JP7606221B2 - Harvesting robot, control method and control program for harvesting robot, and harvesting system - Google Patents
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Description
本明細書で開示された実施形態は、落葉性の樹木に実る作物の収穫を行うための、収穫ロボット、収穫ロボットの制御方法及び制御プログラム、並びに収穫システムに関する。 The embodiments disclosed herein relate to a harvesting robot, a control method and control program for the harvesting robot, and a harvesting system for harvesting crops that grow on deciduous trees.
近年、樹木に実る果実等の作物の収穫を行う収穫ロボットが知られている。例えば、特許文献1及び2には、収穫ロボットが、撮影された撮影画像を解析して収穫対象の作物及び収穫の障害となる障害物の3次元位置を推定し、収穫ロボットのエンドエフェクタと障害物との接触を回避しつつ作物を収穫する制御技術について記載されている。 In recent years, harvesting robots that harvest crops such as fruit that grows on trees have become known. For example, Patent Documents 1 and 2 describe a control technology in which a harvesting robot analyzes captured images to estimate the three-dimensional positions of the crops to be harvested and any obstacles that may impede harvesting, and harvests the crops while avoiding contact between the harvesting robot's end effector and the obstacles.
しかしながら、特許文献1及び2に記載された技術は、収穫時に撮影された撮影画像に基づいて障害物の位置を推定する方法であり、樹木の葉に隠れている樹木の枝等の障害物は撮影画像に写らないため、障害物の位置を正確に推定できなかった。このため、収穫ロボットの収穫動作によって、エンドエフェクタ及びマニピュレータ等の収穫ロボットの構成部位が、位置を推定できなかった障害物と衝突してしまうという問題が生じていた。 However, the technologies described in Patent Documents 1 and 2 are methods for estimating the position of obstacles based on images captured during harvesting, and because obstacles such as tree branches hidden by leaves are not visible in the captured images, the positions of the obstacles could not be accurately estimated. This has led to a problem in that the harvesting robot's harvesting operations result in components of the harvesting robot, such as the end effector and manipulator, colliding with obstacles whose positions could not be estimated.
本明細書で開示された収穫ロボット、収穫ロボットの制御方法及び制御プログラム、並びに収穫システムは、収穫の障害となる障害物の位置の推定精度を向上させることを可能とし、収穫ロボットと障害物との衝突を防止することを目的とする。 The harvesting robot, harvesting robot control method and control program, and harvesting system disclosed in this specification aim to improve the accuracy of estimating the position of obstacles that impede harvesting and to prevent collisions between the harvesting robot and the obstacles.
開示された収穫ロボットは、落葉性の樹木に実る作物の収穫を行う収穫ロボットであって、落葉した樹木の少なくとも一部の位置を含む落葉期3次元位置データを記憶する記憶部と、作物を収穫する摘取部と、摘取部を移動させるマニピュレータと、作物の位置に関するデータを取得するセンサ部と、作物の収穫時においてセンサ部によって取得された位置に関するデータに基づいて、収穫対象の作物を検知し、落葉期3次元位置データに基づいて、摘取部の移動の障害となる障害物の少なくとも位置を推定し、収穫対象の作物が検知された場合、摘取部が、推定された障害物と収穫ロボットの少なくとも一部とが衝突せずに、検知された作物の収穫可能位置に移動するように、マニピュレータを制御する処理部と、を備える。 The disclosed harvesting robot is a harvesting robot that harvests crops that grow on deciduous trees, and includes a memory unit that stores three-dimensional position data during the deciduous season that includes the position of at least a portion of the tree that has lost its leaves, a picking unit that harvests the crop, a manipulator that moves the picking unit, a sensor unit that acquires data related to the position of the crop, and a processing unit that detects the crop to be harvested based on the position data acquired by the sensor unit when the crop is harvested, estimates at least the position of an obstacle that will hinder the movement of the picking unit based on the three-dimensional position data during the deciduous season, and controls the manipulator when the crop to be harvested is detected so that the picking unit moves to a harvestable position for the detected crop without colliding with at least a portion of the harvesting robot and with the estimated obstacle.
また、開示された収穫ロボットにおいて、処理部は、収穫対象の作物が検知された場合、センサ部によって取得された位置に関するデータに基づいて、障害物の少なくとも一部の位置を含む収穫時3次元位置データを取得し、落葉期3次元位置データと収穫時3次元位置データとに基づいて、摘取部の移動の障害となる障害物の少なくとも位置を推定することが好ましい。 In addition, in the disclosed harvesting robot, when a crop to be harvested is detected, the processing unit preferably acquires three-dimensional position data at the time of harvesting, including the position of at least a portion of an obstacle, based on the position data acquired by the sensor unit, and estimates at least the position of the obstacle that is impeding the movement of the picking unit, based on the three-dimensional position data during the defoliation stage and the three-dimensional position data at the time of harvesting.
また、開示された収穫ロボットにおいて、センサ部は、被写体を撮影して、被写体の撮影画像データを出力する撮影部と、周囲の物体までの距離を測定して、測定された距離を示す距離データを出力する測定部とを有し、処理部は、撮影画像データ内の一又は複数の点に対応する3次元位置データを、出力された一又は複数の点に対応する距離データに基づいて算出し、算出された3次元位置データを収穫時3次元位置データとして取得することが好ましい。 In addition, in the disclosed harvesting robot, the sensor unit preferably has a photographing unit that photographs a subject and outputs photographed image data of the subject, and a measuring unit that measures the distance to surrounding objects and outputs distance data indicating the measured distance, and the processing unit preferably calculates three-dimensional position data corresponding to one or more points in the photographed image data based on the distance data corresponding to the output one or more points, and obtains the calculated three-dimensional position data as three-dimensional position data at the time of harvesting.
また、開示された収穫ロボットにおいて、落葉期3次元位置データは、作物の収穫時の直前の落葉期に撮影部によって撮影された撮影画像データと、当該撮影時に測定部によって出力された、当該撮影画像データ内の一又は複数の点に対応する距離データとに基づいて算出された、当該一又は複数の点に対応する3次元位置データであることが好ましい。 Furthermore, in the disclosed harvesting robot, it is preferable that the three-dimensional position data during the defoliation period is three-dimensional position data corresponding to one or more points, calculated based on image data captured by the image capture unit during the defoliation period immediately prior to the harvesting of the crop, and distance data corresponding to one or more points in the captured image data output by the measurement unit at the time of capturing the image.
また、開示された収穫ロボットにおいて、処理部は、撮影画像データから、樹木の枝を示す画像領域及び樹木の枝を支える部材を示す画像領域を障害物画像領域として推定し、算出された3次元位置データのうちの障害物画像領域内の3次元位置データを収穫時3次元位置データとして取得することが好ましい。 Furthermore, in the disclosed harvesting robot, it is preferable that the processing unit estimates, from the captured image data, an image area showing the tree branches and an image area showing the members supporting the tree branches as obstacle image areas, and obtains, from the calculated three-dimensional position data, three-dimensional position data within the obstacle image areas as three-dimensional position data at the time of harvesting.
また、開示された収穫ロボットは、樹木が植えられている圃場内を移動する台車を備え、処理部は、収穫対象の作物が検知された場合、摘取部が、推定された障害物と収穫ロボットの少なくとも一部とが衝突せずに、検知された作物の収穫可能位置に移動可能となるように、台車の移動を制御することが好ましい。 The disclosed harvesting robot also preferably includes a cart that moves within a field in which trees are planted, and the processing unit preferably controls the movement of the cart when a crop to be harvested is detected, so that the picking unit can move to a harvestable position for the detected crop without colliding with an estimated obstacle and at least a part of the harvesting robot.
また、開示された収穫ロボットにおいて、処理部は、落葉期3次元位置データに基づいて、障害物の位置及び形状を推定することが好ましい。 In addition, in the disclosed harvesting robot, it is preferable that the processing unit estimates the position and shape of the obstacle based on the three-dimensional position data during the leaf-shedding period.
開示された制御方法は、落葉性の樹木に実る作物の収穫を行う収穫ロボットであり、且つ、落葉した樹木の少なくとも一部の位置を含む落葉期3次元位置データを記憶する記憶部と、作物を収穫する摘取部と、摘取部を移動させるマニピュレータと、作物の位置に関するデータを取得するセンサ部と、処理部と、を備える収穫ロボットの制御方法であって、処理部は、作物の収穫時においてセンサ部によって取得された位置に関するデータに基づいて、収穫対象の作物を検知し、落葉期3次元位置データに基づいて、摘取部の移動の障害となる障害物の少なくとも位置を推定し、収穫対象の作物が検知された場合、摘取部が、推定された障害物と収穫ロボットの少なくとも一部とが衝突せずに、検知された作物の収穫可能位置に移動するように、マニピュレータを制御することを含む。 The disclosed control method is a control method for a harvesting robot that harvests crops that grow on deciduous trees, and includes a memory unit that stores three-dimensional position data during the deciduous season that includes the position of at least a portion of the tree that has lost its leaves, a picking unit that harvests the crop, a manipulator that moves the picking unit, a sensor unit that acquires data on the position of the crop, and a processing unit, in which the processing unit detects the crop to be harvested based on the position data acquired by the sensor unit when harvesting the crop, estimates at least the position of an obstacle that will hinder the movement of the picking unit based on the three-dimensional position data during the deciduous season, and controls the manipulator when the crop to be harvested is detected so that the picking unit moves to a harvestable position of the detected crop without colliding with at least a portion of the harvesting robot with the estimated obstacle.
開示された制御プログラムは、落葉性の樹木に実る作物の収穫を行う収穫ロボットであり、且つ、落葉した樹木の少なくとも一部の位置を含む落葉期3次元位置データを記憶する記憶部と、作物を収穫する摘取部と、摘取部を移動させるマニピュレータと、作物の位置に関するデータを取得するセンサ部と、処理部と、を備える収穫ロボットの制御プログラムであって、処理部に、作物の収穫時においてセンサ部によって取得された位置に関するデータに基づいて、収穫対象の作物を検知し、落葉期3次元位置データに基づいて、摘取部の移動の障害となる障害物の少なくとも位置を推定し、収穫対象の作物が検知された場合、摘取部が、推定された障害物と収穫ロボットの少なくとも一部とが衝突せずに、検知された作物の収穫可能位置に移動するように、マニピュレータを制御することを実行させる。 The disclosed control program is for a harvesting robot that harvests crops that grow on deciduous trees, and includes a memory unit that stores three-dimensional position data during the defoliation period that includes the position of at least a portion of the tree that has lost its leaves, a picking unit that harvests the crop, a manipulator that moves the picking unit, a sensor unit that acquires data on the position of the crop, and a processing unit, and causes the processing unit to detect the crop to be harvested based on the position data acquired by the sensor unit when the crop is harvested, estimate at least the position of an obstacle that will hinder the movement of the picking unit based on the three-dimensional position data during the defoliation period, and, when the crop to be harvested is detected, control the manipulator so that the picking unit moves to a harvestable position for the detected crop without collision between the estimated obstacle and at least a portion of the harvesting robot.
開示された収穫システムは、落葉性の樹木に実る作物の収穫を行う収穫ロボットと、収穫ロボットと通信するサーバ装置とを有する収穫システムであって、サーバ装置は、落葉した樹木の少なくとも一部の位置を含む落葉期3次元位置データを記憶する記憶部と、落葉期3次元位置データを、収穫ロボットに送信する送信部と、を備え、収穫ロボットは、サーバ装置から送信された落葉期3次元位置データを受信する受信部と、作物を収穫する摘取部と、摘取部を移動させるマニピュレータと、作物の位置に関するデータを取得するセンサ部と、作物の収穫時においてセンサ部によって取得された位置に関するデータに基づいて、収穫対象の作物を検知し、受信された落葉期3次元位置データに基づいて、摘取部の移動の障害となる障害物の少なくとも位置を推定し、収穫対象の作物が検知された場合、摘取部が、推定された障害物と収穫ロボットの少なくとも一部とが衝突せずに、検知された作物の収穫可能位置に移動するように、マニピュレータを制御する処理部と、を備える。 The disclosed harvesting system includes a harvesting robot that harvests crops that grow on deciduous trees and a server device that communicates with the harvesting robot. The server device includes a memory unit that stores three-dimensional position data during the deciduous season, including the position of at least a portion of the tree that has lost its leaves, and a transmission unit that transmits the three-dimensional position data during the deciduous season to the harvesting robot. The harvesting robot includes a receiving unit that receives the three-dimensional position data during the deciduous season transmitted from the server device, a picking unit that harvests the crop, a manipulator that moves the picking unit, a sensor unit that acquires data on the position of the crop, and a processing unit that detects the crop to be harvested based on the position data acquired by the sensor unit when harvesting the crop, estimates at least the position of an obstacle that will hinder the movement of the picking unit based on the received three-dimensional position data during the deciduous season, and controls the manipulator to move the picking unit to a harvestable position for the detected crop when the crop to be harvested is detected, without collision between the estimated obstacle and at least a portion of the harvesting robot.
