JP2022552780A - 自動環境制御農業用の生産施設レイアウト - Google Patents

Abstract

【要約】
環境制御農業用の自動作物生産システムの施設レイアウト及び構成。幾つかの実装例では、この施設の核心は、制御栽培環境及び中央処理システムを含む。制御栽培環境は、栽培タワーなどのモジュール内に収容された作物を制御された環境条件に暴露するためのシステムを含む。中央処理システムは、作物支持モジュールを制御栽培環境に挿入するために準備し、作物支持モジュールが制御栽培環境から取り出された後にこれらから作物を収穫し、且つ再使用のために作物支持モジュールを清掃又は洗浄するための様々なステーション及び機能を含むことができる。制御栽培環境は、垂直栽培タワーを具備する垂直農業構造体と、垂直栽培タワーを1つ以上の栽培ラインに沿って移動させる関連した搬送機構とを含むことができる。搬送機構は、各栽培ラインに対して復帰又はU字経路を形成する復帰移送機構を含むことができる。

Description

関連出願の相互参照
本願は、2019年9月20日付けの米国特許仮出願第62/903,573号及び2019年3月9日付けの米国特許仮出願第62/987,149号の優先権を主張し、これら両方はあらゆる目的のため引用して本明細書に援用される。

背景技術
本開示の技術分野
本開示は概して環境制御農業に関し、より詳細には、自動環境制御作物生産システム用の生産施設レイアウト及び構成に関する。

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、従来技術において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存在し、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。

コーネルに付与された米国特許第2,244,677号は、温室構造体の内部で垂直の箱形フレームを搬送する植物生産システムを記載している。鎖伝動機構が、これら垂直箱形フレームを軌道で搬送し、その際にこれらフレームが環境制御条件に暴露される。しかし、コーネルは、これら箱形フレームで栽培する作物の自動処理又は収穫を考慮していない。
米国特許出願公開第2018/0014485号公報 米国特許出願公開第2018/0014486号公報 米国特許出願公開第2017/0055460号公報 米国特許第2,244,677号公報

本開示は、環境制御農業用の自動作物生産システムの施設レイアウト及び構成に関する。幾つかの実装例では、前記施設レイアウトは、様々な運転効率及び費用効率を達成する連結されたユーティリティーゾーン及び植物生産ゾーンを設定する。幾つかの実装例では、この施設の核心は、制御栽培環境及び中央処理システムを含む。前記制御栽培環境は、栽培タワーなどのモジュール内に収容された作物を、制御された環境条件に暴露するためのシステムを含む。前記中央処理システムは、作物支持モジュールを前記制御栽培環境に挿入するために準備し、前記作物支持モジュールが前記制御栽培環境から取り出された後にこれらから作物を収穫し、且つ再使用のために作物支持モジュールを清掃又は洗浄するための様々なステーション及び機能を含むことができる。播種ステーション、繁殖施設、包装ステーション、及び保管施設などの前記作物生産システムの残りの側面は、自動作物生産施設に関連付けられた資本支出又は運転経費に関する1つ以上の所望の効率を達成するよう配置される。

本開示は、垂直栽培タワーと、当該垂直栽培タワーを照明、空気流、湿度、及び栄養サポートなどの制御環境に暴しつつ、1つ以上の栽培ラインに沿って制御環境内を通過させるための関連搬送機構と、を含む垂直農業構造体にも関する。本開示は、各栽培ラインに対して復帰又はU字経路を形成する復帰移送機構も記載する。さらに、本開示には、栽培タワーを自動作物生産システムの様々な処理ステージを介して選択的に経路指定する環境制御農業用の自動作物生産システムも記載する。

図1A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1Bは、第2の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部分の正面図であり；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り；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り； 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とは異なる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る。 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り； 図23Bは、例示的な収穫機マシンの上面図であり； 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； 図24Bは、収穫機ステーションの透視図である。 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、例示的な復帰移送機構の正面図であり；図26Bは、復帰移送機構の例示的なキャリッジの拡大図である。 図27は、複数の栽培環境を含んだ例示的な環境制御農業システムを示す概略図である。 図28は、例示的な作物生産施設レイアウトを示す機能ブロック図である。 図29は、図28の生産施設レイアウトの代替的な概略図である。 図30は、図28及び29に図示した生産施設の収穫前スペース内に収容された収穫前緩衝器の拡大図である。

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。例示的な実施形態に対する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。

運転費と資本支出の懸念が、大規模な環境制御型農業の商業的実施への重要な推進要因となっている。商業規模の室内作物生産施設には、処理ステーションと設備の大規模な配列が含まれる。 例えば、屋内作物生産施設は、ステーション及び関連設備を含むことができ、これらは：プラグトレイに土壌を充填し、播種し；作物を種子から移植の準備が整った段階まで栽培し；苗を作物保持モジュールに移植し；作物保持モジュールを栽培環境に移し；作物保持モジュール内の作物を収穫し；収穫した作物を洗浄、包装し；収穫した作物を保管するためのものである。商業規模の施設は、施設の運転に使用されるインバウンド供給材料を受け取り、得られた作物を出荷するための積載ベイや在庫取扱機構を含むことができる。これらのステーション及び設備を効率的に配置することは、複雑な課題となり得るが、商業規模の施設の成功にとっては極めて重要である。本開示では、コスト効率を高めるために考慮する要素として、空間の利用率や、種子の段階から収穫・包装までの生産物の総流れ距離などが含まれる。 その他の考慮要素としては、施設の建設に必要な資材の全長（壁の全長、HVACダクト材料など）、及び施設作業員が標準的な処理作業中に移動する必要のある距離などがある。これらの要素と、設備レイアウトのクリアランスや地域の消防・建築規制とを組み合わせて、作物生産施設のレイアウトが得られる。

図28及び29は、様々な運転効率と費用効率を達成する例示的な生産施設レイアウトを示している。教示目的で、以下に、本明細書で記載する生産施設レイアウトに含むことができる垂直農業生産システムであって、高密度栽培及び高収穫量を得るべく構成された垂直農業生産システムを説明する。図1A及び2は、本発明の1つの可能な実施形態による環境制御農業システム10を図示している。高いレベルでは、システム10は、環境制御された栽培チャンバ20及び中央処理施設30を含むことができる。中央処理施設30は、混入物及び汚染物質を許容限度内に維持するためのクリーンルーム環境とすることがきる。空気濾過、輸送、及び他のシステムを用いて、要求された食品安全基準を満たすためのクリーンルーム環境を実現できる。

