JP2020184936A - Fruit vegetable harvesting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、果梗の先端に形成された果菜を収穫するための果菜収穫装置に関する。 The present invention relates to a fruit vegetable harvesting device for harvesting fruit vegetables formed at the tip of a fruit stem.
例えば、特許文献1には、リンゴやトマト等の果菜を収穫するための果菜収穫装置が開示されている。この果菜収穫装置は、吸気管と、吸気管の先端に設けられた吸引パッドと、吸引パッドを回動させる回動機構とを有する。この場合、吸引パッドによって果菜を吸引保持した状態で、回動機構により吸引パッドを回動させる。これにより、果菜が回動し、果菜と枝との間の果梗が枝から分離することで、該果菜を収穫することができる。 For example, Patent Document 1 discloses a fruit vegetable harvesting device for harvesting fruit vegetables such as apples and tomatoes. This fruit vegetable harvesting device has an intake pipe, a suction pad provided at the tip of the intake pipe, and a rotation mechanism for rotating the suction pad. In this case, the suction pad is rotated by the rotation mechanism while the fruit vegetables are sucked and held by the suction pad. As a result, the fruit vegetables rotate and the fruit stems between the fruit vegetables and the branches are separated from the branches, so that the fruit vegetables can be harvested.
しかしながら、特許文献1の手法では、果菜を吸引保持した状態で果菜のみを回動させるので、果菜が枝から分離し難い。これにより、果菜が枝から分離しない状態で該枝が移動して別の果菜に接触し、又は、該枝が損傷する可能性がある。また、果菜側のヘタの部分で果菜が枝から分離すると、ヘタが取れた状態で果菜が収穫される。従って、特許文献1の手法では、収穫される果菜の商品価値が低下するおそれがある。 However, in the method of Patent Document 1, since only the fruit vegetables are rotated while the fruit vegetables are sucked and held, it is difficult for the fruit vegetables to be separated from the branches. As a result, the branch may move and come into contact with another fruit vegetable without separating the fruit vegetable from the branch, or the branch may be damaged. In addition, when the fruit vegetables are separated from the branches at the portion of the fruit vegetables on the side of the fruits, the fruits are harvested in a state where the fruits are removed. Therefore, in the method of Patent Document 1, the commercial value of the harvested fruit vegetables may decrease.
そこで、ロボットアームと、ロボットアームの先端に取り付けられた収穫ハンドと、収穫ハンドに設けた指部とで果菜収穫装置を構成することが考えられる。この場合、先ず、収穫ハンドで果菜を保持する。次に、指部を果菜の表面に沿わせつつ、該指部を果梗の離層に向かって移動させる。次に、指部が離層に接触したことをセンサ等で検知すると、指部をロックする。次に、果菜を中心としてロボットアームを回動させることで該果菜を回転させる。これにより、果梗が指部で押圧されて離層が折れ、果菜が枝から分離する。 Therefore, it is conceivable that the fruit vegetable harvesting device is composed of the robot arm, the harvesting hand attached to the tip of the robot arm, and the finger portion provided on the harvesting hand. In this case, first, the fruit vegetables are held in the harvesting hand. Next, the finger portion is moved toward the delamination of the fruit stalk while the finger portion is aligned with the surface of the fruit vegetable. Next, when the sensor or the like detects that the finger portion has come into contact with the delamination, the finger portion is locked. Next, the fruit vegetables are rotated by rotating the robot arm around the fruit vegetables. As a result, the fruit stalk is pressed by the finger and the delamination is broken, and the fruit vegetable is separated from the branch.
しかしながら、この手法では、果菜を回転させる際、該果菜を中心にロボットアーム全体を大きく回動させる必要がある。これにより、該ロボットアームの動作領域が大きくなってしまう。また、ロボットアームの回動によって、果菜収穫装置が他の果菜や枝に接触する可能性がある。このような接触を回避しようとすれば、収穫可能な果菜の個数が著しく減少し、収穫率が低下する。この結果、果菜収穫装置を導入する意義が薄れてしまう。 However, in this method, when the fruit vegetables are rotated, it is necessary to greatly rotate the entire robot arm around the fruit vegetables. As a result, the operating area of the robot arm becomes large. In addition, the rotation of the robot arm may cause the fruit vegetable harvesting device to come into contact with other fruit vegetables and branches. Attempts to avoid such contact will significantly reduce the number of harvestable fruits and vegetables and reduce the yield rate. As a result, the significance of introducing a fruit vegetable harvesting device is diminished.
