CN111432626A - 用于采集芦笋的机器 - Google Patents

Abstract

本发明用在如下的领域：用于采集芦笋的机器，用于切割芦笋的模块，用于清除土壤的刷子模块，土壤补充单元，用于采集芦笋的方法，以及通过所述方法获得的芦笋。所述机器和方法原则上还可用于相似的植物，特别是一般的天门冬科种、舌状花亚科种，例如婆罗门参和橡胶草。

Description

用于采集芦笋的机器

技术领域

本发明用在如下的领域：用于采集芦笋的机器，用于切割芦笋的模块，用于清除土壤的刷子模块，土壤补充单元，用于采集芦笋的方法，以及通过所述方法获得的芦笋。所述机器和方法原则上还可用于相似的植物，特别是一般的天门冬科种，例如芦笋属，如芦笋，例如虎眼万年青属，如比利牛斯虎眼万年青，以及舌状花亚科种，例如婆罗门参和橡胶草。

背景技术

芦笋在某些国家极为常见，通常是白色的，但也会采集到大量的绿色芦笋。在中国(>90％)、秘鲁、墨西哥、美国和欧盟，特别是德国、荷兰和英国都大量生产芦笋。白色芦笋是通过在它们生长时用土壤覆盖幼苗来培育的，即覆土培育。新鲜度被认为是极重要的，因此芦笋一般会在采集或经过处理进行储存之后几天内食用。在烹饪或生食之前剥落白色芦笋的下部末端。芦笋是时令菜，可在4月到6月末内购得。当在大棚中生长时，生长季节可以显著地增加为从2月到11月。

芦笋质量主要取决于茎干厚度、长度和年龄。较老、较厚的茎会像木质的，这并不可取。典型使用的类别是AA(20-28毫米厚)、A(16-20毫米)、B(12-16毫米)和AAA(>28毫米)。长度优选地是10-35厘米。另外，芦笋最好基本上是直的，没有变色，特别是在头端区段没有变色，头端区段闭合，不中空，无损坏，无棕色点，且具有常规外观。鉴于土壤通常会残留下来，因而在烹饪之前要仔细清洁芦笋。另外，大部分的皮会被清除。

芦笋通常是人工采集，因此是劳动密集型的。需要在田地中定位每一个别芦笋，并且接着在土壤下方专用长度处将它们手动地切割下来。由此人工采集还具有例如长度的较大可变性。芦笋也可能会被太早采集，例如具有次级长度，或太晚采集，例如具有木质的皮。另外，植物自身在采集期间可能会被损坏，这可能导致植物挨饿。而且，许多太嫩的芦笋会在无意中被切割下来，因为同时栽种的在空间上紧密分布的芦笋经常会发生大规模的平行向上生长，其中一个芦笋已经可以采集，但其它芦笋尚不能采集。

已经尝试制作芦笋采集机器，但这些机器不可靠，太昂贵，不经济，无法补偿田地的变化，例如位置、深度、各个芦笋之间的空间等，并且可能会对芦笋植物和采集的芦笋造成损坏。此机器的实例在EP 1958494A1中陈述；所述机器包括移动车辆、具有相机的辨识元件、控制器，以及用于取出芦笋的两个活节臂机器人。机器人位于机器的一侧，且取出的芦笋被放入同样在机器的一侧的容器中。机器人从要采集的芦笋移动到所述容器，并返回。显然，是在机器的任一侧采集芦笋。DE 102009011368A1陈述一种用于采集芦笋的机器，但实际上仅陈述了切割模块，所述切割模块安装在基底框架上并且因此只能以垂直方式相对于框架移动。

