CN110612806B - 一种智能割草机 - Google Patents

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Abstract

公开了一种智能割草机，包含：行进控制模块，用以控制智能割草机的行进和转向，所述行进控制模块包含轮组驱动电机；图像采集模块，用以取得智能割草机周围环境图像；储存模块；以及运算模块，所述运算模块电性连接所述图像采集模块、所述行进控制模块以及所述储存模块，所述运算模块根据图像采集模块提供的周围环境图像制作环境判断资讯并储存于所述储存模块；其中，所述智能割草机启动自动割草功能后，所述运算模块根据所述环境判断资讯对实时周围环境图像分析出草地区域，所述行进控制模块控制所述轮组驱动电机使所述智能割草机行进于所述草地区域。还公开了另一种智能割草机。本智能割草机能准确判定草地范围直接进行割草作业而无需设定边界。

Description

一种智能割草机
技术领域
本发明涉及智能控制技术领域，具体而言，涉及一种可根据不同环境调整对于图像判断的智能割草机。
背景技术
随着科学技术的不断发展，信息技术、计算机技术以及人工智能技术的不断引入，给人们的生活带来的极大的便利，比如近几年研究的智能割草机，可自主行走进行割草工作，而无须用户亲自操纵。
但是，现有技术中的智能割草机存在极大的不便是智能割草机无法自主判定草地区域，必须要求用户设置割草边界，现有的智能割草机才会在边界划定的区域内来回行走并进行割草工作。
若是使智能割草机带有摄像头来辨识草地区域，将会遇到另一个困难是不同草地品种、不同光照、不同地区及不同环境都会大大改变图像内容并影响智能割草机对于草地区域的判断，因此也无法使用割草机出厂时的统一预设数值作为基准来判断各种场景下的草地范围。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能自主判定草地区域、并依据不同环境调整对于图像判断的智能割草机。
第一方面，本发明实施例提供了一种智能割草机，包含：
行进控制模块，用以控制所述智能割草机的行进和转向，所述行进控制模块包含轮组驱动电机；
图像采集模块，用以取得所述智能割草机周围环境图像；
储存模块；以及
运算模块，所述运算模块电性连接所述图像采集模块、所述行进控制模块以及所述储存模块，所述运算模块根据所述图像采集模块提供的周围环境图像制作环境判断资讯并储存于所述储存模块；
其中，所述智能割草机启动自动割草功能后，所述运算模块根据所述环境判断资讯对实时周围环境图像分析出草地区域，所述行进控制模块控制所述轮组驱动电机使所述智能割草机行进于所述草地区域。
可选地，所述环境判断资讯包含草地颜色资讯。
可选地，所述草地颜色资讯包含不同光照环境下的颜色资讯。
可选地，所述草地颜色资讯包含不同品种草地的颜色资讯。
可选地，所述的智能割草机，更包含一速度传感器。
可选地，所述运算模块根据根据所述速度传感器传回的速度值运算出行进时的地表摩擦力，并将所述地表摩擦力加入所述环境判断资讯中。
可选地，所述图像采集模块具备一伸缩机构，所述伸缩机构可使所述图像采集模块开启或闭合于所述智能割草机的外壳。
可选地，若所述环境判断资讯不足以分析出草地区域，则所述智能割草机使用传感器跟随用户行进于草地上，所述图像采集模块提供周围环境图像供所述运算模块更新所述环境判断资讯。
可选地，所述的智能割草机，更包含一远端控制装置。
可选地，若所述环境判断资讯不足以分析出草地区域，则所述远端控制装置控制所述智能割草机行进于草地上，所述图像采集模块提供周围环境图像供所述运算模块更新所述环境判断资讯。
可选地，所述的智能割草机，更包含一机器学习模块。
