JP7105384B2 - 栽培タワー位置合わせ機構 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2019年5月13日付けで提出された米国出願第62/847,257号の優先権を主張し、その開示は参照してすべての目的で本明細書に援用する。

本開示の技術分野
本開示は概ね自動作物生産に関し、より詳細には、1つ又は複数の処理動作のための栽培タワーの配置及び位置合わせを容易にする機構に関する。

関連技術の説明
背景技術の項目で説明されている主題は、その背景技術の項目で言及されていることのみによって従来技術と見なされるべきではない。同様に、その背景技術の項目で言及されている問題又はその背景技術の項目の主題に関連した問題が、従来技術で以前から認識されていたと見なすべきでもない。背景技術の項目の主題は単に異なるアプローチを示しているにすぎず、それらアプローチは、本質的に、請求項に記載された技術の実装例に対応可能である。

20世紀において、農業は、保守的な産業から変化が速い高度技術産業へと徐々に進化し始めていた。世界規模の食糧不足、気候変動、及び社会変化が、手作業で行われる農業技法からコンピュータで実現する技術への移行の原動力となっていた。過去において、さらには今日でも多くの場合は、農業者にとっては、自身の収入及び食料生産を決定する作物を生産する生育期は年間を通じて1回しかなかった。しかし、これは変わりつつある。室内栽培が選択肢としてあり、データ処理技術の利用が向上しているため、農業科学はより小回りのきくものになっている。新たなデータが収集され、見識が得られるにつれ、農業は適応し且つ知識が積み上げられている。

「環境制御農業」の出現もあいまって、技術的発展によって自然の影響を制御することが可能になりつつある。空間利用や照明の効率向上、水耕栽培、空中栽培、収穫サイクルに対する理解の向上、及び環境制御システムの進歩によって、人類は、単位面積当たりの収穫量増加、栄養性の向上、及び費用軽減といった目標を掲げた農作物成長に資する環境を上手く再現可能になった。

両方とも本開示の譲受人に譲渡されており、引用してその全体を本明細書に援用する米国特許出願公開第2018/0014485号及び第2018/0014486号には、環境制御を施した垂直農業システムが記載されている。垂直農業構造体(例えば、垂直柱状体)は、自動搬送システムの周りを開又は閉ループ方式で移動させることができ、理想的な栄養サポートを与えつつ正確に制御された照明、空気流、及び湿度に暴露できる。米国特許出願公開第2017/0055460号(発明者ブルサトア)は、連続的で自動化された植物栽培システムを記載している。垂直配置された植物支持アームが、中央軸から放射状に延伸している。各アームは、植物の苗、液体栄養素、及び水を受け取る鉢容器を含んでいる。これら鉢植えアームは、栽培ランプ及び受粉アームの下方で回転される。

植物又は根巻きプラグ(root-bound plug)を第1の容器から第2の容器に移植するための様々なシステム及び機械が知られている。例えば、米国公開番号第2004/00201 10A1号は、第1の容器に保持された植物を把持して第2の容器に配置するためのグリッパー及び様々なアクチュエータを含む移植機アッセンブリを開示している。一般に、ほとんどの既知の移植システムは、垂直方向で動作する。特に、移植動作を行う際には、グリッパーを垂直方向に上下に移動させる。さらに、既知の移植システムのほとんどは、プラグや植物を第1の容器から、植物の根鉢やプラグ用の十分なスペースを含む第2の、より大型の容器に移すように動作する。

本開示は、1つ又は複数の処理動作を行うために栽培タワーの位置決め及び位置合わせを容易にする機構に関する。本明細書で記載されているように、栽培タワーは、押出成形されたプラスチック材料で構成された比較的幅が狭く、長い構造体でよい。栽培タワーの側面の一方又は両方に、栽培地点を含むことができる。栽培タワーのモデル化又は設計された構成では、栽培地点の位置は、側面に沿った1つの軸に沿って変化するが、対向する側面は、y軸又はz軸に沿って変化しないと仮定している。しかし、実際の栽培タワーは、例えば、製造公差及び/又は当該タワーにかかる様々な負荷のために、3つの軸すべてにわたって変化する。例えば、栽培タワー50は、その長さに沿ってわずかに湾曲することがあり、その湾曲に伴って、栽培地点の相対的な位置が変化する。これが、移植、収穫、清掃、又はその他の動作など、栽培タワー上で様々な動作を行う際に特定の課題を生じさせることがある。本発明の様々な実装例は、作物生産中の処理を容易にするために、1軸又は2軸における栽培タワー（及び対応する栽培地点の位置）の変動を低減する。一実装例では、位置合わせ機構は、位置合わせ特徴を含む軌道と、1つ又は複数の係合アクチュエータとを備える。位置合わせ特徴は、栽培タワーの軌道接触面の特徴に係合するように構成されている。係合アクチュエータは、処理動作を容易にするために、栽培タワーを軌道に対して押圧して、位置合わせ特徴を栽培タワーに係合させ、それを軌道に沿って位置合わせさせる。

図1は、例示的な環境制御農業システムを示す機能ブロック図である。 図2は、例示的な環境制御農業システムの透視図である。 図3A及び3Bは、例示的な栽培タワーの透視図である。 図4Aは、例示的な栽培タワーの上面図であり；図4Bは、例示的な栽培タワーの上面透視図であり；図4Cは、例示的な栽培タワーの一区分の正面図であり；図4Dは、例示的な栽培タワーの一部の正面断面図である。 図5Aは、例示的な栽培ラインの一部の透視図である。 図5Bは、例示的なタワーフックの透視図である。 図6は、例示的な栽培ライン及び往復運動カム機構の一部の分解透視図である。 図7Aは、例示的な往復運動カム機構の動作を示す連続図である。 図7Bは、伸縮継手を含む代替的なカムチャンネルを示す。 図8は、例示的な栽培ライン及び灌漑供給管の側面図である。 図9は、例示的なタワーフック及び一体式漏斗構造体の側面図である。 図10は、例示的な栽培ラインの側面図である。 図11Aは、例示的なタワーフック及び一体式漏斗構造体の透視図であり；図11Bは、例示的なタワーフック及び一体式漏斗構造体の断面図であり；図11Cは、例示的なタワーフック及び一体式漏斗構造体の上面図である。 図12は、例示的なキャリッジアッセンブリの正面図である。 図13Aは、図12の代替的な角度からの例示的なキャリッジアッセンブリの正面図であり；図13Bは、例示的なキャリッジアッセンブリの透視図である。 図14は、例示的な自動載置ステーションの部分透視図である。 図15Aは、例示的な自動ピックアップステーションの部分透視図であり；図15Bは、例示的な自動ピックアップステーションの代替的な部分透視図である。 図16は、自動ピックアップ又は載置ステーションで使用される例示的なエンドエフェクターの透視図である。 図17A及び17Bは、栽培タワーを解放可能に把持するためのエンドエフェクターに取り付けられた例示的なグリッパーアッセンブリの部分透視図である。 図18は、例示的な自動ピックアップステーションの部分透視図である。 図19は、栽培タワーの位置決めを容易にする例示的な拘束機構を示す自動ピックアップステーションの部分透視図である。 図20は、例示的なインバウンド収穫機コンベアの側面図である。 図21は、例示的な中央処理システムのステーション及び搬送機構の機能ブロック図であり； 図22は、例示的なピックアップコンベアの部分透視図である。 図23Aは、例示的な収穫機ステーションの透視図である。 図23Bは、例示的な収穫機マシンの上面図である。 図23Cは、例示的な収穫機マシンの透視図である。 図24Aは、移植機ステーションで使用される例示的なエンドエフェクターの正面図であり、プラググリッパーがどのように第1角度配向から第2角度配向に移動されるかを示している。 図24Bは、例示的な移植機ステーションの透視図である。 図24Cは、例示的な移植機ステーションの概略図である。 図24Dは、側面が開放された栽培タワーを示す側面図である。 図25は、本開示の実施形態による、非一時的なコンピュータ可読媒体(例えば、メモリ)に格納された命令を実行するために使用され得るコンピュータシステムの一例を示す。 図26Aは、引込み位置にあるプラググリッパーの透視図である。 図26Bは、伸長位置にあるプラググリッパーの透視図である。 図26Cは、ストリッパープレートを示すプラググリッパーの底面図である。 図26Dは、プラググリッパーの側面図である。 図27Aは、例示的なプラグトレイの透視図であり；図27Bは、例示的なプラグの透視図である。 図28は、移植機ステーションで使用される送り込み機構の破断透視図である。 図29は、移植機ステーションで使用される送り出し機構の破断透視図である。 図30Aは、軌道に配置された栽培タワーの透視図であり；図30Bは、軌道に配置された栽培タワーの側面図であり；図30Cは、軌道区分の透視図であり；図30Dは、アクチュエータが、栽培タワーをどのように軌道に対して位置決めし、位置合わせするかを示す側面図である。 図31Aは、例示的な係合アクチュエータの透視図であり；図31Bは、例示的な係合アクチュエータの側面図であり；図31Cは、係合アクチュエータ、栽培タワー、及び軌道を示す側面図である。 図32Aは、別の例示的な栽培タワー位置合わせアッセンブリの透視図であり；図32Bは、別の例示的な栽培タワー位置合わせアッセンブリの透視図であり；図32Cは、栽培タワー位置合わせアッセンブリの側面図であり；図32Dは、栽培タワーを含む栽培タワー位置合わせアッセンブリの側面図であり；図32Eは、位置合わせアッセンブリがどのように栽培タワーに係合するかを示す拡大図である。 図33Aは、栽培タワーの部分透視図であり；図33Bは、栽培タワーの側面図であり；図33Cは、プラグ容器インサートの透視図であり；図33Dは、プラグ容器インサートの側面図である。

この記載は、様々な例示的実施形態が示されている添付した図面を参照する。しかし、多くの異なる例示的な実施形態を利用でき、従って、この記載は本明細書で説明された例示的な実施形態に限定されていると解釈すべきではない。むしろ、これらの例示的な実施形態は、本開示が詳細且つ完全となるように記載されている。例示的な実施形態の様々な変更は当業者には容易に明らかとなるはずであり、本明細書に記載された一般的な原理は、本開示の要旨及び範囲から逸脱することなく、他の実施形態や応用例にも適用できる。従って、本開示は、図示した実施形態に限定されるものではなく、本明細書に開示された原理及び特徴に一致した最も広い範囲が認められるべきである。

更に、本開示は、1つ又は複数の処理動作の前に栽培タワーを配置し且つ位置合わせするためのシステム及びサブシステムを記載する。一実装例では、これらのシステム及びサブシステムは、環境制御農業用の自動作物生産システムで使用するよう構成できる。本開示の実施形態は、ここで記載する栽培タワーを含む垂直農業生産システムで実現できる。さらに、図示した実装例では、この配置・位置合わせシステムは、移植機システムに関連して動作するものとして記載されている。しかしながら、本発明の実装例は、栽培地点の位置のばらつきを減らすことが望ましい他の処理ステーション、例えば、収穫機ステーションまたはタワー清掃ステーションに実装してもよい。最後に、本発明は、自動制御された栽培環境、屋外環境、又は他の任意の適切な作物生産環境であり得る任意の特定の作物生産環境に限定されるものではない。

教示目的で、以下に、高密度栽培及び高収穫量を得るために構成された垂直農業生産システムを説明する。図1及び2は、本発明の1つの可能な実施形態に従った環境制御農業システム10を図示する。高い段階においては、システム10は、環境制御された栽培チャンバ20と、栽培チャンバ20内に設置された垂直タワー搬送システム200であって、内部に配置された作物を備えた栽培タワー50を運搬するよう構成された垂直タワー搬送システム200と、中央加工施設30とを含むことができる。栽培可能な作物又は植物種は、重力屈性/屈地性及び/若しくは光屈性のもの、又はそれらの組合せでよい。こうした作物又は植物種は多種多様であり、様々な葉菜類、果実的野菜、開花作物、果物等を含むことができる。環境制御農業システム10は、一度に一種類の作物を栽培するか又は同時に複数種類の作物を栽培するよう構成できる。

システム10は、栽培タワーを作物の成長周期全体を通じて循環路で移動させる搬送システムも含むことができ、この循環路は、栽培タワーを垂直タワー搬送機構200に積載し且つそこから荷下ろしするよう構成された中間準備区域を含んでいる。中央処理システム30は、栽培タワーを中央処理システム30内のステーションに、例えば植物を栽培タワーに積載し且つ作物をそこから収穫するためのステーションに向けて送るための1つ以上の搬送機構を備えることができる。垂直タワー搬送システム200は、栽培チャンバ20内で、1つ以上の栽培タワー50を支持し且つ栽培ライン202に沿って並進運動させるよう構成されている。各栽培タワー50は、内部で栽培する少なくとも1つの作物の根構造を支持する植物栽培培地を収容するよう構成されている。さらに、各栽培タワー50は、垂直配向で栽培ライン202に解放可能に取り付けられ、栽培段階では、栽培ライン202に沿って移動するように構成されている。垂直タワー搬送システム200と中央処理システム30(関連付けられた搬送機構を含む)とを合わせて、1つ以上のコンピュータシステムの制御下に、生産循環路に配置できる。

栽培環境20は、垂直タワー搬送システム200の複数栽培ライン202の間の又はそれらに沿った様々な位置に配置された発光源を含むことができる。これら発光源は、栽培ライン202の栽培タワー50に対して横方向に配置し、作物が成長する開口部を含む栽培タワー50の側面に向かって光を放射するよう構成できる。これら発光源は、その開示の内容を引用して本明細書に援用する米国特許出願公開第2017/0146226A1号に記載された水冷式のLED照明システムに組み込んでもよい。こうした実施形態では、これらLED照明は、棒状の構造体に配置してもよい。この棒状構造体は、隣接する栽培タワー50の概ね全長に対して横方向に光を放出するように垂直に配向すればよい。複数の照明棒状構造体は、栽培環境20内で、栽培ライン202に沿って且つそれら間に配置すればよい。他の照明システム及び構成を使用してもよい。例えば、照明棒は栽培ライン202の間に水平に配置してもよい。

