CN113226013A

CN113226013A - 藏红花收集装置

Info

Publication number: CN113226013A
Application number: CN202080007352.3A
Authority: CN
Inventors: 阿米尔·梅尔达德·玛多贝纳敏
Original assignee: Stope Co
Current assignee: Stope Co
Priority date: 2019-01-15
Filing date: 2020-01-14
Publication date: 2021-08-06
Also published as: WO2020149779A1; US20220087104A1; EP3911142A4; EP3911142A1

Abstract

本发明描述了一种藏红花收集装置(1)，包括：‑传感器单元(2)，该传感器单元被布置用于识别藏红花的雌蕊；‑拾取单元(3)，该拾取单元被布置用于当该传感器单元(2)已识别出雌蕊的位置时从藏红花移除雌蕊或其一部分；以及‑收集器单元(4)，该收集器单元被布置用于将雌蕊或其一部分收集在收集空间(5)中。

Description

藏红花收集装置

技术领域

本发明涉及藏红花收集装置。

背景技术

存在旨在简化采收藏红花的一些现有装置。例如，在CN107278513中公开了一种吸风刷型藏红花采收装置。据说藏红花采收装置能够在自然生长状态下实现藏红花种球的花丝进给和机械采收，并且据说工作效率得到了提高，并且解放了劳动力。此外，在CN107306592中公开了类似的藏红花采收装置。此外，在CN107660380中公开了一种气动式藏红花丝收集系统。在这种情况下，还存在负压风扇以使得花丝能够被自动进给到藏红花种球上。

本发明涉及提供一种最佳的藏红花采收和收集装置，其减少所需的劳动力，但在相同类型下提供高产量和高度的灵活性。

发明内容

上述目的通过藏红花收集装置实现，该藏红花收集装置包括：

-传感器单元，该传感器单元被布置用于识别藏红花的雌蕊；

-拾取单元，该拾取单元被布置用于当传感器单元已识别雌蕊的位置时从藏红花上移除雌蕊或其一部分；以及

-收集器单元，该收集器单元被布置用于将雌蕊或其一部分收集在收集空间中。

藏红花收集装置通过使用用于识别藏红花雌蕊的传感器单元来操作。就这一点而言，根据本发明的藏红花收集装置基本上不同于CN107278513、CN107306592和CN107660380中所公开的那些。根据本发明的装置首先且最主要涉及识别藏红花的雌蕊，然后是用于实现这些雌蕊的简单且有效的收集原理的装置。

此外，关于表述“雌蕊”，应当理解，这也体现了该表述的替代形式，诸如“(雌蕊的)柱头”或“雄蕊”。

具体实施方式

下文公开了本发明的一些具体实施方案。

根据一个实施方案，收集器单元为袋。袋的类型可以变化，但是例如用作防尘袋的类型是一种可能的替代形式。

根据本发明的一个具体实施方案，传感器单元是相机、IR传感器或雷达传感器。根据本发明，组合也是可能的。此外，根据本发明，不同传感器的组合也是可能的。根据本发明的一个优选的实施方案，传感器单元为相机。从下文可以清楚地看出，根据本发明的藏红花收集装置可包括至少两个相机单元。因此，根据本发明的一个具体实施方案，藏红花收集装置包括至少两个传感器单元，例如至少两个相机单元。

此外，根据本发明的一个实施方案，藏红花收集装置包括用于花朵检测的至少一个传感器单元，优选地为相机单元，以及用于检测藏红花内的雌蕊的至少一个传感器单元，优选地为相机单元。下文将进一步说明一个此类示例。

就这一点而言，表述“相机”包括任何类型的相机，诸如CCD(电荷耦合器件)或数字相机。此外，根据本发明的藏红花收集装置可包括若干相机单元和传感器，诸如用于确保跟踪以找到花朵的一个相机单元，例如多单相机单元，以及用于在特定的藏红花内跟踪以找到该花朵的雌蕊/雄蕊/柱头的一个或多个相机单元，例如立体成对相机单元。例如，多单声道相机单元可被布置在机械臂中，以确保拾取单元对预期花朵的合适的跟踪和移动，并且可将该对立体相机布置成靠近拾取单元或布置在拾取单元处，以确保有效拾取雌蕊或其一部分。

