TW201305761A

TW201305761A - 自走機器人及其定位方法

Info

Publication number: TW201305761A
Application number: TW100125864A
Authority: TW
Inventors: Harry Chia-Hung Hsu
Original assignee: Ememe Robot Co Ltd
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2011-07-21
Publication date: 2013-02-01
Also published as: US20130024025A1; CN102890507B; CN102890507A

Abstract

一種自走機器人及其定位方法，其中自走機器人可在一工作邊界所形成之一工作區域內執行指定任務，自走機器人包括：環境資訊感測元件、地圖建構模組、設定模組、路徑規劃模組以及驅動模組。環境資訊感測元件用以偵測自走機器人所處之工作環境資訊。地圖建構模組用以依據工作環境資訊建構環境地圖。設定模組用以在環境地圖上設定工作邊界，路徑規劃模組與設定模組電性連接，用以規劃自走機器人在工作邊界所形成之工作區域內之一工作路徑。驅動模組與路徑規劃模組電性連接，用以驅動自走機器人依該工作路徑移動。

Description

自走機器人及其定位方法

本發明係關於一種能在指定範圍內工作之自走機器人及其定位方法。

常見的自走機器人以清潔機器人為例，若是要限制清潔機器人的移動範圍，需要在清潔機器人所處之工作環境的地面上放置止擋條做為邊界標記(Boundary Markers)，讓清潔機器人在工作邊界內之區域工作。或是在地面上放置紅外線裝置(如：Virtual Wall Lighthouse)，利用紅外線裝置發出的紅外線來限制清潔機器人的工作範圍。不論止擋條或紅外線裝置都是需要與清潔機器人搭配的外部裝置，在工作環境中，尤其是居家環境中，擺設此類的外部裝置，不僅佔用空間也不美觀，並且還需要花費購買止擋條或紅外線裝置，不符合經濟效益。

先前技術中已揭露了圖形式機器人工作空間配置系統與方法，該方法係利用掛在天花板上的投影機投射出指定工作區域之網格圖案，讓清潔機器人在網格圖案所顯示的範圍內執行任務。此種限制清潔機器人工作範圍的方式，雖然沒有在地面上的止擋條或紅外線裝置，但天花板上的投影機仍是需要與清潔機器人搭配使用的外部的裝置。

因此有必要提供一種新的自走機器人，不需使用任何外部裝置用來限定工作範圍，就能達到讓自走機器人在指定的區域內工作之目的。

本發明之主要目的係在提供一種不需與外部元件搭配，就能讓機器人在指定的範圍內工作之自走機器人以及定位方法。

為達成上述之目的，本發明之自走機器人及其定位方法，其中自走機器人可在一工作邊界所形成之一工作區域內執行指定任務，自走機器人包括：環境資訊感測元件、地圖建構模組、設定模組、路徑規劃模組以及驅動模組。環境資訊感測元件用以偵測自走機器人所處之工作環境資訊。地圖建構模組係與該環境資訊感測元件電性連接，用以依據工作環境資訊建構環境地圖。設定模組係與該地圖建構模組電性連接，用以在環境地圖上設定工作邊界。路徑規劃模組與設定模組電性連接，用以規劃自走機器人在工作邊界所形成之工作區域內之一工作路徑。驅動模組與路徑規劃模組電性連接，用以驅動自走機器人依該工作路徑移動。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

首先請參考圖1~圖4關於依據本發明之一實施例的自走機器人。其中圖1為依據本發明之一實施例的自走機器人之架構示意圖；圖2為依據本發明之一實施例的自走機器人之顯示介面與環境地圖之示意圖；圖3為依據本發明之一實施例的自走機器人之使用狀態示意圖；圖4為依據本發明之一實施例的自走機器人與外部的電子裝置通訊之示意圖。

本發明之自走機器人為一種可在指定區域內執行特定任務之移動裝置。在本發明之一實施例中，本發明之自走機器人為一清潔機器人，其係可在指定區域內執行清掃任務，但本發明不以此為限，本發明之自走機器人也可為執行其他任務之自走機器人，例如自動除草機或自動洗地機。

如圖1所示，依據本發明之一實施例，本發明之自走機器人1可在一工作邊界所形成之一工作區域內執行指定任務。自走機器人1包括環境資訊感測元件10、地圖建構模組20、設定模組30、路徑規劃模組40、驅動模組50、記憶單元60、顯示介面70以及通訊模組80。環境資訊感測元件10用以偵測自走機器人1所處之工作環境之工作環境資訊；地圖建構模組20係與環境資訊感測元件10電性連接，用以依據環境資訊感測元件10測得之工作環境資訊建構環境地圖。設定模組30係與地圖建構模組20電性連接，用以在環境地圖上設定工作邊界。路徑規劃模組40與設定模組30電性連接，用以規劃並控制自走機器人1在工作邊界所形成之工作區域內之工作路徑。驅動模組50與路徑規劃模組40電性連接，用以驅動該自走機器人1依該工作路徑移動。記憶單元60係與設定模組30電性連接，用以儲存環境地圖、工作邊界以及工作區域。顯示介面70係與該設定模組電性連接。通訊模組80係與設定模組30電性連接，用以透過外部通訊平台，讓自走機器人1與外部的電子裝置通訊。需注意的是，上述各個模組與裝置可為硬體裝置、軟體程式、韌體、電路迴路或其組合。

