CN113455197B - 用于水果收获的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于水果收获的装置和方法，本发明提供了具有基于真空的水果抓取器组件的收获装置/机器以及收获水果的方法，该水果抓取器组件包括用于接合水果的抓取吸力管嘴。本发明还涉及一种用于在水果采摘机器中使用的基于真空的水果抓取器组件、一种包括一个或多个该组件的水果采摘机器和一种吸力管嘴。
Description
技术领域
本发明涉及农业技术的技术领域，具体地涉及自主收获。更具体地，本发明涉及用于收获水果(例如苹果、梨、杏、桃、柑橘类水果、小柑橘类水果、柠檬、鳄梨、葡萄藤、番茄、茄子、黄瓜和胡椒)的装置、系统和方法。
背景技术
人类采摘者通过同时拉动和旋转水果来采摘水果。拉动水果而不旋转水果可能会损坏水果或水果的壳，例如水果的壳完整性，从而使水果的内部暴露于周围环境，并缩短水果的保质期。此外，拉动而不旋转需要施加强大的拉力。值得注意的是，在旋转的同时拉动需要足够牢固地夹持水果以防止水果打滑。
常规的水果收获装置配备有抓取器，该抓取器被设计为抓住水果并将水果拉出。抓取器通常包括抓取水果的数个(例如3个)指状物。已知抓取器的一个主要缺点是抓取器的占用面积大，并且在试图接近水果时可能堆叠在树枝和树叶中。另一个缺点是抓取器的指状物可能会由于高挤压压力而损坏水果或水果的外皮。另一个问题是标准的水果抓取器头在抓取不规则形状的水果时显示出困难，并且因此倾向于施加可能导致瘀伤的过度压力。另一个问题是抓取器也可能将树叶和水果一起抓取：由于水果通常被树叶覆盖，因此用指状物抓取可能导致将水果和树叶一起夹持。这可能导致以下任何一种情况：施加更强的力以采摘带有树叶的水果；将树叶从树上撕扯下，这会损坏树并且不符合水果采摘要求(没有树叶的水果)；以及不能采摘水果。
因此，需要一种有效且无伤害的抓取器。
一些机器人公司使用吸力通过吸力管吸取水果，但是这种管实际上不能夹持水果。此外，这种吸力管大、笨拙、昂贵并且可能损坏水果。
在各种工业工厂中，例如水果分拣设施，使用机器人真空抓取装置。这种真空抓取器构成连接到柔性管嘴(例如硅树脂或橡胶)的真空发生器：抓取器被设计成将柔性管嘴附接到待提升的物体，并将该物体推靠到表面/支撑部(例如容器的底部、桌子或传送带)上，并产生真空以将该物体附接到管嘴。图1示出了具有标准柔性管嘴的这种抓取器及该抓取器的作用机理。
然而，这种真空抓取器需要将物体推靠到固体支撑部上，同时柔性管嘴被挤压并且根据物体的形状改变该柔性管嘴的形状。通常，抓取器本身不是软的(80shor)，因为该抓取器需要将管嘴推到物体上并抵靠固体表面。此外，如果管嘴太柔软，所产生的内部真空将挤压管嘴并导致管嘴在夹持物体的同时变形。
另外，当前真空抓取器的设计不能使该抓取器施加旋转动力，这意味着尝试扭转被吸取到抓取器的物体(该物体被锚定)将导致真空损失和物体的释放。
已经开发了各种其它的基于吸力的抓取器，但是没有一种抓取器证明当在抓取器上施加倾斜和旋转力时保持夹持被吸取的物体的能力。例如，被设计成吞没具有任意形状和变化尺寸的水果的具有不规则形状的麻省理工学院-哈佛大学折纸机器人抓取器(MIT-Harvard origami-robot-gripper)以及软机器人的海星状抓取器，两者均需要坚硬的支撑件以吞没水果，并且当水果仍然被锚定在树上时，如果扭转将会失去抓力。
因此，需要一种有效的真空抓取器，该真空抓取器可用于“浮动”物体(后面没有固体表面)以及可以承受施加在锚定的浮动物体上的旋转动力。
发明内容
本发明提供了一种吸力管嘴，该吸力管嘴包括互锁机构并具有两种构造：(i)当管嘴未附接到水果并且未产生真空时的第一打开构造，在该第一打开构造中，所述互锁机构打开并且该管嘴自由扭转；以及(ii)当管嘴附接到水果并且施加真空时的第二锁定/挤聚构造，在该第二锁定/挤聚构造中，所述互锁机构被锁定，从而防止管嘴的扭转。
