TWM561034U - 避障裝置 - Google Patents

Abstract

本創作揭露一種避障裝置，其具有一載體、複數個驅動輪、至少一距離感測器及一控制器，該些驅動輪用以驅動該載體於一地面移動，該距離感測器用以感測與該地面之一感測區域之間的一距離，當該控制器根據該距離判定該感測區域上有障礙物時，該控制器驅動該些驅動輪使該載體迴避障礙物，以避免於移動過程中與障礙物發生碰撞。

Description

避障裝置

本創作關於一種避障裝置，特別是一種可避免因障礙物形狀、位置角度或材質導致避障失準或失效的避障裝置。

自走式機器人可藉由超音波測距儀取得位於移動路徑前方的障礙物距離，其中超音波測距儀具有發射器及接收器，發射器朝向自走式機器人前方發射超音波，若自走式機器人前方有障礙物時，超音波會被障礙物反射而被接收器接收，藉由發射器發出超音波至接收器接收反射超音波的時間差可計算出超音波測距儀與障礙物之間的距離，因此自走式機器人可根據所測得的距離及其避障規則迴避障礙物，避免於移動過程中與障礙物發生碰撞。

若移動路徑上的障礙物為圓柱體或具有銳角面的物體時，反射回來的超音波會不穩定而於不同時間點被接收器接收，使得所測得的障礙物距離大幅度跳動，造成自走式機器人無法根據既有的避障規則迴避障礙物，此外，若移動路徑上的障礙物材質會吸收超音波，所測得的障礙物距離顯示為極遠，而無法觸發自走式機器人進行障礙物迴避，因此如何避免因障礙物形狀、位置角度或材質導致超音波測距失準或失效為本技術領域之一重要課題。

本創作之目的在於提供一種避障裝置，其避障效能不受障礙物之形狀及材質所影響，能夠於不同環境中準確地迴避障礙物。

本創作之一種避障裝置包含一載體、複數個驅動輪、至少一距離感測器及一控制器，該些驅動輪設置於該載體，用以驅動該載體於一地面上移動，該距離感測器設置於該載體，用以發射一測距波至該地面而形成一感測區域，且該感測區域反射一反射波至該距離感測器，該距離感測器根據該測距波及該反射波感測與該感測區域之間的一距離，該控制器耦接該些驅動輪及該距離感測器，該控制器根據該距離判定該感測區域上是否具有一障礙物，當該距離發生變化時，該控制器判定該感測區域上具有該障礙物，而驅動該些驅動輪使該載體迴避該障礙物。

當該感測區域內無該障礙物時，該距離感測器與該感測區域之間的該距離會維持穩定，以作為判定基準值，因此當該障礙物進入該感測區域後，無論該距離感測器所感測之該距離為減少、增加或大幅度跳動，只要該距離發生變化，該控制器便會判定該感測區域具有該障礙物，並觸發該載體迴避該障礙物，因此本創作之該避障裝置可避免因該障礙物形狀、位置角度或材質導致避障失準或失效的情形發生。

請參閱第1至3圖，本創作之一避障裝置100具有一載體110、複數個驅動輪120、至少一距離感測器130及一控制器(圖未繪出)，該些驅動輪120及該距離感測器130設置於該載體110上，該些驅動輪120用以驅動該載體110於一地面200上移動，在本實施例中，該些驅動輪120為全向輪(omni-directional wheel)，該距離感測器130用以發射一測距波至該地面200，而於該地面200上形成一感測區域210，較佳地，該測距波與該地面200之間具有一夾角θ，該夾角θ介於45度至60度之間，使該感測區域210反射一反射波至該距離感測器130，進而被該距離感測器130接收，因此該距離感測器130可根據該測距波及該反射波感測與該感測區域210之間的一距離。

