JP2021185761A - 収穫方法 - Google Patents

Abstract

【課題】損傷発生を抑制して対象物を安定して収穫する収穫方法を提供すること。【解決手段】収穫方法は、植物になる複数の対象物の中の１つを引き込む引き込み機構と、引き込んだ対象物を収穫する収穫機構と、を備えた収穫装置を用いた収穫方法であって、対象物の大きさ及び傾きを検出する工程と、対象物の傾きに基づいて、収穫機構の角度を調整する工程と、対象物の大きさに基づいて、収穫機構と引き込み機構との位置関係を調整する工程と、引き込み機構で対象物を植物の枝から離間する方向に引き込む工程と、引き込んだ対象物の下方に収穫機構を挿入する工程と、挿入した収穫機構で対象物を植物から切り離す工程と、を含む。【選択図】図２３

Description

本開示は、果実等の対象物を収穫する収穫方法に関する。

農作物の収穫作業の自動化が望まれている。従来、自動収穫を行う装置としては、例えば、特許文献１に記載された収穫装置が知られている。

図１は、特許文献１に開示の収穫装置の概略構成図である。特許文献１に開示の収穫装置は、果実を吸着するバキュームパッド９５に接続され、図示せぬ真空吸引装置につながる接続管９４、及び、バキュームパッド９５を回転及び振動させるモータ９３を備える。この収穫装置は、バキュームパッド９５で果実９０を吸着し、かつ、バキュームパッド９５を回転及び振動させて、枝９２に成る果実９０を、離層９１にて枝９２から分離する。上記特許文献１に開示の収穫装置では、果実の表面の一部分を真空吸引するため、果実に吸引した痕が残る等、損傷の原因となっていた。

そこで、特許文献２等に開示の収穫装置により、果実の損傷を抑制して対象物を収穫する収穫方法がある。

特開昭６３−１４１５１７号公報 特開２０１７−５１１０３号公報

しかしながら、上記特許文献２に開示の収穫方法では、一様に収穫を実施するのに対し、果実は大きさや実の成り方にばらつきが存在するため、収穫が安定して行えなかった。

本開示は、損傷発生を抑制して対象物を安定して収穫する収穫方法を提供することを目的とする。

本開示の収穫方法は、植物になる複数の対象物の中の１つを引き込む引き込み機構と、引き込んだ前記対象物を収穫する収穫機構と、を備えた収穫装置を用いた収穫方法であって、前記対象物の大きさ及び傾きを検出する工程と、前記対象物の傾きに基づいて、前記収穫機構の角度を調整する工程と、前記対象物の大きさに基づいて、前記収穫機構と前記引き込み機構との位置関係を調整する工程と、前記引き込み機構で前記対象物を前記植物の枝から離間する方向に引き込む工程と、引き込んだ前記対象物の下方に前記収穫機構を挿入する工程と、挿入した前記収穫機構で前記対象物を前記植物から切り離す工程と、を含む。

本開示の収穫方法によれば、損傷発生を抑制して対象物を安定して収穫することができる。

特許文献１に開示の収穫装置の概略構成図 本開示の実施の形態にかかる収穫装置の外観を示す斜視図 図２に示した引き込み部材のみの外観を示す斜視図 図２に示した引き込み部材駆動部が最も後退した場合の収穫装置の様子を示す斜視図 図２に示した上側収穫リングの外観を示す斜視図 図２に示した下側収穫リングの外観を示す斜視図 図２に示した収穫装置を反対側から見た外観を示す斜視図 収穫の対象物である果実の房を示す図 離層で果実をより確実に分離するための収穫装置の動作手順を示すフロー図 収穫装置の動作を説明するための図 収穫装置の動作を説明するための図 収穫装置の動作を説明するための図 収穫装置の動作を説明するための図 収穫装置の動作を説明するための図 収穫装置の動作を説明するための図 収穫装置の動作を説明するための図 収穫装置の動作を説明するための図 収穫装置の動作を説明するための図 収穫機構の回転振動を実現する手順を示すフロー図 回転振動の成分である上下方向及び前後方向の振動の位相を示す図 本開示の実施の形態にかかる収穫装置の外観を示す後方斜視図 収穫装置の動作を説明するための図 収穫装置の動作を説明するための図 果実の大きさ等検出工程を含む、収穫装置の動作手順を示すフロー図 果実の大きさの検出を説明するための図 果実の傾きの検出を説明するための図 変形例に係る引き込み部材の外観を示す斜視図

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

特許文献１に開示の技術では、収穫装置が及ぼす引っ張り、ねじり、曲げ等の力が離層９１のみならず、果実９０から枝９２の支持部にわたる範囲全体に作用する。そのため、果実９０がトマトのように蔕（へた）を有する場合、果実９０が離層９１で分離するとは限らず、果実９０が蔕で分離する可能性があった。蔕が分離したトマト等の果実９０は、色合いの審美的観点、新鮮度の確認困難といった点で商品価値が低下する場合もある。また、果実９０が離層９１で分離しにくい場合、枝９２等に無理な力が作用し、枝９２等及びその支持部を傷める原因となっていた。そこで、これらの課題を解決可能な収穫装置について説明する。

