TWI671055B - 充氣式裝置、具有充氣式裝置的系統及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一種充氣式裝置，適於機器人，充氣式裝置包括壓力控制及偵測單元以及控制單元。壓力控制及偵測單元包括可充式氣囊、壓力偵測單元以及壓力調節單元。可充式氣囊裝設於機器人之殼體表面。壓力偵測單元連接可充式氣囊，用以偵測可充式氣囊的內部壓力。壓力調節單元連接可充式氣囊，用以調節可充式氣囊的內部壓力。控制單元耦接壓力控制及偵測單元。控制單元接收及處理來自壓力偵測單元的訊號，且根據一條件設定判斷並控制壓力調節單元對可充式氣囊進行內部壓力的調節。

Description

充氣式裝置、具有充氣式裝置的系統及其控制方 法

本發明是有關於一種充氣式裝置、具有充氣式裝置的系統及其控制方法。

隨著人工智慧的發展，機器人廣泛地被應用在各種工作場域。機器人由於工作環境的複雜度不同，其偵測或掃描的功能仍有許多限制。因此在設計機器人時，仍需考慮機器人與障礙物發生碰撞的情形。一般而言，會在機器人的行進或運作的方向設置防撞桿(bumper)，或是透過超音波、紅外線配合軟體演算法來實現機器人的避障、避撞機制。

一般家用之機器人，例如掃地機器人，多採用防撞桿來進行防撞。然而，傳統的防撞桿是靠硬式擋板配合彈簧及微動開關作動。對於家中物品，在長期使用後，難免會對家中傢俱留下撞擊或是摩擦的痕跡，亦有可能導致推倒貴重物品，例如花瓶、擺飾，甚至推動屏風、塑膠椅等輕質物品，導致不希望的位移。 此外，傳統防撞桿亦不適合以大範圍或包覆式的方式設置在掃地機器人上。

另外，超音波、紅外線等避障、避撞機制亦可能因訊號發射角度、物體表面反射率、吸音材質、環境中的聲光干擾等因素而導致誤判。

本發明係有關於一種充氣式裝置、具有充氣式裝置的系統及其控制方法。根據本發明實施例，充氣式裝置包括軟性的可充式氣囊。可充式氣囊可設置在機器人的一或多個特定部位，以提供機器人碰撞保護。另外，可充式氣囊可回應接觸事件或是預先的設定而被充氣或洩氣以改變其膨脹體積，藉此實現特定的反應機制。

根據本發明之一方面，提出一種適用於機器人的充氣式裝置。充氣式裝置適於機器人。充氣式裝置包括壓力控制及偵測單元以及控制單元。壓力控制及偵測單元包括可充式氣囊、壓力偵測單元以及壓力調節單元。可充式氣囊裝可設於機器人之殼體表面。壓力偵測單元連接可充式氣囊，用以偵測可充式氣囊的內部壓力。壓力調節單元連接可充式氣囊，用以調節可充式氣囊的內部壓力。控制單元耦接壓力控制及偵測單元。控制單元接收及處理來自壓力偵測單元的訊號，且根據一條件設定判斷並控制壓力調節單元對可充式氣囊進行內部壓力的調節。

根據本發明之另一方面，提出一種包括所述充氣式裝置的系統。

根據本發明之另一方面，提出一種適用於機器人的充氣式裝置的控制方法。充氣式裝置適於機器人，充氣式裝置包括可充式氣囊、壓力偵測單元、壓力調節單元以及控制單元。控制方法包括：透過壓力偵測單元偵測可充式氣囊的內部壓力；控制單元接收及處理來自壓力偵測單元的訊號，且根據一條件設定判斷並控制壓力調節單元對可充式氣囊進行內部壓力的調節。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：

100‧‧‧機器人

102‧‧‧壓力控制及偵測單元

104‧‧‧控制單元

106‧‧‧動力及轉向單元

108‧‧‧蓄電及充電迴路單元

110‧‧‧環境暨本體偵測單元

112‧‧‧清潔及集塵單元

1022、202、202’‧‧‧可充式氣囊

1024、204‧‧‧壓力偵測單元

1026‧‧‧壓力調節單元

200‧‧‧掃地機器人

206‧‧‧加壓馬達

208‧‧‧氣壓調節閥

210‧‧‧機器人本體

212‧‧‧接合部

R1‧‧‧可充式氣囊的外圍直徑

R2‧‧‧掃地機器人的本體直徑

WD1、WD2、WD3‧‧‧可充式氣囊的內外管徑差

402‧‧‧分隔壁

404‧‧‧氣孔

C1、C2、C3‧‧‧腔室

502、504、506、510、602、604、606、608、610、612、614、616、618、620、622、624、626、702、704、706‧‧‧步驟

