DE4116728C2 - Obstpflücker und Verfahren zum Aufsuchen von Zielgegenständen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Obstpflücker nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Aufsuchen von Zielgegenständen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.

Ein bekannter Obstpflücker ist in der HU 194 006 beschrieben. Die Vorrichtung enthält auf einem selbstgetriebenen Wagen angeordnete gelenkige Greifarme. Das Auffinden des Zielgegenstandes (Obstes) erfolgt mit Hilfe einer aus einer optischen Kamera, einem Distanzanalysator und einem Winkellagenanalysator bestehenden Auswerteeinheit. In den Greifköpfen der Vorrichtung ist je ein Distanzmesser einge­ baut, wobei das Führen des Greifkopfes auf den Zielgegenstand dadurch sichergestellt wird, daß das Maximum des vom Zielgegenstand reflektierten Signals gesucht wird, und das Erreichen des Zielgegenstandes durch den Distanzmesser wahrgenommen wird. Die gelenkigen Greifarme sind in im Vergleich zueinander verschiedenen radialen Richtungen angeordnet, oder sind zur beliebigen räumlichen Bewegung fähig.

Die Mangelhaftigkeit der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß sie zu kompliziert ist, praktisch je Greifkopf eine den Zielgegenstand wahrnehmende komplexe Auswerte-Steuereinheit benötigt wird; deshalb ist ihre Realisierung kostspielig und die Bewegung der verschiedenen Greifköpfe sind nicht genügend koordiniert.

Aus der DE 33 22 683 C2, die sich auf eine Vorrichtung mit einem Greifkopf bezieht, sind verschiedene Sucher- und Auswerte-Vorrichtungen, und -Verfahren zu erkennen. Das Fühlorgan enthält in diesen Lösungen eine Videokamera und auf einer damit kinetisch verbundenen Aufhängung eine punktartige Lichtquelle oder einen Infrarot-Distanzmesser. Das Bild der Kamera erscheint auf einem Monitor und der Computer der Vorrichtung berechnet und speichert die Angaben desjenigen Zielgegenstandes, welchen der Bediener der Vorrichtung auf dem Monitor mit einem Lichtstift anzeigt. Auch im Greifkopf sind Fühler angeordnet, die die Lage des Obstes im Vergleich zum Greifkopf wahrnehmen.

Bei der Lösung laut der FR 2 242 019 ist an zwei Seiten des Greifkopfes je eine Videokamera angeordnet und der Greifkopf wird mit Hilfe von deren Signalen auf den Zielgegenstand geführt.

Das Kennzeichen der bekannten Sucher- und Auswerte-Vorrichtungen ist, daß sie zur gleichen Zeit die Angaben nur eines bzw. je Greifkopf nur eines Zielgegenstandes aufzuarbeiten fähig sind, was das Pflücken unkoordiniert und langsam macht. Die Digitalisierung und Auswertung des Videobildes ist ein aus vielen Operationen bestehender langsamer Vorgang, insbesondere wenn viele Bildpunkte auszuwerten sind (z. B. im Falle von Formerkennung bzw. bei Unterdrückung von virtuellen Zielgegenständen im Bild).

Die DE 33 22 683 beschreibt zwar eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, welche gemäß dem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4 betreibbar ist. Jedoch ist bei dieser Vorrichtung nur ein Arm mit einem einzigen Greifkopf und einer einzigen Videokamera vorgesehen, und die gesamte Baumseite wird auf einmal erfaßt, wodurch sowohl der Vorgang der Bilddatenverarbeitung als auch der Erntevorgang zu lange dauern.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die obigen Nachteile zu vermeiden und einen Obstpflücker sowie ein Verfahren zum Betreiben desselben nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 4 zu schaffen, wobei die Vorrichtung kostengünstig zu produzieren ist und ein schnelleres, wirksameres, mehr koordiniertes Zielgegenstandsuchen und -pflücken ermöglicht.

Dies wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 4 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen des Obstpflückers sind in den Unteransprüchen 2 und 3 beschrieben.

Die Vorrichtung ist vorteilhaft als ein an einer Kraftmaschine montierbarer Adapter ausgebildet. Auf vorteilhafte Weise ist am horizontalen Halter der Vorrichtung ein Förderband angeordnet.

Diejenige Maßnahme, wonach die Vorrichtung als auf eine Kraftmaschine montierbarer Adapter verwirklicht ist, ergibt weitere Kostenreduzierung: die Kraftmaschine ist nur zur Zeitdauer der Obsternte engagiert, zu anderen Zeiten kann sie zu anderen Zwecken verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die gleichzeitige Sammlung und Aufarbeitung der Angaben von mehreren Zielgegenständen und in einigen Suchschritten (z. B. 10-20) die Erfassung der einen Seite eines ganzen Baumes.