其中，該距離感測器130可選自於超音波感測器、紅外線感測器或雷射感測器，在本實施例中，該距離感測器130為超音波感測器，該測距波及該反射波為超音波，且該距離感測器130係根據發射該測距波及接收該反射波的時間差計算與該感測區域210之間的該距離。

請參閱第3圖，該控制器耦接該些驅動輪120及該距離感測器130，以根據該距離感測器130所感測的該距離判定該感測區域210上是否具有一障礙物300，在本實施例中，該控制器為一單板電腦(Single Broad Computer, SBC)，其設置於該載體110內部。

請參閱第3圖，以設置於前方之該距離感測器130所發射之該測距波為例，當該距離感測器130之該測距波於該地面200形成之該感測區域210中無障礙物時，該距離感測器130所測得的該距離為該距離感測器130與該地面200之間的距離，其中當該避障裝置100向前移動時，該距離感測器130之該測距波於該地面200形成之該感測區域210會同步向前移動。

請參閱第4圖，當該避障裝置100向前移動，導致該測距波碰觸到該障礙物300時(即該障礙物300位於該感測區域210中)，該障礙物300會反射該反射波至該距離感測器130，此時該距離感測器130所測得的該距離為該距離感測器130與該障礙物300之間的距離，使得該距離感測器130所測得的該距離發生變化，因此當該距離發生變化時，該控制器即可判定該感測區域210上具有該障礙物300，而驅動該些驅動輪120迴避該障礙物300。

由於可能因該地面200不平整，使得該距離感測器130所測得的該距離於該避障裝置100移動過程中不斷變化，因此在本實施例中，當該距離之變化量小於一門檻值時，該控制器判定該距離未發生變化，以減少誤判的情形發生，而當該距離之變化量大於該門檻值時，該控制器會判定該距離發生變化，並判定該感測區域210上具有該障礙物300，而驅動該些驅動輪120使該載體110迴避該障礙物300，較佳地，該門檻值介於300 mm至500 mm。

本創作之該避障裝置100可根據不同需求設置一個或多個該距離感測器130，在本實施例中，該避障裝置100具有多個距離感測器130，該控制器耦接該些距離感測器130，且各該距離感測器130分別發射一測距波至該地面200，而於該地面200形成多個感測區域210，各該感測區域210分別反射一反射波至各該距離感測器130，以感測各該距離感測器130與各該感測區域210之間的一距離，較佳地，各該感測區域210與該避障裝置100之間的距離相近，因此能於該避障裝置100周圍形成一連續性的感測帶，以精準地偵測並迴避障礙物。

在本實施例中，該避障裝置100具有五個距離感測器130，其分別用以發射該測距波至該載體110前方、左前方、右前方、左方及右方之該地面200，但本創作不以此為限制，在其他實施例中，該避障裝置100具有三個該距離感測器130，其用以發射該測距波至該載體110前方、左前方及右前方之該地面200，或者該避障裝置100具有兩個該距離感測器130，其用以發射該測距波至該載體110左前方及右前方之該地面200。

由於該控制器接收各該距離感測器130所測得的該距離，因此當該障礙物300位於其中之一該感測區域210上時，該控制器可根據各該距離感測器130所測得的該距離變化量判定該障礙物300位於哪一該感測區域210上，並根據該障礙物300的位置方向採用不同迴避策略，以精準驅動該些驅動輪120，使該載體110迴避該障礙物300。

本創作之該避障裝置100可應用於自走式機器人，如掃地機器人或居家照護機器人，其中於自走式機器人平移過程中，可藉由該避障裝置100迴避位於移動路徑上的障礙物，以避免自走式機器人與地面障礙物發生碰撞，此外，當需要追蹤目標時，可藉由全向輪使自走式機器人無須轉向即可迴避障礙物，以大幅減少因轉向而丟失目標的風險。

