JP2023028914A - 野菜収穫システム及び野菜収穫方法 - Google Patents

Abstract

【課題】衛生的且つ損傷しないように野菜を収穫することが可能な野菜収穫システム及び野菜収穫方法を提供する。【解決手段】野菜収穫システム１は、野菜３の葉部３ｂを保持するハンド２０を備えた収穫ロボット１５と、ハンド２０で、野菜３の葉部３ｂを保持して持ち上げ、持ち上げた葉部３ｂの上下の向きを反転させ、反転させた葉部３ｂを容器２１に収容するように、収穫ロボット１５の動作を制御するコントローラ９７と、を有する。【選択図】図８

Description

開示の実施形態は、野菜収穫システム及び野菜収穫方法に関する。

特許文献１には、植物が生育される苗床片を苗床片の上面側に収穫物となる部分を位置させて保持する定植パネルが、搬送経路における切断刃の設けられた切断位置を上流側から下流側に通過するときに、苗床片で生育した植物において収穫物となる部分と根との間が切断刃により切断される根切り収穫機が記載されている。

特開２０２０－１４１６０５号公報

植物を収穫する工程では、衛生的且つ損傷しないように収穫することが求められており、上記従来技術では不十分であった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、衛生的且つ損傷しないように収穫することが可能な野菜収穫システム及び野菜収穫方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一の観点によれば、野菜を保持するハンドを備えたロボットと、前記ハンドで、前記野菜を保持して持ち上げ、持ち上げた前記野菜の上下の向きを反転させ、反転させた前記野菜を容器に収容するように、前記ロボットの動作を制御するコントローラと、を有する、野菜収穫システムが適用される。

また、本発明の別の観点によれば、ロボットのハンドにより実行される野菜収穫方法であって、野菜を保持して持ち上げることと、持ち上げた前記野菜の上下の向きを反転させることと、反転させた前記野菜を容器に収容することと、を有する、野菜収穫方法が適用される。

本発明の野菜収穫システム等によれば、衛生的且つ損傷しないように収穫することができる。

野菜収穫システムの上方から見た全体構成の一例を概念的に表すシステム構成図である。 野菜収穫システムの側方から見た全体構成の一例を概念的に表すシステム構成図である。 栽培棚の全体構成の一例を表す斜視図である。 栽培棚の各棚部におけるレールの配置の一例を表す説明図である。 栽培棚の各棚部における光源の配置の一例を表す説明図である。 移載装置及び受け渡し機構の構成の一例を表す斜視図である。 保持具及びレールの断面構成の一例を表す断面図である。 収穫ロボットの構成の一例を表す側面図である。 ハンドの構成の一例を表す斜視図である。 指部材の動作の一例を表す説明図である。 指部材の動作の一例を表す説明図である。 ハンドの動作の一例を表す説明図である。 ハンドの動作の一例を表す説明図である。 ハンドの動作の一例を表す説明図である。 ハンドの動作の一例を表す説明図である。 ハンドの動作の一例を表す説明図である。 ハンドの動作の一例を表す説明図である。 指部材の基端部に弾性付与部を設けた変形例における、ハンドの動作の一例を表す説明図である。 収穫ロボットが重量センサを有する変形例における、収穫ロボットの構成の一例を表す側面図である。 コントローラのハードウェア構成例を表すブロック図である。

以下、実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、野菜収穫システムの各構成の説明の便宜上、各図中に示す上下左右前後等の方向を適宜使用する場合があるが、各構成の向きや位置を限定するものではない。

＜１．野菜収穫システムの全体構成＞
図１及び図２を参照しつつ、本実施形態に係る野菜収穫システムの全体構成の一例について説明する。なお、図１及び図２では、各部の詳細な構造については図示を省略し、システム全体の構成を模式的に示している。

図１及び図２に示すように、野菜収穫システム１は、栽培対象である野菜３を保持具５で保持し、当該保持具５を栽培棚７において所定の期間をかけて移動させることにより野菜３を生育させ、野菜３のうちの収穫対象部分（例えば葉部３ｂ）を収穫するシステムである。野菜収穫システム１は、多数の保持具５と、栽培棚７と、搬入装置９と、移載装置１１と、受け渡し機構１３と、収穫ロボット１５と、容器コンベア１７と、搬出装置１９とを有する。

図１に示すように、野菜収穫システム１は、左右方向に並列して配置された２つの栽培棚７を有する。栽培棚７では、野菜３を保持した保持具５が所定の期間をかけて移動されることにより、野菜３が生育される。なお、野菜収穫システム１が有する栽培棚７の数は２つに限るものではなく、１つでもよいし、３つ以上としてもよい。

