包装机器人的制作方法

本发明大体上涉及一种用于包装农产品的机器人。

背景技术：

用于包装农产品的传统包装间是手动操作的，并且涉及劳动密集型过程。包装农产品的工作本质上往往是重复性的，并且可能使包装农产品的工作人员过于接近危险的机器。在包装间是自动化的情况下，可提供一些优点，例如通过使工作人员远离机器来保证安全，增加包装速度和增加农产品的处理量，这是因为自动化的包装可以连续操作。然而，包装的自动化通常涉及复杂的机器，这种机器还非常昂贵。

在其中已经对专利说明书、其它外部文件或其它信息来源进行参考的本说明书中，这总体上是为了提供讨论本发明特征的背景。除非另有具体规定，否则对这类外部文献的参考不应被理解为承认在任何司法管辖权限内这类文件或这类信息来源是现有技术，或形成本领域内公共常识的一部分。

本发明的一个目的是提供一种改进的包装机器人，或者至少提供一种有用的选择。

技术实现要素：

在一个方面，本发明广泛地在于一种用于包装农产品的机器人，其包括：

农产品的多个采摘位置，所述采摘位置被布置成阵列，

农产品的掉落区，以及

多个头部，其被布置成阵列，每个头部用于采摘、固持和掉落一件农产品，并且

其中多个头部作为集合在第一方向上在采摘位置的阵列与掉落区之间一起移动，并且

其中每个头部可在第二方向上独立地移动，以改变多个头部在第二方向上的间隔，所述第二方向是正交于第一方向的方向。

根据另一方面，多个采摘位置中的每一个进一步包括定向模块，所述定向模块用于相对于一件农产品的至少一个特征以所需的采摘定向呈现所述农产品，每个定向模块具有

至少一个定向感测相机，其用于检测并确定所述至少一个特征的位置，以及

定向器，其被配置成将所述件农产品操纵成所需的采摘定向。

根据另一方面，定向器使所述件农产品多轴向旋转，直到定向感测相机检测到特征，在此之后确定特征相对于农产品的位置。

根据另一方面，所述件农产品随后被旋转成所需的采摘定向。

根据另一方面，农产品相对于其定向的特征选自：

a)物理解剖特征，

b)视觉上与所需颜色最类似的部分，

c)所需的图案，或

d)所需的纹理。

根据另一方面，通过至少一个定向感测相机相对于多个特征确定农产品的定向，所述特征中的一个是农产品相对于其以所需采摘定向放置的主要特征。

根据另一方面，农产品具有梗和/或萼，并且农产品相对于其以所需采摘定向放置的主要特征是梗或萼。

根据另一方面，定向器包括：

一对独立控制且横向间隔的传动带，其被配置成支撑一件农产品，

边界，其至少部分地围绕所述件农产品以限制农产品的平移，

其中多个传动带能够以不同速率传动以便使所述件农产品多轴向旋转。

根据另一方面，掉落区配备有用于收纳所提供农产品的一个或多个容器，所述一个或多个容器限定放置多件农产品所需的一个或多个位置，并且放置多件农产品所需的位置是农产品的掉落点。

