JP2021087389A - 農作物収穫用エンドエフェクタ、及び農作物収穫システム - Google Patents

Abstract

【課題】収穫の際に主茎や枝を傷つけることを抑制して安全に収穫する。【解決手段】エンドエフェクタ１は、主茎９２や枝に結実した収穫対象物９１に対し果柄９３を切断して収穫する農作物収穫用エンドエフェクタである。エンドエフェクタ１は、果柄を切断するための切断刃２が設けられるベース部材１０と、自重で折れ曲がらずかつ湾曲可能な柔軟で長尺な部材で構成され、ベース部材から伸びて前記切断刃の周囲を囲う環状の通過部３を形成する柔軟部材２０と、柔軟部材をベース部材から押し出す及びベース部材側に引き込むことで通過部を拡大及び縮小する拡縮機構３０と、を備えている。拡縮機構は、通過部の内側に果柄を通した状態で柔軟部材をベース部材側へ引き込んで通過部を縮小させることで柔軟部材と切断刃とで果柄を挟み込んで切断する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、主茎や枝に結実した農作物を収穫するための農作物収穫用エンドエフェクタ、及び農作物収穫システムに関する。

近年、農作業の自動化を実現するため、農作物を自動で収穫するためのエンドエフェクタや農作物収穫用システムが提案されている。例えばロボットアームの先端にハサミ形状の刃を有するエンドエフェクタを設け、そのエンドエフェクタで果柄を切断することで、主茎や枝から果実を分離し収穫する構成が考えられている。しかしながら、刃物を用いて果柄を切断する構成の場合、エンドエフェクタを果柄に近づける際に刃部分が主茎や枝に接触して主茎や枝を傷つけてしまったり、さらには切断してしまったりするおそれがある。そして、主茎や枝の損傷や切断は、植物の様々な病気を引き起こす原因となり、ひどい場合には枯れてしまい、その結果、その後の収穫量の減少に繋がる。

特開２０１９−３７２１４号公報

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、収穫の際に主茎や枝を傷つけることを抑制して安全に収穫することができる農作物収穫用エンドエフェクタ、及び農作物収穫システムを提供することにある。

請求項１に記載のエンドエフェクタ（１）は、主茎（９２）又は枝に結実した収穫対象物（９１）に対し果柄（９３）を切断して前記収穫対象物を収穫する農作物収穫用エンドエフェクタである。エンドエフェクタ（１）は、前記果柄を切断するための切断刃（２）が設けられるベース部材（１０）と、自重で折れ曲がらずかつ湾曲可能な柔軟で長尺な部材で構成され、前記ベース部材から伸びて前記切断刃の周囲を囲う環状の通過部（３）を形成する柔軟部材（２０）と、前記柔軟部材を前記ベース部材から押し出す及び前記ベース部材に引き込むことで前記通過部を拡大及び縮小する拡縮機構（３０）と、を備える。前記拡縮機構は、前記通過部の内側に前記果柄を通した状態で前記柔軟部材を前記ベース部材側へ引き込んで前記通過部を縮小させることで前記柔軟部材と前記切断刃とで前記果柄を挟み込んで切断する。

ここで、例えばハサミ形状のエンドエフェクタによって果柄を切断しようとした場合、ハサミ形状のエンドエフェクタを主茎や枝を切断できる位置まで移動する際に、果柄や枝の伸びる方向に対してハサミ形状のエンドエフェクタを直角方向に接近させる必要がある。すると、ハサミ形状のエンドエフェクタを移動させる際に刃先部分が主茎や枝に接触して、主茎や枝を傷つけてしまうおそれがある。

一方、本構成によれば、エンドエフェクタは、主茎等に結実した収穫対象物に対し収穫対象物の先端から収穫対象物全体を通過部に通すことで、すなわち、例えばミニトマトのような主茎から垂れ下がった収穫対象物に対し、房全体を下方からすくうようにして通過部に通すことで、エンドエフェクタを主茎や枝を切断できる位置まで移動させることができる。その際、柔軟部材は、切断刃の周囲を囲っているため、主茎が切断刃に接触することを抑制できる。その結果、切断刃によって主茎や枝を傷つけてしまうことを抑制できて安全に収穫対象物を収穫することができるという優れた効果が得られる。

一実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例を示すもので、柔軟部材が押し出された状態を示す斜視図 一実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例を示すもので、図１のものにおいてカバー部材、押え部材、及び上側ガイド部材を取り外して示す斜視図 一実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例を示すもので、柔軟部材が押し出された状態を示す平面図 一実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例を示すもので、図３のものにおいてカバー部材、押え部材、及び上側ガイド部材を取り外して示す平面図 一実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例について図３のＸ５−Ｘ５線に沿って示す断面図 一実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例について把持機構周辺の構成を拡大し取付部材部分を断面として示す拡大部分断面図 一実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例について図６のＸ７−Ｘ７線に沿って示す拡大断面図 一実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例を示すもので、柔軟部材が引き込まれる途中の状態を示す平面図 一実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例を示すもので、柔軟部材が引き込まれた状態を示す平面図 一実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例について、図９における把持機構周辺の構成を拡大し取付部材部分を断面として示す拡大部分断面図 一実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例について図１０のＸ１１−Ｘ１１線に沿って示す拡大断面図 一実施形態による農作物収穫システムの構成を概略的に示す図 一実施形態による農作物収穫システムにおいて、視覚装置により取得した視覚情報の一例を示す図 一実施形態による農作物収穫システムにおいて、位置特定処理部により各位置を特定した場合の一例を概念的に示す図 一実施形態による農作物収穫システムにおいて実行される収穫動作の制御内容の一例を示すフローチャート 一実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの移動態様及び動作態様の一例を示す図（その１） 一実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの移動態様及び動作態様の一例を示す図（その２） 一実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの移動態様及び動作態様の一例を示す図（その３） 一実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの移動態様及び動作態様の一例を示す図（その４） 一実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの移動態様及び動作態様の一例を示す図（その５） 一実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの移動態様及び動作態様の一例を示す図（その６） 一実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの移動態様及び動作態様の一例を示す図（その７） 一実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの一例について、図２２の矢印Ｘ２３部分を拡大して示す図 実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの移動態様及び動作態様の一例を示す図（その８） 一実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの一例について、図２４の矢印Ｘ２５部分を拡大して示す図 一実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの移動態様及び動作態様の一例を示す図（その９） 一実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの移動態様及び動作態様の一例を示す図（その１０）

以下、一実施形態について図面を参照して説明する。
＜農作物収穫用エンドエフェクタの構成＞
まず、農作物収穫用エンドエフェクタ１の構成について、主に図１〜図１１を参照して説明する。本実施形態の農作物収穫用エンドエフェクタ１（以下、エンドエフェクタ１と称する）は、例えばトマト、ミニトマトやナスのように主茎から垂れ下がった状態で成長する果菜類や、リンゴやナシ、ブドウのように樹木の枝から垂れ下がった状態で成長する果樹類を収穫対象物として収穫することに用いることができる。

エンドエフェクタ１は、図１〜図４等に示すように、全体として一方向にやや長い形状に構成されており、切断刃２、ベース部材１０、柔軟部材２０、拡縮機構３０、及び把持機構４０を備えている。以下の説明では、エンドエフェクタ１の長手方向すなわち柔軟部材２０の伸縮方向のうち、ベース部材１０に対して柔軟部材２０が押し出される方向を、エンドエフェクタ１の前側とし、逆方向つまり柔軟部材２０がベース部材１０に引き込まれる方向をエンドエフェクタ１の後側とする。また、図１におけるエンドエフェクタ１の長手方向に対する直角方向を、エンドエフェクタ１の幅方向とする。そして、図３におけるエンドエフェクタ１の長手方向及び幅方向に対する直角方向を、エンドエフェクタ１の厚み方向とする。

ベース部材１０は、柔軟部材２０、拡縮機構３０、及び把持機構４０の土台となる構成であり、ケース部材１１、取付部材１２、下側ガイド部材１３、カバー部材１４、押え部材１５、上側ガイド部材１６、及び保護部材１７を含んで構成されている。ケース部材１１は、例えばエンドエフェクタ１の幅方向に長い矩形状であって、上面が開口した容器状に構成されている。ケース部材１１は、連通部１１１を有している。連通部１１１は、ケース部材１１にカバー部材１４が取り付けられた状態でケース部材１１の内部と外部とを連通するものであり、ケース部材１１の後面側に設けられている。本実施形態の場合、連通部１１１は、切り欠き形状に形成されている。

取付部材１２は、切断刃２及び把持機構４０を取り付けるためのものである。取付部材１２は、ケース部材１１の前側にあって、環状に配置された柔軟部材２０の内側に設けられている。ケース部材１１と取付部材１２とは一体に構成しても良いし、別体に構成しても良い。取付部材１２は、図６等に示すように、少なくとも１つこの場合２つの摺動溝部１２１を有している。摺動溝部１２１は、取付部材１２に対して把持機構４０を前後方向へ摺動可能に取り付けるための構成である。摺動溝部１２１は、例えば取付部材１２の下側面つまり裏面側から上側へ向かって溝形状に窪ませて形成されており、エンドエフェクタ１の前後方向つまり柔軟部材２０の伸縮方向へ向かって伸びる溝形状に形成されている。

下側ガイド部材１３は、取付部材１２及び切断刃２の前側にあって、取付部材１２の下側つまり切断刃２の下側に設けられている。下側ガイド部材１３は、エンドエフェクタ１の後側から前側へ向かうにつれて、２つの先端がエンドエフェクタ１の幅方向の外側へ向かってＶ字状に開いた形状に形成されている。また、下側ガイド部材１３は、エンドエフェクタ１の後方から前側へ向かってやや下降するように曲げて形成されている。すなわち、下側ガイド部材１３の先端部は基端部に比べてやや下降している。これにより、柔軟部材２０が柔軟部材２０をベース部材１０側へ引き込む際に、柔軟部材２０がその自重により若干下方へ撓んだ場合であっても、柔軟部材２０がベース部材１０側へ引き込まれ易くなる。なお、下側ガイド部材１３は、ケース部材１１又は取付部材１２と一体に構成しても良いし、別体に構成しても良い。

