行動機器人與其目標物處理路徑的規劃方法

2023-06-26 02:23:16

專利名稱：行動機器人與其目標物處理路徑的規劃方法
行動機器人與其目標物處理路徑的規劃方法技術領域
本發明是關於一種控制機器人行進的方法，且特別是關於一種有效規劃機器人 行進路徑的方法與實現此方法的行動機器人。
背景技術：
科技的進步使得各種智慧型機器人的研究與開發有日益蓬勃發展的趨勢；其 中，電子寵物這類娛樂型機器人可滿足現代人在忙碌之餘卻想要飼養寵物的需求，而種 類更為廣泛的助手型機器人除了應用在醫療、保全、儀器操作、教育，甚至是救災等範 疇之外，與一般生活需求相關的助手型機器人也越來越受到現代人的喜愛及重視。
以室內清潔機器人為例，室內清潔機器人可以自動在房間中行走並執行邊走邊 收取垃圾的功能，而撿球機器人則可以幫助運動員在運動場中搜集散落至四處的球類。 然而大多數的助手型機器人在一個空間內執行其功能時，是會在空間中盲目地行走直到 與障礙物發生碰撞後才會改變其行進方向。換句話說，這類機器人不但無法自動避開障 礙物，且由於盲目行走必須等遇到目標時才能執行處理動作，這樣的被動處理勢必會耗 費較多的電力，並使得完成工作的效率較為低落；另一種機器人則是會依照固定的預設 路徑在空間中移動，好比是不斷地以繞回字型的方式在房間中走動。固定的路徑使得機 器人的動作較不具彈性，況且在有些區域難以到達的情況下，有些區域卻可能會被重複 行走多次。由此可見，無論是盲目行走或是依照固定的預設路逕行走，在沒有針對目標 物做路徑規劃的前提之下，機器人完成工作的效率也難以提升。發明內容
有鑑於此，本發明提供一種目標物處理路徑的規劃方法，它是根據所拍攝到的 影像控制行動機器人，以更有效率的方式在空間中行進並對目標物進行處理。
本發明提供一種行動機器人，利用拍攝影像的方式自動檢測所要處理的目標 物，據以規劃出適當的處理路徑。
本發明提出一種目標物處理路徑的規劃方法，用以規划行動機器人在處理空間 內多個目標物時的行進路徑，其中空間包括邊緣區域與中心區域。此方法首先定義起始 位置，並控制行動機器人由起始位置開始在邊緣區域中行進；其中，行動機器人在行進 時將不斷地拍攝影像。此方法是在取得行動機器人最新拍攝的影像後，根據影像中目標 物分別與行動機器人之間的距離來規劃處理順序，以及控制行動機器人依照處理順序行 進並對影像中的目標物執行處理動作。此方法將重複上述取得影像、規劃處理順序，以 及控制行動機器人執行處理動作的步驟，直到行動機器人回到起始位置。
在本發明的一實施例中，其中在行動機器人回到起始位置之後，本方法還包括 將中心區域劃分為多個子區域，並定義上述子區域的區域行進順序，接著，依照區域行 進順序控制行動機器人進入其中一個子區域，而行動機器人在行進時將不斷地拍攝影 像；取得行動機器人在所進入的子區域行進時最新拍攝到的影像之後，根據影像中各目標物分別與行動機器人之間的距離規劃處理順序，並控制行動機器人依照處理順序行進 且對影像中的目標物進行處理動作。此方法將重複控制行動機器人進入另一個子區域、 取得影像、規劃處理順序，以及控制行動機器人執行處理動作的步驟，直到行動機器人 已進入過各子區域為止。
在本發明的一實施例中，其中目標物符合特定形狀，而根據影像中各目標物分 別與行動機器人之間的距離規劃處理順序的步驟，包括在影像中搜尋特定形狀以取得至 少一個候選物。取得各候選物分別與行動機器人之間的距離，接著，篩選出所對應的距 離小於或等於第一閾值的候選物以作為影像中的目標物。而在設定目標物的處理順序 時，安排與行動機器人之間的距離越近的目標物越優先的次序。
在本發明的一實施例中，其中根據影像中目標物分別與行動機器人之間的距離 來規劃處理順序的步驟，包括每隔預設周期便判斷在最新拍攝的影像中是否出現新目標 物。若出現新目標物，則重新根據新目標物與行動機器人之間的距離來更新處理順序。
