JP3054706B1 - ナスの自動収穫方法及び装置 - Google Patents
ナスの自動収穫方法及び装置Info
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- JP3054706B1 JP3054706B1 JP11073408A JP7340899A JP3054706B1 JP 3054706 B1 JP3054706 B1 JP 3054706B1 JP 11073408 A JP11073408 A JP 11073408A JP 7340899 A JP7340899 A JP 7340899A JP 3054706 B1 JP3054706 B1 JP 3054706B1
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- JP
- Japan
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- fruit
- eggplant
- manipulator
- end effector
- computer
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- Harvesting Machines For Specific Crops (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
【要約】
【課題】 収穫適と不適の果実が同時に着果している栽
培場面において、ナス等の長物果実の周辺をカメラで撮
影し、その画像をコンピュータで処理して果実を検出す
ることによりマニピュレータを制御し、エンドエフェク
タ部を作動させて収穫適期の果実のみを選択的に自動収
穫する。 【解決手段】 エンドエフェクタ部4に取り付けたカメ
ラ11によりナス等の長物果実が撮影され、その画像を
画像処理装置に取り込み、制御部2のコンピュータ21
により、撮影画像の色情報を基に果実検出の画像処理を
施し、果実を検出すると共に、画面内での果実の位置を
計算した結果からマニピュレータ33の移動位置を決定
し、エンドエフェクタ部4を果実に接近させ、制御部2
のコンピュータ21からエンドエフェクタ部4を作動さ
せ、果実の把持及び大きさ判定を行った後、収穫適期の
果実の果梗を切断することにより選択的な自動収穫を行
う。
培場面において、ナス等の長物果実の周辺をカメラで撮
影し、その画像をコンピュータで処理して果実を検出す
ることによりマニピュレータを制御し、エンドエフェク
タ部を作動させて収穫適期の果実のみを選択的に自動収
穫する。 【解決手段】 エンドエフェクタ部4に取り付けたカメ
ラ11によりナス等の長物果実が撮影され、その画像を
画像処理装置に取り込み、制御部2のコンピュータ21
により、撮影画像の色情報を基に果実検出の画像処理を
施し、果実を検出すると共に、画面内での果実の位置を
計算した結果からマニピュレータ33の移動位置を決定
し、エンドエフェクタ部4を果実に接近させ、制御部2
のコンピュータ21からエンドエフェクタ部4を作動さ
せ、果実の把持及び大きさ判定を行った後、収穫適期の
果実の果梗を切断することにより選択的な自動収穫を行
う。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ナス果実周辺をカ
メラで撮影し、その画像をコンピュータで処理すること
によりナス果実を検出してマニピュレータを制御し、エ
ンドエフェクタ部を作動させて、ナス果実の大きさを基
準にして収穫適,不適を判断することにより、ナス果実
を選択的に自動収穫する方法及び装置に関する。
メラで撮影し、その画像をコンピュータで処理すること
によりナス果実を検出してマニピュレータを制御し、エ
ンドエフェクタ部を作動させて、ナス果実の大きさを基
準にして収穫適,不適を判断することにより、ナス果実
を選択的に自動収穫する方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のナス、キュウリなどの果菜類の収
穫はほとんどが手作業で、収穫適と不適の果実が同時に
着果している栽培場面で、大きさを基準に収穫適期を判
断して順次選択収穫が行われている。通常はハサミによ
る切断収穫が行われ、片手で果実を掴んで固定し、利き
手でハサミを持ち切断した後、果実を収穫箱に収納して
いる。また、切断後に果梗を挟持する機構を有する二段
式のハサミを用いて、片手で収穫する方法がある。さら
に、果菜類簡易摘取具と呼ばれるカッ夕−刃を親指に取
り付け、片手で果菜類を把持すると同時に果菜類簡易摘
取具を左右に動かすことにより切断している。
穫はほとんどが手作業で、収穫適と不適の果実が同時に
着果している栽培場面で、大きさを基準に収穫適期を判
断して順次選択収穫が行われている。通常はハサミによ
る切断収穫が行われ、片手で果実を掴んで固定し、利き
手でハサミを持ち切断した後、果実を収穫箱に収納して
いる。また、切断後に果梗を挟持する機構を有する二段
式のハサミを用いて、片手で収穫する方法がある。さら
に、果菜類簡易摘取具と呼ばれるカッ夕−刃を親指に取
り付け、片手で果菜類を把持すると同時に果菜類簡易摘
取具を左右に動かすことにより切断している。
【0003】キュウリの自動収穫装置(収穫ロボット)
に関しては、特開平8−19333号公報、特開平8−
37883号公報、特開平8−56459号公報、特開
平8−112021号公報等に開示されているが、ナス
の果梗は強靭であるため、ハサミによる切断が必要であ
る。また、ナス等の長物収穫物は果実の大きさ(長さ)
によって収穫適期果実を判断することが要求されるが、
光学的手法により撮影画像を処理することによって得ら
れる測定結果には、光環境や背景などの影響から誤差が
生じやすく、収穫適,不適の正確な判断は困難である。
従って、これら先行技術のキュウリ等の自動収穫ロボッ
トでは、ナス等の長物果実を選択的に収穫することには
課題が残されている。
に関しては、特開平8−19333号公報、特開平8−
37883号公報、特開平8−56459号公報、特開
平8−112021号公報等に開示されているが、ナス
の果梗は強靭であるため、ハサミによる切断が必要であ
る。また、ナス等の長物収穫物は果実の大きさ(長さ)
