(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動誘導装置による移動設備の移動誘導方法であって、
線光源を参照面の上方に設けるステップと、
前記線光源の出力光で参照光を前記参照面上に形成させ、また直射光を前記参照面に隣り合う一表面上に形成するステップと、
前記移動設備の撮影モジュールで前記参照光と前記直射光と前記直射光が前記参照面に反射して形成された反射光を有する画像を撮るステップと、
前記画像内の前記参照光と前記反射光の交角を計算して前記移動設備の前記線光源に対する相対角度を得るステップと、
前記相対角度によって前記移動設備を移動するステップと、
を含むことを特徴とする移動誘導方法。
【請求項２】
前記直射光と前記反射光の間の時間差或いは位相差を計算して前記移動設備の前記線光源に対する相対距離を得るステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の移動誘導方法。
【請求項３】
取得した前記移動設備の前記線光源に対する前記相対距離に基づき、前記移動設備の移動速度を計算するステップを更に含むことを特徴とする請求項２に記載の移動誘導方法。
【請求項４】
取得した前記移動設備の前記線光源に対する前記相対角度に基づき、前記移動設備の角速度を計算するステップを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の移動誘導方法。
【請求項５】
第１端と第２端とを含み、前記第１端が参照面に立てられる支持壁と、前記支持壁の前記第２端に連接する延伸壁と、前記延伸壁の前記参照面に近い一側面に設けられ、光を出力して参照面上に参照光を形成し、また直射光を前記支持壁の前記参照面に隣り合う一表面に形成する線光源とを備えるナビゲーションキューブと、
移動モジュールと、前記参照光と前記直射光と前記直射光が前記参照面に反射して形成された反射光を有する画像を撮る撮影モジュールと、前記移動モジュール及び前記撮影モジュールに接続することで、前記画像を取得すると共に前記画像内の前記参照光と前記反射光の交角を計算して、移動設備の前記線光源に対する相対角度を得ると共に前記相対角度によって前記移動モジュールを駆動して移動する演算モジュールとを備える移動設備と、
を含むことを特徴とする移動誘導装置。
【請求項６】
前記演算モジュールは、前記直射光と前記反射光の間の時間差或いは位相差を計算して前記移動設備の前記線光源に対する相対距離を得ると共に前記相対距離及び前記相対角度によって前記移動モジュールを駆動して移動することを特徴とする請求項５に記載の移動誘導装置。
【請求項７】
前記支持壁は、反射台面を含み、前記反射台面が前記第１端の前記支持壁から離れた方向に向かって伸長することで、前記線光源の出力光の一部を反射して少なくとも１個の第１の光散乱領域を形成し、前記第１の光散乱領域内の光強度は均一ではなく、前記演算モジュールが前記画像内の捕捉した前記第１の光散乱領域の光強度によって、前記移動設備の前記第１の光散乱領域内にある位置を計算することを特徴とする請求項５に記載の移動誘導装置。
【請求項８】
前記線光源の出力光の一部は、前記参照面の反射を受けて第２の光散乱領域を形成し、前記第２の光散乱領域の平均的な光強度は、前記第１の光散乱領域の平均的な光強度より小さく、前記演算モジュールは前記画像内の捕捉した前記第１の光散乱領域又は前記第２の光散乱領域の光強度によって、前記移動設備の前記第１の光散乱領域内又は前記第２の光散乱領域内にあるかを識別することを特徴とする請求項７に記載の移動誘導装置。
【請求項９】
撮影モジュールは、前記画像内に前記線光源を取得可能であり、前記演算モジュールは、前記画像内に前記線光源がないことを識別した時、前記画像内に前記線光源が現れるまで前記移動モジュールを駆動して回転することを特徴とする請求項５に記載の移動誘導装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間測量法に関し、特に、移動誘導方法及び移動誘導装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
テクノロジーの恵みを受け、例えば生産設備のアームロボット、パトロールロボット、掃除ロボット等のようにロボットテクノロジーは、我々の生活の周りに満ち溢れている。ロボットは、作業精度という特性を持つだけでなく、継続して繰り返し作業も行うこともでき、人々が処理したくないことを代行でき、例えば掃除ロボットがある。掃除ロボットは、自走式掃除機であり、家庭内の清掃に使用されるため、夜間の人々が寝ている時又は昼間人々が外出している時、掃除範囲内をあちこち移動して、走行ルート上の塵埃、微粒子等を清掃することで、人々が箒で一つ一つ各動作空間を掃除する必要がなくなった。
