JPH07106551B2 - Arm controller - Google Patents

Arm controller

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JPH07106551B2
JPH07106551B2 JP31177889A JP31177889A JPH07106551B2 JP H07106551 B2 JPH07106551 B2 JP H07106551B2 JP 31177889 A JP31177889 A JP 31177889A JP 31177889 A JP31177889 A JP 31177889A JP H07106551 B2 JPH07106551 B2 JP H07106551B2
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JP
Japan
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arm
boom
vibration
fruit
hand
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▲吉▼弘 上田
正昭 西中
淳 増留
弘 鈴木
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Kubota Corp
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Kubota Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ブームの先端部に伸縮自在なアームが設けら
れ、そのアームの先端部に作業用ハンドが設けられ、前
記作業用ハンドを前記ブームに対して移動すべく前記ア
ームを駆動するアクチュエータと、前記作業用ハンドを
目標物に接近させるべく高速移動させ、かつ、前記目標
物に接近するに伴って前記作業用ハンドを前記目標物に
向かって低速移動させるように前記アクチュエータを制
御する制御手段とが設けられたアーム制御装置に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention provides a telescopic arm at the tip of a boom, and a working hand at the tip of the arm. An actuator that drives the arm to move with respect to the boom, and a high-speed movement of the working hand to move the working hand closer to the target object, and the working hand moves toward the target object as the target object approaches. The present invention relates to an arm control device provided with control means for controlling the actuator so as to move at a low speed.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

上記のようなアーム制御装置は例えば果実収穫装置に用
いられる。
The arm control device as described above is used, for example, in a fruit harvesting device.

つまり、作業能率を向上させるためには、作業用ハンド
が極力高速移動できることが望ましい。しかし、目標物
を捕捉するときには、作業用ハンドが目標物に衝突して
目的物を傷めることがないように目標物の位置する箇所
で作業用ハンドを的確に停止させる必要がある。
That is, in order to improve the work efficiency, it is desirable that the work hand can move as fast as possible. However, when the target object is captured, it is necessary to stop the work hand appropriately at a position where the target object is located so that the work hand does not collide with the target object and damage the target object.

そこで、例えば作業用ハンドが目標物に接近したことを
検出する近接センサ等を設けて、目標物を感知するまで
は、作業用ハンドを高速移動させ、目標物を感知した
後、減速して低速移動させるようにしていた。
Therefore, for example, by providing a proximity sensor or the like that detects that the work hand has approached the target object, the work hand is moved at high speed until the target object is sensed, the target object is sensed, and then decelerated to a low speed. I was trying to move it.

従来、近接センサ等が目標物を感知した後直ちに減速さ
せるようになっていた。
Conventionally, the proximity sensor or the like is designed to decelerate immediately after sensing the target object.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

上記従来技術では、前記アクチュエータを目標物に接近
するに伴って減速させたときに作業用ハンドの振動が大
きくなり、目標物を捕捉する等の作業に不具合を生じる
虞れがあった。
In the above-mentioned conventional technique, when the actuator is decelerated as it approaches the target object, the vibration of the work hand increases, which may cause a problem in the work such as capturing the target object.

説明を加えると、前記アクチュエータを減速させること
は自由振動しているブームにインパルス状の加振力を作
用させるものと考えることができる。
In addition, decelerating the actuator can be considered as applying an impulse-like excitation force to the boom that is freely vibrating.

つまり、作業用ハンドの移動方向がブームの旋回軸芯と
交差しない場合には、前記アクチュエータを加速又は減
速させたときにブームに対する前記軸芯周りのねじりモ
ーメントが発生し、ブームを前記軸芯周りに振動させる
加振力が生じるのである。又、一旦振動し始めたブーム
に加振力が作用しなくなった後は、ブーム振動系固有の
振動数で自由振動することになる。
That is, when the movement direction of the work hand does not intersect with the swing axis of the boom, a torsion moment about the axis of the boom with respect to the boom occurs when the actuator is accelerated or decelerated, and the boom moves around the axis of the boom. A vibrating force is generated to vibrate. Further, after the exciting force ceases to act on the boom that once started to vibrate, it will freely vibrate at the frequency unique to the boom vibrating system.

ところで、自由振動しているブームに加振力を作用させ
る際に振動の方向と加振力の方向とが同一の場合には振
動のエネルギーは大となり、一方振動の方向と加振力の
方向が反対の場合には振動のエネルギーは小となる。
By the way, when applying a vibration force to a boom that is freely vibrating, if the direction of vibration and the direction of vibration force are the same, the energy of vibration becomes large, while the direction of vibration and the direction of vibration force When is opposite, the energy of vibration is small.

従って、従来のように近接センサ等が目標物を感知した
後直ちに減速させる場合には、減速後の振動が減速前の
振動よりその振幅が大になる虞れがあった。
Therefore, when decelerating immediately after the proximity sensor or the like senses the target object as in the prior art, the vibration after deceleration may have a larger amplitude than the vibration before deceleration.

本発明の目的は、上記従来欠点を解消して目標物に接近
した時の作業用ハンドの振動を小さくする点にある。
An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned conventional drawbacks and reduce vibration of the working hand when approaching a target.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

この目的を達成するため、本発明によるアーム制御装置
の特徴構成は、前記ブームの基端部を中心とする振動の
位相を検出する位相検出手段が設けられ、前記制御手段
は、前記位相検出手段の検出情報に基づいて、前記振動
を減少させるべく前記アクチュエータを高速移動から低
速移動へ移行させるタイミングを変更するように構成さ
れていることである。
In order to achieve this object, the arm controller according to the present invention is characterized in that phase detecting means for detecting the phase of vibration centered on the base end portion of the boom is provided, and the control means is the phase detecting means. It is configured to change the timing of shifting the actuator from the high speed movement to the low speed movement in order to reduce the vibration based on the detection information.

