TWM586804U

TWM586804U - 載物臺車智能追蹤系統

Info

Publication number: TWM586804U
Application number: TW108208724U
Authority: TW
Inventors: 劉士溱; 陳元炳; 黃呂誠基
Original assignee: 田宜創意智能有限公司
Priority date: 2019-07-04
Filing date: 2019-07-04
Publication date: 2019-11-21

Abstract

一種載物臺車智能追蹤系統，包括：前導模組、臺車與追蹤系統；臺車具有動力單元以連接複數驅動單元分別連接輪組；追蹤系統包括：複數的感測模組、定位模組、控制模組、檢測模組與無線傳輸模組；當前導模組連續移動並週期性的產生感測訊號，令前述感測模組連續接收感測訊號並產生距離資料傳輸到定位模組，使定位模組結合前述座標資料產生週期性的定位資料傳輸到控制模組，致控制模組依據定位資料週期前後的差異，連續產生複數的控制訊號，且驅動單元分別接收對應的控制訊號以調整動力單元驅動輪組的動作狀態，使臺車依據前導模組的移動方向自動跟隨移動的結構；以及，檢測模組記錄臺車與追蹤系統的動作狀態產生回授資料，經無線傳輸模組將回授資料轉為無線訊號對外傳輸，達成遠端即時監控臺車動作狀態的結構。

Description

載物臺車智能追蹤系統

本創作係有關於一種智能追蹤系統，特別是指一種載物臺車能自動跟隨前導標籤移動，並迴避障礙物的載物臺車智能追蹤系統。

現行用在特殊地形或場合載貨的載具，例如臺車、推車等等，大部份都是以人力來進行搬運上下車臺，雖然隨著科技的進步，許多產品，如高爾夫球車，賣場的推車，或個人的行李箱等，都已經有許多業者研發具備自動跟隨功能的產品，例如中華民國專利公報公告第201105386號、第592152號、與第M508950號等專利案，主要由「被跟隨端」自動產生訊號給「跟隨端」，「跟隨端」依據訊號計算「被跟隨端」的位置；以及如中華民國專利公報公告第I642960號、第M508950號、第201444719號、與第201105386號等專利案，主要「跟隨端」自動搜尋「被跟隨端」的位置，再依據「被跟隨端」上的裝置，計算兩者對應的距離。

由此可知，現行的自動跟隨裝置，不論是主動式或被動式，都是單一種的模式進行，但，各類型的載具，其對應的移動速度、乘載物品後的移動速度、機動性都不相同，單一的定位技術並無法滿足所有載具，且依據定位技術不同所對應的主動或被動定位演算法，都會受限於使用環境、載具的使用狀況，產生定位距離上的誤差，再者，上述專利中，所謂的定位，僅是取得「跟隨端」與「被跟隨端」的相對距離和概略角度，並無法確實得到「被跟隨端」的相對座標，導致「被跟隨端」需要固定在「跟隨端」的前方或是其他單一方向。

承上述，這些專利公報的專利說明書內，對於如何達成定位的技術特徵都沒有明確的說明，由前述專利技術特徵可以得知，除了主動式、被動式的定位不同，依照使用的定位訊號種類，在定位的計算上也不同，這些專利並沒辦法整合主動式與被動式的定位訊號以及計算，因此，上述這些專利實際上並無法應用於速度較快的載具，例如倉庫、工廠的載貨臺車，且，應用於移動速度較慢的載具時，實際上還是需要使用者隨時在旁，注意是否有突發狀況的產生；再者，上述專利案，僅是單一「被跟隨端」對應單一「跟隨端」，若「被跟隨端」對應多個「跟隨端」時，每個「跟隨端」必須使用相同的定位方式，而在多個「跟隨端」分別獨立與「被跟隨端」進行定位時，則會產生角度上的誤差，例如，理想的「跟隨端」後面依序排多個「被跟隨端」，成縱隊的方式前進，但是因為各自定位後產生的角度、路徑不同，最後導致多個「跟隨端」成扇形的方式跟隨「被跟隨端」，或著「跟隨端」之間產生路徑上的重疊、交錯等，導致「跟隨端」之間產生碰撞，或是無法依使用者的需求前進、後退、或是迴轉。

