JPH1051668A - Image pickup device for agricultural robot - Google Patents

Image pickup device for agricultural robot

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Publication number
JPH1051668A
JPH1051668A JP8206994A JP20699496A JPH1051668A JP H1051668 A JPH1051668 A JP H1051668A JP 8206994 A JP8206994 A JP 8206994A JP 20699496 A JP20699496 A JP 20699496A JP H1051668 A JPH1051668 A JP H1051668A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
image
interference filters
cucumber
kinds
motor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8206994A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Seiichi Arima
誠一 有馬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Iseki and Co Ltd
Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Original Assignee
Iseki and Co Ltd
Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Iseki and Co Ltd, Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd filed Critical Iseki and Co Ltd
Priority to JP8206994A priority Critical patent/JPH1051668A/en
Publication of JPH1051668A publication Critical patent/JPH1051668A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Harvesting Machines For Specific Crops (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To identify a work object by placing either of two kinds of interference filters whose image density is changed before a CCD camera in a momentarily replaced way and entering an image continuously. SOLUTION: In the case of image pickup by a visual sensor 1, a filter motor 45 drives interference filters 3a, 3b and two kinds of the interference filters 3a, 3b whose wavelength bands are respectively 550nm and 850nm pass alternately a front face of a CCD camera 2. A filter position sensor 46 senses the passing position and the camera picks up an image through the two kinds of the interference filters 3a, 3b replaced momentarily so as to enter two kinds of density images continuously. In the image processing by the received image, a density ratio by the reflectance by two wavelength bands is obtained and a computed image is obtained based on computed values resulting from multilication of a luminance level by the ratio and a vegetable such as cucumber is properly recognized by using a binary image obtained by binarizing the arithmetic image.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、農業用ロボット
の撮像装置に関し、視覚センサによる作業対象物の撮像
時に、2種類の干渉フィルタの透過により変化する2つ
の濃度値画像の演算によって作業対象物を識別するもの
等の技術分野に属する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image pickup apparatus for an agricultural robot, and more particularly to an image pickup apparatus for an agricultural robot. Belongs to technical fields such as those for identifying

【0002】[0002]

【従来の技術、及び発明が解決しようとする課題】農業
用ロボットにおいて、上下方向にスライド移動して撮像
可能な2波長方式の視覚センサとしてのCCDカメラを
設けるものでは、この可視光領域から近赤外領域までの
感度をもつCCDカメラの前面に配置した分光反射特性
の違う2種類の干渉フィルタを介して作業対象物を画像
入力させることにより、この2種類の干渉フィルタを各
々透過した2つの濃度値画像を演算し、この演算による
演算画像を2値化して作業対象物を識別するものであ
る。
2. Description of the Related Art In an agricultural robot provided with a CCD camera as a two-wavelength type visual sensor capable of sliding and moving in an up-and-down direction, a near-visible light range is required. By inputting an image of a work object through two types of interference filters having different spectral reflection characteristics arranged in front of a CCD camera having a sensitivity up to an infrared region, two types of light transmitted through the two types of interference filters are transmitted. A density value image is calculated, and the calculated image is binarized to identify a work object.

【0003】しかし、従来では、この2種類の干渉フィ
ルタによる撮像の際に、この2種類の干渉フィルタを入
れ替えて撮像した2つの入力画像の間には時間的な間隔
が生じるため、太陽光の変化に伴う光学的な問題と、2
種類の干渉フィルタの入れ替えに伴う物理的な問題等が
存在しており、これらの問題を調整して同一条件の基に
画像入力させることは極めて困難なことであった。
[0003] However, conventionally, when imaging is performed by using these two types of interference filters, there is a time interval between two input images that are obtained by exchanging the two types of interference filters. Optical problems associated with change, 2
There are physical problems associated with the replacement of the different types of interference filters, and it has been extremely difficult to adjust these problems and input an image under the same conditions.

【0004】そこでこの発明は、CCDカメラの前面に
2種類の干渉フィルタを瞬時に入れ替え可能に配置す
る。
Therefore, according to the present invention, two types of interference filters are disposed in front of a CCD camera so that they can be replaced instantaneously.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】この発明は、作業対象物
を認識する2波長方式の視覚センサ1としてのCCDカ
メラ2の前面に、透過によって画像濃度値が変化する2
種類の干渉フィルタ3a,3bを瞬時に入れ替え可能に
配置すると共に、この入れ替えた各干渉フィルタ3a,
3bを介して連続して画像入力を行わせる農業用ロボッ
トの撮像装置の構成とする。
According to the present invention, an image density value changes due to transmission on a front surface of a CCD camera 2 as a two-wavelength type visual sensor 1 for recognizing a work object.
The types of interference filters 3a, 3b are arranged so that they can be replaced instantaneously, and each of the replaced interference filters 3a, 3b is replaced.
The configuration of an imaging device of an agricultural robot that continuously inputs images via 3b.