図２に示すように、搬入装置９は、例えば種子が播種されて発芽した状態の野菜３を保持する保持具５を、野菜収穫システム１に搬入する。搬入装置９は例えばコンベアである。搬入装置９により搬入された保持具５は、２つの栽培棚７の後方に配置された移載装置１１により、各栽培棚７にそれぞれ移載される。なお、搬入装置９として、例えば無人搬送車（ＡＧＶ）を使用してもよいし、例えば作業者が台車等を用いて搬入してもよい。

移載装置１１は、２つの栽培棚７の各々に対して、前方と後方の両側にそれぞれ配置されている。各移載装置１１は、栽培棚７の前後の両端部において、棚部から棚部へと保持具５を移載する。また、栽培棚７の後方に配置された移載装置１１は、上述したように搬入装置９により搬送された保持具５を栽培棚７に移載する。栽培棚７の前方に配置された移載装置１１は、栽培棚７において生育した野菜３を保持する保持具５を、受け渡し機構１３に移載する。

図１に示すように、受け渡し機構１３は、２つの栽培棚７に亘るように左右方向に沿って配設されている。図２に示すように、受け渡し機構１３は、例えば各栽培棚７の最下段の棚部７ａの下方に配置されている。受け渡し機構１３は、２つの栽培棚７の各々から移載された保持具５を、収穫ロボット１５の後側の収穫位置に搬送する。また、受け渡し機構１３はカッタ５３（後述の図６、図８、図１５参照）を有しており、野菜３の葉部３ｂが保持具５から分離されるように切断する。

図１に示すように、収穫ロボット１５（ロボットの一例）は、野菜３の葉部３ｂを保持するハンド２０を備えており、当該ハンド２０により収穫対象である葉部３ｂを保持し、容器２１に収容する。収穫ロボット１５は、複数の葉部３ｂを容器２１に詰めるように収容する。容器２１は、例えば番重やコンテナ等である。

図１に示すように、容器コンベア１７は、搬出装置１９から空の容器２１を受け取り、受け取り位置から左向きに搬送して収穫ロボット１５の前側の詰め込み位置に停止させる。容器コンベア１７は、詰め込み位置において収穫ロボット１５により野菜３の葉部３ｂを収容された容器２１を、さらに左向きに搬送して取り出し位置に停止させる。

搬出装置１９は、空の容器２１を容器コンベア１７の受け取り位置に供給すると共に、野菜３の葉部３ｂを収容した容器２１を容器コンベア１７の取り出し位置から取り出し、野菜収穫システム１から搬出する。搬出装置１９は、予め設定されたコースを走行して容器２１を搬送する無人搬送車（ＡＧＶ）である。なお、搬出装置１９として、例えばコンベアを使用してもよいし、例えば作業者が台車等を用いて搬出してもよい。

＜２．栽培棚＞
図２乃至図５を参照しつつ、栽培棚７の構成の一例について説明する。

図２乃至図５に示すように、栽培棚７には、複数段（例えば８段）の棚部７ａが上下方向に多段に積層されて配置されている。各棚部７ａには、複数のレール２３が前後方向に沿って略水平に延設されている。複数のレール２３は、各棚部７ａにおいて左右方向に並設されており、各レール２３は略平行に配置されている。

レール２３は、複数の保持具５を長手方向に沿って移動可能に支持する。レール２３は、保持具５が前後方向における一方側から供給されることで、他の支持された複数の保持具５が前後方向における他方側に向けて押し出されてスライド移動するように構成される。

栽培棚７における棚部７ａの段数は特に限定されるものではないが、本実施形態では例えば８段である場合を一例として説明する。図３及び図４に示すように、説明の便宜上、栽培棚７の棚部７ａの段について適宜、最下段の１段をＡ段、最上段の１段をＢ段、上から２段目～７段目をまとめてＣ段という。Ａ段は１つの棚部７ａを有し、Ｂ段は１つの棚部７ａを有し、Ｃ段は６つの棚部７ａを有する。図４に示す例では、Ａ段の棚部７ａには比較的多数（例えば８つ）のレール２３が設置されている。Ｂ段の棚部７ａには、Ａ段よりも少ない数（例えば６つ）のレール２３が設置されている。Ｃ段の棚部７ａのそれぞれには、Ｂ段よりもさらに少ない数（例えば４つ）のレール２３が設置されている。