カバー部材１４は、例えば板状に形成されており、ケース部材１１に取り付けられてケース部材１１の上側の開口を覆っている。押え部材１５は、取付部材１２の上面を覆っている。切断刃２は、取付部材１２に着脱可能に固定されている。この場合、切断刃２は、例えば市販品を用いることができ、取付部材１２と押え部材１５との間に挟まれて固定される。取付部材１２に対する押え部材１５の固定は、ボルトなどを用いることができる。ユーザは、押え部材１５を取付部材１２から取り外すことで、切断刃２を交換することができる。

押え部材１５は、切り欠き部１５１を有している。切り欠き部１５１は、エンドエフェクタ１の前側へ向かってＵ字状に開放した切り欠き形状に形成されている。切り欠き部１５１は、押え部材１５が取付部材１２の上面を覆った状態において切断刃２の上面の前側の一部を露出させる。

上側ガイド部材１６は、押え部材１５の前側にあって、取付部材１２及び切断刃２の上側に設けられている。上側ガイド部材１６は、下側ガイド部材１３と同様に、エンドエフェクタ１の後側から前側へ向かうにつれて、２つの先端部１６１がエンドエフェクタ１の幅方向の外側へ向かってＶ字状に開いた形状に形成されている。本実施形態の場合、カバー部材１４、押え部材１５、及び上側ガイド部材１６は、板状の部材によって一体に構成されている。なお、カバー部材１４、押え部材１５、及び上側ガイド部材１６は、それぞれ別体に構成しても良い。

保護部材１７は、ケース部材１１に設けられている。保護部材１７は、剛性を有する部材で構成されており、ケース部材１１側から前側へ向かってエンドエフェクタ１の幅方向に広がって開放された形状いわゆる半環状に形成されている。保護部材１７は、柔軟部材２０の根元部分つまりケース部材１１側の部分の外方を囲むようにして配置されている。保護部材１７は、柔軟部材２０が拡大した際の幅方向の寸法、つまり通過部３の最大幅寸法を規定する。この場合、上側ガイド部材１６の両先端部１６１は、少なくとも保護部材１７と重なっているか、又は保護部材１７よりもエンドエフェクタ１の幅方向の外側に位置している。なお、保護部材１７は、閉じた環状に形成することも出来る。

柔軟部材２０は、自重で折れ曲がらずかつ湾曲可能な柔軟で長尺な部材で構成されている。なお、本実施形態において、柔軟部材２０が自重で折れ曲がらないとは、例えば通過部３が最大サイズとなっている状態において、通過部３に収穫対象物を通過させることができる状態を維持できる程度に折れ曲がらなければ良く、柔軟部材２０がその自重により若干たわむことまで否定するものではない。また、この場合、柔軟部材２０は、当該柔軟部材２０の長手方向に伸縮しないか、又は弾性的に若干伸縮するように構成されている。

柔軟部材２０は、例えば金属製または樹脂製のワイヤや、動力を伝達するためのベルトで構成することができる。本実施形態の場合、柔軟部材２０は、例えば歯付きベルト（コグドベルトとも称する）で構成されている。また、柔軟部材２０は、Ｖベルトや平ベルトなどで構成することもできる。柔軟部材２０をベルトやワイヤで構成する場合、柔軟部材２０は市販品を用いることができる。

柔軟部材２０は、ベース部材１０この場合、ケース部材１１から伸びて切断刃２の周囲を囲う環状の通過部３を形成する。すなわち、柔軟部材２０は、柔軟部材２０の全長の中央部分がケース部材１１の外部に位置しているとともに、中央部分に対して両端側部分２０１、２０１がケース部材１１内に引き込まれるようにして設けられている。これにより、柔軟部材２０は、ケース部材１１から伸びるように設けられて環状の通過部３を形成している。通過部３の最大径は、その内側に収穫対象物９１を通過させることが可能なサイズに設定されている。

エンドエフェクタ１は、ベース部材１０この場合ケース部材１１に対して柔軟部材２０を押し出し及び引き込むことで、つまりケース部材１１に対して柔軟部材２０を伸縮させることで、通過部３のサイズを拡大及び縮小可能に構成されている。以下の説明では、柔軟部材２０の押し出し及び引き込み方向を、柔軟部材２０の移動方向又は拡縮方向と称することがある。本実施形態の場合、柔軟部材２０の移動方向又は拡縮方向は、エンドエフェクタ１の前後方向となる。

本実施形態の場合、エンドエフェクタ１は、受け部材２１を備えていている。受け部材２１は、例えば柔軟部材２０とは別体であって、柔軟部材２０よりも剛性の高い樹脂や金属などで構成されており、例えば柔軟部材２０に挟み込まれるようにして取り付けられている。受け部材２１は、柔軟部材２０に沿って、かつ柔軟部材２０の移動方向つまり拡縮方向に対して直角方向に伸びる板状に構成されている。受け部材２１は、柔軟部材２０の環状の先端部分、つまり、柔軟部材２０の全長における中央部分に設けられている。換言すれば、受け部材２１は、柔軟部材２０において、ベース部材１０側に引き込まれない部分に設けられている。なお、エンドエフェクタ１は、必ずしも受け部材２１を備えている必要はない。また、受け部材２１は、つまり柔軟部材２０と同一の材質で一体に構成しても良い。

拡縮機構３０は、柔軟部材２０を、ベース部材１０この場合ケース部材１１から押し出す及びケース部材１１に引き込むことで通過部３の径を拡大及び縮小する機能を有する。すなわち、拡縮機構３０は、図５に示す駆動源３１からの動力を柔軟部材２０に伝達し、これにより柔軟部材２０を伸縮させて通過部３のサイズを拡大及び縮小するためのものである。拡縮機構３０は、通過部３の内側に果柄を通した状態で柔軟部材２０をベース部材１０のケース部材１１側へ引き込んで通過部３を縮小させることで、柔軟部材２０と切断刃２とで果柄を挟み込んで切断する機能を有する。

本実施形態において、拡縮機構３０は、柔軟部材２０の両端側部分２０１、２０１を押し出し及び引き込む構成である。拡縮機構３０は、図２、図４、及び図５に示すように、駆動源３１、駆動ギヤ３２、第１軸受け３３、第２軸受け３４、第１従動部材３５、第２従動部材３６、及び補助部材３７を有している。駆動源３１は、例えば電気モータであり、ケース部材１１の外部にあってケース部材１１の下面側に設けられている。この場合、駆動源３１は、回転力を発生する。

駆動ギヤ３２、第１軸受け３３、第２軸受け３４、第１従動部材３５、第２従動部材３６、及び補助部材３７は、ケース部材１１の内部に収容されている。駆動ギヤ３２、第１軸受け３３、第２軸受け３４、第１従動部材３５、第２従動部材３６、及び補助部材３７は、駆動源３１の駆動力を柔軟部材２０に伝達する伝達機構を構成する。

駆動ギヤ３２は、駆動源３１の回転軸３１１に接続されて回転軸３１１と一体的に回転する。軸受け３３、３４は、例えばボールベアリングを含んで構成されており、それぞれケース部材１１に固定されて、従動部材３５、３６を回転可能に支持する。従動部材３５、３６は、駆動源３１の回転力を直接的又は間接的に受けて回転するとともにその回転を柔軟部材２０に伝達する機能を有する。本実施形態の場合、第１従動部材３５は、駆動ギヤ３２を介して駆動源３１の回転力を間接的に受ける。第２従動部材３６は、駆動ギヤ３２及び第１従動部材３５を介して駆動源３１の回転力を間接的に受ける。なお、第１従動部材３５及び第２従動部材３６は、駆動源３１の回転軸３１１に直結されて駆動源３１の駆動力を直接的に受ける構成としても良い。

第１従動部材３５及び第２従動部材３６は、同一構成であり、それぞれ従動ギヤ部３５１、３６１、及び伝達部３５２、３６２、を有している。従動ギヤ部３５１、３６１、及び伝達部３５２、３６２は、それぞれ軸受け３３、３４を中心に一体的に回転可能に構成されている。

本実施形態では、第１従動部材３５の従動ギヤ部３５１を第１従動ギヤ部３５１と称し、第２従動部材３６の従動ギヤ部３６１を第２従動ギヤ部３６１と称する場合がある。また、第１従動部材３５の伝達部３５２を第１伝達部３５２と称し、第２従動部材３６の伝達部３６２を第２伝達部３６２と称する場合がある。

駆動ギヤ３２、第１従動ギヤ部３５１、及び第２従動ギヤ部３６１は、同一モジュールのギヤで構成されている。この場合、第１従動ギヤ部３５１と第２従動ギヤ部３６１のギヤ比は同一に設定されている。駆動ギヤ３２と、第１従動ギヤ部３５１とは噛み合っている。また、第１従動ギヤ部３５１と第２従動ギヤ部３６１とは噛み合っている。

伝達部３５２、３６２は、それぞれ従動ギヤ部３５１、３６１と共通の回転軸を中心に、従動ギヤ部３５１、３６１と一体的に回転可能に構成されている。すなわち、第１伝達部３５２は、第１従動ギヤ部３５１と共通の回転軸である第１軸受け３３を中心に、第１従動ギヤ部３５１と一体的に回転可能に構成されている。同様に、第２伝達部３６２は、第２従動ギヤ部３６１と共通の回転軸である第２軸受け３４を中心に、第２従動ギヤ部３６１と一体的に回転可能に構成されている。

本実施形態の場合、柔軟部材２０が歯付きベルトで構成されていることから、伝達部３５２、３６２は、歯付きベルトの歯と噛み合うことにより動力を伝達することができる歯付きプーリーで構成されている。なお、柔軟部材２０が平ベルトやＶベルトで構成されている場合、伝達部３５２、３６２は、それぞれ平ベルトやＶベルトに対応した、例えば摩擦によって動力を伝達することができるプーリーで構成される。本実施形態の場合、柔軟部材２０の両端側部分２０１、２０１には、それぞれ各伝達部３５２、３６２に接触して噛み合っている。これにより、従動ギヤ部３５１、３６１の回転は、柔軟部材２０の両端側部分２０１、２０１に伝達される。

