JP3503207B2 - 収穫ロボットの果実識別装置 - Google Patents
収穫ロボットの果実識別装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、果実の収穫ロボットに
備える果実識別装置に関する。本発明では、ＣＣＤカメ
ラのような撮像手段によりキュウリ、りんご等の果実を
認識すると共に、距離センサにより果実までの距離を算
出し、これにより収穫ロボットを制御して自動的に果実
を収穫する。 【０００２】 【従来の技術】従来、収穫ロボットに備える果実識別装
置は、キュウリ等の果実をＣＣＤカメラにより撮像し、
この撮像画像を２値化処理して得た果実の輪郭線より果
実を認識している。 【０００３】また、距離センサにより収穫ロボットの機
体中心から果実までの距離と方向を検出し、マニピュレ
ータのハンド部を果実の位置に移動する。そして、ハン
ド部により果実を把持して、果実を把持後に、ハンド部
に設けた裁断手段により果柄を裁断して果実を収穫す
る。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の果実
識別装置では、距離センサが収穫ロボットから果実まで
の距離を検出する際には、果実の周辺にある主茎や葉等
の果実でない対象物の距離も同時に検出していたため、
果実と主茎等の位置を分離して認識することが困難であ
った。 【０００５】このため、マニピュレータのハンド部を果
実に向け移動する際、主茎や葉が果実の近くにある場合
にハンド部の把持部が主茎や葉を果実と一緒に把持する
恐れがあった。その結果、果実の果柄のほかに、主茎や
葉まで一緒に切断してしまうという問題があった。 【０００６】そこで、本発明は、果実を収穫する際に、
果実に対する主茎や葉の左右位置を認識してハンド部を
正しく操作することにより、ハンド部が主茎や葉まで把
持するのを防止することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ため、本発明は、果実等の対象物を撮像する撮像手段
と、撮像手段の画像信号を２値化処理する２値化手段
と、２値化手段の２値化画像により対象物の存在を認識
する画像処理手段と、画像処理手段が認識する対象物ま
での距離を算出する距離算出手段と、距離算出手段の果
実距離信号により対象物の曲率を算出する曲率算出手段
と、曲率算出手段の曲率信号により対象物が果実か非果
実かを判定をする果実判定手段と、果実判定手段の判定
信号により果実と非果実との相対位置を判定する果実位
置判定手段と、前記画像処理手段の果実認識信号と前記
距離算出手段の果実距離信号と前記果実位置判定手段の
果実位置信号によりマニピュレータの動作を制御するマ
ニピュレータ制御手段と、果実を把持する把持部と果実
を切断する切断部を有するハンド部と、マニピュレータ
制御手段の制御信号により果実の位置までハンド部を移
動すると共にハンド部の動作を制御するマニピュレータ
と、を備えることを特徴とするキュウリ収穫ロボットの
果実識別装置としたものである。 【０００８】 【作用】上記の構成により、撮像手段が果実等の対象物
を撮像し、撮像手段の画像信号より２値化手段が２値化
画像を得る。２値化画像より画像処理手段が対象物の存
在を認識する。 【０００９】次に対象物までの距離を距離算出手段が左
右に往復動しながら算出する。そして、距離算出手段の
果実距離信号を曲率算出手段に送り、曲率算出手段が対
象物の曲率を算出する。算出された曲率信号により果実
判定手段が果実か非果実かを判定する。そして、果実判
定手段の判定信号により果実位置判定手段が果実に対し
て非果実が左右どちらの位置にあるかを判断する。 【００１０】そして、画像処理手段の果実認識信号と距
離算出手段の果実距離信号と果実位置判定手段の果実位
置信号によりマニピュレータ制御手段がマニピュレータ
を制御する。そして、マニピュレータのハンド部を果実
の位置まで移動し、ハンド部を制御することにより果実
と一緒に非果実を把持しないで果実を収穫する。 【００１１】 【実施例】本発明の第１実施例を図１乃至図７を参照し
て説明する。 【００１２】図１において、１０はキュウリ認識装置１
１を備える収穫ロボットを示す。収穫ロボット１０には
走行部１２を配設し、走行部１２の前部と後部には左右
一対の車輪１３，１３を備える。 【００１３】走行部１２の前部に前カバー１４を配設
し、前カバー１４には、走行部１２を制御する走行部コ
ントローラ１５と収穫部を制御する収穫部コントローラ
１７と、キュウリ認識装置１１を制御する認識装置コン
トローラ１８と、これらのコントローラを制御するメイ
ンコントローラ１９とを備える。そして、メインコント
ローラ１９は、走行部コントローラ１５と収穫部コント
ローラ１７と認識装置コントローラ１８とにそれぞれ接
続する（図３参照）。 【００１４】前カバー１４の後方に円錐状の旋回カバー
２１を配設し、旋回カバー２１には、キュウリＫを把持
摘果するマニピュレータ２０を搭載する。マニピュレー
タ２０と旋回カバー２１が収穫部を構成する。 【００１５】そして旋回カバー２１の内部に、マニピュ
レータ２０と旋回カバー２１を共に旋回させるウエスト
モータ２２を配設する（図２参照）。 【００１６】マニピュレータ２０の腕には、第１関節２
３、第２関節２４、第３関節２５及び第４関節２６を備
え、第１関節２３、第２関節２４及び第３関節２５は垂
直方向に回転可能である。第４関節２６は、水平方向に
回転可能であり、第４関節２６の端部にハンド部２７を
