CN113301797A - 蘑菇自主收获***和方法 - Google Patents

Abstract

提供一种用于从蘑菇床自动收获蘑菇的***、方法和装置。在一个实施方案中，该***在本文中可称为“自动收获机”，其至少具有用于将收获机支撑和定位在蘑菇床上的装置/框架/主体/结构、用于扫描和识别蘑菇床中蘑菇的视觉***、用于从蘑菇床上收获蘑菇的采摘***，以及控制***，用于根据所述视觉***获取的数据来引导所述采摘***。各种其他组件、子***和连接的***也可以集成到自动收获机中或耦合到自动收获机。

Description

蘑菇自主收获***和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年11月13日提交的第62/760,598号美国临时专利申请的优先权，其内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请涉及蘑菇自主收获***、方法和装置。

背景技术

双孢蘑菇(Agaricus bisporus，即蘑菇)的栽培是一个复杂的过程，需要在多个阶段仔细准备基质，并在生长和结果期间保持精确的环境条件。用于栽培的基质(即培养基)是以特殊方式制备的营养堆肥，顶部有一层外壳。外壳材料不应含有任何营养物质，并且应具有良好的持水能力，其质地允许良好的通风和中性pH水平，这导致表面复杂，高度变化大。外壳土壤需要在渗入菌丝体的堆肥顶部分层。在每次生长后，大约每7至10天进行一次收获。由于蘑菇的大小和重量大约每24小时增加一倍，但不会在同一时间成熟，因此需要进行密集而准确的采收。蘑菇成熟后，需要在菌盖底部打开之前快速采摘。大部分作物可能会在前两次生长中从单次装料的床中收获。一次装料可能会产生四次生长。然后必须清空生长床并消毒，以杀死害虫、感染和霉菌。

双孢蘑菇通常在多层搁架生长床***中生长，以有效利用农场空间并使产量最大化。这一基础设施允许人类采摘者从床的两侧到达整个表面的蘑菇。荷兰式搁架的设计不适合在其边界内容纳机械设备。北美地区(即约90％的农场)种植蘑菇的床或多或少都是标准的。通常，蘑菇盖和搁架顶棚之间只有16厘米的空间，可以用来放置可考虑使用的任何采摘设备。

目前，用于新鲜市场的蘑菇是手工收获的。

尽管如前所述，标准种植床***适用于人工收获，但此类***在不改变农场基础设施或种植过程的情况下，几乎没有引入蘑菇自动收获方法的空间。例如，堆叠的种植床之间有限的垂直空间不允许使用标准收获***，因为它们体积大且缺乏便携性。此外，有限的空间给标准相机成像***带来了困难，因为它们只能看到生长床的一小部分，或者如果以一定角度朝向生长床，就会出现扭曲和蘑菇遮挡。此外，蘑菇及其生长环境在生长过程中具有高度动态特性(例如，不同的环境光源、蘑菇颜色、形状、大小、方向、质地、邻域密度和快速生长速率)。这些特性的变化给通过光学图像处理算法对蘑菇特性进行一致和精确的检测带来了困难。

蘑菇在受控的生长室环境中以加速的速度生长。为了提高产量，种植者将引入生长交错，在同一平方米的生长空间内实现多波蘑菇生长。选择性收获是以最佳尺寸收获特定蘑菇以获得最大作物产量的过程。邻近的蘑菇对周围的蘑菇也有影响，所以选择性的收获过程可能会很复杂。选择性收获还包括识别和收获较小的蘑菇，以便为相邻较大的蘑菇提供空间，使其最大限度地生长。

根据商业蘑菇农场操作手册(人类)，指导收获者在一天中多次通过蘑菇床，尝试实现选择性收获的理论。人工收获无法实现真正的选择性收获，因为难以用眼睛准确测量蘑菇的直径，收获者培训保持率和收获者经验的差异，所有这些都会导致收获结果的变化和作物产量的降低。此外，人工采摘通常在一个8-10小时轮班期间进行，这可能导致在轮班结束时采摘的蘑菇在达到最佳尺寸之前被采摘。如果在轮班结束时没有采摘蘑菇，过夜的生长可能会导致蘑菇超过目标尺寸，从而导致产品浪费(例如，开着的蘑菇太小)。

图1是典型荷兰式多层种植床的单层或搁架的前视图照片。这张照片清楚地显示了蘑菇在不同的发育阶段，蘑菇成群生长(通常称为“丛生”)，蘑菇直立生长，蘑菇侧向生长，等等。

已经尝试自动收获(采摘)蘑菇，但到目前为止，这些尝试都没有成功。在以前的蘑菇自动收获尝试中，有两个主要缺陷：1)采摘装置对蘑菇造成的损坏(擦伤)，以及2)将包括蘑菇在内的生长介质运输到采摘装置的要求。

蘑菇是一种非常精致的产品，使用真空和/或吸盘将蘑菇从基质上分离很可能会对蘑菇造成损坏，使其无法销售。有时蘑菇上的损伤最初并不明显，但当置于冷却器中(例如24小时内)时，瘀伤会变得更明显。将生长介质运输到收获机的问题是，它需要大量的能量，并且会干扰蘑菇的生长环境。蘑菇生长室经过专门设计，通过控制空气流量、湿度和温度，为理想的蘑菇生长环境创造蒸发环境。也就是说，从这个环境中去除蘑菇和生长介质，对蘑菇的生长产生不利影响。

美国专利第5058368号(US’368)和美国专利第5471827号(US’827)描述了使用相机捕捉床上蘑菇的光学图像，并使用图像处理技术从中提取蘑菇质心和直径的2D坐标。然而，美国’368和美国’827缺乏推断蘑菇深度的能力，因此很难确定床上蘑菇的真实三维质心和直径。

美国专利号8033087(US’087)试图通过引入2D移动式摄像机来解决固定式摄像机的现有限制，该摄像机可以在床的不同位置捕捉蘑菇的图像，因此能够推断蘑菇质心的深度，但由于上述动力学特性，二维图像处理算法的不稳定性，使得三维蘑菇状几何体的精度不高。相反，美国’087的方法也依赖于使用抓取技术，即使用额外的测量手段来完成蘑菇的抓取，这与美国2005/0268587中提出的方法类似。

美国专利号9730394(US’394)试图使用复杂的图像处理技术从捕获的图像中捕获和提取蘑菇及其质心、直径和邻居信息，但US’394也依赖于使用力控制抓取技术来解释图像处理技术产生的测量不确定度。

之前已经考虑过使用2D摄像机捕捉蘑菇的图像，提取精确蘑菇信息的困难在于需要使用额外的测量方法和复杂的处理算法，这些算法对蘑菇及其生长环境的动态特性非常敏感。此外，蘑菇的快速生长速度产生了一个小窗口，非常适合采摘大小合适的蘑菇，并需要满足工业需求的高速蘑菇检测和收获。蘑菇采摘时的质量取决于抓取方法和检测蘑菇参数的准确性，检测阶段的轻微不一致可能导致蘑菇擦伤或蘑菇切割。

仍然需要全自动的方法和***从蘑菇床或堆放的蘑菇床上收获单个蘑菇和多个蘑菇，其可以减少对蘑菇盖的损害，通过选择性收获实现产量最大化，并能够支持现有的种植室基础设施和条件。

发明内容

以下的目的是解决上述缺点中的至少一个。

以下提供了一种用于蘑菇自动收获的***、方法和装置，可解决上述挑战，并可实现蘑菇收获的工业标准，同时适应和利用现有基础设施，以避免大量修改成本。

一方面，提供了一种自动收获机，包括：

框架；视觉***，由框架一端的导轨支撑，视觉***被配置成扫描框架下的生长床；以及可在由所述框架限定的工作区域内移动的采摘***，所述采摘***包括用于抓取蘑菇的多个指状件，所述指状件由所述采摘器控制以彼此接近或远离，每个指状件包括可旋转地彼此连接的尖端和内梁，以在采摘操作期间围绕蘑菇的盖铰接。

