JP2021145678A - 果実収穫のための装置と方法 - Google Patents

Abstract

【課題】果実を引き込むための把持吸引ニップルを含む真空ベースの果実グリッパー組立体を備える収穫装置／収穫機械、及びその収穫方法を提供する。【解決手段】インターロック機構を備え、２つの構成、すなわち（ｉ）ニップルが果実に付着しておらず、真空が発生していない場合の第１の開放構成であって、前述のインターロック機構が開いており、ニップルが自由にねじれる、第１の開放構成と、（ｉｉ）ニップルが果実に付着しており、真空が適用される場合の第２のロック／詰込み構成であって、前述のインターロック機構がロックされ、それによってニップルのねじれが防止される、第２のロック／詰込み構成とを有する。【選択図】なし

Description

本発明は、農業技術、特に自律収穫の技術分野にある。より詳細には、本発明は、リンゴ、ナシ、アプリコット、モモ、柑橘類、ユズ、レモン、アボカド、ブドウ、トマト、ナス、キュウリ、コショウなどの果実を収穫するための装置、システム及び方法に関する。

人間の摘み手は、果実を引っ張ると同時に回転させることによって果実を摘み取る。回転させずに果実を引っ張ると、果実やその殻、例えば果実の殻の完全性を損なう可能性があり、これにより、果実の内部が周囲に露出し、果実の貯蔵寿命が短くなる。さらに、回転させずに引っ張るには、強い引っ張り力を加える必要がある。特に、回転させながら引っ張るには、果実が滑らないように十分に強く保持する必要がある。

従来の果実収穫装置は、果実を把持して引き抜くように設計されたグリッパーを備えている。グリッパーは通常、果実を掴む数本（例えば３本）の指を含む。既知のグリッパーの１つの主な欠点は、グリッパーの設置面積が大きく、果実に接近しようとすると枝や葉の中に積み重ねられ得ることである。もう一つの欠点は、グリッパーの指が、高い絞込み圧力のために果実又はその皮を損傷するかもしれないということである。もう一つの問題は、標準的な果実グリッパーヘッドは不規則な形の果実を把持することが難しいため、傷を引き起こす可能性のある過度の圧力を加える傾向があることである。もう一つの問題は、グリッパーが果実と一緒に葉を掴むこともある、すなわち、果実は通常は葉で覆われているので、指で掴むと果実と一緒に葉を保持することにつながる可能性があることである。これは、次のいずれか、すなわち、葉つきの果実を摘み取るためにより強い力を加えること、木から葉を引き裂き、それによって木を損傷し、摘果条件（葉のない果実）を満たさなくなること、果実を摘み取ることができないことを引き起こす可能性がある。

したがって、効率的で無害なグリッパーが必要である。

一部のロボットメーカは、吸引パイプを介して果実を吸引するために吸引を使用するが、そのようなパイプは実際には果実を保持できない。さらに、そのような吸引パイプは大きく、扱いにくく、高価であり、果実を損傷する可能性がある。

選果場などの様々な産業工場では、ロボットによる真空把持装置が使用されている。このような真空グリッパーは、可撓性ニップル（例えば、シリコーン又はゴム）に接続された真空発生器を構成し、グリッパーは、持ち上げられる対象物に可撓性ニップルを付着させ、表面／支持体（例えば、容器、テーブル、又はトレッドミルの底部）に対して対象物を押し付けて真空を生成し、対象物をニップルに付着させるように設計される。図１は、標準的な可撓性ニップルを備えるそのようなグリッパーとその動作メカニズムを示す。

ただし、このような真空グリッパーは、可撓性ニップルが絞り込まれて対象物の形状に応じてその形状を変化させるのと同時に、対象物を固体の支持体に対して押し付けるために必要である。通常、ニップルを対象物上に押し付け、固体表面に対して押し付ける必要があるため、グリッパー自体は柔らかくない（８０ショア）。また、ニップルの可撓性が高すぎると、発生する内部真空によりニップルが絞り込まれ、対象物を保持したまま変形する。

さらに、現在の真空グリッパーの設計では回転力を適用できず、これは、対象物が固定されているグリッパーに吸引された対象物をねじろうとすると、真空が失われ、オブジェ
クトが放出されることを意味する。

他の様々な吸引ベースのグリッパーが開発されてきたが、傾斜力及び回転力が加えられたときに吸引された対象物を保持し続ける能力を実証するものはない。例えば、任意の形状と変化するサイズを有する果実を吸い込むように設計された不規則な形状を有するＭＩＴ−ＨａｒｖａｒｄによるオリガミロボットグリッパーとＳｏｆｔ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ社のヒトデ型グリッパーは、どちらも果実を吸い込むために硬い支持体を必要とし、果実がまだ木に固定されているときにねじられると把持を失う。

したがって、（背後に固体表面がない）「浮遊」対象物に使用でき、固定された浮遊対象物に加えられる回転力に耐えることができる効率的な真空グリッパーの必要性が存在する。

