TWI891125B - 具有氣幕屏障之感測器裝置以及一包含有具有氣幕屏障之感測器裝置的自走載具 - Google Patents

Abstract

一種具有氣幕屏障之感測器裝置，包含：第一座體，其第一頂部之環形凸緣之內側壁與第一頂部形成一凹部，內側壁與第一頂部間具有一大於90度且小於135度之第一夾角；第二座體，其第二頂部與第二底部間具有一環形外側壁，其為向下內縮之斜面，第二座體設置於凹部，第二底部與第一頂部間具有第一間隙，外側壁與內側壁間具有第二間隙；感測器，設置於第二頂部；氣流產生組件，其產生的氣流通過第一頂部與第一底部間的貫穿部進入第一間隙後由第二間隙流出形成氣幕屏障圍繞感測器。本發明同時提出一種包含有具有氣幕屏障之感測器裝置的自走載具。

Description

具有氣幕屏障之感測器裝置以及一包含有具有氣幕屏障之感測器裝置的自走載具

本揭露涉及加工技術領域，尤指一種具有氣幕屏障之感測器裝置以及一包含有具有氣幕屏障之感測器裝置的自走載具。

感測器泛指能將收集到的資訊轉換成設備能處理的訊號的組件或裝置。依待感測物件的物理性質不同，感測器包括距離感測器、角度感測器、溫度感測器、壓力感測器等等，由使用者依實際所需而選用。例如，近年來被廣泛應用於各種領域的光達(LiDAR，Light Detection And Ranging)，可作為距離與深度的量測。

為確保感測精確性，感測器與待感測物件之間必須保持不受外在物件影響。例如距離量測，感測器發出感測光照射物件，再藉由反射光來測量物件的距離。若是感測器的出光面遭受汙染，則會嚴重影響感測準確性。

以實際應用面而言，例如農藥噴灑作業，目前有許多業者採用自走載具(例如行走機器人)承載農藥噴灑取代人工。該類自走載具設有可感測距離的感測器，經程式設定路徑後，該類自走載具可沿著設定的路徑移動，並將所承載的農藥噴灑於植物，如此可避免人員遭受農藥汙染。

然而於農藥噴灑過程中，農藥會自由落下或隨風飛散而沾附在感測器上，因而影響感測與自走載具的行進。

為保護感測器不受髒汙，一般習知的解決方式是在感測器外加上透明材質的保護罩。

保護罩雖然可保護感測器不會直接遭受農藥汙染，然而農藥落於保護罩上，仍間接造成感測遮蔽問題，需要頻繁對保護罩進行擦拭或清潔才能維持正常運作。此外，保護罩長時間受到農藥侵蝕，會導致保護罩材質劣化，因而也必須更換保護罩。

據此，如何發展出一種「具有氣幕屏障之感測器裝置以及一包含有具有氣幕屏障之感測器裝置的自走載具」，能確實保護感測器不受髒汙且自走載具正常運行，是相關技術領域人士亟待解決之課題。

於一實施例中，本揭露提出一種具有氣幕屏障之感測器裝置，其包含：一第一座體，其具有相對之一第一頂部與一第一底部，於第一頂部之週緣具有一環形之凸緣，凸緣之內側壁與第一頂部形成一凹部，內側壁為斜面，其傾斜方向係由第一頂部向上延伸且外擴，內側壁與第一頂部之間 具有一第一夾角，第一夾角大於90度且小於135度，第一底部與第一頂部之間設有貫穿部相互連通；一第二座體，其具有相對之一第二頂部與一第二底部，於第二頂部與第二底部之間具有一環形之外側壁，外側壁為斜面，其傾斜方向係由第二頂部向下延伸且內縮；第二座體設置於第一座體之凹部內，第二底部與第一頂部之間具有一第一間隙，外側壁與內側壁之間具有一環形之第二間隙，第一間隙、第二間隙與貫穿部相互連通；一感測器，設置於第二頂部，感測器之感測面位於感測器之側面；一氣流產生組件，設置於第一底部，氣流產生組件產生氣流之面朝向貫穿部；以及一驅動組件，驅動氣流產生組件產生氣流及驅動感測器進行感測；氣流通過貫穿部進入第一間隙後由第二間隙流出形成一氣幕屏障圍繞感測器。