【0006】[0006]

【作用、及び発明の効果】上記の構成により、農業用ロ
ボットの視覚センサ1において、作業対象物を撮像する
可視光領域から近赤外領域までの感度をもつCCDカメ
ラ2の前面に、例えば、2種類の波長の異なる分光反射
特性の干渉フィルタ3a,3bを組み合わせてモータ等
により回転させることにより、瞬時に入れ替わる2種類
の干渉フィルタ3a,3bが、各々CCDカメラ2の前
面で合致する位置をフィルタ位置センサ等により検出
し、この検出時に各干渉フィルタ3a,3bを透過して
各々2種類の濃度値画像を連続して入力することができ
る。
According to the above configuration, in the visual sensor 1 of the agricultural robot, for example, a front surface of the CCD camera 2 having a sensitivity from a visible light region to a near-infrared region for imaging a work target is provided. By combining two types of interference filters 3a and 3b having different spectral reflection characteristics with different wavelengths and rotating the same by a motor or the like, the two types of interference filters 3a and 3b that are instantaneously replaced are located at the positions where they match on the front surface of the CCD camera 2. It is detected by a filter position sensor or the like, and at the time of this detection, two types of density value images can be successively input through the respective interference filters 3a and 3b.

【0007】このように、分光反射特性の違う2種類の
干渉フィルタ3a,3bがCCDカメラ2の前面で瞬時
に入れ替わるときに、この位置を検出して各干渉フィル
タ3a,3bを透過して各々2種類の濃度値画像を連続
して入力することができるから、この2つの入力画像の
間には、太陽光等の変化に伴う光学的な差異や、各干渉
フィルタ3a,3bの入れ替え等に伴う物理的な差異が
殆ど発生することがなく、同一条件に極めて近い状態で
画像入力が可能であり、この濃度値画像を演算した演算
画像を2値化して作業対象物を識別することができる。
As described above, when two types of interference filters 3a and 3b having different spectral reflection characteristics are instantaneously replaced on the front surface of the CCD camera 2, this position is detected and transmitted through each of the interference filters 3a and 3b. Since two types of density value images can be continuously input, there is an optical difference between the two input images due to a change in sunlight or the like, or replacement of the interference filters 3a and 3b. There is almost no accompanying physical difference, and it is possible to input an image in a state very close to the same condition, and it is possible to identify a work target by binarizing a calculation image obtained by calculating this density value image. .

【0008】[0008]

【実施例】以下に、この発明の実施例を、作業対象物と
しての果菜類の収穫を行う農業用ロボットについて図面
に基づき説明する。車台9の下側前後位置に左右一対の
前輪10aと後輪10bを各々配設し、この前輪10a
と後輪10bの4輪に対し各別に車輪駆動モータ11を
連動連結すると共に、進行方向に対して操向旋回自在に
支架し、この前・後輪10a,10bを各別に舵取り制
御するための操向角度を検出する操向角度センサ12を
各々設け、該前・後輪10a,10bの間に動力電源と
してのバッテリ13aを格納して走行装置13を構成す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings, referring to an agricultural robot for harvesting fruits and vegetables as work objects. A pair of left and right front wheels 10a and rear wheels 10b are provided at lower front and rear positions of the chassis 9, respectively.
And a wheel drive motor 11 for each of the four wheels 10b and the rear wheel 10b, and also supports the steering wheel so as to be steerable and revolvable with respect to the traveling direction, and controls the front and rear wheels 10a and 10b separately. A traveling device 13 is provided by providing a steering angle sensor 12 for detecting a steering angle, and storing a battery 13a as a power source between the front and rear wheels 10a and 10b.

【0009】該車台9上の前部位置に、この農業用ロボ
ットの操作制御を行うコントローラ等を内装した前カバ
ー14を設け、この前カバー14の後方に、果菜類とし
てのキュウリの画像を撮像するCCDカメラ2による視
覚センサ1と、この視覚センサ1の撮像によりキュウリ
を把持摘果するマニピュレータ5とを装架した、略円筒
形状でその一部を直角状に切り欠いだ作業旋回胴15を
旋回可能に設けると共に、この作業旋回胴15の後方側
となる車台9上の後部位置に後カバー16を設け、この
後カバー16内に、収穫したキュウリを収納するための
キャリーの格納と放出を行うキャリー制御部16aを配
設して作業装置17を構成する。なお、この後カバー1
6の後側面にロボットの操作パネル17aを配設する。
A front cover 14 containing a controller and the like for controlling the operation of the agricultural robot is provided at a front position on the undercarriage 9, and an image of cucumber as fruit and vegetables is taken behind the front cover 14. The work revolving drum 15 is mounted on a visual sensor 1 by a CCD camera 2 and a manipulator 5 for grasping and removing cucumber by the image of the visual sensor 1. A rear cover 16 is provided at a rear position on the undercarriage 9 on the rear side of the work turning cylinder 15 and the rear cover 16 stores and discharges a carry for storing harvested cucumbers. The work device 17 is configured by disposing the carry control unit 16a. After this, cover 1
6, an operation panel 17a of the robot is provided on the rear side surface.

