流水线生长舱中的机械施加器以及通过机械施加器提供流体和种子的方法与流程
相关申请
本申请要求于2018年7月18日提交的美国临时专利申请62/699,768的优先权，其标题为《流水线生长舱中的机械施加器以及通过机械施加器提供流体和种子的方法》，其全部内容通过引用并入本文。
本文所述的实施例大体涉及用于在流水线生长舱中提供流体和/或种子(例如，流体和种子的浆液)的系统和方法。具体涉及使用一个或多个机械施加器来提供流体和/或种子。
背景技术：
当前的植物生长装置(例如温室、培育室等)可以在受控环境中生长农作物。为了确保温室的正确操作，当前的这些解决方案可以控制所种植的种子的量和/或供应给种子的流体的量。当前的解决方案可以提供浇水和营养分配，但是无法根据托盘提供特定的和定制的水和种子分配，从而无法确保植物根据一种或多种配方准确而有针对性地生长。
技术实现要素：
在第一方面，流水线生长舱包括由支撑在轨道上的推车保持的托盘。托盘包括多个分区。该流水线生长舱还包括：提供流体的浇水组件，以及机械施加器，该机械施加器包括具有选择性分配流体的一个或多个出口的多关节机械臂。多关节机械臂可以相对于托盘定位，以使一个或多个出口与多个分区中相应的一个或多个对准，使得流体可独立地分配到多个分区中的每一个中。
在第二方面，与承载有支撑托盘的推车的轨道相邻的浇水站包括：机械施加器，该机械施加器具有连接到可移动基座上的多关节机械臂。浇水站还包括与浇水组件流体连接的多个出口。浇水组件提供流体。浇水站还包括传感器，该传感器定位成感测托盘的多个分区中的一个或多个分区的位置。多关节机械臂可以被定位成使多个出口中的至少一个与托盘的多个分区中的一个或多个对准，从而通过多个出口中的至少一个将预定量的流体单独地分配到托盘的多个分区中。
在第三方面，一种向流水线生长舱中的托盘提供流体的方法包括：由流水线生长舱的主控制器从与主控制器通信耦合的传感器接收与托盘有关的数据。该方法还包括由主控制器基于生长配方来确定托盘的多个分区中需要流体的一个或多个分区。该方法还包括由主控制器将待从机械臂的一个或多个出口分配的流体引导到托盘的一个或多个分区中。
附图说明
在附图中阐述的实施例本质上是说明性和示例性的，并且不旨在限制本公开。可以结合以下附图阅读并理解以下详细描述的说明性实施例，其中，相同的结构用相同的附图标记表示，其中：
图1a示出了根据本文中示出和描述的一个或多个实施例的示例性流水线生长舱的前透视图；
图1b示出了根据本文中示出和描述的一个或多个实施例的示例性流水线生长舱的一部分的后透视图；
图2示出了根据本文中示出和描述的一个或多个实施例的用于保持植物材料的示例性托盘的俯视图；
图3示出了根据本文中示出和描述的一个或多个实施例的在托盘上方的示例性机械施加器侧面透视图；
图4示出了图3中描绘的机械施加器的顶部透视图；
图5示出了根据本文中示出和描述的一个或多个实施例的示例性网络，该网络包括与机械施加器和传感器通信耦合的主控制器；
图6示出了根据本文中示出和描述的一个或多个实施例的主控制器内的示例性计算环境；
图7a示出了根据本文中示出和描述的一个或多个实施例的处于缩回位置的机械臂；
图7b示出了根据本文中示出和描述的一个或多个实施例的机械臂各节段延伸机械臂的运动情况；
图7c示出了根据本文中示出和描述的一个或多个实施例的机械臂各节段延伸机械臂的另一运动情况；
图7d示出了根据本文中示出和描述的一个或多个实施例的机械臂各节段延伸机械臂的另一运动情况；
图8示出了根据本文中示出和描述的一个或多个实施例的在流水线生长舱中提供机械施加器的示例性方法的流程图；
图9示出了根据本文中示出和描述的一个或多个实施例的经由流水线生长舱中的机械施加器向托盘提供种子或流体的示例性方法的流程图；和
图10示出了根据本文中示出和描述的一个或多个实施例的使用机械施加器向托盘提供种子或流体的示例性方法的流程图。
详细描述
本文公开的实施例包括通过机械施加器(例如机械臂等)将精确量的流体和/或种子(例如，流体和种子的浆液)分配到流水线生长舱中支撑在轨道上的推车上的托盘中(和/或其一个或多个分区)的装置、系统和方法。流水线生长舱可以包括跟随轨道的多个推车。当托盘穿越轨道时，机械施加器将特定量的水、营养物和/或种子(例如，水和种子的浆液)提供到托盘的特定分区，使得托盘可以接收和/或容纳植物材料。
应该理解，术语“种子”可以与本文中的“植物”互换使用。具体地，由于种子会发育成植物，所以不同的实施例可以使由托盘接收的种子预发芽，因此那些实施例可以是种子形式或不是种子形式。类似地，术语“植物材料”在本文中可以用来指植物的种子形式和植物形式。
本文描述了允许农作物连续地、不间断地生长的示例性工业生长舱。特别地，图1a示出了根据本文中示出和描述的一个或多个实施例的示例性流水线生长舱100的前透视图。另外，图1b示出了流水线生长舱100的一部分的后透视图。参照图1a和图1b，流水线生长舱100可包括轨道102，轨道102在其上支撑一个或多个推车104。特别参考图1a，轨道102可至少包括上升部分102a，下降部分102b和连接部分102c。轨道102可以环绕(例如，沿逆时针方向，如图1a所示)第一轴线a1，使得推车104沿竖直方向(例如，沿图1a的坐标轴的+y方向)向上上升。连接部分102c可以是相对水平的(尽管这不是必需的)，并且被用于将推车104转移到下降部分102b。下降部分102b可以环绕基本上平行于第一轴线a1的第二轴线a2(例如，沿逆时针方向，如图1a所示)，使得推车104可以更靠近地面返回。
应该理解的是，尽管图1a和图1b示出了环绕多个轴线a1，a2的流水线生长舱100，但这仅仅是示例。任何配置的流水线或固定生长舱可以用于执行本文描述的功能。