圖1繪示根據本發明一實施例的機器人的示意方塊圖。

圖2A繪示根據本發明一實施例之配備充氣裝置之掃地機器人之立體分解示意圖。

圖2B繪示圖2A掃地機器人的側視圖。

圖3A~圖3C示意性地繪示掃地機器人的可充式氣囊在不同充氣程度下的狀態圖。

圖4示意性地繪示內部被分成多個腔室的可充式氣囊。

圖5是依據本發明一實施例所繪示的實現於機器人的充氣式裝置的控制方法。

圖6是依據本發明又一實施例所繪示的實現於機器人的充氣式裝置的控制方法。

圖7是依據本發明又一實施例所繪示的實現於機器人的充氣式裝置的控制方法。

圖1繪示根據本發明一實施例的機器人100的示意方塊圖。圖1中的機器人100是以掃地機器人為例。如圖所示，機器人100包括壓力控制及偵測單元102、控制單元104、動力及轉向單元106、蓄電及充電迴路單元108、環境暨本體偵測單元110以及清潔及集塵單元112。

壓力控制及偵測單元102包括可充式氣囊1022、壓力偵測單元1024以及壓力調節單元1026。可充式氣囊1022例如是以橡膠或其他軟性材質所形成的中空管或囊袋。可充式氣囊1022的形狀可配合機器人100的殼體形狀來設計，以適合裝設於機器人100之殼體表面。

壓力偵測單元1024連接可充式氣囊1022，其用以偵測可充式氣囊1022的內部壓力。舉例來說，壓力偵測單元可包括一或多個壓力偵測器，各個壓力偵測器與可充式氣囊1022透過氣管連接，藉此偵測可充式氣囊1022的內部氣壓。

壓力調節單元1026連接可充式氣囊1022，其用以調節可充式氣囊1022的內部壓力。在一實施例中，壓力調節單元1026可例如包括加壓馬達以及氣壓調節閥。氣壓調節閥例如是壓力控制用電磁閥，或是任何可選擇性導通或閉鎖氣體通道的控制閥元件。在另 一實施例中，壓力調節單元1026可單純透過加壓馬達動態地將空氣充入可充式氣囊1022，以維持可充式氣囊1022的內部壓力在一預定的壓力值。

控制單元104耦接壓力控制及偵測單元102、動力及轉向單元106、蓄電及充電迴路單元108、環境暨本體偵測單元110以及清潔及集塵單元112。控制單元104可例如以微處理器、微控制器、晶片、電路板或其他具備運算處理功能的電路來實現。控制單元104負責控制、協調與其耦接的各單元間的作動，使機器人100完成特定的一或多個操作。舉例來說，控制單元104可根據環境暨本體偵測單元110收集的感測資料，致能動力及轉向單元106使機器人100按一特定路徑前進或運行。其中，環境暨本體偵測單元110例如包括超音波、紅外線、陀螺儀、加速度計等感測器。控制單元104亦可致能清潔及集塵單元112驅動其清潔組件，以於機器人100前行的同時進行清掃、集塵等操作。其中，清潔及集塵單元112例如包括集塵馬達、滾筒、毛刷等元件。動力及轉向單元106例如包括馬達、轉向輪等元件。另外，蓄電及充電迴路單元108主要是提供機器人100中的各單元運作時所需的電力。蓄電及充電迴路單元108亦可在機器人100回到充電站(dock)時進行充電。

壓力控制及偵測單元102配合控制單元104可視為實現於機器人100中的一充氣式裝置。控制單元104可接收壓力控制及偵測單元102中壓力偵測單元1024的偵測信號，進行處理及判斷後進而控制壓力調節單元1026，以調整可充氣式氣囊1022內部壓力。配合適當的軟體演算法，控制單元104可因應不同的事件控制壓力調節單元1026對可 充式氣囊1022進行充氣或洩氣，使機器人100實現特定的反應機制，例如避障、避撞、脫困、情境互動等機制，其細節將於稍後作詳細說明。