開示された収穫ロボット、収穫ロボットの制御方法及び制御プログラム、並びに収穫システムによって、収穫の障害となる障害物の位置の推定精度を向上させ、収穫ロボットと障害物との衝突を防止することが可能となる。 The disclosed harvesting robot, harvesting robot control method and control program, and harvesting system make it possible to improve the accuracy of estimating the position of obstacles that impede harvesting, and prevent collisions between the harvesting robot and the obstacles.
以下、図面を参照しつつ、本発明の様々な実施形態について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。 Various embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, please note that the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the inventions described in the claims and their equivalents.
(収穫システム1の概要)
図1は、収穫システム1の概要構成の一例を示す図である。本実施形態の収穫システム1は、収穫ロボット2及びサーバ装置3を備える。
(Overview of Harvesting System 1)
1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of a harvesting system 1. The harvesting system 1 of the present embodiment includes a harvesting robot 2 and a server device 3.
収穫ロボット2は、落葉性の樹木に実る作物の収穫を行うための各種機能を有する。落葉性の樹木は、所定の圃場内で生育される。落葉性の樹木に実る作物は、さくらんぼ、モモ、スモモ、あけび、ブルーベリー、ラズベリー、なし、りんご、柿、ぶどう、ウメ、アンズ等である。以下、「落葉性の樹木」を単に「樹木」と称する場合がある。また、所定の圃場は、生育する樹木に適した圃場であり、露地圃場、ビニールハウス圃場、パイプハウス圃場等である。 The harvesting robot 2 has various functions for harvesting crops that grow on deciduous trees. Deciduous trees are grown in a specified field. Crops that grow on deciduous trees include cherries, peaches, plums, akebia japonica, blueberries, raspberries, pears, apples, persimmons, grapes, plums, and apricots. Hereinafter, "deciduous trees" may be simply referred to as "trees." The specified field is a field suitable for growing trees, such as an open field, a vinyl greenhouse field, or a pipe greenhouse field.
サーバ装置3は、落葉している樹木の3次元位置データを管理するための機能を有する。3次元位置データは、所定の位置座標系に従った、樹木等の物体の表面上の点に対応する3次元座標を示すデータである。なお、3次元位置データによって示される物体として、「樹木」が含まれる他に、収穫ロボット2、エンドエフェクタシステム22及びマニピュレータシステム23の移動の障害となる物体(例えば、「枝を支える各種部材(支柱(パイプ、杭等)、ワイヤー、テープ、及び/又は紐等)」)が更に含まれてもよい。 The server device 3 has a function for managing three-dimensional position data of trees with shed leaves. The three-dimensional position data is data indicating three-dimensional coordinates corresponding to points on the surface of an object such as a tree according to a predetermined position coordinate system. Note that the objects indicated by the three-dimensional position data may include not only "trees" but also objects that obstruct the movement of the harvesting robot 2, the end effector system 22, and the manipulator system 23 (for example, "various members that support the branches (posts (pipes, stakes, etc.), wires, tapes, and/or strings, etc.)").
所定の位置座標系は、緯度、経度及び高度で示される日本測地系2011等の地理座標系である。なお、所定の位置座標系は、樹木が植えられている圃場を含む所定領域に対応する、平面直角座標系又はUTM(Universal Transverse Mercator)座標系の投影座標系でもよい。また、所定の位置座標系は、樹木が植えられている圃場内の所定の地点を原点とし、且つ、所定の水平面上の所定方位の平行であるx軸、当該x軸と直行し且つ所定の水平面上のy軸、及び鉛直方向のz軸を有する座標系でもよい。また、所定の位置座標系は、樹木が植えられている圃場内に対応する3次元仮想空間全体を定義するワールド座標系でもよい。 The predetermined position coordinate system is a geographic coordinate system such as the Japanese Geodetic System 2011, which is indicated by latitude, longitude, and altitude. The predetermined position coordinate system may be a plane rectangular coordinate system or a projected coordinate system of the UTM (Universal Transverse Mercator) coordinate system, which corresponds to a predetermined area including the field in which the trees are planted. The predetermined position coordinate system may also be a coordinate system that has an origin at a predetermined point in the field in which the trees are planted, and has an x-axis parallel to a predetermined direction on a predetermined horizontal plane, a y-axis on the predetermined horizontal plane that is perpendicular to the x-axis, and a z-axis in the vertical direction. The predetermined position coordinate system may also be a world coordinate system that defines the entire three-dimensional virtual space corresponding to the field in which the trees are planted.
3次元位置データによって示される3次元座標の点は、樹木の一部の表面上の点でもよい。また、3次元位置データによって示される3次元座標の点は、複数の樹木の表面上の点でもよく、複数の樹木のそれぞれの表面上の一部分の点でもよい。3次元位置データにおいて、3次元座標の点が複数含まれることによって、対応する樹木の形状(ボリューム)が示され、後述するサーフェスモデルの生成によって、樹木等の障害物の形状を推定することが可能となる。以下、「落葉している樹木の3次元位置データ」を「落葉期3次元位置データ」と称する場合がある。樹木が落葉している時期が複数ある場合、「落葉期3次元位置データ」の「落葉期」は、樹木が落葉している複数の時期のうちの、当該樹木に実った作物の収穫時の直前の時期である。例えば、毎年12月から翌年3月までが落葉期である樹木は、植え付けから毎年、落葉期を経過する。このような場合、本実施形態の収穫システム1による収穫時が6月であれば、「落葉期3次元位置データ」の「落葉期」は、当該6月の直前の12月から3月までの落葉期である(換言すると、収穫時の1年以上前の「落葉期」の「落葉期3次元位置データ」は、当該収穫時では使用されない。)。なお、「落葉期3次元位置データ」の「落葉期」は、圃場内に植えられている全ての樹木が落葉していない時期でもよい。例えば、落葉期は、圃場内に植えられている1本以上の樹木の少なくとも一部の葉が落葉している時期でもよい。また、樹木が「落葉する」ことは、「気温及び/又は日照時間等の各種要因に応じて自然に落葉する」こと、又は、「人間によって、葉が樹木の枝及び幹から取り除かれる、及び/又は、人間によって、葉が付いている枝が樹木の枝及び幹からから取り除かれる」ことである。 The three-dimensional coordinate points indicated by the three-dimensional position data may be points on a part of the surface of a tree. The three-dimensional coordinate points indicated by the three-dimensional position data may be points on the surface of multiple trees, or may be points on a part of the surface of each of the multiple trees. By including multiple three-dimensional coordinate points in the three-dimensional position data, the shape (volume) of the corresponding tree is indicated, and the shape of an obstacle such as a tree can be estimated by generating a surface model described later. Hereinafter, the "three-dimensional position data of a tree that has lost its leaves" may be referred to as "three-dimensional position data in the deciduous period." When a tree has multiple periods in which it loses its leaves, the "deciduous period" of the "three-dimensional position data in the deciduous period" is the period immediately before the harvest of the crops that have borne fruit on the tree, among the multiple periods in which the tree loses its leaves. For example, a tree that has a deciduous period from December to March of the following year goes through the deciduous period every year since planting. In such a case, if the harvesting time by the harvesting system 1 of this embodiment is June, the "deciduous period" of the "deciduous period three-dimensional position data" is the deciduous period from December immediately before June to March (in other words, the "deciduous period three-dimensional position data" of the "deciduous period" one year or more before the harvesting time is not used at the harvesting time). The "deciduous period" of the "deciduous period three-dimensional position data" may be a period when all trees planted in the field have not lost their leaves. For example, the deciduous period may be a period when at least some of the leaves of one or more trees planted in the field have lost their leaves. In addition, the "defoliation" of a tree means "natural defoliation in response to various factors such as temperature and/or hours of sunlight" or "leaves being removed from the branches and trunks of the tree by humans, and/or branches with leaves being removed from the branches and trunks of the tree by humans."
図1では、1台のサーバ装置3が収穫システム1の構成要素として図示されているが、サーバ装置3は、それぞれが物理的に別体の複数のコンピュータの集合であってもよい。この場合、複数のコンピュータのそれぞれは、同一の機能を有するものでもよく、1台のサーバ装置3が有する機能を分散して有するものでもよい。収穫システム1において、サーバ装置3と同一の機能を有する、パーソナルコンピュータ(Personal Computer, PC)、ノートPC、及び/又はタブレット端末等の情報処理装置が、サーバ装置3に代えて又はサーバ装置3とともに用いられてもよい。 In FIG. 1, one server device 3 is illustrated as a component of the harvesting system 1, but the server device 3 may be a collection of multiple computers, each of which is a physically separate entity. In this case, each of the multiple computers may have the same functions, or may have the functions of the single server device 3 in a distributed manner. In the harvesting system 1, an information processing device such as a personal computer (PC), notebook PC, and/or tablet terminal, which has the same functions as the server device 3, may be used in place of or together with the server device 3.
(収穫ロボット2)
図2(a)は、収穫ロボット2の外観の一例を示す斜視図であり、図2(b)は、収穫ロボット2が備えるエンドエフェクタシステム22の外観の一例を示す斜視図であり、図3は、収穫ロボット2の概略構成の一例を示す図である。
(Harvesting robot 2)
Figure 2(a) is an oblique view showing an example of the appearance of the harvesting robot 2, Figure 2(b) is an oblique view showing an example of the appearance of the end effector system 22 equipped on the harvesting robot 2, and Figure 3 is a diagram showing an example of the general configuration of the harvesting robot 2.
図2(a)及び図3に示されるように、収穫ロボット2は、台車21と、エンドエフェクタシステム22と、マニピュレータシステム23と、車輪24と、支持部材25とを備える。 As shown in Figures 2(a) and 3, the harvesting robot 2 includes a carriage 21, an end effector system 22, a manipulator system 23, wheels 24, and a support member 25.
台車21は、エンドエフェクタシステム22及びマニピュレータシステム23を制御するための制御機能、及び、圃場内外を移動するための移動機能等を有する。図2(a)及び図3に示されるように、台車21は、制御装置211及び移動装置212を有することにより、制御機能及び移動機能等を実現する。 The cart 21 has a control function for controlling the end effector system 22 and the manipulator system 23, and a movement function for moving inside and outside the field. As shown in FIG. 2(a) and FIG. 3, the cart 21 has a control device 211 and a movement device 212, thereby realizing the control function and the movement function.
制御装置211は、収穫ロボット2に各種機能を実現させるための処理を実行し、移動装置212、並びに、後述するセンサ装置221、駆動装置222、照射装置224、及び駆動装置251等に制御信号を出力する。制御装置211は、サーバ装置3によって管理される落葉期3次元位置データを用いて、収穫ロボット2の少なくとも一部が樹木と衝突しないように、マニピュレータシステム23を制御する。このように、落葉期3次元位置データは、収穫ロボット2の障害物を示す障害物データとして制御装置211によって用いられる。なお、「障害物」は、「樹木」(「葉」を含まない)であるが、収穫ロボット2、エンドエフェクタシステム22及びマニピュレータシステム23の移動の障害となる物体(例えば、「枝を支える各種部材(支柱(パイプ、杭等)、ワイヤー、テープ、及び/又は紐等)」)が「障害物」に含まれてもよい。以下、落葉期3次元位置データの全部又は一部を、落葉期障害物データと称する場合がある。制御装置211は、通信部211aと、記憶部211bと、処理部211cとを有する。 The control device 211 executes processing to make the harvesting robot 2 realize various functions, and outputs control signals to the moving device 212, as well as the sensor device 221, the driving device 222, the irradiation device 224, and the driving device 251, which will be described later. The control device 211 uses the three-dimensional position data during the deciduous season managed by the server device 3 to control the manipulator system 23 so that at least a part of the harvesting robot 2 does not collide with the trees. In this way, the three-dimensional position data during the deciduous season is used by the control device 211 as obstacle data indicating obstacles to the harvesting robot 2. Note that although an "obstacle" is a "tree" (not including "leaves"), an object that impedes the movement of the harvesting robot 2, the end effector system 22, and the manipulator system 23 (for example, "various members that support the branches (posts (pipes, stakes, etc.), wires, tapes, and/or strings, etc.)") may be included in the "obstacle". Hereinafter, all or a part of the three-dimensional position data during the deciduous season may be referred to as deciduous season obstacle data. The control device 211 has a communication unit 211a, a memory unit 211b, and a processing unit 211c.
通信部211aは、図示しない無線LAN(Local Area Network)のアクセスポイントとの間で所定の通信規格の無線通信方式に基づいて無線通信を行う通信インターフェース回路を備える。所定の通信規格は、例えば、IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.)802.11規格である。通信部211aは、無線通信により、サーバ装置3から送信された各種データ等を受信する。通信部211aは、各種データを無線通信によりサーバ装置3に送信してもよい。 The communication unit 211a includes a communication interface circuit that performs wireless communication based on a wireless communication method of a predetermined communication standard with an access point of a wireless LAN (Local Area Network) (not shown). The predetermined communication standard is, for example, the IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc.) 802.11 standard. The communication unit 211a receives various data and the like transmitted from the server device 3 via wireless communication. The communication unit 211a may transmit various data to the server device 3 via wireless communication.
