JP2019062882A - 三次元環境データ特に植物ケアのための計測システム及びセンサモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は敷地内で移動可能又は敷地内に配置されるように構成された移動体（１，９）に設けられたセンサモジュールに関する。【解決手段】センサモジュールは非接触方式でセンサデータを取得するセンサ（７）を備えたセンサシステムを有する。センサ（７）は、敷地内の位置での植物の空間的拡がりを検知するために構成されている。センサデータは、その植物を剪定すべきか否かを決定することを可能とする。このために、センサデータが知識データベースを用いることにより評価される。【選択図】図１

Description

本発明は、敷地内で移動可能であり又は敷地内に配置可能である移動体に設けられかつ非接触方式でセンサデータを取得するセンサを備えたセンサシステムを有するセンサモジュールにより植物の現在の状態を決定するための装置及び方法に関する。その装置は、特に敷地内で移動可能であり又は敷地内に自由に配置可能である移動体に設けられたセンサモジュールにより構成される。

本発明はさらに、第１のセンサシステムにより取得されたセンサデータ及び適用可能な場合はメモリ要素に記憶された地図に基づいて制御ユニットにより制御される、移動用装具に支援されて屋外領域で自律移動可能な移動体からなるシステムに関する。環境内の物体の物理的特徴がセンサシステムにより検知できる。

本発明はさらに、第１のセンサシステムにより取得されたセンサデータ及び適用可能な場合はメモリ要素に記憶された地図に基づいて制御ユニットにより制御される、移動用装具に支援されて屋外領域で自律移動可能な移動体の動作方法に関する。移動体はツールを具備する。

このような作業装置は、従来技術から公知であり、例えば自律移動する芝刈り機の形態で知られている。引用文献１は、屋内領域で移動可能でありかつ掃除ツールを具備する掃き掃除ロボットを開示している。

欧州特許第２ ４２３ ８９３号明細書

本発明は、自動植物ケアのための手段を開示する目的に基づくものである。

先ず、センサモジュールにより環境データが取得されることが提示され、そのセンサモジュールは、敷地内で移動可能であるが敷地内で自由に配置することもできる移動体に設けることができ、かつ非接触方式でセンサデータを取得するセンサを具備するセンサシステムを有する。センサは、例えば二次元地図に記録された植物の位置における植物の空間的拡がりを検知するように構成されている。センサにより取得されたデータ、例えば画像データは、その場所における植物の体積モデルを作成するために画像処理コンピュータにより用いられる。その方法は、単一の植物の現在の状態又は複数の植物の現在の状態を決定する。環境の三次元画像を提供するセンサデータは、植物の二次元的な位置座標を、高さ及び／又は体積データにより補充する。コンピュータユニットは、この高さ及び体積データから植物の現在の生長高さデータを決定することができる。さらに、現在の生長高さデータが、以前に同様の方法及び同じセンサモジュールで取得された古い生長高さデータと比較されることが提示される。剪定作業等の所定の植物ケア作業を実行可能な時期に関する情報を含む知識データベースを、推奨される植物ケアアクションを出力するために用いることができる。このために、現在の生長高さデータを古い生長高さデータと比較することにより植物の体積増加が決定される。その後、知識データベースに基づいて、その体積増加が剪定を必要とするか否かが決定される。本発明の改良においては、これらの推奨されるアクションが、敷地内を自律移動可能な植物ケアロボットの動作を制御するために用いられる。さらに、知識データベースが、ユーザグループにより永久的に保持され、例えばインターネットを介してアクセス可能な分散された形態で利用可能とされることが提示される。