上升分区102a和下降分区102b可允许轨道102延伸相对较长的距离，同时占用沿x方向和z方向评估的相对较小的占地面积(与不包括上升分区102a和下降分区102b的流水线生长舱相比)，如图1a的坐标轴所示。在某些应用中，例如当流水线生长舱100位于拥挤的城市中心或空间可能受到限制和/或土地成本昂贵的其他位置时，减少流水线生长舱100的占地面积可能是有利的。
如图1a所示，托盘106支撑在每个推车104上。托盘106通常可包含一个或多个组件，用于在种子发芽时容纳种子，并在推车104穿越流水线生长舱100的轨道102的上升部分102a、下降部分102b和连接部分102c时种子生长成植物。种子可以预先浸泡、种植、允许生长，然后可以通过流水线生长舱100的各个组件进行收获，如本文所述。另外，可以监测托盘106内的种子(以及随后的芽和植物)，并为其提供水、养分、环境条件、光照等以促进生长。
在图1a和图2b中还示出主控制器160。主控制器160除其他外还可以包括用于控制如本文所述的流水线生长舱100的各个组件的控制硬件。在一些实施例中，主控制器160可以特别地被配置为控制一个或多个机械施加器的操作，如本文所述。
播种组件108与主控制器160耦合。播种组件108可以包含提供种子(或包含种子的浆液)的种子源(例如，种子料斗、浆液源等)和配置为在推车104经过流水线中的播种组件108时将种子(或包含种子的浆液)放置在支撑在一个或多个推车104上的托盘106中的组件(例如，一个或多个机械施加器)。取决于特定实施例，每个推车104可包括用于容纳多个种子的单分区托盘106。一些实施例可以包括用于容纳每个分区(或单元)中的单个种子的多分区托盘106。在具有单分区托盘106的实施例中，播种组件108可以检测到相应推车104的存在，并且可以开始在单分区托盘106的整个区域上播种种子。可以根据期望的播种深度、期望的种子数量、期望的种子表面积、托盘106的分区大小和/或根据其他标准来播种种子。在一些实施例中，可以用营养物和/或其他试剂(例如水)预处理种子以产生包含种子的浆液(例如半液体混合物)。取决于特定的实施例，种子可以不利用土壤来生长。种子的这种预处理可以通过一个或多个蠕动泵来完成。下面将更详细地描述关于沉积流体(例如水、营养物等)和种子的其他细节。
在多分区托盘106与一个或多个推车104一起使用的实施例中，播种组件108可以配置成将种子单独地插入托盘106的一个或多个分区中。可以根据期望的种子数量、期望的种子覆盖面积、期望的播种深度等将种子分配在托盘106上(或单个分区/单元中)。可以通过机械施加器(例如本文详细描述的机械施加器)完成种子的分配。
如图1a所示，在一些实施例中，流水线生长舱100还可以包括通过一个或多个流体泵150和/或一个或多个流体控制阀180与一个或多个流体管线110(例如，水管线)连接的浇水组件109。浇水组件109通常可以是如本文所述地分配的流体源。因此，浇水组件109可包括一个或多个流体储罐，例如一个或多个储水罐和/或一个或多个营养储罐。通常应该理解，由浇水组件109提供的其他流体源包括在本公开的范围内。尽管在图1a中仅示出了单个流体泵150，但是应当理解，在一些实施例中，流水线生长舱100可以包括多个流体泵150。同样地，尽管在图1a中示出了多个流体控制阀180，但是应当理解，在一些实施例中，流水线生长舱100可以包括单个流体控制阀180。浇水组件109、一个或多个流体泵150、一个或多个流体控制阀180，以及一个或多个流体管线110可将水和/或营养物分配给位于流水线生长舱100内不同位置的一个或多个机械施加器(未示出)，其随后移动以促进将精确量的水和/或营养物分配到托盘106，如本文所述。下文将更详细地描述关于一个或多个机械施加器的其他细节。在一些实施例中，主控制器160可以通信耦合浇水组件109、一个或多个流体泵150以及一个或多个流体控制阀180，使得主控制器160发送浇水组件109、一个或多个流体泵150以及一个或多个流体控制阀180的操作信号，从而选择性地控制流体的流动和/或压力。
在图1a中还示出了气流管线112，其也可以流体连接到一个或多个空气泵和/或一个或多个空气阀(图1a中未示出)。具体地，一个或多个空气泵可以类似于流体泵150，但是其连接到气流管线112以将空气、加压空气、减压空气等输送到流水线生长舱100的一个或多个部分。另外，一个或多个空气阀可以是与流体控制阀180相似的阀，但是其连接到气流管线112以将气流引导到流水线生长舱100的一个或多个部分。可以输送空气以控制流水线生长舱100或其区域中的温度、流水线生长舱100或其区域中的空气压力，控制流水线生长舱100或其区域中的空气中二氧化碳(co2)的浓度，控制流水线生长舱100或其区域中的空气中氧气(o2)的浓度，控制流水线生长舱100或其区域中的空气中氮气(n2)的浓度，等等。
图1b示出了流水线生长舱100的其他组件，包括(但不限于)一个或多个照明装置190、收获组件192和清洁组件194。如图1a所示，照明装置190可以提供光，当推车104穿越轨道102时，可以在整个流水线生长舱100的各个位置处促进植物生长。根据特定实施例，照明装置190可以是固定的和/或可移动的。在一些示例实施例中，可以基于植物类型、发育阶节段、配方和/或其他因素来改变照明装置190的位置。
另外，在向植物提供光、提供水和提供养分时，推车104穿越流水线生长舱100的轨道102。另外，流水线生长舱100可以检测植物的生长和/或其他产出，并可以确定何时需要收获。如果保证在推车104到达收获组件192之前进行收割，则可以在推车104到达收获组件192前对该特定推车104修改生长配方。相反，如果推车104到达收获组件192，并且已经确定推车104中的植物尚未准备好可以收获，则流水线生长舱100可以使该推车104再运行一圈。该额外的一圈可以包括不同剂量的光、水、营养物等，并且推车104的速度可以基于推车104上的植物的发育而改变。如果确定推车104上的植物已准备好可以收获，收获组件192可以从托盘106收获植物。
