TWM523862U - 室內移動定位系統 - Google Patents

Description

室內移動定位系統

本新型是有關於一種室內移動定位系統，特別是指一種用於自主機器人的室內移動定位系統。

自主機器人可不必仰賴人為操作地沿一巡檢路線自主移動，常用於自主巡檢各個查核點以達到保全之作用。而全局定位能力是自主機器人得以不依靠外在操作地自主移動的重要功能。一般常見的定位方法有：

1.全球定位系統(GPS)，此定位方式廣泛的應用於室外，但於室內時容易受到建築物的干擾。

2.里程計估算，可以估算出機器人的移動距離與方向，此種方法在短時間內的定位能力是可靠的，但每個時間區段所造成的微小偏差會逐漸累積，長期下來便會造成嚴重的誤差而導致定位系統崩潰。

3.環境特徵定位，常透過機器視覺取得環境影像特徵，或是透過雷射取得環境特徵資訊，但此方法容易因環境佈置的改變而造成定位失敗。

4.無線射頻技術(RFID)，此方法是在空間中設置密集的無線射頻裝置，透過機器人身上的讀取器與無線射頻裝置間的訊號強弱來進行定位，但此種方式若要提高精準度則需在空間中設置大量且密集的無線射頻裝置，造成經濟效益及美觀問題。

此外，現有的自主機器人對於空間缺乏簡單的偵錯機制，因而難以得知當下定位系統是否失效。

因此，本新型之目的，即在提供一種適合應用於室內，且能簡單偵測定位是否失效的室內移動定位系統。

於是，本新型室內移動定位系統，包含一沿一位於室內的巡檢路線移動的自主機器人、一遠端監控裝置，及複數無線辨識裝置。該巡檢路線是由多個相間隔設置的查核點所界定出，該自主機器人包括一用於移動的驅動模組、一用於規劃移動路徑且可控制該驅動模組的中央處理單元、一電連接該中央處理單元的無線辨識讀取模組、一用於儲存室內環境特徵並可將儲存資料傳送至該中央處理單元的地圖資料庫單元、一用於估算移動距離及方向並傳送至該中央處理單元的里程計單元、一用於取得環境特徵資訊並傳送至該中央處理單元的特徵擷取單元、一用於偵測障礙並向該中央處理單元傳送訊號以停止該驅動模組的障礙偵測單元，及一電連接該中央處理單元的無線通訊單元。

該遠端監控裝置可與該自主機器人之無線通訊單元交流訊息，以即時顯示該自主機器人的所在位置。該等無線辨識裝置是分別設置於該巡檢路線上之該等查核點上，並可供該自主機器人之無線辨識讀取模組取得位置資訊。該自主機器人之中央處理單元可統籌並比對該無線辨識讀取模組之位置資訊、該地圖資料庫單元之儲存資料、該里程計單元之估算結果，及該特徵擷取單元之環境特徵資訊後，經計算後規劃出移動路徑，並控制該驅動模組沿該移動路徑移動。

本新型之功效在於：該里程計單元可與該特徵擷取單元搭配，藉由該特徵擷取單元取得外界環境特徵可避免該里程計單元的誤差累積，也可縮小在該地圖資料庫內搜索的範圍，並能減少環境中所需建佈的無線辨識裝置之數量，藉由該無線辨識讀取模組、該地圖資料庫單元、該里程計單元、該特徵擷取單元，及該障礙偵測單元的整合，可以簡單地進行偵錯以避免定位失效。

在本新型被詳細描述之前，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，本新型室內移動定位系統1之一第一實施例，包含一可沿一位於室內的巡檢路線移動的自主機器人2、一可與該自主機器人2交流訊息的遠端監控裝置3，及複數設置於該巡檢路線上的無線辨識裝置4。該巡檢路線是由多個相間隔設置的查核點所界定出，該等查核點可設置於重要巡查點(例如保險箱)，也可設置於環境中的轉角或岔路上。

該自主機器人2包括一用於移動的驅動模組21、一用於規劃移動路徑且可控制該驅動模組21的中央處理單元22、一電連接該中央處理單元22且可讀取該等無線辨識裝置4的無線辨識讀取模組23、一用於儲存室內環境特徵並可將儲存資料傳送至該中央處理單元22的地圖資料庫單元24、一用於估算移動距離及方向並傳送至該中央處理單元22的里程計單元25、一用於取得環境特徵資訊並傳送至該中央處理單元22的特徵擷取單元26、一用於偵測障礙並向該中央處理單元22傳送訊號以停止該驅動模組21的障礙偵測單元27，及一電連接該中央處理單元22且可與該遠端監控裝置3交流訊息的無線通訊單元28。

