技术领域
[0001] 本
发明涉及农业
无土栽培种植领域，涉及一种立体农场，具有涉及一种放置在
建筑物内、多层立体的农产品种植设备。
背景技术
[0002] 目前立体
水培栽培种植都是在100平米以下，用塑料材质(PE/PP/PVC等)水管拼接而成，高度2米以下，适合小规模种植。当需要大规模经营时，一般会采用无土浮板
水培种植设备或技术，上述设备采用
单层种植，高度都小于1米，采用人工种植/采摘,需要搭建大型的
温室大棚，占地面积广，一般搭建在城市周边的荒芜土地上，交通不便造成其运输物流环节长，物流成本较高(如是冷链配送，成本更高)。
[0003] 目前水培用的浮板采用成本低廉的
泡沫板，在使用中时常有
变形断裂，属易耗品，这种板全称可发性聚苯乙烯(EPS)，它的自然降解需要几十年或几百年，必须专业回收机构回收。当回收的运费大于泡沫回收的成本，会被抛弃处理或当垃圾处理，造成环境污染。同时采摘结束的根系由人工抛弃自然分解，或被当作垃圾处理，同样会造成环境污染。
发明内容
[0004] 为克服上述缺点，本发明的目的在于提供一种立体农场，从
种子播种到农产品采摘的一体化农业种植，集约化程度高，能够在厂房、楼宇等建筑物内大规模生产，并对产生的根系废弃物进行合理利用，减少环境污染。
[0005] 为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种立体农场，包括无土栽培种植系统、
水循环系统及用于管理、控制的MES系统；
[0006] 所述无土栽培种植系统包括放置在建筑物内的若干个种植装置，所述种植装置外侧所在的地面上设置有轨道，所述轨道上设置有可沿其滑动并可在种植装置内进行种子种植、成品采摘的第一
机器人；所述轨道与种植装置外侧的输送线衔接；沿着所述输送线外缘所在的建筑物内设置有种子培养室和成品加工区，所述种子培养室内设置有将放置有秧苗的杯状载具放置到输送线上的第二机器人；所述成品加工区内设置有将输送线上的菜品取下的第三机器人；
[0007] 所述水循环系统包括放置在建筑物内的养殖池，所述养殖池与所述种植装置之间设置有水循环管道，所述水循环管道上设置有水
泵。
[0008] 进一步来说，所述种植装置包括高层货架，所述高层货架内上下间隔分布有若干层培养槽，所述培养槽上盖合有食品级不锈
钢或环保热塑性材料制成的无土
栽培板，所述无土栽培板上间隔设置有若干个放置杯状载具的放置孔；所述培养槽上方设置有模拟太阳光的
LED灯；所述培养槽与水循环管道相连通；所述高层货架一侧设置有供行人走动的维护通道。食品级
不锈钢或环保热塑性材料制成的无土栽培板结构牢固可靠，不易变形断裂，耐用性强，且有利于回收再利用，减少对环境的污染。高层货架的高度设计时根据建筑物的楼层设计，能够充分利用建筑物内的高度，立体种植减少占地空间。同时维护通道的设计也便于现场人员巡检，现场查看农产品生长情况。
[0009] 进一步来说，所述水循环管道包括主进水管道、支进水管道、主回水管道和支回水管道，所述主进水管道的一端伸入至养殖池内，另一端为封闭状态；所述支进水管道的一端与主进水管道相连通，另一端与培养槽连通；所述主回水管道的一端位于养殖池的上方，另一端为封闭状态；所述支回水管道的一端与主回水管道相连通，另一端与培养槽连通；所述支进水管道上设置有第一
阀门，所述支回水管道上设置有第二阀门。通过上述设计的水循环管道能够独立针对每个培养槽进行管理，当某个培养槽水质异常时不影响其它培养槽的使用，可单独针对该培养槽进行换水作业。
[0010] 进一步来说，所述杯状载具为定植杯，所述定植杯的杯壁上设有若干条形或圆形孔。农产品的根系从条形或圆形孔伸出，便于其根系的发展，利用农产品的生长。
[0011] 进一步来说，所述输送线为上下双层传输线，且上层传输线与下层传输线相互独立；所述上层传输线上设置有与第一机器人对应的第一
传感器、与第二机器人对应的第二传感器；所述下层传输线上设置有与第一机器人对应的第三传感器、与第三机器人对应的第四传感器。通过相应传感器的设计来辅助相关机器人抓取物品，便于实现立体农场的自动化生产。