如图1b所示，在一些实施例中，收获组件192可以切割在特定高度的植物以进行收割。在一些实施例中，可以翻转托盘106以将植物从托盘106移出并进入加工容器中以进行切碎、捣碎、榨汁等操作。因为流水线生长舱100的许多实施例不使用土壤，所以在加工之前可能需要最低限度地(或不需要)对植物进行洗涤。
类似地，一些实施例可以被配置为例如通过摇动、梳理等自动地将果实与植物分离。如果剩余的植物材料可以重新长出另外的果实，则推车104可以保持剩余的植物并返回到流水线的生长部分。如果不想将植物材料再利用来长出额外的果实，则可以视情况将其丢弃或处理。
一旦推车104和托盘106上没有植物材料，清洁组件194可以清除可能残留在推车104上的任何颗粒物、植物材料等。因此，清洁组件194可以实施多种不同的洗涤中的任何一种，例如高压水、高温水和/或用于清洁推车104和/或托盘106的其他解决方案。因此，清洁组件194可以流体连接至一个或多个流体管线110，以接收通过一个或多个流体泵150泵送并通过一个或多个流体控制阀180(图1a)穿过流体管线110的水。
如图1b所示，在一些实施例中，托盘106可以被翻转以输出用于加工的植物，并且托盘106可以保持在该位置。因此，清洁组件194可以在该位置接收托盘106，这可以清洗推车104和/或托盘106并使托盘106返回到生长位置。一旦清洁了推车104和/或托盘106，则托盘106可以再次通过播种组件108，播种组件108可以确定托盘106需要播种并且可以开始将种子放置在托盘106中的过程，如本文所述。
图2示出了根据各种实施例的托盘106的俯视图。参照图1a和图2，如本文先前所述，托盘106可在其中具有多个物理分区206(也称为单元)，用于在保持托盘106的推车104穿越流水线生长舱内的轨道102时容纳植物材料。再参照图2，托盘106可以具有多个侧壁202(例如，第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁)，其限定了托盘106的外边缘并且还限定了托盘106内的空腔208，其用于将植物材料容纳在其中。尽管图2示出了四个侧壁202，但是侧壁202的数量、尺寸或布置不受本公开的限制。如图2的实施例中所示，侧壁202的尺寸可以被布置为形成大致梯形的托盘106。即，两个侧壁202可以沿着图2所示的坐标轴的x轴彼此基本平行地布置，另外两个侧壁202可以被布置为使得它们沿着图2的坐标轴的z轴彼此成镜像。但是，也可以考虑其他形状和尺寸。
除了多个侧壁202之外，在一些实施例中，托盘106还可包括沿着空腔208的至少一部分延伸的多个内壁204。即，多个内壁204中的至少一个可以在多个侧壁202中的两个之间延伸(例如，内壁204可以从第一侧壁延伸到第二侧壁)。在一些实施例中，多个内壁204中的至少一个可以在空腔208内延伸一定距离，但是可以不在多个侧壁202中的两个之间延伸整段距离。在各种实施例中，内壁204的形状、尺寸可以布置为在托盘106的空腔208内限定多个物理分区206。物理分区206不受本公开的限制，并且可以是托盘106内的任何形状或大小。在一些实施例中，托盘106可以包括多个形状和尺寸相同的物理分区206。例如，托盘106可以包括蜂窝状布置的分区，这些分区的大小和形状都相同。
在其他实施例中，例如图2中所示的实施例，托盘106可以包括多个不同尺寸和形状的物理分区206。也就是说，不是所有的物理分区206都具有相同的形状和/或大小。相反，一个或多个物理分区206可以具有第一形状和/或尺寸，而一个或多个其他物理分区206可以具有第二形状和/或尺寸。在这样的实施例中，不同形状和/或尺寸的物理分区206通常可允许由每个物理分区206根据预定的种子密度配方而保持不同数量的种子，由每个物理分区206根据预定的浇水和/或营养分配配方而接收不同量的流体(包括水和/或营养物)，由每个物理分区206保持不同类型的植物材料，由每个物理分区206保持处于不同生长阶段的植物材料，等等。没有这样尺寸不同的物理分区206，则种子、流体、植物材料的类型、生长阶段等可以在整个空腔208中保持一致。例如，如果将特定的托盘106用于测试目的以确定种子密度、种子类型、流体量等中的哪一种提供了最有利的结果(例如，植物生长最快)，最好一次在单个托盘中测试多个变量，而不是在多个托盘中测试，在多个托盘中测试可能浪费材料和/或资源，并且/或者效率低下，非常耗时。在这样包含不同形状和/或尺寸的物理分区206的实施例中，向每个不同形状和/或尺寸的分区206精确分配特定量的种子和/或流体可以通过使用包括机械臂的机械施加器来完成，如本文所述。
尽管本公开描绘了空腔208内的多个物理分区206，但这仅是示例性实施例。即，在一些实施例中，托盘106可以不包括内部分隔壁。更具体地说，空腔208可以是开放的，使得不存在多个分区(例如，空腔208是单个物理分区)。在这样的实施例中，主控制器160可以被配置为创建和/或利用托盘106的多个虚拟分区，其代表托盘内的浇水区域的矩阵。虚拟分区可以经由主控制器160确定，或者可以是基于托盘106的类型和/或尺寸确定的生长配方的一部分。无论如何，这些实施例可以被配置为在每个虚拟分区中仅提供足以满足该虚拟分区中的植物材料的水。水的分配可以仅是一滴或多滴(取决于实施例)，这样在促进植物生长的同时又节省了用水。另外，一些实施例可以利用物理分区206和虚拟分区。在这样的实施例中，可能有理由将植物材料的各分区进行物理划分，但是浇水可以基于虚拟分区来确定。
