本發(fā)明涉及一種移動裝置，尤其涉及一種使用一同步定位與環(huán)境地圖建立(Simultaneous Localization and Mapping；SLAM)演算法的移動裝置。

背景技術(shù)：

對于移動式裝置而言，必須能夠自動地移動到設(shè)定的目前點。為了達到此目的，移動式裝置檢測周圍環(huán)境，用以得知本身的位置。知道本身的位置后，才能知道目標在哪個方向以及目標與本身的距離，最后才能往目標移動?，F(xiàn)有的同步定位與環(huán)境地圖建立(Simultaneous Localization and Mapping；SLAM)演算法最常被應用在移動式裝置中。

當移動式裝置從一起始點開始移動，移動式裝置便開始檢測周圍環(huán)境，并對檢測結(jié)果進行SLAM運算。當移動式裝置回到起始點的附近時，移動式裝置應該可得到一輪廓地圖。理論上，輪廓地圖應該是一封閉曲線。然而，當移動式裝置的檢測發(fā)生誤差時，輪廓地圖將一非封閉曲線，因而使得移動式裝置無法正確得知本身的位置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的一目的在于提高輪廓地圖的正確性，以強化移動式裝置的定位能力。本發(fā)明的另一目的在于提供一補償機制，用以在建構(gòu)輪廓地圖中，修改先前不正確地圖或位置信息。

為達上述目的，本發(fā)明提供一種移動裝置，包括一驅(qū)動單元、一測距單元以及一處理單元。驅(qū)動單元根據(jù)一控制信號令移動裝置在一區(qū)域內(nèi)移動。在一第一時間點，移動裝置位于區(qū)域內(nèi)的一特定位置。在一第二時間點，移動裝置回到特定位置的周圍。測距單元檢測區(qū)域內(nèi)的反射光。在第一時間點，測距單元檢測一第一視野內(nèi)的反射光，用以產(chǎn)生一第一先前數(shù)據(jù)。在第二時間點，測距單元檢測第一視野內(nèi)的反射光，用以產(chǎn)生一第二先前數(shù)據(jù)。測距單元檢測一第二視野內(nèi)的反射光，用以產(chǎn)生一第一補償數(shù) 據(jù)。第一視野的邊界不重疊第二視野的邊界。處理單元對第一先前數(shù)據(jù)進行一同步定位與環(huán)境地圖建立(SLAM)運算，用以產(chǎn)生一第一先前地圖以及一第一先前位置，并對第二先前數(shù)據(jù)進行SLAM運算，用以產(chǎn)生一第二先前地圖以及一第二先前位置。處理單元比較第一先前地圖及第二先前地圖。當?shù)谝幌惹暗貓D及第二先前地圖不一致的幾率超過一預設(shè)閥值，處理單元對一特定數(shù)據(jù)與第一補償數(shù)據(jù)進行SLAM運算，用以產(chǎn)生一目前地圖，并根據(jù)目前地圖，產(chǎn)生控制信號。

基于上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的技術(shù)效果在于：能夠提高輪廓地圖的正確性，強化移動裝置的定位能力。

為讓本發(fā)明的特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，并配合附圖說明書附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的移動裝置的內(nèi)部示意圖。

圖2A～2C為移動裝置100的俯視圖，用以顯示第一視野及第二視野的可能實施例。

圖3A為分段連續(xù)光線的一可能示意圖。

圖3B為線性光線的一可能示意圖。

附圖標記說明：

100：移動裝置；

110：測距單元；

120：處理單元；

130：驅(qū)動單元；

D1～D5：方向；

200：箭頭；

211～212、221～224、231～232：視野；

θ₁～θ₃：視野角度；

310、320：光線；

311～315、321～324：光條紋。

具體實施方式

圖1為本發(fā)明的移動裝置的內(nèi)部示意圖。如圖所示，移動裝置100包括一測距單元110、一處理單元120以及一驅(qū)動單元130。本發(fā)明并不限定移動裝置100的種類。在一可能實施例，移動裝置100在空中或地面移動。舉例而言，移動裝置100為一掃地機器人。

測距單元110檢測移動裝置100所在的一區(qū)域內(nèi)的反射光。圖2A～2C為移動裝置100的俯視圖，用以顯示測距單元110如何檢測反射光。在本實施例中，測距單元110設(shè)置在移動裝置100的上表面，但并非用以限制本發(fā)明。在其它實施例中，測距單元110可能設(shè)置在移動裝置100的側(cè)表面。

