TWI738271B - 自走設備的自動導引方法 - Google Patents

Abstract

本發明提出一種自走設備的自動導引方法。自走設備於經由側感測器感測到充電站的訊號光時旋轉並進行照射，並於經由前感測器感測到不同的訊號光時變換旋轉方向，充電站於每次被自走設備照射時切換至發出與當前不同的訊號光，及重複上述動作並使自走設備朝光發射單元接近，直到自走設備抵達充電位置。本發明僅需於自走設備設置兩個感測器即可準確地導引自走設備至充電位置。

Description

自走設備的自動導引方法

本發明係與自走設備有關，特別有關於自走設備的自動導引方法。

目前已有許多可執行自動清掃的自走設備(如掃地機器人)被提出。現有的自走設備於電量過低時，可執行自動返航來自動回到充電站進行充電。

目前已有一種基於室內定位的自動返航技術被提出，是控制自走設備於電量過低時，經由室內定位技術來回到充電站所在位置。上述技術必須同時對充電站與自走設備進行定位，而需要額外配置的室內定位裝置(如藍芽收發器)或是軌跡記錄程式。

目前還有一種基於異質感測器的自動返航技術被提出，是於自走設備的每一側都裝設多種不同類型的感測器(如超音波感測器、紅外線感測器、無線網路收發器等等)，透過多種不同類型的感測器的導引(如超音波感測器用於遠距離導引，紅外線感測器用於近距離導引，無線網路收發器用於確認充電站位置等等)，來控制自走設備回到充電站。上述技術必須額外裝設多種感測器，而大幅增加成本，且必須同時運用多種感測器，這使得導引程序非常複雜。

是以，現有自動返航技術存在上述問題，而亟待更有效的方案被提出。

本發明之主要目的，係在於提供一種自走設備的自動導引方法，可簡化感測器的數量並降低導引複雜度。

為達上述目的，本發明係提供一種自走設備的自動導引方法，用以導引自走設備移動至充電站的充電位置，方法包括以下步驟：於自走設備經由設置於左半側與右半側的至少其中之一的側感測器感測到充電站的對應充電位置設置的光發射單元所發出的第一訊號的訊號光時，控制自走設備於充電站的光發射單元的照射範圍內朝第一旋轉方向旋轉移動，並於旋轉移動期間控制設置於自走設備的前側的光發射器進行照射；於充電站是發出第一訊號的訊號光且設置在光發射單元旁的感測單元被自走設備的光發射器的照射所觸發時，控制光發射單元切換至發出第二訊號的訊號光；於自走設備於經由設置於前側的前感測器感測到第二訊號的訊號光時，控制自走設備朝與第一旋轉方向相反的第二旋轉方向旋轉，並於旋轉期間是控制光發射器進行照射；於充電站是發出第二訊號的訊號光且感測單元被自走設備的光發射器的照射所觸發時，控制光發射單元切換至發出第一訊號的訊號光；於自走設備於經由前感測器感測到第一訊號的訊號光時，控制自走設備朝第一旋轉方向旋轉，並於旋轉期間控制光發射器進行照射；及，重複上述步驟，並同時控制自走設備朝光發射單元接近，直到自走設備移動至充電位置，而使充電站對自走設備進行充電。

