相關(guān)申請(qǐng)

本申請(qǐng)是2014年12月3日提交的“endeffectorforroboticharvesting（用于機(jī)器人收獲的末端執(zhí)行器）”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?2/087,096的繼續(xù)申請(qǐng)并要求其優(yōu)先權(quán)。

背景技術(shù)：

果實(shí)采摘和收獲仍然很大程度上是手工過程。在果實(shí)生長(zhǎng)在樹上（諸如，蘋果、梨、杏、桃等）的果園中，農(nóng)場(chǎng)勞動(dòng)者可將梯子移動(dòng)到樹附近、攀爬梯子、采摘果實(shí)，并將果實(shí)轉(zhuǎn)移到如籃子的臨時(shí)存儲(chǔ)物。在工人已采摘完該位置中的所有成熟果實(shí)之后，工人爬下來并將梯子移動(dòng)到另一位置，然后根據(jù)需要地多次重復(fù)該過程。該過程具有高的勞動(dòng)力需求，這導(dǎo)致高的運(yùn)營(yíng)成本，從而降低了農(nóng)夫所獲取的利潤(rùn)。

依賴于手工勞動(dòng)也可具有其他不適當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)。這些風(fēng)險(xiǎn)包括工人患病或其他不可用性的風(fēng)險(xiǎn)，從而影響勞動(dòng)力供給。另外，缺乏未經(jīng)訓(xùn)練的工人能夠?qū)е麓中幕驅(qū)麑?shí)的處理不當(dāng)。雖然摘取果實(shí)看似要求具有低技能和訓(xùn)練的工人，但有技能的農(nóng)場(chǎng)工人在相對(duì)低的由于損壞引起的損耗的情況下每秒可采摘多達(dá)2個(gè)果實(shí)。未經(jīng)訓(xùn)練的工人可能工作得顯著地更慢，并且可引起遠(yuǎn)為更高的由于被損壞的果實(shí)引起的損耗。訓(xùn)練工人的成本可促成農(nóng)場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)中的顯著的成本增加。

促成果實(shí)收獲勞動(dòng)人員的不穩(wěn)定性的另一因素在于變化的法律和人口統(tǒng)計(jì)學(xué)趨勢(shì)。這些趨勢(shì)降低了構(gòu)成農(nóng)場(chǎng)工人的主要來源的外來勞動(dòng)者的可用性。美國(guó)人口的老齡化在若干行業(yè)中引起針對(duì)這種類型的勞動(dòng)力的競(jìng)爭(zhēng)，這對(duì)農(nóng)場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)而言是另一弊端。這導(dǎo)致對(duì)用于摘取果實(shí)的機(jī)械化系統(tǒng)的興趣。

機(jī)械化系統(tǒng)具有與實(shí)際上采摘果實(shí)的末端執(zhí)行器的定位相關(guān)的其自身的問題。末端執(zhí)行器的誤定位能夠損壞果實(shí)，從而降低農(nóng)場(chǎng)的產(chǎn)出，但使用機(jī)械系統(tǒng)克服了對(duì)訓(xùn)練新摘取者的需求。對(duì)于不需要高度準(zhǔn)確的定位的機(jī)械系統(tǒng)存在需求。

附圖說明

圖1示出使用抓取器的現(xiàn)有技術(shù)收獲系統(tǒng)。

圖2示出誤定位的收獲系統(tǒng)的示例。

圖3示出基于真空的收獲系統(tǒng)的實(shí)施例。

圖4示出具有誤定位特征的基于真空的收獲系統(tǒng)的實(shí)施例。

圖5示出蘋果的圖示。

圖6示出基于真空的收獲系統(tǒng)的實(shí)施例。

圖7至圖9示出用以用旋轉(zhuǎn)零散地收獲果實(shí)的方法的圖示。

圖10示出具有肋狀物的內(nèi)管的實(shí)施例。

圖11至圖12示出具有硬表面和旋轉(zhuǎn)輪的基于真空的收獲系統(tǒng)的實(shí)施例及其操作。

圖13至圖14示出具有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)輪的基于真空的收獲系統(tǒng)的實(shí)施例及其操作。

圖15示出具有從動(dòng)輪和旋轉(zhuǎn)輪的基于真空的收獲系統(tǒng)的實(shí)施例。

圖16示出用于基于真空的收獲系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)的末端執(zhí)行器。

圖17示出使用電粘附的末端執(zhí)行器。

圖18至圖21示出末端執(zhí)行器的另一實(shí)施例。

圖22至圖23示出膜片開口（irisopening）機(jī)構(gòu)的實(shí)施例。

圖24示出末端執(zhí)行器的另一實(shí)施例。

圖25至圖26示出真空收獲系統(tǒng)的內(nèi)管的實(shí)施例。

圖27示出真空收獲系統(tǒng)的外管的實(shí)施例。

圖28示出具有運(yùn)輸機(jī)構(gòu)的真空收獲系統(tǒng)的實(shí)施例。

圖29至圖30示出可在真空收獲系統(tǒng)中使用的筒的實(shí)施例。

圖31示出具有運(yùn)輸機(jī)構(gòu)的真空收獲系統(tǒng)的側(cè)視圖。

圖32示出在釋放果實(shí)的操作中的閥的實(shí)施例。

圖33示出具有運(yùn)輸機(jī)構(gòu)的真空收獲系統(tǒng)的實(shí)施例。

圖34至圖35示出可在真空收獲系統(tǒng)中使用的柔性瓣片的實(shí)施例。

圖36示出用于移動(dòng)果實(shí)的導(dǎo)管的實(shí)施例。

圖37示出末端執(zhí)行器的實(shí)施例的橫截面視圖。

圖38至圖40示出細(xì)枝切割器的實(shí)施例。

圖41示出末端執(zhí)行器上的傳感器放置的實(shí)施例。

圖42至圖43示出農(nóng)業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的實(shí)施例。

圖44至圖47示出農(nóng)業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的另一實(shí)施例。

圖48示出用于農(nóng)業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的臂系統(tǒng)的實(shí)施例。

圖49示出控制系統(tǒng)的框圖。

具體實(shí)施方式

圖1和圖2圖示使用具有抓取器的收獲系統(tǒng)采摘果實(shí)的通常的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)。圖1示出抓取器10，其準(zhǔn)確且精確地定位在生長(zhǎng)在果實(shí)的團(tuán)簇20中的目標(biāo)果實(shí)15附近。一旦被準(zhǔn)確定位，抓取器就可以朝向目標(biāo)果實(shí)前進(jìn)。如果未小心地執(zhí)行，那么使抓取器前進(jìn)可導(dǎo)致鄰近的果實(shí)從樹上被拽落。圖2示出在通常的當(dāng)前系統(tǒng)中準(zhǔn)確定位為何重要的示例。抓取器10具有一些定位不準(zhǔn)確性。如果抓取器在定位中在這種不準(zhǔn)確性下前進(jìn)，那么其可能損壞目標(biāo)果實(shí)15及其鄰果兩者。對(duì)準(zhǔn)確性的需求可導(dǎo)致更低的效率以及更耗時(shí)的過程。

當(dāng)前可用的抓取器通常本質(zhì)上是機(jī)械的或機(jī)電的。純機(jī)械抓取器的示例由長(zhǎng)桿的端部處的鉗爪組成；所述鉗爪可以能夠抓住果實(shí)并使其從樹脫離。抓取器也可以是基于真空的。在通常的基于真空的系統(tǒng)中，真空管可聯(lián)接到在其極端處的吸盤（suctioncup）。吸盤可被帶到接近果實(shí)的位置，并且由于真空，果實(shí)可從樹脫離并粘附到吸盤。然后，可將吸盤和管放置在容器或輸送系統(tǒng)上，在該處，可通過釋放真空從吸盤釋放果實(shí)。在用于摘取果實(shí)的吸盤的適用性方面的固有挑戰(zhàn)是在吸盤與果實(shí)之間形成氣封（airseal）的能力。

這些類型的收獲技術(shù)、機(jī)械抓取器或鉗爪和基于真空的抽吸系統(tǒng)可被視為“摘取與放置”技術(shù)。系統(tǒng)在一個(gè)位置處摘取果實(shí)并將其放置在另一位置處。由于摘取和放置系統(tǒng)進(jìn)行摘取與放置兩者所花費(fèi)的時(shí)間，所以其具有固有的低效率。這些方法耗費(fèi)從末端執(zhí)行器釋放果實(shí)的額外時(shí)間。

圖3和圖4示出基于真空的收獲系統(tǒng)的概覽。圖3示出基于真空的系統(tǒng)30，其被示為在目標(biāo)果實(shí)15附近。下文將更詳細(xì)地描述該系統(tǒng)。該系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于在采摘過程之前或期間，采摘系統(tǒng)與果實(shí)之間需要很少的物理接觸或不需要物理接觸。這使在采摘時(shí)對(duì)果實(shí)造成傷害的風(fēng)險(xiǎn)最小化或去除了這種風(fēng)險(xiǎn)。

