JPH0488917A - 果菜類収穫機の誘導装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔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備え
たハンドと、前記収穫対象を撮像する撮像手段と、前記
撮像手段の撮像情報を画像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バキ
ュームパッドを前記ハイライト領域に向けて接近移動さ
せるように前記ハンドを誘導する制御手段とが設けられ
た果菜類収穫機の誘導装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、ハンドを予め設定されたアプローチ開始位置にセ
ットした状態て撮像処理し、その撮像画像情報を画像処
理することによって得られたハイライト領域が位置する
方向にまっすぐにハンドをアプローチさせるようになっ
ていた。

そして、アプローチした果菜類をハンドに吸着した上で
柄を切断して収穫することになる。

〔発明か解決しようとする課題〕

上記従来技術では、一部が葉などによって遮蔽された果
菜類を収穫するときに、葉などが邪魔になり、果菜類の
吸着などが的確にできない等の理由によりうまく収穫で
きない虞があった。

本発明の目的は、上記従来欠点を解消して一部が遮蔽さ
れた果菜類を収穫するときの確実性の高い果菜類収穫機
の誘導装置を得る点にある。

〔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、前記バキュームパッドの向きを
前記ハンドの本体部に対して変更調節する向き変更手段
か設けられ、前記撮像処理手段が、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るように構成され、前記制御手段
は、前記バキュームパッドの向きを前記位置ズレと逆方
向に向けるように前記向き変更手段を作動させてから前
記ハンドを誘導させるように構成されていることである
。

〔作　用〕

収穫対象を葉などに遮蔽されることなく撮像できた場合
には、ハイライト領域は特定色領域の中央部付近にある
と考えられる。しかし一部が葉などに遮蔽されている場
合には、ハイライト領域は特定色領域の中央部又は重心
よりも葉などのある方向に位置ズレすることになる。

ところで、収穫対象を的確に吸着し、又、柄の切断を行
うためには、バキュームパッドと収穫対象との間に葉な
とが介在しないことが必要である。

そこで、前記位置ズレによって収穫対象の一部が遮蔽さ
れていることが検出された場合には、第１図（ネ）に示
すように、バキュームパッドの向きを前記位置ズレと逆
方向に作動させてからハンドを収穫対象にアプローチさ
せることによりバキュームパッドの側面で遮蔽物を排除
しながら吸着動作を行うことかできる。

〔発明の効果〕

一部を遮蔽された果菜類を収穫する場合にも遮蔽物を排
除しなから果菜類を吸着することができるので、収穫動
作の確実性の高い果菜類収穫機の誘導装置を得ることが
できる。

〔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。

第５図に示すように、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、前記補助ブーム（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。

前記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、前記伸縮アーム（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。

前記ハンド（Ｈ）について説明すれば、第１図（イ）に
示すように、その先端部に、作業対象としての果実（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。

バキュームパッド（１０）について説明を加えると、第
１図（イ）に示すように、バキュームパッド（１０）に
は蛇腹部（１０ｂ）か備えられ、ハンド本体部としての
通気管（１１）に対して向き変更自在に構成されている
。尚、第６図に示すように蛇腹部（１０ｂ）の内面は前
方側はどその内径が大となるようにテーパ状に形成され
、後述のイメージセンサ（Ｓ１）の視界を妨げないよう
になっている。

また、先端部の吸引口（１０ａ）が前方向きに復帰付勢
されている。説明を加えると、通気管（１１）に対して
前後方向に移動自在な枠体（２ｏ）と、その枠体（２０
）を出退移動させるエアシリンダ（２１）と、枠体（２
０）に対して前後方向に移動自在に挿嵌された連結稈（
２２）とか夫々３つづつ設けられている。各枠体（２０
）は、同一円周上に１２００ごとに配設されている。又
、連結稈（２２）の先端部（２２ａ）はスプリング（２
３）によって前方側に付勢され、その先端部（２２ａ）
か吸引口（１０ａ）に取り着けられている。もって、吸
引口（１０ａ）か前方向きに復帰付勢され、さらに３つ
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（１
１）に対して出退させることがてきるようになっている
。