從另一觀點來看，本發明提出一種行動機器人，包括行進裝置、影像攝取裝 置、目標物處理裝置，以及控制模塊。其中，行進裝置用以帶動行動機器人行進；影 像攝取裝置用以在行動機器人行進時不斷拍攝影像；目標物處理裝置用以處理空間內的 多個目標物，此空間包括邊緣區域與中心區域；控制模塊耦接至影像攝取裝置、行進裝 置，以及目標物處理裝置，藉以控制行進裝置由起始位置開始帶動行動機器人在邊緣區 域中行進，並取得影像攝取裝置最新拍攝的影像，接著，根據影像中目標物分別與行動 機器人之間的距離規劃處理順序，控制行進裝置依照處理順序行進並使目標物處理裝置 對影像中的目標物執行處理動作。控制模塊將不斷重複上述取得影像、規劃處理順序， 以及控制目標物處理裝置執行處理動作的操作，直到行動機器人回到起始位置。
在本發明的一實施例中，其中控制模塊在行動機器人回到起始位置之後，將中 心區域劃分為多個子區域，並定義上述子區域的區域行進順序。控制模塊依照區域行進 順序，控制行進裝置帶動行動機器人進入其中一個子區域，並取得影像攝取裝置在所進 入的子區域中最新拍攝的影像，接著，根據影像中目標物分別與行動機器人之間的距離 規劃處理順序，以及控制行進裝置帶動行動機器人依照處理順序行進，並使目標物處理 裝置對影像中目標物進行處理動作。控制模塊將重複控制行進裝置帶動行動機器人進入 另一個子區域、取得影像、規劃處理順序，以及控制目標物處理裝置執行處理動作的操 作，直到行動機器人已進入過各子區域為止。
在本發明的一實施例中，其中目標物符合特定形狀，而控制模塊在影像中搜尋 特定形狀，以取得至少一個候選物，接著，取得各候選物分別與行動機器人之間的距 離，篩選出所對應的距離小於或等於第一閾值的候選物，以作為影像中的目標物。控制 模塊在設定目標物的處理順序時，將安排與行動機器人之間的距離越近的目標物越優先 的次序。
在本發明的一實施例中，其中控制模塊每隔預設周期便判斷在最新拍攝的影像 中是否出現新目標物。若出現新目標物，則重新根據新目標物與行動機器人之間的距離 來更新處理順序。
在本發明的一實施例中，行動機器人還包括一本體，此本體具有腔室、出口、 導引元件。出口與腔室相互連通，且導引元件覆蓋於滾輪的一部分。其中，行進裝置包括第一輪組與第二輪組。其中，第一輪組的軸設於本體且以第一軸線為中心前後滾動， 而第二輪組的軸設於本體且以第二軸線為中心左右轉動；其中，第一軸線與第二軸線實 質上相互垂直。第一輪組包括相互平行且以第一軸線為軸心的第一輪及第二輪。此第一 輪組可帶動行動機器人直線行進。第二輪組為方向輪，此方向輪的軸通過轉接件設在本 體上，且方向輪以第二軸線為中心左右轉動進而帶動行動機器人轉向。目標物處理裝置 包括滾輪。此滾輪的軸設在本體上，具有在第三軸線的徑向上延伸的多個葉片，目標物 處理裝置在對目標物執行處理動作時，利用隨著滾輪轉動的葉片將目標物順著導引元件 搜集至腔室。
在本發明的一實施例中，其中第一輪組位於滾輪與第二輪組之間，且第二輪組 位於第一輪組與出口之間。而第一輪組的輪徑大於第二輪組的輪徑。
基於以上所述，本發明是通過行動機器人在行進時所拍攝的影像來動態地檢測 空間中的目標物，以及判斷各目標物與行動機器人之間的距離，進而規劃出在處理目標 物時最有效率的行進路徑。如此可避免行動機器人在空間中盲目移動，而能夠迅速地完 成目標物處理的動作。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合附圖作 詳細說明如下。


圖1是依照本發明的一實施例所繪示的行動機器人的方塊圖。
圖2是依照本發明的一實施例所繪示的目標物處理路徑的規劃方法的流程圖。
圖3是依照本發明的一實施例所繪示的規劃處理順序的流程圖。
圖4是依照本發明的另一實施例所繪示的目標物處理路徑的規劃方法的流程 圖。
圖5是依照本發明的一實施例所繪示的行動機器人的外觀側視圖。
圖6是依照本發明的一實施例所繪示的滾輪的示意圖。
