TWI695180B - 機器人導引方法 - Google Patents

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Abstract

一種機器人導引方法，適用將位於一待接送位置的一待接送者帶領至一目標位置，藉由一機器人來實施。該機器人包括一殼體、一安裝該殼體前方的前雷射掃描單元、一安裝該殼體後方的後雷射掃描單元、一驅使該殼體移動的驅動單元，及一處理單元。根據該後雷射掃描單元所獲得的多筆後掃描資訊，獲得該待接送者與該機器人間的一間距，並當判定該間距不大於該第一預設距離時，根據該前雷射掃描單元所獲得的多筆前掃描資訊獲得一接送線速度及一接送角速度，產生一令該驅動單元驅動該殼體移動的移動指令，當尚未抵達該目標位置時，重新獲得該移動指令。

Description

機器人導引方法
本發明是有關於一種導引方法，特別是指一種藉由機器人導引待接送者至目的地的機器人導引方法。
現有的導引機器人，在帶領待接送者移動時，皆是以一固定的速度移動，而待接送者只能調整自身的移動速度並跟隨導引機器人直到抵達目的地，因此，當導引的過程中若發生突發狀況使待接送者停下腳步時，導引機器人不會等待待接送者而是繼續朝目的地移動，使得待接送者無法跟隨導引機器人至目的地。
有鑑於此，故如何提供一種可依據待接送者之移動狀況，調整自身移動速度，使得待接送者可以輕鬆地跟隨至目的地的導引機器人系統，即為本創作所欲解決之首要課題。
因此，本發明的目的，即在提供一種依據待接送者之移動狀況，調整自身移動速度的導引方法。
於是，本發明機器人導引方法，適用將位於一待接送位置的一待接送者帶領至一目標位置，並藉由一包含一機器人的一導引系統來實施，其中，該待接送位置與該目標位置係處於一開放式空間，該機器人包括一殼體、一安裝於該殼體並用於掃描該殼體之朝向的前方環境的前雷射掃描單元、一安裝於該殼體並用於掃描該殼體之朝向的後方環境的後雷射掃描單元、一設置於該殼體中並用於驅使該殼體在該開放式空間移動的驅動單元，以及一電連接該前掃描單元、該後掃描單元與該驅動單元的處理單元，該機器人導引方法包含一步驟(A)、一步驟(B)、一步驟(C)、一步驟(D)、一步驟(E)、一步驟(F)，以及一步驟(G)。
該步驟(A)是藉由該處理單元，根據該後雷射掃描單元當前所獲得的多筆分別對應多個不同掃描角度的後掃描資訊，獲得該待接送者與該機器人間的一間距。
該步驟(B)是藉由該處理單元，判定該間距是否大於一第一預設距離。
該步驟(C)是藉由該處理單元，當判定該間距不大於該第一預設距離時，根據該前雷射掃描單元當前所獲得的多筆分別對應多個不同掃描角度的前掃描資訊定位出該機器人當前相對於該地圖的一定位位置及一朝向，並根據該定位位置、該朝向、該目標位置，以及該地圖估算一接送線速度及一接送角速度。
該步驟(D)是藉由該處理單元，至少根據該接送線速度及該接送角速度產生並傳送一包含一組控制速度的移動指令至該驅動單元。
該步驟(E)是藉由該驅動單元，回應於該處理單元之移動指令驅動該殼體在該開放式空間移動。
該步驟(F)是藉由該處理單元，根據移動後之機器人的該前掃描單元當前所獲得的多筆分別對應多個不同掃描角度的前掃描資訊定位出該機器人當前相對於該地圖的另一定位位置，並判定該另一定位位置是否抵達該目標位置。
該步驟(G)是藉由該處理單元，當判定該另一定位位置尚未抵達該目標位置時，藉由該處理單元回到步驟(A)。
本發明之功效在於：藉由該處理單元，當判定該待接送者與該機器人間的該間距不大於該第一預設距離時，根據當下所接收之資訊獲得包含該組控制速度的該移動指令，使得該機器人根據該組移動速度將該待接送者帶領至該目標位置，藉此，達到依據待接送者之移動狀況調整自身移動速度，進而使待接送者可以輕鬆地跟隨至該目標位置。
100:導引系統
200:通訊網路
1:伺服端
11:伺服端通訊模組
12:伺服端儲存模組
13:伺服端處理模組
2:機器人
21:殼體
22:前雷射掃描單元
23:後雷射掃描單元
24:驅動單元
241:第一輪
242:第二輪
25:通訊單元
26:儲存單元
27:處理單元
3:開放式空間
31:停駐站
311:待接送位置
312:目標位置
32:待接送者
33:連線
41:障礙物
42:假想線
51~58:步驟
541~547:子步驟
61~75:步驟
611~614:子步驟
612A~612I:子步驟
651~656:子步驟
701~704:子步驟
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式 中清楚地呈現，其中：圖1是一方塊圖，說明執行本發明機器人導引方法之一導引系統的一實施例；圖2是一示意圖，說明該實施例之機器人之正面與背面；圖3是一上視示意圖，繪示一配置該實施例的開放式空間；圖4是一流程圖，說明本發明機器人導引方法的一工作排程獲得程序；圖5是一流程圖，說明該工作排程獲得程序如何獲得一目標站的細部流程；圖6及圖7是一流程圖，配合地說明本發明機器人導引方法的一導引程序。圖8是一流程圖，說明該導引程序如何獲得一間距的細部流程；圖9是一流程圖，說明該導引程序如何獲得兩目標資料組；圖10是一流程圖，說明該導引程序如何獲得一接送線速度及一接送角速度；圖11是一示意圖，說明至少一障礙物、至少一障礙物位置向量、一最短測定距離、一障礙物合成向量、一與一朝向垂直之假想線，以及該假想線與該障礙物合成向量所界定之夾角；及 圖12是一流程圖，說明該導引程序如何獲得一移動指令。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1~3，執行本發明機器人導引方法之導引系統100的一實施例，包含一伺服端1，以及一經由一通訊網路200連接該伺服端1的機器人2。
