TW201627117A - 移動導引方法及移動導引裝置 - Google Patents

Abstract

一種移動導引裝置，包含導引器及移動設備。導引器包含支撐壁、延伸壁及線光源。支撐壁立於一參考面，而與延伸壁連接。線光源設置於延伸壁上，並輸出光線而於參考面上形成一參考光線，且於支撐壁上形成一直射光線。移動設備具有攝影模組，以拍攝一影像，影像中具有參考光線、直射光線及直射光線反射於參考面之一反射光線。移動設備計算影像中之參考光線與反射光線之夾角，而取得移動設備對應於線光源之一相對角度，據此可根據相對角度移動。 一種移動導引方法亦在此提出。

Description

移動導引方法及移動導引裝置

本發明係有關於一種空間測量方法，特別是一種移動導引方法及移動導引裝置。

拜科技之賜，機器人科技已充斥於我們生活周遭，如生產設備之機械手臂、巡邏機器人、掃地機器人等。 機器人不但擁有操作精準的特性，還可持續地進行重複性工作，可代替人們處理不想處理的事，掃地機器人便是一例。掃地機器人係為可自走的吸塵器，應用於居家清潔，可於夜間人們熟睡或日間人們外出時，在打掃範圍內四處移動，而清除行經路線上的灰塵、微粒等，使的人們不需要勞費心力的手持掃把一一打掃各個活動空間。

四處活動的機器人在執行其工作任務之後，通常需要返回充電站進行充電。如何有效的使機器人能夠找到充電站，並讓機器人能正確地朝向充電站移動，係為機器人應用中相當重要的環節。

有鑑於此，本發明提出一種移動導引方法及移動導引裝置，能利用簡易的方式讓移動設備（如機器人）認知到其在一環境中的位置，進而控制移動。

本發明一實施例提出一種移動導引方法，包含下列步驟：設置線光源於參考面上方一距離；以線光源之輸出光形成參考光線於參考面上，並形成一直射光線於相鄰於參考面之一表面上；以攝影模組拍攝一影像，此影像具有參考光線、直射光線及直射光線反射於參考面之一反射光線；計算影像中之參考光線與反射光線之夾角而取得攝影模組對應於線光源之相對角度；及根據相對角度移動攝影模組。

所述移動導引方法更可包含：計算直射光線與反射光線之間的一時間差或一相位差，而取得攝影模組對應於線光源之一相對距離。藉此，可根據取得之相對角度及相對距離移動。

在一實施例中，所述移動導引方法更可包含：根據先後取得之攝影模組對應於線光源之相對距離，計算攝影模組之移動速度。

在另一實施例中，所述移動導引方法更可包含：根據先後取得之攝影模組對應於線光源之相對角度，計算攝影模組之角速度。

根據以上之移動導引方法，可僅利用攝影模組拍攝線光源之輸出光線之影像，分析得知攝影模組相對於線光源的距離、角度、速度和/或角速度，並根據上述取得參數相對於線光源移動。

本發明另一實施例還提出一種移動導引裝置， 包含導引器及移動設備。導引器包含支撐壁、延伸壁及線光源。移動設備包含移動模組、攝影模組及運算模組。

支撐壁包含第一端及第二端，第一端立於一參考面。延伸壁連接於支撐壁之第二端。線光源設置於延伸壁之鄰近於參考面之一側面。線光源輸出光而於參考面上形成一參考光線，並形成一直射光線於支撐壁之相鄰於參考面之一表面。攝影模組拍攝一影像，影像中具有參考光線、直射光線及直射光線反射於參考面之一反射光線。運算模組連接移動模組及攝影模組，以取得影像並計算影像中之參考光線與反射光線之夾角，而取得移動設備對應於線光源之一相對角度，運算模組並根據此相對角度驅動移動模組移動。

於此， 運算模組更可計算直射光線與反射光線之間的時間差或相位差而可取得移動設備對應於線光源之相對距離，並根據相對距離及該相對角度驅動移動模組移動。

在一實施例中，支撐壁還可包含反射台面。反射台面係於第一端朝遠離支撐壁的方向凸伸，藉以反射線光源輸出光之一部分而形成至少一第一光散射區。其中，第一光散射區內之光強度非為均一。於是，運算模組可根據影像中擷取到第一光散射區的光強度，計算移動設備位於第一光散射區內的位置。

在另一實施例中，線光源輸出光之一部分還受參考面之反射而形成一第二光散射區。其中，第二光散射區之平均光強度小於第一光散射區之平均光強度。因此，運算模組可根據影像中擷取到第一光散射區或第二光散射區的光強度，識別移動設備位於第一光散射區內或第二光散射區內。

在又一實施例中，運算模組於識別到影像中沒有線光源時，表示移動設備背對於導引器。因此，運算模組可驅動移動模組轉動直至影像中出現線光源，再接續前述之拍攝影像及影像識別之動作。

