JP2010178633A - アスパラガス収穫を目的としたハンド装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
被収穫物収穫作業をより省力化し、被収穫物収穫ロボットのハンド装置を低コストで提供する。
【解決手段】
視覚機構により検出された被収穫物を挟持する挟持手段と、上記被収穫物を切断する切断手段と、上記挟持手段と上記切断手段を連動する連動手段と、上記被収穫物の挟持、切断後、上記切断手段を初期位置に戻し、且つ切断した上記被収穫物の挟持を開放し、上記挟持手段の開放状態を保持する初期位置保持手段を有し、上記挟持手段と上記切断手段の少なくともどちらか一方は、弾性体の弾性力を用いて駆動することを特徴とするハンド装置を提供する。
【選択図】図６

Description

本発明は、被収穫物、例えば、アスパラガスを収穫するハンド装置及び、ハンド装置を備えた収穫ロボットに関する。

アスパラガスは、その夏芽又は春芽が所定長さに達したものを切断して収穫されて販売されている。夏季において１日でアスパラガスは１０ｃｍ程成長する。そして芽が畑の表土から２５ｃｍ以上になった頃、採集されて出荷されるものである。あまり長い芽は、商品上価値が低いものとされている。そのため、アスパラガスの成長が速いのでアスパラガスの芽が２５ｃｍに達したものを毎日見つけてこれを切断して収穫する必要があった。

従来、アスパラガスの収穫作業は、芽が２５ｃｍ以上成長しているか否かを農作業者が目視で判断し、２５ｃｍ以上になった芽をカマやハサミ等で人手によって切断していた。この作業は、作業者が腰を降ろして低い姿勢で行うものであり、手間と労力のかかるものとなっていた。

そこで、アスパラガスの収穫作業における作業者への負担を軽減するアスパラガス収穫機が期待されていた。その装置に近いものとして、実開平５−２９３３２号公報に記載されている。このアスパラガス収穫機は、作業者のほぼ手から下方の足に至る長さの桿１に対し、上部にグリップ２、下部に水平面内で作動する切断刃３をそれぞれ設け、下部切断刃３の上方へ切断刃と同方向かつ同時に作動する作物保持鋏４を設け、上部のグリップ２と下部の切断刃３及び作物保持鋏４間に連動機構Ａ、Ｂを設け、作物の最適切断長に相当する採寸ポール５を桿１に添わせて設けたことを特徴とする作物収穫器とするものである。

しかしながら、この公報のような構成では、グリップ２を握り、作物を挟み切断した状態を保持したまま、集積所へ運搬する必要があり、収穫作業に労力を要する。また、この構成を全自動アスパラガス収穫ロボットに搭載した際には、グリップ２の作動装置を、アスパラガスを挟み切断するタイミングで駆動する必要があり、任意のタイミングでグリップ２の作動装置を駆動できるモータ等の駆動源、コントローラが必要となり、高コスト化を招く。

