TWI689387B - 行動機器人 - Google Patents

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TWI689387B
TWI689387B TW106116151A TW106116151A TWI689387B TW I689387 B TWI689387 B TW I689387B TW 106116151 A TW106116151 A TW 106116151A TW 106116151 A TW106116151 A TW 106116151A TW I689387 B TWI689387 B TW I689387B
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Abstract

本發明的行動機器人包括：一第一圖案發射單元，被配置以在待清潔區域的地板上，從主體向下且向前發射一第一圖案化光；以及一影像獲取單元，被配置以獲取由該第一圖案發射單元發射且入射到障礙物上之第一圖案化光的影像，以便基於從所獲取的影像偵測到的圖案來確定障礙物。因此，基於附近的障礙物的資訊，透過確定行動機器人是否處於行動機器人的行進被複數個障礙物限制的卡住狀態，並且透過設定用於行進的脫離，可以快速確定行動機器人的行進狀態和障礙物，以及可以執行相應的操作，從而能夠有效地行進以從卡住狀態中脫離。

Description

行動機器人
本發明涉及一種行動機器人及其控制方法，其中該行動機器人可以偵測和繞過障礙物。
行動機器人是家用電器，其透過在沒有使用者操作的情況下自動地在要清潔的區域中行進的同時吸入來自地板的灰塵或異物來進行清潔。行動機器人偵測到安裝在待清潔區域中諸如家具、辦公用品、牆壁等障礙物的距離，並且基於該偵測，行動機器人執行要清潔的區域的映射，或透過控制包括在行動機器人中之左、右輪的驅動來繞過障礙物。
在現有技術中，行動機器人的行進距離可以透過面向天花板或地板的感測器來測量，並且基於該測量計算與障礙物的距離。然而，基於行動機器人的估計移動距離間接地測量到障礙物的距離導致不準確，因為由於地板的不平坦表面等而無法精確地測量行動機器人的移動距離。此外，行動機器人可以向接收表面發射紅外線或超音波，並且測量反射以測量距離，但是該方法可能導致由於接收表面擴散的大量光或聲音導致的距離測量中的顯著誤差。
韓國發明專利公開第10-2013-0141979號(以下稱為“'979專利”)揭露一種行動機器人，包括：發射交叉圖案的光的發光單元以及需要吸塵器之前影像的相機單元。然而，該'979專利的行動機器人的缺點在於：行動機器人具有一個被配置成以均勻角度發光的光源，從而限制了障礙物的偵測範圍，導致難以識別高障礙物的立體形狀。
此外，當現有的行動機器人進入一個很小且被許多障礙物包圍的區域時，行動機器人可能被障礙物限制，這限制了行動機器人的運動。特別是， 當有許多周圍的障礙物時，需要行動機器人重複地偵測和繞過障礙物，使得電池可能會重複嘗試繞過障礙物而放電。為了防止行動機器人卡在多個障礙物之間的狀態，行動機器人可以被編程以避開與障礙物相關聯的區域。然而，避開整個有障礙的區域會縮小待清潔區域的範圍。
上述參考文獻透過引用併入本文中，在適當情況下，適當地教示附加或替代的細節、特徵及/或技術背景。
本發明提供一種行動機器人及其控制方法，其中藉由複數個障礙物限制行動機器人的行進來確定卡住狀態，並且透過基於附近的障礙物的資訊來設定脫離路徑，行動機器人可以從卡住狀態中脫離。
根據一個態樣，本發明提供一種行動機器人，包括：一主體，被配置以在要清潔的區域中行進，並將待清潔區域的地板上的異物吸入；一第一圖案發射單元，設置在該主體的前表面上，並且被配置以從該主體向下且向前發射第一圖案化光；一第二圖案發射單元，設置在該主體的前表面上以及該第一圖案發射單元的下方，並且被配置以從該主體向上和向前發射第二圖案化光；一影像獲取單元，設置在該主體的前表面上並且被配置以獲取該主體的前方影像；以及一控制器，被配置以透過從影像獲取單元所獲取影像中偵測對應該第一圖案化光的第一光學圖案和對應該第二圖案化光的第二光學圖案來確定障礙物，並且控制該主體通過或繞過障礙物，其中在複數個障礙物阻止該主體行進的情況下，該控制器將該情況確定為卡住狀態，並且一旦確定，該控制器設定一脫離模式，偵測附近障礙物的資訊以設定一脫離路徑，並且控制該主體沿著脫離路徑行進以從卡住狀態中脫離。
根據另一態樣，本發明提供了一種控制行動機器人的方法，該方法包括：在發射第一圖案化光和第二圖案化光的同時行進，並且獲取該行動機器人的前方影像：透過從所獲取的影像偵測對應該第一圖案化光的第一光學圖案和對應該第二圖案化光的第二光學圖案來感測障礙物；在由該第一光學圖案和該第二光學圖案感測的複數個障礙物防止該主體行進的情況下，將該情況確定為卡住狀態，並且設定脫離模式；偵測關於該複數個障礙物的資訊以搜索可移動路徑，且設定脫離路徑；以及沿著脫離路徑行進以從該卡住狀態中脫離。
本發明提供行動機器人及其控制方法，其中透過使用垂直設置和發射的圖案，可以獲得關於障礙物之更具體的資訊，使得可以快速地確定障礙物並可以進行相應的操作。此外，基於附近障礙物的資訊，可以確定行動機器人是否處於行動機器人的行進被複數個障礙物限制的卡住狀態，並且可以設定用於行進的脫離路徑，使得可以快速地確定行動機器人的行進狀態和障礙物，並且可以執行相應的操作，從而使得其能夠有效地行進以從卡住狀態中脫離。
1‧‧‧行動機器人
10‧‧‧主體
11‧‧‧殼體
10h‧‧‧吸入孔
33‧‧‧充電端子
34‧‧‧抽吸單元
35‧‧‧刷子、滾筒、葉片
36(L)‧‧‧左輪
36(R)‧‧‧右輪
37‧‧‧輔助輪
38‧‧‧電池
39‧‧‧控制面板
100‧‧‧障礙物偵測單元
100'‧‧‧障礙物偵測單元
110‧‧‧模組框架
120‧‧‧第一圖案發射單元
130‧‧‧第二圖案發射單元
140‧‧‧影像獲取單元
200‧‧‧控制器
210‧‧‧圖案偵測單元
220‧‧‧障礙物資訊獲取器
230‧‧‧行進控制單元
240‧‧‧資料單元
300‧‧‧行進驅動單元
310‧‧‧清潔單元
PH‧‧‧水平線
PV‧‧‧垂直線
P11‧‧‧替代性第一圖案化光
P12‧‧‧替代性第二圖案化光
P1‧‧‧第一圖案化光
P2‧‧‧第二圖案化光
θh‧‧‧發射角
θr1‧‧‧第一發射角
θr2‧‧‧第二發射角
h1‧‧‧間隔距離
h2‧‧‧間隔距離
h3‧‧‧間隔距離
D1‧‧‧距離
D2‧‧‧距離
D3‧‧‧距離
θs‧‧‧視角
θr‧‧‧發射角
Dh‧‧‧間隔距離
S1‧‧‧區域
S2‧‧‧區域
T‧‧‧入射板
ref1‧‧‧參考位置
OB1‧‧‧障礙物
△g‧‧‧距離
A‧‧‧空間
OB2‧‧‧障礙物
P13‧‧‧水平線
P14‧‧‧水平線
P15‧‧‧水平線
D2a、D2b‧‧‧長度
01~04‧‧‧障礙物
D11~D14‧‧‧寬度
S10~S13‧‧‧行進方向
S310~S470‧‧‧步驟
S510~S610‧‧‧步驟
S650~S750‧‧‧步驟
本實施例將參考以下附圖詳細描述，其中相同的參考編號表示相同的元件，其中：第1A圖為根據本發明例示實施例之行動機器人的立體圖；第1B圖為根據本發明另一例示實施例之行動機器人的立體圖；第2圖為說明在第1圖中所示之行動機器人的水平視角的圖；第3A圖為在第1A圖中所示之行動機器人的前視圖；第3B圖為在第1B圖中所示之行動機器人的前視圖；第4圖為在第1圖中所示之行動機器人的底視圖；第5圖為說明在第1圖中所示之行動機器人的主要部件的方塊圖；第6圖係根據本發明第一例示性實施例之障礙物偵測單元的前視圖和側視圖；第7圖係說明在第6圖中所示之障礙物偵測單元的圖案發射範圍和障礙物偵測範圍的圖；第8圖係根據本發明第二例示性實施例之障礙物偵測單元的前視圖和側視圖；第9圖係說明在第8圖中所示之障礙物偵測單元的圖案發射範圍和障礙物偵測範圍的圖；第10圖係說明由第1A圖所示之第一圖案發射單元發出的圖案化光的圖；第11圖係說明發射到在第1A圖中所示之行動機器人的障礙物上的圖案的形狀的示例的圖；第12圖係說明在第1B圖中所示之圖案化光的圖； 第13圖係說明根據在第1B圖中所示之行動機器人的位置變化而獲取的影像的圖；第14圖係說明發射到在第1B圖中所示之行動機器人的障礙物上的圖案化光的獲取影像的圖；第15圖係說明根據本發明例示性實施例之行動機器人的卡住狀態的圖；第16圖係說明由行動機器人執行脫離操作以從第15圖中所示之卡住狀態中脫離的圖；第17圖係說明由行動機器人執行操作以當行動機器人處於第15圖所示之卡住狀態時確定是否可以通過的圖；第18圖係說明由行動機器人執行操作以當行動機器人處於如第15圖所示之卡住狀態時確定是障礙物的圖；第19圖係說明由行動機器人執行操作以當行動機器人處於如第15圖所示之卡住狀態時設定脫離路徑的圖；第20圖係說明由行動機器人執行操作以從第15圖所示之卡住狀態中脫離的圖；第21圖係說明由行動機器人執行操作以當行動機器人處於如第15圖所示之卡住狀態時獲取周圍區域的資訊的圖；第22圖係說明當行動機器人處於如第15圖所示之卡住狀態時由行動機器人產生的周邊區域的地圖的圖；第23圖係說明根據本發明例示性實施例之行動機器人的一模式的脫離方法的圖；第24圖係說明根據本發明例示性實施例之控制行動機器人從卡住狀態脫離的方法的流程圖；第25圖係說明在預設模式下控制行動機器人從卡住狀態中脫離的方法的流程圖；以及第26圖係說明在快速清潔模式中控制行動機器人從卡住狀態中脫離的方法的流程圖。
參考第1圖至第4圖，根據本發明例示性實施例的行動機器人1包括：一主體10，在待清潔區域的地板上行進以從地板吸入灰塵或異物；以及一障礙物偵測單元100，設置在主體10的前表面上。
主體10包括：一殼體11，其形成主體10的外部和容納主體10的部件的空間；一抽吸單元34，設置在殼體11上以吸入灰塵、廢棄物等；以及一左輪36(L)和一右輪36(R)，可旋轉地設置在殼體11上。當左輪36(L)和右輪36(R)旋轉時，主體10在待清潔區域的地板行進，使得該吸入單元可吸入異物。
