TWM558928U - 自動追隨裝置與自動追隨系統 - Google Patents

Abstract

一種自動追隨系統，包括目標裝置與追隨裝置。目標裝置包括第一地磁計、第一處理單元及第一無線通訊單元。第一地磁計持續傳送地磁方位角資訊。第一處理單元接收地磁方位角資訊並輸出第一方向角資訊。第一無線通訊單元傳送出具有第一方向角資訊的無線訊號。追隨裝置包括第二地磁計、第二處理單元、第二無線通訊單元及控制單元。第二地磁計傳送地磁方位角資訊。第二無線通訊單元接收無線訊號。第二處理單元接收地磁方位角資訊並產生第二方向角資訊，且根據第一方向角資訊與第二方向角資訊計算出追隨轉向角資訊。控制單元接收追隨轉向角資訊並據以控制追隨裝置轉向前進。

Description

自動追隨裝置與自動追隨系統

本創作係關於一種移動裝置，特別是指一種自動追隨裝置與自動追隨系統。

隨著資訊網路的蓬勃發展，人們可藉由網路遠端控制生活周遭的硬體設備，舉例來說，可藉由資訊傳感設備（例如無線感測器節點、射頻識別裝置、紅外感應器等）按照事先約定的協議，將各種硬體與互聯網連接起來，並進行資訊的交換和通信，從而實現遠端控制與管理。

然而，在現在高度科技化下的社會，還是有許多事物必須透過手動方式來進行操作，例如在賣場選購商品時，必須要自己推著手推車以進行購物。或者，在開車的過程中需要跟隨其他車輛時，也必須自己操控方向盤控制車輛移動。又或者，在出國旅遊過程中，也需要自行拖拉行李箱進行移動。

有鑑於此，於一實施例中，提供一種自動追隨系統，包括目標裝置與追隨裝置。目標裝置包括第一地磁計、第一處理單元及第一無線通訊單元。第一地磁計持續傳送地磁方位角資訊。第一處理單元連接第一地磁計與第一無線通訊單元，第一處理單元接收地磁方位角資訊並輸出第一方向角資訊，第一方向角資訊是指目標裝置當前行進方向相對於地磁南北極向東西側量取之夾角。第一無線通訊單元傳送出具有第一方向角資訊的無線訊號。追隨裝置包括第二地磁計、第二處理單元、第二無線通訊單元及控制單元。第二地磁計持續傳送地磁方位角資訊。第二無線通訊單元通訊連接於第一無線通訊單元並接收無線訊號。第二處理單元連接第二地磁計與第二無線通訊單元，第二處理單元接收地磁方位角資訊並產生第二方向角資訊，第二方向角資訊是指追隨裝置相對於地磁南北極向東西側量取之夾角，且第二處理單元根據第一方向角資訊與第二方向角資訊計算出追隨轉向角資訊。控制單元連接第二處理單元，且控制單元接收追隨轉向角資訊並據以控制追隨裝置轉向前進。

於一實施例中，提供一種自動追隨裝置，包括地磁計、無線通訊單元、處理單元及控制單元。地磁計持續傳送地磁方位角資訊。無線通訊單元持續接收外部無線訊號，外部無線訊號包括第一方向角資訊。處理單元連接地磁計與無線通訊單元，處理單元持續接收地磁方位角資訊並據以產生第二方向角資訊，第二方向角資訊是指自動追隨裝置相對於地磁北極的方向角度，處理單元根據第一方向角資訊與第二方向角資訊計算出追隨轉向角資訊。控制單元連接處理單元，控制單元接收並依據追隨轉向角資訊並據以控制自動追隨裝置轉向前進。

綜上所述，本創作實施例之自動追隨系統與自動追隨裝置，是利用地磁計量測地球的地磁方位角資訊，以經由地磁方位角資訊取得目標裝置行進的方向角，由於方向角包含角度與方向的資訊，使追隨裝置能藉由地磁方位角資訊與目標裝置行進的方向角計算出追隨目標裝置的轉向角，以根據轉向角轉向前進而達到自動追隨的目的。

