GR1010171B

GR1010171B - System for the production of plants in controlled environment

Info

Publication number: GR1010171B
Application number: GR20210100295A
Authority: GR
Inventors: Αθανασιος Γερασιμου Βαμβακας; Κωνσταντινος Γεωργιου Πρασινος
Original assignee: Αθανασιος Γερασιμου Βαμβακας; Κωνσταντινος Γεωργιου Πρασινος
Priority date: 2021-04-28
Filing date: 2021-04-28
Publication date: 2022-02-08

Abstract

The invention relates to an advanced plant production system that uses modern information technology, robotics and biology. The advantage of the invention is that it combines technologies in a unique way, so that it can produce plants independently from environmental conditions and without human intervention, thus reducing the production costs. In addition, the operator -through a central management application unit- is in position to control the production process, remotely. The invention can help producers to save energy and / or water and produce products all year round without pesticides and chemicals.

Description

Σύστημα παραγωγής φυτών σε ελεγχόμενο περιβάλλον - Περιγραφή Plant production system in a controlled environment - Description

Η εφεύρεση αναφέρεται σε ένα σύστημα που παρέχει ένα κλειστό και πλήρες ελεγχόμενο περιβάλλον για την ανάπτυξη και καλλιέργεια φυτών. The invention relates to a system that provides a closed and fully controlled environment for the growth and cultivation of plants.

Είναι ευρέως γνωστά τα οφέλη που προκύπτουν από την καλλιέργεια φυτών σε ελεγχόμενα περιβάλλοντα. Τέτοια είναι η αύξηση της παραγωγής ανά στρέμμα καλλιέργειας, η μη χρήση φυτοφαρμάκων και η επέκταση της περιόδου καλλιέργειας σε όλον τον χρόνο. The benefits of growing plants in controlled environments are well known. Such are the increase in production per acre of cultivation, the non-use of pesticides and the extension of the cultivation period throughout the year.

Σε αυτά τα πλαίσια, υπάρχουν συστήματα τα οποία δημιουργούν κλειστά και ελεγχόμενα περιβάλλοντα για μικρές όμως ποσότητες φυτών, είτε συστήματα μεγάλων κατασκευών σε αποθήκες ή κοντέινερ τα οποία ενώ ελέγχουν παραμέτρους περιβάλλοντος και την τροφοδοσία των φυτών δεν είναι κλειστά συστήματα, καθώς απαιτούν την παρουσία ενός ή περισσοτέρων ανθρώπων για την λειτουργία τους. In these contexts, there are systems that create closed and controlled environments for small quantities of plants, or systems of large constructions in warehouses or containers which, while controlling environmental parameters and plant feeding, are not closed systems, as they require the presence of one or more people for their operation.

Τα προβλήματα που προκύπτουν από τέτοιου είδους συστήματα είναι ότι: The problems arising from such systems are that:

1. Δημιουργούνται επιμολύνσεις στα φυτά λόγω του ότι πρόκειται για ανοιχτά συστήματα όπου απαιτείται η ανθρώπινη παρουσία 1. Contaminations are created in plants due to the fact that these are open systems where human presence is required

2. Αυξάνεται το κόστος χρήσης τους και άρα το κόστος παραγωγής 2. The cost of their use and therefore the cost of production increases

3. Απαιτούν μεγάλες επενδύσεις για την τοποθέτηση τους και δεν μεταφέρονται εύκολα 3. They require large investments for their installation and are not easily transported

Η παρούσα εφεύρεση ξεπερνάει όλα τα παραπάνω προβλήματα κάνοντας χρήση τεχνολογίας ρομποτικής, εξειδικευμένου φωτισμού τεχνολογίας LED, τεχνολογίας αεροπονικής καλλιέργειας και τεχνολογίας της πληροφορικής για τον έλεγχο της λειτουργίας του συστήματος και την πληροφόρηση των χειριστών του. The present invention overcomes all the above problems by making use of robotics technology, specialized LED lighting technology, aeroponic cultivation technology and IT technology to control the operation of the system and inform its operators.