抽吸單元34包括：一旋轉的刷子或一滾筒35；一抽吸風扇(圖中未顯示)，產生吸力；一吸入孔10h，通過該吸入孔10h吸入由抽吸風扇的旋轉所產生的空氣。抽吸單元34還可以包括：一過濾器，用於從通過吸入孔10h吸入的空氣中收集異物；以及一異物收集容器(圖中未顯示)，儲存從該過濾器收集的異物。
此外，主體10可以包括驅動左輪36(L)和右輪36(R)的一行進驅動單元300。行進驅動單元300可以包括至少一個驅動馬達。該驅動馬達可以包括使左輪36(L)旋轉的一左輪驅動馬達和使右輪36(R)旋轉的一右輪驅動馬達。
左輪驅動馬達和右輪驅動馬達由控制器200的行進控制單元230彼此獨立地控制，使得主體10可以向前或向後移動或者可以轉動。例如，在主體10向前移動的情況下，左輪驅動馬達和右輪驅動馬達可以沿著相同的方向旋轉；然而，當左輪驅動馬達和右輪驅動馬達可以以不同的速度旋轉或彼此以相反的方向旋轉時，主體10的行進方向可以改變。至少一個輔助輪37可以進一步包括在主體10中，以穩定地支撐主體10。
主體10還可以設置有複數個刷子或葉片35，它們位於殼體11的前面底部，並且具有帶有複數個側翼的徑向延伸的刷毛。當該複數個刷子35旋轉時，灰塵可以從待清潔區域的地板移除，並且將去除的灰塵通過吸入孔10h吸入到收集容器中。此外，可以設置一控制面板39，其設置在殼體11的頂部上，並且從使用者接收各種指令的輸入以控制行動機器人1。
障礙物偵測單元100可以設置在主體10的前表面上。例如，障礙物偵測單元100可以固定在殼體11的前表面，並且可以包括：一第一圖案發射單元(或光源)120、一第二圖案發射單元(或光源)130和一影像獲取單元(或照相機)140。由第一圖案發射單元120發射的圖案化光和由第二圖案發射單元130發射的圖案化光可以具有不同的圖案，如第1A圖和第1B圖所示。第1A圖和第1B圖中所示的第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130由相同的參考標號表示，並且發射圖案的形狀不限於該些圖式。
如第1A圖所示，第一圖案發射單元120從主體10向下且向前發射第一圖案P1的光(以下稱為第一圖案化光)。第二圖案發光單元130從主體10向上和向前發射第二圖案P2的光(以下稱為第二圖案化光)。在第一圖案化光P1和第二圖案化光P2發射到地板或障礙物上的情況下，第一圖案化光P1和第二圖案化光P2在水平方向上呈直線狀。
如第1B圖所示，第一圖案發光單元120可以從主體10向下且向前發射替代性第一圖案P11(以下稱為替代性第一圖案化光)的光。因此，替代性第一圖案化光P11可以發射到要清潔的區域的地板上。替代性第一圖案化光P11可以是與水平線PH和垂直線PV交叉形成的十字形狀。第二圖案發光單元130從主體10向上和向前發射替代性第二圖案P12(以下稱為替代性第二圖案化光)的光。替代性第二圖案化光P12在與替代性第一圖案化光的水平線Ph平行的水平方向上是直線形狀。
如第3A圖所示，根據第一例示性實施例的障礙物偵測單元100包括：設置在第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130下方的線上的影像獲取單元140。此外。如第3B圖所示，根據第二例示性實施例的障礙物偵測單元100'包括：設置在第一圖案發射單元120與第二圖案發射單元130之間的線上的影像獲取單元140。該影像獲取單元140可以設置在它們的中心，即，從影像獲取單元140到第一圖案發射單元的距離可以與從影像獲取單元140到第二圖案發射單元130的距離相同。在根據第一和第二例示性實施例的障礙物偵測單元中，由第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130發射的圖案的形狀可以是第1A圖所示之直線形狀或第1B圖所示之十字形狀的任何形狀。
主體10可以配備有一可充電電池38，其透過將充電端子33連接到商用電源(例如，家中的電源插座)來充電，或者透過將主體10與連接到商用電源的充電站對接，使得充電端子可以電性連接到商用電源。包括在移動式機器人1中的電子部件可以從電池38供給電力。因此，在對電池38充電時，行動機器人1在與商用電源電性分離之後可以自動行進。
第5圖係說明在第1圖中所示之行動機器人的主要部件的方塊圖。行動機器人1包括：一行進驅動單元300、一清潔單元310、一資料單元240、一障礙物偵測單元100、以及一控制行動機器人1的整體操作的控制器200。控制器200可以被實現為一個或多個處理器，或者可以被實現為硬體裝置。
控制器200可以包括：控制行進驅動單元300的一行進控制單元230。左輪驅動馬達和右輪驅動馬達均由行進控制單元230彼此獨立地控制，使得主體10可以向前移動或旋轉。此外，控制器200包括：一圖案偵測單元210，其藉由分析從障礙物偵測單元100輸入的資料來偵測圖案；以及基於圖案確定障礙物的一障礙物資訊獲取器220。
圖案偵測單元210從影像獲取單元140獲取的影像來偵測光學圖案P1和P2。在下文中，將透過使用第1A圖中的第一圖案化光P1和第二圖案化光P2來描述光學圖案。但是，也可以將該描述應用於第1B圖所示之替代性第一圖案化光和替代性第二圖案化光的光學圖案。
圖案偵測單元210可以偵測形成所獲取影像的像素之諸如點、線、邊等的特徵，並且基於偵測到的特徵，圖案偵測單元210可以偵測光學圖案P1和P2，或點、線、邊等的光學圖案P1和P2。障礙物資訊獲取器220基於由圖案偵測單元210偵測到的圖案來確定障礙物的存在，並確定障礙物的形狀。
行進驅動單元300包括至少一個驅動馬達，以使行動機器人1能夠根據行進控制單元230的控制命令行進。如上所述，行進驅動單元300可包括使左輪36(L)旋轉的左輪驅動馬達和使右輪36(R)旋轉的右輪驅動馬達。清潔單元(或控制器)310操作清潔刷和/或刷子35，以便於吸入行動機器人1周圍的灰塵或異物，並且操作抽吸裝置以吸入灰塵或異物。清潔單元310控制包含 在抽吸單元34中的抽吸風扇，該抽吸單元34吸入諸如灰塵或廢棄物的異物，使得灰塵可以通過吸入孔吸入至異物收集容器中。
資料單元240儲存：從障礙物偵測單元100輸入之所獲取影像；用於障礙物資訊獲取器220的參考資料以確定障礙物；以及關於所偵測到障礙物的障礙物資訊。此外，資訊單元240可以儲存：控制資料以控制行動機器人1的操作；根據行動機器人1的清潔模式的資料；以及從外部來源產生或接收的地圖。此外，資料單元240可以儲存微處理器可讀取的資料，並且可以包括硬碟機(HDD)、固態硬碟(SSD)、矽硬碟機(SDD)、唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶光碟(CD-ROM)、磁帶、軟碟機、光學資料儲存裝置等。
障礙物偵測單元100包括：第一圖案發射單元120、第二圖案發射單元130、以及影像獲取單元140。如上所述，在障礙物偵測單元100中，第一圖案發射單元120、第二圖案發射單元130、以及影像獲取單元140均設置在主體10的前部，以從行動機器人1向前發射第一圖案化光P1和第二圖案化光P2，並且拍攝和獲取所發射圖案化光的影像。
控制器200將所獲取影像儲存在資料單元240中，並且圖案偵測單元210分析所獲取的影像以提取圖案。也就是說，圖案偵測單元210提取透過將第一圖案發射單元或第二圖案發射單元發射的圖案化光發射到地板或障礙物而獲得的光學圖案。障礙物資訊獲取器220基於所提取的光學圖案來確定障礙物。
控制器200基於從障礙物偵測單元100輸入之所獲取的影像來確定障礙物，並且控制行進驅動單元300來改變移動方向或行進路徑以在行進時繞過障礙物。在障礙物是懸崖(cliff)的情況下，行動機器人1可能從懸崖上掉下來。因此，控制器200從所獲取的影像中偵測懸崖，並透過使用包含在其中的一懸崖感測器(圖中未顯示)再次檢查懸崖，以便控制行動機器人1不從懸崖上掉落。對於確定障礙物是懸崖的反應，控制器200基於所獲取的影像確定圖案的變化，並且控制行進驅動單元300沿著懸崖行進。
此外，在行進時因存在於等於或小於預定尺寸的空間中的複數個障礙物而受到限制的情況下，控制器200確定行動機器人1是否處於卡住狀態，且設定脫離模式，使得行動機器人1可以從卡住狀態中脫離。
基於目前模式是預設模式還是快速清潔模式，控制器200透過使用每個附近的障礙物上的資訊設定脫離路徑，使得行動機器人1可以從卡住狀態中脫離。在預設模式下，控制器200可以透過獲得關於所有附近障礙物的資訊，且產生周圍區域的地圖來設定脫離路徑；並且在快速清潔模式中，控制器200可以通過基於它們之間的距離來確定是否可能通過偵測到的障礙物之間的空間來設定脫離路徑。控制器200分析偵測到的障礙物之所獲取的影像的圖案，以確定障礙物之間的距離；並且如果障礙物之間的距離等於或大於預定值，則控制器200確定能通過障礙物之間的空間，並且控制行動機器人1行進以從卡住狀態中脫離。
第6圖係根據本發明第一例示性實施例之障礙物偵測單元的前視圖和側視圖；第7圖係說明在第6圖中所示之障礙物偵測單元的圖案發射範圍和障礙物偵測範圍的圖；第6圖的(a)部分係顯示障礙物偵測單元的前視圖，以及第6圖的(b)部分係顯示其側視圖。
如第6圖的(a)和(b)部分所示，在根據第一例示性實施例的障礙物偵測單元100中，第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130各自包括光源和透過發送產生預定圖案的光學圖案投影元件(Optical Pattern Projection Element,OPPE)從光源發出的光。光源可以是雷射二極管(LD)，發光二極體(LED)等。與其他光源相比，雷射光具有優異的單色性、直線性和連接性，從而能夠進行精細的距離測量。特別是，由於紅外光或可見光根據目標物體的顏色和材料等因素而在距離測量中的精度偏差高，所以希望使用雷射二極體作為光源。OPPE可以包括透鏡或繞射光學元件(diffractive optical element,DOE)。取決於包含在圖案發射單元120和圖案發射單元130中的OPPE配置，可以發射各種圖案的光。
