ES2940833B2 - EQUIPMENT AND PROCEDURE FOR TAKING SAMPLES, MEASUREMENTS AND RECORDING PHOTOGRAMMETRIC, PHYSICAL AND CHEMICAL PARAMETERS OF THE DEGREE OF RIPENESS OF A FRUIT - Google Patents
EQUIPMENT AND PROCEDURE FOR TAKING SAMPLES, MEASUREMENTS AND RECORDING PHOTOGRAMMETRIC, PHYSICAL AND CHEMICAL PARAMETERS OF THE DEGREE OF RIPENESS OF A FRUITInfo
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- A01D—HARVESTING; MOWING
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Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
EQUIPO Y PROCEDIMIENTO DE TOMA DE MUESTRAS, MEDIDAS Y EQUIPMENT AND PROCEDURE FOR TAKING SAMPLES, MEASUREMENTS AND
REGISTROS DE PARÁMETROS FOTOGRAMÉTRICOS, FISICOS Y QUIMICOS RECORDS OF PHOTOGRAMMETRIC, PHYSICAL AND CHEMICAL PARAMETERS
DEL GRADO DE MADUREZ DE UNA FRUTA THE DEGREE OF RIPENESS OF A FRUIT
OBJETO DEL INVENTO OBJECT OF THE INVENTION
La presente invención se refiere a un equipo formado por un dispositivo electromecánico de toma de muestras y medidas situado sobre un dron de carga, que permite registrar la información relevante del estado de maduración de un fruto de forma semi-automática y sucesiva. El dispositivo toma las muestras de los frutos del árbol, orientando las mismas con su pedúnculo hacia la parte superior y procediendo a su sección por un plano meridional. Sobre la muestra inicial y sobre la muestra seccionada, se realizan una serie de registros fotogramétricos para definir con precisión la geometría de la cubeta peduncular y de la cubeta ocular del fruto, así como la realización de test químicos (PH, grado de acidez y grado de azúcar), y test físicos (temperatura y dureza). The present invention relates to a device consisting of an electromechanical sampling and measurement device placed on a cargo drone, which allows the relevant information on the ripening state of a fruit to be recorded in a semi-automatic and successive manner. The device takes samples of the fruit from the tree, orienting them with their peduncle towards the top and proceeding to section them along a meridional plane. A series of photogrammetric records are made on the initial sample and on the sectioned sample to precisely define the geometry of the peduncular cup and the ocular cup of the fruit, as well as the performance of chemical tests (PH, degree of acidity and degree of sugar), and physical tests (temperature and hardness).
La invención resulta de aplicación en aquellos sectores implicados en el análisis y muestreo automático en explotaciones frutícolas, control fotogramétrico, instrumentación y sistemas de control químico y medio ambiental. La aplicación se ha desarrollado de forma específica para explotaciones de manzana ligados al sector de producción de sidra tradicional asturiana, pero su ámbito de aplicación se extiende a todo tipo de frutos cuasi-esféricos de consistencia y morfología similar al de una manzana que no tengan hueso duro. The invention is applicable to those sectors involved in automatic analysis and sampling in fruit farms, photogrammetric control, instrumentation and chemical and environmental control systems. The application has been developed specifically for apple farms linked to the traditional Asturian cider production sector, but its scope of application extends to all types of quasi-spherical fruits with a consistency and morphology similar to that of an apple that do not have a hard stone.
El fin último es establecer una herramienta de muestreo sistemático y semiautomático que permita realizar un análisis individual del grado de maduración de los frutos de cada árbol en una explotación frutícola. El sistema desarrollado para tal fin facilita la toma de las muestras en altura de una forma rápida y efectiva, especialmente en aquellas explotaciones de gran tamaño, o que se desarrollen en terrenos abruptos que no tengan fácil acceso usando maquinaria agrícola convencional. The ultimate goal is to establish a systematic and semi-automatic sampling tool that allows for an individual analysis of the degree of ripeness of the fruit of each tree in a fruit farm. The system developed for this purpose facilitates the taking of samples at height in a quick and effective way, especially in large farms, or those that are developed in rugged terrain that is not easily accessible using conventional agricultural machinery.
ESTADO DE LA TÉCNICA STATE OF THE ART
En el desarrollo de las explotaciones frutícolas, las labores de mecanización se han introducido en todo el proceso productivo, desde el registro de las condiciones meteorológicas, el control fitosanitario y de plagas, la calidad del suelo, el riego, el abono, la fertilización de las explotaciones, así como en la propia recolección y procesamiento posterior de los frutos. Ejemplos de robots especializados en este sentido pueden encontrarse en https://www.futurefarming.com. Dentro de este ámbito pueden destacarse, tratamientos fitosanitarios en cultivos desarrollado en el proyectoRHEA(Pérez-Ruiz et al, 2015) en la Universidad de Florencia, donde se incorpora el uso de sensores, la robótica especializada. A modo de ejemplo se desarrollan dispositivos electromecánicos agrícolas como Oktopus (Nobili Inc.) con un tanque y un ventilador centrífugo, que automatizan las labores de fumigación. In the development of fruit farms, mechanization tasks have been introduced throughout the production process, from the recording of weather conditions, phytosanitary and pest control, soil quality, irrigation, fertilizer, fertilization of farms, as well as in the actual harvesting and subsequent processing of the fruits. Examples of robots specialized in this sense can be found at https://www.futurefarming.com. Within this field, we can highlight phytosanitary treatments in crops developed in the RHEA project (Pérez-Ruiz et al, 2015) at the University of Florence, where the use of sensors and specialized robotics are incorporated. As an example, agricultural electromechanical devices such as Oktopus (Nobili Inc.) are developed with a tank and a centrifugal fan, which automate fumigation tasks.
En las labores previas a la recolección, el muestro de frutos y la estimación del punto óptimo de maduración constituyen un elemento básico, que condiciona notablemente la viabilidad de las explotaciones. La introducción de sistemas aeronaves no tripuladas o la mejora de la mecanización, ha tenido una notable importancia. Se pueden automatizar muchas estas labores que antes se realizaban de forma manual, sobre todo en explotaciones de notable extensión y de difícil acceso (https://www.futurefarming.com/tech-in-focus/drone-harvesting-ves-you-can/). In the pre-harvest tasks, fruit sampling and estimation of the optimum point of ripening are a basic element, which significantly conditions the viability of farms. The introduction of unmanned aircraft systems or the improvement of mechanization has been of considerable importance. Many of these tasks that were previously carried out manually can be automated, especially in farms of considerable size and difficult access (https://www.futurefarming.com/tech-in-focus/drone-harvesting-ves-you-can/).
Los drones son vehículos no tripulados con capacidad de vuelo estacionario y omnidireccional, han venido aplicándose a labores de muestreo de las masas arbóreas, así como en tratamientos con pesticidas. También han sido utilizado como método de recolección de la producción agrícola. En muchos casos se usan aeronaves no tripuladas como drones de carga, sobre los que se disponen distintos dispositivos ópticos (cámara fotogramétricos, sensores multiespectrales, de infrarrojos, scaner 3d, Lidar, etc). Como ejemplo puede citarse el conocido en el sector como“Agroday drone”un sistema innovador usando drones para usos agrícolas, y que optimiza todo el proceso de aplicación de fertilizantes. Desarrollado por Astrakhans University’s en su centro Advanced Technologies in Electronics and Robotics Center. El dispositivo no recolecta la fruta sino que se interviene directamente sobre los árboles y plantas para facilitar su crecimiento. Básicamente hacen registros fotográficos con luz natural, con infrarrojos, o multiespectrales de la superficie exterior de los frutos, pero no recolectan muestras ni realizan cortes al fruto para analizar su interior. Drones are unmanned vehicles with the ability to hover and fly in an omnidirectional manner. They have been used for sampling tree masses, as well as for pesticide treatments. They have also been used as a method of harvesting agricultural production. In many cases, unmanned aircraft are used as cargo drones, on which different optical devices are placed (photogrammetric cameras, multispectral sensors, infrared sensors, 3D scanners, Lidar, etc.). An example is the one known in the sector as “Agroday drone”, an innovative system using drones for agricultural uses, which optimizes the entire fertilizer application process. Developed by Astrakhans University’s Advanced Technologies in Electronics and Robotics Center. The device does not collect the fruit but rather intervenes directly on the trees and plants to facilitate their growth. They basically take photographic records with natural light, with infrared, or multispectral light of the outer surface of the fruit, but they do not collect samples or make cuts in the fruit to analyze its interior.
Respecto al grado de maduración del fruto, está determinado por la morfología del fruto y por su grado de crecimiento. Estas propiedades del fruto se definen a partir de sus características superficiales (dimensiones, forma, color y textura), así como a la morfología de sus elementos como son su cubeta peduncular, su cubeta ocular, el corazón y la ubicación de las semillas dentro del fruto. Otra serie de parámetros como la dureza de la pulpa y de la piel, el contenido en azucares, el grado de acidez y el PH, son valores determinantes para definir el grado de maduración de los frutos. Para ello existen especificaciones muy precisas dentro de cada tipo de fruto (a modo de ejemplo los parámetros establecidos por el Servicio Regional de Investigación y Desarrollo Agroalimentario del Principado de Asturias, también conocido por las siglas SERIDA () (http://www.serida.org/pdfs/4071.pdf). En este trabajo están claramente definidos las características morfológicas de los frutos a partir de la cubeta peduncular y de la cubeta ocular, para el caso de las manzanas, y define claramente los niveles de PH, de acidez o de azucares que tiene cada una de las variedades de manzanos autóctonos de Asturias. Regarding the degree of ripening of the fruit, it is determined by the morphology of the fruit and its degree of growth. These properties of the fruit are defined by its surface characteristics (dimensions, shape, colour and texture), as well as the morphology of its elements such as its peduncular bowl, its ocular bowl, the core and the location of the seeds within the fruit. Another series of parameters such as the hardness of the pulp and the skin, the sugar content, the degree of acidity and the pH, are determining values to define the degree of ripening of the fruit. For this purpose, there are very precise specifications for each type of fruit (for example, the parameters established by the Regional Service for Agri-Food Research and Development of the Principality of Asturias, also known by the acronym SERIDA () (http://www.serida.org/pdfs/4071.pdf). This work clearly defines the morphological characteristics of the fruits based on the peduncular cup and the ocular cup, in the case of apples, and clearly defines the pH, acidity and sugar levels of each of the varieties of native apple trees in Asturias.