有鑑於習知技術仍有上述缺點，創作人乃針對前述缺點研究改進之道，終於有本創作的產生。

本創作主要目的在於，提供一種載物臺車能自動跟隨前導標籤移動，並迴避障礙物的載物臺車智能追蹤系統。

本創作次要目的在於，提供一種可自動檢測並回傳載物臺車狀態訊息的載物臺車智能追蹤系統。

本創作再一目的在於，提供一種多個臺車之間可以依序跟隨，不會產生路徑衝突的載物臺車智能追蹤系統。

本創作又一目的在於，提供一種「被跟隨端」與「跟隨端」之間，不限定跟隨角度位置的載物臺車智能追蹤系統。

為達成上述目的及功效，本創作所採行的技術手段包括：一前導模組，產生一感測訊號對外傳輸；一臺車，具有一動力單元，動力單元連接複數的驅動單元，每個驅動單元分別連接一輪組，前述動力單元經驅動單元調節該等輪組的動作狀態；一追蹤系統，設置於前述臺車上，至少包括：複數的感測模組，每個感測模組分別週期性的接收前述感測訊號，並依據感測訊號的強度分別產生一距離資料，且每個感測模組設有一座標資料；一定位模組，與該等感測模組電性連接，以接收該等距離資料，並結合該等座標資料產生一定位資料；一控制模組，分別與前述定位模組、驅動單元電性連接，以接收定位資料，依據定位資料前後週期的差異產生一複數的控制訊號；一檢測模組，設置於前述臺車上，並分別與該等感測模組、定位模組、控制模組、動力單元、驅動單元電性連接，記錄臺車與追蹤系統的動作狀態產生一回授資料；以及，一無線傳輸模組，與前述檢測模組電性連接，以接收回授資料轉為無線訊號對外傳輸；藉此，所述前導模組連續移動並週期性的產生感測訊號，該等感測模組連續接收感測訊號並產生距離資料傳輸到定位模組，此定位模組結合該等座標資料產生週期性的定位資料傳輸到控制模組，令控制模組依據定位資料週期前後的差異，連續產生複數的控制訊號，使臺車的該等驅動單元分別接收對應的控制訊號，再依據控制訊號調整動力單元驅動輪組的動作狀態，使臺車依據前導模組的移動方向自動跟隨移動的結構；以及，檢測模組記錄臺車與追蹤系統的動作狀態產生回授資料，經無線傳輸模組將回授資料轉為無線訊號對外傳輸，達成遠端能即時監控臺車動作狀態的結構。

依上述結構，所述感測模組包括：一第一感測模組、一第二感測模組、與一第三感測模組，其分別儲存有一第一座標資料、一第二座標資料、與一第三座標資料，並同步接收前述感測訊號產生一第一距離資料、一第二距離資料、與一第三距離資料；前述定位模組分別與第一感測模組、第二感測模組與第三感測模組電性連接，以接收第一座標資料、第二座標資料、與第三座標資料，並結合第一距離資料、第二距離資料、與第三距離資料而產生定位資料。

依上述結構，所述臺車的驅動單元包括：一第一驅動單元、與一第二驅動單元，其分別動力連接一第一輪組、與一第二輪組，前述第一驅動單元與第二驅動單元分別接收對應的控制訊號，再依據控制訊號調整動力單元以驅動第一輪組與第二輪組，進行同步或不同步的運轉速度、移動方向及移動角度。

依上述結構，所述動力單元是電池或發電機，第一驅動單元與第二驅動單元是電動機。

依上述結構，所述動力單元是引擎，第一驅動單元與第二驅動單元是變速器。

依上述結構，所述定位模組接收前述距離資料，並結合該等座標資料產生定位資料的過程為TOA(Time of arrival，到達時間定位法)、AOA(Angle of Arrival，接收信號角度定位法)、TDOA(Time Difference of Arrival，到達時間差定位法)或RSSI(Received Signal Strength Indicator，接收訊號強度定位法)。