【０００３】
あちこち動き回るロボットは、掃除終了後、通常充電ステーションに戻って充電しなければならない。如何にしてロボットに充電ステーションを効果的に見つけさせ、またロボットを正確に充電ステーションに向かって移動させるかが、ロボットの運用において非常に重要な点である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上に鑑み、本発明は、簡単な方式で移動設備（例えばロボット）に環境内の位置を認識させることで、移動を制御できる移動誘導方法及び移動誘導装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施例は、線光源を参照面上方の某距離に設けるステップと、線光源の出力光で参照光を参照面上に形成させ、また直射光を参照面に隣り合う一表面上に形成するステップと、撮影モジュールで参照光と直射光と直射光によって照射される参照面から反射する反射光を有する画像を撮るステップと、画像内の参照光と反射光の交角を計算して撮影モジュールの線光源に対する相対角度を得るステップと、相対角度によって撮影モジュールを移動するステップとを含む移動誘導方法を提出する。
【０００６】
前記移動誘導方法には、直射光と反射光の間の時間差或いは位相差を計算して撮影モジュールの線光源に対する相対距離を得るステップを更に含む。これを通じて得られる相対角度及び相対距離によって移動できる。
【０００７】
一実施例において、前記移動誘導方法は、前後得た撮影モジュールの線光源に対する相対距離に基づき、撮影モジュールの移動速度を計算するステップを更に含むことができる。
【０００８】
他の実施例において、前記移動誘導方法は、前後得た撮影モジュールの線光源に対する相対角度に基づき、撮影モジュールの角速度を計算するステップを更に含むことができる。
【０００９】
以上の移動誘導方法によれば、撮影モジュールのみで線光源の出力光の画像を撮って分析して撮影モジュールの線光源に対する距離、角度、速度及び／或いは角速度を知り得ると共に上記に基づいてパラメータを得て線光源に対して移動できる。
【００１０】
本発明の他の実施例は、更にナビゲーションキューブと移動設備とを含む移動誘導装置を提出する。ナビゲーションキューブは、支持壁と延伸壁と線光源とを含む。移動設備は移動モジュールと撮影モジュールと演算モジュールとを含む。
【００１１】
支持壁は、第１端と第２端とを含み、第１端が参照面に立てられる。延伸壁は、支持壁の第２端に連接する。線光源は、延伸壁の参照面に近い一側面に設けられる。線光源が光を出力して参照面上に参照光を形成し、また直射光を支持壁の参照面に隣り合う一表面に形成する。撮影モジュールは、画像を撮り、画像内には参照光と直射光と直射光によって照射される参照面から反射する反射光を有する。演算モジュールは移動モジュール及び撮影モジュールに接続することで、画像を取得すると共に画像内の参照光と反射光の交角を計算して、移動設備の線光源に対する相対角度を得る。演算モジュールは、この相対角度によって移動モジュールを駆動して移動する。
【００１２】
そこで、演算モジュールは、更に直射光と反射光の間の時間差或いは位相差を計算して移動設備の線光源に対する相対距離を得ると共に相対距離及び該相対角度によって移動モジュールを駆動して移動できる。
【００１３】
一実施例において、支持壁は、反射台面を更に含むことができる。反射台面は、第１端の支持壁から離れた方向に向かって伸長することで、線光源の出力光の一部を反射して少なくとも１個の第１の光散乱領域を形成する。第１の光散乱領域内の光強度は均一ではないため、演算モジュールが画像内の捕捉した第１の光散乱領域の光強度によって、移動設備の第１の光散乱領域内にある位置を計算できる。
【００１４】
他の実施例において、線光源の出力光の一部は参照面の反射を受けて第２の光散乱領域を形成する。第２の光散乱領域の平均的な光強度は、第１の光散乱領域の平均的な光強度より小さい。よって、演算モジュールは、画像内の捕捉した第１の光散乱領域又は第２の光散乱領域の光強度によって、移動設備の第１の光散乱領域内又は第２の光散乱領域内にあるかを識別できる。
【００１５】
更なる一実施例において、演算モジュールは、画像内に線光源がないことを識別した時、移動設備がナビゲーションキューブに裏向けることを示す。よって、演算モジュールは、画像内に線光源が現れるまで移動モジュールを駆動して回転し、更に前記の画像撮影及び画像識別の動作を続けることができる。
