JP2608998B2

JP2608998B2 - 果菜類収穫機の誘導装置

Info

Publication number: JP2608998B2
Application number: JP7770191A
Authority: JP
Inventors: 上田　　吉弘; 正昭西中; 淳増留; 弘鈴木
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1991-04-10
Filing date: 1991-04-10
Publication date: 1997-05-14
Anticipated expiration: 2012-05-14
Also published as: JPH04311312A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、収穫対象を吸着するバ
キュームパッドを本体部に対して向き変更自在に且つ設
定向きに復帰付勢された状態で備えたハンドと、前記バ
キュームパッドの前記本体部に対する向きを検出する検
出手段と、前記収穫対象を撮像する撮像手段と、その撮
像手段の情報を処理して前記収穫対象の色に対応した特
定色領域と、その特定色領域内において明るさが設定値
より大なるハイライト領域とを求める画像処理手段と、
前記画像処理手段の情報に基づいて前記収穫対象に接近
するように前記バキュームパッドを前記ハイライト領域
にアプローチさせ且つそのアプローチで前記収穫対象を
吸着できない場合には前記検出手段の情報に基づいて前
記バキュームパッドが設定向きから向きを変更された方
向に前記ハンドの位置を修正して再アプローチさせる制
御手段とが設けられている果菜類収穫機の誘導装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】前記アプローチにおいて、バキュームパ
ッドが果実等の収穫対象に接当したとき、誘導方向に誤
差があるとバキュームパッドの縁端部に接当することに
なるためバキュームパッドの向きが変更されることにな
る。そこで、その情報に基づいて誘導方向の誤差を検出
して、ハンドの位置を修正することにより、再アプロー
チにおける誘導方向を補正することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、再
アプローチにおいて再撮像処理等を行うことなく迅速に
再誘導を開始することができるので、収穫作業の効率を
高めることができる。しかし、収穫対象の一部が葉など
によって遮蔽されている場合には、誘導方向が正確であ
っても葉などが邪魔になり、収穫対象の吸着が的確に出
来ない等の理由によりうまく収穫出来ない虞があった。
本発明の目的は、上記従来欠点を解消して収穫作業の効
率の低下を招くことなく収穫対象を確実に収穫できる果
菜類収穫機の誘導装置を得る点にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明による果菜類収穫機の誘導装置の特徴構成
は、前記再アプローチで前記収穫対象を吸着できない場
合には、前記撮像手段の再撮像情報に基づいて前記画像
処理手段が前記特定色領域の特定方向における中央部又
は重心に対する前記ハイライト領域の位置ズレを求め、
前記制御手段が前記ハンドを前記特定色領域の特定方向
における中央部又は重心に対して前記ハイライト領域が
位置ズレしている方向とは反対側に偏位した方向から前
記ハイライト領域に再度アプローチさせるように構成さ
れていることである。

【０００５】

【作用】収穫対象が葉などに遮蔽されていない場合に
は、バキュームパッドを撮像画像内の収穫対象に対応す
る特定色領域のハイライト領域にアプローチさせて収穫
対象に接近させる。そして、そのアプローチで収穫対象
を吸着できない場合には、バキュームパッドの向きから
誘導方向の誤差を検出して、バキュームパッドが設定向
きから向きを変更された方向にハンドの位置を修正して
再アプローチさせることにより的確に収穫出来ると考え
られる。他方、収穫対象の一部が葉などによって遮蔽さ
れている場合には、葉などを避けて収穫作動する必要が
ある。ところで、一部が葉などによって遮蔽されている
場合、ハイライト領域は特定色領域の特定方向における
中央部又は重心よりも葉などのある方向に位置ズレする
ことになる。そこで、再アプローチで収穫対象を吸着で
きない場合には、ハンドが上記特定色領域の特定方向に
おける中央部又は重心に対して前記ハイライト領域が位
置ズレしている方向とは反対側に偏位した方向からアプ
ローチさせることにより葉などに邪魔されることなく収
穫作動を実行することが可能となる。

