PL230655B1 - Uklad do mechanicznego zapylania roslin - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ do mechanicznego zapylania roślin.

Znacząca liczba gatunków roślin uprawnych jest zapylana przez owady. Efektywność dokonywanego przez nich zapylania można rozważać pod kątem czysto ilościowym (skuteczność zapładniania na poziomie 60-80%) jak i jakościowym (wymiana materiału genetycznego). Biorąc pod uwagę problemy z utrzymaniem populacji owadów zapylających, głównie pszczół związane z chorobami, odległością, możliwością transportu, na poziomie zapewniającym wykonanie skutecznego zapylania różnego rodzaju upraw istnieje zapotrzebowanie na poprawę skuteczności zapylania, zwiększenie możliwości wymiany materiału genetycznego, w szczególności w uprawach hodowlanych, z uwzględnieniem możliwości kontrolowanego zapłodnienia krzyżowego, polepszenie skuteczności zapylania w hodowli szklarniowej oraz zastąpienie ręcznego zapylania roślin przez ludzi.

Znane są sposoby zapylania roślin przez owady zapylające. Proces zapylania kwiatów u większości roślin przebiega na drodze dwóch występujących powszechnie mechanizmów - wiatropylności i zapylania z udziałem zwierząt. W procesie zapylania z udziałem zwierząt uczestniczą najczęściej owady, ale również niektóre ptaki (koliber) i ssaki (nietoperze). Najbardziej rozpowszechnione jest zapylanie z udziałem owadów. Niektóre gatunki roślin są uzależnione od określonych gatunków owadów ze względu na ukształtowanie kwiatostanu sprzyjające zapładnianiu wyłącznie przez osobniki tego gatunku. Motywacją zwierząt do wykonywania zapylania jest wydzielanie przez kwiaty nektaru stanowiącego pożywienie owadów zapylających. Z punktu widzenia hodowli roślin naturalne zapylanie jest niezbyt efektywne pod względem kontrolowanego krzyżowania gatunków, ze względu na ogr aniczony wpływ na procesy decyzyjne owadów i przenoszenie pyłków z pręcików roślin jednego gatunku na drugi. Bardzo często w tym procesie dochodzi do samozapłodnienia lub zapładniania pyłkami tego samego gatunku. Drugą wadą naturalnego zapładniania z punktu widzenia rolnictwa jest ograniczona skuteczność zapładniania przez owady (maksymalnie do około 80%) oraz ograniczony dostęp do owadów (np. konieczność sprowadzania owadów spoza terenów upraw i konieczność ponoszenia znacznych kosztów zapylania). Dodatkowo w obecnych czasach intensywna gospodarka z udziałem chemicznych środków ochrony roślin doprowadziła do licznych chorób owadów zapylających takich jak pszczoły i trzmiele ziemne. W tej sytuacji na niektórych obszarach (np. niektóre prowincje Chin) zapylanie z udziałem owadów nie jest możliwe w ogóle i praca owadów została zastąpiona tam pracą ludzi.

Znane są sposoby zapylania za pomocą ręcznej pracy ludzi posługujących się specjalnie przygotowanymi urządzeniami zbliżonymi konstrukcją do miotełek używanych do zbierania kurzu. Ludzie prowadzący zapylanie zbliżają miotełki do kwiatostanu, następnie delikatnie potrząsając i obracając miotełką strząsają pyłki, osiadające na włoskach miotełki i osadzają pyłki na znamionach słupków tych samych lub innych kwiatów. Praca ta jest droga i czasochłonna oraz prowadzi często do uszkodzenia słupka, co najczęściej prowadzi do zniszczenia kwiatu lub uszkodzenia zawiązków owoców. Dodatkowo bez dodatkowych urządzeń (np. termowizyjnych) trudne jest oszacowanie gotowości kwiatu do zapłodnienia co dodatkowo wydłuża czas pracy ludzi lub prowadzi do niewielkiej skuteczności tej metody zapylania.

Znane są ręczne i mechaniczne obsługiwane ręcznie urządzenia ujawnione w opisach patentowych CN87210521U, CN201726728U, CN201042157Y, CN201004889Y, IT1259485B, JP2011200196. Urządzenia tego typu są wykonane w formie zbliżonej do pistoletu zawierające zbiornik na pyłki i urządzenie mechaniczne do wytwarzania ruchu powietrza (zasysanie pyłków), zaś po odwróceniu ciągu umożliwiające rozpylenie zawiesiny pyłków. Urządzenia te są obsługiwane ręcznie przez operatora, który musi dostać się w pobliże kwiatu, pobrać z niego pyłki, a następnie rozpylić je w otoczeniu innego kwiatu. Urządzenia te są stosowane przede wszystkim w hodowlach kontrolowanych zarówno kwiatów dwu jak i jednopłciowych. Stosowanie takich urządzeń w praktyce jest nieefektywne czasowo, utrudnione w związku z koniecznością dostania się operatora w pobliże kwiatu (często na dużą wysokość i w miejsca ograniczone porastaniem gałęzi drzewa) oraz koniecznością stosowania innych urządzeń pozwalających na określenie gotowości do zapłodnienia kwiatów.

