CN110248536B - 机器人收获系统 - Google Patents

Abstract

一种示例系统包括真空发生装置、机械臂和联接到机械臂的收获装置。收获装置包括：末端执行器，其具有入口；真空管，其联接到端部执行器的入口和真空发生装置，其中真空发生装置被构造成在真空管中产生真空环境；出口机构，其联接到真空管；和减速结构，其被构造成使已经穿过真空环境的至少一部分的果实减速。

Description

机器人收获系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年9月21日提交的名称为“用于机器人收获的末端执行器（EndEffector for Robotic Harvesting）”的美国临时专利申请第62/397,456号的优先权，该申请的全部内容通过引用结合于此，如同在本说明书中完全阐述一样。

技术领域

本发明涉及机械化果实收获，特别涉及一种果实收获机器人系统。

背景技术

果实采摘和收获仍然主要是手工操作。在诸如苹果、梨、杏、桃子等果实长在树上的果园里，农场工人可以移动梯子靠近树，爬上梯子，摘下果实，然后将果实转移到像篮子一样的临时仓库。在工人摘下那个地方的所有成熟果实之后，工人爬下梯子，将梯子移动到另一个地方，然后重复该过程。该过程对劳动力的要求很高，这导致操作成本很高，从而降低了农民的利润。

依靠体力劳动也可能有其他风险。例如，工人生病或其他不能出工情况可能会影响劳动力供应。作为另一示例，缺乏未受过培训的工人会导致果实处理不当或错误。虽然采摘果实似乎需要低技能和低培训的工人，但熟练的农场工人每秒钟可能采摘多达两个果实，并且由于损坏造成的损失相对较低，而未经培训的工人可能工作速度明显较慢，并且可能由于果实损坏造成更高的损失。培训工人的成本可能导致农场运营成本的显著增加。

因此，可能需要机械化果实收获系统，该系统减轻与体力劳动相关的一些风险。一种示例性机械化系统可以具有末端执行器，该末端执行器被构造成采摘果实，以代替手动采摘果实。为了降低这种机械化系统的成本，可能需要这样一种机械化系统，其不需要末端执行器的高度精确定位来有效地采摘果实。

发明内容

本公开描述了涉及机器人收获系统的实施例。

在一个方面，本公开描述了一种果实收获机器人系统。该果实收获机器人系统包括：(i)真空发生装置；(ii)机械臂；(iii)收获装置，其联接到机械臂并包括：(a)末端执行器，其具有入口，(b)真空管，其联接到末端执行器的入口和真空发生装置，其中真空发生装置被构造成在真空管中产生真空环境，并且其中末端执行器的入口具有允许特定类型的果实通过入口并进入真空管中的真空环境的尺寸，(c)出口机构，其联接到真空管，其中已经进入真空环境的果实能够通过出口机构离开真空环境，以及(d)减速结构，其被构造成使已经穿过真空环境的至少一部分的果实减速而不损坏果实；以及(iv)控制器，其被构造成执行操作，所述操作包括：导致机械臂移动收获装置，以将末端执行器的入口定位在距附接到树的果实预定距离内，其中真空环境产生通过入口的气流，从而诱发将施加到果实的力；将果实通过入口拉入真空管中；以及将果实与树分离。

前述发明内容仅是说明性的，并不旨在以任何方式进行限制。除了上面描述的说明性方面、实施例和特征之外，通过参考附图和以下详细描述，另外的方面、实施例和特征将变得显而易见。

附图说明

图1示出了根据一个示例性实施方式的附接到树的苹果。

图2A示出了根据一个示例性实施方式的用于收获的机器人系统。

图2B示出了根据一个示例性实施方式的图2A所示机器人系统的内部构造。

图3A示出了根据一个示例性实施方式的安装到托架的机械臂。

图3B示出了根据一个示例性实施方式的围绕铰链在特定方向上旋转的托架。

图3C示出了根据一个示例性实施方式的图2A所示机器人系统的后视图，示出了托架。

图3D示出了根据一个示例性实施方式的围绕相应的铰链在特定方向上旋转的图3C所示托架。

图4示出了根据一个示例性实施方式的机器人系统的控制系统。

图5示出了根据一个示例性实施方式的机械臂系统。

图6A示出了根据一个示例性实施方式的基于真空的收获系统的示意图。

图6B示出了根据一个示例性实施方式的图6A所示的基于真空的收获系统，其中末端执行器相对于果实未对准。

图7A示出了根据一个示例性实施方式的具有基于真空的末端执行器的收获系统，该末端执行器被构造成以与果实的脱落轴线成一角度施加扭转。

图7B示出了根据一个示例性实施方式的管的切割区段的透视图。

图7C示出了根据一个示例性实施方式的描绘管的远端的前视图。

图7D示出了根据一个示例性实施方式的构造为柔性板的突出部。

图7E示出了根据一个示例性实施方式的具有一对或多对电极的突出部。

图8A示出了根据一个示例性实施方式的收获系统，该收获系统被构造成以与果实的脱落轴线成一角度向果实施加扭转。

图8B示出了根据一个示例性实施方式的收获系统的操作。

图8C示出了根据一个示例性实施方式的图8A所示收获系统的变型。

图8D示出了根据一个示例性实施方式的图8C所示收获系统的操作。

图8E示出了根据一个示例性实施方式的图8A所示收获系统的另一个变型。

图8F示出了根据一个示例性实施方式的结合来自图7A的构造的特征和来自图8A的构造的特征的收获系统。

图8G示出了根据一个示例性实施方式的管的前视图，该管被构造成适应成簇生长的果实的各种取向。

图9A示出了根据一个示例性实施方式的末端执行器的透视图。

图9B示出了根据一个示例性实施方式的图9A所示末端执行器沿着图9A所示平面A-A’的剖视图。

图9C示出了根据一个示例性实施方式的示意图，示出了在刚性管内部和周围引起的气流。

图9D示出了根据一个示例性实施方式的实验数据，该实验数据将喷嘴与果实的间距与使用不同喷嘴孔口尺寸的不同直径的测试球上的阻力相关联。

图9E示出了根据一个示例性实施方式的具有大光圈开口的光圈开口机构。

图9F示出了根据一个示例性实施方式的具有小光圈开口的图9A所示光圈开口机构。

图9G示出了根据一个示例性实施方式的图9A所示末端执行器的剖视图。

图9H示出了根据一个示例性实施方式的用于细枝切割（twig cutting）的轮子。

图9I示出了根据一个示例性实施方式的轮子，该轮子相对于图9H中描绘的其位置处于旋转位置。

图9J示出了根据一个示例性实施方式的轮子的区段和具有锋利边缘的叶片的区段。

图9K示出了根据一个示例性实施方式的传感器在该处可以联接到末端执行器的示例位置。

图10示出了根据一个示例性实施方式的联接到末端执行器的近端的带垫导管。

图11A示出了根据一个示例性实施方式的具有末端执行器的收获系统，该末端执行器具有T形外管。

图11B示出了根据一个示例性实施方式的内管的前透视图。

图11C示出了根据一个示例性实施方式的图11B所示内管的侧视图。

图11D示出了根据一个示例性实施方式的外管的透视图。

图12A示出了根据一个示例性实施方式将末端执行器与传送机构相结合。

图12B示出了根据一个示例性实施方式的具有狭缝孔的桶，该狭缝孔具有第一形状。

图12C示出了根据一个示例性实施方式的具有狭缝孔的桶，该狭缝孔具有第二形状。

图12D示出了根据一个示例性实施方式的末端执行器沿着图12A所示的平面A-A’的剖视图。

图12E示出了根据一个示例性实施方式从管中移除果实。

图13A示出了根据一个示例性实施方式的具有另一个传送机构的末端执行器。

图13B示出了根据一个示例性实施方式的柔性活板机构。

图13C示出了根据一个示例性实施方式的具有打开以让果实通过的活板的末端执行器。

图14示出了根据一个示例性实施方式的在果实减速之前发生从真空环境中移除果实的收获系统。

图15A示出了根据一个示例性实施方式的在果实减速之后发生从真空环境中移除果实的收获系统。

图15B示出了根据一个示例性实施方式将箱移出真空环境。

图16示出了根据一个示例性实施方式的具有两级真空功率的收获系统的示意图。

图17A示出了根据一个示例性实施方式的具有分配机构和输送机构的收获系统。

图17B示出了根据一个示例性实施方式在向下移动之后的图17A所示的收获系统。

图18A示出了根据一个示例性实施方式的连续移动的皮带和构造成将果实放置在连续移动的皮带上的机械臂。

图18B示出了根据一个示例性实施方式在第一位置将果实存放在连续移动的皮带上。

图18C示出了根据一个示例性实施方式在第二位置将果实存放在连续移动的皮带上。

图19A示出了根据一个示例性实施方式用垫料给桩和皮带加衬里。

图19B示出了根据一个示例性实施方式的皮带和桩（cleat）的剖视图。

图20示出了根据一个示例性实施方式的带有输送装置的收获系统，该输送装置具有夹层皮带。

具体实施方式

图1示出了根据一个示例的附接到树的果实100。果实100在本文中被表示为苹果，以作为示例果实进行说明；然而，本文的描述可以适用于不同类型的带茎果实，例如梨或任何其他果实。

如图1所示，树枝102具有由茎104附接的果实100。果实100从树枝102生长的区段可以被称为短枝叉(spur pull)106。短枝108从短枝叉106长出。

短枝108支撑果实100，并且在采摘果实100之后保持附接到树枝102以支撑下一季的果实。短枝108的损坏可能导致下一季该树的这个区段不再生长果实。

茎104还可以包括沿短枝108进一步向下的脱落节(abscission)110。脱落节110被示出为隆起，并且可以由纤维组成。随着果实100成熟，脱落节110的纤维可能不再能够承受果实100的重量，因此果实100可能在脱落节110处分离并从树上掉落。为了采摘或收获果实100而不造成短枝108的损坏，可能需要在脱落节110处将果实100与茎104分离。

茎104在茎叉(stem pull)112处附接到果实100。当收获或采摘果实100时，可能希望不要损坏茎叉112周围区域中的果实100的皮肤。对该区域的损坏可能为病原体进入果实100提供途径并导致快速腐烂。

在脱落节110处脱离果实100可以具有几个优点。例如，在脱落节110处脱离果实100模拟了果实100的自然脱离，因此果实100在被采摘时不会受伤害，也不会危及下一季的作物。此外，给定在脱落节110处的纤维的取向，脱离果实100的一种有效方式可以涉及与茎104的纵向脱落轴线114成一角度扭转果实100。例如，果实100可以在箭头116所示的方向上扭转。然而，其他扭转方向也是可能的，例如离开页面的平面，或者与脱落轴线114形成角度以在脱落节110处成功脱离果实100的任何扭转方向。

在示例中，拉动或围绕脱落轴线114扭转果实100而不倾斜也可能是成功的。然而，在示例中，这种脱离技术可能更困难，可能需要更多能量，并且可能导致果实100损坏。具体地，纤维沿茎104的纵向布置可以阻止通过在不倾斜的情况下沿脱落轴线114拉动或扭转来有效分离果实100。

