[发明专利]映射和建立使用空中无人机进行收割-稀释任务的数据库的系统和方法

说明书

本发明提供了一种用于映射果园的计算机化系统，以及一种用于产生果园中的所有树木的具有高分辨率和高精度的精确地图和数据库的方法。

技术领域

本发明属于农业设备，特别是收割的技术领域。更具体地，本发明涉及收割、稀释和修剪装置。更具体地，本发明涉及用于(例如，苹果、梨、杏、桃、橙、小柑橘类果实和柠檬树、鳄梨、葡萄藤、西红柿、茄子、黄瓜和辣椒)果园、种植园和温室的收割、稀释或修剪装置。本发明不属于田间生长和田间植物的技术领域，不涉及农作物喷粉、作物种植、施肥等田间作物作业。

背景技术

传统的果园收割装置基于大量劳动力工作和支持工具，如由人类或自动梯子持有并由其操作的自动割草机。先进的工具是带有少量机械臂的大型轨道。这种轨道很大、昂贵且复杂。每个机械臂需要足够长且足够灵活，以便从树顶或底部采摘。机器人臂需要具有至少4个自由度，这导致非常昂贵的解决方案。

值得注意的是，上述轨道很大并且不适合大多数现有的种植园/果园，并且它们不能穿过树行。它们也在山地移动性方面受到限制。较小的机器人/自主车辆遇到以下问题：由于地面的复杂性导致的移动性和可通行性；不能从树顶采摘果实；并且还具有2-4轴长机器人臂的复杂性。

稀释通常通过大量劳动力工作来手动完成，通过将早期阶段的果实从树上断开，从而使大果实生长。修剪通常用手动锯或拿着锯的地面车辆完成。

与本发明相反，现有的无人机没有可以伸入叶片和树枝的固定的长臂；针对危机有防护网防护，但不使用该网进行实际收割；没有配备可以实现闭环反馈的无人机相机的臂；没有收割机的功能；并且不能实现检测成熟的果实，然后用臂接近果实并控制无人机的移动。在现有的无人机中，电池具有固定的位置，并且位于尽可能靠近无人机的质心，不能容纳修剪器，不具有在无人机上没有施加力的情况下的收割能力并且所有电机都是水平的。

今天，区域的映射由从3000英尺以上的高度拍摄该区域的照片的大型无人机或卫星完成，这使得能够用单个图片覆盖整个区域。然而，这样的图像通常具有低分辨率，甚至高分辨率相机也具有有限的结果。如果需要高分辨率图像，则映射方法由飞行在低高度(100-1000英尺)的无人机/四轴飞行器完成，扫描该区域并在飞行期间获得许多图片，然后拼接软件制作超分辨率图像。

为了向每个像素提供绝对坐标，在该区域中放置很少的锚。每个锚具有可从俯视图和GPS坐标看到的光学特征。拍摄的每张图片包含至少一个所述锚，并且与图片数据一起分析信息以产生其中每个像素都具有坐标的超分辨率图像。然而，锚的部署是耗时的任务，需要人员到达每个锚的所需位置，并将其安装到位。另外，在扫描完成后，需要收集锚。

今天，收割是手动或机械完成的。在机械收割中，成熟和未成熟的果实之间没有选择。今天的农艺任务以及在先前发明中描述的那些任务是逐行地，逐树地，以连续顺序执行以防止无意遗漏树。连续顺序是地面工人和地面自动收割机最有效的收割方式，也是便于管理的。

选择性收割是有利的，因为成熟过程很长(几周到许多周的时间)并且对于所有树或甚至在同一棵树上不均匀。此外，农民希望防止对树木和果实的破坏。选择性收割和选择性稀释需要短时间内的大量人力，这通常导致农民不跟踪种植园状态并且不管理种植园数据库，而是同时收割所有果实。此外，由于人力短缺和收割期短，农民没有工具进行真正的选择性收割/稀释。

已经进行了若干尝试来开发机械收割装置。例如：US2016/0307448描述了通过浮力气体和螺旋桨的组合升高的无人机，并且其用于自动化田间耕作-包括田间收割。

US 2017/0094909描述了一种用于从树上采集硬壳果实的无人机，该无人机包括用于识别果实的相机；和果实收割臂。US 9,420,748涉及用于修剪的无人机，所述装置包括切割设备(例如链锯)和相机。