技术特征：
1.一种果实采摘系统，其特征在于，包括采摘设备、监控设备、作业系统及客户端；所述采摘设备包括必选的采摘器，可选的收集器、运输器、缓冲器，以及配备于采摘设备上或独立使用的容器；其中，所述采摘器，配备有轮式、履带式、导轨式或吊轨式运动底盘，用于实现运动功能；配备一个或多个机械臂，用于实现采摘果实所需的三维空间运动；在机械臂上配备一个或多个末端执行器，用于实现采摘果实功能；在机械臂、末端执行器或采摘器的其它合适位置上配备一个或多个摄像头，用于实现采摘果实所需的感知功能；配备一个或多个控制器模块，用于实现运动、slam自主导航、采摘果实所需的计算与控制功能；配备一个或多个位置传感器或定位装置，用于获取设备本身的位置信息；配备一个或多个网络接口，用于采摘器对外通信；所述网络为wifi、蜂窝通信网、zigbee或蓝牙；所述监控设备，配备一个或多个摄像头或传感器，用于采集与果园/果树/果实、采摘设备、集中区相关的视频/图像数据，实时或准实时地上传至作业系统；所述摄像头或传感器相对固定地安装在果园内部或果园周边，或安装在可移动设备上，所述可移动设备包括便携终端/手机、无人机，巡检机器人；配备一个或多个网络接口，用于监控设备对外通信；所述网络为wifi、蜂窝通信网、zigbee或蓝牙；所述监控设备提供的数据用于支持采摘系统的内部功能，包括制订任务、调整任务、采摘作业、收集作业及运输作业；也用于通过ai与算法引擎及数据服务支持外部业务；也用于采摘器、收集器、运输器运动与作业所需的辅助感知功能；所述作业系统、客户端用于提供多机协同的智能化采摘方案，以执行大规模自动化作业；其中，所述作业系统包括数据服务模块，gis服务模块、ai与算法引擎、系统管理模块及任务管理模块；各模块单独部署为独立的模块或服务，或采用基于公有云的模块或服务；所述数据服务模块用于提供作业系统相关基础数据的存储与管理服务，并为外部业务提供数据服务接口，包括：基础数据的存储：相关的基础数据包括采摘设备提供的设备状态数据、作业状态数据；监控设备采集并上传的与果园/果树/果实、采摘设备、集中区相关的视频/图像数据或其它监控数据；基础数据的管理：为基础数据建立多元索引；在基础数据更新时，维护索引的一致性；为客户端、以及作业系统的任务管理模块、系统管理模块、ai与算法引擎、gis服务模块提供基础数据的查询、读取、修改、删除功能；外部业务接口：提供支持外部业务的数据服务接口；所述的外部业务包括生产型应用与商业型应用；针对生产型应用，提供果树/果实病虫害分析、果树/果实营养状态分析、果树/果实长势分析、果实产量估计、果实品质估计等数据服务接口；针对商业型应用，支持电
子商务、供应链、期货交易等数据服务接口；所述gis服务模块用于提供gis系统所需的基础功能，包括：数据采集/数据导入/数据导出、数据处理与存储管理、空间查询与空间分析、地图显示；并在此基础上提供面向果园/果树/果实及采摘作业管理的数字地图服务，包括：gis数据管理：静态gis数据，包括：果园的地理边界与地理范围数据；果树的地理位置与地理范围数据；集中区的地理位置与地理范围数据；动态gis数据，包括：由采摘设备上传的实时地理位置数据；数字地图服务：支持3d或2d数字地图服务；地图要素包括集中区、果园/果树/果实、采摘设备、监控设备的实体数据；所述ai与算法引擎用于基于传统机器学习的算法与模型、基于深度学习的算法与模型、以及人工智能算法与模型、内容搜索算法与模型，为任务管理、资源分配、采摘设备作业及外部业务提供所需的智能分析功能，包括：基于监控设备提供的与果园/果树/果实、采摘设备、集中区相关的监控数据，基于采摘设备上传的设备状态与作业状态数据，基于采摘系统积累的历史数据，通过ai分析获得的定量化或定性化数据，用于支持采摘系统的内部功能，包括制订任务、调整任务、采摘作业、收集作业及运输作业；以及用于支持外部业务；资源分配算法：提供{任务参数；任务工期