TWI776745B

TWI776745B - 農業自動化採集設備

Info

Publication number: TWI776745B
Application number: TW110144687A
Authority: TW
Inventors: 游信強; 吳承炎; 游鈞翔
Original assignee: 國立勤益科技大學
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2021-11-30
Publication date: 2022-09-01
Also published as: TW202322688A

Abstract

本發明提供一種農業自動化採集設備，包含複數個夾持手臂，各該夾持手臂之間形成有一夾取範圍，一控制中心接收經由一影像擷取裝置拍攝的一作物影像，並透過該作物影像辨識一作物特徵，並且依據該作物特徵形成一指令，一致動馬達接受該指令，並調整各該夾持手臂改變該夾取範圍的大小。

Description

農業自動化採集設備

一種自動化採集設備，特別是一種農業自動化採集設備。

傳統農業中十分的仰賴一農業相關人員的自身經驗，一農作物的生長過程皆極需仰賴大量人力的投入，為了克服人力成本上的耗損，農業機具的發展也隨之進步。

現行的該農業機具雖可以取代部份的勞力項目，當一農作物待摘取時，往往是透過該農業相關人員判斷該農作物是否成熟，也無法避免的需要透過人為的操作以及判斷才可以運作該農業機具，因此發展一種具判斷能力之自動化農業設備是目前急需發展的目標。

傳統中，應用於採集為一果實或一菇類的該農業機具多以扭轉的方式採集或摘取該農作物，若是使用較脆弱或是柔軟的該農作物，往往會因為摘取過程受上或是破裂。當遇到農作物大小不一的狀況時，該農業機具也無法配合該農作物的尺寸變換結構，使得該農業機具的應用十分有限。有鑑於此，發展一種可以判斷該農作物是否成熟以及可以完善的採集較脆弱或是柔軟之該農作物的該農業機具是相關產業中急需開發的目標。

為了發展一種可以判斷該農作物是否成熟以及可以完善的採集較脆弱或是柔軟之該農作物的該農業機具是相關產業中急需開發的目標，本發明提供一種農業自動化採集設備，包含一夾持機具，包含一基座以及樞接於該基座的複數個夾持手臂，各該夾持手臂之間形成有一夾取範圍，一致動馬達調整各該夾持手臂改變該夾取範圍的大小，各該夾持手臂之一自由端可拆卸的設置有一刀具，該刀具之一刀鋒的至少一部份對應該夾取範圍；一影像擷取裝置，該影像擷取裝置擷取一作物影像；以及一控制中心，該控制中心包含一訊息收發單元，該訊息收發單元接收該作物影像，並傳遞至該分析單元；以及一分析單元，該分析單元內欲儲存有對應於一生長週期的一個以上生物特徵，該分析單元透過該作物影像辨識一作物特徵，並且依據該作物特徵對應至該生物特徵，最後判斷對應的該生長週期並形成一指令。

其中，該訊息收發單元接收該指令並傳遞至該夾持機具，該夾持機具對應該指令調整該基座、各該夾持手臂或是該刀具。

其中，該基座為一塊狀，四個該夾持手臂環繞的樞接於該基座的其中一側面，且各該夾持手臂之該自由端朝向同一方向延伸

其中，該分析單元依據該作物影像判定該作物特徵包含如長、寬、高的一作物大小，該夾持機具依據該指令調整該夾取範圍。

其中，各該夾持手臂包含有二個以上關節點，該致動馬達依據該指令調整各該夾持手臂各該樞接點、各該關節點，使得該夾取範圍之大小具備有弧度的一邊緣。

其中，該夾持手臂於該自由端上設置有與該刀具連接的一致動機構，該致動機構包含有一個以上做動模式，該做動模式提供該刀具相對該夾持手臂活動，該刀具相對該夾持手臂活動的方式包含，該刀鋒遠離或是朝向該基座方向位移或是該刀具左右震動或是旋轉的速度與頻率。