此外，从下文可以理解，传感器单元适当地包括用可见光或用其他电磁辐射检测颜色(反射光)、物理形状(颜色分离)的传感器。

CN107637279中公开了一种红花拾取机器人。本发明提供了特别是具有与所实施的传感器和相机相关的另一种类型的设置的装置。此外，在将本发明与CN107637279进行比较时，所使用的实际跟踪技术(适当地基于颜色)和拾取顺序(例如，如下所述)以及技术因此也不相同。当查看下面的描述时，这些和其他差异将变得更清楚。

此外，根据本发明的一个实施方案，拾取单元为抽吸单元，诸如花丝抽吸单元。这可以不同的方式起作用，但负气压适合作为操作原理。然而，应当指出的是，就这一点而言，根据本发明，也完全有可能在采收时使用负气压或者在释放到储存容器中时也可以使用正气压。

根据本发明，负气压不一定是雌蕊被识别之后移除和收集雌蕊的唯一方法。根据本发明的一个具体实施方案，藏红花收集装置还包括被布置成将抽吸单元压在一起的夹具单元。夹具单元可被布置在装置中的不同位置处，并且也可以为抽吸单元的一部分。根据一个具体实施方案，夹具单元被布置在抽吸单元上，并且被编程为一旦雌蕊位于抽吸单元内部，就将该夹具单元压在一起。然后将雌蕊牢固地固定在抽吸单元内部。通过向上移动抽吸单元，然后使雌蕊从藏红花离开，并且抽吸单元中的负气压使雌蕊被抽吸到收集器单元中。这在下文参考根据本发明的方法进一步公开。

当然，根据本发明，仅基于负气压或真空(即没有夹具单元)来工作是可能的。然而，在这种情况下，存在真空必须强到使得其他项目也可以被吸入抽吸单元中的风险。结合夹具单元可以避免此类潜在问题。此外，抽吸单元可例如由可压缩材料例如有机硅材料制成。这也是合适的，使得常规夹具能够将抽吸单元压在一起。

根据又一个具体实施方案，拾取单元和传感器单元被集成在3D单元中。此类3D单元可具有不同的类型，但可以为在采收区域中四处移动抽吸单元和/或相机单元(例如，一个或多个数字相机)的装置。例如，也可以根据本发明使用诸如3D打印机之类的原理。如上所述，传感器单元可以为相机。据此，根据本发明的一个具体实施方案，传感器单元是被编程为基于颜色识别雌蕊的相机单元。由于雌蕊具有鲜红色并且花朵为紫色，因此相机单元可被编程为基于颜色来识别雌蕊，然后使得对这些雌蕊的选择能够由拾取单元来拾取。

下文在功能性方面讨论了具有相机单元的3D单元的一种可能配置。3D技术使得装置能够定位3D房间中的项目，该装置本身可以与自身四处移动的可能性相结合(考虑装置的移动版本与固定式装置)。在可见光范围内工作的一个或多个相机单元能够基于颜色找到并且定位雌蕊。通过使用数字滤色器和光学图像处理，相机单元可以定位雌蕊。此外，根据一个具体实施方案，至少两个相机传感器可被结合在根据本发明的装置中。然后，这两个单元可基于立体定位和三角测量一起操作。然后可以校准每个相机单元的位置。然后可以使用图像来进一步迭代该过程，直到定位一个特定的雌蕊。当设定滤色器时，整个过程迭代，直到检测到藏红花雌蕊的具体颜色或颜色范围。

基于上文已描述的内容，可独立于相机配置将滤色和检测区域结合到本发明中。此外，可根据常规标准设定所使用的可能的立体和三角测量方法。该技术应用中可能的具体调整可基于预期目标，即藏红花中的雌蕊，被设定到具体算法中。这意味着结合到藏红花收集装置的控制系统中的编程应该根据该预期目标区域进行调整。

从上文可以理解，藏红花收集装置可借助于处理器单元适当地操作。技术类型可以不同，但是示例中处理器单元为笛卡尔积(cartesian product)或delta积，例如delta伺服积(delta servo product)。根据本发明，delta类型是优选的。

根据本发明的藏红花收集装置可以为固定系统或移动系统。然而，应当指出的是，本发明具体涉及移动系统，诸如自动化装置，诸如机器人装置。在固定系统的情况下，必须首先采收并且收集藏红花，然后倒空或进给到根据本发明的藏红花收集装置。利用根据本发明的移动藏红花收集装置，可能直接从花朵获得藏红花雌蕊，而无需最先采收藏红花雌蕊。应当理解，根据本发明的移动藏红花收集装置是优选的。在这种情况下，装置以自动方式直接对花朵执行整个操作，而不需要最先进行采收操作。在这种情况下，可以说藏红花收集装置也用作藏红花采收和收集装置。