Znane jest urządzenie mechaniczne ujawnione w opisie CN201805742U składające się z wielofunkcyjnej głowicy, stołu roboczego z automatycznym przesuwem oraz urządzeń sterujących i zasilających. Wszystkie urządzenia są ze sobą połączone przewodami zasilającymi i logicznymi, zapewniającymi przesyłanie poleceń sterujących. Głowica robocza robota ma zapewniać uniwersalność i możliwość zastosowania do przycinania kwiatów, ich zapylania i zbierania. W prezentowanym rozwiązaniu konieczność zastosowania stołu roboczego, z którym powiązane są wszystkie elementy ruchome głowicy robota ogranicza stosowalność urządzenia do przestrzeni pod stołem roboczym. Sterowanie

PL 230 655 B1 w prezentowanym urządzeniu odbywa się ręcznie za pośrednictwem pulpitu roboczego, co w praktyce oznacza sterowanie ręczne z pewnej odległości, a to powoduje ograniczoną widoczność celu i możliwość uszkodzenia kwiatu. Te cechy powodują, że przewaga przedstawionego układu nad poprzednio pokazanymi urządzeniami jest niewielka, urządzenie wymaga obsługi i w przypadku większości upraw jest niepraktyczne z punktu widzenia zapylania, ponieważ nie zapewnia dobrej widoczności celu, a ręczne sterowanie z pośrednictwem układu mechanicznego jest mniej skuteczne niż ręczne stosowanie urządzeń wymienionych powyżej z operatorem bezpośrednio docierającym do kwiatu.

Znane jest urządzenie mechaniczne ujawnione w opisie CA 2249872A1 i zbliżone do niego ujawnione w opisie US4383389A służące do zapylania roślin strączkowych zbudowane w formie naczepy do maszyn rolniczych np. ciągnika, w którym zbieranie pyłków oraz ich nanoszenie na znamię odbywa się przez dużych rozmiarów bęben obrotowy zaopatrzony w szczotkę, na której osiadają pyłki i z którego są przenoszone na słupek. Urządzenie to wymaga z jednej strony ciągłej pracy operatora, z drugiej jednak może prowadzić zapylanie na dużą skalę. Wadą tego rozwiązania jest jednak konieczność mechanicznej ingerencji w kwiatostan prowadzącej do uszkadzania kwiatów, brak możliwości dotarcia do wszystkich kwiatów, czyli zmniejszenie wydajności uprawy. Na przykładzie tego rozwiązania widać, że zapylanie nie może odbywać się w przypadku ogólnym hurtowo, zbiorowo na dużą skalę i droga do zwiększenia efektywności prowadzi przez stosowanie urządzeń umożliwiających precyzyjne dotarcie do każdego kwiatu osobno, delikatne zebranie pyłku i przeniesienie go na znamię w procesie automatycznym nie wymagającym ciągłej kontroli operatora.

Znane jest urządzenie mechaniczne ujawnione w opisie CN201004889 zawierające pas transmisyjny służący do zbierania pyłku i zapylania kwiatów. W tym urządzeniu elementy mechanicznie zasilanego pasa mają przenosić pyłek w wyniku mechanicznego kontaktu ze znamieniem słupka. Taki proces zapylania nie eliminuje konieczności ręcznego sterowania, zaś dodatkowo będzie prowadzić do licznych uszkodzeń mechanicznych kwiatów i braku zapłodnienia.

Znane jest urządzenie znane z opisu JP2011200196. Urządzenie to pozwala na autonomiczne zapylanie roślin poprzez potrząsanie ich łodygą, jeżeli urządzenie wykryje kwiaty na roślinie. Rozwiązanie to jest ograniczone poprzez trudność z określeniem, która łodyga jest powiązana z określonym kwiatem, utrudnieniami z dostępem do łodyg w ogólnym przypadku oraz co najbardziej istotne ogranicza zastosowanie tylko do niektórych roślin uprawianych szklarniowo. Nie jest możliwe zrealizowanie precyzyjnego zapylania pozwalającego na przeniesienie pyłku z kwiatu na kwiat, np. znajdujący się ponad kwiatem, z którego na skutek potrząsania, obsypuje się pyłek. Tym samym rozwiązanie nie może być stosowane przy uprawach innych niż szklarniowa, szpalerowa, roślin samopylnych oraz w bardzo niewielkim obszarze stosowana do roślin obcopylnych (tylko przypadkowe zapylenia związane z unikalnym rozwojem rośliny).

Dodatkowo ogólną wadą powyższych rozwiązań mechanicznych jest brak możliwości wyraźnego określenia czy kwiaty są gotowe do zapłodnienia, ponieważ bez tej informacji do zapłodnienia może nie dojść. Tym samym stosowanie mechanicznych urządzeń hurtowo zapładniających kwiaty w całej uprawie jest mało efektywne.

Rozwiązaniem powyższych niedogodności jest zastosowanie układu i sposobu według wynalazku umożliwiających mechaniczne prowadzenie procesu zapylania w cyklu automatycznym bez ingerencji użytkownika.

Układ według wynalazku składa się z co najmniej jednego robota zapylającego i centralnej jednostki zarządzającej. Centralna jednostka zarządzająca składa się z komputera zarządzającego połączonego z zespołem łączności centralnej jednostki zarządzającej. Ponadto zaopatrzona jest w panel kontrolny, zespół zasilający centralnej jednostki zarządzającej oraz stację dokującą. Centralna jednostka zarządzająca posiada w komputerze bazę danych dotyczącą roślin, dla których zapylania jest przeznaczona. Robot zapylający posiada lokalną jednostkę zarządzającą robota zapylającego, zespół identyfikacji celu robota zapylającego, zespół łączności robota zapylającego, zespół zasilający robota zapylającego, zespół napędowy robota zapylającego oraz narząd zapylający, w skład którego wchodzi element wykonawczy. Element wykonawczy narządu zapylającego ma postać miotełki zaopatrzonej we włókna i jest wprawiany w drgania przez drgania robota. Zespół identyfikacji celu robota zapylającego ma postać kamery lub czujnika stężenia substancji chemicznych. Zespół napędowy robota zapylającego może mieć postać podwozia z kołami lub gąsienicami, może również mieć postać układu trawersującego pozwalającego na ruch w dwóch osiach w jednej płaszczyźnie w sposób przesuwny lub ma postać układu aerodynamicznego pozwalającego na lot, zwłaszcza układ wielowirnikowy lub śmigłowy. Centralna jednostka zarządzająca jest urządzeniem koordynującym pracę robota, przy czym koordynacja