図２は、本開示の実施の形態にかかる収穫装置１００の外観を示す斜視図である。図２において、収穫装置１００は、トマト等の果実を収穫装置１００に引き込むための引き込み機構（すなわち引き込み部材１、２等）と、当該果実を蔕ではなく、離層で分離させるための収穫機構（上側収穫リング８、下側収穫リング９等）と、制御装置（図示しない）を有する。制御装置は、収穫装置１００の各種動作の制御を行う。

なお、以下の説明において、上下方向は重力に平行な方向であり、下方向は地球の重力が果実等を引っ張る向き、上方向は下方向と反対の方向である。また、前後方向は収穫装置１００から見た果実の接近離間方向であり、前方向は、収穫装置１００が果実に接近する方向、後方向は収穫装置１００が果実から離れる方向である。

収穫装置１００の収穫対象物は、枝に実った果実等である。より詳細には、果梗と離層とを有する果実である。このような果実の例としては、トマト以外にいちご、ブルーベリー、ラズベリー等が挙げられる。

これらの果実は、複数個密集して枝に実っている場合が多い。そこで、収穫装置１００は、所望の果実のみを収穫するために、特定の果実のみを収穫装置１００側に引き付ける機構として引き込み部材１、２を備える。

図３は、図２に示した引き込み部材１、２のみの外観を示す斜視図である。引き込み部材１、２は、弾性部材である。引き込み部材１、２は、直方体状のストレート部１ｓ、２ｓと、ストレート部１ｓ、２ｓの一端に設けられた円弧部１ａ、２ａと、ストレート部１ｓ、２ｓの他端に設けられた固定端１ｂ、２ｂとを有し、それぞれＪ字状をなす。引き込み部材１、２は、対を成して、Ｕ字状に配置される。なお、引き込み部材１、２は、円弧部１ａ、２ａのみが弾性部材であってもよい。

再度、図２を参照する。引き込み部材ホルダ３は、直線状の溝構造３ａを両側に有する。溝構造３ａは、引き込み部材１、２を摺動可能に保持し、引き込み部材１、２の円弧部１ａ、２ａを弾性変形させて収納するかまたは突出させる。

引き込み部材駆動部４は、引き込み部材１、２の固定端１ｂ、２ｂを保持し、かつ、引き込み部材１、２を駆動させる機構である。また、引き込み部材駆動部４の中央の一部にラック４ａが形成されている。また、引き込み部材駆動部４は、凹部４ｂを有する。

駆動部ガイド７は、引き込み部材駆動部４の凹部４ｂを介して引き込み部材駆動部４を直線移動自在に保持する。引き込み部材ホルダ３は、図４に示すように、ピン１０によって駆動部ガイド７の面上に支持され、ピン溝３ｂの許容する範囲で直線状に移動可能である。

駆動部ガイド７には、引き込みモータ５が搭載されている。引き込みモータ５の回転軸には、ピニオン６が接続され、ピニオン６はラック４ａに係合している。ここで、引き込みモータ５が回転するとピニオン６が回転し、引き込み部材駆動部４が駆動部ガイド７に対し直線状に移動する。これらの駆動機構により引き込み部材駆動部４が駆動され、それによって、一対の引き込み部材１、２の円弧部１ａ、２ａが、枝から離れる方向に所望の果実を引き込むことが可能となる。

なお、図４に示すように、引き込み部材駆動部４が最も後退した場合には、引き込み部材１、２の円弧部１ａ、２ａは、弾性変形してほぼ平板状となり、溝構造３ａ内に収納される。また、図２に示すように、引き込み部材駆動部４が最も前進した場合には、引き込み部材１、２の円弧部１ａ、２ａは、自由状態である円弧状に弾性回復し、互いの先端が接近する。

上側収穫リング８（図５参照）と、その鉛直下方に配される下側収穫リング９（図６参照）は、引き込み部材１、２による引き込みの完了した所望の果実を収穫するための機構である。

上側収穫リング８、下側収穫リング９は、いずれも略半円弧状に形成された円弧部８ａ、９ａ（リング部に相当）を有する。円弧部８ａ、９ａは、それぞれ内側に果実を収容する。円弧部８ａ、９ａの一部は、Ｖ溝８ｂ、９ｂを形成する。Ｖ溝８ｂ、９ｂは、下側に向かって凹む凹み部であり、上側収穫リング８が、下側収穫リング９の上側に重なった状態において、Ｖ溝９ｂにＶ溝８ｂが嵌合する。下側収穫リング９には、図６に示すように、ガイド溝９ｃが一体的に形成される。下側収穫リング９は、ガイド溝９ｃに沿って上側収穫リング８を直線状に摺動可能に保持する。