〔作 用〕[Work]

位相を検出することによりブームの振動の方向を検出す
ることができる。
The direction of vibration of the boom can be detected by detecting the phase.

前記振動の方向と減速による加振力の方向が反対であれ
ば、減速することにより、振動エネルギーを小さくする
ことができる。前記振動の方向と前記加振力の方向が同
一のときは、それらの方向が反対になるのを待ってから
減速すればよい。
When the direction of the vibration is opposite to the direction of the exciting force due to the deceleration, the deceleration can reduce the vibration energy. When the direction of the vibration and the direction of the exciting force are the same, the deceleration may be performed after the directions are reversed.

ところで、振動のエネルギーは運動エネルギーと位置エ
ネルギーの和である。一般的に運動エネルギーが最大、
即ち位置エネルギーが零のときに減速による加振力を作
用させることが振動のエネルギーを減少させるのに最も
効果的であり、望ましいと考えられる。
By the way, the energy of vibration is the sum of kinetic energy and potential energy. Generally maximum kinetic energy,
That is, when the potential energy is zero, it is considered that applying an exciting force by deceleration is most effective in reducing the energy of vibration and is desirable.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

作業用ハンドを目標物に向かって低速移動させるとき
に、作業用バンドの振動を小さくすることができる。そ
の結果、目標物を捕捉する等の作業を円滑に行うことが
できる作業性にすぐれたアーム制御装置を得ることがで
きる。
The vibration of the work band can be reduced when the work hand is moved toward the target at a low speed. As a result, it is possible to obtain an arm control device with excellent workability that can smoothly perform work such as capturing a target object.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を果実収穫用の作業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。
Hereinafter, an example in the case where the present invention is applied to a working machine for fruit harvesting will be described with reference to the drawings.

第4図に示すように、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)が水平方向に揺動自在に取り付けられ、そして、
果実収穫用の作業用ハンド(H)を備えた作業用マニプ
レータ(4)が、前記補助ブーム(3)の先端部に取り
付けられ、もって、果実収穫用の作業機が構成されてい
る。尚、図中、(5)はブーム昇降用油圧シリンダ、
(7)は補助ブーム揺動用油圧シリンダである。
As shown in FIG. 4, a boom (2) is movably attached to a vehicle body (V) having a pair of left and right traveling wheels (1) at the front and rear, and an auxiliary boom is attached to the tip of the boom (2). (3) is swingably mounted in the horizontal direction, and
A working manipulator (4) equipped with a working hand (H) for fruit harvesting is attached to the tip of the auxiliary boom (3), thus constituting a working machine for fruit harvesting. In the figure, (5) is a boom lifting hydraulic cylinder,
(7) is an auxiliary boom swing hydraulic cylinder.

前記作業用マニプレータ(4)は、伸縮自在な多関節型
アーム(8)と、そのアーム(8)の先端部に取り付け
られた作業用ハンド(H)とからなる。
The working manipulator (4) comprises a telescopic articulated arm (8) and a working hand (H) attached to the tip of the arm (8).

第2図及び第3図に示すように、前記多関節型アーム
(8)は、前記補助ブーム(3)の先端部において旋回
用電動モータ(9)にて縦軸芯(Y2)周りで旋回駆動さ
れる基端部ベース(8a)と、その基端部ベース(8a)に
対してアクチュエータとしての揺動用電動モータ(10
a)にて横軸芯(X)周りで揺動駆動される第1アーム
(8b)と、そのアーム(8b)の先端部に対してアクチュ
エータとしての伸縮用電動モータ(10b)によって上下
揺動駆動自在に枢支された第2アーム(8c)とからな
る。つまり、基端部ベース(8a)を旋回させることによ
りアプローチ方向(A)を決定し、第1アーム(8b)と
第2アーム(8c)を駆動させることにより作業用ハンド
(H)を目標物としての果実(F)にアプローチさせる
ことができるのである。
As shown in FIGS. 2 and 3, the articulated arm (8) is rotated around the longitudinal axis (Y 2 ) by the turning electric motor (9) at the tip of the auxiliary boom (3). A base portion base (8a) that is driven to rotate, and a swing electric motor (10) as an actuator for the base portion base (8a).
In a), the first arm (8b) is rockably driven around the horizontal axis (X), and the tip end of the arm (8b) is vertically rocked by the electric motor (10b) for expansion and contraction. It is composed of a second arm (8c) pivotably supported. That is, the approach direction (A) is determined by turning the base end base (8a), and the working hand (H) is moved by driving the first arm (8b) and the second arm (8c). The fruit (F) can be approached.

ここで、第2図及び第3図における角度について説明す
る。
Here, the angles in FIGS. 2 and 3 will be described.

第2図中、(θ)は第1アーム(8b)の鉛直方向に対
する揺動角度(以下、第1角度という)、(θ)は第
2アーム(8c)の第1アーム(8b)に対する揺動角度
(以下、第2角度という)、(η)はアプローチ方向
(A)の水平方向に対する仰角、第3図中、(θ)は
基端部ベース(8a)の補助ブーム(3)に対する揺動角
度、(γ)は水平面内におけるブーム(2)の長手方向
と前記アプローチ方向(A)とのなす角度である。
In FIG. 2, (θ 2 ) is the swing angle of the first arm (8b) with respect to the vertical direction (hereinafter referred to as the first angle), and (θ 3 ) is the first arm (8b) of the second arm (8c). (Η) is an elevation angle with respect to the horizontal direction in the approach direction (A), and (θ 1 ) in FIG. 3 is an auxiliary boom (3) of the base (8a) of the base end portion. () Is the angle between the longitudinal direction of the boom (2) and the approach direction (A) in the horizontal plane.