相对于采收和本发明，还可以说，当仅采收雌蕊时被移除的生物质的量相对较小，因此对添加肥料的需求较低。

在固定系统的情况下，藏红花收集装置则可被布置成与旨在用于藏红花的进给带连接。因此，被采收的花朵可被直接放在该进给带上。

根据本发明的移动装置可参考其推进原理与机器人割草机进行比较。根据本发明的装置也必须能够识别藏红花的雌蕊。根据上述一般描述，根据本发明的一个具体实施方案，藏红花收集装置包括自动推进单元，并且因此是藏红花采收和收集机器人装置。此外，根据又一个具体实施方案，藏红花采收和收集机器人装置包括推进带。此外，根据本发明的一个具体实施方案，藏红花采收和收集机器人装置被布置有用于传感器单元诸如相机和收集器单元的开放空间，以能够检测和拾取生长中的藏红花中的雌蕊。

本发明还涉及识别和收集藏红花雌蕊的方法。因此，根据一个实施方案，本发明涉及用于识别和收集藏红花雌蕊的方法，其中根据本发明的藏红花收集装置执行以下操作：

-借助于传感器单元定位藏红花的雌蕊；

-将拾取单元引导至雌蕊；

-借助于拾取单元从藏红花中移除雌蕊；以及

-引导拾取单元放下或传送雌蕊以将雌蕊收集到收集器单元中。

上文已经一般性地讨论了雌蕊检测方面的这样的操作。

根据本发明的一个实施方案，拾取单元为抽吸单元，并且其中抽吸单元的开口端部包围雌蕊的至少一部分，夹具单元被布置成随后将抽吸单元的所述端部挤压在一起以将抽吸单元以紧密方式固定在雌蕊周围，然后抽吸单元被向上引导以将雌蕊从藏红花松脱或拔起，最终夹具单元释放，并且负气压允许抽吸单元将雌蕊抽吸到收集器单元中以将其收集在收集空间中。从上文可以理解的是，根据该实施方案，当雌蕊最终被抽吸到收集器单元中时，已经松脱。这还意味着藏红花收集装置可具有设定的负气压，该负气压足以抽吸此类固定的和松脱的雌蕊，然而不会使雌蕊像这样从花朵中松脱。

应当指出的是，该方法的顺序可以不同的方式执行。以下是如何执行过程的另一个示例。首先，相机单元识别藏红花，并且向拾取区域的工作区域内部的每个花簇提供X、Y和Z坐标。当机器人装置在一个方向上移动时，X坐标改变。当X坐标与花簇的中心相同时，拾取单元被移动至右Y坐标。如下所述，传感器单元可包括若干相机单元。例如，一旦设定了正确的y坐标，单个或两个立体相机单元就可以接着进行操作顺序中的下一个步骤。然后，立体相机控制拾取单元被驱动到藏红花的雌蕊的顶部。该过程可基于所使用的软件中的颜色识别来完成。上述过程可被视为确保拾取单元在开始实际拾取过程之前被确保布置在正确位置的有效方式。

作为下一个步骤，打开拾取单元并且提供真空，使得拾取单元处于抽吸模式。然后将拾取单元移动至雌蕊的根部并且闭合。然后，拾取单元在Z坐标方向上移动以使雌蕊松脱。一旦移动完成，则拾取单元释放其对雌蕊的抓持。所提供的真空确保雌蕊被吸入收集器单元，诸如袋或容器等。拾取单元移动至下一个雌蕊顶部，并且同时，例如一旦在收集器单元中检测到较早的雌蕊，就闭合拾取单元。对实际拾取顺序进行重复，直到拾取到花簇中的所有雌蕊为止。然后移动至下一个花簇，诸如顺序开始时所述。

应当指出的是，上述内容解释了处于干燥状态的顺序。在潮湿环境、雾或雨中，需要一种拾取和放置方法。当拾取单元头部已经移动至采集点时，用于采收的抽吸和吹出被适当地结合。

本发明还涉及旨在采收之后移除藏红花周围的杂草问题的相关类型的装置。一年中的采收时间通常仅在2周的范围之内。此后，重要的是移除杂草以实现来年的生长和采收。如果不这样，则不可能在来年以预期方式使新花以相同的生长速率生长出来。根据本发明的概念也可以用于此目的。因此，根据本发明的一个具体实施方案，提供了一种除草装置，包括：