なお、上側収穫リング８の円弧部８ａをその一部とする円の中心を、この円に対して垂直に通る中心軸、及び、下側収穫リング９の円弧部９ａをその一部とする円の中心を、この円に対して垂直に通る中心軸が、引き込み部材ホルダ３の円弧状の凹部３ｃをその一部とするなす円の中心を、この円に対して垂直に通る中心軸と略平行になるよう、駆動部ガイド７と下側収穫リング９との間は、結合部材１２によって接続されている。

図７は、図２の収穫装置１００を反対側から見た外観を示す斜視図である。下側収穫リング９には、モータホルダ１３を介して離断モータ１１が固定されている。離断モータ１１の回転軸は、アーム１４を介して上側収穫リング８に接続されている。ここで、離断モータ１１が回転すると、アーム１４は、上側収穫リング８をガイド溝９ｃ（図６参照）に沿って移動するように駆動する。すなわち、離断モータ１１は、上側収穫リング８と下側収穫リング９の相対移動を行わせる。

ベース１６は、スライドベース１５を直線移動自在に保持する。スライドベース１５の先端には、リング状のトラップリング１５ａが設けられている。

スライドモータ１７は、ステータがベース１６に固定され、スライドベース１５をベース１６に対し、例えばアーム等（図示せず）で駆動する。ピッチモータ１８のステータはスライドベース１５に固定され、ピッチモータ１８のロータはモータホルダ１３に結合されている。ピッチモータ１８は、スライドベース１５に対し、モータホルダ１３をいわゆるピッチング方向に駆動し、上側収穫リング８等の先端をベース１６に対し相対的に上下方向に駆動することができる。これにより、上側収穫リング８及び下側収穫リング９と、所望の果実との距離を調整できる。

ここで、収穫の対象物である果実の房を図８に示す。ここでは、果実としてトマトを例示する。なお、図８では、一部の蔕は、図示を省略している。

枝の一例である主茎６０から分岐した房５００は、複数の果実が、果梗５３の周囲に実る。果実５０は蔕５１を有し、蔕５１は小果梗５２を介して果梗５３に繋がっている。果梗５３の上部は、更に主茎６０に繋がっている。そして、房５００は、主茎６０から自重等により垂下する。

離層５４は、枝と果実の軸との間に形成される特別な細胞層であって、小果梗５２の途中に位置し、引っ張り力等により比較的容易に分離できる部分である。なお、果実５０と果梗５３との間には、離層５４の他に分離し易い部分として、蔕５１と果実５０との境界がある。従って、果実５０を単純に引っ張った場合、離層５４で分離する場合と蔕５１で分離する場合が有る。

次に、離層５４で果実５０をより確実に分離するための、収穫装置１００の動作について、図９を用いて説明する。なお、図１０〜図１８も収穫装置１００の動作を説明するための図であり、適宜、これらの図を参照しながら説明する。なお、所望の果実は、果実５０である。

まず、収穫装置１００は、果実５０を収穫する工程の前に、密集して実った果実の房５００の中から、果実５０のみを収穫可能とするための処理であるステップＳ１〜Ｓ３の工程を実施する。

図９のステップＳ１において、図１０に示すように、スライドベース１５より上部を前方に傾斜した状態の収穫装置１００の収穫機構（すなわち、上側収穫リング８及び下側収穫リング９）が、果実５０と、その下側の果実５６との間に来るように、収穫装置１００を位置させる。このとき、図２等に示した引き込み部材１、２の円弧部１ａ、２ａは、引き込み部材ホルダ３に収納されている。そして、図１１に示すように、収穫機構が果実５０とその下側の果実５６との間に入った状態となるように、収穫装置１００の位置を調整する。

ステップＳ２において、収穫装置１００は、引き込みモータ５を正回転で駆動することにより、図１２に示すように、引き込み部材駆動部４を果実５０の枝側に押し出す。これにより、収穫装置１００は、引き込み部材１、２を果実５０の枝側に突出させて、円弧部１ａ、２ａが果実５０を取り囲むようにする。

ステップＳ３において、収穫装置１００は、引き込みモータ５を逆回転で駆動することにより、図１３に示すように、引き込み部材１、２を果実５０の枝から離れる側に移動させ、果実５０を収穫装置１００側に向けて引き込む。より詳細には、収穫装置１００は、果実５０の下端を斜め上方に持ち上げるように引き込む。これにより、所望の果実５０と下側の果実５６との間に間隙が形成される。ここで、引き込み部材１、２の引っ張りによって蔕５１が果実５０から分離するのを防ぐため、引き込み量は、果実５０の直径の例えば約１／４〜１／２とする。なお、一対の引き込み部材１、２は、果実５０の引き込みが進むにつれて、引き込み部材１、２の先端同士が離間していく。前述のように、引き込み部材１、２の円弧部１ａ、２ａは、弾性部材だからである。