柔軟部材２０をベルトやワイヤで構成する場合、柔軟部材２０として市販品を用いることができる。また、柔軟部材２０が使用により消耗した場合、ユーザは、カバー部材１４をケース部材１１から取り外した状態で、柔軟部材２０を交換することができる。

補助部材３７は、各伝達部３５２、３６２の周囲にあって、ケース部材１１に回転可能に設けられている。柔軟部材２０は、補助部材３７と伝達部３５２、３６２との間に通されている。補助部材３７は、柔軟部材２０に接触して柔軟部材２０の位置を規定しており、柔軟部材２０と伝達部３５２、３６２との噛み合いが外れてしまうことを防いでいる。

この構成において、駆動源３１の駆動により駆動ギヤ３２が回転すると、その回転力は、駆動ギヤ３２を介して第１従動ギヤ部３５１に伝達されるとともに、第１従動ギヤ部３５１を介して第２従動ギヤ部３６１に伝達される。これにより、第１従動部材３５と第２従動部材３６とが、相反する方向に回転する。そして、第１従動部材３５及び第２従動部材３６の回転は、各伝達部３５２、３６２を介して柔軟部材２０の両端部側２０１、２０１に伝達される。すると、柔軟部材２０の両端部側２０１、２０１が同じ速度で押し出し及び引き込まれて、これにより、柔軟部材２０は、各従動部材３５、３６の回転方向に対応した方向へ伸縮、つまり押し出し又は引き込まれる。このように、エンドエフェクタ１は、駆動源３１の回転方向を制御して駆動させることにより、柔軟部材２０によって形成される通過部３のサイズを拡大又は縮小することができる。

なお、本実施形態において、柔軟部材２０の両端部は、ケース部材１１の連通部１１１からケース部材１１の外部に引き出されている。そして、柔軟部材２０の両端部をケース部材１１側へ引き込んだ場合、つまり通過部３のサイズを縮小した場合、柔軟部材２０の両端部は、ケース部材１１の連通部１１１からケース部材１１の外部へ押し出される。

これによれば、柔軟部材２０の両端部をケース部材１１側へ引き込んだ際に、その引き込んだ柔軟部材２０をケース部材１１内に収容する必要がないため、ケース部材１１自体のサイズが大型化してしまうことを抑制でき、エンドエフェクタ１を小型なものにすることができる。また、この場合、ユーザは、カバー部材１４をケース部材１１から取り外すことなくケース部材１１の外部から柔軟部材２０を触ることができるため、調整等の作業性の向上を図ることができる。

なお、エンドエフェクタ１は、柔軟部材２０の両端部をケース部材１１側へ引き込んだ場合に、柔軟部材２０の両端部を巻き取る機構を備えていても良い。この場合、柔軟部材２０の両端部を巻き取る機構は、ケース部材１１の内部に設けても良いし、外部に設けても良い。また、柔軟部材２０の両端部をケース部材１１側へ引き込んだ際の両端部分をケース部材１１の内部に収容する構成において、その両端部分が他の構成と干渉等しなければ、上述したような柔軟部材２０の両端部を巻き取る機構を設ける必要はない。

柔軟部材２０の両端部を巻き取る機構は、例えば柔軟部材２０の両端部を従動部材３５、３６の伝達部３５２、３６２にそれぞれ固定し、従動部材３５、３６の回転に伴って柔軟部材２０の両端部側２０１、２０１を巻き取る構成とすることができる。この構成によれば、柔軟部材２０の拡大又は縮小のための動力伝達に、柔軟部材２０と伝達部３５２、２６２に必要となる歯や摩擦力が不要になるため、柔軟部材２０を、歯付きベルトや平ベルト、Vベルトの他に、例えば細いリング状のワイヤや板ばねなどで構成することができる。

また、本実施形態において、拡縮機構３０は、２つの伝達部３５２、３６２の間に、柔軟部材２０の両端部側２０１、２０１を配置する構成としているが、伝達部２５２、３６２の両外側に柔軟部材２０の両端部側２０１、２０１を配置する構成とすることも出来る。すなわち、拡縮機構３０は、柔軟部材２０の両端部側２０１、２０１の内側に伝達部３５２、３５２を配置する構成であっても良い。これによれば、柔軟部材２０の両端部側２０１、２０１は、大きな曲率を描いて配置される、つまり、本実施形態の場合に比べて柔軟部材２０の変形量が少なくなる。そのため、柔軟部材２０が硬質のものであっても折れ曲がり等の破損が生じ難くなる。なお、この場合、柔軟部材２０を押し出し及び引き込む際の駆動源３１、第１従動部材３５、及び第２従動部材３６の回転方向は、本実施形態のものとは逆になる。

把持機構４０は、ベース部材１０に設けられている。本実施形態の場合、把持機構４０は、ベース部材１０の取付部材１２に設けられている。把持機構４０は、拡縮機構３０が柔軟部材２０をベース部材１０に引き込み、柔軟部材２０と切断刃２とで果柄を挟み込んで切断した場合に、柔軟部材２０との間に切断した果柄を挟み込んで把持する機能を有する。これにより、果柄が切断された収穫対象物が落下しないようにすることができる。

本実施形態の場合、把持機構４０は、図６に示すように、把持部材４１、及び弾性部材４２を有している。把持部材４１は、取付部材１２に摺動可能に設けられている。また、図７に示すように、把持部材４１は、エンドエフェクタ１の厚み方向に見た場合に、押え部材１５及び切断刃２と、下側ガイド部材１３との間に設けられている。そして、エンドエフェクタ１の厚み方向に見た場合に、把持部材４１は、柔軟部材２０の少なくとも一部又は全部と、その厚み方向において重なっている。

把持部材４１は、図７に示すように、接触部４１１、摺動部４１２、ばね受け部４１３、及び突出部４１４を有している。接触部４１１は、柔軟部材２０の環状の先端部分、つまり柔軟部材２０に設けられた受け部材２１に対向する位置に設けられている。この場合、接触部４１１は、果柄に接触する部分であり、切断刃２及び受け部材２１に平行に伸びる、すなわちエンドエフェクタ１の幅方向に長い板状に構成されている。また、この場合、受け部材２１を含む柔軟部材２０と、把持機構４０の把持部材４１とは、切断刃２を含んで環状に形成されており、その内側に収穫対象物を通すことが可能な通過部３を形成している。

摺動部４１２は、接触部４１１の背面側から取付部材１２側へ向かって直線状に伸びる板状に構成されている。摺動部４１２は、図６及び図７に示すように取付部材１２に形成された摺動溝部１２１内に摺動可能に配置されている。これにより、把持部材４１は、受け部材２１に対して接触部４１１との平行姿勢を保ったまま、エンドエフェクタ１の長手方向に沿って、つまり柔軟部材２０の移動方向に沿って摺動することができる。ばね受け部４１３は、例えば摺動部４１２よりも大きく形成されており、弾性部材４２の両端部のうち接触部４１１側を受ける機能を有する。

突出部４１４は、図７に示すように、把持部材４１の接触部４１１に設けられている。この場合、突出部４１４は、接触部４１１の長手方向の全体、つまり接触部４１１におけるエンドエフェクタ１の幅方向の略全体に亘って設けられている。突出部４１４は、例えば断面が鋭角に形成することができるが、果柄を切断するものではない。すなわち、突出部４１４は、果柄に押し付けられた際にその果柄を切断しないが果柄に食い込む程度に鋭角に形成されている。突出部４１４は、例えば多数の角錐形状や円柱形状、若しくは半球状で構成することもできる。なお、把持部材４１の突出部４１４に換えて、又は把持部材４１の突出部４１４と共に、受け部材２１に突出部４１４と同様の構成を設けても良い。

弾性部材４２は、たとえばコイルばねで構成されており、取付部材１２の摺動溝部１２１内に収容されている。弾性部材４２は、把持部材４１に対して、エンドエフェクタ１の前方、つまり柔軟部材２０の前端部、換言すれば受け部材２１側へ向かう方向へ弾性力を作用させている。これにより、接触部４１１を含む把持部材４１は、取付部材１２に対して弾性的に移動可能に構成されている。

接触部４１１を含む把持部材４１は、取付部材１２に対して受け部材２１とは反対側への力が作用していない状態、つまり取付部材１２側へ押し込まれる方向への外力を受けていない状態では、図６及び図７に示すように、切断刃２よりも通過部３の中心側に突出して切断刃２の一方の面、この場合、押え部材１５とは反対側の面つまり下面を覆っている。

また、図８から図９にかけて示すように、柔軟部材２０がベース部材１０側へ引き込まれると、接触部４１１を含む把持部材４１は、柔軟部材２０によって通過部３の中心とは反対方向への力、つまり取付部材１２側へ押し込まれる方向への外力を受ける。すると、接触部４１１を含む把持部材４１は、図１０及び図１１に示すように、切断刃２の刃先よりも通過部３の中心とは反対方向へ移動する。これにより、切断刃２によって果柄を切断可能な程度に切断刃２が露出する。

この構成において、エンドエフェクタ１は、図８及び図９に示すように、拡縮機構３０を駆動させて柔軟部材２０の両端側部分２０１、２０１をベース部材１０側つまりエンドエフェクタ１の後方へ引き込む。そして、柔軟部材２０に設けられた受け部材２１と切断刃２の刃先との距離が無くなると、つまり柔軟部材２０に設けられた受け部材２１が切断刃２の下側まで移動すると、通過部３が実質的に消失する。このとき、例えば図２３及び図２５に示すように、把持部材４１の接触部４１１と柔軟部材２０に設けられた受け部材２１との間に果柄９３が存在していれば、エンドエフェクタ１は、露出した切断刃２によってその果柄９３を切断するとともに、突出部４１４を果柄９３に食い込ませた状態で接触部４１１と受け部材２１との間に果柄９３を挟み込んで把持することができる。

この場合、拡縮機構３０の駆動を制御することにより、または柔軟部材２０のベース部材１０側への移動を規制する構成を設けることにより、把持部材４１の接触部４１１と受け部材２１との間に隙間を形成するようにしても良い。すなわち、柔軟部材２０がベース部材１０側の移動端まで引き込まれた状態において、把持部材４１の接触部４１１と受け部材２１とが所定距離で離間した状態に維持する構成としても良い。

