TWI640750B - 機器人系統及控制機器人的方法 - Google Patents

Abstract

一種機器人系統及控制機器人的方法。機器人系統包括訊號發射裝置以及機器人本體。訊號發射裝置環狀發射光源訊號，所述光源訊號至少包括長距離訊號與短距離訊號。機器人本體判斷所接收的光源訊號為長距離訊號或短距離訊號。當所接收的光源訊號為長距離訊號時，確定訊號發射裝置的位置。當所接收的光源訊號為短距離訊號時，驅使機器人本體以遠離規定的禁制區域的方向進行移動。所述禁制區域為基於短距離訊號所設定的區域。

Description

機器人系統及控制機器人的方法

本發明是有關於一種自主性移動裝置，且特別是有關於一種機器人系統及控制機器人的方法。

以自動掃地機來說，目前美國專利US6781338號提出了使用光束型的紅外發射訊號，配合機器人本體上的全向接收器，來達到牆面禁止區域。但在機器人本體上的全向接受器必須位於機器人本體的制高點，突出於本體其他結構，在移動時時常會卡住在各種家具底部。另有一類機器人，使用超音波發射與接收技術，一樣可以達到牆面禁止區域，但其無法達到圓狀區域禁制區的效果，也大大降低區隔的多用性。

在使用全向接收器除了會增加機器卡住的機率，產品外觀上也會受影響。而使用最普及的紅外線接收模組，其有接收角度的限制（一般小於180度），安裝在機器人上容易有接收死角。即便在機器人本體上不同區域安裝多顆以上的紅外線接收模組，也會因為發射與接收的相對角度的變異，導致機器感應到發射模組的距離會有很大的差異，禁制區域變成很難控制在近似圓形的區域，這對消費者而言也無法知道真正的禁制區域的界線。

本發明提供一種機器人系統及控制機器人的方法，利用訊號發射裝置來設置規定的禁制區域，有效限制機器人的移動範圍。

本發明的機器人系統，包括：訊號發射裝置以及機器人本體。訊號發射裝置包括光發射器，光發射器環狀發射光源訊號，所述光源訊號至少包括長距離訊號與短距離訊號。機器人本體包括光接收器、移動機構以及控制電路。光接收器偵測是否接收到光源訊號。移動機構驅使機器人本體進行移動。控制電路耦接至光接收器以及移動機構，並判斷光接收器所接收的光源訊號為長距離訊號或短距離訊號。當控制電路判斷所接收的光源訊號為長距離訊號時，控制電路確定訊號發射裝置的位置。當控制電路判斷所接收的光源訊號為短距離訊號時，控制電路控制移動機構以使機器人本體以遠離規定的禁制區域的方向進行移動。所述禁制區域為基於短距離訊號而設定。

在本發明的一實施例中，上述機器人本體更包括多個光接收器。當控制電路判斷所接收的光源訊號為長距離訊號時，控制電路基於接收到長距離訊號的光接收器的設置位置，驅動移動機構進行轉向使得多個光接收器中的指定接收器朝向訊號發射裝置而接收到長距離訊號。

在本發明的一實施例中，在指定接收器朝向訊號發射裝置之後，控制電路驅動移動機構向左、向右轉動至指定接收器接收不到長距離訊號的第一位置與第二位置，基於第一位置與第二位置來判斷訊號發射裝置相對於機器人本體的相對位置。

在本發明的一實施例中，上述光發射器包括單一光發射器。訊號發射裝置包括：光擴散元件，環狀發射光源訊號。

在本發明的一實施例中，上述光發射器包括：多個光發射器，環狀設置於訊號發射裝置的本體，以利用這些光發射器來環狀發射光源訊號。

在本發明的一實施例中，上述訊號發射裝置更包括：功率控制電路，耦接至光發射器，控制光發射器以至少兩種強度功率來分別發射光源訊號。

在本發明的一實施例中，上述訊號發射裝置更包括：頻率控制電路，耦接至光發射器，控制光發射器以至少兩種載波頻率來分別發射光源訊號。

在本發明的一實施例中，上述距離訊號載送有第一編碼，短距離訊號載送有第二編碼。

在本發明的一實施例中，上述訊號發射裝置設置為如下：機器人本體在各種角度接收到長距離訊號的情況下，長距離訊號的訊號傳輸距離皆大於短距離訊號的訊號傳輸距離。

本發明的控制機器人的方法，包括：透過訊號發射裝置環狀發射長距離訊號與短距離訊號；以及驅使機器人本體進行移動，並且執行下述步驟。偵測是否接收到長距離訊號；當控制電路接收到長距離訊號時，驅使機器人本體進行轉向使得多個光接收器中的指定接收器朝向訊號發射裝置而接收到長距離訊號；在持續接收到長距離訊號的情況下，偵測是否接收到短距離訊號；以及在持續接收到長距離訊號的情況下，接收到短距離訊號時，驅使機器人本體以遠離規定的禁制區域的方向進行移動。