由於掃地機器人或居家照護機器人所處的環境中包含各種類型的障礙物，如圓柱狀的瓶罐、具有銳角面的桌椅或是會吸收該測距波的布料等，使用習知的避障系統可能會因測距失準或失效而無法準確地迴避障礙物，相反地，若使用本創作之該避障裝置100，上述的各種障礙物皆會造成該距離感測器130所測得的該距離發生變化(數值減少、增加或呈現跳動狀態)，因此該控制器仍可判定該感測區域210上具有障礙物，而驅動該些驅動輪120使該載體110準確地迴避障礙物，由此可知，本創作之該避障裝置100可避免因障礙物形狀、位置角度或材質導致避障失效的情形發生。

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，任何熟知此項技藝者，在不脫離本創作之精神和範圍內所作之任何變化與修改，均屬於本創作之保護範圍。

100‧‧‧避障裝置
110‧‧‧載體
120‧‧‧驅動輪
130‧‧‧距離感測器
200‧‧‧地面
210‧‧‧感測區域
300‧‧‧障礙物
θ‧‧‧夾角

第1圖：依據本創作之一實施例，一種避障裝置之立體圖。 第2圖：依據本創作之一實施例，該避障裝置之上視圖。 第3圖：依據本創作之一實施例，該避障裝置之側視圖。 第4圖：依據本創作之一實施例，該避障裝置之側視圖。

Claims (13)

1. 一種避障裝置，其包含： 一載體； 複數個驅動輪，設置於該載體，該些驅動輪用以驅動該載體於一地面上移動； 至少一距離感測器，設置於該載體，該距離感測器用以發射一測距波至該地面而形成一感測區域，且該感測區域反射一反射波至該距離感測器，該距離感測器根據該測距波及該反射波感測與該感測區域之間的一距離；以及 一控制器，耦接該些驅動輪及該距離感測器，該控制器根據該距離判定該感測區域上是否具有一障礙物，當該距離發生變化時，該控制器判定該感測區域上具有該障礙物，而驅動該些驅動輪使該載體迴避該障礙物。
2. 如申請專利範圍第1項所述之避障裝置，其具有多個該距離感測器，該控制器耦接該些距離感測器，各該距離感測器分別用以發射該測距波至該地面而形成多個該感測區域，且各該感測區域分別反射該反射波至各該距離感測器。
3. 如申請專利範圍第2項所述之避障裝置，其中當該障礙物位於其中之一該感測區域上時，該控制器根據各該距離感測器所測得的該距離判定該障礙物位於哪一該感測區域上，並驅動該些驅動輪使該載體迴避該障礙物。
4. 如申請專利範圍第2項所述之避障裝置，其中各該測距波與該地面之間具有一夾角，該夾角介於45度至60度之間。
5. 如申請專利範圍第2至4項中任一項所述之避障裝置，其中各該距離感測器分別用以發射該測距波至該載體左前方及右前方之該地面。
6. 如申請專利範圍第2至4項中任一項所述之避障裝置，其中各該距離感測器分別用以發射該測距波至該載體前方、左前方及右前方之該地面。
7. 如申請專利範圍第2至4項中任一項所述之避障裝置，其中各該距離感測器分別用以發射該測距波至該載體前方、左前方、右前方、左方及右方之該地面。
8. 如申請專利範圍第1項所述之避障裝置，其中該測距波與該地面之間具有一夾角，該夾角介於45度至60度之間。
9. 如申請專利範圍第1項所述之避障裝置，其中當該距離之變化量大於一門檻值時，該控制器判定該距離發生變化。
10. 如申請專利範圍第9項所述之避障裝置，其中該門檻值介於300 mm至500 mm之間。
11. 如申請專利範圍第1項所述之避障裝置，其中該些驅動輪為全向輪(omni-directional wheel)。
12. 如申請專利範圍第1項所述之避障裝置，其中該距離感測器選自於超音波感測器、紅外線感測器或雷射感測器。
13. 如申請專利範圍第1項所述之避障裝置，其中該控制器為一單板電腦。