以上のステップＳ１〜Ｓ３が、密集して実った果実の房の中から、所望の果実５０のみを収穫する前に行う引き込み工程の内容である。

収穫装置１００は、引き込み工程後に収穫工程であるステップＳ４〜Ｓ６の工程を実施する。

ステップＳ４において、収穫装置１００は、図１４に示すように、ピッチモータ１８を逆回転で駆動して、前方に傾斜したスライドベース１５より上部を水平にすることにより、収穫機構である上側収穫リング８、及び、下側収穫リング９を果梗５３と果実５０との間に挿入する。このとき、円弧部１ａ、２ａの上昇に伴い、円弧部１ａ、２ａが果実５０の小果梗５２または果梗５３と接触する可能性があるが、円弧部１ａ、２ａは弾性部材であって変形は容易であるため、小果梗５２や果梗５３に損傷を与えない。

ステップＳ５において、収穫装置１００は、図１４の状態からピッチモータ１８を更に逆回転させ、図１５に示すように、スライドベース１５より上部を後方に傾斜させて、上側収穫リング８の長手方向、及び、下側収穫リング９の長手方向と、果実５０の上端及び下端を通る中心線とが略平行になるようにする。これにより、収穫機構が果実５０の小果梗５２に至り、結果として、図１６に示すように、Ｖ溝８ｂ、９ｂが果梗５３と蔕５１との間に挿入される。

ステップＳ６において、収穫装置１００が、離断モータ１１を駆動すると、図１７に示すように、上側収穫リング８がアーム１４によりガイド溝９ｃ（図６参照）に沿って引き込まれる。その結果、上側収穫リング８が蔕５１を含む果実５０を果梗５３から離間する方向（後方）に引かれる。果実５０が引かれるに伴い、果梗５３も小果梗５２を介して引き寄せられるが、果梗５３と下側収穫リング９が接触し、上側収穫リング８の引っ張り力の反作用として下側収穫リング９に果梗５３を押す力が発生する。その際、Ｖ溝８ｂは果実５０の蔕５１に接触しているため、蔕５１と果梗５３との間にそれらを引き離す引っ張り力が作用し、図１７及び図１８に示すように、小果梗５２は離層５４で分離する。このとき、果実５０と蔕５１との間にはそれらを引き離す引っ張り力が作用しないため、蔕５１が果実５０から分離することはない。また、収穫工程時に、収穫装置１００は果実５０に直接触れないようにすることができるため、果実５０の損傷発生を防止できる。

なお、上側収穫リング８と下側収穫リング９とが重ねて配置されること、特に、Ｖ溝８ｂ、９ｂが嵌合するように配置されることにより、ステップＳ６の分離工程において、果梗５３に対して果実５０に作用する回転モーメントを小さくでき、果実５０の下側収穫リング９からの回転による離脱を防ぐことができる。加えて、離層５４にも効率的に引っ張り力を作用させることが可能となり、離層５４以外の場所で分離することがほとんどない。

また、上側収穫リング８と下側収穫リング９との間隙は、Ｖ溝８ｂ、９ｂの間隙を含め、あまり小さいと他の果実の蔕等を挟む可能性も有るので、例えば０．３ｍｍ程度以上、１ｍｍ以下とする。

以上のステップＳ４〜Ｓ６が収穫工程の内容である。

その後、収穫した蔕５１付きの果実５０は落下し、図２のトラップリング１５ａを通過する。収穫装置１００を収穫システムとして機能させる場合、収穫した果実５０を収集するための容器等を、トラップリング１５ａの下に配置することが望ましい。

なお、本実施の形態では、下側収穫リング９を固定し、上側収穫リング８を移動させる構成とした。しかしながら、本開示はこれに限るものではない。すなわち、上側収穫リング８と下側収穫リング９とを相対的に移動させてもよく、例えば、上側収穫リング８を固定し、下側収穫リング９を移動させてもよいし、また、上側収穫リング８及び下側収穫リング９を両方共移動させてもよい。このような構成により、図１７に示すように、他の果実５６がトラップリング１５ａと接触するような場合でも、上側収穫リング８と下側収穫リング９を図１７の紙面右方向（枝の方向）に突出させることができる。この結果、上側収穫リング８及び下側収穫リング９の果実５０への挿入が容易になり、下側収穫リング９に対して上側収穫リング８を相対的に図１７の紙面左側（枝と反対方向）に引き寄せれば、果実５０にトラップリング１５ａを通過させることができる。

また、このような上側収穫リング８及び下側収穫リング９の構成により、より確実に離層５４に引っ張り力が作用し、蔕５１が取れたり、損傷が発生したりする等の商品価値低下も起こり難い。

なお、対象物である果実５０の径が比較的大きい場合等は、Ｖ溝８ｂ、９ｂを設けなくても、十分な引っ張り力を作用させることができる。ただし、離層５４を中心として果実５０をより確実に分離するためには、Ｖ溝８ｂ、９ｂが形成されていることが望ましい。