[0012] 进一步来说，所述培养槽上设置有用于检测其内水质的水质检测仪和用于感应其上光线强度的光线感应器。通过观察水质和光线强度来保障培养槽内的农产品的正常生长，有助于提高农产品的产出
质量。
[0013] 一种立体农场的生产加工方法，包括如下步骤：
[0014] 步骤1、首先进行秧苗培育，在种子培养室将种子和培养载体一起放置在杯状载具内，并在温室中培育种子，等待种子发芽长出苗；在秧苗培育的同时可预先将养殖池内的水注入培养槽内；
[0015] 步骤2、将放置有秧苗的杯状载具输送到秧苗上料区，并由第二机器人将其放置在输送线，杯状载具在输送线上移动；
[0016] 步骤3、杯状载具移动至第一机器人对应的工位时，第一机器人抓取杯状载具，并沿着地面的轨道移动，并根据MES系统的提示将其放置在
指定的无土栽培板的放置孔内；
[0017] 步骤4、打开LED灯对秧苗进行光线照射，并根据秧苗不同阶段所需的光照量进行光线调节，同时监测培养槽内的水质情况，保障培养槽内水质健康；
[0018] 步骤5、当水质监测异常时，将相应的培养槽内的水排放至养殖池内或排出室外然后清洗水槽，并重新对培养槽内注入养殖池内的水；
[0019] 步骤6、当秧苗长大成熟后，LED灯关闭，根据每层的先后顺序，第一机器人开始采摘作业，并将采摘后的成品放在输送线上；
[0020] 步骤7、当成品输送至第三机器人对应的工位时，第三机器人先剪下菜叶，并流入清洗分拣
包装工位，杯状载具和菜根被流入回收工位；
[0021] 步骤8、用视觉检测黄的或焉的叶子，清水淋洗
风干后，包装，准备冷链入库或直接冷链出库；
[0022] 步骤9、回收工位处的回收机械手先剪断杯状载具底部外漏的根系，并掏出培养载体，杯状载具冲洗后流入种子培养室继续重复使用；根系和培养载体废料同时被流入
粉碎机，粉碎后制成鱼的
饲料或为化肥的原料排出。
[0023] 进一步来说，所述培养载体为粉碎高温消毒后的椰子壳，
棉籽皮，木屑，玉米芯，谷物类糠麸皮。
[0024] 本发明具有以下有益效果：
[0025] 1、从种子发芽、种植、分拣、废料处理全流程的进行管理控制，实现了生态养殖，最大限度的降低了对环境的污染；
[0026] 2、可充分利用建筑物内的高度，集约化的进行蔬菜等农产品的种植，占地面积小，产能高，且拆装便捷，使其可以在城市的建筑物内种植，降低了物流成本，提高用户拿到农产品时的新鲜度，提高农产品的竞争
力；
[0027] 3、种植装置的结构牢固可靠，并采用机器人进行播种、采摘，节约人工成本，同时农产品安全可控性强，质量监控透明。
附图说明
[0028] 图1为本发明
实施例1的立体农场平面分布图。
[0029] 图2为本发明实施例1、2的种植装置的立体示意图。
[0030] 图3为本发明实施例1的立体农场平面分布图。
具体实施方式
[0031] 下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0032] 实施例1
[0033] 参见附图1为本实施例中的一种立体农场平面分布图，其包括设置在建筑物中间区域的种植区1，位于种植区1左侧的成品加工区2、控制室区3、种子培养室4，位于种植区1右侧的
水产养殖区5、配电房6。配电房6用于给立体农场整体供电，使其上的设备能够运行。控制室区3为现场工作人员工作区域，在其内现场工作人员可通过电脑观察到立体农场的整体运行状态，获知立体农场运行情况，保障立体农场的运行。
[0034] 本实施例中的立体农场主要包括无土栽培种植系统、水循环系统及用于管理、控制的MES系统。
[0035] 所述无土栽培种植系统包括放置在建筑物内的若干个种植装置11，所述种植装置11外侧所在的地面上设置有轨道12，所述轨道12上设置有可沿其滑动并可在种植装置内进行种子种植、成品采摘的第一机器人13；所述轨道12与种植装置11外侧的输送线14衔接；沿着所述输送线14外缘所在的建筑物内为种子培养室4、控制室区3和成品加工区2，所述种子培养室4内设置有将放置有秧苗的杯状载具放置到输送线14上的第二机器人41；所述成品加工区2内设置有将输送线14上的菜品取下的第三机器人21。从图1中可以看出，在成品加工区2中还设置有