在一實施例中，充氣式裝置的控制單元和負責機器人執行動作的控制單元可彼此獨立，而充氣式裝置可例如以模組化的方式安裝在各式機器人上。

應注意的是，雖然圖1中機器人100是以掃地機器人為例，但本發明並不以此為限。本發明所提出的充氣式裝置可實現於各種形式的機器人，例如機器手臂、自走式機器人等，上述具有所述充氣式裝置的機器人可視為一系統。以機器手臂為例，可將機器手臂的特定部位設置有可充式氣囊，另透過機器手臂自身的控制單元(或是額外設置的控制單元)，根據壓力偵測單元所測得的可充式氣囊的內部壓力，令壓力調節單元對可充式氣囊作充氣或洩氣等操作，以實現像是手掌夾持、抓取等功能，例如充氣夾持、洩氣放鬆、探索姿勢等。

為幫助理解本發明，以下關於圖2A、2B以及圖3A~3C的描述當中，機器人係以掃地機器人作範例。但應注意本發明並不以此為限。

請參考圖2A及圖2B。圖2A繪示根據本發明一實施例之配備充氣裝置之掃地機器人200之立體分解示意圖。圖2B繪示圖2A掃地機器人200的側視圖。

掃地機器人200包括機器人本體210、套設於機器人本體210的可充式氣囊202、用以偵測可充式氣囊202內部壓力的壓力偵測單元204、用以對可充式氣囊202進行充氣的加壓馬達206、以及用以維持可充式氣囊202內部壓力或可供氣囊快速洩氣的氣壓調節閥208。可充式氣囊202連同壓力偵測單元204、加壓馬達206以及氣壓調節閥208係對應圖1的壓力控制及偵測單元102，該等元件配合負責控制各單元運作的控制單元(未顯示於圖2A、2B)，可視為一充氣式裝置，其可模組化地套設在本體210上且與掃地機器人200電性連接。在其他實施態樣中，壓力偵測單元204、加壓馬達206、氣壓調節閥208以及控制單元亦可例如埋設在機器人本體210內部，並不以此為限。

參考圖2B，機器人本體210的上表面與側表面的交界設有一接合部212，用以將可充式氣囊202設置於本體210上。在其他實施態樣中，本體210上可設有多個接合部212，接合部212的數量與設置位置並不以此為限。此外，接合部212的曲面弧度或形狀可配合可充式氣囊202的設計需求而決定。

在此實施例中，可充式氣囊202呈環形管狀，以適合環套在掃地機器人本體210的接合部212上。可充式氣囊202在被充氣後，其外圍直徑R1係大於掃地機器人200的本體直徑R2，以達保護機器人本體210之效果。可充式氣囊202的外表面可包括固定機構(未繪示)，例如卡榫，以輔助將可充式氣囊202固定於掃地機器人本體210。在其他實施態樣中，掃地機器人本體210可設有 固定機構(未繪示)而與可充式氣囊202相配合，用以將可充式氣囊202套設於本體210上。

在其他實施例中，可充式氣囊202可環套在掃地機器人本體210的其他位置，例如側表面上的某一水平高度。可充式氣囊202亦可有多個，分別設置在掃地機器人本體210的不同位置。舉例來說，可在掃地機器人本體210的側表面上、下半部分別設置一可充式氣囊202，以提供更全面的保護。另外，基於多個可充式氣囊202的配置，亦有利於控制單元辨別障礙物的類型。例如，當只有位在側表面上半部的可充式氣囊202發生接觸事件(例如被偵測出內部壓力升高)，控制單元可判斷障礙物可能是床底、櫃子底等類型的障礙物；當只有位在側表面下半部的可充式氣囊202發生接觸事件，控制單元可判斷障礙物可能是地面突起物等類型的障礙物；當位在側表面上、下半部的兩個可充式氣囊202皆發生接觸事件，控制單元可判斷障礙物可能是牆面、垂直面等類型的障礙物。根據障礙物的類型，控制單元可採取適當的避障措施，例如透過洩氣降低整體高度以脫離/進入床底區域。