根据另一方面，容器是托盘或盒子，或小篓，或袋子。

根据另一方面，托盘或盒子具有用于收纳多件农产品的成形凹处，所述成形凹处是掉落点。

根据另一方面，农产品包装机器人进一步包括目的地感测摄像机，所述目的地感测摄像机用以在掉落区内感测掉落点的位置。

根据另一方面，农产品包装机器人进一步包括目的地感测相机，所述目的地感测相机被定位以感测成形凹处的位置、大小和定向中的一个或多个。

根据另一方面，目的地感测相机是选自以下中的一个的范围成像相机：

a)结构光相机，

b)rgbd相机，

c)立体相机对，或

d)飞行时间相机。

根据另一方面，容器在传送器上通过掉落区。

根据另一方面，传送器通过掉落区的移动由机器人控制。

根据另一方面，头部的数目少于农产品的采摘位置的数目。

根据另一方面，头部在第二方向上移动以改变头部的间隔使得允许头部各自在多个采摘位置与多个掉落点之间移动。

根据另一方面，包装一件农产品涉及：

a)在第一方向上定位头部的阵列，使得至少一个头部在第一方向上与采摘位置处的一件农产品对准，

b)独立地改变一个或多个头部在第二方向上的间隔以使至少一个头部在第二方向上与所述件农产品对准，

c)采摘所述件农产品，

d)在第一方向上将所述件农产品运输到掉落区，使得所述件农产品在第一方向上与所需的掉落点对准，以及

e)使所述件农产品掉落到所需的掉落点。

根据另一方面，在使所述件农产品掉落之前，改变一个或多个头部在第二方向上的间隔。

根据另一方面，采摘一件农产品的步骤涉及将其从采摘位置抬起，并且使所述件农产品掉落的步骤涉及使其下降到掉落点。

根据另一方面，包装一件农产品还涉及使所需的头部绕平行于第三方向的轴线旋转，以便使所述件农产品旋转成所需的掉落定向。

根据另一方面，待包装的农产品按大小或其它特征分类，如每个定向模块的定向感测相机所感测的。

根据另一方面，农产品按大小或其它特征分类到位于掉落区中的多个容器上。

根据另一方面，农产品包装机器人进一步包括用以控制头部的移动的控制器。

根据另一方面，定向模块可向控制器指示一件农产品何时处于所需的采摘定向并准备好被采摘。

根据另一方面，定向模块可在定向感测相机检测到特征时，向控制器指示一件农产品几乎准备好被采摘。

根据另一方面，在接收到几乎准备好的信号之后，控制器等待一件农产品被操纵成所需的采摘定向，这取决于：

a)已经采摘并且正固持一件农产品的头部的数目，

b)一件农产品准备好被采摘的采摘点的数目，以及

c)一件农产品几乎准备好被采摘的采摘点的数目。

根据另一方面，在接收到几乎准备好的信号之后，控制器在以下情况下忽略信号并使头部当前固持的所述件农产品掉落：

a)所有头部都已经固持一件农产品，或

b)准备好采摘的农产品的件数大于或等于未固持一件农产品的头部的数目。

根据另一方面，控制器根据以下来决定是否等待几乎准备好的一件农产品准备就绪：直到所述件农产品被定向成所需的采摘定向并准备好被采摘的时间与头部当前固持的多件农产品掉落并返回到采摘位置所需的时间的估计比较。

根据另一方面，每个头部进一步包括在头部的远端处的吸盘部分，所述吸盘部分用于固持所述件农产品，其中吸盘部分可选择性地配备有真空以采摘并固持一件农产品。

根据另一方面，每个头部进一步包括设置在头部与吸盘之间的可折叠衬垫部分，可折叠衬垫部分能够在向吸盘提供真空时收缩，并且在向吸盘提供正压力时膨胀。

根据另一方面，农产品是苹果。

在另一方面，本发明广泛地在于一种用于包装农产品的机器人，其包括：

农产品的一个或多个采摘位置，

掉落区，其包含农产品的一个或多个容器，所述容器具有农产品所需的数个放置位置，所述放置位置是农产品的掉落点，

目的地感测相机，其用于感测容器的掉落点的位置，以及

多个头部，其被布置成阵列，每个头部适于从采摘位置采摘一件农产品，并将其固持，并使一件农产品在掉落点处掉落。

根据另一方面，多个头部作为集合在第一方向上在采摘位置的阵列与掉落区之间一起移动，且其中头部的阵列中的每个头部可在第二方向上独立地移动，以改变多个头部在第二方向上的间隔，所述第二方向是正交于第一方向的方向。

根据另一方面，容器中的掉落点包括用以收纳农产品的成形凹处或凹陷。

根据另一方面，机器人进一步包括控制器，所述控制器用以计算掉落点的位置并且用于控制头部的移动。

根据另一方面，包装一件农产品涉及控制器：

a)将头部的阵列定位在第一方向上，使得所需的头部在第一方向上与采摘位置对准，

b)独立地改变一个或多个头部在第二方向上的间隔以使所需的头部在第二方向上与采摘位置对准，

c)从采摘位置采摘所述件农产品，

d)根据目的地感测相机确定未被一件农产品占用的掉落点的位置，

e)选择所需的掉落点，

f)分别通过移动头部的阵列和改变一个或多个头部的间隔而在第一方向和第二方向上运输所述件农产品，使得所述件农产品在第一方向和第二方向上与所需的掉落点对准，以及

g)使所述件农产品掉落到所需的掉落点。

根据另一方面，由控制器选择所需的掉落点以便首先装填最远离采摘位置的掉落点。

根据另一方面，由控制器选择所需的掉落点以便使一件农产品在采摘位置处等待的时间最小化。

根据另一方面，由控制器选择所需的掉落点以便使头部在第一方向上的移动最小化。

根据另一方面，其中由控制器选择所需的掉落点以便使头部在第二方向上的移动最小化。

根据另一方面，头部可独立地在第三方向上移动，第三方向是正交于头部在第一方向和第二方向上的移动平面的方向。

根据另一方面，头部可独立地绕其平行于第三方向的轴线旋转，第三方向是正交于头部在第一方向和第二方向上的移动平面的方向。

根据另一方面，目的地感测相机还感测掉落点的大小和定向中的任一个或两个。

根据另一方面，控制器使头部绕其平行于第三方向的轴线旋转，以便将农产品定向成掉落点的定向。

根据另一方面，目的地感测相机基本上定位或可定位在掉落区上方。

根据另一方面，目的地感测相机是选自以下中的一个的范围成像相机：

a)结构光相机，

b)rgbd相机，

c)立体相机对，或

d)飞行时间相机。

根据另一方面，每个采摘位置进一步包括用于将每件农产品定向成所需采摘定向的定向模块，其中当一件农产品处于或几乎处于所需的采摘定向而可采摘所述件农产品时，每个定向模块用信号通知头部的阵列。

根据另一方面，容器位于传送器上，传送器在目的地感测相机指示容器的一部分被装填时以步进方式移动，或以连续方式移动。

根据另一方面，其中农产品是苹果。

在另一方面中，本发明广泛地在于一种利用如前述权利要求中任一项或多项所述的机器人来包装农产品的方法。

在另一方面中，本发明广泛地在于一种基本上如本文中参考任何一个或多个附图所描述的农产品包装机器人。

在另一方面中，本发明广泛地在于一种操作基本上如本文中参考任何一个或多个附图所描述的农产品包装机器人的方法。

如本说明书和权利要求中所使用的术语“包括”意指“至少部分由……组成”。当解释本说明书和权利要求中包含术语“包括”的每个表述时，除了以所述术语为开端的一个或多个特征之外的特征也可存在。例如“包括”等相关术语将以相同的方式解释。