Otros organismos como el Consejo Regulador de la Denominación de Origen Protegida Sidra de Asturias (https://sidradeasturias.es/normativa-general/), establece claramente las 71 variedades de manzana susceptibles de ser consideradas aptas para la elaboración de sidra con Denominación de Origen. Para asegurar que solo se usen estas variedades, establece un meticuloso control del proceso productivo, desde la producción de la manzana seleccionada con identificación geográfica, los tratamientos fitosanitarios, la recogida en las plantaciones, la elaboración, y el embotellado en los lagares (https://sidradeasturias.es/wpcontent/uploads/2020/07/pliego-dop-sidra-de-asturias.pdf). Other bodies, such as the Regulatory Council of the Protected Designation of Origin of Cider from Asturias (https://sidradeasturias.es/normativa-general/), clearly establishes the 71 varieties of apple that may be considered suitable for the production of cider with a Designation of Origin. To ensure that only these varieties are used, it establishes a meticulous control of the production process, from the production of the selected apple with geographical identification, phytosanitary treatments, harvesting in the plantations, production, and bottling in the cider presses (https://sidradeasturias.es/wpcontent/uploads/2020/07/pliego-dop-sidra-de-asturias.pdf).
Este tipo de especificaciones muy claramente establecidas para la manzana pueden extenderse con sus características específicas, a otro tipo de frutas: naranjas, limones, limas, ciruelas, kiwis, higos, etc. tales como las establecidas por el Consejo Regulador de la I.G.P CÍTRICOS VALENCIANOS Identificación Geográfica Protegida (IGP) (https://www.citricosvalencianos.com/). These types of specifications very clearly established for apples can be extended with their specific characteristics to other types of fruits: oranges, lemons, limes, plums, kiwis, figs, etc. such as those established by the Regulatory Council of the PGI CÍTRICOS VALENCIANOS Protected Geographical Identification (PGI) (https://www.citricosvalencianos.com/).
Las técnicas de muestreo y clasificación, no usan solamente imágenes convencionales sino también emplean sensores físicos y químicos (humedad, temperatura, calidad de aire, etc.).AirRobot GmbH & Co. KG(www.airrobot.com) ha desarrollado drones de carga con sensores de alta precisión. En todo caso los análisis se basan en técnicas fotogramétricas con sensores de video en color de luz diurna, sensores de video en blanco y negro, fotografías digitales de alta resolución, o cámaras de imagen térmica por infrarrojos. No disponen de dispositivos específicos para hacer análisis de azucares o de dureza, ya que no han incorporado diseños que permitan capturar la fruta y analizarla en detalle seccionándola en el dispositivo mecánico acoplado al dron. Sampling and sorting techniques do not only use conventional images but also physical and chemical sensors (humidity, temperature, air quality, etc.). AirRobot GmbH & Co. KG (www.airrobot.com) has developed cargo drones with high-precision sensors. In any case, the analyses are based on photogrammetric techniques with daylight colour video sensors, black and white video sensors, high-resolution digital photographs, or infrared thermal imaging cameras. They do not have specific devices for sugar or hardness analyses, as they have not incorporated designs that allow the fruit to be captured and analysed in detail by sectioning it in the mechanical device attached to the drone.
El trabajo desarrollado por la empresa israelíTevelhan patentado y desarrollado el sistema TevelDrone Fluit Picker(https://www.dronesinsite.com/drone-news/teveldrone-fruit-pickers/). Su desarrollo está centrado en la recolección automática de la producción final. Desarrollan distintos dispositivos para capturar la fruta, pero en ningún momento cortan o seccionan el fruto, ni realizan análisis químicos sobre el mismo. En la patente(Tevel Aerobotics Technologies Ltd 2018)reclama un vehículo autónomo no tripulado para el cosechado y la selección (dilución) para el cosechado. Implementa una barra vertical acoplada al dron, con una pinza en su extremo que tiene un sensor de presión en sus garras y también una cámara en su final. Para las labores de selección, al final del brazo se puede acoplar una sierra de corte circular. En algunas aplicaciones el brazo es articulado. The work developed by the Israeli company Tevelhan has patented and developed the TevelDrone Fluit Picker system (https://www.dronesinsite.com/drone-news/teveldrone-fruit-pickers/). Its development is focused on the automatic collection of the final production. They develop different devices to capture the fruit, but at no time do they cut or section the fruit, nor do they perform chemical analysis on it. In the patent (Tevel Aerobotics Technologies Ltd 2018) it claims an unmanned autonomous vehicle for harvesting and selection (dilution) for harvesting. It implements a vertical bar coupled to the drone, with a clamp at its end that has a pressure sensor in its claws and also a camera at its end. For selection tasks, a circular cutting saw can be attached to the end of the arm. In some applications the arm is articulated.
Otra patente con distinto nombre US2019/0166765 A1 (Tevel Aerobotics Technologies Ltd 2019) pero prácticamente mismo contenido que (Tevel Aerobotics Technologies Ltd 2018). Tevel Aerobotics Technologies Ltd. 2018. Device, system and method for harvesting and diluting using aerial drones, for orchards, plantations and green houses, issued August 17, 2018. Another patent with a different name US2019/0166765 A1 (Tevel Aerobotics Technologies Ltd 2019) but practically the same content as (Tevel Aerobotics Technologies Ltd 2018). Tevel Aerobotics Technologies Ltd. 2018. Device, system and method for harvesting and diluting using aerial drones, for orchards, plantations and green houses, issued August 17, 2018.
El sistema dispone de un aparato fotogramétrico para identificar el fruto en el árbol, y aunque va montado sobre un dron, este se une mediante un cable de alimentación a una unidad robotizada en tierra, donde deposita y cuantifica la fruta recolectada. Por este motivo no es un sistema adecuado para el muestreo de grandes extensiones de plantación, donde se tenga que acceder a zonas con terrenos desnivelados, y de difícil acceso. The system has a photogrammetric device to identify the fruit on the tree, and although it is mounted on a drone, it is connected by a power cable to a robotic unit on the ground, where it deposits and quantifies the harvested fruit. For this reason, it is not a suitable system for sampling large plantation areas, where access to areas with uneven and difficult-to-access terrain is required.
La patente US20170094909A1 - Method and Apparatus for Harvesting Produce -Google Patents (no date). Available at: https://patents.google.com/patent/US20170094909A1/en (Accessed: 28 May 2021), se centra más en la caracterización espacial del muestreo sobre el árbol. No secciona ni analiza en detalle el estado de maduración de los frutos. Patent US20170094909A1 - Method and Apparatus for Harvesting Produce -Google Patents (no date). Available at: https://patents.google.com/patent/US20170094909A1/en (Accessed: 28 May 2021), focuses more on the spatial characterization of sampling on the tree. It does not section or analyze in detail the ripening state of the fruits.
La patente US4109314A - Automatic fruit analyzer - Google Patents (no date). Available at: https://patents.google.com/patent/US4109314A/en (Accessed: 28 May 2021), está centrado en diseñar un aparato para analizar el jugo de los frutos, pero no indica cómo se captura en la explotación dichos frutos. Patent US4109314A - Automatic fruit analyzer - Google Patents (no date). Available at: https://patents.google.com/patent/US4109314A/en (Accessed: 28 May 2021), focuses on designing an apparatus for analyzing fruit juice, but does not indicate how said fruits are harvested on the farm.
La patente WO2018033922A1 desarrolla un método de recolección - Device, system and method for harvesting and diluting using aerial drones, for orchards, plantations and green houses - Google Patents (no date). Available at: https://patents.google.com/patent/WO2018033922A1/en (Accessed: 28 May 2021). En esta patente se da más importancia a la geolocalización de un dron o varios drones sobre el árbol o dentro de un invernadero para proceder al muestreo. Patent WO2018033922A1 develops a harvesting method - Device, system and method for harvesting and diluting using aerial drones, for orchards, plantations and green houses - Google Patents (no date). Available at: https://patents.google.com/patent/WO2018033922A1/en (Accessed: 28 May 2021). This patent gives more importance to the geolocation of a drone or several drones on the tree or inside a greenhouse to proceed with sampling.
En la patente US 10555460 B2 (Amrita Vishwa Vidyapeetham et. al. 2016) un dron está equipado con un brazo con una cámara en su extremo que recopila información y dispone de un mecanismo de corte que produce la caída del fruto al suelo para su recogida. En todo caso sobre la misma no se realizan ensayos de muestreo físicoquímicos. Se usa fundamentalmente para recolección, no como muestreo. In US patent 10555460 B2 (Amrita Vishwa Vidyapeetham et. al. 2016) a drone is equipped with an arm with a camera at its end that collects information and has a cutting mechanism that causes the fruit to fall to the ground for collection. In any case, no physical-chemical sampling tests are performed on it. It is primarily used for harvesting, not for sampling.
La patente US2016/0307448 A1 (Bee Robotics Corp. 2016) reclama un dron híbrido (multicóptero-dirigible) para labores agrícolas en general que requieren gran capacidad de carga para la dispersión de fertilizante y la realización de tratamientos fitosanitarios. Patent US2016/0307448 A1 (Bee Robotics Corp. 2016) claims a hybrid drone (multicopter-airship) for general agricultural work requiring a large payload capacity for dispersing fertilizer and performing phytosanitary treatments.
La patente US 2017/0094909 describe un dron para la recolección y comprende un medio de corte usando una motosierra y una cámara de visualización y control de las maniobras necesarias. US patent 2017/0094909 describes a drone for harvesting and comprises a cutting means using a chainsaw and a camera for viewing and controlling the necessary maneuvers.
La patente US No. 748850 (Automatic fruit analyzer 1976) se refiere a un analizador automático de fruta en cuanto a su calidad y estado. Se trata de un instrumento de laboratorio capaz de medir PH, peso, y algún otro parámetro. US Patent No. 748850 (Automatic fruit analyzer 1976) refers to an automatic fruit analyzer for quality and condition. It is a laboratory instrument capable of measuring pH, weight, and some other parameters.
En el mismo campo del análisis agrícola existe la patente (Miresmailli 2019) se refiere a un dispositivo de control y comunicación para sensores (sin especificar) de tipo fisiológico, químico y de análisis de superficie. Está concebido como un dispositivo de mano o montado en plataforma móvil (sin especificar) para el análisis de la salud de cosechas. Miresmailli. 2019. Multi - sensor platform for crophealth monitoring, issued 2019. In the same field of agricultural analysis, there is a patent (Miresmailli 2019) referring to a control and communication device for sensors (unspecified) of physiological, chemical and surface analysis type. It is conceived as a handheld device or mounted on a mobile platform (unspecified) for crop health analysis. Miresmailli. 2019. Multi - sensor platform for crop health monitoring, issued 2019.