本發明僅需於自走設備設置兩個感測器即可準確地導引自走設備至充電位置。

1、2:系統

10:自走設備

100:控制器

1000:尋牆控制模組

1001:隨機移動控制模組

1002:沿牆移動控制模組

1003:停止沿牆控制模組

1004:充電站偵測模組

1005:停靠控制模組

1006:抵達控制模組

1007:重新停靠控制模組

1008:接合控制模組

101:光發射器

1010:左光發射器

1011:右光發射器

102:前感測器

103:側感測器

1030:右側感測器

1031:左側感測器

104:電力裝置

1040:電力連接裝置

1041:無線充電裝置

105:驅動裝置

106:儲存器

1060:返航條件

1061:停止沿牆條件

1062:電腦程式

107:功能裝置

1070:風扇模組

1071:濾網模組

1072:除溼模組

1073:風扇模組

1074:加熱模組

1075:熱交換器模組

1076:風扇模組

1077:加熱模組

1078:吸塵模組

1079:集塵模組

108:通訊裝置

20:充電站

200:控制單元

2000:導引模組

2001:觸發偵測模組

201:感測單元

202:光發射單元

203:電力單元

2030:電力連接單元

2031:無線供電單元

204:儲存單元

2040:電腦程式

205:指示單元

206:通訊單元

30:電源

31:網路

32:使用者裝置

33:雲端伺服器

40-49:位置

50-58:路徑

60-66:位置

70-75:位置

80-81:牆體

90:光源

91、92:內壁

93、94:濾光片

L1、L2、L3:訊號光

E1、E2、E3:電力

R1-R4:照射範圍

S10-S15:第一導引步驟

S20-S21:返航步驟

S200-S204:尋牆步驟

S300-S309:第二導引步驟

S40-S42:重試步驟

圖1為本發明第一實施樣態的系統的架構圖。

圖2為本發明第二實施樣態的系統的架構圖。

圖3為本發明第三實施樣態的控制器的架構圖。

圖4為本發明第四實施樣態的控制單元的架構圖。

圖5為本發明第五實施樣態的功能裝置的架構圖。

圖6為本發明第六實施樣態的功能裝置的架構圖。

圖7為本發明第七實施樣態的功能裝置的架構圖。

圖8為本發明第八實施樣態的功能裝置的架構圖。

圖9為本發明第一實施例的自動導引方法的流程圖。

圖10為本發明第二實施例的自動返航的流程圖。

圖11為本發明第三實施例的自動導引方法的流程圖。

圖12為本發明第四實施例的自動重試的流程圖。

圖13為本發明第一示例的返航示意圖。

圖14A為本發明第二示例的第一導引示意圖。

圖14B為本發明第二示例的第二導引示意圖。

圖14C為本發明第二示例的第三導引示意圖。

圖14D為本發明第二示例的第四導引示意圖。

圖14E為本發明第二示例的第五導引示意圖。

圖14F為本發明第二示例的第六導引示意圖。

圖15為本發明第三示例的返航示意圖。

圖16A為本發明第四示例的第一導引示意圖。

圖16B為本發明第四示例的第二導引示意圖。

圖16C為本發明第四示例的第三導引示意圖。

圖16D為本發明第四示例的第四導引示意圖。

圖16E為本發明第四示例的第五導引示意圖。

圖17為本發明第五示例的自走設備的示意圖。

圖18為本發明第六示例的重試導引示意圖。

圖19為本發明第七示例的尋牆示意圖。

圖20為本發明第九實施樣態的光發射器的示意圖。

茲就本發明之一較佳實施例，配合圖式，詳細說明如後。

請參閱圖1，為本發明第一實施樣態的系統的架構圖。本發明主要是提出一種系統1，可以使用最簡化的感測器與導引程序來導引自走設備移動至充電站的充電位置。

具體而言，系統1包括自走設備10與充電站20。自走設備10包括光發射器101、前感測器102、側感測器103、電力裝置104、驅動裝置105及電性連接上述裝置的控制器100。

光發射器101設置於自走設備10的前側，用以朝前照射訊號光L1。前感測器102設置於自走設備10的前側，用以感測前側的訊號光。側感測器103設置於自走設備10的左半側或右半側，用以感測左半側或右半側的訊號光。

電力裝置104用以接收電力，並儲蓄電力以提供自走設備10運轉所需電力。具體而言，當自走設備10抵達充電位置並連接充電站20的電力單元203時，電力裝置104可以自電力單元203接收電力E2。

驅動裝置105(可包括馬達、驅動輪與及其他傳動件)用以移動自走設備10。控制器100用以控制自走設備10的各裝置運作。

充電站20用以自動導引自走設備10移動至充電位置，包括感測單元201、光發射單元202、電力單元203及電性連接上述裝置的控制單元200。並且，感測單元201與光發射單元202是臨近設置，如感測單元201設置在光發射單元202旁。

感測單元201用以感測光訊號，並可於感測到自走設備10的光發射器101的照射時被觸發。

光發射單元202對應前述充電位置設置，用以發射訊號光。具體而言，光發射單元202的設置位置與充電位置之間的關係是預先儲存於自走設備10中，自走設備10是基於上述關係透過追尋光發射單元202的設置位置來抵達充電位置。並且。光發射單元202可於第一訊號的訊號光與第二訊號的訊號光之間進行切換，藉以透過輪替發出不同的訊號光來導引自走設備10移動至充電位置。

電力單元203用以提供充電站運作所需電力，並可對外提供電力E2。控制單元200用以控制充電站20的各裝置運作。

請一併參閱圖2，為本發明第二實施樣態的系統的架構圖。於本實施樣態的系統2是與系統1相似，以下僅就系統2與系統1之間的差異進行說明。

自走設備10可進一步包括電性連接控制器100的儲存器106、功能裝置107及通訊裝置108。

儲存器106用以儲存資料。功能裝置107用以提供指定的功能(如空氣淨化功能、除溼功能、暖風功能及/或吸塵功能)。於一實施樣態中，功能裝置107可於自走設備10移動過程中或移動至定點後進行運轉。

通訊裝置108(如NFC模組、藍芽模組、Wi-Fi模組、行動網路模組、Zigbee模組、乙太網路模組、紅外線接收器或上述通訊裝置的任意組合)用以對外通訊。

於一實施樣態中，通訊裝置108可連接網路31，並經由網路31連接使用者裝置32及/或雲端伺服器33，以自使用者裝置32及/或雲端伺服器33接收命令或更新資料。

於一實施樣態中，用戶可操作使用者裝置32(如遙控器或安裝有指定應用程式的連網行動裝置)來產生並發送操作指令至通訊裝置108，控制器100基於所收到的操作指令控制自走設備10，如移動至指定位置、調整運轉參數、返航充電、關閉電源等等。

於一實施樣態中，自走設備10可包括殼體109，殼體109可部分地或完全包覆自走設備10的裝置，以提供保護。

請一併參閱圖2與圖17，圖17為本發明第五示例的自走設備的示意圖。於本實施樣態中，光發射器101可包括左光發射器1010與右光發射器1011。並且，側感測器103包括右側感測器1030與左側感測器1031。

於一實施樣態中，前述光發射器為紅外線發射器，前述感測器為紅外線接收器，前述訊號光為紅外線訊號光。

於本發明中，可使用前感測器102、左光發射器1010與右側感測器1030的組合，或者前感測器102、右光發射器1011與左側感測器1031的組合來實現自動導引。

換句話說，於執行自動導引時，上述兩種組合中，僅有一組會被致能，本發明的自走設備10僅需兩組感測器與一組光發射器即可實現返航功能。

於本發明中，左光發射器1010被設定為於右側感測器1030被觸發時被致能來朝自走設備10的左前半側(照射範圍R2)進行照射且不會照射到自走設備10的右前半側。

並且，右光發射器1011被設定為於左側感測器1031被觸發時被致能來朝自走設備10的右前半側進行照射(照射範圍R4)且不會照射到自走設備10的左前半側。上述設置方式可避免左光發射器1010與右光發射器1011的照射範圍重疊，而造成誤判。

於一實施態樣中，右側感測器1030可設置於殼體109的右後側或正右側(圖17是以正右側為例)，並用以朝殼體109的右後側或正右側進行感測。並且，左側感測器1031是設置於殼體109的左後側或正左側(圖17是以正左側為例)，並用以朝殼體109的左後側或正左側進行感測。上述設置方式可避免側感測器103與前感測器102的感測範圍重疊，而造成誤判。