尚、作業用ハンド(H)を果実(F)にアプローチさせ
るときは、前記第1角度(θ)と前記仰角(η)との
和が前記第2角度(θ)の半分となるように両電動モ
ータ(10a),(10b)を夫々駆動するようになってい
る。但し、以下の説明では仰角(η)の変化を無視して
第1角度(θ)は第2角度(θ)の半分となるもの
としている。
When the working hand (H) approaches the fruit (F), the sum of the first angle (θ 2 ) and the elevation angle (η) should be half of the second angle (θ 3 ). In addition, both electric motors (10a) and (10b) are driven respectively. However, in the following description, it is assumed that the first angle (θ 2 ) is half the second angle (θ 3 ) ignoring the change in the elevation angle (η).

又、第3図中、(Y1)はブーム(2)の基端部の上下軸
芯を示す。
Further, in FIG. 3, (Y 1 ) shows the vertical axis of the base end of the boom (2).

すなわち、後述のように作業用ハンド(H)を果実
(F)にアプローチさせるときに作業用ハンド(H)の
移動速度を加速又は減速させることによって生じる加振
力により励起されるブーム(2)の前記上下軸芯(Y1
周りの振動の変位をφ、その位相をδとする(第1図参
照)。つまり、前記位相(8)がブーム(2)の基端部
を中心とする振動の位相に対応している。
That is, as will be described later, a boom (2) excited by an exciting force generated by accelerating or decelerating the moving speed of the working hand (H) when the working hand (H) approaches the fruit (F). Of the vertical axis of the above (Y 1 )
The displacement of the surrounding vibration is φ, and its phase is δ (see FIG. 1). That is, the phase (8) corresponds to the phase of vibration around the base end of the boom (2).

前記作業用ハンド(H)について説明すれば、第9図に
示すように、その先端部に、作業対象としての果実
(F)を吸着するバキュームパッド(11)が設けられ、
そのバキュームパッド(11)に吸着された果実(F)を
覆うように、前記バキュームパッド(11)の通気管(1
2)に対して前後方向に出退自在に外嵌支持された捕捉
部ケース(13)と、その捕捉部ケース(13)内に取り込
んだ果実(F)の柄部分を上下方向に挟み込んだ状態で
切断する柄切断装置(14)とを備えている。尚、詳述は
しないが、前記バキュームパッド(11)は、前記通気管
(12)内に付設されるエジェクタポンプ(18)を利用し
た負圧発生装置(19)によって吸引されることになる
(第5図参照)。
Explaining the work hand (H), as shown in FIG. 9, a vacuum pad (11) for adsorbing a fruit (F) as a work target is provided at a tip end thereof,
The ventilation pipe (1) of the vacuum pad (11) so as to cover the fruit (F) adsorbed to the vacuum pad (11).
2) A state in which the catch case (13) that is fitted and supported in the front-rear direction so as to be retractable in the front-rear direction and the handle part of the fruit (F) taken in the catch case (13) are vertically sandwiched. And a handle cutting device (14) for cutting with. Although not described in detail, the vacuum pad (11) is sucked by a negative pressure generating device (19) using an ejector pump (18) attached to the ventilation pipe (12) ( (See FIG. 5).

前記捕捉部ケース(13)は、前記通気管(12)に外嵌さ
れる本体部(13a)と、その本体部(13a)に対してハン
ド内側方向に向けて復帰付勢された状態で、且つ、上下
左右方向に向けて夫々開閉自在に枢着されたカバー(13
b)とからなる。
The capturing portion case (13) is a body portion (13a) fitted onto the ventilation pipe (12) and a state in which the body portion (13a) is urged to return toward the inner side of the hand. In addition, a cover (13
b) consists of.

但し、詳述はしないが、前記カバー(13b)は、上下左
右に4分割され、ハンド前方側に前記バキュームパッド
(11)に吸着された果実が通過する開口が形成されるよ
うになっている。つまり、前記開口を通して果実が前記
捕捉部ケース(13)内に取り込まれるときに、果実の径
が前記開口よりも大である場合には4分割されたカバー
の夫々がハンド外側方向に開いて前記開口よりも径が大
なる果実を取り込むことができるようになっているので
ある。尚、4分割されたカバー(13b)のうちの下側に
位置するものは、アクチュエータ(図示せず)によって
下方側に向けて開き操作されるように構成され、前記捕
捉部ケース(13)内に保持される柄を切断された果実
(F)を外部に排出できるようになっている。
However, although not described in detail, the cover (13b) is vertically and horizontally divided into four parts, and an opening through which the fruit adsorbed to the vacuum pad (11) passes is formed on the front side of the hand. . That is, when the fruit is taken into the catching part case (13) through the opening, if the diameter of the fruit is larger than the opening, each of the four-divided covers opens toward the outer side of the hand. It is possible to take in fruits whose diameter is larger than the opening. The cover (13b) divided into four parts, which is located on the lower side, is constructed so as to be opened downward by an actuator (not shown), so that the inside of the capturing part case (13). The fruit (F) whose pattern is cut off can be discharged to the outside.

