专利名称：避障与防掉落系统及其方法
技术领域：
本发明涉及的是一种避障与防掉落系统及其方法，特别涉及的是一种移动装置的避障与防掉落系统，其是利用设置在移动装置上的位移传感器发射及接收反射讯号，以判断为障碍物或高度落差，其利用至少一组传感器即可同时达到避障与防止掉落的功能，可大幅简化移动装置的设计及装置成本。
背景技术：
自走式移动装置(或俗称机器人)在一特定的工作区域运行过程中，其本身是依循预设的行进模式移动，若移动装置在行进过程中不慎碰撞到障碍物或掉落至高度落差而卡住，甚至由高处摔落，如此均容易造成移动装置的损伤而无法继续运行，因此对在一自走式移动装置而言，障碍物回避以及防止装置掉落为其必备的基本功能。
传统自走式移动装置对在障碍物回避以及防止装置掉落的感测功能，通常是由2组独立的感测组件分别执行各别功能，例如使用红外线、超音波或机械缓冲器等感测组件，其缺点在于，移动装置本身的设计较为复杂，而且需花费较高成本。
请参阅图1所示，是为美国专利早期公开第20040143930号“Obstacle sensingsystem for an autonomous cleaning apparatus”，该装置提供一种自走式清洁装置的障碍物侦测系统，其是利用底盘10前方一机械式的缓冲器(Bumper)11作为障碍物侦测的主要组件，当缓冲器11碰撞到障碍物后，即产生讯号告知系统；惟，这种接触式避障侦测效率通常较差，需直接接触碰撞后才能达到避障功能，且系统容易因长时间多次的撞击而损害。
再请参阅图2所示，美国专利第6594844号“Robot obstacle detection system”，其提供一种机器人障碍物侦测系统20，该系统20是利用多组兼具有红外线发射及光讯号接收功能的侦测器21、22作为主要侦测组件，其中，该侦测器21是设置在该机器人23前方，用以侦测前方障碍物或墙面，而该侦测器22设置在机器人23底部，则是提供防掉落侦测，通过此达到避障与防掉落目的；然而，由于该侦测器21、22的侦测方向固定，必须设置多组侦测器方能扩大侦测角度及方位，否则存在有侦测死角，如图示是分别设置三组侦测器21、22，因此使得架构较为复杂、所需成本相对较高。
发明内容
有鉴于现有技术的缺陷，本发明的主要目的在于，提出一种避障与防掉落系统及其方法，其是利用设置在移动装置上的位移传感器发射及接收反射讯号，以判断为障碍物或高度落差，其利用至少一组传感器即可同时达到避障与防止掉落的功能，可大幅简化移动装置的设计及装置成本。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案在于，提出一种避障与防掉落系统，其包含一本体；至少一驱动轮，是设置在该本体，用在支撑及移动该本体；至少一位移传感器，是设置在该本体，用以发射及接收讯号，其发射及接收讯号的路径是与该本体所设置的平面成一特定角度；一控制单元，可接收及处理该位移传感器的讯号，以判断行进方向是否有障碍物或高度落差，并输出一讯号以驱动该本体转向。
较佳地，该位移传感器可为光学传感器、声波传感器其中的一或其组合。
较佳地，该位移传感器所发射及接收讯号的路径与该本体所设置的平面所成的特定角度是大于0度而小于90度。
较佳地，其更包括一转动装置，用以驱动该位移传感器转动。
较佳地，该转动装置是可驱动该位移传感器在一定角度的范围内往复转动。
较佳地，该转动装置是可驱动该位移传感器作全圆周旋转或往复转动。
为达上述目的，本发明还提出一种避障与防掉落方法，其是在一可移动的本体上设置至少一位移传感器用以侦测该本体的行进路线，其包含-设定该位移传感器的发射及接收讯号的路径与该本体所设置的平面成一特定角度并初始化；-该位移传感器发送及接收讯号，并将所接收的讯号传送至一控制单元；-由该控制单元接收该接收讯号并运算判断指令输出。
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
图1是现有一种自走式清洁装置的障碍物侦测系统的结构示意图；图2是现有一种机器人障碍物侦测系统的结构示意图；图3A是本发明较佳实施例的结构示意图；图3B是图3A所示实施例的右侧视图；图3C是图3B所示实施例的俯视图；图4是显示本发明实施在障碍物的状态示意图；图5是显示本发明实施在高度落差的状态示意图；图6是本发明的方法步骤流程图。
