IT201900016934A1

IT201900016934A1 - Robot tagliaerba

Info

Publication number: IT201900016934A1
Application number: IT102019000016934A
Authority: IT
Inventors: Fabrizio Bernini
Original assignee: Fabrizio Bernini
Priority date: 2019-09-23
Filing date: 2019-09-23
Publication date: 2021-03-23
Also published as: EP3794922A1; US11641792B2; US20210084811A1

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

“ROBOT TAGLIAERBA”

La presente invenzione riguarda il settore tecnico dei sistemi per il giardinaggio.

In particolare, la presente invenzione riguarda un robot tagliaerba con un sistema di rilevamento della presenza di erba.

La presente invenzione riguarda, altresì, un metodo di controllo dei mezzi di taglio di tale robot tagliaerba.

I robot tagliaerba del tipo noto comprendono usualmente un telaio portante, generalmente presentante una scocca esterna, al quale sono associati dei mezzi di taglio per la manutenzione del manto erboso, dei mezzi di movimentazione del robot per il movimento del robot all’interno di un’area di lavoro, un sistema di rilevamento degli ostacoli lungo le traiettorie di movimento e un sistema di rilevamento della presenza di erba nell’area interessata dai mezzi di taglio.

Tali mezzi di movimentazione sono tipicamente realizzati mediante una pluralità di ruote, di cui almeno una motorizzata, ovvero connessa ad un motore configurato per porla in rotazione, permettendo così l’avanzamento del robot nell’area di lavoro.

I mezzi di movimentazione sono altresì preposti ad orientare le ruote in modo tale da modificare la traiettoria assunta dal robot, permettendogli di andare progressivamente ad operare su tutta l’area di lavoro.

Il sistema di rilevamento degli ostacoli è tipicamente composto da un insieme di componenti atti a rilevare la presenza di ostacoli lungo le traiettorie ed inviare segnali ad opportune unità di elaborazione per modificare tali traiettorie, minimizzando così la possibilità di urti indesiderati.

I sistemi di rilevamento della presenza di erba sono, ad oggi, concepiti come sistemi dotati di telecamere atte ad acquisire immagini dell’area di terreno prossima ad essere interessata dai mezzi di taglio per verificare l’effettiva presenza di erba da tagliare.

Risulta evidente che l’efficienza operativa del robot è fortemente influenzata dall’efficienza del suo sistema di rilevamento della presenza di erba, in quanto esso determina la sua capacità di operare sulle sole zone di manto erboso che necessitano operazioni di manutenzione.

Infatti, è opportuno evitare passaggi multipli in zone del manto erboso già trattate in precedenza.

Inoltre, il passaggio dei mezzi di taglio su zone che non necessitano di operazioni di manutenzione può risultare, oltre che particolarmente inefficiente dal punto di vista energetico, anche pericoloso per la struttura del robot stesso.

Il passaggio dei mezzi di tagli su superfici particolarmente resistenti, ad esempio selciato od un terreno presentante ciottoli e/o radici esposte, può provocare, infatti, il contatto tra i mezzi di taglio e detti elementi altamente robusti, con un conseguente danneggiamento dei mezzi di taglio stessi. I sistemi di rilevamento della presenza di erba con telecamere utilizzati, ad oggi, nei robot tagliaerba risultano particolarmente efficienti in condizioni di lavoro ideali, ma presentano gravi criticità quando dette condizioni di lavoro ideali vengono perturbate.

Le telecamere necessitano, infatti, di essere esposte rispetto al telaio del robot tagliaerba al fine di poter acquisire immagini del terreno da manutenere.

Detto posizionamento espone le telecamere ad agenti atmosferici e ad agenti sporcanti, quali residui di erba, polveri e fango, che si depositano sulle superfici trasparenti di acquisizione.

Le immagini acquisite in tali condizioni risultano quindi deteriorate e provocano un calo dell’efficienza nel riconoscimento della presenza (o assenza) di erba nelle zone interessate dai mezzi di taglio.

Anche condizioni di illuminazione particolari, come l’alba e tramonto, causano problemi ai sistemi di rilevamento della presenza di erba con telecamere, in quanto elevati fenomeni di riflessione e rifrazione dei raggi solari perturbano notevolmente le immagini acquisite del manto erboso. In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione è quello di proporre un robot tagliaerba dotato di un sistema di rilevamento della presenza di erba altamente efficiente.

In particolare, è scopo della presente invenzione quello di mettere a disposizione un robot tagliaerba dotato di un sistema di rilevamento della presenza di erba robusto ed affidabile, in grado di garantire continuità di prestazioni anche quando perturbato dall’azione di agenti atmosferici o agenti sporcanti.

Altro scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un robot tagliaerba dotato di un sistema di rilevamento della presenza di erba che presenti un ingombro minore e costi di produzione inferiori rispetto ai sistemi noti di rilevamento della presenza di erba.