；可用采摘设备资源}的多维参数约束模型；针对给定的任务参数及要求的任务工期，估计完成任务所需的采摘设备资源；或针对给定的任务参数及可用的采摘设备资源，估计完成任务所需的工期；所述系统管理模块用于用户管理、资产管理与设备管理，包括：用户管理：提供用户帐号创建/维护/更新/删除的基础管理功能；提供用户身份认证功能；提供权限管理功能；资产管理：提供果园/果树/集中区数字化资产的创建/维护/更新/删除/转移的基础管理功能；提供对第三方果园/果树/果实资源在承接临时采摘工作期内可访问性的管理功能；设备管理：提供采摘设备基本信息的存储、管理与维护功能；基本信息包括设备编号、设备种类、设备能力、设备功耗信息、维修信息；提供对第三方租赁采摘设备临时可用性的管理功能；在采摘任务执行的过程中，实时或准实时维护采摘设备的状态信息，通过数据服务或gis服务提供给客户端；所述任务管理模块用于采摘任务管理，包括：制订任务：与客户端、数据服务、gis服务、ai与算法引擎相配合，设置任务参数；修改任务：与客户端、数据服务、gis服务、ai与算法引擎相配合，修改或重新设置任务参数；分配任务：与ai与算法引擎、系统管理模块、采摘设备相配合，完成资源分配并将任务参数下发至采摘设备；执行任务：与客户端及采摘设备相配合，启动并控制任务执行的功能；包括开始/停止任务；暂停/恢复/取消任务；对正在作业的任务，实时或准实时维护任务的状态信息，通过数据服务或gis服务提供给客户端；所述客户端用于：提供访问作业系统任务管理功能的用户界面，包括设置/调整任务参
数，开始/停止/暂停/恢复/取消采摘任务，显示设备状态、任务状态及外部业务状态；提供访问作业系统的系统管理功能、gis服务功能的用户界面。2.根据权利要求1所述的果实采摘系统，其特征在于，所述采摘器还包括下述中的至少一项：配备一个或多个避障传感器，用于实现运动过程中的避障功能；配备一个或多个碰撞传感器，用于实现运动过程中的防碰撞功能；配备一个或多个摄像头，用于实现基于视觉slam的自主导航；配备一个或多个激光雷达，用于实现基于激光雷达slam的自主导航；配备一个或多个容器，用于临时存放采摘的果实。3.根据权利要求1所述的果实采摘系统，其特征在于，所述收集器，配备有轮式、履带式、导轨式或吊轨式运动底盘，用于实现运动功能；配备一个或多个机械臂，用于实现收集果实所需的三维空间运动；在机械臂上配备一个或多个末端执行器，用于实现收集果实功能；配备一个或多个控制器模块，用于实现运动、slam自主导航、收集果实等所需的计算与控制功能；配备一个或多个位置传感器或定位装置，用于获取设备本身的位置信息；配备一个或多个网络接口，用于收集器对外通信；所述网络为wifi、蜂窝通信网、zigbee或蓝牙。4.根据权利要求3所述的果实采摘系统，其特征在于，所述收集器还包括下述中的至少一项：配备一个或多个避障传感器，用于实现运动过程中的避障功能；配备一个或多个碰撞传感器，用于实现运动过程中的防碰撞功能；配备一个或多个摄像头，用于实现基于视觉slam的自主导航；配备一个或多个激光雷达，用于实现基于激光雷达slam的自主导航；在机械臂、末端执行器或收集器的其它合适位置上配备一个或多个摄像头，用于实现收集果实所需的感知功能；配备一个或多个容器，用于临时存放采摘或收集的果实。5.根据权利要求1所述的果实采摘系统，其特征在于，所述运输器，配备有轮式、履带式、导轨式或吊轨式运动底盘，用于实现运动功能；配备一个或多个执行机构，用于实现将容器从采摘器、收集器、或作业区转移至运输器载具，以及为采摘器、收集器、或作业区补充容器；配备一个或多个控制器模块，用于实现运动、slam自主导航、转移容器与补充容器等所需的计算与控制功能；配备一个或多个位置传感器或定位装置，用于获取设备本身的位置信息；配备一个或多个网络接口，用于收集器对外通信；所述网络为wifi、蜂窝通信网、zigbee或蓝牙。6.根据权利要求5所述的果实采摘系统，其特征在于，所述运输器还包括下述中的至少一项：配备一个或多个避障传感器，用于实现运动过程中的避障功能；