圖7A、7B、7C、7D是依照本發明的一實施例所繪示的滾輪將目標物搜集至腔 室的示意圖。
主要元件符號說明
100 行動機器人
110 行進裝置
120 影像攝取裝置
130 目標物處理裝置
140 超聲波感測裝置
150 控制模塊
210 --270 本發明的--實施例所述的目標物處理路徑的規劃方法的各步驟
310 --340 本發明的--實施例所述的規劃處理順序的各步驟
4010 4130 本發明的另一實施例所述的目標物處理路徑的規劃方法的各步驟
510 本體
520 腔室
530
540
545
550
553
557
560
561
565
570
700具體實施方式
圖1是依照本發明的一實施例所繪示的行動機器人的方塊圖。請參閱圖1，行動 機器人100包括行進裝置110、影像攝取裝置120、目標物處理裝置130、超聲波感測裝 置140，以及控制模塊150;其中，行進裝置110可包括用以帶動行動機器人100直行的 輪組、帶動行動機器人100轉向的輪組，以及控制上述輪組的轉速的電機。影像攝取裝 置120例如是網絡攝影機(webcam)，可以上下調整角度並且在行動機器人100行進的過 程中不斷地拍攝影像。
目標物處理裝置130用以在行動機器人100行走在一空間中時，對空間內的數 個目標物進行特定的處理動作；其中，空間可以是房間或球場等等，在此並不限制其範 圍，而空間可分為邊緣區域與中心區域。超聲波感測裝置140則是用以檢測行動機器人 100四周的環境信息。
控制模塊150耦接至行進裝置110、影像攝取裝置120、目標物處理裝置130，以 及超聲波感測裝置140，利用影像攝取裝置120所拍攝的影像，針對所要處理的目標物進 行檢測以及規劃處理順序，並且控制行進裝置110帶動行動機器人100依照動態規劃出的 路徑在空間中行走以靠近目標物，再由目標物處理裝置130對目標物進行處理動作。換 句話說，當行動機器人100在空間中行走並試圖對目標物進行處理時，控制模塊150將根 據影像攝取裝置120所拍攝到的影像以及目標物的種類，動態規劃一個進行處理的行進 路徑，從而使得行動機器人100能更有效率地完成目標物處理的動作；其中，控制模塊 150例如是具備運算處理能力的硬體(例如處理器或晶片組)、軟體，或硬體及軟體的組 合，在此並不限制其範圍。舉例來說，可通過處理器或晶片組來實現路徑規劃功能，並 藉由下達對應的硬體控制指令來驅動行進裝置110及目標物處理裝置130執行動作。除此 之外，在將路徑規劃功能實作為軟體時，則可將此軟體安裝至筆記本電腦。而筆記本電 腦可以通過藍牙、RS-232轉換器或通用串行總線(Universal Serial Bus ； USB)等接口， 將行進裝置110及目標物處理裝置130的硬體控制指令傳送至微處理器，再由微處理器驅 動行進裝置110及目標物處理裝置130執行對應的動作。
以下將更進一步地說明行動機器人100的內部裝置與模塊的運作流程。圖2是依 照本發明的一實施例所繪示的目標物處理路徑的規劃方法的流程圖，請參閱圖1與圖2 ；CN 102023641 A說 明 書4/8頁出口 第一輪 第一軸線 方向輪 第二軸線 轉接件 滾輪 葉片第三軸線 導引元件 兵乓球首先如步驟210所示，控制模塊150定義一起始位置，此起始位置例如是空間中的一個角 落位置，或是行動機器人100目前的所在位置。
接著在步驟220中，控制模塊150控制行進裝置110由起始位置開始帶動行動機 器人100在空間的邊緣區域中行進。當行動機器人100行進之時，影像攝取裝置120會 不斷地拍攝影像；其中，影像攝取裝置120所拍攝的例如是行動機器人100前方的影像。
接下來如步驟230所示，控制模塊150取得影像攝取裝置120最新拍攝到的影 像，並且在步驟240中，由控制模塊150根據影像中目標物分別與行動機器人100之間的 距離來規劃一處理順序。在本實施例中，利用影像來規劃目標物的處理順序，首先必須 檢測影像中的目標物位置，而以下將以圖3來進一步說明規劃處理順序的各步驟。