图3和图4示出了在流水线生长舱100(图1a)内的机械施加器300。机械施加器300包括多关节机械臂310，该多关节机械臂310的远端312与其近端314间隔开一定距离。在一些实施例中，近端314安装到基座320上。在一些实施例中，基座320可以是固定的(例如，不可移动的)。在其他实施例中，基座320可以在安装到支撑件324上的一个或多个轨道322上移动，例如垂直轨道322a和/或水平轨道322b，其允许基座320沿系统垂直方向移动(例如，沿图3-图4的坐标轴的+y/-y轴)和/或沿水平方向移动(例如，沿图3-图4的坐标轴的+x/-x轴)。
在一些实施例中，多关节机械臂310可具有一个或多个节段，所述节段相对于彼此运动以提供关节运动能力。例如，图3至图4的实施例示出了第一节段310a和第二节段310b。多关节机械臂310的每个节段310a，310b可以经由接头铰接至其他组件，以允许每个节段相对于其他节段和/或其他组件进行关节运动，使得多关节机械臂310具有多个运动范围来将出口340精确地定位在托盘106上方(例如，使一个或多个出口340与特定分区206(图2)对准)，如本文所述。例如，第一节段310a可以经由接头铰接至第二节段310b，使得第一节段310a能够以多关节铰接的方式相对于第二节段310b运动。另外，第二节段310b可以经由接头铰接至基座320，使得第二节段310b能够以多关节铰接的方式相对于基座320运动。可以通过一个或多个致动器330来控制多关节机械臂310的各个节段的运动。例如，图3至图4示出了定位在第一节段310a和第二节段310b之间的接头处以及第二节段310b和基座320之间的接头处的致动器330。在本公开中，致动器330的类型、尺寸或位置不限。致动器的说明性示例包括但不限于伺服马达、步进马达、螺杆式致动器等。如本文所述，每个致动器330可以与一个或多个控制组件通信耦合，这些控制组件引导致动器330的运动，以便相对于托盘106或托盘106的分区精确地放置和定位多关节机械臂310。
在实施例中，多关节机械臂310通常支撑一个或多个出口340，该出口在下方向托盘106敞开，从而可以将流体和/或种子分配到托盘106，如本文所述。即，一个或多个出口340可以物理连接至多关节机械臂310并且流体连接至供应管线，例如图3的实施例中示出的种子供应管线或流体管线110。因此，当流体或种子(或其组合，例如水和种子的浆液)经由供应管线(例如，流体管线110)供应时，流体或种子可以从一个或多个出口340喷射到托盘106(和/或其一个或多个分区)中。在一些实施例中，一个或多个出口340可位于多关节机械臂310的下侧，使得当流体或种子(或其组合，例如水和种子的浆液)从出口340喷射时，流体或种子在重力作用下落入托盘106中。在一些实施例中，可允许流体在重力作用下落下(例如滴下)以避免改变托盘106所处环境的环境湿度，避免改变包含种子的浆料的湿度，和/或减少用水量(相对于其他流体沉积系统)。在一些实施例中，供应管线(例如，种子供应管线或流体管线110)可以物理连接至多关节机械臂310(例如，多关节机械臂310的下侧)并且一个或多个出口340可以是供应管线上的开口。
在图3所示的实施例中，一个或多个出口340中的每一个可以是喷嘴等，其选择性地打开以从中分配流体或种子(或其组合，例如水和种子的浆液)。即，一个或多个出口340中的每一个可控制打开或关闭孔等。通常应当理解，可以应用各种特征以选择性地控制通过一个或多个出口340中的每一个的流体或种子(或其组合，例如水和种子的浆液)的运动，在此不作进一步详细描述。在一些实施例中，一个或多个出口340中的每一个(或其一个或多个组件，例如控制孔等的致动器)可以与一个或多个控制装置通信耦合，该一个或多个控制装置选择性地控制一个或多个出口340的打开/关闭，从而选择性地控制从其中分配的流体或种子(或其组合，例如水和种子的浆液)。
在一些实施例中，一个或多个出口340可连接到供应种子的供应管线和供应流体的流体管线110两者，使得一个或多个出口340中的每一个可从其中分配流体和种子。在其他实施例中，一个或多个出口340的第一子集可连接至供应种子的供应管线，并且一个或多个出口340的第二子集可连接至供应流体的流体管线110，使得第一子集仅用于分配种子，第二子集仅用于分配流体。
尽管图3的实施例示出了沿着多关节机械臂310的长度(包括沿着其第一节段310a和第二节段310b的长度)布置的八个(8)出口340，本公开不限于这样的实施例。即，在不脱离本公开的范围的情况下，可以包括任何数量的出口340。另外，仅在一些实施例中，一个或多个出口340可以全部设置在第一节段310a上。或者，仅在一些实施例中，一个或多个出口340可以全部设置在第二节段310b上。
在一些实施例中，基座320可以固定在适当的位置，使得基座320无法移动。这样，多关节机械臂310相对于基座320移动以将出口340精确地定位在托盘106上方。在其他实施例中，基座320可以是可移动的，以使整个多关节机械臂310相对于托盘106运动。例如，基座320可以沿着一个或多个竖直轨道322a竖直地移动(例如，在图3的坐标轴的+y/-y方向上移动)，以将多关节机械臂310定位成更靠近或远离托盘106。在另一实施例中，基座320可以沿着一个或多个水平轨道322b横向移动(例如，在图3的坐标轴的-x/+x方向上移动)以将多关节机械臂310定位在托盘106的一部分上。在另一个实施例中，基座320可以沿轨道322横向移动和竖直移动(例如，沿垂直轨道322a和/或水平轨道322b)，以将多关节机械臂310相对于托盘106定位。在一些实施例中，基座320可以包括倾斜机构(未示出)，以使多关节机械臂310相对于托盘106倾斜某一角度。