本発明は、インターロック機構を備え、２つの構成、すなわち（ｉ）ニップルが果実に付着しておらず、真空が発生していない場合の第１の開放構成であって、前述のインターロック機構が開いており、ニップルが自由にねじれる、第１の開放構成と、（ｉｉ）ニップルが果実に付着しており、真空が適用される場合の第２のロック／詰込み構成であって、前述のインターロック機構がロックされ、それによってニップルのねじれが防止される、第２のロック／詰込み構成とを有する吸引ニップルを提供する。

本発明は、果実摘取り機で使用するための真空ベースの果実グリッパー組立体をさらに提供し、当該組立体は、（ａ）主軸を有し、果実摘取り機上に受容可能な支持体であって、当該支持体は吸引発生器の供給源と連通するための開口部を備える、支持体と、（ｂ）当該支持体に取り付けられ、前述の開口部に接続された、果実を引き込むための把持吸引ニップルとを含み、前述のニップルは、吸引／真空によって果実に付着したときに回転力に耐えるように設計されている。

本発明は、果実摘取り機で使用するための真空／吸引ベースの果実グリッパー組立体をさらに提供し、当該組立体は、（ａ）主軸を有し、果実摘取り機上に受容可能な支持体であって、当該支持体は吸引発生器の供給源と連通するための開口部を備える、支持体と、（ｂ）当該支持体に取り付けられ、前述の開口部に接続された、果実を引き込むための可撓性把持吸引ニップルとを含み、当該ニップルは、インターロック機構を備え、２つの構成、すなわち（ｉ）ニップルが果実に付着しておらず、真空／吸引が発生しない場合の第１の開放構成であって、前述のインターロック機構が開いており、ニップルが自由にねじれる、第１の開放構成と、（ｉｉ）ニップルが果実に付着しており、真空／吸引が適用される場合の第２のロック／詰込み構成であって、前述のインターロック機構がロックされ、それによってニップルのねじれが防止される、第２のロック／詰込み構成とを有する。

本発明は、本発明の１つ又は複数の組立体を含む果実摘取り機／果実摘取りロボット、並びに果実を収穫するための方法であって、本発明の１つ又は複数の組立体を果実摘取り機／果実摘取りロボット上に取り付けるステップと、それを作動させるステップとを含む、方法をさらに提供する。

一般的に知られている真空グリッパーの図であり、グリッパーの端にあるニップルが対象物に付着され、対象物を支持体に押し付けて把持する。 本発明の一実施形態による吸引ニップルの構造の図であり、ニップルを果実から離すことなく、引っ張り力と回転力の両方を加えることを可能にするインターロック機構を示す。 本発明の一実施形態による吸引ニップルの構造の図であり、ニップルを果実から離すことなく、引っ張り力と回転力の両方を加えることを可能にするインターロック機構を示す。 本発明の一実施形態による吸引ニップルの構造の図であり、ニップルを果実から離すことなく、引っ張り力と回転力の両方を加えることを可能にするインターロック機構を示す。 回転することができ、毎回異なるアームで異なる果実を摘み取ることができるマルチアームロボットの図である。 回転することができ、毎回異なるアームで異なる果実を摘み取ることができる飛行ロボットの図である。 本発明の真空グリッパーを「浮遊」果実に付着させる図である。 本発明の真空グリッパーを「浮遊」果実に付着させる図である。 本発明による真空グリッパーの回転の図である。 摘取りのための果実の回転を示し、果実に接近する角度を示す。 摘取りのための果実の回転を示し、果実に真空付着させた後の果実の茎の軸に沿った吸引ニップルの回転を示す。 ニップルの旋回を可能にする継手を備える本発明のいくつかの実施形態による把持組立体の図である。 ニップルの旋回を可能にする継手を備える本発明のいくつかの実施形態による把持組立体の図である。 グリッパーから果実を放出する方法の図であり、曲げ能力のない真っ直ぐなグリッパーから果実を放出することを示す。 グリッパーから果実を放出する方法の図であり、吸引ニップルを旋回させることができる曲げ／傾斜グリッパーから果実を放出することを示す。 グリッパーから果実を放出する方法の図であり、吸引ニップルから果実が放出される前に真空が解放されるときの吸引ニップルの伸長を示す。

農業では、すべての種類の果実、特に、リンゴ、ナシ、アンズ、モモ、柑橘類、アボカド、トマト、ナス、キュウリ、コショウなどの、摘み取り中に傷がつく傾向がある柔らかい殻を有する果実を収穫するための機械及び装置が常に必要とされている。したがって、様々な機械及び収穫機が開発されており、それらは通常、特定の種類の果実又は果実のファミリーを摘み取るように設計されている。