によって収穫適期果実を判断することが要求されるが、
光学的手法により撮影画像を処理することによって得ら
れる測定結果には、光環境や背景などの影響から誤差が
生じやすく、収穫適,不適の正確な判断は困難である。
従って、これら先行技術のキュウリ等の自動収穫ロボッ
トでは、ナス等の長物果実を選択的に収穫することには
課題が残されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このため、ナス果実の
収穫作業は依然として手作業により行われており、多く
の時間と労力を必要とし、作業者の労働負担が大きく、
改善を必要とする作業となっている。また、収穫期には
パート雇用者による収穫作業も行われており、経営規模
の拡大を図るための問題点になっている。
収穫作業は依然として手作業により行われており、多く
の時間と労力を必要とし、作業者の労働負担が大きく、
改善を必要とする作業となっている。また、収穫期には
パート雇用者による収穫作業も行われており、経営規模
の拡大を図るための問題点になっている。
【0005】本発明は、上記のような問題点、課題を解
決するためになされたもので、ナス等の長物果実を選択
的に自動収穫が行えるようにした方法及び装置を提供す
ることを目的とする。
決するためになされたもので、ナス等の長物果実を選択
的に自動収穫が行えるようにした方法及び装置を提供す
ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、 A.エンドエフェクタ部4に取り付けたCCDカラーカ
メラ11により撮影した画像を画像処理装置12に取り
込み、その色情報、及び垂直方向に長いナス果実の形状
をもとに、コンピュータ31によりナス果実を検出する
と共に、撮影画面内でのナス果実の位置を計算した結果
から、上下,左右及び前後方向に移動可能なマニピュレ
ータ33の移動量を決定し、コンピュータ21によるナ
ス果実の検出及び移動量の計算を繰り返して行いマニピ
ュレータ33を制御してエンドエフェクタ部4をナス果
実に接近させ、エンドエフェクタ部4を作動させて把持
機構5によりナス果実を把持し、大きさ判定機構6によ
り収穫適否を判定し、収穫適期の果実の果梗を切断機構
7により切断し、選択的な収穫を行うことを特徴として
いる。
めに本発明は、 A.エンドエフェクタ部4に取り付けたCCDカラーカ
メラ11により撮影した画像を画像処理装置12に取り
込み、その色情報、及び垂直方向に長いナス果実の形状
をもとに、コンピュータ31によりナス果実を検出する
と共に、撮影画面内でのナス果実の位置を計算した結果
から、上下,左右及び前後方向に移動可能なマニピュレ
ータ33の移動量を決定し、コンピュータ21によるナ
ス果実の検出及び移動量の計算を繰り返して行いマニピ
ュレータ33を制御してエンドエフェクタ部4をナス果
実に接近させ、エンドエフェクタ部4を作動させて把持
機構5によりナス果実を把持し、大きさ判定機構6によ
り収穫適否を判定し、収穫適期の果実の果梗を切断機構
7により切断し、選択的な収穫を行うことを特徴として
いる。
【0007】B.エンドエフェクタ部4に取り付けたC
CDカラーカメラ11及び画像処理装置12からなる視
覚部1と、撮影画像の色情報、及び垂直方向に長いナス
果実の形状をもとにナス果実を検出し、撮影画面内での
ナス果実の位置を計算した結果をもとにマニピュレータ
33の移動量を決定すると共に、マニピュレータ33を
制御しエンドエフェクタ部4を駆動するコンピュータ2
1からなる制御部2と、コンピュータ21が決定する移
動量をコントローラ32に転送するコンピュータ31
と、マニピュレータ33を制御するコントローラ32及
ひマニピュレータ33からなるマニピュレータ部3と、
コンピュータ21からの信号により作動し、ナス果実を
把持する空気圧把持指51及び吸引パット52を有する
把持機構5と、果実先端を検出する光電センサ61及び
果梗を検出する引き込み爪65を有する大きさ判定機構
6と、空気圧シリンダ71及び切断ハサミ72を有する
果梗切断機構7からなるエンドエフェクタ部4と、を備
えていることを特徴としている。
CDカラーカメラ11及び画像処理装置12からなる視
覚部1と、撮影画像の色情報、及び垂直方向に長いナス
果実の形状をもとにナス果実を検出し、撮影画面内での
ナス果実の位置を計算した結果をもとにマニピュレータ
33の移動量を決定すると共に、マニピュレータ33を
制御しエンドエフェクタ部4を駆動するコンピュータ2
1からなる制御部2と、コンピュータ21が決定する移
動量をコントローラ32に転送するコンピュータ31
と、マニピュレータ33を制御するコントローラ32及
ひマニピュレータ33からなるマニピュレータ部3と、
コンピュータ21からの信号により作動し、ナス果実を
把持する空気圧把持指51及び吸引パット52を有する
把持機構5と、果実先端を検出する光電センサ61及び
果梗を検出する引き込み爪65を有する大きさ判定機構
6と、空気圧シリンダ71及び切断ハサミ72を有する
果梗切断機構7からなるエンドエフェクタ部4と、を備
えていることを特徴としている。
【0008】
【作用】上記手段、構成により、本発明のナスの自動収
穫方法及び装置は、エンドエフェクタ部に取り付けたC
CDカラーカメラによりナス果実の周辺が撮影され、そ
の画像を画像処理装置に取り込み、撮影画像の色情報、
及び垂直方向に長いナス果実の形状をもとに、果実検出
の画像処理手法によりナス果実を検出すると共に、画面
内でのナス果実の位置を計算した結果からマニピュレー
タの移動位置を決定し、エンドエフェクタ部をナス果実
に接近させ、エンドエフェクタ部を作動させ、ナス果実
の把持及び大きさ判定を行った後、収穫適期のナス果実
のみ収穫することにより選択的な自動収穫が行われる。
穫方法及び装置は、エンドエフェクタ部に取り付けたC
CDカラーカメラによりナス果実の周辺が撮影され、そ
の画像を画像処理装置に取り込み、撮影画像の色情報、
及び垂直方向に長いナス果実の形状をもとに、果実検出
の画像処理手法によりナス果実を検出すると共に、画面
内でのナス果実の位置を計算した結果からマニピュレー
タの移動位置を決定し、エンドエフェクタ部をナス果実
に接近させ、エンドエフェクタ部を作動させ、ナス果実
の把持及び大きさ判定を行った後、収穫適期のナス果実
のみ収穫することにより選択的な自動収穫が行われる。