【0010】該マニピュレータ5は多関節によって人間
の腕と手先の動きに近い作用を行わせるため、その基部
側から先端側にかけて各々ショルダ関節部S,アーム関
節部A,リスト関節部W等の各関節部を相互に連結配置
して構成する。該ショルダ関節部Sは、マニピュレータ
5を上下回動させるためのショルダ関節にサーボモータ
によるショルダモータ18を組み込み、アーム関節部A
は、2段階に伸縮させる伸縮直動アーム6にサーボモー
タによるアームモータ19を組み込み、リスト関節部W
は、伸縮直動アーム6の先端部近傍に内装支承したリス
トピッチ関節軸7の一端部にキュウリを把持摘果するエ
ンドエフェクタ8を、ピッチ回動又はロール回動させる
ためのサーボモータによるリストピッチモータ20又は
リストロールモータ21を組み込み、各々連動連結して
構成する。
Since the manipulator 5 performs an action similar to the movement of a human arm and a hand by multiple joints, each of the manipulators 5 includes a shoulder joint S, an arm joint A, a wrist joint W, and the like from the base side to the distal end side. The joints are connected and arranged. The shoulder joint S is provided with a shoulder motor 18 by a servo motor in a shoulder joint for rotating the manipulator 5 up and down.
Incorporates an arm motor 19 by a servo motor into the telescopic linear motion arm 6 that expands and contracts in two stages, and the wrist joint W
Is a wrist pitch motor by a servo motor for pitch or roll rotation of an end effector 8 for gripping and picking a cucumber at one end of a wrist pitch joint shaft 7 internally supported near the distal end of a telescoping linear arm 6. 20 or a wrist roll motor 21 are incorporated and are connected to each other.

【0011】該マニピュレータ5を水平旋回させるサー
ボモータによるウエストモータ25を、該ショルダ関節
部Sが装着されるベース部5aに組み込み連動連結して
設ける。このベース部5aの下面にキュウリを数個収納
可能で、キュウリの摘果時にエンドエフェクタ8の位置
までスライド延出すると共に、その底面を開閉可能に設
けた補助収納ケース4を、ラックとピニオンにより駆動
するケーススライドモータ4aを該収納ケース4上面に
配置して構成する。
A waist motor 25, which is a servomotor for horizontally rotating the manipulator 5, is provided in the base 5a on which the shoulder joint S is mounted, in interlocking connection. A plurality of cucumber can be stored on the lower surface of the base portion 5a. The auxiliary storage case 4, which extends to the position of the end effector 8 at the time of picking the cucumber and which can open and close the bottom surface, is driven by a rack and a pinion. A case slide motor 4a is disposed on the upper surface of the storage case 4 and configured.

【0012】該マニピュレータ5及び補助収納ケース4
を、上下方向にスライド移動させるボールネジ等からな
るスライダ22を前記作業旋回胴15の直角状の切り欠
き部内壁面に沿って回動可能に支承すると共に、このス
ライダ22の回動により上下移動可能にスライドガイド
23を軸承して設ける。このスライドガイド23にマニ
ピュレータ5のベース部5aを、作業旋回胴15の直角
状の切り欠き部外壁面に沿って設けた2条の摺動溝15
aを貫通して結合すると共に、スライダ22を回動させ
るためのサーボモータによるスライドモータ24をスラ
イダ22の下端部に連動連結し、該作業旋回胴15と共
に前記視覚センサ1及びマニピュレータ5を略180度
旋回させる車台モータ9aを、前記車台9の作業旋回胴
15の中心位置に配置し連動連結して構成する。
The manipulator 5 and the auxiliary storage case 4
Is rotatably supported along the inner wall surface of the cutout portion of the work turning cylinder 15 so as to be vertically movable by sliding the slider 22 in the vertical direction. The slide guide 23 is provided in bearing. The base 5a of the manipulator 5 is provided on the slide guide 23 along the outer wall surface of the cutout portion of the work turning cylinder 15 at right angles.
a, and a slide motor 24 by a servo motor for rotating the slider 22 is connected to the lower end of the slider 22 in an interlocking manner, and the visual sensor 1 and the manipulator 5 are moved together with the work turning cylinder 15 by approximately 180. An undercarriage motor 9a for turning the vehicle is arranged at the center position of the work turning cylinder 15 of the undercarriage 9 and connected in an interlocking manner.

【0013】該マニピュレータ5のエンドエフェクタ8
には、キュウリを把持する把持部8aと、キュウリを検
出する果実検出センサ8bと、検出したキュウリを把持
する把持モータ8cと、把持したキュウリの果柄を検出
する果柄検出センサ8dと、この検出のための果柄検出
スライドモータ8eと、検出した果柄を切断する切断モ
ータ8fとを設けて構成する。
The end effector 8 of the manipulator 5
The gripper 8a grips the cucumber, a fruit detection sensor 8b that detects the cucumber, a gripping motor 8c that grips the detected cucumber, a fruit pattern detection sensor 8d that detects the fruit pattern of the gripped cucumber, A fruit pattern detection slide motor 8e for detection and a cutting motor 8f for cutting the detected fruit pattern are provided.