実開平５−２９３３２号公報

本発明が解決しようとする課題は、被収穫物収穫作業をより省力化し、被収穫物収穫ロボットのハンド装置を低コストで提供することである。

上記目的を達成するため、視覚機構により検出された被収穫物を挟持する挟持手段と、上記被収穫物を切断する切断手段と、上記挟持手段と上記切断手段を連動する連動手段と、上記被収穫物の挟持、切断後、上記切断手段を初期位置に戻し、且つ切断した上記被収穫物の挟持を開放し、上記挟持手段の開放状態を保持する初期位置保持手段を有し、上記挟持手段と上記切断手段の少なくともどちらか一方は、弾性体により発生する動力を用いて駆動することを特徴とするハンド装置としている。この構成により、特許文献１において必要となる被収穫物を挟持する力と切断する力のどちらか一方のみしか必要とならないため、省力化となる。
また、第１の支持部材と連結した第１の弾性体により発生する動力を用いて、上記第１の支持部材に設置した第１の回転軸を中心に回動する第１の狭持部材と、上記第１の支持部材に固定した第２の狭持部材により狭持することを特徴とする前記挟持手段と、
狭持した前記被収穫物を、上記第１の支持部材と連結した第２の弾性体により発生する動力を用いて直動する直動案内に設けたカッターにより切断することを特徴とする前記切断手段と、
上記直動案内の第１の部位を介したワイヤと上記第１の狭持部材とに連結した第１の連結部材は、狭持した上記被収穫物を切断する方向に対してほぼ反対方向へ上記ワイヤを引くことにより、上記第１の回転軸を中心に回動し、ひいては上記第１の狭持部材が上記被収穫物狭持開放状態方向へ回動し、上記第１の狭持部材に設置した第２の回転軸を中心に回動する第２の連結部材が、上記第１の狭持部材と連結した第３の弾性体により発生する動力を用いて回動し、上記第２の狭持部材に設けた第２の部位で係止されることにより上記狭持手段を開放状態に保持し、
また、狭持した上記被収穫物を切断する方向に対してほぼ反対方向へ上記ワイヤを引くことにより、上記直動案内は反上記被収穫物切断方向へ、いわゆる上記第２の弾性体が弾性力を蓄積する方向に直動し、上記第１の連結部材が上記第１の回転軸を中心に回動し、上記直動案内の第３の部位に係止されることにより上記切断手段を初期位置に保持することを特徴とする前記初期位置保持手段と、
上記第２の連結部材が上記被収穫物と接触することにより、上記第２の部位における係止が外れ、上記狭持手段が作用し、ひいては、上記第１の連結部材の上記第３の部位における係止が外れ、切断手段が作用することを特徴とする前記連動手段を有するハンド装置としている。
この構成により、収穫する被収穫物は、第２の連結部材に接触することによって、第２の部位における係止が外れ、第１の弾性体の弾性力により、第１の狭持部材が回転し、第２の狭持部材と狭持される。そして、第１の狭持部材の回転運動に連動して、第１の連結部材が回転し、第３の部位における係止が外れ、第２の弾性体の弾性力により直動案内上に設置したカッターが直進運動し、被収穫物は切断される。一方で、狭持した被収穫物を切断する方向に対してほぼ反対方向へワイヤを引くことにより、直動案内上に設けたカッターは、第２の弾性体の弾性力が蓄積される方向へ直進運動し、ひいては第１の連結部材が回転運動し第３の部位において係止がされ、カッターは被収穫物を切断する前の初期位置に保持される。さらには、第１の連結部材の回転運動に連動して、第１の狭持部材は被収穫物の狭持状態を開放する方向に回転運動し、第２の連結部材が第３の弾性体の弾性力により回転運動し、第２の部位において係止され、第１の狭持部材の被収穫物狭持開放状態を保持することが可能となる。よって、切断した被収穫物の狭持状態は、ワイヤが引かれるまで保持されるため、特許文献１のように集積所へ運搬している最中においてグリップを継続して握っておく必要は無く、省力化となる。
また、圃場を走行し、視覚機構により検出した被収穫物を、ロボットハンドを用いて収穫する収穫ロボットにおいて、請求項１または２に記載のハンド装置を有する収穫ロボットとしている。
本発明のハンド装置を全自動収穫ロボットに搭載した場合、ワイヤを引く作動装置の作動は、収穫した被収穫物を狭持開放するタイミングと決まっており、作動装置にモータ、コントローラ等を用いる必要はなく、簡易的な機械機構での作動が可能となり、低コスト化につながる。

以上説明したように、本発明のハンド装置の構成は、被収穫物が連結材に接触すると、その被収穫物を狭持、切断する動作を連動して行い、その狭持状態は、ワイヤが引かれるまで保持される。これは、収穫した被収穫物を集積する集積所へ運搬する際の省力化につながる。また、ワイヤを引くタイミング、つまり、収穫した被収穫物の狭持開放作業は、任意的ではなく、一意的となる。これは、ワイヤを引く作動装置を簡易的な機械機構で構築することができ、低コスト化につながる。

