BR112019002077B1 - Veículo aeronáutico não tripulado, unidade de controle, sistema e método para colher frutas - Google Patents

Veículo aeronáutico não tripulado, unidade de controle, sistema e método para colher frutas Download PDF

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Abstract

A presente invenção fornece um veículo aeronáutico não tripulado (UAV) autônomo melhorado para colheita ou diluição de frutas e uma unidade de controle para coordenar missões de voo e/ou colheita do mesmo, bem como um sistema e método para colheita de frutas.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção encontra-se no campo da técnica de equipamentos agrícolas, especificamente colheitas. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a dispositivos de colheita, diluição e poda. Mais particularmente, a presente invenção se refere a dispositivos de colheita, diluição ou poda para pomares, plantações e estufas, tais como macieiras, pereiras, damasqueiros, laranjeiras, citrinos de frutos pequenos e limoeiros, abacateiros, videiras, tomateiros, berinjelas, pepinos e pimentas. A presente invenção não está no campo da técnica de cultivos em campo e plantas de campo, não lida com pulverização de cultura, plantação de cultura, fertilização e outros trabalhos de cultura no campo.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] Dispositivos de colheita de pomares convencionais se baseiam em mão de obra em massa e ferramentas de suporte, como tesouras de poda automáticas ou que são retidas e operadas por seres humanos ou escadas automáticas. As ferramentas avançadas são trilhos grandes com alguns braços robóticos. Tais trilhos são grandes, dispendiosos e complicados. Cada braço robótico precisa ser longo e flexível o suficiente para alcançar a parte superior e a parte inferior das árvores. Os braços robóticos precisam ter pelo menos 4 graus de liberdade, o que provoca soluções muito dispendiosas.
[003] Notavelmente, os trilhos mencionados acima são grandes e não se encaixam na maioria das plantações/pomares existentes e os mesmos não podem atravessar as linhas de árvores. Os mesmos também têm limitações em mobilidade em montanhas. Veículos robóticos/automáticos menores encontram os problemas de: mobilidade e passabilidade devido à complexidade do solo; não podem recolher frutas do topo das árvores; e também têm a complexidade de um braço robótico longo de 2 a 4 eixos geométricos.
[004] A diluição é normalmente realizada manualmente por mão de obra em massa, desconectando-se as frutas em seu estágio inicial da árvore para, assim, possibilitar o crescimento de frutas grandes. A poda é normalmente realizada com uma serra manual ou por um veículo terrestre que retém uma serra.
[005] Ao contrário da presente invenção, drones existentes não têm um braço longo fixo que pode projetar folhas e galhos; têm uma rede de proteção para proteção contra riscos, mas não usam a rede para a colheita real; não têm braços equipados com câmera no drone que possibilitam retroalimentação em circuito fechado; não têm funcionalidade de colheitadeira; e não possibilitam a detecção de frutas maduras seguida pelo acesso às mesmas com o braço e o controle do movimento do drone. No drone existente, a bateria tem posição fixa e está localizada o mais próximo possível do centro de massa do drone, não retém tesouras de poda, não tem capacidade para colheita sem aplicação de força sobre o drone e todos as máquinas motrizes são horizontais.
[006] Atualmente, o mapeamento de uma área é feito por grandes UAVs ou satélites que tiram fotos da área de alturas acima de 0,91 km (3.000 pés), o que possibilita a cobertura de toda a área com uma única foto. Entretanto, tais fotos frequentemente têm baixa resolução, e até mesmo câmeras de alta resolução têm resultados limitados. Se for necessária uma imagem de alta resolução, o método para mapeamento é realizado por drones/quadricópteros que sobrevoam em alturas baixas (0,03 a 0,3 km (100 a 1.000 pés)), varrem a área e obtêm muitas fotos durante o voo e, então, um software de pontos produz uma imagem de super-resolução.
[007] A fim de fornecer coordenadas absolutas para cada pixel, algumas âncoras são colocadas na área. Cada âncora tem assinatura óptica que pode ser observada a partir da vista superior e da coordenada de GPS. Cada foto que é tomada contém pelo menos uma dentre as ditas âncoras, e as informações são analisadas em conjunto com os dados de foto para gerar uma imagem de super-resolução na qual cada pixel tem uma coordenada. Entretanto, a implantação de âncoras é uma tarefa demorada que exige que pessoas cheguem à posição estipulada de cada âncora e instalem-na no lugar. Além disso, após a varredura ser finalizada, há uma necessidade de coletar as âncoras.
[008] Atualmente, a colheita é realizada manual ou mecanicamente. Na colheita mecânica, não há seleção entre frutas maduras e não maduras. Tarefas agronômicas atualmente, bem como aquelas descritas na invenção anterior, são realizadas linha a linha, árvore a árvore, em uma ordem em série para impedir a omissão não intencional de uma árvore. A ordem em série é a forma mais eficaz para a colheita e mais fácil para o gerenciamento de trabalhadores terrestres e colheitadeiras terrestres autônomas.
[009] A colheita seletiva é vantajosa visto que o processo de amadurecimento é longo (período de poucas a muitas semanas) e não uniforme com todas as árvores ou até mesmo na mesma árvore. Além disso, agricultores desejam impedir danos às árvores e frutas. A colheita seletiva e a diluição seletiva requerem mão de obra em massa por um curto período, o que frequentemente resulta em agricultores que não acompanham a situação de plantação e não gerenciam um banco de dados para plantação, mas, em vez disso, colhem todas as frutas de uma vez. Ademais, agricultores não têm as ferramentas para realizar colheita/diluição seletiva real devido à escassez na mão de obra e ao curto período de colheita.
[010] Diversas tentativas foram realizadas para desenvolver dispositivos mecânicos para colheita. Por exemplo: O documento US 2016/0307448 descreve drones que são elevados por uma combinação de gás flutuante e hélices e que são usados para agricultura de campo automatizada - incluindo colheita de campo.
[011] O documento US 2017/0094909 descreve um drone para colheita de frutas de casca dura de uma árvore, sendo que o drone compreende uma câmera para identificar frutas; e um braço de colheita de frutas. O documento US 9.420.748 se refere a drones para poda, sendo que o dito dispositivo compreende um meio de corte (por exemplo, motosserra) e uma câmera.
[012] O documento US 2016/0340006 se refere a um drone de resgate equipado com uma câmera e um mecanismo de elevação para resgatar pessoas. O documento IN 4041MUM2015 se refere a um drone de colheita de frutas de casca dura que tem um cortador extensível para cortar uma fruta de seu talo e uma câmera para identificar uma fruta. O documento CN 206024714 se refere a um drone de preparação de plantas no campo que compreende um tanque de água (5) e um cortador (6) e projetado para irrigar e podar plantas. O documento CN 104919981 se refere a um drone para recolher frutas de casca dura - especificamente frutas da Torreya chinesa, que compreende uma haste estendida (8) que tem um meio de corte (1) em sua extremidade e uma rede de coleta de frutas (16). O documento CN 104590562 se refere a drones de combate a incêndio que compreendem uma pistola de bombeamento e mecanismo de pontaria, e uma gaiola e um amortecedor protetores.
[013] Publicações adicionais também descrevem drones para várias atarefas, incluindo tarefas agrícolas. Por exemplo: FLEWRO - Drones to Pluck Dates, Coconuts, Fruits from Trees, se refere a drones de recolha de frutas de casca dura que compreendem câmera para obter imagens das frutas, giroscópio e GPS para estabilizar o drone, um braço robótico para determinar se uma fruta está madura e um segundo braço robótico para arrancar a fruta de casca dura; Intelligent Swarm of Drones for Harvesting Fruit se refere a um grupo de drones para colheita de frutas. Cada drone é equipado com uma câmera para identificar as frutas e avaliar seu amadurecimento e um meio de corte (lâminas). A colheita é realizada até que o sol se ponha de modo que o recarregamento seja interrompido ou até que todas as frutas maduras tenham sido recolhidas; Fruit Plucking Fling Reobot se refere a um robô voador para colheita de frutas nas alturas que compreende uma câmera para detectar frutas, um braço robótico com uma lâmina giratória para cortar a fruta; Design and Development of Mobile Fruit Plucker se refere a um recolhedor de frutas móvel que identifica frutas com uma câmera e as corta de uma árvore com um cortador fixado ao mesmo; e Droneball Go, a Drone With a Multi-Axis Cage Designed to Crash, Tumble, Roll, and Keep Flying, se refere a um drone de câmera com uma gaiola de múltiplos eixos geométricos projetada para deixar o drone colidir, cair, rolar e continuar voando.
[014] Notavelmente, todos os dispositivos e sistemas da técnica anterior são projetados para acessar o caule de uma fruta a fim de colhê-la. Além disso, nenhum dos dispositivos e sistemas da técnica anterior é direcionado à colheita de frutas de casca macia, e qualquer tentativa para usar/modificar dispositivos conhecidos para colheita de frutas de casca dura resultará na danificação de tais frutas de casca macia. Ademais, nenhuma das referências da técnica anterior fornece um dispositivo que possa reter uma fruta após ter sido recolhida, e muito menos de refere ao problema de equilíbrio do dispositivo uma vez que a fruta tenha sido colhida. Finalmente, todos os sistemas de drones conhecidos são sistemas de “captação e evitação”, enquanto o sistema da presente invenção é um sistema de “captação e engate”.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[015] A presente invenção fornece um veículo aeronáutico não tripulado (UAV) autônomo melhorado para colheita ou diluição de fruta que compreende: (i) um sistema de computação que compreende uma memória, um processador; (ii) uma unidade de colheita de frutas; (iii) uma fonte de alimentação; (iv) um sistema anticolisão; (v) uma unidade de detecção de frutas adaptada para calcular a posição de uma fruta em relação ao UAV; e (vi) uma gaiola reticulada projetável adaptada para empurrar galhos e folhas; sendo que: o dito sistema anticolisão impede a colisão do dito UAV com obstáculos, possibilitando, assim, a navegação, o voo e a manobra autônomos do dito UAV em direção a uma localização-alvo predeterminada; o dito UAV usa informações da posição da fruta recebidas da unidade de detecção de frutas a fim de manobrar o dito UAV e posicionar a unidade de colheita em um lugar em que a mesma possa colher a fruta identificada; a dita gaiola é adaptada para auxiliar no processo de colheita empurrando-se galhos e folhas para fora para possibilitar que o UAV penetre na copa/folhagem e alcance a fruta no interior e/ou fornecendo-se um contraempurrão ao puxar a dita fruta de um galho pela unidade de colheita enquanto na gaiola.
[016] A presente invenção fornece, ainda, uma unidade de controle para coordenar missões de voo e/ou colheita de um ou mais UAVs da invenção.
[017] A presente invenção fornece, ainda, um sistema para colheita de frutas que compreende: (i) pelo menos um UAV de qualquer uma das reivindicações anteriores e (ii) uma unidade de controle para coordenar o dito pelo menos um UAV, e para coordenar a colheita de frutas maduras.
[018] A presente invenção fornece, ainda, um método para colheita de frutas que compreende as etapas de: (a) despachar um veículo aeronáutico não tripulado (UAV) autônomo para colheita de fruta em uma plantação; (b) identificar de maneira autônoma uma árvore ou uma linha de árvores e ficar voltado para a mesma; ou receber a posição e direção da árvore em relação ao UAV a partir de um dispositivo externo; (c) identificar/detectar de maneira autônoma uma fruta a ser colhida na dita árvore por meio de uma unidade de detecção de frutas; (d) manobrar o UAV para acessar e engatar a dita fruta identificada; (e) colher a fruta identificada/detectada; e (f) repetir as etapas (b) a (e).
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[019] A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de colheita da presente invenção equipado com braço robótico com 2 graus de liberdade no eixo geométrico.
[020] As Figuras 2A a 2D são vistas em perspectiva de dispositivos de colheita da presente invenção equipados com braços fixos (zero grau de liberdade no eixo geométrico).
[021] A Figura 3 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de colheita da presente invenção equipado com uma serra, como uma serra redonda.
[022] A Figura 4 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de colheita aéreo integrado a uma base de coleta com um trampolim.
[023] A Figura 5 é uma vista em perspectiva do sistema completo de um sistema de colheita aéreo de acordo com uma modalidade da invenção que compreende diversos dispositivos aéreos associados a uma base.
[024] A Figura 6 é uma vista em perspectiva do sistema completo de um sistema de colheita aéreo de acordo com uma modalidade da invenção que compreende diversos dispositivos aéreos associados a uma base.
[025] A Figura 7 ilustra uma imagem obtida pela câmera de navegação ou câmera de fruta que inclui as frutas/galhos e o braço e faz parte do método de fechamento de circuito de controle.
[026] A Figura 8 é um diagrama de blocos que explica o método de fechamento de circuito de controle do drone.
[027] A Figura 9 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de colheita da presente invenção equipado com aparadores/tesouras de poda customizados para cortar a conexão de uma fruta a uma árvore ou para poda.
[028] A Figura 10 é uma vista em perspectiva de um dispositivo de colheita da presente invenção equipado com uma palma customizada (que possibilita o corte sem gerar força sobre o drone).
[029] As Figuras 11A a 11C ilustram um drone de colheita da invenção que inclui uma palma que retém a fruta e um mecanismo para compensar o peso do braço e da fruta.
[030] A Figura 12 ilustra um possível mecanismos para puxar uma fruta de uma árvore aplicando-se força de puxamento por meio de um drone da invenção que também inclui uma hélice vertical.
[031] As Figuras 13A a 13D ilustram um possível mecanismo para cortar/puxar uma fruta de uma árvore com o uso de um laço de um fio/cabo na extremidade do braço do drone.
[032] As Figuras 14A e 14B ilustram um drone da invenção que tem uma rede/gaiola protetora que também auxilia o drone a penetrar entre as folhas e galhos da árvore e empurra os galhos tanto para proteger o drone quanto para auxiliar no corte da fruta da árvore.
[033] As Figuras 15A e 15B ilustram um drone da invenção que tem um marcador que é usado para mapear o campo/plantação e para orientar outros drones de colheita. A Figura 15A é uma vista em perspectiva superior de um drone de âncora que pode ser observado por outro drone/UAV mais alto; e a Figura 15B é uma vista em perspectiva lateral do dispositivo de ancoragem de drone que mostra um receptor de Sistema de Posicionamento Global (GPS) e Sistema de Posicionamento Local (LPS) como UWB (transceptor de Banda Ultra Larga que permite a medição de tempo e comunicações de dados em tempo exato).
[034] As Figuras 16A a 16C ilustram uma plantação mapeada por afundamentos de âncora, indicados pelas setas nas Figuras 16A e 16B, que ilustram onde tais drones estão posicionados. A Figura 16C ilustra como o sistema identifica todas as árvores na plantação (cada árvore é circulada), e serve como um banco de dados de entrada para controlar o drone ou frota de drones da invenção.
[035] A Figura 17 ilustra como frutas em uma árvore específica são mapeadas por/para os drones para a colheita e serve como um banco de dados de entrada para controlar um único drone ou uma frota de drones da invenção, sendo que a precisão desse banco de dados é de 5 a 10 cm.
[036] A Figura 18 ilustra uma vista em perspectiva do sistema completo, incluindo muitos drones da invenção e uma base de coleta.
[037] A Figura 19 é um diagrama de blocos que explica o algoritmo de colheita do drone de gerenciamento de frota.
[038] As Figuras 20A a 20C ilustram o estado temporário de um banco de dados que representa áreas de frutas maduras (prontas para colheita) dentro da plantação. As informações do banco de dados são coletadas durante as tarefas de trabalho. A Figura 20A ilustra a restauração em zero; e a Figura 20B ilustra o número de frutas maduras prontas para serem colhidas.
[039] As Figuras 21A e 21B ilustram o estado temporário de um banco de dados que representa a qualidade de frutas colhidas de uma determinada região de colheita e o número de frutas colhidas a partir da mesma (quantidade).
[040] As Figuras 22A e 22B ilustram drones de potência que transportam múltiplas baterias e são projetados para transportar as ditas baterias para drones remotos para a substituição.
[041] As Figuras 23A e 23B ilustram o formato cônico de uma rede/gaiola que pode empurrar galhos e folhas para possibilitar a penetração do UAV na folhagem enquanto o braço de colheita puxa uma fruta, sendo que a dita gaiola tem um buraco na parte frontal; e um braço que se movimenta para trás e para frente que puxa as frutas para a gaiola que é usada, ainda, para transportá-las. O formato exclusivo da gaiola possibilita o método de “captação e engate”, em vez do método de “captação e evitação” da técnica anterior.
[042] A Figura 24 ilustra a retroalimentação tátil que mede as forças e vetores de força aplicados sobre a rede/gaiola por elementos externos, tais como árvores, galhos, folhas, etc. A retroalimentação tátil é importante visto que o drone gera uma força sobre as árvores e galhos, e tal medição da força pode auxiliar na decisão da possibilidade de se aplicar mais força ou alterar a direção de força, esse tipo de sensor é importante na manobra autônoma durante o engate do UAV com a árvore. Na modalidade específica, o formato da gaiola é uma curva monótona suave para impedir o empilhamento nas árvores.
[043] As Figuras 25A a 25C ilustram uma outra modalidade de uma gaiola tátil que usa poucos sensores de IMU.
