DE3442244A1 - Roboterhand fuer die obsternte - Google Patents

Roboterhand fuer die obsternte

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DE3442244A1 DE19843442244 DE3442244A DE3442244A1 DE 3442244 A1 DE3442244 A1 DE 3442244A1 DE 19843442244 DE19843442244 DE 19843442244 DE 3442244 A DE3442244 A DE 3442244A DE 3442244 A1 DE3442244 A1 DE 3442244A1
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fruits
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Description

KUBOTA, LFD.
47-go, 2-ban, 1-chome, Shikitsuhigashi, Naniwa-ku
Osaka-shi, 0 £> a k a - f' u , Japan
19. November 1984 M 390/Kö/wi
Roboterhand für die Obsternte
Die Erfindung bezieht sich auf eine Roboterhand für die Obsternte und insbesondere auf eine Roboterhand für die Obsternte mit einem zylindrischen Behälter zur Aufnahme von Obst, der eine Anzahl von Sensoren zur Detektion von Obst um eine Öffnung herum aufweist.
Figur 4 zeigt ein Beispiel einer bekannten Roboterhand zur Obsternte, die von der Anmelderin vorgeschlagen wurde und in der japanischen Patentanmeldung Nr. 58-144586 offenbart ist. Die dargestellte Anordnung umfaßt einen zylindrischen Behälter 91 zur Aufnahme von Obst, der um eine Öffnung herum eine Anzahl von Kontaktsensoren 11' zur Detektion von Früchten aufweist. Diese Kontaktsensoren dienen dazu, Informationen zu erhalten, auf deren Basis die Roboterhand betätigt wird, um den Behälter 9' in eine Position zum Erreichen einer als Ziel dienenden Frucht zu bringen. Die Roboterhand wird positionsmäOig in Abhängigkeit von den von der Anzahl der Kontaktsensoren II1 gelieferten Informationen
Abämslraße 8. D-SOOO München 90 . Patentanwalt Dr. Ing. Dipl.-Ing. A. SoIf (München)
Tcu-lcwi iO891 65%P5 If-iisfax (0?02) 451??6 Patentanwalt Dipl.-Ing. Chr Zapf (Wuppertal)
3 ti A 7 : A A
in be/uy uiif seine Position re lntiν zur als Ziel dienenenden Frucht eingestellt, und die Frucht wird ergriffen, wenn sie sich in einer bezüglich der Öffnung des zylindrischen Behälters 9' zentralen Position befindet. 5
Wenn die Früchte sehr dicht beieinander wachsen, gelangen die Kontaktsensoren Ll1 dieser bekannten Anordnung jedoch nicht nur mit einer als Ziel dienenden Frucht, sondern gleichzeitig auch mit anderen angrenzenden Früchten in Kontakt, wodurch die als Ziel dienende Frucht nicht von den anderen Früchten diskriminiert werden kann und es tritt somit ein Fehler im Betrieb auf. Die bekannte Anordnung weist somit den Nachteil auf, daß die Genauigkeit bei der Führung der Roboterhand zu einer geeigneten Position bezüglich der als Ziel dienenden Frucht fehlt oder daß die Wirksamkeit dos Arbeiteηs gering ist, selbst wenn die Roboterhand zu einer geeigneten Position geführt wird.
0 Die Erfindung geht won dem oben beschriebenen Stand der Technik aus und ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Roboterhand für die Obsternte zu schaffen, die eine Einrichtung zur Detektion einer als Ziel dienenden Frucht auf zuverlässige Weise selbst für den Fall 5 aufweist, in dem die Früchte dicht beieinander wachsen.
Um diese Aufgabe zu lösen, weist eine erfindungsgemäße Roboterhand einen Behälter zur Aufnahme von Obst mit zumindest ei nein zusätzlichen, innen angeordneten Sensor zur Detektion von Obst bzw. Früchten auf.
Insbesondere arbeitet eine erfindungsgemäße Roboterhand für die Obsternte effektiv so, daß die als Ziel bzw. Objekt dienende Frucht von anderen Früchten diskriminiert wird, indem die Information, die von den um die Öffnung des Behälters für die Aufnahme der Früchte angeordneten
s 3U2244
Sensoren zur Detektion von Früchten erhalten worden ist, und die Information kombiniert wird, die von dem zusätzlichen im Behälter angeordneten Sensor zur Detektion von Früchten erhalten wird, oder indem der Information Priorität gegeben wird, die von dem letzteren Sensor erhalten wird.
