CN111736583A - 二阶段导航*** - Google Patents

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林家仁
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钟承运
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Abstract

本发明提供一种二阶段导航***，应用于一导航空间，包含多个定位标签与一移动平台。移动平台，包含一建立一对应于导航空间的全区地图的地图建立模块、一路径规划模块、一导引移动平台的导航模块、一标签图像搜寻识别模块与一坐标处理模块。路径规划模块，产生一目标标签所在的一目标定位标签区域，并规划出一抵达目标定位标签区域的第一阶段导航路径。标签图像搜寻识别模块，用以搜寻识别目标标签。坐标处理模块，解析出目标标签的一目标坐标，路径规划模块规划出一抵达目标坐标的第二阶段导航路径，移动平台受操作地移动至目标坐标。

Description

二阶段导航***
技术领域
本发明涉及一种导航***，尤其涉及一种二阶段导航***。
背景技术
从2011年德国所发起的工业4.0浪潮迄今，已经过数个年头，智能制造与智能工厂已逐渐应用于工业生产端与制造端。然而，全球少子化浪潮所导致的劳动力资源短缺与人力成本逐年提升，已成为现今企业营运所必需要面对的问题。
自动导引车(Automatic Guided Vehicle；AGV)，或称无人搬运车，用以自动化搬运物品，藉以解决劳动力资源短缺的问题。
现有技术中的自动导引车，在实际运作时，需在自动导引车的移动路径上铺设磁条，以磁感应的方式导引自动导引车移动运送物品。上述在移动路径上铺设磁条的方式，或是铺设轨道的方式，泛称有轨式(rail-guided)导引***。有轨式导引***可以确保自动导引车在磁条或轨道上移动，也可确保自动导引车不会出现迷航状态。
然而，有轨式(rail-guided)导引***无法动态调整自动导引车的移动路径，进而限制了自动导引车的移动运送区域。而自动导引车所要到达的目标位置，例如送餐桌、物品架等，若因为不可抗力的因素移动而与轨道或磁条不符时，自动导引车并无法精准的将物品运送至目标位置。此外，铺设轨道或是磁条的成本高昂，是否能有效降低企业的支出成本也有待商榷。
发明内容
有鉴于在现有技术中，有轨式导引***无法动态调整移动路径以及成本高昂等问题。本发明的一主要目的提供一种二阶段导航***，用以解决上述问题。
本发明为解决现有技术的问题，所采用的必要技术手段为提供一种二阶段导航***，应用于导航空间，所述导航空间内设置有多个定位物，且所述二阶段导航***包含：多个定位标签，每一所述多个定位标签分别设置于所述多个定位物的一者，并具有对应的定位标签区域，藉以使所述导航空间中具有多个上述的定位标签区域；以及移动平台，包含：地图建立模块，用以建立对应于所述导航空间的全区地图，且所述全区地图包含所述多个定位标签、所述多个定位物与所述多个定位标签区域；路径规划模块，电性连接所述地图建立模块，用以在所述多个定位标签中产生目标标签，将所述目标标签所对应的所述定位标签区域定义为目标定位标签区域，据以规划出以所述目标定位标签区域为第一阶段终点的第一阶段导航路径；导航模块，电性连接所述路径规划模块，用以导引所述移动平台沿所述第一阶段导航路径移动至所述目标定位标签区域；标签图像搜寻识别模块，电性连接所述地图建立模块与所述导航模块，在所述移动平台沿所述第一阶段导航路径移动至所述目标定位标签区域时，搜寻并识别所述目标标签；坐标处理模块，电性连接所述标签图像搜寻识别模块与所述路径规划模块，在所述标签图像搜寻识别模块识别出所述目标标签时，解析出所述目标标签所对应的一目标坐标，据以使所述路径规划模块规划出以所述目标坐标为第二阶段终点的第二阶段导航路径，并使所述导航模块导引所述移动平台沿所述第二阶段导航路径移动至所述目标坐标。