本发明因此涉及一种用于采集芦笋的机器，它解决了现有技术的上述问题和缺陷中的一个或多个，从而提供可靠的结果，同时不会损害功能性和优点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的装置的一个或多个限制并且改进芦笋等等的采集。本发明机器可在连续模式中使用，其中所述机器例如以恒定速度在土壤上方移动，且切割模块在切割期间沿着机器的相反方向以相同速度移动。因此在采集期间不需要停止。切割模块在空间循环模式中移动，例如从后侧到前侧环绕通过机器，反之亦然。切割模块上设置了(实物)反馈回路。所述机器和方法原则上还可用于相似的植物，特别是一般的天门冬科种，例如芦笋属，如芦笋，例如虎眼万年青属，如比利牛斯虎眼万年青，以及舌状花亚科种，例如婆罗门参和橡胶草。芦笋可以白色、绿色或紫色。本发明机器包括用于支撑另外元件的框架，所述元件例如刷子模块、切割模块和反馈回路，它们可以是水平的、竖直的或其组合。框架和它上面附接的元件可在土壤上方移动，因为芦笋在它们生长时通常用土壤覆盖，即覆土培育。通常形成大的细长的升高的床，通常是从田地的一侧到另一侧，并且田地中一般存在许多平行的床。芦笋通常被覆土达约30-60厘米。通常形成梯形床。本发明刷子模块用于清除土壤的顶部一部分，通常1-10厘米，例如2-6厘米。优选的是还清除床土壤的侧面一部分，通常2-15厘米，例如5-10厘米。清除土壤的缺点在于，最好对清除的土壤进行补充以便恢复床，这产生了额外步骤。通过清除土壤，可以使要采集的芦笋变为可见的。太小的芦笋尚未达到土壤(床)的顶部段，不会被采集，但可以在之后的某一天或甚至更晚时间采集。因此仅采集伸出的芦笋。本发明机器包括若干切割模块，每一模块切割后面的被定位的芦笋(通常在床的伸长方向上更远)。切割模块可移动地连接到框架，使得它们可从框架的前侧移动到后侧。由于实际切割花费一些时间，因此优选的是移动每一个别切割模块，使得它相对于要切割的芦笋不移动；换句话说，相对于大地(已确定)坐标的相对移动实际上是零，尤其是在纵向方向上，而相对于给定框架坐标的移动与框架相对于大地坐标的移动是相等的，但正负号相反。框架原则上可以尽可能快地移动。实际上，框架的速度且因此机器的速度限于每秒几米，例如1-5米/秒。鉴于机器的速度，优选的是多于两个模块，优选地3-20个切割模块，更优选地4-12个切割模块，例如5-10个切割模块。本发明机器可以可接受速度移动，且仍根据最高标准切割芦笋。为了限制机器的大小，提供反馈回路，用于使每个切割模块在完成切割时从框架的后侧循环到前侧，并在前侧为下一芦笋做好准备。

本发明机器包括切割模块导引件50，例如皮带，其中切割模块导引件可以位于框架的内侧，可以与至少一个切割模块接触，所述至少一个模块处于采集位置，其中所述导引件用于以基本上等于机器速度的速度但在相反方向上移动。因此，优选的是控制切割模块导引件。传感器可以提供导引件的相对位置的信息。

本发明机器包括驱动系统，例如空气压力系统70，并且还可以包括液压系统和电力系统，用于例如通过空气驱动本发明系统的切割模块和任选地其它元件，其中可旋转连接器可以通过至少一个管71连接到空气压力系统。所述管通常可以是柔性管，例如螺旋管。

在第二方面中，本发明涉及用于芦笋采集的机器的切割模块。所述切割模块包括：芦笋夹钳，用于在采集后立即抓住芦笋，所述夹钳优选地为可竖直移动的；切割器，用于在地面下方某一距离切割芦笋，所述切割器优选地为可竖直移动的；芦笋定位器，所述定位器优选地为可竖直移动的。切割器、定位器和夹钳通常可各自独立地移动，且可以被视为切割模块的单独物件。切割模块还包括支撑件，通常是类似框架的支撑件，其中切割器、定位器和夹钳存在于所述支撑件中且与其附接。切割模块可移动地定位于支撑件中，从而能够在平行于支撑件的水平方向上移动，以便在所述水平方向上朝向要采集的芦笋移动。应注意，起初本发明采集机器可以提供在平行于芦笋床的纵向轴线的水平方向上的移动，由此可以朝向芦笋移动所述至少两个切割模块。

在第三方面中，本发明涉及用于芦笋采集的机器的用于清除土壤的刷子模块。所述刷子模块包括用于清除土壤的顶部层的至少一个可旋转刷子，以及用于清除芦笋床的侧区段的至少两个刮板。一般会清除几厘米的土壤，例如2-10厘米，以及2-15厘米的侧区段，例如5-10厘米。