該驅動模組21是根據該中央處理單元22所規劃的移動路徑進行移動或停止移動。該無線辨識讀取模組23在該第一實施例中為無線射頻辨識(RFID)讀取器。該地圖資料庫單元24是用於儲存預先根據室內環境特徵所製作的地圖資料。該里程計單元25在該第一實施例中為軸編碼器及陀螺儀，可用以估算出移動的距離及方向。該特徵擷取單元26在該第一實施例中為光達裝置，其是透過光達掃描環境以取得距離等環境特徵資訊。該障礙偵測單元27在該第一實施例中為超音波感應器及紅外線感應器，當然也可視需求而僅包含其中之一。該無線通訊單元28在該第一實施例中為Wi-Fi或藍芽等無線通訊模組。

該等無線辨識裝置4是分別設置於該等查核點上，且在該第一實施例中為無線射頻辨識(RFID)標籤，該等無線辨識裝置4分別具有不同的標籤資訊，該等標籤資訊是代表不同的查核點並預先儲存於該地圖資料庫單元24內。該遠端監控裝置3是具有畫面以根據該無線通訊單元28之訊息，即時顯示出該自主機器人2的所在位置，而在該第一實施例中，該遠端監控裝置3可以是電腦或手持行動裝置。

該第一實施例的定位方式如下：先透過該里程計單元25得知與上一個出發點之間的距離與角度關係，再將此一資訊結合該特徵擷取單元26所取得的環境特徵資訊以縮小於該地圖資料庫單元24內的搜尋範圍，進而修正該自主機器人2的所在地，並將其顯示於該遠端監控裝置3上。另外若當該無線辨識讀取模組23靠近該查核點時，便可讀取到相對應無線辨識裝置4之標籤資訊，並透過比對該地圖資料庫單元24中的儲存資料來更新並定位該自主機器人2之所在地。

上述該無線辨識讀取模組23之位置資訊、該地圖資料庫單元24之儲存資料、該里程計單元25之估算結果，及該特徵擷取單元26之環境特徵資訊皆是傳送至該中央處理單元22內統整及比對，並據此規劃出移動路徑及控制該驅動模組21沿該移動路徑移動或停止移動。在實際應用上，當該自主機器人2未於合理時間內到達下一個查核點時，該中央處理單元22會發出異常訊號，並透過該無線通訊單元28送至該遠端監控裝置3上。

需要特別說明的是，該特徵擷取單元26所取得的環境特徵資訊需與該地圖資料庫單元24中的環境特徵資料相匹配，例如當該特徵擷取單元26為攝影機時，該地圖資料庫單元24中的環境特徵資料便為影像特徵。

透過該里程計單元25的估算及該特徵擷取單元26的比對，可避免該里程計單元25的誤差持續累積，還可縮小在該地圖資料庫單元24內的搜尋範圍，並減少該等無線辨識裝置4的建佈數量。透過該中央處理單元22的比對及規劃，可使該驅動模組21沿規劃好的移動路徑移動，以由一個查核點移動至下一個查核點，而將所有查核點串聯起來即為完整的巡檢路徑。該障礙偵測單元27可偵測周遭環境並發出訊號，以使該中央處理單元22停止該驅動模組21，進而避免碰撞或墜落之情事，並在停止後重新規劃移動路徑。藉由上述設計可使該自主機器人2能以簡單的方式判斷定位是否失效，並能有效地應用於室內環境。

參閱圖2，為本新型室內移動定位系統1之第二實施例，該第二實施例大致是與該第一實施例相同，不同之處在於：該自主機器人2還包括一可攝取影像並傳回該遠端監控裝置3的影像攝錄單元29。在該第二實施例中，該影像攝錄單元29為可攝錄前方影像的感光耦合元件（CCD）鏡頭。該影像攝錄單元29可將該自主機器人2前方的影像即時傳回該遠端監控裝置3上，達到遠端保全之功效。

參閱圖3，為本新型室內移動定位系統1之第三實施例，該第三實施例大致是與該第一實施例相同，不同之處在於：該室內移動定位系統1還包含一設置於室內以偵測環境並可將環境異常之資訊傳送給該遠端監控裝置3的環境偵測裝置5。在該第三實施例中，該環境偵測裝置5為煙霧偵測器，但當然也可以是其他能測得環境發生危險狀況的裝置。該環境偵測裝置5可將有異常狀況之位置發送給該遠端監控裝置3，並透過該無線通訊單元28通知該中央處理單元22，該中央處理單元22便可據此重新規劃路徑，以前往發生異常狀況之位置巡檢。