また、通信部211aは、図示しない基地局により割り当てられるチャネルを介して、当該基地局との間で無線通信回線を確立し、当該基地局との間で通信を行ってもよい。無線通信回線は、例えば、LTE(Long Term Evolution)規格に従った無線通信回線、第4世代移動通信システム(LTE-Advanced, 4G)の無線通信回線、又は第5世代移動通信システム(5G)規格等の移動通信システムの無線通信回線である。 The communication unit 211a may also establish a wireless communication link with a base station (not shown) via a channel assigned by the base station, and communicate with the base station. The wireless communication link is, for example, a wireless communication link conforming to the LTE (Long Term Evolution) standard, a wireless communication link of a fourth generation mobile communication system (LTE-Advanced, 4G), or a wireless communication link of a mobile communication system such as the fifth generation mobile communication system (5G) standard.
また、通信部211aは、Bluetooth(登録商標)等の通信方式に従った近距離無線通信を行うためのインターフェース回路を有し、サーバ装置3からの各種データに対応する電波を受信し、サーバ装置3に各種データに対応する電波を送信してもよい。また、通信部211aは、各種データに対応する各種信号を赤外線通信等によって送信するための送信回路及び各種データに対応する各種信号を赤外線通信等によって受信するための受信回路を有してもよい。また、通信部211aは、有線LANの通信インターフェース回路を備えてもよい。 The communication unit 211a may also have an interface circuit for short-distance wireless communication according to a communication method such as Bluetooth (registered trademark), receive radio waves corresponding to various data from the server device 3, and transmit radio waves corresponding to the various data to the server device 3. The communication unit 211a may also have a transmission circuit for transmitting various signals corresponding to the various data by infrared communication or the like, and a reception circuit for receiving various signals corresponding to the various data by infrared communication or the like. The communication unit 211a may also have a communication interface circuit for a wired LAN.
このように、収穫ロボット2は、通信部211aを備えることで、通信部211aを介して、サーバ装置3に各種データを送信し、サーバ装置3からの各種データを受信することが可能となる。 In this way, by being equipped with the communication unit 211a, the harvesting robot 2 is able to transmit various data to the server device 3 and receive various data from the server device 3 via the communication unit 211a.
収穫ロボット2は、通信部211aに代えて又は通信部211aとともに、可搬型記憶媒体を着脱可能に保持する入出力装置を備えてもよい。収穫ロボット2に備えられた入出力装置は、サーバ装置3で管理されるデータを記憶した可搬型記憶媒体を装着すると、当該可搬型記憶媒体に記憶されたデータを取得し、後述する処理部211cに渡す。これにより、収穫ロボット2は、可搬型記憶媒体を介してサーバ装置3からデータの提供を受けることが可能となる。また、入出力装置は、処理部211cからの指示に応じてデータを可搬型記憶媒体に記憶する。これにより、収穫ロボット2は、可搬型記憶媒体を介してサーバ装置3にデータを提供することができる。 In place of or in addition to the communication unit 211a, the harvesting robot 2 may be provided with an input/output device that detachably holds a portable storage medium. When a portable storage medium that stores data managed by the server device 3 is attached to the input/output device provided in the harvesting robot 2, the input/output device acquires the data stored in the portable storage medium and passes it to the processing unit 211c described below. This allows the harvesting robot 2 to receive data from the server device 3 via the portable storage medium. The input/output device also stores data in the portable storage medium in response to instructions from the processing unit 211c. This allows the harvesting robot 2 to provide data to the server device 3 via the portable storage medium.
記憶部211bは、例えば、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等の半導体メモリ装置である。記憶部211bは、処理部211cにおける処理に用いられるオペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム、アプリケーションプログラム及びデータ等を記憶する。記憶部211bに記憶されるドライバプログラムは、通信部211aを制御する通信デバイスドライバプログラム、センサ装置221を制御するセンサデバイスドライバプログラム、及び、照射装置224を制御する照明デバイスドライバプログラム等である。記憶部211bに記憶されるアプリケーションプログラムは、センサ装置221からのセンサデータに基づいて(後述する)収穫時障害物データを抽出する収穫時障害物データ抽出処理、センサ装置221からのセンサデータに基づいて落葉期障害物データを抽出する落葉期障害物データ抽出処理、及び、収穫時に、エンドエフェクタシステム22及びマニピュレータシステム23を制御し、移動装置212を移動制御する収穫制御処理等を、処理部211cに実行させるための制御プログラム等である。また、記憶部211bは、所定の処理に係るデータを一時的に記憶してもよい。 The storage unit 211b is a semiconductor memory device such as a ROM (Read Only Memory) or a RAM (Random Access Memory). The storage unit 211b stores an operating system program, a driver program, an application program, and data used in the processing in the processing unit 211c. The driver programs stored in the storage unit 211b are a communication device driver program that controls the communication unit 211a, a sensor device driver program that controls the sensor device 221, and a lighting device driver program that controls the irradiation device 224. The application programs stored in the storage unit 211b are a harvest obstacle data extraction process that extracts harvest obstacle data (described later) based on sensor data from the sensor device 221, a defoliation obstacle data extraction process that extracts defoliation obstacle data based on sensor data from the sensor device 221, and a harvest control process that controls the end effector system 22 and the manipulator system 23 and controls the movement of the moving device 212 during harvesting, and the like, and the like, for causing the processing unit 211c to execute such processes. The storage unit 211b may also temporarily store data related to a specific process.
処理部211cは、記憶部211bに記憶されているオペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム及びアプリケーションプログラムをメモリにロードし、ロードしたプログラムに含まれる命令を実行する処理装置である。処理部211cは、例えば、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)等の電子回路、又は各種電子回路の組み合わせである。図3においては、処理部211cが単一の構成要素として図示されているが、処理部211cは複数の物理的に別体のプロセッサの集合であってもよい。 The processing unit 211c is a processing device that loads the operating system program, driver program, and application program stored in the storage unit 211b into memory and executes the instructions contained in the loaded programs. The processing unit 211c is, for example, an electronic circuit such as a CPU (Central Processing Unit), an MPU (Micro Processing Unit), or a DSP (Digital Signal Processor), or a combination of various electronic circuits. In FIG. 3, the processing unit 211c is illustrated as a single component, but the processing unit 211c may be a collection of multiple physically separate processors.
処理部211cは、制御プログラムに含まれる各種命令を実行することにより、各種の機能を実現する。なお、処理部211cによって実現する機能の詳細の一例は後述する。 The processing unit 211c executes various commands contained in the control program to realize various functions. An example of the functions realized by the processing unit 211c will be described in detail later.
移動装置212は、図示しない駆動伝達機構を介して車輪24を回転させる駆動モータ、及び、車輪24の操舵角を変更するモータを含むステアリング機構を含む。移動装置212は、処理部211cからの移動制御信号に従って、台車21が圃場内外の指示された位置まで指示された移動経路に沿って移動するように車輪24を制御する。 The moving device 212 includes a drive motor that rotates the wheels 24 via a drive transmission mechanism (not shown), and a steering mechanism including a motor that changes the steering angle of the wheels 24. The moving device 212 controls the wheels 24 according to a movement control signal from the processing unit 211c so that the carriage 21 moves along a specified movement path to a specified position inside or outside the field.
エンドエフェクタシステム22は、一種類又は複数種類の作物を収穫するための収穫機能を有する。図2(b)及び図3に示されるように、エンドエフェクタシステム22は、センサ装置221、駆動装置222、摘取装置223及び照射装置224を有することにより、収穫機能を実現する。 The end effector system 22 has a harvesting function for harvesting one or more types of crops. As shown in FIG. 2(b) and FIG. 3, the end effector system 22 has a sensor device 221, a drive device 222, a picking device 223, and an irradiation device 224, thereby realizing the harvesting function.
センサ装置221は、作物の位置に関するデータを取得する機能を有し、例えば、被写体を撮影し且つ当該被写体の撮影画像データを出力するための撮影部221aと、収穫ロボット2の周囲の物体までの距離を測定するための測定部221bとを有する。例えば、センサ装置221として、「Intel RealSense Depth Camera D435i(「Intel RealSense」は登録商標)」等のRGB-Depthセンサが用いられてもよい。なお、センサ装置221は、センサ部の一例である。 The sensor device 221 has a function of acquiring data on the position of the crop, and includes, for example, an image capturing unit 221a for capturing an image of a subject and outputting captured image data of the subject, and a measurement unit 221b for measuring the distance to objects around the harvesting robot 2. For example, an RGB-Depth sensor such as the "Intel RealSense Depth Camera D435i ("Intel RealSense" is a registered trademark)" may be used as the sensor device 221. The sensor device 221 is an example of a sensor unit.
撮影部221aは、光学レンズ及び撮像素子等を有する。光学レンズは、被写体からの光束を撮像素子の撮像面上に結像させる。撮像素子は、CCD(Charge Coupled Device)又はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)等であり、撮像面上に結像した被写体像の画像を出力する。撮影部221aは、撮像素子によって生成された画像から所定のファイル形式の静止画像データを撮影画像データとして作成して出力する。撮影部221aは、撮影画像データを、当該撮影画像データの取得時刻と対応付けて出力してもよい。なお、撮影部221aは、連続して撮像素子によって生成された画像から、所定期間毎に所定のファイル形式の動画像データを撮影画像データとして作成して出力してもよい。 The photographing unit 221a has an optical lens and an image sensor. The optical lens focuses a light beam from a subject on the image sensor's image plane. The image sensor is a CCD (Charge Coupled Device) or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor), and outputs an image of the subject image focused on the image sensor's image plane. The photographing unit 221a creates still image data in a specified file format from the image generated by the image sensor as photographed image data and outputs it. The photographing unit 221a may output the photographed image data in association with the acquisition time of the photographed image data. The photographing unit 221a may also create and output moving image data in a specified file format as photographed image data at specified intervals from images continuously generated by the image sensor.
測定部221bは、例えば一対の赤外線センサである。図2(b)に示される例では、一対の第1レンズ221b1及び第2レンズ221b2がセンサ装置221に備えられる。第1レンズ221b1及び第2レンズ221b2のそれぞれは、撮影部221aによって取得された撮影画像データに対応する撮影対象空間と略同一空間内の物体からの赤外線を受光素子に結像する。測定部221bは、受光素子からの電気信号に基づいて、第1レンズ221b1及び第2レンズ221b2のそれぞれに対応する赤外線画像を出力し、出力した赤外線画像から公知のアクティブステレオ法を用いて物体の表面上の複数の点に対応する距離を測定して、複数の点のそれぞれに対応する深度データ(距離データ)を出力する。測定部221bは、深度データを、当該深度データの取得時刻と対応付けて出力してもよい。なお、測定部221bは、連続して出力した赤外線画像から、所定期間毎に所定のファイル形式の時系列の深度データを作成して出力してもよい。なお、赤外線(IR)投射器221cは、測定部221bによる物体からの赤外線の受光感度を向上させるために赤外線を投射する機能を有する。 The measurement unit 221b is, for example, a pair of infrared sensors. In the example shown in FIG. 2B, a pair of a first lens 221b1 and a second lens 221b2 is provided in the sensor device 221. Each of the first lens 221b1 and the second lens 221b2 forms an image of infrared rays from an object in approximately the same space as the shooting target space corresponding to the shooting image data acquired by the shooting unit 221a on the light receiving element. The measurement unit 221b outputs infrared images corresponding to each of the first lens 221b1 and the second lens 221b2 based on an electrical signal from the light receiving element, measures distances corresponding to multiple points on the surface of the object from the output infrared images using a known active stereo method, and outputs depth data (distance data) corresponding to each of the multiple points. The measurement unit 221b may output the depth data in association with the acquisition time of the depth data. In addition, the measurement unit 221b may create and output time-series depth data in a predetermined file format from the continuously output infrared images at predetermined intervals. In addition, the infrared (IR) projector 221c has the function of projecting infrared rays to improve the sensitivity of the measurement unit 221b to receiving infrared rays from an object.
センサ装置221は、撮影部221aから出力された撮影画像データ及び測定部221bから出力された深度データを含むセンサデータを、処理部211cに供給する。センサデータ(撮影画像データ及び深度データ)は、作物の位置に関するデータの一例である。なお、撮影画像データ及び深度データの一方のみが、作物の位置に関するデータとして用いられてもよい。 The sensor device 221 supplies sensor data including the captured image data output from the image capture unit 221a and the depth data output from the measurement unit 221b to the processing unit 211c. The sensor data (captured image data and depth data) is an example of data related to the position of the crop. Note that only one of the captured image data and the depth data may be used as data related to the position of the crop.
センサ装置221は、上述の例に限定されず、例えば、物体の表面上の複数の点に対応する距離データを出力する各種センサ装置(パルスエコー式超音波測距センサ、又は、LiDAR(Light Detection and Ranging)若しくはレーザレンジファインダ等のレーザスキャナ)でもよい。 The sensor device 221 is not limited to the above examples, and may be, for example, any of a variety of sensor devices that output distance data corresponding to multiple points on the surface of an object (such as a pulse-echo ultrasonic distance sensor, or a laser scanner such as LiDAR (Light Detection and Ranging) or a laser range finder).