配备一个或多个碰撞传感器，用于实现运动过程中的防碰撞功能；配备一个或多个摄像头，用于实现基于视觉slam的自主导航；配备一个或多个激光雷达，用于实现基于激光雷达slam的自主导航；在执行机构或收集器的其它合适位置上配备一个或多个摄像头，用于实现转移容器与补充容器所需的感知功能；配备一个或多个容器，用于临时存放采摘或收集的果实。7.根据权利要求1所述的果实采摘系统，其特征在于，所述静态gis数据还包括：粒度细化到一个单位果实或多个单位果实的地理位置数据；移动监控设备上传的地理位置数据及对应监控区的地理范围数据；固定监控设备的地理位置及对应监控区的地理范围数据；所述地图要素还包括：采摘设备的运动/导航/作业所需的路径数据；采摘系统所需的其它辅助性元数据。8.一种权利要求1-7任一项所述的果实采摘系统的作业方法，其特征在于，包括：客户端发起采摘任务的作业方法：m1-1，客户端发起采摘任务请求；m1-2，作业系统与客户端配合，任务管理模块完成制订任务；m1-3，作业系统通过ai与算法引擎完成资源分配，然后通过任务管理模块并向采摘设备发送分配任务消息；完成任务分配之后，作业系统任务管理模块向采摘设备发送启动任务消息，以启动采摘作业/收集作业/运输作业；m1-4，作业完成后，采摘设备向作业系统发送任务完成消息；作业系统任务管理模块收到任务完成消息后，向客户端发送任务结束消息；可选地，作业系统通过数据管理模块外部业务接口，将外部业务相关的数据发送至外部业务系统；m1-5，客户端收到任务结束消息，更新任务状态，更新用户界面，刷新设备状态及作业状态；外部业务电子商务/订单触发采摘任务的作业方法：m2-1，外部业务电子商务/订单系统发起订单请求；m2-2，作业系统数据服务模块收到订单请求；m2-3，作业系统任务管理模块根据订单请求发起采摘任务请求，与gis服务、ai与算法引擎、系统管理相配合，完成制订任务；可选地，步骤m2-3需要经过客户端确认；m2-4，作业系统通过ai与算法引擎完成资源分配，然后通过任务管理模块并向采摘设备发送分配任务消息；完成任务分配之后，作业系统任务管理模块向采摘设备发送启动任务消息，以启动采摘作业/收集作业/运输作业；m2-5，作业完成后，采摘设备向作业系统发送任务完成消息；作业系统收到任务完成消息后，向客户端发送任务结束消息；可选地，作业系统通过数据管理模块外部业务接口，将外部业务相关的数据发送至外部业务系统；m2-6，客户端收到任务结束消息，更新任务状态，更新用户界面，刷新设备状态、作业状态及外部业务状态；监控数据触发采摘任务的作业方法：m3-1，监控设备将果园/果树的监控数据上传至作业系统；m3-2，作业系统数据服务模块收到果园/果树的相关监控数据；
m3-3，作业系统ai与算法引擎对果园/果树的相关监控数据及系统中积累的历史数据与业务数据等进行分析；m3-4，作业系统任务管理模块根据分析结果发起采摘任务请求，与gis服务、ai与算法引擎、系统管理相配合，完成制订任务；可选地，步骤m3-4需要经过客户端确认；m3-5，作业系统通过ai与算法引擎完成资源分配，然后通过任务管理模块并向采摘设备发送分配任务消息；完成任务分配之后，作业系统任务管理模块向采摘设备发送启动任务消息，以启动采摘作业/收集作业/运输作业；m3-6，作业完成后，采摘设备向作业系统发送任务完成消息；作业系统收到任务完成消息后，向客户端发送任务结束消息；可选地，作业系统通过数据管理模块外部业务接口，将外部业务相关的数据发送至外部业务系统；m3-7，客户端收到任务结束消息，更新任务状态，更新用户界面，刷新设备状态、作业状态及外部业务状态；ai推荐触发采摘任务的作业方法：m4-1，作业系统ai与算法引擎对采摘系统的监控数据、积累的历史数据与业务数据进行分析；考