如图3至图4所示，机械施加器300可以进一步包括连接到其上的一个或多个流体泵150。更具体地，在图3至图4中示出的实施例中，示例性的流体泵150中的一个被支撑在基座320上，并且经由流体管线110流体连接到多关节机械臂310上的出口340。然而，应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，流体泵150也可以布置在其他位置。此外，应当理解，在由机械施加器300供应种子的实施例中，可以不存在流体泵150。可以提供种子分配组件，该种子分配组件经由种子分配组件和出口340之间的流体连接而将种子分配到出口340。
在一些实施例中，在图3至图4的实施例中，由机械施加器300的基座320支撑的流体泵150在浇水站中用作水分配组件的一部分，以将流体(例如，水、营养物等)供应到托盘106内的物理分区206(图2)。即，流体泵150和机械施加器300的组件一起可以包含在浇水站内，该浇水站从浇水组件109(图1a)接收水，并根据生长配方将水提供给托盘106的各个部分，其中生长配方包括以下一项或多项：浇水时间表或流体供应配方、照明配方等)。取决于特定实施例，生长配方可以被配置为静态地识别何时将发生浇水(例如，每小时、每个周期等)和/或动态地识别何时将发生浇水(例如，基于传感器输出——托盘的分区上的植物和/或种子看起来比预期的更干燥)。流体泵150不受本公开的限制，并且可以结合用于泵送流体的任何机构。说明性示例包括容积式泵，例如旋转式、往复式和线性式容积泵、脉冲泵、液压柱塞泵、速度泵、重力泵等。
图3还示出了传感器350。传感器350通常可以布置成感测托盘106及其中的内容物的各种特性。例如，传感器350可以布置成感测托盘106内的每个物理分区206(图2)的尺寸、形状和位置，形成物理分区206的内壁204的位置，托盘106内植物材料的存在、类型和/或生长量等。在一些实施例中，传感器350可以适于检测围绕托盘106(或其一部分)的环境空气的湿度和/或托盘106(或其一部分/区域)内的浆料的湿度。在一些实施例中，传感器350可以物理连接到机械施加器300的一个或多个组件并且被定位成使得传感器350的视场包含机械施加器300的一个或多个组件(例如，出口)和/或托盘106的至少一部分。例如，传感器350可以包括在多关节机械臂310处或附近终止的多根光纤电缆，该光纤电缆耦合到图像处理装置，使得图像处理装置经由光纤电缆捕获多关节机械臂310周围的区域(例如，多关节机械臂310下方区域)的图像。在其他实施例中，传感器350可以邻近于机械施加器300定位并且定位成使得传感器350的视场包含机械施加器300的一个或多个组件(例如，出口340)和/或托盘350的至少一部分。传感器350通信耦合至流水线生长舱100(图1a)的各种其他组件，使得信号、数据等可以在传感器350和/或其他组件之间发送。如本文所述。例如，传感器350可以通信耦合到从传感器350接收图像数据的一个或多个组件，确定托盘106和/或机械施加器300的一个或多个组件的一个或多个特征，并执行一个或多个命令，如本文所述。
图3的实施例示出将传感器350作为成像装置，例如照相机等。然而，应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，也可以使用其他类型的传感器。例如，传感器350可以是湿度传感器、温度传感器等。在另一个示例中，传感器350可以包括位于托盘106和/或推车104下方的压力传感器(图1a)，该压力传感器检测托盘106和/或推车104的一部分的重量。此外，尽管图3仅示出了单个传感器350，但这仅是说明性的。在一些实施例中，可以包括多个传感器。
图5示出了根据各种实施例在通信网络500中与机械施加器300和传感器350通信耦合的主控制器160(或其组件)。在一些实施例中，主控制器160可以经由通信网络500与机械施加器300和/或传感器350通信耦合，如各个组件之间的虚线所示。通信网络500可以包括因特网或其他广域网、局域网(例如本地网络)或近场网络(例如蓝牙或近场通信(nfc)网络)。在其他实施例中，代替经由通信网络500连接，主控制器160可以出于通信的目的直接连接至机械施加器300和/或传感器350。无论是经由通信网络500还是直接连接，可以通过一个或多个有线连接和/或一个或多个无线连接来实现通信耦合。
在一些实施例中，主控制器160、机械施加器300和传感器350之间的通信可以使得主控制器160出于指导操作的目的而向机械施加器300和/或传感器350提供诸如数据和信号的传输。例如，主控制器160可以从传感器350接收图像数据等，从图像数据确定一个或多个特征，生成一个或多个命令，并将该一个或多个命令发送到机械施加器300以使机械施加器300(和/或其一个或多个部件)移动、选择性地分配流体、选择性地分配种子等，如本文所述。
图6示出了根据一个或多个实施例的在主控制器160内的计算环境。参照图6，主控制器160可以包括计算设备620。计算设备620包括存储组件640、处理器630、输入/输出硬件632、网络接口硬件634和数据存储组件636(其存储系统数据638a，植物数据638b和/或其他数据)。
计算设备620的组件的至少一部分可以与本地通信接口646可通信耦合。本地通信接口646通常不受本公开的限制，并且可以被实现为总线或其他通信接口以便于与之耦合的主控制器160的组件之间的通信。