在另一个方面，提供了一种蘑菇自动收获机的采摘***，所述采摘***包括：

一个与自动收获机框架连接的机架，该机架允许采摘***在多个方向上平移，包括垂直平移；抓取器，所述抓取器包括多个伺服驱动元件，除了垂直平移外，还提供多个运动自由度；以及用于抓取蘑菇的多个指状件，所述指状件由所述抓取器控制以彼此接近或远离，每个指状件包括可旋转地彼此连接的尖端和内梁，以在采摘操作期间围绕蘑菇的盖铰接。

在另一个方面，提供了一种用于自动收获机的视觉***，该视觉***包括：

一个延伸穿过生长床并由自动收获机框架支撑在生长床上方的导轨；沿所述导轨间隔开的多个3D扫描器，每个3D扫描器包括：激光器；狭槽，用于允许激光线被激光器引导到下面的生长床；至少一个摄像机，用于捕获从所述狭槽发射的激光线可检测的数据；以及处理单元，用于处理所捕获的数据。

在另一个方面，提供了一种使用自动收获机收获蘑菇的方法，包括：指示自动收获机沿着生长床移动，以使用视觉***扫描生长床中的蘑菇，视觉***包括沿收获机框架的导轨间隔的多个3D扫描器；从3D扫描器捕获数据；从捕获的数据生成三维点云(3D点云)；利用三维点云识别候选蘑菇并生成采摘序列；指示自动收获机沿生长床移动并操作采摘***在采摘序列中以候选蘑菇为目标；以及对于每个候选蘑菇，控制抓取器的指状件彼此靠近和远离，每个指状件包括可旋转地彼此连接的尖端和内梁，以在采摘操作期间围绕蘑菇的盖铰接。

在另一方面，本发明提供了一种计算机可读介质，其包括用于执行上述方法的计算机可执行指令。

附图说明

现在将参考附图描述实施例，其中：

图1是多层生长床的单层端视图的照片。

图2是多层生长床的立体图，其中自动收获机位于其中一个层级上。

图3是多层生长床的两层放大立体图，该多层生长床具有基质、生长在基质中的蘑菇和位于所示层级的下面的一个上的自动收获机。

图4是图3所示生长床的前视图。

图5是图3所示生长床的后视图。

图6a是自动收获机分度轮的放大正视图。

图6b是自动收获机浮动轮的放大正视图。

图7是图3所示生长床的侧视图。

图8是独立的自动收获机的立体图。

图9是自动收获机的平面图。

图10是显示视觉***导轨的自动收获机的前视图。

图11是显示电池导轨的自动收获机的后视图。

图12是显示抓取器的自动收获机的侧视图。

图13a是示出处于分离位置的制动器的放大正视图。

图13b是放大的正视图，显示了图13a中的制动器处于接合位置。

图14是显示视觉***配置的自动收获机的底视图。

图15是扫描操作期间的自动收获机的示意性端视图，其中下面的蘑菇生长在基质中。

图16至图18是扫描操作期间沿床导轨移动的自动收获机的立体图。

图19a和19b为单独的抓取器的放大立体图。

图19c是抓取器的放大正视图。

图20a到20c是不同配置的抓取器指状件的正视图。

图21至29是在采摘操作过程中的自动收获机的正视图。

图30是自动收获机的端视图，显示了在采摘蘑菇之后采摘操作期间的抓取器的横向位置。

图31是自动收获机的部分端视图，显示了在床层外的下料位置的抓取器的横向位置。

图32是示出在由自动收获机实现的扫描和采摘序列的示例中执行的一组计算机可执行操作的流程图。

具体实施方式

以下提供了一种***、方法和装置，用于从蘑菇床上自动收获蘑菇。在一个实施方案中，该***在本文中可称为“自动收获机”，其至少具有用于将收获机支撑和定位在蘑菇床上的装置/框架/主体/结构、用于扫描和识别蘑菇床中蘑菇的视觉***、用于从蘑菇床上收获蘑菇的采摘***，以及用于根据所述视觉***获取的数据来引导所述采摘***的控制***。各种其他组件、子***和连接***也可以集成到自动收获机中或耦合到自动收获机，如下面更详细地讨论的。

如本文所述的视觉***可以在集成到自动收获机装置中的“导轨”或其他模块中实现，以定位用于扫描和获取下面蘑菇床数据的视觉部件。蘑菇床用于支撑蘑菇生长和收获的基质。本文所述的自动收获机被配置成沿着生长床的现有导轨移动，例如在荷兰式多层生长床中，以周期性地且优选地连续地扫描和采摘，而不需要手工收获。视觉***可以检测蘑菇、蘑菇的特性(例如，位置、大小、形状、取向、生长速率、体积、质量、蘑菇柄大小、枢轴点、成熟度和周围空间)、统计数据以及指导采摘***进行蘑菇自主采摘所需的策略。

视觉***的导轨或模块可包括精密加工的结构，设计用于容纳一个或多个3D数据采集设备或扫描器、数据路由设备、通信模块和一个或多个处理单元。电源可以由单独的导轨或模块提供，这里称为“电池导轨”。

自动收获机可穿过蘑菇生长床，并包含蘑菇抓取和操纵技术(通过采摘***体现)，因此提高了整个***在工业生产要求范围内收获最高质量和产量蘑菇的能力。

现在转到附图，图2示出了用于室内蘑菇生长的标准(例如荷兰式)多层生长床组件10的实例。可以理解，为了便于说明，图2中省略了生长床组件10的一些部件。生长床组件10被构造成形成多个层或层级12(其中一个在图2中被编号)。生长床组件10包括多个垂直立柱14和在每一层级12的一对侧轨16。垂直立柱14和侧轨16通过多个横梁18彼此相距标准距离。横梁18将垂直柱14系在一起以形成每一层级12并支撑基质，即生长介质，例如堆肥。在该实例中，每个横梁18包括多个方形孔，方形梁(未示出)可以通过这些孔***以支撑基质。

图2中还示出了一台自动收获机20，该自动收获机位于其中一个层级12上，以说明其在标准生长床组件10的约束范围内的适应性。

图3示出了生长床组件10的一部分，以提供自动收获机20所在的第一层级12和自动收获机20上方的第二层级12的近景。图3还示出了在每一层级12上生长大量蘑菇24的基质22(即生长介质)(参见图1了解真实世界视图)。可以理解，在图3中，近侧的一个垂直立柱14被移除，以提供自动收获机20的更好视图。图3更清楚地示出了由组件10施加的空间限制，这些空间限制由自动收获机20的许多独特特征来解决，这些特征允许对现有标准基础设施的适应性，而无需产生显著的改装成本。自动收获机20的配置还消除了经历上述环境条件和狭窄采摘区域的手工采摘者感受到的潜在有害影响。

图4提供了如图3所示的自动收获机20的前视图，图5提供了如图3所示的自动收获机20的后视图。在标准组件10中，一系列灌溉喷洒器26从上面的层级12向下延伸。自动收获机20被配置为包括穿过收获机20的部件的纵向狭槽或通道28，否则会干扰喷洒器26，提供了与标准组件10适应性的又一示例。当观察图4中的下部层级12时，可以看到侧轨16包括上轨道30，自动收获机20的轮子组件32、34沿着上轨道30行驶。本实例中的基质22被填充至相对于侧轨16高度约+/-5cm的水平。由于这种潜在的变化，自动收获机20的主体被配置为在容纳灌溉喷洒器26的同时尽可能靠近上部层级12。