於一實施例中，本揭露提出一種包含有具有氣幕屏障之感測器裝置的自走載具，其包含：一自走載具，可被驅動依設定路徑移動；以及一具有氣幕屏障之感測器裝置，設置於自走載具上，具有氣幕屏障之感測器裝置包括：一第一座體，其具有相對之一第一頂部與一第一底部，於第一頂部之週緣具有一環形之凸緣，凸緣之內側壁與第一頂部形成一凹部，內側壁為斜面，其傾斜方向係由第一頂部向上延伸且外擴，內側壁與第一頂 部之間具有一第一夾角，第一夾角大於90度且小於135度，第一底部與第一頂部之間設有貫穿部相互連通；一第二座體，其具有相對之一第二頂部與一第二底部，於第二頂部與第二底部之間具有一環形之外側壁，外側壁為斜面，其傾斜方向係由第二頂部向下延伸且內縮；第二座體設置於第一座體之凹部內，第二底部與第一頂部之間具有一第一間隙，外側壁與內側壁之間具有一環形之第二間隙，第一間隙、第二間隙與貫穿部相互連通；一感測器，設置於第二頂部，感測器之感測面位於感測器之側面；一氣流產生組件，設置於第一底部，氣流產生組件產生氣流之面朝向貫穿部；以及一驅動組件，驅動氣流產生組件產生氣流及驅動感測器進行感測；氣流通過貫穿部進入第一間隙後由第二間隙流出形成一氣幕屏障圍繞感測器。

100:具有氣幕屏障之感測器裝置

10:第一座體

11:第一頂部

12:第一底部

13:凸緣

131:內側壁

14:凹部

15:貫穿部

20:第二座體

21:第二頂部

22:第二底部

23:外側壁

30:感測器

31:感測面

40:氣流產生組件

41:產生氣流之面

200:自走載具

202:噴灑器具

204:液體

AF:氣流

CUR:氣幕屏障

DR:感測範圍

G1:第一間隙

G2:第二間隙

H13,H21,H31:水平高度

θ1:第一夾角

圖1為本揭露之具有氣幕屏障之感測器裝置之一實施例之立體結構示意圖。

圖2為圖1實施例之分解結構示意圖。

圖3為圖1之A-A剖面結構示意圖。

圖4為圖3之分解剖面結構示意圖。

圖5為圖3之B範圍之放大結構示意圖。

圖6至圖8為圖1實施例形成氣幕屏障與感測器進行感測之示意圖。

圖9為本揭露之包含有具有氣幕屏障之感測器裝置的自走載具之一實施例之結構示意圖。

圖10A及圖10B為本揭露進行氣幕屏障模擬測試之管狀流線射向圖。

圖11A及圖11B為本揭露進行氣幕屏障模擬測試之粒子動態模擬圖。

請參閱圖1與圖2所示，本揭露之具有氣幕屏障之感測器裝置100，其包含一第一座體10、一第二座體20、一感測器30及一氣流產生組件40。

請參閱圖2至圖5所示，第一座體10具有相對之一第一頂部11與一第一底部12(如圖3~5所示)。於第一頂部11之週緣具有一環形之凸緣13，凸緣13之內側壁131與第一頂部11形成一凹部14。

內側壁131為斜面，內側壁131的傾斜方向係由第一頂部11向上延伸且外擴。內側壁131與第一頂部11之間具有一第一夾角θ1，第一夾角θ1(如圖4所示)大於90度且小於135度。

第一底部12與第一頂部11之間設有貫穿部15相互連通。圖2所示貫穿部15為對稱設置的複數孔洞，然其形狀與數量不限於圖2所示，可依實際所需設計，能使第一底部12與第一頂部11相互貫穿連通即可。

請參閱圖2至圖5所示，第二座體20具有相對之一第二頂部21與一第二底部22。於第二頂部21與第二底部22之間具有一環形之外側壁23。外側壁23為斜面，其傾斜方向係由第二頂部21向下延伸且內縮。

請參閱圖5所示，第二座體20設置於第一座體10之凹部14內，第一座體10與第二座體20之間可以螺栓或卡鉤或任意適當的方式或機構相互連結。第二底部22與第一頂部11之間具有一第一間隙G1，外側壁23與內側壁131之間具有一第二間隙G2。第一間隙G1大於第二間隙G2。第一間隙G1、第二間隙G2與貫穿部15相互連通。

如圖2所示，於本實施例中，第一座體10與第二座體20皆呈圓形，因此第一頂部11為圓形平面，凹部14為向上且外擴的圓錐形，第二座體20的外側壁23與第二底部22則形成一向下且內縮的圓錐形。亦即，將第二座體20設置於第一座體10之凹部14內時，第一間隙G1與第二間隙G2皆呈圓環形，圖5僅顯示出部分剖面結構。

再者，圖5顯示第二底部22與第一頂部11平行，因此第一間隙G1是一環形且寬度均勻的圓環；此外，第二座體20之外側壁23與第一座體10之內側壁131相互平行，因此第二間隙G2是一環形且寬度均勻的圓環。