前記柄切断装置(14)は、前記果実(F)の柄を切断す
るバリカン型の刃体(14a)と、その刃体(14a)に対し
て前記果実(F)の柄を下方側から押圧支持する柄支持
部材(14b)とを備えている。
The handle cutting device (14) presses the handle of the fruit (F) against the blade (14a) of a clipper type for cutting the handle of the fruit (F) against the blade (14a) from below. And a handle support member (14b) for supporting.

又、第5図に示すように前記作業用ハンド(H)には、
前記バキュームパッド(11)に果実(F)を吸着したこ
とを検出するための負圧センサ(S3)が設けられてい
る。
Further, as shown in FIG. 5, the working hand (H) is
A negative pressure sensor (S 3 ) is provided to detect that the fruit (F) is adsorbed on the vacuum pad (11).

尚、第5図中、(S1)は前記作業用ハンド(H)が向い
た方向に位置する果実(F)を撮像するカラー式のイメ
ージセンサ、(S2)は前記作業用ハンド(H)が収穫対
象果実に対して設定距離内に接近したことを検出する赤
外光利用の近接センサであって、それら両センサ
(S1),(S2)は、アプローチや果実収穫の邪魔になら
ないように、前記バキュームパッド(11)の内部に設け
られている。又、(15)は前記イメージセンサ(S1)の
撮像処理に同期して前記作業用ハンド(H)の前方側を
設定光量で照光するための照光装置である。
In FIG. 5, (S 1 ) is a color type image sensor for picking up the fruit (F) located in the direction in which the working hand (H) is facing, and (S 2 ) is the working hand (H). ) Is a proximity sensor that uses infrared light to detect that a target fruit is within a set distance. Both sensors (S 1 ) and (S 2 ) interfere with approach and fruit harvesting. It is provided inside the vacuum pad (11) so as not to be damaged. Further, (15) is an illumination device for illuminating the front side of the work hand (H) with a set light amount in synchronization with the image pickup processing of the image sensor (S 1 ).

そして、前記作業用ハンド(H)を収穫対象果実が位置
する方向に向けた状態で、前記照光装置(15)にて照光
しながら、前記イメージセンサ(S1)にて撮像処理し、
撮像した画像情報に基づいて、前記作業用ハンド(H)
のアプローチ方向(A)を決定するようにしてある。
Then, while the working hand (H) is oriented in the direction in which the fruit to be harvested is located, the image is processed by the image sensor (S 1 ) while being illuminated by the illumination device (15),
Based on the captured image information, the working hand (H)
The approach direction (A) is determined.

アプローチ方向(A)を決定した後は、前記作業用ハン
ド(H)が決定されたアプローチ方向(A)に向かって
伸縮するように、前記両電動モータ(10a),(10b)を
作動させると共に、前記近接センサ(S2)が果実への接
近を検出するに伴って、前記バキュームパッド(11)を
吸引作動させて収穫対象果実(F)を吸着し、そして、
前記捕捉部ケース(13)内に果実(F)を取り込んだ
後、柄を切断して収穫させることになる。
After determining the approach direction (A), both electric motors (10a) and (10b) are operated so that the work hand (H) expands and contracts in the determined approach direction (A). As the proximity sensor (S 2 ) detects the approach to the fruit, the vacuum pad (11) is suction-operated to adsorb the fruit (F) to be harvested, and
After the fruit (F) is taken into the catching case (13), the handle is cut and harvested.

但し、前記イメージセンサ(S1)の撮像視野内に複数個
の果実がある場合には、何れの果実から先にアプローチ
させるかを、前記イメージセンサ(S1)による撮像画像
の明るさ情報に基づいて、アプローチ順序を自動的に決
定させるようにしてある。
However, if there is a plurality of fruit in the imaging field of view of the image sensor (S 1), whether to approach first from any fruit, the brightness information of the image sensor (S 1) by the captured image Based on this, the approach order is automatically determined.

前記画像処理について説明を加えれば、第7図(イ),
(ロ)に示すように、前記作業用ハンド(H)を、予め
設定されたアプローチ開始位置にセットした状態で撮像
処理し、その撮像情報を画像処理することにより、前記
果実(F)の色に対応した特定色領域(F1)と、その特
定色領域(F1)内において明るさが設定値以上となる設
定領域(F2)と、その設定領域(F2)の重心(F3)とを
抽出するようにしてある。そして、前記設定領域(F2
の大きさが最も大きいものを抽出して、その重心(F3
に向けて前記作業用ハンド(H)を先にアプローチさせ
るべく、前記作業用ハンド(H)の向きを調節して、前
記アーム(8)を伸長させることになる。
If the image processing is further explained, FIG.
As shown in (b), the work hand (H) is subjected to image pickup processing in a state where it is set at a preset approach start position, and the image pickup information is subjected to image processing to obtain the color of the fruit (F). specific color area corresponding to the (F 1) and, the set area where specific color area (F 1) brightness within of its greater than or equal to a set value (F 2), the center of gravity (F 3 of the set area (F 2) ) And are extracted. And the setting area (F 2 )
The center of gravity (F 3 )
The arm (8) is extended by adjusting the orientation of the working hand (H) so that the working hand (H) approaches first.

つまり、第8図にも示すように、前記画像情報の明るさ
は、距離に反比例して近いものほど明るくなることか
ら、前記特定色領域(F1)内において明るさが設定値以
上となる設定領域(F2)の大きさは、近距離に位置する
ものほど大になることを利用して、手前側に位置する収
穫し易い果実(F)から先にアプローチさせるようにし
ているのである。
That is, as shown in FIG. 8, the brightness of the image information becomes brighter as it is inversely proportional to the distance, so that the brightness becomes equal to or higher than the set value in the specific color area (F 1 ). By taking advantage of the fact that the size of the set area (F 2 ) becomes larger at closer distances, the easily harvestable fruit (F) located on the front side is approached first. .

