帶有相機(jī)的自主園林車輛的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明主要涉及包含相機(jī)的無人自主園林車輛和在運(yùn)動過程中的園林車輛的幫助下產(chǎn)生地形信息的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]常見的自主園林車輛如割草機(jī)通常包含許多用于提供環(huán)境數(shù)據(jù)檢測的傳感器，其允許控制車輛使得識別和避免地形中可能的障礙。此外，自主割草機(jī)通常根據(jù)將被修剪地形上的隨機(jī)路徑移動，其中地形的限定區(qū)域在給定的時間段內(nèi)被切割。由于割草機(jī)在相同地形部分上多次(隨機(jī)類型)移動，那個時間段相對較長，從而非常晚的首次到達(dá)地形的其它部分。
[0003]此外，從W02007/051972得知，割草機(jī)使用測繪功能收集地形的位置信息。位置信息是通過基于安裝在割草機(jī)上的相機(jī)拍攝的地形圖像獲得。
[0004]再者，現(xiàn)有的園林車輛或割草機(jī)主要用于在地形中或類似的獨(dú)立于各自地形的特定狀況下切割植物或割草，特別是如果地面或植物干涸或者如果地形部分包含高濕度，并且因此植物的生長是不可能的或加劇的。因此，相應(yīng)的地形部分由園林車輛處理，其中不良地形條件被維持，且沒有提供對植物生長的改善。即在每個切割循環(huán)，不管地形條件如何，或不采取進(jìn)一步行動以提供地形的改善，割草機(jī)例如被在這樣的地形部分上駕駛。
[0005]而且，根據(jù)自主割草機(jī)，但也對于現(xiàn)有技術(shù)中已知的可替代的園林車輛，如此割草機(jī)或車輛的工作區(qū)域是由嵌入在地面中的某種布線來限定。割草機(jī)或車輛包含布線檢測單元，用于檢測接近或到達(dá)帶有布線的相應(yīng)地形部分(在其下方安裝了布線)，其中指定的控制命令能夠在一個方向上引導(dǎo)割草機(jī)，以至不能更接近布線或從布線移開。為了提供割草機(jī)運(yùn)動的這種限制，布線最初被埋入地下規(guī)定的深度。因此，為各個自主割草機(jī)準(zhǔn)備地形是相當(dāng)耗時的，并且涉及到環(huán)境的侵?jǐn)_。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本發(fā)明的目的是提供改進(jìn)的自主園林車輛，用于自主處理指定地形，其中，園林車輛以地形被更有效處理的方式運(yùn)動，尤其是其中在每個地形部分上基本上僅僅行駛
—次°
[0007]而且，本發(fā)明的目的是提供改進(jìn)的園林車輛，其在實(shí)施園林處理的過程中能夠獲得地形信息，以便提供在地形中精確的方向和定位。
[0008]然而，本發(fā)明的另一個目的是提供關(guān)聯(lián)于各自地形部分的相對位置信息的有關(guān)地形條件的信息。尤其地，地形信息與絕對位置信息相關(guān)聯(lián)和/或提供至自主園林車輛的操作者。
[0009]本發(fā)明的再一個目的是為如此的園林車輛提供各自的導(dǎo)航功能，以使割草機(jī)的受控運(yùn)動能夠在限定區(qū)域以內(nèi)。
[0010]再者，本發(fā)明的目的是提供在沒有上述提及的環(huán)境侵?jǐn)_條件下自主園林車輛的使用，尤其是在不具有埋入布線的條件下提供園林車輛的自主控制。那個目的還涉及利用地上的地形信息控制和導(dǎo)航園林車輛。
[0011]然而本發(fā)明的另一個目的是提供用于通過在進(jìn)一步地形信息條件下，更有效的自主處理指定地形的無人自主割草機(jī)。
[0012]這些目的是通過實(shí)現(xiàn)獨(dú)立權(quán)利要求的特征來達(dá)到的。以可替換的或優(yōu)選的方式進(jìn)一步開發(fā)的本發(fā)明的特征在從屬權(quán)利要求中被描述。
[0013]本發(fā)明涉及一種使用無人自主園林車輛產(chǎn)生縮放地形信息的方法。所述園林車輛包括:驅(qū)動單元，所述驅(qū)動單元包括一組至少一個驅(qū)動輪以及連接到所述至少一個驅(qū)動輪以用于提供所述園林車輛的可移動性的馬達(dá)；園林工具；以及用于拍攝地形的圖像的相機(jī)，所述相機(jī)以已知的方式相對于所述園林車輛被定位和對齊。根據(jù)特定的實(shí)施方式，所述相機(jī)繞至少一個軸可樞轉(zhuǎn)地布置。所述方法包括以下步驟:
[0014]籲在所述地形中移動所述園林車輛，同時通過拍攝地形部分的圖像序列，使得所述圖像序列中的至少兩個圖像，尤其是連續(xù)的圖像，覆蓋所述地形中的許多相同點(diǎn)，而同時地產(chǎn)生一組圖像數(shù)據(jù)，其中，在移動的同時，所述地形部分由所述相機(jī)的觀察區(qū)域在所述相機(jī)的各個位置限定；
[0015]?將同步定位和測繪(SLAM)算法應(yīng)用至所述一組圖像數(shù)據(jù)，并由此導(dǎo)出地形數(shù)據(jù)，所述地形數(shù)據(jù)包括:
[0016]〇表示拍攝的所述地形的點(diǎn)云；以及
[0017]O與所述園林車輛在所述地形中的相對位置相關(guān)的位置數(shù)據(jù)，尤其是，與所述園林車輛在所述點(diǎn)云中的相對位置的位置數(shù)據(jù)；以及
[0018]?通過將絕對標(biāo)尺信息應(yīng)用至所述地形數(shù)據(jù)而縮放所述點(diǎn)云，尤其是縮放所述位置數(shù)據(jù)。
[0019]無人自主園林車輛將被理解為任何種類的地面園林車輛，能夠自主和自動控制(即，通過相應(yīng)的算法)在指定的工作區(qū)域內(nèi)移動。
[0020]位置數(shù)據(jù)涉及自主園林車輛在地形中的實(shí)際(相對)位置。每個拍攝的地形部分涉及園林車輛的相應(yīng)位置，因為用于拍攝各個圖像的相機(jī)的姿態(tài)為已知的，并且園林車輛的相對位置可從圖像序列中導(dǎo)出。換言之，地形數(shù)據(jù)可以包括關(guān)于園林車輛位置和所拍攝的地形部分位置的位置信息。
[0021 ] 位置數(shù)據(jù)的縮放尤其是應(yīng)理解為在坐標(biāo)系中限定相應(yīng)位置，即，根據(jù)位置導(dǎo)出實(shí)際坐標(biāo)(X，y和ζ)。
[0022]而且，位置數(shù)據(jù)尤其涉及園林車輛在地形中的方向，并且因此可以提供關(guān)于園林車輛的6DoF(6個自由度)信息。
[0023]同步定位和測繪(SLAM)是同時地建立環(huán)境(地形)圖的進(jìn)程，尤其是基于環(huán)境中的靜態(tài)特征或地標(biāo)，并利用此圖獲得車輛(這個例子中的自主園林車輛)的位置的估計值。車輛憑借其性能從通過安裝在園林車輛上的相機(jī)返回的數(shù)據(jù)提取有用的導(dǎo)航信息。
[0024]收集地形信息的方法開始于園林車輛的未知位置，并且沒有先驗知識，例如地形中它的位置或者地標(biāo)位置。
[0025]視覺系統(tǒng)用于提供數(shù)據(jù)至SLAM算法，以為園林車輛形成導(dǎo)航系統(tǒng)。這個技術(shù)，也被稱為可視SLAM (VSLAM)，使用被動感應(yīng)通過相機(jī)以提供低功率和動態(tài)定位系統(tǒng)。圖像處理用于在由相機(jī)獲取的圖像中定位特征，尤其是不同(連續(xù))圖像中地形的相同點(diǎn)。
[0026]特征被輸入到SLAM算法，其隨后能夠準(zhǔn)確計算每個特征的三維位置，并且因此，尤其是，當(dāng)園林車輛圍繞周圍空間移動時，開始建立三維地圖。
[0027]系統(tǒng)(園林車輛)能夠建立其環(huán)境的地圖，同時使用那個地圖定位其自身，有望使園林車輛在未知環(huán)境中自主操作。
[0028]園林車輛的相機(jī)可以被實(shí)現(xiàn)為全景相機(jī)，即相機(jī)提供圍繞至少一個軸的視場達(dá)360°。此類相機(jī)尤其由特定光學(xué)元件(通過專門設(shè)計的透鏡)提供了相對較大的視場，和/或包括用于分割和/或放大相機(jī)的初始視場的反射鏡。尤其是，全景相機(jī)包絡(luò)括拋物線或圓錐狀反射鏡，以用于提供高達(dá)360°的視場。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，無人自主園林車輛被實(shí)施為無人自主割草機(jī)，尤其是其中園林工具是切割工具的形式。