附图标记说明30-避障与防掉落系统；31-本体；32-驱动轮；33-位移传感器；331-讯号发射装置；332-讯号接收装置；34-控制单元；35-转动装置；40-平面；41-凹陷处；A-前进方向；Sp-讯号路径；SR、SR1、SR2-反射讯号；Sw-工作讯号；θ、θ1-角度。
具体实施例方式
以下将参照随附的图式来描述本发明为达成目的所使用的技术手段与功效。请参阅图3A至图3C所示较佳实施例，本发明提供的避障与防掉落系统30，其具有一本体31，在该本体31底部设有至少一驱动轮32，可用在支撑及移动该本体31，在该本体31上设有一位移传感器33，该位移传感器33可为光学传感器、声波传感器其中之一或其组合，其包括一讯号发射装置331以及一讯号接收装置332，该讯号发射装置331是用以发射讯号，该讯号接收装置332是用以接收反射讯号SR，该讯号发射装置331及讯号接收装置332的讯号路径Sp均与该本体31所设置的平面40成一特定角度θ，且该特定角度θ是大于0度而小于90度，至在该讯号发射装置331及讯号接收装置332发出或接收讯号的动作，均可由一控制单元34控制，该控制单元34并可接收及处理该讯号接收装置332所接收的接收讯号。
再如图3B及图3C所示，该位移传感器33设置在一转动装置35上，通过该转动装置35可驱动该位移传感器33在一定角度θ1的范围内旋转以进行扫描侦测，当然，该转动装置35亦可作全圆周旋转，以同步驱动该位移传感器33作全圆周旋转或往复转动，如此，可扩大该位移传感器33的侦测范围，不限在该本体31的前进方向A；至在该转动装置35，可通过齿轮、皮带或链条等构件达到可转动的目的，其结构是为熟知该类技艺人士容易达成的现有技术，在此不予赘述。
请参阅图3A，预设图3A所示状态为初始状态，其具有一工作讯号Sw，将该工作讯号Sw预设为正常状态的反射讯号SR＝Sw，并将该工作讯号Sw储存在该控制单元34内；再如图4所示，在平面40上具有一障碍物50，当本体31移动至该障碍物50前，因该障碍物50的阻挡，导致反射讯号SR1减弱，该位移传感器33接收该反射讯号SR1并将其传送至该控制单元34，该控制单元34可将该反射讯号SR1与初始的工作讯号Sw进行比较，由于该反射讯号SR1小于工作讯号Sw，该控制单元34可判断得知前方具有障碍物50，因此进行避障算法运算，并可输出指令驱动该本体31转向或停止；再如图5所示，在该本体31前进方向A的前方具有一高度较平面40低的凹陷处41，当本体31移动至该凹陷处41前，会导致反射讯号SR2提高，该位移传感器33接收该反射讯号SR2并将其传送至该控制单元34，该控制单元34可将该反射讯号SR2与初始的工作讯号Sw进行比较，由于该反射讯号SR2大于工作讯号Sw，该控制单元34可判断得知前方具有凹陷处41，因此进行防掉落演算算法运算，并可输出指令驱动该本体31转向或停止。
请同时参阅图3A及图6，综上所述，可归纳本发明所提供的避障与防掉落方法40，其包括下列步骤步骤41位移传感器初始化，设定该位移传感器33的发射及接收讯号的路径与该本体31所设置的平面40成一特定角度并初始化；步骤42位移传感器发送与接收讯号，完成步骤41初始化的步骤后，可得一初始工作讯号Sw，该而后控制该位移传感器33开始发送及接收讯号，并将接收讯号SR传送至控制单元34；步骤43是由控制单元34进行运算判断并将指令输出，其包括一避障判断431以及一防掉落判断432，若符合接收讯号SR小于工作讯号Sw(4311)时，则进行避障算法4312，至状况排除后即回复至步骤42，若不符合接收讯号SR小于工作讯号Sw(4311)，则进行防掉落判断432，若符合接收讯号SR大于工作讯号Sw(4321)时，则进行防掉落算法4322，至状况排除后即回复至步骤42，若不符合接收讯号SR大于工作讯号Sw(4321)，则回到步骤42，由该位移传感器33继续发送及接收讯号，并将接收讯号SR传送至控制单元34；关在前述状况排除，是指由控制单元34将运算判断指令输出，以驱动本体31转向或停止，其是可被包含在算法的过程中，因此图6未显示；再者，在本实施例中，是先执行该避障判断431，而后再执行该防掉落判断432，然两者顺序可对调，并不限在图标顺序。
必须强调说明的是，本发明利用电压讯号的变化判断障碍物或高度落差，与传统红外线开关侦测(亦即图2所示实施例)的方式不同，只要利用一组传感器即可同时达到避障及防掉落侦测，不仅系统架构简单且成本较低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种避障与防掉落系统，其特征在于，其包含一本体；至少一驱动轮，是设置在该本体，用于支撑及移动该本体；至少一位移传感器，是设置在该本体，用以发射及接收讯号，其发射及接收讯号的路径是与该本体所设置的平面成一特定角度；一控制单元，是设置在该本体，接收及处理该位移传感器的讯号，以判断行进方向是否有障碍物或高度落差，并输出一讯号以驱动该本体转向。