Eine erfindungsgemäße Roboterhand besitzt den Vorteil, daß selbst wenn früchte sehr nah beieinander wachsen,
IQ die Roboterhand so geführt ist, daß nur eine als Objekt oder Ziel dienende Frucht in einer Position zentral bezüglich der Öffnung des Behälters zur Aufnahme der Früchte angeordnet ist, und zwar in Abhängigkeit von einem Signal zur Fruchtdetektion, das von den Sensoren um die Öffnung des Behälters geliefert wird, und außerdem von einem Signal zur Fruchtdetektion, das von dem Sensor im Behälterinneren geliefert wird. Daher tritt ein Fehler im Betrieb bei der e r f \i η dung:; gemäß en Roboterhand selten auf.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Ir f ir>duηg sind in den Unter ansprächen gekennzeichnet. Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, wobei wesentliche Merkmale der Erfindung in Verbindung 5 mit der Zeichnung erläutert sind. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 eine Seitenansicht einer Maschinn /um Ernten von Früchten,
Figur 2 eine vertikale Srhni11ans icht einer Roboter-
h a η ti,
Figuren 3a
und 3b jeweils Draufsichten der Rοboter hand,
-Λ-
Figur 4 eine vertikale Schnittansicht einer bekannten R ο b υ te rh a η d, und
f i yufen 5
bis 17 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung,
hierbei sind
Figuren 5
und 6 jeweils Draufsichten der Roboterhand,
Figur 7 eine v/ertikale Schnittansicht einer Montageaiiordnung für den ersten und zweiten Kontaktsenuor,
Figur 8 eine zum Teil weggebrochene Seitenansicht
einer Verriegelungsanordnung zwischen dem ersten und zweiten Kontaktsensor und einem Luftzylinder,
Figur 9 eine von der Seite her gesehene vertikale
Schnittansicht der Roboterhand,
Figuren 10
und 11 jeweils Seitenansichten einer Verriegelungs-
5 Unordnung zwischen einer Schneideinrichtung
und einem Luftzylinder,
figur 12 schematisch eine Ansicht eines Steuersystems,
Figur 13 eine perspektivische Ansicht eines Entfernungssensors ,
Figur 14 ein F1ußdiagramm des Steuerbetriebs,
Figuren 15a
und 15b F1uOdiagramme des Erntebetriebs, und
-fr-
Figuren 16a, 16b
17a und 17b schematisch Ansichten, die Bildveränderungen veranschaulichen, die jeweils bei richtungsmäßigen Einstellungen auftreten.
Es wird im folgenden zunächst ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Eine in Figur 1 gezeigte Erntemaschine für Früchte oder Obst umfaßt einen Basisrahmen mit zwei rechten und linken Antriebsrädern 1, zwei vorderen und rückwärtigen freien bzw. Freilaufrädern 2 und einer Anzah] von in vertikaler Richtung bewegbaren Trägern 3. Eine Drehplattform bzw. ein Drehboden h ist auf dem Basisrahmen angebracht und wird durch einen Elektromotor 4 angetrieben. Die Drehplattform 5 trägt eine in vertikaler Richtung bewegbare Hebeeinrichtung A, die an ihrer Schwenkachse angeordnet ist. Die Hebeeinrichtung A wiederum trägt eine Roboterhand B zum Ernten von Früchten.
Die Hebeeinrichtung A umfaßt ein Schraubenelement 7, das mittels eines Elektromotors oder dgl. drehbar ist, und Führungselemente 8, die eine vertikale Bahn bzw. Spur liefern, längs der sich die Hebeeinrichtung A herauf und herunter bewegt. Die an einem Basisende mit der Hebeeinrichtung verbundene Roboterhand B wird somit durch entgegengesetzte Drehungen des Schraubenelementes 7 angehoben und nach unten bewegt.
Wie die Figuren 1 bis 3a und 3b zeigen, umfaßt die Roboterhand B zum Ernten von Früchten eine Gelenkarmanordnung 6 mit einem ersten Arm 6a, der mit der Hebeeinrichtung A so verbunden ist, daß er in vertikaler Richtung hin- und herbewegbar bzw. oszillierbar ist, einem zweiten Arm 6b, der mit dem ersten Arm 6a so verbunden ist, daß er in vertikaler Richtung hin- und herbewegbar ist, und einem
dritten Arm 6c, der mit dem zweiten Arm 6b so verbunden ist, daß er in vertikaler Richtung hin- und herbewegbar ist. Der dritte Arm 6c trägt einen gegabelten Stützrahmen 10, der urn sein äußeres Ende schwenkbar und somit um eine Achse Y drehbar ist, die sich in Längsrichtung des Arms 6c erstreckt. Der Stützrahmen 10 trägt einen zylindrischen Behälter 9 zur Fruchtaufnahme, der so schwenkbar angeordnet ist, daß er frei um eine horizontale Achse X hin- und herbewegbar ist. Der Behälter 9 weist eine Anzahl von Kontaktsensoren lla auf, die sich von der Peripherie einer Öffnung nach oben erstrecken, um eine Position einer zu erntenden Frucht zu detektieren. Der Behälter 9 umfaßt des weiteren eine Anzahl von Elementen 12 /,um Andrücken der Früchte, die in einer peripheren Richtung angeordnet sind und zwischen einer zurückgezogenen Position im Behälter 9 und einer Position schaltbar sind, in der sie aus dem Behälter 9 hervorstehen, um die zu erntenden Früchte zu überdecken. Eine gebogene bzw. bogenförmige Schneideinrichtung, z.B.
ein Messer, ist an ihren Enden am Behälter 9 schwenkbar angebracht, so daß sie zusammen mit den Elementen 12 zum Andrücken der Früchte aus dem Behälter heraus bewegt werden kann, bis sie vorsteht, und wieder zurückgezogen werden kann, um einen Calyx, d.h. einen Körper der Frucht oder den Teil abzuschneiden, der die Frucht mit einem Zweig verbindet.
Der gabelförmige Stützrahmen 10 kann nicht nur um die AcIise Y des dritten Arms 6c frei gedreht werden, sondern kann auch mittels eines Motors 14 mit einer elektromagnetischen Kupplung und einer Kodiereinrichtung zur Detektion seiner Drehung gedreht und durch ihn wieder angehalten werden. In gleicher Weise ist der Behälter 9 nicht nur bezüglich des gegabelten Stützrahmens 10 frei um die Achse X drehbar, sondern kann mittels eines Motors 15
mit einer elektromagnetischen Kupplung und einer Kodiereinrichtung gedreht und durch diesen angehalten werden,
wobei das Drehmoment des Motors 15 durch eine Riemeneinrichtung 16 übertragen wird.