在本發明之一實施例中，環境資訊感測元件10在工作環境中所測得之工作環境資訊指的是工作環境中各物件與自走機器人1之距離與方位，藉此知道各物件在工作環境中的相對位置，以建立環境地圖。本發明之環境資訊感測元件10適用之元件有：紅外線感測器、超音波感測器、雷射感測器、或視覺辨識裝置，如：相機或攝影機等類似功能之元件。如圖2及圖3所示，地圖建構模組20將環境資訊感測元件10取得之工作環境資訊建構成環境地圖120，以顯示工作環境中各物件所在之位置。而本實施例之環境地圖120將顯示在顯示介面70上(如圖2所示)，且顯示介面70是設於自走機器人1上之螢幕。但本發明不以此為限，顯示介面70也可是外部電子裝置的顯示螢幕。

如圖2所示，由本實施例之環境地圖120可看出本發明之自走機器人1所在的工作環境為一室內空間，包括一客廳121以及一臥室122，而傢俱100、101、102、103、104、105分別設在客廳121或臥室122內，但本發明適用之空間不以室內為限，室外空間也適用。在環境地圖120建構完成後，使用者可利用一輸入裝置90在顯示介面70上，對環境地圖120指定工作邊界140，讓設定模組30將此工作邊界140所包圍之區域設定為工作區域Z1，在此需注意的是，工作區域Z1為一虛擬邊界，在工作環境中並不存在。使用者若點選顯示介面70上的儲存按鈕71即可將環境地圖120(包括客廳121與臥室122)、工作邊界140以及工作區域Z1都儲存於記憶單元60內。以後使用者只需要點選地圖按鈕72中的地圖清單721就可指定已儲存的工作區域(客廳121、臥室122或工作區域Z1)，或是重新圈選新的工作邊界。在此需注意的是，本發明之自走機器人1的工作區域不限於使用者在顯示介面70上手動圈選之虛擬邊界所形成之範圍。自走機器人1的工作區域也可以是實體的空間，以本實施例(圖2)為例，自走機器人1的工作區域也可以直接就是客廳121或臥室122，並且使用者使用之輸入裝置90為一觸控筆，但本發明不以此為限，輸入裝置也可以是滑鼠或鍵盤等輸入裝置。

在本實施例中，被指定的工作區域是工作邊界140所包圍而成之工作區域Z1，此時自走機器人1之路徑規劃模組40將依照工作區域Z1所涵蓋的面積來規劃自走機器人1在工作區域Z1內的工作路徑150。如圖3所示，本實施例之路徑規劃模組40所規劃之工作路徑150為常見的牛耕步(Boustrophedon)，讓自走機器人1在工作區域Z1內來回移動直到指定任務完成為止，但本發明不以此為限，工作路徑150僅是舉例說明，其他的路徑規劃方式也適用於本發明。自走機器人1之在工作區域Z1內之工作路徑150規劃完成後，自走機器人1係利用驅動模組50在工作區域Z1內依據工作路徑150移動。依據本發明之一實施例，自走機器人1會在工作區域Z1內依照工作路徑150執行清掃任務直到工作區域Z1的區域都被清掃過為止。在本發明之一實施例中，驅動模組50包括一對滾輪，以滾動的方式驅使自走機器人1移動，而滾輪驅動只是本發明之自走機器人1的一種實施態樣，本發明並不以此為限。此外，本發明之自走機器人1係利用一同時定位與建構地圖技術(Simultaneous localization and mapping，SLAM)控制本發明之自走機器人1的移動方向與位置。再者，當自走機器人1依工作路徑150移動時，環境資訊感測元件10會偵測之即時工作環境資訊以確保自走機器人1在工作區域Z1移動時能避開工作邊界140或其他實體障礙物(如：傢俱)，讓自走機器人1在執行任務執時不會超出工作邊界140(如圖3所示)。在自走機器人1依工作路徑150移動的同時，地圖建構模組20係依環境資訊感測元件10測得之該即時工作環境資訊動態更新該環境地圖120，以增加環境地圖120的正確性。藉由上述結構，本發明之自走機器人1不需使用外部的止擋條來設定工作邊界或利用紅外線裝置來限制自走機器人1的工作區域。在此需注意的是，SLAM為學術界與相關產業界發展已久之技術，因此關於SLAM的詳細運作原理與方式將不在此贅述。

