专利名称：探索环境绘制三维空间地图的自走式测量设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种可自行回避障碍并记录其行经路径的自走设备，尤其涉及一种能 记录行经路径的高低起伏变化的3D路径的自走式测量设备。
背景技术：
目前无人搬运车及自走车，都是只按照一定的路径行进，并不具备进入未知环境 里探索路径的功能。就目前检索到的专利参考而言，如中国台湾专利申请案号90119807“无 人搬运车系统”、中国台湾专利申请案号9012M73“无人搬运车、其运行控制系统及方法、及 自走车”、中国台湾专利申请案号911(^688 “无人搬运车、无人搬运车系统以及芯片搬运方 法”、中国台湾专利申请案号911058M “控制可移动体的设备、方法及系统”、中国台湾专利 申请案号96105098“移动式机器人的自备视觉系统”及中国台湾专利申请案号96127799“移 动体的行走设备及其控制方法”等专利内容中，无一谈及其应用于探索未知环境中无障碍 路径的可能性。中国台湾专利申请案号94222768提出一种“具有检测障碍功能的自走装置”，利 用光线的反射检测其前方有无墙壁或楼梯口存在，以避免行进中发生撞墙或跌下楼梯的问 题。其特征在于设有一检测系统，包括一光发射器，一光接收器，以及一反射面，并令光发射 器沿预定角度发射定义出一照射区域。反射面以一预定角度朝向照射区域，令照射区域的 光线反射至反射面上形成一反射区域。前述的参考案，主要通过元件之间的反射关系及角度设计，使光接收器在光发射 器与地表距离在一定范围内时才收得到反射光，而当光发射器与地表的距离大于该范围时 则收不到该反射光，藉此排除因环境光害造成误判的影响。鉴于目前汽车保险杆上已经有 倒车雷达检测装置可用，足以替代该参考案的功能，且本案的发明重点并不在于发明另一 个检测障碍的装置，因此中国台湾专利申请案号94222768显然无助于本发明的自行回避 障碍并记录行经路径的自走设备的研发目的。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种探索环境绘制三维空间地图的自走式测量设备，在一 自走设备上配备一对马达驱动单元、一防撞测距单元、一重力角度感测单元、一信号处理/ 编码单元、一传输接口、一存储单元及一电池。自走设备行进时，通过防撞测距单元检测前 方及两侧有无障碍，并将检测所得的信号传给信号处理/编码单元。当防撞测距单元检测 到障碍，信号处理/编码单元使两马达驱动单元分别改变转速或转向以回避障碍。信号处 理/编码单元通过计算马达驱动单元的转速与转向获取自走设备的位移长度及转向化为 坐标信息，重力角度感测单元感测自走设备在位移路径上的每一点的水平倾角并传送给信 号处理/编码单元，藉以建立位移路径上的每一点的(X，Y，水平倾角)，从而算出3D路径每 一点的3D坐标值(X，Y，Z)，并将此坐标值编码透过传输接口对外发送。使用者可使用电脑 及信号接收单元透过传输接口接收、储存每一点的3D坐标，利用绘图软件加以显示。
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本发明实施例的自走设备不但可以自行回避探索空间里的障碍面，避开陷坑以朝 无障碍的路径前进，并且可以记录所行经的路径，建立3D的坐标数据送至电脑储存、编辑 或绘图显示。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进-构成对本发明的限定。在附图中
-步理解，构成本申请的一部分，并不
图；
图1为本发明的实施例的应用示意图2为本发明的可自行回避障碍并记录其行经路径的自走设备实施例构造示意
图3为本发明的实施例处于倾斜状态的示意图； 图4为本发明的实施例所建立的3D路径的示意图； 图5为本发明的实施例所建立的3D路径的坐标示意图； 图6为本发明的变化实施例示意图； 图7为本发明的变化实施例的应用示意图。 附图标号