【0009】従って、一定の大きさに達した商品価値の
高いナス果実のみが収穫され、未熟果は収穫されずに残
り、数日後にナス果実が肥大するのを待って収穫できる
ことから、高収益が期待できるとともに、市場のニーズ
に合わせた収穫基準を設定でき、収穫作業を計画的に行
うことができる。
高いナス果実のみが収穫され、未熟果は収穫されずに残
り、数日後にナス果実が肥大するのを待って収穫できる
ことから、高収益が期待できるとともに、市場のニーズ
に合わせた収穫基準を設定でき、収穫作業を計画的に行
うことができる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明をナス等の収穫に適
用した実施の形態を、図面及び表を参照して具体的に説
明する。
用した実施の形態を、図面及び表を参照して具体的に説
明する。
【0011】ナス等の自動収穫装置は、図1、図2に示
すように、視覚部1、制御部2、マニピュレータ部3、
エンドエフェクタ部4から構成されている。視覚部1は
エンドエフェクタ部4に取り付けたCCDカラーカメラ
11と画像処理装置(画像処理ボード)12からなり、
エンドエフェクタ部4の前方にあるナス等の長物果実を
撮影し、画像を画像処理装置12に取り込む。
すように、視覚部1、制御部2、マニピュレータ部3、
エンドエフェクタ部4から構成されている。視覚部1は
エンドエフェクタ部4に取り付けたCCDカラーカメラ
11と画像処理装置(画像処理ボード)12からなり、
エンドエフェクタ部4の前方にあるナス等の長物果実を
撮影し、画像を画像処理装置12に取り込む。
【0012】制御部2の第1パソコン21は、視覚部1
で撮影した画像に対して画像処理手法を施すことにより
果実を検出するとともに、画面内での果実の位置情報を
基にファジ一推論によりマニピュレータ33の移動量を
決定し、マニピュレータ部3の第2パソコン31に転送
する。また、第1パソコン21は、デジタルI/Oボー
ド41を介して、エンドエフェクタ部4を作動させるも
のである。
で撮影した画像に対して画像処理手法を施すことにより
果実を検出するとともに、画面内での果実の位置情報を
基にファジ一推論によりマニピュレータ33の移動量を
決定し、マニピュレータ部3の第2パソコン31に転送
する。また、第1パソコン21は、デジタルI/Oボー
ド41を介して、エンドエフェクタ部4を作動させるも
のである。
【0013】マニピュレータ部3は、第2コンピュータ
31と、コントローラ32と、マニピュレータ33から
なり、制御部2の第1コンピュータ21から送られたマ
ニピュレータ33の移動量信号を受け取り、マニピュレ
ータ33の各関節角を決定し、マニピュレータ33の先
端を上下、左右及び前後方向に移動させて、果実に接近
させるものである。ただし、制御部2の第1コンピュー
タ21から直接コントローラ32ヘ移動量を送信する通
信プログラムを製作することにより、第2コンピュータ
31を用いずに、制御部2からコントローラ32を介し
てマニピュレータ33の移動を制御することが可能とな
る。
31と、コントローラ32と、マニピュレータ33から
なり、制御部2の第1コンピュータ21から送られたマ
ニピュレータ33の移動量信号を受け取り、マニピュレ
ータ33の各関節角を決定し、マニピュレータ33の先
端を上下、左右及び前後方向に移動させて、果実に接近
させるものである。ただし、制御部2の第1コンピュー
タ21から直接コントローラ32ヘ移動量を送信する通
信プログラムを製作することにより、第2コンピュータ
31を用いずに、制御部2からコントローラ32を介し
てマニピュレータ33の移動を制御することが可能とな
る。
【0014】エンドエフェクタ部4は、マニピュレータ
33の先端に装着され、制御部2の第1パソコン21か
らの作動命令をエンドエフェクタ部4のディジタルI/
Oボード41によって変換した24Vのディジタル信号
により作動し、ナスNの果実の把持及び大きさ判定及び
果梗の切断を行うものである。図3ないし図6に示すよ
うに、果実把持機構5として左右対をなす空気圧把持指
51及び左右対をなす吸引パット52と、大きさ判定機
構6として光電センサ61、マイクロスイッチ62、空
気圧スライド63、左右対をなす空気圧ロータリアクチ
ュエータ64及び左右対をなす引き込み爪65と、果梗
切断機構7として空気圧シリンダ71及び切断ハサミ7
2などを備え、光電センサ61及びマイクロスイッチ6
2を除いてはすべて空気圧駆動機器により構成されてい
る。これは空気圧を調整することによりナス果実に損傷
を与えないように把持するためである。その他、果実と
接触する部分にはウレタン(部材)8を張り付けてい
る。果実把持機構5、大きさ判定機構6、果梗切断機構
7の動作により、果実長さを基準に収穫適期,不適を判
断すると共に収穫適期果実のみを選択的に切断収穫す
る。ナスの自動収穫装置の諸元は表1の通りである。
33の先端に装着され、制御部2の第1パソコン21か
らの作動命令をエンドエフェクタ部4のディジタルI/
Oボード41によって変換した24Vのディジタル信号
により作動し、ナスNの果実の把持及び大きさ判定及び
果梗の切断を行うものである。図3ないし図6に示すよ
うに、果実把持機構5として左右対をなす空気圧把持指
51及び左右対をなす吸引パット52と、大きさ判定機
構6として光電センサ61、マイクロスイッチ62、空
気圧スライド63、左右対をなす空気圧ロータリアクチ
ュエータ64及び左右対をなす引き込み爪65と、果梗
切断機構7として空気圧シリンダ71及び切断ハサミ7
2などを備え、光電センサ61及びマイクロスイッチ6
2を除いてはすべて空気圧駆動機器により構成されてい
る。これは空気圧を調整することによりナス果実に損傷
を与えないように把持するためである。その他、果実と
接触する部分にはウレタン(部材)8を張り付けてい
る。果実把持機構5、大きさ判定機構6、果梗切断機構
7の動作により、果実長さを基準に収穫適期,不適を判
断すると共に収穫適期果実のみを選択的に切断収穫す
る。ナスの自動収穫装置の諸元は表1の通りである。
【0015】
【表1】
【0016】エンドエフェクタ部4は、図7に示すよう
に、基本的にナスN等の長物果実の収穫適,不適を判断
して選択的に収穫する装置であり、長物果実は果実長さ
を基準に摘み取られることから、光電センサ61と、空