本发明还提供了一种用于在水果采摘机器中使用的基于真空的水果抓取器组件，所述组件包括：(a)支撑件，该支撑件具有主轴线并可容纳在水果采摘机器中，所述支撑件包括穿过该支撑件的孔，该孔用于与吸力发生器的源头连通；以及(b)抓取吸力管嘴，该抓取吸力管嘴用于接合水果、被安装在所述支撑件上并连接到所述孔，其中，所述管嘴被设计成当通过吸力/真空附接到水果时能够承受旋转力。
本发明还提供了一种用于在水果采摘机器中使用的基于真空/吸力的水果抓取器组件，所述组件包括：(a)支撑件，该支撑件具有主轴线并可容纳在水果采摘机器中，所述支撑件包括穿过该支撑件的孔，该孔用于与吸力发生器的源头连通；以及(b)柔性抓取吸力管嘴，该柔性抓取吸力管嘴用于接合水果、被安装在所述支撑件上并连接到所述孔，其中，所述管嘴配备有互锁机构并且具有两种构造：(i)当管嘴未附接到水果并且未产生真空/吸力时的第一打开构造，在该第一打开构造中，所述互锁机构打开并且该管嘴自由扭转；以及(ii)当管嘴附接到水果并且施加真空/吸力时的第二锁定/挤聚构造，在该第二锁定/挤聚构造中，所述互锁机构被锁定，从而防止管嘴的扭转。
本发明还提供了一种包括本发明的一个或多个组件的水果采摘机器/机器人，以及一种用于收获水果的方法，该方法包括将本发明的一个或多个组件安装到水果采摘机器/机器人上的步骤以及激活水果采摘机器/机器人的步骤。
附图说明
图1是公知的真空抓取器的图示：在抓取器的边缘处的管嘴被附接到物体并将该物体推到支撑部上以抓取物体。
图2A至图2C是根据本发明的一个实施例的吸力管嘴的结构的图示，示出了能够施加拉力和旋转力而不会使管嘴与水果断开的互锁机构。
图3是可以旋转并且每次用不同的臂采摘不同的水果的多臂机器人的图示。
图4是可以旋转并且每次用不同的臂采摘不同的水果的飞行机器人的图示。
图5A至图5B是将本发明的真空抓取器附接到“浮动”水果的图示。
图6是根据本发明的真空抓取器的旋转的图示。
图7A至图7B示出了用于采摘的水果的旋转：图7A示出接近水果的角度；以及图7B示出了在真空附接水果之后，吸力管嘴沿水果的茎的轴线的旋转。
图8A至图8B是根据本发明一些实施例的抓取组件的图示，该抓取组件具有能够使管嘴枢转的接头。
图9A至图9C是将水果从抓取器释放的方式的图示：图9A示出了将水果从没有弯曲能力的直抓取器释放；图9B示出了将水果从能够使吸力管嘴枢转的弯曲/倾斜抓取器释放；以及图9C示出了在将水果从抓取器释放之前，当真空被释放时吸力管嘴的延伸。
具体实施方式
在农业上，持续需要用于收获各种类型的水果的机器和设备，特别是那些在采摘过程中易于瘀伤的带有软壳的水果，例如苹果、梨、杏、桃、柑橘类水果、鳄梨、西红柿、茄子、黄瓜和胡椒。因此，已经开发了各种机器和收获机，通常被设计用于采摘特定类型的水果或水果家族。
本发明提供了一种基于吸力的水果采摘组件，该水果采摘组件可安装在任何收获机器/装置中并且可用于任何收获机器/装置，例如自主收获机和飞行自主收获机。
因此，第一方面，本发明提供了一种被设计成例如用于收获的吸力/真空管嘴，该管嘴包括互锁机构，在连接到管嘴的收获机或支撑臂的旋转运动期间，该互锁机构防止附接到管嘴的水果的释放。吸力管嘴具有两种构造：(i)当管嘴未附接到水果(或任何其它期望的物体)并且在水果和管嘴之间未产生真空时的第一打开构造，在该构造中，互锁机构处于打开取向，该打开取向能够使管嘴关于其轴线自由扭转；以及(ii)当管嘴附接到水果(或任何其它期望的物体)并且施加真空/抽吸时的第二锁定/挤聚构造，在该构造中，互锁机构处于锁定取向，该锁定取向防止管嘴关于其轴线的任何扭转，这防止管嘴的形状变形，该管嘴的形状变形可能导致水果从管嘴上释放。
