JP2023140260A - 西瓜自動考察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】西瓜の育種過程のコストダウン及び作業ばらつきの改善を図ることにより、西瓜の育種効率を向上させることができる西瓜自動考察装置を提供する。【解決手段】西瓜自動考察装置は、計量固定部と、吸引部と、調整可能カット部と、撮像部と、糖度測定部と、横方向プッシュ部と、粉砕押圧部と、種分離部と、架台と、を備え、吸引部は、西瓜を吸着し、上昇させ又は解放し、計量固定部は、可動作業台と、計量センサと、Ｖ字状固定用溝と、を有し、調整可能カット部は、カット位置に位置する西瓜を水平方向にカットし、糖度測定部は、計量固定部の上方に設置され、撮像部は、西瓜外郭画像の情報と断面画像の情報とを取得し、横方向プッシュ部は、Ｖ字状固定用溝に位置する西瓜を粉砕押圧部へプッシュし、粉砕押圧部は、間隙が形成されるように西瓜の押圧粉砕を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、西瓜自動考察装置に関する。

西瓜は、スイカ属、ウリ科の一年生の蔓生植物で、「夏の果物の王様」として評判され、世界的に重要な経済作物である。中国は世界最大の西瓜生産国及び消費国であると同時に、西瓜の育種大国でもあり、育種過程において考察することは非常に重要である。西瓜の考察は、計量、外郭及び断面画像の解析、果肉糖度測定などの西瓜の表現型と品質情報を収集し、最終的に西瓜種の収集が便利となるように西瓜種を果肉から分離する必要がある。

特許文献１には、西瓜の内部品質を非破壊に検査する方法が記載されている。

特開平０９－１０１２７３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法は、非破壊による検査方法であるため、西瓜の断面の解析や西瓜の種の精密解析を行うことができない。

また、一般的な破壊検査方法は、主に手作業に依存しているため、育種コストがかかるだけではなく、手作業による作業基準の統一化が困難であるという問題があった。

そこで、本発明は、このような事情に鑑みて、西瓜の育種過程のコストダウン及び作業ばらつきの改善を図ることにより、西瓜の育種効率を向上させることができる西瓜自動考察装置を提供することを目的とする。

本発明の態様によれば、西瓜自動考察装置であって、
計量固定部と、吸引部と、調整可能カット部と、撮像部と、糖度測定部と、横方向プッシュ部と、粉砕押圧部と、種分離部と、架台と、を備え、
前記吸引部は、前記架台に設置され、西瓜を吸着し、上昇させ又は解放し、
前記計量固定部は、前記吸引部の下方に設置され、測定位置とカット位置との切り替えが可能な可動作業台と、計量センサと、西瓜の前後の転動を防止するＶ字状固定用溝と、を有し、
前記調整可能カット部は、前記計量固定部の片側に設置され、カット位置に位置する西瓜を水平方向にカットし、
前記糖度測定部は、前記計量固定部の上方に設置され、
前記撮像部は、西瓜外郭画像の情報と断面画像の情報とを取得し、搭載されたコンピュータによって、当該西瓜の外郭形状、断面形状、サイズ、皮の厚さ及び形状歪み係数パラメータを取得し、
前記横方向プッシュ部は、前記Ｖ字状固定用溝に位置する西瓜を前記粉砕押圧部へプッシュし、その位置が前記可動作業台がカット位置に移動した際の前記Ｖ字状固定用溝に対応し、
前記粉砕押圧部は、間隙が形成されるように西瓜の押圧粉砕を行い、
前記種分離部は、前記粉砕押圧部によって押圧粉砕された西瓜の残骸から、西瓜種、西瓜果汁及び西瓜皮を分離し、西瓜種を収集する西瓜自動考察装置が提供される。

西瓜自動考察装置は、前記可動作業台に設けられ伸縮可能なピストンロッドを有する移動シリンダと、
前記架台に設けられたガイドレールと、
前記可動作業台に設けられるとともに前記ガイドレールに対して摺動する第１スライダと、
前記架台に設けられ、前記可動作業台の測定位置とカット位置との切替が行われるように前記移動シリンダの前記ピストンロッドの先端と接続されたストッパと、をさらに備えることが好ましい。