【０００６】

【発明の効果】バキュームパッドの向きから誘導方向の
誤差を検出して、再アプローチさせることにより再アプ
ローチを迅速に実行できる。又、再アプローチで収穫対
象を吸着できない場合のみ再撮像情報に基づいて葉など
を避けて収穫作動するようになっている。従って、収穫
作業の効率の低下を最小限に止めながらも収穫対象を確
実に収穫できる果菜類収穫機の誘導装置を得られるに至
った。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を果実収穫機の誘導装置に適用
した場合における実施例を図面に基づいて説明する。図
６に示すように、左右一対の走行車輪１を前後に備えた
車体Ｖに、ブーム２が昇降駆動並びに旋回駆動自在に取
り付けられ、そのブーム２の先端部に、補助ブーム３が
水平方向に揺動駆動自在に取り付けられ、そして、果実
収穫用のハンドＨを備えた作業用マニプレータ４が、補
助ブーム３の先端部に取り付けられている。尚、図中、
５はブーム昇降用油圧シリンダ、６はブーム旋回用油圧
シリンダ、７は補助ブーム揺動用油圧シリンダである。

【０００８】作業用マニプレータ４は、多関節型の伸縮
アーム８と、その伸縮アーム８の先端部に取り付けられ
たハンドＨとからなる。そして、伸縮アーム８は、電動
モータ９ａにて縦軸芯Ｙ周りで旋回操作され、且つ、電
動モータ９ｂにて横軸芯Ｘ周りで揺動操作され、さらに
電動モータ９ｃにて伸縮操作されるように構成されてい
る。

【０００９】ハンドＨについて説明すれば、図７及び図
８に示すように、その先端部に、収穫対象としての果実
Ｆを吸着するためのバキュームパッド１０と、そのバキ
ュームパッド１０の吸引口１０ａに吸着された果実Ｆを
覆うための捕捉部ケース１２と、その捕捉部ケース１２
内に取り込んだ果実Ｆの柄部分を上下方向に挾み込んだ
状態で切断する柄切断装置１３とが設けられている。

【００１０】バキュームパッド１０について説明を加え
ると、バキュームパッド１０は蛇腹状に形成されて、本
体部としての通気管１１に対して向き変更自在に且つ前
方向きに復帰付勢された状態で取り付けられている。
又、先端部の吸引口１０ａと夫々ワイヤ２２を介して連
結された３個のエアシリンダ２１と、３個の近接スイッ
チＳ４とが通気管１１に取り付けられている。各エアシ
リンダ２１と近接スイッチＳ４とは、夫々交互に同一円
周上に６０度ごとに配設されている。又、吸引口１０ａ
の近接スイッチＳ４に対向する位置に夫々突起部１０ｂ
が設けられ、近接スイッチＳ４が夫々突起部１０ｂを検
出することにより吸引口１０ａの通気管１１に対する後
退移動を各別に検出するようになっている。つまり、近
接スイッチＳ４がバキュームパッド１０の通気管１１に
対する向きを検出する検出手段に対応している。ところ
で、３個のエアシリンダ２１を同時に出退させることに
より、吸引口１０ａを前方向きにした状態で通気管１１
に対して出退させることができる。又、１個或いは２個
のエアシリンダ２１を引退させ、且つ、他のエアシリン
ダ２１を伸長させることによりバキュームパッド１０の
通気管１１に対する向きを変更できるようになってい
る。図中、Ｓ１は作業用ハンドＨが向いた方向に位置す
る果実Ｆを撮像する撮像手段としてのカラー式のイメー
ジセンサ、Ｓ２は作業用ハンドＨが作業対象果実Ｆに対
して設定距離内に接近したことを検出する赤外光利用の
反射式近接センサであって、それら両センサＳ１，Ｓ２
はアプローチや果実収穫の邪魔にならないようにするた
めに、バキュームパッド１０の内部に設けられている。
又、１５はイメージセンサＳ１の撮像処理に同期して作
業用ハンドＨの前方側を設定光量で照光するための照光
装置であって、一般的には、いわゆるストロボ発光装置
が用いられることになる。

