WO2010043740A1 - Máquina para la recolección automática de frutos cultivados en hileras - Google Patents

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Inventor
Juan Bravo Trinidad
José Luis BRAVO TRINIDAD
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Soluciones Roboticas Agricolas Slu
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01D—HARVESTING; MOWING
    • A01D46/00—Picking of fruits, vegetables, hops, or the like; Devices for shaking trees or shrubs
    • A01D46/30—Robotic devices for individually picking crops

Definitions

  • the invention refers to a machine for automatic harvesting of fruits grown in rows.
  • the object of the invention focuses on a machine for the collection of small fruits grown in rows, such as strawberries or the like, which contributes to the function to which notable advantages and innovative technical characteristics are destined, apart from others inherent to its organization and constitution, which will be described in detail below, and that represent a remarkable improvement over the systems currently used for the same purpose.
  • the field of application of the present invention is within the agricultural sector, specifically within the industry dedicated to the manufacture of agricultural machinery and particularly robotized systems for harvesting.
  • the machine for the automatic collection of fruits grown in rows that the present invention proposes is configured by itself as a remarkable novelty within its field of application, since, according to its creation, a taxative way is achieved
  • the recommended machine is composed of a self-propelled and autonomous vehicle that, constituted by a tubular structure, covers several rows of crops, running them simultaneously.
  • Said vehicle has a plurality of robotic arms, responsible for the individual collection of the fruits, oriented towards both sides of each row, each of them operating autonomously and independently of the others.
  • each arm is mounted on a platform that moves on a guide.
  • the processor that controls them, once the arm has detected a fruit, through its vision system, will be responsible for maintaining the relative position between the fruit and the arm, as well as controlling the servos of the arm to guide its end or "hand” until placed just below the fruit.
  • the arm When the contact sensor or the distance sensor with which it is indicated, the arm will be folded, cutting the fruit and causing it to fall into the aforementioned hand, consisting of a bowl provided for that purpose, then depositing it in a collection box or, alternatively, directly on a conveyor belt suitably located under the machine, between each row.
  • each arm is equipped with a camera, constituting the aforementioned vision system, in addition to the aforementioned contact sensor and the distance sensor.
  • the contact sensor will trip when the bowl hits the bench or when the distance sensor detects the fruit at the appropriate distance.
  • the central processor that controls the overall operation of the machine will order the arm to rise and, thanks to the curved shape of it, if it is touching the side of the bench, it will rise rubbing it, while the fruit will be located through the inside of the bowl, its peduncle being guided to a groove designed on purpose so that fruits (or fingers) cannot enter, and the fruit's peduncle can.
  • a blade inserted laterally in said groove will cut the peduncle making it fall inside the bowl.
  • the machine can have a central processing system that performs synchronization tasks for the start and stop, diagnosis, etc.
  • the vehicle will cover the entire length of the rows while the robotic arms collect the fruits and deposit them, either in the described boxes that once filled will pass to a conveyor belt, to be conveniently transported and subsequently distributed, or directly in the Conveyor belt to be collected in boxes.
  • the machine Upon reaching the end of the row, the machine will stop and an operator, after collecting the product boxes, will place the vehicle in position to travel the next group of rows.
  • Figures 1 and 2 show, respectively, a side elevational and plan view of an embodiment of the machine for automatic harvesting of fruits grown in rows object of the invention, properly placed on a row crop, Appreciating the main parts of it as well as the configuration and arrangement thereof.
  • Figure number 3. Shows a schematic view in detail of the end of one of the robotic arms with which the machine is provided, according to the invention, showing the elements it comprises and
  • Figures 4-A and 4-B. - They show paths in perspective, front and back respectively, of the bowl or "hand” with which the arms are provided at their end and by means of which the cutting and collection of the fruits.
  • the machine (1) in question consists of a self-propelled and autonomous vehicle, constituted by a tubular structure (2) provided with wheels (3) that includes several rows of cultivation (4), running them simultaneously.
  • Said structure (2) essentially formed by two parallel and longitudinal stringers (5) that are joined together by means of crossbars (6), it incorporates a plurality of robotic arms (7), which are arranged oriented towards both sides of each crop row (4), each of them operating autonomously and independently, being controlled by a processor common (not represented).
  • Each of said arms (7) is mounted on a platform (8) that travels on a guide (9), said guides being conveniently distributed on both sides of said crossings ( 6).
  • the end of the arms is provided with a camera (10), a contact sensor (11) and a distance sensor (12), constituents of the vision system and positioned of the same, also having a bowl (13) for the collection of the fruit.
  • said bowl (13) has a shape, on its front face (13a), curved and funnel (14) that is provided in its center with a slot (15), whose dimensions are just to allow entry into it only of the peduncle and not of the fruit to be picked, which, in addition, internally has a blade (16), arranged obliquely, to perform the cutting thereof.
  • the operation of the machine (1) occurs so that, the processor that controls the arms (7), once the arm has detected a fruit through its vision system constituted by the camera (10), will be in charge to maintain the relative position between the fruit and the arm (7), as well as to control the servos of the arm to guide the bowl (13) located at its end until it is placed just below the fruit.
  • the contact sensor (1 1) or the distance sensor (12) indicates it, the arm will fold and rise, and, thanks to the curved shape of the bowl (13), if it is touching the side of the bench, it will rise rubbing it and the fruit will be located on the inside of the bowl, its peduncle being guided through the funnel zone (14) to the groove (15), being cut by rubbing with the blade (16) and falling inside .
  • the arm (7) deposits the fruit in a box or directly on a conveyor belt.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Harvesting Machines For Specific Crops (AREA)