第一圖案發光單元120可以從主體10向下並向前發射第一圖案化光P1。因此，第一圖案化光P1可以發射到要清潔的區域的地板上。第一圖 案化光P1可以是水平線形狀。此外，第一圖案化光P1也可以是與垂直線相交的水平線的十字形。
第一圖案發射單元120、第二圖案發射單元130、和影像獲取單元140可以垂直地排成一行。影像獲取單元140設置在第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130的下方，但是本發明不限於此，並且影像獲取單元140可以設置在第一圖案發射單元120、第二圖案發射單元130上方。
在該實施例中，第一圖案發射單元120設置在頂部上，並且向下和向前發射第一圖案化光P1，以便偵測位於低於第一圖案發射單元120的位置處的障礙物。第二圖案發光單元130設置在第一圖案發射單元120的下方，並且向上和向前發射第二圖案化光P2，使得第二圖案化光P2可以發射到牆壁上、或者位於高於至少第二圖案光P2的位置處的障礙物、或障礙物的一部分。第二圖案化光P2可以形成為與第一圖案化光P1不同，並且可以形成為包括水平線。這裡，水平線不必然是連續線段，並且可以形成為虛線。
如上文第2圖中所示，發射角θh是由第一圖案發射單元120發射的第一圖案化光P1的水平發射角。發射角θh表示在水平線的兩端與第一圖案發射單元120之間形成的角度，以及期望設定在130~140°的範圍內，但不限於此。第2圖的虛線表示移動式機器人1的向前的方向，且第一圖案化光P1可以相對於虛線形成為對稱。
類似於第一圖案發射單元120，第二圖案發射單元130的水平發射角可以期望設定在130°至140°的範圍內，並且在一些實施例中，第二圖案化光P2可以與第一圖案發射單元120以相同的水平發射角發射。在這種情況下，第二圖案化光P2也可以相對於第2圖的虛線形成為對稱。
影像獲取單元140可以獲取主體10的前方影像。特別地，第一圖案化光P1和第二圖案化光P2均顯示在由影像獲取單元140獲取的影像(以下稱為獲取影像)上，其中顯示在所獲取的影像上的第一圖案化光P1和第二圖案化光P2的影像在下文中將被稱為光學圖案；並且由於光學圖案是入射到實際空間上第一圖案化光P1和第二圖案化光P2的影像(投影在影像感測器上)，所以與第一圖案化光P1和第二圖案化光P2相同的參考標號將被賦予對 應於第一圖案化光P1的第一光學圖案P1和對應於第二圖案化光P2的第二光學圖案P2。
影像獲取單元140可以包括一數位相機，其將被攝體的影像轉換為電信號、將電信號轉換為數位信號、然後將數位信號儲存在記憶體裝置中。該數位相機包括一影像感測器(圖中未顯示)和一影像處理器(圖中未顯示)。該影像感測器是將光學影像轉換為電信號的裝置，並且形成為具有整合在其中的複數個光電二極體的晶片。例如，光電二極體可以是像素。當通過透鏡的光在晶片上形成影像時，電荷在構成影像的各個像素中累積，並且累積在像素中的電荷被轉換成電信號(例如，電壓)。如眾所周知，可以使用電荷耦合裝置(Charge Coupled Device,CCD)、互補金屬氧化物半導體(CMOS)等作為影像感測器。
影像處理器基於從影像感測器輸出的類比信號產生數位影像。該影像處理器包括：一A/D轉換器，用於將類比信號轉換為數位信號；一緩衝記憶體，用於根據從A/D轉換器輸出的數位信號暫時儲存數位資料；以及一數位信號處理器(DSP)，透過處理儲存在緩衝記憶體中的資料來產生數位影像。
圖案偵測單元210可以偵測在所獲取的影像中的像素之諸如點、線、邊等的特徵，並且基於偵測到的特徵，圖案偵測單元210可以偵測光學圖案P1和P2，或點、線、邊等的光學圖案P1和P2。例如，圖案偵測單元210可以提取由比相鄰像素更亮的連續像素形成的線段，以提取形成第一光學圖案P1的水平線和形成第二光學圖案P2的水平線。然而，圖案提取方法不限於此，並且提取期望圖案的各種方法在本領域中是已知的，這可以由圖案偵測單元210用於提取第一光學圖案P1和第二光學圖案P2。例如，第一圖案化光P1和/或第二圖案化光P2可以以特定波長(或顏色)發射，並且圖案偵測單元210可以被配置以識別與那些波長相關聯的影像的部分。
如第7圖所示，第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130可以彼此對稱地設置。第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130彼此垂直間隔距離h3，其中第一圖案發射單元120向下發射第一圖案化光，並且第二圖案發射單元130發射第二圖案化光，使得第一圖案化光與第二圖案化光相交。
影像獲取單元140設置在第二圖案發射單元130的下方，並與其間隔開距離h2，且以相對於垂直方向的視角θs拍攝主體10的前方影像。影像獲取單元140安裝在與底面間隔距離h1的位置處。考慮到形成在行動機器人1的主體10的前下端的保險槓(圖中未顯示)或用於行進或清潔的結構的形狀，影像獲取單元140期望地安裝在不干擾前方影像的拍攝的位置。
安裝第一圖案發射單元120或第二圖案發射單元130，使得包含在圖案發射單元120中的透鏡的光軸和圖案發射單元130被定向成形成恆定的發射角。第一圖案發射單元120以第一發射角θr1向下發射第一圖案化光P1；並且第二圖案發射單元130以第二發射角θr2發射第二圖案化光P2。在這種情況下，第一發射角與第二發射角通常彼此不同，但在某些情況下，可以相同。第一發射角和第二發射角期望設定在50°至75°的範圍內，但不限於此。例如，第一發射角度可以設定在60°~70°的範圍內，第二射出角度可以設定在50°~55°的範圍內。該發射角可以根據行動機器人1下部的保險槓的結構、下部物體偵測距離和要偵測的上部的高度來改變。
當由第一圖案發射單元120和/或第二圖案發射單元130發射的圖案光入射到障礙物上時，光學圖案P1和P2的位置會根據障礙物與第一圖案發射單元120之間的距離改變。例如，當第一圖案化光P1和第二圖案化光P2入射到特定障礙物上時，當障礙物位於更靠近行動機器人1時，第一光學圖案P1在所獲取的影像中顯示在較高的位置處，而第二光學圖案P2顯示在較低位置。也就是說，預先儲存與障礙物的距離的資料，該資料對應於形成由影像獲取單元140所產生的影像(沿著橫向排列的像素列)的像素列，並且當從透過影像獲取單元140獲得的影像中偵測到的光學圖案P1和P2係在特定列中被偵測到時，可以基於對應於該列的障礙物的距離的資料來估計障礙物的位置。
影像獲取單元140被佈置以使得透鏡的光軸在水平方向上定向，並且第7圖所示的θs表示視角，且設定為等於或高於100°的值，較佳的是在100°~110°的範圍內，但不限於此。此外，可以將從待清潔區域的地板到影像獲取單元140的距離設定在大約60mm至70mm的範圍內。在這種情況下，在由影像獲取單元140獲取的圖像中，在D1之後顯示待清潔區域的地板，並且在獲取的影像上顯示的地板上，D2是顯示第一光學圖案P1的位置。在這種 情況下，當在D2處存在障礙物時，可以透過影像獲取單元140獲取第一圖案化光P1入射的障礙物的影像。在障礙物更靠近行動機器人的情況下1中，對應於發射的第一圖案化光P1的第一光學圖案係顯示在比參考位置ref1更高的位置。
參考位置ref1是當主體10放置在平坦表面上時顯示第一光學圖案的位置。當第一光學圖案發射到D2時，可以將影像獲取單元140設置為拍攝第一光學圖案的位置。參考位置ref1是用於確定正常狀態的參考，即，在主體10前方沒有障礙物且地板是平坦表面的狀態。
這裡，從主體10到D1的距離較佳在100mm至150mm的範圍內；並且從主體10到D2的距離較佳在180mm至280mm的範圍內，但距離不限於此。D3表示從主體10的前表面的最突出部分到第二圖案光入射的位置的距離。主體10在移動時偵測障礙物，使得D3是允許主體10偵測位於主體10的前方(上方)的障礙物而不與障礙物碰撞所需的最小距離。
在第一光學圖案P1一次顯示在所獲取的影像上，然後在主體10行進時正常狀態下消失的情況下，或第一光學圖案僅部分地被顯示，障礙物資訊獲取器220確定在行動機器人1附近存在懸崖。在獲取影像上不顯示第一光學圖案的情況下，障礙物資訊獲取器220可以識別位於行動機器人1前面的懸崖。在行動機器人1前面有懸崖(例如樓梯)的情況下，第一圖案化光不會入射到地板上，使得第一光學圖案P1從所獲取影像消失。
基於D2的長度，障礙物資訊獲取器220可以確定在與主體10間隔開D2的位置處在主體10的前方存在懸崖。在這種情況下，當第一圖案化光P1為十字形狀時，僅顯示垂直線而不顯示水平線，使得障礙物資訊獲取器220可以確定懸崖。
此外，在不顯示第一光學圖案的一部分的情況下，障礙物資訊獲取器220可以確定在行動機器人1的左側或右側存在障礙物。在不顯示第一光學圖案的右側的一部分的情況下，障礙物資訊獲取器220可以確定懸崖位於其右側。因此，基於所識別的懸崖資訊，行進控制單元230可以控制行進驅動單元300，使得行動機器人1可以沿著不通向懸崖的路徑行進。
此外，在行動機器人1的前方存在懸崖的情況下，行進控制單元230可以控制行動機器人1往前移動一定距離，例如距離D2或小於距離D2的距離，以透過使用安裝在主體10的底部上的懸崖感測器再次識別懸崖的存在。行動機器人1可以首先基於所獲取的影像識別懸崖，然後可以在行進一預定距離之後使用懸崖感測器來第二次識別懸崖。
第8圖係說明根據本發明第二例示性實施例之障礙物偵測單元的前視圖和側視圖；以及第9圖係說明在第8圖中所示之障礙物偵測單元的圖案發射範圍和障礙物偵測範圍的圖。如第8圖之(a)部分和(b)部分所示，根據第二例示性實施例的障礙物偵測單元100'包括：一第一圖案發射單元120、一第二圖案發射單元130、和一影像獲取單元140。將使用相同的參考標號來表示與根據第一例示性實施例的障礙物偵測單元100相同的元件，並且將省略對相同元件的描述。
