TWI844240B

TWI844240B - 自主移動裝置

Info

Publication number: TWI844240B
Application number: TW112102295A
Authority: TW
Inventors: 林傳凱
Original assignee: 泰科動力股份有限公司
Filing date: 2023-01-18
Publication date: 2024-06-01

Abstract

一種自主移動裝置。所述自主移動裝置包括第一感測器、第二感測器以及控制器。第一感測器設置在自主移動裝置的底盤的第一側，用以偵測第一位置資訊。第二感測器設置在自主移動裝置的底盤的與所述第一側平行的第二側，用以偵測第二位置資訊。控制器接收第一位置資訊與第二位置資訊，並且基於第一位置資訊與第二位置資訊計算自主移動裝置的當前位置。

Description

自主移動裝置

本發明是有關於一種自動控制技術，且特別是有關於一種自主移動裝置。

隨著全球產業環境的轉變，製造業及物流業貨物搬運需求不斷提升，因而使得貨物搬運的需求大增。據此，為了因應大量的搬運需求，業界導入了自動化的搬運設備以確保生產或是出貨的效益。隨著無人導引的自主搬運設備的需求不斷提升，市面上同值性的產品也越來越多。然而，目前自主搬運設備的架構容易在環境高度相似、高度動態環境及空氣髒污環境下迷航，也讓使用者或研發者都忙著解決各式各樣無法預期的問題。因此，自主搬運設備的使用場合受到較嚴格的限制較難有效推廣。

本發明提供一種自主移動裝置，能有效應用在高度動態環境、高度污染環境及/或高度相似環境。

本發明的自主移動裝置，包括：第一感測器，設置在自主移動裝置的底盤的第一側，用以偵測第一位置資訊；第二感測器，設置在自主移動裝置的底盤的第二側，用以偵測第二位置資訊，其中第一側平行於第二側；以及控制器，耦接至第一感測器與第二感測器，且經配置以：接收第一位置資訊與第二位置資訊，並且基於第一位置資訊與第二位置資訊計算自主移動裝置的第一當前位置。

在本發明的一實施例中，第一感測器與第二感測器分別設置在底盤的第一側與第二側之間的對角線的兩端。

在本發明的一實施例中，第一感測器與第二感測器分別設置在底盤的第一側與第二側之間的水平線的兩端。

在本發明的一實施例中，第一感測器與第二感測器分別設置在底盤的第一側與第二側之間的垂直線的兩端。

在本發明的一實施例中，第一感測器與第二感測器為距離感測器。

在本發明的一實施例中，第一位置資訊包括在第一軸方向上的第一移動量以及在第二軸方向上的第二移動量，第二位置資訊包括在第一軸方向上的第三移動量以及在第二軸方向上的第四移動量。所述控制器經配置以：基於第一移動量與第三移動量計算在第一軸方向上的第一方向移動量；基於第二移動量與第四移動量計算在第二軸方向上的第二方向移動量；以及基於第一方向移動量與第二方向移動量計算第一當前位置。

在本發明的一實施例中，所述控制器經配置以：響應於自主移動裝置沿著第一軸方向移動，基於第二軸方向上的第二移動量與第四移動量以及第一感測器與第二感測器兩者之間的距離，計算角速度，並基於角速度計算角移動量。或者，所述控制器經配置以：響應於自主移動裝置沿著第二軸方向移動，基於第一軸方向上的第一移動量與第三移動量以及第一感測器與第二感測器兩者之間的距離，計算角速度，並基於角速度計算角移動量。

在本發明的一實施例中，所述自主移動裝置更包括：儲存器，儲存導航模組；以及處理器，耦接至儲存器與控制器，且經配置以自控制器接收第一當前位置，並透過導航模組來調整導航軌跡。

在本發明的一實施例中，所述自主移動裝置更包括：雷達感測裝置，用以感測第二當前位置；以及取像感測裝置，用以感測第三當前位置。所述處理器耦接至雷達感測裝置與取像感測裝置，且經配置以：基於第一當前位置、第二當前位置以及第三當前位置來計算最佳當前位置。

在本發明的一實施例中，所述處理器經配置以：採用濾波器基於第一當前位置、第二當前位置以及第三當前位置來計算最佳當前位置。

基於上述，本揭露在自主移動裝置的底盤上設置至少兩個感測器，基於感測器所取得的至少兩筆位置資訊來計算自主移動裝置的當前位置。據此，自主移動裝置可更有效應用在高度動態環境、高度污染環境或高度相似環境。