又、栽培環境20は、作物が栽培チャンバ20を通って並進運動する際に、作物に水性作物栄養液を供給するよう構成された栄養供給システムを含むこともできる。後に詳述するように、この栄養供給システムは、水性作物栄養液を栽培タワー50の上部に供給できる。重力によって、栄養液は、垂直配向された栽培タワー50の全長を下方向に移動し、栄養液を栽培タワー50の全長に沿って配置された作物に供給できる。さらに、栽培環境20は、任意のタワーが栽培ライン202に取り付けられると、空気流を、栽培植物の成長の横成長方向で枝葉天蓋下を通るように送出して、栽培植物の枝葉天蓋下の境界層を攪乱するよう構成された空気流源を含むこともできる。他の実装例では、空気流は、枝葉天蓋の頂部から又は植物成長の方向に直角に流れるようにしてもよい。さらに、栽培環境20は、気温、空気流速、相対空気湿度、及び雰囲気炭酸ガス含有量などのうち少なくとも1つの成長条件を調節するための制御システム及び関連センサを含むことができる。この制御システムは、例えば、暖房、換気及び空調ユニット、冷却装置、ファン、並びに関連したダクト系統及び空気処理機器などのサブシステムを含むことができる。栽培タワー50は、識別属性(例えばバーコード又は無線認証タグ)を備えていてもよい。環境制御農業システム10は、農業生産周期の様々な段階で栽培タワー50を追跡するため、且つ/又は栽培環境の1つ以上の条件を制御するための対応するセンサ及びプログラミング・ロジックを含むことができる制御システムの動作及びタワーが栽培環境内に留まる時間は、作物の種類や他の要因などの様々要因によって大きく変化しうる。

上述したように、作物又は苗が新たに移植された栽培タワー50は、中央処理システム30から垂直タワー搬送システム200内に移送される。後に詳述するように、垂直タワー搬送システム200は、複数の栽培タワー50を、栽培環境20内のそれぞれの栽培ライン202に沿って管理された方法で移動させる。栽培タワー50に配置された作物が、栽培環境の制御条件(例えば、光、温度、湿度、空気流、水性栄養供給など)に曝される。収穫量、視覚的な魅力、及び栄養含有量などの様々な属性を継続的に改善するため、制御システムは、栽培チャンバ20内の栽培条件を最適化するための自動調節を行うことができる。さらに、米国特許公開出願第2018/0014485号及び第2018/0014486号には、垂直農業システムの栽培条件を最適化するための機械学習及び他の演算の応用が記載されている。幾つかの実装例では、環境条件センサを栽培タワー50に、又は栽培環境20内の様々な位置に配置できる。作物の収穫準備が整えば、収穫される作物を備えた栽培タワー50は、収穫及びその他の処理動作のため、垂直タワー搬送システム200から中央処理システム30に移送される。

後に詳述するように、中央処理システム30は、苗をタワー50に投入し、タワー50から作物を収穫し、収穫されたタワー50を清掃するよう方向付けられた処理ステーションを含むことができる。中央処理システム30は、そうした処理ステーション間でタワー50を移動させる搬送機構も含むことができる。例えば、図1に示したように、中央処理システム30は、収穫機ステーション32と、洗浄ステーション34と、移植機ステーション36とを含むことができる。収穫機ステーション32は、収穫された作物を食品安全容器に投入でき、それら容器を、本開示の範囲を超えた収穫後設備(例えば、準備、洗浄、包装、及び貯蔵)に搬送するための搬送機構を含むことができる。

環境制御農業システム10は、さらに、栽培タワー50を、栽培環境20と中央処理システム30との間で移送するための1つ以上の搬送機構を含むことができる。一実装例では、自動ピックアップステーション43及び関連した制御ロジックは、積載位置から水平のタワーを解放可能に把持し、このタワーを垂直配向へと回転させ、このタワーを栽培環境20の選択した栽培ライン202に挿入するため移送ステーションに取り付けるよう動作可能とすればよい。栽培環境20の他端では、自動載置ステーション41、及び関連した制御ロジックが、垂直配向された栽培タワー50を緩衝位置から解放可能に把持し且つ移動させ、栽培タワー50を水平配向へと回転させ、それを収穫機ステーション32内に積載するために搬送システムの上に置くよう動作可能とすればよい。幾つかの実装例では、栽培タワー50が品質管理上の配慮から拒絶された場合は、搬送システムは、収穫機ステーション32を迂回して、その栽培タワーを洗浄ステーション34(又は他のステーション)まで運んでもよい。自動載置及びピックアップステーション41及び43は、それぞれがFANUCロボットのような6つの自由度のロボットアームを含むことができる。これらステーション41及び43は、対向する端部で栽培タワー50を解放可能に把持するためのエンドエフェクターを含むこともできる。

栽培環境20は、栽培タワー50を選択した栽培ライン202に挿入し且つ栽培タワー50を栽培ライン202から降ろすための自動積載及び荷下し機構を含むことができる。一実装例では、載荷移送搬送機構47は、それぞれが栽培タワー50を積載したキャリッジを自動ピックアップステーション43から選択した栽培ライン202へ搬送する電動及び自由コンベアシステムを含むことができる。垂直栽培タワー搬送システム200は、任意の栽培タワー50を特定し、制御ロジックの下で、その栽培タワー50のための栽培ライン202を選択するためのセンサ(例えば、無線認証又はバーコードセンサ)を含むことができる。栽培ライン選択のためのアルゴリズムは、複数の要素によって大きく異なることがあり、本開示の範囲を超える。載荷移送搬送機構47は、栽培タワー50を栽培ライン202に押して乗せる1つ以上のリニアアクチュエータを含むこともできる。同様に、荷下し移送搬送機構45は、栽培ライン202から栽培タワーを、別の電動及び自由コンベア機構のキャリッジへと押したり又は引いたりする1つ以上のリニアアクチュエータを含むことができ、この機構は、キャリッジ1202を栽培ライン202から自動載置ステーション41まで搬送する。図12は、パワーアンドフリーコンベアシステムで使用できるキャリッジ1202を示す。図示した実装例では、キャリッジ1202は、栽培タワー50に取り付けられたフック52に係合するフック1204を含む。ラッチアッセンブリ1206は、栽培タワー50がシステム内の様々な位置間を往復搬送されている間は、そのタワーを固定することができる。一実装例では、載荷移送搬送機構47及び荷下し移送搬送機構45の一方又は両方は、栽培タワー50が緩衝されうる区域を確立するため十分な軌道距離を確保するよう構成できる。例えば、荷下し移送搬送機構45は、収穫される一組のタワー50を取り出して、軌道の緩衝領域に移動されるキャリッジ1202に降ろすように制御できる。他端では、自動ピックアップステーション43は、栽培環境20に投入される一組のタワーを、載荷移送搬送機構47に関連付けられた軌道の緩衝領域に設置されたキャリッジ1202に積載できる。

栽培タワー

栽培タワー50は、システム内で個々の作物が成長するための場所を提供する。図3A及び3Bに示したように、フック52は栽培タワー50の上部に取り付けられる。フック52によって、栽培タワー50が垂直タワー搬送システム200に挿入される際に栽培ライン202により支持されることが可能になる。一実装例において、栽培タワー50は5.172メートルの長さがあり、タワーの押出成形部の長さは5.0メートルであり、フックの長さは0.172メートルである。
栽培タワー50の押出長方形プロファイルは、一実装例では、57mm x 93mm (2.25インチ x 3.67インチ)である。フック52は、その外形全体寸法が、栽培タワー50の押出プロファイルよりも大きくならないように設計されている。上述の寸法は教示的な目的である。栽培タワー50の寸法は、所望の処理量、システムの全体サイズなどのいくつかの要因に従って変化しうる。栽培タワー50は、例えば、最大10メートル又はそれより長くてもよい。

栽培タワー50は、栽培タワー50の少なくとも1面に沿って配置された一組の栽培地点53を含むことができる。図4Aに示した実装例では、植物が栽培タワー50の対向側面から突出するように、栽培タワー50は対向面に栽培地点53を含んでいる。移植機ステーション36は、苗を栽培タワー50の空いている栽培地点53に移植でき、苗は完全に成熟して収穫可能になるまでその位置に留まる。一実装例において、栽培地点53の配向は、栽培ライン202に沿った栽培タワー50の移動方向に対して直角である。言い換えれば、栽培タワー50が栽培ライン202に挿入されると、植物は栽培タワー50の対向面から突出し、これら対向面は移動方向に平行となる。両面構成が好ましいが、本発明は、植物が栽培タワー50の片側面に沿って栽培されるような片面構成で使用することもできる。

あらゆる目的のため引用して本明細書に援用する2018年5月1日付けの米国出願第15/968,425号は、本発明の様々な実施形態とともに使用できる例示的なタワー構造構成を開示している。図示した実施例では、栽培タワー50は、それぞれ互いに嵌りあって単一の構造体を形成する3つの押出品から成るものとすればよい。図示したように、栽培タワー50は、両面式の水耕栽培タワーとすることができ、タワー本体103は、第1タワーキャビィティー54a及び第2タワーキャビィティー54bを形成する中央壁56を含む。図4Bは、各前面プレート101が、タワー本体103にヒンジ式に結合されている代表的な両面式で多部品の水耕栽培タワー50の透視図を示す。図4Bでは、各前面プレート101は閉位置にある。タワーキャビィティー54a及び54bの断面は、1.5インチ×1.5インチ～3インチ×3インチの範囲とすればよく、「タワーキャビティ」という用語は、タワーの本体の内部でタワー面プレートの背後の領域をいう。栽培タワー50の壁の厚さは、0.065～0.075インチの範囲内でよい。図4A及び4Bに示したもののような両面式の水耕栽培タワーは、2つの背中合わせのキャビティ54a及び54bを備えており、それぞれが上記の寸法の範囲内であることが好ましい。図示した構成では、栽培タワー50は、(i)タワー本体103の第1側面の全長にわたる第1V字型溝58aであって、第1タワーキャビィティーと第2タワーキャビィティーとの間で中央に位置する第1V字型溝58aと；(ii)タワー本体103の第2側面の全長にわたる第2V字型溝58bであって、第1タワーキャビィティーと第2タワーキャビィティーとの間で中央に位置する第2V字型溝58bとを含むことができる。V字型溝58a及び58bは、中央処理システム30内の1つ以上のステーションによるタワー50の位置決め、位置合わせ、及び/又は供給を容易にすることができる。米国出願第15/968,425号は、本発明の実施形態で使用可能なタワーの構造及び使用に関する付加的詳細を開示している。V字型溝58a及び58bの別の属性は、これらが中央壁56を効果的に狭めて、植物の根が位置する中央で水性栄養液の流れを促進することである。他の実装例も可能である。例えば、栽培タワー50は、単位となる単一押出品として形成でき、側壁の材料は湾曲してヒンジを構成し、清掃のためキャビティを開放することができる。あらゆる目的のため引用して本明細書に援用する2019年9月20日付けの米国出願第16/577,322号は、一度の押出加工によって形成される例示的な栽培タワー50を開示している。

図4C及び4Dに示したように、各栽培タワー50は、あらゆる目的のため本明細書に援用するそれぞれ2018年3月2日に提出され、共同譲渡され且つ同時係属中の米国特許出願第15/910,308号、第15/910,445号、及び第15/910,796号の何れかに開示されたプラグホルダのような適合するプラグホルダ158とともに使用する複数の切り抜き105を含むことができる。図示したように、プラグホルダ158は、前面プレート101及び栽培タワー50の垂直軸に対して45度の角度で配向されている。しかし、本願で開示されたタワー設計は、この特定のプラグホルダ又は配向との使用に限定されるものでなく、本明細書で開示されたタワーは、任意適切な寸法の且つ/又は配向のプラグホルダと共に使用してよいことは理解すべきである。よって、切り抜き105は、このタワー設計を限定するのではなく例示することのみを意図しており、本発明は、他の切り抜き設計を備えたタワーにも同様に適用可能である。プラグホルダ158はタワー面101に超音波溶接、接合、又はそれ以外の方法で取り付ければよい。

ヒンジ式前面プレートを使用すると、栽培タワーの製造に加えてタワーの維持全般、特にタワーの清掃が容易になる。例えば、栽培タワー50を清掃するには、面プレート101を本体103から開放すれば、本体キャビィティー54a又は54bに簡単に到達できる。清掃後に、面プレート101は閉じられる。面プレートは、清掃工程では常にタワー本体103に取り付けられた状態を維持するので、部品の位置合わせを維持することは容易であり、さらに、各面プレートを適切なタワー本体に確実に関連付けることや、両面式タワー本体であれば、各面プレート101を確実に特定のタワー本体103の適切な側面に適切に関連付けることが容易となる。さらに、面プレート101を開放位置にした状態で植え付け及び/又は収穫作業を行う場合、両面構成に関しては、両方の面プレートは開放すれば同時に植え付け且つ/又は収穫が可能なので、一方の側面で植え付け且つ/又は収穫した後でタワーを回転して他方の側面で植え付け且つ/又は収穫する段階を省略できる。他の実施形態では、植え付け及び/又は収穫作業は、面プレート101が閉位置にある状態で実行される。

他の実装例も可能である。例えば、栽培タワー50は、タワーの当該面からタワー内部に延伸する一定体積の培地又は吸い上げ培地を含む任意のタワー本体を含むことができる(タワーの一部若しくは複数の個別部分、又はタワーの全長)。例えば、引用して本明細書に援用する米国特許第8,327,582号は、栽培チューブであって、その一面から延伸するスロットと、チューブ内に収容される栽培培地とを備える栽培チューブを開示している。そこで示されているチューブは、その上端にフック52を含むように、さらに、複数の対向面にスロットを又は単一面に単一スロットを含むように改造できる

垂直タワー搬送システム

図5Aは、垂直タワー搬送システム200内の栽培ライン202の一部を示している。一実装例では、垂直タワー搬送システム200は、平行に配置された複数の栽培ライン202を含んでいる。上述したように、自動取り出し及び積載機構45及び47は、自動制御システムの下で、栽培ライン202から栽培タワー50を選択的に積載し、取り出す。図5Aに示したように、各栽培ライン202は、複数の栽培タワー50を支持する。一実装例では、栽培ライン202は、支持を目的として栽培構造体の天井(又は他の支持体)にブラケットにより取り付けできる。フック52は栽培タワー50を引っかけて、それを栽培ライン202に取り付けることによって、タワーが垂直タワー搬送システム200内を並進運動される際にタワーを垂直配向に支持する。搬送機構が、それぞれの栽培ライン202に取り付けられたタワー50を移動させる。

図10は、本発明の可能な一実装例による栽培ライン202の断面又は押出プロファイルを示す。栽培ライン202はアルミ押出品でよい。栽培ライン202の押出プロファイルの底部分は、上向き溝1002を含む。図9に示すように、栽培タワー50のフック52は、図5A及び8に示したように本体53と溝1002に係合する対応部材58とを含む。これらのフックによって、栽培タワー50は溝1002内に引っ掛かり、後述するように栽培ライン202に沿って摺動可能になる。反対に、栽培タワー50は栽培ライン202から手で取り外し、生産工程から取り除くことができる。栽培タワー50のいずれかの作物が病害を受けた場合に他のタワーに感染しないようにするため、この機能が必要になる場合がある。一つの可能な実装例では、溝1002の幅(例えば、13 mm)は、2つの異なる要素を最適化したものである。第一に、溝が狭くなればなるほど、結合率は好ましくなり、栽培タワーフック52が結合する可能性が低くなる。反対に、溝の幅が広くなればなるほど、より大きい接触面を備えることによって栽培タワーフックの摩耗速度は遅くなる。同様に、例えば10 mmの溝の深さが、タワーフックの空間節約と偶発的な落下との間で最適なものでありうる。