Ancora un altro scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un metodo di controllo dei mezzi di movimentazione che minimizzi rendere particolarmente efficiente il processo di manutenzione del manto erboso.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un robot tagliaerba ed un metodo di controllo dei mezzi di taglio, comprendenti le caratteristiche tecniche esposte in una o più delle unite rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un robot tagliaerba, come illustrato negli uniti disegni in cui:

- la figura 1 mostra, secondo una vista schematica dall’alto, il robot tagliaerba secondo la presente invenzione;

- la figura 2 mostra, in una vista schematica in sezione secondo il piano A-A, il robot tagliaerba di cui in figura 1, in uso in una prima configurazione; - la figura 3 mostra il robot tagliaerba, secondo la stessa vista in sezione di figura 2, in uso in una seconda configurazione.

Con riferimento alle figure allegate è stato indicato con 1 un robot tagliaerba, indicato nel seguito della presente descrizione semplicemente come robot 1.

Il robot 1 è del tipo semovente, vale a dire mobile in maniera sostanzialmente autonoma lungo una traiettoria di lavoro X che si sviluppa all’interno di un’area di un terreno G, in particolare per eseguire un’operazione di manutenzione della superficie dell’area stessa.

In questo contesto, l’area di terreno G può essere per esempio un prato, un giardino, o più in generale una qualsiasi superficie sulla quale può rendersi necessario effettuare, almeno parzialmente, un’operazione di taglio e di regolazione dell’altezza del manto erboso.

In accordo con quanto illustrato negli allegati disegni, il robot 1 comprende un telaio 2.

Il telaio 2 ha sostanzialmente la funzione di supporto, ed eventualmente di protezione, della componentistica, descritta in seguito, necessaria al funzionamento del robot 1.

Ancora più preferibilmente, il telaio 2 comprende un carter, ossia un rivestimento esterno, generalmente realizzato in materiale plastico.

Detto carter è atto a contenere e proteggere la componentistica del robot 1 dagli agenti atmosferici o da eventuali urti con ostacoli presenti nell’area di terreno G.

Il robot 1 comprende inoltre dei mezzi di taglio 3 associati, in particolare montati, sul telaio 2.

Preferibilmente, i mezzi di taglio 3 comprendono una o più lame di taglio 3R, generalmente realizzate in materiale metallico, adatte ad effettuare operazioni di taglio del manto erboso.

I mezzi di taglio 3 comprendono, inoltre, opportuni mezzi di azionamento 3M (per esempio dei motori di tipo elettrico) configurati per generare la potenza necessaria alla movimentazione delle lame di taglio 3R per il taglio del manto erboso.

Generalmente, come illustrato nelle figure 2 e 3, i mezzi di taglio 3 comprendono una pluralità di lame di taglio 3R rotanti messe in rotazione dal motore 3M, preferibilmente un motore elettrico.

Secondo quanto illustrato in particolare in figura 1, robot 1 comprende mezzi di movimentazione 4 operativamente collegati, in particolare montati, al telaio 2.

Detti mezzi di movimentazione 4 sono configurati per movimentare il robot 1 all’interno dell’area di terreno G, in particolare lungo la traiettoria di lavoro X in un verso di avanzamento V.

Preferibilmente, i mezzi di movimentazione 4 comprendono una pluralità di ruote 4R, di cui almeno una è una ruota motrice, ed un motore di rotazione 4M, operativamente collegato a detta ruota motrice.

Ancora più preferibilmente, i mezzi di movimentazione 4 comprendono un motore di orientamento, non illustrato, operativamente collegato ad almeno una ruota orientabile della pluralità di ruote 4R, ossia una ruota in grado di ruotare attorno ad un asse di rotazione sostanzialmente verticale. I mezzi di movimentazione 4 svolgono, dunque, la funzione di movimentare il robot 1 all’interno dell’area di terreno G da manutenere. In particolare le ruote motrici permettono l’avanzamento lungo la traiettoria di lavoro X, mentre le ruote orientabili cambiano la direzione di detta traiettoria di lavoro X quando necessario (ad esempio quando vengono rilevati ostacoli lungo la traiettoria di lavoro o vengono raggiunti i confini dell’area da manutenere).

Sempre secondo quanto illustrato nelle annesse figure, il robot 1 comprende un sistema di rilevamento 5 della presenza di erba in una zona di terreno G lungo la traiettoria di lavoro X nel verso di avanzamento V.

In altre parole, il sistema di rilevamento 5 è configurato per riconoscere la presenza di erba nella zona di terreno G che è in procinto di essere interessata dai mezzi di taglio 3 durante il movimento del robot 1 lungo la traiettoria di lavoro X nel verso di avanzamento V.

In particolare, il sistema di rilevamento 5 comprende un sensore radar 5R. Tale sensore radar 5R è configurato per inviare un’onda elettromagnetica M e ricevere un’onda elettromagnetica riflessa M’.

Nello specifico, in uso, il sensore radar 5R è configurato per inviare l’onda elettromagnetica M, indirizzandola verso la zona di terreno G lungo la traiettoria di lavoro X nel verso di avanzamento V.

