CN111200928A - 用于管理垂直农场的自动模块化*** - Google Patents

Abstract

一种自动化和模块化***，该***用于处理用于容纳通过水培、气培、或复合养殖而生长的植物或类似物的托盘(32)，所述***包括第一模块(30)，该第一模块(30)具有由相应垂直支撑件(31)所界定的四边形平面和垂直布置，所述第一模块(30)包括两个横向区和包括中心区，每一个所述横向区包括用于所述托盘(32)的多个基本上水平且叠置的支撑座或引导件(37，37’)，在所述中心区处，托盘垂直转移装置(33)操作为，沿布置在移动装置上的垂直轴线(Z)可滑动，该移动装置由机动化组件(34)启动并且能够将所述垂直转移装置(33)从下降位置平移到提升位置，以用于使其自身到达每个托盘(32)，反之亦然，所述垂直转移装置(33)设置有用于托盘(32)的搁板(33’)并且具有第一装置，该第一装置适于沿第一水平轴线(Y)平移来自相应座的所述托盘以及将所述托盘向相应座平移，所述相应座被设置在其中一个所述横向区中。所述第一模块(30)还包括被布置在所述中心区中的第二装置(36)，在所述中心区中，所述升降装置(33)操作为，当所述托盘(32)位于所述升降装置(33)的所述搁板(33’)上时，适于接管托盘(32)，并且沿与所述第一水平轴线(Y)正交的第二水平轴线(X)移动所述托盘(32)，以对所述托盘(32)执行向第二模块(30)的另一垂直转移装置(30)的另一搁板(33’)的直接转移，所述第二模块(30)被布置为与所述第一模块相邻并且与该第一模块连接。

Description

用于管理垂直农场的自动模块化***

技术领域

本发明涉及用于处理大体上为水培(hydroponic)、气培(aeroponic)或复合养殖(aquaponic)类型的垂直农场的自动且模块化***。

更确切地，本发明涉及用于处理所谓的用于植物的无土养殖的“垂直农场”的自动且模块化***。下面参照水培***来描述本发明，然而，该***并不排除在与可采用的施工技术不同时可以被具体提及的其它无土养殖方法。根据本发明的***由多个具有垂直和四边形平面布置的模块化存储单元组成，每个模块化存储单元包括多个层，其中托盘被可滑动地布置在引导件上，其中每个托盘可以由可移动的***控制和处理单元进行单独地收集，该可移动的***控制和处理单元允许对每个托盘中所包含的植物或水培养殖的产品进行填充和收集。

根据本发明的用于垂直农场的自动模块化处理***旨在解决使用传统的垂直农场所遇到的问题，即，因难以处理具有被布置在各个层上在每个模块内垂直延伸的作物的水培***所产生的问题。

本发明被有利地应用于用于处理用于水培、气培和复合养殖的垂直农场的***领域。

背景技术

众所周知，目前已开发出了所谓的垂直农场，即基于水培技术的垂直养殖，其特点在于允许植物在特殊条件下生长，其中一些条件如下：

·可以不使用土壤；

·利用垂直的体积；

·可以实行室内农场；

·减少用水多达80％；

·更高的生产率；

·消除化肥和杀虫剂的使用；

·消除物质在土壤中的扩散以及因此对地下水位的影响；

·对废弃建筑物的再利用；

·本地化种植产品；

·不分季节每年365天的持续养殖。

通常，水培养殖是指实施其中一种无土养殖技术，其中土壤被诸如膨胀粘土、珍珠岩、蛭石、椰子纤维、岩棉、沸石等惰性物质所取代，因此无土养殖技术也包括气培和复合养殖技术。

利用营养液来灌溉植物，所述营养液由水和提供正常矿物质营养所需的所有必需元素的化合物(所述化合物在水培或气培情况下主要是无机的，而在复合养殖情况下是有机的或混合的)所组成。这种技术也被称为水培养(water culture)。从质量和卫生/公共卫生的角度来看，水培养殖可以在全年内允许进行受控的生产。

水培垂直养殖***是基于作物被布置在各个楼层或层上并且作物本身也是垂直延伸的事实。

这种好处是明显的。除了防护受水培养殖***保护的地下水位之外，在短时期内允许将目标产品供应给附近用户，而无需农药或化学肥料，即使在有限的或重新开发的空间中，允许目标性用水和有可能进行全年养殖。

由于这些原因，这种类型的农场越来越重要。

其中一些水培农场是利用阳光进行的，但在这种情况下，生产期间取决于天气，而在其它情况下，***则使用灯，通常并且目前采用最新的LED技术和分布在整个农场中的集中式灌溉***。

这种光照***被设计为使种植场获得为其生长所需的全部光谱，并且利用从经验获取的期间尺度和算法以及每种作物的生长时间来进行建模。

灌溉***提供了分类中心，用于为在整个种植场(数百米或数百千米的管道)中行进的营养液(水和矿物质盐)进行分类，使得每一个植物接收其营养剂量。所有的作物在理论上都应该接收到相同的养分，但是对于所有的植物并不一定都能达到这一目标。

