NL2000333C2 - Robot voor aan een gewas uitvoeren van een handeling en werkwijze voor het behandelen van een gewas. - Google Patents

Description

Robot voor aan een gewas uit voeren van een handeling en werkwijze voor het behandelen van een gewas.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een robot voor het aan een gewas 5 uitvoeren van een handeling omvattende een robotarm met aan het vrije einde daarvan een bewerkingsinrichting.

Een dergelijke bewerkingsinrichting kan een snij-inrichting omvatten maar begrepen dient te worden dat de uitvinding daartoe niet beperkt is.

Reeds lange tijd wordt er naar gestreefd bepaalde handelingen in kweekruimtes 10 zoals kassen geautomatiseerd uit te voeren. Daardoor is het niet langer noodzakelijk dure menskracht te gebruiken en kan ook onder ongunstige omstandigheden zowel klimatologisch als wat betreft positie aan bepaalde gewassen een behandeling uitgevoerd worden. Bovendien kan daardoor het overdragen van bijvoorbeeld ziektes van buiten de kweekruimte naar de kweekruimte voorkomen worden.

15 Een voorbeeld van een dergelijke handeling is het van tomatenplaten verwijderen van bladeren. Immers gebleken is dat een tomatenplant slechts een beperkt aantal bladeren nodig heeft om de gewenste opbrengst te geven. De overige bladeren zijn overbodig, belemmeren de lichtinval, schermen de vruchten af en verminderen de groeikracht van het gewas.

20 Indien de bladeren zich tot onder aan de stengels uitstrekken zullen deze, indien niet verwijderd, afsterven en kunnen daarmee de plant aantasten. Bovendien wordt, met name indien de bladeren zich onder in de kas bevinden, de lucht daar minder droog met alle risico’s voor infectieziekten en aantasting van de plant.

Andere voorbeelden voor het geautomatiseerd uitvoeren van handelingen zijn het 25 oogsten van gewassen.

Daarbij is het van belang dat een dergelijke robot en meer in het bijzonder het vrije uiteinde daarvan op de juiste positie ten opzichte van het gewas terechtkomt en vervolgens de betreffende handeling uitvoert.

Bij het handmatig uitvoeren van werkzaamheden kan in principe gegarandeerd 30 worden dat 100% van de gewenste werkzaamheden uitgevoerd wordt. Bij het op eenvoudige wijze automatiseren volgens de stand der techniek is het tot nu toe niet mogelijk gebleken de gewenste handelingen volledig uit te voeren. Met name de bewegingssnelheid van toe nu toe gebruikte robotarmen was zodanig laag dat de 2 bewerkingstijd in relatie met de kosten van de betreffende robot ontoelaatbaar lang werd. Daardoor is het tot nu toe niet rendabel geweest robots toe te passen. Een andere belangrijke factor is de aan verandering onderhevige, onvoorspelbare natuurlijke omgeving.

5 Uit NL 1024702 is een inrichting bekend voor het oogsten van gewas van een plant. Daarbij wordt de hoofdstengel aangegrepen en vervolgd. Dit gebeurt in hoofdzaak met cameratechnieken, waarbij volgens een bijzondere uitvoering een sensor aanwezig is voor het meten van de weerstand bij het bereiken van een zijtak van de plant. Deze sensor is aan de bovenrand van de grijpinrichting aangebracht en zodra een 10 obstakel geregistreerd is stopt de manipulator en wordt een snijhandeling uitgevoerd.

Het is het doel van de onderhavige uitvinding in een robot te voorzien waarmee het wel mogelijk is om op doelmatige en efficiënte wijze een bewerking aan gewas uit te voeren waarbij een hoog percentage van de vereiste handelingen ook daadwerkelijk met de robot uitgevoerd wordt.

15 Dit doel wordt volgens de onderhavige uitvinding verwezenlijkt met een robot voor het aan een gewas uitvoeren van een handeling, omvattende een aan het einde van een robotarm aangebrachte bewerkingsinrichting voor het uitvoeren van die handeling alsmede sensoren voor het bepalen van de positie van dat uiteinde, welke sensoren omvatten beeldsensoren en krachtsensoren alsmede een sturing voor die robotarm 20 reagerend op van die sensoren afkomstige signalen, waarbij die sturing zodanig uitgevoerd is, dat het naderen van het gewas uitgevoerd wordt op basis van het signaal alkomstig uit de beeldsensoren en het signaal afkomstig uit de krachtsensoren, waarbij die krachtsensoren uitgevoerd zijn voor het bepalen van de grootte en richting van de daarop werkende kracht.

