BE1023881B1 - Inrichting voor het plukken van fruit - Google Patents

Abstract

De uitvinding betreft een inrichting (100) voor het plukken van fruit, voorzien van: een optisch detectiemiddel (110), ingericht om een te plukken stuk fruit dat aan een plant hangt te detecteren en ruimtelijk te lokaliseren; een robotarm (120), uitgerust met een grijpmechanisme (130) voorzien van ten minste twee vingers (131, 132, 133); en een verwerkingseenheid (140), operationeel verbonden met het optische detectiemiddel (110), de robotarm (120) en het grijpmechanisme (130). De verwerkingseenheid (140) stuurt de robotarm (120) aan om het grijpmechanisme (130) van onderuit in een opwaartse beweging ten minste gedeeltelijk rondom het te plukken stuk fruit te laten bewegen; en stuurt het grijpmechanisme (130), wanneer het rondom het te plukken stuk fruit is gebracht, aan om het te plukken stuk fruit tussen de ten minste twee vingers (131, 132) vast te grijpen; en het zodanig te roteren om een in hoofdzaak horizontale as, dat het van de plant loskomt.

Description

Inrichting voor het plukken van fruit Domein van de Uitvinding

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op werktuigen voor gebruik in de tuinbouw, meer bepaald op inrichtingen voor het plukken van fruit.

Achtergrond

In de fruitteelt is een belangrijk en arbeidsintensief aspect van het productieproces de pluk van het rijpe fruit. Dit wordt tot op heden nog in grote mate handmatig gedaan. In de laatste jaren zijn er pogingen gedaan om fruitpluk te automatiseren. Uit EP 2371204 Al is aldus een machine bekend voor het automatisch oogsten van fruit dat in rijen wordt gecultiveerd. Deze machine neemt een te plukken stuk fruit op in een beweegbaar trechtertje en snijdt het dan los van de plant. Het gebruik van machines, uit EP 2371204 Al is echter niet geschikt voor bijzonder zacht fruit, dat bij machinaal plukken gemakkelijk beschadigd geraakt, en waarbij het afsnijden (doorknippen) van de steeltjes niet wenselijk is. Om die reden wordt bijvoorbeeld tot op heden geen gebruik gemaakt van plukmachines voor de pluk van bepaalde, zeer zachte aardbeisoorten, zoals die welke in België commercieel het interessantst zijn. Bovendien zijn de gekende systemen niet geschikt om een gelijktijdige sorteeroperatie uit te voeren.

Het is een doel van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding om ten minste gedeeltelijk tegemoet te komen aan de hierboven vermelde problemen.

Samenvatting

Volgens een aspect van de uitvinding, wordt een inrichting voor het plukken van fruit voorzien, voorzien van: een optisch detectiemiddel, ingericht om een te plukken stuk fruit dat aan een plant hangt te detecteren en ruimtelijk te lokaliseren; een robotarm, uitgerust met een grijpmechanisme voorzien van ten minste twee vingers; en een verwerkingseenheid, operationeel verbonden met het optische detectiemiddel, de robotarm en het grijpmechanisme; waarbij de verwerkingseenheid zodanig is geconfigureerd dat deze de robotarm aanstuurt om na lokalisatie van een te plukken stuk fruit door het optische detectiemiddel, het grijpmechanisme van onderuit in een opwaartse beweging ten minste gedeeltelijk rondom het te plukken stuk fruit te laten bewegen; en waarbij de verwerkingseenheid zodanig is geconfigureerd dat deze het grijpmechanisme, wanneer het rondom het te plukken stuk fruit is gebracht, aanstuurt om: het te plukken stuk fruit tussen de ten minste twee vingers vast te grijpen; en het te plukken stuk fruit zodanig te roteren om een in hoofdzaak horizontale as, dat het van de plant loskomt.

In deze aanvraag worden de termen "fruit" en "vrucht" in de ruimste betekenis gebruikt, zonder beperkt te zijn tot de strikt botanische betekenis van deze begrippen. Onder "fruit" of "vrucht" worden in het bijzonder ook schijnvruchten begrepen zoals aardbeien, vijgen, rozebottels en dergelijke. Onder "fruit" of "vrucht" worden bovendien ook vruchten in de botanische zin van het woord bedoeld, die in het courante taalgebruik als groenten worden gekwalificeerd, zoals tomaten en paprika's.