本发明还可以广泛地说成在于单独地或共同地在本申请的说明书中提及或指示的零件、元件和特征，以及所述零件、元件或特征中的任何两个或更多个的任何或所有组合，并且在本文中提及在本发明所涉及领域中具有已知等同物的特定整数的情况下，这类已知等同物被视为并入本文中，如同单独阐述一样。

本发明在于前文并且还设想多个构造，下文仅给出这些构造的实例。

附图说明

图1是展示农产品蓄积器、容器传送器和农产品包装区域的农产品包装机器人的透视图，其中农产品被包装到一些容器上，

图2是图1的农产品包装机器人的侧视图，

图3是图2的农产品包装机器人的局部视图，其仅展示具有采摘位置的农产品包装区域、多头机器人和其中有容器的掉落区，

图4是农产品的蓄积器的视图，所述蓄积器将农产品供给到定向模块中的每一个，所述视图展示用于将农产品引导成单行的单排机(singulator)。

图5是蓄积器和农产品定向单元的视图，所述视图展示各个的定向模块，其中有农产品的一些定向模块位于农产品供给装置(producefeed)上或采摘位置处。

图6是定向模块的视图，所述视图展示农产品供给装置、采摘位置、定向器和导向采摘位置的定向感测相机，

图7是多头机器人和定向模块的端视图，所述端视图展示在采摘一件农产品的过程中和没有一件农产品的情况下在不同采摘位置之间间隔开的各个头部，其中头部已采摘一件农产品，

图8展示图7的组件，展示了各个头部的不同间隔，其中头部朝向最左侧的采摘位置全部分组在一起，

图9是农产品包装区域的透视图，所述透视图展示多头机器人及其框架、用于多头机器人和各个头部的传动组件、位于掉落区上方的目的地感测相机，以及装有农产品的数个容器，

图10是多头机器人和农产品定向单元的侧视图，所述侧视图展示位于采摘位置上方的多头机器人、已采摘一件农产品的头部和在采摘一件农产品的过程中的另一头部，

图11以不同角度展示图9的组件，

图12展示部分地装填有农产品的容器或托盘，托盘的成形凹处在未装填的掉落点处可见，并且其中托盘中的多件农产品全部与其面向平行方向的梗对准，

图13a展示作为苹果的一件农产品的视图，其中苹果的梗可见，

图13b展示图13a的所述件农产品的另一视图，其中苹果的萼可见。

具体实施方式

参考图1到2，展示了农产品包装机器人1。农产品包装机器人1具有农产品3的蓄积器2和农产品包装区域4。农产品通过蓄积器2进入包装区域4，接着在包装区域4中被包装。在包装区域内部，农产品从数个采摘位置14传递到掉落区5，在掉落区5中，农产品被包装到容器7上。容器优选地具有放置农产品3所需的数个位置，所述位置是农产品3的掉落点6。

容器可借助于容器传送器8定位在包装区域中，容器传送器8在蓄积器2和农产品包装区域4下方通过。被包装到容器7上的农产品接着离开传送器8上的包装区域。

农产品借助于蓄积器2进入农产品包装机器人1中。农产品可手动或通过外部供给源供给到蓄积器2，所述外部供给源例如传送器(未展示)或任何其它合适构件。蓄积器具有蓄积器传送器9，其使农产品3朝向数个单排机10移动，所述单排机10间隔开以在其间形成通道。通道宽度使得只允许一次通过单件农产品，从而使农产品形成单个行，如图4中所见。

蓄积器传送器9还可优选地包含用于将农产品基本上均匀地散布到单排机10中的装置。

举例来说，参考图4，可提供多个刷子或擦拭器40，以在农产品沿着蓄积器传送器9通过时导引或分配所述农产品。

刷子40可例如附接到环形带，使得在带旋转时，所述刷子40将农产品推过传送器9。为了使农产品基本上均匀分布到每个单排器通路中，环形带可在两个方向上旋转。举例来说，刷子可在一个方向上移动预定的时间段，且接着在相反的方向上移动。

已经发现，此方法可在使流入单排机10的每个通路的农产品平衡方面实现可接受的改进。

农产品从蓄积器2被传递到农产品定向单元11，如图5和6中所展示。农产品定向单元11具有数个定向模块12，其对应于由单排机10形成的农产品的行数。每个定向模块12具有农产品供给装置13，其用以将多件农产品一次一个地从蓄积器提供到农产品将被重新定向的多个采摘位置14。

每个定向模块12包含导向其采摘位置14的至少一个定向感测摄像机15。为了改变农产品的定向，在每个采摘位置14处设置定向器16。定向器包括使一件农产品多轴向旋转的机构。

在采摘位置14的至少一部分周围设置边界18以限制所述件农产品在其旋转期间的平移移动。在优选形式中，旋转构件16的多轴向旋转由一对间隔开的带19提供，农产品搁置在带19上。带19能够以不同速率且在不同方向上传动，以便使所述件农产品多轴向旋转成任何所需的定向。