本発明に係る実施例１を示す正面図である。 実施例１を示す斜視図である。 実施例１においてハンド装置を示す斜視図である。 実施例１においてハンド装置を示す正面図である。 実施例１においてハンド装置を示す斜視図である。 実施例１においてハンド装置による被収穫物切断状態を示す斜視図である。

弾性体により発生する動力を用いて被収穫物を挟持する挟持部材を構成し、また、弾性体により発生する動力を用いて被収穫物を切断するカッターを構成し、これらの挟持部材を被収穫物開放状態に保持する部材に、被収穫物が接触することによって、挟持部材の被収穫物開放状態保持が解除され、挟持部材が被収穫物を挟持し、連動してカッターによる切断を行う。そして、カッターを反被収穫物切断方向に所定量駆動することにより、挟持部材を被収穫物開放状態となる初期位置に保持し、且つ、カッターを被収穫物切断前の初期位置に保持することを特徴とする被収穫物を収穫するハンド装置、及び、そのハンド装置を備える収穫ロボットとしている。以下本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。

図１、図２において、１は実施例１のアスパラガス収穫ロボット、１０はタイヤ１０ｂを用いてモータ（図示せず）とバッテリーでもって自走する走行車、１０ａはその車体、１０ｂはタイヤ、１０ｃは走行車１０に連結された牽引台車、１０ｄは同牽引台車上の回収容器、１０ｅはレール、１１、１２は投光器、１３は車体１０ａの上面に鉛直に且つ鉛直線まわりに自転できるようにモータを駆動源として回転機構（図示せず）により回転する垂直軸、１４は同垂直軸１３の下部に取り付けた撮影装置、１５は電動シリンダーを用いた切断ロボットアーム装置、３０は本発明のハンド装置、１６はバッテリー、１７は垂直軸１３の駆動装置、１８は同駆動装置の制御部、１９は撮影装置１４の撮影画像と投光器１１、１２によるアスパラガスの受光ラインから、切断できるまで成長したアスパラガスであるか判定し、併せてアスパラガスの位置情報を算出するコンピュータを用いた判定位置計算回路、２０は同判定位置計算回路１９からの切断するアスパラガスの位置情報を入力して垂直軸１３の駆動装置１７を所定角度回動させ、又切断ロボットアーム装置１５を伸長し、ハンド装置３０を作動させ、切断したアスパラガスを狭持して回収容器１０ｄまで移載するような動作を制御するロボット制御部である。図中Ａはアスパラガスの芽、である。

また、図３、図４、図５を用いて、切断ロボットアーム装置１５に収納されているハンド装置３０について説明する。図６は、ハンド装置３０によるアスパラガスの狭持、切断状態を示した図である。第１のネジリバネ３４を動力として、第１の回転軸３３を中心に回動し、土台１００に固定された第２のフィンガ３１とアスパラガスを狭持する第１のフィンガ３２、３５は第２の回転軸３６を中心に回動し、第２のネジリバネ３８を動力として、第１の突き当てピン３７に係止し、第１のフィンガ３２と第２のフィンガ３１をアスパラガス狭持開放状態に保持する第１の棒材、３９は第１のフィンガ３２と第２の棒材４０を連動して動かす連結軸、アスパラガスを切断するカッター５０と第１のレール５３上を直進運動する第１のスライダー５２とその運動の動力となるコイルバネ５４を連結する第１のブロック５１、コイルバネ５４の弾性力を蓄積するために突き当てる第２のブロック５５、第２の棒材４０には、ローラー４１とワイヤ４２を設け、そのワイヤ４２は第１のブロック５１に設けた第２の突き当てピン４３と滑車５６を介して、第２のレール５７上を直進運動する第２のスライダー５８に設置した第３のブロック５９に連結されている。

