受控环境农业系统的种植塔处理的制作方法

受控环境农业系统的种植塔处理
1.分案申请的相关信息
2.本案是分案申请。该分案的母案是申请日为2019年10月30日、申请号为201980071869.6、发明名称为“受控环境农业系统的种植塔处理”的发明专利申请案。
3.相关申请案的交叉参考
4.本技术案主张2018年10月30日申请的第62/752,977号美国申请案的优先权，所述申请案的公开内容出于所有目的而以引用方式并入本文中。
技术领域
5.本公开大体上涉及受控环境农业且更特定来说，涉及用于垂直种植塔的自动处理及输送系统。


背景技术：

6.背景技术部分中所论述的主题不应仅仅由于其在背景技术部分中被提及而被假设是现有技术。类似地，背景技术部分中所提及或与背景技术部分的主题相关联的问题不应被假设为先前已在现有技术中认识到。背景技术部分中的主题仅仅表示不同方法，其本身也可对应于所主张技术的实施方案。
7.在二十世纪，农业逐渐开始从保守产业演变为快速发展的高科技产业。全球粮食短缺、气候变化及社会变革推动从手动实施的农业技术向计算机实施的技术的转变。在过去，且在直到今天的许多情况下，农民只有一个种植季节来生产作物，这将决定他们全年的收入及粮食产量。然而，这种情况正在改变。随着室内种植成为一个选项及更好地获得数据处理技术，农业科学变得更加灵活。其正随着新数据的收集及深刻理解的产生而适应及学习。
8.随着“受控环境农业”的出现，技术的进步使控制自然的影响成为可能。空间利用率、照明的改进效率，及对水栽法、气栽法、作物周期的更好理解，及环境控制系统的进步允许人类更好地重建有利于农业作物种植的环境，其目标是更高的每平方英尺产量、更好的营养及更低的成本。
9.均转让给本公开的受让人且其全文以引用方式并入本文中的第2018/0014485号及第2018/0014486号美国专利公开案描述环境受控的垂直耕种系统。垂直耕种结构(例如，垂直柱)可以开环或闭环方式绕自动输送系统移动，暴露于精确受控的照明、气流及湿度，具有理想的营养支持。
10.第us 2017/0055460号美国专利公开案(“brusatore”)描述一种用于连续自动地种植植物的系统。植物支撑臂的垂直阵列从中心轴径向地延伸。每一臂包含接纳植物幼苗及液体营养物及水的盆形容器。盆栽臂在种植灯及授粉臂下方旋转。然而，植物之间的间距似乎是固定的。
11.授予康奈尔(cornell)的第2,244,677号美国专利描述一种在温室结构内输送垂直盒形框架的植物生产系统。传动链机构在轨道中输送垂直盒状框架，其中所述垂直盒状
框架暴露于受控环境条件。然而，康奈尔并未考虑对种植在所述盒状框架中的作物的自动处理或收割。


技术实现要素：

12.本公开涉及一种用于受控环境农业的自动作物生产系统，其包含：垂直种植结构之间的水平到垂直界面，其包含垂直种植塔及用于移动所述垂直种植塔通过受控环境的相关联输送机构；及处理系统，其依基本上水平定向对所述种植塔执行一或多个处理操作——例如收割、清洁及/或移栽。本公开还描述一种用于受控环境农业的自动作物生产系统，所述自动作物生产系统选择性地将种植塔排定路线通过自动作物生产系统的各个处理阶段。本公开进一步描述位于种植塔的处理路径中的选定位置处以增加所述系统的总效率的塔缓冲器。
附图说明
13.图1是说明实例受控环境农业系统的功能框图。
14.图2是实例受控环境农业系统的透视图。
15.图3a及3b是实例种植塔的透视图。
16.图4a是实例种植塔的俯视图；图4b是实例种植塔的透视俯视图；图4c是实例种植塔的区段的正视图；且图4d是实例种植塔的一部分的截面正视图。
17.图5a是实例种植线的一部分的透视图；且图5b是实例塔钩的透视图。
18.图6是实例种植线及往复式凸轮机构的一部分的分解透视图。
19.图7a是说明实例往复式凸轮机构的操作的序列图；且图7b说明包含膨胀接头的替代凸轮通道。
20.图8是实例种植线及灌溉供应线的剖面图。
21.图9是实例塔钩及集成漏斗结构的侧视图。
22.图10是实例种植线的剖面图。
23.图11a是实例塔钩及集成漏斗结构的透视图；图11b是实例塔钩及集成漏斗结构的截面图；且图11c是实例塔钩及集成漏斗结构的俯视图。
24.图12是实例滑架组合件的正视图。
25.图13a是从图12的替代角度看的实例滑架组合件的正视图；且图13b是实例滑架组合件的透视图。
26.图14是实例自动搁置站的部分透视图。
27.图15a是实例自动拾取站的部分透视图；且图15b是实例自动拾取站的替代部分透视图。
28.图16是用于自动拾取或搁置站的实例末端执行器的透视图。
29.图17a及17b是安装到末端执行器以可释放地抓握种植塔的实例夹持器组合件的部分透视图。
30.图18是实例自动拾取站的部分透视图。
31.图19是说明促进种植塔的定位的实例约束机构的实例自动拾取站的部分透视图。
32.图20是实例导入收割机输送机的侧视图。
33.图21a是实例中央处理系统的站及输送机构的功能框图；图21b是根据本发明的替代实施方案的中央处理系统的透视图；图21c是图21b中所描绘的替代中央处理系统的俯视图；图21d是实例水平塔缓冲器；图21e是说明具有中央处理系统的垂直塔输送系统的实例配置的示意图；且图21f是说明实例收割前缓冲系统的截面图。
34.图22是实例拾取输送机的部分透视图。
35.图23a是实例收割机站的透视图；图23b是实例收割机机器的俯视图；且图23c是实例收割机机器的透视图。
36.图24a是用于移栽机站的实例末端执行器的正视图；且图24b是移栽机站的透视图。
37.图25说明根据本公开的实施例的可用于执行存储在非暂时性计算机可读媒体(例如，存储器)中的指令的计算机系统的实例。
具体实施方式
38.参考附图进行本描述，在附图中展示各种实例实施例。然而，可使用许多不同的实例实施例，且因此所述描述不应被解释为限于本文中所阐述的实例实施例。相反，提供这些实例实施例使得本公开将是透彻且完整的。对实例性实施例的各种修改对于所属领域技术人员来说将容易显而易见，且在不脱离本公开的精神及范围的情况下，本文中所定义的一般原理可应用于其它实施例及应用。因此，本公开并非意在限于所展示实施例，而是与符合本文中所公开的原理及特征的最宽范围相一致。
39.下文描述经配置用于高密度种植及作物产量的垂直农业生产系统。图1及2说明根据本发明的一个可能实施例的受控环境农业系统10。在高层面下，系统10可包含环境受控的种植室20、安置在种植室20内且经配置以输送种植塔50与安置在其中的作物的垂直塔输送系统200及中央处理设施30。中央处理设施30可为洁净室环境以将污染物及污染体保持在可接受限度内。可采用空气过滤、转移及其它系统来实现洁净室环境以满足所需食品安全标准。
40.种植室20可含有一到多个垂直种植线202，所述垂直种植线202包含输送系统以沿着种植室20内的种植线202平移种植塔50。可种植的作物或植物物种可为向重力性/向地性及/或向光性的，或其某个组合。作物或植物物种可显著不同且包含各种叶类蔬菜、果类蔬菜、开花作物、水果等。受控环境农业系统10可经配置以一次种植单种作物类型或同时种植多种作物类型。
41.系统10还可包含用于在整个作物的种植周期内在回路中移动种植塔的输送系统，所述回路包括经配置以将种植塔装载入及装载出垂直塔输送机构200的分级区域。中央处理系统30可包含用于将种植塔导引到中央处理系统30中的站——例如，用于将植物装载到种植塔中及从种植塔收割作物的站的一或多个输送机构。种植室20内的垂直塔输送系统200经配置以沿着种植线202支撑及平移一或多个种植塔50。每一种植塔50经配置以容纳支撑种植在其中的至少一种作物植物的根结构的植物种植介质。每一种植塔50还经配置以依垂直定向可释放地附接到种植线202且在种植阶段期间沿着种植线202移动。垂直塔输送机构200及中央处理系统30(包含相关联输送机构)一起可在一或多个计算系统的控制下布置在生产回路中。
42.种植环境20可包含定位在垂直塔输送系统200的种植线202之间且沿着所述种植线202的各个位置处的发光源。发光源可相对于种植线202中的种植塔50侧向地定位且经配置以朝向包含作物自其生长的开口的种植塔50的侧面发射光。发光源可被并入到如第2017/0146226a1号美国公开案中所描述的水冷式led照明系统中，所述公开案的公开内容以引用方式并入本文中。在此实施例中，led灯可经布置成条状结构。条状结构可经放置成垂直定向以侧向于相邻种植塔50的基本上整个长度发射光。多个光条结构可在种植环境20中沿着种植线202布置且布置在种植线202之间。可采用其它照明系统及配置。例如，灯条可水平地布置在种植线202之间。