気圧スライド63と、空気圧ロータリアクチュエータ6
4により動作する引き込み爪65及びマイクロスイッチ
62による果実長さを基準とした大きさ判定機構6を有
する。一般にナスNの形状は、丸形、卵形、長卵形、長
形などに分類され、本装置を用いた収穫テストでは、長
卵形に属する品種「千両2号」を用いている。ただし、
空気圧把持指51の間隔と長さ、さらに、光電センサ6
1と引き込み爪65の距離及び、マイクロスイッチ62
の信号が入る位置における引き込み爪65の開度を変
更、調整することにより、形状の異なるナスNや、キュ
ウリ、ニガウリなどの長物果実の選択的収穫も可能であ
る。
に、基本的にナスN等の長物果実の収穫適,不適を判断
して選択的に収穫する装置であり、長物果実は果実長さ
を基準に摘み取られることから、光電センサ61と、空
気圧スライド63と、空気圧ロータリアクチュエータ6
4により動作する引き込み爪65及びマイクロスイッチ
62による果実長さを基準とした大きさ判定機構6を有
する。一般にナスNの形状は、丸形、卵形、長卵形、長
形などに分類され、本装置を用いた収穫テストでは、長
卵形に属する品種「千両2号」を用いている。ただし、
空気圧把持指51の間隔と長さ、さらに、光電センサ6
1と引き込み爪65の距離及び、マイクロスイッチ62
の信号が入る位置における引き込み爪65の開度を変
更、調整することにより、形状の異なるナスNや、キュ
ウリ、ニガウリなどの長物果実の選択的収穫も可能であ
る。
【0017】次に、本発明によるナス等の自動収穫装置
の動作(図8参照)について説明する。図8において、
動作行程をS1〜S15で示す。
の動作(図8参照)について説明する。図8において、
動作行程をS1〜S15で示す。
【0018】本装置は、移動機構に搭載されてナス栽培
畝の畝間を移動するか、または、固定面に設置させ栽培
作物を移動することにより利用する。収穫テストにおい
ては、本装置を運搬車に搭載し、鉢に栽培したナスNを
本装置の正面に設置することにより、エンドエフェクタ
部4の前部をナスNの方向に向ける。S1ではCCDカ
ラーカメラ11によってナスNの果実周辺を撮影して、
その画像を画像処理ボード12に取り込む。
畝の畝間を移動するか、または、固定面に設置させ栽培
作物を移動することにより利用する。収穫テストにおい
ては、本装置を運搬車に搭載し、鉢に栽培したナスNを
本装置の正面に設置することにより、エンドエフェクタ
部4の前部をナスNの方向に向ける。S1ではCCDカ
ラーカメラ11によってナスNの果実周辺を撮影して、
その画像を画像処理ボード12に取り込む。
【0019】S2では、制御部2の第1パソコン21は
CCDカラーカメラ11により撮影された画像に対し
て、果実検出画像処理手段によりナスNを検出する。先
ず濃度値加算手段により赤緑青色の濃度値を加算し濃淡
画像を得た後、2値化手段により低濃度値を2値化し果
実部分を検出する(図9の2値画像)。しかし、この処
理のみでは果実以外に周辺の茎葉を認識することがある
ため、ナスN等の長物果実の形状特徴(垂直方向に長
い)を基に、図10に示すような3画素間隔の垂直線を
基本とする2枚のテンプレートA及びBとの論理積を計
算する垂直方向分割手段により、垂直方向分割画像A及
びBを求める。その後、画素数積算手段により、分割さ
れた対象物のうち最大の対象物を求め、最大対象物A及
びBの画像を得る。
CCDカラーカメラ11により撮影された画像に対し
て、果実検出画像処理手段によりナスNを検出する。先
ず濃度値加算手段により赤緑青色の濃度値を加算し濃淡
画像を得た後、2値化手段により低濃度値を2値化し果
実部分を検出する(図9の2値画像)。しかし、この処
理のみでは果実以外に周辺の茎葉を認識することがある
ため、ナスN等の長物果実の形状特徴(垂直方向に長
い)を基に、図10に示すような3画素間隔の垂直線を
基本とする2枚のテンプレートA及びBとの論理積を計
算する垂直方向分割手段により、垂直方向分割画像A及
びBを求める。その後、画素数積算手段により、分割さ
れた対象物のうち最大の対象物を求め、最大対象物A及
びBの画像を得る。
【0020】さらに、最大対象物A及びBの画像の諭理
積を計算することにより3画素間隔の複数の棒状対象物
を得た後、水平方向膨張手段により棒状対象物を結合さ
せ検出果実画像を求める。ここで、果実を検出できない
場合、第1コンピュータ21はマニピュレ一部3に移動
出力を送り、マニピュレータ33の先端(CCDカラー
カメラ11)を50mm下方に移動させることにより、
撮影角度を変えて再度、画像を入力する。
積を計算することにより3画素間隔の複数の棒状対象物
を得た後、水平方向膨張手段により棒状対象物を結合さ
せ検出果実画像を求める。ここで、果実を検出できない
場合、第1コンピュータ21はマニピュレ一部3に移動
出力を送り、マニピュレータ33の先端(CCDカラー
カメラ11)を50mm下方に移動させることにより、
撮影角度を変えて再度、画像を入力する。
【0021】S3では、S2で説明した果実検出画像処
理手段により検出した果実画像が縦長でない場合には、
ナスN等の長物果実を検出していない可能性が高いの
で、同様に第1コンピュータ21はマニピュレー部3に
移動出力を送り、マニピュレータ33の先端(CCDカ
ラーカメラ11)を50mm下方に移動させることによ
り、撮影角度を変えて再度、画像を入力する。
理手段により検出した果実画像が縦長でない場合には、
ナスN等の長物果実を検出していない可能性が高いの
で、同様に第1コンピュータ21はマニピュレー部3に
移動出力を送り、マニピュレータ33の先端(CCDカ
ラーカメラ11)を50mm下方に移動させることによ
り、撮影角度を変えて再度、画像を入力する。
【0022】S4では、制御部2の第1コンピュータ2
1は、図11のように、ナスNとCCDカラーカメラ1
1の距離が遠く果実画像が撮影画面内に入る場合、最大
幅計算手段により、最大幅及び最大幅を形成する点
PL,PRを求め、この2点からなる矩形EPRFPLの中
心の位置情報(x座標、y座標)及び幅情報(最大幅)
を計算する。ただし、図12のように果実画像が画像内
に入らない場合、水平幅計算手段により、水平幅及び水
平幅を形成する点SL,SRを求め、この2点からなる矩
形SLISRJの中心の位置情報(x座標、y座標)及び
幅情報(水平幅)を計算する。