25 De robot volgens de onderhavige uitvinding kan zich sneller en makkelijker in het gewas bewegen en hetzij met behulp van krachtsensoren hetzij met behulp van de combinatie van krachtsensoren en beeldsensoren de positie daarvan bepalen en de betreffende handeling uitvoeren.

Door het bepalen van de grootte van de kracht en de richting van de kracht is het 30 mogelijk verdere informatie te verkrijgen over het getroffen obstakel. Zo is het mogelijk in combinatie met phishing technieken aan de hand van de grootte en richting van de kracht, bijvoorbeeld per te maken deel, onderscheid te maken tussen vruchten en blad, waarbij in het geval van blad bijvoorbeeld een kniphandeling plaatsvindt en bij 3 het aantreffen van vruchten deze ongemoeid blijven. Bovendien is het mogelijk door het bepalen van de grootte van de kracht en de richting daarvan te constateren dat verder bewegen ongewenst is. In dat geval kan volgens een bijzondere uitvoering van de onderhavige uitvinding de inrichting gedeeltelijk uit het gewas terugbewegen en het 5 gewas op andere wijze benaderen. Deze gewijzigde benadering kan door rotatie van de robotkop plaatsvinden.

Enerzijds zal de robot volgens de onderhavige uitvinding dergelijke handelingen op passende wijze uitvoeren terwijl anderzijds beschadiging van het gewas zo veel mogelijk voorkomen worden.

10 De robot is bijvoorbeeld bijzonder geschikt voor het verwijderen van bladeren van gewassen zoals tomaten. Daarbij is het gebruikte gereedschap een snij- of knipwerktuig en is het noodzakelijk dat de robot de plaats van aanhechting van een blad aan de hoofdstengel van het gewas detecteert. Daarbij is het van belang dat de robot onderscheid maakt tussen de aanhechting van een blad of de aanhechting van een 15 vrucht zoals een tros tomaten. Bovendien is het van belang dat bijvoorbeeld bij het verwijderen van bladeren de snede zo kort mogelijk is dat wil zeggen dat het snij- of knipwerktuig zich in de positie van knippen in hoofdzaak loodrecht op de langsas van de betreffende bladsteel bevindt, en bij voorkeur zo dicht mogelijk bij de stam.

Zoals hierboven al aangegeven kan voor de sturing van de robot gebruik gemaakt 20 worden van vision-technieken.

Daaronder wordt verstaan het door de sturing zodanig interpreteren van de beelden van de op de robot aangebrachte camera, dat de sturing aan de hand daarvan op robuuste wijze autonome beslissingen zal nemen over de meest effectieve verplaatsingen van de robot.

25 Volgens een bijzondere uitvoering van de uitvinding is de robot voorzien van een robotarm met aan het einde daarvan een verplaatsbaar ten opzichte daarvan aangebrachte kop. Deze kop is meer in het bijzonder draaibaar en ter plaatse van de overgang naar de kop zijn de tactiele sensoren en meer in het bijzonder krachtsensoren aangebracht. Bij voorkeur zijn deze in drie richtingen effectief zodat nauwkeurig de 30 kracht bepaald kan worden die de arm ondervindt bij het in het gewas brengen.

Behalve snij-inrichtingen kunnen alle andere soorten inrichtingen aanwezig zijn bijvoorbeeld een aangrijpinrichting voor het na het oogsten van het gewas verplaatsen van het geoogste deel.

4

Bij voorkeur is de robot zodanig uitgevoerd dat deze zich onafhankelijk door een ruimte kan bewegen. Daartoe kunnen verplaatsingsmiddelen aanwezig zijn.

De onderhavige uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voor het geautomatiseerd uitvoeren van een behandeling aan gewas omvattende het met een 5 bewerkingsinrichting naderen van een gewas en het uitvoeren van die handeling, waarbij die verplaatsing gestuurd wordt op basis van een combinatie van beeldinformatie van het gewas en van de door het gewas op de bewerkingsinrichting uitgeoefende kracht.