PL 230 655 B1 polega na wspomaganiu nawigacji robota, wykonywaniu operacji o charakterze numerycznym prowadzących do interpretacji sygnałów otrzymywanych z robota, w tym interpretacji położenia (nawigacja), identyfikacji sygnałów otrzymywanych z robota (wizualnych, radiolokacyjnych lub pochodzących z innych czujników wchodzących w skład zespołu identyfikacji celu), sterowaniu ruchem robotów, magazynowaniu i interpretacji danych oraz dostarczaniu energii, magazynowaniu robotów w okresie transportu i diagnostyce stanu własnego oraz robotów w czasie pracy.

Robot zapylający jest urządzeniem służącym do bezpośredniej realizacji procesu zapylania. W tym celu urządzenie to jest wyposażone w narząd zapylający umożliwiający strącanie pyłku z pręcików i przenoszenie go na znamię słupka kwiatu. W celu zlokalizowania gotowych do zapłodnienia kwiatostanów robot jest wyposażony w zespół łączności robota zapylającego oraz zespół identyfikacji celu robota zapylającego. Zespół łączności robota zapylającego umożliwia kontakt z centralną jednostką zarządzającą i tą drogą przesyłanie sygnałów z czujników oraz zwrotnie otrzymywanie poleceń sterujących. Na podstawie sygnałów i danych uzyskanych z zespołu identyfikacji celu robota zapylającego, algorytmy realizowane w komputerze zarządzającym centralnej jednostki zarządzającej umożliwiają określenie położenia robota w przestrzeni jak i pozwalają w sprzężeniu z pracą czujników na określanie trójwymiarowej mapy przestrzeni, w której porusza się robot oraz identyfikację i położenie celów misji gotowych do zapłodnienia kwiatostanów. Do realizacji tego zadania służy również zespół identyfikacji celu robota zapylającego, w skład którego wchodzą czujniki pozwalające na określanie celów misji kwiatostanów o odpowiednim kształcie, kolorach, temperaturze czy stężeniu substancji chemicznych jako czynnikach warunkujących identyfikację gotowości do zapłodnienia. Dodatkowo robot jest wyposażony w zespół napędowy robota zapylającego z narządem ruchu pozwalającym na dotarcie do celu, zespół identyfikacji celu robota zapylającego, pozwalający na dotarcie do celu oraz zespół zasilający robota zapylającego zapewniający dostarczenie do wszystkich zespołów energii potrzebnej do ich funkcjonowania. Regeneracja energii w zespole zasilającym robota zapylającego zapewniana jest przez centralną jednostkę zasilającą w stacji dokującej, pełniącej również rolę diagnostyczną stanu robotów. Kontrolę nad lokalnymi procesami przesyłania informacji i autonomicznego sterowania pracą robota pełni lokalna jednostka zarządzająca.

Układ może korzystnie być wyposażony w co najmniej jeden robot obserwacyjno-nawigacyjny. Robot obserwacyjno-nawigacyjny składa się z lokalnej jednostki zarządzającej robota obserwacyjnonawigacyjnego, zespołu identyfikacji celu robota obserwacyjno-nawigacyjnego, zespołu nawigacyjnego, zespołu łączności robota obserwacyjno-nawigacyjnego, zespołu zasilającego robota obserwacyjno-nawigacyjnego oraz zespołu napędowego robota obserwacyjno-nawigacyjnego. Robot ten może być na stałe zamocowany do podłoża lub za pomocą dodatkowego zespołu napędowego przemieszczać się samodzielnie. Centralna jednostka zarządzająca jest urządzeniem koordynującym pracę obu robotów, przy czym koordynacja polega na wspomaganiu nawigacji robotów, wykonywaniu operacji o charakterze numerycznym prowadzących do interpretacji sygnałów otrzymywanych z robotów, w tym interpretacji położenia (nawigacja), identyfikacji sygnałów otrzymywanych z robotów (wizualnych, radiolokacyjnych lub pochodzących z innych czujników wchodzących w skład zespołu identyfikacji celu robotów), sterowaniu ruchem robotów, magazynowaniu i interpretacji danych oraz dostarczaniu energii, magazynowaniu robotów w okresie transportu i diagnostyce stanu własnego oraz robotów w czasie pracy.