这样，用于收获果实100的机械或机电系统可以通过施加使果实100相对于脱落轴线114成角度的力而在脱落节110处有利地脱离果实100。本文公开了使用真空相对于脱落轴线114成一角度向果实100施加力的示例系统。

图2A示出了根据一个示例性实施方式的用于收获的机器人系统200，图2B示出了机器人系统200的内部构造。机器人系统200可以包括机械臂202A、202B、202C和202D。机械臂202A-202D被构造成移动相应的基于真空的末端执行器204A、204B、204C和204D来采摘果实。机械臂202A-202D可以位于机器人系统200的两侧上。可以使用比图2A-2B所示更多或更少的机械臂，并且机械臂202A-202D的位置和取向可以被动地或主动地调整，以适应机器人系统200的架构变化。

图2A示出了覆盖机器人系统200的内部部件的盖子206和208。图2B示出了移除盖子206和208以揭示机器人系统200的内部构造的机器人系统200。

诸如燃烧发动机或电动发动机的各种类型的发动机可以用于驱动机器人系统200的运动，驱动真空子系统，以及驱动其他子系统。例如，机器人系统200可以包括发动机210。发动机210可以并联联接到多个真空系统，以使发动机功率能够流向承受最大负载的(多个真空系统中的)真空系统。在示例中，如果使用燃烧发动机，那么发动机210可以被构造成驱动发电机，该发电机被构造成向机器人系统200的各个子系统提供电力。另外，机器人系统200可以具有燃料箱或电池或两者。

如图2A-2B所示，机器人系统200可以被构造为移动平台。这样，机器人系统200可以具有轮子，例如轮子211，其使得能够移动和转向机器人系统200。轮子可以通过联接到发动机210的传动系统来驱动，并且可以独立地或以联接的方式被驱动和转向。

如下文详细描述的，机械臂202A-202D，特别是它们相应的末端执行器204A-204D，被构造成采摘果园的果实(例如苹果)。机器人系统200被构造成随后将采摘的果实提供或传送到输送机构，该输送机构然后将果实递送到箱。机器人系统200可以使用几种技术来将采摘的果实递送到输送机构。

在图2A和2B所示的一种这样的技术中，诸如收集管212的收集管联接在相应的末端执行器(例如，末端执行器204A)和输送机构之间。果实离开相应的末端执行器，行进通过收集管并存放在输送机构上。

输送机构可以包括将果实载送到储存箱的导管和皮带的系统。例如，输送机构可以包括导管214A、214B和214C，其被构造成将由它们相应的机械臂202A、202B和202C采摘的果实递送到输送机构。例如，导管214A可以载送由机械臂202A收获的果实，导管214B可以载送由机械臂202B收获的果实，等等。导管214A-214C中的每一个可以具有相应的输送皮带，该输送皮带将通过机械臂202A-202D采摘的果实载送到储存箱。机器人系统200还包括管理储存箱的箱处理系统。

如图2B所示，箱管理系统可以包括多个箱，例如箱216A、216B和216C。最初，空箱可以放置在机器人系统200前面的果园地面上，其间距适合于箱填充的空间和时间速率。当机器人系统200进入果园时，机器人系统200可以被构造成检测箱及其位置，然后经由机器人系统200前方的前叉218拾取箱离开地面。机器人系统200还可以包括链条或皮带，其拉动由前叉218拾取的箱，以将箱放置在输送机上，然后输送机输送箱并将箱定位在箱填充器220下方，在箱填充器220处果实由输送机构分配。

例如，如图2B所描绘，箱216C可以由前叉218拾取，然后被输送以放置在箱填充器220下方。输送机构将果实输送到储箱填充器220，然后箱填充器220将果实放置、释放或掉落在箱216C中。当箱216C变满时，箱处理系统的输送机被致动以移动箱216C，并将其放置在位于机器人系统200后端的后叉(未示出，类似于前叉218)上。机器人系统200然后使用后叉释放箱216C，并将其放置在机器人系统200后面的地面上，同时机器人系统200继续向前移动并收获更多的果实。

当箱216C被从机器人系统200释放时，箱216B移动到箱填充器220下方的位置，使得果实现在落入箱216B中。重复该操作，其中每个箱被装满，从机器人系统200释放，然后放置在地面上，以由其他资源稍后收集。

在许多果园里，树木可以成排种植，排与排之间有一条路径。机器人系统200可以沿着这样的路径行进。机器人系统200可以在其两侧具有机械臂(例如，机械臂202A-202D)，因此机器人系统200可以将其自身定位在沿着路径的居中轨迹中。在示例中，机器人系统200可以包括传感器，例如传感器222，其被构造成检测树冠并确定两个树冠表面之间的中间平面在哪里。传感器222可以包括例如光探测和测距(LIDAR)装置、相机、雷达、非接触式和接触式接近传感器等。为了进一步促进机器人系统200的驱动和定位，机器人系统200还可以包括速度传感器、全球定位卫星(GPS)传感器、轮子旋转位移测量(例如光学编码器)或其他传感器等。

在示例中，在机器人系统200的前端处的相机传感器(例如，传感器222)可以被构造成提供树冠的初始图片，以用于采摘运动策略的预先规划。机器人系统200还可以包括传感器，该传感器被构造成在果实被采摘并递送到箱时向机器人系统200的控制器提供与果实的质量相关的信息。此外，诸如测压仪或重量传感器的传感器可以集成到箱输送机中，以确定箱的重量。控制器然后可以基于箱的重量来确定箱是否装满。

在其他示例中，诸如光学接近传感器的传感器可以集成到箱填充器220中，以确定箱的填充高度。此外，诸如联接到机器人系统200的相机或LIDAR装置的传感器可以有助于确定空箱相对于机器人系统200的位置的位置或坐标。机器人系统200然后可以调整其位置，以便能够拾起空箱。

联接到机器人系统200的传感器还可以有助于确定满箱是否已经被成功释放并放置在机器人系统200后面的地面上。这些传感器也可以用于检测人或动物的存在，以使机器人系统200的控制器能够在果园周围安全地导航机器人系统200。当机器人系统200到达一排树的末端时，它可以停止或导航到下一排树。可以包括诸如GPS、LIDAR装置的传感器和相机以便于这种导航操作。其他传感器系统也是可能的。

在示例中，机械臂202A-202D可以级联，以防止采摘活动期间掉落的果实撞击下面的果实。这样，负责在最低高度采摘果实的机械臂(例如，机械臂202A)可以朝向机器人系统200的前部定位，而负责在最高高度采摘果实的机械臂(例如，机械臂202C和202D)可以朝向机器人系统200的后部定位。为了实现级联并适应各种树冠形状，机器人系统200可以被构造成具有修改机械臂202A-202D的角度和倾斜度的能力。

图3A示出了根据一个示例性实施方式的安装到托架300A的机械臂202A-202C。如图3A所示，多个机械臂可以布置在托架300A上。托架300A可以具有两个自由度(DOF)的铰链302A。在图3A中，箭头304示出了托架300A围绕铰链302A的示例旋转方向，其中旋转方向表示第一DOF。

图3B示出了根据一个示例性实施方式的围绕铰链302A在箭头304的方向上旋转的托架300A。如所描绘的，托架300A被旋转以允许机械臂202A-202C级联，并防止果实掉落和损坏其他果实。利用这种灵活性，可以适应各种树冠形状。

图3C示出了根据一个示例性实施方式的机器人系统200的后视图，示出了托架300A和300B。如图3C所示，机械臂202A-202C安装到托架300A，而机械臂202D、202E和202F在机器人系统200的另一侧上安装到托架300B。托架300B通过铰链302B安装到机器人系统200。在图3C中，箭头306A和306B示出了相应的托架300A和300B的示例旋转方向，其中由箭头306A、306B指示的旋转方向代表第二DOF。

图3D示出了根据一个示例性实施方式的围绕相应的铰链302A-302B在箭头306A-306B的方向上旋转的托架300A-300B。如所描绘的，托架300A被旋转以允许机械臂202A-202C级联，并且托架300B也被旋转以允许机械臂202D-202F级联。因此，可以防止损坏放置在较低高度的果实。同样，利用这种灵活性，可以适应各种树冠形状。

图4示出了根据一个示例性实施方式的机器人系统200的控制系统400。上面已经描述了控制系统400的几个元件。控制系统400可以包括控制器402，控制器402可以包括任何类型的处理器、微处理器、计算装置和数据存储装置(存储器、暂时和非暂时计算机可读介质等)。控制器402可以被构造成从联接到机器人系统200的各种传感器404(例如，相机、速度传感器、LIDAR装置等)接收信息。控制器402可以相应地向机器人系统200的各种致动机构发送信号。例如，控制器402可以向控制末端执行器406的位置的致动机构405发送信号。末端执行器406可以代表本公开中描述的任何末端执行器。另外，控制器402可以向真空系统408发送信号，真空系统408被构造成产生真空以使末端执行器406能够采摘果实。

作为示例，末端执行器406或相关联的机械臂可以具有与其联接的视觉传感器。视觉传感器可以向控制器402提供图像。控制器402可以检测在每个图像中的多个果实。例如，控制器402可以使用图像识别技术来识别像素组，每个像素组代表果实。控制器402然后可以通过构建具有果实的三维(3D)坐标的地图来定位检测到的果实的位置。控制器402然后可以生成具有基于果实在3D空间中的位置以及机械臂202A-202D和它们相应的末端执行器(例如，末端执行器406)的位置来采摘果实的顺序的计划。

在生成计划时，控制器402可以依赖于图像来确定在移动末端执行器时要避开的障碍物(例如但不限于树枝、棚架线和棚架柱)的位置。控制器402然后可以向致动机构405发送信号，以将末端执行器406移动到靠近接下来要采摘的果实的适当位置，并启动真空系统408以产生足以采摘果实的真空。

除了使用从视觉传感器接收的信息之外，控制器402可以使用来自诸如接近传感器的传感器的信息来实现末端执行器406的精确定位。作为示例，接近传感器可以用来调节末端执行器406接近果实的速度，使得对果实的损害最小化。因此，随着末端执行器406接近果实，接近传感器可以向控制器402发送信号，控制器402因此将控制信号发送回致动机构405，并调节末端执行器406接近果实的速度。

在控制真空系统408过程中，控制器402可以基于从各种传感器接收的信号发送控制信号，从而可以调整或修改真空压力，并因此调整或修改收获速度。如果果实被收获地太快，真空压力可以被降低，以使得果实可能不会被过快采摘以防止损坏。调整真空压力可以由其他因素触发，例如但不限于某些果实上存在水分而其他果实上不存在水分、不同树之间果实大小的差异或成熟度的差异。

集成在真空系统408中果实路径内的传感器或相机可以拍摄果实的图像并评估果实的质量或其他特征。基于该信息，可以调整真空压力。控制器402因此可以实时调整真空压力。

此外，控制器402可以被构造成控制机器人系统200的运动和定位。特别地，控制系统400可以具有车辆控制单元410，其可以包括发动机210、变速器、转向单元、电池、发电机等。控制器402可以向车辆控制单元410提供信号，以基于机器人系统200要执行的确定的收获动作来控制机器人系统200的移动。例如，控制器402可以计算机器人系统200相对于树的适当位置，使得可以在尽可能少的机器人系统200和末端执行器406的位置调整中从一棵树果实。因此，产量(单位时间内收获的果实量)可以提高。控制系统400也可以控制其他模块、硬件和软件。