Tale onda elettromagnetica M, dopo aver intercettato la zona di terreno G, viene riflessa sottoforma di onda elettromagnetica riflessa M’ che, ripercorrendo in senso inverso la stessa traiettoria di propagazione dell’onda elettromagnetica M, viene ricevuta dal sensore radar 5R stesso. Preferibilmente, il sensore radar 5R è configurato per inviare un’onda elettromagnetica M avente una frequenza compresa tra gli 0 Hz e i 300 GHz, ossia un’onda elettromagnetica M appartenente al campo delle onde radio.

Più preferibilmente, il sensore radar 5R è configurato per inviare un’onda elettromagnetica M avente una frequenza compresa tra gli 10 GHz e i 120 GHz, ossia un’onda elettromagnetica M appartenente al campo delle microonde.

In una forma di realizzazione, il sensore radar 5R è configurato per inviare un’onda elettromagnetica M avente una frequenza di 60 GHz, ossia un’onda elettromagnetica avente una lunghezza d’onda pressoché pari a 5 mm.

Preferibilmente, il sensore radar 5R è un sensore radar del tipo coerente ad impulsi.

Il sensore radar 5R risulta operativamente collegato, in particolare montato, al telaio 2.

Preferibilmente, il sensore radar 5R è posizionato all’interno del telaio 2.

Vantaggiosamente, il posizionamento all’interno del telaio 2, in particolare all’interno del carter, consente la protezione dagli urti del sensore radar 5R, senza inficiarne il funzionamento in quanto detta onda elettromagnetica M e detta onda elettromagnetica riflessa M’ sono in grado di propagarsi attraverso al materiale, generalmente plastico (ad esempio ABS), di cui è composto il carter, purché il suo spessore risulti, preferibilmente, inferiore ai 2 cm.

Preferibilmente, il sensore radar 5R è disposto all’interno di un involucro scatolare, associato al telaio 2 stesso.

Preferibilmente, il sensore radar 5R è posizionato ad una quota rispetto al terreno G compresa tra i 5 cm e i 30 cm.

Ancora più preferibilmente, il sensore radar 5R è posizionato ad una quota rispetto al terreno G compresa tra i 10 cm e i 20 cm.

Secondo un altro aspetto, il sensore radar 5R invia l’onda elettromagnetica M in una zona di terreno G lungo la traiettoria di lavoro X nel verso di avanzamento V.

In altre parole, il sensore radar 5R invia detta onda elettromagnetica M nella zona di terreno G che è in procinto di essere interessata dai mezzi di taglio 3 durante il movimento del robot 1 lungo la traiettoria di lavoro X nel verso di avanzamento V.

Secondo un altro aspetto, il sensore radar 5R possiede un asse di emissione principale Y dell’onda elettromagnetica M, ossia una direzione lungo la quale viene prevalentemente diretta e concentrata la potenza dell’onda elettromagnetica M.

Preferibilmente, tale asse di emissione principale Y è inclinato verso il terreno G di un angolo d’emissione A rispetto alla traiettoria di lavoro X. Più preferibilmente, tale angolo d’emissione A è compreso tra 0° e 90°. Secondo un altro aspetto, il sensore radar 5R è dotato di un angolo di visione B compreso tra i 50° e i 180°.

Nella presente descrizione, con angolo di visione si intende l’angolo in cui viene concentrata la quasi totalità della potenza di emissione dell’onda elettromagnetica, cosicché il sensore radar 5R si comporta come un’antenna direzionale.

In questo modo, è possibile convogliare la potenza dell’onda elettromagnetica in una sola zona di terreno G di interesse e non disperderne la maggior parte in direzioni di scarsa rilevanza, come avverrebbe nel caso di un’antenna omnidirezionale.

Vantaggiosamente, in virtù dell’angolo d’emissione A e dell’angolo di visione B, anche la potenza dell’onda elettromagnetica riflessa M’ rilevata dal sensore radar 5R è massima.

Ancora più vantaggiosamente, l’altezza dal suolo a cui viene posizionato il sensore radar 5R, l’angolo d’emissione A e l’angolo di visione B permettono all’onda elettromagnetica di concentrare la maggior parte della sua potenza in una zona di terreno G - lungo la traiettoria di lavoro X nel verso di avanzamento V - posta ad una distanza compresa tra i 4 cm e i 30 cm.

Tale zona di terreno G risulta essere quella più prossima ad essere interessata dai mezzi di taglio 3 durante l’avanzamento del robot 1 nel suo movimento lungo la traiettoria di lavoro X nel verso di avanzamento V. Secondo un altro aspetto, il sensore radar 5R è configurato per emettere una pluralità di onde elettromagnetiche M separate temporalmente da intervalli compresi tra i 2,5 ms e i 10 ms.

Preferibilmente, tale intervallo temporale è fissato e costante nel tempo (programmabile o deciso in fase di fabbricazione del sensore radar 5R). In altre parole, il sensore radar 5R, durante l’uso, ripete ad intervalli regolari invii di onde elettromagnetiche M e conseguenti ricezioni di onde elettromagnetiche riflesse M’.

