CN109297467A - 用于检测三维环境数据的系统和传感器模块 - Google Patents

用于检测三维环境数据的系统和传感器模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种传感器模块，所述传感器模块配置在可在野外自主运行的交通工具(1、9)上或者设置用于在野外定位。所述传感器模块具有具备传感器(7)的传感器装置，利用所述传感器装置无接触地获取传感数据。传感器(7)构造用于在野外的地点中检测植物的空间尺寸。利用传感数据能够测算是否应该收割植物。为此利用知识数据库对传感数据进行评估。

Description

用于检测三维环境数据的系统和传感器模块
技术领域
本发明涉及一种利用传感器模块检测植物的实际状态的设备和方法，所述传感器模块配属于可在野外运行的交通工具或者能够在野外定位，所述传感器模块具有传感器装置，所述传感器装置具有无接触地获取传感数据的传感器。所述设备尤其由传感器模块构成，所述传感器模块配属于可在野外运行的交通工具或者能够在野外定位。
此外，本发明涉及一种由交通工具组成的系统，所述交通工具能够借助控制装置利用由第一传感装置获得的传感数据和必要时存储在存储元件中的地图控制的行走机构在外部区域中运行，其中，能够通过传感装置检测环境中对象的物理特征。
此外，本发明涉及一种运行交通工具的方法，所述交通工具能够借助控制装置利用由第一传感装置获得的传感数据和必要时存储在存储元件中的地图控制的行走机构在外部区域中运行，所述交通工具具有工具。
背景技术
这类作业设备例如作为自动行走的割草机在现有技术中是已知的。由文献EP 2423 893 B1已知一种能够在内部区域中行走的清扫器机器人，该清扫机器人具有用于清洁的工具。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供用于自动化植物养护的措施。
首先规定，利用可配属于可在野外运行的交通工具、然而也能够在野外自行定位的传感器模块来检测环境数据，所述传感器模块具有具备无接触地获取传感数据的传感器的传感器装置。传感器构造用于在植物的地点处检测植物的空间尺寸，所述地点例如标记在二维地图中。由传感器测得的数据、例如图像数据由进行图像处理的计算装置采用，以便检测植物在该地点的体积模型。利用所述方法检测一个植物的实际状态或多个植物的实际状态。利用提供环境的空间图像的传感数据向植物的二维的地点坐标补充高度数据和/或体积数据。计算装置由所述高度数据和体积数据可以检测植物的当前的生长高度数据。此外还规定，当前的生长高度数据与旧的生长高度数据相比较，所述旧的生长高度数据在早先时间利用相同方法或相同传感器模块测得。可以使用包含说明内容的知识数据库，以便发出用于植物养护的操作建议，按照所述说明可以实施特定季节的养护作业、例如收割作业。为此通过当前的生长高度数据与旧的生长高度数据的比较来检测植物的体积增大。根据知识数据库检测所述体积增大是否必须要进行收割。在本本发明的一种改进方式中使用该操作建议，以便控制将可自主在野外运行的植物养护机器人投入使用。此外还规定，知识数据库通过用户群持续地进一步维护，并且可供分散地使用，例如可通过因特网获得。
此外，本发明还涉及一种用于植物养护的系统，其中，为了检测高度数据和/或体积数据而使用两个传感器模块。尤其规定，第一和第二传感器装置构造为，从同一对象、尤其同一植物的两个相互不同的视角检测物理特征。物理特征优选涉及关于植物的空间延伸尺寸的参数。由所述参数能够得到高度数据和/或体积数据。根据本发明的传感器模块可以是自主运行的地面交通工具或自主运行的飞行器。所述交通工具尤其是GPS控制的。飞行器可以自行在空中定位在不同的位置上，以便从这些位置拍摄对象、尤其植物的图像。在传感器模块的一种改进方式中规定，传感器包括至少一个成像传感器、用于检测地面温度和/或空气温度的传感器、用于检测空气湿度和/或地面湿度的传感器、用于检测紫外线辐射和/或亮度的传感器。此外还规定，传感器模块或者承载该传感器模块的交通工具通过数据传输装置与基站或外置的计算装置通信连接。外置的计算装置可以具有知识数据库。在外置的计算装置中可以设置一种器件，通过所述器件根据传感器从不同位置拍摄的空间结构的图像计算出三维结构的三维模型。此外还规定，交通工具可选地配备有传感器模块或作业模块，其中，作业模块承载用于植物养护的针对特定模块的工具。交通工具在环境数据检测模式下承载传感器模块。交通工具在作业模式下承载作业模块。如果使用多个交通工具或一个交通工具和位置固定的传感器模块，那么作业模块可以通过传感器模块获取的传感数据实现运动控制。为此尤其规定，利用第一传感器装置和第二传感器装置从相互不同的视角检测同一对象、尤其同一待养护的植物的物理特征。
