【技术实现步骤摘要】
用于耕作的空中传感器和操纵平台及其使用方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求享有于2021年1月29日提交的美国临时申请第63/143，684号的权益。上述美国临时申请的全部内容以由法律允许的最大程度通过引用并入本文。
[0003]本公开总体涉及机械耕作，特别涉及自主计算机控制的机械空中传感器和操纵平台，其具有能够展开的感测和操纵端头，尤其是用于耕作或室内温室环境。本公开包括线缆机械，该线缆机械包括线缆定位的机械装置，其悬挂在一组线缆和相应的支撑结构上，并且更特别地包括农业领域中的机械，其具有一个或优选地多个可互换的感测和/或操纵装置。
技术介绍
[0004]在个体水平上或至少在仅几株植物的水平上照料植物有多种原因。例如，肥料或杀虫剂的使用可以减少到针对每株植物的最低必需水平；昂贵或脆弱的植物可以更成功地生长；对于有毒植物，可能需要在个体水平上跟踪生长以满足法律要求；并且在科学环境中，可以通过单独跟踪和调节针对每株植物的生长参数来更快地获得针对研究的结果。在大都市地区的建筑物中的几层高度...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种机械传感器和操纵平台，其特征在于，所述机械传感器和操纵平台配置为直接或间接地连接到空中支撑和定位系统，所述机械传感器和操纵平台包括：机械基座，所述机械基座连接到所述空中支撑和定位系统并且通过所述空中支撑和定位系统移动到命令位置；至少一个感测和操纵端头，其能够从所述机械基座展开，包括：选自以下的一个或多个传感器：拍摄图像的至少一个相机；至少一个距离传感器，其检测到附近植物和物体的距离；至少一个温度传感器；至少一个空气质量传感器；至少一个气流传感器；至少一个光强度和/或光谱传感器；至少一个端头取向检测装置，其检测感测和操纵端头相对于所述机械基座的旋转取向；以及至少一个湿度传感器；至少一个CO2传感器；至少一个荧光传感器、荧光滤光器或滤光块；端头定位机构，所述端头定位机构具有响应于来自控制系统的定位命令的马达驱动器，所述端头定位机构布置在所述机械基座上并且将感测和操纵端头连接到所述机械基座，所述端头定位机构能够操作以将感测和操纵端头移动到植物冠层上方或植物冠层中的命令位置。2.根据权利要求1所述的机械传感器和操纵平台，其特征在于，还包括：一个或多个操纵附件，其配置为能够拆卸地连接到操纵平台的感测和操纵端头，所述一个或多个操纵附件包括以下中的至少一个：切割装置，所述切割装置能够由所述控制系统操作以修整、修剪或切割在几何植物生长区域中的植物的植物材料；处理装置，所述处理装置能够由所述控制系统操作以保持、抓握或稳定植物的某些区域，同时获得进一步的测量值；喷洒装置，所述喷洒装置能够由所述控制系统操作并且具有一个或多个定向喷洒喷嘴；针装置，所述针装置能够由所述控制系统操作以获得外部植物表面下方的植物测量值，其中所述针装置包括植物汁液测量装置；能够由所述控制系统操作的可伸展臂，所述可伸展臂具有折叠臂部段或伸缩臂部段，其中一个或多个操纵附件在所述控制系统的控制下选择性地且能够拆卸地连接到所述可伸展臂。3.根据权利要求2所述的机械传感器和操纵平台，其特征在于：所述一个或多个操纵附件设置有根据权利要求1所述的一个或多个传感器中的至少一个。4.根据权利要求2或3所述的机械传感器和操纵平台，其特征在于：
所述一个或多个定向喷洒喷嘴中的至少一个配置成具有由所述控制系统控制的受控喷洒方向。5.根据权利要求4所述的机械传感器和操纵平台，其特征在于：所述一个或多个定向喷洒喷嘴由控制系统单独地致动和控制。6.根据权利要求1所述的机械传感器和操纵平台，其特征在于：所述至少一个感测和操纵端头是多个功能不同且能够互换的感测和操纵端头，还包括选以下中的至少一个感测和操纵端头：切割装置，所述切割装置能够由所述控制系统操作以修整、修剪或切割在几何植物生长区域中的植物的植物材料；处理装置，所述处理装置用于保持、抓握或稳定植物的某些区域，同时获得进一步的测量值；喷洒装置，所述喷洒装置具有一个或多个定向喷洒喷嘴；针装置，用于获得外部植物表面下方的植物测量值，其中所述针装置包括植物汁液测量装置；以及由所述控制系统控制的可伸展臂，所述可伸展臂具有折叠臂部段或伸缩臂部段；其中多个感测和操纵端头分别在所述控制系统的控制下能够从所述机械传感器和操纵平台选择性地且能够拆卸地连接，使得多个感测和操纵端头中的不同的一个然后在所述控制系统的控制下选择性地连接到所述机械传感器和操纵平台上。7.根据权利要求6所述的机械传感器和操纵平台，其特征在于：所述一个或多个定向喷洒喷嘴中的至少一个配置成具有由所述控制系统控制的受控喷洒方向。8.根据权利要求7所述的机械传感器和操纵平台，其特征在于：所述一个或多个定向喷洒喷嘴分别由所述控制系统单独地致动和控制，具有由所述控制系统控制的受控喷洒开启、喷洒关闭和/或喷洒方向。9.根据权利要求1
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8中任一项所述的机械传感器和操纵平台，其特征在于，还包括：机械自清洁机构，其配置为在所述端头定位机构向上朝向所述机械基座驱动时擦拭清洁或擦拭所述端头定位机构。10.根据权利要求1
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9中任一项所述的机械传感器和操纵平台，其特征在于，还包括：力检测传感器或视觉传感器，所述力检测传感器或视觉传感器与所述控制系统通信并且检测施加在所述端头定位机构或所述机械传感器和操纵平台上的力，以用于检测所述感测和操纵端头遇到的障碍物或缠结。11.根据权利要求1