基於上述，本發明利用訊號發射裝置所設置的禁制區域來限制機器人本體的移動範圍，以阻隔機器人本體進入禁制區域，提升使用體驗。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

現今自動移動機器人之應用層面越來越廣，掃地機器人更是已經深入居家成為新一代白色家電。但家中地面需多空間不見得適合讓機器人自主移動工作，像是小孩的遊戲區域、寵物的餵食空間等。本提案利用訊號發射裝置配合控制邏輯，來設置規定的禁制區域，有效限制機器人的移動範圍，提升機器人使用的體驗。為了使本發明之內容更為明瞭，以下特舉實施例作為本發明確實能夠據以實施的範例。

圖1是依照本發明一實施例的機器人系統的方塊圖。請參照圖1，機器人系統100包括訊號發射裝置110以及機器人本體120。在本實施例中，利用訊號發射裝置110所設置的規定的禁制區域來限制機器人本體120的移動範圍，以阻隔機器人本體120進入規定的禁制區域。例如，將訊號發射裝置110擺放在寵物餵食區或小孩遊戲區等欲限制機器人本體120進出的區域內，便可有效阻隔機器人本體120進入規定的禁制區域。

訊號發射裝置110可發射出至少兩種具有不同的訊號傳輸距離的光源訊號。在此，將訊號傳輸距離較長的光源訊號稱為長距離訊號，將訊號傳輸距離較短的光源訊號稱為短距離訊號。而在本實施例中，以兩種光源訊號來進行說明，然並不以此為限。

訊號發射裝置110包括光發射器111以及控制電路113。控制電路113耦接至光發射器111，透過控制電路113來驅使光發射器111基於不同的訊號傳輸距離而分別環狀發射長距離訊號與短距離訊號。在此，控制電路113可以是功率控制電路，控制光發射器111以至少兩種強度功率來分別發射長距離訊號與短距離訊號。另外，控制電路113也可以是頻率控制電路，控制光發射器111以至少兩種載波頻率來分別發射長距離訊號與短距離訊號。

而訊號發射裝置110中可以只包括單一個光發射器111，也可以同時具有多個光發射器111。光發射器111例如為紅光線模組。

舉例來說，圖2是依照本發明一實施例的具有單一光發射器的訊號發射裝置的示意圖。請參照圖2，在訊號發射裝置110包括單一個光發射器111的情況下，訊號發射裝置110進一步包括光擴散元件201，利用光擴散元件201來環狀發射光源訊號。並且，在單一個光發射器111的情況下，控制電路113還可進一步控制光發射器111交替發出不同的光源訊號。例如，控制光發射器111交替發出長距離訊號與短距離訊號。

圖3是依照本發明另一實施例的具有多個光發射器的訊號發射裝置的示意圖。請參照圖3，在訊號發射裝置110包括多個光發射器111的情況下，將這些光發射器111環狀設置於訊號發射裝置110的本體，以利用這些光發射器111來環狀發射光源訊號。在多個光發射器111的情況下，控制電路113可控制一部分的光發射器111發射長距離訊號，控制另一部分的光發射器111發射短距離訊號。

機器人本體120例如為掃地機器人或可自主性移動的任意電子設備，其包括光接收器121、移動機構123以及控制電路125。控制電路125耦接至光接收器121以及移動機構123。光接收器121用以偵測是否接收到光源訊號。移動機構123用以驅使機器人本體120進行移動。例如，移動機構123包括驅動輪以及馬達。而光接收器121例如設置在機器人本體120的殼體內部。

利用訊號發射裝置110發射長距離訊號以及短距離訊號來設置兩個虛擬範圍，而長距離訊號形成長距離範圍，短距離訊號形成短距離範圍。短距離範圍即規定的禁制區域。而為了使控制電路125能夠區分所接收到的光源訊號為長距離訊號或短距離訊號，在訊號發射裝置110中會對光發射器111所發出的光源訊號進行編碼，以在長距離訊號中載送第一編碼，在短距離訊號中載送第二編碼。其中，第一編碼不同於第二編碼。

當機器人本體120移動至長距離範圍內時，表示機器人本體120已經相當靠近規定的禁制區域，因此，控制電路125會調降機器人本體120的移動速度，以避免移動速度太快在到達短距離範圍內時來不及反應。而在機器人本體120移動至短距離範圍內時，控制電路125驅使機器人本體120離開禁制區域。