包装机器人22和粉碎机23。本实施例中的第一机器人13、第二机器人41、第三机器人21、包装机器人22、粉碎机均为已知的现有设备，如第一机器人13可参照CN104584738B的中国发明
专利，第二机器人13、第三机器人21可参照CN205043794U的中国实用新型专利，包装机器人22可参照CN105711896A的中国发明专利。上述第一机器人13、第二机器人41、第三机器人21、包装机器人22均与MES系统相连，用于控制上述机器人的动作执行。
[0036] 所述水循环系统包括放置在建筑物内的养殖池51，所述养殖池51与所述种植装置11之间设置有水循环管道52，所述水循环管道52上设置有水泵。具体来说，所述水循环管道包括主进水管道、支进水管道、主回水管道和支回水管道，所述主进水管道的一端伸入至养殖池内，另一端为封闭状态；所述支进水管道的一端与主进水管道相连通，另一端与培养槽连通；所述主回水管道的一端位于养殖池的上方，另一端为封闭状态；所述支回水管道的一端与主回水管道相连通，另一端与培养槽连通；所述支进水管道上设置有与MES系统相连的第一阀门，所述支回水管道上设置有与MES系统相连的第二阀门。
[0037] 养殖池51内的养鱼，鱼腮呼出的气体和鱼
粪便产生
氨气，使水中产生大量硝化菌，氨气被转
化成亚
硝酸盐，再变成适合
植物吸收的硝酸盐
营养液。水泵将养过鱼后富含硝酸盐的水，过滤残渣后送到立体库位上的每层培养槽中。
[0038] 所述输送线14为上下双层传输线，且上层传输线与下层传输线相互独立，且其上的驱动
电机均与MES系统相连，上述输送线14属于常规的双层传输线，其上的上层传输线、下层传输线可参照CN202440119U的中国实用新型专利。所述上层传输线上设置有与第一机器人13对应的第一传感器、与第二机器人41对应的第二传感器；所述下层传输线上设置有与第一机器人13对应的第三传感器、与第三机器人21对应的第四传感器。上述传感器均与MES系统相连，辅助相应机器人的动作执行。
[0039] 如图2所示，所述种植装置11包括高层货架111，所述高层货架内上下间隔分布有若干层培养槽112，所述培养槽112上盖合有食品级不锈钢或环保热塑性材料制成的无土栽培板113，所述无土栽培板113上间隔设置有若干个放置杯状载具的放置孔114，每个孔内种植1株已发牙培育好的秧苗，秧苗靠培养槽112内的硝酸盐营养液水开始生长。所述培养槽1122上方设置有模拟太阳光的LED灯，该LED灯悬挂在高层花架111上和/或固定在培养槽的槽底。所述培养槽112与水循环管道52相连通；所述高层货架111一侧设置有供行人走动的维护通道15。所述杯状载具为定植杯，所述定植杯的杯壁上设有若干供植物根系伸出的条形或圆形孔。同时为了更好的保障
农作物的生长，所述培养槽112上设置有用于检测其内水质的水质检测仪和用于感应其上光线强度的光线感应器。上述水质检测仪、光线感应器均与MES系统相连。
[0040] 本立体农场从种子发芽、种植、分拣、废料处理全流程的进行管理控制，实现了生态养殖，最大限度的降低了对环境的污染。其具体的操作生产加工方法步骤如下：
[0041] 步骤1、首先进行秧苗培育，在种子培养室将种子和培养载体(粉碎高温消毒后的椰子壳，棉籽皮，木屑，玉米芯，谷物类糠麸皮)一起放置在杯状载具内，并在温室中培育种子，等待种子发芽长出苗；在秧苗培育的同时可预先将养殖池内的水注入培养槽内；
[0042] 步骤2、将放置有秧苗的杯状载具输送到秧苗上料区，并由第二机器人将其放置在输送线，杯状载具在输送线上移动；
[0043] 步骤3、杯状载具移动至第一机器人对应的工位时，第一机器人抓取杯状载具，并沿着地面的轨道移动，并根据MES系统的提示将其放置在指定的无土栽培板的放置孔内；
[0044] 步骤4、打开LED灯对秧苗进行光线照射，并根据秧苗不同阶段所需的光照量进行光线调节，同时监测培养槽内的水质情况，保障培养槽内水质健康；
[0045] 步骤5、当水质监测异常时，将相应的培养槽内的水排放至养殖池内，并重新对培养槽内注入养殖池内的水；
[0046] 步骤6、当秧苗长大成熟后，LED灯关闭，根据每层的先后顺序，第一机器人开始采摘作业，并将采摘后的成品放在输送线上；
