JP2020511142A - 自動収穫エフェクタ - Google Patents

Abstract

自動収穫装置に連結されるエフェクタ。エフェクタは、果房関連データを得るように構成されるセンサーユニットと、閉構成から拡張構成に拡張し、拡張構成から閉構成に閉じるように構成される閉運動連鎖機構と、果柄をカットするように構成される収穫剪断機であって、運動閉鎖機構に連結される収穫剪断機と、果柄が収穫剪断機によってカットされた後に果柄をキャッチするように構成されるキャッチ機構と、エフェクタを操作して果柄をカットするように構成されるプロセッサとを備える。【選択図】図５Ｃ

Description

本発明は、果物の自動ロボット収穫の分野に関する。

最新の農業に関する努力は、例えば、トレリシング生育技術を用いて組織化された構造の温室において生育する果物および野菜を提供する。例えば、つるが伸びて生育する果物および野菜は、小さい面積において生育する生産物の量を最大にすることを可能にする構造のクラスタで生育できる。生産物の採取を最適化するために、多くの場所は、自動収穫機を使用する。

関連技術およびそれに関する制限の前述の実施例は、解説用であり排他的でないことを意図する。関連技術の他の制限は、本明細書の読み込みおよび図の検討により当業者にとって明らかになる。

以下の実施形態およびその態様は、典型的で例示的であって範囲において制限的でないことを意図するシステム、ツール、および方法と関連して説明されて例示される。

実施形態に従って、自動収穫装置に連結したエフェクタが提供される。エフェクタは、プラントで成育している果房の果柄に関する柄位置データを得るように構成されるセンサーユニットと、閉構成から拡張構成に拡張し、拡張構成から閉構成に閉じるように構成される閉運動連鎖機構と、果柄をカットするように構成される収穫剪断機であって、閉運動連鎖機構に連結する収穫剪断機と、果柄が収穫剪断機によってカットされた後で果柄をキャッチするように構成されるキャッチ機構と、エフェクタを操作して果柄をカットするように構成されるプロセッサとを備える。

いくつかの実施形態では、閉運動連鎖機構は、閉運動連鎖機構が拡張構成にあるときに閉運動連鎖機構が果房を囲むことを可能にする、一緒にヒンジと連結される少なくとも４つのアームを備える。

いくつかの実施形態では、ヒンジは、閉運動連鎖機構が拡張構成にあるときに少なくとも４つのアームが分離するのを防止するために、中央ヒンジおよび遠位ヒンジから成る。

いくつかの実施形態では、少なくとも４つのアームは、果房の果物がエフェクタによって損傷を受けずに果房が閉運動連鎖機構を通過することを可能にするのに十分大きな開口部を提供する。

いくつかの実施形態では、収穫剪断機は、果柄をカットするために必要とされるトルクを小さくするために、遠位ヒンジの近くで閉運動連鎖機構に連結する。

いくつかの実施形態では、収穫剪断機は、エフェクタの遠位端で閉運動連鎖機構に連結する。

いくつかの実施形態では、センサーユニットは、果物の画像データとして柄位置データを得るカメラである。

いくつかの実施形態では、エフェクタは、自動マニピュレータによって自動収穫機に連結する。前記ロボットマニピュレータは、エフェクタを果物に合わせて、エフェクタを果柄のカット位置まで動かして、エフェクタによる果物の収穫後に果物を入れる容器までエフェクタを動かすように構成される。

いくつかの実施形態では、ロボットマニピュレータは、エフェクタを合わせて果柄のきれいなカットを実行するように更に構成される。

いくつかの実施形態では、ロボットマニピュレータは、果房まで所定ルートに沿って移動するように更に構成される。

いくつかの実施形態では、プロセッサは、果房関連データに従って果房の奥行寸法を決定するように更に構成される。

いくつかの実施形態では、センサー画像は、プロセッサが果物位置を決定することを可能にするための奥行画像センサーから成る。

実施形態に従って、果物の果柄の位置に関する果房関連データを取得し、自動収穫機に連結するエフェクタが果柄に沿ったカット位置にあるかどうか判定し、エフェクタがカット位置にあるという判定に応じて、エフェクタを操作して、果柄をカット位置でカットするために、自動収穫機の少なくとも一つのハードウェアプロセッサを使用するステップを含む方法が提供される。

いくつかの実施形態では、方法は、拡張構成に構成したり、閉構成に構成したりするために、閉運動連鎖機構を操作するステップを更に含む。

いくつかの実施形態では、閉構成に構成するために閉運動連鎖機構を操作することは、果柄をカット位置でカットするために必要なトルクおよび力を発生させる。

いくつかの実施形態では、果柄は、運動閉鎖機構の遠位端で閉運動連鎖機構に連結される剪断機によってカットされる。

いくつかの実施形態では、キャッチ機構は、果柄が収穫剪断機によってカットされた後に果柄をキャッチするために閉運動連鎖機構に連結する。

いくつかの実施形態では、方法は、拡張構成に構成して、果柄をキャッチ機構からリリースするために、閉運動連鎖機構を操作するステップを更に含む。

いくつかの実施形態では、方法は、果柄をリリースするためにキャッチ機構を操作するステップを更に含む。

いくつかの実施形態では、方法は、エフェクタを果物に合わせるためにロボットマニピュレータを操作するステップであって、ロボットマニピュレータはエフェクタに連結するステップと、エフェクタが果物を入れる容器の方へエフェクタを動かすためにロボットマニピュレータを操作するステップとを更に含む。

上記の例示的な態様および実施形態に加えて、更なる態様および実施形態は、図を参照することで、そして以下の詳細な説明の検討によって明らかになる。

実施形態に従って、果房関連データを得るように構成されるセンサーユニットと、枝および障害物を果房の果柄から動かすように構成されるガードエフェクタと、果柄をカットするように構成される収穫エフェクタと、果柄が収穫エフェクタによってカットされた後に果柄をキャッチするように構成されるキャッチ機構と、果柄をカットするためにガードエフェクタおよび収穫エフェクタを操作するように構成されるプロセッサとを備える自動収穫機が提供される。

