专利名称：自走式装置的路径导引方法
技术领域：
本发明涉及一种自走式装置的路径导引方法，尤其是一种利用接收呼叫装 置所发出的无线电波路径导引信号，将自走式装置导引至该呼叫装置的一种自 走式装置的路径导引方法。
背景技术：
随着科技的进步与发展，现代的机器人种类繁多且功能也日益强大，其中， 举凡居家环境清洁、工厂重物搬运甚至是外层空间勘探等工作，移动式机器人 皆扮演了相当重要的角色。以移动式机器人及其相对应的充电站为例，移动式机器为了能够持续作 业，因此必须在电量耗尽以前回到充电台进行充电作业。请参阅图l所示，其 为现有第一种机器人充电系统的电路方块图。现有机器人充电系统1包括一移动式机器人11以及一充电台12。其中充电台12具有一充电控制模块121以 及一红外线发射模块122，该红外线发射模块122可发射多个红外线光束，以 确保移动式机器人11能够确认前往充电台12的路径；该充电控制模块121 可控制充电台12的输出电力规格或其它电气特性。而该移动式机器人11的路 径导引方法在于当电池容量检测模块111发现电池模块112的电量过低时， 会将信息传至控制模块，此时，当移动式机器人ll进入红外线光束的区域时， 其红外线接收模块114会在一特定方向接收到红外线光束，并利用控制模块 113作定位校正，进而利用驱动模块115驶向充电台以进行充电作业。然而， 当充电台12与移动式机器人11之间有障碍物存在时，红外线光束会遭受阻隔， 因此会使得移动式机器人11搜索充电台12的工作变得相当复杂，而增加了设 计上的困难。另一种现有移动式机器人的路径导弓I方法，是以安装在移动式机器人车轮 上的编码器来计算及检测移动式机器人的位置，然而，此方法常因车轮滑动或 空转等因素，使得路径计算错误而导致误动作。
又一种移动式机器人的路径导引方法是将具有相同形状的反射板以一定的间隔设置于墙壁表面，且移动式机器人通过CCD照相机来确认反射板位置， 使其能判断与充电台之间的距离。然而，当区域的照明亮度被改变或有类似反 射板形状的物体被识别时，也有可能因误判而累积距离误差；此外，当区域照 明亮度过高或太低时，CCD照相机也会无法辨识反射板，使得移动式机器人无 法作位置检测；再者，由于移动式机器人必须装设CCD照相机，故而增加了移 动式机器人的制造成本。发明内容本发明所要解决的技术问题在于提供一种自走式装置的路径导引方法，其 通过自走式装置上具有指向功能的无线电波接收单元来接收呼叫装置所发射 的无线电波路径导引信号，并依据所接收到无线电波路径导引信号的强弱与方 向，来判断呼叫装置的方向，并朝该方向前进。本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种自走式装置的路径导引方 法，其根据自走式装置所接受到无线电波路径导引信号的强弱，来判断自走式 装置与呼叫装置的距离，当距离在一定范围时，则采取自走式装置预设的特定 动作，如减速动作、转向或待命等。为了实现上述目的，本发明提供了、 一种自走式装置的路径引导方法，其 特点在于，将一自走式装置导引至一呼叫装置所指定的位置以执行相关作业， 该自走式装置设有一具有指向功能的无线电波接收单元，该呼叫装置设有一无 线电波发射元件，而该自走式装置的路径引导方法包括下列步骤a. 该无线电波发射元件发出一无线电波路径导引信号；b. 通过该无线电波接收单元接收该无线电波路径导引信号；以及c. 依据该无线电波路径导引信号的强度，而令该自走式装置判断前进方 向，并朝该方向前进。上述自走式装置的路径引导方法，其特点在于，该步骤b还包括下列步骤: 该自走式装置做原地旋转。上述自走式装置的路径引导方法，其特点在于，该步骤C依据该无线电波 路径导引信号的最大强度值，判断前进方向。上述自走式装置的路径引导方法，其特点在于，该步骤C依据该无线电波