該伺服端1包括一連接至該通訊網路200的伺服端通訊模組11、一伺服端儲存模組12，以及一電連接該伺服端通訊模組11與該伺服端儲存模組12的伺服端處理模組13。
該伺服端儲存模組12儲存有多筆對應多個使用者的使用者資訊，以及多筆對應多個停駐站31的停駐站資訊。
每一使用者資訊包含一指示出該使用者相對於每一停駐站31之拜訪完成進度的進度資料、一指示出該使用者當前所在之停駐站31的當前停駐位置，及一指示出該使用者抵達該當前停駐位置之時間的抵達時間。
每一停駐站資訊包含一指示出拜訪該停駐站31需花費之時間的預定停留時間，以及該停駐站31之停駐站位置。
該機器人2包括一殼體21、一安裝於該殼體21的前雷射 掃描單元22、一安裝於該殼體21的後雷射掃描單元23、一設置於該殼體21的驅動單元24、一設置於該殼體21中並連接至該通訊網路200的通訊單元25、一設置於該殼體21中的儲存單元26，以及一設置於該殼體21中且電連接該前掃描單元22、該後掃描單元23、該驅動單元24、該通訊單元25與該儲存單元26的處理單元27。
該前雷射掃描單元22用於掃描該殼體21之朝向(如圖3之箭頭所示)的前方環境。
該後雷射掃描單元23用於掃描該殼體21之朝向的後方環境。
該驅動單元24用於驅使該殼體21在一開放式空間3移動。該驅動單元24包含一第一馬達、一受該第一馬達所驅動的第一輪241、一第二馬達，以及一受該第二馬達所驅動的第二輪242。值得特別說明的是，該第一輪241位於該殼體21之朝向的左側，該第二輪242位於該殼體21之朝向的右側。
該儲存單元26儲存有一相關於該開放式空間3的地圖。該地圖是係根據多筆相關於該開放式空間3的雷射掃描資訊利用一建圖演算法而獲得。該建圖演算法例如是Cartographer SLAM(Cartographer Simultaneous Localization and Mapping)，但不以此為限。該等雷射掃描資訊係在建圖時，由該機器人2在行走於該開放式空間3的過程中，該機器人2之前雷射掃描單元22對 該開放式空間3進行掃描而獲得。
在該實施例中，該伺服端1之實施態樣例如為一個人電腦、一伺服器或一雲端主機，但不以此為限。
以下將藉由本發明機器人導引方法之該實施例來說明該導引系統100之該伺服端1，以及該機器人2各元件的運作細節，本發明機器人導引方法包含一工作排程獲得程序，以及一導引程序。
參閱圖4，該工作排程獲得程序係藉由該伺服端1決定一待接送者32及一目標位置312，該工作排程獲得程序包含一步驟51、一步驟52、一步驟53、一步驟54、一步驟55、一步驟56、一步驟57，以及一步驟58。
在該步驟51中，該伺服端處理模組13根據每一使用者資訊中的進度資料，判定該等使用者資訊中，是否存在至少一待處理使用者資訊，每一待處理使用者資訊之進度資料指示出至少一尚未完成拜訪之停駐站31。當該伺服端處理模組13判定該等使用者資訊中存在該至少一待處理使用者資訊時，進行流程步驟52；當該伺服端處理模組13判定該等使用者資訊中不存在任一待處理使用者資訊時，進行流程步驟58。
在該步驟52中，對於每一待處理使用者資訊，該伺服端處理模組13根據該待處理使用者資訊的該抵達時間及一當前時間計算出該待處理使用者資訊對應的一到站停留時間，並根據該到站 停留時間，及該待處理使用者資訊的該當前停駐位置所指示出之停駐站31所對應的停駐站資訊中的該預定停留時間，計算出該待處理使用者資訊對應的一等待時間。特別地，該到站停留時間為該當前時間減去該抵達時間，而該等待時間為該到站停留時間減去該預定停留時間，如此一來，該等待時間便可指示出該使用者抵達停駐站31並經過該停駐站31所對應的預定停留時間後，該使用者所等待的時間長短。
在該步驟53中，該伺服端處理模組13自該至少一待處理使用者資訊中，獲得一對應有最長等待時間之目標使用者資訊。
在該步驟54中，該伺服端處理模組13根據該目標使用者資訊的進度資料，自該進度資料中所指示出的該至少一尚未完成拜訪之停駐站31中，獲得一目標站。
參閱圖5，值得特別說明的是，該步驟54還進一步包含一子步驟541、一子步驟542、一子步驟543、一子步驟544、一子步驟545、一子步驟546，以及一子步驟547。
在該子步驟541中，該伺服端處理模組13根據該目標使用者資訊中所指示出的該至少一尚未完成拜訪之停駐站31，自該等停駐站資訊獲得該至少一尚未完成拜訪之停駐站31所對應的至少一未拜訪停駐站資訊。
在該子步驟542中，對於該至少一未拜訪停駐站資訊之 每一者，該伺服端處理模組13根據該目標使用者資訊的當前停駐位置及該未拜訪停駐站資訊的停駐站位置，計算一對應於該未拜訪停駐站資訊的移動花費時間。特別地，該移動花費時間是先根據該目標使用者資訊的當前停駐位置及該未拜訪停駐站資訊的停駐站位置，計算出一需移動距離，再根據該需移動距離與一預設速率換算出該移動花費時間。其中，該預設速率為一般人行走之速率約3.75km/h~5.43km/h。
