JP2574950B2

JP2574950B2 - 果菜類収穫機の誘導装置

Info

Publication number: JP2574950B2
Application number: JP7770291A
Authority: JP
Inventors: 上田　　吉弘; 正昭西中; 淳増留; 弘鈴木
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1991-04-10
Filing date: 1991-04-10
Publication date: 1997-01-22
Anticipated expiration: 2012-01-22
Also published as: JPH04311313A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、収穫対象を捕捉する捕
捉部と、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捕捉部を前
記収穫対象に向けて誘導する制御手段とが設けられ、前
記制御手段は、前記ハイライト領域の明るさが大なる収
穫対象を優先するように構成されている果菜類収穫機の
誘導装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数の収穫対象の夫々のハイライ
ト領域の明るさの差が所定値より小なるときには、ハイ
ライト領域の面積の大なる収穫対象を優先するように構
成されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】大きさの大なる収穫対
象のハイライト領域の面積は、一般的に大となる。しか
し、ハイライト領域の面積が大なるほど収穫が容易であ
るとは限らない。例えば、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ずうまく収穫出来ない
虞がある。従って、上記従来技術では、果菜類の収穫の
効率を高めることができないものであった。本発明の目
的は、上記従来欠点を解消して、作業効率の高い果菜類
収穫機の誘導装置を得る点にある。

【０００４】

【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、前記画像処理手段が前記特定色領域の中央部又は重
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ハイライト領域の明る
さの差が所定値より小なるときには、前記位置ズレの小
なる収穫対象を優先するように構成されていることであ
る。

【０００５】

【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又
は重心付近にあると考えられる。しかし、一部が葉など
によって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。従って、前記位置ズレの小なる
収穫対象を優先することによって、収穫の容易な果菜類
から優先的に収穫することになる。

【０００６】

【発明の効果】収穫の容易な果菜類から優先的に収穫す
ることによって、収穫作業をスムースに進めることがで
きる。又、一つの収穫対象を収穫すると、他の収穫され
ずに残っている収穫対象を遮蔽する葉などの状況が変化
して収穫が容易になる可能性がある。即ち、果菜類収穫
機の誘導装置の作業効率を高めるのに寄与することがで
きる。

【０００７】

【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。図
７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、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。

【０００８】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
た捕捉部としてのハンドＨとからなる。そして、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。

【０００９】ハンドＨについて説明すれば、図８及び図
９に示すように、その先端部に、収穫対象としての果実
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。

【００１０】バキュームパッド１０について説明を加え
ると、バキュームパッド１０は蛇腹状に形成されて、本
体部としての通気管１１に対して向き変更自在に且つ前
方向きに復帰付勢された状態で取り付けられている。
又、先端部の吸引口１０ａと夫々ワイヤ２２を介して連
結された３個のエアシリンダ２１と、３個の近接スイッ
チＳ４とが通気管１１に取り付けられている。各エアシ
リンダ２１と近接スイッチＳ４とは、夫々交互に同一円
周上に６０度ごとに配設されている。又、吸引口１０ａ
の近接スイッチＳ４に対向する位置に夫々突起部１０ｂ
が設けられ、吸引口１０ａの通気管１１に対する後退移
動を各別に検出するようになっている。ところで、３個
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１１に対して
出退させることができる。又、１個或いは２個のエアシ
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の通気管１
１に対する向きを変更できるようになっている。図中、
Ｓ１は作業用ハンド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、バキ
ュームパッド１０の内部に設けられている。又、１５は
イメージセンサＳ１の撮像処理に同期して作業用ハンド
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。

【００１１】捕捉部ケース１２は、ハンド前後方向にス
ライド移動自在に通気管１１に外嵌支持される基端部分
１２ａと、その先端側上部に止着される上部カバー１２
ｂと、同じく先端側下部に止着される下部カバー１２ｃ
とからなる。そして、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、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ようになっている。下部カバー
１２ｃの下部後方側にシャッタ２５が設けられ、開閉用
のエアシリンダ２３によって開閉できるようになってい
る。又、横軸芯回りに揺動自在な樹脂製のレバー２４
と、そのレバー２４の揺動を検出する近接スイッチＳ５
とがシャッタ２５に備えてある。レバー２４は、起立姿
勢に復帰付勢すべく下部のみ金属で形成され、柄を切断
された果実Ｆがシャッタ２５上に落下することにより倒
伏姿勢に揺動するようになっている。前記近接スイッチ
Ｓ５はレバー２４が倒伏姿勢のときにＯＮする。もっ
て、果実Ｆの柄の切断を検出できるようになっている。

【００１２】柄切断装置１３は、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。

【００１３】尚、詳述はしないが、ハンドＨには、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、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、捕捉部ケース１２の出退位置検出用のセンサ、及
び、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。