如上所述，机器人系统200使用几个机械臂202A-202F来将相应的末端执行器定位在要采摘的果实附近。真空系统用于产生真空，该真空有助于通过末端执行器采摘果实。

图5示出了根据一个示例性实施方式的机械臂系统500。机械臂系统500可以代表上述机械臂202A-202F中的任何一个。如图5所描绘，机械臂系统500可以具有多个臂，这些臂具有铰接连杆，例如连杆502A、502B和502C。尽管示出了三个臂，但是机械臂系统500可以包括更少或更多的臂。

每个臂的连杆可以是多关节的（multi-jointed），并且可以由联接到机器人系统200的结构或框架的相应致动机构504A、504B和504C主动驱动。可以使用各种类型的致动机构，例如但不限于马达(电动或液压)。机械臂系统500还可以具有末端执行器506。末端执行器506可以代表本文描述的任何末端执行器。

致动机构504A-504C被构造成定位末端执行器506，使得末端执行器506可以靠近待收获的果实。机器人系统502的控制器可以被构造成基于传感器输入来确定机械臂系统500的动态或振荡特性，并相应地利用致动机构504A-504C提供补偿运动。这样，尽管机器人系统200的基座或安装有机械臂系统500的托架(例如，托架300A或300B)运动，控制器也可以将末端执行器506放置在期望的位置。

为了给末端执行器506提供真空，真空子系统可以集成到机器人系统200中。在一个示例中，为了在果实采摘事件期间提供并维持期望的空气流量，可以为每个末端执行器506提供单独的真空鼓风机。在另一个示例中，可以使用单个真空鼓风机，并且可以使用阀以基于末端执行器506上的负载来调整真空功率和方向。真空子系统可以包括用于收集树叶、细枝等的过滤器。真空子系统还可以包括消音器和排气管，以控制排气气流的方向。

可以几种方式向末端执行器506提供真空。在一个示例中，机械臂系统500的臂或连杆502A-502C可以是中空的，以作为流体联接到鼓风机或类似装置的导管来操作。在另一个示例中，柔性管道或软管可以用于将真空环境输送到末端执行器506。基于真空的末端执行器的细节和构造描述如下。

图6A示出了根据一个示例性实施方式的基于真空的收获系统600的示意图。收获系统600被示出在生长在果实簇603中的目标果实602的附近或预定距离内(例如，2厘米或在1和5厘米的范围内的距离)。基于真空的收获系统600的优点在于，在采摘过程之前或期间，目标果实602可以在末端执行器604和目标果实602之间没有物理接触的情况下被采摘。这样，在采摘期间目标果实602受伤的风险降低。

基于真空的收获系统600的第二个优点是，即使末端执行器604与果实602未对准，目标果实602也可以被成功采摘，而不会损伤相邻果实。在图6A中，末端执行器604与果实602对准。然而，图6B示出了基于真空的收获系统600，其中末端执行器604相对于目标果实602未对准。如图6B所示，末端执行器604相对于目标果实602定位不准确。特别地，末端执行器604与两个相邻果实之间的区域对准。

如果收获系统采用接触果实的机械抓取器(例如，钳口)来采摘果实，那么抓取器和果实之间的不准确定位或未对准可能会对该果实及其相邻果实造成损坏。然而，因为基于真空的收获系统600依赖于产生的真空压力来朝向末端执行器604吸引目标果实602，所以基于真空的收获系统600可以更加宽容，并且可以容忍不准确和未对准，同时成功地采摘目标果实602而不会对其造成损害。

在示例中，基于真空的收获系统600可以容忍合理限度内的不准确，例如使真空轴线606小于目标果实602远离目标果实602的核心的半径，或者应用于其他类型果实的其他量度。作为与机械抓取系统相比基于真空的收获系统600能够容忍未对准和不准确的结果，由于上述减少，基于真空的收获系统600可以更快地从一个果实移动到下一个果实。因此，可以实现以果实可以被采摘的速度来衡量的更高的效率。

此外，在机械抓取器系统中，相应的抓取器采摘果实，然后移动以将果实放置在储存箱中。由于拾取然后放置果实需要花费时间，这种“拾取和放置”系统可能效率较低。因此，在从抓取器释放果实的过程中需要花费更多的时间。

相反，在一些示例性实施方式中，基于真空的收获系统600可以更高效，因为“拾取”操作可以与“放置”操作分离。在基于真空的收获系统600中，末端执行器604可以包括设置在真空管的端部并与其联接的喷嘴或吸盘。吸盘可以靠近目标果实602，并且由于真空，目标果实602可以从树上脱离并粘附到吸盘上。上文参考图2A-2B所述的输送系统可以联接到末端执行器604，以将果实递送到箱处理系统，从而解放末端执行器604以立即执行另一个“拾取”操作。

如上所述，在果实的脱落节处脱离果实可以降低损伤果实或下一季作物的可能性。基于真空的收获系统的末端执行器可以有利地相对于果实的脱落轴线与果实成一角度放置，以便在脱落节处脱离果实。

图7A示出了根据一个示例性实施方式的收获装置或系统700，其具有基于真空的末端执行器702，该末端执行器702被构造成以与果实100的脱落轴线114成一角度施加扭转。收获系统700可以包括两个同心管704和706。管704可以在管706内旋转，管706可以保持静止并联接到真空发生装置708。

为了有助于管704的旋转，轴承710可以设置或安装在管704的外径和管706的内径之间，以提供管704可以在其上旋转的旋转表面。轴承710在两个管704、706之间的布置可以为内管704提供足够的结构支撑。可以使用其他支撑结构来有助于管704在管706内的稳定旋转。

为了防止真空损失，可以提供可旋转密封件712。可旋转密封件712可以如图所示不可移动地联接到管704的端部，并且可以抵靠管706的内径以最小间隙或无间隙旋转。尽管可能会损失一些真空，但可旋转密封件712可以保留足够的真空部分，以便收获系统700操作。其他密封方法也是可能的。

在示例中，为了使管704旋转，齿轮714可以联接到其外径。齿轮714可围绕第一轴线旋转，并且可以被构造成与另一个齿轮716啮合，该齿轮716可围绕垂直于第一轴线的第二轴线旋转。齿轮716可以联接到轮轴718。马达(未示出)可以驱动皮带719，皮带719又可以驱动轮轴718，导致齿轮716旋转，从而导致齿轮714和管704旋转。

可以使用其他技术来旋转管704。图7B示出了根据一个示例性实施方式的管704的切割区段的透视图。在图7B的示例性实施方式中，管704的内径可以具有肋720。在沿箭头721的方向施加真空时，管704可以围绕其纵向轴线旋转。肋720可以包括低高度突出部，并且可以由软材料制成，使得当果实100被真空拉入管704中时，对果实100的损害最小或者没有损害。

在示例中，如图7A所示，管704的远端可以包括柔性突出部722，该柔性突出部722联接到管704的内周表面，并且朝向管704的中心向内突出。突出部722可以附接到管704的内周表面，并且可以随着管704旋转而成组旋转。如图7A所示，如果向突出部722面向果实100的外表面施加负载，突出部722可以向内弯曲。

在操作中，当真空发生装置708开启并且整个收获系统700靠近果实100(例如，在距果实100的预定距离例如1-5厘米内)移动时，果实100可以朝向管704摆动。当管704接触果实100时，柔性突出部722可以松散地捕获果实100。如果柔性突出部722旋转，果实100也可以与柔性突出部722一起旋转。施加到果实100上的真空力和与脱落轴线114成一角度的扭转力的这种组合可以导致在脱落节110处与茎104脱离。

图7C示出了根据一个示例性实施方式的描绘管704的远端的前视图。突出部722可以由任何柔性和柔软的材料构成，例如但不限于橡胶和软塑料。突出部722的其他构造也是可能的。

图7D示出了根据一个示例性实施方式的构造为柔性板724的突出部722。柔性板724能够向内弯曲。类似于图7C中的突出部722，柔性板724可以由柔性或柔顺材料制成，例如但不限于橡胶和软塑料。

在示例中，图7C所示的突出部722或柔性板724可以包括电极，以有助于在采摘期间将果实100吸引到电极上。图7E示出了根据一个示例性实施方式的具有一对或多对电极726的突出部722。施加在电极726上的适当电压可以在电极726和果实100之间产生电粘附力，导致果实100被吸引到电极726。转让给SRI International的美国专利第7,551,419号详细描述了电粘附的原理。在示例中，如果使用柔性板724代替突出部722，电极726可以联接到柔性板724。

图8A示出了根据一个示例性实施方式的收获装置或系统800，其被构造成以与脱落轴线114成一角度向果实100施加扭转。收获系统800包括如图8A所描绘的真空发生装置708。收获系统800包括末端执行器802。末端执行器802包括管804，在管804内限定内部纵向圆柱形空腔806。

末端执行器802还包括突出部808，该突出部808在圆柱形空腔806内从管704的内周表面向内朝向管704的中心突出。突出部808设置在管804的远端并固定在其上。

在一个示例中，突出部808可以是刚性的，并且由诸如但不限于硬塑料的材料制成，并且可以具有高摩擦系数。可自由旋转的轮子810设置在与管804的远端处的突出部808径向相对的一侧上。轮子810可以联接到支撑结构(例如，杆)812。支撑结构812又在枢轴814处联接到管804，以使轮子810和支撑结构812能够相对于管804围绕枢轴814旋转或回转。在示例中，枢轴814可以是弹簧加载和偏置的，使得在没有外力的情况下，轮子810和支撑结构812可以保持在图8A所示的中立非旋转位置。

图8B示出了根据一个示例性实施方式的收获系统800的操作。当末端执行器802被放置在果实100附近，并且真空发生装置708被启动时，产生的真空将果实100拉向管804。然而，可以具有高摩擦系数的突出部808可以防止果实100在这一侧不受阻碍地向内移动到管804内的圆柱形空腔806中。

在与突出部808径向相对的一侧上，可自由旋转的轮子810与支撑结构812一起回转到一边(如图8B所示向下)。如图所示，在果实100的相对两侧上受到的力的差异导致其相对于脱落轴线114成一角度倾斜。图8B示出了处于其原始取向的脱落轴线114，以示出果实100相对于脱落轴线114形成的角度。在果实100的相对两侧上受到的力的差异可以有助于果实100在脱落节110处脱离。

图8C示出了根据一个示例性实施方式的收获系统800的变型，图8D示出了图8C所示的收获系统800的操作。在图8C的构造中，突出部808被联接到相应支撑结构818的轮子816代替，支撑结构818在枢轴820处联接到管804。

如前面参考图8A和图8B所述，枢轴814和820可以是弹簧加载和偏置的，使得在没有外力的情况下，轮子810、816和它们的支撑结构812、818可以保持在图8C所示的中立非旋转位置。在示例中，两个轮子810、816可以具有不同的滚动阻力。例如，轮子810可以自由旋转，而轮子816不可以自由旋转。在操作中，如图8D所示，当真空将果实100拉入管804中时，两个轮子810、816的不同滚动阻力可以导致果实100相对于脱落轴线114成一角度倾斜，从而有助于果实100在脱落节110处的脱离。