栽培チャンバ20は、1つ又は複数の垂直栽培ライン202を収容しており、垂直栽培ラインは、栽培チャンバ20内で栽培タワー50を栽培ライン202に沿って並進運動させる搬送システムを含む。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50を作物の成長及び処理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50を栽培ライン202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50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。

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、栽培環境20内で栽培ライン202に沿って移動するように構成されている。栽培環境20内に収容された栽培ライン202と中央処理システム30のステーション(関連付けられた搬送機構を含む)とは、それらを一緒に、1つ以上のコンピュータシステムの制御下で、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配向で配置すればよい。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、搬送機構は、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、栽培環境20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、中央加工システム30は、苗をタワー50に位置する栽培地点に投入し、タワー50から作物を収穫し、収穫されたタワー50を清掃するよう命令される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1A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、及び保管)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。図示した実装例では、中央処理システム30のステーションは、栽培タワー50に水平配向で作用する。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、積載位置から水平に配向された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。

一実装例では、載荷移送搬送機構47は、複数のキャリッジと、軌道システムと、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へ搬送する駆動システムとを含むパワーアンドフリーコンベア・システムを含むことができる。一実装例では、栽培環境20は、移送搬送機構47のキャリッジ1202が栽培環境20の物理的障壁を通過することを可能にするためのタワー投入インターフェース38を含んでいる。 一実装例では、タワー投入インターフェース38は、垂直スロット（栽培タワー50に十分対応できる長さの）と、栽培タワー50が垂直スロットを通過するのを許容するために開くスライドドアとから構成されている。システム10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。移送搬送機構47は、栽培タワー50を栽培ライン202から自動載置ステーション41に搬送することもできる。タワー取り出しインターフェース39は、栽培環境における垂直スロットと、移送搬送機構47が栽培環境からタワー50を搬送するのを可能にするスライドドアとを含む。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。

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。例えば、移送搬送機構47が栽培タワー50を選択した栽培ライン202へ運んだ後、1つ以上のリニアアクチュエータが、栽培タワー50を栽培ライン202に押して乗せることができる。同様に、1つ以上のリニアアクチュエータが、栽培ライン202から栽培タワーを、移送搬送機構47のキャリッジへと押したり又は引いたりし(又は別の方法で移送し)、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、電動及び自由コンベア機構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、移送搬送機構47は、栽培タワー50を緩衝できる区域を設定するために十分な軌道距離を確保するよう構成できる。例えば、移送搬送機構47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、軌道の別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、8から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。他の実施態様も可能である。 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号で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。

他の実施態様も可能である。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及び復帰経路栽培ライン

図5Aは、栽培環境20内に配置された栽培ライン202の一部を示している。一実装例では、栽培環境20は、平行に配置された複数の栽培ライン202を含むことができる。図1Aに示すように、各栽培ライン202は、第1経路区分202a及び第2復帰経路区分202bを含む実質的にU字型の移動経路を有していてもよい。後述するように、復帰移送機構220は、栽培タワー50を第1経路区分202aの端部から第2復帰経路区分202bに搬送する。上述したように、移送搬送機構47は、自動制御システムの下で、選択された栽培ライン202の第1経路区分202aに栽培タワーを選択的に積載し、栽培ライン202の復帰経路区分202bの端部から栽培タワー50を荷下ろしできる。図5Aに示したように、各栽培ライン202の各経路区分202a及び202b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屋根(又は他の支持体)にブラケットにより取り付けできる。図5A及び5Bに示したように、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50が栽培環境20内を並進運動される際にタワーを垂直配向に支持する。

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、13mm)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、熱膨張の結果として結合及び分離が可能である。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、往復運動線形ラチェット爪構造(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を行うが、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したがって移動させる。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栽培タワーの可変間隔が可能になる。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の経路区分202a、202b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50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)。他の実施態様も可能である。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、植物の成長に合わせて間隔を空けることで、より多くの光を受け取り、間隔を確保するのに有用で、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割出し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、一次元植物割出し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。

復帰移送機構220は、栽培タワー50を第1経路区分202aから第2復帰経路区分202bに搬送し、タワー50を実質的にU字型経路に沿って移動させる。図1Aに示した実装例では、各栽培ライン202は、別々の復帰移送機構220を含む。他の実施態様では、単一の復帰移送機構220が、複数の栽培ライン202にまたがり、それらに対してその機能を果たすように構成することができる。図26Aに示したように、一実装例では、復帰移送機構220は、サーボモータ2606を使用してキャリッジ2604を軌道2608に沿って駆動するベルト駆動アクチュエータ2602を含む。ペンシルベニア州クロイドンのMacron Dynamics社によって提供されるMSAシリーズのアクチュエータは、本明細書に開示される様々な実装例における使用に適したベルト駆動型アクチュエータの例である。 キャリッジ2604は、栽培タワー50に取り付けられたフック52と係合する溝2618を含むフック受け部2612を含む下部分2610を含む。 さらに、受け部2612は、ラッチ2614であって、栽培タワー50の外側に掛け金をかけて、復帰移送搬送に関連した加速又は減速時に栽培タワー50が摺動して外れてしまうのを防止するラッチ2614も備えている。一実装例では、コントローラは復帰移送機構220を制御して、溝2618が選択された栽培ライン202の第1経路区分202aの軌道と位置合わせされるようにキャリッジ2604を移動させるようにしてもよい。 第1経路区分202aの荷下ろし端の近位に取り付けられたリニアアクチュエータが、栽培タワー50を押して受け部2612に載せることができる。あるいは、第1経路区分202aに関連付けられた往復運動カム機構が、栽培タワー50を押して受け部2612に載せるよう構成することができる。 栽培タワー50のフック52が受け部2612に係合すると、コントローラは、サーボモータ2606に、キャリッジ2604を栽培ライン202の復帰経路区分202bの積載端まで移動させて、フック52が軌道と位置合わせされるようにすることができる。復帰経路区分202bの積載端に近接して取り付けられた第2リニアアクチュエータは、栽培タワー50を受け部2612から軌道上へ摺動させることができる。 あるいは、復帰経路区分202bに関連付けられた往復運動カム機構が、栽培タワー50を受け部2612から移送するよう構成することができる。 上述した復帰移送機構に関連付けられた利点は、フック52の向きが変化しないことである。 これにより、移送搬送機構47のキャリッジ1202は、キャリッジ1202の受け部1204を回転させることなく、栽培ライン202に栽培タワー50を積載し、栽培ラインから栽培タワー50を取り出すことができる。

