專利名稱：避障與防掉落系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種避障與防掉落系統(tǒng)及其方法，特別涉及的是一種移動(dòng)裝置的避障與防掉落系統(tǒng)，其是利用設(shè)置在移動(dòng)裝置上的位移傳感器發(fā)射及接收反射訊號(hào)，以判斷為障礙物或高度落差，其利用至少一組傳感器即可同時(shí)達(dá)到避障與防止掉落的功能，可大幅簡化移動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)及裝置成本。
背景技術(shù)：
自走式移動(dòng)裝置(或俗稱機(jī)器人)在一特定的工作區(qū)域運(yùn)行過程中，其本身是依循預(yù)設(shè)的行進(jìn)模式移動(dòng)，若移動(dòng)裝置在行進(jìn)過程中不慎碰撞到障礙物或掉落至高度落差而卡住，甚至由高處摔落，如此均容易造成移動(dòng)裝置的損傷而無法繼續(xù)運(yùn)行，因此對在一自走式移動(dòng)裝置而言，障礙物回避以及防止裝置掉落為其必備的基本功能。
傳統(tǒng)自走式移動(dòng)裝置對在障礙物回避以及防止裝置掉落的感測功能，通常是由2組獨(dú)立的感測組件分別執(zhí)行各別功能，例如使用紅外線、超音波或機(jī)械緩沖器等感測組件，其缺點(diǎn)在于，移動(dòng)裝置本身的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，而且需花費(fèi)較高成本。
請參閱圖1所示，是為美國專利早期公開第20040143930號(hào)“Obstacle sensingsystem for an autonomous cleaning apparatus”，該裝置提供一種自走式清潔裝置的障礙物偵測系統(tǒng)，其是利用底盤10前方一機(jī)械式的緩沖器(Bumper)11作為障礙物偵測的主要組件，當(dāng)緩沖器11碰撞到障礙物后，即產(chǎn)生訊號(hào)告知系統(tǒng)；惟，這種接觸式避障偵測效率通常較差，需直接接觸碰撞后才能達(dá)到避障功能，且系統(tǒng)容易因長時(shí)間多次的撞擊而損害。
再請參閱圖2所示，美國專利第6594844號(hào)“Robot obstacle detection system”，其提供一種機(jī)器人障礙物偵測系統(tǒng)20，該系統(tǒng)20是利用多組兼具有紅外線發(fā)射及光訊號(hào)接收功能的偵測器21、22作為主要偵測組件，其中，該偵測器21是設(shè)置在該機(jī)器人23前方，用以偵測前方障礙物或墻面，而該偵測器22設(shè)置在機(jī)器人23底部，則是提供防掉落偵測，通過此達(dá)到避障與防掉落目的；然而，由于該偵測器21、22的偵測方向固定，必須設(shè)置多組偵測器方能擴(kuò)大偵測角度及方位，否則存在有偵測死角，如圖示是分別設(shè)置三組偵測器21、22，因此使得架構(gòu)較為復(fù)雜、所需成本相對較高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的主要目的在于，提出一種避障與防掉落系統(tǒng)及其方法，其是利用設(shè)置在移動(dòng)裝置上的位移傳感器發(fā)射及接收反射訊號(hào)，以判斷為障礙物或高度落差，其利用至少一組傳感器即可同時(shí)達(dá)到避障與防止掉落的功能，可大幅簡化移動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)及裝置成本。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案在于，提出一種避障與防掉落系統(tǒng)，其包含一本體；至少一驅(qū)動(dòng)輪，是設(shè)置在該本體，用在支撐及移動(dòng)該本體；至少一位移傳感器，是設(shè)置在該本體，用以發(fā)射及接收訊號(hào)，其發(fā)射及接收訊號(hào)的路徑是與該本體所設(shè)置的平面成一特定角度；一控制單元，可接收及處理該位移傳感器的訊號(hào)，以判斷行進(jìn)方向是否有障礙物或高度落差，并輸出一訊號(hào)以驅(qū)動(dòng)該本體轉(zhuǎn)向。
