ES2905827T3 - Sistema y método para la gestión de tareas de agricultura de plantación y recogida de datos - Google Patents

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Abstract

Un sistema de cosecha, clareo y/o poda de fruta, caracterizado por que comprende: a) un sistema informático que está configurado para mapear un huerto o mapear la posición de árboles y su contorno en una plantación, para construir una base de datos de huertos para la cosecha y el estado del fruto en el mismo y controlar/permitir al menos uno de: i) una o más unidades de anclaje que comprenden un marcador; ii) una unidad voladora equipada con una cámara para tomar una pluralidad de fotografías de una zona predeterminada; y iii) una unidad de mapeo que comprende un procesador y una memoria, que están configurados para: - recibir la pluralidad de fotografías: - identificar visualmente uno o más marcadores de unidades de anclaje en las fotografías y la ubicación geográfica del uno o más marcadores de unidades de anclaje; y - mapear árboles identificados en las fotografías en relación con la ubicación geográfica de las una o más unidades de anclaje identificadas; en donde la una o más unidades de anclaje se colocan en un punto objetivo específico dentro de dicha zona predeterminada; b) un sistema de gestión para la gestión de la flota de vehículos aéreos no tripulados (UAV) autónomos para cosechar, clarear o podar frutos, comprendiendo dicho sistema: i) uno o más UAV autónomos para cosechar frutos o clarear frutos, que comprende: - un sistema informático que comprende una memoria, un procesador; - una unidad de cosecha de fruta; - una fuente de energía; - un sistema anti-colisión; - una unidad de detección de fruta adaptada para calcular una posición de fruta en relación con el UAV; y - una jaula de red que sobresale, adaptada para empujar ramas y hojas; en donde: - dicho sistema anticolisión evita la colisión de dicho UAV con obstáculos permitiendo así la navegación, vuelo y maniobra autónomos de dicho UAV hacia una ubicación objetivo predeterminada; - dicho UAV utiliza la información de posición del fruto recibida de la unidad de detección de frutos con el fin de maniobrar dicho UAV y colocar la unidad de cosecha en un lugar donde se pueda cosechar el fruto identificado; - dicha jaula está adaptada para ayudar al procedimiento de cosecha empujando ramas y hojas a un lado para permitir que el UAV penetre en la copa del árbol/follaje y alcance el fruto en el interior, y/o proporcione un empuje contrario cuando la unidad de cosecha tira de dicho fruto de una rama; ii) una estación base; iii) opcionalmente, un contenedor de fruta; y iv) uno o más fuentes de energía, en donde dicho sistema de gestión se usa para: (1) gestionar la flota de UAV que incluye cualquier combinación de UAV de cosecha de fruta, contenedores de fruta, UAV de transporte de fruta, unidades de anclaje y UAV de transporte- anclaje; y/o (2) misiones de cosecha o clareo basadas en la madurez de la fruta.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema y método para la gestión de tareas de agricultura de plantación y recogida de datos
Campo de la invención
La presente invención pertenece al campo técnico de los equipos agrícolas, específicamente la cosecha. Más particularmente, la presente invención se refiere a dispositivos de cosecha, clareo y poda. Más particularmente, la presente invención se refiere a dispositivos de cosecha, clareo o poda para huertos, plantaciones e invernaderos, tales como manzana, pera, albaricoque, melocotón, naranja, frutos cítricos pequeños y limoneros, aguacate, vides, tomates, berenjenas, pepinos y pimientos. La presente invención no está en el campo técnico de cultivos de campo y plantas de campo, no aborda la fumigación de cultivos, la plantación de cultivos, la fertilización y otros trabajos de cultivos de campo.
Antecedentes de la invención
Los dispositivos de cosecha de huertos convencionales se basan en trabajo de mano de obra masiva y herramientas de apoyo, como una tijera de podar automática que es sostenida y operada por humanos, o escaleras automáticas. Las herramientas avanzadas son rieles grandes con algunos brazos robóticos. Tales rieles son grandes, caros y complicados. Cada brazo robótico debe ser lo suficientemente largo y flexible para recoger de la parte superior o inferior de los árboles. Los brazos robóticos deben tener al menos 4 grados de libertad, lo que ocasiona soluciones muy caras.
En particular, los rieles mencionados anteriormente son grandes y no encajan en la mayoría de las plantaciones/huertos existentes y no pueden atravesar las líneas de árboles. También tienen limitación en la movilidad en la montaña. Los vehículos robóticos/autónomos más pequeños encuentran los problemas de: movilidad y transitabilidad debido a la complejidad del terreno; no pueden recoger frutos de las copas de los árboles; y también presentan la complejidad de un brazo robótico de 2-4 ejes de largo.
El clareo se realiza generalmente de forma manual mediante mano de obra masiva, separando los frutos en su fase temprana del árbol, para permitir así el crecimiento de frutos grandes. La poda generalmente se realiza con una sierra manual o con un vehículo terrestre que sostiene una sierra.
Contrariamente a la presente invención, los drones existentes no tienen un brazo largo fijo que pueda sobresalir entre hojas y ramas; tienen una red de protección para protegerse frente a los peligros, pero no utilizan la red para la cosecha real; no tienen brazos equipados con una cámara en el dron que permita la retroalimentación de bucle cerrado; no tienen funcionalidad de cosechadora; y no habilitan la detección de frutos maduros seguido de acceso a los mismos con el brazo y control del movimiento del dron. En el dron existente, la batería tiene una posición fija y está ubicada lo más cerca posible del centro de masa del dron, no sostiene tijeras de jardín, no tiene capacidad para cosechar sin aplicar fuerza sobre el dron y todos los motores son horizontales.
Hoy en día, el mapeo de un área se realiza mediante grandes UAV o satélites que toman fotografías del área desde alturas superiores a 914 m (3.000 pies), lo que permite cubrir toda el área con una sola fotografía. Sin embargo, tales fotografías suelen ser de baja resolución e incluso las cámaras de alta resolución tienen resultados limitados. Si se requiere una imagen de alta resolución, el método de mapeo se realiza mediante drones/cuadricópteros que vuelan a bajas alturas (30-304 m o 100-1.000 pies), escanean el área y obtienen muchas fotografías durante el vuelo, y a continuación un soporte lógico de ensamblaje elabora una imagen con súper-resolución.
Para proporcionar coordenadas absolutas a cada píxel, se colocan pocos anclajes en el área. Cada anclaje tiene una firma óptica que se puede ver desde la vista superior y las coordenadas GPS. Cada fotografía que se toma contiene al menos uno de dichos anclajes, y la información se analiza junto con los datos de la fotografía para generar una imagen con súper-resolución en la que cada píxel tiene una coordenada. Sin embargo, el despliegue de anclajes es una tarea que requiere mucho tiempo y requiere que las personas lleguen a la posición requerida de cada anclaje y lo instalen en su lugar. Además, una vez finalizado el escaneo, es necesario recoger los anclajes.
Hoy en día, la cosecha se realiza de forma manual o mecánica. En la cosecha mecánica, no hay selección entre el fruto maduro y el no maduro. Hoy en día, las labores agronómicas, así como las descritas en la invención anterior, se realizan línea por línea, árbol por árbol, en un orden en serie para evitar pasar por alto involuntariamente un árbol. El orden en serie es la forma más eficaz de cosechar y más fácil de gestionar para los trabajadores sobre el terreno y para cosechadoras autónomas sobre el terreno.
La cosecha selectiva es ventajosa ya que el proceso de maduración es largo (período de pocas a muchas semanas) y no es uniforme en todos los árboles o incluso en el mismo árbol. Además, los agricultores quieren evitar daños a los árboles y frutos. La cosecha selectiva y el clareo selectivo requieren mano de obra masiva durante un corto período de tiempo, lo que a menudo hace que los agricultores no hagan un seguimiento del estado de la plantación y no gestionen una base de datos para la plantación, sino que cosechen todos los frutos a la vez. Por otra parte, los agricultores no tienen las herramientas para realizar una cosecha/clareo selectivos reales debido a la escasez de mano de obra y al corto período de cosecha.
Se realizaron varios intentos para desarrollar dispositivos de cosecha mecánicos. Por ejemplo: el documento US 2016/0307448 describe drones que se elevan mediante una combinación de gas flotante y hélices, y que se utilizan para la agricultura de campo automatizada, incluida la cosecha de campo.
El documento US 2017/0094909 describe un dron para cosechar frutos de cáscara dura de un árbol, comprendiendo el dron una cámara para identificar frutos; y un brazo recolector de frutos. El documento US 9.420.748 se refiere a drones para la poda, dicho dispositivo comprende un medio de corte (p. ej., motosierra) y una cámara.
El documento US 2016/0340006 se refiere a un dron de rescate equipado con una cámara y un mecanismo de elevación para el rescate de personas. El documento IN 4041MUM2015 se refiere a un dron para cosechar frutos de cáscara dura que tiene un cortador extensible para cortar un fruto de su tallo y una cámara para identificar el fruto. El documento CN 206024714 se refiere a un dron para el cuidado de las plantas de campo, que comprende un tanque de agua (5) y un cortador (6), y está diseñado para regar y podar plantas. El documento CN 104919981 se refiere a un dron para recoger frutos de cáscara dura, concretamente frutos de torreya china, que comprende una barra extendida (8) que tiene un medio de corte (1) en su extremo y una red recolectora de frutos (16). El documento CN 104590562 se refiere a drones de extinción de incendios que comprenden una pistola de bomba y un mecanismo para apuntar, y una jaula protectora y una defensa. El documento WO 2016/123656 describe un sistema para cosechar frutos hortícolas. El documento WO 2016/116888 se refiere a un robot para monitorizar plantas en una plantación.
Las publicaciones adicionales también describen drones para diversas labores, incluidas las labores agrícolas. Por ejemplo: FLEWRO - Drones to Pluck Dates, Coconuts, Fruits from Trees (http://insidetecno.blogspot.com/2015/03/flewro-drones-to-pluck-dates-coconuts.html). se refiere a drones recolectores de frutos de cáscara dura, que comprenden una cámara para obtener imágenes de los frutos, giroscopio y GPS para estabilizar el dron, un brazo robótico para determinar si un fruto está maduro y un segundo brazo robótico para arrancar el fruto de cáscara dura; Intelligent of Drones for Harvesting Fruit (https://danielcoombesblog.wordpress.com/2018/04/07/intelligent-swarm-of-drones-forharvesting-fruit/) se refiere a un enjambre de drones para cosechar frutos. Cada dron está equipado con una cámara para identificar los frutos y evaluar su madurez, y medios de corte (tijeras). La cosecha se lleva a cabo o bien hasta la puesta de sol de manera que cese la recarga, o bien hasta que se hayan recogido todos los frutos maduros; Fruit Plucking Fling fleo¿>of(http://www.kscst.iisc.ernet.in/spp/39 series/SPP39S/02 Proyectos de exhibición/142 39S BE 1249.pdf) se refiere a un robot volador para la cosecha de frutos desde las alturas, que comprende una cámara para detectar el fruto, un brazo robótico con una cuchilla giratoria para cortar el fruto; Desing and Development of Mobile Fruit Plucker (https://www.crazyengineers.com/threads/design-anddevelopment-of-mobile-fruit-plucker.86667) se refiere a un recolector de frutos móvil que identifica frutos con una cámara y las corta de un árbol con un cortador adjunto; y Droneball Go, a Drone With a Multi-Axis Cage Designed to Crash, Tumble, Roll, and Keep F/v'inq(https://laughingsquid.com/droneball-go-a-drone-with-a-multi-axis-cage-designed-to-crashtumble-roll-and-keepflying/, por Glen Tickle, 11 de Enero, 2017), se refiere a un dron con cámara con una jaula de múltiples ejes diseñada para permitir que el dron se estrelle, se caiga, ruede y siga volando.
En particular, todos los dispositivos y sistemas de la técnica anterior están diseñados para acceder al estipe de un fruto con el fin de cosecharla. Además, ninguno de los dispositivos y sistemas de la técnica anterior está dirigido a cosechar frutos de cáscara blanda, y cualquier intento de utilizar/modificar dispositivos conocidos para cosechar frutos de cáscara dura dará como resultado daños en tales frutos de cáscara blanda. Por otra parte, ninguna de las referencias de la técnica anterior proporciona un dispositivo que pueda sujetar un fruto después de que se haya recogido, y mucho menos referirse al problema de equilibrar el dispositivo una vez que se ha cosechado la fruta. Finalmente, todos los sistemas de drones conocidos son sistemas de detección y evasión (“sense and avoid”), mientras que el sistema de la presente invención es un sistema de detección y captación (“sense and engage”).
Compendio de la invención
La presente invención proporciona un sistema de cosecha, clareo y/o poda de fruta y un método de cosecha autónomo con UAV de acuerdo con el actual juego de reivindicaciones. En un aspecto de la invención se proporciona un sistema de cosecha, clareo y/o poda de fruta como se establece en la reivindicación 1.
En otro aspecto de la invención, se proporciona un método de cosecha, clareo y/o poda autónomo con UAV de un huerto como se establece en la reivindicación 6.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 es una vista en perspectiva de un dispositivo de cosecha de la presente invención equipado con un brazo robótico con grado de libertad en 2 ejes.
Las Fig. 2A-2D son vistas en perspectiva de dispositivos de cosecha de la presente invención equipados con brazos fijos (grado de libertad de cero ejes).
La Fig. 3 es una vista en perspectiva de un dispositivo de cosecha de la presente invención equipado con una sierra, como una sierra circular.
La Fig. 4 es una vista en perspectiva de un dispositivo de cosecha aéreo integrado con una base de recolección con un trampolín.
La Fig. 5 es una vista en perspectiva del sistema completo de un sistema de cosecha aéreo de acuerdo con una realización de la invención que comprende varios dispositivos aéreos asociados con una base.
La Fig. 6 es una vista en perspectiva del sistema completo de un sistema de cosecha aéreo de acuerdo con una realización de la invención que comprende varios dispositivos aéreos asociados con una base.
La Fig. 7 ilustra una imagen obtenida por la cámara de navegación o cámara de frutos que incluye los frutos/ramas y el brazo, y es parte del método del bucle de control de cierre.
La Fig. 8 es un diagrama de bloques que explica el método del bucle de control del bucle de cierre del dron.
La Fig. 9 es una vista en perspectiva de un dispositivo de cosecha de la presente invención equipado con tijeras de podar/tijeras de jardín adaptadas para cortar la conexión de un fruto a un árbol o para podar.
La Fig. 10 es una vista en perspectiva de un dispositivo de cosecha de la presente invención equipado con una palma adaptada (permite cortar sin generar fuerza sobre el dron).
Las Fig. 11A-11C ilustran un dron de cosecha de la invención que incluye una palma que sostiene el fruto y un mecanismo para compensar el peso del brazo y el fruto.
La Fig. 12 ilustra un posible mecanismo de tracción de un fruto de un árbol aplicando fuerza de tracción mediante un dron de la invención que incluye también una hélice vertical.
Las Fig. 13A-13D ilustran un posible mecanismo de corte/tracción de un fruto de un árbol utilizando un bucle de alambre/cable en el extremo del brazo del dron.
Las Fig. 14A-14B ilustran un dron de la invención que tiene una red/jaula protectora, que también ayuda al dron a penetrar entre las hojas y ramas del árbol, y empuja las ramas tanto para proteger el dron como para ayudar a cortar el fruto del árbol.
Las Fig. 15A-15B ilustran un dron de la invención que tiene un marcador que se utiliza para mapear el campo/plantación y para guiar otros drones de cosecha. La Fig. 15A es una vista superior en perspectiva de un dron de anclaje que puede ser visto por otro dron/UAV superior; y la Fig. 15B es una vista lateral en perspectiva del dispositivo de anclaje del dron, que muestra un receptor del Sistema de Posición Global (GPS) y un Sistema de Posición Local (LPS) como UWB (transceptor de Banda Ultra Blanca que permite medir el tiempo y la hora exacta de las comunicaciones de datos).
Las Fig. 16A-16C ilustran una plantación mapeada por drones de anclajes, indicados por flechas en las Fig. 16A y 16B, que ilustran dónde se colocan tales drones. La Fig. 16C ilustra cómo el sistema identifica todos los árboles de la plantación (cada árbol está marcado con un círculo) y sirve como base de datos de entrada para controlar el dron o la flota de drones de la invención.
La Fig. 17 ilustra cómo los frutos en un árbol específico son mapeados por/para los drones para la cosecha y sirve como una base de datos de entrada para controlar un solo dron o una flota de drones de la invención, la precisión de esta base de datos es de 5-10 cm.
La Fig. 18 ilustra una vista en perspectiva del sistema completo que incluye muchos drones de la invención y una base de recolección.