請參閱圖3，在本實施例中假設目標物符合一特定形狀(例如圓形或方形等等， 在此並不加以限制)，因此在步驟310中，控制模塊150首先在取得的影像中搜尋特定形 狀以取得至少一個候選物。舉例來說，控制模塊150將對影像進行一測邊處理，以攝取 影像中的多個邊緣特徵；其中，測邊處理例如是利用Sobel測邊算法等等，但並不用以 限制本發明的範圍。在取得邊緣特徵之後，控制模塊150便可藉由判斷邊緣特徵是否符 合特定形狀來取得影像中的候選物。在一實施例中，控制模塊150還可以利用影像處理 與電腦視覺的相關技術來檢測影像中相互重疊的候選物。舉例來說，當特定形狀為圓形 時，控制模塊150例如可使用隨機式測圓法來檢測影像中重疊的圓形。
在本實施例中，控制模塊150在取得候選物之後，例如會將影像劃分為數個子 影像區域，並統計在哪個子影像區域中具有最多的候選物；其中，各子影像區域分別對 應一方向(例如前方、左方，以及右方)。控制模塊150計算在各子影像區域中的候選物 數量，並取得所對應的候選物數量最多的子影像區域，以及將包括最多候選物的子影像 區域所對應的方向設定為行進方向。然後，控制模塊150便可控制行進裝置110帶動行 動機器人100朝行進方向前進。
在取得影像中的候選物之後，如步驟320所示，控制模塊150取得各候選物分別 與行動機器人100之間的距離。由於在本實施例中所針對的是種類相同的目標物，在同 一種類的目標物的體積都應相同的前提之下，當候選物在影像中的體積越大，便表示距 離行動機器人100越近，因此控制模塊150例如是依據各候選物在影像中的大小來判斷其 與行動機器人100之間的距離。在特定形狀為圓形的情況下，控制模塊150會依據各候 選物在影像中的半徑來判斷候選物與行動機器人100之間的距離，其中，半徑越大表示 候選物距離行動機器人100越近。
在本實施例中，影像中符合特定形狀的候選物很有可能都是行動機器人100所 要處理的目標物。然而，當候選物與行動機器人100的距離過遠時，行動機器人100並 無法立即對其進行處理，因此在步驟330中，控制模塊150將篩選出所對應的距離小於或 等於第一閾值的候選物以作為影像中的目標物。
在另一實施例中，控制模塊150還會以前後拍攝的多張影像來進一步判斷移動 中的目標物是否能被行動機器人100處理。其中，控制模塊150分別取得各目標物在最新 拍攝的影像中的目前位置與在上一張影像中的先前位置。倘若目標物的目前位置與先前 位置之間的位移大於第二閾值，表示這個目標物移動的速度非常快，十分可能快速閃過 行動機器人100所能觸及的範圍，進而導致行動機器人100無法對其進行處理。因此，控制模塊150將刪除所對應的位移大於第二閾值的目標物；反之，若在前後拍攝的幾張 影像中，相同的目標物都出現在鄰近的位置，控制模塊150便判斷這樣的目標物是靜止 或趨於靜止狀態而能被行動機器人100所處理。
又在另一實施例中，為了更進一步地確保所檢測到的目標物就是行動機器人100 所要處理的對象，當目標物符合特定顏色時，控制模塊150將取得各目標物的顏色，並 且將所對應的顏色不符合特定顏色的目標物刪除。
通過上述動作便可檢測出影像中符合行動機器人100的處理對象的各個目標 物，同時也可以確認目標物的位置。最後如步驟340所示，在設定目標物的處理順序 時，對與行動機器人100之間的距離越近的目標物，控制模塊150將安排越優先的次序。 也就是說，越靠近行動機器人100的目標物將越優先被行動機器人100所處理。
值得一提的是，控制模塊150每隔一段預設周期便會判斷在最新拍攝的影像中 是否出現新目標物。若出現新目標物，控制模塊150將重新根據新目標物與行動機器人 100之間的距離來更新原有的處理順序。如此一來，即便是有新的目標物進入空間，行動 機器人100也能即時將其納入處理順序並進行處理。