図５に示すように、栽培棚７の棚部７ａの上方には、野菜３の葉部３ｂ（後述の図７参照）に光を当てるための複数の光源２５が設置されている。各光源２５は、各棚部７ａの上方にそれぞれ設けられた支持板２７の下面に、左右方向に沿って延在するように設置されている。各光源２５は、前後方向に沿って所定の間隔で配置されている。光源２５の種類は特に限定されるものではないが、野菜３の光合成を促進するため、例えばＬＥＤや蛍光灯等が使用される。

図２及び図４に、栽培棚７の各棚部７ａにおける野菜３（保持具５を含む）の移動方向の一例を示す。なお、図４における記号ＳＹ１は、前後方向における前側から後側への野菜３の移動方向を示し、記号ＳＹ２は、反対に後側から前側への野菜３の移動方向を示している。図２及び図４に示すように、Ａ段では、各レール２３において野菜３が後側から前側へ向けて移動される。Ｂ段では、各レール２３において野菜３が前側から後側へ向けて移動される。Ｃ段では、各段とも、各レール２３において野菜３が後側から前側へ向けて移動される。

栽培棚７の前側に位置する移載装置１１は、Ａ段からＢ段への野菜３（保持具５を含む）の移載と、Ｃ段から受け渡し機構１３への野菜３の移載を行う。移載装置１１は、野菜３の上下方向の移載と併せて、左右方向の振り分けも行う。また、栽培棚７の後側に位置する移載装置１１は、搬入装置９からＡ段への野菜３の移載と、Ｂ段からＣ段への野菜３の移載を行う。移載装置１１は、野菜３の上下方向の移載と併せて、左右方向の振り分けも行う。

以上の移動経路において、Ａ段→Ｂ段→Ｃ段の順で移載されるに従って、左右方向におけるレール間隔が次第に広くなる。これにより、野菜３全体の大きさが保持具５よりも小さい育苗段階ではレール間隔が最も狭いＡ段で密集して栽培し、その後にレール間隔が段階的に広くなるようにＢ段→Ｃ段の順で移動させることができる。これにより、各野菜３が次第に大きく生育する段階に応じてレール間隔を広くできる。その結果、栽培棚７全体の設置面積を野菜３の栽培に効率的に利用できる。

＜３．移載装置、受け渡し機構＞
図６を参照しつつ、移載装置１１及び受け渡し機構１３の構成の一例について説明する。なお、図６では一例として左側の栽培棚７の前側に配置される移載装置１１を示しているが、他の移載装置１１についても同様の構成である。また、図６では一例として受け渡し機構１３のうち左側の栽培棚７の下側に配置される部分を示しているが、受け渡し機構１３のうち右側の栽培棚７の下側に配置される部分についても同様の構成である。図６において、Ｘ軸正の方向が右、Ｘ軸負の方向が左、Ｙ軸正の方向が後、Ｙ軸負の方向が前、Ｚ軸正の方向が上、Ｚ軸負の方向が下に対応する。

図６に示すように、移載装置１１は、基台２９と、基台２９上に設置された門型の支持枠３１と、支持枠３１に設けられたアクチュエータ３３と、ハンド３５とを有する。

支持枠３１は、基台２９上にＸ軸方向に対向するようにＺ軸方向に沿って設置された一対の支柱３１ａと、一対の支柱３１ａの上端にＸ軸方向に沿って架け渡された略水平な梁３１ｂとを有する。

アクチュエータ３３は、Ｘ軸ユニット３７、Ｚ軸ユニット３９、及びＹ軸ユニット４１を有する。Ｘ軸ユニット３７は、ビーム３７ａと、スライダ３７ｂと、Ｘ軸モータ３７ｃとを有する。ビーム３７ａは、一対の支柱３１ａ間にＸ軸方向に略水平に架設される。スライダ３７ｂは、ビーム３７ａにＸ軸方向に沿って移動自在に支持される。Ｘ軸モータ３７ｃは、例えばビーム３７ａの左端に取り付けられ、スライダ３７ｂをＸ軸方向に駆動する。

Ｚ軸ユニット３９は、ビーム３９ａと、スライダ３９ｂと、Ｚ軸モータ３９ｃとを有する。ビーム３９ａは、上端が梁３１ｂにＸ軸方向に移動自在に支持されるとともに、スライダ３７ｂに固定される。スライダ３９ｂは、ビーム３９ａにＺ軸方向に沿って移動自在に支持される。Ｚ軸モータ３９ｃは、例えばビーム３９ａの下端に取り付けられ、スライダ３９ｂをＺ軸方向に駆動する。

