JP2016073265A - 果実自動収穫装置 - Google Patents

Abstract

【課題】主に成熟イチゴを選択検出しながら当該成熟イチゴを一個ずつ迅速確実にしかも果実に傷つけることなく丁寧に果実近傍の果柄を一旦掴みその反果実側を切り、そのまま収集籠の所定位置に収容することを繰り返しながら摘み取る簡単堅牢安価構造の果実自動収穫装置を提供する。【解決手段】果実畑において、複数区画にした果実苗床に果実吊下展開面を設け、各果実吊下展開面に沿って台車走行路を配置し、台車走行路に走行ナビゲートラインを施工すると共に走行ナビゲートラインを読みながら走行ナビゲートラインに沿って走行する走行台車を設け、前記走行台車において、収穫可能果実検出装置と、果柄挟持具及び果柄切り離し具を設けた果実収穫機構と、果実収容トレイ機構とを搭載し、これらの動作位置を座標管理して自動制御する果実収穫自動制御装置を設けたことを特徴とする果実自動収穫装置。【選択図】図１

Description

本発明はイチゴなどの果実収穫作業を自動的に効率よく行うことができる果実自動収穫装置に関するものである。

イチゴ、トマト、なすび、キューリ、ピーマン等の果実収穫は果柄を切断して収集する。
その中でもイチゴの収穫は果実と果柄とが切り離れることが多く困難である。
日本でのイチゴ栽培は、春から翌年の春まで年間を通して作業が行われる。このうち、収穫作業は約５カ月と長期にわたっており、収穫作業の占める労働の割合は、全作業の約 ２５〜 ３０％と著しく高いため省力化技術の確立が急務である。
最近は、この省力化技術として、イチゴ管理収穫用ロボットの開発が進み、ロボットの試作や果実及び果梗などの認識のための視覚センサの研究が行われている。しかし、これらイチゴ管理収穫用ロボットの開発研究は、軟弱なイチゴ果実を対象とするので容易ではなく、特にハンド部の開発に苦慮している現状がある。

而して、従来公知のイチゴ栽培における省力化技術の例を紹介する。
特許文献１では図６に示すように「畝を跨いで走行するガントリタイプ（門型）の走行台車と、該走行台車に個々に設けられる三次元の各座標軸であるＸ、Ｙ、Ｚ軸方向への移動が可能なスライド機構と、該スライド機構に設けられるイチゴの果実の認識と位置検出を行う視覚センサと、同じく前記スライド機構に取り付けられたエンドエフェクタと、該エンドエフェクタの先端部に設けられる昇降自在の果実収穫用のフックと、該昇降自在のフックを囲んで設けられ、下端部分に開閉自在のシャッタを備えた果実管理収穫用ロボット」が紹介されている。

また特許文献２では図７に示すように「果菜収穫用ロボットシステムの手首先端に取り付けられる摘採ハンドにおいて、開閉駆動される一対のフィンガーの対向面の上部及び下部に一対の摘採刃及び調製刃をそれぞれ設け、かつ、前記一対のフィンガーの対向面に、同フィンガーを開放したときに付着する柄をフィンガー内面から除去するための圧縮空気を噴き出す空気噴出穴を形成したことを特徴とする果菜収穫用摘採ハンド。」が紹介されている。

特開２０００−９２９５２号公報 特開２００１−９５３４８号公報

前記特許文献１のロボットは、大型で複雑な機構であり、摘み取り作業の緻密性と小回り性が効かない。また前記特許文献２のロボットは、摘み取り作業性が緻密であるが、畑全体のマクロ管理性に乏しい。
本発明は、畑全体のマクロ管理と、摘み取りの緻密性と小回り性を確保しながら、計画的な摘み取り区画の設定及び、高効率で高品質な自動摘み取りを化可能にした、簡単堅牢安価構成の果実自動収穫装置を提供するものである。