フック52は、射出成形されたプラスチック部品でよい。一実装例では、このプラスチックは、ポリ塩化ビニル(PVC)、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、又はアセチルホモポリマー(例えば、デュポン社が販売するデルリン(登録商標))でよい。フック52は、栽培タワー50の上部に溶剤で接着し且つ/又はリベットや他の機械的ファスナを用いて取り付ければよい。溝係合部材58は、栽培ライン202の長方形溝1002に載っており、フック52と別に又は一体的に形成できる。別個である場合は、この部品は、超高分子量ポリエチレン又はアセタールなどのフックの残り部分よりも摩擦が少なく耐摩耗性に優れた、異なる材料から形成できる。組み付けコストを低く抑えるため、この別個の部品はフック52の本体に嵌り込むようにすればよい。代替的には、この別個の部品は、フック52の本体にオーバーモールド成形してもよい。

図6及び10に示したように、栽培ライン202の押出プロファイルの上部は、下向きのT字型スロット1004を含んでいる。リニアガイドキャリッジ610(後述する)は、T字型スロット1004内に載っている。T字型スロット1004の中央部分には凹部を形成して、キャリッジ610から突出するネジ又はオーバーモールドインサートからの間隔を確保することができる。各栽培ライン202は、別々に製造された複数の区分から組み立てることができる。一実装例では、栽培ライン202の各区分は、現時点では6メートル長で成形されている。区分を長くすれば接合点が減るが、熱膨張問題の影響を受けやすくなり、発送コストが大幅に増大する可能性もある。図に示されていない付加的な特徴としては、栽培ライン202を天井構造体に取り付けるための、又は灌漑管を取り付けるための間隔を開けた取り付け穴が含まれる。T字型スロット1004の途切れ部も搬送本体に機械加工で形成できる。これら途切れ部によって、リニアガイドキャリッジ610を栽培ライン202の端部までわざわざ摺動することなく取り出すことができるようになる。

栽培ライン202の2つの区分間の接合箇所では、1つのブロック612を両方の搬送本体のT字型スロット1004に配置できる。このブロックはこれら2つの栽培ライン区分を位置合わせして、栽培タワー50がこれらの間を滑らかに摺動できるようにする役目を果たす。栽培ライン202の区分を位置合わせするための代替的方法は、その区分の押出プロファイルのだぼ穴に嵌入するだぼピンを使用するものを含む。ブロック612は、止めねじを介して栽培ラインの区分の一つに固定でき、栽培ラインの区分は、それでも、結合と熱膨張の結果として分離可能である。これらのブロックは、比較的厳しい許容差及び必要な材料の少なさに基づいて機械加工すればよい。青銅は、その強度、耐腐食性、及び耐摩耗性によってそうしたブロックの材料として使用できる。

一実装例では、垂直タワー搬送システム200は、往復運動ラチェット爪構造(以下、「往復運動カム構造又は機構」という)を用いて栽培タワー50を栽培ライン202の経路区分202a及び202bに沿って移動させる。一実装例では、各経路区分202a及び202bは、別個の往復運動カム構造及び関連したアクチュエータを含む。図5A、6、及び7は、栽培タワー50を栽培ライン202に沿って移動するために使用できる可能な往復運動カム機構を示す。爪又は「カム」602は、栽培タワー50を栽培ライン202に沿って物理的に押す。カム602はカムチャンネル604(後述する)に取り付けられ、1つの軸の周りを回転する。前進ストロークでは、この回転はカムチャンネル604の上部によって制限されており、カム602により栽培タワー50が前方に押される。逆すなわち後退ストロークでは、回転には制約が掛けられないので、カムが栽培タワー50の上部を超えてラチェット移動(ratchet)できる。このように、このカム機構は比較的短い距離で前後のストローク動作するが、栽培タワー50は、栽培ライン202の全長に沿って常に前方に進む。一実装例では、制御システムが、各栽培ライン202の往復運動カム機構の動作を制御して、これら栽培ライン202をプログラミングされた栽培シーケンスによって移動させる。移動サイクルと移動サイクルとの間に、アクチュエータ及び往復運動カム機構はアイドリングを維持する。

カム602の回転軸及びカムチャンネル604への取り付け手段は、バインディングポスト606及び六角頭ボルト608からなるが、代替的には、移動止めクレビスピンを使用してもよい。六角頭ボルト608は、軸方向に工具アクセスできないカムチャンネル604の内側に配置されている。六角頭なので、これにはレンチで半径方向にアクセスして取り外すことができる。本格的規模の農場に必要とされるカムの数が多くなることを考慮すると、射出成形などの大量生産工程が適切である。その剛性及び比較的低価格であることから、ABSが適切な材料である。栽培ライン202のすべてのカム602は、カムチャンネル604に取り付けられる。アクチュエータに接続されると、この共通梁構造体は、すべてのカム602が一斉に前後のストローク動作することを可能にする。一実装例では、カムチャンネル604の構造は、シートメタルから作製された下向きのU字チャンネルである。カムチャンネル604の下向き壁に設けられた穴は、バインディングポスト606を使ったカム602の取り付け点となる。

一実装例では、カムチャンネル604の穴は12.7mmの間隔で離間されている。従って、カム602は、12.7mmの整数倍で互いに対して離間でき、1つのカムチャンネルのみを用いて可変栽培タワー間隔が可能になる。カムチャンネル604の基部は、前進ストローク時にカムの回転を制限する。軸方向の並進運動を除いて、カムチャンネル604のすべての自由度は、カムチャンネル604の基部に取り付けられると共に栽培ライン202のT字型スロット1004内に載っているリニアガイドキャリッジ610(後述する)により抑制される。カムチャンネル604は、6メートル長の区分など別個に形成された区分から組み立てればよい。区分を長くすれば接合点の数が減るが、発送コストをかなり増大させる可能性もある。このカムチャンネルはアクチュエータに接続された端部のみで固定されているので、熱膨張は一般に問題とはならない。プロファイルが単純であること、壁厚が薄いこと、さらに大きな長さが必要であることを考慮すれば、シートメタル圧延がこのカムチャンネルの製造工程には適している。この用途には亜鉛めっき鋼が適した材料である。

リニアガイドキャリッジ610がカムチャンネル604の基部にボルト留めされ、栽培ライン202のT字型スロット1004内に載る。幾つかの実装例では、1つのキャリッジ610が、カムチャンネルの6メートル区分ごとに使用される。キャリッジ610は、低摩擦性及び耐摩耗性のため射出成形のプラスチック部品とすればよい。ボルトをオーバーモールド成形のネジ式インサートにねじ込むことで、ボルトがキャリッジ610をカムチャンネル604に取り付ける。選択したカム602を除去する場合は、これらボルトにはアクセスできるので、カムチャンネル604の区分はキャリッジから取り外し、取り除くことができる。

カムチャンネル604の区分は、各接合部において、対になったコネクタ616で接合されるが、代替的には移動止めクレビスピンを使用してもよい。コネクタ616は、20mm間隔で設けられた(カムチャンネル604と同じ穴間隔)機械加工穴を備えた亜鉛めっき鋼バーでよい。段付きボルト618が外側コネクタの穴に通され、カムチャンネル604を介して内側コネクタの穴にねじ込まれる。段付きボルトがカム602と同じ箇所に位置すれば、これらをバインディングポストの代わりに使用できる。段付きボルト618にはアクセスできるので、コネクタとカムチャンネルの区分を取り除くことができる。

一実装例では、カムチャンネル604は、前進ストローク及び後退ストロークで動作するリニアアクチュエータに取り付けられる。適切なリニアアクチュエータは、バージニア州レッドフォード所在のトンプソン社(Thomson, Inc.)により販売されているT13-B4010MS053-62アクチュエータでよいが、本明細書で記載した往復運動カム機構は、様々な異なるアクチュエータと組み合わせて動作可能である。このリニアアクチュエータは、栽培ライン202の搭載端でなく、荷降ろし端でカムチャンネル604に取り付ければよい。こうした構成では、アクチュエータの前進ストローク時に(カムチャンネル604を引っ張る)タワー50によって荷重がかけられている際は、カムチャンネル604には張力が掛かり、これが座屈の危険を軽減する。図7Aは、本発明の一実装例による往復運動カム機構の動作を示す。段階Aでは、このリニアアクチュエータは全後退ストロークを完了したところであり、図7Aに示すように、1つ以上のカム602が栽培タワー50のフック52を超えてラチェット移動できる。図7Aの段階Bでは、前進ストロークの終端におけるカムチャンネル604及びカム602の位置が示されている。前進ストローク時に、図示したように、カム602は対応する栽培タワー50に係合し、それらを栽培ライン202に沿って前進方向に移動させる。図7Aの段階Cでは、どのように新たな栽培タワー50(タワー0)が栽培ライン202に挿入され、どのように最後のタワー(タワー9)が除去されうるかを示している。段階Dでは、段階Aと同様に、カム602が、後退ストローク時に栽培タワー50を超えてラチェット移動することを示している。この往復運動カム機構の基本原理は、アクチュエータの比較的短いストロークからの往復運動が、タワー50を栽培ライン202の全長に沿って一方向に移送するというものである。より具体的には、前進行程時に、栽培ライン202上のすべての栽培タワー50は、一つの位置分を前方に押し動かされる。後退ストロークでは、カム602は、隣接するタワーを超えて一つの位置分を後方にラチェット移動し、栽培タワーは同じ位置に留まる。図示したように、栽培ライン202が満載になると、リニアアクチュエータの各前進ストロークの後に、新たな栽培タワーが積載され、最後のタワーが荷下ろしされる。幾つかの実装例では、フック52の上部分(カムが押す部分)は、栽培タワー50の幅よりもわずかに狭い。結果として、栽培タワー50が互いに隣接した位置で離間されている時も、カム602はフック32に係合できる。図7Aは、教示目的で9つの栽培タワーを示している。栽培ライン202は非常に長く(例えば40メートル)なるよう構成することができるので、これより遥かに多くのタワー50を栽培ライン202に配置できる(例えば400-450個)。他の実装例も可能である。例えば、最小タワー間隔は、栽培タワー50の側方距離の二倍と同じ又はわずかに大きく設定して、2つ以上の栽培タワー50が1回のサイクルで栽培ライン202に積載可能としてもよい。

さらに、図7Aに示したように、栽培ライン202に沿った一次元植物割出し(plant indexing)を行うようにカムチャンネル604に沿ったカム602の間隔を決めことができる。言い換えれば、この往復運動カム機構のカム602は、タワー50が栽培ライン202に沿って移動するにつれ、タワー間の間隔が増大するように構成できる。例えば、カム602の間の間隔は、栽培ラインの始まりにおける最小間隔から、その栽培ライン202の終端における最大間隔まで徐々に増大させればよい。これは、植物の成長にともない植物がより多くの光を受け取り、植物間の間隔を確保するために有用であり、さらに、可変間隔又は割出しを介して、栽培チャンバ20及び照明などの関連した構成要素をより効率的に使用するためにも有用である。一実装例では、リニアアクチュエータの前進及び後退ストロークの距離は、最大タワー間隔に等しい(又はそれよりわずかに大きい)。リニアアクチュエータの後退ストローク時には、栽培ライン202の始点のカム602は、ラチェット移動し栽培タワー50を行き過ぎることができる。前進ストロークでは、そうしたカム602はタワーに係合する前にそれぞれの距離を移動でき、栽培ライン202に沿ってさらに先に配置されたカムは、タワーに係合する前により短い距離を移動でき又は実質的にすぐさま係合できる。そうした構成では、最大タワー間隔は最小タワー間隔の二倍を超えることはできない。そうでなければ、カム602は、2つ以上の栽培タワー50を超えてラチェット移動し、係合する。より大きい最大タワー間隔を所望であれば、図7Bに示したように伸縮継手を用いることができる。伸縮継手によって、カムチャンネル604の先頭区分が、カムチャンネル604の終端に先だって移動を開始できるので、長いストロークが可能になる。具体的には、図7Bに示したように、伸縮継手710は、カムチャンネル604の区分604a及び604bに取り付けることができる。初期位置(702)では、伸縮継手710は収縮されている。前進ストロークの開始時には(704)、カムチャンネル604の先頭区分604aは(アクチュエータがカムチャンネル604を引っ張る際に)前進する一方で、後続区分606bは静止状態を維持する。ボルトが伸縮継手710で底を突けば(706)、カムチャンネル604の後続区分604も前方に移動し始める。後退ストローク時には(708)、伸縮継手710はその初期位置まで収縮する。

垂直栽培タワー50を移動させるための他の実装例を利用してもよい。例えば、親ねじ機構を使用してもよい。そうした一実装例では、親ネジのネジが栽培ライン202に配置されたフック52に係合し、シャフトが回転する際に栽培タワー50を移動させる。ネジのピッチは一次元植物索引付けを達成するために様々でよい。別の実装例では、ベルトコンベアがベルトに沿ってパドルを含み、栽培ライン202に沿って栽培タワー50を移動するために使用できる。そうした一実装例では、一連のベルトコンベアが栽培ライン202に沿って配置されており、各ベルトコンベアは、一次元植物索引付けを実現するためにパドルの間に異なる間隔距離を含んでいる。さらに別の実施形態では、パワーアンドフリーコンベアを用いて栽培タワー50を栽培ライン202に沿って移動できる。さらには、様々な図に示された栽培ライン202は地面に対して水平だが、栽培ライン202は、タワーの進行方向に対して上向き又は下向きにわずかな角度で勾配をつけられていてもよい。さらに、上述した栽培ライン202が栽培タワーを一方向に搬送する一方で、栽培ライン202は、それぞれが異なる方向に配向された複数の区分を含むように構成してもよい。例えば、2つの区分が互いに直交していてもよい。他の実装例では、2つの区分が互いに平行に延びているが、反対方向に移動するようにしてもよい。

灌漑及び水性栄養供給

図8は、灌漑管802がどのように栽培ライン202に取り付けられ、栽培タワー50が垂直タワー搬送システム200内を並進運動する際に、タワーに植えられている作物に水性栄養液を供給することができるのかを示している。一実装例では、灌漑管802は、タワー50が各移動サイクルで栽培ライン202に沿って前進する際に、タワーの期待位置に離間された穴を備えた加圧管である。例えば、灌漑管802は、内径1.5インチと、0.125インチの直径を備えた穴とを備えたPYCパイプでよい。灌漑管802は、栽培ライン202の全長にわたる約40メートル長でもよい。管全体にわたって圧力が確実に適切となるよう、灌漑管802は、それぞれがマニホルドに接続される短い区分に分割して、圧力降下が減少するようにしてもよい。