又、１つあるいは２つのエアシリンダ（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）の向きを通気管（１１
）に対して変更調節できるようになっている。つまり、
エアシリンダ（２１）か向き変更手段に対応することに
なる。

前記捕捉部ケース（１２）は、前記バキュームパッド（
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、前記
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
出させるために、前記バキュームパッド（１０）の通気
管（１１）に対して前後方向に出退操作自在に外嵌支持
されている。

尚、前記通気管（１１）は、蛇腹式のホース（１４）（
第５図参照）にて、前記車体（Ｖ）側に搭載された吸引
ポンプ（１７）に配管接続されている。

前記柄切断装置（１３）は、前記果実（Ｆ）の柄を切断
するバリカン型の刃体（１３ａ）と、その刃体（１３ａ
）に前記果実（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。

但し、詳述はしないが、ハンド（Ｈ）には、前記捕捉部
ケース（１２）を出退操作するためのアクチュエータや
前記柄切断装置（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、前
記バキュームパッド（１０）に果実（Ｆ）を吸着したこ
とを検出する負圧センサ（ＳＳ）　（第２図参照）、前
記捕捉部ケース（１２）の出退位置検出用のセンサ、及
び、前記柄切断装置（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。

尚、第１図（イ）中、（Ｓ１）は前記作業用ハンド（Ｈ
）か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）は前記
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、前記バキュームパッド（１０）の内部に設けら
れている。又、（１５）は前記イメージセンサ（Ｓ１）
の撮像処理に同期してハンド（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。

そして、前記捕捉部ケース（１２）をハンド後方側に引
退させて前記バキュームパッド（１０）の吸引口（１０
ａ）が前記捕捉部ケース（１２）よりも前方側に突出す
る状態で、前記作業用ハンド（Ｈ）を予め設定された初
期位置としての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（Ｐ）が位置する方向に向けて、前
記イメージセンサ（Ｓ１）にて撮像処理すると共に、そ
の撮像画像情報を画像処理した情報に基づいて前記作業
用ハンド（Ｈ）の誘導方向としてのアプローチ方向を決
定するようにしである。

アプローチ方向を決定した後は、前記作業用ハンド（Ｈ
）か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、前記各電動モータ（９ａ）、　（９ｂ）、
　（９ｃ）を作動させると共に、前記近接センサ（Ｓ２
）が果実（Ｆ）を感知するに伴って、前記バキュームパ
ッド（１０）を吸引作動させて収穫対象果実（Ｆ）を吸
着させ、そして、前記捕捉部ケース（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、詳しくは後述するが、近接センサ（Ｓ２）が作動
した後、前記作業用ハンド（Ｈ）を前記近接センサ（Ｓ
２）が作動する設定距離分、前方側に移動させる間に前
記負圧センサ（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、再撮像し、その撮像画像情報に基づいて、バキュー
ムパッド（１０）の向きを修正して再アプローチさせる
ようにしである。

次に、イメージセンサ（Ｓ１）による撮像画像情報に基
づいて、果実（Ｆ）の位置する方向つまりハンド（Ｈ）
のアプローチ方向を求めて、ハンド（Ｈ）を誘導するた
めの制御構成について説明する。

第２図に示すように、前記イメージセンサ（Ｓ１）によ
る撮像画像情報を画像処理して、収穫対象果実（Ｆ）の
位置する方向を求める画像処理手段（１００）と、その
画像処理手段（１００）の情報に基づいて前記各油圧シ
リンダ（５）、　（６）、　（７）や前記各電動モータ
（９ａ）、　（９ｂ）、　（９ｃ）の夫々を制御して、
ハンド（Ｈ）をアプローチ開始位置から収穫対象果実（
Ｆ）に向けて誘導する制御手段（１０１）の夫々を構成
する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（ｓ＋
）、　（Ｓ２）、　（ＳＳ）、前記エアシリンダ（２１
）、及び、前記各油圧シリンダ（５）、　（６）、　（
７）や各電動モータ（９ａ）、　（９ｂ）、　（９ｃ）
か接続されている。