必須說明的是，第一間隙G1與第二間隙G2不一定必須為環形且寬度均勻的圓環，第一間隙G1也不一定大於第二間隙G2。本揭露之特點在於環形凸緣13的內側壁131與第一頂部11之間的第一夾角θ1(如圖4所示)大於90度且小於135度，所形成的第二間隙G2為環形。

請參閱圖3、4及圖6所示，感測器30設置於第二座體20的第二頂部21，感測器30與第二座體20之間可以螺栓或卡鉤或任意適當的方式或機構相互連結。感測器30具有一感測範圍DR。感測器30之感測面31位於感測器30之側面且其水平高度H31高於第二頂面21的水平高 度H21以及凸緣13頂部的水平高度H13，於本實施例中，水平高度H13、H21等高。

感測器30的種類不限，依需要感測的物件而定，例如可為光學感測器，包括光達。

請參閱圖3、4及圖6所示，氣流產生組件40設置於第一座體10之第一底部12，氣流產生組件40與第一座體10之間可以螺栓或卡鉤或任意適當的方式或機構相互連結。氣流產生組件40產生氣流之面41朝向貫穿部15。氣流產生組件40的種類不限，具有可產生氣流的作用即可，例如圖2所示為風扇，且數量不限於圖示一個。

感測器30與氣流產生組件40皆藉由一驅動組件(圖中未示出)驅動。驅動組件的態樣不限，例如可為程式或軟體，可無線或有線與感測器與氣流產生組件電性連接，藉此驅動氣流產生組件40產生氣流，以及驅動感測器30進行感測。

請參閱圖6至圖8所示，氣流產生組件40經驅動後可產生氣流AF。氣流AF通過貫穿部15進入第一間隙G1後由第二間隙G2流出並形成氣幕屏障CUR。

由於內側壁131與第一頂部11之間具有一大於90度且小於135度的第一夾角θ1(如圖4所示)，且第二間隙G2為圓環形，因此會形成一向上擴大之圓錐型氣幕屏障CUR圍繞於感測器30的外圍，如圖8所示。

至於第一座體10與第二座體20的尺寸可依感測器30的感測範圍DR而定。以圖7而言，第一座體10及第二座體20的外徑大小不致與感測範圍DR相互干涉即可。

本揭露以氣體氣壓差流動之技術手段，達成在感測器周圍形成氣幕屏障之功效，單位時間內氣流流量相同，因截面積改變造成流速變化。以圖6為例，氣流AF依序通過貫穿部15、第一間隙G1、第二間隙G2，截面積逐漸縮小，因此氣流AF的速度會增大，當氣流AF由第二間隙G2高速噴出時可形成氣幕屏障CUR以保護感測器30不受例如有機溶劑或微小粒子等外物的干擾及附著，且氣幕屏障CUR不致對感測器30造成遮蔽或妨礙感測器30的感測。

請參閱圖9所示，本揭露揭露之包含有具有氣幕屏障之感測器裝置100的自走載具200。自走載具200可由驅動組件(圖中未示出)驅動依設定路徑移動，例如，可與驅動圖5或圖6所示感測器30與氣流產生組件40的驅動組件整合為一體，或為獨立的另一驅動組件，具有可驅動自走載具200的程式或軟體。

於自走載具200上設有具有氣幕屏障之感測器裝置100及噴灑器具202，噴灑器具202用以噴灑液體204，該液體204例如可為有機溶劑、水。

自走載具200承載感測器裝置100及噴灑器具202移動，由感測器30感測物件(圖中未示出)距離並由噴灑器具202對物件噴灑液體204。

藉由氣幕屏障CUR對感測器30形成屏蔽，可避免感測器30因遭受液體204沾染而造成感測器30誤判。此外，氣幕屏障CUR與感測範圍DR雖有重疊但不會影響感測器30的感測資訊，將於以下的模擬驗證說明。

請參閱圖10A及圖10B為本揭露進行氣幕屏障模擬測試之管狀流線射向圖。其中，圖10A為本揭露之具有氣幕屏障之感測器裝置的正視圖，圖10B為本揭露之具有氣幕屏障之感測器裝置的側視圖。圖10A及圖10B中的條狀物皆代表氣幕屏障的流動路徑。

請參閱圖11A及圖11B為本揭露進行氣幕屏障模擬測試之粒子動態模擬圖。其中，圖11A為本揭露之具有氣幕屏障之感測器裝置的正視圖，圖1B為本揭露之具有氣幕屏障之感測器裝置的側視圖。圖11A及圖11B中的點狀物皆代表氣幕屏障的粒子動態分布路徑。

