CN113543629A - 一种用于生长格架植物的系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于生长格架植物的系统和方法。该方法可以包括在可旋转导管上向下生长格架植物，让重力代替格架，并且植物的倾斜和降低可以通过将它们的茎缠绕在可旋转导管上、通过旋转导管而被代替。该系统可包括：一个或多个培养系统；多个成角度驱动带，用于支撑和驱动一个或多个培养系统；以及可旋转轴，其被配置为旋转并承载通过驱动带悬挂在可旋转轴上的一个或多个培养系统。每个培养系统可包括具有用于种植格架植物的多个孔的培养导管；和灌溉系统，其用于向格架植物提供灌溉。

Description

一种用于生长格架植物的系统和方法

技术领域

本发明涉及生长格架植物。更具体地，本发明涉及用于生长格架植物的系统和方法。

背景技术

在温室中垂直向上生长格架植物，例如西红柿、黄瓜、辣椒等。众所周知，格架植物的茎不足以支撑植物向上生长。因此，植物被绑在垂直的管线上。植物的长度可以达到10米及以上，因此，经过几次采摘周期后，植株降低，并且茎部倾斜。这种架起、倾斜、降低的过程在植物的培养过程中反复进行，并且需要大量的劳动。

因此，消除对架起、倾斜和降低的需要节省劳动力将增加种植格架植物的效率。

发明内容

在本发明中，植物从可旋转的导管向下生长。格架可以通过重力完成(不需要管线和绑植物)，并且倾斜和降低可以通过旋转导管将裸露的植物茎缠绕在培养导管周围来完成。本发明的一些方面可以涉及一种用于生长格架植物的系统，该系统包括：一个或多个培养系统；多个成角度驱动带，用于支撑和驱动一个或多个培养系统；以及可旋转轴，该可旋转轴被配置为旋转并承载通过驱动带悬挂在可旋转轴上的一个或多个培养系统。在一些实施例中，每个培养系统可包括具有用于种植格架植物的多个孔的培养导管；和灌溉系统，用于向格架植物提供灌溉。

在一些实施例中，可旋转轴被配置为连接到温室的结构。在一些实施例中，每个培养系统还包括施肥系统。在一些实施例中，每个培养导管被配置为包含生长基质。在一些实施例中，该系统还可包括被配置为旋转可旋转轴的动力驱动系统。

在一些实施例中，该系统还可包括被配置为控制动力驱动系统的控制器。在一些实施例中，控制器还被配置为控制灌溉系统。在一些实施例中，控制器还可以是被配置为控制施肥系统的控制器。在一些实施例中，系统还可以包括一个或多个传感器，并且控制器还可以被配置为根据从一个或多个传感器接收到的信号控制动力驱动系统、灌溉系统和施肥系统中的至少一个。

在一些实施例中，该系统还可以包括制动系统，该制动系统被配置为防止培养导管旋转。在一些实施例中，该系统还可包括用于收集过量水的排水沟。

本发明的一些另外的方面可涉及生长格架植物的方法。在一些实施例中，该方法可以包括：在一个或多个培养系统中种植格架植物，格架植物由多个上部驱动带悬挂在可旋转轴上。在一些实施例中，每个培养系统可以包括：具有用于种植格架植物的多个孔的培养导管；和灌溉系统，其用于向格架植物提供灌溉。在一些实施例中，该方法可以包括让格架植物从至少一个培养导管向下生长并且在一次或多次果实采摘之后旋转可旋转轴以旋转培养导管。

在一些实施例中，旋转可旋转轴可以包括将裸露的植物茎缠绕在培养导管周围。在一些实施例中，旋转可旋转轴可以包括从茎去除叶子。

本发明的一些另外的方面可以涉及一种用于生长格架植物的系统，该系统包括：一个或多个培养系统；配置为向一个或多个培养系统传递旋转运动的一个或多个致动器以及被配置为防止培养导管旋转的制动系统。在一些实施例中，每个培养系统可包括具有用于种植格架植物的多个孔的培养导管和用于向格架植物提供灌溉的灌溉系统。