上述したように、軌道2608の長さは、第1経路区分202a及び復帰経路区分202bにまたがるか、又は複数の栽培ライン202にまたがって、単一の復帰移送機構220がこれらの栽培ライン202に関連して動作できるように構成される（概略的には、これは個々の要素220を単一の連続軌道を備えた復帰移送機構に拡張することによって想定され得る）。他の実装例では、各栽培ライン202に対して他の種類の復帰移送機構220を構成してもよい。例えば、空気圧アクチュエータを使用して、本明細書に記載の移送動作を行うために必要とされているように、軌道に沿って上記キャリッジ2604に類似のキャリッジを前後に移動させてもよい。また、他の復帰移送機構も採用することができる。 例えば、復帰移送機構は、第1経路区分202aの荷下ろし端で栽培タワー50に係合し、180度旋回して栽培タワー50を復帰経路区分202bの積載端に並進させるスイングアームから構成してもよい。別の実装例では、復帰移送機構220は、栽培ライン202の第1及び第2経路区分202a、202bにまたがる半円形の軌道区分を含んでもよい。 このような実装例では、パドルを含むホイールが、栽培ライン202の各移動サイクルで半円形軌道区分に沿って栽培タワーを押すことができる。 しかしながら、これら2つの前述の実装例は、フック52の向きを切り替えるので、キャリッジ1202がスイベル機構を含むことが必要である。

図1A及び図21は、中央処理システム30が、復帰経路栽培ライン202を含むシステムと関連して動作するように構成され得る方法を概略的に示している。 例えば、自動移送ステーション41は、搬送機構47から栽培タワー50を取り出し、送り込みコンベア1420上に栽培タワーを水平に配置してもよい。 収穫ステーション32は、栽培タワー50を処理できる。 処理済みの栽培タワー50は、栽培環境20に戻されるか、洗浄ステーション34などの中央処理システムの他のステーションに送られるか、または自動移送ステーション42に戻されるようにしてもよい。 いずれの場合でも、自動ピックアップステーション43は、後述するように、栽培タワー50を移送搬送機構47のキャリッジ1202に載せることができる。上述した実装例において、栽培ライン202で復帰経路を使用することは、栽培タワー50が、栽培環境20の同じ側に投入され、そこから取り出され得ることを意味する。 この構成は、栽培ライン202から栽培タワーを積載及び荷下ろしするための別個の移送機構などの特定の構成要素を排除することによって、システムのコストを潜在的に低減させることを可能にする。 いくつかの実装例では、経路区分202a及び202bは実質的に水平である。他の実装例では、経路区分202a及び202bの一方又は両方は、それぞれの進行方向において下向きに傾斜していてもよい。

図1Bは、他の例の農場システムのレイアウトを示す。 図1Bに図示されたシステムでは、別々のステーション41及び43の代わりに、1つの自動ピックアップ及び載置ステーション42が使用される。 図1Aに図示されたシステムと同様に、移送搬送機構47は、栽培環境20とステーション42との間で栽培タワー50を移送する。中央処理システム30の様々な構成要素の配向もまた、変更させることができる。例えば、コンベア102は、水平に配向されたタワーを処理のために収穫機32に移送することができる。移送ステーション105に関連したコンベア104は、処理済みの栽培タワーをコンベア106に移送できる。コンベア106は、栽培タワー50を洗浄ステーション34に供給してもよいし、再度刈り取りの作業流れでは、栽培タワー50を栽培環境に挿入するためにステーション42に再び移送してもよい。 移送コンベア107は、栽培タワー50を洗浄ステーション34から移植機ステーション36に供給するコンベアに移送してもよい。 他の点では、中央処理システム30は、図1Aに関連して説明したシステムと実質的に同様の方法で動作する。

図1A及び1Bは、システム10のすべての栽培ライン202が単一の栽培環境20内に含まれるシステムを示す。 図27は、単一の中央処理システム30が、複数の栽培環境20a-gに関連してどのように動作し得るかを示す図である。栽培環境20a-gの各々は、様々な異なる種類の作物に対して最適化された栽培をサポートするために、別々に制御することができる。図示の実施態様では、移送搬送機構47は、各栽培環境20a-20g内でループ形状をなす軌道区分を含むように構成してもよい。 制御システムは、搬送コンベア機構47に、キャリッジ1202が、選択した栽培環境内の選択した栽培ライン202に向かうよう経路設定させることができる。 上述したように、各栽培環境20a-20gは、タワー投入インターフェース38及びタワー取り出しインターフェース39を含む。 図27に示すように、投入インターフェース38及び取り出しインターフェース39は、中央処理システム30に面する栽培環境20a-gの側部に構成される。 この構成により、中央処理システム30及びこのシステムとの間で栽培タワーを移送する搬送システムのために栽培環境20a-gの外側に必要なクリーンルームスペースの全体の大きさを縮小することができる。

図27はまた、システム10が第2自動ピックアップステーション43bを含んでもよいことを示す。後述するように、栽培タワー50は、収穫機ステーション32による最初の処理の後、いわゆる「再度刈り取り対象」として選択された栽培環境20a-gに再び挿入してもよい。 栽培タワー50は、自動ピックアップステーション43へ水平に搬送してもよい。しかしながら、代替実施形態では、収穫機ステーション32のより近位に配置された第2自動ピックアップステーション43bが、「再度刈り取り」栽培タワー50を持ち上げ、それを移送コンベア機構47のキャリッジ1202に載せてもよい。

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配置されている離間穴又は開口部を備えた加圧管である。例えば、灌漑管802は、内径が1.5インチで、0.125インチの直径を備えた穴とを備えたPVC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から側方へ延伸している。

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。

他の実施態様も可能である。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作用する一方で、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搬送機構47のキャリッジに取り付けるよう動作可能とすればよい。中央処理システム30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及びピックアップステーション43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。自動ピックアップ及び載置ステーション42は、ステーション41及び43によって実現される両方の機能を実行するよう構成できる。

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。上述したように、移送搬送機構47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、移送搬送機構47の軌道システム1406は、栽培環境20のタワー取り出しインターフェース39の垂直スロット1408を介して延伸しているので、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に向けて搬送できるようになる。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をピック位置1404で停止させてもよい。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。

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が摺動して外れてしまうのを防止するラッチ1206も備えている。しかしながら、他の実装例では、キャリッジ1202への及びキャリッジ1202からの栽培タワーの移送がすべての動作に対して同じ側で起こり得ることを考えると、復帰移送機構220は、スイベル機構1210の必要性をなくすように構成してもよい。

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、何れかの把持具アッセンブリ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、例え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、上述と同じ構成要素を含み、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。 他の実施態様も可能である。例えば、これら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ことがある。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呼び出すことができる。
・ 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、移送搬送機構47の軌道システム1522は、栽培環境20のタワー投入インターフェース38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。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。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呼び出すことができる。
・ ロボット1502は、ここでゴートゥーホーム・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