-传感器单元，该传感器单元被布置用于识别生长较低的植物周围的杂草；以及

-按压单元，该按压单元被布置用于在传感器单元已识别出杂草的位置时将杂草按压到地面中。

同样在这种情况下，装置可以与藏红花收集装置相同的原理工作。例如，传感器单元可包括可基于颜色来操作的一个或多个相机单元。在这种情况下，滤色器应当例如在绿色可见光区中操作，使得除藏红花叶片之外的所有绿色项目都被向下推入地面中。因此，根据本发明的一个具体实施方案，传感器单元为相机传感器，并且被布置成基于颜色来识别杂草。该布置可基于三角测量和/或滤色器在软件中的实施。例如，在地面上不延伸超出某个范围的绿色部分被编程为被向下压入地面中。在这种情况下，则应该在控制机构中使用三角测量和滤色器两者。在另一种情况下，则可以仅实施滤色器。应当有可能将来年的藏红花生长所需的藏红花叶片与此类叶片周围的杂草区分开。如果在可进行此类分离的位置设定了滤色器，则可仅实施滤色器。此外，藏红花下部的颜色较淡，这也可出于识别原因而使用。

3D技术也适于在根据本发明的除草装置中实施。

可以提及的是，在WO2017/002093中公开了一种用于杂草处理的机器人车辆。机器人车辆被布置用于执行自动处理方法，该自动处理方法包括以下步骤：用所述机器人上的相机捕获杂草的图像，用所述图像确定所述杂草与栽培植物之间的距离，然后从所述机器人的一组处理工具中选择用于根据所述距离处理杂草的处理工具。机器人车辆包括：用于捕获图像的图像采集装置、被布置用于从所述图像确定杂草与栽培植物之间的距离的计算机视觉系统；选择系统，该选择系统被布置用于从一组处理工具中选择根据所述距离处理杂草的处理工具；以及工具支撑系统，该工具支撑系统被布置成支撑处理工具并且被布置成相对于机器人车辆移动所述处理工具的至少操作末端。

从上文显而易见的是，根据WO2017/002093的装置和方法涉及处理杂草，而不是用于收集藏红花或者在采收之后处理藏红花植物。根据WO2017/002093的装置不包括作为根据本发明的一个实施方案的除草装置的一部分的按压单元。

此外，根据本发明，可能在根据本发明的藏红花收集装置中集成如上所述移除杂草的能力。在这种情况下，特定的藏红花收集装置既具有被编程为收集雌蕊的能力，又具有被编程为检测藏红花周围的杂草并且将它们向下推入地面中的能力。

附图说明

图1中示出了本发明的一个实施方案。在这种情况下，藏红花收集装置1为移动型式的形式，诸如机器人自运输藏红花收集装置1。藏红花收集装置1包括传感器单元2，该传感器单元适当地包括一个或多个相机单元。此外，藏红花收集装置1还包括拣选单元，该拣选单元被布置用于当传感器单元2已识别出雌蕊的位置时从藏红花中移除雌蕊或其一部分。在这种情况下，传感器单元2和拾取单元3被集成在相同的3D单元中。此外，在这种情况下，拾取单元3呈抽吸单元的形式，该抽吸单元使得能够抽吸藏红花的雌蕊。收集器单元4被布置用于将雌蕊或其一部分收集在收集空间5中。该收集器单元可以是包括连接至抽吸单元的袋的盒，类似于真空清洁器的概念。此外，根据该实施方案，藏红花收集装置1包括自动推进单元7，即装置1是在这种情况下具有推进带8的藏红花采收和收集机器人装置。此外，藏红花采收和收集机器人装置1被布置有开放空间9，以便相机单元和收集器单元能够以有效的方式检测和拾取正在生长的藏红花中的雌蕊。

在图2中，示出了与图1中类似的实施方案，然而，在这种情况下，装置1还包括夹具单元10。该夹具单元10是具有传感器单元和拾取单元(即，抽吸单元)的3D单元的一部分。夹具被布置成能够挤压抽吸单元，使得被包围的雌蕊可被拉起并且从藏红花松脱。