在該子步驟543中，對於該至少一未拜訪停駐站資訊之每一者，該伺服端處理模組13判定該等使用者資訊是否存在一對應有當前停駐位置所指出的停駐站31符合該未拜訪停駐站資訊所對應之停駐站31的佔用使用者資訊。當該伺服端處理模組13判定該等使用者資訊存在該佔用使用者資訊時，進行流程子步驟544；當該伺服端處理模組13判定該等使用者資訊不存在該佔用使用者資訊時，進行流程子步驟545。
在該子步驟544中，該伺服端處理模組13根據該未拜訪停駐站資訊的預定停留時間、一當前時間，及該佔用使用者資訊之抵達時間，獲得對應於該未拜訪停駐站資訊的一預計可用時間。特別地，該預計可用時間是先由該當前時間減去該佔用使用者資訊之抵達時間而獲得另一到站停留時間，再將該未拜訪停駐站資訊的預定停留時間減去該另一到站停留時間而獲得。其中，當該預計可用 時間為負時，該伺服端處理模組13將該預計可用時間設為0。如此一來，該預計可用時間便可指示出該未拜訪停駐站資訊所對應之停停駐站31還需要經過多久時間才可使用。
在該子步驟545中，該伺服端處理模組13將對應於該未拜訪停駐站資訊的該預計可用時間設定為0。
在該子步驟546中，對於該至少一未拜訪停駐站資訊之每一者，該伺服端處理模組13根據對應於該未拜訪停駐站資訊的該移動花費時間、該預計可用時間，獲得一對應該未拜訪停駐站資訊的效率分數。
在該子步驟547中，該伺服端處理模組13根據每一未拜訪停駐站資訊的效率分數，自該至少一尚未完成拜訪之停駐站31中，獲得對應有效率分數最低的未拜訪停駐站資訊所對應的停駐站31，以作為該目標站。
在該步驟55中，該伺服端處理模組13根據該目標站，獲得對應於該目標站的停駐站資訊以作為目標站資訊。
在該步驟56中，該伺服端處理模組13根據該目標使用者資訊及該目標站資訊，將一包含該目標使用者資訊的當前停駐位置及該目標站資訊之停駐站位置的導引指令透過該伺服端通訊模組11傳送至該機器人2，其中該目標使用者資訊的當前停駐位置作為一待接送位置311，該目標站資訊之停駐站位置作為該目標位置 312，該目標使用者資訊所對應之使用者作為該待接送者32。
在該步驟57中，該機器人2在接收到該導引指令後，該機器人2移動至該待接送位置311(如圖3所示)，以便導引位於該待接送位置311的該待接送者32帶領至該目標位置312。由於本發明之特徵並不在於熟知此技藝者所已知的該機器人2之從其目前所在位置移動至該待接送位置311，為了簡潔，故在此省略了該機器人2的移動細節。
值得特別說明的是，該實施例還可應用於多台機器人2，該伺服端儲存模組12還儲存有每一機器人2所對應的工作狀態資訊，其中每一工作狀態資訊能指示出對應之機器人狀態為一閒置狀態或一工作狀態，而在該步驟56中，該伺服端處理模組13透過該伺服端通訊模組11將該導引指令傳送至任一處於該閒置狀態的機器人2。
在該步驟58中，該伺服端處理模組13判定每一使用者皆已拜訪該等停駐站31，流程結束。
參閱圖6、7，在該機器人2移動至該待接送位置311後，該待接送者32便會移動至該機器人2之該殼體21之朝向的後方，該導引系統100隨即進行該導引程序。該導引程序係說明該機器人2如何帶領該待接送者32抵達該目標位置312，該導引程序包含一步驟61、一步驟62、一步驟63、一步驟64、一步驟65、一步驟66、 一步驟67、一步驟68、一步驟69、一步驟70、一步驟71、一步驟72、一步驟73、一步驟74，以及一步驟75。
在該步驟61中，該處理單元27根據該後雷射掃描單元23當前所獲得的多筆分別對應多個不同掃描角度的後掃描資訊，獲得該待接送者32與該機器人2間的一間距。
參閱圖8，值得特別說明的是，該步驟61還進一步包含一子步驟611、一子步驟612、一子步驟613、一子步驟614、一子步驟615、一子步驟616，以及一子步驟617。
在該子步驟611中，該處理單元27將該等後掃描資訊區分為多個資料組，每一後掃描資訊包含所對應的一掃描角度，及一在所對應的該掃描角度下所測出的測定距離，每一資料組所包含的後掃描資訊中任兩筆相鄰的後掃描資訊之掃描角度為兩連續的掃描角度，且任兩筆相鄰的後掃描資訊之測定距離間之差值小於一預設差值。其目的在於，當具有一第一掃描角度之一第一後掃描資訊(該第一後掃描資訊為該等後掃描資訊之其中一者)所對應的一第一測定距離，和具有與該第一掃描角度相鄰之一第二掃描角度之一第二後掃描資訊(該第二後掃描資訊為該等後掃描資訊之其中另一者)所對應的一第二測定距離若大於該預設差值時，則將該第一後掃描資訊與該第二後掃描資訊分成不同的資料組，即表示每一資料組分別對應不同的物體。值得特別說明的是，在該實施例中，該預 設差值為50mm，但不以此為限。
在該子步驟612中，該處理單元27自該等資料組，獲得兩對應於該待接送者32之雙腿的目標資料組。
參閱圖9，值得特別說明的是，該子步驟612還進一步包含一子步驟612A、一子步驟612B、一子步驟612C、一子步驟612D、一子步驟612E、一子步驟612F，以及一子步驟612G。