前記吸引部は、鉛直となるように前記架台に設置された直立シリンダと、前記直立シリンダのピストンロッドの先端に設置された吸着盤と、を有し、
前記直立シリンダは、前記可動作業台がカット位置に移動したときに前記Ｖ字状固定用溝の真上に取り付けられていることが好ましい。

前記調整可能カット部は、カッタと、カッタホルダと、カッタ高さ調整スライダモジュールと、カッタホルダ座と、カットシリンダと、を有し、
前記カッタが前記カッタホルダに固定され、前記カッタホルダがカッタ高さ調整スライダモジュールを介して前記カッタホルダ座と接続されることで、異なるカット高さが実現され、
前記カッタホルダ座と前記計量固定部が位置する前記可動作業台とは、同一の前記ガイドレールで移動し、
前記カットシリンダは、前記カッタをプッシュすることで、カット位置に位置する西瓜を水平方向にカットし、カットされた断面と前記撮像部との距離があらかじめ把握され、断面の画像解析が行われることが好ましい。

前記カッタホルダ座の底部には、前記ガイドレールに係合される第２スライダが設置されていることが好ましい。

前記粉砕押圧部は、第１押圧ローラと、第２押圧ローラと、第２粉砕ローラと、調整ボルトと、第１粉砕ローラと、ライナープレートと、モータと、を有し、
前記モータは、出力軸が第１押圧ローラに接続され、
前記第１押圧ローラと前記第２押圧ローラとは、互いに反対方向に運動するように互いに平行に設置されることで、間隙が形成されるように西瓜が押圧され、
前記第１押圧ローラ及び前記第２押圧ローラは、それぞれ前記第１粉砕ローラ及び第２粉砕ローラの運動と同期し、
前記調整ボルトは、前記第１粉砕ローラと前記第２粉砕ローラとの動作間隙、及び、前記第１押圧ローラと前記第２押圧ローラとの動作間隙を調整し、
前記ライナープレートは、各ローラに密着されていることが好ましい。

前記種分離部は、押圧された西瓜の残骸が載置されるストレーナと、西瓜の残骸を洗浄することによって、西瓜種、西瓜果汁と西瓜皮とを分離する高圧噴射ガンと、洗浄された西瓜種、西瓜果汁及び水を受け入れ、西瓜種を収集するフィルタを有する種出口と、を有することが好ましい。

本発明の態様によれば、西瓜の育種過程のコストダウン及び作業ばらつきの改善を図ることにより、西瓜の育種効率を向上させることができる。

本発明の実施例の斜視図である。 本発明の実施例の正面図である。 本発明の実施例の左側面図である。 本発明の実施例に係る粉砕押圧装置の斜視図である。 本発明の実施例に係る粉砕押圧装置の正面図である。 本発明の実施例に係る粉砕押圧装置のＡ－Ａ断面図である。 本発明の実施例に係る粉砕押圧装置のＢ－Ｂ断面図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、単に実施形態ともいう。）について詳細に説明する。

図１～図８に示すように、本実施形態によれば、計量固定部８と、吸引部１７と、調整可能カット部２５と、撮像部１６と、糖度測定部１２と、横方向プッシュ部２９と、粉砕押圧部４、種分離部３と、架台１と、制御部としてのコンピュータと、を備える西瓜自動考察装置が提供される。

計量固定部８は、可動作業台と、計量センサ９と、Ｖ字状固定用溝１０と、を有する。可動作業台には、第１スライダ２７が設けられている。架台１には、第１水平方向（図２における左右方向／Ｙ軸方向）に沿って延在するとともに第１スライダ２７と係合するガイドレール２６が設けられている。そして、第１スライダ２７は、ガイドレール２６に対して摺動することで、可動作業台は、第１水平方向に沿って移動する。西瓜自動考察装置は、可動作業台の測定位置とカット位置との切替を行うための移動シリンダ７と、架台１に設けられたストッパ６とをさらに備える。移動シリンダ７は、可動作業台に設けられ伸縮可能なピストンロッドを有する。具体的には、移動シリンダ７は、その伸縮可能なピストンロッドが第１水平方向に沿って延在するように設けられている。そして、ストッパ６は、可動作業台の測定位置とカット位置との切替が行われるように移動シリンダ７のピストンロッドの先端と接続されている。Ｖ字状固定用溝１０は、西瓜の前後の転動を防止し、かつ、吸着時の応力分布を改善し、西瓜をより適切に固定すると同時に西瓜の損傷を低減させることができる。