圖1為本創作自動追隨系統一實施例之系統方塊圖。在本實施例中，自動追隨系統1包括目標裝置10與追隨裝置20。在一些實施例中，目標裝置10為一可移動的裝置，例如目標裝置10可為自動飛行器、自走車或自走機器等可自行移動的裝置、或者目標裝置10也可為遙控飛機、汽車或腳踏車等由人為操控移動的裝置、又或者目標裝置10也可為手錶、手環、手機、平板電腦、背包、衣物等穿戴式裝置或可攜式裝置，以隨著人體的移動而位移。

在圖1的實施例中，目標裝置10包括第一地磁計11、第一處理單元12及第一無線通訊單元13。其中第一地磁計11可持續傳送地磁方位角資訊A，舉例來說，第一地磁計11具體上可為一微地磁計（Micro magnetometer）又稱為電子羅盤（E compass），主要是用來量測地球北極的磁場方位而取得地磁方位角資訊A，例如第一地磁計11可利用磁性材料的霍爾效應或磁阻效應量測取得地磁方位角資訊A。在一實施例中，第一地磁計11可根據實際上的需求設計成三軸地磁計（3 axis micro magnetometer）或平面式地磁計。

如圖1所示，目標裝置10的第一處理單元12連接第一地磁計11與第一無線通訊單元13。在一些實施例中，第一處理單元12可為具備有運算能力的硬體，例如中央處理單元（Central Processing Unit, CPU）、可程式化之微處理器（Microprocessor）、數位訊號處理器（Digital Signal Processor, DSP）、可程式化控制器、特殊應用積體電路（Application Specific Integrated Circuits, ASIC）、可程式化邏輯裝置（Programmable Logic Device, PLD）或其他類似裝置。第一處理單元12可接收第一地磁計11傳送的地磁方位角資訊A並輸出第一方向角資訊θ ₁，第一方向角資訊θ ₁是指目標裝置10當前行進方向相對於地磁南北極向東西側量取的夾角。舉例來說，假設第一地磁計11偵測到地磁方位角資訊A（也就是地磁北極的方位角）顯示地磁方位角為0°，第一處理單元12可計算出目標裝置10當前行進方向與地磁北極的夾角（例如20°、30°或50°），在本實施例及以下的實施例當中，皆係以地磁北極為角度基準。

再如圖1所示，第一無線通訊單元13可無線傳送出具有上述第一方向角資訊θ ₁的無線訊號W。其中第一無線通訊單元13具體上可為天線單元、WIFI單元、3G/4G單元、無線射頻單元(Radio Frequency, RF)，以對外無線傳送訊號。

在一實施例中，上述目標裝置10的各個元件（第一地磁計11、第一處理單元12以及第一無線通訊單元13）可採用單獨之型式配置，例如第一地磁計11、第一處理單元12以及第一無線通訊單元13各別為獨立的元件並分別設置在目標裝置10中、或者目標裝置10的各個元件亦可採用結合之型式配置，例如第一地磁計11、第一處理單元12以及第一無線通訊單元13整合在同一電路板上並設置在目標裝置10中。

如圖1所示，在一實施例中，追隨裝置20為一可移動的裝置，例如追隨裝置20可為飛行器、汽車、行李箱、手推車、模型車等具有驅動元件（例如輪體或旋翼）之可致動裝置。在圖1的實施例中，追隨裝置20包括有第二地磁計21、第二處理單元22、第二無線通訊單元23及控制單元24。

如圖1所示，追隨裝置20的第二地磁計21同樣可為一電子羅盤（E compass），以量測地球北極的磁場方位而取得地磁方位角資訊A並傳送出。第二無線通訊單元23通訊連接於第一無線通訊單元13，例如第二無線通訊單元23具體上可為天線單元、WIFI單元、3G/4G單元、無線射頻單元(Radio Frequency, RF)以無線接收第一無線通訊單元13所傳出的無線訊號W。

