TWI737348B

TWI737348B - 載具系統

Info

Publication number: TWI737348B
Application number: TW109119934A
Authority: TW
Inventors: 顏炳郎; 許修瑜; 賴暘倫; 陳柏綸; 詹翔宇
Original assignee: 國立臺灣大學
Priority date: 2020-06-12
Filing date: 2020-06-12
Publication date: 2021-08-21
Also published as: TW202145875A

Abstract

一種可與使用者協同工作的載具系統包括載具機構、驅動系統、感測器以及控制系統。載具機構用以承載工作件。驅動系統傳動載具機構於移動路徑上移動。感測器偵測使用者的移動資訊或指令，與載具機構的移動方向上的範圍偵測內的環境資訊。控制系統連接於驅動系統與感測器之間。控制系統接收使用者的移動資訊，以及環境資訊以建立偵測範圍的地圖，並根據使用者的移動資訊或者操作者的指令，設置當前目標於地圖的邊界範圍內。控制系統並根據載具機構的當前位置與當前目標進行規劃移動路徑，並進行循跡路徑移動。

Description

載具系統

本揭露有關於載具系統。

由於農業人口逐年減少與老化，導致傳統農業人力缺工問題逐年嚴重。舉例而言，對於採茶工作來說，現有便利於採茶工作的採茶工具包括雙人式採茶刀，必須二人以上才能使用。在缺工的情況下，這樣一類的雙人式採茶刀便難以使用。而若使用更先進的其他採茶工具，則成本還需再增加，並且還有學習門檻的問題。

因此，如何提供一種人機協作的採集工具，藉以在保留現有農業採集流程情況下，協助農民採收，是相關領域技術人員所感興趣的課題。

本揭露之一態樣有關於一種載具系統。

根據本揭露之一實施方式，一種載具系統包括載具機構、驅動系統、感測器以及控制系統。載具機構用以承載工作件。驅動系統傳動載具機構於移動路徑上移動。感測器偵測使用者的移動資訊或指令，與載具機構的移動方向上的範圍偵測內的環境資訊。控制系統連接於驅動系統與感測器之間。控制系統接收使用者的移動資訊，以及環境資訊以建立偵測範圍的地圖，根據使用者的移動資訊或者使用者的指令，並設置當前目標於地圖的邊界範圍內。控制系統根據載具機構的當前位置與當前目標進行規劃移動路徑，並進行循跡路徑移動。

在一或多個實施方式中，載具機構設置位於彼此平行的複數開放道路其中之一內。當載具機構轉彎換行至另一開放道路，控制系統於地圖建立虛擬障礙物，藉以從邊界區隔出無效段，使得當前目標設置於無效段以外的邊界上。

在一或多個實施方式中，感測器還包括對準使用者的影像與深度相機(RGB-D camera)，以感測使用者與載具機構的相對位置。控制系統進一步根據相對位置規劃移動路徑，以使載具機構與使用者保持並排平行移動。

在一或多個實施方式中，載具機構與使用者分別位於彼此平行的兩相鄰開放道路。載具機構用以承載之工作件包括雙人收割機。雙人收割機的一側抵靠載具機構。使用者手持雙人收割機之另一側，以採收二相鄰開放道路之間的作物。

在一些實施方式中，載具機構包括一固定機構與一高度調整模組。工作件通過固定機構固定於高度調整模組上，藉以根據欲採收之作物的高度來調整工作件的高度。

在一或多個實施方式中，載具機構包括雙履帶底盤。驅動系統包括用以傳動雙履帶底盤之電動馬達。

在一或多個實施方式中，如前所述的載具系統進一步包括人機界面。人機界面連接控制系統，以供使用者下達移動指令，移動指令包括啟動載具系統的自動轉彎功能、手動調整載具機構移動速度與方向、停止載具機構移動等。人機界面還具有一顯示裝置可以顯示載具系統目前移動狀態，供使用者讀取。

在一或多個實施方式中，該控制系統進一步儲存複數環境參數，並根據該些環境參數規劃該移動路徑。環境參數包括開放道路的複數寬度、開放道路之間的複數間距以及載具機構的迴轉半徑。

在一或多個實施方式中，感測器包括光學雷達。光學雷達朝載具機構的移動方向發射光束，獲得偵側範圍內的環境資訊。

本揭露之另一態樣有關於一種載具系統。

根據本揭露之一實施方式，一種載具系統包括載具機構、驅動系統、感測器以及控制系統。載具機構用以承載工作件。驅動系統傳動載具機構於移動路徑上移動。感測器包括對準使用者的深度相機，以感測使用者與載具機構的相對位置。控制系統用以根據相對位置規劃移動路徑，以使載具機構與使用者保持並排移動。