在上述必要技术手段的基础下，本发明所衍生的一附属技术手段为使二阶段导航***，还包含一里程计算模块，里程计算模块电性连接路径规划模块与标签图像搜寻识别模块，用以计算第一阶段导航路径的路径里程数，并在移动平台移动路径里程数且未到达目标定位标签区域时，产生一重新搜寻识别信号，且利用标签图像搜寻识别模块重新搜寻识别定位标签。
在上述必要技术手段的基础下，本发明所衍生的一附属技术手段为使二阶段导航***中的导航模块，包含一定位单元，且定位单元用以定位移动平台的一当前位置坐标。
在上述必要技术手段的基础下，本发明所衍生的一附属技术手段为使二阶段导航***中的移动平台，还包含一搜寻触发模块，搜寻触发模块电性连接导航模块、路径规划模块与标签图像搜寻识别模块，用以在确认当前位置坐标位于目标定位标签区域时，产生一搜寻识别信号，且利用标签图像搜寻识别模块搜寻并识别目标标签。
在上述必要技术手段的基础下，本发明所衍生的一附属技术手段为使二阶段导航***中的定位标签，是一二维条码标签。
在上述必要技术手段的基础下，本发明所衍生的一附属技术手段为使二阶段导航***中的标签图像搜寻识别模块，包含一二维条码扫描仪。
在上述必要技术手段的基础下，本发明所衍生的一附属技术手段为使二阶段导航***中的标签图像搜寻识别模块，具有一图像搜寻光轴，并在移动平台旋转一旋转角度使图像搜寻光轴对准目标标签时，使坐标处理模块利用旋转角度解析出目标坐标。
在上述必要技术手段的基础下，本发明所衍生的一附属技术手段为使二阶段导航***中的标签图像搜寻识别模块，包含一图像比例识别单元，且该图像比例识别单元用以在该移动平台移动至该目标定位标签区域时，判断该目标标签的一图像比例，使坐标处理模块藉以解析出该目标坐标。
在上述必要技术手段的基础下，本发明所衍生的一附属技术手段为使二阶段导航***中的标签图像搜寻识别模块，包含一图像倾斜识别单元，且该图像倾斜识别单元用以在该移动平台移动至该目标定位标签区域时，判断该目标标签的一图像倾斜角度，使坐标处理模块藉以解析出该目标坐标。
承上所述，本发明所提供的二阶段导航***，利用定位标签、地图建立模块、路径规划模块、导航模块、标签图像搜寻识别模块与坐标处理模块，使移动平台沿第一阶段导航路径与第二阶段导航路径移动至目标标签所对应的目标坐标。
附图说明
图1是显示本发明较佳实施例所提供的二阶段导航***的移动平台的方块图；
图2是显示本发明较佳实施例所提供的二阶段导航***的平面示意图；
图3是显示本发明较佳实施例所提供的二阶段导航***的移动平台沿第一阶段导航路径移动的示意图；
图4是显示本发明较佳实施例所提供的二阶段导航***的移动平台沿第一阶段导航路径移动的另一示意图；
图5是显示本发明较佳实施例所提供的二阶段导航***的移动平台移动至目标定位标签区域的示意图；
图6是显示本发明较佳实施例所提供的二阶段导航***的移动平台移动至目标定位标签区域的局部示意图；
图7是显示本发明较佳实施例所提供的二阶段导航***的移动平台搜寻识别目标标签的示意图；以及
图8是显示本发明较佳实施例所提供的二阶段导航***的移动平台沿第二阶段导航路径移动至目标标签的示意图。
附图标记说明
100：二阶段导航***
1：移动平台
11：地图建立模块
12：路径规划模块