Το σύστημα περικλείεται από αναδιπλούμενο πλαίσιο (8) και διαθέτει κεντρική μονάδα (1) που είναι εξοπλισμένη με λογισμικό καταγραφής και ανάλυσης δεδομένων που συλλέγονται από αισθητήρες της συσκευής και έμπειρο σύστημα που αναλύει τα δεδομένα και δίνει εντολές σε συστήματα της συσκευής για έλεγχο της ατμόσφαιρας, του συστήματος αποστείρωσης, του φωτισμού και της θρέψης των φυτών. Η κεντρική μονάδα συνδέεται με εφαρμογή διαχείρισης που λειτουργεί σε φορητές συσκευές για την εξ αποστάσεως λήψη αποφάσεων. Στην οροφή του χώρου παραγωγής, υπάρχει ρομποτικός βραχίονας (2) που διατρέχει όλο το μήκος του χώρου και διαθέτει α) εικόνα μέσω της θερμικής κάμερας ελέγχου φυτοϋγείας, β) το στάδιο ανάπτυξης της καλλιέργειας μακροσκοπικά μέσω κάμερας υψηλής ανάλυσης, γ) τη θερμοκρασία μέσω θερμοστοιχείων, δ) την υγρασία μέσω υγρασιομέτρου, ε) τα επίπεδα οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα του χώρου για τη βέλτιστη ανάπτυξη των καλλιεργειών, στ) φωτόμετρο για έλεγχο της έντασης του φωτός ώστε αυτή να προσαρμόζεται στις απαιτήσεις της εκάστοτε καλλιέργειας, ε) φωτισμός UV-C (4) που χρειάζεται για την αρχική αποστείρωση του χώρου και ζ) βραχίονας τοποθέτησης σπόρων. Στην οροφή του χώρου ανάπτυξης υπάρχει φωτισμός LED (9) με δυνατότητα ελέγχου του φάσματος φωτός που παρέχεται στα φυτά. Το φάσμα τροποποιείται από την κεντρική μονάδα με βάση την επιθυμητή καλλιέργεια και η ανταπόκριση καταγράφεται από την κάμερα υψηλής ανάλυσης του ρομποτικού βραχίονα, ώστε να επιτευχθεί η βέλτιστη ποιότητα προϊόντος. Στη βάση του χώρου υπάρχουν οι βάσεις ανάπτυξης των φυτών (10) που αποτελούν και το μέσο στήριξης τους. Κάτω από τις βάσεις ανάπτυξης υπάρχει το σύστημα αεροπονίας με τα ακροφύσια (3). Στο κατώτερο σημείο του χώρου υπάρχει η βάση απορροής υδάτων (12) που συλλέγει ότι διάλυμα απορρέει από τον ψεκασμό και νερό που παράγεται από τη συμπύκνωση της υγρασίας στα τοιχώματα της συσκευής. Το διάλυμα επιστρέφει στο σύστημα καθαρισμού του νερού για επαναχρησιμοποίηση. Τα προαναφερθέντα συστήματα είναι τοποθετημένα πάνω στο αναδιπλούμενο πλαίσιο έτσι ώστε να είναι διπλωμένα και κατά την ανάπτυξη του συστήματος να λαμβάνουν την τελική τους θέση. Εξωτερικά του χώρου ανάπτυξης εκτός από την κεντρική μονάδα (1) υπάρχει το σύστημα εξυγίανσης του νερού με τις αντλίες του (6) και δεξαμενή συστατικών (5), σύστημα διαχείρισης της ενέργειας (7) και το σύστημα διαχείρισης θερμοκρασίας και υγρασίας (11). Το σύστημα διαχείρισης της θερμοκρασίας και υγρασίας (11) αποτελείται από κλιματιστική μονάδα η οποία ελέγχεται από την κεντρική μονάδα (1) και σε συνδυασμό με τις πληροφορίες που συλλέγονται από το χώρο (θερμοκρασία, υγρασία) ενεργοποιείται ή απενεργοποιείται για βελτιστοποίηση των συνθηκών εντός του χώρου παραγωγής. The system is enclosed by a folding frame (8) and has a central unit (1) that is equipped with software for recording and analyzing data collected by the device's sensors and an expert system that analyzes the data and gives commands to the device's systems to control the atmosphere, of the sterilization system, lighting and plant nutrition. The central unit is connected to a management application running on mobile devices for remote decision making. On the roof of the production area, there is a robotic arm (2) that runs the entire length of the area and has a) image through the thermal phytosanitary control camera, b) the growth stage of the crop macroscopically through a high-resolution camera, c) the temperature through thermocouples . C (4) needed for the initial sterilization of the space and g) seed placement arm. On the ceiling of the growing room there is LED lighting (9) with the ability to control the spectrum of light provided to the plants. The spectrum is modified by the central unit based on the desired crop and the response is recorded by the high-resolution camera of the robotic arm to achieve optimal product quality. At the base of the space are the plant growth bases (10) which are also their means of support. Underneath the grow stands is the aeroponics system with the nozzles (3). At the lower point of the space there is the water drainage base (12) that collects the solution flowing from the spray and water produced by the condensation of moisture on the walls of the device. The solution is returned to the water purification system for reuse. The aforementioned systems are placed on the folding frame so that they are folded and during the development of the system they take their final position. Outside the development area, in addition to the central unit (1), there is the water purification system with its pumps (6) and component tank (5), energy management system (7) and temperature and humidity management system (11). The temperature and humidity management system (11) consists of an air conditioning unit which is controlled by the central unit (1) and in combination with the information collected from the space (temperature, humidity) is activated or deactivated to optimize the conditions inside the space production.