前記特定色領域(F1)を抽出するための画像処理につい
て説明を加えれば、前記イメージセンサ(S1)から出力
される画像信号のうちの三原色信号(R),(G),
(B)を用いて、果実(F)の色成分を含む赤色信号
(R)からそれ以外の色信号(G又はB)を減算した信
号を設定閾値に基づいて2値化することにより、前記イ
メージセンサ(S1)にて撮像された原画像(第7図
(イ)参照)から、前記果実(F)の色に対応する特定
色領域(F1)を抽出した2値化画像(第7図(ロ)参
照)を得るようにしてある。
The image processing for extracting the specific color region (F 1 ) will be described. The three primary color signals (R), (G), among the image signals output from the image sensor (S 1 ),
(B) is used to binarize a signal obtained by subtracting the other color signal (G or B) from the red signal (R) containing the color component of the fruit (F) based on the set threshold value, thereby captured original image by the image sensor (S 1) (FIG. 7 (b) refer) from the binarized image obtained by extracting a specific color area (F 1) corresponding to the color of the fruit (F) (No. 7 (see FIG. 7B).

そして、前記イメージセンサ(S1)から出力される画像
信号のうちの輝度信号(Y)の値に基づいて、前記特定
色領域(F1)内における明るさが設定値以上となる設定
領域(F2)を抽出すると共に、その設定領域(F2)の重
心(F3)が画像上において位置する方向を、前記果実
(F)の位置情報として求めることになる(第8図参
照)。
Then, based on the value of the luminance signal (Y) of the image signal output from the image sensor (S 1 ), the brightness within the specific color area (F 1 ) is set to a setting area ( F 2 ) is extracted, and the direction in which the center of gravity (F 3 ) of the set area (F 2 ) is located on the image is determined as the position information of the fruit (F) (see FIG. 8).

但し、第7図(ハ)にも示すように、一つの特定色領域
(F1)内に前記設定領域(F2)の複数個が抽出された場
合には、その設定領域(F2)の大きさに基づいて、大き
さが大なるものほど先にアプローチさせるようにアプロ
ーチ順序を決定することになる。
However, as also shown in FIG. 7 (c), when the plurality of the set area (F 2) is extracted in one of the specific color area (F 1) within, the setting region (F 2) Based on the size of, the approach order will be determined so that the larger size is approached first.

次に、作業用ハンド(H)を作業対象果実にアプローチ
するための制御構成について説明する。
Next, a control configuration for approaching the work target fruit with the work hand (H) will be described.

第5図に示すように、前記イメージセンサ(S1)による
撮像画像情報を画像処理して、収穫対象果実(F)の位
置する方向を判別すると共に、アプローチ順序を決定
し、且つ、決定されたアプローチ順序で、前記作業用ハ
ンド(H)を収穫対象果実(F)に向けて誘導するよう
に、前記ブーム昇降用油圧シリンダ(5)、前記補助ブ
ーム揺動用油圧シリンダ(7)、前記アーム(8)の駆
動用各電動モータ(9),(10a),(10b)の夫々の作
動を制御するマイクロコンピュータ利用の制御装置(1
6)と、その制御装置(16)の指令に基づいて、前記ア
ーム(8)の駆動用各電動モータ(9),(10a),(1
0b)の夫々を駆動するサーボコントローラ(17)とが設
けられている。
As shown in FIG. 5, the imaged image information from the image sensor (S 1 ) is image-processed to determine the direction in which the fruit (F) to be harvested is located, the order of approach is determined, and the determination is made. In order of the approach order, the boom lifting hydraulic cylinder (5), the auxiliary boom swinging hydraulic cylinder (7), and the arm are guided so as to guide the work hand (H) toward the fruit (F) to be harvested. A control device using a microcomputer (1) for controlling the operation of each of the driving electric motors (9), (10a), (10b) of (8)
6) and the electric motors (9), (10a), (1) for driving the arm (8) based on the command from the control device (16).
0b) and a servo controller (17) for driving each of them.

つまり、前記制御装置(16)を利用して、前記作業用ハ
ンド(H)を収穫対象果実(F)に接近させるべく高速
移動させ、かつ、前記果実(F)に接近するに伴って作
業用ハンド(H)を前記果実(F)に向かって低速移動
させるように前記両電動モータ(10a),(10b)を制御
する制御手段(100)と、ブーム(2)の前記上下軸芯
(Y1)周りにおける振動の位相(δ)を検出する位相検
出手段(101)の夫々が構成されているのである。
That is, using the control device (16), the working hand (H) is moved at high speed so as to approach the fruit (F) to be harvested, and the working hand (H) is operated as the fruit (F) is approached. A control means (100) for controlling the electric motors (10a), (10b) so as to move the hand (H) toward the fruit (F) at a low speed, and the vertical axis (Y) of the boom (2). 1 ) Each of the phase detecting means (101) for detecting the phase (δ) of the vibration in the surroundings is configured.

次に第6図に基づいて果実(F)を収穫する手順につい
て簡単に説明する。
Next, the procedure for harvesting the fruit (F) will be briefly described with reference to FIG.