駆動装置222は、後述する摘取装置223を動作させるための駆動モータ等である。摘取装置223は、収穫対象の作物を把持し且つ把持した作物を枝からもぎ取る摘取機能を有する。図2(b)に示される摘取装置223は、例えば、収穫対象の作物が果梗を介して枝に付いている作物(さくらんぼ等)である場合、果梗を掴む把持部を有する。なお、摘取装置223は、図2(b)に示される例に限らず、収穫対象の作物ごとに収穫に適した構成を有するものでもよい。摘取装置223は、収穫対象の作物ごとに適した収穫動作(収穫対象の作物を把持し且つ把持した作物を枝からもぎ取る動作)を行い、作物を収穫する。なお、摘取装置223は、摘取部の一例である。 The drive device 222 is a drive motor or the like for operating the harvesting device 223, which will be described later. The harvesting device 223 has a harvesting function of gripping the crop to be harvested and plucking the gripped crop from the branch. The harvesting device 223 shown in FIG. 2(b) has a gripping unit that grasps the stalk when the crop to be harvested is a crop (such as cherries) that is attached to the branch via the stalk. The harvesting device 223 is not limited to the example shown in FIG. 2(b), and may have a configuration suitable for harvesting each crop to be harvested. The harvesting device 223 performs a harvesting operation suitable for each crop to be harvested (an operation of gripping the crop to be harvested and plucking the gripped crop from the branch) to harvest the crop. The harvesting device 223 is an example of a picking unit.
照射装置224は、例えば、LED照明装置であり、収穫ロボット2を操作する操作者の操作指示、又は、処理部211cからの制御指示に応じて光を照射する。 The irradiation device 224 is, for example, an LED lighting device, and emits light in response to operation instructions from the operator operating the harvesting robot 2 or control instructions from the processing unit 211c.
マニピュレータシステム23は、エンドエフェクタシステム22の摘取装置223を、作物の収穫可能位置に移動させる機能等を有する。図2(a)に示されるマニピュレータシステム23は、例えば、ジョイントを有する垂直多関節型のマニピュレータである。 The manipulator system 23 has a function of moving the picking device 223 of the end effector system 22 to a position where the crop can be harvested. The manipulator system 23 shown in FIG. 2(a) is, for example, a vertical articulated manipulator having joints.
支持部材25は、台車21の上面に設置されマニピュレータシステム23を支持する。なお、支持部材25は、台車21と相対的に移動可能に構成されてもよい。支持部材25は、駆動装置251を備える。駆動装置251は、支持部材25に対してマニピュレータシステム23を回動させるための駆動モータ等である。例えば、駆動装置251は、マニピュレータシステム23の先端部と回動可能に接続され、2の所定軸(例えば、図2(a)におけるy方向の軸及び当該y方向の軸と直行する方向の軸)を中心にマニピュレータシステム23を回動させる。これにより、駆動装置251及びマニピュレータシステム23を人間の「肩」及び「腕」と見立てた場合における「肩回転動作」及び「腕上げ動作」に似た動きが実現され得る。 The support member 25 is installed on the upper surface of the cart 21 and supports the manipulator system 23. The support member 25 may be configured to be movable relative to the cart 21. The support member 25 includes a drive unit 251. The drive unit 251 is a drive motor or the like for rotating the manipulator system 23 relative to the support member 25. For example, the drive unit 251 is rotatably connected to the tip of the manipulator system 23 and rotates the manipulator system 23 about two predetermined axes (for example, an axis in the y direction in FIG. 2(a) and an axis perpendicular to the y direction axis). This allows for movements similar to "shoulder rotation" and "arm raising" to be realized when the drive unit 251 and the manipulator system 23 are considered to be a human "shoulder" and "arm".
なお、マニピュレータシステム23は、マニピュレータシステム23に対してエンドエフェクタシステム22を回動させるための駆動モータを備えてもよい。例えば、駆動モータは、マニピュレータシステム23の先端部と回動可能に接続され、収穫ロボット2の所定軸(例えば、マニピュレータシステム23の延長方向の軸及び当該軸と直行する方向の軸)を中心にエンドエフェクタシステム22を回動させる。これにより、エンドエフェクタシステム22及びマニピュレータシステム23を人間の「手」及び「腕」と見立てた場合における「手首捻り動作」及び「手首曲げ動作」に似た動きが実現される。 The manipulator system 23 may include a drive motor for rotating the end effector system 22 relative to the manipulator system 23. For example, the drive motor is rotatably connected to the tip of the manipulator system 23 and rotates the end effector system 22 about a predetermined axis of the harvesting robot 2 (for example, an axis in the extension direction of the manipulator system 23 and an axis perpendicular to said axis). This allows movements similar to "wrist twisting" and "wrist bending" to be realized when the end effector system 22 and the manipulator system 23 are considered to be a human "hand" and "arm".
移動装置212は、処理部211cからの移動制御信号に従って、エンドエフェクタシステム22によって作物が収穫可能となる範囲内に位置するように、台車21を移動させる。そして、駆動装置251は、処理部211cからの移動制御信号に従って、エンドエフェクタシステム22が作物の収穫可能位置に移動するように制御される。 The moving device 212 moves the carriage 21 in accordance with a movement control signal from the processing unit 211c so that the carriage 21 is positioned within a range where the crop can be harvested by the end effector system 22. The driving device 251 is then controlled in accordance with the movement control signal from the processing unit 211c so that the end effector system 22 moves to a position where the crop can be harvested.
(サーバ装置3)
図4は、サーバ装置3の概略構成の一例を示す図である。
(Server device 3)
FIG. 4 is a diagram showing an example of a schematic configuration of the server device 3. As shown in FIG.
サーバ装置3は、落葉期障害物データを記憶して管理するためのデータ管理機能、落葉期障害物データを収穫ロボット2に送信するための送信機能を有する。また、サーバ装置3は、外部装置から送信された落葉期障害物データを受信する受信機能等を有する。なお、外部装置は、収穫ロボット2でもよい。そのために、サーバ装置3は、サーバ通信部31と、サーバ記憶部32と、サーバ処理部33とを備える。 The server device 3 has a data management function for storing and managing defoliation obstacle data, and a transmission function for transmitting defoliation obstacle data to the harvesting robot 2. The server device 3 also has a receiving function for receiving defoliation obstacle data transmitted from an external device. The external device may be the harvesting robot 2. To this end, the server device 3 includes a server communication unit 31, a server storage unit 32, and a server processing unit 33.
サーバ通信部31は、ハードウェア、ファームウェア、又はTCP/IPドライバやPPPドライバ等の通信用ソフトウェア又はこれらの組み合わせとして実装される。サーバ装置3は、サーバ通信部31を介して、落葉期障害物データ等の各種データを収穫ロボット2に送信することができる。サーバ装置3は、サーバ通信部31を介して、外部装置から各種データを受信することができる。また、サーバ通信部31は、Bluetooth(登録商標)等の通信方式に従った近距離無線通信を行うためのインターフェース回路を有し、収穫ロボット2に電波を送信し、収穫ロボット2からの電波を受信してもよい。また、サーバ通信部31は、各種データに対応する各種信号を赤外線通信等によって送信するための送信回路を有し、各種データに対応する各種信号を赤外線通信等によって受信するための受信回路を有してもよい。また、サーバ通信部31は、有線LANの通信インターフェース回路を備えてもよい。これにより、サーバ装置3は、サーバ通信部31を介して収穫ロボット2との各種データの受送信を行うことができる。サーバ装置3は、サーバ通信部31に代えて又はサーバ通信部31とともに、可搬型記憶媒体を着脱可能に保持する入出力装置を備えてもよい。この場合、入出力装置は、可搬型記憶媒体に記憶された落葉期障害物データ等の各種データを取得し、取得した各種データを記憶処理部332に供給する。これにより、サーバ装置3は、可搬型記憶媒体を介して外部装置から落葉期障害物データ等の各種データを取得することができる。 The server communication unit 31 is implemented as hardware, firmware, or communication software such as a TCP/IP driver or a PPP driver, or a combination of these. The server device 3 can transmit various data, such as obstacle data during the defoliation season, to the harvesting robot 2 via the server communication unit 31. The server device 3 can receive various data from an external device via the server communication unit 31. The server communication unit 31 may also have an interface circuit for short-range wireless communication according to a communication method such as Bluetooth (registered trademark), and may transmit radio waves to the harvesting robot 2 and receive radio waves from the harvesting robot 2. The server communication unit 31 may also have a transmission circuit for transmitting various signals corresponding to various data by infrared communication or the like, and may also have a receiving circuit for receiving various signals corresponding to various data by infrared communication or the like. The server communication unit 31 may also have a communication interface circuit for a wired LAN. This allows the server device 3 to transmit and receive various data to and from the harvesting robot 2 via the server communication unit 31. The server device 3 may be provided with an input/output device that detachably holds a portable storage medium instead of or in addition to the server communication unit 31. In this case, the input/output device acquires various data, such as the defoliation obstacle data, stored in the portable storage medium, and supplies the acquired various data to the storage processing unit 332. This allows the server device 3 to acquire various data, such as the defoliation obstacle data, from an external device via the portable storage medium.
サーバ記憶部32は、例えば、ROM、RAM等の半導体メモリ装置である。サーバ記憶部32は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、又はデータを記憶可能な前記以外の各種記憶装置でもよい。サーバ記憶部32は、サーバ処理部33における処理に用いられるオペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム、アプリケーションプログラム及びデータ等を記憶する。サーバ記憶部32に記憶されるコンピュータプログラムは、例えばCD-ROM、DVD-ROM等のコンピュータ読み取り可能な可搬型記憶媒体から、公知のセットアッププログラム等を用いてサーバ記憶部32にインストールされてもよい。サーバ記憶部32に記憶されるデータは、外部装置から取得した落葉期障害物データ等の各種データを記憶する。サーバ記憶部32は、所定の処理に係るデータを一時的に記憶してもよい。 The server storage unit 32 is, for example, a semiconductor memory device such as a ROM or a RAM. The server storage unit 32 may be, for example, a magnetic disk, an optical disk, or any other storage device capable of storing data. The server storage unit 32 stores an operating system program, a driver program, an application program, data, and the like used in the processing in the server processing unit 33. The computer programs stored in the server storage unit 32 may be installed in the server storage unit 32 from a computer-readable portable storage medium such as a CD-ROM or a DVD-ROM using a known setup program, and the like. The data stored in the server storage unit 32 includes various data such as defoliation obstacle data acquired from an external device. The server storage unit 32 may temporarily store data related to a specified process.
サーバ処理部33は、サーバ記憶部32に記憶されているオペレーティングシステムプログラム、ドライバプログラム及びアプリケーションプログラムをメモリにロードし、ロードしたプログラムに含まれる命令を実行する処理装置である。サーバ処理部33は、例えば、CPU、MPU、DSP等の電子回路、又は各種電子回路の組み合わせである。図4においては、サーバ処理部33が単一の構成要素として図示されているが、サーバ処理部33は複数の物理的に別体のプロセッサの集合であってもよい。 The server processing unit 33 is a processing device that loads the operating system program, driver program, and application program stored in the server storage unit 32 into memory and executes the instructions contained in the loaded programs. The server processing unit 33 is, for example, an electronic circuit such as a CPU, MPU, or DSP, or a combination of various electronic circuits. In FIG. 4, the server processing unit 33 is illustrated as a single component, but the server processing unit 33 may be a collection of multiple physically separate processors.
サーバ処理部33は、サーバ記憶部32に記憶されたアプリケーションプログラム(制御プログラム)に含まれる各種命令を実行することにより、サーバ受信部331、記憶処理部332、及びサーバ送信部333として機能する。 The server processing unit 33 functions as a server receiving unit 331, a memory processing unit 332, and a server transmitting unit 333 by executing various commands contained in the application program (control program) stored in the server memory unit 32.
サーバ受信部331は、外部装置から送信された落葉期障害物データ等の各種データを、サーバ通信部31を介して受信する。記憶処理部332は、サーバ受信部331によって受信された各種データをサーバ記憶部32に記憶する。サーバ送信部333は、収穫ロボット2からの要求に応じて、又は、操作者による操作に応じて、サーバ記憶部32に記憶された落葉期障害物データ等の各種データを、サーバ通信部31を介して収穫ロボット2に送信する。 The server receiving unit 331 receives various data, such as defoliation obstacle data, transmitted from an external device via the server communication unit 31. The storage processing unit 332 stores the various data received by the server receiving unit 331 in the server memory unit 32. The server transmitting unit 333 transmits various data, such as defoliation obstacle data, stored in the server memory unit 32 to the harvesting robot 2 via the server communication unit 31 in response to a request from the harvesting robot 2 or in response to an operation by the operator.
(落葉期障害物データ抽出処理)
以下、図5~図7を参照して、落葉期障害物データ抽出処理の一例について説明する。落葉期障害物データ抽出処理は、収穫ロボット2のセンサ装置221によって取得されたセンサデータを用いて実行される。例えば、収穫対象の作物の樹木が落葉している時期に、収穫ロボット2が、当該樹木が植えられている圃場内を移動しているときに、収穫ロボット2のセンサ装置221が所定のタイミングでセンサデータを取得する。落葉期障害物データ抽出処理は、収穫ロボット2とは異なる外部装置によって実行されてもよい。例えば、外部装置は、収穫ロボット2のセンサ装置221及び処理部211cと同様の機能を備えており、落葉期障害物データ抽出処理は、操作者が外部装置を持って移動しつつ取得したセンサデータを用いて、移動中に又は移動後に外部装置によって実行されるものでもよい。
(Deciduous season obstacle data extraction processing)
An example of the deciduous season obstacle data extraction process will be described below with reference to Figures 5 to 7. The deciduous season obstacle data extraction process is executed using sensor data acquired by the sensor device 221 of the harvest robot 2. For example, when the harvest robot 2 is moving through a field in which trees of a crop to be harvested are planted during the season in which the trees have lost their leaves, the sensor device 221 of the harvest robot 2 acquires sensor data at a predetermined timing. The deciduous season obstacle data extraction process may be executed by an external device different from the harvest robot 2. For example, the external device may have the same functions as the sensor device 221 and the processing unit 211c of the harvest robot 2, and the deciduous season obstacle data extraction process may be executed by the external device during or after the operator moves using sensor data acquired while moving with the external device.