[044] A Figura 26 ilustra um possível mecanismo para a geração de força de puxamento sobre a fruta entre a fruta e a árvore.
[045] A Figura 27 ilustra a colheita com o uso de gravidade como uma força de puxamento, enquanto retém a fruta com o braço de colheita mecânico.
[046] As Figuras 28A e 28B ilustram um possível mecanismo de corte da fruta do UAV da invenção. O corte é realizado após o puxamento da fruta através da abertura e para a gaiola.
[047] A Figura 29 ilustra um UAV com um supercapacitor ou outro pacote de energia de carregamento rápido que possibilita o carregamento muito rápido simultaneamente com o descarregamento da fruta em um recipiente no ponto de carregamento.
[048] As Figuras 30A e 30B ilustram uma rota de busca alocada a um UAV por um algoritmo de gerenciamento de frota da invenção.
[049] A Figura 31 ilustra um UAV transportador de frutas de acordo com algumas modalidades da invenção.
[050] As Figuras 32A a 32D ilustram vários métodos para o recolhimento de frutas de uma árvore: Figura 32A - engolfando-se uma fruta durante o corte/rompimento do caule; Figura 32B - por meio de um laço que puxa um caule omitido; Figura 32C - por meio de dois laços que retêm a fruta; e Figura 32D - por meio de uma bomba a vácuo.
[051] A Figura 33 ilustra um mapa de informações de posição atual de vários componentes de sistema de colheita.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[052] A presente invenção fornece dispositivos de colheita para, por exemplo, pomares e videiras, bem como métodos de colheita, que usam drones/minicópteros/quadricópteros/ou qualquer outro veículo aeronáutico não tripulado (UAV) pequeno que possa pairar próximo, abaixo e acima de árvores. O drone de colheita da invenção é equipado com um braço que pode recolher uma fruta, opcionalmente com uma serra, faca, aparadores ou tesouras de poda que podem cortar a fruta desejada da árvore. A presente invenção fornece, ainda, um dispositivo de diluição que tem um braço similar ao dispositivo de colheita para desconectar pequenas frutas da árvore. A presente invenção também fornece um dispositivo de poda que tem um braço similar ao dispositivo de colheita, mas que aplica força mais forte para desconectar galhos das árvores.
[053] O drone de colheita da invenção é equipado, ainda, com um sistema anticolisão que impede a colisão não intencional com árvores, pessoas e outros drones e possibilita a navegação segura em um ambiente complexo. Esse sistema anticolisão inclui, porém sem limitação: Optoacoplador de faixa IR, medição de faixa ultrassônica, câmera estereoscópica, RADAR e câmera de visão. Os drones de colheita da invenção podem ter uma rede de proteção/gaiola que tanto protege as hélices do drone contra riscos quanto possibilita que o drone penetre através dos galhos e das folhas para acessar frutas internas. A dita gaiola também pode participar do procedimento de colheita, por exemplo, criando-se um contraempurrão contra um galho ao puxar uma fruta.
[054] O drone de colheita da invenção também pode ser equipado com uma unidade de detecção de frutas, tal como uma câmera, que mede o tamanho, a cor e o formato de uma fruta e um dispositivo que tem uma retroalimentação tátil sobre a maciez da fruta.
[055] A presente invenção fornece, ainda, um algoritmo que detecta a posição da fruta, navega o drone para uma posição ideal e um algoritmo que decide se a fruta está madura e pronta para ser arrancada.
[056] Consequentemente, a presente invenção fornece um dispositivo/UAV de colheita de frutas que compreende: (a) um veículo aeronáutico não tripulado (UAV) pequeno, tal como drones/minicóptero/quadricóptero, equipado com: (i) uma unidade de colheita; (ii) uma fonte de alimentação; (iii) um sistema anticolisão; (iv) uma unidade de detecção de frutas; e (v) uma gaiola projetável e de empurramento, e (b) um computador que compreende uma memória, um processador e um algoritmo que calcula a posição da fruta em relação ao UAV, sendo que: (1) o dito sistema anticolisão impede a colisão do dito UAV com obstáculos (tais como árvores, pessoas e outros UAVs), possibilitando, assim, a navegação autônoma do dito UAV em um ambiente complexo; (2) a dita unidade de detecção de frutas juntamente com o dito computador e o algoritmo possibilitam a manobra autônoma dito UAV e/ou da dita unidade de colheita para a fruta; e (3) a dita gaiola permite o fluxo de ar e auxilia no processo de colheita tanto (a) empurrando-se galhos e folhas para fora para possibilitar que o UAV penetre na copa/folhagem quanto (b) fornecendo-se um contraempurrão ao puxar a dita fruta da árvore, e protege, ainda, o dito UAV e suas lâminas de motor contra riscos potenciais (tais como folhas e galhos).
[057] A presente invenção fornece, ainda, um veículo aeronáutico não tripulado (UAV) autônomo melhorado para colheita ou diluição de frutas que compreende: (i) um sistema de computação que compreende uma memória, um processador; (ii) uma unidade de colheita de frutas; (iii) uma fonte de alimentação; (iv) um sistema anticolisão; (v) uma unidade de detecção de frutas adaptada para calcular a posição de uma fruta em relação ao UAV; e (vi) uma gaiola reticulada projetável adaptada para empurrar galhos e folhas, sendo que: o dito sistema anticolisão impede a colisão do dito UAV com obstáculos, possibilitando, assim, a navegação, o voo e a manobra autônomos do dito UAV em direção a uma localização-alvo predeterminada; o dito UAV usa as informações da posição da fruta recebidas da unidade de detecção de frutas a fim de manobrar o dito UAV e posicionar a unidade de colheita em um lugar em que possa colher a fruta identificada; a dita gaiola é adaptada para auxiliar no processo de colheita empurrando-se galhos e folhas para fora para possibilita que o UAV penetre na copa/folhagem e alcance a fruta no interior e/ou fornecendo-se um contraempurrão ao puxar a dita fruta de um galho pela unidade de colheita enquanto na gaiola.
[058] Em determinadas modalidades do dispositivo/UAV de colheita de frutas da invenção, a dita unidade de colheita é um corpo ou gaiola fixo, sem dobradiças, de modo que a manobra da unidade seja realizada manobrando-se o UAV inteiro.
[059] Os termos “drone” e “UAV” são usados no presente documento intercambiavelmente e se refere a um veículo aeronáutico não tripulado, em qualquer formato e tamanho conforme necessário e definido no presente documento.
[060] A Figura 1 ilustra um drone integrado com um braço robótico para recolher uma fruta; um sensor anticolisão para impedir a colisão de um drone pairador com galhos, solo, pessoas, outros drones e qualquer outro obstáculo; uma câmera de navegação para buscar as frutas e captar as rotas de navegação opcionais; uma câmera de fruta para verificar que a fruta está madura (opcionalmente a mesma câmera de antes); um sensor de pressão para verificar que a fruta está madura; e uma palma que é responsável por desconectar uma fruta de uma árvore.
[061] O braço robótico na Figura 1 pode ser um braço robótico padrão, seu comprimento precisa ser longo o suficiente para projetar os galhos e acessar a fruta sem tocar os galhos ou com um toque suave nos galhos, mas curto o suficiente para evitar o desequilíbrio do drone. O braço robótico conforme ilustrado na Figura 1 é um braço flexível com pelo menos 2 graus de liberdade, o que possibilita o acesso à fruta sem o movimento do drone. Em modalidades específicas, conforme ilustrado nas Figuras 2A a 2D, o braço robótico é um braço fixo rígido que exige o movimento do drone a fim de alcançar e recolher uma fruta.
[062] O braço robótico de colheita fixo apresentado nas Figuras 2A a 2D pode ser instalado na parte superior (Figura 2C), inferior (Figura 2A e 2D) ou lateral do drone, ou qualquer combinação das mesmas (por exemplo, Figura 2B). Esse exemplo é de um braço robótico fixo em comparação ao braço robótico flexível apresentado na Figura 1. Nessa configuração, o acesso à fruta é realizado movendo-se o drone em vez de movendo-se o braço. O drone tem sua própria retroalimentação e controle sobre sua máquina motriz, nenhum hardware extra de controle é necessário para acessar as frutas. O significado da aplicação é que esse sistema de controle tem custo mais baixo, menor consumo de potência, o que significa uma solução acessível, e menor peso - o que significa tempo de voo mais longo e tempo médio mais alto e simples antes de falha (MTBF).
[063] Em determinadas modalidades do dispositivo/UAV de colheita de frutas da invenção, a unidade de colheita é um braço de colheita exclusivo, opcionalmente com dobradiças. Em modalidades específicas, o braço de colheita é um braço de puxamento que tem um mecanismo de aperto de frutas para puxar uma fruta ou um braço de corte que tem um mecanismo de corte de frutas para cortar uma fruta de uma árvore, ou uma combinação dos mesmos. Em ainda outras modalidades específicas, o braço de colheita é um braço de puxamento. Alternativamente, o braço de colheita compreende um braço de puxamento (para puxar uma fruta) em combinação com um mecanismo de corte (para cortar a fruta uma vez que a mesma tenha sido puxada e seu caule esteja exposto). Em uma modalidade, o UAV é equipado com um cano de vácuo.
[064] Em determinadas modalidades do dispositivo/UAV de colheita de frutas da invenção, o braço de colheita atravessa uma abertura exclusiva dentro da gaiola e é projetado para segurar a dita fruta e opcionalmente puxá-la.
[065] O UAV da invenção conforme representado na Figura 2 inclui: uma câmera de navegação que busca por frutas próximas ao drone; e um algoritmo que detecta a posição da fruta, por exemplo, isolando-se a cor e o formato das frutas da cor e do formato dos ambientes. Agora, um algoritmo adicional navega o drone com o uso das informações obtidas a partir da dita câmara de navegação e fruta, para mover/navegar o braço do drone em direção à fruta.
[066] A colheita de uma fruta pelo UAV de acordo com algumas modalidades da invenção pode ser realizada conforme apresentado na Figura 1, isto é, movendo-se o braço de colheita que retém a fruta, ou conforme representado na Figura 2, isto é, movendo-se o drone inteiro após o braço de colheita fixo ter agarrado a fruta, ou qualquer combinação dos mesmos. Se o sensor anticolisão circundante (sensores anticolisão circundantes) medir uma faixa muito curta (por exemplo, de cerca de 2 a 5 cm) em uma das direções, o drone fixará seu movimento para o lado oposto. Uma vez que o braço de colheita este próximo da fruta, o algoritmo mantém a posição do drone para pairar em uma posição fixa sem movimento, o mesmo pode usar as informações da câmera de navegação para pairar sem movimento. Um terceiro algoritmo pode ser usado para verificar se a fruta está madura, com o uso de parâmetros tomados da câmera de fruta (ou câmeras de fruta) e do sensor de pressão (ou sensores de pressão), parâmetros opcionais para esses parâmetros são cor, tamanho e maciez da fruta, entretanto, uma técnica de detecção de maior amadurecimento pode ser usada. Uma vez que o algoritmo tenha decidido que uma fruta está madura, ou que está adequada para recolhimento, o estágio de recolhimento de frutas começa. Nesse estágio, o braço pode fechar a palma e reter a fruta. A desconexão da fruta da árvore pode ser realizada de qualquer maneira desejada dependendo do tipo de fruta, do tipo de árvore, da quantidade de força necessária para desconectar a fruta e da maturidade/amadurecimento da fruta. Por exemplo, se pouca força for necessária, por exemplo, abaixo de 400 gramas, as máquinas motrizes do drone podem realizar um movimento para puxar a fruta da árvore, sendo que o movimento pode ser oposto à direção da árvore com e sem uma rotação. Entretanto, se uma maior força for necessária, um braço especial, por exemplo, conforme ilustrado nas Figuras 3, 9, 10, 13 e 32 a 35, pode ser usado para cortar a fruta ou para separá-la da árvore sem gerar/aplicar qualquer força entre o galho e a fruta, e sem gerar/aplicar qualquer força sobre o próprio drone. Conforme ilustrado na Figura 10, uma parte da palma retém o galho e uma segunda parte da palma empurra a fruta na direção oposta ao galho. Métodos adicionais são apresentado na: Figura 3 que mostra o uso de uma serra ou faca conforme nas Figuras 9 e 13 para cortar a conexão da fruta ao galho (o caule); Figura 32A que mostra o engolfamento de uma fruta enquanto o caule é cortado ou rompido; Figura 32B que ilustra o uso de um laço para puxar o caule quando o mesmo está omitido; Figura 32C que ilustra a retenção de uma fruta por dois laços que são abertos quando o fio é pressionado contra a fruta; e na Figura 32D que ilustra o uso de uma bomba a vácuo para puxar uma fruta de uma árvore.
[067] Os dados de vídeo da invenção conforme representado na Figura 7, e os dados de alcance provenientes de sensores de alcance ou câmeras estereoscópicas, são usados a fim de fechar o circuito de controle e acessar a árvore. A imagem na Figura 7 tem em seu campo de visão a fruta ou galho alvo, e o braço de colheita é usado para realizar várias tarefas. Para cada quadro 3D, o UAV da invenção mede os erros dx, dy em milímetros de acordo com o número de pixels de erro: dx = tan(IFOV x X_error_pixel_num)x Alcance, dy = tan(IFOV x Y_error_pixel_num)x Alcance, IFOV = (FOV Horizontal) /(número de pixels horizontais de câmera)
[068] O alcance é obtido por uma câmera 3D, e o IFOV é o campo de visão em pixels que é o parâmetro do sistema de visão. Dz é o erro de alcance que é o alcance da borda do braço subtraído pelo alcance da fruta. O braço nesta invenção está dentro do Campo de visão da câmera 3D.
[069] Em um UAV da invenção que tem um braço fixo, o sistema de computação do UAV também controla as máquinas motrizes de suporte do UAV a fim de fixar os erros 3D. Alternativamente, em um UAV que tem um braço de 2 a 3 eixos geométricos, o sistema de computação do UAV controla, ainda, as máquinas motrizes do braço de colheita a fim de fixar os erros 3D.
[070] A Figura 8 explica o processo de circuito fechado de controle. O sistema de computação do UAV/processador de tarefas calcula os valores de erro e determina a próxima posição de pairamento alvo X,Y,Z e os próximos ângulos de guinada de arfagem. O controlador de pairamento o traduz em comandos de movimento: trás- frente/cima-baixo/giro/inclinação/arfagem, etc. O controlador de voo determina a velocidade de cada uma das máquinas motrizes do UAV. O controlador de máquina motriz mantém a velocidade da máquina motriz na velocidade exigida. Após a velocidade ter sido alterada, o UAV altera sua posição (estado) para uma nova posição, velocidade, aceleração, obtidas a partir do GPS e/ou IMU. Uma nova foto 3D com números de erro menores é obtida e, quando os erros no vídeo 3D forem menores que épsilon, o drone está pronta para desconectar/reter/puxar a fruta/galho alvo.
[071] Em determinadas modalidades do dispositivo/UAV de colheita de frutas da invenção, o braço de colheita é um braço fixo sem dobradiças, de modo que a manobra do braço seja realizada manobrando-se o UAV inteiro. Alternativamente, quando o braço de colheita for móvel, essa manobra do braço é realizada manobrando-se o UAV inteiro e/ou o próprio braço. Por exemplo, o braço de colheita pode ter grau de liberdade 1, isto é, o braço inteiro se move para frente e para trás; ou ter um movimento telescópico que possibilita o alongamento e o encurtamento do mesmo; ou opcionalmente ter movimentos laterais, por exemplo, para cima e para baixo/para a direita e para esquerda; ou ter uma torção/giro em uma capacidade de eixos geométricos X, ou qualquer combinação dos mesmos.
[072] Em determinadas modalidades, o braço de colheita do dispositivo/UAV de colheita de frutas da invenção é horizontal (Figura 2D). Em modalidades alternativas, o mesmo é vertical (Figura 2A). Em ainda outras modalidades específicas, o braço tem um formato de “r”, isto é, se estende verticalmente para estar levemente elevado do corpo do UAV e, então, se estende horizontalmente (Figura 2C).
[073] Em modalidades específicas do dispositivo de colheita da invenção, o braço de colheita é um tubo oco com um fio que o atravessa que tem um laço em sua extremidade, de modo que o laço possa agarrar o caule omitido de uma fruta (isto é, sua conexão a um galho) e puxar ou cortar a fruta com mínima a nenhuma força aplicada sobre o UAV. Em ainda outras modalidades específicas, a extremidade do dito tubo oco compreende, ainda, uma unidade de corte para cortar a dita fruta, por exemplo, bordas afiadas ou um mecanismo de guilhotina que auxilia no corte da fruta do galho (por exemplo, conforme ilustrado na Figura 32B).
[074] Em determinadas modalidades do dispositivo de colheita da invenção, o braço de colheita compreende dois laços de fio que, quando empurrados contra uma fruta, engolfam-na até que os laços acessem o caule e, assim, possibilita que o UAV puxe a fruta.
[075] Em determinadas modalidades do dispositivo de colheita da invenção, o braço de colheita compreende um mecanismo de agarramento/aperto de frutas (por exemplo, fórceps, pinças ou dedos robóticos, por exemplo, conforme ilustrado na Figura 32C). Em determinadas modalidades do dispositivo de colheita da invenção, o puxamento da fruta é realizado com uma bomba a vácuo que puxa a fruta na direção oposta à árvore.