本発明は、自律収穫機及び飛行自律収穫機などの任意の収穫機／収穫装置に取り付けて使用することができる吸引ベースの果実摘取り組立体を提供する。

したがって、第１の態様では、本発明は、例えば収穫のために使用されるように設計された吸引／真空ニップルを提供し、当該ニップルは、ニップルに接続された収穫機又は支持アームの回転運動中にニップルが付着された果実が放出されることを防止するインターロック機構を備える。吸引ニップルは２つの構成、すなわち（ｉ）ニップルが果実（又は任意の他の所望の対象物）に付着しておらず、果実とニップルの間に真空が発生していない場合の第１の開放構成であって、当該構成においてインターロック機構はニップルのその軸上での自由なねじれを可能にする開放方向にある、第１の開放構成と、（ｉｉ）ニップルが果実（又は任意の他の所望の対象物）に付着しており、真空／吸引が適用される場合の第２のロック／詰込み構成であって、当該構成においてインターロック機構はニップルがその軸上でねじられることを防止するロック方向にあり、果実がそこから放出されることを引き起こし得るニップルの形状の変形を防止する、第２のロック／詰込み構成とを有する。

本明細書で使用される「真空」及び「吸引」という用語は、負圧又はその発生、すなわち、空間からの、すなわち本発明の吸引ニップルと対象物（例えば、果実）との間からの空気の除去を互換的に指し、それによって、対象物へのニップルの付着／密着を可能にする。

ある実施形態では、本発明の吸引／真空ニップルは、可撓性があり、それにより、任意の形状及びサイズへのその適合を可能にする。したがって、本発明の吸引ニップルは、果実を損傷又は落下させることなく、任意の種類、サイズ、及び形状の果実又は野菜を収穫するために使用することができる。本発明の吸引ニップルを他の目的、例えば産業、選別などに使用する場合、任意の種類、サイズ及び形状の対象物を、そのような対象物を損傷したり、落下させたりする危険を冒すことなく摘み取るために使用することができる。

ある実施形態では、本発明の吸引ニップルは、ゴム、シリコンなどの任意の適切な可撓性材料でできている。

ある実施形態では、図２Ａ〜図２Ｃに示されるように、本発明の吸引ニップルは、可撓性ニップルの形状を維持するように設計されたリブ１０３を含む。そのようなリブ１０３は、果実に付着しているニップルのヘッドの変形及び閉鎖を防ぐ安定性及び剛性をもたらす。特定の実施形態では、そのようなリブ１０３は、インターロック機構の一部である。図示されるように、インターロック機構は、果実の付着及び真空／吸引の適用に起因して吸引ニップルが締め付けられたときに互いに相互作用する溝及び膨らみ／突出部１０１、１０２を含み得る。膨らみ／突出部１０１、１０２のそのような相互作用は、インターロック機構をロックし、果実を保持しているニップルのヘッドの回転／ねじれを防止し、それにより、その変形及びそこからの果実の望ましくない放出を防止する。これは、果実の茎を切り離すための傾斜や回転など、果実を木／枝から離すために様々な力が果実に加えられる収穫プロセス中に不可欠である。

ある実施形態では、図２Ａ〜図２Ｃに示されるように、本発明の吸引ニップルは、２つ、３つ、４つ、５つ、又はそれ以上のユニット／リング１０４を備える波形の管状に伸長しており、それぞれが、果実の付着及び真空／吸引の適用に起因して吸引ニップルが締め付けられたときに互いに相互作用する剛性の膨らみ／突出部１０１、１０２を備えている。ある実施形態では、剛性の膨らみ／突出部１０１、１０２は、果実が付着／吸引されていないときに、伸長する波形の管状ニップルを伸長する方向に維持するのをさらに助ける。これはまた、ニップルの全長を伸ばしてより深く／離れたところにある果実に到達するのに役立ち得る。この伸長する波形の管状構造は、そこからの果実の放出中にニップルを伸ばすことがさらに可能であり（図９Ｃに図示される）、果実のよりスムーズな放出（果実の穏やかな送出）を助け、果実が果実収集コンテナに落下することから生じる損傷のリスクをさらに低減する。

本発明による吸引ニップルが、摘み取られる必要のある果実と接触し、真空が適用されると、ニップル内の圧力が低下し（すなわち、真空が発生し始める）、ニップルのフレーム内のロック機構の一部を構成するリブが互いに絞り込まれる。最後に、ニップルが完全に絞り込まれると、ロック機構はロック方向になり、果実からニップルを離すことなく、回転力や傾斜力などの力を果実に加えて摘み取ることができる。

ある実施形態では、伸長する波形の管状の吸引ニップルは、いくらか可撓性があり、それによって、ニップルを含む組立体の主軸に対してニップルの先端を（例えば、果実がそれに吸引されるときに）旋回させることができる。この構成は、可撓性を提供し、そのような吸引ニップルを有する組立体を備える収穫機／収穫ロボットの操縦能力を拡張する。

本発明は、真空／吸引がオフのときに木の葉を通して容易に挿入することを可能にする小さな設置面積を有する閉鎖構成と、ニップルを果実に適合させることを可能にする開放構成とを有する吸引ニップルをさらに提供し、閉鎖構成から開放構成への移行は、真空／吸引の作動によって実行される。