図5は、処理部211cによって実行される落葉期障害物データ抽出処理の動作フローの一例を示す図である。 Figure 5 shows an example of the operation flow of the deciduous season obstacle data extraction process executed by the processing unit 211c.
まず、ステップS101において、処理部211cは、センサ装置221から出力されたセンサデータを取得する。センサ装置221は、所定時間ごと(例えば、1秒ごと)にセンサデータを出力してもよく、その場合、処理部211cは、センサ装置221からセンサデータが出力されるたびに、センサ装置221から出力されたセンサデータを取得する。 First, in step S101, the processing unit 211c acquires sensor data output from the sensor device 221. The sensor device 221 may output sensor data at predetermined time intervals (e.g., every second), in which case the processing unit 211c acquires the sensor data output from the sensor device 221 every time the sensor data is output from the sensor device 221.
センサデータには、撮影部221aから出力された撮影画像データ及び測定部221bから出力された深度データが含まれる。図6(a)は、落葉している樹木が植えられている圃場内を撮影した撮影画像データの一例を示す図である。撮影画像データは、例えば、複数のピクセルによって構成された矩形形状の画像を表示するためのデータであり、各ピクセルには、色を表現するためのRGBデータが対応付けられている。また、図6(b)は、図6(a)に示される撮影画像データの撮影時に出力された深度データ(距離データ)の一例を示す模式図である。深度データ(距離データ)は、例えば、同時に撮影された撮影画像データと略同一の矩形形状を構成する複数のピクセルのそれぞれに対応する、センサ装置221からの距離を示す数値データの集合である。深度データの解像度は、撮影画像データと同一の解像度でも、撮影画像データとは異なる解像度でもよい。以下、樹木が落葉している時期に測定された深度データを、落葉期深度データと称する場合がある。 The sensor data includes the photographed image data output from the photographing unit 221a and the depth data output from the measuring unit 221b. FIG. 6(a) is a diagram showing an example of photographed image data taken in a field where defoliated trees are planted. The photographed image data is, for example, data for displaying a rectangular image composed of a plurality of pixels, and RGB data for expressing color is associated with each pixel. FIG. 6(b) is a schematic diagram showing an example of depth data (distance data) output when the photographed image data shown in FIG. 6(a) is photographed. The depth data (distance data) is, for example, a set of numerical data indicating the distance from the sensor device 221 corresponding to each of a plurality of pixels that constitute a rectangular shape substantially the same as the photographed image data photographed at the same time. The resolution of the depth data may be the same as that of the photographed image data or may be different from that of the photographed image data. Hereinafter, the depth data measured when the trees are defoliated may be referred to as defoliation stage depth data.
次に、ステップS102において、処理部211cは、(ステップS101において取得された)センサデータに含まれる撮影画像データを取得する。 Next, in step S102, the processing unit 211c acquires the captured image data contained in the sensor data (acquired in step S101).
次に、ステップS103において、処理部211cは、(ステップS102において取得された)撮影画像データ内の障害物画像領域を推定する。以下、処理部211cによって実行される障害物画像領域の推定処理の一例について説明する。 Next, in step S103, the processing unit 211c estimates an obstacle image area in the captured image data (obtained in step S102). Below, an example of the obstacle image area estimation process executed by the processing unit 211c is described.
処理部211cは、例えば、U-Net(Convolutional Networks for Biomedical Image Segmentation)をベースにした、深層学習によって生成された学習モデルを用いて、障害物画像領域の推定処理を実行する。 The processing unit 211c performs the estimation process of the obstacle image area using a learning model generated by deep learning based on, for example, U-Net (Convolutional Networks for Biomedical Image Segmentation).
U-Netは、撮影画像データを構成するピクセルごとに物体を認識する手法の一つであり、処理部211cは、撮影画像データ内の「枝」を示す画像領域を障害物画像領域として推定する。処理部211cは、「枝」を示す画像領域とともに、撮影画像データ内の枝を支える各種部材(支柱(パイプ、杭等)、ワイヤー、テープ、及び/又は紐等)を示す画像領域を障害物画像領域として推定してもよい。このように、処理部211cは、収穫の際に、エンドエフェクタシステム22及び/又はマニピュレータシステム23の移動の障害となる障害物を示す画像領域を障害物画像領域として推定する。 U-Net is a method for recognizing objects for each pixel that constitutes the captured image data, and the processing unit 211c estimates an image area that indicates a "branch" in the captured image data as an obstacle image area. The processing unit 211c may estimate, in addition to the image area that indicates the "branch," image areas that indicate various components that support the branch in the captured image data (supports (pipes, stakes, etc.), wires, tapes, and/or strings, etc.) as obstacle image areas. In this way, the processing unit 211c estimates, as obstacle image areas, image areas that indicate obstacles that impede the movement of the end effector system 22 and/or manipulator system 23 during harvesting.
図7(a)は、障害物画像領域を示す推定画像データの一例を示す図である。図7(a)に示される推定画像データは、学習済みニューラルネットワークの入力層に入力された撮影画像データが図6(a)に示される撮影画像データである場合において、学習済みニューラルネットワークの出力層から出力されたものである。推定画像データは、障害物を示すピクセルと、障害物以外を示すピクセルとが互いに異なる表示態様の画像データである。 Figure 7 (a) is a diagram showing an example of estimated image data showing an obstacle image area. The estimated image data shown in Figure 7 (a) is output from the output layer of the trained neural network when the captured image data input to the input layer of the trained neural network is the captured image data shown in Figure 6 (a). The estimated image data is image data in which pixels showing obstacles and pixels showing non-obstacles are displayed in different ways.
なお、学習モデルの生成処理は、収穫ロボット2の処理部211c、サーバ装置3のサーバ処理部33、又は、外部装置の処理部等で実行される。 The process of generating the learning model is executed by the processing unit 211c of the harvesting robot 2, the server processing unit 33 of the server device 3, or a processing unit of an external device, etc.
例えば、収穫ロボット2の操作者又は管理者等によって、複数の教師データが作成される。そして、複数の教師データを用いた深層学習が実行されることにより、ニューラルネットワークにおける各ニューロンの重みが学習された学習モデルが生成又は更新される。 For example, multiple pieces of training data are created by an operator or manager of the harvesting robot 2. Then, deep learning is performed using the multiple pieces of training data to generate or update a learning model in which the weights of each neuron in the neural network are learned.
次に、ステップS104に戻り、処理部211cは、ステップS103において障害物画像領域が推定された(ステップS103において出力された推定画像データ内に障害物画像領域が存在する)か否かを判定する。 Next, the process returns to step S104, where the processing unit 211c determines whether an obstacle image area was estimated in step S103 (whether an obstacle image area exists in the estimated image data output in step S103).
ステップS103において障害物画像領域が推定されなかった場合(ステップS104-No)、処理部211cは、落葉期障害物データ抽出処理をステップS108に進める。 If an obstacle image area is not estimated in step S103 (step S104-No), the processing unit 211c advances the deciduous season obstacle data extraction process to step S108.
ステップS103において障害物画像領域が推定された場合(ステップS104-Yes)、ステップS105において、処理部211cは、(ステップS101において取得された)センサデータに含まれる落葉期深度データを取得する。 If an obstacle image area is estimated in step S103 (step S104-Yes), in step S105, the processing unit 211c acquires defoliation depth data included in the sensor data (acquired in step S101).
次に、ステップS106において、処理部211cは、(ステップS105において取得された)落葉期深度データに基づいて、落葉期3次元点群データを算出する。落葉期3次元点群データは、落葉期深度データの各ピクセルに対応する3次元位置データの集合である。 Next, in step S106, the processing unit 211c calculates deciduous season three-dimensional point cloud data based on the deciduous season depth data (acquired in step S105). The deciduous season three-dimensional point cloud data is a collection of three-dimensional position data corresponding to each pixel of the deciduous season depth data.
落葉期3次元点群データの算出処理は、落葉期深度データの各ピクセルの位置及び深度データを、所定の位置座標系(例えば、緯度、経度及び高度で示される日本測地系2011等の地理座標系)に従った3次元位置データに同時変換することで、落葉期3次元点群データを算出する処理である。 The calculation process of the deciduous season three-dimensional point cloud data is a process of calculating the deciduous season three-dimensional point cloud data by simultaneously converting the position and depth data of each pixel of the deciduous season depth data into three-dimensional position data according to a specified position coordinate system (for example, a geographic coordinate system such as the Japanese Geodetic System 2011, which is indicated by latitude, longitude, and altitude).
なお、落葉期3次元点群データの算出処理として、例えば、処理部211cは、SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)又はSfM(Structure from Motion)等の公知の自己位置推定及び環境地図作成手法に基づいて、落葉期3次元点群データを算出する処理を実行してもよい。 As a calculation process for the deciduous season three-dimensional point cloud data, for example, the processing unit 211c may execute a process for calculating the deciduous season three-dimensional point cloud data based on a known self-location estimation and environmental map creation method such as SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) or SfM (Structure from Motion).
自己位置推定及び環境地図作成手法に基づく落葉期3次元点群データの算出処理が実行される場合、センサデータに含まれる深度データが用いられなくてもよい。この場合、処理部211cは、撮影位置の異なる複数の撮影画像データのみを用いて、SLAM又はSfM等に従って、2つの撮影画像データの撮影位置、複数の特徴点に対応する位置のそれぞれについての仮想3次元空間での相対位置を算出し、落葉期3次元点群データを算出してもよい。処理部211cは、自己位置推定及び環境地図作成手法に基づく落葉期3次元点群データの算出処理を実行する場合、センサデータの取得を開始してから通過した地点を再度通過することで、公知のキャリブレーション処理を実行してもよい(キャリブレーション処理の詳細は、特許第6525148号公報等を参照されたい。)。 When the calculation process of the three-dimensional point cloud data in the defoliation season based on the self-location estimation and environmental map creation technique is executed, the depth data included in the sensor data may not be used. In this case, the processing unit 211c may calculate the relative positions in a virtual three-dimensional space for each of the shooting positions of the two pieces of captured image data and the positions corresponding to the multiple feature points according to SLAM or SfM, etc., using only multiple captured image data from different shooting positions, and calculate the three-dimensional point cloud data in the defoliation season. When the processing unit 211c executes the calculation process of the three-dimensional point cloud data in the defoliation season based on the self-location estimation and environmental map creation technique, it may execute a known calibration process by passing again a point that has been passed since starting to acquire sensor data (for details of the calibration process, see Japanese Patent No. 6525148, etc.).
次に、図5に示される落葉期障害物データ抽出処理のステップS107に戻り、処理部211cは、算出した落葉期3次元点群データから、落葉期障害物データを抽出する。例えば、処理部211cは、(ステップS105において取得された)落葉期深度データの測定対象空間と(ステップS103において推定された)推定画像データの撮影対象空間とが略同一となるように、落葉期深度データと推定画像データとを重畳する。次に、処理部211cは、落葉期深度データの各ピクセルのうち、推定画像データ内の障害物画像領域と重畳するピクセルを抽出する。処理部211cは、抽出されたピクセルに対応する落葉期3次元点群データを落葉期障害物データとして抽出する。図7(b)は、図6(b)に示される落葉期深度データに基づいて抽出された落葉期障害物データの一例を示す模式図である。 Next, returning to step S107 of the defoliation obstacle data extraction process shown in FIG. 5, the processing unit 211c extracts defoliation obstacle data from the calculated defoliation obstacle three-dimensional point cloud data. For example, the processing unit 211c superimposes the defoliation obstacle data and the estimated image data so that the measurement target space of the defoliation obstacle depth data (acquired in step S105) and the shooting target space of the estimated image data (estimated in step S103) are substantially the same. Next, the processing unit 211c extracts pixels that overlap with the obstacle image area in the estimated image data from among the pixels of the defoliation obstacle depth data. The processing unit 211c extracts the defoliation obstacle three-dimensional point cloud data corresponding to the extracted pixels as defoliation obstacle data. FIG. 7(b) is a schematic diagram showing an example of defoliation obstacle data extracted based on the defoliation obstacle depth data shown in FIG. 6(b).