【0014】前記視覚センサ1として干渉フィルタ3を
回動可能に装着したCCDカメラ2を、上下方向にスラ
イド移動させるボールねじ等からなるスライダ26を、
該作業旋回胴15の直角状の切り欠き部内壁面に沿って
回動可能に支承すると共に、このスライダ26の回動に
より上下移動可能にスライドガイド27を軸承して設け
る。このスライドガイド27の上面部に、マニピュレー
タ5の摺動溝15aを有する外壁面に対し略直角位置に
変位する外壁面に沿って設けた摺動溝15bを貫通して
視覚センサ1の係合アーム1aを係合させると共に、ス
ライダ26を回動させるためのサーボモータによるスラ
イドモータ28をスライダ26の下端部に連動連結し、
該摺動溝15bには視覚センサ1の姿勢を保持させて摺
動可能なガイドレールを設けて構成する。
A slider 26 composed of a ball screw or the like for vertically moving a CCD camera 2 having an interference filter 3 rotatably mounted thereon as the visual sensor 1 is provided with:
The work revolving drum 15 is rotatably supported along the inner wall surface of the cutout at a right angle, and a slide guide 27 is provided so as to be vertically movable by the rotation of the slider 26. The engaging arm of the visual sensor 1 passes through a sliding groove 15b provided on the upper surface of the slide guide 27 along an outer wall surface displaced to a position substantially perpendicular to the outer wall surface of the manipulator 5 having the sliding groove 15a. 1a is engaged, and a slide motor 28 by a servo motor for rotating the slider 26 is interlockedly connected to the lower end of the slider 26,
The sliding groove 15b is provided with a guide rail that can slide while keeping the posture of the visual sensor 1.

【0015】制御機構として、図9に示す如く、前記走
行装置13を制御する走行部コントローラ29aと、視
覚センサ1を制御する視覚部コントローラ29bと、マ
ニピュレータ5を制御する摘果部コントローラ29c
と、これらの各コントローラ29a,29b,29cを
接続して統括制御するメインコントローラ29とを前記
前カバー14に内装して構成する。
As a control mechanism, as shown in FIG. 9, a traveling section controller 29a for controlling the traveling apparatus 13, a visual section controller 29b for controlling the visual sensor 1, and a thin section controller 29c for controlling the manipulator 5 are provided.
And a main controller 29 that connects these controllers 29a, 29b, and 29c and controls them in an integrated manner in the front cover 14.

【0016】該メインコントローラ29には、前記操作
パネル17a及び安全装置14a等を接続する。該走行
部コントローラ29aは、前記車輪駆動モータ11,操
向角度センサ12,キャリー制御部16a等を制御可能
に接続して構成する。該視覚部コントローラ29bは、
図10に示す如く、OCR30から信号を受けた駆動パ
ルス発生回路31からドライバ32を介してレシーバ3
3へ、このレシーバ33からCCDカメラ2へ接続す
る。該カメラ2の駆動により検出された信号をビデオ信
号に変換する信号処理回路34とカメラ2とを接続し、
この信号処理回路34からA/D変換器35を経て画像
メモリ36へ接続すると共に、この画像メモリ36と高
速画像処理を行う画像処理回路37とCPU38とを相
互通信可能に接続する。該CPU38からビデオ信号を
基にランプ発光タイミングとA/D変換器35の開始タ
イミングを設定するタイミング回路39へ接続し、この
タイミング回路39とA/D変換器35、及びランプ駆
動回路40とを接続すると共に、該タイミング回路39
へ信号処理回路34を接続させ、ランプ駆動回路40を
介してハロゲンランプ41を駆動させるべく接続し、フ
ォトセンサ47からA/D変換を経てCPU38へ接続
して構成する。
The main controller 29 is connected to the operation panel 17a and the safety device 14a. The traveling unit controller 29a is configured by controllably connecting the wheel drive motor 11, the steering angle sensor 12, the carry control unit 16a, and the like. The visual unit controller 29b includes:
As shown in FIG. 10, a receiver 3 receives a signal from a drive pulse generation circuit 31 via a driver 32 and receives a signal from the OCR 30.
3 from the receiver 33 to the CCD camera 2. A signal processing circuit 34 for converting a signal detected by driving the camera 2 into a video signal is connected to the camera 2,
The signal processing circuit 34 is connected to an image memory 36 via an A / D converter 35, and the image memory 36, an image processing circuit 37 for performing high-speed image processing, and a CPU 38 are communicably connected. The CPU 38 is connected to a timing circuit 39 for setting the lamp emission timing and the start timing of the A / D converter 35 based on the video signal, and the timing circuit 39, the A / D converter 35, and the lamp drive circuit 40 are connected. Connection and the timing circuit 39
, A signal processing circuit 34 is connected, the lamp driving circuit 40 is connected to drive the halogen lamp 41, and the photosensor 47 is connected to the CPU 38 through A / D conversion.

