本發(fā)明涉及一種空間測量方法，特別涉及一種移動導(dǎo)引方法及移動導(dǎo)引裝置。

背景技術(shù)：

拜科技之賜，機器人科技已充斥于我們生活周遭，如生產(chǎn)設(shè)備的機械手臂、巡邏機器人、掃地機器人等。機器人不但擁有操作精準(zhǔn)的特性，還可持續(xù)地進行重復(fù)性工作，可代替人們處理不想處理的事，掃地機器人便是一例。掃地機器人是為可自走的吸塵器，應(yīng)用于居家清潔，可于夜間人們熟睡或日間人們外出時，在打掃范圍內(nèi)四處移動，而清除行經(jīng)路線上的灰塵、微粒等，使得人們不需要勞費心力的手持掃把一一打掃各個活動空間。

四處活動的機器人在執(zhí)行其工作任務(wù)之后，通常需要返回充電站進行充電。如何有效的使機器人能夠找到充電站，并讓機器人能正確地朝向充電站移動，為機器人應(yīng)用中相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種移動導(dǎo)引方法及移動導(dǎo)引裝置，能利用簡易的方式讓移動設(shè)備(如機器人)認(rèn)知到其在一環(huán)境中的位置，進而控制移動。

本發(fā)明一實施例提出一種移動導(dǎo)引方法，包含下列步驟：設(shè)置線光源于參考面上方一距離；以線光源的輸出光形成參考光線于參考面上，并形成一直射光線于相鄰于參考面的一表面上；以攝影模塊拍攝一影像，此影像具有參考光線、直射光線及直射光線反射于參考面的一反射光線；計算影像中的參考光線與反射光線的夾角而取得攝影模塊對應(yīng)于線光源的相對角度；及根據(jù)相對角度移動攝影模塊。

所述移動導(dǎo)引方法還可包含：計算直射光線與反射光線之間的一時間差 或一相位差，而取得攝影模塊對應(yīng)于線光源的一相對距離。藉此，可根據(jù)取得的相對角度及相對距離移動。

在一實施例中，所述移動導(dǎo)引方法還可包含：根據(jù)先后取得的攝影模塊對應(yīng)于線光源的相對距離，計算攝影模塊的移動速度。

在另一實施例中，所述移動導(dǎo)引方法還可包含：根據(jù)先后取得的攝影模塊對應(yīng)于線光源的相對角度，計算攝影模塊的角速度。

根據(jù)以上的移動導(dǎo)引方法，可僅利用攝影模塊拍攝線光源的輸出光線的影像，分析得知攝影模塊相對于線光源的距離、角度、速度和/或角速度，并根據(jù)上述取得參數(shù)相對于線光源移動。

本發(fā)明另一實施例還提出一種移動導(dǎo)引裝置，包含導(dǎo)引器及移動設(shè)備。導(dǎo)引器包含支撐壁、延伸壁及線光源。移動設(shè)備包含移動模塊、攝影模塊及運算模塊。

支撐壁包含第一端及第二端，第一端立于一參考面。延伸壁連接于支撐壁的第二端。線光源設(shè)置于延伸壁的鄰近于參考面的一側(cè)面。線光源輸出光而于參考面上形成一參考光線，并形成一直射光線于支撐壁的相鄰于參考面的一表面。攝影模塊拍攝一影像，影像中具有參考光線、直射光線及直射光線反射于參考面的一反射光線。運算模塊連接移動模塊及攝影模塊，以取得影像并計算影像中的參考光線與反射光線的夾角，而取得移動設(shè)備對應(yīng)于線光源的一相對角度，運算模塊并根據(jù)此相對角度驅(qū)動移動模塊移動。

于此，運算模塊還可計算直射光線與反射光線的間的時間差或相位差而可取得移動設(shè)備對應(yīng)于線光源的相對距離，并根據(jù)相對距離及該相對角度驅(qū)動移動模塊移動。

在一實施例中，支撐壁還可包含反射臺面。反射臺面于第一端朝遠(yuǎn)離支撐壁的方向凸伸，藉以反射線光源輸出光的一部分而形成至少一第一光散射區(qū)。其中，第一光散射區(qū)內(nèi)的光強度非為均一。于是，運算模塊可根據(jù)影像中提取到第一光散射區(qū)的光強度，計算移動設(shè)備位于第一光散射區(qū)內(nèi)的位置。