在圖2A中，測距單元110具有一視角θ₁。當測距單元110朝向方向D1時，測距單元110在視角θ₁下，可檢測到視野211里的反射光。當測距單元110朝向方向D2時，測距單元110在視角θ₁下，可檢測到視野212里的反射光。在本實施例中，測距單元110相對于移動裝置100的位置是固定不變。通過移動裝置100的轉(zhuǎn)動，可讓測距單元110朝向方向D1或D2。

在其它實施例中，測距單元110在移動裝置100上的位置為可調(diào)。舉例而言，測距單元110可能是設(shè)置在一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)平臺(未顯示)上。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)平臺繞一自旋軸任意旋轉(zhuǎn)。當旋轉(zhuǎn)機構(gòu)平臺往箭頭200的方向轉(zhuǎn)動時，便可讓測距單元110由方向D1改朝向方向D2，并檢測垂直于旋轉(zhuǎn)機構(gòu)平臺的自旋軸的反射光。在本實施例中，視野211與212并未重疊。在一可能實施例中，視野211與212的總視野范圍(即2θ₁)大于等于120度。

在圖2B中，測距單元110的視角為360度。在一可能實施例中，測距單元110具有一全向性攝影機(Omni-directional camera)，用以檢測360度的影像，但并非用以限制本發(fā)明。在其它實施例中，測距單元110具有一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)平臺以及一影像傳感器。在此例中，雖然影像傳感器的視角并非360度，但當旋轉(zhuǎn)機構(gòu)平臺轉(zhuǎn)動時，也可讓影像傳感器檢測到360度的影像。

在本實施例中，測距單元110的360度視野被區(qū)分成次視野221～224。次視野221～224的角度均相同，均為90度，但并非用以限制本發(fā)明。在其它實施例中，多個次視野中的一者的角度不同于另一者。如圖所示，每一次視野的邊界重疊相鄰次視野的邊界。舉例而言，視野221的邊界重疊視 野222與224的邊界。

在圖2C中，測距單元110具有影像傳感器111與112。影像傳感器111具有視角θ₂，并通過視角θ₂檢測視野231里的反射光。影像傳感器112具有視角θ₃，并通過視角θ₃檢測視野232里的反射光。視角θ₂可能大于、等于或小于視角θ₃。在一可能實施例中，角度θ₂與θ₃的總合大于等于120度。在另一可能實施例中，角度θ₂與θ₃的一者為另一者的2倍。另外，視野231與232位于同一水平面上。

本發(fā)明并不限定測距單元110的內(nèi)部架構(gòu)。在一可能實施例中，測距單元110具有至少一影像傳感器。影像傳感器檢測環(huán)境的反射光，用以產(chǎn)生多筆數(shù)據(jù)。舉例而言，在第一時間點及第二時間點，影像傳感器檢測第一視野內(nèi)的反射光，用以產(chǎn)生第一先前數(shù)據(jù)及第二先前數(shù)據(jù)。在一可能實施例中，在第一時間點或第二時間點，影像傳感器檢測第二視野內(nèi)的反射光，用以產(chǎn)生一補償數(shù)據(jù)。在另一可能實施例中，影像傳感器在第三時間點檢測第一視野內(nèi)的反射光，用以產(chǎn)生一補償數(shù)據(jù)。第三時間點可能早于或晚于第一時間點及第二時間點。

本發(fā)明并不限定如何讓影像傳感器檢測不同視野里的反射光。在一可能實施例中，利用移動裝置100的旋轉(zhuǎn)，便可使影像傳感器朝向不同的方向，用以檢測不同方向的反射光。在另一可能實施例中，通過一反射鏡或是一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)平臺，也可讓影像傳感器接收并檢測不同視野里的反射光。在一些實施例中，利用至少二影像傳感器，檢測不同方向的反射光。在其它實施例中，測距單元110還包括一里程計(odometer)或是一慣性導航系統(tǒng)(Inertial Navigation System；INS)，用以測量移動裝置100移動的距離或姿態(tài)變化。