綜上所述，本揭露提供一種能夠實現人機協作的載具系統，載具系統用以承載現有的採收工具，能夠智慧地實現自動轉彎，並且還能夠跟隨使用者行走。如此，能夠在保留現有農業相關的採收流程下協助採收。

應理解到，以上的一般說明與以下的詳細描述都是通過示例做進一步說明，旨在為本揭露提供做進一步的解釋，而不應以此限制本揭露。

下文列舉實施例配合所附圖式進行詳細說明，但所提供之實施例並非用以限制本揭露所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本揭露所涵蓋的範圍。另外，圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。為使便於理解，下述說明中相同元件或相似元件將以相同之符號標示來說明。

除非另有定義，本文所使用的所有詞彙（包括技術和科學術語）具有其通常的意涵，其意涵是能夠被熟悉此領域者所理解。更進一步的說，上述的詞彙在普遍常用的字典中的定義，在本說明書的內容中應被解讀為與本揭露相關領域一致的意涵。除非有特別明確定義，這些詞彙將不被解釋為理想化的或過於正式的意涵。

在本文中所使用的用詞『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指包含但不限於。

於本文中，除非內文中對於冠詞有所特別限定，否則『一』與『該』可泛指單一個或多個。將進一步理解的是，本文中所使用之『包含』、『包括』、『具有』及相似詞彙，指明其所記載的特徵、區域、整數、步驟、操作、元件與/或組件，但不排除其所述或額外的其一個或多個其它特徵、區域、整數、步驟、操作、元件、組件，與/或其中之群組。

本揭露提供一種能夠用於人機協作的載具系統，藉以在不修改傳統農業作業方式的情況下節省人力。舉例而言，在傳統的雙人機械採茶流程中，必須要至少二名採茶工。二名採茶工分別位於茶樹兩側，以共持橫跨茶樹的一臺雙人採茶機，使得雙人採茶機的能夠採集到茶樹上的茶葉。而本揭露的載具系統能夠取代其中一名採茶工，以人機協作方式完成傳統的雙人機械採茶流程。

第1圖根據本揭露之一實施方式繪示一載具系統100的一方塊示意圖。在本實施方式中，載具系統100包括載具機構110、驅動系統120、感測器130、控制系統140、人機界面150以及電源160。電源160分別連接驅動系統120、感測器130與控制系統140，藉以提供電力。

載具機構110能夠用於承載工作件。工作件包含但不限於雙人採收機、機械手臂或是農藥噴灑裝置。雙人採收機舉例而言，包括雙人採茶機。在一些實施方式中，載具機構110包括不同類型的車輛系統，並設置有用以固定工作件的固定機構116。驅動系統120則設置連接於載具機構110上，藉以傳動載具機構110移動。驅動系統120例如是電動馬達，能夠用以傳動車輛的輪胎。

在本實施方式中，感測器130係用以偵測環境資訊。控制系統140連接於感測器130與驅動系統120之間。控制系統140能夠用以接收感測器130接收到的環境資訊，藉以規劃移動路徑並提供予驅動系統120。如此，驅動系統120便可以傳動載具機構110於控制系統140規劃的移動路徑上移動。

具體而言，感測器130所偵測到的環境資訊，可以包括載具機構110所處附近環境的地理資訊，例如載具機構是位在開放道路上的何處，以及與茶樹或障礙物的相對空間資訊等。此外，在一些實施方式中，環境資訊可以進一步包括載具系統100之使用者與載具機構110的相對位置。在使用者欲與載具系統100進行人機協作，則載具系統100的控制系統140便可以根據使用者與載具機構110的相對位置來規劃移動路徑，藉以使載具機構110自動跟隨使用者行走，從而替代人力。

進一步地，人機界面150連接至控制系統140。人機界面150能夠呈現載具系統100的當前模式，並且使用者也可以通過人機界面150來控制載具機構110，藉以下達移動指令。人機界面150可以具有顯示裝置，以顯示載具系統100之載具機構110目前移動狀態，供使用者讀取。移動指令舉例而言，包括啟動自動轉彎功能、手動調整移動速度與方向、停止載具機構移動等等。人機界面150上可以設置有自動按鈕與轉彎按鈕。當使用者按住自動按鈕，則載具機構110可以自動跟隨使用者移動，直到使用者不再按住自動按鈕，載具機構110離開自動模式而停止。隨後，使用者可再按下轉彎按鈕，啟動自動轉彎功能，通過本揭露之一轉彎路徑規劃方法，載具系統100的載具機構便能夠自動轉彎。在一些實施方式中，人機界面150使載具系統100進入遙控模式，使用者可以手動調整載具系統100之載具機構110的移動速度與方向，從而將載具系統100移動定位。