路径导引信号的最小强度值，判断前进方向。上述自走式装置的路径引导方法，其特点在于，该步骤C依据该无线电波 路径导引信号的最大与最小强度值，判断前进方向。上述自走式装置的路径引导方法，其特点在于，步骤C后还执行下列步骤 判断该自走式装置是否碰触障碍物，若是，则进行一位移动作。上述自走式装置的路径引导方法，其特点在于，歩骤C后还执行下列步骤 判断该无线电波路径导引信号的强度是否高于一第一默认值的步骤，若是，则 进行一预设动作。上述自走式装置的路径引导方法，其特点在于，该第一默认值是该呼叫装 置的近距离处的该无线电波路径导引信号的强度。上述自走式装置的路径引导方法，其特点在于，该预设动作是使该自走式 装置减速。上述自走式装置的路径引导方法，其特点在于，该预设动作是使该自走式 装置转向。上述自走式装置的路径引导方法，其特点在于，该预设动作是使该自走式 装置呈待命状态。上述自走式装置的路径引导方法，其特点在于，该步骤C之后，还包括下 列步骤判断该自走式装置是否抵达该呼叫装置所指定位置。上述自走式装置的路径引导方法，其特点在于，当该自走式装置未抵达该 呼叫装置所指定的位置时，则该自走式装置远离该呼叫装置，使其所接受到的 该无线电波路径导引信号的强度小于一第二默认值。上述自走式装置的路径引导方法，其特点在于，该第二默认值是该呼叫装 置的近距离处的该无线电波路径导引信号的强度。上述自走式装置的路径引导方法，其特点在于，该呼叫装置是一充电站， 该自走式装置还包括一电量检测单元。上述自走式装置的路径引导方法，其特点在于，还包括于步骤a前，该 电量检测单元测得该自走式装置上的供电单元电力不足后，先通过该自走式装 置的无线电波发射单元发出一无线电波充电请求信号并由该充电站的无线电波接收元件接收后，开始进行步骤a及后续动作。上述自走式装置的路径引导方法，其特点在于，该无线电波接收单元是一
指向性天线。上述自走式装置的路径引导方法，其特点在于，该指向性天线是一八木天 线、 一号角天线以及一平板天线其中之一。上述自走式装置的路径引导方法，其特点在于，该无线电波接收单元是一 外部有金属屏蔽层的全向性天线，该金属屏蔽层可使该全向性天线只能于一特 定方向获得该无线电波信号的最大强度。上述自走式装置的路径引导方法，其特点在于，该无线电波发射单元是一 全向性天线。上述自走式装置的路径引导方法，其特点在于，该无线电波发射元件是一 全向性天线。上述自走式装置的路径引导方法，其特点在于，该无线电波接收元件是一 全向性天线。本发明的功效，在于a、 通过自走式装置上具有指向功能的无线电波接收单元来接收呼叫装置 所发射的无线电波路径导引信号，并依据所接收到无线电波路径导引信号的强 弱与方向，来判断呼叫装置的方向，并朝该方向前进。b、 根据自走式装置所接受到无线电波路径导引信号的强弱，来判断自走式装置与呼叫装置的距离，当距离在一定范围时，则采取自走式装置预设的特 定动作，如减速动作、转向或待命等。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的 限定。
图1为现有机器人充电系统的电路方块图-，图2为本发明自走式装置与充电站的电路方块图；图3为本发明自走式装置较佳实施例的仰视剖面图；图4为本发明自走式装置较佳实施例的外观示意图；图5为本发明充电站较佳实施例的透视图；图6为本发明自走式装置的路径引导方法的流程示意图；图7为本发明自走式装置朝充电站前进的动作示意图。1- 现有机器人充电系统 111-电池容量检测模块113-控制模块 115-驱动模块 121-充电控制模块2- 自走式装置 22-供电单元24-第一无线电波发射单元 26-驱动单元3- 充电站32-第二无线电波发射单元34-第二充电接口41-壳体43-电池45-第一无线电波发射器 47-第一充电接口5- 充电站 52-第二控制器 54-全向性天线6- 自走式装置的路径引导方法7- 障碍物11- 移动式机器人 112-电池模块114-红外线接收模块12- 充电台122-红外线发射模块21-电量检测单元23-第一控制单元25-第一无线电波接收单元27-第一充电接口31-第二控制单元33-第二无线电波接收单元4-自走式吸尘器42-第一控制器44-低压检测单元46-指向性天线48-滚轮51-本体53-第二无线电波发射器 55-第二充电接口 601 618-流程具体实施方式