これにより、エンドエフェクタ１は、果柄９３を把持する際に、把持部材４１の接触部４１１と受け部材２１が完全には接触しないため、果柄９３を潰したり切断したりして、収穫対象物９１を落としてしまうことを抑制できる。

なお、所定距離つまり果柄９３を把持する際の把持部材４１の接触部４１１と受け部材２１との離間距離は、０より大きい値であって、かつ例えば果柄の外径の平均値よりもやや小さい値に設定することが望ましい。これにより、エンドエフェクタ１は、把持部材４１に設けられた突出部４１４を果柄９３に食い込ませて収穫対象物９１の果柄９３をより確実に把持することができる。

また、エンドエフェクタ１は、拡縮機構３０を駆動させて柔軟部材２０をベース部材１０とは反対側つまりエンドエフェクタ１の前方へ押し出すように移動させることで、通過部３を拡大させることができる。これにより、把持部材４１の接触部４１１及び突出部４１４と柔軟部材２０に設けられた受け部材２１とで挟み込んで保持していた果柄９３を解放することができる。

＜農作物収穫システム＞
次に、エンドエフェクタ１を用いた農作物収穫システムの一例について、図１２〜図２７も参照して説明する。図１２に示す農作物収穫システム５０は、収穫対象物９１の農作物にミニトマトを設定した例である。本実施形態では、複数の実で構成された房全体を収穫対象物９１とする。本実施形態の農作物収穫システム５０は、複数のミニトマトを房ごと収穫することができる。

ミニトマトのような収穫対象物９１は、主茎９２から果柄９３を介して垂れ下がった状態で結実している。市場での販売を目的とした商品用のミニトマトは、ビニールハウスで育てられることが多い。この場合、主茎９２の先端部は、ビニールハウスの天井付近に配置されたレールに吊り下げられている。これにより、主茎９２は、地面から天井付近へ向かって斜め上方に傾斜するように伸びている。

なお、本実施形態の農作物収穫システム５０の収穫対象物は、その実が主茎又は結実母枝から垂れ下がった状態で結実するものであれば、ミニトマトに限定されない。また、収穫対象物は、必ずしも主茎又は結実母枝から垂直下方へ垂れ下がっている必要はない。更には、収穫対象物は、主茎又は結実母枝から上方へ向かって実っているものでも良い。なお、本実施形態では、主茎及び枝とは、いずれも収穫作業によって生じる損傷等から保護する対象であり、技術的には同義のものとして扱う。

本実施形態の農作物収穫システム５０は、エンドエフェクタ１に加えて、視覚装置５１、ロボットアーム５２、運搬装置５３、及び回収箱５４を更に備えている。視覚装置５１は、収穫対象物９１の位置情報を含む視覚情報を取得可能な装置である。視覚装置５１は、例えばステレオカメラ、ＴｏＦ（Time of Flight）カメラ、ストラクチャードライトスキャナ等の３次元の空間及び物体を計測することができる装置である。

本実施形態の場合、視覚装置５１が取得する視覚情報には、収穫対象物９１の位置情報及び外形形状情報の他、色情報も含まれる。また、視覚装置５１が取得する視覚情報には、主茎９２の位置情報、外形形状情報、及び色情報も含まれるが、果柄９３の位置情報、外形形状情報、及び色情報は含んでいても含んでいなくても良い。すなわち、本実施形態の場合、視覚装置５１は、収穫対象物９１及び主茎９２の位置情報、外形形状情報、及び色情報については取得するが、果柄９３の位置情報、外形形状情報、及び色情報については必ずしも取得する必要はない。

本実施形態の場合、視覚装置５１は、図示しない取り付け用のステーを介してエンドエフェクタ１のベース部材１０、この場合、カバー部材１４に取り付けられている。すなわち、本実施形態の場合、エンドエフェクタ１は、視覚装置５１を含んで構成されている。この場合、エンドエフェクタ１の移動に伴って視覚装置５１も移動する。なお、視覚装置５１は、必ずしもエンドエフェクタ１に取り付けられている必要はない。視覚装置５１は、例えばロボットアーム５２に取り付けても良いし、運搬装置５３に取り付けても良い。また、視覚装置５１は、例えば図示しないビニールハウスの構造物に取り付けて、常に定位置を維持する構成としても良い。

ロボットアーム５２は、例えば複数の駆動軸、この場合６つの駆動軸を有する６軸垂直多関節ロボットである。エンドエフェクタ１は、ロボットアーム５２の手先に取り付けられている。ロボットアーム５２は、エンドエフェクタ１を任意の位置に移動させるとともに任意の姿勢に回転させることができる。

運搬装置５３は、エンドエフェクタ１を取り付けたロボットアーム５２と、回収箱５４とを、収穫対象物９１まで運搬するための構成である。運搬装置５３は、例えばタイヤ５３２を駆動するための図示しないモータを有しており、外部からの制御等によって任意の位置に移動することができる。回収箱５４は、エンドエフェクタ１で果柄９３を切断して収穫した収穫対象物９１を収容し回収するための箱である。回収箱５４は、例えば上側か開口した容器状に形成されており、運搬装置５３に設置されている。なお、例えばビニールハウス等の設備が、ベルトコンベヤー等のような収穫対象物９１を搬送する装置を備えている場合は、回収箱５４を削減することができる。

また、農作物収穫システム５０は、エンドエフェクタ制御部４、視覚装置制御部５１１、ロボットアーム制御部５２１、及び運搬装置制御部５３１を備えている。エンドエフェクタ制御部４、視覚装置制御部５１１、ロボットアーム制御部５２１、及び運搬装置制御部５３１は、それぞれエンドエフェクタ１の主に拡縮機構３０、視覚装置５１、ロボットアーム５２、及び運搬装置５３に付随する例えば専用の装置であり、例えば運搬装置５３に設けられている。

エンドエフェクタ制御部４、視覚装置制御部５１１、ロボットアーム制御部５２１、及び運搬装置制御部５３１は、それぞれ例えば図示しないＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び書き換え可能なフラッシュメモリなどの記憶領域を有するマイクロコンピュータと、エンドエフェクタ１の主に拡縮機構３０、視覚装置５１、ロボットアーム５２、及び運搬装置５３に駆動力となる電力を供給するための電力回路等を主体に構成されている。エンドエフェクタ１の拡縮機構３０、視覚装置５１、ロボットアーム５２、及び運搬装置５３は、それぞれエンドエフェクタ制御部４、視覚装置制御部５１１、ロボットアーム制御部５２１、及び運搬装置制御部５３１からの指令に基づいて駆動制御される。

制御装置６０は、エンドエフェクタ制御部４、視覚装置制御部５１１、ロボットアーム制御部５２１、及び運搬装置制御部５３１を介して、それぞれエンドエフェクタ１、視覚装置５１、ロボットアーム５２、及び運搬装置５３を制御するためのものである。制御装置６０は、エンドエフェクタ制御部４、視覚装置制御部５１１、ロボットアーム制御部５２１、及び運搬装置制御部５３１のそれぞれに有線又は無線によって通信可能に接続されている。この場合、制御装置６０は、例えばＬＡＮやＷＡＮ、若しくはインターネットや携帯電話回線等の電気通信回線８０を介してエンドエフェクタ制御部４、視覚装置制御部５１１、ロボットアーム制御部５２１、及び運搬装置制御部５３１に接続されていても良い。

制御装置６０は、図１２に示すように、例えばＣＰＵ６０１や、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び書き換え可能なフラッシュメモリなどの記憶領域６０２を有するマイクロコンピュータを主体に構成されている。制御装置６０は、エンドエフェクタ１、視覚装置５１、ロボットアーム５２、及び運搬装置５３に対して駆動指令を出すとともに、エンドエフェクタ１、視覚装置５１、ロボットアーム５２、及び運搬装置５３からフィードバックを受ける。制御装置６０は、エンドエフェクタ１、視覚装置５１、ロボットアーム５２、及び運搬装置５３のいずれにも付随しない汎用の制御装置である。すなわち、制御装置６０は、エンドエフェクタ制御部４、視覚装置制御部５１１、ロボットアーム制御部５２１、及び運搬装置制御部５３１に対して指令を出す上位の装置である。制御装置６０は、例えばパーソナルコンピュータやサーバ等で構成することができる。

記憶領域６０２は、農作物収穫システム用のプログラムを記憶している。制御装置６０は、ＣＰＵ６０１において農作物収穫システム用のプログラムを実行することにより、収穫対象物検出処理部６１、位置情報特定処理部６２、移動経路生成処理部６３、移動処理部６４、切断処理部６５、負荷検出処理部６６、過負荷時復帰処理部６７、及び回収処理部６８等を、ソフトウェアによって仮想的に実現する。なお、これら位置情報特定処理部６２、移動経路生成処理部６３、移動処理部６４、切断処理部６５、負荷検出処理部６６、過負荷時復帰処理部６７、及び処理部６８は、例えば制御装置６０と一体の集積回路としてハードウェア的に実現してもよい。

収穫対象物検出処理部６１は、収穫対象物検出処理を実行可能である。収穫対象物検出処理は、視覚装置５１で取得した視覚情報から、視覚装置５１の視野内に収穫対象物９１が存在しているか否かを検出する処理を含む。この場合、視覚装置５１で取得する視覚情報は、図１３に示すように、ポイントクラウドと称される点群データで構成されている。この視覚情報は、例えばＸ−Ｙ−Ｚ直交座標系上に配置された点群で構成されており、各点についてのＲＧＢ（Ｒ：Ｒｅｄ、Ｇ：Ｇｒｅｅｎ、Ｂ：Ｂｌｕｅ）の色情報と、視覚装置５１を基準とした深度情報（Ｄ：Ｄｅｐｔｈ）つまりＸ−Ｙ−Ｚ直交座標系における位置情報と、を含んでいる。図１３の例の場合、収穫対象物であるミニトマト９１については赤色が検出され、主茎９２については緑色が検出されている。なお、視覚装置５１は、視覚情報として例えば赤外線カメラによりモノクロ値を取得しても良い。