在一些实施例中，该系统可以进一步包括被配置为旋转一个或多个培养系统的动力驱动系统。在一些实施例中，该系统还可以包括可连接到温室的结构的一个或多个元件。在一些实施例中，每个培养系统还包括施肥系统。在一些实施例中，每个培养系统被配置为包含生长基质。

在一些实施例中，该系统还可以包括被配置为控制一个或多个动力驱动系统的控制器。在一些实施例中，控制器还可被配置为控制灌溉系统。在一些实施例中，控制器可以控制施肥系统。在一些实施例中，系统还可以包括一个或多个传感器，并且控制器还可以被配置为根据从一个或多个传感器接收到的信号控制一个或多个动力驱动系统、灌溉系统和施肥系统中的至少一个。

在一些实施例中，该系统还可包括用于收集过量水的排水沟。

本发明的一些另外的方面可以涉及生长格架植物的方法。在一些实施例中，该方法可以包括在可由一个或多个致动器旋转的一个或多个培养系统中种植格架植物；让格架植物从每个培养导管向下生长；防止一个或多个培养系统在一个或多个生长周期中旋转，使用连接到一个或多个培养系统的制动系统，并在一次或多次果实采摘后旋转培养系统。在一些实施例中，每个培养系统包括具有用于种植格架植物的多个孔的培养导管和用于向格架植物提供灌溉的灌溉系统。

在一些实施例中，旋转可旋转轴可以包括围绕培养导管缠绕裸露的植物茎。在一些实施例中，旋转可旋转轴可以包括从茎去除叶子。

附图说明

被视为本发明的主题在说明书的结论部分被特别指出和明确要求保护。然而，当结合附图阅读时，通过参考以下详细描述，可以最好地理解本发明的组织和操作方法及其目的、特征和优点，其中：

图1示出了根据本发明的一些实施例的用于生长格架植物的系统的图示；

图2示出了根据本发明的一些实施例的种植有格架植物的系统的更详细图解；

图3示出了根据本发明一些实施例的培养系统的图示；

图4A-4F示出了根据本发明一些实施例的系统的各种细节；

图5示出了根据本发明的一些实施例的用于生长格架植物的系统的图示；

图6示出了根据本发明的一些实施例的用于生长格架植物的系统的更详细说明，该系统中种植有格架植物；

图7是根据本发明的一些实施例的图6的系统的详细图示；

图8是根据本发明的一些实施例的叶子去除的示意图；和

图9是根据本发明的一些实施例的生长格架植物的方法的流程图。

应当理解，为了图示的简单和清楚起见，图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，为了清楚起见，一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大。此外，在认为合适的情况下，附图标记可以在图中重复以指示对应或类似的元件。

具体实施方式

在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其他情况下，没有详细描述众所周知的方法、程序和组件，以免混淆本发明。

尽管本发明的实施例在这方面不受限制，但是如本文所使用的术语“多个”和“若干个”可以包括例如“多个”或“两个或更多个”。在整个说明书中可以使用术语“多个”或“若干个”来描述两个或更多个组件、设备、元件、单元、参数等。此处使用的术语集可包括一个或多个项目。除非明确说明，否则本文描述的方法实施例不限于特定顺序或次序。此外，所描述的方法实施例中的一些或其要素可以同时、在同一时间点或并行发生或执行。

在本发明中，植物从可旋转的导管向下生长。格架可以通过重力完成(不需要管线和绑植物)，并且倾斜和降低可以通过旋转导管将裸露的植物茎缠绕在培养导管周围来完成。本发明的一些方面可涉及用于从培养系统向下生长格架植物的系统和方法。根据本发明实施例的系统和方法可以包括用于旋转每个培养系统的旋转机构(例如，致动器、皮带、齿轮等)。这种机制可以通过每隔几个果实采摘周期缠绕植物的茎来允许自动倾斜和降低替换过程。这个过程可取代当今进行的手动架起、倾斜和降低过程。

