TWI716127B - 機器人及其路徑插值規劃命令產生系統 - Google Patents

Abstract

一種路徑插值規劃命令產生系統係包含一路段插值劃分模組、一路段屬性解析模組與一命令產生模組。路段插值劃分模組係依據一規劃移動路徑等距地劃分出複數個移動路段。路段屬性解析模組，係依據每一移動路段之曲率變化而將每一移動路段解析出至少一路段組成屬性。命令產生模組，係藉以依據路段組成屬性，對每一移動路段編輯出一分段移動命令，並將所有分段移動命令組合成一路徑插值規劃命令。其中，分段移動命令包含一用以控制一機器人之中心沿移動路段移動之基準移動指令與一用以控制該機器人兩側之移動差值之差值修正移動指令。

Description

機器人及其路徑插值規劃命令產生系統

本發明係有關於一種系統，尤其是指一種機器人及其路徑插值規劃命令產生系統。

隨著科技的日新月異，機器人與自動導引車的應用也日漸廣泛。先前技術中，機器人的移動須事先規畫出路徑後，沿路徑邊感測邊運算邊移動，容易占用運算資源，也會使得機器人的移動不夠平順（smooth），也就是說機器人移動的路徑較有稜有角且機器人不時會停下來進行運算。

有鑒於在先前技術中，機器人需要邊移動邊運算，占用運算資源，也會使得移動的不夠平順等問題。本發明之一主要目的係提供路徑插值規劃命令產生系統，用以解決先前技術中的至少一個問題。

本發明為解決先前技術之問題，所採用之必要技術手段為提供一種路徑插值規劃命令產生系統，係用以在一路徑規劃模組在一全區地圖上規劃出一機器人預定移動之一規劃移動路徑後，依據規劃移動路徑預先規畫出在複數個對應於規劃移動路徑之複數個移動路段之分段移動命令，且路徑插值規劃命令產生系統包含一路段插值劃分模組、一路段屬性解析模組與一命令產生模組。

路段插值劃分模組，係依據規劃移動路徑等距地依照一路徑延伸順序劃分出移動路段。路段屬性解析模組，係通信連接於路段插值劃分模組，係依據每一移動路段之曲率變化而將每一移動路段解析出至少一路段組成屬性，且每一路段組成屬性包含曲率與長度。命令產生模組，係通信連接於路段屬性解析模組，藉以依據路段組成屬性，對每一移動路段編輯出分段移動命令中之一者，並依據路徑延伸順序將對應移動路段之分段移動命令組合產生一路徑插值規劃命令。其中，每一分段移動命令包含一基準移動指令與一差值修正移動指令，基準移動指令係用以控制機器人之中心沿移動路段移動，差值修正移動指令係用以控制機器人兩側之移動差值。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使路徑插值規劃命令產生系統中之路段插值劃分模組，係包含一距離量測單元，且距離量測單元係用以在規劃移動路徑上依照路徑延伸順序依序量測一設定距離，藉以等距地畫分出移動路段。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使路徑插值規劃命令產生系統中之路段屬性解析模組，係包含一線性解析單元，且線性解析單元係用以解析路段組成屬性之長度。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使路徑插值規劃命令產生系統中之路段屬性解析模組，係包含一曲線解析單元，且曲線解析單元係用以解析路段組成屬性之曲率與長度。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使路徑插值規劃命令產生系統中之命令產生模組，係包含一命令產生單元與一命令組合單元。命令產生單元，係用以依據路段組成屬性與一內建命令產生規則，對每一移動路段編輯出分段移動命令中之該者。命令組合單元，係用以接收所有上述之分段移動命令，並依據路徑延伸順序將分段移動命令組合產生路徑插值規劃命令。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使路徑插值規劃命令產生系統中之命令產生模組，更包含一儲存單元，且儲存單元係用以儲存內建命令產生規則。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使路徑插值規劃命令產生系統中之內建命令產生規則，係包含一查察表，查察表中係記錄所有上述之曲率與複數個差速值，且每一曲率係對應差速值中之一者。