第2圖根據本揭露之一實施方式繪示一載具系統100的一立體圖。應留意到，人機界面150係為使用者所持，為了簡單說明的目的，使用者與人機界面150均未繪示於第2圖上。

在本實施方式中，驅動系統120為一電動馬達。載具機構110為一雙履帶車輛，而能夠較無障礙地於不同種類的地型上移動。載具機構110包括雙履帶底盤118。電源160為設置於雙履帶底盤118上的電池。進一步地，在雙履帶底盤118上，載具機構110進一步包括支架112、高度調整模組114以及固定機構116。支架112設置於雙履帶底盤118帶動的車體上。高度調整模組114設置於支架112上，並且固定機構116設置於高度調整模組114之上。如此，工作件便可以通過固定機構116固定於高度調整模組114上，以根據欲採收之作物的高度來調整工作件的高度。

在本實施方式中，感測器130包括光學雷達(lidar)132與影像與深度相機134。光學雷達132能夠通過光學的方式來偵測道路，並藉以實現直線偵測技術來獲知道路的邊界。光學雷達132係設置朝向載具機構110的移動方向來發射偵測用的光束，從而獲得偵測範圍内的環境資訊。影像與深度相機134用以在人機協作時對準使用者，以獲得使用者與載具機構110的相對位置，使載具系統100的控制系統140規劃出與使用者並排行走的移動路徑。在一些實施方式中，可以進一步通過影像與深度相機134來辨視使用者利用手勢或肢體語言來下達的指令，藉以使載具系統100根據指令移動。舉例而言，使用者擺出向特定方向移動的手勢，控制系統140便可以通過影像與深度相機134擷取使用者手勢，經判別後指示驅動系統120使載具機構110向特定方向移動。在一些實施方式中，感測器130也包括麥克風，通過語音辨識技術，使用者可以口頭向載具系統100發出指令。

在第2圖中，控制系統140係設置於電控箱142內。舉例而言，控制系統140可以包括一個整合電腦，包括用以運算與規劃移動路徑的處理器，以及運算所需的記憶體。整合電腦例如是TX2電腦模組。控制系統140連接驅動模組120，藉以使驅動模組120傳動雙履帶底盤118帶動整個載具系統100沿規劃好的移動路徑移動。

在本揭露中，控制系統140規劃的移動路線，包括根據使用者位置規劃以並排行走的移動路徑，以及根據載具系統100所處環境所自動規劃的轉彎路徑。本揭露載具系統100所處環境所自動規劃的轉彎路徑，藉以自動轉彎換行的具體流程，請見以下說明。

第3A圖至第3D圖根據本揭露之一實施方式繪示一轉彎路徑規劃方法中，載具系統100於不同流程的多個示意圖。在本實施方式中，載具系統100係用於茶葉的採收為例，其設置於平行的開放道路Rd ₁或Rd ₂上，藉以採收開放道路Rd ₁與Rd ₂之間作物區域R _t之茶樹的茶葉，但本揭露並不以此為限。開放道路Rd ₁與Rd ₂可以認為是茶樹之間的茶道。

在第3A圖中，載具系統100係移動至於開放道路Rd ₁的底端。此時，使用者通過人機界面150指示載具系統100向左轉，藉以從開放道路Rd ₁轉彎換行至開放道路Rd ₂。載具系統100停止，而載具系統100的光學雷達132(如第2圖所示)朝向左側偵測一偵測範圍M。偵測範圍M由偵測距離R以及偵測角度θ來定義出的扇形。邊界BC是偵測範圍M的邊界。

一般而言，對於設計過的茶園，開放道路Rd ₁與Rd ₂可以認為是種植茶樹之作物區域R _t之間的茶道，並具有相同的寬度W _Rd，而各個作物區域R _t也都具有相同的寬度W _T，然而並不用以限定本揭露。