可选地，所述智能割草机跟随所述用户行进于草地上时，所述机器学习模块根据实时取得的周围环境图像，对神经网路节点权重值进行调整，并根据调整结果更新所述环境判断资讯。
第二方面，本发明实施例提供了一种智能割草机，包含：
行进控制模块，用以控制所述智能割草机的行进和转向，所述行进控制模块包含轮组驱动电机；
图像采集模块，用以取得所述智能割草机周围环境图像；以及
运算模块，所述运算模块电性连接所述图像采集模块与所述行进控制模块；
其中，所述运算模块基于所述图像采集模块取得的周围环境图像判断草地区域，所述行进控制模块控制所述轮组驱动电机使所述智能割草机行进于所述草地区域。
本发明提供的一种能自主判定草地区域、并依据不同环境调整对于影像判断的智能割草机，与现有技术中的相比，其通过图像采集模块取得并了解当前环境下的草地图像信息，使得本发明的智能割草机能据以准确判定草地范围直接进行割草作业而无需设定边界，另外更通过机器学习模块来强化对于草地图像的判断结果。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明实施例所提供的一种智能割草机的情境示意及模块关系框图；
图2示出了本发明实施例所提供的启动运行流程图；
图3示出了本发明实施例所提供的图像判别程序的情境示意图；
图4A示出了本发明实施例所提供的一种智能割草机的图像采集模块开启示意图；
图4B示出了本发明实施例所提供的一种智能割草机的图像采集模块关闭示意图；
图5示出了本发明实施例所提供的机器学习流程图；
图6示出了本发明实施例所提供的机器学习程序的情境示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，图1为本发明一种实施例所提供的智能割草机的情境示意及模块关系框图。如图1所示，智能割草机1包含图像采集模块11、行进控制模块12、运算模块13、储存模块14、刀片控制模块15、电源模块16、姿态采集模块17、距离感应模块18、定位模块19、显示模块110、以及机器学习模块111；其中行进控制模块12包含轮组驱动电机，用以控制所述智能割草机的行进和转向；其中图像采集模块11用以取得所述智能割草机周围环境图像；其中运算模块13电性连接图像采集模块11、行进控制模块12以及储存模块14，运算模块13根据图像采集模块11提供的周围环境图像制作环境判断资讯142并储存于储存模块14。另外图中更包含有用户2，草地区域3以及非草地区域4。
请参考图1并同时参考图2的启动运行流程图说明。如步骤S11所示，当用户2启动智能割草机1的不预先规定边界的智能割草功能后，步骤S12中智能割草机1先检视储存模块14中的环境判断资讯142是否足以对图像采集模块11所取得的目前周围环境图像进行判别，其中环境判断资讯142包含图像资讯1421、行走资讯1422及其他资讯1423中的全部或部份经处里后的内容。
请同时参考图3，图3为本发明智能割草机的图像判别程序的情境示意图。如图3所示，周围环境图像取得后将会被拆成较小的次图像5进行分析，次图像5将会被依据其所包含的颜色、物体线条等内容与环境判断资讯142中的条件相互比较以进行相似度评分，评分介于0(不相似)至1(相似)之间。
回到图2步骤S13，若目前拥有的环境判断资讯142已足够判断目前草地区域3，则前往步骤S17。在此必须说明的是，足够判断的依据为次图像5中相似度评分超过相似度阈值的比例大于一草地比例阈值。举例而言，假设相似度阈值为0.6而草地比例阈值为70％，则代表相似度评分超过0.6的次图像5即判断为草地区域3；相反地，若相似度评分小于0.6的次图像5即判断为非草地区域4。所有次图像5中若判断为草地区域3的比例大于草地比例阈值70％，则认定目前拥有的环境判断资讯142已足够判断目前草地区域3。