附图说明
以下根据附图对本发明进行更详尽的阐述。在附图中：
图1示出具有植物8、8’的野外、用于植物养护的作业设备1、用于测取环境数据的传感器模块9和用于与多个作业设备1和/或数据通信设备17进行通信14的外置的计算装置15。
图2示意性示出作业设备1、基站13和通信链路，利用所述通信链路与外置的计算装置15通信。
具体实施方式
本发明包括用于园艺养护的设备和方法以及系统。主要的系统部件是至少一个作业设备1、一个或多个作业模块10、11和外置的计算装置15，所述计算装置能够通过数据传输装置14与作业设备1通信，所述数据传输装置可以涉及家用网络或因特网。
作业设备1具有壳体并且在壳体内部具有行走机构3，所述行走机构可以具有滚轮、链条驱动器或一个或多个螺旋桨，作业设备1利用所述滚轮、链条驱动器或螺旋桨能够在户外区域中、建筑物外部、花园中、有时甚至在空中行驶。作业设备具有控制装置12，其可以涉及微控制器或其他类型的程序控制的具有存储外围设备的计算装置。
设有传感器5，控制装置12利用所述传感器能够测取环境的结构数据、例如物体、如建筑物、植物甚至人或动物的形状和尺寸。该数据首先用于作业设备1在野外的导航。此外在控制装置12的存储元件中还可以存储野外的地图，在所述地图中存储了环境中的草地、经济作物或观赏植物花坛、树木、道路或其他永久性结构数据，作业设备1能够根据所述地图自动在野外导航。传感器5此外还包括用于检测环境的、尤其植物的随时间变化的状态数据的传感器。由此利用摄像头可以获取植物的图像。利用湿度传感器可以检测空气湿度或地面湿度。利用紫外线传感器可以确定当前的紫外线辐射。利用温度计可以测量地面温度和/或空气温度。利用亮度传感器可以确定当前的亮度。尤其规定，制作三维的地图，其中，该地图包含各个植物、各个植物群、建筑物或其他对象的地点和高度。三维的地图尤其还包含植物的种类和不应被地面行走机构行经的地区。此外，地图还可以包含用于作业设备、例如车辆和作业模块或传感器模块的存放场地。三维的地图的建立可以基于二维的地图完成，其中，二维的地图已经通过使用者借助测量器件或利用成像形成。借助传感器5可以检测环境，以便补充2D地图。
设有发送/接收装置19，尤其通过数据传输装置14能够实现与所述发送/接收装置的无线通信。发送/接收装置19能够直接与基站13通信，所述基站位置固定地布置在野外，并且其位置标注在作业设备1的地图中。数据传输装置14还可以配置为，使作业设备1能够直接与家用网络或因特网通信。
作业设备1此外还包含蓄电池，所述蓄电池在作业设备1暂停时在基站13上充电，否则为作业设备1供应电能。
作业设备1具有用于容纳作业模块10、11的装置，所述装置承载针对特定模块的工具10’、11’。所述装置在以下被称为模块支架2并且如此构造，使得作业设备1能够自动将一个作业模块10更换为另一个作业模块11。这优选在基站13或在存放设备的区域、例如仓库23中完成，在所述仓库中存放作业模块10、11以防恶劣天气。在此可以设置图中未示出的器件、例如夹持器等，利用所述器件能够将作业模块10、11固定在模块支架2上。模块支架2可以具有模块接口18，利用所述模块接口能够建立与作业模块10的信号连接和电连接。
模块支架2具有未示出的机械接口和未示出的电接口。作业模块10、11或既有的传感器模块同样具有机械接口和电接口。这两个机械接口相互共同作用，从而机械接口将作业模块10或传感器模块机械地束缚在模块支架2上。在此涉及钩连、螺纹连接或其他方式的能从束缚位置变为松脱位置的卡锁连接。利用电接口可以将电能从作业设备1传递至作业模块10、11。然而还可行的是，将电能从作业模块10、11传递至作业设备1。此外还规定，能够通过电接口在作业设备1与模块之间10、11之间实现数据交换。电接口可以是插接连接。为此，插头和对应插头相互嵌合，以便相互电接触。
在附图中仅示例性地示出灌溉模块形式的作业设备10，所述作业设备具有灌溉工具10’。灌溉模块10可以具有用于存储水的罐子，所述罐子能够在基站13被填充。然而还可行的是，灌溉模块10与软管相连，以便从加注泵得到水。
利用附图标记11标注剪切模块，所述剪切模块具有剪切工具11’，利用所述剪切工具能够修剪植物。由此剪切工具11’可以例如是剪刀或割草机。剪切工具可以是篱剪或修枝剪，利用篱剪或修枝剪能够修剪篱笆、树木或其他植物。此外，作业模块还设有用于施肥、扫叶、除雪或松土的专门工具。