壓力偵測單元204例如是壓力偵測器，其與可充式氣囊202透過氣管連接，藉此偵測可充式氣囊202的內部壓力。壓力偵測單元204可將偵測結果回傳至控制單元。

當控制單元自壓力偵測單元204接收到偵測信號後，判斷發生有一接觸事件(例如被偵測出內部壓力升高)，則輸出一信號控制加壓馬達206。加壓馬達206可經由氣管連接至可充式氣 囊202，以對可充式氣囊202進行充氣。氣壓調節閥208可設置在可充式氣囊202與加壓馬達206之間的氣體連通路徑上。氣壓調節閥208可藉由閉鎖該氣體連通路徑以維持可充式氣囊202的內部壓力，或是將可充式氣囊202導至洩氣口以快速降低可充式氣囊202的內部壓力。

接著請參考圖3A至圖3C，其示意性地繪示掃地機器人200的可充式氣囊202在不同充氣程度下的狀態圖。可充式氣囊202在不同充氣程度下可呈現不同的體積。如圖3A至圖3C所示，隨著充氣程度越高，可充式氣囊202的內外管徑差將依序從WD1增加至WD2再增加至WD3。由於充氣程度越高，可充式氣囊202的體積越大，使用者可視情況需求而對可充式氣囊202的充氣程度進行設定，使掃地機器人200適應指定的工作環境，並且調整掃地機器人200與環境物的安全距離/高度。

在一實施例中，可充式氣囊202內部可包括多個分隔壁，以將可充式氣囊的內部分隔成多個腔室。如圖4所示，可充式氣囊202’中包括三個分隔壁402，以將可充式氣囊202’的內部分成三個腔室C1、C2、C3。配合此結構，壓力偵測單元(未繪示於圖)可包括多個壓力偵測器，該等壓力偵測器分別連接腔室C1、C2、C3，以分別偵測腔室C1、C2、C3的腔室壓力。如此一來，控制單元(未繪示於圖)即可根據可充式氣囊202’的局部壓力(腔室壓力)變化，判斷一障礙物位置。舉例來說，當壓力偵測單元偵測出腔室C1的腔室 壓力相對於其他腔室C2、C3突然增高，控制單元可辨識出障礙物位在腔室C1的徑向位置。

在一實施例中，各分隔壁402上具有至少一氣孔404，以供該些腔室C1、C2、C3之間氣體連通。透過此方式，只需要一組加壓馬達以及氣壓調節閥即可對可充式氣囊202’的全部腔室C1、C2、C3進行充氣或洩氣。另一方面，氣孔404的大小可設計成可讓各腔室C1、C2、C3間的腔室壓力需一定時間才能達到平衡，使得各腔室C1、C2、C3可回應接觸事件而在短時間內產生局部壓力變化。

雖然圖4中的可充式氣囊202’被分隔成三個腔室C1、C2、C3，但應注意本發明並不以此為限。可充式氣囊的內部可被分隔成任意數量的腔室，且不同腔室間的大小可以相同或相異。

圖5是依據本發明一實施例所繪示的實現於機器人的充氣式裝置的控制方法。所述之充氣式裝置例如包括壓力控制及碰撞偵測單元(如圖1的壓力控制及偵測單元102)以及控制單元(如圖1的控制單元104)。

在步驟502，機器人執行任務。任務種類端視機器人種類而定。以掃地機器人為例，任務可例如包括清潔任務、環境偵測任務等。在一實施例中，機器人可回應使用者的輸入操作執行特定任務。

在步驟504，控制單元判斷機器人的當前狀態是否符合一條件設定。以圖1為例，控制單元104可接收及處理來自壓力 偵測單元1024及/或環境暨本體偵測單元110的訊號，並據以判斷機器人的當前狀態是否符合條件設定。

條件設定可由機器人的狀態及/或可充式氣囊的內部壓力變化來定義，例如可充式氣囊的充氣量、膨脹程度、觸發充氣時的機器人位置等。機器人的狀態例如是指機器人的位置、機身傾斜程度、及/或其它用來描述機器人操作狀態的屬性或數值。可充式氣囊的內部壓力變化例如是指一定期間內可充式氣囊的內部壓力增/減量、或是瞬時的壓力變化量。舉例來說，若條件設定是指機器人運行至一特定位置，控制單元可在機器人運行至該特定位置時，判斷機器人的當前狀態符合條件設定。

