JP3139068B2 - 果菜類収穫機等の果菜把握方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、果菜類収穫機の果菜
把握方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来は、果菜類、例えば、きゅうりであ
るとこのきゅうりの形状が画像装置で画像され、収穫す
るきゅうりが選定され、この選定されたきゅうりは、保
持装置で把握されて保持され、果菜類切断装置のカッタ
で、このきゅうりの柄部分が切断される果菜把握方式で
あった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】例えば、果菜類の内の
きゅうりの収穫であれば、きゅうりの形状が果菜類収穫
機の画像装置等で画像され、収穫するきゅうりが選定さ
れ、この選定されたきゅうりは、保持装置で把握されて
保持され、果菜類切断用のカッタで、このきゅうりの柄
部分が切断されて収穫される。

【０００４】この果菜類収穫機はロボットであり、きゅ
うりを識別すると該保持装置を設けたハンド部が伸縮し
て把握するが、このハンド部が囲りの茎にふれたり、又
ハンド部の伸縮に多少の誤差が発生することがあり、こ
のため該保持装置の中心部できゅうりを把握できないこ
とが発生して、このきゅうりを傷つけることがあった
が、これを防止しようとするものである。また、収穫後
の果菜類を形状に応じてキャリアへ供給するものはなか
った。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、果菜類を挾
持保持する保持装置１内の前後両側には該果菜類を検出
する光電センサ２，３を設け、検出する該果菜類が該光
電センサ２，３間に位置する状態であるとの検出に基づ
いて挾持制御手段の制御によって該保持装置１で該果菜
類を把握保持すると共に、画像装置６により果菜類の長
さ方向Ｙと径方向Ｘとの画素数の比率値により、果菜類
の形状判定を行って、該果菜類の形状により収穫した果
菜類を仕分けてキャリア１０，１１へ供給するように構
成したことを特徴とする果菜類収穫機等の果菜把握方
式。

【０００６】

【発明の作用】果菜類の内のきゅうりの収穫であれば、
きゅうりの形状が果菜類収穫機の画像装置で画像され、
収穫するきゅうりが選定され、この選定されたきゅうり
は、保持装置１の前側部に設けた光電センサ２できゅう
りの通過が検出され、後側部に設けた光電センサ３でき
ゅうりの通過が検出されないと、このきゅうりは該光電
センサ２，３間に位置する状態であると検出され、この
検出により、該保持装置１でこのきゅうりは把握されて
保持され、果菜類切断用のカッタで、このきゅうりの柄
部分が切断され収穫される。そして、画像装置により形
状が認識されているので、形状によってきゅうりを仕分
けてキャリアへ供給される。

【０００７】

【発明の効果】この発明により、保持装置１の前後側部
に設けた光電センサ２，３で収穫する収穫物を検出さ
せ、この収穫物が該光電センサ２，３間に位置する状態
であると検出に伴い、該保持装置１でこの収穫物を把握
保持することにより、この保持装置１の中心部でこの収
穫物が把握されて保持されることになり、この収穫物を
傷つけることなく収穫できるようになった。また、収穫
物の形状によって、キャリア１０，１１へと供給される
ので、仕分け作業と不要となり、市場へ速やかに出荷可
能となった。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図例は、果菜類収穫機４を示す図であり、この
果菜類収穫機４で、例えば、きゅうりを把握して保持さ
せ切断して収穫する形態を説明する。果菜類選別装置５
は、後記画像装置６及び後記操作装置７等よりなる構成
としている。

【０００９】前記果菜類収穫機４は、図１の如く、電動
式の四輪本体車体８に収穫作業用のマニピュレータ９、
収穫するきゅうりを画像する該画像装置６及び正常な形
状のきゅうりと奇形な形状のきゅうりとを区分して容れ
るキャリア１０，１１を設けた構成としている。又この
キャリア１０，１１は収穫物排出のために、昇降可能な
構成としている。

【００１０】前記本体車体８には操作装置７、バッテリ
ー等が内蔵されており、該本体車体８前面部に操作装置
７のコントロールパネル１２を設けた構成としている。
前記マニピュレータ９は遠隔操作されるハンド部１３を
設け、このハンド部１３の支持移動機構として昇降用の
ブーム１４及びアーム１５と、旋回用のテーブル１６
と、進退用のブーム１７及びアーム１８とを設けた構成
としている。