本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、動作領域をコンパクトにして収穫対象の果菜以外の果菜や枝との接触を回避しつつ、収穫率の向上を図ることができる果菜収穫装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such a problem, and it is possible to improve the harvest rate while making the operating area compact and avoiding contact with fruit vegetables and branches other than the fruit vegetables to be harvested. The purpose is to provide a fruit vegetable harvesting device.
本発明の態様は、果梗の先端に形成された果菜を収穫するための果菜収穫装置であって、ハンド基部、該ハンド基部に支持され且つ前記果菜を保持する保持部、及び、前記ハンド基部に支持され且つ前記果梗に当接可能な指部を有する収穫ハンドと、前記果梗に当接した前記指部が前記果梗を押圧するように前記収穫ハンドを移動させる移動機構とを備える。前記移動機構は、前記保持部が前記果菜を保持し、且つ、前記果菜収穫装置の側面視で前記指部が前記果梗と交差している状態で、前記保持部の長手方向の軸回りに前記収穫ハンドを回転させる。 Aspects of the present invention are a fruit vegetable harvesting device for harvesting fruit vegetables formed at the tip of a fruit stem, a hand base, a holding portion supported by the hand base and holding the fruit vegetables, and the hand base. It is provided with a harvesting hand having a finger portion supported by the fruit stem and capable of contacting the fruit stem, and a moving mechanism for moving the harvesting hand so that the finger portion contacting the fruit stem presses the fruit stem. .. The moving mechanism is such that the holding portion holds the fruit vegetables and the finger portions intersect with the fruit stalks in a side view of the fruit vegetable harvesting device, and the holding portion is axially oriented in the longitudinal direction. Rotate the harvesting hand.
本発明によれば、保持部の長手方向の軸回り、すなわち、該保持部及び果梗に略直交する方向に収穫ハンドを回転させることで、ハンド基部に支持された指部を果梗に当接させ押圧する。そのため、移動機構がロボットアームである場合には、該ロボットアームの軸回りの回動によって、収穫ハンドを容易に回転させることができる。これにより、移動機構の動作領域がコンパクトとなり、収穫対象の果菜以外の果菜や枝との接触を回避することができる。この結果、収穫率の向上を容易に図ることができる。また、収穫率の向上によって、果菜の収穫に果菜収穫装置を導入しやすくなる。 According to the present invention, by rotating the harvesting hand around the axis in the longitudinal direction of the holding portion, that is, in a direction substantially orthogonal to the holding portion and the fruit stalk, the finger portion supported by the hand base is applied to the fruit stalk. Touch and press. Therefore, when the moving mechanism is a robot arm, the harvesting hand can be easily rotated by rotating the robot arm around the axis. As a result, the operating area of the moving mechanism becomes compact, and contact with fruit vegetables and branches other than the fruit vegetables to be harvested can be avoided. As a result, the harvest rate can be easily improved. In addition, the improvement in the harvest rate makes it easier to introduce a fruit vegetable harvesting device for harvesting fruit vegetables.
以下、本発明に係る果菜収穫装置について好適な実施形態を例示し、添付の図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a suitable embodiment of the fruit vegetable harvesting apparatus according to the present invention will be illustrated and described with reference to the accompanying drawings.