依上述結構，所述無線傳輸模組為ZigBee、藍芽、無線通訊網路(WiFi、WiMAX)、行動通訊網路(2G、3G、4G或5G)或衛星通訊網路。

依上述結構，所述感測模組為UWB、RFID、WiFi、或藍牙，則前導模組為主動式標籤，或該等感測模組為超音波、紅外線、或光學雷達，則前導模組為被動式標籤。

依上述結構，所述追蹤系統包括複數與控制模組電性連接的障礙偵測模組，是由臺車周邊產生探測訊號，並接收回傳的反射訊號，再依據反射訊號計算產生轉向訊號傳輸到控制模組。

依上述結構，所述控制模組依據轉向訊號產生對應的轉向控制訊號傳輸到該等驅動單元，令臺車依據轉向控制訊號修改移動方向。

依上述結構，所述障礙偵測模組為採用超音波、紅外線、聲納或雷射產生探測訊號。

為使本創作的上述目的、功效及特徵可獲得更具體的瞭解，依各附圖說明如下：

1‧‧‧前導模組

2‧‧‧臺車

21‧‧‧動力單元

22‧‧‧驅動單元

221‧‧‧第一驅動單元

222‧‧‧第二驅動單元

23‧‧‧輪組

231‧‧‧第一輪組

232‧‧‧第二輪組

3‧‧‧追蹤系統

31‧‧‧感測模組

311‧‧‧第一感測模組

312‧‧‧第二感測模組

313‧‧‧第三感測模組

32‧‧‧定位模組

33‧‧‧控制模組

34‧‧‧檢測模組

35‧‧‧無線傳輸模組

36‧‧‧障礙偵測模組

R1‧‧‧第一距離

R2‧‧‧第二距離

R3‧‧‧第三距離

第1圖是本創作較佳實施例的方塊圖。

第2圖是本創作較佳實施例的感測示意圖。

第3圖是本創作較佳實施例的流程圖。

請參閱第1圖所示，可知本創作的結構主要包括：一前導模組1、一臺車2與一追蹤系統3，其中：所述前導模組1產生一感測訊號對外傳輸。

所述臺車2具有一動力單元21，該動力單元21連接複數的驅動單元22，包括：一第一驅動單元221與一第二驅動單元222，每個驅動單元22分別連接一輪組23，第一驅動單元221連接第一輪組231，第二驅動單元222連接第二輪組232，動力單元21經驅動單元22調節該等輪組23的動作狀態；當動力單元21是電池或發電機時，第一驅動單元221與第二驅動單元222是電動機，又，當動力單元21是引擎，第一驅動單元221與第二驅動單元222是變速器；應注意的是，在本實施例中，為了利於後續說明有關本案臺車2的動作，複數的驅動單元22、複數的輪組23分別設置為二組的型態，但不限定本案為二組的實施方式，舉凡臺車2具備多個以上的驅動單元22與輪組23的結構，皆應屬本案保護的範疇。

所述追蹤系統3設置於前述臺車2上，至少包括：複數的感測模組31、定位模組32、控制模組33、檢測模組34、無線傳輸模組35與障礙偵測模組36，其中：所述感測模組31分別週期性的接收前述感測訊號，根據感測訊號的強度分別產生一距離資料，且每個感測模組31設有一座標資料(請同參第四圖所示)；為了利於後續說明有關本案追蹤系統3的動作，在本實施例中，該等感測模組31包括一第一感測模組311、一第二感測模組312與一第三感測模組313，其分別儲存有一第一座標資料(X₁，Y₁)、一第二座標資料(X₂，Y₂)、與一第三座標資料(X₃，Y₃)，則第一感測模組311、第二感測模組312、與第三感測模組313同步接收前述感測訊號後，對應產生一第一距離資料R₁、一第二距離資料R₂、與一第三距離資料R₃。

應注意的是，本實施例雖然將感測模組31分為三組的型態，但不限定本案是三組的實施方式，舉凡多個感測模組31各自具備對應的座標資料、並能產生對應的距離資料，而應用在臺車2的智能追蹤控制的技術或結構，皆應屬本案保護的範疇。