2.如权利要求1所述的避障与防掉落系统，其特征在于，该位移传感器可为光学传感器、声波传感器其中之一或其组合。
3.如权利要求1所述的避障与防掉落系统，其特征在于，该位移传感器所发射及接收讯号的路径与该本体所设置的平面所成的特定角度是大于0度而小于90度。
4.如权利要求1所述的避障与防掉落系统，其特征在于，其还包括一转动装置，用以驱动该位移传感器转动。
5.如权利要求4所述的避障与防掉落系统，其特征在于，该转动装置是驱动该位移传感器在一定角度的范围内往复转动。
6.如权利要求4所述的避障与防掉落系统，其特征在于，该转动装置是驱动该位移传感器作全圆周旋转或往复转动。
7.一种避障与防掉落系统，其特征在于，其包含一本体；至少一驱动轮，是设置在该本体，用在支撑及移动该本体；至少一位移传感器，是设置在该本体，用以发射及接收讯号，其发射及接收讯号的路径是与该本体所设置的平面成一特定角度；一转动装置，是设置在该本体，用以驱动该位移传感器旋转；一控制单元，是设置在该本体，接收及处理该位移传感器的讯号，以判断行进方向是否有障碍物或高度落差，并输出一讯号以驱动该本体转向。
8.如权利要求7所述的避障与防掉落系统，其特征在于，该位移传感器为光学传感器、声波传感器其中之一或其组合。
9.如权利要求7所述的避障与防掉落系统，其特征在于，该位移传感器所发射及接收讯号的路径与该本体所设置的平面所成的特定角度是大于0度而小于90度。
10.如权利要求7所述的避障与防掉落系统，其特征在于，其更包括一转动装置，用以驱动该位移传感器可作扫描侦测。
11.如权利要求10所述的避障与防掉落系统，其特征在于，该转动装置是驱动该位移传感器在一定角度的扇型范围内或全圆周旋转扫描侦测。
12.一种避障与防掉落方法，其是在一可移动的本体上设置至少一位移传感器用以侦测该本体的行进路线，其特征在于，其包含-设定该位移传感器的发射及接收讯号的路径与该本体所设置的平面成一特定角度并初始化；-该位移传感器发送及接收讯号，并将所接收的讯号传送至一控制单元；-由该控制单元接收该接收讯号并运算判断指令输出。
13.如权利要求12所述的避障与防掉落方法，其特征在于，该位移传感器所发射及接收讯号的路径与该本体所设置的平面所成的特定角度是大于0度而小于90度。
14.如权利要求12所述的避障与防掉落方法，其特征在于，在初始化该位移传感器时，是产生一工作讯号。
15.如权利要求14所述的避障与防掉落方法，其特征在于，该工作讯号是传送至该控制单元，以提供该控制单元与该接收讯号比较运算。
16.如权利要求15所述的避障与防掉落方法，其特征在于，该控制单元所接收的接收讯号大于工作讯号时，则进行防掉落算法运算。
17.如权利要求15所述的避障与防掉落方法，其特征在于，该控制单元所接收的接收讯号小于工作讯号时，则进行避障算法运算。
18.如权利要求12所述的避障与防掉落方法，其特征在于，该位移传感器为光学传感器、声波传感器其中之一或其组合。
19.如权利要求12所述的避障与防掉落方法，其特征在于，该位移传感器是由一转动装置驱动作扫描侦测。
20.如权利要求19所述的避障与防掉落方法，其特征在于，该转动装置是驱动该位移传感器在一定角度的扇型范围内或全圆周旋转扫描侦测。
全文摘要
一种避障与防掉落系统及其方法，其是在一可移动的本体上设置至少一位移传感器，该位移传感器可由一转动装置驱动在一定角度的扇型范围内或全圆周旋转扫描侦测，设定该位移传感器的发射及接收讯号的路径与该本体所设置的平面成一特定角度并初始化使产生一工作讯号，由该位移传感器发送及接收讯号，并将所接收的讯号传送至一控制单元，再由该控制单元接收该接收讯号并与工作讯号进行比较运算，以判断行进方向具有障碍物或高度落差，并驱动该本体转向，达到避障与防止掉落的功能，可大幅简化移动装置的设计及装置成本。
文档编号B25J19/00GK101088720SQ20061008284
公开日2007年12月19日 申请日期2006年6月15日 优先权日2006年6月15日
发明者游鸿修, 曾国师, 何侑伦, 杜茂枫, 刘俊宏 申请人:财团法人工业技术研究院