JP5335894B2 - 作物から葉を採取するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、中心の柄を有する作物の葉のような部分を採取するための方法に関わる。この方法は、視覚技術を使用するロボットアームによって前記部分に接近することと、前記アームによって作物の前記部分をはさむことと、前記アームによってこの部分を採取することとを、具備している。

このような方法は、特許文献１によって知られている。この文献では、トロリーに配置されているアームが、作物の主茎に移動される。前記アーム、特にアームに取り付けられている切断ブレードが、前記主茎をはさみ、前記ブレードを備えたアームは、次に、前記主茎から延びているすべての柄を採取するように、前記主茎に沿って上方に移動される。この方法は、前記葉の採取に対して有効であるが、前記柄が最適の位置で切断されないことが、明らかである。

特許文献２は、葉の採取のための方法を開示しており、この文献では、柄が、この方法で使用される装置のためのガイドとして使用される。

従来技術によって、作物の部分を採取するための他の方法が知られており、例えば、動作が行われる時に与えられる力に応じて、この作物に横方向に接近し、この作物へと切断アームを移動させる方法が、知られている。

このような技術は、切断プロセスに関して適切な決定をするための大量のソフトウェアが必要とされ、このようなソフトウェアの複雑さのために、単位時間当たりに採取される前記作物の部分の数が、手動による葉の採取に対してこの技術を優位にするためには十分でない。

作物の部分の前記採取の例が、トマト及び／もしくはキュウリに見出され得る。トマトに関しては、実と実の間にある葉を採取することが、目的である。このことは、病気の発生を防ぎ、前記作物の他の部分の成長を促す。他の作物には、同様のもしくは他の理由で、前記葉の採取が求められる。

ＮＬ１０２４７０２ ＮＬ２０００３３３

本発明の目的は、作物から葉もしくは（小さな）新芽のような作物の部分を、比較的迅速で有効な方法で採取することができるようにするための方法を、提供することである。

更に、本発明の目的は、機械学と電子工学との両方に関連して、比較的単純で確実な手段による相当のスピードでの前記葉の採取を可能にすることである。このような採取は、前記作物の他の部分にある葉だけでなく実の下方にある前記葉にも関わり、一方でこのような実は、影響を与えられないままである。

この目的は、採取される前記葉を決定するために、視覚技術によって低い位置から前記作物を観察することと、剥離手段（stripping means）によって前記葉を採取することとを含む、作物から葉を採取するための方法によって果たされる。ここにおいて、前記採取することは、前記葉もしくは柄をはさむことと、前記柄を前記作物の主茎から分離して前記葉を前記作物から運び出すことと、前記葉の採取の後に、前記作物を繰り返し観察することと、採取される次の葉を決定するための前記視覚技術を使用することと、前記葉を採取することとを含む。

本発明に従えば、前記作物は、例えば、下方から、もしくは他の開始地点から、カメラによって観察される。このことは、以前から知られている方法と異なり、カメラが、密生している前記作物中へと移動されず、前記作物は作物の下方から（斜め方向に）観察されるのみであることを、意味している。次に、採取される葉、好ましくは最も低い位置にある葉が決定され、この葉は、従来技術で知られているいくつかの方法で、前記作物の主茎から剥離され得る。この際、このように採取された葉の各々が、前記主茎からの剥離の後、単に放されず、いくつかの考えられ得る方法で、前記作物の周辺から移動されるということが、重要である。前記作物の周辺からの葉のこのような移動は、前記作物の直接の周辺に前記葉を集めることと、この目的で設けられた容器に前記葉を移動させることとを含み得る。次に、該当する前記葉が前記作物から採取される新しい状況が生じる。このことに基づいて、前記作物は、再度下方から観察され、この時前記カメラは、採取に該当する次の葉を、遮られずに捕らえる。従って、前記次の葉は、比較的単純な分離手段によって採取され得る。この方法で、複数の前記葉が、低く近い位置から段階的に、前記作物から剥離される。ここにおいて、前記剥離手段を制御するための前記カメラに係る前記視覚技術は、常に、前記葉を認識するために最適な状況にある。この状況は、例えば奥行きの導入、並びに、残りの複数の葉に対して最も低い位置にある葉の位置を区別する他の特徴の導入によって、更に最適化され得る。葉の採取を比較的高い位置から開始し、このような位置から上方へ作動させることも可能である。この場合、限られた数の葉もしくは類似するもののみが、採取され得る。