収穫対象物検出処理部６１は、点群の外形を認識することで、収穫対象物９１や主茎９２の外形形状を認識することができる。この場合、果柄９３は、収穫対象物９１や主茎９２に比べて細い。そのため、視覚装置５１によって果柄９３の視覚情報を取得しようとすると、視覚装置５１の性能や分解能を上げる必要があり、ハードウェアコストが増大する。また、視覚装置５１の処理負荷及び、取得した視覚情報を用いた制御装置６０による処理負荷も増大する。そこで、本実施形態においては、視覚装置５１は、果柄９３の視覚情報を積極的には取得しないように構成している。これにより、視覚装置５１や制御装置６０の処理負荷を低減することができる。

収穫対象物検出処理部６１は、まず、視覚装置５１で取得した視覚情報から、収穫対象物９１の色値が高い点群データを抽出する。本実施形態の場合、収穫対象物検出処理部６１は、ミニトマト９１の色である赤色値が高い点群データを抽出する。そして、収穫対象物検出処理部６１は、例えば取得した視覚情報の中に赤色値の高い点群が所定範囲以上存在している場合には、取得した視覚情報に収穫対象物９１が含まれている、つまり視覚装置５１の視野内に収穫対象物であるミニトマト９１が存在していると判断する。

一方、収穫対象物検出処理部６１は、取得した視覚情報の中に存在する赤色値の高い点群が所定範囲未満である場合には、取得した視覚情報に収穫対象物９１が含まれていない、つまり視覚装置５１の視野内に収穫対象物であるミニトマト９１が存在していないと判断する。このように、収穫対象物検出処理部６１は、取得した視覚情報のうち赤色値の高い点群を収穫対象物であるミニトマト９１であると認識する。なお、収穫対象物検出処理部６１は、視覚情報に含まれるＸ−Ｙ−Ｚ直交座標系上に配置された点群の情報すなわち３次元点群情報や、赤外線カメラによりモノクロ値から、収穫対象物９１や主茎９２を認識する構成としても良い。

位置情報特定処理部６２は、位置特定処理を実行可能である。位置特定処理は、図１４に示すように、視覚装置５１で取得した視覚情報から収穫対象物９１の先端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）と基端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）とを含む収穫対象物９１の位置を特定する処理を含む。本実施形態において、先端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）は、主茎９２を基準にして収穫対象物９１全体の先端側の位置を意味し、収穫対象物９１全体において主茎９２から最も離れた端部である。また、基端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）は、主茎９２を基準にして収穫対象物９１全体の基端側の位置を意味し、収穫対象物９１全体において主茎９２に最も近い端部である。

この場合、先端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）の外方とは、先端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）に対して収穫対象物９１全体の外方つまり先端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）に対して主茎９２から離れる方向を意味する。また、基端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）の外方とは、基端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）に対して収穫対象物９１全体の外方つまり基端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）に対して主茎９２に近づく方向を意味する。

ミニトマトのような収穫対象物９１は主茎９２から垂れ下がっている。そのため、この場合、先端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）は収穫対象物９１の下端位置となり、基端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）は、収穫対象物９１の上端位置となる。以下では、収穫対象物９１の先端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）を下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）とし、基端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）を上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）として説明する。この場合、先端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）の外方は、下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）の下方となり、基端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）の外方は、上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）の上方となる。

位置情報特定処理部６２は、収穫対象物検出処理部６１で検出した収穫対象物９１の点群データつまり赤色値の高い点群データの中から、Ｚ値が最小となる点を抽出して収穫対象物９１の下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）を特定するとともに、Ｚ値が最大となる点を抽出して収穫対象物９１の上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）を特定する。

ここで、実際にＺ値が最小となっている最下点及びＺ値が最大となる最上点のデータのみを用いて下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）及び上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）を特定すると、視覚装置５１で取得した視覚情報にノイズ等が混ざっていた場合に、下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）及び上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）の座標にブレが生じ易くなる。そこで、本実施形態の場合、位置情報特定処理部６２は、収穫対象物検出処理部６１で検出した収穫対象物９１の点群データつまり赤色値の高い点群データの中のうち、Ｚ値が最小となる最下点、及びその最下点からＺ値がプラス方向に所定範囲内例えば上方に２０ｍｍの範囲内の点群データの平均値を算出し、その平均値を下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）とする。

同様に、位置情報特定処理部６２は、収穫対象物検出処理部６１で検出した収穫対象物９１の点群データつまり赤色値の高い点群データのうち、Ｚ値が最大となる最大点、及びその最大点からＺ値がマイナス方向に所定範囲内例えば下方に２０ｍｍの範囲内の点群データの平均値を算出し、その平均値を上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）とする。

また、位置情報特定処理部６２は、収穫対象物９１の下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）から上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）までの途中の位置である中間位置Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を特定する処理を更に実行可能である。位置情報特定処理部６２は、例えば下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）と上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）とのＺ方向の中間位置の座標を、中間位置Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）として取得する。

この場合、中間位置Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）のＺ値は、下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）のＺ値と上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）のＺ値と平均値、すなわち、Ｐｈ（Ｚ）＝（下端位置Ｐｂ（Ｚ）＋上端位置Ｐｔ（Ｚ））／２となる。また、中間位置Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）のＸ値及びＹ値は、Ｐｈ（Ｚ）における平均値となる。なお、中間位置Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を複数設定することもできる。この場合、中間位置Ｐｈの数をＮ個とすると、Ｐｈ（Ｚ）＝（下端位置Ｐｂ（Ｚ）＋上端位置Ｐｔ（Ｚ））／（Ｎ＋１）となる。

また、位置情報特定処理部６２は、上述した位置特定処理において、収穫対象物９１と繋がっている果柄９３の位置情報を用いることなく収穫対象物９１の位置情報、この場合、下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）、上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）、及び中間位置Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を特定することができる。

また、図１４等に示すように、収穫対象物検出処理部６１は、視覚装置５１で取得した視覚情報から、主茎９２についての視覚情報、この場合、主茎９２の位置情報を含む形状、及び色情報を取得することができる。収穫対象物検出処理部６１は、収穫対象物９１の場合と同様に、視覚装置５１で取得した視覚情報から、主茎９２の色である緑色値が高い点群データを抽出する。そして、収穫対象物検出処理部６１は、例えば取得した視覚情報の中に緑色値の高い点群が所定範囲以上存在している場合には、その緑色値の高い点群を主茎９２であると認識する。

移動経路生成処理部６３は、移動経路生成処理を実行可能である。移動経路生成処理は、始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）から、収穫対象物９１の下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）及び上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）を通り終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）に至るまでのエンドエフェクタ１の移動経路Ｒを生成する処理を含む。この場合、始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）は、収穫対象物９１の下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）から所定距離直下の位置、例えば数十ｍｍ下方の位置に設定することができる。また、終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）は、収穫対象物９１の上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）から所定距離直上の位置、例えば数十ｍｍ上方の位置に設定することができる。

また、移動経路生成処理部６３は、図１４に示すように、中間位置Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を通過するようにエンドエフェクタ１の移動経路Ｒを生成する。この場合、エンドエフェクタ１の移動経路Ｒは、Ｚ方向に隣接する各位置、すなわち、始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）と、下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）と、中間位置Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と、上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）と、終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）と、を順に直線で繋いだ経路となる。

移動処理部６４は、移動処理を実行可能である。移動処理は、ロボットアーム制御部５２１を介してロボットアーム５２を駆動制御し、図１６〜図２０に示すように、移動経路Ｒに沿ってエンドエフェクタ１を移動させ、これにより通過部３に収穫対象物９１を通す処理を含む。この場合、エンドエフェクタ１側の基準は、例えば図３及び図４に示す基準点Ｐｃに設定されている。基準点Ｐｃは、通過部３内における任意の位置、例えば中心位置に設定されている。移動処理部６４は、基準点Ｐｃが移動経路Ｒ上に沿うように、ロボットアーム制御部５２１を介してロボットアーム５２を駆動制御する。

切断処理部６５は、切断処理を実行可能である。切断処理は、移動処理によって通過部３に対する収穫対象物９１の通過が完了した後に実行される。切断処理は、図２１〜図２５に示すように、エンドエフェクタ１を動作させて、つまりエンドエフェクタ制御部４を介して拡縮機構３０を駆動し、柔軟部材２０をベース部材１０側へ引き込んで通過部３を縮小させることで、通過部３の内側に通された果柄９３を切断する処理を含む。

負荷検出処理部６６は、柔軟部材２０の移動の際に柔軟部材２０に作用する負荷の検出を行う。これにより、負荷検出処理部６６は、柔軟部材２０が正常にベース部材１０側に引き込まれているか否かを検出する。すなわち、負荷検出処理部６６は、柔軟部材２０を引き込む際の過負荷を検出することで、主茎９２や果柄９３などを巻き込んで柔軟部材２０の引き込みが規制されていないか等を検出することができる。モータで構成された駆動源３１がエンコーダを備える場合、負荷検出処理部６６は、そのエンコーダが出力する信号に基づいて、柔軟部材２０に作用する負荷を検出しても良い。また、負荷検出処理部６６は、駆動源３１の電流値つまりトルクを計測することで、柔軟部材２０に作用する負荷を検出することもできる。

また、エンコーダや電流値を計測する代わりに、例えば柔軟部材２０の移動位置を検出するためのセンサ等を用いても良い。この場合、センサは、例えば取付部材１２に設けられており、柔軟部材２０の特定位置または受け部材２１に設けられた被検出部を検出する。そして、負荷検出処理部６６は、エンドエフェクタ制御部４が柔軟部材２０を引き込む方向へ移動させる制御を行っているにもかかわらず、センサの検出が無ければ、柔軟部材２０の移動が規制されて過負荷が生じていると判断する。

また、センサは、把持部材４１の移動つまり位置を検出するものでも良い。すなわち、負荷検出処理部６６は、エンドエフェクタ制御部４が柔軟部材２０を引き込む方向へ移動させる制御を行っているにもかかわらず、把持部材４１のベース部材１０側への移動が検出されなければ、柔軟部材２０の移動が規制されて過負荷が生じていると判断しても良い。