【００１１】前記ハンド部１３は、図７の如く、きゅう
りの形状を複数個の区分状態に画像する前記画像装置６
を基部１９の先端部に設けると共に、この基部１９には
左右両側より開閉自在な一対の挾持杆２０を上下に設け
てなる保持装置１を設け、きゅうりのいぼのない上下端
部の所定位置を把握して保持する構成であり、これら上
下の挾持杆２０，２０は上下調節可能な構成であり、又
該保持装置１の前端部の左右両側には、きゅうりの通過
を検出する発光素子と受光素子とよりなる光電センサ
２，２を設け、後端部の左右両側には、きゅうりの通過
を検出する発光素子と受光素子とよりなる光電センサ
３，３を設けた構成としている。

【００１２】前記画像装置６は、図７の如く、きゅうり
の長さ方向Ｙと径方向Ｘとの画素数が検出され、この検
出されたＸ，Ｙの画素数の比率値が算出され、この算出
された比率値によって正常形状か、又は奇形形状のきゅ
うりかが検出される構成としている。前記光電センサ
２，２がきゅうりの通過を検出し、該光電センサ３，３
がこのきゅうりの通過を検出しない状態であると、この
きゅうりは前記保持装置１の前後方向の中央部に位置し
た状態であると検出されて、この保持装置１の該挾持杆
２０，２０間できゅうりを把握して保持する構成であ
り、又きゅうりの形状の検出が終了すると、前記キャリ
ア１０，１１のいずれかの側へきゅうりは供給される構
成としている。

【００１３】前記基部１９には前方へ突出させて一対の
果菜類切断用のカッタ２１を設け、きゅうりの柄部分を
切断する構成としている。前記制御装置７は、図５の如
く、この操作装置７の前記コントロールパネル１２の操
作が入力されるデジタル入力回路２２、前記光電センサ
２，３及び画像装置６の検出が入力されるアナログ回路
２３、これら入力回路２２，２３から入力される各種入
力値を算術論理演算及び比較演算を行うＣＰＵ２４、こ
のＣＰＵ２４にはメモリ２５を有する構成であり、この
ＣＰＵ２４から指令される各種指令を受けて出力する出
力回路２６等よりなる制御装置２７を内蔵した構成とし
ている。

【００１４】前記制御装置２７によるきゅうりの形状及
び位置の検出は、下記の如く行われる構成としている。
即ち、前記画像装置６で画像した画像を取り込む（ステ
ップ１０１）、取り込んだ画像からきゅうりは正常形状
か、又は奇形形状かが識別され（ステップ１０２）、マ
ニピュレータ９がきゅうりに近づく（ステップ１０
３）、前側の前記電光センサ２，２と、後側の前記電光
センサ３，３とにより、きゅうりが前記保持装置１の中
間部に入ったかが判定され（ステップ１０４）、該電光
センサ２，２がきゅうりの通過を検出し、電光センサ
３，３がきゅうりの通過を検出しないと、このきゅうり
は該保持装置１の中間部に入ったと判定され（ステップ
１０５）、この判定により、該保持装置１の上下側の前
記挾持杆２０，２０間できゅうりは把握されて保持され
（ステップ１０６）、前記カッタ２１で切断され（ステ
ップ１０７）、前記キャリア１０又は前記キャリア１１
へ供給され（ステップ１０８）、このきゅうりの収穫は
終了する構成としている（ステップ１０９）。

【００１５】図８及び図９は、りんご、みかん及びかき
等の果実を収穫する他の実施例の果実収穫機２８の一部
を示す図であり、ハンド部２９を設け、このハンド部２
９の支持移動機構として昇降用のブーム及びアーム（こ
れら図示せず）と、旋回用のテーブル（図示せず）と、
進退用のブーム３０及びアーム３１とを設けた構成とし
ている。

【００１６】前記ハンド部２９は、果実の色の濃度によ
って、この果実が収穫適期であるか否かを判別する色判
別装置３２を基部３３先端部に設けると共に、この基部
３３には左右両側に開閉自在な挾持杆３４，３４を支持
ピン３５で支持して設けた構成であり、この挾持杆３４
の内側には弾性体よりなる補護板３６を装着した構成で
あり、この挾持杆３４内に設けたバキュームホース３７
によってバキュームされて、この果実は挾持されて保持
される構成としている。

【００１７】前記基部３３には前方へ突出されて一対の
果実切断用のカッタ３８を設け、果実の柄部分を切断す
る構成であり、該色判別装置３２で色判別した判別結果
は、操作装置のコントロールパネル（これら図示せず）
の表面板へ表示する構成であり、この操作装置のこのコ
ントロールパネルのこの表面板には、果実の種類を設定
する果実種類設定抓み（図示せず）を設けた構成とする
もよく。図８、図９等は、高所位置の果実の収穫を容易
にしたり、又色判別によって確実な果実の収穫適期を検
出させようとするものである。