在需要执行手动收割的情况下，对作物的定位是在垂直布置和高度限制的情况下进行的，而在采用高度可以调整的自行式卡车进行收割的情况下，可以达到几米的高度。

含有产品的托盘被设置在搁板上，该搁板与物流中心的货物存储仓库中所使用的搁板类似。

通常，水培养殖***，甚至是垂直养殖***，意味着水消耗量减少，特别是对于利用回收植物未使用的营养液并将其循环利用的封闭的***，因此，相对于在土壤上进行的传统养殖，节水高达80％至90％。

此外，这种农场可以有效利用肥料和改善对植物营养的管理，并且还更好地控制植物检疫条件：不再与土壤相连，如果不能消除也可以减少由土壤所传播的疾病的发生率以及通常存在于土壤中的寄生虫。

此外，水培养殖(也包括垂直类型)决定了与杂草的竞争被消除。

同样，可以在干旱的环境和气候中有效地使用无土***，因为其意味着废物的减少以及水和营养物的损失的减少，因此使得受环境影响降低，而且还与作物保护产品和除草剂的极度限制使用有关。

使用具有垂直延伸的传统水培农场所遇到的问题包括难以处理被布置在各个层上的作物，特别是那些较高层上的作物，为了接近那些较高层上的作物，需要使用梯子，或者为了***的机械化，在某些情况下还使用了自行式设备，例如卡车或叉车。

使用这样的设备还突显了处理被设置在较高层上的作物所存在的问题，因为机械式的***也不允许直接控制和处理作物。

此外，对于在封闭环境中执行垂直延伸的农场，经常使用的柱单元受到高度限制，该高度限制由建造农场的建筑物内的楼层高度所确定。由于已知***缺乏模块化，因此不允许灵活的解决方案，并且出于将柱单元定位在确定的位置的目的，经常有必要拆除建筑物内的楼层。

文献WO2017/024353和US2015/0282437中所披露的解决方案也是在现有技术中已知的。这些解决方案设想使用设置有不同搁板的柱单元，在这些搁板上布置有用于养殖植物的容器；但是，这些解决方案不是模块化类型，因为他们并没有设想到这样的可能性：通过从应到达每个单元的每个搁板的多个托盘进行连续组合来增加其它可互相连接的柱单元，以便改变托盘在单独单元的内部以及在一个单元和另一个单元之间的位置。

因此，由于缺乏维持相互连接的可扩展的结构所导致的真正模块化的缺失，限制了对采用确定的尺寸特征来制造的这种***的使用的可能性，所述确定的尺寸特征在需要对农场进行扩展的情况下无法被进一步修改。

发明内容

本发明还阐述了开发机械化和自动化水培生产(并且特别是利用具有垂直布置的结构的水培生产)的可能性。

事实上，本发明的一个目的包括引入用于移动和处理具有垂直模块化单元的水培垂直农场的特定装载和卸载单元的新***，该***将能够利用适于服务多个模块的相同的移动单元，从而消除或显著地减少上述提及的缺点。

特别地，本发明提出了用于水培农场所使用的结构的移动和处理***，特别是具有垂直布置的***，其中，不需要对附加的标准化部件进行设计，而只是对附加的标准化部件进行集成，从而允许扩展模块***本身。

此外，用于水培农场所使用的结构的移动和处理***，特别是根据本发明的具有垂直布置的***，允许模块的托盘横向地交换，从而允许各个模块的自由布置，能够以期望的方式“设计”形状或填充可用的空间。

对于用于水培农场所使用的模块化结构的移动和处理***，特别是根据本发明的具有垂直布置的***，一个非常重要的功能是每个垂直模块的操作独立性。事实上，在***内正在进行搁板转移的情况下，所提供的用于收集和移动搁板本身的升降装置(其可以与转移活动并行工作)，决定了作业效率的净增长。

这是通过用于水培农场所使用的结构的移动和处理***，特别是根据本发明的具有垂直布置的***来获得的，其特征在主权利要求中进行了描述。

本解决方案的从属权利要求概述了本发明的有利的实施例。

根据本发明的***的主要优点涉及可以使用用于水培农场的模块化结构，所述模块化结构可以保持独立或者以模块化方式与用于相同类型的水培农场的其它相同的模块化结构连接，利用模块化的概念允许***根据要求逐步增长。

与其它已知的***不同，根据本发明的用于水培农场所使用的结构的移动和处理***使安装该***的场地的占用体积得到改善。

根据本发明的***可选地允许通过电子搜索和人工查看***进行可视化管理。

此外，根据本发明，设想用于水培农场的模块化结构的布置可以被设计为尽可能最好地填充平面空间，相对于接口位置产生自由形状，或者几乎完全填充可用空间，创建允许连续添加模块的体积，从而优化所占用的表面积。

由于包括根据本发明的***的模块能够在任意高度交换托盘的事实，也可以提供交换模块，该交换模块允许托盘在多层建筑物内传输，仍然保持***的连续性，并且不需要移除建筑物的一层与下一层之间的楼层。

