(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-11-09
(45)【発行日】2022-11-17
(54)【発明の名称】果菜収穫装置
(51)【国際特許分類】
A01D 46/24 20060101AFI20221110BHJP
G01B 11/00 20060101ALI20221110BHJP
【ＦＩ】
A01D46/24 B
G01B11/00 H
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2017215073
(22)【出願日】2017-11-07
(65)【公開番号】P2019083750
(43)【公開日】2019-06-06
【審査請求日】2020-10-30
(73)【特許権者】
【識別番号】508134337
【氏名又は名称】シブヤ精機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100156199
【弁理士】
【氏名又は名称】神崎 真
(72)【発明者】
【氏名】二宮 和則
(72)【発明者】
【氏名】ピーター ラジェンドラ
【審査官】小島 洋志
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－１１０２５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２０７１１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５９－０３１６１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０４－１８４５７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／００５０８５２（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開平０８－０５６４５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－１８０５５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０２－２３４０１３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ０１Ｄ ４６／２４
Ｇ０１Ｂ １１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
果菜の果柄を把持して採取する採取手段と、上記採取手段を移動させる移動手段と、上記果菜を撮影する撮影手段と、上記撮影手段が撮影した画像に基づいて上記移動手段により上記採取手段を移動させて、上記採取手段により上記果菜の果柄を把持させる制御手段とを備えた果菜収穫装置において、上記果柄に対して横方向に形成されたライン光を照射する照射手段を上記撮影手段の上方に設けるとともに、当該照射手段の光軸を上記撮影手段の撮影方向に対して斜め上方から交差するように設け、
上記制御手段は、上記撮影手段が撮影した画像から、上記果柄にライン光が照射された照射部分を検出して、当該照射部分を上記果菜の果柄と認識することを特徴とする果菜収穫装置。
【請求項2】
果菜の果柄を把持して採取する採取手段と、上記採取手段を移動させる移動手段と、上記果菜を撮影する撮影手段と、上記撮影手段が撮影した画像に基づいて上記移動手段により上記採取手段を移動させて、上記採取手段により上記果菜の果柄を把持させる制御手段とを備えた果菜収穫装置において、上記果柄に対して横方向に形成されたライン光を照射する照射手段を上記撮影手段の上方に設けるとともに、当該照射手段の光軸を上記撮影手段の撮影方向に対して斜め上方から交差するように設け、
上記制御手段は、上記撮影手段が撮影した画像において、上記果柄にライン光が照射された照射部分を検出して、当該照射部分と上記画像に設定した基準位置との距離を認識し、当該距離に基づいて上記撮影手段と果柄との位置関係を認識することを特徴とする果菜収穫装置。
【請求項3】
上記採取手段と上記撮影手段と上記照射手段とを、上記移動手段に設けたベース部材に設けて、これらを一体的に移動させることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の果菜収穫装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は果菜収穫装置に関し、詳しくは果菜の果柄を把持して採取する採取手段を備えた果菜収穫装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、イチゴやトマトなどの食用に供される部分（イチゴの場合花托部）が傷みやすい果菜を収穫する果菜収穫装置では、収穫の際に当該果菜の果柄を把持することで、果菜に直接触れないようにすることが望ましい。
このような果菜収穫装置として、果菜の果柄を把持して採取する採取手段と、上記採取手段を移動させる移動手段と、上記果菜を撮影する撮影手段と、上記撮影手段が撮影した画像に基づいて上記移動手段により上記採取手段を移動させる制御手段とを備えたものが知られている（特許文献１）。
上記特許文献１にかかる果菜収穫装置では、上記撮影手段が撮影した画像から上記制御手段が果菜を認識すると、別途設けた果柄認識カメラで果菜の周辺を再度撮影し、その画像を画像処理することで当該果菜の果柄を認識していた。