以下、本実施例１の動作と使い方について説明する。

本実施例１の収穫ロボット１のタイヤ１０ｂを畑の畦の溝に敷いた走行レール板２１上に置き、バッテリー１６でモータ（図示せず）を作動させてタイヤ１０ｂを動かして畑中を走行させる。走行車１０の走行停止はモータ制御部（図示せず）によって２０ｃｍ程の一定走行距離毎に停止する間欠移動でなされる。

走行車１０が停止すると、投光器１１、１２、撮影装置１４、判定位置計算回路１９から構成される視覚機構により、所望の長さに成長したアスパラガスを認識し、その位置情報をロボット制御部２０に出力する。

ロボット制御部２０は、切断ロボットアーム装置１５を伸長し、ハンド装置３０を収穫するアスパラガスに近づける。ハンド装置３０では、第１の棒材３５が第１の突き当てピン３７に係止し、第１のフィンガ３２と第２のフィンガ３１は狭持開放状態が保持されている。また、第１のフィンガ３２に対して連動して動く第２の棒材４０は先端に取付けているローラー４１を介し、第１の突き当て面Ｂに係止した状態であり、この状態時にコイルバネ５４は、アスパラガスを切断する方向と反する方向へ圧縮されており、カッター５０は初期位置に位置決めされている。所望の長さに成長したアスパラガスが、第１の棒材３５に接触すると、第１の棒材３５は第１の突き当てピン３７の係止が外れ、第１のフィンガ３２と第２のフィンガ３１によりアスパラガスが狭持される。第１のフィンガ３２と連動して動く第２の棒材４０が第１の回転軸３３を中心に回動し、ローラー４１が第１の突き当て面Ｂから、すべり面Ｃに移り、コイルバネ５４に蓄積されていた弾性力が開放され、カッター５０が直進運動し、アスパラガス収穫物の芽Ａを切断する。切断されたアスパラガスの芽Ａを狭持したハンド装置３０は、垂直軸１３の駆動装置１７による回動により、回収容器１０ｄ上に配置される。そして、切断ロボットアーム装置１５の短縮時に第２の突き当て面Ｄが切断ロボットアーム装置１５に固定されたブロック（図示せず）と突き当たることにより、第２のスライダー５８と第３のブロック５９がアスパラガス切断方向へ移動し、ワイヤ４２がアスパラガス切断方向へ引かれ、第２の突き当てピン４３を介してカッター５０と連結されている第１のブロック５１がコイルバネ５４の弾性力を蓄えながら、初期位置に戻り、第２の棒材４０が第１の回転軸３３を中心に回動し、ローラー４１が第１の突き当て面Ｂに突き当たる。これに連動して、第１のフィンガ３２が回動し、第２のネジリバネ３８の動力により、第１の棒材３５が第２の回転軸３６を中心に回動し、第１の突き当てピン３７に係止され、第１のフィンガ３２と第２のフィンガ３１が狭持開放状態となり、切断したアスパラガスの芽Ａを回収容器１０ｄ内に落下して収容すると同時に、その状態が維持されることとなる。

走行車１０の一回の停車で、上記の様にして、走行方向の約４０ｃｍの幅の中にあるアスパラガスの長さを判定し、所望の長さとなったアスパラガスのみを切断して、回収容器１０ｄ内に移載する。

その後、走行車１０を２０ｃｍ程走行させて停車させ、同様の収穫動作を行って、畑に沿って所望の長さとなったアスパラガスを自動的に収穫していくものである。

本発明は、アスパラガスの切断と収穫の技術であるが、被収穫物、例えば、菊やカーネンションなど、この種の細長い植物の芽・茎を切断して、又は切断せず引き抜いて移載する技術にも利用できる。