通过利用根据本发明的***，可以设想为每个模块提供有限的灌溉区，从而避免在整个***中分配(这会需要非常长的管道)。

事实上，根据本发明的水培养殖***设想创建模块区，设置有不同类型的灯，用于发射特定的光谱，由于包含有作物的托盘可以移动，使得作物可以经历不同的暴光周期。

根据本发明，设想一些模块区可以被排除在光辐射***以外，从而允许实现黑暗中的周期，不必关闭灯而只将托盘移动到暗区中。

这可以节省光照元件。

移动托盘中作物的可能性也允许作物与辐射源之间以界定高度的步长隔开，从而能够改变吸收条件。

一些配置中的模块可以设想存在有用于空气环境的调节***，因此可以管理诸如空气湿度和组分等参数。

根据本发明的***的信息***，基于属性的神经算法，允许启动机器学习和深度学习***，即智能管理，其能够逐步为***的数据库提供关于最佳预期周期的或者在不同作物类型的情况下启动的信息。

由于每个单独的植物生长的位置是已知的，从播种到收获的所有特性(吸收了多少营养物、吸收了多少光等)都是已知的。

因此，可以利用完全可追溯性对每一个植物进行控制。

在播种方面，每当需要不同类型的作物时，根据本发明的用于利用一个或多个独立的垂直模块来处理水培农场的结构可以是自动化的。

这种由信息***引导的自动化允许对将被引入市场的将来的产品从播种步骤开始进行追溯，因为在播种或使用预种植的荚果的情况下，分配坐标是已知的，并且被***模块化***中的托盘***内的物理位置也是已知的，因为它们是独特的。

由于可以区分要引入到进料液中的添加剂的类型，并且可以有区别地(甚至对于每个单独的植物)区分添加剂及其混合物的数量，考虑到坐标是已知的，因此，这意味着每个***的液压部分都将大大减少；在生长期内，可以向其添加与具有已知ID的植物已接收的用水量、添加剂的数量、喷洒频率等相关的信息。

还设想存在一个或多个摄像装置，所述摄像装置被分配到模块的一个区中，其存储有托盘中的植物的状态。信息管理***考虑了每一个植物的状态，将其与之前图像进行比较，并且与具有相似特征(类型、作物、时间)的植物进行比较，以及评估其健康状况。

以这种方式，就有可能为植物的生长而启动纠正动作，并且能够对食物、光照、时间等的不同混合的组合进行历史化处理，以允许生长过程的变化和持续的优化。

所有这些都转化为每个单独植物的数据和图像的恒定来源，并且这些数据可以被保持直到产品的可追溯性结束。

因此，除了之前的植物识别数据之外，用于可追溯性或用于研究和优化的目的，还可以存储信息以及光照时间、距离、颜色，因此与它们经历的光照周期有关的所有变量。

还设想了如下可能性：完全移出含有用于播种目的、用于引入预种植的荚果、以及用于收获的产品的所确定的托盘，并且也可以通过自驱动装置(例如卡车等)将它们运送到其他目的地。

附图说明

通过结合附图阅读通过非限制性示例所提供的本发明实施例的以下描述，本发明的进一步特征和优点将变得明了，附图中示出了这些图，其中：

-图1是示例说明了与根据本发明的***有关的用于垂直水培养殖的模块的侧视图，该模块可以与其它相邻模块连接；

-图2是根据本发明的具有多个相邻模块的水培养殖***的示例的主视图，这些相邻模块可以根据任何布局进行布置并且可用作模块化物流***；

-图3展示了根据图2的***的示意性平面图；

-图4示出了在根据本发明的处理***中使用的水培养殖结构的模块的示意性、透视性且部分分解视图；

-图5和图6分别以侧向和示意性的透视图方式展示了用于沿X轴拉动托盘的***，该***和与根据本发明的模块有关的升降装置配合；

-图7是根据本发明的用于自动处理无土作物的可能的***配置的示意性的平面图；

-图8示出了突出了与横杆连接以形成模块的支撑件的配置的平面图；

-图9至图11展示了横向连接的模块对，该模块对具有沿Y轴横向转移托盘并且沿Z轴竖向转移托盘的装置。

具体实施方式

参考所附图，最初特别是图1和图2，30大体上表示用于处理根据本发明的垂直水培农场的结构的一个单独模块。所述模块30具有基本上平行六面体的形状，具有垂直布置和四边形平面，包括两个侧板，两两相对并且由相应垂直支撑件31支撑，所述垂直支撑件31从下方的放置平面开始上升。

参照图2和图3，设想根据本发明，可以将用于垂直处理水培农场的结构的一个单独模块30与其它单独的相邻模块30并排放置，形成模块网络，通过内部交换***，可以移动适当的托盘32，该托盘32用于容纳存在于每个模块中的水培作物。

具体地，在每个单独的模块30中，具有包含作物的托盘32，可以从任意站收集这些托盘以进行处理，而并不必须从包含它们的模块处收集。

更确切地，参照图4，每个模块30包括四个支撑件31，支撑件31包括具有垂直布置的结构化侧板，进而设置有座或水平引导件，用于在水平方向上(图4中的Y轴)引入适于容纳水培农场的产品的多个托盘32。