[076] Em determinadas modalidades do dispositivo de colheita da invenção, o braço de colheita compreende, ainda, uma unidade de corte de frutas (por exemplo, tesouras de poda, serra, tesouras, lâminas) para auxiliar na remoção da fruta do galho.
[077] Em modalidades específicas do dispositivo de colheita da invenção, a unidade de colheita é uma abertura na dita gaiola adequada para engolfar uma fruta. Em modalidades específicas, a abertura na dita gaiola compreende, ainda, meios para reter/prender a dita fruta no lugar após o engolfamento da fruta, enquanto o UAV puxa a fruta do galho. Em ainda outras modalidades específicas, a dita abertura na dita gaiola compreende, ainda, uma unidade de corte para cortar a dita fruta para auxiliar no destacamento da fruta do galho, por exemplo, bordas afiadas ou um mecanismo de guilhotina (Figura 32A).
[078] Após a desconexão da fruta da árvore/galho, o drone pode levar a fruta para um ponto de coleta ou arremessá-la/deixá-la cair no solo ou arremessá-la/deixá- la cair em uma base de coleta/trampolim que é instalada ao redor da árvore antes do recolhimento começar ou próximo a um recipiente de frutas. A Figura 4 demonstra o uso de tal base de coleta. Essa base é macia, como um trampolim ou almofada. O uso de tal base serve para impedir que as frutas se danifiquem ao cair e para coletá- las em uma caixa de coleta.
[079] A Figura 18 é uma vista em perspectiva de um sistema de acordo com algumas modalidades da invenção que ilustra um grupo-frota de drones de colheita da invenção, uma base de coleta (cesta com ou sem trampolim) e um agricultor utilizando um bracelete de segurança ou sinalizador de segurança. A Figura 18 demonstra uma funcionalidade total do sistema que inclui poucos UAVs de colheita e uma base central para planejar todo o movimento do UAV. Cada UAV é equipado com um sistema de localização em tempo real em relação à estação-base. O sistema compreende, ainda, uma base de coleta para coletar as frutas colhidas. O sistema pode compreender, ainda, braceletes de segurança para pessoas que trabalham no pomar, nas proximidades dos ditos drones, a fim de protegê-los contra ferimentos causados pelos drones.
[080] As Figuras 5 e 6 demonstram uma funcionalidade total do sistema que inclui poucos drones. Todos os drones são conectados com fios/cabos a uma transportadora. A transportadora inclui uma base central que inclui os seguintes itens: câmeras de busca que travam nas árvores e buscam por potenciais frutas; e uma unidade de processamento que gera rotas para os drones. A câmera também rastreia os drones e a posição da fruta e orienta os drones para se moverem até as frutas. Uma vez que um drone tenha retido uma fruta, o cabo pode empurrar o drone para cima e recolher a fruta. O mesmo pode ser feito pelo lado. Essa concepção é mais eficiente em termos de energia, visto que o cabo também pode ser usado para transferir energia para os drones. Essa concepção também tem uma retroalimentação óptica sobre a posição dos drones e a posição das frutas. Notavelmente, a instalação de base central demonstrada na Figura 6 é mais flexível e móvel, com passabilidade superior
[081] Em determinadas modalidades, a rede/gaiola do UAV da invenção auxilia, ainda, sua penetração através dos galhos e folhas para acessar frutas internas e protege os suportes de drone contra riscos.
[082] Convencionalmente, o drone não retém tesouras de poda conforme ilustrado na Figura 9. Entretanto, em determinadas modalidades, o drone da invenção compreende um braço de colheita com tesouras de poda para desconectar uma fruta de uma árvore, por exemplo, quando a conexão da fruta a um galho é visível pela câmera (3D) e pode ser acessada pelas tesouras de poda. Exemplos de árvores adequadas que suas frutas são relativamente grandes e visíveis são abacate, manga e toranja. Tais frutas grandes são conectadas ao galho através de um caule fino e visível. As tesouras de poda cortam o caule e desconectam a fruta, que subsequentemente cai em uma cesta retida pelo UAV/braço de colheita, ou em um trampolim no solo ou retida por uma palma.
[083] Em determinadas modalidades, o dispositivo/UAV de colheita de frutas da invenção é adequado e usado para colheita de frutas de casca macia sem danificar a fruta durante a colheita.
[084] Em determinadas modalidades, o dispositivo/UAV de colheita de frutas da invenção é usado para colheita de frutas que seu caule é omitido, e sem linha de visão para a unidade de detecção de frutas ou para a unidade de colheita/corte de frutas.
[085] Em modalidades específicas, o UAV da invenção compreende, ainda, pelo menos um dentre: (i) um sistema de visão, opcionalmente como parte da dita unidade de detecção de frutas, que é projetado para travar em uma fruta e, em conjunto com o dito sistema de computação, controlar o movimento do UAV e/ou braço de colheita até que a dita unidade de colheita agarre a dita fruta ou seu caule; (ii) uma câmera ou espelho adicional para inspecionar a fruta a partir de uma direção adicional, auxiliando, assim, no travamento na fruta; (iii) uma rede de coleta para coletar frutas colhidas; (iv) um braço de empurramento adicional projetado para empurrar um galho para longe enquanto a dita unidade de colheita puxa a fruta na direção oposta; (v) uma máquina motriz vertical para auxiliar no puxamento do dito UAV para trás ao puxar uma fruta de um galho; e (vi) uma unidade de posicionamento, sendo que: o dito sistema de computação compreende, ainda, um algoritmo para determinar uma qualidade de uma fruta e/ou para possibilitar que o UAV seja completamente independente/autônomo; o dito algoritmo para determinar uma qualidade de uma fruta usa a medição de peso de fruta calculada de acordo com o consumo atual de máquinas motrizes e/ou de acordo com medições das unidades de medição peso- força adicionais localizadas na gaiola; e a dita gaiola é uma gaiola tátil que tem formato cônico a fim de auxiliar na penetração na copa/folhagem empurrando-se folhas e galhos para forma à medida que o UAV se move para frente e que compreende sensores de pressão para medir as forças aplicadas sobre a gaiola, de modo que o UAV tenha capacidade para puxar uma fruta de um galho sem aplicar força sobre o próprio UAV, sendo que a dita fruta é opcionalmente uma fruta de casca macia, e a dita colheita é realizada sem danificar a fruta e/ou quando o caule da fruta está omitido.
[086] Normalmente, a bateria de um UAV está centralizada para evitar o desequilíbrio. Consequentemente, conforme ilustrado na Figura 11A, o braço de colheita do drone de acordo com algumas modalidades da invenção tem um mecanismo de palma/aperto que pode reter uma fruta. A palma pode compreender alguns dedos, uma cabine flexível ou um mecanismo a vácuo. Visto que o braço é longo, o mesmo pode provocar um momento de desequilíbrio, o que pode provocar um voo instável que danificará o drone ou desperdício de energia para compensar o momento. Consequentemente, conforme ilustrado, a máquina motriz do braço do drone é instalada no outro lado do drone, bem como a bateria/pacote de energia do drone. Essa instalação não cêntrica fornece um momento equilibrado.
[087] Quando a fruta é recolhida, e peso da fruta gera o momento no drone e provoca um voo instável e desperdício de energia. A fim de superar essa instabilidade, o UAV da invenção tem uma bateria móvel que pode se mover ao longo de um eixo geométrico para equilibrar o drone. Sem uma fruta, a bateria é descentralizada, mas está localizada próximo ao centro do UAV. Com uma fruta, a bateria e a máquina motriz se movem para trás e geram um contramomento em relação ao peso da fruta. Conforme observado na Figura 11A, o drone é equilibrado sem uma fruta, enquanto na Figura 11B, quando o drone é equilibrado com uma fruta, a distância da bateria/pacote de energia e/ou máquina motriz do braço do centro de massa do drone é aumentada.
[088] O mecanismo que é projetado para reter a fruta e mover a bateria ao longo de um eixo geométrico é descrito na Figura 11C: a bateria é conectada a um mecanismo de braço que abre e fecha. Quando o braço se fecha, a bateria está mais centralizada, e quando o braço se abre, a bateria está mais descentralizada.
[089] Consequentemente, em determinadas modalidades, o UAV de colheita da invenção compreende um mecanismo de equilíbrio de bateria/pacote de energia que possibilita o movimento da bateria/pacote de energia ao longo de um eixo geométrico para equilibrar o UAV durante a colheita.
[090] Em determinadas modalidades, o dispositivo/UAV de colheita de frutas da invenção compreende, ainda, um braço de empurramento adicional projetado para empurrar um galho para longe enquanto a dita unidade de colheita puxa a fruta na direção oposta.
[091] Em determinadas modalidades, o dito braço de empurramento é extensível, por exemplo, hidráulico ou mecânico, possibilitando, assim, o empurramento de galhos para longe sem puxar o UAV para trás para puxar as frutas do galho. Em uma modalidade alternativa, o braço de empurramento é um braço fixo, e o braço de colheita é retrátil, por exemplo, hidráulico ou mecânico, possibilitando, assim, o puxamento das frutas de um galho enquanto impede seu movimento e sem o uso de forças de puxamento do próprio UAV. Em ainda uma outra modalidade específica, a gaiola serve como o dito braço de empurramento empurrando-se o galho para longe quanto puxa uma fruta com a unidade/braço de colheita.
[092] Conforme ilustrado na Figura 26, o braço de puxamento de colheita (C) retém a fruta e puxa-a em direção ao UAV. Simultaneamente, o empurramento do lado frontal da gaiola/rede (A) gera uma força de contraempurrão. Notavelmente, a força que é gerada não influencia a força de elevação das máquinas motrizes do drone. Em modalidades específicas, a gaiola/rede também é usada como uma transportadora (D- cesta de coleta de frutas, que faz parte da gaiola (B)) de frutas colhidas e compreende, ainda, uma porta/abertura traseira (E) para desmontar/descarregar as frutas. Em tal configuração, a fim de equilibrar o UAV devido ao peso geral das frutas acumuladas, o UAV pode estender/retrair (isto é, mover para trás e para frente) o braço de colheita e/ou seu pacote de baterias e/ou possíveis pesos externos.
[093] Em modalidades específicas do dispositivo/UAV de colheita de frutas da invenção, a gaiola e/ou braço de empurramento, se presente, opcionalmente em conjunto com o auxílio de uma unidade de corte de frutas, se presente, possibilitam o puxamento de uma fruta do galho sem aplicar força sobre o próprio UAV, isto é, suas máquinas motrizes/motores que geram forças de elevação.
[094] Em determinadas modalidades, quando a força de puxamento necessária for pequena, isto é, o tipo de fruta e a variedade da fruta a ser colhida é facilmente removida da árvore, apenas as máquinas motrizes do UAV ou peso do UAV padrão são suficiente para desconectar a fruta da árvore, por exemplo, reduzindo-se a forção de elevação das máquinas motrizes do drone e usando-se a gravidade para puxar a fruta (Figura 27), e após a fruta ser arrancada da árvore uma força de elevação de equilíbrio é ativada. Alternativamente, se forças de puxamento mais altas forem necessárias para o rompimento da fruta, o UAV pode compreender, ainda, pelo menos uma máquina motriz vertical adicional (Figura 12) para auxiliar no puxamento da fruta. Consequentemente, em modalidades específicas, o UAV da invenção compreende, ainda, uma máquina motriz vertical para auxiliar no puxamento do dito UAV para trás ao puxar uma fruta de um galho.
[095] Consequentemente, em determinadas modalidades, o dispositivo/UAV de colheita de frutas da invenção compreende, ainda, uma máquina motriz vertical para auxiliar no puxamento do dito UAV para trás ao puxar uma fruta de um galho. Conforme ilustrado na Figura 12, o UAV da invenção tem um braço de colheita para reter e puxar uma fruta de uma árvore. A potência contrária proposta nessa configuração é um suporte vertical ou semivertical para gerar uma força contrária para superar a força de puxamento. Essa configuração é projetada para frutas que são recolhidas com um braço de retenção/agarramento (não um braço de corte) e em que a força de puxamento necessária é mais alta que a força normal do drone. Esses sistema e método são usados para frutas que têm um caule omitido, como a maioria das frutas de casca macia, tais como maçãs, damasco e laranjas.
[096] As Figuras 13A a 13D ilustram modalidades específicas de um braço de colheita da invenção. A fruta é conectada ao galho através de um caule. Essa configuração possibilita o corte do caule mesmo se omitido, não puder ser visto pela câmera e não puder ser acessado pelas tesouras de poda. Essa configuração inclui um fio/cabo e opcionalmente uma faca: o cabo aperta o caule da fruta até que o mesmo seja cortado e a fruta esteja desconectada do galho, ou o cabo apenas toca o caule e puxa-o sem aperto (Figura 32B). Uma configuração alternativa é que o braço de colheita compreende dois laços de fio (consulta, por exemplo, a Figura 34) que quando empurrados contra uma fruta, engolfam-na - cada laço de um lado diferente da fruta - até que os laços acessem o caule e, então, o UAV pode puxar a fruta.
[097] Também é ilustrado nas Figuras 13C e 13D uma configuração que compreende uma cesta para coletar uma ou mais frutas. A cesta tem um buraco inferior para transferir as frutas para a base de coleta.
[098] Consequentemente, em determinadas modalidades, o dispositivo de colheita de frutas da invenção compreende, ainda, uma rede de coleta para coletar frutas colhidas (consultar, por exemplo, as Figuras 13C e 13D. Em modalidades específicas, a gaiola/rede do UAV serve como a dita rede de coleta (consultar, por exemplo, as Figuras 23 a 25 e 31 a 34).
[099] Conforme ilustrado na Figura 14, o UAV de colheita da invenção inclui uma gaiola/rede que é usada para mover galhos e auxiliar na penetração do UAV através das folhas e galhos de uma árvore. A rede tem um formato cônico exclusivo que empurra as folhas para longe do braço e possibilita a detecção de mais frutas no interior das árvores. Em modalidades específicas, os buracos da gaiola/rede têm uma densidade exclusiva de cerca de um terço do tamanho das folhas (N/W<1/3), conforme ilustrado na Figura 14B.
[0100] Consequentemente, em determinadas modalidades, a gaiola/rede do dispositivo de colheita de frutas da invenção tem formato cônico a fim de auxiliar na penetração da copa/folhagem empurrando-se folhas e galhos para fora à medida que o UAV se move para frente.
[0101] Em determinadas modalidades, os buracos/espaços entre os fios da gaiola são pequenos o suficiente para impedir a penetração de folhas. Por exemplo, os buracos têm de cerca de 1 cm a cerca de 5 cm de diâmetro. Em modalidades específicas, o tamanho dos buracos é cerca de 1/3 do tamanho das folhas. Opcionalmente, a gaiola tem pelo menos uma abertura grande através da qual um braço de colheita se estende. Na modalidade específica, a densidade dos buracos é maior na parte frontal e menor no lado superior.
[0102] Em determinadas modalidades, o dispositivo de colheita de frutas da invenção compreende, ainda, um sistema de visão, opcionalmente como parte da dita unidade de detecção de frutas, que é projetado para travar em uma fruta e, juntamente com o dito sistema de computação, controlam o movimento do UAV e/ou braço de colheita até que a dita unidade de colheita agarre a dita fruta ou seu caule. Em modalidades específicas, o dispositivo de colheita compreende, ainda, uma câmera ou espelho adicional para inspecionar a fruta a partir de uma direção adicional (por exemplo, sua parte posterior), auxiliando, assim, no travamento da fruta.
[0103] Em determinadas modalidades do dispositivo de colheita de frutas da invenção, o sistema de computação compreende, ainda, um algoritmo para determinar a qualidade de uma fruta. Em determinadas modalidades, o dito algoritmo para determinar a qualidade da fruta usa pelo menos um dos seguintes parâmetros para determinar a qualidade da fruta, incluindo amadurecimento, de acordo com o topo de fruta a ser colhida: cor, teor de água, rigidez/maciez, brilho, tamanho, estação, inspeção por manchas-danos, força para desconexão de fruta (quanto mais madura a fruta está mais fácil é de puxá-la), peso.
[0104] Em modalidades específicas, o algoritmo para determinar a qualidade de uma fruta usa a medição de peso de fruta calculada de acordo com o consumo atual de máquinas motrizes e/ou de acordo com medições das unidades de medição peso- força adicionais localizadas na gaiola.
[0105] Em determinadas modalidades do dispositivo de colheita de frutas da invenção, o puxamento de uma fruta da árvore é realizado por gravidade, isto é, reduzindo-se a força de elevação do UAV e permitindo-se que a gravidade puxe o UAV e a fruta agarrada pelo mesmo para baixo. Notavelmente, após a fruta ter sido desconectada, os motores do UAV compensam as forças descendentes para manter o UAV no ar e impedir que o mesmo colida com o solo.
[0106] Em determinadas modalidades, o UAV da invenção pode usar a gravidade como meio para puxar frutas de uma árvore. Conforme ilustrado na Figura 27, uma vez que o braço de colheita retenha uma fruta, o drone reduz a potência de elevação e possibilita que a gravidade puxe o drone para baixo juntamente com a fruta, gerando, assim, uma força de puxamento sobre a fruta. Quando a fruta é desconectada, as IMUs do UAV detectam esse fato, isto é, que o UAV começa a cair, e reativam/aumentam as máquinas motrizes do UAV para aumentar as forças de elevação e equilíbrio.
