JP2017087404A - Manipulator, robot for processing, and distributed cooperative processing system - Google Patents

Manipulator, robot for processing, and distributed cooperative processing system Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a manipulator capable of processing works on cultivation shelves on both lateral sides, as well as easily passing processed fruits to robots for conveyance located on front and rear sides; and a distributed cooperative processing system using a robot for processing comprising the manipulator.SOLUTION: A manipulator can easily secure a wide movable range, be configured with less joints compared to conventional arm type manipulators, thereby, at low cost, and easily handle a heavy article, while consuming less energy. A robot for processing can process fruits on both sides across a path while moving along the narrow path sandwiched by cultivation shelves 60, and then, can pass the processed fruits to robots for conveyance located on front and rear sides without touching the cultivation shelves 60. Use of the robot for processing can realize a distributed cooperative processing system with a high operation efficiency.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、栽培施設で栽培された果実、野菜などの処理対象物を処理するマニピュレータに関する。   The present invention relates to a manipulator that processes objects to be processed such as fruits and vegetables cultivated in a cultivation facility.

従来では、イチゴ、トマト、ナス、キュウリ等の処理対象物を作業がしやすい高さの栽培棚を用い、水耕栽培や土耕等の方法で栽培を行い、処理作業も全て人手により行うのが一般的であった。ところが、近年、農業経営における人手不足や人件費の高騰により処理作業の自動化が望まれるようになってきた。   Conventionally, cultivation objects such as strawberries, tomatoes, eggplants, cucumbers, etc. are cultivated by methods such as hydroponics and soil cultivation, and processing operations are all performed manually. Was common. However, in recent years, automation of processing operations has been desired due to labor shortages and rising labor costs in agricultural management.

果実や野菜等の処理対象物の摘み取りなどの各種作業を、ロボットで自動的に実行させるためには、まず処理対象物の存在位置を認識しなければならない。そこで本発明者らは、果実類を茎や葉の中から機械的に認識して自動的に摘み取ることを可能にした作業用ロボットを特許文献1に開示した。この作業用ロボットは外部から電源供給を受けずに、内部に搭載するバッテリによって自律的に走行する自律走行型のロボットである。特許文献1では、上述の位置認識技術とともに処理用ロボットのマニピュレータの機構についても開示した。   In order for the robot to automatically execute various operations such as picking of processing objects such as fruits and vegetables, the position of the processing object must first be recognized. In view of this, the inventors of the present invention disclosed a working robot capable of mechanically recognizing fruits from stems and leaves and automatically picking them out. This working robot is an autonomous traveling type robot that autonomously travels by a battery mounted inside without receiving power supply from the outside. In patent document 1, the mechanism of the manipulator of the processing robot was also disclosed together with the position recognition technology described above.

特許文献1に開示されているマニピュレータ101を図8に示す。マニピュレータ101は三次元方向に互いに独立して直線往復運動できる3つのリンク101a、101b、リンク101cを備え、先端のリンク101cに取り付けられた作業ハンド103によって処理対象物、例えば果実を摘み取ることができる。このマニピュレータ100は、進行方向に直交する幅方向の一方の側(図中の左側)の栽培棚に対しては処理が可能であるが、他方の側(図中の右側)の栽培棚に対して処理するときは、処理用ロボット1が、一旦、栽培棚の間の通路を抜け出て180°だけ方向転換する必要があるので作業効率が悪かった。   A manipulator 101 disclosed in Patent Document 1 is shown in FIG. The manipulator 101 includes three links 101a, 101b, and a link 101c that can linearly reciprocate independently from each other in a three-dimensional direction, and a processing object, for example, a fruit can be picked by a work hand 103 attached to the link 101c at the tip. . The manipulator 100 can process the cultivation shelf on one side (left side in the figure) in the width direction orthogonal to the traveling direction, but on the cultivation shelf on the other side (right side in the figure). Therefore, the processing robot 1 has to go out of the path between the cultivation shelves and change the direction by 180 °.

また、従来の処理用ロボットは、処理する作業と搬送する作業を1台の処理用ロボットが行う1台完結型システムであったのに対し、近年の先端農業用ロボットシステムは、作業効率の高い分散協働型ロボットによる処理システムが指向されている。分散協働型処理システムは、処理用ロボットが処理した処理対象物を、処理用ロボットとは独立して移動できる搬送用ロボットに渡す。この搬送用ロボットは、作業通路において処理用ロボットの前後に一台ずつ縦列に配置され、処理用ロボットで摘み取った処理対象物を一方(仮に、前方)の搬送用ロボットに予定量だけ受け渡すと、次は、処理対象物を他方(仮に、後方)の搬送用ロボットに予定量だけ受け渡す。はじめに予定量の処理対象物が受け渡された前方の搬送用ロボットは、作業通路から退避するとともに、交代の搬送用ロボットが処理用ロボットの前方に移動してきて待機する。このように、分散協働型システムの搬送用ロボットが備えるマニピュレータは、少なくとも、摘み取り及び受け渡しを行うリンクが、その向きを180°に亘り旋回する機能と、処理した果実を渡すのに必要な長さのリンクを備えることが必須の条件である。   In addition, the conventional processing robot is a one-unit-complete system in which one processing robot performs a processing operation and a transporting operation, whereas a recent advanced agricultural robot system has high work efficiency. A processing system using a distributed cooperative robot is oriented. The distributed cooperative processing system delivers a processing object processed by the processing robot to a transfer robot that can move independently of the processing robot. The transfer robots are arranged in series in front of and behind the processing robot in the work path, and when a processing object picked up by the processing robot is delivered to one (tentatively forward) transfer robot by a predetermined amount. Next, a predetermined amount of the object to be processed is transferred to the other (provisionally backward) transfer robot. First, the front transfer robot to which the predetermined amount of processing object has been delivered is retracted from the work path, and the alternate transfer robot moves to the front of the processing robot and stands by. As described above, the manipulator included in the transport robot of the distributed cooperative system has at least the function of the link for picking and delivering and turning the direction through 180 ° and the length necessary for delivering the processed fruit. It is an indispensable condition to provide the link.

特許4961555号(図9、図10、図11)Japanese Patent No. 4961555 (FIGS. 9, 10, and 11)

上述の事情に鑑み、本発明は、分散協働型処理システムにおいて、幅方向の両側の栽培棚に処理作業を行うことができるとともに、前後の搬送用ロボットに、例えば収穫対象物である果実等を無理なく受け渡すことのできるマニピュレータを提供することを目的とする。
また、本発明は、当該マニピュレータを備える処理用ロボットを用いることにより、分散協働型の処理用システム及びその運用方法を提供することを目的とする。
なお、処理用ロボットが実施する処理の具体的な内容としては、収穫対象物である果実類、野菜類等を摘み取って搬送用ロボット等に渡す収穫作業、不定形な果実の実や花を成長前に除去する間引き作業、不要な葉を切り落とす伐採作業等が含まれる。
In view of the above circumstances, the present invention is capable of performing processing operations on the cultivation shelves on both sides in the width direction in a distributed cooperative processing system, and for example, harvesting fruit or the like on the front and rear transfer robots. An object is to provide a manipulator that can be delivered without difficulty.
Another object of the present invention is to provide a distributed cooperative processing system and its operation method by using a processing robot including the manipulator.
In addition, the specific contents of the processing carried out by the processing robot include harvesting work that picks up fruits and vegetables that are harvested objects and passes them to the transport robot, etc., and grows unshaped fruit and flowers This includes thinning work to remove before and cutting work to cut off unnecessary leaves.

上記課題を解決する本発明のマニピュレータは、所定方向の移動成分を有して軸J1に沿って往復運動可能な第一リンクと、第一リンクから上向きに立ち上がる第二リンクと、第二リンクに連なり、第二リンクとともに軸J1と垂直な軸J2を中心に旋廻可能であるか、又は、第二リンクに対して旋廻可能であるとともに、第一リンクに対して軸J1と垂直な軸J2に沿って昇降可能な第三リンクと、第三リンクに連なり、第三リンクとの接続部分を中心に軸J2に平行な軸J3を中心に旋廻可能な第四リンクと、第四リンクの先端に設けられる作業ハンドと、を備えることを特徴とするものである。   The manipulator of the present invention that solves the above problems includes a first link having a moving component in a predetermined direction and capable of reciprocating along the axis J1, a second link rising upward from the first link, and a second link It is possible to rotate around the axis J2 perpendicular to the axis J1 together with the second link, or to the axis J2 that can be rotated about the second link and perpendicular to the axis J1 with respect to the first link. A third link that can be moved up and down, a fourth link that is connected to the third link and that can be rotated around an axis J3 that is parallel to the axis J2 around the connection portion with the third link, and a tip of the fourth link And a working hand provided.