【0017】該摘果部コントローラ29cは、図11に
示す如く、サーボモータとしての前記ショルダモータ1
8,アームモータ19,リストピッチモータ20,リス
トロールモータ21,スライドモータ24,ウエストモ
ータ25,スライドモータ28を各々コントロールドラ
イバ42を介して接続すると共に、前記果実検出センサ
8b,把持モータ8c,果柄検出センサ8d,果柄検出
スライドモータ8e,切断モータ8fを各々接続して構
成する。なお、該各サーボモータ18,19,20,2
1,24,25,28には各々エンコーダ及び原点検出
センサを組み合わせて設ける。
As shown in FIG. 11, the thinning controller 29c includes the shoulder motor 1 as a servomotor.
8, an arm motor 19, a wrist pitch motor 20, a wrist roll motor 21, a slide motor 24, a waist motor 25, and a slide motor 28 are connected via a control driver 42, respectively, and the fruit detection sensor 8b, gripping motor 8c, The pattern detection sensor 8d, the fruit pattern detection slide motor 8e, and the cutting motor 8f are connected to each other. The servo motors 18, 19, 20, 2
Each of 1, 24, 25, and 28 is provided with a combination of an encoder and an origin detection sensor.

【0018】前記視覚センサ1は図1に示す如く、円筒
状の外装ケース43の前面内側に、可視光領域から近赤
外領域における550nmの波長による濃度値画像を撮
像可能な干渉フィルタ3aと、850nmの波長による
濃度値画像を撮像可能な干渉フィルタ3bとを折半分割
により形成した円盤状の干渉フィルタ3を配置し、この
干渉フィルタ3の軸心をフィルタ駆動軸44により後方
側に位置するフィルタモータ45に連動連結し、該フィ
ルタ駆動軸44の下側にCCDカメラ2を取り付け、該
外装ケース43の前面をCCDカメラ2のレンズ部分の
み撮像孔43aを設けて構成する。
As shown in FIG. 1, the visual sensor 1 includes an interference filter 3a on the inner side of the front surface of a cylindrical outer case 43, which can capture a density value image at a wavelength of 550 nm in a visible light region to a near infrared region. A disk-shaped interference filter 3 formed by half-split and an interference filter 3b capable of imaging a density value image at a wavelength of 850 nm is arranged, and the axis of the interference filter 3 is positioned rearward by a filter drive shaft 44. The CCD camera 2 is attached to the lower side of the filter drive shaft 44 in conjunction with the motor 45, and the front surface of the outer case 43 is provided with an imaging hole 43a only in the lens portion of the CCD camera 2.

【0019】該フィルタ駆動軸44の上側に、干渉フィ
ルタ3の回転位置を検出するフォトマイクロセンサ等に
よるフィルタ位置センサ46を配置し、外装ケース43
の外周下部側に撮像時の光の強さを検出するフォトセン
サ47を配置すると共に、外装ケース43の外周上部側
に光源としての前記ハロゲンランプ41を取り付けて構
成する。
Above the filter drive shaft 44, a filter position sensor 46 such as a photomicro sensor for detecting the rotational position of the interference filter 3 is disposed.
A photosensor 47 for detecting the intensity of light at the time of image pickup is arranged at the lower part of the outer periphery of the outer case 43, and the halogen lamp 41 as a light source is attached to the upper part of the outer periphery of the outer case 43.

【0020】図2に示す如く、これらのCCDカメラ
2,フィルタモータ45,フィルタ位置センサ46,フ
ォトセンサ47,ハロゲンランプ41等を各々インタフ
ェース48を介してカメラコントローラ49に接続して
構成する。農業用ロボットにより作業対象物としてのキ
ュウリの収穫を行うには、走行部コントローラ29aに
よる車輪駆動モータ11や操向角度センサ12等の制御
により畝溝Rに沿って走行を行いながら、傾斜棚Cに栽
培された収穫適期のキュウリを、視覚部コントローラ2
9b及び摘果部コントローラ29cの演算により、視覚
センサ1及びマニピュレータ5の上下移動と左右旋回に
よる収穫アプローチを行う。このアプローチによりエン
ドエフェクタ8を自在に駆使して、果実検出センサ8b
の検出により把持モータ8cを作用させ、把持部8aに
よりキュウリを把持し、この把持されたキュウリの果柄
を果柄検出センサ8dと果柄検出スライドモータ8eに
より検出し、この検出された果柄を切断モータ8fを作
用させて切断し摘果を行う。この摘果されたキュウリ
を、キャリーに集納し満杯になった時点でキャリー制御
部16aにより地上に放出する。
As shown in FIG. 2, the CCD camera 2, the filter motor 45, the filter position sensor 46, the photo sensor 47, the halogen lamp 41 and the like are connected to a camera controller 49 via an interface 48. In order for the agricultural robot to harvest cucumber as a work object, the traveling unit controller 29a controls the wheel drive motor 11 and the steering angle sensor 12 while traveling along the ridge groove R, and the inclined shelf C The cucumber cultivated at the right time of harvest is sent to the visual controller 2
9b and the calculation of the thinning section controller 29c, the harvesting approach is performed by moving the visual sensor 1 and the manipulator 5 up and down and turning left and right. With this approach, the end effector 8 is freely used, and the fruit detection sensor 8b is used.
The gripper 8c is actuated by the detection of the cucumber, the cucumber is gripped by the gripper 8a, and the fruit of the gripped cucumber is detected by the fruit pattern detection sensor 8d and the fruit pattern detection slide motor 8e. Is cut by operating a cutting motor 8f to perform fruit cutting. The picked cucumber is collected and delivered to the carry, and is discharged to the ground by the carry control unit 16a when the carry is full.