如前述，顯示介面70不侷限於設在自走機器人1本身的螢幕上，顯示介面70也可是外部電子裝置130或電子裝置130a的顯示螢幕。如圖4所示，自走機器人1可透過通訊模組80經由通訊平台110將環境地圖120傳到外部電子裝置130或電子裝置130a的顯示螢幕上，使用者可以利用電子裝置130或電子裝置130a的顯示螢幕來圈選並設定自走機器人1的工作邊界。並且，透過通訊模組80的設計，本發明之自走機器人1亦可接受遠端遙控，讓使用者可利用外部電子裝置130或電子裝置130a透過通訊平台110來指定自走機器人1的工作區域或控制自走機器人1。在此需注意的是，本發明之一實施例之通訊平台110為網際網路，電子裝置130為個人數位助理，電子裝置130a為個人電腦，但本發明不以此為限，任何設有螢幕之電子裝置皆適用。

請參考圖5，圖5為本發明之定位方法之步驟流程圖。本發明之定位方法適用於一自走機器人1，使得自走機器人1可在工作邊界所形成之工作區域內執行指定任務。以下為說明方便，請一併參考圖1~圖4之實施例，在此實施中自走機器人1為一清潔機器人，可在工作邊界140所形成之工作區域Z1內執行清掃任務，需注意的是本發明之定位方法不以適用於上述圖式所示者為限。本發明之定位方法包括下列步驟：

步驟S1：判斷自走機器人1是否儲存有環境地圖120。

若記憶單元60儲存有環境地圖120，執行步驟S2。

若記憶單元60沒有環境地圖120，執行步驟S11。

本發明之自走機器人1若是在同一環境中被使用過(執行過任務)，記憶單元60會存有相對應的環境地圖120供使用者可點選(如圖2所示)。

步驟S2：提供一顯示介面70，以顯示環境地圖120。

環境地圖120會顯示在顯示介面70上，而顯示介面70可設於自走機器人1上，或顯示在外部電子裝置130或13a的顯示螢幕上。若是利用外部電子裝置130或13a的顯示螢幕顯示，則需透過通訊平台110讓外部電子裝置130或13a與自走機器人1通訊(如圖4所示)。

步驟S3：接受在環境地圖120上設定工作邊界140。

如圖2所示，使用者在環境地圖120上圈選工作邊界140。此時設定模組30會將該工作邊界140所包圍之區域設定為工作區域Z1。

步驟S4：規劃自走機器人1在工作邊界140所形成之工作區域Z1內之一工作路徑150。

如圖3所示，路徑規劃模組40將依照工作區域Z1的覆蓋面積來規劃自走機器人1在工作區域Z1內的工作路徑150。本實施例所使用之規劃方法為牛耕步(Boustrophedon)，讓自走機器人1在工作區域Z1內來回移動直到指定任務完成為止，但本發明不以此為限，任何其他之路徑規劃方法皆適用。

步驟S5：依據工作路徑150而驅動自走機器人1並動態更新該環境地圖120。

如圖5所示，自走機器人1可透過驅動模組50驅動自走機器人1在工作區域Z1依照工作路徑150移動，以執行指定任務。並且由於係利用一同時定位與建構地圖技術(Simultaneous localization and mapping，SLAM)控制本發明之自走機器人1的移動方向與位置，在自走機器人1依工作路徑150移動的同時，地圖建構模組20係依環境資訊感測元件10測得之即時工作環境資訊動態更新該環境地圖120，以增加環境地圖120的正確性。

步驟S11：透過環境資訊感測元件10偵測自走機器人1所處之一工作環境資訊。

若是第一次使用本發明之自走機器人1或是本發明之自走機器人1第一次在某一工作環境內使用，記憶單元60沒有儲存相對應的環境地圖120時，必須讓自走機器人1取得環境地圖120以利後續作業。取得環境地圖120的方式係透過環境資訊感測元件10並利用SLAM技術測得工作環境資訊(工作環境中各物件與自走機器人1之距離與方位)。

步驟S12：依據該工作環境資訊建構一環境地圖120。

處理模組20利用環境資訊感測元件10取得之工作環境資訊來建構環境地圖120。當環境地圖120建構完成後，執行步驟S2~步驟S5，此為重複步驟，將不再贅述，請參考步驟S2~步驟S5的相關段落。

此處需注意的是，本發明之定位方法並不以上述之步驟次序為限，只要能達成本發明之目的，上述之步驟次序亦可加以改變。需注意的是，上述僅為實施例，而非限制於實施例。譬如不脫離本發明基本架構者，皆應為本專利所主張之權利範圍，而應以專利申請範圍為準。