續請一並參閱圖20，為本發明第九實施樣態的光發射器的示意圖。本發明進一步提出一種燈座結構，可以準確地朝自走設備10的左前半側(照射範圍R2)或者右前半側(照射範圍R4)進行照射且不會照射到自走設備10的另一前半側。

雖圖20是以左光發射器1010為例進行說明，但本領域的技術人員可理解，此燈座結構亦可用於右光發射器1011。

具體而言，左光發射器1010的燈座內側設置有光源90與反射壁。通過調整左反射壁92與右反射壁91之間的夾角可以改變照射範圍R2的角度。

並且，左反射壁92上設置有遮蓋部分光徑的多層濾光片94，右反射壁91上設置有遮蓋部分光徑的多層濾光片93。透過上述多層濾光片93、94的 設置，可以減緩光線的擴散，進而增強光線的直線性，而可以準確控制照射範圍R2。

復請參閱圖2，於一實施樣態中，自走設備10的電力裝置104是採用有線充電。具體而言，電力裝置104可包括電力連接裝置1040(如電連接器或電連接埠)，充電站20的電力單元203則包括電力連接單元2030(如電連接埠或電連接器)，充電位置為可使電力連接裝置1040接觸電力連接單元2030的位置。藉此，當自走設備10抵達充電位置後，電力連接單元2030可以有線方式提供電力E2至電力連接裝置1040，以替電力裝置104的電池(圖未標示)進行充電。

於一實施樣態中，自走設備10的電力裝置104是採用無線充電。具體而言，電力裝置104可包括無線充電裝置1041，充電站20的電力單元203包括無線供電單元2031，充電位置為可使無線充電裝置1041的感應線圈感測到無線供電單元2031的感應線圈的磁場的位置。藉此，當自走設備10抵達充電位置後，無線供電單元2031可以無線方式提供電力E3至無線充電裝置1041，以替電力裝置104的電池進行充電。

充電站20可進一步包括電性連接控制單元200的儲存單元204、指示單元205及通訊單元206。

儲存單元204用以儲存資料。通訊單元205與通訊裝置108相同或相似，用以對外通訊。於一實施樣態中，通訊單元205可連接網路31，並經由網路31對外通訊，如接收命令或更新資料。

指示單元205(如指示燈、按鍵、觸控板、顯示器、喇叭、蜂鳴器或上述任意組合)，用以與用戶進行互動或輸出資訊。

於一實施樣態中，電力單元203連接外部的電源30，並可自電源30取得電力E1，將電力E1轉換為電力E2或E3後輸出至自走設備10的電力裝置104。

請一併參閱圖3及圖4，圖3為本發明第三實施樣態的控制器的架構圖，圖4為本發明第四實施樣態的控制單元的架構圖。於本發明中，自走設備10的控制器100可包括以下用以實現不同功能的模組：

1.尋牆控制模組1000：被設定來於返航條件(可預先儲存於儲存器106)滿足時，切換至返航模式。於返航模式下，當經由前感測器102或側感測器103感測任一牆的位置時，控制驅動裝置105沿牆移動。

2.隨機移動控制模組1001：被設定來控制驅動裝置105隨機移動。

3.沿牆移動控制模組1002：被設定來控制驅動模組105沿牆移動。於一實施樣態中，沿牆移動控制模組1002是使側感測器103朝牆進行感測，以偵測牆的位置並沿牆移動。

於一實施樣態中，尋牆控制模組1000可被設定來先觸發隨機移動控制模組1002以使自走設備10隨機移動，於隨機移動期間經由前感測器102或側感測器103感測牆，並於感測到牆時觸發沿牆移動控制模組1002開始沿牆移動。

4.停止沿牆控制模組1003：被設定來於驅動裝置105沿牆移動至停止沿牆條件(可預先儲存於儲存器106)滿足且前感測器102或側感測器103仍未感測到充電站20的訊號光時，控制驅動裝置105移動以遠離當前繞行的牆，並觸發尋牆控制模組1000以尋找另一牆。

5.充電站偵測模組1004：被設定來於側感測器103感測到充電站20的第一訊號的訊號光時，控制驅動裝置105先前進一預設距離(如20公分)以進入充電站20的光發射單元202的照射範圍內，再進行旋轉(如朝第一旋轉方向)。

6.停靠控制模組1005：被設定來於側感測器103感測到充電站20的訊號光(如第一訊號)時，控制驅動裝置105於充電站20的光發射單元202的照射範圍內旋轉移動(如朝第一旋轉方向)，並於前感測器102感測到另一訊號光(如第二訊號)時，控制驅動裝置105朝與相反方向旋轉移動(如朝第二旋轉方向)，於前 感測器102再次感測到不同的訊號光(如第一訊號)時，控制驅動裝置105朝相反方向旋轉移動(如朝第一旋轉方向)，重複上述操作並朝充電站20的光發射單元202接近，直到抵達充電位置。停靠控制模組1005還於旋轉期間控制光發射器202進行照射。

7.抵達控制模組1006：被設定來於經由前感測器102判斷接近充電站20的光發射單元202時(如距離不大於預設的充電距離)，判定自走設備10抵達充電位置。

於一實施樣態中，於抵達充電位置後，抵達控制模組1006可進一步控制驅動裝置105旋轉，來使自走設備10以指定姿態朝向充電站20。

於一實施樣態中，當光發射器101對準充電站20的感測單元201時，自走設備10是以指定姿態朝向充電站20。

8.重新停靠控制模組1007：被設定來於經由前感測器102判斷與充電站的光發射單元202之間的距離小於充電距離且未進行充電時，控制驅動裝置105旋轉移動以遠離充電站20，並觸發尋牆控制模組1000與停靠控制模組1005運作以重新停靠至充電位置。

9.接合控制模組1008：被設定來於自走設備10抵達充電位置(且以指定姿態朝向充電站20)後，控制驅動裝置105執行接合移動(如朝充電站移動預設距離或旋轉預設角度)以使電力連接裝置1040有線接合充電站20的電力連接單元2030。