【００１６】
これを介して、線光源を発射できるナビゲーションキューブのみを環境内に設け、移動設備がナビゲーションキューブとの間の相対位置を識別させることで、ナビゲーションキューブに対して移動できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例１に係る移動誘導装置の使用状態を示す模式図である。
【図２】本発明の実施例１に係るナビゲーションキューブの立体図である。
【図３】本発明の実施例１に係る移動設備の内部ブロック図である。
【図４】本発明の実施例１に係る撮影した画像を示す模式図（一）である。
【図５】本発明の実施例１に係る撮影した画像を示す模式図（二）である。
【図６】本発明の実施例１に係る移動誘導方法のフローチャートである。
【図７】本発明の実施例２に係る移動誘導装置の使用状態を示す模式図である。
【図８】本発明の実施例２に係るナビゲーションキューブの立体図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施例１）
図１を参照する。図１は本発明の実施例１に係る移動誘導装置の使用状態を示す模式図である。移動誘導装置は、ナビゲーションキューブ１００と移動設備２００とを含み、例えば居間、部屋等の屋内環境或いは庭園等の屋外環境といった参照面３００を含む環境内に設けられる。
本実施例において、環境は屋内空間で、床の参照面３００及び参照面３００を取り囲む少なくとも３面の壁面を含むが、本発明はこれに限るものではない。その他の実施例において、参照面も天井或いはその他の壁面とすることができ、参照面３００も連接しない壁面とすることができる。
【００１９】
図２は、本発明の実施例１に係るナビゲーションキューブ１００の立体図である。図１及び図２を参照する。ナビゲーションキューブ１００は支持壁１１０と延伸壁１３０と線光源１５０とを含む。支持壁１１０は、対向の第１端１１１と第２端１１２とを含み、第１端１１１が参照面３００に立てられる。延伸壁１３０は、支持壁１１０の第２端１１２に連接する。これをもって支持壁１１０と延伸壁１３０は、略逆Ｌ字形構造になるが、本発明の実施例のナビゲーションキューブ１００は、この形状に限るものではない。
【００２０】
線光源１５０は、延伸壁１３０の参照面３００に近い一側面１３１に設けられる。本実施例において、延伸壁１３０の参照面３００に近い側面１３１は下表面である。線光源１５０は、前記側面１３１から離れた方向に向かって光（つまり参照面３００に向かって光を出力する）を出力し、参照面３００上に１つの参照光Ｌ１を形成する。これをもって、参照光Ｌ１を通じて参照面３００を２つに分けることができる（図１）。
線光源１５０から出力される光は、参照面３００に隣り合う一表面１１４上に直射光Ｌ２を形成できる。そこで、参照面３００に隣り合う前記表面１１４はナビゲーションキューブ１００の支持壁１１０の表面１１４である。線光源１５０の出力光は、可視光とすることができ、不可視光とすることもできる。
【００２１】
図３を参照する。図３は本発明の実施例１に係る移動設備２００の内部ブロック図である。移動設備２００は、移動モジュール２１０と撮影モジュール２３０と演算モジュール２５０とを含む。演算モジュール２５０は、移動モジュール２１０及び撮影モジュール２３０に接続する。演算モジュール２５０は、プロセッサー、メモリ等のデータ計算とキャッシュ等のタスクを行うことができるエレメントを含むことができる。移動モジュール２１０は、ローラペア、駆動モータ等の協調後移動設備３００を移動させることができるエレメントを含むことができる。撮影モジュール２３０は、カメラ、感光性エレメント、画像プロセッサー等の協調後撮影して結像できるエレメントを含み、カメラが移動設備２００の表面或いは外側面に設けられて移動設備２００に応じて外方に向かって画像を撮影できる。
移動設備２００は、掃除ロボット、草刈りロボット等の用途が異なる自走式装置とすることができる。よって、異なる用途の需要に応じて移動設備２００は、その他の機能モジュール（例えば吸塵モジュール等）を含むことができるが、本発明はこれに限るものではない。
【００２２】
図４及び図５は、本発明の実施例１に係る撮影した画像を示す模式図である。図１及び図４を参照する。図４に示す画像４００は、移動設備２００が位置Ａ（参照光Ｌ１の一側）にある時撮影した画像である。画像４００は、参照光Ｌ１と直射光Ｌ２と反射光Ｌ３とを有する。反射光Ｌ３は、直射光Ｌ２によって照射される参照面３００から反射して形成される。演算モジュール２５０は、画像４００内に線光源１５０がないことを識別した時、線光源１５０が撮影モジュール２３０の撮影範囲内（例：線光源１５０に裏向ける）にないことを示すため、画像４００内に線光源１５０が現れるまで、移動モジュール２１０を駆動して回転できる。