Het waarnemen van de positie met behulp van op de robotarm aangebrachte 10 beeldsensoren kan met verlichting bevorderd worden.

Bovendien kan gebruik gemaakt worden van lasertechnieken om diepte-informatie (3D) aan het beeld toe te voegen die door de camera verder geïnterpreteerd kan worden.

Zoals al aangegeven is het mogelijk de robot en werkwijze volgens de 15 onderhavige uitvinding toe te passen bij elk soort gewas in het bijzonder tomaten.

De uitvinding zal hieronder nader aan de hand van een in de tekening afgebeeld uitvoeringsvoorbeeld verduidelijkt worden. Daarbij toont:

Fig. 1 gewas en de robot volgens de uitvinding;

Fig. 2 een detail van de robot volgens fig. 1; 20 Fig. 3 en 4 een voorbeeld voor het naderen van een gewas.

In fig. 1 is met 1 een kas of andere teeltruimte aangegeven. Daarin zijn gewassen 2 aangebracht. Rails zoals buisrails 3 zijn aanwezig en daarover kan zich een robot 4 verplaatsen. Deze robot 4 is voorzien van een kast 5 met wielen 6 waarbij een of meer van de wielen 6 door een motor 13 aangedreven wordt. In de kast 5 is een sturing 12 25 aanwezig die mede dient voor het besturen van motor 13, d.w.z. het verplaatsen van de robot 4 in de kas.

Vanuit de kast strekt zich een in hoogte verstelbare hoofdarm 7 uit. Daarop is een in horizontale richting verplaatsbare hulparm 8 aangebracht. Horizontale verplaatsing wordt verwezenlijkt met behulp van motor 11 die met sturing 12 aangestuurd wordt.

30 Aan het einde van hulparm 8 bevindt zich een kop 9. Bij de overgang van hulparm 8 en kop 9 is een krachtsensor 15 aangebracht die bestaat uit ten minste drie krachtsensoren voor het in drie richtingen meten van de door de kop 9 ten opzichte van de hulparm 8 ondervonden kracht. Daarmee is het mogelijk over een bereik van 360° 5 krachten te meten. De uit de krachtsensor 15 afkomstige signalen worden aan sturing 12 toegevoerd.

Op de kop is een camera aanwezig en vier lampen 17. Bovendien kan laserlicht geprojecteerd worden met behulp van projector 19 in het gebied waar de op de kop 9 5 aangebrachte snij-inrichting 18 werkzaam moet worden.

In fig. 3 en 4 is een voorbeeld van het gebruik van de robot volgens de uitvinding gegeven. Een gewas is getoond voorzien van een stengel 22. Met 23 is het met behulp van laserprojector 19 geprojecteerde laservlak in verschillende posities aangegeven. 24 is een aanhechting terwijl 25 een oriëntatielijn aangeeft en 26 een vrucht.

10 De hierboven beschreven inrichting werkt als volgt: de robot krijgt de opdracht om bijvoorbeeld gewas te verwijderen. Daarin wordt door een bedienende persoon gespecificeerd welke handeling de robot uit moet voeren en op welke plek. Als voorbeeld wordt genoemd het verwijderen van alle bladeren van een gewas tot een bepaalde hoogte en in bepaalde rijen.

15 Vervolgens rijdt de robot langs de rails naar het betreffende gewas. Het benaderen van het gewas vindt plaats met behulp van vision-techniekén. De daartoe noodzakelijke software is in sturing 12 opgenomen en op basis van het bij camera 16 ontvangen beeld reageert de robot.

Op de gewenste positie aangekomen nadert de robot het gewas en beweegt zich 20 langs de hoofdstengel van onderen af naar boven. Deze beweging wordt mede gestuurd door de signalen afkomstig van de krachtsensor 15. Met behulp van het vision-systeem wordt de eerste stengel van de plant die zich aftakt van de hoofdstengel gezocht. Met behulp van vision-technieken wordt bepaald dat het hier inderdaad een stengel betreft. Bovendien kan daarbij gebruik gemaakt worden van de informatie afkomstig van de 25 krachtsensoren 15. Dit is een adaptief stelsel. De robotarm en meer in het bijzonder de kop 9 beweegt zich verder langs de stengel omhoog tot een aanhechting 24 gedetecteerd wordt. Tijdens deze beweging wordt gebruik gemaakt van zowel beeld-als tactiele informatie. Door deze tweevoudige informatie kan vastlopen van de robotarm of erger, beschadigen van het gewas, voorkomen worden. In het geval 30 verlichting 17 en laserprojectie geen effect hebben kan de robot zijn baan voortzetten op basis van informatie afkomstig uit de krachtsensoren 15.