例如，这种托盘包含合适的基质，播种的作物可以在该基质上生长，或者荚果可以在该基质上沉积，基质含有按照限定的几何形状布置的惰性和预种植材料。

限定了托盘32的外壳的图4所示的结构化的侧板31被布置为彼此两两相对，并且在它们之间定义了中央空间，在该中央空间中，搁板33’操作与垂直转移装置33(见图9至图11)有关，该垂直转移装置33被布置在四个带轮带或链条上，并且还具有垂直布置并通过机动化组件34来启动，该机动化组件能够将垂直转移装置33的搁板33’从地面水平的较低位置移动到模块30的上部封闭面板附近的升高位置，反之亦然。

允许垂直转移装置33的搁板移动的四个带轮带或链条沿每个用于支撑搁板32的结构化侧板31的内部垂直边缘进行布置，即带轮带或链条面向中央隔间，垂直转移装置搁板33本身的搁板33’在该中央隔间中进行操作。所述垂直转移装置33沿模块结构内部行进，减少了移动***所占用的空间。以这种方式，托盘32的横向转移空间是自由的。

因此，从图中可以清楚地看到，根据本发明的***的基本模块包括平行六面体形状的柱，并且包括三个不同的区，其中的一个中心区用于垂直转移装置33的搁板的移动，并且其中的两个横向区分别位于中心区的一侧和另一侧，设置有用于容纳水培作物的托盘32的放置装置。

根据一个实施例，垂直转移装置33的搁板33’还设置有多个开口35，所述开口35适于被包括有相应机动化滚轮36的交换装置截获，所述滚轮36在操作中面向垂直转移装置33的搁板33’的内部，并超出搁板33’本身的水平表面的高度。

该装置允许垂直转移装置33能够到达每个托盘32，该托盘32可以从其壳体处收集，被加载到垂直转移装置上，并且被移位直至到达模块的任意层。

当托盘32被垂直转移装置收集并被引导至机动化滚轮36时，机动化滚轮36穿过垂直转移装置的托盘33’的开口35，接管托盘32并将其水平地朝向设置有类似的机动化滚轮的相邻模块进行平移，直到将其放置在相邻模块的垂直转移装置的搁板上。

关于托盘32在模块30的中心区与其中一个横向区之间的转移，以便能够将托盘布置在其自己的座上或者从该座处收集，所述垂直转移装置设置有水平机械式转移装置，用于根据图中所示的Y轴来转移托盘，该机械式转移装置在本领域是已知，本文不再对其进行进一步描述。

当各个模块呈现为彼此相邻时，不是所有模块都必须使其自己的垂直转移装置处于相同高度，而是只有开始模块和到达模块必须具有相同高度的垂直转移装置。因此，当中间模块与在传递方向上位于其前面的模块接合时，该中间模块可以启动适当的平移组件。

如图5和图8所示，每个模块包括四个支撑件31，支撑件31包括结构化侧板，每个支撑件31包括一对垂直金属构型(metal profile)81，该一对垂直金属构型通过结构化横杆(crosspiece)而彼此连接。

在四个支撑件31之间提供的中心区中，垂直转移装置33进行操作，其确定托盘32的垂直位移(图4中的Z轴)。

对于垂直转移装置33在至少一个构型81处的移动，运动装置(kinematic means)84(见图8)被布置成用于将被布置在模块30的中心部分中的垂直转移装置在支撑件31之间移动。

如图8所示，支撑件31最初由横杆83以及支柱或结构化连杆两两连接在一起，从而构成搁板组，其中所述支撑件是承重的，并且在同一侧设有运动装置84，用于通过带或滑轮使垂直转移装置33移动，其布置为朝向每个支撑件31的内侧。

因此，得到了两个框架，每个框架由两个支撑件或结构化侧板31接合而成，支撑件或结构化侧板31利用两两彼此面向的带或链来彼此相对设置并且由其它结构化元件间隔开，从而允许实现了模块30的结构化骨架。根据本发明的优选的实施例，模块30具有方形平面，其中每一侧具有相同的长度，并且被分成三个具有基本上相同宽度的内部区，其中中心区用于垂直转移装置的移动，两个横向区用于布置托盘32。

根据该实施例，其中模块30具有方形平面形状，模块30可以是有侧板的并且可以以重复和模块化的方式无限地彼此连接。

***的简化实施方式允许模块30的同一侧的两个支撑件31与运动传输轴连接，该运动传输轴由单个电机控制，该电机可以具有相关联的运动减速器。这种实现方式允许减少机械成本。

与现有技术所设想的不同的是，每个模块30完全独立，并且不是必须依赖于其它模块，因为每个模块30设置有其自己的垂直转移装置33，这使得每个模块是独立的。

在包括有多个模块的***中，根据本发明，可以看到每个模块30与其它模块是分开的，并且由于托盘的可转移性，可以以完全不同的方式进行处理。它不是单个***而是蜂窝式***，在该***中，信息管理***基于个案具体情况选择用于监管一般性管理的“主导”模块。

