JP2018042545A - Vegetable automatic harvester - Google Patents

Vegetable automatic harvester Download PDF

Info

Publication number
JP2018042545A
JP2018042545A JP2017010341A JP2017010341A JP2018042545A JP 2018042545 A JP2018042545 A JP 2018042545A JP 2017010341 A JP2017010341 A JP 2017010341A JP 2017010341 A JP2017010341 A JP 2017010341A JP 2018042545 A JP2018042545 A JP 2018042545A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
path
route
control mechanism
cutting blade
root cutting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2017010341A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
千田 有一
Yuichi Senda
有一 千田
山口 達也
Tatsuya Yamaguchi
達也 山口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shinshu University NUC
Original Assignee
Shinshu University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shinshu University NUC filed Critical Shinshu University NUC
Publication of JP2018042545A publication Critical patent/JP2018042545A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Harvesting Machines For Specific Crops (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vegetable automatic harvester moving a root cutting blade so as to match a target route in the soil and thereby capable of moving a root cutting blade smoothly in the soil and performing root cutting while suppressing variation.SOLUTION: A vegetable automatic harvester includes: a tilt frame driven to tilt in a travel direction of a machine body in a front part of a harvester body in the travel direction; and a lifting/lowering frame supported by the tilt frame so as to be lifted/lowered and including a root cutting blade attached in a lower edge. A blade tip of the root cutting blade moves periodically with a route 1 for moving from an upper position toward a lower position in an arc shape and a route 2 for moving from a terminal point of the route 1 to a start point of the next route 1 vertically upward as a route for one period by an angle control mechanism controlling a tilt angle of the tilt frame and a height control mechanism controlling a lifting/lowering position of the lifting/lowering frame.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は野菜自動収穫機に関する。   The present invention relates to an automatic vegetable harvesting machine.

現在、ホウレンソウなどの軟弱野菜の収穫は手作業が主流であり収穫作業の機械化が期待されている。これに対して自動収穫装置がいくつか開発されているが広く普及するには至っていない(非特許文献1−3、特許文献1)。その原因の一つとして従来の収穫方法において収穫物の把持を伴う点が上げられる。軟弱野菜は非常に傷つきやすく、把持により葉を傷め商品価値を損なってしまう。現在、この問題を解決する収穫装置は存在しない。そこで我々の グループでは根を切るための根切り刃の位置と姿勢の制御が可能な機構を用いた把持を伴わないホウレンソウ収穫装置の開発を行っている(特許文献2、非特許文献4−7)。
この収穫装置では、地表面から一定の深さの土中に根切り刃を進行させ根切りを行う。そして根切り刃の後方に取り付けたコンベアにより、根切り直後の対象の重心下部を押し、コンベア側に倒すことで回収を行う。これにより把持を伴わない収穫が可能となる。
At present, harvesting of soft vegetables such as spinach is mainly done manually, and mechanization of the harvesting work is expected. On the other hand, some automatic harvesting devices have been developed, but have not been widely used (Non-Patent Documents 1-3 and Patent Document 1). One of the causes is that the conventional harvesting method involves gripping the harvest. Soft vegetables are very fragile, and the leaves are damaged by gripping and the commercial value is impaired. Currently, no harvesting device exists to solve this problem. Therefore, our group is developing spinach harvesting equipment that does not involve gripping using a mechanism that can control the position and posture of the root cutting blade for cutting roots (Patent Document 2, Non-Patent Documents 4-7). ).
In this harvesting device, a root cutting blade is advanced from the ground surface into the soil at a certain depth to perform root cutting. And with the conveyor attached to the back of the root cutting blade, the lower part of the center of gravity of the object immediately after the root cutting is pushed, and collection is performed by tilting to the conveyor side. This allows harvesting without gripping.

特開平11−308912号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-308912 特開2014−166175号公報JP 2014-166175 A

吉田智一,他,ホウレンソウ収穫技術の開発(第1報),農機誌,62,3(2000)149Yoshiichi Tomokazu, et al., Development of spinach harvesting technology (1st report), Agricultural Machinery Journal, 62, 3 (2000) 149 小林由喜,他,簡易型ホウレンソウ収穫機の開発(第1報),農業機械学会誌,Vol.60、No.2(1998),pp.103-110Yuki Kobayashi, et al., Development of a simple spinach harvester (1st report), Journal of the Agricultural Machinery Society, Vol. 60, No. 2 (1998), pp. 103-110 西澤准一,ホウレンソウなど軟弱野菜の加工向け専 用収穫機の開発と普及への取り組み,農林水産技術 研究ジャーナル,Vol.35,No.11(2012),pp.37-41Junichi Nishizawa, Development and dissemination of dedicated harvesters for processing soft vegetables such as spinach, Agriculture, Forestry and Fisheries Research Journal, Vol. 35, No. 11 (2012), pp. 37-41 丸山寛智,他,生食用ホウレンソウ自動収穫機の開発,第12回システムインテグレーション部門講演会,pp,2100-2103(2011)Maruyama Hirotomo, et al., Development of Automatic Harvester for Raw Food, 12th System Integration Division Lecture, pp, 2100-2103 (2011) 平野幸助,他,生食用ホウレンソウ自動収穫機の開発―回収・搬送装置の設計と検証―,ロボメッ ク・メカトロニクス講演会2012,Paper NO.1A1-G04(CD-ROM)Kosuke Hirano, et al., Development of Automatic Spinach Harvester for Raw Food-Design and Verification of Recovery / Transport Equipment-, Robomec Mechatronics Lecture 2012, Paper NO.1A1-G04 (CD-ROM) 丸山寛智,他,ホウレンソウ自動収穫機における根切り刃動作の考察と位置制御,第13回SICEシステムインテグレーション部門大会,(2012)Marutama Hirotomo, et al., Consideration and Position Control of Root Cutting Blade Operation in Spinach Automatic Harvester, 13th SICE System Integration Division Conference, (2012) 平野幸助,他,軟弱野菜自動収穫機における根切り刃の2自由度制御機構の設計と制御,第56回自動制御連合講演会,(2013)Kosuke Hirano, et al., Design and control of two-degree-of-freedom control mechanism of root cutting blade in soft vegetable automatic harvesting machine, The 56th Automatic Control Joint Lecture, (2013) 千田有一,受動的ハンドリングに基づくホウレンソウ自動収穫機の開発、精密工学会誌,Vol.81,No.9(2015)Yuichi Senda, Development of an automatic spinach harvester based on passive handling, Journal of Japan Society for Precision Engineering, Vol.81, No.9 (2015) 藤澤彰宏.他,ホウレンソウ自動収穫機における土中での根切り刃運動による土の挙動解析,日本機械学会論文誌,Vol.81,No.832(2015)Akihiro Fujisawa, et al., Analysis of soil behavior by root-cutting blade motion in a spinach automatic harvesting machine, Journal of the Japan Society of Mechanical Engineers, Vol.81, No.832 (2015) 畠山貴充,他,軟弱野菜自動収穫装置における土中での根切り刃の位置制御,SICE2016Takamitsu Hatakeyama, et al., Position control of root cutting blade in soil in weak vegetable automatic harvesting device, SICE2016 Akihiro Fujisawa,et.al.,Motion Analysis of the Root-Cutting Blade for an Automatic Spinach Harvester,MOVIC2014,(2014)Akihiro Fujisawa, et.al., Motion Analysis of the Root-Cutting Blade for an Automatic Spinach Harvester, MOVIC2014, (2014) 栗栖正充,他,移動マニピュレータの軌道計画と動的制御,日本機械学会論文集,(1996),pp.242-248Masamitsu Kurisu, et al., Trajectory planning and dynamic control of mobile manipulators, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, (1996), pp.242-248 大隈久,移動マニピュレータの制御,日本ロボット学会誌,Vol.13(1995),pp.904-907Ohtsuhisa, Control of mobile manipulator, Journal of the Robotics Society of Japan, Vol.13 (1995), pp.904-907 Akihiro Fujisawa,et. al.,Optimzed trajectory planning a root-cutting blade for an automatic spinach harvester,Dynamics and Desing Confer- ence 2015.(2015)Akihiro Fujisawa, et.al., Optimzed trajectory planning a root-cutting blade for an automatic spinach harvester, Dynamics and Desing Conference 2015. (2015)