本発明はまた、高さ及び／又は体積データを取得するために２つのセンサモジュールが用いられる植物ケアシステムに関する。特に、第１及び第２のセンサシステムが、同じ物体の、特に同じ植物の物理的特徴を異なる角度から検知するために構成されることが提示される。物理的特徴は、好適には、植物の空間的拡がりの情報に関係する。高さ及び／又は体積データは、この情報から決定することができる。本発明のセンサモジュールは、自律移動する地上移動体又は自律移動する空中移動体とすることができる。移動体は、特にＧＰＳ制御される。空中移動体は、物体の、特に植物の画像を空中における異なる位置から記録するためにそれらの場所に自動的に配置することができる。センサモジュールの改良によれば、センサは、少なくとも１つの画像センサ、土壌温度及び／又は気温を検知するためのセンサ、大気湿度及び／又は土壌湿度を検知するためのセンサ、ＵＶ光を検知するためのセンサ、及び／又は、輝度センサを有する。さらに、センサモジュール、又はセンサモジュールを搭載した移動体が、データ伝送手段を介して基地局又は外部コンピュータユニットと通信することが提示される。外部コンピュータユニットは、知識データベースを有することができる。外部コンピュータユニットは、三次元構造の三次元モデルを計算するために異なる位置でセンサにより記録された空間構造の画像を利用する手段を設けられることができる。さらに、移動体が、センサモジュール又は作業モジュールを選択的に装備可能であることが提示される。作業モジュールは、モジュール固有の植物ケアツールを担持する。移動体は、環境データ取得モードにおいてセンサモジュールを搭載する。作業モードにおいて移動体は、作業モジュールを搭載する。複数の移動体又は一つの移動体及び固定されたセンサモジュールが用いられるとき、作業モジュールを、センサモジュールにより取得されたセンサデータにより動作制御することができる。このために、第１のセンサシステム及び第２のセンサシステムが、同じ物体の、特にケア対象の同じ植物の物理的特徴を異なる角度から検知することが提示される。
添付の図面を参照して本発明を以下に詳細に説明する。

図１は、植物８、８’、植物ケアのための作業装置１、環境データを取得するためのセンサモジュール９、及び、複数の作業装置１及び／又はデータ通信装置１７を具備する伝送手段１４のための外部コンピュータユニット１５を備えた敷地を示す。 図２は、作業装置１、基地局１３及び外部コンピュータユニット１５と通信するための通信経路を概略的に示す。

本発明は、園庭ケア装置及び方法、並びに対応する園庭ケアシステムに関する。実質的なシステム構成要素は、少なくとも作業装置１と、１又は複数の作業モジュール１０、１１と、ホームネットワーク又はインターネットの形態で実現可能なデータ伝送手段１４を介して作業装置１と通信可能な外部コンピュータユニット１５である。

作業装置１はハウジングを有し、ハウジング内に配置されかつ車輪、追跡ドライブ又は１又は複数のプロペラとすることができる移動用装具３を具備する。移動用装具３を用いて作業装置１は、建物外又は園庭内の屋外を移動でき、適用可能な場合は浮遊した状態で移動できる。作業装置１は、周辺メモリを具備するマイクロコントローラ又は別のプログラム制御コンピュータユニットの形態で実現できる制御ユニット１２を具備する。

センサ５が設けられ、それにより制御ユニット１２が、例えば建物及び植物だけでなく人間及び動物等である物体の形状及び大きさである環境の構造データを取得することができる。このデータは、先ず、敷地内での作業装置１のナビゲーションのために用いられる。さらに、制御ユニット１２の記憶要素に敷地の地図を記憶することができ、それは芝生表面、作物用植物又は観賞用植物、花壇、樹木、通路又はその他の環境の構造データを含み、それに基づいて作業装置１は、環境内を自動的にナビゲーションできる。センサ５はさらに、時間経過により変化する環境に関する状態データを検知するための、特に植物の状態データを検知するするためのセンサを有する。例えば、植物の画像をカメラにより取得することができる。大気湿度又は土壌湿度を、湿度センサにより検知することができる。ＵＶセンサは、現在のＵＶ照射量を検知することができる。土壌温度及び／又は気温は、温度計により計測できる。輝度センサは、現在の輝度を検知できる。特に三次元地図を作成することが推奨され、この地図は、各植物、各植物グループ、建物又はその他の物体の位置及び高さを含む。さらに三次元地図は、特に、植物の種類と、移動体の移動が許容されない区画とを含む。さらにその地図は、移動体等の作業装置及び作業モジュール又はセンサモジュールの収容空間を含む。三次元地図は、ユーザにより計測手段又は画像を用いて作成された二次元地図に基づいて作成することができる。センサ５は、二次元地図を補充するための環境データを取得することを可能とする。

特にデータ伝送手段１４を介して無線通信を実現する送信／受信ユニット１９が設けられている。送信／受信ユニット１９は、敷地内に固定配置された基地局１３と直接通信を行い、基地局の位置は作業装置１の地図に記録されている。しかしながら、作業装置１がホームネットワーク又はインターネットと直接通信できるようにデータ伝送手段１４を実現することもできる。