此外还可以设置传感器模块6，所述传感器模块固定地安置在野外，或者通过作业设备1为相应的任务应用而定位在野外的适当位置上。然而传感器模块6也可以是自动行进的并且自动在现场导航。例如作业设备1可以为此承载传感器模块而替代作业模块10、11。
在一种变型方案中规定，传感器模块9是飞行式的传感器机器人。通过GPS控制等，具有一个或多个螺旋桨的无人机能够在地区上方的空中占据确定位置，以便在不同的位置检测状态数据。
作业设备1的或传感器模块6、9的传感器5、7优选涉及成像式的传感器、例如涉及摄像头，利用所述传感器能够拍摄二维图像。控制装置12或外置的计算装置15可以由二维图像计算环境的三维结构数据。此外，传感器5、7还包括用于检测地面温度和/或空气温度的温度传感器、用于检测地面湿度和/或空气湿度的湿度传感器、紫外线传感器或亮度传感器。根据规定，作业设备1和/或传感器模块6、9具有至少一个、优选多个传感器。
通过传感器5、7获得的传感数据以无线方式借助数据传输装置14选择性地传递至外置的计算装置15。
根据本发明的一个方面，外置的计算装置15空间远程地、尤其相对于外置服务器空间远程地运行。外置的计算装置还可以由本地计算机构成。外置的计算装置15可以与在多个不同位置上运行的作业设备1通信。外置的计算装置15此外还能够与一个或多个在不同位置上提供的数据通信设备17通信，其中，数据通信设备17可以涉及移动终端设备、个人电脑或平板电脑等。多个使用者或尤其用户群的成员可以通过数据通信设备17输入关于专属的、待养护的野外区域的经验值和数据。在此可以传递地图，其中，通过作业设备1的勘测行程获取地图。此外，通过数据通信设备17可以输入关于在相应的野外中确定的植物的位置和种类的说明。
外置的计算装置15具有数据库16，在所述数据库中存储植物的养护信息。养护信息尤其包含植物专属的养护说明，例如关于植物最佳的收割季节、植物是否落叶、何种地面湿度有利于植物的说明等。植物信息由此尤其包含灌溉信息、修剪信息和清洁信息。此外在数据库16中还存储了特定位置的数据，所述数据是使用者专属的，并且尤其包含待养护的地区的地图。此外，特定位置的数据还可以包括植物的位置信息、关于既有的作业模块10、11的说明、当前的天气信息和植物高度。法律规定同样可以存储在数据库中。
当前的天气信息、植物高度、地面湿度和空气湿度等实时通过作业设备1的或传感器模块6、9的传感器5、7获取。状态数据24通过数据传输装置14供给且保存至外置的计算装置15。
计算装置15能够通过养护数据、也即特定位置的数据20和养护信息21、尤其利用当前的状态数据24计算任务数据22。任务数据22包括当前在野外为养护植物所实施的任务。例如任务数据22可以包含的说明有，必须在哪个位置进行植物灌溉，或必须在哪个区域修剪哪种植物。此外，任务数据还可以包含的说明有，是否必须剪草地，或是否应该将落叶清除出场地。为此还通过高度和体积数据计算出生长高度数据。
同样如利用作业设备1或传感器模块6、9的传感器所获取的状态数据24，可以利用所述传感器5、7实现在野外独立地履行任务。为此，传感器模块6、9布置在为检测结构数据的理想位置上，例如以便利用其摄像头形成待养护植物的3D图像。利用所述结构数据随后控制作业模块10、11的工具10’、11’。
外置的计算装置15此外还可以包含知识数据库，使用者可以将其个人经验输入所述知识数据库中或者借助使用者能够向用户群的成员提出问题。由此，外置的计算装置15提供了类似于社交媒体平台的通信平台，所述通信平台能够用作针对该类型的自动户外设备的用户的聚会地点。通过该平台和尤其连接该平台的应用，能够向所有用户整体传播各个用户的经验值，并且例如以提示、用户建议或辅助方式提供全体所用。用户与该通信平台例如通过控制设备、例如自主的户外设备的控制设备进行通信。同样规定通过移动终端设备、平板电脑和尤其因特网连接实现通信。还根据规定，自主的作业设备1或传感器模块6、9中的一个可以具有触敏的屏幕，通过所述屏幕能够与外置的计算装置15通信。
还可以使用知识数据库，以便根据由使用者存储在数据库中的提示或经验数据发出处理建议，利用处理建议能够优化各种植物的生长。
附图标记清单
1 作业设备
2 模块支架
3 行走机构
4 清扫装置
5 传感器
6 传感器模块
7 传感器
8 植物
8’ 植物
9 无人机
10 作业模块
10’ 工具
11 作业模块
11’ 工具
12 控制装置
13 基站
14 数据传输装置
15 计算装置
16 数据库
17 数据通信设备
18 模块接口
19 发送/接收装置
20 数据
21 养护信息
22 任务数据
23 仓库
24 状态数据
25 电池
