JP6707606B2 - 移動可能な生産システムのための自律的な移動式ロボット - Google Patents

Description

関連出願との相互参照
本願は、２０１７年１０月９日に出願された米国仮出願第６２／５６９７４９号（U.S. Provisional Application Serial No. 62/569,749）の利益を主張するものであり、その全内容は、参照によって本明細書に組み込まれる。

技術分野
本開示は、概して、移動可能な生産システムのための自律的な移動式ロボットの使用に関連する方法、システム、および装置に関する。本開示の技術は、例えば農業システムの効率性を高めるために適用することができる。

背景
農業の実施は、伝統的に屋外の大規模な土地区画において行われ、屋外に存在する気象条件および他の環境要因の影響を受けてきた。農業の実施を最適化するために、農業動作の実施の効率性を高めるため、かつ作物の生育中に農家が作物に対して有する制御のレベルを高めるための、新しい技術が開発されてきている。これらの技術の中で最も人気のある技術の１つは、垂直農法（vertical farming：ＶＦ）である。ＶＦは、垂直に積層された階層において農産物を生育する手法である。ＶＦは、典型的には、倉庫または他の大型の構造物の内部の壁に懸架された棚を使用して実施される。

ＶＦは、従来の農法よりも効率的ではあるが、依然として資源集中的である。一例として、１５０００人に十分な食糧を供給するためには、垂直システムを３７階にし、そのうちの２５階を農作物の生産のため、３階を水産養殖のためにすべきである。この結果、宇宙ステーションまたはコロニーのような地球外環境において、１人の人間を１日当たり約３０００ｋｃａｌのエネルギを供給することによって支援するためには、食糧の生産用に集中的に農業運営される室内空間は、０．９３ヘクタール（推定２８ｍ^２）となる。さらに、ＶＦは、典型的には、生育トレイ、播種、および発芽の清掃のために１つの階を使用し、作物および魚の包装および加工のために１つの階を使用し、保管および配送のためにもう１つの階を使用する。この構成によれば、建物全体の高さは、長さ（および幅）が４４メートルの場合（アスペクト比を３．８１とした場合−ただし、アスペクト比は、構造物の形状の幅に対する構造物の高さの比である）、１６７．５メートルが必要となる。さらに、典型的なＶＦ構成は、光、二酸化炭素、および水を必要とし、これらは「定位置の（at-the-point）」または「位置指向の」オートメーション技術によって供給される。例えば、全ての作物がそれぞれ各自の必要とする光および水を受け取ることを保証するために、施設全体に電気系統および配管を設置する必要がある。

したがって、空間、電気配線、配管等の要件を緩和するシステムおよび方法を提供することによって、ＶＦおよび同様の非伝統的な農業技術の効率性を高めることが望ましい。

概要
本発明の実施形態は、移動可能な農業システムおよび他の生産システムのための自律的な移動式ロボットに関連する方法、システム、および装置を提供することによって、上記の短所および欠点のうちの１つまたは複数に取り組み、これを克服する。

いくつかの実施形態では、農業生産環境の内部で自律的な農業を実施するためのシステムは、１つまたは複数の農業ポッドと、定置式ロボットシステムと、１つまたは複数の移動式ロボットとを含む。農業ポッドは、１つまたは複数の作物と、作物を監視するための１つまたは複数のセンサモジュールとを含む。定置式ロボットシステムは、センサモジュールからセンサデータを収集し、収集されたセンサデータに基づいて、動作スケジュールに従って、作物に対して農業動作を実施し、農業生産環境の内部で農業ポッドを搬送するための命令のセットを生成する。定置式ロボットシステムは、農業ポッドに命令のセットを通信する。移動式ロボットは、命令のセットに従って、定置式ロボットシステムと、農業生産環境の内部の１つまたは複数の他の位置との間で農業ポッドを搬送する。

本発明の別の実施形態では、農業生産環境の内部で自律的な農業を実施するための方法は、定置式ロボットシステムの内部の農業ポッドであって、（ａ）１つまたは複数の作物と、（ｂ）作物を監視するための１つまたは複数のセンサモジュールとを含む農業ポッドを検出することを含む。定置式ロボットシステムは、センサモジュールからセンサデータを収集し、収集されたセンサデータに基づいて、動作スケジュールに従って、作物に対して農業動作を実施する。定置式ロボットシステムは、命令を移動式ロボットに通信し、農業ポッドを定置式ロボットシステムから農業生産環境の内部の別の位置に移動させるように当該ロボットに命令する。

別の実施形態によれば、ソフトウェアアプリケーションを使用して農業生産環境の内部で自律的な農業を実施するための方法は、ユーザ入力に基づいて動作スケジュールを作成することと、動作スケジュールを農業生産環境の内部の定置式ロボットシステムに通信することとを含む。定置式ロボットシステムによって収集されたセンサデータは、動作スケジュールの実施中に、１つまたは複数の農業ポッドから受信される。それぞれの農業ポッドは、１つまたは複数の作物を含む。動作スケジュールの実施中に、定置式ロボットシステムによって収集された、作物の画像が受信される。次いで、センサデータおよび／または画像を、ソフトウェアアプリケーションにおいてユーザに提示することができる。

本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面を参照して進められる例示的な実施形態の以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

図面の簡単な説明
本発明の上記およびその他の態様は、以下の詳細な説明から添付の図面と関連させて読んだ場合に最も良く理解される。図面には、本発明を例示する目的で現在好まれている実施形態が示されているが、本発明が、開示された特定の手段に限定されないことを理解すべきである。図面には、以下の図が含まれる。

