TWI790934B - 機器人避障方法 - Google Patents

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Abstract

一種機器人避障方法，藉由一機器人來實施，該機器人包含一殼體、一拍攝單元、一驅動單元，及一處理單元，該方法包含以下步驟：(A)該處理單元控制該驅動單元驅動該殼體沿著一移動路徑移動，(B)該處理單元控制該拍攝單元拍攝一影像，並判定是否自該影像辨識出另一安裝於另一機器人之辨識圖像，(C)當該處理單元判定出自該影像辨識出該另一辨識圖像時，控制該驅動單元停止驅動該殼體，(D)該處理單元控制該拍攝單元拍攝另一影像，並判定是否自該另一影像辨識出該另一辨識圖像，(E)當該處理單元判定出不自該另一影像辨識出該另一辨識圖像時，回到步驟(A)。

Description

機器人避障方法
本發明是有關於一種機器人避障方法，特別是指一種機器人根據辨識圖像移動或靜止的機器人避障方法。
隨著科技不斷的進步，機器人逐漸成為我們生活中重要的工作伙伴之一，在工作上不但能解決很多問題，也使得工作效率變得更好，當有多台機器人在同一場域執行任務時，可能會依區域錯開每一機器人的活動範圍或依時間錯開每一機器人的運作時間以避免碰撞，若該等機器人欲在同一時間且同一場域執行任務，則通常採用紅外線感測器、雷射測距儀或是觸碰開關等來偵測是否發生碰撞，但上述碰撞偵測方式較適用於偵測靜態的障礙物，而在偵測動態的障礙物可能容易因死角或偵測不靈敏而導致誤判，且當其中一台機器人遇到動態的障礙物如，另一台機器人時，兩者同時進行避障，其執行的效率較慢且可能會因選擇同一個方向閃避而發生碰撞損壞的問題，故實有必要提出一避免碰撞的方法。
因此，本發明的目的，即在提供一種可即時防止多台機器人在運作時相互碰撞並自動地恢復路徑移動之機器人避障方法。
於是，本發明一種機器人避障方法，藉由一機器人來實施，該機器人安裝有一可供辨識的辨識圖像，該機器人包含一殼體、一設置於該殼體中的儲存單元、一設置在該殼體中的拍攝單元、一設置於該殼體中並用於驅使該殼體移動的驅動單元，及一設置於該殼體中並電連接該拍攝單元、該儲存單元與該驅動單元的處理單元，該儲存單元儲存有一包含多個路徑點的移動路徑，該機器人避障方法包含一步驟(A)、一步驟(B)、一步驟(C)、一步驟(D)，及一步驟(E)。
該步驟(A)是該處理單元控制該驅動單元驅動該殼體沿著該移動路徑移動。
該步驟(B)是該處理單元控制該拍攝單元拍攝一影像，並判定是否自該影像辨識出另一安裝於另一機器人之辨識圖像。
該步驟(C)是當該處理單元判定出自該影像辨識出該另一辨識圖像時，該處理單元控制該驅動單元停止驅動該殼體。
該步驟(D)是該處理單元控制該拍攝單元拍攝另一影像，並判定是否自該另一影像辨識出該另一辨識圖像。
該步驟(E)是當該處理單元判定出不自該另一影像辨識出該另一辨識圖像時，回到步驟(A)。
本發明的功效在於：藉由該處理單元判定是否自該影像辨識出該另一辨識圖像，當判定出辨識出該另一辨識圖像時，停止驅動該殼體，並判定是否自該另一影像辨識出該另一辨識圖像，當判定出不辨識出該另一辨識圖像時，沿著該移動路徑移動，藉此利用圖像來辨識動態障礙物可更靈敏且更即時的避免碰撞並自動地恢復路徑移動，此外，本發明藉由路徑的規劃亦能確保依照路徑達成工作任務。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1，本發明機器人避障方法之一第一實施例，藉由多台機器人來實施，每一機器人安裝有一可供辨識的辨識圖像，每一機器人包含一殼體1、一設置於該殼體1中並用於驅使該殼體1移動的驅動單元2、一設置在該殼體1中的拍攝單元3、一設置於該殼體1中的儲存單元4，及一設置於該殼體1中並電連接該驅動單元2、該拍攝單元3與該儲存單元4的處理單元5。每一機器人例如可為一除草機器人或一掃地機器人，但不以此為限。當每一機器人為一除草機器人時，每一機器人還包含一用於除草的除草單元9，當每一機器人為一掃地機器人時，每一機器人還包含一用於收集灰塵的清掃單元。每一辨識圖像可被解析出一圖像識別碼，在本實施例中，每一辨識圖像可為一印有所對應之圖像識別碼的圖像、一一維條碼、一二維條碼、一Aruco 標記，及一Apriltag標籤等，然不以此為限。