測距單元110可能具有至少一光源發(fā)射器，用以發(fā)射一不連續(xù)的光線或是線性光線。在本實施例中，光源發(fā)射器所發(fā)射的光線均為不可見光。當不可見光照射到一物體時，該物體反射該不可見光，用以產(chǎn)生一反射光。然而，當一可見光(如太陽或日光燈)照射物體時，物體也會產(chǎn)生反射光，此反射光稱為環(huán)境反射光。本發(fā)明并不限定測距單元110里的影像傳感器所接收到的反射光的種類。在一可能實施例中，影像傳感器所檢測的反射光不含環(huán)境反射光或是僅含環(huán)境反射光。在另一可能實施例中，影像傳感器 所檢測的反射光包含環(huán)境反射光。在其它實施例中，當測距單元110具有多個影像傳感器時，該等影像傳感器中的至少一者所檢測的反射光不包含環(huán)境反射光。

本發(fā)明并不限定測距單元110的光源發(fā)射器所產(chǎn)生的光線的光照范圍。在一可能實施例，測距單元110僅具有單一光源發(fā)射器，其所發(fā)射出的光線同時往不同方向照射，如同時照向圖2C的方向D3與D4。在另一可能實施例中，測距單元110僅具有單一光源發(fā)射器，并且該光源發(fā)射器所產(chǎn)生的光線依序照向方向D3與D4。在其它實施例中，測距單元110具有多個光源發(fā)射器，用以往不同方向發(fā)射光線。

另外，測距單元110的光源發(fā)射器可能持續(xù)發(fā)射光線(即為線性光線)，或是以脈沖方式發(fā)射光線(即為不連續(xù)光源)。舉例而言，在一第一期間，測距單元110的發(fā)光源發(fā)出一光線，在一第二期間，測距單元110的發(fā)光源不發(fā)出該光線。在一第三期間，測距單元110的發(fā)光源再度發(fā)出該光線。

本發(fā)明并不限定測距單元110的光源發(fā)射器所發(fā)出的光線的種類。在一可能實施例中，測距單元110的光源發(fā)射器所發(fā)出的光線為一分段連續(xù)光線(piecewise continuous)。圖3A為分段連續(xù)光線的一可能示意圖。當測距單元110的光源發(fā)射器往方向D5發(fā)射一光線310時，光線310具有亮條紋311～315。雖然相鄰亮條紋之間具有一暗條紋，但因肉眼所看到的光線310為一連續(xù)光線，故光線310稱為一分段連續(xù)光線。

在其它實施例中，通過控制光線310的能量或是令光線310經(jīng)過一介質(zhì)，便可調(diào)整亮條紋311～315的寬度與長度。在一可能實施例中，介質(zhì)為一透鏡，如一波浪鏡，但并非用以限制本發(fā)明。如圖3B所示，由于光線320具有足夠的能量，因此，兩相鄰亮條紋的某些部分(如中間部分)連接在一起。如圖所示，光條紋321～324彼此連接，故光線320可稱為一線性光線(linear correlation)。

在一可能實施例中，當測距單元110僅具有單一光源發(fā)射器時，該光源發(fā)射器可能根據(jù)一控制信號(未顯示)發(fā)出分段連續(xù)光線或是線性光線。在另一可能實施例中，當測距單元110具有多個光源發(fā)射器時，該等光源發(fā)射器可能均發(fā)出分段連續(xù)光線或是線性光線、或是該等光源發(fā)射器中的至少一者發(fā)出分段連續(xù)光線，而其余的光源發(fā)射器發(fā)出線性光線。

在其它實施例中，光源發(fā)射器與影像傳感器整合在一起。舉例而言，測距單元110具有至少一測距儀，用以發(fā)出至少一不可見光。在一可能實施例中，測距單元110具有至少一雷射測距儀(laser range finder)。雷射測距儀不但可發(fā)出雷射光，也可檢測反射光，因此，可取代上述的光源發(fā)射器與影像傳感器。

請回到圖1，處理單元120根據(jù)測距單元110的檢測結(jié)果，進行一SLAM運算，用以產(chǎn)生一地圖信息以及一位置信息。在本實施例中，在第一時間點，移動單元110移動至一特定位置，此時，測距單元110檢測第一視野里的反射光，用以產(chǎn)生一第一先前數(shù)據(jù)。處理單元120對第一先前數(shù)據(jù)進行SLAM運算，用以產(chǎn)生一第一先前地圖以及一第一先前位置。在第二時間點，移動單元110回到特定位置的周圍。此時，測距單元110再度檢測第一視野里的反射光，用以產(chǎn)生一第二先前數(shù)據(jù)。處理單元120對第二先前數(shù)據(jù)進行SLAM運算，用以產(chǎn)生一第二先前地圖以及一第二先前位置。