いくつかの実施形態による、農業生産環境内部で自律的な農業を実施するためのシステムの視覚化を提供する図である。 いくつかの実施形態による農業ポッドの一例を示す図である。 垂直積層型、螺旋型、水平積層型、およびピラミッド型のジオメトリを含む、作物のための複数の代替的な生育ジオメトリを示す図である。 図２Ｂに示されたジオメトリのための作物の面積および土地上の占有空間を示す図である。 図２Ｂに示されたジオメトリに関する種々の設計要因の比較を示す図である。 いくつかの実施形態による例示的な定置式ロボットシステムを示す図である。 移動式ロボットが農業ポッドをある位置から定置式ロボットシステムの中に移動させるために使用する第１のステップを示す図である。 移動式ロボットが農業ポッドをある位置から定置式ロボットシステムの中に移動させるために使用する第２のステップを示す図である。 移動式ロボットが農業ポッドをある位置から定置式ロボットシステムの中に移動させるために使用する第３のステップを示す図である。 移動式ロボットが農業ポッドをある位置から定置式ロボットシステムの中に移動させるために使用する第４のステップを示す図である。 移動式ロボットが農業ポッドをある位置から定置式ロボットシステムの中に移動させるために使用する第５のステップを示す図である。 移動式ロボットが農業ポッドをある位置から定置式ロボットシステムの中に移動させるために使用する第６のステップを示す図である。 移動式ロボットが農業ポッドをある位置から定置式ロボットシステムの中に移動させるために使用する第７のステップを示す図である。 移動式ロボットが農業ポッドをある位置から定置式ロボットシステムの中に移動させるために使用する第８のステップを示す図である。 移動式ロボットが農業ポッドをある位置から定置式ロボットシステムの中に移動させるために使用する第９のステップを示す図である。 移動式ロボットが農業ポッドをある位置から定置式ロボットシステムの中に移動させるために使用する第１０のステップを示す図である。 いくつかの実施形態で採用することができる制御システムのハイレベルアーキテクチャを提供する図である。 本発明のいくつかの実施形態で使用することができる例示的な自律的な農業ポッドアーキテクチャを示す図である。 定置式ロボットシステムのコントローラコンピュータを実装するために使用することができる例示的なコンピューティング環境の内部を示す図である。

詳細な説明
本明細書においては、一般的に、移動可能な生産システムのための自律的な移動式ロボットの使用に関連するシステム、方法、および装置が説明される。より詳細に説明すると、本開示は、移動式の作物生育プラットフォームを記載するものであり、この移動式の作物生育プラットフォームは、作物を生育するための段上げされたプラットフォーム上に設けられた作物タワーと、作物および環境条件（例えば、大気の温度、湿度、ＣＯ２レベル、および気圧や、生育培地の水分およびｐＨ）を測定するための無線接続されたセンサモジュールと、作物をステーションに搬送するための移動式ロボットユニットと、作物に対して自律的な処理（例えば播種、散水、収穫、および監視）を実施するための定置式ロボットシステムとを組み込んでいる。本明細書に記載された技術は、農業動作のために、移動式ロボットと、作物の垂直状の生育と、現場（at-point）のオートメーションと、これらの相互作用の自律的な閉ループ制御とを使用することによって、農業の技術水準を向上させる。従来の垂直農法システムとは対照的に、本明細書に記載されたシステムは、定位置（at-the-point）の（または位置指向の）オートメーションを必要とすることなく、屋外または屋内の状況において−たとえ農業気候学的に実施が困難な位置であっても−実施することが可能である。

図１は、いくつかの実施形態による、農業生産環境１１５の内部で自律的な農業を実施するためのシステム１００の視覚化を提供する。本明細書において使用される「農業生産環境」という用語は、作物群を保管、維持、および収穫することが可能な施設を意味する。農業生産環境の寸法は、種々に異なることができる。例えば、小規模の農業生産環境は、上屋構造物において動作することができ、その一方で、大規模な農業生産環境は、倉庫において動作することができる。農業生産環境が、構造物の室内だけを含むものではないことにも留意すべきである。本明細書に記載された技術の１つの特徴は、作物を保持する構造体（本明細書では「農業ポッド」と呼ばれる）が移動式であることである。したがって、いくつかのシナリオでは、作物が好適な気象条件の利点を享受することを可能にするために、作物を屋外に移動させることが可能である。

図１に示されたシステム１００は、複数の農業ポッド１０５を含み、これらの農業ポッド１０５は、それぞれ１つまたは複数の作物を保持する。さらに、農業ポッド１０５は、作物を監視するための１つまたは複数のセンサ（図１には図示せず）を含む。移動式ロボット１１０は、農業生産環境の内部の位置と、定置式ロボットシステム１２０との間で農業ポッド１０５を搬送する。定置式ロボットシステム１２０は、農業ポッド１０５が定置式ロボットシステム１２０内に位置しているときに、農業ポッド１０５上の作物の状態を監視するためにセンサモジュールからセンサデータを収集する。いくつかの実施形態では、センサモジュールは、無線センサネットワーク（ＷＳＮ）を使用して定置式ロボットシステム１２０と通信し、作物の周辺における空気の温度、湿度、および光強度の均一性を評価する。それぞれのセンサモジュールは、例えば温度センサ、水分センサ、および光センサを含むことができ、これらのセンサは、各自の信号をコントローラに送信することができるように調整された、各自の信号の演算増幅器を有する。定置式ロボットシステム１２０は、無線アンテナ（以下でさらに詳細に説明する）を含むことができ、この無線アンテナは、ネットワークシステムのノードであり、このノードは、測定されたデータを受信してメインハブに送信し、さらなる分析のためにクラウドベースのアプリケーションをアップロードする。さらに、栄養溶液を測定するために、イオン選択性センサ（Ｃａ^＋２，Ｋ^＋，Ｍｇ^＋２，ＮＨ^＋４，およびＮＯ^−３）をセンサモジュールに追加することができる。