43.种植环境20还可包含营养物供应系统，所述营养物供应系统经配置以随着作物平移通过种植室20而将水性作物营养液供应给所述作物。如下文更详细地论述，营养物供应系统可将水性作物营养液施加到种植塔50的顶部。重力可致使所述溶液沿着垂直定向的种植塔50向下行进且通过其长度以将溶液供应给沿着种植塔50的长度安置的作物。种植环境20还包含气流源，所述气流源经配置以当将塔安装到种植线202时，将在种植的侧向生长方向上导引气流且导引气流通过种植植物的下冠，以便扰乱种植植物的下冠的边界层。在其它实施方案中，气流可来自冠的顶部或正交于植物生长的方向。种植环境20还可包含用于调节至少一个种植条件(例如空气温度、气流速度、相对空气湿度及环境二氧化碳气体含量)的控制系统及相关联传感器。控制系统可例如包含例如hvac单元、冷却器、风扇以及相关联管道及空气处置设备的子系统。种植塔50可具有识别属性(例如条形码或rfid标签)。受控环境农业系统10可包含用于在农业生产周期的各个阶段期间跟踪种植塔50及/或用于控制种植环境的一或多个条件的对应传感器及编程逻辑。控制系统的操作及塔在种植环境中的保持时间长度可取决于多种因素而显著不同，例如作物类型及其它因素。
44.如上文所论述，将具有新移栽作物或幼苗的种植塔50从中央处理系统30转移到垂直塔输送系统200中。垂直塔输送系统200在种植环境20中以受控方式沿着相应种植线202移动种植塔50，如下文更详细地论述。安置在种植塔50中的作物暴露于种植环境的受控条件(例如，光、温度、湿度、气流、水性营养物供应等)。控制系统能够进行自动调整以优化种植室20内的种植条件以对各种属性(例如作物产量、视觉吸引力及营养成分)进行持续改进。另外，第2018/0014485号及第2018/0014486号美国专利公开案描述应用机器学习及其它操作以优化垂直耕种系统中的种植条件。在一些实施方案中，环境条件传感器可经安置在种植塔50上或在种植环境20中的各个位置处。当作物准备好被收割时，将具有待收割作物的种植塔50从垂直塔输送系统200转移到中央处理系统30以进行收割及其它处理操作。
45.如下文更详细地论述，中央处理系统30可包含处理站，所述处理站涉及将幼苗投入到塔50中，从塔50收割作物及清洁已经收割的塔50。中央处理系统30还可包含在此类处理站之间移动塔50的输送机构。例如，如图1说明，中央处理系统30可包含收割机站32、清洗站34及移栽机站36。收割机站32可将经收割作物存放到食品安全容器中且可包含用于将所述容器输送到超出本公开的范围的收割后设施(例如，制备、清洗、包装及储存)的输送机构。
46.受控环境农业系统10还可包含用于在种植环境20与中央处理系统30之间转移种植塔50的一或多个输送机构。在所展示实施方案中，中央处理系统30的站依水平定向对种植塔50进行操作。在一个实施方案中，自动拾取站43及相关联控制逻辑可为可操作的以从
装载位置可释放地抓握水平塔，将所述塔旋转到垂直定向且将所述塔附接到转移站用于插入到种植环境20的选定植物线202中。在种植环境20的另一末端，自动搁置站41及相关联控制逻辑可为可操作的以可释放地抓握垂直定向的种植塔50且从缓冲位置移动垂直定向的种植塔50，将种植塔50旋转到水平定向且将其放置在输送系统上用于装载到收割机站32中。在一些实施方案中，如果由于质量控制问题而拒绝种植塔50，那么输送系统可绕过收割机站32且将所述种植塔运送到清洗站34(或某个其它站)。自动搁置站41及拾取站43可各自包括六自由度机器人臂，例如fanuc机器人。站41及43还可包含用于在相对末端处可释放地抓握种植塔50的末端执行器。
47.种植环境20还可包含用于将种植塔50插入到选定种植线202中及从种植线202卸载种植塔50的自动装载及卸载机构。在一个实施方案中，装载转移输送机构47可包含积放式输送机系统，所述积放式输送机系统将各自装载有种植塔50的滑架从自动拾取站43输送到选定种植线202。垂直种植塔输送系统200可包含传感器(例如rfid或条形码传感器)以识别给定种植塔50且在控制逻辑下，选择用于种植塔50的种植线202。用于种植线选择的特定算法可取决于数个因素而显著不同且超出本公开的范围。装载转移输送机构47还可包含将种植塔50推动到种植线202上的一或多个线性致动器。类似地，卸载转移输送机构45可包含将种植塔从种植线202推动或拉动到另一积放式输送机机构上的一或多个线性致动器，所述另一积放式输送机机构将滑架1202从种植线202输送到自动搁置站41。图12说明可用于积放式输送机机构中的滑架1202。在所展示实施方案中，滑架1202包含钩1204，所述钩1204接合附接到种植塔50的钩52。闩锁组合件1206可在种植塔50正被输送到系统中的各个位置及正从系统中的各个位置被输送时固定种植塔50。在一个实施方案中，装载转移输送机构47及卸载转移输送机构45中的一或两者可配置有足够的轨道距离以建立可在其中缓冲种植塔50的区带。例如，可控制卸载转移输送机构45，使得其将待收割的一组塔50卸载到滑架1202为止，所述滑架1202被移动到轨道的缓冲区。在另一末端上，自动拾取站43可将待插入到种植环境20中的一组塔装载到滑架1202上，所述滑架1202经安置在与装载转移输送机构47相关联的轨道的缓冲区中。
48.种植塔
49.种植塔50为个别作物在系统中生长提供位点。如图3a及3b说明，钩52附接到种植塔50的顶部。钩52允许当将种植塔50插入到垂直塔输送系统200中时由种植线202支撑种植塔50。在一个实施方案中，种植塔50测量为5.172米长，其中所述塔的挤制长度是5.0米，且钩是0.172米长。在一个实施方案中，种植塔50的挤制矩形轮廓测量为57mm
×
93mm(2.25
”×
3.67”)。钩52可经设计使得其外部总尺寸不大于种植塔50的挤制轮廓。前述尺寸用于教学目的。种植塔50的尺寸可取决于数个因素而变动，例如所要产量、系统的总大小等。
50.种植塔50可包含沿着种植塔50的至少一个面排列的一组种植位点53。在图4a中所展示的实施方案中，种植塔50在相对面上包含种植位点53，使得植物从种植塔50的相对侧突出。移栽机站36可将幼苗移栽到种植塔50的空种植位点53中，其中所述幼苗保持在适当位置直到其完全成熟并准备好被收割为止。在一个实施方案中，种植位点53的定向垂直于种植塔50沿着种植线202的行进方向。换句话说，当将种植塔50插入到种植线202中时，植物从种植塔50的相对面延伸，其中相对面平行于行进方向。尽管优选双面配置，但是本发明也可用于其中植物沿着种植塔50的单个面生长的单面配置中。
51.2018年5月1日申请的出于所有目的而以引用方式并入本文中的第15/968,425号美国申请案公开可结合本发明的各种实施例使用的实例塔结构配置。在所展示实施方案中，种植塔50可各自由卡扣在一起以形成一个结构的三个挤制件组成。如所展示，种植塔50可为双面水栽塔，其中塔体103包含界定第一塔腔54a及第二塔腔54b的中心壁56。图4b提供实例性双面、多件式水栽种植塔50的透视图，其中每一前面板101以铰链方式耦接到塔体103。在图4b中，每一前面板101处于闭合位置中。塔腔54a、54b的横截面可在1.5英寸
×
1.5英寸到3英寸
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3英寸的范围内，其中术语“塔腔”是指在塔体内且在塔面板后面的区。种植塔50的壁厚可在0.065英寸到0.075英寸的范围内。双面水栽塔(例如图4a及4b中所展示)具有两个背对背腔54a及54b，每一背对背腔优选地在所注大小范围内。在所展示配置中，种植塔50可包含：(i)第一v形凹槽58a，其沿着塔体103的第一侧的长度延长，其中所述第一v形凹槽居中于第一塔腔与第二塔腔之间；及(ii)第二v形凹槽58b，其沿着塔体103的第二侧的长度延长，其中所述第二v形凹槽居中于第一塔腔与第二塔腔之间。v形凹槽58a、58b可促进中央处理系统30中的站中的一或多者对塔50的对位、对准及/或馈送。第15/968,425号美国申请案公开有关可用于本发明的实施例中的塔的构造及使用的额外细节。v形凹槽58a、58b的另一属性是其有效地使中心壁56变窄以促成水性营养液在植物的根所在位置的中心流动。其它实施方案是可能的。例如，种植塔50可经形成为整体、单次挤制，其中侧壁处的材料挠曲以提供铰链且允许敞开腔以进行清洁。2019年9月20日申请的出于所有目的而以引用的方式并入本文中的第16/577,322号美国专利公开通过单次挤制形成的实例种植塔50。