如本文所使用的术语“真空”和“吸力”可互换地是指负压或负压的产生，即通过从空间(即在本发明的吸力管嘴和物体(例如，水果)之间)去除空气，从而使得管嘴能够附接/附着到物体。
在某些实施例中，本发明的吸力/真空管嘴是柔性的，从而使得该管嘴能够适配于任何形状和尺寸。因此，本发明的吸力管嘴可用于收获任何类型、尺寸和形状的水果或蔬菜，而不会使水果损坏或掉落。当本发明的吸力管嘴用于例如工业、分拣等的其它目的时，该吸力管嘴可用于采摘任何类型、尺寸和形状的物体，而不会有使这种物体损坏或掉落的风险。
在某些实施例中，本发明的吸力管嘴由例如橡胶、硅胶等的任何合适的柔性材料制成。
在某些实施例中，如图2A至图2C所示，本发明的吸力管嘴包括肋103，该肋被设计成保持柔性管嘴的形状。这种肋103提供了防止被附接到水果的管嘴头部的变形和闭合的稳定性和刚性。在特定实施例中，这种肋103是互锁机构的一部分。如图所示，互锁机构可包括凹槽和凸起/突出部101、102，当吸力管嘴由于水果的附接和真空/吸力的施加而收缩时，该凸起/突出部彼此相互作用。凸起/突出部101、102的这种相互作用锁定互锁机构并防止夹持水果的管嘴头部的旋转/扭转，从而防止管嘴的头部变形和不期望的水果从管嘴的头部上释放。这在收获过程中至关重要，在收获过程中，各种力被施加在水果上以用于将水果从树/树枝上释放，例如倾斜和旋转以断开果实的茎。
在某些实施例中，并且如图2A至图2C所示，本发明的吸力管嘴是延伸的波纹管形状的具有两个、三个、四个、五个或更多个单元/环104，每个单元/环配备有刚性凸起/突出部101、102，当吸力管嘴由于水果的附接和真空/吸力的施加而收缩时，该刚性凸起/突出部彼此相互作用。在某些实施例中，当没有水果被附接/吸入时，刚性凸起/突出部101、102进一步有助于将延伸的波纹管形状的管嘴保持在延伸的取向中。这也有助于延伸管嘴的总长度以到达更下降的(dipper)/遥远的水果。这种延伸的波纹管形状的结构进一步使在将水果从管嘴上释放的过程中，该管嘴能够延伸(见图9c中所示)，这有助于水果的平稳释放(柔和的水果调度)，这进一步降低了水果落入水果收集容器中而损坏水果的风险。
当根据本发明的吸力管嘴与需要采摘的水果发生接触并且施加真空时，管嘴内部的压力降低(即真空开始产生)并且构成管嘴的框架内的锁定机构的一部分的肋被抵靠彼此挤压。最后，当管嘴被完全挤压时，锁定机构处于其锁定取向，这使得能够在水果上施加用于采摘的例如旋转力和倾斜力的力，而不会将管嘴从水果上释放。
在某些实施例中，延伸的波纹管形状的吸力管嘴有点柔软，从而能够使管嘴的尖端(例如，当水果被吸取到管嘴时)相对于包括管嘴的组件的主轴线枢转。该构造提供了柔性并扩展了配备有具有这种吸力管嘴的组件的收获机器/机器人的操纵能力。
本发明还提供了一种具有闭合构造和打开构造的吸力管嘴，在闭合构造，吸力管嘴具有小的占用面积，该小的占用面积使得在真空/吸力关闭时能够容易地插入穿过树的叶子，该打开构造使得该管嘴能够装配到水果上，其中，通过激活真空/吸力来执行从闭合构造到打开构造的转变。
在某些实施例中，根据本文中的任何实施例的吸力管嘴可被用作如下文所限定的基于吸力/真空的水果抓取器组件的一部分。
第二方面，本发明提供了一种用于在水果采摘机器中使用的基于吸力/真空的水果抓取器组件，所述组件包括：(a)支撑件，该支撑件具有主轴线并可容纳在水果采摘机器中，所述支撑件包括穿过该支撑件的孔，该孔用于与吸力发生器的源头连通；以及(b)抓取吸力管嘴，该抓取吸力管嘴用于接合水果、被安装在所述支撑件上并连接到所述孔，其中，所述管嘴被设计成当通过吸力/真空附接到水果时能够承受旋转力。
