基于情景感知的机器人学习系统

技术领域

本发明涉及机器人学习技术领域，具体为基于情景感知的机器人学习系统。

背景技术

机器人学习是研究机器人如何模拟人类进而实现人类的学习行为，从而能够像人类一样通过不断的学习来改善自身的性能，提高自身的适应能力和智能化水平。机器人学习是机器人学领域一个非常重要的研究方向，尤其是近几十年来一直是研究者研究的重点。机器人学习能力是指机器人在与环境交互时所表现出来的一种自适性，能够根据特定的任务来改进自己行为从而适应环境的特性。而这种自适性和学习能力是通过下面两个方面来体现出来的：首先它能感知到环境信息及环境的变化，并学习对感知信息的理解和处理过程；然后当机器人所处环境或目标发生变化时，能够根据变化改进当前的行为策略或者学习新的行为策略。

目前，农业上用于喷洒农药的机器人被广泛采用，机器人通过人工遥控或预设模式的方式，实现自动行走及喷药；对于不同农作物进行喷药时，需要在每次喷药前进行设定，设定的内容包括根据农作物种类和株高等进行对应设定喷药方式和喷药高度，还要根据农作物的病虫害种类设定对应的农药种类和农药药水的配合等，机器人不具备情景感知学习能力，不能自适应于喷药环境，且设定程序复杂，不便于机器人的高效率喷药；因此，增加喷药机器人的学习能力，使其能够通过感知农作物的情况，自动作出针对性的喷药设定，是亟需解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供基于情景感知的机器人学习系统，使得喷药机器人能够感知农作物的具体情况，从而作出对应的喷药设定，并能够自主应对不同农作物的不同病虫害，提高了喷药机器人的工作效率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于情景感知的机器人学习系统，包括中央控制模块、行走模块、喷头模块和导航模块，所述中央控制模块的输出端分别电性连接有实现机器人行走功能的行走模块和实现喷头喷射参数调整的喷头模块，所述中央控制模块的输入端电性连接有用于为所述行走模块提供方位和距离控制的导航模块，还包括药液配合模块、景识别模块、数据库模块以及通讯模块，所述药液配合模块的输入端与所述中央控制模块的输出端电性连接，所述药液配合模块用于针对农作物的病虫害配制药液；

其中，所述情景识别模块与所述中央控制模块双向电性连接，所述情景识别模块用于采集农作物的图像，且识别农作物的种类、株高以及病虫害种类；

其中，所述数据库模块与所述中央控制模块双向电性连接，所述数据库模块用于存储农作物的种类信息以及针对不同品种农作物不同病虫害使用药剂种类和用量的信息，且用于信息的检索；

其中，所述通讯模块与所述中央控制模块双向电性连接，所述通讯模块用于建立所述中央控制模块与大数据库云端以及用户终端信息传输的通道。

优选的，所述药液配合模块包括药剂供应单元、清水供应单元以及混合搅拌单元，所述药剂供应单元用于分类、定量提供药剂；

其中，所述清水供应单元用于定量供应清水；

其中，所述混合搅拌单元用于储存所述药剂供应单元提供的药剂和所述清水供应单元提供的清水，且对药剂和清水组成的混合液进行搅拌。

优选的，所述药液配合模块还包括清洗单元，所述清洗单元用于对所述混合搅拌单元进行清洗。

优选的，所述情景识别模块包括图像采集单元以及图像识别单元，所述图像采集单元用于采集农作物的影像资料；

其中，所述图像识别单元用于对所述图像采集单元采集的农作物影像进行识别，且用于确定影像中农作物的品种、株高以及病虫害种类。

优选的，所述情景识别模块还包括温湿度检测单元以及风速检测单元，所述温湿度检测单元用于检测在对农作物进行喷药期间的温度和湿度；

其中，所述风速检测单元用于检测在对农作物进行喷药期间的风速。

优选的，所述情景识别模块还包括整合单元，所述整合单元用于将所述图像识别单元识别出的农作物种类、株高和病虫害种类与所述温湿度检测单元检测的温度、湿度以及所述风速检测单元检测的风速进行整合形成所述药液配合模块和喷头模块的控制信号数据。

优选的，所述数据库模块包括数据存储单元、数据写入单元以及检索单元，所述数据存储单元用于存储农作物的种类信息以及针对不同品种农作物不同病虫害使用药剂种类和用量的信息；