农产品包装区域4配备有多头机器人20，以在定向模块12与托盘或容器7之间输送农产品。

如图7到11具有中所展示，多头机器人20具有一排独立的头部21，每个头部用于采摘、运输和掉落一件农产品。

如图7到11中特别展示，头部21的阵列优选地布置成直线。或者，头部21可以交错阵列或不规则阵列布置。

多头机器人20的各个头部21固定在一起并且作为一个单元沿着如图1中所见的xx轴线在农产品定向单元11与容器7之间行进。每个头部21能够在其余的yy和zz方向上独立地移动，并且优选地能够绕轴线zz在方向w上旋转。

如图9中所见，多头机器人20在xx方向上沿着框架22由多头传动组件23传动，多头传动组件23具有数个马达24和带传动机构。然后，多头机器人20具有数个头部传动组件26以用于在侧向yy方向上单独地传动每个头部，头部传动组件26对应于多头机器人的头部21的数目。

头部传动组件26包括马达27和横跨框架22延伸的带37。每个马达27和带传动机构37与头部21中的一个接合。

每个头部21还配备有旋转传动机构28以改变头部绕zz轴线的定向，从而提供w方向上的旋转，如图1所示。

用于采摘、固持和掉落多件农产品3的农产品固持器29在每个头部21的末端上。农产品固持器能够抓取一件农产品，或如在优选配置中，农产品固持器采用吸盘30形式。

通过气动管线31将真空施加到吸盘30。吸盘30的远端是形成为允许与一件农产品的表面形成密封的表面。当吸盘30靠着一件农产品3定位并且真空被提供到吸盘30时，所述件农产品可以由吸盘固持，以便运输以进行包装。在到达农产品的所需掉落点后，可以停止真空，或者可以向吸盘提供正压力以便释放所述件农产品3。每个吸盘30可配备有可折叠衬垫部分32以允许在不同压力被提供到吸盘29时，吸盘沿着头部21的zz轴线膨胀或收缩。可以设想，吸盘30的物理特性可以适合于适合所包装的各种类型的农产品。

在农产品包装区域4中将多件农产品3装入其中的容器7由容器传送器8供应，所述容器传送器8在蓄积器2和多头机器人20下方运行。容器7可采用如图12中所展示的托盘形式，其具有一系列凹陷或凹处34以用于收纳多件农产品。

或者，托盘可具有基本平坦的内表面，其不具有用于收纳农产品的凹陷。另外替代地，容器7可采用具有向上延伸侧和基本平坦底座的盒子或小篓或袋子的形式。

目的地感测摄像机33被提供给农产品包装机器人。如图9中所展示，目的地感测相机33可位于多头机器人20上，以与头部21的组件一起移动。或者，目的地感测相机可以固定在框架22或其它部件上，使得它在多头机器人移动时保持静止。

优选地，目的地感测相机33被定位成使得其基本上在掉落区5和应装有农产品的容器7上方。

目的地感测相机33可以是能够感测托盘或容器7的轮廓的任何类型的相机，例如范围成像相机。合适的范围成像相机包含通常被称为结构光相机、rgbd(红色、绿色、蓝色和深度)相机、立体相机对和飞行时间相机)的相机。这种范围成像相机捕获观察到的场景的距离信息。类似于以离散颜色的网格(称为像素)记录场景的表示的数字彩色相机，范围相机记录离场景中的表面的距离是针对每个像素位置。

彩色相机可以与范围成像相机组合以捕获颜色和距离信息两者。

为了控制农产品包装机器人的功能，提供控制器35，所述功能包含多头机器人20的xx方向移动、每个头部21的yy和zz方向移动和w方向旋转、容器传送器8、蓄积器传送器9和农产品供给装置13的移动。控制器35还从每个定向模块12的定向感测相机15以及目的地感测相机33接收信号。控制器35处理这些信号，移动并跟踪头部21的位置，并控制多件农产品何时以及如何从采摘位置被采摘和在掉落点6处掉落。

通过使农产品包装机器人的头部21作为多头机器人20在xx方向上一起移动，且接着在其余方向上独立地移动，系统配备有多个头部，每个头部用于包装一件农产品，但它自然有助于防止头部之间的交叉或碰撞。

待分类的农产品通过蓄积器2进入农产品包装机器人1，在那里它被导向到数个单通路中的一个中并被供给到定向模块12中的每一个。农产品供给装置13接着将这些农产品一次一个地传递到定向模块12的采摘位置14。定向模块的目的是使每件农产品旋转成所需的采摘定向。

每件农产品的旋转定向由定向感测相机15相对于农产品3的一个或多个特征36确定。每个采摘位置14处的定向器16使一件农产品多轴向旋转，直到定向感测相机15指示农产品相对于物理特征36处于所需的采摘定向。

如图13中所展示，所需的采摘定向是基于农产品的特征36，例如解剖特征，例如苹果的梗和/或萼。替代地或另外，特征可基于农产品的所需颜色、纹理、图案、大小、周长或一些其它可限定的特征。

当定向器16使所述件农产品多轴向旋转时，定向感测相机15将信号传递给控制器35，其中适当的视觉软件定位特征并计算农产品的定向。

定向器16使所述件农产品3旋转，直到定向感测相机15定位特征。控制器24接着识别特征相对于农产品的几何形状的位置。一旦定位了特征，定向器16就由控制器35操作，以将农产品定位在所需的采摘定向上。在此配置中，一旦定位了特征，就可以快速地将一件农产品放置成所需的采摘定向。