本発明の上記課題は次の構成によって解決される。
すなわち本発明の基本構成は、果実畑１００において、複数区画にした果実苗床１０１に果実吊下展開面１０２を設け、各果実吊下展開面１０２に沿って台車走行路１０３を配置し、台車走行路１０３に走行ナビゲートライン１０４を施工すると共に走行ナビゲートライン１０４を読みながら走行ナビゲートライン１０４に沿って走行する走行台車２００を設け、
前記走行台車２００において、前記果実吊下展開面１０２の所定区域ごとの果実群を撮影するカラーカメラ３０１と、カラーカメラ３０１からの撮影果実群の中から収穫可能果実とその果柄を検出する収穫果実検出器３０２とからなる収穫可能果実検出装置３００と、
垂直昇降アーム４０１に水平旋回可能に設けた第一アーム４０２及び第一アーム４０２に水平旋回可能に連結した第二アーム４０３を備え前記第二アーム４０３のに果柄挟持具４０４及び果柄切り離し具４０５を設けた果実収穫機構４００と、
一対の平行配置の竪型のエンドレス軌条５０１に複数の果実収容トレイ５０２を昇降装置５０３により昇降転動可能にし前記果実収穫機構４００から収穫果実を前記果実収容トレイ５０２に収容する果実収容トレイ機構５００と、
前記走行台車２００からの走行位置座標、前記収穫可能果実検出装置３００からの収穫可能果実と果柄の位置座標、前記果実収穫機構４００からの各アーム４０１〜４０３及び果柄挟持具４０４及び果柄切り離し具４０５の各電動アクチェーター４０１ａ、４０２ａ，４０３ａ，４０４−５ａからの位置座標、果実収容トレイ機構５００の果実収容トレイ５０２とその収容位置座標等を座標管理装置７００に導入しながら、前記走行台車２００、収穫可能果実検出装置３００、果実収穫機構４００、果実収容トレイ機構５００を制御する果実収穫自動制御装置８００を設けたことを特徴とする果実自動収穫装置。

本発明の果実自動収穫装置は、前記構成の如く、小型台車上に摘果に必要な全ての機能を備えており、既存の果実畑に後から容易に安価に設置することが出来る。これにより前記果実畑の所定の果実苗床間の走行路を走行台車で自動走行させながら所定の選択指定した単数又は複数の或いは全部の区画の果実床に対して、そこにある成熟果実（イチゴ等）を選択検出しながら当該成熟果実を一個ずつ迅速確実にしかも果実に傷つけることなく丁寧に果実近傍の果柄を一旦掴みその反果実側を切り、そのまま所定の果実収容トレイの所定位置に順次的確に収容することを自動的に繰り返し制御しながら成熟果実を短時間で摘み取るものである。

これにより果実収穫は、人手が殆ど不要であり、計画的に無駄なく実施することが出来るため、果実生育販売業者に貢献すること多大なものがある。また前記走行台車の電源バッテリーに充電する小型のエンジン式発電機を搭載すれば、昼夜問わず長時間の果実収穫が実現し、しかもハウス栽培場ではエンジン式発電機からの排出ＣＯガスを栽培植物に供給して炭酸同化作用を有利に促進することが可能である。

本発明における果実畑の斜視図 本発明における走行台車の実施例を示す鳥瞰図である。 走行台車の裏面側図（１）、側面図（２）、正面図（３）を示す。 走行台車の果実収穫機構５００の果柄挟持具５０２と果柄切り離し具５０３を示す説明図であり、（１）は果実収穫機構５００の縦断面図であり、（２）は果実収穫機構５００の平面図であり、（３）〜（５）は（２）に示す果柄切り離し具５０３の平面図であり、果柄切り離し具５０３のカッターが電動アクチュエータ４０４−５ａの往作動により果柄を切り離す動作順を示し、（６）は（５）の側面図である。 本発明のシステムフローを示すブロック説明図である。 特許文献１に示す従来装置例を示す概略説明図である。 特許文献２に示す従来装置例を示す概略説明図である。

本発明を実施するための形態は、図 １〜図５に示す実施例により詳細に説明する。

図１〜図５において、本例の果実自動収穫装置は、果実栽培ハウス内の果実畑１００において、複数区画にした果実苗床１０１の下部の両側面にカーテン１１０で形成した果実吊下展開面を設けて果実の位置を直立平面上に置きカラーカメラでの鮮明な撮影を可能にし、各果実吊下展開面に沿って台車走行路１０２を配置し、台車走行路１０２に走行ナビゲートライン１０３を施工すると共に走行ナビゲートライン１０３を読みながら台車走行路１０２の走行位置を正確に検出しながら走行ナビゲートライン１０３に沿って走行する走行台車２００を設ける。