在图4中，该视图左侧的第一轮子组件32包括一个单侧法兰式轮子，该轮子允许自动收获机20在侧轨16之间具有不容许宽度(intolerant width)的床上操作，这里也称为“浮动侧”。该视图右侧的第二轮子组件34包括与导轨轮廓(即轨道30的轮廓)匹配的车轮轮廓，并包括一个双面凸缘。第二轮子组件34在本文中也可称为“固定侧”。该轮子组件34被配置成相对地“固定”在相应的侧轨16的轨道30上，以保持自动收获机20相对于该侧轨16的位置。同时，自动收获机20的另一(浮动)侧可以承受宽度的变化。

参考图5，在该后视图中，可以看到前景中的电池导轨54(将在下面识别和描述)。自动收获机20的这一端还配置为通过提供通道28的延续来容纳喷洒头26。图4和5的端视图还强调了层级12之间的垂直空间，以及自动收获机20的尺寸如何刚好适合该空间。在本实例中，合适的公差为1cm，这样任何靠近物和自动收获机20都可能通过撞击机架/支撑杆14、16、18而沿层级12的某处卡住。每一层级12处提供的床可能会随着时间的推移而损坏，导致弯曲或其他错位，当自动收获机20穿过层级12时，这些弯曲或错位会干扰自动收获机20。

从图5还可以看出，轮子在床上产生的“阴影”保持在最小。这是为了防止自动收获机的轮子支撑结构撞击基质22边缘的蘑菇24。

图6a提供了分度型轮34的特写视图，图6b提供了浮动型轮32的特写视图。如图6a所示，分度型轮34包括外法兰40和内法兰42。另一方面，如图6b所示，浮动型轮32仅包括一个内法兰46。图6a和6b还提供了制动器组件44的更近视图，以使制动操作能够应用于自动收获机20在扫描和采摘操作期间行驶的轨道30。下面提供了该制动操作的更多细节。

自动收获机20的轮子32、34位于收获机框架的四个角上。分度轮轮廓与标准床导轨16的轨道30的轮廓相匹配，防止其左右滑动。浮动轮轮廓具有带平轮轮廓的单侧法兰46，允许具有损伤性或高公差床宽的床。可以选择轮子32、34的直径以适应空间限制，即，不能太大以限制机架运动，同时不能太小以在两个导轨16连接成更长的导轨16的位置处允许平滑地穿过导轨间隙/高度差。如上所述，轮子32、34的宽度和轮子的支撑腿被设计成最小化轮子/腿在床的基质22上的“阴影”。如果有较大的阴影，结构可能会损坏靠近床导轨16的蘑菇24。车轮32、34的滑轮传动可具有特定的传动比，用于增加导轨16上轮子32、34的牵引力/功率，而左后轮32和右后轮34二者是独立驱动的，以允许更多的动力，但也允许左导轨/右导轨16之间的牵引力差异。后轮32、34还有一个物理制动机构44，当自动收获机20以极高的采摘速度采摘时，该机构接合，以防止由于车轮打滑或滑动而引起的晃动和位置损失。如果没有该制动机构44，在这些导轨16上可能无法达到工业收获所需的速度，否则可能会造成严重损坏。

现在转到图7，示出了组件10的层级12的侧视图，其中放置了自动收获机20。该侧视图示出了自动收获机20的功能部件，即位于收获机框架一端的视觉***导轨50、耦合到框架并可在框架范围内移动的采摘***52以及电池导轨54。视觉***导轨50和电池导轨54通过一对上收获机侧轨56和一对下收获机侧轨57彼此分离，它们共同构成了自动收获机20的框架。在图7中还可以看到前后分度轮34。图7还示出了采摘***52的工作空间，在一个实施方案中，采摘***52在横向或“Y”方向上提供了大约2000mm的跨度(即，宽度)–包括该方向上的采摘工作区和伸缩工作区(下面将详细说明)。在这种实施方式中，采摘工作区还包括纵向或“X”方向(即长度)上的约850mm和垂直或“Z”方向(即高度)上的约130mm。

图8示出了独立的自动收获机20的立体图，以提供上述配置的附加细节。该视图前面的视觉***导轨50包含一部分通道28，用于容纳灌溉喷洒器26，并在组件10的层级12上的相对导轨16之间延伸。此视图后部的电池导轨54还包括通道28的一部分，并在层级12的相对导轨16之间延伸。侧轨56、57在视觉***导轨50和电池导轨54之间延伸，并在框架的两侧形成开放区域。如下文所述，这允许采摘***52的抓取器64延伸到床边缘之外，例如，通过将采摘的蘑菇放置在床外来完成采摘操作。上侧轨56还包括沿其底部的线性导轨，以便于采摘***52在自动收获机20的框架内或相对于框架进行平移。在该视图中还可以看到轮子32、34和制动机构44。图8中还示出了机架60，其对应于采摘***52的部件，该部件将采摘器62耦合到自动收获机20的框架上，并且使得采摘***52能够在X(纵向)、Y(横向)和Z(垂直)轴上移动或平移。以下机架60的轴可被称为机架的X轴、机架的Y轴和机架的Z轴，以表示机架60的允许沿相应的轴或方向移动或平移的组件。机架60可以包括用于在X方向上移动抓取器64的马达、用于在Z方向上移动抓取器64的马达和用于在Y方向上移动抓取器64的马达，如下面更详细地讨论的。从图8的视图可以看出，由上侧轨56和下侧轨57提供的衬垫导轨(liner guides)有助于X方向上的移动。

电池导轨54包含自动收获机20的所有电源相关机构，并包含一个电池组，以使自动收获机20能够无线。这样可以避免电线在蘑菇上拖拽时干扰生长床。电池导轨54还可以包括一个或多个电池充电端口，用于在升降操作时经由停靠站自主充电。电池导轨54还包括网络通信天线，以最小化来自自动收获机20的其他部件的干扰，并且可以被配置为具有可交换电池逻辑以允许在保持电源接通时交换电池组。电池导轨54位于收获机框架的后部，并且位于一定高度以不接触任何可能的蘑菇填充水平或高蘑菇(例如，portabellas)，并且如上所述包括通道28以不接触收获机的框架上方的喷洒头。

关于框架，自动收获机20的框架需要安装在生长床层级12之间的非常小/狭窄的空间中，同时提供足够的刚度以支撑在工业环境中收获蘑菇。框架还应具有处理生长床组件10高度不容忍的灵活性。在本文所示的配置中，框架的设计应能耐受高堆肥填充高度和相对较高的蘑菇。为了产生核心框架的刚性，可以使用精密定位销和定位块将框架组件连接在一起。这有助于防止框架在横向、纵向和垂直方向上倾斜、错位和位置不容忍度。

加强框架的上部可用于控制/电源布线通道和轨道，以允许框架下部的不受限制的运动。框架的上部还包含收获机20对于位置参考和刚度所依赖的线性导轨(如上所述)。框架的左侧用作框架的分度侧，即左侧的安装点精确且具有严格的公差，而框架右侧具有更高公差的安装点以支持浮动连接。这使得实现采摘***52的所需高精度定位，即使生长床具有高公差和可变性。出于重量和食品安全考虑，框架可以使用铝和不锈钢组件。任何塑料部件都可以选择食品安全级，而通常需要润滑剂的机构可以选择具有自润滑特性。自动收获机20还可以利用覆盖主体大部分的盖子，从而能够擦拭自动收获机20，以符合食品安全法规。