在一些配置中，当定向器将农产品定位在所需的采摘定向上时，控制器35可继续监测特征并向定向器16提供更新的指令。由于农产品的大小、形状和纹理可能变化从而导致农产品旋转特性不一致，因此由控制器35继续监测特征的这种反馈可以确保定向器16将农产品准确地旋转到所需的采摘定向。

或者，如果所需的采摘定向仅要求特征在平面(例如，在xx和yy方向上的平面)内的任何位置，那么可以进一步实现快速将农产品放置成所需的采摘定向。在此配置中，定向器16通过绕这两个方向旋转而在xx和yy平面内将所述件农产品定向成所需的采摘定向。为了将所有农产品定向成容器上的相同最终定向，当采摘所述件农产品时，头部21中的每一个可以提供绕zz轴线的旋转w。由控制器35计算每件农产品的所需旋转。

在农产品是苹果并且特征是梗36的实例中，苹果可放置在采摘定向上，使得梗均沿着xx-yy平面平放。由控制器35监测特征关于zz方向的定向，并且由控制器35计算实现一致的预定掉落定向所需的旋转。当头部采摘每个苹果时，接着提供旋转w以将苹果以所需的定向放置在容器上，例如因此它们都面向一个平行方向。

在农产品仅由定向器定向到平面中的此配置中，可进一步减少一件农产品准备好被采摘所需的时间，从而导致通过机器人的农产品处理量可能增加。

或者，一旦通过定向感测相机定位了特征，控制器35就可以调整定向器16以操纵农产品，直到定位的特征与农产品轮廓的质心对准，如从定向感测相机所看到的。在农产品是苹果的情况下，质心内的特征的这种对准可以估算沿着假想的梗-萼轴线的定向。定向器可被接合以使所述件农产品旋转，从而将其放置在所需的采摘定向上，如前所述。

通过采取使特征与农产品轮廓的质心对准的另一步骤，控制器35可以更准确地识别特征的位置，从而能够更准确地放置成所需的采摘定向，并且因此实现容器上的更准确最终定向。

然而，虽然此步骤可增加农产品最终定向的准确度，但是也可能导致在准备好采摘一件农产品之前花费更长的时间并且通过农产品包装机器人的农产品处理量减少。

因此，为了减少准备好采摘一件农产品所花费的时间，可能不需要使用将特征与农产品轮廓的质心对准的额外步骤。在不采取此额外步骤的情况下，控制器35可配置有软件以在特征首先被定向感测相机检测到时估算特征的位置。

在替代配置中，可存在多于一个特征，例如苹果的梗和萼，控制器35可被编程以识别所述特征中的每一个。在所述件农产品是苹果的实例中，控制器可识别苹果的梗和萼。

在存在多于一个特征并且特征是彼此具有共同关系的可预测解剖标记(例如苹果的梗和萼)的情况下，可以相对于特征中的一个，例如苹果的梗，设定所需的采摘定向。由于控制器35可以识别它所定位的特征，例如苹果的梗或萼，因此定向器可以针对每个特征旋转不同的角度以达到相同的所需采摘定向。举例来说，如果识别出萼，那么定向器将或多或少地旋转180度，以便仍然将所述件农产品相对于梗放置在所需的采摘定向上。

或者，控制器35可指示大致180度的旋转，接着在使苹果旋转预定角度以达到所需的采摘定向之前用定向感测相机微调梗的对准。

在根据代表性颜色、纹理或图案定向农产品的情况下，控制器35可以被编程为使得特征是所需的代表性颜色、纹理或图案。在这些形式的特征的情况下，控制器35可以在确定与所需特征最匹配的部分之前，在通过旋转构件16使其多轴向旋转期间观察农产品表面的整个表面或基本上整个表面。所述件农产品可接着相对于此部分定向成所需的采摘定向。在此配置中，所需的采摘定向可使得每件农产品的代表性部分可面向上定向，与zz方向平行，使得在包装农产品时，特征清楚可见。举例来说，可能优选的是以“最红”部分面朝上的方式包装苹果。

农产品可以根据物理解剖特征和代表性颜色、纹理或图案来定向。在此情况下，控制器35可监控两个特征的位置，从而指示定向器将农产品旋转成所需的采摘定向，使得农产品相对于两个特征定向。举例来说，可能优选的是以梗-萼轴线定位在xx-yy平面中并且苹果表面的“最红”部分面朝上的方式包装苹果。在此配置中，控制器将确保苹果定位成使得梗-萼轴线定位在xx-yy平面中，并且代表性颜色部分面朝上。

通过将农产品相对于特征定向成所需的采摘定向，可有可能在所包装农产品的外观方面产生更大程度的均一性。这可能具有美学上令人愉悦的效果，并且可能增加农产品的潜在销售价值。另外，对于具有非均一形状的农产品，例如梨，根据形状的非均一部分定向可以提高可将农产品3包装到容器7上的效率。随着运输量增大，农产品的运输成本增加，更加紧凑的农产品包装可降低输送成本。

虽然多件农产品可首先根据例如梗和/或萼位置等特征定向，但农产品还可被定向以呈现与吸盘30或农产品固持器29相容的表面。取决于农产品类型，便于呈现吸附相容或抓握相容表面的定向可在农产品的初始定向期间提供，或可在定向感测相机15已识别到所需的特征后由设定量的另外旋转提供。举例来说，在农产品包装机器人包装苹果的情况下，可以首先由定向感测相机识别梗-萼轴线，接着苹果旋转另一角度，使得梗-萼轴线大致平行于xx-yy平面。在苹果的侧部分朝上呈现的情况下，此定向大体上具有类似形状，具有可与吸盘更相容的连续表面。对于这类侧部分不可能都呈现吸附相容表面的其它农产品，可以由控制器35将吸附相容程度最高的部分设定为所需特征、由定向感测相机分析农产品的表面，且农产品根据吸附合适部分另外定向。