如第3A圖所示，在一些實施方式中，偵測距離R可以設置為2公尺，偵測角度θ總合為120度，包括以載具系統100移動方向為基準的順時針15度到逆時針105度。若使用者通過人機界面150指示載具系統100右轉，則載具系統100的光學雷達132可以朝載具系統100移動方向的右側偵測，以提供另一個偵測角度總合為120度的偵測範圍，其偵測距離設置為2公尺，偵測角度以載具系統100移動方向為基準從順時針105度到逆時針15度。

控制系統140根據偵測範圍M內的環境資訊，便可以建立偵測範圍M相應的地圖，地圖內包括有開放道路Rd ₁與作物區域R _t的資訊。在控制系統140建立的地圖中，作物區域R _t被設定為是障礙物的一種，因此控制系統140將不會規劃與作物區域R _t重疊的轉彎路徑作為移動路徑，從而避免毀損到作物區域R _t內的茶樹。

控制系統140根據環境資訊所建立的偵測範圍M內的地圖中，應包含開放道路Rd ₁的部分、開放道路Rd ₁與Rd ₂的交界以及作為障礙物的作物區域R _t。在建立的地圖中，作為障礙物的部分將不會與移動路徑重疊。偵測範圍M的邊界BC，對應到也是所建立地圖的邊界。

在本揭露中，係使用基於邊界(frontier-based)的自主探勘(exploration)方法來規劃移動路徑。如此，控制系統140可以將載具系統100移動的目的地設置在已探索區域與未探索區域(未知邊界)的交界，使得載具系統100能夠持續朝未偵測的區域前進。

為此，對於載具系統100的控制系統140，可以選擇將移動的當前目標設定於邊界BC上。邊界BC即為已探索區域與未探索區域的交界。然而，在轉彎路徑規劃方法中，轉彎的目的是為了使載具系統100從開放道路Rd ₁換行至開放道路Rd ₂。為避免載具系統100偏離開放道路Rd ₁與開放道路Rd ₂，如第3B圖所示，在本揭露的轉彎路徑規劃方式中，控制系統140於建立的地圖中設置虛擬障礙物VO。在一些實施方式中，虛擬障礙物VO與開放道路Rd ₁或開放道路Rd ₂的距離L為4公尺，並且虛擬障礙物VO阻隔開放道路Rd ₁或開放道路Rd ₂以外的道路，從而限制住移動路徑。這對應到，在第3B圖中，邊界BC為虛擬障礙物VO所阻障區隔的部分，將被視為無效段。控制系統140僅會將移動當前目標設置在無效段以外的邊界BC。

在第3C圖中，繪示控制系統140係將當前目標T設置於為虛擬障礙物VO所區隔的無效段以外的邊界BC。隨後，如第3D圖所示，控制系統140便可以根據當前目標T與載具系統100之載具機構110的當前位置，來規劃出局部的移動路徑P。

如此一來，根據第3A圖至第3D圖呈現的流程，控制系統140便可以沿著虛擬障礙物VO來規劃出轉彎換行至開放道路Rd ₂的多個局部的移動路徑P。在一些實施方式中，可以利用動態視窗法(dynamic window)來設置移動路徑P，控制系統140根據載具系統100當前的移動速度與角速度來設定避障策略，從而獲得移動路徑P。

請先參照第4圖。第4圖根據本揭露之另一實施方式繪示繪示一載具系統100之一移動路徑P’的一示意圖。載具系統100設置於開放道路Rd ₁並欲轉彎換行至開放道路Rd ₂。開放道路Rd ₁與Rd ₂各自具有寬度W _Rd。開放道路Rd ₁與Rd ₂之間的作物區域R _t則具有寬度W _T。而在第4圖中，載具系統100所處之茶園具有實體障礙物PO阻障，而為了轉彎的目的，控制系統140於根據環境資訊的地圖中進一步設置虛擬障礙物VO。虛擬障礙物VO與開放道路Rd ₁或Rd ₂之間有距離L，距離L是用以作為載具機構110的迴轉寬度。

為了簡單說明的目的，載具系統100未繪示於圖上，而僅繪示出載具系統100的起點Q ₁與終點Q ₂。其中從起點Q ₁到終點Q ₂的移動路徑P’，係由圓弧曲線C1、C2與C3及連接三者的直線所組成。

具體而言，在第4圖中，在動態視窗法的基礎下，控制系統140可以進一步以Reeds-Shepp曲線的概念來來規劃出移動路徑P’。意即，移動路徑P’的每一段局部移動路徑，各自均為相同迴轉半徑的圓的一部分。