次に、ステップS108において、処理部211cは、センサ装置221からのセンサデータの取得が終了したか否かを判定する。センサ装置221からの新たなセンサデータの取得があると判定された場合(ステップS108-No)、処理部211cは、落葉期障害物データ抽出処理をステップS101に戻す。また、センサ装置221からのセンサデータの取得が終了したと判定された場合(ステップS108-Yes)、処理部211cは、落葉期障害物データ抽出処理を終了する。 Next, in step S108, the processing unit 211c determines whether or not acquisition of sensor data from the sensor device 221 has been completed. If it is determined that new sensor data has been acquired from the sensor device 221 (step S108-No), the processing unit 211c returns the defoliation season obstacle data extraction process to step S101. Furthermore, if it is determined that acquisition of sensor data from the sensor device 221 has been completed (step S108-Yes), the processing unit 211c ends the defoliation season obstacle data extraction process.
落葉期障害物データ抽出処理が終了すると、処理部211cは、通信部211aを介して落葉期障害物データをサーバ装置3に送信する。サーバ装置3のサーバ受信部331は、サーバ通信部31を介して落葉期障害物データを受信し、記憶処理部332は、受信された落葉期障害物データをサーバ記憶部32に記憶する。なお、処理部211cは、落葉期障害物データをサーバ装置3に送信せずに、落葉期障害物データを記憶部211bに記憶してもよい。 When the defoliation season obstacle data extraction process is completed, the processing unit 211c transmits the defoliation season obstacle data to the server device 3 via the communication unit 211a. The server receiving unit 331 of the server device 3 receives the defoliation season obstacle data via the server communication unit 31, and the storage processing unit 332 stores the received defoliation season obstacle data in the server storage unit 32. Note that the processing unit 211c may store the defoliation season obstacle data in the storage unit 211b without transmitting the defoliation season obstacle data to the server device 3.
(収穫処理)
作物が収穫可能となった時に、収穫ロボット2による収穫が行われる。以下、図8を参照して、収穫ロボット2が備える処理部211cによって実行される収穫処理の一例について説明する。なお、収穫処理が実行される前に、サーバ装置3のサーバ送信部333は、サーバ記憶部32に記憶された落葉期障害物データを、サーバ通信部31を介して収穫ロボット2に送信する。収穫ロボット2の処理部211cは、通信部211aを介して落葉期障害物データを受信し、受信した落葉期障害物データを記憶部211bに記憶する。なお、処理部211cは、記憶部211bに落葉期障害物データが記憶されている場合、サーバ装置3から落葉期障害物データを受信しなくてもよい。
(Harvesting process)
When the crops are ready to be harvested, the harvest robot 2 harvests them. An example of the harvesting process executed by the processing unit 211c of the harvest robot 2 will be described below with reference to FIG. 8. Note that before the harvesting process is executed, the server transmission unit 333 of the server device 3 transmits the defoliation season obstacle data stored in the server storage unit 32 to the harvest robot 2 via the server communication unit 31. The processing unit 211c of the harvest robot 2 receives the defoliation season obstacle data via the communication unit 211a and stores the received defoliation season obstacle data in the storage unit 211b. Note that when the defoliation season obstacle data is stored in the storage unit 211b, the processing unit 211c does not need to receive the defoliation season obstacle data from the server device 3.
まず、ステップS201において、処理部211cは、センサ装置221から出力されたセンサデータを取得する。センサ装置221は、所定時間ごと(例えば、1秒ごと)にセンサデータを出力してもよく、その場合、処理部211cは、センサ装置221からセンサデータが出力されるたびに、センサ装置221から出力されたセンサデータを取得する。 First, in step S201, the processing unit 211c acquires sensor data output from the sensor device 221. The sensor device 221 may output sensor data at predetermined time intervals (e.g., every second), in which case the processing unit 211c acquires the sensor data output from the sensor device 221 every time the sensor data is output from the sensor device 221.
次に、ステップS202において、処理部211cは、(ステップS201において取得された)センサデータに含まれる撮影画像データを取得する。 Next, in step S202, the processing unit 211c acquires the captured image data contained in the sensor data (acquired in step S201).
次に、ステップS203において、処理部211cは、(ステップS202において取得された)撮影画像データ内に収穫対象の作物が含まれるか否かを判定することより、作物の有無を検知する。以下、処理部211cによって実行される作物検知処理の一例について説明する。なお、検知対象の作物が「さくらんぼ」である場合を例にして説明する。 Next, in step S203, the processing unit 211c detects the presence or absence of crops by determining whether the captured image data (obtained in step S202) includes crops to be harvested. An example of the crop detection process executed by the processing unit 211c will be described below. Note that the example will be described in which the crop to be detected is "cherries."
まず、処理部211cは、センサ装置221にセンサデータの取得を指示する。なお、処理部211cは、照射装置224に光を照射させた状態で、センサ装置221にセンサデータの取得を指示してもよい。 First, the processing unit 211c instructs the sensor device 221 to acquire sensor data. Note that the processing unit 211c may instruct the sensor device 221 to acquire sensor data while the illumination device 224 is irradiating light.
次に、処理部211cは、センサ装置221から取得したセンサデータに含まれる撮影画像データに基づいて、サクランボの果実に対応する候補画像領域を推定する。例えば、処理部211cは、公知のSVM(Support Vector Machine)をベースにした、機械学習によって生成された学習モデルを用いて、候補画像領域がサクランボの果実に対応する領域であるか否かの判定処理を実行する。 Next, the processing unit 211c estimates a candidate image area corresponding to a cherry fruit based on the captured image data included in the sensor data acquired from the sensor device 221. For example, the processing unit 211c executes a process of determining whether or not the candidate image area corresponds to a cherry fruit, using a learning model generated by machine learning based on a known SVM (Support Vector Machine).
処理部211cは、サクランボの果実に対応する候補画像領域が画像データ内にないと推定された場合(ステップS203-No)、処理部211cは、収穫処理をステップS209に進める。処理部211cは、サクランボの果実に対応する候補画像領域が画像データ内にあると推定された場合(ステップS203-Yes)、当該候補画像領域において、サクランボの果実に接続する果梗に対応する画像領域を、所定の学習モデルを用いて更に推定して、作物の位置を算出する(ステップS204)。 If the processing unit 211c estimates that the candidate image area corresponding to the cherry fruit is not present in the image data (step S203-No), the processing unit 211c advances the harvesting process to step S209. If the processing unit 211c estimates that the candidate image area corresponding to the cherry fruit is present in the image data (step S203-Yes), the processing unit 211c further estimates an image area corresponding to the stalk connected to the cherry fruit in the candidate image area using a predetermined learning model, and calculates the position of the crop (step S204).
例えば、ステップS204では、処理部211cは、候補画像領域から推定された果梗の3次元位置データ(カメラ座標系の3次元位置データ)を、作物の位置として出力する。例えば、処理部211cは、果梗に対応する画像領域の一又は複数のピクセルと深度データに示される深度値とに基づいて、果梗に対応する一又は複数のピクセルに対応するカメラ座標系の3次元座標(x,y,z)を算出する。そして、処理部211cは、算出した3次元座標(x,y,z)を示す3次元位置データを作物の位置として出力する。このように、処理部211cは、センサデータに基づいて収穫対象の作物を検知することを可能とする。 For example, in step S204, the processing unit 211c outputs three-dimensional position data of the stalk estimated from the candidate image area (three-dimensional position data in the camera coordinate system) as the position of the crop. For example, the processing unit 211c calculates three-dimensional coordinates (x, y, z) in the camera coordinate system corresponding to one or more pixels corresponding to the stalk, based on one or more pixels in the image area corresponding to the stalk and the depth value indicated in the depth data. The processing unit 211c then outputs three-dimensional position data indicating the calculated three-dimensional coordinates (x, y, z) as the position of the crop. In this way, the processing unit 211c makes it possible to detect the crop to be harvested based on the sensor data.
なお、収穫対象の作物の判定として、例えば、SSD(Single Shot MultiBox Detector)又はYOLO(You Only Look Once)等のCNN(Convolutional Neural Network)をベースとした機械学習によって生成された学習モデルを用いて収穫対象の作物の判定処理が実行されてもよい。SSDによる物体認識手法は、W.Liu,D.Anguelov,D.Erhan,C.Szegedy, and S.E.Reed,“SSD:Single Shot Multibox Detector”,December 29,2016,[online],<https://arxiv.org./pdf/1512.02325.pdf>等を参照されたい。 In addition, to determine the crop to be harvested, a learning model generated by machine learning based on a CNN (Convolutional Neural Network) such as SSD (Single Shot Multibox Detector) or YOLO (You Only Look Once) may be used to determine the crop to be harvested. For object recognition methods using SSD, see W. Liu, D. Anguelov, D. Erhan, C. Szegedy, and S. E. Reed, "SSD: Single Shot Multibox Detector", December 29, 2016, [online], <https://arxiv.org./pdf/1512.02325.pdf>, etc.
次に、ステップS205において、処理部211cは、収穫時障害物データ抽出処理を実行する。収穫時障害物データ抽出処理の詳細は後述する。 Next, in step S205, the processing unit 211c executes a harvesting obstacle data extraction process. The details of the harvesting obstacle data extraction process will be described later.
次に、ステップS206において、処理部211cは、記憶部211bに記憶された落葉期障害物データを取得する。 Next, in step S206, the processing unit 211c acquires the defoliation obstacle data stored in the memory unit 211b.
次に、ステップS207において、処理部211cは、取得された落葉期障害物データによって示される、所定の位置座標系の3次元座標(X,Y,Z)を、例えば、測定部221bのカメラパラメータを用いて、カメラ座標系の3次元座標(x,y,z)に変換することで、落葉期障害物データの位置(所定の位置座標系の3次元座標(X,Y,Z))を、現在のセンサ装置221の撮影方向における所定の視野角内の撮影対象空間(カメラ座標系の3次元空間)と合わせる。 Next, in step S207, the processing unit 211c converts the three-dimensional coordinates (X, Y, Z) in a predetermined position coordinate system indicated by the acquired defoliation obstacle data into three-dimensional coordinates (x, y, z) in a camera coordinate system, for example, using the camera parameters of the measurement unit 221b, thereby aligning the position of the defoliation obstacle data (three-dimensional coordinates (X, Y, Z) in the predetermined position coordinate system) with the shooting target space (three-dimensional space in the camera coordinate system) within a predetermined viewing angle in the current shooting direction of the sensor device 221.
なお、自己位置推定及び環境地図作成手法に基づいて落葉期障害物データ及び撮影時障害物データが生成された場合、それぞれの障害物データに基づく3次元モデル(例えば、公知のサーフェスモデル)を生成し、両3次元モデルが略一致するように、落葉期障害物データを回転及び/又は移動させることで、落葉期障害物データの位置を、現在のセンサ装置221の撮影方向における所定の視野角内の撮影対象空間(カメラ座標系の3次元空間)と合わせてもよい。 When defoliation season obstacle data and shooting time obstacle data are generated based on the self-position estimation and environmental map creation techniques, a three-dimensional model (e.g., a known surface model) based on each obstacle data may be generated, and the position of the defoliation season obstacle data may be aligned with the shooting target space (three-dimensional space in the camera coordinate system) within a specified field of view in the current shooting direction of the sensor device 221 by rotating and/or moving the defoliation season obstacle data so that the two three-dimensional models approximately match.
次に、ステップS208において、処理部211cは、位置合わせ処理後の落葉期障害物データと、ステップS205で抽出された収穫時障害物データとに基づいて、エンドエフェクタシステム22、マニピュレータシステム23、及び移動装置212を制御する収穫制御処理を実行する。収穫制御処理の詳細は後述する。 Next, in step S208, the processing unit 211c executes a harvest control process that controls the end effector system 22, the manipulator system 23, and the moving device 212 based on the defoliation season obstacle data after the alignment process and the harvest obstacle data extracted in step S205. The harvest control process will be described in detail later.
次に、ステップS209において、処理部211cは、他の作物を収穫するか否かを判定する。例えば、処理部211cは、操作者による収穫指示に応じて、他の作物を更に収穫すると判定してもよい。この場合、処理部211cは、操作者による終了指示に応じて、他の作物の収穫を終了すると判定してもよい。 Next, in step S209, the processing unit 211c determines whether or not to harvest other crops. For example, the processing unit 211c may determine to further harvest other crops in response to a harvest instruction from the operator. In this case, the processing unit 211c may determine to end the harvest of other crops in response to an end instruction from the operator.
他の作物を収穫すると判定された場合(ステップS209-Yes)、処理部211cは、収穫処理をステップS201に戻し、他の作物の収穫を終了すると判定された場合(ステップS209-No)、収穫処理を終了する。 If it is determined that other crops are to be harvested (step S209-Yes), the processing unit 211c returns the harvesting process to step S201, and if it is determined that the harvesting of other crops is to be ended (step S209-No), the processing unit 211c ends the harvesting process.
(収穫時障害物データ抽出処理)
以下、図9~図10を参照して、収穫時障害物データ抽出処理の一例について説明する。収穫時障害物データ抽出処理は、収穫処理のステップS205において、収穫ロボット2のセンサ装置221によって取得されたセンサデータを用いて実行される。例えば、収穫時において、収穫ロボット2が、収穫対象の作物が実っている樹木が植えられている圃場内を移動しているときに、収穫ロボット2のセンサ装置221が所定のタイミングでセンサデータを取得する。
(Harvesting obstacle data extraction process)
An example of the harvest obstacle data extraction process will be described below with reference to Figures 9 and 10. The harvest obstacle data extraction process is executed in step S205 of the harvest process using sensor data acquired by the sensor device 221 of the harvest robot 2. For example, during harvesting, when the harvest robot 2 moves through a farm field where trees bearing crops to be harvested are planted, the sensor device 221 of the harvest robot 2 acquires sensor data at a predetermined timing.
