TWI424296B

TWI424296B - 引導裝置及操作系統

Info

Publication number: TWI424296B
Application number: TW99116634A
Authority: TW
Inventors: Shih Che Hung; Hong Lun Liu; Yi Chih Yeh
Original assignee: Micro Star Int Co Ltd
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2014-01-21
Also published as: US9089249B2; TW201142562A; DE102011002177B4; JP2011245295A; JP5396577B2; DE102011002177A1; US20110295447A1

Description

引導裝置及操作系統

本發明係有關於一種操作系統，特別是有關於一種具有掃地機器人的操作系統。

隨著科技的進步，電子產品的種類愈來愈多，其中機器人(robot)就是其中一種。在許多可移動的機器人裝置中，為了達到自動移動的功能，機器人通常會具有一驅動裝置、一偵測器以及一移動控制器。舉例而言，清掃機器人就是一種清掃裝置，不需使用者操作，便可自動移動，並吸取地板上的灰塵。

本發明提供一種引導裝置，可控制一掃地機器人的行進方向，並包括一接收單元、一發射單元以及一控制單元。接收單元用以接收一超音波編碼信號。超音波編碼信號係由掃地機器人所發射。發射單元發射至少一無線信號。當接收單元接收到超音波編碼信號時，控制單元致能發射單元，使發射單元發射一第一引導無線信號。掃地機器人根據第一引導無線信號而移動。

本發明另提供一種操作系統，包括一掃地機器人以及一引導裝置。掃地機器人用以進行一清潔工作，並包括一第一發射單元。第一發射單元發射一第一超音波編碼信號。引導裝置包括，一接收單元、一第二發射單元以及一控制單元。接收單元接收第一超音波編碼信號。第二發射單元發射至少一無線信號。當接收單元接收到超音波編碼信號時，控制單元致能第二發射單元，使第二發射單元發射一第一引導無線信號。掃地機器人根據第一引導無線信號而移動。

為讓本發明之特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

第1圖為本發明之操作系統之示意圖。如圖所示，操作系統100包括，掃地機器人110以及引導裝置130。掃地機器人110用以進行一清潔工作。在本實施例中，引導裝置130可控制掃地機器人110的移動方向，並且可同時或分別扮演一基地台(dock)、一光引導(light house)以及一虛擬牆(virtual wall)的角色。

如圖所示，掃地機器人110包括發射單元111及接收單元113。發射單元111及接收單元113分別發射及接收無線信號。本發明並不限定無線信號的種類。在一可能實施例中，無線信號可為超音波(Ultrasonic Wave)信號或是紅外線(Infrared Ray)信號。

在一可能實施例中，發射單元111及接收單元113發射或接收相同種類的無線信號。舉例而言，發射單元111發射超音波信號，而接收單元113接收超音波信號，或是發射單元111發射紅外線信號，而接收單元113接收紅外線信號。

在另一實施例中，發射單元111及接收單元113分別發射及接收不同種類的無線信號。舉例而言，發射單元111發射紅外線信號，而接收單元113接收超音波信號，或是發射單元111發射超音波信號，而接收單元113接收紅外線信號。

在本實施例中，發射單元111為超音波發射器，而接收單元113為紅外線接收器。發射單元111發射一超音波編碼信號(如UW₁ 或UW₂ )，其中超音波編碼信號UW₁ 的編碼值不同於超音波編碼信號UW₂ 的編碼值。由於超音波信號的編碼方式係為本領域人士所深知，故不再贅述。

超音波信號的優點在於，傳送距離遠，並可克服遮蔽的問題，故可提高清掃的效率。再者，藉由發射超音波信號，便得知前方是否具有障礙物，以避免直接碰撞障礙物。因此，掃地機器人110在執行清潔動作時，不會產生太大的噪音。另外，超音波具有較高的穩定度及準確度，並且不受光線(太陽光)的干擾。

在本實施例中，引導裝置130包括，接收單元131、發射單元133以及控制單元(MCU)135。接收單元131接收發射單元111所發出的超音波編碼信號(如UW₁ 及UW₂ )。由於發射單元111所發出的超音波信號具有特定的編碼值，故接收單元131可根據所接收到的超音波信號的編碼值，得知超音波信號是否由掃地機器人110所發出，而不會將其它環境裝置所發出的超音波信號，誤認為掃地機器人110所發出的信號。

發射單元133發射至少一無線信號(如IR_ID 、IR₁ 、IR₂ )。本發明並不限定無線信號的種類。在一些實施例中，無線信號可為一超音波信號或是一紅外線信號。在本實施例中，發射單元133係發射具有不同編碼值的紅外線信號(如IR_ID 、IR₁ 、IR₂ )。由於紅外線的編碼方法亦為本領域人士所深知，故不再贅述。