其中，所述数据写入单元用于向所述数据存储单元中存入农作物的种类信息以及针对不同品种农作物不同病虫害使用药剂种类和用量的信息；

其中，所述检索单元用于搜索与所述整合单元整合形成的控制信号数据匹配的信息。

优选的，还包括决策模块，所述决策模块用于在所述图像识别单元识别出农作物存在两种及以上的病虫害时，提供所述药液配合模块的控制信号。

优选的，所述决策模块包括请示单元以及默认单元，所述请示单元用于在所述图像识别单元识别出农作物存在两种及以上的病虫害时，通过所述通讯模块向用户终端索取所述药液配合模块的控制信号；

其中，所述默认单元用于在所述图像识别单元识别出农作物存在两种及以上的病虫害时，提供按照所述数据存储单元中记载的病虫害顺序进行依次喷药防治的控制信号。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明涉及的机器人学习系统通过情景识别模块能够对农作物的品种、株高以及病虫害的种类进行识别，并能够对喷药环境进行识别，以达到实时调整喷头模块和药液混合模块的控制参数，使得喷药机器人能够自主适应于不同农作物的不同病虫害的防治，从而大大提高了喷药机器人的工作效率。

2.本发明涉及的机器人学习系统能够通过通讯模块与大数据云端建立检索、下载链接通道，以实现丰富数据库模块中的数据信息的效果。

附图说明

图1为本发明原理框架结构示意图；

图2为本发明药液配合模块的内部原理框架图；

图3为本发明情景识别模块的内部原理框架图；

图4为本发明数据库模块的内部原理框架图；

图5为本发明决策模块的内部原理框架图。

图中：1-中央控制模块；2-行走模块；3-喷头模块；4-导航模块；5-药液配合模块；51-药剂供应单元；52-清水供应单元；53-混合搅拌单元；54-清洗单元；6-情景识别模块；61-图像采集单元；62-图像识别单元；63-整合单元；64-温湿度检测单元；65-风速检测单元；7-数据库模块；71-数据存储单元；72-数据写入单元；73-检索单元；8-通讯模块；9-决策模块；91-请示单元；92-默认单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

实施例1.请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：基于情景感知的机器人学习系统，包括中央控制模块1、行走模块2、喷头模块3和导航模块4，中央控制模块1的输出端分别电性连接有实现机器人行走功能的行走模块2和实现喷头喷射参数调整的喷头模块3，中央控制模块1的输入端电性连接有用于为行走模块2提供方位和距离控制的导航模块4，还包括药液配合模块5、情景识别模块6、数据库模块7以及通讯模块8，药液配合模块5的输入端与中央控制模块1的输出端电性连接，药液配合模块5用于针对农作物的病虫害配制药液；情景识别模块6与中央控制模块1双向电性连接，情景识别模块6用于采集农作物的图像，且识别农作物的种类、株高以及病虫害种类；数据库模块7与中央控制模块1双向电性连接，数据库模块7用于存储农作物的种类信息以及针对不同品种农作物不同病虫害使用药剂种类和用量的信息，且用于信息的检索；通讯模块8与中央控制模块1双向电性连接，通讯模块8用于建立中央控制模块1与大数据库云端以及用户终端信息传输的通道。

药液配合模块5包括药剂供应单元51、清水供应单元52以及混合搅拌单元53，药剂供应单元51用于分类、定量提供药剂，包含装入各类药剂的储槽以及各个储槽连通有带有微型泵的通道；清水供应单元52用于定量供应清水，包含装入清水的水槽以及储槽连通有带有微型泵的通道；混合搅拌单元53用于储存药剂供应单元51提供的药剂和清水供应单元52提供的清水，且对药剂和清水组成的混合液进行搅拌，包含有一带有搅拌机构的容器以及容器与喷头模块3之间连通有带微型泵的通道；药液配合模块5还包括清洗单元54，清洗单元54用于对混合搅拌单元53进行清洗，清洗单元54通过开启清水供应单元52与混合搅拌单元53之间的微型泵向混合搅拌单元53的容器中注水并同时开启搅拌机构。

情景识别模块6包括图像采集单元61以及图像识别单元62，图像采集单元61用于采集农作物的影像资料，其中包含的摄像头可采用类似于YH-2MPA122-V1.0型的高清摄像头，图像识别单元62用于对图像采集单元61采集的农作物影像进行识别，且用于确定影像中农作物的品种、株高以及病虫害种类，其中图像识别单元62基于AI图像识别技术。