また、本実施の形態にかかる収穫装置１００においては、スライドモータ１７、ピッチモータ１８等を設けて姿勢や位置を果実に対し設定したが、適切なマニピュレータアームがこれらの機能を実現しても良い。

なお、上記実施の形態では、果実５０である対象物が枝に実った例を示したが、植物に実った実を対象物として、収穫してもよい。この場合、駆動機構は、下側収穫リング９を対象物の実った植物の方向に、又は、上側収穫リング８を対象物の実った植物から離れる方向に移動させてもよい。

ここで、上記実施の形態の収穫方法において、密集状態の果実と果実の間に、上側収穫リング８及び下側収穫リング９を挿入する際、摩擦等の抵抗が問題となることがある。そこで、ここでは、上側収穫リング８及び下側収穫リング９を振動させることにより、果実５０との間の摩擦力を動摩擦状態に変化させて挿入を容易にする方法、垂直抗力を低減させる方法について説明する。

この場合、動摩擦状態にする具体的な方法として、下側収穫リング９の一部にバイブレーション用の偏心モータ等を装着する。偏心モータの回転周波数を収穫装置１００の機械振動系の一次共振周波数に合わせることにより、効率よく振幅が得られる。また、偏心モータの装着方法により、上下、前後等の振動方向が得られる。

偏心モータを備えた収穫装置１００は、枝になる複数の果実の中の１つを所望の果実として、引き込み部材１、２を用いて枝から離間する方向に引き込み、引き込んだ果実の下側に収穫機構（すなわち、上側収穫リング８及び下側収穫リング９）を挿入する。このとき、収穫装置１００は、収穫機構を振動させながら挿入することにより、上記摩擦の問題を解決し、所望の果実のみを適格に収穫できる。

また、収穫装置１００は、上記振動を複合波状態にすることにより、所望の果実のみを押し上げつつ、収穫機構を所望の果実の下側にスムーズに挿入できる。このため、収穫装置１００は、上下方向と前後方向の振動を組み合わせた回転振動を導入する。この回転振動は、振動の上下方向と前後方向の振動周波数が同じであり、かつ、位相を９０度ずらしたものである。

収穫装置１００は、収穫機構を振動させる工程において、収穫機構の先端を下方向に変位させると同時に、収穫機構の先端を枝に近づく方向（すなわち、枝から離間する方向と反対方向）に変位させる第１工程を含む。また、収穫装置１００は、収穫機構を振動させる工程において、収穫機構の先端を上方向に変位させると同時に、収穫機構の先端を枝から離間する方向に変位させる第２工程を含む。収穫装置１００は、第１工程において、所望の果実の下側に収穫機構を挿入し、第２工程において、所望の果実を枝から離間する方向に引き込む。

図１９は、収穫機構の回転振動を実現する手順を示すフロー図である。また、図２０は、回転振動の成分である上下方向及び前後方向の振動の位相を示す図である。なお、図２０の位相図における太い矢印は、上側収穫リング８の先端の移動方向を示す。以下、収穫機構の回転振動を実現する手順について、図１９及び図２０を用いて詳細に説明する。
回転振動を行う前の初期状態として、収穫装置１００の収穫機構と果実５０との位置関係を図１１の状態とし、この状態から振動を開始する。ステップＳ１１において、収穫装置１００は、スライドモータ１７によってスライドベース１５を前方に駆動する。

ステップＳ１２において、収穫装置１００は、収穫機構の先端の前後方向の振動について、収穫機構の先端の位置が前方における最大振幅の位置となるように偏心モータを駆動し、収穫機構の先端に回転振動を始めさせる。このとき、上下方向の振動については、収穫機構の先端の位置は、上下方向において最大振幅を示す２つの位置の中間位置にある。

収穫装置１００は、ステップＳ１２からＳ１３において、図２０（ａ）から図２０（ｂ）に示すように、収穫機構の先端を後に引きつつ、かつ上向きに変位を与える。これにより、収穫機構は、果実５０を押し上げ、両者の間の摩擦力が大きくなり、かつ果実５０が後に引かれる。

ステップＳ１３において、収穫機構の先端の前後方向の振動については、収穫機構の先端の位置は、前後方向において最大振幅を示す２つの位置の中間位置となり、上下方向の振動については、収穫機構の先端の位置は、上方における最大振幅の位置となる。このため、摩擦力が最大となり、より強い力で果実５０を装置側に引き込める。

ステップＳ１４において、収穫機構の先端の前後方向の振動については、収穫機構の先端の位置は、後方における最大振幅の位置に、収穫機構の先端の上下方向の振動については、収穫機構の先端の位置が、上下方向において最大振幅を示す２つの位置の中間位置になるように回転する。これにより、果実５０を装置側に更に引き寄せる。