上述の第二リンクは、第一リンクの移動方向と直交する軸J2を中心に水平方向に旋廻可能であり、第三リンクは、軸J2に沿って昇降可能であることが好ましく、或いはまた、第一リンクの移動方向と直交する軸J2に沿って昇降可能であり、第三リンクは、軸J2を中心に旋廻可能であることが好ましい。
なお、軸を表す符号として用いている(J1,J2,J3,J4)は物理的実体を有する機械部品としての軸ではなく、仮想直線としての言わば仮想軸線を表すものであるが、本明細書の記載においては、説明を簡素化するために一貫して、単に「軸」と表現している。また、用語「リンク」は、マニピュレータを構成する各部分、即ち、機素という意味で用いるものとする。
The second link described above is preferably rotatable in the horizontal direction about an axis J2 orthogonal to the moving direction of the first link, and the third link is preferably movable up and down along the axis J2. It is preferable that the first link can be moved up and down along an axis J2 orthogonal to the moving direction of the first link, and the third link can be rotated around the axis J2.
Note that (J1, J2, J3, J4) used as a symbol representing an axis does not represent an axis as a mechanical part having a physical entity, but represents a virtual axis as a virtual straight line. In the description, for the sake of simplicity, the term “axis” is used consistently. Further, the term “link” is used to mean each part constituting the manipulator, that is, an element.

本発明のマニピュレータでは、第四リンクの中間に、軸J3と垂直をなす軸J4を中心に旋廻可能なH1リンク及び第四リンクと平行である軸を中心にねじり旋廻可能なH2リンクの少なくとも一方、又は、双方が備えられることで、作業ハンドの自由度が増し制御性がよくなるので好ましい。また、第一リンクを、所定方向の移動成分のみを含んで往復直線運動可能とすることで、所定方向に対する可動範囲を移動成分の分だけ拡大するので好ましい。
更にまた、第一リンクを、所定方向の移動成分と所定方向の移動成分を含んで、X字状の軌跡を往復運動可能とすることで、可動範囲をX字状の軌跡に沿って拡大するので更に好ましい。
In the manipulator of the present invention, at least one of an H1 link that can be rotated around an axis J4 perpendicular to the axis J3 and an H2 link that can be twisted around an axis parallel to the fourth link is provided in the middle of the fourth link. Alternatively, it is preferable to provide both of them because the degree of freedom of the work hand is increased and the controllability is improved. In addition, it is preferable that the first link includes a moving component in a predetermined direction so as to be reciprocally linearly movable, so that the movable range with respect to the predetermined direction is expanded by the moving component.
Furthermore, the movable range is expanded along the X-shaped trajectory by enabling the first link to reciprocate the X-shaped trajectory including the moving component in the predetermined direction and the moving component in the predetermined direction. Therefore, it is more preferable.

本発明の処理用ロボットは、本願発明のマニピュレータが、所定方向に走行する走行ユニットに搭載され移動可能としたことを特徴とする、例えばイチゴ等の果実類等の処理対象物、を摘み取る処理をする処理用ロボットである。
本願発明の処理用ロボットでは、進行方向に直交する幅方向の寸法をWとし、第三リンクの長さをr1、第四リンクの長さをr2とした場合に、1/2×W>r1、r2が成り立つように、各寸法の長さを備えることで、マニピュレータが方向を180°転換するときに、第四リンクを旋回運動させて、第三リンクに対して折り畳むことにより、第三リンクと第四リンクが処理用ロボット自らの幅Wを超えて、はみ出すことがないので、両側の栽培棚に干渉させることなく処理作業を行うことができるので好ましい。
The processing robot according to the present invention performs a process of picking up a processing object such as a fruit such as a strawberry, wherein the manipulator of the present invention is mounted on a traveling unit that travels in a predetermined direction and is movable. It is a processing robot.
In the processing robot according to the present invention, when the dimension in the width direction orthogonal to the traveling direction is W, the length of the third link is r1, and the length of the fourth link is r2, 1/2 × W> r1 , R2 so as to hold, and when the manipulator changes the direction by 180 °, the fourth link is swung and folded with respect to the third link when the manipulator changes the direction by 180 °. Since the fourth link does not protrude beyond the width W of the processing robot itself, the processing operation can be performed without interfering with the cultivation shelves on both sides, which is preferable.

本願発明の分散協働型処理システムは、本願発明の処理用ロボットと、処理用ロボットの進行方向の前後の所定位置に配置され、処理用ロボットから処理対象物が受け渡される搬送用ロボットを備え、処理用ロボットと搬送用ロボットは、進行方向に直交する幅方向の両側に設けられる栽培棚の間の通路を進行しながら、搬送用ロボットは、受け渡された処理対象物を所定の集荷場所に移動して搬送する、ことを特徴とする分散協働型処理システムである。   The distributed cooperative processing system of the present invention comprises the processing robot of the present invention and a transfer robot that is disposed at a predetermined position before and after the processing robot in the traveling direction and from which the processing object is transferred. While the processing robot and the transport robot travel along the path between the cultivation shelves provided on both sides in the width direction orthogonal to the traveling direction, the transport robot moves the delivered processing object to a predetermined collection location. A distributed cooperative processing system characterized by moving and transporting.

本願発明の分散協働型処理システムでは、待機状態の搬送ロボットを備え、先行して処理用ロボットの前又は後に配置されていた搬送用ロボットが、所定の集荷場所に移動すると、待機状態の搬送ロボットが所定位置に移動して、処理用ロボットが処理した処理対象物を継続して切れ目なく受け取るように連携を図りながら処理作業をすることが好ましい。   In the distributed cooperative processing system according to the present invention, when the transfer robot that is provided in front of or behind the processing robot is moved to a predetermined collection place, the transfer robot is in a standby state. It is preferable to move to a predetermined position and perform the processing work while cooperating so as to continuously receive the processing object processed by the processing robot.

本願発明の分散協働型処理システムでは、進行方向の前の所定位置に配置されている搬送用ロボットへの処理対象物の受け渡しが定量になると、搬送ロボットのマニピュレータは、向きを反転させて、進行方向の後の所定位置に配置されている搬送用ロボットへの処理対象物の受け渡しを始めることができるので、稼働効率の高い処理作業を実現することができる。また、マニピュレータが向きを反転させる際には、第三リンク及び第四リンクが対象物を栽培する栽培棚と干渉することがないので処理対象物を痛めることが極めて稀で、信頼性の高い分散協働型の処理システムを実現できることになる。   In the distributed cooperative processing system according to the present invention, when the delivery of the processing object to the transfer robot arranged at a predetermined position in the forward direction is fixed, the manipulator of the transfer robot reverses the direction and proceeds. Since the delivery of the processing object to the transfer robot arranged at a predetermined position after the direction can be started, a processing operation with high operating efficiency can be realized. In addition, when the manipulator reverses the direction, the third link and the fourth link do not interfere with the cultivation shelf on which the object is cultivated, so it is extremely rare to hurt the object to be processed, and highly reliable dispersion. A collaborative processing system can be realized.

本願発明の分散協働型処理システムでは、進行方向に直行する栽培棚と栽培棚に挟まれる通路の幅の寸法をW’とし、処理用ロボットが備えるマニピュレータの第三リンクの長さをr1、第四リンクの長さをr2とすると、1/2×W’ >r1、r2が成り立つように各寸法の長さを備えることが好ましい。
このように備えれば、リンクが処理用ロボットの自らの幅Wからはみ出すことはあっても、少なくとも栽培棚には干渉させることなく処理作業を行うことができるので好ましい。
In the distributed cooperative processing system of the present invention, the width dimension of the passage sandwiched between the cultivation shelf and the cultivation shelf that are perpendicular to the traveling direction is W ′, the length of the third link of the manipulator provided in the processing robot is r1, When the length of the four links is r2, it is preferable to provide the length of each dimension so that 1/2 × W ′> r1, r2.
If it prepares in this way, even if a link may protrude from own width W of a processing robot, it can do processing work without interfering with a cultivation shelf at least, and is preferred.

本発明の処理用ロボットによれば、栽培棚60で挟まれた狭い通路を移動しながら通路の両側の果実を処理することができ、栽培棚60等に接触することなく前後の搬送用ロボットに処理した果実を引き渡すことができる。   According to the processing robot of the present invention, the fruit on both sides of the passage can be processed while moving through a narrow passage sandwiched between the cultivation shelves 60, and the front and rear transfer robots can be contacted without contacting the cultivation shelf 60 or the like. The processed fruit can be handed over.

本発明のマニピュレータによれば、広い可動範囲を得ることが容易であり、また、既存の腕型マニピュレータ(6軸-6関節)に比べれば、より少ない関節で構成できるので低コストであり、重量物の扱いも容易で、かつ、省エネである。
本発明の処理用ロボットシステムによれば、処理した果実類を搬送するために処理作業を中断する必要がない、稼働効率の高い分散協働型処理システムを実現することができる。
According to the manipulator of the present invention, it is easy to obtain a wide movable range, and since it can be configured with fewer joints compared to the existing arm-type manipulator (6-axis-6 joints), the cost is low, and the weight It is easy to handle things and is energy saving.
According to the processing robot system of the present invention, it is possible to realize a distributed cooperative processing system with high operating efficiency that does not require the processing operation to be interrupted in order to transport processed fruits.