較佳地，該位移傳感器可為光學(xué)傳感器、聲波傳感器其中的一或其組合。
較佳地，該位移傳感器所發(fā)射及接收訊號(hào)的路徑與該本體所設(shè)置的平面所成的特定角度是大于0度而小于90度。
較佳地，其更包括一轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，用以驅(qū)動(dòng)該位移傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)。
較佳地，該轉(zhuǎn)動(dòng)裝置是可驅(qū)動(dòng)該位移傳感器在一定角度的范圍內(nèi)往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
較佳地，該轉(zhuǎn)動(dòng)裝置是可驅(qū)動(dòng)該位移傳感器作全圓周旋轉(zhuǎn)或往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明還提出一種避障與防掉落方法，其是在一可移動(dòng)的本體上設(shè)置至少一位移傳感器用以偵測該本體的行進(jìn)路線，其包含-設(shè)定該位移傳感器的發(fā)射及接收訊號(hào)的路徑與該本體所設(shè)置的平面成一特定角度并初始化；-該位移傳感器發(fā)送及接收訊號(hào)，并將所接收的訊號(hào)傳送至一控制單元；-由該控制單元接收該接收訊號(hào)并運(yùn)算判斷指令輸出。
以下結(jié)合附圖，對本發(fā)明上述的和另外的技術(shù)特征和優(yōu)點(diǎn)作更詳細(xì)的說明。


圖1是現(xiàn)有一種自走式清潔裝置的障礙物偵測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有一種機(jī)器人障礙物偵測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3A是本發(fā)明較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3B是圖3A所示實(shí)施例的右側(cè)視圖；圖3C是圖3B所示實(shí)施例的俯視圖；圖4是顯示本發(fā)明實(shí)施在障礙物的狀態(tài)示意圖；圖5是顯示本發(fā)明實(shí)施在高度落差的狀態(tài)示意圖；圖6是本發(fā)明的方法步驟流程圖。
附圖標(biāo)記說明30-避障與防掉落系統(tǒng)；31-本體；32-驅(qū)動(dòng)輪；33-位移傳感器；331-訊號(hào)發(fā)射裝置；332-訊號(hào)接收裝置；34-控制單元；35-轉(zhuǎn)動(dòng)裝置；40-平面；41-凹陷處；A-前進(jìn)方向；Sp-訊號(hào)路徑；SR、SR1、SR2-反射訊號(hào)；Sw-工作訊號(hào)；θ、θ1-角度。
具體實(shí)施例方式
以下將參照隨附的圖式來描述本發(fā)明為達(dá)成目的所使用的技術(shù)手段與功效。請參閱圖3A至圖3C所示較佳實(shí)施例，本發(fā)明提供的避障與防掉落系統(tǒng)30，其具有一本體31，在該本體31底部設(shè)有至少一驅(qū)動(dòng)輪32，可用在支撐及移動(dòng)該本體31，在該本體31上設(shè)有一位移傳感器33，該位移傳感器33可為光學(xué)傳感器、聲波傳感器其中之一或其組合，其包括一訊號(hào)發(fā)射裝置331以及一訊號(hào)接收裝置332，該訊號(hào)發(fā)射裝置331是用以發(fā)射訊號(hào)，該訊號(hào)接收裝置332是用以接收反射訊號(hào)SR，該訊號(hào)發(fā)射裝置331及訊號(hào)接收裝置332的訊號(hào)路徑Sp均與該本體31所設(shè)置的平面40成一特定角度θ，且該特定角度θ是大于0度而小于90度，至在該訊號(hào)發(fā)射裝置331及訊號(hào)接收裝置332發(fā)出或接收訊號(hào)的動(dòng)作，均可由一控制單元34控制，該控制單元34并可接收及處理該訊號(hào)接收裝置332所接收的接收訊號(hào)。