一般而言，根據茶園土壤的環境、載具機構110本身的性能以及載具機構110本身的體積，會限制住載具機構110所能選用的迴轉半徑。載具機構110所能選用的迴轉半徑關係到其所能轉彎的程度，因此，使用者當視載具系統100之載具機構110所處環境，選用載具機構110的迴轉半徑。

另一方面，開放道路Rd ₁與Rd ₂各自的寬度W _Rd，以及作物區域R _t的寬度W _T，也會限制載具系統100之載具機構110的移動路徑。控制系統140當選擇移動路徑，避免載具系統100與作物區域與實體障礙物PO接觸。

綜合以上，控制系統140根據環境資訊，將可以儲存多個環境參數，包括開放道路Rd ₁與Rd ₂各自的寬度W _Rd、作物區域R _t的寬度W _T以及虛擬障礙物VO與開放道路Rd ₁與Rd ₂之間的距離L。

在一些實施方式中，使用者應可根據茶園的設計，事先將開放道路各自的寬度W _Rd以及作物區域R _t的寬度W _T輸入至控制系統140。虛擬障礙物VO與開放道路之間的距離L也可以事先設定輸入。隨後，控制系統140再根據這些環境參數來規劃移動路徑。在一些實施方式中，距離L為2.5公尺、作物區域R _t的寬度W _T約為1.2公尺，開放道路各自的寬度W _Rd約為1.5公尺至1.8公尺的範圍內。

在Reeds-Shepp曲線概念的基礎下，根據使用者選擇的載具機構110的迴轉半徑，可以有三種情況。其一，是載具機構110的迴轉半徑小於作物區域R _t的寬度W _T，此時載具系統100的移動路徑，可以僅由單一個圓弧所組成。其二，是載具機構110的迴轉半徑介於作物區域R _t的寬度W _T以及作為迴轉寬度的距離L之間，則此時載具系統100的移動路徑可以由二個圓弧部分與連接二個圓弧的直線所組成。第三種情況則如第4圖所示，載具機構110的迴轉半徑大於作物區域R _t的寬度W _T以及作為迴轉寬度的距離L，則移動路徑P’由二個以上的圓弧曲線C ₁、C ₂與C ₃，以及連接組成圓弧曲線C ₁、C ₂與C ₃的直線所組成。如第4圖所示，移動路徑P’係由起點Q ₁出發，沿圓弧曲線C ₁移動，隨後沿連接圓弧曲線C ₁與C ₂的直線倒退至圓弧曲線C ₂的一端，沿圓弧曲線C ₂移動，再沿連接圓弧曲線C ₂與C ₃的直線倒退至圓弧曲線C ₃的一端，最後沿圓弧曲線C ₃移動到達終點Q ₂。

回到第3D圖，控制系統140也可以基於Reeds-Shepp曲線的基礎下，設置使路徑P由多個圓弧曲線所組成。在一些實施方式中，控制系統140也可以在不知道開放道路之寬度W _Rd與作物區域R _t之寬度W _T的情況下，使用者選擇較小的迴轉半徑，使載具系統100根據自主探勘的演算法沿虛擬障礙物VO轉彎換行至另一開放道路。如此，在作為驅動系統120之電動馬達的扭力有限的情況下，載具系統100的控制系統140可以根據不同的外部阻力來適應性的調節可行的迴轉半徑，隨時重新規劃最適合且可行的路徑。外部阻力(包括開放道路Rd ₁與Rd ₂的土壤參數)。根據以上移動路徑的規劃，再加上來自土壤力學的加速度限制(具體而言，例如莫爾庫倫破壞準則減Bekker’s下沉阻力公式除上質量)後，控制系統140便可以確保移動路徑是可以追蹤不會使載具系統100之載具機構110的雙履帶底盤118無法動彈，同時也不會造成開放道路Rd ₁與Rd ₂土壤崩壞。

總體而言，在第3A圖至第3D圖與第4圖，針對載具系統100，使用者可以先對光學雷達132設置取用偵測範圍M，並在載具系統100根據偵測到之環境資訊建立的地圖中設置虛擬障礙物VO，再藉由載具系統100的控制系統140基於邊界的自主探勘概念找到欲前往的當前目標，透過動態視窗法生成路徑，使載具系統100的載具機構110能夠在非特定環境中規劃出預期的轉彎路徑。考量到載具機構110的驅動系統120特性(例如電動馬達扭力)、載具機構110體積、周遭環境等因素，可以在已生成的移動路徑中，取數個中繼點作為局部當前目標，根據Reeds-Shepp曲線的概念，規劃出由多個圓弧曲線組成的移動路徑，進而使載具機構110帶動載具系統100整體準確到達欲目標點。應留意到，使用者得視需要設置虛擬障礙物VO，使得載具系統100轉彎到並非最相鄰於開放道路Rd ₁的其他開放道路。如此一來，載具系統100便能夠跟隨使用者移動，並能夠自動地執行轉彎換行。而如前所述，本揭露的載具系統並包含但不限於茶葉採收產業。