圖1是依照本發明一實施例的自主移動裝置的方塊圖。請參照圖1，自主移動裝置100至少包括控制器110、第一感測器120以及第三感測器130。控制器110耦接至第一感測器120以及第三感測器130。自主移動裝置100例如為自主式移動機器人（Autonomous Mobile Robot，AMR）或是自動導引車（Automated Guided Vehicle，AGV）。

第一感測器120以及第二感測器130分別設置在移動載具100的底盤的第一側與第二側，以分別偵測第一位置資訊與第二位置資訊。所述第一側平行於第二側。

舉例來說，圖2A～圖2D是依照本發明一實施例的第一感測器與第二感測器的設置位置的示意圖。在本實施例中，將移動載具100的底盤200中設置車輪201、202的一側設為第一側，設置車輪203、204的一側設為第二側。並且，在底盤200靠近地面的表面上來設置第一感測器120與第二感測器130。

在圖2A所示的實施例中，第一感測器120與第二感測器130可分別設置在底盤200的第一側與第二側之間的由左上至右下的對角線的兩端的位置L11、L12。

在圖2B所示的實施例中，第一感測器120與第二感測器130可分別設置在底盤200的第一側與第二側之間的由右上至左下的對角線的兩端的位置L21、L22。

在圖2C所示的實施例中，第一感測器120與第二感測器130分別設置在底盤200的第一側與第二側之間的水平線的兩端的位置L31、L32。

在圖2D所示的實施例中，第一感測器120與第二感測器130分別設置在底盤200的第一側與第二側之間的垂直線的兩端的位置L41、L42。

在圖2A～圖2D的實施例中，底盤200上僅設置一組第一感測器120與第二感測器130。然，在其他實施例中，也可同時在底盤200設置多組第一感測器120與第二感測器130。例如，在底下多組位置中任意選擇多組來設置一組（兩個）感測器，多組位置包括：位置L11、L12；位置L21、L22；位置L31、L32；位置L41、L42，然並不以此為限。

在一實施例中，第一感測器120與第二感測器130為距離感測器。距離感測器例如為紅外線感測器、超音波感測器等。

控制器110可以採用物理處理單元（Physics Processing Unit，PPU）、可程式化之微處理器（Microprocessor）、嵌入式控制晶片、數位訊號處理器（Digital Signal Processor，DSP）、特殊應用積體電路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）或其他類似裝置。

在一實施例中，控制器110具有一記憶體，用以搭載供控制器110來執行的韌體或電腦程式。所述記憶體例如是任意型式的固定式或可移動式隨機存取記憶體（Random Access Memory，RAM）、唯讀記憶體（Read-Only Memory，ROM）、快閃記憶體（Flash memory）或其他類似裝置或這些裝置的組合。

控制器110配置以：接收第一位置資訊與第二位置資訊，並且基於第一位置資訊與第二位置資訊計算自主移動裝置100的當前位置。第一位置資訊包括第一軸方向上的第一移動量以及第二軸方向上的第二移動量，第二位置資訊包括第一軸方向上的第三移動量以及第二軸方向上的第四移動量。第一軸方向例如與為底盤200的與車輪配置側平行的方向，第二軸方向為與第一軸方向垂直的另一方向。

控制器110基於第一移動量與第三移動量計算在第一軸方向上的第一方向移動量，基於第二移動量與第四移動量計算在第二軸方向上的第二方向移動量。之後，控制器110基於第一方向移動量與第二方向移動量計算當前位置。

另外，控制器110還可進一步計算角移動量。具體而言，倘若自主移動裝置100沿著底盤200的第一軸方向移動，控制器110基於第二軸方向上的第二移動量與第四移動量以及第一感測器120與第二感測器130兩者之間的距離，計算角速度，並且基於角速度計算角移動量。另一方面，倘若自主移動裝置100沿著第二軸方向移動，控制器110基於第一軸方向上的第一移動量與三移動量以及第一感測器120與第二感測器130兩者之間的距離，計算角速度，並且基於角速度計算角移動量。

舉例來說，圖3是依照本發明一實施例的用以說明計算當前位置的底盤配置的示意圖。在本實施例中，將底盤200上設置有車輪201、202的一側（第一側）與設置有車輪203、204的一側（第二側）之間的由左上至右下的對角線的兩端的位置L11、L12上分別設置第一感測器120與第二感測器130。在圖3所示的實施例中，將第一軸方向設定為與第一側平行的X軸方向Dx，將第二軸方向設定為與第一側垂直的Y軸方向Dy。並且，位置L11與位置L12兩者的距離為d。