La patente (Fabio Augusto Coella 2019) se refiere a un sistema desde dron para el sangrado de árboles productores de látex. Tiene un brazo estimulador de la secreción y trazador de surcos. Fabio Augusto Coella. 2019. Sistema e processo para automatiza?áo da extra?áo de látex por meio de veículos náo tripulados e seu uso na heveicultura de precisáo para produ?áo de borracha natural, issued 2019. The patent (Fabio Augusto Coella 2019) refers to a drone system for bleeding latex-producing trees. It has a secretion-stimulating arm and a furrow tracer. Fabio Augusto Coella. 2019. System and process for the automation of latex extraction by means of unmanned vehicles and its use in precision cattle breeding for the production of natural booze, issued 2019.
Un compendio de métodos para la cuantificación a distancia en tiempo real de rasgos de cítricos en huertos o plantaciones puede consultarse en (Ali and Imran 2021). Dichos rasgos son medidos mediante sensores alojados en dispositivos móviles terrestres, habitualmente instalados en brazos articulados. Ali, Ansar, and Muhammad Imran. 2021. "Remotely Sensed Real-Time Quantification of Biophysical and Biochemical Traits of Citrus (Citrus Sinensis L.) Fruit Orchards - A Review.” Scientia Horticulturae. Vol. 282. Elsevier B.V. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2021.110024. A compendium of methods for remote real-time quantification of citrus traits in orchards or plantations can be found in (Ali and Imran 2021). These traits are measured by sensors housed in terrestrial mobile devices, usually mounted on articulated arms. Ali, Ansar, and Muhammad Imran. 2021. "Remotely Sensed Real-Time Quantification of Biophysical and Biochemical Traits of Citrus (Citrus Sinensis L.) Fruit Orchards - A Review.” Scientia Horticulturae. Vol. 282. Elsevier B.V. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2021.110024.
Trabajos similares pueden encontrarse en Bee Robotics Corp. 2016. Hybrid Airshipdrone farm robot system for crop dusting, planting fertilizing and other field jobs, issued 2016. y en Google Patent. 2019. System and method for mapping and building database for harvesting-dilution tasks using aerial drones - Google Patents, issued 2019. https://patents.google.com/patent/US20190166765A1/en. Están más centrado en labores de fumigación y en el diseño de bases de datos para facilitar la maniobrabilidad de los drones de carga. Similar work can be found at Bee Robotics Corp. 2016. Hybrid Airshipdrone farm robot system for crop dusting, planting fertilizing and other field jobs, issued 2016. and at Google Patent. 2019. System and method for mapping and building database for harvesting-dilution tasks using aerial drones - Google Patents, issued 2019. https://patents.google.com/patent/US20190166765A1/en. They are more focused on fumigation tasks and on the design of databases to facilitate the maneuverability of cargo drones.
Por todo ello, y a tenor de lo anteriormente expuesto, el equipo y el procedimiento de toma de muestras de la presente invención resuelve de forma totalmente diferente a los registros señalados, la toma de muestras, medidas y registros de una fruta recolectada en el árbol en función de los parámetros fotogramétricos, físicos y químicos que indican el grado de madurez de una fruta. For all these reasons, and in accordance with the above, the equipment and sampling procedure of the present invention resolves in a completely different way to the records indicated, the sampling, measurements and records of a fruit collected from the tree based on the photogrammetric, physical and chemical parameters that indicate the degree of ripeness of a fruit.
Para ello, el equipo de la presente invención comprende una estructura formada por un brazo de captura tubular, un soporte, un dron de carga, un dispositivo de análisis de muestras y un dron de carga; donde además los mecanismos electromecánicos del dispositivo de análisis de muestras está constituido por al menos un sistema de bloqueo, un sistema de corte, un sistema de extracción, un sistema de bombeo, un sistema de sensores físico-químicos y un sistema del cono de filtrado. De modo que por medio de un procedimiento el equipo de la invención obtiene todos parámetros indicados anteriormente de forma diferente y mejorada a lo conocido hasta la fecha en este sector. For this purpose, the equipment of the present invention comprises a structure formed by a tubular capture arm, a support, a loading drone, a sample analysis device and a loading drone; where in addition the electromechanical mechanisms of the sample analysis device are constituted by at least one locking system, a cutting system, an extraction system, a pumping system, a physical-chemical sensor system and a filtering cone system. Thus, by means of a procedure, the equipment of the invention obtains all the parameters indicated above in a different and improved way than what is known to date in this sector.
A continuación, se realiza una detallada descripción del invento que completa estas ideas generales introducidas en este punto. A detailed description of the invention is given below, which completes these general ideas introduced at this point.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN DESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invención se refiere a un equipo que comprende un dispositivo electromecánico para la toma de muestras y el análisis de los frutos de un árbol, para determinar su grado de maduración; el cual va montado sobre un dron de carga, que permite el acceso a la explotación agraria donde se van a recolectar los frutos. En concreto el equipo de la invención está formado por los siguientes componentes: The present invention relates to equipment comprising an electromechanical device for sampling and analysing the fruits of a tree to determine their degree of ripeness; which is mounted on a cargo drone, which allows access to the farm where the fruits are to be harvested. Specifically, the equipment of the invention is made up of the following components:
- Un brazo de captura tubular con forma de canal semi-cerrado provisto de una chuchilla que desprende el fruto del árbol, y lo canaliza su hacia el interior del sistema de análisis y muestreo. - A tubular capture arm in the shape of a semi-closed channel equipped with a blade that removes the fruit from the tree and channels it into the analysis and sampling system.
- Un soporte que permite unir el brazo de captura tubular, un dispositivo de análisis de muestras y un dron de cargas. - A support that allows the tubular capture arm, a sample analysis device and a cargo drone to be connected.
- Un dispositivo de análisis de muestras que se compone de un cuerpo cilindrocónico que sirve de soporte para una cámara que va a realizar el registro fotogramétrico así como de todos los dispositivos electro-mecánicos que permiten orientar, seccionar y analizar el fruto, mediante un sistemas de bloqueo, un sistema de corte , un sistema de extracción y un sistema de bombeo. Este dispositivo de medida dispone de un sistema de cono de filtrado donde se coloca el fruto y que permite mediante flotación, orientar la fruta con su pedúnculo hacia arriba. Dispone de una cuchilla que secciona el fruto, procediendo con la cámara fotográfica y un sistema de sensores físicoquímicos a la toma de muestras. Las muestras obtenidas de cada fruto corresponden a: imágenes fotogramétricas de la fruta en posición cenital y seccionada meridionalmente, valores de temperatura, dureza, PH, grado de acidez, y contenido en azúcares. Por otra parte, el dispositivo de análisis de muestras cuenta con un mecanismo de expulsión de la muestra, que de forma automática expulsa el fruto del cuerpo interior del dispositivo de análisis de muestras y lo pone en condiciones de analizar otro fruto. - A sample analysis device consisting of a cylindrical-conical body that serves as a support for a camera that will perform the photogrammetric recording, as well as all the electro-mechanical devices that allow the fruit to be oriented, sectioned and analysed, using a locking system, a cutting system, an extraction system and a pumping system. This measuring device has a filtering cone system where the fruit is placed and which allows the fruit to be oriented with its stem facing upwards by means of flotation. It has a blade that sections the fruit, proceeding with the photographic camera and a system of physical-chemical sensors to take samples. The samples obtained from each fruit correspond to: photogrammetric images of the fruit in a zenithal position and sectioned meridionally, temperature values, hardness, pH, degree of acidity, and sugar content. Furthermore, the sample analysis device is equipped with a sample ejection mechanism, which automatically ejects the fruit from the inner body of the sample analysis device and makes it suitable for analyzing another fruit.
- Un dron de carga (con capacidad de vuelo estacionario y omnidireccional que permite ubicar, mediante maniobras de pilotaje convencional, el fruto sobre un brazo de captura tubular, para su correcta recolección y muestreo. - A cargo drone (with hover and omnidirectional flight capability that allows the fruit to be placed on a tubular capture arm using conventional piloting maneuvers, for correct collection and sampling.
En una realización preferida, el dron de carga ha de ser de chasis cerrado para recolectar el fruto sin que las ramas del árbol interfieran con unas hélices del dron de carga. El sistema de muestreo ha de ser manejado desde el dron usando unos sensores GPS y la cámara frontal del mismo , pero una vez capturada la fruta dentro de dispositivo de análisis de muestras, el registro fotográfico y tratamiento de las muestras será automático. El dron de carga en una realización preferida, ha de disponer de antenas GPS y de un sensor de altura, para determinar las coordenadas georreferenciadas del árbol y la altura a la que se encuentre el fruto a estudiar. La toma de la misma se realiza mediante maniobras de pilotaje convencional del dron de carga, forzando que la chuchilla del brazo de captura tubular corte el pedúnculo de la fruta, y esta se deslice por gravedad al interior del dispositivo de análisis de muestras. In a preferred embodiment, the cargo drone must have a closed chassis to collect the fruit without the branches of the tree interfering with the propellers of the cargo drone. The sampling system must be managed from the drone using GPS sensors and the front camera of the same, but once the fruit has been captured inside the sample analysis device, the photographic record and treatment of the samples will be automatic. The cargo drone in a preferred embodiment must have GPS antennas and a height sensor, to determine the georeferenced coordinates of the tree and the height at which the fruit to be studied is located. The collection is carried out by means of conventional piloting maneuvers of the cargo drone, forcing the blade of the tubular capture arm to cut the fruit's peduncle, and this slides by gravity into the sample analysis device.
El dispositivo de análisis de muestras tiene una parte superior cilíndrica y una parte inferior cónica donde se aloja la fruta una vez desprendida del árbol. Para evitar que inicialmente dicha fruta pueda salir del dispositivo de análisis, se dispone de una palanca de bloqueo. Esta palanca de bloqueo está bloqueada por un tope a modo de un tetón situado en la parte superior de la chuchilla del sistema de corte . Cuando dicha cuchilla de corte se desplaza al interior del dispositivo de análisis y realiza la sección de la fruta en dos mitades, la palanca de bloqueo queda libre del tetón y puede girar libremente entorno a la articulación de una bisagra. Esto permite que puedan extraerse sucesivamente del interior del dispositivo de análisis de muestras las dos mitades de la fruta muestreadas. The sample analysis device has a cylindrical upper part and a conical lower part, which houses the fruit after it has been removed from the tree. A locking lever is provided to prevent the fruit from initially being able to fall out of the analysis device. This locking lever is blocked by a stopper in the form of a lug on the upper part of the cutting blade. When the cutting blade moves into the analysis device and divides the fruit into two halves, the locking lever is released from the lug and can rotate freely around a hinge joint. This allows the two halves of the sampled fruit to be successively removed from the interior of the sample analysis device.