该系统可以包括培养导管，其可以组装在温室中的高处，例如，连接到温室结构或位于温室中的独立结构。

此外，根据本发明的实施例的系统可以包括制动系统，该制动系统被配置为在植物生长期间将可旋转培养系统固定在它们的位置。

如本文所用，术语“格架植物”是指长出长茎的任何植物，该茎的强度不足以支撑植物向上生长。这些植物要么散布在地上，要么通过绑在管线(或类似元素)上而垂直生长。这些植物的长度可以长于温室的高度，因此植物被降低并且它们的茎被倾斜。格架植物的一些例子是：西红柿、黄瓜、辣椒等。

如本文所用，术语“果实采摘”可以指从植物中采摘成熟果实。正如在格架植物中公知的，每株植物都可以在不同的撕扯(ripping)阶段结出果实。只为采摘而被撕扯的果实正被采摘。采摘果实的裂口主要是茎部靠近根部的部分，是植株较成熟的部分。

如本文所用，术语“生长周期”可以指以下任一时间：种植植物和第一次采果之间的时间以及每两次采果之间的时间直到植物被连根拔起。

参考图1，其示出了根据本发明的一些实施例的用于种植格架植物的系统100。系统100可以包括一个或多个培养系统110、被配置为向一个或多个培养系统110传递旋转运动的一个或多个致动器120以及被配置为防止培养系统110的培养导管112(图2和图3中所示)的旋转的一个或多个制动系统130。在一些实施例中，系统100可以连接到结构60，该结构可以是温室的结构或位于温室中的独立结构。培养系统110可以被配置为基本上水平地安装(或与水平面成小(0.5-3°)角度以让水排出)。如图2所示和讨论的，格架植物10从培养系统110向下生长。

现在参考图2，其是根据本发明的一些实施例的包括在系统100中的培养系统110(系统100种植有格架植物10)、致动器120和制动系统130的图示。在一些实施例中，每个培养系统110可包括具有用于种植格架植物的多个孔114的培养导管112以及用于向格架植物提供灌溉的灌溉系统116。培养系统110的一些实施例在本文以下关于图4A-4F的内容中被图示和讨论。在一些实施例中，导管112可具有任何合适的圆周几何形状，例如中空柱体、中空六棱柱等。在一些实施例中，导管112可以用帽115(也在图3和图4A中示出)从至少一侧封闭。

在一些实施例中，多个培养系统110可以相互连接以形成一个长培养导管。这种连接的一个非限制性示例可以包括公-母连接器，如下文关于图7示出和讨论的。在一些实施例中，连接两个培养系统110的连接器可以包括用于连接两个灌溉系统116的灌溉连接元件(未示出)。因此，可以通过单个灌溉管子为若干培养系统110提供水。

在一些实施例中，至少一个致动器120可在系统100中组装以将旋转运动传递至一个或多个培养系统110。在一些实施例中，一个致动器120可将旋转运动传递至多个培养系统110。在一些实施例中，两个或更多个致动器120可以将旋转运动传递到单个培养系统120。致动器120在本文以下关于图4A-4F被图示和讨论。在一些实施例中，提供给培养系统110的角运动可导致格架植物10的茎15围绕培养导管112缠绕，如图所示。在一些实施例中，在一次或多次采摘果实之后，茎可以围绕培养导管112被缠绕。

在一些实施例中，制动系统130可以防止由施加到培养系统110的任何力引起的培养系统110的旋转。例如，制动系统130可以抵抗由植物10施加在培养导管112上的根据等式1的力矩M：