控制器110基於第一感測器120所偵測的第一位置資訊計算當前時間在X軸方向Dx上的第一移動量X1以及在Y軸方向Dy上的第二移動量Y1。並且，控制器110基於第二感測器130所偵測的第二位置資訊計算當前時間在X軸方向Dx上的第三移動量X2以及在Y軸方向Dy上的第四移動量Y2。

之後，控制器110基於第一移動量X1與第三移動量X2計算在X軸方向Dx上的第一方向移動量m1，並且基於第二移動量Y1與第四移動量Y4計算在Y軸方向Dy上的第二方向移動量m2，之後基於第一方向移動量m1與第二方向移動量m2計算當前位置（第一當前位置）。

在一實施例中，假設第一感測器120與第二感測器130設定為每隔一段時間（包括N個取樣時間點）回報一次偵測的結果給控制器110。即，第一位置資訊包括N個取樣時間點在X軸方向Dx的移動量x1(1)～x1(N)以及在Y軸方向Dy的移動量y1(1)～y1(N)。控制器110計算第一移動量X1= ，並且計算第二移動量Y1= 。而第二位置資訊也包括N個取樣時間點的在X軸方向Dx的移動量x2(1)～x2(N)以及在Y軸方向Dy的移動量y2(0)～y2(N)。控制器110計算第三移動量X2= ，並且計算第四移動量Y2= 。

接著，控制器110基於所有感測器所偵測到的在X軸方向Dx與Y軸方向Dy上的全部移動量加總後的平均值。例如，在僅採用兩個感測器（第一感測器120與第二感測器130）的情況下，計算第一方向移動量m1=(X1+X2)/2，並且計算第二方向移動量m2=(Y1+Y2)/2。另外，控制器110還可進一步基於自主移動裝置100的前進方向來計算角速度ω以及角移動量θ。

倘若自主移動裝置100的前進方向為X軸方向Dx，控制器110基於Y軸方向Dy上的第二移動量Y1與第四移動量Y2來計算自主移動裝置100的角速度ω以及角移動量θ，如下：

倘若自主移動裝置100的前進方向為Y軸方向Dy，控制器110基於X軸方向Dx上的第一移動量X1與第三移動量X2來計算自主移動裝置100的角速度ω以及角移動量θ，如下：

控制器110基於第一方向移動量m1、第二方向移動量m2來計算目前時間點相較與前一個時間點的相對位置來作為當前位置。例如，假設前一個時間點的座標位置為(CX _n, CY _n)，當前位置(CX _n+1, CY _n+1)的X座標值CX _n+1=CX _n+m1，Y座標值CY _n+1=CY _n+m2，n=0～N。

圖4是依照本發明另一實施例的自主移動裝置的方塊圖。請參照圖4，自主移動裝置400包括控制器110、第一感測器120、第三感測器130、處理器410、儲存器420、雷達感測裝置430以及取向感測裝置440。控制器110、第一感測器120以及第三感測器130的功能如上述實施例所述，在此不再贅述。

處理器410耦接至儲存器420、控制器110雷達感測裝置430以及取像感測裝置440。處理器410可以採用中央處理單元（Central Processing Unit，CPU）、PPU、嵌入式控制晶片、數位訊號處理器、ASIC或其他類似裝置。雷達感測裝置430的原理是發射出電磁波打到探測物上，藉由探測物回彈反射波的時間、波長、波形等散射情形，得知探測物的距離、方向、形狀等訊息。取像感測裝置440利用影像擷取器來進行定位以獲得位置資訊。

儲存器420儲存導航模組421。儲存器420例如是任意型式的固定式或可移動式RAM、ROM、快閃記憶體、硬碟或其他類似裝置或這些裝置的組合。導航模組421是由一或多個程式碼片段所組成，上述程式碼片段在被安裝後，會由處理器410來執行。

處理器410自控制器110接收所計算出的當前位置（第一當前位置），並透過導航模組421來調整導航軌跡。例如，假設當前位置偏離了原本設定的導航軌跡，則處理器410透過導航模組421重新基於當前位置與目的位置來重新調整導航軌跡。