上述したホウレンソウの収穫装置では、収穫動作を行うために各機構に対し試行錯誤的に求められた制御目標値を用いている。ゆえに刃の移動する経路を厳密に指定しておらず、経路の検証を十分に行えていない。
一方、望ましい経路を指定し、経路に基づいた各機構の制御目標値を実機に適用することで経路のパラメータを具体的に評価できる。そこで本出願では、収穫に有利な条件の経路を設定し、現在の経路との比較を行い、的確な収穫動作を行うことを可能にする野菜の自動収穫機を提供することを目的とする。
In the spinach harvesting apparatus described above, control target values obtained by trial and error for each mechanism are used to perform harvesting operations. Therefore, the path along which the blade moves is not strictly specified, and the path cannot be verified sufficiently.
On the other hand, by specifying a desired route and applying the control target value of each mechanism based on the route to the actual machine, the route parameter can be specifically evaluated. Accordingly, an object of the present application is to provide an automatic vegetable harvesting machine that sets a path that is advantageous for harvesting, compares it with the current path, and performs an accurate harvesting operation.

本発明に係る野菜自動収穫機は、収穫機本体の進行方向の前部に、前記機体の進行方向に傾動駆動される傾動フレームと、該傾動フレームに昇降可能に支持され、下端部に根切り刃が取り付けられた昇降フレームとを備える野菜自動収穫機であって、前記傾動フレームの傾動角度を制御する角度制御機構と、前記昇降フレームの昇降位置を制御する高さ制御機構とにより、前記根切り刃の刃先が、上位置から下位置へ向けて円弧状に移動する経路1と、経路1の終点から次の経路1の始点へ鉛直上方に移動する経路2とを一周期の経路として周期移動することを特徴とする。
また、 前記機体の移動方向をxW軸方向、xW軸に鉛直方向をyW軸方向としたときの、前記根切り刃の刃先の座標(xW、yW)と、前記角度制御機構により制御する傾動フレームのアーム角度θ(t)と、前記高さ制御機構により制御するアーム長r(t)との関係を表す次式
に基づき、
前記経路1については、刃先の座標(xW、yW)として、
xW (t) = Xa0 − Ra cosθW (t)
yW (t) = Ya0 − Ra sinθW (t)
(ただし、θWは
Xa0は経路1の円弧中心のx座標の初期値、Ya0は円弧中心のy座標の初期値、Raは円弧半径、xc(t)= Vc・t:Vcは機体の移動速度)
を代入して、経路1における制御目標値rref(t)、θref(t)を求め、
前記経路2については、刃先の座標(xW、yW)として、
xW (t) = Xa0
(ただし、Aは経路1の円弧深さ)
を代入して、経路2における制御目標値rref(t)、θref(t)を求め、
パラメータXa0、Ya0、Ra、Vc、Aを適宜設定して前記経路1と経路2について導出した制御目標値にしたがって、前記角度制御機構と高さ制御機構を制御する制御手段を備えることを特徴とする。
The vegetable automatic harvesting machine according to the present invention is supported at the front part in the traveling direction of the harvesting machine body by a tilting frame that is tilted and driven in the traveling direction of the machine body, and can be moved up and down by the tilting frame, An automatic vegetable harvesting machine comprising a lifting frame to which a blade is attached, the angle control mechanism controlling the tilting angle of the tilting frame, and the height control mechanism controlling the lifting position of the lifting frame. The path 1 in which the cutting edge of the cutting blade moves in an arc shape from the upper position to the lower position and the path 2 in which the cutting edge moves vertically upward from the end point of the path 1 to the start point of the next path 1 are used as a cycle. It is characterized by moving.
Further, the coordinates of the cutting edge of the root cutting blade (x W , y W ) when the moving direction of the machine body is the x W axis direction, and the vertical direction to the x W axis is the y W axis direction, and the angle control mechanism The following equation represents the relationship between the arm angle θ (t) of the tilting frame controlled by the arm length r (t) controlled by the height control mechanism
Based on
For the path 1, the coordinates of the cutting edge (x W , y W )
x W (t) = X a0 − Ra cosθ W (t)
y W (t) = Y a0 − Ra sinθ W (t)
(However, θW is
X a0 is the initial x-coordinate value of the arc center of path 1, Y a0 is the initial y-coordinate value of the arc center, Ra is the arc radius, xc (t) = Vc · t: Vc is the moving speed of the aircraft)
To obtain control target values r ref (t) and θ ref (t) in path 1,
For the path 2, the cutting edge coordinates (x W , y W )
x W (t) = X a0
(However, A is the arc depth of path 1)
To obtain control target values r ref (t), θ ref (t) in path 2,
Control means for controlling the angle control mechanism and the height control mechanism according to control target values derived for the paths 1 and 2 by appropriately setting the parameters X a0 , Y a0 , Ra, V c , and A It is characterized by.

本発明に係る野菜自動収穫機によれば、根切り長さのばらつきをなくし、野菜を確実に収穫することができる。   According to the automatic vegetable harvesting machine according to the present invention, it is possible to remove the root cutting length variation and reliably harvest the vegetables.