圖4示出第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)，其中已減少對(duì)真空系統(tǒng)的準(zhǔn)確定位的要求。圖4中示出關(guān)于目標(biāo)果實(shí)15具有定位不準(zhǔn)確性的真空系統(tǒng)。觀察指出，此類不準(zhǔn)確性仍導(dǎo)致成功的采摘操作。系統(tǒng)可容忍合理界限內(nèi)的不準(zhǔn)確性，諸如使真空軸線遠(yuǎn)離蘋果的核小于蘋果的半徑，或適用于其他類型的果實(shí)的其他措施?；谡婵盏南到y(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)包括就可以采摘果實(shí)的速率而言的更高的效率。

圖1和圖2圖示從底部拉扯或抓擷果實(shí)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)可使復(fù)雜的收獲過程過于簡(jiǎn)單化?，F(xiàn)在論述轉(zhuǎn)向可以如何將果實(shí)附接到樹的簡(jiǎn)要描述，從而為收獲系統(tǒng)的詳細(xì)構(gòu)思提供背景。該簡(jiǎn)要描述在圖5的幫助下涉及蘋果。然而，該描述可以普遍地適用于其他果實(shí)，諸如但不限于梨和其他有柄果實(shí)。

參考圖5，樹枝160具有由柄110附接的蘋果100。蘋果從樹枝生長(zhǎng)的區(qū)段150被稱為拉枝（spurpull）。枝條130在該區(qū)段中生長(zhǎng)。所述枝條也是支持下一季的蘋果的區(qū)段。損壞該枝條可導(dǎo)致蘋果在下一季不從該區(qū)段生長(zhǎng)。進(jìn)一步沿柄向下，脫落部120（被圖示為凸起）可由纖維組成。當(dāng)蘋果成熟時(shí)，這些纖維不再能夠承受蘋果的重量，從而引起蘋果掉落。在農(nóng)業(yè)界內(nèi)普遍知道的是，采摘或收獲蘋果的傷害最小的方式是使其在脫落部處與柄分離。在蘋果的柄上再進(jìn)一步向下，柄在140（稱為拉柄（stempull））附近附接到蘋果。當(dāng)收獲或采摘蘋果時(shí)，慣常的實(shí)踐確保在拉柄區(qū)域周圍的蘋果的果皮不遭受損壞。對(duì)該區(qū)域的損壞為病原體進(jìn)入果實(shí)并引起迅速腐爛提供途徑。

考慮到以上論述，使果實(shí)在脫落部處脫離具有若干優(yōu)點(diǎn)。這種脫離不傷害被采摘的果實(shí)、不危及下一季的作物，并且利用了蘋果自然脫離的方式。此外，考慮到脫落部處纖維的取向，使蘋果脫離的有效方式是相對(duì)于柄方向以一角度扭動(dòng)蘋果。圖5中由箭頭170圖示一個(gè)此類有效方向。其他方向是可能的，諸如從紙平面出來的方向。只要運(yùn)動(dòng)與縱向軸線180形成角度，任何方向均可導(dǎo)致成功脫離。在不成角度的情況下，圍繞脫落部的軸線拉扯或扭動(dòng)也可成功。但已觀察到的是，這種脫離方式更加困難，可能需要更多能量，并且可導(dǎo)致?lián)p壞蘋果。纖維沿柄的縱向布置可防止通過在不成角度的情況下沿軸線拉扯或扭動(dòng)進(jìn)行有效分離。因此，果實(shí)摘取者往往圍繞脫落部扭動(dòng)果實(shí)或向果實(shí)施加角度。

基于這些觀察，用于收獲果實(shí)的機(jī)械或機(jī)電系統(tǒng)可有利地通過相對(duì)于脫落部軸線向果實(shí)施加角度來使果實(shí)在脫落部處脫離。下文的許多實(shí)施例在相對(duì)于脫落部軸線向目標(biāo)果實(shí)施加角度時(shí)使用基于真空的末端執(zhí)行器。圖6至圖10描述了這些構(gòu)思中的一些。圖6示出具有基于真空的末端執(zhí)行器的收獲系統(tǒng)200，所述末端執(zhí)行器可以相對(duì)脫落部軸線成一定角度地施加扭動(dòng)。系統(tǒng)200大體可以由兩個(gè)管210和260組成。管210可在管260的內(nèi)徑上旋轉(zhuǎn)，管260可保持靜止并聯(lián)接到真空生成子系統(tǒng)205。

管210的外徑與管260的內(nèi)徑之間的軸承230可提供旋轉(zhuǎn)表面，管210可在所述旋轉(zhuǎn)表面上旋轉(zhuǎn)。軸承在兩個(gè)管之間的布置可為內(nèi)管210提供足夠的結(jié)構(gòu)支撐。其他結(jié)構(gòu)支撐結(jié)構(gòu)可確保內(nèi)管210可在外管260內(nèi)穩(wěn)定地旋轉(zhuǎn)。為防止真空的喪失，可提供可旋轉(zhuǎn)密封件240。該密封件可如所示的那樣不可動(dòng)地聯(lián)接到內(nèi)管210的端部，并且可以在相對(duì)管260的內(nèi)徑的最小空隙或無空隙的情況下旋轉(zhuǎn)。雖然可能喪失一些真空，但該密封件可保持相當(dāng)大的一部分真空。其他密封方法是可能的但并未示出。

管210的旋轉(zhuǎn)可以以下方式發(fā)生。管210可具有聯(lián)接到其外徑的齒輪270，所述齒輪可與齒輪285嚙合。齒輪285可聯(lián)接到輪軸（axle）280。馬達(dá)（未示出）可驅(qū)動(dòng)帶290，所述帶相應(yīng)地可驅(qū)動(dòng)齒輪。在此構(gòu)型中，管210可旋轉(zhuǎn)。

圖6和圖7示出又一特征。圖6中示出在管210的遠(yuǎn)端處的柔性突起220。這些柔性突起不可動(dòng)地聯(lián)接到管210的內(nèi)徑，并且能夠在管210旋轉(zhuǎn)時(shí)作為群體旋轉(zhuǎn)。圖7示出管210的遠(yuǎn)端的端視圖。如果向這些突起的外表面施加負(fù)荷，那么這些突起可如圖6中所示那樣向內(nèi)彎曲，其中所述外表面由圖6中的面向果實(shí)的表面組成。這些突起可由任何柔性和柔軟的材料（諸如但不限于橡膠和軟塑料）組成。

在操作中，當(dāng)真空生成子系統(tǒng)開通并且整個(gè)系統(tǒng)200移動(dòng)接近目標(biāo)果實(shí)時(shí)，果實(shí)可朝向管210擺動(dòng)。當(dāng)管210接觸果實(shí)時(shí)，柔性突起可松散地俘獲果實(shí)。如果柔性突起旋轉(zhuǎn)，那么果實(shí)也可與柔性突起一起旋轉(zhuǎn)。真空力和施加到果實(shí)的相對(duì)脫落部軸線成角度的扭動(dòng)力的這種組合于是可導(dǎo)致在脫落部處從柄脫離。

管210的遠(yuǎn)端可具有若干圖形中的一種以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)力的施加。圖8示出另一實(shí)施例，其中代替圖7中所示的各個(gè)突起，構(gòu)件220可由能夠向內(nèi)彎曲的柔性板組成。圖6示出構(gòu)件220在彎曲之后的輪廓。類似于圖7中的各個(gè)突起，柔性板可由諸如但不限于橡膠和軟塑料的材料組成。

在另一變型中，圖7中圖示的各個(gè)突起或圖8中圖示的連續(xù)板可如圖9中所示具有一對(duì)或多對(duì)電極225。穿過電極對(duì)施加的適當(dāng)電壓可在電極對(duì)與果實(shí)之間形成電粘附力，從而允許果實(shí)被吸引到電極。歸屬于斯坦福國(guó)際研究所（sri）的美國(guó)專利號(hào)7,551,419詳細(xì)解釋了電粘附的原理。必須注意的是，這些電極也可聯(lián)接到圖9中所圖示的柔性板220。

返回參考圖6，除了該圖中所圖示的方法之外的各種方法均可引起內(nèi)管210的旋轉(zhuǎn)。圖10圖示另一方法。圖10示出管210的切割區(qū)段的透視圖。該管的內(nèi)徑可具有如由235所圖示的肋狀物。在沿方向255施加真空時(shí)，管可圍繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)。肋狀物可由低高度的突起組成并且可由軟材料制成，使得在通過真空將果實(shí)拉入管內(nèi)時(shí)不招致對(duì)果實(shí)的損壞。