本発明の実施形態に係る処理用ロボットの構成を示し、(a)は平面図であり、(b)は正面図である。The structure of the processing robot which concerns on embodiment of this invention is shown, (a) is a top view, (b) is a front view. 本実施形態に係るマニピュレータの構成を示す模式的な斜視図と可動範囲を示し、(a)は本発明のマニピュレータの模式的な斜視図、(b)は比較のために示した旋廻軸で構成されるマニピュレータの模式的な斜視図、(c)は本発明のマニピュレータの可動範囲を示す図、(d)は比較のために示したマニピュレータの可動範囲を示す図である。The typical perspective view which shows the structure of the manipulator which concerns on this embodiment, and a movable range are shown, (a) is a schematic perspective view of the manipulator of this invention, (b) is comprised with the rotating shaft shown for the comparison. (C) is a figure which shows the movable range of the manipulator of this invention, (d) is a figure which shows the movable range of the manipulator shown for the comparison. 本実施形態の分散協働型処理システムの基本構成を示す配置図であり、(a)は平面図であり、(b)は平面図の寸法を示した図である。FIG. 2 is a layout diagram illustrating a basic configuration of a distributed cooperative processing system according to the present embodiment, where (a) is a plan view and (b) is a diagram illustrating dimensions of the plan view. 本実施形態の分散協働型処理システムの運用方法を示す図である。It is a figure which shows the operation method of the distributed cooperation type processing system of this embodiment. 本実施形態のマニピュレータの異なる構成を示す模式的な斜視図である。It is a typical perspective view which shows the different structure of the manipulator of this embodiment. 本実施形態のマニピュレータの更に異なる構成の可動範囲を示す図である。It is a figure which shows the movable range of the further different structure of the manipulator of this embodiment. 本実施形態のマニピュレータの更に異なる構成の模式的な斜視図であり、(a)はH1リンクを備えた場合の図であり、(b)はH2リンクを備えた場合の図であり、(c)はH1リンクとH2リンクの両方を備えた場合の図である。It is a typical perspective view of the further different composition of the manipulator of this embodiment, (a) is a figure at the time of providing H1 link, (b) is a figure at the time of providing H2 link, (c ) Is a diagram when both the H1 link and the H2 link are provided. 特許文献1のマニピュレータの構成を示す模式的な斜視図である。It is a typical perspective view which shows the structure of the manipulator of patent document 1. 旋廻軸で構成されるマニピュレータの構成を示し、(a)は平面図であり、(b)は正面図である。The structure of the manipulator comprised with a rotating shaft is shown, (a) is a top view, (b) is a front view. (a)は比較のために示した分散協働型処理システムの構成を示す配置図であり、(b)は比較のために示した他の分散協働型処理システムの構成を示す配置図である。(A) is a layout diagram showing the configuration of a distributed cooperative processing system shown for comparison, and (b) is a layout diagram showing the configuration of another distributed cooperative processing system shown for comparison.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
〔第1実施形態〕
第1実施形態に係る処理用ロボット1は、図1及び図2に示すように、処理対象物であるイチゴ62を摘み取るマニピュレータユニット10と、マニピュレータユニット10を搭載して自律走行する走行ユニット30と、を備える。処理用ロボット1は、図3に示すように、隣接する栽培棚60の間の通路S1を走行しながら、栽培棚60からイチゴ62を摘み取り、前後に待機する搬送用ロボット40に受け渡す。処理用ロボット1は、搬送用ロボット40とともに、分散協働型処理システム70を構成する。
以下、処理用ロボット1の構成を説明し、次いで、処理用ロボット1を用いた分散協働型処理システム70に言及する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[First Embodiment]
As shown in FIGS. 1 and 2, the processing robot 1 according to the first embodiment includes a manipulator unit 10 that picks up a strawberry 62 that is a processing target, and a traveling unit 30 that carries the manipulator unit 10 and autonomously travels. . As shown in FIG. 3, the processing robot 1 picks up the strawberry 62 from the cultivation shelf 60 while passing through the passage S <b> 1 between the adjacent cultivation shelves 60, and transfers it to the transport robot 40 that stands by before and after. The processing robot 1 and the transfer robot 40 constitute a distributed cooperative processing system 70.
Hereinafter, the configuration of the processing robot 1 will be described, and then the distributed cooperative processing system 70 using the processing robot 1 will be referred to.

[マニピュレータユニット10]
マニピュレータユニット10は、走行ユニット30に載せられると水平方向に沿うベース11と、ベース11に設けられ、前後方向(所定方向)に移動成分を有して延びる軸J1に沿って直線往復運動可能な第一リンク12と、第一リンク12から鉛直方向の上向きに立ち上がり、軸J2を中心にして水平方向に旋廻可能な第二リンク14と、を備える。軸J1と軸J2は互いに垂直をなしている(「軸」とは、直線運動や旋廻運動の運動軸を表す架空の直線を意味するものであるが、以後の説明では、簡便化のため単に「軸」と表記することにする)。
[Manipulator unit 10]
When the manipulator unit 10 is placed on the traveling unit 30, the base 11 extends in the horizontal direction, and the manipulator unit 10 is provided on the base 11 and can linearly reciprocate along the axis J <b> 1 extending with a moving component in the front-rear direction (predetermined direction). The first link 12 and the second link 14 that rises upward in the vertical direction from the first link 12 and can be rotated in the horizontal direction about the axis J2 are provided. The axis J1 and the axis J2 are perpendicular to each other (the “axis” means an imaginary straight line representing a motion axis of linear motion or rotational motion, but in the following description, for the sake of simplicity, It will be written as “axis”).

また、マニピュレータユニット10は、第二リンク14に連なり、軸J2に沿って昇降可能な第三リンク16と、第三リンク16に連なり、軸J3を中心に水平方向に旋回可能な第四リンク18と、を備える。第三リンク16と第四リンク18は、関節20(接続部分)により連結されており、第四リンク18はこの関節20に設けられる軸J3を中心にして旋回運動を行うことができる。第四リンク18の先端には、作業ハンド22が取り付けられている。
なお、第一リンク12を直線往復運動させる駆動機構、第二リンク14を旋廻運動させる駆動機構、第三リンク16を昇降運動させる駆動機構及び第四リンク18を旋回運動させる駆動機構は、任意であり、公知の種々の駆動機構を用いることができる。
Further, the manipulator unit 10 is connected to the second link 14 and is connected to the third link 16 that can be moved up and down along the axis J2, and the fourth link 18 that is connected to the third link 16 and can be turned in the horizontal direction around the axis J3. And comprising. The third link 16 and the fourth link 18 are connected by a joint 20 (connection portion), and the fourth link 18 can perform a turning motion around an axis J3 provided in the joint 20. A work hand 22 is attached to the tip of the fourth link 18.
A drive mechanism for linearly reciprocating the first link 12, a drive mechanism for rotating the second link 14, a drive mechanism for moving the third link 16 up and down, and a drive mechanism for rotating the fourth link 18 are optional. Yes, various known drive mechanisms can be used.

[走行ユニット30]
走行ユニット30は、それぞれ2つの車輪からなる径の大きい大輪32と、径の小さい小輪34とを備え、栽培棚60と栽培棚60の間の通路S1を前後(所定方向)に走行する。下部収納部36には、駆動用モータ、バッテリ、制御部、等のシステム統合モジュールが組み込まれる。取り付けベース38の下部には、画像処理のためのCPU(Central Processing Unit)、メモリ、カラー画像入力装置、位置を特定するコンピュータシステム、駆動を制御するコンピュータシステム、等が収納される。なお、システム統合モジュールやコンピュータシステム等の図示は省略されている。
[Travel unit 30]
The traveling unit 30 includes a large wheel 32 having a large diameter, each composed of two wheels, and a small wheel 34 having a small diameter, and travels forward and backward (predetermined direction) through a passage S1 between the cultivation shelf 60 and the cultivation shelf 60. A system integration module such as a drive motor, a battery, and a control unit is incorporated in the lower storage unit 36. A CPU (Central Processing Unit) for image processing, a memory, a color image input device, a computer system for specifying a position, a computer system for controlling driving, and the like are housed in the lower portion of the mounting base 38. In addition, illustration of a system integration module, a computer system, etc. is omitted.

[マニピュレータユニット10の可動範囲]
マニピュレータユニット10の可動範囲について図2を参照しながら説明する。また、図2では、軸J2は、第二リンク14の旋廻軸と第三リンク16の直線往復運動軸を兼ねる。
はじめに、図2(a)に示すように、マニピュレータユニット10は、第一リンク12が直線往復運動できるので、第二リンク14の旋廻軸J2の位置が、前端C1から後端C2までの距離Sを移動することができる。なお、この例では、旋廻軸J2と旋廻軸J3の距離及び旋廻軸J3から作業ハンド22の先端までの距離は、等しくrとなるように構成されている。
図2(c)は、第三リンク16が旋回運動することを加味したマニピュレータユニット10の可動範囲を示している。図2(c)に示すように、マニピュレータユニット10は、第一リンク12が前端C1から後端C2までの距離Sを移動できるので、破線で示すように、円弧部分が半径2rのトラック形状の軌跡に沿って移動することができる。
例えば、図2(b)に示すように、第二リンク14が中央に固定されているとすれば、その可動範囲は半径2rの単純な円形の領域に過ぎない。これに対し、マニピュレータユニット10の可動範囲は、水平移動体12がC1からC2の位置まで距離Sを移動することができるので、その分だけ拡張され水平方向に延伸した形状になっている。
このように、マニピュレータユニット10は、第一リンク12が直線往復運動できるので、可動範囲が広い。
[Moveable range of manipulator unit 10]
The movable range of the manipulator unit 10 will be described with reference to FIG. In FIG. 2, the axis J <b> 2 also serves as the rotation axis of the second link 14 and the linear reciprocation axis of the third link 16.
First, as shown in FIG. 2A, the manipulator unit 10 has a first link 12 that can linearly reciprocate, so that the position of the rotation axis J2 of the second link 14 is a distance S from the front end C1 to the rear end C2. Can be moved. In this example, the distance between the rotation axis J2 and the rotation axis J3 and the distance from the rotation axis J3 to the tip of the work hand 22 are configured to be equal to r.
FIG. 2C shows the movable range of the manipulator unit 10 taking into account that the third link 16 performs a turning motion. As shown in FIG. 2 (c), since the first link 12 can move the distance S from the front end C1 to the rear end C2, the manipulator unit 10 has a track shape with a radius 2r as shown by a broken line. It can move along the trajectory.
For example, as shown in FIG. 2B, if the second link 14 is fixed at the center, the movable range is only a simple circular region having a radius 2r. On the other hand, the movable range of the manipulator unit 10 has a shape that is expanded by that amount and extended in the horizontal direction because the horizontal moving body 12 can move the distance S from the position C1 to the position C2.
Thus, the manipulator unit 10 has a wide movable range because the first link 12 can linearly reciprocate.