[1.本実施形態の構成]
図1に示すように、本実施形態に係る果菜収穫装置10は、枝12から延びる果梗14の先端に形成された果菜16を収穫するための装置である。ここでは、図1の紙面上、略水平に延びるアーム18から果菜16に向かう方向をX方向、図1の上方をZ方向、図1の紙面に直交する方向をY方向として、果菜収穫装置10の構成を説明する。また、果梗14には、該果梗14の他の部分と比較して切り離しが容易な離層20が形成されている。なお、果菜16は、離層20を有する果梗14の先端に生る果物や野菜であればよい。このような果菜16として、例えば、トマトがある。
[1. Configuration of this embodiment]
As shown in FIG. 1, the fruit
果菜収穫装置10は、不図示の車両等の移動体に設けられたロボットアーム22(移動機構)と、ロボットアーム22の先端に取り付けられた収穫ハンド24とを備える。ロボットアーム22は、複数のアーム18と関節26とから構成される多関節型のロボットアームである。ロボットアーム22は、移動体に設けられた制御手段の制御によって、移動体に対して所望の方向に回転、旋回又は揺動が可能である。収穫ハンド24は、ロボットアーム22のエンドエフェクタであって、後述する手法によって果菜16を収穫する。
The fruit
収穫ハンド24は、ロボットアーム22の先端側のアーム18に装着されたハンド基部28と、該ハンド基部28に支持され、且つ、果菜16を保持可能な保持部30と、ハンド基部28に支持され、且つ、果梗14に当接可能な指部32とを有する。
The harvesting
ハンド基部28は、図1の側面視で、アーム18の先端に装着された略矩形状の枠部材である。ハンド基部28において、アーム18に取り付けられる部分(図1の右側部分)は、果菜16から離間するハンド基部28の基端部28aである。また、ハンド基部28において、果菜16側の部分(図1の左側部分)は、保持部30が取り付けられるハンド基部28の先端部28bである。保持部30は、該保持部30の長手方向(図1ではX方向)の軸回りに、ハンド基部28に対して相対回転可能に取り付けられている。ハンド基部28の上側部分は、ハンド基部28の基端部28aから先端部28bに向かって斜め下方に傾斜するように形成された上端部28cである。ハンド基部28の上端部28cには、指部32が取り付けられている。
The
さらに、ハンド基部28には、果菜16に向かって指部32を進退させるための進退機構34と、ハンド基部28に対して保持部30を長手方向の軸回りに相対回転可能な回転フリー状態、又は、ハンド基部28に対して保持部30を相対回転不能に固定する回転ロック状態に切り替え可能なロック機構36とが設けられている。
Further, the
保持部30は、該保持部30の長手方向の軸がアーム18の軸と略同軸となるように、ハンド基部28の先端部28bに相対回転可能に取り付けられている。具体的に、保持部30は、ハンド基部28の先端部28bを貫通し且つアーム18の軸と略同軸(図1ではX方向)に延びる円筒状の軸部材38と、ハンド基部28の内方で軸部材38の一端に略同軸に連結される円環状の第1プレート40と、ハンド基部28の先端部28bの果菜16側で軸部材38の他端に略同軸に連結される円環状の第2プレート42と、第2プレート42から果菜16側に延びる吸着パッド44とを有する。
The
この場合、軸部材38の外周面とハンド基部28の先端部28bとの間には、不図示の軸受が介挿されている。また、軸部材38は、第1プレート40と第2プレート42とによって、X方向に狭持されている。従って、保持部30は、軸部材38を中心として、ハンド基部28に対して軸部材38の軸回り(保持部30の長手方向の軸回り)に相対回転可能である。
In this case, a bearing (not shown) is interposed between the outer peripheral surface of the
また、吸着パッド44は、第2プレート42の内周側、軸部材38の内周部及び第1プレート40の内周側と連通している。第1プレート40の内周側は、不図示の吸引チューブを介して吸引ポンプと接続されている。吸引ポンプが駆動すると、吸着パッド44周辺の空気は、第2プレート42、軸部材38、第1プレート40、吸引チューブ及び吸引ポンプを介して排気される。これにより、吸着パッド44に負圧が発生し、該吸着パッド44により果菜16を吸着することが可能となる。
Further, the
ロック機構36は、ハンド基部28の下側部分(下端部28d)から下方に延びるステー46と、ハンド基部28の下端部28dの下方でステー46によって支持され、X方向に延びるアクチュエータ48と、アクチュエータ48におけるベローズ状の駆動部48aに連結され、ハンド基部28の下端部28dを貫通してハンド基部28の内方に挿入されるリンク部材50と、ハンド基部28の下端部28dでY方向に延び、リンク部材50を支持する軸部材52と、リンク部材50の先端部に連結され、第1プレート40と対向するロック部54とを有する。
The