綜上所述，透過該中央處理單元22統整並比對該無線辨識讀取模組23之位置資訊、該地圖資料庫單元24之儲存資料、該里程計單元25之估算結果，及該特徵擷取單元26之環境特徵資訊，可簡單地得知定位是否已經發生錯誤，並藉此達到室內保全巡檢之功效，故確實能達成本新型之目的。

惟以上所述者，僅為本新型之實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧室內移動定位裝置
2‧‧‧自主機器人
21‧‧‧驅動模組
22‧‧‧中央處理單元
23‧‧‧無線辨識讀取模組
24‧‧‧地圖資料庫單元
25‧‧‧里程計單元
26‧‧‧特徵擷取單元
27‧‧‧障礙偵測單元
28‧‧‧無線通訊單元
29‧‧‧影像攝錄單元
3‧‧‧遠端監控裝置
4‧‧‧無線辨識裝置
5‧‧‧環境偵測裝置

本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一方塊圖，說明本新型室內移動定位系統之一第一實施例； 圖2是一方塊圖，說明本新型室內移動定位系統之一第二實施例；及 圖3是一方塊圖，說明本新型室內移動定位系統之一第三實施例。

1‧‧‧室內移動定位裝置

2‧‧‧自主機器人

21‧‧‧驅動模組

22‧‧‧中央處理單元

23‧‧‧無線辨識讀取模組

24‧‧‧地圖資料庫單元

25‧‧‧里程計單元

26‧‧‧特徵擷取單元

27‧‧‧障礙偵測單元

28‧‧‧無線通訊單元

3‧‧‧遠端監控裝置

4‧‧‧無線辨識裝置

Claims (11)

1. 一種室內移動定位系統，包含： 一自主機器人，沿一位於室內的巡檢路線移動，該巡檢路線是由多個相間隔設置的查核點所界定出，該自主機器人包括一用於移動的驅動模組、一用於規劃移動路徑且可控制該驅動模組的中央處理單元、一電連接該中央處理單元的無線辨識讀取模組、一用於儲存室內環境特徵並可將儲存資料傳送至該中央處理單元的地圖資料庫單元、一用於估算移動距離及方向並傳送至該中央處理單元的里程計單元、一用於取得環境特徵資訊並傳送至該中央處理單元的特徵擷取單元、一用於偵測障礙並向該中央處理單元傳送訊號以停止該驅動模組的障礙偵測單元，及一電連接該中央處理單元的無線通訊單元； 一遠端監控裝置，可與該自主機器人之無線通訊單元交流訊息，以即時顯示該自主機器人的所在位置；及 複數無線辨識裝置，分別設置於該巡檢路線上之該等查核點上，並可供該自主機器人之無線辨識讀取模組取得位置資訊； 該自主機器人之中央處理單元可統整並比對該無線辨識讀取模組之位置資訊、該地圖資料庫單元之儲存資料、該里程計單元之估算結果，及該特徵擷取單元之環境特徵資訊後，經計算後規劃出移動路徑，並控制該驅動模組沿該移動路徑移動。
2. 如請求項1所述的室內移動定位系統，其中，該自主機器人還包括一可攝取影像並傳回該遠端監控裝置的影像攝錄單元。
3. 如請求項2所述的室內移動定位系統，其中，該自主機器人之影像攝錄單元為可攝錄前方影像的感光耦合元件鏡頭。
4. 如請求項1所述的室內移動定位系統，其中，該自主機器人之無線辨識讀取模組為無線射頻辨識讀取器，該等無線辨識裝置為無線射頻辨識標籤。
5. 如請求項1所述的室內移動定位系統，其中，該自主機器人之里程計單元為軸編碼器與陀螺儀。
6. 如請求項1所述的室內移動定位系統，其中，該自主機器人之特徵擷取單元為光達裝置。
7. 如請求項1所述的室內移動定位系統，其中，該自主機器人之障礙偵測單元為超音波感應器及紅外線感應器。
8. 如請求項1所述的室內移動定位系統，還包含一設置於室內以偵測環境並可將環境異常之資訊傳送給該遠端監控裝置的環境偵測裝置，該遠端監控裝置會將該環境偵測裝置所傳送之資訊透過該自主機器人之無線通訊單元傳送至該中央處理單元。
9. 如請求項8所述的室內移動定位系統，其中，該環境偵測裝置為煙霧偵測器。
10. 如請求項1所述的室內移動定位系統，其中，該自主機器人之無線通訊單元為通訊方式選自Wi-Fi或藍芽的無線通訊模組。
11. 如請求項1所述的室內移動定位系統，其中，該遠端監控裝置為電腦或手持行動裝置。