控制單元135用以控制接收單元131以及發射單元133。當接收單元131接收到超音波編碼信號UW₁ 時，控制單元135致能發射單元133，使發射單元133發射引導無線信號IR₁ 。掃地機器人110根據引導無線信號IR₁ 而移動。

在一可能實施例中，在發射單元133發射引導無線信號IR₁ 後，掃地機器人110便往引導裝置130移動。因此，接收單元133便可準確地接收到掃地機器人110所發出的超音波編碼信號UW₁ 。

當接收單元133接收到掃地機器人110所發出的超音波編碼信號UW₁ 後，控制單元135根據接收單元131所接收到的超音波編碼信號UW₁ 的強度或是編碼值，再次致能發射單元133，使發射單元133發射引導無線信號IR₂ ，用以控制掃地機器人110移動的方向。

在本實施例中，掃地機器人110具有全向式鏡面，故可輕易地接收到引導無線信號IR₁ 及IR₂ 。另外，引導無線信號IR₁ 及IR₂ 具有不同的編碼值或強度。

在另一可能實施例中，當接收單元131尚未接收到超音波編碼信號UW₁ 時，控制單元135不致能發射單元133，因而，使得發射單元133不發射無線信號(如IR_ID 、IR₁ 、IR₂ )，直到接收單元131接收到超音波編碼信號UW₁ 後，控制單元135才會致能發射單元133。由於引導裝置130僅在接收到超音波編碼信號UW₁ 後，才發射無線信號，因此，操作系統100具有省電的功能。

在其它可能實施例中，在接收單元131尚未接收到超音波編碼信號UW₁ 時，控制單元135致能發射單元133，使發射單元133發射一辨識無線信號IR_ID 。當掃地機器人110接收到辨識無線信號IR_ID 後，便可得知引導裝置130並非一障礙物。因此，掃地機器人110便可根據引導裝置130所發出的無線信號而動作。

舉例而言，在掃地機器人110接收到辨識無線信號IR_ID 後，掃地機器人110便開始往引導裝置130移動，進而使得接收單元131接收到掃地機器人110所發出的超音波編碼信號UW₁ 。

當接收單元131接收到超音波編碼信號UW₁ 時，發射單元133發射引導無線信號IR₁ 。掃地機器人110便可根據引導無線信號IR₁ ，得知本身與引導裝置130之間的距離，進而執行功能的切換。

在此例中，由於掃地機器人110可根據辨識無線信號IR_ID ，得知引導裝置130的存在，故當掃地機器人110的電量不足時，可即時根據引導無線信號IR₁ ，回到引導裝置130，並藉由引導裝置130進行充電動作。

舉例而言，若引導裝置130具有充電功能，則掃地機器人110可根據引導無線信號IR₁ ，連接引導裝置130，用以進行充電動作。倘若引導裝置130不具有充電功能，則引導裝置130可藉由引導無線信號IR₁ ，將掃地機器人110引導至可充電的地方。

在另一可能實施例中，若掃地機器人110的電量仍足夠，則引導裝置130可透過引導無線信號IR₁ ，使掃地機器人110往其它空間進行清潔動作。

舉例而言，引導裝置130可設置在兩區域之間，用以控制掃地機器人，使其分別清掃兩區域。請參考第2A圖，當掃地機器人110在區域210內進行清潔動作時，引導裝置130A發出引導無線信號IR₁ ，讓掃地機器人110認為引導裝置130A係為一虛擬牆(virtual wall)。因此，掃地機器人110不會離開區域210。在此實施例中，掃地機器人110會持續在區域210內進行清潔動作。

請參考第2B圖，當掃地機器人110清潔完區域210後，掃地機器人110的發射單元111會發出另一超音波編碼信號UW₂ 。當引導裝置130A接收到超音波編碼信號UW₂ 後，發射另一引導無線信號IR₂ 。掃地機器人110便可根據引導無線信號IR₂ 離開區域210，並進入區域220，開始進行清潔工作。

在本實施例中，引導無線信號IR₁ 及IR₂ 具有不同的編碼值。另外，超音波編碼信號UW₁ 及UW₂ 亦具有不同的編碼值。

在掃地機器人110進入區域210後，引導裝置130A及130B均發射引導無線信號IR₁ ，使得掃地機器人110認為引導裝置130A及130B均為虛擬牆。因此，掃地機器人110不會離開區域220，並持續在區域220內進行清潔動作。此時，掃地機器人110發射超音波編碼信號UW₁ 。