[0107] Em uma modalidade alternativa ou adicional, conforme ilustrado nas Figuras 28A e 28B, uma fruta é puxada pelo braço de colheita (C) do UAV da invenção para a gaiola/rede e, uma vez que a fruta entra na gaiola/rede através de uma abertura designada (A), um mecanismo de corte/guilhotina (F) corta o caule da fruta. Então, a fruta está livre e pode cair no solo/unidade de coleta ou rolara para a gaiola/rede (D) e ser transportada pelo UAV para um ponto de coleta. Em uma modalidade alternativa, em vez de uma faca/guilhotina de corte, há um retentor que retém o galho e o braço puxando a fruta após o retentor reter o galho. Em ainda uma outra modalidade alternativa, em vez de uma faca/guilhotina de corte, há um laço de fio que retém/corta o galho enquanto o braço de colheita puxa a fruta na direção oposta.
[0108] Em determinadas modalidades do dispositivo de colheita de frutas da invenção, a gaiola é uma gaiola tátil. Isso é essencial para manobrar autonomamente próximo às árvores e tocar as árvores, possibilitar a força de empurramento- puxamento realizada pelas árvores, possibilitar a compreensão se deve empurrar com mais força ou desistir e acessar uma fruta a partir de uma outra direção. Em modalidades específicas, a gaiola tátil compreende sensores de pressão para medir as forças aplicadas sobre a gaiola. Tais forças pode ocorrer devido ao vento e/ou obstáculos, tais como galhos e folhas (consultar, por exemplo, a Figura 25). Em ainda outras modalidades específicas, a gaiola tátil compreende pelo menos duas unidades de medição de inércia (IMU) para medir a aceleração da gaiola e do UAV. Se as medições indicarem que o corpo do UAV tem aceleração posterior em comparação à aceleração da gaiola, isso significa que a gaiola está em contato com um obstáculo (a gaiola responde ao obstáculo antes do corpo).
[0109] Em determinadas modalidades, conforme ilustrado na Figura 24, a gaiola (A) é conectada ao corpo do drone através de adaptadores mecânicos (D). O medidor de força ou medidor de pressão é instalado nesses adaptadores mecânicos e mede a pressão aplicada sobre o drone/gaiola: se o drone empurra uma árvore a partir de cima, o sensor de pressão perceberá a quantidade de contrapressão que é aplicada sobre a gaiola/rede pela árvore; se o drone empurra a árvore a partir do lado frontal (B), a quantidade of força será medida por um sensor de pressão (C) localizado na parte frontal; se o braço de colheita puxa uma fruta, a força de puxamento também pode ser medida pelo sensor (C). Os sensores de força também podem medir o peso da fruta que é transportada, por exemplo, pela gaiola.
[0110] Em determinadas modalidades, conforme ilustrado nas Figuras 25A a 25C, algumas IMUs são instaladas no drone - pelo menos uma no corpo do drone e uma na gaiola/rede, e o computador do drone é equipado com um algoritmo de força. Todas as IMUs em um UAV são amostradas simultaneamente e os dados amostrados devem ser analisados: Se a aceleração (força) for aplicada sobre a gaiola/rede a partir de um objeto externo como uma árvore (Figura 25B, gráfico inferior), a força será detectada primeiro na IMU externa e, depois disso, na IMU interna; Se a força for gerada pelas máquinas motrizes do drone (Figura 25B, gráfico superior), então será detectada primeiro na IMU interna e, depois disso, na IMU externa. As adaptações entre a gaiola e o corpo do drone são flexíveis com algumas capacidades de encolhimento, de modo que a pressão proveniente de uma fonte externa provoque primeiro uma desaceleração na gaiola e, então, no corpo do drone. Por exemplo, em um drone com uma velocidade de 10 cm/s e adaptadores encolhíveis com capacidade de encolhimento de 1 cm, o tempo de encolhimento é de 0,1 s e, com uma IMU de 100 Hz, o processo de encolhimento renderá 10 amostras. Se o adaptador for encolhido dentro de 1 mm, então, as IMUs precisam de uma taxa de amostragem de cerca de 1 Khz.
[0111] Consequentemente, em determinadas modalidades, o UAV de colheita da invenção compreende uma gaiola/rede que é uma gaiola tátil, e algumas IMUs são instaladas na mesma, uma no corpo do drone e uma na gaiola, em combinação com um algoritmo de força no sistema de computação. A IMU é amostrada simultaneamente e os dados amostrados são analisados: se a aceleração (força) for aplicada sobre a rede a partir de um objeto externo como uma árvore, a força será detectada primeiro na IMU externa e, então, na IMU interna. Se a força for gerada pelas máquinas motrizes do drone, então a mesma será detectada primeiro na IMU interna e, então, na IMU externa. Os adaptadores entre a gaiola e o corpo do drone são flexíveis com algumas capacidades de encolhimento, de modo que a pressão da fonte externa provocará primeiro uma desaceleração na gaiola e, então, no corpo do drone. Por exemplo, um drone com uma velocidade de 10 cm/s e adaptadores encolhíveis com capacidades de encolhimento de 1 cm, o tempo de encolhimento é de 0,1 s, e com IMU de 100 Hz, o processo de encolhimento renderá 10 amostras. Se o adaptador for encolhido dentro de 1 mm, então, a taxa de amostragem de IMU exigida é de 1 Khz.
[0112] Em determinadas modalidades, os ditos sensores de pressão são associados ao dito sistema de computação para fornecer dados que auxiliam no processo de colheita, por exemplo, calculando-se a quantidade de força de puxamento que precisa ser aplicada para remover uma fruta específica de um galho. Notavelmente, a contrapressão gerada pela gaiola contra os galhos da árvore auxilia no puxamento da fruta na direção oposta e reduz a quantidade de força necessária para puxar o UAV na direção oposta para o recolhimento da fruta. Além disso, a pressão aplicada sobre a gaiola, por exemplo, pelo vento e/ou galhos, pode ser usada para controlar o movimento e a manobra do UAV, por exemplo, quando encontra forças opostas muito fortes por um galho, o UAV pode ser autonomamente redirecionado para alcançar uma fruta a partir de uma outra direção.
[0113] Por exemplo, conforme ilustrado na Figura 25C, a seguinte equação pode ser usada:
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sendo que D é o contorno 3D do UAV, T é o contorno 3D da árvore, F é o contorno da fruta-alvo, A’s são coeficientes de forças virtuais que são virtualmente geradas por alcance de UAV D a partir das árvores T, calculados com o uso de dados de sensores de alcance. B’s são coeficientes de força física F medidos por sensores de pressão-forças ou unidade de medição de inércia (IMU). O vetor gerado, Vequivalente, representa a direção de obstáculo e o vetor de escape é -Vequivalente.
[0114] Em determinadas modalidades, a fonte de alimentação do UAV da invenção é uma fonte de alimentação recarregável. Em modalidades específicas, a fonte de alimentação é substituível de modo que possa ser facilmente substituída dentro de segundos, de modo a permitir a colheita contínua pelo UAV sem a necessidade de um longo período de tempo para recarregamento.
[0115] Em determinadas modalidades, a fonte de alimentação do UAV da invenção é fotovoltaica, de modo que possa fornecer potência constante ao UAV durante o dia.
[0116] Em determinadas modalidades, o UAV da invenção é projetado para ter voo de curta duração, mas é equipado com uma fonte de energia de carregamento super-rápida, tal como um supercapacitor. Conforme ilustrado na Figura 29, o capacitor/pacote de potência (A) tem contatos de carregamento (B), de modo que, quando o UAV pousa em uma plataforma de aterrissagem (K) de uma estação terrestre, os contatos de carregamento (E) do mesmo sejam pressionados contra os contatos do capacitor (B) e o corpo do UAV pressione um botão de segurança (F) para começar o carregamento do capacitor. Na modalidade específica, se o UAV transporta frutas, a janela/porta de descarregamento de fruta (C) na gaiola/rede é aberta durante o carregamento para permitir que qualquer fruta (ou frutas) descarregue/desmonte do UAV em um recipiente de coleta de frutas. Opcionalmente, a velocidade de queda das frutas é reduzida por um trampolim localizado no recipiente, e a fruta finalmente reside dentro de um recipiente (J, G) que opcionalmente tem proteção macia, por exemplo, espuma, para evitar danos às frutas ao entrarem.
[0117] Consequentemente, em determinadas modalidades, a fonte de alimentação do UAV da invenção é uma unidade de potência de carregamento rápido, de modo que, quando o dispositivo descarrega a fruta colhida (ou frutas colhidas), a mesma possa ser recarregada dentro de segundos por um carregador próximo. Em modalidades específicas, a dita unidade de potência de carregamento rápido é um supercapacitor.
[0118] Em determinadas modalidades do UAV de colheita da invenção, o sistema de computação do computador possibilita que o UAV seja completamente independente/autônomo de modo que não haja necessidade de um controle manual.
[0119] Em determinadas modalidades, o UAV de colheita da invenção compreende, ainda, uma unidade de posicionamento (GPS ou LPS ou sistema de banda ultra larga ou de posicionamento visual).
[0120] A presente invenção fornece, ainda, uma unidade de controle para coordenar missões de voo e/ou colheita de um ou mais UAVs da invenção.
[0121] A presente invenção fornece, ainda, uma unidade de controle para coordenar missões de voo e/ou colheita de um ou mais UAVs da invenção.
[0122] A presente invenção fornece, ainda, um sistema para colheita de frutas, sendo que o dito sistema compreende: (i) pelo menos um dispositivo de colheita de frutas de qualquer uma das reivindicações anteriores e (ii) uma unidade de controle para coordenar o dito pelo menos um dispositivo de colheita de frutas e para coordenar a colheita de frutas maduras. Em modalidades específicas, o sistema da invenção compreende, ainda, pelo menos uma unidade de âncora para determinar margens de um pomar a ser colhido. Em outras modalidades específicas, o sistema da invenção compreende, ainda, um trampolim localizado abaixo de cada árvore ou próximo para receber frutas caídas colhidas (consultar, por exemplo, a Figura 4).
[0123] Em determinadas modalidades do sistema de colheita da invenção, os UAVs são conectados por fio a uma estação terrestre, que fornece energia aos mesmos, e sendo que parte dos sensores é opcionalmente instalada na dita estação terrestre (consultar, por exemplo, as Figuras 5 e 6).
[0124] A presente invenção fornece, ainda, um método de colheita de frutas, sendo que método compreende as etapas de: (a) fornecer um dispositivo de colheita ou um sistema conforme descrito no presente documento acima; (b) identificar uma árvore com o uso da unidade de detecção de frutas e acessar a mesma; (c) identificar/detectar de maneira autônoma uma fruta a ser colhida por meio da unidade de detecção de frutas; (d) manobrar o UAV para acessar a fruta e engatar com a mesma; (e) colher a fruta identificada/detectada; e (f) repetir as etapas (b) a (e) até que todas as frutas tenham sido colhidas da dita árvore de acordo com os parâmetros desejado ou predefinidos.
[0125] A presente invenção fornece, ainda, um método para colheita de frutas que compreende as etapas de: (a) despachar um veículo aeronáutico não tripulado (UAV) autônomo para colheita de fruta em uma plantação; (b) identificar de maneira autônoma uma árvore ou uma linha de árvores e ficar voltado para a mesma; ou receber a posição e direção da árvore em relação ao UAV a partir de um dispositivo externo; (c) identificar/detectar de maneira autônoma uma fruta a ser colhida na dita árvore por meio de uma unidade de detecção de frutas; (d) manobrar o UAV para acessar e engatar a dita fruta identificada; (e) colher a fruta identificada/detectada; e (f) repetir as etapas (b) a (e).
[0126] Em determinadas modalidades, o método da invenção compreende, ainda, uma etapa de entregar a fruta colhida (ou frutas colhidas) a uma área de coleta de frutas. Em determinadas modalidades, há alguns recipientes de coleta de frutas, os UAVs realizam a análise de qualidade da fruta e entregam a fruta colhida ao recipiente apropriado, de acordo com a qualidade das frutas - isso possibilita a classificação de qualidade das frutas já no campo.
[0127] Em determinadas modalidades, o método da invenção serve para a colheita de frutas de casca macia de uma maneira não danificadora, isto é, sem danificar a pele e/ou polpa da fruta durante a colheita e coleta.
[0128] Em determinadas modalidades, o método da invenção é adequado para colheita de frutas que têm um caule omitido, isto é, sem linha de visão entre o caule e a unidade de detecção de frutas. Isso pode ser alcançado, por exemplo, pelo mecanismo de colheita de laço conforme ilustrado nas Figuras 13A a 13D e/ou com o auxílio de uma dita câmera ou espelho adicional para inspecionar a fruta a partir de uma direção adicional.
[0129] Em ainda outras modalidades, o método da invenção compreende, ainda, uma etapa de transportar a fruta colhida (ou frutas colhidas) pelo UAV sem deixar a fruta cair e provocar possíveis danos à mesma. Esse transporte pode ser realizado pelo UAV que, de fato, colheu a fruta - transportando-se cada fruta com o braço de colheita ou por meio de um cesta/rede de transporte de frutas ou por meio da gaiola/rede do drone; ou por meio de um UAV de transporte de frutas exclusivo (consultar, por exemplo, a Figura 31).
[0130] Em determinadas modalidades, e conforme ilustrado na Figura 31, um UAV de suporte/máquina motriz forte é fornecido para transportar frutas de grande peso e/ou grande quantidade, tais como 10 Kg (por exemplo, 50 maçãs) e mais. Tal UAV pode ser equipado com uma cesta designada para conter frutas colhidas e pode ser estacionário até o preenchimento ou mover-se dentro do pomar entre os UAVs de colheita para coleta de fruta colhida a partir dos mesmos.
[0131] Em determinadas modalidades do método da invenção, a geração de uma força de puxamento durante a colheita não afeta as máquinas motrizes horizontais do UAV. Em modalidades específicas do método da invenção, o UAV de colheita usa força contraempurramento a fim de recolher uma fruta da árvore. Em ainda uma outra modalidade específica do método da invenção, a árvore-folhas são empurradas pelo UAV em uma força controlada, para possibilitar que o UAV projete a folhagem para acessar frutas imersas.
[0132] Em determinadas modalidades, o método da invenção compreende, ainda, uma etapa de carregar as baterias/pacote de potência do UAV por meio de uma estação terrestre enquanto descarrega a fruta (ou frutas) transportada pelo mesmo em uma cesta de coleta da estação terrestre (consultar, por exemplo, J e G na Figura 29)
[0133] Em modalidades específicas, a dita cesta de coleta da estação terrestre compreende um carregador para carregar o UAV enquanto o mesmo descarrega frutas colhidas na mesma. Consequentemente, a dita cesta de coleta da estação terrestre compreende portas de carregamento que são associadas às portas de carregamento no UAV para carregamento do mesmo.
[0134] Em determinadas modalidades do método da invenção, a etapa de manobrar o UAV para acessar a fruta e engatar com a mesma é realizada por navegação de circuito fechado, para mover um braço fixo ou um braço móvel, controlando-se as máquinas motrizes de UAV para engatar o braço com a fruta (consultar, por exemplo, a Figura 7).
[0135] Em determinadas modalidades, o método da invenção compreende, ainda, uma etapa de calcular vetores de escape do UAV (necessários na colheita autônoma) medindo-se e calculando-se a força física. Em modalidades específicas, o cálculo dos vetores de escape do UAV ocorre integrando-se a força física (ou forças físicas) com a força virtual (forças virtuais).
[0136] Em ainda outras modalidades, o método da invenção compreende, ainda, uma etapa de entregar a fruta colhida a um recipiente. Tal entrega pode ocorrer com o uso de uma base de coleta, tal como um trampolim no qual a fruta cai sem ser danificada e, então, rola para um recipiente. A base de coleta pode ser montada abaixo da árvore ou próximo à árvore. Alternativamente, a fruta é transportada diretamente para um recipiente. Em outra modalidade da invenção, a classificação no campo de acordo com critérios de qualidade de fruta é realizada, e as frutas são classificadas de acordo com critérios de qualidade predefinidos para diferentes recipientes no campo. Essa pré-classificação possibilita, por exemplo, o armazenamento das frutas de qualidade em alojamento de resfriamento ou designação das mesmas para exportação e a distribuição imediata de frutas de qualidade mais baixa.
[0137] A presente invenção se refere, ainda, a um dispositivo, sistema e método de mapeamento para plantações, com o uso de drones/minicópteros/quadricópteros, ou qualquer outro veículo aeronáutico não tripulado (UAV) pequeno, e a um método para construir um banco de dados que contenha a posição de cada árvore na plantação. A presente invenção fornece, ainda, drones de âncoras autônomos que chegam a uma posição predefinida, pairam ou pisam na dita posição e aguardam por um drone de varredura mais alto varrer a área. O drone de varredura tira fotos da área abaixo, que incluem os drones de âncora, e entregam-nas para um computador/estação-base. Então, um software de pontos gera uma imagem de super- resolução que é usada para mapear a plantação e as árvores na mesma.