另外，在本實施例中，還可進一步透過雷達感測裝置430感測第二當前位置，透過取像感測裝置感測第三當前位置。處理器410基於第一當前位置、第二當前位置以及第三當前位置來計算最佳當前位置。例如，處理器410計算第一當前位置、第二當前位置以及第三當前位置的平均值來作為最佳當前位置。或者，處理器410採用濾波器基於第一當前位置、第二當前位置以及第三當前位置來計算最佳當前位置。所述濾波器例如為卡爾曼濾波（Kalman filter）、擴展卡爾曼濾波器（Extended Kalman Filter，EKF）。

綜上所述，本揭露在自主移動裝置的底盤上設置多個感測器來獲得多個位置資訊，並基於這些位置資訊來計算自主移動裝置的當前位置。據此，本揭露的自主移動裝置更容易適應高度動態環境，並且也更容易適應高度髒污灰塵環境。此外，自主移動裝置還可更容易適應環境相似度高環境（如長走廊）。

100、400:自主移動裝置

110:控制器

120:第一感測器

130:第二感測器

200:底盤

201～204:車輪

410:處理器

420:儲存器

421:導航模組

430:雷達感測裝置

440:取像感測裝置

d:距離

Dx:X軸方向

Dy:Y軸方向

L11、L12、L21、L22、L31、L32、L41、L42:位置

圖1是依照本發明一實施例的自主移動裝置的方塊圖。圖2A～圖2D是依照本發明一實施例的第一感測器與第二感測器的設置位置的示意圖。圖3是依照本發明一實施例的用以說明計算當前位置的底盤配置的示意圖。圖4是依照本發明另一實施例的自主移動裝置的方塊圖。

100:自主移動裝置

110:控制器

120:第一感測器

130:第二感測器

Claims

一種自主移動裝置，包括：一第一感測器，設置在該自主移動裝置的一底盤的一第一側，用以偵測一第一位置資訊；一第二感測器，設置在該自主移動裝置的該底盤的一第二側，用以偵測一第二位置資訊，其中該第一側平行於該第二側；以及一控制器，耦接至該第一感測器與該第二感測器，且經配置以：接收該第一位置資訊與該第二位置資訊，並且基於該第一位置資訊與該第二位置資訊計算該自主移動裝置的一第一當前位置，其中該第一位置資訊包括在一第一軸方向上的一第一移動量以及在一第二軸方向上的一第二移動量，該第二位置資訊包括在該第一軸方向上的一第三移動量以及在該第二軸方向上的一第四移動量，該控制器經配置以：響應於該自主移動裝置沿著該第一軸方向移動，基於該第二軸方向上的該第二移動量與該第四移動量以及該第一感測器與該第二感測器兩者之間的一距離，計算一角速度，並基於該角速度計算一角移動量；或者響應於該自主移動裝置沿著該第二軸方向移動，基於該第一軸方向上的該第一移動量與該第三移動量以及該第一感測器與該第二感測器兩者之間的該距離，計算該角速度，並基於該角速度計算該角移動量。
如請求項1所述的自主移動裝置，其中該第一感測器與該第二感測器分別設置在該底盤的該第一側與該第二側之間的一對角線的兩端。
如請求項1所述的自主移動裝置，其中該第一感測器與該第二感測器分別設置在該底盤的該第一側與該第二側之間的一水平線的兩端。
如請求項1所述的自主移動裝置，其中該第一感測器與該第二感測器分別設置在該底盤的該第一側與該第二側之間的一垂直線的兩端。
如請求項1所述的自主移動裝置，其中該第一感測器與該第二感測器為距離感測器。
如請求項1所述的自主移動裝置，其中該控制器經配置以：基於該第一移動量與該第三移動量計算在該第一軸方向上的一第一方向移動量；基於該第二移動量與該第四移動量計算在該第二軸方向上的一第二方向移動量；以及基於該第一方向移動量與該第二方向移動量計算該第一當前位置。
如請求項1所述的自主移動裝置，更包括：一儲存器，儲存一導航模組；以及一處理器，耦接至該儲存器與該控制器，且經配置以自該控制器接收該第一當前位置，並透過該導航模組來調整一導航軌跡。
如請求項7所述的自主移動裝置，更包括：一雷達感測裝置，用以感測一第二當前位置；以及一取像感測裝置，用以感測一第三當前位置；其中，該處理器耦接至該雷達感測裝置與該取像感測裝置，且經配置以：基於該第一當前位置、該第二當前位置以及該第三當前位置來計算一最佳當前位置。
如請求項8所述的自主移動裝置，其中該處理器經配置以：採用一濾波器基於該第一當前位置、該第二當前位置以及該第三當前位置來計算該最佳當前位置。