JP7662242B2 - 遮蔽環境下での温室キュウリの効率的インテリジェントな収穫に適した装置 - Google Patents

Description

本発明は、遮蔽環境下での温室キュウリの効率的インテリジェントな収穫に適した装置に関し、特に果実と茎葉には、小さな区別があり、識別しにくく、作業負荷が大きい、温室キュウリの摘み取りに適する。

キュウリは、ダイニングテーブルの主要な野菜の１つであり、市場の需要が継続的に増加しているため、温室に植えるキュウリの地域が継続的に拡大している。キュウリの収穫は主に手動摘み取りで行われ、摘み取り環境が厳しく、作業強度が高く、収穫効率が低い。現在では、農業機械化が高速車線に入り、高度な機器を使用して農業生産の各段階をインテリジェントで自動化したことを達成するは、主流になり、したがって、人々の作業環境を改善し、労働強度を軽減するだけでなく、摘み取り効率も改善することができる、収穫装置を開発調査する必要がある。キュウリの栽培は一般に３次元栽培で使用されるため、キュウリは常に茎と葉によって遮蔽され、認識に対する葉と茎の影響は大きく、認識成功率は低くなり、この場合、遮蔽環境下での温室キュウリの効率的インテリジェントな収穫に適した装置を設計することは、キュウリをリアルタイムで、効率的に収穫し、農産物の収穫コストを削減し、スタッフの労働強度を低減することに、重要な実際的な重要性を持っている。

本発明は、従来技術の欠点に対して、果実が茎や葉によって遮蔽され、認識しにくい温室果物野菜の摘み取り問題を解決するために使用され、摘み取り効率を向上させるだけでなく、労働強度を軽減し、農民の経済収入を増やすこともできる、遮蔽環境下での温室キュウリの効率的インテリジェントな収穫に適した装置を提供することを目的とする。

本発明の目的は以下の技術的解決手段により実現される：
本発明は、走行装置、実行装置、視覚認識モジュール、センサー及び制御モジュール、駆動モジュールを含み、前記視覚認識モジュールが、カメラマトリックスで構成され、カメラマトリックスが、３組の双眼カメラで構成され、カメラマトリックスにより、異なる視覚角度の画像情報のリアルタイム収集を行うことができ、次に、画像情報を、クラウドサーバーに送信し、サーバーで、ＹｏＬｏＶ５ｓモデルを介して画像情報処理及び摘み取り目標位置決めを実行し、且つ決定信号を、制御モジュールまで出力し、制御モジュールが、走行装置、摘み取りアーム及びエンドエフェクタを作業させるように制御して、摘み取り目的を達成し、
上記カメラマトリックスが、第１カメラモジュール、第２カメラモジュール、第３カメラモジュールで構成され、そのうち、第１カメラモジュールが、垂直伸縮アームの第１関節の前方に固定され、カメラコンロッドを介してカメラ回転ベースに接続され、第１カメラが、回転ベースの上端に固定され、第１カメラが、小さな範囲の回転を行うことができ、カメラに、最適な画像取得位置において、画像情報を取得させ、第２カメラが、第２カメラ設置ロッドの上端に設置され、第２カメラ設置ロッドの一端が、水平伸縮アームの第２関節に接続され、他端がアクチュエータ設置台に接続され、第３カメラ支柱が、走行装置に固定され、他端が垂直昇降ロッドに接続され、垂直昇降ロッドの先端に、回転軸受が設置され、水平コンロッドが、回転べアリングを介して、垂直昇降ロッドの周りに回転することができ、水平コンロッドの他端が、横方向突っ張り棒に接続され、横方向突っ張り棒が、逆「Ｌ」形の構造を採用して、横方向突っ張り棒の末端に、第３カメラが設置され、第３カメラが、キュウリ栽培フレームの他側において、キュウリ画像情報を収集することができることを保証し、第１カメラモジュール、第２カメラモジュール及び第３カメラモジュールが共同で、カメラモジュールを構成し、カメラマトリックスが、異なる視覚角度で画像情報を収集することができ、
上記摘み取りアームが、垂直伸縮アーム、伸縮アーム接続軸、水平伸縮アーム、機械アーム回転台で構成され、機械アーム回転台が、走行装置に設置され、垂直伸縮アームの第１関節が、機械アーム回転台に設置され、機械アーム回転モータの駆動下で、機械アームを回転させるように駆動し、垂直伸縮アームの第２関節が、垂直伸縮アーム駆動モータの作用下で運動し、伸縮アーム接続軸の一端が、垂直伸縮アームの第２関節に接続され、他端が、水平伸縮アームの第１関節に接続され、伸縮アーム接続軸にそれぞれ伸縮アーム接続軸サポートプッシュロッド及び水平伸縮アーム電動プッシュロッドが設置され、水平伸縮アームの電動プッシュロッドが、水平伸縮アームの第１関節に接続され、水平伸縮アームの電動プッシュロッドの運動により、水平伸縮アームを上下に調節させるように駆動し、水平伸縮アームの第１関節が、水平伸縮アームの第２関節に接続され、モータにより、水平伸縮アームの第２関節を、水平伸縮アームの第１関節の内表面に沿って運動させるように駆動し、水平伸縮アームの第２関節の他端が、第２カメラ設置ロッドに接続され、第２カメラ設置ロッドの他端が、アクチュエータ設置台に接続され、アクチュエータ設置台が、小さな回転を行うことができ、それにより、その上に設置されたせん断機及び柔軟なグリッパーが、キュウリの位置に垂直に向き、
上記走行装置の前後両側に、障害物回避センサーが設置され、障害物回避センサーが、収集された路面情報を、制御モジュールに送信し、制御モジュールが、受信された情報送信指令に応じて、駆動モジュールを作業させるように制御して、さらに走行装置を運動させ、電力供給モジュールが、走行装置の内部に埋め込まれ、摘み取り装置のために、作業時に必要な電気エネルギーを提供し、駆動モジュールが、モータ及び電動プッシュロッドで構成され、摘み取り装置のために、作業時に必要な駆動力を提供し、収集ボックスが、走行装置の前側に設置され、制御モジュールが、キュウリ位置情報を受信した後、まず走行装置の動きを制御して、摘み取り装置を、成熟したキュウリポイントに行進させ、次に、摘み取りの動きを制御し、エンドエフェクタを、摘み取りポイントに到達させ、エンドエフェクタが作業位置に達した後、制御モジュールがまず、柔軟なグリッパーの内部にあるモータを作業させるように制御し、果実をクランプして、次に、せん断機のモータを作業させるように制御して、キュウリの柄のせん断を実現し、せん断作業が完了した後、制御モジュールが、機械アームを収縮させるように制御し、柔軟なグリッパーを、収集ボックスの位置に到達させ、制御モジュールが、柔軟なグリッパーの内部にあるモータを作業させるように制御して、クランプされたキュウリを、収集ボックスに入れて、摘み取りが完了することを特徴とする。