每一拍攝單元3用於拍攝一連串影像。
每一儲存單元4用於儲存所安裝之辨識圖像的該圖像識別碼、所對應之一包含多個路徑點的移動路徑，及一機器人面積。在本實施例中，每一機器人之機器人面積皆相同，故僅需儲存一個機器人面積，然而，在其他實施例中，亦可儲存其他機器人之每一者所對應的面積及其圖像識別碼。
值得一提的是，每一機器人在判定是否即將與另一機器人發生碰撞的過程、在判定該另一機器人是否在移動的過程、在等待該另一機器人離開的過程、在返回至當前所在位置之前一路徑點的過程，及在繞過該另一機器人的過程類似，在以下的說明書中，僅以單一機器人進行說明，並以除草機器人為例。
以下將配合本發明機器人避障方法之該第一實施例，來說明該機器人中各元件的運作細節，該機器人避障方法之該第一實施例包含一用於判定是否即將與該另一機器人發生碰撞的碰撞判斷程序、及一在判定出該另一機器人處於靜止狀態時判定是否返回前一路徑點之返道程序。
該碰撞判斷程序包括一步驟60、一步驟61、一步驟62、一步驟63、一步驟64，及一步驟65。
該返道程序包括一步驟71、一步驟72、一步驟73、一步驟74、一步驟75、一步驟76、一步驟77，及一步驟78。
參閱圖1與圖2，該碰撞判斷程序包含以下步驟。
在步驟60中，該處理單元5控制該驅動單元2驅動該殼體1沿著該移動路徑移動，並控制該除草單元9除草。
在步驟61中，該處理單元5控制該拍攝單元3拍攝一影像，並判定是否自該影像辨識出另一安裝於該另一機器人之辨識圖像。當判定出自該影像辨識出該另一辨識圖像時，流程進行步驟62。當判定出不自該影像辨識出該另一定位圖像時，流程回到步驟61。
在步驟62中，該處理單元5控制該驅動單元2停止驅動該殼體1，並控制該除草單元9停止除草。
在步驟63中，該處理單元5控制該拍攝單元3拍攝又一影像，並判定是否自該又一影像辨識出該另一辨識圖像。當判定出自該又一影像辨識出該另一辨識圖像時，流程進行步驟64。當判定出不自該又一影像辨識出該另一辨識圖像時，流程回到步驟60。值得特別說明的是，在其他實施例中，當該處理單元5判定出自該又一影像辨識出該另一辨識圖像時，流程進行步驟71，亦可不用執行步驟64及步驟65。
在步驟64中，該處理單元5將該又一影像作為一當前影像，並根據該當前影像之另一辨識圖像及該當前影像之前一影像之另一辨識圖像，判定該另一機器人是否處於移動狀態。當判定出該另一機器人非處於移動狀態(亦即，靜止狀態)時，流程進行步驟71(亦即，進入該返道程序)。當判定出該另一機器人處於移動狀態時，流程進行步驟65。
值得一提的是，當每一辨識圖像為該印有所對應之圖像識別碼的圖像、該一維條碼或該二維條碼時，該處理單元5係比較該另一辨識圖像在該當前影像中的位置與該另一辨識圖像在該前一影像中的位置是否不同，以判定該另一機器人是否處於移動狀態。當該另一辨識圖像在該當前影像與該前一影像中的位置不同時，即代表該另一機器人處於移動狀態；當該另一辨識圖像在該當前影像與該前一影像中的位置相同時，即代表該另一機器人非處於移動狀態。當每一辨識圖像為該Aruco 標記，及該Apriltag標籤時，該處理單元5係根據該當前影像中的該另一辨識圖像獲得該相關於該另一機器人之位置的當前位置資訊，並根據該前一影像中的該另一辨識圖像獲得該相關於該另一機器人之位置的前一位置資訊，比較該當前位置資訊與該前一位置資訊是否不同，以判定該另一機器人是否處於移動狀態。當該當前位置資訊與該前一位置資訊不同時，即代表該另一機器人處於移動狀態；當該當前位置資訊與該前一位置資訊相同時，即代表該另一機器人非處於移動狀態。