Το σύστημα λειτουργεί ως εξής. Ο χειριστής ξεδιπλώνει το πλαίσιο (8) στην επιφάνεια που θα εγκατασταθεί (Σχήμα 1), συνδέει την τροφοδοσία νερού με το σύστημα εξυγίανσης και αντλιών (6), και την παροχή ρεύματος με το σύστημα διαχείρισης της ενέργειας (7) (Σχήμα 2). Εισάγει τους σπόρους στον βραχίονα τοποθέτησης σπόρων, σφραγίζει το χώρο παραγωγής και εκκινεί την κεντρική μονάδα μέσα από την εφαρμογή διαχείρισης (1). The system works as follows. The operator unfolds the frame (8) on the surface to be installed (Figure 1), connects the water supply to the sanitation and pump system (6), and the power supply to the energy management system (7) (Figure 2). Inserts the seeds into the seed placement arm, seals the production area and starts the central unit through the management application (1).

Αρχικά τα φώτα UV-C (4) ανάβουν στην λειτουργία αποστείρωσης και ο ρομποτικός βραχίονας (2) διατρέχει σε όλο το μήκος του σφραγισμένου χώρου της παραγωγής. Με την ολοκλήρωση της αποστείρωσης ο χειριστής ειδοποιείται μέσω της εφαρμογής διαχείρισης και ακολούθως δίνει την εντολή για την τοποθέτηση των σπόρων στις βάσεις ανάπτυξης (10) από τον βραχίονα τοποθέτησης σπόρων. Initially the UV-C lights (4) are switched on in the sterilization mode and the robotic arm (2) runs along the entire length of the sealed production area. Upon completion of the sterilization the operator is notified via the management application and then gives the command to place the seeds on the grow stands (10) from the seed placement arm.

Στην διάρκεια της παραγωγής ο ρομποτικός βραχίονας (2) διατρέχει τον σφραγισμένο χώρο σε όλο το μήκος του, καταγράφοντας τις παραμέτρους περιβάλλοντος μέσω των αισθητήρων του και φωτογραφίες των φυτών κατά τα στάδια παραγωγής μέσω των καμερών που διαθέτει. Τα δεδομένα αυτά επεξεργάζονται από την κεντρική μονάδα διαχείρισης (1) η οποία δίνει εντολές αλλαγής φωτισμού, διαχείρισης θερμοκρασίας (11) και υγρασίας, παροχής νερού ή συστατικών για την βέλτιστη παραγωγή. During production, the robotic arm (2) traverses the sealed space along its entire length, recording the environmental parameters through its sensors and photos of the plants during the production stages through its cameras. This data is processed by the central management unit (1) which gives commands to change lighting, manage temperature (11) and humidity, supply water or ingredients for optimal production.