Robot obserwacyjno-nawigacyjny jest urządzeniem służącym do rozpoznania i koordynacji pracy robota zapylającego. W celu prowadzenia rozpoznania polegającego na zebraniu danych o terenie realizacji zadania robot obserwacyjno-nawigacyjny jest wyposażony w zespół łączności robota obserwacyjno-nawigacyjnego, zespół nawigacyjny oraz zespół identyfikacji celu w postaci kamery lub czujnika stężenia substancji chemicznych robota obserwacyjno-nawigacyjnego. Zespół łączności robota obserwacyjno-nawigacyjnego umożliwia kontakt z centralną jednostką zarządzającą i tą drogą przesyłanie sygnałów z czujników oraz zwrotnie otrzymywanie poleceń sterujących. Algorytmy wykonywane przez komputer zarządzający centralnej jednostki zarządzającej umożliwiają określenie położenia robota w przestrzeni jak i pozwalają w sprzężeniu z pracą czujników na określanie trójwymiarowej mapy przestrzeni, w której poruszają się roboty oraz identyfikację celów i ich położenie - gotowych do zapłodnienia kwiatostanów. Dodatkowo zespół nawigacyjny jest wyposażony w urządzenia nawigacyjne i lokalizujące stanowiące czujniki przesyłające dane do komputera zarządzającego centralnej jednostki zarządzającej, pomagające w określeniu położenia robotów zapylających. Do realizacji tego zadania służy również zespół identyfikacji celu robota obserwacyjno-nawigacyjnego, w skład którego wchodzą czujniki pozwalające na określanie celów misji - kwiatostanów o odpowiednim kształcie, kolorach, temperaturze lub

PL 230 655 B1 stężeniu substancji chemicznych jako czynników warunkujących identyfikację gotowości do zapłodnienia. Dodatkowo robot obserwacyjno-nawigacyjny jest wyposażony w zespół napędowy robota obserwacyjno-nawigacyjnego z narządem ruchu pozwalającym na zmianę położenia oraz zespół zasilający robota obserwacyjno-nawigacyjnego zapewniający dostarczenie do wszystkich zespołów energii potrzebnej do ich funkcjonowania. Regeneracja energii w zespole zasilającym robota obserwacyjno-nawigacyjnego będzie zapewniana przez centralną jednostkę zasilającą w stacji dokującej, pełniącej również rolę diagnostyczną stanu robotów. Kontrolę nad lokalnymi procesami przesyłania informacji i autonomicznego sterowania pracą robota pełni lokalna jednostka zarządzająca robota obserwacyjno-nawigacyjnego.

Sposób zapylania kwiatów z zastosowaniem przedmiotowego układu polega na doprowadzeniu robota zapylającego w pobliże kwiatostanu gotowego do zapylenia, następnie zebraniu pyłku za pomocą narządu zapylającego i przeniesienie go na znamię słupka tego samego lub innego kwiatu.

Układ według wynalazku pracuje w ten sposób, że użytkownik określa na początku pracy układu cel operacji (rośliny poddawane procesowi zapylania), określa obszar misji i ewentualnie inne istotne parametry, jak np. czas trwania misji. Roboty zapylające przeprowadzają rekonesans terenu zbierając za pomocą zespołu identyfikacji celu robota zapylającego informacje o położeniu przeszkód, roślin i potencjalnych celów na wyznaczonym obszarze poprzez przemieszczanie robota zapylającego w określonym terenie. Sterowanie robotem jest realizowane przez centralną jednostkę zarządzającą na podstawie sygnałów otrzymywanych z czujników i zespołu identyfikacji celu robota zapylającego. Na podstawie sygnałów lokacyjnych komputer zarządzający ustala pozycję robota i wyznacza jego tor ruchu, zaś na podstawie sygnałów z czujników określa korekty toru ruchu ze względu na występujące na torze przeszkody i skorygowaną pozycję celu. Za realizację koniecznych do tego celu obliczeń i interpretacji sygnałów odpowiada komputer zarządzający centralnej jednostki zarządzającej. Operacje centralnej jednostki zarządzającej i podległych jej robotów wykonywane są autonomicznie bez ingerencji użytkownika w poszczególne operacje. Zespół łączności centralnej jednostki zarządzającej zapewnia przekazywanie i odbiór sygnałów do i z zespołów łączności robotów. Określenie terenu realizacji zadania i wyznaczenie położenia celu umożliwiają sygnały uzyskiwane z czujników tworzących zespół identyfikacji celu robota zapylającego. Lokalna jednostka zarządzająca robota zapylającego nadzoruje przepływ informacji pomiędzy urządzeniami robota zapylającego, koordynuje wysyłanie i odbieranie sygnałów do i z centralnej jednostki zarządzającej oraz steruje pracą zespołu napędowego robota zapylającego. Robot zbiera informacje z zespołu identyfikacji celu robota zapylającego, przesyła je do lokalnej jednostki zarządzającej robota zapylającego a następnie drogą radiową przesyła je do centralnej jednostki zarządzającej gdzie zebrane informacje o stanie rośliny porównywane są ze zgromadzonymi wzorcami roślin gotowych do zapłodnienia. Na podstawie pozyskiwanych tak danych jest wykonywana i aktualizowana mapa obszaru misji i zwrotnie do robota przesyłane są polecenia, z którego kwiatu uznanego za gotowy do zapłodnienia ma być pobrany pyłek i na który kwiat ma być przeniesiony. W przypadku pozytywnej identyfikacji celu w stronę kwiatu zostanie przemieszczony element wykonawczy narządu zapylającego robota zapylającego. Sterowanie narządem zapylającym robota zapylającego będzie odbywało się analogicznie do kierowania ruchem całego robota zapylającego - na podstawie sygnałów przesyłanych z zespołu identyfikacji celu do komputera zarządzającego, w komputerze zarządzającym zostaną wygenerowane sygnały sterujące przesłane do lokalnej jednostki zarządzającej robota zapylającego, która wygeneruje komendy sterujące narządem zapylającym robota zapylającego i umożliwi jego przemieszczenia w miejsce, w którym znajdują się pręciki z pyłkiem lub znamię słupka wewnątrz kielicha kwiatu. W tym miejscu za pomocą drobnych ruchów lub drgań pyłek zostanie zebrany na włókna elementu wykonawczego narządu zapylającego robota zapylającego lub strząśnięty z włókien w celu osadzeni a go na znamieniu słupka. Po zakończeniu tej fazy narząd zapylający robota zapylającego zostanie wycofany na pozycję spoczynkową a robot zapylający zostanie skierowany przez komputer zarządzający do kolejnego celu według opisanego powyżej schematu. Proces trwa aż do skontrolowania wszystkich celów z całego zaznaczonego na wstępie przez użytkownika obszaru.