在第四方面中，本发明涉及芦笋采集方法，其包括：在包括芦笋的床上方水平地移动采集机器，所述芦笋平行于所述床的纵向轴线；清除床土壤的顶部层；定位芦笋；以基本上相同的速度在采集机器的相反方向上移动切割模块；采集芦笋；以及将切割模块移动到采集机器的前侧。本发明机器以及本发明切割模块特别适合于本发明方法。

在第五方面中，本发明涉及至少一个通过本发明方法采集的芦笋床。所述采集的芦笋床的质量比现有技术机器或人工采集的芦笋一致得多。例如，通常整个一群芦笋都具有22±4厘米的长度，例如22±1厘米。

在第六方面中，本发明涉及一种零件套组，其包括本发明采集机器、本发明芦笋切割模块和本发明刷子模块中的至少一个。

在整个说明书中详细描述本发明说明的优点。

具体实施方式

在本发明机器的示例性实施例中，可移动框架包括马达11和轮12，及速度控制器13，以及任选地包括至少一个连续轨道16。马达向前驱动机器。轮通常位于机器的侧面某一距离处，使得机器可在一个芦笋床上方移动，且通常是在机器的前端，不与邻近的床接触，而同样地，连续的轨道通常位于机器的后端。典型机器的尺寸是长3-6米，例如4-5米，宽60-250厘米，例如80-180厘米，其中反馈回路可以在一侧延伸达30-70厘米的宽度，以及70-200厘米的高度，例如100-150厘米。速度控制器用于以±10厘米/秒、优选地±5厘米/秒、例如±1厘米/秒的精度来控制机器的速度。所述机器可以具备位置定位器，例如GPS等等，和/或具有用于无线通信的收发器。因此可以无线控制机器，并且可以全自动地完成采集。

在示例性实施例中，本发明机器包括连接到框架的可旋转连接器60，且针对每一切割模块，包括将切割模块连接到可旋转连接器的至少一个柔性管71。可旋转连接器用于提供切割模块在框架中和反馈回路上方的自由移动，使得可以提供对切割模块的连续控制和对切割模块的供电。

在本发明机器的示例性实施例中，框架包括用于允许切割模块在纵向方向上移动的中心顶部通路14。所述通路使得模块可以根据需要自由移动，而无任何阻挡。

在示例性实施例中，本发明机器包括用于允许机器在一行芦笋上方自由移动的中心底部通路15。所述底部通路具有足够的高度，通常30-50厘米高，并且具有足够的宽度，例如40-80厘米宽。

在本发明机器的示例性实施例中，切割模块包括通常可竖直移动的芦笋夹钳31、通常可竖直移动的切割器32、通常可竖直移动的芦笋定位器33，且其中切割模块可移动地定位于支撑件34中从而能够在垂直于纵向轴线的水平方向上移动。夹钳用于抓住采集的芦笋且将芦笋输送到容器90。容器通常位于框架上的别处。定位器用于精确定位要采集的芦笋，精度通常为0.1-2厘米，例如0.2-1厘米。切割器切割芦笋。优选地例如通过提供以下一系列事件来控制夹钳、切割器和定位器：定位器定位芦笋；控制器启动切割器；在切割时切割器缩回且夹钳被启动；夹钳抓住芦笋且在竖直方向上提升芦笋；当切割模块接近容器等等时夹钳被启动以将芦笋释放(例如)到容器中。本发明切割模块可在支撑件内移动。支撑件通常高30-60厘米，例如40-50厘米，宽40-80厘米，例如50-60厘米，并且深5-25厘米，例如10-15厘米。切割模块还可以整体在竖直方向上移动；它在移动时接近要采集的芦笋。

在示例性实施例中，本发明机器包括土壤补充模块21，用于将清除的土壤传送回到芦笋床。由于采集通常是每天都进行的，或者是以所需要的频率来进行的，因此优选的是通过补充土壤来将芦笋床恢复到其原始采集前状态。