障礙物偵測單元100'可進一步包括固定在殼體11的前部且是垂直細長的一模組框架110，但是在一些實施例中，第一圖案發射單元120、第二圖案發射單元130、及/或影像獲取單元140可以直接固定到殼體11而沒有模組框架110。
在根據第二例示性實施例的障礙物偵測單元100'中，第一圖案發射單元120、影像獲取單元140、和第二圖案發射單元130可以排列成一列。在這種情況下，希望將影像獲取單元140置於第一圖案發射單元120與第二圖案發射單元130之間。設置在頂部的第一圖案發射單元120從主體10向下和向前發射第一圖案化光；並且設置在底部的第二圖案發射單元130從主體10向上和向前發射第二圖案化光。第一圖案化光P1可以被發射到待清潔區域的地板。第二圖案光P2可以從待清潔區域的地板發射到位於比至少第二圖案發射單元130高的位置處的障礙物，或者可以發射到障礙物的一部分。
影像獲取單元140可以獲取主體10的前方影像。特別是，第一圖案化光P1和第二圖案化光P2均顯示在由獲取單元140所獲取的影像(以下稱為獲取影像)上，其中顯示在所獲取影像上的第一圖案化光P1和第二圖案化光P2的影像在下文中將被稱為光學圖案；並且由於光學圖案是入射到實際空間上的第一圖案化光P1和第二圖案化光P2的影像(投影在影像感測器上)， 與第一圖案化光P1和第二圖案化光P2相同的參考標號將被賦予對應於第一圖案化光P1的第一光學圖案P1和對應於第二圖案化光P2的第二光學圖案P2。
如第9圖所示，在根據第二例示性實施例的障礙物偵測單元100'中，第一圖案發射單元120可以在與影像獲取單元140間隔距離Dh的位置處設置在影像獲取單元140上方；並且第二圖案發射單元130可以在與影像獲取單元140間隔相同距離Dh的位置處設置在影像獲取單元140的下方。在第一圖案發射單元120或第二圖案發射單元130的水平線與發射方向之間形成的角度將被定義為垂直發射角。具體地，垂直發射角可以被定義為在水平線與包含在每一個圖案發射單元120和130中的透鏡的光軸的方向之間形成的角度。
第一圖案發射單元120的第一垂直發射角和第二圖案發射單元130的第二垂直發射角可以具有相同的θr值。第一圖案發射單元120相對於水平線以向下的角度θr發射第一圖案化光P1；並且第二圖案發射單元130相對於水平線以向上的角度θr發射第二圖案化光P2。角度θr較佳是設定在20°~30°的範圍內，但不限於此。
如上所述，第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130被設置為彼此對稱，且影像獲取單元140插入其間，以及第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130被配置為以相同的垂直發射角θr發射相反的方向的光。
這種對稱結構允許輕鬆地校準或初始化產品。在由第一圖案發射單元120或第二圖案發射單元130發射的圖案化光入射到障礙物上的情況下，光學圖案P1和P2的位置可以取決於從障礙物到第一圖案發射單元120而變動。例如，當第一圖案化光P1和第二圖案光P2入射到特定障礙物上時，隨著障礙物位於更靠近行動機器人1的位置，第一光學圖案P1，特別是水平線圖案PH被顯示在所獲取影像中之較高位置處，而第二光學圖案P2顯示在較低位置處。也就是說，預先儲存與障礙物的距離的資料，該資料對應於形成由影像獲取單元140產生的影像的像素列(沿著橫向排列的像素的列)，並且當從透過影像獲取單元140獲得的影像中偵測到的光學圖案P1和P2係在特定列中被偵測到時，可以基於對應於該列的障礙物的距離的資料來估計障礙物的位置。
然而，為了精確地執行這種處理，先決條件是將第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130佈置以在預定的垂直發射角θr精確地發光。此 先決條件可以在校準期間檢查。該校準過程可以如下進行：將障礙物偵測單元100'固定，並且將具有平面的入射板T(參見第9圖)垂直地設置在障礙物偵測單元100'的前方，其間具有一預定距離。入射板T期望位於第一圖案化光P1可入射的位置。
隨後，第一圖案發射單元120發射光，並且由影像獲取單元140獲取影像。獲取影像具有入射到入射板T上的第一光學圖案P1。在這種情況下，從障礙物偵測單元100到入射板T的距離是已知的，使得在障礙物偵測單元100'在正常製造而沒有故障的情況下，需要在獲取影像上的指定位置ref1(以下稱為參考位置)處顯示第一光學圖案P1的水平線PH。
可以透過倒置障礙物偵測單元100'，使得障礙物偵測單元100'倒置，然後藉由重複上述校準處理來檢查第二圖案發射單元130的發射方向。也就是說，在障礙物偵測單元100'反轉，且將第二圖案發射單元130置於影像獲取單元140的上方後，第二圖案發射單元130發光，並且影像獲取單元140獲取影像，其中投影在入射板T上的第二光學圖案P2被顯示出來。在這種情況下，如果第二圖案發射單元130處於正常狀態，則第二光學圖案P2將在參考位置ref1處被偵測。影像獲取單元140被佈置使得透鏡的光軸在水平方向上定向，並且θs表示影像獲取單元140的視角，且被設定為等於或高於100°的值，較佳是在100°至110°的範圍內，但不限於此。這種校準處理也適用於根據第一例示性實施例的障礙物偵測單元100。
此外，從待清潔區域的地板到影像獲取單元140的距離可設定在大約145mm至155mm的範圍內。在這種情況下，在由影像獲取單元140獲取的影像中，在被指示為D2的點之後顯示待清潔區域的底部，並且在所獲取影像中顯示的地板上，S2是從第一光學圖案P1(水平線PH和垂直線PV相交的點)的中心到D3的區域。特別是，在區域S2中存在障礙物的情況下，影像獲取單元140可以獲取入射到障礙物上的第一圖案化光P1的影像。在這種情況下，從主體10到D2的距離較佳是設定在100mm至120mm的範圍內，並且D3位於與行動機器人1間隔約400mm的位置，但不限於此。
此外，在第9圖中所示的S1(從行動機器人1延伸到D1的區域)表示第一光學圖案P1的位置和第二光學圖案P2的位置被倒置的區域。在區域 S1中存在障礙物的情況下，第一圖案化光P1位於獲取影像中第二圖案化光P2的上方，其中D1位於與行動機器人1間隔開的位置，期望為70mm至80mm，但不限於此。
第10圖係說明由第1A圖所示之第一圖案發射單元發出的圖案化光的圖。一旦所獲取影像被輸入，圖案偵測單元210從影像獲取單元140輸入的所獲取影像中偵測第一光學圖案或第二光學圖案，並將偵測到的第一光學圖案或第二光學圖案發送到障礙物資訊獲取器。障礙物資訊獲取器220分析從所獲取影像偵測到的第一光學圖案或第二光學圖案，並且將第一光學圖案的位置與參考位置ref1進行比較以確定障礙物。
如第10圖的(a)部分所示，在第一光學圖案P1的水平線低於參考位置1的情況下，障礙物資訊獲取器220確定行動機器人處於正常狀態。正常狀態是指地板為平坦且均勻，且行動機器人前方沒有障礙物，使得行動機器人繼續行進的狀態。在行動機器人前方存在障礙物的情況下，第二光學圖案P2入射到障礙物上並被顯示在所獲取影像上，使得在正常狀態下，通常不顯示第二光學圖案P2。
如第10圖的(b)部分所示，在第一光學圖案P1的水平線高於參考位置ref1的情況下，障礙物資訊獲取器220確定在行動機器人前面存在障礙物。在如第10圖所示的障礙物資訊獲取器220偵測到障礙物的情況下，行進控制單元230控制行進驅動單元300在行駛時繞過障礙物。障礙物資訊獲取器220可以基於第一光學圖案P1和第二光學圖案P2的位置以及是否顯示第二光學圖案P2來確定偵測到的障礙物的位置和大小。此外，障礙物資訊獲取器220可以基於在行進時在所獲取影像上顯示的第一光學圖案和第二光學圖案的變化來確定障礙物的位置和大小。
行進控制單元230可以基於障礙物上的輸入資訊來確定是否繼續行進或繞過障礙物，並且可以基於該確定來控制行進驅動單元300。例如，在障礙物的高度低於預定高度的情況下，或者可能通過障礙物與地板之間的空間的情況下，行進控制單元230判斷為可以繼續行進。
如圖10的(c)部分所示，第一光學圖案P1可以在比參考位置ref1更低的位置處顯示。在第一光學圖案P1被顯示在比參考位置ref1更低的位 置的情況下，障礙物資訊獲取器220確定存在向下斜坡。在存在懸崖的情況下，第一光學圖案P1消失，使得向下斜坡可以與懸崖不同。在第一光學圖案如第10圖的(d)部分所示為不顯示的情況下，障礙物資訊獲取器220確定在行進方向上存在障礙物。
此外，在第一光學圖案的部分如第10圖的(e)部分所示之為不被顯示的情況下，障礙物資訊獲取器220可以確定在主體10的左側或右側有懸崖。在本實施例中，障礙物資訊獲取器220確定主體左側有懸崖。此外，在第一光學圖案P1為十字形狀的情況下，障礙物資訊獲取器220可以透過考慮水平線的位置和垂直線的長度來確定障礙物。
第11圖係說明發射到在第1A圖中所示之行動機器人的障礙物上的圖案的形狀的示例的圖。如第11圖所示，障礙物資訊獲取器220可以以由障礙物偵測單元100發射的圖案化光入射到障礙物上的方式確定障礙物的位置、大小、和形狀，並且獲取顯示光學圖案的影像。
如第11圖的(a)部分所示，在行動機器人行進時之前方有牆壁的情況下，第一圖案化光入射在地板上，且第二圖案光入射到牆壁上。因此，第一光學圖案P1和第二光學圖案P2在所獲取影像上顯示為兩條水平線。在主體10與牆壁之間的距離大於D2的情況下，第一光學圖案P1被顯示在參考位置ref1上，但是也顯示第二光學圖案，使得障礙物資訊獲取器220可以確定有障礙。
在主體10靠近牆壁移動的情況下，其間的距離小於D2，第一圖案化光不會入射到地板上而是在牆壁上，使得第一光學圖案被顯示在比參考位置ref1高的位置處所獲取影像上，以及第二光學圖案被顯示在第一光學圖案的上方。當主體10靠近障礙物移動時，第二光學圖案被顯示在較低的位置處，使得相較於牆壁與主體10之間的距離大於D2的情況下，第二光學圖案顯示在較低位置；但是第二圖案化光係顯示在超過第一光學圖案之參考位置ref1的上方。因此，障礙物資訊獲取器220可以基於第一光學圖案和第二光學圖案來計算從主體10到作為障礙物的牆壁的距離。