並且，充電站20的控制單元200可包括以下用以實現不同功能的模組：

1.導引模組2000：被設定來於光發射單元202是發射第一訊號的訊號光L2且感測單元201被觸發時，控制光發射單元202切換至發出第二訊號的 訊號光L3，並於光發射單元202是發射第二訊號的訊號光L3且感測單元201被觸發時，控制光發射單元202切換至發出第一訊號的訊號光L2。

2.觸發偵測模組2001：於感測單元201被自走設備10的光發射器101照射時，開始判斷感測單元201是否脫離光發射器101的照射，並於脫離光發射器101的照射時，判定感測單元被光發射器101的照射所觸發。

值得一提的是，前述模組1000-1008與模組2000-2001是彼此連接(可為電性連接或資訊連接)，並可為硬體模組(如電子電路模組、積體電路模組、SoC等等)、軟體模組或軟硬體模組混搭，不加以限定。

值得一提的是，當前述模組1000-1008為軟體模組(如韌體、作業系統或應用程式)時，自走設備10可包括非暫態電腦可讀取記錄媒體(如圖2所示的儲存器106)，前述非暫態電腦可讀取記錄媒體儲存有電腦程式1062，電腦程式1062記錄有電腦可執行之程式碼，當控制器100執行前述程式碼後，可實現前述模組1000-1008之控制功能。

並且，當前述模組2000-2001為軟體模組(如韌體、作業系統或應用程式)時，充電站20可包括非暫態電腦可讀取記錄媒體(如圖2所示的儲存單元204)，前述非暫態電腦可讀取記錄媒體儲存有電腦程式2040，電腦程式2040記錄有電腦可執行之程式碼，當控制單元200執行前述程式碼後，可實現前述模組2000-2001之控制功能。

請一併參閱圖5，為本發明第五實施樣態的功能裝置的架構圖，於本實施樣態中，自走設備1為移動式空氣清淨設備，而可於移動過程中淨化周圍空氣。具體而言，功能裝置107包括風扇模組1070與濾網模組1071。風扇模組1070，用以受控制器100的控制來調整轉速以產生穿過濾網模組1071的氣流，藉以實現空氣淨化功能。

請一併參閱圖6，為本發明第六實施樣態的功能裝置的架構圖。於本實施樣態中，自走設備1為移動式除濕設備，而可於移動過程中降低周圍空氣的濕度。具體而言，功能裝置107包括除溼模組1072、風扇模組1073、加熱模組1074與熱交換器模組1075。除溼模組1072用以吸附周圍空氣中的水氣以產生乾空氣。風扇模組1073用以產生氣流以輸出所產生的乾空氣。加熱模組1074用以蒸發除溼模組1072所吸附的水氣，以使除溼模組1072維持吸附水氣的能力。熱交換器模組1075用以凝結並收集所蒸發水氣。藉此，本發明可實現除溼功能。

請一併參閱圖7，為本發明第七實施樣態的功能裝置的架構圖。於本實施樣態中，自走設備1為移動式暖風設備，而可於移動過程中提供暖風。具體而言，功能裝置107包括風扇模組1076加熱模組1077。加熱模組1077用以加熱周圍空氣以產生熱空氣。風扇模組1076用以產生氣流以輸出熱空氣。藉此，本發明可實現暖風功能。

請一併參閱圖8，為本發明第八實施樣態的功能裝置的架構圖。於本實施樣態中，自走設備1為掃地機器人，而可於移動過程進行清掃。具體而言，功能裝置107包括吸塵模組1078與集塵模組1079。吸塵模組1078用以吸取地板上的垃圾或粉塵。集塵模組1079用以收集所吸取的垃圾或粉塵。藉此，本發明可實現移動清掃功能。

請參閱圖9，為本發明第一實施例的自動導引方法的流程圖。本發明各實施例的自動導引方法可由圖1所示的系統1或圖2所示的系統2來加以實現，後續是以圖1的系統1來配合說明。

步驟S10：自走設備10的控制器100判斷自走設備10是否靠近充電站20。

於一實施例中，控制器100是於經由側感測器103(可設置於左半側與右半側的其中之一)感測到充電站20的光發射單元202所發出的訊號光(如第一訊號L2或第二訊號L3的訊號光)時，判定靠近充電站20。

若自走設備10靠近充電站20，則自走設備10執行步驟S11，並且，充電站20會同時執行步驟S12。

步驟S11：控制器100透過停靠控制模組1005，來經由驅動裝置105控制自走設備10旋轉(如朝第一旋轉方向旋轉)，並於旋轉期間控制光發射器101進行照射(如發出訊號L1的光訊號)。

並且，於旋轉期間，控制器100經由驅動裝置105同時控制自走設備10朝充電站20的光發射單元202接近，如每次旋轉預設角度後朝充電站20接近預設距離，或者邊旋轉邊朝充電站20接近。

並且，控制器100於可於每次經由前感測器102感測到充電站20的光發射單元202發出的另一訊號光時(即感測到光發射單元202的光訊號改變)，控制驅動裝置105反向旋轉。

舉例來說，第一次偵測到訊號光改變(如自第一訊號L2變為第二訊號L3)時，朝與當前的第一旋轉方向相反的第二旋轉方向旋轉，第二次偵測到訊號光改變時(如自第二訊號L3變為第一訊號L2)，朝與當前的第二旋轉方向相反的第一旋轉方向旋轉，以此類推。

於一實施例中，自走設備10是在光發射單元202的照射範圍中執行前述移動與旋轉。藉此，可有效避免自走設備10迷失方向而停靠失敗。

步驟S12：充電站20的控制單元200發出訊號光，並於受自走設備10觸發時切換至另一訊號光。

具體而言，控制單元200是於每次經由感測單元201感測到自走設備10時(如感測單元201被自走設備10的訊號光照射到)被觸發，而控制光發射單元202切換至發出不同訊號的訊號光。