Nachstehend wird das Wesen der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die skizzenartige Draufsicht des Obstpflückers,

Fig. 2 die skizzenartige Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 1.

Der erfindungsgemäße Obstpflücker ist als ein an einer Kraftmaschine 17 anmontierbarer Adapter ausgebildet und ist an der Kraftmaschine 17 mittels einer Tragkonstruktion 2 befestigt. Der horizontale Halter 1 der Vorrichtung ist an der Tragkonstruktion 2 um einen vertikalen Bolzen 3 drehbar gelagert. Der Drehung um den Bolzen 3 und der Positionierung des Halters 1 dient ein hydraulischer Arbeitszylinder 4, der zwischen dem Halter 1 und der Kraftmaschine 17 eingebaut ist. Entlang der Länge des Halters 1 ist an diesen ein Förderband 5 angebaut, auf welches Obstfächer geladen werden können. Am Halter 1, in in einem Abstand t voneinander angeordneten armtragenden Ösen 6, sind in einer Bewegungsebene bewegungsfähige gelenkige Arme 7-12 gelagert, wobei die Gelenke der Arme von je einem hydraulischen Arbeitszylinder 14 überbrückt sind und jedes Gelenk mit je einem Winkelgeber 13 versehen ist. Im Beispiel hat die Vorrichtung am Halter 1 sechs aus drei Strecken bestehende gelenkige Arme 7-12.

An den beiden Enden des horizontalen Halters 1 sind zwei miteinander einen spitzen Winkel einschließende, im Vergleich zum Halter 1 in einem Winkel von α = 60° angeordnete Videokameras 15, 16 vorgesehen. Am Ende der gelenkigen Arme 7-12 ist je ein fernbetätigter Greifkopf 18 angeordnet. Die Ausbildung der Greifköpfe ist an sich bekannt.

Am Halter 1 ist weiterhin die Auswerte-Steuereinheit mit Computer angeordnet, die am Akkumulator der Kraftmaschine angeschlossen ist und die weiterhin mit den Videokameras 15, 16, mit den Winkelgebern 13 und mit den elektromagnetischen Ventilen der hydraulischen Betätigungsorgane verbunden ist.

Im Computer sind ein Auswerte-Steuerprogramm, weiterhin die Parameter der mit der Bewegungsebene der gelenkigen Arme 7-12 übereinstimmenden, parallelen Raumebenen (Koordinatenflächen) gespeichert.

Die Tragkonstruktion 2 ist am Boden mittels zweier hydraulischer Stützen abgestützt.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist wie folgt:
Die Kraftmaschine wird an den Baum gestellt, von dem das Obst gepflückt werden soll, die Arme 7-12 des Obstpflückers stehen in Richtung zu dem Baum. Danach wird die Auswerte-Steuereinheit mit Computer eingeschaltet, die die folgenden Operationen durchführt bzw. steuert:
Sie legt die Tragkonstruktion 2 mit den hydraulischen Stützen fest, erfaßt die abzupflückenden Zielgegenstände (Obst) an der übersehbaren ganzen Baumfläche und steuert das Pflücken des Obstes, schließlich löst sie die hydraulischen Stützen.

Die Erfassung der abzupflückenden Zielgegenstände erfolgt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wie folgt:
Im Bildfeld der Videokameras 15, 16 erscheint die ganze Baumkrone. Im Bildfeld der (eventuell mit Farbenfilter versehenen) Videokameras hebt sich das Bild der gelben-roten Zielgegenstände ab, das Laubwerk erscheint als Hintergrund, aber ebenso können auch die Farbsignale der Videokameras bewertet werden.

Das Bild der Videokameras 15, 16 wird digitalisiert und der Mittelpunkt der einzelnen Zielgegenstände wird bestimmt. Die Koordinaten der Zielgegenstände werden mit vorbestimmten Raumkoordinatenflächen verglichen, deren Angaben im Computer gespeichert sind. Die Koordinatenflächen wurden als mit der Bewegungsebene der gelenkigen Arme 7-12 übereinstimmende, parallele, ebene Raumflächen gewählt, aber sie können auch andere, mit der Bewegungsebene der gelenkigen Arme parallele ebene Raumflächen oder andere Koordinatenflächen sein.

Als Resultat des Vergleichens der Koordinaten der Zielgegenstände mit den Koordinatenflächen werden die Angaben der in die Koordinatenflächen fallenden Zielgegenstände gespeichert, die Angaben der anderen Zielgegenstände werden außer acht gelassen. Das Speichern erfolgt auf den Koordinatenflächen zugeordnete Weise. Im nächsten Suchschritt wird der oben beschriebene Suchschritt so wiederholt, daß die Position der Videokameras mittels Verdrehens des horizontalen Halters 1 um den Bolzen 3 verändert wird oder daß die Koordinatenfläche zu sich parallel verschoben wird. Die Suchschritte werden solange fortgesetzt, bis mit einer Koordinatenfläche der Raum zwischen zwei benachbarten Koordinatenflächen abgetastet ist. Da in diesen Fällen das Abtasten an jeder Koordinatenfläche parallel erfolgt, wird so die übersehbare Seite des ganzen Baumes abgetastet.