[処理用ロボット1の動作]
処理用ロボット1は、マニピュレータユニット10と走行ユニット40を備える。処理用ロボット1は、マニピュレータユニット10が第一リンク12を旋廻させることにより、作業の方向に向けてハンド24の向きを自在に換えながら、左右両方の栽培棚60に対して処理作業を行う。特許文献1に記載されているマニピュレータユニットAのように、他方の栽培棚60に対する作業のためにいちいち通路を抜け出て180°方向転換する必要がない。また、マニピュレータユニット10が備える第一リンク12が処理用ロボット1の進行の前後方向に自在に移動できるので可動範囲が広くなり、前後に配置される搬送用ロボットに対して摘み取った果実を容易に渡すことができる。したがって、分散協働型の処理システムを構築するのに好適である。
[Operation of processing robot 1]
The processing robot 1 includes a manipulator unit 10 and a traveling unit 40. The processing robot 1 performs a processing operation on both the left and right cultivation shelves 60 while the manipulator unit 10 rotates the first link 12 to freely change the direction of the hand 24 in the direction of the operation. Unlike the manipulator unit A described in Patent Document 1, it is not necessary to exit the passage one by one and change the direction by 180 ° for work on the other cultivation shelf 60. Further, since the first link 12 included in the manipulator unit 10 can freely move in the front-rear direction of the processing robot 1, the movable range is widened, and the fruit picked from the transport robot arranged in the front-rear direction can be easily obtained. Can pass. Therefore, it is suitable for constructing a distributed cooperative processing system.

処理用ロボット1が処理の作業を行う際には、栽培棚60にあるイチゴ62の位置や熟度を判断したり、作業ハンド22の位置やストッカー42の中のイチゴ62の収納位置を判断したりして行う。その判断を可能とするには、図1に示すように、第四リンク18の上部にデジタルカメラ24を取り付け、デジタルカメラ24によって撮影された情報に基づいて上記判断を行うことができる。デジタルカメラ24で撮影されたデジタル画像データは、取り付けベース38の下部に収納された画像入力装置に送られてコンピュータシステムによって対象物の位置の特定や成熟度が判断される。判断や制御の具体的な手法は、例えば、特許文献1に記載されているので、ここでの説明は省略する。   When the processing robot 1 performs a processing operation, the position and maturity of the strawberry 62 in the cultivation shelf 60 are determined, the position of the work hand 22 and the storage position of the strawberry 62 in the stocker 42 are determined. Or do it. In order to make this determination possible, as shown in FIG. 1, a digital camera 24 is attached to the upper portion of the fourth link 18, and the above determination can be made based on information photographed by the digital camera 24. Digital image data photographed by the digital camera 24 is sent to an image input device housed in the lower part of the mounting base 38, and the position and maturity level of the object are determined by the computer system. A specific method of determination and control is described in, for example, Patent Document 1, and thus description thereof is omitted here.

[処理用ロボット1の処理作業]
次に、図3を参照して、処理用ロボット1の幅方向の両側に設けられる栽培棚60から、マニピュレータユニット10により、例えばイチゴ62を摘み取る作業を説明する。
この作業は、図3(a)に示すように、通路S1の幅方向の両側に設けられる一対の栽培棚60からイチゴ62を摘み取る。通路S1に配置される処理用ロボット1は、通路S1を走行する過程で停止して、イチゴ62を摘み取る。処理用ロボット1の前後には、処理用ロボット1が摘み取ったイチゴ62を受け取る搬送用ロボット40が、各1台ずつ縦列に配置されている。分散協働型処理システム70は、1台の処理用ロボット1と前後の所定位置に配置される計2台の搬送用ロボット40で構成される。搬送用ロボット40は、受け取ったイチゴ62を、栽培区域S0内の所定の集荷場所100に搬送する。栽培棚60で育成されているイチゴ62は、栽培棚60の範囲内に収まることもあれば、通路S1の側にはみ出すこともある。
[Processing of the processing robot 1]
Next, with reference to FIG. 3, the operation | work which picks up the strawberry 62 by the manipulator unit 10 from the cultivation shelf 60 provided in the both sides of the width direction of the robot 1 for processing is demonstrated.
In this operation, as shown in FIG. 3A, the strawberries 62 are picked from a pair of cultivation shelves 60 provided on both sides in the width direction of the passage S1. The processing robot 1 arranged in the passage S1 stops in the process of traveling through the passage S1, and picks up the strawberries 62. Before and after the processing robot 1, one transfer robot 40 that receives the strawberries 62 picked by the processing robot 1 is arranged in a column. The distributed cooperative processing system 70 includes one processing robot 1 and a total of two transfer robots 40 arranged at predetermined positions in the front and rear. The transport robot 40 transports the received strawberry 62 to a predetermined collection place 100 in the cultivation area S0. The strawberry 62 grown on the cultivation shelf 60 may be within the range of the cultivation shelf 60 or may protrude to the side of the passage S1.

ここで、図3(b)に示すように、通路S1の幅はW’とし、処理用ロボット1及び搬送用ロボット40の幅をともにWとする。なお、幅W’、幅Wは、処理用ロボット1の移動する方向Fに直交する向きで定義される。なお、通路S1の幅W’は処理用ロボット1の幅Wより大きく設定されることは言うまでもない。
また、処理用ロボット1及び搬送用ロボット40(分散協働型処理システム70)が通路S1を通過するときに、栽培棚60からはみ出したイチゴ62に干渉して傷つけることのないように、幅W’は幅Wよりも余裕をもって大きく設定されている。つまり、処理用ロボット1及び搬送用ロボット40が通路S1の幅方向の中央に配置されているものとすると、分散協働型処理システム70の幅方向の両側に距離gずつ、つまり左右合わせて2gに等しい距離の空きスペースが確保される。
また、処理用ロボット1の全長(進行方向の長さ)はLであり、摘み取ったイチゴ62を搬送用ロボット40に渡すために必要とされる最大リーチはRである。最大リーチRは、第三リンク16と第四リンク18が一直線状に伸びた状態で得られる。
Here, as shown in FIG. 3B, the width of the passage S1 is W ′, and the widths of the processing robot 1 and the transfer robot 40 are both W. The width W ′ and the width W are defined in a direction orthogonal to the direction F in which the processing robot 1 moves. Needless to say, the width W ′ of the passage S1 is set larger than the width W of the processing robot 1.
Further, when the processing robot 1 and the transport robot 40 (distributed cooperative processing system 70) pass through the passage S1, the width W ′ is set so as not to interfere with and damage the strawberry 62 protruding from the cultivation shelf 60. Is set larger than the width W with a margin. In other words, assuming that the processing robot 1 and the transfer robot 40 are arranged in the center in the width direction of the passage S1, the distance g on both sides in the width direction of the distributed cooperative processing system 70, that is, 2g in total on the left and right. An empty space of equal distance is secured.
Further, the total length (length in the traveling direction) of the processing robot 1 is L, and the maximum reach required for passing the picked strawberry 62 to the transport robot 40 is R. The maximum reach R is obtained with the third link 16 and the fourth link 18 extending in a straight line.