其中，該當前位置資訊與該前一位置資訊即為該另一機器人相對於作為原點的該機器人的相對位置，皆可被表示為一個位置座標。當該另一辨識圖像為該AprilTag標籤時，是利用已知的AprilTag演算法來根據該當前影像中的該另一辨識圖像求得該當前位置資訊，類似地，該前一位置資訊亦是利用已知的AprilTag演算法所求得，當該另一辨識圖像為Aruco標記時，是利用已知的Aruco演算法來根據該當前影像中的該另一辨識圖像求得該當前位置資訊，類似地，該前一位置資訊亦是利用已知的Aruco 演算法所求得。由於本發明之特徵並不在於熟知此技藝者所已知的AprilTag演算法與Aruco 演算法的細部運作，為了簡潔，故在此省略了他們的細節。
在步驟65中，該處理單元5等待一第一預設時間期間，並回到步驟63。其中，該第一預設時間期間為3秒，然並不以此為限。
參閱圖1與圖3，該返道程序包含以下步驟。
在步驟71中，該處理單元5進行一停止移動計時。
在步驟72中，該處理單元5控制該拍攝單元3拍攝另一影像，並判定是否自該另一影像辨識出該另一辨識圖像。當判定出自該另一影像辨識出該另一辨識圖像時，流程進行步驟73。當判定出不自該另一影像辨識出該另一辨識圖像時，流程進行步驟78。
在步驟73中，該處理單元5根據該另一影像中之另一辨識圖像獲得相關於該另一辨識圖像所對應的另一圖像識別碼。當每一辨識圖像為該印有所對應之圖像識別碼的圖像時，該處理單元5係藉由影像字元辨識技術自該另一辨識圖像辨識出該另一辨識圖像所印有之圖像識別碼，以獲得該另一圖像識別碼；當每一辨識圖像為該一維條碼或該二維條碼時，該處理單元5係藉由解碼該另一辨識圖像，來獲得該另一圖像識別碼；當每一辨識圖像為Aruco標記或Apriltag標籤時，該處理單元5係藉由已知的Aruco 演算法或AprilTag演算法，來獲得該另一圖像識別碼。
在步驟74中，該處理單元5判定該停止移動計時之計時結果是否逾時。當判定出該停止移動計時之計時結果未逾時時，流程回到步驟72。當判定出該停止移動計時之計時結果逾時時，流程進行步驟75。在本實施例中，將逾時設為30秒，然並不以此為限。
在步驟75中，該處理單元5判定該儲存單元4所儲存之該圖像識別碼是否大於該另一圖像識別碼。當判定該圖像識別碼不大於該另一圖像識別碼時，流程進行步驟76。當該處理單元5判定該圖像識別碼大於該另一圖像識別碼時，流程進行步驟77。值得特別說明的是，在其他實施方式中，該處理單元5亦可為判定該圖像識別碼是否小於該另一圖像識別碼，當判定該圖像識別碼不小於該另一圖像識別碼時，流程進行步驟76。當該處理單元5判定該圖像識別碼小於該另一圖像識別碼時，流程進行步驟77。
在步驟76中，該處理單元5重置該停止移動計時之計時結果，且流程回到步驟72。
在步驟77中，該處理單元5重置該停止移動計時之計時結果並控制該驅動單元2驅動該殼體1移動返回至該機器人當前所在位置之前一路徑點，並等待一第二預設時間期間，且流程回到步驟60。其中，該第二預設時間期間為30秒，然並不以此為限。
在步驟78中，該處理單元5重置該停止移動計時之計時結果，且流程回到步驟60。
本發明機器人避障方法之該第一實施例，藉由該處理單元5控制該拍攝單元3拍攝該影像並判定是否自該影像辨識出該另一辨識圖像，當判定出辨識出該另一辨識圖像時，控制該驅動單元2停止驅動該殼體1，並判定該另一機器人是否處於移動狀態，當判定該另一機器人處於移動狀態時，等待一段時間以判定該另一機器人是否移動離開，當判定該另一機器人非處於移動狀態時，判定該圖像識別碼是否大於該另一圖像識別碼，當判定大於時，該處理單元5控制該驅動單元2驅動該殼體1移動返回至該機器人當前所在位置之前一路徑點以主動閃避該另一機器人，當判定該圖像識別碼不大於該另一圖像識別碼時，該處理單元5重置該停止移動計時之計時結果，並回到步驟72繼續等待該另一機器人離開，藉此可即時的避免碰撞並自動地恢復路徑移動。