収穫装置１００は、ステップＳ１４からＳ１５において、図２０（ｃ）から図２０（ｄ）に示すように、収穫機構の先端を前方に移動させつつ、かつ下向きに変位を与える。これにより、収穫機構は、果実５０の下方向に離れるように変位し、収穫機構と果実５０の摩擦力が低下する。これと同時に収穫機構は、果実５０に対し前方に移動するため、相対的に前に摺動変位する。すなわち、摩擦力を低下させつつ、収穫機構が果実５０の下に、振動の振幅に関連する分だけ挿入される。

ステップＳ１５において、収穫機構の先端の前後方向の振動については、収穫機構の先端の位置は、前後方向において最大振幅を示す２つの位置の中間位置となり、収穫機構の先端の上下方向の振動については、収穫機構の先端の位置は、下方における最大振幅の位置となる。これにより、収穫機構を果実５０の下に挿入しやすくなる。

このようにして、収穫機構の挿入が完了するまで（ステップＳ１６：ＮＯ）、ステップＳ１２〜Ｓ１５を繰り返す。

収穫機構の挿入が完了すると（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、ステップＳ１７において、収穫装置１００は、スライドモータ１７及び偏心モータの駆動を停止する。

また、上記振動と同時にスライドモータ１７がスライドベース１５を前方に駆動しているので、摩擦力が大きい場合には、果実５０が後に引かれ、摩擦力が小さい場合には、収穫機構が果実５０と他の果実５６との間に挿入される。

なお、偏心モータによる振動の周波数に関しては、機械振動系に一致させると効率がよいことは既に述べたが、収穫装置１００が図２のように前後方向を長手方向とする場合、長手方向に直交する方向における振動周波数が低下しやすい。すなわち、前後方向に対して相対的に上下方向の振動周波数が低くなり、振幅が大きくなるため、上下方向の振動を生じさせやすく、果実５０を引き込みやすい。

このように、前後方向と上下方向の振動周波数が一致しないのが一般的であるため、一つのモータで駆動した場合は、図２０の位相図において太い矢印の先端の軌跡は楕円形になる。一方で、位相図が真円に近い方が、より果実５０を引き込みやすい。そして、真円に近づけるためには、前後方向と上下方向の共振周波数を一致させるのが有効である。具体的には、偏心モータに加え、その背後に、前後方向に振動するバネを接続することで、前後方向と上下方向の共振周波数を一致させることができる。

なお、上記振動は、一つのモータで実現してもよい。また、２個のモータを利用し、各方向の共振周波数に合わせた振動を発生させることも可能であり、この場合はそれぞれの周波数に対し、より大きな振動を得ることができる。

以上で述べた手法において、植物になる複数の対象物の中の１つを収穫する手段を開示したが、この場合は一様に収穫を実施するため、大きさや傾き等が異なる果実に対しての収穫は安定して行えない。

そこで、図９の収穫動作に入る前に、対象物の大きさ及び傾きを検出する工程と、対象物の傾きに対する収穫機構の成す角度を調整する工程と、対象物の大きさに基づいて、収穫機構と引き込み機構との位置関係を調整する工程とを行うことで、より安定した収穫を行うことができる。このような処理を行うための収穫装置について説明する。図２１は、収穫装置２００の外観を示す後方斜視図である。

収穫装置２００は、上記収穫装置１００と同様の構成の他に、対象物の大きさ及び傾きを検出する画像取得装置及び画像処理装置（それぞれ図示せず）を含む。画像取得装置は、収穫装置２００の左右方向（上下方向及び前後方向に直交する方向）のうち一方向側から見た対象物の画像を取得する。

収穫装置２００は、引き込み部材１、２、引き込み部材ホルダ３、引き込み部材駆動部４、引き込みモータ５等を含む引き込み機構の角度を、鉛直方向に対して変えることができるように、駆動部２０１を含む。駆動部２０１は、リンクバー２０２を備える。リンクバー２０２の両端側には、それぞれリンク軸２０３及びリンク軸２０４が挿通されている。一方のリンク軸２０４は、リンク駆動レバー２０５に挿通されている。リンク駆動レバー２０５は、駆動軸２０６を介して、駆動アクチュエーター２０７から動力を受ける。

他方のリンク軸２０３は、引き込み部材取付部２０８に固定されている。このような構成によって、上記の引き込み機構は、揺動軸２０９を基準に回転する引き込み部材取付部２０８と連動することとなる。この運動を利用することで、引き込み部材１、２を含む引き込み機構と、収穫リング８、９を含む収穫機構との相対的な位置関係を調整することができる。

図２２Ａは、引き込み機構と収穫機構を平行に保つように、駆動部２０１の駆動アクチュエーター２０７を制御した状態を示す。これに対し、図２２Ｂは、駆動部２０１の駆動アクチュエーター２０７を回転させ、収穫機構に対して引き込み機構を回動させることによって、引き込み機構と収穫機構との相対距離を縮めた状態を示す。また、逆に、引き込み機構と収穫機構との相対距離を広げることも可能となる。

次に、上記収穫装置２００を用いた収穫方法について、図２３を用いて詳しく説明する。図２３は、果実の大きさ等を検出する工程を含む、収穫装置の動作手順を示すフロー図である。