在另一實施例中，線光源輸出光的一部分還受參考面的反射而形成一第二光散射區(qū)。其中，第二光散射區(qū)的平均光強度小于第一光散射區(qū)的平均光強度。因此，運算模塊可根據(jù)影像中提取到第一光散射區(qū)或第二光散射區(qū)的光強度，識別移動設(shè)備位于第一光散射區(qū)內(nèi)或第二光散射區(qū)內(nèi)。

在又一實施例中，運算模塊于識別到影像中沒有線光源時，表示移動設(shè)備背對于導(dǎo)引器。因此，運算模塊可驅(qū)動移動模塊轉(zhuǎn)動直至影像中出現(xiàn)線光源，再接續(xù)前述的拍攝影像及影像識別的動作。

藉此，本發(fā)明的有益效果在于，可僅設(shè)置一能發(fā)出線光源的導(dǎo)引器于一環(huán)境內(nèi)，使得移動設(shè)備能識別出其與導(dǎo)引器的間的相對位置，進而可相對于導(dǎo)引器移動。

附圖說明

圖1為本發(fā)明第一實施例的移動導(dǎo)引裝置的使用示意圖。

圖2為本發(fā)明第一實施例的導(dǎo)引器的立體圖。

圖3為本發(fā)明第一實施例的移動設(shè)備的內(nèi)部方框圖。

圖4為本發(fā)明第一實施例的拍攝影像示意圖(一)。

圖5為本發(fā)明第一實施例的拍攝影像示意圖(二)。

圖6為本發(fā)明第一實施例的移動導(dǎo)引方法流程圖。

圖7為本發(fā)明第二實施例的移動導(dǎo)引裝置的使用示意圖。

圖8為本發(fā)明第二實施例的導(dǎo)引器的立體圖。

其中，附圖標(biāo)記說明如下：

100：導(dǎo)引器

110：支撐壁

111：第一端

112：第二端

113：反射臺面

114：表面

130：延伸壁

131：側(cè)面

150：線光源

200：移動設(shè)備

210：移動模塊

230：攝影模塊

250：運算模塊

300：參考面

400：影像

D：相對距離

L1：參考光線

L2：直射光線

L3：反射光線

Z1：第一光散射區(qū)

Z2：第二光散射區(qū)

α：夾角

θ：相對角度

L201：路徑

L301：路徑

L302：路徑

A：位置

B：位置

S610：設(shè)置線光源于參考面上方一距離

S620：以線光源的輸出光形成一參考光線于參考面上，并形成一直射光線于相鄰于參考面的一表面上

S630：以一攝影模塊拍攝一影像，影像具有參考光線、直射光線L2及直射光線反射于參考面的一反射光線

S640：計算影像中的參考光線與反射光線的夾角而取得攝影模塊對應(yīng)于線光源的一相對角度

S650：根據(jù)相對角度移動攝影模塊

具體實施方式

參照圖1，其為本發(fā)明第一實施例的移動導(dǎo)引裝置的使用示意圖。移動導(dǎo)引裝置包含導(dǎo)引器100和移動設(shè)備200，而設(shè)置于包含參考面300的環(huán)境中，例如：客廳、房間等室內(nèi)環(huán)境或庭院等室外環(huán)境。在本實施例中，環(huán)境為一室內(nèi)空間，包含為地面的參考面300及包圍參考面300至少三面的墻面，但本發(fā)明非限于此。在其他實施例中，參考面亦可以是天花板或其他墻面， 參考面300也可不連接墻面。

圖2為本發(fā)明第一實施例的導(dǎo)引器100的立體圖。合并參照圖1及圖2。導(dǎo)引器100包含支撐壁110、延伸壁130和線光源150。支撐壁110包含相對的第一端111及第二端112，第一端111立于參考面300。延伸壁130連接于支撐壁110的第二端112。據(jù)此，支撐壁110與延伸壁130概成倒L型結(jié)構(gòu)，但本發(fā)明實施例的導(dǎo)引器100并非以此形狀為限。

線光源150設(shè)置于延伸壁130的鄰近于參考面300的一側(cè)面131，于本實施例中，延伸壁130鄰近于參考面300的側(cè)面131為下表面。線光源150朝遠(yuǎn)離所述側(cè)面131的方向輸出光(亦即是朝參考面300輸出光)，而于參考面300上形成一道參考光線L1。據(jù)此，可通過參考光線L1將參考面300一分為二(如圖1所示)。線光源150輸出的光還可在相鄰于參考面300的一表面114上形成直射光線L2。在此，所述相鄰于參考面300的表面114為導(dǎo)引器100的支撐壁110的表面114。線光源150的輸出光可以是可見光，也可以是不可見光。