在理想狀態(tài)下，當移動裝置100回到特定位置的附近時，處理單元120所產(chǎn)生的第二先前地圖及第二先前位置應該與第一先前地圖及第一先前位置一致。然而，實際上，處理單元120所產(chǎn)生的第二先前地圖或第二先前位置可能與第一先前地圖或第一先前位置不一致。因此，在本實施例中，當?shù)谝幌惹暗貓D與第二先前地圖不一致的幾率大于一預設(shè)閥值時，處理單元120對一特定數(shù)據(jù)以及一補償數(shù)據(jù)進行SLAM計算，用以控制移動裝置100的行進路徑。

在一可能實施例中，特定數(shù)據(jù)為第二先前數(shù)據(jù)或是測距單元110在第三時間檢測第一視野里的反射光所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。在其它實施例中，補償數(shù)據(jù)為另一視野里的反射光。以圖2A為例，若測距單元110根據(jù)視野211里的反射光產(chǎn)生第一及第二先前數(shù)據(jù)，則補償數(shù)據(jù)指測距單元110根據(jù)視野212里的反射光所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。在此例中，測距單元110在第一、第二或第三時間點產(chǎn)生補償數(shù)據(jù)。

當移動裝置100回到特定位置的附近時，如果第一先前地圖與第二先前地圖不一致的幾率小于預設(shè)閥值，但第一先前位置及第二先前位置不一致時，處理單元120仍會對特定數(shù)據(jù)以及補償數(shù)據(jù)進行SLAM計算，用以更新第二先前位置。

在其它實施例中，當?shù)谝幌惹暗貓D與第二先前地圖不一致的幾率小于預設(shè)閥值，并且第一先前位置及第二先前位置相符時，處理單元120不對特定數(shù)據(jù)以及補償數(shù)據(jù)進行SLAM計算。在此例中，處理單元120只會在第一先前地圖與第二先前地圖不一致的幾率大于預設(shè)閥值或是第一先前位置及第二先前位置不一致時，才會對特定數(shù)據(jù)以及補償數(shù)據(jù)進行SLAM計算，并非用以限制本發(fā)明。在一些實施例中，不論第一先前地圖與第二先前地圖不一致的幾率是否大于預設(shè)閥值以及第一先前地圖與第二先前地圖是否一致，處理單元120均會對特定數(shù)據(jù)以及補償數(shù)據(jù)進行SLAM計算，用以產(chǎn)生一目前地圖及一目前位置，以取代第二先前地圖及第二先前位置。

在一可能實施例中，當處理單元120需要補償數(shù)據(jù)時，測距單元110才會檢測第二視野里的反射光。在另一可能實施例中，測距單元110持續(xù)檢測第二視野里的反射光，用以產(chǎn)生補償數(shù)據(jù)，但處理單元120暫不對補償數(shù)據(jù)進行SLAM計算。在此例中，處理單元120先將補償數(shù)據(jù)儲存在一儲存單元(未顯示)中，等到需要使用時，才從儲存單元擷取補償數(shù)據(jù)。在此例中，測距單元110持續(xù)更新儲存單元里的補償數(shù)據(jù)。在一可能實施例中，測距單元110利用傳輸線或無線方式(如藍牙)與處理單元120進行數(shù)據(jù)傳輸。

測距單元110在相對應的視野中，每隔一特定角度，便檢測環(huán)境的至少一反射光，用以提供至少一深度信息給處理單元120。在本實施例中，如果測距單元110提供固定數(shù)量的深度信息給處理單元120時，則當視野的角度(如θ₁～θ₃)愈大時，則特定角度愈大。以圖2C為例，當視角θ₂為120度時，影像傳感器111每隔1度檢測環(huán)境的一反射光，用以提供一深度信息給處理單元120。因此，處理單元120可接收到120筆深度信息。當視角θ₂為150度時，影像傳感器111每隔1.3度檢測環(huán)境的一反射光，用以提供一深度信息給處理單元120。然而，當視角θ₂為360度時，則影像傳感器111每隔2.4度便提供一深度信息給處理單元120。