由于梗和萼通常位于苹果轴线的相对端处，因此这将使梗以所需的采摘定向定向。根据除所需特征之外的感测特征的定向可应用于具有如下特征的任何其它类型的农产品：所述特征在相对于所需的特征的共同位置处。虽然梗和萼可用于定向，但还可使用其它物理特征，例如杏的果肉中的弯折或折叠。在杏的实例中，定向模块12可使用对弯折或折叠和其方向的感测来更快速地将杏的顶部或底部部分朝向定向感测相机15定向。

通过使定向器仅在xx-yy平面中定向多件农产品，可以增加准备好采摘农产品的速率。这具有增加通过定向模块的农产品处理量的优点，并因此可能增加农产品包装机器人的处理量。

除了所论述的定向特征之外，农产品可以任选地由定向器16相对于农产品的物理大小定向。控制器35可在农产品旋转时根据定向感测相机确定农产品的尺寸，或在根据如先前描述的其它特征定向时确定农产品的尺寸。控制器35可接着导向头部21以将农产品包装到容器中，使得大小类似的农产品被包装在一起。为了同时包装多个大小的农产品，可在掉落区5中设置多个容器7。在此配置中，额外的农产品大小传感器可以设置在定向模块中的采摘位置之上，以向控制器35提供关于农产品大小的更准确信息。

当一件农产品处于其所需的采摘定向时，控制器35检测到所述方向，并且可以分配头部21来采摘农产品。另外，控制器35还可检测何时识别到所需的农产品特征或主要特征和/或所述特征何时与定向感测相机对准。这将向控制器35指示农产品几乎准备好被采摘(例如但尚未旋转到所需的采摘定向)。控制器35可以使用所述准备就绪的提前警告来优先考虑头21的移动，以便提高农产品包装机器人的包装效率，并减少农产品在准备好采摘的所需定向位置中等待的时间。

如果所有头部21都已经采摘一件农产品，或如果存在足够数目的准备好的一件农产品来装填所有头部，那么控制器35可忽略任何几乎准备好的信号。否则，控制器35可根据几乎准备好的信号估计哪个采摘点接下来将具有准备好的一件农产品，并且将头部21定位在所述采摘点上方。

在决定是否在几乎准备好的信号之后等待一件农产品准备就绪时，控制器35可以基于估计的待准备时间与农产品从其它头部掉落所需的时间之间的比较来决定返回到采摘位置。控制器还可使此决定基于以下中的一个或两个

a)头部21当前固持的农产品件数，

b)一件农产品准备好被采摘的采摘点的数目，和

c)一件农产品几乎准备好被采摘的采摘点的数目。

在做出关于采摘和掉落农产品的决定时，控制器35可以被编程以操作农产品包装机器人，以便增加包装农产品的速率并提高机器人在头部21和定向模块12的使用方面的效率。

在一个配置中，定向模块9和采摘位置14的数目可大于或等于头部21的数目。

在优选配置中，采摘位置14的数目大于头部21的数目。举例来说，采摘位置的数目可比头部的数目大2到3倍之间。在采摘位置的数目大于头部的数目的情况下，头部21可接着在多个不同的定向模块12和采摘位置14之间平行于yy轴线横向移动，这取决于从哪里采摘农产品。

在优选形式中，农产品包装机器人的数目大致为定向模块和因此农产品采摘位置14的两倍，而不是在多头机器人20上具有头部21。然而，期望可以定制机器人上的定向模块和头部的比率以适应将农产品放置成所需的采摘定向通常所花费的时间。此时间可能因农产品类型而异。具有更多的采摘位置允许包装机器人通过使得所有采摘头更可能立即采摘准备好并且以所需的采摘定向等待的农产品而更有效地操作。

头部21平行于yy轴线在每个定向模块12的采摘位置之间的移动应取决于哪些采摘位置中一件农产品准备好或几乎准备好被采摘，哪些头部已固持农产品，和从可用头部到采摘位置的距离。

在包装农产品时，多头机器人的头部21可沿着与yy轴线平行的轴线处于任何所需的位置，然而头部21可以彼此不重叠。这意味着并非所有头部21都可以服务所有采摘位置。如图8中所展示，所有头部21可在一个极端处定向到农产品包装区域4的一侧。尽管在所展示的配置中头部21以一定距离在每个采摘位置14之间间隔开，但预期采摘位置和头部的间隔可使得头部比采摘位置间隔更靠近地移动。当朝向农产品包装区域的任一侧的头部已经装载一件农产品时，这将促成从采摘位置朝向所述侧采摘农产品。

为了从采摘位置14采摘准备好的一件农产品3，控制器35必须导向多头传动组件23以使多头xx方向的所需采摘头部21在相关的采摘位置上方对准。头部或数个头部还可由控制器导向以改变其在yy方向上的间隔和平移，从而将所需的采摘头部定位在相关采摘位置上方。头部在zz方向上的延伸接着使吸盘30与所述件农产品3接触，并且施加真空。因为某种类型的多件农产品，例如苹果，可能大小不同，所以农产品在zz方向上的尺寸可以由农产品定向相机15或定向模块12中的另一传感器感测。通过将所述件农产品的感测高度传达到控制器35，可以延伸相关的采摘头部，使得吸盘30可以放置在正确的zz位置以便接触农产品，但是不能延伸成强行接触可能损坏它的农产品。