52.如图4c及4d说明，种植塔50可各自包含与兼容的穴盘支架158一起使用的多个切口105，例如各自在2018年3月2日申请的第15/910,308号、第15/910,445号及第15/910,796号共同转让及共同待决的美国专利申请案中的任一者中所公开的穴盘支架，所述专利申请案的公开内容出于任何及所有目的而并入本文中。如所展示，穴盘支架158可相对于前面板101及种植塔50的垂直轴定向成45度角。然而，应理解，本技术案中所公开的塔设计不限于与这个特定穴盘支架或定向一起使用，相反，本文中所公开的塔可与任何适当大小及/或定向的穴盘支架一起使用。因而，切口105仅意味着说明而不限制本塔设计且应理解，本发明同样适用于具有其它切口设计的塔。穴盘支架158可经超声焊接、结合或以其它方式附接到塔面101。
53.铰链式前面板的使用简化种植塔的制造，以及一般来说简化塔维护及特定来说简化塔清洁。例如，为了清洁种植塔50，面板101从主体103敞开以允许容易地接达主体腔54a或54b。在清洁之后，闭合面板101。由于所述面板在整个清洁过程中保持附接到塔体103，因此更容易维持零件对准且确保每一面板与适当塔体恰当地相关联，且假设是双面塔体，那么每一面板101与特定塔体103的适当侧恰当地相关联。另外，如果在面板101处于敞开位置中的情况下执行栽培及/或收割操作，那么对于双面配置，两个面板可为敞开的且同时被栽培及/或被收割，因此消除栽培及/或收割一侧且接着旋转塔并栽培及/或收割另一侧的步骤。在其它实施例中，在面板101处于闭合位置中的情况下执行栽培及/或收割操作。
54.其它实施方案是可能的。例如，种植塔50可包括任何塔体，所述塔体包含从塔面(塔的一部分或个别部分或者整个塔长度)延伸到塔内部中的一定体积的介质或芯吸介质。例如，以引用方式并入本文中的第8,327,582号美国专利公开一种种植管，所述种植管具有从所述管的面延伸的槽及容纳在所述管中的种植介质。其中所说明的管可被修改为在其顶
部处包含钩52且在相对面上具有槽，或在单个面上具有一个槽。
55.垂直塔输送系统
56.图5a说明垂直塔输送系统200中的种植线202的一部分。在一个实施方案中，垂直塔输送系统200包含平行布置的多个种植线202。如上文所论述，自动装载及卸载机构45、47可在自动控制系统下从种植线202选择性地装载及卸载种植塔50。如图5a展示，每一种植线202支撑多个种植塔50。在一个实施方案中，出于支撑目的，可通过托架将种植线202安装到种植结构的顶板(或其它支撑件)。钩52钩入种植塔50且将种植塔50附接到种植线202，由此随着所述塔平移通过垂直塔输送系统200而在垂直定向中支撑所述塔。输送机构移动附接到相应种植线202的塔50。
57.图10说明根据本发明的一个可能实施方案的种植线202的横截面或挤制轮廓。种植线202可为铝挤制件。种植线202的挤制轮廓的底部区段包含面向上凹槽1002。如图9展示，种植塔50的钩52包含主体53及接合凹槽1002的对应部件58，如图5a及8中所展示。这些钩允许种植塔50钩入凹槽1002且沿着种植线202滑动，如下文所论述。相反，可从种植线202手动地从种植塔50脱钩且移出生产。如果种植塔50中的作物患病，那么这种能力可能是必需的，使得其不会感染其它塔。在一个可能实施方案中，凹槽1002的宽度(例如，13mm)是两个不同因素之间的优化。首先，凹槽越窄，结合速率越有利且种植塔钩52越不可能结合。相反，凹槽越宽，由于具有更大接触面，种植塔钩的磨损越慢。类似地，凹槽的深度(例如10mm)可能是空间节省与塔钩意外掉落之间的优化。
58.钩52可为射出成型的塑料零件。在一个实施方案中，塑料可为聚氯乙烯(pvc)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(abs)或缩醛均聚物(例如，杜邦公司出售的)。钩52可经溶剂结合到种植塔50的顶部及/或使用铆钉或其它机械紧固件来附接。座落在种植线202的矩形凹槽1002中的凹槽接合部件58可为单独零件或与钩52一体地形成。如果是单独的，那么这个零件可由具有比所述钩的其余部分更低的摩擦及更好的耐磨性的不同材料制成，例如超高分子量聚乙烯或乙缩醛。为了保持低组装成本，这个单独零件可卡扣到钩52的主体上。替代地，所述单独零件也可包覆成型到钩52的主体上。
59.如图6及10说明，种植线202的挤制轮廓的顶部区段含有面向下的t形槽1004。线性导向滑架610(下文所描述)座落在t形槽1004内。t形槽1004的中心部分可凹入以提供与可从滑架610突出的螺钉或包覆成型插入件的间隙。每一种植线202可由数个单独制造的区段组装而成。在一个实施方案中，种植线202的区段当前成型为6米长度。较长区段减少结合部的数目，但更容易受热膨胀问题影响且可能显著地增加装运成本。未由附图捕获的额外特征包含不连续的安装孔以将种植线202附接到顶板结构且附接灌溉线。t形槽1004的中断也可被加工到输送机主体中。这些中断允许移除线性导向滑架610而不必将其一路滑出种植线202的末端。
60.在种植线202的两个区段之间的结合部处，块612可位于两个输送机主体的t形槽1004中。这个块用于对准两个种植线区段，使得种植塔50可在其之间平滑地滑动。用于对准种植线202的区段的替代方法包含使用装配到所述区段的挤制轮廓中的定位销孔中的定位销。块612可经由固定螺钉夹紧到种植线区段中的一者，使得种植线区段仍可聚到一起且由于热膨胀而分开。基于相对严格的公差及所需的少量材料，可加工这些块。青铜由于其强度、耐腐蚀性及耐磨性而可用作此类块的材料。
b4010ms053-62致动器；然而，本文中所描述的往复式凸轮机构可用多种不同致动器来操作。线性致动器可在种植线202的卸载端而非装载端处附接到凸轮通道604。在此配置中，当在致动器的前进冲程(其拉动凸轮通道604)期间由塔50装载时，凸轮通道604处于张力下，这降低屈曲的风险。图7a说明根据本发明的一个实施方案的往复式凸轮机构的操作。在步骤a中，线性致动器已完成整个后退冲程；如图7a说明，一或多个凸轮602可逐渐升高到种植塔50的钩52上方。图7a的步骤b说明在前进冲程结束时凸轮通道604及凸轮602的位置。在前进冲程期间，凸轮602接合对应种植塔50且如所展示般沿着种植线202在前进方向上移动对应种植塔50。图7a的步骤c说明可如何将新种植塔50(塔0)插入到种植线202上及可如何移除最后一个塔(塔9)。步骤d说明凸轮602如何在后退冲程期间以与步骤a相同的方式逐渐升高到种植塔50上方。这个往复式凸轮机构的基本原理是来自所述致动器的相对短冲程的往复式运动在一个方向上沿着种植线202的整个长度运输塔50。更具体来说，在前进冲程上，种植线202上的所有种植塔50被向前推动一个位置。在后退冲程上，凸轮602逐渐升高到后一个位置的相邻塔上方；种植塔保持在同一位置中。如所展示，当种植线202为满时，可在线性致动器的每一前进冲程之后装载新种植塔且卸载最后一个塔。在一些实施方案中，钩52的顶部部分(在凸轮推动的部分)稍窄于种植塔50的宽度。因此，当种植塔50彼此紧邻间隔时，凸轮602仍可与钩52接合。图7a展示用于教学目的的9个种植塔。种植线202可经配置为相当长(例如，40米)，从而允许种植线202上的更大数目的(例如400到450个)塔50。其它实施方案是可能的。例如，最小塔间距可被设置为等于或稍大于种植塔50的横向距离的两倍以允许在每一周期中将一个以上种植塔50装载到种植线202上。