De onderhavige uitvinding is onder meer gebaseerd op het inzicht van de uitvinders dat het bij kwetsbare vruchten voordelig is de druk die op de vrucht wordt uitgeoefend bij het plukken minimaal te houden door de vingers van het grijpmechanisme op verschillende plaatsen verdeeld over de omtrek van de vrucht te laten aangrijpen. De onderhavige uitvinding is voorts gebaseerd op het inzicht van de uitvinders dat een vrucht met minimale druk op de buitenkant kan worden losgemaakt door deze niet neerwaarts te trekken, doch te roteren (kantelen), waardoor het steeltje op het zwakste punt knapt zonder dat de vrucht beschadigd wordt. Beide vereisten worden het best bereikt door de vrucht van onderuit te benaderen met een grijpmechanisme dat uit meerdere vingers bestaat.

Het is een voordeel van de uitvinding dat de vrucht ongeschonden kan geplukt worden, zonder dat er nood is aan een snijmechanisme om het steeltje door te snijden. Systemen die een snij-operatie vergen, werken immers doorgaans minder snel en lopen meer kans op het beschadigen van de vrucht; bovendien kunnen ziektekiemen worden overgedragen tussen planten via de snijoppervlakken.

In een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de onderhavige uitvinding, is de verwerkingseenheid zodanig geconfigureerd dat deze de robotarm en het grijpmechanisme aanstuurt om: het stuk fruit na het plukken 180° te draaien om een in hoofdzaak horizontale as; en het stuk fruit in de aldus verkregen oriëntatie te deponeren in een recipiënt.

Het is een voordeel van deze uitvoeringsvorm dat de vruchten na het plukken meteen optimaal kunnen worden weggelegd voor opslag.

In het bijzonder voor aardbeien is het wenselijk dat de vruchten met de kroontjes naar beneden gericht in de doos worden gelegd, zodat de relatief puntige en volledig rode onderkant naar de potentiële klant gericht is.

In een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de onderhavige uitvinding, zijn de ten minste twee vingers aan de naar het te plukken stuk fruit gerichte zijde voorzien van een langwerpig, elastisch vervormbaar oppervlak, welk oppervlak is geconfigureerd om bij contact met het te plukken stuk fruit een concave vorm aan te nemen die, in een verticaal vlak beschouwd, ten minste gedeeltelijk de contour van het te plukken stuk fruit volgt.

Het is een voordeel van deze uitvoeringsvorm dat een goed contact kan worden gemaakt met de te plukken vrucht terwijl er slechts een minimale druk wordt uitgeoefend op de buitenkant van de vrucht.

Dit is vooral bij kwetsbare vruchten van belang om de vrucht niet te beschadigen bij het plukken. De uitvinders hebben voorts ontdekt dat bij een oordeelkundig ontworpen buigzaam contactoppervlak, de gemiddelde schade die aan de te plukken vrucht wordt toegebracht niet continu varieert met de uitgeoefende kracht, maar een stapfunctie zal vertonen, zodanig dat er een ruim gebied van krachtniveaus is waarbinnen de vrucht vrijwel niet beschadigd wordt. Dit biedt het voordeel dat het gemakkelijker is een geschikt werkpunt te bepalen, en laat toe om de beschadiging van de vrucht tot een minimum te herleiden.

Bij vruchten die in trossen groeien, kan contact met andere vruchten voorkomen tijdens het benaderen van de te plukken vrucht en het terug bewegen naar de aflegpositie van de vrucht. De vingers bezitten langs de buitenkant bij voorkeur een zodanige vorm en soepelheid dat ze andere vruchten zo weinig mogelijk schade toebrengen.

In een uitvoeringsvorm is de inrichting volgens de onderhavige uitvinding voorts voorzien van een voortbewegingsmechanisme, ingericht om de inrichting in hoofdzaak horizontaal langs een rechte lijn voort te bewegen.