配設する。第１関節２３乃至第４関節２６のそれぞれに
関節を回転させるパルスモ−タを備え、パルスモ−タを
収穫部コントローラ１７により制御する。 【００１７】また、第１関節２３には、カラーＣＣＤカ
メラ２８を設置し、カラーＣＣＤカメラ２８の上部に距
離センサ２９を取り付ける。 【００１８】次に、図４を参照して認識装置コントロー
ラ１８のブロック図を説明する。 【００１９】１８は認識装置コントローラである。ＯＣ
Ｒ３０を駆動パルス発生回路３１に、また駆動パルス発
生回路３１をドライバ３３に、さらにドライバ３３をレ
シーバ３４を介してカラーＣＣＤカメラ２８に順次接続
する。駆動パルス発生回路３１はカラーＣＣＤカメラ２
８を作動させるのに必要な信号を発生する。 【００２０】カラーＣＣＤカメラ２８は信号処理回路３
５に接続する。信号処理回路３５は、カラーＣＣＤカメ
ラ２８により撮像された信号をビデオ信号に変換する。
信号処理回路３５はＡ／Ｄ変換回路３７に接続し、Ａ／
Ｄ変換回路３７によりビデオ信号をデジタル信号に変換
する。 【００２１】次に、Ａ／Ｄ変換器３７を、画像を記録す
る画像メモリ３８に接続し、画像メモリ３８により画像
を記録する。そして画像メモリ３８を画像処理回路３９
に接続し、画像処理回路３９により画像処理を行う。画
像処理回路３９はＣＰＵ４０に接続する。ＣＰＵ４０に
タイミング回路４１を接続し、タイミング回路４１によ
りビデオ信号を基にストロボ４２の発光タイミングを設
定する。そしてタイミング回路４１にストロボ駆動回路
４３を接続し、ストロボ駆動回路４３によりストロボ４
２を駆動する。ストロボ４２にはハロゲンランプを使用
する。 【００２２】また、距離センサ２９をＡ／Ｄ変換器４４
に接続し、Ａ／Ｄ変換器４４は距離センサ２９の信号を
記録するメモリ４５に接続する。メモリ４５は、前記Ｃ
ＰＵ４０に接続する。 【００２３】図５に示す第１実施例の機能ブロック図に
ついて説明する。 【００２４】カラーＣＣＤカメラ２８からなる撮像手段
５５は、キュウリＫ等の対象物を撮像する。撮像手段５
５を２値化手段５６に接続し、２値化手段５６により撮
像画面を２値化処理する。２値化手段５６を画像処理手
段５７に接続し、２値化画像にもとづいて画像処理手段
５７により対象物の存在を認識する。 【００２５】次に、距離センサ２９のような距離算出手
段５０によりキュウリＫ及び主茎Ｍ等を撮像する。距離
センサ２９を曲率算出手段５１に接続し、距離算出手段
５０の果実距離信号から曲率算出手段５１が曲率を算出
する。曲率算出手段５１は、果実判定手段５２に接続す
る。曲率算出手段５１の曲率信号により果実判定手段５
２は、キュウリＫか主茎Ｍか葉Ｌかを判定する。果実判
定手段５２を果実位置判定手段５３に接続し、果実位置
判定手段５３は、果実判定手段５２の判定信号によりキ
ュウリＫに対して主茎Ｍ或いは葉Ｌがどちらの位置にあ
るかを判断する。 前記画像処理手段５７、前記果実位
置判定手段５３及び前記距離算出手段５０をマニピュレ
ータ制御手段５４に接続する。マニピュレータ制御手段
５４は、画像処理手段５７の果実認識信号と距離算出手
段５０の果実距離信号とにより、ハンド部２７を備える
マニピュレータ２０の動作を制御する。 【００２６】次に、第１実施例の動作について説明す
る。 【００２７】図６にキュウリＫ、主茎Ｍ及び葉Ｌの位置
関係を示す。そして、距離算出手段５０が図６の矢印方
向からキュウリＫに向かって左右方向に往復動して撮像
し、これによりキュウリＫ等の各対象物までの距離を算
出する。その結果、左右方向に対する距離の変化量によ
り曲率算出手段５１が曲率を算出する（図７参照）。曲
率算出手段５１の曲率の違いにより果実判定手段５２が
キュウリＫと主茎Ｍとを判別する。そして、果実位置判
定手段５３は、主茎Ｍ或いは葉ＬがキュウリＫに対して
どちらの位置にあるかを判断する。 【００２８】また、キュウリＫの存在は、カラーＣＣＤ
カメラ２８により撮像されて画像メモリ３８、画像処理
回路３９及びＣＰＵ４０によりキュウリＫの存在を認識
する。 そして、認識装置コントローラ１８からメイン
コントローラ１９を介して収穫部コントローラ１７を駆
動し、これによりマニピュレータ２０を動作させる。そ
して、ハンド部２７をキュウリＫの位置に移動し、キュ
ウリＫを把持する。 【００２９】以上のように構成することにより、カラー
ＣＣＤカメラ２８によりキュウリＫの存在を認識する。
そして、距離算出手段５０がキュウリＫと主茎Ｍの距離
を検出することにより、キュウリＫと主茎Ｍ或いは葉Ｌ
を判別すると共に、キュウリＫに対する主茎Ｍ或いは葉
Ｌの位置を確認できる。 【００３０】そして、キュウリＫを主茎Ｍ等と一緒に把
持しないようにハンド部２７の把持部７２を接近させ、
キュウリＫを切断することができる。 【００３１】次に、本発明の第２実施例について、図８
乃び図９を参照して説明する。第１実施例と同一構成部
材には同一符号を付す。 【００３２】マニピュレータ２０のハンド部２７は、箱
型に形成する本体部５９を備え、本体部５９の内部には
切断モータ６０を配設する。切断モータ６０の駆動軸６
１に第１ギヤ６２を固定し、第１ギヤ６２は第２ギヤ６
３に噛合する。更に、第２ギヤ６３が固定する軸にカム
６４を固定する。 【００３３】また、本体部５９の上面に鋏状の切断部６
５を配設し、切断部６５には、刃部を有する一対の細長
い長板部材６６，６６を備える。長板部材６６，６６を
重ね合せてピン６７により固定し、刃部のない長板部材
６６，６６の端部に摺動自在に第１リンク６８，６８の
