CN102006771A - 移除作物的一部分的设备和方法 - Google Patents

Abstract

分离作物的一部分的设备和方法。通过使用包括如切割刀片(8)等的分离装置的结构来夹紧作物的一部分。通过使用两个滚筒(3)执行作物的一部分的夹紧，作物的一部分被接纳在两个滚筒之间。随后作物的一部分在滚筒之间被夹紧，这种结构沿着作物的一部分移动至将作物的一部分与作物的其余部分分离的最佳位置。

Description

移除作物的一部分的设备和方法

本发明涉及用于将例如叶子或果实等作物的一部分从作物的其余部分移除的设备。本发明涉及例如从西红柿、黄瓜等作物移除叶子、果实等。为达到这个目的，现有技术中存在各种提议，用于通过使用与切割系统连接的机械臂移除叶子、果实等。使机械臂移入作物中并应用视觉(vision)技术，以在期望点处实现作物与作物的相关部分之间的分离。

然而，常常出现不太可能在期望点处使作物的一部分与作物的其余部分分离的问题。

例如，在西红柿及其他作物的情况下，期望尽可能接近主茎地移除叶子。这意味着，必须在尽可能接近叶子的柄与主茎的连接处切除叶子的柄。如果带有切割刀片的机器人移动穿过作物时，它通常不可能到达这种位置。如果在臂上施加力以达到目前所需的位置，通常只会导致主茎被推向一边。这意味着作物遭受不良负荷，并且不能实现预期目标，即到达最佳分离位置。

从GB 673306得知用于收割茶叶的收割设备，其中作物的上部被卷入(engage)两个滚筒之间并倾斜。然后在作物相关部分的较低位置执行切割。通过在两个滚筒之间夹住作物的一部分，切割设备的位置不变。

本发明的目的是提供一种方法和设备，通过该方法和设备能够以尽可能好的方式到达期望分离点，在其之后能够实际地在所述点处执行分离。

使用上述设备实现这个目的，以所述部分的切割点位于夹持部(nip)的延伸中的方式连接切割装置。

根据本发明，作物的相关部分被卷入，然后例如刀片等的分离装置相对于作物的这个部分移动。这是正向的移位，即意味着具有夹紧装置(末端执行器)的机器人能够进一步朝向主茎移动，但是也能够拉动柄以更接近具有末端执行器的机器人(或两者的结合)。然而，在这两种情况下，获取作物本身的部分作为选择可能切割位置的参考点。因此，不再出现不能在所需的分离点处夹紧作物的一部分的情况。根据本发明，作物不会被切断或倾斜，并且切割发生在作物移入挤压部的方向。切割优选地发生在位于主茎与夹持部之间的点处，即夹持部的上游。为此，在该操作期间，切割装置优选地被定位在设备的放置方向上，夹持部的前面。

根据本发明的具体实施方式，在例如通过切割或修剪等分离后，相关作物部分没有被释放，而是被有效地处理。

可旋转元件可具有任何可能想到的形状。因此，它们能够被构造为椭圆形(elliptically)。滚筒还能够被构造为圆柱形并且设置有平坦剖面。滚筒优选地由柔性材料构成。如果应用滚筒的平坦剖面(flat-sectioned)实施方式，那么由于两个滚筒的平坦剖面部分彼此相对地放置，所以滚筒之间出现了间隙，柄部分能够被该间隙所接纳。在滚筒旋转期间，在滚筒之间的柄部分被滚筒包住并被牢固地保持。随后，能够发生如上所述的柄部分关于连接有滚筒的臂的运动。通过达到最大夹紧力，或者通过达到邻接，确定结束位置、即作物的一部分关于滚筒移动的结束。滚筒的旋转优选地是不连续的。

在第一种情况下，特别在对称构造的滚筒的实施方式中，如具有平坦剖面部分的滚筒，持续旋转到最大，直至不再有卷入动作发生。在第二种情况下，例如能够通过滚筒的电动机中的能量消耗来测量作物的一部分的最大夹紧力。如果能量消耗超过给定的最大值，那么不再发生作物的一部分和滚筒的进一步运动。

滚筒优选地通过机械装置被共同地连接。

为了进一步固定叶子部分，在滚筒之间夹持部的延伸(extension)中存在用于在其一侧或多侧接纳柄部分的容纳部，其中柄部分将在该处被接纳。容纳部中的一个被实施为使其能够与刀片的刀刃协作，从而能够在期望点处从主茎移除柄部分。这个刀片，更具体地其外刃，基本平行于滚筒的中心线延伸。

然而，还能够在两侧连接刀片或任何其他分离装置，使得结构能够被容易地安置在关于叶子的柄或果实的最可能好的位置。滚筒的驱动装置优选地位于中央，并且与滚筒相隔相当远的距离，例如20厘米的距离。

然而，应该理解的是，上述实施方式只是示例性的。可以以任何可能想到的方式构造滚筒的驱动装置或者其他电气元件。

根据本发明的更特别的实施方式，滚筒具有基本相同的直径，更特别地，几乎一致。

本发明能够允许以特定方式修剪(叶子)柄。

可以以任何可能想到的方式构造连接有夹紧装置的机器人。实施例包括(伸缩的)机械臂，通过三个轮辐(spoke)操作的机器人等等。

图1a至1c示出了分离叶子的实施例的示意性的立体图；

图2示出了需要在根据本发明的示意性示出的配置的帮助下移除叶子部分的多个茎；

图3示出了根据本发明的在接纳柄元件期间的臂；

图4示出了根据本发明的在夹紧柄元件期间的去除装置；

图5示出根据本发明，在柄部分的夹紧运动期间，根据本发明的分离装置；以及

图6示出了通过根据本发明的设备从主茎切割柄元件。

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、许多通过柄13连接至主茎的叶子14、以及果实19。应该理解的是，根据讨论的作物，主茎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。