上述したように、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タワーを移送するための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を示す。上述したように、ロボット載置ステーション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をいう。再度刈り取り及び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に搬送できる。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が、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36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。

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、カッターや送り込み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に位置合わせ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に送り込まれると、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の下方に位置され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から離して寄せ集めるために、物理的又は空気寄せ集め装置などの寄せ集め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。

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。

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に苗を注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、栽培地点53に移植されるべき苗を含む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が張ったプラグを把持して栽培タワー53の栽培地点53に挿入する1つ若しくは複数のグリッパー又はピッキングヘッド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向くように配向すればよい。図24A及び図24Bは、例示的な移植機ステーションを示している。移植機ステーション36は、ロボットアーム2410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が張ったプラグを把持し、その根が張ったプラグを栽培タワーの栽培地点53に挿入するように適合されたエンドエフェクター2402を有する。図24Aは、ベース2404と、ベース2404から延びる複数のピッキングヘッド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。ピッキングヘッド2406は、それぞれ第1位置から第2位置まで旋回可能である。第1位置（図24Aの上側の図）では、ピッキングヘッド2406は、ベースに対して垂直に延びている。図24Aに示す第2位置では、各ピッキングヘッド2406は、ベース2404に対して45度の角度で延びている。45度の角度は、上述したように45度の角度で延びる栽培タワーのプラグ容器158にプラグを挿入するのに有効である。空気圧システムは、第1位置と第2位置との間のピッキングヘッドの旋回を制御することができる。動作時には、ピッキングヘッド2406は、プラグトレイから根が張った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、プラグをプラグコンテナ158に挿入する前に第2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、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ッセンブリが使用される。すべての栽培地点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に搬送される。

中央処理システム30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、これを、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遂行できるように、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。当業者であれば、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とすることができる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、I/O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。代替的な実施形態では、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、その他のものは異なるサーバーを介して、例えば、クライアント・サーバー方式などでネットワーク上に分散実装してもよい。

施設レイアウト及び配置

図28及び29は、例示的な環境制御農業生産施設2800を例示する機能ブロック図である。いくつかの実装例では、図28及び29に図示されたレイアウトは、図27に図示された栽培環境及び中央処理の構成を組み込み、それに施設2800の他のスペース及び機能を選択して配置したものを追加している。他の実装例では、図1Aに図示された構成を組み込むことができる。図28が示すように、生産施設2800は、栽培環境20と、中央処理システム30と、栄養及び熱回廊2820と、繁殖スペース2802と、収穫前処理スペース2804と、収穫後処理スペース2806とを含む。生産施設2800はまた、播種スペース2808と、発芽スペース2803と、材料又は生産物供給取扱スペース2822とを含む。生産施設2800の1つ以上のスペース又は領域構成要素は、倉庫建物又は任意の他の適切な建物構造内に収容することができる。

上述したように、栽培環境20は、作物が曝される1つ以上の環境条件の制御を容易にし、潜在的な汚染物質及び害虫のリスクを低減するために、実質的にカプセル化された空間としてもよい。栽培環境20は、図27に示されるように、また上述したように、複数の栽培環境20a-fの配列を含むことができる。栽培環境20a-fはそれぞれを別々に制御することによって、様々な異なる種類の作物の最適化された生育をサポートすることができる。上述したように、栽培環境20a-fはそれぞれ、第1経路区分202a及び第2復帰経路区分202b（上記を参照のこと）を含む実質的にU字型の移動経路を有する1つ又は複数の栽培ライン202を含むことができる。図示した実装例では、移送搬送機構47は、各栽培環境20a-20f内でループ形状をなす軌道セクションを含むように構成されてもよい。制御システムは、搬送コンベア機構47に、キャリッジ1202を、選択した栽培環境20a-20f内の選択栽培ライン202へと送らせることができる。制御システムはまた、移送搬送機構47に、キャリッジ1202を、収穫前処理スペース2804内の選択された収穫前緩衝器2190、2192へと送らせることができる。

図28に示す中央処理システム30の実装例では、収穫ステーション32に関連付けられた処理経路は、洗浄ステーション34及び移植機ステーション36に関連付けられた処理経路に対して直角である。収穫前処理スペース2804は、上述したように、収穫機ステーション32と、1つ又は複数の収穫前緩衝器2190、2192とを含んでもよい。自動載置ステーション41は、緩衝器2190、2192の1つから栽培タワー50を係合し、栽培タワー50を水平方向に回転させ、それを収穫機ステーション32内へ供給する搬送機構に載せることができる。いわゆる「再度刈り取り」タワーの場合、自動ピックアップステーション43bは、収穫済み栽培タワー50を移送搬送機構47に戻し、この搬送機構が、このタワーを選択された栽培環境20a-fに経路指定することができる。そうでなければ、自動ピックアップステーション43bは、栽培タワーを90度回転させ、栽培タワーを洗浄ステーション34に送り込む搬送機構上に水平に配置できる。洗浄された栽培タワー50は、緩衝機構35において他の栽培タワー50と共に緩衝され、最終的に移植機ステーション36に送り込むことができる。自動ピックアップステーション43は、移植済み栽培タワー50に係合し、それを移送搬送機構47に移し、搬送機構47は、そのタワーを選択された栽培環境20a-fに経路指定することができる。

栄養及び熱回廊2820は、栽培環境20a-f内の栽培ライン202に水性栄養を供給するための1つ以上の流体タンクと、栄養供給及び混合装置と、流体ポンプと、ろ過装置と、衛生装置と、マニホルドと、配管及び関連装置とを含む。栄養及び熱回廊2820はまた、例えば、空気処理ユニット及び流体冷却器に連結されたチラー及び温水配管を含む、熱条件を制御するための設備も含む。1つの実装例において、モジュール式水性栄養供給システム2614は、栽培環境20a-f内の栽培ライン202に水性栄養液を供給することができる。水性栄養供給システム2614から栄養溶液を供給する配管（図示せず）は、栽培環境20及び/又は栽培ライン202上を延伸することができる。さらに、チラー、空気処理装置、及び他の設備などのHVACシステムは、栽培環境20a-fの区分の間に収容され、且つ/又は各栽培環境20a-fを含む構造体の上部に配置できる。栄養及び熱回廊2820は、栽培環境20a-f、繁殖スペース2802及び中央処理システム30から環境的に分離されている。回廊2820が農産物を含まないことを考えると、施設2800の他の空間よりも緩い環境制御（例えば、熱、湿度、断熱、清潔さなど）の対象としてもよい。例えば、回廊2820は、カリフォルニア州規則の第24章に従って、グループU（ユーティリティー及び雑）空間として分類できる。このように、施設2800の設置者は、施設2800の他のスペースにおいてより高い要件に合わせて建築する一方で、回廊2820のより低い要件に合わせて建築することにより、コストを削減することができる。