反之，若步骤S13中目前拥有的环境判断资讯142不足以判断目前草地区域3，则前往步骤S14，智能割草机1于显示模块110显示需要更多环境判断资讯142。步骤S15，用户2按下人像注册按钮(未显示于图中)之后，用户2出现在智能割草机1摄像范围中，智能割草机1开始人像注册程序，图像采集模块11取得用户2的使用者注册人像特征141，并记录于储存模块14中。其中前述之使用者注册人像特征141包含但不限于图1所示的人体骨架分析图，另外还可以同时包含用户穿着颜色特征等资讯。
步骤S16，人像注册完成，智能割草机1使用图像采集模块11辨识与使用者注册人像特征141匹配的用户2，并开始跟随此用户2行进于草地区域3上，并使用图像采集模块11所记录的图像资讯1421、姿态采集模块17所记录的行走资讯1422及距离感应模块18与定位模块19所记录的其他资讯1423直接加入或处理后更新至环境判断资讯142。更详细的说，图像资讯1421包含但不限于草地颜色资讯，较佳地所述草地颜色资讯包含不同光照环境下的颜色资讯、以及不同品种草地的颜色资讯；姿态采集模块17包括但不限于惯性测量单元IMU、陀螺仪、速度传感器或加速度传感器的其中之一或组合，行走资讯1422包括但不限于行径过程中的物体三轴姿态角及/或速度传感器传回的速度值运算出行进时的地表摩擦力；距离感应模块18包括但不限于超声测距装置、红外测距装置、或激光探测与测量装置的其中之一或组合；定位模块19包括但不限于GPS定位装置、WiFi室内无线定位装置、或蓝牙信标室内无线定位装置的其中之一或组合；其他资讯1423包括但不限于定位信息、时间信息、距离障碍物信息。
必须说明的是，虽然此处是以图像采集人像特征进行注册、辨识及跟随，但亦可替换使用其他传感器例如距离传感器来进行注册、辨识及跟随，此处仅为示例而非限制。
另外必须说明的是，虽然此处是以人像特征跟随的方式来引导智能割草机1行进于草地上，但亦可替换使用远端控制装置控制智能割草机1行进于草地上，此处仅为示例而非限制。
通过步骤S16，智能割草机1得以了解当前环境下的草地图像信息、草地行走信息、以及各种其他信息，使得本发明的智能割草机1能通过实际草地颜色及/或地表摩擦力准确判定草地区域。在一种较佳的实施例中，运算模块13根据当前时间信息取得记录当时时间较近的草地颜色资讯更新至环境判断资讯142。步骤S16完成后，再次回到步骤S12及S13，检视环境判断资讯142是否足以对目前图像进行判别，若目前拥有的环境判断资讯142已足够判断目前草地区域3，则前往步骤S17。
步骤S17，智能割草机1启动行进控制模块12及刀片控制模块15，行进控制模块12控制轮组驱动电机使智能割草机1行进于草地区域3并通过刀片控制模块15开始割草工作。通过上述之发明内容，本发明之技术可以准确判定草地范围，因此得以直接进行割草作业而无需如传统技术一般需预先设定边界。
请参考图4A及图4B，分别为本发明一种实施例所提供的智能割草机1的图像采集模块11开启/关闭示意图。如图4A所示，正常使用本发明所述之不预先规定边界的智能割草功能时，图像采集模块11需处于开启状态。图像采集模块11中的摄像头单元可以是单目摄像头、双目摄像头、鱼眼摄像头或环视摄像头。如图4B所示，图像采集模块11具备一伸缩机构，所述伸缩机构可使所述图像采集模块11开启或闭合于智能割草机1的外壳，亦即不使用本发明所述之不预先规定边界的智能割草功能时，可将图像采集模块11关闭于外壳，使得摄像头的镜头保持清洁。其中，上述之不使用本发明所述之不预先规定边界的智能割草功能并不限定于待机或关机状态，使用手动操作或GPS自动导航模式控制下亦可关闭图像采集模块11。