在本揭露的一些實施方式中，載具系統100的並排行走，也可以通過類似如前所述之基於邊界的自主探勘的算法，來實現並排行走之移動路徑的規劃。具體而言，當載具系統100位於開放道路(例如開放道路Rd ₁、Rd ₂)中，感測器130於一偵測範圍內接收到開放道路內的環境資訊，控制系統140透過直線偵測算法界定出開放道路的邊緣，在建立並地圖後將開放道路的邊緣設置為已知區域。如此，控制系統140設置的當前目標便被限制在開放道路內，隨後再根據使用者的移動資訊或指令，包括使用者與載具系統100的相對位置，以及載具機構110的移動方向上的範圍偵測內的環境資訊，設置當前目標於地圖的邊界範圍內。控制系統140並根據載具機構110的當前位置與當前目標進行規劃開放道路內的移動路徑，載具系統100並藉以進行循跡路徑移動，實現與使用者並排行走。

在一些實施方式中，本揭露的載具系統能夠用於葉菜類植物採收。通過在載具系統裝設相對應採收刀具，透過高度調整至適合姿態，以感測器擷取使用者之姿態，遂進行協作式採收，並偵測外界環境，於換行轉彎時使機器自行操作轉彎指令，以利葉菜類作物之採收進行。

在一些實施方式中，本揭露的載具系統能夠用於溫室內進行協作運作，如搬運及協作採摘作物，於載具系統上裝設可協助搬運及採收之機械手臂，以感測器擷取使用者之姿態，遂進行協作式運作，並偵測外界環境，於換行轉彎時使機器自行執行轉彎指令，進行省工操作。

在一些實施方式中，本揭露的載具系統可以僅包括自動轉彎換行的功能，而無需擷取使用者之姿態。例如，本揭露的載具系統可用於噴灑農藥，將相對應器具裝設於載具系統上，經姿態調整後，使用者由遠端遙控載具系統，並經由感測器偵測田園環境，判斷轉彎處並執行轉彎指令，實現遠端協作式之農業操作。

為進一步說明本揭露的載具系統100如何應用於茶園中茶樹的採收，請參照第5圖。第5圖根據本揭露之一實施方式繪示一載具系統100與一使用者300人機協作的一示意圖。使用者300與載具系統100的載具機構110分別位於作物區域R _t兩側的開放道路。作物區域R _t種植茶樹。而使用者300與載具機構110則共持橫跨作物區域R _t的雙人採收機200。雙人採收機200上設置有採收刀具，而能夠藉以採集作物區域R _t中茶樹的茶葉。

通過對準使用者300的影像與深度相機134，使用者300與載具系統100可以保持並排沿移動方向D平行前進。光學雷達132則可以沿載具系統100的移動方向D進行直線偵測，確保載具系統100是位於開放道路(茶道)內。

為了簡單說明的目的，載具系統100的人機界面150未繪示於第5圖中。人機界面150實質為使用者300所持。使用者300再根據人機界面150上的自動按鈕與轉彎按鈕，來指示或停止載具系統100之載具機構110的移動。

請參照第6圖，並同時參考第7A圖至第7E圖。第6圖根據本揭露之一實施方式繪示一載具系統100之一控制方法400的一流程圖。第7A圖至第7E圖分別繪示在第6圖之控制方法的不同流程下，載具系統100與使用者300的示意圖。

控制方法400包括流程410至流程450。在流程410，啟動以開始載具系統100的運作。而如第7A圖至第7E圖所示，在本實施方式中，載具系統100係承載刀具200’，刀具200’涵蓋的寬度僅有作物區域R _t寬度的一半，但並不以此限制本揭露所使用之用於採收之刀具所能橫跨的寬度。在一些實施方式中，刀具200’設置於如第5圖所示意之橫跨作物區域R _t之雙人採收機200上，使用者300通過雙人採收機200，以與載具系統100共持刀具200’，以通過刀具200’來採收作物區域R _t，實現人機協作。在一些實施方式中，也可以將刀具200’直接架設在載具系統100上。為了簡單說明的目的，在第7A圖至第7E圖僅繪示刀具200’。