图8E示出了根据一个示例性实施方式的收获系统800的另一个变型。图8E的构造类似于图8D中的构造，不同的是从动轮子822代替了轮子816。例如，马达或其他旋转动力源可以联接到轮子822，以使轮子822沿图8E中箭头823所示的特定方向旋转。

随着真空将果实100拉向管804，果实100接合两个轮子810和822。从动轮子822导致果实100扭转，果实100和轮子810之间的摩擦导致轮子810沿箭头824所示的相反旋转方向旋转。这种类型的布置导致果实100相对于脱落轴线114扭转，从而有助于果实100在脱落节110处从茎104上脱离。

在示例性实施方式中，来自图7A-7E的构造的特征可以与来自图8A-8E的构造的特征相结合。例如，图8F示出了根据一个示例性实施方式的将来自图7A的构造的特征与来自图8A的构造的特征相结合的收获装置或系统826。在图8F中，可以使管804类似于管704旋转。如前所述，各种机构可以使管704旋转。尽管图8F示出了参照图8A描述的突出部808和可自由旋转轮子810，但是参照图8B-8E描述的任何特征都可以用于向果实100施加扭转或旋转。

在一些情况下，果实成簇生长，例如图6A-6B所示的簇603。在这些情况下，与簇中的其他果实相比，每个果实的角度取向可能不同。图8F所示的收获系统826可以有助于采摘这种成簇生长的果实，因为收获系统826可以具有在向果实施加扭转或旋转的同时旋转管804的能力，因此可以适应果实的各种取向。

图8G示出了根据一个示例性实施方式的管804的前视图，该管804被构造成适应在簇中生长的果实的各种取向。如图8G所示，柔性突出部722可以以类似于上面参照图7A所述的方式联接到管804的远端。在一个示例中，类似于上述电极726，柔性突出部722可以包括两对电极726A、726B。多于一对电极可以联接到每个柔性突出部722。另外，类似于上述轮子810的可自由旋转轮子810A和810B也可以联接到管804的远端。

电极726A、726B可以被供电，使得当电极726A、726B中的任一个特定对被接通时，与该对电极接触的主体(例如果实)可以经受电粘附力。根据果实的取向，或者电极对726A被接通，或者电极对726B被接通。无论哪一对电极被接通，与该对电极相关联的对应柔性突出部722都为果实提供高摩擦表面。

在特定柔性突出部722处经历的高摩擦表面和与该特定柔性突出部722相对的自由旋转轮子810A或810B所经历的低阻力一起导致果实在期望的方向上扭转和旋转。例如，如果电极对726A被激活，则果实可以与轴线828成一角度扭转或旋转，果实的轨迹跟随进入管804的路径。类似地，如果电极对726B被激活，则果实可以与轴线830成一角度扭转或旋转，果实的轨迹也跟随进入管804的路径。因此，通过激活电极对726A或726B，可以适应果实的各种取向。

可以对图8G所示的构造实现几个变型。在一个示例中，如果给定的柔性突出部722和自由旋转轮子810被认为是“一组”，则多于两组可以联接到管804。在另一个示例中，不同的电压可以被施加到相应的电极对726A、726B，使得果实在每个不同的柔性突出部722处可以经历不同量的摩擦。利用这种构造，两组柔性突出部722和自由旋转轮子810的组合可以根据施加到每个电极对的电压使果实以几个角度扭转或旋转。

在另一个示例中，诸如上述轮子822的从动轮子可以代替图8G中的柔性突出部722。通过选择性地驱动特定的轮子或者通过不同地驱动轮子，使得在每个从动轮子的表面处可以经历不同量的滚动阻力，果实可以以期望的角度扭转。因此，不同的果实取向可以通过上述机构中的一个或组合来适应。

图9A示出了根据一个示例性实施方式的末端执行器900的透视图。末端执行器900可以代表上述任何末端执行器。末端执行器900可以包括刚性管902，并且真空源(未示出)可以流体联接到刚性管902的近端。末端执行器900还可以包括在刚性管902远端处的喷嘴904。喷嘴904被构造成成形和缩放喷嘴904前面和周围的气流。

图9B示出了根据一个示例性实施方式的末端执行器900沿着图9A所示的平面A-A’的剖视图。刚性管902可以联接到可具有更大直径的中间管906中。末端执行器900可以包括设置在刚性管902和中间管906的接合处附近的真空端口908。尽管示出了四个真空端口，但是可以使用更少或更多的真空端口。

作为示出示例性末端执行器900的尺寸的示例，长度“L”可以是约18英寸，直径D1可以是约5英寸，并且直径D2可以是约7英寸。这些尺寸仅仅是示例，根据要采摘的果实的尺寸，其他尺寸也是可能的。

图9C示出了根据一个示例性实施方式的示意图，示出了在刚性管902内部和周围引起的气流。当真空源被启动时，由于在喷嘴904的入口处产生的限制，形成了限定流场910的“摄入”区域，其中气流在喷嘴904附近增加。流场910的远端部分能够在果实上引发足以使果实更近地朝向喷嘴904移动的力，此时果实移动到更高气流和足够将果实与植物或树木分离的显著更高的力的区域。

图9D示出了将喷嘴904与果实的间距与使用不同喷嘴孔尺寸的不同直径的测试球上的阻力相关联的实验数据。x轴被标记为“喷嘴-球间距”，并且是指喷嘴904的前表面和代表果实的测试球上的最前点之间的间距。y轴表示单位为牛顿(N)的阻力。

线914表示当喷嘴904的孔为3.5英寸且球为3.5英寸时阻力随喷嘴-球间距的变化。线918表示当喷嘴904的孔为3.5英寸且球为2.5英寸时阻力随喷嘴-球间距的变化。线912表示当喷嘴904的孔为2.5英寸且球为3.5英寸时阻力随喷嘴-球间距的变化。线916绘制了当喷嘴的孔为2.5英寸且球为2.5英寸时阻力随喷嘴-球间距的变化。

从图9D中可以得出结论，通常，喷嘴904的孔越大，相同尺寸球的阻力就越高。类似地，球尺寸越大，对于相同尺寸的喷嘴904的孔，阻力越高。

在示例中，喷嘴904可以由刚性材料、柔性材料或两者的组合构成。如果喷嘴904由柔性材料构成，刚性管902可以制成足够大，使得果实可以穿过喷嘴904和刚性管902两者。如果喷嘴904由刚性材料构成，喷嘴孔的尺寸可以主动或被动地改变，以控制气流并允许果实穿过刚性管902。可以使用几种技术中的任何一种来改变喷嘴904的孔尺寸。

在一个示例中，可以使用光圈开口机构。图9E示出了根据一个示例性实施方式的具有大光圈开口的光圈开口机构，图9F示出了具有小光圈开口的光圈开口机构。如图9E-9F所示，可以如图所示布置多个板920、922、924和926，从而可以调整开口928的尺寸。图9E示出了与图9F相比的大开口928。马达或其他致动机构可以安装在末端执行器900的主体上，从而可以调整板920-926的位置和因此开口928的尺寸。

为了释放末端执行器900以立即执行另一个“拾取”操作，而不是将果实放置在另一个位置然后执行“拾取”操作，输送机系统可以联接到刚性管902的近端。这是有利的，因为可以降低“放置”操作对收获效率的影响。

此外，当果实穿过末端执行器900的真空环境时，由于真空压力导致果实的潜在高速，果实可能会被擦伤。因此，在将果实输送到箱填充器(例如箱填充器220)期间，可能希望通过将果实从真空环境中移除以及提供使果实减速的方式来降低果实的速度。使果实减速以降低其速度可以降低果实在被递送到箱填充器时擦伤的可能性。将果实减速到安全速度可以发生在果实从真空环境中移除之前或之后。减速机构可以直接集成到刚性管902，或者刚性管902和箱填充器之间的某处。

图9G示出了根据一个示例性实施方式的末端执行器900的剖视图。刚性管902允许由箭头930表示的气流路径，并且还为果实提供由箭头932表示的路径。

末端执行器900还被构造成包括真空逸出出口机构或装置。特别地，末端执行器900可以具有止回阀状真空逸出或出口机构934，该机构934具有两个活板或门935A和935B，该活板或门935A和935B将真空环境截留或容纳在管902和906内。一旦果实穿过或越过门或活板935A-935B，果实不再受到真空压力。

门935A-935B打开以在它们之间形成开口并允许果实从中通过，否则保持关闭。致动器、被动弹簧或由管902、906内的真空环境产生的力可以用于在没有果实的情况下保持门935A-935B关闭。这样，门935A-935B可以是弹簧加载的。果实的动量可以迫使门935A-935B打开以允许果实通过，并且弹簧力可以在果实通过时使门再次关闭。在其他示例中，可以使用致动器主动打开门935A-935B，以允许果实通过。

在果实的动量被用于被动打开门935A-935B的情况下，末端执行器900被构造成使得果实具有足够的动量来克服为了将门935A-935B保持在关闭位置而施加的力。因为对于给定的质量通过增加速度而增加动量，所以可能希望将果实加速到足够高的速度，使得其具有打开门935A-935B并从门935A-935B离开的动量。

当果实通过刚性管902时，限制果实周围的气流可以实现期望的速度。具体地，增加果实上的真空压力可导致增加的加速度和速度。这种限制可以通过在刚性管902内具有可被动或主动调整的衬垫936来实现。衬垫936也可以包含垫料和/或用作垫料。垫料可以降低果实在沿着刚性管902的长度行进时被损坏的可能性。

还可能希望最小化果实的速度，同时确保果实具有足够的动量来通过门935A-935B。因此，可以减小施加到门935A-935B的关闭力，例如通过最小化门935A-935B上的机械弹簧力或真空压力的力。在另一个示例中，弹簧力和真空力可以结合在一起，以在门935A-935B上产生平衡力，从而用可以被果实的动量克服的小的力保持关闭位置。

与刚性管902相比，中间管906具有更大的直径。另外，当门935A-935B关闭时，气流通过末端执行器900侧面的真空端口908，如箭头930所示，因此当门935A-935B关闭时，中间管906内的空腔可以具有减少的或可忽略的气流。这种构造使得果实能够在由箭头932表示的大致不间断的路径中移动到出口机构934。结果，果实在真空中的路径的轴向长度减小，并且末端执行器900的总长度可以减小。

此外，门935A-935B可以用垫938加衬。垫938可以降低当果实撞击门935A-935B时损坏果实的可能性。此外，垫938可以被构造成当果实离开中间管906并撞击垫938时使果实减速。利用这种构造，果实的减速通过与垫938的碰撞被动实现。在一个示例中，垫938可以由具有粘性和弹性性质的材料制成，例如但不限于记忆海绵，或者其他具有阻尼特性的粘弹性或非弹性材料。这样的材料可以选择成使得在撞击时果实的速度可以降低，且回弹最小或没有回弹。