5
Der Behälter 9 umfaßt desweiteren eine Anzahl von Kontaktsensoren 11b, die im Behälterinneren angeordnet sind.
Die Kontaktsensoren 11b sind worn Aufbau bzw. der Anordnung her ähnlich oder gleich wie die oben beschriebenen Kontaktsensoren 11a. Die Kontaktsensoren 11b erstrecken sich von einem Bereich angrenzend an die Peripherie einer Scheibe 17' nach oben, und die Scheibe 17' ist in einem zentralen
Bereich des Behälters 9 mittels eines pneumatischen Zylinders 17 in vertikaler Richtung bewegbar. Die oberen Enden der Sensoren 11b im Behälter 9 befinden sich unterhalb
der oberen Enden der Sensoren lla, die um die Öffnung
des Behälters 9 angeordnet sind, wenn die Sensoren 11b
im Behälterinneren nach oben zur oberen Grenze ihres
Bewegungsbereiches angehoben sind.
Wenn die Kontaktsensoren lla, die an der Peripherie des
Behälters 9 angeordnet sind, mit einer Frucht in Kontakt treten, wird eine Information gegeben, um den Behälter 9 in einer horizontalen Richtung von der Frucht fortzubewegen.
Wenn die Kontaktsensoren 11b im Behälterinneren mit der
Frucht in Kontakt treten, wird eine Information gegeben, aufgrund deren der Behälter 9 angehoben wird und die
Elemente 12 zum Pressen bzw. Andrücken der Früchte aus dem Behälter 9 vorbewegt werden, um die Frucht in den Behälter hereinzunehmen.
Wenn der zylindrische Behälter 9 in eine solche Höhe gebracht worden ist, die zum Pflücken einer angepeilten, d.h. als Objekt dienenden Frucht von einer seitlichen Richtung geeigne 35
ist, indem die Gelenkarmanordnung 6 oder die Hebeeinrichtung A betätigt wird. Parallel hierzu wird die Position des Behälters 9 entsprechend den Detektionssignalen won den Kontaktsensoren 11a und 11b eingestellt, wodurch die Frucht zentral bezüglich der Öffnung des Behälters 9 angeordnet ist.
Im einzelnen geschieht folgendes. Zuerst wird die horizontale Position des Behälters 9 in bezug auf die ins Auge gefaßte Frucht auf der Basis der von den Kontaktsensoren 11a um die Öffnung des Behälters 9 gelieferten Detektionssignalen eingestellt. Dann treten die Kontaktsensoren 11b im Behälter 9 mit der Frucht in Kontakt, was nach oder während des Verlaufs der horizontalen Einstellung bzw. Nachstellung des Behälters 9 erfolgen kann; im letzteren Fall wird die horizontale Verstellung angehalten bzw. eingestellt. Bei Detektion der Frucht mittels der Kontaktsensoren 11b wird der pneumatische Zylinder 17 betätigt, um die Kontaktsensoren 11b im Behälter 9 herunterzulassen. Dann wird der Behälter 9 angehoben, bis die Kontaktsensoren 11b im Behälter wieder mit der Frucht in Kontakt treten bzw. diese berühren.
Anschließend werden die Elemente 12 zum Andrücken der Frucht in Bewegung versetzt, bis sie aus dem Behälter 9 vorstehen, um die betreffende Frucht zu überdecken, und die Schneideinrichtung 13 wird zum Schneiden des Stengels betätigt. Die Frucht ist dann zum Einsammeln bereit.
Jedes der Elemente 12 zum Andrücken der Früchte umfaßt einen gebogenen oder gekrümmten Streifen, der an seinem Basisende schwenkbar gelagert ist, so daß er in und aus dem Behälter 9 heraus hin- und herbewegbar bzw. oszillierbar
-r-
ist. Wenn sich die Andrückelemente 12 in der vorstehenden Position befinden, liegen die freien Endabschnitte angrenzender Elemente jeweils aufeinander und umgrenzen einen Raum S für die Aufnahme des Fruchtkörpers. Die Elemente 12 zum Andrücken der Früchte können auf Achsen radial zum Behälter 9 hin- und herbewegt bzw. oszilliert werden und sind so lang, daß ihre angrenzenden Endabschnitte jeweils die angrenzenden Andrückelemente 12 sowohl in der zurückgezogenen Position als auch während der Hin- und Herbewegung überlappen.
Ein Mechanismus zum Hin- und Herbewegen der Elemente 12 zum Andrücken der Früchte umfaßt ein zylindrisches Element 9b, das so um den Behälter 9 herum angebracht ist, daß ee sich peripher zum Behälter 9 drehen kann. Durch das zylindrische Element 9b sind vertikale Schlitze 19 zur Aufnahme von eingreifenden Stiften 18 umgrenzt, die jeweils an den Basisenden der Andrückelemente 12 vorgesehen sind. Der Mechanismus umfaßt weiter einen Motor 21 zum Drehen des zylindrischen Elementes 9b unter Verwendung eines Riemens 20. Somit werden die Elemente 12 zum Andrücken der Früchte durch entgegengesetzte Drehungen des zylindrischen Elementes 9b in und aus dem Behälter 9 hin- und herbewegt.