繁殖スペースは、後に栽培タワー50に移植するために、積み重ねられた水平ベッド（又はプラグトレイ）において若い植物を成長させるための装置を含む。繁殖スペース2802は、水平ベッド又はプラグトレイを垂直に積み重ねるためのラックシステムを含むことができる。1つの実装例において、繁殖スペース2802は、種子段階から移植段階まで植物を成長させるための空気の取扱、照明、気候制御、灌漑、及び他の設備を含む、実質的にカプセル化された栽培環境である。繁殖スペース2802で使用される栽培照明は、空冷式として、各水平ベッドの上方に配置されてもよい。図28に示す実装例では、プラグトレイは、繁殖スペース2802の（回廊2820に対向する）1つの側部2818に挿入され、そこから取り出される。1つの実装例において、繁殖スペース2802が栽培環境20a-fの配列の端部に近接して位置していることで、回廊2820内に位置するモジュール式水性栄養供給システム2614が、スペース2802のための灌漑供給源となることができる。

播種領域2808は、プラグトレイに、成長培地と、種子と、作物品種ごとの理想的な成長のための栄養要件を満たすための他の栄養又は水溶液とを充填するための1つ又は複数のステーション及び関連設備を含むスペースである。播種ラインに加え、播種スペース2808は、培地/土壌の保管場所と、要件に応じて制御された温度環境（例えば、冷蔵庫）とした種子保管場所と、潜在的に培地/土壌の混合設備を含むこともできる。また、播種領域2808は換気設備を含んでもよい。発芽スペース2803は、植物の発芽時に新たに播種されたプラグトレイが収容される1つ又は複数のテーブルを含むカプセル化されたスペースである。図28に示す実装例では、プラグトレイは、発芽スペース2803の（回廊2820に対向した）1つの側部2809に挿入され、そこから抜き取られる。発芽段階の後、プラグトレイは、繁殖スペース2802に移送することができる。図示した実装例では、発芽領域2803及び播種領域2808は、繁殖スペース2802に近接している。

一実施形態では、植物は、最初はいわゆるプラグトレイで栽培され、各トレイは、準備ができたときに最終的に移植機ステーション36に移される複数のプラグを含んでいる。図28が示すように、繁殖スペース2802は、中央処理システムに近接し、移植機ステーション36の近位に配置されている。このような構成は、プラグトレイが繁殖スペース2802から移植機ステーション36まで移動するのに必要な距離を最小化する。一実装例では、コンベアが、プラグが充填されたトレイを繁殖領域2802から移植機ステーション36に移送することができる。

中央処理システム30に関連付けられたこれらスペースはまた、様々な目的を達成するために、別々の環境に分割することもできる。例えば、収穫前スペース2804は、洗浄ステーション34及び移植機ステーション36を含むスペースとは別の冷却された環境であってもよい。収穫後スペース2806もまた、別個のスペースとしてよい。一実装例では、収穫前スペース2804は、収穫前に栽培タワー50の作物を目標温度まで冷却するための冷却されたスペースを提供するための環境制御と、栽培タワー50が垂直緩衝器2190、2192から垂れ下がっている際にタワーに水又は水性栄養溶液を供給するための灌漑とを含む。一実装例では、灌漑供給源は、収穫前に作物を目標温度までさらに冷却するための冷水供給源である。葉物野菜のような特定の作物については、作物の冷却は、作物がわずかに硬くなり、収穫機ステーション32のブレードによるよりきれいな切断を実現するので、より清潔な収穫作業を容易に実行できるようになる。

上述したように、図示した実装例では、垂直タワー搬送システム47は、キャリッジ1202をシステム10に沿った様々な目的地に経路指定する軌道システムを含む。図28及び図30が示すように、軌道システムは、第1の収穫前（再度刈り取り）垂直緩衝器2190と、第2の収穫前（最終刈り取り）垂直緩衝器2192とを含んでもよく、両方とも収穫前スペース2804に含まれる。上述したように、中央処理システム30は、いわゆる再度刈り取り処理のために特定の栽培タワー50を選択的に処理するように構成できる。 図28はまた、システム10が第2自動ピックアップステーション43bを含んでもよいことを示す。特に、収穫機ステーション32による処理の後、自動ピックアップステーション43bは、収穫機ステーション32の送り出しコンベアから栽培タワー50を持ち上げて、栽培タワー50を垂直に回転させ、栽培ライン202に再挿入するために、タワー搬送機構47のキャリッジ1202に載せることができる。「最終刈り取り」処理を施された栽培ライン50は、本明細書に記載されているように、洗浄ステーション34及び移植機ステーション36に経路指定される。収穫前スペース2804はまた、例えば、損傷などして除外された作物を有する栽培タワーを配置するための緩衝器ラインなど、他の目的のための追加の緩衝器ラインを含んでもよい。

再度刈り取りタワーは、洗浄ステーション34及び移植機ステーション36を通過する必要がないので、「再度刈り取り対象」として指定されたタワーは、最終刈り取り対象として指定されたタワー50よりも処理にかかる時間が短い。収穫前緩衝器219及び2192は、効率的な処理のために栽培タワー50の十分な供給を確保するため、移植機ステーション32を始動する前に栽培タワー50を緩衝するスペースを提供する。コントローラは、栽培タワー50を、適宜、再度刈り取り緩衝器2190又は、最終刈り取り緩衝器2192のいずれかに選択的に経路指定する。自動載置ステーション41は、必要に応じて制御システムの制御の下で、緩衝器2190又は2192のいずれかから栽培タワー50に選択的にアクセスすることができる。別々の垂直タワー緩衝器を使用することで、農業システム10は、このような複数タイプの栽培がタワー栽培環境からバッチで到着するにもかかわらず、再度刈り取りと最終刈り取りタワー50を交互に扱い、処理のために最終刈り取りと再度刈り取りの栽培タワー50の一貫した混合比を維持することができる。さらに、別々の緩衝器を使用することで、システム10は、再度刈り取りタワーと最終刈り取りタワーの異なるサイクル時間に対応することができ、所定の時間枠内で処理できるタワーの総数を増やし、全体的なタワー処理の平均サイクル時間を向上させることができる。一実装例では、自動載置ステーション41は、両方のタワータイプが利用可能であることを条件に、最終刈り取り収穫前緩衝器2190と再度刈り取り収穫前緩衝器2192との間で1：1で交互に動作できる。しかし、他の実装例では、このようなタワータイプ間のサイクル時間の違いにより、最終刈り取りタワー1基に対して再度刈り取りタワー2基の割合が必要になる場合がある。他の実施態様も可能である。例えば、システム10は、品質検査に不合格となった栽培タワーを一時的に保管するスペースを提供するために、不合格品垂直緩衝器（図示せず）を含むこともできる。この不合格品緩衝器は、不合格になったタワーを処理経路から外し、後の処理のために保管することができる。