在示例中，当果实被采摘时，诸如细枝的碎片可以与果实一起被真空抽吸到刚性管902中。由于细枝具有相对较小的质量，它们可以跟随箭头930的路径，并且在中间管906和刚性管902的接合处被卡住，其中气流在从真空端口908离开之前在该结合处反转掉头。随着时间的推移，卡住的细枝可能会降低真空的有效性。

为了避免这种情况，末端执行器900可以被构造成具有细枝切割器。细枝切割器可以包括例如两个轮子，其中一个相对于另一个旋转。两个轮子可以具有形成在轮子内的相对叶片。当轮子相对于另一个转动时，叶片切割细枝，减少障碍物。

图9H示出了根据一个示例性实施方式的用于细枝切割的轮子940和942。轮子940可以相对于轮子942旋转，并且每个轮子可以具有切入其主体的多个叶片。例如，轮子940可以具有叶片944。

图9I示出了根据一个示例性实施方式的轮子942，该轮子相对于图9H中描绘的其位置处于旋转位置。切入轮子942的叶片通过切入轮子940的特征可见。例如，轮子942上的叶片946是可见的。叶片可以包括锋利的边缘，以便于切割细枝。

图9J示出了根据一个示例性实施方式的轮子940的区段和具有锋利边缘948的叶片944的区段。图9J还示出了轮子942及其叶片946的区段，该区段具有相应的锋利边缘950。利用这种构造，如果细枝卡在刚性管902和中间管906的相交处，通过旋转细枝切割器的轮子940、942之一，细枝可以被切割成更小的块。这样，真空力因气道阻塞而减少的情况可以得到缓解。

在一个示例中，轮子旋转可以通过马达(未示出)实现。在另一个示例中，轮子旋转可以通过将轮子940、942或它们中的至少一个通过齿轮箱联接到涡轮来实现。

在示例中，传感器、相机和通常称为“传感器”的其他电子部件可以安装在各种位置，包括但不限于沿着末端执行器900的外部和内部。图9K示出了根据一个示例性实施方式的传感器可以联接到末端执行器900的示例位置952A、952B和952C。不排除其他位置。

传感器可以用于增强机器人系统200和末端执行器900的性能。传感器也可以是控制系统400的一部分，特别是传感器404。作为示例，安装到末端执行器900的传感器可以包括一个或多个相机、一个或多个接近传感器、一个或多个接触传感器、一个或多个压力传感器以及一个或多个光源或结构化光源。

相机可以用于末端执行器900的精确定位。例如，相机可以是视觉系统的一部分，该视觉系统被构造成与控制器402通信，以处理由相机捕获的图像，执行物体识别，并计算识别出的果实的位置，并将控制信号发送到致动机构405，使得末端执行器406、900可以适当地定位在果实附近，一次一个果实。

控制器402可以被构造成拾取充分成熟并且明显没有缺陷的果实，同时留下其他果实。相机可以向控制器402提供信息，该信息可以用于确定特定果实是否成熟以进行采摘。相机也可以放置在末端执行器900的内部，以便在果实通过末端执行器900时捕获关于果实的多个侧面的视觉信息，以评估果实的质量。

在示例中，如上所述，机器人系统200可以具有多个末端执行器，并且每个末端执行器可以独立且自动地定位。接近传感器可以提供关于树结构的部分(例如，树枝、树干、棚架线和棚架柱等)或果实本身到末端执行器的接近度的信息。接近传感器还可以提供关于诸如但不限于人的物体的接近度的信息。该信息可以用于确认果实的估计位置，以及避开果实以外的物体。接近传感器还可以提供关于末端执行器900内果实的位置和速度的信息。接近传感器可以包括各种类型的任一种，例如但不限于光学、磁性、感应和声学传感器。

传感器可以包括接触传感器，该接触传感器被构造成在接触时提供关于末端执行器900与果实的对准的信息，或者可以提供关于末端执行器900与除预期果实之外的物体的接触的信息。接触传感器可能由于移动和/或压缩物理材料而产生电流或电压的变化。接触传感器类型可以包括电容、电感、电阻或光学传感器。该信息可以由控制器402使用来在拾取过程中调整末端执行器900的位置。

传感器还可以包括压力传感器，该压力传感器被构造成提供关于真空环境中压力的变化的信息。它们可以被放置在末端执行器900内，以便在不接触拾取的果实的情况下感测末端执行器900内的内部压力。该信息可以用于确定果实何时被成功拾取。压力传感器可以是例如电容性的。

也可以使用其他传感器类型。例如，高光谱成像仪、x射线等可以用于实现穿过叶子检测果实，或根据内部果实解剖结构评估果实质量。

可以实现各种其他末端执行器构造和特征。例如，代替将减速和出口机构集成到末端执行器900中，其他部件可以联接到末端执行器以实现减速和出口机构。

图10示出了根据一个示例性实施方式的联接到末端执行器900的近端的带垫导管1000。如上所述，一旦果实逸出真空环境，它继续以与其剩余动量一致的速度移动。将果实减速以进一步降低其速度可以降低果实在被递送到箱填充器时擦伤的可能性。

在示例中，导管1000可以衬有垫1002，垫1002被构造成当果实离开中间管906并撞击垫1002时使果实减速。在导管1000的端部处可以设置两个轮子1004。轮子1004的旋转中心可以安装在弹簧(未示出)上，以允许它们之间的相对横向运动。

轮子1004可以如图所示由马达(未示出)在箭头1006的方向上驱动。因此，当果实撞击垫1002并落到轮子上时，弹簧允许轮子1004分开，从而允许果实通过。弹簧力可以被调整，使得该力足以减慢果实的速度，而不会紧紧地抓住它以防止擦伤。

利用这种构造，果实的减速通过与垫1002的碰撞被动实现。在一个示例中，垫1002可以由具有粘性和弹性性质的材料制成，例如但不限于记忆海绵，或者其他具有阻尼特性的粘弹性或非弹性材料。这样的材料可以选择成使得在撞击时果实的速度可以降低，而回弹最小或没有回弹。如下所述，可以使用各种其他减速机构。

图11A示出了根据一个示例性实施方式的具有末端执行器1100的收获装置或系统，该末端执行器1100具有T形外管1102。如图11A所示，T形管1102的端部标记为1102A和1102B。外管1102可以被构造成围绕内管1104旋转。安装在内管1104和外管1102之间的轴承1106可以有助于它们之间的相对旋转。

外管1102围绕其旋转的内管1104可以包括联接在内管1104的一个端部处的真空发生装置708。内管1104的另一端部可以通向外管1102，如下所述。

图11B示出了根据一个示例性实施方式的内管1104的前透视图，图11C示出了内管1104的侧视图。如图所示，内管1104可以被描述为联接到全圆柱体1108的顶部的半圆柱体1107。

图11D示出了根据一个示例性实施方式的外管1102的透视图。外管1102在图11D中显示为没有图11A所示的末端执行器1100的其他部件。当端部1102A或1102B中的任一个与半圆柱体1107对准，使得半圆柱体1107通向端部1102A、1102B中的一个时，该端部经受真空。因此，返回参考图11A，半圆柱体1107被示出为通向端部1102A，并且真空的路径由箭头1109示出。半圆柱体1107的壁可以切断真空，使其不能到达T形管1102的相对端部，即端部1102B，该端部在这种情况下可能不经受真空。

T形外管1102的每个端部1102A、1102B可以联接到相应的捕捉网1110A和1110B。捕捉网1110A-1110B可以联接到滑轮，该滑轮被构造成控制捕捉网1110A-1110B在外管1102内的位置。例如，捕捉网1110A可以通过软线或线缆1114A和1114B联接到滑轮1112A和1112B。类似地，捕捉网1110B可以通过软线或线缆1118A和1118B联接到滑轮1116A和1116B。软线缆或线1114A、1114B、1118A和1118B可以利用卷绕机构联接到马达。例如，马达和卷绕机构1120A和1120B分别联接到线1114A和1114B，而马达和卷绕机构1122A和1122B联接到线1118A和1118B。

在操作中，捕捉网1110A、1110B在捕捉或捕获果实和释放果实之间交替。例如，参考图11A的构造，外管1102的端部1102A由于端部1102A与半圆柱体1107的开口面对准而经受真空。作为参考，外管1102的这个位置可以称为起始位置。

当果实从树上脱离时，它可以行进到外管1102中，并且可以被捕捉网1110A捕获。在此期间，如前所述，外管1102可以围绕内管1104旋转。随着外管1102旋转并且端部1102A的开口开始被半圆柱体1107的壁堵塞，真空压力降低。

当端部1102A和1102B处于与其起始位置径向相对的位置时，端部1102A可以通向大气环境，而端部1102B此时可以经受由真空发生装置708产生的真空。马达1120A和1120B现在可以被启动，以通过将果实朝向外管1102的开口1102A向前运送而将果实从捕捉网1110A中弹出。同时，由于在端部1102B处存在的真空，另一个果实可以被该端部1102B采摘。外管1102的每个端部1102A、1102B因此可以交替地采摘果实和弹出果实。

捕捉网1110A-1110B也可以用来使果实减速。例如，捕捉网1110A-1110B可以由非弹性材料制成，该材料由阻尼器、被动弹簧或任何耗能元件支撑或联接到它们。当果实撞击捕捉网1110A、1110B时，捕捉网1110A、1110B呈现果实的速度，而耗能机构减慢捕捉网1110A、1110B和果实两者的速度。在示例中，捕捉网1110A-1110B可以带有垫或衬有垫料以使果实减速。

在示例中，末端执行器1100可以包括密封件1124和1126，以减少不希望的真空耗散。此外，末端执行器1100可以包括扭转和旋转果实的机构。例如，滑轮1112A、1112B、1116A和1116B可以包括类似于图8E所示从动轮子822的从动轮子。此外，诸如图8G所示的具有电极的柔性突出部和自由旋转轮子的组合可以联接到端部1102A和1102B，端部1102A和1102B垂直于接合滑轮1112A、1112B的轴线和接合滑轮1116A、1116B的轴线。

利用图11A-11D中描述的收获系统，可以提高果实可以被采摘和处理的速度。可以向末端执行器添加附加特征，以使收获过程的另外的步骤更加高效。作为示例，末端执行器可以与将果实传送到输送系统的机构结合。

图12A示出了根据一个示例性实施方式将末端执行器1200与传送机构相结合。末端执行器1200包括两个管1202和1204，它们通常为末端执行器1200提供整体结构。如图12A所示，管1202、1204可以大体垂直于彼此联接。然而，两个管1202、1204之间的其他角度也是可能的。在示例中，管1202的一个端部1206可以用于使果实从树上脱离，而另一个端部1208可以具有果实捕集器1210。下面描述果实捕集器1210的操作。

在果实捕集器1210设置在端部1208处的情况下，端部1206通向大气环境。由真空发生装置708产生或引发的气流路径可以主要沿着箭头1212。

为了防止果实落入管1204中，可以在管1202和管1204之间的T形接合处放置具有狭缝孔1216的圆筒1214。狭缝孔1216在图12A中由虚线示出。圆筒1214防止果实落入管1204中，并将果实引导至管1202的另一端部1208，同时狭缝孔1216允许空气沿着箭头1212沿着管1204向下流动。

