JP2608999B2 - 果実収穫装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、果樹に対する撮像手段
の撮像情報に基づいて収穫対象果実の位置を特定して前
記収穫対象果実に向けて収穫用のハンドを誘導して収穫
する果実収穫装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記果実収穫装置では、従来、ハンドを
予め設定されたアプローチ開始位置にセットして、その
ハンドに備えた撮像手段によって対象果実を確実に捉え
ることができる撮像倍率にて撮像し、その画面内の果実
の色に対応する特定色領域内で明るさが設定値より大な
るハイライト領域を求め、そのハイライト領域に向けて
ハンドを誘導して果実を収穫するようにしている。ただ
し、その誘導で収穫を失敗した場合は、ハンドを少し手
前側に戻して再撮像して上記アプローチ開始位置での画
像に比べて拡大された画像において上記果実のハイライ
ト領域を求め、そのハイライト領域に向けてハンドを再
誘導させるようにしていた（例えば、特開平１‐２１８
５１４号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記従来技術では、最
初のアプローチ開始位置での撮像画像に基づく対象果実
への１回の誘導で果実を収穫できない場合は、ハンドを
果実位置から手前側に後退させてから再び接近させると
いうように移動操作の回数が多くなって作業能率が低下
する不利がある。 ここで、上記従来技術の不利を避ける
ために、最初のアプローチ開始位置において、撮像倍率
を大きくして対象果実のハイライト領域をより正確に求
めることが考えられるが、この場合、大なる撮像倍率に
おいては撮像範囲が狭くなるために、図１０に示すよう
に、果樹全体を撮像するのに多数回（ここでは２０回）
撮像することになる。又、果実Ｆの存在する範囲も果実
Ｆの存在しない範囲も同様に大なる撮像倍率にて撮像す
るため、無駄な撮像が多くなる虞がある。従って、この
技術では、撮像処理が多くなり、作業能率が低下するこ
とになる。本発明の目的は、上記従来欠点を解消して、
作業能率の高い果実収穫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、本発明による果実収穫装置の特徴構成は、前記撮像
手段の撮像倍率が変更自在に構成され、小なる撮像倍率
にて得られた前記撮像手段の撮像情報を処理して収穫対
象果実の色に対応した特定色領域を求め、その特定色領
域を含む領域を前記撮像手段の大なる撮像倍率にて撮像
して、前記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を求め、そのハイライト領域に向け
て前記ハンドを誘導させる制御手段が設けられている点
にある。

【０００５】

【作用】先ず、果樹全体を撮像するのに、図５の実線に
示すように、小なる撮像倍率にて撮像するので、撮像が
少数回（図では４回）ですむ。このときの撮像倍率は、
収穫対象果実に対応した特定色領域を求めることができ
る程度であればよい。次に、図５の点線に示すように、
特定色領域を含む領域を大なる撮像倍率にて撮像してそ
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
ライト領域を求め、そのハイライト領域に向けて収穫用
のハンドを誘導させて対象果実を収穫する。この大なる
撮像倍率での撮像は、果実の存在する範囲に対して行う
ので、果実の存在しない範囲を無駄に撮像することが無
い。