【００１８】図１０、図１１、図１２及び図１３は、他
の実施例の果菜類収穫機３９の一部を示す図であり、ハ
ンド部４０を設け、このハンド部４０の支持機構として
昇降用のブーム及びアーム（これら図示せず）と、旋回
用のテーブル（図示せず）と、進退用のブーム４１及び
アーム４２とを設けた構成としている。前記ハンド部４
０は、例えば、きゅうりを画像してこのきゅうりは正常
形状か、又は奇形形状かを検出する画像装置４３を基部
４４の先端部に設けると共に、きゅうりまでの距離を検
出する発光素子４６と受光素子４７とよりなる光電セン
サ４５を設けた構成であり、これら発光素子４６はステ
ッピングモータ４８で左右移動可能な構成であり、受光
素子４７はステッピングモータ４９で左右移動可能な構
成であり、これら発光素子４６前側にはレンズ５０を設
け、受光素子４７前側にはレンズ５１を設けた構成とし
ている。

【００１９】操作装置（図示せず）は、図１１の如く、
この操作装置のコントロールパネル（図示せず）の操作
が入力されるデジタル入力回路５２、該光電センサ４５
の該発光素子４６と該受光素子４７との間の距離及び発
光・受光の角度の検出が入力される位置検出入力回路５
３、これら入力回路５２，５３から入力される各種入力
値を算術論理演算及び比較演算等を行うＣＰＵ５４、こ
のＣＰＵ５４にはメモリ５５を有する構成であり、この
ＣＰＵ５４から指令される各種指令を受けて出力する出
力回路５６等よりなる制御装置５７を内蔵した構成とし
ている。

【００２０】前記制御装置５７によるきゅうりの位置の
検出は、下記の如く行われる構成としている。即ち、発
光素子４６を移動する前記ステッピングモータ４９が始
動され（ステップ２０１）前記受光素子４７を移動する
前記ステッピングモータ５０が始動され（ステップ２０
２）、該両ステッピングモータ４９，５０が停止され
（ステップ２０３）、該発光素子４６より光ビームが発
光され（ステップ２０４）、該受光素子４７で光ビーム
が受光されて、これら光ビームの発光の角度θ′、光ビ
ームの受光の角度θ″及び該発生素子４６と該受光素子
４７との間の距離Ｌ、これら３者が検出され、３者によ
って３角測量法により、きゅうりの位置Ｓが算出される
構成である（ステップ２０５）。尚きゅうりの形状等の
検出は、前記で記載と同じ方法で検出される構成として
いる。図１０及び図１１等は、前記ステッピングモータ
４８，４９が停止後に、光ビームを発光させることによ
り、該ステッピングモータ４８，４９の慣性のバラツキ
等による発光及び受光の同期の異なりを解消することが
できて、正確なきゅうりの位置を算出させようとするも
のである。

【００２１】図１４、図１５及び図１６は、他の実施例
の果菜類収穫機５８の一部を示す図であり、ハンド部５
９を設け、このハンド部５９の支持機構として昇降用の
ブーム及びアーム（これら図示せず）と、旋回用のテー
ブル（図示せず）と、進退用のブーム６０及びアーム６
１とを設けた構成としている。前記ハンド部５９は、例
えば、きゅうりの実と葉とを温度差によって判別するた
めに、加熱風又は冷却風を送風する送風装置６２及び赤
外線カメラ６３を基部６４先端部に設けた構成としてい
る。

【００２２】操作装置（図示せず）は、図１４の如く、
この操作装置内にはシステムコントローラ６５、画像処
理装置６６及びカメラコントローラ６７等よりなる制御
装置６７′を設けた構成としている。前記操作装置によ
るきゅうりの実と葉との判別は、下記の如く行われる構
成としている。即ち、該赤外線カメラ６３で画像させた
画像が入力され（ステップ３０１）、該送風装置６２が
始動されてきゅうりの実と葉との両者に、加熱風、又は
冷却風が送風され（ステップ３０２）、該赤外線カメラ
６３で画像された画像が入力され（ステップ３０３）、
これら画像間の温度差△Ｔが算出され（ステップ３０
４）、該システムコントローラ６５へ設定して記憶させ
た温度△Ｔ′及び△Ｔ″と△Ｔによって画素抽出され
（ステップ３０５）、抽出画素の二値化が行われ（ステ
ップ３０６）、形状評価が行われ（ステップ３０７）、
きゅうりの判定が行われ（ステップ３０８）、判定が終
了する構成としている（ステップ３０９）。