いくつかの実施形態では、ガードエフェクタは、ガードエフェクタを果房の方へ動かすように構成される第１のロボットマニピュレータに連結される。

いくつかの実施形態では、収穫エフェクタは、果房を収穫するために収穫エフェクタを果房の方へ動かすように構成される第２のロボットマニピュレータに連結される。

実施形態に従って、果物の果柄の位置に関する果房関連データを取得し、自動収穫機に連結するエフェクタが果柄に沿ったカット位置にあるかどうか判定し、エフェクタがカット位置にあるという判定に応じて、枝および障害物を果柄から動かすガードエフェクタ、果柄をカットする収穫エフェクタを操作するために、自動収穫機の少なくとも一つのハードウェアプロセッサを使用するステップを含む方法が提供される。

例示的実施形態は参照される図に示される。図に示される構成要素および特徴の寸法は、通常、プレゼンテーションの便宜および明快さのために選択されて、必ずしも縮尺通りに示されるというわけではない。図は以下にリストされる。

主題のいくつかの例示的実施形態による、つる性植物を略図で示す。 主題のいくつかの例示的実施形態による、自動収穫機を略図で示す。 主題のいくつかの例示的実施形態による、自動収穫機のエフェクタの略図を示す。 主題のいくつかの例示的実施形態による、自動収穫機構成要素の略図を示す。 図５Ａ−図５Ｇ。主題のいくつかの例示的実施形態による、果物を収穫する自動収穫機のエフェクタを示す。 主題のいくつかの例示的実施形態による、果物を収穫する方法を示す。 図７Ａ−図７Ｄ。主題のいくつかの例示的実施形態による、果物を収穫する自動収穫機の２つのエフェクタを示す。 主題のいくつかの例示的実施形態による、果物を収穫する第２の例示的方法を示す。 図９Ａ−図９Ｂ。主題のいくつかの例示的実施形態による、果物を収穫する自動収穫機のオープンエンドエフェクタを示す。

本主題は、主題のいくつかの例示的実施形態による、果房を収穫する自動収穫装置に連結するエフェクタに関する。果房をカットして、プラントから保管容器へ運ぶために用いるエフェクタは、ロボットマニピュレータを介して自動収穫機に連結できる。ロボットマニピュレータは、プラントで生育する果物の果房にアクセスするために、エフェクタを操作して動かすことができる。エフェクタは、同時に果房を保護して、枝および障害物を遠ざけると共に、果房が通過するのを可能にするために拡張する運動閉鎖機構を備えることができる。エフェクタは、果房を植物に連結している果柄をカットする収穫剪断機を備えることができる。果物がカットされた後に、キャッチ機構は、カットされた果柄を把持して、果房を保管容器へ運ぶことができる。自動収穫機は、自動収穫機が果物の位置を決めて、果柄をカットする箇所を知って、果房が収穫されて、容器へ移されることを確実にすることを可能にするセンサーを備えることができる。

図１に示すように、任意の数のつる性植物１０を表す、つる性植物（「植物」）１０は、トレリシング生育技術によって生育できる。例えば、植物１０はトマト株でありえる。植物１０は、果房３０を生じ、それは果柄４０を経て植物１０に連結している。果房３０は、例えば、４つの果房３０（以下「果房」）として例示する、植物１０で生育する任意の数の果房３０を表すことができる。本開示が果房を記載すると共に、開示された主題は、単一の果物を収穫するためにも用いることができると認められる。トレリシング生育技術は、温室で植物１０を耕作し、したがって、植物１０を垂直に生育して、果物生産を最大にすると共に、より小さい生育面積を利用することを可能にする。トレリシング生育技術によって、植物１０は、よくきれいに整えられた列に構成され、それは植物１０の管理の機械化を可能にする。

図２は、主題のいくつかの例示的実施形態による、植物１０から果房３０を収穫する自動収穫機５０を示す。自動収穫機５０は、例えば、トレリシング生育技術を適用している温室で、所定の配置において生育する植物１０から果房３０を収穫するように構成される。自動収穫機５０は、植物１０の果房３０の位置を決定するように構成されて、その時、自動収穫機５０は、果房３０を収穫するように構成される。植物１０が所定の配置、例えば、つる構造で生育する、いくつかの例示的なケースでは、植物１０は、計画された列で生育するように構成されて、それは、植物１０から果房３０を収穫するために列の間を進むように自動収穫機５０を構成することを可能にする。任意には、自動収穫機５０は、例えば、植物１０が生育する列の間にレールに沿って進むために、車輪５１を備えることができる。

自動収穫機５０は、列間を進んで、例えば、２つのロボットマニピュレータ６０によって本願明細書に表される、ロボットマニピュレータ６０、または任意の数のロボットマニピュレータ６０によって、植物１０から果房３０を収穫できる。自動収穫機５０は、果房３０を収穫した後にロボットマニピュレータ６０によって入れられる容器５２を備えることができる。ロボットマニピュレータ６０は、エフェクタ１００に連結することができて、それは果房３０を収穫するように構成される。一旦エフェクタ１００が果房３０を収穫すると、エフェクタ１００は、果房３０を保持するように構成されることができて、それはロボットマニピュレータ６０がエフェクタ１００および果房３０を保管所、例えば、果房３０を保管のために入れることができる容器５２まで動かすことを可能にすることができる。場合によっては、ロボットマニピュレータ６０は、エフェクタ１００を所定のルートで果房３０まで動かす。そのような場合、自動収穫機５０は、ロボットマニピュレータの動きを最適化して、それが果房３０に届くことを確実にするために、図４において本願明細書に開示されるように、果房関連データを得ることができる。