【００２３】
更に図１及び図５を参照する。図５に示す画像４００は、移動設備２００が位置Ｂ（参照光Ｌ１上）にある時撮影した画像である。図４に比べると、図５の画像４００内の参照光Ｌ１と反射光Ｌ３との間の交角αは比較的小さい。これは、画像４００内の参照光Ｌ１と反射光Ｌ３との間の交角αが移動設備２００（或いは撮影モジュール２３０）の環境内の線光源１５０（又はナビゲーションキューブ１００）に対する相対角度θと正の相関関係になる。
移動設備２００（或いは撮影モジュール２３０）の線光源１５０（又はナビゲーションキューブ１００）に対する相対角度θは大きれば大きいほど、画像４００内の参照光Ｌ１と反射光Ｌ３との間の交角αが大きくなる。逆に、前記相対角度θは小されば小さいほど、前記交角αが小さくなる。よって、演算モジュール２５０は、画像４００を得た後、画像４００内の参照光Ｌ１と反射光Ｌ３の交角αを計算することで、移動設備２００の線光源１５０に対する相対角度θを得る。そして演算モジュール２５０は、相対角度θによって移動モジュール２１０を駆動して移動する。例えば演算モジュール２５０は、相対角度θによって移動モジュール２１０を駆動して移動設備２００がナビゲーションキューブ１００に接近或いは離れる方向に向かって移動させることができる。
よって、本発明は、１個の線光源１５０のみで移動設備２００に環境中の相対位置を知り得らせることで、どのように移動するかを決定できる。且つ、線光源１５０も光を出力し続けるだけでよく、出力頻度、角度等のいかなるパラメータを変更する必要もなく、非常に簡単で且つコストが低い。
【００２４】
一運用例において、移動設備２００と組み合わせる充電ステーションに前記ナビゲーションキューブ１００を設けることができ、これをもって移動設備２００が充電ステーションに向かって移動し、最終的に充電ステーションに戻って充電できる。
【００２５】
他の運用例において、ナビゲーションキューブ１００が発生する参照光Ｌ１は警戒線とすることができ、移動設備２００が参照光Ｌ１に近づいたことを検出した時、参照光Ｌ１から離れる方向に向かって移動することができ、参照光Ｌ１を越えない。
【００２６】
そこで、演算モジュール２５０は、更に直射光Ｌ２と反射光Ｌ３の間の時間差或いは位相差を計算して移動設備２００（或いは撮影モジュール２３０）の線光源１５０に対する相対距離Ｄを得ると共に相対距離Ｄ及び相対角度θによって移動モジュール２１０を駆動して移動できる。
【００２７】
図６を参照する。図６は本発明の実施例１に係る移動誘導方法のフローチャートである。図６に示すように、まず線光源１５０を参照面３００上方の一距離に設ける（ステップＳ６１０）。例えば、前記ナビゲーションキューブ１００で線光源１５０を参照面３００上方の一距離に設ける。次に、線光源１５０をオンにし、線光源１５０の出力光で参照光Ｌ１を参照面３００上に形成し、また直射光Ｌ２を参照面に隣り合う表面１１４上に形成する（ステップＳ６２０）。その後、撮影モジュール２３０で画像４００を撮影し、画像４００は参照光Ｌ１と直射光Ｌ２と直射光Ｌ２によって照射される参照面３００から反射する反射光Ｌ３を有する（ステップＳ６３０）。画像４００により、画像４００内の参照光Ｌ１と反射光Ｌ３の交角αを計算して撮影モジュール２３０の線光源１５０に対する相対角度θを得る（ステップＳ６４０）。このため、相対角度θによって撮影モジュール２３０を移動する（ステップＳ６５０）。
【００２８】
相対距離Ｄ或いは／及び相対角度θを得た後、演算モジュール２５０は、更に前後得た相対距離Ｄによって移動設備２００（或いは撮影モジュール２３０）の移動速度を計算でき、前後得た相対角度θによって移動設備２００（或いは撮影モジュール２３０）の角速度も計算できる。これをもって、移動設備２００は、相対距離Ｄ、相対角度θ、移動速度、角速度等のパラメータによって現位置及び移動状態を知り得ることでその移動方式を調整できる。
【００２９】
（実施例２）
図７は、本発明の実施例２に係る移動誘導装置の使用状態を示す模式図である。図８は、本発明の実施例２に係るナビゲーションキューブ１００の立体図である。図７及び図８を参照する。本発明の実施例２と実施例１の相違点は、実施例２のナビゲーションキューブ１００の支持壁１１０が、反射台面１１３を更に含むことである。