13：导航模块
131：定位单元
14：标签图像搜寻识别模块
15：坐标处理模块
16：里程计算模块
17：搜寻触发模块
2a、2b、2c、2d、2e、2f：定位标签
Aa、Ab、Ac、Ad、Ae、Af：定位标签区域
AT：目标定位标签区域
a：旋转角度
MG：全区地图
P1：第一阶段导航路径
P2：第二阶段导航路径
POa、POb、POc、POd、POe、POf：定位物
SN：导航空间
TT：目标标签
X、X’：图像搜寻光轴
具体实施方式
请参阅图1与图2，图1是显示本发明较佳实施例所提供的二阶段导航***的移动平台的方块图；以及，图2是显示本发明较佳实施例所提供的二阶段导航***的平面示意图。如图所示，一种二阶段导航***100，应用于一导航空间SN，且导航空间SN内设置有多个定位物POa、POb、POc、POd、POe、POf，且二阶段导航***100包含多个定位标签2a、2b、2c、2d、2e、2f与一移动平台1。
定位标签2a、2b、2c、2d、2e、2f，个别对应地设置于定位物POa、POb、POc、POd、POe、POf上，且个别具有一定位标签区域Aa、Ab、Ac、Ad、Ae、Af。在本实施例中，定位标签2a、2b、2c、2d、2e、2f一二维条码标签，但不以此为限。在本发明其他实施例中，定位标签可为其他具有定位功能的标签。
移动平台1，包含一地图建立模块11、一路径规划模块12、一导航模块13、一标签图像搜寻识别模块14与一坐标处理模块15。
地图建立模块11，用以建立一对应导航空间SN的全区地图MG，且全区地图MG包含上述定位标签2a、2b、2c、2d、2e、2f、定位物POa、POb、POc、POd、POe、POf与定位标签区域Aa、Ab、Ac、Ad、Ae、Af。地图建立模块11可以利用激光扫描单元、超音波扫描单元以确认与导航空间SN内周遭物品的距离、确认激光或超音波被周遭物品反射的强度值，经过信号处理转换成地图信息，以建立全区地图MG。
需说明的是，导航空间SN指实体空间，全区地图MG为对应导航空间SN的地图，理应为不同附图。但是有利于描述本发明的实施方式为采用导航空间SN的俯视图，而导航空间SN的俯视图又与全区地图MG几乎相同，故本发明并未将导航空间SN的俯视图与全区地图MG分开绘制，而是用同一张附图示意并进行说明。
路径规划模块12，电性连接地图建立模块11，用以在定位标签2a、2b、2c、2d、2e、2f中产生一目标标签TT(标示于图3)，将目标标签TT所对应的定位标签区域定义为一目标定位标签区域AT(标示于图3)，据以规划出一以目标定位标签区域AT为一第一阶段终点的第一阶段导航路径P1(标示于图3)。
一般来说，路径规划模块12会建立一个全区地图MG的参考原点，在本实施例中，即为移动平台1所在导航空间SN位置对应到全区地图MG的坐标点。路径规划模块12会依照实际目标位于导航空间SN内的实际目标位置对应到全区地图MG的坐标点，并依照参考原点建立全区地图MG的坐标系，进行路径规划。通常会计算参考原点与实际目标的坐标点的x距离、y距离与移动角度，并据以进行路径规划。
导航模块13，电性连接该路径规划模块12，用以导引移动平台1沿第一阶段导航路径P1移动至目标定位标签区域AT。
标签图像搜寻识别模块14，电性连接地图建立模块11与导航模块13，在移动平台1沿第一阶段导航路径P1移动至目标定位标签区域AT时，搜寻并识别目标标签TT。
坐标处理模块15，电性连接标签图像搜寻识别模块14与路径规划模块12，在标签图像搜寻识别模块14识别出目标标签时，解析出目标标签所对应的一目标坐标，据以使路径规划模块12规划出一以目标坐标为一第二阶段终点的第二阶段导航路径P2(标示于图8)，并使导航模块13导引移动平台1沿第二阶段导航路径P2移动至目标坐标。