请参阅图2所示，其为本发明自走式装置与呼叫装置的电路方块图。自走 式装置2包括一电量检测单元21、 一供电单元22、 一第一控制单元23、 一第 一无线电波发射单元24、 一第一无线电波接收单元25、 一驱动单元26及一第 一充电接口27;呼叫装置3包括一第二控制单元31、 一第二无线电波发射单 元32、 一第二无线电波接收单元33及一第二充电接口34。其中，电量检测单 元21可检测供电单元22的电量，并将检测结果传送给第一回控制单元23， 当电量过低时，第一控制单元23会通过第一无线发射单元24发出第一无线电波信号(S1)，当第二无线电波接收单元33收到第一无线电波信号(S1)后，会 将信号传回第二控制单元31，再通过第二控制单元31的作用，使第二无线电 波发射单元32发出一第二无线电波信号(S2)，当第一无线接收单元25接收到 第二无线电波信号(S2)后，可通过第一控制单元23的作用使驱动单元26朝呼 叫装置方向前进，当第一充电接口 27的连接端口 Pl与第二充电接口 34的连 接端口 P2接触后，可通过第一控制单元23与第二控制单元31的作用，使呼 叫装置3对自走式装置2进行充电。请参阅图3以及图4所示，其中图3为本发明自走式装置较佳实施例的仰 视剖面图、图4为本发明自走式装置较佳实施例的外观示意图。在本实施例中， 自走式装置以一自走式吸尘器4进行说明，实际应用时并不在此限，举凡任何 具有自走功能的电子装置都可应用本发明。如图所示，自走式吸尘器4具有一 非金属材料的壳体41，壳体内设有一第一控制器42、 一电池43以及受第一控 制器42所控制的一低压检测单元44、 一指向性天线46。由指向性天线46在 一特定方向接收到强度最强的无线电波信号。此外，壳体41上设有一个受第 一控制器42所控制的第一充电接口 47，并且，壳体41下方另外设有两组由 第一控制器42所控制的滚轮48。请参阅图5所示，其为本发明呼叫装置较佳实施例的透视图。在本实施例 中，呼叫装置是一充电站5，其具有一本体51，本体上设有一第二控制器52 以及受第二控制器52控制的一第二无线电波发射器53以及一全向性天线54。 同理，第二无线电波发射器53所发射的无线电波信号(见本图得实线同心圆) 也同样具有穿透性，可穿透除金属以外的材料。此外，本体51外围设有一个 受第二控制器52所控制的第二充电接口 55。由于自走式吸尘器4与充电站5 的电路作动方式与图2所述相当，故不再赘述。为了解决现有技术的缺点，本发明提供一种自走式装置的路径引导方法 6，其通过呼叫装置发出的无线电波路径导引信号来引导自走式装置，使其能 以直线行进的方式朝充电站方向移动，由于无线电波为无指向性信号，且兼具 高穿透性与绕射性，因此在特定范围内的自走式装置可利用其上具有指向性的 无线电波接收单元来判断充电站的方向。该自走式装置的路径引导方法6的流 程示意图如图6所示。
常运作状况下会利用低压检测单元44检查电池43的电量，且如步骤602所示， 当电池43达低电位时，会进行步骤603，通过第一控制器42的作用，使自走 式吸尘器4原地旋转，并从第一无线电波发射器45发出一充电请求信号，当 充电站上5的全向性天线54接收到充电请求信号后，会进行步骤604，通过 第二控制器的作用，从第二无线电波发射器53持续发出一特定频率的路径导 引信号。接着，继续进行步骤605，判断自走式吸尘器4的指向性天线46是否于 预设时间内接受到该路径导引信号，若是，则进行步骤606，使自走式吸尘器 4依据路径导引信号的强度，判断前进方向，并通过第一控制器42的作用， 使滚轮带动自走式吸尘器4朝充电站5方向直线前进；然而，当指向性天线 46未接收到路径导引信号时，则表示自走式吸尘器4可能不在路径导引信号 的涵盖范围内，因此进行步骤607，使自走式吸尘器作任意方向的位移，并重 新回到步骤603。其中，路径导引信号的信号强度与第二无线电波发射器53 的距离平方成反比，而指向性天线46可于特定角度下测得路径导引信号的最 大的强度，使自走式吸尘器4得以判断其与充电站5的相对方位。