存储组件640可以被配置为易失性和/或非易失性存储器。因此，存储组件640可以包括随机存取存储器(包括sram、dram和/或其他类型的ram)、闪存、安全数字(sd)存储器、寄存器、光盘(cd)、数字通用盘(dvd)、蓝光光盘和/或其他类型的非暂时性计算机可读介质。取决于特定实施例，这些非暂时性计算机可读介质可以驻留在主控制器160内和/或在主控制器160的外部。存储组件640可以存储例如操作逻辑642a、系统逻辑642b、植物逻辑642c、机器人逻辑642d和/或其他逻辑。例如，操作逻辑642a、系统逻辑642b、植物逻辑642c和机器人逻辑642d可各自包括多个不同的逻辑，其至少一部分可被体现为计算机程序、固件和/或硬件。
操作逻辑642a可以包括用于管理主控制器160的组件的操作系统和/或其他软件。如下面更详细地描述的，系统逻辑642b可以包含用于监视和控制一个或多个其他各种控制模块和/或流水线生长舱100(图1a)的一个或多个组件的操作的编程指令。参照图6，植物逻辑642c可以包含用于确定和/或接收植物生长配方的编程指令，并且还可以包括用于促进系统逻辑642b和/或机器人逻辑642d实施配方的编程指令。机器人逻辑642d可以包含用于确定和/或引导机械施加器300(图3至图4)和/或其组件的运动的编程指令。
应该理解，尽管在图6中示出了位于存储组件640内的各种逻辑模块，但是这仅是示例。例如，系统逻辑642b、植物逻辑642c和机器人逻辑642d可以驻留在不同的计算设备上。即，本文描述的一个或多个功能和/或组件可以由用户计算设备、远程计算设备和/或与主控制器160通信耦合的另一控制模块提供。
另外，尽管示出的计算设备620以系统逻辑642b和植物逻辑642c作为单独的逻辑组件，但这也仅是示例。在一些实施例中，单个逻辑块(和/或几个链接的模块)可以使计算设备620提供所描述的功能。
处理器630(其也可以称为处理装置)可以包括可操作用于接收和执行指令(例如来自数据存储组件636和/或存储组件640的指令)的任何处理组件。处理器630的说明性示例包括但不限于计算机处理单元(cpu)、多集成核(mic)处理设备、加速处理单元(apu)、数字信号处理器(dsp)。在一些实施例中，处理器630可以是一起起作用以提供处理能力的多个组件，例如集成电路(包括现场可编程门阵列(fpga))等。
输入/输出硬件632可以包括和/或被配置为与麦克风、扬声器、显示器和/或其他硬件接口。即，输入/输出硬件632可以与提供用户界面等的硬件接口。例如，可以出于调整设置(例如调整待供应的营养物/水的量、待供应的环境空气的类型和量等)、查看状态(例如，接收错误通知、特定泵或其他组件的状态等)的目的而向用户提供用户界面。
网络接口硬件634可以包括和/或被配置为与任何有线或无线网络硬件通信，包括天线、调制解调器、lan端口、无线保真(wi-fi)卡、wimax卡、zigbee卡、z-wave卡、蓝牙芯片、usb卡、移动通信硬件和/或与其他网络和/或设备进行通信的其他硬件。通过该连接，可以促进主控制器160与流水线生长舱100(图1a)的其他组件之间的通信，例如，其他控制模块、播种组件108、收获组件192、浇水组件109、一个或多个泵等。在一些实施例中，网络接口硬件634可以促进主控制器160与流水线生长舱100(图1a)的其他组件之间经由通信网络500(图5)进行的通信。参照图6，在一些实施例中，网络接口硬件634还可以促进主控制器160与流水线生长舱100(图1a)外部的组件之间的通信，例如用户计算设备和/或远程计算设备。因此，网络接口硬件634可以与主控制器160的i/o端口(未示出)通信耦合。
参考图6，主控制器160可以经由网络接口硬件634耦合到网络(例如，通信网络500(图5))。如前所述，其他控制模块、计算设备等也可能耦合到网络。示例性的其他计算设备包括例如用户计算设备和远程计算设备。用户计算设备可以包括个人计算机、膝上型计算机、移动设备、平板电脑、服务器等，并且可以用作与用户的接口。例如，用户可以将配方发送到计算设备620，由主控制器160至少部分地实施。另一个示例可以包括：主控制器160向用户计算设备的用户发送通知。
类似地，远程计算设备可以包括服务器、个人计算机、平板电脑、移动设备等，并且可以用于机器对机器的通信。例如，如果流水线生长舱100(图1a)确定正在使用的种子的类型(和/或其他信息，例如环境条件)，则计算设备620可与远程计算设备通信以检索先前存储的这些条件的配方。因此，一些实施例可以利用应用程序接口(api)来促进这种或其他计算机到计算机的通信。
参考图6，数据存储组件636通常可以是存储数字数据的任何介质，例如硬盘驱动器、固态驱动器(ssd)、
应该理解的是，虽然图6中的组件驻留在主控制器160(和/或其组件，例如控制模块)内，但这仅是示例。在一些实施例中，一个或多个组件可以驻留在主控制器160(或控制模块)的外部。还应该理解，尽管图示中主控制器160为单个设备，但这也仅仅是示例。即，主控制器160可以是彼此通信耦合并提供本文描述的功能的多个设备(例如，多个可热插拔控制模块)。
图7a示出了处于缩回位置的多关节机械臂310。图7b-图7d示出了根据各种实施例的处于各种伸展状态的机械臂310。如图7a所示，当多关节机械臂310缩回时，第一节段310a在第二节段310b下方折叠，使得一段长度的第一节段310a和一段长度的第二节段310b均接触基座320。即，如图7a所示，第一节段310a和第二节段310b通常可以基本平行于基座320定位。