En otra realización preferida, para realizar la orientación de la fruta se emplea un cono de filtrado a modo de decantador, que se asienta interiormente sobre el cono inferior del dispositivo de análisis. Dicho cono de filtrado permite que la fruta no se obture ni quede atrapada. Por la parte inferior del cono de filtrado se introduce agua mediante un sistema de bombeo, de forma que se produce la flotación natural de la fruta que quedará por gravedad en posición vertical, es decir, con el pedúnculo hacia la parte superior y el ojo hacia la parte inferior. Posteriormente, el agua introducida se expulsa y la fruta quedará convenientemente orientada dentro del cono de filtrado. Las aperturas del cono de filtrado impiden que la fruta haga de tapón facilitando la circulación del agua. Por otra parte, dicho cono de filtrado estará convenientemente graduado con marcas concéntricas circulares espaciadas regularmente. Una vez realizadas las fotos desde la parte cenital del dispositivo de análisis de muestras, por fotogrametría podrá obtenerse fácilmente el tamaño calibrado de la fruta usando dichas marcas graduadas. In another preferred embodiment, a filter cone is used to orient the fruit as a decanter, which sits internally on the lower cone of the analysis device. Said filter cone prevents the fruit from becoming blocked or trapped. Water is introduced through the lower part of the filter cone using a pumping system, so that the fruit naturally floats and remains vertical due to gravity, that is, with the stem towards the top and the eye towards the bottom. Subsequently, the introduced water is expelled and the fruit will be conveniently oriented within the filter cone. The openings of the filter cone prevent the fruit from acting as a plug, facilitating the circulation of water. Furthermore, said filter cone will be conveniently graduated with regularly spaced circular concentric marks. Once the photos have been taken from the top of the sample analysis device, the calibrated size of the fruit can easily be obtained by photogrammetry using said graduated marks.
La placa de bloqueo está articulada solamente en su extremo superior a modo de bisagra. La chuchilla que secciona la fruta dependiendo de la posición de avance, permite liberar el giro de la articulación de la bisagra. Inicialmente cuando la cuchilla está dentro de la guía y fuera del cuerpo cilíndrico y fuera del cono de decantación, impide que el fruto que se introduce por el brazo de captura tubular, salga por inercia fuera del cono de filtrado del dispositivo de análisis. Posteriormente cuando la cuchilla entra dentro del cuerpo cilíndrico, y del cono de decantación, se libera el giro de la bisagra de la palanca de bloqueo. En este momento, las dos mitades de fruta seccionada quedan en condiciones de ser extraída. Para ello, una vez seccionado el fruto, sus restos son extraídos del dispositivo de análisis de muestras mediante la pinza extractora. Esta pinza realiza su movimiento circular punzonando el fruto (en su totalidad o parcialmente en cada una de sus mitades) y lo extrae girando en sentido contrario. Dispone de una punta que punzona el fruto y que gira solidariamente con la pinza junto con el brazo, usando para ello la articulación de bisagra. Por otra parte, dicha bisagra tiene un parte fija que hace de tope, facilitando el desprendimiento de fruto una vez que el fruto está fuera del dispositivo de análisis de muestras. The locking plate is hinged only at its upper end. The blade, which cuts the fruit depending on the forward position, allows the hinge joint to be released. Initially, when the blade is inside the guide and outside the cylindrical body and outside the settling cone, it prevents the fruit that is introduced by the tubular capture arm from exiting the filtering cone of the analysis device by inertia. Later, when the blade enters the cylindrical body and the settling cone, the hinge of the locking lever is released. At this point, the two halves of the cut fruit are ready to be extracted. To do this, once the fruit has been cut, its remains are extracted from the sample analysis device using the extractor clamp. This clamp performs its circular movement by punching the fruit (wholly or partially in each of its halves) and extracts it by turning in the opposite direction. It has a tip that punctures the fruit and rotates in conjunction with the gripper and the arm, using the hinge joint. On the other hand, said hinge has a fixed part that acts as a stop, facilitating the detachment of the fruit once the fruit is out of the sample analysis device.
El sistema de flotación se compone de un depósito de agua situado en la parte inferior del dispositivo de análisis. Esta unido mediante un tubo interior central que conecta la parte inferior del depósito con el cono de filtrado. En una ejecución preferente se compone de un compresor de aire que inyecta aire a presión en la parte superior del depósito y produce que el agua pase del depósito al cuerpo inferior del cono cilíndrico inferior del dispositivo de análisis, inundando el cono de filtrado. Esto hace que el fruto quede en flotación y sometido a la acción de la gravedad, y el fruto se dispondrá de forma natural con la zona del pedúnculo hacia arriba y la zona del ojo hacia abajo. Mediante la electroválvula situada en la parte superior del depósito, se libera la presión del aire inyectado, con lo que la presión atmosférica hará que el agua retorne lentamente al depósito, dejando apoyada y encajada la fruta en posición vertical dentro del cono de filtrado. The flotation system consists of a water tank located at the bottom of the analysis device. It is connected by a central inner tube that connects the bottom of the tank with the filtering cone. In a preferred embodiment, it consists of an air compressor that injects pressurized air into the top of the tank and causes the water to pass from the tank to the lower body of the lower cylindrical cone of the analysis device, flooding the filtering cone. This causes the fruit to float and be subject to the action of gravity, and the fruit will be naturally arranged with the stem area upwards and the eye area downwards. Using the solenoid valve located at the top of the tank, the pressure of the injected air is released, so that atmospheric pressure will cause the water to slowly return to the tank, leaving the fruit supported and fitted in a vertical position within the filtering cone.
En posición cenital del cuerpo del dispositivo está ajustada una cámara fotográfica digital, con un flash angular tipo led que permite la toma de muestras fotográficas del fruto convenientemente orientado en posición vertical. A digital camera is fitted in the zenith position of the device body, with an angular LED flash that allows taking photographic samples of the fruit conveniently oriented in a vertical position.
El cono de filtrado es un elemento con ranuras de forma cínica que permite el paso del agua y facilita el centrado de la fruta evitando que esta haga efecto tapón sobre la superficie cónica del dispositivo. Para ello cuenta con cuatro ranuras verticales cerradas que facilitan dicho proceso, e igualmente cuenta con dos ranuras verticales abiertas enfrentadas que lo secciona por su parte superior, facilitando el espacio suficiente para que la atraviese la cuchilla que secciona la fruta. The filtering cone is an element with cynical-shaped slots that allow water to pass through and facilitate the centering of the fruit, preventing it from forming a plug on the conical surface of the device. To do this, it has four closed vertical slots that facilitate this process, and it also has two facing open vertical slots that section it at its top, providing enough space for the blade that sections the fruit to pass through.
Por otra parte, el dispositivo de análisis de muestras permite seccionar la fruta y volverla a reflotar para realizar una fotografía del plano de sección meridional del fruto. Los planos meridionales son los formados por los planos que pasen por la línea definida por el centro del ojo y el centro del pedúnculo de un fruto. Esta fotografía del fruto seccionado por su plano meridional tiene marcados de forma precisa la forma y dimensiones de su cubeta peduncular y su cubeta ocular. Para ello el cuerpo de la cuchilla consta de un filo de corte que secciona por completo la fruta en su avance. Dicha chuchilla cuenta con un sistema de accionamiento mediante un motor eléctrico y una polea dentada. Los dientes de dicha polea se ajustan a la tira de orificios calibrados, actuando como un sistema de cremallera que desplaza radialmente la posición de la cuchilla entrando en el cono de filtrado del dispositivo y cortando la fruta. La forma del filo de la chuchilla y su ajuste a través del cono de filtrado, permite un corte limpio manteniendo la fruta acuñada sobre la superficie cónica interior del cono de filtrado, evitando que la fruta se deslice o cambie de posición. The sample analysis device also allows the fruit to be sectioned and then re-floated to take a photograph of the fruit's meridional section plane. The meridional planes are formed by the planes that pass through the line defined by the centre of the eye and the centre of the stem of a fruit. This photograph of the fruit sectioned by its meridional plane has the shape and dimensions of its stem and eye cups precisely marked. To do this, the body of the blade consists of a cutting edge that completely sections the fruit as it advances. This blade has a drive system using an electric motor and a toothed pulley. The teeth of this pulley fit into the strip of calibrated holes, acting as a rack system that radially displaces the position of the blade entering the filtering cone of the device and cutting the fruit. The shape of the blade edge and its fit through the filter cone allows for a clean cut while keeping the fruit wedged on the inner conical surface of the filter cone, preventing the fruit from slipping or changing position.
El dispositivo de análisis físico-químico se compone de una guía móvil en forma de cremallera para cuatro sondas que se mueven en paralelo hasta contactar con la fruta seccionada a través de cuatro tubos que conectan con la parte interior del cuerpo del dispositivo y que también atraviesan el cono de filtrado. Por cada uno de estos conductos se colocan los siguientes sensores: un sensor de pH y de temperatura, un penetrómetro formado por un dinamómetro que punzona la fruta y permite determinar su grado de dureza, un sensor de azúcar para medir los grados brix, y un sensor de acidez para medir el porcentaje de ácido málico. El movimiento de dicho dispositivo de análisis físico-químico se realiza a partir de un motor eléctrico y de un sistema de cremallera convencional. A partir de las fotografías, y de los datos físico-químicos de los sensores citados puede determinarse el estado de maduración del fruto. The physical-chemical analysis device consists of a mobile rack-shaped guide for four probes that move in parallel until they come into contact with the sectioned fruit through four tubes that connect to the inside of the body of the device and that also pass through the filtering cone. The following sensors are placed in each of these tubes: a pH and temperature sensor, a penetrometer formed by a dynamometer that punctures the fruit and allows its degree of hardness to be determined, a sugar sensor to measure the brix degrees, and an acidity sensor to measure the percentage of malic acid. The movement of this physical-chemical analysis device is carried out using an electric motor and a conventional rack system. From the photographs and the physical-chemical data of the aforementioned sensors, the state of ripeness of the fruit can be determined.
En una realización preferida, el dispositivo de análisis de muestras es un sistema semi-automático pilotado a través de los controles del dron de carga, por lo tanto, podrán repetirse o descartarse alguno de los pasos, en función de la metodología adoptada por el técnico para la toma de las muestras. In a preferred embodiment, the sample analysis device is a semi-automatic system piloted through the controls of the cargo drone, therefore, some of the steps may be repeated or discarded, depending on the methodology adopted by the technician for taking the samples.
En otra realización preferente, se añade al agua del depósito una disolución química que actúa como marcador del grado de azucares en la fruta. De esta forma las fotografías registradas de la sección meridional del fruto, muestran el corte del fruto teñido por dicho marcador, estableciendo un indicador cualitativo de la distribución de azucares y de grado de madurez del fruto. In another preferred embodiment, a chemical solution is added to the water in the tank which acts as a marker of the degree of sugar in the fruit. In this way, the photographs recorded of the southern section of the fruit show the cut of the fruit stained by said marker, establishing a qualitative indicator of the distribution of sugars and the degree of ripeness of the fruit.