在本实施例中，移动平台1，还包含一里程计算模块16与一搜寻触发模块17。而导航模块13，包含一定位单元131。
里程计算模块16，电性连接路径规划模块12与标签图像搜寻识别模块14，用以计算第一阶段导航路径P1的一路径里程数，并在移动平台1移动路径里程数却未到达目标定位标签区域AT时，产生一重新搜寻识别信号，且利用标签图像搜寻识别模块14重新搜寻识别定位标签2a、2b、2c、2d、2e、2f。
定位单元131，用以定位移动平台1的一当前位置坐标。搜寻触发模块17，电性连接导航模块13、路径规划模块12与标签图像搜寻识别模块14，用以在确认移动平台1的当前位置坐标位于目标定位标签区域AT时，产生一搜寻识别信号，且利用标签图像搜寻识别模块14搜寻并识别目标标签TT。
接着，请一并参阅图1至图5；其中，图3是显示本发明较佳实施例所提供的二阶段导航***的移动平台沿第一阶段导航路径移动的示意图；图4是显示本发明较佳实施例所提供的二阶段导航***的移动平台沿第一阶段导航路径移动的另一示意图；以及，图5是显示本发明较佳实施例所提供的二阶段导航***的移动平台移动至目标定位标签区域的示意图。如图所示，路径规划模块12将定位标签2b定义为一目标标签TT，因此，定位标签2b所对应的定位标签区域Ab定义为一目标定位标签区域AT。
路径规划模块12会以目标定位标签区域AT为第一阶段终点，规划出第一阶段导航路径P1。第一阶段导航路径P1会包含目标定位标签区域AT与沿途经过的定位标签区域Aa、Ad。
当移动平台1沿第一阶段导航路径P1移动时，定位单元131会时时刻刻定位移动平台1的当前位置坐标，以确保移动平台1沿第一阶段导航路径P1移动。举例来说，定位单元131若判断出当前位置坐标位于定位标签区域Aa、Ad时，表示移动平台1确实沿着第一阶段导航路径P1移动；反之，若定位单元131判断出当前位置坐标位于定位标签区域Ac、Ae、Af中的一者，表示移动平台1已偏离第一阶段导航路径P1，便会利用导航模块13停止导引移动平台1，并利用标签图像搜寻识别模块14重新搜寻识别定位标签2a、2b、2c、2d、2e、2f，以重新定位移动平台1，最后再利用路径规划模块12重新规划另一第一阶段导航路径。
在本实施例中，定位标签2a、2b、2c、2d、2e、2f二维条码标签，且标签图像搜寻识别模块14包含一二维条码扫描仪。
在正常的情况下，移动平台1会沿着第一阶段导航路径P1，依序经过定位标签区域Ad、Aa，并且抵达目标标签TT所在的目标定位标签区域AT。
最后，请一并参阅图1至图8，其中，图6是显示本发明较佳实施例所提供的二阶段导航***的移动平台移动至目标定位标签区域的局部示意图；图7是显示本发明较佳实施例所提供的二阶段导航***的移动平台搜寻识别目标标签的示意图；以及，图8是显示本发明较佳实施例所提供的二阶段导航***的移动平台沿第二阶段导航路径移动至目标标签的示意图。如图所示，移动平台1抵达目标标签TT所在的目标定位标签区域AT。
搜寻触发模块17，确认移动平台1的当前位置坐标位于目标定位标签区域AT内时，产生一搜寻识别信号。标签图像搜寻识别模块14，接收到搜寻识别信号后，便搜寻识别目标标签TT，并进一步通过坐标处理模块15解析出目标标签TT所对应的一目标坐标。如图6所示，移动平台1的当前位置坐标位于目标定位标签区域AT，标签图像搜寻识别模块14的一图像搜寻光轴X并未搜寻到目标标签TT。故在接收到搜寻识别信号后，移动平台1开始旋转直到旋转后的图像搜寻光轴X’搜寻到目标标签TT。