在另一可能實施例中，影像傳感器111每隔一特定，提供多筆深度信息給處理單元120。以圖2C為例，假設(shè)，視角θ₂為120度。在一可能實施例中，影像傳感器111每隔1度便檢測環(huán)境的至少三反射光，用以提供至少三筆深度信息給處理單元120。然而，當視角θ₂為150度時，則影像 傳感器111每隔1.3度便檢測反射光，用以提供多筆深度信息給處理單元120。

在其它實施例中，處理單元120獨立于移動裝置100之外。在此例中，測距單元110利用有線或無線的方式，將所有數(shù)據(jù)(第一先前數(shù)據(jù)、第二先前數(shù)據(jù)、特定數(shù)據(jù)、補償數(shù)據(jù))提供給一外部裝置(未顯示)，如一云端系統(tǒng)，該云端系統(tǒng)進行SLAM運算，并將運算結(jié)果回傳給移動裝置100。在此例中，測距單元110持續(xù)提供補償數(shù)據(jù)給外部裝置，并且外部裝置對補償數(shù)據(jù)進行SLAM運算，再將運算結(jié)果回傳至移動裝置100。

請參考圖1，驅(qū)動單元130根據(jù)處理單元120所產(chǎn)生的地圖信息以及位置信息而動作，如控制滾輪(未顯示)的轉(zhuǎn)動速度或方向。在本實施例中，處理單元120產(chǎn)生一控制信號，用以使驅(qū)動單元130令移動裝置100在一區(qū)域內(nèi)移動。當測距單元110具有多個視野時，處理單元120就可判斷出移動裝置100是否位于一十字型路口、一T型路口或是一交叉路口，并在上述情況下，通過驅(qū)動單元130令移動裝置100原地旋轉(zhuǎn)，以取得更多的地圖信息。另外，當移動裝置100位于一長廊時，處理單元120通過驅(qū)動單元130令移動裝置100以頭進尾出(不旋轉(zhuǎn))的方式離開長廊，或是令移動裝置100停止移動并旋轉(zhuǎn)一小段時間后，以頭進頭出的方式離開長廊。再者，如果移動裝置100所在的長廊的寬度足夠時，處理單元120通過驅(qū)動單元130令移動裝置100沿墻行走或是沿左右兩墻面的中間線移動。

在另一可能實施例中，當處理單元120判斷出第一先前地圖及第二先前地圖不一致的幾率超過預設(shè)閥值或是第一先前位置及第二先前位置不一致時，處理單元120先提供一控制信號(未顯示)予驅(qū)動單元130，用以控制移動裝置100的行為模式(behavior)，如放慢移動裝置100的移動速度、令移動裝置100反方向旋轉(zhuǎn)、或是沿墻行走。在移動裝置100移動時，測距單元110提供新的檢測數(shù)據(jù)給處理單元120，故處理單元120持續(xù)判斷第一及第二先前地圖不一致的幾率是否超過預設(shè)閥值或是第一先前位置及第二先前位置是否不一致時。當超過預設(shè)閥值情況維持一段時間(如5秒后)，處理單元120便對特定數(shù)據(jù)以及補償數(shù)據(jù)進行SLAM運算，用以更新先前地圖和/或先前位置。在一可能實施例中，處理單元120可能移除先前地圖，重新建構(gòu)新地圖，或是僅僅重置先前地圖的部分。

另外，在本實施例中，測距單元110可產(chǎn)生至少一不可見光。當不可見光照射到物體，物體所反射產(chǎn)生的光線稱為非環(huán)境反射光。當一可見光(如陽光或是日光燈所發(fā)出的光線)照射物體時，物體所反射產(chǎn)生的光線稱為環(huán)境光。處理單元120根據(jù)環(huán)境反射光與非環(huán)境反射光之間的差異，調(diào)整測距單元110的發(fā)射功率或是曝光度。

除非另作定義，在此所有詞匯(包含技術(shù)與科學詞匯)均屬本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員的一般理解。此外，除非明白表示，詞匯于一般字典中的定義應解釋為與其相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的文章中意義一致，而不應解釋為理想狀態(tài)或過分正式的語態(tài)。

雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作些許的變動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視所附的權(quán)利要求所界定者為準。