參閱圖1、圖4，本發明機器人避障方法之一第二實施例，與該第一實施例的方法大致相同，不同的地方在於：每一辨識圖像為一可供定位出所對應之機器人的位置資訊的定位圖像如，一Aruco 標記，及一Apriltag標籤等，然不以此為限；此外，在步驟73中，該處理單元5係還根據該另一影像中之另一辨識圖像利用已知的Aruco演算法或AprilTag演算法獲得相關於該另一機器人之位置的待避障位置資訊；再者，當該處理單元5判定該圖像識別碼大於該另一圖像識別碼時，是執行一用於繞過該另一機器人並移動至下一路徑點的繞道程序而非執行步驟77之返回該前一路徑點。
參閱圖1與圖4，本發明機器人避障方法之第二實施例的繞道程序包含步驟81~83。
在步驟81中，該處理單元5重置該停止移動計時之計時結果，並根據相關於該另一機器人之位置的該待避障位置資訊，利用一距離算法獲得一相關於該機器人與該另一機器人之間的距離。其中，該距離算法為歐幾里得距離算法(Euclidean Distance)。值得一提的是，該處理單元5是根據該待避障位置資訊的位置座標及原點利用該歐幾里得距離算法獲得該距離，且該待避障位置資訊所對應的位置座標為該另一機器人的座標，該原點為該機器人的座標。
在步驟82中，該處理單元5根據該距離、該另一機器人的機器人面積，及一對應於該機器人當前所在位置之下一路徑點，利用一避障演算法，獲得一供該機器人繞道的避障路徑。其中，該避障演算法為蟲仔演算法(Bug algorithm)。
在步驟83中，該處理單元5控制該驅動單元2驅動該殼體1，以根據該避障路徑移動至該下一路徑點，且流程回到步驟60。
本發明機器人避障方法之該第二實施例，藉由當該處理單元5判定該圖像識別碼大於該另一圖像識別碼時，該處理單元5根據該機器人面積、下一路徑點，及所獲得的該距離，獲得該待避障路徑，便可控制該驅動單元2驅動該殼體1根據該避障路徑移動至下一路徑點，以繞過該另一機器人，藉此可即時的避免碰撞並自動地恢復路徑移動，亦能達成本發明的目的。
綜上所述，本發明機器人避障方法，藉由該處理單元5判定是否自該影像辨識出該另一定位圖像，當判定出辨識出該另一定位圖像時，停止驅動該殼體1，並判定根據該當前影像之另一定位圖像所獲得的位置資訊與根據該當前影像之前一影像之另一定位圖像所獲得的位置資訊是否相同，當判定相同時，等待一段時間以判定該另一機器人是否移動離開，當判定不相同時，判定該圖像識別碼是否大於該另一圖像識別碼，當判定大於時，該處理單元5驅動該殼體1移動至前一路徑點或下一路徑點，以主動閃避該另一機器人，藉此利用圖像來辨識動態障礙物可更靈敏且更即時的避免碰撞並自動地恢復路徑移動，此外，本發明藉由路徑的規劃確保該機器人可以完成路徑上的工作，再者，藉由返道跟繞道以恢復路徑移動，亦可降低發生碰撞的機率，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
1:殼體 2:驅動單元 3:拍攝單元 4:儲存單元 5:處理單元 9:除草單元 60~65:步驟 71~78:步驟 81~83:步驟
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1說明一用於執行本發明機器人避障方法之一第一實施例的機器人； 圖2是一流程圖，說明本發明機器人避障方法之該第一實施例的一碰撞判斷程序； 圖3是一流程圖，說明該第一實施例的一返道程序；及 圖4是一流程圖，說明本發明機器人避障方法之一第二實施例的一繞道程序。
71~78:步驟

Claims (8)