本発明によって、１つの作物から複数の葉を下方より前述のようにして採取することが可能であるだけでなく、複数の作物が互いに近くに配置されている場合、上方に移動する時に、複数の他の作物から葉を採取することも可能である。このことは、専ら１つの作物の主茎に方向付けられるシステムと対照的に、本発明によって、観察のための視覚技術と、前記作物を下方から見るに従って近接する複数の作物から葉を１つ１つ採取することとを使用することが可能であることを意味している。該当する前記葉は、多くの場合、周囲の葉の中で最も低い位置にある葉であるためにほぼ遮られずに見えるので、採取は、最適に且つ中断されないで行われ得る。かくして、関連するオートメーションを、比較的単純にすることができる。

更に、適用される前記視覚技術は、葉と、実のような前記作物の他の部分とを区別できるようにして、発展され得る。このような場合、実の近く及び周辺に位置される葉は剥離されるけれど、この実は、剥離され得ない。

複数の葉が主茎の互いに異なる側にある可能性が十分にあり得るので、例えば前記作物が水平面から（斜め）上方へ異なる位置から観察される場合、カメラによる観察が、大いに改良され得る。この観察は、剥離手段を成しているロボットが、カメラの視線の範囲内で移動する場合、更に改良される。前記複数の葉は、下方から上方に作物から剥離されるために、前記剥離手段が、前記密生している作物を通って延びる必要がないため、前記剥離手段を、比較的小型に、また従ってより確実にもしくは高速にすることができる。

好ましくは、前記葉の剥離、特に葉の柄の剥離は、前記柄の前記主茎への接続点に近い位置で行われる。このことは、例えば、前記分離手段にまず葉をはさませ、そして前記分離手段を、前記葉に沿って前記主茎へと、場合によっては前記柄に沿ってこの柄の主茎との接続点へと、可能な限り移動させることによって、果たされ得る。そして、前記剥離動作は、前記分離手段と前記主茎との接触によって駆動され得る。更に、本発明の有効な一実施形態に従えば、実のような前記作物の他の部分は、ダメージを与えられることなく押しのけられる。

本発明に従えば、前記葉の主茎及び作物の主茎の最適な剥離位置を見つけるために前記葉から前記主茎に移動する時を除くと、前記主茎との接触はほぼない。上述の前記剥離方法は、切断もしくは刈り取り（clipping）のような、考えられ得るいかなる方法によっても行われることができ、この方法は、連続して、更なる指示無しで、行われ得る。更に、前記作物を束ねるために使用される糸には、前記葉の剥離が前記主茎の位置からではなく前記葉の位置から行われるために、触れられ得ない。この方法は、単純なやり方で行われ得、即ち通路から制御され得る。両側からの作用によって、前記作物が、全方向から接近されることと、前記複数の葉が、いかなる所定の位置からも採取され得ることとが、確実にされ得る。視覚技術には、葉の柄と主茎とを切断するための単純なソフトウェアが、設けられ得る。特定の実の認識、葉の柄と主茎との接続位置などの情報が、このようなソフトウェアに追加され得る。本発明の更なる実施形態に従えば、前記剥離手段には、葉とこの柄とに実際に接近して前記主茎から剥離されているかどうかを確認するために、カメラもしくは類似したものが装備され得る。前記剥離手段が前記観察の視線の範囲内で移動する場合、更なる単純化が、果たされ得る。このことは、障害物が予期される場合に、特に効果を有する。いかなるこのような問題が、このようにして防がれ得る。