La Fig. 19 es un diagrama de bloques que explica el algoritmo de cosecha de gestión de la flota de drones.
Las Fig. 20A-20C ilustran el estado temporal de una base de datos que representa áreas de frutos maduros (listos para cosechar) dentro de la plantación. La información de la base de datos se recopila durante las labores de trabajo. La Fig.
20A ilustra el restablecimiento a cero; y Fig. 20B ilustra el número de frutos maduros listos para ser cosechados.
Las Fig.21A-21B ilustran el estado temporal de una base de datos que representa la calidad de los frutos cosechados de una determinada región de cosecha y el número de frutos cosechados de la misma (cantidad).
Las Fig. 22A-22B ilustran drones de carga que portan varias baterías y están diseñados para transportar dichas baterías a drones remotos para su reemplazo.
Las Fig. 23A-23B ilustran la forma cónica de una red/jaula que puede empujar ramas y hojas para permitir la penetración del UAV en el follaje mientras el brazo de cosecha tira de un fruto, en donde dicha jaula tiene un agujero en la parte delantera; y un brazo que se mueve hacia adelante y hacia atrás que tira de los frutos hacia la jaula que se utiliza adicionalmente para transportarlos. La forma única de la jaula permite el método de "detección y captación", en lugar del de "detección y evasión" de la técnica anterior.
La Fig. 24 ilustra la retroalimentación táctil que mide las fuerzas y los vectores de fuerza aplicados sobre la red/jaula por elementos externos tales como árboles, ramas, hojas, etc. La retroalimentación táctil es importante ya que el dron genera fuerza en los árboles y ramas, y tal medición de la fuerza puede ayudar a decidir si aplicar más fuerza o cambiar la dirección de la fuerza, este tipo de sensor es importante en las maniobras autónomas durante el acoplamiento del UAV con el árbol. En una realización específica, la forma de la jaula es una curva monótona suave, para evitar que se apile en los árboles.
Las Fig. 25A-25C ilustran otra realización de una jaula táctil que utiliza pocos sensores IMU.
La Fig. 26 ilustra un posible mecanismo de generación de fuerza de tracción sobre el fruto entre el fruto y el árbol.
La Fig. 27 ilustra la cosecha utilizando la gravedad como fuerza de tracción, mientras se sujeta el fruto con el brazo mecánico de cosecha.
Las Fig.28A-28B ilustran un posible mecanismo de corte de frutos del UAV de la invención. El corte se realiza después de tirar del fruto a través de la abertura y hacia el interior de la jaula.
La Fig.29 ilustra un UAV con un supercondensador u otro paquete de energía de carga rápida que permite una carga muy rápida simultáneamente con la descarga del fruto en un contenedor en el punto de carga.
Las Fig.30A-30B ilustran la ruta de búsqueda asignada a un UAV por un algoritmo de gestión de la flota de la invención.
La Fig. 31 ilustra un UAV portador de frutos de acuerdo con algunas realizaciones de la invención.
Las Fig. 32A-32D ilustran varios métodos para recoger frutos de un árbol: La Fig. 32A- envolviendo un fruto mientras se corta/desgarra el estipe; La Fig. 32B- mediante un bucle que tira de un estipe oculto; La Fig. 32C- mediante dos bucles que sostienen el fruto; y la Fig. 32D- mediante una bomba de vacío.
La Fig. 33 ilustra un mapa de información de la posición actual de varios componentes del sistema de cosecha.
Descripción detallada de la invención
La presente invención proporciona dispositivos de cosecha para, p. ej., huertos y vides, así como métodos de cosecha, utilizando drones/mini-helicópteros/cuadricópteros/o cualquier otro vehículo aéreo no tripulado (UAV) pequeño que pueda flotar cerca, debajo y por encima de los árboles. El dron de cosecha de la invención está equipado con un brazo que puede recoger un fruto, opcionalmente con una sierra, cuchillo, tijeras de podar o tijeras de jardín que pueden cortar el fruto deseado del árbol. La presente invención proporciona adicionalmente un dispositivo de clareo que tiene un brazo similar al dispositivo de cosecha para desconectar frutos pequeños del árbol. La presente invención también proporciona un dispositivo de poda que tiene un brazo similar al dispositivo de cosecha, pero que aplica una fuerza más fuerte para desconectar las ramas de los árboles.
El dron de cosecha de la invención está adicionalmente equipado con un sistema anticolisión, que evita colisiones involuntarias con árboles, personas y otros drones, y permite una navegación segura en un entorno complejo. Este sistema anticolisión incluye, pero no se limita a: optoacoplador de rango IR, medición de rango ultrasónico, cámara estereoscópica, RADAR y cámara de visión. Los drones de cosecha de la invención pueden tener una red/jaula de protección que protege las hélices de los drones del peligro y permite que el dron penetre a través de ramas y hojas para acceder a los frutos internos. Dicha jaula también puede participar en el procedimiento de cosecha, p. ej., creando un empuje contrario contra una rama mientras tira de un fruto.
El dron de cosecha de la invención también puede estar equipado con una unidad de detección de frutos, tal como una cámara que mide el tamaño, color y forma de un fruto, y un dispositivo que tiene una retroalimentación táctil sobre la blandura del fruto.
La presente invención proporciona adicionalmente un algoritmo que detecta la posición del fruto, conduce el dron a una posición óptima y un algoritmo que decide si el fruto está maduro y listo para ser arrancado.
Por consiguiente, la presente invención proporciona un dispositivo /UAV de cosecha de frutos que comprende: (a) un vehículo aéreo no tripulado (UAV) pequeño, tal como un dron/mini-helicóptero/cuadricóptero, equipado con: (i) una unidad de cosecha; (ii) una fuente de energía; (iii) un sistema anticolisión; (iv) una unidad de detección de frutos; y (v) una jaula que sobresale y empuja, y (b) un ordenador que comprende una memoria, un procesador y un algoritmo que calcula la posición del fruto con relación al UAV, en donde: (1) dicho sistema anticolisión evita la colisión de dicho UAV con obstáculos (tales como árboles, personas y otros UAV) permitiendo de ese modo la navegación autónoma de dicho UAV en un entorno complejo; (2) dicha unidad de detección de frutos junto con dicho ordenador y algoritmo permiten maniobrar de forma autónoma dicho UAV y/o dicha unidad de cosecha hacia el fruto; y (3) dicha jaula permite el flujo de aire y ayuda en el procedimiento de cosecha tanto (a) empujando ramas y hojas a un lado para permitir que el UAV penetre en la copa del árbol/follaje, como (b) proporcionando un empuje contrario cuando se tira de dicho fruto del árbol, y adicionalmente protege dicho UAV y las palas de su motor de peligros potenciales (tales como hojas y ramas).
La presente invención proporciona adicionalmente un vehículo aéreo no tripulado (UAV) autónomo mejorado para cosechar o diluir fruto, que comprende: (i) un sistema informático que comprende una memoria, un procesador; (ii) una unidad de cosecha de frutos; (iii) una fuente de energía; (iv) un sistema anticolisión; (v) una unidad de detección de frutos adaptada para calcular la posición de un fruto con relación al UAV; y (vi) una jaula de red que sobresale adaptada para empujar ramas y hojas, en donde: dicho sistema anticolisión evita la colisión de dicho UAV con obstáculos permitiendo de ese modo la navegación, vuelo y maniobra autónomos de dicho UAV hacia una ubicación objetivo predeterminada; dicho UAV utiliza la información de posición del fruto recibida de la unidad de detección de frutos para maniobrar dicho UAV y colocar la unidad de cosecha en un lugar donde pueda cosechar el fruto identificado; dicha jaula está adaptada para ayudar al procedimiento de cosecha empujando ramas y hojas a un lado para permitir que el UAV penetre en la copa del árbol/follaje y alcance el fruto en el interior, y/o proporcionando un empuje contrario al tirar de dicho fruto de una rama por medio de la unidad de cosecha.
En determinadas realizaciones del dispositivo /UAV de cosecha de frutos de la invención, dicha unidad de cosecha es un cuerpo fijo o jaula, sin bisagras, de manera que la maniobra de la unidad se lleva a cabo maniobrando todo el UAV.
Los términos "dron" y "UAV" se emplean en la presente memoria indistintamente, y se refieren a vehículos aéreos no tripulados, de cualquier forma y tamaño según sea necesario y como se define en la presente memoria.
La Fig. 1 ilustra un dron integrado con un brazo robótico para recoger un fruto; sensor anticolisión para evitar la colisión de un dron flotante con ramas, suelo, personas, otros drones y cualquier otro obstáculo; cámara de navegación para buscar los frutos y detectar las rutas de navegación opcionales; cámara de frutos para verificar que el fruto está maduro (opcionalmente la misma cámara que antes); sensor de presión para verificar que el fruto está maduro; y una palma que se encarga de desconectar el fruto del árbol.
El brazo robótico de la Fig.1 puede ser un brazo robótico convencional, su longitud debe ser lo suficientemente larga para sobresalir de las ramas y acceder al fruto sin tocar las ramas o con un toque suave en las ramas, pero lo suficientemente corto para evitar el desequilibrio del dron. El brazo robótico como se ilustra en la Fig. 1 es un brazo flexible con al menos 2 grados de libertad, que permite el acceso al fruto sin mover el dron. En realizaciones específicas, como se ilustra en las Fig. 2A-2D, el brazo robótico es un brazo rígido-fijo, que requiere mover el dron para alcanzar y recoger un fruto.
El brazo de cosecha robótico fijo presentado en las Fig. 2A-2D se puede instalar en la parte superior (Fig. 2C), en la parte inferior (Fig. 2A y 2D) o en el costado del dron, o cualquier combinación de los mismos (p. ej., Fig. 2B). Este ejemplo es de un brazo robótico fijo comparado con el brazo robótico flexible presentado en la Fig. 1. En esta configuración, el acceso al fruto se realiza moviendo el dron en lugar de moviendo el brazo. El dron tiene su propia retroalimentación y control en su motor, no se requiere soporte físico de control adicional para acceder a los frutos. El significado de la aplicación es que este sistema de control es de menor coste, baja potencia, lo que significa una solución asequible y menor peso, lo que significa un tiempo de vuelo más largo y un tiempo medio entre fallos (MTBF) más simple y más elevado.
En determinadas realizaciones del dispositivo /UAV de cosecha de frutos de la invención, la unidad de cosecha es un brazo de cosecha especializado, opcionalmente con bisagras. En realizaciones específicas, el brazo de cosecha es un brazo de tracción que tiene un mecanismo de agarre de frutos para tirar del fruto, o un brazo de corte que tiene un mecanismo de corte de frutos para cortar el fruto del árbol, o una combinación de los mismos. En otras realizaciones específicas más, el brazo de cosecha es un brazo de tracción. Alternativamente, el brazo de cosecha comprende un brazo de tracción (para tirar del fruto) combinado con un mecanismo de corte (para cortar el fruto una vez que se ha tirado de él y se ha expuesto su estipe). En una realización, el UAV está equipado con una tubería de vacío.
En determinadas realizaciones del dispositivo /UAV de cosecha de frutos de la invención, el brazo de cosecha pasa a través de una abertura especializada dentro de la jaula y está diseñado para agarrar dicho fruto y, opcionalmente, tirar de él.
El UAV de la invención, como se muestra en la Fig. 2, incluye: una cámara de navegación que busca frutos cerca del dron; y un algoritmo que detecta la posición del fruto, p. ej., aislando el color y la forma de los frutos del color y la forma del entorno. A continuación, un algoritmo adicional está dirigiendo el dron, utilizando la información obtenida de dicha cámara de navegación y fruto, para mover/dirigir el brazo del dron hacia el fruto.
La cosecha de un fruto por el UAV de acuerdo con algunas realizaciones de la invención se puede realizar como se presenta en la Fig. 1, es decir, moviendo el brazo de cosecha que sostiene el fruto, o como se muestra en la Fig. 2, es decir, moviendo todo el dron después de que el brazo de cosecha fijo sujete el fruto o cualquier combinación de los mismos. Si el sensor o los sensores anticolisión circundantes miden un rango demasiado corto (p. ej., de aproximadamente 2-5 cm) en una de las direcciones, el dron fijará su movimiento en el lado opuesto. Una vez que el brazo de cosecha está cerca del fruto, el algoritmo mantiene la posición del dron para planear en una posición fija sin moverse, puede utilizar la información de la cámara de navegación para planear sin moverse. Se puede utilizar un tercer algoritmo para verificar que el fruto está maduro, utilizando parámetros tomados de la cámara o las cámaras del fruto y del sensor o los sensores de presión, los parámetros opcionales de estos parámetros son el color, el tamaño y la blandura del fruto; sin embargo, se pueden utilizar más técnicas de detección de madurez. Una vez que el algoritmo ha decidido que un fruto está maduro o que es apto para la recolección, comienza la fase de recolección del fruto. En esta fase, el brazo puede cerrar la palma y sostener el fruto. La desconexión del fruto del árbol se puede realizar de cualquier manera deseada dependiendo del tipo de fruto, el tipo de árbol, la cantidad de fuerza necesaria para desconectar el fruto y la madurez fisiológico/madurez de consumo (“maturity/ripeness”) del fruto. Por ejemplo, si se requiere poca fuerza, p. ej., por debajo de 400 gramos, los motores de los drones pueden hacer un movimiento para tirar del fruto del árbol, el movimiento puede ser opuesto a la dirección del árbol con y sin rotación. Sin embargo, si se requiere una fuerza mayor, se puede utilizar un brazo especial, p. ej., como se ilustra en las Fig. 3, 9, 10, 13 y 32-35, ya sea para cortar el fruto o separarlo del árbol sin generar/aplicar ninguna fuerza entre la rama y el fruto, y sin generar/aplicar ninguna fuerza sobre el propio dron. Como se ilustra en la Fig. 10, una parte de la palma sostiene la rama y una segunda parte de la palma empuja el fruto lejos de la rama. Los métodos adicionales se presentan en: Fig. 3 que muestra el uso de una sierra o un cuchillo como en las Fig. 9 y 13 para cortar la conexión del fruto a la rama (el estipe); La Fig. 32A muestra cómo se envuelve un fruto mientras se corta o rasga el estipe; La Fig. 32B ilustra el uso de un bucle para tirar del estipe cuando está oculto; La Fig. 32C ilustra la sujeción de un fruto mediante dos bucles que se abren cuando el alambre se presiona contra el fruto; y la Fig. 32D que ilustra el uso de una bomba de vacío para tirar del fruto del árbol.
Los datos de video de la invención como se muestra en la Fig. 7, y los datos de rango que provienen de sensores de rango o cámaras estereoscópicas, se utilizan para cerrar el bucle de control y acceder al árbol. La imagen de la Fig. 7 tiene en su campo de visión el fruto o rama objetivo, y el brazo de cosecha se utiliza para realizar diversas labores. Para cada fotograma 3D, el UAV de la invención mide los errores dx, dy en milímetros de acuerdo con el número de píxeles de error:
dx= tan(IFOVx Xnúm._píxeles_error)x Rango,
dy= tan(IFOV x Y núm._píxeles_error)x Rango,
IFOV = (FOV Horizontal)/(núm. de píxeles horizontales de la cámara)
El rango, si se obtiene con una cámara 3D e IFOV, es el campo de visión de píxeles, que es el parámetro del sistema de visión. Dz es el error de rango, que es el rango del borde del brazo restado del rango del fruto. El brazo de esta invención está dentro del Campo de Visión de la cámara 3D.
En un UAV de la invención que tiene un brazo fijo, el sistema informático del UAV también controla los motores de hélice del UAV para fijar los errores 3D. Alternativamente, en un UAV que tiene un brazo de 2-3 ejes, el sistema informático del UAV controla aún más los motores del brazo de cosecha para fijar los errores 3D.
La Fig. 8 explica el procedimiento de control de bucle cerrado. El sistema informático/procesador de labores del UAV calcula los valores de error y determina la siguiente posición de vuelo objetivo X, Y, Z y los siguientes ángulos de cabeceo. El controlador de vuelo estacionario lo traduce a comandos de movimiento: atrás-adelante/arribaabajo/rotar/inclinar/cabecear, etc. El controlador de vuelo determina la velocidad de cada uno de los motores del UAV. El controlador del motor mantiene la velocidad del motor a la velocidad requerida. Después de que se cambie la velocidad, el UAV cambia su posición (estado) a una nueva posición, velocidad, aceleración, obtenida del GPS y/o IMU. Se obtiene una nueva fotografía 3D con números de error más pequeños, y cuando los errores en el video 3D son más pequeños que épsilon, el dron está listo para desconectar/sostener/tirar del fruto/rama objetivo.