图9所示的自动收获机20的俯视图提供了适于自动收获机20的采摘工作区的平面图。借助在上下导轨56、57之间形成的开放区域，可以提供横向或“Y”尺寸(宽度)的内部采摘工作区和横向或“Y”尺寸的额外伸缩下料工作区，其中抓取器64可以伸缩到床的侧轨16之外。例如，自动收获机20可以被配置为提供大约1250mm的内部和2000mm的伸缩，提供超出导轨16的375mm的范围。图10和11提供了附加的正视图，显示了采摘工作区的垂直或“Z”部分，以及收获机框架提供的横向或“Y”(内部)采摘工作区。

机架的X轴通过上面讨论的线性导轨连接到框架，这些线性导轨精确地定位并对齐在框架的顶部。机架60通过齿条和小齿轮机构沿其X轴被驱动以允许多个独立的X轴，即同一框架内的独立采摘机架60。机架60使用带有内辊的枕块沿其X轴在线性导轨上滑动。如前所述，左侧和右侧遵循如上所述相同的左侧分度轮和右侧浮动轮机制，以防止在遇到使框架倾斜的床不容忍时发生束缚/动态摩擦。机架的X轴齿条和小齿轮可以有一个弹簧加载机构(位于子组件上，允许在Z轴上移动-如下所述)，即使收获机框架与导轨16发生倾斜，也能保持齿轮之间的正确啮合。

允许沿其Z轴(高度)移动的机架60的一个或多个组件相对于允许沿其X轴移动的机架60的一个或多个组件耦合并且是定制设计成紧凑的，同时提供相对于机架Z轴总高度的非常高的行程长度(例如130毫米)。机架60可以通过带有自润滑消隙螺母的高螺距丝杠(用于速度)在Z方向上被驱动，由使用衬垫自清洁的线性导轨支撑。机架60可以由具有特定选择的比率的滑轮机构在Z方向上驱动，以防止机架60在马达功率损失的情况下下降。如果机架60在生长床上垂直下降，可能会损坏自身、抓取器64和下面的蘑菇24，或者卡在床上。滑轮机构也可以有一个弹簧加载皮带张紧机构，以帮助动态张力调整。机架Z轴组件的左侧和右侧可独立驱动，以提高性能，并与上述分度与浮动方法一致。机架的Z轴子组件的底部可以具有弹簧加载的轮子，这些轮子沿着安装在收获机框架底部的V形槽下导轨57行进，以帮助在运动过程中在Z轴上对齐机架60并为齿条和小齿轮提供动态啮合机构，用于允许机架60沿X轴移动。机架的Z轴子组件可以封闭在盖子内，以减少水/湿损坏，并为电机提供主动冷却机制。

允许沿其Y轴(宽度)移动的机架60的一个或多个组件与允许沿其Z轴移动的机架60的一个或多个组件耦合，并用于沿着蘑菇床的宽度的Y方向上操纵抓取器64的位置的目的以及在床的外部伸缩，例如导轨16的任一侧最多375mm。机架60沿其Y轴的总行程因此可达两米。为了实现伸缩机构，机架的Y轴可以分成两个平行轴，即Y1和Y2。伸缩机构允许自动收获机20将蘑菇运送到床外(即，将抓取器64定位)，同时还能够在收获机20向前移动时避开床柱。机架的Y轴配置为具有非常窄的垂直剖面，以便能够穿过蘑菇上方和喷洒器26下方的床。机架的Y轴可以由皮带和丝杠驱动，以实现高精度，但也可以非常高的速度，以便在不损坏蘑菇的情况下快速采摘和运送蘑菇。

图12提供了自动收获机20的侧视图并且图示了在X和Z方向上的采摘工作空间。从这个视图中，可以看到机架的Z轴，以及它的驱动机构，包括皮带驱动的丝杠70和线性导轨。使用较低螺距的丝杠和较高的牵引比，机架60不应该因功率损失而垂直下降。这可能很重要，因为如果机架60因功率损失而垂直下降，它可能损坏(例如压碎)下面的蘑菇24或卡在基质22中。这与使用制动机构形成对比，制动机构会很重并具有减速性能。抓取器64在该视图中也是可见的，并且包括隶属于它的多个指状件74。抓取器64(和采摘***52)不仅控制抓取器64的定位，而且还控制指状件74的驱动以精细地采摘蘑菇24。图12中还显示了位于电池导轨54下方的制动机构44。

图13a和13b分别提供了在分离位置和接合位置的制动机构44放大视图。可以理解的是，在此处所示的配置中，制动机构44仅用在后轮32、34上(在电池导轨54下方)，但如果需要，可以用在所有四个轮子32、34上。制动机构44可以由丝杠驱动，如图13b所示，以驱动制动片84朝向导轨16顶部的轨道30，从而产生摩擦制动作用。制动片84可以从制动体82驱动。

图14提供了自动收获机20下侧的视图，以说明在先前描述的视图中未看到的视觉***导轨50的各部件。视觉***由视觉***导轨50支撑或包含在视觉***导轨50内，为了便于说明，下面将参考视觉***导轨50。视觉***导轨50位于收获机框架的前部，因为自动收获机20被配置为仅需要在扫描蘑菇24后向前移动以用扫描数据对准抓取器工作空间。可以注意到，如果自动收获机20在扫描后前后移动，则扫描数据可能变得无效，因为反向车轮运动会通过导轨16上的齿隙(backlash)或车轮滑移累积位置误差。

视觉***导轨50相对于抓取器工作空间的位置对于大的床段的一次成功采摘非常重要。视觉***导轨50的垂直定位也很重要，因为它需要不接触床上的所有障碍物，类似于上面讨论的电池导轨54。然而，视觉***轨道50还需要允许3D扫描器100和从基质22生长的蘑菇24之间的最大可能高度差。视觉***轨道50的宽度也最大化，以允许扫描器100不仅捕获生长床，而且还捕获超出导轨16的一段距离(例如，在床的左侧和右侧外375mm中的300mm)，以便检测下料位置和进行后检测。

由于非常窄的轮廓，视觉***导轨50还可以包括导轨加强件，以产生刚性。在该示例配置中，视觉***导轨50支撑一组六个3D扫描器100，每个3D扫描器100具有一对摄影机光圈102(用于捕捉导轨50下方的图像)和一个激光狭槽104，用于允许激光线106(参见图15)从视觉***导轨50投影到下面的蘑菇24上。

摄像机光圈102可以用光学级透明面板密封。由于视觉***导轨50是包封的，因此可以使用视觉***导轨50的厚而大的铝表面来被动地冷却其中的电子设备，以防止使用主动冷却(例如风扇)，从而防止在冷却期间湿气进入视觉***导轨50。视觉***导轨50可以使其多个3D扫描器100在一条直线上对齐，以在紧密约束的垂直空间内有效地形成组合(例如，1.9m长)的线扫描器，同时实现亚毫米精度和非常高的数据吞吐量。视觉***导轨50还可以生成在3D点云上叠加的颜色信息，从而允许实时疾病检测、蘑菇质量和类型识别。视觉***导轨50还可包括用于生长室环境的外部空气温度和湿度传感器以及非接触式土壤温度传感器。

图15图示了多个3D扫描器100可以如何彼此协作以仅在有限量的垂直空间内扫描床的整个宽度(或更多)。在图15中，LSPAN指的是“激光扫描器跨角”并且在示例配置中等于100度。LFOV指“激光扫描器线宽”，在本例中，配置等于600mm。O表示激光线“重叠”，在本示例配置中等于325mm，D表示扫描器100和基质22之间的距离，在本示例配置中等于240mm。DMIN是指最小扫描距离，在此示例配置中等于100毫米。图15中所示的变量说明了该配置可以使用不同的值，例如其他LSPAN、扫描器之间的其他距离等。这里给出的示例值可以用于最大化蘑菇及其柄的可见性。