吸引部１７は、鉛直方向に沿って移動可能なピストンロッドを有する直立シリンダ１８と、ピストンロッドの先端（図２の下端）に設けられた吸着盤３２と、を有する。前記直立シリンダ１８は、可動作業台がカット位置に移動した際にＶ字状固定用溝１０の真上に位置するように架台１に取り付けられる。吸着盤３２は、負圧により駆動されることで、西瓜の吸着、上昇及び解放が実現される。

調整可能カット部２５は、ロープ長さ測定センサ１９と、カッタ２０と、カッタホルダ２１と、カッタ高さ調整スライダモジュール２２と、カッタホルダ座２３と、カットシリンダ２４と、を有する。ロープ長さ測定センサ１９は、並行に直立シリンダ１８の片側に取り付けられ、直立シリンダ１８のピストンロッドの伸縮量を測定する測定ロープが直立シリンダ１８のピストンロッドの先端に固定されている。また、ロープ長さ測定センサ１９は、吸着盤３２が西瓜の頂部と当接する際に直立シリンダ１８のピストンロッドの伸縮量を測定し、コンピュータへ出力する。コンピュータは、測定した直立シリンダ１８のピストンロッドの伸縮量に基づいて、西瓜の直径を算出することができる。そして、コンピュータは、算出した西瓜の直径に基づいて、西瓜の直径に対応するカッタ２０のカット高さを算出し、カッタ高さ調整スライダモジュール２２に出力する。前記カッタ２０がカッタホルダ２１に固定され、カッタホルダ２１がカッタ高さ調整スライダモジュール２２を介してカッタホルダ座２３と接続されることで、異なるカット高さが実現される。カッタホルダ座の底部には、ガイドレール２６に係合される第２スライダ２７１が設置されている。カッタホルダ座２３は、第２スライダ２７１及びガイドレール２６を介して架台１に接続されることで、計量固定部８が位置する可動作業台とガイドレール２６で移動することが実現される。カットシリンダ２４は、そのピストンロッドが第１水平方向に沿って延在するように架台１に設けられている。また、カットシリンダ２４のピストンロッドの先端は、カッタホルダ座２３と接続されている。カットシリンダ２４は、カッタホルダ座２３を介してカッタ２０をプッシュすることで、カット位置に位置する西瓜を水平方向にカットする。カットされた断面と撮像部１６との距離があらかじめ把握されているため、西瓜の断面の画像解析がコンピュータにより行われる。

撮像部１６は、可動作業台の上方に位置するように架台１に取り付けられている。撮像部１６は、Ｖ字状固定用溝１０に載置された半分の西瓜の西瓜外郭画像の情報及び断面画像の情報を取得し、搭載されたコンピュータによって、当該西瓜の外郭形状、断面形状、サイズ、皮の厚さ及び形状歪み係数パラメータを取得し、画像解析により西瓜断面の中心と西瓜の辺縁箇所における測定点座標値を取得する。

糖度測定部１２は、糖度センサ１１と、糖度センサ１１を鉛直方向（図１における上下方向／Ｚ軸方向）に沿って昇降させるＺ軸スライダモジュール１３と、第１水平方向と直交する第２水平方向（図３における左右方向／Ｘ軸方向）に沿ってＺ軸スライダモジュール１３を移動させるＸ軸スライダモジュール１４と、第１水平方向に沿ってＸ軸スライダモジュール１４を移動させるＹ軸スライダモジュール１５と、を有する。