如圖1所示，追隨裝置20的第二處理單元22連接於第二地磁計21與第二無線通訊單元23，第二處理單元22可為具備有運算能力的硬體，例如中央處理單元（Central Processing Unit, CPU）、可程式化之微處理器（Microprocessor）、數位訊號處理器（Digital Signal Processor, DSP）、可程式化控制器、特殊應用積體電路（Application Specific Integrated Circuits, ASIC）、可程式化邏輯裝置（Programmable Logic Device, PLD）或其他類似裝置。第二處理單元22接收地磁方位角資訊A並產生一第二方向角資訊θ ₂，第二方向角資訊θ ₂是指追隨裝置20相對於地磁北極的方向角度，舉例來說，假設第二地磁計21偵測到地磁方位角資訊A（也就是地磁北極的方位角）顯示地磁方位角為0°，第二處理單元22可計算出追隨裝置20當前的朝向或行進方向與地磁北極的夾角（例如20°、30°或50°）。

此外，追隨裝置20的第二處理單元22可根據第一方向角資訊θ ₁與第二方向角資訊θ ₂計算出追隨轉向角資訊Δθ。追隨裝置20的控制單元24連接第二處理單元22，控制單元24具體上可為具備有運算能力的硬體，例如中央處理單元（Central Processing Unit, CPU） 、可程式化之微處理器（Microprocessor）、數位訊號處理器（Digital Signal Processor, DSP）、可程式化控制器、特殊應用積體電路（Application Specific Integrated Circuits, ASIC）、可程式化邏輯裝置（Programmable Logic Device, PLD）或其他類似裝置。控制單元24可接收追隨轉向角資訊Δθ並據以控制追隨裝置20轉向前進。

具體來說，由於第一方向角資訊θ ₁與第二方向角資訊θ ₂都是相對於地磁北極的方向角度，因此第二處理單元22可根據第一方向角資訊θ ₁與第二方向角資訊θ ₂的差值計算出追隨轉向角資訊Δθ。舉例來說，假設第一方向角資訊θ ₁為50°，第二方向角資訊θ ₂為20°，追隨轉向角資訊Δθ即為50°－20°＝30°。控制單元24即可控制追隨裝置20由原本的方向角20°（第二方向角資訊θ ₂）再轉向30°（追隨轉向角資訊Δθ），使追隨裝置20能夠與目標裝置10的方向角50°相同而能朝同個方向前進，達到自動追隨目標裝置10之目的。

如圖1所示，在一實施例中，追隨裝置20可包括一驅動單元25以連接於控制單元24，控制單元24可控制驅動單元25驅動追隨裝置20轉向前進。舉例來說，假設追隨裝置20為一車輛時，驅動單元25可為驅動車輛轉向前進的結構（如車輪及轉向器等）。假設追隨裝置20為一飛行器時，驅動單元25則可為旋翼及電機等，以此類推。

藉此，本創作實施例之自動追隨系統1，是利用地磁計量測地球的地磁方位角資訊A，以經由地磁方位角資訊A取得目標裝置10行進的方位角，使追隨裝置20能藉由地磁方位角資訊A與目標裝置10行進的方位角計算出追隨轉向角資訊Δθ，以根據追隨轉向角資訊Δθ轉向前進而達到自動追隨的目的。另外，本實施例透過地磁計量測的地磁北極的方向角度作為第一方向角資訊θ ₁與第二方向角資訊θ ₂的計算基準，相較於透過GPS信號計算方向來說，由於GPS信號常被地形、地物遮擋，導致精度大大降低，甚至不能使用。因此，本實施例之自動追隨系統1更具精確性而提高追隨的效率。