本發明為解決先前技術之問題，所採用之必要技術手段為另外提供一種機器人，包含一路徑規劃模組、一路徑插值規劃命令產生系統、一觸發感測模組與一控制模組。路徑規劃模組，係用以在一全區地圖上規劃出一規劃移動路徑。路徑插值規劃命令產生系統包含一路段插值劃分模組、一路段屬性解析模組與一命令產生模組。

路段插值劃分模組，係依據規劃移動路徑等距地依照一路徑延伸順序劃分出複數個移動路段。路段屬性解析模組，係通信連接於路段插值劃分模組，係依據每一移動路段之曲率變化而將每一移動路段解析出至少一路段組成屬性，且每一路段組成屬性包含曲率與長度。命令產生模組，係通信連接於路段屬性解析模組，藉以依據路段組成屬性，對每一移動路段編輯出一分段移動命令，並依據路徑延伸順序將複數個對應移動路段之上述之分段移動命令組合產生一路徑插值規劃命令。

觸發感測模組，係用以接收路徑插值規劃命令，依照路徑延伸順序定義出每一分段移動命令之一命令觸發點，並在感測到命令觸發點時產生一命令觸發信號。控制模組，係電性連接觸發感測模組與路徑插值規劃命令產生系統，用以在接收到命令觸發信號時，控制機器人執行該命令觸發信號對應之命令觸發點之分段移動命令。其中，分段移動命令包含一基準移動指令與一差值修正移動指令，基準移動指令係用以控制機器人之中心沿移動路段移動，差值修正移動指令係用以控制機器人兩側之移動差值。

承上所述，本發明所提供機器人及其路徑插值規劃命令產生系統，係預先在規劃移動路徑規劃出複數個移動路段及其對應之移動命令，並將所有移動命令組合產生成路徑插值規劃命令，藉以解決先前技術中機器人需邊移動邊運算占用運算資源的問題。此外，分段移動命令包含基準移動指令與差值修正移動指令，可以使得機器人較先前技術移動得更為平順。

下面將結合示意圖對本發明的具體實施方式進行更詳細的描述。根據下列描述和申請專利範圍，本發明的優點和特徵將更清楚。需說明的是，圖式均採用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。

請參閱第一圖至第三圖，其中，第一圖係顯示本發明較佳實施例所提供之路徑插值規劃命令產生系統之方塊圖；第二圖係顯示本發明較佳實施例所提供之路徑插值規劃命令產生系統所接收之規劃移動路徑之示意圖；以及，第三圖係顯示本發明較佳實施例所提供之路徑插值規劃命令產生系統劃分出複數個移動路段之示意圖。如圖所示，一種路徑插值規劃命令產生系統1包含一路段插值劃分模組11、一路段屬性解析模組12與一命令產生模組13。

路徑插值規劃命令產生系統1係用以在一路徑規劃模組在一全區地圖上規劃出一機器人預定移動之一規劃移動路徑P後，依據規劃移動路徑P預先規畫出在複數個對應於規劃移動路徑P之複數個移動路段P1、P2、P3、P4之分段移動命令。

路段插值劃分模組11用以依據規劃移動路徑P等距地依照一路徑延伸順序劃分出移動路段P1、P2、P3、P4。路段插值劃分模組11，係包含一距離量測單元111。在本實施例中，距離量測單元111具有一設定距離L1，並沿路徑延伸順序劃分出移動路段P1、P2、P3、P4，且每一個移動路段P1、P2、P3、P4的距離皆為設定距離L1，在此僅標示移動路段P1的設定距離L1示意。距離量測單元111可為一處理器或一處理晶片。可以視為路段插值劃分模組11在規劃移動路徑P***複數個數值以劃分出移動路段P1、P2、P3、P4。

路段屬性解析模組12係信連接於路段插值劃分模組11，並依據每一個移動路段P1、P2、P3、P4的曲率變化將每一個移動路段P1、P2、P3、P4解析出至少一路段組成屬性，且每一路段組成屬性包含曲率與長度。路段屬性解析模組12包含一線性解析單元121與一曲線解析單元122。線性解析單元121與曲線解析單元122可為一處理器或一處理晶片。