在該子步驟612A中，該處理單元27自該等資料組中，選出多個候選資料組，其中每一候選資料組中所包含的後掃描資訊之筆數大於一預設筆數。值得特別說明的是，在該實施例中，該預設筆數為5。其目的在於，當該資料組中之後掃描資訊之筆數小於該預設筆數時，該資料組為必須被清除的雜訊，以避免影響後續步驟。
在該子步驟612B中，對於每一候選資料組，該處理單元27獲得該候選資料組中之對應有掃描角度最大之後掃描資訊位於一以該後雷射掃描單元23為原點而界定出之座標系統的一第一座標，與該候選資料組中之對應有掃描角度最小之後掃描資訊位於該座標系統的一第二座標間的一寬度距離。
在該子步驟612C中，對於每一候選資料組，該處理單元27獲得該候選資料組中之每一後掃描資訊位於該座標系統所對應的一待評估座標，且估算出每一待評估座標與一由該第一座標與該第二座標所界定出之一直線的深度距離。
在該子步驟612D中，對於每一候選資料組，該處理單元27根據該候選資料組所對應的該等待評估座標獲得由該等待評估座標所界定出之連線的連線總長。
值得特別說明的是，在該子步驟612D中，該處理單元27係根據該候選資料組所對應的該等待評估座標，及下列公式(1)獲得該連線總長G h。
Figure 107125557-A0305-02-0016-1
其中，m代表該候選資料組所包含的後掃描資訊之筆數，P i 及P i+1代表該候選資料組中兩相鄰的後掃描資訊位於該座標系統所對應的兩待評估座標，
Figure 107125557-A0305-02-0016-2
代表該等待評估座標P i 、P i+1間的一距離。
在該子步驟612E中，對於每一候選資料組，該處理單元27判定該候選資料組在該子步驟612B所獲得的該寬度距離是否在一腿部寬度區間內，且該候選資料組在該子步驟612C所獲得的該等深度距離之最大者是否在一腿部深度區間內，且在該子步驟612D所獲得的該連線總長是否在一腿部周長區間內。當該處理單元27判定出該候選資料組所對應的該寬度距離位在該腿部寬度區間內，且所對應的該等深度距離之最大者位在該腿部深度區間內，且所對應的該連線總長位在該腿部周長區間內時，進行步驟 612F；當該處理單元27判定出該候選資料組所對應的該寬度距離不位在該腿部寬度區間內，或所對應的該等深度距離之最大者不位在該腿部深度區間內，或所對應的該連線總長不位在該腿部周長區間內時，進行步驟612I。值得特別說明的是，在該實施例中，該腿部寬度區間為[50mm,300mm]、該腿部深度區間為[5mm,150mm]，且該腿部周長區間為[100mm,500mm]，但不以此為限。
在該子步驟612F中，將該候選資料組作為一入選資料組，其中每一入選資料組皆可代表人的腿部。
在該子步驟612G中，對於每一入選資料組，該處理單元27根據該入選資料組的該第一座標與該第二座標獲得一中心座標。
在該子步驟612H中，該處理單元27自該等入選資料組，選取出該等目標資料組，其中，該等目標資料組所對應的兩中心座標之距離小於一預設腿部距離。其目的在於，當該等目標資料組所對應的兩中心座標之距離小於預設腿部距離時，則表示該等目標資料組為指示出同一人之雙腿(同一人之雙腿間之距離小於該預設腿部距離)。值得特別說明的是，在該實施例中，該預設腿部距離為80cm，但不以此為限。
在該子步驟612I中，不將該候選資料組作為該入選資料組。
在該子步驟613中，該處理單元27根據該等目標資料組各自之中心座標，獲得一對應於該待接送者32之雙腿中心相對於該座標系統的腿部座標。其中，該腿部座標為所對應之該等目標資料組各自之中心座標的中心點。
在該子步驟614中，該處理單元27根據該腿部座標獲得該待接送者32與該機器人2間的該間距。其中，該間距為該腿部座標及與該座標系統之原點之距離。
在該步驟62中，該處理單元27判定該間距是否大於一第一預設距離。當該處理單元27判定該間距大於該第一預設距離時，進行流程步驟63；當該處理單元27判定該間距不大於該第一預設距離時，進行流程步驟65。值得特別說明的是，在該實施例中，該第一預設距離為100cm。
在該步驟63中，該處理單元27產生一停止移動指令至該驅動單元24。
在該步驟64中，該驅動單元24回應於該處理單元27所傳送之停止移動指令停止驅動該殼體21在該開放式空間3移動，並回到步驟61
在該步驟65中，該處理單元27根據該前雷射掃描單元當前所獲得的多筆分別對應多個不同掃描角度的前掃描資訊及相關於該地圖的雷射掃描資訊，定位出該機器人2當前相對於該地圖的 一定位位置及一朝向，並根據該定位位置、該朝向、該目標位置312及該地圖估算一接送線速度及一接送角速度。值得特別說明的是，在該實施例中，該定位位置是利用一蒙地卡羅定位法(Monte Carlo Localization)而獲得，但不以此為限。
參閱圖10，值得特別說明的是，該步驟65還進一步包含一子步驟651、一子步驟652、一子步驟653、一子步驟654、一子步驟655，以及一子步驟656。
在該子步驟651中，該處理單元27判定該定位位置與該目標位置312之距離是否大於一第二預設距離。當該處理單元27判定該定位位置與該目標位置312之距離大於該第二預設距離時，進行流程子步驟652；當該處理單元27判定該定位位置與該目標位置312之距離不大於該第二預設距離時，進行流程子步驟653。值得特別說明的是，在該實施例中，該第二預設距離為80cm。