収穫後処理スペース2806は、収穫機ステーション32で栽培タワー50から収穫された後の作物を処理するための設備を含むカプセル化された環境とすることができる。いくつかの実装では、収穫後処理スペース2806は、制御された環境条件に曝される実質的にカプセル化されたスペースであり、例えば、収穫後スペース2806は、冷却若しくは冷蔵環境、又は他の種類の作物に対応するために温められた環境であってもよい。いくつかの実装例では、収穫後処理スペース2806に含まれる設備は、作物洗浄及び乾燥設備、生産物品質設備、生産物冷却設備、生産物包装設備、及び食品安全設備を含むことができる。他の設備としては、衛生目的のためのプロセス隔離設備を含むことができる。収穫後処理スペース2806は、収穫された作物が収穫機ステーション32から移動する距離を最小化又は短縮するために、中央処理システム30に近接し、収穫機ステーション32の近位に配置される。一実装例では、収集箱コンベアは、収穫された作物を積載した収集箱をスペース内に搬送するために収穫後処理スペース2806内に直接延ばすことができる。1つの実装例において、収穫された生産物は、収集箱なしでコンベア上に直接収穫して、収穫後処理スペース2806に搬送することもできる。さらに、収穫された生産物（収集箱に入っているか、コンベア上で直接搬送されているかにかかわらず）は、収穫後処理スペース2806に搬送される際に、冷却システム（真空冷却、冷却トンネルなど）の作用を受けさせるようにしてもよい。同様に、施設2800は、特定の作物保管環境要件に応じて、出荷用に包装された作物を保管するために適合された制御冷蔵環境を提供するための冷蔵スペースも含んでもよい。いくつかの実装例では、低温保管スペースに含まれる設備は、パッケージパレット化設備、ケース直立化設備、及び他の在庫保管設備又はインフラストラクチャを含むことができる。図示された実装例では、低温保管スペースは、収穫後処理スペース2806に隣接している。

生産設備2800の実装はまた、効率を最適化するように配置される。いくつかの実装では、生産設備2800は、種子段階から収穫後処理及び低温保管までの生産物の総流れ距離を短縮又は最小化するように構成してもよい。この指標の最小化又は低減は、例えば、施設内で使用されるコンベアの全長を低減することによって、コスト効率を高めることになる。生産施設2800のレイアウトは、未利用スペースの割合、従業員の移動距離、施設2800内にある任意の2つのステーション間の最大距離、ケーブル配線、配管及び/又はHVACダクトの長さ、並びに壁の全長などの他の属性を低減又は最小化するようにも構成され得る。

図28が示すように、種子から包装までの生産物の総流れ距離は直接的かつ効率的であり、動作時間、運転費、及び資本支出を削減することができる。具体的に、生産物の流れは、プラグトレイが土壌で満たされ、播種された種子ステーション2808で開始される。生産物の流れは、植物が発芽し、移植の準備が整う繁殖スペース2802に進む。プラグトレイは、次に、中央処理システム30の移植ステーション36に搬送され、そこで、プラグは、栽培タワー50のプラグコンテナなどの作物支持モジュールに挿入される。栽培タワー50は、栽培環境20に挿入され、栽培ライン202に沿ってこのスペースの一端から別の端まで進む。次に、栽培タワー50は収穫ステーション32に搬送され、そこで作物が収穫され、収穫後処理スペース2806に搬送される。包装された生産物は、最終的に低温保管施設に保管され、そこから最終的に施設2800の外に出荷できる。

図28に示された構成は、様々な運用効率及びコスト効率及び利点を実現する。図28及び29に示された構成は、本質的に、システム2800を、熱及び灌漑設備を収容するためのユーティリティーゾーンと、作物を栽培するための植物生産ゾーンとの二叉に分岐させるものである。例えば、繁殖スペース2802と栽培環境の配列を図示のように配置することにより、熱、灌漑及び栄養供給設備のほとんどを単一の回廊2800に配置することができる。栽培環境20a-fと中央処理システム30に関連付けられたスペースとは、環境制御に関して異なる要件を有し、温度、湿度、空気濾過、処理隔離、及び/又は照明に関してより精密な制御が要求される。さらに、栽培環境20a-f及び中央処理システム30に関連付けられたスペースが農産物を含むことを考えると、様々な食品安全要件も、食品/作物生産に適したスペースを作り出すために、処理隔離又はクリーンルーム設備などの追加の制御を必要とする場合がある。図28に示されたレイアウトは、本質的に、必要な制御を実現するためのコストが低いユーティリティーゾーン（栄養回廊）と、食品安全及び他の要件によってより厳しい環境制御が義務付けられる生産ゾーンとを作り出すものである。例えば、栄養及び熱回廊2820とスペース2822とは、環境制御の対象とせず、周囲温度及び空気条件に曝すことができる。他の実装例では、栄養及び熱回廊2820とスペース2822とは、制御された環境内に含まれる。さらに、図28の構成は、設計の観点からも、既存の施設の拡大に関連しても、拡張性がある。システムの容量を増築するために、追加の栽培環境を栽培環境20a-fの配列の端に追加することができる。同様に、繁殖スペース2802は、図28に対して外側に拡張することができる。

材料取扱スペース2822は、供給材料を受け取り、生産物を出荷するように適合された施設2800の領域である。図29が示すように、スペース2822は、インバウンド領域2822a及びアウトバウンド領域2822bに分割してもよい。さらに、スペース2822は、生産施設の清浄な又は制御された環境内に設置される必要のない任意の付加的な電気的又は機械的設備を収容してもよい。一実装例では、スペース2822は、トラックで出荷された供給材料を受け取るための1つ以上のドックドアを含む積載ベイに接続されている。受取スペース2822aは、繁殖スペース2802及び播種スペース2808によって消費される種子、土壌及び他の供給材料の移動距離を減らすために、そのようなスペースにより近位に配置してもよい。同様に、出荷スペース2822bは、作物を施設外へ出荷するためその積み込みを容易にするために、収穫後処理スペース2806及び/又は低温貯蔵エリアのより近位に配置してもよい。同様に、低温保管スペースは、積載ベイから外部への生産物の流れを可能とするドックドアを含んでもよい。