ある実施形態では、本明細書の実施形態のいずれかによる吸引ニップルは、本明細書で以下に定義されるような吸引／真空ベースの果実グリッパー組立体の一部として使用することができる。

第２の態様では、本発明は、果実摘取り機で使用するための吸引／真空ベースの果実グリッパー組立体を提供し、当該組立体は、（ａ）主軸を有し、果実摘取り機上に受容可能な支持体であって、当該支持体は吸引発生器の供給源と連通するための開口部を備える、支持体と、（ｂ）当該支持体に取り付けられ、前述の開口部に接続された、果実を引き込むための把持吸引ニップルとを含み、ニップルは、吸引／真空によって果実に付着したときに回転力に耐えるように設計された、把持吸引ニップルとを含む。

上記の組立体の特定の実施形態では、ニップルは、ゴム、プラスチック、ポリカーボネートなどの剛性材料でできており、ニップルが前述の回転力に耐えることを可能にする。代替の特定の実施形態では、ニップルは、果実の形状に応じてその形状を適合させることを可能にすると同時に果実を吸引した後の前述の回転力に耐えることも可能にする半剛性材料でできている。さらなる代替の特定の実施形態では、ニップルは、シリコンや軟質ゴムなどの同じ又は異なる可撓性材料の層でできており、異なる層の量及び／又は組合せにより、ニップルは、前述の回転力に耐えることが可能になると同時に様々な形状や大きさの果実を飲み込む能力が維持される。

特定の実施形態では、上記の組立体は、ニップルが前述の回転力に耐えることを可能にするインターロック機構をさらに含み、当該インターロック機構は２つの構成、すなわち（ｉ）ニップルが果実に付着しておらず、真空／吸引が発生していない場合の第１の開放構成であって、前述のインターロック機構が開いている、第１の開放構成と、（ｉｉ）ニップルが果実に付着しており、真空／吸引が適用される場合の第２のロック構成であって、前述のインターロック機構がロックされ、それによってニップルのねじれが防止される、第２のロック構成とを有する。代替の特定の実施形態では、ニップルは、前述の回転力に耐えることを可能にするインターロック機構を備える可撓性ニップルであり、当該ニップルは２つの構成、すなわち（ｉ）ニップルが果実に付着しておらず、真空／吸引が発生していない場合の第１の開放構成であって、前述のインターロック機構が開いており、ニップルが自由にねじれる、第１の開放構成と、（ｉｉ）ニップルが果実に付着しており、真空／吸引が適用される場合の第２のロック／詰込み構成であって、前述のインターロック機構がロックされ、それによってニップルのねじれが防止される、第２のロック／詰込み構成とを有する。その特定の実施形態では、インターロック機構は機械的要素である。代替の特定の実施形態では、インターロック機構はロッキングエンジンである。

第３の態様では、本発明は、果実摘取り機／果実摘取りロボットで使用するための吸引／真空ベースの果実グリッパー組立体を提供し、当該組立体は、（ａ）主軸を有し、果実摘取り機上に受容可能な支持体であって、当該支持体は真空／吸引発生器の供給源と連通するための開口部を備える、支持体と、（ｂ）当該支持体に取り付けられ、前述の開口部に接続された、果実を引き込むための可撓性把持吸引ニップルとを含み、当該ニップルは、インターロック機構を備え、２つの構成、すなわち（ｉ）ニップルが果実に付着しておらず、真空が発生しない場合の第１の開放構成であって、前述のインターロック機構が開いており、ニップルがその軸上で自由にねじれる、第１の開放構成と、（ｉｉ）ニップルが果実に付着しており、真空が適用されるときの第２のロック／詰込み構成であって、前
述のインターロック機構がロックされ、それによってニップルのその軸上でのねじれが防止される、第２のロック／詰込み構成とを有する。

ある実施形態では、上記の実施形態のいずれかで定義された吸引ニップルのインターロック機構は、リブを備え、インターロック機構が開放構成にあるときは、リブは互いに離れており、締付け構成にあるときは、すなわちそれによって果実が吸引されるときは、リブは互いに係合するようになっている。

ある実施形態では、本発明の組立体は、収穫機、自律収穫機、及び自律飛行収穫機などの任意の適切な機械に接続する／取り付けることができる。さらに、そのような機械は、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、又はそれ以上の組立体を備えることができる。図３及び図４は、このような組立体を４つ備える収穫機（図３）及び飛行収穫機（図４）を示しており、機械が向きを変えることによって、各組立体が毎回異なる果実を摘み取ることができる。このような構成により、単一の機械で、組立体の数に応じて２、３、４、５、６、又はそれ以上の果実を一度に収穫してから、果実収集コンテナに戻って収穫した果実をそこに排出することができる。特に、組立体の吸引ニップルの独自の構造は、各組立体による果実のしっかりとした把持を可能にし、その結果、摘み取られた果実は、別の組立体による果実の摘取り中に落下しない。