En determinadas realizaciones del dispositivo /UAV de cosecha de frutos de la invención, el brazo de cosecha es un brazo fijo sin bisagras, de manera que la maniobra del brazo se realiza maniobrando todo el UAV. Alternativamente, cuando el brazo de cosecha es móvil, esa maniobra del brazo se lleva a cabo maniobrando todo el UAV y/o el propio brazo. Por ejemplo, el brazo de cosecha puede tener 1 grado de libertad, es decir, todo el brazo se mueve hacia adelante y hacia atrás; o tener un movimiento telescópico que permita el alargamiento y acortamiento del mismo; u opcionalmente tener movimiento lateral, p. ej., arriba y abajo/derecha e izquierda; o tener una capacidad de torsión/rotación en un eje X, o cualquier combinación de los mismos.
En determinadas realizaciones, el brazo de cosecha del dispositivo /UAV de cosecha de frutos de la invención es horizontal (Fig. 2D). En realizaciones alternativas, es vertical (Fig. 2A). En otras realizaciones específicas más, el brazo tiene forma de "r", es decir, se extiende verticalmente para estar ligeramente elevado desde el cuerpo del UAV, y a continuación se extiende horizontalmente (Fig. 2C).
En realizaciones específicas del dispositivo de cosecha de la invención, el brazo de cosecha es un tubo hueco con un alambre que lo atraviesa y que tiene un bucle en su extremo, de manera que el bucle puede sujetar el estipe oculto de un fruto (es decir, su conexión a una rama), y tirar o cortar el fruto aplicando una fuerza mínima o nula sobre el UAV. En otras realizaciones específicas más, el extremo de dicho tubo hueco comprende adicionalmente una unidad de corte para cortar dicho fruto, p. ej., bordes afilados o un mecanismo de guillotina que ayuda a cortar el fruto de la rama (p. ej., como se ilustra en la Fig. 32B).
En determinadas realizaciones del dispositivo de cosecha de la invención, el brazo de cosecha comprende dos bucles de alambre que cuando se empujan contra un fruto lo envuelven hasta que los bucles acceden al estipe, y así permite que el UAV tire del fruto.
En determinadas realizaciones del dispositivo de cosecha de la invención, el brazo de cosecha comprende un mecanismo de coger/agarrar el fruto (p. ej., fórceps, pinzas o dedos robóticos, p. ej., como se ilustra en la Fig. 32C). En determinadas realizaciones del dispositivo de cosecha de la invención, la tracción del fruto se realiza con una bomba de vacío que separa el fruto del árbol.
En determinadas realizaciones del dispositivo de cosecha de la invención, el brazo de cosecha comprende adicionalmente una unidad de corte del fruto (p. ej., tijeras de jardín, sierra, tijeras, cizallas) para ayudar a retirar el fruto de la rama.
En realizaciones específicas del dispositivo de cosecha de la invención, la unidad de cosecha es una abertura en dicha jaula adecuada para envolver un fruto. En realizaciones específicas, la abertura en dicha jaula comprende adicionalmente medios para mantener/asegurar dicho fruto en su lugar después de envolver el fruto, mientras que el UAV separa el fruto de la rama. En otras realizaciones específicas más, dicha abertura en dicha jaula comprende adicionalmente una unidad de corte para cortar dicho fruto para ayudar a desprender el fruto de la rama, p. ej., bordes afilados o un mecanismo de guillotina (Fig. 32A).
Después de desconectar el fruto del árbol/rama, el dron puede llevar el fruto a un punto de recolección, o tirarlo/dejarlo caer al suelo o tirarlo/dejarlo caer a una base de recolección/trampolín que se instala alrededor del árbol antes del comienzo de la recogida o cerca de un contenedor de frutos. La Fig. 4 muestra el uso de tal base de recolección. Esta base es blanda, como un trampolín o una almohada. El uso de tal base es para evitar que los frutos se dañen al caer y para recolectarlos en una caja de recolección.
La Fig. 18 es una vista en perspectiva de un sistema de acuerdo con algunas realizaciones de la invención, que ilustra un grupo-flota de drones de cosecha de la invención, una base de recolección (cesta con o sin trampolín) y un agricultor que lleva un brazalete de seguridad o una baliza de seguridad. La Fig. 18 muestra una funcionalidad completa del sistema que incluye pocos UAV de cosecha y una base central para planificar los movimientos de todos los UAV. Cada UAV está equipado con un sistema de ubicación en tiempo real con respecto a la estación base. El sistema comprende adicionalmente una base de recolección para recolectar los frutos cosechados. El sistema puede comprender adicionalmente brazaletes de seguridad para las personas que trabajan en el huerto en las proximidades de dichos drones, con el fin de protegerlos de ser heridos por los drones.
Las Fig. 5 y 6 muestran una funcionalidad completa del sistema que incluye algunos drones. Todos los drones están conectados con alambres/cables a un portador. El portador incluye una base central que incluye los siguientes elementos: cámaras de búsqueda que miran los árboles y buscan frutos potenciales; y una unidad de procesamiento que genera rutas para los drones. La cámara también rastrea los drones y la posición de los frutos, y guía a los drones para que se muevan hacia los frutos. Una vez que un dron sostiene el fruto, el cable puede empujar el dron hacia arriba y recoger el fruto. Lo mismo se puede hacer desde un lado. Este concepto es más eficaz energéticamente, ya que el cable también se puede utilizar para transferir energía a los drones. Este concepto también tiene una retroalimentación óptica sobre la posición de los drones y la posición de los frutos. En particular, la instalación de la base central mostrada en la Fig. 6 es más flexible y móvil, con una transitabilidad superior.
En determinadas realizaciones, la red/jaula del UAV de la invención ayuda adicionalmente a su penetración a través de las ramas y hojas para acceder a los frutos internos y protege los soportes del dron del peligro.
Convencionalmente, el dron no sostiene tijeras de jardín como se ilustra en la Fig. 9. Sin embargo, en determinadas realizaciones, el dron de la invención comprende un brazo de cosecha con tijeras de jardín para desconectar un fruto del árbol, p. ej., cuando la conexión del fruto a una rama es visible por la cámara (3D) y las tijeras de jardín pueden acceder a él. Los ejemplos de árboles adecuados cuyos frutos son relativamente grandes y visibles son el aguacate, el mango y el pomelo. Tales frutos grandes están conectados a la rama a través de un estipe delgado y visible. Las tijeras de jardín cortan el estipe y desconectan el fruto, que posteriormente cae en una cesta sostenida por el UAV/brazo de cosecha, o en un trampolín en el suelo o sostenido por una palma.
En determinadas realizaciones, el dispositivo /UAV de cosecha de frutos de la invención es adecuado y se utiliza para cosechar frutos de cáscara blanda sin dañar el fruto durante la cosecha.
En determinadas realizaciones, el dispositivo /UAV de cosecha de frutos de la invención se utiliza para cosechar frutos en los que su estipe está oculto y sin línea de visión hacia la unidad de detección de frutos o la unidad de cosecha/corte de frutos.
En realizaciones específicas, el UAV de la invención comprende adicionalmente al menos uno de: (i) un sistema de visión, opcionalmente como parte de dicha unidad de detección de frutos, que está diseñado para fijarse a un fruto, y junto con dicho sistema informático, controlar el movimiento del UAV y/o el brazo de cosecha hasta que dicha unidad de cosecha sujete dicho fruto o su estipe; (ii) una cámara o espejo adicional para inspeccionar el fruto desde una dirección adicional, lo que ayuda a la fijación sobre el fruto; (iii) una red recolectora para recolectar frutos cosechados, (iv) un brazo de empuje adicional diseñado para empujar una rama mientras dicha unidad de cosecha tira el fruto en la dirección opuesta; (v) un motor vertical para ayudar a tirar de dicho UAV hacia atrás cuando se tira del fruto de una rama; y (vi) una unidad de posicionamiento, en donde: dicho sistema informático comprende adicionalmente un algoritmo para determinar la calidad de un fruto y/o para permitir que el UAV sea completamente independiente/autónomo; dicho algoritmo para determinar la calidad de un fruto utiliza la medición del peso del fruto calculado de acuerdo con el consumo de corriente de los motores y/o de acuerdo con las mediciones de unidades de medición de peso-fuerza adicionales ubicadas en la jaula; y dicha jaula es una jaula táctil que tiene forma cónica para ayudar a penetrar en la copa del árbol/follaje empujando hojas y ramas a un lado a medida que el UAV avanza, y que comprende sensores de presión para medir las fuerzas aplicadas sobre la jaula, de modo que el UAV es capaz de tirar del fruto de una rama sin aplicar fuerza sobre el propio UAV, en donde dicho fruto es opcionalmente un fruto de cáscara blanda, y dicha cosecha se lleva a cabo sin dañar el fruto y/o cuando el estipe del fruto está oculto.
Normalmente, la batería de un UAV está centrada para evitar desequilibrios. Por consiguiente, como se ilustra en la Fig. 11A, el brazo de cosecha del dron de acuerdo con algunas realizaciones de la invención tiene un mecanismo de palma /agarre que puede sostener un fruto. La palma puede estar formada por unos pocos dedos, una cabina flexible o un mecanismo de vacío. Dado que el brazo es largo, puede provocar un momento de desequilibrio, lo que puede provocar un vuelo inestable que aplastará al dron, o una pérdida de energía para compensar el momento. Por consiguiente, como se ilustra, el motor del brazo del dron se instala en el otro lado del dron, así como la batería/paquete de energía del dron. Esta instalación no céntrica proporciona un momento equilibrado.
Cuando se recoge el fruto, el peso del fruto genera un momento en el dron y provoca un vuelo inestable y una pérdida de energía. Para superar esta inestabilidad, el UAV de la invención tiene una batería móvil que puede moverse a lo largo de un eje para equilibrar el dron. Sin un fruto, la batería está descentrada, pero se encuentra más cerca del centro del UAV. Con un fruto, la batería y el motor retroceden y generan un momento contrario al peso del fruto. Como se observa en la Fig. 11A, el dron está equilibrado sin fruto, mientras que en la Fig. 11B, cuando el dron está equilibrado con un fruto, la distancia de la batería/paquete de energía y/o el motor del brazo desde el centro de masa del dron aumenta.
El mecanismo que está diseñado para sostener el fruto y mover la batería a lo largo de un eje se describe en la Fig. 11C: la batería está conectada a un mecanismo de brazo de apertura y cierre. Cuando el brazo se cierra, la batería está más centrada y cuando el brazo se abre, la batería está más descentrada.
Por consiguiente, en determinadas realizaciones, el UAV de cosecha de la invención comprende un mecanismo de equilibrio de batería/paquete de energía que permite mover la batería/paquete de energía a lo largo de un eje para equilibrar el UAV durante la cosecha.
En determinadas realizaciones, el dispositivo /UAV de cosecha de frutos de la invención comprende adicionalmente un brazo de empuje adicional diseñado para empujar una rama mientras dicha unidad de cosecha tira del fruto en la dirección opuesta.
En determinadas realizaciones, dicho brazo de empuje es extensible, p. ej., hidráulico o mecánico, lo que permite empujar las ramas sin tirar del UAV hacia atrás para tirar de los frutos de la rama. En una realización alternativa, el brazo de empuje es un brazo fijo y el brazo de cosecha es retráctil, p. ej., hidráulico o mecánico, lo que permite tirar de los frutos de una rama evitando su movimiento y sin utilizar las fuerzas de tracción del propio UAV. En otra realización específica más, la jaula sirve como dicho brazo de empuje empujando la rama mientras tira de un fruto con la unidad/brazo de cosecha.
Como se ilustra en la Fig. 26, el brazo de tracción de cosecha (C) sostiene el fruto y tira de él hacia el UAV. Simultáneamente, el lado frontal de empuje de la jaula/red (A) genera una fuerza de empuje contrario. En particular, la fuerza que se genera no influye en la fuerza de elevación de los motores del dron. En realizaciones específicas, la jaula/red se utiliza también como un portador (D- cesta de recolección de frutos, que es parte de la jaula (B)) de frutos cosechados, y adicionalmente comprende una puerta trasera/abertura (E) para desmontar/descargar los frutos. En tal configuración, para equilibrar el UAV debido al peso total de los frutos acumulados, el UAV puede extender/retirar (es decir, mover hacia atrás y hacia adelante) el brazo de cosecha y/o su paquete de baterías y/o posibles pesos externos.
En realizaciones específicas del dispositivo /UAV de cosecha de frutos de la invención, la jaula y/o el brazo de empuje, si está presente, opcionalmente junto con la ayuda de una unidad de corte de frutos, si está presente, permiten tirar del fruto de la rama sin aplicar fuerza sobre el propio UAV, es decir, sus motores/propulsores que generan fuerzas de elevación.
En determinadas realizaciones, cuando la fuerza de tracción requerida es pequeña, es decir, el tipo de fruto y la variedad del fruto que se está cosechando se retiran fácilmente del árbol, solo los motores del UAV o el peso del UAV convencionales son suficientes para desconectar el fruto del árbol, p. ej., mediante la reducción de la fuerza de elevación de los motores de los drones y el uso de la gravedad para tirar del fruto (Fig. 27) y después de que el fruto se arranca del árbol, se activa una fuerza de elevación de equilibrio. Alternativamente, si se requieren fuerzas de tracción mayores para arrancar el fruto, el UAV puede comprender adicionalmente al menos un motor vertical adicional (Fig. 12) para ayudar a tirar del fruto. Por consiguiente, en realizaciones específicas, el UAV de la invención comprende adicionalmente un motor vertical para ayudar a tirar de dicho UAV hacia atrás cuando se tira del fruto de una rama.
Por consiguiente, en determinadas realizaciones, el dispositivo /UAV de cosecha de frutos de la invención comprende adicionalmente un motor vertical para ayudar a tirar de dicho UAV hacia atrás cuando se tira de un fruto de una rama. Como se ilustra en la Fig. 12, el UAV de la invención tiene un brazo de cosecha para sostener y tirar de un fruto de un árbol. La potencia contraria propuesta en esta configuración es un soporte vertical o semi-vertical para generar una fuerza contraria para vencer la fuerza de tracción. Esta configuración está diseñada para frutos que se recogen con un brazo de sujeción/agarre (no un brazo de corte), y para que la fuerza de tracción requerida sea mayor que la fuerza normal del dron. Este sistema y método se utiliza para frutos que tienen un estipe oculto, como la mayoría de los frutos de cáscara blanda, tales como manzanas, albaricoques y naranjas.
Las Fig. 13A-13D ilustran realizaciones específicas de un brazo de cosecha de la invención. El fruto está conectado a la rama a través de un estipe. Esta configuración permite cortar el estipe, incluso si está oculto, la cámara no puede verlo y las tijeras de jardín no pueden acceder a él. Esta configuración incluye un alambre/cable y opcionalmente un cuchillo: el cable aprieta el estipe del fruto hasta que se corta y el fruto se desconecta de la rama, o el cable simplemente toca el estipe y tira de él sin apretar (Fig. 32B). Una configuración alternativa es que el brazo de cosecha comprende dos bucles de alambre (véase, p. ej., la Fig. 34) que cuando se empujan contra un fruto lo envuelven, cada bucle desde un lado diferente del fruto, hasta que los bucles acceden al estipe y a continuación el UAV puede tirar del fruto.
También se ilustra en las Fig. 13C y 13D una configuración que comprende una cesta para recolectar uno o más frutos. La cesta tiene un orificio inferior para transferir los frutos a la base de recolección.
Por consiguiente, en determinadas realizaciones, el dispositivo de cosecha de frutos de la invención comprende adicionalmente una red recolectora para recolectar frutos cosechados (véanse, p. ej., las Fig. 13C y 13D. En realizaciones específicas, la jaula/red del UAV sirve como dicha red recolectora (véanse, p. ej., las Fig. 23-25 y 31 -34).
Como se ilustra en la Fig. 14, el UAV de cosecha de la invención incluye una jaula/red que se utiliza para mover ramas y ayudar a la penetración del UAV a través de las hojas y ramas de un árbol. La red tiene una forma cónica única que empuja las hojas lejos del brazo y permite la detección de más frutos dentro de los árboles. En realizaciones específicas, los orificios de la jaula/red tienen una densidad única de aproximadamente un tercio del tamaño de las hojas (N/W <1/3), como se ilustra en la Fig. 14B.
Por consiguiente, en determinadas realizaciones, la jaula/red del dispositivo de cosecha de frutos de la invención tiene una forma cónica para ayudar a penetrar en la copa del árbol/follaje empujando las hojas y ramas a un lado a medida que el UAV avanza.