本開示では、本明細書に記載のいく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され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、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のみ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考慮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 (23)

1. 環境制御農業用の作物生産施設であって：
   栄養及び熱回廊と；
   前記栄養及び熱回廊に近接した1つ以上の栽培室の配列であって、第1端部及び第2端部を備え、前記栄養及び熱回廊と実質的に平行に延伸している、1つ以上の栽培室の配列と；
   前記栄養及び熱回廊とは反対側の前記1つ以上の栽培室の側部から栽培構造体を投入し、取り出す搬送機構と：
   前記配列の前記第1端部に近接すると共に前記栄養及び熱回廊と相互作用する繁殖スペースと；
   前記栽培室の配列に近接すると共に前記栄養及び熱回廊とは反対側の1つ以上の栽培構造体処理システムを含む中央処理システムとを含む、作物生産施設。
2. 前記栽培室のそれぞれが
   それぞれが栽培搬送機構を含む1つ以上の栽培ラインと；
   複数の栽培タワーであって、それぞれが前記1つ以上の栽培ラインのそれぞれの１つに垂直に取り付けられると共に当該栽培ラインに沿って移動可能な、複数の栽培タワーとを含み；
   前記1つ以上の栽培ラインのそれぞれが、第1経路区分と、第2経路区分と、栽培タワーを前記第1経路区分から前記第2経路区分に移送するよう動作する復帰機構とを含み；
   前記栽培搬送機構が、栽培タワーを、前記第1経路区分に沿って第1方向に、前記第2経路区分に沿って前記第1方向とは反対の第2方向に搬送する、請求項1に記載の作物生産施設。
3. 前記繁殖スペースに近接した播種領域をさらに含む、請求項1に記載の作物生産施設。
4. 前記1つ以上の栽培構造体処理システムの1つは収穫機ステーションであり、前記作物生産施設は、前記中央処理システムに近接し、前記収穫機ステーションの近位に位置した収穫後処理施設をさらに含む、請求項1に記載の作物生産施設。
5. 前記収穫後処理施設に近接した低温保管施設をさらに含む、請求項4に記載の作物生産施設。
6. 収集箱又は収穫された生産物を直接的に前記ベルト上で、前記収穫機ステーションから前記収穫後処理施設へ運搬するよう構成されたコンベアをさらに含む、請求項4に記載の作物生産施設。
7. 前記低温保管施設に近接した積載ベイをさらに含む、請求項5に記載の作物生産施設。
8. 前記栽培室のそれぞれは実質的にカプセル化されており、1つ以上の環境変数を制御するための1つ以上の制御システムを含む、請求項1に記載の作物生産施設。
9. 前記1つ以上の栽培構造体処理システムの1つは収穫機ステーションであり、前記作物生産施設は、前記中央処理システムに近接し、前記収穫機ステーションの近位に位置した収穫後処理施設をさらに含む、請求項1に記載の作物生産施設。
10. 前記収穫機ステーションは、作物収穫マシンと、栽培タワーを水平配向で受け取ると共に前記栽培タワーを水平配向で前記作物収穫マシンに送り込むフィーダー機構とを含み、前記作物生産施設は、
    自動載置ステーションであって、栽培タワーを解放可能に把持するよう適合されたエンドエフェクターを含む第1ロボットと、当該第1ロボットに前記栽培タワーをピック位置から垂直配向で持ち上げさせ、前記栽培タワーを水平配向に回転させ、前記栽培タワーを前記収穫機ステーション内に投入するため載置コンベアに配置させるよう動作する制御ロジックとを含む自動載置ステーションとをさらに含む、請求項9に記載の作物生産システム。
11. 環境制御農業用の作物生産施設であって：
    栄養及び熱回廊と；
    前記栄養及び熱回廊に近接し、第1端部及び第2端部を備え、前記栄養及び熱回廊と実質的に平行に延伸した1つ以上の栽培室の配列であって、前記栽培室のそれぞれが、垂直栽培タワー搬送システムを含む実質的にカプセル化された栽培環境を含み、前記垂直栽培タワー搬送システムは、
    1つ以上の栽培ラインであって、前記1つ以上の栽培ラインのそれぞれが、第1経路区分と、第2経路区分と、栽培タワーを前記第1経路区分から前記第2経路区分に移送するよう動作する復帰機構とを含む、1つ以上の栽培ラインと；
    複数の栽培タワーであって、前記複数の栽培タワーそれぞれが、前記1つ以上の栽培ラインのそれぞれの１つに垂直に取り付けられると共に当該栽培ラインに沿って移動可能であって、前記複数の栽培タワーそれぞれが、その一面に少なくとも沿って延伸する複数の栽培地点を含んだ複数の栽培タワーと；
    栽培タワーを前記第1経路区分に沿って第1方向に、前記第2経路区分に沿って前記第1方向とは反対の第2方向に搬送するよう動作する栽培タワー搬送機構とを含んだ、1つ以上の栽培室の配列と；
    前記1つ以上の栽培室の配列に近接すると共に前記栄養及び熱回廊とは反対側に配置された中央処理システムであって、
    作物収穫マシンと、栽培タワーを水平配向で受け取ると共に当該栽培タワーを水平配向で前記作物収穫マシンに送り込むフィーダー機構とを含む収穫機ステーションと；
    洗浄ステーションであって、栽培タワーを水平配向で受け取ると共に当該栽培タワーを水平配向で前記洗浄ステーションに送り込む第2フィーダー機構を含む洗浄ステーションと；
    移植機ステーションであって、栽培タワーを水平配向で受け取ると共に当該栽培タワーを水平配向で前記移植機ステーションに送り込む第3フィーダー機構を含む移植機ステーションと；
    栽培タワーを、前記収穫機ステーション、前記洗浄ステーション、及び前記移植機ステーションのそれぞれのステーションとの間で搬送するよう配置された複数のコンベアであって、当該複数のコンベアは、栽培タワーを前記収穫機ステーションに送り込むよう配置された第1コンベアと、栽培タワーを前記洗浄ステーションに送り込むよう配置された第2コンベアと、栽培タワーを前記移植機ステーションに送り込むよう配置された第3コンベアと、栽培タワーを前記移植機ステーションからピックアップ位置に送り込むよう配置された第4コンベアとを含む、中央処理システムと；