圖11示出相對(duì)脫落部軸線成角度地給予扭動(dòng)的另一構(gòu)思。圖11示出具有基于真空的末端執(zhí)行器的另一果實(shí)采摘系統(tǒng)300。末端執(zhí)行器由在間隙的任一側(cè)上的管310組成。間隙315可基本上形成另一管。上管310的一側(cè)上系統(tǒng)300的遠(yuǎn)端處，突起320可以不可動(dòng)地聯(lián)接到內(nèi)徑。該突起可以是堅(jiān)硬的并且可由諸如但不限于硬塑料的材料制成，且可具有高摩擦系數(shù)。在相對(duì)側(cè)上，自由旋轉(zhuǎn)輪330可聯(lián)接到支撐結(jié)構(gòu)340和下管310，使得支撐結(jié)構(gòu)和輪圍繞樞轉(zhuǎn)接頭350旋轉(zhuǎn)。另外，樞轉(zhuǎn)接頭350可以是彈簧加載的，并且被偏壓使得在沒有外力的情況下輪和支撐結(jié)構(gòu)可以返回所示的位置。

圖12示出該系統(tǒng)的操作。當(dāng)系統(tǒng)300接觸果實(shí)時(shí)，真空朝向管拉扯果實(shí)。然而，硬突起320（其可具有高摩擦系數(shù)）可防止果實(shí)在該側(cè)上無阻礙地向內(nèi)移入管內(nèi)。在直徑上相對(duì)的側(cè)上，自由旋轉(zhuǎn)輪330連同支撐結(jié)構(gòu)340一起轉(zhuǎn)動(dòng)讓開（如圖中所圖示的向下）。果實(shí)的兩側(cè)上所經(jīng)歷的力的差異引起其相對(duì)原始脫落部軸線180成角度地傾斜。圖12示出處于其原始取向的軸線180以更清楚地圖示角度。這種類型的圖引起可促進(jìn)果實(shí)在脫落部處脫離的差動(dòng)力。

圖13和圖14示出引起成角度的扭動(dòng)的基于真空的末端執(zhí)行器的另一構(gòu)思。在該示例中，兩個(gè)輪330和332通過支撐結(jié)構(gòu)340和342聯(lián)接到管310。這些支撐結(jié)構(gòu)可以能夠圍繞350和352樞轉(zhuǎn)。如先前參考圖11和圖12所描述的，樞轉(zhuǎn)接頭可以是彈簧加載的，并且被偏壓使得在休止?fàn)顟B(tài)下，輪和支撐結(jié)構(gòu)達(dá)到圖13中所示的位置。另外，這兩個(gè)輪可具有不同的滾動(dòng)阻力。例如，輪332可以自由旋轉(zhuǎn)，而輪330可能不如此自由地旋轉(zhuǎn)。在操作中，當(dāng)真空將果實(shí)拉入管310中時(shí)，兩個(gè)輪的差動(dòng)滾動(dòng)阻力可引起相對(duì)脫落部軸線成角度，從而隨后引起果實(shí)脫離。

圖15示出基于真空的末端執(zhí)行器的又一構(gòu)思，所述末端執(zhí)行器可以相對(duì)一個(gè)果實(shí)成角度地給予扭動(dòng)。圖15中的圖類似于圖14，除了在這種情況中，圖15中的輪333取代了圖13和圖14的輪330。圖15的輪333可以是從動(dòng)輪，其中輪332可以是自由旋轉(zhuǎn)輪。輪333可沿該輪內(nèi)所圖示的箭頭的方向被驅(qū)動(dòng)，且自由旋轉(zhuǎn)輪332可沿該輪內(nèi)所示的方向旋轉(zhuǎn)。這種類型的布置導(dǎo)致果實(shí)在從柄脫離時(shí)相對(duì)于原始脫落部軸線180經(jīng)歷一角度。

圖16示出組合圖6至圖10和圖11至圖15中所示的實(shí)施例的另一變型。在此，可使圖11至圖15的管310如圖6至圖10中那樣旋轉(zhuǎn)。如前文所解釋的，各種機(jī)構(gòu)均可引起管使管旋轉(zhuǎn)，然而，在圖16中也圖示圖6中所圖示的相同機(jī)構(gòu)。還必須注意的是，雖然圖16示出在管的一側(cè)上的硬突起320和在管的另一側(cè)上的自由旋轉(zhuǎn)輪，但可以利用向果實(shí)給予扭動(dòng)或旋轉(zhuǎn)的所描述的各種機(jī)構(gòu)中的任何機(jī)構(gòu)。

當(dāng)采摘可能成串地生長(zhǎng)的果實(shí)時(shí)，圖16中所圖示的圖可具有優(yōu)點(diǎn)。在成串生長(zhǎng)時(shí)，每個(gè)果實(shí)的角度取向可能不同。具有使末端執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)的能力同時(shí)也向果實(shí)給予扭動(dòng)或旋轉(zhuǎn)可幫助適應(yīng)各種取向。

圖17示出可適應(yīng)成串生長(zhǎng)的果實(shí)的各種取向的另一變型。該圖示出真空管310的端視圖。該圖示出末端執(zhí)行器的組合。末端執(zhí)行器220a和220b是圖7和圖9中所示的末端執(zhí)行器220的類型，其先前被描述為柔性突起。每個(gè)柔性突起被示為聯(lián)接到一對(duì)電極225。可將多于一對(duì)電極聯(lián)接到每個(gè)柔性突起。末端執(zhí)行器330a和330b是圖11和圖12中所示的末端執(zhí)行器330的類型，其先前被描述為自由旋轉(zhuǎn)輪。電極220a和220b可供應(yīng)有電，使得當(dāng)接通具體的一對(duì)（例如，220a或者220b）時(shí)，可由主體（諸如與該對(duì)接觸的果實(shí)）經(jīng)歷電粘附力。取決于果實(shí)的取向，或者聯(lián)接到柔性突起220a的電極對(duì)被接通，或者聯(lián)接到柔性突起220b的電極對(duì)被接通。無論哪對(duì)被接通，與該對(duì)相關(guān)聯(lián)的柔性突起均向果實(shí)提供高摩擦的表面。

在該柔性突起處經(jīng)歷的高摩擦的表面連同由與該柔性突起相對(duì)的自由旋轉(zhuǎn)輪所經(jīng)歷的低阻力引起果實(shí)優(yōu)選地扭動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。如果啟用聯(lián)接到柔性突起220a的電極對(duì)，那么果實(shí)可優(yōu)選地相對(duì)軸線365成角度地扭動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，并且其中果實(shí)的軌跡遵循進(jìn)入管310內(nèi)的路徑。類似地，如果啟用聯(lián)接到柔性突起220b的電極對(duì)，那么果實(shí)可優(yōu)選地相對(duì)軸線370成角度地扭動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，并且其中果實(shí)的軌跡也遵循進(jìn)入管310內(nèi)的路徑。因此，通過啟用一對(duì)或另一對(duì)，可適應(yīng)果實(shí)的各種取向。

圖17中所圖示的構(gòu)思可以各種方式擴(kuò)展。在一種變型中，如果將柔性突起和自由旋轉(zhuǎn)輪視為“組”，則可將多于兩組聯(lián)接到真空管310。在另一變型中，可向每組電極施加不同電壓使得在每個(gè)不同的柔性突起處果實(shí)可經(jīng)歷變化量的摩擦。甚至就僅兩組柔性突起和自由旋轉(zhuǎn)輪組合而言，取決于施加到每組電極的電壓，果實(shí)可以任何角度扭動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。在另一變型中，從動(dòng)輪（諸如，關(guān)于圖15所描述的輪333）可取代柔性突起。通過選擇性地驅(qū)動(dòng)特定輪或通過以不同方式驅(qū)動(dòng)輪使得在每個(gè)從動(dòng)輪的表面處可經(jīng)歷變化量的滾動(dòng)阻力，可引起果實(shí)以任何期望的角度扭動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。可用上述機(jī)構(gòu)中的一者或組合來適應(yīng)果實(shí)取向。

圖18至圖21示出末端執(zhí)行器301的另一實(shí)施例。圖21中所示的末端執(zhí)行器可由以下各項(xiàng)組成：剛性管303，其可以是筆直的；真空源，其聯(lián)接到剛性管的近端；以及在剛性管的遠(yuǎn)端處的噴嘴305，所述噴嘴的目的和設(shè)計(jì)是使噴嘴前方和周圍的氣流成形和縮放（scale）。圖19示出末端執(zhí)行器沿平面a-a'的橫截面視圖。剛性管可聯(lián)接至中間管內(nèi)，所述中間管可具有更大的直徑以允許實(shí)現(xiàn)如稍后在下文所描述的空氣流動(dòng)。真空端口（諸如307）可設(shè)在剛性管303與中間管311的接合部附近。該圖也提供末端執(zhí)行器的各種部件的大體尺寸—尺寸l可以是18英寸，外徑d1可以是5英寸，且外徑d2可以是7英寸。不排除其他尺寸。雖然示出四個(gè)真空端口，但可利用更少或更多的管。

當(dāng)真空源被聯(lián)接時(shí)，形成由流場(chǎng)組成的‘?dāng)z入’區(qū)域（圖20中被示為317），在該處氣流隨著接近噴嘴而增加。該流場(chǎng)的遠(yuǎn)側(cè)部分能夠在果實(shí)上誘發(fā)足以使該果實(shí)朝向噴嘴移動(dòng)得更近的力，此時(shí)果實(shí)移入具有更高空氣流動(dòng)和足以使果實(shí)與植株分離的實(shí)質(zhì)上更高的力的區(qū)域內(nèi)。圖21圖示用不同噴嘴孔口（被稱為‘孔’）大小將噴嘴距果實(shí)的間距和測(cè)試對(duì)象上的拖曳力關(guān)聯(lián)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。術(shù)語“噴嘴間距”指代噴嘴的前表面與果實(shí)表面上的最前點(diǎn)之間的間距。