Die Schneideinrichtung 13 umfaßt ein Paar gebogener Klingenoder Messerstreifen 23, 23', die in Aussparungen sitzende oder eingelassene Messerabschnitte 22, 22' an ihren in Längsrichtung gesehenen Zwischen- bzw. mittleren Abschnitten jeweils umgrenzen. Die Messerstreifen 23, 23' sind in Längsrichtung zueinander bewegbar, um die Fruchtstengel zu schneiden.
Die Schneideinrichtung 13 wird an ihren jeweiligen Enden geschwenkt, so daß sie um eine Achse Q radial zum Behälter 9 hin- und herbewegbar ist. Sie ist auf diese Weise in und aus dem Behälter 9 heraus hin- und herbewegbar und ist so angepaßt, daß sie nur dann die vorstehende Position einnehmen kann, wenn der Fruchtstengel durchtrennt wird.
Die beiden Messerstreifen 23, 23' sind so abgestützt, daß sie relativ zueinander bewegbar sind, wobei ein äußerer Streifen 23 schwenkbar an beiden Enden befestigt ist, und ein innerer Streifen 23' umgrenzt einen Stift, der zur Aufnahme eines Schlitzes dient und sich an einem Ende in Längsrichtung erstreckt. Ein pneumatischer oder Luftzylinder 24 dient dazu, am anderen Ende des inneren Klingen· Streifens 23' einen Zug auszuüben, wodurch sich der innere Messerstreifen 23' in Längsrichtung bezüglich des stationären äußeren Messerstreifens 23 verschiebt.
Die beschriebene Roboterhand kann auf verschiedene Arten modifiziert werden, wie im folgenden an Beispielen erläutert wird.
Die Elemente 12 zum Andrücken der Früchte, die die Form gebogener Streifen besitzen, können durch bogenförmige elastische Drähte oder dgl. oder durch andere Einrichtungen, wie z.B. ein Element ersetzt werden, das einen gebogenen Abschnitt aufweist und in und aus dem Behälter 9 bewegbar ist.
Der Mechanismus zum Hin- und Herbewegen der Elemente 12 zum Andrücken der Früchte, der das drehbare zylindrische Element 9b, die dort umgrenzten Schlitze 19 und die eingreifenden Stifte 18 umfaßt, kann so abgewandelt werden, daß er eine Getriebevorrichtung wie z.B. ein Zahn-Stangengetriebe umfaßt, mit dem die Basisenden der Elemente 12 zum Andrücken der Früchte direkt gedreht oder
heraus angetrieben werden können.
Die Schneideinrichtung 13 kann auch so abgewandelt werden, daß ihr Schneidbetrieb durch eine Schwenkbewegung um die Achse Q anstelle der relativen Verschiebe- bzw. Gleitbewegung der äußeren und inneren Messerstreifen 23 bzw. 23' ausgeführt wird. Des weiteren kann die Schneideinrichtung 13 so angetrieben werden, daß sie durch die Drehung des zylindrischen Elementes 9b oder durch einen speziell zu diesem Zweck vorgesehenen Antriebsmechanismus angetrieben wird, damit sie aus dem Behälter 9 hervorsteht, wobei dieser Antriebsmechanismus per se in verschiedener Weise veränderbar ist.
Die Anzahl der im Inneren des Behälters 9 angeordneten Kontaktsensoren 11b kann durch einen einzigen Sensor ersetzt werden, der längs einer zentralen Achse bewegbar ist.
Der Luftzylinder 17 zum Bewegen der Kontaktsensoren 11b im Behälter 9 kann durch eine andere Einrichtung ersetzt werden, z.B. durch einen Motor, mit dem die Sensoren lib in jeder beliebigen gewünschten Position angehalten werden können. Die Sensoren 11b können dann auch dazu verwendet werden zu detektieren, daß die Frucht in den Behälter 9 hineingenommen worden ist, oder daß der Fruchtstengel und -körper getrennt worden sind.
Bei dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt der Behälter zum Hereinnehmen der Früchte einen Boden, der durch Kontaktsensoren verschlossen ist, und daher können die Früchte nicht durch den Boden gesammelt werden. Demzufolge ist es erforderlich, den Behälter umzudrehen, d.h. auf den Kopf zu stellen, um aus ihm die geernteten Früchte zu entnehmen. Hieran
-/Ti -
ist nicht nur nachteilig, daß die Erntekapazität herabgesetzt ist, sondern auch daß die gesamte Anordnung durch einen zusätzlichen Mechanismus kompliziert wird, der zum Herumdrehen des Behälters benötigt wird. 5
Das im folgenden beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung ist so ausgebildet, daß Früchte aus einem zylindrischen Behälter durch dessen Boden entnommen werden können, wodurch die Anordnung einfacher aufgebaut ist.
Zu diesem Zweck umfaßt dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung einen ersten Sensor zur Fruchtdetektion, der zwischen einer betriebsbereiten Position direkt über einer Öffnung eines zylindrischen Behälters zum Hereinnehmen von Früchten und einer nicht betriebsbereiten oder zurückgezogenen Position außerhalb des Behälters umschaltbar ist, einen zweiten Sensor zur Fruchtdetektion, der zwischen einer betriebsbereiten Position im Behälterinneren und einer nicht betriebsbereiten oder zurückgezogenen Position außerhalb des Behälters umschaltbar ist, und ein Stellglied oder einen Motor, der betriebsmäßig mit dem ersten und dem zweiten Sensor verbunden ist, um die Sensoren selektiv zu ihren jeweiligen Betriebspositionen zu bewegen.