移動路段P1僅為線性路段，因此係由線性解析單元121直接判斷移動路段P1的長度，也就是設定距離L1。而移動路段P1的路段組成屬性就是曲率為0且長度為設定距離L1。曲率與曲率半徑互為倒數關係，線性路段的曲率半徑為無限大，故曲率為0。

移動路段P2僅為曲線路段，因此，係由曲線解析單元122去解析移動路段P2的曲率與長度。而移動路段P2的曲率為一曲率半徑R1的倒數，長度則為設定距離L1。其中，曲率半徑R1的圓心為一圓心點C1。

移動路段P3雖仍為曲線路段，但是明顯具有係由多段曲率不同的子路段所組成，故曲線解析單元122會去解析移動路段P3中的移動子路段P31與移動子路段P32。在此移動子路段P31的曲率為曲率半徑R1的倒數，而移動子路段P32的曲率為另一曲率半徑R2的倒數，曲率半徑R2與曲率半徑R1可以相同也可以不同。移動子路段P31與移動子路段P32的長度總合仍為設定距離L1。其中，曲率半徑R2的圓心為一圓心點C2。

移動路段P4則為曲線路段與線性路段的組合，因此會由線性解析單元121與曲線解析單元122共同解析。曲線解析單元122解析移動路段P4中的移動子路段P41，線性解析單元121直接解析移動路段P4中的移動子路段P42的長度。而移動子路段P41的曲率為曲率半徑R2的倒數，移動子路段P41與移動子路段P42的長度總合仍為設定距離L1。

命令產生模組13係通信連接於路段屬性解析模組12，藉以依據路段組成屬性，對每一移動路段P1、P2、P3、P4編輯出一分段移動命令，並依據路徑延伸順序將所有上述分段移動命令組合產生一路徑插值規劃命令。其中，分段移動命令包含一基準移動指令與一差值修正移動指令，基準移動指令係用以控制機器人之中心沿移動路段P1、P2、P3、P4移動，差值修正移動指令係用以控制機器人兩側之移動差值。

命令產生模組13包含一命令產生單元131、一命令組合單元132與一儲存單元133。命令產生單元131係用以依據每一移動路段P1、P2、P3、P4的路段組成屬性與一內建命令產生規則，編輯出每一移動路段P1、P2、P3、P4的分段移動命令。

儲存單元133係儲存內建命令產生規則，且內建命令產生規則包含一查察表。而查察表中係記錄所有曲率與複數個差速值，且每一曲率係對應一個差速值。通常曲率越小對應的差速值越小，若曲率為0，表示路段為線性路段不需要轉彎，故差速值亦為0。內建命令產生規則也可包含一對應曲率與差速值的運算公式。儲存單元133可為一記憶體、一暫存器等。

命令組合單元132係用以將命令產生單元131所產生之所有分段移動命令依據路徑延伸順序組合產生路徑插值規劃命令，可參閱以下示意表。

移動路段	移動子路段	分段移動命令
基準移動指令	差值修正移動指令
左側	右側
P1		沿P1移動	與右側等速	與左側等速
P2		沿P2移動	減速	加速
P3	P31	沿P31移動	減速	加速
P32	沿P32移動	加速	減速
P4	P41	沿P41移動	加速	減速
P42	沿P42移動	減速至與右側等速	加速至與左側等速

最後，請一併參閱第一圖至第四圖，其中，第四圖係顯示本發明較佳實施例所提供之機器人之方塊圖。如圖所示，一種機器人100包含一路徑插值規劃命令產生系統1、一路徑規劃模組2、一觸發感測模組3與一控制模組4。

路徑規劃模組2係用以規劃出規劃移動路徑P。路徑插值規劃命令產生系統1與第一圖中的路徑插值規劃命令產生系統1完全相同，故不多加贅述。

觸發感測模組3，係用以接收路徑插值規劃命令，依照路徑延伸順序定義出每一分段移動命令之命令觸發點a、b、c、e。需特別說明的是，觸發感測模組3會先定義出每一移動路段P1、P2、P3、P4的命令觸發點a、b、c、e，而其他的參考點d、f、g僅為了輔助說明用。