Het is een voordeel van deze uitvoeringsvorm dat de inrichting kan worden ingezet in situaties waar grote hoeveelheden planten langs in hoofdzaak rechte lijnen zijn opgesteld, zoals in de traditionele serreteelt en stellingteelt. Het voortbewegingsmechanisme kan voorzien zijn van wielen die over de grond rijden, wielen die zijn aangepast om op een of meer rails te rijden, rupsbanden, glijders, en dergelijke. Doordat de inrichting als geheel in deze uitvoeringsvorm slechts één bewegingsvrijheidgraad heeft, kan deze relatief gemakkelijk nauwkeurig gepositioneerd worden. Deze uitvoeringsvorm leent zich tot een implementatie van een stabiel platform op een voertuig dat met een stop-&-go strategie wordt voortbewogen.

Volgens een aspect van de uitvinding, wordt een gebruik van de hierboven beschreven inrichting voorzien voor het plukken van aardbeien.

Het is een kenmerk van de in België gangbare aardbeivariëteiten dat deze aan grote trossen groeien en betrekkelijk week zijn. Voor deze variëteiten is er derhalve nood aan een oplossing waarbij de druk op de aardbei minimaal is en het aantal manipulaties beperkt blijft. De inrichting volgens de onderhavige uitvinding voldoet aan deze vereisten, en biedt dus een zeer geschikte oplossing voor aardbeien. Het gebruik van de inrichting volgens de onderhavige uitvinding, waarbij de vrucht al kantelend wordt geplukt, heeft ten aanzien van aardbeien het bijkomende voordeel dat het steeltje in het kroontje zal afbreken, zoals bij manueel plukken het geval zou zijn. Dit verhindert dat er een stukje steel van de geplukte aardbei uitsteekt, wat andere aardbeien in hetzelfde bakje zou kunnen beschadigen, en wat door commerciële afnemers van onder meer Belgische aardbeien niet wordt aanvaard.

Volgens een aspect van de uitvinding, wordt een gebruik van de hierboven beschreven inrichting voorzien voor het plukken van tomaten.

Het is een kenmerk van bepaalde tomaatvariëteiten dat deze betrekkelijk week zijn. Voor deze variëteiten is er derhalve nood aan een oplossing waarbij de druk op de vrucht minimaal is en het aantal manipulaties beperkt blijft. De inrichting volgens de onderhavige uitvinding voldoet aan deze vereisten, en biedt dus een zeer geschikte oplossing voor deze vruchten.

Volgens een aspect van de uitvinding, wordt een gebruik van de hierboven beschreven inrichting voorzien voor het plukken van vruchten van de soort Capsicum annuum.

Het is een kenmerk van bepaalde variëteiten van de soort Capsicum annuum, waaronder bepaalde paprika's en pepers, dat deze betrekkelijk week zijn. Voor deze variëteiten is er derhalve nood aan een oplossing waarbij de druk op de vrucht minimaal is en het aantal manipulaties beperkt blijft. De inrichting volgens de onderhavige uitvinding voldoet aan deze vereisten, en biedt dus een zeer geschikte oplossing voor deze vruchten.

Beknopte Beschrijving van de Figuren

Deze en andere aspecten en voordelen van uitvoeringsvormen van de onderhavige uitvinding zullen hieronder in meer detail worden beschreven onder verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen, waarin :

Figuur 1 een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de onderhavige uitvinding illustreert;

Figuur 2 een voorbeeld van een grijpmechanisme illustreert voor gebruik in uitvoeringsvormen van de inrichting volgens de onderhavige uitvinding; en

Figuur 3 in detail een vinger van het grijpmechanisme van Figuur 2 illustreert.

Beschrijving van Uitvoeringsvormen

Figuur 1 geeft een schematische voorstelling van een inrichting 100 volgens een uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding.