在确定采摘位置处的准备好的一件农产品所需的采摘头部时，控制器35可考虑：

a)其它头部的状态，例如其是否已经装载一件农产品或处于采摘一件农产品的过程中，

b)yy方向上的侧向运动，以及在yy方向上铰接所需的头部数目，其供任何头部与所需的采摘位置对准，

c)其它采摘位置的状态和相对位置，例如其它并排或靠近的采摘位置是否具有准备好的一件农产品，

d)容器中当前未装填的掉落点的位置，以及从具有准备好的农产品的采摘位置到未装填掉落点的相对距离。

包装农产品控制器35可以优先考虑这些因素中的任一个，以便最小化或优化它们，从而减少农产品准备好并在任何采摘位置等待的时间，减少头部在xx或yy方向上的总移动，或以其它方式增加农产品包装机器人的处理量。

在考虑任何上述因素时，控制器35可以将一些采摘位置优先于其它采摘位置。另外，控制器35可以使得多件农产品被采摘，同时头部阵列中的其它头部已经采摘一件农产品并且正在等待移动到掉落区中。

可折叠衬垫部分32设置在吸盘30与头部21之间，实现吸盘的密封并防止损坏不同大小的农产品。可折叠衬垫可与由定向模块的传感器提供的农产品大小信息一起用在头部上，或者可以在不提供此信息的实施例中使用。可折叠衬垫32具有类似六角手风琴的结构，并且衬垫的内部经受由进气口31提供给吸盘30的真空或压力。在正压力下，可折叠衬垫32膨胀并伸长。在真空下，可折叠衬垫32收缩并缩短长度。另外，在压缩力下，可折叠衬垫32会以低阻力变形和收缩。可折叠衬垫32的这些特征降低了一件农产品被采摘或掉落时损坏的可能性。

当头部21在zz方向上向下延伸以使得吸盘30接触农产品3时，头部21有可能一定程度地过度延伸，而头部的刚性部分不接触农产品和损坏农产品，这是因为可折叠衬垫32会变形以补偿过度延伸。在提供真空后，可折叠衬垫将收缩并缩短长度。当所述件农产品降低并位于所需的掉落点上方并且释放真空时，可折叠衬垫将膨胀，从而允许农产品轻轻地下降从其定位的位置到掉落点的任何剩余距离。在农产品由头部21定位成靠近掉落点6或在掉落点6上的情况下，当释放真空并且垫子会通常膨胀到其中间位置时，可折叠衬垫32保持以低阻力变形并且不会对农产品造成损坏。

可折叠衬垫32和吸盘30的配置可使得当释放真空时，可折叠衬垫在农产品从吸盘释放之前从其收缩位置膨胀。在此配置中，所述件农产品轻轻地下降到掉落点上，然后通过吸盘释放，从而防止农产品掉落到掉落点上，以及任何可能的损坏。

在一件农产品由头部采摘的时间与其掉落到所需的掉落点中的时间之间，农产品可旋转成所需的掉落定向。这种旋转成掉落定向是通过头部在方向w上平行于zz轴线的旋转来提供，如图1所示。此旋转绕正交于xx和yy方向的轴线，并且因此不会改变农产品在这些方向上的旋转定向。可以提供旋转旋转来代替或者补充由定向模块12的定向器16提供的绕zz方向的任何旋转。举例来说，农产品可呈现在具有相同方向的托盘中，如图12所示，其中梗全部平行对准。

通过头部21而不是定向器16在zz轴线上提供农产品的所需旋转，可以减少一件农产品在定向模块处花费的时间。此外，可减少包装一件农产品的总时间，这是因为当农产品从采摘位置移动到掉落点时，可以在传送时间中提供由头部进行的旋转。

在一件农产品被分类为沿着例如苹果的梗和萼等质心轴线具有两个特征的实例中，定向模块可将苹果相对于梗或萼定向成所需的采摘定向。在此实例中，所需的采摘定向将是梗-萼轴线位于xx-yy平面中的定向。定向模块可接着向控制器35指示苹果已经相对于哪个特征布置，以及梗-萼轴线相对于xx或yy方向的定向。控制器35可接着操作头部21，头部21通过旋转采摘所述件农产品以使梗或萼以所需的定向对准，从而补偿梗-萼轴线定向与采摘时的xx或yy方向的差异。

举例来说，一些苹果的梗将由定向器在特定方向上定位和对准，而其它苹果将识别并对准萼。因此，为了实现具有梗或萼的苹果在一个方向上的所需最终定向，控制器可以操作头部21以使一些苹果或多或少地旋转180度。这将导致所有苹果最终定向成其梗处于一个方向上，无论它们是否定向成相对于梗或萼被采摘。

所需的最终定向可由用户通过控制器35改变。控制器35可被配置成使得用户输入的最终定向可以采用三维形式，并且控制器可以计算随后的所需采摘定向和头部的所需旋转，以便实现所需的最终定向。