走行台車２００は、進路操作機構２１０付きの前輪２０１と、補助発電機２２１付きバッテリー２２２を有する電動駆動装置２２０付きの後輪２０２を備え、収穫可能果実検出装置３００と、果実収穫機構４００と、果実収容トレイ機構５００と、座標管理装置７００と、果実収穫自動制御装置８００とを搭載している。これにより前記走行台車２００は、電池切れなどによる摘み取り中断を確実に皆無にして昼夜問わず長時間の果実収穫が実現する。しかもハウス栽培場ではエンジン式発電機からの排出ＣＯガスを栽培植物に供給して炭酸同化作用を有利に促進することが可能である。

前記収穫可能果実検出装置３００は、カラーカメラ操作プログラム部３００Ｐにより制御され、果実苗床１０１の両側面の下方に下げたカーテン１１０により形成された前記果実吊下展開面１０２の所定区域ごとの果実群を鮮明に撮影するカラーカメラ３０１と、台車先頭中央部に設けられカラーカメラ３０１支持して左右の果実吊下展開面１０２に自由に向きを変更できる首振り駆動アーム３０３と、カラーカメラ３０１及び首振り駆動アーム３０３の撮影制御装置３０４と、各撮影果実群の中から収穫可能果実とその果柄を検出し果実畑１００における位置座標を算出する収穫果実検出器３０２とからなる。収穫果実検出器３０２は果実画像毎に各検出果実の、切り離し果柄の座標位置Ａ８を座標管理装置７００に入力し記憶し摘み取れば消去する。

果実収穫機構４００は、図４に詳細に紹介するように果実収容トレイ５０２に収穫果実を一個ずつ正確に摘み取り果実収容トレイ機構５００の果実収容トレイ５０２の指定位置に収容するものであって、摘み取り可能な果実に対して高さ調節用の垂直昇降アーム４０１と、垂直昇降アーム４０１に水平旋回可能に設けて摘み取り可能な果実に対して水平接近作動用の第一アーム４０２と、第一アーム４０２に水平旋回可能に連結した第二アーム４０３とを備え、前記第二アーム４０３の先端部の上下に果柄挟持具４０４及び果柄切り離し具４０５を設けてある。垂直昇降アーム４０１には電動アクチュエータ４０１ａ，第一アーム４０２には電動アクチュエータ４０２ａ，及び第二アーム４０３には電動アクチュエータ４０３ａがそれぞれ付設され、果柄挟持具４０４及び果柄切り離し具４０５には共用で併動させる電動アクチュエータ４０４−５ａが付設されている。電動アクチュエータ４０４−５ａの往動作で図５（３）〜（６）に示すように果柄挟持具４０４のクランパーで目標の果実の直上の果柄を挟持すると共にこの挟持直後に、果柄切り離し具４０５のカッターで当該挟持果柄の直上部を切断して果実を確実に摘み取る。

果実収容トレイ機構５００は、走行台車２００後部の左右に平行配置の竪型のエンドレス軌条５０１に複数の果実収容トレイ５０２を昇降転動駆動装置５０３により昇降転動可能にコンパクトに連設支持し、前記果実収穫機構４００から収穫果実を前側の果実収容トレイ５０２に収容し、満杯トレイは後方側に順次移動させて台車２００からの払い出しを容易確実にする。
満杯になれば、走行台車２００の電動駆動装置２２０を自動的に制御して出荷位置に

果実穫穫自動制御装置８００は、前記走行台車２００からの走行位置座標Ａｎ、前記収穫可能果実検出装置３００からの収穫可能果実と果柄の位置座標、前記果実収穫機構４００からの各アーム４０１〜４０３及び果柄挟持具４０４及び果柄切り離し具４０５の各電動アクチュエーター４０１ａ、４０２ａ，４０３ａ，４０４−５ａからの位置座標、果実収容トレイ機構５００の果実収容トレイ５０２とその収容位置座標等を座標管理装置７００に導入しながら、現実の座標を逐次更新管理し、座標管理装置７００から関係プログラム部に当該位置座標を発信して関係制御装置を介して前記走行台車２００、収穫可能果実検出装置３００、果実収穫機構４００、果実収容トレイ機構５００を制御する。