如本文先前所述，第一节段310a和第二节段310b可以在与第二节段310b之间的接头处以及在第一节段310a与第二节段310b之间的接头处经由致动器330致动。即，一致动器330可以使第二节段310b绕第二节段310b与基座320之间的接头枢转，另一致动器330可以使第一节段310a绕第一节段310a与第二节段310b之间的接头枢转。因此，如图7b-图7d所示，第二节段310b可绕第二节段310b与基座320之间的接头沿顺时针方向从图7a所示的位置枢转到图7b-图7d所示的位置，使得第二节段310b基本上垂直于基座320。如图7b-图7d所示，第一节段310a可绕第二节段310b与第一节段310a之间的接头沿逆时针方向从图7a所示的位置枢转到图7b所示的位置，再到图7c和图7d所示的位置。参照图2、图3和图7a-图7d，由于第一节段310a和第二节段310b的运动，多关节机械臂310可移动到托盘106上方的任何位置，通过移动第一节段310a和第二节段310b，使得一个或多个出口340位于特定分区206上方，进而使得流体或种子(或其组合，例如水和种子的浆液)可以分布到托盘106内的任何位置(例如，托盘106的各个物理分区206)。这种能力允许多关节机械臂310根据一个或多个接收的指令将流体和/或种子(例如，流体和种子的浆液)精确地放置在托盘106的特定分区206中，而不管托盘106内的物理分区206的配置如何。也就是说，多关节机械臂310可以轻松地移动，从而可以使用分配歧管或以其他流体和/或种子(例如，浆液)分配方式无法实现的方式将任意量的种子和/或流体分配到托盘106的任何分区206或部分。此处参照图10描述关于多关节机械臂310实现将流体和/或种子(例如，浆液)放置在托盘106或其一部分中(例如，在特定的一个或多个物理分区206中)的这种精确运动的其他细节。
参照图1a、图3和图8，图中示出了在流水线生长舱100中提供机械施加器300的示例性方法。参照图1a-图1b和图3-图4，根据图8的实施例的方法可以包括：在框802处，提供主控制器160。即如本文所述，提供包括其任何组件的主控制器160以控制各种其他组件的操作。另外，该方法还包括：在框806处，提供机械施加器300。即，根据框804提供机械施加器300的各种组件(包括但不限于多关节机械臂310、基座320、流体管线110和出口340)以分配流体和/或种子(例如，流体和种子的浆液)。在框806处，机械施加器300耦合到主控制器160。更具体地，机械施加器300(和/或其各种组件)可以通信耦合到主控制器160，使得信号和/或数据可以在机械施加器300(和/或其各种组件)与主控制器160之间传输。例如，机械施加器300(和/或其任何组件)可以通过有线或无线连接方式耦合到主控制器160，例如本文所述的有线或无线连
如果机械施加器300分配流体(例如，水或营养物)，则该方法可以进一步包括以下步骤：在框808处，将流体泵150布置在机械施加器300上或附近，以及在框810处，将流体泵150流体连接至供水装置(例如，浇水组件109)。即，可以将一个或多个流体泵150添加到流体管线110，以供应从多关节机械臂310上的出口340喷射的流体，使得流体可以从流体源(例如，浇水组件109)泵送到出口340。一个或多个流体泵150可以放置在流体源(例如，浇水组件109)与多关节机械臂310上的出口340之间的位置。另外，一个或多个流体泵150也通信耦合到主控制器160，使得信号和/或数据在主控制器160与一个或多个流体泵150之间传输(例如，来自主控制器160的信号指示一个或多个流体泵150中的每一个打开或关闭)。
如果机械施加器300分配种子，则该方法可以进一步包括以下步骤：在框812处，将种子分配器(例如，配置为种子分配器的出口340)布置在机械施加器300上，以及在框814处，将种子分配器连接至种子料斗或其他类似的种子存储设备。
图9示出了根据实施例使用机械施加器300将种子和/或流体施加到流水线生长舱中的托盘上的示例性方法概览图。参照图1a-图1b、图3、图4和图9，在框902处，推车104移动到机械施加器300下方的位置。即，将托盘106支撑在其上的推车104沿着轨道102移动，直到托盘106位于机械施加器300的多关节机械臂310可移动到托盘106上方以分配种子和/或流体的位置。在框904处，机械施加器300(和/或其一个或多个组件)在要分配种子和/或流体的位置中与托盘106相邻地移动。在框906处，种子和/或流体由机械施加器300分配到托盘106中。在框908处，可以确定在托盘106的其他分区中是否需要额外的种子和/或流体。如果需要，则该流程可以返回到框904；否则流程结束。
图10更详细地示出了提供种子和/或流体的示例性方法的流程图。在一些实施例中，可以通过主控制器160(图1a)和/或其一部分(例如，计算设备620(图6))来完成图10所示的方法的一个或多个步骤。因此，图10的主控制器106包括本文描述的主控制器160的各种组件，包括计算设备620(图6)及其中的各种组件。
参照图3-图5和图10，在框1002处，从传感器350接收围绕托盘106的至少一部分和/或机械施加器300的至少一部分的区域的一个或多个图像。当数据(例如，与传感器350捕获的一个或多个图像相对应的图像数据)经由通信网络500从传感器350发送到主控制器160时，通常由主控制器160接收一个或多个图像。应当理解，在一些实施例中，也可以从传感器350接收其他信息。例如，在框1002处，可以从传感器350接收湿度信息和/或温度信息。即，一个或多个图像可以包括指示特定浆料湿度的信息、环境空气湿度信息、温度信息等。
参照图2-图5和图10，在框1004处，主控制器160可以确定托盘106的一个或多个物理分区206的位置。也就是说，主控制器160可以分析从传感器350接收的一个或多个图像，确定托盘的各个侧壁202和/或各个内壁204的相对位置，并利用该确定来映射托盘106的物理分区206。这些物理分区206的映射可用于跟踪特定分区、确定分区的尺寸、确定可以包含在特定分区内的种子和/或流体的量、确定多个分区的相对位置等。如本文所述，这些确定可以用于稍后确定在哪里移动多关节机械臂310。