[分散協働型処理システム70]
以下に、処理用ロボット1及び搬送用ロボット40を用いた分散協働型処理システム70の例を、具体的な数値を用いて説明する。なお、リーチRは、搬送用ロボット40の荷台の進行方向の奥行きL’と、処理用ロボット1と搬送用ロボット40が運行中に接触することのないように必要な車間距離Gが設けられている。
[数値例]
通路S1の幅W’ = 80cm
搬送ロボット40の幅W = 60cm
フリースペースFの幅g = 10cm
W’,W,gの関係式 W’= W +2g
処理用ロボット1の幅W = 60cm
処理用ロボット1の全長L = 90cm
必要なリーチR = 85cm
第一リンク12の可動範囲S=60cm(第一リンクの長さの中央から±30cm)
[Distributed collaborative processing system 70]
Hereinafter, an example of the distributed cooperative processing system 70 using the processing robot 1 and the transfer robot 40 will be described using specific numerical values. The reach R has a depth L ′ in the traveling direction of the loading platform of the transport robot 40 and a necessary inter-vehicle distance G so that the processing robot 1 and the transport robot 40 do not come into contact with each other during operation. Yes.
[Numeric example]
The width W ′ of the passage S1 = 80 cm
The width W of the transfer robot 40 = 60 cm
Free space F width g = 10 cm
Relational expression of W ′, W, g W ′ = W + 2g
Width of processing robot 1 W = 60 cm
Total length L of the processing robot 1 = 90 cm
Required reach R = 85cm
The movable range S of the first link 12 = 60 cm (± 30 cm from the center of the length of the first link)

分散協働型処理システム70においては、例えば、前方の搬送用ロボット40にイチゴ62を定量まで受け渡すと、次は、後方の搬送用ロボット40にイチゴ62を受け渡すことになる。この受け渡しの対象を変更する際に、マニピュレータユニット10は、第三リンク16及び第四リンク18の向きを前方から後方へ反転させる必要があるので、第二リンク14をおよそ180°だけ旋廻させる。このとき、第四リンク18を折りたたむことになるが、関節20の部分が栽培棚60に届くこと、好ましくはフリースペースFにはみ出すことを避ける必要がある。イチゴ62を傷つけてしまうおそれがあるからである。そのためには、第三リンク16と第四リンク18の長さを互いに等しくするとともに、当該長さを搬送用ロボット40の幅Wの半分、つまりW/2以下に押さえればよい。
そうすれば、第四リンク18を第三リンク16の側に折りたたんで第二リンク14を旋廻させれば、関節20がフリースペースFにはみ出すことはない。この条件を満たすには、第三リンク16の長さ=第四リンク18の長さ=搬送用ロボット40の幅Wの1/2=r=30cmとすればよい。
In the distributed cooperative processing system 70, for example, when the strawberry 62 is delivered to the front transfer robot 40 up to a fixed amount, then the strawberry 62 is delivered to the rear transfer robot 40. When changing the delivery target, the manipulator unit 10 needs to reverse the direction of the third link 16 and the fourth link 18 from the front side to the rear side, so that the second link 14 is rotated by about 180 °. At this time, the fourth link 18 is folded, but it is necessary to avoid that the portion of the joint 20 reaches the cultivation shelf 60, and preferably does not protrude into the free space F. This is because the strawberry 62 may be damaged. For that purpose, the lengths of the third link 16 and the fourth link 18 may be made equal to each other, and the length may be suppressed to half the width W of the transfer robot 40, that is, W / 2 or less.
Then, when the fourth link 18 is folded toward the third link 16 and the second link 14 is rotated, the joint 20 does not protrude into the free space F. In order to satisfy this condition, the length of the third link 16 = the length of the fourth link 18 = 1/2 of the width W of the transfer robot 40 = r = 30 cm.

ところが、第二リンク16と第三リンク18のみの動作では、摘み取ったイチゴ62を搬送用ロボット40に受け渡すことができない。つまり、旋廻軸J2から作業ハンド22の先端までの距離は最長でもW=60cmであるのに対して、イチゴ62を受け渡すのに必要なリーチR=85cmであるから、作業ハンド22は搬送用ロボット40に届かない。
しかし、マニピュレータユニット10は、第一リンク12を可動範囲の中心C(図3(b))の位置からC’の位置まで約25cm移動させることで、作業ハンド22が搬送用ロボット40に届くようになりイチゴ62を受け渡すことができる。
However, the picked strawberry 62 cannot be transferred to the transport robot 40 by the operation of only the second link 16 and the third link 18. That is, since the distance from the turning axis J2 to the tip of the work hand 22 is W = 60 cm at the longest, the reach R = 85 cm necessary for delivering the strawberry 62 is used. The robot 40 does not reach.
However, the manipulator unit 10 moves the first link 12 from the position of the center C of the movable range (FIG. 3B) to the position C ′ so that the work hand 22 reaches the transfer robot 40. You can hand over the strawberry 62.

以上の本実施形態による分散協働型処理システム70によれば、処理用ロボット1が摘み取ったイチゴ62を搬送用ロボット40に受け渡す際には、第三リンク16と第四リンク18がなす角度を適宜調整しながら作業ハンド22の向きを、搬送用ロボット40に備えられるストッカー42の中の目標位置に狙いを定める。そして、第一リンク12を前進させれば、イチゴ62をストッカー42に受け渡すことができる。   According to the distributed cooperative processing system 70 according to the above-described embodiment, when the strawberry 62 picked by the processing robot 1 is transferred to the transport robot 40, the angle formed by the third link 16 and the fourth link 18 is set. The orientation of the work hand 22 is aimed at a target position in the stocker 42 provided in the transport robot 40 while appropriately adjusting. And if the 1st link 12 is advanced, the strawberry 62 can be delivered to the stocker 42.

処理用ロボット1がイチゴ62を摘み取る作業を行っている間に、例えば、先行して前方に配置されていた搬送用ロボット40の全てのストッカー42が満杯になれば、当該搬送用ロボットは集荷場所100に向けて搬送を開始する。それと同時に待機状態にしていた別の搬送用ロボット40が処理用ロボット1からイチゴ62を受け取ることができる所定位置に向けて移動を開始する。一方、処理用ロボット1はマニピュレータユニット10の第三リンク16及び第四リンク18の向きを反転させて、渡す相手を後方にいる搬送用ロボット40に換えることができる。このように分散協働型処理システム70を1台の処理用ロボット1と2台の搬送用ロボット40とで構成することで、切れ目の少ない処理作業を実現することができるようになる。   While the processing robot 1 is picking up the strawberries 62, for example, if all the stockers 42 of the transfer robot 40 arranged in front of the processing robot 1 are full, the transfer robot is set to the pickup location. Transport toward 100 is started. At the same time, another transfer robot 40 that has been in a standby state starts moving toward a predetermined position where the strawberry 62 can be received from the processing robot 1. On the other hand, the processing robot 1 can reverse the direction of the third link 16 and the fourth link 18 of the manipulator unit 10 to change the transfer partner to the transfer robot 40 at the rear. In this way, by configuring the distributed cooperative processing system 70 with one processing robot 1 and two transfer robots 40, processing operations with few breaks can be realized.

以上、分散協働型処理システム70の主要部の寸法を決定する一例を示したが、これらは栽培棚60の間隔を含む栽培条件、処理用ロボット1の仕様などに応じて適宜決定することが望ましい。その場合であっても、前後に配置される搬送用ロボット40に対してイチゴ62を渡すのに必要とされるリーチRを確実に確保するとともに、マニピュレータユニット10の作業ハンド22の向きを180°旋廻するときに関節20がフリースペースFにはみ出してイチゴ62を傷つけないようにすべきことは言うまでもない。また、上述の数値は、本発明の処理システムを実施する場合の一例を示しているに過ぎず、栽培区域S0の中での栽培棚60の配置に応じて、適宜、調節されるべきものである。   As mentioned above, although the example which determines the dimension of the principal part of the distributed cooperation type processing system 70 was shown, it is desirable to determine these suitably according to the cultivation conditions including the space | interval of the cultivation shelf 60, the specification of the processing robot 1, etc. . Even in such a case, the reach R necessary for handing the strawberry 62 to the transport robot 40 arranged in the front and rear directions is ensured, and the orientation of the work hand 22 of the manipulator unit 10 is 180 °. Needless to say, the joint 20 should not protrude into the free space F and turn the strawberry 62 when turning. Moreover, the above-mentioned numerical value has shown only an example in the case of implementing the processing system of this invention, and should be suitably adjusted according to arrangement | positioning of the cultivation shelf 60 in cultivation area S0. is there.

[マニピュレータユニットBを備えた場合の比較]
図9に示すマニピュレータユニットBは、第一リンク12に相当する部分を備えない点を除けば、マニピュレータユニット10と同じリンク構成を備えている。
このマニピュレータBにおいて、図10(a)に示すように第三リンク16の長さ(30cm)と第四リンク18の長さ(30cm)は互いに等しく、かつ、走行ユニット30の幅W(60cm)の1/2に等しいものとする。この寸法では、二つのリンクの長さを加えても60cmにしかならないので、必要とされるリーチR(85cm)に満たないので、イチゴ62を搬送用ロボット40に受け渡すことができないことになる。
[Comparison when equipped with manipulator unit B]
The manipulator unit B shown in FIG. 9 has the same link configuration as the manipulator unit 10 except that a portion corresponding to the first link 12 is not provided.
In this manipulator B, as shown in FIG. 10A, the length (30 cm) of the third link 16 and the length (30 cm) of the fourth link 18 are equal to each other, and the width W (60 cm) of the traveling unit 30. It is assumed that it is equal to 1/2. In this dimension, even if the length of the two links is added, the length is only 60 cm, so that the required reach R (85 cm) is not reached, so that the strawberry 62 cannot be delivered to the transport robot 40. .