67.又进一步，如图7a中所展示，沿着凸轮通道604的凸轮602的间距可经布置以实现沿着种植线202的一维植物转位。换句话说，往复式凸轮机构的凸轮602可经配置使得塔50之间的间距随着其沿着种植线202行进而增加。例如，凸轮602之间的间距可从种植线202的开端处的最小间距逐渐增加到种植线202的末端处的最大间距。这对于在植物生长时将植物隔开以增加光截获并提供间距，且通过可变间距或转位来增加种植室20及相关联组件(例如照明)的有效使用可能是有用的。在一个实施方案中，线性致动器的前进及后退冲程距离等于(或稍大于)最大塔间距。在线性致动器的后退冲程期间，种植线202的开端处的凸轮602可逐渐升高到且越过种植塔50。在前进冲程上，此类凸轮602可在接合塔之前行进相应距离，而沿着种植线202定位成更远的凸轮可在接合塔之前行进较短距离或基本上立即接合。在此布置中，最大塔间距无法大于最小塔间距的两倍；否则，凸轮602可逐渐升高到两个或更多个种植塔50上方及接合两个或更多个种植塔50。如果期望更大的最大塔间距，那么可使用膨胀接头，如图7b中所说明。膨胀接头允许凸轮通道604的前区段在凸轮通道604的后端之前开始行进，由此实现长冲程。特定来说，如图7b展示，膨胀接头710可附接到凸轮通道604的区段604a及604b。在初始位置(702)中，膨胀接头710是收缩的。在前进冲程(704)开始时，凸轮通道604的前区段604a向前移动(随着致动器拉动凸轮通道604)，而后区段604b保持静止。一旦螺栓在膨胀接头710上降至最低点(706)，凸轮通道604的后区段604便也开始向前移动。在后退冲程(708)上，膨胀接头710收缩到其初始位置。
68.可采用用于移动垂直种植塔50的其它实施方案。例如，可采用导螺杆机构。在此实施方案中，导螺杆的螺纹接合安置在种植线202上的钩52且随着轴件旋转而移动种植塔50。螺纹的螺距可变动以实现一维植物转位。在另一实施方案中，带式输送机包含沿着所述带
的桨叶，可用于沿着种植线202移动种植塔50。在此实施方案中，沿着种植线202布置一系列带式输送机，其中每一带式输送机在桨叶当中包含不同间距距离以实现一维植物转位。在又其它实施方案中，积放式输送机可用于沿着种植线202移动种植塔50。又进一步，尽管各个图中所说明的种植线202与地面水平，但是种植线202可相对于塔行进方向向下或向上倾斜成小角度。又进一步，虽然上文所描述的种植线202进行操作以在单个方向上输送种植塔，但是种植线202可经配置为包含多个区段，其中每一区段经定向在不同方向上。例如，两个区段可彼此垂直。在其它实施方案中，两个区段可彼此平行地延长，但是具有相反的行进方向。
69.灌溉与水性营养物供应
70.图8说明可如何将灌溉线802附接到种植线202以随着种植塔50平移通过垂直塔输送系统200而将水性营养液供应给安置在种植塔50中的作物。在一个实施方案中，灌溉线802是加压线，其中随着塔50每一移动周期沿着种植线202前进，隔开的孔经安置在塔50的预期位置处。例如，灌溉线802可为具有1.5英寸内径的pvc管及具有0.125英寸直径的孔。灌溉线802跨种植线202的整个长度的长度可为近似40米。为了确保跨整个线的足够压力，灌溉线802可分成更短区段，每一区段经连接到歧管，使得压降降低。
71.如图8展示，漏斗结构902从灌溉线802收集水性营养液且将水性营养液分配到种植塔50的(若干)腔54a、54b，如下文更详细地论述。图9及11a说明漏斗结构902可经集成到钩52中。例如，漏斗结构902可包含收集器910、第一及第二通道912以及第一及第二槽920。如图9说明，所述钩的凹槽接合部件58可经安置在总体钩结构的中心线处。漏斗结构902可包含与收集器910相对地向下且在中心线的相对侧上延伸的凸缘区段906。第一及第二通道的出口基本上定向成与凸缘区段906的相对侧相邻且在所述相对侧处，如所展示。凸缘区段906与种植塔50的中心壁56对位以使钩52居中且提供额外位点来将钩52附着或以其它方式附接到种植塔50。换句话说，当将钩52插入到种植塔50的顶部中时，中心壁56经安置在凸缘区段906之间。在所展示实施方案中，收集器910从钩52的主体53侧向地延伸。
72.如图11b展示，漏斗结构902包含收集器910，所述收集器910收集营养液且通过通道912将所述营养液均匀地分配到塔的内腔54a及54b。通道912经配置以在中心壁56附近分配水性营养液且在穴盘支架158的末端上方及预期栽培作物的根的位置处分配到每一腔54a、54b的中心后部。如图11c说明，在一个实施方案中，漏斗结构902包含促成营养液均匀地分配到两个通道912的槽920。为了使营养液到达通道912，营养液必须流过槽920中的一者。每一槽920可具有v状配置，其中槽开口的宽度随着其从收集器910的基本上平坦的底表面922延伸而增加。例如，每一槽920可在底表面922处具有1毫米的宽度。槽920的高度可在25毫米的高度上增加到5毫米。槽920的配置致使通过灌溉线802以足够流速供应的营养液累积在收集器910中，这与直接流到特定通道912相反，且流过槽920以促成营养液均匀地分配到两个通道912。
73.在操作中，灌溉线802将水性营养液提供到漏斗结构902，所述漏斗结构902将水均匀地分配到种植塔50的相应腔54a、54b。从漏斗结构902供应的水性营养液随着其向下滴流而灌溉容纳在相应穴盘容器158中的作物。在一个实施方案中，安置在每一种植线202下方的排水槽从种植塔50收集过量水以进行再循环。
74.其它实施方案是可能的。例如，漏斗结构可配置有单独地操作以将水性营养液分
配到种植塔50的对应腔54a、54b的两个单独收集器。在此配置中，灌溉供应线可经配置具有用于每一收集器的一个孔。在其它实施方案中，塔可仅包含单个腔且仅在塔的单个面101上包含穴盘容器。此配置仍要求使用将水性营养液导引到塔腔的所要部分的漏斗结构，但是消除对单独收集器或促进均匀分配的其它结构的需要。
75.自动拾取及搁置站
76.如上文所论述，中央处理系统30的站以水平定向操作种植塔50，而垂直塔输送系统200在种植环境20中以垂直定向输送种植塔。在一个实施方案中，自动拾取站43及相关联控制逻辑可操作以从装载位置可释放地抓握水平种植塔，将所述塔旋转到垂直定向且将所述塔附接到转移站以插入到种植环境20的选定种植线202中。在种植环境20的另一末端上，自动搁置站41及相关联控制逻辑可操作以可释放地抓握垂直定向种植塔50及从缓冲位置移动垂直定向种植塔50，将所述种植塔50旋转到水平定向且将其放置在输送系统上以供中央处理系统30的一或多个站处理。例如，自动搁置站41可将种植塔50放置在输送系统上以装载到收割机站32中。自动搁置站41及拾取站43可各自包括六自由度(六轴)机器人臂，例如fanuc机器人。站41及43还可包含用于在相对末端处可释放地抓握种植塔50的末端执行器。
77.图14说明根据本发明的一个实施方案的自动搁置站41。如所展示，自动搁置站41包含机器人1402及末端执行器1450。可为积放式输送机的卸载转移输送机构45从种植环境20递送种植塔50。在一个实施方案中，卸载转移输送机构45的缓冲轨道区段1406延伸穿过种植环境20中的垂直槽1408，从而允许机构45将附接到滑架1202的种植塔50输送到种植环境20之外且朝向拾取位置1404输送。卸载转移输送机构45可使用受控止挡叶片来将滑架1202止挡在拾取位置1404处。卸载转移输送机构45可包含防回滚机构，从而将滑架1202限位在止挡叶片与防回滚机构之间。
78.如图12说明，接纳器1204可经附接到转环机构1210，从而允许种植塔50在附接到滑架1202时的旋转以在卸载转移输送机构45中更紧密地缓冲及/或促进装载或卸载种植塔50的正确定向。在一些实施方案中，对于搁置位置及拾取位置1404，种植塔50可经定向使得钩52背对自动搁置及拾取站41、43以易于将塔转入/转出转环式滑架接纳器1204。钩52可静置在滑架1202的接纳器1204中的凹槽中。接纳器1204还可具有闩锁1206，所述闩锁1206在种植塔50的任一侧上闭合以防止种植塔50在与转移输送相关联的加速或减速期间滑落。
79.图16说明根据本发明的一个实施方案的提供用于在相对末端处可释放地抓握种植塔50的气压抓握解决方案的末端执行器1450。末端执行器1450可包含梁1602及用于附接到机器人(例如机器人臂1402)的安装板1610。顶部夹持器组合件1604及底部夹持器组合件1606经附接到梁1602的相对末端。末端执行器1450还可包含支撑臂1608以在保持于水平定向时支撑种植塔50。例如，从梁1602的中央区段延伸的支撑臂1608减轻塔偏转。支撑臂1608可与任一夹持器组合件1604、1606隔开约1.6米，且可从塔面名义上偏移30mm，从而在支撑臂1608抓住所述塔之前允许塔偏转30mm。