進入到流程415，進入遙控模式，使用者300操作載具機構110移動載具系統100整體定位。如第7A圖所示，使用者300通過人機界面150，遙控載具系統100定位至開放道路Rd ₀。此時人機界面150上顯示為「遙控模式」。隨後，將刀具200’設置於載具系統100的載具機構110上，通過高度調整模組114調整高度為合適使用者300的高度。最後，使用者300移動至平行於開放道路Rd ₀的開放道路Rd ₁，藉以與載具系統100共持刀具200’。在本實施方式中，刀具200’可以設置於如第5圖所示之雙人採收機200上，為了簡單說明的目的，僅繪示出刀具200’。

回到流程420，載具系統100的控制系統140確認使用者300是否按下人機界面150的自動按鈕。如否，載具系統100仍為遙控模式。如是，則進入到流程425，載具系統100進入自動模式，載具系統100的載具機構110通過影像與深度相機134保持與使用者300並排行走。此時，人機界面150顯示為「自動模式」。

流程425如第7B圖所示，載具系統100與使用者300保持以相同移動方向D並排行走。與此同時，刀具200’採集作物區域R _t中的茶葉，跟隨載具系統100與使用者300，部分的作物區域R _t被採集而變為已採收區域DR _t。

在流程430，於自動模式下或遙控模式下，載具系統100的控制系統140確認使用者300是否按下人機界面150的轉彎按鈕。轉彎按鈕包括左轉與右轉。若否，則回到流程425，保持自動模式，這對應到一種防呆機制，若使用者300因故移開自動按鈕，則載具系統100停止並進入遙控模式。而若否且再次按下自動按鈕，載具系統100的控制系統140識別使用者300要解除自動模式，從而回到流程415，載具系統100回到遙控模式。如是，則進入到流程435，載具系統100進入到轉彎詢問模式，載具系統100通過人機界面150向使用者300詢問使用者轉彎意願。使用者轉彎意願包括：使用者300是有確認要轉彎，以及要往左還是往右轉。此時，人機界面150呈現為「轉彎詢問模式」。

流程435如第7C圖所示。當載具系統100移動至開放道路Rd ₀的底端，對應作物區域R _t有一半已被刀具200’所採集，變為已採收區域DR _t。此時，使用者300離開開放道路Rd ₁，使載具系統100能夠從開放道路Rd ₀轉彎換行至開放道路Rd ₀。

進入到流程440，載具系統100確認使用者300是否按下人機界面150相同的轉彎按鈕，已確保使用者轉彎意願是否有誤。若否，回到流程430。如是，則進入流程445，載具系統100進入轉彎警示模式，載具系統100的載具機構110根據環境自動轉彎，如第7D圖所示。此時，人機界面150顯示為「轉彎警示模式」。在流程445中載具機構110自動轉彎的流程，如前之第3A圖至第3D圖或第4圖所示，在此不再重複說明。

在流程450，完成自動轉彎，人機界面150供使用者300確認轉彎完成，隨後設定為自動模式，進入到流程425。如第7E圖所示，載具系統100換行至開放道路Rd ₁，使用者300則移動到開放道路Rd ₀，藉以繼續採收未被採集的作物區域R _t。如此反覆上述流程，便可以完成茶園內茶葉的採集。應留意到，上述控制方法400包含但不限於茶葉的採集。

綜上所述，本揭露提供一種載具系統，用以承載現有的農業工作件，設計能夠於彼此平行的多個開放道路其中之一移動，並能夠智慧地實現自動轉彎換行至其他的開放道路中，從而協助處理開放道路之間的作物。進一步地，本揭露的載具系統可以感測使用者的姿態，跟隨使用者行走，從而實現人機協作、共同採收之目的，能夠在不改變傳統雙人採收作業(例如傳統的機械雙人採茶作業)的流程的情況下，以較低成本方式替代人力。

雖然本揭露已以實施例說明如上，但並不以此限定本揭露，任何熟習此技藝者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100:載具系統 110:載具機構 112:支架 114:高度調整模組 116:固定機構 118:雙履帶底盤 120:驅動系統 130:感測器 132:光學雷達 134:影像與深度相機 140:控制系統 142:電控箱 150:人機界面 200:雙人採收機 200’:刀具 300:使用者 Rd ₀,Rd ₁,Rd ₂:開放道路 R _t:作物區域 W _Rd,W _T:寬度 R:偵測距離 θ:偵測角度 M:偵測範圍 BC:邊界 VO:虛擬障礙物 PO:實體障礙物 L:距離 T:當前目標 P,P’:路徑 Q ₁:起點 Q ₂:終點 C ₁,C ₂,C ₃:圓弧曲線 DR _t:已採收區域