在上述组件的特定实施例中，管嘴由例如橡胶、塑料、聚碳酸酯等的一种或多种刚性材料制成，从而使得该管嘴能够承受所述旋转力。在替代的特定实施例中，管嘴由半刚性材料制成，该半刚性材料使得该管嘴能够根据水果的形状来调整其形状，同时在吸取到水果上之后还能够承受所述旋转力。在另一个替代的特定实施例中，管嘴由例如硅胶和软橡胶的一种或多种相同或不同柔性材料的层制成，其中，不同层的量和/或组合使得该管嘴能够承受所述旋转力，同时保持该管嘴吞没各种形状和尺寸的水果的能力。
在特定实施例中，上述组件进一步包括互锁机构，该互锁机构使得该管嘴能够承受所述旋转力，所述互锁机构具有两种构造：(i)当管嘴未附接到水果并且未产生真空/吸力时的第一打开构造，在该第一打开构造中，所述互锁机构打开；以及(ii)当管嘴附接到水果并且施加真空/吸力时的第二锁定构造，在该第二锁定构造中，所述互锁机构被锁定，从而防止管嘴的扭转。在替代的特定实施例中，管嘴是配备有互锁机构的柔性管嘴，该互锁机构使得该管嘴能够承受所述旋转力，所述管嘴具有两种构造：(i)当管嘴未附接到水果并且未产生真空/吸力时的第一打开构造，在该第一打开构造中，所述互锁机构打开并且该管嘴自由扭转；以及(ii)当管嘴附接到水果并且施加真空/吸力时的第二锁定/挤聚构造，在该第二锁定/挤聚构造中，所述互锁机构被锁定，从而防止管嘴的扭转。在其特定实施例中，互锁机构是机械元件。在替代的特定实施例中，互锁机构是锁定引擎。
第三方面，本发明提供了一种在水果采摘机器/机器人中使用的基于吸力/真空的水果抓取器组件，所述组件包括：(a)支撑件，该支撑件具有主轴线并可容纳在水果采摘机器中，所述支撑件包括穿过该支撑件的孔，该孔用于与真空/吸力发生器的源头连通；以及(b)柔性抓取吸力管嘴，该柔性抓取吸力管嘴用于接合水果、被安装在所述支撑件上并连接到所述孔，其中，所述管嘴配备有互锁机构并且具有两种构造：(i)当管嘴未附接到水果并且未产生真空时的第一打开构造，在该第一打开构造中，所述互锁机构打开并且该管嘴关于其轴线自由扭转；以及(ii)当管嘴附接到水果并且施加真空时的第二锁定/挤聚构造，在该第二锁定/挤聚构造中，所述互锁机构被锁定，从而防止管嘴关于其轴线扭转。
在某些实施例中，如在上述实施例中的任一实施例中所限定的吸力管嘴的互锁机构包括肋，使得当互锁机构处于其打开构造时，肋彼此分离，并且当互锁机构处于其收缩构造时，即当水果被吸取时，肋彼此接合。
在某些实施例中，本发明的组件可以连接到任何合适的机器/安装在任何合适的机器上，例如收获机、自主收获机和自主飞行收获机。此外，这种机器可以配备有一个、两个、三个、四个、五个、六个或更多个组件。参见图3和图4，示出了配备有四个这种组件的收获机(图3)和飞行收获机(图4)，其中，机器可以转动以使得每个组件能够每次采摘不同的水果。这种构造使得单个机器能够一次收获两个、三个、四个、五个、六个或更多个水果，这取决于组件的数量，之后返回到水果收集容器以将收获的水果排放到容器中。值得注意的是，组件的吸力管嘴的独特结构使得通过每个组件能够牢固地抓取水果，使得采摘的水果不会在通过另一个组件采摘水果的过程中掉落。
在某些实施例中，本发明的组件进一步包括真空/吸力发生器。这种发生器可以与单个组件相关联，或者单个发生器可以用于安装在同一机器/收获机上的多个组件。在组件不包括这种真空/吸力发生器的情况下，安装有组件的机器/收获机包括这种发生器，并且在将组件安装在该机器/收获机上的过程中，该组件连接到真空发生器。在某些实施例中，当单个真空发生器用于同一机器/收获机上的多个组件时，机器/收获机进一步包括计算机，该计算机控制组件中的每一个组件中的吸力/真空的激活/去激活。
在根据上述实施例中的任一实施例的组件的某些实施例中，支撑件是可延伸和可收缩的。这使得吸力管嘴能够延伸以到达更遥远的水果或埋在叶子中的水果。
在某些实施例中，根据上述实施例中的任一实施例的组件进一步包括搅拨机构/马达，该搅拨机构/马达被设计成以使通过组件吸取的水果前后和/或左右倾斜，以便将水果从树/树枝上释放。