1は、図11のように、ナスNとCCDカラーカメラ1
1の距離が遠く果実画像が撮影画面内に入る場合、最大
幅計算手段により、最大幅及び最大幅を形成する点
PL,PRを求め、この2点からなる矩形EPRFPLの中
心の位置情報(x座標、y座標)及び幅情報(最大幅)
を計算する。ただし、図12のように果実画像が画像内
に入らない場合、水平幅計算手段により、水平幅及び水
平幅を形成する点SL,SRを求め、この2点からなる矩
形SLISRJの中心の位置情報(x座標、y座標)及び
幅情報(水平幅)を計算する。
【0023】S5では、制御部2の第1コンピュータ2
1は、上記した果実検出の画像処理手段により計算した
果実画像の画面内の位置情報(x座標、y座標)及び幅
情報を基に、ファジ一推論によりマニピュレータ33の
前進移動量、上下移動量及び水平移動量を計算する(図
13)。
1は、上記した果実検出の画像処理手段により計算した
果実画像の画面内の位置情報(x座標、y座標)及び幅
情報を基に、ファジ一推論によりマニピュレータ33の
前進移動量、上下移動量及び水平移動量を計算する(図
13)。
【0024】S6では、制御部2の第1コンピュータ2
1は、計算されたマニピュレータ33の移動量を、LA
Nを介してマニピュレータ部3の第2コンピュータ31
に転送する。第2コンピュータ31は、送られたマニピ
ュレー夕33の移動量をコントローラ32に転送し、コ
ントローラ32は、移動量からマニピュレータ33の各
関節の回転量を決定し、マニピュレータ33に転送する
ことによりマニピュレータ33の先端(エンドエフェク
タ部4)を制御して、果実に接近する。
1は、計算されたマニピュレータ33の移動量を、LA
Nを介してマニピュレータ部3の第2コンピュータ31
に転送する。第2コンピュータ31は、送られたマニピ
ュレー夕33の移動量をコントローラ32に転送し、コ
ントローラ32は、移動量からマニピュレータ33の各
関節の回転量を決定し、マニピュレータ33に転送する
ことによりマニピュレータ33の先端(エンドエフェク
タ部4)を制御して、果実に接近する。
【0025】S7では、エンドエフェクタ部4がナスN
に十分接近するまで、S1〜S5の動作を繰り返す。こ
こで、接近の判断は、視覚部1で検出した果実画像の大
きさ(画素数)に基づいて行い、画面全体の70%以上
が果実画像となったときに、制御部2はマニピュレータ
33の接近を中止する。
に十分接近するまで、S1〜S5の動作を繰り返す。こ
こで、接近の判断は、視覚部1で検出した果実画像の大
きさ(画素数)に基づいて行い、画面全体の70%以上
が果実画像となったときに、制御部2はマニピュレータ
33の接近を中止する。
【0026】次に果実の把持及び、果実先端位置の検出
は、ディジタルI/Oボード41により変換されたディ
ジタル信号により動作し、S8において、エンドエフェ
クタ部4の把持機構5の吸引パット52と空気圧駆動の
把持指51によりナスNを固定する。続いてS9では、
エンドエフェクタ部4の大きさ判定機構6の光電センサ
61のON,OFFによる先端検出信号により先端を確
認する。果実先端でない場合は、吸引パット52と把持
指51による果実の固定を止め、先端検出信号がONな
らば、マニピュレータ33を徐々に下方に、先端検出信
号がOFFならば、マニピュレータ33を徐々に上方に
移動させ、再度吸引パット52と把持指51により果実
を固定した後、光電センサ61により果実の先端を確認
する。果実の先端検出信号がONからOFFに移行する
位置を先端位置とし、この位置を検出するまでマニピュ
レータ33の上下移動の動作を繰り返す。
は、ディジタルI/Oボード41により変換されたディ
ジタル信号により動作し、S8において、エンドエフェ
クタ部4の把持機構5の吸引パット52と空気圧駆動の
把持指51によりナスNを固定する。続いてS9では、
エンドエフェクタ部4の大きさ判定機構6の光電センサ
61のON,OFFによる先端検出信号により先端を確
認する。果実先端でない場合は、吸引パット52と把持
指51による果実の固定を止め、先端検出信号がONな
らば、マニピュレータ33を徐々に下方に、先端検出信
号がOFFならば、マニピュレータ33を徐々に上方に
移動させ、再度吸引パット52と把持指51により果実
を固定した後、光電センサ61により果実の先端を確認
する。果実の先端検出信号がONからOFFに移行する
位置を先端位置とし、この位置を検出するまでマニピュ
レータ33の上下移動の動作を繰り返す。
【0027】そして、果実の大きさ判定動作は、S10
において空気圧ロータリアクチュエータ64を作動させ
引き込み爪65を閉じる。S11では、マイクロスイッ
チ62のON,OFF信号を確認して、果実が一定の長
さより短い場合、マイクロスイッチ62が入り、果梗検
出信号が制御部2に送られ、摘み取りを中止する。S1
2では、引き込み爪65が果実部分を掴んだ場合、マイ
クロスイッチ62は入らず、空気圧シリンダ71を上昇
することにより引き込み爪65が上昇し、果実の径が細
くなると引き込み爪65は徐々に閉じ始める。
において空気圧ロータリアクチュエータ64を作動させ
引き込み爪65を閉じる。S11では、マイクロスイッ
チ62のON,OFF信号を確認して、果実が一定の長
さより短い場合、マイクロスイッチ62が入り、果梗検
出信号が制御部2に送られ、摘み取りを中止する。S1
2では、引き込み爪65が果実部分を掴んだ場合、マイ
クロスイッチ62は入らず、空気圧シリンダ71を上昇
することにより引き込み爪65が上昇し、果実の径が細
くなると引き込み爪65は徐々に閉じ始める。
【0028】S13では、果実の径が一定の値以下(果
実Nと果梗Kの境界付近)になると引き込み爪65の開
度はさらに小さくなり、マイクロスイッチ62が入り、
この果梗検出信号により空気圧スライド63は停止する
(図7)。この動作により収穫適期の長さである果実の
みが選択されるとともに、果梗位置(切断位置)が決定
される。空気圧スライド63が一定以上(40mm)上
昇してもマイクロスイッチ62から果梗検出信号が発せ
られない場合は、果実が長すぎると判定して摘み取りを
中止する。
実Nと果梗Kの境界付近)になると引き込み爪65の開
度はさらに小さくなり、マイクロスイッチ62が入り、
この果梗検出信号により空気圧スライド63は停止する