80.如图17a及17b中所展示，底部夹持器组合件1606可包含板1702，所述板1702从梁1602的末端垂直地延伸且各自具有界定臂1708a及1708b的切口区段1704。气压缸机构1706(例如由smc pneumatics出售的名称为mgpm40-40z的导向气压缸)附接到板1702的臂1708a。臂1708b可包含突起1712，所述突起1712在种植塔50被抓握在种植塔50的凹槽58b中
时接合所述凹槽58b以将种植塔50定位于夹持器组合件1606中及/或防止滑移。在所展示实施方案中，夹持器组合件1606像龙虾爪一样操作——即，所述夹持器的一侧(气压缸机构1706)移动，而另一侧(臂1708b)保持静止。在夹持器组合件1606的静止侧上，气压缸机构1706将种植塔50驱动到臂1708中，从而使塔50与突起1712对位。种植塔50与臂1708b及气压缸机构1706之间的摩擦在自动搁置或拾取站41、43的操作期间将塔50保持在适当位置。为了抓握种植塔50，气压缸机构1706可延伸。在此实施方案中，在涉及种植塔50的转移操作期间，气压缸机构1706缩回到释放位置。在一个实施方案中，气压缸机构1706的螺线管是中心闭合的，其中无论是延伸还是缩回，即便在丧失气压的情况下阀也锁定。在此实施方案中，气压的丧失将不会引起种植塔50在气压缸机构1706延伸的同时从末端执行器1450掉落。
81.在一个实施方案中，顶部夹持器组合件1604本质上是底部夹持器组合件1606的镜像，因为其包含相同组件且以上文所描述的相同方式操作。在一个实施方案中，掣子板1718可仅附接到底部夹持器组合件1606。在夹持器组合件发生故障或种植塔50滑移的情况下，掣子板1718可用作安全掣子。其它实施方案是可能的。例如，夹持器组合件可为平行夹持器组合件，其中每一夹持器的两个相对臂在被致动时移动以抓握种植塔50。
82.机器人1402可为6轴机器人臂，其包含基部、附接到基部的下臂、附接到下臂的上臂及安置在上臂的末端与末端执行器1450之间的腕部机构。例如，机器人1402可1)绕其基部旋转；2)旋转下臂以向前及向后延伸；3)相对于下臂向上及向下旋转上臂；4)以圆周运动旋转上臂及所附接腕部机构；5)向上及向下倾斜附接到上臂的末端的腕部机构；及/或6)顺时针或逆时针旋转腕部机构。然而，对末端执行器1450(及/或其它元件，例如输送机构等)的修改可容许不同类型的机器人及机构，以及具有更少移动轴的机器人的使用。如图18说明，机器人1402可为落地安装的且安装在底座上。机器人1402的输入可包含电源、到控制系统的数据连接及将气压缸机构1706连接到加压空气供应器的空气管线。在气压缸机构1706上，可使用传感器来检测气压缸何时处于其敞开状态或其闭合状态。控制系统可执行一或多个程序或子例程以控制机器人1402的操作以实现将种植塔50从种植环境20输送到中央处理系统20。
83.当种植塔50在卸载转移输送机构45中加速/减速时，种植塔50可稍微摆动。图18及19说明塔约束机构1902，所述塔约束机构1902用以在自动搁置站41的搁置操作期间停止可能的摆动且准确地定位种植塔50。在所展示实施方案中，机构1902是落地安装单元，其包含导向气压缸1904及托架组合件，所述托架组合件包含引导塔50的导向板1906及抓住种植塔50的底部的托架臂1908，从而依微小角度保持种植塔50以更好地实现将种植塔50与底部夹持器组合件1606对位。控制系统可控制机构1902的操作以接合种植塔50的底部，由此针对夹持器组合件1606将种植塔50保持在适当位置。
84.搁置操作的结束状态是使种植塔50尽可能居中搁放在收割机馈入输送机1420的突起2004上。在一个实施方案中，种植塔50经定向使得钩52指向收割机站32，且在具有铰链式侧壁的实施方案中，铰接侧朝下。根据本发明的一个可能实施方案，下文概述机器人1402的控制器可在搁置操作期间执行的决策步骤。
85.搁置程序描述
86.机器人控制器的主程序可如下般工作：
87.·
与中央处理系统30相关联的控制系统可激活机器人控制器的主程序。
88.·
在主程序内，机器人控制器可检查机器人1402是否处于其原位置中。
89.·
如果机器人1402未处于其原位置中，那么其进入其原程序以移动到原位置。
90.·
接着，主程序调用重置i/o程序以将机器人1402上的所有i/o参数重置为默认值。
91.·
接下来，主程序运行与中央处理控制器的交握程序以确保种植塔50存在于拾取位置1404处且准备好被拾取。
92.·
主程序可运行进入区带程序以指示其即将进入转移输送区带。
93.·
主程序可运行拾取塔程序以抓握种植塔50且将其从滑架1202提离。
94.·
接着，主程序可调用退出区带程序以指示其已离开转移输送区带。
95.·
接下来，主程序运行与中央处理控制器的交握程序以检查收割机馈入输送机1420是否清空且处于适当位置以接纳种植塔50。
96.·
接着，主程序可运行进入区带程序以指示其即将进入收割机馈入输送机区带。
·
主程序运行放置塔程序以移动经拾取塔且将其放置到馈入输送机1420上。
97.·
接着，主程序调用退出区带程序以指示其已离开收割机馈入输送机区带。
98.·
接着，可运行原程序以使机器人1402返回到其原位置。
99.·
最后，主程序可运行与中央处理控制器的交握程序以指示机器人1402已返回到其原位置且准备好拾取下一种植塔50。
100.拾取塔程序可如下般工作：
101.·
机器人1402检查以确保夹持器1604、1606处于敞开位置中。如果夹持器未敞开，那么机器人1402将发出警报。
102.·
接着，机器人1402可开始径直向前移动，这将把末端执行器1450推入塔面，使得种植塔完全抵靠在夹持器1604、1606的后壁安放。
103.·
接着，机器人1402可向侧面移动以将刚性指状件1712推抵塔壁以接合凹槽58b。
·
机器人1402可激活机器人输出以闭合夹持器1604、1606。
104.·
机器人1402可能等待直到传感器指示夹持器1604、1606闭合。如果机器人1402等待太长时间，那么机器人1402可发出警报。
105.·
一旦夹持被确认，机器人1402接着便可垂直地移动以将种植塔50从接纳器1204提离。
106.·
接下来，机器人1402接着可从拾取位置1404撤回。
107.放置塔程序可如下般工作：
108.·
机器人1402可移动通过充当中间点的两个路径点以在运动期间恰当地对准种植塔50。
109.·
机器人1402继续将末端执行器1450及种植塔50定位在收割机馈入输送机1450的中心的正上方，使得所述塔处于正确定向(例如，向下铰接在刚性指状件上，钩52朝向收割机站32)。
110.·
一旦输送机位置被确认，机器人1402接着便可激活输出以敞开夹持器1604、1606，使得种植塔50刚好静置在刚性指状件1712及支撑臂1608上。
111.·
机器人1402可能等待直到传感器指示夹持器1604、1606已敞开。如果机器人1402等待太长时间，那么机器人1402可发出警报。
112.·
在释放夹持器1604、1606之后，机器人1402接着可垂直地向下移动。在向下途中，收割机馈入输送机1420的突起2004承受种植塔50的重量且末端执行器1450的刚性指状件1712及支撑臂1608最终在种植塔下方且不接触。
113.·
最后，机器人1402接着可将末端执行器1450拉向机器人1402，远离收割机馈入输送机1420，且将末端执行器1450的刚性指状件1712从种植塔50下方滑出。
114.图15a及15b说明根据本发明的一个实施方案的自动拾取站43。如所展示，自动拾取站43包含机器人1502及拾取输送机1504。与自动搁置站41类似，机器人1502包含用于可释放地抓握种植塔50的末端执行器1550。在一个实施方案中，末端执行器1550与附接到自动搁置站41的机器人1402的末端执行器1450基本上相同。在一个实施方案中，末端执行器1550可省略支撑臂1608。如本文中所描述，使用末端执行器1550，机器人1502可抓握静置在拾取输送机1504上的种植塔50，将种植塔50旋转到垂直定向且将种植塔50附接到装载转移输送机构47的滑架1202。如上文所论述，装载转移输送机构47(其可包含积放式输送机)将种植塔50递送到种植环境20。在一个实施方案中，装载转移输送机构47的缓冲轨道区段1522延伸穿过种植环境20中的垂直槽，从而允许机构47将附接到滑架1202的种植塔50从停止位置1520输送到种植环境20中。装载转移输送机构47可使用受控止挡叶片来将滑架1202止挡在停止位置1520处。装载转移输送机构47可包含防回滚机构，从而将滑架1202限位在止挡叶片与防回滚机构之间。