ロック部54は、第1プレート40に対応する円弧状の板状部材である。図2に示すように、第1プレート40の円環部分には、所定角度間隔で複数の歯40aが形成されている。ロック部54の第1プレート40側には、第1プレート40の複数の歯40aに対応して、所定角度間隔で複数の歯54aが形成されている。
The
図2に示すように、アクチュエータ48の駆動部48aがX方向に伸長している状態では、第1プレート40とロック部54とが離間している。従って、保持部30は、回転フリー状態にある。一方、図3に示すように、アクチュエータ48の駆動部48aがX方向に沿ってアーム18側に後退すると、リンク部材50が軸部材52を中心に回動し、ロック部54が第1プレート40に近接する。これにより、ロック部54の複数の歯54aと、第1プレート40の複数の歯40aとが噛み合い、保持部30は、回転ロック状態に切り替わる。従って、アクチュエータ48の駆動によって、図2の回転フリー状態と図3の回転ロック状態とに保持部30を切り替えることができる。なお、図1は、保持部30が回転ロック状態である場合を図示している。
As shown in FIG. 2, when the
進退機構34は、ハンド基部28の内方に配設されたモータ等の駆動源56と、ハンド基部28の内方で駆動源56の駆動によって回転するピニオン58と、ピニオン58に噛み合うラック60とを有する。ラック60は、ハンド基部28の上端部28cに沿って、ハンド基部28の基端部28a側から先端部28b側に向かい、斜め下方に傾斜するように配設されている。ラック60の上面は、指部32の基端部62に固定されている。指部32の基端部62は、底面にラック60が取り付けられたプレートである。基端部62の底面には、ラック60と略平行に延びるガイドレール64が取り付けられている。また、基端部62の底面において、ガイドレール64の両端には、ストッパ66が取り付けられている。一方、ハンド基部28の上端部28cには、ガイドレール64に係合するガイドブロック68が配設されている。従って、駆動源56の駆動により、ピニオン58が回転すると、ラック60が取り付けられた指部32の基端部62は、ガイドレール64の案内作用下に、2つのストッパ66間で変位する。
The advancing / retreating
指部32は、図1及び図4〜図6に示すように、基端部62と、果菜16に接触可能な接触部70と、果梗14への指部32の接触を検出する検出手段72(検知手段)とを有する。接触部70及び検出手段72は、基端部62の果菜16側に配設されている。
As shown in FIGS. 1 and 4 to 6, the
検出手段72は、例えば、接触部70の内部に設けられ、接触部70が果梗14に接触した際に、果梗14への接触部70の接触を検知するセンサである。なお、検出手段72は、接触部70と果梗14との接触を検知可能であれば、どのような検知手段でも採用可能である。
The detection means 72 is, for example, a sensor provided inside the
[2.本実施形態の動作]
次に、本実施形態に係る果菜収穫装置10の動作について、図1〜図8を参照しながら説明する。
[2. Operation of this embodiment]
Next, the operation of the fruit
先ず、図2及び図4に示すように、ロック機構36によって保持部30を回転フリー状態とし、且つ、進退機構34によって指部32をハンド基部28の基端部28a側に退避させた状態で、制御手段によってロボットアーム22を動作させ、果菜収穫装置10を果菜16に近接させる。
First, as shown in FIGS. 2 and 4, the holding
次に、ロボットアーム22をさらに動作させて、保持部30の吸着パッド44を果菜16の側面に接触させる。この状態で吸引ポンプを駆動することにより、吸着パッド44に負圧を発生させ、該吸着パッド44で果菜16を保持させる。
Next, the
次に、進退機構34の駆動源56を駆動させ、ピニオン58を回転させる。これにより、ラック60は、ピニオン58の回転運動を直線運動に変換し、果梗14に向かって指部32を進行させる。この結果、接触部70の下側部分が果菜16の果梗14側(上側部分)に接触する。なお、この状態では、接触部70は、果梗14に接触していない。
Next, the
次に、接触部70が果菜16の上側部分に倣うように指部32をさらに進行させ、図5の側面視で、果梗14と接触部70とが交差した場合、駆動源56によるラック60の回転を停止させる。
Next, the
次に、制御手段は、図5の紙面の奥側に接触部70が変位するように、アーム18を軸回りに回動させる。この場合、保持部30が回転フリー状態であるため、図6に示すように、ハンド基部28及び指部32は、アーム18(図5参照)と一体に保持部30の軸回りに回動する。
Next, the control means rotates the
これにより、果梗14に向かって接触部70が相対的に変位し、図7に示すように、接触部70が果梗14に接触する。検出手段72は、接触部70の果梗14への接触を検出した旨の信号(検出信号)を外部に出力する。出力された検出信号は、制御手段とロック機構36とに供給される。このように、本実施形態では、保持部30の軸回りに収穫ハンド24を回動させて、指部32(接触部70)を徐々に果梗14に近づけることにより、果菜16の形状及び大きさにバラツキがあったり、又は、アーム18の位置決め誤差が存在する場合でも、該接触部70を果梗14に確実に接触させることができる。