一端を固定する。第１リンク６８，６８の他端に第２リ
ンク６９を連結し、第２リンク６９には弾性部材７０を
連結する。弾性部材７０を第２リンク６９の矢印方向の
移動に対抗するように配設する。また、第２リンク６９
の他端にカム６４と間欠的に係合する突設部７１を設け
る。 【００３４】本体部５９の側面には把持部７２を設け、
把持部７２は、断面がＬ字状の一対の把持部材７３，７
３を備える。把持部材７３，７３の内側には、把持具７
４，７４と果実検出センサ７５とを配設し、把持部材７
３，７３は、側面を摺動自在に移動する。 【００３５】次に、第２実施例の動作について図９を参
照して説明する。 【００３６】例えば、キュウリＫと主茎Ｍが図６に示す
位置の場合に、第１実施例と同様に、距離算出手段５０
がキュウリＫ等の距離を検出すると共にキュウリＫに対
してどちらの位置に主茎Ｍがあるかを検出する。 【００３７】そして、収穫部コントローラ１７によりマ
ニピュレータ２０を伸縮してハンド部２７をキュウリＫ
に接近させ、果実検出センサ７５によりキュウリＫが把
持部７２内に入ったか確認する。 【００３８】キュウリＫが把持部７２内に入っている場
合、キュウリＫと主茎Ｍの位置関係が図９に示す状態で
は、このまま把持動作を続けるとキュウリＫと一緒に主
茎Ｍを把持する恐れがある。これを避けるため、第４関
節２６によりハンド部２７を矢印ａ方向に回転する。こ
れにより把持部７２を主茎Ｍと略反対側に回転させて、
図示しない把持部７２の移動モータにより把持部材７
３，７３を移動し、把持具７４，７４がキュウリＫのみ
把持することができる（図９の２点鎖線）。 【００３９】次に、切断部６５によるキュウリＫの果柄
Ｎの裁断を説明する。 【００４０】切断モータ６１を回転させると第１ギヤ及
び第２ギヤを介してカム６４が回転する。カム６４が回
転することにより第２リンク６９の突設部７１に係合
し、第２リンク６９を図８の矢印ｃ方向に移動させる。
このため、一対の長板部材６６，６６により果柄Ｎを挟
み、果柄Ｎを切断する。 【００４１】更に、カム６４が回転すると、突設部７１
からカム６４が離脱し、第２リンク６９は弾性部材７０
により牽引され、長板部材６６，６６は原状復帰する。 【００４２】以上の構成のため、ハンド部２７をキュウ
リＫに接近して把持する場合、キュウリＫの近くに主茎
Ｍ或いは葉Ｌがあっても主茎Ｍ或いは葉ＬをキュウリＫ
と一緒に把持することがない。このため、切断部６５を
作動させて果柄Ｎを切断する際も主茎Ｍを傷めることが
なくキュウリＫを収穫できる。 【００４３】次に、本発明の第３実施例について、図１
０及び図１１を参照して説明する。これらの図面のうち
第１実施例と同一構成部材には同一符号を付す。 【００４４】マニピュレータ２０のハンド部２７は、箱
型に形成する本体部７９を備え、本体部７９の上部に切
断部８１を配設する。切断部８１には、昇降自在に移動
する支持プレート８２にエアーシリンダ８３を備え、エ
アーシリンダ８３のシリンダロッド８４の先端に支持板
８５の一端を固定する。一方、支持板８５の他端にエア
ーシリンダ８３と平行に案内杆８６を配設する。また、
支持板８５の中央部に接触板８７を固定し、さらに接触
板８７の下方に、受板８８を支持板８５に固定する。受
板８８の先端に切断刃８９を固定する。 【００４５】把持部７２は、断面がＬ字状の一対の把持
部材７３，７３を備え、把持部材７３，７３は、側面を
摺動自在に移動する。把持部材７３，７３の内面に把持
具７４，７４と果実検出センサ７５を配設する。 【００４６】次に、第３実施例の動作について説明す
る。 【００４７】図１１に示すようにキュウリＫと主茎Ｍが
位置する場合、第１実施例と同様に、距離算出手段５０
がキュウリＫ等の距離を検出すると共にキュウリＫに対
してどちらの位置に主茎Ｍがあるかを検出する。 【００４８】そして、収穫部コントローラ１７によりマ
ニピュレータ２０を伸縮してハンド部２７をキュウリＫ
に接近させる。このとき、果実検出センサ７５によりキ
ュウリＫが把持部７２内に入ったか確認する。 【００４９】次に、把持部材７３，７３を移動してキュ
ウリＫを把持し（図１１の一点鎖線参照）、第４関節２
６によりハンド部２７を矢印ｄ方向に回転させる（図１
１の実線参照）。このようにハンド部２７を回転させる
と切断部８１の切断刃８９の移動方向に主茎Ｍが存在し
ないようにできる。 【００５０】そして、エアーシリンダ８３により支持板
８５を移動させ、支持板８５と一体に移動する切断刃８
９がキュウリＫの果柄Ｎを切断する。 【００５１】以上のような構成のため、切断刃８９の移
動方向に主茎Ｍが存在しないため、切断刃８９を最大限
移動しても主茎Ｍを傷付けることがない。 【００５２】また、第４関節によりハンド部２７が水平
方向に回転し、切断部８１の作動範囲を広くできるため
確実に果柄Ｎを切断できる。 【００５３】次に、本発明の第４実施例について、図１
２乃至図１６を参照して説明し、第１実施例と同一構成
部材には同一符号を付して説明する。 【００５４】先ず、図１２を参照して第４実施例の機能
ブロック図を説明する。 【００５５】ハンド部２７の把持部材７３，７３には、
果実検出センサ７５と太さ算出手段９１を配設し、果実
検出センサ７５は、把持部７２内にキュウリＫが有るか
無いか検出する。 【００５６】太さ算出手段９１を、１次微分手段９２に
接続し、１次微分手段９２によりキュウリＫの太さから
１次微分係数を算出する。そして１次微分手段９２を２
次微分手段９３に接続し、２次微分手段９３により１次