定置式ロボットシステム１２０は、動作スケジュールに従って、作物に対して１つまたは複数の農業動作を実施する。これらの農業動作は、例えば作物の播種、散水、収穫、または監視のうちの１つまたは複数を含むことができる。これらの動作を実施するための定置式ロボットシステム１２０の検査部のコンポーネントは、以下で図３に関連してさらに詳細に説明される。動作スケジュールは、例えば、それぞれの農業動作の時間および順序と、処理すべき農業ポッドとに指示することができる手続的なプランである。

農作物に対する動作の他に、定置式ロボットシステム１２０は、農業生産環境の内部で農業ポッドを搬送するための命令を生成する。生成されると、定置式ロボットシステム１２０は、この命令を移動式ロボット１１０に通信する。いくつかの実施形態では、命令は、詳細なルーティング情報を移動式ロボット１１０に提供する。別の実施形態では、命令は、単に目的地を提供するだけであり、移動式ロボットは、ルーティングアルゴリズムを局所的に自身のユニットの内部で実行して、指定された位置へと向かう。簡単な例として、定置式ロボットシステム１２０は、気象データと、特定の農業ポッドから収集されたセンサ測定値とに基づいて、ポッドが日光を受け取れるようにポッドを屋外に移動すべきであることを決定することができる。その場合、定置式ロボットシステム１２０は、（例えば緯度値／経度値として指定された）特定の位置を移動式ロボット１１０に提供することができるか、または定置式ロボットシステム１２０は、ただ単純に、ポッドを屋外に移動させるように移動式ロボット１１０に命令して、移動式ロボット１１０が正確な位置を決定することを可能にすることができる。ルーティングインテリジェンスに加えて、移動式ロボット１１０は、移動式ロボット１１０が農業生産環境を通過する間に遭遇する可能性のある障害物または他の妨害物を回避することを可能にする、衝突回避やエッジ検出等のような機能を有することもできる。

図２Ａは、いくつかの実施形態による農業ポッド２００の一例を示す。この例では、農業ポッド２００は、荷役台２１０の上に載置されている多段式の作物タワー２０５を含む。多段式の作物タワー２０５の各段は、１つまたは複数の作物２１５を保持する。図２Ａの例は、シリンダ型のジオメトリを示しているが、別の実施形態では他のジオメトリを使用してもよい。図２Ｂは、垂直積層型、螺旋型、水平積層型、およびピラミッド型のジオメトリを含む、作物のための複数の代替的な生育ジオメトリを示す。作物の面積および土地上の占有空間は、図２Ｃに示されている。

農業ポッドの寸法、位置、および向き、ならびに農作物の機械的特性に関して幅広い多様性が与えられている定置式ロボットシステムを、効率的に動作させることは困難であり得る。定置式ロボットシステムは、作物のための制御された生態系を維持しながら、これらの困難に取り組む。大抵の伝統的な屋内農業システムは、同様の設計およびオートメーション機能を有している（例えば、図２Ｂに示すような垂直積層型または水平積層型の農法）。これらの解決策は、オートメーションの容易性、動作性、または図２Ｄに記載されるような他の重要な要因を考慮していない。この図に示されているように、これらの特定の要因に対して、ピラミッド型およびシリンダ型の外観は、垂直積層型、水平積層型、および螺旋型の設計よりも好ましい。

図３は、いくつかの実施形態による例示的な定置式ロボットシステム３００を示す。定置式ロボットシステム３００は、作物を有する農業ポッドを定置式ロボットシステム３００の内部に閉じ込めることが可能となるように、一方では、作物に対して実施される農業動作のための部屋が可能となるように寸法設定されている。この例では、農業ポッドが定置式ロボットシステム３００内に配置されている間に農業ポッド上の作物の画像を捕捉するために、２つのカメラ３０５Ａ，３０５Ｂが使用される。別の実施形態では、より多くのカメラまたはより少ないカメラを使用することができる。カメラの配置を変更することもできる。ロボットアーム３２０Ａ，３２０Ｂは、農業ポッドに対する農業動作を実施するために軌道３１５Ａ，３１５Ｂに沿って移動する。図３に示されたロボットアームは、定置式ロボットシステム３００において使用可能なロボットアームの種類の概念的な例である。例えば、いくつかの実施形態では、ロボットアームは、剪定、散水、施肥等のような動作を実施することを可能にする専用のエンドエフェクタを含むことができる。さらに、図３は、軌道システム上を移動する２つのロボットアームを示しているが、種々の他のロボットアーム構成を使用することができることを理解すべきである。例えば、１つの実施形態では、農業ポッドが定置式ロボットシステム３００内に位置している間に農業ポッドの周りを螺旋状に移動することができる単一のロボットアームを使用することができる。

引き続き図３を参照すると、コントローラコンピューティングシステム３１０は、定置式ロボットシステム３００の種々のコンポーネント（例えばカメラ３０５Ａ，３０５Ｂ；ロボットアーム３２０Ａ，３２０Ｂ等）を制御するように構成されている。コントローラコンピューティングシステム３１０は、無線アンテナ３１０Ａを含み、この無線アンテナ３１０Ａは、例えばローカルエリアネットワークまたはインターネットを介して遠隔のアプリケーションまたはサービスとの通信を可能にする。コントローラコンピューティングシステム３１０は、追加的な無線アンテナを含むことができ、この追加的な無線アンテナは、農業生産施設の周辺に農業ポッドを搬送することを課せられた移動式ロボットとの通信を可能にする。定置式ロボットシステム３００は、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、Ｂｌｕｅｔｏｏｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ、またはＺｉｇＢｅｅを含む当分野では公知の種々のネットワークプロトコルを使用してロボットと通信することができる。