本発明は、従来技術に比べて、遮蔽環境下での果実の効率的インテリジェントな収穫に適用し、設置された視覚認識モジュールにより、異なる視覚角度の画像情報の収集を行い、クラウドサーバーにより、認識及び位置決めを行い、且つ決定信号を出力して、摘み取り装置を制御して、摘み取りを行い、労働強度を効果的に減らし、収穫効率を改善できる。

本発明により提供される摘み取り装置全体の構造概略図である。 本発明により提供されるカメラマトリックス及び関連アセンブリの部分概略図である。 本発明により提供される摘み取り機械アームの部分概略図である。 本発明により提供されるエンドエフェクタの部分概略図である。

以下に、本発明の図面を参照しながら、発明の実施例における技術的解決手段を明確で、完全に説明する。

図１～４に示す遮蔽環境下での温室キュウリの効率的インテリジェントな収穫に適した装置は、垂直伸縮アーム１、第１カメラモジュール２、伸縮アーム接続軸３、水平伸縮アーム４、第２カメラモジュール５、アクチュエータ設置台６、せん断機７、柔軟なグリッパー８、第３カメラモジュール９、収集ボックス１０、障害物回避センサー１１、走行装置１２、電力供給モジュール１３、機械アーム回転台１４を含む。

前記カメラマトリックスは、第１カメラモジュール２、第２カメラモジュール５及び第３カメラモジュール９で構成され、そのうち、第１カメラモジュール２は、第１カメラ設置ロッド２０１、カメラコンロッド２０２、回転ベース２０３、第１カメラ２０４を含み、第１カメラ設置ロッド２０１の一端は、垂直伸縮アームの第１関節１０１の前方に固定され、他端は、カメラコンロッド２０２に接続され、カメラコンロッド２０２は、接続ボルトの周りに回転することができ、カメラコンロッド２０２の他端は、回転ベース２０３に接続され、第１カメラ２０４は、回転ベース２０３の上端に設置され、第１カメラ２０４が、一定の範囲内で回転することを保証し、カメラに、最適な画像取得位置において、画像情報を取得させる。第２カメラ５０２は、第２カメラ設置ロッド５０１の上端に設置され、第２カメラ設置ロッド５０１の一端と水平伸縮アームの第２関節４０２は、可動ボルトで接続され、第２カメラ設置ロッド５０１の他端は、アクチュエータ設置台６に接続され、第２カメラ設置ロッド５０１は、小さな揺れ動きを行うことができ、アクチュエータ設置台６の前方に設置されたせん断機７及び柔軟なグリッパー８は、果実の茎と葉の干渉を避けて、作業位置に達することを保証する。第３カメラモジュール９は、第３カメラ支柱９０１、垂直昇降ロッド９０２、水平コンロッド９０３、横方向突っ張り棒９０４、第３カメラ９０５を含み、第３カメラ支柱９０１は、走行装置１２の上端に固定され、垂直昇降ロッド９０２は、第３カメラ支柱９０１に接続され、垂直昇降ロッド９０２は、第３カメラ支柱９０１の内表面に沿って運動し、垂直昇降ロッド９０２の先端に、回転軸受が設置され、回転軸受は、水平コンロッド９０３に接続され、水平コンロッド９０３は、垂直昇降ロッド９０２の周りに回転することができ、水平コンロッド９０３の他端は、横方向突っ張り棒９０４に接続され、横方向突っ張り棒９０４は、逆「Ｌ」形の構造を採用して、横方向突っ張り棒９０４は、水平コンロッド９０３の内表面に沿って運動し、横方向突っ張り棒９０４の他端は、第３カメラ９０５に接続され、第３カメラモジュール９は、キュウリ栽培フレームを越えて、他側において、キュウリの画像情報を収集し、第１カメラモジュール２、第２カメラモジュール５及び第３カメラモジュール９は共同で、カメラマトリックスを構成し、カメラマトリックスは、異なる視覚角度で画像情報を収集し、収集された画像情報を、クラウドサーバに送信することができ、クラウドサーバは、ＹｏＬｏＶ５ｓモデルにより画像情報を処理して計算し、さらに一組総合の位置情報を得て、この情報を、制御モジュール１３に送信して、制御モジュール１３に、得られた位置情報に基づいて、せん断機７及び柔軟なグリッパー８を制御させて順次作業して、収穫が完了する。

前記摘み取りアームは、垂直伸縮アーム１、伸縮アーム接続軸３、水平伸縮アーム４、機械アーム回転台１４で構成され、そのうち垂直伸縮アーム１は、垂直伸縮アームの第１関節１０１、垂直伸縮アーム駆動モータ１０２、垂直伸縮アームの第２関節１０３を含み、機械アーム回転台１４は、走行装置１２に固定され、垂直伸縮アームの第１関節１０１は、機械アーム回転台１４に設置され、機械アーム回転モータ１４０１の駆動下で、機械アームを回転させるように駆動し、垂直伸縮アームの第２関節１０３は、垂直伸縮アーム駆動モータ１０２の作用下で、垂直伸縮アームの第１関節１０１内表面に沿って運動し、伸縮アーム接続軸３の一端は、垂直伸縮アームの第２関節１０３に接続され、他端は、水平伸縮アームの第１関節４０１に接続され、伸縮アーム接続軸３の前後両側にそれぞれ伸縮アーム接続軸サポートプッシュロッド３０１及び水平伸縮アームの電動プッシュロッド３０２が設置され、そのうち伸縮アーム接続軸サポートプッシュロッド３０１は主に、伸縮アーム接続軸３を支持する役割を果たし、水平伸縮アームの電動プッシュロッド３０２の他端は、水平伸縮アームの第１関節４０１に接続され、水平伸縮アームの電動プッシュロッド３０２の運動により、水平伸縮アームを上下に調節させるように駆動し、水平伸縮アームの第１関節４０１は、水平伸縮アームの第２関節４０２に接続され、水平伸縮アームの第１関節４０１に設置された水平伸縮アーム駆動モータ４０３が作業するにより、水平伸縮アームの第２関節４０２を、水平伸縮アームの第１関節４０１の内表面に沿って運動させるように駆動し、水平伸縮アームの第２関節４０２の他端と第２カメラ設置ロッド５０１は、可動ボルトで接続され、第２カメラ設置ロッド５０１の他端は、アクチュエータ設置台６に接続され、アクチュエータ設置台６の内部に、小型モータが設置され、アクチュエータ設置台６に、小さな回転を行わせることができ、せん断機７及び柔軟なグリッパー８を、作業位置に正確に向かせる。

