CN102006770B - 用于从作物上移除叶子的方法和装置 - Google Patents

Abstract

移除作物的一部分，例如叶子(14)的方法和装置。为此，利用视觉技术从下方位置接近作物，从下方观察从该位置突出的茎(12)和各部分。基于观察到的图像的数量，控制臂并使其向着相关的柄(13)移动。该移动主要平行于柄并且从下方的邻近位置进行。当接近柄(13)时，所述柄(13)位于两个旋转部分(3)之间的开口内。借助于旋转抓取柄，并使柄相对于臂移动，从而向着臂操纵柄的切割点。随后切除柄(13)并除去叶子。

Description

用于从作物上移除叶子的方法和装置

本发明涉及用于移除具有中央柄的作物部分，例如叶子的方法，其包括利用视觉技术以机器人臂接近所述部分，通过所述臂抓住作物的所述部分并通过所述臂移除该部分。

从NL 102 47 02可获知这种方法。其中，位于推车上的臂向着作物的主茎移动。所述臂，尤其是安装在臂上的切割刀片，在主茎周围进行抓取，具有刀片的臂随后沿着主茎向上移动，移除所有从主茎突出的叶柄。虽然该方法就移除叶子而言是有效的，但是显然没有在最可能的位置切除叶柄。

NL 2000333描述了一种移除叶子的方法，其中叶柄被用作在该方法中使用的装置的向导。

从现有技术中可获知用于移除作物的一部分的其他方法，例如在侧面接近作物，并且随着操作的进行，基于所感应的力将切除臂移动至作物中。

这些技术具有以下缺点，即需要大量软件来关于切割过程做出正确的决策，并且由于其复杂性，单位时间移除的作物部分的数量不足以使该技术与手动移除叶子相比具有竞争力。

可在马铃薯和/或黄瓜中找到移除作物的一部分的示例。对于马铃薯而言，目标是从果实之间移除叶子。这防止了疾病的产生，并促进了作物其他部分的生长。在其他作物中，类似的或其他的原因也要求移除叶子。

本发明的目的在于提供一种可以以相对快速而有效的方式从作物上移除作物的一部分的方法，例如移除叶子或(较小的)嫩枝。

此外，本发明的目的在于能够利用相对简单而结实的装置以相当快的速度移除叶子，既与所应用的电子装置有关也与机械装置有关。这涉及前述的在果实下方发现的叶子以及在作物的其他部分上发现的叶子，而果实却不受影响。

该目的是利用从作物上移除叶子的方法实现的，所述方法包括：利用视觉技术从较低位置观察作物的叶子以确定待移除的叶子，通过剥去装置移除所述叶子，其中所述移除包括接合所述叶子或其叶柄，将所述叶柄与所述作物的中央茎分离以及携带所述叶子离开所述作物，在移除所述叶子之后重复观察所述作物，利用所述视觉技术确定待移除的下一个叶子并移除所述下一个叶子。

根据本发明，例如利用照相机从下方或者从另一起始点观察作物。这意味着，与先前公知的方法相反，照相机不再移动到浓密的作物中，而只是从作物下方(倾斜地)观察作物。随后，确定移除哪个叶子，优选移除最下方的叶子，可以利用现有技术中某些公知的方式从作物的主茎上剥去该叶子。在执行该操作时，重要的是并非在将单独的叶子从主茎上剥去之后简单地释放这样被移除的叶子，而是以某种想得到的方式从作物的附近移除叶子。从作物的附近移除叶子可包括在最邻近作物的地方收集叶子，以及将收集的叶子运输到为此目的而提供的容器中。随后，出现新的情况，其中所关心的叶子已从作物上移除。在此基础上，再次从下方观察作物，相关的照相机然后可以毫无障碍地看到下一个被认为需要移除的叶子。因此，能够以相对简单的分离方式移除下一个叶子。这样，从下方邻近的位置，逐步从作物上剥去叶子，其中，对于识别叶子而言，与照相机相关的借其控制剥去装置的视觉技术总是处于最优情况下。能够通过例如引入深度、以及其他能够区分最下方的叶子相对于剩余叶子的位置的特征来进一步优化这样情况。还可以在较高的位置开始移除叶子，并从该位置向上工作。在这种情况下，仅能够移除有限数量的叶子等。