図9は、処理部211cによって実行される収穫時障害物データ抽出処理の動作フローの一例を示す図である。 Figure 9 shows an example of the operation flow of the harvesting obstacle data extraction process executed by the processing unit 211c.
まず、ステップS301において、処理部211cは、(ステップS201において取得された)センサデータに含まれる撮影画像データを取得する。なお、ステップS301の処理は、ステップS102の処理と同様である。図10(a)は、収穫時に収穫対象の作物を撮影した撮影画像データの一例を示す図である。図10(b)は、図10(a)に示される撮影画像データの撮影時に測定した収穫時深度データの一例を示す模式図である。 First, in step S301, the processing unit 211c acquires the captured image data included in the sensor data (acquired in step S201). Note that the processing in step S301 is similar to the processing in step S102. FIG. 10(a) is a diagram showing an example of captured image data of a crop to be harvested at harvest time. FIG. 10(b) is a schematic diagram showing an example of harvest depth data measured when the captured image data shown in FIG. 10(a) was captured.
次に、ステップS302において、処理部211cは、(ステップS301において取得された)撮影画像データ内の障害物画像領域を推定する。なお、ステップS302の処理は、ステップS103の処理と同様である。図10(c)は、図10(a)に示される撮影画像データから推定された障害物画像領域を示す推定画像データの一例を示す図である。 Next, in step S302, the processing unit 211c estimates an obstacle image area in the captured image data (obtained in step S301). Note that the processing in step S302 is similar to the processing in step S103. FIG. 10(c) is a diagram showing an example of estimated image data showing an obstacle image area estimated from the captured image data shown in FIG. 10(a).
次に、ステップS303において、処理部211cは、ステップS302において障害物画像領域が推定されたか否かを判定する。なお、ステップS303の処理は、ステップS104の処理と同様である。 Next, in step S303, the processing unit 211c determines whether or not an obstacle image area was estimated in step S302. Note that the processing in step S303 is similar to the processing in step S104.
ステップS302において障害物画像領域が推定されなかった場合(ステップS303-No)、処理部211cは、収穫時障害物データ抽出処理を終了する。 If an obstacle image area is not estimated in step S302 (step S303-No), the processing unit 211c ends the harvesting obstacle data extraction process.
ステップS302において障害物画像領域が推定された場合(ステップS303-Yes)、ステップS304において、処理部211cは、(ステップS201において取得された)センサデータに含まれる収穫時深度データを取得する。なお、ステップS304の処理は、ステップS105の処理と同様である。 If an obstacle image area is estimated in step S302 (step S303-Yes), in step S304, the processing unit 211c acquires harvest depth data included in the sensor data (acquired in step S201). Note that the processing in step S304 is similar to the processing in step S105.
次に、ステップS305において、処理部211cは、(ステップS304において取得された)収穫時深度データに基づいて、収穫時3次元点群データを算出する。例えば、収穫時3次元点群データは、収穫時深度データの各ピクセル及び各ピクセルの深度データから算出された、各ピクセルに対応するカメラ座標系の3次元座標(x,y,z)を示す3次元位置データである。 Next, in step S305, the processing unit 211c calculates three-dimensional point cloud data at harvest based on the harvest depth data (acquired in step S304). For example, the three-dimensional point cloud data at harvest is three-dimensional position data indicating the three-dimensional coordinates (x, y, z) in the camera coordinate system corresponding to each pixel, calculated from each pixel of the harvest depth data and the depth data of each pixel.
そして、ステップS306において、処理部211cは、算出した収穫時3次元点群データから、収穫時障害物データを抽出して、収穫時障害物データ抽出処理を終了する。なお、ステップS306の処理は、ステップS107の処理と同様である。図10(d)は、図10(b)に示される収穫時深度データに基づいて抽出された収穫時障害物データの一例を示す模式図である。収穫時障害物データは、収穫時3次元位置データの一例である。収穫時障害物データ抽出処理によって抽出された収穫時障害物データは、「葉」を含まない樹木に対応する収穫時3次元点群データである。樹木の「葉」は、収穫ロボット2、エンドエフェクタシステム22及びマニピュレータシステム23の移動の障害とならない物体であり、処理部211cは、「葉」に対応する3次元点群データを含まない収穫時障害物データを生成することを可能とする。 Then, in step S306, the processing unit 211c extracts harvest obstacle data from the calculated harvest 3D point cloud data, and ends the harvest obstacle data extraction process. The process of step S306 is the same as the process of step S107. FIG. 10(d) is a schematic diagram showing an example of harvest obstacle data extracted based on the harvest depth data shown in FIG. 10(b). The harvest obstacle data is an example of harvest 3D position data. The harvest obstacle data extracted by the harvest obstacle data extraction process is harvest 3D point cloud data corresponding to trees that do not include "leaves". The "leaves" of trees are objects that do not impede the movement of the harvest robot 2, the end effector system 22, and the manipulator system 23, and the processing unit 211c makes it possible to generate harvest obstacle data that does not include 3D point cloud data corresponding to "leaves".
(収穫制御処理)
以下、図11を参照して、収穫制御処理の一例について説明する。収穫制御処理は、収穫処理のステップS208において、処理部211cによって実行される。
(Harvest Control Treatment)
An example of the harvest control process will be described below with reference to Fig. 11. The harvest control process is executed by the processing unit 211c in step S208 of the harvest process.
まず、ステップS401において、処理部211cは、エンドエフェクタシステム22を、現在の位置から、収穫対象の作物に対する摘取動作が可能な位置まで移動させた場合に、収穫ロボット2の少なくとも一部が障害物と衝突するか否かを判定する。収穫対象の作物は、ステップS204において出力された位置に対応する作物である。収穫ロボット2の少なくとも一部は、例えば、エンドエフェクタシステム22及びマニピュレータシステム23の一部である。 First, in step S401, the processing unit 211c determines whether or not at least a part of the harvesting robot 2 will collide with an obstacle when the end effector system 22 is moved from its current position to a position where a picking operation can be performed on the crop to be harvested. The crop to be harvested is the crop corresponding to the position output in step S204. At least a part of the harvesting robot 2 is, for example, a part of the end effector system 22 and the manipulator system 23.
まず、処理部211cは、落葉期障害物データ及び収穫時障害物データの少なくとも一方に基づいて、障害物の位置及び障害物の形状の少なくとも一方を推定する。例えば、処理部211cは、落葉期障害物データ及び収穫時障害物データのそれぞれの各3次元位置データに基づいて、公知のサーフェスモデルを生成する。サーフェスモデルは、所定の立体オブジェクト(例えば円筒形オブジェクト)データによって示されるものでもよく、また、表面をポリゴンによって表現したポリゴンデータによって示されるものでもよい。このように、サーフェスモデルが生成されることで、障害物の位置及び障害物の形状が推定される。 First, the processing unit 211c estimates at least one of the position of the obstacle and the shape of the obstacle based on at least one of the defoliation obstacle data and the harvest obstacle data. For example, the processing unit 211c generates a known surface model based on the three-dimensional position data of the defoliation obstacle data and the harvest obstacle data. The surface model may be represented by a predetermined three-dimensional object (e.g., a cylindrical object) data, or may be represented by polygon data in which the surface is represented by polygons. In this way, the surface model is generated, and the position and shape of the obstacle are estimated.
次に、処理部211cは、エンドエフェクタシステム22の移動に伴う、エンドエフェクタシステム22及びマニピュレータシステム23の移動経路を算出する。そして、処理部211cは、生成したサーフェスモデルと算出した移動経路とが交差するか否かを判定する。処理部211cは、生成したサーフェスモデルと算出した移動経路とが交差すると判定した場合、収穫ロボット2の少なくとも一部が、障害物と衝突すると判定する。また、処理部211cは、生成したサーフェスモデルと算出した移動経路とが交差しないと判定した場合、収穫ロボット2の少なくとも一部が、障害物と衝突しないと判定する。なお、処理部211cは、落葉期障害物データ及び収穫時障害物データの少なくとも一方と、算出した移動経路とが交差するか否かを判定してもよい。この場合、処理部211cは、落葉期障害物データ及び収穫時障害物データの少なくとも一方と、算出した移動経路とが交差すると判定した場合、収穫ロボット2の少なくとも一部が、障害物と衝突すると判定し、また、落葉期障害物データ及び収穫時障害物データの少なくとも一方と、算出した移動経路とが交差しないと判定した場合、収穫ロボット2の少なくとも一部が、障害物と衝突しないと判定する。 Next, the processing unit 211c calculates the movement paths of the end effector system 22 and the manipulator system 23 accompanying the movement of the end effector system 22. Then, the processing unit 211c determines whether the generated surface model intersects with the calculated movement path. If the processing unit 211c determines that the generated surface model intersects with the calculated movement path, it determines that at least a part of the harvesting robot 2 will collide with an obstacle. Furthermore, if the processing unit 211c determines that the generated surface model does not intersect with the calculated movement path, it determines that at least a part of the harvesting robot 2 will not collide with an obstacle. Note that the processing unit 211c may determine whether the calculated movement path intersects with at least one of the deciduous season obstacle data and the harvesting obstacle data. In this case, if the processing unit 211c determines that at least one of the defoliation obstacle data and the harvest obstacle data intersects with the calculated movement path, it determines that at least a part of the harvest robot 2 will collide with an obstacle, and if it determines that at least one of the defoliation obstacle data and the harvest obstacle data does not intersect with the calculated movement path, it determines that at least a part of the harvest robot 2 will not collide with an obstacle.
収穫ロボット2の少なくとも一部が障害物と衝突すると判定された場合(ステップS401-Yes)、ステップS402において、処理部211cは、移動装置212、駆動装置251、マニピュレータシステム23及び駆動装置222の少なくとも一つに、回避制御指示を通知し、ステップS401に処理を戻す。 If it is determined that at least a part of the harvesting robot 2 will collide with an obstacle (step S401-Yes), in step S402, the processing unit 211c sends an avoidance control instruction to at least one of the moving device 212, the driving device 251, the manipulator system 23, and the driving device 222, and returns the process to step S401.
例えば、処理部211cは、マニピュレータシステム23を移動させるためのエンドエフェクタシステム22及びマニピュレータシステム23の複数の動作(移動経路)のうち、収穫ロボット2が障害物と衝突しない動作があると判定すると、当該動作の制御情報に従って、駆動装置251、マニピュレータシステム23及び駆動装置222の少なくとも一つを制御する。また、現在の収穫ロボット2の位置から、エンドエフェクタシステム22を、摘取動作が可能な位置まで移動させた場合、収穫ロボット2の少なくとも一部が障害物と必ず衝突するような場合、処理部211cは、移動装置212に移動指示を通知し、台車21を移動させることにより収穫ロボット2の位置を変更する。 For example, when the processing unit 211c determines that there is an operation that does not cause the harvesting robot 2 to collide with an obstacle among the multiple operations (movement paths) of the end effector system 22 and the manipulator system 23 for moving the manipulator system 23, the processing unit 211c controls at least one of the driving device 251, the manipulator system 23, and the driving device 222 according to the control information of the operation. Also, if at least a part of the harvesting robot 2 is sure to collide with an obstacle when the end effector system 22 is moved from the current position of the harvesting robot 2 to a position where a picking operation is possible, the processing unit 211c notifies the moving device 212 of a movement instruction and changes the position of the harvesting robot 2 by moving the cart 21.
収穫ロボット2の少なくとも一部が障害物と衝突しないと判定された場合(ステップS401-No)、ステップS403において、処理部211cは、駆動装置251、マニピュレータシステム23及び駆動装置222の少なくとも一つに、収穫制御指示を通知し、収穫制御処理を終了する。収穫制御処理により、マニピュレータシステム23は、作物の摘取動作が可能な位置に移動し、摘取装置223は所定の摘取動作を実行することが可能となる。 If it is determined that at least a part of the harvesting robot 2 will not collide with an obstacle (step S401-No), in step S403, the processing unit 211c notifies at least one of the driving device 251, the manipulator system 23, and the driving device 222 of a harvesting control instruction, and ends the harvesting control process. The harvesting control process enables the manipulator system 23 to move to a position where it can pick the crop, and the picking device 223 to perform a predetermined picking operation.
なお、収穫制御処理は、収穫時障害物データを用いずに、落葉期障害物データのみを用いて実行されてもよい。 The harvest control process may be performed using only the defoliation obstacle data, without using the harvest obstacle data.
以上、詳述したとおり、本実施形態の収穫システム1は、収穫対象の作物の樹木が落葉している時期に取得したセンサデータを用いて、収穫の障害となる障害物の有無を判定する。これにより、本実施形態の収穫システム1において、障害物が樹木の葉に隠れてしまうことで、当該障害物が検知されず、収穫ロボット2が障害物と衝突してしまう事故を、未然に防止することが可能となる。 As described above in detail, the harvesting system 1 of this embodiment uses sensor data acquired when the leaves of the trees of the crop to be harvested have fallen to determine whether or not there is an obstacle that will impede harvesting. This makes it possible for the harvesting system 1 of this embodiment to prevent accidents in which the obstacle is hidden by the leaves of the trees and goes undetected, resulting in the harvesting robot 2 colliding with the obstacle.