微分係数をさらに微分して２次微分係数を算出する。２
次微分手段９３は微分係数比較手段９４に接続し、微分
係数比較手段９４により２次微分係数を所定値と比較す
る。そして、微分係数比較手段９４を境界判別手段９５
に接続し、境界判別手段９５によりキュウリＫと果柄Ｎ
の境界を判定する。 【００５７】次に、第４実施例の動作について図１３の
フローチャートを参照して説明する。 先ず、果柄Ｎの
検出を開始する（ステップＳ１）。把持部７２内にキュ
ウリＫがあるかないかを果実検出センサ７５により判断
する（ステップＳ２）。キュウリＫが把持部７２内に存
在する場合には、太さ算出手段９１を備えるハンド部２
７をキュウリＫと果柄Ｎの境を検出するため上昇させる
（ステップＳ３）。そして、太さ算出手段９１が図１４
に示す画素位置に対応するキュウリＫの太さを算出する
（ステップＳ４）。なお、図１４は、横軸に画素位置を
示し、縦軸に太さ（単位ｍｍ）を示す。 【００５８】このキュウリＫの太さから１次微分手段９
２が、図１５に示す画素位置に対応する１次微分係数を
算出する（ステップＳ５）。図１５は、横軸に画素位置
を示し、縦軸に１次微分係数を示す。２次微分手段９３
は、１次微分係数から図１６に示す画素位置に対応する
２次微分係数を算出する（ステップＳ６）。図１６は、
横軸に画素位置を示し、縦軸に２次微分係数を示す。微
分係数比較手段９４が２次微分係数の値を所定の値と比
較し、この値が一定値以上であるか否か判断する（ステ
ップＳ７）。境界判別手段９４は、一定値以上の２次微
分係数の値に対応する画素位置からキュウリＫと果柄Ｎ
の境界と判定する（ステップＳ８）。また、一定値以上
の２次微分係数がない場合には、ステップＳ３の前に戻
る。 【００５９】また、把持部７２内にキュウリＫがない場
合にはキュウリＫを捜す（ステップＳ９）。そして、以
上の操作を繰り返しキュウリＫの収穫を行う（ステップ
Ｓ１０）。 【００６０】このように、太さの１次微分係数の値から
では、画素位置の範囲が広くキュウリＫと果柄Ｎの境が
曖昧で特定できない。しかし太さの２次微分係数を取る
ことにより、２次微分係数の一定値以上の値では、画素
範囲が狭いためキュウリＫと果柄Ｎの境を明確に検出で
きる。このため、正確に果柄Ｎを切断できるので適正に
収穫ができる。 【００６１】 【発明の効果】以上のように、本発明では、距離算出手
段が果実及び主茎までの距離を算出すると共に果実に対
する主茎の左右の位置を算出することができるため、果
実を主茎と一緒に把持することが無いようにマニピュレ
ータの先端にあるハンド部を果実に接近させることがで
きる。 【００６２】このため、主茎を傷めることなく果実を収
穫でき、果実の把持、運搬を確実に行うことができる。
備える果実識別装置に関する。本発明では、ＣＣＤカメ
ラのような撮像手段によりキュウリ、りんご等の果実を
認識すると共に、距離センサにより果実までの距離を算
出し、これにより収穫ロボットを制御して自動的に果実
を収穫する。 【０００２】 【従来の技術】従来、収穫ロボットに備える果実識別装
置は、キュウリ等の果実をＣＣＤカメラにより撮像し、
この撮像画像を２値化処理して得た果実の輪郭線より果
実を認識している。 【０００３】また、距離センサにより収穫ロボットの機
体中心から果実までの距離と方向を検出し、マニピュレ
ータのハンド部を果実の位置に移動する。そして、ハン
ド部により果実を把持して、果実を把持後に、ハンド部
に設けた裁断手段により果柄を裁断して果実を収穫す
る。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の果実
識別装置では、距離センサが収穫ロボットから果実まで
の距離を検出する際には、果実の周辺にある主茎や葉等
の果実でない対象物の距離も同時に検出していたため、
果実と主茎等の位置を分離して認識することが困難であ
った。 【０００５】このため、マニピュレータのハンド部を果
実に向け移動する際、主茎や葉が果実の近くにある場合
にハンド部の把持部が主茎や葉を果実と一緒に把持する
恐れがあった。その結果、果実の果柄のほかに、主茎や
葉まで一緒に切断してしまうという問題があった。 【０００６】そこで、本発明は、果実を収穫する際に、
果実に対する主茎や葉の左右位置を認識してハンド部を
正しく操作することにより、ハンド部が主茎や葉まで把
持するのを防止することを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記の問題点を解決する
ため、本発明は、果実等の対象物を撮像する撮像手段
と、撮像手段の画像信号を２値化処理する２値化手段
と、２値化手段の２値化画像により対象物の存在を認識
する画像処理手段と、画像処理手段が認識する対象物ま
での距離を算出する距離算出手段と、距離算出手段の果
実距離信号により対象物の曲率を算出する曲率算出手段
と、曲率算出手段の曲率信号により対象物が果実か非果
実かを判定をする果実判定手段と、果実判定手段の判定
信号により果実と非果実との相対位置を判定する果実位
置判定手段と、前記画像処理手段の果実認識信号と前記
距離算出手段の果実距離信号と前記果実位置判定手段の
果実位置信号によりマニピュレータの動作を制御するマ
ニピュレータ制御手段と、果実を把持する把持部と果実
を切断する切断部を有するハンド部と、マニピュレータ
制御手段の制御信号により果実の位置までハンド部を移
動すると共にハンド部の動作を制御するマニピュレータ
と、を備えることを特徴とするキュウリ収穫ロボットの