在根据上述实施例中的任一实施例的组件的某些实施例中，支撑件可以沿所述主轴线旋转。在替代实施例中，仅吸力管嘴可例如沿所述主轴线或沿任何其它轴线旋转，即如果吸力管嘴相对于主轴线枢转远离支撑件(参见图7A至图7B中所示)。因此，在特定实施例中，本发明的组件进一步包括用于使支撑件(支撑件的全部或部分)或仅吸力管嘴旋转和/或倾斜的旋转马达。图6示出了在通过吸力管嘴附接/吸取水果之后支撑件的旋转。该旋转使得水果能够从树/树枝上释放，而不会像将水果从树上直接拉出时发生的那样损坏水果的茎或壳。一旦吸力管嘴到达水果(图5A)，施加真空/吸力将水果附着到管嘴(图5B)，这导致管嘴的挤压/收缩以及其锁定机构的锁定(图5B)，从而使得能够通过旋转抓取器、抓取器的支撑件或管嘴来旋转水果。这种旋转在水果上产生旋转力，并有助于将水果从树/树枝上移出而不损坏水果。
值得注意的是，标准的已知吸力管嘴不能在旋转力下保持对水果的夹持，因为管嘴的形状将被扭曲，这导致在水果和管嘴之间的真空/吸力的释放以及水果从管嘴和抓取器上掉落。相反，在某些实施例中，根据上述实施例中的任一实施例的吸力管嘴可以承受高达1千克力/米(kgf-meter)的旋转力(力矩)，同时夹持/吸取水果而不会扭曲和松开水果的抓取。
图7A至图7B示出了吸力管嘴相对于支撑件以90度枢转的组件。如图所示，该组件从与水果的茎相反的方向接近水果，用真空/吸力夹持果实，然后吸力管嘴旋转以从树/树枝上释放水果。旋转轴线围绕茎，这导致茎与树/树枝断开，而不会使茎与水果断开，并且不会损坏水果(如收获橙子、油桃和其他柑橘类水果时所做的)。
在根据上述实施例中的任一实施例的组件的某些实施例中，支撑件进一步包括一个或多个枢转接头，枢转接头能够使吸力管嘴相对于主轴线沿任何方向枢转。在特定实施例中，支撑件包括基本上沿支撑件的单个接头。在替代的特定实施例中，支撑件包括基本上在尖端处，即在与吸力管嘴的连接点处的单个接头。在替代的特定实施例中，支撑件包括两个或更多个接头，一个接头基本上在尖端处，即在与吸力管嘴的连接点处，其它接头基本上沿支撑件。
图8A至图8B示出了具有两个接头的这种组件：一个接头201基本上在支撑件的中间，并且另一个接头202在支撑件与吸力管嘴的连接点处。在某些实施例中，枢转由指定的马达操作。
在某些实施例中，本发明的组件进一步包括附加的弯头/接头，该弯头/接头能够更容易地接近被树叶覆盖的水果，即通过使带有管嘴的支撑件的端部或管嘴本身倾斜以从具有较少树叶的不同侧到达这种水果。
在某些实施例中，根据上述实施例中的任一实施例的组件具有三个自由度，这三个自由度可通过以下特征的组合获得：(i)旋转能力，即通过旋转机构来旋转支撑件或管嘴；(ii)由推/拉机构或由机器/收获机本身的运动产生的前/后运动；以及可选地(iii)通过使用枢转接头。这些特征的组合产生了从树/树枝上采摘下水果所需的倾斜和偏摆，而不会损坏水果、水果的茎或水果的壳。
在某些实施例中，根据上述实施例中的任一实施例的组件进一步包括倾斜机构/马达，该倾斜机构/马达用于使所述支撑件沿所述主轴线移动以使由所述管嘴抓取的水果倾斜。在特定实施例中，所述倾斜机构基于由吸力/真空发生器操作的推/拉机构，即通过将吸力/真空动力传递到/用到支撑件或支撑件中的接头的线性运动。在替代或附加的实施例中，倾斜机构/马达用于不沿主轴线，例如在垂直于主轴线的方向上移动管嘴和管嘴吸取的水果，即通过向右/左和/或向上/下倾斜管嘴本身，同时保持支撑件稳定。在另一个替代实施例中，水果的倾斜沿主轴线和远离主轴线同时进行，即通过在向右/左和/或向上/下倾斜管嘴本身的同时前后移动支撑件来进行。
在根据上述实施例中的任一实施例的组件的某些实施例中，柔性抓取管嘴沿所述主轴线被固定到所述支撑件，并且不能相对于支撑件枢转。在替代实施例中，柔性抓取管嘴被固定到所述支撑件，远离其中心轴线枢转，并且可以不枢转。在另一个替代实施例中，柔性抓取管嘴通过枢转安装元件安装到所述支撑件，以便以任何角度大体朝向和远离所述主轴线进行枢转运动。