利用本发明，不仅可以以上述方式从下方从作物上移除叶子，而且如果作物彼此之间靠的很近的话，可以在向上移动时从其他作物上移除叶子。那意味着，相比于完全在作物的茎上定向的系统，利用本发明可以采用视觉技术进行观察，并且在从作物下方观察时从相邻作物上逐个移除叶子。由于可以基本上毫无障碍地看到所关心的叶子，并且经常是周围环境中最下方的叶子，所以能够以最优的、不受干扰的方式进行移除，因而能够使得相关的自动化相对简单。

此外，能够按照以下方式发展所采用的视觉技术，即将叶子与作物的其他部分(例如果实)区分开来。在这种情况下，不能够剥去果实，却能够剥去与果实靠的很近且位于果实周围的叶子

由于在中央茎的不同侧发现叶子是极为可能的，所以例如如果从水平面上从不同位置向上(倾斜地)观察作物，则利用照相机进行的观察能够得到显著地改善。如果构成剥去装置的一部分的机器人在照相机的视线内移动，那么这一点可以得到进一步改善。由于从下方并且向上从作物上剥去叶子，所以能够使分离装置更加紧凑，因而更加结实或快速，因为剥去装置不必延伸穿过浓密的作物。

优选地，在靠近叶柄到中央茎的附接处的位置进行叶子，尤其是其叶柄的剥去。这一点例如可以通过允许分离装置首先抓住叶子并随后朝向中央茎沿着叶子，并且可以沿着叶柄朝向叶柄附接到中央茎的点，尽可能远的移动分离装置来实现。随后可以通过分离装置与中央茎的接触来启动剥去动作。此外，根据发明的一个有利的实施方式，作物的其他部分，例如果实，在不遭到毁坏的情况下被推到旁边。

根据本发明，基本上不与中央茎相接触，除了在从叶子向着中央茎移动以找到叶子的茎和作物茎的最佳剥去位置时。上述剥去方法能够以任何想得到的方式执行，例如通过切割或修剪，所述方法能够连续地执行并且无需进一步的监督。此外，不会接触到用于捆绑作物的线，因为从叶子的位置而不是从中央茎的位置进行叶子的剥去。能够以简单的方式执行所述方法，并且能够从小路(pathway)对其进行控制。通过从两侧进行工作，能够确保从各侧接近作物，并且能够从任何给定的位置移除叶子。视觉技术被提供有用于切割叶叶柄和茎的简单软件。可以向这种软件中增加信息，例如对某些果实的识别，叶叶柄和茎等的附接点。根据发明的进一步的实施方式，剥去装置可配备有照相机等，以检查是否实际接近叶子及其叶柄以及是否从中央茎将其剥去。如果剥去装置在观察的视线内移动则可实现进一步简化。如果预见到障碍物，则这一点是有其有利的。以这种方式能够防止任何这种问题。

根据上述描述，显然当前选择的方法能够非常简单且健壮地实现，并且剥去操作也能够以特别简单的方式执行。

此外，本发明涉及用于从作物上移除叶子的装置，其包括：用于从下方邻近位置观察作物的照相机，连接到所述照相机的中央处理单元，其包括用于确定待移除的叶子的视觉技术，以及其上安装有剥去装置的移动推车，可从所述中央处理单元控制所述移动推车，以抓住、剥去和移除叶子。此外，还可以将照相机和/或中央处理单元布置在推车上。然而，还可以将照相机布置在静止位置，例如用于连续监控作物的生长和上面具体指出的应用。另外，可以利用多个剥去装置和例如两个照相机管理两个位置。

将根据附图中示出的典型的实施方式详细地阐述本发明，其中：

图1a至1c示出了根据本发明剥去叶子的实施例的示意性的立体图；

图2示出了需要利用根据本发明的示意性示出的组件移除叶子部分的多个茎；

图3示出了根据本发明的在接纳叶柄元件期间的臂；

图4示出了根据本发明的在夹紧叶柄元件期间的剥去装置；

图5示出根据本发明，在叶柄元件的夹紧运动期间，根据本发明的剥去装置；以及

图6示出了利用根据本发明的装置从主茎切割叶柄元件。

参照图1a至1c将更加详细地示意性描述根据本发明的方法。

作物11在图1中示出，其包括中央茎12、许多通过叶柄13连接至中央茎的叶子14、以及果实19。应该理解的是，根据作物，中央茎11能够具有任意可能想到的形状，作物的其他部分也是如此。给出了示意性描绘的照相机16，而箭头25表示分离操作。