En determinadas realizaciones, los orificios/espacios entre los alambres de la jaula son lo suficientemente pequeños como para evitar la penetración de hojas. Por ejemplo, los orificios tienen un diámetro de aproximadamente 1 cm a aproximadamente 5 cm. En realizaciones específicas, el tamaño de los orificios es aproximadamente 1/3 del tamaño de las hojas. Opcionalmente, la jaula tiene al menos una gran abertura a través de la cual se extiende un brazo de cosecha. En una realización específica, la densidad de los orificios es mayor en la parte frontal y menor en la parte superior.
En determinadas realizaciones, el dispositivo de cosecha de frutos de la invención comprende adicionalmente un sistema de visión, opcionalmente como parte de dicha unidad de detección de frutos, que está diseñado para fijarse a un fruto y, junto con dicho sistema informático, controlar el movimiento y/o brazo de cosecha del UAV hasta que dicha unidad de cosecha sujete dicho fruto o su estipe. En realizaciones específicas, el dispositivo de cosecha comprende adicionalmente una cámara o espejo adicional para inspeccionar el fruto desde una dirección adicional (p. ej., su parte trasera), ayudando así a la fijación sobre el fruto.
En determinadas realizaciones del dispositivo de cosecha de frutos de la invención, el sistema informático comprende adicionalmente un algoritmo para determinar la calidad de un fruto. En determinadas realizaciones, dicho algoritmo para determinar la calidad del fruto utiliza al menos uno de los siguientes parámetros para determinar la calidad del fruto, incluida la madurez, de acuerdo con el tipo de fruto que se esté cosechando: color, contenido de agua, rigidez/blandura, brillo, tamaño, temporada, inspección manchas-daños, fuerza de desconexión del fruto (cuanto más maduro está el fruto, más fácil es tirar de el), peso.
En realizaciones específicas, el algoritmo para determinar la calidad de un fruto utiliza la medición del peso del fruto calculada de acuerdo con el consumo de corriente de los motores y/o de acuerdo con las mediciones de unidades de medición de peso-fuerza adicionales ubicadas en la jaula.
En determinadas realizaciones del dispositivo de cosecha de frutos de la invención, la tracción del fruto del árbol se lleva a cabo por gravedad, es decir, reduciendo la fuerza de elevación del UAV y permitiendo que la gravedad tire del UAV y del fruto sujetado hacia abajo. En particular, después de desconectar el fruto, los propulsores del UAV compensan las fuerzas descendentes para mantener el UAV en el aire y evitar que se aplaste en el suelo.
En determinadas realizaciones, el UAV de la invención puede utilizar la gravedad como medio para tirar de los frutos de un árbol. Como se ilustra en la Fig. 27, una vez que el brazo de cosecha sostiene un fruto, el dron reduce la potencia de elevación y permite que la gravedad tire del dron hacia abajo junto con el fruto, generando así una fuerza de tracción sobre el fruto. Cuando se desconecta el fruto, las IMU del UAV detectan este hecho, es decir, que el UAV comienza a caer, y reactivan/aumentan los motores del UAV para aumentar las fuerzas de elevación y equilibrio.
En una realización alternativa o aditiva, como se ilustra en las Fig. 28A-28B, el brazo de cosecha (C) del UAV de la invención tira de un fruto hacia la jaula/red, y una vez que el fruto entra en la jaula/red a través de una abertura designada (A), un mecanismo de corte/guillotina (F) corta el estipe del fruto. A continuación, el fruto queda libre y puede caer al suelo/unidad de recolección, o rodar dentro de la jaula/red (D) y ser transportado por el UAV a un punto de recolección. En una realización alternativa, en lugar de un cuchillo de corte/guillotina, hay un soporte que sostiene la rama y el brazo tira del fruto después de que el soporte sostenga la rama. En otra realización alternativa más, en lugar de un cuchillo de corte/guillotina, hay un bucle de alambre que sostiene/corta la rama mientras el brazo de cosecha tira del fruto.
En determinadas realizaciones del dispositivo de cosecha de frutos de la invención, la jaula es una jaula táctil. Esto es fundamental para la maniobrabilidad autónoma cerca de los árboles y el roce con los árboles, posibilita la fuerza de empuje-tracción realizada por los árboles, permite comprender si empujar más fuerte o retroceder y acceder a un fruto desde otra dirección. En realizaciones específicas, la jaula táctil comprende sensores de presión para medir las fuerzas aplicadas sobre la jaula. Tales fuerzas se pueden deber al viento y/u obstáculos tales como ramas y hojas (véase, p. ej., la Fig. 25). En otras realizaciones específicas más, la jaula táctil comprende al menos dos unidades de medición inercial (IMU) para medir la aceleración de la jaula y del UAV. Si las mediciones indican que el cuerpo del UAV tiene una aceleración posterior en comparación con la aceleración de la jaula, esto significa que la jaula está en contacto con un obstáculo (la jaula responde al obstáculo antes que el cuerpo).
En determinadas realizaciones, como se ilustra en la Fig. 24, la jaula (A) está conectada al cuerpo del dron a través de adaptadores mecánicos (D). El medidor de fuerza o el medidor de presión están instalados en estos adaptadores mecánicos y miden la presión aplicada en el dron/jaula: si el dron empuja un árbol desde la parte superior, el sensor de presión sentirá la cantidad de contrapresión que se aplica en la jaula/red por el árbol; si el dron empuja el árbol desde la parte delantera (B), la cantidad de fuerza será medida por un sensor de presión (C) ubicado en la parte delantera; si el brazo de cosecha tira de un fruto, la fuerza de tracción también se puede medir mediante el sensor (C). Los sensores de fuerza también pueden medir el peso del fruto que lleva, p. ej., la jaula.
En determinadas realizaciones, como se ilustra en las Fig. 25A-25C, algunas IMU están instaladas en el dron, al menos una en el cuerpo del dron y otra en la jaula/red, y el ordenador del dron está equipado con un algoritmo de fuerza. Todas las IMU en un UAV se muestrean simultáneamente y los datos muestreados se deben analizar: Si se aplica aceleración (fuerza) en la jaula/red desde un objeto externo como un árbol (Fig. 25B, gráfico inferior), la fuerza se detectará primero en la IMU externa y a continuación en la IMU interna; Si la fuerza es generada por los motores del dron (Fig. 25B, gráfico superior), en ese caso se detectará primero en la IMU interna y a continuación en la IMU externa. Los adaptadores entre la jaula y el cuerpo del dron son flexibles con algunas capacidades de contracción, por lo que la presión de una fuente externa causará primero una desaceleración en la jaula y a continuación en el cuerpo del dron. Por ejemplo, en un dron con una velocidad de 10 cm/seg, y adaptadores de contracción con capacidad de contracción de 1 cm, el tiempo de contracción es de 0,1 seg, y con una IMU de 100Hz, el procedimiento de contracción producirá 10 muestras. Si el adaptador se contrae en 1 mm, las IMU requieren una tasa de muestreo de aproximadamente 1 kHz.
Por consiguiente, en determinadas realizaciones, el UAV de cosecha de la invención comprende una jaula/red que es una jaula táctil, y algunas IMU están instaladas en la misma, una en el cuerpo del dron y otra en la jaula, combinadas con un algoritmo de fuerza en el sistema informático. La IMU se muestrea simultáneamente y los datos muestreados se analizan: si se aplica aceleración (fuerza) en la red desde un objeto externo como un árbol, la fuerza se detectará primero en la IMU externa y a continuación en la IMU interna. Si la fuerza es generada por los motores del dron, en ese caso se detectará primero en la IMU interna y a continuación en la IMU externa. Los adaptadores entre la jaula y el cuerpo del dron son flexibles con algunas capacidades de contracción, de modo que la presión de una fuente externa causará primero una desaceleración en la jaula y a continuación en el cuerpo del dron. Por ejemplo, un dron con una velocidad de 10 cm/seg, y adaptadores de contracción con capacidades de contracción de 1 cm, el tiempo de contracción es de 0,1 seg, y con una IMU de 100Hz, el procedimiento de contracción producirá 10 muestras. Si el adaptador se contrae en 1 mm, la tasa de muestreo de IMU requerida es de 1 kHz.
En determinadas realizaciones, dichos sensores de presión están asociados con dicho sistema informático para proporcionar datos que ayudan en el procedimiento de cosecha, p. ej., calculando la cantidad de fuerza de tracción que se debe aplicar para quitar un fruto específico de una rama. En particular, la contrapresión generada por la jaula contra las ramas del árbol ayuda a tirar del fruto y reduce la cantidad de fuerza necesaria para tirar del UAV para recoger el fruto. Además, la presión aplicada sobre la jaula, p. ej., por viento y/o ramas, se puede utilizar para controlar el movimiento y las maniobras del UAV, p. ej., cuando se encuentra con fuerzas opuestas demasiado fuertes en una rama, el UAV puede ser redirigido de forma autónoma para alcanzar un fruto desde otra dirección.
Por ejemplo, como se ilustra en la Fig. 25C, se puede utilizar la siguiente ecuación:
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en donde D es el contorno 3D del UAV, T es el contorno 3D del árbol, F es el contorno del fruto objetivo, A son coeficientes de fuerzas virtuales que se generan virtualmente por el rango de D del UAV de los árboles T, y se calculan utilizando datos de sensores de rango. B son coeficientes de fuerza física F medidos por sensores de fuerza de presión o unidad de medición inercial (IMU). El vector generado, Vequivalente, representa la dirección del obstáculo y el vector de escape es -Vequivalente.
En determinadas realizaciones, la fuente de energía del UAV de la invención es una fuente de energía recargable. En realizaciones específicas, la fuente de energía es reemplazable, de modo que se puede reemplazar fácilmente en segundos para permitir la cosecha de forma continua por parte del UAV sin la necesidad de un período de tiempo de recarga prolongado.
En determinadas realizaciones, la fuente de energía del UAV de la invención es fotovoltaica, de modo que puede proporcionar energía constante al UAV durante el día.
En determinadas realizaciones, el UAV de la invención está diseñado para tener una duración de vuelo corta, pero está equipado con una fuente de energía de carga súper rápida, tal como un súpercondensador. Como se ilustra en la Fig. 29, el condensador/paquete de energía (A) tiene contactos de carga (B), de modo que cuando el UAV aterriza en una plataforma de aterrizaje (K) de una estación terrestre, los contactos de carga (E) de la misma se presionan contra los contactos del condensador (B) y el cuerpo del UAV presiona un botón de seguridad (F) para comenzar la carga del condensador. En una realización específica, si el UAV portador de frutos, la ventana/puerta de descarga de frutos (C) en la jaula/red, se abre durante la carga para permitir que cualquier fruto sea descargado/bajado del UAV a un contenedor de recolección de frutos. Opcionalmente, la velocidad de caída de los frutos se reduce mediante un trampolín ubicado en el contenedor, y el fruto finalmente reside dentro de un contenedor (J, G) que opcionalmente tiene una protección blanda, p. ej., espuma, para evitar dañar los frutos al entrar.
Por consiguiente, en determinadas realizaciones, la fuente de energía del UAV de la invención es una unidad de energía de carga rápida, de manera que cuando el dispositivo descarga uno o varios frutos cosechados, puede ser recargada en segundos por un cargador cercano. En realizaciones específicas, dicha unidad de energía de carga rápida es un supercondensador.
En determinadas realizaciones del UAV de cosecha de la invención, el sistema informático permite que el UAV sea completamente independiente/autónomo de modo que no hay necesidad de un control manual.
En determinadas realizaciones, el UAV de cosecha de la invención comprende adicionalmente una unidad de posicionamiento (GPS o LPS o sistema de posicionamiento visual o de banda ultra ancha).
La presente invención proporciona adicionalmente una unidad de control para coordinar vuelos y/o misiones de cosecha de uno o más UAV de la invención.
La presente invención proporciona adicionalmente una unidad de control para coordinar vuelos y/o misiones de cosecha de uno o más UAV de la invención.
La presente invención proporciona adicionalmente un sistema para cosechar frutos, comprendiendo dicho sistema: (i) al menos un dispositivo de cosecha de frutos de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, y (ii) una unidad de control para coordinar dicho al menos un dispositivo de cosecha de frutos, y para coordinar la cosecha de frutos maduros. En realizaciones específicas, el sistema de la invención comprende adicionalmente al menos una unidad de anclaje para determinar los límites de un huerto que se está cosechando. En otras realizaciones específicas, el sistema de la invención comprende adicionalmente un trampolín ubicado debajo de cada árbol o cerca para recibir los frutos cosechados que caen (véase, p. ej., la Fig. 4).
En determinadas realizaciones del sistema de cosecha de la invención, los UAV están conectados por cable a una estación terrestre, que le suministra energía, y en donde parte de los sensores están opcionalmente instalados sobre dicha estación terrestre (véanse, p. ej., las Fig. 5-6).
La presente invención proporciona adicionalmente un método de cosecha de frutos, comprendiendo el método las etapas de: (a) proporcionar un dispositivo de cosecha o un sistema como se describe en la presente memoria anteriormente; (b) identificar un árbol utilizando la unidad de detección de frutos y acceder al mismo; (c) identificar/detectar de forma autónoma el fruto que va a ser cosechado por medio de la unidad de detección de frutos; (d) maniobrar el UAV para acceder al fruto y envolverlo con él; (e) cosechar el fruto identificado/detectado; y (f) repetir las etapas (b) a (e) hasta que se hayan cosechado todos los frutos de dicho árbol de acuerdo con los parámetros deseados o predefinidos.
La presente invención proporciona adicionalmente un método para cosechar frutos, que comprende las etapas de: (a) enviar un vehículo aéreo no tripulado (UAV) autónomo para cosechar frutos en una plantación; (b) identificar de forma autónoma un árbol o una línea de árboles y orientarlo a los mismos; o recibir la posición y dirección del árbol en relación con el UAV desde un dispositivo externo; (c) identificar/detectar de forma autónoma el fruto que va a ser cosechado en dicho árbol mediante una unidad de detección de frutos; (d) maniobrar el UAV para acceder y envolver dicho fruto identificado; (e) cosechar el fruto identificado/detectado; y (f) repetir las etapas (b) a (e).
En determinadas realizaciones, el método de la invención comprende adicionalmente una etapa de distribución del fruto o los frutos cosechados a un área de recolección de frutos. En determinadas realizaciones, están presentes algunos contenedores de recolección de frutos, los UAV realizan análisis de calidad del fruto y distribuyen el fruto cosechado al contenedor apropiado, de acuerdo con la calidad del fruto - esto permite clasificar la calidad de los frutos que ya está en el campo.
En determinadas realizaciones, el método de la invención consiste en cosechar frutos de cáscara blanda de una manera no dañina, es decir, sin dañar la piel y/o pulpa del fruto durante la cosecha y recolección.
En determinadas realizaciones, el método de la invención es adecuado para cosechar frutos que tienen un estipe oculto, es decir, sin línea de visión entre el estipe y la unidad de detección de frutos. Esto se puede lograr, p. ej., mediante el mecanismo de cosecha de bucles como se ilustra en las Fig. 13A-13D, y/o con la ayuda de dicha cámara o espejo adicional para inspeccionar el fruto desde una dirección adicional.
En otras realizaciones más, el método de la invención comprende adicionalmente una etapa que consiste en transportar el fruto o frutos cosechados por el UAV sin dejar caer el fruto y causarle un posible daño. Este transporte puede ser realizado por el UAV que realmente cosechó el fruto, portando cada fruto con el brazo de cosecha o mediante una cesta/red de transporte de frutos o mediante la jaula/red del dron; o mediante un UAV dedicado a transportar frutos (véase, p. ej., la Fig. 31).
En determinadas realizaciones, y como se ilustra en la Fig. 31, se proporciona un UAV de hélice /motor fuerte para transportar frutos de gran peso y/o grandes cantidades, tales como 10 kg (p. ej., 50 manzanas) y más. Tal UAV puede estar equipado con una cesta designada para contener los frutos cosechados y puede estar parado hasta que esté lleno o moverse dentro del huerto entre los UAV de cosecha para recolectar los frutos cosechados del mismo.
En determinadas realizaciones del método de la invención, la generación de una fuerza de tracción durante la cosecha no afecta a los motores horizontales del UAV. En realizaciones específicas del método de la invención, el UAV de cosecha utiliza una fuerza de empuje contrario para recoger un fruto del árbol. En otra realización específica más del método de la invención, el UAV empuja las hojas de los árboles con una fuerza controlada, para permitir que el UAV sobresalga del follaje para acceder a frutos profundos.
En determinadas realizaciones, el método de la invención comprende adicionalmente una etapa de carga de las baterías/paquete de energía del UAV por medio de una estación terrestre mientras se descargan los frutos transportados por él a una cesta de recolección de la estación terrestre (véase, p. ej., J & G en la Fig. 29)
En realizaciones específicas, dicha cesta de recolección de la estación terrestre comprende un cargador para cargar el UAV mientras descarga los frutos cosechados en el mismo. Por consiguiente, dicha cesta de recolección de estación terrestre comprende puertos de carga que están asociados con puertos de carga en el UAV para cargarlos.