ある実施形態では、本発明の組立体は、真空発生器／吸引発生器をさらに含む。そのような発生器は、単一の組立体に関連付けられてもよく、又は単一の発生器が、同じ機械／収穫機に取り付けられた複数の組立体に使用されてもよい。組立体がそのような真空発生器／吸引発生器を含まない場合、組立体が取り付けられる機械／収穫機がそのような発生器を含み、組立体をその上に取り付ける間、それは真空発生器に接続される。ある実施形態では、単一の真空発生器が同じ機械／収穫機上の複数の組立体に使用される場合、機械／収穫機は、組立体のそれぞれにおける吸引／真空の作動／作動停止を制御するコンピュータをさらに含む。

上記の実施形態のいずれかによる組立体に関するある実施形態では、支持体は伸長可能及び格納可能である。これにより、吸引ニップルを伸ばし、より離れたところにある果実や葉の中のより深いところにある果実に到達することができる。

ある実施形態では、上記の実施形態のいずれかによる組立体は、組立体によって吸引された果実を前後及び／又は左右に傾けて木／枝から離すために設計された攪拌機構／攪拌モータをさらに含む。

上記の実施形態のいずれかによる組立体に関するある実施形態では、支持体は前述の主軸に沿って回転できる。代替的な実施形態では、吸引ニップルのみが、例えば、前述の主軸に沿って、又は任意の他の軸において、すなわち、吸引ニップルが主軸に対して支持体から離れて旋回する場合に、回転できる（図７Ａ〜図７Ｂを参照）。したがって、特定の実施形態では、本発明の組立体は、支持体（その全部又は一部）又は吸引ニップルのみを回転及び／又は傾けるための回転モータをさらに含む。図６は、吸引ニップルによって果実が付着／吸引された後の支持体の回転を示す。この回転により、果実を木から直接引き抜くときに起こるような、果実の茎や殻の損傷をもたらすことなく、果実を木／枝から解放することができる。吸引ニップルが果実に到達すると（図５Ａ）、真空／吸引が適用されて果実がニップルに密着し（図５Ｂ）、その結果、ニップルが絞り込まれ／締め付けられ、そのロック機構がロックされ（図５Ｂ）、グリッパー、その支持体、又はニップルを回転させることにより、果実を回転させることが可能になる。このような回転は、果実に回転力を発生させ、果実に損傷を与えることなく、木／枝から果実を取り去るのを助ける。

特に、標準的な既知の吸引ニップルは、ニップルの形状が歪んで、果実とニップルの間の真空／吸引が解放され、果実がニップル及びグリッパーから落下するため、回転力下で果実を保持することができない。それとは反対に、ある実施形態では、上記の実施形態のいずれかによる吸引ニップルは、果実の把持を歪めたり失ったりすることなく、果実を保持／吸引しながら、最大１ｋｇｆ・ｍの回転力（モーメント）に耐えることができる。

図７Ａ〜図７Ｂは、吸引ニップルが支持体に対して９０度旋回する組立体を示す。図示するように、組立体は果実の茎とは反対の方向から果実に接近し、真空／吸引で果実を保持し、次に吸引ニップルが回転して木／枝から果実を離す。回転軸は茎を中心にしているため、（オレンジ、ネクタリン、及びその他の柑橘類を収穫するときに行われるように）果実から茎を切り離すことなく、また果実に損傷を与えることなく、木／枝から茎が切り離される。

上記の実施形態のいずれかによる組立体に関するある実施形態では、支持体は、主軸に対して任意の方向に吸引ニップルを旋回させることを可能にする１つ又は複数の旋回継手をさらに含む。特定の実施形態では、支持体は、本質的に支持体に沿った単一の継手を含む。代替の特定の実施形態では、支持体は、本質的に先端、すなわち吸引ニップルとの接続点に単一の継手を含む。代替の特定の実施形態では、支持体は、２つ以上の継手を含み、１つは本質的に先端、すなわち吸引ニップルとの接続点に、もう１つ（その他のもの）は本質的に支持体に沿っている。

図８Ａ〜図８Ｂは、２つの継手を備えるそのような組立体を示しており、１つの継手２０１は本質的に支持体の中央にあり、もう１つの継手２０２は支持体と吸引ニップルとの接続点にある。ある実施形態では、旋回は、指定されたモータによって作動する。

ある実施形態では、本発明の組立体は、葉で覆われた果実へのより容易な接近を可能にする、すなわち、ニップルを有する支持体の端部又はニップル自体を傾けることによって、より少ない葉を有する別の側からそのような果実に到達する、追加の肘継手／継手をさらに含む。

ある実施形態では、上記の実施形態のいずれかによる組立体は、次の組合せ、すなわち（ｉ）回転能力、すなわち支持体又はニップルを回転させる回転機構によって、（ｉｉ）プッシュ／プル機構による前／後移動又は機械／収穫機自体の移動によって、及び任意選択により（ｉｉｉ）旋回継手の使用によって得られる３つの自由度を有する。これらの機能の組合せにより、果実、その茎、又はその殻に損傷を与えることなく、木／枝から果実を摘み取るのに必要な傾きと偏揺れが生成される。