【００１１】捕捉部ケース１２は、ハンド前後方向にス
ライド移動自在に通気管１１に外嵌支持される基端部分
１２ａと、その先端側上部に止着される上部カバー１２
ｂと、同じく先端側下部に止着される下部カバー１２ｃ
とからなる。そして、バキュームパッド１０が果実Ｆを
吸着するまではアプローチの邪魔にならないようにハン
ド後方側に引退させ、且つ、バキュームパッド１０が果
実Ｆを吸着した後は、吸着された果実Ｆを覆うようにハ
ンド前方側に突出させるようになっている。下部カバー
１２ｃの下部後方側にシャッタ２５が設けられ、開閉用
のエアシリンダ２３によって開閉できるようになってい
る。又、横軸芯回りに揺動自在な樹脂製のレバー２４
と、そのレバー２４の揺動を検出する近接スイッチＳ５
とがシャッタ２５に備えてある。レバー２４は、起立姿
勢に復帰付勢すべく下部のみ金属で形成され、柄を切断
された果実Ｆがシャッタ２５上に落下することにより倒
伏姿勢に揺動するようになっている。前記近接スイッチ
Ｓ５はレバー２４が倒伏姿勢のときにＯＮする。もっ
て、果実Ｆの柄の切断を検出できるようになっている。

【００１２】柄切断装置１３は、果実Ｆの柄を切断する
バリカン型の刃体１３ａと、その刃体１３ａに果実Ｆの
柄を下方側から押圧支持する柄支持部材１３ｂとからな
る。

【００１３】但し、詳述はしないが、ハンドＨには、捕
捉部ケース１２を出退操作するためのアクチュエータや
柄切断装置１３を駆動するためのアクチュエータ等の収
穫作動用の各種空圧式のアクチュエータや，バキューム
パッド１０に果実Ｆを吸着したことを検出する負圧セン
サＳ３、捕捉部ケース１２の出退位置検出用のセンサ、
及び、柄切断装置１３の駆動状態検出用のセンサ等の各
種センサ類が設けられることになる。

【００１４】果実収穫の手順について説明を加えると、
捕捉部ケース１２をハンド後方側に引退させてバキュー
ムパッド１０の吸引口１０ａが捕捉部ケース１２よりも
前方側に突出する状態で、作業用ハンドＨを予め設定さ
れたアプローチ開始位置に位置させ、且つ、収穫対象と
なる果実Ｆが位置する方向に向けて、イメージセンサＳ
１にて撮像処理する。そして、図５（Ａ）及び（Ｂ）に
示すように、その撮像画像情報を画像処理した情報に基
づいて、果実Ｆの色に対応した特定色領域Ｆ１と、その
特定色領域Ｆ１内において明るさが設定値より大なるハ
イライト領域Ｆ２と、ハイライト領域Ｆ２の重心Ｗ２と
を求める。このハイライト領域Ｆ２の重心Ｗ２に向けて
ハンドＨをアプローチさせることになる。アプローチ方
向が決定した後は、作業用ハンドＨが決定されたアプロ
ーチ方向に向かって直線的に移動するように、各電動モ
ータ９ａ，９ｂ，９ｃを作動させると共に、近接センサ
Ｓ２が果実Ｆを感知するに伴って、バキュームパッド１
０を吸引作動させて収穫対象果実Ｆを吸着させ、そし
て、捕捉部ケース１２を突出させて、その内側に果実Ｆ
を取り込んだ後、柄を切断して収穫させることになる。
但し、近接センサＳ２が作動した後、ハンドＨを近接セ
ンサＳ２が作動する設定距離分、前方側に移動させる間
に負圧センサＳ３が作動しない場合には収穫失敗と判断
させて、前記設定距離を手前側に後退させた位置から、
近接スイッチＳ４の検出情報に基づいて、バキュームパ
ッド１０が前方向きから向きを変更された方向に所定距
離だけハンドＨの位置を修正して再アプローチさせる。
さらに、前記アプローチで果実Ｆを吸着できず且つバキ
ュームパッド１０の前方向きからの向き変更を検出でき
ない場合、及び、再アプローチで果実Ｆを吸着できない
場合には、前記設定距離を手前側に後退させた位置か
ら、再撮像し、その撮像情報に基づいて、アプローチ方
向を修正して再度アプローチさせるのである。アプロー
チ方向の修正について説明を加えると、図５（Ｃ）に示
すように、特定色領域Ｆ１の重心Ｗ１と、ハイライト領
域Ｆ２の重心Ｗ２とを求め、特定色領域Ｆ１の重心Ｗ１
に対してハイライト領域Ｆ２の重心Ｗ２に位置ズレがあ
る場合には、その位置ズレとは反対側に偏位した方向を
アプローチとするのである。