いくつかの実施形態では、移動式ロボットは、搭載バッテリによって給電されており、定置式ロボットシステム３００は、これらのバッテリのための充電システムを含む。例えば、１つの実施形態では、定置式ロボットシステム３００の床に誘導式の充電システムが含まれている。したがって、移動式ロボットが（例えば農業ポッドを運搬している間に）定置式ロボットシステム３００に到着すると、誘導によって搭載バッテリを充電することができる。

図４Ａ〜４Ｊは、移動式ロボットが農業ポッドをある位置から定置式ロボットシステム３００に移動させるために使用する一連のステップを示す。この図は、図１に示されたシステムを補足説明するものである。図４Ａから始めると、移動式ロボットは、特定の農業ポッドを移動させるための命令を受信し、これに応答して移動式ロボットは、農業生産環境を通過して指定されたポッドへと向かう。いくつかの実施形態では、移動式ロボットは、指定されたポッドを位置だけを手掛かりに識別する。別の実施形態では、移動式ロボットは、農業ポッドを識別するために無線周波数識別（ＲＦＩＤ）または同様の技術を使用する。図４Ｂに示されているように、移動式ロボットは、指定された農業ポッドの荷役台の下へと向かい、やがて荷役台の下でセンタリングされる。移動式ロボットの最終位置が、図４Ｃに示されている。この時点で、移動式ロボットは、図４Ｄに示されているように荷役台を地面から持ち上げることができる。移動式ロボットは、荷役台を持ち上げるために、油圧システム、空気圧システム、または当分野で一般的に公知の他のリフト技術を使用することができる。

図４Ｅでは、農業ポッドが完全に地面から持ち上げられており、移動式ロボットは、定置式ロボットに戻る方向へと向かい始める。定置式ロボットは、一定の位置を有するので、移動式ロボットは、定置式ロボットシステムの静止座標を維持することができる。これに代えて、定置式ロボットは、ポッドを搬送するようにとの要求を移動式ロボットに送信するときに、定置式ロボット自身の位置を提供することもできる。１つの施設の内部で複数の定置式ロボットシステムが使用されるシナリオでは、移動式ロボットは、どの定置式ロボットシステムが使用可能であるかを把握するための要求を送信または同報通信することができる。応答および他の要因（局在性）に基づいて、移動式ロボットは、特定の移動式ロボットユニットを選択して、この移動式ロボットユニットへと向かうことができる。

図４Ｆおよび４Ｇに示されているように、移動式ロボットは、農業ポッドを移動式ロボットユニットの前の領域に搬送する。この時点で、移動式ロボットは、農業ポッドが定置式ロボットシステムの内部の最適または好適な位置にあることを確実にするために何らかの調整が必要であるかどうかを判定することができる。例えば、いくつかの実施形態では、移動式ロボットは、定置式ロボットシステムのロボットアームに対して農業ポッドを特定の方向に向けることを要求する。この場合には、移動式ロボットは、相応にして向きを調整することができる。向きを決定するために種々の技術を使用することができる。例えば、いくつかの実施形態では、移動式ロボットユニットは、接近するときに農業ポッドの向きを監視することができる外部カメラを含むことができる。画像に基づいて、コントローラコンピュータは、相応にして向きを調整するように移動式コンピュータに命令を提供することができる。別の実施形態では、移動式ロボットに農業ポッドの位置が提供されるときに、移動式ロボットに向きも提供することができる。その場合、移動式ロボットは、向きを調整するために搭載ロジックを使用する。例えば、１つの実施形態では、荷役台の裏側は、荷役台の正面、背面、左面、および右面を示す種々の位置に１つまたは複数のマーキングを含むことができる。その場合、移動式ロボットは、赤外線スキャナまたは他の同様の画像捕捉機構を使用して向きを決定することができる。図４Ｈは、移動式ロボットが向きを調整するために農業ポッドをどのように回転させることができるかの一例を示す。所期の向きになると、移動式ロボットは、農業ポッドを図４Ｉおよび４Ｊに示されているように定置式ロボットシステムの中に移動させる。

図５は、いくつかの実施形態で採用することができる制御システムのハイレベルアーキテクチャを提供する。この制御システムの最も重要な目標は、人間の介入なしに作物の要求（例えば、水、肥料等）を維持しながら生産性を最大レベルに保つことである。何百もの作物タワーおよび移動式ロボットを設けることによる生産性の最大化は、不必要に高価になり得ることが想像できる。直観的に、作業を完了するためには優れた動作管理アルゴリズムが重要である。移動式ロボットは、集中型システムによって指示を受けることができるか、または移動式ロボット自身によって効率的な判定を下すことができる。これを達成するために、いくつかの実施形態では、ルートプランニングが使用されると共に、作物ステーションのセンサおよびワークフローの必要性に基づいたモーションプランニングアルゴリズムも使用される。

図６は、本発明のいくつかの実施形態で使用することができる例示的な自律的な農業ポッドアーキテクチャを示す。最も低いレベルでは、農業ポッド６２０は、図２Ａに図示されているように作物が垂直に生育する物理構造である。上述したように、農業ポッド６２０には、散水、収穫、施肥等のような農業動作の実施に関して制御するためまたは制御されるための情報を交換するセンサ（例えばｐＨ、水分、光、温度等）が装備されている。移動式ロボット６２５は、集中型または分散型の演算に基づいて、割り当てられた位置から別の地点への農業ポッド６２０の搬送を担当する。