这确保了在其中一个模块30发生故障的情况下，网络中连接的其它模块30不会停止其活动，这显著地降低了维护和停机成本。

根据优选的实施例，垂直转移装置33包括两个相互配合的运动元件，具有两个或四个独立的电机，其允许***内部的空间保持自由，从而能够容纳从一个模块到另一个模块的纵向平移***，如图9至图11所示出的，其中可以识别被布置在两个相邻模块之间的水平转移装置85(Y轴)，其允许托盘32从一个模块直接转移到与该模块连接的另一个模块。在图9至图11所示出的实施例中，水平托盘转移装置85被布置在相邻模块的下部。然而，显然，根据设计要求，所述装置85可以被布置在任意高度处，所述任意高度是所希望的托盘32从一个模块通行到另一个模块的通道的高度。

这种特性在以下情况下显示出很大的优点：模块是结构化的，从而允许托盘在建筑物的两层之间进行垂直转移。在这种情况下，可以将相邻模块之间的水平托盘转移装置85布置在较高层，从而允许托盘从较低层直接地转移到较高层，而不中断***的物理连续性，这是本领域所已知的任何解决方案所不曾设想的。

因此，不同于其它结构化实施例，所研究的机械机构允许模块之间的通道保持自由，因此在横向交换区中没有任何障碍。

每个模块可以利用垂直面板墙进行完全封闭，其可以具有不同的特性和功能。它们可以被配置为四边形的面板，或者还是几何上可重复的，包括有可以以完全自由方式布置的面板，根据待实施的***类型，具有以下可能的非排他性特征：

·用于限制任何污染物的入侵的简化封闭；

·透明的，由塑料或玻璃材料制成以允许光通过；

·绝缘的，从而对模块进行热绝缘；

·进行辐射，从而允许模块内具有加热区；

·利用LED灯或其它光照装置进行光辐射；

·设置有风扇来循环空气；

·能够释放用于植物养殖的气体或产品或养料；

与垂直转移装置33所占据的中心区相对的两个横向区具有翅片37、37’形的放置边缘(见图1)，用于包含有作物的托盘32。设想用于植物养殖目的的信息***设想对包含有作物的托盘32的移动进行智能管理，使其可以被定位在自由且不受限制的高度。

除了包含有作物的托盘32，承载光照***(LED)的面也可以利用自动化***进行自由定位，因此也允许通过移动灯来对每个模块30的总体布置进行重新配置。

安装了在模块中可移动的灯之后，托盘32可以被配置有带有发光特性(针对特定的植物所确定的波长)的LED二极管。

植物在光合作用周期中需要不同类型的光照；LED管或电流***设想为识别“中等”光(白光或紫光)发射，或者以单个发射***来进行具有所有不同类型的LED组合以及具有不同发射类型的所有可能的发射。

由于能够移动具有作物的抽屉，因此可以使作物暴露在特定的光下(例如，只有远红光等)并且可以将其位置和暴露时间按顺序进行编排(sequentialise)，从而降低在面板中仅能够安装特定部件(LED二极管)的光照***的成本。

由于事实上托盘32可以按照软件所限定的步骤来移动，因此可以优化作物到光源之间的距离。举例来说，这种能力允许将包含第一幼苗(shoot)的托盘移动接近光源，从而减少对光照***的电力输入，同时获得对叶子的同样的能量传递效果。事实上，在通常情况下，在允许植物随时间生长的空间中确定托盘到光照***的定位距离，以获得依靠根据本发明的***所能够获得的结果。本领域已知的***则必须配置成从第一天开始就发射最大功率，并且在实际上不需要任何光照的情况下进行长时间的光照，即，无论生长平面是在土壤或在惰性物质中，其中仅呈现有很小的受光叶(至少在早期生长阶段)。

随着植物生长，具有生长分析传感器的***向软件管理***提供信息，以在随后的步骤中决定将托盘32定位在什么距离处，并且向光源提供暴露/时间调整(时间和发射类型)。该***根据植物的生长以及所生长的物种的变体而具有很强的适应性。本文所描述的***允许不同物种在同一***中进行养殖，并且完全控制其生长。

移动托盘的可能性也有助于在任意时刻检查产品，而不会危及人的安全。

根据本发明的***允许模块以区别的方式进行配置，以允许将***在不利的环境中被隔离，或者允许对多个区以有区别的微气候进行处理，以便能够以精确的方式来处理产品的生长。

生长过程中的重要步骤是发芽；该步骤通常具有更高的养殖强度，并且通常是在不同的区中进行的。由于托盘的移动性和创建专属区的可能性，可以将发芽模块置于受控温度下，以便在控制发芽模块的同时加速该步骤。

因此，每个连接的模块可以接收和看到来自具有不同的特性的其它模块的具有作物的托盘的传输。每个模块并不是必须具有之前指出的所有功能。根据将要执行的加载活动，在至少一个或一些模块上提供其中一些功能就已经足够了。模块化包括这样的事实：在***生命期的任意时刻都可以改变模块的配置，而无需昂贵的干预措施。例如，灌溉区可能只呈现在一个模块上，灯可以被移动到不同的配置中，可以添加侧板或将侧板替换为具有不同功能的其他元件。