果実識別装置としたものである。 【０００８】 【作用】上記の構成により、撮像手段が果実等の対象物
を撮像し、撮像手段の画像信号より２値化手段が２値化
画像を得る。２値化画像より画像処理手段が対象物の存
在を認識する。 【０００９】次に対象物までの距離を距離算出手段が左
右に往復動しながら算出する。そして、距離算出手段の
果実距離信号を曲率算出手段に送り、曲率算出手段が対
象物の曲率を算出する。算出された曲率信号により果実
判定手段が果実か非果実かを判定する。そして、果実判
定手段の判定信号により果実位置判定手段が果実に対し
て非果実が左右どちらの位置にあるかを判断する。 【００１０】そして、画像処理手段の果実認識信号と距
離算出手段の果実距離信号と果実位置判定手段の果実位
置信号によりマニピュレータ制御手段がマニピュレータ
を制御する。そして、マニピュレータのハンド部を果実
の位置まで移動し、ハンド部を制御することにより果実
と一緒に非果実を把持しないで果実を収穫する。 【００１１】 【実施例】本発明の第１実施例を図１乃至図７を参照し
て説明する。 【００１２】図１において、１０はキュウリ認識装置１
１を備える収穫ロボットを示す。収穫ロボット１０には
走行部１２を配設し、走行部１２の前部と後部には左右
一対の車輪１３，１３を備える。 【００１３】走行部１２の前部に前カバー１４を配設
し、前カバー１４には、走行部１２を制御する走行部コ
ントローラ１５と収穫部を制御する収穫部コントローラ
１７と、キュウリ認識装置１１を制御する認識装置コン
トローラ１８と、これらのコントローラを制御するメイ
ンコントローラ１９とを備える。そして、メインコント
ローラ１９は、走行部コントローラ１５と収穫部コント
ローラ１７と認識装置コントローラ１８とにそれぞれ接
続する（図３参照）。 【００１４】前カバー１４の後方に円錐状の旋回カバー
２１を配設し、旋回カバー２１には、キュウリＫを把持
摘果するマニピュレータ２０を搭載する。マニピュレー
タ２０と旋回カバー２１が収穫部を構成する。 【００１５】そして旋回カバー２１の内部に、マニピュ
レータ２０と旋回カバー２１を共に旋回させるウエスト
モータ２２を配設する（図２参照）。 【００１６】マニピュレータ２０の腕には、第１関節２
３、第２関節２４、第３関節２５及び第４関節２６を備
え、第１関節２３、第２関節２４及び第３関節２５は垂
直方向に回転可能である。第４関節２６は、水平方向に
回転可能であり、第４関節２６の端部にハンド部２７を
配設する。第１関節２３乃至第４関節２６のそれぞれに
関節を回転させるパルスモ−タを備え、パルスモ−タを
収穫部コントローラ１７により制御する。 【００１７】また、第１関節２３には、カラーＣＣＤカ
メラ２８を設置し、カラーＣＣＤカメラ２８の上部に距
離センサ２９を取り付ける。 【００１８】次に、図４を参照して認識装置コントロー
ラ１８のブロック図を説明する。 【００１９】１８は認識装置コントローラである。ＯＣ
Ｒ３０を駆動パルス発生回路３１に、また駆動パルス発
生回路３１をドライバ３３に、さらにドライバ３３をレ
シーバ３４を介してカラーＣＣＤカメラ２８に順次接続
する。駆動パルス発生回路３１はカラーＣＣＤカメラ２
８を作動させるのに必要な信号を発生する。 【００２０】カラーＣＣＤカメラ２８は信号処理回路３
５に接続する。信号処理回路３５は、カラーＣＣＤカメ
ラ２８により撮像された信号をビデオ信号に変換する。
信号処理回路３５はＡ／Ｄ変換回路３７に接続し、Ａ／
Ｄ変換回路３７によりビデオ信号をデジタル信号に変換
する。 【００２１】次に、Ａ／Ｄ変換器３７を、画像を記録す
る画像メモリ３８に接続し、画像メモリ３８により画像
を記録する。そして画像メモリ３８を画像処理回路３９
に接続し、画像処理回路３９により画像処理を行う。画
像処理回路３９はＣＰＵ４０に接続する。ＣＰＵ４０に
タイミング回路４１を接続し、タイミング回路４１によ
りビデオ信号を基にストロボ４２の発光タイミングを設
定する。そしてタイミング回路４１にストロボ駆動回路
４３を接続し、ストロボ駆動回路４３によりストロボ４
２を駆動する。ストロボ４２にはハロゲンランプを使用
する。 【００２２】また、距離センサ２９をＡ／Ｄ変換器４４
に接続し、Ａ／Ｄ変換器４４は距離センサ２９の信号を
記録するメモリ４５に接続する。メモリ４５は、前記Ｃ
ＰＵ４０に接続する。 【００２３】図５に示す第１実施例の機能ブロック図に
ついて説明する。 【００２４】カラーＣＣＤカメラ２８からなる撮像手段
５５は、キュウリＫ等の対象物を撮像する。撮像手段５
５を２値化手段５６に接続し、２値化手段５６により撮
像画面を２値化処理する。２値化手段５６を画像処理手
段５７に接続し、２値化画像にもとづいて画像処理手段
５７により対象物の存在を認識する。 【００２５】次に、距離センサ２９のような距離算出手
段５０によりキュウリＫ及び主茎Ｍ等を撮像する。距離
センサ２９を曲率算出手段５１に接続し、距離算出手段
５０の果実距離信号から曲率算出手段５１が曲率を算出
する。曲率算出手段５１は、果実判定手段５２に接続す
る。曲率算出手段５１の曲率信号により果実判定手段５
２は、キュウリＫか主茎Ｍか葉Ｌかを判定する。果実判
定手段５２を果実位置判定手段５３に接続し、果実位置
判定手段５３は、果実判定手段５２の判定信号によりキ
ュウリＫに対して主茎Ｍ或いは葉Ｌがどちらの位置にあ
るかを判断する。 前記画像処理手段５７、前記果実位
置判定手段５３及び前記距離算出手段５０をマニピュレ