En determinadas realizaciones del método de la invención, la etapa de maniobra del UAV para acceder al fruto y captarlo, se lleva a cabo mediante navegación de bucle cerrado, para mover un brazo fijo o un brazo móvil, controlando los motores del UAV para captar el brazo que lleva el fruto (véase, p. ej., la Fig. 7).
En determinadas realizaciones, el método de la invención comprende adicionalmente una etapa de cálculo de los vectores de escape del UAV (requeridos en la cosecha autónoma) midiendo y calculando la fuerza física. En realizaciones específicas, el cálculo de los vectores de escape del UAV se realiza integrando fuerzas físicas con fuerzas virtuales.
En otras realizaciones más, el método de la invención comprende adicionalmente una etapa de entrega del fruto cosechado a un contenedor. Tal entrega puede ser mediante el uso de una base de recolección, tal como un trampolín sobre el cual el fruto cae sin dañarse y a continuación rueda hacia el contenedor. La base de la recolección se puede montar debajo del árbol o cerca del árbol. Alternativamente, el fruto se transporta directamente a un contenedor. En otra realización de la invención, se lleva a cabo la clasificación en el campo de acuerdo con los criterios de calidad del fruto, y los frutos se clasifican de acuerdo con criterios de calidad predefinidos en diferentes contenedores en el campo. Esta preselección permite, p. ej., almacenar los frutos de calidad en la nave de enfriamiento o designarlas para la exportación, y la distribución inmediata de los frutos de menor calidad.
La presente invención se refiere adicionalmente a un dispositivo, sistema y método de mapeo para plantaciones, utilizando drones/mini-helicópteros/cuadricópteros, o cualquier otro vehículo aéreo no tripulado (UAV) pequeño, y un método para construir una base de datos que contiene la posición de cada árbol en la plantación. La presente invención proporciona adicionalmente drones de anclajes autónomos que llegan a una posición predefinida, flotan o aterrizan en dicha posición y esperan a que un dron-escáner más alto escanee el área. El dron-escáner toma fotografías del área de abajo, que incluye los drones de anclajes y las envía a un ordenador/estación base. A continuación, un soporte lógico de ensamblaje genera una imagen de súper-resolución que se utiliza para mapear la plantación y los árboles de dentro.
La presente invención proporciona adicionalmente un sistema y un método para construir una base de datos que se basa en la imagen de súper-resolución. La base de datos contiene los cálculos de posición (coordenadas globales o locales) de cada píxel de la imagen, contiene el mapa de posición de los árboles y contiene información de calidad de los árboles. La base de datos final se utiliza para la recopilación continua y periódica de diversa información sobre la cosecha, incluyendo, para cada segmento de un árbol, la calidad de los frutos para la cosecha (antes de la cosecha) y el calibre de los frutos cosechados (después de la cosecha), la cantidad de frutos (antes de la cosecha) y la cantidad de frutos cosechados. La misma base de datos se utiliza para labores de clareo.
El sistema de mapeo de la invención incluye los siguientes subsistemas: (a) control de la unidad terrestre central; (b) uno o más drones de anclajes; y (c) uno o más drones de escaneo.
Por consiguiente, la presente invención proporciona un sistema para mapear y construir una base de datos de un huerto, que comprende: (a) una unidad de anclaje que comprende una unidad de posicionamiento y un objetivo óptico que se puede ver desde la vista superior (véanse, p. ej., las Fig. 15A y 15B); (b) una unidad voladora de escaneo/identificación equipada con (i) una cámara para identificar visualmente dicho objetivo óptico de cada unidad de anclaje y (ii) un GPS; y (c) un ordenador que comprende: un procesador, una memoria, un algoritmo designado y una estructura de datos digitales para generar resultados de mapeo para labores de cosecha y clareo autónomas, en donde: (1) cada unidad de anclaje se coloca en un punto objetivo específico; (2) dicho ordenador recibe (i) datos de posicionamiento (p. ej., GPS y/o LPS) de cada unidad de anclaje; y (ii) datos de identificación de ubicación visual de cada unidad de anclaje de dicha unidad de escaneo/identificación, y (3) dicho algoritmo utiliza dichos datos recibidos para construir una base de datos y un mapa del huerto para la gestión de la cosecha y el clareo, p. ej., para la activación/activación autónoma de los UAV de cosecha de frutos.
La presente invención proporciona adicionalmente un sistema informático para mapear un huerto (el mapeo es el posicionamiento de cada contorno de árbol en el huerto), que comprende: (a) una o más unidades de anclaje que comprenden un marcador; (b) una unidad voladora equipada con una cámara para tomar una pluralidad de fotografías de una zona predeterminada; y (c) una unidad de mapeo que comprende un procesador y una memoria para recibir dicha pluralidad de fotografías y: (i) identificar visualmente uno o más marcadores de unidades de anclaje en dichas fotografías y su ubicación geográfica; y (ii) mapear árboles identificados en dichas fotografías en relación con la ubicación de una o más unidades de anclaje identificadas; en donde una o más unidades de anclaje se colocan en un punto objetivo específico dentro de dicha zona predeterminada. En realizaciones específicas, cada una de dichas una o más unidades de anclaje comprende adicionalmente una unidad de posicionamiento.
En determinadas realizaciones, las unidades de anclaje de acuerdo con la invención incluyen: (a) patrón óptico superior, p. ej., como se presenta en la Fig. 15A. Este patrón debe ser visual para el dron de escaneo; (b) un receptor GPS u otro sistema de posicionamiento global como se ilustra en la Fig. 15B; (c) y/o LPS o sistema de posición local como transceptor UBW; y/o (d) plataforma de drones autónomos que pueden navegar hasta una posición objetivo, incluidos sensores de detección y evasión 3D (cámara 3D, sensores de rango) para evitar colisiones con árboles. En realizaciones específicas, las unidades de anclaje de la invención comprenden adicionalmente una unidad de posicionamiento.
En determinadas realizaciones, el sistema de la invención comprende adicionalmente un vehículo aéreo no tripulado (UAV) portador de anclajes (pequeño) que puede llevar cada unidad de anclaje a diferentes posiciones objetivo en el huerto, en donde cada unidad de anclaje se coloca en un punto objetivo específico por dicho UAV portador de anclajes y transmite datos a dicha unidad de mapeo/ordenador. La unidad objetivo se puede conectar al UAV con un imán controlado a presión y se puede liberar cuando el UAV está en el suelo.
En determinadas realizaciones del sistema de mapeo de la invención, la unidad de posicionamiento se selecciona entre: un receptor GPS; un transceptor LPS; un transceptor de banda ultra ancha; y un sistema de posicionamiento visual, o cualquier combinación de los mismos.
En determinadas realizaciones del sistema de mapeo de la invención, la unidad de anclaje y/o dicho UAV portador de anclajes comprenden adicionalmente una unidad de comunicación inalámbrica para transmitir datos a dicha unidad de mapeo.
En realizaciones específicas del sistema de mapeo de la invención, la unidad de anclaje y dicho UAV portador de anclajes constituyen una sola unidad.
En determinadas realizaciones del sistema de mapeo de la invención, el UAV portador de anclajes comprende (i) un brazo mecánico u otro mecanismo para sostener y sujetar o imán para sostener y transportar dicha unidad de anclaje de una posición a otra, y (ii) un algoritmo de aterrizaje autónomo y algoritmo para recalcular el objetivo de aterrizaje actualizado.
En determinadas realizaciones del sistema de mapeo de la invención, el UAV que lleva el anclaje navega de forma autónoma hasta dicha posición o posiciones objetivo.
En cierta realización, cada unidad de anclaje en el sistema de mapeo de la invención se puede mover o ser movida de un punto objetivo a otro, sirviendo así como múltiples unidades de anclaje durante dicho escaneo/identificación por dicho satélite, una aeronave de alto vuelo y/o un UAV.
En realizaciones específicas del sistema de mapeo de la invención, el tamaño del anclaje es menor que la distancia entre las líneas en el huerto.
En determinadas realizaciones del sistema de mapeo de la invención, la ubicación/posición de cada unidad de anclaje es escaneada/identificada por satélite o aeronave de alto vuelo (tal como un UAV) que identifican dichos marcadores/objetivos ópticos de cada una de dichas unidades de anclaje, que a continuación transmite dichos datos de posición a dicha unidad de mapeo.
En determinadas realizaciones, el sistema de mapeo de la invención comprende adicionalmente un UAV de escaneo que vuela sobre el huerto y escanea/identifica dichos marcadores/objetivos ópticos de dicha unidad o unidades de anclaje. En realizaciones específicas, el o los drones de escaneo de acuerdo con la invención pueden ser un dron con una cámara, que incluye un receptor GPS y una cámara apuntada verticalmente al suelo. En una realización específica, el sistema de la invención comprende adicionalmente uno o más UAV de escaneo que vuelan sobre el huerto y escanean/identifican dichos marcadores de dichas unidades de anclaje.
En determinadas realizaciones del sistema de mapeo de la invención, el algoritmo utilizado con el mismo comprende al menos uno de: (a) algoritmo de navegación y aterrizaje autónomos para el UAV portador (para el posicionamiento óptimo de la unidad de anclaje y la prevención del aterrizaje sobre un árbol); (b) algoritmo de promediado de precisión de GPS de posición fija para la unidad de anclaje (para aumentar la precisión de la ubicación de cada unidad de anclaje después del posicionamiento); (c) algoritmo de ensamblaje para generar una imagen de súper-resolución a partir de múltiples imágenes obtenidas de diferentes fuentes y/o posiciones; (d) algoritmo de mejor ajuste para proporcionar posicionamiento GPS para cada píxel dentro de dicha imagen de súper-resolución; (e) un algoritmo para detectar la posición de los árboles, el contorno de los árboles y la posición de las líneas de los árboles; y (f) un algoritmo de construcción de bases de datos sobre el estado de la cosecha y el fruto en el huerto.
En determinadas realizaciones del sistema de mapeo de la invención, dicha unidad de mapeo está diseñada para controlar y/o permitir al menos uno de: (a) navegación y aterrizaje autónomos de los UAV portadores; (b) promediación de la precisión del GPS de posición fija para cada unidad de anclaje; (c) generación de una imagen de súper-resolución a partir de múltiples imágenes obtenidas de diferentes fuentes y/o posiciones utilizando un algoritmo de ensamblaje; (d) aportación de posicionamiento GPS para cada píxel dentro de dicha imagen de súper-resolución; (e) detección de la posición de los árboles, el contorno de los árboles y la posición de las líneas de los árboles; y (f) construcción de una base de datos sobre el estado de la cosecha y los frutos en el huerto.
En determinadas realizaciones, el sistema de mapeo de la invención comprende adicionalmente uno o más UAV autónomos mejorados de cosecha de frutos como se describió anteriormente. En realizaciones específicas, dichos UAV de cosecha reciben la posición-contorno de los árboles o la posición-contorno de la línea de los árboles de la base de datos previamente mapeada, de modo que los UAV se enfrentan al centro de los árboles o perpendiculares a las líneas de los árboles, y detectan los frutos cuando se enfrentan al árbol.
En otras realizaciones específicas más, el sistema informático del sistema de la invención recibe adicionalmente datos de dicho dispositivo de cosecha de frutos y opcionalmente le indica dónde buscar frutos que necesitan ser cosechados (y a continuación los cosechan). En otras realizaciones específicas, los datos recibidos de dicho dispositivo de cosecha de frutos comprenden al menos uno de: (i) número de árboles en el huerto; (ii) número de líneas en huerto; (iii) posición de cada árbol en el huerto; (iv) número de frutos de cada árbol dentro del huerto durante el período de cosecha y al finalizar; (v) la calidad/estado de madurez de los frutos de cada árbol dentro del huerto durante el período de cosecha y al finalizar; (vi) número de frutos cosechados (rendimiento) de cada árbol durante el período de cosecha y al finalizar; y (vii) información de calidad de cada árbol durante el período de cosecha y al finalizar. Este tipo de información se puede utilizar también para clareo -cantidad y tamaño del fruto antes del clareo y número de fruto después del clareo.
En determinadas realizaciones del sistema de mapeo de la invención, el sistema informático/ordenador sirven como un administrador que asigna la posición GPS aproximada inicial de cada unidad de anclaje.
En determinadas realizaciones, el sistema de la invención comprende adicionalmente al menos uno de: (i) un vehículo aéreo no tripulado (UAV) que lleva anclajes para transportar cada unidad de anclaje a diferentes posiciones objetivo en el huerto, en donde cada unidad de anclaje se coloca en un punto objetivo específico por dicho UAV portador de anclajes y transmite datos a dicha unidad de mapeo, en donde dicho UAV portador de anclajes comprende (i) un brazo mecánico para sostener y transportar dicha unidad de anclaje de una posición a otra, y (ii) un algoritmo de aterrizaje autónomo y algoritmo para recalcular el objetivo de aterrizaje actualizado; o un UAV que constituye una unidad de anclaje; (ii) un satélite o una aeronave de alto vuelo para escanear/identificar la ubicación/posición de cada unidad de anclaje, y transmitir/entregar dichos datos de posición a dicha unidad de mapeo; (iii) un UAV de escaneo que vuela sobre el huerto y escanea/identifica dichos marcadores de dicha ) unidad o unidades de anclaje; y (iv) uno o más UAV de cosecha autónomos mejorados como se define anteriormente.
La presente invención proporciona adicionalmente un método para producir un mapa y una base de datos precisos con alta resolución y exactitud de todos los árboles en un huerto, que comprende las etapas de: (a) proporcionar un sistema de la invención; (b) colocar de forma autónoma cada unidad de anclaje en un punto objetivo utilizando dicho UAV portador de anclajes; (c) identificar/detectar dicho marcador/objetivo óptico de cada unidad de anclaje mediante dicha unidad de escaneo/identificación; (d) transmitir o recopilar y transferir datos cuando finaliza el vuelo, a dichos datos de posición del ordenador de cada unidad de anclaje, y datos de identificación de ubicación visual de cada unidad de anclaje desde dicha unidad de escaneo/identificación; y (e) utilizar dichos datos transmitidos o transferidos para construir: (i) una imagen de súper-resolución con posicionamiento exacto; (ii) un mapa de todos los árboles dentro del huerto; y (iii) generar una base de datos para las labores agrícolas de cosecha.
La presente invención proporciona adicionalmente un método para producir un mapa y una base de datos precisos con alta resolución y precisión de todos los árboles en un huerto, que comprende las etapas de: (a) colocar una o más unidades de anclaje que comprenden un marcador en un punto objetivo en una zona predefinida y obtener datos de posición para cada unidad de anclaje; (b) fotografiar dicha zona predefinida desde la vista superior; (c) transmitir o transferir las fotografías resultantes a una unidad de mapeo; (d) identificar/detectar dicho marcador de cada unidad de anclaje en las fotografías; (e) comparar los marcadores detectados en dichas fotografías con los datos de posición de cada unidad de anclaje; (f) identificar/detectar cada árbol en dicha zona predefinida; (g) construir una imagen de súperresolución de la zona predefinida con la posición exacta de cada árbol dentro del huerto; y (h) generar una base de datos para las labores agrícolas de cosecha.
En realizaciones específicas del método de la invención, la etapa (a) de colocación de una o más unidades de anclaje en un punto objetivo se realiza de forma autónoma, opcionalmente utilizando un vehículo aéreo no tripulado (UAV) que lleva anclajes.
En determinadas realizaciones, el método de la invención comprende adicionalmente al menos una de las siguientes etapas: (1) una etapa de fijación de forma autónoma de la posición de cada unidad de anclaje en el suelo, p. ej., de acuerdo con un algoritmo de aterrizaje; (2) una etapa de creación de un promedio de posición GPS de cada unidad de anclaje para crear una posición GPS/LPS más precisa y, opcionalmente, una posición GPS/RTK de la misma; (3) una etapa de generación de una imagen de súper-resolución y provisión de posicionamiento GPS para cada píxel dentro de dicha imagen de súper-resolución utilizando un algoritmo de mejor ajuste; y (4) una etapa de transmisión/uso de dicha base de datos y mapa generados para instruir/guiar un UAV de cosecha de frutos autónomo.