農業ポッド６２０および移動式ロボット６２５は、定置式ロボットシステム６１５と無線通信する。定置式ロボットシステム６１５は、ロボットアーム、カメラ、および他の補助装置を利用して、播種、散水、収穫、および監視のような農業動作を実施する。図６に示されているように、定置式ロボットシステム６１５は、（例えばコントローラコンピューティングシステム３１０を介して）複数のソフトウェアコンポーネントを実行する。動作コンポーネント６１５Ａは、動作スケジュールに従って農業動作を実施するために、ロボットアーム、カメラ等を動作させることを課されている。ローカル通信コンポーネント６１５Ｂは、農業ポッド６２０および移動式ロボット６２５との通信を容易にする。オートメーションコンポーネント６１５Ｃは、農業ポッド６２０および移動式ロボット６２５を含むローカルシステムを管理するための制御プログラムを実行する。したがって、例えばオートメーションコンポーネント６１５Ｃは、移動式ロボット６２５が生産環境の内部での移動を実行するための命令を生成することができる。最後に、クラウド統合コンポーネント６１５Ｄは、定置式ロボットシステム６１５がクラウドサービス６１０と通信することを可能にする。

クラウドサービス６１０は、定置式ロボットシステム６１５（および場合によっては他のステーション）から時系列データを収集し、さらなるデータ分析ならびに機械学習の実施（例えば予測、予知等）のためにこの時系列データを使用する。例えば、１つの実施形態では、クラウドサービス６１０は、深層学習ニューラルネットワークを実行し、この深層学習ニューラルネットワークは、定置式ロボットシステム６１５からその入力センサ測定値を獲得し、かつユーザから動作プランを獲得する。これらの入力に基づいて、クラウドサービスは、動作プランへの更新を生成し、その後、この動作プランを、実行のために定置式ロボットシステム６１５と通信することができる。

図６に示されているように、ユーザアプリケーション６０５は、ユーザがクラウドサービス６１０と通信することを可能にする。ユーザアプリケーション６０５は、ユーザが動作プランを作成、閲覧、および変更することを可能にする動作プランナー６０５Ａコンポーネントを含む。次いで、これらのプランは、定置式ロボットシステム６１５（およびユーザの制御下にある任意の他の定置式ロボットシステム）によって実施される動作スケジュールを導出するために使用される。いくつかの実施形態では、動作プランと動作スケジュールとは同一である。すなわち、ユーザが、農業動作を実施するための時間等を明示的に提供する。別の実施形態では、動作スケジュールは、動作プランから導出される。簡単な例として、１日１回、朝に作物に散水しなければならないことをユーザが指定すると、ユーザアプリケーション６０５またはクラウドサービス６１０が、毎朝５：００ＡＭに農業ポッド６２０に散水するという動作スケジュールを作成することができる。

ステーション／ポッドブラウザ６０５Ｂは、定置式ロボットシステム６１５および農業ポッド６２０の状態に関するデータをユーザが閲覧することを可能にする。例えば、１つの実施形態では、農業ポッド６２０上の作物の画像、センサ測定値、および／またはセンサ測定値から導出される分析をユーザに提示することができる。気象データ６０５Ｃをユーザに提示することができ、これによってユーザは、動作プランを変更することが可能となる（例えば、晴天時には農業ポッド６２０を屋外に移動させる）。データ分析コンポーネント６０５Ｄは、クラウドサービス６１０によって提供される分析を補助し、ユーザがプロットを作成することや、カスタム分析値を導出すること等を可能にすることができる。最後に、農業支援コンポーネント６０５Ｅは、動作プランをどのように変更すべきかに関してユーザに示唆を提供する。例えば、農業支援コンポーネント６０５Ｅは、センサ測定値と、同様のシナリオの下で他の施設で実施された動作プランとに基づいて、施肥スケジュールの調整を推奨することができる。

図７は、定置式ロボットシステムのコントローラコンピュータを実装するために使用することができる例示的なコンピューティング環境７００の内部を示す。コンピューティング環境７００は、本発明の実施形態を実施することができるコンピューティングシステムの一例であるコンピュータシステム７１０を含む。コンピュータシステム７１０およびコンピューティング環境７００のようなコンピュータおよびコンピューティング環境は、当業者には公知であり、したがって本明細書では簡潔に説明する。

図７に示されているように、コンピュータシステム７１０は、システムバス７２１のような通信機構、またはコンピュータシステム７１０の内部で情報を通信するための他の通信機構を含むことができる。コンピュータシステム７１０はさらに、情報を処理するためにシステムバス７２１に結合された１つまたは複数のプロセッサ７２０を含む。プロセッサ７２０は、１つまたは複数の中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィック処理装置（ＧＰＵ）、または当分野では公知の任意の他のプロセッサを含むことができる。

コンピュータシステム７１０は、プロセッサ７２０によって実行される情報および命令を記憶するための、バス７２１に結合されたシステムメモリ７３０も含む。システムメモリ７３０は、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）７３１および／またはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７３２のような、揮発性メモリおよび／または不揮発性メモリの形態のコンピュータ可読記憶媒体を含むことができる。システムメモリＲＡＭ７３２は、（１つまたは複数の）他の動的な記憶装置（例えば、ダイナミックＲＡＭ、スタティックＲＡＭ、およびシンクロナスＤＲＡＭ）を含むことができる。システムメモリＲＯＭ７３１は、（１つまたは複数の）他の静的な記憶装置（例えば、プログラマブルＲＯＭ、消去可能なＰＲＯＭ、および電気的に消去可能なＰＲＯＭ）を含むことができる。さらに、システムメモリ７３０を、プロセッサ７２０による命令の実行中に一時変数または他の中間情報を記憶するために使用することができる。基本入出力システム（ＢＩＯＳ）７３３は、例えば起動中に、コンピュータシステム７１０の内部の要素間における情報の伝送を支援する基本ルーチンを含み、ＲＯＭ７３１に記憶することができる。ＲＡＭ７３２は、プロセッサ７２０によって即座にアクセス可能な、かつ／またはプロセッサ７２０によって現在動作中の、データおよび／またはプログラムモジュールを含むことができる、システムメモリ７３０はさらに、例えば、オペレーティングシステム７３４、アプリケーションプログラム７３５、他のプログラムモジュール７３６、およびプログラムデータ７３７を含むことができる。アプリケーションプログラム７３５は、例えば、図６に示されたコンポーネント６１５Ａ，６１５Ｂ，６１５Ｃ，６１５Ｄに対応する１つまたは複数の実行可能アプリケーションを含むことができる。