图12B示出了根据一个示例性实施方式的具有第一形状的狭缝孔1216A的圆筒1214，图12C示出了具有第二形状的狭缝孔1216B的圆筒1214。狭缝孔1216的其他形状和构造也是可能的。

为了帮助果实通过圆筒1214，管1204可以围绕管1202。图12D示出了根据一个示例性实施方式的末端执行器1200沿着图12A所示的平面A-A’的剖视图。如图12D所示，圆筒1214被管1204围绕。同样如图12D所示，圆筒1214的剖视图内的小箭头指示空气从圆筒1214的内部流向管1204。

返回参考图12A，圆筒1214的底部可能没有狭缝孔。这样，果实上的力可以使得果实不会被拉向管1204。相反，由于真空，果实可能会受到净向上的力。向上的力可以平衡或至少减小果实上的重力，并有助于果实通过圆筒1214朝向管1202的端部1208传送。因此，一旦果实从树上脱离，它可以沿着图12A所示的箭头1218朝向端部1208行进。

如上所述，可能期望使果实减速以防止损坏或擦伤果实。如上所述，可以实施几种技术来使果实减速。作为另一种示例技术，末端执行器1200包括果实捕集器1210，该果实捕集器1210设置在端部1208处并且被构造成使果实减速。果实捕集器1210可以包括软气球或软网或其他类似的软材料，当被果实撞击时，这些软材料可以变形以吸收果实的动能并使其减速。一旦果实已经减速或停止移动，末端执行器1200然后可以被构造成从管1202内移除果实，用于传送到输送机构或箱填充系统。

图12E示出了根据一个示例性实施方式从管1202中移除果实。如图12A和12E所示，末端执行器1200可以包括两个阀或闸门1220A和1220B。阀1220A可以通过铰接接头1222A联接到管1202，并且阀1220B可以通过铰接接头1222B联接到管1202。

另外，阀1220A可以通过连杆机构1224A联接到马达1226A(例如步进马达)，并且阀1220B可以通过线缆或线1224B联接到马达1226B。阀1220A可以通过连杆机构1224A而不是线缆或线联接，因为连杆机构1224A可以克服重力向上推动阀1220A以关闭阀1220A。相反，重力可以导致阀1220B打开，并且线缆1224B上的张力可以足够关闭阀1220B。因此，一般来说，连杆机构1224A和线或线缆1224B的控制分别控制阀1220A和1220B的位置。

图12E示出了一旦果实被果实捕集器1210减速，如何可以从管1202中移除果实。如图12E所示，阀1220B可以被允许旋转，使得其在朝向端部1206的管1202的一部分中包含真空，同时切断或阻挡朝向端部1208的真空。同时，阀1220A可以被旋转，使得其打开，从而允许果实下落，例如朝向输送机构或箱处理系统。在果实离开管1202后，两个阀1220A、1220B都恢复到图12A所示的各自位置，从而可以重复该过程。

尽管图12A和图12E示出了用于阀1220A、1220B的两个独立的相应的控制和致动器单元，但是在其他示例性实施方式中，具有一个布线机构的一个致动器或马达可以被构造成控制两个阀1220A、1220B。作为示例，马达1226B可以控制布设在马达1226B和阀1220A、1220B之间的单根线缆。通过降低那一根线缆中的张力，两个阀1220A、1220B都可以打开。相反，通过增加该线缆中的张力，两个阀1220A、1220B都可以关闭。

这样，图12A-12E所示的构造允许采摘果实并递送果实以进一步加工。上面结合其他末端执行器讨论的任何特征都可以用末端执行器1200实现或结合。例如，末端执行器1200还可以包括如上文参考图8A-8G所述的用于旋转和扭转果实的机构。上面讨论的任何传感器和控制器特征也适用于末端执行器1200。

图13A示出了根据一个示例性实施方式的具有另一个传送机构的末端执行器1300。末端执行器1300类似于末端执行器1200，因此相同的附图标记用于表示相同的特征。然而，代替使用末端执行器1200的阀1220A、1220B和果实捕集器1210，末端执行器1300具有柔性活板机构1302。

图13B示出了根据一个示例性实施方式的柔性活板机构1302。柔性活板机构1302包括多个活板1304。活板1304可以被构造成具有刚度，该刚度没有高到足以损坏果实，但足以使果实减速并允许果实穿过其中并从管1202中出来。

图13C示出了根据一个示例性实施方式的末端执行器1300，其中活板1304打开以让果实100通过。如图所示，由真空产生的果实100的动量导致活板1304变形或挠曲，并允许果实100通过活板1304到达输送机构或箱处理系统(未示出)。在果实100通过柔性活板机构1302之后，由于真空，活板1304可以恢复它们的位置并关闭，使得通过活板1304的真空耗散减少，并且管1202保持其中的真空压力。

在示例中，为了使果实100减速，阀可以朝向端部1208越过圆筒1214放置。另外，可以朝向端部1206添加另一个阀，使得在端部1208处打开阀和在端部1206处关闭阀改变气流方向，从而在果实100上产生减速力。

这样，机器人系统200可以被构造成执行几个过程来收获果实。机器人系统200检测果实，在3D空间中定位果实，并在3D空间中生成果实的地图，以生成果实将被采摘的顺序的计划。机器人系统200然后致动机械臂和末端执行器以移动到果实的位置，并通过真空系统的动作拾取果实。机器人系统200然后可以从真空环境中移除果实，使果实减速，并将果实递送到输送机构，该输送机构将果实转移到箱处理系统。

从真空环境中移除果实、使果实减速以及将苹果递送到输送机构的过程可以以任何顺序执行。因此，在一个示例中，机器人系统200可以首先从真空环境中移除果实，然后在果实被递送到输送系统之前使果实减速。在另一个示例中，果实可以在仍然处于真空环境中时减速，然后从真空环境中被移除。这样，可以实现过程执行顺序的若干种排列。

图14示出了根据一个示例性实施方式的在果实减速之前发生从真空环境中移除果实的收获装置或系统1400。收获系统1400包括机械臂1402。在图14中，以简化的方式示意性地描绘了机械臂1402，并且机械臂1402可以是上面讨论的任何机械臂(例如，机械臂202A-202F或500)。机械臂1400在基座1404处联接到机器人系统200或任何车辆。

机械臂1400被构造成控制末端执行器1406的位置，末端执行器1406可以包括上面讨论的任何末端执行器。机械臂1400可以被构造成将末端执行器1406移动到树的棚架上靠近果实1407的位置(例如，在距果实1407例如1-5厘米的预定距离内)。末端执行器1406通过真空管1408流体联接到真空发生装置或系统。作为示例，真空发生装置可以包括鼓风机1410，其被构造成在真空管1408中产生真空。真空将果实1407从树上拉下，并使果实1407经过真空管1408的长度。

收获系统1400可以包括止回阀状真空逸出或出口机构1412，其可以类似于止回阀出口机构934或上述任何真空逸出出口机构或装置。这样，出口机构1412可以具有两个活板或门，该活板或门位于真空管1408内或其端部处，并被构造成将真空环境截留或容纳在真空管1408内。一旦果实1407越过出口机构1412的门，果实1407就逸出真空管1408内存在的真空环境。

基本上无真空的腔室1414设置在出口机构1412之后，并且减速结构1416设置在腔室1414中以使果实减速1407。减速结构1416在图14中表示为垫；然而，可以使用其他减速结构。例如，可以使用类似于捕捉网1110A-1110B的捕捉网。

在与减速结构1416碰撞时，果实1407被减速，并且重力导致果实落到箱填充器或箱填充机构1418上。例如，箱填充机构1418可以类似于箱填充器220。在示例中，箱填充机构可以包括铰接或可枢转的门，当果实落到可枢转的门上时，该门在果实1407的重量下枢转或旋转打开。果实1407然后落入箱1420中。箱1420可以代表设置在输送机上的箱216A-216C中的任何一个，并且一旦箱1420装满就准备从机器人系统200上掉落。然后，箱填充机构1418的铰接门可以返回到图14所示的其静止位置。

利用图14的构造，果实1407首先通过出口机构1412从真空管1408内产生的真空环境中移除。此后，果实1407通过减速结构1416减速。

在图14中，出口机构1412基本上设置在真空管1408的近端，而末端执行器1406的入口或喷嘴设置在真空管1408的远端。利用这种构造，果实1407在经过真空管1408的长度的同时经受真空管1408中的真空压力。这样，果实被转移到真空逸出腔室1414，同时通过真空管1408内的真空压力被加速。在另一个示例性实施方式中，出口机构1412可以位于紧接在喷嘴之后或靠近喷嘴的真空管1408的远端附近，而不是在近端。例如，出口机构1412可以集成在末端执行器1406内。在该示例性实施方式中，果实1407可以立即从真空环境中移除，并且例如真空管1408的重力和几何形状可以用于将果实1407转移到减速结构1416和箱填充机构1418。以这种方式，果实1407被转移到减速结构1416的速度可以降低。

在其他示例性实施方式中，果实1407可以首先被减速，然后被输送到箱1420，然后从真空环境中被移除。图15A示出了根据一个示例性实施方式的在果实减速之后发生从真空环境中移除果实的收获装置或系统1500。收获系统1400中用于收获系统1500的相同部件用相同的附图标记表示。

如图15A所示，收获系统1500不包括设置在真空管1408近端的出口机构1412。收获系统1500包括第一门1502和第二门1504。门1502和1504联接到收获系统1500(例如，联接到包括真空管1408、腔室1414和减速结构1416的结构)。具体地，门1502通过枢轴1506可旋转地联接到收获系统1500，并且第二门1504通过枢轴1508可旋转地联接到收获系统1500。箱1420搁置在输送机1510上，输送机1510可以是箱处理机构或系统的一部分。

枢轴1506、1508允许门1502、1504在关闭位置和打开位置之间切换。在图15A所示的状态下，门1502、1504关闭，并且与输送机1510一起形成容纳箱1420的腔室1512。利用这种构造，腔室1512设置在真空环境中。这样，在被采摘、转移到腔室1414、通过减速结构1416减速、并通过箱填充机构1418递送到箱1420的同时，果实保持在真空环境中。门1502、1504被构造成密封真空环境，使得箱1420被包括在真空环境内。

一旦箱1420装满果实，它就通过输送机1510移动，以允许空箱替换它。图15B示出了根据一个示例性实施方式将箱移出真空环境。一旦收获系统1500的控制器(例如，控制器402)通过传感器确定箱1420是满的，控制器可以发送命令来打开门1502、1504。

例如，枢轴1506和1508可以包括马达，一旦被命令，该马达就将门1502、1504旋转到图15B所示的位置。随着门1502、1504切换到打开位置，真空环境不再被密封。控制器然后发送命令以启动输送机1510来移动箱1420(例如，在图15B中向右)，以允许随后的空箱1514替换箱1420。控制器然后命令门1502、1504重新关闭和重新密封真空环境，如参考图15A所述，以允许箱1514被填充。

在另一个示例中，门1502、1504可以被动地打开和关闭。例如，输送机1510的移动可以迫使门1502克服联接到铰链1506的弹簧的弹簧力而打开。门1502可以通过线或线缆连接到门1504，使得当门1502打开时，门1504也被向上拉动以打开。一旦箱1420移动经过门1502，门1502就通过弹簧力恢复就位，以重新密封真空环境。其他构造也是可能的。利用图15A-15B的构造，果实首先减速，然后，当箱1420装满时，真空环境被解除密封，以允许箱1420和其中的果实逸出真空环境。