El método de acuerdo con la invención también comprende las siguientes etapas/procedimientos: (i) definir por parte del usuario el área requerida para mapear en la unidad central terrestre; (ii) definir por la unidad central terrestre las coordenadas de posicionamiento GPS de cada unidad de anclaje; (iii) establecer por la unidad central terrestre la posición objetivo de cada unidad de anclaje; (iv) hacer navegar de forma autónoma cada unidad de anclaje a sus coordenadas definidas, en donde una vez que alcanza/llega a la coordenada puede aterrizar o planear sobre ella. Esta etapa se repite para cada nueva posición a la que se envía la unidad de anclaje; (v) una vez que la unidad de anclaje está en posición, escanear la plantación con un dron de escaneo, en donde durante el vuelo registra imágenes desde la vista superior: algunas imágenes con anclajes y otras sin ellos. Si se registra un anclaje, la unidad de anclaje se puede mover a otra posición, hasta que el dron de escaneo lo registre en la nueva posición, y así sucesivamente. Alternativamente, se utilizan pocas unidades de anclaje simultáneamente en la misma plantación; (vi) ensamblar todas las imágenes obtenidas/grabadas por el dron de escaneo mediante un soporte lógico, y generar una imagen de súperresolución como se ilustra en la Fig. 16B. La Fig. 16B es el resultado de un soporte lógico de ensamblaje que genera, a partir de un conjunto de imágenes, una única imagen de súper-resolución mediante la cobertura de mejor ajuste entre las imágenes; (vii) utilizar dicha imagen de súper-resolución para generar un mapa (una matriz 2D) en el que cada píxel de la imagen de súper-resolución se asigna a/recibe una posición GPS y una coordenada LPS. Como se ilustra en la Fig. 16B, la imagen de súper-resolución contiene 3 marcas visuales en píxeles P1, P2 y P3 de unidades de anclaje que están en posiciones GPS absolutas A1, A2 y A3. Cada píxel de la imagen puede obtener su coordenada absoluta al multiplicar la posición del píxel (X, Y) con una matriz de rotación 0, incremento G y añadiendo una compensación O (0, G, O) = f(A1, A2, A3, P1, P2, P3); (viii) analizar la imagen de súper-resolución utilizando un soporte lógico designado y detectar todos los árboles en la misma, así como definir los contornos de los árboles como se muestra en la Fig. 16C. La Fig. 16C es el resultado de un algoritmo de mapeo que analiza dicha imagen de súperresolución. El algoritmo detecta los contornos de los árboles y genera una base de datos de árboles y su posición en el área; y (ix) generar un mapeo de ID de los árboles. Esto significa que para cada píxel de la imagen de súperresolución se define un ID de árbol, p. ej., como se muestra en la Fig. 17, que ilustra una base de datos de árboles generada y su posición. Esta base de datos es una matriz 2D (o matriz 3D), en donde cada entrada en la matriz es un píxel de una imagen de súper-resolución o un píxel de una imagen muestreada hacia abajo de una imagen de súperresolución. Cada entrada en la matriz contiene la siguiente información: ID de árbol, posición de entrada (coordenada global), posición de entrada (coordenada local). Cada entrada también puede contener información de la posición actual de varios componentes del sistema de cosecha, tal como la posición ID del dron cosechador, posición ID de cestas, posición ID de contenedor, etc., como se ilustra en la Fig. 33, en la que cada letra representa una capa diferente; D1-D5 son las posiciones actuales de los drones; C1-C2 son posiciones de contenedores (cestas de recolección); P1-P2 son posiciones de cargador de energía; y B es la posición de la estación base.
En determinadas realizaciones del método de la invención, el ordenador/administrador del sistema asigna la posición GPS inicial aproximada de cada unidad de anclaje.
En determinadas realizaciones del método de la invención, cada píxel dentro del mapa generado representa de 1 a 10 cm y tiene información de ubicación (GPS o LPS).
En otras realizaciones del método de la invención, la base de datos y el mapa generados comprenden: (i) ID y posición del árbol, que es una información útil para la gestión de UAV de cosecha de frutos autónomo; y/o (ii) el contorno del árbol, es decir, las hojas y ramas de cada árbol y las líneas del huerto, que es una información útil para la gestión de UAV de cosecha de frutos autónomo; y/o (iii) los datos del fruto del árbol, tal como el número de frutos detectados, el número de frutos maduros, el número de frutos cosechados de cada árbol y el estado de los frutos cosechados, o cualquier combinación de los mismos. En realizaciones específicas, los datos de este fruto de árbol se obtienen mediante dicho UAV de cosecha de frutos.
En determinadas realizaciones del método de la invención, la base de datos generada comprende adicionalmente una capa de identificación de cada UAV dentro del campo, que incluye dicho UAV de cosecha de frutos, y una capa de cestas de recolección de frutos, a las que se llevan los frutos recolectados.
La presente invención proporciona adicionalmente un uso del sistema de mapeo y/o método de la invención para mapear y construir una base de datos de un huerto para una cosecha de calidad óptima, en donde dicha cosecha óptima se basa en la cosecha de frutos específicos y no en una cosecha en serie línea por línea, árbol por árbol. En una realización específica, el uso del sistema de mapeo y/o método de la invención permite cosechar bajo demanda, de acuerdo con las órdenes de compra recibidas. Adicionalmente, permite cosechar los mejores frutos en el huerto/área por día (calidad óptima).
La base de datos generada de acuerdo con el sistema de mapeo y/o el método de la invención se construye a partir de capas (véase, p. ej., la Fig. 33). Cada píxel en la súper-resolución o en la imagen muestreada hacia abajo de la imagen de súper-resolución representa un área de la plantación. La base de datos tiene las siguientes capas (véase también la Tabla 1 a continuación):
a. Imagen de súper-resolución;
b. Capa ID de árboles (un número del 1 al número de árboles en la plantación), 0 significa que no hay árbol; c. Capa de posición GPS;
d. Capa de posición LPS;
e. Número de frutos detectados en esta área;
f. Número de frutos maduros en esta área -objetivos a cosechar;
g. Número de frutos cosechados en esta área; y
h. Grado de calidad de esta área,
o cualquier combinación de los mismos.
Tabla 1
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La presente invención proporciona adicionalmente un sistema y un método para la gestión de una flota de drones cosechadores, drones de clareo, drones de poda, drones de anclajes, drones de escaneo y drones que portan frutos. El presente sistema y método para la gestión de una flota de drones cosechadores permite/proporciona un método de cosecha, incluido el clareo, que no trabaja línea por línea, árbol por árbol en un modo en serie, sino que trabaja en el orden del fruto más maduro/mejor recogido primero en toda el área de la plantación (o parte de ella). El sistema y método de gestión de la flota de la invención asigna labores de acuerdo con las regiones más maduras (ROI) en toda el área de la plantación. El beneficio de este método es que permite recoger los mejores frutos y/o los más maduros de toda la plantación. Así, se mejora la calidad de los frutos cosechados y por tanto crece la rentabilidad de la plantación. Por otra parte, los frutos casi maduros se cosechan más tarde, p. ej., el día o la semana siguiente, es decir, cuando se vuelven óptimos para la cosecha y/o maduros y en un tamaño óptimo, lo que evita la cosecha de frutos no maduros o con una madurez menor que la ideal, lo que a su vez da como resultado un rendimiento y un beneficio reducidos. Este sistema y este método permiten una cosecha selectiva óptima.
El sistema de gestión de la flota de la invención incluye una flota de drones que vuelan dentro de la plantación, detectan áreas maduras, comparten esta información con una estación base, que a su vez asigna las siguientes labores en consonancia a los otros drones.
El sistema de gestión de la flota de la invención incluye adicionalmente: (i) una flota de drones que registra cada fruto cosechado y adjunta sus datos de calidad al ID del árbol. Esta información es útil para realizar acciones correctivas en la plantación; y/o (ii) una flota de drones que vuela dentro de la plantación, detecta las áreas para realizar el clareo, comparte información con una unidad de control que asigna por consiguiente las siguientes labores de los drones.
Por consiguiente, la presente invención proporciona un sistema para la gestión de la flota de UAV para la cosecha, comprendiendo dicho sistema: (a) un dispositivo de cosecha de frutos como se describe anteriormente; (b) un sistema para mapear y construir una base de datos de un huerto como se describe anteriormente; (c) una estación base, (d) opcionalmente, un contenedor de frutos que se utiliza solo para la cosecha, ya que el clareo no requiere de la recolección de frutos; y (e) un proveedor de energía, en donde dicho sistema se utiliza para gestionar una flota de UAV de UAV de cosecha de frutos, contenedores de frutos, UAV portadores de frutos (si están presentes), unidades de anclaje y UAV portadores de anclajes; y para misiones de cosecha de calidad óptima basadas en la madurez del fruto y no en la cosecha en serie línea por línea, árbol por árbol.
La presente invención proporciona adicionalmente un sistema de gestión para la gestión de la flota de vehículos aéreos no tripulados (UAV) autónomos para cosechar o clarear frutos, comprendiendo dicho sistema : (a) uno o más UAV autónomos para cosechar frutos o clarear frutos como se define en la presente memoria anteriormente; (b) un sistema informático para mapear un huerto o una base de datos de la posición de los árboles y su contorno; (c) una estación base; (d) opcionalmente, un contenedor de frutos; y (e) uno o más proveedores de energía, en donde dicho sistema de gestión se utiliza para: (1) gestionar la flota de UAV que incluye: UAV de cosecha de frutos, contenedores de frutos, UAV portadores de frutos, unidades de anclaje y UAV portadores de anclajes; y/o (2) misiones de cosecha o clareo basadas en la madurez del fruto, y no en la cosecha en serie línea por línea, árbol por árbol.
En realizaciones específicas del sistema de gestión de la invención, el sistema informático para mapeo está diseñado para construir una base de datos del huerto para la cosecha y el estado del fruto en el mismo y controlar/permitir al menos uno de: (a) una o más unidades de anclaje que comprenden un marcador; (b) una unidad voladora equipada con una cámara para tomar una pluralidad de fotografías de una zona predeterminada; y (c) una unidad de mapeo que comprende un procesador y una memoria para recibir dicha pluralidad de fotografías e: (i) identificar visualmente uno o más marcadores de unidades de anclaje en dichas fotografías y su ubicación geográfica; y (ii) mapear árboles identificados en dichas fotografías en relación con la ubicación de una o más unidades de anclaje identificadas; en donde una o más unidades de anclaje se colocan en un punto objetivo específico dentro de dicha zona predeterminada.
En determinadas realizaciones del sistema de gestión de la invención, la unidad de mapeo está diseñada para construir una base de datos de huertos para la cosecha y el estado del fruto en el mismo y controlar/permitir al menos uno de: (a) navegación y aterrizaje autónomos de los UAV portadores de anclajes ; (b) promediación de la precisión la posición GPS de fijación para cada unidad de anclaje; (c) generación de una imagen de súper-resolución a partir de múltiples imágenes obtenidas de diferentes fuentes y/o posiciones utilizando un algoritmo de ensamblaje; (d) provisión de posicionamiento GPS para cada píxel dentro de dicha imagen de súper-resolución; y (e) detección de la posición de los árboles, el contorno de los árboles y la posición de las líneas de los árboles.
En determinadas realizaciones del sistema de gestión de la invención, la base de datos del huerto es una representación multicapa bidimensional del huerto, en donde dicha multicapa comprende las siguientes capas: (i) opcionalmente, una primera capa de imagen de súper-resolución generada por el sistema de mapeo, como fondo visual para el operario humano; (ii) una segunda capa es el mapa ID de los árboles (véase la ilustración en las Fig. 16C y 17), en donde cada entrada en esta capa representa un área de aproximadamente 5-20 cm2 en la plantación, de modo que un área sin un árbol es cero, y cada valor distinto de cero representa un ID de árbol en la plantación. En particular, el valor máximo de ID es el número de árboles en la plantación; (iii) una tercera capa es un mapa del número de frutos maduros. La Fig. 20A ilustra un valor cero para frutos no maduros, que se actualiza posteriormente (Fig. 20B) mediante los datos obtenidos de los UAV de cosecha de frutos; y (iv) una cuarta capa es un mapa del número de frutos cosechados. Este número comienza en cero (Fig. 21A) y se actualiza más tarde (Fig. 21B) mediante los datos obtenidos de los UAV de cosecha de frutos.
En determinadas realizaciones del sistema de gestión de la flota de cosecha de la invención, la base de datos distingue entre frutos cosechados y previos a la cosecha, y comprende la siguiente información de frutos para cada fruto: dimensiones; color; manchas y daños; grado de calidad; árbol de origen (ID del árbol); y origen exacto (X, Y, Z).
En determinadas realizaciones, la base de datos del sistema de gestión de la flota de cosecha de la invención comprende adicionalmente al menos una de las siguientes informaciones: (i) datos acumulados sobre la cosecha, durante la cosecha (acerca de los frutos antes de la cosecha) y/o acerca del clareo del fruto durante el clareo; (ii) calidad de los frutos cosechados de cada árbol, incluyendo la mejor área de cada árbol; (iii) calidad de los frutos en cada cesta de recolección de frutos (permite preseleccionar en campo); y (iv) estado de la plantación, incluida la división en regiones de interés (ROI), número de ROI maduras, número de ROI cosechadas y ROI en las que ya no es necesario cosechar.
En determinadas realizaciones del sistema de gestión de la flota de cosecha de la invención, la base de datos es una multicapa de matrices 2D (fotografía) que representa la plantación/huerto y su estado. En realizaciones específicas, la base de datos también incluye capas adicionales de gestión de cosecha como la capa ID del UAV, la capa ID de la cesta, la capa de trampolín (véase Tabla 2 a continuación). Esta información es relevante para el método de cosecha.
Tabla 2
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En determinadas realizaciones del sistema de gestión de la flota de cosecha de la invención, la estación base es una estación de control que: (i) gestiona diferentes tipos de UAV para diferentes labores; (ii) mantiene el nivel de vuelo del UAV a una altura específica para cosechar solo la copa de los árboles; (iii) envía los UAV de brazo de cosecha inferior a los árboles objetivo altos, y los UAV de brazo de cosecha superior a los árboles objetivo bajos; (iv) gestiona el UAV portador de frutos para llevar los frutos del UAV de cosecha a un contenedor; y (v) mantiene la posición de los contenedores.
En determinadas realizaciones, el sistema de gestión de la flota de cosecha de la invención comprende adicionalmente un mecanismo de seguridad que se comunica con dicha estación base y opcionalmente con los UAV del sistema para evitar la colisión de los UAV con trabajadores humanos.
En determinadas realizaciones, cada agricultor en el campo tiene un dispositivo de seguridad, tal como un brazalete o una aplicación en su teléfono inteligente, que comparte la posición del agricultor con la estación base y/o cada UAV. Dicha estación base puede asignar/redirigir los UAV a varios árboles para crear una mayor distancia entre el UAV en funcionamiento y un agricultor, de modo que el UAV no esté cerca de los humanos, o puede instruir al UAV de cosecha para cosechar solo desde la parte superior del árbol y dividir el trabajo entre el cosechador de UAV elevado y los cosechadores humanos inferior u otras cosechadoras mecánicas del suelo inferiores.
El sistema de gestión de la flota de cosecha de la invención también puede incluir los siguientes subsistemas como se ilustra en la Fig.18: (a) estación base principal que actúa como un control de unidad terrestre central, y proporciona coordenadas y un amplio rango de comunicación entre los diferentes UAV y otros componentes del sistema; (b) una, dos, tres o más unidades de anclaje; (c) UAV de cosecha de la parte superior; (d) UAV de cosecha de la parte inferior; (e) UAV de cosecha de la parte lateral; (f) UAV de cosecha generales; (g) dron portador de baterías eléctricas; (h) balizas de seguridad, p. ej. para las personas proporcionando su posición, p. ej., mediante la posición de un brazalete o teléfono inteligente; (i) base/contenedor de recolección, opcionalmente con balizas; (j) opcionalmente, trampolín con balizas; y (k) unidades de escaneo, tales como UAV de escaneo.
En determinadas realizaciones, el sistema de gestión de la flota de cosecha de la invención comprende adicionalmente: (a) lanzador de UAV que proporciona/recibe coordenadas y el número real de UAV en el huerto; (b) cargadores que tienen varios enchufes de baterías y que proporcionan el número de baterías cargadas con su nivel; y (c) cestas de recolección que proporcionan datos sobre su capacidad, tamaño, posición, estado de llenado y, opcionalmente, calidad del fruto.
En determinadas realizaciones, los UAV del sistema proporcionan datos sobre: (i) el tipo de brazo de cosecha que se está instalando en el mismo (p. ej., sin brazo, brazo superior, brazo inferior, brazo lateral, agarre, brazo de corte o brazo de clareo); (ii) el uso del UAV - cosecha, poda, clareo, mapeo, anclaje, energía, etc.; (iii) las coordenadas del UAV (X, Y, Z); (iv) nivel de batería del UAV; y (v) la capacidad máxima de la batería.