(1) M＝W*g*N*r

其中W为一株植物10的平均植株重量；g是重力常数；N是一根导管112上植物10的数量，而r是导管112的半径。

在又一个示例中，制动系统130可以防止导管112由于例如果实的采摘、培养过程等导致的旋转。

现在参考图3，图3是与致动器120耦合的培养系统110的图示。在一些实施例中，系统100可以包括可连接到温室的结构60或位于温室内的独立结构60的一个或多个元件160。如图所示，元件160可以包括吊架和轴承，或者可以是任何其他合适的元件。

现在参考图4A-4F，它们是根据本发明一些实施例的系统100的各种细节的图示。图4A示出了管子(例如，软管)形状的灌溉系统116，其可以允许通过可旋转连接器(未示出)连接两个或多个培养系统110的灌溉系统。因此，可以在灌溉期间执行培养系统110的旋转。在该非限制性示例中，管子可以位于每个培养系统110的旋转轴处。在一些实施例中，灌溉系统116可以包括位于导管112内部(如图4C所示)或导管112外部(如图4D所示)的滴灌软管。

在一些实施例中，致动器120可以包括可以传递旋转运动的任何部件、装置或机构，例如，致动器120可以是由动力驱动系统122启用的齿轮，如图4B和图4C所示。动力驱动系统122可以是例如电动马达、液压马达、气动马达等。在非限制性示例中，致动器120可以包括棘轮124，如图4A-4B所示。致动器的另一个非限制性示例可包括成角度驱动带和在图5-7中图示和讨论的旋转轴。

在一些实施例中，制动系统130，如图4A和图4B所示，可以包括可以防止培养导管112旋转的任何装置、部件或系统。制动系统130可以包括配置为锁定培养导管112的外部制动器，例如所示的棘轮机构。可替换地，制动系统130可包括在致动器120或动力驱动系统122中，例如，包括在电动马达中的制动器。

在一些实施例中，每个培养系统110可以被配置为包含位于培养导管112内部的生长基质50，如图4C和图4E所示。生长基质50可以包括适合于生长格架植物10的任何介质(例如珍珠岩、椰子纤维、凝灰岩等)。

在一些实施例中，每个培养系统110可以包括施肥系统118，如图4C所示。在一些实施例中，施肥系统118可以是组装在培养系统110中的附加独立系统。可替换地，施肥系统118可以包括在灌溉系统116中。

在一些实施例中，每个培养系统110可以包括用于收集多余的水的排水沟119，如图4E和图4F所示。本领域技术人员应当理解，所示出的排水沟119仅作为示例给出并且本发明不限于该特定设计。

现在参考图5，图5是根据本发明的一些实施例的用于生长格架植物的系统200的图示。系统200可包括一个或多个培养系统110；多个成角度驱动带220，其用于支撑和驱动一个或多个培养系统110和可旋转轴230，可旋转轴230被配置为通过驱动带220承载和旋转悬挂在可旋转轴230上的一个或多个培养系统110。在一些实施例中，系统200的一个或多个培养系统110可以基本上相同并且可以包括上文公开的系统100的一个或多个培养系统110的元件、部件、系统和装置中的至少一些。

现在参考图6，其是根据本发明的一些实施例的种植有格架植物10的系统200。在一些实施例中，可旋转轴230可被配置为连接到温室的结构60或连接到位于温室中的独立结构60。例如，连接器260可以以自由旋转的方式将可旋转轴230连接到结构60，以允许可旋转轴230围绕轴的纵向轴线自由旋转。

现在参考图7，其是根据本发明的一些实施例的系统200的详细图示。在一些实施例中，角度驱动带220可以是本领域中已知的任何驱动带，例如，驱动链、实心带等，其被配置为将角运动(例如，旋转)从可旋转轴230传递到培养系统11的导管112。在一些实施例中，每个导管112可以由至少一个带(如图所示)或更多带驱动。在一些实施例中，管子112可以包括从动轮222，每个从动轮可以被配置为由单个带220驱动。