再进行步骤608，检测自走式吸尘器4是否碰触障碍物。由于指向性天线 46仅在其中一个方向获得最大强度的路径导引信号，因此第一控制器42会选 择该方向作为前进路线。然而，由于路径导引信号为穿透性高的无线电波，因 此自走式吸尘器4有可能在行进途中遇到障碍物阻挡而停滞不前，所以必须辅以障碍物回避的判断步骤，方能使自走式吸尘器4得以正确到达目的地。因此， 若是自走式吸尘器4与障碍物碰触，则必须进行步骤609，使自走式吸尘器4 转向位移一距离以避开；然而，若是自走式吸尘器4未与障碍物碰触，则进行 步骤610。步骤610主要是判断路径导引信号的强度是否高于一第一默认值，其中该 第一默认值是充电站近距离处的路径导引信号强度值。因此，若信号值低于第 一默认值，则表示自走式吸尘器4距离充电站5仍有一定距离，因此进行步骤 611，使其继续等速前进，并通过步骤612进行方位校正，然后再回到步骤606。 其中，在步骤612中，由于自走式吸尘器4前进的同时，指向性天线46会持 续接收该路径导引信号，因此可通过第一控制器42的作用，使自走式吸尘器 4能依据路径导引信号强度的强弱而作方位修正。然而，若信号值高于第一默认值，则表示自走式吸尘器4距离充电站5已经不远，因此可通过步骤613 使自走式装置减速前进，以避免自走式吸尘器4撞上充电站5而造成自身或充 电站5的损坏。
再如步骤614所示，判断自走式吸尘器4的第一充电接口 47是否与充电 站5的第二充电接口 55接触，若未接触，则表示其行进路线有所误差，因此 必须进行步骤615，使自走式吸尘器4远离该充电站5，然后重新回到步骤63。 在本实施例中，使自走式吸尘器4远离该充电站5，使其指向性天线46接收 到的路径导引信号小于一第二默认值，其中，该第二默认值可设为充电站5 近距离处的路径导引信号的强度值。然而，若第一充电接口 47与第二充电接 口 55接触，则执行步骤616，通过第一控制器42与第二控制器52的作用进 行充电作业。
如步骤617所示，判断充电作业是否完成，若充电作业完成，则进行步骤 618以停止供电，在步骤618中，可通过第一控制器42的作用，使第一无线 电波发射器45发出一警告信号，当充电站5的全向性天线54接收到此一警告 信号后，可通过第二控制器52做出立即停止供电的反应。此外，也可由第二 控制器52直接检测自走式吸尘器4的电池43电量，以决定是否停止供电。
请参阅图7所示，其为本发明自走式吸尘器朝充电站前进的动作示意图。 由于充电站5发出的路径导引信号的强度与距离成方成反比，因此，其强度大 小为1。〉Is〉I,l2〉:U，其中，Is为充电站5近距离处的路径导引信号强度值。假 设自走式吸尘器4在A点接收到路径导引信号，则其行进路线如L1所示；假 设自走式吸尘器4在B点接收到路进导引信号，由于其行进路线中会遇到障碍 物7的阻挡，因此其行进路线如L2所示，当自走式吸尘器4进入Is后，会作 一减速动作，并朝充电站5继续前进直至与充电站5接触为止。
在上述实施例中，以自走式吸尘器朝充电站前进以进行充电作业作说明， 实际应用时并不以此为限，例如，假设呼叫装置仅是单纯的发出无线电波路径 导引信号以指引电子装置的前进方向，则呼叫装置上仅须具备一无线发射器以 及一控制器即可，而自走式装置也仅与须具备一无线接收器、 一控制器以及一 驱动单元即可。此外，上述实施例中的自走式吸尘器采用本身即具指向功能的 指向性天线，实际应用时也不为此所限，例如，可采用一外部有金属屏蔽层的 全向性天线，由于金属屏蔽层可阻挡路径导引信号，因此全向性天线只能在该
金属屏蔽层未遮蔽的方向接收到路径导引信号的最大强度。
在上述实施例中，自走式装置依据无线电波路径导引信号的最大强度值判 断前进方向，然而实际应用时，由于指向性天线所接收到的无线电波最大强度 值与最小强度值具有180度的相位差，因此，并非只有最大强度值可作为方向