また特許文献１では、上記採取手段が収穫対象外の果菜に接触しないよう、採取手段を収穫対象の果菜に接近させるための方向を設定し、当該設定した方向に採取手段を移動させて果柄を把持させるようになっている。
このような果菜収穫装置として、果菜の果柄を把持して採取する採取手段と、上記採取手段を移動させる移動手段と、上記果菜を撮影する撮影手段と、上記撮影手段が撮影した画像に基づいて上記移動手段により上記採取手段を移動させる制御手段とを備えたものが知られている（特許文献１）。
上記特許文献１にかかる果菜収穫装置では、上記撮影手段が撮影した画像から上記制御手段が果菜を認識すると、別途設けた果柄認識カメラで果菜の周辺を再度撮影し、その画像を画像処理することで当該果菜の果柄を認識していた。
また特許文献１では、上記採取手段が収穫対象外の果菜に接触しないよう、採取手段を収穫対象の果菜に接近させるための方向を設定し、当該設定した方向に採取手段を移動させて果柄を把持させるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第５８１８２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記特許文献１のように果柄認識カメラを用いて画像認識を行う場合、果柄の色味にばらつきがあると画像処理によって果柄を精度良く認識できないという問題があった。
また特許文献１では、採取手段をあらかじめ設定した方向から果柄に接近させているが、このとき果柄の位置を正確に認識しておらず、大まかな位置で果柄を把持するようになっていた。
このような問題に鑑み、本発明は果柄を精度よく認識することができ、また果柄の正確な位置の認識を行うことが可能な果菜収穫装置を提供するものである。
また特許文献１では、採取手段をあらかじめ設定した方向から果柄に接近させているが、このとき果柄の位置を正確に認識しておらず、大まかな位置で果柄を把持するようになっていた。
このような問題に鑑み、本発明は果柄を精度よく認識することができ、また果柄の正確な位置の認識を行うことが可能な果菜収穫装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
すなわち請求項１の発明にかかる果菜収穫装置は、果菜の果柄を把持して採取する採取手段と、上記採取手段を移動させる移動手段と、上記果菜を撮影する撮影手段と、上記撮影手段が撮影した画像に基づいて上記移動手段により上記採取手段を移動させて、上記採取手段により上記果菜の果柄を把持させる制御手段とを備えた果菜収穫装置において、
上記果柄に対して横方向に形成されたライン光を照射する照射手段を上記撮影手段の上方に設けるとともに、当該照射手段の光軸を上記撮影手段の撮影方向に対して斜め上方から交差するように設け、
上記制御手段は、上記撮影手段が撮影した画像から、上記果柄にライン光が照射された照射部分を検出して、当該照射部分を上記果菜の果柄と認識することを特徴としている。
また、請求項２の発明にかかる果菜収穫装置は、果菜の果柄を把持して採取する採取手段と、上記採取手段を移動させる移動手段と、上記果菜を撮影する撮影手段と、上記撮影手段が撮影した画像に基づいて上記移動手段により上記採取手段を移動させて、上記採取手段により上記果菜の果柄を把持させる制御手段とを備えた果菜収穫装置において、
上記果柄に対して横方向に形成されたライン光を照射する照射手段を上記撮影手段の上方に設けるとともに、当該照射手段の光軸を上記撮影手段の撮影方向に対して斜め上方から交差するように設け、
上記制御手段は、上記撮影手段が撮影した画像において、上記果柄にライン光が照射された照射部分を検出して、当該照射部分と上記画像に設定した基準位置との距離を認識し、当該距離に基づいて上記撮影手段と果柄との位置関係を認識することを特徴としている。
上記果柄に対して横方向に形成されたライン光を照射する照射手段を上記撮影手段の上方に設けるとともに、当該照射手段の光軸を上記撮影手段の撮影方向に対して斜め上方から交差するように設け、
上記制御手段は、上記撮影手段が撮影した画像から、上記果柄にライン光が照射された照射部分を検出して、当該照射部分を上記果菜の果柄と認識することを特徴としている。
また、請求項２の発明にかかる果菜収穫装置は、果菜の果柄を把持して採取する採取手段と、上記採取手段を移動させる移動手段と、上記果菜を撮影する撮影手段と、上記撮影手段が撮影した画像に基づいて上記移動手段により上記採取手段を移動させて、上記採取手段により上記果菜の果柄を把持させる制御手段とを備えた果菜収穫装置において、
上記果柄に対して横方向に形成されたライン光を照射する照射手段を上記撮影手段の上方に設けるとともに、当該照射手段の光軸を上記撮影手段の撮影方向に対して斜め上方から交差するように設け、
上記制御手段は、上記撮影手段が撮影した画像において、上記果柄にライン光が照射された照射部分を検出して、当該照射部分と上記画像に設定した基準位置との距離を認識し、当該距離に基づいて上記撮影手段と果柄との位置関係を認識することを特徴としている。
【発明の効果】
【0006】
請求項１の発明によれば、照明手段が照射したライン光が果柄に反射して、これを撮影手段が撮影することから、果柄の色味に関係なくこれを認識することが可能となる。