坐标处理模块15可以利用图像搜寻光轴X与图像搜寻光轴X’之间的旋转角度a，判断出目标标签TT位于移动平台1的哪个角度方位上以及目标标签TT与移动平台1之间的距离，进一步推断出目标标签TT的目标坐标。此外，标签图像搜寻识别模块14可包含一图像比例识别单元，图像比例识别单元用以在移动平台1移动至目标定位标签区域AT时，判断目标标签TT的一图像比例，进一步通过坐标处理模块15解析出目标标签TT的目标坐标。又，标签图像搜寻识别模块14可包含一图像倾斜识别单元，且图像倾斜识别单元用以在移动平台1移动至目标定位标签区域AT时，判断目标标签TT的一图像倾斜角度，进一步通过坐标处理模块15解析出目标标签TT的目标坐标。坐标处理模块15也可利用梯形修正的方式，去分析目标标签TT，藉以解析出目标坐标。实务上来说，坐标处理模块15通常会一并搭配标签图像搜寻识别模块14识别到的目标标签TT的图像与转换矩阵进行运算，藉以解析出目标标签TT的目标坐标的方法。
路径规划模块12，以目标坐标为一第二阶段终点，并规划出一移动至第二阶段终点的第二阶段导航路径P2。导航模块13，依照第二阶段导航路径P2导引移动平台1，使移动平台1沿第二阶段导航路径P2移动至目标标签TT所在的目标坐标。
移动平台1移动至目标定位标签区域AT，标签图像搜寻识别模块14重新搜寻识别目标标签TT，以及，路径规划模块12规划出第二阶段导航路径P2的用意在于，目标标签TT所在的定位物POb可能会因为任何因素而有所移动，故标签图像搜寻识别模块14重新搜寻识别目标标签TT，可以确保移动平台1会移动至目标标签TT所在的目标坐标。
在现今社会中，移动平台1主要是自动导引车或是机器人，主要功能为运送物品。以餐厅的送餐机器人为例，定位物POa、POb、POc、POd、POe、POf就是用餐区的桌椅。而餐厅的桌子可能会因为各种因素被迫移动，例如并桌、受到碰撞、座位空间太小等，甚至是餐厅人员于顾客用餐完毕后擦拭桌子都有可能造成桌子些微的移动，进而造成与地图建立模块11所建立的全区地图MG不符。
因此，移动平台1移动至目标定位标签区域AT，会利用标签图像搜寻识别模块14再次搜寻识别目标标签TT，以确保可以移动至目标标签TT当前的目标坐标。即便定位物POb因为一些不可抗力的因素移动而与全区地图MG不符时，移动平台1仍能顺利移动至定位物POb上的目标标签TT所在的目标坐标。
此外，里程计算模块16，会计算路径里程数，假设为10米，当移动平台1移动10米后，里程计算模块16所接收到的当前位置坐标并未落在目标定位标签区域AT，表示移动平台1可能已经偏离第一阶段导航路径P1，处于一迷航状态。里程计算模块16，便会产生一重新搜寻识别信号，并利用标签图像搜寻识别模块14重新搜寻识别定位标签2a、2b、2c、2d、2e、2f，以重新判断移动平台1的当前位置坐标以及重新规划另一第一阶段导航路径，使移动平台1能继续往目标定位标签区域AT移动。
综上所述，本发明所提供的二阶段导航***，利用定位标签与移动平台，使得移动平台可以通过第一阶段导航路径移动至目标定位标签区域以及通过第二阶段导航路径移动至目标坐标，相较于现有技术，需沿路径设置磁条或轨道且不能动态调整路径，本发明所提供的二阶段导航***，利用现今社会即为普遍的定位标签设置于定位物上，即可达到规划第一阶段导航路径导引移动平台的功效。再者，利用分析定位物上的目标标签的目标坐标，进而达到规划第二阶段导航路径导引移动平台的功效，且也可避免因为定位物移动而造成移动平台无法顺利到达目标标签的问题，达到动态调整路径的功效。