進一步地，包含一個以上該刀具，各該刀具為一矩形狀或是一圓形盤狀；以及各該刀鋒為一內凹刀鋒、一外凸刀鋒或是具有一鋸齒狀邊緣。

進一步地，該影像擷取裝置設置於其中一個該夾持手臂的該自由端或是該對應該夾取範圍的該基座上。

本發明該農業自動化採集設備之使用步驟包含：該控制中心驅動該致動馬達移動該夾持機具對應至一農作物位置，此時該影像擷取裝置持續擷取該農作物的該作物影像；該訊息收發單元傳遞該作物影像至該分析單元，該分析單元辨識該作物特徵，並將該作物特徵與預儲存之該生物特徵比對；該分析單元分析該農作物是否成熟，若尚未成熟，該控制中心發出一警告訊號或是將該夾持機具移往下一個該農作物；若該分析單元判斷該農作物已成熟，該控制中心發出該指令給予該夾持機具；該致動馬達對應該指令調整該夾持手臂，使得該夾取範圍符合該指令；該致動馬達移動該夾持機具，使得該農作物容納於該夾取範圍中，該影像擷取裝置持續擷取影像使該分析單元持續判斷該農作物是否已完全進入該夾取範圍；該夾持機具驅動該刀具朝向該農作物移動，切割並使得該農作物留置於該夾取範圍中。

其中，該夾持手臂於該自由端上設置有與該刀具連接的一致動機構，該致動機構包含有一個以上做動模式，該做動模式提供該刀具相對該夾持手臂活動，該刀具相對該夾持手臂活動的方式包含，該刀鋒遠離或是朝向該基座方向位移或是該刀具左右震動或是旋轉的速度與頻率；以及該分析單元依據該農作物所形成的該指令包含其中一個該做動模式。

其中，包含一個以上該刀具，各該刀具為一矩形狀或是一圓形盤狀；以及各該刀鋒為一內凹刀鋒、一外凸刀鋒或是具有一鋸齒狀邊緣；以及該分析單元依據該農作物所形成的該指令包含其中一個該刀具。

進一步地，該農作物為一香菇，該生物特徵包含該香菇表面的平滑程度、該香菇蕈傘的展開程度、或是該香菇蕈傘邊緣之型態。

本發明所能達到之功效為： 1.透過該夾持手臂以樞接方式與該基座結合，並依據所需改變相對距離，使得本發明所提供之農業自動化採收設備可以依據該農作物之大小改變該夾取範圍。 2. 該控制中心可以判斷影像擷取裝置所傳遞的該作物影像，辨識該農作物是否成熟以及該農作物大小。 3. 控制中心可以依據該農作物的特性以及大小驅動該夾持手臂形成對應的該夾取範圍以及選擇合適的該刀具，使得該農作物A於摘取後不易受損。 5.該刀具可替換之特性，使得本發明於刀具磨損時可以僅替換該刀具便可持續利用，還可以依據各種不同類型之農作物，選擇最合適的該刀具類型或是切割方式，達到最具效率的使用品質。

請參考圖1至圖3，其為本發明所提供之農業自動化採集設備較佳實施例，其包含一夾持機具10、一影像擷取裝置20以及一控制中心30，其中，該控制中心30連接該夾持機具10以及該影像擷取裝置20，該控制中心30分析該影像擷取裝置20所截取之一作物影像並操控該夾持機具10的位移以及作動。

該夾持機具10包含一基座11、複數個夾持手臂12以及一致動馬達13。各該夾持手臂12以一樞接點121與該基座11可轉動的樞接結合，各該夾持手臂12之間形成有一夾取範圍14，且各該夾持手臂12可以依據該樞接點121相對該基座11轉動，使各該夾持手臂12之一自由端122可以對應該樞接點121轉動而改變彼此的相對距離，進而調整該夾取範圍14的大小。本實施例中，該基座11為一塊狀，四個該夾持手臂12環繞的樞接於該基座11的其中一側面，且各該夾持手臂12之該自由端122朝向同一方向延伸。

請參考圖3，本發明所提供的第二實施例，各該夾持手臂12包含有二個以上關節點123，使得各該夾持手臂12可以利用各該關節點123對應該夾取範圍14彎曲，如本實施例中，各該夾持手臂12包含二該關節點123，透過該關節點123可以進一步的將該夾持手臂12區分成遠離該自由端122的一第一手臂124、位於中間的一第二手臂125及靠近該自由端122的一第三手臂126，該手臂125該第三手臂126依據所需分別地透過二個該關節點123朝向該夾取範圍14轉動，使得將該夾持手臂12於側面觀察時呈現彎曲狀，進而使得該夾取範圍14具備有弧度的一邊緣。