舉例來說，感測單元201原本發出第一訊號L2的訊號光，第一次被自走設備10的訊號L1的訊號光照射到時，切換至發出第二訊號L3的訊號光，第二次被自走設備10的訊號L1的訊號光照射到時，切換回發出第一訊號L2的訊號光，以此類推。

步驟S13：控制器100判斷自走設備10是否抵達充電位置。

於一實施例中，控制器100可依據光發射器101與感測單元201之間的距離、前感測器102或側感測器103與光發射單元202之間的距離、或電力裝置104是否連接電力單元203等等，來判斷自走設備10是否抵達充電位置。

若自走設備10未抵達充電位置，則再次執行步驟S11與步驟S12，以繼續導引自走設備10逐漸縮短與充電位置之間的距離。

若自走設備10抵達充電位置，則執行步驟S14：控制器100於電力裝置104連接電力單元203後，自電力單元203接收電力，並對電力裝置104的電池進行充電。

若自走設備10於步驟S10中未靠近充電站20，則執行步驟S15：控制器100經由驅動裝置105移動自走設備10(如隨機移動或沿牆移動)以繼續尋找充電站20。

藉此，本發明僅需於自走設備設置兩個感測器(前感測器與側感測器)即可準確地導引自走設備至充電位置。

續請一併參閱圖14A至圖14F，圖14A為本發明第二示例的第一導引示意圖，圖14B為本發明第二示例的第二導引示意圖，圖14C為本發明第二示 例的第三導引示意圖，圖14D為本發明第二示例的第四導引示意圖，圖14E為本發明第二示例的第五導引示意圖，圖14F為本發明第二示例的第六導引示意圖。

於本例子中，自走設備10的側感測器103包括設置於殼體109的右後側或正右側的右側感測器1030，右側感測器1030是朝該自走設備的右後側或正右側進行感測。光發射器101包括左光發射器1010，左光發射器1010是朝自走設備10的前左半側進行照射且不會照射到前右半側。

如圖14A所示，充電站20的光發射單元202對照射範圍R1發射第一訊號L2的訊號光。自走設備10於進入照射範圍R1(位置60)後，會經由右側感測器1030感測到充電站20所發出的第一訊號L2的訊號光。接著，自走設備10朝前移動預設距離d以使自走設備10完全進入照射範圍R1(亦可不朝前移動)，即移動至位置61。

接著，如圖14B所示，自走設備10於位置62可持續朝前右半側(照射範圍R2)發射訊號光L1，並朝第一旋轉方向旋轉。於本例子中，自走設備10是朝離開充電站20的方向旋轉，即逆時鐘方向(還可進一步稍微遠離充電站20)，藉以避免因距離充電站20過近，而於旋轉過程中碰撞充電站20。

接著，如圖14C所示，自走設備10於位置63朝第一旋轉方向旋轉過程中，訊號光L1會照射到充電站20的感測單元201，而觸發充電站20控制光發射單元202切換至第二訊號L3的訊號光。

接著，如圖14D所示，自走設備10經由前感測器102感測到第二訊號L3的訊號光時，朝充電站20接近至位置64，並朝相反的第二旋轉方向旋轉，即順時鐘方向。並且，自走設備10朝第二旋轉方向旋轉過程中，訊號光L1會再次照射到充電站20的感測單元201，而觸發充電站20控制光發射單元202切換至第一訊號L2的訊號光。

接著，如圖14E所示，自走設備10經由前感測器102感測到第一訊號L2的訊號光時，朝充電站20接近至位置65，並朝相反的第一旋轉方向旋轉。並且，旋轉過程中訊號光L1會再次照射到感測單元201，而觸發充電站20切換至第二訊號L3的訊號光。

接著，如圖14F所示，自走設備10經由前感測器102感測到第二訊號L3的訊號光時，朝充電站20接近至位置66，並朝相反的第二旋轉方向旋轉。並且，當訊號光L1照射到感測單元201時，自走設備10與充電站20判斷抵達充電位置，而結束本次導引。

續請一併參閱圖16A至圖16E，圖16A為本發明第四示例的第一導引示意圖，圖16B為本發明第四示例的第二導引示意圖，圖16C為本發明第四示例的第三導引示意圖，圖16D為本發明第四示例的第四導引示意圖，圖16E為本發明第四示例的第五導引示意圖。

於本例子中，自走設備10的側感測器103包括設置於殼體109的左後側或正左側的左側感測器1031，左側感測器1031是朝該自走設備的左後側或正左側進行感測。光發射器101包括右光發射器1011，右光發射器1011是朝自走設備10的前右半側進行照射且不會照射到前左半側。

如圖16A所示，充電站20的光發射單元202對照射範圍R3發射第一訊號L2的訊號光。自走設備10於進入照射範圍R3後(位置70)，會經由左側感測器1031感測到充電站20所發出的第一訊號L2的訊號光。接著，自走設備10朝前移動預設距離以使大部分的自走設備10進入照射範圍R3(亦可不朝前移動)，即位置71。

接著，如圖16B所示，自走設備10可持續朝前左半側(照射範圍R4)發射訊號光L1，並於位置72朝第一旋轉方向旋轉。於本例子中，自走設備10是 朝離開充電站20的方向旋轉，即順時鐘方向(還可進一步稍微遠離充電站20)，藉以避免因距離充電站20過近，而於旋轉過程中碰撞充電站20。

接著，如圖16C所示，自走設備10於位置73朝第一旋轉方向旋轉過程中，訊號光L1會照射到充電站20的感測單元201，而觸發充電站20控制光發射單元202切換至第二訊號L3的訊號光。