図３は、主題のいくつかの例示的実施形態による、自動収穫機のエフェクタを示す。エフェクタ１００は、ロボットマニピュレータ６０に連結できる。エフェクタ１００は、閉運動連鎖機構１１０を備えることができて、それは果房３０を収穫する間に果柄４０に達するために、エフェクタの移動の間に開閉するように構成されることができる。閉運動連鎖機構１１０は、モーター１０５に連結することができて、それは、閉運動連鎖機構１１０の動きを操作する。任意には、モーター１０５は、伝動装置１３５に連結して、それはモーター１０５を閉運動連鎖機構１１０に連結できる。実施例において、伝動装置１３５は、例えば、閉運動連鎖機構１１０を閉構成から拡張構成へ、そのまた逆に動かす、閉運動連鎖機構１１０の移動を制御する。

いくつかの例示的実施形態において、閉運動連鎖機構１１０は、アーム、１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄによって本願明細書に表される、４つの例示のアームを備えることができる。アームは、ヒンジ、例えば、中央ヒンジ１１２、１１３、および遠位ヒンジ１１４によって一緒に結合されている。中央ヒンジ１１２、１１３、および遠位ヒンジ１１４は、閉運動連鎖機構１２０がアームを互いから分離せずに拡張し、したがって同時に枝および傷害物を遠ざけると共に果房３０を囲むことを可能にすることができる。任意には、アームは、堅いかまたは可撓性などでありえる。場合によっては、ヒンジは、閉運動連鎖機構１１０が拡張構成でさまざまな形状において拡張して、果房３０が閉運動連鎖機構１１０の開口部を通過することを可能にする位置でアームに連結する。エフェクタ１００が、果柄４０の方へ進むときに、ロボットマニピュレータ６０は、例えば、果房３０に対して垂直軸に沿って平行に、果房３０と関連して所定の方向にエフェクタ１００を配列できる。そうすると、エフェクタ１００が果柄４０に達するために移動するにつれて、果房３０は、閉運動連鎖機構１１０のアームの間を通過する。エフェクタ１００は、柄センサー１２５を備え、それは果柄４０を検出するように構成される。

場合によっては、エフェクタ１００は、可撓性回転ジョイント１７０を備えることができて、それはエフェクタ１００が果房３０と平行した配置に整列配置して、果柄４０をきれいなカットでカットして、植物１０への不必要な損傷を防止することを可能にする。場合によっては、閉運動連鎖機構１１０は、いろいろなタイプの果物を収穫することを可能にするために、いろいろな大きさのアーム１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ、および収穫剪断機１２０で構成されることができる。いくつかの例示的実施形態において、エフェクタ１００は、モーター１０５および伝動装置１３５を格納するためのケース１０３を備えることができる。任意には、エフェクタ１００は、閉運動連鎖機構１１０をカバーするための可撓性シール１４０を備え、そこで閉運動連鎖機構１１０は、果房３０を収穫するために必要に応じて開閉するために、必要な可動性を閉運動連鎖機構１１０に提供すると共に、伝動装置１３５に連結される。任意には、閉運動連鎖機構１１０断面は、果房３０および果房３０の果物の寸法に従って拡張する。例えば、横断面は、２５〜３５ｍｍの直径を有する果物を有する果房３０に対して３００ｍｍでありえる。そして果房３０は２列の果物から成る。この種の実施例において、閉連鎖機構１１０は、７０〜７５ｍｍの長さを有することができる。

いくつかの例示的実施形態において、閉運動連鎖１１０は、完全に閉じないことがありえて、例えば、アーム１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄの間に開口部を有する。開口部によって、果柄４０は、収穫剪断機１２０が果柄４０にアクセスすることを可能にするために、果房３０が閉運動連鎖１１０の開口部を通過する必要なしに閉運動連鎖１１０の開口部に入ることが可能になる。

図４は、主題のいくつかの例示的実施形態による、自動収穫装置の略図を示す。自動収穫装置１００は、プロセッサ２００を備え、それは自動収穫機５０の構成要素、例えば、自動モビライザー６０およびエフェクタ１００を操作する。例えば、プロセッサ２００は、モーター１３０を操作し、したがって伝動装置１３５および閉運動連鎖機構１１０を操作する。プロセッサ４００は、一つ以上のセンサー４１０に連結され、それは果房関連データを得るように構成され、それはプロセッサが果房３０の位置を決定することを可能にするデータ、例えば、植物１０および果房３０の画像データを提供する。任意には、果房関連データは、プロセッサ４０が、果房３０が収穫、例えば、成熟のための所定のパラメータを備えているかどうか決定することを可能にする。場合によっては、一つ以上のセンサー４１０は、果房位置の正確な位置データを提供するために、奥行画像センサー、距離センサーなどを備えることができる。場合によっては、一つ以上のセンサー４１０は、柄センサー１２５を備え、それは、果柄４０が収穫用の収穫剪断機の近くに位置するという表示をプロセッサ４００に提供するように構成される。例えば、柄センサー１２５は、果柄４０が柄センサー１２５の経路を横切るときに表示を提供する赤外線（「ＩＲ」）センサーである。実施例において、プロセッサ４００は、エフェクタ１００を果房３０の位置に移動して、果房３０の収穫を可能にするために、一つ以上のセンサー４１０から受け取った位置データを分析して、果房３０の位置を決定する。プロセッサ４００は、閉運動連鎖機構１１０が果房３０の果物の間にあるときを決定するように構成されることができる。その場合には、閉運動連鎖機構１２０が閉構成に閉じられているならば、果房３０の果物の全てが収穫されず、そして閉運連鎖機構１１０が、果柄４０に達したときに、閉運動連鎖機構１１０の閉構成への閉鎖は、全果房３０を収穫することに結果としてなる。プロセッサ４００は、一つ以上のセンサー４１０、例えば、柄センサー１２５から得られる柄データに従って柄を見分けることができる。