【0021】作業旋回胴15に結合して上下方向にスラ
イド移動可能なマニピュレータ5のベース部5a上に、
マニピュレータ5とは各別に上下方向にスライド移動す
る視覚センサ1を係合させることにより、マニピュレー
タ5の伸縮直動アーム6先端部のリストピッチ関節軸7
の軸端において、上下と左右方向に各々略180度回動
するエンドエフェクタ8の作業中心軸と、視覚センサ1
におけるCCDカメラ2の視軸とを一致させることがで
きるから、収穫アプローチの方向に狂いを生じることが
ない。
On the base portion 5a of the manipulator 5 which can be slid up and down while being connected to the work turning cylinder 15,
The wrist pitch joint shaft 7 at the tip of the telescopic linear arm 6 of the manipulator 5 is engaged with the visual sensor 1 that slides up and down separately from the manipulator 5.
At the axial end of the end effector 8, which rotates about 180 degrees in the vertical and horizontal directions, respectively, and the visual sensor 1.
Since the visual axis of the CCD camera 2 can be made coincident with the above, no misalignment occurs in the direction of the harvest approach.

【0022】前記視覚センサ1による撮像は、フィルタ
モータ45の駆動によりフィルタ駆動軸44を介して干
渉フィルタ3を一定回転させ、この回転により2種類の
550nmと850nmの波長の干渉フィルタ3a,3
bが交互にCCDカメラ2の前面を通過するから、この
通過位置をフィルタ位置センサ46により検出し、瞬時
に入れ替わる2種類の干渉フィルタ3a,3bを透過し
て撮像し、各々2種類の濃度値画像を連続して入力する
ことができる。
The image pickup by the visual sensor 1 is performed by rotating the interference filter 3 through the filter driving shaft 44 by driving the filter motor 45, and by this rotation, two kinds of interference filters 3a and 3 having wavelengths of 550 nm and 850 nm.
b alternately passes through the front surface of the CCD camera 2, the passing position is detected by the filter position sensor 46, and the image is transmitted through two types of interference filters 3 a and 3 b which are instantaneously replaced, and two types of density values are obtained. Images can be continuously input.

【0023】この入力画像による画像処理は、図3に示
す如く、550nmの波長による反射率ではキュウリ・
茎葉とも20〜30%と同じ程度の低い値を示している
が、850nmの波長による反射率では茎葉50%程度
に対しキュウリは80%程度と高い値を示しているか
ら、この反射率による濃度値比率を、 濃度値(850)/濃度値(850)+濃度値(55
0) 上記式により求め、この求めた値に輝度レベル(25
5)を乗じた演算値によって、図4に示す如き演算画像
を得、この演算画像を2値化した2値画像によってキュ
ウリの認識を的確に行うことができる。
As shown in FIG. 3, the image processing based on this input image is based on the reflectance at a wavelength of 550 nm.
Both the foliage show a low value of about 20 to 30%, but the reflectance at a wavelength of 850 nm shows a high value of about 80% for cucumber compared to about 50% for the foliage. The value ratio is calculated as: density value (850) / density value (850) + density value (55)
0) The luminance level (25)
An arithmetic image as shown in FIG. 4 is obtained by the arithmetic value multiplied by 5), and the cucumber can be accurately recognized by a binary image obtained by binarizing the arithmetic image.

【0024】また、該2種類の干渉フィルタ3a,3b
を透過して撮像した画像入力と同期させてフォトセンサ
47により光量を測定し、2つの画像間に光学的な差が
ないかどうかを検出することによって、該干渉フィルタ
3a,3bの瞬時の入れ替えにより連続して画像入力し
ても、2回の画像入力の間に太陽光に変化が起きること
があるから、この2回の画像間に光学的な差があれば画
像入力のやり直しを行い、差がなければ同一条件で画像
入力されたものとして次のステップに移行し、2つの画
像間の演算を行わせる。このように、2回の画像入力の
間に光学的な変化があった場合、入力をやり直すことに
より適正な画像データを得ることができるから、キュウ
リの認識を比較的容易に行うことができる。
The two types of interference filters 3a, 3b
The amount of light is measured by the photo sensor 47 in synchronization with the input of an image picked up through the camera, and the presence or absence of an optical difference between the two images is detected, thereby instantaneously replacing the interference filters 3a and 3b. Even if images are input continuously, sunlight may change between the two image inputs, so if there is an optical difference between the two images, the image input is redone, If there is no difference, it is assumed that the image has been input under the same condition, and the process proceeds to the next step to perform the operation between the two images. As described above, if there is an optical change between two image inputs, appropriate image data can be obtained by redoing the input, so that the cucumber can be recognized relatively easily.

