[发明专利]蘑菇自主收获系统和方法

说明书

提供一种用于从蘑菇床自动收获蘑菇的系统、方法和装置。在一个实施方案中，该系统在本文中可称为“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系统、用于从蘑菇床上收获蘑菇的采摘系统，以及控制系统，用于根据所述视觉系统获取的数据来引导所述采摘系统。各种其他组件、子系统和连接的系统也可以集成到自动收获机中或耦合到自动收获机。

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系统、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系统中生长，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，标准种植床系统适用于人工收获，但此类系统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系统，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系统带来了困难，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。