如本文所使用的术语“枢转”是指相对于轴线的运动。该运动可以是介于0度到90度之间的任何角度，例如5度、10度、15度、20度、25度、30度、35度、40度、45度、50度、55度、60度、65度、70度、75度、80度和85度。
第四方面，本发明提供了一种包括或配备有根据上述实施例中的任一实施例的一个或多个组件的机器。在特定实施例中，该机器是被设计成在果园收获水果的水果采摘/收获机器。安装在机器上或附接到机器的组件的数量可以变化，并且可以是一个、二个、三个、四个、五个、六个或更多个。在特定实施例中，当多于一个组件安装在机器上或附接到机器时，每个组件的移动和操作独立于其它组件。这意味着当一个组件采摘水果时，其它组件等待轮到自己或者等待水果被吸取到其吸力管嘴中。
在某些实施例中，根据本发明的机器是自主机器，例如自主收获机器。在特定实施例中，机器是地面收获机，可选地是自主地面收获机。在又一个特定实施例中，自主收获机器是飞行收获机器人。
在某些实施例中，本发明提供了一种包括根据上述实施例中的任一实施例的一个、二个、三个、四个、五个、六个或更多个组件的自主收获飞行机器/机器人。在特定实施例中，当飞行机器人包括两个或更多个组件时，该机器人可以旋转以便能够每次用不同的组件采摘不同的水果。图3和图4分别示出了装备有四个组件的机器人或飞行机器人，其中，一旦水果被一个组件采摘，则机器人转动或保持组件的星座件(constellation)转动以使下一个组件与下一个水果发生接触以进行采摘。一旦所有组件都采摘了水果，则机器人会将水果带到水果收集容器，释放水果并返回以采摘更多的水果。
在某些实施例中，组件直接安装在机器人本体上/连接到机器人本体，使得为了使一个组件朝向水果，整个机器人需要转向该方向。在这种构造中，机器人可装备有可移动的视觉系统，该视觉系统可移动/旋转以便在转向和接近水果期间保持水果的视觉视线。在替代实施例中，组件安装在机器人本体上的可旋转星座件上/连接到机器人本体上的可旋转星座件，使得组件可以自由旋转而不改变机器人的本体方向。在这种构造中，为了使一个组件朝向水果，该机器人简单地转动/旋转星座件，而不会丢失水果的视线并且不会移动机器人的本体，以使组件朝向水果的方向进行采摘。
第五方面，本发明提供了一种用于收获水果的方法，该方法包括以下步骤：将根据上述实施例中的任一实施例的一个或多个组件安装或附接到水果采摘机器上并激活该水果采摘机器，从而使得机器上的每个组件能够接近水果，经由吸力管嘴通过吸力/真空附接到水果，将水果从树/树枝上摘下，并且将水果释放在期望的位置处，例如将水果释放到水果收集容器中。
图9A示出了将水果从抓取器释放的已知标准：抓取器从水果收集容器的边缘将水果释放到水果收集容器中，因此使水果从一距离/高度处掉落到容器的底部。图9B至图9C示出了将水果从根据本发明的柔性吸力管嘴的释放。在特定实施例中，管嘴通过枢转接头连接到支撑件/臂，该枢转接头能够使管嘴相对于支撑件的主轴线以基本上90度枢转。如图所示，管嘴弯曲到水果收集容器中，并且当真空/吸力被缓慢释放时，管嘴被抽出并且通过水果的重量被部分地向下拉，直到真空/抽吸被释放并且水果被轻轻地放置在容器的底部，使得管嘴处于抽出打开取向以准备接纳新水果。
值得注意的是，即使当容器很深时，将水果从管嘴上缓慢释放显著降低了水果的掉落速度并减少了由于掉落而造成的损坏。可替代地，本发明的吸力管嘴可以包括多个单元/环104，这些单元/环使管嘴的总长度延伸，并使该管嘴能够将水果轻轻地放置在容器的在任何深度的底部处(根据环104的数量)。
