DE4116728A1 - Obstpfluecker und verfahren zum aufsuchen von zielgegenstaenden - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Obstpflücker mit an einem Gelenkarm angeordnetem Greifkopf, Sucher mit Videokamera und Auswerte-Steuereinheit mit Komputer, weiterhin hydraulischen Bewegungsorganen.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zum Aufsuchen von Zielgegenständen für den Obstpflücker, wobei der Zielgegenstand (das Obst) mit zwei Videokameras wahrgenommen, das so erhaltene Bild digitalisiert und der Mittelpunkt der Zielgegenstände bestimmt werden.

Ein bekannter Obstpflücker ist in der HU-PS 1 94 006 beschrieben. Die Vorrichtung enthält auf einem selbstgetriebenen Wagen angeordnete gelenkige Greifarme. Das Auffinden des Zielgegenstandes (Obstes) erfolgt mit Hilfe einer aus einer optischen Kamera, einem Distanzanalysator und einem Winkellagenanalysator bestehenden Auswerteeinheit. In den Greifköpfen der Vorrichtung ist je ein Distanzmesser einge­ baut, wobei das Führen des Greifkopfes auf den Zielgegenstand dadurch sichergestellt wird, daß das Maximum des vom Zielgegenstand reflektierten Signals gesucht wird, und das Erreichen des Zielgegenstandes durch den Distanzmesser wahrgenommen wird. Die gelenkigen Greifarme sind in im Vergleich zueinander verschiedenen radialen Richtungen angeordnet, oder sind zur beliebigen räumlichen Bewegung fähig.

Die Mangelhaftigkeit der bekannten Vorrichtung besteht darin, daß sie zu kompliziert ist, praktisch je Greifkopf eine den Zielgegenstand wahrnehmende komplexe Auswerte-Steuereinheit benötigt wird; deshalb ist ihre Realisierung kostspielig und die Bewegung der verschiedenen Greifköpfe sind nicht genügend koordiniert.

Aus der DE-OS 33 22 683, die sich auf eine Vorrichtung mit einem Greifkopf bezieht, sind verschiedene Sucher- und Auswerte-Vorrichtungen, und -Verfahren zu erkennen. Das Fühlorgan enthält in diesen Lösungen eine Videokamera und auf einer damit kinetisch verbundenen Aufhängung eine punktartige Lichtquelle oder einen Infrarot-Distanzmesser. Das Bild der Kamera erscheint auf einem Monitor und der Komputer der Vorrichtung berechnet und speichert die Angaben desjenigen Zielgegenstandes, welchen der Bediener der Vorrichtung auf dem Monitor mit einem Lichtstift anzeigt. Auch im Greifkopf sind Fühler angeordnet, die die Lage des Obstes im Vergleich zum Greifkopf wahrnehmen.

Bei der Lösung laut der FR-PS 22 42 019 ist an zwei Seiten des Greifkopfes je eine Videokamera angeordnet und der Greifkopf wird mit Hilfe von deren Signalen auf den Zielgegenstand geführt.

Das Kennzeichen der bekannten Sucher- und Auswerte-Vorrichtungen ist, daß sie zur gleichen Zeit die Angaben nur eines bzw. je Greifkopf nur eines Zielgegenstandes aufzuarbeiten fähig sind, was das Pflücken unkoordiniert und langsam macht. Die Digitalisierung und Auswertung des Videobildes ist ein aus vielen Operationen bestehender langsamer Vorgang, insbesondere wenn viele Bildpunkte auszuwerten sind (z. B. im Falle von Formerkennung bzw. bei Unterdrückung von virtuellen Zielgegenständen im Bild).

Zielsetzung der Erfindung ist das Vermeiden der obigen Nachteile mit der Ausbildung eines Obstpflückers, der mit geringeren Kosten als die bekannten Vorrichtungen gebaut werden kann und der ein - im Vergleich zu den bekannten - schnelleres, wirksameres, mehr koordiniertes Zielgegenstandsuchen und -pflücken ermöglicht.

In der erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabe hat der Obstpflücker einen horizontalen Halter mit vertikaler Drehachse, an dem zwei oder mehr zueinander parallele, in vertikaler Ebene bewegungsfähige, an ihren Gelenken mit einem Winkelgeber versehene, einen Greifkopf tragende Gelenkarme angeordnet sind, weiterhin zwei Videokameras mit miteinander einen spitzen Winkel einschließender optischer Achse befestigt sind.

Die Vorrichtung ist vorteilhaft als ein an einer Kraftmaschine montierbarer Adapter ausgebildet.

Auf vorteilhafte Weise ist am horizontalen Halter der Vorrichtung ein Förderband angeordnet.