噴嘴可由剛性材料、柔性材料或兩者的組合建構(gòu)成。如果噴嘴由柔性材料建構(gòu)成，那么剛性管可足夠大使得果實(shí)可穿過噴嘴與剛性管兩者。如果由剛性材料制成，那么可以主動(dòng)地或被動(dòng)地修改噴嘴孔口大小以控制氣流以及允許果實(shí)穿過管。這可以以若干方式完成。

在一種技術(shù)中，可提供膜片開口機(jī)構(gòu)。圖22和圖23示出膜片開口機(jī)構(gòu)。在該機(jī)構(gòu)中，可如圖所示布置多個(gè)板（諸如323、325、327和329），使得可調(diào)節(jié)開口321的大小。圖22將開口321示為更大，且圖23將其示為更小。馬達(dá)或其他致動(dòng)機(jī)構(gòu)可安裝在末端執(zhí)行器的主體上，使得可修改板的位置及因此開口的大小。未圖示致動(dòng)機(jī)構(gòu)。

允許果實(shí)穿過剛性管的能力可消除對(duì)實(shí)施一組單獨(dú)的“放置”運(yùn)動(dòng)的需求。代替地，輸送機(jī)系統(tǒng)可聯(lián)接到剛性管的近端，且可使得末端執(zhí)行器能夠立即移動(dòng)到下一“摘取”位置。這是有利的，因?yàn)榭蓽p少或去除放置運(yùn)動(dòng)對(duì)收獲速度的影響。將進(jìn)一步論述輸送和系統(tǒng)級(jí)話題。

圖24至圖27示出基于真空的末端執(zhí)行器的另一構(gòu)思。在此，t形管410可繞內(nèi)管420旋轉(zhuǎn)。內(nèi)管與外管之間的軸承可實(shí)現(xiàn)該旋轉(zhuǎn)，如由圖24中的430所圖示。如圖24中所示，t形管410的每個(gè)端部均獨(dú)特地標(biāo)記為410a和410b。內(nèi)管（外管繞其旋轉(zhuǎn)）可具有聯(lián)接在一個(gè)端部處的真空生成子系統(tǒng)205。內(nèi)管的另一端可如下文所描述的那樣通向外管。出于描述的清晰性，在圖24和圖26中孤立地示出內(nèi)管420。圖25示出內(nèi)管420的前透視圖，且圖26示出內(nèi)管420的側(cè)視圖。從這些圖中可以看出，可將內(nèi)管420描述為半圓筒體在完整圓筒體的頂部上。而且，出于清晰性，圖26中示出不具有圖124中所圖示的末端執(zhí)行器構(gòu)件的外管的大體形狀。當(dāng)端部410a或410b中的任一者與半圓筒體對(duì)準(zhǔn)使得半圓筒體通向端部中的一個(gè)時(shí)，該端部將經(jīng)歷真空。因此，參考圖24，半圓筒體被圖示為通向端部410a，且由箭頭467圖示真空的路徑。半圓筒體的壁可切斷真空使其不能到達(dá)t形管的相對(duì)端（端部410b），且其可不經(jīng)歷真空。

t形外管的每個(gè)端部均可聯(lián)接到捕網(wǎng)（catchnet）（被示為470a和470b）。所述捕網(wǎng)可聯(lián)接到滑輪以允許控制捕網(wǎng)在管內(nèi)側(cè)的位置。捕網(wǎng)470a可通過軟線繩或纜線455a'和455a"聯(lián)接到滑輪460a'和460a''。類似地，捕網(wǎng)470b可通過軟線繩或纜線455b'和455b"聯(lián)接到滑輪460b'和460b''。軟纜線或線繩455a'、455a"、455b'和455b"可用收取機(jī)構(gòu)聯(lián)接到馬達(dá)。該圖通過框450a'、450"、450b'、450b"示出馬達(dá)和收取機(jī)構(gòu)。

在操作中，捕網(wǎng)在捕獲或俘獲果實(shí)與釋放果實(shí)之間交替。關(guān)于圖24中所見的外管的位置解釋這種特征。在該圖中，管410的端部410a由于該端部與半圓筒體的開放面對(duì)準(zhǔn)而經(jīng)歷真空。為進(jìn)行參考，可將管410的該位置稱為起始位置。當(dāng)果實(shí)脫離樹時(shí)，其可行進(jìn)進(jìn)入管410內(nèi)并由捕網(wǎng)470a俘獲。在該時(shí)間期間，如前文所陳述的，管410可繞內(nèi)管420旋轉(zhuǎn)。當(dāng)外管旋轉(zhuǎn)且端部410a的開口開始被半圓筒體的壁所阻塞時(shí)，真空減小。當(dāng)端部410a和410b處于與其起始位置直徑上相對(duì)的位置中時(shí)，端部410a可通向大氣，同時(shí)端部410b現(xiàn)在可經(jīng)歷真空力。馬達(dá)450a'和450a"現(xiàn)在可啟用以通過將果實(shí)向前帶向管的開口來從捕網(wǎng)彈出果實(shí)。同時(shí)，由于在端部410b'處存在的真空，可由該端部采摘另一果實(shí)。管410的每個(gè)端部可交替地采摘果實(shí)和彈出果實(shí)。

圖24至圖27也示出一些其他變型。密封件440和480使真空的不希望的耗散最小化。圖24中所示的末端執(zhí)行器還可以包括用以扭動(dòng)和旋轉(zhuǎn)果實(shí)的機(jī)構(gòu)?；?60a'、460a"、460b'和460b"可以是類似于圖15中所示的從動(dòng)輪333的從動(dòng)輪。另外，由具有電極的柔性突起和自由旋轉(zhuǎn)輪組成的組（諸如圖15中所圖示的那樣）可與連結(jié)圖24的460a'和460a"以及460b'和460b"的軸線正交地聯(lián)接到端部410a和410b。

就圖24至圖27中所描述的系統(tǒng)而言，可能增加可以采摘和處置果實(shí)的速度。到目前為止對(duì)構(gòu)思的描述已被限制于設(shè)計(jì)成采摘果實(shí)的基于真空的末端執(zhí)行器?，F(xiàn)在將描述額外的構(gòu)思以包括可使收獲過程的另外的步驟更加方便的機(jī)構(gòu)。圖28至圖32中圖示系統(tǒng)的一個(gè)此類構(gòu)思，其將用于采摘的基于真空的末端執(zhí)行器與用以將果實(shí)運(yùn)輸?shù)捷斔拖到y(tǒng)的機(jī)構(gòu)組合。在圖28中，兩個(gè)管510和520大體提供系統(tǒng)500的總體結(jié)構(gòu)。這兩個(gè)管可大體垂直于彼此地聯(lián)接（如圖28中所示），不過這兩個(gè)管之間的其他角度也是可能的。如前所述，管510的一端（標(biāo)記為502）可被用于使果實(shí)從樹脫離。另一端（標(biāo)記為504）可具有果實(shí)攔捕器560。

下文將進(jìn)一步解釋果實(shí)攔捕器的功能。然而，果實(shí)攔捕器的存在暗示僅管的一端（端部502）通向大氣?？諝饬鲃?dòng)的路徑于是可以主要沿箭頭580，因?yàn)?05可以是真空生成子系統(tǒng)。為防止果實(shí)落入管520內(nèi)，可將具有狹縫孔540的筒530放置在管510與520之間的t接合部處。出于清晰性，圖29和圖30中單獨(dú)地圖示具有各種形狀的狹縫孔的筒。在圖28中，出于清晰性，由虛線示出狹縫孔。筒530的功能是提供空氣沿箭頭580的路徑而且防止果實(shí)落入管520內(nèi)。

為輔助果實(shí)通行穿過筒，管520可環(huán)繞管510。圖32以系統(tǒng)500沿平面a-a'的橫截面示出該圖。參考圖31，可見筒530被管520環(huán)繞。如圖32中所示，管510至少在一端上通向大氣，且筒的橫截面視圖內(nèi)側(cè)的小箭頭指示從筒的內(nèi)側(cè)到管520的空氣流動(dòng)。如圖31中所圖示的，筒530的底部可以不具有狹縫。由于狹縫孔的這種布置，果實(shí)上的力可以使得其不被朝向管520向下拖曳。代替地，果實(shí)可由于真空而經(jīng)歷凈向上力。向上力可以能夠平衡重力或至少使重力最小化，使得可以實(shí)現(xiàn)通行穿過筒。一旦果實(shí)從樹脫離，其就可以沿圖32的箭頭550徑直地朝向端部504行進(jìn)。