115.根据本发明的一个可能实施方案，下文概述机器人1502的控制器可在拾取操作期间执行的决策步骤。
116.拾取程序描述
117.机器人控制器的主程序对于机器人1502可如下般工作：
118.·
中央处理控制器可激活主程序。
119.·
在主程序内，机器人1502控制器将检查机器人1502是否处于其原位置中。
120.·
如果机器人1502未处于其原位置中，那么机器人1502将进入其原程序以移动到机器人1502的原位置。
121.·
接着，主程序可调用重置io程序以将机器人1502上的i/o值重置为其默认值。
122.·
接下来，主程序可运行与中央处理控制器的交握程序以请求指示哪一站(拾取输送机1504或移栽机转移输送机2111)使种植塔50准备好进行拾取的决策代码。
123.·
主程序可基于上方决策代码运行进入区带程序以指示其即将进入拾取位置。
124.·
接着，主程序可基于上方决策代码运行拾取塔程序以抓取塔且将其从经指定输送机提起。
125.·
接着，主程序可基于上方决策代码调用退出区带程序以指示其已离开拾取位置。
126.·
接下来，主程序可运行与中央处理控制器的交握程序以检查装载转移输送机构47是否使滑架1202处于适当位置中且准备好接纳种植塔50。
127.·
接着，主程序可运行进入区带程序以指示其即将进入转移输送区带。
128.·
主程序可运行放置塔程序以移动经拾取种植塔且将其放置到滑架1202的接纳器1204上。
129.·
接着，主程序可调用退出区带程序以指示其已离开转移输送区带。
130.·
接着，机器人1502运行转到主程序以使机器人1502返回到其原位置。
131.·
最后，主程序可运行与中央处理控制器的交握程序以指示机器人1502已返回到其原位置且准备好拾取下一种植塔50。
132.拾取塔程序可如下般工作：
133.·
机器人1502可检查以确保夹持器处于敞开位置中。如果其未敞开，那么机器人1502将发出警报。
134.·
如果决策位置决定为移栽机转移输送机2111，那么机器人1502将垂直地移动以与移栽机转移输送机2111上的种植塔50对准。
135.·
接着，机器人1502可开始径直向前移动以将末端执行器1550推入塔面，使得种植塔50完全抵靠夹持器的后壁安放。
136.·
机器人1502向上移动以提起种植塔50以将所述塔静置在夹持器的刚性指状件上。
137.·
接着，机器人1502可激活机器人1502输出以闭合夹持器。
138.·
机器人1502可能等待直至传感器指示夹持器已闭合。如果机器人1502等待太长时间，那么机器人1502将发出警报。
139.·
一旦夹持被确认，机器人1502便垂直地移动且从拾取输送机1504或移栽机转移输送机2111撤回。
140.放置塔程序可如下般工作：
141.·
机器人1502可移动通过充当中间点的两个路径点以在运动期间恰当地对准种植塔50。
142.·
机器人1502继续定位末端执行器1550及种植塔50以与滑架1202的接纳器1204对齐。
143.·
接着，机器人1502可向前移动到点1520，这将使塔钩52定位在接纳器1204中的通道上方。
144.·
接着，机器人1502可向下移动，这将使塔钩52定位到接纳器1204的通道上方稍高处(例如，约10毫米)。
145.·
机器人1502可激活输出以敞开夹持器，使得塔50的钩52落入接纳器1204的通道中。
146.·
机器人1502可能等待直至传感器指示夹持器已敞开。如果机器人1502等待太长时间，那么机器人1502将发出警报。
147.·
一旦释放夹持器，机器人1502便可径直向后移离塔。
148.中央处理系统
149.如上文所论述，中央处理系统30可包含收割机站32、清洗站34及移栽机站36。中央处理系统30还可包含一或多个输送机以将塔转移到给定站或从给定站转移塔。例如，中央处理系统30可包含收割机馈出输送机2102、清洗机馈入输送机2104、清洗机馈出输送机2106、移栽机馈入输送机2108及移栽机馈出输送机2110。这些输送机可为经调适以输送水平地搁放在其上的种植塔50的带式或辊式输送机。如本文中所描述，中央处理系统30还可包含用于识别种植塔50的一或多个传感器以及用于协调且控制各个站及输送机的操作的一或多个控制器。
150.图21a说明中央处理系统30的实例处理路径。如上文所论述，机器人拾取站41可将具有成熟作物的种植塔50降低到收割机馈入输送机1420上，所述收割机馈入输送机1420将种植塔50输送到收割机站32。图20说明根据本发明的一个实施方案的收割机馈入输送机1420。收割机馈入输送机1420可为具有带2002的带式输送机，所述带2002包含从带2002向外延伸的突起2004。突起2004在带2002与从种植塔50延伸的作物之间提供间隙，从而帮助避免或减少对作物的损害。在一个实施方案中，突起2004的大小可在种植塔50的长度处周期性地变动。例如，突起2004a可经配置以接合种植塔50的末端；顶部突起2004d可接合种植塔50的相对末端；且中间突起2004b、c可经定位以在侧面2004处接触种植塔50，其中突起2004b、c的长度较低且当种植塔50偏转超出阈值量时接合所述塔。如图20中所展示，带2002的长度可经配置以针对带2002的每一全行进周期为种植塔50提供两个移动周期。然而，在其它实施方案中，所有突起2004在长度上是均匀的。
151.如图21a展示，收割机馈出输送机2102从收割机站32输送经处理的种植塔50。在所展示实施方案中，中央处理系统30经配置以处置两种类型的种植塔：“再次切割”及“最终切割”。如本文中所使用，“再次切割”塔是指已由收割机站32处理(即，已从种植在种植塔50中的植物收割作物，但是(若干)植物的根结构保持在原位)且将要重新插入在种植环境20中以使作物再次生长的种植塔50。如本文中所使用，“最终切割”塔是指其中收割作物且其中种植塔50将要被清除根结构及种植培养基并重新种植的种植塔50。再次切割及最终切割种植塔50可采取通过中央处理系统30的不同处理路径。为了促进种植塔50的路线排定，中央处理系统30在各个位置处包含传感器(例如，rfid、条形码或红外线)以跟踪种植塔50。由中央处理系统30的控制器实施的控制逻辑跟踪给定种植塔50是再次切割还是最终切割种植塔且引起各种输送机相应地将此类种植塔排定路线。例如，传感器可定位于拾取位置1404及/或收割机馈入输送机1420，以及其它位置处。可控制本文中所描述的各种输送机以沿着中央处理系统30的不同处理路径将经识别种植塔50排定路线。如图21a中所展示，再次切割输送机2112朝向自动拾取站43的工作范围(work envelope)运输再次切割种植塔50以插入到种植环境20中。再次切割输送机2112可由单个累积输送机或一系列输送机组成。再次切割输送机2112可将种植塔50输送到拾取输送机1504。在一个实施方案中，拾取输送机1504经配置以容纳到达种植塔50下方的自动拾取站43的末端执行器1450。容纳末端执行器1450的方法包含使用比种植塔50更短的输送机区段或使用在两个末端处成角度的输送机，如图22中所展示。
152.另一方面，最终切割种植塔50在重新进入种植环境20之前行进通过收割机站32、清洗站34及移栽机站36。参考图21a，可将经收割种植塔50从收割机馈出输送机2102转移到清洗机转移输送机2103。清洗机转移输送机2103将所述种植塔移动到清洗机馈入输送机2104上，所述清洗机馈入输送机2104将种植塔50馈送到清洗站34。在一个实施方案中，气压滑动件可将种植塔50从收割机馈出输送机2102推动到清洗机转移输送机2103。清洗机转移输送机2103可为将塔转移到清洗机馈入输送机2104的三线式输送机。额外推动器缸可将种植塔50推离清洗机转移输送机2103且推动到清洗机馈入输送机2104上。种植塔50在清洗机馈出输送机2106上退出清洗站34且通过推动机构被转移到移栽机馈入输送机2108。接着，在移栽机站36中处理经清洁种植塔50，所述移栽机站36将幼苗插入到所述种植塔的种植位点53中。移栽机馈出输送机2110将种植塔50转移到最终转移输送机2111，所述最终转移输