1 探索环境绘制三维空间地图的自走式测量设备 10 左侧马达驱动单元 11 右侧马达驱动单元 12 防撞测距单元13 重力角度感测单元
14 信号处理/编码单元 15 传输接口
17电池 21 :3D路径 30 电脑 40 探索空间 42 陷坑
122 第二测距装置 Pi 移动点
16 存储单元 20 位移路径 22 基准坐标 31 信号接收单元 41 障碍面 121 第一测距装置 P0 出发点 Pi-!前一移动点
Δ S:路径取样长度
具体实施例方式为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施利，并配合 附图，作详细说明如下。如图1与图2所示，本发明的探索环境绘制三维空间地图的自走式测量设备1实 施例，是在一自走设备上配备一左侧马达驱动单元10、一右侧马达驱动单元11、一防撞测 距单元12、一重力角度感测单元13、一信号处理/编码单元14、一传输接口 15、存储单元16 及一电池17，利用电池17供应电能给上述元件。当探索环境绘制三维空间地图的自走式测 量设备1放入一探索空间40的入口，可令其自行前进和避开障碍面41，并记录其探索过程 的位移路径20于存储单元16或透过传输接口 15传送至电脑30，供其储存或利用电脑30 里的绘图软件绘出。
左侧马达驱动单元10与右侧马达驱动单元11可为步进马达或一利用脉宽调制 (PWM)直流马达，受来自信号处理/编码单元14的信号控制，分别驱动自走设备两侧的车 轮。防撞测距单元12可为一超音波防撞测距装置、一光反射式障碍检测装置或一倒 车雷达装置，可用以检测前方及两侧有无障碍并将所检测到的信号传给信号处理/编码单 元14 ；当防撞测距单元12检测到障碍，信号处理/编码单元14使左侧马达驱动单元10与 右侧马达驱动单元11分别改变转速或转向以回避障碍。信号处理/编码单元14通过计算马达驱动单元10与11的转速与转向获取自走 设备1的位移距离与转向并将之换算为坐标信息。重力角度感测单元13可为二轴或三轴微型加速规，用以感测自走设备1在位移路 径20上的每一点的水平倾角DZ并传送给信号处理/编码单元14，藉以建立位移路径20 上的每一点的OCi值，Yi值，前后水平倾角DJ )，从而算出3D路径21每一点的的坐标值 (X值，Y值，Z值)，并将此坐标值储存于存储单元16或编码透过传输接口 15送至电脑30。传输接口 15可为一 USB传输接口或IEEE 1394接口，透过USB缆线或使用者，可 用一电脑30透过一信号接收单元31接收、储存、编辑或利用绘图软件加以显示。较佳者， 传输接口 15可换为一无线信号传输装置将前述3D坐标值对外传送；电脑30可连接一信号 接收单元31接收来自无线信号传输装置的坐标值，解码后送至电脑30。请参考图3至图5所示，可将路径的起始点PciOCtl，Y0, DJ )透过系统初始化的程 序设为基准坐标22的原点。当探索空间40的地形起伏不一，探索环境绘制三维空间地图 的自走式测量设备1的纵向轴心在每一移动点Pi (X” Yi)与水平面会有一 DJ代表的水平 倾角，移动点Pi (Xi, Yi, DZ )与前一移动点Ph (XH，YH,Di-/ )相隔一路径取样长度Δ S， 则两点间的Z轴坐标值的差距ΔΖ为(AS) (sin Di^ )。而移动点Pi的Z轴坐标值则为前一移动点的Z轴坐标值与差距Δ Zi的和，即 移动点Pi的ζ轴坐标值Zi为=Zi = (Zi^1) + (AZi)0当路径取样长度AS趋近于无限小，可得出每一移动点Pi的3D坐标值(HZi) 而可得到一 3D路径21。如图6所示，为赋予本实施例避开障碍面41及陷坑42的功能，较佳者，防撞测距 单元12可包括一第一测距装置121及一第二测距装置122。第一测距装置121朝水平方 向检测障碍面41，第二测距装置122朝下检测陷坑42，并将信号传给信号处理/编码单元 14，藉以改变左侧马达驱动单元10与右侧马达驱动单元11的输出而回避障碍面41及陷坑 42，最后便得到如图7所示意的3D路径21。