また照明手段の光軸を撮影手段の撮影方向に対して交差するように設けたことで、果柄に照射されずに当該果柄の後方に通過したライン光が撮影手段に撮影されないようにすることができる。
請求項２の発明によれば、照射手段の光軸を上記撮影手段の撮影方向と交差するように設けることで、撮影手段が撮影した画像において果柄に照射された照射部分と当該画像に設定した基準位置との距離を認識すれば、三角法等を用いて撮影手段と果柄との位置関係を算出することができ、採取手段を用いて正確に果菜の採取をすることが可能となる。
さらに請求項３の発明によれば、ベース部材に設けられた採取手段と上記撮影手段と上記照射手段とを一体的に移動させることができるため、上記果菜を認識する度に撮影手段と照射手段との位置関係や、撮影手段と採取手段との位置関係を認識しなおす必要がなくなり、迅速な処理が可能となる。
また照明手段の光軸を撮影手段の撮影方向に対して交差するように設けたことで、果柄に照射されずに当該果柄の後方に通過したライン光が撮影手段に撮影されないようにすることができる。
請求項２の発明によれば、照射手段の光軸を上記撮影手段の撮影方向と交差するように設けることで、撮影手段が撮影した画像において果柄に照射された照射部分と当該画像に設定した基準位置との距離を認識すれば、三角法等を用いて撮影手段と果柄との位置関係を算出することができ、採取手段を用いて正確に果菜の採取をすることが可能となる。
さらに請求項３の発明によれば、ベース部材に設けられた採取手段と上記撮影手段と上記照射手段とを一体的に移動させることができるため、上記果菜を認識する度に撮影手段と照射手段との位置関係や、撮影手段と採取手段との位置関係を認識しなおす必要がなくなり、迅速な処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下図示実施例について説明すると、図１、図２は果菜としてのイチゴ１を収穫するイチゴ収穫装置２を示し、イチゴ１を栽培する栽培ベッド３に沿って移動可能に設けられた台車４と、当該台車４に設けられてイチゴ１を収穫するロボット５とを備え、これらは制御手段６によって制御されるようになっている。
図２に示すように、上記イチゴ１は食用に供される花托部１ａと、当該花托部１ａの上部に位置するいわゆるヘタ部１ｂとから構成され、上記ヘタ部１ｂの上部には果柄７が形成されている。
イチゴ１を収穫する際、上記花托部１ａに触れるとイチゴ１が傷んでしまうため、本実施例のイチゴ収穫装置２は、上記果柄７をロボット５によって把持しながら当該果柄７を切断することで、イチゴ１の収穫を行うようになっている。
上記栽培ベッド３は例えば水耕栽培によってイチゴ１の栽培を行うようになっており、図１の図示左右方向に細長く設けられるとともに、脚部３ａによって所要の高さに保持されることで、図２に示すように上記イチゴ１が栽培ベッド３の側部に垂れ下がるようになっている。
なお果菜としては、上記イチゴ１のほか、ブドウやモモ、ナシ、リンゴなどの果物や、トマトやナス、キュウリ、ゴーヤなどの野菜が考えられ、本実施例のイチゴ収穫装置２を応用することでこれらの果菜も傷めずに収穫することが可能である。
図２に示すように、上記イチゴ１は食用に供される花托部１ａと、当該花托部１ａの上部に位置するいわゆるヘタ部１ｂとから構成され、上記ヘタ部１ｂの上部には果柄７が形成されている。
イチゴ１を収穫する際、上記花托部１ａに触れるとイチゴ１が傷んでしまうため、本実施例のイチゴ収穫装置２は、上記果柄７をロボット５によって把持しながら当該果柄７を切断することで、イチゴ１の収穫を行うようになっている。
上記栽培ベッド３は例えば水耕栽培によってイチゴ１の栽培を行うようになっており、図１の図示左右方向に細長く設けられるとともに、脚部３ａによって所要の高さに保持されることで、図２に示すように上記イチゴ１が栽培ベッド３の側部に垂れ下がるようになっている。
なお果菜としては、上記イチゴ１のほか、ブドウやモモ、ナシ、リンゴなどの果物や、トマトやナス、キュウリ、ゴーヤなどの野菜が考えられ、本実施例のイチゴ収穫装置２を応用することでこれらの果菜も傷めずに収穫することが可能である。
【0009】
上記台車４は、上記栽培ベッド３に沿って設けられたレール４ａ上を図示しない駆動手段の駆動力によって往復動するようになっており、当該台車４には上記ロボット５および当該ロボット５によって収穫されたイチゴ１を収容するためのトレー４ｂが設けられている。
上記ロボット５は、台車４に固定された移動手段としてのアーム部５ａと、当該アーム部５ａの先端に設けられたベース部材５ｂとを有し、当該ベース部材５ｂには、上記イチゴ１を採取する採取手段８と、イチゴ１を撮影する撮影手段９と、イチゴ１の果柄７に光を照射する照明手段１０とが設けられている。
上記アーム部５ａは従来公知のものを使用することができ、詳細な説明については省略するが、上記ベース部材５ｂを移動させることで、上記採取手段８、撮影手段９、照明手段１０を一体的に移動させることが可能となっている。
上記ロボット５は、台車４に固定された移動手段としてのアーム部５ａと、当該アーム部５ａの先端に設けられたベース部材５ｂとを有し、当該ベース部材５ｂには、上記イチゴ１を採取する採取手段８と、イチゴ１を撮影する撮影手段９と、イチゴ１の果柄７に光を照射する照明手段１０とが設けられている。
上記アーム部５ａは従来公知のものを使用することができ、詳細な説明については省略するが、上記ベース部材５ｂを移動させることで、上記採取手段８、撮影手段９、照明手段１０を一体的に移動させることが可能となっている。