コンピュータシステム７１０は、ハードディスク７４１およびリムーバブルメディアドライブ７４２（例えば、コンパクトディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等）のような、情報および命令を記憶するための１つまたは複数の記憶装置を制御するための、システムバス７２１に結合されたディスクコントローラ７４０も含む。適切なデバイスインターフェース（例えば、スモールコンピュータシステムインターフェース（ＳＣＳＩ）、統合デバイスエレクトロニクス、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、またはＦｉｒｅＷｉｒｅ）を使用して、記憶装置をコンピュータシステム７１０に追加することができる。

コンピュータシステム７１０は、定置式ロボットシステムのコントローラコンピューティングシステムをプログラムまたはメンテナンスすることを課されたコンピュータユーザに対して情報を表示するための、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のようなディスプレイ７６６を制御するための、バス７２１に結合されたディスプレイコントローラ７６５を含むこともできる。コンピュータシステムは、入力インターフェース７６０と、キーボード７６２およびポインティングデバイス７６１のような、コンピュータのユーザと相互作用してプロセッサ７２０に情報を提供するための１つまたは複数の入力デバイスとを含む。ポインティングデバイス７６１は、方向情報および命令選択をプロセッサ７２０に通信するため、かつディスプレイ７６６上のカーソルの動きを制御するための、例えばマウスまたはポインティングスティックとすることができる。ディスプレイ７６６は、ポインティングデバイス７６１による方向情報および命令選択の通信を補助または代替するために、入力を可能にするタッチスクリーンインターフェースを提供することができる。

コンピュータシステム７１０は、システムメモリ７３０のようなメモリに含まれた１つまたは複数の命令の１つまたは複数のシーケンスを実行するプロセッサ７２０に応答して、本発明の実施形態の処理ステップの一部または全部を実行することができる。このような命令を、ハードディスク７４１またはリムーバブルメディアドライブ７４２のような別のコンピュータ可読媒体からシステムメモリ７３０に読み込むことができる。ハードディスク７４１は、本発明の実施形態によって使用される１つまたは複数のデータストアおよびデータファイルを含むことができる。データストアのコンテンツおよびデータファイルを、セキュリティを向上させるために暗号化することができる。システムメモリ７３０に含まれた命令の１つまたは複数のシーケンスを実行するために、マルチプロセッシング構成のプロセッサ７２０を採用することもできる。別の実施形態では、ソフトウェア命令の代わりに、またはソフトウェア命令と組み合わせて、ハードウェア回路を使用することができる。したがって、実施形態は、ハードウェア回路およびソフトウェアの特定の組み合わせに限定されていない。

上述したように、コンピュータシステム７１０は、本発明の実施形態に従ってプログラムされた命令を保持するため、かつ本明細書に記載されたデータ構造、テーブル、記録、または他のデータを含有するための、少なくとも１つのコンピュータ可読媒体またはメモリを含むことができる。本明細書において使用される「コンピュータ可読媒体」という用語は、実行のためにプロセッサ７２０に命令を提供することに関与する任意の媒体を意味する。コンピュータ可読媒体は、これらに限定するわけではないが不揮発性媒体、揮発性媒体、および伝送媒体を含む、多数の形態をとることができる。不揮発性媒体の非限定的な例には、ハードディスク７４１またはリムーバブルメディアドライブ７４２のような、光ディスク、ソリッドステートドライブ、磁気ディスク、および光磁気ディスクが含まれる。揮発性媒体の非限定的な例には、システムメモリ７３０のような動的なメモリが含まれる。伝送媒体の非限定的な例には、バス７２１を構成するワイヤを含む、同軸ケーブル、銅線、および光ファイバが含まれる。伝送媒体は、電波および赤外線のデータ通信中に生成されるような音波または光波の形態をとることもできる。

ネットワーク環境で使用される場合、コンピュータシステム７１０は、クラウドサービス６１０（図６参照）とのネットワーク７７１を介した通信を確立するためのモデム７７２を含むことができる。ユーザネットワークインターフェース７７０を介して、または別の適切な機構を介して、バス７２１にモデム７７２を接続することができる。ネットワーク７７１は、インターネット、イントラネット、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、メトロポリタンエリアネットワーク（ＭＡＮ）、直接的な接続または一連の接続（a direct connection or series of connections）、携帯電話ネットワーク、またはコンピュータシステム７１０と他のコンピュータ（例えばクラウドサービス６１０）との間の通信を容易にすることができる任意の他のネットワークまたは媒体を含む、当分野で一般的に公知の任意のネットワークまたはシステムとすることができる。ネットワーク７７１は、有線、無線、またはこれらの組み合わせとすることができる。有線接続は、イーサネット、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）、ＲＪ−１１、または当分野で一般的に公知の他の有線接続を使用して実装することができる。無線接続は、Ｗｉ−Ｆｉ、ＷｉＭＡＸ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、赤外線、セルラーネットワーク、衛星、または当分野で一般的に公知の任意の他の無線接続方法を使用して実装することができる。さらに、いくつかのネットワークは、ネットワーク７７１における通信を容易にするために単独でまたは相互に通信して動作することができる。