次に、図10(b)は、必要とされるリーチR(85cm)を確保するために、第三リンク16と第四リンク18の長さをR/2(42.5cm)の長さにした例である。この例は、第三リンク16と第四リンク18を一直線上に延ばすことによって必要な長さのリーチを確保できるのでイチゴ62を搬送用ロボット40に渡すことができる。ところが、第三リンク16と第四リンク18の長さをこのように設定した場合には、第三リンク16と第四リンク18の向きを反転させようとするときに、第四リンク18を折り畳んだとしても、関節20がフリースペースFを超えて栽培棚60にまで届いてしまい、イチゴ62を傷つけかねない。   Next, FIG. 10B shows that the length of the third link 16 and the fourth link 18 is R / 2 (42.5 cm) in order to secure the required reach R (85 cm). This is an example. In this example, the reach of a necessary length can be secured by extending the third link 16 and the fourth link 18 in a straight line, so that the strawberry 62 can be delivered to the transport robot 40. However, when the lengths of the third link 16 and the fourth link 18 are set in this way, when the direction of the third link 16 and the fourth link 18 is to be reversed, the fourth link 18 is folded. Even so, the joint 20 may reach the cultivation shelf 60 beyond the free space F, and the strawberry 62 may be damaged.

マニピュレータBを旋廻させるときに、リンクや関節がイチゴ62や栽培棚60に干渉するのを、回避するために、第三リンク16、第四リンク18、関節20、作業ハンド22等を栽培棚60の上方に一旦退避させてから反転させることもできる。しかしながらそうすると、作業効率が悪化するとともに、昇降にともないエネルギが浪費される。また、この際の負荷重量は、昇降に関わる構造物の重量とデジタルカメラ重量を合わせて数kgにもなるため、反転の都度にエネルギが消費されるのでバッテリの消耗が激しくなる。バッテリの消耗は一度の充電で作業できる継続可能時間の短縮をもたらし、引いては分散協働型処理システム全体の効率の悪化をもたらすので好ましくない。   In order to avoid the links and joints interfering with the strawberry 62 and the cultivation shelf 60 when the manipulator B is rotated, the third link 16, the fourth link 18, the joint 20, the work hand 22, etc. are connected to the cultivation shelf 60. It can also be reversed after being retracted once above. However, if it does so, while working efficiency will deteriorate, energy will be wasted with raising / lowering. In addition, since the load weight at this time is several kg in total of the weight of the structure related to raising and lowering and the weight of the digital camera, energy is consumed every inversion, so that the battery is consumed heavily. Battery drain is undesirable because it reduces the time that can be worked on with a single charge, which in turn reduces the overall efficiency of the distributed collaborative processing system.

[分散協働型処理システムの運用]
次に、分散協働型処理システム70の運用方法を、図4を参照して説明する。
図4は、栽培区域S0において、分散協働型処理システム70が運用されている様子を示した図である。図4では(a)〜(f)にしたがって時間が経過している。
図4(a)は、処理用ロボット1が図面に向かって右側の搬送用ロボット40に対して摘み取ったイチゴ62を渡していたところ、全てのストッカー42が満杯になった様子を表している。以下、満杯になった搬送用ロボット40は黒く塗りつぶして表示することにする。
図4(b)は、満杯になった右側の搬送用ロボット40が、処理用ロボット1の元を離れて栽培区域S0の角に設けられた集荷場所100に処理用ロボット1から渡されたイチゴ62を降ろしに向かうとともに、処理用ロボット1が作業ハンド22の向きを180°転回しようとしている様子を表す。処理用ロボット1は、180°転回すると直ちにイチゴ62を摘み取る処理を行い、図面に向かって左側の搬送用ロボット40に対する受け渡しを始める。
[Operation of distributed collaborative processing system]
Next, an operation method of the distributed cooperative processing system 70 will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating a state in which the distributed cooperative processing system 70 is operated in the cultivation area S0. In FIG. 4, time elapses according to (a) to (f).
FIG. 4A shows a state where all the stockers 42 are full when the processing robot 1 is handing the picked strawberries 62 to the right transport robot 40 toward the drawing. Hereinafter, the transporting robot 40 that is full will be displayed in black.
FIG. 4 (b) shows a strawberry handed over from the processing robot 1 to the pick-up place 100 provided at the corner of the cultivation area S0 after the full transfer robot 40 on the right side leaves the processing robot 1. While moving to the position 62, the processing robot 1 is turning the working hand 22 by 180 °. As soon as the processing robot 1 turns 180 °, the processing robot 1 picks up the strawberry 62 and starts delivery to the left transfer robot 40 as viewed in the drawing.

図4(c)は、イチゴ62を降ろしに行った右側の搬送用ロボット40が道程R1を通って戻ってくるまでの間にも処理用ロボット1の作業が続けられ、この間に摘み取ったイチゴ62は左側の搬送用ロボット40に対して渡されてストッカー42が徐々に満たされている様子を示す。
図4(d)は、左側の搬送用ロボット40に切換えてイチゴ62を渡している間に、右側の搬送用ロボット40がイチゴ62を降ろして元の位置で戻り待機している様子を示す。
FIG. 4 (c) shows that the processing robot 1 continues to work until the right-hand side transfer robot 40 that has returned the strawberries 62 returns through the path R1. Is shown to the left transfer robot 40 and the stocker 42 is gradually filled.
FIG. 4D shows a state in which the right transport robot 40 drops the strawberry 62 and waits for return to the original position while switching to the left transport robot 40 and delivering the strawberry 62.

図4(e)は、満杯になった左側の搬送用ロボット40が、処理用ロボット1の元を離れて栽培区域S0の外に設けられた集荷場所100にイチゴ62を降ろしに向かうと同時に、処理用ロボット1が、作業ハンド22の向きを180°転回している様子を表す。
図4(f)は、イチゴ62を降ろしに行った左側の搬送用ロボット40が道程R2を通って戻ってくるまでの間にも処理用ロボット1が作業を続け、右側の搬送用ロボット40に対して摘み取ったイチゴ62を渡すことにより、ストッカー42が渡されたイチゴ62で徐々に満たされている様子を示す。
FIG. 4 (e) shows that the left side transport robot 40, which is full, leaves the processing robot 1 and heads down the strawberries 62 to the collection place 100 provided outside the cultivation area S0. The processing robot 1 represents a state where the direction of the work hand 22 is turned by 180 °.
FIG. 4 (f) shows that the processing robot 1 continues to work until the left transport robot 40 that has returned the strawberries 62 returns through the path R2, and the right transport robot 40 is moved to the right. On the other hand, the state in which the stocker 42 is gradually filled with the delivered strawberry 62 by passing the picked strawberry 62 is shown.

このように複数のロボットが連携して運用される分散協働型処理システム70では、搬送用ロボット40がイチゴ62を収容できる最大収容能力を、もう一方の搬送用ロボット40が集荷場所100に行って運搬したイチゴ62を降ろして戻って来るまでの間に処理用ロボット1が摘み取ることができる量よりも、少なくとも大きく備えることで全く切れ目のない処理作業を実現することが可能となる。   In the distributed collaborative processing system 70 in which a plurality of robots are operated in cooperation in this way, the maximum carrying capacity that the carrying robot 40 can contain the strawberries 62 is provided to the collection place 100 by the other carrying robot 40. By providing at least a larger amount than can be picked up by the processing robot 1 before the transported strawberry 62 is lowered and returned, it becomes possible to realize a completely seamless processing operation.

以上の説明では前後に配置される搬送用ロボット40が1台ずつであることを想定したが、栽培区域S0が広く集荷場所100までの往復時間が相当に長い場合には、一方の搬送用ロボット40が荷降ろしに行っている間に摘み取られるイチゴ62をもう一方の1台の搬送用ロボット40だけでは積み切れない状況も起こり得る。そのような場合には、前後の各側の搬送用ロボット40を1台に限らず複数台が担当するようにして運用させても良い。何れにしても、切れ目のない処理作業が実現されることが望ましい。   In the above description, it is assumed that one transfer robot 40 is arranged at the front and back. However, when the cultivation area S0 is large and the reciprocation time to the collection place 100 is considerably long, one transfer robot is used. There may be a situation in which the strawberry 62 that is picked up while the 40 is unloading can not be stacked by the other single transport robot 40 alone. In such a case, the number of transfer robots 40 on each of the front and rear sides is not limited to one, and a plurality of robots may be operated. In any case, it is desirable to realize a continuous processing operation.

[マニピュレータユニット10の効果作用]
また、マニピュレータユニット10では、一般に市販されている6軸、6関節のマニピュレータに比べると、4軸の構成であるため部品点数が少なく低コストに製作することができる。それとともに、マニピュレータユニット10を構成する要素には鉛直方向に対して斜めに傾斜するリンクがないので、一般のマニピュレータに比べて対象物と干渉することが少なく広い可動範囲を実現できる。
マニピュレータユニット10が重量物を支える場合は、一般のマニピュレータのようにトルク維持のための通電が必要でない箇所が多く、例えば、第一リンクがどの位置にいたとしても第一リンク12にかかる全荷重は、第一リンクを下方で支えるガイドレールが機構的に支えるので停止状態で電力を消費することがない。第二リンク14、及びア第四リンク18についても同様である。このような意味において、本実施形態のマニピュレータユニット10はエネルギ消費の少ない装置である。
[Effects of the manipulator unit 10]
Further, the manipulator unit 10 has a four-axis configuration and can be manufactured at a low cost compared to a commercially available six-axis and six-joint manipulator. At the same time, since the elements constituting the manipulator unit 10 do not have links inclined obliquely with respect to the vertical direction, they can be interfered with an object less than a general manipulator, thereby realizing a wide movable range.
When the manipulator unit 10 supports a heavy object, there are many places where energization for maintaining torque is not necessary, as in a general manipulator, for example, the total load applied to the first link 12 no matter where the first link is located. Since the guide rail that supports the first link is mechanically supported, power is not consumed in a stopped state. The same applies to the second link 14 and the fourth link 18. In this sense, the manipulator unit 10 of the present embodiment is a device that consumes less energy.