圖3說明了控制模塊150如何檢測影像中的目標物並規劃各目標物的處理順序， 接著請回到圖2的步驟250，控制模塊150控制行進裝置110依照處理順序帶動行動機器 人100行進，並使目標物處理裝置130依序對影像中的目標物執行處理動作。舉例來說， 由於控制模塊150已取得各目標物的位置，因此便能控制行進裝置110改變行動機器人 100的運動方向與速度以接近目標物，並適時開啟目標物處理裝置130，待完成處理動作 後再將目標物處理裝置130關閉。
接下來在步驟沈0中，控制模塊150判斷行動機器人100是否已回到起始位置。 若已回到起始位置，則表示完成了邊緣區域中的目標物處理動作，而在此結束本實施例 的流程。然而，倘若行動機器人100尚未回到起始位置，則如步驟270所示，控制模塊 150控制行進裝置110繼續帶動行動機器人100在邊緣區域中行進，並反覆執行步驟230 至步驟260的動作，直到行動機器人100回到起始位置為止；如圖2所示的各步驟，行動 機器人100在處理空間中的多個目標物時，將不再沒效率地盲目行走，取而代之的是繞 著此空間的四周(即邊緣區域)並依照處理順序行進。在回到起始位置時，行動機器人 100便可完成散落於空間四周的所有目標物的處理動作。
值得一提的是，當行動機器人100在邊緣區域中行進時，控制模塊150將依據超 聲波感測裝置140所檢測到的環境信息來控制行進裝置110帶動行動機器人100沿著空間 的邊緣(例如房間四周的牆壁)行進，並與邊緣保持一預設距離。一旦行動機器人100 為了執行處理動作而偏離空間邊緣超過第四閾值時，控制模塊150將控制行進裝置110帶 動行動機器人100往邊緣移動，進而沿著邊緣行進並同時與邊緣保持預設距離，其中， 第四閾值大於預設距離。
在本發明的另一實施例中，行動機器人100除了對空間的邊緣區域中的目標物 進行處理之外，在邊緣區域已處理完畢而回到起始位置之後，行動機器人100會進一步 地往中心區域檢測目標物，並排定處理順序以及依照處理順序進行目標物的處理動作。 圖4是依照本發明的另一實施例所繪示的目標物處理路徑的規劃方法的流程圖。在本實 施例中，圖4所示的步驟4010至步驟4070與圖2的步驟210至步驟270相同或相似，故在此不再贅述。以下將以行動機器人100完成邊緣區域的處理動作，而回到起始位置之 後的動作來進行說明。
如步驟4080所示，控制模塊150在行動機器人100回到起始位置之後，將空間 的中心區域劃分為數個子區域，並定義上述子區域的一區域行進順序；其中，控制模塊 150例如會朝著預設方向掃瞄中心區域，且在掃描的過程中，一旦遇到障礙物便劃分出一 塊子區域。而控制模塊150在規劃區域行進順序時，會儘量避免行動機器人100重複行 經相同的子區域，同時也會避免繞遠路行進的情況。
接著在步驟4090中，控制模塊150依照區域行進順序取得尚未進入過且目前應 最先進入的子區域，並控制行進裝置110帶動行動機器人100進入上述子區域。由於影 像攝取裝置120會不斷地拍攝影像，因此如步驟4100所示，控制模塊150取得影像攝取 裝置120在所進入的子區域中最新拍攝到的影像。接下來在步驟4110中，控制模塊150 根據影像中目標物分別與行動機器人100之間的距離來規划子區域中對目標物進行處理 的處理順序，並如步驟4120所示，控制行進裝置110帶動行動機器人100依照處理順序 在子區域中行進，且讓目標物處理裝置130對影像中的目標物進行處理動作。由於步驟 4100至步驟4120的詳細實施方式與上述實施例相同或相似，故在此不再贅述。
最後在步驟4130中，控制模塊150判斷是否還有其他尚未進入過的子區域。若 是，則回到步驟4090令行動機器人100依照區域行進順序進入另一個子區域，並反覆執 行步驟4100至步驟4130直到行動機器人100依序進入中心區域中的所有子區域為止。