通过以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭示的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明权利要求的范畴内。

Claims (9)

1.一种二阶段导航***，应用于导航空间，所述导航空间内设置有多个定位物，且所述二阶段导航***包含：
多个定位标签，每一所述多个定位标签分别设置于所述多个定位物的一者，并具有对应的定位标签区域，藉以使所述导航空间中具有多个上述的定位标签区域；以及
移动平台，包含：
地图建立模块，用以建立对应于所述导航空间的全区地图，且所述全区地图包含所述多个定位标签、所述多个定位物与所述多个定位标签区域；
路径规划模块，电性连接所述地图建立模块，用以在所述多个定位标签中产生目标标签，将所述目标标签所对应的所述定位标签区域定义为目标定位标签区域，据以规划出以所述目标定位标签区域为第一阶段终点的第一阶段导航路径；
导航模块，电性连接所述路径规划模块，用以导引所述移动平台沿所述第一阶段导航路径移动至所述目标定位标签区域；
标签图像搜寻识别模块，电性连接所述地图建立模块与所述导航模块，在所述移动平台沿所述第一阶段导航路径移动至所述目标定位标签区域时，搜寻并识别所述目标标签；
坐标处理模块，电性连接所述标签图像搜寻识别模块与所述路径规划模块，在所述标签图像搜寻识别模块识别出所述目标标签时，解析出所述目标标签所对应的一目标坐标，据以使所述路径规划模块规划出以所述目标坐标为第二阶段终点的第二阶段导航路径，并使所述导航模块导引所述移动平台沿所述第二阶段导航路径移动至所述目标坐标。
2.根据权利要求1所述的二阶段导航***，其中，所述移动平台还包含里程计算模块，所述里程计算模块电性连接所述路径规划模块与所述标签图像搜寻识别模块，用以计算所述第一阶段导航路径的路径里程数，并在所述移动平台移动所述路径里程数且未到达所述目标定位标签区域时，产生重新搜寻识别信号，且利用所述标签图像搜寻识别模块重新搜寻识别所述多个定位标签。
3.根据权利要求1所述的二阶段导航***，其中，所述导航模块包含定位单元，且所述定位单元用以定位所述移动平台的当前位置坐标。
4.根据权利要求3所述的二阶段导航***，其中，所述移动平台还包含一搜寻触发模块，所述搜寻触发模块电性连接所述导航模块、所述路径规划模块与所述标签图像搜寻识别模块，用以在确认所述当前位置坐标位于所述目标定位标签区域时，产生搜寻识别信号，且利用所述标签图像搜寻识别模块搜寻并识别所述目标标签。
5.根据权利要求1所述的二阶段导航***，其中，每一所述多个定位标签二维条码标签。
6.根据权利要求5所述的二阶段导航***，其中，所述标签图像搜寻识别模块包含二维条码扫描仪。
7.根据权利要求1所述的二阶段导航***，其中，所述标签图像搜寻识别模块具有图像搜寻光轴，并在所述移动平台旋转旋转角度使所述图像搜寻光轴对准所述目标标签时，使所述坐标处理模块利用所述旋转角度解析出所述目标坐标。
8.根据权利要求1所述的二阶段导航***，其中，所述标签图像搜寻识别模块包含图像比例识别单元，且所述图像比例识别单元用以在所述移动平台移动至所述目标定位标签区域时，判断所述目标标签的图像比例，使所述坐标处理模块藉以解析出所述目标坐标。
9.根据权利要求1所述的二阶段导航***，其中，所述标签图像搜寻识别模块包含图像倾斜识别单元，且所述图像倾斜识别单元用以在所述移动平台移动至所述目标定位标签区域时，判断所述目标标签的图像倾斜角度，使所述坐标处理模块藉以解析出所述目标坐标。
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