如从图1a明显可见，照相机16被(倾斜地)定位在作物的下方(例如，以45°角)。从下方观察作物，如图16明显可见，照相机看见第一、最低的叶子14。分离装置随后移入照相机16的视野中以将作物最低的叶子14的叶柄13移除，分离装置的示例将在下文中给出。

这种移除不仅包括从茎剥去叶柄(例如通过切割或修剪)，还包括叶子和叶柄的移除，由此实现与作物的分离。

随后，出现图1b中所给出的情形。当照相机16操作时，接着相对于图1a中的情形无障碍地观察下一个叶子14。如箭头25所指示的，再次执行相关叶子25的示意性描绘的剥去操作。

随后，出现图1c中所示的情形。这里，照相机16区分位于上方的果实19和叶子14，并随后根据箭头25移除叶子14，而不移除果实19。以这种方式逐步地将叶子从作物去除，直至达到叶子移除的期望程度。应该理解的是，能够使用不同的照相机16。

应当理解，在图1b所示的情形中，观察到下一个叶子14，下一个叶子14也可附接至另一作物11的中央茎。事实上，由于通过照相机16的观察是从下方进行的，与这种中央茎无关，因此从下方邻近的位置开始并通过向上工作而执行上述操作，使得与想要移除的叶子附接到哪个中央茎是基本无关的。

在图2中，示出了根据本发明的作为实施例的(机器人)臂1。臂1包括框架2，框架2包括将在下文中描述的各个部件。两个滚筒部分3彼此相对地布置。滚筒是不完整的，而是均设置有凹陷4。在如图1所示的位置中，这在滚筒部分3之间产生了相当大的间隙，如图1所示，这个间隙由数字23表示。这个间隙在两侧由容纳部7所限定。

每个滚筒部分经由轴5连接至齿轮6。齿轮6相互啮合，由此确保滚筒部分3的同步旋转。存在没有详细描述的公共驱动电动机，其通过控制单元来控制，所述控制单元在此没有描述而在下文中描述。当滚筒部分旋转时，间距23减小直至滚筒部分的外表面相互抵靠。滚筒部分优选地包括如橡胶材料等的可变形材料，从而使位于滚筒部分之间的部分(如将在下文中描述的叶柄的一部分)以牢固的方式被接合。

一个或两个容纳部7被构造为使得具有刀刃22的刀片8能够沿着容纳部7往复运动。例如，通过气压缸9来驱动用于刀片8的驱动单元，气压缸9也由未在此示出的控制系统17控制。臂1呈细长形状，并且具有纵向轴21。应该理解的是，这里所描述的臂只是示例性的。例如，它能够被构造为伸缩式，但也能够形成任何其他可移动结构的一部分。对于本剥去装置，臂的末端部分及其驱动系统是最重要的。

图3示出了根据本发明的装置的示意性布置。该装置包括具有自身驱动26的推车10，如管轨式(pipe-rail)推车。三个照相机16被布置在推车上，只有彼此相邻放置的两个照相机是有效的。而且，根据本发明，臂1安装在该推车上，并且可关于滑行式(sled)结构27移动。从图3中明显可见，臂1的操作范围近似地对应于照相机16的操作范围，使得通过照相机16将观察到妨碍臂1的任何障碍。

根据本发明，使推车10沿箭头18的方向移动至作物之一的主茎12下面。然后照相机16被激活，并从下方观察作物。这种观察是以锥体的形状进行的。在视觉技术的帮助下，确定待被移除叶子的叶柄所在的位置。随后通过控制系统17操作臂7。应该理解的是，存在机械装置(未示出)以使臂7在垂直方向移动一定距离。还能够以某一角度操作。同样地，所有其它可能想到的位移都是可能的，如关于水平轴线和垂直轴线的旋转以及沿着纵向轴线的平移。