為了防止在果實(shí)朝向端部504行進(jìn)時(shí)損壞果實(shí)，可使其減速。可采用若干技術(shù)來使果實(shí)減速。圖28和圖32中圖示一種此類技術(shù)。在該技術(shù)中，果實(shí)攔捕器聯(lián)接到圖28中的端部504。果實(shí)攔捕器可以是軟氣球或軟網(wǎng)或一些其他類似的軟材料，其能夠在使果實(shí)減速的同時(shí)與果實(shí)一起行進(jìn)。另一種用以減速的技術(shù)可以是越過筒530朝向端部504放置閥，并打開閥使得果實(shí)可由于從該閥朝向管520的空氣流動(dòng)經(jīng)歷迎面的力（head-onforce）。圖中未描述這種技術(shù)。

可使用甚至更多替代性方法來使果實(shí)減速。返回參考圖32，一旦已使果實(shí)減速或可能地停止移動(dòng)，下一任務(wù)就可以是將其從管510內(nèi)側(cè)移除。也存在各種方式來完成該任務(wù)。圖28和圖32中圖示一種方法。圖28示出兩個(gè)閥或閘570a和570b。每個(gè)閥可通過鉸接接頭聯(lián)接到管510。閥570a可經(jīng)由鉸接接頭585a聯(lián)接，且閥579b可經(jīng)由鉸接接頭585b聯(lián)接。另外，這些閥也可聯(lián)接到馬達(dá)或致動(dòng)器以控制閥的位置。閥570a可通過連桿機(jī)構(gòu)575a聯(lián)接到馬達(dá)（諸如由580a所描繪的小型步進(jìn)馬達(dá)）。

閥570b可通過連桿機(jī)構(gòu)、纜線或線繩575b聯(lián)接到馬達(dá)（諸如，由580b所描繪的小型步進(jìn)馬達(dá)）。閥570a可通過與纜線或線繩相對(duì)的連桿機(jī)構(gòu)575a聯(lián)接，因?yàn)檫B桿機(jī)構(gòu)可抵對(duì)重力向上推閥以關(guān)閉閥。相比之下，重力可引起閥570b打開，且纜線575b上的張力可使閥閉合。然而，一般地，對(duì)連桿機(jī)構(gòu)575a和線繩或纜線575b中的張力的控制將控制閥的位置。圖32示出一旦果實(shí)被攔捕如何可從管移除果實(shí)?？梢栽试S閥570b旋轉(zhuǎn)，使得其切斷朝向端部504到管510的真空。同時(shí)，可使閥570a旋轉(zhuǎn)使得其打開，從而讓果實(shí)落下。在果實(shí)離開管510之后，兩個(gè)閥均關(guān)閉使得可重復(fù)該過程。

雖然圖28和圖32圖示兩個(gè)單獨(dú)的控制件和致動(dòng)單元，但上述系統(tǒng)的變型可包括僅一個(gè)致動(dòng)器或馬達(dá)與控制兩個(gè)閥的僅一個(gè)纜線機(jī)構(gòu)。作為示例，馬達(dá)580b可控制線路規(guī)劃在馬達(dá)580b、閥570b和閥570a之間的單條纜線。通過降低那一條纜線中的張力，兩個(gè)閥均可打開。通過增加纜線中的張力，兩個(gè)閥均可閉合。雖然圖中未示出，但果實(shí)可掉入輸送機(jī)構(gòu)的各種位置中。例如，其可掉入籃中，或其可掉在輸送帶上。替代性地，其也可掉入可具有其自身的真空系統(tǒng)以將果實(shí)引導(dǎo)到期望位置的管中。

因此可見的是，圖28至圖32中的系統(tǒng)有利地采摘果實(shí)和遞送果實(shí)以便進(jìn)一步處理。在圖28至圖32中所圖示的構(gòu)思的變型中，聯(lián)接到端部502的基于真空的末端執(zhí)行器也可以包括用以旋轉(zhuǎn)和扭動(dòng)果實(shí)的機(jī)構(gòu)；這些機(jī)構(gòu)先前已被描述且將不再次描述。在另一變型中，可以作為系統(tǒng)的一部分包括傳感器和控制系統(tǒng)。傳感器可調(diào)節(jié)真空，使得如果先前的果實(shí)仍在管510中，則不采摘果實(shí)?？蓛?yōu)化果實(shí)采摘和分派的速度。

圖33至圖35中圖示將果實(shí)采摘系統(tǒng)與運(yùn)輸機(jī)構(gòu)組合的另一構(gòu)思。這些圖中的系統(tǒng)600與圖28至圖32中的系統(tǒng)500極為類似。這兩個(gè)系統(tǒng)之間的差異與如何將果實(shí)運(yùn)輸?shù)搅硪惠斔蜋C(jī)構(gòu)（圖中未示出的輸送件）有關(guān)。代替系統(tǒng)500的閥和果實(shí)攔捕器，圖33至圖35中的系統(tǒng)600具有柔性瓣片機(jī)構(gòu)610。

柔性瓣片機(jī)構(gòu)獨(dú)自圖示于圖34中?？梢赃x擇這些瓣片的硬度，使得它們?cè)谑构麑?shí)減速并為果實(shí)提供通路以穿過管510的同時(shí)不損壞果實(shí)。圖34圖示瓣片可如何打開并讓果實(shí)穿過。然后，果實(shí)可穿過到達(dá)另一輸送機(jī)構(gòu)。在果實(shí)穿過之后，由于真空，瓣片可以閉合使得通過瓣片使真空耗散最小化。如前所述，傳感器和控制系統(tǒng)可聯(lián)接到系統(tǒng)600以確保果實(shí)采摘和分派步驟精簡(jiǎn)。因此，從以上論述可見，可如何使用基于真空的末端執(zhí)行器來有利地使果實(shí)脫離樹而不損壞下一季的作物。

輸送機(jī)構(gòu)處理‘摘取與放置’系統(tǒng)中的‘放置’部分。在當(dāng)前鉗爪抓取器和吸盤系統(tǒng)中，放置過程需要從末端執(zhí)行器釋放果實(shí)的耗時(shí)步驟。末端執(zhí)行器必須將果實(shí)從其在植株上的位置移動(dòng)到能夠在收獲下一果實(shí)之前釋放果實(shí)以便后續(xù)輸送的位置。

允許果實(shí)穿過剛性管的能力可消除對(duì)實(shí)施一組單獨(dú)的“放置”運(yùn)動(dòng)的需求。代替地，輸送機(jī)系統(tǒng)可聯(lián)接到剛性管的近端，且可使得末端執(zhí)行器能夠立即移動(dòng)到下一個(gè)“摘取”位置。這是有利的，因?yàn)榭蓽p少或去除放置運(yùn)動(dòng)對(duì)收獲速度的影響。

一旦果實(shí)已與樹分離，真空就可使果實(shí)加速進(jìn)入剛性管內(nèi)。然后，可能有必要按任一順序從真空環(huán)境移除果實(shí)并使果實(shí)減速。由于果實(shí)的高速運(yùn)動(dòng)能夠?qū)⒐麑?shí)置于損壞的風(fēng)險(xiǎn)中，所以在果實(shí)被摘取之后立即從真空誘發(fā)的高流動(dòng)環(huán)境移除果實(shí)中存在優(yōu)點(diǎn)。在從真空環(huán)境移除果實(shí)之前或者之后，能夠發(fā)生使果實(shí)減速到安全的速度。

一種從真空環(huán)境移除蘋果的方式是在剛性管的近側(cè)處聯(lián)接一個(gè)或多個(gè)單向門。圖18至圖20圖示兩個(gè)門313。這些門打開以允許果實(shí)穿過這些門，而且否則保持閉合。系統(tǒng)能夠施加力以在果實(shí)不存在時(shí)用致動(dòng)器主動(dòng)地或者用來自真空環(huán)境或機(jī)械彈簧的繼起力中的任一者被動(dòng)地維持門閉合。類似地，系統(tǒng)能夠施加力以用致動(dòng)器主動(dòng)地或者用果實(shí)的動(dòng)量被動(dòng)地打開門。

在果實(shí)的動(dòng)量被動(dòng)地打開門的情況下，果實(shí)必須具有足夠的動(dòng)量以克服所施加的用以維持門處于閉合位置的力。由于針對(duì)給定質(zhì)量通過增加速度動(dòng)量增加，所以可能期望的是使果實(shí)加速到足夠高的速度使得其具有離開門的動(dòng)量。在果實(shí)穿過剛性管時(shí)約束圍繞果實(shí)的氣流能夠?qū)崿F(xiàn)該特征，由此增加果實(shí)上的真空壓力以及所得的加速度和速度。這種約束能夠通過在剛性管內(nèi)側(cè)具有可被動(dòng)或主動(dòng)調(diào)節(jié)的內(nèi)襯而穩(wěn)健地應(yīng)用于果實(shí)的大小。內(nèi)襯也能夠包含襯料和/或起到襯料的作用。這由圖18至圖20的陰影線309圖示。襯料確保當(dāng)果實(shí)沿外管的長(zhǎng)度行進(jìn)時(shí)，其不被損壞。由于果實(shí)與門的碰撞可引起對(duì)果實(shí)的損壞，因此將襯料添加到門的遠(yuǎn)側(cè)可以是有益的。這些圖將襯料示為315。