En cuanto a la aplicabilidad del equipo de la invención y de su procedimiento asociado aquí propuesto, indicar lo siguiente: As regards the applicability of the equipment of the invention and its associated procedure proposed here, the following should be noted:
- La invención resulta de aplicación en aquellos sectores implicados en el análisis y muestreo automático en explotaciones frutícolas, control fotogramétrico, instrumentación y sistemas de control químico y medio ambiental. - The invention is applicable in those sectors involved in automatic analysis and sampling in fruit farms, photogrammetric control, instrumentation and chemical and environmental control systems.
- El equipo incorpora un dispositivo para la toma de muestras semi-automático a través de un brazo de captura tubular montado sobre un dron de carga que no precisa de la supervisión continua de un operario para realizar la toma de muestras, ni necesita aterrizar para realizar los test físicos y químicos. El dispositivo de análisis registra de forma automática: colección de fotos calibradas, posición GPS, altura de la muestra, así como el registro digital de cada uno de los sensores físicos y químicos. - The equipment includes a semi-automatic sampling device using a tubular capture arm mounted on a cargo drone that does not require continuous supervision by an operator to take samples, nor does it need to land to perform physical and chemical tests. The analysis device automatically records: collection of calibrated photos, GPS position, sample height, as well as the digital record of each of the physical and chemical sensors.
- El sistema propuesto va montado sobre un dron de carga que trabaja fácilmente en altura y en zonas de terreno abruptas de forma que permite hacer un recolección más sistemática y periódica de las muestras. Esto no es posible con otro tipo de sistemas montados sobre vehículos o robots agrícolas. El dron de carga facilita notablemente el acceso a frutos de las partes altas del árbol, especialmente cuando la plantación frutícola se desarrolla en terrenos desnivelados y/o rocosos. - The proposed system is mounted on a cargo drone that works easily at height and in areas of rugged terrain, allowing for more systematic and periodic collection of samples. This is not possible with other types of systems mounted on vehicles or agricultural robots. The cargo drone greatly facilitates access to fruit from the upper parts of the tree, especially when the fruit plantation is developed on uneven and/or rocky terrain.
- La invención facilita la toma de muestras para analizar el estado de maduración de los mismos y establecer un registro documental que permita establecer el momento óptimo de recolección de los frutos en grandes explotaciones. - The invention facilitates the taking of samples to analyse the state of ripening of the same and to establish a documentary record that allows establishing the optimal moment of harvesting of the fruits in large farms.
Su operatividad permite obtener información de zonas extensas a un coste reducido y en menor tiempo. Its operability allows obtaining information from large areas at a reduced cost and in less time.
- Dicho sistema se considera adecuado para el registro de explotaciones de manzanos dedicados a la producción de sidra natural. De forma periódica, tal y como establece el Servicio Regional de Investigación y Desarrollo Agroalimentario del Principado de Asturias, para el control de explotaciones con Denominación de Origen Protegida Sidra de Asturias, es necesario hacer un seguimiento del estado de los frutos, comprobar que se corresponde a las variedades de frutos autóctonos de Asturias, y elaborar las certificaciones pertinentes. El uso del equipo de muestreo aquí propuesto puede agilizar y abaratar noblemente estas labores. - This system is considered appropriate for the registration of apple farms dedicated to the production of natural cider. Periodically, as established by the Regional Service for Agri-Food Research and Development of the Principality of Asturias, for the control of farms with Protected Designation of Origin Cider of Asturias, it is necessary to monitor the state of the fruit, check that it corresponds to the varieties of fruit native to Asturias, and prepare the relevant certifications. The use of the sampling equipment proposed here can greatly speed up and reduce the cost of these tasks.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS DESCRIPTION OF FIGURES
De la figura 1 a la figura 17 se representan los componentes principales que configuran el equipo de toma de muestras, medidas y registros de los parámetros que definen el grado de madurez de una fruta del presente invento, que son al menos: Figure 1 to Figure 17 show the main components that make up the equipment for taking samples, measuring and recording the parameters that define the degree of ripeness of a fruit of the present invention, which are at least:
Un brazo de captura (C1) tubular; A tubular capture arm (C1);
Un soporte (C2); A support (C2);
Un dispositivo de análisis de muestras (C3), el cual está formado por un cuerpo cilíndrico-cónico y por seis mecanismos electromecánicos agrupados en seis sistemas, que son: A sample analysis device (C3), which is made up of a cylindrical-conical body and six electromechanical mechanisms grouped into six systems, which are:
Un Sistema de bloqueo (S1); A Locking System (S1);
Un Sistema de corte (S2); A cutting system (S2);
Un Sistema de extracción (S3) An Extraction System (S3)
Un Sistema de bombeo (S4); A pumping system (S4);
Un Sistema de sensores físico-químicos (S5); y A Physical-Chemical Sensor System (S5); and
Un Sistema del cono de filtrado (S6). A filter cone system (S6).
Un dron de carga (C4). A cargo drone (C4).
En la figura 1A y en la figura 1B se muestra respectivamente una vista en alzado y una vista en isométrico de la distribución de cada uno de los componentes que conforman el equipo de la invención. En estas figuras se representa la disposición estructural del equipo de la invención, el cual está formado por el brazo de captura (C1), el soporte (C2), el dispositivo de análisis de muestras (C3) y el dron de carga (C4). Figure 1A and Figure 1B show, respectively, an elevation view and an isometric view of the distribution of each of the components that make up the equipment of the invention. These figures represent the structural arrangement of the equipment of the invention, which is made up of the capture arm (C1), the support (C2), the sample analysis device (C3) and the cargo drone (C4).
En la figura 2A y en la figura 2B se representan dos vistas diferentes del brazo de captura (C1) tubular del equipo de la invención. El brazo de captura (C1) es tubular y se compone por un tubo (3) con forma curva que tiene en su parte superior una abertura en forma de canalón por el que se canaliza la fruta; cuenta en su extremo con una cuchilla (1) sobre un soporte (2), que permite cortar el pedúnculo de la fruta y arrancarlo del árbol; y además tiene un aro (4) en su extremo inferior que permite unir el conjunto del brazo de captura (C1) con el cuerpo del dispositivo de análisis de muestras . Figure 2A and Figure 2B show two different views of the tubular capture arm (C1) of the equipment of the invention. The capture arm (C1) is tubular and consists of a curved tube (3) with a gutter-shaped opening at its top through which the fruit is channeled; it has a blade (1) on a support (2) at its end, which allows the fruit's stem to be cut and removed from the tree; and it also has a ring (4) at its lower end that allows the capture arm assembly (C1) to be joined to the body of the sample analysis device.
En la figura 3 se ilustra una vista axonométrica del soporte (C2), el cual tiene dos funciones que son la de permitir el montaje de un dron de carga (C4) y la de asegurar el cuerpo del dispositivo de análisis de muestras. El soporte (C2) se compone de un bastidor (9), en forma de cruz sobre el que se colocan todos los componentes del dron de carga; cuatro brazos descendentes interiores (10) que se fijan a un anillo del dispositivo de análisis de muestras; unos brazos descendentes exteriores (8) que están unidos por un travesaño de refuerzo (6), sobre el que se apoyan una placa cuadrada perforada (7) que permite fijar unos sensores físicoquímicos (no representados) y un motor de accionamiento (no representado); y dos patines de aterrizaje (5) que conforman la base del conjunto del dron de carga. Figure 3 illustrates an axonometric view of the support (C2), which has two functions: to allow the mounting of a cargo drone (C4) and to secure the body of the sample analysis device. The support (C2) consists of a frame (9), in the form of a cross on which all the components of the cargo drone are placed; four inner descending arms (10) that are fixed to a ring of the sample analysis device; outer descending arms (8) that are joined by a reinforcing crossbar (6), on which a perforated square plate (7) rests, which allows physicochemical sensors (not shown) and a drive motor (not shown); and two landing skids (5) that form the base of the cargo drone assembly.
En la figura 4A y en la figura 4B, se ilustran dos vistas axonométricas del bastidor del cuerpo del dispositivo de análisis de muestras (C3) en una perspectiva posterior y frontal respectivamente, y donde se representa dicho dispositivo desprovisto de sus mecanismos internos. Tal y como se representa en estas figuras 4A y 4B, el cuerpo del dispositivo de análisis de muestras (C3) se compone por un cuerpo cilíndricocónico configurado por un tubo cilindrico vertical (14) y un tubo cónico donde el tubo cilindrico vertical (14) tiene intersectado un tubo cilindrico horizontal (13) del mismo diámetro, con un aro (12) donde se une el conjunto del dispositivo con el brazo de captura del equipo; y donde el tubo cónico hace las veces de decantación de la fruta mediante un cono de decantación (15) dentro del que se aloja un filtro metálico ranurado (no representado) que conforma un sistema de cono de filtrado. In Figure 4A and Figure 4B, two axonometric views of the frame of the body of the sample analysis device (C3) are illustrated in a rear and front perspective respectively, and where said device is shown devoid of its internal mechanisms. As shown in these Figures 4A and 4B, the body of the sample analysis device (C3) is composed of a cylindrical-conical body configured by a vertical cylindrical tube (14) and a conical tube where the vertical cylindrical tube (14) has a horizontal cylindrical tube (13) of the same diameter intersected, with a ring (12) where the device assembly is joined to the capture arm of the equipment; and where the conical tube acts as a decanter for the fruit by means of a decanting cone (15) inside which a slotted metal filter (not shown) is housed that forms a filtering cone system.
Por otro lado comentar que, en las figuras 4A y 4B también se muestra que el tubo cilindrico vertical (14) tiene una tapa superior con una abertura, donde se dispone de un orificio a través del cual se coloca el eje visual de una cámara fotográfica (no representada); y un anillo (11) donde se coloca una caja de control (no representada) con las conexiones, componentes eléctricos y controladores electrónicos de unos motores (no representados), así como de un compresor de aire, una electroválvula y unos disparadores electrónicos de una cámara fotográfica (no representados en estas figuras). On the other hand, it should be noted that figures 4A and 4B also show that the vertical cylindrical tube (14) has an upper cover with an opening, where there is a hole through which the visual axis of a camera is placed (not shown); and a ring (11) where a control box is placed (not shown) with the connections, electrical components and electronic controllers of some motors (not shown), as well as an air compressor, a solenoid valve and electronic triggers of a camera (not shown in these figures).