在一些实施例中，多个培养系统110可以彼此连接以形成一个长培养导管，例如使用包括在管子112中的公-母连接器，在放大的细节中示为元件212、214。可替换地，管子112可以使用任何已知的方法和手段连接，例如，通过螺钉连接器或焊接将导管112的一端连接到下一个导管112的另一端。

在一些实施例中，可旋转轴230可由动力驱动系统提供动力，例如动力驱动系统122。在一些实施例中，可能需要一个或多个动力驱动系统来旋转单个可旋转轴230以旋转多个培养系统110。在一些实施例中，可旋转轴230可包括小齿轮232，用于固定带220并将角旋转从可旋转轴230传递到带220。

在一些实施例中，系统200还可以包括制动系统(未示出)，例如，包括在系统100中并且在上文中讨论的制动系统130。

在一些实施例中，系统100和/或系统200可以进一步包括控制器(未示出)，其被配置为控制以下中的至少一个：致动器120、动力驱动系统122、制动系统130、可旋转轴230、灌溉系统116和施肥系统118。控制器可以是被配置为执行存储在与控制器相关联或包括在控制器中的存储器上的指令和代码的任何计算设备(例如，芯片)。此类指令可包括用于控制以下至少一项的指令：致动器120、动力驱动系统122、制动系统130、可旋转轴230、灌溉系统116和施肥系统118。

在一些实施例中，系统100和/或系统200可以进一步包括或可以与一个或多个检测器(例如，传感器，未示出)通信以提供关于温室、环境条件、生长基质等的信息。例如，传感器可以选自：温度传感器、湿度传感器、气压计、灌溉传感器、流量计、重量等。在一些实施例中，存储在与控制器相关联的存储器中的指令可以包括基于从至少一个传感器接收到的信号控制致动器120、动力驱动系统122、制动系统130、可旋转轴230、灌溉系统116和施肥系统118中的至少一个。

现在参考图8，其是叶子去除装置300的示意图，该叶子去除装置300用于在随着培养导管旋转而提升植物的同时去除茎的叶子。叶子去除装置300可具有中心孔310，植物茎15穿过该中心孔310，并且通过管线或板，叶子25被捕获并从植物上扯下。

现在参考图9，其是根据本发明的一些实施例的生长格架植物的方法的流程图。在步骤810中，可以在一个或多个培养系统中种植格架植物。例如，可以在一个或多个培养系统110的孔11中种植格架植物10，例如西红柿、黄瓜等。在这种情况下，一个或多个培养系统110可以填充有生长基质50。在一些实施例中，一个或多个培养系统110可以包括在系统200中并且可以通过多个成角度驱动带220悬挂在可旋转轴230上。在一些实施例中，一个或多个培养系统110可以包括在系统100中并且可以被连接到致动器120。

在步骤820中，可以让格架植物10从至少一个培养导管112向下生长，如图1、图2、图5和图6所示。在一些实施例中，在一个或多个生长周期期间，在步骤825中可防止一个或多个培养系统110旋转，例如使用制动系统130。

在步骤830中，一个或多个培养系统110可以在一次或多次果实采摘之后旋转。例如，一个或多个培养系统110可以由致动器120旋转。在另一个示例中，一个或多个培养系统110可以由驱动带220和旋转轴230旋转。旋转培养系统包括围绕培养导管112缠绕裸露的植物茎(例如，茎15)。在一些实施例中，旋转培养系统可以包括叶子去除装置(例如，装置300)以从茎去除叶子。

Claims (27)

1.一种用于生长格架植物的系统，包括：

一个或多个培养系统；

多个成角度驱动带，其用于支撑和驱动所述一个或多个培养系统；和

可旋转轴，其被配置为旋转并承载通过所述驱动带悬挂在所述可旋转轴上的所述一个或多个培养系统；

其中每个培养系统包括：

具有用于种植所述格架植物的多个孔的培养导管；和

灌溉系统，其用于为所述格架植物提供灌溉。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述可旋转轴被配置为连接到温室的结构。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中每个培养系统还包括施肥系统。