Es ist vorteilhaft, die Koordinatenflächen als mit der Bewegungsebene der gelenkigen Arme übereinstimmende Ebenen zu wählen, wo die Position der Videokameras von Suchschritt zu Suchschritt verändert wird, weil die so erhaltenen Angaben je Koordinatenfläche und den Schritten der Position der Videokameras zugeordnet gespeichert werden und auf diese Weise in derselben Koordinate gespeicherte Angaben erhalten werden, in welcher das Pflücken erfolgt (die gelenkigen Arme sind in derselben Ebene angeordnet); so müssen die gespeicherten Signale zwecks Steuerung nicht mehr umgerechnet werden, die zur Pflückoperation nötige Steuerung der Arm-und Greifkopfbewegung kann einfach und präzis sein.

Für die Position der Greifköpfe ist die Stellung der Winkelgeber 13 charakteristisch. Die Greifköpfe werden off-line, d. h. ohne Rückkopplung auf den Zielgegenstand geführt, aber die Vorrichtung kann auch mit am Greifkopf angeordneten Fühlern und mit damit erfolgender on-line Steuerung ergänzt werden.

Claims (4)

1. Obstpflücker mit einer an einem gelenkigen Arm angeordneten Pflückvorrichtung, mit Sucher mit Kamera, Auswerte-Steuereinheit mit Computer und hydraulischen Bewegungsorganen, die einen horizontalen Halter mit vertikaler Drehachse aufweisen, an welchem ein die Pflückvorrichtung tragender gelenkiger Arm angeordnet ist, wobei
eine den Ort der Zielgegenstände bestimmende Auswertesteuereinheit mit einem Computer vorgesehen ist, an welchen die Kamera angeschlossen ist und welche derart ausgebildet ist, daß sie den Ort der Zielgegenstände mit sich verändernden, vorgegebenen Koordinatenflächen Schritt für Schritt vergleicht, dadurch gekennzeichnet, daß
am horizontalen Halter (1) zwei oder mehr zueinander parallel in vertikaler Ebene bewegungsfähige, an ihren Gelenken mit Winkelgebern (13) versehene, je einen Greifkopf tragende Arme (7-12) angeordnet sind,
an beiden Enden des sich quer zum Stamm des zu beerntenden Baumes erstreckenden Halters (1) zwei mit ihren optischen Achsen einen spitzen Winkel miteinander einschließende Videokameras (15, 16) befestigt sind,
der Ort der Frucht mittels beider Videokameras wahrgenommen wird und mit sich verändernden, gespeicherten Raumkkoordinatenflächen, die mit der jeweilligen Bewegungsebene der gelenkigen Arme (7-12) übereinstimmen oder damit parallel liegen, verglichen und abgespeichert wird, falls der Ort der Frucht innerhalb der Raumkoordinate liegt, wobei diese Arbeitsweise bei unterschiedlichen Positionen der Videokameras (15, 16) wiederholt wird.

2. Obstpflücker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als ein an einer Kraftmaschine (17) montierbarer Adapter ausgeführt ist.

3. Obstpflücker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am horizontalen Halter (1) ein Förderband (5) angeordnet ist.

4. Verfahren zum Aufsuchen von Zielgegenständen unter Verwendung des Obstpflückers nach Anspruch 1, wobei der Zielgegenstand mittels einer Kamera wahrgenommen, die so erhaltenen beiden Bilder digitalisiert und der Mittelpunkt der Zielgegenstände bestimmt werden, wobei
die Koordinaten der Zielgegenstände mit vorbestimmten Raumkoordinatenflächen verglichen und nur die Angaben der in die Koordinatenflächen fallenden Zielgegenstände gespeichert werden, dadurch gekennzeichnet, daß
zwei mit ihren optischen Achsen einen spitzen Winkel
miteinander einschließende Videokameras vorgesehen sind, mittels derer der Zielgegenstand wahrgenommen wird, die Koordinatenflächen als mit der jeweiligen Bewegungsebene der gelenkigen Arme übereinstimmende oder damit parallel liegende, parallele ebene Raumflächen gewählt werden und die Position der Videokameras von Suchschritt zu Suchschritt verändert wird, und
dann das Verfahren in veränderter Position der Videokameras oder in veränderten Koordinatenflächen von Schritt zu Schritt wiederholt und so der Raum zwischen zwei benachbarten Koordinatenflächen abgetastet wird.