[0138] A presente invenção fornece, ainda, um sistema e método para construir um banco de dados que se baseia na imagem de super-resolução. O banco de dados retém os cálculos de posição (coordenada global ou local) de cada pixel na imagem, retém o mapa de posição das árvores e retém as informações de qualidade das árvores. O final banco de dados final é usado para coleta contínua e periódica de várias informações de colheita, incluindo, para cada segmento de uma árvore, a qualidade das frutas para colheita (antes da colheita) e a categoria das frutas colhidas (após a colheita), a quantidade de frutas (antes da colheita) e a quantidade de frutas colhidas. O mesmo banco de dados é usado para tarefas de diluição.
[0139] O sistema de mapeamento da invenção inclui os seguintes subsistemas: (a) controle de unidade terrestre central; (b) um ou mais drones de âncora; e (c) um ou mais drones de varredura.
[0140] Consequentemente, a presente invenção fornece um sistema para mapear e construir um banco de dados de um pomar que compreende: (a) uma unidade de âncora que compreende uma unidade de posicionamento e um alvo óptico que pode ser observado a partir de uma vista superior (consultar, por exemplo, as Figuras 15A e 15B); (b) uma unidade de varredura/identificação de voo equipada com (i) uma câmera para identificação visual do dito alvo óptico de cada unidade de âncora e (ii) um GPS; e (c) um computador que compreende: um processador, uma memória, um algoritmo designado e uma estrutura de dados digitais para gerar resultados de mapeamento para tarefas de colheita e diluição autônomas, sendo que: (1) cada unidade de âncora é posicionada em um ponto-alvo específico; (2) o dito computador recebe (i) dados de posicionamento (por exemplo, GPS e/ou LPS) de cada unidade de âncora; e (ii) dados de identificação de localização visuais de cada unidade de âncora a partir da dita unidade de varredura/identificação e (3) o dito algoritmo usa os ditos dados recebidos para construir um banco de dados e um mapa do pomar para gerenciamento de colheita e diluição, por exemplo, para ativação/ativação autônomo de UAVs de colheita de frutas.
[0141] A presente invenção fornece, ainda, um sistema computadorizado para mapear um pomar (o mapeamento trata-se do posicionamento de cada contorno de árvore no pomar) que compreende: (a) uma ou mais unidades de âncora que compreendem um marcador; (b) uma unidade de voo equipada com uma câmera para tirar uma pluralidade de fotografias de uma zona predeterminada; e (c) uma unidade de mapeamento que compreende um processador e uma memória para receber a dita pluralidade de fotografias e: (i) identificar visualmente um ou mais marcadores de unidades de âncora nas ditas fotografias e sua localização geográfica; e (ii) mapear árvores identificadas nas ditas fotografias em relação à localização de uma ou mais unidades de âncora identificadas; sendo que uma ou mais unidades de âncora são posicionadas em um ponto-alvo específico dentro da dita zona predeterminada. Em modalidades específicas, cada uma dentre as ditas uma ou mais unidades de âncora compreende, ainda, uma unidade de posicionamento.
[0142] Em determinadas modalidades, as unidades de âncora de acordo com a invenção incluem: (a) padrão óptico superior, por exemplo, conforme apresentado na Figura 15A. Esse padrão precisa ser visual para o drone de varredura; (b) um receptor de GPS ou outros sistema de posicionamento global conforme ilustrado na Figura 15B; (c) e/ou LPS ou sistema de posição local como transceptor UBW; e/ou (d) plataforma de drone que autonomicamente pode navegar para uma posição-alvo, incluindo captação 3D e sensores de evitação (câmera 3D, sensores de alcance) para impedir a colisão com árvores. Em modalidades específicas, as unidades de âncora da invenção compreendem, ainda, uma unidade de posicionamento.
[0143] Em determinadas modalidades, o sistema da invenção compreende, ainda, um veículo aeronáutico não tripulado (UAV) transportador de âncora (pequeno) que pode transportar cada unidade de âncora para posições-alvo diferentes no pomar, sendo que cada unidade de âncora é posicionada em um ponto-alvo específico pelo dito UAV transportador de âncora e transmite dados para a dita unidade de mapeamento/computador. A unidade-alvo pode ser conectada ao UAV com um ímã controlado de encaixe por pressão e pode ser liberada quando o UAV está no solo.
[0144] Em determinadas modalidades do sistema de mapeamento da invenção, a unidade de posicionamento é selecionada dentre: um receptor de GPS; um transceptor de LPS; um transceptor de banda ultra larga; e um sistema de posicionamento visual, ou qualquer combinação dos mesmos.
[0145] Em determinadas modalidades do sistema de mapeamento da invenção, a unidade de âncora e/ou o dito UAV transportador de âncora compreendem, ainda, uma unidade de comunicação sem fio para transmitir dados para a dita unidade de mapeamento.
[0146] Em modalidades específicas do sistema de mapeamento da invenção, a unidade de âncora e o dito UAV transportador de âncora constituem uma única unidade.
[0147] Em determinadas modalidades do sistema de mapeamento da invenção, o UAV transportador de âncora compreende (i) um braço mecânico ou outro mecanismo de retenção e preensão ou ímã para reter e transportar a dita unidade de âncora de uma posição para uma outra posição e (ii) um algoritmo de aterrisagem autônomo e algoritmo para recalcular o alvo de aterrisagem atualizado.
[0148] Em determinadas modalidades do sistema de mapeamento da invenção, o UAV transportador de âncora navega autonomamente para a dita posição-alvo (ou posições-alvo).
[0149] Em determinada modalidade, cada unidade de âncora no sistema de mapeamento da invenção pode ser mover ou ser movida de um ponto-alvo para outro, servindo, assim, como múltiplas unidades de ancoragem durante a dita varredura/identificação pelo dito satélite, uma aeronave de voo alto e/ou um UAV.
[0150] Em modalidades específicas do sistema de mapeamento da invenção, o tamanho da âncora é menor que a distância entre as linhas no pomar.
[0151] Em determinadas modalidades do sistema de mapeamento da invenção, a localização/posição de cada unidade de âncora é varrida/identificada por satélite ou aeronave de voo alto (tal como UAV) que identifica os ditos marcadores/alvos ópticos de cada uma dentre as ditas unidades de âncora, o que, então, transmite os ditos dados de posição para a dita unidade de mapeamento.
[0152] Em determinadas modalidades, o sistema de mapeamento da invenção compreende, ainda, um UAV de varredura que sobrevoa o pomar e varre/identifica os dito marcador/alvos ópticos da dita unidade de âncora (ou unidades de âncora). Em modalidades específicas, o drone de varredura (ou drones de varredura) de acordo com a invenção pode ser um drone com uma câmera, que inclui receptor de GPS e uma câmera apontada verticalmente para o solo. Em uma modalidade específica, o sistema da invenção compreende, ainda, um ou mais UAVs de varredura que sobrevoam o pomar e varrem/identificam os ditos marcadores das ditas unidades de âncora.
[0153] Em determinadas modalidades do sistema de mapeamento da invenção, o algoritmo usado com o mesmo compreende pelo menos um dentre: (a) algoritmo de navegação e aterrisagem autônomo para o UAV transportador (para posicionamento ideal da unidade de âncora e impedimento de pouso em uma árvore); (b) algoritmo médio de precisão de GPS de posição fixa para a unidade de ancoramento (para aumentar a precisão da localização de cada unidade de âncora após o posicionamento); (c) algoritmo de pontos para gerar uma imagem de super-resolução a partir de múltiplas imagens obtidas de diferentes fontes e/ou posições; (d) algoritmo de melhor encaixe para fornecer posicionamento de GPS para cada pixel dentro da dita imagem de super-resolução; (e) um algoritmo para detectar posição de árvores, contorno de árvores e posição de linhas de árvores; e (f) um algoritmo para contrição de banco de dados de situação de colheita - e fruta - no pomar.
[0154] Em determinadas modalidades do sistema de mapeamento da invenção, a dita unidade de mapeamento é projetada para controlar e/ou possibilitar pelo menos um dentre: (a) navegação e aterrisagem autônoma dos UAVs transportadores; (b) precisão média de GPS de posição fixa para cada unidade de ancoramento; (c) geração de uma imagem de super-resolução a partir de múltiplas imagens obtidas de diferente fontes e/ou posições com o uso de um algoritmo de pontos; (d) fornecimento de posicionamento de GPS para cada pixel dentro da dita imagem de super-resolução; (e) detecção da posição de árvores, contorno de árvores e da posição de linhas de árvores; e (f) construção de um banco de dados de situação de colheita - e fruta - no pomar.
[0155] Em determinadas modalidades, o sistema de mapeamento da invenção compreende, ainda, uma ou mais UAVs autônomos aprimorados para colheita de frutas conforme descrito acima. Em modalidades específicas, os ditos UAVs de colheita recebem posição-contorno de árvores ou posição-contorno de linha de árvores a partir de um banco de dados pré-mapeado, de modo que os UAVs estejam voltados para o centro das árvores ou perpendiculares às linhas de árvores e detectem as frutas quando voltados para a árvore.
[0156] Em ainda outras modalidades específicas, o sistema de computação do sistema da invenção recebe, ainda, dados a partir do dito dispositivo de colheita de frutas e, opcionalmente, instrui-o onde buscar por frutas que precisam ser colhidas (e, então, colhe-as). Em modalidades adicionais específicas, os dados recebidos a partir do dito dispositivo de colheita de frutas compreendem pelo menos um dentre: (i) número de árvores no pomar; (ii) número de linhas no pomar; (iii) posição de cada árvore no pomar; (iv) número de frutas em cada árvore dentro do pomar durante o período de colheita e quando finalizado; (v) a situação de qualidade/amadurecimento de frutas em cada árvore dentro do pomar durante o período de colheita e quando finalizado; (vi) número de frutas colhidas (rendimento) de cada árvore durante o período de colheita e quando finalizado; e (vii) informações de qualidade de cada árvore durante o período de colheita e quando finalizado. Esse tipo de informações pode ser usado para diluição - quantidade e tamanho ou fruta previamente diluída e número de frutas após a diluição.
[0157] Em determinadas modalidades do sistema de mapeamento da invenção, o sistema de computação/computador serve como um gerenciador que aloca posição de GPS inicial aproximada de cada unidade de âncora.
[0158] Em determinadas modalidades, o sistema da invenção compreende, ainda, pelo menos um dentre: (i) um veículo aeronáutico não tripulado (UAV) transportador de âncora para transportar cada unidade de âncora para posições-alvo diferentes no pomar, sendo que cada unidade de âncora é posicionada em um ponto-alvo específico pelo dito UAV transportador de âncora e transmite dados para a dita unidade de mapeamento, sendo que o dito UAV transportador de âncora compreende (i) um braço mecânico para reter e transportar a dita unidade de âncora de uma posição para outra e (ii) um algoritmo de aterrisagem autônomo e algoritmo para recalcular o alvo de aterrissagem atualizado; ou um UAV que se constitui como uma unidade de âncora; (ii) um satélite ou aeronave de voo alto para varrer/identificar a localização/posição de cada unidade de âncora e transmitir/entregar os ditos dados de posição para a dita unidade de mapeamento; (iii) um UAV de varredura que sobrevoa o pomar e varre/identifica os ditos marcadores da dita unidade de âncora (ou unidades de âncora); e (iv) um ou mais UAVs de colheita autônomos aprimorados conforme definido acima.
[0159] A presente invenção fornece, ainda, um método para produzir um mapa e um banco de dados precisos com alta resolução e precisão de todas as árvores em um pomar que compreende as etapas de: (a) fornecer um sistema da invenção; (b) colocar autonomamente cada unidade de âncora em um ponto-alvo com o uso do dito UAV transportador de âncora; (c) identificar/detectar o dito marcador/alvo óptico de cada unidade de âncora por meio da dita unidade de varredura/identificação; (d) transmitir ou coletar e transferir dados, quando o voo tiver terminado, para os ditos dados de posição do computador a partir de cada unidade de âncora e os dados de identificação de localização visuais de cada unidade de âncora a partir da dita unidade de varredura/identificação; e (e) usar os ditos dados transmitidos ou transferidos para construir: (i) uma imagem de super-resolução com posicionamento exato; (ii) um mapa de todas as árvores dentro do pomar; e (iii) a geração de um banco de dados para tarefas agrícolas de colheita.
[0160] A presente invenção fornece, ainda, um método para produzir um mapa e um banco de dados precisos com alta resolução e precisão de todas as árvores em um pomar que compreende as etapas de: (a) colocar uma ou mais unidades de âncora que compreendem um marcador em um ponto-alvo em uma zona predefinida e obter dados de posição para cada unidade de âncora; (b) fotografar a dita zona predefinida a partir de uma vista superior; (c) transmitir ou transferir as fotografias resultantes para uma unidade de mapeamento; (d) identificar/detectar o dito marcador de cada unidade de âncora nas fotografias; (e) comparar os marcadores detectados nas ditas fotografias com os dados de posição de cada unidade de âncora; (f) identificar/detectar cada árvore na dita zona predefinida; (g) construir uma imagem de super-resolução da zona predefinida com o posicionamento exato de cada árvore dentro do pomar; e (h) gerar um banco de dados para tarefas agrícolas de colheita.
[0161] Em modalidades específicas do método da invenção, a etapa (a) de colocar uma ou mais unidades de âncora em um ponto-alvo é realizada autonomamente, opcionalmente com o uso de um veículo aeronáutico não tripulado (UAV) transportador de âncora.
[0162] Em determinadas modalidades, o método da invenção compreende, ainda, pelo menos uma dentre as seguintes etapas: (1) uma etapa de fixar autonomamente a posição de cada unidade de âncora no solo, por exemplo, de acordo com um algoritmo de aterrissagem; (2) uma etapa de criar uma média de posição do GPS de cada unidade de âncora para criar uma posição de GPS/LPS mais precisa e, opcionalmente, uma posição de GPS/RTK da mesma; (3) uma etapa de gerar uma imagem de super-resolução e fornecer posicionamento de GPS para cada pixel dentro da dita imagem de super-resolução com o uso de um algoritmo de melhor encaixe; e (4) uma etapa de transmitir/usar o dito banco de dados e o dito mapa gerados para instruir/orientar um UAV de colheita de frutas autônomo.
[0163] O método de acordo com a invenção também compreende as seguintes etapas/procedimentos: (i) definir pelo usuário a área requerida para mapear na unidade terrestre central; (ii) definir pela unidade terrestre central as coordenadas de posicionamento de GPS de cada unidade de âncora; (iii) ajustar pela unidade terrestre central a posição-alvo de cada unidade de âncora; (iv) navegar autonomamente cada unidade de âncora para suas coordenadas definidas, sendo que uma vez que alcance/chegue na coordenada possa pousar ou pairar sobre a mesma. Essa etapa se repete para cada nova posição que a unidade de âncora é enviada; (v) uma vez que a unidade de âncora esteja em posição, varrer a plantação com um drone de varredura, sendo que durante o voo a mesma registra fotos a partir de uma vista superior: algumas fotos com âncoras e algumas sem. Se uma âncora for registrada, a unidade de âncora pode, então, se mover para uma outra posição, até que o drone de varredura registre-a na nova posição, e assim por diante. Alternativamente, algumas unidades de âncora são usadas simultaneamente na mesma plantação; (vi) pontuar todas as imagens obtidas/registradas pelo drone de varredura por um software e gerar uma imagem de super-resolução conforme ilustrado na Figura 16B. A Figura 16B é o resultado de um software de pontos que gera, a partir de um conjunto de fotos, uma única imagem de super-resolução por cobertura de melhor encaixe entre as imagens. (vii) usar a dita imagem de super-resolução para gerar um mapa (um arranjo 2D) em que cada pixel na imagem de super-resolução é atribuído/recebe uma posição de GPS e uma coordenada de LPS. Conforme ilustrado na Figura 16B, a imagem de super- resolução contém 3 mascas visuais nos pixels P1, P2 e P3 de unidades de âncora que estão nas posições absolutas A1, A2 e A3 do GPS. Cada pixel na imagem pode obter sua coordenada absoluta multiplicando-se a posição do pixel (X, Y) com uma matriz de rotação θ, ganho G e adicionando-se um deslocamento O (θ, G, O) = f(A1, A2, A3, P1, P2, P3); (viii) analisar a imagem de super-resolução com o uso de um software designado e detectar todas as árvores na mesma, bem como definir os contornos das árvores conforme mostrado na Figura 16C. A Figura 16C é o resultado de um algoritmo de mapeamento que analisa a dita imagem de super-resolução. O algoritmo detecta contornos de árvores e gera um banco de dados de árvores e sua posição na área; e (ix) gerar um mapeamento de ID de árvore. Isso significa que para cada pixel na imagem de super-resolução um ID de árvore é definido, por exemplo, conforme demonstrado na Figura 17, que ilustra um banco de dados gerado de árvores e sua posição. Esse banco de dados é um arranjo 2D (ou arranjo 3D), sendo que cada entrada no arranjo é um pixel de uma imagem de super-resolução ou um pixel de foto subamostrada de uma imagem de super-resolução. Cada entrada no arranjo retém as seguintes informações: ID de árvore, posição de entrada (coordenada global), posição de entrada (coordenada local). Cada entrada também retém informações de posição atual de vários componentes de sistema de colheita, tais como posição de ID de drone de colheitadeira, posição de ID de cestas, posição de ID de recipiente, etc. conforme ilustrado na Figura 33, em que cada letra representa uma camada diferente; D1 a D5 são posições de drones atuais; C1 e C2 são posições de recipientes (cestas de coleta); P1 e P2 são posições de carregador de potência; e B é a posição da estação-base.