W przypadku stosowania dodatkowo robota obserwacyjno-nawigacyjnego doprowadzenie robota zapylającego w pobliże kwiatu odbywa się poprzez sterowanie realizowane przez centralną jednostkę zarządzającą na podstawie sygnałów otrzymywanych z czujników i zespołu nawigacyjnego robota obserwacyjno-nawigacyjnego oraz sygnałów otrzymywanych bezpośrednio z zespołu identyfikacji celu robota zapylającego. Na podstawie sygnałów lokacyjnych jednostka zarządzająca ustala pozycję robotów obserwacyjno-nawigacyjnego i zapylającego, wyznacza ich położenie i tor ruchu, zaś na podstawie sygnałów z czujników robota obserwacyjno-nawigacyjnego określa korekty toru ruchu ze względu na wy

PL 230 655 Β1 stępujące na torze przeszkody i skorygowaną pozycję celu. Za skorygowanie pozycji robota zapylającego w ostatniej fazie zbliżania się do kwiatu odpowiada zespół identyfikacji celu robota zapylającego. Określenie terenu realizacji zadania i wyznaczenie położenia celów umożliwiają sygnały uzyskiwane z czujników tworzących zespół identyfikacji celu robota zapylającego. Lokalna jednostka zarządzająca robota obserwacyjno-nawigacyjnego nadzoruje przepływ informacji pomiędzy urządzeniami robota obserwacyjno-nawigacyjnego, koordynuje wysyłanie i odbieranie sygnałów do i z centralnej jednostki zarządzającej oraz steruje pracą zespołu napędowego robota obserwacyjno-nawigacyjnego. Pozostałe czynności są realizowane analogicznie jak w przypadku wariantu układu bez robota obserwacyjno-nawigacyjnego.

Sposób jest realizowany według algorytmu:

PL 230 655 B1

Stosowanie układu zapewnia autonomiczną (nie wymagającą bezpośredniej ingerencji ludzi) pracę urządzeń mechanicznych wyposażonych w układy odpowiednie do dotarcia do kwiatów określonych roślin, pobranie materiału genetycznego od roślin gotowych do zapładniania i dokonanie zapłodnienia. Dzięki odpowiedniemu doborowi elementów układu - centralnej jednostki zarządzającej, robotów zapylających i obserwacyjno-nawigacyjnych oraz ich zespołów możliwe jest zautomatyzowanie procesu zapylania upraw szklarniowych, otwartych i hodowlanych. Możliwość identyfikacji gotowości do zapłodnienia, zastosowanie zespołów bezprzewodowej łączności, lokalizacji i nawigacji umożliwia dotarcie do każdego kwiatostanu indywidualnie i dokonanie kontrolowanego zapłodnienia bez naruszenia struktury kwiatostanu i w odpowiednim do zapłodnienia czasie. Zastosowanie urządzenia umożliwi uniezależnienie hodowli rolnej od obecności owadów zapylających i umożliwi zwiększenie efektywności procesu poprzez stosowanie większej liczby urządzeń.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładowym wykonaniu schematycznie na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia układ w przykładowym wykonaniu dla robota zapylającego z zespołem napędowym robota zapylającego w postaci samojezdnego wózka, robotem obserwacyjno-nawigacyjnym wraz z przykładowym kwiatostanem, Fig. 2 przedstawia układ w przykładowym wykonaniu dla robota zapylającego z zespołem napędowym robota zapylającego w postaci samojezdnego wózka bez robota obserwacyjno-nawigacyjnego wraz z przykładowym kwiatostanem, Fig. 3 przedstawia układ w przykładowym wykonaniu dla robota zapylającego z zespołem napędowym robota zapylającego w postaci układu aerodynamicznego pozwalającego na latanie i kontrolę lotu, robotem obserwacyjnonawigacyjnym wraz z przykładowym kwiatostanem, Fig. 4 przedstawia układ w przykładowym wykonaniu dla robota zapylającego z zespołem napędowym robota zapylającego w postaci układu aerodynamicznego pozwalającego na latanie i kontrolę lotu, bez robota obserwacyjno-nawigacyjnego wraz z przykładowym kwiatostanem, Fig. 5 przedstawia układ w przykładowym wykonaniu dla robota zapylającego z zespołem napędowym robota zapylającego w postaci układu trawersującego pozwalającego na ruch w dwóch osiach w jednej płaszczyźnie w sposób przesuwny i robotem obserwacyjno-nawigacyjnym wraz z przykładowym kwiatostanem, Fig. 6 przedstawia układ w przykładowym wykonaniu dla robota zapylającego z zespołem napędowym robota zapylającego w postaci układu trawersującego pozwalającego na ruch w dwóch osiach w jednej płaszczyźnie w sposób przesuwny bez robota obserwacyjno-nawigacyjnego wraz z przykładowym kwiatostanem, Fig. 7 przedstawia narząd zapylający wraz z włóknami i przykładowym kwiatostanem i jego głównymi narządami istotnymi ze względu na proces zapylania, Fig. 8 przedstawia obieg informacji pomiędzy elementami układu, gdy robot obserwacyjnonawigacyjny jest obecny a Fig. 9 przedstawia obieg informacji pomiędzy elementami układu gdy robot obserwacyjno-nawigacyjny jest nieobecny.