在示例性实施例中，本发明机器包括用于控制所述至少一个切割模块、框架速度、反馈回路速度、刷子模块和土壤补充单元的控制器35。

在示例性实施例中，本发明机器包括用于检测芦笋床的位置传感器80，例如光学传感器。

在示例性实施例中，本发明机器包括芦笋储存容器90。一旦芦笋被切下，就将它们移动且储存于容器中。储存容器通常位于机器的一端，通常是在其框架上。

在示例性实施例中，切割模块包括控制槽口36，每一槽口单独地驱动芦笋夹钳、切割器、定位器和切割模块中的一个。当切割模块在框架上移动时，和/或当执行采集中的某一步骤时，可以例如通过外部存在的反槽口启动器来为槽口寻址。一旦寻址到，步骤就可以视为已经完成，和/或可以发起另一步骤等。

在切割模块的示例性实施例中，切割器包括例如杆的竖直固持器37、刀片38和刀片保护器39，其中刀片用于在水平平面中旋转以用于切割芦笋。刀设置于切割器的旋转轴线上，所述旋转轴线处于竖直方向，即垂直于土壤，使得刀在切割芦笋时可平行于土壤旋转。由于芦笋的切割有些复杂，例如考虑到地下动作，因此需要将刀朝向芦笋的下部末端。切割器上设置了竖直固持器，优选地为具有锥形末端或类似物以用于穿透土壤的固持器。刀通常设置为稍微高于固持器末端，例如高出1-5厘米。在穿透土壤时以及在从土壤缩回时刀片优选地受保护。切割器上设置了刀保护件，通常是基本上在刀周围的壳体，且具有用于向外旋转刀的开口。所述开口通常呈狭缝的形式。

在切割模块的示例性实施例中，夹钳是凹形的，优选地具有2-10厘米的内半径，优选地3-5厘米的内半径，且其中夹钳附接到可竖直移动的夹钳固持器31a上。因此夹钳适合用于取出和移动芦笋。

在切割模块的示例性实施例中，芦笋定位器33包括至少两个水平可旋转的触觉传感器33a，所述传感器间隔1-10厘米的距离且以锥形几何形状定向，使得芦笋可以被定位。锥形角可以在90-150度之间，例如100-120度。因此例如以光学方式确定的芦笋的未精确知晓的位置可以例如以0.1-2厘米的精度更精确地确定，以便随后采集芦笋。锥形几何形状允许切割模块与芦笋有些许未对准，这通常是在垂直于芦笋床的纵向轴线的方向上。芦笋可被认为由定位器“捕获”。触觉传感器可在水平平面中旋转，通常旋转达20-180度的角度，例如30-60度。传感器以较小距离间隔开，例如以便能够进行旋转，并且能够检测芦笋。

在示例性实施例中，切割模块包括用于在竖直和/或水平方向上驱动切割模块的至少一个马达30a，例如步进马达。由于切割模块可能需要移动，因此优选的是提供支持所述移动的马达。通常，切割模块的移动范围可为支撑件的整个可用宽度以及在芦笋床的表面与切割模块的通常竖直固定的上部位置之间的整个高度。

在示例性实施例中，切割模块包括分配器72，例如空气压力分配器，其可连接到空气压力系统，且连接到夹钳、定位器、切割器、支撑件，并且优选地连接到马达。所述分配器用于朝向所需位置分配空气压力。

在示例性实施例中，刷子模块20包括用于松弛土壤的松土耙24。在清除土壤之前，为了保护芦笋，优选地是对土壤进行松弛以便支持土壤清除。

下文将通过示例和解释性质且不希望被视为限制本发明的以下实例进一步阐明本发明。所属领域的技术人员可以清楚地了解，在由本发明权利要求限定的保护范围内可以设想显而易见的或非显而易见的许多变化。