以下再配合圖式具體說明自動追隨系統1的一實際應用例。請參閱圖2與圖3所示，在此，目標裝置10與追隨裝置20皆以車輛為例，追隨裝置20的第二地磁計21、第二處理單元22、第二無線通訊單元23及控制單元24可設置在追隨裝置20內的一車機裝置2中（如圖2所示）。目標裝置10可朝一行進方向（如箭號L1）移動，目標裝置10的第一地磁計11可偵知地磁方位角資訊A（在此為0°），第一處理單元12可計算出目標裝置10行進方向與地磁北極的夾角（即第一方向角資訊θ ₁，在此為40°）並經由第一無線通訊單元13無線傳送至追隨裝置20。追隨裝置20的朝向或行進方向可如箭號L2所示，追隨裝置20的第二地磁計21同樣可偵知地磁方位角資訊A（在此為0°），第二處理單元22可計算出追隨裝置20朝向或行進方向與地磁北極的夾角（即第二方向角資訊θ ₂，在此為-30°），第二處理單元22即可計算出追隨轉向資訊Δθ＝第一地磁角資訊θ ₁－第二地磁角資訊θ ₂＝70°，控制單元24即可控制追隨裝置20由原本的方向（如箭號L2）順時針轉70°而能夠與目標裝置10朝同個方向前進，達到自動追隨目標裝置10之目的。

然而，上述實施例僅為舉例，本創作自動追隨系統1除了可應用於車輛追隨之外，更可應用於其他物品的追隨。例如圖4所示，在本實施例中，自動追隨系統1的目標裝置10為配戴在使用者手腕上的手錶，追隨裝置20則為一行李箱，當使用者行進時可同步使目標裝置10位移，行李箱可自動追隨目標裝置10，故使用者即不需手動拖拉行李箱而更加便利。或者，如圖5所示，在本實施例中，自動追隨系統1的目標裝置10為配戴在使用者手腕上的手環，追隨裝置20則為一手推車，當使用者在賣場選購商品時，手推車可自動追隨目標裝置10，使用者即不需自己手推而更加便利。

如圖1與圖3所示，在一實施例中，第二無線通訊單元23可持續偵測目標裝置10所傳出的無線訊號W並輸出對應之一接收訊號強度值（Received Signal Strength Indicator, RSSI），控制單元24於接收訊號強度值RSSI持續減弱時，控制提高追隨裝置20的前進速度。具體來說，無線訊號W之接收訊號強度值RSSI可響應追隨裝置20與目標裝置10的距離，也就是當接收訊號強度值RSSI越強時，表示追隨裝置20與目標裝置10的距離越近，當接收訊號強度值RSSI越弱時，表示追隨裝置20與目標裝置10的距離越遠。因此，於追隨裝置20追隨目標裝置10的過程中，無線訊號W之訊號強度值RSSI反而越來越弱時，代表追隨裝置20的前進速度不足，控制單元24即提高追隨裝置20的前進速度。

或者，如圖1與圖3所示，在一實施例中，於追隨裝置20追隨目標裝置10的過程中，無線訊號W之訊號強度值RSSI反而越來越弱時，也可能代表追隨裝置20的前進方向有誤，追隨裝置20的第二處理單元22即重新計算追隨轉向資訊Δθ，以避免追隨錯誤的情形發生。