La presente invención proporciona adicionalmente un método para la gestión de la flota. En la Fig. 19 se ilustra un diagrama de flujo ilustrativo de un método de acuerdo con una realización de la invención, que describe un método de gestión de la flota que incluye gestión de base de datos, generador de labores, planificador y coordinador de rutas. Estas labores se pueden realizar en la estación base.
Por consiguiente, en determinadas realizaciones, la presente invención proporciona un método informatizado para la cosecha óptima utilizando una flota de UAV utilizando un procesador y una memoria, comprendiendo dicho método las etapas de: (a) proporcionar un sistema de gestión de la flota de la invención; (b) construir una base de datos de un huerto que comprenda: representación en múltiples capas de la información del huerto y el fruto; (c) proporcionar labores a los UAV de cosecha de frutos autónomos que cosechan frutos y proporcionan información actualizada de frutos para actualizar dicha base de datos; y (d) dirigir dichos UAV de cosecha de frutos a frutos que necesitan ser cosechados basándose en la base de datos generada y no de una manera lineal secuencial.
En determinadas realizaciones, la presente invención proporciona un método informatizado para una cosecha óptima que utiliza una flota de UAV utilizando un procesador y memoria, comprendiendo dicho método las etapas de: (a) construir una representación digital de un huerto en una base de datos de un huerto, en donde dicha base de datos comprende una representación de múltiples capas de la información del huerto y los frutos; (b) proporcionar labores a los UAV de cosecha de frutos autónomos que cosechan frutos y proporcionan información actualizada de frutos para actualizar dicha base de datos; (c) actualizar dicha base de datos durante la cosecha a través de datos obtenidos de diferentes UAV en el huerto durante la cosecha; y (d) dirigir dichos UAV de cosecha de frutos a los frutos que necesitan ser cosechados basándose en la base de datos generada.
En realizaciones específicas del método para la cosecha óptima de la invención, la etapa de construcción de un mapa y una base de datos comprende las etapas de: (a) colocar una o más unidades de anclaje que comprenden un marcador en una zona predeterminada de dicho huerto; (b) tomar una pluralidad de fotografías de una zona predeterminada de dicho huerto; (c) identificar visualmente uno o más marcadores de unidades de anclaje en dichas fotografías y su ubicación geográfica; y (d) mapear árboles identificados en dichas fotografías en relación con la ubicación de una o más unidades de anclaje identificadas.
En determinadas realizaciones del método de cosecha óptima de la invención, la estación base coordina y guía los diferentes UAV, sin enviar nunca los UAV a cosechar, clarear o realizar cualquier otra labor, cuando están de cara al sol.
En realizaciones específicas, el método para la cosecha óptima de la invención comprende adicionalmente una o más de las siguientes etapas: (i) recopilar datos preliminares, tales como la dirección en la que los árboles están orientados y/o áreas sombreadas en el huerto; (ii) realizar la comunicación entre diferentes UAV de cosecha a través de dicha estación base; y (iii) recibir continuamente datos de los UAV en el huerto y actualizar dicha base de datos para mejorar el procedimiento de cosecha.
En determinadas realizaciones, el método para la cosecha óptima de la invención comprende adicionalmente una etapa de: indicación de dichos UAV de cosecha de frutos para cosechar frutos de características específicas y/o de acuerdo con los criterios deseados; y/o indicación a dichos UAV de cosecha de frutos para cosechar una cantidad específica de frutos.
En determinadas realizaciones, el método de cosecha óptima de la invención permite cosechar frutos de características específicas dentro de un área grande de manera dispersa en la que solo se cosechan frutos que cumplen con los criterios de cosecha en cada árbol, en lugar de cosechar de forma secuencial ordenada línea por línea, árbol por árbol todos los frutos como se lleva a cabo en la actualidad. Por ejemplo, el sistema de la invención puede indicar a los UAV de cosecha que cosechen todos los "frutos de color rojo que tengan un diámetro de al menos 90 mm". Este método también es útil para realizar la cosecha a demanda, recibir una orden de compra con criterios específicos y cosechar solo la cantidad requerida con la calidad requerida. Este método puede ahorrar costes de almacenamiento y enfriamiento durante el período de cosecha.
Cabe señalar que el agricultor puede establecer la cantidad requerida de frutos que se va a cosechar por día de toda la plantación de acuerdo con sus necesidades. Dado que los agricultores reciben un mayor valor por los frutos de alta calidad, el sistema y el método de la invención permitirán obtener una ganancia óptima por día al cosechar y entregar solo los mejores frutos cosechados de toda la plantación, en lugar de entregar una mayor cantidad de frutos con diversas calidades como resultado de la cosecha secuencial estándar línea por línea y árbol por árbol. Este método también es útil para realizar la cosecha a demanda, recibir una orden de compra con criterios específicos y cosechar solo la cantidad requerida con la calidad requerida. Este método puede ahorrar costes de almacenamiento y enfriamiento durante el período de cosecha.
En determinadas realizaciones del método de cosecha óptima de la invención, la estación base encargada de coordinar y guiar los diferentes UAV, nunca envía a los UAV para realizar cosecha, clareo u otras labores cuando están de cara al sol. Esto es para evitar la saturación de los sensores por la luz solar. La estación base/planificador de rutas nunca envía los UAV para realizar la cosecha/labor cuando están de cara al sol. La misión de los UAV se planificará con esta limitación. La estación base/unidad de restricción conoce la posición del sol según la hora y la fecha, y genera la dirección cegada. Por ejemplo, por la mañana los UAV estarán orientados hacia el oeste y por la tarde, hacia el este.
En determinadas realizaciones del sistema de gestión de la flota de la invención, para evitar la saturación de los sensores por la luz solar, el planificador de rutas nunca envía los drones para realizar la cosecha/labor cuando están de cara al sol. La misión del dron se planificará de acuerdo con esta restricción. El sistema conoce la posición del sol según la hora y la fecha, y genera la dirección cegada.
El uso de drones permite al planificador de rutas crear rutas directas. La dirección de la maniobra es el camino más corto por encima de los árboles. Esto solo se logra con drones cuando se vuela por encima de los árboles. Todas las plataformas terrestres elaboran rutas de Montecarlo y calculan rutas más largas para llegar al destino de los árboles.
En determinadas realizaciones, el método para la cosecha óptima de la invención comprende adicionalmente una etapa de recopilación de datos preliminar. Esta recopilación de datos preliminar comprende el envío de uno o varios UAV para recopilar datos iniciales sobre el número de frutos y su ubicación en los árboles, y la madurez de los frutos. En realizaciones específicas, estos UAV informan sobre cualquier región de interés (ROI) que se haya descubierto durante el vuelo de recopilación de datos preliminar, es decir, comparten los datos recopilados con la estación base y/u otros UAV. Dicha ROI incluye, entre otros, la posición de cada región y su dimensión.
Cada ROI referida se añade a la base de datos como se ilustra en la Fig. 21. La base de datos se actualiza constantemente con todos los datos obtenidos por los distintos UAV dentro del sistema (p. ej., UAV de cosecha y UAV de escaneo). El ordenador y el algoritmo analizan la base de datos y generan objetivos de cosecha de acuerdo con cada ROI que tiene un alto grado, de modo que los UAV de cosecha se envían allí. La Fig. 20C describe un estado temporal de una plantación, en un momento específico, en donde los puntos brillantes dentro de ciertos árboles encerrados en círculos representan áreas maduras. El algoritmo identifica tales áreas que tienen alto grado y alta densidad, y asigna objetivos allí.
En determinadas realizaciones del método para la cosecha óptima de la invención, la recopilación de datos preliminar comprende la dirección en la que los árboles están orientados y/o áreas sombreadas. En realizaciones específicas, la ROI inicial incluye árboles que miran hacia el sureste, que se consideran los más maduros debido a una mayor exposición a la luz solar. En otras realizaciones, la ROI inicial incluye árboles que están ubicados en un área sombreada, p. ej., por montañas, lo que podría afectar al procedimiento de maduración de los frutos.
En determinadas realizaciones, el método para la cosecha óptima de la invención comprende adicionalmente una etapa de: (i) comunicación entre diferentes UAV de cosecha a través de dicha estación base; y/o (ii) recepción de forma continua de datos de los UAV en el sistema y actualización de la base de datos para mejorar el procedimiento de cosecha.
Cada UAV que está en el campo, p. ej., durante el vuelo a un árbol objetivo, durante la cosecha, mientras vuela a una cesta de recolección de frutos, informa a dicha estación base y/u otros UAV sobre la ROI (Región de interés) que comprende áreas de fruto maduro de alta densidad. Esto significa que no solo el UAV de escaneo o los UAV de recopilación de datos preliminar envían datos a la estación base y al ordenador, sino que también los UAV de cosecha. De ese modo, el método de la invención incluye un método para compartir información entre todos los UAV del sistema. Se informará de cada fruto detectado a la estación principal/base con su posición XYZ y calidad, tales como dimensiones [mm], histograma de color, blandura y otros factores de calidad, y su ID de árbol. En la Fig. 21 se describe un mapa generado ilustrativo.
En determinadas realizaciones, el método para la cosecha óptima de la invención comprende adicionalmente una etapa de asignación datos de calidad a cada fruto cosechado. En realizaciones específicas, cada fruto cosechado recibe datos de calidad de fruto y/o información del árbol, y asigna información del árbol a los datos de cada fruto. Cada UAV envía la posición del fruto cosechado (XYZ) con su información de calidad a la estación base, que a continuación actualiza la base de datos añadiendo la información de calidad a la entrada XYZ. La información acumulada de esta parte de la base de datos está presente solo en los frutos cosechados y se presenta en la Fig. 21B.
En determinadas realizaciones, el método para la cosecha óptima de la invención comprende adicionalmente una etapa de asignación de datos de calidad a cada ID de árbol. Estos datos de calidad proporcionan información para cada árbol sobre la cantidad de frutos y su calidad tanto para el conocimiento estadístico como para las acciones correctivas para mejorar el rendimiento.
En determinadas realizaciones, un generador de objetivos del sistema de gestión de la flota de la invención genera objetivos (puntos) para labores agrícolas. Este generador busca áreas de alta densidad en la capa de madurez del fruto en la base de datos y asigna las labores en consecuencia. Por ejemplo, busca frutos maduros de alta densidad y asigna UAV de cosecha para realizar la cosecha. De esta forma, se recogen primero los frutos más maduros de la plantación. Como se ilustra en la Fig. 17, los UAV de cosecha se enviarán al lado sur del árbol núm. 7, ya que el estado de madurez de acuerdo con la Fig. 20B es alto.
En determinadas realizaciones, un planificador de rutas del sistema de gestión de la flota de la invención recibe tales puntos objetivo de dicho generador de objetivos y agrupa pocos objetivos en una única labor de cosecha.
En determinadas realizaciones, un coordinador del sistema de gestión de la flota de la invención sincroniza entre las diferentes labores de los diferentes UAV.
En determinadas realizaciones del sistema de gestión de la flota y el método de la invención, la ejecución es llevada a cabo por los diferentes UAV del sistema de drones, p. ej., cada UAV envía datos al generador y coordinador mientras realiza su labor.
Para coordinar la distancia mínima entre los drones en la flota, el coordinador del sistema se asegura de que todas las labores asignadas a los drones mantengan la distancia mínima. Adicionalmente, el coordinador se asegura de que los drones tengan suficiente energía para realizar su misión y, de no ser así, envía el dron a una "misión de energía", p. ej., reemplazo de la batería o carga.
En determinadas realizaciones del sistema de gestión de la flota y el método de la invención, el agricultor primero define varios requisitos, tales como la calidad del fruto y el tipo de labor. Por ejemplo, cosechar todas las manzanas de color roja con grado A en la plantación que tengan un diámetro superior a 90 mm. Además, el agricultor puede establecer la cantidad requerida de frutos que se debe cosechar por día.
Además, el sistema puede definir el límite de cosecha de la plantación, de modo que los diferentes drones no superen estos límites. Además, el sistema puede tener límites de rango de comunicación incorporados, de modo que los drones no excedan el rango de límite de comunicación.
En determinadas realizaciones, el método para la cosecha óptima de la invención se establece para la optimización de la calidad MODO1. Tal optimización de la calidad MODO1 comprende enviar los UAV de cosecha para cosechar solo los frutos más maduros y de mejor calidad en el huerto. Este modo es útil al comienzo de la temporada, cuando se requiere una cosecha selectiva. Este modo puede permitir un período de cosecha más prolongado, junto con la comercialización temprana de fruto fresco de calidad. En determinadas realizaciones, este modo se amplía para que los datos recabados en un día determinado se utilicen para recolectar los frutos del día siguiente.
La optimización de MODO1 para la calidad solo se puede lograr con drones. En este método, los drones se envían a los frutos más maduros y de mejor calidad del huerto. Este modo es especialmente útil al comienzo de la temporada, cuando se requiere una cosecha selectiva. Este modo puede permitir un período de cosecha más prolongado, junto con la comercialización temprana de frutos frescos de calidad. Este modo se puede ampliar para recoger todos los días los datos del día siguiente. Para cada ROI referida (que incluye la posición de la región y su dimensión), se añade esta información a la base de datos. La base de datos comienza con un estado inicial como se ilustra en la Fig. 20A, y durante los movimientos del dron cosechador recoge información y genera un estado como se muestra en la Fig. 20B. La base de datos se actualiza con toda la información recopilada de todos los drones, tanto de los drones cosechadores como de los drones de mapeo. Para cada área que tenga un alto grado, se envía un dron de cosecha-clareo.
La Fig. 20C describe el estado temporal de la plantación, en una hora específica de un día, en donde las marcas brillantes representan áreas maduras. El algoritmo que se ejecuta en la base de datos en el generador de objetivos busca áreas que tienen un alto grado y una alta densidad, y asigna los objetivos allí.
En otras realizaciones, el método para la cosecha óptima de la invención se establece para optimización de la cantidad MODO2. En determinadas realizaciones, el método de la invención se optimiza en MODO2, de acuerdo con lo cual un UAV de cosecha que se dedica a cosechar solo los frutos de un árbol específico. Esta es la versión de cosecha simplificada que proporciona la mayor producción: cada UAV se centra en un solo árbol y cada árbol es manipulado por un solo UAV. Este modo es útil cuando la mayor parte del huerto está maduro y la atención se centra en la tasa de cosecha y el deseo de cosechar tanto como sea posible en el menor tiempo posible. En un método de acuerdo con este modo, el administrador de la flota asigna un UAV a un árbol y genera una ruta alrededor del árbol, el UAV accede a las proximidades con el conocimiento de la posición del centro del árbol, y el conocimiento de las líneas, el UAV se enfrenta al árbol y escanea de acuerdo con la ruta, mientras mantiene un rango fijo del árbol como se ilustra en la Fig. 30A.
La optimización de MODO2 para la cantidad significa que un dron se asigna a un árbol y una cesta específicos. Ésta es la versión simplificada con la mayor producción. Cada dron se centra en un solo árbol, y cada árbol es manipulado por un solo dron. Este modo es útil cuando la mayor parte del huerto está maduro y la atención se centra en la tasa de cosecha.
En otras realizaciones más, el método para la cosecha óptima de la invención se establece para la optimización de la calidad MODO3, de acuerdo con lo cual se envía un grupo de UAV de cosecha a cada árbol. De esta manera, los UAV terminan el trabajo en cada área/árbol extremadamente rápido y a continuación se mueven a la siguiente área/árbol. Este modo es útil cuando el agricultor quiere centrarse en un área que se omitió cuando el sistema trabajaba en MODO1 o MODO2. La asignación de los UAV de cosecha a un árbol puede ser en serie árbol por árbol o, alternativamente, según la madurez de los árboles. Este modo puede ser definido por el agricultor manualmente. En realizaciones específicas, en MODO3 es posible definir cada UAV de cosecha para cosechar un lado específico de los árboles, p. ej., el lado sureste, que se considera el lado más maduro del árbol.
En la optimización MODO3 para el área, por cada árbol se envía un grupo de drones. Los drones terminarán el trabajo en esta área lo antes posible. Este modo es útil cuando el agricultor quiere centrarse en un área que se omitió por los dos modos anteriores. La asignación de drones a un árbol puede ser en serie árbol por árbol, o también según la madurez de los árboles. Este modo se puede definir por el agricultor de modo manual. En este modo, es posible definir que cada dron coseche el lado sureste de los árboles, que se considera el lado más maduro del árbol.
En determinadas realizaciones, el método para la cosecha óptima de la invención utiliza una combinación de MODO1 y MODO2; MODO1 y MODO3; MODO2 y MODO3; o MODO1 y MODO2 y MODO3.