As a result, the
ロック機構36のアクチュエータ48は、検出手段72からの検出信号を受け、駆動部48aを動作させる。これにより、図1及び図3に示すように、軸部材52を中心にリンク部材50が回動し、ロック部54の複数の歯54aと第1プレート40の複数の歯40aとが噛み合う。この結果、保持部30は、回転ロック状態に至る。なお、上記の説明では、アーム18を軸回りに回動させながら、回転フリー状態から回転ロック状態に移行させる。なお、本実施形態において、制御手段は、検出信号の供給を受けて、回転フリー状態から回転ロック状態への移行中、アーム18の軸回りの回動を一時的に停止させることも可能である。
The
回転ロック状態への移行後、制御手段がアーム18を軸回りにさらに回動させると、果菜16と、果菜16を保持する保持部30、ハンド基部28、及び、果梗14に接触する指部32を含む収穫ハンド24とは、アーム18と一体に保持部30の軸回りに回動する。
After the transition to the rotation locked state, when the control means further rotates the
これにより、接触部70が果梗14に向かって変位するので、果梗14は、接触部70からの押圧力を受ける。この結果、例えば、収穫ハンド24が保持部30の軸回りに略90°回動すると、図8に示すように、離層20が折れ、果菜16が枝12から分離するので、果菜16を収穫することができる。その後、駆動源56を駆動させてピニオン58を回転させることで、ラック60を介して指部32を果梗14から後退させる。
As a result, the
[3.本実施形態の効果]
以上説明したように、本実施形態に係る果菜収穫装置10は、果梗14の先端に形成された果菜16を収穫するための装置であって、ハンド基部28、該ハンド基部28に支持され且つ果菜16を保持する保持部30、及び、ハンド基部28に支持され且つ果梗14に当接可能な指部32(接触部70)を有する収穫ハンド24と、果梗14に当接した指部32が果梗14を押圧するように収穫ハンド24を移動させるロボットアーム22(移動機構)とを備える。
[3. Effect of this embodiment]
As described above, the fruit
ロボットアーム22は、保持部30が果菜16を保持し、且つ、図1、図4及び図5の側面視で指部32の接触部70が果梗14と交差している状態で、保持部30の長手方向(X方向)の軸回りに収穫ハンド24を回転させる。
The
この構成によれば、保持部30の長手方向の軸回り、すなわち、該保持部30及び果梗14に略直交する方向(Y方向)に収穫ハンド24を回転させることで、指部32の接触部70を果梗14に当接させ押圧する。そのため、ロボットアーム22の軸回りの回動によって収穫ハンド24を容易に回転させることができる。これにより、ロボットアーム22の動作領域がコンパクトとなり、収穫対象の果菜16以外の果菜や枝12との接触を回避することができる。この結果、収穫率の向上を容易に図ることができる。また、収穫率の向上によって、果菜16の収穫に果菜収穫装置10を導入しやすくなる。
According to this configuration, by rotating the harvesting
また、果菜収穫装置10は、保持部30と指部32との間に設けられ、ハンド基部28に対して保持部30をX方向の軸回り(Y方向)に相対回転可能な回転フリー状態と、ハンド基部28に対して保持部30を相対回転不能に固定する回転ロック状態とに切り替え可能なロック機構36をさらに備える。このように、保持部30と指部32との相対回転を可能とすることで、果菜収穫装置10の各種の誤差を吸収することができる。これにより、保持部30が果菜16を保持する際、果菜16に対する保持部30の位置決め誤差が大きい場合でも、果菜16を収穫することができる。
Further, the fruit
また、果菜収穫装置10は、指部32の接触部70と果梗14との接触を検知する検出手段72(検知手段)をさらに備える。これにより、ロック機構36は、保持部30が果菜16を保持している状態で、検出手段72が指部32の接触部70と果梗14との接触を検出(検知)した際に、果菜16を保持した保持部30を回転フリー状態から回転ロック状態に容易に切り替えることができる。この結果、果菜16の収穫を効率よく行うことが可能となる。
Further, the fruit
なお、本発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることは勿論である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various configurations can be adopted based on the contents described in this specification.