数据库模块7包括数据存储单元71、数据写入单元72以及检索单元73，数据存储单元71用于存储农作物的种类信息以及针对不同品种农作物不同病虫害使用药剂种类和用量的信息，数据写入单元72用于向数据存储单元71中存入农作物的种类信息以及针对不同品种农作物不同病虫害使用药剂种类和用量的信息，检索单元73用于搜索与整合单元63整合形成的控制信号数据匹配的信息。

综上，使用时，中央控制模块1根据导航模块4提供的导航信息控制行走模块2，实现机器人的行走；图像采集单元61采集农作物的影像，图像识别单元62用于对农作物影像进行识别，以确定影像中农作物的品种、株高以及病虫害种类，然后根据以上识别的信息通过检索单元73访问数据存储单元71并从中检索出与识别信息对应的药剂种类和用量的信息，检索到的信息传递至中央控制模块1，再通过药剂供应单元51、清水供应单元52和混合搅拌单元53制备药液，药液通过喷头模块3喷出，对农作物进行喷药，在喷药的过程中，中央控制模块1会根据农作物的株高信息控制调整喷头模块3喷射的高度，对农作物喷射过程中的实时参数通过数据写入单元72存储在数据存储单元71中备案；当检索单元73未能从数据存储单元71中检索到匹配信息，则通过中央控制模块1、通讯模块8与大数据云端建立链接通道，以从大数据库中搜索对应信息并将搜索的信息通过数据写入单元72存入数据存储单元71中。

实施例1的又一优选实施方式：请参阅图1-4，情景识别模块6还包括温湿度检测单元64以及风速检测单元65，温湿度检测单元64用于检测在对农作物进行喷药期间的温度和湿度，温湿度检测单元64包含HTF3000LF型温湿度传感器；风速检测单元65用于检测在对农作物进行喷药期间的风速，风速检测单元65包含YGM210型风速变送器。

综上，使用时，温湿度检测单元64对农作物周围的温度和湿度进行检测，风速检测单元65对农作物种植地点的风速进行检测，然后通过中央控制模块1调整药液配合模块5中配合药液的浓度，并通过中央控制模块1调整喷头模块3中的喷射压力

实施例1的又一优选实施方式：请参阅图1-4，情景识别模块6还包括整合单元63，整合单元63用于将图像识别单元62识别出的农作物种类、株高和病虫害种类与温湿度检测单元64检测的温度、湿度以及风速检测单元65检测的风速进行整合形成药液配合模块5和喷头模块3的控制信号数据。

综上，使用时，整合单元63将图像识别单元62识别出的农作物种类、株高和病虫害种类与温湿度检测单元64检测的温度、湿度以及风速检测单元65检测的风速信息进行整合处理，构成控制不同模块、单元的指令集合。

实施例1的又一优选实施方式：请参阅图1-5，还包括决策模块9，决策模块9用于在图像识别单元62识别出农作物存在两种及以上的病虫害时，提供药液配合模块5的控制信号；

决策模块9包括请示单元91以及默认单元92，请示单元91用于在图像识别单元62识别出农作物存在两种及以上的病虫害时，通过通讯模块8向用户终端索取药液配合模块5的控制信号，默认单元92用于在图像识别单元62识别出农作物存在两种及以上的病虫害时，提供按照数据存储单元71中记载的病虫害顺序进行依次喷药防治的控制信号。

综上，使用时，当图像识别单元62识别出农作物存在两种及以上的病虫害时，则由请示单元91通过中央控制模块1、通讯模块8向用户终端索取药液配合模块5的控制信号，用户终端通过通讯模块8发送不同病虫害防治的顺序，然后中央控制模块1根据接收到的顺序指令依次通过药液配合模块5配合对应的药液按顺序喷洒；若用户终端未能在标准时间内回复，则由默认单元92提供按照数据存储单元71中记载的病虫害顺序进行依次喷药防治的控制信号，然后中央控制模块1根据控制信号依次通过药液配合模块5配合对应的药液按顺序喷洒。

其中，中央控制模块1采用x86架构，配备i3 CPU，4G内存，标准USB接口4个，千兆网口，其作为中心控制单元，负责对接各个外设，并安装操作系统及各种驱动，并且安装智能自助机软件系统；

在本发明所提供的几个实施方式中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离元器件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的元器件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施方式方案的目的。

另外，在本发明各个实施方式中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，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。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。