Bei dem erfindungsgemäßen, zum Aufsuchen von Zielgegenständen für den Obstpflücker geeigneten Verfahren, bei dem der Zielgegenstand mittels zweier Videokameras wahrgenommen wird, dann die so erhaltenen beiden Bilder digitalisiert und der Mittelpunkt des Zielgegenstandes bestimmt werden, werden die Koordinaten der Zielgegenstände mit vorbestimmten räumlichen Koordinatenflächen verglichen und es werden nur die Angaben der in die Koordinatenflächen fallenden Zielgegenstände gespeichert, dann wird das erwähnte Verfahren im nächsten Suchschritt mittels Veränderung der Position der Videokameras oder der Koordinatenfläche von Schritt zu Schritt wiederholt und so wird der Raum zwischen zwei benachbarten Koordinatenflächen abgetastet.

Auf vorteilhafte Weise werden die Koordinatenflächen als mit der Bewegungsebene der Gelenkarme parallele, räumliche ebene Flächen gewählt.

Zweckmäßig werden die Koordinatenflächen als mit der Bewegungsebene der Gelenkarme übereinstimmende, parallele ebene Raumflächen gewählt und die Position der Kameras wird von Suchschritt zu Suchschritt verändert.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, daß sie mit relativ geringen Kosten gebaut werden kann und ein gegenüber den Bekannten schnelleres, wirksameres, koordinierteres Verfahren zum Zielgegenstandsuchen und -pflücken ermöglicht.

Diejenige Maßnahme, wonach die Vorrichtung als auf eine Kraftmaschine montierbarer Adapter verwirklicht ist, ergibt weitere Kostenreduzierung: die Kraftmaschine ist nur zur Zeitdauer der Obsternte engagiert, zu anderen Zeiten kann sie zu anderen Zwecken verwendet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die gleichzeitige Sammlung und Aufarbeitung der Angaben von mehreren Zielgegenständen und in einigen Suchschritten (z. B. 10-20) die Erfassung der einen Seite eines ganzen Baumes.

Nachstehend wird das Wesen der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 die skizzenartige Draufsicht des Obstpflückers,

Fig. 2 die skizzenartige Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 1.

Der erfindungsgemäße Obstpflücker ist als ein an einer Kraftmaschine 17 anmontierbarer Adapter ausgebildet und ist an der Kraftmaschine 17 mittels einer Tragkonstruktion 2 befestigt. Der horizontale Halter 1 der Vorrichtung ist an der Tragkonstruktion 2 um einen vertikalen Bolzen 3 drehbar gelagert. Der Drehung um den Bolzen 3 und der Positionierung des Halters 1 dient ein hydraulischer Arbeitszylinder 4, der zwischen dem Halter 1 und der Kraftmaschine 17 eingebaut ist. Entlang der Länge des Halters 1 ist an diesen ein Förderband 5 angebaut, auf welches Obstfächer geladen werden können. Am Halter 1, in in einem Abstand t voneinander angeordneten armtragenden Ösen 6, sind in einer Bewegungsebene bewegungsfähige gelenkige Arme 7-12 gelagert, wobei die Gelenke der Arme von je einem hydraulischen Arbeitszylinder 14 überbrückt sind und jedes Gelenk mit je einem Winkelgeber 13 versehen ist. Im Beispiel hat die Vorrichtung am Halter 1 sechs aus drei Strecken bestehende gelenkige Arme 7-12.

An den beiden Enden des horizontalen Halters 1 sind zwei miteinander einen spitzen Winkel einschließende, im Vergleich zum Halter 1 in einem Winkel von α = 60° angeordnete Videokameras 15, 16 vorgesehen. Am Ende der gelenkigen Arme 7-12 ist je ein fernbetätigter Greifkopf 18 angeordnet. Die Ausbildung der Greifköpfe ist an sich bekannt (siehe z. B. HU-PS 1 94 006).

Am Halter 1 ist weiterhin die Auswerte-Steuereinheit mit Komputer angeordnet, die am Akkumulator der Kraftmaschine angeschlossen ist und die weiterhin mit den Videokameras 15, 16, mit den Winkelgebern 13 und mit den elektromagnetischen Ventilen der hydraulischen Betätigungsorgane verbunden ist.

Im Komputer sind ein Auswerte-Steuerprogramm, weiterhin die Parameter der mit der Bewegungsebene der gelenkigen Arme 7-12 übereinstimmenden, parallelen Raumebenen (Koordinatenflächen) gespeichert.

Die Tragkonstruktion 2 ist am Boden mittels zweier hydraulischer Stützen abgestützt.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist wie folgt: Die Kraftmaschine wird an den Baum gestellt, von dem das Obst gepflückt werden soll, die Arme 7-12 des Obstpflückers stehen in Richtung zu dem Baum. Danach wird die Auswerte-Steuereinheit mit Komputer eingeschaltet, die die folgenden Operationen durchführt bzw. steuert: Sie legt die Tragkonstruktion 2 mit den hydraulischen Stützen fest, erfaßt die abzupflückenden Zielgegenstände (Obst) an der übersehbaren ganzen Baumfläche und steuert das Pflücken des Obstes, schließlich löst sie die hydraulischen Stützen.