図8に示したように、漏斗構造体902が、後に詳述するように、灌漑管802から水性栄養液を集め、この水性栄養液を栽培タワー50の1つ以上のキャビティ54a及び54bに分配する。図9及び11Aは、漏斗構造体902がフック52と一体化できることを示している。例えば、漏斗構造体902は、収集器910と、第1及び第2通路912と、第1及び第2スロット920とを含む。図9に示したように、フックの溝係合部材58は、フック構造体全体の中心線に設ければよい。漏斗構造体902は、収集器910の反対側で下方に延伸するとともに中心線の対向側にあるフランジ部分906を含むことができる。第1及び第2通路の流出口は、図示したように、フランジ部分906に実質的に隣接し且つフランジ部分906の反対側に配向されている。フランジ部分906は、栽培タワー50の中央壁56と位置合わせされフック52を中央に配置し、さらに、フック52を栽培タワー50に接着又は他の方法で取り付けるための付加的な箇所を提供する。言い換えれば、フック52が栽培タワー50の上部に挿入されると、中央壁56がフランジ部分906の間に配置される。図示した実装例では、収集器910は、フック52の本体53から側方へ延伸する。

図11Bに示したように、漏斗構造体902は、栄養流体を収集し、その流体を通路912を介してタワーの内部キャビティ54a及び54bに等しく分配する収集器910を含む。通路912は、中央壁56付近で、且つプラグホルダ158の端部を超えて、植えられた作物の根が位置することが予想される各キャビティ54a及び54bの中央背部に水性栄養液を分配するよう構成されている。図11Cに示したように、一実装例では、漏斗構造体902は、両方の通路912への栄養流体の均等な分配を促進するスロット920を含む。栄養流体が通路912に到達するには、必ず何れかのスロット920を通って流れる必要がある。各スロット920はV字型構成を備えることができ、スロットの開口部幅は、収集器910の概ね平坦な底面922から延伸するにつれ増大する。例えば、各スロット920は、底面922において1ミリメートルの幅を備えることができる。スロット920の幅は、25ミリメートルの高さを経て5ミリメートルまで増大させてもよい。スロット920の構成によって、灌漑管802によって十分な流量で供給される栄養流体は、個別の通路912に直接流入するのでなく収集器910内に蓄積され、スロット920を介して流動して栄養流体の両方の通路912への均一な分配を促進する。

動作時には、灌漑管802は、水性栄養液を、この水分を栽培タワー50のそれぞれのキャビティ54a及び54bに均等に分配する漏斗構造体902に供給する。漏斗構造体902から供給される水性栄養液は、少しずつ下方に流れる際にそれぞれのプラグ容器158に収容された作物に注がれる。一実装例では、各栽培ライン202の下方に配置された排水溝が、栽培タワー50からの余分な水を再利用のため収集する。

他の実装例も可能である。例えば、この漏斗構造体は、水性栄養液を栽培タワー50の対応するキャビティ54a、54bに分配するよう別々に作用する別々の2つの収集器を備えるよう構成してもよい。こうした構成では、灌漑供給管は、各収集器に対して1つの穴を備えるよう構成できる。他の実装例では、タワーは、単一のキャビティのみを含んでいてもよく、プラグ容器をタワーの単一面101のみに含むようにしてもよい。こうした構成でも、水性栄養液をタワーキャビティの所望部分に誘導する漏斗構造体を使用する必要はあるが、均等な分配を促進する別個の収集器又は他の構造体を使用する必要はない。

自動ピックアップ及び載置ステーション

上述のように、中央処理システム30のステーションは、栽培タワー50に対して水平配向で動作する一方で、垂直タワー搬送システム200は、栽培環境20内で栽培タワーを垂直に配向して搬送する。一実装例では、自動ピックアップステーション43及び関連した制御ロジックは、積載位置から水平の栽培タワーを解放可能に把持し、このタワーを垂直配向へと回転させ、このタワーを栽培環境20の選択した栽培ライン202に挿入するため移送ステーションに取り付けるよう動作可能とすればよい。栽培環境20の他端では、自動載置ステーション41及び関連した制御ロジックが、垂直配向された栽培タワー50を解放可能に把持し且つ緩衝位置から移動させ、栽培タワー50を水平配向へと回転させ、それを中央処理システム30の1つ以上のステーションによって処理するために搬送システムの上に置くよう動作可能とすればよい。例えば、自動載置ステーション41は、栽培タワー50を、収穫機ステーション32内に積載するために搬送システムの上に置くことができる。自動載置ステーション41は、それぞれがFANUCロボットのような6つの自由度の(6軸)ロボットアームを含むことができる。これらステーション41及び43は、対向する端部で栽培タワー50を解放可能に把持するためのエンドエフェクターを含むこともできる。

図14は、本発明の一実装例による自動載置ステーション41を示す。図示したように、自動載置ステーション41は、ロボット1402及びエンドエフェクター1450を含む。荷下し移送搬送機構45は、パワーアンドフリーコンベアでよく、栽培タワー50を栽培環境20から引き渡す。一実装例では、荷下し移送搬送機構45の緩衝軌道区分1406は、栽培環境20の垂直スロット1408を介して延伸しているので、この機構45が、キャリッジ1202に取り付けられた栽培タワー50を栽培環境20から運び出してピック位置1404に向けて搬送可能となる。荷下し移送搬送機構45は、制御されたストップブレードを用いてキャリッジ1202をピック位置1404で停止させてもよい。荷下し移送搬送機構45は、後退防止機構を含むことができ、ストップブレードとこの後退防止機構との間にキャリッジ1202を留めておくことができる。

図12に示したように、受け器1204は、スイベル機構1210に取り付けることができ、栽培タワー50がキャリッジ1202に取り付けられたときにタワーの回転を許容することで、荷下し移送搬送機構45においてより近距離で緩衝をもたらし且つ/又は栽培タワー50の積載若しくは荷下ろしのため正しい配向を容易に実現できる。いくつかの実装例では、載置位置及びピック位置1404に関して、フック52が自動載置及びピックアップステーション41及び43から離れる方に向くことで、スイベルキャリッジ受け器1204へのタワーの取付/取り外しが容易になるように、栽培タワー50を配向させることができる。フック52は、キャリッジ1202の受け器1204の溝に載置できる。さらに、受け器1204は、ラッチ1206であって、栽培タワー50の何れかの側に掛け金をかけて移送搬送に関連した加速又は減速時に栽培タワー50が摺動してしまうのを防止するラッチ1206も備えている。

図16は、本発明の一実装例による、対向する端部で栽培タワー50を解放可能に把持するための空気圧式の把持解決手段を提供するエンドエフェクター1450を図示している。エンドエフェクター1450は、ビーム1602と、ロボットアーム1402などのロボットに取り付けられる装着プレート1610とを含むことができる。上部グリッパーアッセンブリ1604及び底部グリッパーアッセンブリ1606が、ビーム1602の対向端部に取り付けられている。エンドエフェクター1450は、栽培タワー50が水平配向で保持される際に、栽培タワー50を支持するための支持アーム1608を含むこともできる。例えば、ビーム1602の中央部分から延伸する支持アーム1608は、タワーの撓みを軽減する。支持アーム1608は、何れかのグリッパーアッセンブリ1604、1606から約1.6メートル離間させることができ、タワー面から名目上30mmオフセットさせて、支持アーム1608がタワーを補足する以前に30mmのタワーの撓みを許容できる。

図17A及び17Bに示したように、底部グリッパーアッセンブリ1606は、ビーム1602の端部から直角に延伸するプレート1702を含むことができ、それぞれがアーム1708a及び1708bを画成する切り欠き部分1704を含む。SMCニューマティックス(SMC Pneumatics)社からMGPM40-40Zの名称で販売されているガイド付き空気圧シリンダなどの空気圧シリンダ機構1706が、プレート1702のアーム1708aに取り付けられている。グリッパーアッセンブリ1606で栽培タワー50を位置決めし且つ／又は滑りを防止するために、アーム1708bは、栽培タワー50を把持したときに栽培タワー50の溝58bに係合する突起部1712を含んでもよい。 グリッパーアッセンブリ1606は、図示した実装例では、ロブスターの爪のように動作する。すなわち、グリッパーの一方の側(空気圧シリンダ機構1706)が動き、他方の側(アーム1708b)は静止状態を維持する。グリッパーアッセンブリ1606の静止側では、空圧シリンダ機構1706が、栽培タワー50をアーム1708に駆動し、タワー50を突起部1712に位置合わせする。 栽培タワー50とアーム1708b及び空気圧シリンダ機構1706との間の摩擦によって、自動載置又はピックアップステーション41、43の動作時にタワー50は所定の位置に保持される。栽培タワー50を把持するために、空気圧シリンダ機構1706が延伸できる。そうした実装例では、空気圧シリンダ機構1706は、栽培タワー50の移送動作の間は解放位置まで後退される。一実装例では、空気圧シリンダ機構1706のソレノイドは、延伸していても後退していても、空気圧が失われた場合であってもバルブがロックされるセンタークローズ型である。このような実装例では、空気圧が失われても、空気圧シリンダ機構1706が延伸されている間にエンドエフェクター1450から栽培タワー50が脱落することはない。

上部グリッパーアッセンブリ1604は、一実装例では、同じ構成要素を含み、上述の同じ方法で動作するため、本質的に底部グリッパーアッセンブリ1606の鏡像である。 キャッチプレート1718は、一実装例では、底部グリッパーアッセンブリ1606にのみ取り付けられていてもよい。キャッチプレート1718は、グリッパーアッセンブリが故障したり、栽培タワー50が滑ったりした場合の安全キャッチとして機能できる。 他の実装例も可能である。例えば、このグリッパーアッセンブリは、栽培タワー50を把持するために作動したときに各グリッパーの両方の対向するアームが動く平行グリッパーアッセンブリであってもよい。

ロボット1402は、ベースと、ベースに取り付けられた下腕と、下腕に取り付けられた上腕と、上腕の端部とエンドエフェクター1450との間に配置された手首機構とを含む6軸ロボットアームでよい。例えば、ロボット1402は、(1)ベースを中心に回転する；(2)下腕を回転させて前後に伸ばす；(3)下腕に対して上腕を上下に回転させる；(4)上腕と取り付けられている手首機構とを円運動をするよう回転させる；(5)上腕の端部に取り付けられた手首機構を上下に傾ける；且つ/又は(6)手首機構を時計回り又は反時計回りに回転させることができる。しかし、エンドエフェクター1450(及び/又は搬送機構などの他の要素)を改造することで、異なるタイプのロボットや機構を使用したり、より少ない移動軸を持つロボットを使用したりすることができる。図18に示したように、ロボット1402は、床に設置して、台座に取り付けることができる。ロボット1402への入力には、電力、制御システムへのデータ接続、空気圧シリンダ機構1706を加圧空気源に接続する空気ラインなどがある。空圧シリンダ機構1706では、このシリンダが開状態か閉状態かを検出するためにセンサを用いることができる。制御システムは、栽培環境20から中央処理システム20への栽培タワー50の搬送を実行するために、ロボット1402の動作を制御する1つ以上のプログラム又はサブルーチンを実行できる。

荷下し移送搬送機構45で栽培タワー50が加速/減速すると、栽培タワー50がわずかに揺れることがある。図18及び図19は、自動載置ステーション41の載置動作中に、タワー50が揺れてしまったときにそれを止め、正確に位置決めするためのタワー拘束機構1902を示している。 図示の実装例では、機構1902は、ガイド付き空気圧シリンダ1904と、タワー50を案内するガイドプレート1906及び栽培タワー50の底部を受け止めて、栽培タワー50の底部グリッパーアッセンブリ1606への位置合わせを上手く行うためやや角度を付けて保持するブラケットアーム1908を含むブラケットアッセンブリと、を含む床置き型のユニットである。 制御システムは、機構1902が栽培タワー50の底部に係合するようにその動作を制御することで、底部をグリッパーアッセンブリ1606に対して定位置に保持できる。

載置動作の最終状態では、収穫機送り込みコンベア1420の突起部2004の上に、栽培タワー50ができるだけ中心に載置されるようにする。一実装例において、栽培タワー50は、フック52が収穫機ステーション32の方を向き、ヒンジ式側壁を有する実施態様では、ヒンジ側が下になるように配向される。以下は、本発明の可能な一実装例による、ロボット1402のコントローラが載置動作中に実行することができる決定ステップを要約したものである。

載置工程の説明

ロボットコントローラの主プログラムは次のように作動することができる：
・ 中央処理システム30に関連付けられた制御システムが、ロボットコントローラの主プログラムを起動できる。
・ 主プログラム内で、ロボットコントローラは、ロボット1402がそのホームポジションに位置しているかを確認できる。
・ ロボット1402がホームポジションに位置していない場合は、ホームプログラムに入り、ホームポジションに移動する。
・ 次に、主プログラムは、リセットI/Oプログラムを呼び出して、ロボット1402のすべてのI/Oパラメータをデフォルト値にリセットする。
・ 次に、主プログラムは、中央処理コントローラとのハンドシェイクプログラムを実行して、ピックアップ位置1404に栽培タワー50が存在し、受け取る準備ができていることを確認する。
・ 主プログラムは、それが移送搬送ゾーンに入ろうとしていることを示すために、ゾーン進入プログラムを実行することができる。
・ 主プログラムは、栽培タワー50を把持してキャリッジ1202から持ち上げるためのタワー持ち上げプログラムを実行してもよい。
・ 次に、主プログラムは、それが移送搬送ゾーンを出たことを示すために、ゾーン退出プログラムを実行することができる。
・ 次に、主プログラムは、中央処理コントローラとのハンドシェイクプログラムを実行して、収穫機送り込みコンベア1420が空で、栽培タワー50を受け取る位置に配置されているかどうかを確認する。
・ 次に、主プログラムは、それが収穫機送り込みコンベアゾーンに入ろうとしていることを示すために、ゾーン進入プログラムを実行することができる。
・ 主プログラムは、タワー配置プログラムを実行して、受け取ったタワーを送り込みコンベア1420に移動してその上に配置する。
・その後、主プログラムは、ゾーン退出プログラムを呼び出し、それが収穫機送り込みコンベアゾーンを出たことを示す。
・ ホームプログラムを実行して、ロボット1402をそのホームポジションに戻すことができる。
・ 最後に、主プログラムは、中央処理コントローラとのハンドシェイクプログラムを実行して、ロボット1402がホームポジションに戻り、次の栽培タワー50を受け取る準備ができたことを示すことができる。