在此，當控制電路125判斷所接收的光源訊號為長距離訊號時，控制電路125會先確定訊號發射裝置110所在的位置。另外，控制電路125還可進一步驅使移動機構123降低移動速度。當控制電路125判斷所接收的光源訊號為短距離訊號時，控制電路125控制移動機構123以使機器人本體120以遠離規定的禁制區域的方向進行移動。

另外，機器人本體120還可包括多個光接收器121。舉例來說，圖4是依照本發明一實施例的機器人本體120的示意圖。請參照圖4，光接收器121a設置在機器人本體120的正面，光接收器121c設置在機器人本體120的背面，光接收器121b、121d分別設置在機器人本體的兩側。在此定義為：以機器人本體120的正面來進行前進移動，以機器人本體120的背面來進行後退移動。

當控制電路125判斷所接收的光源訊號為長距離訊號時，控制電路125基於接收到長距離訊號的光接收器的設置位置，驅動移動機構123進行轉向使得光接收器121a～121d中的指定接收器朝向訊號發射裝置110而接收到長距離訊號。在此，假設指定接收器為設置在正面的光接收器121a。

而在將光接收器121a轉向至可接收到長距離訊號的位置之後，控制電路125還可進一步對機器人本體120進行角度的校正，讓機器人本體120調適至最佳的接收角度。例如，在指定接收器（光接收器121a）朝向訊號發射裝置110之後，控制電路125會藉由驅使機器人本體120進行左右擺頭至接收不到長距離訊號來計算光發射器111的準確角度。即，控制電路125驅動移動機構123向左、向右轉動至光接收器121a接收不到長距離訊號的第一位置與第二位置，基於第一位置與第二位置來計算出中心點位置，藉以判斷訊號發射裝置110相對於機器人本體120的相對位置。

圖5A及圖5B是依照本發明一實施例的機器人系統的移動示意圖。請參照圖5A，訊號發射裝置110發射長距離訊號形成長距離範圍510，發射短距離訊號形成短距離範圍520。而機器人本體120朝向前進方向M行進的過程中，當光接收器121d接收到長距離訊號時，表示光接收器121d進入至長距離範圍510內。此時，控制電路125會通知移動機構123以朝向旋轉方向R進行轉向，使得光接收器121a得以面向訊號發射裝置110，如圖5B所示。

在本實施例中，訊號發射裝置110還可進一步設置為如下：機器人本體120在各種角度接收到長距離訊號的情況下，長距離訊號的訊號傳輸距離皆大於短距離訊號的訊號傳輸距離。據此，可確保機器人本體120在剛偵測到長距離訊號時，其機身不會進入至短距離範圍520內。

圖6是依照本發明一實施例的控制機器人的方法流程圖。本實施例為搭配上述機器人系統100所實現的方法。在此，請同時參照圖1及圖6，將訊號發射裝置110設置在規定的禁制區域內，訊號發射裝置110基於不同的訊號傳輸距離而分別環狀發射長距離訊號與短距離訊號。在設置好訊號發射裝置110之後，在步驟S605中，驅使機器人本體120進行移動。

接著，在步驟S610中，機器人本體120的控制電路125會偵測光接收器121是否接收到長距離訊號。若未接收到長距離訊號，則回到步驟S605。而在接收到長距離訊號時，如步驟S615所示，控制電路125驅使機器人本體120進行轉向使得指定接收器朝向訊號發射裝置110而接收到長距離訊號。

接著，在步驟S620中，控制電路125判斷是否持續接收到長距離訊號。若未持續接收到長距離訊號，表示機器人本體120已離開了長距離訊號所形成的範圍（如圖5A、圖5B所示的長距離範圍510），因此回到步驟S605。若持續接收到長距離訊號，則在步驟S625中，控制電路125判斷是否接收到短距離訊號。若未接收到短距離訊號，則回到步驟S620。而在持續接收到長距離訊號的情況下接收到短距離訊號時，在步驟S630中，控制電路125驅使機器人本體120以遠離規定的禁制區域的方向進行移動。

綜上所述，本發明的訊號發射裝置除了可環形發射光源訊號之外，還可基於至少兩種不同的訊號傳輸距離來分別發射光源訊號，藉此來設置至少兩個虛擬範圍（短距離範圍與長距離範圍），讓機器人本體在抵達長距離範圍時，可以提早得知與訊號發射裝置之間的相對位置，並且降低移動速度，以避免移動速度太快在到達短距離範圍內時來不及反應。

並且，還可在機器人本體抵達長距離範圍時，將機器人本體面向光發射器，並判斷兩者之間的相對位置，然後持續前進到接收到短距離訊號後迴避遠離。換言之，長距離訊號適用於機器人本體的接收角度校正，讓機器人本體調適到指定接收器與接收角度，如此不管機器人本體位於訊號發射裝置的360度之任一方位，在接收到短距離訊號的距離會變成很一致。