在上述收获方法的特定实施例中，水果采摘机器的激活导致通过吸力管嘴来吸力抓取水果，并且通过使水果扭转和/或倾斜直到该水果从树/树枝上释放来进行水果的采摘，其中，水果的采摘不会损坏水果或水果的壳。在特定实施例中，当优选在采摘后保持果实的茎时，该方法能够在使茎保持附接到水果的同时采摘水果，即通过使茎与树/树枝断开而不是与水果断开。
在某些实施例中，根据上述实施例中的任一实施例的方法进一步包括在抓取器组件穿入树的叶子的过程中连续旋转该抓取器组件以便所述旋转能够使吸力管嘴穿过树的叶子的步骤。
在某些实施例中，根据上述实施例中的任一实施例的方法进一步包括识别水果的茎的方向并确定茎轴线，随后将吸力管嘴沿确定的茎轴线附接到水果上，从而沿该茎轴线旋转水果的步骤。这使得能够在将茎保持在水果上的同时使水果与树/树枝断开。
Claims (33)
1.一种用于在水果采摘机器中使用的基于真空的水果抓取器组件，所述组件包括：
a）支撑件，所述支撑件具有主轴线并能够容纳在水果采摘机器中，所述支撑件包括穿过所述支撑件的孔，所述孔用于与吸力发生器的源头连通；以及
b）柔性抓取吸力管嘴，所述柔性抓取吸力管嘴用于接合水果，被安装在所述支撑件上并连接到所述孔，
其中，所述柔性抓取吸力管嘴配备有互锁机构，所述互锁机构包括肋，并且具有两种构造：
- 当所述柔性抓取吸力管嘴未附接到水果并且未产生真空/吸力时的第一打开构造，在所述第一打开构造中，所述互锁机构打开并且所述肋彼此分离，使得所述柔性抓取吸力管嘴自由扭转；以及
- 当所述柔性抓取吸力管嘴附接到水果并且施加真空/吸力时的第二锁定构造，在所述第二锁定构造中，所述肋彼此接合，从而锁定所述互锁机构，以及从而防止所述柔性抓取吸力管嘴的扭转。
2.根据权利要求1所述的组件，其中，所述支撑件是可延伸和可收缩的。
3.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述支撑件能够沿所述主轴线旋转。
4.根据权利要求3所述的组件，所述组件进一步包括旋转马达，所述旋转马达用于使所述支撑件沿所述主轴线旋转或倾斜。
5.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述支撑件配备有能够使所述柔性抓取吸力管嘴相对于所述主轴线枢转的一个或多个枢转接头。
6.根据权利要求1或2所述的组件，所述组件进一步包括倾斜马达，所述倾斜马达用于使所述支撑件沿所述主轴线移动以使由所述柔性抓取吸力管嘴抓取的水果倾斜。
7.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述柔性抓取吸力管嘴沿所述主轴线被固定到所述支撑件。
8.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述柔性抓取吸力管嘴被固定到所述支撑件，远离其中心轴线枢转。
9.根据权利要求1或2所述的组件，其中，所述柔性抓取吸力管嘴通过枢转安装元件被安装到所述支撑件，以便大体朝向和远离所述主轴线进行枢转运动。
10.根据权利要求8所述的组件，所述组件进一步包括旋转马达，所述旋转马达用于使所述柔性抓取吸力管嘴旋转或倾斜。
11.一种用于在水果采摘机器中使用的基于真空的水果抓取器组件，所述组件包括：
a）支撑件，所述支撑件具有主轴线并且能够容纳在水果采摘机器中，所述支撑件包括穿过所述支撑件的孔，所述孔用于与吸力发生器的源头连通；以及
b）抓取吸力管嘴，所述抓取吸力管嘴用于接合水果、被安装在所述支撑件上并连接到所述孔，
其中，所述抓取吸力管嘴被设计成当通过吸力/真空附接到水果时能够承受旋转力，并且
所述抓取吸力管嘴是配备有互锁机构的柔性管嘴，所述互锁机构包括肋，所述肋使得所述抓取吸力管嘴能够承受所述旋转力，所述抓取吸力管嘴具有两种构造：
- 当所述抓取吸力管嘴未附接到水果并且未产生真空/吸力时的第一打开构造，在所述第一打开构造中，所述互锁机构打开并且所述肋彼此分离，使得所述抓取吸力管嘴自由扭转；以及