In una forma di realizzazione, il sensore radar 5R è configurato per emettere una pluralità di onde elettromagnetiche M separate temporalmente da intervalli di 5 ms.

Si noti che, vista la quota dal terreno e l’inclinazione del sensore radar 5R, il tempo di volo dell’onda elettromagnetica M e dell’onda elettromagnetica riflessa M’ è notevolmente minore rispetto all’intervallo temporale che intercorre tra due invii consecutivi di onde elettromagnetiche M.

Dunque, la ricezione dell’onda elettromagnetica riflessa M’ avviene precedentemente alla trasmissione di una nuova onda elettromagnetica M. Inoltre, per il fatto che il robot 1, in uso, è in appoggio sostanzialmente sempre sul terreno G e che il sensore radar 5R è inclinato verso il terreno stesso, è esclusa la possibilità che non venga rilevata nessuna onda elettromagnetica riflessa M’, a differenza di quanto avviene, in altri settori, nei sistemi radar utilizzati per il rilevamento di ostacoli.

Secondo quanto illustrato in particolare nelle figure 2 e 3, il robot 1 comprende un’unità di controllo e comando 6 computerizzata, operativamente associata ai mezzi di taglio 3, ai mezzi di movimentazione 4 e al sistema di rilevamento 5.

Nel seguito, l’unità di controllo e comando 6 verrà semplicemente indicata con il nome di unità 6.

In merito all’associazione tra l’unità 6 e il sistema di rilevamento 5, quest’ultimo, in particolare attraverso il sensore radar 5R, è configurato per inviare un segnale rappresentativo dell’onda elettromagnetica riflessa M’ all’unità 6.

Preferibilmente, tale segnale rappresentativo dell’onda elettromagnetica riflessa M’ è di tipo elettrico.

Nel seguito, per semplicità, si parlerà di elaborazione da parte dell’unità 6 (o di sue sottoparti) dell’onda elettromagnetica riflessa M’: questo va inteso come elaborazione da parte dell’unità 6 del segnale rappresentativo dell’onda elettromagnetica riflessa M’.

L’unità 6 è configurata per la determinazione della presenza di erba nella zona di terreno G lungo la traiettoria di lavoro X nel verso di avanzamento V in funzione dell’onda elettromagnetica riflessa M’.

Nel seguito verranno utilizzati i termini determinazione, individuazione, indicazione, rilevamento, verifica, riconoscimento, classificazione e discriminazione della presenza di erba: tali termini vanno intesi come sinonimi per indicare un’attività di identificazione della presenza o assenza di erba in una determinata zona di terreno G.

Secondo un aspetto, l’unità 6 è configurata per comandare i mezzi di movimentazione 4 così da consentire il movimento (in avanzamento o arretramento) lungo la traiettoria di lavoro X e la modifica della traiettoria di lavoro X stessa.

Inoltre, secondo un altro aspetto, l’unità 6 può essere configurata per l’attivazione e/o la disattivazione dei mezzi di taglio 3, ad essa operativamente associati, per mezzo di opportuni segnali elettrici di comando.

L’unità 6 comprende almeno un modulo di classificazione 6C, il quale determina la presenza di erba nella zona di terreno G lungo la traiettoria di lavoro X nel verso di avanzamento V in funzione dell’onda elettromagnetica riflessa M’ trasmessa dal sensore radar 5C.

Tale modulo di classificazione 6C può comprendere elementi hardware e/o software.

Tale modulo di classificazione 6C può avere un’architettura centralizzata (unico macro-modulo) o distribuita (più micro-moduli) all’interno dell’unità 6.

Secondo un altro aspetto, il modulo di classificazione 6C comprende almeno un’unità di elaborazione, non illustrata, configurata per l’elaborazione dell’onda elettromagnetica riflessa M’ e l’individuazione della presenza di erba nella zona di terreno G lungo la traiettoria di lavoro X nel verso di avanzamento V.

In particolare, il modulo di classificazione 6C comprende almeno un algoritmo di classificazione.

Il modulo di classificazione 6C comprende, a tal proposito, una memoria (non illustrata), configurata per la persistenza dell’algoritmo di classificazione.

L’algoritmo di classificazione, in funzione dell’onda elettromagnetica riflessa M’, è configurato per discriminare tra la presenza o l’assenza di erba nella zona di terreno G lungo la traiettoria di lavoro X nel verso di avanzamento V, ossia la zona di terreno G intercettata in precedenza dall’onda elettromagnetica M.

Preferibilmente, detto algoritmo di classificazione è un algoritmo ad apprendimento automatico supervisionato (comunemente noto come algoritmo di supervised machine learning), addestrato precedentemente all’assemblaggio del robot (off-line learning) su un insieme di dati già classificati (labeled dataset).

In una forma di realizzazione, l’almeno un algoritmo di classificazione è un albero decisionale, ad esempio un algoritmo gradient boosting.

In un’altra forma realizzativa, l’almeno un algoritmo di classificazione è un classificatore lineare, ad esempio una macchina a vettori di supporto (support-vector machine).