[0164] Em determinadas modalidades do método da invenção, o computador/gerenciador do sistema aloca a posição de GPS inicial aproximada de cada unidade de âncora.
[0165] Em determinadas modalidades do método da invenção, cada pixel dentro do mapa gerado representa 1 a 10 cm, e sendo que tem as informações de localização (GPS ou LPS).
[0166] Em outras modalidades do método da invenção, o banco de dados e o mapa gerados compreendem: (i) posição e ID da árvore, que são informações úteis para o gerenciamento de UAV de colheita de frutas autônomo; e/ou (ii) contorno da árvore, isto é, cada folha e galho da árvore e linha de pomar, que são informações úteis para gerenciamento de UAV de colheita de frutas autônomo; e/ou (iii) dados de frutas da árvore, tais como número de frutas detectadas, número de frutas maduras, número de frutas colhidas de cada árvore e a condição das frutas colhidas, ou qualquer combinação dos mesmos. Em modalidades específicas, esses dados de frutas da árvore são obtidos pelo dito UAV de colheita de frutas.
[0167] Em determinadas modalidades do método da invenção, o banco de dados gerado compreende, ainda, uma camada de identificação de cada UAV dentro do campo, incluindo o dito UAV de colheita de frutas, e camada de cestas de coleta de frutas, para as quais as frutas colhidas são trazidas.
[0168] A presente invenção fornece, ainda, um uso do sistema e/ou método de mapeamento da invenção para mapear e construir um banco de dados de um pomar para colheita de qualidade ideal, sendo que a dita colheita ideal se baseia na colheita de uma fruta específica e não em colheita em série linha a linha, árvore a árvore.
[0169] Na modalidade específica, o uso do sistema e/ou método de mapeamento da invenção possibilita a colheita sob demanda, de acordo com ordens de compra recebidas. Isso possibilita, ainda, a colheita das melhores frutas no pomar/área por dia (ideal de qualidade).
[0170] O banco de dados gerado de acordo com o sistema e/ou método de mapeamento da invenção é construído a partir de camadas (consultar, por exemplo, a Figura 33). Cada pixel na imagem de super-resolução ou na imagem subamostrada da imagem de super-resolução representa uma área na plantação. O banco de dados tem as seguintes camadas (consultar também a Tabela 1 abaixo): a. Imagem de super-resolução; b. Camada de ID de árvore (um número de 1 ao número de árvores na plantação), 0 significa nenhuma árvore; c. Camada de posição de GPS; d. Camada de posição de LPS; e. Número de frutas detectadas nessa área; f. Número de frutas maduras nessa área - alvos para colheita; g. Número de frutas colhidas nessa área; e h. Categoria de Qualidade dessa área, ou qualquer combinação dos mesmos. TABELA 1
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[0171] A presente invenção fornece, ainda, um sistema e método para o gerenciamento de uma frota de drones de colheitadeira, drones de diluição, drones de poda, drones de âncora, drones de varredura e drones transportadores de fruta.
[0172] O presente sistema e método para o gerenciamento de uma frota de drones de colheitadeira possibilitam/fornecem um método de colheita, incluindo diluição, que não trabalha linha a linha, árvore a árvore em um modo em série, mas em vez disso trabalha na ordem de fruta mais madura/melhor fruta recolhida primeiro em toda a área de plantação (ou parte da mesma). O sistema e método de gerenciamento de frota da invenção alocam tarefas de acordo com as regiões mais maduras (ROI) em toda a área de plantação. O benefício desse método é que possibilita recolher as melhores frutas e/ou frutas mais maduras de toda a plantação. Assim, a qualidade das frutas colhidas é aprimorada e, portanto, o lucro da plantação cresce. Ademais, as frutas quase maduras são colhidas posteriormente, por exemplo, no próximo dia ou semana, isto é, quando se tornarem ideais para colheita e/ou maduras e tiverem um tamanho ideal, o que impede a colheita de frutas não maduras ou frutas não idealmente maduras, o que por sua vez resulta em rendimento e lucro reduzidos. Esse sistema e método possibilitam colheita seletiva ideal.
[0173] O sistema de gerenciamento de frota da invenção inclui uma frota de drones que voa no interior da plantação, detecta áreas maduras, compartilha essas informações com uma estação-base, que por sua vez aloca as próximas tarefas em conformidade com os outros drones.
[0174] O sistema de gerenciamento de frota da invenção inclui, ainda: (i) uma frota de drones que recupera cada fruta colhida e fixa seus dados de qualidade ao ID de árvore. Essas informações são úteis para realizar ações corretivas na plantação; e/ou (ii) uma frota de drones que voa no interior da plantação detecta as áreas para realizar diluição, compartilha informações com uma unidade de controle que aloca as próximas tarefas de drone em conformidade.
[0175] Consequentemente, a presente invenção fornece um sistema para um gerenciamento de frota de UAVs para colheita, sendo que o dito sistema compreende: (a) um dispositivo de colheita de frutas conforme descrito acima no presente documento; (b) um sistema para mapear e construir um banco de dados de um pomar conforme descrito acima no presente documento; (c) uma estação-base, (d) opcionalmente, um recipiente de frutas usado apenas para colheita, visto que a diluição não requer coleta de frutas; e (e) um fornecedor de energia, sendo que o dito sistema é usado para gerenciar uma frota de UAVs de UAV de colheita de frutas, recipientes de frutas, UAVs transportadores de frutas (se presente), unidades de âncora e UAV transportador de âncora (ou UAVs transportadores de âncora); e para a missão de colheita de qualidade ideal (ou missões de colheita de qualidade ideal) com base no amadurecimento da fruta não colheita em série linha a linha, árvore a árvore.
[0176] A presente invenção fornece, ainda, um sistema de gerenciamento para gerenciamento de frota de veículos aeronáuticos não tripulados (UAVs) autônomos para colheita ou diluição de frutas, sendo que o dito sistema compreende: (a) um ou mais UAVs autônomos para colheita de fruta ou diluição de fruta conforme definido acima no presente documento; (b) um sistema computadorizado para mapear um pomar ou um banco de dados de posição de árvores e seu contorno; (c) uma estação- base; (d) opcionalmente, um recipiente de frutas; e (e) um ou mais fornecedores de energia, sendo que o dito sistema de gerenciamento é usado para: (1) gerenciar uma frota de UAVs, incluindo: UAVs de colheita de frutas, recipientes de frutas, UAVs transportadores de frutas, unidades de âncora, e UAVs transportadores de âncora; e/ou (2) colheita ou diluição de missões com base no amadurecimento da fruta, e não colheita em série linha a linha, árvore a árvore.
[0177] Em modalidades específicas do sistema de gerenciamento da invenção, o sistema computadorizado para mapeamento é projetado para construir um banco de dados do pomar para situação de colheita - e fruta - no mesmo e controlar/possibilitar pelo menos um dentre: (a) uma ou mais unidades de âncora que compreendem um marcador; (b) uma unidade de voo equipada com uma câmera para tirar uma pluralidade de fotografias de uma zona predeterminada; e (c) uma unidade de mapeamento que compreende um processador e uma memória para receber a dita pluralidade de fotografias e: (i) identificar visualmente um ou mais marcadores de unidades de âncora nas ditas fotografias e sua localização geográfica; e (ii) mapear árvores identificadas nas ditas fotografias em relação à localização de uma ou mais unidades de âncora identificadas; sendo que uma ou mais unidades de âncora são posicionadas em um ponto-alvo específico dentro da dita zona predeterminada.
[0178] Em determinadas modalidades do sistema de gerenciamento da invenção, a unidade de mapeamento é projetada para construir um banco de dados do pomar para situação de colheita - e fruta - no mesmo e controlar/possibilitar pelo menos um dentre: (a) navegação e aterrissagem autônomas dos UAVs transportadores de âncora; (b) fixação da posição média de precisão de GPS para cada unidade de ancoramento; (c) geração de uma imagem de super-resolução a partir de múltiplas imagens obtidas de diferentes fontes e/ou posições com o uso de um algoritmo de pontos; (d) fornecimento de posicionamento de GPS para cada pixel dentro da dita imagem de super-resolução; e (e) detecção da posição de árvores, contorno de árvores e posição de linhas de árvores.
[0179] Em determinadas modalidades do sistema de gerenciamento da invenção, o banco de dados do pomar é uma representação multicamada bidimensional do pomar, sendo que a dita multicamada compreende as seguintes camadas: (i) opcionalmente, uma primeira camada de imagem de super-resolução conforme gerado pelo sistema de mapeamento, como um plano de fundo visual para operador humano; (ii) uma segunda camada é um mapa de ID da árvore (consultar a ilustração nas Figuras 16C e 17), sendo que cada entrada nessa camada representa uma área de cerca de 5 a 20 cm2 na plantação, de modo que uma área sem uma árvore é zero, e cada valor não zero representa um ID de árvore na plantação. Notavelmente, o valor máximo do ID é o número de árvores na plantação; (iii) uma terceira camada é um mapa do número de frutas maduras. A Figura 20A ilustra um valor zero para nenhuma fruta madura, o que é posteriormente atualizado (Figura 20B) por dados obtidos a partir dos UAVs de colheita de frutas; e (iv) uma quarta camada é um mapa do número de frutas colhidas. Esse número começa em zero (Figura 21A) e é atualizado posteriormente (Figura 21B) pelos dados obtidos a partir dos UAVs de colheita de frutas.
[0180] Em determinadas modalidades do sistema de gerenciamento de frota de colheita da invenção, o banco de dados distingue entre frutas colhidas e pré-colhidas e compreende as seguintes informações da fruta para cada fruta: dimensões; cor; manchas e danos; categoria de qualidade; árvore de origem (ID de árvore); e origem precisa (X, Y, Z).
[0181] Em determinadas modalidades, o banco de dados do sistema de gerenciamento de frota de colheita da invenção, compreende, ainda, pelo menos uma dentre as seguintes informações: (i) dados acumulados sobre a colheita, durante a colheita (sobre frutas antes da colheita) e/ou sobre a diluição de fruta durante a diluição; (ii) qualidade de frutas colhidas de cada árvore, incluindo melhor área de cada árvore; (iii) qualidade de frutas em cada cesta de coleta de frutas (possibilita a pré-classificação no campo); e (iv) situação de plantação, incluindo divisão em região de interesse (ROI), número de ROIs maduras, número de ROIs colhidas e ROIs em que nenhuma colheita é mais necessária.
[0182] Em determinadas modalidades do sistema de gerenciamento de frota de colheita da invenção, o banco de dados é uma multicamada de arranjos 2D (foto) que representa a plantação/pomar e sua situação. Em modalidades específicas, o banco de dados também inclui camadas adicionais de gerenciamento de colheita como camada de ID de UAV, camada de ID de cesta, camada de trampolim (consultar a Tabela 2 abaixo). Essas informações são relevantes para o método de colheita. TABELA 2
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[0183] Em determinadas modalidades do sistema de gerenciamento de frota de colheita da invenção, a estação-base é uma estação de controle que: (i) gerencia um tipo diferente de UAVs para tarefas diferentes; (ii) mantém o nível de voo de UAV como um altura específica de modo a colher apenas a copa; (iii) envia UAVs de braço de colheita inferior para altas árvores-alvo, UAVs de braço de colheita superior para baixas árvores-alvo; (iv) gerencia um UAV transportador de frutas para levar as frutas do UAV de colheitadeira para um recipiente; e (v) mantém a posição do recipiente.
[0184] Em determinadas modalidades, o sistema de gerenciamento de frota de colheita da invenção compreende, ainda, um mecanismo de segurança que se comunica com a dita estação-base e opcionalmente com os UAVs do sistema para impedir a colisão dos UAVs com os trabalhadores humanos.
[0185] Em determinadas modalidades, cada agricultor no campo tem um dispositivo de segurança, tal como um bracelete ou um aplicativo em seu telefone inteligente, que compartilha a posição dos agricultores com a estação-base e/ou cada UAV. A dita estação-base pode alocar/redirecionar os UAVs para várias árvores a fim de criar uma distância maior entre o UAV de trabalho e um agricultor, de modo que o UAV não estará próximo de seres humanos, ou pode instruir o UAV de colheita a colher apenas do topo da árvore e dividir o trabalho entre a colheitadeira de UAV superior e as colheitadeiras humanas inferiores ou outras colheitadeiras de máquina terrestres inferiores.
[0186] O sistema de gerenciamento de frota de colheita da invenção também pode incluir os seguintes subsistemas conforme ilustrado na Figura 18: (a) estação-base principal que atua como um controle de unidade terrestre central e fornece coordenadas e amplo alcance de comunicação entre o UAV diferente e outros componentes do sistema; (b) uma, duas, três ou mais unidades de âncora; (c) UAVs de colheitadeira superiores; (d) UAVs de colheitadeira inferiores; (e) UAVs de colheitadeira laterais; (f) UAVs de colheitadeira gerais; (g) drone transportador de bateria de potência; (h) sinalizadores de segurança, por exemplo, para pessoas, fornecendo-se sua posição, por exemplo, por posição de bracelete ou telefone inteligente; (i) base de coleta/recipiente, opcionalmente com sinalizadores; (j) opcionalmente, trampolim com sinalizadores; e (k) unidades de varredura, tais como UAVs de varredura.
[0187] Em determinadas modalidades, o sistema de gerenciamento de frota de colheita da invenção compreende, ainda: (a) inicializador de UAVs que fornece/recebe coordenadas e número real de UAVs no pomar; (b) carregadores que têm inúmeros soquetes de baterias, e que fornecem o número de baterias carregadas com seu nível; e (c) cestas de coleta que fornecem dados a respeito de sua capacidade, tamanho, posição, situação de preenchimento e, opcionalmente, qualidade da fruta.
[0188] Em determinadas modalidades, os UAVs no sistema fornecem dados sobre: (i) o tipo de braço de colheita a ser instalado no mesmo (por exemplo, sem braço, braço superior, braço inferior, braço lateral, braço de aperto, braço de corte ou braço de diluição); (ii) o uso do UAV - colheita, poda, diluição, mapeamento, âncora, potência, etc.; (iii) coordenada do UAV (X, Y, Z); (iv) nível de bateria do UAV; e (v) capacidade máxima da bateria.
[0189] A presente invenção fornece, ainda, um método para gerenciamento de frota. Um fluxograma exemplificativo de um método de acordo com uma modalidade da invenção é ilustrado na Figura 19 que descreve um método de gerenciamento de frota que inclui gerenciamento de banco de dados, gerador de tarefas, planejador de rotas e programador. Essas tarefas podem ser realizadas na estação-base.
[0190] Consequentemente, em determinadas modalidades, a presente invenção fornece um método computadorizado para colheita ideal com o uso de uma frota de UAVs que usa um processador e memória, sendo que o dito método compreende as etapas de: a) fornecer um sistema de gerenciamento de frota da invenção; (b) construir um banco de dados de um pomar que compreende: representação multicamada das informações de pomar e das fruta; (c) fornecer tarefas para UAVs autônomos de colheita de frutas que tanto colhem frutas quanto fornecem informações da fruta atualizadas para atualizar o dito banco de dados; e (d) direcionar os ditos UAVs de colheita de frutas para frutas que precisam ser colhidas com base no banco de dados gerado e não de uma maneira sequencial linear.
[0191] Em determinadas modalidades, a presente invenção fornece um método computadorizado para colheita ideal com o uso de uma frota de UAVs que usa um processador e memória, sendo que o dito método compreende as etapas de: (a) construir uma representação digital de um pomar em um banco de dados de um pomar, sendo que o dito banco de dados compreende uma representação multicamada das informações de pomar e frutas; (b) fornecer tarefas para os UAVs autônomos de colheita de frutas que tanto colhem frutas quanto fornecem informações da fruta atualizadas para atualizar o dito banco de dados; (c) atualizar o dito banco de dados durante a colheita por meio dos dados obtidos de diferentes UAVs no pomar durante a colheita; e (d) direcionar os ditos UAVs de colheita de frutas para frutas que precisam ser colhidas com base no banco de dados gerado.
[0192] Em modalidades específicas do método para colheita ideal da invenção, a etapa de construir um mapa e um banco de dados compreende as etapas de: (a) colocar uma ou mais unidades de âncora que compreendem um marcador em uma zona predeterminada do dito pomar; (b) tirar uma pluralidade de fotografias de uma zona predeterminada do dito pomar; (c) identificar visualmente um ou mais marcadores de unidades de âncora nas ditas fotografias e sua localização geográfica; e (d) mapear árvores identificadas nas ditas fotografias em relação à localização de uma ou mais unidades de âncora identificadas.
[0193] Em determinadas modalidades do método para colheita ideal da invenção, a estação-base coordena e orienta os diferentes UAVs, ao mesmo tempo que nunca envia o UAVs para colheita, diluição ou realização de qualquer outra tarefa, quando voltados para o sol.