(変形例1)
落葉期障害物データ抽出処理(図5)において、収穫時3次元点群データに花芽の位置を示す花芽位置データを追加するデータ追加ステップが含まれてもよい。例えば、センサ装置221からのセンサデータの取得が終了したと判定された場合(ステップS108-Yes)にデータ追加ステップが実行される。データ追加ステップは、例えば、機械学習によって生成された学習モデル(例えば、公知のSVMに基づくモデル)によって、撮影画像データ内に花芽の位置が存在するか否かが判定され、花芽の位置が存在すると判定された場合に、当該位置に対応する収穫時3次元点群データに花芽の位置を示すラベルが付与される処理である。なお、データ追加ステップは、操作者が収穫時3次元点群データに花芽の位置に関する花芽位置データを追加する操作処理でもよい。
(Variation 1)
The defoliation stage obstacle data extraction process (FIG. 5) may include a data addition step of adding flower bud position data indicating the position of the flower bud to the harvesting 3D point cloud data. For example, the data addition step is executed when it is determined that the acquisition of sensor data from the sensor device 221 has ended (step S108-Yes). The data addition step is, for example, a process in which a learning model (for example, a model based on a known SVM) generated by machine learning determines whether or not the position of the flower bud exists in the captured image data, and when it is determined that the position of the flower bud exists, a label indicating the position of the flower bud is added to the harvesting 3D point cloud data corresponding to the position. The data addition step may be an operation process in which an operator adds flower bud position data regarding the position of the flower bud to the harvesting 3D point cloud data.
収穫時3次元点群データに花芽位置データが追加された場合、例えば、収穫処理のステップS203において、撮影画像データ内に花芽位置データがあるか否かに応じて、撮影画像データ内に収穫対象の作物が含まれるか否かが判定されてもよい。また、収穫処理のステップS204において、花芽位置データが作物の位置として出力されてもよい。 When flower bud position data is added to the harvest time 3D point cloud data, for example, in step S203 of the harvest process, it may be determined whether or not the captured image data contains a crop to be harvested, depending on whether or not the captured image data contains flower bud position data. Also, in step S204 of the harvest process, the flower bud position data may be output as the position of the crop.
このように、収穫時3次元点群データに花芽位置データが追加されることにより、撮影画像データ内に作物の存否が認識できないような場合であっても、作物の位置を推定することが可能となる。 In this way, by adding flower bud position data to the 3D point cloud data at the time of harvest, it becomes possible to estimate the position of the crop even in cases where it is not possible to determine whether or not the crop is present in the captured image data.
(変形例2)
本実施形態の収穫システム1において使用される「落葉期3次元位置データ」の「落葉期」は、収穫時の1年以上前の「落葉期」であってもよい。
(Variation 2)
The "defoliation period" in the "defoliation period three-dimensional position data" used in the harvesting system 1 of this embodiment may be the "defoliation period" one year or more before the harvest time.
1 収穫システム
2 収穫ロボット
21 台車
211 制御装置
211a 通信部
211b 記憶部
211c 処理部
212 移動装置
22 エンドエフェクタシステム
221 センサ装置
221a 撮影部
221b 測定部
222 駆動装置
223 摘取装置
224 照射装置
23 マニピュレータシステム
24 車輪
25 支持部材
251 駆動装置
3 サーバ装置
31 サーバ通信部
32 サーバ記憶部
33 サーバ処理部
331 サーバ受信部
332 記憶処理部
333 サーバ処理部
REFERENCE SIGNS LIST 1 Harvesting system 2 Harvesting robot 21 Cart 211 Control device 211a Communication unit 211b Memory unit 211c Processing unit 212 Moving device 22 End effector system 221 Sensor device 221a Photography unit 221b Measurement unit 222 Driving device 223 Picking device 224 Irradiation device 23 Manipulator system 24 Wheel 25 Support member 251 Driving device 3 Server device 31 Server communication unit 32 Server memory unit 33 Server processing unit 331 Server receiving unit 332 Storage processing unit 333 Server processing unit
Claims (10)
落葉した前記樹木の少なくとも一部の位置を含む落葉期3次元位置データを記憶する記憶部と、
前記作物を収穫する摘取部と、
前記摘取部を移動させるマニピュレータと、
前記作物の位置に関するデータを取得するセンサ部と、
前記作物の収穫時において前記センサ部によって取得された前記位置に関するデータに基づいて、収穫対象の作物を検知し、
前記落葉期3次元位置データに基づいて、前記摘取部の移動の障害となる障害物の少なくとも位置を推定し、
前記収穫対象の作物が検知された場合、前記摘取部が、前記推定された障害物と前記収穫ロボットの少なくとも一部とが衝突せずに、前記検知された作物の収穫可能位置に移動するように、前記マニピュレータを制御する
処理部と、
を備えることを特徴とする収穫ロボット。 A harvesting robot that harvests crops that grow on deciduous trees,
a storage unit that stores three-dimensional position data during the leaf-shedding season, the data including the position of at least a portion of the tree from which leaves have fallen;
A harvesting unit for harvesting the crop;
A manipulator that moves the picking unit;
A sensor unit for acquiring data relating to the position of the crop;
Detecting a crop to be harvested based on the position data acquired by the sensor unit at the time of harvesting the crop;
estimating at least a position of an obstacle that impedes the movement of the picking unit based on the leaf-fall stage three-dimensional position data;
a processing unit that controls the manipulator when the harvest target crop is detected so that the picking unit moves to a harvestable position of the detected crop without causing a collision between the estimated obstacle and at least a part of the harvesting robot;
A harvesting robot comprising:
前記収穫対象の作物が検知された場合、前記センサ部によって取得された位置に関するデータに基づいて、前記障害物の少なくとも一部の位置を含む収穫時3次元位置データを取得し、
前記落葉期3次元位置データと前記収穫時3次元位置データとに基づいて、前記摘取部の移動の障害となる障害物の少なくとも位置を推定する、請求項1に記載の収穫ロボット。 The processing unit includes:
When the harvest target crop is detected, harvest time three-dimensional position data including a position of at least a part of the obstacle is acquired based on the position data acquired by the sensor unit;
The harvesting robot according to claim 1 , wherein at least a position of an obstacle that impedes movement of the picking unit is estimated based on the three-dimensional position data during leaf fall and the three-dimensional position data during harvest.
前記処理部は、
前記撮影画像データ内の一又は複数の点に対応する3次元位置データを、出力された前記一又は複数の点に対応する前記距離データに基づいて算出し、
前記算出された3次元位置データを前記収穫時3次元位置データとして取得する、請求項2に記載の収穫ロボット。 the sensor unit has an image capturing unit that captures an image of a subject and outputs captured image data of the subject, and a measurement unit that measures distances to surrounding objects and outputs distance data indicating the measured distances;
The processing unit includes:
calculating three-dimensional position data corresponding to one or more points in the captured image data based on the distance data corresponding to the one or more points output;
The harvesting robot according to claim 2 , wherein the calculated three-dimensional position data is acquired as the three-dimensional position data at the time of harvesting.
前記撮影画像データから、前記樹木の枝を示す画像領域及び前記樹木の枝を支える部材を示す画像領域を障害物画像領域として推定し、
前記算出された3次元位置データのうちの前記障害物画像領域内の3次元位置データを前記収穫時3次元位置データとして取得する、請求項3又は4に記載の収穫ロボット。 The processing unit includes:
From the captured image data, an image area showing a branch of the tree and an image area showing a member supporting the branch of the tree are estimated as obstacle image areas;
The harvesting robot according to claim 3 or 4, wherein three-dimensional position data within the obstacle image area among the calculated three-dimensional position data is acquired as the harvesting time three-dimensional position data.
前記処理部は、前記収穫対象の作物が検知された場合、前記摘取部が、前記推定された障害物と前記収穫ロボットの少なくとも一部とが衝突せずに、前記検知された作物の収穫可能位置に移動可能となるように、前記台車の移動を制御する、請求項1~5のいずれか一項に記載の収穫ロボット。 A cart that moves within a field in which the trees are planted is provided,
The harvesting robot according to any one of claims 1 to 5, wherein, when the crop to be harvested is detected, the processing unit controls the movement of the cart so that the picking unit can move to a harvestable position of the detected crop without colliding with the estimated obstacle and at least a part of the harvesting robot.
前記処理部は、
前記作物の収穫時において前記センサ部によって取得された前記位置に関するデータに基づいて、収穫対象の作物を検知し、
前記落葉期3次元位置データに基づいて、前記摘取部の移動の障害となる障害物の少なくとも位置を推定し、
前記収穫対象の作物が検知された場合、前記摘取部が、前記推定された障害物と前記収穫ロボットの少なくとも一部とが衝突せずに、前記検知された作物の収穫可能位置に移動するように、前記マニピュレータを制御する
ことを含む制御方法。 A method for controlling a harvesting robot that harvests crops that grow on deciduous trees, the harvesting robot comprising: a memory unit that stores three-dimensional position data during a deciduous season that includes a position of at least a portion of the tree from which leaves have fallen; a picking unit that harvests the crops; a manipulator that moves the picking unit; a sensor unit that acquires data on the position of the crops; and a processing unit,
The processing unit includes:
Detecting a crop to be harvested based on the position data acquired by the sensor unit at the time of harvesting the crop;
estimating at least a position of an obstacle that impedes the movement of the picking unit based on the leaf-fall stage three-dimensional position data;
When the crop to be harvested is detected, the control method includes controlling the manipulator so that the picking unit moves to a harvestable position of the detected crop without colliding with the estimated obstacle and at least a part of the harvesting robot.
前記処理部に、
前記作物の収穫時において前記センサ部によって取得された前記位置に関するデータに基づいて、収穫対象の作物を検知し、
前記落葉期3次元位置データに基づいて、前記摘取部の移動の障害となる障害物の少なくとも位置を推定し、
前記収穫対象の作物が検知された場合、前記摘取部が、前記推定された障害物と前記収穫ロボットの少なくとも一部とが衝突せずに、前記検知された作物の収穫可能位置に移動するように、前記マニピュレータを制御する
ことを実行させるための制御プログラム。 A control program for a harvesting robot that harvests crops that grow on deciduous trees, the harvesting robot comprising: a memory unit that stores three-dimensional position data during the deciduous season, the data including the position of at least a portion of the tree from which leaves have fallen; a picking unit that harvests the crops; a manipulator that moves the picking unit; a sensor unit that acquires data regarding the position of the crops; and a processing unit,
The processing unit includes:
Detecting a crop to be harvested based on the position data acquired by the sensor unit at the time of harvesting the crop;
estimating at least a position of an obstacle that impedes the movement of the picking unit based on the leaf-fall stage three-dimensional position data;
A control program for executing the following: when a crop to be harvested is detected, controlling the manipulator so that the picking unit moves to a harvestable position of the detected crop without causing a collision between the estimated obstacle and at least a part of the harvesting robot.
前記サーバ装置は、
落葉した前記樹木の少なくとも一部の位置を含む落葉期3次元位置データを記憶する記憶部と、
前記落葉期3次元位置データを、前記収穫ロボットに送信する送信部と、
を備え、
前記収穫ロボットは、
前記サーバ装置から送信された前記落葉期3次元位置データを受信する受信部と、
前記作物を収穫する摘取部と、
前記摘取部を移動させるマニピュレータと、
前記作物の位置に関するデータを取得するセンサ部と、
前記作物の収穫時において前記センサ部によって取得された前記位置に関するデータに基づいて、収穫対象の作物を検知し、
受信された前記落葉期3次元位置データに基づいて、前記摘取部の移動の障害となる障害物の少なくとも位置を推定し、
前記収穫対象の作物が検知された場合、前記摘取部が、前記推定された障害物と前記収穫ロボットの少なくとも一部とが衝突せずに、前記検知された作物の収穫可能位置に移動するように、前記マニピュレータを制御する
処理部と、
を備えることを特徴とする収穫システム。 A harvesting system having a harvesting robot that harvests crops that grow on deciduous trees and a server device that communicates with the harvesting robot,
The server device includes:
a storage unit that stores three-dimensional position data during the leaf-shedding season, the data including the position of at least a portion of the tree from which leaves have fallen;
A transmitter that transmits the three-dimensional position data during the leaf-shedding period to the harvesting robot;
Equipped with
The harvesting robot is
a receiving unit for receiving the leaf-shedding season three-dimensional position data transmitted from the server device;
A harvesting unit for harvesting the crop;
A manipulator that moves the picking unit;
A sensor unit for acquiring data relating to the position of the crop;
Detecting a crop to be harvested based on the position data acquired by the sensor unit at the time of harvesting the crop;
estimating at least a position of an obstacle that impedes movement of the picking unit based on the received three-dimensional position data during the leaf fall period;
a processing unit that controls the manipulator when the harvest target crop is detected so that the picking unit moves to a harvestable position of the detected crop without causing a collision between the estimated obstacle and at least a part of the harvesting robot;
A harvesting system comprising:
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