【0025】該視覚センサ1及びマニピュレータ5によ
る収穫作業は、図12のフローチャートに示す如く、ま
ず、視覚センサ1及びマニピュレータ5は各々初期姿勢
の位置、つまりキュウリを栽培する傾斜棚Cの画像を上
下二段に分割(分割段数は任意に設定可)し、その下段
位置において視覚センサ1により画像入力を行う。この
下段の入力画像によるキュウリ認識のための画像処理と
並行して視覚センサ1のみを上方へスライド移動させ、
この下段の画像処理の終了により上段位置において視覚
センサ1により画像入力を行う。
In the harvesting operation by the visual sensor 1 and the manipulator 5, as shown in the flowchart of FIG. 12, first, the visual sensor 1 and the manipulator 5 respectively move the position of the initial posture, that is, the image of the inclined shelf C for growing cucumber up and down. The image is divided into two stages (the number of division stages can be set arbitrarily), and an image is input by the visual sensor 1 at the lower position. Only the visual sensor 1 is slid upward in parallel with the image processing for cucumber recognition using the lower input image,
Upon completion of the lower image processing, an image is input by the visual sensor 1 at the upper position.

【0026】この上段の画像入力の終了により、下段の
画像処理の結果、画像エリア内にキュウリがあるときは
下段の収穫アプローチを行い、この下段の収穫アプロー
チと並行して上段の入力画像による画像処理を行い、下
段の収穫の終了により、上段の画像処理の結果、画像エ
リア内にキュウリがあるときはマニピュレータ5を上方
へスライド移動させて上段の収穫アプローチを行う。こ
の上段・下段の収穫アプローチにより収穫されたキュウ
リは補助収納ケース4へ収納する。
Upon completion of the input of the upper image, when the cucumber is present in the image area as a result of the lower image processing, the lower harvest approach is performed, and in parallel with the lower harvest approach, the image of the upper input image is used. The processing is performed, and upon completion of the lower harvest, as a result of the upper image processing, if there is a cucumber in the image area, the manipulator 5 is slid upward to perform the upper harvest approach. Cucumbers harvested by the upper and lower harvesting approaches are stored in the auxiliary storage case 4.

【0027】上段の収穫の終了により、視覚センサ1及
びマニピュレータ5を各々初期姿勢の位置に戻し、作業
旋回胴15を略180度水平回動させるが、この回動時
に補助収納ケース4が、キャリー制御部16aのキャリ
ー上方を通過するタイミングを検出し、この検出によ
り、補助収納ケース4に収納されているキュウリを、該
ケース4底面の開放によりキャリー内へ収納する。作業
旋回胴15の旋回終了に伴い、反対側のキュウリの傾斜
棚Cにおける収穫作業を前記の如き要領により実施す
る。
When the upper harvesting is completed, the visual sensor 1 and the manipulator 5 are returned to their initial posture positions, and the work turning cylinder 15 is rotated horizontally by approximately 180 degrees. The timing at which the control unit 16a passes above the carry is detected, and the cucumber stored in the auxiliary storage case 4 is stored in the carry by opening the bottom surface of the case 4 by this detection. With the completion of the turning of the work turning cylinder 15, the harvesting operation on the inclined shelf C of the cucumber on the opposite side is performed in the manner described above.

【0028】このような収穫作業を行うことにより、片
側の傾斜棚Cにおいて最盛期にはキュウリが2〜3個収
穫されるから、従来の如く収穫したキュウリを1個ずつ
キャリー内へマニピュレータ5によって収納していたの
では、キュウリの搬送工程だけ収穫時間が長くなること
に比べ、キュウリの搬送時間を1/2〜1/3に短縮す
ることができる。このため、無駄な動作を必要としない
から、時間の短縮と電力消費量の低減を図ることができ
る。
By performing such a harvesting operation, two or three cucumbers are harvested at the peak in the inclined shelf C on one side. Therefore, the cucumbers harvested in the conventional manner are placed one by one into the carry by the manipulator 5. In the case where the cucumber is stored, the cucumber transport time can be reduced to 2〜 to 比 べ as compared with the case where the harvest time is increased only in the cucumber transport process. For this reason, since unnecessary operation is not required, time can be reduced and power consumption can be reduced.

【0029】また、該視覚センサ1は、このセンサ1の
係合アーム1aをスライドガイド27の上面部に係合さ
せており、上方向への移動は作業旋回胴15のガイドレ
ールに保持させてフリーに移動させ、下方向へは自重に
よって移動させることができるから、従来の如く視覚セ
ンサ1をスライドガイド27に固定させているもののよ
うに、マニピュレータ5に不具合が発生し暴走した場合
においても衝突により破損するようなことがない。マニ
ピュレータ5の動きに応じてスライドすることが可能で
あるから、視覚センサ1とマニピュレータ5との衝突に
よる両者の位置関係にずれを生じることがなく、マニピ
ュレータ5のエンドエフェクタ8の作業中心軸と視覚セ
ンサ1の光軸とを正確に合わせ直す(専用の治具が必
要)煩わしさもない。このため、多くのセンサのうち最
も高価な視覚センサ1の衝突による破損ロスを防止する
ことができる。
In the visual sensor 1, the engagement arm 1a of the sensor 1 is engaged with the upper surface of the slide guide 27, and the upward movement is held by the guide rail of the work turning cylinder 15. Since it can be moved freely and can be moved downward by its own weight, even if a failure occurs in the manipulator 5 and a runaway occurs as in the case where the visual sensor 1 is fixed to the slide guide 27 as in the related art, the collision occurs. There is no such thing as being damaged. Since it is possible to slide in accordance with the movement of the manipulator 5, the positional relationship between the visual sensor 1 and the manipulator 5 due to collision does not occur, and the work center axis of the end effector 8 of the manipulator 5 and the visual The optical axis of the sensor 1 is accurately realigned (a dedicated jig is required) and there is no trouble. Therefore, it is possible to prevent damage loss due to collision of the most expensive visual sensor 1 among many sensors.