野菜自動収穫機の外観写真である。It is the external appearance photograph of a vegetable automatic harvesting machine. 高さ制御機構の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of a height control mechanism. 角度制御機構の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of an angle control mechanism. 角度制御機構の動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows operation | movement of an angle control mechanism. 野菜自動収穫機の収穫動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the harvesting operation | movement of a vegetable automatic harvesting machine. 根切り刃の角度を固定して並進移動する例を示す図である。It is a figure which shows the example which translates by fixing the angle of a root cutting blade. 根切り刃を円弧状の経路として移動させる例を示す図である。It is a figure which shows the example which moves a root cutting blade as a circular arc-shaped path | route. 刃先経路を描く座標系を示す図である。It is a figure which shows the coordinate system which draws a blade edge | path path | route. 表1の値を用いて得られた経路のグラフである。It is the graph of the path | route obtained using the value of Table 1. FIG. 経路に対して刃の向きを接線方向に向けた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which orient | assigned the direction of the blade to the tangent direction with respect to the path | route. 刃の向きを接線方向と異なる向きとした状態を示す図である。It is a figure which shows the state which made the direction of the blade different from the tangential direction. 円弧経路と刃を上方に移動させる経路とを備える提案経路を示す図である。It is a figure which shows the proposal path | route provided with the circular arc path | route and the path | route which moves a blade upward. 経路1のモデル図である。FIG. 3 is a model diagram of path 1; y座標の初期値が負である場合のモデル図である。It is a model figure in case the initial value of y coordinate is negative. クローラが移動するときのモデル図である。It is a model figure when a crawler moves. 経路2のモデル図である。FIG. 3 is a model diagram of path 2; 提案経路のx軸方向の目標軌道を示すグラフである。It is a graph which shows the target track | orbit of the x-axis direction of a proposal path | route. 提案経路のy軸方向の目標軌道を示すグラフである。It is a graph which shows the target track | orbit of the y-axis direction of a proposal path | route. 高さ制御機構の目標値を示すグラフである。It is a graph which shows the target value of a height control mechanism. 角度制御機構の目標値を示すグラフである。It is a graph which shows the target value of an angle control mechanism. 刃先の経路を示すグラフである。It is a graph which shows the path | route of a blade edge | tip. 従来経路の非接線方向の変動量を示すグラフである。It is a graph which shows the variation | change_quantity of the non-tangent direction of a conventional path | route. 提案経路の非接線方向の変動量を示すグラフである。It is a graph which shows the variation | change_quantity of the non-tangent direction of a proposal path | route. 従来経路での、根切り刃が土中を進行する場合の土の挙動のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the behavior of the soil in case the root cutting blade advances in soil in the conventional path | route. 提案経路での、根切り刃が土中を進行する場合の土の挙動のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the behavior of the soil when the root cutting blade advances in the soil in the proposed route. 高さ制御機構の目標値と実験値を示すグラフである。It is a graph which shows the target value and experimental value of a height control mechanism. 角度制御機構の目標値と実験値を示すグラフである。It is a graph which shows the target value and experimental value of an angle control mechanism. x座標とy座標における実機の軌道と目標軌道とを示すグラフである。It is a graph which shows the track | orbit and target track | orbit of the real machine in x coordinate and y coordinate. xy平面における実機と目標軌道との経路を示すグラフである。It is a graph which shows the path | route of the real machine and target trajectory in xy plane. 従来経路と提案経路についてのホウレンソウの根の長さのヒストグラムである。It is a histogram of the length of a spinach root about a conventional route and a proposal route. 刃を土に侵入させていない場合における従来経路と提案経路でのモータトルクを示すグラフである。It is a graph which shows the motor torque in the conventional path | route and the proposal path | route in the case where the blade is not penetrate | invaded into soil. 刃を土に侵入させた場合における従来経路と提案経路でのモータトルクを示すグラフである。It is a graph which shows the motor torque in the conventional path | route at the time of making a blade penetrate | invade in soil, and a proposal path | route.

(収穫機の概要)
本発明に係る収穫機を図1に示す。収穫機は根切りを行う根切り刃10、根切り刃10の高さ方向の位置制御を行う高さ制御機構12、根切り刃10の姿勢制御を行う角度制御機構16、ホウ レンソウの回収、搬送を行う搬送機構18、収穫機の移動を行うクローラ20、さらに地表面位置を検出するレーザーセンサ22などによって構成されている。
(高さ制御機構)
高さ制御機構12を図2に示す。高さ制御機構はモータ12a、送りねじ12b、アーム12c、リニアポテンショメータ12dによって構成されている。アーム12cの先端には根切り刃10が取り付けられており、モータの回転運動を送りねじにより直動運動に変換しアーム12cの位置を調節することで図2に示すように根切り刃10を上下させる。
(Outline of harvester)
A harvester according to the present invention is shown in FIG. The harvesting machine has a root cutting blade 10 for performing root cutting, a height control mechanism 12 for controlling the position of the root cutting blade 10 in the height direction, an angle control mechanism 16 for controlling the posture of the root cutting blade 10, and collecting spinach. It comprises a transport mechanism 18 that transports, a crawler 20 that moves the harvester, and a laser sensor 22 that detects the ground surface position.
(Height control mechanism)
The height control mechanism 12 is shown in FIG. The height control mechanism includes a motor 12a, a feed screw 12b, an arm 12c, and a linear potentiometer 12d. A root cutting blade 10 is attached to the tip of the arm 12c, and the rotational motion of the motor is converted into a linear motion by a feed screw and the position of the arm 12c is adjusted to adjust the position of the arm 12c as shown in FIG. Move up and down.

(角度制御機構)
角度制御機構16を図3に示す。角度制御機構16はモータ16a、ラック・ピニオン16b、エンコーダ16cによって構成されている。並列に設置した2台のモータ16、16により駆動され、モータの回転運動をラック・ピニオン16bにより直動運動に変換し、高さ制御機構部12と連結されたラックが移動する。これにより高さ制御機構部12を回転軸14を中心として角度を調節することができ、図4のように動作させることが可能となる。
(Angle control mechanism)
The angle control mechanism 16 is shown in FIG. The angle control mechanism 16 includes a motor 16a, a rack and pinion 16b, and an encoder 16c. Driven by two motors 16 and 16 installed in parallel, the rotational movement of the motor is converted into a linear motion by the rack and pinion 16b, and the rack connected to the height control mechanism unit 12 moves. As a result, the angle of the height control mechanism unit 12 can be adjusted around the rotation shaft 14 and can be operated as shown in FIG.

(収穫動作)
図5に収穫動作の概念図を示す。地表面下において任意位置での根切りを行うため、レーザーセンサにより地表面までの距離を測定し、高さ制御機構12によりアーム長を調整することで根切り刃10の位置を制御する。また、刃の地表面露出を防ぐために刃の角度を下向きにした状態でクローラを進行させ、鉛直下方向に力を向ける必要がある(非特許文献8−10)。その際、根切り刃の角度と位置を固定した図6の並進経路を与えた場合、根切り刃の前方に土を押しやってしまい収穫が困難になる場合がある。これに対し図7のような円弧経路を与えた 場合、前方に土を押しやりにくく収穫に有利であることが実験により確認されている。
(Harvesting action)
FIG. 5 shows a conceptual diagram of the harvesting operation. In order to perform root cutting at an arbitrary position under the ground surface, the distance to the ground surface is measured by a laser sensor, and the position of the root cutting blade 10 is controlled by adjusting the arm length by the height control mechanism 12. Moreover, in order to prevent the ground surface exposure of a blade, it is necessary to advance a crawler in the state which made the angle of the blade downward, and to direct a force vertically downward (nonpatent literature 8-10). At that time, when the translation path of FIG. 6 in which the angle and the position of the root cutting blade are fixed is given, the soil may be pushed forward of the root cutting blade and it may be difficult to harvest. On the other hand, when the circular arc path as shown in FIG. 7 is given, it has been confirmed by experiments that it is difficult to push the soil forward and is advantageous for harvesting.