每一移動路段P1、P2、P3、P4的命令觸發點a、b、c、e可以視為其路段的起始點。當觸發感測模組3感測到命令觸發點a時，係產生一命令觸發信號，藉以利用控制模組4控制機器人100執行命令觸發信號對應的命令觸發點a所對應的移動路段P1的分段移動命令。同理，當觸發感測模組3感測到命令觸發點b時，控制模組4則會控制機器人100執行命令觸發點b所謂應的移動路段P2的分段移動命令，可參閱以下示意表。

移動路段	命令觸發點	分段移動命令
基準移動指令	差值修正移動指令
左側	右側
P1	a	沿P1移動	與右側等速	與左側等速
P2	b	沿P2移動	減速	加速
P3	c	沿P3移動	減速後（過參考點d）加速	加速後（過參考點d）減速
P4	e	沿P4移動	加速後（過參考點f）減速至與右側等速	減速後（過參考點f）加速至與左側等速

因此，機器人100會依據不同移動路段P1、P2、P3、P4執行其相對應的分段移動命令，不用一邊移動一邊運算。而機器人100的中心會依照移動命令中的基準移動指令沿各移動路段P1、P2、P3、P4移動，而機器人100的兩側的移動差值係由移動命令中的差值修正移動指令所控制，故可以使機器人100較先前技術移動得更為平順（smooth）。

而當觸發感測模組3感測到的是參考點d、f、g時，因參考點d、f、g不是命令觸發點，故觸發感測模組3不會產生任何作動，機器人100係繼續執行原分段移動命令。

綜上所述，相較於先前技術，本發明所提供之機器人及其路徑插值規劃命令產生系統，可以預先依照規劃移動路徑劃分出複數個移動路段，且每一移動路段對應一分段移動命令，並將所有分段移動命令組合產生路徑插值規劃命令，使機器人可以依照路徑插值規劃命令依序執行分段移動命令，不需要邊移動邊運算進而占用運算資源。此外，分段移動命令包含基準移動指令與差值修正移動指令，可以控制機器人的中心與兩側之移動差值，故可以移動得較為平順。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

100:機器人

1:路徑插值規劃命令產生系統

11:路段插值劃分模組

111:距離量測單元

12:路段屬性解析模組

121:線性解析單元

122:曲線解析單元

13:命令產生模組

131:命令產生單元

132:命令組合單元

133:儲存單元

2:路徑規劃模組

3:觸發感測模組

4:控制模組

a、b、c、e:命令觸發點

d、f、g:參考點

C1、C2:圓心點

L1:設定距離

P:規劃移動路徑

P1、P2、P3、P4:移動路段

P31、P32、P41、P42:移動子路段

R1、R2:曲率半徑

第一圖係顯示本發明較佳實施例所提供之路徑插值規劃命令產生系統之方塊圖； 第二圖係顯示本發明較佳實施例所提供之路徑插值規劃命令產生系統所接收之規劃移動路徑之示意圖； 第三圖係顯示本發明較佳實施例所提供之路徑插值規劃命令產生系統劃分出複數個移動路段之示意圖；以及 第四圖係顯示本發明較佳實施例所提供之機器人之方塊圖。

1:路徑插值規劃命令產生系統

11:路段插值劃分模組

111:距離量測單元

12:路段屬性解析模組

121:線性解析單元

122:曲線解析單元

13:命令產生模組

131:命令產生單元

132:命令組合單元

133:儲存單元

Claims (7)