附图的概要

图1-3、4a-4c、5a、b和6a-c典型地示意性地示出本发明组合件的某些方面，但附图是按照由设计方案提供的比例绘制的，而图7a-d示出操作模式。

附图的详细说明

在附图中：

100 用于采集的机器

10 可移动框架

11 马达

12 轮

13 速度控制器

14 中心顶部通路

15 中心底部通路

16 连续轨道

20 刷子模块

21 土壤补充单元

22 可旋转刷子

23 刮板

24 松土耙

30 切割模块

30a 马达

31 夹钳

31a 夹钳固持器

32 切割器

33 定位器

33a 可旋转触觉传感器

34 支撑件

35 控制器

36 控制槽口

37 竖直固持器

38 刀片

39 刀片保护器

40 反馈回路

41 切割模块轨道

50 切割模块导引件

51 切割模块导引轮

60 可旋转连接器

70 空气压力系统

71 管

72 分配器

80 位置传感器

90 储存容器

图1示出在芦笋床的田地中的本发明机器100。所述机器包括连续轨道16和由马达12驱动的轮。框架10为各种元件提供支撑。在前端提供刷子模块20，且在后端提供土壤补充单元21。各种切割模块30是可见的，以及用于环绕切割模块的反馈回路40也是可见的。在后端提供容器90用于储存芦笋。可旋转连接器60将附接到管71(未示出)上，所述管通常经由分配器72连接到切割模块，在所述分配器中由空气压力系统70提供空气。

图2示出框架，其示出为具有允许环绕切割模块和管通过的中心顶部通路14，以及允许在床上方移动的中心底部通路15。显示了各种切割模块30、反馈回路40，和允许切割模块在反馈回路上方移动的切割模块轨道41。用箭头显示切割模块的移动。

图3示出本发明模块的俯视图。显示了纵向轴线，以及框架10和切割模块30的移动。显示了位于框架前端的各种切割模块，以及切割模块导引件50。还示出了切割模块轨道41。

图4a示出切割模块30。其中示出了马达30a和管71。还示出了用于模块的其它元件的支撑件34。在一侧设置了槽口36，用于触发本发明模块的各种动作。在底部端显示了芦笋定位器33和可旋转触觉传感器33a。控制器35为切割模块的各种元件寻址。模块的中心部分，包括用于抓住芦笋的夹钳31、夹钳固持器31a、定位器33、竖直固持器、刀片等等，可在模块内沿着水平方向移动，以便例如精确定位、切割和抓住芦笋，而定位器还沿着纵向方向引导模块。

在操作方法中，本发明模块由信号提供者启动。各种圆筒位于支撑件中和模块的元件中，其中一个元件使切割器移动进入地面。如果切割器完全浸没在地面中，那么圆筒提供信号。随后启动且延伸第二圆筒。当完全延伸时另一圆筒进行寻址，这个圆筒启动用于抓住芦笋的舌部。第二圆筒向上移动并由此启动另一圆筒进行切割。切割器移动进入地面且芦笋被切割。随后收回芦笋。当启动槽口中的一个对容器闭合时，芦笋被释放到容器中。

图4b示出切割模块30。其中在模块的侧面示出了在反馈回路上移动的切割模块导引轮51。还示出了向下延伸的竖直固持器，所述固持器包括切割器。固持器具备锥形末端，用于在进入土壤时能够迅速移动。

图4c示出切割模块30。其中示出了模块导引轮51。还显示了位置传感器80。刀片38准备好切割芦笋(在土壤中)且在刀片保护器之外。

图5a、b示出本发明刷子模块20的细节。示出了可旋转刷子22、刮板23和松土耙24。

图6a-c示出了本发明定位器33的细节，包含可旋转触觉传感器33a。

图7a-d示意性地示出本发明方法。图7a中示出具有芦笋的床。床的顶部一部分的左侧和右侧被清除。随后通过刷掉土壤使芦笋的顶部可见(图7c)。现在可以定位芦笋。在图7d中，切割模块，具体地是它的刀，已经进入土壤，并且刀在预定义深度处切割芦笋。

Claims (24)

1.一种用于采集芦笋的机器(100)，其包括

可移动框架(10)，其具有纵向轴线，

至少两个芦笋切割模块(30)，其可移动地连接到所述框架，优选地为3-20个切割模块，

其特征在于

所述机器用于连续采集，

切割模块导引件(50)，其中所述切割模块导引件(50)用于以基本上等于机器速度的速度但在相反方向上移动，

反馈回路(40)，其用于在空间上将每一切割模块(30)从所述框架(10)的后侧循环到前侧并从所述框架(10)的前侧循环到后侧，以及

驱动系统。

2.根据权利要求1所述的机器，其特征在于所述可移动框架(10)包括马达(11)和轮(12)、速度控制器(13)，且任选地包括至少一个连续轨道(16)。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的机器，其中所述切割模块导引件位于所述框架的内侧，与至少一个模块接触，所述至少一个模块处于采集位置。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的机器，其包括连接到所述框架的可旋转连接器(60)，且针对每一切割模块包括连接到所述可旋转连接器的至少一个柔性管(71)。