ータ制御手段５４に接続する。マニピュレータ制御手段
５４は、画像処理手段５７の果実認識信号と距離算出手
段５０の果実距離信号とにより、ハンド部２７を備える
マニピュレータ２０の動作を制御する。 【００２６】次に、第１実施例の動作について説明す
る。 【００２７】図６にキュウリＫ、主茎Ｍ及び葉Ｌの位置
関係を示す。そして、距離算出手段５０が図６の矢印方
向からキュウリＫに向かって左右方向に往復動して撮像
し、これによりキュウリＫ等の各対象物までの距離を算
出する。その結果、左右方向に対する距離の変化量によ
り曲率算出手段５１が曲率を算出する（図７参照）。曲
率算出手段５１の曲率の違いにより果実判定手段５２が
キュウリＫと主茎Ｍとを判別する。そして、果実位置判
定手段５３は、主茎Ｍ或いは葉ＬがキュウリＫに対して
どちらの位置にあるかを判断する。 【００２８】また、キュウリＫの存在は、カラーＣＣＤ
カメラ２８により撮像されて画像メモリ３８、画像処理
回路３９及びＣＰＵ４０によりキュウリＫの存在を認識
する。 そして、認識装置コントローラ１８からメイン
コントローラ１９を介して収穫部コントローラ１７を駆
動し、これによりマニピュレータ２０を動作させる。そ
して、ハンド部２７をキュウリＫの位置に移動し、キュ
ウリＫを把持する。 【００２９】以上のように構成することにより、カラー
ＣＣＤカメラ２８によりキュウリＫの存在を認識する。
そして、距離算出手段５０がキュウリＫと主茎Ｍの距離
を検出することにより、キュウリＫと主茎Ｍ或いは葉Ｌ
を判別すると共に、キュウリＫに対する主茎Ｍ或いは葉
Ｌの位置を確認できる。 【００３０】そして、キュウリＫを主茎Ｍ等と一緒に把
持しないようにハンド部２７の把持部７２を接近させ、
キュウリＫを切断することができる。 【００３１】次に、本発明の第２実施例について、図８
乃び図９を参照して説明する。第１実施例と同一構成部
材には同一符号を付す。 【００３２】マニピュレータ２０のハンド部２７は、箱
型に形成する本体部５９を備え、本体部５９の内部には
切断モータ６０を配設する。切断モータ６０の駆動軸６
１に第１ギヤ６２を固定し、第１ギヤ６２は第２ギヤ６
３に噛合する。更に、第２ギヤ６３が固定する軸にカム
６４を固定する。 【００３３】また、本体部５９の上面に鋏状の切断部６
５を配設し、切断部６５には、刃部を有する一対の細長
い長板部材６６，６６を備える。長板部材６６，６６を
重ね合せてピン６７により固定し、刃部のない長板部材
６６，６６の端部に摺動自在に第１リンク６８，６８の
一端を固定する。第１リンク６８，６８の他端に第２リ
ンク６９を連結し、第２リンク６９には弾性部材７０を
連結する。弾性部材７０を第２リンク６９の矢印方向の
移動に対抗するように配設する。また、第２リンク６９
の他端にカム６４と間欠的に係合する突設部７１を設け
る。 【００３４】本体部５９の側面には把持部７２を設け、
把持部７２は、断面がＬ字状の一対の把持部材７３，７
３を備える。把持部材７３，７３の内側には、把持具７
４，７４と果実検出センサ７５とを配設し、把持部材７
３，７３は、側面を摺動自在に移動する。 【００３５】次に、第２実施例の動作について図９を参
照して説明する。 【００３６】例えば、キュウリＫと主茎Ｍが図６に示す
位置の場合に、第１実施例と同様に、距離算出手段５０
がキュウリＫ等の距離を検出すると共にキュウリＫに対
してどちらの位置に主茎Ｍがあるかを検出する。 【００３７】そして、収穫部コントローラ１７によりマ
ニピュレータ２０を伸縮してハンド部２７をキュウリＫ
に接近させ、果実検出センサ７５によりキュウリＫが把
持部７２内に入ったか確認する。 【００３８】キュウリＫが把持部７２内に入っている場
合、キュウリＫと主茎Ｍの位置関係が図９に示す状態で
は、このまま把持動作を続けるとキュウリＫと一緒に主
茎Ｍを把持する恐れがある。これを避けるため、第４関
節２６によりハンド部２７を矢印ａ方向に回転する。こ
れにより把持部７２を主茎Ｍと略反対側に回転させて、
図示しない把持部７２の移動モータにより把持部材７
３，７３を移動し、把持具７４，７４がキュウリＫのみ
把持することができる（図９の２点鎖線）。 【００３９】次に、切断部６５によるキュウリＫの果柄
Ｎの裁断を説明する。 【００４０】切断モータ６１を回転させると第１ギヤ及
び第２ギヤを介してカム６４が回転する。カム６４が回
転することにより第２リンク６９の突設部７１に係合
し、第２リンク６９を図８の矢印ｃ方向に移動させる。
このため、一対の長板部材６６，６６により果柄Ｎを挟
み、果柄Ｎを切断する。 【００４１】更に、カム６４が回転すると、突設部７１
からカム６４が離脱し、第２リンク６９は弾性部材７０
により牽引され、長板部材６６，６６は原状復帰する。 【００４２】以上の構成のため、ハンド部２７をキュウ
リＫに接近して把持する場合、キュウリＫの近くに主茎
Ｍ或いは葉Ｌがあっても主茎Ｍ或いは葉ＬをキュウリＫ
と一緒に把持することがない。このため、切断部６５を
作動させて果柄Ｎを切断する際も主茎Ｍを傷めることが
なくキュウリＫを収穫できる。 【００４３】次に、本発明の第３実施例について、図１
０及び図１１を参照して説明する。これらの図面のうち
第１実施例と同一構成部材には同一符号を付す。 【００４４】マニピュレータ２０のハンド部２７は、箱
型に形成する本体部７９を備え、本体部７９の上部に切
断部８１を配設する。切断部８１には、昇降自在に移動
する支持プレート８２にエアーシリンダ８３を備え、エ
アーシリンダ８３のシリンダロッド８４の先端に支持板