Abstract

Máquina para Ia recolección automática de frutos cultivados en hileras, comprendiendo un vehículo autónomo, de estructura tubular (2), conformada por largueros (5) unidos entre sí mediante travesaños (6), y con ruedas (3) que abarca varias hileras de cultivo (4), incorporando brazos robóticos (7) autónomos e independientes controlados mediante un procesador común, estando montados sobre una plataforma (8) que se desplaza sobre una guía (9), y cuyo extremo con sistema de visión y posicionado, y dispone de una cazoleta (13) curvada con forma de embudo (14) dotada de una ranura (15) con una cuchilla (16), dispuesta oblicuamente. El sistema de visión y posicionado comprende una cámara (10), un sensor de contacto (1 1 ) y un sensor de distancia (12).

Description

MAQUINA PARA LA RECOLECCIÓN AUTOMÁTICA DE FRUTOS CULTIVADOS EN HILERAS
D E S C R I P C I Ó N
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La invención, tal como expresa el enunciado de Ia presente memoria descriptiva, se refiere a una máquina para Ia recolección automática de frutos cultivados en hileras.
Más en particular, el objeto de Ia invención se centra en una máquina para Ia recolección de pequeños frutos cultivados en hileras, tal como las fresas o similares, que aporta a Ia función a que se destina ventajas notables e innovadoras características técnicas, aparte de otras inherentes a su organización y constitución, las cuales se describirán en detalle más adelante, y que suponen una destacable mejora frente a los sistemas actualmente utilizados para el mismo fin.
CAMPO DE APLICACIÓN
El campo de aplicación de Ia presente invención se encuentra dentro del sector agrario, concretamente dentro de Ia industria dedicada a Ia fabricación de maquinaria agrícola y particularmente de sistemas robotizados para Ia recolección.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Como es sabido, cada vez es más extendido el uso de maquinaria que permita automatizar determinadas funciones agrícolas, sin embargo, existen algunos cultivos, que por las delicadas características del producto siguen siendo tratados de forma totalmente manual.
Tal es el caso de las fresas u otros frutos similares, siendo el objeto de Ia presente invención aportar al estado de Ia técnica un sistema automatizado para su recolección, consiguiendo las evidentes ventajas de rapidez y reducción de mano de obra que ello conlleva.
Cabe destacar, además, que por parte del solicitante se desconoce Ia existencia de ninguna otra invención semejante o que presente unas características técnicas, estructurales y de configuración similares.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
Así, Ia máquina para Ia recolección automática de frutos cultivados en hileras que Ia presente invención propone se configura por sí misma como una destacable novedad dentro de su campo de aplicación, ya que, a tenor de su creación se consigue, de forma taxativa, un innovador sistema para realizar de forma totalmente automatizada Ia recolección de pequeños frutos de delicada manipulación, tal como fresas o similares, estando los detalles caracterizadores que Io hacen posible adecuadamente recogidos en las reivindicaciones finales que acompañan a Ia presente memoria descriptiva.
De forma concreta, Ia máquina preconizada está compuesta por un vehículo autopropulsado y autónomo que, constituido por una estructura tubular abarca varias hileras de cultivo, recorriéndolas simultáneamente.
Dicho vehículo cuenta con una pluralidad de brazos robóticos, encargados de Ia recogida individual de los frutos, orientados hacia ambos laterales de cada hilera, cada uno de ellos funcionando de modo autónomo e independiente de los demás. Para ello, cada brazo está montado sobre una plataforma que se desplaza sobre una guía. El procesador que los controla, una vez que el brazo haya detectado un fruto, mediante su sistema de visión, se encargará de mantener Ia posición relativa entre el fruto y el brazo, así como de controlar a los servos del brazo para guiar su extremo o "mano" hasta colocarla justo debajo del fruto. Cuando el sensor de contacto o el sensor de distancia con que está dotado Io indiquen, el brazo se replegará, cortando el fruto y haciendo que caiga en Ia citada mano, conformada por una cazoleta prevista para tal fin, depositándolo posteriormente en una caja de recogida o, alternativamente, directamente sobre una cinta transportadora adecuadamente situada bajo Ia máquina, entre cada hilera.