下面關(guān)于本發(fā)明的園林車輛的評論也被理解為是可轉(zhuǎn)移到這樣的無人自主割草機(jī)上，并且反之亦然(涉及自主割草機(jī)的評論可轉(zhuǎn)移到園林車輛上)。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方法，所述絕對標(biāo)尺信息是通過接收來自所述園林車輛的傳感器單元的運(yùn)動數(shù)據(jù)而導(dǎo)出的，所述園林車輛的所述傳感器單元提供與通過移動所述園林車輛所覆蓋的距離相關(guān)的信息，所述傳感器單元被設(shè)計為:用于檢測所述園林車輛的車輪，尤其是所述至少一個驅(qū)動輪，的旋轉(zhuǎn)的傳感器，和/或距離測量單元，尤其是DISTO模塊，用于通過發(fā)射激光并接收對象反射的所述激光而測量到所述對象的距離，和/或范圍相機(jī)，尤其是RIM相機(jī)，和/或慣性測量單元(MU)。
[0031]根據(jù)本發(fā)明了進(jìn)一步具體實(shí)施例，所述絕對標(biāo)尺信息是通過如下的方式而導(dǎo)出的:拍攝所述地形中的已知的外觀和/或位置的參照體的參考圖像，并且通過基于在拍攝的所述參考圖像中的所述參照體的所述外觀的圖像處理，并且尤其是，所述相機(jī)的已知放大比例而導(dǎo)出所述絕對標(biāo)尺信息，尤其是其中，所述參照體的尺寸、空間方向和/或形狀是預(yù)先已知的。
[0032]從標(biāo)志點(diǎn)(參照體)相對的觀察，根據(jù)創(chuàng)造性方法，提供了同時計算車輛位置的估計值以及地標(biāo)位置的估計值。當(dāng)持續(xù)運(yùn)動時，車輛建立地標(biāo)的完整地圖，并使用這些以提供車輛位置的連續(xù)估計。通過追蹤車輛和在環(huán)境中可識別特征之間的相對位置，車輛的位置和特征的位置可以被同時估計。在關(guān)于車輛位置的外部信息缺失的情況下，這個算法提出了具有在未知環(huán)境中進(jìn)行導(dǎo)航的必要工具的自主系統(tǒng)。
[0033]?關(guān)于由園林車輛產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的處理，根據(jù)本發(fā)明，圖像數(shù)據(jù)組和/或地形數(shù)據(jù)可以被發(fā)送到數(shù)據(jù)庫并存儲在其中，其中所述園林車輛包括存儲單元，所述存儲單元包括所述數(shù)據(jù)庫。而且，用于控制所述園林車輛的遠(yuǎn)程控制單元包括所述存儲單元，所述存儲單元包括所述數(shù)據(jù)庫，和/或，所述數(shù)據(jù)庫具體實(shí)施為數(shù)據(jù)云，尤其是存儲在遠(yuǎn)程服務(wù)器上，尤其是其中，所述地形數(shù)據(jù)通過基于同步定位和測繪算法的云計算從所述圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)出，并且/或者，通過云計算執(zhí)行所述點(diǎn)云的縮放。
[0034]現(xiàn)在參考如下的區(qū)域的確定，S卩，在該區(qū)域內(nèi)，園林車輛被指定移動和工作。在那種情況下，根據(jù)本發(fā)明，用于所述園林車輛的工作區(qū)域的邊界線通過基于地形圖而訓(xùn)練和設(shè)置邊界線來規(guī)定，其中，在所述邊界線內(nèi)，所述園林車輛是可控的，以自主地移動和工作。
[0035]訓(xùn)練邊界線是通過以下操作提供的:沿期望的路徑移動所述園林車輛，拍攝與所述路徑對應(yīng)的地形和相對于所述路徑的限定鄰近地區(qū)的一系列邊界圖像，所述一系列邊界圖像表示所述圖像序列，以及提供所述一系列邊界圖像以用于控制所述園林車輛。當(dāng)在地形圖的基礎(chǔ)上設(shè)置所述邊界線時，邊界位置數(shù)據(jù)被提供用于控制所述園林車輛。
[0036]尤其是，在邊界線是通過訓(xùn)練確定的情況下，通過圖像處理連續(xù)比較所述一系列邊界圖像中的所述邊界圖像與實(shí)際圖像，當(dāng)在所述工作區(qū)域內(nèi)移動所述園林車輛的同時，所述實(shí)際圖像被拍攝，基于所述比較而導(dǎo)出每個實(shí)際圖像的匹配率，并且基于所述匹配率而控制所述園林