在該子步驟652中，該處理單元27將一預設線速度V max作為該接送線速度V g，如下列公式(2)所示。
V g=V max,D>D bf …(2)
其中，D為該定位位置與該目標位置312之距離，D bf 為該第二預設距離。值得特別說明的是，在該實施例中，該預設線速度V max為40cm/s。
在該子步驟653中，該處理單元27根據該定位位置與該目標位置312間之距離D、該第二預設距離D bf 、該預設線速度，以及下列公式(3)，獲得該接送線速度V g。
Figure 107125557-A0305-02-0020-3
在該子步驟654中，該處理單元27判定該朝向與一由該定位位置及該目標位置312所界定之連線33的第一夾角θ 1是否大於一預設夾角。當該處理單元27判定該第一夾角θ 1大於該預設夾角時，進行流程子步驟655；當該處理單元27判定該第一夾角θ 1不大於該預設夾角時，進行流程子步驟656。值得特別說明的是，在該實施例中，該預設夾角為80度。
在該子步驟655中，該處理單元27根據該朝向、該連線33、一預設角速度ω max，以及下列公式(4)，獲得該接送角速度ω g 。如圖3所示，此時該連線33即位於該朝向右方。值得特別說明的是，在該實施例中，該預設角速度ω max為0.698radian/s。
Figure 107125557-A0305-02-0020-4
在該子步驟656中，該處理單元27根據該朝向、該連線33、該第一夾角θ 1、該預設夾角θ bf 、該預設角速度ω max，以及下列 公式(5)，獲得該接送角速度ω g 。
Figure 107125557-A0305-02-0021-5
在該步驟66中，參閱圖11，該處理單元27根據該前雷射掃描單元22當前所獲得的該等前掃描資訊判定是否存在至少一障礙物41與該機器人2間的距離小於一安全距離。每一前掃描資訊包含所對應的一掃描角度，及一在所對應的該掃描角度下所測出的測定距離。當該處理單元27判定出存在該至少一障礙物41與該機器人2間的距離小於該安全距離時，進行流程步驟67；當該處理單元27判定出不存在該至少一障礙物41與該機器人2間的距離小於該安全距離時，進行流程步驟71。值得特別說明的是，在該實施例中，該安全距離為100cm。
在該步驟67中，該處理單元27根據該等前掃描資訊獲得相關於該至少一障礙物41的至少一障礙物位置向量d i ，及所測出的相關於該至少一障礙物41之測定距離中之一最短測定距離X 0。
值得特別說明的是，在該實施例之該步驟66及67中，該處理單元27先將該等前掃描資訊各自所對應之掃描角度，將該等前掃描資訊分成多個區段組，例如：0~10度之掃描角度之等前掃描資訊為一區段組、11~20度之掃描角度之等前掃描資訊為另一區段 組，以此類推，171~180度之掃描角度之等前掃描資訊為最後一個區段組，對於每一區段組，該處理單元27判定該區段組是否存在該至少一障礙物41與該機器人2間的距離小於該安全距離，當該處理單元27判定出該區段組存在該至少一障礙物41與該機器人2間的距離小於該安全距離時，該處理單元27自該區段組之等前掃描資訊中獲得一具有最短距離之目標前掃描資訊，並將該目標前掃描資訊作為該至少一障礙物位置向量d i 之一者。
在該步驟68中，該處理單元27根據該至少一障礙物位置向量d i 、該安全距離D safe ，以及下列公式(6)，獲得一障礙物合成向量d 0。
Figure 107125557-A0305-02-0022-6
其中，n為該至少一障礙物位置向量d i 之數量，d i 為第i個障礙物位置向量，a為大於0且小於1的定值。特別地，在該實施例中，a為0.5。
在該步驟69中，該處理單元27該處理單元27根據該接送線速度V g 、該最短測定距離X 0、由一與該朝向垂直之假想線42與該障礙物合成向量d 0所界定之第二夾角θ 2，以及下列公式(7)，獲得一閃躲角速度ω 0。
Figure 107125557-A0305-02-0023-7
在該步驟70中，該處理單元27根據該接送線速度V g 、該接送角速度ω g ，該閃躲角速度ω 0、該最短測定距離X 0及該安全距離D safe ，產生並傳送一包含一組控制速度的移動指令至該驅動單元24。
參閱圖12，值得特別說明的是，該步驟70還進一步包含一子步驟701、一子步驟702、一子步驟703，以及一子步驟704。
在該子步驟701中，該處理單元27根據該最短測定距離X 0、該安全距離D safe ，以及利用下列公式(8)，獲得一安全權重G S 。
Figure 107125557-A0305-02-0023-8
其中，b為大於1的定值。特別地，在該實施例中，b為2。
在該子步驟702中，該處理單元27根據該安全權重G S 、該接送線速度V g ，以及下列公式(9)，獲得一目標線速度V n 。
V n =G S V g …(9)
在該子步驟703中，該處理單元27根據該安全權重G S 、該接送角速度ω g 、該閃躲角速度ω 0，以及下列公式(10)，獲得一目標角速度ω n 。
ω n =G S ω g +(1-G S )ω 0…(10)
