[发明专利]碰撞检测装置、碰撞检测方法及应用其的机器人和吸尘器

说明书

技术领域

本发明是一种关于碰撞检测装置、碰撞检测方法及应用此碰撞检测装置的机器人和吸尘器。

背景技术

移动式智能机器人的应用是建构在机构设计、电控设计、运动控制理论、感测技术等有相当基础之后，才能形成一项成熟的商品。

在移动式机器人的控制中，机器人需要得知其与周遭障碍物的相对关系，所以碰撞检测是一个重要的课题。此外，碰撞检测也是机器人在障碍环境中运动的另一道防线，即是尽可能不破坏或伤害运动环境中的障碍物，尤其是人体。

现有的碰撞检测方法大致有两种，一种是利用视频/音频数据来计算障碍物位置，缺点是需要进行庞杂的运算作业；另一种则是利用碰撞检测系统来检测障碍物位置。各种方式都有其优缺点，简述如下。

在接触式的碰撞检测方法中，是利用防撞杆是否碰触到物体时来判断碰撞的有无。常见的作法是在机器人的本体外围设置防撞杆，在防撞杆上设有一关节机构，并在对应关节机构的地方连接光遮断传感器或接触式传感器。当发生碰撞时，关节会摇动，并由光遮断传感器检测到此一摇动，或是触动到接触式传感器，此时机器人便判断受到了碰撞。此一检测方法的缺点是仅能检测碰撞的有无，但无法检测碰撞的程度，例如碰撞力量的大小。此外，防撞杆及内部杠杆的结构，不易达成软性的碰撞及自动吸震的效果。又由于分辨率不高，当机器人的防撞杆受到碰撞时，无法精确分辨碰撞点的方位，以致于机器人可能会无法正确判断避碰方向。另外也可能会造成误动作，例如检测装置是设计成当防撞杆受撞而平移时关节机构会摇动，但是刚好撞到防撞杆的边缘时关节机构不会摇动，所以检测装置明明撞到了障碍物却不知道。且利用接触的方式来检测碰撞也可能破坏或伤害到运动环境中的障碍物，尤其是人体。

在光学式感测的碰撞检测方法中，如果遇到障碍物是黑体，不会反射光，就无法检测，亦即，对受测物的表面有一定要求；或者是，障碍物恰巧将反射光反射到别处，也无法检测，亦即，检测角度不够广。

在声学式感测的碰撞检测方法中，需要的运算量大，不利于高速行走避障。而且在某些特殊角度或斜面也容易产生误判。

在阻抗式感测的碰撞检测方法中，是针对车轮的驱动电路随时检测电压电流的变化，如果电机转动吃力时，电压会下降而电流会上升，此时则判断遇到了障碍物。但是如果遇到草地、地毯、斜坡等就会误判。

在磁性感测的碰撞检测方法中，第一次使用时需在环境中布置大量的磁条物体，非常麻烦，较适用于环境单调的工厂。而且，此一方法不能检测临时进入环境中的移动障碍物，而且人/动物等移动障碍物也不愿意被贴上磁性标记。

在电子地图的碰撞检测方法中，虽可依据电子地图中各障碍物的位置信息进行避障，但是在该电子地图被完整建立完成之前，还是需仰赖上述各方法来作首次的避障。且感测系统的误差累积会一直增加，必需一直校正。此外，此一方法也无法检测移动障碍物。

发明内容

为了解决上述传统的问题点，本发明的目的之一是提供一种碰撞检测装置及碰撞检测方法，不会破坏或伤害运动环境中的障碍物，尤其是人体；在检测碰撞的同时又能减震、吸震；其制造成本低、组件少；其感测灵敏度高、方位精确。

为达成上述目的，本发明于是提出一种碰撞检测装置，包括：本体；至少一气囊，位于本体外周；至少一气压检测器，气压检测器连接至气囊，以检测气囊的压力变化；以及转换电路，将气压检测器所测得的信号转换为模拟或数字的电气信号；借由气压检测器所测得的压力变化，来判断碰撞的有无并计算碰撞的力量。

在上述碰撞检测装置中，气囊为多个，气压检测器为多个，且气囊彼此连通，每一气囊与每一气压检测器连接，以检测各气囊在各时间的压力值，并借由各气囊在各时间的压力值求出碰撞范围/碰撞位置/碰撞角度，也可求出碰撞发生的时间。

在上述碰撞检测装置中，气囊彼此邻接呈扇形，固定在本体外周亦可。

在上述碰撞检测装置中，气囊可以为一体成形，在邻接的气囊之间具有连通孔，借由连通孔达成各气囊之间压力的传递并延迟压力的传递。

在上述碰撞检测装置中，亦可使该些气囊彼此邻接呈环形，固定在本体外周。

在上述碰撞检测装置中，气囊是由弹性材料构成。

本发明又提供一种机器人，其采用上述的碰撞检测装置。

本发明又提供一种吸尘器，其采用上述的碰撞检测装置。