糖度センサ１１は、果汁に接触してその糖度含有量を測定するために果肉に挿入してもよく、非接触測定センサに置き換えて同様の機能を実現してもよい。Ｚ軸スライダモジュール１３は、鉛直方向に沿って延在するように設けられた鉛直ガイドポールと、鉛直ガイドポールに対して摺動するように糖度センサ１１と接続された昇降スライダと、を有する。Ｘ軸スライダモジュール１４は、第１水平方向に沿って延在するように設けられた第１水平ガイドポールと、第１水平ガイドポールに対して摺動するようにＺ軸スライダモジュール１３と接続された第１水平スライダと、を有する。Ｙ軸スライダモジュール１５は、第２水平方向に沿って延在するように設けられた第２水平ガイドポールと、第２水平ガイドポールに対して摺動するようにＸ軸スライダモジュール１４と接続された第２水平スライダと、を有する。このようなＸ軸スライダモジュール１４、Ｙ軸スライダモジュール１５及びＺ軸スライダモジュール１３により、糖度センサ１１を指定された測定位置に移動させるための三軸ロボットアーム機能が実現される。

横方向プッシュ部２９は、Ｖ字状固定用溝１０に位置する西瓜をフィードホッパ５へプッシュし、その位置が計量固定部８が位置する可動作業台がカット位置に移動した際のＶ字状固定用溝１０に対応するように架台１に設けられている。具体的には、横方向プッシュ部２９は、第２方向に沿って伸縮可能なピストンロッドを有するシリンダから構成されている。そして、当該ピストンロッドは、伸長することにより、そのピストンロッドの先端がカットされた西瓜をプッシュしてフィードホッパ５に突き落とすことができる。

粉砕押圧部４は、第１押圧ローラ３４と、第２押圧ローラ３５と、第２粉砕ローラ３６と、調整ボルト３７と、ＵＣＰ軸受３８と、第１粉砕ローラ３９と、ライナープレート４０と、モータ４１と、を有する。モータ４１の出力軸と第１押圧ローラ３４との間には、スプロケットが用いられることにより、モータ４１の動力が第１押圧ローラ３４に伝達される。第１押圧ローラ３４と第２押圧ローラ３５との間は、ギア伝動であることで、二つのローラの逆方向運動を実現することができる。これにより、間隙が形成されるように西瓜が押圧される。第１押圧ローラ３４及び第２押圧ローラ３５は、それぞれ第１粉砕ローラ３９及び第２粉砕ローラ３６との間でスプロケット伝動を採用し、二つの粉砕ローラと二つの押圧ローラの運動を同期させるように維持することを実現することができる。そして、粉砕ローラに円周状に均一に分布された歯片によって半分にカットされた西瓜を粉砕し、下向きに搬送することで、西瓜の表面が滑らかすぎ、又は西瓜の皮の強度が高すぎるため、押圧作業が正常に動作しにくい問題を回避することができる。第２押圧ローラ３５及び第２粉砕ローラ３６は、いずれもＵＣＰ軸受３８を採用して機体に固定され、より広い範囲の西瓜品種の押圧作業のニーズに適応するために、調整ボルト３７によりそれぞれ粉砕ローラの動作隙間、押圧ローラの動作隙間を調整してもよい。この場合に、具体的には、調整ボルト３７をねじ込み又は緩むことにより、第１押圧ローラ３４及び第１粉砕ローラ３９に対してそれぞれ第２押圧ローラ３５及び第２粉砕ローラ３６を近接又は離間させることができる。ライナープレート４０は、各ローラに密着されており、隙間ばめを採用することで、粉砕及び押圧作業時の西瓜の破片、種などが入りにくくなり、清掃に便利であり、種の混同をより良好に回避することができる。

種分離部３は、押圧された西瓜の残骸が載置されるストレーナ２と、西瓜の残骸を洗浄することによって、西瓜種、西瓜果汁と西瓜皮とを分離する高圧噴射ガン３３と、洗浄された西瓜種、西瓜果汁及び水を受け入れ、西瓜種を収集するフィルタを有する種出口３１と、を有する。