【０００６】

【発明の効果】最初に小なる撮像倍率で撮像して収穫対
象果実の位置を確実に捉えるとともに、その画像内の果
実に対応する領域を撮像倍率を大きくして拡大した画像
においてハイライト領域に的確に求め、そのハイライト
領域に向けて収穫用のハンドを誘導するので、１回の誘
導で対象果実を収穫できる確率が高くなり、従来のよう
に、１回目の誘導で収穫を失敗してハンドを移動操作す
る回数が増える不利が適切に回避でき、又、最初から大
なる撮像倍率で撮像する場合に比べて、撮像処理の回数
を少なくすることができると共に、無駄な撮像を無くす
ことができ、その結果、果実収穫の作業能率を高めるこ
とができる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を果実収穫機に適用した場合に
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
が設けられている。つまり、近接スイッチＳ４が夫々突
起部１０ｂを検出することにより吸引口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１１に対する向きを変更できるように
なっている。バキュームパッド１０の内部には、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Ｓ１と、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Ｓ２とが設けられて
いる。イメージセンサＳ１にはズームレンズ１８が用い
られ、撮像倍率を変更できるようになっている。尚、１
５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、
ハンドＨを所定のアプローチ開始位置に位置させ、且
つ、イメージセンサＳ１を果樹が位置する方向に向け
て、図６（Ａ）の実線に示すように、小なる撮像倍率に
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、図６（Ｂ）に示すように、果実Ｆ
の色に対応した特定色領域Ｆ１を求める。次に、図６
（Ａ）の点線に示すように、特定色領域Ｆ１を含む領域
のみを大なる撮像倍率にて撮像する。その撮像画像情報
に基づいて、図６（Ｃ）に示すように、画像中の果実Ｆ
の特定色領域Ｆ１と、ハイライト領域Ｆ２と、ハイライ
ト領域Ｆ２の重心Ｗ２とを求める。そして、アプローチ
する果実Ｆのハイライト領域Ｆ２の重心Ｗ２が位置する
方向をアプローチ方向とする。アプローチ方向を決定し
た後は、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１
２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Ｓ
２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。

【００１５】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の位置を決定する
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ズームレ
ンズ１８の駆動用モータ１８ａ、前記各油圧シリンダ
５、６、７や各電動モータ９ａ，９ｂ，９ｃ、前記エア
シリンダ２１の作動を制御するように構成されている。
即ち、この制御装置１６が、小なる撮像倍率にて得られ
た前記イメージセンサＳ１の撮像情報を処理して果実Ｆ
の色に対応した特定色領域Ｆ１を求め、その特定色領域
Ｆ１を含む領域をイメージセンサＳ１の大なる撮像倍率
にて撮像して、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、そのハイ
ライト領域Ｆ２に向けて前記ハンドＨを誘導させる制御
手段に対応する。

【００１６】次に、図２乃至図４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、所定の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倍率小にて撮像処
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を求め、特定
色領域Ｆ１の個数に基づいて果実Ｆの個数ｎを求めて、
アプローチ順序を決定する。次に、特定色領域Ｆ１を含
む領域のみを大なる撮像倍率にて撮像して、ハイライト
領域Ｆ２の重心Ｗ２を求める。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Ｓ
３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、果
実Ｆが残っているか否か判断して果実Ｆが無くなるまで
上記の作動を繰り返す。果実Ｆが無くなると作業終了か
否かを判別して、作業終了でない場合には、ハンドＨを
新たなアプローチ開始位置にセットする。そして、上記
の各処理を作業終了まで繰り返すことになる。

【００１７】〔別実施例〕上記実施例では、撮像手段と
してイメージセンサＳ１を用いたがテレビカメラを用い
る等、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】撮像手順の説明図

【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

【図１０】従来の撮像手順の説明図

【符号の説明】

Ｓ１ 撮像手段 Ｆ１ 特定色領域 Ｆ２ ハイライト領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−218514（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−206914（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−148410（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 果樹に対する撮像手段（Ｓ１）の撮像情
   報に基づいて収穫対象果実の位置を特定して前記収穫対
   象果実に向けて収穫用のハンド（Ｈ）を誘導して収穫す
   る果実収穫装置であって、 前記撮像手段（Ｓ１）の撮像倍率が変更自在に構成さ
   れ、小なる撮像倍率にて得られた前記撮像手段（Ｓ１）の撮
   像情報を処理して収穫対象果実の色に対応した特定色領
   域（Ｆ１）を求め、その特定色領域（Ｆ１）を含む領域
   を前記撮像手段（Ｓ１）の大なる撮像倍率にて撮像し
   て、前記特定色領域（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、そのハイラ
   イト領域（Ｆ２）に向けて前記ハンド（Ｈ）を誘導させ
   る制御手段（１６）が設けられている果実収穫装置。