如圖4所示，行動機器人100在空間中準備對特定的目標物進行處理時，首先 會沿著空間的邊緣區域進行搜尋，並且通過不斷拍攝到的影像來進行目標物的檢測以及 處理順序的規劃。待邊緣區域均處理完畢之後，行動機器人100便會往空間的中心區域 行進，它是按照特定的區域行進順序依次進入劃分自中心區域的各個子區域，並同樣利 用拍攝到的影像來檢測各子區域中的目標物且排定處理順序。行動機器人100將以子區 域為單位，依序對每個子區域中的目標物進行處理，進而完成整個空間的目標物處理動 作。
也就是說，根據控制模塊150的判斷及指示，行動機器人100在對一空間中散落 於各處的目標物進行處理時，首先會繞著空間的四周(即邊緣區域)邊行進邊執行目標物 處理的動作，直到回到起始位置之後，再按照控制模塊150的規劃依序進入中心區域的 各個子區域，並對各子區域中的目標物進行處理。通過路徑規劃以及處理順序的安排， 行動機器人100將不需要耗費時間及電力在空間中盲目地行走，而可以有效地接近目標 物進而提升處理目標物的效率。
在圖2與圖4所示的目標物處理路徑的規劃方法中，當行動機器人100在行進 時，控制模塊150會利用超聲波感測裝置140所檢測到的環境信息，來避免行動機器人 100碰撞到空間的邊緣(例如牆壁)或障礙物。除此之外，控制模塊150將取得影像中 的多個邊緣特徵，以及在邊緣特徵符合直線且斜率為90度或接近90度時，判定邊緣特徵 的所在位置存在靜態障礙物。據此，控制模塊150將控制行進裝置110在帶動行動機器 人100行進時，自動閃避上述的靜態障礙物。另外，倘若最新拍攝的影像中，物體的位 置與上一張影像中同一物體的位置相差過多，表示物體的移動速度較快；而在移動速度 大於第三閾值(例如行動機器人100行進的速度)時，物體將被判定為動態障礙物。控11制模塊150將控制行進裝置110在帶動行動機器人100行進而靠近動態障礙物時，自動轉 彎以閃避動態障礙物。通過這樣的機制，即便空間中有任何移動中或靜止的障礙物，行 動機器人100都能順利地前進而不與其產生碰撞。
圖5是依照本發明的一實施例所繪示的行動機器人100的外觀側視圖。請同時 參閱圖1與圖5，行動機器人100包括本體510，其中本體510具有相互連通的腔室520 及出口 530。在本實施例中，行進裝置110包括第一輪組與第二輪組，其中，第一輪組的 軸設於本體520且能以第一軸線545為中心前後滾動，第一輪組包括相互平行並以第一軸 線545為軸心的第一輪540及第二輪(未示出，其位於行動機器人100的另一側)；也就 是說，第一輪540及第二輪同軸且相互平行。第一輪組用以帶動行動機器人100直線行 進，而第二輪組的軸亦設在本體510上且可以第二軸線553為中心左右轉動。在本實施 例中，第二輪組為方向輪550，其通過轉接件557將軸設在本體510上。進一步來說，方 向輪550是以第二軸線553為中心左右轉動，進而帶動行動機器人100轉向；其中，第一 軸線545與第二軸線553實質上是彼此相互垂直。本實施例是利用單一個方向輪550來 帶動行動機器人100轉換方向，且由兩個平行且同軸的第一輪540與第二輪來控制行進的 速度，這樣的設計不僅較為簡單，同時也可以確保行動機器人100能直線行進。
在本實施例中，目標物處理裝置130包括滾輪560。此滾輪560的軸設在本體 510上，且如圖6所示，具有在第三軸線565的徑向上延伸的多個葉片(在本實施例中， 滾輪560據有8個葉片)。本體510還包括導引元件570，此導引元件570覆蓋部分的滾 輪560。當目標物處理裝置130依照控制模塊150的命令而開始對目標物執行處理動作 時，例如是利用隨著滾輪560轉動的葉片，將目標物順著導引元件570搜集至腔室520。 由於第一輪組位於滾輪560與第二輪組之間，而第二輪組位於第一輪組與出口 530之間， 且第一輪組的輪徑又大於第二輪組的輪徑，因此行動機器人100所搜集到的目標物會滾 入腔室520，並被保留在腔室520之中。而使用者則可以由出口 530取出行動機器人100 所搜集的目標物。