    自動載置ステーションであって、栽培タワーを解放可能に把持するよう適合されたエンドエフェクターを含む第1ロボットと、当該第1ロボットに前記栽培タワーをピック位置から垂直配向で持ち上げさせ、前記栽培タワーを水平配向に回転させ、前記タワーを前記収穫機ステーション内に投入するため載置コンベアに配置させるよう動作する制御ロジックとを含む自動載置ステーションと；
    自動ピックアップステーションであって、栽培タワーを解放可能に把持するよう適合されたエンドエフェクターを含む第2ロボットと、当該第2ロボットに栽培タワーを前記ピックアップ位置から水平配向で把持させ、前記栽培タワーを前記複数の栽培ラインの選択した栽培ラインに移送するため前記栽培タワーを垂直配向に回転させるよう動作する制御ロジックとを含む自動ピックアップステーションと；
    前記配列の前記第1端部に近接すると共に前記栄養及び熱回廊と相互作用する繁殖スペースとを含む、環境制御農業用の作物生産施設。
12. 環境制御農業用の作物生産システムであって：
    それぞれが栽培搬送機構を含む1つ以上の栽培ラインと；
    複数の栽培タワーであって、それぞれが前記1つ以上の栽培ラインのそれぞれの１つに垂直に取り付けられると共に当該栽培ラインに沿って移動可能な、複数の栽培タワーとを含み；
    前記1つ以上の栽培ラインのそれぞれが、第1経路区分と、第2経路区分と、栽培タワーを前記第1経路区分から前記第2経路区分に移送するよう動作する復帰機構とを含み；
    前記栽培搬送機構は、栽培タワーを、前記第1経路区分に沿って第1方向に、前記第2経路区分に沿って前記第1方向とは反対の第2方向に搬送する、環境制御農業用の作物生産システム。
13. 前記復帰機構は、
    軌道と；
    前記軌道に取り付けられたキャリッジと；
    コントローラと；
    前記コントローラからの信号に応答して前記キャリッジを前記軌道に沿って移動させるよう構成されたアクチュエータと；
    前記キャリッジに結合された受け器であって、栽培タワーに解放可能に係合するよう構成された受け器とを含む、請求項12に記載の作物生産システム。
14. 1つ以上の搬送機構のそれぞれは、栽培ラインの各経路区分について、
    前記栽培ラインに平行な方向に延伸する軌道に配置された共通梁と；
    前記共通梁に取り付けられたアクチュエータであって、前記共通梁を前記軌道に沿って前進ストローク及び後退ストロークで移動させるよう動作するアクチュエータと；
    前記共通梁に沿った選択位置で回転可能に取り付けられた複数のカムとを含み、各カムは前記前進ストローク時に前記カムの回転を制限するよう取り付けられており、前記カムが、第1タワーに係合して当該第1タワーを前記前進ストローク時に第1方向に前方に押し、前記後退ストローク時に前記カムが第2タワー上を摺動可能となり；
    前記複数のカムの前記選択位置のそれぞれの配置によって、前進ストロークでは、1つのカムが当該前進ストローク時に第1栽培タワーに係合し、前記後退ストローク時に前記第1タワーに隣接した第2栽培タワーを超えてラチェット移動する、請求項12に記載の作物生産システム。
15. 前記選択位置の間隔が前記第1方向で大きくされており、そうした栽培タワーが前記アクチュエータの連続的サイクルに伴って前記1つ以上の栽培ラインに沿って押されるにつれ、前記栽培タワーの間隔が大きくなる、請求項14に記載の作物生産システム。
16. 前記共通梁は、基部から延伸する第1及び第2壁を具備したU字断面を備え、前記複数のカムそれぞれは、前記第1及び第2壁に沿って前記選択位置に取り付けられている、請求項14に記載の作物生産システム。
17. 前記複数の栽培タワーそれぞれは、当該栽培タワーの上部に取り付けられたフックを含み、当該フックは前記栽培ラインに係合するよう構成されている、請求項12に記載の作物生産システム。
18. 前記複数の栽培ラインそれぞれは、栽培タワーの前記フックを摺動可能に取り付ける溝領域を含む、請求項17に記載の作物生産システム。
19. パワーアンドフリーコンベア及び1つ以上のキャリッジを含んだ積載機構をさらに含み、前記1つ以上のキャリッジは、栽培タワーに解放可能に係合するよう構成され、前記パワーアンドフリーコンベアは、前記1つ以上の栽培ラインの選択した栽培ラインに栽培タワーを挿入するよう構成されている、請求項12に記載の作物生産システム。
20. 環境制御農業用の作物生産システムであって：
    1つ以上の栽培ラインを実質的にカプセル化する制御栽培環境であって、前記1つ以上の栽培ラインのそれぞれが、
    栽培搬送機構と；
    複数の栽培タワーであって、それぞれが、前記1つ以上の栽培ラインのそれぞれの１つに垂直に取り付けられると共に当該栽培ラインに沿って移動可能な複数の栽培タワーと；
    前記1つ以上の栽培ラインのそれぞれが、第1経路区分と第2経路区分とを含み；前記栽培搬送機構が、栽培タワーを、前記第1経路区分に沿って第1方向に、前記第2経路区分に沿って前記第1方向とは反対の第2方向に搬送し；
    栽培タワーを、前記1つ以上の栽培ラインの1つの栽培ラインの前記第1経路区分から当該栽培ラインの前記第2経路区分に移送するよう動作する復帰機構とを含む、制御栽培環境と；
    前記制御栽培環境が、第1側部に沿って1つ以上の栽培タワーインターフェースをさらに含み；
    軌道に配置された複数のキャリッジと制御システムとを含む移送コンベアとを含み、前記軌道は前記1つ以上の栽培タワーインターフェースにおいて前記制御栽培環境内に延伸し；前記複数のキャリッジはそれぞれ栽培タワーを解放可能に取り付けられるよう構成され；前記制御システムは、栽培タワーを含むキャリッジを選択した栽培ラインの投入点まで搬送し、空のキャリッジを選択した栽培ラインの取り出し点から搬送するよう構成された、環境制御農業用の作物生産システム。
21. 前記1つ以上の栽培タワーインターフェースは、前記第1側部に垂直スロットと、第1位置において前記垂直スロット上で閉じる可動ドアであって、第2位置において栽培タワーが前記垂直スロットを通過することを可能にする可動ドアとを含む、請求項20に記載の作物生産システム。
22. 前記制御栽培環境が物理的に別個の区分に分割されている、請求項20に記載の作物生産システム。
23. 前記軌道及び前記移送コンベアは、複数のキャリッジを、前記物理的に別個の区分のうちの選択した区分に経路設定するよう構成されている、請求項22に記載の作物生産システム。

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