藉此，可僅設置一能發出線光源的導引器於一環境內，使得移動設備能識別出其與導引器之間的相對位置，進而可相對於導引器移動。

參照第1圖，係為本發明第一實施例之移動導引裝置之使用示意圖。移動導引裝置包含導引器100和移動設備200，而設置於包含參考面300之環境中，例如：客廳、房間等室內環境或庭院等室外環境。在本實施例中，環境為一室內空間，包含為地面之參考面300及包圍參考面300至少三面之牆面，但本發明非限於此。在其他實施例中，參考面亦可以是天花板或其他牆面，參考面300也可不連接牆面。

第2圖為本發明第一實施例之導引器100之立體圖。合併參照第1圖及第2圖。導引器100包含支撐壁110、延伸壁130和線光源150。支撐壁110包含相對的第一端111及第二端112，第一端111立於參考面300。延伸壁130連接於支撐壁110之第二端112。據此，支撐壁110與延伸壁130概成倒L型結構，但本發明實施例之導引器100並非以此形狀為限。

線光源150設置於延伸壁130之鄰近於參考面300之一側面131，於本實施例中，延伸壁130鄰近於參考面300之側面131為下表面。線光源150朝遠離所述側面131的方向輸出光（亦即是朝參考面300輸出光），而於參考面300上形成一道參考光線L1。據此，可透過參考光線L1將參考面300一分為二（如第1圖所示）。線光源150輸出的光還可在相鄰於參考面300之一表面114上形成直射光線L2。在此，所述相鄰於參考面300之表面114係為導引器100之支撐壁110之表面114。線光源150之輸出光可以是可見光，也可以是不可見光。

參照第3圖，係為本發明第一實施例之移動設備200之內部方塊圖。 移動設備200包含移動模組210、攝影模組230及運算模組250。運算模組250連接移動模組210及攝影模組230。運算模組250可包含處理器、記憶體等能進行資料計算與緩存等作業之元件。移動模組210係可包含滾輪組、驅動馬達等協同運作後可讓移動設備300移動的元件。攝影模組230包含鏡頭、感光元件、影像處理器等協同運作後可拍攝成像之元件，鏡頭設置於移動設備200表面或外面，而可相應於移動設備200朝外拍攝一影像。移動設備200可為吸塵機器人、除草機器人等不同用途之自走裝置。因此，因應不同用途之需求，移動設備200還可包含其他功能模組（例如吸塵模組等），本發明非予以限制。

第4圖及第5圖為本發明第一實施例之拍攝影像示意圖。合併參照第1圖及第4圖，第4圖所示之影像400為移動設備200位於位置A（參考光線L1之一側）之拍攝影像。影像400具有參考光線L1、直射光線L2及反射光線L3。反射光線L3為直射光線L2反射於參考面300所形成。倘若運算模組250識別影像400中沒有線光源150時，表示線光源150不在攝影模組230之拍攝範圍內（例如：背向線光源150），於是運算模組250便可驅動移動模組210轉動直至影像400中出現線光源150。

請再參照第1圖及第5圖，第5圖所示之影像400為移動設備200位於位置B（參考光線L1上）之拍攝影像。相較於第4圖，第5圖之影像400中的參考光線L1與反射光線L3間的夾角α較小。此乃因影像400中的參考光線L1與反射光線L3間的夾角α係和移動設備200（或攝影模組230）在環境中對應於線光源150（或導引器100）之一相對角度θ成正相關。當移動設備200（或攝影模組230）對應於線光源150（或導引器100）之相對角度θ愈大，則影像400中參考光線L1與反射光線L3間的夾角α則愈大；相反地，當前述相對角度θ愈小，則前述夾角α則愈小。因此，運算模組250在取得影像400之後，可計算影像400中之參考光線L1與反射光線L3之夾角α，據以取得移動設備200對應於線光源150之相對角度θ。而後，運算模組250即可根據相對角度θ驅動移動模組210移動。例如，運算模組250即可根據相對角度θ驅動移動模組210使移動設備200朝接近或遠離導引器100的方向移動。因此，本發明可僅利用一個線光源150來讓移動設備200得知其在環境中的相對位置，據以決定如何移動。並且，線光源150也僅需要持續地輸出光線即可，無需變化輸出頻率、角度等任何參數，相當簡易且低成本。

在一應用例中，與移動設備200搭配的充電站可設有前述的導引器100，據此，移動設備200可朝向充電站移動，最終返回充電站充電。

在另一應用例中，導引器100所產生的參考光線L1可作為警戒線，當移動設備200偵測到其接近於參考光線L1時，可朝遠離參考光線L1的方向移動，而不會跨越參考光線L1。