即ち、走行台車２００の場合は、走行台車運転制御装置２００Ｄにより走行ナビゲートライン１０１から走行位置座標を読み取りながら走行プログラム部２００Ｐに予め組まれた走行プログラムに基いて制御される。例えばスタート位置ＳＴ（戻り位置ＥＮＤ）からイチゴ摘み取りする指定の果実苗床１０１にまで走行して停止し、当該指定果実苗床１０１での左右又は片側の果実摘み取りを行わせ、摘み取り終了後は次の指定果実苗床１０１に走行させて停止し果実摘み取りをする。

また果実穫穫自動制御装置８００は、収穫可能果実検出装置３００からの検出果実と果柄の座標位置に基いて、摘み取りプログラム部３００Ｐを介してカラーカメラの撮影制御装置３０４によりカラーカメラ３０１と収穫果実検出器３０２を制御し、第二アーム４０３と果柄挟持具４０４及び果柄切り離し具４０５の位置座標に基いて果実収穫プログラム部４００Ｐとアーム操作制御装置４００Ｄを介して果実収穫機構４００を制御し、トレイ位置座標と果実収容位置座標に基いてトレイ運転プログラム部５００Ｐとトレイ運転制御装置５００Ｄを介して果実収容トレイ機構５００を制御する。

本発明は前述の作用効果を呈するため、果実収穫は、人手が殆ど不要であり、果実の成長状態に応じて、果実苗床の摘み取り時期と順位を予め計画して、無駄なく実施することが出来るため、果実生育販売業者に摘み取り作業の省力化に貢献すること多大なものがある。

１００：果実栽培ハウス内の果実畑
１０１：果実苗床
１１０：カーテン
１０２：台車走行路
１０３：走行ナビゲートライン
２００：走行台車
２１０：進路操作機構
２０１：前輪
２２１：補助発電機
２２２：バッテリー
２２０：電動駆動装置
２０２：後輪
３００：収穫可能果実検出装置
４００：果実収穫機構
５００：果実収容トレイ機構
７００：座標管理装置
８００：果実収穫自動制御装置

Claims (2)

1. 果実畑において、複数区画にした果実苗床に果実吊下展開面を設け、各果実吊下展開面に沿って台車走行路を配置し、台車走行路に走行ナビゲートラインを施工すると共に走行ナビゲートラインを読みながら走行ナビゲートラインに沿って走行する走行台車を設け、前記走行台車において、収穫可能果実検出装置と、果柄挟持具及び果柄切り離し具を設けた果実収穫機構と、果実収容トレイ機構とを搭載し、これらの動作位置を座標管理して自動制御する果実収穫自動制御装置を設けたことを特徴とする果実自動収穫装置。
2. 果実畑において、複数区画にした果実苗床に果実吊下展開面を設け、各果実吊下展開面に沿って台車走行路を配置し、台車走行路に走行ナビゲートラインを施工すると共に走行ナビゲートラインを読みながら走行ナビゲートラインに沿って走行する走行台車を設け、
   前記走行台車において、前記果実吊下展開面の所定区域ごとの果実群を撮影するカラーカメラと、カラーカメラからの撮影果実群の中から収穫可能果実とその果柄を検出する収穫果実検出器とからなる収穫可能果実検出装置と、
   垂直昇降アームに水平旋回可能に設けた第一アーム及び第一アームに水平旋回可能に連結した第二アームを備え前記第二アームに果柄挟持具及び果柄切り離し具を設けた果実収穫機構と、
   一対の平行配置の竪型のエンドレス軌条に複数の果実収容トレイを昇降装置により昇降転動可能にし前記果実収穫機構から収穫果実を前記果実収容トレイに収容する果実収容トレイ機構と、
   前記走行台車からの走行位置座標Ａｎ、前記収穫可能果実検出装置からの収穫可能果実と果柄の位置座標、前記果実収穫機構からの各アーム及び果柄挟持具及び果柄切り離し具の各電動アクチェーターからの位置座標、果実収容トレイ機構の果実収容トレイとその収容位置座標等を座標管理装置に導入しながら、前記走行台車、収穫可能果実検出装置、果実収穫機構、果実収容トレイ機構を制御する果実収穫自動制御装置を設けたことを特徴とする果実自動収穫装置。