本发明与其他现有技术相比较时，至少具有下列优点1.本发明的自走设备不但可以自行回避探索空间里的障碍面，而且可以避开陷坑 以朝无障碍的路径前进，为传统自走车或自走设备所无的功能。2.本发明的自走设备不但可以记录所行经的路径，并且可以建立3D的坐标数据 送至电脑储存、编辑或绘图显示。以上详细说明为针对本发明的较佳实施例所提供的具体说明，但是，该实施例并 非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或更动，均应包 含于本发明的专利保护范围中。
权利要求
1.一种探索环境绘制三维空间地图的自走式测量设备，其特征在于，所述的自走式测 量设备包括一自走设备，配备一左侧马达驱动单元及一右侧马达驱动单元；一防撞测距单元，用以检测障碍面的存在；一重力角度感测单元，用以检测所述自走设备在一移动点上的水平倾角；一信号处理/编码单元，接收来自所述防撞测距单元及所述重力角度感测单元的信 号，控制所述左侧马达驱动单元及所述右侧马达驱动单元以回避障碍面，并计算所述移动 点的3D坐标值；一存储单元，用以储存所述3D坐标值；一传输接口，用以将所述3D坐标值向外传送；及一电池，提供操作所述探索环境绘制三维空间地图的自走式测量设备所需的电能。
2.如权利要求1所述的探索环境绘制三维空间地图的自走式测量设备，其特征在于， 所述的自走式测量设备还包括一电脑与之连线，藉以储存所述3D坐标值，利用绘图软件加 以显不。
3.如权利要求1所述的探索环境绘制三维空间地图的自走式测量设备，其特征在于， 所述传输接口为一 USB传输接口。
4.如权利要求1所述的探索环境绘制三维空间地图的自走式测量设备，其特征在于， 所述传输接口为一 IEEE 1394接口。
5.如权利要求1所述的探索环境绘制三维空间地图的自走式测量设备，其特征在于， 所述传输接口为一无线信号传输装置，用以将前述3D坐标值对外传送。
6.如权利要求5所述的探索环境绘制三维空间地图的自走式测量设备，其特征在于， 所述的自走式测量设备还包括一电脑及一信号接收单元，所述电脑通过所述信号接收单元 接收所述3D坐标值。
7.如权利要求1至6的任何一项所述的探索环境绘制三维空间地图的自走式测量设 备，其特征在于，所述左侧马达驱动单元及所述右侧马达驱动单元为受所述信号处理/编 码单元所控制的步进马达。
8.如权利要求1至6的任何一项所述的探索环境绘制三维空间地图的自走式测量设 备，其特征在于，所述左侧马达驱动单元及所述右侧马达驱动单元为受所述信号处理/编 码单元所控制的脉宽调制直流马达。
9.如权利要求1至6的任何一项所述的探索环境绘制三维空间地图的自走式测量设 备，其特征在于，所述防撞测距单元为一超音波防撞测距装置。
10.如权利要求1至6的任何一项所述的探索环境绘制三维空间地图的自走式测量设 备，其特征在于，所述防撞测距单元为一光反射式障碍检测装置。
11.如权利要求1至6的任何一项所述的探索环境绘制三维空间地图的自走式测量设 备，其特征在于，所述防撞测距单元为一雷达装置。
12.如权利要求1至6的任何一项所述的探索环境绘制三维空间地图的自走式测量设 备，其特征在于，所述防撞测距单元包括一第一测距装置，朝水平方向检测障碍面；及一第二测距装置，朝下检测陷坑。
全文摘要
本发明公开了一种探索环境绘制三维空间地图的自走式测量设备，在一自走设备上配备一对马达驱动单元、一防撞测距单元、一重力角度感测单元、一信号处理/编码单元、一传输接口、一存储单元及一电池。本发明实施例的自走设备不但可以自行回避探索空间里的障碍面，避开陷坑以朝无障碍的路径前进，并且可以记录所行经的路径，建立3D的坐标数据送至电脑储存、编辑或绘图显示。
文档编号G01S17/93GK102141622SQ20101010662
公开日2011年8月3日 申请日期2010年1月28日 优先权日2010年1月28日
发明者杨志雄 申请人:杨志雄