In ancora un’altra forma realizzativa, l’almeno un algoritmo di classificazione è un classificatore non lineare, ad esempio un algoritmo di regressione logistica (modello logit).

In forme di realizzazione più avanzate, il modulo di classificazione 6C comprende una pluralità di algoritmi di classificazione, operanti in modo congiunto (cioè in parallelo) sulla stessa onda elettromagnetica riflessa M’. Nello specifico, ogni algoritmo di classificazione discrimina la presenza o assenza di erba in modo indipendente dagli altri algoritmi, eventualmente utilizzando caratteristiche diverse dell’onda elettromagnetica riflessa M’; i risultati vengono poi utilizzati dal modulo di classificazione 6C congiuntamente, cosicché ognuno contribuisca (allo stesso modo o con peso variabile) al raggiungimento di un risultato finale di classificazione globale (presenza o assenza di erba).

Tale tipologia di funzionamento è comunemente nota come mixture of experts, in cui un gruppo di esperti (i singoli algoritmi di classificazione) vengono confrontati e utilizzati congiuntamente per il raggiungimento di un risultato finale.

Secondo una forma di realizzazione, i singoli algoritmi di classificazione appartengono alla stessa tipologia, ad esempio gradient boosting.

Secondo un’altra forma di realizzazione, i singoli algoritmi di classificazione appartengono a diverse tipologie, ad esempio gli algoritmi vengono egualmente divisi tra gradient boosting e support-vector machines.

Vantaggiosamente, l’utilizzo di pluralità di algoritmi di classificazione garantisce una maggiore affidabilità e robustezza del risultato globale, poiché le situazioni di classificazione errata di un singolo algoritmo vengono controbilanciati dal risultato degli altri algoritmi, che quindi vi pongono rimedio.

In questo modo vengono ridotti al minimo i casi critici di errore sistematico di classificazione e l’attività di discriminazione della presenza di erba risulta ottimale.

Preferibilmente, il modulo di classificazione 6C comprende un modulo di campionamento dell’onda elettromagnetica riflessa M’, configurato per derivare un numero finito di campioni dall’onda elettromagnetica riflessa M’.

Dunque, quando l’onda elettromagnetica riflessa M’ viene campionata dal modulo di campionamento, il modulo di classificazione 6C determina la presenza o l’assenza di erba nella zona di terreno G lungo la traiettoria di lavoro X nel verso di avanzamento V in funzione del valore di un numero finito di campioni dell’onda elettromagnetica riflessa M’.

In altre parole, il modulo di classificazione 6C, ed in particolare l’almeno un algoritmo di classificazione, utilizzano una versione campionata (dal modulo di campionamento) dell’onda elettromagnetica riflessa M’ per discriminare la natura (presenza o assenza di erba) della zona di terreno G in procinto di essere interessata dai mezzi di taglio 3.

Quando il modulo di classificazione 6C utilizza uno o più algoritmi di classificazione, questi generalmente necessitano di avere in ingresso un numero finito di campioni del segnale da analizzare (in questo caso l’onda elettromagnetica riflessa M’).

Preferibilmente, il modulo di classificazione 6C determina la presenza di erba nella zona di terreno G lungo la traiettoria di lavoro X nel verso di avanzamento V in funzione della correlazione spaziale tra i campioni dell’onda elettromagnetica riflessa M’ trasmessa dal sensore radar 5C. Vantaggiosamente, infatti, campioni dell’onda elettromagnetica riflessa M’ risultanti da punti spazialmente adiacenti sono correlati tra loro e, dunque, tale relazione può essere sfruttata dal modulo di classificazione 6C per aumentare l’efficacia del processo di riconoscimento della presenza di erba.

In altre parole, è altamente probabile che punti vicini spazialmente nella zona di terreno G possiedano la stessa natura (erba/non erba) ed è dunque vantaggioso utilizzare questa dipendenza statistica per aumentare il grado di affidabilità dell’uno o più algoritmi di classificazione.

Secondo un altro aspetto, il modulo di classificazione 6C determina la presenza di erba nella zona di terreno G lungo la traiettoria di lavoro X nel verso di avanzamento V in funzione dell’andamento temporale di più onde elettromagnetiche riflesse M’ trasmesse dal sensore radar 5C.

Più precisamente, il modulo di classificazione 6C utilizza più onde elettromagnetiche riflesse M’ trasmesse dal sensore radar 5R (risultanti dalla riflessione di una pluralità di onde elettromagnetiche M inviate dal sensore radar stesso a distanza di intervalli temporali fissi o variabili) per prendere decisioni circa la presenza di erba nella zona di terreno G lungo la traiettoria di lavoro X nel verso di avanzamento V.

In altre parole, una pluralità di onde elettromagnetiche riflesse M’ viene concatenata e viene utilizzata dal modulo di classificazione 6C, preferibilmente dall’almeno un algoritmo di classificazione, per il riconoscimento della presenza di erba.