Mehr im Detail betrachtet, ist ein erster Kontaktsensor zur Detektion einer direkt über einer Öffnung des zylindrischen Behälters zum Hereinführen von Früchten vorhandenen Frucht und ein zweiter Kontaktsensor zur Detektion einer im Behälter befindlichen Frucht vorgesehen, und die beiden Sensoren können jeweils zu einer nicht betriebsbereiten Position außerhalb des Behälters zurückgeschoben werden. Mittels dieser Anordnung kann die Fruchtdetektion in gewünschter Weise ausgeführt werden, und die geernteten Früchte können vom Boden des Behälters her entnommen werden.
Die beiden Sensoren werden durch das einzig vorgesehene Stellglied unter Ausnutzung der Tatsache verschoben, daß die gewünschten Detektionen ausgeführt werden und daß die Fruchtentnahme vom Boden des zylindrischen Behälters her erfolgt, indem die Frucht und die zweiten Kontaktsensoren selektiv zu ihren jeweiligen Betriebspositionen gebracht werden.
Pas Merkmal, daß die beiden Sensoren mittels eines Stellglieds bewegt werden, verhilft somit zu einer einfachen Anordnung, mittels deren die zu sammelnden Früchte vom Boden des zylindrischen Behälters zum Einlassen der Früchte entnommen werden können. Im folgenden wird eine Roboterhand zum Ernten von Früchten, insbesonderen von Obst, gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, das für die Verwendung in der Praxis besonders geeignet ist.
Wie Figur 12 zeigt, umfaßt eine Erntemaschine für Früchte einen Basisrahmen mit einem Paar rechter und linker Antriebsräder 1, einem Paar vorderer und rückwärtiger, frei beweglicher bzw. Freilaufräd-er 2 und eine Anzahl von in vertikaler Richtung beweglichen ausfahrbaren Hilfsstützen bzw. Trägern Eine drehbare Platte bzw. Plattform 5 ist auf dem Basisrahmen angebracht und trägt eine Hebeeinrichtung A, die an einer Schwenkachse angebracht ist und eine Roboterhand B zum Ernten von Früchten, insbesondere von Obst. Ein Elektromotor h dient zum Antreiben der Hebeeinrichtung A und der Drehplattform 5.
Die Hebeeinrichtung A umfaßt ein drehbares Schraubenelement 7 und Führungselemente 8. Die Roboterhand B ist an ihrem Basisende mit der Hebeeinrichtung A verbunden und wird durch entgegengesetzte Drehungen des Schraubenelementes 7 längs einer Bahn angehoben und gesenkt, die durch die Führungselemente 8 gegeben wird.
Die Roboterhand B zur Obsternte umfaßt ein Führungselement 8', das an ihrem Basisende in vertikaler Richtung bewegbar durch die Hebeeinrichtung A abgestützt ist, einen ersten, in vertikaler Richtung hin- und herbewegbaren bzw. oszillierbaren Arm 6a, der durch das Führungselement 8' gestützt ist, einen zweiten in vertikaler Richtung hin- und herbewegbaren bzw. oszillierbaren Arm 6b, der durch den ersten Arm 6a gestützt ist, einen dritten in vertikaler Richtung hin- und herbewegbaren bzw. oszillierbaren Arm 6c, der durch den zweiten Arm 6b gestützt ist, und ein Handelement H, das mit dem äußeren Ende des dritten Arms 6c verbunden ist. Ein Elektromotor 14 mit einer Kodiereinrichtung dient dazu, die Arme 6a, 6b und 6c jeweils hin- und herzubewegen, so daß das Handelement H zu einer angepeilten Frucht zum Ernten der Frucht geführt wird.
Wie die Figuren 5 bis 11 zeigen, umfaßt das Handelement H einen gabelförmigen Stützrahmen 10, der am äußeren Ende des dritten Arms 6c so angebracht ist, daß er um eine Achse Y drehbar ist, die sich in Längsrichtung des dritten Arms 6c erstreckt, und einen zylindrischen Behälter 112 zum Einführen von Obst mit einer Öffnung oben bzw. an der Spitze, der an den äußeren Enden des gegabelten Rahmens 10 befestigt ist und um eine horizontale Achse X drehbar ist. Das ganze Handelement H ist durch Schwerkraft in einer sich nach oben öffnenden Haltung bzw. Anordnung gehalten.
Der zylindrische Behälter 112 umfaßt sechs Elemente 114 zum Pressen bzw. Drücken oder Andrücken der Früchte, die zwischen einer Position, in der sie aus dem Behälter vorstehen, und einer in dem Behälter 112 zurückgezogenen Position umschaltbar sind und die, wenn sie aus dem Behälter 112 vorstehen, den Körper der im Behälter 112 befindlichen Frucht in einer Position andrücken und halten,
- Τ5 -
und ein gebogenes Gleitmesser 115, das ebenfalls zwischen einer Position, aus der es aus dem Behälter 112 hervorsteht, und einer im Behälter 112 zurückgezogenen Position umschaltbar ist und das, wenn es aus dem Behälter 112 hervorsteht, den Körper einer Frucht abschneiden kann, die durch die Elemente 114 zum Andrücken des Fruchtkörpers in einer geeigneten Postion gehalten ist.
Wie im einzlnen noch später beschrieben wird, wird das Handelement H zum Ernten der Früchte in eine Position unterhalb einer angezielten Frucht gebracht und dann angehoben, um die Frucht in dem zylindrischen Behälter 112 einzuführen. In diesem Zustand werden die Elemente 114 zum Andrücken der Früchte bzw. Fruchtkörper aus dem Behälter 112 herausbewegt, damit sie den Fruchtkörper in der geeigneten Position halten, und die Schneideinrichtung bzw. das Messer 115 wird betätigt, um den Fruchtkörper abzuschneiden, wodurch die Frucht geerntet wird.