再如圖3B及圖3C所示，該位移傳感器33設(shè)置在一轉(zhuǎn)動(dòng)裝置35上，通過該轉(zhuǎn)動(dòng)裝置35可驅(qū)動(dòng)該位移傳感器33在一定角度θ1的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)以進(jìn)行掃描偵測，當(dāng)然，該轉(zhuǎn)動(dòng)裝置35亦可作全圓周旋轉(zhuǎn)，以同步驅(qū)動(dòng)該位移傳感器33作全圓周旋轉(zhuǎn)或往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，如此，可擴(kuò)大該位移傳感器33的偵測范圍，不限在該本體31的前進(jìn)方向A；至在該轉(zhuǎn)動(dòng)裝置35，可通過齒輪、皮帶或鏈條等構(gòu)件達(dá)到可轉(zhuǎn)動(dòng)的目的，其結(jié)構(gòu)是為熟知該類技藝人士容易達(dá)成的現(xiàn)有技術(shù)，在此不予贅述。
請參閱圖3A，預(yù)設(shè)圖3A所示狀態(tài)為初始狀態(tài)，其具有一工作訊號(hào)Sw，將該工作訊號(hào)Sw預(yù)設(shè)為正常狀態(tài)的反射訊號(hào)SR＝Sw，并將該工作訊號(hào)Sw儲(chǔ)存在該控制單元34內(nèi)；再如圖4所示，在平面40上具有一障礙物50，當(dāng)本體31移動(dòng)至該障礙物50前，因該障礙物50的阻擋，導(dǎo)致反射訊號(hào)SR1減弱，該位移傳感器33接收該反射訊號(hào)SR1并將其傳送至該控制單元34，該控制單元34可將該反射訊號(hào)SR1與初始的工作訊號(hào)Sw進(jìn)行比較，由于該反射訊號(hào)SR1小于工作訊號(hào)Sw，該控制單元34可判斷得知前方具有障礙物50，因此進(jìn)行避障算法運(yùn)算，并可輸出指令驅(qū)動(dòng)該本體31轉(zhuǎn)向或停止；再如圖5所示，在該本體31前進(jìn)方向A的前方具有一高度較平面40低的凹陷處41，當(dāng)本體31移動(dòng)至該凹陷處41前，會(huì)導(dǎo)致反射訊號(hào)SR2提高，該位移傳感器33接收該反射訊號(hào)SR2并將其傳送至該控制單元34，該控制單元34可將該反射訊號(hào)SR2與初始的工作訊號(hào)Sw進(jìn)行比較，由于該反射訊號(hào)SR2大于工作訊號(hào)Sw，該控制單元34可判斷得知前方具有凹陷處41，因此進(jìn)行防掉落演算算法運(yùn)算，并可輸出指令驅(qū)動(dòng)該本體31轉(zhuǎn)向或停止。
請同時(shí)參閱圖3A及圖6，綜上所述，可歸納本發(fā)明所提供的避障與防掉落方法40，其包括下列步驟步驟41位移傳感器初始化，設(shè)定該位移傳感器33的發(fā)射及接收訊號(hào)的路徑與該本體31所設(shè)置的平面40成一特定角度并初始化；步驟42位移傳感器發(fā)送與接收訊號(hào)，完成步驟41初始化的步驟后，可得一初始工作訊號(hào)Sw，該而后控制該位移傳感器33開始發(fā)送及接收訊號(hào)，并將接收訊號(hào)SR傳送至控制單元34；步驟43是由控制單元34進(jìn)行運(yùn)算判斷并將指令輸出，其包括一避障判斷431以及一防掉落判斷432，若符合接收訊號(hào)SR小于工作訊號(hào)Sw(4311)時(shí)，則進(jìn)行避障算法4312，至狀況排除后即回復(fù)至步驟42，若不符合接收訊號(hào)SR小于工作訊號(hào)Sw(4311)，則進(jìn)行防掉落判斷432，若符合接收訊號(hào)SR大于工作訊號(hào)Sw(4321)時(shí)，則進(jìn)行防掉落算法4322，至狀況排除后即回復(fù)至步驟42，若不符合接收訊號(hào)SR大于工作訊號(hào)Sw(4321)，則回到步驟42，由該位移傳感器33繼續(xù)發(fā)送及接收訊號(hào)，并將接收訊號(hào)SR傳送至控制單元34；關(guān)在前述狀況排除，是指由控制單元34將運(yùn)算判斷指令輸出，以驅(qū)動(dòng)本體31轉(zhuǎn)向或停止，其是可被包含在算法的過程中，因此圖6未顯示；再者，在本實(shí)施例中，是先執(zhí)行該避障判斷431，而后再執(zhí)行該防掉落判斷432，然兩者順序可對調(diào)，并不限在圖標(biāo)順序。