A:刃先経路
(従来経路)
刃先経路を描く座標系を図8に示す座標系(xW、yW)とする。収穫装置において刃先の座標はクローラ移動距離 xc(t)=Vc t、アーム角度 θ(t)、そしてアーム長 r(t)によって決定され、θ(t)、r(t)の値がそれぞれ角度制御機構、高さ制御機構によって操作される。
r(t)、θ(t)、xc(t)から刃先座標(xW、yW)は以下の式で表せる。
xW(t) = r(t)・sinθ(t) + xc(t) (1)
yW(t) = r(t)・cosθ(t) (2)
従来用いていた経路を「従来経路」と表す。
角度制御機構における制御目標値のθ(t)と、高さ制御機構における制御目標値r(t)は以下の式に基づき入力する。
θ(t) = α sin 2πf t + θ0 (3)
r(t) = lc (Const。) (4)
ただし、α[deg]、f[Hz]は正弦波入力の振幅と周波数、θ0[deg]は正弦波入力の入力中心、t[s]は時間である。収穫においてr(t)は地表面位置によって変化するが、ここでは簡単化するため lc [mm] の一定値とする。式(1)、(2)と表1に示す値を用いて得られた経路を図9に示す。従来経路における制御目標値は試行錯誤的に得られた値であり、根切り刃の通過体積やそれに伴う土の挙動などの評価は十分ではない。そこで本明細書では収穫に有利となる経路を改めて導出する。
A: Cutting edge path (conventional path)
A coordinate system for drawing a blade path is assumed to be a coordinate system (x W , y W ) shown in FIG. In the harvesting device, the coordinates of the blade edge are determined by the crawler moving distance x c (t) = V c t, the arm angle θ (t), and the arm length r (t). The values of θ (t) and r (t) are Each is operated by an angle control mechanism and a height control mechanism.
The cutting edge coordinates (x W , y W ) can be expressed by the following equations from r (t), θ (t), and x c (t).
x W (t) = r (t) ・ sinθ (t) + x c (t) (1)
y W (t) = r (t) ・ cosθ (t) (2)
The conventionally used route is represented as “conventional route”.
The control target value θ (t) in the angle control mechanism and the control target value r (t) in the height control mechanism are input based on the following equations.
θ (t) = α sin 2πf t + θ 0 (3)
r (t) = l c (Const.) (4)
Where α [deg] and f [Hz] are the amplitude and frequency of the sine wave input, θ 0 [deg] is the input center of the sine wave input, and t [s] is the time. In harvesting, r (t) varies with the ground surface position, but here it is assumed to be a constant value of l c [mm] for simplicity. FIG. 9 shows a route obtained by using the expressions (1) and (2) and the values shown in Table 1. The control target value in the conventional route is a value obtained by trial and error, and evaluation of the passing volume of the root cutting blade and the behavior of the soil accompanying it is not sufficient. Therefore, in this specification, a route that is advantageous for harvesting is derived again.

(望ましい経路)
藤澤らの解析結果によれば、根切り刃が進行する際に前方に押しのける土の量が少ないほどよりスムーズに収穫が行えることが判明している(非特許文献11)。例えば、図10のように経路に対し刃の向きを接線方向に向けて進行させた場合と、図11のように刃の向きが進行方向と異なる場合では、図10のように円弧経路に対して刃の向きを接線方向に向けることで押しのける土の量が少なくなる。本明細書では従来の円弧経路を基本的な形状とし、刃先の位置を従来の円弧経路に追従させつつ、刃の進行方向については刃先の向きを円弧経路の接線方向に常に向ける刃先経路を望ましい経路とする。そのため図12に示す経路を提案経路とする。すなわち、前述した円弧経路である「経路1」に加え、根切り刃位置を上方に移動させる「経路2」の2つの経路によって一周期分の経路を生成する。経路2は、根切り刃を初期位置に復帰させるための経路である。生成された経路を本明細書では「提案経路」と称する。
(Desired route)
According to the analysis results of Fujisawa et al., It has been found that the smaller the amount of soil that can be pushed forward when the root cutting blade advances, the smoother the harvest can be (Non-Patent Document 11). For example, when the blade direction is advanced in the tangential direction with respect to the path as shown in FIG. 10 and when the blade direction is different from the advance direction as shown in FIG. The amount of soil that can be pushed away is reduced by directing the blade in the tangential direction. In this specification, it is desirable to use a cutting edge path in which the conventional arc path has a basic shape, and the position of the cutting edge follows the conventional arc path, and the cutting edge direction is always directed to the tangential direction of the arc path. A route. Therefore, the route shown in FIG. That is, in addition to the above-mentioned circular path “path 1”, a path for one cycle is generated by two paths “path 2” that moves the root cutting blade position upward. Path 2 is a path for returning the root cutting blade to the initial position. The generated route is referred to as “suggested route” in this specification.

B:提案経路の生成
(収穫装置における座標指定)
図8に示す座標系(xW、yW)において目標とする経路を根切り刃が描くためには、適切な制御目標値を各機構に対し与え、経路に対応した刃先の座標と姿勢を指定する必要がある。この座標系において角度機構回転軸は常にxW軸上を移動し、クローラはxW軸の正方向にのみ一定速度で移動する。そのためクローラ移動距離を任意に指定することは出来ず、座標は時間に依存して変化する。また、根切り刃の姿勢はアームの角度を変化させることで与えており、その変化に伴い、刃先の座標も変化するため座標と姿勢を独立して指定することは出来ない。これらの制約によって根切り刃に対して任意の座標と姿勢を与えることが困難であり、制約を考慮した経路設定が必要である。本明細書では制約を考慮した幾何学考察により図式的に経路を設定する。次にその概要を述べる。
B: Proposed route generation (coordinate specification in harvesting device)
In order for the root cutting blade to draw a target path in the coordinate system (x W , y W ) shown in FIG. 8, an appropriate control target value is given to each mechanism, and the coordinates and posture of the blade edge corresponding to the path are given. Must be specified. Angle mechanism rotating axis in this coordinate system is always moved x W-axis, the crawler moves only at a constant speed in the positive direction of the x W axis. Therefore, the crawler moving distance cannot be arbitrarily specified, and the coordinates change depending on time. Further, the posture of the root cutting blade is given by changing the angle of the arm, and the coordinate of the blade tip changes with the change, so the coordinate and posture cannot be specified independently. Due to these restrictions, it is difficult to give arbitrary coordinates and postures to the root cutting blade, and it is necessary to set a path in consideration of the restrictions. In this specification, a route is set up graphically by geometrical consideration in consideration of constraints. The outline is described below.

(座標設定方法の概要)
収穫装置はクローラによって移動する台車の上にアーム機構が取り付けられた移動アームである。移動アームによる経路計画はこれまでに研究されており、冗長性を有したアームを用いて行われるのが一般的である(非特許文献12、13)。
しかし我々の収穫装置は冗長性を有しておらず、座標と姿勢を指定するとアーム長などの値は一意に決まる。また、クローラは一定速度で直進するのみであり、後退することはないので、その移動変位xc(t)は単調に増加する制約をもつ。この制約が拘束条件となるため、経路計画に考慮する必要が有る。そこで本明細書では収穫装置の特性を利用し、幾何学考察により経路設定を行う。設定においてクローラ移動変位 xc(t)が観測可能であることから、提案経路と対応した座標と姿勢を幾何学的な関係を用いてxc(t)の関数として設定する。これによりクローラの位置を考慮した刃先座標を得ることでθ(t)、r(t)の値を導出することが出来る。
(Outline of coordinate setting method)
The harvesting device is a moving arm in which an arm mechanism is mounted on a carriage moved by a crawler. Path planning using a moving arm has been studied so far, and is generally performed using a redundant arm (Non-Patent Documents 12 and 13).
However, our harvesting device does not have redundancy, and values such as arm length are uniquely determined by specifying coordinates and posture. Further, since the crawler only goes straight at a constant speed and does not move backward, the movement displacement x c (t) has a restriction of increasing monotonously. Since this restriction becomes a constraint condition, it is necessary to consider in route planning. Therefore, in this specification, the route is set by geometric considerations using the characteristics of the harvesting device. Since the crawler movement displacement x c (t) can be observed in the setting, the coordinates and orientation corresponding to the proposed path are set as a function of x c (t) using a geometric relationship. Thus, the values of θ (t) and r (t) can be derived by obtaining the edge coordinates taking into account the position of the crawler.