本発明の実施例の作業過程は、以下のとおりである。使用者が西瓜を、その長軸が第２方向と平行になるようにＶ字状固定用溝１０に載置し、計量センサ９により測定される西瓜の重量を取得し、撮像部１６により西瓜の外郭画像情報を取得する。移動シリンダ７により西瓜をカット位置に駆動し、直立シリンダ１８により西瓜を下向きに押さえつけるように吸着盤３２を駆動し、吸着盤変位量は、ロープ長さ測定センサ１９によって測定され、架台１、計量固定部８、Ｖ字状固定用溝１０の幾何学的構造情報から西瓜の中心位置高さを推定し、調整可能カット部２５のカッタホルダ２１の高さを制御することにより、中位水平カットが実現することができる。吸着盤３２が負圧で起動され、カットされた上半分の西瓜を吸引して上昇させ、下半分の西瓜は移動シリンダ７の駆動によって測定位置に戻される。撮像部１６により、西瓜断面の画像情報を取得し、画像解析を行い、既知の断面と撮像部の距離に基づいて、皮の厚さ、断面積などのパラメータを解析し、中心箇所及び皮の辺縁箇所における糖度測定点のデカルト座標値を算出する。ＸＹＺの三軸スライダモジュールを制御することにより、糖度センサカッタによって指定された測定点を駆動し、果汁に接触するために果肉に挿入し、又は非接触センシングによって各西瓜断面の各領域の糖度を測定する。吸着盤３２が解放され、上半分の西瓜は重力によりフィードホッパ５に落下して粉砕押圧部４に入り込み、第１粉砕ローラ３９及び第２粉砕ローラ３６により半球状の西瓜が押し潰されて第１押圧ローラ３４及び第２押圧ローラ３５に下向きに送り込まれ、西瓜種と果肉との間に顕著な圧縮強度差があるため、押圧ローラ間の隙間を西瓜の最大包絡球径よりも常に大きくすることで、西瓜種が押圧されて損傷することなく、果肉がいずれも果汁として押圧されるように確保することができる。押圧された後に生成された西瓜の残骸は、ストレーナ２から滑り落ち、高圧噴射ガン３３により、西瓜種及び果汁が洗浄されて種出口３１に入り込み、フィルタの濾過により西瓜種が収集され、西瓜皮の残骸は、機外に排出される。フィードホッパ５の上方に配置されたスプリンクラヘッドにより、フィードホッパ５及び粉砕押圧部４の清掃が実現され、押圧装置の構造が簡単であるため、良好な清掃効果を実現することができ、種の混同の問題を回避することができる。

本実施形態によれば、西瓜の育種過程のコストダウン及び作業ばらつきの改善を図ることにより、西瓜の育種効率を向上させることができる。

以上の内容は、具体的な実施形態と併せて本発明をさらに詳細に説明したものであるが、本発明の具体的な実施はこれらの説明に限定されるものとは考えられない。当業者にとって、本発明の考え方を逸脱することなく、いくつかの簡単な推論又は置換を行ってもよい。

１、架台
２、ストレーナ
３、種分離部
４、粉砕押圧部
５、フィードホッパ
６、ストッパ
７、移動シリンダ
８、計量固定部
９、計量センサ
１０、Ｖ字状固定用槽
１１、糖度センサ
１２、糖度測定部
１３、Ｚ軸スライダモジュール
１４、Ｘ軸スライダモジュール
１５、Ｙ軸スライダモジュール
１６、撮像部
１７、吸引部
１８、直立シリンダ
１９、ロープ長さ測定センサ
２０、カッタ
２１、カッタホルダ
２２、カッタ高さ調整スライダモジュール
２３、カッタホルダ座
２４、カットシリンダ
２５、調整可能カット部
２６、ガイドレール
２７、第１スライダ
２８、横方向プッシュシリンダ
２９、横方向プッシュ部
３０、押圧種取り器固定プレート
３１、種出口
３２、吸着盤
３３、高圧噴射ガン
３４、第１押圧ローラ
３５、第２押圧ローラ
３６、第２粉砕ローラ
３７、調整ボルト
３８、ＵＣＰ軸受
３９、第１粉砕ローラ
４０、ライナープレート
４１、モータ

Claims (7)