８５の一端を固定する。一方、支持板８５の他端にエア
ーシリンダ８３と平行に案内杆８６を配設する。また、
支持板８５の中央部に接触板８７を固定し、さらに接触
板８７の下方に、受板８８を支持板８５に固定する。受
板８８の先端に切断刃８９を固定する。 【００４５】把持部７２は、断面がＬ字状の一対の把持
部材７３，７３を備え、把持部材７３，７３は、側面を
摺動自在に移動する。把持部材７３，７３の内面に把持
具７４，７４と果実検出センサ７５を配設する。 【００４６】次に、第３実施例の動作について説明す
る。 【００４７】図１１に示すようにキュウリＫと主茎Ｍが
位置する場合、第１実施例と同様に、距離算出手段５０
がキュウリＫ等の距離を検出すると共にキュウリＫに対
してどちらの位置に主茎Ｍがあるかを検出する。 【００４８】そして、収穫部コントローラ１７によりマ
ニピュレータ２０を伸縮してハンド部２７をキュウリＫ
に接近させる。このとき、果実検出センサ７５によりキ
ュウリＫが把持部７２内に入ったか確認する。 【００４９】次に、把持部材７３，７３を移動してキュ
ウリＫを把持し（図１１の一点鎖線参照）、第４関節２
６によりハンド部２７を矢印ｄ方向に回転させる（図１
１の実線参照）。このようにハンド部２７を回転させる
と切断部８１の切断刃８９の移動方向に主茎Ｍが存在し
ないようにできる。 【００５０】そして、エアーシリンダ８３により支持板
８５を移動させ、支持板８５と一体に移動する切断刃８
９がキュウリＫの果柄Ｎを切断する。 【００５１】以上のような構成のため、切断刃８９の移
動方向に主茎Ｍが存在しないため、切断刃８９を最大限
移動しても主茎Ｍを傷付けることがない。 【００５２】また、第４関節によりハンド部２７が水平
方向に回転し、切断部８１の作動範囲を広くできるため
確実に果柄Ｎを切断できる。 【００５３】次に、本発明の第４実施例について、図１
２乃至図１６を参照して説明し、第１実施例と同一構成
部材には同一符号を付して説明する。 【００５４】先ず、図１２を参照して第４実施例の機能
ブロック図を説明する。 【００５５】ハンド部２７の把持部材７３，７３には、
果実検出センサ７５と太さ算出手段９１を配設し、果実
検出センサ７５は、把持部７２内にキュウリＫが有るか
無いか検出する。 【００５６】太さ算出手段９１を、１次微分手段９２に
接続し、１次微分手段９２によりキュウリＫの太さから
１次微分係数を算出する。そして１次微分手段９２を２
次微分手段９３に接続し、２次微分手段９３により１次
微分係数をさらに微分して２次微分係数を算出する。２
次微分手段９３は微分係数比較手段９４に接続し、微分
係数比較手段９４により２次微分係数を所定値と比較す
る。そして、微分係数比較手段９４を境界判別手段９５
に接続し、境界判別手段９５によりキュウリＫと果柄Ｎ
の境界を判定する。 【００５７】次に、第４実施例の動作について図１３の
フローチャートを参照して説明する。 先ず、果柄Ｎの
検出を開始する（ステップＳ１）。把持部７２内にキュ
ウリＫがあるかないかを果実検出センサ７５により判断
する（ステップＳ２）。キュウリＫが把持部７２内に存
在する場合には、太さ算出手段９１を備えるハンド部２
７をキュウリＫと果柄Ｎの境を検出するため上昇させる
（ステップＳ３）。そして、太さ算出手段９１が図１４
に示す画素位置に対応するキュウリＫの太さを算出する
（ステップＳ４）。なお、図１４は、横軸に画素位置を
示し、縦軸に太さ（単位ｍｍ）を示す。 【００５８】このキュウリＫの太さから１次微分手段９
２が、図１５に示す画素位置に対応する１次微分係数を
算出する（ステップＳ５）。図１５は、横軸に画素位置
を示し、縦軸に１次微分係数を示す。２次微分手段９３
は、１次微分係数から図１６に示す画素位置に対応する
２次微分係数を算出する（ステップＳ６）。図１６は、
横軸に画素位置を示し、縦軸に２次微分係数を示す。微
分係数比較手段９４が２次微分係数の値を所定の値と比
較し、この値が一定値以上であるか否か判断する（ステ
ップＳ７）。境界判別手段９４は、一定値以上の２次微
分係数の値に対応する画素位置からキュウリＫと果柄Ｎ
の境界と判定する（ステップＳ８）。また、一定値以上
の２次微分係数がない場合には、ステップＳ３の前に戻
る。 【００５９】また、把持部７２内にキュウリＫがない場
合にはキュウリＫを捜す（ステップＳ９）。そして、以
上の操作を繰り返しキュウリＫの収穫を行う（ステップ
Ｓ１０）。 【００６０】このように、太さの１次微分係数の値から
では、画素位置の範囲が広くキュウリＫと果柄Ｎの境が
曖昧で特定できない。しかし太さの２次微分係数を取る
ことにより、２次微分係数の一定値以上の値では、画素
範囲が狭いためキュウリＫと果柄Ｎの境を明確に検出で
きる。このため、正確に果柄Ｎを切断できるので適正に
収穫ができる。 【００６１】 【発明の効果】以上のように、本発明では、距離算出手
段が果実及び主茎までの距離を算出すると共に果実に対
する主茎の左右の位置を算出することができるため、果
実を主茎と一緒に把持することが無いようにマニピュレ
ータの先端にあるハンド部を果実に接近させることがで
きる。 【００６２】このため、主茎を傷めることなく果実を収
穫でき、果実の把持、運搬を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の果実識別装置を備える収穫ロッボトの
背面図である。 【図２】本発明の果実識別装置を備える収穫ロッボトの
平面図である。 【図３】本発明の収穫ロッボトの制御関係を示すブロッ