先ず、作業用ハンド(H)を、予め設定されたアプロー
チ開始位置にセットした状態で撮像処理し、その撮像画
像情報を画像処理することにより、作業用ハンド(H)
のアプローチ方向(A)を決定する。そして、その方向
(A)に前記アーム(8)を伸長させるべく、旋回用電
動モータ(9)にて基端部ベース(8a)を旋回させると
共に、作業用ハンド(H)が予め設定した速度(
で高速移動するように前記両電動モータ(10a),(10
b)を駆動することになる。その後、前記近接センサ(S
2)の情報に基づいて、作業用ハンド(F)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、前記設定距離に接近するに伴ってバキュ
ームパッド(11)の吸収作動を開始すると共に、作業用
ハンド(H)が予め設定した速度()で低速移動す
るように、前記両電動モータ(10a),(10b)を減速作
動させる。
First, the work hand (H) is imaged in a state where it is set at a preset approach start position, and the picked-up image information is subjected to image processing to obtain the work hand (H).
Determine the approach direction (A). Then, in order to extend the arm (8) in that direction (A), the proximal end base (8a) is swung by the turning electric motor (9), and the speed is set by the working hand (H) in advance. ( H )
Both electric motors (10a), (10
b) will be driven. Then, the proximity sensor (S
Based on the information in 2 ), it is determined whether the work hand (F) has approached the fruit (F) to be harvested to the front side of the set distance, and as the work hand (F) approaches the set distance, the vacuum pad While starting the absorbing operation of (11), the electric motors (10a) and (10b) are decelerated so that the working hand (H) moves at a low speed at a preset speed ( L ).

但し、高速移動から低速移動へ減速させるタイミング
は、後述のように、位相検出手段(101)の検出情報に
基づいて変更されるようになっている。
However, the timing of decelerating from the high speed movement to the low speed movement is changed based on the detection information of the phase detecting means (101) as described later.

減速後、前記負圧センサ(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。
After the deceleration, when the negative pressure sensor (S 3 ) is turned on and fruit adsorption is detected, the telescopic arm (8) is stopped and the harvesting operation is started.

果実を収穫した後は、捕捉部ケース(13)内に柄を切断
された果実を捕捉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。
After harvesting the fruits, the work hand (H) is returned to the approach start position in a state where the fruits whose patterns are cut are captured in the capturing part case (13), and the fruits (F) are discharged. .

収穫した果実を排出した後は、作業終了か否かを判別し
て、作業終了でない場合には、残りの果実(F)に対す
るアプローチ方向(A)を決定して、決定されたアプロ
ーチ方向(A)に向けて作業用ハンド(H)を誘導する
各処理を繰り返すことになる。
After discharging the harvested fruits, it is determined whether or not the work is finished, and if the work is not finished, the approach direction (A) to the remaining fruits (F) is determined, and the determined approach direction (A ), Each process of guiding the work hand (H) is repeated.

尚、上記説明においては、収穫に失敗した場合の処理等
の説明は省略した。
In addition, in the above description, the description of the process and the like when the harvest fails is omitted.

又、上記の説明における作業用ハンド(H)の速度(
),()は、第1角度(θ)又は第2角度(θ
)の1次時間微分を用いることができる。
In addition, the speed of the working hand (H) in the above description (
H ) and ( L ) are the first angle (θ 2 ) or the second angle (θ
The first-order time derivative of 3 ) can be used.

ブーム(2)の前記上下軸芯(Y1)周りにおける振動の
変位(φ)及びその位相(δ)を検出する方法について
説明する。
A method for detecting the vibration displacement (φ) and its phase (δ) around the vertical axis (Y 1 ) of the boom (2) will be described.

ブーム(2)の前記縦軸芯(Y1)周りの慣性モーメント
をJ、前記縦軸芯(Y1)周りにブーム(2)に対して作
用する加振力の関数をFとすると、振動の運動方程式は J+K1φ=F (i) と表わすことができる。ここで前記両電動モータ(10
a),(10b)を変速させたときの加振力(F)は F=K2・・cosθ・sinγ (ii) となる(第2図及び第3図参照)。
When the vertical axis (Y 1) moment of inertia about the boom (2) J, and F function of excitation force acting on the boom (2) to the longitudinal axis (Y 1) around the vibration The equation of motion of can be expressed as J + K 1 φ = F (i). Where both electric motors (10
Excitation force (F) when shifting a) and (10b) becomes F = K 2 ·· cos θ 2 · sin γ (ii) (see Figures 2 and 3).

尚、K1及びK2は定数であり、は第1角度(θ)又は
第2角度(θ)の2階微分である。又、(i)式では
減衰を無視している。
Note that K 1 and K 2 are constants, and is a second derivative of the first angle (θ 2 ) or the second angle (θ 3 ). Further, the attenuation is neglected in the equation (i).

(i)式を解くと φ=F(1−cosωt)/ω+φ0cosωt +0sinωt/ω (iii) =Fsinωt/ω−φωsinωt+0cosωt (iv) が得られる。By solving the equation (i), φ = F (1-cosωt) / ω 2 + φ 0 cosωt + 0 sinωt / ω (iii) = Fsinωt / ω−φ 0 ωsinωt + 0 cosωt (iv) is obtained.

ここでφ及びは初期条件、ωは振動系の固有角振
動数である。
Here, φ 0 and 0 are initial conditions, and ω is the natural angular frequency of the vibration system.

ところで前記変位(φ)及びその1階微分()は常に
設定時間経過ごとに算出されるようになっており、前回
得られた数値を初期条件としている。つまり、φ及び
は前回得られた数値を示す。もって作業開始から作
業終了まで常にブーム(2)の振動の位相(δ)を監視
するようになっている。
By the way, the displacement (φ) and its first-order derivative () are always calculated every time the set time elapses, and the numerical value obtained last time is used as the initial condition. That is, φ 0 and
0 indicates the value obtained last time. Therefore, the phase (δ) of vibration of the boom (2) is constantly monitored from the start of work to the end of work.