En la figura 5 y en la figura 6, se ilustra una vista anterior y una vista posterior respectivamente del cuerpo del dispositivo de análisis de muestras (C3), donde se muestran los mecanismos electro-mecánicos que permiten el corte y la toma de muestras del equipo del invento. De modo que, estos mecanismos configuran unos sistemas que son un sistema de bloqueo (S1), un sistema de corte (S2), un sistema de extracción (S3), un sistema de bombeo (S4), un sistema de sensores físicoquímicos (S5) y un sistema de cono de filtrado (S6). Figure 5 and Figure 6 illustrate a front view and a rear view respectively of the body of the sample analysis device (C3), where the electro-mechanical mechanisms that allow the cutting and taking of samples of the equipment of the invention are shown. Thus, these mechanisms configure systems that are a locking system (S1), a cutting system (S2), an extraction system (S3), a pumping system (S4), a physicochemical sensor system (S5) and a filtering cone system (S6).
En las figuras 7A y 7B se muestran los componentes que configuran el sistema de bloqueo (S1), donde se ilustra respectivamente una posición de bloqueo y una posición de desbloqueo del dispositivo de análisis de muestras (C3). El sistema de bloqueo (S1) está situado en el tubo vertical (14) del cuerpo cilíndrico-cónico del dispositivo y está formado por una palanca de bloqueo (S1.1), que evita que la fruta salga por inercia del cuerpo del dispositivo de análisis de muestras (C3) cuando es capturada del árbol; y una articulación (S1.2) que hace las veces de bisagra de la palanca de bloqueo (S1.1) para facilitar la expulsión de la fruta una vez fotografiada, cortada y muestreada. Figures 7A and 7B show the components that make up the locking system (S1), where a locking position and an unlocking position of the sample analysis device (C3) are respectively illustrated. The locking system (S1) is located in the vertical tube (14) of the cylindrical-conical body of the device and is formed by a locking lever (S1.1), which prevents the fruit from coming out of the body of the sample analysis device (C3) by inertia when it is captured from the tree; and a joint (S1.2) that acts as a hinge for the locking lever (S1.1) to facilitate the expulsion of the fruit once it has been photographed, cut and sampled.
En la figura 8A se muestran los componentes que configuran el sistema de corte (S2) del dispositivo de análisis de muestras (C3), y en la figura 8B se muestra en detalle una cuchilla (S2.1) del aludido sistema de corte. Tal y como se puede apreciar en las figuras, el sistema de corte (S2) está situado entre el tubo cilíndrico vertical (14) y el cono de decantación (15) del cuerpo cilíndrico-cónico del dispositivo, y está formado por una cuchilla (S2.1) que se desliza por el interior de una guía (16); un engranaje (S2.2) que está ligado con un motor (S2.3) que engrana a modo de cremallera con unas ranuras (S2.1.3) de la cuchilla (S2.1) facilitando el movimiento de esta cuchilla (S2.1), que mediante un filo (S2.1.2) realiza la sección del fruto. Esta cuchilla (S2.1) además comprende un tetón (S2.1.1) que permite bloquear el movimiento de la palanca del sistema de bloqueo (no representado), cuando la chuchilla está fuera del cono de decantación (15) y del cono de filtrado. Una vez cortada la fruta se desbloquea dicho tetón (S2.1.1), y la palanca del sistema de bloqueo puede girar para permitir la extracción de la fruta seccionada (no representado). Figure 8A shows the components that make up the cutting system (S2) of the sample analysis device (C3), and Figure 8B shows a detail of a blade (S2.1) of the aforementioned cutting system. As can be seen in the figures, the cutting system (S2) is located between the vertical cylindrical tube (14) and the settling cone (15) of the cylindrical-conical body of the device, and is formed by a blade (S2.1) that slides inside a guide (16); a gear (S2.2) that is linked to a motor (S2.3) that meshes like a rack with slots (S2.1.3) of the blade (S2.1) facilitating the movement of this blade (S2.1), which by means of an edge (S2.1.2) performs the section of the fruit. This blade (S2.1) also comprises a pin (S2.1.1) which allows the movement of the locking system lever (not shown) to be blocked when the blade is outside the settling cone (15) and the filtering cone. Once the fruit has been cut, said pin (S2.1.1) is unlocked and the locking system lever can rotate to allow the extraction of the sectioned fruit (not shown).
En la figura 9A se muestran los componentes que configuran el sistema de extracción (S3) del dispositivo de análisis de muestras (C3), y en la figura 9B se muestra en detalle las piezas que conforman brazo extractor (S3.1) del aludido sistema de extracción. Tal y como se puede apreciar en estas figuras, el sistema de extracción (S3) está formado por un brazo extractor (S3.1), que se fija al tubo cilíndrico vertical (14) del dispositivo de análisis de muestras (C3) por una pieza bisagra (S3.2) que actúa como articulación del giro del extractor; un motor (S3.5) que actúa con el brazo extractor (S3.1), lo que permite al brazo extractor entrar por giro dentro de cuerpo cilíndrico (14) del dispositivo que mediante unos dientes (S3.4) punzona la fruta por su parte superior para su extracción; un soporte (S3.3) que permanece fijo, y permite pasar por entre medias de su eje al brazo extractor (S3.1) en su giro, logrando de este modo que la fruta se desprenda una vez que está fuera del tubo cilindro (14) del dispositivo de análisis de muestras (C3); y una protuberancia (S3.6) que establece el tope de giro máximo del brazo extractor (S3.1). Figure 9A shows the components that make up the extraction system (S3) of the sample analysis device (C3), and Figure 9B shows in detail the parts that make up the extraction arm (S3.1) of the aforementioned extraction system. As can be seen in these figures, the extraction system (S3) is made up of an extraction arm (S3.1), which is fixed to the vertical cylindrical tube (14) of the sample analysis device (C3) by a hinge piece (S3.2) that acts as a joint for the rotation of the extractor; a motor (S3.5) that acts with the extraction arm (S3.1), which allows the extraction arm to rotate into the cylindrical body (14) of the device that, by means of teeth (S3.4), punctures the fruit at its upper part for its extraction; a support (S3.3) that remains fixed, and allows the extractor arm (S3.1) to pass between its axis during its rotation, thus achieving that the fruit is detached once it is outside the cylinder tube (14) of the sample analysis device (C3); and a protuberance (S3.6) that establishes the maximum rotation stop of the extractor arm (S3.1).
En la figura 10 se representa el sistema de bombeo (S4) del dispositivo de análisis de muestras (C3), mientras que en la figura 11A se representa en detalle los elementos que configuran un depósito (S4.1) que configura el sistema de bombeo (S4) y en la figura 11B se representa una sección de dicho depósito (S4.1). Tal y como se muestra en estas figuras, el sistema de bombeo (S4) comprende un depósito (S4.1) que contiene inicialmente agua; un compresor de aire (S4.2) con un tubo (S4.4), donde se inyecta aire en la parte superior del depósito (S4.1) a través de un orificio (S4.5), de modo que el aire introducido por el aludido orificio (S4.5) permite que al agua ascienda por el tubo central (S4.6) entrando por la parte inferior del cono de decantación (15) del dispositivo de análisis de muestras, e inundando el cono de filtrado. Esto produce el flotamiento de la fruta disponiéndose por gravedad su cubeta pendular hacia arriba y su cubeta ocular hacia abajo. El sistema de bombeo (S4) además comprende una electro-válvula de aire (S4.3) en conexión con un conducto (4.7), que permite poner a presión atmosférica el aire inyectado en el deposito (S4.1), facilitando el retorno del agua por gravedad, dejando orientada la fruta dentro del cono de filtrado. Figure 10 shows the pumping system (S4) of the sample analysis device (C3), while Figure 11A shows in detail the elements that make up a tank (S4.1) that makes up the pumping system (S4) and Figure 11B shows a section of said tank (S4.1). As shown in these figures, the pumping system (S4) comprises a tank (S4.1) that initially contains water; an air compressor (S4.2) with a tube (S4.4), where air is injected into the upper part of the tank (S4.1) through an orifice (S4.5), so that the air introduced through the aforementioned orifice (S4.5) allows the water to rise through the central tube (S4.6) entering through the lower part of the settling cone (15) of the sample analysis device, and flooding the filtering cone. This causes the fruit to float, with the pendulum-shaped bucket facing upwards and the ocular bucket facing downwards by gravity. The pumping system (S4) also includes an air solenoid valve (S4.3) connected to a conduit (4.7), which allows the air injected into the tank (S4.1) to be brought to atmospheric pressure, facilitating the return of the water by gravity, leaving the fruit oriented within the filtering cone.
En la figura 12 se muestran los elementos que configuran el sistema de toma de muestras físico-químicas (S5) del dispositivo de análisis de muestras (C3), el cual comprende unos sensores (S5.2) que son introducidos dentro del cono de decantación (15) del dispositivo para la toma de muestras de la fruta; un motor de sensores (S5.5) que está fijado en la placa cuadrada perforada del soporte del equipo y activa el mecanismo de los sensores (S5.2); un mecanismo de cremallera (S5.4), el cual permite introducir los sensores (S5.2) físico-químicos de contacto a través de unos tubos horizontales (S5.1) situados en el cono de decantación (15) del dispositivo. De forma preferente se emplean cuatro sensores (S5.2) de contacto en que corresponden a un sensor de PH y de temperatura (a), un sensor de dureza (b), un sensor de grado de acidez (c), y un sensor de azucares (d). En la Figura 12 A se ilustran los sensores fuera de los tubos horizontales (S5.1), los cuales actúan como guías del movimiento de los sensores citados hasta que entran en contacto con la superficie de fruto dentro del cono de filtrado. Otro detalle del invento, es que las conexiones necesarias para el funcionamiento de dichos sensores (S5.2) químicos se disponen dentro de una caja (S5.3). En una aplicación preferente se usa un sensor dinamométrico de punzonamiento de la fruta para realizar el test de dureza. Figure 12 shows the elements that make up the physical-chemical sampling system (S5) of the sample analysis device (C3), which comprises sensors (S5.2) that are introduced into the settling cone (15) of the device for taking fruit samples; a sensor motor (S5.5) that is fixed to the perforated square plate of the equipment support and activates the sensor mechanism (S5.2); a rack mechanism (S5.4), which allows the physical-chemical contact sensors (S5.2) to be introduced through horizontal tubes (S5.1) located in the settling cone (15) of the device. Preferably, four contact sensors (S5.2) are used, which correspond to a pH and temperature sensor (a), a hardness sensor (b), an acidity degree sensor (c), and a sugar sensor (d). Figure 12 A shows the sensors outside the horizontal tubes (S5.1), which act as guides for the movement of the aforementioned sensors until they come into contact with the fruit surface inside the filtering cone. Another detail of the invention is that the connections necessary for the operation of said chemical sensors (S5.2) are arranged inside a box (S5.3). In a preferred application, a dynamometric fruit puncture sensor is used to perform the hardness test.