10…果菜収穫装置 14…果梗
16…果菜 22…ロボットアーム(移動機構)
24…収穫ハンド 28…ハンド基部
30…保持部 32…指部
10 ... Fruit
24 ... Harvesting
Claims (3)
ハンド基部、該ハンド基部に支持され且つ前記果菜を保持する保持部、及び、前記ハンド基部に支持され且つ前記果梗に当接可能な指部を有する収穫ハンドと、
前記果梗に当接した前記指部が前記果梗を押圧するように前記収穫ハンドを移動させる移動機構と、
を備え、
前記移動機構は、前記保持部が前記果菜を保持し、且つ、前記果菜収穫装置の側面視で前記指部が前記果梗と交差している状態で、前記保持部の長手方向の軸回りに前記収穫ハンドを回転させる、果菜収穫装置。 In the fruit vegetable harvesting device for harvesting the fruit vegetables formed at the tip of the fruit stem,
A harvesting hand having a hand base, a holding part supported by the hand base and holding the fruit vegetables, and a finger part supported by the hand base and capable of contacting the fruit stem.
A moving mechanism that moves the harvesting hand so that the finger portion in contact with the fruit stalk presses the fruit stalk.
With
The moving mechanism is such that the holding portion holds the fruit vegetables and the finger portions intersect with the fruit stalks in a side view of the fruit vegetable harvesting device, and the holding portion is axially oriented in the longitudinal direction. A fruit vegetable harvesting device that rotates the harvesting hand.
前記保持部と前記指部との間に設けられ、前記ハンド基部に対して前記保持部を前記長手方向の軸回りに相対回転可能な回転フリー状態と、前記ハンド基部に対して前記保持部を相対回転不能に固定する回転ロック状態とに切り替え可能なロック機構をさらに備える、果菜収穫装置。 In the fruit vegetable harvesting apparatus according to claim 1,
A rotation-free state in which the holding portion is provided between the holding portion and the finger portion and the holding portion can rotate relative to the axis in the longitudinal direction with respect to the hand base, and the holding portion is provided with respect to the hand base. A fruit vegetable harvesting device further equipped with a lock mechanism that can be switched to a rotation lock state in which the relative rotation is fixed.
前記指部と前記果梗との接触を検知する検知手段をさらに備え、
前記ロック機構は、前記保持部が前記果菜を保持している状態で、前記検知手段が前記指部と前記果梗との接触を検知した際に、前記果菜を保持した前記保持部を前記回転フリー状態から前記回転ロック状態に切り替える、果菜収穫装置。 In the fruit vegetable harvesting apparatus according to claim 2.
Further provided with a detecting means for detecting contact between the finger and the fruit stalk,
The lock mechanism rotates the holding portion holding the fruit vegetable when the detecting means detects contact between the finger portion and the fruit stem while the holding portion holds the fruit vegetable. A fruit vegetable harvesting device that switches from a free state to the rotation locked state.
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