所述定位模組32與前述感測模組31電性連接，其接收該等距離資料，並結合該等座標資料產生一定位資料，定位模組32產生定位資料的過程，可以是TOA(Time of arrival，到達時間定位法)、AOA(Angle of Arrival，接收信號角度定位法)、TDOA(Time Difference of Arrival，到達時間差定位法)或RSSI(Received Signal Strength Indicator，接收訊號強度定位法)；應說明的是，前述該等感測模組31可依據實際使用的感測模式，選擇不同的感測媒介，當該等感測模組31為UWB、RFID、WiFi、或藍牙的感測模式時，則前導模組1對應為主動式標籤，或著，該等感測模組31為超音波、紅外線、或光學雷達的感測模式時，則前導模組1對應為被動式標籤，且所述定位模組32所採用的定位演算法，都可以對應該等感測模組31與前導模組1的主動、被動組合來運算。

所述控制模組33分別與前述定位模組32、驅動單元22(包含第一驅動單元221、第二驅動單元222)電性連接，其接收定位模組32傳輸的定位資料，依據定位資料前後週期的差異產生一複數的控制訊號。

所述檢測模組34設置於前述臺車2上，並分別與該等感測模組31(包含第一感測模組311、第二感測模組312、與第三感測模組313)、定位模組32、控制模組33、動力單元21、驅動單元22(包含第一驅動單元221、第二驅動單元222)電性連接，以記錄臺車2與追蹤系統3的動作狀態產生一回授資料；應說明的是，檢測模組34為多種、多個感測器組合的統稱，對應上述不同的模組或單元，檢測模組34會包含對應的檢測單元，但，檢測單元對應檢測物件的檢測結果或技術方法，並非本案的技術特徵，在此不另贅述。

又，所述無線傳輸模組35與前述檢測模組34電性連接，其接收回授資料轉為無線訊號對外傳輸，無線傳輸模組35為ZigBee、藍芽、無線通訊網路(WiFi、WiMAX)、行動通訊網路(2G、3G、4G或5G)或衛星通訊網路。

所述障礙偵測模組36為設置於臺車2的周邊、並由臺車2周邊產生探測訊號，再接收回傳的反射訊號，依據反射訊號計算產生轉向訊號傳輸到控制模組33，控制模組33依據轉向訊號產生對應的轉向控制訊號傳輸到該等驅動單元22，令臺車2依據轉向控制訊號修改移動方向。

藉此，所述前導模組1連續移動並週期性的產生感測訊號，前述感測模組31連續接收感測訊號並產生距離資料傳輸到定位模組32，使定位模組32結合該等座標資料產生週期性的定位資料傳輸到控制模組33，再使控制模組33依據定位資料週期前後的差異，連續產生複數的控制訊號，而臺車2的前述驅動單元22分別接收對應的控制訊號，並依據控制訊號調整動力單元21驅動輪組23的動作狀態，使臺車2依據前導模組1的移動方向自動跟隨移動的結構；以及，所述檢測模組34記錄臺車2與追蹤系統3的動作狀態產生回授資料，經無線傳輸模組35將回授資料轉為無線訊號對外傳輸，達成遠端能即時監控臺車2動作狀態的結構。

請同時參閱第1圖至第3圖所示，本創作追蹤系統3定位前導模組1的步驟為：(100)感測模組取得目前所在的座標資料；(101)感測模組接收前導模組傳輸的感測訊號，並計算產生距離資料；(102)定位模組接收該等距離資料，並結合該等座標資料產生定位資料。

應說明的是，本實施例呼應前面提到該等感測模組31包括：第一感測模組311、第二感測模組312、與第三感測模組313，因此，座標資料對應為第一座標資料(X₁，Y₁)、第二座標資料(X₂，Y₂)、與第三座標資料(X₃，Y₃)，第一感測模組311、第二感測模組312、與第三感測模組313同步接收前述感測訊號後，對應產生第一距離資料R₁、第二距離資料R₂、與第三距離資料R₃，再者，由於定位技術並非本案的技術特徵，也非本案保護的標的，本實施例中僅以TOA(Time of arrival，到達時間定位法)來加以說明定位的過程，並非限定本案定位技術僅為TOA(Time of arrival，到達時間定位法)。

而所述前導模組2與感測模組31(第一感測模組311對應R₁、第二感測模組312對應R₂，第三感測模組313對應R₃)的距離R進一步可以定義為：R_i(R₁、R₂、R₃)=(T₁-T₀)C，其中，T₀是前導模組2訊號到達感測模組31的時間，T₁是感測模組31訊號到達前導模組2的時間，C是光速；藉由第一感測模組311、第二感測模組312、與第三感測模組313的第一距離資料R₁、第二距離資料R₂、與第三距離資料R₃，可以計算出前導模組2的座標資料(X_m，Y_m)：