反射台面１１３は、第１端１１１から支持壁１１０から離れた方向に向かって伸長し、線光源１５０の出力光の一部を反射して少なくとも１個の第１の光散乱領域Ｚ１を形成する。そこで、本実施例の反射台面１１３は、支持壁１１０に直交する方向に向かって伸長するが、反射台面１１３と支持壁１１０との間の交角は９０度に限るものではなく、その他の角度とすることもできる。本実施例において、反射台面１１３上の参照光Ｌ１に向かう両側に反射物を各々設け、線光源１５０の一部出力光が反射物上に照射して参照光Ｌ１両側に位置する２個の第１の光散乱領域Ｚ１を形成させ、且つ各第１の光散乱領域Ｚ１が参照光Ｌ１と略４５度になるが、本発明はこれに限るものではない。
図８に示すように、各第１の光散乱領域Ｚ１内の光強度は均一（図内は、直線長さで光強度を示し、長さが長ければ長いほど、光強度が長くなる）ではなく、且つ対称な分布になり、中間に近ければ近いほど光強度が強くなり、両側の光強度が弱くなる。ただし、上記第１の光散乱領域Ｚ１の光線分布は例として挙げただけ、本発明はこれに限るものではなく、反射台面１１３の表面形状が異なり、或いは反射物を設ける位置と形状が異なる場合、分布が異なる第１の光散乱領域Ｚ１を形成でき、環境と需要を見て設計を変更できる。第１の光散乱領域Ｚ１内の光強度は均一ではないため、演算モジュール２５０が画像４００内の捕捉した第１の光散乱領域Ｚ１の光強度によって、移動設備２００の第１の光散乱領域Ｚ１内にある位置を計算できる。
【００３０】
第１の光散乱領域Ｚ１と類似し、線光源１５０の出力光の一部が参照面３００上に照射して第２の光散乱領域Ｚ２を形成する。参照面３００と線光源１５０間の距離は、反射台面１１３と線光源１５０間の距離より長いため、第２の光散乱領域Ｚ２の平均的な光強度が第１の光散乱領域Ｚ１の平均的な光強度より小さい。これをもって、演算モジュール２５０は、画像４００内の捕捉した強度が第１の光散乱領域Ｚ１であるか、或いは第２の光散乱領域Ｚ２の光強度であるかによって、移動設備２００の第１の光散乱領域Ｚ１内或いは第２の光散乱領域Ｚ２内にあることを識別できる。
【００３１】
更に、図７を参照して前記直射光Ｌ２と反射光Ｌ３の結像原理を再度説明する。図４を介して図７と対照して説明する。移動設備２００が位置Ａにある時撮影した画像４００内に直射光Ｌ２と反射光Ｌ３を有する。線光源１５０の出光部にも直射光Ｌ２と反射光Ｌ３上に結像できる。線光源１５０の出光部が直射光Ｌ２上に結像することは、ルートＬ２０１に沿って撮影モジュール２３０まで進んで形成する。線光源１５０の出光部が反射光Ｌ３上に結像することは、ルートＬ３０１に沿って進み、また参照面３００を経由して反射してルートＬ３０２に沿って撮影モジュール２３０まで形成する。
【００３２】
上記を取りまとめると、本発明の実施例の移動誘導方法と移動誘導装置は、簡単な構造を有するナビゲーションキューブのみによって移動設備を誘導して特定方向に向かって移動できる。
【００３３】
上述の説明は、単に本発明の最良の実施例を挙げたまでであり、本発明を限定しない。その他本発明の開示する要旨を逸脱することなく完成された同等効果の修飾または置換はいずれも後述の特許請求の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３４】
１００  ナビゲーションキューブ
１１０  支持壁
１１１  第１端
１１２  第２端
１１３  反射台面
１１４  表面
１３０  延伸壁
１３１  側面
１５０  線光源
２００  移動設備
２１０  移動モジュール
２３０  撮影モジュール
２５０  演算モジュール
３００  参照面
４００  画像
Ｄ  相対距離
Ｌ１  参照光
Ｌ２  直射光
Ｌ３  反射光
Ｚ１  第１の光散乱領域
Ｚ２  第２の光散乱領域
α  交角
θ  相対角度
Ｌ２０１  ルート
Ｌ３０１  ルート
Ｌ３０２  ルート
Ａ  位置
Ｂ  位置
Ｓ６１０  線光源を参照面上方の某距離に設けるステップ
Ｓ６２０  線光源の出力光で参照光を参照面上に形成させ、また直射光を参照面に隣り合う一表面上に形成するステップ
Ｓ６３０  撮影モジュールで参照光と直射光Ｌ２と直射光によって照射される参照面から反射する反射光を有する画像を撮るステップ
Ｓ６４０  画像内の参照光と反射光の交角を計算して撮影モジュールの線光源に対する相対角度を得るステップ
Ｓ６５０  相対角度によって撮影モジュールを移動するステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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