在框1006处，主控制器160可确定托盘106需要流体(例如水和/或营养物)和种子的一个或多个物理分区206。即，主控制器160可以基于每个物理分区206的各种特性来应用配方，以指导流体和/或种子(例如，种子的浆液)的分配。例如，主控制器160可以确定特定配方需要特定量的种子、水和/或营养物。然后，主控制器160可以使用托盘106的各个物理分区206的确定的尺寸特征来确定哪些物理分区206能够容纳该特定量的种子、水和/或营养物。在一些实施例中，根据框1006，确定托盘106需要流体和/或种子的一个或多个物理分区206可以包括：基于从传感器350接收的湿度和/或温度信息来确定浆料和/或周围环境的湿度水平的变化，以及确定一个或多个物理分区206需要额外的流体以维持或恢复特定的湿度(例如，改变生长配方以将额外的流体供应至特定的干燥区域)。在一些实施例中，这种确定可以基于生长情况、农作物历史产量等。
在框1008处，主控制器160可确定多关节机械臂310相对于托盘106的位置，以便将确定量的种子和/或流体(例如水和/或营养物)分配给托盘106的确定的特定分区206。即，主控制器160可以确定每个物理分区206的坐标以接收流体和/或种子(例如，浆液)，确定多关节机械臂310的哪个部分可以到达每个物理分区206(例如，第一节段310a、第二节段310b、一个或多个出口340等)，确定多关节机械臂310的运动使多关节机械臂310的相应部分到达每个物理分区206，并相应地产生移动多关节机械臂310的运动指令。因此，在框1010处，可指示多关节机械臂310(包括其组件)移动，从而在框1012处使多关节机械臂310运动。即，主控制器160发送对应于特定运动的一个或多个信号至多关节机械臂310(或其部件，例如致动器330)，多关节机械臂310相应地运动，使得各种出口340被适当地定位在相应的一个或多个物理分区206上，将流体和/或种子(例如，浆液)从出口340分配到物理分区206中。
在一些实施例中，一旦多关节机械臂310根据从主控制器160接收到的指令移动，则主控制器160可以验证多关节机械臂310及其各个组件(例如，出口340)被适当地相对于托盘的物理分区206定位。因此，在框1014处，可以从传感器350接收一个或多个附加图像。也就是说，传感器350可以发送其视场内的区域(例如，托盘106的至少一部分和/或机械施加器300的至少一部分)的附加数据(例如，附加图像数据)到主控制器160。然后在框1016处，主控制器160可以确定多关节机械臂310是否被正确地定位。这样的确定可以包括：例如，从图像数据确定多关节机械臂310(和/或其组件，例如每个出口340)和/或托盘106(包括其物理分区206)的坐标，以及确定坐标是否对应于多关节机械臂310和/或托盘106的预期坐标。如果确定多关节机械臂310被正确定位(例如，坐标匹配)，则流程可以继续进行至框1018。如果确定机械臂310没有被正确定位(例如，坐标不匹配)，则流程可以返回到框1004以进行进一步的确定和进一步的移动。
在框1018处，主控制器160可确定多关节机械臂310上的一个或多个出口340中的哪一个/哪一些将种子和/或流体从其中分配到托盘106的物理分区206中。这种确定通常包括：分析出口340和托盘106的分区206的相对位置的映射，以匹配将接收种子和/或流体的特定分区206与位于上方的特定出口340。然后在框1020处，主控制器160可将一个或多个信号发送至流水线生长舱100的各个组件，包括机械施加器300及其组件，以相应地进行操作以分配适当量的种子和/或流体。即，主控制器160可以将一个或多个信号发送到一个或多个阀、一个或多个泵、一个或多个种子分配器等。接收这些信号后，在框1022处，各种组件可以操作以沉积流体(例如，水和/或营养物)和/或种子(例如，流体和种子的浆液)。
在框1024处，可以确定托盘106内的其他物理分区206是否要接收种子和/或流体，但尚未接收种子和/或流体。如果是这样，则该流程可以在框1004处重复。否则，该流程可以结束。
如上所述，本文公开了用于经由机械施加器将精确量的流体和/或种子(例如，流体和种子的浆液)分配到支撑在流水线生长舱中的轨道上的推车上的托盘(包括其分区，如果存在的话)的各种实施例。本文所述实施例即使在泵和/或种子分配器的数量不对应于要提供流体和/或种子的分区的数量的情况下，以及在支撑托盘的推车沿轨道不断移动的情况下，也能够非常精确地控制供应到托盘中的各个分区(或仅托盘)的流体和/或种子。通过机械施加器非常精确地控制流体和/或种子分配确保了在特定的时间仅供应精确量的流体和/或种子，从而确保了植物材料的最佳生长。另外，通过机械施加器精确地输送流体避免了浇水不足和浇水过多、水/营养物引向错误以及废水/营养物的产生。此外，通过机械施加器精确地输送流体的减少或消除了喷射到分区和/或托盘中的滴水，这些滴水可能会影响特定植物材料所需的流体的精确量。
虽然本文已经图示和描述了本公开的特定实施例和各方面，但是在不脱离本公开的精神和范围的情况下，仍可以做出各种其他改变和修改。此外，尽管本文已经描述了各个方面，但是这些方面不需要结合使用。因此，所附权利要求覆盖在本文示出和描述的实施例的范围内的所有这样的改变和修改。
应该理解，本文公开的实施例包括系统、方法和非暂时性计算机可读介质，用于在流水线生长舱中的一个或多个浇水站处提供和操作机械施加器，从而确保流体和/或种子的精确放置。还应该理解，这些实施例仅是示例性的，并不旨在限制本公开的范围。
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