26 通信接口

Claims (15)

1.一种传感器模块，布置在能够在野外运行的交通工具(1或9)上或者用于在野外的定位，所述传感器模块具有传感器装置，所述传感器装置具有多个无接触地获取传感数据的传感器(7)，其特征在于，这些传感器(7)构造用于在植物(8)的地点处检测植物的空间尺寸。
2.一种通过传感器模块(6)的传感器装置检测植物(8)的实际状态的方法，所述传感器模块配属于能够在野外运行的交通工具(1、9)或者能够在野外定位，其中，所述传感器装置具有多个无接触地获取传感数据的传感器(7)，其特征在于，通过这些传感器(7)在植物(8)的地点处检测植物的空间尺寸。
3.根据权利要求1所述的传感器模块或根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在使用传感数据的情况下，向包含植物(8)的二维地点坐标的地图补充植物(8)的高度数据和/或体积数据。
4.根据权利要求1或3所述的传感器模块或根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，根据高度数据和体积数据得出植物(8)的当前的生长高度数据，并且借助知识数据库结合植物(8)的旧的生长高度数据给出用于植物(8)养护的操作建议。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述操作建议用于将可在野外自主运行的作业设备(1)投入使用，所述作业设备(1)具有用于植物养护的工具(10’、11’)。
6.一种由交通工具(1)组成的系统，所述交通工具(1)能够在外部区域中自主运行并且具有通过控制装置(12)控制的行走机构(3)，其中，所述控制装置(12)使用由第一传感器装置的传感器(5)获得的传感数据和必要时存储在存储元件中的地图，其中，可通过所述第一传感器装置检测环境中对象的物理特征，其特征在于，设有配属于传感器模块(6、9)的、具备传感器(7)的第二传感器装置，其中，第一和第二传感器装置构造为，使所述第一和第二传感器装置从同一对象的相互不同的视角检测物理特征。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第二传感器模块(6)自主运行或者能够通过交通工具(1、9)行进。
8.根据权利要求6或7所述的系统或根据权利要求1或3所述的传感器模块，其特征在于，所述传感器模块(6)配属于飞行器，所述飞行器能够尤其GPS控制地在空中定位。
9.根据上述权利要求中任一项所述的系统或传感器模块，其特征在于，所述传感器(5、7)包含至少一个以下传感器：成像传感器、用于检测地面温度和/或空气温度的传感器、用于检测空气湿度和/或地面湿度的传感器、用于检测紫外线辐射的传感器、亮度的传感器。
10.根据上述权利要求中任一项所述的系统或传感器模块，其特征在于，设有用于与基站(13)、交通工具(1)和/或外置的计算装置(15)进行通信的数据传输装置(14)。
11.根据上述权利要求中任一项所述的系统或传感器模块，其特征在于，设有一种器件，通过所述器件根据由传感器(5、7)在不同地点拍摄的空间结构的图像计算出三维结构的三维模型。
12.根据上述权利要求中任一项所述的系统或传感器模块，其特征在于，所述交通工具(1)在环境数据检测模式下承载传感器模块(6、9)，并且在作业模式下替代传感器模块(6、9)而承载具有针对特定模块的工具(10’、11’)的作业模块(10、11)，以便进行植物养护。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述工具模块(10、11)的工具(10’、11’)通过由传感器模块(6)获得的传感数据进行运动控制。
14.一种运行交通工具(1)的方法，所述交通工具能够在外部区域中自主运行并且具有通过控制装置(12)控制的行走机构(3)，其中，所述控制装置(12)使用由第一传感器装置的传感器(5)获得的传感数据和必要时存储在存储元件中的地图，所述交通工具(1)具有工具(10’、11’)，其特征在于，利用传感器模块(6)的第一传感器装置和具有传感器(7)的第二传感器装置从相互不同的视角检测同一对象的物理特征、尤其待养护的植物的物理环境特征。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，利用由第一传感器装置和第二传感器装置获得的传感数据控制所述工具(10’、11’)。
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