請參考第2C圖，當掃地機器人110清潔完區域220後，掃地機器人110改發射超音波編碼信號UW₂ 。當引導裝置130B接收到超音波編碼信號UW₂ 後，改發射引導無線信號IR₂ 。掃地機器人110便可根據引導無線信號IR₂ 離開區域220，並進入區域230，開始進行清潔工作。

在上述實施例中，由於引導裝置130A已接收過超音波編碼信號UW₂ ，故不會再根據超音波編碼信號UW₂ ，而改發出引導無線信號IR₂ 。由於引導裝置130A係發射引導無線信號IR₁ ，故掃地機器人110不會從區域220進入區域210。

另外，不論掃地機器人110在哪個區域，當掃地機器人110電量不足時，掃地機器人110改發射另一超音波編碼信號UW₃ ，用以回到最初的區域(如210)。

舉例而言，當掃地機器人110正在區域220內進行清潔工作時，若掃地機器人110發現本身的電量不足時，掃地機器人110改發射超音波編碼信號UW₃ 。由於引導裝置130B從未發射過引導無線信號IR₂ (因掃地機器人110尚未進入區域230)，而引導裝置130A曾發射過引導無線信號IR₂ (為了將掃地機器人110由區域210引導至區域220)，故只有引導裝置130A會根據超音波編碼信號UW₃ ，再次發射引導無線信號IR₂ ，用以將掃地機器人110由區域220引導回區域210，用以進行充電動作。

在上述實施例中，若引導裝置130A具有充電功能，則掃地機器人110可藉由引導裝置130A，進行充電動作。

另外，掃地機器人110本身具有計時的功能。舉例而言，當掃地機器人110清掃30分鐘後，便會改發射超音波編碼信號UW₂ ，用以進入另一區域清掃。

在其它實施例中，當掃地機器人110進入新的區域時，可先沿牆移動，用以計算出此區域的約略大小，以及計算出，清掃此區域所需的預估時間。當實際的清掃時間等於預估時間時，掃地機器人110便發射超音波編碼信號UW₂ ，用以進入另一區域清掃。

第3圖為本發明之操作系統之另一可能實施例。第3圖相似第1圖，不同之處在於，第3圖的引導裝置330多了充電端137以及充電單元139。充電單元139可透過充電端137，對掃地機器人310進行充電。

舉例而言，當掃地機器人310接收到引導無線信號IR₁ 後，掃地機器人310便往充電端137前進。接著，發射單元133再發射引導無線信號IR₂ ，使得掃地機器人310根據引導無線信號IR₂ ，準確地接觸充電端137，用以進行充電動作。此時，引導裝置330作為一基地台。

在其它實施例中，當掃地機器人310接收到引導無線信號IR₁ 後，掃地機器人310先往充電端137前進。接著，發射單元133再發射引導無線信號IR₂ 。掃地機器人310可根據引導無線信號IR₂ 而轉向，往引導裝置330的左側或右側移動。此時，引導裝置330作為一光引導裝置。

另外，如圖所示，掃地機器人310更包括，可充電單元115、電量偵測單元117以及記憶單元119。可充電單元115可為一充電電池，並可提供電源予發射單元111及接收單元113。

電量偵測單元117偵測可充電單元115的電量。當可充電單元115的電量小於一預設值時，若引導裝置330具有充電功能，則掃地機器人310便往引導裝置330移動。

記憶單元119用以儲存清潔工作的相關資訊。當掃地機器人310接收到引導無線信號IR₁ 時，可重置或校正記憶單元119所儲存的資訊。

舉例而言，藉由掃地機器人310的輪子311的轉動圈數或方向，便可推得掃地機器人310的所在位置，而此位置係儲存於記憶單元119之中。根據記憶單元119所儲存的位置，便可提供清掃的覆蓋率。

然而，輪子311的轉動圈數或方向可能會因打滑而有所誤差。因此，在一實施例中，當掃地機器人310接收到引導無線信號IR₁ 時，可重置或校正記憶單元119，以提高清掃的準確度。

綜上所述，本發明的引導裝置可具有基地台、光引導以及虛擬牆的功能。當引導裝置具有充電功能時，則可作為掃地機器人的充電基地台。由於掃地機器人可根據引導裝置所發射的引導信號而移動，故引導裝置亦具有光引導功能。再者，藉由引導裝置所發射的引導信號，掃地機器人可將引導裝置視為一虛擬牆。因此，引導裝置具有虛擬牆的功能。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、300．．．操作系統