ある実施形態では、上記の実施形態のいずれかによる組立体は、前述の支持体を前述の主軸に沿って移動させて、前述のニップルによって把持された果実を傾けるための傾斜機構／傾斜モータをさらに含む。特定の実施形態では、前述の傾斜機構は、吸引発生器／真空発生器によって、すなわち、吸引力／真空力をその中の支持体又は継手の直線運動に伝達／利用することによって作動されるプッシュ／プル機構に基づく。代替又は追加の実施形態では、傾斜機構／傾斜モータは、主軸に沿ってではなく、例えば主軸に対して垂直方向に、すなわち支持体を安定に維持しながらニップル自体を左右及び／又は上下に傾けることによって、ニップル及びそれに吸引された果実を移動させるために使用される。さらなる代替の実施形態では、果実の傾斜は、主軸に沿って及び主軸から離れて同時に、すなわち、ニップル自体を左右及び／又は上下に傾けながら支持体を前後に移動させることによって実行される。

上記の実施形態のいずれかによる組立体に関するある実施形態では、可撓性把持ニップルは、前述の主軸に沿って前述の支持体に固定され、支持体に対して旋回することができない。代替の実施形態では、可撓性把持ニップルは、その中心軸から離れて旋回される前述の支持体に固定され、旋回することができない。さらなる代替の実施形態では、可撓性把持ニップルは、概ね前述の主軸に向かった、及び前述の主軸から離れた任意の角度における旋回運動のための旋回取付け要素によって、前述の支持体に取り付けられる。

本明細書で使用される「旋回」という用語は、軸に対する移動を指す。移動は、５度、１０度、１５度、２０度、２５度、３０度、３５度、４０度、４５度、５０度、５５度、６０度、６５度、７０度、７５度、８０度、８５度など、０〜９０度の任意の角度にすることができる。

第４の態様では、本発明は、上記の実施形態のいずれかによる１つ又は複数の組立体を含む又は備える機械を提供する。特定の実施形態では、機械は、果樹園で果実を収穫するように設計された果実摘取り／収穫機である。機械に搭載又は取り付けられる組立体の数は変化してもよく、１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、又はそれ以上にすることができる。特定の実施形態では、２つ以上の組立体が機械に搭載又は取り付けられているとき、各組立体の移動及び動作は、他の組立体から独立している。これは、一方の組立体が果実を摘み取る間、もう一方（その他）の組立体が順番を待つか、果実がその吸引ニップルに吸引された状態で待つことを意味する。

ある実施形態では、本発明による機械は、自律収穫機などの自律機械である。特定の実施形態では、機械は、地上収穫機であり、任意に自律的である。さらに特定の実施形態では、自律収穫機は、飛行収穫ロボットである。

ある実施形態では、本発明は、上記の実施形態のいずれかによる１つ、２つ、３つ、４つ、５つ、６つ、又はそれ以上の組立体を含む自律収穫飛行機／自律収穫飛行ロボットを提供する。特定の実施形態では、飛行ロボットが２つ以上の組立体を含む場合、ロボットは、異なる組立体で毎回異なる果実を摘み取ることを可能にするために回転することができる。図３及び図４は、４つの組立体を備えるロボット又は飛行ロボットをそれぞれ示しており、１つの組立体によって果実が摘み取られると、ロボットが向きを変えるか、又は組立体を保持するコンステレーションが回転して、次の組立体を摘取りのために次の果実と接触させる。すべての組立体が果実を摘み取ったら、ロボットは果実を果実収集コンテナに運び、果実を放出し、果実をさらに摘み取るために戻る。

ある実施形態では、組立体は、ロボットの本体に直接取り付けられ／接続され、その結果、１つの組立体を果実に向かわせるために、ロボット全体がその方向に向きを変える必要がある。そのような構成では、ロボットは、向きを変えたり果実に近づいたりする間、果実の視覚を維持するために移動／回転することができる可動視覚システムを備えてもよい。代替の実施形態では、組立体は、ロボットの本体上の回転可能なコンステレーションに取り付けられ／接続され、したがって、組立体は、ロボットの本体の方向を変えることなく自由に周囲を回転できる。そのような構成では、１つの組立体を果実に向かわせるために、ロボットは、コンステレーションの向きを変える／回転させるだけで、果実を見失うことなく、またロボットの本体を移動させることなく、摘み取りのために組立体を果実の方向に向かわせる。

第５の態様では、本発明は、果実を収穫するための方法を提供し、この方法は、上記の実施形態のいずれかによる１つ又は複数の組立体を果実摘取り機に搭載又は取り付けるステップと、それを作動させるステップと、それによって機械上の各組立体が果実に近づけるようにし、吸引ニップルを介した吸引／真空により果実に付着できるようにし、木／枝
から果実を摘み取れるようにするステップと、果実収集コンテナ内などの所望の位置で果実を放出するステップとを含む。