再請參閱圖6與圖7所示，本實施例相較於上述圖1之實施例的差異在於追隨裝置不同，本實施例之追隨裝置20’的第二無線通訊單元23更包括第一訊號接收單元231及第二訊號接收單元232，第一訊號接收單元231與第二訊號接收單元232分別設置於追隨裝置20’之前進方向（例如圖7之箭號L3所示）的相對二側（在此為車輛的左、右兩側），於追隨裝置20’追隨目標裝置10’的過程中，第一訊號接收單元231可偵測無線訊號W並對應輸出一第一接收訊號強度值，第二訊號接收單元232可偵測無線訊號W並對應輸出第二接收訊號強度值。在圖7的實施例中，由於目標裝置10’在追隨裝置20’的右方，而第一訊號接收單元231相較於第二訊號接收單元232靠近目標裝置10’，故第一接收訊號強度值會大於第二接收訊號強度值，第二處理單元22可接收第一接收訊號強度值與第二接收訊號強度值，並根據第一接收訊號強度值大於第二接收訊號強度值得知目標裝置10’在追隨裝置20’的右方而產生一修正角資訊θ ₃，修正角資訊θ ₃是指追隨裝置20’偏向第一訊號接收單元231一側之轉向修正角度，控制單元24即可根據追隨轉向角資訊Δθ與修正角資訊θ ₃共同控制追隨裝置20’轉向前進。舉例來說，請對照圖3與圖7所示，追隨裝置20’是經由轉向70°（追隨轉向角資訊Δθ）而能夠與目標裝置10’朝同個方向前進，於追隨裝置20’追隨目標裝置10’過程中，假設目標裝置10’在追隨裝置20’的右方，控制單元24即可根據修正角資訊θ ₃控制追隨裝置20’往右修正角度（在此修正角資訊θ ₃為40°），使追隨裝置20’能追隨在目標裝置10’的後方。

雖然本創作的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作，任何熟習此技藝者，在不脫離本創作之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本創作的範疇內，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧自動追隨系統
2‧‧‧車機裝置
10 、10’‧‧‧目標裝置
11‧‧‧第一地磁計
12‧‧‧第一處理單元
13‧‧‧第一無線通訊單元
20、20’‧‧‧追隨裝置
21‧‧‧第二地磁計
22‧‧‧第二處理單元
23‧‧‧第二無線通訊單元
231‧‧‧第一訊號接收單元
232‧‧‧第二訊號接收單元
24‧‧‧控制單元
25‧‧‧驅動單元
A‧‧‧地磁方位角資訊
W‧‧‧無線訊號
θ₁‧‧‧第一方向角資訊
θ₂‧‧‧第二方向角資訊
θ₃‧‧‧修正角資訊
Δθ‧‧‧追隨轉向角資訊
L1~L3‧‧‧箭號

[圖1] 係本創作自動追隨系統一實施例之系統方塊圖。 [圖2] 係本創作追隨裝置一實施例之局部立體圖。 [圖3] 係本創作自動追隨系統一實施例之追隨示意圖。 [圖4] 係本創作自動追隨系統一實施例之應用示意圖。 [圖5] 係本創作自動追隨系統另一實施例之應用示意圖。 [圖6] 係本創作追隨裝置另一實施例之裝置方塊圖。 [圖7] 係本創作自動追隨系統一實施例之修正轉向示意圖。

Claims (10)