在該子步驟704中，該處理單元27根據該目標線速度V n 、該目標角速度ω n 、該第一輪241與該第二輪242之距離L，以及下列公式(11)，獲得包含於該移動指令的該組控制速度(V 1,V 2)，以獲得該移動指令，其中，對應該第一輪241之控制速度為V 1，對應該第二輪242之控制速度為V 2。
Figure 107125557-A0305-02-0024-9
在該步驟71中，該處理單元27根據該接送線速度及該接送角速度產生並傳送包含該組控制速度的該移動指令至該驅動單元24。值得特別說明的是，在該實施例中，該處理單元27將該接送線速度V g 作為該目標線速度V n ，且將該接送角速度ω g 作為該目標角速度ω n ，並利用上述公式(11)，獲得包含於該移動指令的該組控制速度(V 1,V 2)。
在該步驟72中，該驅動單元24回應於該處理單元27所傳送之移動指令驅動該殼體21在該開放式空間3移動。
在該步驟73中，該處理單元27根據移動後之機器人2的該前掃描單元22當前所獲得的多筆分別對應多個不同掃描角度的 前掃描資訊及相關於該地圖的雷射掃描資訊，定位出該機器人2當前相對於該地圖的另一定位位置，並判定該另一定位位置是否抵達該目標位置312。當該處理單元27判定該另一定位位置抵達該目標位置312時，進行流程步驟74；當該處理單元27判定該另一定位位置未抵達該目標位置312時，回到流程步驟61。
在該步驟74中，該處理單元27經由該通訊單元25傳送一指示出該待接送者32已抵達該目標位置312的更新請求至該伺服端1。
在該步驟75中，該伺服端處理模組13在接收到該更新請求後，將對應於該待接送者32之該目標使用者資訊的當前停駐位置更新為該目標站所對應的該目標位置312，並將該目標使用者資訊的抵達時間更新為該使用者抵達該目標位置312的時間，流程回到該步驟51。
綜上所述，本發明機器人導引方法，藉由該處理單元27，在接收到來自該伺服端1的導引指令，並使該機器人2移動至該待接送位置311後，判定該待接送者32與該機器人2間的該間距是否大於該第一預設距離，並傳送停止移動指令或移動指令至該驅動單元24以控制該機器人2等待該待接送者32跟上，並在導引過程中根據該前雷射掃描單元22所接收之該等前掃描資訊，判定出該至少一障礙物41並閃躲，如此一來，便可使得該待接送者32輕鬆地跟隨該 機器人2的帶領，閃避路程中的所有障礙物41直到抵達該目標位置312。此外，藉由該伺服端1根據每一待處理使用者資訊對應的等待時間獲得對應有最長等待時間之該目標使用者資訊來優先接待，以使得每位使用者都可以公平且有效率地被接送。再者，藉由該伺服端1根據每一未拜訪停駐站資訊的效率分數，自該至少一尚未完成拜訪之停駐站31中，獲得對應有效率分數最低的目標站，以使得接送排程更順暢且有效率，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
61~71‧‧‧步驟

Claims (12)

  1. 一種機器人導引方法，適用將位於一待接送位置的一待接送者帶領至一目標位置，並藉由一包含一機器人的一導引系統來實施，其中，該待接送位置與該目標位置係處於一開放式空間，該機器人包括一殼體、一安裝於該殼體並用於掃描該殼體之朝向的前方環境的前雷射掃描單元、一安裝於該殼體並用於掃描該殼體之朝向的後方環境的後雷射掃描單元、一設置於該殼體中並儲存有一相關於該開放式空間之地圖的儲存單元、一設置於該殼體並用於驅使該殼體在該開放式空間移動的驅動單元，以及一電連接該前掃描單元、該後掃描單元與該驅動單元的處理單元，該地圖係根據多筆相關於該開放式空間的雷射掃描資訊利用一建圖演算法而獲得，該機器人導引方法包含以下步驟：(A)藉由該處理單元，根據該後雷射掃描單元當前所獲得的多筆分別對應多個不同掃描角度的後掃描資訊，獲得該待接送者與該機器人間的一間距；(B)藉由該處理單元，判定該間距是否大於一第一預設距離；(C)藉由該處理單元，當判定該間距大於該第一預設距離時，該處理單元產生一停止移動指令至該驅動單元；(D)藉由該處理單元，當判定該間距不大於該第一預設距離時，根據該前雷射掃描單元當前所獲得的多筆分別對應多個不同掃描角度的前掃描資訊及相關於該地圖的該等雷射掃描資訊，定位出該機器人當前相對於該地圖的 一定位位置及一朝向，並根據該定位位置、該朝向、該目標位置及該地圖估算一接送線速度及一接送角速度；(E)藉由該處理單元，至少根據該接送線速度及該接送角速度產生並傳送一包含一組控制速度的移動指令至該驅動單元；(F)藉由該驅動單元，回應於該處理單元之移動指令驅動該殼體在該開放式空間移動；(G)藉由該處理單元，根據移動後之機器人的該前掃描單元當前所獲得的多筆分別對應多個不同掃描角度的前掃描資訊及相關於該地圖的該等雷射掃描資訊，定位出該機器人當前相對於該地圖的另一定位位置，並判定該另一定位位置是否抵達該目標位置；及(H)藉由該處理單元，當判定該另一定位位置尚未抵達該目標位置時，藉由該處理單元回到步驟(A)。