察基于{存在业务需求；存在果实可采摘；存在可用采摘设备资源}的多维约束条件，包括：分析是否存在外部业务(电子商务、供应链、期货系统等)导致的采摘需求，分析果实是否成熟，是否达到满足可采摘条件，分析是否有空闲可用的采摘设备；所述多维约束条件分析在系统的同一个用户帐号之间进行，或在系统的不同用户帐号之间进行；m4-2，作业系统任务管理模块根据分析结果发起推荐性采摘任务请求，与gis服务、ai与算法引擎、系统管理相配合，完成制订任务；可选地，步骤m4-2需要经过一个或多个用户帐号客户端确认；m4-3，作业系统通过ai与算法引擎完成资源分配，然后通过任务管理模块并向采摘设备发送分配任务消息；完成任务分配之后，作业系统任务管理模块向采摘设备发送启动任务消息，以启动采摘作业/收集作业/运输作业；m4-4，作业完成后，采摘设备向作业系统发送任务完成消息；作业系统收到任务完成消息后，向客户端发送任务结束消息；可选地，作业系统通过数据管理模块外部业务接口，将外部业务相关的数据发送至外部业务系统；m4-5，客户端收到任务结束消息，更新任务状态，更新用户界面，刷新设备状态、作业状态及外部业务状态；客户端租赁采摘设备的作业方法：m5-1，甲方客户端设置采摘设备为可用状态；m5-2，乙方客户端发起搜索可用的采摘设备请求；m5-3，作业系统通过ai与算法引擎，对系统中可用的采摘设备资源进行搜索；所述的资源搜索在系统的一个或多个用户帐号之间进行；作业系统将搜索结果返回给乙方客户端，下一步转m5-4；可选地，作业系统根据搜索结果自动选择合适的采摘设备资源，发起租赁采摘设备请求，所述的租赁请求针对系统的一个或多个用户帐号，下一步转m5-5；m5-4，乙方客户端在搜索结果中选择合适的采摘设备资源，发起租赁采摘设备请求，所述的租赁请求针对系统的一个或多个用户帐号；
m5-5，甲方客户端确认同意租赁采摘设备请求；可选地，作业系统自动为甲方客户端确认同意租赁采摘设备请求；所述的确认同意租赁涉及租赁请求相关的一个或多个用户帐号；m5-6，作业系统通过系统管理模块，将租赁涉及的第三方采摘设备，在甲方客户端所属的用户帐号内设置为租赁期内临时可用；m5-7，采用所述发起采摘任务的作业方法，包括：m1-1至m1-5；m2-1至m2-6；m3-1至m3-7；m4-1至m4-5中的任一作业方法；启动作业；客户端寻找临时采摘工作的作业方法：m6-1，甲方客户端设置果园/果树/果实状态可对外查询；m6-2，乙方客户端发起寻找临时采摘工作请求；m6-3，作业系统通过ai与算法引擎，对系统中可对外查询的果园/果树/果实资源进行搜索；所述的资源搜索在系统的一个或多个用户帐号之间进行；作业系统将搜索结果返回给乙方客户端，下一步转m6-4；可选地，作业系统根据搜索结果自动选择合适的待采摘资源，发起承接临时采摘工作请求，所述的临时采摘工作请求针对系统的一个或多个用户帐号，下一步转m6-5；m6-4，乙方客户端在搜索结果中选择合适的待采摘资源，发起承接临时采摘工作请求，所述的临时采摘工作请求针对系统的一个或多个用户帐号；m6-5，甲方客户端确认同意临时采摘工作请求；可选地，作业系统自动为甲方客户端确认同意临时采摘工作请求；所述的确认同意临时采摘工作请求涉及相关的一个或多个用户帐号；m6-6，作业系统通过系统管理模块，将临时采摘工作请求涉及的第三方果园/果树/果实资源，在甲方客户端所属的用户帐号内设置为承接临时采摘工作期内可访问；m6-7，采用所述发起采摘任务的作业方法，包括：m1-1至m1-5；m2-1至m2-6；m3-1至m3-7；m4-1至m4-5中的任一作业方法；启动作业。9.根据权利要求8所述的果实采摘系统的作业方法，其特征在于，所述客户端设置任务参数的方法包括：通过指定待采摘区域定义采摘任务的作业范围：a)客户端向作业系统请求gis服务，打开果园的数字地图；展示果园中的待采摘区域；b)通过客户端的数字地图，选出包含待采摘果树的一个或多个采摘区其中为待采摘区编号，m为待采摘区数目，1≤m≤g，g为采摘区的总数目，k与i