1. 一種自動追隨系統，包括： 一目標裝置，包括一第一地磁計、一第一處理單元以及一第一無線通訊單元，該第一地磁計持續傳送一地磁方位角資訊，該第一處理單元連接該第一地磁計與該第一無線通訊單元，該第一處理單元接收該地磁方位角資訊並輸出一第一方向角資訊，該第一方向角資訊是指該目標裝置當前行進方向相對於地磁南北極向東西側量取的夾角，該第一無線通訊單元傳送出具有該第一方向角資訊的一無線訊號；以及 一追隨裝置，包括一第二地磁計、一第二處理單元、一第二無線通訊單元以及一控制單元，該第二地磁計持續傳送該地磁方位角資訊，該第二無線通訊單元通訊連接於該第一無線通訊單元並接收該無線訊號，該第二處理單元連接該第二地磁計與該第二無線通訊單元，該第二處理單元接收該地磁方位角資訊並產生一第二方向角資訊，該第二方向角資訊是指該追隨裝置相對於地磁南北極向東西側量取的夾角，且該第二處理單元根據該第一方向角資訊與該第二方向角資訊計算出一追隨轉向角資訊，該控制單元連接該第二處理單元，且該控制單元接收該追隨轉向角資訊並據以控制該追隨裝置轉向前進。
2. 如請求項1所述之自動追隨系統，其中該第二無線通訊單元更持續偵測該無線訊號並輸出對應之一接收訊號強度值，該控制單元於該接收訊號強度值持續減弱時，控制提高該追隨裝置的前進速度。
3. 如請求項1所述之自動追隨系統，其中該第二無線通訊單元更持續偵測該無線訊號並輸出對應之一接收訊號強度值，該第二處理單元於該接收訊號強度值持續減弱時，重新計算該追隨轉向角資訊。
4. 如請求項1所述之自動追隨系統，其中該第二無線通訊單元包括一第一訊號接收單元及一第二訊號接收單元，該第一訊號接收單元與該第二訊號接收單元分別設置於該追隨裝置之前進方向的相對二側，該第一訊號接收單元偵測該無線訊號並對應輸出一第一接收訊號強度值，該第二訊號接收單元偵測該無線訊號並對應輸出一第二接收訊號強度值，該第一接收訊號強度值大於該第二接收訊號強度值，該第二處理單元接收該第一接收訊號強度值與該第二接收訊號強度值並據以產生一修正角資訊，該修正角資訊是指該追隨裝置偏向該第一訊號接收單元一側之轉向修正角度，該控制單元根據該追隨轉向角資訊與該修正角資訊共同控制該追隨裝置轉向前進。
5. 如請求項1所述之自動追隨系統，其中該追隨裝置更包括一驅動單元以連接於該控制單元，該控制單元係控制該驅動單元驅動該追隨裝置轉向前進。
6. 一種自動追隨裝置，包括： 一地磁計，持續傳送一地磁方位角資訊； 一無線通訊單元，持續接收一外部無線訊號，該外部無線訊號包括一第一方向角資訊； 一處理單元，連接該地磁計與該無線通訊單元，該處理單元持續接收該地磁方位角資訊並據以產生一第二方向角資訊，該第二方向角資訊是指該自動追隨裝置相對於地磁南北極向東西側量取的夾角，該處理單元根據該第一方向角資訊與該第二方向角資訊計算出一追隨轉向角資訊；以及 一控制單元，連接該處理單元，該控制單元接收並依據該追隨轉向角資訊並據以控制該自動追隨裝置轉向前進。
7. 如請求項6所述之自動追隨裝置，其中該無線通訊單元更持續偵測該外部無線訊號並輸出對應之一接收訊號強度值，該控制單元於該接收訊號強度值持續減弱時，控制提高該自動追隨裝置的前進速度。
8. 如請求項6所述之自動追隨裝置，其中該無線通訊單元更持續偵測該外部無線訊號並輸出對應之一接收訊號強度值，該處理單元於該接收訊號強度值持續減弱時，重新計算該追隨轉向角資訊。
9. 如請求項6所述之自動追隨裝置，其中該無線通訊單元包括一第一訊號接收單元及一第二訊號接收單元，該第一訊號接收單元與第二訊號接收單元分別設置於該自動追隨裝置之前進方向的相對二側，該第一訊號接收單元偵測該外部無線訊號並對應輸出一第一接收訊號強度值，該第二訊號接收單元偵測該外部無線訊號並對應輸出一第二接收訊號強度值，該第一接收訊號強度值大於該第二接收訊號強度值，該處理單元接收該第一接收訊號強度值與該第二接收訊號強度值並據以產生一修正角資訊，該修正角資訊是指該自動追隨裝置偏向該第一訊號接收單元一側之轉向修正角度，該控制單元根據該追隨轉向角資訊與該修正角資訊共同控制該自動追隨裝置轉向前進。
10. 如請求項6所述之自動追隨裝置，更包括一驅動單元以連接該控制單元，該控制單元係控制該驅動單元驅動該自動追隨裝置轉向前進。