Ｙ軸ユニット４１は、ビーム４１ａと、スライダ４１ｂと、Ｙ軸モータ４１ｃとを有する。スライダ４１ｂは、スライダ３９ｂに固定される。ビーム４１ａは、スライダ４１ｂによりＹ軸方向に移動自在に支持される。Ｙ軸モータ４１ｃは、例えばビーム４１ａの前端に取り付けられ、ビーム４１ａをＹ軸方向に駆動する。

アクチュエータ３３では、Ｘ軸モータ３７ｃによりスライダ３７ｂがＸ軸方向に駆動すると、ビーム３９ａがＸ軸方向に移動し、これに伴ってビーム４１ａがＸ軸方向に移動する。Ｚ軸モータ３９ｃによりスライダ３９ｂがＺ軸方向に駆動すると、これに伴ってビーム４１ａがＺ軸方向に移動する。Ｙ軸モータ４１ｃによりスライダ４１ｂとビーム４１ａとがＹ軸方向に相対的に駆動すると、これに伴ってビーム４１ａがＹ軸方向に移動する。このようにして、アクチュエータ３３は、ビーム４１ａをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に移動させる。

ハンド３５は、アクチュエータ３３のビーム４１ａの後側の先端に取り付けられており、保持具５を把持する。アクチュエータ３３は、ビーム４１ａを３軸方向に移動させることにより、ハンド３５を前後方向（レール２３の長手方向）、左右方向（レール２３の並設方向）、及び、上下方向（棚部７ａの積み重ね方向。高さ方向）の３方向に沿って移動させる。

移載装置１１は、例えばレール２３の端部に位置する保持具５を抜き出す場合には、ハンド３５で保持具５を両側から挟んで把持し、抜き出す。移載装置１１は、例えばレール２３の端部へ保持具５を挿入する場合には、ハンド３５で把持した保持具５を挿入先のレール２３の端部に移動させ、レール２３に挿入する。ハンド３５は、保持具５を把持したままＹ軸方向（前後方向）に１ピッチ分（保持具５の前後方向の長さ分）だけ押し込む。これにより、挿入した保持具５とレール２３上に支持されている複数の保持具５を１ピッチ分スライドさせることができる。このようにして、移載装置１１は、保持具５の挿入先のレール２３上に支持されている複数の保持具５の列全体を搬送方向に移動させる。挿入した後に、ハンド３５が開いて保持具５の把持を解除する。

前述のように、移載装置１１は、生育した野菜３を保持した保持具５を、Ｃ段のレール２３から抜き出して受け渡し機構１３に移載する。受け渡し機構１３は、移載された保持具５を保持して左右方向に移動し、収穫ロボット１５に受け渡す。図６に示すように、受け渡し機構１３は、複数の支柱４３と、ビーム４５と、モータ４７と、運搬装置４９とを有する。

ビーム４５は、複数の支柱４３（図６では１つのみ図示）により、２つの栽培棚７に亘るように左右方向に沿って延設されている。モータ４７は、例えばビーム４５の端部に取り付けられており、運搬装置４９をＸ軸方向（左右方向）に往復移動させる。

運搬装置４９は、保持具５を保持するための保持部５１と、カッタ５３と、カッタ駆動装置５５とを有する。保持部５１は、保持具５を収容して保持可能に構成されており、生育した野菜３を保持した保持具５が移載装置１１により前側から挿入される。カッタ５３（切断具の一例）は、Ｙ軸方向（前後方向）に駆動して、野菜３の葉部３ｂが保持具５から分離されるように野菜３の茎部３ａを切断する。カッタ駆動装置５５は、カッタ５３をＹ軸方向（前後方向）に進退するように駆動させる。カッタ駆動装置５５は、例えばエアシリンダである。なお、カッタ駆動装置５５として、例えばソレノイドやリニアモータ等を使用してもよい。また、カッタ５３とカッタ駆動装置５５を運搬装置４９に搭載せず、収穫位置に設置し、外部から運搬装置４９にアクセスする構成としてもよい。例えば、カッタ５３とカッタ駆動装置５５を後述する分離装置に設置してもよい。この場合、運搬装置４９が分離装置正面に移動後、分離装置側からカッタ５３が飛び出る構成としてもよい。