Preferibilmente, il modulo di classificazione 6C determina la presenza di erba nella zona di terreno G lungo la traiettoria di lavoro X nel verso di avanzamento V in funzione della correlazione temporale tra i campioni dell’onda elettromagnetica riflessa M’ trasmessa dal sensore radar 5C.

Vantaggiosamente, infatti, onde elettromagnetiche riflesse M’ ricevute a distanza di intervalli temporali nell’ordine dei 5-10 ms sono altamente correlate tra loro (anche in virtù delle velocità a cui opera il robot 1) e, dunque, tale relazione può essere sfruttata dal modulo di classificazione per aumentare l’efficacia del processo di riconoscimento della presenza di erba.

In altre parole, vista la velocità ridotta a cui si muove generalmente il robot 1, due onde elettromagnetiche M inviate consecutivamente nel tempo intercettano zone di terreno G che si sovrappongono altamente.

Quindi due onde elettromagnetiche riflesse M’ ricevute consecutivamente nel tempo avranno caratteristiche molto simili, che possono essere usate in modo congiunto dal modulo di classificazione 6C per aumentare l’affidabilità del processo di discriminazione erba/non erba.

Ancora più preferibilmente, il modulo di classificazione 6C determina la presenza di erba nella zona di terreno G lungo la traiettoria di lavoro X nel verso di avanzamento V in funzione sia della correlazione temporale che della correlazione spaziale tra i campioni della pluralità di onde elettromagnetiche riflesse M’ trasmesse dal sensore radar 5C.

Vantaggiosamente, l’utilizzo di entrambi i tipi di correlazione (spaziale e temporale) garantisce un livello di affidabilità maggiore del processo di riconoscimento della presenza di erba rispetto all’utilizzo di un singolo tipo di correlazione.

Secondo un aspetto, l’unità 6 comanda i mezzi di movimentazione 4, ad essa associati, in funzione del risultato del processo di classificazione della presenza di erba effettuato dal modulo di classificazione 6C.

Più in generale, l’unità 6 comanda i mezzi di movimentazione 4 in funzione dell’onda elettromagnetica riflessa M’.

Secondo un ulteriore aspetto, l’unità 6 è configurata per comandare il motore di rotazione 4M per un avanzamento o un indietreggiamento del robot 1 lungo la traiettoria di lavoro X.

Secondo ancora un altro aspetto, l’unità 6 è configurata per comandare il motore di orientamento per una modifica della traiettoria di lavoro X, ovvero una rotazione della direzione di avanzamento o arretramento del robot 1.

A titolo di esempio non limitativo, l’unità 6 è configurata per comandare il bloccaggio delle ruote 4R, il conseguente arretramento delle stesse nel caso in cui il l’unità 6 stessa abbia rilevato l’assenza di erba.

Ciò consente al robot 1 di tornare in una zona di terreno G già trattata e modificare la traiettoria di lavoro X per ricercare una zona di terreno G presentante erba.

Opzionalmente, l’unità 6 può attivare o disattivare i mezzi di taglio 3, ad essa associati, in funzione del risultato del processo di classificazione della presenza di erba effettuato dal modulo di classificazione 6C.

In particolare, secondo questo aspetto, l’unità 6 può disattivare i mezzi di taglio 3, quando il modulo di classificazione 6C determina l’assenza di erba, e può attivare gli stessi mezzi di taglio 3, quando il modulo di classificazione 6C determina la presenza di erba.

Rimane, inoltre, definito secondo la presente invenzione un metodo di controllo dei mezzi di movimentazione 4 di un robot 1 tagliaerba che comprende le fasi che verranno descritte nel seguito.

Dapprima, il metodo di controllo dei mezzi di movimentazione 4 prevede una fase di predisposizione di detto robot 1 comprendente mezzi di taglio 3, mezzi di movimentazione 4 di tale robot 1, un sistema di rilevamento 5 della presenza di erba in una zona di terreno G lungo una traiettoria di lavoro X in un verso di avanzamento V ed un’unità di controllo e comando 6 computerizzata operativamente associata a detti mezzi di taglio 3, mezzi di movimentazione 4 e sistema di rilevamento 5.

In particolare detto sistema di rilevamento 5 comprende un sensore radar 5R atto all’invio di un’onda elettromagnetica M e alla ricezione di un’onda elettromagnetica riflessa M’.

Successivamente, il metodo di controllo dei mezzi di movimentazione 4 prevede una fase di invio, da parte del sensore radar 5R, dell’onda elettromagnetica M in una zona di un terreno G in prossimità dei mezzi di taglio 3.

Preferibilmente, detta zona di un terreno G in prossimità dei mezzi di taglio 3 è una zona di terreno G lungo la traiettoria di lavoro X nel verso di avanzamento V, ossia una zona di terreno in procinto di essere interessata dai mezzi di taglio 3 durante il movimento del robot 1 lungo la traiettoria di lavoro X nel verso di avanzamento V.