本開示の実施形態は、ハードウェアおよびソフトウェアの任意の組み合わせによって実施することができる。さらに、本開示の実施形態を、例えば非一時的なコンピュータ可読媒体を有する製品（例えば１つまたは複数のコンピュータプログラム製品）に含めることができる。このような媒体は、例えば本開示の実施形態のメカニズムを提供および容易にするために、例えばコンピュータ可読プログラムコードの中に具現化されている。製品は、コンピュータシステムの一部として含まれることも、別個に販売されることもできる。

本明細書には種々の態様および実施形態が開示されているが、当業者には他の態様および実施形態が明らかであろう。本明細書に開示された種々の態様および実施形態は、例示を目的としたものであり、限定することを意図するものではなく、真の範囲および精神は、以下の請求項によって指示される。以下の説明から明らかなように別段の記載がない限り、「適用する」、「生成する」、「識別する」、「決定する」、「処理する」、「計算する」、「選択する」等のような用語が、コンピュータシステムのレジスタおよびメモリの内部の物理的（例えば電子的）な量として表されるデータを、コンピュータシステムのメモリもしくはレジスタ、またはこのような情報を記憶、伝送、または表示する他の装置の内部の物理的な量として同様に表される別のデータに操作および変換する、コンピュータシステムまたは同様の電子的なコンピューティングデバイスのアクションおよびプロセスを意味し得ることは理解されよう。本明細書に記載された方法の実施形態は、コンピュータソフトウェアを使用して実装することができる。認定された標準に準拠したプログラミング言語で記述されている場合には、本方法を実施するように設計された命令のシーケンスを、種々のハードウェアプラットフォーム上で実行するため、かつ種々のオペレーティングシステムと相互作用するために、コンパイルすることができる。さらに、本発明の実施形態は、特定のプログラミング言語を参照して記載されていない。本発明の実施形態を実装するために種々のプログラミング言語を使用することができることは理解されよう。本明細書において使用されるような実行可能アプリケーションは、オペレーティングシステム、コンテキストデータ取得システム、または他の情報処理システムの機能のような所定の機能を、例えばユーザ命令またはユーザ入力に応答して実施するための、プロセッサを調整するためのコードまたは機械可読命令を含む。

実行可能アプリケーションは、１つまたは複数の特定のプロセスを実行するための、コードまたは機械可読命令、サブルーチン、または実行可能アプリケーションの他の別個のセクションのコードまたは部分である。これらのプロセスは、入力データおよび／またはパラメータを受信することと、受信した入力データに対して動作を実施すること、および／または受信した入力パラメータに応じて機能を実施することと、結果としての出力データおよび／またはパラメータを提供することとを含むことができる。

本明細書において使用される「グラフィカルユーザインターフェース」（ＧＵＩ）は、１つまたは複数のディスプレイ画像を含み、このディスプレイ画像は、ディスプレイプロセッサによって生成され、プロセッサまたは他の装置および関連するデータ取得処理機能とのユーザインタラクションを可能にする。ＧＵＩは、実行可能プロシージャまたは実行可能アプリケーションも含む。実行可能プロシージャまたは実行可能アプリケーションは、ＧＵＩディスプレイ画像を表示する信号を生成するためのディスプレイプロセッサを調整する。これらの信号は、ユーザが閲覧するための画像を表示するディスプレイ装置に供給される。実行可能プロシージャまたは実行可能アプリケーションの制御下にあるプロセッサは、入力装置から受信した信号に応答してＧＵＩディスプレイ画像を操作する。このようにして、ユーザは、プロセッサまたは他の装置とのユーザインタラクションを可能にする入力装置を使用してディスプレイ画像と相互作用することができる。

本明細書における機能およびプロセスステップは、ユーザ命令に応答して自動的または全体的または部分的に実施することができる。自動的に実施されるアクティビティ（ステップを含む）は、ユーザが直接的にアクティビティを開始することなく、１つまたは複数の実行可能命令またはデバイスオペレーションに応答して実施される。

図面のシステムおよびプロセスは、排他的ではない。同じ目的を達成するために、本発明の原理に従って他のシステム、プロセス、およびメニューを導出することができる。本発明を、特定の実施形態を参照しながら説明してきたが、本明細書に図示および記載された実施形態および変形形態が、例示のみを目的としたものであることを理解すべきである。現在の設計に対する変更を、本発明の範囲から逸脱することなく当業者によって実施することができる。本明細書に記載されているように、種々のシステム、サブシステム、エージェント、マネージャ、およびプロセスは、ハードウェアコンポーネント、ソフトウェアコンポーネント、および／またはこれらの組み合わせを使用して実装することができる。本明細書の請求項の要素は、合衆国法典第３５巻第１１２条（ｆ）項の規定の下で、「〜のための手段（means for）」を使用して要素が明示的に列挙されていると解釈されるべきではない。

Claims (19)