Τα τοιχώματα του θαλάμου είναι κατασκευασμένα από αδιαφανές μονωτικό υλικό με διπλά τοιχώματα, ώστε να περιορίζεται η αλληλεπίδραση του θαλάμου με το εξωτερικό περιβάλλον και να καθίσταται ευκολότερη η διαχείριση των συνθηκών εντός αυτού. The walls of the chamber are made of double-walled opaque insulating material to limit the interaction of the chamber with the external environment and to make it easier to manage the conditions inside it.

Τα τοιχώματα είναι υπενδεδυμένα με επίστρωση υλικού που δεν επιτρέπει την συμπύκνωση της υγρασίας με αποτέλεσμα αυτή να απορρέει και να καταλήγει στην βάση απορροής υδάτων (12). Στη συνέχεια το νερό απομακρύνεται από τον σφραγισμένο χώρο μέσω των αντλιών και αναμιγνύεται με το νερό δικτύου για επαναχρησιμοποίηση. The walls are lined with a coating of material that does not allow moisture to condense, causing it to run off and end up in the water drainage base (12). The water is then removed from the sealed space by pumps and mixed with mains water for reuse.

Ο χειριστής ενημερώνεται για την πρόοδο της παραγωγής και για τυχόν προβλήματα αυτής μέσω της εφαρμογής διαχείρισης (1). The operator is informed of the production progress and any problems thereof through the management application (1).

Στην ολοκλήρωση της παραγωγής ο χειριστ εφαρμογή διαχείρισης (1) και αποσφραγίζει ανάπτυξης με τα φυτά (10) και προχωράει είναι έτοιμη να ξεκινήσει από την αρχή με νέ At the completion of production the operator implements management (1) and unseals growth with the plants (10) and proceeds ready to start from the beginning with new

Λόγω της προσαρμοστικότητας και δυν χρησιμοποιηθεί για μεγάλο εύρος φυτικών ει να αναπτύσσει το αναδιπλούμενο πλαίσιο σ μέρος αυτού αναπτύσσοντας μόνο το τμήμα ής ειδοποιείται για το πέρας αυτής από την τον χώρο. Ακολούθως βγάζει έξω τις βάσεις στην συγκομιδή τους. Η διαδικασία πλέον έο κύκλο παραγωγής. Due to its adaptability and can be used for a wide range of plants, the folding frame can be deployed in part by deploying only the part that is notified of its end by the space. It then takes out the bases to harvest them. The process is now a production cycle.

αμικής του, το σύστημα μπορεί να ιδών και όχι μόνο. Επίσης ο χρήστης μπορεί το συνολικό μήκος του ή να χρησιμοποιεί που χρειάζεται. of his friend, the system can see and not only. Also the user can its total length or use as needed.

Claims

1. The plant production system in a controlled environment characterized in that it consists of a central management unit (1) which controls the production, LED lighting (9) for lighting the plants and sterilization (4), a robotic arm (2) for control of production parameters, folding frame (8) that seals the production area, water (6) and (12), energy (7), nutrient (5) and plant growth systems (3) and (10)

2. Ease of transportation and installation

The system according to claim 1 is designed so that the frame (8) is folded during transport and delivery. The frame (8) unfolds and is ready for use without any construction and assembly required, other than hooking it up. In addition, the shape of the frame (8) will make it possible to stack more than one, so that more production systems can operate in the same space (14).

3. Autonomy of use with minimal human intervention

The system according to claim 1 is constructed so that no human intervention is required during its operation. The only operations that require human intervention are placing the seeds inside the unit, starting the operation and after the end of the production period collecting the product.

4. Production of products in a fully controlled, sealed and sterile chamber.

The system according to claim 1 can be operated as a closed system with stable conditions, free from enemies and diseases. This is achieved by the autonomy and sterilization of the chamber.

5. Flexible use in a wide range of surfaces and climates

The system according to claim 1 is designed so that no flat surface is required for its operation. And this is because the growth of plants is done by the method of aeroponics (3). Thus, the unit can be placed on sloping ground without requiring expensive interventions to level the space.

6. Production of high quality organic products

The system according to claims 1 and 4 is designed to be sealed and isolated from the external environment and subsequently sterilized, enabling it to be free from pests and diseases. So the products will be collected without any intervention with pesticides.

7. Low environmental footprint

The system according to claims 1 and 4 is designed to make reduced water use through aeroponics (3) and without the requirement for pesticides.