配合如圖5C所示，各該夾持手臂12之該自由端122可拆卸的設置有一刀具15，且該刀具15之一刀鋒151的至少一部份對應該夾取範圍14。本實施例中，該刀具15為矩形狀，該刀具15末端的該刀鋒151端朝向該夾取範圍14方向延伸。較佳的，設置於該自由端122的該刀具15亦可以利用該關節點123與該夾持手臂12可轉動的結合，該刀具15可以依據所需的利用該關節點123調整，使得為於該刀具15的該刀鋒151遠離或是朝向該基座11方向。

該致動馬達13係用於接收來自該控制中心30的一指令，並且依據該指令調整各該夾持手臂12之位置以及該夾取範圍14的大小。本實施例中，該致動馬達13可以依據該指令調控各該樞接點121、各該關節點123，使得該夾取範圍14之大小可以對應於一農作物A。

如圖4，該致動馬達13不限定其設置的相對位置，該致動馬達13也可以依據該指令調控該基座11，使得該基座11位移至對應於一農作物A。當確定該農作物A容置於該夾取範圍14時，該制動馬達13啟動並調整各該夾持手臂12或是該刀具15，使得該刀具15朝向該農作物A方向移動，並切割該農作物A，達到摘取該農作物A的效果。

尤其的，由於該夾持手臂12包含有各該關節點123，使得該夾取範圍14可以配合不同型態的該農作物A的外型產生各種對應的空間形狀，進一步可以克服傳統一農業夾具中，由於該農業夾具多金屬結構且形狀固定，使得該農作物A經由該農業夾具夾取時會受到壓迫而損壞之情事。

接著，請配合參考圖5A至圖5B，該刀具15以及該刀鋒151可以依據該農作物A的特性呈現有不同的型態，例如，該刀具15可以是一圓形盤狀或是該刀鋒151具有一鋸齒狀邊緣。

如圖5B，較硬材質之該農作物A可以使用具有弧狀內凹型態的一內凹刀鋒151A的該刀具15，如此，當該刀具15切割該農作物A時，該農作物A對應該內凹刀鋒151A的一環周面可以同時的接受該內凹刀鋒151A受力，達到一切割面可以平整的較佳切割效果，避免該農作物A因單一方向之受力而產生破碎。

又例如圖5A，較軟材質之該農作物A可以使用具有弧狀外凸型態的一外凸刀鋒151B的該刀具15，如此，當該刀具15切割該農作物A時，該農作物A對應該外凸刀鋒151B的一環周面可以逐步地接受該內凹刀鋒151A的切割受力，避免該農作物A於切割時容易受到擠壓變形的情事發生。

較佳的，各該夾持手臂12也可以於該自由端122結合有一個以上該刀具15，且該刀具15之該刀鋒151皆不一致，如此該夾持手臂12可以依據所需之置換合適的該刀具15。

更加的，各該夾持手臂12於該自由端122上設置有與該該刀具15連接的一致動機構，該致動機構包含有一個以上做動模式，該做動模式可以提供該刀具左右震動或是旋轉的速度以及頻率，該致動機構可以透過該致動馬達13或是該控制中心10的調控，使得該刀具15得以展現左右震動或是旋轉等方式切割。其中，該致動機構也可以是前段落所述之連接該自由端122與該刀具15的該關節點123。

該影像擷取裝置20用於擷取該農作物A之該作物影像，並將該作物影像傳遞至該控制中心10，較佳的，該影像擷取裝置20可以設置於其中一個該夾持手臂12的該自由端122，如此，該夾取手臂12位移至對應該農作物A時，該影像擷取裝置20可以即時且近距離的擷取該農作物A之該作物影像，使得該作物影像可以達到最細緻的拍攝該農作物A，也可以避免該控制中心10於後續分析該作物影像時，因為拍攝位置產生角度或位置落差的問題。

較佳的，該夾持機具10也可以不只設置有一個該影像擷取裝置20，亦可以設置有多個該影像擷取裝置20於各該夾持手臂12上，同時間的產生多個不同角度的該作物影像，也可以同時的將該影像擷取裝置20設置於該對應該夾取範圍14的該基座上11，如此，便可以多維度的拍攝該農作物A，使得該控制中心10於後續分析各該作物影像時可以立體化該農作物A，達到更精準的分析。