【００２３】図１４、図１５及び図１６等は、きゅうり
の実と葉との熱容量の差によって、識別されることによ
り、実は上昇する温度が低く、又葉は上昇する温度が高
く、これによって正確な識別をしようとするものであ
る。図１７及び図１８は、他の実施例の果実類収穫機６
８の一部を示す図であり、ハンド部６９を設け、このハ
ンド部６９の支持機構として昇降用のブーム及びアーム
（これら図示せず）と、旋回用のテーブル（図示せず）
と、進退用のブーム７０及びアーム７１とを設けた構成
としている。

【００２４】前記ハンド部６９は、左右両側の基部７３
の先端部には、上下回動自在にハンド受金具７４を設
け、このハンド受金具７４は左右両側より支持ピン７
５，７５で軸支した構成であり、例えば、きゅうりを検
出する視覚センサ７２を該ハンド受金具７４の中央部に
逆Ｌ字状に設けた取付板７５′に装着した構成であり、
該ハンド受金具７４の先端部には、きゅうり等を挾持し
て保持する左右開閉自在にロボットハンド７６，７６を
保持ピン７７で軸支した構成であり、該視覚センサ７２
の画角焦点の交差位置と、該支持ピン７５の回動中心と
は一致すべく、この視覚センサ７２を設けた構成として
いる。

【００２５】図１７及び図１８等は、画像位置と該ハン
ド受金具７４の回動角度とが、一対一に構成できること
により、単純化による処理の高速化を可能にしようとす
るものである。図１９及び図２０は、他の実施例の果菜
類収穫機７８の一部を示す図であり、ハンド部７９を設
け、このハンド部７９の支持機構として昇降用のブーム
及びアーム（これら図示せず）と、旋回用のテーブル
（図示せず）と、進退用のブーム８０及びアーム８１と
を設けた構成としている。

【００２６】前記ハンド部７９は、左右両側の前後方向
へ伸縮自在な前基部８２、後基部８３とよりなり、この
前基部８２先部には回動自在にハンドル受金具８４を設
け、このハンド受金具８４は左右両側より支持ピン８
５，８５で軸支した構成であり、例えば、きゅうりを検
出する視覚センサ８６を該ハンド受金具８４の中央部に
クランク形状に設けた取付板８７に装着した構成であ
り、又この取付板８７先端部で、該視覚センサ８６前方
部には、防塵性の高い構成としたレンズ８８を装着した
構成であり、該ハンド受金具８４先端部には、きゅうり
等を挾持して保持する左右開閉自在なロボットハンド８
９，８９を保持ピン９０で軸支した構成であり、該視覚
センサ８６の画角焦点の交差位置と、該支持ピン８５の
回動中心とは一致すべく、この視覚センサ８６を設けた
構成としている。

【００２７】図１９及び図２０等は、該前基部８２と後
基部８３とに分割して前後方向へ伸縮自在とすると共
に、該視覚センサ８６前方部に該レンズ８８を設けたこ
とにより、焦点距離を長くすることができ、このため処
理の高速化を可能にしようとするものである。図２１、
図２２、図２３及び図２４は、他の実施例の果菜類収穫
機９１の一部を示す図であり、ハンド部９２を設け、こ
のハンド部９２の支持機構として昇穀用のブーム及びア
ーム（これら図示せず）と、旋回用テーブル（図示せ
ず）と、進退用のブーム９３及びアーム９４とを設けた
構成としている。

【００２８】前記ハンド部９２は、左右両側の基部９５
の先端部には、上下回動自在にハンド受金具９６を設
け、このハンド受金具９６は左右両側より支持ピン９
７，９７で軸支した構成であり、例えば、きゅうりまで
の距離、大きさ及び形状を検出する画像入力手段の視覚
センサ９８とこの視覚センサ９８の視線と平行な投光を
行うスリット光源装置９９とを該ハンド受金具９６中央
部にクランク形状に設けた取付板１００に上下方向に所
定間隔で該視覚センサ９８を下側に、該スリット光源装
置９９を上側に装着した構成であり、該ハンド受金具９
６の先端部には、きゅうり等を挾持して保持する左右開
閉自在にロボットハンド１０１，１０１を保持ピン１０
２で軸支した構成であり、該視覚センサ９８の画角焦点
の交差位置と、該支持ピン９７の回動中心とは一致させ
るべく、この視覚センサ９８を設けた構成としている。