圖7A至圖7D是依照本發明的一實施例所繪示的滾輪560將目標物搜集至腔室 520的示意圖。在本實施例中，假設行動機器人100所要處理的目標物為桌球，而圖 7A表示行動機器人100接近桌球700的狀態；接著在圖7B中，滾輪560受到控制模 塊150的指示轉動而使得葉片561接觸到桌球700;如圖7C所示，桌球700持續被 轉動的葉片561順著導引元件570所帶動；最後在圖7D中，桌球700被帶動而滑入腔 室 520。
綜合以上所述，本發明所提的行動機器人與其目標物處理路徑的規劃方法是 通過在行走時拍攝的影像來檢測並排定目標物處理的順序，而行動機器人在依照動態規 劃出的路逕行進時，還可以自動閃避動態與靜態的障礙物，進而能更快且更有效率地完 成目標物處理的動作。
雖然本發明已以實施例公開如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域技術 人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範 圍，當視權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種目標物處理路徑的規劃方法，用以規劃一行動機器人處理一空間內多個目標 物時的行進路徑，其中該空間包括一邊緣區域與一中心區域，該方法包括定義一起始位置；控制該行動機器人由該起始位置開始在該邊緣區域中行進，其中該行動機器人在行 進時不斷拍攝一影像；取得該行動機器人最新拍攝的該影像；根據該影像中該些目標物分別與該行動機器人之間的一距離規劃一處理順序； 控制該行動機器人依照該處理順序行進，並對該影像中的該些目標物執行一處理動 作；以及重複上述取得該影像、規劃該處理順序，以及控制該行動機器人執行該處理動作的 步驟，直到該行動機器人回到該起始位置。
2.根據權利要求1所述的目標物處理路徑的規劃方法，其中在該行動機器人回到該起 始位置之後，還包括劃分該中心區域為多個子區域，並定義該些子區域的一區域行進順序； 依照該區域行進順序控制該行動機器人進入該些子區域其中之一，其中該行動機器 人在行進時不斷拍攝該影像；取得該行動機器人在所進入的該子區域行進時最新拍攝的該影像； 根據該影像中該些目標物分別與該行動機器人之間的該距離規劃該處理順序； 控制該行動機器人依照該處理順序行進並對該影像中的該些目標物進行該處理動 作；以及重複上述控制該行動機器人進入該些子區域其中之一、取得該影像、規劃該處理順 序，以及控制該行動機器人執行該處理動作的步驟，直到該行動機器人已進入過各該些 子區域為止。
3.根據權利要求1所述的目標物處理路徑的規劃方法，其中該些目標物符合一特定形 狀，而根據該影像中該些目標物分別與該行動機器人之間的該距離，規劃該處理順序的 步驟包括在該影像中搜尋該特定形狀以取得至少一候選物； 取得各該些候選物分別與該行動機器人之間的該距離；篩選出所對應的該距離小於或等於一第一閾值的該些候選物，以作為該影像中的該 些目標物；以及在設定該些目標物的該處理順序時，安排與該行動機器人之間的該距離越近的該些 目標物越優先的次序。
4.根據權利要求1所述的目標物處理路徑的規劃方法，其中根據該影像中該些目標物 分別與該行動機器人之間的該距離，規劃該處理順序的步驟包括每隔一預設周期判斷在最新拍攝的該影像中是否出現一新目標物；以及 若出現該新目標物，則重新根據該新目標物與該行動機器人之間的該距離更新該處 理順序。