【0010】
上記採取手段８は、上記特許文献１に記載された構成のものを使用することができ、一対のグリッパ１１を図示しない駆動手段によって開閉させる構成を有している。
上記グリッパ１１における対向した部分には、上記果柄７を両側から把持するための弾性素材からなる把持部１１ａと、当該把持部１１ａの上方に設けられてグリッパ１１の閉鎖により上記果柄７を切断する切断部１１ｂとが設けられている。
このような構成により、上記アーム部５ａによって採取手段８を移動させ、グリッパ１１の間に上記果柄７を位置させたら、その状態でグリッパ１１を閉鎖させる。すると、最初に上記把持部１１ａによって上記果柄７が把持され、その後上記切断部１１ｂが果柄７を切断するようになっている。
このようにしてイチゴ１を採取すると、上記採取手段８は当該イチゴ１の果柄７を把持したまま上記アーム５ａによって上記台車４に設けられたトレー４ｂへと移動され、イチゴ１を当該トレー４ｂ内に整列した状態で収容するようになっている。
上記グリッパ１１における対向した部分には、上記果柄７を両側から把持するための弾性素材からなる把持部１１ａと、当該把持部１１ａの上方に設けられてグリッパ１１の閉鎖により上記果柄７を切断する切断部１１ｂとが設けられている。
このような構成により、上記アーム部５ａによって採取手段８を移動させ、グリッパ１１の間に上記果柄７を位置させたら、その状態でグリッパ１１を閉鎖させる。すると、最初に上記把持部１１ａによって上記果柄７が把持され、その後上記切断部１１ｂが果柄７を切断するようになっている。
このようにしてイチゴ１を採取すると、上記採取手段８は当該イチゴ１の果柄７を把持したまま上記アーム５ａによって上記台車４に設けられたトレー４ｂへと移動され、イチゴ１を当該トレー４ｂ内に整列した状態で収容するようになっている。
【0011】
上記撮影手段９は上記ロボット５のベース部材５ｂに固定され、上記採取手段８の下方に位置するとともに、その撮影方向が水平を向くように設けられている。
上記撮影手段９にはカラー画像を撮影するＣＣＤカメラを用い、また使用するＣＣＤカメラは１台であってもよいが、２台のＣＣＤカメラからなるステレオカメラとしてもよい。
上記撮影手段９にはカラー画像を撮影するＣＣＤカメラを用い、また使用するＣＣＤカメラは１台であってもよいが、２台のＣＣＤカメラからなるステレオカメラとしてもよい。
【0012】
上記照明手段１０は、上記ロボット５のベース部材５ｂに固定されるとともに、上記採取手段８の上方に位置し、横方向に形成されたラインレーザＬを照射するレーザ照射手段によって構成されている。
上記照明手段１０が照射する上記ラインレーザＬの長さは、上記撮影手段９が撮影する撮影範囲を左右に横断する程度の長さに設定され、また上記照明手段１０の光軸は斜め下方向に向けて設けられている。
また照明手段１０が照射したラインレーザＬが上記イチゴ１の果柄７に照射されるよう、照明手段１０と撮影手段９の位置関係および上記照明手段１０によるラインレーザＬの光軸の向きが設定されている。
具体的には、水平に設定された撮影手段９の撮影方向、すなわちＣＣＤカメラの光軸の方向に対し、上記照射手段１０が照射するラインレーザＬの光軸が斜め上方から交差するように設定されている。
上記照明手段１０が照射する上記ラインレーザＬの長さは、上記撮影手段９が撮影する撮影範囲を左右に横断する程度の長さに設定され、また上記照明手段１０の光軸は斜め下方向に向けて設けられている。
また照明手段１０が照射したラインレーザＬが上記イチゴ１の果柄７に照射されるよう、照明手段１０と撮影手段９の位置関係および上記照明手段１０によるラインレーザＬの光軸の向きが設定されている。
具体的には、水平に設定された撮影手段９の撮影方向、すなわちＣＣＤカメラの光軸の方向に対し、上記照射手段１０が照射するラインレーザＬの光軸が斜め上方から交差するように設定されている。
【0013】
制御手段６は、上記撮影手段９が撮影した画像から、収穫すべきイチゴ１を認識するとともに、当該収穫対象のイチゴ１の果柄７を認識し、その認識結果に基づいて上記採取手段８を移動させ、イチゴ１の収穫を行わせるようになっている。
具体的には、制御手段６は以下のステップに基づいてイチゴ１の収穫を行わせるようになっている。
最初に、制御手段６は上記撮影手段９によって複数のイチゴ１を撮影し、その中から収穫対象となるイチゴ１の選定を行う選定ステップを行う。
制御手段６は上記撮影手段９を上記栽培ベッド３の側部から若干離隔した位置に移動させ、その状態で撮影手段９が撮影を行うと、撮影された画像には複数のイチゴ１が映り込むこととなる。
制御手段６は、この複数のイチゴ１のなかから、花托部１ａの大きさや色に基づいて収穫対象となるイチゴ１を認識する。
具体的には、制御手段６は以下のステップに基づいてイチゴ１の収穫を行わせるようになっている。
最初に、制御手段６は上記撮影手段９によって複数のイチゴ１を撮影し、その中から収穫対象となるイチゴ１の選定を行う選定ステップを行う。
制御手段６は上記撮影手段９を上記栽培ベッド３の側部から若干離隔した位置に移動させ、その状態で撮影手段９が撮影を行うと、撮影された画像には複数のイチゴ１が映り込むこととなる。
制御手段６は、この複数のイチゴ１のなかから、花托部１ａの大きさや色に基づいて収穫対象となるイチゴ１を認識する。
【0014】
次に、制御手段６は認識した収穫対象となるイチゴ１を収穫するため、上記採取手段８を当該イチゴ１に対してどの方向から接近させるかについて判断を行う進入方向設定ステップを行う。