過負荷時復帰処理部６７は、過負荷時復帰処理を実行可能である。過負荷時復帰処理は、切断処理を実行している際に過負荷が検出された場合に、柔軟部材２０による果柄９３の切断及び把持を解放する処理を含む。過負荷時復帰処理部６７は、過負荷時復帰処理を実行すると、エンドエフェクタ制御部４を介して拡縮機構３０を駆動制御し、柔軟部材２０をエンドエフェクタ１の前方つまり開く方向へ移動させて通過部３を拡大する。これにより、柔軟部材２０と把持部材４１とによる果柄９３の把持が解放される。

そして、過負荷時復帰処理部６７は、ロボットアーム制御部５２１を介してロボットアーム５２を駆動制御し、移動処理とは逆の順、すなわち、終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）から、収穫対象物９１の上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）、中間位置Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、及び下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）を通り、始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）に至るように、移動経路Ｒに沿ってロボットアーム５２を移動させる。

回収処理部６８は、回収処理を実行可能である。回収処理は、切断処理によって果柄９３を切断及び把持している収穫対象物９１を、回収箱５４に投入して収穫対象物９１を回収する処理である。回収処理部６８は、切断処理後、ロボットアーム制御部５２１を介してロボットアーム５２を駆動させて、収穫対象物９１の果柄９３を把持した状態で回収箱５４の上方近傍までエンドエフェクタ１を移動させる。そして、回収処理部６８は、回収箱５４の上方近傍でエンドエフェクタ１による果柄９３の把持を解放し、収穫対象物９１を回収箱５４内に落下又は配置させる。このようにして、主茎９２から切り離された収穫対象物９１が回収箱５４内に回収される。

次に、図１５のフローチャートに沿って、農作物収穫システム５０において実行される、収穫対象物９１を収穫するための収穫動作の一連の制御内容について説明する。なお、以下の説明において、各処理部６１〜６８で実行される処理の主体は制御装置６０とする。本実施形態では、主茎９２に沿って収穫区間が設定されている。運搬装置５３は、主茎９２に沿って移動し、主茎９２に実っている収穫対象物９１を主茎９２に沿って順次収穫していく。

図１５のフローチャートにおいて、ステップＳ１３、Ｓ１４における処理は、収穫対象物検出処理の一例である。ステップＳ１５における処理は、位置特定処理の一例である。ステップＳ１６、Ｓ１７における処理は、移動経路生成処理の一例である。ステップＳ１８、Ｓ１９における処理は、移動処理の一例である。ステップＳ２０における処理は、一例である。ステップＳ２２、２３における処理は、回収処理の一例である。ステップＳ２１における処理は、過負荷検出処理の一例である。そして、ステップＳ２４、Ｓ２５における処理は、過負荷時復帰処理の一例である。

制御装置６０は、まずステップＳ１１において、運搬装置制御部５３１から受信した情報等に基づき、運搬装置５３の現在の位置を特定し、運搬装置５３の現在位置が収穫区間の終点であるか否かを判断する。制御装置６０は、運搬装置５３の現在位置が収穫区間の終点である場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）、次の収穫対象物９１は存在しないと判断し、一連の制御を終了する。一方、制御装置６０は、運搬装置５３の現在位置が収穫区間の終点でない場合（ステップＳ１１でＮＯ）、収穫対象物９１が未だ存在すると判断する。そして、制御装置６０は、ステップＳ１２に処理を移行し、運搬装置制御部５３１を介して運搬装置５３を駆動させ、次の収穫地点へ運搬装置５３を移動させる。

次に、制御装置６０は、ステップＳ１３、Ｓ１４において、収穫対象物検出処理を実行する。制御装置６０は、ステップＳ１３において、制御装置６０は、視覚装置制御部５１１を介して視覚装置５１を駆動させ、収穫対象物９１側を撮像する。そして、制御装置６０は、ステップＳ１４において、視覚装置５１で撮像した視覚情報、この場合、画像情報に収穫対象物９１が含まれているか否かを判断する。

ステップＳ１４において収穫対象物９１が検出されなかった場合（ステップＳ１４でＮＯ）、制御装置６０は、運搬装置５３を駆動させて、運搬装置５３を次の収穫地点へ移動させる。一方、ステップＳ１４において収穫対象物９１が検出された場合（ステップＳ１４でＹＥＳ）、制御装置６０は、ステップＳ１５へ処理を移行させる。制御装置６０は、ステップＳ１５において位置特定処理を実行し、視覚装置５１で取得した視覚情報に基づき、収穫対象物９１の下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）、上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）、及び中間位置Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を特定する。

次に、制御装置６０は、ステップＳ１６、Ｓ１７において移動経路生成処理を実行する。まず制御装置６０は、ステップＳ１６において、ステップＳ１５で特定した下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）及び上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）に基づき、始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）及び終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）を算出する。次に、制御装置６０は、ステップＳ１７へ処理を移行し、始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）から収穫対象物９１の下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）及び上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）を通り終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）に至るまでのエンドエフェクタ１の移動経路Ｒを生成する。

次に、制御装置６０は、ステップＳ１８、Ｓ１９において移動処理を実行し、ロボットアーム制御部５２１を介してロボットアーム５２を駆動させる。この場合、制御装置６０は、まずステップＳ１８において、図１８に示すように、エンドエフェクタ１の基準点Ｐｃが始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）と一致するようにエンドエフェクタ１を移動させる。そして、制御装置６０は、ステップＳ１９において、図１６から図２０にかけて示すように、移動経路Ｒにエンドエフェクタ１の基準点Ｐｃを沿わせながらエンドエフェクタ１を終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）まで移動させる。

これにより、エンドエフェクタ１は、通過部３に収穫対象物９１を通して収穫対象物９１を下方からすくい上げるように移動した後、収穫対象物９１を上側に超えた位置に移動する。このとき、通過部３の内側には、収穫対象物９１と主茎９２とを繋ぐ果柄９３が存在している。そして、収穫対象物９１と主茎９２とは、それぞれ通過部３に対して下方外側及び上方外側に位置している。

次に、制御装置６０は、図１５のステップＳ２０において切断処理を実行し、エンドエフェクタ制御部４を介してエンドエフェクタ１を駆動させる。制御装置６０は、拡縮機構３０の駆動源３１を駆動させて柔軟部材２０をベース部材１０側へ引き込む。すると、図２１から図２５にかけて示すように、まず柔軟部材２０に設けられた受け部材２１が果柄９３に接触し、これにより柔軟部材２０の移動に伴って果柄９３がベース部材１０側に引き込まれる。

そして、柔軟部材２０が更にベース部材１０側へ移動し、柔軟部材２０の受け部材２１が把持部材４１の両端部に接触すると、柔軟部材２０に設けられた受け部材２１と把持部材４１の接触部４１１との間の距離が一定に維持され、これにより、果柄９３は、把持部材４１に設けられた突出部４１４が果柄９３に食い込んだ状態で、柔軟部材２０に設けられた受け部材２１と把持部材４１の接触部４１１との間に挟まれて把持される。そして、図２６に示すように、柔軟部材２０が更にベース部材１０側へ移動すると、図２７に示すように、切断刃２によって果柄９３が切断される。これにより、収穫対象物９１は、主茎９２から分離される。

図１５のステップＳ２０において切断処理を実行している間、制御装置６０は、ステップＳ２１において過負荷検出処理を実行する。過負荷の検出が無かった場合（ステップＳ２１でＮＯ）、制御装置６０は、主茎９２や果柄９３が絡まることなく果柄９３が切断されたと判断し、ステップＳ２２、Ｓ２３へ処理を移行させる。

制御装置６０は、ステップＳ２２、Ｓ２３において、回収処理を実行する。この場合、制御装置６０は、まずステップＳ２２において、ロボットアーム制御部５２１を介してロボットアーム５２を駆動させ、エンドエフェクタ１を回収箱５４の上方近傍まで移動させる。そして、エンドエフェクタ１を回収箱５４の上方近傍まで移動すると、制御装置６０は、ステップＳ２３において、エンドエフェクタ制御部４を介して拡縮機構３０を駆動制御し、柔軟部材２０をエンドエフェクタ１の前方つまり通過部３を拡大する方向へ押し出して、果柄９３の把持を解放し、収穫対象物９１を回収箱５４内に落下又は配置させる。このようにして、主茎９２から切り離された収穫対象物９１が回収箱５４内に回収される。そして、制御装置６０は、ステップＳ１１へ処理を戻し、次の収穫対象物９１の収穫を行う。

一方、ステップＳ２１において過負荷の検出が検出された場合（ステップＳ２１でＹＥＳ）、つまり、切断処理を行ったにもかかわらず柔軟部材２０がベース部材１０側に適正量引き込まれなかった場合、制御装置６０は、主茎９２や果柄９３が絡まって果柄９３の切断が適切に行われていないと判断し、ステップＳ２４、Ｓ２５へ処理を移行させる。この場合、柔軟部材２０の移動量つまり引き込み及び引出し量は、回転軸３１１及び従動部材３５、３６に相関する。そのため、制御装置６０は、エンコーダー等によって回転軸３１１や従動部材３５、３６の回転数を検出することで、柔軟部材２０の適正な引き込み量を判断することができる。

制御装置６０は、ステップＳ２４、Ｓ２５において、過負荷時復帰処理を実行する。この場合、制御装置６０は、まずステップＳ２４において、エンドエフェクタ制御部４を介して拡縮機構３０を駆動制御し、柔軟部材２０をエンドエフェクタ１の前方つまり通過部３を拡大する方向へ押し出して果柄９３の把持を解放する。次に、制御装置６０は、ロボットアーム制御部５２１を介してロボットアーム５２を駆動させ、エンドエフェクタ１の基準点Ｐｃが、終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）から、上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）、中間位置Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）を通り、始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）に至るように、移動経路Ｒを逆方向に移動させる。そして、制御装置６０は、ロボットアーム制御部５２１を介してロボットアーム５２を駆動させ、エンドエフェクタ１を初期位置つまり運搬装置５３が駆動する際の位置に戻し、ステップＳ１１へ処理を戻し、次の収穫対象物９１の収穫を行う。