在一實施例中，使用者可透過機器人所提供的一人機介面輸入條件設定。又一實施例中，條件設定係由廠商於機器人出廠前內建於機器人當中。

若步驟504的判斷結果為「是」，則控制單元接續執行步驟506。若否，則返回步驟502，機器人繼續執行任務。在步驟506，控制單元根據該條件設定控制壓力調節單元(如圖1的壓力調節單元1026)對可充式氣囊進行內部壓力的調節，例如對可充式氣囊進行充氣、洩氣或維持壓力，以實現特定反應機制，例如脫困、情境互動、動線防護等機制。

進一步以圖2A、圖2B的掃地機器人200作說明，掃地機器人200在開機時，控制單元可先發出啟動信號以啟動充氣式裝置，以將可充式氣囊202充氣至一初始狀態(如圖3B所示)，例 如充氣達一預設的壓力值；之後，掃地機器人200可根據內部的感測器擷取感測資料(如運行軌跡資料)，以判斷是否運行至一特定區域(判斷是否滿足條件設定)，若判斷結果為「是」，控制單元將控制可充式氣囊202充氣至100%的程度(如圖3C所示)，使掃地機器人200具有較高的高度，以避免其之後在運行時誤入床底或沙發下等易受困的狹縫區域。

以下將配合圖式說明不同機制之實現。但應當理解，此說明並不是關於本發明的窮舉性概述，其目的僅是以簡化的形式闡明本發明的某些面向。

一、脫困機制

為方便理解和便於敘述，下面配合圖6對本具體實施例來對本發明進一步詳細描述說明，但不限於實施例。一般而言，掃地機器人受困為常態，包括受困於上下狹縫(例如床下、沙發下)以及左右狹縫(例如一張桌子(桌腳)與多張椅子(椅腳)所圍出的狹縫陷阱)。根據此實施例，控制單元可控制壓力調節單元對可充式氣囊進行一或多階段的洩氣，以藉由縮小體積來脫離卡住機器人的障礙物。

舉例來說，控制單元可先根據可充式氣囊的內部壓力變化，辨識一接觸事件。接觸事件泛指經由接觸可充式氣囊而使可充式氣囊的內部壓力產生變化的事件，例如輕觸氣囊、氣囊與障礙物發生碰撞等情況。控制單元可依據可充式氣囊的內部壓力變化的大小，作為碰撞或擠壓程度的判讀，進而分辨接觸事件 的類型。例如，當可充式氣囊的內部壓力變化量被偵測出超過一臨界閥值，控制單元可判斷充氣式裝置與一障礙物發生碰撞；當可充式氣囊的內部壓力被偵測出雖增加但變化量仍低於一臨界閥值，控制單元可判斷充氣式裝置是被輕觸，或是未發生碰撞。所述之臨界閥值可根據控制單元對於壓力偵測的靈敏度而設定。

回應於該接觸事件，控制單元將控制該機器人執行第一避障程序，例如轉向、改變移動路徑等。若機器人執行第一避障程序仍無法避開障礙，則進行第一階段的避障動作，控制單元將控制壓力調節單元對可充式氣囊進行洩氣，使可充式氣囊的內部壓力降至第一壓力值，例如50%充氣量的壓力值，藉由縮小可充式氣囊的體積來幫助脫困。

縮小可充式氣囊的體積後，控制單元將控制機器人執行第二避障程序，例如再次轉向、改變移動路徑等。若機器人執行第二避障程序可成功地脫離障礙，控制單元將令壓力調節單元對可充式氣囊進行充氣，使可充式氣囊的內部壓力回復至一預設的初始壓力值，例如100%充氣量的壓力值。反之，若機器人執行第二避障程序仍無法脫離障礙，則進行第二階段的避障動作，控制單元將控制壓力調節單元對可充式氣囊進行第二階段的洩氣，使可充式氣囊的內部壓力降至第二壓力值，例如至完全洩氣的程度。此時，控制單元將紀錄及/或向管理平台/使用者回報機器人的一受困位置。之後，根據該受困位置，控制單元將規劃機器人的一行進路徑，該行進路徑係迴避該受困位置，以避免機器人 再度受困。在上述非限定的實施例中，可規劃初始壓力值大於第一壓力值，且第一壓力值大於第二壓力值，但不以二階段避障程序為限。在其他實施態樣中，可規劃一階段或多於兩階段的避障程序，其端視需求而定。

圖6是依據本發明又一實施例所繪示的實現於機器人的充氣式裝置的控制方法。在此實施例中，機器人例如是(但不限於)掃地機器人。

在步驟602，使用者對掃地機器人設定碰撞靈敏度以及初始充氣程度。碰撞靈敏度越高，表示控制單元越容易將可充式氣囊的輕微壓力變化視為碰撞。初始充氣程度表示掃地機器人開機後對可充式氣囊的充氣程度。