図９Ａは、グリッパーからの果実の標準的な既知の放出を示し、グリッパーは、果実収集コンテナの縁からコンテナ内に果実を放出し、したがって、ある距離／ある高さからコンテナの底部に果実を落下させる。図９Ｂ〜図９Ｃは、本発明による可撓性吸引ニップルからの果実の放出を示す。特定の実施形態では、ニップルは、ニップルが支持体の主軸に対して本質的に９０度で旋回することを可能にする旋回継手を介して支持体／アームに接続されている。図示するように、ニップルは果実収集コンテナ内に曲げられ、真空／吸引がゆっくりと解放されるにつれて、ニップルは展開され、果実の重量によって部分的に引き下げられ、真空／吸引が解放されて果実が穏やかにコンテナの底に置かれ、ニップルは新しい果実の受取り準備ができた展開され開放された向きに残される。

特に、コンテナがはるかに深い場合でも、ニップルからの果実のゆっくりとした放出は、果実の落下速度を劇的に低減し、落下による損傷を低減する。あるいは、本発明の吸引ニップルは、ニップルの全長を伸ばし、（リング１０４の数に応じて）任意の深さで容器の底に果実を穏やかに置くことを可能にする複数のユニット／リング１０４を含み得る。

上記の収穫方法の特定の実施形態では、果実摘取り機の作動は、吸引ニップルによって果実を吸引把持することにつながり、果実の摘取りは、果実が木／枝から離されるまで、果実をねじる及び／又は傾けることによって行われ、果実の摘取りは、果実又はその殻に損傷を与えることなく行われる。特定の実施形態では、摘取り後に果実の茎を維持することが好ましい場合、この方法は、茎を果実に付着させたまま、すなわち、茎を果実からではなく木／枝から切り離すことによって、果実を摘み取ることを可能にする。

ある実施形態では、上記の実施形態のいずれかによる方法は、グリッパー組立体が木の葉に進入する間、グリッパー組立体を連続的に回転させるステップをさらに含み、その結果、前述の回転は、吸引ニップルが木の葉に進入することを可能にする。

ある実施形態では、上記の実施形態のいずれかによる方法は、果実の茎の方向を識別し、茎軸を決定し、続いて、決定された茎軸に沿って果実に吸引ニップルを付着させ、それによって、この茎軸に沿って果実を回転させるステップをさらに含む。これにより、果実の上に茎を維持しながら、果実を木／枝から切り離すことが可能になる。

Claims (31)