雖然本發明已以實施例揭露如上，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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧機器人系統
110‧‧‧訊號發射裝置
111‧‧‧光發射器
113‧‧‧控制電路
120‧‧‧機器人本體
121、121a~121d‧‧‧光接收器
123‧‧‧移動機構
125‧‧‧控制電路
201‧‧‧光擴散元件
510‧‧‧長距離範圍
520‧‧‧短距離範圍
M‧‧‧前進方向
R‧‧‧旋轉方向
S605~S630‧‧‧控制機器人的方法各步驟

圖1是依照本發明一實施例的機器人系統的方塊圖。 圖2是依照本發明一實施例的具有單一光發射器的訊號發射裝置的示意圖。 圖3是依照本發明另一實施例的具有多個光發射器的訊號發射裝置的示意圖。 圖4是依照本發明一實施例的機器人本體120的示意圖。 圖5A及圖5B是依照本發明一實施例的機器人系統的移動示意圖。 圖6是依照本發明一實施例的控制機器人的方法流程圖。

Claims (10)

1. 一種機器人系統，包括：一訊號發射裝置，包括一光發射器，其中該光發射器環狀發射一光源訊號，該光源訊號至少包括一長距離訊號與一短距離訊號；以及一機器人本體，包括：至少一光接收器，偵測是否接收到該光源訊號；一移動機構，驅使該機器人本體進行移動；以及一控制電路，耦接至該光接收器以及該移動機構，並判斷該光接收器所接收的該光源訊號為該長距離訊號或該短距離訊號，其中當該控制電路判斷所接收的該光源訊號為該長距離訊號時，該控制電路確定該訊號發射裝置的位置；當該控制電路判斷所接收的該光源訊號為該短距離訊號時，該控制電路控制該移動機構以使該機器人本體以遠離規定的一禁制區域的方向進行移動，其中該禁制區域為基於該短距離訊號而設定。
2. 如申請專利範圍第1項所述的機器人系統，其中該機器人本體更包括多個所述光接收器，當該控制電路判斷所接收的該光源訊號為該長距離訊號時，該控制電路基於接收到該長距離訊號的其中一個所述光接收器的設置位置，驅動該移動機構進行轉向使得多個所述光接收器中的一指定接收器朝向該訊號發射裝置而接收到該長距離訊號。
3. 如申請專利範圍第2項所述的機器人系統，其中在該指定接收器朝向該訊號發射裝置之後，該控制電路驅動該移動機構向左、向右轉動至該指定接收器接收不到該長距離訊號的一第一位置與一第二位置，基於該第一位置與該第二位置來判斷該訊號發射裝置相對於該機器人本體的一相對位置。
4. 如申請專利範圍第1項所述的機器人系統，其中該光發射器包括：單一光發射器，該訊號發射裝置包括：一光擴散元件，環狀發射該光源訊號。
5. 如申請專利範圍第1項所述的機器人系統，其中該光發射器包括：多個光發射器，環狀設置於該訊號發射裝置的本體，以利用該些光發射器來環狀發射該光源訊號。
6. 如申請專利範圍第1項所述的機器人系統，其中該訊號發射裝置更包括：一功率控制電路，耦接至該光發射器，控制該光發射器以至少兩種強度功率來分別發射該光源訊號。
7. 如申請專利範圍第1項所述的機器人系統，其中該訊號發射裝置更包括：一頻率控制電路，耦接至該光發射器，控制該光發射器以至少兩種載波頻率來分別發射該光源訊號。
8. 如申請專利範圍第1項所述的機器人系統，其中該長距離訊號載送有一第一編碼，該短距離訊號載送有一第二編碼。
9. 如申請專利範圍第1項所述的機器人系統，其中該訊號發射裝置設置為如下：該機器人本體在各種角度接收到該長距離訊號的情況下，該長距離訊號的訊號傳輸距離皆大於該短距離訊號的訊號傳輸距離。
10. 一種控制機器人的方法，包括：透過一訊號發射裝置環狀發射一長距離訊號與一短距離訊號；以及驅使一機器人本體進行移動，並且執行下述步驟：偵測是否接收到該長距離訊號；當該控制電路接收到該長距離訊號時，驅使該機器人本體進行轉向使得多個光接收器中的一指定接收器朝向該訊號發射裝置而接收到該長距離訊號；在持續接收到該長距離訊號的情況下，偵測是否接收到該短距離訊號；以及在持續接收到該長距離訊號的情況下，接收到該短距離訊號時，驅使該機器人本體以遠離規定的一禁制區域的方向進行移動，其中該禁制區域為基於該短距離訊號而設定。