前記エンドエフェクタは、せん断機７及び柔軟なグリッパー８構成され、制御モジュール１３が、クラウドサーバから送信されたキュウリ位置情報を受信する時、まず柔軟なグリッパー８の内部にあるモータを作業させるように制御して、果実をクランプし、次に、せん断機７のモータを作業させるように制御してキュウリの柄をせん断し、せん断作業が完了した後、制御モジュール１３は、機械アームを収縮させるように制御し、柔軟なグリッパー８を、収集ボックス１０の位置に到達させ、制御モジュール１３は、柔軟なグリッパー８の内部にあるモータを作業させるように制御して、クランプされたキュウリを収集ボックス１０に入れて、摘み取りが完了する。

前記摘み取りアーム及び収集ボックス１０は、走行装置１２に設置され、走行装置１２の前後両側にそれぞれ、障害物回避センサー１１が設置され、障害物回避センサー１１は、収集された路面情報を、制御モジュール１３に送信し、制御モジュール１３は、受信された路面情報に応じて指令を送信して、電力供給モジュール及び駆動モジュールの共同作用下で、走行装置１２を運動させ、電力供給モジュール１３は、走行装置１２の内部に埋め込まれ、摘み取り装置に、作業時に必要な電気エネルギーを提供し、駆動モジュールは、モータ及び電動プッシュロッドで構成され、摘み取りのために、作業時に必要な駆動力を提供し、収集ボックスは、走行装置の前側に設置され、摘み取られたキュウリ果実を収集するために使用され、本装置は、キュウリをリアルタイムで、効率的に収穫し、収穫コストを効果的に削減するだけでなく、労働強度も軽減でき、温室果物野菜の収穫に、重要な実際的な重要性を持っている。

１垂直伸縮アーム
２第１カメラモジュール
３伸縮アーム接続軸
４水平伸縮アーム
５第２カメラモジュール
６アクチュエータ設置台
７せん断機
８柔軟なグリッパー
９第３カメラモジュール
１０収集ボックス
１１障害物回避センサー
１２走行装置
１３制御モジュール
１４機械アーム回転台
１０１垂直伸縮アームの第１関節
１０２垂直伸縮アーム駆動モータ
１０３垂直伸縮アームの第２関節
２０１第１カメラ設置ロッド
２０２カメラコンロッド
２０３回転ベース
２０４第１カメラ
３０１伸縮アーム接続軸サポートプッシュロッド
３０２水平伸縮アーム電動プッシュロッド
４０１水平伸縮アームの第１関節
４０２水平伸縮アームの第２関節
４０３水平伸縮アーム駆動モータ
５０１第２カメラ設置ロッド
５０２第２カメラ
９０１第３カメラ支柱
９０２垂直昇降ロッド
９０３水平コンロッド
９０４横方向突っ張り棒
９０５第３カメラ
１４０１機械アーム回転モータ

Claims (4)