k
均为序号；c)作业系统按照定义采摘任务的作业范围；通过指定待采摘果树定义采摘任务的作业范围：a)客户端向作业系统请求gis服务，打开果园的数字地图，展示果园中的待采摘果树；b)通过客户端的数字地图，选出一棵或多棵待采摘果树b)通过客户端的数字地图，选出一棵或多棵待采摘果树其中为待采摘果树编号，n为待采摘果树数目，1≤n≤m，m为果树的总数目，k与i
k
均为序号；
c)作业系统按照定义采摘任务的作业范围；通过指定待采摘区域的线索或指示定义采摘任务的作业范围：a)客户端向作业系统提供包含1≤m≤g个采摘区编号信息的线索/指示；b)作业系统通过分析获得所述线索/指示隐含的m个采摘区的编号信息m为待采摘区数目，g为采摘区的总数目，k与i
k
均为序号；c)作业系统按照定义采摘任务的作业范围；通过指定待采摘果树的线索/指示定义采摘任务的作业范围：a)客户端向作业系统提供包含1≤n≤m棵待采摘果树编号信息的线索/指示；b)作业系统通过分析获得所述线索/指示隐含的n棵待采摘果树的编号信息n为待采摘果树数目，m为果树的总数目，k与i
k
均为序号；c)作业系统按照定义采摘任务的作业范围；通过指定待采摘果实的具体数量要求或线索/指示定义采摘任务的作业范围：a)客户端向作业系统提供采摘n≥1个单位果实的具体数量要求或线索/指示；b)作业系统通过分析获得所述具体数量要求或线索/指示隐含的采摘区的编号信息、与/或待采摘果树的编号信息、与/或待采摘果树的水果数量/编号信息；c)作业系统据此定义采摘n≥1个单位果实的作业范围。10.根据权利要求9所述的果实采摘系统的作业方法，其特征在于，所述采摘器的作业方法包括：1)根据当前任务，自主导航至需要采摘器的作业区；2)在待采摘果树上搜索可采摘的果实；3)从待采摘果树上采摘一个或多个单位的果实；4)将采摘下来的果实，放置在地面、容器、或其它可能的暂存处；包括：利用缓冲器对果实进行保护；5)上报状态：上报当前设备状态；上报当前作业状态；上报当前作业的统计数据；所述收集器的作业方法包括：1)根据当前任务需求，自主导航至需要收集器的作业区；2)搜索地面、容器、或其它可能的暂存处已采摘的果实；3)将地面、容器、或其它可能的暂存处已采摘的果实，放置到采摘器、收集器或运输器配备的容器或独立容器中；利用缓冲器对果实进行保护；4)上报状态：上报当前设备状态；上报当前作业状态；上报当前作业的统计数据；所述运输器的作业方法包括：1)根据当前任务需求，自主导航至需要运输器的作业区；2)选择采摘或收集好的，装有果实的容器，转移至运输器载具上；3)为被转移的容器补充替换的容器；4)将装有果实的容器，运输至集中区；5)到达集中区后，根据作业要求，将装有果实的容器转移至目标位置或后续工序位置；将完成采摘的果实转移至电子商务或供应链的相应环节；
6)上报状态：上报当前设备状态；上报当前作业状态；上报当前作业的统计数据。
技术总结
本发明涉及一种果实采摘系统及其作业方法，该系统包括采摘设备、监控设备、作业系统及客户端；采摘设备包括必选的采摘器，可选的收集器、运输器、缓冲器，以及配备于采摘设备上或独立使用的容器；作业系统、客户端用于提供多机协同的智能化采摘方案，执行大规模自动化作业；作业系统包括数据服务模块，GIS服务模块、AI与算法引擎、系统管理模块及任务管理模块；客户端用于：提供访问作业系统任务管理功能的用户界面，包括设置/调整任务参数，开始/停止/暂停/恢复/取消采摘任务，显示设备状态、任务状态及外部业务状态；提供访问作业系统管理功能、GIS服务功能的用户界面。本发明提供通用的、多机协同的智能化采摘方案，支持大规模自动化作业。动化作业。动化作业。
技术研发人员：赵继安
受保护的技术使用者：赵继安
技术研发日：2022.04.27
技术公布日：2022/8/5