前記位相(δ)は下記式から求められる。The phase (δ) is calculated from the following equation.

δ=tan-1(φ・ω/) もって、前記近接センサ(S2)がON作動した時点の振動
の位相(δp)を求めることができる。
δ = tan −1 (φ · ω /) Therefore, the phase (δp) of the vibration at the time when the proximity sensor (S 2 ) is turned on can be obtained.

次に、前記位相(δp)に基づいて、振動を減少させる
べく前記両アクチュエータ(10a),(10b)を高速移動
から低速移動へ移行させるタイミングを変更する方法に
ついて説明する。
Next, a method of changing the timing at which the two actuators (10a) and (10b) are moved from the high speed movement to the low speed movement in order to reduce the vibration based on the phase (δp) will be described.

第1図に示すように、前記位相(δp)は0≦δp<2
πの範囲にあるものとする。又、が正のときにアプロ
ーチ方向(A)とブーム(2)の振動方向が一致してい
るとする。従って、が正でかつ最大のとき、つまり、
図中の位相が2πのときに低速移動に減速させることに
より振動エネルギーの減少に最大の効果を得ることがで
きる。つまり、図中(R)は理想の減速点ということが
できる。
As shown in FIG. 1, the phase (δp) is 0 ≦ δp <2.
It shall be in the range of π. Further, when is positive, it is assumed that the approach direction (A) and the boom (2) vibrate in the same direction. Therefore, when is positive and maximum, that is,
When the phase in the figure is 2π, the maximum effect can be obtained in reducing the vibration energy by decelerating to a low speed movement. That is, it can be said that (R) in the figure is an ideal deceleration point.

しかし、近接センサ(S2)がON作動してから前記理想点
(R)に達するまでの時間(t1)が長いときに理想点で
減速させた場合には、作業用ハンド(H)が高速移動の
状態で果実に衝突する虞れがある。
However, when the time (t 1 ) from when the proximity sensor (S 2 ) is turned on to when it reaches the ideal point (R) is long and deceleration is performed at the ideal point, the work hand (H) is There is a risk of colliding with the fruit while moving at high speed.

尚、前記時間(t1)は、下記式で求められる。The time (t 1 ) is calculated by the following formula.

t1=(2π−δp)・T/2π ここでTは振動の周期である。t 1 = (2π−δp) · T / 2π where T is the period of vibration.

そこで、近接センサ(S2)がON作動してから高速移動状
態で移動が許容される許容範囲(Δθ)を予め設定し、
その範囲(Δθ)を超えて高速移動しないように前記両
電動モータ(10a),(10b)を制御することになる。
Therefore, the allowable range (Δθ) in which the proximity sensor (S 2 ) is allowed to move in the high-speed moving state after the ON operation is set in advance,
Both electric motors (10a) and (10b) are controlled so as not to move at a high speed beyond the range (Δθ).

以下、前記位相(δp)がπ/2≦δp<2πの場合と、
0≦δp<π/2の場合に分けて説明する。
Hereinafter, when the phase (δp) is π / 2 ≦ δp <2π,
Description will be given separately for the case of 0 ≦ δp <π / 2.

(1)π/2≦δp<2πの場合 先ず、高速移動における速度()から理想点(R)
において低速移動における速度()になるように一
定の加速度で減速したときに近接センサ(S2)がON作動
してから理想点(R)に達するまでの移動量が前記範囲
(Δθ)を超えるか否か判別する。そして、その結果に
基づいて減速の手順を変更する。
(1) In the case of π / 2 ≦ δp <2π First, from the speed ( H ) during high-speed movement to the ideal point (R)
At the time of deceleration at a constant acceleration so that the speed ( L ) during low speed movement is reached, the amount of movement from when the proximity sensor (S 2 ) is turned on until the ideal point (R) is reached falls within the above range (Δθ). Determine if it exceeds. Then, the deceleration procedure is changed based on the result.

(i)Δθ≧()・t1/2 が成立する場合 振動の位相(δ)が理想点(R)に達するまで速度
()を にて減速する。そして、理想点(R)において(p+
t1)から低速移動速度()まで一気に減速させ
る。もって、振動のエネルギー(E)を減少させるよう
になっている。
(I) When Δθ ≧ ( H + L ) · t 1/2 holds, the speed () is adjusted until the phase (δ) of vibration reaches the ideal point (R). Decelerate at. Then, at the ideal point (R), (p +
From t 1 ) to low speed ( L ), decelerate at once. Therefore, the vibration energy (E) is reduced.

(ii)Δθ<()・t1/2 が成立する場合 一旦、速度()を零に減速し、その後ただちに速度
()をΔθ/t1にした状態で理想点(R)まで前進
し、理想点(R)においてまで減速する。
(Ii) Δθ <(H + L) · t 1/2 once when you satisfied, decelerates the speed () to zero, thereafter the state immediately on the velocity () in [Delta] [theta] / t 1 until ideal point (R) Move forward and decelerate to L at the ideal point (R).

(2)0≦δp<π/2の場合 この場合、理想点(R)まで遠いため理想点(R)で減
速させることはできない。しかし、第1図からも分かる
ように振動の方向と減速による加振力の方向とが反対と
なるため近接センサ(S2)がON作動してすぐに減速すれ
ば振動のエネルギー(E)を小にすることができる。そ
こで、振動のエネルギー(E)が最小となる加速度(
)をもとめ、その加速度()にて減速させるので
ある。
(2) Case of 0 ≦ δp <π / 2 In this case, since it is far from the ideal point (R), it is not possible to decelerate at the ideal point (R). However, as can be seen from FIG. 1, the direction of vibration and the direction of the excitation force due to deceleration are opposite, so if the proximity sensor (S 2 ) is turned on and deceleration is immediately performed, the vibration energy (E) will be released. Can be small. Therefore, the acceleration (E) that minimizes the vibration energy (E)
E ) is obtained and decelerated by the acceleration ( E ).