接著，如圖16D所示，自走設備10經由前感測器102感測到第二訊號L3的訊號光時，朝充電站20接近至位置74，並朝相反的第二旋轉方向旋轉，即逆時鐘方向。並且，自走設備10朝第二旋轉方向旋轉過程中，訊號光L1會再次照射到充電站20的感測單元201，而觸發充電站20控制光發射單元202切換至第一訊號L2的訊號光。

接著，如圖16E所示，自走設備10經由前感測器102感測到第一訊號L2的訊號光時，朝充電站20接近至位置75，並朝相反的第一旋轉方向旋轉。並且，當訊號光L1照射到感測單元201時，自走設備10與充電站20判斷抵達充電位置，而結束本次導引。

續請一併參閱圖10為本發明第二實施例的自動返航的流程圖。圖10是用以說明本發明如何使自走設備10移動至靠近充電站20的位置，以使自走設備10靠著自動導引停靠至充電位置。自走設備10執行以下步驟來尋找並靠近充電站20。

步驟S20：控制器100判斷預設的返航條件是否滿足。

前述返航條件可以為：電池的剩餘電量低於返航電力臨界值、經過預設的返航時間、或者完成任務(如周圍空氣品質或濕度達標，或者完成指定區域的清掃)。

若返航條件不滿足，則再次執行步驟S20以持續監測。

若返航條件滿足，則執行步驟S21：控制器100透過尋牆控制模組1000經由前感測器102或側感測器103感測牆的位置，並沿牆移動來尋找充電站20。

於一實施例中，控制器100可經由以下步驟S200-S202實現尋牆與沿牆移動。

步驟S200：控制器100透過隨機移動控制模組1001控制驅動裝置105隨機移動，以使自走設備10進行漫遊。

於一實施例中，隨機移動控制模組1001可規劃一條隨機產生的移動路徑，或者隨機產生移動控制命令，不加以限定。

步驟S201：控制器100於隨機移動期間經由前感測器102或側感測器103對周圍的牆進行感測。

若未感測到牆，則再次執行步驟S200，以持續尋牆。

若感測到牆，則執行步驟S202：控制器100透過沿牆移動控制模組1002控制驅動裝置105沿牆移動，以使自走設備10開始繞著所感測到的牆移動並尋找充電站20。

於一實施例中，於沿牆移動期間，控制器100是控制使側感測器103對牆進行感測，以偵測牆的位置並實現繞牆。

於一實施例中，由於環境中可能存在多個不同的牆體，為了避免自走設備10因花費過多時間在錯誤的牆體(即未設置有充電站20的牆體)而返航失敗(如電力耗盡)，控制器100還可經由以下步驟S203-S204實現停止沿牆與重新尋牆功能，以適時地更換所繞行的牆，來提升成功返航的機率。

步驟S203：控制器100透過停止沿牆控制模組1003判斷停止沿牆條件是否滿足及是否感測到充電站20。

於一實施例中，前述沿牆條件可為繞行完全部牆體、持續繞行超過預設時間仍未找到充電站20等等。

若停止沿牆條件不滿足且未感測到充電站20，則持續偵測。

若停止沿牆條件滿足且仍未感測到充電站20，則執行步驟S204：控制器100於沿牆移動至停止沿牆條件滿足且仍未感測到充電站20時控制自走設備10移動以遠離當前的牆，並透過尋牆控制模組1000重新尋找另一牆(如再次執行步驟S200-S202)。

藉此，本發明可有效尋牆，並藉由沿牆移動來成功找到充電站20，而無須室內定位技術或額外感測器。

請一併參閱圖19為本發明第七示例的尋牆示意圖。圖19用以示例性說明本發明如何尋找充電站20。

於本例子中，充電站20設置於牆體81，自走設備10於位置47沿路徑56繞行牆體80一圈，但未發現充電站20(停止沿牆條件滿足)。

接著，自走設備10停止沿牆體80移動，而沿隨機路徑57以脫離牆體80，並於位置48偵測到牆體81。

接著，自走設備10開始沿著路徑58沿牆移動，並於位置49找到充電站20。

請一併參閱圖13，為本發明第一示例的返航示意圖。圖13是用以說明自走設備10是如何透過右側感測器1030來尋找到充電站20。

如圖所示，自走設備10從位置40沿隨機路徑50隨機移動，並於移動至位置41經由前感測器102或右側感測器1030偵測到牆。

接著，自走設備10可旋轉來使右側感測器1030是對牆進行偵測，並沿著沿牆路徑51沿牆移動(如逆時鐘繞行)至位置42，而可以找到充電站20(如 進入光發射器202的照射範圍)。並且，於沿牆移動過程中，自走設備10可藉由移動來使右側感測器1030持續與牆壁間維持固定的距離，而可以實現沿牆移動。

請一併參閱圖15，為本發明第三示例的返航示意圖。圖15是用以說明自走設備10是如何透過左側感測器1031來尋找到充電站20。

如圖所示，自走設備10從位置43沿隨機路徑52隨機移動，並於移動至位置44經由前感測器102或左側感測器1031偵測到牆。

接著，自走設備10可旋轉來使左側感測器1031是對牆進行偵測，並沿著沿牆路徑53沿牆移動(如順時鐘繞行)至位置45，而可以找到充電站20。並且，於沿牆移動過程中，自走設備10可藉由移動來使左側感測器1031持續與牆壁間維持固定的距離，而可以實現沿牆移動。

續請一併參閱圖11，為本發明第三實施例的自動導引方法的流程圖。本實施例的自動導引方法是以圖2的系統2來配合說明。

步驟S300：自走設備10的控制器100通過充電站偵測模組1004判斷是否側感測器103感測到充電站20，即是否右側感測器1030或左側感測器1031被充電站的光發射單元202照射到。

若感測到充電站20，則自走設備10執行步驟S301：控制器100通過停靠控制模組1005控制自走設備10朝前移動預設距離以使更多部分的自走設備10進入光發射單元202的照射範圍，旋轉並於旋轉期間控制光發射器101發出訊號L1的光訊號。