在此，運算模組250還可計算直射光線L2與反射光線L3之間的一時間差或一相位差，而取得移動設備200（或攝影模組230）對應於線光源150之相對距離D，並根據相對距離D及相對角度θ驅動移動模組210移動。

請參照第6圖，係為本發明第一實施例之移動導引方法流程圖。如第6圖所示，首先，設置線光源150於參考面300上方一距離（步驟S610）。例如，藉由前述之導引器100來設置線光源150於參考面300上方一距離。接著，開啟線光源150，而以線光源150之輸出光形成參考光線L1於參考面300上，並形成直射光線L2於相鄰於參考面之表面114上（步驟S620）。而後，以攝影模組230拍攝一影像400，影像400具有一參考光線L1、一直射光線L2及直射光線L2反射於參考面300之一反射光線L3（步驟S630）。根據影像400，可計算影像400中之參考光線L1與反射光線L3之夾角α而取得攝影模組230對應於線光源150之一相對角度θ（步驟S640）。於是，可根據相對角度θ移動攝影模組230（步驟S650）。

在取得相對距離D或/及相對角度θ之後，運算模組250還可根據先後取得相對距離D來計算移動設備200（或攝影模組230）之移動速度，也可根據先後取得之相對角度θ，計算移動設備200（或攝影模組230）之角速度。據此，移動設備200可根據相對距離D、相對角度θ、移動速度、角速度等參數來獲知目前的位置及移動狀態，據以適應性調整其移動方式。

第7圖為本發明第二實施例之移動導引裝置之使用示意圖。第8圖為本發明第二實施例之導引器100之立體圖。請合併參照第7圖及第8圖，本發明第二實施例與第一實施例之差異在於第二實施例之導引器100之支撐壁110更包含一反射台面113。反射台面113是從第一端111而朝遠離支撐壁110的方向凸伸，以反射線光源150輸出光之一部分而形成至少一第一光散射區Z1。在此，雖本實施例之反射台面113係以垂直於支撐壁110的方向凸伸，但反射台面113與支撐壁110間的夾角非以90度為限，亦可為其他角度。在本實施例中，反射台面113上朝相對於參考光線L1的兩側分別設置一反光物，使得線光源150之部分輸出光打在反光物上而形成位於參考光線L1的兩側的二個第一光散射區Z1，且各第一光散射區Z1大致與參考光線L1成45度，但本發明非以此為限。如第8圖所示，各第一光散射區Z1內之光強度非為均一（圖中係以直線長度表示光的強度，長度愈長則光強度愈長），且成對稱性分布，愈靠近中間的光強度愈強，兩側的光強度則愈弱。但上述第一光散射區Z1之光線分布僅為舉例，本發明非限於此，若反射台面113的表面形狀不同，或設置反光物的位置與形狀不同，則可形成不同分布之第一光散射區Z1，當視環境與需求而可更動設計。由於第一光散射區Z1內之光強度非為均一，運算模組250可根據影像400中擷取到第一光散射區Z1的光強度，計算移動設備200位於第一光散射區Z1內的位置。

與第一光散射區Z1相似，線光源150輸出光之一部分打在參考面300上會形成第二光散射區Z2。由於參考面300與線光源150之間的距離，較反射台面113與線光源150之間的距離長，因此第二光散射區Z2之平均光強度小於第一光散射區Z1之平均光強度。據此，運算模組250可根據影像400中擷取到的強度係為第一光散射區Z1或第二光散射區Z2的光強度，來識別移動設備200位於第一光散射區Z1內或第二光散射區Z2內。

復參照第7圖，於此再說明前述直射光線L2與反射光線L3之成像原理。借用第4圖來與第7圖對照說明，移動設備200在位置A所拍攝到的影像400中，具有直射光線L2與反射光線L3。在線光源150的出光點也會分別成像在直射光線L2與反射光線L3上。線光源150的出光點成像在直射光線L2上是沿著路徑L201行進至攝影模組230所形成。線光源150的出光點成像在反射光線L3上是沿著路徑L301行進，並經由參考面300反射而沿著路徑L302至攝影模組230所形成。