也可期望的是使果實(shí)的速度最小化，同時(shí)確保果實(shí)具有足夠的動(dòng)量以穿過門。系統(tǒng)可通過以下步驟實(shí)現(xiàn)該特征：使施加到門的閉合力最小化（諸如通過使機(jī)械彈簧力、門上的真空力最小化），或?qū)椈膳c真空組合以在門上形成平衡的力從而以極小的力維持閉合位置。

另一考慮因素在于真空逃逸的性質(zhì)。圍繞圖32的論述應(yīng)對(duì)在減速之后真空逃逸的一個(gè)方面。

圖36中圖示另一機(jī)構(gòu)。在此，裝有襯料的遠(yuǎn)側(cè)導(dǎo)管1023可聯(lián)接到末端執(zhí)行器的遠(yuǎn)端。該導(dǎo)管可具有兩個(gè)輪1027，這兩個(gè)輪的旋轉(zhuǎn)中心可安裝在柔和的彈簧（mildspring）（圖中未示出）上。可由馬達(dá)（圖中也未示出）沿箭頭1029的方向所示的那樣驅(qū)動(dòng)輪。因此，當(dāng)果實(shí)撞擊裝有襯料的導(dǎo)管并落在輪上時(shí)，這些輪由于柔和的彈簧而分開，從而讓果實(shí)通過?？烧{(diào)節(jié)彈簧力使其恰好使得果實(shí)不被過緊地夾扣，但是足夠緊以使果實(shí)減緩。

一旦果實(shí)從真空環(huán)境逃逸，其就繼續(xù)以與其剩余動(dòng)量一致的速度移動(dòng)。減速是進(jìn)一步將速度減小到將不挫傷果實(shí)的水平的過程。圖21描述嘎拉蘋果的速度與加速度之間的關(guān)系以及何時(shí)可能出現(xiàn)挫傷。[出自：lu、l.-x,&wang,z.-w.(2007).droppingbruisefragilityandbruiseboundaryofapplefruit.trans.asabe.，50(4)，1323–1329.http://dx.doi.org/10.13031/2013.23609.]該圖表可用作指南以控制該具體果實(shí)的速度?？舍槍?duì)其他果實(shí)使用其他圖表。這些機(jī)構(gòu)能夠直接整合于剛性管，或剛性管與遠(yuǎn)程固定位置之間的某處。

這能夠被動(dòng)地且簡(jiǎn)單地用具有粘性和彈性性質(zhì)的材料（諸如但不限于記憶泡沫）來完成?？蛇x擇這些材料，使得在碰撞時(shí)，果實(shí)的速度可被極大地減小并且可具有最小的回彈或不具有回彈。

這能夠被動(dòng)地用像無彈性捕獲件（諸如圖24中的元件450a，其能夠是阻尼器或被動(dòng)彈簧）一樣的機(jī)構(gòu)來完成，所述機(jī)構(gòu)附接到耗散性元件。當(dāng)果實(shí)碰撞該捕獲件時(shí)，捕獲件立即采取果實(shí)的速度，且耗散性機(jī)構(gòu)使捕獲件與果實(shí)兩者變慢。該捕獲件能夠或者沿相同的減速路徑返回其初始位置，或者能夠處于再循環(huán)軌道或輪上。

這能夠被動(dòng)地用無彈性捕獲件與襯料的組合來完成，其中無彈性捕獲件用襯料作內(nèi)襯。關(guān)于先前的圖24的額外細(xì)節(jié)包括元件450a可以是阻尼器或被動(dòng)彈簧。而且，470a和470b可以是裝有襯料的、彈性的、剛性的或這些性質(zhì)的組合。

另一用以減速的技術(shù)可以越過先前公開內(nèi)容的圖28中的筒530朝向端部504放置閥以及也可能朝向502處的起點(diǎn)放置閥，使得打開末端閥和可能地閉合起點(diǎn)閥改變氣流的方向從而在果實(shí)上形成減速力。

返回末端執(zhí)行器的描述，圖37示出末端執(zhí)行器的橫截面視圖。如上所述，主管的構(gòu)造允許可從管的側(cè)面提供用于氣流的路徑，而為果實(shí)提供另一近側(cè)路徑。這由箭頭1120和1125圖示。箭頭1120圖示氣流的路徑，同時(shí)箭頭1125圖示果實(shí)的路徑。形成中間管311內(nèi)的近側(cè)路徑以提供在門閉合時(shí)具有可忽略的氣流的空腔，由此使得果實(shí)能夠在近似不受干擾的路徑中移動(dòng)到減速或真空逃逸機(jī)構(gòu)。在此的目標(biāo)是使真空中果實(shí)的路徑的軸向長(zhǎng)度最小化，以便使末端執(zhí)行器的總長(zhǎng)度最小化。為實(shí)現(xiàn)該特征，氣流轉(zhuǎn)到末端執(zhí)行器的側(cè)面上的真空端口307，如由箭頭1120所指示的那樣。如上所述，果實(shí)將遵循由箭頭1125所指示的路徑。

現(xiàn)在描述被稱為細(xì)枝切割器的另一特征。參考圖37，氣流由實(shí)線箭頭1120圖示。除果實(shí)之外，還可真空吸入碎屑（諸如細(xì)枝）。由于細(xì)枝具有相對(duì)更小的質(zhì)量，因此它們可遵循實(shí)線箭頭的路徑并且卡在中間管與外管的接合部處，在該處這些箭頭形成u形轉(zhuǎn)彎。隨著時(shí)間推移，這將降低真空的有效性。為避免這種情況，包括細(xì)枝切割器且現(xiàn)在描述所述細(xì)枝切割器。圖38至圖40中描述了細(xì)枝切割器。細(xì)枝切割器由兩個(gè)輪組成，所述輪中的一者相對(duì)于另一者旋轉(zhuǎn)。兩個(gè)輪均具有在其主體內(nèi)切割的特征；這些特征充當(dāng)相對(duì)的刃。當(dāng)輪相對(duì)于另一者旋轉(zhuǎn)時(shí)，刃切割細(xì)枝，從而減少阻塞物。圖38將輪示為1200和1210。在該示例中，輪1200能夠相對(duì)于輪1210旋轉(zhuǎn)。每個(gè)輪均具有被切入其主體內(nèi)的多個(gè)特征。一個(gè)此類特征被標(biāo)記為輪1220上的1220。在圖39中，輪1220已相對(duì)于其在圖38中的位置旋轉(zhuǎn)。通過切入輪1230內(nèi)的特征可見切入輪1210內(nèi)的特征。例如，通過特征1220可見特征1210上的特征1230。

這些特征可包括鋒利邊緣。圖40示出輪1200的區(qū)段和具有鋒利邊緣1240的特征1220的區(qū)段。該圖還示出第二輪1210的區(qū)段及其特征1230連同相關(guān)聯(lián)的鋒利邊緣1250。就該圖而言，如果細(xì)枝卡在外管與中間管的交叉部處，那么通過旋轉(zhuǎn)細(xì)枝切割器的輪中的一個(gè)，可將細(xì)枝切割成更小的片?？捎神R達(dá)獲得輪旋轉(zhuǎn)。圖中未示出馬達(dá)。這將減小或抵消降低的真空（由于堵塞的氣道）的影響。也可通過將輪通過齒輪箱聯(lián)接到小型渦輪機(jī)來獲得輪旋轉(zhuǎn)。

雖然圖中未示出，但果實(shí)可掉入輸送機(jī)構(gòu)的各種位置中。例如，其可掉入籃中；其也可掉在輸送帶上。替代性地，其也可掉入管中，所述管可具有其自身的真空系統(tǒng)以將果實(shí)引導(dǎo)到期望位置或簡(jiǎn)單地利用重力以將果實(shí)輸送通過管。下文將進(jìn)一步描述這些構(gòu)思。

可將傳感器、攝像機(jī)和其他電子設(shè)備（廣泛地稱為‘傳感器’）安裝在各種位置處，包括但不限于沿末端執(zhí)行器的外部和內(nèi)部。圖41示出示例位置1300a、1300b、1300c，傳感器可在該處聯(lián)接到末端執(zhí)行器。不排除其他位置。這些電子設(shè)備可有利地用以優(yōu)化和改進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)的性能。這些電子設(shè)備也可以是下文進(jìn)一步解釋的控制系統(tǒng)的一部分。這些電子設(shè)備可包括一個(gè)或多個(gè)攝像機(jī)、一個(gè)或多個(gè)接近傳感器、一個(gè)或多個(gè)接觸傳感器、一個(gè)或多個(gè)壓力傳感器，并且可將一個(gè)或多個(gè)光或結(jié)構(gòu)光傳感器安裝在末端執(zhí)行器上。