110、310．．．掃地機器人

130、330．．．引導裝置

111、131．．．發射單元

113、133．．．接收單元

135．．．控制單元

137．．．充電端

139．．．充電單元

115．．．可充電單元

117．．．電量偵測單元

119．．．記憶單元

第1圖為本發明之操作系統之示意圖。

第2A~2C圖為本發明之操作系統之運作示意圖

第3圖為本發明之操作系統之另一可能實施例。

100．．．操作系統

110．．．掃地機器人

130．．．引導裝置

111、133．．．發射單元

113、131．．．接收單元

135．．．控制單元

Claims

一種引導裝置，可控制一掃地機器人的行進方向，該引導裝置，包括：一接收單元，用以接收一超音波編碼信號，該超音波編碼信號係由該掃地機器人所發射；一發射單元，發射至少一無線信號；一控制單元，當該接收單元接收到該超音波編碼信號時，該控制單元致能該發射單元，使該發射單元發射一第一引導無線信號，其中該掃地機器人根據該第一引導無線信號而移動，在該發射單元發射該第一引導無線信號後，該控制單元根據該超音波編碼信號的強度或是編碼值，再次致能該發射單元，使該發射單元發射一第二引導無線信號，該第一及第二引導無線信號具有不同的編碼值或強度。
如申請專利範圍第1項所述之引導裝置，其中該無線信號係為一超音波信號或是一紅外線信號。
如申請專利範圍第1項所述之引導裝置，其中在該接收單元尚未接收到該超音波編碼信號時，該控制單元不致能該發射單元，使得該發射單元不發射該無線信號，或是在該接收單元尚未接收到該超音波編碼信號時，該控制單元致能該發射單元，使該發射單元發射一辨識無線信號。
一種操作系統，包括：一掃地機器人，用以進行一清潔工作，並包括：一第一發射單元，發射一第一超音波編碼信號；一引導裝置，包括：一接收單元，接收該第一超音波編碼信號；一第二發射單元，發射至少一無線信號；以及一控制單元，當該接收單元接收到該超音波編碼信號時，該控制單元致能該第二發射單元，使該第二發射單元發射一第一引導無線信號，該掃地機器人根據該第一引導無線信號而移動，在該發射單元發射該第一引導無線信號後，該控制單元根據該超音波編碼信號的強度或是編碼值，再次致能該發射單元，使該發射單元發射一第二引導無線信號，該第一及第二引導無線信號具有不同的編碼值或強度。
如申請專利範圍第4項所述之操作系統，其中該引導裝置更包括：一充電端；以及一充電單元，透過該充電端，對該掃地機器人進行充電，其中當該掃地機器人接收到該第一引導無線信號後，該掃地機器人便往該充電端前進，接著，該第二發射單元再發射該第二引導無線信號，使得該掃地機器人根據該第二引導無線信號，準確地接觸該充電端或是根據該第二引導無線信號而轉向，往該引導裝置的左側或右側移動。
如申請專利範圍第4項所述之操作系統，其中在該接收單元尚未接收到該超音波信號時，該控制單元不致能該第二發射單元，使得該第二發射單元不發射該無線信號，或是在該接收單元尚未接收到該超音波信號時，該控制單元致能該第二發射單元，使得該第二發射單元發射一辨識無線信號，該掃地機器人根據該辨識無線信號，開始往該引導裝置移動，在該第二發射單元發射該第一引導無線信號後，該掃地機器人根據該第一引導無線信號，得知與該引導裝置之間的距離。
如申請專利範圍第4項所述之操作系統，其中當該掃地機器人在一第一區域執行完清潔工作後，該第一發射單元發射出一第二超音波編碼信號，該引導裝置根據該第二超音波編碼信號，發射出該第二引導無線信號，用以引導該掃地機器人進入一第二區域，該第一及第二引導無線信號具有不同的編碼值，當該掃地機器人進入該第二區域後，該引導裝置再次發射出該第一引導無線信號，並且該第一發射單元發射該第一超音波編碼信號，當該掃地機器人在該第二區域執行完清潔工作後，該第一發射單元發射出該第二超音波編碼信號，該引導裝置根據該第二超音波編碼信號，發射出該第二引導無線信號，用以引導該掃地機器人進入該第一區域。
如申請專利範圍第7項所述之操作系統，其中該無線信號係為一超音波信號或是一紅外線信號，該掃地機器人更包括：一可充電單元；以及一電量偵測單元，用以偵測該可充電單元的電量，當該可充電單元的電量小於一預設值時，則該第一發射單元發射出該第二超音波編碼信號，該引導裝置根據該第二超音波編碼信號，發射出該第二引導無線信號，用以引導該掃地機器人進入該第一區域。
如申請專利範圍第4項所述之操作系統，其中該掃地機器人更包括一記憶單元，用以儲存清潔工作的相關資訊，當該掃地機器人接收到該第一引導無線信號時，重置或校正該記憶單元所儲存的資訊，其中當該掃地機器人接收到該第一引導無線信號時，該掃地機器人將該引導裝置視為一虛擬牆。