ク図である。 【図４】本発明の認識装置コントローラを示すブロック
図である。 【図５】第１実施例の機能ブロック図である。 【図６】撮像するキュウリと主茎と葉を示す。 【図７】距離算出手段が図６をスキャンした状態を示す
図である。 【図８】第２実施例に使用されるハンド部の平面図であ
る。 【図９】図８のハンド部の動作を示す状態図である。 【図１０】第３実施例に使用されるハンド部の平面図で
ある。 【図１１】図１０のハンド部の動作を示す状態図であ
る。 【図１２】第３実施例の機能ブロック図である。 【図１３】第３実施例のフローチャートを示す図であ
る。 【図１４】縦軸に太さを示し、横軸に画素位置を示す図
である。 【図１５】縦軸に１次微分係数を示し、横軸に画素位置
を示す図である。 【図１６】縦軸に２次微分係数を示し、横軸に画素位置
を示す図である。 【符号の説明】 １０ 収穫ロボット １１ キュウリ認識装置 ２０ マニピュレータ ２７ ハンド部 ５０ 距離算出手段 ５１ 曲率算出手段 ５２ 果実判定手段 ５３ 果実位置判定手段 ５４ マニピュレータ制御手段 ５５ 距離算出手段 ５６ ２値化手段 ５７ 画像処理手段
背面図である。 【図２】本発明の果実識別装置を備える収穫ロッボトの
平面図である。 【図３】本発明の収穫ロッボトの制御関係を示すブロッ
ク図である。 【図４】本発明の認識装置コントローラを示すブロック
図である。 【図５】第１実施例の機能ブロック図である。 【図６】撮像するキュウリと主茎と葉を示す。 【図７】距離算出手段が図６をスキャンした状態を示す
図である。 【図８】第２実施例に使用されるハンド部の平面図であ
る。 【図９】図８のハンド部の動作を示す状態図である。 【図１０】第３実施例に使用されるハンド部の平面図で
ある。 【図１１】図１０のハンド部の動作を示す状態図であ
る。 【図１２】第３実施例の機能ブロック図である。 【図１３】第３実施例のフローチャートを示す図であ
る。 【図１４】縦軸に太さを示し、横軸に画素位置を示す図
である。 【図１５】縦軸に１次微分係数を示し、横軸に画素位置
を示す図である。 【図１６】縦軸に２次微分係数を示し、横軸に画素位置
を示す図である。 【符号の説明】 １０ 収穫ロボット １１ キュウリ認識装置 ２０ マニピュレータ ２７ ハンド部 ５０ 距離算出手段 ５１ 曲率算出手段 ５２ 果実判定手段 ５３ 果実位置判定手段 ５４ マニピュレータ制御手段 ５５ 距離算出手段 ５６ ２値化手段 ５７ 画像処理手段
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
A01D 46/00 - 46/30
B25J 13/08
G06T 1/00
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 果実等の対象物を撮像する撮像手段と、 撮像手段の画像信号を２値化処理する２値化手段と、 ２値化手段の２値化画像により対象物の存在を認識する
画像処理手段と、 画像処理手段が認識する対象物までの距離を算出する距
離算出手段と、 距離算出手段の果実距離信号により対象物の曲率を算出
する曲率算出手段と、 曲率算出手段の曲率信号により対象物が果実か非果実か
を判定をする果実判定手段と、 果実判定手段の判定信号により果実と非果実との相対位
置を判定する果実位置判定手段と、 前記画像処理手段の果実認識信号、前記距離算出手段の
果実距離信号及び前記果実位置判定手段の果実位置信号
によりマニピュレータの動作を制御するマニピュレータ
制御手段と、 果実を把持する把持部と果実を切断する切断部を有する
ハンド部と、 マニピュレータ制御手段の制御信号により果実の位置ま
でハンド部を移動すると共にハンド部の動作を制御する
マニピュレータと、 を備えることを特徴とする収穫ロボットの果実識別装
置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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ID=16714762
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| KR20170011505A (ko) * | 2015-07-23 | 2017-02-02 | 성균관대학교산학협력단 | 파프리카 수확용 엔드이펙터 |
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- 1994-08-19 JP JP21810894A patent/JP3503207B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| KR101720677B1 (ko) * | 2015-07-23 | 2017-03-28 | 성균관대학교산학협력단 | 파프리카 수확 시스템 |
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| JP7468013B2 (ja) | 2020-03-16 | 2024-04-16 | 井関農機株式会社 | 植物栽培設備 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08112021A (ja) | 1996-05-07 |
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