图3中示出了本发明的另一个实施方案。在这种情况下，装置1为固定装置。因此，藏红花收集装置1被布置成与旨在用于藏红花的进给带6相连。否则，在这种情况下，藏红花收集装置1还包括传感器单元2，该传感器单元适当地包括一个或多个相机单元。此外，藏红花收集装置1还包括拣选单元，该拣选单元被布置用于当传感器单元2已识别出雌蕊的位置时从藏红花中移除雌蕊或其一部分。此外，在这种情况下，传感器单元2和拾取单元3被集成在相同的3D单元中。此外，在这种情况下，拾取单元3也呈抽吸单元的形式，该抽吸单元使得能够抽吸藏红花的雌蕊并且将雌蕊收集在连接至收集空间5的收集器单元4中。

Claims

1.一种藏红花收集装置(1)，包括：

-传感器单元(2)，所述传感器单元被布置用于识别藏红花的雌蕊；

-拾取单元(3)，所述拾取单元被布置用于当所述传感器单元(2)已识别出所述雌蕊的位置时从所述藏红花移除所述雌蕊或其一部分；以及

-收集器单元(4)，所述收集器单元被布置用于将所述雌蕊或其一部分收集在收集空间(5)中。

2.根据权利要求1所述的藏红花收集装置(1)，其中所述传感器单元(2)为相机、红外传感器或雷达传感器，优选地为相机。

3.根据权利要求1或2所述的藏红花收集装置(1)，其中所述藏红花收集装置(1)包括至少两个传感器单元(2)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的藏红花收集装置(1)，其中所述藏红花收集装置(1)包括用于花朵检测的至少一个传感器单元，以及用于检测所述藏红花内的雌蕊的至少一个传感器单元。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的藏红花收集装置(1)，其中所述拾取单元(3)为抽吸单元。

6.根据权利要求5所述的藏红花收集装置(1)，其中所述藏红花收集装置(1)还包括夹具单元(10)，所述夹具单元被布置成将所述抽吸单元压在一起。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的藏红花收集装置(1)，其中所述拾取单元(3)和所述传感器单元(2)被集成在3D单元中。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的藏红花收集装置(1)，其中所述传感器单元(2)为相机单元，所述相机单元被编程为基于颜色来识别所述雌蕊。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的藏红花收集装置(1)，其中所述藏红花收集装置(1)借助于处理器单元操作。

10.根据权利要求9所述的藏红花收集装置(1)，其中所述处理器单元是笛卡尔积或delta伺服积。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的藏红花收集装置(1)，其中所述藏红花收集装置(1)被布置成与旨在用于藏红花的进给带(6)相连。

12.根据权利要求1至10中任一项所述的藏红花收集装置(1)，其中所述藏红花收集装置(1)包括自动推进单元(7)，并且因此是藏红花采收和收集机器人装置。

13.根据权利要求12所述的藏红花收集装置(1)，其中所述藏红花采收和收集机器人装置包括推进带(8)。

14.根据权利要求12或13所述的藏红花收集装置(1)，其中所述藏红花采收和收集机器人装置被布置有用于所述传感器单元(2)和收集器单元(4)的开放空间(9)，以能够检测和拾取生长中的藏红花中的雌蕊。

15.一种用于识别和收集藏红花的雌蕊的方法，其中根据权利要求1至14中任一项所述的藏红花收集装置(1)执行以下操作：

-借助于所述传感器单元(2)定位藏红花的雌蕊；

-将拾取单元(3)引导至所述雌蕊；

-借助于所述拾取单元(3)从所述藏红花中移除所述雌蕊；以及

-引导所述拾取单元(3)放下或传送所述雌蕊以将所述雌蕊收集到所述收集器单元(4)中。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述拾取单元(3)为抽吸单元，并且其中所述抽吸单元(3)的开口端部包围所述雌蕊的至少一部分，夹具单元(10)被布置成随后将所述抽吸单元(3)的所述端部挤压在一起以将所述抽吸单元(3)以紧密方式固定在所述雌蕊周围，然后所述抽吸单元(3)被向上引导以将所述雌蕊从所述藏红花松脱或拔起，并且最终所述夹具单元释放，并且负气压允许所述抽吸单元(3)将所述雌蕊抽吸到所述收集单元(4)中以将其收集在所述收集空间(5)中。

17.一种除草装置(1)，包括：

-传感器单元(2)，所述传感器单元被布置用于识别生长较低的植物周围的杂草；以及

-按压单元(3)，所述按压单元被布置用于在所述传感器单元(2)已识别出所述杂草的位置时将所述杂草按压到地面中。

18.根据权利要求17所述的除草装置(1)，其中所述传感器单元(2)为相机传感器并且被布置成基于颜色来识别所述杂草。