图15所示的蘑菇的不同尺寸也突出了使用所公开的配置的重要性。

首先，这表明较高的蘑菇24可以阻挡较小的蘑菇24。也就是说，在图15中，有一个较小的蘑菇24(图中从右起第三个)，在左右两侧有较高的蘑菇24。可以看出，两个相邻的蘑菇24将在较小的蘑菇24上产生阴影，然而，上面的激光线106说明了这种潜在问题。因此，通过使用多个激光器106，现在可以看到较小的蘑菇24。第二，该视图显示位于扫描器100边缘(或在大角度下)的蘑菇24可以遮挡自身，因此能够看到蘑菇24的所有侧面以进行充分检测非常重要。第三，使扫描器100靠近床的边缘允许扫描器100扫描垂直立柱14以防止抓取器64在伸缩时撞击它，而且还允许视觉***扫描位于床边缘上的蘑菇24，以及用于待检测的床外的其他感兴趣的物体(例如，蘑菇输送平台)。

由于这种配置(具有上述示例值)，产生了1.9米长的激光线扫描器，即使其他物体遮挡它，它也有能力扫描物体，最小扫描距离为100毫米(对于此配置中的完整扫描覆盖范围)。因此，视觉***可以安装在需要近距离扫描的非常狭窄的空间中。扫描器100扫描的速率可以在每秒1-150行之间，其中一行包括覆盖1.9米跨度的7700个点(包括重叠点)。本实例中的扫描器在处理后的分辨率在XYZ轴上可以是0.25mm。扫描线的分辨率/fps/长度可以配置用于需要精度、速度、重叠区域或扫描器长度等的广泛应用。也就是说，可以简单地修改上面列出的参数并选择具有不同分辨率的传感器。

扫描操作期间的视觉***如图16至18所示，其提供了自动收获机20沿床的导轨16移动的立体图。在这些视图中可以看到，组合的激光线106有效地扫过蘑菇24以生成用于进一步处理的3D点云。即，多个扫描器100的物理配置有助于在受限的垂直空间内扫描蘑菇24。

现在转到图19a和19b，单独显示了抓取器64的立体图。抓取器64的侧视图也在图19c中就地示出。本实例中的抓取器64包含四个自由度，能够执行全半球形运动，并且能够打开和关闭一对指状件74。可以注意到，这是成功地采摘和操控蘑菇24所需的最小自由度，并且是仿照人类如何采摘蘑菇24而建模的。结合沿机架60的轴的移动和指状件74的操作，抓取器64可以非常轻柔地推动、拉动、扭转、倾斜、保持、释放和移动蘑菇24。抓取器64是负载敏感的，因此当它被施加到蘑菇24上时能够感觉到压力，从而不会压碎蘑菇。

抓取器64连接到机架60，并被控制以执行高级操作以复制人类采摘运动。为了实现这一点，抓取器的四个自由度(即多回转球形操纵器和开/闭指状件74)在所有方向上都具有窄轮廓，以防止抓取器在采摘期间与相邻蘑菇24接触。抓取器电机控制和电源布线可以采用菊花链方式连接，以实现接线的紧凑性和简单性。抓取器64能够使用附接到抓取器64的专门设计的指状件74倾斜、扭转、推动、拉动和携带蘑菇。

指状件74以特定配置(例如拇指处于0度，左食指处于-165度，右食指处于+165度)连接到抓取器。此配置被选为最佳和最小所需的接触点数量，同时在蘑菇24上生成几何锁，以便在不依赖指状件摩擦的情况下在任何方向进行操作。用于将指状件74连接到抓取器64的机构可以调节，以允许它们的位置发生+/-20度的变化以及食指74如何接近拇指。这允许抓取器64使用相同的指状件74和抓取器64来对准相差100mm的蘑菇尺寸。

指状件74可配置为从外侧向中心滑动到抓取器64的安装部分的机构上，并可棘轮转动，以便它们只能向前滑动。这有助于轻松地将指状件74换成新的指状件，同时，蘑菇24在相反方向施加力时保持僵硬。抓取器64能够感应蘑菇24上的闭合力，以防止在采摘期间损坏蘑菇24，有效地模仿采摘蘑菇24时的“人力感应”。

现在转到图20a-20c(下面将进一步讨论)，指状件74可以是一体的或由相互连接的子部件构成(如图所示)。可以理解，在一体式结构中，可以避免指状件部件落在蘑菇床上的可能性，即金属铰链或多件式指状件74的子部件。一件式结构可以使指状件74的背面成脊状(较厚)，前部成柔性(较薄)，并且在与蘑菇24接触时，使指状件之间的铰链变薄，以便允许弯曲半径控制和指状件的整体所需刚度控制。同样，指状件74的整体设计(无论是一体式还是多组件式)被配置成复制人类在蘑菇盖下弯曲手指尖端的能力。如果发生任何损坏，则会在盖下发生，这通常被行业标准视为可接受。

指状件74的体部和尖端很窄，可以在蘑菇24之间的紧密空间中安装，而不接触相邻的蘑菇24。指状件74可以覆盖食品级的指套(即手套的一种)，用于延长指状件74的寿命，并提供清洁、食品安全，在蘑菇的表面和相对粗糙的指状件表面之间形成一个柔软的屏障。

如果指状件74在指状件***期间接触相邻的蘑菇24，则戴手套的表面将接触蘑菇24，而指状件74将沿着手套的内表面滑动，从而不会损坏蘑菇的精致表面。指状件74和它的手套也打算经常更换，这可以做到与人类的手套更换水平相匹配，以满足行业既定的食品安全法规。

指状件74也可以涂上涂层以减少疾病积聚的可能性，以及在操作时使用UVC LED光阵列作为杀菌剂进行照射以防止疾病从一个蘑菇24传播到另一个蘑菇24。

如图19a中所见，抓取器64可包括抓握伺服器122、三个主伺服器120、124、126和主体128。抓取器64的关节旋转轴彼此正交布置并相交于单点。抓握伺服器122负责致动指状件74并感测抓握力反馈。主伺服器120、124、126可用于关节的独立驱动，以实现上述各种定向角，用于诸如倾斜、扭转等移动。图19a示出了抓取蘑菇24的指状件74。图19b提供了图7所示的放大视图，并提供了机架60和丝杠70的Z轴的增强视图。

指状件74的构造和操作如图20a-20c所示。每个指状件74包括平台206、尖端200、外梁202和内梁204。尖端200的形状允许***蘑菇24之间的紧密空间，并在该过程中尽量减少对周围蘑菇24的损坏。当抓取器64将至少两个指状件74彼此闭合时，施加压力并且指状件74折叠，如图20b和20c所示，以几何方式固定蘑菇24，这允许最大的操纵力和最小的摩擦力影响，这允许最大的操纵力和最小的摩擦力，减少对目标蘑菇24的损坏。当压力被移除时，指状件74返回到如图20a所示的静止配置。

在一个实施方案中，指状件74的结构可以限制关节的运动，以便作为钢弹簧的杠杆来展开指状件74。在另一个实施方案中，这些功能已被重新分配给结构的其他元件，因此不需要前面描述的带有钢弹簧的结构。图20a-20c展示了当蘑菇24对内梁204和尖端200的平坦部分201施加压力时，指状件如何能够折叠。