作業装置１はさらに、作業装置１が基地局１３にドッキングしている間に充電可能でありそれ以外のときは作業装置１に電力を供給するバッテリ２５を有する。

作業装置１は、モジュール固有ツール１０’、１１’を担持する作業モジュール１０、１１を収納するための装置を具備する。この装置は、以下ではモジュール担体２と称され、作業装置１が、作業モジュール１０を別の作業モジュール１１と自動的に交換できるように構成されている。これは、好適には基地局１３又は例えば小屋２３等の収容設備の領域で行われ、その中には作業モジュール１０、１１が天候から保護された状態で収容されている。作業モジュール１０、１１をモジュール担体２上に固定するために、図示しないが例えばグリッパ等の形態で実現される手段をこの場所に設けることができる。モジュール担体は、モジュールインタフェース１８を具備することができ、それを用いて作業モジュール１０との信号接続及び電力接続を形成することができる。

モジュール担体２は、図示しない機械的インタフェース及び図示しない電気的インタフェースを具備する。作業モジュール１０、１１又は、適用可能な場合はセンサモジュールも同様に、機械的インタフェース及び電気的インタフェースを具備する。２つの機械的インタフェースは、それらが作業モジュール１０又はセンサモジュールを、モジュール担体２上に機械的に固定するように互いに相互作用する。これは、固定位置から解放位置へと移行できるフック、ネジ接続又はその他のスナップ式接続により実現することができる。電気的インタフェースは、作業装置１から作業モジュール１０、１１への電力伝送を可能とする。しかしながら、電力を、作業モジュール１０、１１から作業装置１へ伝送することも可能である。さらに、作業装置１と作業モジュール１０、１１との間のデータ交換が電気的インタフェースを介して行われることが提示される。電気的インタフェースは、プラグ式接続の形態で実現することができる。このために、プラグと、適合するプラグとが互いに係合することにより互いに電気的に接触することができる。

図面は、単に例示的に、散水ツール１０’を具備する散水モジュールの形態の作業モジュール１０を示している。散水ツール１０’は、水を溜めるためのタンクを有し、そのタンクは基地局１３で充填することができる。しかしながら、散水モジュール１０を、水道から水を得るためにホースに接続することもできる。

符号１１は、植物を剪定するための切断ツール１１’を具備する切断モジュールを示す。切断ツール１１’は、例えば植木鋏や草刈り機の形態で実現することができる。それは特に、生け垣剪定機又は剪定鋏の形態で実現することができ、それを用いて、生け垣、樹木又はその他の植物の生長部分を剪定することができる。肥料を撒布し、葉を刈取り、雪を除去し、又は土壌を浄化するための特別なツールを具備する作業モジュールがさらに設け螺得る。

さらに、作業装置１による個々の作業を行うために、敷地内に固定して配置されるか又は敷地内の適切な場所に位置付けられるセンサモジュール６を設けることが可能である。しかしながら、センサモジュール６は、自律移動方式で実現することもでき、所定の位置に自動的にナビゲーションすることもできる。このために、作業装置１が、作業モジュール１０、１１に替えてセンサモジュールを搭載することができる。

変形形態によれば、センサモジュール９が飛行するセンサロボットであることが提示される。ＧＰＳ制御等により、１又は複数のプロペラを具備するこのドローンが、異なる位置における状態データを取得するために、敷地上方の空間の好適位置を想定することができる。

作業装置１及びセンサモジュール６、９のセンサ５、７は、カメラ等の画像センサの形態で実現され、それを用いて二次元画像を記録できることが好適である。制御ユニット１２又は外部コンピュータユニット１５は、これらの二次元画像から環境に関する三次元構造データを計算することができる。センサ５、７はさらに、土壌温度及び／又は気温を検知するための温度センサ、土壌湿度及び／又は大気湿度を検知するための湿度センサ、ＵＶセンサ又は輝度センサを有する。作業装置１及び／又はセンサモジュール６、９は、これらのセンサの少なくとも１つを具備するが、好適には複数のこれらのセンサを具備する。

任意であるが、センサ５、７により取得されたセンサデータは、データ伝送手段１４を介して外部コンピュータユニット１５に無線送信される。

本発明の態様によれば、外部コンピュータユニット１５が遠隔操作され、特に外部サーバにより遠隔操作される。しかしながら、それをローカルコンピュータにより構成することもできる。外部コンピュータユニット１５は、異なる場所で動作している複数の作業装置１と通信することができる。外部コンピュータユニット１５はさらに、異なる場所に位置する１又は複数のデータ通信装置１７と通信することができる。すなわち携帯端末、パーソナルコンピュータ、タブレットコンピュータ等の形態のデータ通信装置１７である。複数のユーザ及び特に１つのユーザグループのメンバーが、これらのデータ通信装置１７を用いてケア対象の特定の敷地領域に関する経験値及びデータを入力することができる。その場合、地図を送信することもでき、それらの地図は作業装置１の探査移動中に記録される。さらに、個々の敷地領域における所定の植物の位置及び種類に関する情報を、データ通信装置１７を用いて入力することができる。