(図7)。この動作により収穫適期の長さである果実の
みが選択されるとともに、果梗位置(切断位置)が決定
される。空気圧スライド63が一定以上(40mm)上
昇してもマイクロスイッチ62から果梗検出信号が発せ
られない場合は、果実が長すぎると判定して摘み取りを
中止する。
【0029】次に、果実の切断動作は、S14において
空気圧シリンダ71を駆動させ、切断ハサミ72を閉じ
ることにより果梗Kを切断する。最後に、S15におい
て摘み取ったナスNを収穫箱に移動する。各動作の制御
時間(s)は表2の通りである。
空気圧シリンダ71を駆動させ、切断ハサミ72を閉じ
ることにより果梗Kを切断する。最後に、S15におい
て摘み取ったナスNを収穫箱に移動する。各動作の制御
時間(s)は表2の通りである。
【0030】
【表2】
【0031】現在、本発明によるナス等の自動収穫装置
のテストを繰り返し行っているが、以下の3つの条件下
で実施している。 .先ず、視覚部1の性能を評価するため、室内及び圃
場(野外)においてナスNの果実周辺の画像を撮影し、
果実検出画像処理手法により果実の検出する。撮影条件
は、野外でCCDカラーカメラ11と果実の距離が40
0mm、室内で距離400mm、室内で距離200mm
とする。 .本発明の自動収穫装置は、移動機構(走行車両)ま
たは、移動可能な栽培装置と組み台わせた制御を行って
いないため、鉢栽培されたナスNを室内に搬入し摘み取
りテストを行っている。 .ナスNの前面、つまりナスNとエンドエフェクタ部
4の間に大きな葉があると、CCDカラーカメラ11か
らの撮影及び、画像処理による果実検出ができないた
め、このような葉は収穫テスト前に事前に切除してい
る。 .ナスNの先端付近に葉がある場合、この葉が光電セ
ンサ61,61間に入り、先端検出信号が常時ONとな
り、ナスNの先端位置を特定できなくなるためこのよう
な葉は収穫テスト前に事前に切除している。
のテストを繰り返し行っているが、以下の3つの条件下
で実施している。 .先ず、視覚部1の性能を評価するため、室内及び圃
場(野外)においてナスNの果実周辺の画像を撮影し、
果実検出画像処理手法により果実の検出する。撮影条件
は、野外でCCDカラーカメラ11と果実の距離が40
0mm、室内で距離400mm、室内で距離200mm
とする。 .本発明の自動収穫装置は、移動機構(走行車両)ま
たは、移動可能な栽培装置と組み台わせた制御を行って
いないため、鉢栽培されたナスNを室内に搬入し摘み取
りテストを行っている。 .ナスNの前面、つまりナスNとエンドエフェクタ部
4の間に大きな葉があると、CCDカラーカメラ11か
らの撮影及び、画像処理による果実検出ができないた
め、このような葉は収穫テスト前に事前に切除してい
る。 .ナスNの先端付近に葉がある場合、この葉が光電セ
ンサ61,61間に入り、先端検出信号が常時ONとな
り、ナスNの先端位置を特定できなくなるためこのよう
な葉は収穫テスト前に事前に切除している。
【0032】視覚部1の果実検出精度の評価では、図1
4に示すように、3つの撮影条件下でそれそれ40個の
ナスNに対し果実検出画像処理手段を施した結果、90
%以上の成功率で、検出することができた。ただし、目
的の果実の後方の果実を検出したり、茎葉の影を一緒に
検出するなどの誤認識が生じた。
4に示すように、3つの撮影条件下でそれそれ40個の
ナスNに対し果実検出画像処理手段を施した結果、90
%以上の成功率で、検出することができた。ただし、目
的の果実の後方の果実を検出したり、茎葉の影を一緒に
検出するなどの誤認識が生じた。
【0033】
【表3】
【0034】果実の摘み取りテストでは、表3に示すよ
うに、収穫適期の30個のナスA(長さ130〜160
mm、重さ90〜130g)を収穫した結果、18個の
ナスNを切断収穫することができた。ただし、深切りの
ナスN1個を含む。これはナスNの首部の径が細いため
にマイクロスイッチ62が早く作動し、ナスNと果梗K
の境界より下で切断を行った。収穫失敗の主な原因は、
マイクロスイッチ62の動作によるものであり、引き込
み爪65の動作時にナスN付近の茎葉を巻き込んでしま
った場合や、ナスNが斜めに着果しているため引き込み
爪65が果梗Kの位置にきてもマイクロスイツチ62が
入らない場合があった。
うに、収穫適期の30個のナスA(長さ130〜160
mm、重さ90〜130g)を収穫した結果、18個の
ナスNを切断収穫することができた。ただし、深切りの
ナスN1個を含む。これはナスNの首部の径が細いため
にマイクロスイッチ62が早く作動し、ナスNと果梗K
の境界より下で切断を行った。収穫失敗の主な原因は、
マイクロスイッチ62の動作によるものであり、引き込
み爪65の動作時にナスN付近の茎葉を巻き込んでしま
った場合や、ナスNが斜めに着果しているため引き込み
爪65が果梗Kの位置にきてもマイクロスイツチ62が
入らない場合があった。
【0035】また、エンドエフェクタ部4の果実への接
近動作中、またはナスNの先端検出動作中に、エンドエ
フェクタ部4の一部(空気圧シリンダ71、空気圧ロー
タリアクチュエータ64、光電センサ61、引き込み爪
65の先端など)が茎葉と接触し、茎葉を前方に押した
り上下方向に押したためナスNの位置が固定されず、果
実を把持できないことから収穫できなかった。さらに、
このような接触が原因で、予期しない葉が光電センサ6
1内に入り動作不良を起こした。
近動作中、またはナスNの先端検出動作中に、エンドエ
フェクタ部4の一部(空気圧シリンダ71、空気圧ロー
タリアクチュエータ64、光電センサ61、引き込み爪
65の先端など)が茎葉と接触し、茎葉を前方に押した
り上下方向に押したためナスNの位置が固定されず、果
実を把持できないことから収穫できなかった。さらに、
このような接触が原因で、予期しない葉が光電センサ6
1内に入り動作不良を起こした。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のナスの自
動収穫方法及び装置によれば、エンドエフェクタ部4に
取り付けたCCDカラーカメラ11によりナス果実周辺
を撮影し、その画像を画像処理装置12に取り込み、コ
ンピュータ31により画像の色情報、及び垂直方向に長
いナス果実の形状をもとにナス果実を検出すると共に、
撮影画面内でのナス果実の位置を計算した結果から、上