運搬装置４９は、２つの栽培棚７の各々に対し、少なくとも１台ずつ設置されている。これにより、２つの栽培棚７から例えば交互に収穫ロボット１５に野菜３を搬送することが可能となり、収穫効率を向上できる。なお、運搬装置４９を各栽培棚７に対して複数台ずつ設置してもよい。この場合、ビーム４５を例えば上下方向又は前後方向に複数本並設してもよい。

＜４．保持具、レール＞
図７を参照しつつ、保持具５及びレール２３の構成の一例について説明する。

図７に示すように、保持具５は、葉部３ｂを有する野菜３を、葉部３ｂが上方に位置するように保持する。保持具５は、野菜収穫システム１の栽培対象である野菜３を１株ごとに保持する。つまり、保持具５と野菜３の株は１対１の関係である。なお、ここでいう「１株」とは、単一の種子から生育される１つの個体をいう。例えば図７に示す野菜３のように、複数（単一でもよい）の葉部３ｂが１本の茎部３ａによって支持されることで１つの個体としてまとまっているものは１株である。また、例えば茎部３ａが分岐等により複数ある場合でも、その根部３ｃがつながることで１つの個体としてまとまっているものは１株である。

保持具５は、左右方向、前後方向の各方向においてそれぞれ対称な形状を有する。したがって、保持具５は長手方向である前後方向（つまり移動方向）において正逆両方向で使用できる方向互換性を有する。保持具５は、摺動性の高い材料（例えば樹脂。金属等でもよい）で一体成形されており、保持具５を支持するレール２３に対してスライド可能に構成されている。

保持具５は、本体部５７、保持筒部５９、穴部６１、及びガイド板部６３を有する。本体部５７は、上方からの平面視において前後方向を長手方向とした略矩形形状に形成されている。本体部５７のうち左右方向両側の縁部は、移載装置１１のハンド３５により把持された際に支持される支持部６５として機能する。図７に示す例では、支持部６５は、前後方向から見て等脚台形状に形成されているが、三角形や円形等、他の形状としてもよい。

保持筒部５９は、本体部５７の前後方向及び左右方向の中心位置に形成されており、上下方向に貫通した穴部６１を有する。保持筒部５９の上端開口部は、本体部５７の上面から突出せずに略面一の状態で形成され、下端開口部は本体部５７の下面から下方に突出して形成されている。保持筒部５９は、例えば穴部６１が丸穴である円筒形状に形成されている。なお、穴部６１を四角形等の多角形状に形成してもよいし、保持筒部５９を多角筒形状としてもよい。

ガイド板部６３は、本体部５７の上面から上方に突出して前後方向に延設された一対の平板形状部であり、保持筒部５９の上端開口部を挟んだ左右方向の２箇所に並設されている。本体部５７は下方側が開口して中抜きされた中空構造で形成されており、保持具５の重量が軽量化されている。

なお、以上説明した保持具５の構成は一例であり、上記以外の構成としてもよい。例えば、上記では保持具５を一体成形としたが、複数の部品で構成されてもよい。

図７に示すように、レール２３は、レール部６７と、水槽部６９とを有しており、摺動性の高い材料（例えば樹脂。金属等でもよい）で一体成形されている。レール部６７は、左右方向に所定の幅を有し前後方向に延設された左右一対の上レール板６７ａと、上レール板６７ａの下方位置で左右方向に所定の幅を有し前後方向に延設された左右一対の下レール板６７ｂとを有する。上レール板６７ａの対向する側の縁部には、下方に突出する上レール突起部６７ｃが形成されている。上レール突起部６７ｃと下レール板６７ｂとの間の空間に、保持具５の本体部５７が収容される。一対の上レール板６７ａの間の上レール溝６７ｄには、保持具５における一対のガイド板部６３が収容される。

水槽部６９は、前後方向に延設された一対の側壁部６９ａと、一対の側壁部６９ａの下端に亘るように前後方向に延設された底壁部６９ｂとを有する。水槽部６９は、全体が上方を開放した断面略Ｕ字状の長尺の水槽であり、内部に培養液７１が貯留される。培養液７１は、例えばポンプ等の適宜の流動手段（図示省略）により前後方向に流動（循環）される。なお、培養液７１を流動させずに滞留した状態としてもよい。

レール２３に挿入された保持具５は、レール部６７の内側の空間７３に収容される。保持具５は、本体部５７の下面が左右の下レール板６７ｂの上面にスライド可能に接触するとともに、本体部５７の上面が左右の上レール突起部６７ｃに当接する。このようにして、レール２３が保持具５を上下から挟み込むことで、保持具５の傾きや倒れを防止する。保持具５の本体部５７の下面である保持具支持面７５は、本体部５７の下面が開口しているため、下レール板６７ｂの上面であるレール支持面７７との接触面積が減少され、レール２３との摺動性を向上できる。以上の構成により、保持具５は、培養液７１が循環する水路を有する栽培棚７に移動可能な状態で支持（載置）される。