【0030】なお、この実施例では収穫対象物をキュウ
リに限定して説明したが、本発明の要旨はキュウリ以外
の他の果菜類にも適応できることは勿論である。
In this embodiment, the object to be harvested is limited to cucumber. However, it is needless to say that the gist of the present invention can be applied to fruits and vegetables other than cucumber.

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

【図1】視覚センサの詳細構造を示す正面図と側面図。FIG. 1 is a front view and a side view showing a detailed structure of a visual sensor.

【図2】視覚センサの制御関係を示すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a control relationship of a visual sensor.

【図3】キュウリとその茎葉の分光反射特性を示す線
図。
FIG. 3 is a diagram showing spectral reflection characteristics of cucumber and its foliage.

【図4】輝度レベルによる演算画像を示す画像図。FIG. 4 is an image diagram showing a calculation image based on a luminance level.

【図5】マニピュレータの伸縮直動アームを伸長した状
態を示す平面図と側面図。
5A and 5B are a plan view and a side view showing a state in which a telescopic translation arm of the manipulator is extended.

【図6】マニピュレータによりキュウリを摘果把持し伸
縮直動アームを短縮した状態を示す平面図と側面図。
FIGS. 6A and 6B are a plan view and a side view showing a state in which the cucumber is pinched and grasped by the manipulator and the telescopic linear motion arm is shortened.

【図7】農業用ロボットの全体を示す側面図。FIG. 7 is a side view showing the whole of the agricultural robot.

【図8】農業用ロボットの全体を示す背断面図。FIG. 8 is a back sectional view showing the whole of the agricultural robot.

【図9】農業用ロボット全体の制御関係を示すブロック
図。
FIG. 9 is a block diagram showing a control relationship of the entire agricultural robot.

【図10】視覚部の制御関係を示すブロック図。FIG. 10 is a block diagram showing a control relationship of a visual unit.

【図11】摘果部の制御関係を示すブロック図。FIG. 11 is a block diagram showing a control relationship of a fruit cutting unit.

【図12】農業用ロボットの収穫作業手順を示すフロー
チャート。
FIG. 12 is a flowchart showing a harvesting operation procedure of the agricultural robot.

【図13】視覚センサによる傾斜棚の下段及び上段での
撮像状態を示す作業図。
FIG. 13 is a work diagram showing an image pickup state of a lower shelf and an upper shelf by a visual sensor.

【図14】マニピュレータによる傾斜棚の上段でのキュ
ウリの摘果及び補助収納状態を示す作業図。
FIG. 14 is a work diagram showing a state of picking cucumber at the upper stage of the inclined shelf by the manipulator and an auxiliary storage state.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1. 視覚センサ 2. CCDカメラ 3a. 干渉フィルタ 3b. 干渉フィルタ 1. Visual sensor 2. CCD camera 3a. Interference filter 3b. Interference filter

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】作業対象物を認識する2波長方式の視覚セ
ンサ1としてのCCDカメラ2の前面に、透過によって
画像濃度値が変化する2種類の干渉フィルタ3a,3b
を瞬時に入れ替え可能に配置すると共に、この入れ替え
た各干渉フィルタ3a,3bを介して連続して画像入力
を行わせる農業用ロボットの撮像装置。
1. Two types of interference filters 3a and 3b whose image density values change by transmission are provided on the front surface of a CCD camera 2 as a two-wavelength type visual sensor 1 for recognizing a work object.
Are arranged so that they can be replaced instantaneously, and an image capturing apparatus of an agricultural robot that continuously inputs images via the replaced interference filters 3a and 3b.
JP8206994A 1996-08-06 1996-08-06 Image pickup device for agricultural robot Pending JPH1051668A (en)

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JP8206994A JPH1051668A (en) 1996-08-06 1996-08-06 Image pickup device for agricultural robot

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JP8206994A JPH1051668A (en) 1996-08-06 1996-08-06 Image pickup device for agricultural robot

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JPH1051668A true JPH1051668A (en) 1998-02-20

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ID=16532434

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013506868A (en) * 2009-10-01 2013-02-28 マイクロソフト コーポレーション Imaging device for constructing color and depth images
US10412280B2 (en) 2016-02-10 2019-09-10 Microsoft Technology Licensing, Llc Camera with light valve over sensor array
CN113518182A (en) * 2021-06-30 2021-10-19 天津市农业科学院 Cucumber phenotype characteristic measuring method based on raspberry pie

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