果房４０の上述した検出および果房の収穫のための所定パラメータ、例えば、成熟は、プロセッサ４００に連結されるセンサーユニット４１０を介して行うことができて、それは周知のコンピュータビジョン・アルゴリズムを実行するように構成される。任意には、これらのコンピュータビジョン・アルゴリズムは、例えば、Sobel、 Canny、 Prewitt、Robertsのようなエッジ検出アルゴリズム、および他のファジー論理方法を使用する古典コンピュータビジョン・セグメンテーション機能でありえる。任意には、アルゴリズムは、アクティブ輪郭モデルなどを含むことができる。任意には、ガウシアンのラプラシアンまたはヘシアンの決定要素のようなブロッブ検出アルゴリズムを使用することができて、もちろん、熟した果物の特定カラーコンテンツに基づいて、スペクトルコンテンツ方法でありえる。任意には、現場の可変性が大きい場合、プロセッサ４００は、果房の練習画像の高可用性で訓練された深いニューラル・ネットワークを用いて、古典コンピュータビジョン・セグメンテーション機能から機械学習技術にシフトするように構成されることができる。

主題のいくつかの例示的実施形態において、一旦プロセッサ４００が、果房を検出するならば、プロセッサ４００は、センサーユニット４１０から得られるデータに従って検出された果房を囲む領域のデプスマップを抽出するために、アルゴリズムによって画像分析を実行できる。このデプスマップは、いかなる適切なコンピュータビジョン技術、例えば、デプス・フロム・ステレオ、構造化ライト、飛行時間などによっても得ることができる。検知ユニット４１０は、付加的なタイプの範囲検知装置、例えば、ＬＩＤＡＲ、ＩＲ、または超音波トランシーバなどを備えることができる。

任意には、デプスマップは、上記のコンピュータビジョン・アルゴリズムに従ってプロセッサ４００によって作成できる。一旦デプスマップが作成されると、プロセッサ４００は、デプスマップを分析して、例えば、果房境界、幾何中心、全体のサイズ、極値点などを決定できる。さらに、果房４０のまわりのいかなる障害物も、検出して、マップすることができる。任意には、決定は、プロセッサ４００により用いられるデータに変換されて、それを果房４０へ導く閉運動連鎖機構１２０を操作して、本願明細書に記載されているように果房４０の収穫を実行できる。

場合によっては、プロセッサ４００は、センサーユニット４１０から得られるデータに従って果房３０の奥行を決定する。プロセッサ４００は、果房３０の果物の直径に従って、且つセンサーユニット４１０によって得られる果房関連データの果房の配列に従って奥行を決定できる。例えば、果房関連データが、果房３０が単一列の果物のように見える画像として得られ、そこでは果房３０が２列から成ることが知られている場合は、プロセッサ４００は、果房３０の第２の列の果物が、第１の列の後に、センサーユニット４１０から隠されると決定するように構成される。決定に従って、プロセッサ４００は、果房３０の奥行は、果房３０の２列の果物が、得られた画像データにおいて識別されるときの奥行の２倍であると決定する。

図５Ａ〜５Ｇは、主題のいくつかの例示的実施形態による、自動収穫装置のエフェクタを示す。エフェクタ１００は、果房３０および近くの植物部、例えば他の果房、葉、および主幹に損害を与えることなしに、果柄４０にアクセスするように構成されることができる。

図５Ａにおいて、エフェクタ１００は、例えば、本願明細書において上記の画像処理および分析に従って、例えば、所定経路に沿って果房３０に接近する。閉運動連鎖機構１１０は、閉構成に配置されて、最小の断面積で果房３０の方へ最も効果的なパターンの移動を可能にすることができる。例えば、本願明細書において上記の通りに果物関連データの処理に従って決定すると、且つ果房３０の位置を決定すると、エフェクタ１００は、ロボットマニピュレータ６０を介して果房３０の方へ移動する。エフェクタ１００が、果房３０の方へ移動するとき、閉運動連鎖機構１１０のアームは、最小の断面積をエフェクタ１００に提供するために閉構成に構成される。最小の断面積は、エフェクタ１００が植物１０の枝または他の障害物にからまる可能性を最小化する。

図５Ｂにおいて、閉運動連鎖機構１１０は、果房３０が果房の果物を損傷せずに閉運動連鎖機構１１０のアーム１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄの間を通過することを可能にするために、拡張構成に拡張するように構成される。例えば、果房３０の下で所定位置に到達すると、閉運動連鎖機構１１０は、拡張構成に拡張する。拡張構成に構成された後に、アーム１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄが、果房３０を囲んで、果房３０から枝および障害物を取り除くように、ロボットマニピュレータ６０は、拡張構成の閉運動連鎖機構１１０によってエフェクタ１００を上げる。

図５Ｃは、主題のいくつかの例示的実施形態による、果柄１１０の方へ移動する拡張構成の閉運動連鎖機構１１０を示す。エフェクタ１００が果柄４０の方へ移動するにつれて、センサーユニット４１０は、閉運動連鎖機構１１０が果柄４０までのルートを維持すると決定するために、果物関連データ、例えば位置データを連続的に得ることができる。閉運動連鎖機構１１０が移動するにつれて、それは、果房３０から枝および障害物を取り除くことができる。任意には、アーム１１１ａ、１１ｌｂ、１１１ｃ、１１１ｄは、果物関連データの分析により果房３０のサイズに従って正確に拡張するように構成されることができる。例えば、果物関連データが、センサーユニット４１０によって得られる画像データであるときに、アーム１１１ａ、１１ｌｂ、１１１ｃ、１１１ｄは、果房の幅、果房の奥行の決定に従って拡張できる。画像データは、果房３０の、そして果房３０の各果物のパラメータ、例えば、高さ、幅、奥行などを決定するために分析できる。

図５Ｄは、主題のいくつかの例示的実施形態による、果柄４０に位置合わせされる閉運動連鎖機構１１０を示す。任意には、位置合わせは、センサーユニット４１０を介して得られた果物関連データに従って得られる。