图21从侧视图示出了激光扫描线106。从图21可以理解的是，视觉***可以扫描床的一部分(例如，高达800mm的可变长度部分)，然后向前移动到采摘位置，并且采摘蘑菇24，直到没有更多的目标蘑菇24可用。自动收获机20可以对床的其余部分重复此过程。收获机20不需要自始至终按顺序工作，它可以首先执行全局扫描，然后根据目标蘑菇24在床上的位置动态构建采摘时间表，然后按此执行，以最大限度地提高效率并减少蘑菇24生长超过目标尺寸的机会。可以开发和执行任何合适的逻辑来选择合适的采摘时间表。图21图示了扫描操作的开始，图22图示了扫描操作的大约中间，并且图23图示了扫描操作的结束，其中抓取器64开始定位自身以在刚被扫描的部分中采摘目标蘑菇24。

图24至29说明了应用于目标蘑菇24的采摘操作。在图24中，视图放大了采摘方法，其中指状件74***蘑菇24周围，以小心避免与相邻蘑菇24接触。可以理解的是，自动收获机20可以编程为允许轻微接触，这可以是可调参数。在图25中，当指状件74开始与蘑菇状物24的盖形成接触时，视图进一步缩放以图示指状件74的特写。可以理解的是，抓取器的伺服装置可以开始闭合(驱动)蘑菇24上的指状件74。当与指状件致动结合形成接触时，指状件74开始围绕蘑菇24贴合。也就是说，如果没有蘑菇表面与之相互作用，则指状件的尖端202将保持笔直。在图26中，指状件74与蘑菇24接触。现在，可以看出，指状件74处于正确的位置以操纵并因此从基质22“采摘”蘑菇24。可以理解，这里的意图是使指状件74的尖端200位于蘑菇24的盖的底面上，这是产生轻微损伤的可接受区域(而理想的意图是零损伤)。因此，如果(无意中)发生任何损伤，则会发生在盖的底部。当尖端200位于蘑菇24下方时，多个指状件74(例如，图19b中所示的三个指状件74)与蘑菇24形成几何锁，防止其在***纵时滑出。图27示出了向尽可能多的可用空间施加到蘑菇24的倾斜/扭转/推/拉动作(或这些动作的不同组合)，以便在不损伤相邻蘑菇24或撞击其他障碍物的情况下将蘑菇柄从基质22分离。图28示出了从床上提起的已采摘蘑菇24，图29示出了蘑菇24的安全运输位置，该位置避开了其他未采摘蘑菇24。例如，一些较高的蘑菇最终可能会有一个水平的运输位置，以减少在前往下料位置时撞到任何东西的可能性。

图30提供了沿机架的Y轴运输的蘑菇24的放大端视图，并且图31示出了超出床的范围的Y轴的伸缩位置以使蘑菇24能够被输送到床外下料地点300。图31示出了最外面的位置，在这种配置中，自动收获机20的两侧可以高达375mm。下料位置300可以是另一个机器人、包装箱或人手包装采摘的蘑菇24的位置。

如上所述，自动收获机20可以操作视觉***导轨50和采摘***52以扫描和采摘使用现有多层组件10种植的任何蘑菇24。在生长室中采摘的过程通常开始于蘑菇24在生长床上的早期形成，即在生长介质或基质22上。已知特定的蘑菇24比其他蘑菇24生长得更快，因此，该装置需要在不同层级12的床上移动，以收获分离的早期蘑菇24。从这一点开始，可以制定计划，在床上运行连续的移动路径，监测蘑菇24的生长情况，一旦蘑菇达到最佳尺寸，就收获蘑菇24。单个自动收获机20可以部署在一个接一个的层级12上，或者多个收获机20可以同时部署在多个层级12上，并单独用于扫描和瞄准蘑菇24以进行采摘。

自动收获机20可以使用升降机(未显示)带入蘑菇24生长室，升降机也可以用作搬运车。升降机可以通过齿条和小齿轮机构连接到床框架上。升降机上的驱动电机可用于向上和向下移动齿条，以升高和降低到不同的层级12。升降机上的控制器可将升降机定位为与蘑菇床的指定层级12平行，以便收获机20可以驶离升降机并到达蘑菇床的侧轨16上，如图2所示。

当自动收获机20从升降机开到蘑菇床侧轨16上时，视觉***轨道50沿着床移动以扫描生长在基质22上的蘑菇24，并且生成被扫描的蘑菇床部分的3D点云。从扫描器100获取的数据可以被发送到本地处理器单元和/或也可以被发送到集中式服务器或主计算机(未示出)。中央服务器收集的数据可用于优化收获过程。本地处理器应用过滤器和用户参数来确定最佳采摘策略。一旦扫描完一个部分，本地处理器单元就根据它接收到的扫描数据来确定该部分中是否有任何待收获的候选物。如果没有待收获的候选蘑菇24，收获机继续扫描下一个目标部分，并重复该过程，直到到达床层级的物理末端。一旦到达床层级的端部，收获机将返回升降机而不进行扫描。然后，升降机将收获机提升或降低到一个新的床层级，然后重复该过程。

当本地处理器单元确定扫描部分中至少有一个候选蘑菇24时，本地处理器单元指示收获机20移动到该部分上并停下来，收获蘑菇24。蘑菇与土壤(基质)分离的策略包括几个因素，包括但不限于指状件位置、接近角度、蘑菇形状、蘑菇直径、蘑菇高度、蘑菇枢轴点和要执行的动作(例如，扭转、拉动、倾斜、推动)。为了收获蘑菇，指状件74放置在蘑菇24上方的工作区域内，机架降低指状件74以用指状件74抓住蘑菇并执行适当的策略。蘑菇24从土壤(基质22)上分离后，将其提升回工作区域，蘑菇仍由指状件74固定，以便可以自由移动到收获机20的一侧和下料区300。应注意的是，仅收获候选蘑菇，而不是所有蘑菇。利用检测到的蘑菇的自然生长速率，当收获机20返回到某一特定部分时，原本不是候选收获的蘑菇将成为未来批次的候选物。

图32示出了可由处理器(例如，上述处理单元)执行以执行扫描和采摘序列400的计算机可执行指令。在步骤402，所述过程启动用于生长床404的一部分的序列，并在步骤406确定是否存在任何可用部分。如果不是，则处理器在步骤408确定是否应该重新启动任何部分。如果一部分可用于扫描，则在步骤410扫描该部分并且这生成3D点云，该3D点云在步骤412被处理以用于表示该部分的数据。在步骤414，处理器根据候选蘑菇的特性(由使用多个扫描器100获取的3D点云确定)对候选蘑菇进行分类，并且在步骤416，处理器从候选列表中提取目标蘑菇24。然后，在步骤418，为目标蘑菇24生成全局采摘策略。在步骤420，对于每个目标蘑菇24，处理器在步骤422生成局部采摘策略，并在步骤424向自动收获机20发送指令以用于抓取和采摘。收获机20在步骤426提供关于采摘操作的反馈并且处理器在步骤428确定采摘是否完成。如果没有，则通过返回到步骤420来采摘目标蘑菇24。如果是，则处理器返回到步骤406直到没有可用部分。一旦没有要重新启动的部分，过程就在步骤430结束。

对于数据和统计数据收集操作，本地处理单元可以进入扫描模式，使用行为参数初始化收获，并指示收获机20在床上移动预定长度或部分。

在扫描运动期间，本地数据处理单元指示三维扫描器100使用视觉***导轨50中的数据路由器捕获和传输数据。本地处理单元可以捕获和解释从三维扫描器100接收的数据，以在***运动时获得XYZ点云。

一旦收获机20完成扫描运动，数据传输完成，数据处理开始。利用点云数据，可以很高的精度和可重复性提取候选蘑菇及其特征，如位置、大小、形状、取向、体积、质量以及周围的空隙或占据空间。通过结合均从点云中提取的蘑菇床地面信息和蘑菇盖特征，可获得蘑菇柄高度、取向和枢轴点。通过为一个部分内的所有蘑菇提取的蘑菇参数，可以对床上剩余的部分重复该过程，从中可以计算蘑菇统计数据。这些数据还可用于预测蘑菇的生长速度和位置，从而优化收获产量、速度和质量。对于蘑菇收获操作，重复与上述相同的工序以进行数据收集，但增加了计算全局和局部采摘策略。在提取蘑菇特征时，可以执行过滤阶段以提取满足由预定或预测参数设置的要求的蘑菇24。