保持具５の保持筒部５９の穴部６１には培地７９が充填され、培地７９に播種された種から生育した野菜３の茎部３ａを保持する。野菜３は、穴部６１の下端開口部を介して根部３ｃを水槽部６９内の培養液７１に浸しつつ、穴部６１の上端開口部を介して葉部３ｂをレール２３の上方に膨出させて成長する。培地７９としては、例えば寒天等のゲル状培地を使用してもよいし、スポンジ、ウレタン、ロックウール等の固形培地を使用してもよい。野菜３の生育が進むと、最終的に茎部３ａの径が穴部６１の内径と略一致するまで太くなり、ほとんどの培地７９が抜け落ち、保持筒部５９が野菜３を直接支持する状態となる。

野菜収穫システム１では、スペーサ（図示省略）が複数の保持具５の間に挿入されることで、保持具５の前後方向の間隔が調整される。スペーサとして、上記保持具５と共通の部品、すなわち穴部６１に培地７９を充填しない空の状態の保持具５が使用されてもよい。なお、レール２３上で移動可能な構成であれば、例えば保持筒部５９を備えない形状（穴部６１が埋められた形状）などのように、保持具５と異なる形状に成形されたスペーサでもよい。レール２３では、複数の保持具５と共に複数のスペーサも前後方向に沿って整列し、それら全体が移動可能に支持される。レール２３の前後方向における一方側からスペーサが供給されるごとに、すでに支持されている保持具５及びスペーサの全体が他方側に向けて移動する。保持具５間のスペーサの数を調整することで、野菜３が次第に大きく生育する段階に応じて保持具５同士の前後方向の間隔を調整できる。なお、光が培養液７１に照射されると藻の発生を促すことになるため、スペーサは穴部を備えない形状のものが好ましい。

なお、以上説明したレール２３の構成は一例であり、上記以外の構成としてもよい。例えば、上記ではレール２３を一体成形としたが、複数の部品で構成されてもよい。

＜５．収穫ロボット、コントローラ＞
図８を参照しつつ、収穫ロボットの１５の構成の一例及びコントローラ９７の機能構成の一例について説明する。

受け渡し機構１３は、左右の栽培棚７のそれぞれに対応して設置された運搬装置４９により、左右の栽培棚７のそれぞれから野菜３を収穫ロボット１５の後側の収穫位置に搬送する。収穫位置で停止した運搬装置４９は、カッタ５３を駆動させ、葉部３ｂが保持具５から分離されるように野菜３の茎部３ａを切断する。

収穫ロボット１５は、アーム８１と、ハンド２０とを有する。収穫ロボット１５は、例えば６つの関節部を備えた垂直多関節型の６軸ロボットとして構成されている。収穫ロボット１５は、アーム８１の駆動によりハンド２０を受け渡し機構１３の運搬装置４９に移動させて、野菜３の葉部３ｂを把持し、茎部３ａが切断された後に容器２１に搬送して開放することにより、葉部３ｂを容器２１に収容する。

収穫ロボット１５は、６軸以外（例えば５軸や７軸等）の垂直多関節型のロボットとしてもよいし、例えば水平多関節型やパラレルリンク型等、垂直多関節型以外のロボットとしてもよい。また、汎用ロボットではなく、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸、並びに、θｘ，θｙ，θｚ方向（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸周りの回転方向）のうち少なくとも１方向に移動可能なアクチュエータにハンド２０を取り付けた、収穫専用の自動機としてもよい。

アーム８１は、基台８３と、旋回部８５と、下腕部８７と、上腕部８９と、手首部９１と、フランジ部９３とを有する。基台８３は、例えば床面Ｆに設置されている。なお、基台８３は床面Ｆに固定された架台等に設置されてもよい。また、基台８３を例えば無人搬送車（ＡＧＶ）やレールに設置する等により、収穫ロボット１５を移動可能な構成としてもよい。

旋回部８５は、基台８３の上端部に、上下方向に略平行な回転軸Ａｘ１まわりに旋回可能に連結されている。旋回部８５は、基台８３との間の関節部に設けられたアクチュエータＡｃ１の駆動により、基台８３の上端部に対し、回転軸Ａｘ１まわりに旋回駆動される。