図５Ｅは、主題のいくつかの例示的実施形態による、カット配置の閉運動連鎖機構１１０を示す。任意には、エフェクタ１１０が果柄４０に達すると、例えば、所定ルートおよび上記の果物関連データから決定される位置データに従って、エフェクタ１００は、それからカット位置へ移動できる。カット位置は、所定の動きを実行する、例えば、果柄４０を収穫剪断機１２０に合わせるロボットマニピュレータ６０によって達成できる。果柄４０がカット位置にあるという決定は、柄センサー１２５によることができて、それは果柄４０が収穫剪断機１２０に合わせられるときを検出できる。柄センサー１２５は、例えば、赤外線（「ＩＲ」）センサーのように、果柄４０を検出することができて、それは果柄４０が赤外線センサーの経路を横切るときを検出できる。柄センサー１２５は、柄データ、例えば、果柄がカット位置に達したとの検出をプロセッサ４００に提供して、閉運動連鎖機構１１０が果柄４０に沿ってカット位置に合わせられるときを決定できる。柄データによって、プロセッサ４００は、収穫剪断機１２０がカット位置にあると決定することができて、従って、果柄４０がカットされて、食物の生存に不可欠かもしれない他の枝、柄、または物をカットすることを回避することを確実にする。

図５Ｆは、主題の例示的実施形態による、閉構成に閉じた閉運動連鎖機構１１０を示す。任意には、閉運動連鎖機構１１０が閉構成に閉じるときに、収穫剪断機１２０は、果柄４０をカットし、それは果房の収穫に結果としてなる。

図５Ｇは、主題のいくつかの例示的実施形態による、果房３０をキャッチするエフェクタ１００を示す。例えば、収穫剪断機１２０が、果柄をカットした後に、キャッチ機構１２５は、果柄４０をキャッチして、それを保持できる。その一方で、ロボットマニピュレータ６０は、果房３０が保管される位置、例えば、容器５２へエフェクタ１００を動かす。

図６Ａ〜６Ｂは、主題のいくつかの例示的実施形態による、果物を収穫する方法を示す。
図６Ａは、いくつかの例示的実施形態による、自動収穫機５０を操作して、収穫して、果房３０を保管する方法を示す。ステップ６００は、果房関連データを受信することを開示する。例えば、果物関連データは、センサーユニット４１０によって得られる画像データである。

ステップ６１０は、果房３０の位置を決定することを開示する。プロセッサ４００は、例えば、上記の果物関連データにおいて果房３０を識別するためにＳＴＩＦ、ＳＵＲＦ、またはＯＲＢアルゴリズムを適用することによって、センサー４１０から受信した果物関連データの分析を実行する。

ステップ６１５は、果房特徴が所定パラメータの範囲内にあるかどうか決定することを開示する。場合によっては、プロセッサ４００は、果房関連データを分析して、所定パラメータ、例えば、果房３０の果物の成熟、果房３０の果物のサイズ、果房３０のサイズなどを決定する。いくつかの例示的実施形態において、プロセッサ４００は、自動収穫機５０が果房３０のサイズを決定して、収穫の間に果房３０に損害を与えないようにエフェクタ１００を必要なサイズに開けることを可能にするために、果房３０の奥行を決定する。

ステップ６２０は、エフェクタ１００を果房３０に合わせるために、ロボットマニピュレータ６０を果房４０の方へ動かすことを開示する。エフェクタ１００を果房３０に合わせるように、ロボットマニピュレータ６０は、果房３０の方へ動かされる。例えば、エフェクタ１００は、果房３０と同じ垂直軸に沿っている。エフェクタ１００が果房３０に合わせられると、ロボットマニピュレータ６０は、プロセッサ４００により操作されて、下の図６Ｂにおいて本願明細書に更に開示されるように、果柄４０にアクセスするためにエフェクタ１００を垂直に移動する。

ステップ６３０は、閉運動連鎖機構を拡張構成に構成することを開示する。エフェクタは、果房３０の方へ移動し、例えば、自動収穫機５０は、位置データに従ってマニピュレータ６０を果房３０の方へ移動する。エフェクタ１００は、例えば、果房３０と平行に、果房３０に合わせられる。閉運動連鎖機構１１０は、拡張構成に拡張して、閉運動連鎖機構１１０が閉運動連鎖機構１１０のアームの間に果房３０を取り囲むことを可能にし、それは果房３０から枝および障害物を遠ざけることを可能にする。

ステップ６４０は、エフェクタを果柄４０のカット位置に移動することを開示する。

ステップ６５０は、エフェクタ１００を（例えば、水平に）移動して、果柄４０を収穫剪断機１２０の近くに配置することを開示する。果柄４０に達すると、果柄４０が、果房３０の収穫を可能にするために、収穫剪断機１２０に近いように、ロボットマニピュレータ６０は、エフェクタ１００を移動する。場合によっては、収穫剪断機１２０が、遠位ヒンジ１１４の近くに配置されて、果柄４０が、収穫剪断機１２０の剪断機の間にセットされるまで、エフェクタ１００は移動する。

ステップ６６０は、閉運動連鎖機構１２０を閉構成に構成することを開示する。プロセッサ４００は、閉運動連鎖機構１１０を閉じて、収穫剪断機１２０による果柄４０のカットに結果としてなるようにエフェクタ１００を構成する。例を挙げると、プロセッサ４００は、モーター１３０を作動させて、それは閉運動連鎖機構１１０を閉構成に閉じる。閉運動連鎖機構１１０が、閉構成にあるときに、果柄４０は、キャッチ機構１３１によってキャッチされる。

ステップ６７０は、ロボットマニピュレータ６０を容器５２の方へ動かして、収穫した果房を保管することを開示する。ロボットマニピュレータ６０が、容器５２の方へ移動するとき、その一方で、果房３０は、果柄４０を保持しているキャッチ機構１３１を介してエフェクタ１００に運ばれる。

ステップ６８０は、果柄４０をエフェクタ１００からリリースすることを開示する。実施例において、果柄４０は、拡張構成に構成された閉運動連鎖機構１１０によって、キャッチ機構１３１からリリースすることができて、それはキャッチ機構１３１から果柄４０をリリースする。他の実施例において、キャッチ機構１３１は、プロセッサ４００によって係合されるリリース機構を備えて、それは果柄４０をリリースする。