タワー持ち上げプログラムは次のように作動することができる：
・ ロボット1402は、グリッパー1604及び1606が開位置にあることを確認する。グリッパーが開いていなければ、ロボット1402は警報を発する。
・ その後、ロボット1402は直進移動を開始し、エンドエフェクター1450をタワー面に押し込み、栽培タワーがグリッパー1604及び1606の後壁に対して完全に当接するようにする。
・ その後、ロボット1402は横に移動して、高剛性のフィンガー1712をタワーの壁に押し付けて、溝58bに係合させることができる。
・ ロボット1402は、ロボット出力を起動してグリッパー1604、1606を閉じることができる。
・ ロボット1402は、グリッパー1604及び1606が閉じられたことをセンサが示すまで待機できる。ロボット1402の待機時間が長すぎる場合は、ロボット1402は警報を発することができる。
・ 把持が確認されると、次に、ロボット1402は、垂直方向に移動して栽培タワー50を受け器1204から持ち上げることができる。
・ 次に、ロボット1402は、ピック位置1404から離れる方向に後退することができる。

タワー配置プログラムは次のように作動することができる：
・ ロボット1402は、動作中に栽培タワー50を適切に位置合わせさせるための中間点として機能する2つのウェイポイントを通過して移動することができる。
・ ロボット1402は、続けてエンドエフェクター1450及び栽培タワー50を収穫機送り込みコンベア1450の中心のすぐ上に位置決めして、タワーが正しい向きになるようにする(例えば、ヒンジが下向きで高剛性フィンガーの上になり、フック52が収穫機ステーション32に向くようにする)。
・ コンベアの位置が一旦確認されると、ロボット1402は次に、グリッパー1604及び1606を開くための出力を作動させて、栽培タワー50を高剛性フィンガー1712及び支持アーム1608上に載置させておくことができる。
・ ロボット1402は、グリッパー1604及び1606が開いたことをセンサが示すまで待機できる。ロボット1402の待機時間が長すぎる場合は、ロボット1402は警報を発することができる。
・ グリッパー1604及び1606が解放された後、ロボット1402は、その後、垂直方向に下に移動できる。下方に移動する際に、収穫機送り込みコンベア1420の突起部2004がタワー50の重量を受け、エンドエフェクター1450の高剛性フィンガー1712と支持アーム1608はタワーの下に位置し、接触しない。
・ 最後に、ロボット1402は、ここでエンドエフェクター1450をロボット1402の方に引っ張って、収穫機送り込みコンベア1420から離し、エンドエフェクター1450の高剛性フィンガー1712を摺動させて、栽培タワー50の下から出すことができる。

図15A及び15Bは、本発明の一実装例による自動ピックアップステーション43を示している。図示したように、自動ピックアップステーション43は、ロボット1502及びピックアップコンベア1504を含む。自動載置ステーション41と同様に、ロボット1502は、栽培タワー50を解放可能に把持するためのエンドエフェクター1550を含む。一実装例では、エンドエフェクター1550は、自動載置ステーション41のロボット1402に取り付けられたエンドエフェクター1450と実質的に同じである。 一実装例では、エンドエフェクター1550は、支持アーム1608を省略してもよい。本明細書で説明したように、ロボット1502は、エンドエフェクター1550を使用して、ピックアップコンベア1504上に載置されている栽培タワー50を把持し、栽培タワー50を垂直方向に回転させ、栽培タワー50を載荷移送搬送機構47のキャリッジ1202に取り付けることができる。上述したように、載荷移送搬送機構47は、パワーアンドフリーコンベアを含み、それでよく、栽培タワー50を栽培環境20へ送出する。一実装例では、載荷移送搬送機構47の緩衝軌道区分1522は、栽培環境20の垂直スロットを介して延伸しているので、この機構47が、キャリッジ1202に取り付けられた栽培タワー50を停止位置1520から栽培環境20の中に搬送可能となる。載荷移送搬送機構47は、制御されたストップブレードを用いてキャリッジ1202を停止位置1520で停止させてもよい。載荷移送搬送機構47は、後退防止機構を含むことができ、ストップブレードとこの後退防止機構との間にキャリッジ1202を留めておくことができる。

以下は、本発明の可能な一実装例に従って、ロボット1502のコントローラが持ち上げ動作中に実行することができる決定ステップを要約したものである。

持ち上げ工程の説明

ロボットコントローラの主プログラムは、ロボット1502に関しては次のように作動することができる：
・ 中央処理装置は、主プログラムを起動することができる。
・ 主プログラム内で、ロボット1502は、ロボット1502がそのホームポジションに位置しているかを確認する。
・ ロボット1502がそのホームポジションに存在しない場合は、ロボット1502はホームプログラムに入り、ロボット1502のホームポジションに移動する。
・ 次に、主プログラムは、リセットI/Oプログラムを呼び出して、ロボット1502のI/O値をデフォルト値にリセットする。
・ 次に、主プログラムは、どのステーション(ピックアップコンベア1504又は移植機移送コンベア2111)が取り上げ準備の整った栽培タワー50を保持しているかを示す決定コードを要求するため、中央処理コントローラとのハンドシェイクプログラムを実行できる。
・ 主プログラムは、上述の決定コードに基づいて、それがピックアップ位置に入ろうとしていることを示すために、ゾーン進入プログラムを実行することができる。
・ その後、主プログラムはタワー持ち上げプログラムを実行し、上述した決定コードに基づいてタワーを掴み、指定されたコンベアから持ち上げることができる。
・ 主プログラムは、上述の決定コードに基づいて、それがピックアップ位置を離れたことを示すために、ゾーン退出プログラムを実行することができる。
・ 次に、主プログラムは、中央処理コントローラとのハンドシェイクプログラムを実行して、載荷移送搬送機構47がキャリッジ1202を定位置に保持しており、栽培タワー50を受け取る準備ができているかどうかを確認する。
・ 次に、主プログラムは、それが移送搬送ゾーンに入ろうとしていることを示すために、ゾーン進入プログラムを実行することができる。
・ 主プログラムは、タワー配置プログラムを実行して、持ち上げられた栽培タワーをキャリッジ1202の受け器1204に移動して受け器に置くことができる。
・ 次に、主プログラムは、それが移送搬送ゾーンを出たことを示すために、ゾーン退出プログラムを実行することができる。
・ ロボット1502は、ここでホームプログラムを実行して、ロボット1502をそのホームポジションに戻すことができる。
・ 最後に、主プログラムは、中央処理コントローラとのハンドシェイクプログラムを実行して、ロボット1502がホームポジションに戻り、次の栽培タワー50を持ち上げる準備ができたことを示すことができる。

タワー持ち上げプログラムは次のように作動することができる：
・ ロボット1502は、グリッパーが開位置にあることを確認することができる。これらが開いていなければ、ロボット1502は警報を発する。
・ 判断位置が移植機搬送コンベア2111に解決した場合、ロボット1502は、移植機搬送コンベア2111上の栽培タワー50に位置合わせするよう垂直方向に移動する。・ その後、ロボット1502は直進移動を開始し、エンドエフェクター1550をタワー面に押し込み、栽培タワー50がグリッパーの後壁に対して完全に当接するようにする。
・ ロボット1502は上方に移動して栽培タワー50を持ち上げ、グリッパーの高剛性フィンガー上にタワーを載せる。
・ するとロボット1502は、ロボット1502出力を起動してグリッパーを閉じることができる。
. ・ ロボット1502は、グリッパーが閉じられたことをセンサが示すまで待機できる。ロボット1502の待機時間が長すぎる場合は、ロボット1502は警報を発する。
・ 把持されていることが確認されると、ロボット1502は、垂直方向に移動し、ピックアップコンベア1504又は移植機移送コンベア2111から離れる方向に後退する。

タワー配置プログラムは次のように作動することができる：
・ ロボット1502は、動作中に栽培タワー50を適切に位置合わせさせるための中間点として機能する2つのウェイポイントを通過して移動することができる。
・ 続いてロボット1502は、キャリッジ1202の受け器1204に合わせてエンドエフェクター1550と栽培タワー50を位置決めする。
・ その後、ロボット1502は地点1520まで前進して、タワーフック52を受け器1204のチャンネルの上方に位置決めする。
・ その後、ロボット1502が下方に移動すると、これによってタワーフック52を受け器1204のチャンネルのわずか上(例えば、約10ミリメートル)に位置決めできる。
・ ロボット1502は、タワー50のフック52が受け器1204のチャネルに入るように、グリッパーを開くための出力を起動できる。
・ ロボット1502は、グリッパーが開かれたことをセンサが示すまで待機できる。ロボット1502の待機時間が長すぎる場合は、ロボット1502は警報を発する。
・ これらグリッパーが一旦解放されると、ロボット1502は、タワーからまっすぐに戻ることができる。

中央処理システム

例えば、図1に示したように、中央処理システム30は、収穫機ステーション32と、洗浄ステーション34と、移植機ステーション36とを含むことができる。中央処理システム30は、所与のステーションとの間で栽培タワー50を移送するための1つ以上のコンベアも含むことができる。例えば、中央処理システム30は、収穫機送り出しコンベア2102と、洗浄機送り込みコンベア2104と、洗浄機送り出しコンベア2106と、移植機送り込みコンベア2108と、移植機送り出しコンベア2110とを含むことができる。これらコンベアは、その上に水平に載置された栽培タワー50を搬送するよう適合されたベルト又はローラーコンベアでよい。本明細書に記載されているように、中央処理システム30は、栽培タワー50を特定するための1つ以上のセンサ、及び様々なステーションやコンベアの動作を調整及び制御するための1つ以上のコントローラも含むことができる。

図21は、中央処理システム30の例示的な処理経路示す。上述したように、ロボットピッキングステーション41は、成熟した作物を備えた栽培タワー50を収穫機送り込みコンベア1420の上に降ろすことができ、このコンベアは栽培タワー50を収穫機ステーション32に搬送する。図20は、本発明の一実装例による収穫機送り込みコンベア1420を示す。収穫機送り込みコンベア1420は、ベルト2002を有するベルトコンベアとすることができ、ベルト2002は、それ自身から外向きに延伸する突起部2004を含む。 突起部2004は、ベルト2002と、栽培タワー50から伸長する作物との間に隙間を設け、作物の損傷を回避又は軽減するのに役立つ。一実装例では、突起部2004の大きさは、栽培タワー50の長さで周期的に変化させることができる。例えば、突起部2004aは、栽培タワー50の端部に係合するように構成され、上部の突起部2004dは、栽培タワー50の反対側の端部に係合し、中間の突起部2004b、cは、突起部2004b、cの長さが低い横方向の面で栽培タワー50に接触するように配置され、タワーが閾値を超えてたわむと栽培タワー50に係合できる。図20に示すように、ベルト2002の長さは、ベルト2002の完全な移動サイクルごとに栽培タワー50に対して2つの動作サイクルを実現するように構成できる。しかし、他の実装例では、すべての突起部2004は長さが均一である。

図21が示すように、収穫機送り出しコンベア2102は、収穫機ステーション32から処理された栽培タワー50を搬送する。
図示の実装例では、中央処理システム30は、2種類の栽培タワーを扱うように構成されており、それらは「再度刈り取り(cut-again)」と「最終刈り取り(final cut)」である。本明細書で使用する場合、「再度刈り取り」タワーとは、収穫機ステーション32によって処理された(すなわち、栽培タワー50で成長する植物から作物が収穫済みだが、1つ又は複数の植物の根構造が残っている)栽培タワー50であって、作物が再び成長するために栽培環境20に再投入されるものをいう。本明細書で使用する場合、「最終刈り取り」タワーとは、作物が収穫され、栽培タワー50から根構造と成長培地が除去されて植え直される栽培タワー50を指す。再度刈り取りと最終刈り取り栽培タワー50は、中央処理システム30を介して異なる処理経路を取ることができる。栽培タワー50の経路指定を容易にするために、中央処理システム30は、栽培タワー50を追跡するために様々な場所にセンサ(例えば、RFID、バーコード、又は赤外線)を含んでいる。 中央処理システム30のコントローラによって実装された制御ロジックは、与えられた栽培タワー50が再度刈り取り又は最終刈り取り栽培タワーであるかどうかを追跡し、それに応じて様々なコンベアにそのような栽培タワーを経路指定させる。例えば、センサは、ピック位置1404及び/又は収穫機送り込みコンベア1420並びに他の位置に配置してよい。本明細書に記載された様々なコンベアは、特定された栽培タワー50を中央処理システム30の異なる処理経路に沿って経路指定するように制御することができる。図21に示すように、再度刈り取りコンベア2112は、再度刈り取り栽培タワー50を、栽培環境20に挿入するために自動ピックアップステーション43の作業エンベロープに向かって搬送する。再度刈り取りコンベア2112は、単一の蓄積コンベア又は一連のコンベアのいずれかで構成できる。再度刈り取りコンベア2112は、栽培タワー50をピックアップコンベア1504に搬送してもよい。一実施形態では、ピックアップコンベア1504は、栽培タワー50の下まで延びる自動ピックアップステーション43のエンドエフェクター1450を収容するように構成されている。 エンドエフェクター1450に対応する方法としては、栽培タワー50よりも短いコンベア区分を用いるか、図22に示すように両端に角度をつけたコンベアを用いるかのいずれかが含まれる。

一方、最終刈り取り栽培タワー50は、収穫機ステーション32、洗浄ステーション34、移植機36を経て、栽培環境20に再び入る。図21を参照すると、収穫された栽培タワー50は、収穫機送り出しコンベア2102から洗浄機移送コンベア2103に移送できる。洗浄機移送コンベア2103は、栽培タワーを洗浄機送り込みコンベア2104上に移動させ、これが栽培タワーを洗浄ステーション34に送る。一実装例では、空気圧スライドが、栽培タワー50を収穫機送り出しコンベア2102から洗浄機搬送コンベア2103に押し出すことができる。洗浄機移送コンベア2103は、タワーを洗浄機送り込みコンベア2104に移送する3ストランドコンベアとすることができる。付加的なプッシャーシリンダーは、栽培タワー50を洗浄機移送コンベア2103から洗濯機送り込みコンベア2104に押し出すことができる。栽培タワー50は、洗浄機送り出しコンベア2106に載って洗浄ステーション34を出て、プッシュ機構により、移植機送り込みコンベア2108に移送される。洗浄された栽培タワー50は、次に移植機ステーション46で処理され、このステーションが栽培タワーの栽培地点53に苗を挿入する。移植機送り出しコンベア2110は、栽培タワー50を最終移送コンベア2111に移送し、このコンベアは、栽培タワー50を自動ピックアップステーション43の作業エンベロープに移送する。