Die Erfassung der abzupflückenden Zielgegenstände erfolgt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wie folgt: Im Bildfeld der Videokameras 15, 16 erscheint die ganze Baumkrone. Im Bildfeld der (eventuell mit Farbenfilter versehenen) Videokameras hebt sich das Bild der gelben-roten Zielgegenstände ab, das Laubwerk erscheint als Hintergrund, aber ebenso können auch die Farbsignale der Videokamera bewertet werden.

Das Bild der Videokameras 15, 16 wird digitalisiert und der Mittelpunkt der einzelnen Zielgegenstände wird bestimmt. Die Koordinaten der Zielgegenstände werden mit vorbestimmten Raumkoordinatenflächen verglichen, deren Angaben im Komputer gespeichert sind. Die Koordinatenflächen wurden als mit der Bewegungsebene der gelenkigen Arme 7-12 übereinstimmende, parallele, ebene Raumflächen gewählt, aber sie können auch andere, mit der Bewegungsebene der gelenkigen Arme parallele ebene Raumflächen oder andere Koordinatenflächen sein.

Als Resultat des Vergleichens der Koordinaten der Zielgegenstände mit den Koordinatenflächen werden die Angaben der in die Koordinatenflächen fallenden Zielgegenstände gespeichert, die Angaben der anderen Zielgegenstände werden außer Acht gelassen. Das Speichern erfolgt auf den Koordinatenflächen zugeordnete Weise. Im nächsten Suchschritt wird der oben beschriebene Suchschritt so wiederholt, daß die Position der Videokameras mittels Verdrehens des horizontalen Halters 1 um den Bolzen 3 verändert wird oder daß die Koordinatenfläche zu sich parallel verschoben wird. Die Suchschritte werden solange fortgesetzt, bis mit einer Koordinatenfläche der Raum zwischen zwei benachbarten Koordinatenflächen abgetastet ist. Da in diesen Fällen das Abtasten an jeder Koordinatenfläche parallel erfolgt, wird so die übersehbare Seite des ganzen Baumes abgetastet.

Es ist vorteilhaft, die Koordinatenflächen als mit der Bewegungsebene der gelenkigen Arme übereinstimmende Ebenen zu wählen, wo die Position der Videokameras von Suchschritt zu Suchschritt verändert wird, weil die so erhaltenen Angaben je Koordinatenfläche und den Schritten der Position der Videokameras zugeordnet gespeichert werden und auf diese Weise in derselben Koordinate gespeicherte Angaben erhalten werden, in welcher das Pflücken erfolgt (die gelenkigen Arme sind in derselben Ebene angeordnet); so müssen die gespeicherten Signale zwecks Steuerung nicht mehr umgerechnet werden, die zur Pflückoperation nötige Steuerung der Arm-und Greifkopfbewegung kann einfach und präzis sein.

Für die Position der Greifköpfe ist die Stellung der Winkelgeber 14 charakteristisch. Die Greifköpfe werden off- line, d. h. ohne Rückkopplung auf den Zielgegenstand geführt, aber die Vorrichtung kann auch mit am Greifkopf angeordneten Fühlern und mit damit erfolgender on-line Steuerung ergänzt werden.

Claims (6)

1. Obstpflücker mit an einem gelenkigen Arm angeordneten Greifkopf, mit Sucher mit Videokamera und mit Auswerte-Steuereinheit mit Komputer, weiterhin mit hydraulischen Bewegungsorganen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen horizontalen Halter (1) mit vertikaler Drehachse hat, an welchem zwei oder mehr zueinander parallel, in vertikaler Ebene bewegungsfähige, an ihren Gelenken mit Winkelgeber (13) versehene, Greifkopf tragende gelenkige Arme (7-12) angeordnet sind, weiterhin zwei mit ihren optischen Achsen einen spitzen Winkel miteinander einschließende Videokameras (15, 16) befestigt sind.

2. Obstpflücker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als ein an einer Kraftmaschine (17) montierbarer Adapter ausgeführt ist.

3. Obstpflücker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gennzeichnet, daß am horizontalen Halter (1) ein Förderband (5) angeordnet ist.

4. Verfahren zum Aufsuchen von Zielgegenständen unter Verwendung des Obstpflückers nach Anspruch 1, wobei der Zielgegenstand mittels zweier Videokameras wahrgenommen, die so erhaltenen beiden Bilder digitalisiert und der Mittelpunkt der Zielgegenstände bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinaten der Zielgegenstände mit vorbestimmten Raumkoordinatenflächen verglichen und nur die Angaben der in die Koordinatenflächen fallenden Zielgegenstände gespeichert werden, dann das Verfahren in veränderter Position der Videokameras oder in veränderten Koordinatenflächen von Schritt zu Schritt wiederholt und so der Raum zwischen zwei benachbarten Koordinatenflächen abgetastet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinatenflächen als zu der Bewegungsebene der gelenkigen Arme (7-12) parallele ebene Raumflächen gewählt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinatenflächen als mit der Bewegungsebene der gelenkigen Arme (7-12) übereinstimmende, parallele ebene Raumflächen gewählt werden und die Position der Videokameras von Suchschritt zu Suchschritt verändert wird.