Indien de kracht waargenomen door de sensoren en de richting daarvan een voorafbepaalde drempelwaarde overschrijdt kan door de sturing geconstateerd worden 6 dat een zodanige hindernis aanwezig is dat de robot meer afstand tot het gewas neemt en bijvoorbeeld door rotatie van de robotkop op andere wijze het gewas nadert.

Eveneens is het mogelijk op basis van de grootte en de richting van de kracht te constateren of de getroffen hindernis een hindernis is waar bijvoorbeeld een bewerking 5 aan plaats moet vinden of een hindernis is, die gepasseerd dient te worden. Voorbeelden zijn een blad dat wel afgesneden moet worden en een vrucht die niet behandeld dient te worden.

Bij de terugtrekkende beweging - indien bijvoorbeeld een blad of ander obstakel aangetroffen wordt - wordt volgens een van voordeel zijnde uitvoering met phishing 10 techniek de stengel steeds waargenomen en gebruikt als referentie waar naar toe de robot dient te bewegen. Dat wil zeggen: bij voorkeur wordt de positie van de stengel tijdens het terugbewegen en weer naderen daarvan niet uit het oog verloren.

Tijdens de hierboven beschreven beweging kan de relevante informatie uit de ontvangen beelden opgeslagen worden. Voorbeelden daarvan zijn referentiepunten. 15 Bovendien kunnen driedimensionale beelden gegenereerd worden waarvoor met name de laserprojector van belang is. Deze geheugenopslag kan in een later stadium gebruikt worden indien de robot opnieuw het gewas benadert om een latere handeling uit te voeren. Daardoor kan in latere stappen bijzonder snel en effectief opgetreden worden. Met de inrichting wordt bepaald of het aan de stengel aangebrachte deel een blad of 20 vrucht is en dienovereenkomstig wordt gehandeld.

Bovendien kan indien de robot zich niet langer in de juiste positie ten opzichte van het gewas bevindt de robot snel terugbewegen naar de laatste wel juiste positie.

Op basis van camerabeelden worden bladeren/te oogsten delen van het gewas geïdentificeerd. Indien een te verwijderen blad aangetroffen wordt zoals bij 25 aanhechting 24 kan vervolgens met de snij-inrichting 18 de snijhandeling uitgevoerd worden. Wordt echter een vrucht 26 ontmoet dan zal bij het verwijderen van de bladeren de robotarm geen verdere actie ondernemen.

Aan de hand van fig. 4 is getoond hoe de kop 9 van de robot door vision aangestuurd zich in de oksel van steel 27 beweegt. Met behulp van tactiele informatie 30 (na identificatie met vision) duwt de kop zachtjes tegen het steeltje waardoor bepaald kan worden of het hier een steeltje van een vrucht of een blad betreft. Nadat de betreffende aanhechting 27 geïdentificeerd is wordt deze in het geheugen opgeslagen en komt de robot terug op de eerdere coördinaten die met punt 25 aangegeven zijn.

7

Indien de robot als plukrobot uitgevoerd is kan in een dergelijk geval de plukhandeling verwezenlijkt worden. Eventueel kunnen aangrijpmiddelen aanwezig zijn om de geplukte vruchten en/of bladeren op georganiseerde wijze af te voeren.

Vervolgens kan het volgende gewas aan een overeenkomstige behandeling 5 onderworpen worden.

Begrepen zal worden dat met de hierboven beschreven robot vele andere handelingen zowel buiten als in een teeltruimte aan gewassen uitgevoerd kunnen worden. Zo kan de robot met “emergent behaviour” uitgevoerd worden, waardoor de programmering vereenvoudigd kan worden.