在步驟604，掃地機器人處於一閒置(idle)狀態並進行待命，例如等待使用者觸發清掃指令或是地圖構築指令。

在步驟606，在掃地機器人正常運作期間(例如在執行清潔/環境偵測的期間)，控制單元根據可充式氣囊的內部壓力變化，判斷是否發生碰撞。若判斷結果為「是」，例如可充式氣囊的內部壓力變化量超出臨界閥值，在步驟608，掃地機器人將執行第一避障程序並確認是否避開障礙。若判斷結果為「是」，在步驟610，掃地機器人將繼續執行任務(如清潔/環境偵測)直至(？)完成而回到步驟604。若判斷結果為「否」，則進行步驟612。

在步驟612，因掃地機器人可能被障礙物卡住無法脫困，此時控制單元將執行第一階段的避障動作，使可充式氣囊 洩氣至第一壓力值(例如50%充氣量的壓力值)以縮小氣囊的體積。

在步驟614，控制單元執行第二避障程序並確認是否順利避開障礙。若判斷結果為「是」，則進入步驟616，控制單元將控制可充式氣囊的充氣程度回復至預設的初始壓力值，例如100%的充氣量時的壓力值。若判斷結果為「否」，則進入步驟618，控制單元將執行第二階段的避障動作，使可充式氣囊洩氣至第二壓力值(例如使可充式氣囊幾乎完全洩氣時的壓力值)。接著步驟620中，控制單元再次確認是否順利避開障礙。

若判斷順利避開障礙，在步驟622，控制單元將記錄/回報曾經受困位置，並返回步驟616，以控制可充式氣囊回復充氣至預設壓力值，可繼續執行任務。

若控制單元判斷掃地機器人仍無法順利避開障礙，表示掃地機器人已陷入無法自行脫困的狀態，此時執行步驟624，掃地機器人將停止運作，並記錄/回報受困位置，以待使用者前往排除障礙。接著在步驟626，除非使用者對掃地機器人進行重置，否則控制單元之後在規劃行進路線時將避開曾經受困位置。

二、情境互動機制

根據此實施例，控制單元可回應接觸事件，令壓力調節單元對可充式氣囊進行充氣或洩氣，以呈現不同的互動效果，例如透過脹大或縮小可充式氣囊來表現不同的擬人化情緒設定，像是生氣、開心等，或是回應不同的接觸事件致能機器人的 特定操作，例如根據輕拍/輕踢氣囊的次數、位置、力道來啟動像是清潔、環境偵測、返回充電座等特定程序。

圖7是依據本發明又一實施例所繪示的實現於機器人的充氣式裝置的控制方法。

在步驟702，壓力偵測單元偵測可充式氣囊的內部壓力。

在步驟704，控制單元根據可充式氣囊的內部壓力變化，辨識一接觸事件。舉例來說，當壓力偵測單元偵測出可充式氣囊的內部壓力變化達到一預設值，控制單元將判斷該內部壓力變化符合一條件設定，並接續執行如步驟706之操作。

在步驟706，控制單元回應該接觸事件，令壓力調節單元對可充式氣囊進行充氣或洩氣以表現一擬人化情緒設定，及/或致能機器人的一或多個功能性操作。舉例來說，控制單元在識別出一接觸事件後，可判斷該接觸事件所對應的一擬人化情緒設定，並進一步根據該擬人化情緒設定調節可充式氣囊的內部壓力，以脹大或縮小可充式氣囊的體積，例如透過脹大可充式氣囊來表現像是開心、興奮之類的擬人化情緒。或者，控制單元在識別出一接觸事件後，可判斷該接觸事件所對應的一功能性操作，並致能該功能性操作，例如，控制單元可回應使用者輕踢可充式氣囊而啟動清潔程序。

三、動線防護機制

根據此實施例，控制單元可根據使用者或原廠的設定，在機器人開機或抵達特定區域時(滿足條件設定)，透過對可充式氣囊進行充氣來增大整體體積/高度，藉此避免機器人誤入使用者不希望其進入的特定區域(例如：狹小空間)。