- 当所述抓取吸力管嘴附接到水果并且施加真空/吸力时的第二锁定构造，在所述第二锁定构造中，所述肋彼此接合，从而锁定所述互锁机构，以及从而防止所述抓取吸力管嘴的扭转。
12.根据权利要求11所述的组件，其中，所述抓取吸力管嘴由半刚性材料制成，所述半刚性材料使得所述抓取吸力管嘴能够根据水果的形状来调整所述抓取吸力管嘴的形状，同时在吸取到所述水果之后还能够承受所述旋转力。
13.根据权利要求11所述的组件，其中，所述抓取吸力管嘴由柔性材料的层制成，所述柔性材料的层使得所述抓取吸力管嘴能够承受所述旋转力。
14.根据权利要求11所述的组件，其中，所述互锁机构是机械元件。
15.根据权利要求11所述的组件，其中，所述互锁机构是锁定引擎。
16.根据权利要求11至15中任一项所述的组件，所述组件进一步包括真空/吸力发生器。
17.根据权利要求11至15中任一项所述的组件，其中，所述支撑件是可延伸和可收缩的。
18.根据权利要求11至15中任一项所述的组件，其中，所述支撑件能够沿所述主轴线旋转。
19.根据权利要求18所述的组件，所述组件进一步包括旋转马达，所述旋转马达用于使所述支撑件沿所述主轴线旋转或倾斜。
20.根据权利要求11至15中任一项所述的组件，其中，所述支撑件配备有能够使所述抓取吸力管嘴相对于所述主轴线枢转的一个或多个枢转接头。
21.根据权利要求11至15中任一项所述的组件，所述组件进一步包括倾斜马达，所述倾斜马达用于使所述支撑件沿所述主轴线移动以使由所述抓取吸力管嘴抓取的水果倾斜。
22.根据述权利要求11至15中任一项所述的组件，其中，所述抓取吸力管嘴沿所述主轴线被固定到所述支撑件。
23.根据权利要求11至15中任一项所述的组件，其中，所述抓取吸力管嘴被固定到所述支撑件，远离其中心轴线枢转。
24.根据权利要求11至15中任一项所述的组件，其中，所述抓取吸力管嘴通过枢转安装元件被安装到所述支撑件，以便大体朝向和远离所述主轴线进行枢转运动。
25.根据权利要求24所述的组件，所述组件进一步包括旋转马达，所述旋转马达用于使所述抓取吸力管嘴旋转或倾斜。
26.一种包括一个或多个根据权利要求1至25中任一项所述的组件的水果采摘机器。
27.根据权利要求26所述的水果采摘机器，所述水果采摘机器包括两个或更多个所述组件，其中，每个组件的运动独立于其它组件。
28.根据权利要求26或27所述的水果采摘机器，所述水果采摘机器是飞行收获机器人。
29.一种吸力管嘴，所述吸力管嘴包括互锁机构，所述锁定机构包括肋，并具有两种构造：
- 当所述吸力管嘴未附接到水果并且未产生真空时的第一打开构造，在所述第一打开构造中，所述互锁机构打开并且所述肋彼此分离，使得所述吸力管嘴自由扭转；以及
- 当所述吸力管嘴附接到水果并且施加真空时的第二锁定构造，在所述第二锁定构造中，所述肋彼此接合，从而锁定所述互锁机构，以及从而防止所述吸力管嘴的扭转。
30.根据权利要求29所述的吸力管嘴，所述吸力管嘴是柔性的以使得能够适配任何水果的形状。
31.一种用于收获水果的方法，所述方法包括将一个或多个根据权利要求1至25中任一项所述的组件安装到水果采摘机器上的步骤以及激活所述水果采摘机器的步骤。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，所述水果采摘机器的激活导致通过所述吸力管嘴来吸力抓取水果，并且通过使所述水果扭转和/或倾斜直到所述水果被释放来进行所述水果的采摘。
33.根据权利要求31或32所述的方法，所述方法进一步包括在所述抓取器组件穿入树的叶子的过程中连续旋转所述抓取器组件以便所述旋转能够使所述吸力管嘴穿过所述树的叶子的步骤。
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