下、左右及び前後方向に移動可能なマニピュレータ33
の移動量を決定し、果実の検出及び移動量の決定を繰り
返し行いマニピュレータ33を制御してエンドエフェク
タ部4を果実に接近させ、エンドエフェクタ部4を作動
させてナス果実の把持及び大きさの判定を行った後、切
断機構6により収穫適期のナス果実のみを選択的に自動
収穫することができる。
動収穫方法及び装置によれば、エンドエフェクタ部4に
取り付けたCCDカラーカメラ11によりナス果実周辺
を撮影し、その画像を画像処理装置12に取り込み、コ
ンピュータ31により画像の色情報、及び垂直方向に長
いナス果実の形状をもとにナス果実を検出すると共に、
撮影画面内でのナス果実の位置を計算した結果から、上
下、左右及び前後方向に移動可能なマニピュレータ33
の移動量を決定し、果実の検出及び移動量の決定を繰り
返し行いマニピュレータ33を制御してエンドエフェク
タ部4を果実に接近させ、エンドエフェクタ部4を作動
させてナス果実の把持及び大きさの判定を行った後、切
断機構6により収穫適期のナス果実のみを選択的に自動
収穫することができる。
【図1】本発明による自動収穫装置のブロック図であ
る。
る。
【図2】同自動収穫装置を図形化した模式図である。
【図3】自動収穫装置の平面図である。
【図4】同正面図である。
【図5】同側面図である。
【図6】同背面である。
【図7】エンドエフェクタ部の動作(大きさ判定と果梗
位置検出)を示す平面図(a)と側面図(b)である。
位置検出)を示す平面図(a)と側面図(b)である。
【図8】自動収穫装置の動作フローチャートである。
【図9】垂直方向分断手段による果実の検出状態を示す
行程図である。
行程図である。
【図10】垂直方向分断のためのテンプレートを示す。
【図11】検出果実が画面内に入る場合の模式図であ
る。
る。
【図12】検出果実が画面内に入らない場合の模式図で
ある。
ある。
【図13】ファジ一推論の模式図である。
【図14】果実検出画像処理手段によるナスNの検出結
果を示すグラフである。
果を示すグラフである。
1 視覚部 11 CCDカラーカメラ 12 画像処
理ボード 2 制御部 21 第1パソコン 3 マニピュレータ部 31 第2パソコン 32 コ
ントローラ 33 マニピュレータ 4 エンドエフェクタ部 41 デジタルI/Oボード 5 果実把持機構 51 空気圧把持指 52 吸引パ
ット 6 大きさ判定機構 61 光電センサ 62 マイク
ロスイッチ 63 空気圧スライド 64 空気圧ロー
タリアクチュエータ 65 引き込み爪 7 果梗切断機構 71 空気圧シリンダ 72 切断
ハサミ 8 ウレタン(部材) S1〜S15 ステップ N ナス K 果梗
理ボード 2 制御部 21 第1パソコン 3 マニピュレータ部 31 第2パソコン 32 コ
ントローラ 33 マニピュレータ 4 エンドエフェクタ部 41 デジタルI/Oボード 5 果実把持機構 51 空気圧把持指 52 吸引パ
ット 6 大きさ判定機構 61 光電センサ 62 マイク
ロスイッチ 63 空気圧スライド 64 空気圧ロー
タリアクチュエータ 65 引き込み爪 7 果梗切断機構 71 空気圧シリンダ 72 切断
ハサミ 8 ウレタン(部材) S1〜S15 ステップ N ナス K 果梗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 籾山 敏夫 愛知県知多郡武豊町字南中根24−1 武 豊住宅105号室 (56)参考文献 特開 平8−23748(JP,A) 特開 平9−163853(JP,A) 特開 平8−51839(JP,A) 特開 平6−261622(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A01D 46/00 A01D 46/24 G01B 11/24
Claims (2)
- 【請求項1】 エンドエフェクタ部(4)に取り付けた
CCDカラーカメラ(11)により撮影した画像を画像
処理装置(12)に取り込み、その色情報、及び垂直方
向に長いナス果実の形状をもとに、コンピュータ(3
1)によりナス果実を検出すると共に、撮影画面内での
ナス果実の位置を計算した結果から、上下,左右及び前
後方向に移動可能なマニピュレータ(33)の移動量を
決定し、コンピュータ(21)によるナス果実の検出及
び移動量の計算を繰り返して行いマニピュレータ(3
3)を制御してエンドエフェクタ部(4)をナス果実に
接近させ、エンドエフェクタ部(4)を作動させて把持
機構(5)によりナス果実を把持し、大きさ判定機構
(6)により収穫適否を判定し、収穫適期の果実の果梗
を切断機構(7)により切断し、選択的な収穫を行うこ
とを特徴とするナスの自動収穫方法。 - 【請求項2】 エンドエフェクタ部(4)に取り付けた
CCDカラーカメラ(11)及び画像処理装置(12)
からなる視覚部(1)と、撮影画像の色情報、及び垂直
方向に長いナス果実の形状をもとにナス果実を検出し、
撮影画面内でのナス果実の位置を計算した結果をもとに
マニピュレータ(33)の移動量を決定すると共に、マ
ニピュレータ(33)を制御しエンドエフェクタ部
(4)を駆動するコンピュータ(21)からなる制御部
(2)と、コンピュータ(21)が決定する移動量をコ
ントローラ(32)に転送するコンピュータ(31)
と、マニピュレータ(33)を制御するコントローラ
(32)及ひマニピュレータ(33)からなるマニピュ
レータ部(3)と、コンピュータ(21)からの信号に
より作動し、ナス果実を把持する空気圧把持指(51)
及び吸引パット(52)を有する把持機構(5)と、果
実先端を検出する光電センサ(61)及び果梗を検出す
る引き込み爪(65)を有する大きさ判定機構(6)
と、空気圧シリンダ(71)及び切断ハサミ(72)を
有する果梗切断機構(7)からなるエンドエフェクタ部
(4)と、を備えていることを特徴とするナスの自動収
穫装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11073408A JP3054706B1 (ja) | 1999-03-18 | 1999-03-18 | ナスの自動収穫方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11073408A JP3054706B1 (ja) | 1999-03-18 | 1999-03-18 | ナスの自動収穫方法及び装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP3054706B1 true JP3054706B1 (ja) | 2000-06-19 |