以掃地機器人為例，使用者可能會希望掃地機器人不要進入某些容易導致受困的上下狹縫，例如床下或沙發下，但掃地機器人的環境感測器卻可能判定該些區域是可進入的，此時，使用者可透過預先輸入條件設定，令掃地機器人在開機或接近特定區域時充氣至特定程度以增加整體體積，使其在遇到上下狹縫時無法進入，進而達到類似紅外線虛擬牆(virtual wall)的功能。

綜上所述，本發明係有關於一種實現於機器人的充氣式裝置、系統及其控制方法。根據本發明實施例，充氣式裝置包括軟性的可充式氣囊。可充式氣囊可設置在機器人的一或多個特定部位，以提供機器人碰撞保護。另外，可充式氣囊可回應接觸事件或是預先的設定而被充氣或洩氣以改變其體積，藉此實現特定的反應機制。

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。本發明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，當可作各種之更動與潤飾。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。

Claims (27)

1. 一種充氣式裝置，適於一機器人，該充氣式裝置包括：一壓力控制及偵測單元，包括：一可充式氣囊，用以裝設於該機器人之殼體表面；一壓力偵測單元，連接該可充式氣囊，用以偵測該可充式氣囊的一內部壓力；以及一壓力調節單元，連接該可充式氣囊，用以調節該可充式氣囊的該內部壓力；以及一控制單元，耦接該壓力控制及偵測單元，該控制單元接收及處理來自該壓力偵測單元的訊號，且根據一條件設定判斷並控制該壓力調節單元對該可充式氣囊進行該內部壓力的調節。
2. 如申請專利範圍第1項所述之充氣式裝置，其中該條件設定是指該內部壓力的變化量，該控制單元根據該可充式氣囊的該內部壓力的變化量，辨識一接觸事件，並根據辨識出的該接觸事件輸出一訊號，控制該壓力調節單元對該可充式氣囊進行該內部壓力的調節。
3. 如申請專利範圍第2項所述之充氣式裝置，其中該控制單元更用以：回應該接觸事件，令該壓力調節單元對可充式氣囊進行充氣或洩氣以表現一擬人化情緒設定，及/或致能該機器人的一或多個功能性操作。
4. 如申請專利範圍第1項所述之充氣式裝置，其中該條件設定是指該機器人運行至一特定位置，該控制單元在該機器人運行至該特定位置時，輸出一訊號，以控制該壓力調節單元對該可充式氣囊進行該內部壓力的調節。
5. 如申請專利範圍第2項所述之充氣式裝置，其中該控制單元更用以：回應該接觸事件，控制該機器人執行一第一避障程序；以及回應該機器人執行該第一避障程序仍無法避開障礙，控制該壓力調節單元對該可充式氣囊進行洩氣，使該可充式氣囊的該內部壓力從一初始壓力值降至一第一壓力值，以減小該可充式氣囊的體積。
6. 如申請專利範圍第5項所述之充氣式裝置，其中該控制單元更用以：回應於該內部壓力降至該第一壓力值，控制該機器人執行一第二避障程序；回應該機器人執行該第二避障程序而成功避開障礙，控制該壓力調節單元對該可充式氣囊進行充氣，使該可充式氣囊的該內部壓力提升至一初始壓力值；以及回應該機器人執行該第二避障程序仍無法避開障礙，控制該壓力調節單元對該可充式氣囊進行洩氣，使該可充式氣囊的該內部壓力降至一第二壓力值；其中該第二壓力值低於該第一壓力值，該第一壓力值低於該初始壓力值。
7. 如申請專利範圍第6項所述之充氣式裝置，其中該控制單元更用以：回應於該內部壓力降至該第二壓力值，紀錄或回報該機器人的一受困位置；以及根據該受困位置，規劃該機器人的一行進路徑，該行進路徑係迴避該受困位置。
8. 如申請專利範圍第1項所述之充氣式裝置，其中該可充式氣囊包括複數個分隔壁，以將該可充式氣囊內部分隔成複數個腔室。
9. 如申請專利範圍第8項所述之充氣式裝置，其中該壓力偵測單元包括複數個壓力偵測器，該些壓力偵測器分別連接該些腔室，以偵測各該腔室的腔室壓力。