つまり、上記収穫対象となるイチゴ１の近辺に収穫対象外のイチゴ１が位置していた場合、上記採取手段８を接近させる方向によっては当該採取手段８が収穫対象外のイチゴ１に接触してしまうおそれがあるからである。
なお、上記選定ステップや進入方向設定ステップについては、上記特許文献１に記載された処理を利用することができ、これ以上の説明については省略する。
つまり、上記収穫対象となるイチゴ１の近辺に収穫対象外のイチゴ１が位置していた場合、上記採取手段８を接近させる方向によっては当該採取手段８が収穫対象外のイチゴ１に接触してしまうおそれがあるからである。
なお、上記選定ステップや進入方向設定ステップについては、上記特許文献１に記載された処理を利用することができ、これ以上の説明については省略する。
【0015】
続いて、制御手段６は上記撮影手段９が撮影した画像から上記収穫対象のイチゴ１の果柄７を認識する果柄認識ステップを行う。
制御手段６は、上記ロボット５のアーム部５ａを制御して、上記採取手段８を上記進入方向設定ステップで設定した進入方向から上記収穫対象のイチゴ１に接近させる。
続いて、撮影手段９は上記収穫対象のイチゴ１に接近した位置で当該イチゴ１を撮影し、制御手段６は撮影された画像から当該イチゴ１の形状を認識するとともに、当該イチゴ１の重心位置を認識する。
制御手段６は、撮影手段９が撮影した画像における所定の位置を基準位置Ａとして認識するようになっており、上記イチゴ１の重心位置が上記基準位置Ａに一致するよう、上記アーム部５ａを制御して撮影手段９を移動させる。
なお、必ずしも上記基準位置Ａをイチゴ１の重心位置に一致させるために撮影手段９を移動させる必要はなく、上記イチゴ１の形状を認識した際の画像に対して、イチゴ１とは関係のない位置に基準位置Ａを設定してもよい。
制御手段６は、上記ロボット５のアーム部５ａを制御して、上記採取手段８を上記進入方向設定ステップで設定した進入方向から上記収穫対象のイチゴ１に接近させる。
続いて、撮影手段９は上記収穫対象のイチゴ１に接近した位置で当該イチゴ１を撮影し、制御手段６は撮影された画像から当該イチゴ１の形状を認識するとともに、当該イチゴ１の重心位置を認識する。
制御手段６は、撮影手段９が撮影した画像における所定の位置を基準位置Ａとして認識するようになっており、上記イチゴ１の重心位置が上記基準位置Ａに一致するよう、上記アーム部５ａを制御して撮影手段９を移動させる。
なお、必ずしも上記基準位置Ａをイチゴ１の重心位置に一致させるために撮影手段９を移動させる必要はなく、上記イチゴ１の形状を認識した際の画像に対して、イチゴ１とは関係のない位置に基準位置Ａを設定してもよい。
【0016】
このようにして撮影手段９の位置が定められると、制御手段６は上記照明手段１０からラインレーザＬを照射させ、当該ラインレーザＬが上記イチゴ１の果柄７に照射される。
図３は上記撮影手段９が撮影した画像の一例を示しており、当該画像では上記ラインレーザＬのうち、上記果柄７に照射された照射部分Ｓのみが撮影された状態を示している。
上述したように、照明手段１０の光軸は撮影手段９の撮影方向に対して交差していることから、ラインレーザＬのうち上記果柄７に照射された以外の部分は果柄７の背後へと通過し、撮影手段９によって撮影されないこととなる。
そして制御手段６はこの撮影手段９によって撮影された画像の中から、上記ラインレーザＬによる上記照射部分Ｓを検出して、当該照射部分Ｓがイチゴ１の果柄７であると認識するようになっている。
ここで制御手段６は、撮影された画像の中から果柄７に照射されたラインレーザＬの反射光である照射部分Ｓを検出することから、果柄７の色にかかわらずこれを検出することが可能であり、より確実に果柄７を検出することが可能となっている。
図３は上記撮影手段９が撮影した画像の一例を示しており、当該画像では上記ラインレーザＬのうち、上記果柄７に照射された照射部分Ｓのみが撮影された状態を示している。
上述したように、照明手段１０の光軸は撮影手段９の撮影方向に対して交差していることから、ラインレーザＬのうち上記果柄７に照射された以外の部分は果柄７の背後へと通過し、撮影手段９によって撮影されないこととなる。
そして制御手段６はこの撮影手段９によって撮影された画像の中から、上記ラインレーザＬによる上記照射部分Ｓを検出して、当該照射部分Ｓがイチゴ１の果柄７であると認識するようになっている。
ここで制御手段６は、撮影された画像の中から果柄７に照射されたラインレーザＬの反射光である照射部分Ｓを検出することから、果柄７の色にかかわらずこれを検出することが可能であり、より確実に果柄７を検出することが可能となっている。
【0017】
ここで、上記収穫対象のイチゴ１の背後に他のイチゴ１や葉が位置している場合、これらにもラインレーザＬが照射され、その反射光も撮影手段９に撮影されることとなる。
その場合であっても、上記果柄７は細いことから上記照射部分Ｓはごく小さな領域として撮影されるため、制御手段６は撮影手段９が撮影した画像から当該小さな領域を検出してこれを果柄７であると認識することができる。
また、照明手段１０が撮影手段９の上方から斜め下方にラインレーザＬを照射することで、収穫対象のイチゴ１の果柄７が他のイチゴや葉よりも撮影手段９に接近している場合には、当該果柄７に照射された照射部分Ｓが、その他の部分に照射された反射光よりも上方に位置することとなる。