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10中任一项所述的机械传感器和操纵平台，其特征在于：感测和操纵端头中的至少一个是双椎体感测和操纵端头，所述双椎体感测和操纵端头具有设置在所述双椎体感测和操纵端头的外壁中的弧形或半圆形观察/感测槽或窗口，所述机械传感器和操纵平台还包括：旋转盘，所述旋转盘能够旋转地安装在所述双椎体感测和操纵端头的内部，所述旋转盘能够操作地耦合到所述控制系统并且由所述控制系统控制，以围绕旋转轴线旋转到由所述控制系统命令的位置；其中所述旋转盘在与所述双椎体感测和操纵端头的观察/感测槽或窗口基本上对齐或
接近的平面中旋转；所述至少一个相机中的至少一个布置在所述旋转盘上并且与所述旋转盘一致地旋转，以在所述控制系统的控制下沿着所述观察/感测槽的弧形长度将所述至少一个相机定位在控制系统命令的视点位置处；其中，在任何时间点，具有所述至少一个相机的所述旋转盘能够由所述控制系统旋转以暴露所述至少一个相机并且在所述植物冠层周围或之内的位置中的命令视点位置处记录图像。12.根据权利要求11所述的机械传感器和操纵平台，其特征在于：弧形或半圆形观察/感测槽或窗口基本上布置在所述双椎体感测和操纵端头的下锥体部分中；其中所述双椎体感测和操纵端头的上锥体部分具有受保护的上部区域，受保护的上部区域基本上被封闭，并且观察/感测槽或窗口不延伸到受保护的上部区域中；其中，在任何时间，所述控制系统能够旋转所述旋转盘以将所述至少一个相机移动到所述受保护的上部区域中，使得所述至少一个相机远离所述观察/感测槽或窗口定位，从而在展开在所述植物冠层中或在所述植物冠层周围机械地移动时免受灰尘和刮擦。13.根据权利要求11或12所述的机械传感器和操纵平台，其特征在于：所述双椎体感测和操纵端头通过摇动接头能够旋转地联接到所述端头定位机构，所述摇动接头响应于所述控制系统以在所述控制系统的控制下旋转到命令位置，所述摇动接头能够操作地联接到所述控制系统并由此被控制以使所述双椎体感测和操纵端头围绕所述端头定位机构的端头悬挂线缆或管状管段的轴线旋转，以使得能够围绕所述端头悬挂线缆或管状伸缩管段的轴线从所述至少一个相机获得全360度视场。14.根据权利要求11到13中任一项所述的机械传感器和操纵平台，其特征在于：所述旋转盘还包括所述一个或多个传感器中的至少一个，其布置在旋转盘上并与所述旋转盘一致地旋转。15.一种空中机械传感器和操纵系统，其特征在于，包括：控制系统，所述控制系统包括执行存储在非易失性数据存储器上的指令的一个或多个处理器，其中所述指令在由所述一个或多个处理器执行时，所述控制系统配置为自主地操作所述空中机械传感器和操纵系统；空中支撑和定位系统，包括：以下：多条空中平台定位线缆，所述多条空中平台定位线缆各自连接至线缆绕线装置并由所述线缆绕线装置驱动，所述多条空中平台定位线缆连接到在植物生长区域上方或植物生长区域内的机械传感器和操纵平台并且在空中支撑所述机械传感器和操纵平台，其中所述线缆绕线装置是马达驱动线缆，所述马达驱动线缆连接到所述控制系统、由来自所述控制系统的命令控制并且响应于来自所述控制系统的命令；其中多个线缆绕线装置响应于来自所述控制系统的命令以能够控制地展开或缩回所述空中平台定位线缆的卷绕长度；以及多个线缆支撑点，所述多个线缆支撑点承载并且支撑在所述植物冠层上方的所述平台位置线缆，每个线缆支撑点在植物冠层的顶部上方的固定位置处固定到升高的支撑结构
上，所述线缆支撑点围绕几何植物生长区域的2D X
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Y外边界布置或界定几何植物生长区域的2D X
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Y外边界；或者以下：龙门式空中支撑和定位装置，其将机械传感器和操纵平台支撑和定位在植物生长区域上方，并且具有至少一个驱动马达，所述至少一个驱动马达响应于来自控制系统的命令以在植物生长区域上方沿X和/或Y和/或Z方向将机械传感器和操纵平台移动到命令位置；所述空中机械传感器和操纵系统还包括：机械传感器和操纵平台，其连接到空中支撑和定位系统上，由空中支撑和定位系统支撑，并由空中支撑和定位系统沿着控制系统命令的运动路径在几何植物生长区域上沿X方向和/或Y方向和/或Z方向定位；其中所述机械传感器和操纵平台包括：机械基座，所述机械基座连接到所述空中平台定位线缆或所述龙门式空中X
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Y支撑和定位装置并且通过所述空中平台定位线缆或所述龙门式空中X
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Y支撑和定位装置移动到命令位置；至少一个感测和操纵端头，其能够从所述机械基座展开，其包括选自以下的一个或多个传感器：拍摄图像的至少一个相机；至少一个距离传感器，其检测到附近植物和物体的距离；至少一个温度传感器；至少一个空气质量传感器；至少一个气流传感器；至少一个光强度和/或光谱传感器；至少一个端头取向检测装置，其检测所述感测和操纵端头相对于所述机械基座的旋转取向；至少一个湿度传感器；至少一个CO2传感器；以及至少一个荧光传...
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