本発明で選択される前記接近することが非常に単純且つ確実に果たされ得ることと、前記剥離の動作が特に単純に果たされ得ることとが、上記から明らかである。

更に、本発明は、作物から葉を採取するための装置に関わる。この装置は、低く近い位置から作物を観察するためのカメラと、採取される葉を決定するための視覚技術を有する前記カメラが接続されている中央処理装置と、前記中央処理装置によって制御可能である剥離手段が取り付けられている葉の把持と剥離と移動とのための可動のトロリーとを、具備している。更に、前記カメラ及び／もしくは中央処理装置を前記トロリーに配置することも可能である。しかしながら、前記作物の成長の連続した監視と、上に説明された適用とのために、前記カメラを固定した位置に配置することも可能である。更に、複数の剥離手段と、例えば２つのカメラとによって、２つの位置を管理することが可能である。

本発明は、図面に示されている代表的な実施形態に従って詳細に説明される。

図１ａは、本発明に従った葉の剥離の例の、概略斜視図である。 図１ｂは、本発明に従った葉の剥離の例の、概略斜視図である。 図１ｃは、本発明に従った葉の剥離の例の、概略斜視図である。 図２は、複数の主茎から葉の部分が採取される本発明に従って概略的に図示された構成を示す図である。 図３は、柄の部分の採取の間の、本発明に係るアーム示す図である。 図４は、柄の部分をはさむ動作の間の、本発明に係る剥離手段を示す図である。 図５は、本発明に係る柄の部分がはさまれた状態での移動の間の、本発明に係る剥離手段を示す図である。 図６は、本発明に係る装置によって主茎から柄部材を切断する動作を示す図である。

本発明に係る方法は、図１ａ乃至図１ｃを参照して、詳しく概略的に説明される。

図１ａ乃至図１ｃには、中心の主茎１２と、柄１３によってこの中心の主茎に接続されている複数の葉１４と、実１９とを有する作物１１が、示されている。目的の作物に応じて、前記中心の主茎１２は、考えられ得るいかなる形状を有していても良く、また同じことが前記作物の異なる部分に当てはまることが理解され得る。概略的に図示されたカメラ１６があり、矢印２５が、分離動作を示している。

図１ａから明らかなように、前記カメラ１６は、（例えば４５度の角度傾けて）前記作物の（斜め）下に配置される。前記作物は、下から観察され、図１ａから明らかなように、前記カメラは、第１の最も低い位置にある葉１４を見る。そして、以下に例が挙げられる分離手段が、前記作物のこの最も低い位置にある葉１４から柄１３を採取するために、前記カメラ１６の視野の中に移動される。

この採取は、例えば切断もしくは刈り取りによる前記主茎からの前記柄の剥離だけでなく、このようにして得られた前記柄と前記葉との前記作物からの採取も、含んでいる。

そして、図１ｂに示されている状況が、生じる。前記カメラ１６が動作するのに従って、次の葉１４が、図１ａの状況とは異なって、この場合は遮られずに観察される。再び、概略的に図示されている葉の剥離操作が、矢印２５に示されているように行われる。

そして、図１ｃに示されている状況が、生じる。この状況では、カメラ１６が、上方にある実１９と葉１４とを識別し、そして、矢印２５に従ってこの葉１４は採取されるが、実１９は採取されない。葉は、葉の採取が所望の程度果たされるまで、このようにして作物から１つ１つ採取される。複数の異なるカメラ１６が使用されても良いことが、理解され得る。

図１ｂでは、前記次の葉１４が観察され、この次の葉１４は、他の作物１１の主茎に接続されていても良いことが、理解される。実際、前記カメラ１６による観察が、このように１つの主茎に関係なく下方から行われるので、この動作が、低く近い位置から開始して上方へと作動することによって行われ、従って、採取に該当する葉がどの主茎に接続されているかは、ほぼ関係ない。