送机2111将种植塔50输送到自动拾取站43的工作范围。
153.在图23a中所展示的实施方案中，收割机站34包括作物收割机机器2302及仓输送机2304。收割机机器2302可包含刚性框架，各种组件(例如切割器及馈送组合件)经安装到所述刚性框架。在一个实施方案中，收割机机器2302包含其自身的馈送机机构，所述馈送机机构接合种植塔50且馈送种植塔50通过所述机器。在一个实施方案中，收割机机器2302在不包含种植位点53的面上接合种植塔且可采用与凹槽58a、58b对位的机构以相对于收割叶片或其它致动器准确地定位种植塔及种植位点53。在一个实施方案中，收割机机器2302包含定向在种植塔50的第一面101附近的第一组旋转叶片及在种植塔50的相对面101上的第二组旋转叶片。随着种植塔50被馈送通过收割机机器2302，切割或以其它方式移除从种植位点53延伸的作物，其中作物通过仓输送机2304落入放置在收割机机器2302下方的仓中。收割机机器2302可包含分组机构，例如物理或空气分组器，以在远离种植塔50的面板101的种植位点53处将作物分组以便促进收割过程。仓输送机2304可为将空仓运输到收割机站34及从收割机站32输送填满的仓的u形输送机。在一个实施方案中，仓可经定大小以承载从单个种植塔50收割的至少一个装载量的作物。在此实施方案中，对于每一被收割的种植塔，将新仓移动到适当位置。在一个实施方案中，种植塔50满载成熟植物进入收割机机器2302且以残余茎秆及土壤穴盘离开收割机机器2302以发送到下一处理站。
154.图23b是实例收割机机器2302的俯视图。从旋转驱动系统2308延伸的圆形叶片2306收割种植塔50的相对面101a上的植物。在一个实施方案中，旋转驱动系统2308经安装到线性驱动系统2310以使圆形叶片2306更靠近及更远离种植塔50的相对面101a移动以针对不同类型的植物优化切割高度。在一个实施方案中，每一旋转驱动系统2308具有在种植塔50的种植位点的中心轴处相交的上圆形叶片及下圆形叶片(以及相关联电动机)。收割机机器2302还可包含对准轨道2320，所述对准轨道2320包含在种植塔50被馈送通过所述机器时接合种植塔50的凹槽58的一组辊。收割机机器2302还可包含以恒定速率馈送种植塔通过所述机器的塔驱动系统。在一个实施方案中，塔驱动系统包含位于收割机机器2302的相对末端处的两个驱动轮及电动机组合件。每一驱动轮及电动机组合件可在底部上包含摩擦驱动辊且在顶部上包含气压致动对准轮。如图23c说明，收割机机器2302还可包含聚集斜槽2330，所述聚集斜槽2330在被叶片2306切割的经收割作物掉落时收集所述经收割作物且将其引导到位于机器2302下方的仓中。
155.清洗站34可采用多种机构来清洁来自种植塔50的作物残渣(例如，根及基部或茎部结构)。为了清洁种植塔50，清洗站34可采用加压水系统、加压空气系统、机械构件(例如洗涤器、洗涤轮、刮板等)或前述系统的任何组合。在使用铰链式种植塔的实施方案(例如上文所论述的实施方案)中，清洗站34可包含多个分站，所述分站包含用以在一或多个清洁操作之前敞开种植塔50的正面101的分站，及用以在一或多个清洁操作之后闭合种植塔的正面101的第二分站。2019年4月5日申请的出于所有目的而以引用的方式并入本文中的第16/376,878号美国申请案公开一种用于敞开铰链式种植塔以进行清洗或其它操作的分站。2019年4月29日申请的出于所有目的而以引用的方式并入本文中的第16/397,142号美国申请案公开一种用于闭合铰链式种植塔以进行移栽或其它操作的分站。2019年5月8日申请的出于所有目的而以引用的方式并入本文中的第16/406,536号美国申请案公开一种用于清洁种植塔50的分站。
156.在一个实施方案中，移栽机站36包含将幼苗投入到种植塔50的种植位点53中的自动机构。在一个实施方案中，移栽机站36接纳含有将要移栽到种植位点53中的幼苗的穴盘托盘。在一个实施方案中，移栽机站36包含机器人臂及末端执行器，所述末端执行器包含从穴盘托盘抓握控根穴盘且将其插入到种植塔50的种植位点53中的一或多个夹持器或拾取头。对于其中种植位点53沿着种植塔的单个面延伸的实施方案，种植塔可经定向使得单个面面朝上。对于其中种植位点53沿着种植塔50的相对面延伸的实施方案，种植塔50可经定向使得具有种植位点的相对面面朝侧面。图24a及24b说明实例移栽机站。移栽机站36可包含将穴盘托盘2432定位在机器人臂2410的工作范围中的穴盘托盘输送机2430。移栽机站36还可包含将种植塔50装载到适当位置以进行移栽的馈送机构。移栽机站36可包含一或多个机器人臂2410(例如六轴机器人臂)，每一机器人臂具有经调适以从穴盘托盘抓握控根穴盘且将控根穴盘投入到种植塔的种植位点53中的末端执行器2402。图24a说明包含基部2404及从基部2404延伸的多个拾取头2406的实例末端执行器2402。拾取头2406各自可从第一位置枢转到第二位置。在第一位置(图24a的俯视图)中，拾取头2406相对于所述基部垂直地延伸。在图24a中所展示的第二位置中，每一拾取头2406相对于基部2404成45度角延伸。45度角可用于将穴盘投入到如上文所论述般成45度角延伸的种植塔的穴盘容器158中。气压系统可控制拾取头在第一位置与第二位置之间的枢转。在操作中，拾取头2406在从穴盘托盘拾取控根穴盘时可处于第一位置中，且接着可在将穴盘插入到穴盘容器158中之前移动到第二位置。在此插入操作中，机器人臂2410可经编程以沿与穴盘容器158的定向平行的运动方向插入。使用图24a中所说明的末端执行器，可在单个操作中填充多个穴盘容器158。另外，机器人臂2410可经配置以在种植塔50的一或两侧上的其它区处执行相同操作。如图24b展示，在一个实施方案中，各自具有末端执行器2402的若干机器人组合件用于减少处理时间。在填充所有种植位点53之后，最终将种植塔50输送到自动拾取站43，如本文中所描述。
157.图21b及21c说明中央处理系统30的替代配置。中央处理系统30可另外包含一或多个水平塔缓冲器2150、2152以适应中央处理系统30的站当中的处理速度的差异及/或实现其它目标或效率。在所展示实施方案中，中央处理系统30可包含安置在收割站32与清洗站34之间的第一水平塔缓冲器2150，及安置在清洗站34与移栽机站36之间的第二水平塔缓冲器2152。
158.中央处理系统30的站可具有可能需要某种形式的适应的不同处理速度。例如，假设收割机站32具有每分钟x个塔的种植塔处理吞吐率，且清洗站34(具有对每一种植塔50执行的更多操作)可具有x/2的吞吐率。水平塔缓冲器2150可操作地将收割机站32的循环时间与清洗站34的循环时间去耦。换句话说，水平塔缓冲器2150起作用以将收割机站32的馈出与清洁站34的馈入去耦，从而确保收割机站32可将经处理种植塔50弹入的敞开位置且确保存在供清洗站34处理的种植塔50。类似地，水平塔缓冲器2152起作用以将清洗站34的馈出与移栽机站36的馈入去耦，从而允许(例如)移栽机站36递增地处理种植塔50且允许清洗站34处理移栽塔50，而无需考虑移栽机站36的处理状态。
159.在中央处理系统30中使用水平塔缓冲器2150及/或2152允许每一个别站(每一站具有其自身处理时间)根据需要开始在种植塔50上工作以便在总时间范围内完成处理目标数目个塔。例如，如果处理班次为8个小时，那么移栽机站36(如果其是最慢的站)可在所述班次中的其它机器之前开始操作，其中其它站根据需要开始在处理会话的总时间范围内处
理目标数目个塔。另外，塔缓冲器允许相对于其它站掩盖某些机器或站的计划内及计划外停机事件(例如，维护、清洁、站故障等)的影响。
160.图21d说明实例水平塔缓冲器2150。在一个实施方案中，水平塔缓冲器2150包括馈入输送机2172、推动器机构2178、缓冲空间2174及馈出输送机2174。馈入输送机2172及馈出输送机2176可为经调适以输送水平地搁放在其上的种植塔50的带式或辊式输送机。馈入输送机2172经定位以与先前站(在这个实例中，收割机站32)的馈出输送机2180基本上对准。馈出输送机2176经定位以与下一站(在这个实例中，移栽机站36)的馈入输送机2182基本上对准。