移植機ステーション

移植機ステーション36は、一実装例では、栽培タワー50の栽培地点53に根巻きプラグを投入する自動機構を含む。一実装例では、移植機ステーション36は、栽培タワー50のプラグホルダ158に移植されるべき苗を含む根巻きプラグを含んだプラグトレイを受け取る。一実装例では、移植機ステーション36は、ロボットアームと、プラグトレイから根巻きプラグを把持して、栽培タワー50のプラグホルダ158に挿入する1つ若しくは複数のグリッパーを含むエンドエフェクターとを含む。栽培地点53が栽培タワーの単一の面に沿って延伸している実装例では、栽培タワーは、その単一の面が上向き又は横向きになるように配向すればよい。栽培地点53が栽培タワー50の対向する面に沿って延伸している実装例では、栽培タワー50は、これら栽培地点を有する対向する面が横方向に(水平に)向くように配向すればよい。他の実装例では、図24Dが示すように、栽培タワー50の前面プレート101は、移植動作を実行するため栽培地点53が概ね上向きになるように、分離して回転させてもよい。

図24A、24B及び24Cは、1つの可能な実装例による例示的な移植機ステーション36を示す。移植機ステーション36は、ロボットアーム2410及び関連するエンドエフェクターの作業エンベロープ内にプラグトレイ2432を配置するプラグトレイコンベア2430を含んでもよい。また、移植機ステーション36は、移植のために栽培タワー50を所定位置に積み込む送り機構を含んでいてもよい。移植機ステーション36は、1つ以上のロボットアーム2410(6軸ロボットアームなど)を含んでもよく、それぞれが、プラグトレイから根巻きプラグを把持し、その根巻きプラグを栽培タワーの栽培地点53に投入するように適合されたエンドエフェクター2402及び1つ以上のプラググリッパー2406を備えている。

図24Aは、キャリッジ2404と、キャリッジ2404から延びる複数のプラググリッパー2406とを含む例示的なエンドエフェクター2402を示している。プラググリッパー2406は、キャリッジ2404に取り付けられており、それぞれが第1の角度配向から第2の角度配向まで回動可能である。第1の角度配向(図24Aの上側の図)では、プラググリッパー2406は、キャリッジ2404に対して垂直に延びている。一実装例では、プラググリッパー2406は、プラグトレイ2470からプラグを抜き取るときに、この第1の角度配向に配置される。図24Aに示す第2の角度配向では、各プラググリッパー2406は、キャリッジ2404に対して45度(又は他の所望の)角度で延びている。この45度の角度は、上述したように、栽培タワー50の挿入面又は前面101に対して45度の角度で延びる栽培タワーのプラグ容器158にプラグを投入するのに有効である。他の実装例も可能である。例えば、第2の角度配向は、プラグ容器158の角度配向に概ね一致する。例えば、様々な図面に図示されているプラグ容器158は、所定の栽培タワー50の前面101(投入面)に対して約45度の角度に配向されている。従って、第2の角度配向も約45度であり、プラグ容器158の角度配向と一致する。よって、第2の角度配向は、一般的に、プラグ容器の目標とされる又は設計された角度配向に応じて変化し、且つ設計目標及び工学的制約に応じて変化させることができる。さらに、プラググリッパー2406の間隔は、プラグ容器158の間隔に概して一致する。

空気圧アクチュエータシステムは、第1の角度配向と第2の角度配向との間のプラググリッパー2406の回転を制御することができる。例えば、図24Aに示すように、共通バー又は他の部材2452を、各プラググリッパー2406に取り付けることができる。共通バー2452はまた、キャリッジ2404の特徴に取り付けられるか又はキャリッジ2404の特徴によって案内され、それに沿って摺動可能としてもよい。図24Aに示すように、共通バー2452に取り付けられた1つ又は複数のアクチュエータ2450は、引込み位置から伸長位置に移動して、共通バー2452を動かし、各プラググリッパー2406を、キャリッジ2404へのそれぞれの取り付け点を中心に回転させるようにしてもよい。動作時には、プラググリッパー2406は、プラグトレイから根巻きプラグを取り上げるときに第1位置を占めることができ、その後、プラグをプラグ容器158に挿入する前に第2の位置に移動できる。そのような挿入動作では、ロボットアーム2410は、プラグ容器158の配向と平行な運動の方向に、一般的には挿入平面に対して第2の角度配向を有する経路に沿って、プラググリッパーを挿入するようにプログラムすることができる。

図24Aに示されたエンドエフェクター2402を使用して、複数のプラグ容器158を1回の動作で充填することができる。さらに、ロボットアーム2410は、栽培タワー50の片側又は両側の他の領域で同じ動作を行うように構成してもよい。図24Bに示すように、一実装例では、所定の栽培タワー50の処理時間を短縮するために、それぞれがエンドエフェクター2402を有する複数のロボットアーム2410が使用される。栽培地点53が充填された後、栽培タワー50は、本明細書で説明するように、最終的には自動ピックアップステーション43に搬送され、最終的には、制御された栽培環境20に挿入される。図示されている実装例では、送り込み機構(以下を参照)が単一の動作で栽培タワー50を移植機ステーションに移動させ、ここで複数のロボットアーム2410(及び関連するエンドエフェクター2402)が動作して、送り出し機構がステーション36から栽培タワー50を移動させる前に、タワーのすべての栽培地点53を充填する。他の実装例も可能である。例えば、移植機ステーション36は、必要なロボットアーム2410の数を減らすために、栽培タワー50に沿ってロボットアーム2410を移動させるように構成してもよい。代替的には、移植機ステーション36は、連続した移植動作において、栽培タワー50の複数の区分をロボットアーム2410に搬送するように構成してもよい。他の実装例では、単一のエンドエフェクター2402が、栽培タワー50の一区分及び側部に対応することができる。そのような実装例では、エンドエフェクター2402を移動させるためのロボット又は他のアクチュエーションシステムを単純化できる場合がある。

図26Aは、引込み位置にある例示的なプラググリッパー2406を示す。図26Bは、伸長位置にある例示的なプラググリッパー2406を示す。図示の実装例では、プラググリッパー2406は、ベース2602と、ストリッパープレート・アッセンブリ2604と、アクチュエータ2606と、対向するグリッパーアーム2608a、2608bとを含む。ベース2602は、図24Aに示すように、エンドエフェクター2402のキャリッジ2404に回転可能に取り付けられる。図26Cに示したように、ストリッパープレート・アッセンブリ2604は、ベース2602から延伸する延長部材2610と、延長部材2610から延伸しているストリッパープレート2612とを備える。延長部材2610は、ストリッパープレート2612を、ベース2602から所望の距離で保持している。アクチュエータ2606は、グリッパーアーム2608a、bを引込み位置(図26A)から伸長位置(図26B)に移動させるように動作する。グリッパーアーム2608a、2608bは、プラググリッパーが引込み位置から伸長位置に移動するときに、ストリッパープレート2612のスロット2614を通って伸長する。図示の実施形態では、ストリッパープレート2612は、全体的にU字形状を有する。他の実装例では、ストリッパープレート2612は、実質的に長方形の全体構成を有してもよい。図26A及び26Bが示すように、各グリッパーアーム2608a、2608bは、2つのピンを含んでいてもよいが、各グリッパーアーム2608a、2608bは、より少ない又はより多いピンを含んでいてもよい。図示の実装例では、アクチュエータ2606が引込み位置にあるとき、グリッパーアーム2608a、2608bの端部は、ストリッパープレート2612と実質的に同じ高さにあり、端部はそれぞれのスロット2614に係合している。アクチュエータ2606が伸長位置にあるとき、グリッパーアーム2608a、2608bは、スロット2614を介してストリッパープレート2612を越えて伸長する。さらに、グリッパーアーム2608a、2608bが伸長しているとき、プラグをしっかりと保持するために、互いに向かって角度を付けて伸長するように構成してもよい。このわずかな干渉は、グリッパーアーム2608a及び2608bが伸長する際に、グリッパーアームに強制的にわずかに挟んで、苗プラグを確実に保持する。一実装例では、グリッパーアームの材料は、耐食性と清掃性を維持しながら適切なバネ力を実現するために、焼き入れステンレス鋼としている。一実装例では、グリッパーアーム2608a、2608bの幅は、ねじ2607の下にある上部領域2609で狭められ、屈曲部として機能し、曲げの大部分をその場所に集中させる。他の実装例も可能である。グリッパーアームの寸法及び全体構成は、プラグ及びプラグトレイの形状及び構成と同様に、用途に依存する。さらに、ストリッパープレート2612は、スロットを含まなくてもよい。そのような実装例では、グリッパーアーム2608a、2608bは、プレートの対向する外縁に沿って延びる。一実装例では、ストリッパープレート2612は、完全なスロット2614が存在したはずの部分の端部付近に、2608a、2608bの案内を助けるための特徴を含んでもよい。

図27Aは、栽培タワー50のそれぞれの栽培地点53に挿入される複数の根巻きプラグを保持するように構成された例示的なプラグトレイ2702を示す。プラグトレイ2702は、プラグ容器2704の2次元的アレイを含む。図27Bは、プラグ容器2704が保持することができる根巻きプラグ2706の形状の例を示す。一実装例では、所与の列のプラグ容器2704の数は、エンドエフェクター2602に取り付けられたプラググリッパー2406の数と一致させることができる。別の実装例では、所与の列のプラグ容器2704の数は、エンドエフェクター2602に取り付けられたプラググリッパー2406の数の倍数とすることができる。一実装例では、グリッパーアーム2608a、2608bは、プラグ培地を突き刺し、プラグ2706を挟んで、実質的にその外面付近でプラグ2706を把持するように構成されている。同様に、栽培タワー50のプラグホルダ158の内側寸法も、プラグ容器2704及び対応するプラグ2706の寸法と実質的に一致するように構成されている。従って、プラググリッパー2406がプラグを保持するときは、グリッパーアーム2608a、2608bが、プラグ2706をその外面から比較的しっかりと定位置で保持する。さらに、グリッパーアーム2608a、2608b及びプラグ2706は、一実装例では、プラグホルダ158に対して本質的に圧入を実現するように寸法設定されている。後述するように、ストリッパープレート2612は、グリッパーアーム2608a、2608bが引き込まれるときに、プラグ2706がプラグホルダ158から滑り出てしまうことを防止する。

図28は、移植機ステーション36への栽培タワー50の挿入を容易にする送り込み機構2802を示す。一実施態様では、移植機ステーション36は、移植動作を行うために栽培タワー50を案内して位置合わせする軌道(後述する)を含む。図示した実装例では、送り込み機構2802は、栽培タワー50を移植機ステーション36に送り込むための駆動ホイール・モーターアッセンブリを含んでもよい。一実施態様では、駆動ホイール・モーターアッセンブリは、栽培タワー50を下から係合する摩擦駆動ローラ2804と、栽培タワー50の上部の溝58に係合してそれを摩擦駆動ローラ2804に押し付ける空気圧作動式位置合わせホイール2806とを含むことができる。送り込み機構2802は、栽培タワー50の大きな心のずれを補正するために、栽培タワー50を送り込み機構2802の中に案内する引き込み機構2808をさらに含んでもよい。一実施形態では、制御システムは、送り込み機構2802を駆動して、1つの栽培タワー50全体が移植機ステーション36に挿入されるまで動作させる。上述したように、送り込み機構2802は、栽培タワー50を駆動して、移植機ステーション36の軌道2420に沿って摺動させる(図24Cを参照のこと)。タワー50を移植機ステーション36に送り込むための他の実装例も可能である。例えば、他の実装例では、栽培タワー50の溝領域58は、タワーの全長に沿って延びる一列の歯を含んでもよい。そのような実装例では、摩擦駆動ホイールを、溝領域58の歯にしっかり係合する歯車に置き換えてもよい。そのような実装例では、栽培タワーが移植機36を通って移動する際に、送り込み機構が栽培タワーの位置を追跡できることになる。

移植機ステーション36が、所定の栽培タワー50に対する1つ又は複数の移植動作を完了した後、制御システムが送り出し機構2902を駆動して、栽培タワー50を移植機ステーション36の外に並進させ、それを最終的に栽培環境20に投入することができる。図29は、本発明の一実装例による送り出し機構2902を示す。送り込み機構2802と同様に、送り出し機構2902は、駆動ホイール・モーターアッセンブリを含む。図示した実装例では、摩擦駆動ローラ2904が栽培タワー50の底部に係合する一方で、空気圧作動式位置合わせホイール2906が栽培タワー50の上部から溝50に係合し、栽培タワー50を摩擦駆動ローラ2904に対して駆動する。一実施形態では、送り出し機構2902は、ステーション36に対して栽培タワー50を正確に位置決めするための作動ストップを含んでいてもよい。

図30A、30B及び30Cは、移植機ステーション36の内部及びそれに沿って栽培タワー50を案内するために使用され得る軌道2420を示している。図24Cが示すように、送り込み機構2802が栽培タワー50を並進させる際に、軌道2420が案内として機能する。図30Bは、軌道2420の例示的なプロファイルを示している。軌道プロファイルは、ベース部3002、側部隆条3004、及び案内突起3006を含んでもよい。隆条3004及び案内突起3006は、実質的に軌道2420の全長にわたって延びている。図30Cは軌道区分3020であって、その複数が、位置合わせされ且つ移植機ステーション36に取り付けられて軌道2420を形成する軌道区分3020を示す。例えば、軌道区分3020は、1メートルの長さとすることができる。そのような実装例では、5つの軌道区分を使用して、5メートルの軌道2420を形成してもよい。軌道区分3020は、プラスチック(高密度ポリエチレン(HOPE)、超高分子量(UHMW)ポリエチレン、DuPont(登録商標)が販売するDelrin(登録商標)など)又は他の低摩擦、耐摩耗性材料で作製すればよい。案内突起3006のプロファイルは、栽培タワー50の溝58の少なくとも一部分と実質的に一致し、逆の形態となっている。図30Bに示すように、栽培タワー50は、突起3006に案内されて移植機ステーション36に入って出る際に、隆条3004に接触しそれに沿って摺動する。図示した実装例では、溝58と突起3006との間のモデル化された距離は、約1から2ミリメートルである。

溝58及び突起3006を含む様々な構成が可能である。図30Bは、栽培タワー50の断面プロファイルが、栽培タワー50の全長に沿って溝58を画成する実質的にV字型の部分を含み、軌道2420の断面プロファイルが、突起3006を画成する、一致した実質的にV字型の部分を含むことを示している。他の実装例では、これらの特徴を画成するプロファイル部分は、半円、三角形、又は他の任意の適切な形状としてもよい。さらに、溝58及び突起3006に関連するプロファイル部分は、完全に補完的である必要はない。一般的に、突起3006は、搬送動作中に溝58に沿って栽培タワー50を案内する任意の適切な形状でよく、1つ以上の係合アクチュエータ(以下を参照)が栽培タワー50を軌道2420に対して押し付ける力を発揮する際に、突起3006により形成される位置合わせ特徴に沿って栽培タワー50を中心に配置する、任意の適切な形状とすることができる。