參照圖3，其為本發(fā)明第一實施例的移動設(shè)備200的內(nèi)部方框圖。移動設(shè)備200包含移動模塊210、攝影模塊230及運算模塊250。運算模塊250連接移動模塊210及攝影模塊230。運算模塊250可包含處理器、存儲器等能進行數(shù)據(jù)計算與緩存等作業(yè)的元件。移動模塊210可包含滾輪組、驅(qū)動馬達(dá)等協(xié)同運作后可讓移動設(shè)備300移動的元件。攝影模塊230包含鏡頭、感光元件、影像處理器等協(xié)同運作后可拍攝成像的元件，鏡頭設(shè)置于移動設(shè)備200表面或外面，而可相應(yīng)于移動設(shè)備200朝外拍攝一影像。移動設(shè)備200可為吸塵機器人、除草機器人等不同用途的自走裝置。因此，因應(yīng)不同用途的需求，移動設(shè)備200還可包含其他功能模塊(例如吸塵模塊等)，本發(fā)明非予以限制。

圖4及圖5為本發(fā)明第一實施例的拍攝影像示意圖。合并參照圖1及圖4，圖4所示的影像400為移動設(shè)備200位于位置A(參考光線L1的一側(cè))的拍攝影像。影像400具有參考光線L1、直射光線L2及反射光線L3。反射光線L3為直射光線L2反射于參考面300所形成。倘若運算模塊250識別影像400中沒有線光源150時，表示線光源150不在攝影模塊230的拍攝范圍內(nèi)(例如：背向線光源150)，于是運算模塊250便可驅(qū)動移動模塊210轉(zhuǎn) 動直至影像400中出現(xiàn)線光源150。

請再參照圖1及圖5，圖5所示的影像400為移動設(shè)備200位于位置B(參考光線L1上)的拍攝影像。相較于圖4，圖5的影像400中的參考光線L1與反射光線L3間的夾角α較小。此乃因影像400中的參考光線L1與反射光線L3間的夾角α和移動設(shè)備200(或攝影模塊230)在環(huán)境中對應(yīng)于線光源150(或?qū)б?00)的一相對角度θ成正相關(guān)。當(dāng)移動設(shè)備200(或攝影模塊230)對應(yīng)于線光源150(或?qū)б?00)的相對角度θ愈大，則影像400中參考光線L1與反射光線L3間的夾角α則愈大；相反地，當(dāng)前述相對角度θ愈小，則前述夾角α則愈小。因此，運算模塊250在取得影像400之后，可計算影像400中的參考光線L1與反射光線L3的夾角α，據(jù)以取得移動設(shè)備200對應(yīng)于線光源150的相對角度θ。而后，運算模塊250即可根據(jù)相對角度θ驅(qū)動移動模塊210移動。例如，運算模塊250即可根據(jù)相對角度θ驅(qū)動移動模塊210使移動設(shè)備200朝接近或遠(yuǎn)離導(dǎo)引器100的方向移動。因此，本發(fā)明可僅利用一個線光源150來讓移動設(shè)備200得知其在環(huán)境中的相對位置，據(jù)以決定如何移動。并且，線光源150也僅需要持續(xù)地輸出光線即可，無需變化輸出頻率、角度等任何參數(shù)，相當(dāng)簡易且低成本。

在一應(yīng)用例中，與移動設(shè)備200搭配的充電站可設(shè)有前述的導(dǎo)引器100，據(jù)此，移動設(shè)備200可朝向充電站移動，最終返回充電站充電。

在另一應(yīng)用例中，導(dǎo)引器100所產(chǎn)生的參考光線L1可作為警戒線，當(dāng)移動設(shè)備200偵測到其接近于參考光線L1時，可朝遠(yuǎn)離參考光線L1的方向移動，而不會跨越參考光線L1。

在此，運算模塊250還可計算直射光線L2與反射光線L3的間的一時間差或一相位差，而取得移動設(shè)備200(或攝影模塊230)對應(yīng)于線光源150的相對距離D，并根據(jù)相對距離D及相對角度θ驅(qū)動移動模塊210移動。