以上説明した実施形態によれば、エンドエフェクタ１は、主茎９２等から垂れ下がった収穫対象物９１に対し果柄９３を切断して収穫対象物９１を収穫するためのものである。エンドエフェクタ１は、ベース部材１０と、柔軟部材２０と、拡縮機構３０と、を備える。ベース部材１０は、果柄９３を切断するための切断刃２が設けられる。柔軟部材２０は、自重で折れ曲がらずかつ湾曲可能な柔軟で長尺な部材で構成されている。柔軟部材２０は、ベース部材１０この場合ケース部材１１から伸びて切断刃２の周囲を囲う環状の通過部３を形成する。拡縮機構３０は、柔軟部材２０をベース部材１０から押し出す及びベース部材１０側、この場合、ケース部材１１に引き込むことで通過部３を拡大及び縮小する。そして、拡縮機構３０は、通過部３の内側に果柄９３を通した状態で柔軟部材２０をベース部材１０側、この場合、ケース部材１１へ引き込んで通過部３を縮小させることで柔軟部材２０と切断刃２とで果柄９３を挟み込んで切断する。

ここで、例えばハサミ形状のエンドエフェクタによって果柄９３を切断しようとした場合、ハサミ形状のエンドエフェクタを主茎９２や枝を切断できる位置まで移動する際に、果柄９３や枝の伸びる方向に対してハサミ形状のエンドエフェクタを直角方向に接近させる必要がある。すると、ハサミ形状のエンドエフェクタを移動させる際に刃先部分が主茎９２や枝に接触して、主茎９２や枝を傷つけてしまうおそれがある。

一方、本実施形態によれば、エンドエフェクタ１は、主茎９２等から垂れ下がった収穫対象物９１に対し、収穫対象物９１の下方から収穫対象物９１全体をすくうようにして通過部３に通すことで、エンドエフェクタ１を主茎９２や枝を切断できる位置まで移動させることができる。その際、柔軟部材２０は、切断刃２の周囲を囲っているため、主茎９２が切断刃２に接触することを抑制でき、その結果、切断刃２によって主茎９２や枝を傷つけてしまうことを抑制できて安全に収穫対象物９１を収穫することができるという優れた効果が得られる。

また、柔軟部材２０は、自重で折れ曲がらずかつ湾曲可能な柔軟で長尺な部材で構成されている。これによれば、柔軟部材２０が自重で折れ曲がって通過部３が変形したり消失してしまったりすることを防ぐことができる。そのため、より確実に収穫対象物９１を通過部３の内側に通すことができ、その結果、エンドエフェクタ１による収穫対象物９１の収穫をより確実に行うことができる。

更に、柔軟部材２０は、柔軟な部材で構成されている。このため、柔軟部材２０の押し出し量を変更することで通過部３のサイズを変更することができ、また、保護部材１７の形状を変えることで、柔軟部材２０を押し出した際の通過部３の形状を縦長や横長の楕円といった形状に変更することができる。このため、本実施形態によれば、収穫対象物９１のサイズや形状に合わせて通過部３のサイズや形状を容易に変更することができるため、多種の収穫対象物に柔軟に対応することができる。

また、柔軟部材２０は、柔軟な部材で構成されていることから、柔軟部材２０が収穫対象物９１や主茎９２に接触した際に、収穫対象物９１や主茎９２に与えるダメージを極力抑制することができる。その結果、柔軟部材２０によって主茎９２や枝、収穫対象物９１を傷つけてしまうことを抑制できて安全に収穫対象物９１を収穫することができるという優れた効果が得られる。

この場合、柔軟部材２０は、柔軟な部材で構成されていることから、収穫対象物９１に倣いながら縮小する。このため、本実施形態によれば、エンドエフェクタ１は、拡縮機構３０によって柔軟部材２０を引き込むだけで最終的に果柄９３を切断することができる。このため、本実施形態によれば、果柄９３を切断するための高度な制御が不要となるため、簡単な制御構成とすることができ、その結果、制御の負荷を低減することができる。

また、エンドエフェクタ１は、把持機構４０を更に備えている。把持機構４０は、ベース部材１０に設けられている。把持機構４０は、拡縮機構３０が柔軟部材２０をベース部材１０側に引き込んで、柔軟部材２０と切断刃２とで果柄９３を挟み込んで切断した場合に、柔軟部材２０との間に切断した果柄９３を挟み込んで把持する機能を有する。

これによれば、エンドエフェクタ１は、切断した果柄９３を把持することで、収穫対象物９１がエンドエフェクタ１から落下してしまうことを抑制できる。これにより、エンドエフェクタ１による収穫対象物９１の収穫の成功率を向上させることができる。また、落下によって収穫対象物９１が傷ついてしまい、商品価値が低下してしまうことを抑制できる。

把持機構４０は、当該把持機構４０に力が作用していない状態では切断刃２よりも通過部３の中心側に突出して切断刃２が通過部３側に突出しないように切断刃２を覆っており、通過部３の中心側とは反対側への力を受けた場合に切断刃２を露出させる機能を有する。すなわち、本実施形態の場合、把持機構４０は、把持部材４１と弾性部材４２とを有する。把持部材４１は、弾性部材４２の作用により、ベース部材１０この場合、取付部材１２に対して弾性的に移動可能に構成されている。そして、把持部材４１は、接触部４１１に力が作用していない状態では、図７に示すように、切断刃２よりも通過部３の中心側に突出しており、切断刃２の一方の面、この場合、下面を覆っている。これにより、例えば作業者の手指が切断刃２に触れてしまい怪我等をしてしまうことを抑制でき、その結果、作業時の作業者に対する安全性を向上させることができる。

また、把持機構４０の把持部材４１は、通過部３の中心とは反対方向への力を受けた場合には切断刃２の刃先よりも通過部３の中心とは反対方向へ移動する。本実施形態の場合、把持部材４１は、図１１に示すように、エンドエフェクタ１の後方側への力を受けた場合には切断刃２の刃先よりも後方側へ引っ込み、これにより切断刃２が露出する。これにより、エンドエフェクタ１は、切断刃２によって果柄９３を確実に切断することができる。

ここで、本願発明者は、把持機構４０と柔軟部材２０に設けられた受け部材２１とによって果柄９３を把持する際に、把持機構４０と受け部材２１とが接触する程度まで接近させてしまうと、果柄９３を押し潰してしまい、その結果、果柄９３から水分が滲み出てその水分によって果柄９３が滑り易くなることを見出した。そして、果柄９３が滑り易くなると、把持機構４０と受け部材２１との間から果柄９３が滑り落ちて収穫対象物９１が落下する可能性が高まる。

そこで、本実施形態において、把持機構４０と受け部材２１とは、柔軟部材２０がベース部材１０側へ移動して通過部３の内径が最小まで縮小した場合において相互に離間する構成としても良い。すなわち、把持機構４０における把持部材４１の接触部４１１と、柔軟部材２０に設けられた受け部材２１とは、柔軟部材２０がベース部材１０側へ引き込まれて受け部材２１がベース部材１０側の移動端まで移動した状態において隙間が形成されていても良い。

これによれば、エンドエフェクタ１は、把持機構４０と柔軟部材２０に設けられた受け部材２１とによって果柄９３を把持する際に、果柄９３を潰してしまうことを抑制できる。これにより、果柄９３を把持する際に果柄９３から水分が滲み出てくることを抑制でき、その結果、把持機構４０と受け部材２１との間から果柄９３が滑り落ちて収穫対象物９１が落下することを極力防ぐことができる。

更に、把持部材４１又は柔軟部材２０に設けられた受け部材２１のうちいずれか一方又は両方は、通過部３の中心側へ突出した突出部を有している。本実施形態の場合、把持機構４０を構成する把持部材４１は、突出部４１４を有している。これによれば、エンドエフェクタ１は、果柄９３を把持する際に突出部４１４を果柄９３に食い込ませることができるため、果柄９３をより確実に把持することができる。このように、本実施形態によれば、エンドエフェクタ１は、突出部４１４を有していない構成に比べて果柄９３に対する把持力を向上させることができる。

拡縮機構３０は、柔軟部材２０の両端側部分２０１、２０１を押し出し及び引き込む構成である。これによれば、柔軟部材２０を押し出し及び引き込んで通過部３のサイズを拡大及び縮小する際の柔軟部材２０の移動量を、柔軟部材２０の一方の端側部分２０１のみを押し出し及び引き込む構成に比べて２倍にすることができる。すなわち、これによれば、拡縮機構３０の駆動によって果柄９３を切断したり果柄９３の把持を解放したりする際の動作時間を、柔軟部材２０の一方の端側部分２０１のみを押し出し及び引き込む構成に比べて半分に短縮することができる。その結果、エンドエフェクタ１による収穫作業の時間を低減することができ、収穫の効率を向上させることができる。

拡縮機構３０は、回転力を発生する駆動源３１と、従動部材３５、３６と、を有している。従動部材３５、３６は、駆動源３１の回転力を直接的又は間接的に受けて回転するとともにその回転を柔軟部材２０に伝達する機能を有する。そして、柔軟部材２０は、伝達部に接触して駆動源３１の回転力が伝達されるベルトまたはワイヤで構成されている。

これによれば、ユーザは、柔軟部材２０として市販品を用いることができ、高価で入手し難い専用品を準備する必要がない。そのため、経済的であるととともに、柔軟部材２０が消耗した際に容易に柔軟部材２０を入手することができるため、便利である。また、柔軟部材２０が使用により消耗した場合、ユーザは、カバー部材１４をケース部材１１から取り外した状態で柔軟部材２０を交換することができる。このため、メンテナンスが容易になる。

本実施形態の収穫システム５０は、視覚装置５１と、ロボットアーム５２と、を備える。視覚装置５１は、収穫対象物９１の位置情報を含む視覚情報を取得可能に構成されている。ロボットアーム５２は、エンドエフェクタ１が取り付けられている。また、収穫システム５０は、収穫対象物検出処理部６１と、位置情報特定処理部６２と、移動経路生成処理部６３と、移動処理部６４と、切断処理部６５と、を備えている。

収穫対象物検出処理部６１は、収穫対象物検出処理を実行可能である。収穫物検出処理は、視覚装置５１で取得した視覚情報に含まれている収穫対象物を検出する処理を含む。位置情報特定処理部６２は、位置特定処理を実行可能である。位置特定処理は、収穫対象物検出処理で検出した収穫対象物９１の下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）と上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）位置とを含む収穫対象物９１の位置を特定する処理を含む。移動経路生成処理部６３は、移動経路生成処理を実行可能である。移動経路生成処理は、収穫対象物９１の下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）の下方に位置する始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）から、上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）の上方に位置する終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）に至るまでのエンドエフェクタ１の移動経路Ｒを生成する処理を含む。