  2. 如請求項1所述的機器人導引方法，其中，步驟(A)包含以下步驟：(A-1)藉由該處理單元，將該等後掃描資訊區分為多個資料組，每一後掃描資訊包含所對應的一掃描角度，及一在所對應的該掃描角度下所測出的測定距離，每一資料組所包含的後掃描資訊中任兩筆相鄰的後掃描資訊之掃描角度為兩連續的掃描角度，且任兩筆相鄰的後掃描資訊之測定距離間之差值小於一預設差值；(A-2)藉由該處理單元，自該等資料組，獲得兩對應於該待接送者之雙腿的目標資料組； (A-3)藉由該處理單元，根據該等目標資料組，獲得一對應於該待接送者之雙腿中心相對於一以該後雷射掃描單元為原點而界定出之座標系統的腿部座標；及(A-4)藉由該處理單元，根據該腿部座標獲得該待接送者與該機器人間的該間距。
  3. 如請求項2所述的機器人導引方法，其中，步驟(A-2)包含以下步驟：(A-2-1)藉由該處理單元，自該等資料組中，選出多個候選資料組，其中每一候選資料組中所包含的後掃描資訊之筆數大於一預設筆數；(A-2-2)對於每一候選資料組，藉由該處理單元，判定該候選資料組中之對應有掃描角度最大之後掃描資訊位於該座標系統的一第一座標，與該候選資料組中之對應有掃描角度最小之後掃描資訊位於該座標系統的一第二座標間的距離是否在一腿部寬度區間內；(A-2-3)對於每一候選資料組，藉由該處理單元，獲得該候選資料組中之每一後掃描資訊位於該座標系統所對應的一待評估座標，且估算出每一待評估座標與一由該第一座標與該第二座標所界定出之一直線的深度距離，並判定該等深度距離之最大者是否在一腿部深度區間內；(A-2-4)對於每一候選資料組，藉由該處理單元，根據該候選資料組所對應的該等待評估座標獲得由該等待評估座標所界定出之連線的連線總長，並判定該連線 總長是否在一腿部周長區間內；(A-2-5)對於每一候選資料組，藉由該處理單元，當判定該候選資料組在步驟(A-2-2)、步驟(A-2-3)及步驟(A-2-4)皆成立時，將該候選資料組作為一入選資料組；(A-2-6)當判定該候選資料組在步驟(A-2-2)、步驟(A-2-3)及步驟(A-2-4)之其中一者不成立時，不將該候選資料組作為該入選資料組；(A-2-7)對於每一入選資料組，藉由該處理單元，根據該入選資料組的該第一座標與該第二座標獲得一中心座標；及(A-2-8)藉由該處理單元，自該等入選資料組，選取出該等目標資料組，其中，該等目標資料組所對應的兩中心座標之距離小於一預設腿部距離。
  4. 如請求項1所述的機器人導引方法，其中，在步驟(D)之後還包含以下步驟：(I)藉由該處理單元，根據步驟(D)之該前雷射掃描單元當前所獲得的該等前掃描資訊判定是否存在至少一障礙物與該機器人間的距離小於一安全距離，每一前掃描資訊包含所對應的一掃描角度，及一在所對應的該掃描角度下所測出的測定距離；(J)藉由該處理單元，當判定出不存在該至少一障礙物與該機器人間的距離小於該安全距離時，進行該步驟(E)； (K)藉由該處理單元，當判定出存在該至少一障礙物與該機器人間的距離小於該安全距離時，根據該等前掃描資訊獲得相關於該至少一障礙物的至少一障礙物位置向量，及所測出的相關於該至少一障礙物之測定距離中之一最短測定距離；(L)藉由該處理單元，根據該至少一障礙物位置向量及該安全距離獲得一障礙物合成向量；(M)藉由該處理單元，根據該朝向、該障礙物合成向量、該最短測定距離及該接送線速度獲得一閃躲角速度；及其中，在步驟(E)中，藉由該處理單元，不僅根據該接送線速度、該接送角速度，還根據該閃躲角速度、該最短測定距離及該安全距離，產生包含該組控制速度的移動指令。
  5. 如請求項1所述的機器人導引方法，其中，在步驟(D)中，該處理單元判定該定位位置與該目標位置之距離是否大於一第二預設距離，當該處理單元判定該定位位置與該目標位置之距離大於該第二預設距離時，將一預設線速度作為該接送線速度，當該處理單元判定該定位位置與該目標位置之距離不大於該第二預設距離時，根據該定位位置與該目標位置間之距離、該第二預設距離，以及該預設線速度，獲得該接送線速度。
  6. 如請求項1所述的機器人導引方法，其中，在步驟(D)中，該處理單元判定該朝向與一由該定位位置及該目標位置所界定之連線的第一夾角是否大於一預設夾角，當該處理 單元判定該第一夾角大於該預設夾角時，根據該朝向、該連線、該第一夾角及該預設角速度，獲得該接送角速度，當該處理單元判定該第一夾角不大於該預設夾角時，根據該朝向、該連線、該第一夾角、該預設夾角及該預設角速度，獲得該接送角速度。
  7. 如請求項4所述的機器人導引方法，其中，在步驟(L)中，藉由該處理單元，根據下列公式，獲得該障礙物合成向量d0：
    Figure 107125557-A0305-02-0033-10
     ，其中，n為該至少一障礙物位置向量之數量，d i 為第i個障礙物位置向量，D safe 為該安全距離，a為大於0且小於1的定值。
  8. 如請求項7所述的機器人導引方法，其中，在步驟(M)中，藉由該處理單元，根據下列公式，獲得該閃躲角速度ω 0：
    Figure 107125557-A0305-02-0033-11
     ，其中，V g 為該接送線速度，X 0為該最短測定距離，θ 2為由一與該朝向垂直之假想線與該與該障礙物向量座標d 0所界定之第二夾角。
  9. 如請求項8所述的機器人導引方法，其中，該驅動單元包含一第一馬達、一第二馬達、一受該第一馬達所驅動的第一輪，以及一受該第二馬達所驅動的第二輪，該步驟(E)包含以下步驟：(E-1)藉由該處理單元，根據下列公式，獲得一安全權重G S ：