10 Bovendien zullen bij degene bekwaam in de stand der techniek dadelijk varianten van de uitvinding opkomen die liggen binnen het bereik van bijgaande conclusies waarbij uitdrukkelijk ook rechten gevraagd worden voor uitvoeringsvarianten die voortkomen uit de volgconclusies onafhankelijk van hetgeen in de hoofdconclusie beschreven is.

15

Claims (17)

1. Robot (4) voor het aan een gewas (2) uitvoeren van een handeling, omvattende een aan het einde van een robotarm (7, 8) aangebrachte bewerkingsinrichting (18) voor 5 het uitvoeren van die handeling alsmede sensoren (15, 16) voor het bepalen van de positie van dat uiteinde, welke sensoren omvatten beeldsensoren (16) en krachtsensoren (15) alsmede een sturing (12) voor die robotarm (7, 8) reagerend op van die sensoren afkomstige signalen, waarbij die sturing zodanig uitgevoerd is, dat het naderen van het gewas uitgevoerd wordt op basis van het signaal afkomstig uit de beeldsensoren (16) en 10 het signaal afkomstig uit de krachtsensoren, met het kenmerk, dat die krachtsensoren (15) uitgevoerd zijn voor het bepalen van de grootte en richting van de daarop werkende kracht.

2. Robot volgens conclusie 1, waarbij die sturing (12) vision-technieken omvat. 15

3. Robot volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het einde van die arm een kop (9) omvat.

4. Robot volgens conclusie 3, waarbij die kop (9) roterend ten opzichte van die arm 20 (8) is aangebracht.

5. Robot volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het einde van die arm (8) van een snij-inrichting (18) is voorzien.

6. Robot volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het einde van die arm van een aangrijpinrichting is voorzien.

7. Robot volgens een van de voorgaande conclusies, voorzien van verplaatsingsmiddelen (13). 30

8. Robot volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij dat naderen omvat een eerste naderen en een laatste naderen van dat gewas waarbij het eerste naderen van het gewas op basis van het signaal afkomstig uit de beeldsensoren (16) uitgevoerd wordt en het laatste naderen van het gewas, omvattende het uitvoeren van die handeling, op basis van een combinatie van beeldinformatie van het gewas en van het signaal afkomstig van de krachtsensoren uitgevoerd wordt.

9. Robot volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij die krachtsensoren uitgevoerd zijn om kracht in de drie verschillende hoofdrichtingen (x,y,z) te bepalen.

10. Werkwijze voor het geautomatiseerd uitvoeren van een behandeling aan gewas (2) omvattende het met een bewerkingsinrichting (4) naderen van een gewas en het 10 uitvoeren van die handeling, waarbij die verplaatsing gestuurd wordt op basis van een combinatie van beeldinformatie van het gewas en van de door het gewas op de bewerkingsinrichting uitgeoefende kracht, met het kenmerk, dat informatie van die uitgeoefende kracht, grootte en richting van die kracht omvat.

11. Werkwijze volgens conclusie 10, waarbij die sturing vision-technieken omvat.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, waarbij nabij het gewas een laservlak (23) geprojecteerd wordt.

13. Werkwijze volgens een van de conclusies 10-12, waarbij dat gewas vanaf twee zijden belicht wordt.

14. Werkwijze volgens een van de conclusies 10-13, waarbij die bewerking het verwijderen van een gewasdeel omvat. 25

15. Werkwijze volgens een van de conclusies 10-14, waarbij dat gewas een tomatenplant omvat.

16. Werkwijze volgens een van de conclusies 10-15, waarbij het naderen van dat 30 gewas omvat het afleggen van een eerste traject tot de buitenbegrenzing van dat gewas en een tweede traject tot het te behandelen deel (24) van het gewas, waarbij die verplaatsing volgens dat eerste traject gestuurd wordt op basis van beeldinformatie ter plaatse van de bewerkingsinrichting en de verplaatsing volgens het tweede traject gestuurd wordt op basis van een combinatie van beeldinformatie van het gewas en van de door het gewas op de bewerkingsinrichting uitgeoefende kracht.

17. Werkwijze volgens een van de voorgaande conclusies 11-16, waarbij bij het 5 naderen van het gewas en bij het daarbij overschrijden van een bepaalde hoogte van de kracht in een bepaalde richting, de bewerkingsinrichting (4) van het gewas weg bewogen wordt en volgens een andere baan naar het gewas toegestuurd wordt.