まず、図２３のステップＳ１０１において、収穫装置２００は、画像取得装置及び画像処理装置を用いて、収穫対象の対象物の一例である果実５０の大きさ及び傾きの情報を取得する。なお、対象物としては、果実以外に、野菜が例示できる。ここで、図２４及び図２５を用いて、果実５０の大きさ及び傾きの検出方法について説明する。

図２４は、果実５０の大きさを検出する方法の一例を示す。画像処理装置は、画像取得装置により取得された果実５０の画像において、果実５０の存在領域を囲むように矩形４０を生成する。本実施の形態では、矩形４０は、重力方向（鉛直方向）と平行な左右の辺と、鉛直方向と直交する水平方向と平行な上下の辺とから構成されるが、このような構成に限られない。矩形４０の下辺の中心部を、果実５０の下端４１（以下、「対象物下端４１」という場合がある）とみなすこととする。また、矩形４０の対角線の交点を、疑似的に果実５０の中心４２（以下、「対象物中心４２」という場合がある）とみなすこととする。このようにして、画像処理装置は、果実５０の大きさに関わる情報を取得する。

図２５は、果実５０の傾きを検出する方法の一例を示す。画像処理装置は、画像取得装置により取得された果実５０の画像において、果実５０の存在領域を抽出後、果実５０の色情報を基に、果実部分に相当する２値画像４３を得る。引き続き、上記２値画像４３の主軸４４の傾きを算出し、これを果実５０の鉛直方向に対する傾き（実のなり方）とする。このとき、２値画像４３における、果実部分と蔕部分との境界位置と、果実５０の中心４２に相当する位置とを結ぶ線を、主軸４４に設定する。このことで、果実５０の鉛直方向に対する傾き（鉛直傾き）の情報を取得することができる。

図２３の説明に戻る。次に、ステップＳ１０２において、上記ステップＳ１０１で取得した果実５０の鉛直傾きに対する収穫機構及び引き込み機構の成す角度を、収穫に適した角度に調整する。

具体的には、上記ステップＳ１０１で取得した果実５０の鉛直傾きに対し、収穫機構の上部を垂直方向から挿入するよう、収穫機構及び引き込み機構の角度を調整する。このことで、より収穫機構に果実５０を挿入しやすくなる。すなわち、実のなり方のばらつきに対しても、個々に適した角度で収穫できることになり、安定して収穫を行うことができる。このような収穫機構及び引き込み機構の角度の調整は、収穫動作で説明したように、図７のピッチモータ１８を駆動させることにより行うことができる。なお、本実施の形態では、収穫機構及び引き込み機構の両方の角度を同じように調整するが、収穫機構のみの角度を調整し、引き込み機構の角度を調整しなくてもよい。

収穫に適した収穫機構の角度は、理想的には、ステップＳ１０１で得た果実５０の鉛直傾きに対し、９０°（すなわち垂直）であることが望ましい。ただし、９０°でなくても収穫は可能であり、果実５０の鉛直傾きに対し、収穫機構が４５°以上１３５°以下となるように、収穫装置２００を制御することで安定した収穫が可能である。なお、本実施の形態において、果実５０の鉛直傾きに対して収穫機構が９０°あるいは４５°以上１３５°以下となる状態とは、左右方向のうち一方向側から見たときの、果実５０の鉛直傾きと、収穫リング８、９が延びる方向とのなす角度が、９０°あるいは４５°以上１３５°以下となる状態のことを意味する。

次に、ステップＳ１０３において、収穫装置２００は、上記ステップＳ１０１で取得した果実５０の大きさに基づいて、収穫機構と引き込み機構との位置関係（相対距離）を、収穫に適した位置関係に調整する。

具体的には、上記ステップＳ１０１で取得した果実５０の大きさに関わる情報である、対象物下端４１、及び、対象物中心４２に基づき、例えば、図２２Ｂに示すように、収穫機構に対して引き込み機構を回動させ、収穫機構と引き込み機構との成す角度を調整することによって、収穫機構と引き込み機構との位置関係を調整する。このとき、収穫機構が、対象物下端４１に対して鉛直下方向に数ミリ〜数１０ミリ下がった高さに挿入され、引き込み機構が、対象物中心４２近傍を引き込むように、位置関係を調整する。

なお、本実施の形態では、収穫機構と引き込み機構との位置関係を調整する機構として、引き込み機構を回動させる機構を用いたが、例えば、引き込み機構を収穫機構と平行な状態を維持したまま上下に移動させる機構を用いてもよい。

この機構を活用することにより、次のステップＳ１において、上記、果実５０の下端４１から鉛直下方向に数ミリ〜数１０ミリ下がったの高さに収穫リング８，９を、対象物中心４２の鉛直高さに引き込み機構を、それぞれ挿入することができる。このことで、収穫を試みる対象物が大きさにばらつきがあっても、より安定して果実５０を引き込むことが可能となる。すなわち、実の大きさのばらつきに対しても、個々に適した位置に引き込み機構、及び、収穫機構を挿入することが可能となり、安定して収穫を行うことができる。