必須強(qiáng)調(diào)說明的是，本發(fā)明利用電壓訊號(hào)的變化判斷障礙物或高度落差，與傳統(tǒng)紅外線開關(guān)偵測(亦即圖2所示實(shí)施例)的方式不同，只要利用一組傳感器即可同時(shí)達(dá)到避障及防掉落偵測，不僅系統(tǒng)架構(gòu)簡單且成本較低。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，對本發(fā)明而言僅僅是說明性的，而非限制性的。本專業(yè)技術(shù)人員理解，在本發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對其進(jìn)行許多改變，修改，甚至等效，但都將落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種避障與防掉落系統(tǒng)，其特征在于，其包含一本體；至少一驅(qū)動(dòng)輪，是設(shè)置在該本體，用于支撐及移動(dòng)該本體；至少一位移傳感器，是設(shè)置在該本體，用以發(fā)射及接收訊號(hào)，其發(fā)射及接收訊號(hào)的路徑是與該本體所設(shè)置的平面成一特定角度；一控制單元，是設(shè)置在該本體，接收及處理該位移傳感器的訊號(hào)，以判斷行進(jìn)方向是否有障礙物或高度落差，并輸出一訊號(hào)以驅(qū)動(dòng)該本體轉(zhuǎn)向。
2.如權(quán)利要求1所述的避障與防掉落系統(tǒng)，其特征在于，該位移傳感器可為光學(xué)傳感器、聲波傳感器其中之一或其組合。
3.如權(quán)利要求1所述的避障與防掉落系統(tǒng)，其特征在于，該位移傳感器所發(fā)射及接收訊號(hào)的路徑與該本體所設(shè)置的平面所成的特定角度是大于0度而小于90度。
4.如權(quán)利要求1所述的避障與防掉落系統(tǒng)，其特征在于，其還包括一轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，用以驅(qū)動(dòng)該位移傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)。
5.如權(quán)利要求4所述的避障與防掉落系統(tǒng)，其特征在于，該轉(zhuǎn)動(dòng)裝置是驅(qū)動(dòng)該位移傳感器在一定角度的范圍內(nèi)往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
6.如權(quán)利要求4所述的避障與防掉落系統(tǒng)，其特征在于，該轉(zhuǎn)動(dòng)裝置是驅(qū)動(dòng)該位移傳感器作全圓周旋轉(zhuǎn)或往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
7.一種避障與防掉落系統(tǒng)，其特征在于，其包含一本體；至少一驅(qū)動(dòng)輪，是設(shè)置在該本體，用在支撐及移動(dòng)該本體；至少一位移傳感器，是設(shè)置在該本體，用以發(fā)射及接收訊號(hào)，其發(fā)射及接收訊號(hào)的路徑是與該本體所設(shè)置的平面成一特定角度；一轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，是設(shè)置在該本體，用以驅(qū)動(dòng)該位移傳感器旋轉(zhuǎn)；一控制單元，是設(shè)置在該本體，接收及處理該位移傳感器的訊號(hào)，以判斷行進(jìn)方向是否有障礙物或高度落差，并輸出一訊號(hào)以驅(qū)動(dòng)該本體轉(zhuǎn)向。
8.如權(quán)利要求7所述的避障與防掉落系統(tǒng)，其特征在于，該位移傳感器為光學(xué)傳感器、聲波傳感器其中之一或其組合。
9.如權(quán)利要求7所述的避障與防掉落系統(tǒng)，其特征在于，該位移傳感器所發(fā)射及接收訊號(hào)的路徑與該本體所設(shè)置的平面所成的特定角度是大于0度而小于90度。