図７Ａ〜７Ｃは、主題のいくつかの例示的実施形態による、果物を収穫する自動収穫機の２つのエフェクタを示す。図７Ａは、主題のいくつかの例示的実施形態による、果房３０の方へ移動させるガードエフェクタ７００を示す。ガードエフェクタ５００は、自動収穫機５０の第１のロボットマニピュレータ７０５に連結できる。ガードエフェクタ５００は、果房３０を護るために移動させることができて、果房３０付近から他の枝および障害物を遠ざけることもできる。ガードエフェクタ７００は、金属プレート、フックなどとして成形できる。ガードエフェクタ７００は、上記の本願明細書に開示された方法に従って、例えば、果房３０で得られた画像データによって果物の方へ移動させ得る。

図７Ｂは、主題のいくつかの例示的実施形態による、果柄４０に接近する収穫エフェクタ７１０を示す。場合によっては、ガードエフェクタ７００が、それが果柄４０から枝および障害物を取り除いた位置に達した後に、自動収穫機５０は、第２のロボットマニピュレータ７１５を起動させて、収穫エフェクタ７１０を果柄４０の方へ起動させることができる。

図７Ｃは、主題のいくつかの例示的実施形態による、果房３０を収穫する収穫エフェクタ７１０を示す。主題のいくつかの例示的実施形態において、ガードエフェクタ７００および収穫エフェクタ７１０は、一つのエフェクタに結合することができて、それはガード要素および収穫要素を有する。この種の例示的実施形態において、ガード要素は、枝および障害物を果柄４０から移動して、果柄４０をラッチすることができる。収穫要素は、果柄４０の方へ拡張して、果柄４０を収穫できる。

図７Ｄは、例示的実施形態による、果房３０を収穫する２つのエフェクタの側面図を示す。収穫エフェクタ７１０は、ガードエフェクタ７００が果柄４０と隣接している位置の方へ配置されるように操作（例えばプロセッサ４００）できる。

図８は、主題のいくつかの例示的実施形態による、果物を収穫する第２の例示的方法を示す。図６において、本願明細書に開示される方法と同様に、ここに開示される方法は、本願明細書で上に開示されたようにステップ６００、６１０、および６１５を実行できる。
ステップ８３０は、果房３０に合わせるためにガードエフェクタ７００を起動させることを開示する。場合によっては、ガードエフェクタ７００は、第１のロボットマニピュレータ７０５によって、果房３０の方へ起動する。同様に、ガードエフェクタ７００は、特に果柄４０の方へ起動して、果柄４０から枝および障害物を動かして、果房３０を収穫することを可能にすることができる。

ステップ８３０は、収穫エフェクタ７１０を果房４０の方へ起動させることを開示する。収穫エフェクタ７１０は、第２のロボットマニピュレータ７１５によって果柄４０の方へ起動できる。

ステップ８４０は、果房３０を収穫することを開示する。収穫クラスタ７１０は、果柄４０に達すると、自動収穫機５０、例えばプロセッサ４００によって操作されて、果柄４０をカットすることによって果房３０を収穫できる。果柄４０をカットすると、果柄４０は、キャッチ機構によってキャッチすることができて、それは収穫エフェクタ７１０に連結できるか、またはガードエフェクタ７００に連結できる。

ステップ８５０は、収穫した果房を容器５２の方へ起動させて、収穫した果房を保管することを開示する。収穫した果房３０は、キャッチ機構によって保持することができて、それは収穫エフェクタ７１０またはガードエフェクタ７００に連結できる。

ステップ８６０は、果柄４０をリリースすることを開示する。容器５２に達すると、キャッチ機構は、果房３０をリリースする、例えば、果柄４０をリリースして、収穫した果房を容器５２に入れることができる。

図９Ａ〜９Ｂは、主題のいくつかの例示的実施形態による、果物を収穫する自動収穫機のオープンエンドエフェクタを示す。

図９Ａは、主題のいくつかの例示的実施形態による、果房３０に接近するオープンエンドエフェクタ９００を示す。オープンエンドエフェクタ９００は、ロボットマニピュレータ９０５によって移動できる。図９Ｂは、主題のいくつかの例示的実施形態による、果房３０を収穫するオープンエンドエフェクタ９００を示す。オープンエンドエフェクタ９００は、例えば、果柄４０をカットすることによって、果房３０を収穫する拡張可能な剪断機９１５を備えることができる。任意には、拡張可能な剪断機９１５は、オープンエンドエフェクタ９００の一部でありえる保管室９１０に保管される。

本出願を通じて、本発明のさまざまな実施形態は、範囲フォーマットに示すことができる。範囲フォーマットの記述が、単に便宜および簡潔さのためだけであって、本発明の範囲に対する柔軟性がない制限として解釈してはならないことを理解すべきである。したがって、範囲の記述は、すべての可能性がある下位範囲ならびにその範囲内の個々の数値を具体的に開示したとみなすべきである。例えば、１〜６の範囲の記述は、例えば、１〜３、１〜４、１〜５、２〜４、２〜６、３〜６などの下位範囲、ならびにその範囲内の個々の数、例えば、１、２、３、４、５、および６を具体的に開示したとみなすべきである。
これは範囲の幅に関係なく適用される。

数値的な範囲が本願明細書において示されるときはいつでも、それは示された範囲内のいかなる引用された数字（分数または整数）も含むことが意図されている。フレーズ、第１の表示数と第２の表示数の間「にわたる／の範囲」および第１の表示数から第２の表示数まで「にわたる／の範囲」は、本願明細書において同じ意味で使用されて、第１と第２の表示数およびその間のすべての分数と整数を含むことが意図されている。

本出願の説明および請求項において、言葉「備える」、「含む」、および「有する」、ならびにその語形は、言葉が関連することがありえるリストの部材に必ずしも限られるというわけではない。加えて、本出願と参照によって引用したいかなる文書の間にも矛盾がある場合、本出願が管理することは、本書面をもって意図される。