De inrichting 100 omvat een optisch detectiemiddel 110, ingericht om een te plukken stuk fruit dat aan een plant hangt te detecteren en ruimtelijk te lokaliseren. Het optische detectiemiddel 110 kan in het bijzonder een of meer digitale camera's omvatten, die beelden aanleveren waarop analyses worden uitgevoerd om de te plukken vruchten te detecteren op basis van vorm, grootte, kleur en/of andere gewenste criteria. De detectie kan in het bijzonder een inschatting van de rijpheid van het fruit omvatten, zodat enkel de rijpe vruchten worden geplukt.

Bijkomend of gelijktijdig kunnen bepaalde meetbare kenmerken van de vrucht worden gedetecteerd, die gebruikt kunnen worden voor een kwaliteitsclassificatie (bv. grootte, geschat gewicht, egaliteit van de kleur, etc.). Op basis van deze classificatie kunnen de geplukte vruchten onmiddellijk correct gesorteerd worden.

De ruimtelijke lokalisatie van de te plukken vruchten kan gebeuren door de beelden van meerdere camera's te combineren (stereoscopische lokalisatie) of andere gekende lokalisatietechnieken toe te passen.

De een of meer camera's zijn bij voorkeur zo opgesteld dat ze de te plukken vruchten niet enkel van opzij maar ook (schuin) van onderuit kunnen waarnemen. Dit is bijzonder voordelig bij de pluk van aardbeien, die zodanig groeien dat de rijpe aardbeien meestal onderaan de plant hangen. Aardbeien groeien immers aan bloemtakken die zich na elkaar ontwikkelen, en waarvan de latere takken steeds langer zijn dan de voorgaande. De bloemtakken groeien initieel naar boven, maar buigen naar beneden door het gewicht van de rijpende aardbeien die eraan hangen. De takken met de rijpste (en over het algemeen grootste) aardbeien hebben de neiging het verst door te hangen, zodat de rijpe aardbeien onderaan hangen. Ook bij andere planten met een gelijkaardig vruchtgroeipatroon is het voordelig een of meer camera's zo op te stellen dat ze de te plukken vruchten (schuin) van onderuit kunnen waarnemen.

De inrichting heeft voorts een robotarm 120, uitgerust met een grijpmechanisme 130. Onder de term "robotarm" wordt een aanstuurbaar beweegbaar geheel begrepen dat op basis van zijn vrijheidsgraden een payload - in dit geval het grijpmechanisme 130 met desgevallend een vrucht - binnen een actieradius op een gewenste locatie kan brengen; dergelijke robotarmen zijn op zich bekend in de techniek. De robotarm 120 is bij voorkeur licht en dun uitgevoerd, zodanig dat de robotarm 120 zeer snel, en in hoofdzaak loodrecht, omhoog kan bewegen zonder onnodig met andere vruchten in contact te komen. De robotarm 120 kan worden uitgevoerd als een parallellogram met scharnierende hoeken, hetgeen een goede balans oplevert tussen beweeglijkheid en stabiliteit.

Het grijpmechanisme 130 is voorzien van ten minste twee vingers. Voordeligerwijze is er ook ten minste één camera die deel uitmaakt van het detectiemiddel 110 op de robotarm 120 aangebracht, bijvoorbeeld onderin de door de vingers gevormde kooi van het grijpmechanisme 130. Het beeld van onderuit dat deze camera levert, draagt bij tot het in kaart brengen van de te plukken vruchten, en kan, aangezien deze camera meebeweegt met die robotarm 120, in het bijzonder worden gebruikt om de relatieve beweging van de robotarm 120 ten opzichte van de te plukken vruchten nauwkeuriger te regelen.

De inrichting heeft voorts een verwerkingseenheid 140, door middel van geschikte interfaces operationeel verbonden met het optische detectiemiddel 110, de robotarm 120 en het grijpmechanisme 130. Deze verwerkingseenheid 140 is zodanig geconfigureerd dat deze de robotarm 120 aanstuurt om na lokalisatie van een te plukken stuk fruit door het optische detectiemiddel 110, het grijpmechanisme 130 van onderuit in een opwaartse beweging ten minste gedeeltelijk rondom het te plukken stuk fruit te laten bewegen; dit heeft als doel het eventuele contact met andere vruchten, en de mogelijke schade aan de vruchten die daaruit zou kunnen voortkomen, tot een minimum te beperken.