栽培タワー50は、上述したように、押出成形されたプラスチックで構成された比較的長い構造体(例えば、約5メートル)とすることができる。従って、栽培地点53の相対的な位置は、栽培タワー50の長さにわたって変化することがある。例えば、栽培タワー50のわずかな湾曲やその他の変化により、栽培部位53が離間して配置されている長手方向の軸に加えて、栽培部位53が1つ又は2つの次元で変化することがある。この変化は、本明細書に記載された移植動作に関わる課題を防ぐことがある。例えば、複数のプラググリッパー2406を1つの共通キャリッジ2404に取り付けるには、前面部プレート101がキャリッジ2404の全長にわたって実質的に均一であることが必要である。従って、本明細書に記載の移植動作を容易にするためには、栽培地点53間の空間的なばらつきを低減することが有利となることがある。図24Cが示すように、一実施形態では、移植機ステーション36は、軌道2420の上方に配置されたタワー位置決めアクチュエータ2422を含む。栽培タワー50が移植機ステーション36に挿入された後で、アクチュエータ2422は、軌道2420に沿って、且つ軌道2420の上方の定められた点で、栽培タワー50を押し下げるように制御される。アクチュエータ2422によって及ぼされる力は、栽培タワー50を撓ませ、溝58を突起3006に対して位置決めし、軌道2420に沿って栽培タワーを中心に配置する。溝58の表面を突起3006に対して位置決めすることで、栽培タワー50に沿った栽培地点53の2次元的なばらつきを低減することができる。特に、軌道2420上に配置された栽培タワー50に関しては、栽培タワー50の長さをx軸、栽培タワー50の幅又は面をy軸、高さをz軸とみなすと、プロファイル部3006及び軌道2420に対する栽培タワー50の位置決めは、一般に、y軸及びz軸における栽培地点53の互いに対する変動を低減させる。従って、移植機ステーション36は、プラグホルダ158でのプラグの挿入を容易にするために、残りのx軸方向の寸法で栽培部位53の位置を特定するためのカメラ又は他のセンサを含むことができる。さらに、このような実装例は、栽培タワー50の製造公差の緩和を可能にし、且つ／又は、移植動作のためにプラグホルダ158の位置を特定するために必要なセンサの数を減らすことができる。

図30Dは、本発明の1つの可能な実装例によるタワー位置決めアクチュエータ2422の例を示す。図示の実装例では、タワー位置決めアクチュエータ2422は、リニアアクチュエータ3024(例えば、空気圧アクチュエータ)と、ボール・スイベルジョイント3022と、アクチュエータの端部に取り付けられた係合部材3026とを含む。図30Dが示すように、係合部材3026のプロファイルは、栽培タワー50の外側上面と実質的に一致することができる。係合部材3026のプロファイルは、押出成形、成形、又は機械加工された部品とすることができ、様々な工学的及び他の設計上の考慮事項に応じて長さを変化させてよい。例えば、係合部材3026は、3-6センチメートルの長さとすることができる。他の実施形態では、係合部材は、その長さを0.5メートルとすることができる。図24Cが示すように、ロボットアーム2410などの動作装置に対する栽培タワー50の様々な区分の位置決めを容易にするために、複数のアクチュエータ2422を軌道2420に沿って配置してもよい。他の実施形態も可能である。例えば、図31A-Cに示すように、係合部材3026は、溝58ではなく、栽培タワー50の上面に係合するように構成された平坦なプロファイルを有する円盤形状を有していてもよい。いずれの構成においても、ボール・スイベルジョイント3022は、軌道2420の突起3006に対して栽培タワー50を押し付ける際に、ずれを許容する。

以下の説明は、本発明の1つの可能な実装例による、移植機ステーション36の例示的な処理の流れ及び動作を示している。送り込み機構2802は、定められた停止位置に当たるまで、軌道2420に沿って、栽培タワー50を移植機ステーションに送り込む。図24Cに示したように、移植機ステーション36は、栽培タワー50全体を収めている。栽培タワー50は、プラグホルダ158を有する対向するタワー面101が水平に向くように配向されている。アクチュエータ2422は、栽培タワー50を軌道2420に押し付け、上述したように、栽培タワー50に沿ったプラグホルダ158の位置決めの2次元での変動を低減する。制御システムは、後述するように、ロボットアーム2410及びそれぞれのエンドエフェクター2402を動作させ、プラグトレイ2432からプラグの列を取り上げ、プラグホルダ158に挿入する。図24Cに示す実施形態では、栽培タワー50の2つの領域及び各側面でプラグを投入するため、所定のロボットアーム2410を4回の挿入動作で循環させることができる。移植機ステーション36が栽培タワー50の全てのプラグホルダ158を満たした後は、アクチュエータ2422がタワー50を解放し、送り出し機構2902が、栽培タワー50を移植機ステーション36から送り出すことを可能にする。

移植動作の間、プラググリッパー2406は、プラグトレイ2432のそれぞれのプラグ容器2704の上に配置される。いくつかの実装例では、ロボットアーム2410は、ストリッパープレート2612が、プラグ容器2704に含まれる根巻きプラグの上面に実質的に隣接し且つ/又はプラグ容器2704の上面に配置されるように、プラググリッパー2406を配置する。次に、アクチュエータ2606が制御され、グリッパーアーム2608a、2608bをプラグ容器2704の側面に打ち込んで、プラグに係合する。ロボットアーム2410は、次に、エンドエフェクター2402を垂直上方に移動させて、プラグをそれぞれのプラグ容器2704から持ち上げる。ロボットアーム2410は次に、プラグが栽培タワー50の挿入平面付近で水平方向に配置され、栽培タワー50の水平方向に配置されたプラグホルダ158に対向するように、エンドエフェクター2402を移動させる。空気圧制御装置が、プラググリッパー2406を、所望の挿入角度(一実施形態では、45度)まで回転させる。ロボットアーム2410は、次に、エンドエフェクター2402を所望の挿入角度で移動させ、プラググリッパー2406にプラグをそれぞれのプラグホルダ158に挿入させる。アクチュエータ2606は、次に、挿入角度に沿ってグリッパー2608a、2608bを後退させるように制御される。ストリッパープレート2612は、プラグホルダ158内にプラグを留まらせることができる。ロボットアーム2410は、次に、エンドエフェクター2402を栽培タワー50から遠ざかるように移動させてプラグトレイ2702に戻し、次の移植サイクルを開始する。

様々な実装例が可能である。単一のロボットアームを、そのロボットアームを栽培タワー50に沿って移動させるアッセンブリと関連して使用することができる。代替的には、栽培タワー50を、ロボットアームに対して段階的に移動させてもよい。プラグトレイは、水平方向ではなく垂直方向に配向してもよい。そうした構成では、ロボットアームは、本明細書に記載されたプラグ挿入動作を効果的に行うために、6つの自由度で動作する必要はない。さらに、栽培タワー50は、上述したように、移植動作の前に開いておいてもよい。そうした実装例では、栽培タワー50の面101を水平に配向することができ、ロボットアームがプラググリッパー2406を水平に方配向する必要がなくなる。さらには、ロボットアームの代わりに、直交ガントリーシステムなどの他のアクチュエータを使用してもよい。

図32Aは、本発明の別の実装例によるタワー位置合わせ機構3200を示す。この例示的な実装例では、位置合わせ軌道3220は、栽培タワー50の上方に配置することができる一方で、位置合わせアクチュエータ3240は、栽培タワー50の下方に配置され、(作動時に)栽培タワー50を位置合わせ軌道3220に対して押し上げる。図示した実施形態では、位置合わせ軌道3220は、中央ベアリング軌道3222と、中央ベアリング軌道3222の対向する側にある横方向の位置合わせバー3226とからなる。タワー位置合わせ機構3200はまた、機構3200への栽培タワー50の挿入を容易にするために、下部ベアリング軌道3228を含んでもよい。図33Aに示すように、これらの軌道部材は、フレームアッセンブリに取り付けてもよい。図32A及び32Bに示すように、中央ベアリング軌道3222及び下部ベアリング軌道3228のそれぞれは、それらのそれぞれの長さに沿って間隔を置いて配置されたデータム形体(datum features) 3224を含む。一実装例では、データム形体3224は、実質的に円筒形であり、弾丸形状又は円錐形の前端及び/又は後端を含んでもよい。

図32C-Eは、位置合わせ軌道3220及び下部係合軌道3228の様々な特徴間の空間的関係、及びそれらがどのように栽培タワーと係合するかを示している。図3Cに示したように、中央ベアリング軌道3222及び下部ベアリング軌道3228のデータム形体3224は、栽培タワー50が位置合わせ機構3200を通って並進する際の案内機構を構成するように実質的に位置合わせされている。言い換えれば、駆動機構がこの機構3200を介して栽培タワー50を駆動する際に、データム特徴3224は、図32D及び32Eに示すように、栽培タワー50の上部及び下部溝58に係合する。上下のデータム形体3224間の間隔によって、中央ベアリング軌道3222及び下部ベアリング軌道3228によって形成された経路に沿って栽培タワー50を摺動させることができる。

栽培タワー50が処理のための所望の位置まで前進すると、コントローラが、位置合わせアクチュエータ3240に栽培タワーの下面を係合させ、栽培タワー50を位置合わせ軌道3220に対して上向きに押し付けることができる。図32Eが示すように、位置合わせアクチュエータ3224は、中央ベアリング軌道3222のデータム形体3224及び側方位置合わせバー3226に対して、栽培タワー50の上面を押しつける。データム特徴3224に対するこの位置合わせ力は、栽培タワーをその長手方向軸に沿って中央に位置合わせさせる。さらに、この位置合わせ力は、側方位置合わせバー3226に対して栽培タワー50の対向する側面を位置合わせさせる。このように配向されているとき、例えば、移植機ステーション36は、次に、栽培タワー50の1つ又は複数の栽培地点53に対して動作を行うことができる。一実装例では、位置合わせアクチュエータ3240は、Festo Corporationが提供する部品番号がFesto CRDSNU-25-25-P-A-MQ-A1-K3である空気圧式エアシリンダであり、約295ニュートンの力を発揮することができる。

上述したように、データム形体3224は、栽培タワー50の溝58への接触に関して、実質的に円筒形のプロファイルでよい。一実装例では、この接触プロファイルの半径は、溝58の上向きに傾斜した側面に接するように構成できる。一実装例では、データム形体の接触プロファイルは、溝の外面から1-2ミリメートルオフセットされた仮想表面に接するように構成される。この構成及び/又は低摩擦プラスチックの使用により、栽培タワー50は、データム形体3224によって形成された案内経路内で摺動することができる一方で、位置合わせアクチュエータ3224がトリガされたときに位置合わせを実現することができる。

前述の位置合わせ機構3200は、移植機ステーション36に統合することができる。いくつかの実装例では、位置合わせ機構3200及び関連する処理ステーションは、PCT出願第PCT/US20/15921号に開示されているいわゆるタワー駆動ユニット(TDU)と組み合わせて動作することもでき、その開示内容はすべての目的のために参照により本明細書に組み込まれる。例えば、移植機ステーション36は、そのステーション36を介して栽培タワー50を並進させるように動作することができる2つのタワー駆動ユニットの間に配置してもよい。他の実装例では、移植機36は、ステーション36を介して栽培タワー50を移動させる別個のタワーインデックス機構を含んでもよい。

さらに、図33A-Dは、処理のためのプラグ地点の位置合わせ又は位置検出動作を容易にする代替の栽培タワーアッセンブリを示している。図4Cに示す実装例では、例えば、プラグ容器158は、栽培タワー50に個別に取り付ける別個の部品である。図33Aに示す実施形態では、例えば、栽培タワー3300は、その対向面に沿って取り付けられた複数のプラグ容器セット3302を含み、その各々は、複数のプラグ地点3304を含む。一実装例では、各プラグ容器セット3302は、栽培タワー3300の対応する穴又は特徴に振動溶接してもよい。

図33C及び33Dに示したように、各プラグ容器セット3302は、複数のプラグ容器地点3304を含む一体型部材である。プラグ容器セット3302はまた、図33Bに示すように、ビジョン位置合わせ特徴3306a、bを含む。複数のプラグ地点3304を有するプラグ容器セット3302を使用すると、位置合わせエラーの一因となる製造公差が大きく減少するため、位置合わせ動作が容易になる。例えば、プラグ容器セット3302は、射出成形部品とすることができ、複数の地点3304が定められた公差以内で位置合わせされるように製造できる。マシンビジョン処理(1つ又は複数のイメージングシステム(カメラなど)、画像認識及び処理ロジックを含む)は、視覚的位置合わせ特徴3306a、bを使用して、処理動作のためにセット3302の栽培地点3306の位置を検出することができる。位置合わせ特徴3306a、3306bにより、このマシンビジョン処理は、栽培タワー3300の長手方向軸(それに加え、長手方向軸に垂直で栽培タワーの面に平行な軸)に沿った栽培地点3304の位置を検出することができ、いくつかの実装例では、この軸に対するセット3302の角度オフセットを特定することもできる。このマシンビジョン処理の出力は、移植機ステーション36のエンドエフェクター2402の挿入位置及び角度配向を調整するために使用してもよい。移植サイクルの後は、タワー3300は、上述した位置合わせ軌道を使用して位置合わせされた状態で、増分だけ移植機ステーションを前進させてもよい。マシンビジョン処理は、必要に応じて次のセット3302の画像をキャプチャし、エンドエフェクター2402の挿入点及び角度を調整するために制御システムに出力を供給できる。

上述したタワー位置合わせシステムは、中央処理システム30の他のステーションに関連して実装することができる。図23Aに示す実装例では、収穫機ステーション34は、作物収穫機マシン2302と収集箱コンベア2304とからなる。収穫機マシン2302は、カッターやフィードアッセンブリなどの様々な構成要素が取り付けられた剛性の高いフレームを含んでもよい。収穫機マシン2302は、一実装例では、栽培タワー50に係合して、それをこのマシンを通過させるそれ自身のフィーダー機構を含む。一実装例では、収穫機マシン2302は、栽培地点53を含まない面で栽培タワーに係合し、溝58a及び58bに位置決めする機構を用いて栽培タワー及び栽培地点53を収穫ブレードや他のアクチュエータに対して正確に位置決めできる。一実装例では、収穫機2302は、栽培タワー50の第1面101の近くに配向された第1組の回転ブレードと、栽培タワー50の対向面101にある第2組の回転ブレードとを含む。栽培タワー50が収穫機マシン2302を介して送り込まれると、栽培地点53から伸長する作物は切断されるなどして除去され、そこで収集箱コンベア2304によって収穫機マシン2302の下方に位置した収集箱内に落下する。収穫処理を容易にするために、収穫機マシン2302は、栽培地点53の作物を栽培タワー50の面プレート101から離してグループ化するために、物理的又は空気グルーパなどのグループ化機構を含んでもよい。