值得一提的是，於自走設備10中，若是右側感測器1030被充電站10照射到，則於後續的步驟S302-S306是使用左光發射器1010來發射訊號L1的訊號光；若是左側感測器1031被充電站10照射到，則於後續的步驟S302-S306是使用右光發射器1011來發射訊號L1的訊號光。

步驟S302：充電站20的控制單元200通過觸發偵測模組2001經由感測單元201判斷是否被觸發，如是否被自走設備10的訊號L1的光訊號所照射。

於一實施例中，控制單元200是於感測單元201被照射時，開始判斷感測單元201是否脫離照射，並於脫離照射時，才判定感測單元201被觸發。

若充電站20的感測單元201未被觸發，則再次執行步驟S302以持續感測。

若充電站20的感測單元201被觸發，則執行步驟S303：控制單元200通過導引模組2000控制光發射單元202切換訊號，如自第一訊號的訊號光切換至第二訊號的訊號光，或者自第二訊號的訊號光切換至第一訊號的訊號光。

步驟S304：控制器100通過停靠控制模組1005經由前感測器102感測是否充電站20發出的訊號光改變。

若充電站20發出的訊號光未改變，則再次執行步驟S304以持續旋轉移動並感測。

若充電站20發出的訊號光改變，則執行步驟S305：控制器100通過停靠控制模組1005於每次感測到充電站20的訊號光改變時，控制驅動裝置105反向旋轉。

步驟S306：控制單元200通過停靠控制模組1005判斷與充電站20(的光發射單元202)之間的距離是否不大於預設的充電距離(如0.5公分、3公分、10公分)，以判斷自走設備10是否抵達充電位置。

若自走設備10與充電站20之間的距離大於充電距離，則判定尚未抵達充電位置，並再次執行步驟S302-S306。

若自走設備10與充電站20之間的距離不大於充電距離，則判定抵達充電位置，並執行步驟S307：控制器100通過抵達控制模組1006執行對準，以 使自走設備10旋轉至基準姿態，如使光發射器101對準充電站20的感測單元201，或前感測器102或側感測器103對準光發射單元202。

步驟S308：控制器100通過接合控制模組1008經由驅動裝置105執行接合移動(如朝充電站移動預設距離，或朝指定的旋轉方向旋轉預設角度)，以使電力連接裝置1040接上充電站的2030，或使無線充電裝置1041可感應到無線供電裝置2031電力E3。

值得一提的是，前述接合移動是基於前述基準姿態所設定，即當自走設備10與充電站20處於基準姿態時，自走設備10僅需執行預設的接合移動，即可使電力裝置104連接電力單元203，而可進行充電。

若於步驟S300中未感測到充電站20，則自走設備10執行步驟S309：控制器100經由驅動裝置105移動自走設備10以繼續尋找充電站20，如執行圖10的步驟。

藉此，本發明可更精準地導引自走設備10移動至充電站20的充電位置，並進行充電。

續請一併參閱圖12，為本發明第四實施例的自動重試的流程圖。當自走設備10移動至充電位置後，可能因為某些原因(如電力裝置104沒有正確接上電力單元203，或者接觸不良)而無法正確進行充電，這會造成充電失敗。對此，本發明提出以下步驟S40-S42來實現

步驟S40：控制器100通過重新停靠控制模組1007判斷是否自走設備10已抵達充電位置但充電站20未對自走設備10進行充電。

於一實施例中，控制器100是經由前感測器102或側感測器103判斷與充電站20的光發射器202之間的距離是否小於充電距離且充電站20未對自走設備10進行充電。

若已抵達充電位置且充電站20有對自走設備10進行充電，則結束本次偵測。

若已抵達充電位置但充電站20未對自走設備10進行充電，則執行步驟S41：控制器100通過重新停靠控制模組1007控制驅動裝置105遠離充電站20。

於一實施例中，自走設備10是沿螺旋軌跡向後旋轉移動以遠離充電站20。藉由旋轉來經由前感測器102與側感測器103偵測周圍物體以避免碰撞，並經由向後移動來遠離充電站20。

步驟S42：控制器100的控制單元200再次執行自動導引程序，以再次靠近充電站20，抵達充電位置並進行充電。

藉此，本發明可有效排除充電失敗問題。

續請一併參閱圖18，為本發明第六示例的重試導引示意圖。圖18用以示例性說明如何遠離充電站。

於本例子中，自走設備10先沿半徑較小的第一螺旋軌跡54旋轉移動以微幅遠離充電站20。接著，自走設備10沿半徑大於第一螺旋軌跡54的第二螺旋軌跡55旋轉移動，以更明顯的遠離充電站20。

藉此，本發明可於自走設備10僅有少量感測器的情況下，有效避免碰撞周圍物體。

以上所述僅為本發明之較佳具體實例，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明內容所為之等效變化，均同理皆包含於本發明之範圍內，合予陳明。

S10-S15:第一導引步驟

Claims (14)