外部コンピュータユニット１５は、植物のケア情報が格納されたデータベース１６を有する。ケア情報は、特に、植物の最適な剪定時期、葉の脱落の有無、植物に最適な土壌湿度等の植物固有のケア情報を含む。従って、ケア情報は、特に散水情報、剪定情報及び掃除情報を含む。ユーザ固有でありかつ特にケア対象の敷地の地図を含む場所固有データが、さらにデータベース１６に格納される。場所固有データは、植物の位置データ、既存の作業モジュール１０、１１の情報、現在の天候情報及び植物高さも含むことができる。法律的要請もデータベースに格納することができる。

現在の天候情報、植物高さ、土壌湿度及び大気湿度等は、作業装置１又はセンサモジュール６、９のセンサ５、７によりそれぞれ取得される。この状態データ２４は、データ伝送手段１４を介して外部コンピュータユニット１５により利用可能とされ、そこに記憶される。

コンピュータユニット１５は、ケアデータすなわち場所固有データ２０及びケア情報２１に基づいて、特に現在の状態データ２４を考慮して作業データ２２を計算することができる。この作業データ２２は、植物をケアするために敷地内で現在行うべき作業を含む。例えば、作業データ２２は、植物への散水を実行すべき場所に関する情報、又は、どの場所のどの植物を剪定すべきかに関する情報を含むことができる。さらに、作業データは、どの芝生領域を刈り取るべきか、又は、葉を掃除すべき領域に関する情報を含むことができる。このために、高さ及び体積のデータから生長高さデータが計算される。

作業装置１又はセンサモジュール６、９のセンサによる状態データ２４の取得に加えて、これらのセンサ５、７を利用することにより自主的な作業完了も実現することができる。このために、センサモジュール６、９が、例えばケア対象の植物の三次元画像を生成するべくそのカメラにより構造データを取得するために最適位置に移動させられる。作業モジュール１０、１１のツール１０’、１１’は、その後、この構造データに基づいて制御される。

さらに、外部コンピュータユニット１５は、ユーザが個人的な経験を入力することができ又はユーザがユーザグループのメンバーに質問をすることができる知識データベースを含むことができる。従って外部コンピュータユニット１５は、ソーシャルメディアプラットフォームと同様に実現されかつこのような自動屋外装置のユーザのための会合場所として機能することができる通信プラットフォームを利用可能とする。このプラットフォーム及び、特にこのプラットフォームに関係するアプリケーションは、ユーザ全体のために各ユーザの経験値を処理し、かつその結果を、例えばヒント、ユーザ提案又はユーザ支援の形でコミュニティに利用可能とすることができる。ユーザは、例えば自動屋外装置の制御ユニット等の制御ユニットを用いてこの通信プラットフォームと通信する。携帯端末、タブレットＰＣを用いた、そして特にインターネット接続を介した通信も可能である。さらに、自動作業装置１又はセンサモジュール６、９の一つがタッチ感知スクリーンを具備し、それを用いて外部コンピュータユニットとの通信を実現することができる。

知識データベースは、推奨されるアクションを出力するために用いることもでき、それにより、ユーザによりデータベースに格納されたヒントや経験データに応じて各植物の生長を最適化することができる。

１ 作業装置
２ モジュール担体
３ 移動用装具
４ 掃引機構
５ センサ
６ センサモジュール
７ センサ
８ 植物
８’植物
９ ドローン
１０ 作業モジュール
１０’ ツール
１１ 作業モジュール
１１’ ツール
１２ 制御ユニット
１３ 基地局
１４ データ伝送手段
１５ コンピュータユニット
１６ データベース
１７ データ通信装置
１８ モジュールインタフェース
１９ 送信／受信ユニット
２０ データ
２１ ケア情報
２２ タスクデータ
２３ 小屋
２４ 状態データ
２５ バッテリ
２６ 通信インタフェース

Claims (15)