下腕部８７は、旋回部８５の一方側の側部に、回転軸Ａｘ１に略垂直な回転軸Ａｘ２まわりに旋回可能に連結されている。下腕部８７は、旋回部８５との間の関節部に設けられたアクチュエータＡｃ２の駆動により、旋回部８５の一方側の側部に対し、回転軸Ａｘ２まわりに旋回駆動される。

上腕部８９は、下腕部８７の先端側に、回転軸Ａｘ２に略平行な回転軸Ａｘ３まわりに旋回可能且つ回転軸Ａｘ３に略垂直な回転軸Ａｘ４回りに回動可能に連結されている。上腕部８９は、下腕部８７との間の関節部に設けられたアクチュエータＡｃ３の駆動により、下腕部８７の先端側に対し、回転軸Ａｘ３まわりに旋回駆動される。また上腕部８９は、アクチュエータＡｃ３との間に設けられたアクチュエータＡｃ４の駆動により、下腕部８７の先端側に対し、回転軸Ａｘ４まわりに回動駆動される。

手首部９１は、上腕部８９の先端側に、回転軸Ａｘ４に略垂直な回転軸Ａｘ５まわりに旋回可能に連結されている。手首部９１は、上腕部８９との間の関節部に設けられたアクチュエータＡｃ５の駆動により、上腕部８９の先端側に対し、回転軸Ａｘ５まわりに旋回駆動される。

フランジ部９３は、手首部９１の先端側に、回転軸Ａｘ５に略垂直な回転軸Ａｘ６まわりに回動可能に連結されている。フランジ部９３は、手首部９１との間の関節部に設けられたアクチュエータＡｃ６の駆動により、手首部９１の先端側に対し、回転軸Ａｘ６まわりに回動駆動される。

ハンド２０は、フランジ部９３の先端に取り付けられており、フランジ部９３の回転軸Ａｘ６まわりの回動と共に、回転軸Ａｘ６まわりに回動する。ハンド２０は、複数の指部材１１１を備えており、野菜３の葉部３ｂを把持する。ハンド２０の詳細構造については、後述する。

収穫ロボット１５の各関節部を駆動するアクチュエータＡｃ１～Ａｃ６は、サーボモータ（図示省略）、減速機（図示省略）、及びブレーキ等（図示省略）を有する。なお、サーボモータ、減速機及びブレーキ等は、必ずしも回転軸Ａｘ１～Ａｘ６上に配置される必要はなく、これらの回転軸Ａｘ１～Ａｘ６から離れた位置に配置されてもよい。

なお、上記では、アーム８１の長手方向（あるいは延在方向）に沿った回転軸まわりの回転を「回動」と呼び、アーム８１の長手方向（あるいは延在方向）に略垂直な回転軸まわりの回転を「旋回」と呼んで区別している。

容器コンベア１７は、搬出装置１９から空の容器２１を受け取り、当該容器２１を収穫ロボット１５の前側の詰め込み位置に搬送して停止させる。容器コンベア１７は、詰め込み位置の容器２１に対して収穫ロボット１５により野菜３の葉部３ｂの詰め込み作業が実行されている間に、受け取り位置において搬出装置１９から新たに空の容器２１を受け取る。容器コンベア１７は、収穫ロボット１５による詰め込み作業が完了すると、葉部３ｂが充填された容器２１を取り出し位置に搬送するのと並行して、受け取り位置にある新たな空の容器２１を詰め込み位置に搬送する。これにより、空の容器２１を途切れることなく詰め込み位置に供給することができる。容器コンベア１７は、アクチュエータ９５により駆動される。

コントローラ９７は、アーム８１に設けられた上記アクチュエータＡｃ１～Ａｃ６、及び、ハンド２０に設けられたアクチュエータ１０５等の駆動を制御することにより、収穫ロボット１５及びハンド２０の動作を制御する。コントローラ９７は、例えば演算装置（ＣＰＵ）、記録装置、入力装置等を有する制御部（後述の図２０参照）と、収穫ロボット１５に駆動電力を供給する給電部（サーボアンプ等）等を有する。なお、コントローラ９７は、上記制御部に加えて又は代えて、例えばモーションコントローラやプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）等を備えてもよい。またコントローラ９７は、例えばエアシリンダであるカッタ駆動装置５５へのエアの供給を制御することにより、カッタ５３の動作を制御する。またコントローラ９７は、アクチュエータ９５の駆動を制御することにより、容器コンベア１７の動作を制御する。