Der zylindrische Behälter 112 umfaßt des weiteren sechs Finger Fl bis F6 aus Gummi oder einem ähnlichen Material, die um die obere Öffnung des Behälters 112 angeordnet sind und durch zugeführte Luft elastisch bezüglich der Öffnung nach innen gebogen werden können. Durch Einstellung bzw. Regelung der Luftzufuhr zu den Fingern Fl bis F6 wird die Größe eines Durchlasses zum Einlassen von Früchten, die durch die vorderen Enden der Finger Fl bis F6 umgrenzt ist, entsprechend der zu erntenden Frucht geändert.
Die Schneideinrichtung 115 umfaßt ein Paar gebogener Messerstreifen 115a und 115b, die übereinander angeordnet sind und durch Stifte miteinander verbunden sind, so daß sie bezüglich einander verschiebbar sind. Die beiden Messerstreifen 115a und 115b umgrenzen jeweils an einer
mittieren Position bezüglich ihrer Längsrichtung eine Schneidaussparung zur Aufnahme eines Fruchtkörpers.
Ein Paar won Stiften 116a und 116b steht jeweils in Eingriff mit dem' Messerstreifen 115a bzw. 115b und ist an einem Element 117 zur Betätigung der Schneideinrichtung befestigt, das im zylindrischen Behälter 112 drehbar angebracht ist. Das Element 117 zur Betätigung der Schneideinrichtung trägt an seinem äußeren Ende ein Zahnrad 118, das sich in Eingriff mit einer Zahnstange 119 befindet, die mit einem an dem zylindrischen Behälter 112 befestigten Luftzylinder 120 verbunden ist. Der Luftzylinder 120 kann somit betätigt werden, so daß die beiden Messerstreifen 115a und 115b bezüglich einander verschoben werden, um den Fruchtkörper abzuschneiden.
Ein Stift 121 dient zum Abstützen der Schneideinrichtung und wirkt als Schwenkzapfen für ein Element 114 zum Andrücken bzw. -pressen des Fruchtkörpers. Wenn die Schneideinrichtung 115 in den und aus dem Behälter 112 bewegt wird, wird der Luft- oder pneumatische Zylinder mit den Hin- und Herbewegungen der Schneideinrichtung auseinandergezogen und zurückgezogen, während er in \levbindung mit Umgebungsluft gehalten ist.
Ein Mechanismus zum Hin- und Herbewegen der Elemente zum Andrücken der Fruchtkörper und der Schneideinrichtung 115 in und aus dem Behälter 112 umfaßt ein zylindrisches Element 122, das im zylindrischen Behälter 112 zum Einlassen von Obst eingebaut ist und mittels eines Elektromotors m vorwärts und rückwärts drehbar ist. Das zylindrische Element 122 besitzt Stifte 123a, die sich in Eingriff mit Schlitzen 114a befinden, die in den Elementen 114 zum Andrücken bzw. Pressen der Fruchtkörper vorgesehen
sind. Ein Stift 123b befindet sich in Eingriff mit einem Schlitz 115A, der im Ende der Schneideinrichtung 115 vorgesehen ist, das gegenüber dem beschriebenen Mechanismus zum Verschieben der Schneideinrichtung liegt (wobei der Stift 123b auch als Stift zum Betätigen des Elementes zum Andrückender" Fruchtkörper wirkt). Auf diese Weise können die Elemente 114 zum Drücken der Fruchtkörper und die Schneideinrichtung 115 in und aus dem zylindrischen Behälter 112 durch Drehungen des zylindrischen Elementes 122 hin- und herbewegt werden.
Die Schlitze 114a und 115A sind so bestimmt bzw. festgelegt, daß die Elemente 114 zum Drücken der Fruchtkörper pine vollständig vorstehende Position einnehmen.
Im folgenden wird eine Einrichtung zum automatischen Führen des Handelementes H zur Obsternte in eine Position unterhalb einer zu erntenden Frucht näher im einzelnen beschrieben .
Wie Figur 12 zeigt, trägt der dritte Arm 6c an seinem oberen Abschnitt eine Fernsehkamera 124 (im folgenden als TV-Kamera bezeichnet), die als Einrichtung zum Aufnehmen einer zu erntenden Frucht oder zum Erkennen einer Richtung wirkt, in der die als Objekt dienende Frucht liegt. Das System umfaßt des weiteren einen Monitor 125 zur Anzeige eines von der Kamera 124 aufgenommenen Bildes und einen Lichtgriffel bzw. Lichtstrahlschreiber 126 zum Auswählen der angepeilten Frucht aus den auf dem Monitor gezeigten Früchten. Der dritte Arm 6c trägt auch an seinem oberen Abschnitt einen Infrarotstrahlen aussendenden Lichtfleck- oder Lichtpunkt-Entfernungssensor 127 zur Detektion der Annäherung des Handelementes H zur Obsternte innerhalb eines vorbestimmten Abstandes von der als Objekt dienenden Frucht. Eine Steuerschaltung C gibt Instruktionen bzw. Befehle aus, die auf
Detektionssignalen won dem oben beschriebenen Element basieren, eine Information bezüglich der Drehungen des Motors 14 zur Armbetätigung und der Drehplattform 5, eine Information bezüglich einer vertikalen Position der Hebeeinrichtung A und im woraus gespeicherte Steuerdaten .