該控制中心30包含一訊息收發單元31以及一分析單元32，該訊息收發單元31接收經由該影像擷取裝置20所拍攝的該作物影像，並將該作物影像傳遞至該分析單元32。該分析單元32內儲存有該農作物A於一生長週期中所展現的一個以上生物特徵，該分析單元32透過該作物影像辨識一作物特徵，並且依據各該生長特性分析該作物特徵使否對應至該生物特徵，最後判斷該農作物A的該生長週期，並依據該生長週期決定是否形成該指令。該訊息收發單元31接收該指令並傳遞至該夾持機具10。

進一步地，該分析單元32依據該作物影像判定該農作物A的該作物特徵包含如長、寬、高的一作物大小，並且形成該指令傳遞至該夾持機具10，使得該夾持機具10可以依據該指令調整該夾取範圍14。

本發明該農業自動化採集設備於使用時，該控制中心30驅動該致動馬達13移動該夾持機具10，使該夾持機具10對應至該農作物A位置，本實施例中該農作物A為一香菇，此時該影像擷取裝置20持續擷取該農作物A的該作物影像，並經由該訊息收發單元31傳遞至該分析單元32；該分析單元32辨識該作物特徵，並將該作物特徵與預儲存之該生物特徵比對，分析該農作物A是否成熟。例如，判斷該香菇表面的平滑程度；或是該香菇蕈傘的展開程度；也可以該香菇蕈傘邊緣之型態做為判定依據。

若該分析單元32判斷該作物尚未成熟，該控制中心30發出一警告訊號給予一使用者，或是將該夾持機具10移往下一個該農作物A，重複上述步驟利用該作物影像執行判斷該農作物A是否成熟程序。

若該分析單元32判斷該作物已成熟，該控制中心30發出該指令給予該夾持機具10，其中該指令包含該夾取範圍14大小、該刀具15種類或是該致動機構的該做動模式；該致動馬達13對應該指令調整該夾持手臂12，使得該夾取範圍14可以符合該農作物A大小；接著該致動馬達13驅動移動該夾持機具10，使得該農作物A可以容納於該夾取範圍14中，並且使得該刀具15可以對應至該香菇之蕈柄部；於過程中，該影像擷取裝置20持續擷取影像使得該分析單元32可以持續判斷該農作物A是否已完全進入該夾取範圍14；接著，該夾持機具10選擇對應該指令之該刀具15或是該致動機構的該做動模式，並使該刀具15朝向該農作物A移動，並依照該做動模式切割該香菇之蕈柄部，摘取該農作物A，完成摘取動作，此時該農作物A會留置於該夾取範圍14中，經由各該夾持手臂14包覆保護，無須擔心該農作物A於摘取後掉落受損。

本發明所能達到之功效為： 1.透過該夾持手臂12以樞接方式與該基座結合，並依據所需改變相對距離，使得本發明所提供之農業自動化採收設備可以依據該農作物A之大小改變該夾取範圍14。 2. 該控制中心30可以判斷影像擷取裝置20所傳遞的該作物影像，辨識該農作物A是否成熟以及該農作物A大小。 3. 控制中心30可以依據該農作物A的特性以及大小驅動該夾持手臂12形成對應的該夾取範圍14以及選擇合適的該刀具15，使得該農作物A於摘取後切面齊平不易受損。 5.該刀具15可替換之特性，使得本發明於刀具磨損時可以僅替換該刀具15便可持續利用，還可以依據各種不同類型之農作物A，選擇最合適的該刀具15類型或是切割方式，達到最具效率的使用品質。

10:夾持機具

11:基座

12:夾持手臂

121:樞接點

122:自由端

123:關節點

124:第一手臂

125:第二手臂

126:第三手臂

13:致動馬達

14:夾取範圍

15:刀具

151:刀鋒

151A:內凹刀鋒

151B:外凸刀鋒

20:影像擷取裝置

30:控制中心

A:農作物

圖1為本發明較佳實施例系統圖圖2為本發明較佳實施例側視圖圖3為本發明較佳實施例部分結構放大側視圖圖4為本發明較佳實施例使用示意圖圖5A為本發明刀具第一較佳實施例立體圖圖5B為本發明刀具第二較佳實施例立體圖圖5C為本發明刀具第三較佳實施例立體圖