Il metodo di controllo dei mezzi di movimentazione 4 prevede, poi, una fase di ricezione, da parte del sensore radar 5R, dell’onda elettromagnetica riflessa M’ dalla zona di terreno G in prossimità dei mezzi di taglio 3.

Infatti, incidendo sulla zona di terreno G in prossimità dei mezzi di taglio 3, almeno parte dell’onda elettromagnetica M trasmessa dal sensore radar 5R viene riflessa, ripercorre in senso opposto il tragitto di propagazione di detta onda elettromagnetica M e viene ricevuta, come onda elettromagnetica riflessa M’, dallo stesso sensore radar 5R.

In seguito, il metodo di controllo dei mezzi di movimentazione 4 prevede una fase di trasmissione, da parte del sensore radar 5R, di un segnale rappresentativo di detta onda elettromagnetica riflessa M’, all’unità di controllo e comando 6.

In tale fase può, preferibilmente, avvenire un campionamento e una quantizzazione dell’onda elettromagnetica riflessa M’, che raggiunge quindi l’unità di controllo e comando come segnale discreto.

Il metodo di controllo dei mezzi di movimentazione 4 prevede, quindi, una fase di elaborazione dell’onda elettromagnetica riflessa M’ da parte dell’unità di controllo e comando 6 per la determinazione della presenza di erba nella zona di terreno G in prossimità dei mezzi di taglio 3.

In tale fase, preferibilmente, l’unità di controllo e comando 6 si avvale dell’utilizzo di almeno un algoritmo di classificazione tra quelli indicati in precedenza in questa descrizione.

Infine, il metodo di controllo dei mezzi di movimentazione 4 prevede una fase di controllo dei mezzi di movimentazione 4 del robot tagliaerba 1 in funzione dei risultati della fase di elaborazione.

Verrà ora descritto un esempio di regolazione dei mezzi di movimentazione 4, qualora si voglia percorrere il bordo dell’area di terreno G da manutenere per effettuare la rasatura in corrispondenza del bordo stesso.

In tale situazione, quando nella fase di elaborazione viene rilevata la presenza di erba, i mezzi di regolazione 4 vengono regolati (i.e. cambio della traiettoria di lavoro X) di modo che il movimento del robot 1 sia diretto verso l’assenza di erba.

In caso contrario, ossia quando nella fase di elaborazione viene rilevata l’assenza di erba, i mezzi di regolazione 4 vengono regolati (i.e. cambio della traiettoria di lavoro X) di modo che il movimento del robot 1 sia diretto verso la presenza di erba.

In questo modo, il robot 1 percorre traiettorie oscillanti sostanzialmente parallele al bordo del giardino G da manutenere e viene garantita una manutenzione ottimale dell’area di terreno G.

In accordo con la presente descrizione, vengono dunque resi disponibili un robot tagliaerba dotato di un sistema di rilevamento della presenza dell’erba e un metodo di controllo dei mezzi di taglio che permettono la manutenzione particolarmente efficiente di una zona di terreno presentante, almeno in parte, manto erboso.

In particolare, viene vantaggiosamente illustrato un robot tagliaerba dotato di un sistema di rilevamento della presenza di erba robusto ed affidabile, in grado di garantire continuità di prestazioni anche quando perturbato dall’azione di agenti atmosferici o agenti sporcanti.

Infatti, il sensore radar è immune all’azione di agenti atmosferici o agenti sporcanti.

Inoltre, viene descritto un robot tagliaerba dotato di un sistema di rilevamento della presenza di erba che presenti un ingombro minore e costi di produzione inferiori rispetto ai sistemi di rilevamento della presenza di erba noti, visto le dimensioni minori e i costi di produzione inferiori dei sensori radar rispetto alle telecamere tradizionali.