1. 遮蔽環境下での温室キュウリの収穫に適した摘み取り装置であって、
   走行装置、摘み取りアーム、エンドエフェクタ、視覚認識モジュール、センサー及び制御モジュール、駆動モジュールを含み、
   前記摘み取りアームは、基部が前記走行装置に固定され、前記基部に近い側に垂直伸縮アームを含み、
   前記垂直伸縮アームは、前記基部に近い側に、隣接する構成要素と接続する第１接続部分を含み、
   前記エンドエフェクタは、前記摘み取りアームの先端に設けられ、キュウリをクランプするグリッパーと、前記グリッパーによりクランプされたキュウリの柄をせん断するせん断機とを含み、
   前記駆動モジュールは、前記エンドエフェクタに作業に必要な駆動力を提供し、
   前記視覚認識モジュールは、カメラマトリックスで構成され、前記カメラマトリックスにより、異なる視覚角度の画像情報のリアルタイム収集を行うことができ、
   前記カメラマトリックスは、第１カメラを含む第１カメラモジュール、第２カメラを含む第２カメラモジュール及び第３カメラを含む第３カメラモジュールで構成され、
   そのうち、前記第１カメラモジュールは、前記垂直伸縮アームの第１接続部分の前方に固定され、コンロッドを介して回転ベースに接続され、
   前記第１カメラは、回転ベースの上端に設置され、
   前記第２カメラは、第２カメラ設置ロッドの上端に設置され、
   第３カメラ支柱は、走行装置に固定され、
   垂直昇降ロッドは、前記第３カメラ支柱に接続され、
   前記垂直昇降ロッドは、前記第３カメラ支柱の内表面に沿って伸縮し、前記垂直昇降ロッドの先端に、回転軸受が設置され、
   水平コンロッドの一端は、前記回転軸受に接続され、
   前記水平コンロッドの他端は、横方向突っ張り棒に接続され、
   前記横方向突っ張り棒は、逆「Ｌ」形の構造を採用して、前記横方向突っ張り棒の末端に、第３カメラが設置され、
   前記第３カメラは、キュウリ栽培フレームのうち、前記第２カメラがキュウリ画像情報を収集する側とは反対側において、キュウリ画像情報を収集することができ、
   前記第１カメラモジュール、前記第２カメラモジュール及び前記第３カメラモジュールは共同で、視覚認識モジュールを構成し、
   前記視覚認識モジュールは、収集されたキュウリ画像情報を、クラウドサーバーに送信し、前記クラウドサーバーで、ＹｏＬｏＶ５ｓモデルを介して画像情報処理及び目標位置決めを実行し、且つ決定信号を、前記制御モジュールまで出力し、前記走行装置、前記摘み取りアーム、前記エンドエフェクタを作業させるように制御して摘み取りが完了する
   ことを特徴とする遮蔽環境下での温室キュウリの収穫に適した摘み取り装置。
2. 前記摘み取りアームは、垂直伸縮アーム、伸縮アーム接続軸、水平伸縮アーム、機械アーム回転台で構成され、
   前記機械アーム回転台は、前記走行装置に設置され、
   前記垂直伸縮アームは、前記機械アーム回転台に設置され、機械アーム回転モータの駆動下で、前記摘み取りアームを回転させるように駆動し、
   前記垂直伸縮アームの第２接続部分は、垂直伸縮アーム駆動モータの作用下で、前記垂直伸縮アームの前記第１接続部分の内表面に沿って運動し、
   前記伸縮アーム接続軸の一端は、前記垂直伸縮アームの第２接続部分に接続され、他端は、前記水平伸縮アームの第１接続部分に接続され、
   前記水平伸縮アームの第１接続部分は、前記水平伸縮アームの第２接続部分に接続され、水平伸縮アーム駆動モータを駆動して、前記水平伸縮アームの第２接続部分を、前記水平伸縮アームの第１接続部分の内表面に沿って運動させるように駆動する
   ことを特徴とする請求項１に記載の遮蔽環境下での温室キュウリの収穫に適した摘み取り装置。
3. 前記エンドエフェクタは、せん断機及びグリッパーで構成され、前記制御モジュールは、キュウリ位置情報を受信した後、まず前記摘み取りアームの動きを制御して前記エンドエフェクタを摘み取りポイントに到達させ、前記エンドエフェクタが前記摘み取りポイントに到達した後、前記制御モジュールはまず、前記グリッパーの内部にあるモータを作業させるように制御して、キュウリをクランプし、次にせん断機のモータを作業させるように制御して、キュウリの柄をせん断し、せん断作業が完了した後、前記制御モジュールは、前記摘み取りアームを収縮させるように制御し、前記グリッパーを、収集ボックスの位置に到達させ、前記制御モジュールは、前記グリッパーの内部にあるモータを作業させるように制御して、クランプされたキュウリを、前記収集ボックスに入れて、摘み取りが完了する
   ことを特徴とする請求項１に記載の遮蔽環境下での温室キュウリの収穫に適した摘み取り装置。
4. 前記走行装置の前後両側に、障害物回避センサーが設置され、
   前記障害物回避センサーは、路面情報を、前記制御モジュールに送信し、
   前記制御モジュールは、路面情報に応じて走行装置の運動を制御し、
   電力供給モジュールは、前記走行装置の内部に埋め込まれ、前記摘み取り装置に、作業時に必要な電気エネルギーを提供し、
   前記駆動モジュールは、モータ及び電動プッシュロッドで構成され、前記摘み取り装置のために、作業時に必要な駆動力を提供し、
   収集ボックスは、前記走行装置の前側に設置され、摘み取られたキュウリを収集するために使用される
   ことを特徴とする請求項１に記載の遮蔽環境下での温室キュウリの収穫に適した摘み取り装置。