図２では、（ロボット）アーム１が、本発明に係る例として示されている。このアーム１は、以下に説明される種々の部分を収容しているフレーム２を有している。２つのローラ部３が、互いに対向して、配置されている。これら両ローラ部３は、完全ではなく、各々に凹部４が設けられている。図２に示されているような状態では、前記凹部が、図２のように、前記両ローラ部３の間に相当の間隙を設けている。この間隙は、参照符号２３で示されている。この間隙は、収容部７によって両側が規定されている。

前記両ローラ部は、シャフト５によって歯車６に接続されている。これら歯車６は、互いに歯合しており、かくして前記両ローラ部３の同期した回転を確実にしている。共通の駆動モータが、詳しくは示されないが、存在し、このモータは、ここでは示されないが後に説明される制御装置によって、制御される。前記両ローラ部が回転すると、前記間隙２３は、前記両ローラ部の外面が互いに当接するまで、狭められる。前記両ローラ部は、好ましくはゴム材のような変形可能な材料から成り、かくして、間に配置される柄の部分のような作物部分が、以下に説明されるようにしっかりとはさまれることができる。

前記収容部７の１つもしくは双方は、切断エッジ２２を備えたブレード８が前記収容部に沿って往復移動できるように、構成されている。このブレード８のための駆動装置が、例えば、図示されていないが制御システムによって制御される空気圧シリンダ９によって、駆動される。前記アーム１は、細長い形状であり、長軸２１を有している。ここに示されているアームは、単なる例であることが理解され得る。このアームは、例えば、入れ子式に構成されることができるが、他のいかなる可動の構造体の部分を成すこともできる。本剥離装置に関しては、前記アームの端部とこのアームの駆動システムとが、最も重要である。

図３では、本発明に係る装置の概略的な構成が示されている。この装置は、パイプレールトロリーのような、駆動装置２６を備えたトロリー１０を有している。３つのカメラ１６が、このトロリーに配置されており、この例では、互いに近接している２つのカメラが有効である。更に、本発明に係るアーム１が、前記トロリーに取り付けられており、このトロリーは、そりの構造体２７に対して移動可能である。前記アーム１の動作範囲は、前記カメラ１６の動作範囲にほぼ対応することが、図３によって明らかであり、従って、前記アーム１を妨害するいかなる障害物も、前記カメラ１６によって観察され得る。

本発明に従えば、前記トロリー１０は、矢印１８の方向に、作物の１つの主茎１２の下側まで移動される。そして、前記カメラ１６は、作動を始め、下方から前記作物を観察する。この観察は、円錐形状の範囲で行われる。そして、視覚技術によって、採取される葉の柄がどこに位置しているかが、決定される。そして、前記アーム１は、制御システムによって操作される。縦方向にいくらかの距離だけ前記アーム１を移動させるための機構（図示されていない）があることが、理解され得る。斜め方向の操作も可能である。同様に、横軸及び縦軸を中心とした回転と、長軸に沿った平行移動とのような、すべての他の考えられる移動が、可能である。

図４は、前述されたことの過程を、より詳細に示している。アーム１が、最良の方法で、即ち柄１３をはさむための最良の機会を与えるような方法で、この柄１３に接近する。前記アーム１は、通例、葉１４と主茎１２との間の接続点に近づく。両ローラ部が、図４に示されているような位置にある。即ち、前記両ローラ部間に比較的大きな開口部２３がある。前記柄は、この開口部と収容部７との中に受けられる。この位置は、前記柄をはさむためには最適であるが、この位置は、前記主茎から前記柄を剥離するためには、望ましい位置ではない。前記主茎から前記柄を剥離するために、この主茎１２により近い位置を選択する必要がある。このことを果たすために、前記両ローラ部は、次に、制御システムによって回転される。このことによって、前記両ローラ部間の間隙２３が、前記柄が最終的にはさまれるまで、狭められる。この状態が、図５に示されている。更に回転されると、前記柄に対するはさみ作用が、この柄を引く。このことは、前記装置が前記主茎に接触するまで、行われる。