1. 果実摘取り機で使用するための真空ベースの果実グリッパー組立体であって、前記果実グリッパー組立体は、
   ａ）主軸を有し、果実摘取り機上に受容可能な支持体であって、前記支持体は吸引発生器の供給源と連通するための開口部を備える、支持体と、
   ｂ）前記支持体に取り付けられ、前記開口部に接続された、果実を引き込むための可撓性把持吸引ニップルと
   を含み、
   前記ニップルは、インターロック機構を備え、２つの構成、すなわち
   前記ニップルが果実に付着しておらず、真空／吸引が発生しない場合の第１の開放構成であって、前記インターロック機構が開いており、前記ニップルが自由にねじれる、第１の開放構成と、
   前記ニップルが果実に付着しており、真空／吸引が適用される場合の第２のロック／詰込み構成であって、前記インターロック機構がロックされ、それによって前記ニップルのねじれが防止される、第２のロック／詰込み構成と
   を有する、果実グリッパー組立体。
2. 果実摘取り機で使用するための真空ベースの果実グリッパー組立体であって、前記果実グリッパー組立体は、
   ａ）主軸を有し、果実摘取り機上に受容可能な支持体であって、前記支持体は吸引発生器の供給源と連通するための開口部を備える、支持体と、
   ｂ）前記支持体に取り付けられ、前記開口部に接続された、果実を引き込むための把持吸引ニップルと
   を含み、
   前記ニップルは、吸引／真空によって果実に付着したときに回転力に耐えるように設計されている、果実グリッパー組立体。
3. 前記ニップルが、果実の形状に応じてその形状を適合させることを可能にすると同時に前記果実を吸引した後の前記回転力に耐えることも可能にする半剛性材料でできている、請求項２に記載の組立体。
4. 前記ニップルが、前記回転力に耐えることを可能にする可撓性材料の層でできている、請求項２に記載の組立体。
5. 前記ニップルが前記回転力に耐えることを可能にするインターロック機構をさらに含み、前記インターロック機構は２つの構成、すなわち
   前記ニップルが果実に付着しておらず、真空／吸引が発生していない場合の第１の開放構成であって、前記インターロック機構が開いている、第１の開放構成と、
   前記ニップルが果実に付着しており、真空／吸引が適用される場合の第２のロック構成であって、前記インターロック機構がロックされ、それによって前記ニップルのねじれが防止される、第２のロック構成と
   を有する、請求項２に記載の組立体。
6. 前記ニップルが、前記回転力に耐えることを可能にするインターロック機構を備える可撓性ニップルであり、前記ニップルは２つの構成、すなわち
   前記ニップルが果実に付着しておらず、真空／吸引が発生していない場合の第１の開放構成であって、前記インターロック機構が開いており、前記ニップルが自由にねじれる、第１の開放構成と、
   前記ニップルが果実に付着しており、真空／吸引が適用される場合の第２のロック／詰
   込み構成であって、前記インターロック機構がロックされ、それによって前記ニップルのねじれが防止される、第２のロック／詰込み構成と
   を有する、請求項２に記載の組立体。
7. 前記インターロック機構が機械的要素である、請求項５又は６に記載の組立体。
8. 前記インターロック機構がロッキングエンジンである、請求項５又は６に記載の組立体。
9. 真空発生器／吸引発生器をさらに含む、請求項１から８のいずれか一項に記載の組立体。
10. 前記ニップルが、前記組立体への葉の吸引を防止するように設計されたメッシュをその開口部にさらに含む、請求項１から９のいずれか一項に記載の組立体。
11. 前記ニップル内に積み重ねられる葉を押しやるように設計された送風機をさらに含む、請求項１から１０のいずれか一項に記載の組立体。
12. 前記支持体が伸長可能及び格納可能である、請求項１から１１のいずれか一項に記載の組立体。
13. 前記支持体が前記主軸に沿って回転することができる、請求項１から１２のいずれか一項に記載の組立体。
14. 前記主軸に沿って前記支持体を回転又は傾けるための回転モータをさらに含む、請求項１３に記載の組立体。
15. 前記支持体が、前記主軸に対して前記ニップルを旋回させることを可能にする１つ又は複数の旋回継手を備える、請求項１から１４のいずれか一項に記載の組立体。
16. 前記ニップルによって把持された果実を傾けるために、前記支持体を前記主軸に沿って移動させるための傾斜モータをさらに含む、請求項１から１５のいずれか一項に記載の組立体。
17. 前記可撓性把持ニップルが前記主軸に沿って前記支持体に固定されている、請求項１から１６のいずれか一項に記載の組立体。
18. 前記可撓性把持ニップルがその中心軸から離れて旋回される前記支持体に固定される、請求項１から１６のいずれか一項に記載の組立体。
19. 前記可撓性把持ニップルが、概ね前記主軸に向かった、及び前記主軸から離れた旋回運動のための旋回取付け要素によって、前記支持体に取り付けられる、請求項１から１６のいずれか一項に記載の組立体。
20. 前記ニップルを回転又は傾けるための回転モータをさらに含む、請求項１８又は１９に記載の組立体。
21. 前記インターロック機構が、リブを備え、前記インターロック機構が開放構成にあるときは、前記リブは互いに離れており、締付け構成にあるときは、前記リブは互いに係合するようになっている、請求項１から２０のいずれか一項に記載の組立体。
22. 請求項１から２１のいずれか一項に記載の１つ又は複数の組立体を含む果実摘取り機。
23. 各組立体の移動が他の組立体から独立している、前記組立体のうちの２つ以上を含む、請求項２２に記載の果実摘取り機。
24. 飛行収穫ロボットである、請求項２２又は２３に記載の果実摘取り機。
25. インターロック機構を含み、２つの構成、すなわち
    前記ニップルが果実に付着しておらず、真空が発生していない場合の第１の開放構成であって、前記インターロック機構が開いており、前記ニップルが自由にねじれる、第１の開放構成と、
    前記ニップルが果実に付着しており、真空が適用される場合の第２のロック／詰込み構成であって、前記インターロック機構がロックされ、それによって前記ニップルのねじれが防止される、第２のロック／詰込み構成と
    を有する、吸引ニップル。
26. 真空／吸引がオフのときに木の葉を通して容易に挿入することを可能にする設置面積を有する閉鎖構成と、前記ニップルを果実に適合させることを可能にする開放構成とを有する吸引ニップルであって、閉鎖構成から開放構成への移行は、真空／吸引の作動によって実行される、吸引ニップル。
27. 任意の果実の形状に適合できるように可撓性を有する、請求項２５又は２６に記載の吸引ニップル。
28. 葉の吸引を防止するように設計されたメッシュをその開口部にさらに含む、請求項２５から２７のいずれか一項に記載の吸引ニップル。
29. 請求項１から２１のいずれか一項による１つ又は複数の組立体を果実摘取り機に取り付けるステップと、それを作動させるステップとを含む、果実を収穫するための方法。
30. 前記果実摘取り機の作動が、前記吸引ニップルによって果実を吸引把持することにつながり、前記果実の前記摘取りは、前記果実が離されるまで、前記果実をねじる及び／又は傾けることによって行われる、請求項２９に記載の方法。
31. 前記グリッパー組立体が木の葉に進入する間、前記グリッパー組立体を連続的に回転させるステップをさらに含み、その結果、前記回転は、前記吸引ニップルが前記木の葉に進入することを可能にする、請求項２９又は３０に記載の方法。

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