10. 如申請專利範圍第9項所述之充氣式裝置，其中該控制單元更用以：根據各該腔室壓力的變化，判斷一障礙物位置。
11. 如申請專利範圍第8項所述之充氣式裝置，其中各該分隔壁上具有至少一氣孔，以供該些腔室之間氣體連通。
12. 如申請專利範圍第1項所述之充氣式裝置，其中該可充式氣囊呈環形管狀。
13. 如申請專利範圍第1項所述之充氣式裝置，其中該可充式氣囊適合環套在該機器人之該殼體表面，當該可充式氣囊環套於該機器人的該殼體表面，該充氣式裝置呈現的外圍直徑係大於該機器人的本體直徑。
14. 如申請專利範圍第1項所述之充氣式裝置，其中該壓力調節單元包括：一加壓馬達，經由一氣管連接至該可充式氣囊，用以對該可充式氣囊進行充氣；以及一氣壓調節閥，設置於該氣管，用以維持該可充式氣囊的該內部壓力。
15. 如申請專利範圍第1項所述之充氣式裝置，其中該機器人提供一人機介面以供使用者輸入該條件設定。
16. 一種包括如申請專利範圍第1項至第15項中任一項所述之充氣式裝置的系統。
17. 一種充氣式裝置的控制方法，該充氣式裝置適於一機器人，該充氣式裝置包括一可充式氣囊、一壓力偵測單元、一壓力調節單元以及一控制單元，該控制方法包括：透過該壓力偵測單元偵測該可充式氣囊的一內部壓力；以及透過該控制單元，接收及處理來自該壓力偵測單元的訊號，且根據一條件設定判斷並控制該壓力調節單元對該可充式氣囊進行該內部壓力的調節。
18. 如申請專利範圍第17項所述之控制方法，其中該條件設定是指該內部壓力的變化量，該控制單元根據該可充式氣囊的該內部壓力的變化量，辨識一接觸事件，並根據辨識出的該接觸事件輸出一訊號，控制該壓力調節單元對該可充式氣囊進行該內部壓力的調節。
19. 如申請專利範圍第18項所述之控制方法，更包括：回應該接觸事件，該控制單元令該壓力調節單元對可充式氣囊進行充氣或洩氣以表現一擬人化情緒設定，及/或致能該機器人的一或多個功能性操作。
20. 如申請專利範圍第17項所述之控制方法，其中該條件設定是指該機器人運行至一特定位置，該控制單元在該機器人運行至該特定位置時，輸出一訊號，以控制該壓力調節單元對該可充式氣囊進行該內部壓力的調節。
21. 如申請專利範圍第17項所述之控制方法，更包括：回應該接觸事件，該控制單元控制該機器人執行一第一避障程序；以及回應該機器人執行該第一避障程序仍無法避開障礙，該控制單元控制該壓力調節單元對該可充式氣囊進行洩氣，使該可充式氣囊的該內部壓力降至一第一壓力值，以減小該可充式氣囊的體積。
22. 如申請專利範圍第21項所述之控制方法，更包括：回應於該內部壓力降至該第一壓力值，該控制單元控制該機器人執行一第二避障程序；回應該機器人執行該第二避障程序而成功避開障礙，該控制單元控制該壓力調節單元對該可充式氣囊進行充氣，使該可充式氣囊的該內部壓力提升至一初始壓力值；以及回應該機器人執行該第二避障程序仍無法避開障礙，該控制單元控制該壓力調節單元對該可充式氣囊進行洩氣，使該可充式氣囊的該內部壓力降至一第二壓力值；其中該第二壓力值低於該第一壓力值，該第一壓力值低於該初始壓力值。
23. 如申請專利範圍第22項所述之控制方法，更包括：回應於該內部壓力降至該第二壓力值，該控制單元紀錄或回報該機器人的一受困位置；以及根據該受困位置，該控制單元規劃該機器人的一行進路徑，該行進路徑係迴避該受困位置。
24. 如申請專利範圍第17項所述之控制方法，其中該可充式氣囊包括複數個分隔壁，以將該可充式氣囊內部分隔成複數個腔室。
25. 如申請專利範圍第24項所述之控制方法，其中該壓力偵測單元包括複數個壓力偵測器，該些壓力偵測器分別連接該些腔室，以偵測各該腔室的腔室壓力。
26. 如申請專利範圍第25項所述之控制方法，更包括：根據各該腔室壓力的變化，判斷一障礙物位置。
27. 如申請專利範圍第17項所述之控制方法，其中該機器人提供一人機介面以供使用者輸入該條件設定。