本揭露的優點與圖式，應由接下來列舉的實施方式，並參考附圖，以獲得更好的理解。這些圖式的說明僅僅是列舉的實施方式，因此不該認為是限制了個別實施方式，或是限制了揭露申請專利範圍的範圍。第1圖根據本揭露之一實施方式繪示一載具系統的一方塊示意圖；第2圖根據本揭露之一實施方式繪示一載具系統的一立體圖；第3A圖至第3D圖根據本揭露之一實施方式繪示一轉彎路徑規劃方法中，載具系統於不同流程的多個示意圖；第4圖根據本揭露之另一實施方式繪示繪示一載具系統之一移動路徑的一示意圖；第5圖根據本揭露之一實施方式繪示一載具系統與一使用者人機協作的一示意圖；第6圖根據本揭露之一實施方式繪示一載具系統之一控制方法的一流程圖；以及第7A圖至第7E圖分別繪示在第6圖之控制方法的不同流程下，載具系統與使用者的示意圖。

100:載具系統

110:載具機構

120:驅動系統

130:感測器

140:控制系統

150:人機界面

160:電源

Claims

一種載具系統，包括：一載具機構，用以承載一工作件；一驅動系統，傳動該載具機構於一移動路徑上移動；一感測器，偵測該載具機構的一移動方向上的一偵測範圍內的一環境資訊；以及一控制系統，連接於該驅動系統與該感測器之間，其中該控制系統接收該環境資訊以建立該偵測範圍的一地圖，並設置一當前目標於該地圖的一邊界，該控制系統根據該載具機構的一當前位置與該當前目標規劃該移動路徑，其中該載具機構與一使用者分別位於彼此平行的二相鄰開放道路，該載具機構用以承載之該工作件包括一雙人收割機，該雙人收割機的一側抵靠該載具機構，該使用者手持該雙人收割機之另一側，以採收該二相鄰開放道路之間的作物。
如請求項1所述之載具系統，其中當該載具機構轉彎從該二相鄰開放道路其中之一者換行至另一開放道路，該控制系統於該地圖建立一虛擬障礙物，藉以從該邊界區隔出一無效段，使得該當前目標設置於該無效段以外的該邊界上。
如請求項1所述之載具系統，其中該感測器還包括對準該使用者的一影像與深度相機，以感測該使用者與該載具機構之一相對位置，該控制系統進一步根據該相對位置規劃該移動路徑，以使該載具機構與該使用者保持並排平行移動。
如請求項1所述之載具系統，其中該載具機構包括一固定機構與一高度調整模組，該工作件通過該固定機構固定於該高度調整模組上，藉以根據欲採收之一作物的高度來調整該工作件的高度。
如請求項1所述之載具系統，其中該載具機構包括一雙履帶底盤，該驅動系統包括用以傳動該雙履帶底盤之一電動馬達。
如請求項1所述之載具系統，進一步包括：一人機界面，連接該控制系統以供該使用者下達一移動指令，其中該移動指令包括啟動該載具系統的一自動轉彎功能、手動調整該載具機構之一移動速度與移動方向以及停止該載具機構移動，該人機界面還具有一顯示裝置，該顯示裝置用以顯示該載具系統目前移動狀態以供該使用者讀取。
如請求項1所述之載具系統，其中該控制系統進一步儲存複數環境參數，並根據該些環境參數規劃該移動路徑，該些環境參數包括該二相鄰開放道路的二寬度以及該二相鄰開放道路之間的一間距。
如請求項1所述之載具系統，其中該感測器包括一光學雷達，該光學雷達朝該載具機構的該移動方向發射光束，獲得一偵側範圍內的該環境資訊。
一種載具系統，包括：一載具機構，用以承載一工作件；一驅動系統，傳動該載具機構於一移動路徑上移動；一感測器，包括對準一使用者的一影像與深度相機，以感測該使用者與該載具機構之一相對位置；以及一控制系統，用以根據該相對位置規劃該移動路徑，以使該載具機構與該使用者保持並排移動，其中該載具機構與一使用者分別位於彼此平行的兩相鄰開放道路，該載具機構用以承載之該工作件包括一雙人收割機，該雙人收割機的一側抵靠該載具機構，該使用者手持該雙人收割機之另一側，以採收該二相鄰開放道路之間的作物。