JP2548828B2

JP2548828B2 - 果菜類収穫機の誘導装置

Info

Publication number: JP2548828B2
Application number: JP2202709A
Authority: JP
Inventors: ▲吉▼弘上田; 保生藤井; 正昭西中; 淳増留; 弘鈴木
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1990-07-30
Filing date: 1990-07-30
Publication date: 1996-10-30
Anticipated expiration: 2011-10-30
Also published as: JPH0488916A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、先端部に備えさせたバキュームパッドによ
って収穫対象を捕捉するハンドと、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及びその特定
色領域内において明るさが設定値よりも大なるハイライ
ト領域を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ハンドを前記ハイライトに向けて誘
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、ハンド予め設定されたアプローチ開始位置にセ
ットした状態で撮像処理し、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の先端
部に備えたバキュームパッドによって吸着した上で柄を
切断して収穫することになる。

〔発明が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
の吸着や柄の切断が的確にできない等の理由によりうま
く収穫できないう虞があった。

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が、向
き変更操作自在な状態に構成され、前記画像処理手段
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、前記制御手段が、前記ハンドを前記ハイライ
ト領域に向いた方向に対して前記位置ズレの向きとは反
対側に偏位させ、且つ、前記バキュームパッドの向きを
前記位置ズレの向きと同方向に変更させた状態で前記収
穫対象に向けてアプローチさせるようにして構成されて
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、撮像画像において、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、収穫対象
の一部が葉などに遮蔽されている場合には、特定色領域
の中央部は重心と葉などの遮蔽物とを結ぶ特定方向にお
いて、特定色領域の中央部又は重心の位置が重心の位置
が葉などのある側とは反対側に移動する一方で、ハイラ
イト領域の位置は動かない結果、ハイライト領域は特定
色領域の中央部又は重心に対して葉などのある側に位置
ズレすることになる。

そこで、上記位置ズレがある場合には、ハンドをハイ
ライト領域に向いた方向に対して前記位置ズレの向きと
は反対側（つまり、葉などのある側から遠い側）に偏位
させ、且つ、ハンド先端部のバキュームパッドの向きを
前記位置ズレの向きと同方向に変更させた状態（つま
り、ハイライト領域に向く状態）で前記収穫対象に向け
てアプローチさせることにより、葉などに邪魔されるこ
となくバキュームパッドによって収穫対象を吸着して収
穫することができる。

〔発明の効果〕

従って、一部が葉などによって遮蔽された果菜類を収
穫する場合にも、葉などに邪魔されず的確な収穫作動を
行うことができ、果菜類収穫機の誘導装置の信頼性を高
めることができる。

〔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）にて縦軸芯（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）の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（1
3）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）は蛇
腹状に形成されて、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。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（20）と、その枠体（20）を出退移動させるエ
アシリンダ（21）と、枠体（20）に対して前後方向に移
動自在に挿嵌された連結稈（22）とが夫々３つづつ設け
られている。各枠体（20）は、同一円周上に120゜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（23）によって前方側に付勢され、その先
端部（22a）が吸引口（10a）に取り着けられている。も
って、吸引口（10a）が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で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（第１図（ホ）参
照）。

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（S₃）（第２図参照）、前記捕捉部
ケース（12）の出退位置検出用センサ、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）が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（10a）
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（Ｆ）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
うにしてある。

アプローチ方向を決定した後は、前記作業用ハンド
（Ｈ）が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
の内部に果実（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、作業用ハンド（Ｈ）を近接センサ（S₂）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、アプローチ方向とバ
キュームパッド（10）の向きを修正して再アプローチさ
せるようにしてある。

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（S₁），（S₂），（S₃）、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）
が接続されている。

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）を引退させた状態で撮像処理し、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
における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）が位置する方
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近接したか否か
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）を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、アプローチ方
向を修正して、再アプローチさせるのである。

アプローチ方向の修正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）
に対してハイライト領域（F₂）の重心（W₂）に位置ズレ
がある場合には、第１図（ホ），（ヘ）に示すようにバ
キュームパッド（10）の向きを位置ズレの向きと同方向
（図１（ホ）では上向き）に変更させ、且つ、ハンド
（Ｈ）をハイライト領域（F₂）に向いた方向に対して前
記位置ズレを向きとは反対側に偏位させた状態で、つま
り、例示した図１（ホ）では、ハイライト領域（F₂）即
ちその重心（W₂）に向く方向がほぼ水平方向であって、
その水平方向に対して前記位置ズレの向きとは反対側で
ある下側に設定角度（α）偏位させた位置から果実
（Ｆ）に向けて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。

上記実施例では、特定色領域（F₁）の重心（W₁）に対
するハイライト領域（F₂）の位置ズレを求めるようにし
ていたが、特定色領域（F₁）の中央部に対する位置ズレ
を求めるようにしてもよい。

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（ヘ）はハンドの作動の説明
図、第２図は制動構成のブロック図、第３図は制動作動
のフローチャート、第４図（イ），（ロ），（ハ）は画
像処理の説明図、第５図は収穫機の概略側面図である。（10）……バキュームパッド、（100）……画像処理手
段、（101）……制御手段、（Ｈ）……ハンド、（S₁）
……撮像手段、（F₁）……特定色領域、（F₂）……ハイ
ライト領域、（W₁）……中央部又は重心。

フロントページの続き (72)発明者増留淳大阪府堺市石津北町64番地株式会社クボタ堺製造所内 (72)発明者鈴木弘大阪府堺市石津北町64番地株式会社クボタ堺製造所内 (56)参考文献特開昭62−275610（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−102611（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】先端部に備えさせたバキュームパッド（1
0）によって収穫対象を捕捉するハンド（Ｈ）と、前記
収穫対象を撮像する撮像手段（S₁）と、前記撮像手段
（S₁）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（F₁）及びその特定色領域（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）
を求める画像処理手段（100）と、前記画像処理手段（1
00）の情報に基づいて前記ハンド（Ｈ）を前記ハイライ
ト領域（F₂）に向けて誘導する制御手段（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）が、向き変更操作自在な状
態に構成され、前記画像処理手段（100）が、前記特定
色領域（F₁）の特定方向における中央部又は重心（W₁）
に対する前記ハイライト領域（F₂）の位置ズレを求める
ように構成され、前記制御手段（101）が、前記ハンド
（Ｈ）を前記ハイライト領域（F₂）に向いた方向に対し
て前記位置ズレの向きとは反対側に偏位させ、且つ、前
記バキュームパッド（10）の向きを前記位置ズレの向き
と同方向に変更させた状態で前記収穫対象に向けてアプ
ローチさせるように構成されている果菜類収穫機の誘導
装置。