(経路1の刃先座標式導出)
経路1の幾何モデルを図13に示す。α、β、γはそれ ぞれ円弧経路の回転中心、角度機構の回転軸、根切り刃先端である。このとき根切り刃はアームに対して直角に取り付けられており、刃先はyW軸と一致しているとする。経路1において刃先の向きが円弧に対し接線方向となる条件はこの三点が同一直線上に配置されることであるため、その条件を満たす設計パラメータの条件を導く。ここで、経路1における設計パラメータは円弧中心のy座標 Ya0、刃先の初期y座標YW0、円弧深さAの三つである。まず、YW0について述べる。角度機構の回転軸であるβは常にxW軸上を動くことから、刃先を地表面に向けるためには刃先のy座標を負に設定しなければならない。そこでYW0の値は負に設定する必要がある。次に、Ya0について述べる。Ya0を負または正と取ることは原理的には可能であるが、α、β、γの三点を同一直線上に取るという拘束条件から、Ya0は正としなければならない。これを示すため、図14に示すYa0が負であった場合のモデルを考える。この場合βがxW軸の正方向に進むとγはxW軸負方向に進まなければα、β、γの三点が同一直線上にあるという条件を満たすことが出来ず、刃先が望ましい経路を描くことが出来ない。したがってYa0の値は 正でなければならないことが分かる。また、AはYW0の値から経路を描く幅であるため、YW0を基準として 負値で表すものとすると、円弧経路を描くための必要条件は次のようにまとめられる。
Ya0 > 0 (5)
YW0 < 0 (6)
A < 0 (7)
α、β、γを同一直線上に配置するという条件と上記の条件を満たす設計パラメータにより円弧半径Ra、円弧中心のx座標Xa0、回転軸のx座標Xc0の三つのパラメータが一意に決定され、以下の式で表すことが出来る。
これらのパラメータが経路1における初期座標である。
クローラが移動したときのモデルを図15に示す。XW、YWは刃先の座標であり、θW(t)はアーム角度である。クローラ移動変位xc(t)はクローラ移動速度Vcおよび時間tより
xc(t) = Vc・t (11)
と表せる。さらに、xc(t)、Xa0、Xc0、Ya0よりアーム角度θW(t)は
となる。そして円弧中心と刃先の距離が常にRaであることから、θW(t)とXa0、Ya0を用いて刃先の座標を次式で表すことが出来る。
xW (t) = Xa0 − Ra cosθW (t) (13)
yW (t) = Ya0 − Ra sinθW (t) (14)
刃先はこの二つの式に従い経路を描く。
(Derivation of cutting edge coordinate formula of path 1)
A geometric model of path 1 is shown in FIG. α, β, and γ are the rotation center of the arc path, the rotation axis of the angle mechanism, and the root cutting blade tip, respectively. At this time, it is assumed that the root cutting blade is attached at right angles to the arm and the cutting edge coincides with the yW axis. In the path 1, the condition that the direction of the cutting edge is tangential to the arc is that these three points are arranged on the same straight line, and therefore, the design parameter condition that satisfies the condition is derived. Here, there are three design parameters in the path 1, namely , the y-coordinate Y a0 of the arc center, the initial y-coordinate Y W0 of the cutting edge, and the arc depth A. First, Y W0 will be described. Since β, which is the rotation axis of the angle mechanism, always moves on the xW axis, the y coordinate of the cutting edge must be set negative in order to point the cutting edge toward the ground surface. Therefore, the value of Y W0 must be set negative. Next, Y a0 will be described. Although it is possible in principle to take Y a0 as negative or positive, Y a0 must be positive due to the constraint that three points α, β, and γ are on the same straight line. To show this, consider a model when Y a0 shown in FIG. 14 is negative. In this case, γ the beta progresses in the positive direction of the x W axis α unless proceed x W-axis negative direction, beta, three points γ is not able to satisfy the condition that is collinear, the cutting edge is desirable I can't draw a route. So we find that the value of Y a0 must be positive. Also, since A is the width to draw the path from the value of Y W0 , if it is expressed as a negative value based on Y W0 , the necessary conditions for drawing the arc path can be summarized as follows.
Y a0 > 0 (5)
Y W0 <0 (6)
A <0 (7)
Three parameters, the arc radius Ra, the x-coordinate X a0 of the arc center, and the x-coordinate X c0 of the rotation axis, are uniquely determined by the condition that α, β, and γ are arranged on the same straight line and the design parameters that satisfy the above conditions. And can be expressed as:
These parameters are the initial coordinates in path 1.
A model when the crawler moves is shown in FIG. X W and Y W are the coordinates of the cutting edge, and θ W (t) is the arm angle. Crawler movement displacement x c (t) is based on crawler movement speed V c and time t
x c (t) = V c・ t (11)
It can be expressed. Furthermore, the arm angle θ W (t) is determined from x c (t), X a0 , X c0 , and Y a0.
It becomes. Since the distance between the arc center and the cutting edge is always Ra, the coordinates of the cutting edge can be expressed by the following equation using θ W (t), X a0 , and Y a0 .
x W (t) = X a0 − Ra cosθ W (t) (13)
y W (t) = Y a0 − Ra sinθ W (t) (14)
The cutting edge draws a path according to these two equations.

(経路2の刃先座標式導出)
経路2の幾何学モデルを図16に示す。経路2は経路1の終点から次の経路1の始点へと移動する区間である。そのため、経路2において刃先のyW座標は位置YW0 + A から位置 YW0に移動する必要がある。このとき、YW0 + AからYW0に移動する速度には自由度がある。そこでXc0を設計パラメータとし、YW0 + Aから YW0への移動の間にクローラが距離Xc0だけ移動すると仮定し、刃先のy座標を以下の式で表す。
これによりクローラのXc0到達に合わせ刃先がYW0に到達する。一方、アームを鉛直に引き上げることを想定すれば、刃先のx座標は経路2において変化せず、その刃先のx座標は
xW (t) = Xa0 (16)
と表せる。以上より経路2において刃先は式(16)、(15)に従い移動するものと設定する。
(Derivation of cutting edge coordinate formula for path 2)
The geometric model of path 2 is shown in FIG. The route 2 is a section that moves from the end point of the route 1 to the start point of the next route 1. Therefore, y W coordinates of the cutting edge in the path 2 has to be moved from the position Y W0 + A to position Y W0. At this time, the speed of moving from Y W0 + A to Y W0 has a degree of freedom. Therefore, assuming that X c0 is a design parameter, it is assumed that the crawler moves by a distance X c0 during the movement from Y W0 + A to Y W0 , and the y coordinate of the cutting edge is expressed by the following expression.
As a result, the cutting edge reaches Y W0 when the crawler reaches X c0 . On the other hand, assuming that the arm is pulled up vertically, the x-coordinate of the cutting edge does not change in path 2, and the x-coordinate of the cutting edge is
x W (t) = X a0 (16)
It can be expressed. From the above, the cutting edge is set to move according to the equations (16) and (15) in the path 2.

C:目標値導出
図13に示す幾何学モデルより逆問題を解くことで、 制御目標値r(t)とθ(t)と刃先座標(xW、yW)の関係は次式で表せる。
この二つの式に式(13)、式(14)、式(16)、式(15)として導出した刃先座標を代入し制御目標値を得る。
C: Target value derivation By solving the inverse problem from the geometric model shown in FIG. 13, the relationship between the control target values r (t) and θ (t) and the cutting edge coordinates (x W , y W ) can be expressed by the following equation.
The control target value is obtained by substituting the cutting edge coordinates derived as Expression (13), Expression (14), Expression (16), and Expression (15) into these two expressions.