綜上所述，本發明實施例之移動導引方法與移動導引裝置，係可僅利用具有簡易結構的導引器來引導移動設備朝向特定方向移動。

100‧‧‧導引器
110‧‧‧支撐壁
111‧‧‧第一端
112‧‧‧第二端
113‧‧‧反射台面
114‧‧‧表面
130‧‧‧延伸壁
131‧‧‧側面
150‧‧‧線光源
200‧‧‧移動設備
210‧‧‧移動模組
230‧‧‧攝影模組
250‧‧‧運算模組
300‧‧‧參考面
400‧‧‧影像
D‧‧‧相對距離
L1‧‧‧參考光線
L2‧‧‧直射光線
L3‧‧‧反射光線
Z1‧‧‧第一光散射區
Z2‧‧‧第二光散射區
α‧‧‧夾角
θ‧‧‧相對角度
L201‧‧‧路徑
L301‧‧‧路徑
L302‧‧‧路徑
A‧‧‧位置
B‧‧‧位置
S610‧‧‧設置線光源於參考面上方一距離
S620‧‧‧以線光源之輸出光形成一參考光線於參考面上，並形成一直射光線於相鄰於參考面之一表面上
S630‧‧‧以一攝影模組拍攝一影像，影像具有參考光線、直射光線L2及直射光線反射於參考面之一反射光線
S640‧‧‧計算影像中之參考光線與反射光線之夾角而取得攝影模組對應於線光源之一相對角度
S650‧‧‧根據相對角度移動攝影模組

[第1圖]係為本發明第一實施例之移動導引裝置之使用示意圖。 [第2圖]係為本發明第一實施例之導引器之立體圖。 [第3圖]係為本發明第一實施例之移動設備之內部方塊圖。 [第4圖]係為本發明第一實施例之拍攝影像示意圖（一）。 [第5圖]係為本發明第一實施例之拍攝影像示意圖（二）。 [第6圖]係為本發明第一實施例之移動導引方法流程圖。 [第7圖]係為本發明第二實施例之移動導引裝置之使用示意圖。 [第8圖]係為本發明第二實施例之導引器之立體圖。

100‧‧‧導引器

110‧‧‧支撐壁

111‧‧‧第一端

112‧‧‧第二端

114‧‧‧表面

130‧‧‧延伸壁

131‧‧‧側面

150‧‧‧線光源

200‧‧‧移動設備

230‧‧‧攝影模組

300‧‧‧參考面

L1‧‧‧參考光線

L2‧‧‧直射光線

Claims (9)

1. 一種移動導引方法，包含‧‧‧ 設置一線光源於一參考面上方一距離； 以該線光源之輸出光形成一參考光線於該參考面上，並形成一直射光線於相鄰於該參考面之一表面上； 以一攝影模組拍攝一影像，該影像具有該參考光線、該直射光線及該直射光線反射於該參考面之一反射光線； 計算該影像中之該參考光線與該反射光線之夾角而取得該攝影模組對應於該線光源之一相對角度；及 根據該相對角度移動該攝影模組。
2. 如請求項1所述之移動導引方法，更包含： 計算該直射光線與該反射光線之間的一時間差或一相位差而取得該攝影模組對應於該線光源之一相對距離。
3. 如請求項2所述之移動導引方法，更包含： 根據先後取得之該攝影模組對應於該線光源之該相對距離，計算該攝影模組之移動速度。
4. 如請求項1所述之移動導引方法，更包含： 根據先後取得之該攝影模組對應於該線光源之該相對角度，計算該攝影模組之角速度。
5. 一種移動導引裝置，包含： 一導引器，包含： 一支撐壁，包含一第一端及一第二端，該第一端立於一參考面； 一延伸壁，連接於該支撐壁之該第二端；及 一線光源，設置於該延伸壁之鄰近於該參考面之一側面，該線光源輸出光而於該參考面上形成一參考光線，並形成一直射光線於該支撐壁之相鄰於該參考面之一表面；及 一移動設備，包含： 一移動模組； 一攝影模組，拍攝一影像，該影像具有該參考光線、該直射光線及該直射光線反射於該參考面之一反射光線；及 一運算模組，連接該移動模組及該攝影模組，以取得該影像並計算該影像中之該參考光線與該反射光線之夾角，而取得該移動設備對應於該線光源之一相對角度，該運算模組並根據該相對角度驅動該移動模組移動。
6. 如請求項5所述之移動導引裝置，其中該運算模組計算該直射光線與該反射光線之間的一時間差或一相位差而取得該移動設備對應於該線光源之相對距離，並根據該相對距離及該相對角度驅動該移動模組移動。
7. 如請求項5所述之移動導引裝置，其中該支撐壁包含一反射台面，該反射台面於該第一端而朝遠離該支撐壁的方向凸伸，以反射該線光源輸出光之一部分而形成至少一第一光散射區，其中該第一光散射區內之光強度非為均一，該運算模組根據該影像中擷取到該第一光散射區的光強度，計算該移動設備位於該第一光散射區內的位置。
8. 如請求項7所述之移動導引裝置，其中該線光源輸出光之一部分受該參考面之反射而形成一第二光散射區，該第二光散射區之平均光強度小於該第一光散射區之平均光強度，該運算模組根據該影像中擷取到該第一光散射區或該第二光散射區的光強度，識別該移動設備位於該第一光散射區內或該第二光散射區內。
9. 如請求項5所述之移動導引裝置，其中該運算模組識別該影像中沒有該線光源時，驅動該移動模組轉動直至該影像中出現該線光源。