圖10A及圖10B、圖11A及圖11B顯示本揭露確實可於感測器周圍形成氣幕屏障圍繞感測器。

綜上所述，本揭露提供之具有氣幕屏障之感測器裝置以及一包含有具有氣幕屏障之感測器裝置的自走載具，其中，由氣流產生組件所產生的氣流經由第二座體與第一座體之間所形成的微小間隙內流動，可產生錐形之氣幕屏障環繞感測器周圍，達到隔絕感測器與外部汙染物隔絕之功效，也不影響感測器的感測資訊。

雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本揭露的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100:具有氣幕屏障之感測器裝置 10:第一座體 20:第二座體 30:感測器 40:氣流產生組件

Claims (10)

1. 一種具有氣幕屏障之感測器裝置，其包含： 一第一座體，其具有相對之一第一頂部與一第一底部，於該第一頂部之週緣具有一環形之凸緣，該凸緣之內側壁與該第一頂部形成一凹部，該內側壁為斜面，其傾斜方向係由該第一頂部向上延伸且外擴，該內側壁與該第一頂部之間具有一第一夾角，該第一夾角大於90度且小於135度，該第一底部與該第一頂部之間設有貫穿部相互連通； 一第二座體，其具有相對之一第二頂部與一第二底部，於該第二頂部與該第二底部之間具有一環形之外側壁，該外側壁為斜面，其傾斜方向係由該第二頂部向下延伸且內縮；該第二座體設置於該第一座體之該凹部內，該第二底部與該第一頂部之間具有一第一間隙，該外側壁與該內側壁之間具有一環形之第二間隙，該第一間隙、該第二間隙與該貫穿部相互連通； 一感測器，設置於該第二頂部，該感測器之感測面位於該感測器之側面； 一氣流產生組件，設置於該第一底部，該氣流產生組件產生氣流之面朝向該貫穿部；以及 一驅動組件，驅動該氣流產生組件產生氣流及驅動該感測器進行感測；該氣流通過該貫穿部進入該第一間隙後由該第二間隙流出形成一氣幕屏障圍繞該感測器。
2. 如請求項1之具有氣幕屏障之感測器裝置，其中該第一座體之該內側壁與該第二座體之該外側壁相互平行。
3. 如請求項1之具有氣幕屏障之感測器裝置，其中該第一座體之該第一頂部與該第二座體之該第二底部相互平行。
4. 如請求項1之具有氣幕屏障之感測器裝置，其中該感測器之該感測面的水平高度高於該第二頂面的水平高度以及該凸緣之頂部的水平高度。
5. 如請求項1之具有氣幕屏障之感測器裝置，其中該第一間隙大於該第二間隙。
6. 一種包含有具有氣幕屏障之感測器裝置的自走載具，其包含： 一自走載具，可被驅動依設定路徑移動；以及 一具有氣幕屏障之感測器裝置，設置於該自走載具上，該具有氣幕屏障之感測器裝置包括： 一第一座體，其具有相對之一第一頂部與一第一底部，於該第一頂部之週緣具有一環形之凸緣，該凸緣之內側壁與該第一頂部形成一凹部，該內側壁為斜面，其傾斜方向係由該第一頂部向上延伸且外擴，該內側壁與該第一頂部之間具有一第一夾角，第一夾角大於90度且小於135度，該第一底部與該第一頂部之間設有貫穿部相互連通； 一第二座體，其具有相對之一第二頂部與一第二底部，於該第二頂部與該第二底部之間具有一環形之外側壁，該外側壁為斜面，其傾斜方向係由該第二頂部向下延伸且內縮；該第二座體設置於該第一座體之該凹部內，該第二底部與該第一頂部之間具有一第一間隙，該外側壁與該內側壁之間具有一環形之第二間隙，該第一間隙、該第二間隙與該貫穿部相互連通； 一感測器，設置於該第二頂部，該感測器之感測面位於該感測器之側面； 一氣流產生組件，設置於該第一底部，該氣流產生組件產生氣流之面朝向該貫穿部；以及 一驅動組件，驅動該氣流產生組件產生氣流及驅動該感測器進行感測；該氣流通過該貫穿部進入該第一間隙後由該第二間隙流出形成一氣幕屏障圍繞該感測器。
7. 如請求項6之包含有具有氣幕屏障之感測器裝置的自走載具，其中該第一座體之該內側壁與該第二座體之該外側壁相互平行。
8. 如請求項6之包含有具有氣幕屏障之感測器裝置的自走載具，其中該第一座體之該第一頂部與該第二座體之該第二底部相互平行。
9. 如請求項6之包含有具有氣幕屏障之感測器裝置的自走載具，其中該感測器之該感測面的水平高度高於該第二頂面的水平高度以及該凸緣之頂部的水平高度。
10. 如請求項6之包含有具有氣幕屏障之感測器裝置的自走載具，其中該第一間隙大於該第二間隙。