D:シミュレーションによる経路の比較
(経路設定)
表2のようにパラメータを設定し、提案経路のシミュレーションを行った。表2のパラメータは後述する実機実験において機構の追従性が良かったものを用いた。提案経路におけるx軸方向目標軌道とy軸方向目標軌道を図17、図18に示す。また、経路より求められた高さ制御機構目標値rrefと角度制御機構目標値θrefの値を図19と図20に示す。さらにrrefとθrefの値から式(13)〜(16)を用いて得られた刃先の経路を図21に示す。これより刃先の経路は目標の円弧経路を描いていることが確認できる。図9の従来経路と比べ提案経路はy座標方向の変化が大きく、またθrefが初期値から0[deg]となるまでのx方向の移動距離は127[mm]程長く、移動速度は 30%ほど遅くなっている。一周期の時間は従来経路が2.85[s]であるのに対し、提案経路は4.07[s]であり、提案経路における一周期の時間が1.22[s]長い。
D: Route comparison by simulation (route setting)
The parameters were set as shown in Table 2, and the proposed route was simulated. The parameters in Table 2 were those that had good follow-up of the mechanism in actual machine experiments to be described later. 17 and 18 show the x-axis direction target trajectory and the y-axis direction target trajectory in the proposed route. Further, the values of the height control mechanism target value r ref and the angle control mechanism target value θ ref obtained from the path are shown in FIGS. 19 and 20. Further, FIG. 21 shows the path of the blade edge obtained from the values of r ref and θ ref using the equations (13) to (16). From this, it can be confirmed that the path of the cutting edge is drawing a target arc path. Compared with the conventional route in FIG. 9, the proposed route has a large change in the y coordinate direction, and the moving distance in the x direction until θ ref becomes 0 [deg] from the initial value is longer by 127 [mm], and the moving speed is 30 % Is slower. The time for one cycle is 2.85 [s] for the conventional route, while that for the proposed route is 4.07 [s], and the time for one cycle in the proposed route is 1.22 [s] longer.

(非接線方向への移動量の評価)
円弧経路部における根切り刃の非接線方向に対する移動方向への移動量の評価を行う。アーム長の一階微分、アーム角度、クローラ速度を式(19)(非特許文献14)に用いることで非接線方向への速度Vby(t)を表すことが出来る。従来経路と提案経路における変動量を表したものが図22と図23である。
従来経路においてはほとんどの区間で非接線方向に対する移動方向への変動をともなっている。それに対し目標経路における円弧経路部ではVby(t)が常に0であり、接線方向に刃が向いていることが確認できる。
(Evaluation of movement in non-tangential direction)
The movement amount in the moving direction with respect to the non-tangential direction of the root cutting blade in the arc path portion is evaluated. The velocity V by (t) in the non-tangential direction can be expressed by using the first derivative of the arm length, the arm angle, and the crawler speed in Expression (19) (Non-Patent Document 14). FIG. 22 and FIG. 23 show the amount of change in the conventional route and the proposed route.
The conventional route is accompanied by a change in the moving direction with respect to the non-tangential direction in most sections. On the other hand, V by (t) is always 0 in the arc path portion in the target path, and it can be confirmed that the blade is directed in the tangential direction.

(投影体積の評価)
角度が初期値から0[deg]となるまでの根切り刃が通過する体積の比較を行った。各経路により移動する 距離が異なるため単位長さ当たりの投影体積を表3に示す。その結果、提案経路は従来経路より若干小さく、有利であることが確認できた。これより、提案経路による性能は従来経路と同等以上となることが期待できる。
(Evaluation of projected volume)
The volume through which the root cutting blade passes until the angle reaches 0 [deg] from the initial value was compared. Table 3 shows the projected volume per unit length because the distance traveled by each route is different. As a result, it was confirmed that the proposed route is slightly smaller and more advantageous than the conventional route. From this, it can be expected that the performance of the proposed route is equal to or higher than that of the conventional route.

(DEM解析の結果)
DEMによって各経路における、根切り刃が土中を進 行した場合の土の挙動のシミュレーションを行った。各経路の解析結果を図24、図25に示す。土の境界に着目すると補助線s-tの鉛直軸の傾きは従来経路、提案経路それぞれφc = 16.51[deg]、φp = 17.24[deg] であり、提案経路の方が若干不利であるものの、その差はほとんど見られなかった。土の傾きは前方へ押しやる土の量を評価する指標であるため、各経路において押しやる土の量にはほとんど差がないと考えられる。
(Result of DEM analysis)
DEM was used to simulate the behavior of the soil when the root cutting blade traveled through the soil. The analysis results of each route are shown in FIGS. Focusing on the soil boundary, the inclination of the vertical axis of the auxiliary line st is φ c = 16.51 [deg] and φ p = 17.24 [deg] for the conventional route and the proposed route, respectively, although the proposed route is slightly disadvantageous, The difference was hardly seen. Since the slope of the soil is an index for evaluating the amount of soil pushed forward, it is considered that there is almost no difference in the amount of soil pushed in each route.

E:実機実験による評価
(実機実験におけるパラメータ補正)
刃先経路は地面に対し座標系(xW 、yW)を設定し描いている。この時、座標系のxW軸は地表面と平行であり、また角度制御機構回転軸はxW軸上を移動するものと仮定している。しかし、実際の収穫装置は実験中にピッチ角が揺動するため、地表面に対する角度が変化し、回転軸はxW 軸上から逸脱し、yW方向にも変動する。したがって、実機実験においては地表面に対する角度とyW方向の変動に対し補正を行わなければ地面に対し、設定した経路を描くことはできない。そこで 収穫装置が地表面と平行を保ち変動したと仮定し、角度制御機構回転軸のyW方向の変動に対してのみ補正を行ったが、本明細書ではその補正方法の詳細は省略する。
E: Evaluation by actual machine experiment (parameter correction in actual machine experiment)
The blade path is drawn with a coordinate system (x W , y W ) set on the ground. In this case, x W axis of the coordinate system is parallel to the ground surface, also the angle control mechanism rotation axis is assumed to move x W-axis. However, the actual harvesting arrangement for the pitch angle during the experiment swings, the angle is changed with respect to the ground surface, the axis of rotation deviates from the x W axis, varies in y W direction. Therefore, in the actual machine experiment, the set route cannot be drawn on the ground without correcting for the angle with respect to the ground surface and the fluctuation in the yW direction. Therefore, assuming that the harvesting device fluctuated while being parallel to the ground surface, correction was made only for fluctuations in the yW direction of the rotation axis of the angle control mechanism, but details of the correction method are omitted in this specification.