請參照圖6，其為本發(fā)明第一實施例的移動導(dǎo)引方法流程圖。如圖6所示，首先，設(shè)置線光源150于參考面300上方一距離(步驟S610)。例如，通過前述的導(dǎo)引器100來設(shè)置線光源150于參考面300上方一距離。接著，開啟線光源150，而以線光源150的輸出光形成參考光線L1于參考面300上，并形成直射光線L2于相鄰于參考面的表面114上(步驟S620)。而后，以攝影模塊230拍攝一影像400，影像400具有一參考光線L1、一直射光線L2 及直射光線L2反射于參考面300的一反射光線L3(步驟S630)。根據(jù)影像400，可計算影像400中的參考光線L1與反射光線L3的夾角α而取得攝影模塊230對應(yīng)于線光源150的一相對角度θ(步驟S640)。于是，可根據(jù)相對角度θ移動攝影模塊230(步驟S650)。

在取得相對距離D或/及相對角度θ之后，運算模塊250還可根據(jù)先后取得相對距離D來計算移動設(shè)備200(或攝影模塊230)的移動速度，也可根據(jù)先后取得的相對角度θ，計算移動設(shè)備200(或攝影模塊230)的角速度。據(jù)此，移動設(shè)備200可根據(jù)相對距離D、相對角度θ、移動速度、角速度等參數(shù)來獲知目前的位置及移動狀態(tài)，據(jù)以適應(yīng)性調(diào)整其移動方式。

圖7為本發(fā)明第二實施例的移動導(dǎo)引裝置的使用示意圖。圖8為本發(fā)明第二實施例的導(dǎo)引器100的立體圖。請合并參照圖7及圖8，本發(fā)明第二實施例與第一實施例的差異在于第二實施例的導(dǎo)引器100的支撐壁110還包含一反射臺面113。反射臺面113是從第一端111而朝遠(yuǎn)離支撐壁110的方向凸伸，以反射線光源150輸出光的一部分而形成至少一第一光散射區(qū)Z1。在此，雖本實施例的反射臺面113是以垂直于支撐壁110的方向凸伸，但反射臺面113與支撐壁110間的夾角非以90度為限，亦可為其他角度。在本實施例中，反射臺面113上朝相對于參考光線L1的兩側(cè)分別設(shè)置一反光物，使得線光源150的部分輸出光打在反光物上而形成位于參考光線L1的兩側(cè)的二個第一光散射區(qū)Z1，且各第一光散射區(qū)Z1大致與參考光線L1成45度，但本發(fā)明非以此為限。如圖8所示，各第一光散射區(qū)Z1內(nèi)的光強度非為均一(圖中以直線長度表示光的強度，長度愈長則光強度愈長)，且成對稱性分布，愈靠近中間的光強度愈強，兩側(cè)的光強度則愈弱。但上述第一光散射區(qū)Z1的光線分布僅為舉例，本發(fā)明非限于此，若反射臺面113的表面形狀不同，或設(shè)置反光物的位置與形狀不同，則可形成不同分布的第一光散射區(qū)Z1，當(dāng)視環(huán)境與需求而可更動設(shè)計。由于第一光散射區(qū)Z1內(nèi)的光強度非為均一，運算模塊250可根據(jù)影像400中提取到第一光散射區(qū)Z1的光強度，計算移動設(shè)備200位于第一光散射區(qū)Z1內(nèi)的位置。

與第一光散射區(qū)Z1相似，線光源150輸出光的一部分打在參考面300上會形成第二光散射區(qū)Z2。由于參考面300與線光源150之間的距離，較反射臺面113與線光源150之間的距離長，因此第二光散射區(qū)Z2的平均光強 度小于第一光散射區(qū)Z1的平均光強度。據(jù)此，運算模塊250可根據(jù)影像400中提取到的強度為第一光散射區(qū)Z1或第二光散射區(qū)Z2的光強度，來識別移動設(shè)備200位于第一光散射區(qū)Z1內(nèi)或第二光散射區(qū)Z2內(nèi)。

復(fù)參照圖7，于此再說明前述直射光線L2與反射光線L3的成像原理。借用圖4來與圖7對照說明，移動設(shè)備200在位置A所拍攝到的影像400中，具有直射光線L2與反射光線L3。在線光源150的出光點也會分別成像在直射光線L2與反射光線L3上。線光源150的出光點成像在直射光線L2上是沿著路徑L201行進至攝影模塊230所形成。線光源150的出光點成像在反射光線L3上是沿著路徑L301行進，并經(jīng)由參考面300反射而沿著路徑L302至攝影模塊230所形成。

綜上所述，本發(fā)明實施例的移動導(dǎo)引方法與移動導(dǎo)引裝置，可僅利用具有簡易結(jié)構(gòu)的導(dǎo)引器來引導(dǎo)移動設(shè)備朝向特定方向移動。