P r z y k ł a d 1. Układ służy przede wszystkim obsłudze upraw niskopiennych takich jak np. ogórki.

Układ składa się z dwóch, opcjonalnie z trzech elementów. Są to robot zapylający 1, centralna jednostka sterująca 3 i opcjonalnie robot obserwacyjno-nawigacyjny 4. Urządzenie w wariancie przedstawionym w przykładzie 1 stanowi układ, w którym robot zapylający 1 posiada zespół napędowy 16 robota zapylającego 1 pozwalający mu na przemieszczenie się. W tym wariancie zespół napędowy 16 robota zapylającego 1 ma formę układu jezdnego zbudowanego przy zastosowaniu kół lub gąsienic połączonych z silnikiem. Energia potrzebna do napędzania robota 1 poprzez pracę silnika jest zarządzana i dostarczana przez zespół zasilający 15 robota zapylającego 1 a, może być pozyskiwana z ogniw elektrycznych, paliwowych lub spalania paliwa. Pracę podzespołów robota zapylającego 1 kontroluje lokalna jednostka zarządzająca 11 robota zapylającego 1. Lokalna jednostka zarządzająca 11 robota zapylającego 1 może kontrolować pracę robota zapylającego 1 w pewnym zakresie związanym w głównej mierze z autostabilizacją lub uzyskując sygnały sterujące poprzez zespół łączności 14 z centralnej jednostki zarządzającej 2. Robot zapylający 1 posiada narząd zapylający 13 robota zapylającego 1 w yposażony w element wykonawczy 131. Element wykonawczy 131 robota zapylającego 1 może mieć postać miotełki wyposażonej we włókna 1311. Robot zapylający 1 jest wyposażony w zespół identyfikacji celu 12 robota zapylającego 1, w ramach którego występuje kamera lub kamery, lub czujniki umożliwiające analizę stężenia substancji chemicznych, lub inne urządzenia konieczne specyficznie do identyfikacji dojrzałości płciowej kwiatów 3 rośliny określonego gatunku. Centralna jednostka zarządzająca 2 jest wyposażona w komputer zarządzający 22, na którym realizowane są wszystkie algorytmy odpowiadające za sterowanie całym układem. Do otrzymywania i przesyłania sygnałów służy zespół łączności 21 centralnej jednostki zarządzającej 2. Centralna jednostka zarządzająca 2 jest wyposażona w zespół zasilający 24 centralnej jednostki zarządzającej 2, dostarczający energię do układu, panel