【００１５】次に、イメージセンサＳ１による撮像画像
情報等の検出情報に基づいて、果実Ｆのアプローチ順序
を決定すると共に、果実Ｆに向けてハンドＨを誘導する
ための制御構成について説明する。図１に示すように、
マイクロコンピュータ利用の制御装置１６が設けられ、
その制御装置１６に、前記各センサＳ１，Ｓ２，Ｓ３，
Ｓ４，Ｓ５が接続されている。そして、制御装置１６
は、予め設定記憶された情報及び各種の入力情報に基づ
いて前記エアシリンダ２１、前記各油圧シリンダ５、
６、７や各電動モータ９ａ，９ｂ，９ｃの作動を制御す
るように構成されている。即ち、制御装置１６を利用し
て、前記イメージセンサＳ１の情報を処理して前記特定
色領域Ｆ１と前記ハイライト領域Ｆ２とを求めるととも
に、前記再撮像情報に基づいて前記特定色領域Ｆ１の重
心Ｗ１に対する前記ハイライト領域Ｆ２の位置ズレを求
める画像処理手段１００が構成され、又、制御装置１６
を利用して、前記画像処理手段１００の情報に基づい
て、果実Ｆに接近するようにバキュームパッド１０をハ
イライト領域Ｆ２にアプローチさせ且つそのアプローチ
で果実Ｆを吸着できない場合には近接スイッチＳ４の情
報に基づいてバキュームパッド１０が設定向き（前方向
き）から向きを変更された方向にハンドＨの位置を修正
して再アプローチさせるとともに、上記再アプローチで
果実Ｆを吸着できない場合には、ハンドＨを特定色領域
Ｆ１の特定方向における重心Ｗ１に対してハイライト領
域Ｆ２が位置ズレしている方向とは反対側に偏位した方
向からハイライト領域Ｆ２に再度アプローチさせる制御
手段１０１が構成されている。

【００１６】次に、図２乃至図４に示すフローチャート
に基づいて制御装置１６の動作を説明する。先ず、ハン
ドＨを、予め設定されたアプローチ開始位置にセット
し、全エアシリンダ２１を引退させた状態で撮像処理
し、その撮像画像情報を画像処理する。つまり、画像中
の果実Ｆの特定色領域Ｆ１と、ハイライト領域Ｆ２と、
特定色領域Ｆ１の重心Ｗ１と、ハイライト領域Ｆ２の重
心Ｗ２とを求める。そして、ハイライト領域Ｆ２の大き
さに基づいて、大きさが最も大きいものの重心Ｗ２が位
置する方向に向けてハンドＨを移動させるように、ハン
ドＨのアプローチ方向を決定して伸縮アーム８を伸長さ
せることになる。このとき、全エアシリンダ２１は突出
作動させておく。伸縮アーム８の伸長を開始した後は、
近接センサＳ２の情報に基づいて、ハンドＨが収穫対象
果実Ｆに対して前記設定距離手前側まで接近したか否か
を判別し、前記設定距離内に接近するに伴って、伸縮ア
ーム８の伸長速度を低速に切り換えると共に、バキュー
ムパッド１０の吸引作動を開始して、更に負圧センサＳ
３がＯＮ作動するまでハンドＨを果実側に移動させる。
負圧センサＳ３がＯＮ作動して果実吸着を検出すると、
伸縮アーム８を停止させて、収穫作動を開始させること
になる。但し、近接センサＳ２がＯＮ作動してから設定
距離移動する間に負圧センサＳ３が作動しない場合に
は、収穫失敗と判断する。このとき、近接スイッチＳ４
の少なくとも１つがＯＮ作動していた場合には、ハンド
Ｈを近接センサＳ２がＯＮ作動した位置まで一旦戻し
て、前述のように、ハンドＨの位置を修正して再アプロ
ーチさせるのである。さらに、近接スイッチＳ４がいず
れもＯＮ作動していない場合、及び、再アプローチで果
実Ｆを収穫できない場合には、前記設定距離を手前側に
後退させた位置から、再撮像処理を行い、前記位置ズレ
を求める。そして、その位置ズレとは反対側に偏位した
方向から再度アプローチするのである。果実を収穫でき
た場合には、捕捉部ケース１２内に柄を切断された果実
Ｆを保持する状態で、作業用ハンドＨをアプローチ開始
位置まで戻して、果実Ｆを排出することになる。収穫し
た果実Ｆを排出した後は、作業終了か否かを判別して、
作業終了でない場合には、作業用ハンドＨをアプローチ
開始位置に再セットして撮像処理させ、そして、残りの
果実Ｆに対するアプローチ順序を決定して、決定された
アプローチ方向に向けて作業用ハンドＨを誘導する各処
理を繰り返すことになる。