Cabe señalar además que el extremo de cada brazo está dotado de una cámara, constituyente del citado sistema de visión, además del antedicho sensor de contacto y el sensor de distancia. Así, el sensor de contacto se disparará cuando Ia cazoleta golpee en el bancal o cuando el sensor de distancia detecte el fruto a Ia distancia adecuada. En ese momento, el procesador central que controla el funcionamiento global de Ia máquina dará orden al brazo de subir y, gracias a Ia forma curvada de Ia misma, si esta está tocando el lateral del bancal, subirá rozándolo, mientras que el fruto quedará situado por Ia parte interior de Ia cazoleta, siendo guiado su pedúnculo hasta una ranura diseñada a propósito para que en ella no puedan entrar frutos (ni dedos), y sí el pedúnculo del fruto.
Una cuchilla insertada lateralmente en dicha ranura cortará el pedúnculo haciéndolo caer al interior de Ia cazoleta.
Debe señalarse, además, que, si bien cada uno de los descritos brazos funcionan de forma independiente, se contempla, de modo opcional, que Ia máquina pueda disponer de un sistema de procesamiento central que realice tareas de sincronización para el comienzo y Ia parada, diagnóstico, etc.
Así, el vehículo recorrerá toda Ia longitud de las hileras mientras los brazos robóticos recogen los frutos y los depositan, bien en las descritas cajas que una vez llenas pasarán a una cinta transportadora, para ser convenientemente transportadas y posteriormente distribuidas, o bien directamente en Ia cinta transportadora para ser recogidas en cajas.
Para el depósito de frutos en las cajas o en las cintas transportadoras, se puede lograr, por ejemplo, mediante Ia incorporación de un servo que voltee Ia cazoleta vaciando el producto sobre Ia caja o cinta transportadora.
Al llegar al final de Ia hilera, Ia máquina se detendrá y un operario, tras recoger las cajas de producto, situará el vehículo en posición para recorrer el siguiente grupo de hileras.
La descrita máquina para Ia recolección automática de frutos cultivados en hileras representa, pues, una estructura innovadora de características estructurales y constitutivas desconocidas hasta ahora para tal fin, razones que unidas a su utilidad práctica, Ia dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar Ia descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de Ia invención, se acompaña a Ia presente memoria descriptiva, como parte integrante de Ia misma, de un juego de planos, en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado Io siguiente: Las figuras número 1 y 2.- Muestran, respectivamente, una vista en alzado lateral y en planta de un ejemplo de realización de Ia máquina para Ia recolección automática de frutos cultivados en hileras objeto de Ia invención, adecuadamente colocada sobre un cultivo en hileras, apreciándose las principales partes de que consta así como Ia configuración y disposición de las mismas.
La figura número 3.- Muestra una vista esquematizada en detalle del extremo de uno de los brazos robotizados con que está dotada Ia máquina, según Ia invención, apreciándose los elementos que comprende y
Ia configuración y disposición de los mismos.
Las figuras número 4-A y 4-B.- Muestran sendas vistas en perspectiva, frontal y posterior respectivamente, de Ia cazoleta o "mano" con que están dotados los brazos en su extremo y mediante las cuales se materializa el corte y recogida de los frutos.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A Ia vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con Ia numeración adoptada, se puede observar en ellas un ejemplo de realización preferente de Ia invención, Ia cual comprende las partes y elementos que se indican y describen en detalle a continuación.
Así, tal como se aprecia en dichas figuras, Ia máquina (1 ) en cuestión consiste en un vehículo autopropulsado y autónomo, constituido por una estructura tubular (2) dotada de ruedas (3) que abarca varias hileras de cultivo (4), recorriéndolas simultáneamente.
Dicha estructura (2) conformada esencialmente por sendos largueros (5) paralelos y longitudinales que se hallan unidos entre sí mediante travesanos (6), incorpora una pluralidad de brazos robóticos (7), los cuales se hallan dispuestos orientados hacia ambos laterales de cada hilera de cultivo (4), funcionando cada uno de ellos de modo autónomo e independiente, estando controlados mediante un procesador común (no representado).
Cada uno de los citados brazos (7), tal como se observa en Ia figura 2, está montado sobre una plataforma (8) que se desplaza sobre una guía (9), estando dichas guías convenientemente repartidas a ambos lados de los citados travesanos (6).
Por su parte, tal como se puede apreciar en Ia figura 3, el extremo de los brazos está dotado de una cámara (10), un sensor de contacto (11 ) y un sensor de distancia (12), constituyentes del sistema de visión y posicionado del mismo, disponiendo así mismo de una cazoleta (13) para Ia recogida del fruto.