なお、果実５０の下方に収穫リング８，９を挿入する際、図１９に示すようなステップＳ１１〜Ｓ１７の処理を行ってもよい。このようにすれば、密集状態の対象物の間に収穫リング８，９を容易に挿入することができる。

その後、上述のステップＳ２〜Ｓ６の処理を行う。このようにして、大きさや角度が様々に異なる対象物を連続して安定的に収穫することができる。

＜変形例＞
ここで、引き込み部材の変形例について説明する。

図２６は、変形例に係る引き込み部材３１、３２の外観を示す斜視図である。円弧部３１ａ、３２ａの自由状態（引き込み開始時）において、円弧部３１ａ、３２ａの先端に間隙δを設ける。間隙δを設けることにより、図１４〜図１７における小果梗５２や果梗５３を回避しつつ果実５０のみの引き込みが、より一層容易になるという効果を有する。この間隙δの最小値は果梗の寸法より大きく、最大値は対象物である果実の寸法より小さいものとする。トマトの房を例にとると、間隙δは概ね５〜１０ｍｍ程度である。

なお、収穫装置１００を移動台車に設置されたマニピュレータアームに搭載することで、収穫システムも構築できる。このシステムにより、当該移動台車が農園内を移動して対象物を自動収穫することも可能となる。

また上記各実施の形態では、上側収穫リング８及び下側収穫リング９は、略半円弧状の円弧部８ａ、９ａを有するものとして説明したが、本開示はこれに限るものではない。例えば、上側収穫リング８及び下側収穫リング９の円弧部は、円の一部を形成するものではなく、楕円の一部、多角形の一部を形成するものであってもよい。

本開示の収穫方法は、各種の果実等を収穫するのに適用できる。

１、２、３１、３２ 引き込み部材
１ａ、２ａ、３１ａ、３２ａ 円弧部
１ｂ、２ｂ 固定端
１ｓ、２ｓ ストレート部
３ 引き込み部材ホルダ
３ａ 溝構造
３ｂ ピン溝
３ｃ 凹部
４ 引き込み部材駆動部
４ａ ラック
４ｂ 凹部
５ 引き込みモータ
６ ピニオン
７ 駆動部ガイド
８ 上側収穫リング
８ａ、９ａ 円弧部
８ｂ、９ｂ Ｖ溝
９ 下側収穫リング
９ｃ ガイド溝
１０ ピン
１１ 離断モータ
１２ 結合部材
１３ モータホルダ
１４ アーム
１５ スライドベース
１５ａ トラップリング
１６ ベース
１７ スライドモータ
１８ ピッチモータ
４０ 矩形
４１ 対象物下端（対象物の下端）
４２ 対象物中心（対象物の中心）
４３ ２値画像
４４ 主軸
５０、５６、９０ 果実
５１ 蔕
５２ 小果梗
５３ 果梗
５４、９１ 離層
６０ 主茎
９２ 枝
９３ モータ
９４ 接続管
９５ バキュームパッド
１００、２００ 収穫装置
２０１ 駆動部
２０２ リンクバー
２０３、２０４ リンク軸
２０５ リンク駆動レバー
２０６ 駆動軸
２０７ 駆動アクチュエーター
２０８ 引き込み部材取付部
２０９ 揺動軸
５００ 房

Claims (5)

1. 植物になる複数の対象物の中の１つを引き込む引き込み機構と、引き込んだ前記対象物を収穫する収穫機構と、を備えた収穫装置を用いた収穫方法であって、
   前記対象物の大きさ及び傾きを検出する工程と、
   前記対象物の傾きに基づいて、前記収穫機構の角度を調整する工程と、
   前記対象物の大きさに基づいて、前記収穫機構と前記引き込み機構との位置関係を調整する工程と、
   前記引き込み機構で前記対象物を前記植物の枝から離間する方向に引き込む工程と、
   引き込んだ前記対象物の下方に前記収穫機構を挿入する工程と、
   挿入した前記収穫機構で前記対象物を前記植物から切り離す工程と、
   を含む収穫方法。
2. 前記検出する工程において、前記対象物の中心位置、下端位置及び傾きを検出する、
   請求項１に記載の収穫方法。
3. 前記位置関係を調整する工程において、前記引き込み機構が前記対象物の中心位置近傍を引き込み、かつ、前記収穫機構が前記下端位置よりも下方に挿入されるように、前記位置関係を調整する、請求項２に記載の収穫方法。
4. 前記角度を調整する工程において、前記対象物の鉛直方向に対する傾きに対して垂直方向から前記収穫機構を挿入するように、前記収穫機構の角度を調整する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の収穫方法。
5. 前記収穫機構を挿入する工程において、前記収穫機構を振動させながら挿入する、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の収穫方法。

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