如第11圖的(b)部分所示，在諸如床、衣櫃之類的障礙物的情況下，第一圖案化光P1和第二圖案化光P2為兩條水平線分別入射到地板和障 礙物上。障礙物資訊獲取器220基於第一光學圖案和第二光學圖案確定障礙物。障礙物資訊獲取器220基於第二光學圖案的位置和主體接近障礙物時顯示出的第二光學圖案的變化，可以確定障礙物的高度。然後，行進控制單元230判定是否能夠通過障礙物下方的空間通過，以基於該判定來控制行進驅動單元300。
例如，在障礙物與地板之間形成一空間的待清潔區域中存在諸如床的障礙物的情況下，行進控制單元230可以識別空間，並且可以透過識別該空間的高度來確定是否通過或繞過障礙物。回應確定空間的高度小於主體10的高度，行進控制單元230可以控制行進驅動單元300，使得主體10可以在行進時繞過障礙物。相反地，回應確定空間的高度大於主體10的高度，行進控制單元230可以控制行進驅動單元300，使得主體10可以進入或通過該空間。
儘管在第11圖的(a)部分中第一光學圖案和第二光學圖案也被顯示為兩條水平線，障礙物資訊獲取器220可以區分第11圖的(a)部分所示的水平線和第11圖的部分(b)所示的水平線，因為第一光學圖案與第二光學圖案之間的距離不同。此外，如第11圖的(a)部分所示，隨著主體10越靠近障礙物，第一光學圖案被顯示在高於參考位置的位置處。然而，如第11圖之(b)部分所示，在位於較高位置的障礙物的情況下，雖然主體10靠近障礙物移動一預定距離，但是在參考位置ref1處顯示第一光學圖案P1，並且改變了第二光學圖案P2的位置，使得障礙物資訊獲取器220可以區分障礙物的類型。
如第11圖的(c)部分所示，在障礙物是床或衣櫃的角落的情況下，第一圖案化光P1發射到地板為水平線；並且第二圖案光P2發射到障礙物的角落，其一部分被顯示為水平線，以及剩餘部分入射到障礙物上且以斜線表示。當主體10進一步遠離障礙物時，第二光學圖案被顯示在較高部分處，使得當第二圖案化光P2入射到障礙物的側邊時，第二光學圖案被顯示為彎曲到上側的斜線，該上側的斜線超過發射到前面部分的情況下顯示的水平線。
如第11圖的(d)部分所示，在主體10靠近牆壁的角落移動超過一預定距離的情況下，第一圖案化光P1的部分在高於參考位置的位置處被顯示為水平線；第一圖案化光P1的部分發射到角落的一側，並且被顯示為向下側彎曲的斜線；以及相對於地板，第一圖案化光P1被顯示為水平線。如第 11圖的(c)部分所示，第二圖案化光被顯示為水平線，並且發射到角落側的第二圖案化光P2的部分被顯示為彎曲到上部的斜線。
此外，如第11圖的(e)部分所示，相對於從牆壁的表面突出的障礙物，第一光學圖案在參考位置ref1處被顯示為水平線；並且在突出表面上發射的第二光學圖案P2的部分被顯示為水平線，而向突出表面側發射的另一部分被顯示為向上側彎曲的斜線，以及發射到牆壁的表面的其餘部分被顯示為水平線。以這種方式，基於第一圖案化光和第二圖案光的位置和形狀，障礙物資訊獲取器220可以確定障礙物的位置、形狀和、大小(高度)。
第12圖係說明在第1B圖中所示之圖案化光的圖。在第12圖中，(a)部分說明了在獲取的影像上顯示的第一光學圖案P1，這是在參考位置ref1處偵測到水平線Ph的情況。如第12圖的(b)部分所示，在第二光學圖案P2於所獲取的圖像上顯示位於參考位置ref1上方距離△g的情況下，第二圖案發射單元130的垂直發射角度小於預定值θr，使得期望調整第二圖案發射單元130的垂直發射角。然而，如果距離△g在預定的誤差範圍內，則距離△g可以存儲在資料儲存器中，然後可以稍後使用從獲取的影像上顯示的第二光學圖案P2的位置到障礙物的距離，其中透過使用距離△g來補償第二光學圖案P2的位置可以更精確地獲得距離。
第13圖係說明根據在第1B圖中所示之行動機器人的位置變化而獲取的影像的圖；在第13圖中，(a)部分說明在行動機器人處於位置1的情況下獲取的影像，並且障礙物1在可行動機器人的前方；(b)部分說明在行動機器人的位置變更為位置2的情況下所取得的影像。在存在障礙物OB1(例如床)的要清掃的區域中，空間A形成在障礙物OB1與地板之間，該空間A可以被識別出，並且空間A的高度可望被識別，使得是否通過或繞過障礙物OB1得以被確定。
例如，如第13圖的(a)部分所示，在替代性第一圖案化光P11入射到空間A的地板上，且替代性第二圖案化光P12入射到位於空間A上的結構體(例如支撐床墊的框架)的情況下，包含在控制器200中的障礙物資訊獲取器220可以識別在替代性第一圖案化光P11入射的部分之上方存在障礙物，特別是，可以基於在所獲取影像上顯示的替代性第二光學圖案P12的位置來確 定從行動機器人1到障礙物OB1的距離。此外，第二圖案發射單元130的垂直發射角度是恆定的，使得基於從行動機器人1到障礙物OB1的距離，障礙物資訊獲取器220可以確定要被清潔的區域的地板到第二圖案化光P2入射的部分的高度。因此，基於這些類型的資訊，障礙物資訊獲取器220可以確定空間A的高度。回應確定空間A的高度小於主體10的高度，行進控制單元230可以控制行進驅動單元300，使得主體10可以繞過障礙物OB1；相反地，回應確定空間A的高度大於主體10的高度，行進控制單元230可以控制行進驅動單元300，使得主體10可以進入或穿過空間A。
如第13圖的(b)部分所示，在替代性第一圖案化光的垂直線PV延伸到牆壁的情況下，水平線PH入射到地板上，並且替代性第二圖案化光P12部分地入射在障礙物OB1上，使得第二圖案光P2的部分入射到障礙物OB1上，其他部分入射在牆壁上，如果沒有第二圖案發射單元，則僅基於所獲取影像上顯示的替代性第一光學圖案P11來獲得障礙物資訊。在這種情況下，只能識別出行動機器人前面有牆壁的事實。然而，如例示性實施例所示，提供第二圖案發射單元130，從而進一步識別在行動機器人1與牆壁之間存在障礙物OB1。特別是，基於包括水平線PH之替代性第二圖案化光P12，障礙物OB1可以在水平方向上的較寬區域上偵測，從而能夠偵測位於不在替代性第一圖案化光P11的垂直線PV能到達的區域內的障礙物OB1。
第14圖係說明發射到在第1B圖中所示之行動機器人的障礙物上的圖案化光的獲取影像的圖。參考第14圖，根據例示性實施例的行動機器人1除了基於替代性第一圖案化光P11識別的障礙物資訊之外，還可以基於替代性第二圖案化光P12來特定地識別障礙物的立體形狀。例如，障礙物OB2的實際高度對於行動機器人1在行進時要穿越而言是太高了，但是在行動機器人1的當前位置，替代性第一光學圖案P11入射到障礙物的下部。在這種情況下，如果沒有第二圖案發射單元13，行進控制單元230確定主體10可以越過障礙物OB2，並且首先控制主體10朝向障礙物OB2行進；並且當主體10靠近障礙物OB2移動時，替代性第二光學圖案P12的位置在所獲取影像上逐漸增加，使得當確定障礙物OB2的高度處於比主體10可能穿越的高度更高的高度 時，行進控制單元230控制行進驅動單元300，使得主體10可以繞過障礙物OB2。
相反地，如在例示性實施例中，提供第二圖案發射單元130，並且替代性第二圖案化光P12在行動機器人1的當前位置入射到障礙物OB2上，使得障礙物OB2可以預先被識別，並且還可以進一步最佳化行進路徑。
障礙物資訊獲取器220可以基於在所獲取影像上顯示的垂直線PV的長度來識別位於行動機器人1前面的懸崖。在移動式機器人1前面有懸崖(例如樓梯)的情況下，水平線的前端可以延伸到懸崖下方的一部分，並且發射到懸崖下方的部分不會顯示在所獲取影像上，使得顯示在所獲取的圖像上的垂直線PV的長度減小。因此，在垂直線PV的長度減小的情況下，障礙物資訊獲取器220可以確定在行動機器人1的前方存在懸崖，並且基於該確定，行進控制單元230可以控制行駛驅動單元300，使得行動機器人1可以沿著不通向懸崖的路徑行進。此外，在水平線PH(P13~P15)的一部分不在獲取影像上顯示的情況下，障礙物資訊獲取器220可以確定主體的左側或右側有懸崖。
第15圖係說明根據本發明例示性實施例之行動機器人的卡住狀態的圖。如第15圖所示，移動式機器人1在進行清潔或行進的同時可進入存在複數個障礙物01~04的區域。例如，當行動機器人1進入椅子或桌子的腳圍繞或者被放置在地板上的障礙物圍繞的區域(例如椅子下面或桌子下面的區域)，且具有等於或小於預定尺寸的大小時，由於這種附近的障礙物，行動機器人1可能不會行進，這導致卡住狀態。
行動機器人1發射光學圖案P1以及分析由障礙物偵測單元100輸入的獲取影像的圖案；並且基於該分析，行動機器人1確定障礙物的存在和位置，並且在行進時繞過障礙物。在複數個障礙物在尺寸等於或小於預定尺寸的區域中彼此相鄰的情況下，行動機器人1儘管繞過一個障礙物卻遇到另一個障礙物，使得當行動機器人1延長時間停留在該區域之同時，需要重複地偵測和繞過障礙物時，對行動機器人1而言要繞過所有障礙物是困難的。
在行動機器人1由於複數個障礙物在預定距離內重複而不能行進的情況下，控制器200確定行動機器人1處於卡住狀態(即，行動機器人1已經在特定區域超過特定時間長度和/或已經在特定區域內執行超過迴避移動 的臨界數)，並且設定一脫離模式。然後，基於附近障礙物的資訊，控制器200設定脫離路徑，使得行動機器人1可以從特定區域脫離。
第16圖係說明由行動機器人執行脫離操作以從第15圖中所示之卡住狀態中脫離的圖。如第16圖的(a)部分所示，行動機器人1透過識別獲取影像的光學圖案來偵測障礙物，並且首先確定在行進時是否能繞過偵測到的障礙物。在不可能行進的情況下，移動式機器人1如第16圖的(b)部分所示，以預定的距離旋轉以繞過障礙物。在旋轉時，行動機器人1偵測另一個障礙物並再次確定是否能行進。在預定距離的旋轉期間，行動機器人1分析所獲取影像的圖案，且獲取並儲存關於附近障礙物的資訊。
在重複上述過程時，如果行動機器人1處於可行動機器人1被複數個障礙物包圍並且因此可能無法行進的卡住狀態，則行動機器人1首先確定其是否為卡住狀態，並設定一脫離模式。控制器200設定脫離模式，且分析關於附近的障礙物和所獲取影像的圖案的預儲存資訊。然後，控制器200確定是否存在可移動或可通行的路徑，並將該路徑設定為脫離路徑。在脫離模式中，控制器200基於障礙物之間的空間的大小，透過確定是否可能移動或穿過來設定脫離路徑。