在示例中，使用产生大抽吸功率的高功率真空可能是有益的，因为大抽吸功率可能足以从树上摘下果实。例如，上述鼓风机1410可以是高功率真空鼓风机。然而，使用高功率真空鼓风机通过真空管(例如，真空管1408)转移或输送果实可能导致果实被加速到较大速度，并因此可能导致果实擦伤或损坏。因此，在一些示例性实施方式中，可以使用两级真空功率。

图16示出了根据一个示例性实施方式的具有两级真空功率的收获装置或系统1600的示意图。类似于收获系统1400，收获系统1600包括末端执行器1602，末端执行器1602通过真空管1604流体联接到真空发生装置。真空发生装置可以包括真空鼓风机1606，其可以是高功率真空发生鼓风机，以便于从树上摘下果实。

果实穿过真空管1604的长度，真空管1604可以较短，并且打开止回阀状真空逸出或出口机构1608，止回阀状真空逸出或出口机构1608可以类似于上述止回阀机构1412和934。一旦果实越过机构1608的门，果实就从真空管1604中存在的真空环境逸出到基本上无真空的腔室1610中。设置在腔室1610中的减速结构1612被构造成使果实减速。

与收获系统1400相反，在与减速结构1612碰撞时，果实然后不被直接递送到箱填充器或箱填充机构。相反，果实落到联接到腔室1610的第二真空管1614上。在第二真空管1614中通过低功率鼓风机1616产生真空压力。真空管1614用于将果实输送到箱填充机构(未示出)。

真空管1604可以制造成比真空管1614短，这样，在转移到用于将果实输送到箱填充机构的低功率真空环境之前，果实在高功率真空环境中保持较短的时间量以防止果实损坏。因此，利用这种构造，鼓风机1606和1616被调节成具有不同的功率水平，其中鼓风机1606被调节成具有足够采摘果实的较高功率，而鼓风机1616具有足够将果实输送到箱填充机构的较低功率。例如，不同的功率水平可以指示鼓风机1616具有更低的抽吸功率、更低的空气流量、与鼓风机1606的马达相比驱动鼓风机1616的马达的更低的电功率(例如，更低的瓦数、电流或电压)、更低的真空压力等。作为具体示例，鼓风机1616可以具有5马力(hp)的抽吸功率，导致2英寸汞柱(in Hg)的真空压力，并引起80立方英尺/分钟(CFM)的气流；而鼓风机1606可以具有30hp的抽吸功率，导致16in Hg的真空压力，并导致100CFM的气流。这些数字是仅用于举例说明的示例。

图17A示出了根据一个示例性实施方式的具有分配机构1702和输送装置或机构1704的收获装置或系统1700。收获系统1700可以具有如上所述操作的末端执行器1602、真空管1604、鼓风机1410或1606、出口机构1608、腔室1610和减速结构1612。另外，收获系统1700具有分配机构1702，该分配机构包括活板1706A、1706B。活板1706A、1706B与栓1708A、1708B协作，以将果实分配到输送机构1704，如下所述。

果实1710被采摘并通过真空管1604转移经过出口机构1612，以通过如上所述的减速结构1612减速。果实1710然后由于重力下落到将果实1710保持在图17A所示位置的活板1706A-1706B上。活板1706A-1706B可以通过相应的铰链1712A、1712B联接到收获系统1700。活板1706A-1706B可以例如在相应的铰链1712A、1712B处被弹簧加载，以将活板1706A-1706B保持在图17A所示的关闭位置。

收获系统1700可以包括在机械臂中，例如上述任何机械臂(例如，机械臂202A-202F或500)。在采摘果实1710之后，机器人系统200和机械臂的控制器命令机械臂与收获系统1700一起相对于栓1708A、1708B定位，如图17A所示。控制器然后命令收获系统向下移动，以引起分配事件。

特别地，如图17A所示，收获系统1700定位成使得当其向下移动时，栓1708A在铰链1712A和活板1706A的尖端1714A之间接触活板1706A。类似地，当收获系统1700向下移动时，栓1708B在铰链1712B和活板1706B的尖端1714B之间接触活板1706B。

图17B示出了根据一个示例性实施方式在向下移动之后的收获系统1700。如图17B所描绘，当收获系统1700向下移动时，栓1708A、1708B作为枢轴操作，活板1706A、1706B围绕该枢轴旋转，以将果实1710释放到输送机构1704上。

输送机构1704可以包括输送皮带1716，输送皮带1716上设置有多个柱或桩，例如桩1718A、1718B和1718C。更多的桩可以设置在输送皮带1716上并联接到输送皮带1716。每对桩之间的空间形成相应的凹穴，该凹穴被构造成接收分配的果实。例如，如图17B所描绘，当活板1706A、1706B打开时，果实1710被释放并存放在桩1718A和1718B之间。输送皮带1716然后将果实1710转移到箱填充机构或直接转移到箱。然后可以重复该过程，其中果实被收获系统1700采摘，然后该收获系统1700再次向下移动以将果实分配到形成在皮带1716的桩之间的凹穴上。

桩1718A-1718C将输送皮带1716分成不同的凹穴，以防止不同果实之间的相互作用，并降低损坏或擦伤果实的可能性。然而，在一些示例中，收获系统1700可以包括不带桩的扁平皮带，并且皮带可以带有垫以吸收落下的果实的动能而不会对其造成损坏。

在一些示例中，皮带1716可以被构造成间歇移动。例如，皮带1716移动以便将两个桩之间的空凹穴与分配机构1702对准，然后在果实被分配后，皮带1716再次移动以将后续凹穴与分配机构1702对准。这种走走停停的构造可能会减慢收获过程，并且在某些情况下可能需要使皮带连续移动。

图18A示出了根据一个示例性实施方式的连续移动皮带1800和机械臂1802，该机械臂1802被构造成将果实放置在连续移动皮带1800上。机械臂1802可以包括具有保持或分配机构1804的末端执行器或收获系统。连续移动皮带1800可以具有设置在其上的多个桩，例如桩1806。

因为连续移动皮带1800在与分配机构1804对准的位置不停止，所以机械臂1802被构造成移动并伸出形成在连续移动皮带1800的桩之间的多个凹穴。例如，根据一个示例性实施方式，图18B示出了在第一位置将果实1808存放在连续移动皮带1800上，而图18C示出了在第二位置将果实1808存放在连续移动皮带1800上。如图18B所示，与图18A相比，桩1806已经随着连续移动皮带1800移动而移动。为了将果实1808存放在由桩1806和相邻桩形成的凹穴处，机械臂1802移动到图18B所示的位置以分配果实1808。

替代地，如图18C所示，桩1806已经随着连续移动皮带1800移动而进一步移动。为了将果实1808存放在由桩1808和相邻桩形成的凹穴处，机械臂1802进一步移动到图18C所示的位置以分配果实1808。这样，机械臂1802是可移动的，以到达连续移动皮带1800上的宽范围位置。利用这种构造，由于机械臂1802被构造成到达多个位置以存放果实，因此允许皮带1800连续移动，而不是间歇移动，所以收获可以是更高效的。

此外，利用这种构造，损坏或擦伤果实的可能性降低。特别地，机械臂1802可以被构造成例如通过联接到末端执行器的视觉传感器来识别皮带1800上的空凹穴。机械臂1802然后可以移动以将分配机构1804与空凹穴的位置对准。在整个分配事件过程中，机械臂1802可以以与皮带1800的速度基本上匹配的速度移动末端执行器和与其联接的分配机构1804，以降低它们之间的相对速度。这样，将果实放置在所识别的凹穴中而不将果实掉落在桩的顶端的可能性增加，因此可以降低由于与桩接触而擦伤果实的可能性。

除了通过将分配机构1804的速度与皮带1800的速度相匹配来降低擦伤果实的可能性之外，桩和皮带1800可以带有垫以在果实和皮带1800或其桩之间的任何接触时防止对果实造成损坏或擦伤。根据一个示例性实施方式，图19A示出了用垫料为桩1806和皮带1800加衬里，而图19B示出了皮带1800和桩1806的剖视图。如图19A所示，桩1806可以具有垫料层1900。垫料层1900可以由例如开孔泡沫或任何其他类似的软材料制成，其吸收落下的果实的动能而不会擦伤果实。在示例中，垫料层1900可以覆盖有另一层硅橡胶或聚氨酯橡胶或任何类型的橡胶涂层，以减少桩的磨损。

此外，皮带1800可以由多个连杆制成，例如连杆1800A、1800B和1800C。连杆1800A-1800C可以由例如塑料材料制成。连杆1800A-1800C也可以用相应的垫料层覆盖。例如，连杆1800C可以被垫料层1902覆盖，类似于垫料层1900，垫料层1902可以由例如开孔泡沫或任何其他类似的软材料制成，其吸收落下的果实的动能而不擦伤果实。垫料层1902也可以覆盖有另一层硅橡胶、聚氨酯橡胶或任何类型的橡胶涂层，以减少连杆1800C的磨损。皮带1800的其他连杆也被构造成覆盖有类似于垫料层1902的相应垫料层。

这样，以特定速度(例如每秒10米)下落的果实在撞击桩1806或皮带1800时可以被保护以免受损坏或擦伤。作为对果实的进一步保护，如图19B所示，皮带1800可以具有侧壁1904A和1904B，当皮带1800移动时，侧壁1904A和1904B引导果实并将果实保持在皮带1800上。侧壁1904A-1904B也可以垫有相应的垫料层1906A、1906B。垫料层1906A、1906B可以类似于垫料层1900和1902。利用这种构造，果实被垫料层从所有侧面包裹，以防止损坏或擦伤。

图20示出了根据一个示例性实施方式的带有输送机构或装置的收获装置或系统2000，该输送机构或装置具有夹层皮带2002。收获系统2000可以具有如上所述操作的末端执行器1602、真空管1604、鼓风机1410或1606、出口机构1608、腔室1610、减速结构1612、箱填充机构1418和箱1420。

另外，收获系统2000可以包括夹层皮带2002，夹层皮带2002被构造成将采摘的果实转移到箱填充机构1418。夹层皮带2002可以包括两条平行的移动皮带2002A和2002B。皮带2002A、2002B中的每一个都可以包括多个连杆，并且可以被构造成围绕辊旋转。例如，皮带2002A包括连杆2004A、2004B，并且被构造成围绕辊2006A、2006B和2006C旋转。

作为示例，辊2006A-2006B可以包括设置在连杆2004A、2004B之间的铰链处的链轮。联接到辊2006A-2006C的马达可以被构造成导致皮带2002A围绕辊2006A-2006C旋转，从而推进皮带2002A。辊2006A-2006C设置在该处的铰链允许连杆2004A和2004B之间的相对旋转和柔性。皮带2002B也可以被构造成类似于皮带2002A。