利用生长床每个部分的目标蘑菇24的列表，本地处理单元可以计算全局策略，该全局策略规定了采摘单元要执行的采摘顺序，将蘑菇簇密度、周围空间和时间考虑在内，如上所述和如图32所示。对于该全局采摘顺序中的每个蘑菇24，本地处理单元计算局部策略，确定以最佳方式采摘蘑菇所需的精确采摘策略，同时最小化蘑菇在接触时可能出现的外部接触和损伤。每个蘑菇24的局部策略可包括计算最佳采摘方法、收获机抓取技术的接触点、采摘运动和采摘方向。局部策略与蘑菇特征一起传递给收获单元，其中收获单元执行指示任务，并向本地处理单元提供采摘结果反馈。本地处理单元能够控制已采摘的蘑菇24的收获单元下料位置和工序。对由全局策略选择的其余蘑菇重复此过程，然后对已选择的其余部分重复此过程。

可以理解的是，自动收获机20还可以包括人机界面(未示出)，其可以配置为安装在收获机20上的控制面板。该界面还可以具有一个称为控制客户端的便携式无线等效物。该界面显示关于收获机20的当前信息，例如当前状态、功率水平、警告或错误等，同时提供控制收获机20的大多数动作的能力。界面的本地和便携式版本都可以包括紧急停止按钮，用于安全预防措施，按下时停止设备上的所有物理运动。当收获机20遥不可及并且发生意外情况时，便携式控制客户端能够是有用的。本地控制面板可以与用户就模式进行交互，例如采摘援助，其中机器可以暂停或请求用户交互例如更换指状件或电池。

还可以理解，本文所述的自动收获机20通过布置一个或多个扫描器100(如图15所示)来覆盖蘑菇生长床的宽度，而不是使用先前尝试中所用的单个、可移动的或多个2D摄像机，而将其区分于自动蘑菇收获的现有尝试。此外，本方法处理3D点数据以提取蘑菇信息及其精确属性，而不是使用图像处理技术来处理从2D图像中提取的光学信息。所提出的设备不依赖于摄像机捕获的蘑菇的光学特性，即颜色、强度和光学特征，而是依赖蘑菇生长床的纯几何数据，包括地面、未成熟的菌丝体形成、蘑菇和可能出现是任何其他构造或物体。

本文所述的自动收获机20也不需要依赖环境条件，例如环境光变化，即可以在没有环境光的情况下使用人造光或自然光工作。本装置及其3D扫描器100的布置提供扫描器重叠的若干区域，因此克服蘑菇自遮挡的问题。通过处理3D数据而不是2D数据，本文所述的装置能够一致地提取整个蘑菇帽表面、部分柄表面、蘑菇周围的空隙或被占用的空间以及它生长的地面的精确几何信息，而不是根据现有尝试的简单二维/三维蘑菇质心和它们的直径。本解决方案还可以以最高精度计算接近、抓取器与蘑菇的接触点以及全局和局部蘑菇采摘策略，而无需任何额外的测量设备来帮助抓取和采摘蘑菇。本***在抓取接近、接触和采摘动作期间将抓取接触力和与相邻蘑菇或障碍物碰撞的机会减少到最小。

本解决方案还可以使用捕获的三维数据的数学模型来提取或预测蘑菇24的特性，例如它们的位置、大小、形状、取向、生长速率、体积、质量、柄大小、枢轴点和成熟度。本***还可以预测蘑菇24达到预定成熟度的时间，并优化其采摘策略以使所述预定目的或目标的产量最大化。本***可以检测用于辅助收获过程的外部设备(例如，控制设备、包装设备、产品输送以及产品或机器人输送设备)的存在、位置，并与之通信。

除非另有规定，本文中使用的所有技术和科学术语的含义与本技术所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。此外，除非另有说明，除了在权利要求书中以外，“或”的使用包括“和”，反之亦然。除非另有明确说明，否则权利要求书中包括的单数形式，例如“一个”、“一种”和“该”，包括复数指示物。所有相关参考文献，包括专利、专利申请、政府出版物、政府法规和学术文献，在下文中详细说明并以引用的方式并入其整体。为了帮助理解和准备本文所述的***、方法和装置，提供上述说明性的、非限制性的示例。

术语“包括”是指必须包括任何列举的要素并且可以任选地包括其他要素。“基本上由……组成”是指必须包括任何列举的要素，排除会对所列要素的基础和新颖特征产生重大影响的要素，并且可以可选地包括其他要素。“由……组成”是指排除除所列之外的所有要素。由这些术语中的每一个定义的实施例在所附权利要求的范围内。

修饰任何量的术语“大约”是指在生产材料例如聚合物或复合材料的真实世界条件下，例如在实验室、中试工厂或生产设施中遇到的该量的变化。例如，混合物中使用的成分的量当被大约修饰时包括通常用于在生产材料或聚合物的工厂或实验室中测量的变化和谨慎程度。例如，产品成分的量在被大约修饰时包括工厂或实验室中批次之间的差异以及分析方法中固有的差异。无论是否被大约修饰，量包括这些量的等价物。此处陈述的且由“大约”修饰的任何量也可作为未被大约修饰的量用于本***、方法和设备中。

在本说明书和随后的权利要求中，将参考应定义为具有以下含义的多个术语。所有数字名称，例如尺寸和重量，包括范围，都是近似值，通常可以根据需要以0.1、1.0或10.0的增量变化(+)或(-)。所有数字名称都可以理解为前面带有“大约”一词。

本文中使用的“基本”、“大约”和“大约”等程度术语是指修饰的术语的合理偏差量，使得最终结果不会发生显著变化。这些程度术语应解释为包括所修饰术语的至少±5％的偏差，如果这种偏差不会否定所修饰的词的含义。

蘑菇的特性包括它们在蘑菇生长床中的位置(即它们的坐标)、蘑菇盖的大小、蘑菇盖的形状、蘑菇的取向(倾斜、笔直等)、生长速率、体积、质量、柄大小、枢轴点、成熟度、以及周围的空间(蘑菇之间的距离)。

为了说明的简单明了，在认为适当的情况下，可以在附图中重复使用附图标记来指示相应或类似的元件。此外，阐述了许多具体细节以提供对本文所描述的示例的透彻理解。然而，本领域的普通技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践本文所描述的示例。在其它实例中，未详细描述众所周知的方法、过程和组件，以免混淆本文所描述的示例。此外，该描述不应被视为限制本文所描述的示例的范围。

应当理解，本文中使用的示例和对应的图仅用于说明目的。可以使用不同的配置和术语而不偏离本文所表达的原理。例如，在不违背这些原则的情况下，可以添加、删除、修改或安排具有不同连接的组件和模块。

还应当理解的是，这里例示的执行指令的任何模块或组件可以包括或以其他方式访问计算机可读介质，例如存储介质、计算机存储介质或数据存储设备(可移动和/或不可移动)，例如，磁盘、光盘或磁带。计算机存储介质可以包括以用于存储信息的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移动和不可移动介质，例如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据。计算机存储介质的示例包括RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储技术、CD-ROM、数字多功能磁盘(DVD)或其他光存储、盒式磁带、磁带存储或其他磁存储设备，或可用于存储所需信息且可由应用程序、模块或两者访问的任何其他介质。任何这样的计算机存储介质可以是自动收割机10、其任何部件或与其相关的部件等的一部分，或者可以访问或连接到其上。本文描述的任何应用程序或模块可以使用计算机可读/可执行指令来实现，计算机可读/可执行指令可以由这种计算机可读介质存储或以其他方式保持。