En la figura 13 se muestran los elementos que configuran el sistema de cono de filtrado (S6) en un plano seccionado parcialmente del dispositivo de análisis de muestras; y en las figuras 14A, 14B y 14C se muestra respectivamente un plano en vista axométrica, un plano en alzado y un plano en planta de la parte interna del sistema de cono de filtrado (S6). Tal y como se ha representado en las figuras, dentro del cono de decantación (15) del dispositivo se encuentra ubicado el sistema del cono de filtrado (S6), el cual actúa como un cono metálico formado por una sucesión descendente de marcas circulares (S6.5) en su cara interna donde se asienta el fruto a muestrear (no representado), dejando pasar el agua de flotación, la cuchilla (S2.1) del sistema de corte y los sensores de análisis físico-químicos. El sistema de cono de filtrado (S6) está formado por los siguientes elementos ranurados: cuatro aberturas (S6.1) para el paso del agua de flotación, dos aberturas verticales enfrentadas (S6.2) que permiten el paso de la chuchilla (S2.1), y cuatro aberturas circulares (S6.3) para el acceso de los sensores químicos. Además, el sistema del cono de filtrado (S6) comprende dos aros de acople (S6.4) situados perimetralmente en la parte superior e inferior de su cuerpo. Especificando además, que el tamaño del cono de filtrado permite controlar el tamaño de la fruta muestreada, permitiendo ajustar el dispositivo de análisis para tratar distintos tipos de fruto, o analizar el mismo tipo de fruto con distintos periodos de maduración. Figure 13 shows the elements that make up the filtering cone system (S6) in a partially sectioned plan of the sample analysis device; and Figures 14A, 14B and 14C show respectively an axometric view, an elevation plan and a plan view of the internal part of the filtering cone system (S6). As shown in the figures, the filtering cone system (S6) is located inside the settling cone (15) of the device, which acts as a metal cone formed by a descending succession of circular marks (S6.5) on its internal face where the fruit to be sampled (not shown) sits, allowing the flotation water, the blade (S2.1) of the cutting system and the physical-chemical analysis sensors to pass through. The filter cone system (S6) is made up of the following slotted elements: four openings (S6.1) for the passage of flotation water, two vertical facing openings (S6.2) that allow the passage of the blade (S2.1), and four circular openings (S6.3) for the access of the chemical sensors. In addition, the filter cone system (S6) comprises two coupling rings (S6.4) located around the perimeter of the upper and lower parts of its body. It is also specified that the size of the filter cone allows the size of the sampled fruit to be controlled, allowing the analysis device to be adjusted to treat different types of fruit, or to analyse the same type of fruit with different ripening periods.
En la Figura 15A y 15B, se muestran dos cortes parciales para ver el interior del cuerpo del dispositivo de análisis de muestras (C3) cuando la fruta (19) es seccionada. En la Figura 15A se muestra la fruta (19) dispuesta en el sistema del cono de filtrado (S6) una vez orientada y previamente a la sección. En la Figura 15B se ilustra la fruta (19) ya seccionada en dos mitades, una vez que la chuchilla (S2.1) del dispositivo ha avanzado su posición hasta atravesar completamente el cono de filtrado (S6) por las aberturas verticales enfrentadas. Otro detalle del invento, es que la superficie interior del cono de filtrado (S6), cuenta con una sucesión descendente de marcas circulares, que están grabadas a intervalos de 0.5 cm en la dirección de las generatrices del cono, las cuales se utilizan a modo de escala pre-impresa como patrón de referencia para calibrar el tamaño de la fruta, a partir de las fotografías realizadas por una cámara (17) del dispositivo que está en conexión con una caja de control (18). Figures 15A and 15B show two partial sections to view the inside of the sample analysis device (C3) when the fruit (19) is sectioned. Figure 15A shows the fruit (19) placed in the filtering cone system (S6) once oriented and prior to sectioning. Figure 15B shows the fruit (19) already sectioned into two halves, once the blade (S2.1) of the device has advanced its position until it completely passes through the filtering cone (S6) through the facing vertical openings. Another detail of the invention is that the inner surface of the filtering cone (S6) has a descending succession of circular marks, which are engraved at intervals of 0.5 cm in the direction of the generatrices of the cone, which are used as a pre-printed scale as a reference pattern to calibrate the size of the fruit, from the photographs taken by a camera (17) of the device that is connected to a control box (18).
Finalmente, en la figura 16A y en la figura 16B, se ilustran respectivamente una vista en alzado y otra vista en planta del dron de carga (C4) posicionado sobre el soporte (C2) del equipo del invento. Tal y como muestran estas figuras, el dron de carga (C4) en una ejecución preferente tiene un sistema de vuelo formado por cuatro hélices que están accionadas por unos motores sin escobillas (20) conocidos en el sector como motores“brnshless”,un sensor de altura (21), tres antenas de posicionamientoGPS(22), una cámara multiespectral (23), una batería (24), así como un cuadro de control (no representado) que contiene todos los elementos electrónicos que manejan el dron de carga (C4). Finally, in Figure 16A and Figure 16B, an elevation view and a plan view of the cargo drone (C4) positioned on the support (C2) of the equipment of the invention are illustrated respectively. As these figures show, the cargo drone (C4) in a preferred execution has a flight system formed by four propellers that are driven by brushless motors (20) known in the sector as "brushless" motors, a height sensor (21), three GPS positioning antennas (22), a multispectral camera (23), a battery (24), as well as a control panel (not shown) that contains all the electronic elements that manage the cargo drone (C4).
EXPLICACIÓN DE UN MODO DE FUNCIONAMIENTO DE LA INVENCIÓN EXPLANATION OF A MODE OF OPERATION OF THE INVENTION
La operatividad del equipo previamente indicado de muestreo y análisis, según una realización preferida comprende las sientes 12 fases: The operation of the previously indicated sampling and analysis equipment, according to a preferred embodiment, comprises the seven 12 phases:
1) El usuario define en el dron de carga (C4) la trayectoria geo-referenciada de los árboles que deben muestrearse. Para ello especifica la sucesión de coordenadas GPS donde posicionarse. 1) The user defines the geo-referenced path of the trees to be sampled on the cargo drone (C4). To do this, the user specifies the sequence of GPS coordinates where to position the trees.
2) A continuación el operador del dron de carga (C4), identifica de forma visual los frutos a analizar. Procede a realizar la maniobra con su brazo de captura, cortando uno de los frutos del árbol por su pedúnculo y recogiéndolo en el tubo (3) con forma curva del brazo de captura (C1) tubular. 2) Next, the cargo drone operator (C4) visually identifies the fruits to be analyzed. He proceeds to perform the maneuver with his capture arm, cutting one of the fruits from the tree by its stem and collecting it in the curved tube (3) of the tubular capture arm (C1).
3) La fruta de muestreo recolectada se canaliza por el tubo (3) hasta el sistema del cono de filtrado (S6) en la parte inferior del dispositivo de análisis de muestras (C3). La palanca de bloqueo (S1.1) está fija de forma que evita que dicho fruto pueda salir por inercia del cuerpo del dispositivo de análisis de muestras (C3). 3) The collected sample fruit is channelled through the tube (3) to the filter cone system (S6) at the bottom of the sample analysis device (C3). The locking lever (S1.1) is fixed in such a way that it prevents the fruit from being pushed out of the body of the sample analysis device (C3) by inertia.
4) Se inyecta agua desde el deposito (S4.1) en el sistema del cono de filtrado (S6), hasta que la fruta adopta posición vertical. Posteriormente esa agua se evacua del sistema del cono de filtrado (S6) quedando la fruta colocada en posición vertical, es decir con el pedúnculo hacia arriba y el ojo hacia abajo, pero ahora no en flotación sino apoyado sobre el sistema del cono de filtrado (S6). 4) Water is injected from the tank (S4.1) into the filter cone system (S6) until the fruit is in a vertical position. This water is then evacuated from the filter cone system (S6) leaving the fruit in a vertical position, i.e. with the stem facing upwards and the eye facing downwards, but now not floating but resting on the filter cone system (S6).
5) Se realizan la foto cenital de dicha fruta con la cámara (17) fotográfica registrando en la foto las marcas circulares (S6.5) grabadas en el sistema cono de filtrado (S6), lo que permite deducir con precisión su diámetro por fotogrametría. 5) A zenith photo of said fruit is taken with the photographic camera (17), recording in the photo the circular marks (S6.5) engraved in the filtering cone system (S6), which allows its diameter to be accurately deduced by photogrammetry.
6) La cuchilla (S2.1.) secciona el fruto por su eje vertical pero no realiza su corte en su totalidad. La cuchilla (S2.1) corta la fruta parcialmente dejando una de las mitades fija y acuñada en la parte derecha y otra fija y acuñada en la parte izquierda (se toma el sentido de avance de la cuchilla para marcar la parte derecha e izquierda del fruto). En esta posición el filo de la chuchilla (S2.1.) avanza hasta alcanzar la vertical del eje del sistema del cono de filtrado (S6). 6) The blade (S2.1.) cuts the fruit along its vertical axis but does not make the entire cut. The blade (S2.1) partially cuts the fruit, leaving one of the halves fixed and wedged on the right side and the other fixed and wedged on the left side (the direction of advance of the blade is taken to mark the right and left sides of the fruit). In this position, the edge of the blade (S2.1.) advances until it reaches the vertical axis of the filtering cone system (S6).
7) Se activa el mecanismo de muestreo físico-químico o sistema de sensores físico-químicos (S5) que punzona en dos puntos cada una de las mitades fruto (cuatro punzonamientos totales). En una de las mitades se realiza la medición de temperatura y de PH por un sensor de PH y de temperatura (a), y se realiza el análisis de la dureza de la piel usando un durómetro o sensor de dureza (b). En la otra mitad se realizan con sensores de contacto o sensor de azucares (d) los test de contenido en azúcar y de grado de acidez por medio de un sensor de acidez (d). 7) The physical-chemical sampling mechanism or physical-chemical sensor system (S5) is activated, which punctures two points in each of the fruit halves (four punctures in total). In one of the halves, the temperature and pH are measured by a pH and temperature sensor (a), and the skin hardness is analyzed using a durometer or hardness sensor (b). In the other half, the sugar content and acidity tests are performed using an acidity sensor (d) using contact sensors or a sugar sensor.
8) Se extrae del dispositivo de análisis de muestras (C3) el sistema de sensores físico-químicos (S5). A continuación la cuchilla (S2.1) avanza dentro del cuerpo del dispositivo de análisis de muestras (C3), atravesando todo el sistema del cono de filtrado (S6) y dejando la fruta partida en dos mitades totalmente separadas. 8) The physical-chemical sensor system (S5) is removed from the sample analysis device (C3). The blade (S2.1) then advances into the body of the sample analysis device (C3), passing through the entire filter cone system (S6) and leaving the fruit split into two completely separate halves.