若R1<R2<R3，且X1=0，Y1=0時，將運算2減運算3，可以得到：

同理，將運算3減運算2可得：

整理運算4、5，並轉換為矩陣形式，可以得到：

其中，

再將運算6改寫成HX=b，其中，H，X，b可以表示為：

進一步再改寫成：X=H^-1b，得到前導模組2的X_m的座標值，然後沿用上述步驟，修改代數內容後，便可得到前導模組2的Y_m的座標值，兩者合併後即為前導模組2的座標資料(X_m，Y_m)。

前述取得前導模組2的座標資料(X_m，Y_m)之後，定位模組32與控制模組33計算出前導模組2的移動速度和方向，控制模組33依據定位資料前後週期差異產生複數的控制訊號，則驅動單元22的第一驅動單元221與第二驅動單元222會各自調整第一輪組231與第二輪組232的動作，以對應產生前進、後退、轉向、迴轉等移動方式；例如右轉，前次的座標資料(X_m1，Y_m1)與後一次的座標資料(X_m2，Y_m2)比較，(X_m1，Y_m1)>(X_m2，Y_m2)，則控制模組33產生的控制訊號讓第一驅動單元221控制第一輪組231減速、反轉、或停止，第二驅動單元222持續控制第二輪組232維持既有的動作，此時，臺車2將以第一輪組231為圓心產生轉向：當第一輪組231減速時，臺車2的路徑會漸漸地右轉；當第一輪組231停止時，臺車2的路徑會原地右轉；當第一輪組231反轉時，臺車2的路徑會迴轉；反之，左轉時，前次的座標資料(X_m1，Y_m1)與後一次的座標資料(X_m2，Y_m2)比較，(X_m1，Y_m1)<(X_m2，Y_m2)，則控制模組33產生的控制訊號讓第二驅動單元222控制第二輪組232減速、反轉、或停止，第一驅動單元221持續控制第一輪組231維持既有的動作；又，在一個較佳的實施狀態下，當追蹤系統3的定位模組32計算後判斷目前臺車2與前導模組1的距離小於安全距離或過近時，前述控制模組33產生控制訊號到驅動單元22，第一驅動單元221與第二驅動單元222會各自調整第一輪組231與第二輪組232的動作，例如停止、減速或後退的方式，讓臺車2與前導模組1之間維持固定的跟隨距離；藉由上述舉例說明，本創作確實能夠即時對應前導模組2的路徑改變，即時修正臺車2的移動路徑。

本創作相較於【先前技術】更具備新穎性與進步性的技術與結構特徵在於：藉由前述感測模組31與定位模組32正確的取得前導模組1的相對座標，而能夠取得兩者之間正確的相對距離與相對角度，所以，前導模組1與臺車2之間，並不一定是要呈前、後的方式設置，即便兩者之間的出發點、路徑改變後，產生路徑的不同，該等感測模組31與定位模組32都能夠如前述說明的技術，正確取得前導模組1的相對座標，使臺車2即時修正跟隨的路徑；再者，本創作更可以應用於多個臺車2之間連續、相應跟隨，例如最前端設置一個前導模組1之後，後續的臺車2分別設置追蹤系統3以及前導模組1，即能達成多個臺車2連續跟隨的技術特徵，而又如本創作提到，前述定位模組32的定位演算法，可以對應該等感測模組31與前導模組1的主動、被動不同來運算，因此，即便不同定位模式的臺車2，都可以達成相互跟隨的技術特徵。

綜合以上所述，本創作此一載物臺車智能追蹤系統確實為一具新穎性及進步性的新型，爰依法提出申請新型專利；惟上述說明的內容，僅為本創作的較佳實施例說明，舉凡依本創作的技術手段與範疇所延伸的變化、修飾、改變或等效置換者，亦皆應落入本創作的專利申請範圍內。