Daarna wordt het grijpmechanisme 130, wanneer het rondom het te plukken stuk fruit is gebracht, aangestuurd om het te plukken stuk fruit tussen de ten minste twee vingers 131, 132 vast te grijpen en het te plukken stuk fruit zodanig te roteren om een in hoofdzaak horizontale as, dat het van de plant loskomt.

Bij voorkeur wordt de verwerkingseenheid 140 zodanig geconfigureerd dat de robotarm 120 en het grijpmechanisme 130 worden aangestuurd om het stuk fruit na het plukken 180° te draaien om een in hoofdzaak horizontale as, i.e. om het stuk fruit na het plukken ondersteboven te houden; en het stuk fruit in de aldus verkregen oriëntatie (ondersteboven) te deponeren in een recipiënt zoals een bakje of een doos.

De inrichting kan worden voorzien van een voortbewegingsmechanisme, om in hoofdzaak horizontaal langs een rechte lijn voort te bewegen. Het geheel wordt dan een rijdende of glijdende plukrobot, die zich bijvoorbeeld langs rijen planten in een serre voortbeweegt. De voortbewegingssnelheid kan autonoom geregeld worden in functie van de uit te voeren plukbewegingen. De geplukte vruchten kunnen worden gedeponeerd in een recipiënt die op hetzelfde wagentje gelegd wordt, of via een transportband naar een centrale plaats gevoerd worden voor verdere bewerking (bv. sortering, verpakking, ...) .

Het voortbewegingsmechanisme kan optioneel op twee, elkaar aanvullende niveaus werken: de plukrobot is dan uitgevoerd op een rijdend of glijdend platform dat zich verplaatst in een relatieve beweging ten opzichte van de ondergrond, terwijl de robotarm in dezelfde richting maar over een beperkte afstand een bijkomende lineaire bewegingsgraad heeft ten opzichte van het platform, bijvoorbeeld door een lineaire slede te voorzien. Op die manier kan het platform voor de ruwe positionering worden gebruikt, en de lineaire slede voor de fijne positionering.

De verwerkingseenheid 140 kan worden geïmplementeerd in gespecialiseerde hardware (bv. ASIC), configureerbare hardware (bv. FPGA), programmeerbare componenten met geschikte software (bv. microprocessors) of een combinatie van de voorgaanden. Dezelfde componenten kunnen ook andere functies implementeren, zoals de detectie- en lokalisatiefunctie of delen daarvan.

Figuur 2 illustreert een voorbeeld van een grijpmechanisme 130 voor gebruik in uitvoeringsvormen van de inrichting volgens de onderhavige uitvinding. In een bijzonder voordelige uitvoeringsvorm is het grijpmechanisme 130 voorzien van drie vingers 131, 132, 133. De vingers zijn niet noodzakelijk identiek. De vingers zijn bij voorkeur zo ontworpen dat de druk over de lengte van de vinger, voor een type-vrucht met een vooraf gekozen vorm en grootte, constant is.

Figuur 3 illustreert in detail een vinger 131 van het grijpmechanisme 130 van Figuur 2. De voorkeurseigenschappen die hierna worden beschreven onder verwijzing naar Figuur 3, kunnen voorzien worden bij een of meer vingers van het grijpmechanisme 130, bij voorkeur hebben alle vingers deze eigenschappen.