１・・・アスパラガス収穫ロボット
１０・・・走行車
１０a・・・車体
１０b・・・タイヤ
１０c・・・牽引台車
１０d・・・回収容器
１０e・・・レール
１１、１２・・・投光器
１３・・・垂直軸
１４・・・撮影装置
１５・・・ハンド
１６・・・バッテリー
１７・・・駆動装置
１８・・・制御部
１９・・・判定位置計算回路
２０・・・ロボット制御部
２１・・・走行レール板
３０・・・ハンド装置
３１・・・第２のフィンガ
３２・・・第１のフィンガ
３３・・・第１の回転軸
３４・・・第１のネジリバネ
３５・・・第１の棒材
３６・・・第２の回転軸
３７・・・第１の突き当てピン
３８・・・第２のネジリバネ
３９・・・連結軸
４０・・・第２の棒材
４１・・・ローラー
４２・・・ワイヤ
４３・・・第２の突き当てピン
５０・・・カッター
５１・・・第１のブロック
５２・・・第１のスライダー
５３・・・第１のレール
５４・・・コイルバネ
５５・・・第２のブロック
５６・・・滑車
５７・・・第２のレール
５８・・・第２のスライダー
５９・・・第３のブロック
１００・・・土台
Ａ・・・アスパラガスの芽
Ｂ・・・第１の突き当て面
Ｃ・・・すべり面
Ｄ・・・第２の突き当て面

Claims (3)

1. 視覚機構により検出された被収穫物を挟持する挟持手段と、上記被収穫物を切断する切断手段と、上記挟持手段と上記切断手段を連動する連動手段と、上記被収穫物の挟持、切断後、上記切断手段を初期位置に戻し、且つ切断した上記被収穫物の挟持を開放し、上記挟持手段の開放状態を保持する初期位置保持手段を有し、上記挟持手段と上記切断手段の少なくともどちらか一方は、弾性体により発生する動力を用いて駆動することを特徴とするハンド装置。
2. 第１の支持部材と連結した第１の弾性体により発生する動力を用いて、上記第１の支持部材に設置した第１の回転軸を中心に回動する第１の狭持部材と、上記第１の支持部材に固定した第２の狭持部材により狭持することを特徴とする前記挟持手段と、
   狭持した前記被収穫物を、上記第１の支持部材と連結した第２の弾性体により発生する動力を用いて直動する直動案内に設けたカッターにより切断することを特徴とする前記切断手段と、
   上記直動案内の第１の部位を介したワイヤと上記第１の狭持部材とに連結した第１の連結部材は、狭持した上記被収穫物を切断する方向に対してほぼ反対方向へ上記ワイヤを引くことにより、上記第１の回転軸を中心に回動し、ひいては上記第１の狭持部材が上記被収穫物狭持開放状態方向へ回動し、上記第１の狭持部材に設置した第２の回転軸を中心に回動する第２の連結部材が、上記第１の狭持部材と連結した第３の弾性体により発生する動力を用いて回動し、上記第２の狭持部材に設けた第２の部位で係止されることにより上記狭持手段を開放状態に保持し、
   また、狭持した上記被収穫物を切断する方向に対してほぼ反対方向へ上記ワイヤを引くことにより、上記直動案内は反上記被収穫物切断方向へ、いわゆる上記第２の弾性体が弾性力を蓄積する方向に直動し、上記第１の連結部材が上記第１の回転軸を中心に回動し、上記直動案内の第３の部位に係止されることにより上記切断手段を初期位置に保持することを特徴とする前記初期位置保持手段と、
   上記第２の連結部材が上記被収穫物と接触することにより、上記第２の部位における係止が外れ、上記狭持手段が作用し、ひいては、上記第１の連結部材の上記第３の部位における係止が外れ、切断手段が作用することを特徴とする前記連動手段を有するハンド装置。
3. 圃場を走行し、視覚機構により検出した被収穫物を、ロボットハンドを用いて収穫する収穫ロボットにおいて、請求項１または２に記載のハンド装置を有する収穫ロボット