Wie das Flußdiagramm der Figur 14 mehr im einzelnen zeigt, nimmt die TV-Kamera 124 Früchte auf, und die zu erntende Frucht wird durch den Lichtgriffel 126 angezeigt, d.h.
angegeben. Dann wird die Richtung, in der die angepeilte Frucht liegt, durch eine logische und arithmetische bzw. Rechenverarbeitung erhalten, und die TV-Kamera 124 wird auf die angepeilte Frucht ausgerichtet. Das Handelement H wird somit in einer kontrollierten Weise zur als Objekt dienenden Frucht bewegt, indem die Drehplattform 5, die Hebeeinrichtung A oder die Arme 6a, 6b und 6c betätigt werden. Als nächstes wird das Handelement H um vorbestimmte Abstände bewegt, indem die Arme 6a, 6b und 6c ausgestreckt werden. Jedesmal, wenn das Handelement H um einen vorbestimmten Abstand bewegt wird, wird die Richtung, in der sich die angepeilte Frucht befindet, durch eine logische und rechnerische Verarbeitung bestimmt, damit das Handelement H in der sich ergebenden Richtung bewegt wird. Wenn der Lichtpunkt bzw. Punkt-Entfernungssensor 127 ein Detektionssignal liefert, wird das Handelement H langsam zur angepeilten Frucht gebracht und es führt anschließend, wie oben beschrieben, den Erntevorgang durch.
Wenn der Punkt-Abstandssensor 127 die Frucht jedoch nicht detektiert, nachdem das Handelement H um den vorbestimmten Abstand eine vorbestimmte Anzahl von Malen η bewegt worden ist, wird das Handelement zu einer vorbestimmten Position
zum Starten eines nächsten Zyklus zurückgeführt. Die vorbestimmte Anzahl der Male η kann die Gesamtanzahl der Armverlängerungen dividiert durch den vorbestimmten Abs-tand sein.
5
Wie Figur 13 zeigt, umfaßt ein Punkt-Abstandssensor einen Lichtsender a und einen Lichtempfänger b zur Detektierung von Licht, das durch den Lichtsender a ausgestrahlt und durch die Frucht M reflektiert worden ist. Der Sensor 127 bestimmt den Abstand auf Basis der Lichtmenge, die von dem Lichtempfänger b empfangen worden ist.
Die Figuren 16a und 16b zeigen eine Veränderung in dem auf dem Monitor 125 gezeigten Bild, die mit einer Richtungseinstellung auftritt, während das Handelement H in einer gewünschten Position angeordnet wird. Die Figuren 17a und 17b zeigen eine Veränderung in dem auf dem Monitor 125 gezeigten Bild, die bei einer Richtungseinstellung auftritt, während das Handelement H zur angepeilten Frucht M bewegt wird.
Die Steuerungen der Erntemaschine werden im folgenden näher im einzelnen bescKrieben.
Die sechs Finger Fl bis F6 umfassen sechs Kontaktsensoren Sl bis S6, die jeweils an ihren vorderen Enden zur Detektion von Früchten angebracht sind. Des weiteren ist ein erster Kontaktsensor zur Fruchtdetektion (im folgenden als oberer Sensor bezeichnet) 128 auf einer gebogen ausgebildeten Stützauflageeinrichtung 129 angebracht, die am zylindrischen Behälter 112 befestigt ist, so daß sie in und aus dem Behälter 112 hin- und herbewegbar bzw. oszillierbar ist. Der obere Sensor 128 befindet sich in einer betriebsbereiten Position direkt oberhalb der
Öffnung des zylindrischen Behälters 112, wenn sich die Einrichtung 129 in einer Position befindet, in der sie völlig aus dem Behälter 112 hervorsteht, und nimmt eine nicht betriebsbereite zurückgezogenen Positon außerhalb des Behälters 112 an, wenn die Einrichtung 129 nach unten oszilliert. Ein zweiter Kontaktsensor zur Fruchtdetektion (im folgenden als unterer Sensor bezeichnet) 130 ist auf einem hin- und herbewegbaren bzw. oszillierbaren Arm 131 angebracht, der so am zylindrischen Behälter 112 befestigt ist, daß er sich in vertikaler Richtung hin- und herbewegen kann. Der untere Sensor 130 befindet sich innerhalb des zylindrischen Behälters 112 in einer betriebsbereiten Position, wenn der hin- und herbewegbare Arm 131 in den Behälter 112 vorsteht, und nimmt eine nicht betriebsbereite, zurückgezogene Position außerhalb des Behälters 112 ein, wenn der hin- und herbewegbare Arm
131 nach unten oszilliert. Ein Hilfs- bzw. Zwischenarm
132 ist im Einklang bzw. übereinstimmend mit dem oberen Sensor 128 hin- und herbewegbar und mit einem Luftzylinder 133 verbunden, der am zylindrischen Behälter 112 befestigt ist. Der Zwischenarm 132 ist funktionsmäßig mit dem hin- und herbewegbaren Arm 131 verbunden, der den unteren Sensor 130 über eine Zug-Schub- bzw. Stößelstange 134 trägt. Auf diese Weise kann der Luftzylinder 133 so betätigt werden, daß er die beiden Sensoren 128 und 130 in ihre jeweiligen Betriebspositionen selektiv bringt.