Claims

一種載物臺車智能追蹤系統，至少包括：一前導模組，產生一感測訊號對外傳輸；一臺車，具有一動力單元，該動力單元連接複數的驅動單元，每個驅動單元分別連接一輪組，動力單元經驅動單元調節該等輪組的動作狀態；一追蹤系統，設置於前述臺車上，至少包括：複數的感測模組，每個感測模組分別週期性的接收前述感測訊號，並依據感測訊號的強度分別產生一距離資料，且每個感測模組設有一座標資料；一定位模組，與前述感測模組電性連接，以接收前述距離資料，並結合該等座標資料產生一定位資料；一控制模組，分別與前述定位模組、驅動單元電性連接，以接收定位資料，依據定位資料前後週期的差異產生一複數的控制訊號；一檢測模組，設置於前述臺車上，並分別與前述感測模組、定位模組、控制模組、動力單元、驅動單元電性連接，以記錄臺車與追蹤系統的動作狀態產生一回授資料；以及，一無線傳輸模組，與前述檢測模組電性連接，以接收回授資料轉為無線訊號對外傳輸；當所述前導模組連續移動並週期性的產生感測訊號，該等感測模組連續接收感測訊號並產生距離資料傳輸到定位模組，使定位模組結合該等座標資料產生週期性的定位資料傳輸到控制模組，且控制模組依據定位資料週期前後週期的差異，連續產生複數的控制訊號，使臺車的該等驅動單元分別接收對應的控制訊號，並依據控制訊號調整動力單元驅動輪組的動作狀態，達成臺車依據前導模組的移動方向自動跟隨移動的結構。
如申請專利範圍第1項所述之載物臺車智能追蹤系統，其中該感測模組包括：一第一感測模組、一第二感測模組、與一第三感測模組，其分別儲存有一第一座標資料、一第二座標資料、與一第三座標資料，並同步接收前述感測訊號產生一第一距離資料、一第二距離資料、與一第三距離資料；前述定位模組分別與第一感測模組、第二感測模組、與第三感測模組電性連接，接收第一座標資料、第二座標資料、與第三座標資料，並結合第一距離資料、第二距離資料、與第三距離資料產生定位資料。
如申請專利範圍第1項所述之載物臺車智能追蹤系統，其中該臺車的驅動單元包括：一第一驅動單元與一第二驅動單元，其分別動力連接一第一輪組與一第二輪組，第一驅動單元與第二驅動單元分別接收對應的控制訊號，依據控制訊號調整動力單元驅動第一輪組與第二輪組，進行同步及/或不同步的運轉速度、移動方向及移動角度。
如申請專利範圍第3項所述之載物臺車智能追蹤系統，其中該動力單元是電池或發電機，第一驅動單元與第二驅動單元是電動機；或前述動力單元是引擎，第一驅動單元與第二驅動單元是變速器。
如申請專利範圍第1項所述之載物臺車智能追蹤系統，其中該定位模組接收前述距離資料，並結合該等座標資料產生定位資料的過程為TOA(Time of arrival，到達時間定位法)、AOA(Angle of Arrival，接收信號角度定位法)、TDOA(Time Difference of Arrival，到達時間差定位法)或RSSI(Received Signal Strength Indicator，接收訊號強度定位法)。
如申請專利範圍第1項所述之載物臺車智能追蹤系統，其中該無線傳輸模組為ZigBee、藍芽、無線通訊網路(WiFi、WiMAX)、行動通訊網路(2G、3G、4G或5G)或衛星通訊網路。
如申請專利範圍第1項所述之載物臺車智能追蹤系統，其中該等感測模組為UWB、RFID、WiFi、或藍牙，則前導模組為主動式標籤；或該等感測模組為超音波、紅外線、或光學雷達，則前導模組為被動式標籤。
如申請專利範圍第1項所述之載物臺車智能追蹤系統，其中該追蹤系統包括複數與控制模組電性連接的障礙偵測模組，由臺車周邊產生探測訊號，並接收回傳的反射訊號，依據反射訊號計算產生轉向訊號傳輸到控制模組。
如申請專利範圍第1項所述之載物臺車智能追蹤系統，其中該控制模組依據轉向訊號產生對應的轉向控制訊號傳輸到該等驅動單元，令臺車依據轉向控制訊號修改移動方向。
如申請專利範圍第9項所述之載物臺車智能追蹤系統，其中該障礙偵測模組為採用超音波、紅外線、聲納或雷射產生探測訊號。