収集箱コンベア2304は、空の収集箱を収穫機ステーション34に搬送し、満杯の収集箱を収穫機ステーション32から搬送するU字型のコンベアでよい。一実装例では、収集箱の大きさは、1つの栽培タワー50から収穫された少なくとも一箱分の作物を運搬するよう寸法決めできる。そのような実装例では、収穫される各栽培タワーに対して、新しい収集箱が所定の位置に移動される。一実装例では、栽培タワー50は、成熟した植物で満たされた状態で収穫機マシン2302に入り、残った茎と土壌プラグを保持して収穫機マシン2302を出て、次の処理ステーションに送られる。

図23Bは、例示的な収穫機マシン2302の上面図である。回転駆動システム2308から延伸する円形ブレード2306は、栽培タワー50の対向する面101aで植物を収穫する。一実装例では、回転駆動システム2308は、直線駆動システム2310に取り付けられており、これが異なる種類の植物に対応して切断高さを最適化するため、円形ブレード2306を栽培タワー50の対向面101aに近づけたり遠ざけたりする。一実装例では、各回転駆動システム2308は、栽培タワー50の栽培地点の中心軸で交差する上部円形ブレードと下部円形ブレード（及び関連するモータ）を有する。収穫機マシン2302はまた、栽培タワー50がこのマシンを通過する際に栽培タワー50の溝58に係合する一組のローラを含む位置合わせ軌道2320を含んでもよい。収穫機マシン2302は、さらに、栽培タワーを一定の速度でこのマシンに送り込むタワー駆動システムも含むことができる。一実装例では、タワー駆動システムは、収穫機マシン2302の反対側端部に位置する2つの駆動ホイール及びモーターアッセンブリを含む。 各駆動ホイール・モーターアッセンブリには、底部に摩擦駆動ローラ、上部に空気圧で作動する位置合わせホイールを含むことができる。図23Cが示すように、収穫機マシン2302は、ブレード2306によって切断された収穫物が落下する際に収集し、マシン2302の下に位置した収集箱に案内する収集シュート2330を含むこともできる。別の実装例では、収穫機ステーション34は、静止した栽培タワー50を横切って移動する収穫ブレードに対して栽培タワー50を位置合わせさせるために、上述したように、位置合わせ特徴を含む軌道及び1つ又は複数の係合アクチュエータを含んでもよい。別の実装例では、収穫ブレードは、異なる種類の作物を収穫するように適合された摘み取りアッセンブリなどの別の収穫機構に置き換えてもよい。

洗浄ステーション34は、栽培タワー50から作物の残骸（根や基部又は茎構造など）を除去するための様々な機構を採用することができる。栽培タワー50を清浄にするために、洗浄ステーション34は、加圧水システム、加圧空気システム、機械的手段（スクラバー、スクラブホイール、スクレーパーなど）、又は上述したシステムの任意の組み合わせを採用することができる。ヒンジ式の栽培タワー（上述したようなもの）を使用する実装例では、洗浄ステーション34は、1回以上の清浄動作の前に栽培タワー50の前面101を開くためのサブステーションと、1回以上の清浄動作の後に栽培タワーの前面101を閉じるための第2のサブステーションとを含む、複数のサブステーションを含むことができる。いくつかの実装例では、洗浄ステーション34は、1つ以上の清浄エンドエフェクター又は機構に対して栽培タワー50を位置合わせさせるために、上述したように、位置合わせ特徴及び1つ又は複数の係合アクチュエータを含んでもよい。

中央処理システム30(又はその中の1つ以上のステーション)の1つ以上のコントローラなど、上述のコントローラのうち1つ以上は、以下のように実装してもよい。図25は、本開示の実施形態に従って、非一時的なコンピュータ可読媒体（例えば、メモリ）に格納されたプログラムコードを実行するために使用され得るコンピュータシステム800の一例を示す。このコンピュータシステムには、入出力サブシステム802が含まれており、これが、アプリケーションに応じて、人間のユーザーや他のコンピュータシステムとのインターフェースに使用することができる。I/Oサブシステム802は、例えば、キーボード、マウス、グラフィカルユーザーインターフェース、タッチスクリーン又は他の入力用インターフェースと、例えば、LEDなどのフラットスクリーンディスプレイ又はアプリケーションプログラムインターフェイス(API)を含む他の出力用インターフェースとを含むことができる。コントローラなど、本開示の実施形態の他の要素は、コンピュータシステム800のもののようなコンピュータシステムで実装してもよい。

プログラムコードは、二次メモリ810若しくは主メモリ808又はその両方における永続性記憶装置などの非一時的な媒体に記憶できる。メインメモリ808は、ランダムアクセスメモリ（RAM）などの揮発性メモリや、リードオンリーメモリ（ROM）などの不揮発性メモリのほか、命令やデータに高速にアクセスするための異なるレベルのキャッシュメモリを含むことができる。補助記憶装置は、ソリッドステートドライブ、ハードディスクドライブ、光ディスクなどの永続的な記憶装置を含むことができる。1つ以上のプロセッサ804は、コンピュータシステムが本明細書の実施形態によって実行される方法を達成できるように、1つ以上の非一時的媒体からプログラムコードを読み取り、そのコードを実行する。当業者は、1つ以上のプロセッサがソースコードをインジェストし、そのソースコードを解釈又はコンパイルして、1つ以上のプロセッサ804のハードウェアゲートレベルで理解可能なマシンコードにしてもよいことを理解するであろう。1つ以上のプロセッサ804は、計算集約的なタスクを処理するためのグラフィックプロセッシングユニット(GPU)を含むことができる。

1つ又は複数のプロセッサ804は、ネットワークインターフェースカード、WiFiトランシーバーなどの1つ以上の通信インターフェース807を介して、外部ネットワークと通信できる。バス805は、EOサブシステム802、1つ以上のプロセッサ804、周辺機器806、通信インターフェース807、メモリ808、及び永続的なストレージ810を通信可能に結合する。本開示の実施形態はこの代表的なアーキテクチャに限定されるものではない。例えば、入出力構成要素とメモリサブシステムのバスを別々にするなど、異なる配置やタイプの構成要素を採用することも可能である。

当業者であれば、本開示の実施形態の要素の一部又は全部、及びそれらの付随する動作は、コンピュータシステム800のもののような1つ以上のプロセッサ及び1つ以上のメモリシステムを含む1つ以上のコンピュータシステムによって、全体的又は部分的に実装してもよいことを理解するであろう。特に、本明細書に記載された自動システム又は装置の要素は、コンピュータによって実装できる。いくつかの要素や機能はローカルに実装され、他の要素は異なるサーバーを介して、例えば、クライアント・サーバー方式でネットワーク上に分散型で実装してもよい。

本開示は、本明細書に記載の幾つかの実施形態又は特徴を本明細書に記載の他の実施形態又は特徴と組み合わせてよいことは明示していないかもしれないが、本開示は、通常の技能を備えた当業者により実施可能なそうした組合せを記載しているものとして読むべきである。本明細書に特段の記載がなければ、「含む」という用語は「限定することなく含む」を意味し、「又は」という用語は、「及び/又は」と同様に非排他的な「又は」を意味するものとする。

当業者であれば、いくつかの実施形態では、本明細書で記載した動作のいくつかは人間による実施又は自動化及び手動手段の組合せを介して実行できることを理解するはずである。動作が完全に自動化されていない場合は、本開示の実施形態の適切な構成要素は、例えば、それ自身の動作機能を介して結果を発生するのでなく、動作の人間による実行の結果を受け取ることができる。

本明細書で引用された全ての引用文献、論文、刊行物、特許公開公報、及び特許出願は、本明細書で明示的に記載された開示の実施形態と矛盾しない範囲で、すべての目的でその全体を引用して本明細書に援用する。しかし、本明細書で引用された任意の引用文献、論文、刊行物、特許、特許公開公報、及び特許出願に言及したとしても、それらが、世界の任意の国における有効な従来技術を構成し若しくはありふれた一般的な見知の一部を構成し、又はこれらが不可欠の事項を開示していることを認めたり、何らかの意味で示唆したりするものでなく且つそのように解釈されるべきではない。

本発明のいくつかの特徴及び側面を、限定する意味でなく例示目的で特定の実施形態を参照しつつ例示し且つ詳細に説明してきた。通常の技能を備えた当業者であれば、代替的な実装例及び開示された実施形態への様々な変更は、本開示の範囲内であり予期されていることは理解するはずである。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されると考慮されるべきであることが意図されている。

Claims (31)

1. その少なくとも1つの側面に沿って複数の栽培地点を備えると共に軌道接触面を備えた栽培タワーであって、前記軌道接触面は第1断面プロファイルを備えた栽培タワーと；
   前記軌道に沿って延伸する位置合わせ特徴を備えた軌道であって、前記軌道接触面の前記第1断面プロファイルに係合するよう構成された第2断面プロファイルを備えた軌道と；
   前記栽培タワーを前記軌道に対して解放可能に押圧して、前記栽培タワーを前記位置合わせ特徴に対して位置決めするよう配置された1つ以上の係合アクチュエータとを含む、装置。
2. 前記第1断面プロファイルは、前記栽培タワーの前記軌道接触面に溝を画定する溝部分を含む、請求項1に記載の装置。
3. 前記第2断面プロファイルは、前記第1断面プロファイルの前記溝部分に係合するよう構成された前記位置合わせ特徴を画定する突起部分を含む、請求項2に記載の装置。
4. 前記第2断面プロファイルは、前記軌道の上面に沿って延伸すると共に前記栽培タワーの前記軌道接触面の外縁に接触するよう構成された第1及び第2隆条を画定する第1及び第2隆条部分を含む、請求項1に記載の装置。
5. 前記1つ又は複数の係合アクチュエータは、それぞれ、アクチュエータ、係合部材、前記アクチュエータと前記係合部材との間に取り付けられた可動ジョイントを含む、請求項1に記載の装置。
6. 前記係合部材は、前記軌道接触面の反対側で前記栽培タワーの上面に係合するための平坦な円盤である、請求項5に記載の装置。
7. 前記可動ジョイントはボール・スイベルジョイントを含む、請求項5に記載の装置。
8. 前記軌道は水平に配向されている、請求項1の装置。
9. 前記軌道は垂直に配向されている、請求項1の装置。
10. 前記栽培タワーを前記軌道に載置するように動作する送り込みコンベアをさらに含む、請求項1に記載の装置。
11. 前記栽培タワーを前記軌道から移送するよう動作する送り出しコンベアをさらに含む、請求項1に記載の装置。
12. 前記栽培タワーに対して1つ又は複数の処理動作を行うよう動作する1つ又は複数の処理システムをさらに含む、請求項1に記載の装置。
13. 前記軌道が、中央ベアリング軌道と、当該中央ベアリング軌道の対向する側に沿って延伸する第1及び第2側方位置合わせバーとを含む、請求項1に記載の装置。
14. 前記位置合わせ特徴が、前記中央ベアリング軌道に取り付けられた複数の円筒形データム形体を含む、請求項13に記載の装置。
15. 前記軌道と実質的に平行であり且つ前記軌道接触面の反対側で前記栽培タワーの一面に配置される第2ベアリング軌道をさらに含み、当該第2ベアリング軌道は、前記栽培タワーが前記軌道及び前記第2ベアリング軌道に沿って並進する際に、前記栽培タワーを案内するよう適合されている、請求項13に記載の装置。
16. 前記第2ベアリング軌道が、複数の第2円筒形データム形体を含む、請求項15に記載の装置。
17. 前記軌道が前記第2ベアリング軌道の上方に位置し。前記軌道が上方に位置し、前記位置合わせ特徴が、前記中央ベアリング軌道に取り付けられた複数の円筒形データム形体を含む、請求項15に記載の装置。
18. 前記栽培タワーが、1つ又は複数の一体型の栽培地点容器セットを含み、それぞれの栽培地点容器セットが、一組の前記複数の栽培地点を含む、請求項1に記載の装置。
19. それぞれの栽培地点容器セットが、1つ又は複数の視覚的位置合わせ特徴を含む、請求項18に記載の装置。
20. 栽培タワーを処理するための装置であって、前記栽培タワーは、その少なくとも1つの側面に沿って複数の栽培地点を備えると共に軌道接触面を備え、前記軌道接触面は第1断面プロファイルを備え、前記装置が、
    前記軌道に沿って延伸する位置合わせ特徴を備えた軌道であって、前記軌道接触面の前記第1断面プロファイルに係合するよう構成された第2断面プロファイルを備えた軌道と、
    前記軌道に沿った第1及び第2位置に配置された第1及び第2係合アクチュエータであって、前記栽培タワーを前記軌道に対して解放可能に押圧して、前記栽培タワーを前記位置合わせ特徴に対して位置決め且つ位置合わせするよう動作する第1及び第2係合アクチュエータと、
    前記第1位置と前記第2位置との間に配置された栽培タワー処理システムであって、前記栽培タワーに対して1つ又は複数の動作を行うよう動作する栽培タワー処理システムとを含む、装置。
21. 前記第1断面プロファイルは、前記栽培タワーの前記軌道接触面に溝を画定する溝部分を含む、請求項20に記載の装置。
22. 前記第2断面プロファイルは、前記第1断面プロファイルの前記溝部分に係合するよう構成された前記位置合わせ特徴を画定する突起部分を含む、請求項21に記載の装置。
23. 前記第2断面プロファイルは、前記軌道の上面に沿って延伸すると共に前記栽培タワーの前記軌道接触面の外縁に接触するよう構成された第1及び第2隆条を画定する第1及び第2隆条部分を含む、請求項20に記載の装置。
24. 前記1つ又は複数の係合アクチュエータは、それぞれ、アクチュエータ、係合部材、前記アクチュエータと前記係合部材との間に取り付けられた可動ジョイントを含む、請求項20に記載の装置。
25. 前記係合部材は、前記軌道接触面の反対側で前記栽培タワーの上面に係合するための平坦な円盤である、請求項24に記載の装置。
26. 前記可動ジョイントはボール・スイベルジョイントを含む、請求項24に記載の装置。
27. 前記軌道は水平に配向されている、請求項20の装置。
28. 前記軌道は垂直に配向されている、請求項20の装置。
29. 前記栽培タワーを前記軌道に載置するように動作する送り込みコンベアをさらに含む、請求項20に記載の装置。
30. 前記栽培タワーを前記軌道から移送するよう動作する送り出しコンベアをさらに含む、請求項20に記載の装置。
31. 前記栽培タワーに対して1つ又は複数の処理動作を行うよう動作する1つ又は複数の処理システムをさらに含む、請求項20に記載の装置。

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