[0194] Em modalidades específicas, o método for colheita ideal da invenção compreende, ainda, uma ou mais dentre as seguintes etapas: (i) coletar dados preliminares, tais como a direção que as árvores estão voltadas e/ou áreas sombreadas no pomar; (ii) realizar a comunicação entre diferentes UAVs de colheita por meio da dita estação-base; e (iii) receber continuamente dados dos UAVs no pomar e atualizar o dito banco de dados para aprimorar o procedimento de colheita.
[0195] Em determinadas modalidades, o método para colheita ideal da invenção compreende, ainda, uma etapa de: instruir os ditos UAVs de colheita de frutas a colher frutas de características específicas e/ou de acordo com os critérios desejados; e/ou instruir os ditos UAVs de colheita de frutas a colher uma quantidade específica de frutas.
[0196] Em determinadas modalidades, o método para colheita ideal da invenção possibilita a colheita de frutas de características específicas dentro de uma ampla área de uma maneira espalhada na qual apenas frutas que atendam os critérios de colheita em cada árvore são colhidas, em vez de colheita sequencialmente ordenada linha a linha, árvore a árvore de todas as frutas conforme conduzido hoje em dia. Por exemplo, o sistema da invenção pode instruir os UAVs de colheita a colher todas as “frutas vermelhas que têm um diâmetro de pelo menos 90 mm”. Esse método também é útil para realizar colheita sob demanda, receber uma ordem de compra com critérios específicos e colher apenas a quantidade exigida com a qualidade exigida. Esse método pode economizar nos custos de armazenamento e resfriamento durante o período de colheita.
[0197] Deve-se observar que o agricultor pode ajustar a quantidade exigida de fruta a ser colhida por dia a partir de toda a plantação de acordo com a necessidade. Visto que agricultores recebem valores mais altos para frutas de alta qualidade, o sistema e o método da invenção possibilitarão obter lucros ideais por dia colhendo-se e entregando-se apenas as melhores frutas colhidas de toda a plantação, em vez de entregando-se grande quantidade de frutas com várias qualidades como um resultado de uma colheita sequencial padrão linha a linha e árvore a árvore. Esse método também é útil para realizar colheita sob demanda, receber uma ordem de compra com critérios específicos e colher apenas a quantidade exigida com a qualidade exigida. Esse método pode economizar nos custos de armazenamento e resfriamento durante o período de colheita.
[0198] Em determinadas modalidades do método para colheita ideal da invenção, a estação-base responsável por coordenar e orientar os diferentes UAVs nunca envia os UAVs para realizar colheita, diluição ou outras tarefas quando estão voltados para o sol. Isso ocorre a fim de evitar a saturação dos sensores a partir de luz solar. A estação-base/planejado de rota nunca envia os UAVs para realizar colheita/tarefa quando estão voltados para o sol. A missão dos UAVs será planejadas com essa restrição. A estação-base/unidade de restrição sabe a posição do sol de acordo com a hora e a data e gera a direção cega. Por exemplo, na parte da manhã os UAVs estarão voltado para oeste e na parte da tarde estarão voltados para leste.
[0199] Em determinadas modalidades do sistema de gerenciamento de frota da invenção, a fim de impedir a saturação de sensores a partir da luz solar, o planejador de rotas nunca envia os drones para realizar colheita/tarefa quando estão voltados para o sol. A missão do drone será planejada de acordo com essa restrição. O sistema sabe a posição do sol de acordo com a hora e a data e gera a direção cega.
[0200] O uso de drones possibilita que o planejador de rotas crie rotas retas. A direção de manobra é a forma mais curta acima das árvores. Isso só é alcançado com drones quando voam acima das árvores. Todas as plataformas terrestres realizam rotas de Monte-Carlo e calculam rotas mais longas para chegar ao destino das árvores.
[0201] Em determinadas modalidades, o método para colheita ideal da invenção compreende, ainda, uma etapa de coleta de dados preliminares. Essa coleta de dados preliminares compreende o envio de UAV (ou UAVs) para coletar dados iniciais a respeito do número de frutas e sua localização nas árvores e do amadurecimento das frutas. Em modalidades específicas, esses UAVs relatam qualquer região de interesse (ROI) que tenha sido encontrada durante o voo de coleta de dados preliminares, isto é, compartilham os dados reunidos com a estação-base e/ou outros UAVs. A dita ROI inclui, entre outras, a posição de cada região e sua dimensão.
[0202] Cada ROI relatada é adicionada ao banco de dados conforme ilustrado na Figura 21. O banco de dados é constantemente atualizado por todos os dados obtidos pelos vários UAVs dentro do sistema (por exemplo, UAVs de colheita e UAVs de varredura). O computador e o algoritmo analisam o banco de dados e geram alvos de colheita de acordo com cada ROI que tem um grande grau, de modo que os UAVs de colheita sejam enviados aos mesmos. A Figura 20C descreve uma situação temporária de uma plantação, no tempo específico, sendo que as manchas brilhantes dentro de determinadas árvores circuladas representam áreas maduras. O algoritmo identifica tais áreas que têm alto grau e alta densidade e aloca os alvos nas mesmas.
[0203] Em determinadas modalidades do método para colheita ideal da invenção, a coleta de dados preliminares compreende a direção que as árvores estão voltadas e/ou áreas sombreadas. Em modalidades específicas, a ROI inicial inclui árvores que estão voltados para sudeste, que são consideradas as mais maduras devido à exposição maior à luz solar. Em outras modalidades, a ROI inicial inclui árvores que estão localizadas em uma área sombreada, por exemplo, por montanhas, que podem afetar o processo de amadurecimento das frutas.
[0204] Em determinadas modalidades, o método para colheita ideal da invenção compreende, ainda, uma etapa de: (i) comunicação entre diferentes UAVs de colheita por meio da dita estação-base; e/ou (ii) receber continuamente dados dos UAVs no sistema e atualizar o banco de dados para aprimorar o procedimento de colheita.
[0205] Cada UAV que está no campo, por exemplo, durante o voo para uma árvore-alvo, durante a colheita, durante o voo de uma cesta de coleta de frutas, relata para a dita estação-base e/ou outros UAVs sobre a ROI (Região de Interesse) que compreende áreas de alta densidade de frutas maduras. Isso significa que não apenas o UAV de varredura ou os UAVs de coleta de dados preliminares enviam dados para a estação-base e o computador, mas também os UAVs de colheita. O método da invenção inclui, assim, um método para compartilhar informações por todos os UAVs no sistema. Cada fruta detectada será relatada à estação-base principal com sua posição XYZ e qualidade, tal como dimensões [mm], histograma de cor, maciez e outros fatores de qualidade, e seu ID de árvore. Um mapa gerado exemplificativo é descrito na Figura 21.
[0206] Em determinadas modalidades, o método para colheita ideal da invenção compreende, ainda, uma etapa de fixar dados de qualidade a cada fruta colhida. Em modalidades específicas, cada fruta colhida recebe dados de qualidade da fruta e/ou informações de árvore, e fixa informações de árvore aos dados de cada fruta. Cada UAV envia a posição da fruta colhida (XYZ) com suas informações de qualidade para a estação-base que, então, atualiza o banco de dados adicionando-se as informações de qualidade à entrada de XYZ. As informações acumuladas dessa parte do banco de dados estão presentes nas frutas colhidas apenas e apresentadas na Figura 21B.
[0207] Em determinadas modalidades, o método para colheita ideal da invenção compreende, ainda, uma etapa de fixar dados de qualidade a cada ID de árvore. Esses dados de qualidade fornecem informações para cada árvore sobre a quantidade de frutas e sua qualidade tanto para conhecimento estatístico quanto para ações corretivas para aprimorar o rendimento.
[0208] Em determinadas modalidades, um gerador de alvos do sistema de gerenciamento de frota da invenção gera alvos (pontos) para tarefas agrícolas. Esse gerador busca por áreas de alta densidade na camada de amadurecimento de fruta no banco de dados e aloca tarefas em conformidade. Por exemplo, o mesmo busca por frutas maduras de alta densidade e aloca UAVs de colheita para realização da colheita. Dessa forma, as frutas mais maduras na plantação são recolhidas primeiro. Conforme ilustrado na Figura 17, os UAVs de colheita serão enviados para lado sul da árvore no 7, visto que a situação de amadurecimento de acordo com Figura 20B é alta.
[0209] Em determinadas modalidades, um planejador de rotas do sistema de gerenciamento de frota da invenção recebe tais pontos-alvo do dito gerador de alvo e agrupa alguns alvos em uma única tarefa de colheita.
[0210] Em determinadas modalidades, um programador do sistema de gerenciamento de frota da invenção sincroniza entre as diferentes tarefas de diferentes UAVs.
[0211] Em determinadas modalidades do sistema e método de gerenciamento de frota da invenção, a execução é realizada pelos diferentes UAVs do drone do sistema, por exemplo, cada UAV envia dados para o gerador e programador enquanto realiza sua tarefa.
[0212] Para programar a distância mínima entre os drones na frota, o programador do sistema garante que todas as tarefas alocadas para os drones mantenham uma distância mínima. O programador garante, ainda, que os drones tenham potência suficiente para realizar sua missão e, se não tiverem, o mesmo envia o drone para uma “missão de energia”, por exemplo, substituindo a bateria ou carregando-a.
[0213] Em determinadas modalidades do sistema e método de gerenciamento de frota da invenção, o agricultor primeiro define várias exigências, tais como qualidade da fruta e tipo de tarefa. Por exemplo, para colher todas as maçãs vermelhas com categoria A na plantação que tenham um diâmetro acima de 90 mm. Além disso, o agricultor pode ajustar a quantidade exigida de fruta que precisa ser colhida por dia.
[0214] Além disso, o sistema pode definir a margem de colheita da plantação, de modo que diferentes drones não excedam essas margens. Além disso, o sistema pode ter limites internos de alcance de comunicação, de modo que os drones não excedam o alcance-limite de comunicação.
[0215] Em determinadas modalidades, o método para colheita ideal da invenção é ajustado para otimização quanto à qualidade MODE1. Tal otimização quanto à qualidade MODE1 compreende enviar os UAVs de colheita para colher as frutas mais maduras e de melhor qualidade no pomar. Esse modo é útil no começo da temporada, quando a colheita seletiva é necessária. Esse modo pode possibilitar período de colheita mais longo em conjunto com comercialização precoce de frutas frescas de qualidade. Em determinadas modalidades, esse modo é estendido de modo que dados reunidos em um determinado dia sejam usados para coletar as frutas no dia seguinte.
[0216] A otimização MODE1 quanto à qualidade pode ser alcançada apenas com drones. Nesse método, os drones são enviados para as frutas mais maduras e de melhor qualidade no pomar. Esse modo é especialmente útil no começo da temporada, quando a colheita seletiva é necessária. Esse modo pode possibilitar período de colheita mais longo em conjunto com comercialização precoce de frutas frescas de qualidade. Esse modo pode ser estendido para todos os dias coletar os dados para o próximo dia. Para cada ROI relatada (que inclui posição de região e sua dimensão), adiciona-se essas informações ao banco de dados. O banco de dados começa com um estado inicial conforme ilustrado na Figura 20A e, durante os movimentos de colheitadeira de drone, coleta informações e gera o estado conforme mostrado na Figura 20B. O banco de dados é atualizado por todas as informações coletadas de todos os drones, tanto dos drones de colheitadeira quanto do drone de mapeamento (ou drones de mapeamento). Para cada área que tem um grande grau, envia-se um drone de colheita-diluição.
[0217] A Figura 20C descreve a situação temporária da plantação, em uma hora específica em um dia, sendo que as marcas brilhantes representam áreas maduras. O algoritmo que é executado no banco de dados no gerador de alvo busca áreas que tenham alto grau e alta densidade e aloca alvos nas mesmas.
[0218] Em outras modalidades, o método para colheita ideal da invenção é ajustado para otimização quanto à quantidade MODE2. Em determinadas modalidades, o método da invenção é otimizado no MODE2, de acordo com o qual um UAV de colheita é exclusivo para colheita apenas das frutas em uma árvore específica. Essa é a versão de colheita simplificada que fornece a produtividade mais alta: cada UAV está focado em uma única árvore, e cada árvore é manuseado por um único UAV. Esse modo é útil quando a maior parte do pomar está madura, e o foco está na taxa de colheita e no desejo de colher o máximo possível no período de tempo mais curto. Em um método de acordo com esse modo, o gerenciador de frota aloca um UAV em uma árvore e gera uma rota ao redor da árvore, o acesso de UAV próximo com o conhecimento da posição do centro da árvore e o conhecimento de linhas, o UAV fica voltado para a árvore e varre de acordo com a rota, enquanto mantém alcance fixo da árvore conforme ilustrado na Figura 30A.
[0219] A otimização MODE2 quanto à quantidade significa que um drone é alocado a uma árvore e cesta específicas. Essa é a versão simplificada com a produtividade mais alta. Cada drone foca em uma única árvore, e cada árvore é manuseada por um único drone. Esse modo é útil quando a maior parte do pomar está madura e o foco está na taxa de colheita.
[0220] Em ainda outras modalidades, o método para colheita ideal da invenção é ajustado para otimização quanto à qualidade MODE3, de acordo com o qual um grupo de UAVs de colheita é enviado para cada árvore. Dessa maneira, os UAVs terminam o trabalho em cada área/árvore extremamente rápidos e, então, se movem para a próxima área/árvore. Esse modo é útil quando o agricultor deseja focar em uma área que foi ignorada quando o sistema trabalhou no MODE1 ou MODE2. A alocação dos UAVs de colheita a uma árvore pode ser em série árvore a árvore ou, alternativamente, por amadurecimento das árvores. Esse modo pode ser definido pelo agricultor manualmente. Em modalidades específicas, no MODE3 é possível definir que cada UAV de colheita colha um lado específico das árvores, por exemplo, o lado à sudeste, que é considerado como o lado mais maduro da árvore.
[0221] Na otimização MODE3 quanto à área, para cada árvore, um grupo de drones é enviado. Os drones terminarão o trabalho nessa área o quanto antes possível. Esse modo é útil quando o agricultor deseja focar em uma área que foi ignorada pelos dois modos anteriores. A alocação de drones a uma árvore pode ser em série árvore a árvore ou também por amadurecimento das árvores. Esse modo pode ser definido pelo modo manual do agricultor. Nesse modo, é possível definir que cada drone colha o lado à sudeste das árvores, que é considerado como o lado mais maduro da árvore.
[0222] Em determinadas modalidades, o método para colheita ideal da invenção usa uma combinação de MODE1 e MODE2; MODE1 e MODE3; MODE2 e MODE3; ou MODE1 e MODE2 e MODE3.
[0223] Em determinadas modalidades, o método para colheita ideal da invenção compreende, ainda, uma etapa de gerenciamento de potência dos UAVs. Em modalidades específicas, o gerenciamento de potência compreende o monitoramento do nível de potência de cada UAV e o envio de cada UAV quando for necessário ser recarregado ou substituir suas baterias e, caso surja uma necessidade, p envio de um UAV de substituição para concluir as tarefas do UAV em recarregamento. Em ainda outras modalidades específicas, a substituição de bateria é realizada por uma UAV de potência exclusivo que transporta baterias carregadas para UAVs remotos.
[0224] De forma convencional, a missão de energia é realizada enviando-se um UAV para uma estação de carregamento ou um estação de substituição de bateria. Em modalidades específicas, o método da invenção inclui uma missão de energia que é realizada enviando-se um UAV de potência especial que transporta uma pilha de baterias para o UVA de potência esgotada [Figura 23D e 23E]. Essa é uma forma eficaz para transportar energia para um UAV remove e economiza o tempo de navegação de volta para a estação de carregamento ou para a estação de substituição de bateria. O UAV de potência transporta uma pilha de baterias e pode pousar próximo ao UAV de destino. A substituição de bateria pode ser realizada aterrissando-se um UAV sobre o outro e, subsequentemente, puxando-se a bateria esgotada do UAV e empurrando-se uma bateria completa (marcada com B na Figura 22A e 22B). Em determinada modalidade, o UAV de potência é um UAV de carregamento que pode carregar rapidamente outros UAVs.
[0225] Em determinadas modalidades do sistema e método de gerenciamento de frota da invenção, os diferentes UAVs são enviados para serem carregados quando a potência está abaixo de um percentual predefinido, que é calculado de acordo com a missão específica do UAV e sua distância do ponto de carregamento.
[0226] Em determinadas modalidades, o método para colheita ideal da invenção compreende, ainda, uma etapa de passar as frutas de um UAV de colheita para um UAV transportador de frutas que leva as frutas para um recipiente, sendo que a dita etapa é controlada pela dita estação-base/gerenciador de frota.
[0227] Em determinadas modalidades, o método para colheita ideal da invenção compreende, ainda, uma etapa de alocar uma árvore e gerar uma rota de busca preliminar para cada UAV de colheita por meio da dita estação-base/gerenciador de frota, sendo que o UAV de colheita começa com o conhecimento de ficar voltado para a árvore (centro da árvore e/ou linha de árvores, consultar a Figura 30A), varrer a árvore de acordo com a dada rota e, então, identificar autonomamente a fruta e colhê- la (Figura 30B).