161.在一个实施方案中，控制系统引起馈入输送机2172将种植塔50装载到与缓冲空间2174相邻的位置中。推动器机构2178将种植塔50从馈入输送机2172推动到缓冲空间2174上。在一个实施方案中，缓冲空间2174可为在相对侧边缘处具有导向轨2175以容纳种植塔50的平坦表面。在其它实施方案中，缓冲空间2174可进一步包含被动或主动机构以促进将种植塔50从馈入输送机2172运输到馈出输送机2176。例如，缓冲空间2174可包含跨低摩擦台或其它表面推动或拉动累积式种植塔的阵列的致动器。另外，缓冲空间2174可包含具有栓(cleat)以隔离个别种植塔50的输送机。在另一实施方案中，缓冲空间2174可包含抵靠硬止挡累积种植塔50的没有栓的输送机。在另一实施方案中，缓冲空间2174可包含具有用以使塔位置离散化的物理特征的台以及夹持且移动种植塔的夹持器及高架龙门组合件。
162.在一个实施方案中，缓冲空间2174包含用于预定数目个种植塔(例如，5个到10个或更多个种植塔)的足够空间。在操作中，推动器机构2178可操作以沿着从馈入输送机2172到缓冲空间2174上的第一位置的路径将种植塔50推动给定距离。当推动器机构2178对后续、第二种植塔50进行操作时，先前种植塔接触第二种植塔50且被推动到缓冲空间中的第二位置。类似地，接着可将处于最后位置中的种植塔50推动到馈出输送机2176上。替代地，水平塔缓冲器2150可任选地包含用于将种植塔从缓冲空间2174的最后位置转移到馈出输送机2176的拉动器或其它机构。
163.塔缓冲器2152的配置与塔缓冲器2150基本上相同。在所展示实施方案中，塔缓冲器2152的馈入输送机经定位以与清洗站34的馈出输送机对准。塔缓冲器2152的馈出输送机经定位以与移栽机站36的馈入输送对准。其它实施方案是可能的。例如，缓冲空间2174可经扩增以针对馈入输送机2172与馈出输送机2176之间的相同距离提供更多种植塔位置。例如，缓冲空间2174可包括包含每一循环转位一个的多个种植塔位置(例如，40个位置)的转盘。在一个实施方案中，转盘的位置1对应于馈入位置，而位置40(或其它最后位置)对应于馈出位置。转盘在操作中在退出缓冲空间2174之前将跨所有位置可旋转地转位。在另一实施方案中，缓冲空间2174可包含为种植塔50的阵列提供存储的机架及在1轴或2轴龙门上将塔移入及移出机架位置的致动器(或机器人)。又进一步，缓冲器可为“先进先出”缓冲器或“先进后出”缓冲器。例如，缓冲空间2174可包括种植塔50的垂直堆叠及用以执行后进先出缓冲操作的致动器。
164.又进一步，图21e及21f说明将塔输送进/出种植环境20的替代垂直塔输送系统46。在所展示实施方案中，垂直塔输送系统46包含将滑架1202排定路线到沿着系统10的各种目的地的跟踪系统。如图21f说明，跟踪系统可包含第一收割前(再次切割)垂直缓冲器2190及第二收割前(最终切割)垂直缓冲器2192。如上文所论述，中央处理系统30可经配置以选择
性地处理某些种植塔50以进行所谓的再次切割处理。图21e说明系统10还可包含第二自动拾取站42。特定来说，在由收割机站32进行处理之后，自动拾取站42可从收割机站32的馈出输送机拾取种植塔50，将种植塔50旋转为垂直且将其放置在塔输送机构46的滑架1202上以重新插入到种植线202中。如本文中所论述般将经历“最终切割”处理的种植塔50排定路线到清洗站34及移栽机站36。
165.指定为再次切割的塔比指定为最终切割的塔50花费更少时间来处理，因为再次切割塔不需要通过清洁站34及移栽机站36。收割前缓冲器2190、2192提供空间来在启动收割机站32之前缓冲种植塔50以便确保足够地供应种植塔50以进行有效处理。控制器适当地将种植塔50选择性地排定路线到再次切割缓冲器2190或最终切割缓冲器2192。自动搁置站41可按需在控制系统的控制下从缓冲器2190或2192选择性地接达种植塔50。单独垂直塔缓冲器的使用允许农场系统10在再次切割与最终切割塔之间交替且维持最终切割及再次切割种植塔50的一致混合以进行处理，尽管此类型的种植塔按批次从种植环境到达。单独缓冲器的使用还允许系统10适应再次切割及最终切割塔的不同循环时间，从而增加在给定时间跨度内可处理的塔的总数目且改善总体塔处理的平均循环时间。在一个实施方案中，自动搁置站41可在最终切割与再次切割收割前缓冲器2190、2192之间以1:1交替，前提是两种塔类型可用。然而，在其它实施方案中，此塔类型之间的循环时间的差异可能表明每1个最终切割塔2个再次切割塔的比率。其它实施方案是可能的。例如，系统10还可包含垂直拒绝缓冲器(未展示)以提供空间来暂时存储未通过质量检查的种植塔。拒绝缓冲器允许被拒塔简单地排定路线离开处理路径且被存储以供以后处理。
166.可如下般实施上文所论述的一或多个控制器，例如中央处理系统30的一或多个控制器。图25说明根据本公开的实施例的可用于执行存储在非暂时性计算机可读媒体(例如，存储器)中的程序代码的计算机系统800的实例。所述计算机系统包含输入/输出子系统802，所述输入/输出子系统802可用于取决于应用与人类用户或其它计算机系统介接。i/o子系统802可包含例如键盘、鼠标、图形用户界面、触摸屏或用于输入的其它界面，及例如led或其它平面屏幕显示器或用于输出的其它界面，包含应用程序编程界面(api)。本公开的实施例的其它元件(例如控制器)可通过与计算机系统800类似的计算机系统来实施。
167.程序代码可经存储在非暂时性性媒体中，例如辅助存储器810或主存储器808或两者中的持久性存储装置中。主存储器808可包含例如随机存取存储器(ram)的易失性存储器或例如只读存储器(rom)的非易失性存储器，以及用于更快地存取指令及数据的不同级别的高速缓冲存储器。辅助存储器可包含例如固态驱动器、硬盘驱动器或光盘的持久性存储装置。一或多个处理器804从一或多个非暂时性媒体读取程序代码且执行所述代码以使计算机系统能够完成由本文中的实施例执行的方法。所属领域的技术人员将理解，(若干)处理器可摄取源代码，且将源代码解译或编译成在(若干)处理器804的硬件门级可理解的机器代码。(若干)处理器804可包含用于处置计算密集型任务的图形处理单元(gpu)。
168.(若干)处理器804可经由一或多个通信接口807(例如网络接口卡、wifi收发器等)与外部网络进行通信。总线805可通信地耦合i/o子系统802、(若干)处理器804、外围装置806、通信接口807、存储器808及持久性存储装置810。本公开的实施例不限于这个代表性架构。替代实施例可采用不同布置及类型的组件，例如，用于输入-输出组件及存储器子系统的单独总线。
169.所属领域的技术人员将理解，可由包含与计算机系统800的一或多个处理器及一或多个存储器系统类似的一或多个处理器及一或多个存储器系统的一或多个计算机系统完全或部分地实施本公开的实施例的一些或全部元件及其伴随操作。特定来说，本文中所描述的自动系统或装置的元件可为计算机实施的。一些元件及功能可在本地实施且其它元件及功能可通过不同服务器在网络上以分布式方式实施，例如，举例来说以客户端-服务器方式。
170.尽管本公开可能未明确地公开本文中所描述的一些实施例或特征可与本文中所描述的其它实施例或特征组合，但是本公开应被解读为描述所属领域一般技术人员将可实践的任何此类组合。除非本文中另有指示，否则术语“包含”应意指“包含但不限于”，且术语“或”应以“及/或”的方式意指非排他性“或”。
171.所属领域技术人员将认识到，在一些实施例中，本文中所描述的一些操作可通过人工实施方案或通过自动及手动方式的组合来执行。当操作不是完全自动时，本公开的实施例的适当组件可例如接收操作的人工执行的结果，而非通过其自身的操作能力来产生结果。
172.本文中所引用的所有参考文献、文章、公开案、专利、专利公开案及专利申请案的全文在其与本文中明确地描述的本公开的实施例不矛盾的程度上出于所有目的而以引用方式并入。然而，本文中所引用的任何参考文献、文章、公开案、专利、专利公开案及专利申请案均未提及，且不应被视为对其构成有效现有技术或形成世界上任何国家的公共常识的部分或其公开关键事项的承认或任何形式的暗示。
173.已仅以实例的方式且非限制的方式参考特定实施例详细地说明及描述本发明的若干特征及方面。所属领域技术人员将明白，所公开实施例的替代实施方案及各种修改均在本公开的范围及构思内。因此，本发明意在被视为仅受所附权利要求书的范围限制。