次に、第３図に示すフローチャートに基づいて前記制御
装置（１６）の動作を説明する。

先ず、第１図（ロ）に示すようにハンド（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）を引退させた状態て撮像処理し、その撮像
画像情報を画像処理することにより、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、そのハイライト領域（Ｆ２）の重心（Ｗ２
）とを求める（第４図（イ）、（ロ）参照）。

そして、前記ハイライト領域（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）か位置する
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前記伸縮アーム（８
）を伸長させることになる。

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、前記
バキュームパッド（１０）の吸引作動を開始して、更に
前記負圧センサ（Ｓ３）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、前記伸縮アーム（８）を停止させて、収穫作動を開
始させることになる（第１図（ハ）参照）。

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
、収穫失敗と判断して第１図（ニ）に示すようにハンド
（Ｈ）を近接センサ（Ｓ２）がＯＮ作動した位置まで一
旦戻して、その位置から再度撮像処理を行い再アプロー
チさせるのである。

再アプローチについて説明を加えると、第４図（ハ）に
示すように、特定色領域（Ｆ１）の重心（Ｗ１）に対す
るハイライト領域（Ｆ２）の重心（Ｗ２）に位置ズレが
ある場合には、第１図（＊）、　（へ）に示すように向
き変更手段（２１）を作動させてバキュームパッド（１
０）の向きを位置ズレと逆方向に変更してから再度アプ
ローチさせるようになっている。

最初のアプローチ又は再アプローチによって果実（Ｆ）
を収穫できた場合には、前記捕捉部ケース（１２）内に
柄を切断された果実（Ｆ）を保持する状態で、前記作業
用ハンド（Ｈ）を前記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、前記アプローチ開
始位置において最初の撮像画像情報から抽出した特定色
領域（Ｆ１）やハイライト領域（Ｆ２）の個数等に基づ
・いて、作業終了か否かを判別して、作業終了でない場
合には、前記作業用ハンド（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方向及び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前記作業用ハン
ド（Ｈ）を誘導する各処理を繰り返すことになる。

〔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造
に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る果菜類収穫機の誘導装置の実施例を
示し、第１図（イ）乃至（へ）はハンドの作動の説明図
、第２図は制御構成のブロック図、第３図は制御作動の
フローチャート、第４図（４）、　（ａ）、　（ハ）は
画像処理の説明図、第５図は収穫機の概略側面図、第６
図はバキュームパッドの縦断側面図である。 （１０）・・・・・・バキュームパッド、（２１）・・
・・・・向き変更手段、（１００）・・・・・・画像処
理手段、（１０１）・・・・・・制御手段、（Ｈ）・・
・・・・ハンド、（Ｆ１）・・・・・・特定色領域、（
Ｆ２）・・・・・・ハイライト領域、（Ｓ１）・・・・
・・撮像手段、（Ｗ１）・・・・・・重心。 （ロ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 収穫対象を吸着するバキュームパッド（１０）を備えた
   ハンド（Ｈ）と、前記収穫対象を撮像する撮像手段（Ｓ
   ＿１）と、前記撮像手段（Ｓ＿１）の撮像情報を画像処
   理して前記収穫対象の色に対応した特定色領域（Ｆ）と
   、その特定色領域（Ｆ）内において明るさが設定値より
   大なるハイライト領域（Ｆ＿２）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
   基づいて前記バキュームパッド（１０）を前記ハイライ
   ト領域（Ｆ＿２）に向けて接近移動させるように前記ハ
   ンド（Ｈ）を誘導する制御手段（１０１）とが設けられ
   た果菜類収穫機の誘導装置であって、 前記バキュームパッド（１０）の向きを前記ハンド（Ｈ
   ）の本体部に対して変更調節する向き変更手段（２１）
   が設けられ、前記撮像処理手段（１００）が、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（
   Ｗ＿１）に対する前記ハイライト領域（Ｆ＿２）の位置
   ズレを求めるように構成され、前記制御手段（１０１）
   は、前記バキュームパッド（１０）の向きを前記位置ズ
   レと逆方向に向けるように前記向き変更手段（２１）を
   作動させてから前記ハンド（Ｈ）を誘導させるように構
   成されている果菜類収穫機の誘導装置。