したがって制御手段６は、撮影手段９が撮影した画像の中から、一番上の部分で検出された反射光を果柄７を示す照射部分Ｓとして認識することができる。
なお、上記果柄認識ステップについては、ラインレーザＬのような狭い範囲を照射する光でなくとも、撮影方向と光軸とを傾斜させておくことにより、果柄７に照射されなかった光は後方に通過して撮影されないことから、撮影された画像から上記照射部分Ｓを認識することができ、果柄７を容易に認識することができる。
その場合であっても、上記果柄７は細いことから上記照射部分Ｓはごく小さな領域として撮影されるため、制御手段６は撮影手段９が撮影した画像から当該小さな領域を検出してこれを果柄７であると認識することができる。
また、照明手段１０が撮影手段９の上方から斜め下方にラインレーザＬを照射することで、収穫対象のイチゴ１の果柄７が他のイチゴや葉よりも撮影手段９に接近している場合には、当該果柄７に照射された照射部分Ｓが、その他の部分に照射された反射光よりも上方に位置することとなる。
したがって制御手段６は、撮影手段９が撮影した画像の中から、一番上の部分で検出された反射光を果柄７を示す照射部分Ｓとして認識することができる。
なお、上記果柄認識ステップについては、ラインレーザＬのような狭い範囲を照射する光でなくとも、撮影方向と光軸とを傾斜させておくことにより、果柄７に照射されなかった光は後方に通過して撮影されないことから、撮影された画像から上記照射部分Ｓを認識することができ、果柄７を容易に認識することができる。
【0018】
このようにして上記果柄認識ステップが終了したら、制御手段６は上記撮影手段９が撮影した画像から、収穫対象のイチゴ１の果柄７の位置を認識する採取位置認識ステップを行う。
図４は撮影手段９および照明手段１０に対するイチゴ１の位置関係を説明する図であり、また図３に示す上記撮影手段９が撮影した画像のうち、図３（ａ）は図４に示す撮影手段９に接近したイチゴ１（ａ）の画像を、図３（ｂ）は撮影手段９より離隔したイチゴ１（ｂ）の画像をそれぞれ示している。
図４から理解できるように、撮影手段９にイチゴ１（ａ）が接近している場合には、イチゴ１に対して上方に離隔した位置にラインレーザＬが照射されるため、図３（ａ）において上記果柄７を示す照射部分Ｓと上記画像に設定された基準位置Ａ（イチゴ１の重心位置）との距離が大きくなる。
これに対し、撮影手段９からイチゴ１（ｂ）が離隔している場合には、イチゴ１に対して上方に接近した位置にラインレーザＬが照射されるため、図３（ｂ）において上記果柄７を示す照射部分Ｓと上記基準位置Ａとの距離が小さくなる。
図４は撮影手段９および照明手段１０に対するイチゴ１の位置関係を説明する図であり、また図３に示す上記撮影手段９が撮影した画像のうち、図３（ａ）は図４に示す撮影手段９に接近したイチゴ１（ａ）の画像を、図３（ｂ）は撮影手段９より離隔したイチゴ１（ｂ）の画像をそれぞれ示している。
図４から理解できるように、撮影手段９にイチゴ１（ａ）が接近している場合には、イチゴ１に対して上方に離隔した位置にラインレーザＬが照射されるため、図３（ａ）において上記果柄７を示す照射部分Ｓと上記画像に設定された基準位置Ａ（イチゴ１の重心位置）との距離が大きくなる。
これに対し、撮影手段９からイチゴ１（ｂ）が離隔している場合には、イチゴ１に対して上方に接近した位置にラインレーザＬが照射されるため、図３（ｂ）において上記果柄７を示す照射部分Ｓと上記基準位置Ａとの距離が小さくなる。
【0019】
そこで制御手段６は、上記果柄７を示す照射部分Ｓと上記画像に設定された基準位置Ａとの距離を認識し、当該距離に基づいて上記撮影手段９と果柄７との位置関係を認識する。
具体的には、上記撮影手段９と照明手段１０との位置関係と、撮影手段９の撮影方向と照明手段１０の光軸の角度とが一定であるため、上記果柄７の照射部分Ｓと基準位置Ａとの距離を測定すれば、三角法を用いることで撮影手段９から当該果柄７の照射部分Ｓまでの距離を算出することができる。
そして制御手段６は、照射部分Ｓと上記基準位置Ａとの距離と、算出した撮影手段９から当該果柄７の照射部分Ｓまでの距離とから、上記撮影手段９と果柄７における照射部分Ｓとの位置関係を認識する。
さらに制御手段６は、上記採取手段８が上記撮影手段９とともにベース部材５ｂに固定されていることから、上記撮影手段９と果柄７との位置関係に基づいて、採取手段８と上記果柄７における照射部分Ｓとの位置関係も認識することができる。
具体的には、上記撮影手段９と照明手段１０との位置関係と、撮影手段９の撮影方向と照明手段１０の光軸の角度とが一定であるため、上記果柄７の照射部分Ｓと基準位置Ａとの距離を測定すれば、三角法を用いることで撮影手段９から当該果柄７の照射部分Ｓまでの距離を算出することができる。
そして制御手段６は、照射部分Ｓと上記基準位置Ａとの距離と、算出した撮影手段９から当該果柄７の照射部分Ｓまでの距離とから、上記撮影手段９と果柄７における照射部分Ｓとの位置関係を認識する。
さらに制御手段６は、上記採取手段８が上記撮影手段９とともにベース部材５ｂに固定されていることから、上記撮影手段９と果柄７との位置関係に基づいて、採取手段８と上記果柄７における照射部分Ｓとの位置関係も認識することができる。
【0020】
そして上記制御手段６は、上記ロボット５のアーム部５ａおよび上記採取手段８を制御して、上記イチゴ１の収穫を行わせる収穫ステップを行う。
まず制御手段６は、認識した果柄７の照射部分Ｓの高さに合わせて上記採取手段８を上昇させ、その状態で上記進入方向設定ステップで設定した方向に採取手段８を前進させる。