(実験条件)
実験はクローラ速度を一速(約60[mm/s])に設定し、三列並んだホウレンソウの列を約5[m]収穫した。経路のパラメータは、従来経路では地表面から40[mm]下の位置が最下点となる状態で行った。収穫動作の項で述べたアーム長の調整を行っているため、アーム長のみパラメータがシミュレーションと異なり、収穫装置の上下の変動に伴い変化する。提案経路では、設定パラメータはシミュレーションに用いたもの同じであり、上述した補正を加えた上で従来経路と同じく地表面から40[mm]下の位置を最下点としている。ここで、各経路を用いた場合の予想される根の長さの平均および標準偏差を表4に示す。また同じ実験日、圃場にて実験を行い、出来る限り経路以外の条件を揃えて実験を行った。
(Experimental conditions)
In the experiment, the crawler speed was set to one speed (about 60 [mm / s]), and about 5 [m] rows of spinach lines were harvested. The parameters of the route were measured with the conventional route having the lowest point at 40 [mm] below the ground surface. Since the arm length adjustment described in the section of the harvesting operation is performed, only the arm length parameter is different from the simulation, and changes with the vertical fluctuation of the harvesting device. In the proposed route, the setting parameters are the same as those used in the simulation, and after the above correction, the lowest point is 40 [mm] below the ground surface as in the conventional route. Here, the average and standard deviation of the expected root length when each path is used are shown in Table 4. In addition, the experiment was performed on the same experiment day and in the field, and the experiment was performed under conditions other than the route as much as possible.

(目標値追従性)
提案経路において生成した目標値に各機構が追従しているか検証した。各機構の目標値と実験値を図26、図27に示す。また、目標値と実験値との差をとり、その平均値、標準偏差を表5にまとめた。図26において、角度制御機構は常に0.35[s]の遅れを伴っている。目標値と実験値との差の平均がほぼ 0[deg]であり、偏差が1.2[deg]ほどであることから、角度は目標値から±1.2[deg]ほどの差を伴って追従していることが確認できる。一方、高さ制御機構においては目標値への追従 遅れは見られなった。平均がほぼ 0[mm]であり偏差が約1.3[mm]ほどであることから刃の位置は目標値から約1.3[mm]の差を伴っている。
(Target value tracking)
It is verified whether each mechanism follows the target value generated in the proposed route. The target value and experimental value of each mechanism are shown in FIGS. Further, the difference between the target value and the experimental value was taken, and the average value and standard deviation were summarized in Table 5. In FIG. 26, the angle control mechanism is always accompanied by a delay of 0.35 [s]. Since the average of the difference between the target value and the experimental value is almost 0 [deg] and the deviation is about 1.2 [deg], the angle follows with a difference of ± 1.2 [deg] from the target value. It can be confirmed. On the other hand, there was no delay in tracking the target value in the height control mechanism. Since the average is almost 0 [mm] and the deviation is about 1.3 [mm], the blade position is accompanied by a difference of about 1.3 [mm] from the target value.

角度と位置の目標値からの差が経路に及ぼす影響について述べる。角度と位置のデータから刃先の座標を求め、提案経路との比較を行った。図28にx座標とy座標における実機の軌道と目標軌道との比較を示し、図29にxy平面における経路との比較を示す。またx座標、y座標において目標軌道との差をとり、その平均値、標準偏差を表6にまとめた。x座標においては実験値は目標値から 11.3[mm]程の偏差を伴っている。角度の偏差から求められるx座標の偏差の値11.3[mm]と等しいことから、角度の偏差による影響が大きいと考えられる。y座標においては平均値が1.3[mm]であることから、実験値は目標値より1.3[mm]深くなる傾向がある。得られた実験値より、式(13)〜(16)を用いて刃先経路を計算しその結果を図29に示す。経路は大きく外れることなく、おおよそ目標とする経路を描けていることが確認できた。
The effect of the difference from the target value of the angle and position on the path is described. The coordinates of the cutting edge were obtained from the angle and position data, and compared with the proposed path. FIG. 28 shows a comparison between the actual trajectory and the target trajectory in the x and y coordinates, and FIG. 29 shows a comparison with the path in the xy plane. The difference between the x coordinate and the y coordinate from the target trajectory was taken, and the average value and standard deviation were summarized in Table 6. In the x-coordinate, the experimental value is accompanied by a deviation of about 11.3 [mm] from the target value. Since the x-coordinate deviation value obtained from the angular deviation is equal to 11.3 [mm], the influence of the angular deviation is considered to be large. Since the average value in the y coordinate is 1.3 [mm], the experimental value tends to be 1.3 [mm] deeper than the target value. The cutting edge path is calculated from the experimental values obtained using equations (13) to (16), and the results are shown in FIG. The route was not greatly deviated, and it was confirmed that the target route was roughly drawn.

(収穫性能の評価)
提案経路においてホウレンソウの回収は従来経路と比較しホウレンソウの滞留といった回収に不利な状況などは見られず、従来通り成功裏に回収を行えた。
(Evaluation of harvest performance)
In the proposed route, spinach recovery did not show any disadvantageous conditions for recovery such as spinach retention compared to the conventional route, and was successfully recovered as before.

(根切り位置の比較)
ホウレンソウの根の長さのヒストグラムを図30に示し、ホウレンソウの総数、根の長さの平均値と標準偏差を表7に示す。根の長さの標準偏差において経路の違いによる特徴が見られた。従来経路において想定した値と実験結果とは10[mm]以上差があったが、提案経路では想定した値との差は2[mm]程であり、また従来経路より提案経路がより偏差が小さいことが分かる。この結果の原因として根切り刃の移動速度の影響が考えられる。すなわち、根切り刃の移動速度は提案経路では従来経路より30%程遅くなっており、ゆっくり動かすことによって土中の根の位置が変動しにくくなっているのではないかと考えられる。
(Comparison of root cutting position)
FIG. 30 shows a spinach root length histogram, and Table 7 shows the total number of spinach, the average root length, and the standard deviation. The root length standard deviation was characterized by different paths. There was a difference of 10 mm or more between the value assumed in the conventional route and the experimental result, but the difference from the assumed value in the proposed route is about 2 [mm], and the proposed route is more deviated than the conventional route. I understand that it is small. As a cause of this result, the influence of the moving speed of the root cutting blade can be considered. That is, the moving speed of the root cutting blade is about 30% slower than the conventional path in the proposed path, and it is thought that the position of the root in the soil is less likely to change by moving slowly.

(モータトルクの比較)
従来経路と提案経路の収穫実験において根切り刃が前方から受ける抵抗を評価するために角度制御機構モー タへの指令トルクを評価した。刃を土に侵入させていない場合のモータへの指令トルクを図31に、刃を土に侵入させた場合のモータへの指令トルクを図32に示す。図31、32に示したモータトルクにおいて土に刃を侵入させていない場合と侵入させた場合のRMS値を比較すると、従来経路では148.1[Nm]、135.8[Nm]であり、提案経路では37.5[Nm]、30.4[Nm]であった。どちらの経路においても刃の侵入の有無ではほとんど値に差はなく、土に刃を入れた場合でも土からの抵抗力をあまり受けていないことが分かる。土を押しのける 量が少ないほど受ける抵抗力が小さいと考えられ、ど ちらの経路においても押しのける量が小さいことがシ ミュレーションにより確認されているので、この実験結果は妥当であるといえる。
また、この結果からモータトルクはほぼ機構の駆動に要されていることが分かるが、その大きさに着目すると、駆動力に大きな違いが認められる。すなわち、従来経路に対して、提案経路は50%以上小さいトルクで駆動していることが確認できる。提案経路は従来経路より角度制御機構の駆動力を低減しつつ、収穫性能としてはほぼ同等、もしくはそれ以上であることから、従来経路よりも有利な経路であると確認できた。
(Comparison of motor torque)
In order to evaluate the resistance that the root cutting blade receives from the front in the harvest experiment of the conventional route and the proposed route, the command torque to the angle control mechanism motor was evaluated. FIG. 31 shows the command torque to the motor when the blade has not entered the soil, and FIG. 32 shows the command torque to the motor when the blade has entered the soil. When comparing the RMS values of the motor torque shown in FIGS. 31 and 32 when the blade does not enter the soil and the case where the blade enters, the conventional route is 148.1 [Nm], 135.8 [Nm], and the proposed route is 37.5. [Nm], 30.4 [Nm]. In either route, there is almost no difference in the presence or absence of the blade intrusion, and it can be seen that even when the blade is inserted into the soil, it does not receive much resistance from the soil. It is considered that the smaller the amount of soil that can be pushed away, the smaller the resisting force that is received, and it is confirmed by simulation that the amount that can be pushed away by either route is small.
In addition, it can be seen from this result that the motor torque is almost required for driving the mechanism, but paying attention to the magnitude, a large difference in the driving force is recognized. That is, it can be confirmed that the proposed route is driven with a torque that is 50% or less smaller than the conventional route. The proposed route has been confirmed to be more advantageous than the conventional route because it reduces the driving force of the angle control mechanism compared to the conventional route and has almost the same or better harvesting performance.