判断的依据，另外也可单独利用最小强度值，或是同时利用最大强度值与最小 强度值作为方向判断的依据。此外，当自走式装置行进至呼叫装置的近距离处 时，除了可采取减速手段之外，也可采取其它预设的特定动作，如转向或待命等。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情 况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这 些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
权利要求
1、一种自走式装置的路径引导方法，其特征在于，将一自走式装置导引至一呼叫装置所指定的位置以执行相关作业，该自走式装置设有一具有指向功能的无线电波接收单元，该呼叫装置设有一无线电波发射元件，而该自走式装置的路径引导方法包括下列步骤a.该无线电波发射元件发出一无线电波路径导引信号；b.通过该无线电波接收单元接收该无线电波路径导引信号；以及c.依据该无线电波路径导引信号的强度，而令该自走式装置判断前进方向，并朝该方向前进。
11、 根据权利要求7所述的自走式装置的路径引导方法，其特征在于，该 预设动作是使该自走式装置呈待命状态。
12、 根据权利要求l所述的自走式装置的路径引导方法，其特征在于，该步骤C之后，还包括下列步骤判断该自走式装置是否抵达该呼叫装置所指定 位置。
13、 根据权利要求12所述的自走式装置的路径引导方法，其特征在于， 当该自走式装置未抵达该呼叫装置所指定的位置时，则该自走式装置远离该呼 叫装置，使其所接受到的该无线电波路径导引信号的强度小于一第二默认值。
14、 根据权利要求13所述的自走式装置的路径引导方法，其特征在于，该第二默认值是该呼叫装置的近距离处的该无线电波路径导引信号的强度。
15、 根据权利要求l所述的自走式装置的路径引导方法，其特征在于，该 呼叫装置是一充电站，该自走式装置还包括一电量检测单元。
16、 根据权利要求15所述的自走式装置的路径引导方法，其特征在于， 还包括于步骤a前，该电量检测单元测得该自走式装置上的供电单元电力不 足后，先通过该自走式装置的无线电波发射单元发出一无线电波充电请求信号 并由该充电站的无线电波接收元件接收后，开始进行步骤a及后续动作。
17、 根据权利要求l所述的自走式装置的路径引导方法，其特征在于，该无线电波接收单元是一指向性天线。
18、 根据权利要求17所述的自走式装置的路径引导方法，其特征在于， 该指向性天线是一八木天线、 一号角天线以及一平板天线其中之一。
19、 根据权利要求l所述的自走式装置的路径引导方法，其特征在于，该 无线电波接收单元是一外部有金属屏蔽层的全向性天线，该金属屏蔽层可使该 全向性天线只能于一特定方向获得该无线电波信号的最大强度。
20、 根据权利要求16所述的自走式装置的路径引导方法，其特征在于， 该无线电波发射单元是一全向性天线。
21、 根据权利要求l所述的自走式装置的路径引导方法，其特征在于，该 无线电波发射元件是 一全向性天线。
22、 根据权利要求16项所述的自走式装置的路径引导方法，其特征在于， 该无线电波接收元件是一全向性天线。
全文摘要
本发明涉及一种自走式装置的路径引导方法，将自走式装置导引至呼叫装置所指定的位置以执行相关作业，该自走式装置设有具有指向功能的无线电波接收单元，该呼叫装置设有无线电波发射元件，而该自走式装置的路径引导方法包括下列步骤a.该无线电波发射元件发出无线电波路径导引信号；b.通过该无线电波接收单元接收该无线电波路径导引信号；以及c.依据该无线电波路径导引信号的强度，而令该自走式装置判断前进方向，并朝该方向前进。本发明依据所接收到无线电波路径导引信号的强弱与方向，来判断呼叫装置的方向，并朝该方向前进，根据所接受到无线电波路径导引信号的强弱，判断与呼叫装置的距离。
文档编号B25J5/00GK101108482SQ20061010350
公开日2008年1月23日 申请日期2006年7月19日 优先权日2006年7月19日
发明者吴东权, 李世平, 游鸿修, 钟裕亮 申请人:财团法人工业技术研究院