1．．．自走機器人

10．．．環境資訊感測元件

30．．．設定模組

20．．．地圖建構模組

60．．．記憶單元

40．．．路徑規劃模組

80．．．通訊模組

50．．．驅動模組

90．．．輸入裝置

70．．．顯示介面

120．．．環境地圖

140．．．工作邊界

130、130a．．．電子裝置

Z1．．．工作區域

110．．．通訊平台

150．．．工作路徑

121．．．客廳

122．．．臥室

71．．．儲存按鈕

72．．．地圖按鈕

721．．．地圖清單

S1、S2、S3、S4、S5、S11、S12．．．步驟

100、101、102、103、104、105．．．傢俱

圖1係本發明之一實施例之自走機器人之架構示意圖。

圖2係本發明之一實施例之自走機器人之顯示介面與環境地圖之示意圖。

圖3係本發明之一實施例的自走機器人之使用狀態示意圖。

圖4係本發明之一實施例的自走機器人與外部的電子裝置通訊之示意圖。

圖5係本發明之定位方法之步驟流程圖。

S1、S2、S3、S4、S5、S11、S12．．．步驟

Claims

一種自走機器人，其可在一工作邊界所形成之一工作區域內執行指定任務，該自走機器人包括：一環境資訊感測元件，用以偵測該自走機器人所處之一工作環境資訊；一地圖建構模組，其係與該環境資訊感測元件電性連接，用以依據該工作環境資訊建構一環境地圖；一設定模組，其係與該地圖建構模組電性連接，用以在該環境地圖上設定該工作邊界；一路徑規劃模組，其係與該設定模組電性連接，用以規劃該自走機器人在該工作邊界所形成之該工作區域內之一工作路徑；以及一驅動模組，其係與該路徑規劃模組電性連接，用以驅動該自走機器人依該工作路徑移動。
如申請專利範圍第1項所述之自走機器人，包括一記憶單元，其係與該設定模組電性連接，用以儲存該環境地圖、該工作邊界以及該工作區域。
如申請專利範圍第2項所述之自走機器人，包括一顯示介面，其係與該設定模組電性連接，用以顯示該環境地圖。
如申請專利範圍第3項所述之自走機器人，包括一通訊模組，其係與該設定模組電性連接，用以透過一外部的通訊平台，而與一外部的電子裝置通訊。
如申請專利範圍第4項所述之自走機器人，其中該工作路徑為牛耕步(Boustrophedon)。
如申請專利範圍第1至5項任一項所述之自走機器人，其中該環境資訊感測元件為一紅外線感測器、一超音波感測器、一雷射感測器、一相機、或一攝影機。
如申請專利範圍第6項所述之自走機器人，其中當該自走機器人依該工作路徑移動時，該地圖建構模組係依該環境資訊感測元件所測得之一即時工作環境資訊動態更新該環境地圖。
一種定位方法，其係適用於一自走機器人，使得該自走機器人可在一工作邊界所形成之一工作區域內執行指定任務，該定位方法包括下列步驟：判斷該自走機器人是否儲存有一環境地圖；提供一顯示介面，以顯示該環境地圖；在該環境地圖上設定該工作邊界；規劃該自走機器人在該工作邊界所形成之該工作區域內之一工作路徑；以及依據該工作路徑驅動該自走機器人並動態更新該環境地圖。
如申請專利範圍第8項所述之定位方法，其中若該自走機器人沒有儲存該環境地圖，則執行下列步驟：透過一環境資訊感測元件偵測該自走機器人所處之一工作環境資訊；以及依據該工作環境資訊建構一環境地圖。
如申請專利範圍第8或9項所述之定位方法，其中該環境地圖係利用同時定位與建構地圖(SLAM)技術所建構。
一種清潔機器人，用以在一工作邊界所形成之一工作區域內執行清潔任務，該清潔機器人包括：一環境資訊感測元件，用以偵測該自走機器人所處之一工作環境資訊；一地圖建構模組，用以依據該工作環境資訊建構一環境地圖；一設定模組，其係與該地圖建構模組電性連接，用以在該環境地圖上設定該工作邊界；一路徑規劃模組，其係與該設定模組電性連接，用以規劃該自走機器人在該工作邊界所形成之該工作區域內之一工作路徑；一驅動模組，其係與該路徑規劃模組電性連接，用以驅動該自走機器人依該工作路徑移動；一記憶單元，用以儲存該環境地圖、該工作邊界以及該工作區域；一顯示介面，其係與該設定模組電性連接，用以顯示該環境地圖；以及一通訊模組，其係與該設定模組電性連接，用以透過一外部的通訊平台，而與一外部的電子裝置通訊。