移動処理部６４は、移動処理を実行可能である。移動処理は、ロボットアーム５２を駆動制御して、移動経路生成処理で生成した移動経路Ｒに沿ってエンドエフェクタ１を移動させて通過部３に収穫対象物９１を通す処理を含む。そして、切断処理部６５は、切断処理を実行可能である。切断処理は、移動処理によって通過部３に対する収穫対象物９１の通過が完了した後に実行され、エンドエフェクタ１を動作させて通過部３を縮小させることで通過部３の内側に通された果柄９３を切断する処理を含む。

これによれば、エンドエフェクタ１を用いて、主茎９２や枝から果柄９３を介して垂れ下がった収穫対象物９１を、さらには主茎９２や収穫対象物９１を傷つけることを極力防ぎつつ自動で収穫することができるため、収穫作業の効率を大幅に向上させることができる。

また、位置情報特定処理部６２は、位置特定処理において、収穫対象物９１と繋がっている果柄９３の位置情報を用いることなく収穫対象物９１の位置を特定する。すなわち、制御装置６０は、視覚装置５１からの視覚情報に基づいてロボットアーム５２を動作させる際に、果柄９３を認識する処理は行わない。すなわち、エンドエフェクタ１を用いることで、果柄９３を視覚的に認識する処理を行うことなく、果柄９３を正確に切断することができる。

ここで、例えば収穫対象物９１が全体として湾曲形状となっている場合には、収穫対象物９１の下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）から上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）まで直線的にエンドエフェクタ１を移動させると、その途中部分においてエンドエフェクタ１が収穫対象物９１に接触して収穫対象物９１を傷つけてしまうおそれがある。

そこで、位置情報特定処理部６２において実行される位置特定処理は、収穫対象物９１の下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）から上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）までの途中の位置である中間位置Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を特定する処理を更に含んでいる。そして、移動経路生成処理部６３において実行される移動経路生成処理は、中間位置Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を通過するようにエンドエフェクタ１の移動経路Ｒを生成する処理を更に含んでいる。

これによれば、移動経路Ｒは、収穫対象物９１が全体的に湾曲している場合であっても、収穫対象物９１の形状に極力沿ったものとすることができる。すなわち、この農作物収穫システム５０によれば、例えば収穫対象物９１が全体として曲がっている場合において、エンドエフェクタ１を移動経路Ｒに沿って果柄９３の切断位置まで移動させる際に、エンドエフェクタ１が収穫対象物９１に接触して傷つけてしまうことをさらに効果的に抑制することができる。

また、例えばエンドエフェクタ１を移動させる際にエンドエフェクタ１が収穫対象物９１に接触する可能性が高い場合、接触した際の衝撃を少なくして収穫対象物９１に与える損傷を低減する必要がある。この場合、エンドエフェクタ１の移動速度を遅くする必要があり、その結果、収穫効率が低下してしまうおそれがある。一方、本実施形態によれば、上述した構成により、エンドエフェクタ１を移動させる際にエンドエフェクタ１が収穫対象物９１に接触する可能性が低い。そのため、エンドエフェクタ１の移動速度を速くすることができ、その結果、収穫作業の効率をさらに向上させることができる。

この場合、移動経路生成処理部６３において実行される移動経路生成処理は、下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）と中間位置Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）とを順に直線で繋いで移動経路Ｒを生成する処理を含む。すなわち、本実施形態において、移動経路Ｒは、各位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）、Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）を順に繋いだ複数の直線で構成されている。

これによれば、例えば移動経路Ｒを収穫対象物９１の湾曲に沿って滑らかな曲線状で生成した場合つまり全軌道を生成した場合に比べて、認識する座標点数を低減することができるため、移動経路Ｒを生成する際の移動経路生成処理部６３の処理負荷を大幅に低減することができる。これにより、移動経路Ｒを生成する際の処理速度を向上することができる。すなわち、農作物収穫システム５０は、収穫対象物９１を認識してから移動経路Ｒを生成しその後、実際にロボットアーム５２を動作させるまでの時間を低減することができる。

さらにはこの場合、移動経路Ｒを滑らかな曲線で生成した場合に比べて、移動経路Ｒを各位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）、Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）を順に繋いだ複数の直線で生成した方が、エンドエフェクタ１の移動距離を短くすることができる。そのため、本実施形態によれば、エンドエフェクタ１を果柄９３の切断可能な位置に移動させるまでの時間つまりロボットアーム５２の動作時間も短縮することができる。これらの結果、収穫システム５０の動作速度を向上や動作期間の短縮を図ることができ、ひいては収穫作業の速度を向上させることができる。

なお、上記実施形態において、移動経路Ｒ上を移動する際、エンドエフェクタ１の姿勢は、図１６〜図２０に示すように、通過部３の面方向が水平となるように維持されている。しかし、これに限られず、収穫システム５０は、移動経路Ｒ上を移動する際のエンドエフェクタ１の姿勢を次のようにしても良い。すなわち、移動処理部６４で実行される移動処理は、移動経路Ｒに対して通過部３の面方向が垂直方向に向く姿勢でエンドエフェクタ１を移動させる処理を含んでいても良い。これによれば、収穫対象物９１に対した通過部３の面積を大きく確保できるため、例えば収穫対象物９１が垂直に対して湾曲して実っている場合等においても、収穫対象物９１を通過部３に通し易い。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
上記各実施形態で示した数値などは例示であり、それに限定されるものではない。

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

１…農作物収穫用エンドエフェクタ、２…切断刃、３…通過部、１０…ベース部材、２０…柔軟部材、２０１…端側部分、３０…拡縮機構、３１…駆動源、３５…第１従動部材（従動部材）、３６…第２従動部材（従動部材）、４０…把持機構、５０…収穫システム、５１…視覚装置、５２…ロボットアーム、６１…収穫対象物検出処理部、６２…位置情報特定処理部、６３…移動経路生成処理部、６４…移動処理部、６５…切断処理部、Ｐｂ…下端位置（先端位置）、Ｐｔ…上端位置（基端位置）、Ｒ…移動経路

Claims (7)

1. 主茎（９２）又は枝に結実した収穫対象物（９１）に対し果柄（９３）を切断して前記収穫対象物を収穫する農作物収穫用エンドエフェクタ（１）であって、
   前記果柄を切断するための切断刃（２）が設けられるベース部材（１０）と、
   自重で折れ曲がらずかつ湾曲可能な柔軟で長尺な部材で構成され、前記ベース部材から伸びて前記切断刃の周囲を囲う環状の通過部（３）を形成する柔軟部材（２０）と、
   前記柔軟部材を前記ベース部材から押し出す及び前記ベース部材側に引き込むことで前記通過部を拡大及び縮小する拡縮機構（３０）と、を備え、
   前記拡縮機構は、前記通過部の内側に前記果柄を通した状態で前記柔軟部材を前記ベース部材側へ引き込んで前記通過部を縮小させることで前記柔軟部材と前記切断刃とで前記果柄を挟み込んで切断する、
   農作物収穫用エンドエフェクタ。
2. 前記ベース部材に設けられ、前記拡縮機構が前記柔軟部材を前記ベース部材側に引き込み前記柔軟部材と前記切断刃とで前記果柄を挟み込んで切断した場合に、前記柔軟部材との間に切断した前記果柄を挟み込んで把持する把持機構（４０）、を更に備えている、
   請求項１に記載の農作物収穫用エンドエフェクタ。
3. 前記把持機構は、当該把持機構に力が作用していない状態では前記切断刃よりも前記通過部の中心側に突出して前記切断刃が前記通過部側に突出しないように前記切断刃を覆っており、前記通過部の中心側とは反対側への力を受けた場合に前記切断刃を露出させる、
   請求項２に記載の農作物収穫用エンドエフェクタ。
4. 前記拡縮機構は、前記柔軟部材の両端側部分を押し出し及び引き込む構成である、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の農作物収穫用エンドエフェクタ。
5. 前記拡縮機構は、
   回転力を発生する駆動源（３１）と、
   前記駆動源の回転力を直接的又は間接的に受けて回転するとともにその回転を前記柔軟部材に伝達する従動部材と、を有し、
   前記柔軟部材は、前記従動部材に接触しながら前記駆動源の回転力が伝達されるベルトまたはワイヤで構成されている、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の農作物収穫用エンドエフェクタ。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載した農作物収穫用エンドエフェクタが取り付けられたロボットアーム（５２）と、
   前記収穫対象物の位置情報を含む視覚情報を取得可能な視覚装置（５１）と、
   前記視覚装置で取得した前記視覚情報に含まれている収穫対象物を検出する収穫対象物検出処理を実行可能な収穫対象物検出処理部（６１）と、
   前記収穫対象物検出処理で検出した前記収穫対象物の先端位置（Ｐｂ）と基端位置（Ｐｔ）とを含む位置を特定する位置特定処理を実行可能な位置情報特定処理部（６２）と、
   前記収穫対象物の前記先端位置の外方から前記基端位置の外方に至るまでの前記農作物収穫用エンドエフェクタの移動経路（Ｒ）を生成する移動経路生成処理を実行可能な移動経路生成処理部（６３）と、
   前記ロボットアームを駆動制御して前記移動経路生成処理で生成した前記移動経路に沿って前記農作物収穫用エンドエフェクタを移動させて前記通過部に前記収穫対象物を通す移動処理を実行可能な移動処理部（６４）と、
   前記移動処理によって前記通過部に対する前記収穫対象物の通過が完了した後に実行され、前記農作物収穫用エンドエフェクタを動作させて前記通過部を縮小させることで前記通過部の内側に通された前記果柄を切断する切断処理を実行可能な切断処理部（６５）と、を備えている、
   農作物収穫システム。
7. 前記位置情報特定処理部は、前記位置特定処理において、前記収穫対象物と繋がっている果柄の位置情報を用いることなく前記収穫対象物の位置を特定する、
   請求項６に記載の農作物収穫システム。

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