攝像機(jī)可被用以以自動(dòng)方式定位末端執(zhí)行器。為進(jìn)一步解釋該特征，攝像機(jī)可以是視覺系統(tǒng)的一部分，所述視覺系統(tǒng)將處理圖像、執(zhí)行對(duì)象識(shí)別和計(jì)算識(shí)別出的果實(shí)的位置并將控制信號(hào)發(fā)送到致動(dòng)機(jī)構(gòu)，使得末端執(zhí)行器能夠適當(dāng)?shù)囟ㄎ辉诠麑?shí)附近（一次一個(gè)果實(shí)）。能夠修整軟件技術(shù)方案以僅摘取恰當(dāng)成熟且無明顯缺陷的果實(shí)。將注意的是，能夠獨(dú)立地且自動(dòng)地定位每個(gè)末端執(zhí)行器。

也可以將攝像機(jī)放置在末端執(zhí)行器內(nèi)部，以便在果實(shí)穿過末端執(zhí)行器時(shí)俘獲關(guān)于果實(shí)的多個(gè)側(cè)面的視覺信息以評(píng)估果實(shí)的品質(zhì)。

接近傳感器可提供關(guān)于樹結(jié)構(gòu)的部分（例如，樹枝、樹干、格架線、格架柱等）或果實(shí)自身的接近度的信息。它們也可提供關(guān)于對(duì)象（諸如但不限于人）的接近度的信息。它們也可提供關(guān)于果實(shí)在末端執(zhí)行器自身內(nèi)的位置和速度的信息。這些傳感器可以是各種類型，諸如但不限于光學(xué)、磁性、感應(yīng)性和聲學(xué)的。該信息可被用以確認(rèn)果實(shí)的估計(jì)位置，以及避開除了果實(shí)之外的對(duì)象。

接觸傳感器可提供關(guān)于末端執(zhí)行器與果實(shí)在接觸時(shí)的對(duì)準(zhǔn)的信息，或可提供關(guān)于末端執(zhí)行器與除了預(yù)期果實(shí)之外的對(duì)象的接觸的信息。接觸傳感器由電傳感器的變化（由使物理材料移位或壓縮物理材料引起）組成。傳感器類型可以是電容性、感應(yīng)性、電阻性、光學(xué)等。該信息對(duì)于在摘取期間調(diào)節(jié)末端執(zhí)行器的位置或撤回末端執(zhí)行器可以是有用的。

壓力傳感器可提供關(guān)于真空環(huán)境中的壓力的變化的信息。壓力傳感器可以是電容性的等。它們可放置在末端執(zhí)行器的內(nèi)側(cè)以便感測(cè)末端執(zhí)行器的內(nèi)部壓力而不接觸所摘取的果實(shí)。該信息可被用以確定何時(shí)已成功摘取果實(shí)。

可使用其他傳感器，諸如超光譜成像儀、x射線等。這些傳感器可使得能夠?qū)崿F(xiàn)通過葉子檢測(cè)果實(shí)，或基于內(nèi)部果實(shí)解剖結(jié)構(gòu)評(píng)估果實(shí)品質(zhì)。

圖42描述農(nóng)業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)1400，其使用機(jī)器人臂使基于真空的末端執(zhí)行器移動(dòng)以摘取果實(shí)。圖43提供農(nóng)業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)的更多細(xì)節(jié)，并且其中一些機(jī)械蓋已被卸除。

具有末端執(zhí)行器和具有或不具有傳感器的一個(gè)或多個(gè)臂可安裝在移動(dòng)平臺(tái)上，如該圖中所見。臂系統(tǒng)可位于移動(dòng)平臺(tái)的兩側(cè)上。在該圖中，清楚地看到臂系統(tǒng)1410a、1410b和1410c，而1410d和相對(duì)側(cè)上的其他臂系統(tǒng)不能夠清楚地看到或根本看不到。可被動(dòng)地或主動(dòng)地調(diào)整臂安裝的位置和取向以適應(yīng)結(jié)構(gòu)的變化。它們可被級(jí)聯(lián)以防止在摘取活動(dòng)期間落下的蘋果碰撞下方的蘋果。因而，負(fù)責(zé)在最低高度處摘取蘋果的臂將朝向車輛的前方定位，且負(fù)責(zé)在最高高度處摘取蘋果的臂將朝向車輛的后方定位。

為實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)和適應(yīng)各種冠層形狀，機(jī)器人系統(tǒng)可具有修改臂的角度和傾斜度的能力。圖44至圖47示出該構(gòu)思。多個(gè)臂系統(tǒng)可布置在車廂（carriage）1425上。車廂可在由1427指示的位置處具有雙自由度鉸鏈。在圖44中，箭頭1423圖示圍繞一個(gè)自由度的旋轉(zhuǎn)的方向。在圖45中，箭頭1421圖示圍繞另一自由度的旋轉(zhuǎn)的方向。圖46和圖47圖示由于該鉸鏈而可能實(shí)現(xiàn)的各種臂車廂位置中的兩個(gè)。用這種靈活性，可適應(yīng)各種冠層形狀。

圖48圖示臂系統(tǒng)。如從該圖能夠看到的，臂系統(tǒng)可具有多個(gè)臂，諸如1420a、1420b和1420c。在該圖中，雖然圖示三個(gè)臂，但系統(tǒng)可包括更少或更多的臂。每個(gè)臂均可以是多接頭連接的，且可由位于移動(dòng)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)上的致動(dòng)機(jī)構(gòu)主動(dòng)地驅(qū)動(dòng)。致動(dòng)機(jī)構(gòu)由1430a、1430b和1430c示出。可利用各種類型的致動(dòng)機(jī)構(gòu)，諸如但不限于馬達(dá)。每個(gè)臂系統(tǒng)也可以具有如由圖18至圖20中所論述的部件301所示的末端執(zhí)行器。上文已描述了末端執(zhí)行器。致動(dòng)機(jī)構(gòu)準(zhǔn)許定位末端執(zhí)行器使得能夠使末端執(zhí)行器接近需要收獲的果實(shí)。

為了向末端執(zhí)行器提供真空，可將真空子系統(tǒng)整合于機(jī)器人系統(tǒng)1400中。為了在摘取事件期間維持空氣的期望的流動(dòng)速率，一種可能性是針對(duì)每個(gè)末端執(zhí)行器具有單獨(dú)的真空吸送機(jī)。替代方案是具有單個(gè)真空吸送機(jī)并使用閥來根據(jù)末端執(zhí)行器上的負(fù)荷調(diào)整真空功率。真空系統(tǒng)可包括用于收集葉子、細(xì)枝等的過濾器。真空系統(tǒng)還可包括消音器和排氣管以控制排氣氣流的方向。

可以若干方式向末端執(zhí)行器提供真空。在一個(gè)圖中，臂系統(tǒng)的臂可以是中空的，并且可具有用于真空系統(tǒng)的導(dǎo)管。因此，在該示例中，臂1420a至1420c可以是中空的并且提供導(dǎo)管。然后，這些臂將聯(lián)接到例如在圖1002中模糊（fog）示出的真空端口1030。替代性地，可使用柔性管道以將真空環(huán)境輸送到末端執(zhí)行器。在該替代性圖中，一個(gè)或多個(gè)真空端口可與用以將臂聯(lián)接到末端執(zhí)行器的聯(lián)接機(jī)構(gòu)迥然不同。

在圖43中，圖42的蓋1450和1455被移除以露出機(jī)器人系統(tǒng)的更多細(xì)節(jié)?？墒褂酶鞣N類型的發(fā)動(dòng)機(jī)（諸如，內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)或電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)）以向機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力、以向真空子系統(tǒng)和其他子系統(tǒng)提供動(dòng)力。圖43示出發(fā)動(dòng)機(jī)1470。發(fā)動(dòng)機(jī)可并聯(lián)聯(lián)接到多個(gè)真空系統(tǒng)以使得發(fā)動(dòng)機(jī)功率能夠優(yōu)選地流到具有最大負(fù)荷的真空系統(tǒng)。如果使用內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，則該發(fā)動(dòng)機(jī)也可驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)。另外，機(jī)器人系統(tǒng)可具有燃料箱或電池或兩者。

如圖42和圖43中所見的，機(jī)器人系統(tǒng)可以是移動(dòng)的。該移動(dòng)系統(tǒng)的輪可以是從動(dòng)的或可轉(zhuǎn)向的。輪可獨(dú)立地或以聯(lián)接的方式被驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向。