【００２９】きゅうりまでの距離、大きさ及び形状等
は、図２３及び図２４から、下記の計算式により算出さ
れる構成としている。測定値ＡはＹ／ａであり、基本計
算式は下記の如くである。 ｘ′＝Ｙ／ｔａｎα ｘ＝ａ・ｘ′／Ｙ ｘ＝Ｙ／ｔａｎα×ａ／Ｙ ｘ＝Ｙ／Ａｔａｎα 図２１、図２２、図２３及び図２４は、前記視覚センサ
９８の視線と平行な投光を前記スリット光源装置９９よ
り投光することにより、きゅうりの輝点位置の画角分割
比により、距離検出を可能にしようとするものである。

【００３０】以下、上記実施例の作用について説明す
る。果菜類の内のきゅうりの収穫を行うときは、果菜類
収穫機４のコントロールパネル１２を操作することによ
り、果菜類収穫機４の四輪本体車体８が所定位置まで走
行して停止され、又マニピュレータ９が作動し、きゅう
りを前側部の光電センサ２，２がこのきゅうりの通過を
検出し、後側部の光電センサ３，３でこのきゅうりの通
過が検出されないと、このきゅうりは該光電センサ２，
３間に位置する状態であると検出され、この検出によ
り、保持装置１の挾持杆２０，２０が作動してきゅうり
は把握されて保持されると同時に、画像装置６で画像さ
れて画素数の比率によって正常な形状の良品きゅうりで
あるか、又は奇形状で不良品のきゅうりであるかが検出
されてカッタ２１で切断され、正常な形状の良品きゅう
りは、キャリア１０内へ供給され、奇形状の不良品きゅ
うりは、キャリア１１内へ供給される。

【図面の簡単な説明】

図は、この発明の一実施例を示す。

【図１】果菜類収穫機の全体側面斜視図。

【図２】果菜類収穫機の一部の拡大側面斜視図。

【図３】果菜類収穫機の一部の拡大側面図。

【図４】果菜類収穫機の一部の拡大正面図。

【図５】ブロック図。

【図６】フローチャート

【図７】きゅうりの画素数図。

【図８】他の実施例を示す果実収穫機の一部の拡大側面
図。

【図９】他の実施例を示す果実収穫機の一部の拡大平面
図。

【図１０】他の実施例を示す果菜類収穫機の一部の拡大
側面斜視図。

【図１１】他の実施例を示すブロック図。

【図１２】他の実施例を示すフローチャート。

【図１３】他の実施例を示す光電センサ、及びステッピ
ングモータときゅうりとの関係図。

【図１４】他の実施例を示す果菜類収穫機の一部の拡大
側面斜視図。

【図１５】他の実施例を示すブロック図。

【図１６】他の実施例を示すフローチャート。

【図１７】他の実施例を示す果菜類収穫機の一部の拡大
側面図。

【図１８】他の実施例を示す果菜類収穫機の一部の拡大
平面図。

【図１９】他の実施例を示す果菜類収穫機の一部の拡大
側面図。

【図２０】他の実施例を示す果菜類収穫機の一部の拡大
平面図。

【図２１】他の実施例を示す果菜類収穫機の一部の拡大
側面図。

【図２２】他の実施例を示す果菜類収穫機の一部の拡大
平面図。

【図２３】他の実施例を示す視覚センサの視線とスリッ
ト光源装置のスリット光との関係図。

【図２４】他の実施例を示す視覚センサへ取り込み画像
図。

【符号の説明】

１ 保持装置 ２ 光電センサ ３ 光電センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−249420（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−31617（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A01D 46/00 - 46/30

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 果菜類を挾持保持する保持装置１内の前
   後両側には該果菜類を検出する光電センサ２，３を設
   け、検出する該果菜類が該光電センサ２，３間に位置す
   る状態であるとの検出に基づいて挾持制御手段の制御に
   よって該保持装置１で該果菜類を把握保持すると共に、
   画像装置６により果菜類の長さ方向Ｙと径方向Ｘとの画
   素数の比率値により、果菜類の形状判定を行って、該果
   菜類の形状により収穫した果菜類を仕分けてキャリア１
   ０，１１へ供給するように構成したことを特徴とする果
   菜類収穫機等の果菜把握方式。