JP2000262128A JP2000262128A (ja) | 2000-09-26 |
Family
ID=13517352
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11073408A Expired - Lifetime JP3054706B1 (ja) | 1999-03-18 | 1999-03-18 | ナスの自動収穫方法及び装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3054706B1 (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108293418A (zh) * | 2018-02-12 | 2018-07-20 | 中国计量大学 | 果实串采摘机械手末端执行器及其采摘方法 |
CN109566092A (zh) * | 2019-01-24 | 2019-04-05 | 西北农林科技大学 | 一种用于竞赛的果实收获机器人控制*** |
JP2021058129A (ja) * | 2019-10-07 | 2021-04-15 | 一般財団法人機械振興協会 | 農作物の成長監視システム、及び成長監視方法 |
CN113545224A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-10-26 | 厦门珍雪科技有限公司 | 一种棉花采摘设备 |
KR20210137759A (ko) * | 2020-05-11 | 2021-11-18 | 전남대학교산학협력단 | 과채류 수확을 위한 부드러운 소재의 로봇의 엔드 이펙터 |
CN114938739A (zh) * | 2022-05-05 | 2022-08-26 | 江苏大学 | 一种基于五轴机械手的多功能桂花采摘收集装置及方法 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20020037209A (ko) * | 2000-11-13 | 2002-05-18 | 심윤종 | 작물 재배, 수확, 적재관리 작업 모듈형 다기능 원격 작업시스템 |
JP5360832B2 (ja) * | 2010-03-31 | 2013-12-04 | 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構 | 果柄除去装置及び果実収穫装置 |
JP5818240B2 (ja) * | 2010-11-22 | 2015-11-18 | 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構 | 果柄切断装置 |
KR101822505B1 (ko) | 2017-09-22 | 2018-01-26 | 성균관대학교 산학협력단 | 위치 정보 기반의 수확 장치 및 방법 |
JP2021087389A (ja) * | 2019-12-04 | 2021-06-10 | 株式会社デンソー | 農作物収穫用エンドエフェクタ、及び農作物収穫システム |
JP7417901B2 (ja) | 2020-05-26 | 2024-01-19 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 収穫方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3680322B2 (ja) * | 1994-07-14 | 2005-08-10 | 井関農機株式会社 | きゅうり収穫機 |
-
1999
- 1999-03-18 JP JP11073408A patent/JP3054706B1/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108293418A (zh) * | 2018-02-12 | 2018-07-20 | 中国计量大学 | 果实串采摘机械手末端执行器及其采摘方法 |
CN108293418B (zh) * | 2018-02-12 | 2024-01-30 | 中国计量大学 | 果实串采摘机械手末端执行器及其采摘方法 |
CN109566092A (zh) * | 2019-01-24 | 2019-04-05 | 西北农林科技大学 | 一种用于竞赛的果实收获机器人控制*** |
CN109566092B (zh) * | 2019-01-24 | 2024-05-31 | 西北农林科技大学 | 一种用于竞赛的果实收获机器人控制*** |
JP2021058129A (ja) * | 2019-10-07 | 2021-04-15 | 一般財団法人機械振興協会 | 農作物の成長監視システム、及び成長監視方法 |
KR20210137759A (ko) * | 2020-05-11 | 2021-11-18 | 전남대학교산학협력단 | 과채류 수확을 위한 부드러운 소재의 로봇의 엔드 이펙터 |
KR102392029B1 (ko) | 2020-05-11 | 2022-04-27 | 전남대학교산학협력단 | 과채류 수확을 위한 부드러운 소재의 로봇의 엔드 이펙터 |
CN113545224A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-10-26 | 厦门珍雪科技有限公司 | 一种棉花采摘设备 |
CN114938739A (zh) * | 2022-05-05 | 2022-08-26 | 江苏大学 | 一种基于五轴机械手的多功能桂花采摘收集装置及方法 |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP2000262128A (ja) | 2000-09-26 |
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