PL 230 655 B1 kontrolny 25 umożliwiający komunikację z użytkownikiem oraz stację dokującą 23 umożliwiającą serwisowanie robotów zapylających 1. Serwisowanie polega w głównej mierze na uzupełnianiu energii zespołu zasilającego 15 robotów zapylających 1. Robot obserwacyjno-nawigacyjny 4 jest wyposażony w lokalną jednostkę zarządzającą 41 robota obserwacyjno-nawigacyjnego 4 umożliwiającą sterowanie bieżącą pracą urządzenia. Robot obserwacyjno-nawigacyjny 4 posiada zespół identyfikacji celu 42 robota obserwacyjno-nawigacyjnego 4, w ramach którego występuje kamera lub kamery, lub inne czujniki umożliwiające obserwację terenu realizacji zadania i uzyskiwanie informacji o położeniu potencjalnych celów. Informacje te są przesyłane przez zespół łączności 44 robota obserwacyjno-nawigacyjnego 4 do centralnej jednostki zarządzającej 1. Elementem wspierającym systemu pozwalającym na bieżącą identyfikację położenia robotów zapylających jest zespół nawigacyjny 43, który stanowią urządzenia radiolokacyjne lub czujniki pozwalające na określenie z dużą dokładnością położenia robotów w trakcie realizacji zadania. Za dostarczenie i utrzymanie energii odpowiedzialny jest zespół zasilający 45 robota obserwacyjno-nawigacyjnego 4, zaś przemieszczanie mające na celu przede wszystkim manipulację zespołem identyfikacji celu 42 robota obserwacyjno-nawigacyjnego 4 pozwalającym na obserwację obszaru realizacji zadania zapewnia zespół napędowy 46 robota obserwacyjno-nawigacyjnego 4 oparty na silnikach pozwalających na obracanie i przesuw ramion, na których są zamontowane urządzenia stanowiące zespół identyfikacji celu 42 robota obserwacyjno-nawigacyjnego 4. Robot może być połączony na stałe z podłożem poprzez zamocowanie 47. Możliwe jest również wykonanie robota, w którym zespół napędowy 46 robota obserwacyjno-nawigacyjnego 4 pozwala mu na przemieszczanie się w obszarze realizacji zadania, dzięki czemu możliwa jest lepsza dostępność do całego obszaru i większa szansa na znalezienie większości celów. Kwiat 3 przedstawiony na rysunku jest kwiatem obupłciowym. Różne gatunki roślin wykształciły różne mechanizmy zapładniania, a w związku z tym wykazują się różną budową kwiatów. Przedmiotowe urządzenie i sposób zapylania będzie musiał być dostosowany indywidualnie do każdego gatunku - przede wszystkim poprzez wprowadzenie wzorca kwiatu do komputera zarządzającego 22. Ale również w niektórych przypadkach będzie wymagał modyfikacji elementu wykonawczego 131 narządu zapylającego 13 robota zapylającego 1. Proces zapylania jest realizowany przez przedstawiony układ w następujący sposób. Użytkownik wprowadza poprzez panel kontrolny 25 nastawy określające rodzaj oraz wielkość uprawy i sposób jej zapylania, oraz ewentualnie inne istotne parametry związane z realizacją zadania. Następnie komputer zarządzający 22 centralnej jednostki zarządzającej 2 przygotowuje system do uruchomienia - włącza urządzenia zależne - robot zapylający 1 (robotów zapylających może być więcej niż jeden), w wariancie z robotem obserwacyjno-nawigacyjnym 4 uruchamia również ten robot. Uruchomienie następuje przez wysłanie wygenerowanego przez komputer zarządzający 22 sygnału wybudzającego wysyłanego przez zespół łączności 21 centralnej jednostki zarządzającej 2 do urządzeń podległych, to jest robotów zapylających 1 lub robotów obserwacyjno-nawigacyjnych 4. Po uruchomieniu wszystkich urządzeń komputer zarządzający 22 wysyła do wszystkich urządzeń sygnał nakazujący zbieranie informacji o otoczeniu. Informacje są zbierane za pomocą urządzeń działających w zespole identyfikacji celu 12 robota zapylającego lub w zespole identyfikacji celu 42 robotów obserwacyjno-nawigacyjnych 4. Roboty zbierają dokumentację fotograficzną otoczenia i przesyłają ją za pomocą zespołu łączności 14 robota zapylającego 1 lub zespołu łączności 44 robota obserwacyjno-nawigacyjnego 4 do zespołu łączności 21 centralnej jednostki zarządzającej 2. Sygnały są następnie przesyłane do komputera zarządzającego 22, gdzie odbywa się graficzna obróbka obrazu mająca na celu utworzenie trójwymiarowej mapy otoczenia oraz naniesienie na tę mapę położenia celów - obiektów zbliżonych wyglądem do kwiatów 3 rośliny wskazanej przez użytkownika. Mapy trójwymiarowe są uzyskiwane za pomocą dedykowanych do tego celu algorytmów realizowanych przez komputer zarządzający 22. Jeżeli na uzyskanych mapach znajdują się widoczne cele roboty zapylające 1 są kierowane w ten obszar. Ruch robota zapylającego jest sterowany w zakresie określania wstępnego toru ruchu przez komputer zarządzający 22, który na podstawie algorytmu wyznacza tor ruchu urządzenia, a następnie przesyła za pomocą sygnału radiowego komendy do robota zapylającego 1. Lokalna jednostka zarządzająca 11 robota zapylającego 1 przetwarza otrzymane komendy na sygnały sterujące do kontrolowanych podzespołów - zespołu napędowego 16 robota zapylającego 1 oraz zespołu identyfikacji celu 12 robota zapylającego 1, który w czasie ruchu robota będzie na bieżąco zbierał informacje o zagrożeniach, przeszkodach i wysyłał je do lokalnej jednostki zarządzającej 11 robota zapylającego 1, która w przypadku drobnych korekt toru będzie autonomicznie modyfikowała komendy sterujące zespołem napędowym 16 robota zapylającego 1, a w przypadku przeszkód wymuszających korektę toru ruchu sygnał będzie wysyłany do centralnej jednostki zarządzającej 2, w której komputer

PL 230 655 B1 zarządzający 22 będzie podejmował analizę przypadku i generował zmodyfikowaną trajektorię. W trakcie ruchu robota zapylającego 1 będą przesyłane kolejne dane z zespołu identyfikacji celu 12 robota zapylającego 1 do komputera zarządzającego 22 w celu rozbudowy i uzupełniania map przestrzeni i nanoszenia nowych celów, które zostały uwidocznione w trakcie przemieszczania się robota zapylającego 1. W wariancie z robotem obserwacyjno-nawigacyjnym 4 bieżąca kontrola położenia i realizacji zadanej trajektorii będzie się odbywać za pomocą zespołu nawigacyjnego 43, w ramach którego zostaną zastosowane urządzenia radarowe lub wizyjne, lub inne umożliwiające stałe śledzenie poruszających się robotów zapylających 1. Po dotarciu w pobliże potencjalnego celu nastąpi identyfikacja czy jest to kwiat poszukiwanego gatunku i czy spełnia kryteria pobrania pyłku lub zapylania. Do tego celu będą służyły urządzenia zebrane w zespole identyfikacji celu 12 robota zapylającego 1 - urządzenia wizyjne, czujniki stężenia substancji chemicznej lub inne konieczne do określenia poziomu dojrzałości płciowej kwiatu. W przypadku pozytywnej identyfikacji celu w stronę kwiatu 3 zostanie przemieszczony element wykonawczy 131 narządu zapylającego 13 robota zapylającego 1. Sterowanie narządem zapylającym 13 robota zapylającego 1 będzie odbywało się analogicznie do kierowania ruchem całego robota zapylającego 1 - na podstawie sygnałów przesyłanych z zespołu identyfikacji celu 12 do komputera zarządzającego 22, w komputerze zarządzającym 22 zostaną wygenerowane sygnały sterujące przesłane do lokalnej jednostki zarządzającej 11 robota zapylającego 1, która wygeneruje komendy sterujące narządem zapylającym 13 robota zapylającego 1 i umożliwi jego przemieszczenia w miejsce, w którym znajdują się pręciki 31 z pyłkiem 32 lub znamię 331 słupka 33 wewnątrz kielicha 34. W tym miejscu za pomocą drobnych ruchów lub drgań pyłek 32 zostanie zebrany na włókna 1311 elementu wykonawczego 131 narządu zapylającego 13 robota zapylającego 1 lub strząśnięty z włókien 1311 w celu osadzeniu go na znamieniu 331 słupka 33. Po zakończeniu tej fazy narząd zapylający 13 robota zapylającego 1 zostanie wycofany na pozycję spoczynkową a robot zapylający 1 zostanie skierowany przez komputer zarządzający 22 do kolejnego celu według opisanego powyżej schematu. Proces trwa aż do skontrolowania wszystkich celów z całego zaznaczonego na wstępie przez użytkownika obszaru. W przypadku konieczności uzupełnienia energii robot zapylający 1 jest kierowany przez komputer zarządzający 22 do stacji dokującej 23 centralnej jednostki zarządzającej 2 w celu uzupełnienia energii w przypadku zasilania elektrycznego, naładowania lub wymiany ogniwa elektrycznego, w innych przypadkach paliwa. W przypadku wystąpienia problemu technicznego nie pozwalającego na dalszą pracę systemu komputer zarządzający 22 wysyła do użytkownika za pomocą zespołu łączności 21 centralnej jednostki zarządzającej 2 informację o konieczności interwencji.