マニピュレータユニット10では、所定方向の移動成分を有する直線往復運動と旋廻運動の組み合わせによって作業ハンド22を可動範囲内の処理対象物であるイチゴ62の位置に導き、幅方向の両側の栽培棚60のイチゴ62を処理することができる。
つまり、第一リンクの移動方向と直交する軸J2を中心に水平方向に第二リンク14を旋廻運動させることにより、幅方向の両側の栽培棚60に作業ハンド22を向けることができ、第三リンク16を昇降させることにより、作業ハンド22を栽培棚60のイチゴ62に高さ方向の位置合わせをすることができる。また、第四リンク18を旋回運動させて、第三リンク16に対して折り畳むことにより、第三リンク16と第四リンク18を両側の栽培棚60に干渉させることなく、旋廻させることができる。さらに、第一リンク12を、前進及び後退させることにより、摘み取った処理対象物を搬送用ロボット40に受け渡すことができる。
In the manipulator unit 10, the work hand 22 is guided to the position of the strawberry 62 that is the processing target within the movable range by a combination of linear reciprocating motion and rotational motion having a moving component in a predetermined direction, and the cultivation shelves 60 on both sides in the width direction are guided. Strawberries 62 can be processed.
That is, by rotating the second link 14 in the horizontal direction around the axis J2 orthogonal to the moving direction of the first link, the work hand 22 can be directed to the cultivation shelves 60 on both sides in the width direction. By raising and lowering the link 16, the work hand 22 can be aligned with the strawberry 62 of the cultivation shelf 60 in the height direction. Further, the fourth link 18 is swiveled and folded with respect to the third link 16, so that the third link 16 and the fourth link 18 can be rotated without causing interference between the cultivation shelves 60 on both sides. Further, by moving the first link 12 forward and backward, the picked processing object can be transferred to the transfer robot 40.

上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
例えば、図5に示すように、図1の第二リンク14と第三リンク16の取り付ける順序を変えて、第一リンク12(所定方向の軸J1に沿った移動成分で直線往復運動可能)、第三リンク16(第一リンクの移動方向である軸J1と直行する軸J2に沿って昇降運動可能)、第二リンク14(軸J2を中心に水平方向に旋廻運動可能)、第四リンク18(軸J3に中心に水平方向に旋廻運動可能)の順に設けたとしても、同様の可動範囲を有するマニピュレータユニット10を実現することができる。
In addition to the above, as long as the gist of the present invention is not deviated, the configuration described in the above embodiment can be selected or changed to another configuration as appropriate.
For example, as shown in FIG. 5, the order of attaching the second link 14 and the third link 16 of FIG. 1 is changed, and the first link 12 (linear reciprocation is possible with a moving component along the axis J1 in a predetermined direction), The third link 16 (can be moved up and down along the axis J2 orthogonal to the axis J1 which is the moving direction of the first link), the second link 14 (can be rotated around the axis J2 in the horizontal direction), and the fourth link 18 Even if they are provided in the order of (the axis J3 can be rotated in the horizontal direction around the center), the manipulator unit 10 having the same movable range can be realized.

また、図7(a)に示されるように第四リンク18の中間には軸J3と垂直をなす軸J4を中心に鉛直方向に旋廻可能なH1リンク18aが設けられるものであってもよい。H1リンク18aが設けられることで、例えば、イチゴ62等の果実類が葉に隠れているような場合であっても、葉を上下に掻き分けることによって摘み取り処理を容易にすることができる。   Further, as shown in FIG. 7A, an H1 link 18a that can be rotated in a vertical direction about an axis J4 perpendicular to the axis J3 may be provided in the middle of the fourth link 18. By providing the H1 link 18a, for example, even when fruits such as the strawberry 62 are hidden behind the leaves, the picking process can be facilitated by scraping the leaves up and down.

また、図7(b)に示されるように第四リンク18の中間には、第四リンク18と平行を成す軸を中心にねじり旋廻可能なH2リンク18bが設けられてもよい。H2リンク18bが設けられることで、例えば、イチゴ62等の果実類が栽培棚60から吊り下がる方向が鉛直方向でない場合であっても、作業ハンド22にねじり旋廻を与えることによって摘み取り処理を容易にすることができる。   Further, as shown in FIG. 7B, an H2 link 18 b that can be twisted about an axis parallel to the fourth link 18 may be provided in the middle of the fourth link 18. By providing the H2 link 18b, for example, even if the direction in which the fruits such as the strawberry 62 are suspended from the cultivation shelf 60 is not the vertical direction, the picking process can be easily performed by giving the work hand 22 a twist. can do.

また、図7(c)に示されるように第四リンク18の中間にH1リンクとH2リンクの双方が設けられることで、イチゴ62等の様々な状況への対応が容易になり処理能力を一段と向上させることができる。なお、リンク(H1,H2)は、連結される順序を問わず、関節20に対してH1,H2の順に備えられてもよいし、逆にH2,H1の順であってもよい。何れの場合であっても同様の機能を得ることができる。   In addition, as shown in FIG. 7C, by providing both the H1 link and the H2 link in the middle of the fourth link 18, it becomes easy to cope with various situations such as the strawberry 62 and the processing capacity is further increased. Can be improved. The links (H1, H2) may be provided in the order of H1, H2 with respect to the joint 20, regardless of the order of connection, and conversely, the order of H2, H1 may be used. In any case, the same function can be obtained.

また、第一リンク12は、図6に示すように、所定方向の移動成分を複数含むX字状(2本の直線が交差)の軌道(軸G1,軸G2)を、往復運動可能なように設けられるものであってもよい。第一リンク12をこのように設けることで、幅方向の可動範囲を図中のYに相当する距離だけ拡大することができる。   Further, as shown in FIG. 6, the first link 12 can reciprocate along an X-shaped trajectory (axis G1, axis G2) including a plurality of moving components in a predetermined direction (two straight lines intersect). It may be provided. By providing the first link 12 in this way, the movable range in the width direction can be expanded by a distance corresponding to Y in the drawing.

また、走行ユニット30が自律走行ではなく、栽培棚60同士の間の通路S1にレールが設けられてレールの上を走行するものである場合は、軸J1は当該レールの上を往復運動する方向と一致すると見なすことができ、マニピュレータユニット10の第一リンク12の可動範囲Sを栽培棚60の長さに匹敵するように備えることでも、自律走行の場合と同様の効果を得ることができる。その場合には搬送用ロボット40もまた自律走行ではなく、同じレールの上を走行するものであったとしても、自律走行の場合と同様の効果を得ることができる。   Moreover, when the traveling unit 30 is not autonomously traveling, and a rail is provided in the passage S1 between the cultivation shelves 60 and travels on the rail, the axis J1 reciprocates on the rail. Even if the movable range S of the first link 12 of the manipulator unit 10 is provided so as to be comparable to the length of the cultivation shelf 60, the same effect as in the case of autonomous traveling can be obtained. In this case, even if the transfer robot 40 is not autonomously traveling but travels on the same rail, the same effect as that of autonomous traveling can be obtained.

また、栽培区域S0の配置はイチゴ生産者によって異なる場合がある。例えば、処理用ロボット1の幅Wの寸法に対して栽培棚60と栽培棚60の間の通路の幅W’の寸法が大きく異なるようなとき(例えば、フリースペースFの寸法gが第1実施形態で示した10cmより大きく35cmなどに備えられるときにはW=60cmに対して、W’=130cmにもなり両者の差が大きく拡大する)には、作業ハンド22をイチゴ62に対して届けることができない状況が起きることがある。このため本願発明の分散共同方処理システム70では、マニピュレータユニット10の第三リンクの長さr1と第四リンクの長さr2の長さを、1/2×W’ >r1、r2が成り立つように各部の寸法を備える。これにより作業ハンド22によるイチゴ62に対する無理のない処理が可能となる。しかも第三リンク、第四リンクとともに栽培棚60に干渉することはない。   Moreover, arrangement | positioning of cultivation area S0 may differ with strawberry producers. For example, when the dimension of the width W ′ of the passage between the cultivation shelf 60 and the cultivation shelf 60 is greatly different from the dimension of the width W of the processing robot 1 (for example, the dimension g of the free space F is the first implementation). When it is provided at 35 cm or larger than 10 cm shown in the form, W '= 130 cm for W = 60 cm, and the difference between the two is greatly expanded). Unusable situations may occur. For this reason, in the distributed joint processing system 70 of the present invention, the length of the third link r1 and the length of the fourth link r2 of the manipulator unit 10 are set such that ½ × W ′> r1, r2. The dimensions of each part are provided. As a result, it is possible to easily process the strawberry 62 by the work hand 22. And it does not interfere with the cultivation shelf 60 with a 3rd link and a 4th link.