En determinadas realizaciones, el método para la cosecha óptima de la invención comprende adicionalmente una etapa de gestión de energía de los UAV. En realizaciones específicas, la gestión de energía comprende controlar el nivel de energía de cada UAV y enviar cada UAV cuando sea necesario a recargar o reemplazar sus baterías, y si surge la necesidad enviar un UAV de reemplazo para completar las labores del UAV en recarga. En otras realizaciones específicas más, el reemplazo de la batería se lleva a cabo mediante un UAV de energía específico que lleva las baterías cargadas a los UAV remotos.
De manera convencional, la misión de energía se logra enviando un UAV a una estación de carga o una estación de reemplazo de batería. En realizaciones específicas, el método de la invención incluye una misión de energía que se logra enviando un UAV de energía especial que lleva una pila de baterías al UAV con energía agotada [Fig. 23D y 23E]. Esta es una forma eficaz de llevar la energía al UAV remoto y ahorrar el tiempo de navegación de regreso a la estación de carga o a la estación de reemplazo de batería. El UAV de energía lleva una pila de baterías y puede aterrizar cerca del UAV de destino. El reemplazo de la batería se puede llevar a cabo aterrizando un UAV sobre el otro y, posteriormente, extrayendo la batería agotada del UAV y presionando una batería llena (marcada con B en las Fig. 22A y 22B). En cierta realización, el UAV de energía es un UAV de carga que puede cargar rápidamente otros UAV.
En determinadas realizaciones del sistema de gestión de la flota y método de la invención, los diferentes UAV se envían para ser cargados cuando la energía está por debajo de un porcentaje predefinido, que se calcula de acuerdo con la misión específica del UAV y su distancia desde el punto de recarga.
En determinadas realizaciones, el método para la cosecha óptima de la invención comprende adicionalmente una etapa de hacer pasar los frutos desde un UAV de cosecha a un UAV portador de frutos que lleva los frutos a un contenedor, en donde dicha etapa es controlada por dicha estación base/administrador de la flota.
En determinadas realizaciones, el método para la cosecha óptima de la invención comprende adicionalmente una etapa de asignación de un árbol y generación de una ruta de búsqueda preliminar para cada UAV de cosecha por parte de dicha estación base/administrador de la flota, en donde el UAV de cosecha comienza sabiendo que tiene que estar enfrentado al árbol (centro del árbol y/o línea de árboles, véase la Fig. 30A), escanear el árbol de acuerdo con la ruta proporcionada, y a continuación identificar el fruto de forma autónoma y cosecharlo (Fig. 30B).
En determinadas realizaciones, un administrador de la flota (p. ej., la estación de control) asigna a cada UAV una ruta de escaneo alrededor de un árbol objetivo (línea alrededor del árbol en la Fig. 30A). El UAV se enfrenta al centro del árbol y, durante el escaneo, realiza una cosecha autónoma (líneas que conectan la línea externa alrededor del árbol con el árbol en la Fig. 30B). Esta cosecha autónoma se realiza de acuerdo con la siguiente ecuación (en la plantación donde los árboles están conectados y no hay hueco entre los árboles, se realiza un escaneo en zigzag):
Figure imgf000023_0001
En determinadas realizaciones del sistema de gestión de la flota y el método de la invención, cada dron en el campo (p. ej., mientras se transporta a un árbol objetivo, mientras se cosecha, mientras vuela a las cestas, etc.) informa sobre la ROI (Región de interés). No solo los UAV de escaneo envían datos a la estación base, sino también los UAV de cosecha y los UAV de anclajes. Cada fruto detectado será referido a la estación principal con su X, Y, Z y calidad del fruto cosechado, como dimensiones [mm], histograma de color, blandura y otros factores de calidad, junto con la posición y su ID de árbol. Cada dron sabe qué ID de árbol es el objetivo y la estación base sabe mapear la ID del árbol de acuerdo con las coordenadas. Se informará sobre un grupo de frutos como una ROI, con la posición X, Y, Z y el diámetro d de los frutos. Por cada fruto cosechado que se desconectó con éxito del árbol, se asignan los datos de calidad del fruto cosechado a la Información del árbol y se asigna la información del árbol a los datos del fruto. El dron envía la posición del fruto (XYZ) con su información de calidad a la estación base principal. La estación base principal accede a la base de datos y añade la información de calidad a la entrada XYZ en la base de datos. La información acumulada de esta parte de la base de datos se refiere únicamente a los frutos cosechados (véase, p. ej., la Fig. 21B).
La base de datos generada por el generador objetivo representa la siguiente información valiosa (Fig. 17 y 21B): Datos acumulados sobre la cosecha, para cada árbol, la calidad de sus frutos cosechados, e incluso la mejor área de cada árbol. Para cada cesta, la calidad de sus frutos (permite la preselección en el campo)._ Estado de la plantación -cuántas áreas se descubren, cuántas áreas están maduras, cuántas áreas se cosechan, en cuántas áreas ya no se requiere cosechar. El agricultor puede realizar acciones correctivas en consecuencia.
La presente invención proporciona adicionalmente un sistema de cosecha/clareo/poda de frutos que comprende: (a) un sistema informatizado para mapear un huerto o un mapa de la posición de los árboles y su contorno en una plantación; y (b) un sistema de gestión para la gestión de la flota de vehículos aéreos no tripulados (UAV) autónomos para cosechar, clarear o podar frutos, dicho sistema comprende: (i) uno o más UAV autónomos mejorados para cosechar frutos o clarear frutos como se describe en la presente memoria anteriormente; (ii) una estación base; (iii) opcionalmente, un contenedor de frutos; y (iv) uno o más proveedores de energía, en donde dicho sistema de gestión se utiliza para: (1) gestionar la flota de UAV que incluye: UAV de cosecha de frutos, contenedores de frutos, UAV portadores de frutos, unidades de anclaje y UAV portadores de anclajes; y/o (2) misiones de cosecha o clareo basadas en la madurez del fruto, y no en la cosecha en serie línea por línea, árbol por árbol.
En determinadas realizaciones del sistema de cosecha/clareo/poda de frutos de la invención, el sistema informatizado para mapeo está diseñado para construir una base de datos de huertos para la cosecha y el estado del fruto en el mismo y controlar/permitir al menos uno de: (a) uno o más unidades de anclaje que comprenden un marcador; (b) una unidad voladora equipada con una cámara para tomar una pluralidad de fotografías de una zona predeterminada; y (c) una unidad de mapeo que comprende un procesador y una memoria para recibir dicha pluralidad de fotografías e identificar visualmente uno o más marcadores de unidades de anclaje en dichas fotografías y su ubicación geográfica; y mapear los árboles identificados en dichas fotografías en relación con la ubicación de una o más unidades de anclaje identificadas; en donde una o más unidades de anclaje se colocan en un punto objetivo específico dentro de dicha zona predeterminada.
En realizaciones específicas, el sistema de cosecha/clareo/poda de frutos de la invención es un sistema multifuncional que puede realizar cualquiera de las siguientes labores: cosecha, clareo, poda, espantapájaros y protección contra el robo de frutos y robo del equipo de la plantación.
En determinadas realizaciones, el sistema de cosecha/clareo/poda de frutos de la invención está adicionalmente asociado con un sistema de riego, de manera que rastrea el estado de cada fruto, proporciona información sobre la condición de riego en cada árbol de la plantación y, opcionalmente, ajusta el régimen y la duración del riego.
La presente invención proporciona adicionalmente un método para la cosecha, clareo y/o poda autónomos por un UAV de un huerto, que comprende las etapas de: (a) producir un mapa y una base de datos precisos con alta resolución y exactitud de todos los árboles en un huerto; y (b) cosecha/clareo/poda óptimos utilizando una flota de UAV, que comprende las etapas de: (i) utilizar el mapa producido para construir una representación digital de un huerto en una base de datos, comprendiendo dicha base de datos una representación multicapa del huerto y la información de frutos; (ii) proporcionar labores a UAV autónomos, p. ej., UAV de cosecha que cosechan frutos y proporcionan información actualizada de los frutos para actualizar dicha base de datos; (iii) actualizar dicha base de datos durante la cosecha/clareo/poda a través de datos obtenidos de diferentes UAV en el huerto; y (iv) dirigir dichos UAV de cosecha/clareo/poda de frutos a los frutos que necesitan ser cosechados en base a la base de datos generada y actualizada, en donde la cosecha de los frutos por dichos UAV de cosecha comprende las etapas de: (i) enviar un vehículo aéreo no tripulado (UAV) autónomo para cosechar frutos en una plantación; (ii) identificar de forma autónoma un árbol o una línea de árboles y enfrentarse a ellos; o recibir la posición y dirección del árbol en relación con el UAV desde un dispositivo externo; (iii) identificar/detectar de forma autónoma un fruto a cosechar/clarear en dicho árbol mediante una unidad de detección de frutos; (iv) maniobrar el UAV para acceder y envolver dicha fruto identificado; (v) cosechar el fruto identificado/detectado; y (vi) repetir las etapas (ii) a (v).
En realizaciones específicas del sistema de cosecha/clareo/poda de frutos de la invención, la etapa de producción de un mapa y una base de datos precisos con alta resolución y precisión de todos los árboles en un huerto, comprende las etapas de: (i) colocar una o más unidades de anclaje que comprenden un marcador en un punto objetivo en una zona predefinida y obtener los datos de posición para cada unidad de anclaje; (ii) fotografiar dicha zona predefinida desde la vista superior; (iii) transmitir o transferir las fotografías resultantes a una unidad de mapeo; (iv) identificar/detectar dicho marcador de cada unidad de anclaje en las fotografías; (v) comparar los marcadores detectados en dichas fotografías con los datos de posición de cada unidad de anclaje; (vi) identificar/detectar cada árbol en dicha zona predefinida; (vii) construir una imagen de súper-resolución de la zona predefinida con la posición exacta de cada árbol dentro del huerto; y (viii) generar una base de datos para las labores agrícolas de cosecha o clareo.
En una realización específica, el método de la invención es para repeler pájaros y/o vigilancia.
La presente invención proporciona adicionalmente una base de datos acumulada que guarda el estado diario de una plantación, en donde dicho estado diario se recibe de diferentes UAV autónomos en la plantación y de un sistema de riego. Esta base de datos de la invención se puede utilizar para realizar el siguiente análisis: el resultado es la calidad de los frutos cosechados y la calidad de los frutos antes de la cosecha; tratamiento de entrada de árboles como clareo, poda, espantapájaros, riego. Esta base de datos permite un análisis de aprendizaje profundo de la relación entre la calidad del fruto el día de la cosecha y los tratamientos que reciben los árboles, y permite acciones correctivas a diario y permite sacar conclusiones agronómicas como cuál es la mejor forma de podar el árbol, cuál es la mejor manera de clarear el árbol, cuál es la mejor manera de regar el árbol.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de cosecha, clareo y/o poda de fruta, caracterizado por que comprende:
a) un sistema informático que está configurado para mapear un huerto o mapear la posición de árboles y su contorno en una plantación, para construir una base de datos de huertos para la cosecha y el estado del fruto en el mismo y controlar/permitir al menos uno de:
i) una o más unidades de anclaje que comprenden un marcador;
ii) una unidad voladora equipada con una cámara para tomar una pluralidad de fotografías de una zona predeterminada; y
iii) una unidad de mapeo que comprende un procesador y una memoria, que están configurados para:
- recibir la pluralidad de fotografías:
- identificar visualmente uno o más marcadores de unidades de anclaje en las fotografías y la ubicación geográfica del uno o más marcadores de unidades de anclaje; y
- mapear árboles identificados en las fotografías en relación con la ubicación geográfica de las una o más unidades de anclaje identificadas;
en donde la una o más unidades de anclaje se colocan en un punto objetivo específico dentro de dicha zona predeterminada;
b) un sistema de gestión para la gestión de la flota de vehículos aéreos no tripulados (UAV) autónomos para cosechar, clarear o podar frutos, comprendiendo dicho sistema:
i) uno o más UAV autónomos para cosechar frutos o clarear frutos, que comprende:
- un sistema informático que comprende una memoria, un procesador;
- una unidad de cosecha de fruta;
- una fuente de energía;
- un sistema anti-colisión;
- una unidad de detección de fruta adaptada para calcular una posición de fruta en relación con el UAV; y
- una jaula de red que sobresale, adaptada para empujar ramas y hojas;
en donde:
- dicho sistema anticolisión evita la colisión de dicho UAV con obstáculos permitiendo así la navegación, vuelo y maniobra autónomos de dicho UAV hacia una ubicación objetivo predeterminada; - dicho UAV utiliza la información de posición del fruto recibida de la unidad de detección de frutos con el fin de maniobrar dicho UAV y colocar la unidad de cosecha en un lugar donde se pueda cosechar el fruto identificado;
- dicha jaula está adaptada para ayudar al procedimiento de cosecha empujando ramas y hojas a un lado para permitir que el UAV penetre en la copa del árbol/follaje y alcance el fruto en el interior, y/o proporcione un empuje contrario cuando la unidad de cosecha tira de dicho fruto de una rama;
ii) una estación base;
iii) opcionalmente, un contenedor de fruta; y
iv) uno o más fuentes de energía,
en donde dicho sistema de gestión se usa para: (1) gestionar la flota de UAV que incluye cualquier combinación de UAV de cosecha de fruta, contenedores de fruta, UAV de transporte de fruta, unidades de anclaje y UAV de transporteanclaje; y/o (2) misiones de cosecha o clareo basadas en la madurez de la fruta.
2. El sistema de la reivindicación 1, en donde el sistema es un sistema multi-funcional configurado para realizar una cualquiera de las siguientes tareas: cosecha, clareo, poda, espantapájaros y protección contra el robo de frutos y equipamiento de la plantación.
3. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 -2, en donde el sistema está acoplado de forma comunicativa a un sistema de riego y además está configurado para rastrear cada estado de los frutos, proporcionar información sobre la condición de riego en cada árbol en la plantación, y opcionalmente ajustar el régimen de riego y duración.
4. El sistema de la reivindicación 1, que comprende una base de datos que está configurada para almacenar diariamente estados de la plantación y para recibir datos de los diferentes UAV autónomos en la plantación y de un sistema de riego.
5. El sistema de la reivindicación 1, en donde la base de datos del huerto está configurada para almacenar diariamente el estado de una plantación y recibir datos de diferentes UAV autónomos en la plantación y de un sistema de riego.
6. Un método para la cosecha, clareo y/o poda autónoma por UAV de un huerto, que comprende las etapas de: a) producir un mapa preciso y una base de datos del huerto con alta resolución y precisión de todos los árboles en un huerto, que comprende las etapas de:
i) colocar una o más unidades de anclaje que comprenden un marcador en un punto objetivo en una zona predefinida y obtener datos de posición para cada unidad de anclaje;
ii) fotografiar dicha zona predefinida desde la vista superior;
iii) transmitir o transferir las fotografías resultantes a una unidad de mapeo;
iv) identificar y/o detectar dicho marcador de cada unidad de anclaje en las fotografías;
v) comparar los marcadores detectados en dichas fotografías con los datos de posición de cada unidad de anclaje; vi) identificar y/o detectar cada árbol en dicha zona predefinida;
vii) construir una imagen de súper-resolución de la zona predefinida con la posición exacta de cada árbol dentro del huerto; y
viii) generar la base de datos del huerto para las labores agrícolas de cosecha o clareo.
b) cosechar, clarear y/o podar usando un UAV, que comprende las etapas de:
i) usar el mapa producido para construir una base de datos de un huerto, comprendiendo dicha base de datos una representación multi-capa de la información del huerto y de los frutos;
ii) proporcionar tareas a UAV autónomos;
iii) actualizar dicha base de datos durante la cosecha, clareo y/o poda mediante los datos obtenidos de diferentes UAV en el huerto; y
iv) dirigir dicho UAV de cosecha, clareo y/o poda a frutos que necesitan ser cosechados en base a la base de datos generada y actualizada,
en donde la cosecha de los frutos mediante dichos UAV de cosecha comprende las etapas de:
i) enviar un vehículo aéreo no tripulado (UAV) para cosechar fruta en una plantación;
ii) identificar autónomamente un árbol o una línea de árboles y orientarlo a los mismos; o recibir la posición del árbol y la dirección relativa a el UAV desde un dispositivo externo;
iii) identificar de forma autónoma un fruto que se va a cosechar o clarear en dicho árbol mediante una unidad de detección de frutos;
iv) maniobrar el UAV para acceder y envolver dicho fruto identificado;
v) cosechar el fruto identificado y/o detectado; y
vi) repetir las etapas (ii) a (v).
7. El método de la reivindicación 6, que comprende repeler pájaros y proteger del robo los frutos y el equipamiento de la plantación.
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