このとき、制御手段６は上記採取位置認識ステップにおいて認識した採取手段８と上記果柄７における照射部分Ｓとの位置関係とから、上記果柄７の位置に合わせた距離だけ採取手段８を前進させる。
これにより上記採取手段８のグリッパ１１の間に上記果柄７を位置させることができ、その後制御手段７がグリッパ１１を閉鎖させることで、上記果柄７の把持および切断を行い、イチゴ１の収穫を行う。
この収穫ステップでは、上記採取位置認識ステップにおいて算出した採取手段８と果柄７との位置関係に基づいてグリッパ１１を移動させるため、グリッパ１１の把持部１１ａおよび切断部１１ｂの長さを短く設定しても、これらの間に果柄７を位置させることができる。
これに対し、採取手段８と果柄７との位置関係を正確に認識していない場合には、上記進入方向ステップで設定した方向に採取手段８を移動させたとしても、把持部１１ａおよび切断部１１ｂを長く設定して、大まかな位置で果柄７を把持する必要があった。
まず制御手段６は、認識した果柄７の照射部分Ｓの高さに合わせて上記採取手段８を上昇させ、その状態で上記進入方向設定ステップで設定した方向に採取手段８を前進させる。
このとき、制御手段６は上記採取位置認識ステップにおいて認識した採取手段８と上記果柄７における照射部分Ｓとの位置関係とから、上記果柄７の位置に合わせた距離だけ採取手段８を前進させる。
これにより上記採取手段８のグリッパ１１の間に上記果柄７を位置させることができ、その後制御手段７がグリッパ１１を閉鎖させることで、上記果柄７の把持および切断を行い、イチゴ１の収穫を行う。
この収穫ステップでは、上記採取位置認識ステップにおいて算出した採取手段８と果柄７との位置関係に基づいてグリッパ１１を移動させるため、グリッパ１１の把持部１１ａおよび切断部１１ｂの長さを短く設定しても、これらの間に果柄７を位置させることができる。
これに対し、採取手段８と果柄７との位置関係を正確に認識していない場合には、上記進入方向ステップで設定した方向に採取手段８を移動させたとしても、把持部１１ａおよび切断部１１ｂを長く設定して、大まかな位置で果柄７を把持する必要があった。
【0021】
上記構成を有するイチゴ収穫装置２の動作について説明すると、最初に、制御手段６は上記台車４を栽培ベッド３に沿って走行させ、また上記ロボット５のアーム部５ａを制御して、撮影手段９を栽培ベッド３の側方に位置させる。
撮影手段９は栽培ベッド３より比較的離隔した位置から、複数のイチゴ１を撮影し、制御手段６は撮影された画像から収穫対象となるイチゴ１を認識する選定ステップと、上記収穫対象のイチゴ１に対して上記採取手段８を接近させる方向を判断する進入方向設定ステップとを行う。
撮影手段９は栽培ベッド３より比較的離隔した位置から、複数のイチゴ１を撮影し、制御手段６は撮影された画像から収穫対象となるイチゴ１を認識する選定ステップと、上記収穫対象のイチゴ１に対して上記採取手段８を接近させる方向を判断する進入方向設定ステップとを行う。
【0022】
制御手段６は、上記進入方向設定ステップで設定した進入方向から、上記収穫対象のイチゴ１に向けて採取手段８とともに上記撮影手段９および照明手段１０を接近させ、上記果柄認識ステップを行う。
撮影手段９が上記収穫対象のイチゴ１の周囲の画像を撮影すると、制御手段６は当該イチゴ１の形状を認識するとともに、上記イチゴ１の重心位置を画像の基準位置Ａに一致させるよう、撮影手段９を移動させる。
続いて、制御手段６は上記照明手段１０よりラインレーザＬを斜め下方に向けて照射させ、これによりラインレーザＬの一部が上記収穫対象のイチゴ１の果柄７に照射され、その他のラインレーザＬは果柄７の後方へと通過する。
これにより、撮影手段９には上記イチゴ１の果柄７に照射された照射部分ＳのラインレーザＬだけが撮影され、制御手段６はこの照射部分Ｓが収穫対象のイチゴ１の果柄７であると認識する。
このとき、果柄７の背後に他のイチゴ１が位置している場合や、果柄７の前に葉がある場合等、制御手段６が画像から果柄７を検出できない場合には、収穫を断念するとともに、その旨を警告する。
撮影手段９が上記収穫対象のイチゴ１の周囲の画像を撮影すると、制御手段６は当該イチゴ１の形状を認識するとともに、上記イチゴ１の重心位置を画像の基準位置Ａに一致させるよう、撮影手段９を移動させる。
続いて、制御手段６は上記照明手段１０よりラインレーザＬを斜め下方に向けて照射させ、これによりラインレーザＬの一部が上記収穫対象のイチゴ１の果柄７に照射され、その他のラインレーザＬは果柄７の後方へと通過する。
これにより、撮影手段９には上記イチゴ１の果柄７に照射された照射部分ＳのラインレーザＬだけが撮影され、制御手段６はこの照射部分Ｓが収穫対象のイチゴ１の果柄７であると認識する。
このとき、果柄７の背後に他のイチゴ１が位置している場合や、果柄７の前に葉がある場合等、制御手段６が画像から果柄７を検出できない場合には、収穫を断念するとともに、その旨を警告する。
【0023】
次に、制御手段６は果柄認識ステップで認識した果柄７について、上記撮影手段９と果柄７との位置関係を認識する採取位置認識ステップを行う。
制御手段６は、上記果柄７を認識した画像から、当該果柄７の照射部分Ｓと基準位置Ａまでの距離を測定し、さらに上記撮影手段９および照明手段１０の位置、並びに撮影方向と光軸との角度から、三角法を用いて撮影手段９と上記果柄７の照射部分Ｓまでの距離を測定する。