10.如權(quán)利要求7所述的避障與防掉落系統(tǒng)，其特征在于，其更包括一轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，用以驅(qū)動(dòng)該位移傳感器可作掃描偵測。
11.如權(quán)利要求10所述的避障與防掉落系統(tǒng)，其特征在于，該轉(zhuǎn)動(dòng)裝置是驅(qū)動(dòng)該位移傳感器在一定角度的扇型范圍內(nèi)或全圓周旋轉(zhuǎn)掃描偵測。
12.一種避障與防掉落方法，其是在一可移動(dòng)的本體上設(shè)置至少一位移傳感器用以偵測該本體的行進(jìn)路線，其特征在于，其包含-設(shè)定該位移傳感器的發(fā)射及接收訊號(hào)的路徑與該本體所設(shè)置的平面成一特定角度并初始化；-該位移傳感器發(fā)送及接收訊號(hào)，并將所接收的訊號(hào)傳送至一控制單元；-由該控制單元接收該接收訊號(hào)并運(yùn)算判斷指令輸出。
13.如權(quán)利要求12所述的避障與防掉落方法，其特征在于，該位移傳感器所發(fā)射及接收訊號(hào)的路徑與該本體所設(shè)置的平面所成的特定角度是大于0度而小于90度。
14.如權(quán)利要求12所述的避障與防掉落方法，其特征在于，在初始化該位移傳感器時(shí)，是產(chǎn)生一工作訊號(hào)。
15.如權(quán)利要求14所述的避障與防掉落方法，其特征在于，該工作訊號(hào)是傳送至該控制單元，以提供該控制單元與該接收訊號(hào)比較運(yùn)算。
16.如權(quán)利要求15所述的避障與防掉落方法，其特征在于，該控制單元所接收的接收訊號(hào)大于工作訊號(hào)時(shí)，則進(jìn)行防掉落算法運(yùn)算。
17.如權(quán)利要求15所述的避障與防掉落方法，其特征在于，該控制單元所接收的接收訊號(hào)小于工作訊號(hào)時(shí)，則進(jìn)行避障算法運(yùn)算。
18.如權(quán)利要求12所述的避障與防掉落方法，其特征在于，該位移傳感器為光學(xué)傳感器、聲波傳感器其中之一或其組合。
19.如權(quán)利要求12所述的避障與防掉落方法，其特征在于，該位移傳感器是由一轉(zhuǎn)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)作掃描偵測。
20.如權(quán)利要求19所述的避障與防掉落方法，其特征在于，該轉(zhuǎn)動(dòng)裝置是驅(qū)動(dòng)該位移傳感器在一定角度的扇型范圍內(nèi)或全圓周旋轉(zhuǎn)掃描偵測。
全文摘要
一種避障與防掉落系統(tǒng)及其方法，其是在一可移動(dòng)的本體上設(shè)置至少一位移傳感器，該位移傳感器可由一轉(zhuǎn)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)在一定角度的扇型范圍內(nèi)或全圓周旋轉(zhuǎn)掃描偵測，設(shè)定該位移傳感器的發(fā)射及接收訊號(hào)的路徑與該本體所設(shè)置的平面成一特定角度并初始化使產(chǎn)生一工作訊號(hào)，由該位移傳感器發(fā)送及接收訊號(hào)，并將所接收的訊號(hào)傳送至一控制單元，再由該控制單元接收該接收訊號(hào)并與工作訊號(hào)進(jìn)行比較運(yùn)算，以判斷行進(jìn)方向具有障礙物或高度落差，并驅(qū)動(dòng)該本體轉(zhuǎn)向，達(dá)到避障與防止掉落的功能，可大幅簡化移動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)及裝置成本。
文檔編號(hào)B25J19/00GK101088720SQ20061008284
公開日2007年12月19日 申請日期2006年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月15日
發(fā)明者游鴻修, 曾國師, 何侑倫, 杜茂楓, 劉俊宏 申請人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院