【００１４】果実収穫の手順について説明を加えると、
捕捉部ケース１２をハンド後方側に引退させてバキュー
ムパッド１０の吸引口１０ａが捕捉部ケース１２よりも
前方側に突出する状態で、作業用ハンドＨを予め設定さ
れた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、イメージセンサＳ
１にて撮像処理する。そして、その撮像画像情報を画像
処理した情報に基づいて果実Ｆに対するアプローチ順序
を決定し、作業用ハンドＨのアプローチ方向を求めるよ
うにしてある。アプローチ方向を決定した後は、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、各電動モータ９ａ，９ｂ，９ｃを作
動させると共に、近接センサＳ２が果実Ｆを感知するに
伴って、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、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、近接センサＳ２が作動
した後、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、近接スイッチＳ４の検出情報
に基づいて、バキュームパッド１０が前方向きから向き
を変更させた方向に所定距離だけハンドＨの位置を修正
して再アプローチさせるようになっている。ところで、
バキュームパッド１０の向きは、例えば近接スイッチＳ
４のうちの一つだけがＯＮ作動したときにはその方向
に、二つがＯＮ作動したときにはその二つの近接スイッ
チＳ４の中間の方向に夫々変更されていると判断するよ
うになっている。

【００１５】アプローチ順序を決定について説明を加え
ると、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、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、
特定色領域Ｆ１の重心Ｗ１と、ハイライト領域Ｆ２の重
心Ｗ２とを求める。そして、基本的には、ハイライト領
域Ｆ２の明るさに基づいて、明るさが最も大きい果実Ｆ
を優先してアプローチ順序を決定する。但し、ハイライ
ト領域Ｆ２の明るさの差が所定値より小なるときには、
特定色領域Ｆ１の重心Ｗ１とハイライト領域Ｆ２の重心
Ｗ２との位置ズレｄを求め、その位置ズレｄの小なる果
実Ｆを優先してアプローチ順序を決定する。

【００１６】次に、イメージセンサＳ１による撮像画像
情報等の検出情報に基づいて、果実Ｆのアプローチ順序
を決定すると共に、果実Ｆに向けてハンドＨを誘導する
ための制御構成について説明する。図１に示すように、
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，
Ｓ４、Ｓ５が接続されている。そして、制御装置１６
は、予め設定記憶された情報及び各種の入力情報に基づ
いて前記エアシリンダ２１、前記各油圧シリンダ５、
６、７や各電動モータ９ａ，９ｂ，９ｃの作動を制御す
るように構成されている。即ち、制御装置１６を利用し
て画像処理手段１００と制御手段１０１とが構成されて
いる。

【００１７】次に、図２乃至図５に示すフローチャート
に基づいて制御装置１６の動作を説明する。先ず、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。つまり、画像中
のｎ個の果実Ｆの夫々の特定色領域Ｆ１と、ハイライト
領域Ｆ２と、特定色領域Ｆ１の重心Ｗ１と、ハイライト
領域Ｆ２の重心Ｗ２とを求める。又、特定色領域Ｆ１や
ハイライト領域Ｆ２の個数に基づいて果実Ｆの個数ｎを
求め、夫々の果実Ｆに１からｎまでの番号を付与した上
で、前述したように夫々のハイライト領域Ｆ２の明る
さ、又は、位置ズレｄを比較することによってアプロー
チ順序を決定する。そして、アプローチする果実Ｆ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伸縮アーム
８を伸長させることになる。このとき、全エアシリンダ
２１は突出作動させておく。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、バキュームパッド１０の吸引作動を開始して、更に
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、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。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、収穫失敗と判断する。このとき、近接ス
イッチＳ４の少なくとも１つがＯＮ作動していた場合に
は、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、前述のように、ハンドＨの位置を修正して
再アプローチさせるのである。近接スイッチＳ４がいず
れもＯＮ作動していない場合には、収穫不能と判断して
ハンドＨをアプローチ開始位置まで戻す。最初のアプロ
ーチ又は再アプローチによって果実を収穫できた場合に
は、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、作業用ハンドＨを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、前記個数ｎ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、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順序を決定し
て、決定されたアプローチ方向に向けて作業用ハンドＨ
を誘導する各処理を繰り返すことになる。

【００１８】〔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成に限定され
るものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】制御構成のブロック図

【図２】制御作動のフローチャート

【図３】制御作動のフローチャート

【図４】制御作動のフローチャート

【図５】制御作動のフローチャート

【図６】画像処理の説明図

【図７】収穫機の概略側面図

【図８】ハンドの要部側面図

【図９】ハンドの要部正面図

【符号の説明】

１００画像処理手段１０１制御手段Ｓ１撮像手段Ｈ捕捉部Ｆ１特定色領域Ｆ２ハイライト領域Ｗ１中央部又は重心ｄ位置ズレ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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63−317017（ＪＰ，Ａ) 特開平１−218514（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】収穫対象を捕捉する捕捉部（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）とその特定色領域（Ｆ
１）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捕捉部
（Ｈ）を前記収穫対象に向けて誘導する制御手段（１０
１）とが設けられ、前記制御手段（１０１）は、前記ハ
イライト領域（Ｆ２）の明るさが大なる収穫対象を優先
するように構成されている果菜類収穫機の誘導装置であ
って、前記画像処理手段（１００）が前記特定色領域
（Ｆ１）の中央部又は重心（Ｗ１）に対する前記ハイラ
イト領域（Ｆ２）の位置ズレ（ｄ）を求めるように構成
され、前記制御手段（１０１）は前記ハイライト領域
（Ｆ２）の明るさの差が所定値より小なるときには、前
記位置ズレ（ｄ）の小なる収穫対象を優先するように構
成されている果菜類収穫機の誘導装置。