文所描述的流程图和图表中的步骤或操作只是示例。在不偏离上述原则的情况下，这些步骤或操作可能会有许多变化。例如，可以以不同的顺序执行步骤，或者可以添加、删除或修改步骤。

尽管上述原理已参考某些具体示例进行了描述，但如所附权利要求书所述，对本领域技术人员来说，其各种修改是显而易见的。

Claims (37)

1.一种自动收获机，包括：

框架；

视觉***，由框架一端的导轨支撑，视觉***被配置成扫描框架下的生长床；和

采摘***，其可在由所述框架限定的工作区域内移动，所述采摘***包括用于抓取蘑菇的多个指状件，所述指状件由所述采摘器控制以彼此接近或远离，每个指状件包括可旋转地彼此连接的尖端和内梁，以在采摘操作期间围绕蘑菇的盖铰接。

2.根据权利要求1所述的收获机，还包括由框架支撑的电池导轨，电池导轨包括至少一个用于为自动收获机供电的电池源。

3.根据权利要求1所述的收获机，还包括一个机架，用于在采摘操作期间允许采摘***移动。

4.根据权利要求3所述的收获机，其中机架配置为在垂直、横向和纵向方向上移动采摘***。

5.根据权利要求1所述的收获机，还包括处理单元，用于使用视觉***捕获数据，从捕获的数据生成采摘序列，并指示自动收获机沿着生长床移动以执行扫描和采摘操作。

6.根据权利要求5所述的收获机，其中视觉***包括：

延伸穿过生长床并由自动收获机的框架支撑在生长床上方的导轨；

沿导轨间隔的多个3D扫描器，每个3D扫描器包括：

激光器；

狭槽，用于允许激光线由激光器引导到下面的生长床；

至少一个摄像机，用于捕获从所述狭槽发射的激光线可检测的数据；和

处理单元，用于处理所捕获的数据。

7.根据权利要求1所述的收获机，其中所述视觉***被配置成基于所捕获的数据生成采摘序列，所述采摘序列包括用于所述自动收获机的采摘***的一组指令。

8.根据权利要求1所述的收获机，其中采摘***包括一个抓取器，该抓取器包括多个伺服驱动元件，除了垂直平移外，还提供多个运动自由度。

9.根据权利要求8所述的收获机，其中伺服驱动元件提供四个自由度。

10.根据权利要求8所述的收获机，其中指状件可从抓取器的主体上分离。

11.根据权利要求1所述的收获机，其中每个指状件还包括一个连接到尖端的外梁和一个连接并分离内梁和外梁的底座。

12.一种用于蘑菇自动收获机的采摘***，所述采摘***包括：

与自动收获机框架耦合的机架，机架允许采摘***在多个方向上平移，包括垂直平移；

抓取器，包括多个伺服驱动元件，除了垂直平移外，还提供多个运动自由度；和

用于抓取蘑菇的多个指状件，所述指状件由所述抓取器控制以彼此接近或远离，所述每个指状件包括可旋转地彼此连接的尖端和内梁，以在采摘操作期间围绕蘑菇的盖铰接。

13.根据权利要求12所述的采摘***，其中伺服驱动元件提供四个自由度。

14.根据权利要求12所述的采摘***，其中指状件可从抓取器主体上分离。

15.根据权利要求12所述的采摘***，还包括用于每个指状件的指套。

16.根据权利要求12所述的拾取***，其中每个指状件还包括一个连接到尖端的外梁和一个连接并分离内梁和外梁的底座。

17.根据权利要求12所述的采摘***，其中机架进一步允许采摘***横向平移穿过蘑菇床。

18.根据权利要求12所述的采摘***，其中机架包括一个皮带驱动的丝杠，丝杠连接到抓取器，以实现垂直平移。

19.根据权利要求12所述的采摘***，其中机架进一步允许采摘***的纵向平移，以允许沿蘑菇床移动。

20.一种用于自动收获机的视觉***，所述视觉***包括：

延伸穿过生长床并由自动收获机的框架支撑在生长床上方的导轨；

沿导轨间隔的多个3D扫描器，每个3D扫描器包括：

激光器；

狭槽，用于允许激光线由激光器引导到下面的生长床；

至少一个摄像机，用于捕获从所述狭槽发射的激光线可检测的数据；和

处理单元，用于处理所捕获的数据。

21.根据权利要求20所述的视觉***，其中至少有一个摄像机位于导轨的窗口后面。

22.根据权利要求20所述的视觉***，其中所述处理单元被配置成指示所述自动收获机沿着所述生长床移动以执行扫描操作。

23.根据权利要求20所述的视觉***，其中所述处理单元使用捕获的数据来生成扫描区域的三维点云。

24.根据权利要求20所述的视觉***，其中，视觉***通过在与视觉***导轨相对一端的、由自动收获机框架支撑的电池导轨供电。

25.根据权利要求20所述的视觉***，还包括至少一个与外部计算***交换数据的网络连接。

26.根据权利要求20所述的视觉***，其中所述处理单元被配置成基于所捕获的数据生成采摘序列，所述采摘序列包括用于自动收获机的采摘***的一组指令。

27.根据权利要求20所述的视觉***，其中所捕获的数据对应于生长床中的蘑菇。

28.一种使用自动收获机收获蘑菇的方法，包括：

指示自动收获机沿着生长床移动以使用视觉***扫描生长床中的蘑菇，视觉***包括沿收获机框架的导轨间隔的多个3D扫描器；

从3D扫描器捕获数据；

从捕获的数据生成3D点云；

利用三维点云识别候选蘑菇并生成采摘序列；

指示自动收获机沿生长床移动并操作采摘***以在采摘序列中瞄准候选蘑菇；和

对于每个候选蘑菇，控制抓取器的指状件彼此接近或远离，每个指状件包括可旋转地彼此连接的尖端和内梁，以在采摘操作期间围绕蘑菇的盖铰接。

29.根据权利要求28所述的方法，其中指示包括在采摘操作期间使用机架移动采摘***。

30.根据权利要求29所述的方法，其中机架配置为在垂直、横向和纵向方向上移动采摘***。

31.根据权利要求28所述的方法，其中所述视觉***包括：

延伸穿过生长床并由自动收获机的框架支撑在生长床上方的导轨；

沿导轨间隔的多个三维扫描器，每个三维扫描器包括：

激光器；

狭槽，用于允许激光线由激光器引导到下面的生长床；

至少一个摄像机，用于捕获从所述狭槽发射的激光线可检测的数据；和

处理单元，用于处理所捕获的数据。

32.根据权利要求28所述的方法，其中所述视觉***配置为基于所捕获的数据生成所述采摘序列，所述采摘序列包括用于所述自动收获机的采摘***的一组指令，所述方法还包括使所述视觉***指示所述采摘***。

33.根据权利要求28所述的方法，其中所述抓取器包括多个伺服驱动元件，以提供除了垂直平移之外的多个运动自由度。

34.根据权利要求33所述的方法，其中伺服驱动元件提供四个自由度。

35.根据权利要求33所述的方法，其中所述指状件可从所述抓取器的主体上分离。

36.根据权利要求28所述的方法，其中每个指状件还包括一个连接到尖端的外梁和一个连接并分离内梁和外梁的底座。

37.一种计算机可读介质，包括用于使用自动收获机收获蘑菇的计算机可执行指令，包括用于执行权利要求28至36中任一项所述的方法的指令。

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