由于***的各部件的整体模块化，可以在灌区附近布置营养混合区。这使得可以根据植物的类型和生长状态将营养混合物保持在精确的控制之下。

根据本发明的***具有这样的特性：可以用作具有单独垂直模块的处理水培农场的结构，或者可以通过安装根据任意布局来布置的更多模块，用作集成模块化物流***，该集成模块化物流***可以通过每个模块所装配的垂直转移装置33来交换托盘32。

因此，通过配备有人机界面(HMI)39的面板(见图1和图4)的方式或通过其它信息设备远程的方式，操作者可以从任何位置调用用于水培养殖的托盘32，而不必从实际放置所需物品的模块进行操作。

因此，操作者从任意养殖模块调用包含有作物的托盘，并且软件***允许识别待处理的搁板所在的模块，以便通过电动方式使垂直转移装置33到达正确的高度，相关的托盘32被收集，并且通过将托盘自身降低到接近地面的水平，通过滚轮36来启动升降器进行对托盘的提升(参见图5和图6)。

随后，滚轮36的同步旋转允许托盘在一个方向上或其它方向上位移，使其能够横向地向相邻的单独结构模块进行位移。

接下来具有处于地面位置(如果这是最终目的地)的升降器的相邻的单独结构模块启动同步转动的滚轮，并且能够在交换步骤中接收来自相邻模块的托盘，并且如果目的地模块是另一个模块，则允许托盘通过。

电子控制和管理部分位于电气模块内部，该电气模块大体上置于装卸区下部，并且可以由控制面板进行管理，该控制面板允许在模块布置的所有情况下接触到电子面板。

托盘向前的位移，即相对于之前描述的滚轮36所赋予的横向位移方向正交的位移，是通过使用水平托盘转移装置85来获得的，在滚轮36下降且处于非工作状态时，所述水平托盘转移装置仍由支撑托盘32本身的承载元件支撑，以免在向前移动时受到干扰。

这种装置85是可选的，并且被安装在模块30处，其中需要将托盘从一个位置直接地转移到另一个位置。如上面所述的，水平托盘转移装置85可以被安装在任意高度处，并且通常包括在两个相邻模块的两个相邻横向区处运行的一对机动化带。通过所述机动化带，托盘32可以从给定模块的横向区被直接地转移到相邻模块的相对应的横向区，而不需要任何垂直转移装置33的干预。

每个模块与其它模块一起构成根据本发明的用于处理水培产品的模块化***，包括作为每个垂直转移装置33的一部分的上述相同装置，其中通过执行适当的已编程的运动，可以使每个垂直转移装置33被定位于同一高度，以便同步接收移动的托盘并且将其放置在垂直转移装置33的中心，以将其移位到已编程的位置，用于装载或收集容纳在其中的部件。

被集成在每个模块中的信息***设想关于整个***的数据库的冗余(如果***管理员需要，则具有任意限制)，以便在其中一个模块上的任何电子设备出现故障时，都有数据的备份副本。

将这种***用于处理垂直水培作物，除了提供由于可以实现从播种步骤或对采用特定种子预种植的荚果进行定位到收获步骤的过程的完全自动化所带来的优势，也为健康和经济提供了许多优势。

由于自动化位移***，包含有允许植物发芽和生长的惰性材料的托盘可以在***内移动。

对于每个模块，可以采用对有用体积(volume)的不同影响程度来限定可选区，所述可选区允许以集中方式且不再是在整个***中完全分布的方式来进行以下活动：

·利用机器人***或手动地播种各种类型的植物；

·利用机器人***或手动地定位采用特定种子预种植的荚果；

·通过喷洒、滴灌、注入或释放灌溉***或通过机器人以精确的方式向植物运送食物；

·存储可以由信息***进行后续分析的图像；

·将必要的光照带入到植物生长步骤(光合作用的激活)；

·环境舒适性、湿度、氧气、气流、温度；

·提供操作者可以进入其中进行取样并且检查正在生长的作物的区域。

再次参考图1，可以注意到，每个模块可以被分为各个叠置区，每个叠置区提供不同的功能。

即使布置的顺序可能不同，例如，从图1中可以注意到，用数字70指示的最高区没有光照、被适当地遮盖并且没有水管，因此其代表其中***有作物用于模拟夜间的暗区。

这允许在该区域的黑暗中执行某些周期，该区域被排除在光辐射以外，因此不需要关闭(以及随后打开)灯，而是通过将托盘适当地移入这种暗区中。

在暗区70下面，提供有专用于LED光照装置72的区71，区71中***包含有作物的托盘，用于模拟白天和太阳辐照。

在最低的搁板中提供有灌溉区73，在灌溉区73中***有管道74，管道74终止于多个喷嘴端或不同的灌溉***。灌溉区中的管道来自适当的水源，该水源含有营养物质和任何保护作物免受最常见的病原体伤害的抑制剂，或者在复合养殖的情况下，来自适当过滤的养鱼箱。

