申請專利範圍第11項所述的自主行動裝置的迴避方法，包括：對應該偵測距離的增大而降低該自主行動裝置的移動速度或加速度。
如申請專利範圍第8項所述的自主行動裝置的迴避方法，更包括：拍攝該地面的影像；依據所拍攝到的該地面的影像判斷地面狀況；以及依據該地面狀況調整該自主行動裝置的移動速度，其中該地面狀況包括該地面的材質以及髒汙狀況。