为了增加环境判断资讯对目前图像判别的精准程度，本发明更佳的整合了机器学习技术。请参考图5，图5为本发明智能割草机的机器学习流程图，并请同时参考图6的机器学习程序的情境示意图作为辅助。步骤S21，智能割草机1启动智能割草机的机器学习模块111，前述的启动可以是智能割草机1定时或事件触发下的自动启动，或是人为指令下的触发启动。
步骤S22，智能割草机1开始人像注册程序，用户2出现在智能割草机1摄像范围中，图像采集模块11取得用户2的使用者注册人像特征141，并记录于储存模块14中。其中前述之使用者注册人像特征141包含但不限于图1所示的人体骨架分析图，另外还可以同时包含用户穿着颜色特征等资讯。
步骤S23，人像注册完成，智能割草机1基于使用者注册人像特征141开始跟随用户2行进于草地区域3上，并使用图像采集模块11记录图像资讯1421、使用姿态采集模块17记录行走资讯1422及使用距离感应模块18与定位模块19记录其他资讯1423。
步骤S24，机器学习模块111利用记录的图像资讯1421、行走资讯1422及其他资讯1423对神经网路节点权重值进行调整，并根据调整结果更新所述环境判断资讯142。更详细的说，如图6所示，智能割草机1跟随用户行走时基于用户行走过的草地确认次图像51作为神经网路的自我学习及训练材料，对神经网路节点权重值进行调整。
综上所述，本发明提供的智能割草机，通过图像采集模块取得并了解当前环境下的草地图像信息，使得本发明的智能割草机能据以准确判定草地范围直接进行割草作业而无需设定边界，另外更通过机器学习模块来强化对于草地图像的判断结果。
在本发明提供的实施例中的各模块可以集成在一个物理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种智能割草机，包含：
行进控制模块，用以控制所述智能割草机的行进和转向，所述行进控制模块包含轮组驱动电机；
图像采集模块，用以取得所述智能割草机周围环境图像；
储存模块；
运算模块，所述运算模块电性连接所述图像采集模块、所述行进控制模块以及所述储存模块，所述运算模块根据所述图像采集模块提供的周围环境图像制作环境判断资讯并储存于所述储存模块；以及
速度传感器，所述运算模块根据所述速度传感器传回的速度值运算出行进时的地表摩擦力，并将所述地表摩擦力加入所述环境判断资讯中；
其中，所述智能割草机启动自动割草功能后，所述运算模块根据所述环境判断资讯对实时周围环境图像分析出草地区域，所述行进控制模块控制所述轮组驱动电机使所述智能割草机行进于所述草地区域。
2.根据权利要求1所述的智能割草机，其特征在于，所述环境判断资讯包含草地颜色资讯。
3.根据权利要求2所述的智能割草机，其特征在于，所述草地颜色资讯包含不同光照环境下的颜色资讯。
4.根据权利要求2所述的智能割草机，其特征在于，所述草地颜色资讯包含不同品种草地的颜色资讯。
5.根据权利要求1所述的智能割草机，其特征在于，所述图像采集模块具备一伸缩机构，所述伸缩机构可使所述图像采集模块开启或闭合于所述智能割草机的外壳。
6.根据权利要求1所述的智能割草机，其特征在于，若所述环境判断资讯不足以分析出草地区域，则所述智能割草机使用传感器跟随用户行进于草地上，所述图像采集模块提供周围环境图像供所述运算模块更新所述环境判断资讯。
7.根据权利要求1所述的智能割草机，更包含一远端控制装置，其特征在于，若所述环境判断资讯不足以分析出草地区域，则所述远端控制装置控制所述智能割草机行进于草地上，所述图像采集模块提供周围环境图像供所述运算模块更新所述环境判断资讯。
8.根据权利要求6所述的智能割草机，更包含一机器学习模块，其特征在于，所述智能割草机跟随所述用户行进于草地上时，所述机器学习模块根据实时取得的周围环境图像，对神经网路节点权重值进行调整，并根据调整结果更新所述环境判断资讯。
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