計算機可読の記憶媒体は、命令実行装置による使用のために命令を保持して格納できる有形の装置でありえる。計算機可読の記憶媒体は、例えば、電子記憶装置、磁気記憶装置、光記憶装置、電磁記憶装置、半導体装置、または前述のもののいかなる好適な組み合わせでありうるが、それらに限定されない。計算機可読の記憶媒体の具体例の完全に網羅しているわけではないリストは、ポータブル・コンピュータ・ディスケット、ハードディスク、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能なプログラマブル読出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）、ポータブル・コンパクト・ディスク読出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、メモリスティック、フロッピーディスク、そこに記録された命令を有する機械的にコード化された装置、および前述のもののいかなる好適な組み合わせも含む。本明細書で用いられる計算機可読の記憶媒体は、それ自体一時的信号、例えば、無線波または自由に伝播する電磁波、導波管または他の伝送媒体を通じて伝播する電磁波（例えば、光ファイバーケーブルを通過する光パルス）、あるいはワイヤを通じて送信される電気信号であるとして解釈されるべきではない。むしろ、計算機可読の記憶媒体は、非一時的な（すなわち、不揮発性）媒体である。

本願明細書に記載されている計算機可読のプログラム命令は、計算機可読の記憶媒体からそれぞれの計算／処理装置に、あるいはネットワーク、例えば、インターネット、ローカル・エリア・ネットワーク、ワイド・エリア・ネットワーク、および／または無線ネットワークを経由して外部コンピュータまたは外部記憶装置にダウンロードすることができる。ネットワークは、銅製の伝送ケーブル、光伝送ファイバー、無線伝送、ルーター、ファイアウォール、スイッチ、ゲートウェイコンピュータ、および／またはエッジサーバーを含むことができる。各計算／処理装置のネットワーク・アダプタ・カードまたはネットワークインターフェースは、ネットワークから計算機可読のプログラム命令を受信して、それぞれの計算／処理装置内の計算機可読の記憶媒体における格納のために計算機可読のプログラム命令を転送する。

本発明の動作を行うための計算機可読のプログラム命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、機械命令、機械依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、ステート設定データ、またはＪａｖａ、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋などのようなオブジェクト指向プログラミング言語を含む、一つ以上のプログラミング言語のいかなる組合せでも書かれるソースコードまたはオブジェクトコード、および従来の手順型のプログラミング言語、例えば「Ｃ」プログラミング言語または類似のプログラミング言語でありえる。計算機可読のプログラム命令は、ユーザのコンピュータで全面的に、ユーザのコンピュータで部分的に、独立型ソフトウェアパッケージとして、ユーザのコンピュータで部分的にそしてリモートコンピュータで部分的にまたはリモートコンピュータまたはサーバーで全面的に実行できる。後のシナリオにおいて、リモートコンピュータは、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）またはワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）を含む、あらゆるタイプのネットワーク経由でユーザのコンピュータに接続できるか、または接続は、外部コンピュータに（例えば、インターネットサービスプロバイダを用いたインターネットを通じて）なされることができる。いくつかの実施形態では、例えば、プログラム可能な論理回路、フィールドプログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、またはプログラム可能な論理アレイ（ＰＬＡ）を含む電子回路は、本発明の態様を実行するために、計算機可読のプログラム命令のステート情報を利用して、電子回路を個人用にすることによって計算機可読のプログラム命令を実行できる。

本発明の態様は、本発明の実施形態に従って、フローチャート図および／または方法、装置（システム）、およびコンピュータプログラム製品のブロック図を参照して本願明細書に記載されている。フローチャート図および／またはブロック図の各ブロック、ならびにフローチャート図および／またはブロック図のブロックの組合せが、計算機可読のプログラム命令によって実行できることが理解される。

これらの計算機可読のプログラム命令は、機械を生産するために、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサに提供することができる。そうすると、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサを介して実行する命令は、フローチャートおよび／またはブロック図ブロックまたはブロックで指定されている機能／行為を実行する手段を生成する。これらの計算機可読のプログラム命令は、特定の方法で機能するためにコンピュータ、プログラム可能なデータ処理装置、および／または他の装置に指示できる計算機可読の記憶媒体に格納することもできる。そうすると、そこに格納される命令を有する計算機可読の記憶媒体は、フローチャートおよび／またはブロック図のブロックに指定されている機能／行為の態様を実施する命令を含む製造品を備える。

計算機可読のプログラム命令はまた、コンピュータ、他のプログラム可能なデータ処理装置、または他の装置にロードして、一連の動作ステップをコンピュータ、他のプログラム可能な装置、または他の装置で実行して、コンピュータ実行プロセスを生成できる。そうすると、コンピュータ、他のプログラム可能な装置、または他の装置で実行する命令は、フローチャートおよび／またはブロック図のブロックで指定されている機能／行為を実行する。

図のフローチャートおよびブロック図は、本発明のさまざまな実施形態に従って、システム、方法、およびコンピュータプログラム製品の可能な実施態様のアーキテクチャー、機能、および動作を示す。この点に関しては、フローチャートまたはブロック図の各ブロックは、命令のモジュール、セグメント、または部分を表すことができて、それは指定された論理的機能を実施するための一つ以上の実行可能命令を含む。いくつかの代わりの実施態様において、ブロックに示す機能は、図に示す順序を外れて起こる場合がある。例えば、連続して示される２つのブロックは、事実、実質的に並行して実行されることができるか、またはブロックは、関係する機能によって、時々逆順で実行されることができる。ブロック図および／またはフローチャート図の各ブロック、およびブロック図および／またはフローチャート図のブロックの組合せは、指定された機能または行為を実行するかまたは専用ハードウェアおよびコンピュータ命令の組合せを実行する専用ハードウェアベースのシステムによって実施できる点にも留意される。

本発明のさまざまな実施形態の説明は、説明のために提示されたが、網羅的であるかまたは開示された実施形態に限られることを目的としない。多くの変更態様および変形例は、記載された実施形態の範囲および精神を逸脱せずに当業者にとって明らかである。本願明細書に用いる用語は、市場で見つかる技術をこえる実施形態、実用的なアプリケーション、または技術的改良の原理を最もよく説明するために、または当業者が本願明細書に開示される実施形態を理解することを可能にするために選ばれた。

Claims (24)