Claims (2)

収穫機本体の進行方向の前部に、前記機体の進行方向に傾動駆動される傾動フレームと、該傾動フレームに昇降可能に支持され、下端部に根切り刃が取り付けられた昇降フレームとを備える野菜自動収穫機であって、
前記傾動フレームの傾動角度を制御する角度制御機構と、前記昇降フレームの昇降位置を制御する高さ制御機構とにより、
前記根切り刃の刃先が、上位置から下位置へ向けて円弧状に移動する経路1と、経路1の終点から次の経路1の始点へ鉛直上方に移動する経路2とを一周期の経路として周期移動することを特徴とする野菜自動収穫機。
A front part of the harvesting machine main body is provided with a tilting frame that is tilted and driven in the traveling direction of the machine body, and a lifting frame that is supported by the tilting frame so as to be movable up and down and has a root cutting blade attached to the lower end part. Automatic vegetable harvester,
An angle control mechanism that controls the tilt angle of the tilt frame, and a height control mechanism that controls the lift position of the lift frame,
A path 1 in which the cutting edge of the root cutting blade moves in an arc shape from the upper position to the lower position and a path 2 in which the cutting edge moves vertically upward from the end point of the path 1 to the start point of the next path 1 Vegetable automatic harvesting machine characterized by moving as a cycle.
前記機体の移動方向をxW軸方向、xW軸に鉛直方向をyW軸方向としたときの、前記根切り刃の刃先の座標(xW、yW)と、前記角度制御機構により制御する傾動フレームのアーム角度θ(t)と、前記高さ制御機構により制御するアーム長r(t)との関係を表す次式
に基づき、
前記経路1については、刃先の座標(xW、yW)として、
xW (t) = Xa0 − Ra cosθW (t)
yW (t) = Ya0 − Ra sinθW (t)
(ただし、θW
Xa0は経路1の円弧中心のx座標の初期値、Ya0は円弧中心のy座標の初期値、Raは円弧半径、xc(t)= Vc・t:Vcは機体の移動速度)
を代入して、経路1における制御目標値rref(t)、θref(t)を求め、
前記経路2については、刃先の座標(xW、yW)として、
xW (t) = Xa0
(ただし、Aは経路1の円弧深さ)
を代入して、経路2における制御目標値rref(t)、θref(t)を求め、
パラメータXa0、Ya0、Ra、Vc、Aを適宜設定して前記経路1と経路2について導出した制御目標値にしたがって、前記角度制御機構と高さ制御機構を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項1記載の野菜自動収穫機。

Coordinates of the cutting edge of the root cutting blade (x W , y W ) and the angle control mechanism when the moving direction of the machine body is the x W axis direction, and the vertical direction to the x W axis is the y W axis direction Representing the relationship between the arm angle θ (t) of the tilting frame and the arm length r (t) controlled by the height control mechanism
Based on
For the path 1, the coordinates of the cutting edge (x W , y W )
x W (t) = X a0 − Ra cosθ W (t)
y W (t) = Y a0 − Ra sinθ W (t)
(However, θ W is
X a0 is the initial x-coordinate value of the arc center of path 1, Y a0 is the initial y-coordinate value of the arc center, Ra is the arc radius, x c (t) = V c · t: V c is the speed of the aircraft )
To obtain control target values r ref (t) and θ ref (t) in path 1,
For the path 2, the cutting edge coordinates (x W , y W )
x W (t) = X a0
(However, A is the arc depth of path 1)
To obtain control target values r ref (t), θ ref (t) in path 2,
Control means for controlling the angle control mechanism and the height control mechanism according to control target values derived for the paths 1 and 2 by appropriately setting the parameters X a0 , Y a0 , Ra, V c , and A The vegetable automatic harvesting machine of Claim 1 characterized by these.

JP2017010341A 2016-09-06 2017-01-24 Vegetable automatic harvester Pending JP2018042545A (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016173543 2016-09-06
JP2016173543 2016-09-06
JP2016174343 2016-09-07
JP2016174343 2016-09-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2018042545A true JP2018042545A (en) 2018-03-22

Family

ID=61692365

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017010341A Pending JP2018042545A (en) 2016-09-06 2017-01-24 Vegetable automatic harvester

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2018042545A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018196797A (en) * 2018-09-20 2018-12-13 株式会社三洋物産 Game machine
JP2020137417A (en) * 2019-02-26 2020-09-03 貴幸 西野 Grip transfer device and leaf vegetable harvesting device comprising the same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018196797A (en) * 2018-09-20 2018-12-13 株式会社三洋物産 Game machine
JP2020137417A (en) * 2019-02-26 2020-09-03 貴幸 西野 Grip transfer device and leaf vegetable harvesting device comprising the same
JP7082348B2 (en) 2019-02-26 2022-06-08 貴幸 西野 Grip transfer device, leafy vegetable harvesting device equipped with this grip transfer device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7427581B2 (en) Method and system for using smart torches with position tracking in robotic welding
KR940003204B1 (en) Control robot
CN109773788B (en) Fruit and vegetable picking robot and control method thereof
EP3811748B1 (en) A weeding machine and a method for carrying out weeding using the weeding machine
TWI492008B (en) Working machine controlling system and method thereof
JP4665857B2 (en) Mobile body capable of guiding arm and method for guiding arm
CN108818536A (en) A kind of online offset correction method and device of Robotic Hand-Eye Calibration
CN109013204B (en) Dispensing process and device based on laser tracking track movement
CN109333534B (en) Preplanned real-time gait control algorithm
JP5315488B2 (en) Liquid transfer device
CA2552307A1 (en) Spinal column removing method and spinal column removing apparatus
JP5782622B2 (en) Fruit pattern cutting device
CN103752967A (en) Wire-electrode cutting robot for machining complex surface
JP2018042545A (en) Vegetable automatic harvester
WO2018217513A1 (en) Blade control below design
KR102330754B1 (en) Trajectory generation system and trajectory generating method
US20200338742A1 (en) Unmanned transfer robot system
US11498209B2 (en) Robot control apparatus and robot control system
KR20190112773A (en) Method and apparatus for generating tool path
CN104260095A (en) Control method and device of medical mechanical arm
CN108698152A (en) The control method of welder and welder
US20210060691A1 (en) Plasma torch cutting system
CN109954955A (en) Robot system
CN109822194A (en) A kind of weld tracker and welding method
JP5818240B2 (en) Fruit pattern cutting device

Legal Events

Date Code Title Description
A80 Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A80

Effective date: 20170220