1. 一種自走設備的自動導引方法，用以導引一自走設備移動至一充電站的一充電位置，該方法包括以下步驟：a)於該自走設備經由設置於左半側與右半側的至少其中之一的一側感測器感測到該充電站的對應該充電位置設置的一光發射單元所發出的一第一訊號的訊號光時，控制該自走設備於該充電站的該光發射單元的照射範圍內朝一第一旋轉方向旋轉移動，並於旋轉移動期間控制設置於該自走設備的前側的一光發射器進行照射；b)於該充電站是發出該第一訊號的訊號光且設置在該光發射單元旁的一感測單元被該自走設備的該光發射器的照射所觸發時，控制該光發射單元切換至發出一第二訊號的訊號光；c)於該自走設備於經由設置於前側的一前感測器感測到該第二訊號的訊號光時，控制該自走設備朝與該第一旋轉方向相反的一第二旋轉方向旋轉，並於旋轉期間是控制該光發射器進行照射；d)於該充電站是發出該第二訊號的訊號光且該感測單元被該自走設備的該光發射器的照射所觸發時，控制該光發射單元切換至發出該第一訊號的訊號光；e)於該自走設備於經由該前感測器感測到該第一訊號的訊號光時，控制該自走設備朝該第一旋轉方向旋轉，並於旋轉期間控制該光發射器進行照射；f)重複執行該步驟b)至該步驟e)，並同時控制該自走設備朝該光發射單元接近，直到該自走設備移動至該充電位置；及 g)於該自走設備抵達該充電位置後，控制該自走設備執行一接合移動以使該自走設備的一電力連接裝置接合該充電站的一電力連接單元，而使該充電站對該自走設備進行充電。
2. 如請求項1所述的自走設備的自動導引方法，其中於該步驟a)之前更包括以下步驟：h)於一返航條件滿足時，經由該前感測器或該側感測器感測任一牆的位置，並控制該自走設備沿該牆移動。
3. 如請求項2所述的自走設備的自動導引方法，其中該步驟h)更包括以下步驟：h1)於該返航條件滿足時，控制該自走設備隨機移動，並於移動期間經由該前感測器或該側感測器對該牆進行感測；及h2)於經由該前感測器或該側感測器感測到該牆時，控制該自走設備沿該牆移動。
4. 如請求項3所述的自走設備的自動導引方法，其中該步驟h2)是控制該自走設備於移動期間是使該側感測器朝該牆進行感測。
5. 如請求項3所述的自走設備的自動導引方法，其中該步驟h)更包括以下步驟：h3)於沿該牆移動至一停止沿牆條件滿足且該自走設備仍未感測到該第一訊號的訊號光時，控制該自走設備移動以遠離該牆，並尋找另一牆。
6. 如請求項1所述的自走設備的自動導引方法，其中該自走設備的該側感測器是朝該自走設備的右後側或正右側進行感測，該光發射器是朝該自走設備的前左半側進行照射且不會照射到前右半側；該第一旋轉方向是逆時鐘方向；該第二旋轉方向是順時鐘方向。
7. 如請求項1所述的自走設備的自動導引方法，其中該自走設備的該側感測器是朝該自走設備的左後側或正左側進行感測，該光發射器是朝該自走設備的前右半側進行照射且不會照射到前左半側；該第一旋轉方向是順時鐘方向；該第二旋轉方向是逆時鐘方向。
8. 如請求項1所述的自走設備的自動導引方法，其中該步驟a)是於感測到該第一訊號的訊號光時，控制該自走裝置先前進一預設距離以進入該充電站的該光發射單元的該照射範圍內，再朝該第一旋轉方向旋轉。
9. 如請求項1所述的自走設備的自動導引方法，其中該步驟b)是於該感測單元被該自走設備的該光發射器照射時，開始判斷該感測單元是否脫離該光發射器的照射，並於脫離該光發射器的照射時，判定該感測單元被該光發射器的照射所觸發；該步驟d)是於該感測單元被該自走設備的該光發射器照射時，開始判斷該感測單元是否脫離該光發射器的照射，並於脫離該光發射器的照射時，判定該感測單元被該光發射器的照射所觸發。
10. 如請求項1所述的自走設備的自動導引方法，其中該步驟f)是於經由該前感測器判斷與該充電站的該光發射器之間的距離不大於一充電距離時，判定抵達該自走設備抵達該充電位置，並控制該自走設備旋轉以使該光發射器對準該充電站的該感測單元。
11. 如請求項1所述的自走設備的自動導引方法，更包括以下步驟：i1)於經由該前感測器判斷與該充電站的該光發射器之間的距離小於一充電距離且該充電站未對該自走設備進行充電時，控制該自走設備旋轉移動以沿一螺旋軌跡遠離該充電站；及i2)再次執行該步驟a)至該步驟e)以再次導引該自走設備移動至該充電位置。
12. 如請求項11所述的自走設備的自動導引方法，其中該步驟i1)是控制該自走設備先沿一第一螺旋軌跡旋轉移動，再沿半徑大於該第一螺旋軌跡的一第二螺旋軌跡旋轉移動，以逐漸遠離該充電站。
13. 如請求項1所述的自走設備的自動導引方法，更包括以下步驟：j1)於該自走設備經由設置於該側感測器的另一側的另一側感測器感測到該充電站的該光發射單元所發出的該第一訊號的訊號光時，控制該自走設備於該充電站的該光發射單元的照射範圍內朝該第二旋轉方向旋轉移動，並於旋轉移動期間控制設置於該自走設備的前側的另一光發射器進行照射；j2)於該充電站是發出該第一訊號的訊號光且該感測單元被該自走設備的該另一光發射器的照射所觸發時，控制該光發射單元切換至發出的該第二訊號的訊號光；j3)於該自走設備於經由該前感測器感測到該第二訊號的訊號光時，控制該自走設備朝該第一旋轉方向旋轉，並於旋轉期間控制該另一光發射器進行照射；j4)於該充電站是發出該第二訊號的訊號光且該感測單元被該自走設備的該另一光發射器的照射所觸發時，控制該光發射單元切換至發出該第一訊號的訊號光；j5)於該自走設備於經由該前感測器感測到該第一訊號的訊號光時，控制該自走設備朝該第二旋轉方向旋轉，並於旋轉期間是控制該另一光發射器進行照射；及j6)重複執行該步驟j2)至該步驟j5)，並同時控制該自走設備朝該光發射單元接近，直到該自走設備移動至該充電位置，而使該充電站對該自走設備進行充電。
14. 如請求項13所述的自走設備的自動導引方法，其中該光發射器是朝該另一側感測器所在的半側進行照射且不會照射到該側感測器所在的半側；該另一光發射器是朝該側感測器所在的半側進行照射且不會照射到該另一側感測器所在的半側。

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