1. 自動収穫装置に連結したエフェクタであって、
   果房関連データを得るように構成されるセンサーユニットと、
   閉構成から拡張構成に拡張して、前記拡張構成から前記閉構成に閉じるように構成される閉運動連鎖機構と、
   果柄をカットするように構成される収穫剪断機であって、前記運動閉連鎖機構に連結される収穫剪断機と、
   前記果柄が前記収穫剪断機によってカットされた後に前記果柄をキャッチするように構成されるキャッチ機構と、
   前記エフェクタを操作して、前記果柄をカットするように構成されるプロセッサと、
   を備えるエフェクタ。
2. 前記閉運動連鎖機構は、一緒にヒンジと結合される少なくとも４つのアームを備え、前記閉運動連鎖機構が前記拡張構成にあるときに、前記閉運動連鎖機構が前記果房を囲むことを可能にする請求項１に記載のエフェクタ。
3. 前記ヒンジは、前記閉運動連鎖機構が前記拡張構成にあるときに、前記少なくとも４つのアームが分離するのを防止するために、中央ヒンジおよび遠位ヒンジを備える請求項２に記載のエフェクタ。
4. 前記少なくとも４つのアームは、前記果房の果物を前記エフェクタによって損傷されずに、前記果房が前記閉運動連鎖機構を通過することを可能にするのに十分大きな開口部を提供する請求項２に記載のエフェクタ。
5. 前記収穫剪断機は、前記果柄をカットするために必要とされるトルクを減らすために、遠位ヒンジの近くで前記閉運動連鎖機構に連結する請求項２に記載のエフェクタ。
6. 前記収穫剪断機は、前記エフェクタの遠位端で前記閉運動連鎖機構に連結される請求項１に記載のエフェクタ。
7. 前記センサーユニットは、前記果物の画像データとして柄位置データを得るカメラである請求項１に記載のエフェクタ。
8. 前記エフェクタは、自動マニピュレータによって前記自動収穫機に連結し、前記ロボットマニピュレータは、前記エフェクタを前記果物に合わせ、前記エフェクタを前記果柄の前記カット位置まで動かし、前記果物が前記エフェクタによって前記果物の収穫後に入れられる容器まで前記エフェクタを動かすように構成される請求項１に記載のエフェクタ。
9. 前記ロボットマニピュレータは、前記エフェクタを整列配置して、前記果柄のきれいなカットを実行するように更に構成される請求項８に記載のエフェクタ。
10. 前記ロボットマニピュレータは、所定ルートに沿って前記果房まで移動させるように更に構成される請求項８に記載のエフェクタ。
11. 前記プロセッサは、前記果房関連データに従って前記果房の奥行寸法を決定するように更に構成される請求項１に記載のエフェクタ。
12. 前記センサー画像は、前記プロセッサが前記果物位置を決定することを可能にするために奥行画像センサーを含む請求項１に記載のエフェクタ。
13. 果物の果柄の位置に関する果房関連データを得るステップと、
    自動収穫機に連結されたエフェクタが前記果柄に沿ったカット位置にあるかどうか決定するステップと、
    前記エフェクタが前記カット位置にあるという決定に応じて、前記エフェクタを操作して、前記果柄を前記カット位置でカットするステップと、
    のために前記自動収穫機の少なくとも一つのハードウェアプロセッサを使用することを含む方法。
14. 拡張構成に構成する、且つ閉構成に構成する閉運動連鎖機構を操作するステップを更に含む請求項１３に記載の方法。
15. 前記閉運動連鎖機構を操作して、前記閉構成に構成するステップは、前記果柄を前記カット位置でカットするのに必要なトルクおよび力を発生する請求項１３に記載の方法。
16. 前記果柄は、前記運動閉鎖機構の遠位端で前記閉運動連鎖機構に連結される収穫剪断機によってカットされる請求項１３に記載の方法。
17. 前記果柄が、前記収穫剪断機によってカットされた後に、キャッチ機構は、前記果柄をキャッチするために前記閉運動連鎖機構に連結される請求項１６に記載の方法。
18. 前記閉運動連鎖機構を操作して、前記拡張構成に構成して、前記キャッチ機構から前記果柄をリリースするステップを更に含む請求項１３に記載の方法。
19. 前記キャッチ機構を操作して、前記果柄をリリースするステップを更に含む請求項１８に記載の方法。
20. ロボットマニピュレータを操作して、前記エフェクタを前記果物に合わせるステップであって、前記ロボットマニピュレータは、前記エフェクタに連結されるステップと、
    前記ロボットマニピュレータを操作して、前記エフェクタが前記果物を入れる容器まで前記エフェクタを動かするステップと、
    を更に含む請求項１３に記載の方法。
21. 果房関連データを得るように構成されるセンサーユニットと、
    枝および障害物を果房の果柄から移動するように構成されるガードエフェクタと、
    前記果柄をカットするように構成される収穫エフェクタと、
    前記果柄が、前記収穫エフェクタによって、カットされた後に、前記果柄をキャッチするように構成されるキャッチ機構と、
    前記ガードエフェクタおよび前記収穫エフェクタを操作して、前記果柄をカットするように構成されるプロセッサと、
    を備える自動収穫機。
22. 前記ガードエフェクタは、前記ガードエフェクタを前記果房の方へ移動するように構成される第１のロボットマニピュレータに連結される請求項２１に記載の自動収穫機。
23. 前記収穫エフェクタは、前記収穫エフェクタを前記果房の方へ移動して、前記果房を収穫するように構成される第２のロボットマニピュレータに連結される請求項２２に記載の自動収穫機。
24. 果物の果柄の位置に関する果房関連データを得るステップと、
    自動収穫機に連結されたエフェクタが前記果柄に沿ったカット位置にあるかどうか決定するステップと、
    前記エフェクタが前記カット位置にあるという決定に応じて、枝および障害物を前記果柄から取り除くガードエフェクタと、前記果柄をカットする収穫エフェクタとを操作するステップと、
    のために前記自動収穫機の少なくとも一つのハードウェアプロセッサを使用することを含む方法。

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