    Figure 107125557-A0305-02-0034-12
     ，其中，X 0為該最短測定距離，D safe 為該安全距離，b為大於1的定值；(E-2)藉由該處理單元，根據下列公式，獲得一目標線速度V n ：V n =G S V g ，其中，G s 為該安全權重，V g 為該接送線速度；(E-3)藉由該處理單元，根據下列公式，獲得一目標角速度ω n ：ω n =G S ω g +(1-G S )ω 0，其中，G s 為該安全權重，ω g 為該接送角速度，ω 0為該閃躲角速度；及(E-4)藉由該處理單元，根據下列公式，獲得包含於該移動指令的該組控制速度(V 1,V 2)：
    Figure 107125557-A0305-02-0034-13
     ，其中，V n 為該目標線速度，ω n 為該目標角速度，L為該第一輪與該第二輪之距離。
  10. 如請求項1所述的機器人導引方法，其中，該導引系統還包含一經由通訊網路連接該機器人的伺服端，該伺服端儲存有多筆對應多個使用者的使用者資訊，以及多筆對應多個停駐站的停駐站資訊，每一使用者資訊包含一指示出該使用者相對於每一停駐站之拜訪完成進度的進度資料、一指示出該使用者當前所在之停駐站的當前停駐位置，及一指示出該使用者抵達該當前停駐位置之時間的抵達時間，每一停駐站資訊包含一指示出拜訪該停駐站需花費之時間的預定停留時間，以及該停駐站之停駐站位置，該機器人還包括一設置於該殼體內，並連接該通訊網路，且電連接該處理單元的通訊單元，該機器人導引方法在該步驟(A)之前，還包含以下步驟：(N)藉由該伺服端，根據每一使用者資訊中的進度資料，判定該等使用者資訊中，是否存在至少一待處理使用者資訊，每一待處理使用者資訊之進度資料指示出至少一尚未完成拜訪之停駐站；(O)對於每一待處理使用者資訊，藉由該伺服端，根據該待處理使用者資訊的該抵達時間及一當前時間計算出該待處理使用者資訊對應的一到站停留時間，並根據該到站停留時間，及該待處理使用者資訊的該當前停駐位置所指示出之停駐站所對應的停駐站資訊中的該預定停留時間，計算出該待處理使用者資訊對應的一等待時間； (P)藉由該伺服端，自該至少一待處理使用者資訊中，獲得一對應有最長等待時間之目標使用者資訊；(Q)藉由該伺服端，根據該目標使用者資訊的進度資料，自該進度資料中所指示出的該至少一尚未完成拜訪之停駐站中，獲得一目標站；(R)藉由該伺服端，根據該目標站，獲得對應於該目標站的停駐站資訊以作為目標站資訊；(S)藉由該伺服端，根據該目標使用者資訊及該目標站資訊，將一包含該目標使用者資訊的當前停駐位置及該目標站資訊之停駐站位置的導引指令傳送至該機器人，其中該目標使用者資訊的當前停駐位置作為該待接送位置，該目標站資訊之停駐站位置作為該目標位置，該目標使用者資訊所對應之使使用者作為該待接送者；(T)在該機器人接收到該導引指令後，該機器人移動至該待接送位置，並進行步驟(A)；在步驟(G)之後，還包含以下步驟：(U)當該處理單元判定該另一定位位置已抵達該目標位置時，藉由該處理單元經由該通訊單元傳送一指示出該待接送者已抵達該目標位置的更新請求至該伺服端；及(V)在該伺服端接收到該更新請求後，藉由該伺服端，將對應於該待接送者之該目標使用者資訊的當前停駐位置更新為該目標站所對應的該目標位置，並將該目標使用者資訊的抵達時間更新為該使用者抵達該目標位置 的時間。
  11. 如請求項10所述的機器人導引方法，其中，該步驟(Q)包含以下步驟：(Q-1)藉由該伺服端，根據該目標使用者資訊中所指示出的該至少一尚未完成拜訪之停駐站，自該等停駐站資訊獲得該至少一尚未完成拜訪之停駐站所對應的至少一未拜訪停駐站資訊；(Q-2)對於該至少一未拜訪停駐站資訊之每一者，藉由該伺服端，根據該目標使用者資訊的當前停駐位置及該未拜訪停駐站資訊的停駐站位置，計算一對應於該未拜訪停駐站資訊的移動花費時間；(Q-3)對於該至少一未拜訪停駐站資訊之每一者，藉由該伺服端，判定該等使用者資訊是否存在一對應有當前停駐位置所指出的停駐站符合該未拜訪停駐站資訊所對應之停駐站的佔用使用者資訊；(Q-4)對於該至少一未拜訪停駐站資訊之每一者，當該伺服端判定出存在對應有當前停駐位置所指出的停駐站符合該未拜訪停駐站資訊所對應之停駐站的該使用者資訊時，藉由該伺服端根據該未拜訪停駐站資訊的預定停留時間、一當前時間，及該佔用使用者資訊之抵達時間，獲得一對應於該未拜訪停駐站資訊的預計可用時間；(Q-5)對於該至少一未拜訪停駐站資訊之每一者，藉由該伺服端，根據對應於該未拜訪停駐站資訊的該移動花費時間、該預計可用時間，獲得一對應該未拜訪停駐站資 訊的效率分數；及(Q-6)藉由該伺服端，根據每一未拜訪停駐站資訊的效率分數，自該至少一尚未完成拜訪之停駐站中，獲得對應有效率分數最低的未拜訪停駐站資訊所對應的停駐站，以作為該目標站。
  12. 如請求項1所述的機器人導引方法，其中，該建圖演算法為Cartographer SLAM，在步驟(D)中，該定位位置是利用一蒙地卡羅定位法而獲得。
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