当果实在减速结构1612处减速时，它落入两个皮带2002A、2002B之间的空间中。皮带2002A、2002B可以由例如可拉伸或弹性的材料制成，诸如氨纶。皮带2002A、2002B中的每一个可以拉伸以适应果实的一侧。皮带2002A、2002B因此包裹果实，并且可以防止皮带2002A、2002B和果实之间的相对线性运动(例如，果实滑动)。

然后，末端执行器1602可以快速移动到下一个果实的位置，并且夹层皮带2002防止采摘的果实由于末端执行器1602的快速移动而被弹出。随着皮带2002A、2002B前进，果实被传送到箱填充机构1418，或者在一些示例中直接传送到箱1420。

图20所示构造的一个优点是，末端执行器1602可以直接移动到下一个待采摘的果实，而不涉及输送过程。例如，与图17A-17B中的构造相反，末端执行器1602不会向下移动而导致分配事件。此外，与图18A-18C的构造相反，末端执行器1602并不匹配皮带1800的速度，以将分配机构与箱1420对准。相反，夹层皮带2002被构造成将果实输送到箱1420，因此，输送过程与采摘过程分离。因此，图20的这种构造可以导致更高效的收获系统。此外，利用图20的构造，真空系统不用于将果实传送到箱1420，因此降低了擦伤果实的可能性。

上面的详细描述参照附图描述了所公开的系统的各种特征和操作。本文描述的说明性实施方式并不旨在进行限制。所公开的系统的某些方面可以以多种不同的构造进行布置和组合，所有这些都在本文中被设想。

此外，除非上下文另有暗示，否则每个附图中示出的特征可以彼此结合使用。因此，附图通常应被视为一个或多个总体实施方式的部件方面，应当理解，并非所有示出的特征对于每个实施方式都是必要的。

另外，本说明书或权利要求中的元件、框或步骤的任何列举都是为了清楚起见。因此，这种列举不应被解释为要求或暗示这些元件、框或步骤遵循特定的布置或以特定的顺序执行。

此外，装置或系统可以被使用或构造成执行图中呈现的功能。在一些情况下，装置和/或系统的部件可以被构造成执行功能，使得部件被实际构造和结构化(具有硬件和/或软件)以实现这种执行。在其他示例中，装置和/或系统的部件可以被布置成适于、能够或适合执行功能，例如当以特定方式操作时。

术语“基本上”是指不需要精确地实现所述特性、参数或值，相反偏差或变化，包括例如公差、测量误差、测量精度限制和本领域技术人员已知的其他因素，可以以不排除该特性旨在提供的效果的量出现。

本文描述的布置仅仅是出于示例的目的。因此，本领域技术人员将会理解，其他布置和其他元件(例如，机器、接口、操作、命令和操作的分组等)可以替代使用，并且根据期望的结果，可以完全省略一些元素。此外，所描述的许多元件是功能实体，其可以以任何合适的组合和位置实现为分立的或分布式的部件或者与其他部件结合。

虽然本文已经公开了各种方面和实施方式，但是其他方面和实施方式对于本领域技术人员来说将是显而易见的。本文公开的各种方面和实施方式是为了说明的目的，而并非旨在进行限制，真正的范围由所附权利要求以及这些权利要求所授权的等同物的全部范围来指示。另外，本文使用的术语仅仅是为了描述特定实施方式，而并非旨在进行限制。

Claims (20)

1.一种果实收获机器人系统，包括：

真空发生装置；

收获装置，其包括：

末端执行器，其具有入口，

第一真空管，其联接到所述末端执行器的所述入口和所述真空发生装置，其中，所述真空发生装置被构造成在所述第一真空管中产生真空环境，并且其中，所述末端执行器的所述入口具有允许特定类型的果实穿过所述入口并进入所述第一真空管中的所述真空环境的尺寸，

出口机构，其联接到所述第一真空管，其中，已进入所述真空环境的果实能够通过所述出口机构离开所述真空环境，

腔室，其联接到所述第一真空管的与所述末端执行器的入口相对的端部；和

减速结构，其被构造成使已经穿过所述真空环境的至少一部分的果实减速而不损坏果实，其中所述减速结构包括垫，该垫位于所述腔室的与所述第一真空管的所述端部相对的腔室壁上，所述垫被构造成使水果在离开所述第一真空管的所述端部之后穿过所述腔室时减速；

第二真空管，其联接到所述收获装置，其中所述真空发生装置被构造成在所述第二真空管中产生第二真空环境，以将所述果实从所述第一真空管通过所述第二真空管输送到箱；和

机械臂，其联接到所述收获装置，所述机械臂被构造成移动所述收获装置，以将所述末端执行器的所述入口定位在距附接到树上的果实预定距离内，其中，所述真空环境产生通过所述入口的气流，从而诱发将施加到所述果实的力；将所述果实通过所述入口拉入所述第一真空管中；以及将所述果实与所述树分离。

2.根据权利要求1所述的果实收获机器人系统，其中，带有所述减速结构的所述腔室设置在所述真空环境之外，并且被构造成使已经通过所述出口机构离开所述真空环境的果实减速。

3.根据权利要求1所述的果实收获机器人系统，其中，所述出口机构包括位于所述第一真空管内或所述第一真空管的所述端部处的两个弹簧加载门，其中，当果实由于由所述真空环境引起的所述果实的动量而撞击所述两个弹簧加载门时，所述两个弹簧加载门打开以允许所述果实穿过形成在所述两个弹簧加载门之间的开口，并且其中，所述两个弹簧加载门在所述果实穿过所述两个弹簧加载门之后关闭以将所述真空环境容纳在所述第一真空管内。

4.根据权利要求1所述的果实收获机器人系统，还包括：

箱填充机构，其包括构造成围绕枢轴旋转的可枢转门；和

箱，其位于所述可枢转门下方，其中，所述可枢转门设置在所述第二真空管的出口下面，使得果实在被输送通过所述第二真空管后落到所述可枢转门上，从而使所述可枢转门围绕所述枢轴旋转并允许所述果实进入所述箱。

5.根据权利要求4所述的果实收获机器人系统，其中，所述腔室是第一腔室，其中带有所述减速结构的第一腔室设置在所述真空环境内，并且其中，所述出口机构包括：第一门，其在第一枢轴处联接到所述收获装置；以及第二门，其在第二枢轴处联接到所述收获装置，其中，所述第一枢轴和所述第二枢轴分别允许所述第一门和所述第二门在关闭位置和打开位置之间切换，并且其中：

当所述第一门和所述第二门处于所述关闭位置时，所述第一门和所述第二门形成包含所述箱的第二腔室，使得所述箱设置在所述真空环境中，并且

当所述第一门和所述第二门处于所述打开位置时，所述箱能够离开所述真空环境。

6.根据权利要求5所述的果实收获机器人系统，还包括：

输送机，所述箱设置在所述输送机上；和

控制器，其被构造成执行操作，所述操作包括：

确定所述箱是满的；

使所述第一门和所述第二门打开；

启动所述输送机以将所述箱转移出所述真空环境，并将后续的箱定位在所述箱填充机构下方；和

使所述第一门和所述第二门关闭，以便重新密封所述后续的箱周围的真空环境。

7.根据权利要求1所述的果实收获机器人系统，其中，所述真空发生装置包括：第一真空鼓风机，所述第一真空鼓风机被构造成在所述第一真空管中产生真空环境，和第二真空鼓风机，其被构造成在所述第二真空管中产生所述第二真空环境，以将所述果实从所述第一真空管通过所述第二真空管输送到所述箱。

8.根据权利要求1所述的果实收获机器人系统，其中，所述第二真空管联接到所述收获装置，使得通过所述出口机构离开所述真空环境的果实此后进入所述第二真空管。

9.根据权利要求8所述的果实收获机器人系统，其中，果实在被所述减速结构减速后进入所述第二真空管。

10.根据权利要求7所述的果实收获机器人系统，其中，所述第二真空鼓风机与所述第一真空鼓风机相比具有不同的抽吸功率。

11.根据权利要求10所述的果实收获机器人系统，其中，所述第二真空鼓风机与所述第一真空鼓风机相比具有更低的抽吸功率。

12.根据权利要求1所述的果实收获机器人系统，还包括：

分配机构，其包括：第一活板，其通过第一枢轴联接到所述收获装置；和第二活板，其通过第二枢轴联接到所述收获装置，其中，所述分配机构设置在所述第二真空管的出口下面，使得被输送通过所述第二真空管的果实落到所述第一活板和所述第二活板上并由所述第一活板和所述第二活板保持，以及

控制器，其被构造成执行包括下列的操作：

朝向第一栓和第二栓移动所述收获装置，使得所述第一栓在所述第一枢轴和所述第一活板的顶端之间对准，并且所述第二栓在所述第二枢轴和所述第二活板的相应顶端之间对准，其中，当所述第一活板和所述第二活板分别接触所述第一栓和所述第二栓时，所述第一活板围绕所述第一枢轴枢转，并且所述第二活板围绕所述第二枢轴枢转，从而从所述收获装置分配所述果实。

13.根据权利要求1所述的果实收获机器人系统，还包括：

输送皮带，其设置在所述第二真空管的出口下面且被构造成接收已经穿过所述收获装置的果实然后将果实转移到箱填充机构或直接转移到箱，其中，所述输送皮带包括设置在所述输送皮带上的多个桩，其中，每对桩在其间形成凹穴，所述凹穴被构造成接收已经穿过所述收获装置的至少一个果实。

14.根据权利要求13所述的果实收获机器人系统，还包括控制器，该控制器被构造成执行包括下列的操作：

识别在所述多个桩中的两个桩之间形成的空凹穴；和

使所述机械臂以与所述输送皮带的相应速度基本上匹配的速度移动所述末端执行器，使得单个果实穿过所述收获装置并被接收到所识别的空凹穴上。

15.根据权利要求13所述的果实收获机器人系统，其中，所述多个桩中的桩覆盖有由粘弹性材料制成的相应垫料层。

16.根据权利要求13所述的果实收获机器人系统，其中，所述输送皮带由一系列连杆制成，在每个连杆上设置有由粘弹性材料制成的相应垫料层。

17.根据权利要求1所述的果实收获机器人系统，还包括：

输送装置，其联接到所述收获装置，并且被构造成将被输送通过所述第二真空管的果实输送到箱，其中，所述输送装置包括：

第一输送皮带；和

第二输送皮带，其平行于所述第一输送皮带，使得所述第一输送皮带和所述第二输送皮带夹住穿过所述收获装置的果实。

18.根据权利要求17所述的果实收获机器人系统，其中，所述第一输送皮带和所述第二输送皮带中的每一个包括多个连杆，其中，所述输送装置还包括：

多个铰链，其设置在所述多个连杆中的相应连杆之间，其中，相应的辊设置在所述多个铰链处，以推进所述第一和第二输送皮带。

19.根据权利要求18所述的果实收获机器人系统，其中，所述多个连杆中的第一连杆和第二连杆在铰链处彼此联接，使得所述铰链允许所述第一连杆和所述第二连杆之间围绕所述铰链相对旋转。

20.根据权利要求19所述的果实收获机器人系统，其中，所述第一输送皮带和所述第二输送皮带由弹性材料制成，并且被构造成包裹所输送的果实并减少所输送的果实的滑动。

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