举例来说，所提到的布置方式可以是多种多样的，如所优选的或者根据也取决于不同类型的作物的不同需求。

更一般地，关于播种或预种植的荚果的定位，每当需要不同类型的作物时，根据本发明的具有一个或多个单独的垂直模块的用于处理水培农场的结构可以是自动化的。

这种由信息***引导的自动化允许对将被引入市场的将来的产品从播种步骤开始进行追溯，因为在单独托盘中的播种或荚果定位的坐标是已知的，并且被***到模块化***中的托盘***内的物理位置也是已知的，因为它们是独特的。

以示例的方式，可用的初始数据可以是：植物ID、种植的种子的类型、惰性材料、播种坐标或托盘XY中的荚果定位、托盘ID、播种时间等。

此外，与现有***不同的是，现有***中有庞大的分类中心，用于分类要添加到水中和要带给生长植物的营养物质，而本公开可以基于***的结构或其使用频率来识别每个模块中的区或使其数量合理化。包含有惰性材料的托盘、以荚果种植的种子或已发芽的植物可以被移动至喷洒区，在图1中以数字73表示。

由于可以区分要引入到进料液中的添加剂的类型，并且可以有区别地(甚至对于每个单独的植物)区分添加剂及其混合物的数量，考虑到坐标是已知的，因此，这意味着每个***的液压部分都将大大减少；在生长期内，可以向其添加与具有已知ID的植物已接收的用水量、添加剂的数量、喷洒频率等相关的信息。

还设想存在一个或多个摄像装置，所述摄像装置被分配到模块的区中，其存储有托盘中的植物的状态。农场的信息管理***考虑了每一个植物的状态，将其与之前图像进行比较，并且与具有相似特征(类型、作物、时间)的植物进行比较，以及评估其健康状况。

以这种方式，就有可能为植物的生长而启动纠正动作，并且能够对食物、光照、时间等的不同混合的组合进行历史化处理，以允许生长过程的变化和持续的优化。

所有这些都转化为每个单独植物的数据和图像的恒定来源，并且这些数据可以被保持直到产品的可追溯性结束。

对于当前室内水培农场中的光照，提供了为种植场提供特定光的光照***，从而激活光合作用。事实上，每种类型的植物根据照射在其上的光的类型而有不同的反应。

与土壤上或温室中的种植场(其必须是季节性的，并且受太阳提供的全光谱的影响)不同，在封闭的农场的情况下，可以利用光谱中的特定部分(彼此以不同强度进行混合)来照射植物。另一个变量是能够且必须供应给植物以用于最佳生长的光子的数量。在目前的垂直农场中，灯的距离大体上是固定的，管道装置也是固定的，并且光照***的尺寸必须是大的。

在根据本发明的***的情况中，可以以最佳的方式来管理其中一些如上所述的可能成为限制的技术。

例如，光照类型可以是单个灯的集中式或根据区进行区分，因此，根据区采用不同类型的LED，有可能随着作物的生长来移动托盘，可以将该植物分配到其可以在植物生长的给定时间内接收所需光照类型的位置处，而其它植物可以占据所述植物刚刚离开而空出的区。

通过移动植物的容器而可以获得的暗周期，将允许采用数量较少的光发射器，这些发射器不会被关闭和不被使用，而只会被保持打开并且仅被分配到需要其功能的位置处。

这种技术可以允许安装较小的光照***，并且使要使用的灯的类型及其数量合理化。在这种情况下，到光源的可变“距离”是可管理的。事实上，每个托盘都可以采用允许可变距离的高度步进判别法来进行定位。

根据本发明的信息和管理***可以根据个案的具体情况，考虑必需的距离、所使用的光的类型，使用从用于单独植物的存储图像中所获得的信息来做出其决定。

因此，除了之前的植物识别数据之外，用于可追溯性或用于研究和优化的目的，还可以存储信息以及光照时间、距离、颜色，因此与它们经历的光照周期有关的所有变量。

根据本发明的进一步实施例，可以在每个模块上安装传感器和有源单元，其允许为一个或多个确定类型的种植场创建正确的生长环境。

应用根据本发明的处理垂直水培农场的***还指向空气的加湿或除湿、氧气或CO₂或其它气体混合物的供应、对环境的循环的或者非循环的加热或冷却、对托盘的加热等。所有这些信息也可以被存储，以用于优化、研究和可追溯性目的。

根据***的尺寸大小，可以提供通常被称为“隔区(bay)”的区，在这些区中，操作者可以拿到农作物，而无需在整个模块化***内走来走去。

由于减少了人进入所需的空间，允许更深度地优化用于植物养殖的体积，从而显著地减少了自驱动(self-propelled)装置的使用，这些自驱动装置有时对操作者的安全性是有害的，因为其必须达到若干米的高度。在本文所提出的***的情况下，由于不再需要在一定高度处的人为干预，因此每个单独模块的当前高度限制可以提高到更高的值。

如已经描述的，还设想了可以完全移出包含有用于播种和收获目的的产品的所确定的托盘，也可以通过自驱动装置(例如卡车等)将它们运送到其他目的地。

已在上文中参考其优选实施例对本发明进行了描述。然而，很明显，本发明容易受到许多变体的影响，这些变体落入本发明的范围，并且其在技术上是等效的。

Claims (14)