5.根据权利要求4所述的机器，其中所述驱动系统是用于通过空气驱动切割模块的空气压力系统(70)，其中所述可旋转连接器(60)通过至少一个管(71)连接到所述空气压力系统(70)。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的机器，其中所述框架(10)包括用于允许所述切割模块(30)在纵向方向上移动的中心顶部通路(14)。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的机器，其包括用于允许所述机器在一行芦笋上方自由移动的中心底部通路(15)。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的机器，其中所述切割模块包括芦笋夹钳(31)、切割器(32)、芦笋定位器(33)，且其中所述切割模块可移动地位于支撑件(34)中，从而能够在垂直于所述纵向轴线的水平方向上移动。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的机器，其包括用于将清除的土壤传送回到芦笋床的土壤补充单元(21)以及连接到所述框架以用于清除土壤的顶部一部分的刷子模块(20)中的至少一个。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的机器，其包括用于控制所述至少一个切割模块、框架速度、反馈回路速度、所述刷子模块和所述土壤补充单元的控制器(35)。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的机器，其包括用于检测芦笋床的位置传感器(80)。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的机器，其包括芦笋储存容器(90)。

13.一种用于芦笋采集的机器的芦笋切割模块(30)，其包括芦笋夹钳(31)、切割器(32)、芦笋定位器(33)和支撑件(34)，其中所述切割模块可移动地定位于支撑件中，从而能够在平行于所述支撑件的水平方向上移动。

14.根据权利要求13所述的芦笋切割模块，其包括控制槽口(36)，每一槽口单独地驱动芦笋夹钳、所述切割器、所述定位器和所述切割模块中的一个。

15.根据权利要求13-14中任一项所述的芦笋切割模块，其中所述切割器包括竖直固持器(37)、刀片(38)和刀片保护器(39)，其中所述刀片用于在水平平面中旋转以用于切割芦笋。

16.根据权利要求13-15中任一项所述的芦笋切割模块，其中所述夹钳是凹形的，且其中所述夹钳附接到能够竖直移动的夹钳固持器(31a)上。

17.根据权利要求13-16中任一项所述的芦笋切割模块，其中所述芦笋定位器(33)包括至少两个能够水平旋转的触觉传感器(33a)，所述至少两个能够水平旋转的触觉传感器以1-10厘米的距离间隔开且以锥形几何形状定向，使得芦笋能够被定位。

18.根据权利要求13-17中任一项所述的芦笋切割模块，其包括用于在竖直和/或水平方向上驱动所述切割模块的至少一个马达(30a)。

19.根据权利要求13-17中任一项所述的芦笋切割模块，其包括能够连接到空气压力系统且连接到所述夹钳、所述定位器、所述切割器、所述支撑件的分配器(72)。

20.一种用于芦笋采集的机器的用于清除土壤的刷子模块(20)，其包括至少一个可旋转刷子(22)和至少两个刮板(23)。

21.根据权利要求20所述的刷子模块，其包括用于松弛土壤的松土耙(24)。

22.一种芦笋采集方法，其包括

在包括芦笋的床上方水平地移动根据权利要求1-12中任一项所述的采集机器，所述芦笋平行于所述床的纵向轴线，

清除床土壤的顶部层，

定位芦笋，

以基本上相同的速度在所述采集机器的相反方向上移动切割模块，

采集所述芦笋，以及

将所述切割模块移动到所述采集机器的前侧。

23.至少一个通过根据权利要求22所述的方法采集的芦笋床。

24.一种零件套组，其包括根据权利要求1-12中任一项所述的采集机器、根据权利要求13-19中任一项所述的芦笋切割模块以及根据权利要求20或21所述的刷子模块中的至少一个。

Images