9) La mitad izquierda de fruta seccionada es punzonada en su parte superior por el brazo extractor (S3.1). Al girar el brazo extractor (S3.1) con la mitad izquierda punzonada, sale del cuerpo cilíndrico del dispositivo de análisis de muestras (C3) y se desecha al exterior. La cuchilla (S2.1) se retira a su posición inicial quedando en el interior del dispositivo de análisis de muestras (C3) en la mitad derecha del fruto. 9) The left half of the sectioned fruit is punched at its top by the extractor arm (S3.1). When the extractor arm (S3.1) rotates, the punched left half leaves the cylindrical body of the sample analysis device (C3) and is discarded to the outside. The blade (S2.1) is retracted to its initial position, remaining inside the sample analysis device (C3) in the right half of the fruit.
10) Vuelve a flotarse esta mitad derecha de fruto inyectando agua desde el depósito (S4.1), para que la mitad derecha del fruto se disponga con su cara cortada perfectamente horizontal. Se realiza una nueva foto cenital con la cámara (17) de dicha sección con lo que registra de forma precisa, tanto la forma de la cubeta peduncular como la cubeta ocular. 10) This right half of the fruit is floated again by injecting water from the tank (S4.1), so that the right half of the fruit is placed with its cut side perfectly horizontal. A new overhead photo is taken with the camera (17) of this section, which accurately records both the shape of the peduncular cup and the ocular cup.
11) El dispositivo de análisis de muestras (C3) almacena toma todas las imágenes de la cámara y los datos físico-químicos de la muestra analizada dentro del dron de carga (C4), y los transmite inalámbricamente preferentemente porwifia su sistema de almacenamiento permanente (ordenador portátil), donde proceder a su interpretación y análisis posterior, con el fin de establecer el grado de maduración de la fruta. 11) The sample analysis device (C3) stores all the camera images and the physical-chemical data of the analyzed sample inside the cargo drone (C4), and transmits them wirelessly, preferably via Wi-Fi, to its permanent storage system (laptop), where they can be interpreted and analyzed later, in order to establish the degree of ripeness of the fruit.
12) Vuelve a usarse el brazo extractor (S3.1) para punzonar y extraer esta mitad derecha del fruto del compartimento inferior del dispositivo de análisis de muestras (C3). El procedimiento es similar usando el brazo extractor (S3.1) como se hizo con la mitad izquierda de la fruta. Los compartimentos internos del dispositivo de análisis de muestras (C3) y el sistema del cono de filtrado (S6) quedan vacíos y en disposición de muestrear un nuevo fruto. 12) The extractor arm (S3.1) is used again to punch and extract this right half of the fruit from the lower compartment of the sample analysis device (C3). The procedure is similar using the extractor arm (S3.1) as was done with the left half of the fruit. The internal compartments of the sample analysis device (C3) and the filter cone system (S6) are now empty and ready to sample a new fruit.
En otra realización preferida, podrá omitirse alguna de las fases anteriores, o reiterarlas si fuese necesario en otro orden. Por ejemplo, si el fruto presenta un estado incipiente de maduración puede hacerse solamente una fotografía cenital y el ensayo de dureza, descartando el resto de los ensayos físico-químicos. La sección del fruto puede ser una fase a descartar, o si el tamaño de la fruta así lo aconseja podría repetirse varias veces reduciendo paulatinamente el fruto en mitades. Lo mismo ocurre con la toma de muestras físico-químicas, pueden realizarse u obviarse. Todo dependerá de la metodología del muestreo, que se considere más adecuada en ese momento para determinar el grado de maduración del fruto. En otro ejemplo, si en el brazo de captura (C1) tubular se depositan dos frutos a la vez, deberá usarse previamente el brazo extractor (S3.1) para expulsar uno de los dos frutos. In another preferred embodiment, some of the previous phases may be omitted, or repeated if necessary in another order. For example, if the fruit is in an incipient state of ripening, only a zenithal photograph and the hardness test may be taken, discarding the rest of the physical-chemical tests. The section of the fruit may be a phase to be discarded, or if the size of the fruit so advises, it could be repeated several times, gradually reducing the fruit into halves. The same occurs with the taking of physical-chemical samples, which may be carried out or omitted. Everything will depend on the sampling methodology, which is considered most appropriate at that time to determine the degree of ripening of the fruit. In another example, if two fruits are deposited in the tubular capture arm (C1) at the same time, the extractor arm (S3.1) must be used beforehand to expel one of the two fruits.
En una realización preferida, el accionamiento de todos los mecanismos móviles (motores, poleas, cuchilla, sistema de sensores químicos) se realiza por un sistema de control manejado desde los mandos del dron de carga (C4). Las imágenes fotográficas digitales y los valores de los sensores químicos son almacenados y geoferenciados con las coordenadasGPSy con la altura del fruto. En otra realización preferida, dichos datos registrados se transmitirán, usando la“wifi”del dron de carga, a la memoria permanente de un ordenador portátil, para su posterior análisis e interpretación. In a preferred embodiment, the operation of all the moving mechanisms (motors, pulleys, blade, chemical sensor system) is carried out by a control system managed from the cargo drone's controls (C4). The digital photographic images and the values of the chemical sensors are stored and geo-referenced with the GPS coordinates and the height of the fruit. In another preferred embodiment, said recorded data will be transmitted, using the cargo drone's "wifi", to the permanent memory of a laptop, for later analysis and interpretation.
En una realización más preferida, el circuito eléctrico que acciona los componentes mecánicos del dispositivo de análisis de muestras (C3) ubicados dentro de caja de control (18) se gobernará por un microprocesadorPIC (Perípheral Interface Controller)que registra de manera continua los movimientos de los motores y el disparo de la cámara. In a more preferred embodiment, the electrical circuit that drives the mechanical components of the sample analysis device (C3) located inside the control box (18) will be governed by a PIC (Peripheral Interface Controller) microprocessor that continuously records the movements of the motors and the triggering of the camera.
En otra realización preferente, en el caso de que el fruto sea de manzana se añade al agua del depósito (S4.1) una disolución deLugol(disolución de yodo y de yoduro potásico) que actúa como marcador del almidón contenido en la fruta. De esta forma las fotografías registradas de la sección meridional del fruto, muestran el corte del fruto teñido por elLugol, lo que es un indicador cualitativo de la distribución del almidón dentro de la fruta y de su grado de madurez (Test deLugol).In another preferred embodiment, if the fruit is an apple, a Lugol's solution (a solution of iodine and potassium iodide) is added to the water in the tank (S4.1), which acts as a marker for the starch contained in the fruit. In this way, the photographs recorded of the southern section of the fruit show the cut of the fruit stained by Lugol's, which is a qualitative indicator of the distribution of starch within the fruit and its degree of ripeness (Lugol's test).
En una realización preferida el dispositivo de análisis de muestras (C3) se ha diseñado para permitir rangos de frutos de tamaños variables entre los 50 mm y los 120 mm de diámetro, pero cambiando el tamaño del sistema del cono de filtrado (S6) pueden tratarse frutos de menor tamaño, manteniendo en su totalidad el diseño del resto de mecanismos del dispositivo de análisis de muestras (C3). In a preferred embodiment, the sample analysis device (C3) has been designed to allow ranges of fruits of variable sizes between 50 mm and 120 mm in diameter, but by changing the size of the filtering cone system (S6) smaller fruits can be treated, while maintaining the entire design of the rest of the mechanisms of the sample analysis device (C3).
En una realización preferida, en el sistema del cono de filtrado (S6) las marcas concéntricas circulares espaciadas regularmente se dispondrán con una separación de 5 mm (en la dirección de la generatriz interior del cono). In a preferred embodiment, in the filter cone system (S6) the regularly spaced circular concentric marks will be arranged with a separation of 5 mm (in the direction of the inner generatrix of the cone).
En otra realización preferida el dispositivo de análisis de muestras (C3) podría trabajarse con el dron de carga (C4) aterrizado sobre el terreno y realizar la introducción del fruto por medios manuales. Sería de aplicación todo relativo a la orientación de la fruta, su seccionamiento para la toma de muestras fotogramétricas, así con la realización de los ensayos químicos. En este caso, se sacrificaría su movilidad y accesibilidad a los frutos en altura. Tendría sentido si es necesario realizar un muestreo específico de gran número de frutos de un determinado árbol, sin cambiar de posición, o fuese preciso recoger el fruto del suelo de forma manual. In another preferred embodiment, the sample analysis device (C3) could be operated with the cargo drone (C4) landed on the ground and the fruit could be introduced manually. Everything related to the orientation of the fruit, its sectioning for taking photogrammetric samples, as well as the performance of chemical tests, would be applicable. In this case, its mobility and accessibility to the fruit at height would be sacrificed. It would make sense if it is necessary to carry out a specific sampling of a large number of fruits from a certain tree, without changing position, or if it were necessary to collect the fruit from the ground manually.
En otra realización preferida el dispositivo de análisis de muestras (C3) podría ubicarse sobre un vehículo terrestre motorizado (un tractor agrícola, una cosechadora, etc) en sustitución del dron de carga (C4). En todo caso, esto sería lo adecuado si es necesario realizar un muestreo específico de gran número de frutos, en explotaciones frutícolas bien alineadas y de fácil acceso por vehículos agrícolas terrestres especializados para la recolección. In another preferred embodiment, the sample analysis device (C3) could be located on a motorized land vehicle (an agricultural tractor, a harvester, etc.) replacing the cargo drone (C4). In any case, this would be appropriate if it is necessary to carry out a specific sampling of a large number of fruits, in well-aligned fruit farms with easy access by specialized land agricultural vehicles for harvesting.
En otra realización preferida el dispositivo de análisis de muestras (C3) podría sustituirse la cámara (17) fotográfica por un escáner 3D con textura de color que realizase un barrido de escaneo de la fruta entera y/o seccionada, obteniendo una o varias nubes de puntos. Esto permitiría reconstruir la forma tridimensional del fruto entero o de su mitad seccionada. Por otra parte, los escáneres 3D con textura de color van dotados de su propio sistema fotográfico para registrar el color de cada punto, de forma que su uso sería similar al de la propia cámara (17) fotográfica. In another preferred embodiment, the sample analysis device (C3) could replace the photographic camera (17) with a 3D scanner with colour texture that would scan the whole and/or sectioned fruit, obtaining one or more point clouds. This would allow the three-dimensional shape of the whole fruit or its sectioned half to be reconstructed. Furthermore, the 3D scanners with colour texture are equipped with their own photographic system to record the colour of each point, so that their use would be similar to that of the photographic camera (17) itself.
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| BA2A | Patent application published |
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