[0228] Em determinadas modalidades, um gerenciador de frota (por exemplo, a estação de controle) aloca para cada UAV uma rota de varredura ao redor de uma árvore-alvo (linha ao redor da árvore na Figura 30A). O UAV fica voltado para o centro da árvore e, durante a varredura, realiza a colheita autônoma (linhas que conectam a linha externa ao redor da árvore à árvore na Figura 30B). Essa colheita autônoma é conduzida de acordo com a seguinte equação (na plantação em que árvores são conectadas e não há vão entre as árvores, uma varredura em ziguezague é realizada):
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[0229] Em determinadas modalidades do sistema e método de gerenciamento de frota da invenção, cada drone no campo (por exemplo, durante o transporte para uma árvore-alvo, durante a colheita, durante o voo para as cestas, etc.) relata sobre a ROI (Região de Interesse). Não só o UAV de varredura (ou UAVs de varredura) envia dados para a estação-base, mas também os UAVs de colheitadeira e os UAVs de âncora. Cada fruta detectada será relatada para a estação principal com seu X,Y,Z, e qualidade de fruta colhida, como dimensões [mm], histograma de cor, maciez e outros fatores de qualidade, juntamente com a posição e sua ID de árvore. Cada drone sabe que o ID de árvore é o alvo, e a estação-base sabe mapear o ID de árvore de acordo com a coordenada. Um grupo de frutas será relatado como a ROI, com a posição X,Y,Z e diâmetro das frutas d. Para cada fruta colhida que foi desconectada com sucesso da árvore, são fixados dados de qualidade da fruta colhida às informações de árvore e são fixadas informações de aos dados da fruta. O drone envia a posição da fruta (XYZ) com suas informações de qualidade para a estação-base principal. A estação-base principal acessa o banco de dados e adiciona as informações de qualidade à entrada XYZ no banco de dados. As informações acumuladas dessa parte do banco de dados são apenas sobre as frutas colhidas (consultar, por exemplo, a Figura 21B).
[0230] O banco de dados gerado pelo gerador de alvo representa as seguintes informações valiosas (Figuras 17 e 21B): Dados acumulados sobre a colheita para cada árvore - a qualidade de suas frutas colhidas e até mesmo a melhor área de cada árvore. Para cada cesta - a qualidade de suas frutas (possibilita a pré-classificação no campo)._Situação de plantação - quantas áreas são encontradas, quantas áreas estão maduras, quantas áreas estão colhidas, em quantas áreas a colheita não é mais necessária. O agricultor pode realizar uma ação corretiva em conformidade.
[0231] A presente invenção fornece, ainda, um sistema de colheita/diluição/poda de frutas que compreende: (a) um sistema computadorizado para mapear um pomar ou um mapa de posição de árvores e seu contorno em uma plantação; e (b) um sistema de gerenciamento para o gerenciamento de frota de veículos aeronáuticos não tripulados (UAVs) autônomos para colheita, diluição ou poda de frutas, sendo que o dito sistema compreende: (i) um ou mais UAVs autônomos aprimorados para colheita de fruta ou diluição de fruta conforme descrito acima no presente documento; (ii) uma estação-base; (iii) opcionalmente, um recipiente de frutas; e (iv) um ou mais fornecedores de energia, sendo que o dito sistema de gerenciamento é usado para: (1) gerenciar uma frota de UAVs, incluindo: UAVs de colheita de frutas, recipientes de frutas, UAVs transportadores de frutas, unidades de âncora, e UAVs transportadores de âncora; e/ou (2) colheita ou diluição de missões com base no amadurecimento da fruta, e não colheita em série linha a linha, árvore a árvore.
[0232] Em determinadas modalidades do sistema de colheita/diluição/poda de frutas da invenção, o sistema computadorizado para mapeamento é projetado para construir um banco de dados do pomar para situação de colheita - e fruta - no mesmo e controlar/possibilitar pelo menos um dentre: (a) uma ou mais unidades de âncora que compreendem um marcador; (b) uma unidade de voo equipada com uma câmera para tirar uma pluralidade de fotografias de uma zona predeterminada; e (c) uma unidade de mapeamento que compreende um processador e uma memória para receber a dita pluralidade de fotografias e: identificar visualmente um ou mais marcadores de unidades de âncora nas ditas fotografias e sua localização geográfica; e mapear árvores identificadas nas ditas fotografias em relação à localização de uma ou mais unidades de âncora identificadas; sendo que uma ou mais unidades de âncora são posicionadas em um ponto-alvo específico dentro da dita zona predeterminada.
[0233] Em modalidades específicas, o sistema de colheita/diluição/poda de frutas da invenção é um sistema multifuncional que pode realizar um das seguintes tarefas: colheita, diluição, poda, espantalho para aves e proteção contra roubo de frutas e equipamentos da plantação.
[0234] Em determinadas modalidades, o sistema de colheita/diluição/poda de frutas da invenção é associado, ainda, a um sistema de irrigação, de modo que rastreie cada situação das frutas, forneça informações sobre a condição de irrigação em cada árvore na plantação e opcionalmente ajuste o regime e a duração de irrigação.
[0235] A presente invenção fornece, ainda, um método para colheita, diluição e/ou poda autônomas de UAV de um pomar que compreende as etapas de: (a) produzir um mapa e um banco de dados preciso com alta resolução e precisão de todas as árvores em um pomar; e (b) colher/diluir/podar idealmente com o uso de uma frota de UAVs que compreende as etapas de: (i) usar o mapa produzido para construir uma representação digital de um pomar em um banco de dados, sendo que o dito banco de dados compreende uma representação multicamada das informações de pomar e frutas; (ii) fornecer tarefas para os UAVs autônomos, por exemplo, UAVs de colheita que tanto colhem frutas quanto fornecem informações da fruta atualizadas para atualizar o dito banco de dados; (iii) atualizar o dito banco de dados durante a colheita/diluição/poda por meio dos dados obtidos de diferentes UAVs no pomar; e (iv) direcionado os ditos UAVs de colheita/diluição/poda de frutas para as frutas que precisam ser colhidas com base no banco de dados gerado e atualizado, sendo que a colheita das frutas por meio dos ditos UAVs de colheita compreende as etapas de: (i) despachar um veículo aeronáutico não tripulado (UAV) autônomo para colheita de fruta em uma plantação; (ii) identificar autonomamente uma árvore ou uma linha de árvores e ficar voltado para a mesma; ou receber a posição e direção da árvore em relação ao UAV de um dispositivo externo; (iii) identificar/detectar de maneira autônoma uma fruta a ser colhida/diluída na dita árvore por uma unidade de detecção de frutas; (iv) manobrar o UAV para acessar e engatar a dita fruta identificada; (v) colher a fruta identificada/detectada; e (vi) repetir as etapas (ii) a (v).
[0236] Em modalidades específicas do sistema de colheita/diluição/poda de frutas da invenção, a etapa de produzir um mapa e um banco de dados precisos com alta resolução e precisão de todas as árvores em um pomar compreende as etapas de: (i) colocar uma ou mais unidades de âncora que compreendem um marcador em um ponto-alvo em uma zona predefinida e obter dados de posição para cada unidade de âncora; (ii) fotografar a dita zona predefinida a partir de uma vista superior; (iii) transmitir ou transferir as fotografias resultantes para uma unidade de mapeamento; (iv) identificar/detectar o dito marcador de cada unidade de âncora nas fotografias; (v) comparar os marcadores detectados nas ditas fotografias com os dados de posição de cada unidade de âncora; (vi) identificar/detectar cada árvore na dita zona predefinida; (vii) construir uma imagem de super-resolução da zona predefinida com o posicionamento exato de cada árvore dentro do pomar; e (viii) gerar um banco de dados para de tarefas agrícolas de colheita ou diluição.
[0237] Na modalidade específica, o método da invenção serve como espantalho para aves e/ou proteção.
[0238] A presente invenção fornece, ainda, um banco de dados acumulado que guarda a situação diária de uma plantação, sendo que a dita situação diária é recebida de diferentes UAVs autônomos na plantação e de um sistema de irrigação. Esse banco de dados da invenção pode ser usado para realizas a seguinte análise: a produção é a qualidade de frutas colhidas e a qualidade de frutas antes da colheita; tratamento de entrada de árvores como diluição, poda, espantalho, irrigação. Esse banco de dados possibilita análise de aprendizado profunda da conexão entre a qualidade da fruta no dia em que foi colhida e os tratamentos que as árvores receberam, possibilita ações corretivas em uma base diária e possibilita conclusões agronômicas como qual a melhor maneira para podar a árvore, qual a melhor maneira para diluir a árvore, qual a melhor maneira para irrigar a árvore.

Claims (15)

1. Veículo aeronáutico não tripulado (UAV) autônomo para colheita ou diluição de frutas caracterizado por compreender: i) um sistema de computação que compreende uma memória, um processador; ii) uma unidade de colheita de frutas; iii) uma fonte de alimentação; iv) um sistema anticolisão; v) uma unidade de detecção de frutas adaptada para calcular a posição de uma fruta em relação ao UAV; e vi) uma gaiola reticulada projetável adaptada tanto para proteger as hélices do UAV quanto para empurrar galhos e folhas; sendo que: - o dito sistema anticolisão impede a colisão entre o dito UAV e obstáculos, possibilitando, assim, a navegação, o voo e a manobra autônomos do dito UAV em direção a uma localização-alvo predeterminada; - o dito UAV usa informações da posição da fruta recebidas da unidade de detecção de frutas a fim de manobrar o dito UAV e posicionar a unidade de colheita em um lugar em que possa colher a fruta identificada; - a dita gaiola é adaptada para auxiliar o processo de colheita, protegendo as hélices do UAV, bem como empurrando galhos e folhas para fora para possibilitar que o UAV penetre na copa/folhagem e alcance a fruta no interior e/ou fornecendo-se um contraempurrão ao puxar a dita fruta de um galho pela unidade de colheita.
2. UAV, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a dita unidade de colheita de frutas ser: (i) um corpo ou gaiola fixo, sem dobradiças, de modo que a manobra da unidade seja realizada manobrando-se o UAV inteiro; ou (ii) um braço de colheita exclusivo projetado para segurar a referida fruta, em que o referido braço de colheita de fruta atravessa uma abertura exclusiva dentro da dita gaiola reticulada.
3. UAV, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o dito braço de colheita ser: (i) um braço fixo sem dobradiças, de modo que a manobra do braço seja realizada manobrando-se o UAV inteiro; (ii) móvel, de modo que a manobra do braço seja realizada manobrando-se o UAV inteiro e/ou o próprio braço; ou (iii) um tubo oco com um fio que o atravessa que tem um laço em sua extremidade, de modo que o laço possa agarrar o caule de uma fruta e puxar ou cortar a fruta.
4. UAV, de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado por o dito braço de colheita compreender: (i) dois laços de fio que, quando empurrados contra uma fruta, engolfam-na até que os laços acessem o caule e, assim, possibilite que o UAV puxe a fruta; (ii) um mecanismo de agarramento/aperto de frutas; ou (iii) uma unidade de corte de frutas para auxiliar na remoção da fruta do galho.
5. UAV, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a dita unidade de colheita ser uma abertura na dita gaiola reticulada adequada para engolfar uma fruta, e que compreende, ainda, (i) um mecanismo de preensão para reter/prender a dita fruta no lugar depois de engolfar a fruta, enquanto o UAV puxa a fruta do galho; e/ou (ii) uma unidade de corte para cortar a dita fruta para auxiliar no destacamento da fruta do galho.
6. UAV, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender, ainda, um sistema de visão, e, juntamente com o dito sistema de computação, controlar o movimento do UAV e/ou braço de colheita até que a dita unidade de colheita agarre a dita fruta ou seu caule.
7. UAV, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por o dito sistema de computação compreender, ainda, um algoritmo para determinar a qualidade de uma fruta com base na medição de peso de fruta calculada de acordo com o consumo atual de máquinas motrizes e/ou de acordo com medições de unidades de medição peso-força adicionais localizadas na gaiola.
8. UAV, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por a dita gaiola reticulada ser uma gaiola reticulada tátil que compreende sensores de pressão para medir forças aplicadas na gaiola e/ou; pelo menos duas unidades de medição de inércia (IMU) para medir a aceleração da gaiola e do UAV.
9. UAV, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por a dita gaiola reticulada também servir como uma rede de coleta para coletar as frutas colhidas.
10. UAV, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado por a fonte de alimentação estar: (i) fora do centro para fornecer equilíbrio ao UAV; e/ou (ii) móvel de modo a possibilitar o ajuste constante do equilíbrio do UAV durante a colheita.
11. UAV, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por compreender ainda: (i) um braço de empurramento adicional projetado para empurrar um galho para longe enquanto a dita unidade de colheita puxa a fruta na direção oposta, possibilitando, assim, puxar uma fruta de um galho aplicando força sobre o próprio UAV; (ii) uma máquina motriz vertical para auxiliar no puxamento do dito UAV para trás durante o puxamento de uma fruta de um galho; e/ou (iii) uma unidade de posicionamento.
12. UAV, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender, ainda, pelo menos um dentre: - um sistema de visão, que é projetado para atingir uma fruta, e juntamente com o dito sistema de computação, controlar o movimento do UAV e/ou braço de colheita até que a dita unidade de colheita agarre a dita fruta ou seu caule; - uma câmera ou espelho adicional para inspecionar a fruta a partir de uma direção adicional; - uma rede de coleta para coletar frutas colhidas; - um braço de empurramento adicional projetado para empurrar um galho para longe enquanto a dita unidade de colheita puxa a fruta na direção oposta; - uma máquina motriz vertical para auxiliar no puxamento do dito UAV para trás durante o puxamento de uma fruta de um galho; e - uma unidade de posicionamento, sendo que: - o dito sistema de computação compreende, ainda, um algoritmo para determinar a qualidade de uma fruta e/ou para possibilitar que o UAV seja completamente independente/autônomo; - o dito algoritmo para determinar a qualidade de uma fruta usa a medição de peso de fruta calculada de acordo com o consumo atual de máquinas motrizes e/ou de acordo com medições de unidades de medição peso-força adicionais localizadas na gaiola; - a dita gaiola é uma gaiola tátil que tem formato cônico a fim de auxiliar na penetração na copa/folhagem empurrando-se folhas e galhos para fora à medida que o UAV se move para frente, e sendo que compreende sensores de pressão para medir as forças aplicadas sobre a gaiola, de modo que o UAV tenha capacidade para puxar uma fruta de um galho sem aplicar força sobre o próprio UAV, sendo que a dita colheita é realizada sem danificar a fruta e/ou quando o caule da fruta está oculto.
13. Sistema para colheita de frutas caracterizado por compreender: (i) pelo menos um UAV, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 13; (ii) uma unidade de controle para coordenar o dito pelo menos um UAV e para coordenar a colheita de frutas maduras; e, opcionalmente, (iii) pelo menos uma unidade de âncora para determinar as margens de um pomar a ser colhido.
14. Método para colher frutas caracterizado por compreender as etapas de: a) despachar um veículo aeronáutico não tripulado (UAV) autônomo para colheita de frutas, conforme definido na reivindicação 1, em uma plantação; b) identificar de maneira autônoma uma árvore ou uma linha de árvores e ficar voltado para a mesma; ou receber a posição e direção da árvore em relação ao UAV a partir de um dispositivo externo; c) identificar/detectar de maneira autônoma uma fruta a ser colhida na dita árvore por meio de uma unidade de detecção de frutas; d) manobrar o UAV para acessar e engatar a dita fruta identificada; e) colher a fruta identificada/detectada; f) repetir as etapas (b) a (e); g) entregar a(s) fruta(s) colhida(s) em uma área de coleta de frutas; e h) realizar uma análise de qualidade e classificação das frutas colhidas para recipientes apropriados, sendo que a fruta a ser colhida é uma fruta de casca mole e o método de colheita não danifica a pele e/ou polpa da fruta.
15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por compreender, ainda, pelo menos uma das seguintes etapas: - entrega da fruta colhida (ou frutas colhidas) a uma área de coleta de frutas; - transporte da fruta colhida (ou frutas colhidas) pelo UAV sem deixar a fruta cair e provocar possíveis danos à mesma; - criação de uma força contrária empurrando-se a árvore/galho, sendo que a dita força contrária é controlada para projetar a folhagem e acessar as frutas imersas na folhagem; - carregamento do UAV de colheita por meio de uma estação terrestre enquanto a mesma descarrega a fruta (ou frutas); - cálculo dos vetores de escape do UAV medindo-se e calculando-se a força física integrando-se a força física com a força virtual; e - entrega da fruta colhida a um recipiente, sendo que: - a geração de uma força de puxamento durante a colheita não afetaas máquinas motrizes horizontais do UAV; - a manobra do UAV para acessar a fruta e engatar com a mesma érealizada por meio de navegação de circuito fechado, para mover um braço fixo ou um braço móvel, controlando-se as máquinas motrizes de UAV para engatar o braço com a fruta; e - a etapa (e) da colheita da fruta identificada/detectada é realizada puxando a fruta da árvore por gravidade, ou seja, reduzindo a força de elevação do UAV e permitindo que a gravidade puxe o UAV e a fruta agarrada assim para baixo e/ou puxando a fruta usando a força do motor.
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