5.—種行動機器人，包括一行進裝置，用以帶動該行動機器人行進；一影像攝取裝置，用以在該行動機器人行進時不斷拍攝一影像； 一目標物處理裝置，用以處理一空間內的多個目標物，其中該空間包括一邊緣區域 與一中心區域；以及一控制模塊，耦接至該影像攝取裝置、該行進裝置，以及該目標物處理裝置， 其中該控制模塊定義一起始位置，控制該行進裝置由該起始位置開始帶動該行動機 器人在該邊緣區域中行進，並取得該影像攝取裝置最新拍攝的該影像，再根據該影像中 該些目標物分別與該行動機器人之間的一距離規劃一處理順序，進而控制該行進裝置依 照該處理順序行進，並使該目標物處理裝置對該影像中的該些目標物執行一處理動作；該控制模塊重複上述取得該影像、規劃該處理順序，以及控制該目標物處理裝置執 行該處理動作的操作，直到該行動機器人回到該起始位置。
6.根據權利要求5所述的行動機器人，其中該控制模塊在該行動機器人回到該起始 位置之後，劃分該中心區域為多個子區域，並定義該些子區域的一區域行進順序；依照 該區域行進順序控制該行進裝置帶動該行動機器人進入該些子區域其中之一，並取得該 影像攝取裝置在所進入的該子區域中最新拍攝的該影像，再根據該影像中該些目標物分 別與該行動機器人之間的該距離規劃該處理順序，從而控制該行進裝置帶動該行動機器 人依照該處理順序行進，並使該目標物處理裝置對該影像中的該些目標物進行該處理動 作；該控制模塊重複上述控制該行進裝置帶動該行動機器人進入該些子區域其中之一、 取得該影像、規劃該處理順序，以及控制該目標物處理裝置執行該處理動作的操作，直 到該行動機器人已進入過各該些子區域為止。
7.根據權利要求5所述的行動機器人，其中該些目標物符合一特定形狀，而該控制模 塊在該影像中搜尋該特定形狀以取得至少一候選物，並估算各該些候選物分別與該行動 機器人之間的該距離，再篩選出所對應的該距離小於或等於一第一閾值的該些候選物， 以作為該影像中的該些目標物，以及在設定該些目標物的該處理順序時，安排與該行動 機器人之間的該距離越近的該些目標物越優先的次序。
8.根據權利要求5所述的行動機器人，其中該控制模塊每隔一預設周期判斷在最新拍 攝的該影像中是否出現一新目標物；若出現該新目標物，則重新根據該新目標物與該行 動機器人之間的該距離更新該處理順序。
9.根據權利要求5所述的行動機器人，還包括一本體，該本體具有一腔室、一出口、一導引元件，其中該出口與該腔室連通，且 該導引元件覆蓋該滾輪的一部分，其中該行進裝置包括一第一輪組與一第二輪組；該第一輪組的軸設在該本體上且以 一第一軸線為中心前後滾動，而該第二輪組的軸設在該本體上且以一第二軸線為中心左 右轉動，其中該第一軸線與該第二軸線實質上相互垂直，該第一輪組包括相互平行且以 該第一軸線為軸心的一第一輪及一第二輪；該第一輪組帶動該行動機器人直線行進，該 第二輪組為一方向輪；該方向輪通過一轉接件將軸設在該本體上，且該方向輪以該第二 軸線為中心左右轉動，以帶動該行動機器人轉向，該目標物處理裝置包括一滾輪；該滾輪的軸設在該本體上，具有在一第三軸線的徑 向上延伸的多個葉片，該目標物處理裝置在對該些目標物執行該處理動作時，利用隨著 該滾輪轉動的該些葉片，將該些目標物順著該導弓I元件搜集至該腔室。
10.根據權利要求9所述的行動機器人，其中該第一輪組位於該滾輪與該第二輪組之 間，且該第二輪組位於該第一輪組與該出口之間，且該第一輪組的輪徑大於該第二輪組 的輪徑。
全文摘要
一種行動機器人與其目標物處理路徑的規劃方法。此方法用以規划行動機器人處理空間內數個目標物時的行進路徑，此空間包括邊緣區域與中心區域。首先，定義起始位置並控制行動機器人由起始位置開始在邊緣區域中行進；接著，取得行動機器人在行進時最新拍攝到的影像，並根據影像中各目標物分別與行動機器人之間的距離來規劃處理順序；最後，控制行動機器人依照處理順序行進並對影像中的目標物執行處理動作。此方法將重複上述取得影像、規劃處理順序，以及控制行動機器人執行處理動作的步驟直到行動機器人回到起始位置。
文檔編號B62D61/00GK102023641SQ20091020970
公開日2011年4月20日 申請日期2009年10月30日 優先權日2009年5月20日
發明者吳建欣, 範欽雄 申請人:範欽雄