1. 農業生産環境の内部で自律的な農業を実施するためのシステムであって、
   前記システムは、
   １つまたは複数の農業ポッドであって、各農業ポッドが、（ａ）１つまたは複数の作物と、（ｂ）前記作物の環境条件を監視するための１つまたは複数のセンサモジュールとを含む、１つまたは複数の農業ポッドと、
   固定式ロボットシステムであって、
   前記農業ポッドのうちの１つの農業ポッドの前記センサモジュールからセンサデータを収集し、
   収集された前記センサデータに基づいて、動作スケジュールに従って、前記農業ポッドのうちの前記１つの農業ポッドの前記作物に対して１つまたは複数の農業動作を実施し、
   前記農業生産環境の内部で前記農業ポッドのうちの前記１つの農業ポッドを搬送するための命令のセットを生成し、
   前記農業ポッドに前記命令のセットを通信する
   ように構成されている、固定式ロボットシステムと、
   前記命令のセットに従って、前記固定式ロボットシステムと、前記農業生産環境の内部の１つまたは複数の他の位置との間で、前記農業ポッドのうちの前記１つの農業ポッドを搬送するように構成されている、１つまたは複数の移動式ロボットと、
   を備える、システム。
2. 前記システムは、前記農業生産環境から遠隔で実行されるソフトウェアアプリケーションであって、
   前記固定式ロボットシステムから前記センサデータを収集し、
   １人または複数のユーザに前記センサデータを提示し、
   前記ユーザから受信した１つまたは複数の命令に基づいて前記動作スケジュールを更新する
   ように構成されている、ソフトウェアアプリケーションをさらに備える、
   請求項１記載のシステム。
3. それぞれのセンサモジュールは、温度センサ、水分センサ、および光センサを含む、
   請求項１または２記載のシステム。
4. 前記センサモジュールは、イオン選択性センサをさらに含む、
   請求項１から３までのいずれか１項記載のシステム。
5. それぞれのセンサモジュールは、前記固定式ロボットシステムと通信するための無線ネットワークアンテナをさらに含む、
   請求項１から４までのいずれか１項記載のシステム。
6. それぞれの農業ポッドは、特定の生育ジオメトリに従って前記作物を保持する作物タワーと、前記作物タワーを地面から持ち上げる荷役台とをさらに含む、
   請求項１から５までのいずれか１項記載のシステム。
7. 前記特定の生育ジオメトリは、螺旋型のジオメトリである、
   請求項６記載のシステム。
8. 前記特定の生育ジオメトリは、ピラミッド型のジオメトリである、
   請求項６記載のシステム。
9. 前記特定の生育ジオメトリは、シリンダ型のジオメトリである、
   請求項６記載のシステム。
10. 前記移動式ロボットは、
    （ａ）前記荷役台の下に移動し、
    （ｂ）前記荷役台が地面に接触しなくなるまで前記移動式ロボットの高さを増加させ、
    （ｃ）前記農業生産環境の内部の所期の位置へと前記農業ポッドを搬送し、
    （ｄ）前記所期の位置において前記荷役台が地面と接触するまで前記移動式ロボットの高さを減少させる
    ことによって、前記農業ポッドを搬送する、
    請求項６から９までのいずれか１項記載のシステム。
11. 前記農業動作は、前記作物の播種、散水、収穫、または監視のうちの１つまたは複数を含む、
    請求項１から１０までのいずれか１項記載のシステム。
12. 前記移動式ロボットは、第２の命令のセットに基づいて、前記農業生産環境の内部で移動するためのルートを決定するためのルートプランニングアルゴリズムを局所的に実行する、
    請求項１から１１までのいずれか１項記載のシステム。
13. 前記固定式ロボットシステムは、前記農業動作を実施するために、前記農業ポッドにおける前記作物を操作するための１つまたは複数のロボットアームを含む、
    請求項１から１２までのいずれか１項記載のシステム。
14. 前記固定式ロボットシステムは、前記農業ポッドにおける前記作物の画像を捕捉するための１つまたは複数のカメラを含む、
    請求項１から１３までのいずれか１項記載のシステム。
15. 前記画像は、ユーザに表示するために１つまたは複数の遠隔のソフトウェアアプリケーションに通信される、
    請求項１４記載のシステム。
16. 農業生産環境の内部で自律的な農業を実施するための方法において、
    固定式ロボットシステムの内部の１つまたは複数の農業ポッドであって、各農業ポッドが（ａ）１つまたは複数の作物と、（ｂ）前記作物の環境条件を監視するための１つまたは複数のセンサモジュールとを含む農業ポッドを検出することと、
    前記固定式ロボットシステムによって、前記農業ポッドのうちの１つの農業ポッドの前記センサモジュールからのセンサデータを収集することと、
    前記固定式ロボットシステムによって、収集された前記センサデータに基づいて、動作スケジュールに従って、前記農業ポッドのうちの前記１つの農業ポッドの前記作物に対して１つまたは複数の農業動作を実施することと、
    前記固定式ロボットシステムによって、１つまたは複数の命令を移動式ロボットに通信し、前記農業ポッドのうちの前記１つの農業ポッドを前記固定式ロボットシステムから前記農業生産環境の内部の別の位置に移動させるように当該ロボットに命令することと
    を含む、方法。
17. 前記固定式ロボットシステムによって、収集された前記センサデータを遠隔のソフトウェアアプリケーションに通信することと、
    前記センサデータの通信に応答して、前記動作スケジュールの更新を受信することと
    をさらに含む、
    請求項１６記載の方法。
18. 前記固定式ロボットシステムによって天気予報データを受信することと、
    前記天気予報データに基づいて、前記移動式ロボットに通信される前記動作スケジュールまたは前記命令のうちの１つまたは複数を更新することと
    をさらに含む、
    請求項１６または１７記載の方法。
19. 前記固定式ロボットシステムによって、前記動作スケジュールが実施されている間に前記作物の１つまたは複数の画像を捕捉することと、
    前記固定式ロボットシステムによって、前記画像を遠隔のソフトウェアアプリケーションに通信することと
    をさらに含む、
    請求項１６から１８までのいずれか１項記載の方法。