第17圖係說明由行動機器人執行操作以當行動機器人處於第15圖所示之卡住狀態時確定是否可以通過的圖。如第17圖的(a)部分所示，在行動機器人1的脫離模式中，第一圖案發射單元120和第二圖案發射單元130向行動機器人1的前方發射圖案化光P1和圖案化光P2；並且影像獲取單元140拍攝且獲取發射到障礙物的圖案化光P1和圖案化光P2的影像。
圖案偵測單元210分析所獲取影像並提取發射到障礙物的光學圖案。障礙物資訊獲取器220分析光學圖案並且獲得關於障礙物的資訊，例如障礙物的大小和形狀等。基於所獲得的障礙物資訊，行進控制單元230確定是否能行進或通過，並且設定脫離模式，使得行動機器人1可以繞過或通過障礙物。
在第17圖的(b)部分所示的光學圖案P1被顯示的情況下，其中光學圖案P1不在參考位置ref1顯示且呈斜線形狀，障礙物資訊獲取器220確定在行動機器人1附近存在障礙物。由於光學圖案P1的兩端位於參考位置 ref1上方，其中心部分在參考位置ref1處，障礙物資訊獲取器220可以確定障礙物位於行動機器人1前方的左側和右側。
此外，由於光學圖案P1的一部分被顯示在參考位置ref1處，障礙物資訊獲取器220確定位於左側的障礙物與位於右側的障礙物之間存在空間。在這種情況下，障礙物資訊獲取器220基於在參考位置ref1顯示的模式的長度來確定障礙物之間的空間的寬度。
障礙物資訊獲取器220可以透過使用關於與單位長度(例如，1mm)相對應的空間的實際大小(長度)的資料來轉換光學圖案的長度來確定空間的寬度。障礙物資訊獲取器220計算顯示在光學圖案中參考位置處的圖案長度D1(以下稱為直線圖案)，並將計算出的長度D1輸入到行進控制單元230。
行進控制單元230比較來自障礙物資訊獲取器220的圖案輸入的長度(即顯示在所獲取影像的光學圖案中參考位置處的光學圖案的部分(直線圖案)的長度)與設定長度，以確定行動機器人1是否可以進入或行進。設定長度是用於確定寬度是否寬到足以讓行動機器人1穿過的參考值，並且基於主體移動所需的最小寬度來設定。設定長度基於行動機器人1的大小來確定，並且以對應於比行動機器人1的寬度高的值來設定。在這種情況下，根據確定方法，設定長度可以是透過將實際長度轉換為光學圖案的長度而獲得的值，並且可以是在某些情況下對應於障礙物之間的實際長度的值。
在直線圖案的長度小於設定長度的情況下，行進控制單元230確定行動機器人1可能不進入該空間，而在直線圖案的長度比設定長度大的情況下，行進控制單元230確定行動機器人1可能進入該空間。如果確定回應直線圖案的長度小於設定長度，行動機器人1可能不進入空間，則行進控制單元230搜索新路徑以繞過行動機器人前方的障礙物。因此，行進控制單元230控制行動機器人1以預定角度旋轉，並且搜索另一障礙物或新路徑。
在脫離模式中，如果行動機器人1被設定在快速清潔模式中，並且存在行動機器人1可能經過的路徑，則行進控制單元230控制行進驅動單元300以立即通過該路徑(即，不分析該路徑內的其他障礙)。即使當確定行動機器人1處於卡住狀態時，可能存在行動機器人1已經通過的路徑，或者可能 存在新的路徑，使得行進控制單元230可以設定行動機器人1可以穿過的路徑，作為脫離路徑，並嘗試脫離。
當設定脫離模式時，行進控制單元230初始化現有的障礙物資訊，並且可以新搜索障礙物。如果重複地偵測到新的障礙物，並且已經嘗試繞過偵測到的障礙物，但是行動機器人1未能正常地移動，則行進控制單元230確定行動機器人1處於卡住狀態。在這種情況下，行進控制單元230使用現有的障礙物資訊來判定行動機器人1不能從卡住狀態脫離，並且對現有資訊進行初始化，然後偵測新的障礙物。在脫離模式中，如果將行動機器人1設定為預設模式，則行進控制單元230產生附近的障礙物的周邊區域的地圖，並且基於產生的地圖來搜索可移動路徑，以設定該路徑作為脫離路徑。
第18圖係說明由行動機器人執行操作以當行動機器人處於如第15圖所示之卡住狀態時確定是障礙物的圖。如第18圖的(a)部分所示，如果在行動機器人1旋轉或行進以搜索新路徑時出現新的障礙物，則由圖案發射單元發射的圖案化光入射到障礙物上，並且在所獲取影像上顯示光學圖案。
在行動機器人1朝向障礙物的角落移動的情況下，顯示光學圖案P1，其中心部分為三角形，並且左右部分以直線形狀顯示在參考位置ref1，如第18圖的(b)部分所示。基於光學圖案P1，障礙物資訊獲取器220可以確定在可行動機器人1的前方存在障礙物(拐角)，並且在其左側或右側沒有障礙物。因此，行進控制單元230可以向左或向右轉動以搜索新路徑。
在這種情況下，障礙物資訊獲取器220可以計算顯示在光學圖案的參考位置處的每個直線圖案的長度，並且可以將所計算的長度輸入到行進控制單元230。基於直線圖案的長度D2a和D2b，行進控制單元230可以確定行動機器人1是否可以通過，並且可以設定為向左或向右轉動。取決行動機器人1的位置或角度，左右直線圖案的長度可以不同，使得即使在旋轉或行進之後，也需要連續偵測障礙物來設定行進方向。在偵測到新的障礙物的情況下，障礙物資訊獲取器220儲存關於新的障礙物的資訊，並將該資訊輸入到行進控制單元230。回應新的障礙物，行進控制單元230變更脫離路徑。
行進控制單元230計算由於新的障礙物在預定距離內脫離路徑改變的次數，並且儲存次數。在預定距離內連續偵測障礙物的情況下，行進控 制單元230將脫離路徑改變的次數與預定數量進行比較，並且確定行動機器人1是否完全脫離。
然後，在行進超過預定距離之後偵測到新的障礙物的情況下，行進控制單元230重新設定並重新計算脫離路徑改變的次數。也就是說，行進控制單元230對行動機器人1在預定距離內沿著預定的脫離路徑行進時，重複改變脫離路徑的次數進行計數；以及在行動機器人1行進超過預定距離的情況下，行進控制單元230確定行動機器人1遠離該區域移動，並且重置次數。當確定卡住狀態時，如果在具有尺寸等於或小於預定尺寸的區域中重複地偵測到障礙物，則行進控制單元230可以以與上述相同的方式設定脫離模式。
第19圖係說明由行動機器人執行操作以當行動機器人處於如第15圖所示之卡住狀態時設定脫離路徑的圖。如第19圖的(a)部分所示，在脫離模式中，如果在障礙物之間存在一定大小的空間，則行動機器人1確定障礙物之間的大小以確定是否行進或穿過該空間，如上面在第17圖中所進行的說明。
如第19圖的(b)部分所示，行動機器人1確定是否能根據從所獲取影像提取的光學圖案的形狀行進。當光學圖案的左側和右側以斜線形狀顯示時，障礙物資訊獲取器220確定在行動機器人1的左側和右側都存在障礙物。此外，障礙物資訊獲取器220計算中心直線圖案的長度D03，並將計算出的長度輸入到行進控制單元230。
行進控制單元230將直線圖案的長度D03與設定長度進行比較，並且在直線圖案的長度大於設定長度的情況下，行進控制單元230確定行動機器人1可以行進或通過該空間，並且控制行動機器人1行進。基於光學圖案的直線長度，如果障礙物之間的空間的寬度寬到足以使行動機器人1行進，行進控制單元230控制行進驅動單元300將路徑設定為脫離路徑，並且保持行進。
基於即使在行進時連續輸入的獲取影像的光學圖案，障礙物資訊獲取器220確定障礙物資訊。基於行進時的障礙物資訊輸入，行進控制單元230連續地判斷是否可以行進。在中央直線圖案的長度減小的情況下，行進控制單元230再次確定是否行進。在這種情況下，如果長度小於設定長度，則行進控 制單元230判斷為不可能行進，並且控制行動機器人1向後移動。取決於當前空間的大小，如果可以旋轉，行進控制單元230控制行動機器人1旋轉以從障礙物中脫離，並且搜索新的路徑。在直線圖案的長度保持或增加的情況下，行進控制單元230保持當前路徑。
第20圖係說明由行動機器人執行操作以從第15圖所示之卡住狀態中脫離的圖。如第20圖的(a)部分所示，行動機器人1可以在障礙物之間的空間中行進，以從卡住狀態中脫離。如第20圖的(b)部分所示，在參考位置ref1以直線形狀顯示光學圖案的情況下，行進控制單元230判斷行動機器人1已經從卡住狀態脫離並且取消脫離模式；並且根據現有的設定，行進控制單元230控制行動機器人1執行清潔或行進到特定的指定點。此外，如果需要充電，行進控制單元230可以返回到充電站。
行進控制單元230儲存與卡住狀態相關聯的障礙物資訊以及與障礙物資訊相對應的脫離路徑，使得如果相同的障礙物導致卡住狀態，則行進控制單元230基於障礙物資訊，判斷卡住狀態是否因相同的障礙物引起，並且嘗試透過沿著對應於障礙物儲存的脫離路徑行進脫離。如果偵測到未儲存之新的障礙物，則行進控制單元230更新障礙物資訊，並且可以設定與障礙物資訊對應的脫離路徑。
第21圖係說明由行動機器人執行操作以當行動機器人處於如第15圖所示之卡住狀態時獲取周圍區域的資訊的圖。在回應於行動機器人1處於卡住狀態的判斷來設定脫離模式的情況下，行動機器人1在當前位置旋轉一次以偵測如第21圖所示之附近障礙物。如果不能在當前位置旋轉，行動機器人1移動一預定距離，並旋轉一次。
在行進控制單元230重複地偵測障礙物的情況下，行進控制單元230確定行動機器人1處於卡住狀態，並且刪除及初始化預先儲存的障礙物資訊。例如，由於可能存在行動機器人1重複接近相同障礙物的情況，或存在移動障礙物的情況，所以行進控制單元230對周圍區域的障礙物資訊進行初始化。
在這種情況下，行進控制單元230初始化障礙物資訊，該障礙物資訊係關於位於距離行動機器人1的預定距離內的障礙物，同時保持關於已被 清潔之區域的資訊。行進控制單元230控制行進驅動單元300，使得行動機器人1旋轉一次。
如第21圖所示，在第一障礙物01到第四障礙物04的行動機器人1旋轉一次S1的情況下，在第17圖的(b)部分、第18圖的(b)部分、以及第19圖的(b)部分上面顯示的圖案為連續且重複顯示。障礙物資訊獲取器220分析從障礙物偵測單元100輸入之獲取影像中提取的光學圖案，並且從行動機器人1提取關於位於預定距離內的障礙物的資訊。