这种移除不仅包括柄和茎的分离(例如通过切割或修剪)，还包括叶子和柄的移除，由此实现与作物的分离。

随后，发生图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的示意性描绘的分离操作。

随后，发生图1c中所示的情形。这里，照相机16辨别位于上方的果实19与叶子14之间的差别，并且随后根据箭头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。

在图2中，示出了根据本发明的作为实施例的(机器人)臂1。其包括了容纳将在下文中描述的各个部件的框架2。两个滚筒元件3彼此相对地被布置。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，这在滚筒元件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。

每个滚筒元件经由轴5连接至齿轮6。齿轮6相互啮合，由此确保滚筒元件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。当滚筒元件旋转时，间距23减小直至滚筒元件的外表面相互抵靠。滚筒元件优选地包括如橡胶材料等的可变形材料，从而使位于滚筒元件之间的作物部分(如将在下文中描述的柄的一部分)以牢固的方式被夹紧。

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。对于本分离设备，只有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设备的示意性布置。该设备包括具有自身驱动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，在这个示例中，只有彼此相邻放置的两个照相机是有效的。而且，根据本发明的臂1安装在这个推车上，并且关于具有滑行式(sled)结构27的推车可移动。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。这种观察以锥形的形式执行。然后通过视觉技术，确定待被移除叶子的柄所在的位置。随后通过控制单元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运动都是可能的，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、即以最可能夹紧柄13的方式靠近柄13。这通常靠近叶子14与主茎12之间的连接处。滚筒元件处于图1所示的位置，即，在滚筒元件之间具有相对大的开口23。柄被接纳在这个开口和容纳部7中。虽然这个位置是对于夹紧柄来说是最佳的，但是这个位置不是用于将柄与主茎分离的期望位置。为此，必须选择更靠近主茎12的点。为了实现这个目的，随后使滚筒元件在控制单元17的帮助下旋转。这导致在滚筒元件之间的挤压部(pinch)23减小，直至柄被最终夹紧。这在图5中示出。通过进一步旋转，柄上的夹紧动作拉动柄。发生这种情况直至设备与茎接触。

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。

当臂已经到达柄上的、用于将柄与主茎12分离的最佳位置时，如图6所示执行切割。位于最接近主茎的刀片8用于此目的。柄仍然保持在两个滚筒3之间的挤压部中。随后使臂从作物移开，通过再次使滚筒3旋转来释放叶子。例如在收割果实时，在果实与作物的其余部分分离之后，例如在将果实放置在保持装置中之后，可以使其他刀片被有效地利用。这使得能够移除果实的、夹紧在滚筒元件之间的压碎的柄部分。

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 (15)

1.用于将作物的一部分与该作物分离的设备(1)，所述作物的一部分例如为果实或叶子，所述设备(1)包括：承载装置(2)，设置有用于所述作物的一部分的夹紧装置(3)；以及用于所述作物的一部分的切割装置(8)，所述夹紧装置包括彼此相对布置的可旋转元件(3)，在所述可旋转元件之间，夹持部(23)被限定为用于接纳待被移除的所述作物的一部分，其特征在于，所述切割装置(8)被布置为使得所述作物的一部分的切割点位于所述夹持部的延伸中。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述可旋转部件包括滚筒元件。

3.如权利要求2所述的设备，其中，所述滚筒元件包括平坦剖面部分。

4.如权利要求2或3所述的设备，其中，所述滚筒元件是椭圆形的。

5.如任一前述权利要求所述的设备，其中，所述切割装置包括可移动刀片，所述可移动刀片的刀刃(22)能够沿着所述夹持部(23)的所述延伸移动。

6.如权利要求5所述的设备，包括相互间隔的两个切割刀片。

7.如任一前述权利要求所述的设备，其中，引导件(7)设置在用于待被移除的所述部分的所述夹持部的投影的切线上。

8.如任一前述权利要求所述的设备，其中，所述可旋转部件(3)的驱动装置被布置为与所述可旋转部件相距至少20cm。

9.如任一前述权利要求所述的设备，其中，所述承载装置包括机器人的可移动部件。

10.用于将作物的一部分与该作物分离的方法，所述作物的一部分例如为果实或叶子，所述方法包括在靠近所述作物的主茎的点处，卷入所述作物的一部分，并且通过切割装置将所述作物的一部分与所述作物分离，其特征在于，在夹紧所述作物的一部分之后，在执行分离之前，所述切割装置关于所述作物的一部分移动。

11.如权利要求10所述的方法，其中，所述作物的一部分通过柄连接到所述作物的所述主茎，所述分离包括将分离装置定位到靠近所述主茎的所述柄。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述定位包括：当所述作物的一部分被夹紧时，所述作物的一部分朝向所述分离装置移动。

13.如权利要求10至12中任一项所述的方法，其中，所述分离包括切割或修剪。

14.如任一前述权利要求所述的方法，其中，所述作物的一部分在其分离后仍然被夹紧，并被运离所述作物。

15.如权利要求10至14中任一项所述的方法，其中，所述分离包括在两个间隔的位置处的分离。

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