举例来说，一件农产品在xx和yy方向之间的所需掉落定向可在20与70度之间，或所需的掉落定向可相对于xx或yy方向为大致45度，或以其它方式取决于容器的角度，使得所需的特征与容器侧大致处于45度。

根据掉落区5上方的有利点，目的地感测相机33能够扫描托盘或容器7所在的下方表面的轮廓。托盘或容器将具有用于农产品3的数个所需掉落点6。

在所需的掉落点对应于托盘或盒子中的凹陷或凹处34的托盘中，可通过扫描托盘或容器7的轮廓来确定凹处34并因此确定所需的掉落点。

在使用没有凹陷或凹处的托盘的情况下，目的地感测相机33可以确定托盘的极端或侧壁的位置(如果存在的话)。

另外，轮廓可用以指示凹处是否为空或者是否包含一件农产品。来自目的地感测相机的关于掉落点的可用性和位置的信息被传达到多头机器人，以便确定农产品掉落的位置。根据使用目的地感测相机33的此掉落点感测方法，可在单个包装操作期间使用具有不同大小、类型和配置的多种托盘。

举例来说，即使当可能由人或机器放置在容器传送器上的托盘或容器彼此不对齐放置时，这也可以允许连续分类。另外，这可以允许在批次类型或大小的容器之间进行连续分类操作。如果使用较小的托盘，那么这还可允许用托盘装填掉落区的更大部分，因为即使托盘例如在横向或yy方向上彼此平行放置，托盘仍然可以被装填。

在农产品被包装到采用其中包装有多层农产品的小篓、盒子或纸盒形式的容器中的情况下，由目的地感测相机提供的信息可以允许控制器35在进行另外的包装决定时考虑容器中农产品的高度和分布。这可能导致农产品，特别是不同大小或形状的农产品，能够更高效地分类到容器中的给定空间中。这可减小包装农产品所需的总存储空间，并降低与运送农产品相关联的成本。

在将农产品从定向模块12包装到托盘或容器7时，农产品包装机器人的控制器35优先装填最远离定向模块的空掉落点。这用以减小行进的距离和多头机器人20在xx方向上传送所花费的时间。一旦农产品准备好被采摘，农产品包装机器人也会优先采摘农产品。这可能意味着如果一件农产品刚刚准备就绪，那么当一些头部已经在其上具有农产品时，多头机器人可以悬停在采摘位置14上。

另外，当控制器35根据定向感测相机确定一件农产品几乎准备好被采摘时，控制器35可以决定在已经将农产品固持在其它头部中时悬停在采摘位置上方。如先前所描述，当检测到多个所需特征中并非主要特征的一个特征时，或者当主要特征朝向定向感测相机15定向并且仅需要小旋转以将农产品放置在其所需采摘定向上时，可以提供此几乎准备好的信号。通过悬停并等待一件农产品准备就绪的定向，这可以减少每个定向模块等待一件农产品准备好被采摘的时间量，并增加每个定位模块主动定向一件农产品的时间量。这些优先次序中的每一个都用于增加能够由农产品包装机器人包装的农产品的处理量。

容器7在容器传送器8上通过掉落区5。取决于配置，控制器35可操作容器传送器8而以步进方式移动，从而在xx方向上移动预定距离，例如，所述距离可以对应于掉落点11之间的间隔，并且在数个掉落点装填有农产品后直到凹处被装载才停止。或者，控制器可操作容器传送器8，使得传送器根据需要以可变速度连续地移动，或者以恒定速度移动。仍或者，控制器可以控制传送器8的速度和/或方向以符合要求。

为了协调农产品包装机器人的多个移动部件，控制器35可被配置成将每个移动部件的坐标系转换成通用坐标系。例如，这将允许通过来自目的地感测相机33的信息连续地确定可用掉落点的位置，目的地感测相机33在其沿xx方向移动时被定位成附接到多头机器人。通过平移目的地感测相机的移动协调空间，控制器35可连续地确定可用凹处的实际空间位置。此平移过程类似地适用于农产品包装机器人的其它移动部件，包含容器传送器8和各个头部21。

在主要实施例中，提供多个采摘位置。

在主要实施例中，农产品包装机器人可包装任一种类型的农产品。或者，农产品包装机器人可同时包装多种类型的农产品。

农产品包装机器人可配备有单个控制器，所述控制器操作包装机器人的所有功能并作出与包装有关的决定，或者可以提供多个分布式控制器，每个分布式控制器操作包装机器人的功能方面和/或作出与包装有关的决定。

从广义上讲，农产品可以是任何类型的农业或天然农产品，包括水果或蔬菜。更具体地说，农产品可以是任何类型的水果或蔬菜，具体包含但不限于苹果、梨、猕猴桃、甜瓜、核果、西红柿和辣椒。

通过提供具有多个头部的机器人，农产品包装机器人可包装更多数目的农产品。通过使机器人的多个头部21在某些方向上独立地可移动但被固定以使得它们在一个方向上一起平移，可以提供更多数目的机器人而没有多个头部之间的碰撞的相关问题。因此，农产品包装机器人能够在紧凑空间中提供大量的头部。通过增大头部的紧凑性，可以包装大体积的农产品，同时农产品包装机器人的所需总占地面积减少。农产品包装机器人的占地面积减少意味着容纳机器人所需的包装容纳空间可更小，并且在给定空间中包装的农产品件数可增加。

本发明的前述描述包含其优选形式。在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对其进行修改。