图4更详细地示出了上述结果。臂1以最佳方式、即以最可能接合叶柄13的方式靠近叶柄13。这通常靠近叶子14与主茎12之间的连接处。滚筒部分处于图1所示的位置，即，在滚筒部分之间具有相对大的间隙23。叶柄被接纳在这个开口和容纳部7中。虽然这个位置是对于抓住叶柄来说是最佳的，但是这个位置不是用于从主茎上剥去叶柄的期望位置。为此，必须选择更靠近主茎12的位置。为了实现这个目的，随后利用控制系统17使滚筒部分旋转。这导致在滚筒部分之间的间隙23减小，直至叶柄被最终抓住。这在图5中示出。在进一步旋转时，叶柄上的夹紧将拉动叶柄。发生这种情况直至装置与茎接触。

通过这种运动，作物的其他部分在不被损坏的情况下被推开。

当臂已经到达叶柄上的、用于从主茎12上剥去叶柄的最佳位置时，如图6所示执行切割。最接近主茎的刀片8用于此目的。叶柄仍然保持在两个滚筒3之间的夹持部(nip)中。随后使臂从作物移开，通过再次使滚筒3旋转来释放叶子。

阅读完前文之后，本领域的技术人员将容易想到可替换的实施方式。这些可替换的实施方式都落入所附的权利要求的范围和精神之中，并且根据前文描述是明显可见的。例如，滚筒可具有椭圆形。

Claims (16)

1.用于从作物(11)移除叶子(14)的方法，包括：利用视觉技术从下方观察作物的第一叶子以确定待移除的第一叶子，其中从水平面上从不同位置向上观察作物，所述观察是以锥体的形状进行的，通过剥去装置移除所述第一叶子，其中所述移除包括抓住所述叶子或其叶柄，从作物的中央茎剥去所述叶柄以及携带所述叶子离开所述作物，在移除所述叶子之后从所述作物的下方重复观察，利用所述视觉技术确定随后待移除的下一个叶子并移除所述下一个叶子，其中，从下方邻近的位置开始并通过向上工作而逐步从作物上剥去叶子，直至达到叶子移除的期望程度，其中所述剥去装置在所述观察的视线内移动。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述视觉技术用于区分叶子与作物的另一部分，其中所述作物的另一部分被排除在移除操作之外。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述视觉技术用于区分叶子与作物的果实，其中所述果实被排除在移除操作之外。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述观察包括从一个水平面中的两个不同位置观察。

5.如权利要求1所述的方法，其中，抓住/剥去所述叶子或叶柄包括抓住所述叶子或叶柄并在紧靠近所述茎的位置从所述茎剥去叶柄。

6.如权利要求5所述的方法，其中，在抓住所述叶子之后，用于剥去叶柄的剥去装置将所述中央茎朝向所述剥去装置移动。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述中央茎的移动一直持续到与所述剥去装置接触。

8.如权利要求1所述的方法，其中，剥去所述叶子或叶柄包括将作物的其他部分推到旁边。

9.如权利要求1所述的方法，其中，用于剥去所述叶子的剥去装置在不与中央茎先接触的情况下剥去所述叶子。

10.如权利要求1所述的方法，其中，所述剥去包括在彼此相距一定距离的两个叶柄位置进行剥去。

11.如权利要求1所述的方法，其中，所述剥去包括切割或修剪。

12.如权利要求1所述的方法，其中，所述剥去装置根据照相机的视线移动。

13.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一叶子以及随后的叶子生长在不同作物上。

14.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述剥去装置上提供有传感器，通过所述传感器能够校正剥去装置关于叶子的位置。

15.用于从作物上移除叶子的装置，包括：用于从下方观察作物的照相机，连接到所述照相机的中央处理单元，其包括用于确定待移除的叶子的视觉技术，以及其上安装有剥去装置的移动推车，可从所述中央处理单元控制所述移动推车，以抓住、分离和移除所述叶子，其特征在于两个照相机布置在不同位置，并且多个剥去装置与所述两个照相机配合操作，其中，所述两个照相机彼此相邻放置，用于引入深度以便区分最下方的叶子相对于剩余叶子的位置，并且其中，剥去装置能够在所述照相机的视线内移动，所述两个照相机被布置为从水平面上从不同位置向上观察作物并且以锥体的形状进行所述观察。

16.如权利要求15所述的装置，其中所述照相机和所述中央处理单元安装在所述推车上。