10:夾持機具

20:影像擷取裝置

30:控制中心

Claims

一種農業自動化採集設備，包含：一夾持機具，包含一基座以及樞接於該基座的複數個夾持手臂，各該夾持手臂之間形成有一夾取範圍，一致動馬達調整各該夾持手臂改變該夾取範圍的大小，各該夾持手臂之一自由端可拆卸的設置有一刀具，該刀具之一刀鋒的至少一部份對應該夾取範圍；一影像擷取裝置，該影像擷取裝置擷取一作物影像；以及一控制中心，該控制中心包含：一訊息收發單元，該訊息收發單元接收該作物影像，並傳遞至該分析單元；以及一分析單元，該分析單元內欲儲存有對應於一生長週期的一個以上生物特徵，該分析單元透過該作物影像辨識一作物特徵，並且依據該作物特徵對應至該生物特徵，最後判斷對應的該生長週期並形成一指令；其中該訊息收發單元接收該指令並傳遞至該夾持機具，該夾持機具對應該指令調整該基座、各該夾持手臂或是該刀具，以及該農作物為一香菇，該生物特徵包含該香菇表面的平滑程度、該香菇蕈傘的展開程度、或是該香菇蕈傘邊緣之型態。
如請求項1所述之農業自動化採集設備，該基座為一塊狀，四個該夾持手臂環繞的樞接於該基座的其中一側面，且各該夾持手臂之該自由端朝向同一方向延伸；其中該分析單元依據該作物影像判定該作物特徵包含如長、寬、高的一作物大小，該夾持機具依據該指令調整該夾取範圍。
如請求項1所述之農業自動化採集設備，各該夾持手臂包含有二個以上關節點，該致動馬達依據該指令調整各該夾持手臂各該樞接點、各該關節點，使得該夾取範圍之大小具備有弧度的一邊緣。
如請求項1至3任一項所述之農業自動化採集設備，該夾持手臂於該自由端上設置有與該刀具連接的一致動機構，該致動機構包含有一個以上做動模式，該做動模式提供該刀具相對該夾持手臂活動，該刀具相對該夾持手臂活動的方式包含，該刀鋒遠離或是朝向該基座方向位移或是該刀具左右震動或是旋轉的速度與頻率。
如請求項4所述之農業自動化採集設備，包含一個以上該刀具，各該刀具為一矩形狀或是一圓形盤狀；以及各該刀鋒為一內凹刀鋒、一外凸刀鋒或是具有一鋸齒狀邊緣。
如請求項5所述之農業自動化採集設備，該影像擷取裝置設置於其中一個該夾持手臂的該自由端或是該對應該夾取範圍的該基座上。
如請求項1所述之農業自動化採集設備，其使用步驟包含：該控制中心驅動該致動馬達移動該夾持機具對應至一農作物位置，此時該影像擷取裝置持續擷取該農作物的該作物影像；該訊息收發單元傳遞該作物影像至該分析單元，該分析單元辨識該作物特徵，並將該作物特徵與預儲存之該生物特徵比對；該分析單元分析該農作物是否成熟，若尚未成熟，該控制中心發出一警告訊號或是將該夾持機具移往下一個該農作物；若該分析單元判斷該農作物已成熟，該控制中心發出該指令給予該夾持機具；該致動馬達對應該指令調整該夾持手臂，使得該夾取範圍符合該指令；該致動馬達移動該夾持機具，使得該農作物容納於該夾取範圍中，該影像擷取裝置持續擷取影像使該分析單元持續判斷該農作物是否已完全進入該夾取範圍；該夾持機具驅動該刀具朝向該農作物移動，切割並使得該農作物留置於該夾取範圍中。
如請求項7所述之農業自動化採集設備，其中：該夾持手臂於該自由端上設置有與該刀具連接的一致動機構，該致動機構包含有一個以上做動模式，該做動模式提供該刀具相對該夾持手臂活動，該刀具相對該夾持手臂活動的方式包含，該刀鋒遠離或是朝向該基座方向位移或是該刀具左右震動或是旋轉的速度與頻率；以及該分析單元依據該農作物所形成的該指令包含其中一個該做動模式。
如請求項7或8所述之農業自動化採集設備，其中：包含一個以上該刀具，各該刀具為一矩形狀或是一圓形盤狀；以及各該刀鋒為一內凹刀鋒、一外凸刀鋒或是具有一鋸齒狀邊緣；以及該分析單元依據該農作物所形成的該指令包含其中一個該刀具。