[0047] 步骤7、当成品输送至第三机器人对应的工位时，第三机器人先剪下菜叶，并流入清洗分拣包装工位，杯状载具和菜根被流入回收工位；
[0048] 步骤8、用视觉检测黄的或焉的叶子，清水淋洗风干后，包装，准备冷链入库或直接冷链出库；
[0049] 步骤9、回收工位处的回收机械手先剪断杯状载具底部外漏的根系，并掏出培养载体，杯状载具冲洗后流入种子培养室继续重复使用；根系和培养载体(粉碎高温消毒后的椰子壳，棉籽皮，木屑，玉米芯，谷物类糠麸皮)同时被流入粉碎机，粉碎后制成鱼的饲料或为化肥的原料排出。
[0050] 实施例2
[0051] 参见附图3为本实施例中的一种立体农场平面分布图，其包括设置在建筑物中间区域的种植区1，位于种植区1左侧的成品加工区2、控制室区3、种子培养室4，位于种植区1右侧的水产养殖区5、配电房6。配电房6用于给立体农场整体供电，使其上的设备能够运行。控制室区3为现场工作人员工作区域，在其内现场工作人员可通过电脑观察到立体农场的整体运行状态，获知立体农场运行情况，保障立体农场的运行。
[0052] 本实施例中的立体农场主要包括无土栽培种植系统、水循环系统及用于管理、控制的MES系统。
[0053] 所述无土栽培种植系统包括放置在建筑物内的若干个种植装置11，所述种植装置11外侧所在的地面上设置有轨道12，所述轨道12上设置有可沿其滑动并可将无土栽培板放置在种植装置内或从种植装置内取出无土栽培板的浮板搬运机器人16；所述轨道12、种植装置11外侧设置有浮板小推车17，用于无土栽培板在种植装置11与成品加工区2或种子培养室4之间的输送。在成品加工区2中还设置有包装机器人22和粉碎机23。本实施例中浮板搬运机器人16为已知的现有设备。上述浮板搬运机器人16与MES系统相连，用于控制上述机器人的动作执行。
[0054] 所述水循环系统包括放置在建筑物内的养殖池51，所述养殖池51与所述种植装置11之间设置有水循环管道52，所述水循环管道52上设置有水泵。具体来说，所述水循环管道包括主进水管道、支进水管道、主回水管道和支回水管道，所述主进水管道的一端伸入至养殖池内，另一端为封闭状态；所述支进水管道的一端与主进水管道相连通，另一端与培养槽连通；所述主回水管道的一端位于养殖池的上方，另一端为封闭状态；所述支回水管道的一端与主回水管道相连通，另一端与培养槽连通；所述支进水管道上设置有与MES系统相连的第一阀门，所述支回水管道上设置有与MES系统相连的第二阀门。
[0055] 如图2所示，所述种植装置11包括高层货架111，所述高层货架内上下间隔分布有若干层培养槽112，所述培养槽112上盖合有食品级不锈钢或环保热塑性材料制成的无土栽培板113，所述无土栽培板113上间隔设置有若干个放置杯状载具的放置孔114，每个孔内种植1株已发牙培育好的秧苗，秧苗靠培养槽112内的硝酸盐营养液水开始生长。所述培养槽1122上方设置有模拟太阳光的LED灯，该LED灯悬挂在高层花架111上和/或固定在培养槽的槽底。所述培养槽112与水循环管道52相连通；所述高层货架111一侧设置有供行人走动的维护通道15。所述杯状载具为定植杯，所述定植杯的杯壁上设有若干供植物根系伸出的条形或圆形孔。同时为了更好的保障农作物的生长，所述培养槽112上设置有用于检测其内水质的水质检测仪和用于感应其上光线强度的光线感应器。上述水质检测仪、光线感应器均与MES系统相连。
[0056] 本实施例的操作步骤如下：
[0057] 步骤1、首先进行秧苗培育，在种子培养室将种子和培养载体(粉碎高温消毒后的椰子壳，棉籽皮，木屑，玉米芯，谷物类糠麸皮)一起放置在杯状载具内，并在温室中培育种子，等待种子发芽长出苗；在秧苗培育的同时可预先将养殖池内的水注入培养槽内；
[0058] 步骤2、将放置有秧苗的杯状载具按序放置在无土栽培板(浮板)上，然后将整
块无土栽培板(浮板)放置在浮板小推车上；
[0059] 步骤3、由人工将浮板小推车推送至轨道一侧，浮板搬运机器人移动至浮板小推车一侧，然后将浮板小推车上的无土栽培板(浮板)抓取，并受MES系统控制按序放置在种植装置的指定培养槽内；