De vingers zijn bij voorkeur zodanig ontworpen dat ze de vrucht tijdens het plukken en het bewegen van de robotarm zo weinig mogelijk beschadigen. Ze hebben bij voorkeur aan de naar binnen (i.e. naar het te plukken fruit) gerichte zijde een langwerpig, elastisch vervormbaar oppervlak 135; dit kan een strook zijn uit een buigzaam materiaal, dat volgens de lengterichting van de vinger georiënteerd is. Dit oppervlak is geconfigureerd, bijvoorbeeld door de eigenschappen van de erachter liggende materialen of structuren 136, om bij contact met het te plukken stuk fruit een concave vorm aan te nemen die, in een verticaal vlak beschouwd, ten minste gedeeltelijk de contour van het te plukken stuk fruit volgt. De vervormingseigenschappen van het oppervlak 135 kunnen op zeer gedetailleerde wijze worden gecontroleerd door het oppervlak 135 te laten steunen op een vakwerk 136 uit kunststof, dat bijvoorbeeld door middel van additieve fabricage (3D printing) kan worden geproduceerd. De configuratie kan in het bijzonder geoptimaliseerd worden om de typische contour te volgen van het type fruit waarvoor de inrichting bedoeld is. Een verdere vermindering van de kans op beschadiging van andere vruchten kan worden verkregen door een oordeelkundige vormgeving van de buitenkant van de vingers. De vingers dienen een zekere spitsheid te vertonen en van voldoende afrondingen te zijn voorzien. Het materiaal aan de buitenkant wordt bij voorkeur zo gekozen, dat het voldoende zacht is om bij contact met andere vruchten minimale kans op beschadiging te geven.

Hoewel de uitvinding hierboven werd beschreven onder verwijzing naar specifieke uitvoeringsvormen, is dit gedaan om de uitvinding te verduidelijken en niet om deze te beperken. De vakman zal begrijpen dat diverse wijzigingen ten aanzien van de beschreven uitvoeringen mogelijk zijn zonder buiten het bereik van de uitvinding te treden, waarvan de omvang wordt bepaald door de aangehechte conclusies.

Claims (7)

1. Conclusies

   1. Inrichting (100) voor het plukken van fruit, voorzien van: een optisch detectiemiddel (110), ingericht om een te plukken stuk fruit dat aan een plant hangt te detecteren en ruimtelijk te lokaliseren; een robotarm (120), uitgerust met een grijpmechanisme (130) voorzien van ten minste twee vingers (131, 132, 133); en een verwerkingseenheid (140), operationeel verbonden met het optische detectiemiddel (110), de robotarm (120) en het grijpmechanisme (130); waarbij de verwerkingseenheid (140) zodanig is geconfigureerd dat deze de robotarm (120) aanstuurt om na lokalisatie van een te plukken stuk fruit door het optische detectiemiddel (110), het grijpmechanisme (130) van onderuit in een opwaartse beweging ten minste gedeeltelijk rondom het te plukken stuk fruit te laten bewegen; en waarbij de verwerkingseenheid (140) zodanig is geconfigureerd dat deze het grijpmechanisme (130), wanneer het rondom het te plukken stuk fruit is gebracht, aanstuurt om: - het te plukken stuk fruit tussen de ten minste twee vingers (131, 132) vast te grijpen; en - het te plukken stuk fruit zodanig te roteren om een in hoofdzaak horizontale as, dat het van de plant loskomt.
2. 2. Inrichting volgens conclusie 1, waarbij de verwerkingseenheid (140) zodanig is geconfigureerd dat deze de robotarm (120) en het grijpmechanisme (130) aanstuurt om: - het stuk fruit na het plukken 180° te draaien om een in hoofdzaak horizontale as; en - het stuk fruit in de aldus verkregen oriëntatie te deponeren in een recipiënt.
3. 3. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de ten minste twee vingers (131, 132) aan de naar het te plukken fruit gerichte zijde zijn voorzien van een langwerpig, elastisch vervormbaar oppervlak, welk oppervlak is geconfigureerd om bij contact met het te plukken stuk fruit een concave vorm aan te nemen die, in een verticaal vlak beschouwd, ten minste gedeeltelijk de contour van het te plukken stuk fruit volgt.
4. 4. Inrichting volgens een van de voorgaande conclusies, voorts voorzien van een voortbewegingsmechanisme, ingericht om de inrichting in hoofdzaak horizontaal langs een rechte lijn voort te bewegen.
5. 5. Gebruik van de inrichting volgens een van de voorgaande conclusies voor het plukken van aardbeien.
6. 6. Gebruik van de inrichting volgens een van conclusies 1-4 voor het plukken van tomaten.
7. 7. Gebruik van de inrichting volgens een van conclusies 1-4 voor het plukken van de soort Capsicum annuum.