つまり、振動のエネルギー(E)はφωに比
例するから d(φω)/d=0 (v) から前記加速度()を求めることができる。
That is, the vibration of the energy (E) can be obtained d (φ 2 ω 2 + 2 ) / d = 0 the acceleration from (v) (E) proportional to φ 2 ω 2 + 2.

尚、前記(v)式を解くときには、(v)式に(ii),
(iii),(iv)式を代入することになる。但し
0、且つ>0である。
When solving the above equation (v), the equation (ii),
Equations (iii) and (iv) will be substituted. However, E <
0 and> 0.

〔別実施例〕[Another embodiment]

上記実施例では、多関節型アーム(8)を揺動させるこ
とによって作業用ハンド(H)を目標物(F)にアプロ
ーチさせるようになっていたが、アームをスライド移動
させることによって目標物(F)にアプローチさせるよ
うにしてもよく、アーム(8)を伸縮させる構成は各種
変更できる。
Although the working hand (H) is made to approach the target object (F) by swinging the articulated arm (8) in the above-described embodiment, the target object (F) is moved by sliding the arm. Alternatively, the arm (8) may be expanded and contracted in various ways.

上記実施例では、本発明を果実収穫用の作業機に適用し
た例を示したが、組立ロボット等各種産業用作業機に適
用できる。
In the above embodiment, the present invention is applied to the fruit harvesting working machine, but it can be applied to various industrial working machines such as an assembly robot.

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
に記号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造
に限定されるものではない。
It should be noted that although symbols are added to the claims for convenience of comparison with the drawings, the present invention is not limited to the structure of the accompanying drawings by the entry.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

図面は本発明に係るアーム制御装置の実施例を示し、第
1図は振動の変位と位相の関係を示す説明図、第2図は
アームの概略側面図、第3図は作業機の全体平面図、第
4図は同側面図、第5図は制御構成のブロック図、第6
図は制御作動のフローチャート、第7図(イ)乃至
(ハ)及び第8図は画像処理の説明図、第9図は作業用
ハンドの概略構成を示す断面図である。 (2)……ブーム、(8)……アーム、(10a),(10
b)……アクチュエータ、(100)……制御手段、(10
1)……位相検出手段、(H)……作業用ハンド、
(F)……目標物、(δ)……位相。
The drawings show an embodiment of the arm control device according to the present invention, FIG. 1 is an explanatory view showing the relationship between displacement and phase of vibration, FIG. 2 is a schematic side view of the arm, and FIG. Fig. 4, Fig. 4 is a side view of the same, Fig. 5 is a block diagram of a control configuration, and Fig. 6
FIG. 7 is a flow chart of control operation, FIGS. 7 (a) to 7 (c) and 8 are explanatory views of image processing, and FIG. 9 is a sectional view showing a schematic configuration of a work hand. (2) …… Boom, (8) …… Arm, (10a), (10
b) …… actuator, (100) …… control means, (10
1) ... phase detection means, (H) ... work hand,
(F) …… Target, (δ) …… Phase.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 弘 大阪府堺市石津北町64番地 久保田鉄工株 式会社堺製造所内 (56)参考文献 特開 昭59−3506(JP,A) 特開 平1−218514(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hiroshi Suzuki 64, Ishizukita-cho, Sakai City, Osaka Prefecture Kubota Iron Works Co., Ltd. Sakai Works (56) References JP 59-3506 (JP, A) JP 1 -218514 (JP, A)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】ブーム(2)の先端部に伸縮自在なアーム
(8)が設けられ、そのアーム(8)の先端部に作業用
ハンド(H)が設けられ、前記作業用ハンド(H)を前
記ブーム(2)に対して移動すべく前記アーム(8)を
駆動するアクチュエータ(10a),(10b)と、前記作業
用ハンド(H)を目標物(F)に接近させるべく高速移
動させ、かつ、前記目標物(F)に接近するに伴って前
記作業用ハンド(H)を前記目標物(F)に向かって低
速移動させるように前記アクチュエータ(10a),(10
b)を制御する制御手段(100)とが設けられたアーム制
御装置であって、 前記ブーム(2)の基端部を中心とする振動の位相
(δ)を検出する位相検出手段(101)が設けられ、前
記制御手段(100)は、前記位相検出手段(101)の検出
情報に基づいて、前記振動を減少させるべく前記アクチ
ュエータ(10a),(10b)を高速移動から低速移動へ移
行させるタイミングを変更するように構成されているア
ーム制御装置。
1. A boom (2) is provided with an extendable arm (8) at the tip thereof, and a working hand (H) is provided at the tip of the arm (8), and the working hand (H) is provided. The actuators (10a), (10b) for driving the arm (8) to move the robot with respect to the boom (2) and the working hand (H) at high speed so as to approach the target (F). And the actuators (10a), (10) so that the working hand (H) is moved at a low speed toward the target object (F) as the target object (F) is approached.
An arm control device provided with a control means (100) for controlling b), the phase detection means (101) for detecting a phase (δ) of vibration centered on the base end of the boom (2). The control means (100) shifts the actuators (10a) and (10b) from high speed movement to low speed movement based on the detection information of the phase detection means (101) in order to reduce the vibration. An arm controller configured to change timing.
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