第22圖係說明當行動機器人處於如第15圖所示之卡住狀態時由行動機器人產生的周邊區域的地圖的圖。如第22圖所示，障礙物資訊獲取器220透過使用基於光學圖案確定的障礙物的資訊來產生周圍區域的地圖。
障礙物資訊獲取器220分析從障礙物偵測單元100輸入之所獲取影像中提取的光學圖案，並且基於分析的光學圖案，確定位於周圍區域中的障礙物的位置和形狀。障礙物資訊獲取器220將光學圖案顯示的位置與參考位置ref1進行比較，以確定到障礙物的距離；並且基於光學圖案的形狀(例如斜線形狀)，障礙物資訊獲取器220可以確定在行動機器人1的左側或右側存在障礙物，並且基於三角形光學圖案的形狀，障礙物資訊獲取器220可以確定方形的角。
此外，不僅基於第一圖案化光，而且基於第二圖案化光，障礙物資訊獲取器220可以偵測位於高位置處的障礙物，並且可以確定障礙物的高度。除了障礙物的位置和形狀之外，障礙物資訊獲取器220基於如上所描述的在參考位置處顯示的直線圖案的長度來確定障礙物之間的寬度D11至D14，即障礙物之間的空間大小。在產生周圍區域的地圖時，行進控制單元230基於產生的周邊區域的地圖，設定透過繞過障礙物而從卡住狀態中脫離的脫離路徑。基於障礙物之間的空間大小，行進控制單元230判斷行動機器人1是否可以行進，並設定脫離路徑。在空間的寬度寬到足以讓行動機器人1行進的情況下，行進控制單元230設定脫離路徑，使得行動機器人1可以沿著路徑行進。在這種情況下，行進控制單元230設定旋轉角度等，以控制行動機器人1移動到該位置。
例如，在行動機器人1被第一障礙物01至第四障礙物04包圍而處於卡住狀態的情況下，第一障礙物01與第四障礙物04之間的寬度D14寬到足以讓行動機器人1行進，使得行駛控制單元230可以設定脫離路徑，使得行動機器人1可以通過第一障礙物01與第四障礙物04之間的空間脫離。
在設定脫離路徑時，行進控制單元230控制行進驅動單元300沿著脫離路徑行進。在沿著脫離路徑行進時偵測到新的障礙物的情況下，行進控制單元230基於障礙物資訊獲取器220偵測到的障礙物的資訊來改變脫離路徑，並且控制行進驅動單元300沿著所改變的脫離路徑移動。
第23圖係根據本發明例示性實施例之行動機器人的一模式的脫離方法的圖。如第23圖的(a)部分所示，行動機器人1移動通過第一障礙物01與第四障礙物04之間的空間而脫離，設定走直線方向，並且旋轉以向S10方向行進。
當與第一障礙物01和第四障礙物04的側面平行地行進時，行動機器人1走直脫離。此外，如第23圖的(b)部分所示，在行動機器人1於行動機器人1與障礙物之間形成的預定角度在第一障礙物01與第四障礙物04之間行進的情況下，在進入第一障礙物01與第四障礙物04之間的空間之前，光學圖案的直線圖案的長度長到足以讓行動機器人1行進，使得行動機器人1向S11繼續行進。如第23圖的(b)部分所示，如果行動機器人1靠近第四障礙物04，則行動機器人1改變脫離路徑，以預定角度旋轉以繞過第四障礙物04，並且再次走直以從S13中的卡住狀態脫離。
第24圖係說明根據本發明例示性實施例之控制行動機器人從卡住狀態脫離的方法的流程圖。如第24圖所示，當行動機器人1在S310中行進時，障礙物偵測單元100發射第一圖案化光和第二圖案化光，並且影像獲取單元140拍攝且獲取所發射的圖案化光，並且在S320中輸入所獲取影像。
圖案偵測單元210從所獲取影像中提取光學圖案，並且障礙物資訊獲取器220分析所提取的光學圖案以確定關於障礙物的位置、形狀、和大小中的至少一者的資訊。如果沒有偵測到障礙物，則行進控制單元230沿著預定路徑保持行進。相反地，如果在S330中偵測到障礙物，則障礙物資訊獲取器 220將障礙物資訊輸入到行進控制單元230；以及在S340中，行進控制單元230控制行進驅動單元300在行進時改變行進路徑以繞過障礙物。
在行進時繞過障礙物之後，如果障礙物資訊獲取器220偵測到新的障礙物，則行進控制單元230將繞行和偵測障礙物的次數n與參考次數進行比較；以及回應次數n小於參考次數，行進控制單元230在S340中繞過障礙物，並且回應於次數n大於參考次數，行進控制單元230在S370中確定行動機器人1處於卡住狀態。行駛控制單元230在S380中設定脫離模式，並根據行動機器人1的當前模式設定脫離路徑。
如果在行動機器人1處於快速清潔模式時設定脫離模式，則行駛控制單元230在S400中分析所獲取影像的光學圖案；以及如果存在行動機器人1可以進入或行進的路徑，則行進控制單元230在S410中控制行動機器人1沿著路徑行進。相反地，如果行動機器人1不是處於快速清潔模式，則行進控制單元230在S420中產生周圍區域的地圖，並且在S430中基於產生的地圖中包含的障礙物的資訊來設定脫離路徑。
行進控制單元230根據每種模式控制行進，並且基於光學圖案，在S440中確定行動機器人1是否已經成功脫離。如果行動機器人1完全脫離，則行進控制單元230在S450中取消脫離模式。在這種情況下，如果光學圖案在參考位置處以直線形狀顯示，則行進控制單元230可以確定行動機器人1已經成功地脫離到附近無障礙物的區域。
相反地，如果行動機器人1不能脫離，例如遇到新的障礙物，則行進控制單元230確定行動機器人1沒有完全脫離，並且計數脫離次數。在S460中，回應脫離次數小於預定次數m，行進控制單元230在操作S390至S460中重複每種模式的脫離嘗試。回應脫離次數大於預定次數m，行進控制單元230確定不可能脫離，以及在S470中輸出錯誤。在這種情況下，行進控制單元230可以輸出預定的警告聲音或音效聲音，以向使用者通知行動機器人1的位置。
第25圖係說明在預設模式下控制行動機器人從卡住狀態中脫離的方法的流程圖。如第25圖所示，在確定行動機器人1處於卡住狀態時，在S510中設定脫離模式。在S520中，在清掃和行進的行動機器人1的模式為預設模式的情況下，行進控制單元230對位於預定距離內的障礙物的預先儲存的 資訊進行初始化。在確定卡住狀態的過程中，在障礙物偵測處理期間可能存在錯誤地偵測到的障礙物，並且可以多次偵測相同的障礙物，使得需要刪除預先儲存的障礙物資訊以偵測新的障礙物。
在S540中，如果行動機器人1可以在當前位置旋轉，則行進控制單元230控制行進驅動單元300，使得行動機器人1可以在當前位置旋轉一次。相反地，如果行動機器人1可能不在當前位置旋轉，則行進控制單元230控制行進驅動單元300，使得行動機器人1可以向前或向後移動以旋轉一次。當行動機器人1旋轉一次時，障礙物偵測單元100發射圖案化光，並將圖案化光的獲取影像輸入到圖案偵測單元210。在S550中，圖案偵測單元210從獲取影像中提取光學圖案。障礙物資訊獲取器220分析光學圖案，並且基於該光學圖案的形狀、位置、和長度，提取位於距離行動機器人1的預定距離內的障礙物的資訊。
如上所述，障礙物資訊獲取器220將光學圖案與參考位置進行比較以確定障礙物的位置，基於光學圖案的形狀確定障礙物的形狀或大小，並且基於在參考位置處顯示的直線圖案的長度(直線圖案)，確定障礙物之間的空間的大小(長度)。
隨後，障礙物資訊獲取器220在S560中產生周圍區域的地圖，其包括位於距離行動機器人1的預定距離內的障礙物的資訊。所產生的周圍區域的地圖被儲存在資料單元中。基於所產生的周邊區域的地圖，行進控制單元230確定行動機器人1可以行進的位置，以及在S570中相應地設定脫離路徑。
在S580中，在設定脫離路徑時，行進控制單元230控制行進驅動單元300沿著脫離路徑行進，並且行進驅動單元300操作，使得行動機器人1在脫離方向上以預定角度旋轉；以及在S590中，沿著脫離路徑行進。障礙物資訊獲取器220連續分析所獲取影像的光學圖案以偵測障礙物，並且將障礙物資訊輸入到行進控制單元230。在S600中，在光學圖案以在參考位置的直線形狀顯示的情況下，障礙物資訊獲取器220確定附近沒有障礙物，並且將資訊輸入到行進控制單元230。基於從障礙物資訊獲取器230輸入的資訊，行進控制單元230確定行動機器人1是否完全脫離。
在偵測到新的障礙物的情況下，行進控制單元230控制行動機器人1再次獲得關於附近障礙物的資訊，並且基於該資訊，可以在操作S530至S590中建立新的路徑。在預定距離內附近沒有障礙物的情況下，行進控制單元230確定行動機器人1已完全脫離，並且在S610中取消脫離模式。行進控制單元230控制行進驅動單元300，使得行動機器人1可以根據預定行進或清潔模式進行操作。
第26圖係說明在快速清潔模式中控制行動機器人從卡住狀態中脫離的方法的流程圖。如第26圖所示，回應行動機器人1處於卡住狀態的判定，在S650中設定脫離模式。在S660中，用於清除和行進的行動機器人1的模式是預設模式的情況下，行進控制單元230初始化包括位於預定距離內的障礙物的資訊的資料。
障礙物偵測單元100發射圖案化的光，並將該圖案化光的獲取影像輸入到圖案偵測單元210。該圖案偵測單元210從所獲取影像中提取光學圖案。在S680中，障礙物資訊獲取器220分析光學圖案，並且基於光學圖案的形狀、位置、和長度，提取位於距離行動機器人1的預定距離內的障礙物的資訊。
如上所述，障礙物資訊獲取器220將光學圖案與參考位置進行比較以確定障礙物的位置，基於光學圖案的形狀確定障礙物的形狀或大小，以及基於顯示在參考位置的直線圖案的長度(直線圖案)，確定障礙物之間的空間的大小(長度)。在S680中，行進控制單元230將直線圖案的長度與設定長度進行比較，以確定行動機器人1是否可以行進或進入。
如果確定行動機器人1回應直線圖案的長度小於設定長度而可能不會行進或進入，則行進控制單元230控制行進驅動單元300，使得行動機器人1的行進方向可能在S690中改變。相反地，如果確定行動機器人1回應直線圖案的長度大於設定長度而可能行進或進入，則行進控制單元230可以控制行進驅動單元300，使得行動機器人1可以在可通過或可移動的區域中行進，並且行進驅動單元300操作，使得行動機器人1可以行進到S700中的區域。