[0060] 步骤4、打开LED灯对秧苗进行光线照射，并根据秧苗不同阶段所需的光照量进行光线调节，同时监测培养槽内的水质情况，保障培养槽内水质健康；
[0061] 步骤5、当水质监测异常时，将相应的培养槽内的水排放至养殖池内，并重新对培养槽内注入养殖池内的水；
[0062] 步骤6、当秧苗长大成熟后，LED灯关闭，根据每层的先后顺序，第一机器人开始卸载浮板，浮板搬运机器人分别从各水槽抓取浮板，并分别将浮板放入浮板小推车；
[0063] 步骤7、浮板小推车放满一整车浮板后，由人工将浮板小推车推送至成品操作间处理；
[0064] 步骤8、人工切下菜品，并检查菜品，清水淋洗风干后，包装，准备冷链入库或直接冷链出库；
[0065] 步骤9、回收工位处由人工先剪断杯状载具底部外漏的根系，并掏出培养载体，杯状载具、无土栽培板冲洗后流入种子培养室继续重复使用；根系和培养载体(粉碎高温消毒后的椰子壳，棉籽皮，木屑，玉米芯，谷物类糠麸皮)同时被流入粉碎机，粉碎后制成鱼的饲料或为化肥的原料排出。
[0066] MES系统即制造执行系统(manufacturing execution system，简称MES)是美国AMR公司(Advanced Manufacturing Research，Inc.)在90年代初提出的，旨在加强MRP计划的执行功能，把MRP计划同车间作业现场控制，通过执行系统联系起来。这里的现场控制包括PLC程控器、
数据采集器、
条形码、各种计量及检测仪器、机械手等。将每个种植槽位的信息，种子，秧苗培育，光照强度，采摘日期都会被传入MES系统，MES记录了各种
大数据，为后续改良提供可靠信息。
[0067] 本发明将无土栽培种植(含水培)槽垂直重叠布局成若干层，最高可达到6米左右，栽培板、培养槽全部用食品级不绣钢材料，安全，更换周期长，外形类似于立体仓库的货架。
[0068] 本发明可广泛种植叶类菜品：七彩菠菜、新西兰菠菜、紫叶生菜、红叶生菜、彩叶甜菜、彩色芜菜、紫背天葵、冬寒菜、菊花脑、金花菜、紫红叶莽菜、
马兰、蒲公英、首英菜、结球红菊苣、木
耳菜、藤三七、红萎禽、人参菜、细菊生菜、红甜菜头、观赏羽衣甘蓝,薄荷叶、
银丝菜、玉丝菜、叶用辣椒、紫甘蓝等。
[0069] 茄果类蔬菜主要以植株和果实供观赏和品尝，目前正在论证试验中。主要类型有：辣椒中的七姊妹椒、朝天椒、小米粒椒、樱桃椒，黑朝天椒，枣形椒，风铃椒和大型的黑、黄、紫、橙、红、白色菜椒及象牙椒、灯笼椒、线形椒等；茄子类中的袖珍
雪茄、紫色袖珍茄子、非洲红茄等；番茄类中的珍珠番茄,樱桃番茄,红箭番茄、红玛瑙以及长圆形番茄等。
[0070] 同样栽培条件(室温，行距，光照，种植采购周期等)1米高的空间可以种植产量为目前
现有技术下产能的3倍以上，种植采摘用机器人代替人工。种植菜品
位置的区分，种植采摘位置的区分，水营养等参数的监控，模拟光照的监控等全部用传感器或RFID等高科技技术采集，工控电脑计算与分配，水质污染自动隔离，用智能自动化设备的方式实现部分农业种植的智能自动化。
[0071] 因为用了立体的布局，使得智能立体农场的搭建就像自动化设备一样，不需要任何建筑施工
许可资质，可随时拆卸或挪位置。立体农场的修补维护不再使用一坨
水泥或一块砖或是一根水管，可以用维护自动化设备的方式进行操作。
[0072] 因为用了立体的布局，使得智能立体农场的温室可以使用很小的场地进行经营，智能立体农场可以放置在任何科技园或厂区，城市内的任何1～3层厂房即可满足需求。
[0073] 因为用了立体的布局，使得智能立体农场的光照/水循环/监控等的布线减少了很多，大大减低了成本。
[0074] 智能农场的水来自与之配套的水产养殖，富含硝酸盐的鱼粪水。整个水循坏系统封闭，杜绝了人为水中乱投添加剂的风险，所有数据靠传感器采集，质量数据即使作假，难度很大。
[0075] 智能立体农场取消泡沫浮板，减少了回收环节。采摘结束的根系粉碎提供给化肥厂做
肥料或直接加工成水产养殖饲料。
[0076] 智能立体农场放置在城市内充分利用发达的物流条件和互联网和网购平台，降低了物流成本。
[0077] 以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