1.一种自动化和模块化的***，所述***用于处理用于容纳通过水培、气培、或复合养殖而生长的植物或类似物的托盘(32)，所述***包括第一模块(30)，所述第一模块(30)具有由相应垂直支撑件(31)所界定的四边形平面和垂直布置，所述第一模块(30)包括两个横向区和包括中心区，每一个所述横向区包括用于所述托盘(32)的多个基本上水平且叠置的支撑座或引导件(37，37’)，在所述中心区中，托盘垂直转移装置(33)操作为沿布置在移动装置上的垂直轴线(Z)可滑动，所述移动装置由机动化组件(34)启动，能够将所述垂直转移装置(33)从每个托盘(32)的下降位置转移到所对应的提升位置，反之亦然，所述垂直转移装置(33)设置有用于托盘(32)的放置搁板(33’)并且具有第一装置，所述第一装置沿第一水平轴线(Y)运行来自相应的座的所述托盘以及将所述托盘向相应的座运行，所述座被设置在其中一个所述横向区中，所述***的特征在于，所述第一模块(30)还包括第二装置(36)，所述第二装置(36)被布置在所述中心区中，在所述中心区处，所述升降装置(33)操作为，当所述托盘(32)位于所述升降装置(33)的所述搁板(33’)上时接管托盘(32)，并且沿与所述第一水平轴线(Y)平行的第二水平轴线(X)移动所述托盘(32)，以对所述托盘(32)执行向第二模块(30)的另一垂直转移装置(30)的另一搁板(33’)的直接转移，所述第二模块(30)与所述第一模块的并排布置并且与所述第一模块连接。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***包括多个其它模块(30)，所述多个其它模块(30)被布置成彼此相邻并且互相连接，以使所述多个其它模块(30)中的至少两个模块沿所述第一水平轴线(Y)或所述第二水平轴线(X)对齐。

3.根据前述权利要求中任意一项所述的***，其特征在于，每一个所述模块是方形的，并且所述横向区和所述中心区中的每一个具有基本上相同的平面尺寸。

4.根据前述权利要求中任意一项所述的***，其特征在于，所述第二装置(36)包括在所述托盘(32)上操作的机动化的滚轮或带，并且在于所述搁板(33’)设有开口(35)，所述机动化的滚轮在所述开口(35)内操作，用于接管所述托盘(32)。

5.根据前述权利要求中任意一项所述的***，其特征在于，所述***包括在相邻的模块(30)的座或引导件(37，37’)之间配合的装置(85)，所述装置(85)适于将所述托盘(32)沿所述第一水平轴线(Y)从一个模块(30)的横向区平移至相邻模块的横向区。

6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述装置(85)包括一对机动化带，所述一对机动化带彼此相对且平行地布置在相邻模块(30)的相应横向区之间。

7.根据前述权利要求中任意一项所述的***，其特征在于，处理所述托盘(32)的移动是由电子控制单元进行控制的，所述电子控制单元控制与每个模块(30)有关的所述垂直转移装置(33)的移动以及与每个模块有关并且连接相邻模块的水平转移装置的移动。

8.根据前述权利要求中任意一项所述的***，其特征在于，所述多个模块(30)中的至少一个模块包括光照和/或灌溉装置和/或适于植物发育的元件。

9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，每一个模块(30)可以被分成各个叠置区，每一个叠置区处理不同的或统一的功能，用于被包含在所述托盘(32)中的所述植物的发育。

10.根据权利要求9所述的***，其特征在于，所述托盘(32)位于具有不同功能的不同区中的每一个模块(30)内，所述不同区中的一个区没有光照并且被适当遮挡，以使作物经历夜间模拟条件，所述不同区中的另一个区包括用于模拟白天和用于光合作用的太阳辐照的光照装置，所述不同区中的又一个区包括灌溉装置。

11.根据权利要求9和10中任一项所述的***，其特征在于，每一个模块(30)位于所述***中的具有不同功能的不同区中，所述不同区中的一个区没有光照并且被适当遮挡，以使作物经历夜间模拟条件，所述不同区中的另一个区包括用于模拟白天和用于光合作用的太阳辐照的光照装置，所述不同区中的又一个区包括灌溉装置。

12.根据权利要求11所述的***，其特征在于，所述***包括用于播种的一个或多个区，所述一个或多个区可以基于不同类型的作物而多样化。

13.根据前述权利要求中任意一项所述的***，其特征在于，所述托盘(32)的移动由电子控制单元和/或设置有存储装置的信息***进行处理和驱动，在所述存储装置中记录有被布置在单独托盘(32)上的单独植物作物的播种坐标和所述单独植物作物的物理位置。

14.根据权利要求13所述的***，其特征在于，所述***包括一个或多个摄像装置，所述摄像装置被分配在一个或多个模块(30)中的适当区中，并且适于通过将数据发送至信息***来记录托盘中的植物的状态，所述信息***处理每一个植物的状态，将其与之前的图像进行比较，与具有相似特征的植物进行比较，并且评估所述植物的健康状况，以优化单独植物作物的生长过程。

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