1. 西瓜自動考察装置であって、
   計量固定部と、吸引部と、調整可能カット部と、撮像部と、糖度測定部と、横方向プッシュ部と、粉砕押圧部と、種分離部と、架台と、を備え、
   前記吸引部は、前記架台に設置され、西瓜を吸着し、上昇させ又は解放し、
   前記計量固定部は、前記吸引部の下方に設置され、測定位置とカット位置との切り替えが可能な可動作業台と、計量センサと、西瓜の前後の転動を防止するＶ字状固定用溝と、を有し、
   前記調整可能カット部は、前記計量固定部の片側に設置され、カット位置に位置する西瓜を水平方向にカットし、
   前記糖度測定部は、前記計量固定部の上方に設置され、
   前記撮像部は、西瓜外郭画像の情報と断面画像の情報とを取得し、搭載されたコンピュータによって、当該西瓜の外郭形状、断面形状、サイズ、皮の厚さ及び形状歪み係数パラメータを取得し、
   前記横方向プッシュ部は、前記Ｖ字状固定用溝に位置する西瓜を前記粉砕押圧部へプッシュし、その位置が前記可動作業台がカット位置に移動した際の前記Ｖ字状固定用溝に対応し、
   前記粉砕押圧部は、間隙が形成されるように西瓜の押圧粉砕を行い、
   前記種分離部は、前記粉砕押圧部によって押圧粉砕された西瓜の残骸から、西瓜種、西瓜果汁及び西瓜皮を分離し、西瓜種を収集する、
   西瓜自動考察装置。
2. 請求項１に記載の西瓜自動考察装置であって、
   前記可動作業台に設けられ伸縮可能なピストンロッドを有する移動シリンダと、
   前記架台に設けられたガイドレールと、
   前記可動作業台に設けられるとともに前記ガイドレールに対して摺動する第１スライダと、
   前記架台に設けられ、前記可動作業台の測定位置とカット位置との切替が行われるように前記移動シリンダの前記ピストンロッドの先端と接続されたストッパと、をさらに備える、
   西瓜自動考察装置。
3. 請求項２に記載の西瓜自動考察装置であって、
   前記吸引部は、鉛直となるように前記架台に設置された直立シリンダと、前記直立シリンダのピストンロッドの先端に設置された吸着盤と、を有し、
   前記直立シリンダは、前記可動作業台がカット位置に移動したときに前記Ｖ字状固定用溝の真上に取り付けられている、
   西瓜自動考察装置。
4. 請求項３に記載の西瓜自動考察装置であって、
   前記調整可能カット部は、カッタと、カッタホルダと、カッタ高さ調整スライダモジュールと、カッタホルダ座と、カットシリンダと、を有し、
   前記カッタが前記カッタホルダに固定され、前記カッタホルダがカッタ高さ調整スライダモジュールを介して前記カッタホルダ座と接続されることで、異なるカット高さが実現され、
   前記カッタホルダ座と前記計量固定部が位置する前記可動作業台とは、前記ガイドレールで移動し、
   前記カットシリンダは、前記カッタをプッシュすることで、カット位置に位置する西瓜を水平方向にカットし、カットされた断面と前記撮像部との距離があらかじめ把握され、断面の画像解析が行われる、
   西瓜自動考察装置。
5. 請求項４に記載の西瓜自動考察装置であって、
   前記カッタホルダ座の底部には、前記ガイドレールに係合される第２スライダが設置されている、
   西瓜自動考察装置。
6. 請求項１に記載の西瓜自動考察装置であって、
   前記粉砕押圧部は、第１押圧ローラと、第２押圧ローラと、第２粉砕ローラと、調整ボルトと、第１粉砕ローラと、ライナープレートと、モータと、を有し、
   前記モータは、出力軸が第１押圧ローラに接続され、
   前記第１押圧ローラと前記第２押圧ローラとは、互いに反対方向に運動するように互いに平行に設置されることで、間隙が形成されるように西瓜が押圧され、
   前記第１押圧ローラ及び前記第２押圧ローラは、それぞれ前記第１粉砕ローラ及び第２粉砕ローラの運動と同期し、
   前記調整ボルトは、前記第１粉砕ローラと前記第２粉砕ローラとの動作間隙、及び、前記第１押圧ローラと前記第２押圧ローラとの動作間隙を調整し、
   前記ライナープレートは、各ローラに密着されている、
   西瓜自動考察装置。
7. 請求項１に記載の西瓜自動考察装置であって、
   前記種分離部は、押圧された西瓜の残骸が載置されるストレーナと、西瓜の残骸を洗浄することによって、西瓜種、西瓜果汁と西瓜皮とを分離する高圧噴射ガンと、洗浄された西瓜種、西瓜果汁及び水を受け入れ、西瓜種を収集するフィルタを有する種出口と、を有する、
   西瓜自動考察装置。

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