Es werden nun die Flußdiagramme der Figuren 15a und 15b beschrieben. Wenn der obere Sensor ein Detektionssignal aussendet, während das Handelement H wie oben beschrieben angehoben ist, wird der obere Sensor 128 zu einer nicht betriebsbereiten Position zurückgezogen, und der untere Sensor 130 wird gleichzeitig in die Betriebsposition gebracht. Wenn der untere Sensor 130 ein Detektionssignal
-JtT-
aussendet, während das Handelement H weiter angehoben wird, wird die nach oben erfolgende Bewegung des Handelementes H angehalten, und die Elemente 114 zum Andrücken der Früchte und die Schneideinrichtung 115 werden nach oben hin- und herbewegt. Die Schneideinrichtung 115 wird dann betätigt, um den Fruchtkörper abzuschneiden.
Wenn irgendeiner der Kontaktsensoren Sl bis S6 an den vorderen Enden der Finger Fl bis F6 ein Detektionssignal aussendet,anstatt daß der obere Sensor 128 das Detektionssignal aussendet, während das Handelement H mit dem oberen Sensor 128 in der betriebsbereiten Position angehoben wird, wird das Handelement H horizontal in Richtung des Kontaktsensors bewegt, der das Detektionssignal ausgesendet hat, damit die Frucht durch die durch die Finger Fl bis F6 vorgegebene Öffnung in positiver Weise eingeführt wird. Wenn der obere Sensor 128 kein Detektionssignal abgibt, nachdem das Handelement H um einen vorbestimmten Weg angehoben worden ist, wird entschieden, daß nicht geerntet werden kann, und das Handelement H wird zur vorbestimmten Position zurückgeführt.
Wenn das Handelement H angehoben wird, wobei sich der untere Sensor 130 in betriebsbereiter Position befindet, wird das Handelement H jedesmal hin- und herbewegt, wenn es um einen vorbestimmten Weg angehoben wird, damit die Frucht auf geeignete Weise innerhalb des Handelementes H angeordnet wird. Wenn der untere Sensor 130 kein Detektionssignal abgibt, nachdem das Handelement H um einen vorbestimmten Weg angehoben worden ist, wird entschieden, daß Ernten nicht möglich ist, und das Handelement H wird zur vorbestimmten Position zurückgeführt.
-J*
Die als Objekt angepeilte Frucht wird von den anderen Früchten oder Zweigen getrennt, indem das Handelement H um einen solchen Weg abgesenkt wird, um den es bei betriebsbereitem unteren Sensor 130 angehoben worden ist, nachdem die Elemente 114 zum Andrücken des Fruchtkörpers in die Position gebracht worden sind, um den Fruchtkörper zu drücken und bevor die Schneideinrichtung 115 die voll vorstehende Position eingenommen hat.
Die abgeschnittene und geerntete Frucht wird von der Hand H beim Umschalten der Positionen der beiden Sensoren 128 und 130 fortgenommen, nachdem das Handelement H zu einer vorbestimmten Position in Nachbarschaft der Maschine zurückgeführt worden ist.
Bei Ausführung und Verwirklichung der Erfindung können zahlreiche Modifikationen bzw. Abänderungen an dem Handelement H zum'Ernten der Früchte sowie einer speziellen Anordnung der Einrichtung zur Bildaufnahme und in speziellen Anordnungen der Einrichtung zur Detektion der Richtung einer Frucht und der Einrichtung zur automatischen Bewegung des Handelementes ausgeführt werden, die den Führungsmechanismus für das Handelement bilden.
Auch der Mechanismus zum Bewegen des ersten und des zweiten Kontaktsensors 128 und 130 und die Verriegelungsanordnung zwischen dem Stellglied 133 und den beiden Sensoren 128 und 130 können in verschiedener Weise abgewandelt werden.

Claims (3)

47-go, 2-ban, 1-chome, Shikitsuhigashi, Naniwa-ku Osaka-shi, Osaka-fu, Japan 19. November 1904 M 390/Kö/wi Patentansprüche:
1. Roboterhand zum Ernten von Früchten, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Behälter (9; 112) zum Aufnehmen von Früchten, eine Anzahl von Sensoren (lla, Sl, S2, S3, 54, S3, S6, 128) zur Detektion von Früchten, die um eine Öffnung des Behälters (9; 112) angeordnet sind, und zumindest einen Sensor (lib; 130) zur Detektion von Früchten, der im Inneren des Behälters (9; 112) angeordnet ist.
2. Roboterhand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (lib; 130) zur Detektion von Früchten, der im Inneren des Behälters (9; 112) angeordnet ist, in vertikaler Richtung im Behälter (9; 112) bewegbar ist.
15
3. Roboterhand nach Anspruch 1 oder 2, "dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (lib; 130) zur Detektion von Früchten einen Kontakt umfaßt odor auf einem Arm (131) angebracht ist, der den Boden des Behälters bildet und an dem Behälter (9; 112) so befestigt ist,
·\-..ιιιι·.Ιι.ιΐϊ[· Il (I fliHHI MiiiK lirii 'IU li'li'Mi (ilfi'l) ht, !(.υ!) UtIi-Ux [IVi.).1) ·1ί. KVb
r.iti'iiliiinv.ill Pi liuj Uipl liii| Λ Soll (MuiKlU'ii) l'wiilt üipl Ing Chi Äipt (Wuppertal)
daß er ti in- und hör bewegbar ist, um den Boden des Behälters (9; 112) zu öffnen, wodurch eine geerntete Frucht von dem Boden des Behälters (9; 112)nach unten abgeführt werden kann.
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