1. 一種路徑插值規劃命令產生系統，係用以在一路徑規劃模組在一全區地圖上規劃出一機器人預定移動之一規劃移動路徑後，依據該規劃移動路徑預先規畫出在複數個對應於該規劃移動路徑之複數個移動路段之分段移動命令，且該路徑插值規劃命令產生系統包含：一路段插值劃分模組，係依據該規劃移動路徑等距地依照一路徑延伸順序劃分出該些移動路段；一路段屬性解析模組，係通信連接於該路段插值劃分模組，係依據每一該些移動路段之曲率變化而將每一該些移動路段解析出至少一路段組成屬性，且每一該至少一路段組成屬性包含曲率與長度；以及一命令產生模組，係通信連接於該路段屬性解析模組，藉以依據該至少一路段組成屬性，對每一該些移動路段編輯出該些分段移動命令中之一者，並依據該路徑延伸順序將對應該些移動路段之該些分段移動命令組合產生一路徑插值規劃命令，包含：一命令產生單元，係用以依據該至少一路段組成屬性與一內建命令產生規則，對每一該些移動路段編輯出該些分段移動命令中之該者；以及一命令組合單元，係用以接收所有上述之分段移動命令，並依據該路徑延伸順序將該些分段移動命令組合產生該路徑插值規劃命令；其中，每一該些分段移動命令包含一基準移動指令與一 差值修正移動指令，該基準移動指令係用以控制該機器人之中心沿該移動路段移動，該差值修正移動指令係用以控制該機器人兩側之移動差值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之路徑插值規劃命令產生系統，其中，該路段插值劃分模組包含一距離量測單元，且該距離量測單元係用以在該規劃移動路徑上依照該路徑延伸順序依序量測一設定距離，藉以等距地畫分出該些移動路段。
3. 如申請專利範圍第1項所述之路徑插值規劃命令產生系統，其中，該路段屬性解析模組包含一線性解析單元，且該線性解析單元係用以解析該至少一路段組成屬性之長度。
4. 如申請專利範圍第1項所述之路徑插值規劃命令產生系統，其中，該路段屬性解析模組包含一曲線解析單元，且該曲線解析單元係用以解析該至少一路段組成屬性之曲率與長度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之路徑插值規劃命令產生系統，其中，該命令產生模組更包含一儲存單元，且該儲存單元係用以儲存該內建命令產生規則。
6. 如申請專利範圍第5項所述之路徑插值規劃 命令產生系統，其中，該內建命令產生規則包含一查察表，該查察表中係記錄所有上述之曲率與複數個差速值，且每一曲率係對應該些差速值中之一者。
7. 一種機器人，包含：一路徑規劃模組，係用以在一全區地圖上規劃出一規劃移動路徑一路徑插值規劃命令產生系統，係包含：一路段插值劃分模組，係依據該規劃移動路徑等距地依照一路徑延伸順序劃分出複數個移動路段；一路段屬性解析模組，係通信連接於該路段插值劃分模組，係依據每一該些移動路段之曲率變化而將每一該些移動路段解析出至少一路段組成屬性，且每一該至少一路段組成屬性包含曲率與長度；以及一命令產生模組，係通信連接於該路段屬性解析模組，藉以依據該至少一路段組成屬性，對每一該些移動路段編輯出一分段移動命令，並依據該路徑延伸順序將複數個對應該些移動路段之上述之分段移動命令組合產生一路徑插值規劃命令，包含：一命令產生單元，係用以依據該至少一路段組成屬性與一內建命令產生規則，對每一該些移動路段編輯出該些分段移動命令中之該者；以及一命令組合單元，係用以接收所有上述之分段移動命令，並依據該路徑延伸順序將該些分段移動命令組合產生該路徑插值規劃命令； 一觸發感測模組，係用以接收該路徑插值規劃命令，依照該路徑延伸順序定義出每一分段移動命令之一命令觸發點，並在感測到該命令觸發點時產生一命令觸發信號；以及一控制模組，係電性連接該觸發感測模組與該路徑插值規劃命令產生系統，用以在接收到該命令觸發信號時，控制該機器人執行該命令觸發信號對應之該命令觸發點之該分段移動命令；其中，每一該些分段移動命令包含一基準移動指令與一差值修正移動指令，該基準移動指令係用以控制該機器人之中心沿該移動路段移動，該差值修正移動指令係用以控制該機器人兩側之移動差值。

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