4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中每个培养导管被配置为包含生长基质。

5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，还包括动力驱动系统，所述动力驱动系统被配置为旋转所述可旋转轴。

6.根据权利要求5所述的系统，还包括被配置为控制所述动力驱动系统的控制器。

7.根据权利要求6所述的系统，其中所述控制器还被配置为控制所述灌溉系统。

8.根据权利要求3所述的系统，还包括被配置为控制所述施肥系统的控制器。

9.根据权利要求5-8中任一项所述的系统，还包括一个或多个传感器，并且其中所述控制器还被配置为根据从所述一个或多个传感器接收的信号控制所述电力驱动系统、所述灌溉系统和所述施肥系统中的至少一个。

10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，还包括配置为防止所述培养导管旋转的制动系统。

11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，还包括用于收集过量水的排水沟。

12.一种生长格架植物的方法，所述方法包括：

在一个或多个培养系统中种植格架植物，所述格架植物通过多个上部驱动带悬挂在可旋转轴上，其中每个培养系统包括：

具有用于种植所述格架植物的多个孔的培养导管；和

灌溉系统，其用于为所述格架植物提供灌溉；

让所述格架植物从至少一个培养导管向下生长；和

在一次或多次果实采摘后，旋转所述可旋转轴以使所述培养导管旋转。

13.根据权利要求12所述的方法，其中旋转所述可旋转轴包括：

围绕所述培养导管缠绕裸露的植物茎。

14.根据权利要求13所述的方法，其中旋转所述可旋转轴还包括：从所述茎去除叶子。

15.一种用于生长格架植物的系统，所述系统包括：

一个或多个培养系统，其中每个培养系统包括：

具有用于种植所述格架植物的多个孔的培养导管；和

灌溉系统，其用于为所述格架植物提供灌溉；

一个或多个致动器，其被配置为向所述一个或多个培养系统传递旋转运动；和

制动系统，其配置为防止所述培养导管旋转。

16.根据权利要求15所述的系统，还包括被配置为旋转所述一个或多个培养系统的动力驱动系统。

17.根据权利要求15或16所述的系统，还包括可连接到温室的结构的一个或多个元件。

18.根据权利要求15-17中任一项所述的系统，其中每个培养系统还包括施肥系统。

19.根据权利要求15-18中任一项所述的系统，其中每个培养物被配置为包含生长基质。

20.根据权利要求15-19中任一项所述的系统，还包括被配置为控制所述一个或多个动力驱动系统的控制器。

21.根据权利要求20所述的系统，其中所述控制器还被配置为控制所述灌溉系统。

22.根据权利要求18所述的系统，还包括被配置为控制所述施肥系统的控制器。

23.根据权利要求21和22中任一项所述的系统，还包括一个或多个传感器，并且其中所述控制器还被配置为根据从所述一个或多个传感器接收的信号控制以下各项中的至少一个：所述一个或多个动力驱动系统、所述灌溉系统和所述施肥系统。

24.根据前述权利要求中任一项所述的系统，还包括用于收集过量水的排水沟。

25.一种生长格架植物的方法，所述方法包括：

在能够由一个或多个致动器旋转的一个或多个培养系统中种植格架植物，其中每个培养系统包括：

具有用于种植所述格架植物的多个孔的培养导管；和

灌溉系统，其用于为所述格架植物提供灌溉；

让所述格架植物从每个培养导管向下生长；

使用连接到所述一个或多个培养系统的制动系统，防止所述一个或多个培养系统在一个或多个生长周期中旋转；和

在一次或多次果实采摘后旋转所述培养系统。

26.根据权利要求25所述的方法，其中旋转所述培养系统包括：

围绕所述培养导管缠绕裸露的植物茎。

27.根据权利要求26所述的方法，其中旋转所述可旋转轴还包括：

从所述茎去除叶子。

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