P r z y k ł a d 2. Układ w tym wariancie może służyć obsłudze dowolnych upraw. Urządzenie stanowi układ, w którym robot zapylający 1 posiada zespół napędowy 16 robota zapylającego 1 pozwalający mu na przemieszczenie się. W tym wariancie zespół napędowy 16 robota zapylającego 1 ma formę układu aerodynamicznego pozwalającego na latanie i kontrolę lotu - wirnik, układ wielowirnikowy lub napęd odrzutowy. Pozostała budowa układu i zasada działania analogiczna jak w przykładzie 1.

P r z y k ł a d 3. Urządzenie stanowi układ, w którym robot zapylający 1 posiada zespół napędowy 16 robota zapylającego 1 pozwalający mu na przemieszczenie się. W tym wariancie zespół napędowy 16 robota zapylającego 1 ma formę układu trawersującego pozwalającego na ruch w dwóch osiach w jednej płaszczyźnie, przy czym elementy przesuwne stanowią mechanizmy przesuwne 161, poruszają się po prowadnicach 163, zaczepionych do konstrukcji oporowej 164 przez zamocowanie 162. Pozostała budowa układu i zasada działania analogiczna jak w przykładzie 1.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ do mechanicznego zapylania roślin, zawierający co najmniej: jeden robot zapylający zaopatrzony w zespół napędowy (1), zespół identyfikacji celu i centralną jednostkę zarządzającą (2), znamienny tym, że (i) centralna jednostka zarządzająca (2) składa się z komputera zarządzającego (22) połączonego z bezprzewodowym zespołem łączności (21) centralnej jednostki zarządzającej (2) do komunikacji z robotem zapylającym (1) a ponadto zaopatrzona jest w panel (25) do zadawania parametrów pracy i wyborów celu robota zapylającego (1), przy czym celem jest kwiatostan o odpowiednim kształcie albo kolorze, albo temperaturze, albo stężeniu substancji chemicznych jako znanym czynniku warunkującym identyfikację gotowości do zapłodnienia, zespół

   PL 230 655 B1 zasilający (24) centralnej jednostki zarządzającej (2) i stację dokującą (23) dla robota zapylającego (1) a

   (ii) robot zapylający (1) posiada lokalną jednostkę zarządzającą (11) robota zapylającego (1), zespół identyfikacji celu (12) robota zapylającego (1), którym jest kamera lub czujnik stężenia substancji chemicznych, bezprzewodowy zespół łączności (14) robota zapylającego (1) do komunikacji z centralną jednostką zarządzającą (2), zespół zasilający (15) robota zapylającego (1), zespół napędowy (16) robota zapylającego (1) oraz narząd zapylający (13), w skład którego wchodzi element wykonawczy (131) w postaci miotełki zaopatrzonej we włókna (1311).
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół napędowy (16) robota zapylającego (1) ma postać podwozia z kołami lub napędu gąsienicowego.
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół napędowy (16) robota zapylającego (1) ma postać układu trawersującego pozwalającego na ruch w dwóch osiach w jednej płaszczyźnie w sposób przesuwny.
4. 4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zespół napędowy (16) robota zapylającego (1) ma postać układu aerodynamicznego pozwalającego na lot, zwłaszcza układ wielowirnikowy, śmigłowy lub odrzutowy.
5. 5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatkowo zawiera co najmniej jeden robot obserwacyjno-nawigacyjny (4).
6. 6. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że robot obserwacyjno-nawigacyjny (4) składa się z lokalnej jednostki zarządzającej (41) robota obserwacyjno-nawigacyjnego (4), zespołu identyfikacji celu (42) w postaci kamery lub czujnika stężenia substancji chemicznych robota obserwacyjno-nawigacyjnego (4), zespołu nawigacyjnego (43), zespołu łączności (44) robota obserwacyjno-nawigacyjnego (4), zespołu zasilającego (45) robota obserwacyjno-nawigacyjnego (4) oraz zespołu napędowego (46) robota obserwacyjno-nawigacyjnego (4).
7. 7. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że robot obserwacyjno-nawigacyjny (4) jest na stałe zamocowany do podłoża.
8. 8. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że robot obserwacyjno-nawigacyjny (4) posiada zespół napędowy (46) robota obserwacyjno-nawigacyjnego (4).