このような動作によって、前記作物の他の部分が、ダメージを与えられることなく、押し出される。

前記アームが、前記柄を前記主茎１２から剥離するために、この柄の最適な位置に達すると、切断が、図６に示されているように行われる。前記主茎の最も近くに配置されたブレード８が、この目的のために使用される。この柄は、前記２つのローラ３間の前記間隙内に保持されたままである。そして、前記アームは、前記作物から離れるように移動され、前記葉は、前記両ローラ３の回転によって再び放される。

以上を読み終えた後、当業者は、他の実施形態に容易に気付くだろう。このような他の実施形態は、添付の請求項の範囲及び精神に含まれるものであり、また、前述の説明に従えば、明らかである。例えば、前記ローラは、楕円形を有することができる。

Claims (15)

1. 作物（１１）から複数の葉（１４）を採取するための方法であり、採取される第１の葉を決定するために、視覚技術を使用して低い位置から前記作物の第１の葉を観察することと、剥離手段によって前記第１の葉を採取することとを具備する、方法において、
   前記採取することは、前記葉もしくはこの葉の柄をはさむことと、前記柄を前記作物の主茎から剥離して前記葉を前記作物から運び出すことと、前記葉の採取の後に、前記作物を下方から繰り返し観察することと、採取される次の葉を決定するための視覚技術を使用することと、前記次の葉を採取することとを具備する、方法。
2. 前記視覚技術は、葉と、実のような作物の他の部分とを識別するために使用され、前記他の部分は、前記採取の動作から除外される、請求項１に記載の方法。
3. 前記観察することは、１つの水平面の２つの異なる位置から観察することを含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記葉もしくは柄をはさむこと、及び、剥離することは、前記主茎に近い位置で、前記葉もしくは柄をはさむこと、及び、前記主茎から前記柄を剥離することを含む、請求項１乃至３のいずれか１に記載の方法。
5. 前記葉をはさんだ後、前記柄を剥離するために使用される剥離手段が、前記主茎をこの剥離手段へと移動させる、請求項４に記載の方法。
6. 前記主茎を移動させることは、前記剥離手段に当接するまで続けられる、請求項５に記載の方法。
7. 前記葉もしくはこの葉の柄を剥離することは、前記作物の他の部分を押しのけることを含む、請求項１乃至６のいずれか１に記載の方法。
8. 前記葉を剥離するための剥離手段は、前記主茎に先に触れずに、前記葉をはさむ、請求項１乃至７のいずれか１に記載の方法。
9. 前記剥離することは、互いに一定の間隔で離間されて位置された２つの位置での前記柄の剥離を含む、請求項１乃至８のいずれか１に記載の方法。
10. 前記剥離することは、切断することもしくは刈り取ることを含む、請求項１乃至９のいずれか１に記載の方法。
11. 前記剥離手段は、前記カメラの視線に従って移動される、請求項１乃至１０のいずれか１に記載の方法。
12. 前記第１の葉と前記次の葉とは、それぞれ異なる作物に生えている、請求項１乃至１１のいずれか１に記載の方法。
13. 複数のセンサ（カメラ）が前記剥離手段に設けられており、前記剥離手段によって、これらセンサの位置が、前記葉に対して調整され得る、請求項１乃至１２のいずれか１に記載の方法。
14. 作物から葉を採取するための装置であり、下方から作物を観察するためのカメラと、採取される葉を決定するための視覚技術を有する前記カメラが接続されている中央処理装置と、前記中央処理装置によって制御可能である剥離手段が取り付けられており、葉をはさみ、剥離し、移動させるための可動のトロリーとを具備する、装置において、
    異なる複数の位置のための２つのカメラと、これらカメラと同期して作用する複数の剥離手段とが、設けられていることを特徴とする、装置。
15. 前記カメラと前記中央処理装置とは、前記トロリーに取り付けられている、請求項１４に記載の装置。

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