  1. 一種機器人避障方法，藉由一機器人來實施，該機器人安裝有一可供辨識的辨識圖像，該機器人包含一殼體、一設置於該殼體中的儲存單元、一設置在該殼體中的拍攝單元、一設置於該殼體中並用於驅使該殼體移動的驅動單元，及一設置於該殼體中並電連接該拍攝單元、該儲存單元與該驅動單元的處理單元，該儲存單元儲存有一包含多個路徑點的移動路徑，該機器人避障方法包含以下步驟：(A)該處理單元控制該驅動單元驅動該殼體沿著該移動路徑移動；(B)該處理單元控制該拍攝單元拍攝一影像，並判定是否自該影像辨識出另一安裝於另一機器人之辨識圖像；(C)當該處理單元判定出自該影像辨識出該另一辨識圖像時，該處理單元控制該驅動單元停止驅動該殼體；(D)該處理單元進行一停止移動計時；(E)該處理單元控制該拍攝單元拍攝另一影像，並判定是否自該另一影像辨識出該另一辨識圖像；及(F)當該處理單元判定出不自該另一影像辨識出該另一辨識圖像時，該處理單元重置該停止移動計時之計時結果，並回到步驟(A)。
  2. 如請求項1所述的機器人避障方法，在步驟(E)之後，還包含以下步驟：(G)當該處理單元判定出自該另一影像辨識出該另一辨識圖像時，該處理單元判定該停止移動計時之計時結果 是否逾時；及(H)當該處理單元判定出該停止移動計時之計時結果未逾時時，該處理單元回到步驟(E)。
  3. 如請求項2所述的機器人避障方法，該辨識圖像可被解析出一圖像識別碼，該儲存單元還儲存有安裝於該機器人的該辨識圖像所對應的圖像識別碼，其中，在步驟(G)中，該處理單元還根據該另一影像中之另一辨識圖像獲得相關於該另一辨識圖像所對應的另一圖像識別碼，在步驟(G)之後，還包含以下步驟：(I)當該處理單元判定出該停止移動計時之計時結果已逾時時，該處理單元判定該圖像識別碼是否大於該另一圖像識別碼；及(J)當該處理單元判定該圖像識別碼不大於該另一圖像識別碼時，該處理單元重置該停止移動計時之計時結果，並回到步驟(E)。
  4. 如請求項3所述的機器人避障方法，在步驟(I)之後，還包含以下步驟：(K)當該處理單元判定該圖像識別碼大於該另一圖像識別碼時，該處理單元重置該停止移動計時之計時結果，並控制該驅動單元驅動該殼體移動返回至該機器人當前所在位置之前一路徑點，且等待一第二預設時間期間，並回到步驟(A)。
  5. 如請求項3所述的機器人避障方法，該辨識圖像還可供定位出所對應之機器人的位置資訊，該儲存單元還存有一相 關於該另一機器人的機器人面積，其中，在步驟(G)中，該處理單元還根據該另一影像中之另一辨識圖像獲得相關於該另一機器人之位置的待避障位置資訊，在步驟(I)之後，還包含以下步驟：(i)當該處理單元判定該圖像識別碼大於該另一圖像識別碼時，該處理單元重置該停止移動計時之計時結果，並根據該另一機器人之位置的待避障位置資訊，獲得一相關於該機器人與該另一機器人之間的距離；(ii)該處理單元根據該距離、該另一機器人的機器人面積，及一對應於該機器人當前所在位置之下一路徑點，利用一避障演算法，獲得一避開該另一機器人至該下一路徑點的避障路徑；及(iii)該處理單元控制該驅動單元驅動該殼體，以根據該避障路徑移動至該下一路徑點，並回到步驟(A)。
  6. 如請求項1所述的機器人避障方法，在步驟(C)與步驟(D)之間，還包含以下步驟：(L)該處理單元控制該拍攝單元拍攝又一影像，並判定是否自該又一影像辨識出該另一辨識圖像；(M)當該處理單元判定出自該又一影像辨識出該另一辨識圖像時，該處理單元將該又一影像作為一當前影像，並根據該當前影像之另一辨識圖像及該當前影像之前一影像之另一辨識圖像，判定該另一機器人是否處於移動狀態；及(N)當該處理單元判定出該另一機器人非處於移動狀 態時，進行步驟(D)。
  7. 如請求項6所述的機器人避障方法，在步驟(M)之後，還包含以下步驟：(O)當該處理單元判定出該另一機器人處於移動狀態時，等待一第一預設時間期間，並進行步驟(L)。
  8. 如請求項1所述的機器人避障方法，在步驟(B)之後，還包含以下步驟：(P)當該處理單元判定出不自該影像辨識出該另一定位圖像時，回到步驟(B)。
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