Atendiendo a las figuras 4-A y 4-B, se puede apreciar como dicha cazoleta (13), cuenta con una forma, en su cara anterior (13a), curvada y de embudo (14) que está dotada en su centro de una ranura (15), cuyas dimensiones son las justas para permitir Ia entrada en ella sólo del pedúnculo y no del fruto a recoger, Ia cual, además, interiormente cuenta con una cuchilla (16), dispuesta oblicuamente, para realizar el corte del mismo.
Así, el funcionamiento de Ia máquina (1 ) se produce de forma que, el procesador que controla los brazos (7), una vez que el brazo haya detectado un fruto mediante su sistema de visión constituido por Ia cámara (10), se encargará de mantener Ia posición relativa entre el fruto y el brazo (7), así como de controlar a los servos del brazo para guiar Ia cazoleta (13) situada en su extremo hasta colocarla justo debajo del fruto. Cuando el sensor de contacto (1 1 ) o el sensor de distancia (12) Io indiquen, el brazo se replegará y subirá, y, gracias a Ia forma curvada de Ia cazoleta (13), si esta está tocando el lateral del bancal, subirá rozándolo y el fruto quedará situado por Ia parte interior de Ia cazoleta, siendo guiado su pedúnculo a través de Ia zona de embudo (14) hasta Ia ranura (15), cortándose al rozar con Ia cuchilla (16) y cayendo en su interior. Posteriormente, el brazo (7) deposita el fruto en una caja o directamente sobre una cinta transportadora.
Para el depósito de frutos en las cajas o en las cintas transportadoras, se puede lograr, por ejemplo, mediante Ia incorporación de un servo que voltee Ia cazoleta vaciando el producto sobre Ia caja o cinta transportadora.
Una vez realizado el proceso en toda el área abarcada por Ia máquina, ésta se traslada para proceder de Ia misma forma sobre el siguiente grupo de hileras de cultivo (4).
Descrita suficientemente Ia naturaleza de Ia presente invención, así como Ia manera de ponerla en práctica, no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualquier experto en Ia materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan, haciendo constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a Ia práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de Ia indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente Ia protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1.- Máquina para Ia recolección automática de frutos cultivados en hileras, formada por un vehículo autopropulsado y autónomo que abarca al menos una hilera de cultivo, que comprende al menos un brazo robótico (7) orientado hacia el lateral de Ia hilera de cultivo (4) que incorpora
- una cámara de visión (10) para detección del fruto
- un sensor de contacto (1 1 )
- un sensor de distancia (12) - una cazoleta (13) para Ia recogida del fruto capaz de cortar su unión a
Ia planta y recoger dicho producto
2.- Máquina para Ia recolección automática de frutos cultivados en hileras según Ia reivindicación 1 caracterizada por incorporar múltiples brazos robó- ticos (7) orientados hacia Ia o las hileras de cultivo
3.- Máquina para Ia recolección automática de frutos cultivados en hileras, según Ia reivindicación 1 caracterizado porque el o los múltiples brazos robó- ticos (7) se montan sobre una plataforma desplazable sobre una guía unida al vehículo autopropulsado.
4.- Máquina para Ia recolección automática de frutos cultivados en hileras según Ia reivindicación 1 caracterizado porque Ia cazoleta (13) de recogida del fruto presenta una forma, en su cara anterior (13a), curvada y de embudo (14) dotada centralmente de una ranura (15) que cuenta con una cuchilla
(16) para corte del pedúnculo de unión del fruto a Ia planta.
5.- Máquina para Ia recolección automática de frutos cultivados en hileras según Ia reivindicación 1 caracterizada porque el o los brazos robóticos (7) disponen de servos de accionamiento controlados por un microprocesador que recibe los datos procedentes de Ia cámara de visión (10) para detección del fruto del sensor de contacto (1 1 ) y del sensor de distancia (12) para acercar Ia cazoleta (13) al fruto y recogerlo.
6.- Máquina para Ia recolección automática de frutos cultivados en hileras según Ia reivindicación 1 caracterizada porque el o los brazos robóticos se asocian a cajas para el depósito de los frutos recogidos o a cintas transportadoras para el almacenado y retirada de los productos recolectados.
7.- Máquina para Ia recolección automática de frutos cultivados en hileras según Ia reivindicación 1 caracterizada porque Ia cazoleta de recogida del fruto, está unida de forma basculante al brazo robótico (7) y asociadas a un servo que obliga a girarla para descargar el fruto desde Ia cazoleta a las cajas o cinta transportadora.
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