1. 敷地内を移動可能又は敷地内に配置されるための移動体（１又は９）上のセンサモジュールであって、非接触方式でセンサデータを取得するセンサ（７）を備えたセンサシステムを有する前記センサモジュールにおいて、前記センサ（７）が、植物の位置におけるその植物の空間的拡がりを検知するために構成されていることを特徴とするセンサモジュール。
2. 敷地内を移動可能又は敷地内に配置可能な移動体（１又は９）に設けられたセンサモジュール（６）のセンサシステムを用いて植物（８）の現在の状態を検知するための方法であって、前記センサシステムが非接触方式でセンサデータを取得するセンサ（７）を備えている、前記方法において、前記センサ（７）が、植物の位置におけるその植物の空間的拡がりを検知することを特徴とする方法。
3. 植物（８）の二次元的な位置座標を含む地図作成が、前記センサデータを用いることにより前記植物（８）の高さ及び／又は体積のデータで補充されることを特徴とする請求項１に記載のセンサモジュール又は請求項２に記載の方法。
4. 前記植物（８）の現在の生長高さデータが、高さ及び体積のデータから決定され、かつ、前記植物（８）のケアについて推奨されるアクションが、前記植物（８）の、より古い生長高さデータを用いることにより知識データベースに支援されて出力されることを特徴とする請求項１又は３に記載のセンサモジュール又は請求項２又は３に記載の方法。
5. 前記推奨されるアクションが、敷地内で自律移動可能でありかつ植物ケアツール（１０’，１１’）を搭載した作業装置（１）の動作のために用いられることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の方法。
6. 屋外領域で自動的に移動可能でありかつ制御ユニット（１２）により制御される移動用装具（３）を有する移動体（１）からなるシステムであって、前記制御ユニット（１２）が、第１のセンサシステムのセンサ（５）により取得される制御データを用い、及び適用可能な場合はメモリ要素に記憶された地図を用い、かつ、環境内の物体の物理的特徴が第１のセンサシステムにより検知可能である、前記システムにおいて、
   センサモジュール（６，９）に設けられたセンサ（７）を有する第２のセンサシステムを有し、前記第１及び第２のセンサシステムが、同じ物体の物理的特徴を異なる角度から検知するように構成されていることを特徴とするシステム。
7. 第２の前記センサモジュール（６）が、自律移動方式で実現されるか、又は、前記移動体（１，９）により移動可能であることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
8. 前記センサモジュール（６）が、特にＧＰＳ制御方式で空中に配置可能な飛行移動体（９）に設けられていることを特徴とする請求項６若しくは７に記載のシステム又は請求項１若しくは３に記載の前記センサモジュール。
9. 前記センサ（５，７）が、画像センサ、土壌温度及び／又は気温を検知するためのセンサ、大気湿度及び／又は土壌湿度を検知するためのセンサ、紫外線を検知するためのセンサ、輝度センサのうちの少なくとも１つのセンサを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のシステム又はセンサモジュール。
10. 基地局（１３）、移動体（１）及び／又は外部コンピュータユニット（１５）と通信するためのデータ伝送手段（１４）を特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のシステム又はセンサモジュール。
11. 異なる位置でセンサ（５，７）により記録された空間構造の画像から三次元構造の三次元モデルを計算するための手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のシステム又はセンサモジュール。
12. 前記移動体（１）が、環境データ取得モードにおいてセンサモジュール（６，９）を搭載し、作業モードにおいてセンサモジュール（６，９）に替えてモジュール固有の植物ケアツール（１０’，１１’）を有する作業モジュール（１０,１１）を搭載することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のシステム又はセンサモジュール。
13. 前記作業モジュール（１０，１１）の前記ツール（１０’,１１’）が、前記センサモジュール（６）により取得されたセンサデータにより動作制御されることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
14. 屋外領域で自律移動可能でありかつ制御ユニット（１２）により制御される移動用装具を具備する移動体（１）を動作させる方法であって、前記制御ユニット（１２）が第１のセンサシステムのセンサ（５）により取得されたセンサデータを用いかつ適用可能な場合、メモリ要素に記憶された地図を用い、そして前記移動体（１）がツール（１０’，１１’）を具備する、前記方法において、同じ物体の物理的特徴、特にケアされるべき植物の物理的環境特徴が、前記第１のセンサシステム及び、センサ（７）を具備するセンサモジュール（６）の第２のセンサシステムにより異なる角度から検知されることを特徴とする方法。
15. 前記ツール（１０’，１１’）が、前記第１のセンサシステム及び前記第２のセンサシステムにより取得されたセンサデータを用いることにより制御されることを特徴とする請求項１４に記載の方法。

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