Viene, infine, presentato un metodo di azionamento dei mezzi di movimentazione del robot tagliaerba che, vantaggiosamente, garantisce un trattamento ottimale delle aree di terreno da manutenere.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Robot tagliaerba (1) comprendente: - un telaio (2); - mezzi di taglio (3) configurati per tagliare un manto erboso regolandone l’altezza; - mezzi di movimentazione (4) associati al telaio (2) per movimentarlo lungo una traiettoria di lavoro (X) in un verso di avanzamento (V); - un sistema di rilevamento (5) della presenza di erba in una zona di terreno (G) lungo la traiettoria di lavoro (X) nel verso di avanzamento (V); - un’unità di controllo e comando (6) computerizzata operativamente associata a detti mezzi di taglio (3), mezzi di movimentazione (4) e sistema di rilevamento (5); caratterizzato dal fatto che detto sistema di rilevamento (5) comprende un sensore radar (5R) configurato per inviare un’onda elettromagnetica (M) verso il terreno (G), ricevere un’onda elettromagnetica riflessa (M’) dal terreno (G) stesso e trasmettere un segnale rappresentativo di detta onda elettromagnetica riflessa (M’) all’unità di controllo e comando (6), detta l’unità di controllo e comando (6) essendo configurata per la determinazione della presenza di erba nella zona di terreno (G) lungo la traiettoria di lavoro (X) nel verso di avanzamento (V) in funzione dell’onda elettromagnetica riflessa (M’).
2. Robot tagliaerba (1) secondo la rivendicazione 1, in cui l’onda elettromagnetica (M) possiede una frequenza compresa tra 0 Hz e 300 GHz.
3. Robot tagliaerba (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il sensore radar (5R) possiede un asse di emissione principale (Y) dell’onda elettromagnetica (M) e detto asse di emissione principale (Y) è inclinato verso il terreno (G) di un angolo d’emissione (A) compreso tra 0° e 90° rispetto alla traiettoria di lavoro (X).
4. Robot tagliaerba (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il sensore radar (5R) è dotato di un angolo di visione (B) compreso tra 50° e 180°.
5. Robot tagliaerba (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il sensore radar (5R) è posizionato all’interno del telaio (2).
6. Robot tagliaerba (1) secondo la precedente rivendicazione, in cui il sensore radar (5R) è posizionato ad una quota rispetto al terreno (G) compresa tra 5 cm e 30 cm.
7. Robot tagliaerba (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il sensore radar (5R) emette una pluralità di onde elettromagnetiche (M) separate temporalmente da intervalli compresi tra i 2,5 ms e i 10 ms
8. Robot tagliaerba (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’unità di controllo e comando (6) comprende almeno un modulo di classificazione (6C), il quale determina la presenza di erba nella zona di terreno (G) lungo la traiettoria di lavoro (X) nel verso di avanzamento (V) in funzione dell’onda elettromagnetica riflessa (M’) trasmessa dal sensore radar (5C).
9. Robot tagliaerba (1) secondo la rivendicazione precedente e la rivendicazione 7, in cui il modulo di classificazione (6C) determina la presenza di erba nella zona di terreno (G) lungo la traiettoria di lavoro (X) nel verso di avanzamento (V) in funzione dell’andamento temporale della pluralità di onde elettromagnetiche riflesse (M’) trasmesse dal sensore radar (5C).
10. Robot tagliaerba (1) secondo la rivendicazione 8 o 9, comprendente un modulo di campionamento dell’onda elettromagnetica riflessa (M’), configurato per derivare un numero finito di campioni dall’onda elettromagnetica riflessa (M’), ed in cui il modulo di classificazione (6C) determina la presenza di erba nella zona di terreno (G) lungo la traiettoria di lavoro (X) nel verso di avanzamento (V) in funzione del numero finito di campioni dell’una o più onde elettromagnetiche riflesse (M’) trasmesse dal sensore radar (5C).
11. Robot tagliaerba (1) secondo la rivendicazione precedente, in cui il modulo di classificazione (6C) determina la presenza di erba nella zona di terreno (G) lungo la traiettoria di lavoro (X) nel verso di avanzamento (V) in funzione della correlazione spaziale tra i campioni dell’una o più onde elettromagnetiche riflesse (M’) trasmesse dal sensore radar (5C).
12. Robot tagliaerba (1) secondo la rivendicazione 10 o 11 e la rivendicazione 7, in cui il modulo di classificazione (6C) determina la presenza di erba nella zona di terreno (G) lungo la traiettoria di lavoro (X) nel verso di avanzamento (V) in funzione della correlazione temporale tra i campioni della pluralità di onde elettromagnetiche riflesse (M’) trasmesse dal sensore radar (5C).
13. Robot tagliaerba (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l’unità di comando e controllo (6) comanda i mezzi di movimentazione (4) in funzione dell’onda elettromagnetica riflessa (M’).
14. Metodo di controllo dei mezzi di movimentazione (4) di un robot tagliaerba (1) comprendente le seguenti fasi: - predisposizione di detto robot tagliaerba (1) comprendente mezzi di taglio (3), mezzi di movimentazione (4) di detto robot tagliaerba (1), un sistema di rilevamento (5) della presenza di erba in una zona di terreno (G) lungo una traiettoria di lavoro (X) in un verso di avanzamento (V) ed un’unità di controllo e comando (6) computerizzata operativamente associata a detti mezzi di taglio (3), mezzi di movimentazione (4) e sistema di rilevamento (5); detto sistema di rilevamento (5) comprendendo un sensore radar (5R); - invio, da parte del sensore radar (5R), di un’onda elettromagnetica (M) in una zona di un terreno (G) in prossimità dei mezzi di taglio (3); - ricezione, da parte del sensore radar (5R), di un’onda elettromagnetica riflessa (M’) dalla zona di terreno (G) in prossimità dei mezzi di taglio (3); - invio, da parte del sensore radar (5R), di un segnale rappresentativo di detta onda elettromagnetica riflessa (M’) all’unità di controllo e comando (6); - elaborazione dell’onda elettromagnetica riflessa (M’), da parte dell’unità di controllo e comando (6), per la determinazione della presenza di erba nella zona di terreno (G) in prossimità dei mezzi di taglio (3); - controllo dei mezzi di movimentazione (4) del robot tagliaerba (1) in funzione dei risultati della fase di elaborazione.