1 処理用ロボット
10 マニピュレータユニット
11 ベース
12 第一リンク
14 第二リンク
16 第三リンク
18 第四リンク
18a H1リンク
18b H2リンク
20 関節
22 作業ハンド
24 デジタルカメラ
J1,J2,J3,J4 軸
30 走行ユニット
32 大輪
34 小輪
36 下部収納部
38 取り付けベース
40 搬送用ロボット
42 ストッカー
60 栽培棚
62 イチゴ
70 分散協働型処理システム
100 集荷場所
S0 栽培区域
S1 通路
F フリースペース
W’ 通路の幅
W 処理用ロボットの幅
L 処理用ロボットの長さ
C 第一リンクの可動範囲の中心位置
R 位置Cを基準した必要なリーチの長さ
S 第一リンクの可動範囲
Y 拡張される可動範囲
1 processing robot 10 manipulator unit 11 base 12 first link 14 second link 16 third link 18 fourth link 18a H1 link 18b H2 link 20 joint 22 work hand 24 digital camera J1, J2, J3, J4 axis 30 traveling unit 32 Large wheel 34 Small wheel 36 Lower storage part 38 Mounting base 40 Transfer robot 42 Stocker 60 Cultivation shelf 62 Strawberry 70 Distributed collaborative processing system 100 Collection place S0 Cultivation area S1 Path F Free space W 'Path width W The width of the processing robot Width L Length of robot for processing C Center position R of movable range of first link Required reach length S based on position C Movable range of first link Y Expanded movable range

Claims (12)

所定方向の移動成分を有して軸J1に沿って往復運動可能な第一リンクと、
前記第一リンクから上向きに立ち上がる第二リンクと、
前記第二リンクに連なり、前記第二リンクとともに前記軸J1と垂直な軸J2を中心に旋廻可能であるか、又は、前記第二リンクに対して旋廻可能であるとともに、前記第一リンクに対して前記軸J1と垂直な軸J2に沿って昇降可能な第三リンクと、
前記第三リンクに連なり、前記第三リンクとの接続部分を中心に前記軸J2に平行な軸J3を中心に旋廻可能な第四リンクと、
前記第四リンクの先端に設けられる作業ハンドと、
を備えることを特徴とするマニピュレータ。
A first link having a moving component in a predetermined direction and capable of reciprocating along the axis J1,
A second link rising upward from the first link;
It is connected to the second link, and can be rotated around an axis J2 perpendicular to the axis J1 together with the second link, or can be rotated with respect to the second link and to the first link A third link that can be moved up and down along an axis J2 perpendicular to the axis J1;
A fourth link that is continuous with the third link and that can be rotated around an axis J3 parallel to the axis J2 around a connection portion with the third link;
A work hand provided at the tip of the fourth link;
A manipulator comprising:
前記第二リンクは、前記第一リンクの移動方向と直交する前記軸J2を中心に水平方向に旋廻可能であり、
前記第三リンクは、前記軸J2に沿って昇降可能である、
請求項1に記載のマニピュレータ。
The second link can be rotated in a horizontal direction around the axis J2 orthogonal to the moving direction of the first link,
The third link can be moved up and down along the axis J2.
The manipulator according to claim 1.
前記第二リンクは、前記第一リンクの移動方向と直交する軸J2に沿って昇降可能であり、
前記第三リンクは、前記軸J2を中心に旋廻可能である、
請求項1に記載のマニピュレータ。
The second link can be moved up and down along an axis J2 orthogonal to the moving direction of the first link.
The third link can be rotated around the axis J2.
The manipulator according to claim 1.
前記第四リンクの中間に、前記軸J3と垂直をなす軸J4を中心に旋廻可能なH1リンク及び前記第四リンクと平行である軸を中心にねじり旋廻可能なH2リンク、の少なくとも一方又は双方が備えられる、
請求項1〜請求項3の何れか一項に記載のマニピュレータ。
At least one or both of an H1 link that can be rotated about an axis J4 perpendicular to the axis J3 and an H2 link that can be rotated about an axis parallel to the fourth link is provided in the middle of the fourth link. Is provided,
The manipulator according to any one of claims 1 to 3.
前記第一リンクは、
所定方向の移動成分のみを含んで往復直線運動可能である、
請求項1〜請求項4の何れか一項に記載のマニピュレータ。
The first link is
A reciprocating linear motion is possible including only a moving component in a predetermined direction.
The manipulator according to any one of claims 1 to 4.
前記第一リンクは、
所定方向の移動成分と前記所定方向の移動成分を含んで、X字状の軌跡を往復運動可能である、
請求項1〜請求項4の何れか一項に記載のマニピュレータ。
The first link is
Including a moving component in a predetermined direction and a moving component in the predetermined direction, and can reciprocate along an X-shaped trajectory;
The manipulator according to any one of claims 1 to 4.
所定方向に走行する走行ユニットと、
前記走行ユニットに搭載されて、前記走行ユニットとともに走行する請求項1〜請求項6の何れか一項に記載のマニピュレータと、を備え、
前記マニピュレータが処理対象物を処理する、
ことを特徴とする処理用ロボット。
A traveling unit that travels in a predetermined direction;
The manipulator according to any one of claims 1 to 6, wherein the manipulator is mounted on the traveling unit and travels together with the traveling unit.
The manipulator processes an object to be processed;
A processing robot characterized by that.
前記処理用ロボットの進行方向に直交する幅方向の寸法をWとし、
前記第三リンクの長さをr1、前記第四リンクの長さをr2とすると、
1/2×W>r1、r2が成り立つ、
請求項7に記載の処理用ロボット。
The dimension in the width direction perpendicular to the traveling direction of the processing robot is W,
If the length of the third link is r1, and the length of the fourth link is r2,
1/2 × W> r1, r2 holds,
The processing robot according to claim 7.
前記処理用ロボットと、
前記処理用ロボットの進行方向の前後の所定位置に配置され、前記処理用ロボットから前記処理対象物を受け渡される搬送用ロボットと、を備え、
前記処理用ロボットと前記搬送用ロボットは、前記進行方向に直交する幅方向の両側に設けられる栽培棚の間の通路を進行し、
前記処理用ロボットは、請求項7記載の処理用ロボットからなり、
前記搬送用ロボットは、受け渡された前記処理対象物を所定の集荷場所に移動して搬送する、
ことを特徴とする分散協働型処理システム。
The processing robot;
A transfer robot disposed at a predetermined position before and after the processing robot in the traveling direction and delivering the processing object from the processing robot;
The processing robot and the transfer robot travel through a path between cultivation shelves provided on both sides in the width direction orthogonal to the traveling direction,
The processing robot comprises the processing robot according to claim 7,
The transfer robot moves the transferred object to be moved to a predetermined collection place and conveys it,
A distributed cooperative processing system characterized by that.
待機状態の前記搬送ロボットを備え、
先行して前記処理用ロボットの前又は後に配置されていた前記搬送用ロボットが、所定の前記集荷場所に移動すると、待機状態の前記搬送ロボットが、前記所定位置に移動する、
請求項9に記載の分散協働型処理システム。
Including the transfer robot in a standby state;
When the transfer robot that has been arranged before or after the processing robot moves to the predetermined collection location, the transfer robot in a standby state moves to the predetermined position.
The distributed cooperative processing system according to claim 9.
前記処理用ロボットの前記進行方向の前の所定位置に配置されている前記搬送用ロボットへの前記処理対象物の受け渡しが定量になると、
前記処理用ロボットは、前記マニピュレータの向きを反転させて、
前記進行方向の後の所定位置に配置されている前記搬送用ロボットへの前記処理対象物の受け渡しを始め、
前記マニピュレータが向きを反転させる際に、前記第三リンク、前記第四リンクは、前記処理対象物を栽培する栽培棚と干渉しない、
請求項9又は請求項10に記載の分散協働型処理システム。
When the delivery of the processing object to the transfer robot arranged at a predetermined position in front of the traveling direction of the processing robot is quantitative,
The processing robot reverses the direction of the manipulator,
Starting delivery of the processing object to the transfer robot arranged at a predetermined position after the traveling direction,
When the manipulator reverses the direction, the third link and the fourth link do not interfere with a cultivation shelf for cultivating the processing object.
The distributed cooperative processing system according to claim 9 or 10.
前記処理用ロボットの進行方向に直行する前記栽培棚と前記栽培棚に挟まれる通路の幅の寸法をW’とし、
前記処理用ロボットが備える前記マニピュレータの前記第三リンクの長さをr1、前記第四リンクの長さをr2とすると、
1/2×W’ >r1、r2が成り立つ、
請求項9〜請求項11の何れかに記載の分散協働型処理用システム。
W ′ is the width dimension of the passage sandwiched between the cultivation shelf and the cultivation shelf that goes straight in the traveling direction of the processing robot,
When the length of the third link of the manipulator provided in the processing robot is r1, and the length of the fourth link is r2,
1/2 × W ′> r1, r2 holds,
The system for distributed cooperative processing according to any one of claims 9 to 11.
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