また制御手段６には、予め撮影手段９と採取手段８との位置関係も登録されていることから、制御手段６は採取手段８と果柄７の照射部分Ｓとの位置関係も算出することができる。
制御手段６は、上記果柄７を認識した画像から、当該果柄７の照射部分Ｓと基準位置Ａまでの距離を測定し、さらに上記撮影手段９および照明手段１０の位置、並びに撮影方向と光軸との角度から、三角法を用いて撮影手段９と上記果柄７の照射部分Ｓまでの距離を測定する。
また制御手段６には、予め撮影手段９と採取手段８との位置関係も登録されていることから、制御手段６は採取手段８と果柄７の照射部分Ｓとの位置関係も算出することができる。
【0024】
その後、制御手段６は算出した位置関係に基づいて上記アーム部５ａを制御し、収穫ステップを行う。
制御手段は、上記採取手段８のグリッパ１１を開放した状態で、当該グリッパ１１を上記進入方向設定ステップで設定した方向で果柄７へと接近させ、上記グリッパ１１の間に果柄７を位置させる。
このようにしてグリッパ１１の間に果柄７が位置すると、制御手段は上記グリッパ１１を閉鎖させ、上記把持部１１ａによって果柄７を把持しながら、上記切断部１１ｂによって果柄７を切断し、イチゴ１を収穫する。
続いて制御手段６は、アーム部５ａによって採取手段８を上記台車４に載置されたトレー４ｂへと移動させ、上記イチゴ１を当該トレー４ｂに収容させる。
制御手段は、上記採取手段８のグリッパ１１を開放した状態で、当該グリッパ１１を上記進入方向設定ステップで設定した方向で果柄７へと接近させ、上記グリッパ１１の間に果柄７を位置させる。
このようにしてグリッパ１１の間に果柄７が位置すると、制御手段は上記グリッパ１１を閉鎖させ、上記把持部１１ａによって果柄７を把持しながら、上記切断部１１ｂによって果柄７を切断し、イチゴ１を収穫する。
続いて制御手段６は、アーム部５ａによって採取手段８を上記台車４に載置されたトレー４ｂへと移動させ、上記イチゴ１を当該トレー４ｂに収容させる。
【0025】
なお、本実施例の採取手段８は、グリッパ１１に把持部１１ａと切断部１１ｂとを一体的に設けた構成となっているが、これらを別体としてそれぞれを個別に移動させるようにしてもよい。
これと同様、上記実施例では上記採取手段８、撮影手段９、照明手段１０を、ロボット５のアーム部５ａの先端に設けたベース部材５ｂに一体的に固定した構成となっているが、これらを個別に移動させるようにしてもよい。
その際、制御手段６によってこれらの位置関係を認識しておけば、上記実施例と同様、撮影手段９と収穫対象のイチゴ１の果柄７との位置関係を認識することができ、また採取手段５と果柄７との位置関係も認識することができる。
さらに、上記照明手段１０からはラインレーザＬを照射しているが、このラインレーザＬとしては、レーザ照射手段の先端を左右に往復動させたり長方形の軌跡で移動させることで、ライン状のレーザ光が形成されるようにしてもよい。
これと同様、上記実施例では上記採取手段８、撮影手段９、照明手段１０を、ロボット５のアーム部５ａの先端に設けたベース部材５ｂに一体的に固定した構成となっているが、これらを個別に移動させるようにしてもよい。
その際、制御手段６によってこれらの位置関係を認識しておけば、上記実施例と同様、撮影手段９と収穫対象のイチゴ１の果柄７との位置関係を認識することができ、また採取手段５と果柄７との位置関係も認識することができる。
さらに、上記照明手段１０からはラインレーザＬを照射しているが、このラインレーザＬとしては、レーザ照射手段の先端を左右に往復動させたり長方形の軌跡で移動させることで、ライン状のレーザ光が形成されるようにしてもよい。
【0026】
また上記実施例における上記果柄認識ステップにおいて、ラインレーザＬを果柄７に照射して当該果柄７を認識せず、特許文献１に記載された方法に基づいて、画像認識により果柄７を認識し、その後上記実施例にかかる採取位置認識ステップを行ってもよい。
この場合の採取位置認識ステップでは、照明手段１０が斜め下方に光を照射して、当該ラインレーザＬを果柄７に照射して照射部分Ｓを得ることで、撮影手段９と果柄７との位置関係を認識することが可能となる。
また当該採取位置認識ステップにおいて果柄７に照射する光については、上記ラインレーザＬに限らず、果柄７の一部分に上記照射部分Ｓが形成されるようなスポット光を照射するようにしてもよい。
この場合の採取位置認識ステップでは、照明手段１０が斜め下方に光を照射して、当該ラインレーザＬを果柄７に照射して照射部分Ｓを得ることで、撮影手段９と果柄７との位置関係を認識することが可能となる。
また当該採取位置認識ステップにおいて果柄７に照射する光については、上記ラインレーザＬに限らず、果柄７の一部分に上記照射部分Ｓが形成されるようなスポット光を照射するようにしてもよい。
【符号の説明】
【0027】
１ イチゴ（果菜） ２ イチゴ収穫装置（果菜収穫装置）
３ 栽培ベッド ４ 台車
５ ロボット ５ａ アーム部（移動手段）
５ｂ ベース部材 ６ 制御手段
７ 果柄 ８ 採取手段
９ 撮影手段 １０ 照射手段
Ｌ ラインレーザ Ａ 基準位置
Ｓ 照射部分
３ 栽培ベッド ４ 台車
５ ロボット ５ａ アーム部（移動手段）
５ｂ ベース部材 ６ 制御手段
７ 果柄 ８ 採取手段
９ 撮影手段 １０ 照射手段
Ｌ ラインレーザ Ａ 基準位置
Ｓ 照射部分
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】