【００１７】〔別実施例〕上記実施例では、本発明を果
実収穫用作業機の誘導装置に適用した場合を例示した
が、本発明は、トマト等の野菜用収穫機等、各種の果菜
類用作業機に適用できるものであって、ハンドＨの具体
構成等、各部の具体構成は各種変更できる。尚、特許請
求の範囲の項に図面との対照を便利にする為に符号を記
すが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定され
るものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】制御構成のブロック図

【図２】制御作動のフローチャート

【図３】制御作動のフローチャート

【図４】制御作動のフローチャート

【図５】画像処理の説明図

【図６】収穫機の概略側面図

【図７】ハンドの要部側面図

【図８】ハンドの要部正面図

【符号の説明】

１０バキュームパッド１１本体部１００画像処理手段１０１制御手段Ｓ１撮像手段Ｓ４検出手段ＨハンドＦ１特定色領域Ｆ２ハイライト領域Ｗ１中央部又は重心

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木弘大阪府堺市石津北町64番地株式会社クボタ堺製造所内 (56)参考文献特開平４−88916（ＪＰ，Ａ) 特開平４−88917（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】収穫対象を吸着するバキュームパッド
（１０）を本体部（１１）に対して向き変更自在に且つ
設定向きに復帰付勢された状態で備えたハンド（Ｈ）
と、前記バキュームパッド（１０）の前記本体部（１
１）に対する向きを検出する検出手段（Ｓ４）と、前記
収穫対象を撮像する撮像手段（Ｓ１）と、その撮像手段
（Ｓ１）の情報を処理して前記収穫対象の色に対応した
特定色領域（Ｆ１）と、その特定色領域（Ｆ１）内にお
いて明るさが設定値より大なるハイライト領域（Ｆ２）
とを求める画像処理手段（１００）と、前記画像処理手
段（１００）の情報に基づいて前記収穫対象に接近する
ように前記バキュームパッド（１０）を前記ハイライト
領域（Ｆ２）にアプローチさせ且つそのアプローチで前
記収穫対象を吸着できない場合には前記検出手段（Ｓ
４）の情報に基づいて前記バキュームパッド（１０）が
設定向きから向きを変更された方向に前記ハンド（Ｈ）
の位置を修正して再アプローチさせる制御手段（１０
１）とが設けられている果菜類収穫機の誘導装置であっ
て、前記再アプローチで前記収穫対象を吸着できない場合に
は、前記撮像手段（Ｓ１）の再撮像情報に基づいて前記
画像処理手段（１００）が前記特定色領域（Ｆ１）の特
定方向における中央部又は重心（Ｗ１）に対する前記ハ
イライト領域（Ｆ２）の位置ズレを求め、前記制御手段
（１０１）が前記ハンド（Ｈ）を前記特定色領域（Ｆ
１）の特定方向における中央部又は重心（Ｗ１）に対し
て前記ハイライト領域（Ｆ２）が位置ズレしている方向
とは反対側に偏位した方向から前記ハイライト領域（Ｆ
２）に再度アプローチさせるように構成されている果菜
類収穫機の誘導装置。