當行動機器人1行進時，障礙物偵測單元100連續地發射圖案化光且輸入圖案化光的獲取圖像；以及障礙物資訊獲取器220分析光學圖案以偵 測障礙物。在S710中偵測到新的障礙物時，行進控制單元230在S730中判斷偵測障礙物的次數是否等於或大於預定次數m。回應偵測到障礙物的次數小於預定次數m，行進控制單元230在S690中改變行進方向，並且控制行動機器人1沿著可移動路徑在改變的方向上行進。
相反地，回應在脫離模式中建立路徑之後偵測到新的障礙物的次數大於預定次數m時，行進控制單元230確定行動機器人1未能脫離，並在S740中輸出錯誤。這是在設定到可移動區域的路徑的情況下，行進控制單元230連續地偵測行進方向上的障礙物，其中行動機器人1遇到障礙物超過預定次數，從而改變行進方向(路徑改變)，使得行進控制單元230確定行動機器人1未能脫離。
此外，在設定路徑時，行進控制單元230在S720中確定行動機器人1未在預定距離內完全脫離，並且控制行動機器人1在S700中重複行進到可移動路徑。在預定次數內行進預定的距離後，如果在附近沒有偵測到障礙物的情況下，則行進控制單元230確定在S720中行動機器人1成功地脫離，並且在S750中取消脫離模式。
行進控制單元230控制行進驅動單元300，使得行動機器人1可以根據預定行進或清潔模式進行操作。此外，如果需要充電，行進控制單元230可以返回到充電站。
如上所述，行動機器人1可以在行進時透過使用光學圖案來偵測障礙物；並且基於光學圖案，行動機器人1可以在處於卡住狀態的同時偵測附近的障礙物，設定可移動或可通過的路徑作為脫離路徑，並且沿著脫離路徑行進以從卡住狀態中脫離。
儘管本發明已經參照所附圖式描述，但是本發明僅僅是對本發明的較佳實施例說明，並不意圖限制本發明。此外，對於本領域技術人員顯而易見的是，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可以進行各種修改和變化。
在本說明書中對“一個實施例”、“一實施例”、“例示性實施例”等的任何參考意味著結合實施例描述的特定特徵、結構、或特性包括在至少一個本發明之實施例中。這些用詞在說明書中的不同地方的出現並不一定都是指相同的實施例。此外，當結合任何實施例描述特定特徵、結構、或特性時，認為 在本領域技術人員的權限範圍內實現與其他方面相關的特徵、結構、或特性實施例。
雖然實施例已經參考其多個說明性實施例描述，但是應當理解，本領域技術人員可以設計落入本發明的原理的精神和範圍內的許多其它修改和實施例。更具體地，在本發明、附圖、和所附申請專利範圍的範圍內，各個組件和/或主題組合佈置的各種變型和修改是可能的。除了組件和/或佈置的變化和修改之外，替代使用對於本領域技術人員來說也是顯而易見的。
本申請案主張在韓國智慧產權局於2016年5月17日提交的韓國專利申請第10-2016-0060444號和2016年10月27日提交的韓國專利申請第10-2016-0141106號的優先權益，其揭露內容透過引用併入本文。
100‧‧‧障礙物偵測單元
120‧‧‧第一圖案發射單元
130‧‧‧第二圖案發射單元
140‧‧‧影像獲取單元
200‧‧‧控制器
210‧‧‧圖案偵測單元
220‧‧‧障礙物資訊獲取器
230‧‧‧控制單元
240‧‧‧資料單元
300‧‧‧行進驅動單元
310‧‧‧清潔單元

Claims (14)

  1. 一種行動機器人，包括：一主體，被配置以在待清潔的區域中行進，且向該區域的地板提供吸力；一相機，設置在該主體的一前部上，且被配置以拍攝面向該主體之該前部的一規定區域的影像；一第一光源，設置在該主體的該前部上，且被配置以向該規定區域的一第一子區域向下發射一第一圖案化光；一第二光源，設置在該主體的該前部上且位於該第一光源的下方，該第二光源被配置以向該規定區域的一第二子區域發射一第二圖案化光，該第二子區域在該第一子區域上方；以及一控制器，被配置以：識別第一光學圖案，該第一光學圖案對應於該相機所拍攝的影像中的該第一圖案化光，基於該影像中之該第一光學圖案的形狀或該第一光學圖案的位置中至少一者偵測一障礙物，以及使該主體相對於該障礙物移動，其中，該控制器在使該主體相對於該障礙物移動時進一步被配置以：當該行動機器人位於該區域中達到至少一臨界時間時，確定該行動機器人被卡在具有複數個障礙物的區域中，該等障礙物包括該偵測到的障礙物和一個或多個額外障礙物，基於確定該行動機器人被卡在該區域中，偵測該區域中之該等障礙物的屬性，基於該等障礙物的屬性，產生該區域的地圖，基於該區域中之該等障礙物的屬性，分析該地圖以識別通過該區域的路線，作為一脫離路徑，其中該主體可以在該路線內移動，以及控制該主體沿著該脫離路徑行進，其中，該相機設置在該第一光源和該第二光源的下方，其中，該區域中之該等障礙物的屬性包括：該等障礙物之間的相應距離、和一給定位置、以及該等障礙物的一個或多個側邊緣的位置， 其中，該控制器進一步被配置以：基於該等障礙物的該等側邊緣的位置確定該等障礙物之間的空間的大小，其中，該控制器進一步被配置以：偵測一第二光學圖案，該第二光學圖案對應於該相機所拍攝的該影像中的該第二圖案化光，其中該控制器進一步基於該影像中之該第二光學圖案的形狀或該第二光學圖案的位置中的至少一者偵測該障礙物，其中，該控制器進一步被配置以在該主體移動通過該脫離路徑之同時，偵測到另一個障礙物時，改變該脫離路徑，其中，該控制器進一步被配置以：計算該脫離路徑改變的次數，當該主體到達一預定距離內沒有障礙物的區域時、以及當該脫離路徑改變的次數小於一臨界值時，確定該主體已經脫離該區域，以及在到達沒有障礙物的該區域前，當該脫離路徑改變的次數等於或大於該臨界值時，輸出一錯誤信息。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的行動機器人，其中，該控制器在識別該脫離路徑時進一步被配置以：基於該區域中之該等障礙物的其中一者的高度，確定該主體是否可以超越該障礙物，以及當該主體能夠超越該障礙物時，包括該區域中之該等障礙物的其中一者在該脫離路徑中。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的行動機器人，其中，該控制器進一步被配置以：當該行動機器人在該主體的移動改變至少一預定次數之後，停留在該區域中時，確定該行動機器人被卡在該區域中。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的行動機器人，其中，該控制器在識別該脫離路徑時進一步被配置以：識別與該主體相鄰的兩個障礙物；識別該兩個障礙物之間的空間；基於該兩個障礙物的屬性確定該主體是否可以在該兩個障礙物之間的空間內移動， 當該主體可以在該空間內移動時，將該空間包括在該脫離路徑中。
  5. 根據申請專利範圍第4項所述的行動機器人，其中，該控制器在識別該脫離路徑時進一步被配置以：當該主體不能在該兩個障礙物之間的空間內移動時，識別與該主體相鄰的另一對障礙物；識別該另一對障礙物之間的另一個空間；基於該另一對障礙物的屬性，確定該主體是否可以在該另一對障礙物之間的該另一個空間內移動；以及當該主體可以在該另一個空間內移動時，將該另一個空間包括在該脫離路徑中。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述的行動機器人，其中，該控制器在偵測到該區域中的該等障礙物的屬性時進一步被配置以：使該主體在一給定位置旋轉，使用該相機在該旋轉期間拍攝另一影像，識別在該相機所拍攝的另一影像中的另一第一光學圖案，該另一第一光學圖案對應於該第一圖案化光，以及基於該另一影像中的該另一第一光學圖案的形狀或該另一第一光學圖案的位置中的至少一者偵測該等障礙物的屬性。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述的行動機器人，其中，該第一圖案化光包括一水平部分，以及其中該控制器進一步被配置以；基於對應於該第一圖案化光的該水平部分的該第一光學圖案的一部分的形狀或長度，確定該等障礙物的其中一者的位置、大小或形狀的至少其中之一。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述的行動機器人，其中，在所拍攝的該影像中的一參考位置與相距該主體的一給定距離相關聯，以及其中該控制器在確定該等障礙物的該其中一者的位置、大小或形狀的該至少其中之一時，進一步被配置以：當該第一光學圖案的該部分位於該影像中的該參考位置上方時，確定該等障礙物的該其中一者位於比相距該主體的該給定距離更近的位置。
  9. 根據申請專利範圍第7項所述的行動機器人，其中，該控制器在確定該等障礙物的該其中一者的位置、大小、或形狀中的該至少一者時，進一步被配置以：基於該第一光學圖案的該部分中的彎曲識別該障礙物的一側邊緣的位置，並且識別與該側邊緣相鄰的空間。
  10. 根據申請專利範圍第7項所述的行動機器人，其中，該控制器進一步被配置以：當該第一光學圖案的該部分位於該影像中的該參考位置時，確定一障礙物不位於該給定距離內。
  11. 根據申請專利範圍第10項所述的行動機器人，其中，該控制器在識別該脫離路徑時進一步被配置以：基於確定該第一光學圖案的該部分位於該影像中的該參考位置，將在該主體前面的空間包括在該脫離路徑中。
  12. 根據申請專利範圍第11項所述的行動機器人，其中，該控制器進一步被配置以：識別與該空間相關聯的該影像的一部分的一特定長度對於該主體足夠寬，以及基於確定在該影像中該第一光學圖案的該部分的寬度等於或大於該特定長度，將在該主體前面的該空間包括在該脫離路徑中。
  13. 根據申請專利範圍第1項所述的行動機器人，其中，該控制器進一步被配置以：當該主體移動至少一預定距離而沒有偵測到另一個障礙物時，重置該脫離路徑變為零的次數。
  14. 根據申請專利範圍第1項所述的行動機器人，其中，該控制器進一步被配置以：儲存該脫離路徑，以及當行動機器人返回到該區域時，使用該所儲存的脫離路徑。
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