如先前所提到的，所采摘的果實(shí)需要離開末端執(zhí)行器，并且需要存放到輸送機(jī)構(gòu)?？墒褂萌舾煞椒▉韺?shí)現(xiàn)該特征。在圖42和圖43中所示的一種此類方法中，收集管（諸如，收集管1495）聯(lián)接在末端執(zhí)行器與輸送機(jī)構(gòu)之間。果實(shí)離開末端執(zhí)行器并且行進(jìn)穿過收集管且被存放于輸送系統(tǒng)上。輸送系統(tǒng)可由導(dǎo)管和帶的系統(tǒng)組成，所述系統(tǒng)將果實(shí)從收獲機(jī)載運(yùn)到存儲(chǔ)系統(tǒng)。三個(gè)此類導(dǎo)管被列舉為1490a、1490b和1490c。能夠看到的是，導(dǎo)管1490a載運(yùn)由臂系統(tǒng)1410a收獲的果實(shí)，且導(dǎo)管1410b載運(yùn)由臂系統(tǒng)1410a收獲的果實(shí)，等等。這些導(dǎo)管中的每一者均可具有將果實(shí)從機(jī)器人收獲機(jī)載運(yùn)到存儲(chǔ)系統(tǒng)的輸送帶。存在用以制成輸送機(jī)系統(tǒng)的許多眾所周知的方法，且在此將不描述這些方法。最后，果實(shí)被運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)在描述的存儲(chǔ)系統(tǒng)。

圖43還示出儲(chǔ)倉(cāng)（bin）管理系統(tǒng)。儲(chǔ)倉(cāng)管理系統(tǒng)由多個(gè)儲(chǔ)倉(cāng)（諸如，儲(chǔ)倉(cāng)1480a、1480b和1480c）組成。這些儲(chǔ)倉(cāng)可位于儲(chǔ)倉(cāng)輸送機(jī)1485上。如圖43中所圖示，果實(shí)輸送機(jī)將果實(shí)帶到最后的儲(chǔ)倉(cāng)（儲(chǔ)倉(cāng)1480c）。在該儲(chǔ)倉(cāng)被儲(chǔ)倉(cāng)填充物填滿之后，啟用儲(chǔ)倉(cāng)輸送機(jī)系統(tǒng)1485，并從機(jī)器人系統(tǒng)釋放儲(chǔ)倉(cāng)1480c，且將其放在地面上，同時(shí)機(jī)器人系統(tǒng)繼續(xù)向前移動(dòng)并收獲更多果實(shí)。當(dāng)從機(jī)器人系統(tǒng)釋放儲(chǔ)倉(cāng)1480c時(shí)，儲(chǔ)倉(cāng)1480b移入適當(dāng)位置使得果實(shí)現(xiàn)在落入該儲(chǔ)倉(cāng)中。所述操作重復(fù)其自身，并且其中每個(gè)儲(chǔ)倉(cāng)填滿并從機(jī)器人系統(tǒng)被釋放?？諆?chǔ)倉(cāng)放置在車輛前方，并且具有適合于儲(chǔ)倉(cāng)填充的空間速率（spatialrate）的間距。儲(chǔ)倉(cāng)輸送機(jī)在車輛接觸儲(chǔ)倉(cāng)時(shí)拾取儲(chǔ)倉(cāng)并如所描述的那樣向前移動(dòng)輸送機(jī)。在稍后的時(shí)間，通過其他資源收集被釋放并放地面上的儲(chǔ)倉(cāng)。

利用儲(chǔ)倉(cāng)填充物將果實(shí)從輸送機(jī)系統(tǒng)移入儲(chǔ)倉(cāng)內(nèi)而不挫傷果實(shí)。圖43將儲(chǔ)倉(cāng)填充物示為部件1475。

在許多果園中，可成排地種植樹，且這些排中間具有小路。機(jī)器人系統(tǒng)可沿此小路行進(jìn)。由于機(jī)器人系統(tǒng)可在兩側(cè)上具有臂系統(tǒng)，因此機(jī)器人系統(tǒng)可需要在該小路上居中?？沙鲇谠撃康氖褂脗鞲衅?，以檢測(cè)樹冠層并確定兩個(gè)冠層表面之間的中間平面在何處?？沙鲇谠撃康氖褂玫膫鞲衅骺砂╨idar、攝像機(jī)、非接觸式和接觸式接近傳感器等。

用以感測(cè)車輛速度的傳感器可被包括在機(jī)器人系統(tǒng)中。出于該目的的傳感器能夠包括gps、輪旋轉(zhuǎn)移位測(cè)量（例如，光學(xué)編碼器）、來自攝像機(jī)或其他傳感器的光流等。

知道果實(shí)在世界坐標(biāo)中的位置也可以是有利的。將來自車輛的圖像數(shù)據(jù)與gps傳感器聯(lián)接能夠提供該信息。

知道系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)或振蕩行為也可以是有利的，以便用機(jī)器人臂提供補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，因此確保將末端執(zhí)行器放置在期望的位置處而不論機(jī)器人的底座的運(yùn)動(dòng)如何的能力。

在車輛前方處的攝像機(jī)傳感器能夠提供冠層的初始圖片以便預(yù)先計(jì)劃摘取運(yùn)動(dòng)策略。機(jī)器中的在輸送果實(shí)時(shí)觀察它們的傳感器能夠被用以確定果實(shí)的品質(zhì)。傳感器（諸如，測(cè)壓元件）可整合于儲(chǔ)倉(cāng)輸送機(jī)中以便確定儲(chǔ)倉(cāng)的質(zhì)量。

傳感器（諸如光學(xué)接近傳感器）可整合于儲(chǔ)倉(cāng)填充物中以確定儲(chǔ)倉(cāng)的填充高度。傳感器（諸如在車輛前方和后方的攝像機(jī)或lidar）可被整合以預(yù)測(cè)空儲(chǔ)倉(cāng)相對(duì)車輛的到達(dá)和左右位置以及滿儲(chǔ)倉(cāng)的成功離開。傳感器（諸如在車輛前方和后方的攝像機(jī)或lidar）可被整合以檢測(cè)人或動(dòng)物的存在。

當(dāng)機(jī)器人系統(tǒng)到達(dá)一排樹的末端時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)或者停止或者導(dǎo)航至下一排樹?？砂▊鞲衅鳎ㄖT如gps、lidar和攝像機(jī)）以實(shí)現(xiàn)該功能。

圖49中圖示控制系統(tǒng)的概覽。上文已描述了控制系統(tǒng)的許多元件?？刂葡到y(tǒng)可由計(jì)算機(jī)或一些其他替代性計(jì)算資源組成。計(jì)算機(jī)可向真空系統(tǒng)和車輛控制系統(tǒng)發(fā)送控制信號(hào)。其還可向控制末端執(zhí)行器的位置的致動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)送控制信號(hào)。如圖中所示，控制系統(tǒng)可從位于遍及機(jī)器人系統(tǒng)的各種位置的各種傳感器和攝像機(jī)接收信號(hào)。使用例如來自攝像機(jī)的圖像，控制系統(tǒng)可計(jì)算末端執(zhí)行器的期望位置。圖像還可被用以避開障礙物，諸如但不限于樹枝、格架線、格架柱。

除使用從攝像機(jī)接收到的信息之外，控制系統(tǒng)還能夠使用來自傳感器（諸如接近傳感器）的信息以實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器的精確定位。作為示例，可利用接近傳感器調(diào)制末端執(zhí)行器接近果實(shí)的速度，使得對(duì)果實(shí)的損壞得以最小化。因此，當(dāng)末端執(zhí)行器接近果實(shí)時(shí)，接近傳感器可向控制系統(tǒng)發(fā)送信號(hào)，所述控制系統(tǒng)將因此向致動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)回控制信號(hào)并調(diào)制末端執(zhí)行器接近果實(shí)的速度。

如上文注意到的，控制系統(tǒng)可基于其從各種傳感器得到的信號(hào)向真空系統(tǒng)發(fā)送控制信號(hào)，使得能夠調(diào)整或修改真空壓力及因此收獲的速度。如先前所描述的那樣，如果過快地收獲果實(shí)，那么可減小真空壓力使得不那么快地采摘果實(shí)。對(duì)調(diào)整真空壓力的需求可由其他因素觸發(fā)，所述因素諸如但不限于在一些果實(shí)上且不在其他果實(shí)上存在濕氣、果實(shí)大小因樹而異、成熟度差異。整合在果實(shí)真空系統(tǒng)的路徑內(nèi)的傳感器或攝像機(jī)可拍攝果實(shí)的圖像并評(píng)估果實(shí)的品質(zhì)或其他特性?；谠撔畔?，可調(diào)整真空壓力。就控制系統(tǒng)及攝像機(jī)和傳感器的系統(tǒng)而言，也可在實(shí)時(shí)的基礎(chǔ)上調(diào)整真空壓力。

在另一構(gòu)思中，控制系統(tǒng)也可基于收獲動(dòng)作控制車輛的運(yùn)動(dòng)。例如，控制系統(tǒng)可計(jì)算車輛相對(duì)于樹的最佳位置，使得可在對(duì)車輛位置作盡可能少的調(diào)整的情況下收獲來自一棵樹的果實(shí)。通過這樣做，可提高產(chǎn)量。

將認(rèn)識(shí)到的是，上文所公開的變體以及其他特征和功能或其替代方案可組合于許多其他不同的系統(tǒng)或應(yīng)用中?？呻S后由本領(lǐng)域技術(shù)人員在其中做出各種目前未預(yù)見或未預(yù)測(cè)到的替代方案、改型、變型或改進(jìn)，這些也旨在由以下權(quán)利要求所涵蓋。