コントローラ９７は、トルク検出部９９と、トルク制限部１０１とを有する。トルク検出部９９は、ハンド２０の回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂ（後述の図９参照）のトルクを検出する。トルク検出部９９は、例えば回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂを回転させるアクチュエータ１０５（後述の図９参照）の電流を測定する電流センサとしてもよいし、例えば回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂのトルクを機械的に検出するトルクセンサでもよい。トルク制限部１０１は、トルク検出部９９により検出されたトルクが所定のしきい値を超えた場合に、アクチュエータ１０５の駆動を停止させる。これにより、ハンド２０の指部材１１１の駆動が停止する。

コントローラ９７は、収穫ロボット１５と一体に配置されてもよいし、分離して配置されてもよい。またコントローラ９７は、上述した制御部と給電部とが分離されてもよい。この場合、給電部が収穫ロボット１５に取り付けられてもよい。またコントローラ９７は、アーム８１を制御する部分と、ハンド２０を制御する部分とが分離されてもよい。この場合、ハンド２０を制御する部分がハンド２０に取り付けられてもよい。またコントローラ９７は、収穫ロボット１５を制御する部分と、カッタ５３を制御する部分と、容器コンベア１７を制御する部分の少なくともいずれかが、分離されてもよい。この場合、各制御部分は制御対象である装置に取り付けられてもよい。

上述したトルク検出部９９及びトルク制限部１０１等における処理等は、これらの処理の分担の例に限定されるものではない。例えば、更に少ない数の処理部（例えば１つの処理部）で処理されてもよく、更に細分化された処理部により処理されてもよい。コントローラ９７は、各アクチュエータのモータに駆動電力を給電する部分（インバータ等）のみ実際の装置により実装され、その他の上記各処理部による機能は後述するＣＰＵ９０１（図２０参照）が実行するプログラムにより実装されてもよい。上記各処理部による機能の一部又は全部がＡＳＩＣやＦＰＧＡ、その他の電気回路等の実際の装置により実装されてもよい。

＜６．ハンド＞
図９を参照しつつ、収穫ロボット１５が備えるハンド２０の構成の一例について説明する。

図９に示すように、ハンド２０は、ベース部材１０３と、アクチュエータ１０５と、歯車機構１０７と、２本の回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂと、４つの指部材１１１と、アクチュエータ１１３と、ストッパ部材１１５とを有する。

アクチュエータ１０５は、２つの回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂを駆動するアクチュエータである。アクチュエータ１０５は、例えば回転型のモータを備えた単体のアクチュエータとして構成されている。アクチュエータ１０５は、例えばベース部材１０３の下側（歯車機構１０７や回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂとは反対側）に設置されている。

歯車機構１０７は、例えばベース部材１０３の上側（アクチュエータ１０５とは反対側）に設置されている。歯車機構１０７は、単体のアクチュエータ１０５の動力を２つの回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂに伝達する。歯車機構１０７は、４つの歯車１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄを有する。各歯車１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄは、ベース部材１０３に固定された４つの軸受１１７によりそれぞれ回転可能に支持されている。歯車１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄは直列に配置されており、隣接する歯車同士が連結されている。歯車１０７ｂに連結されたプーリ１１９には、アクチュエータ１０５の出力軸の回転がベルト１２１を介して伝達される。アクチュエータ１０５の動力は、歯車１０７ｂ，１０７ａを介して回転軸部材１０９Ａに伝達され、歯車１０７ｂ，１０７ｃ，１０７ｄを介して回転軸部材１０９Ｂに伝達される。このような伝達構成により、回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂの各々の回転方向は互いに反対方向となる。例えば、回転軸部材１０９Ａが矢印１２３ａ方向に回転する場合には回転軸部材１０９Ｂは矢印１２５ａ方向に回転し、回転軸部材１０９Ａが矢印１２３ｂ方向に回転する場合には回転軸部材１０９Ｂは矢印１２５ｂ方向に回転する。

回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂは、ベース部材１０３から一方側（例えばアクチュエータ１０５とは反対側）に突出するように、略平行に延設されている。回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂは、ベース部材１０３に固定された２つの軸受１２７と、上記４つの軸受１１７のうちの外側に配置された２つの軸受１１７とにより、回転可能に支持されている。回転軸部材１０９Ａの一端側には歯車１０７ａが連結され、回転軸部材１０９Ｂの一端側には歯車１０７ｄが連結されている。

指部材１１１は、２つの回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂの各々に２つずつ（計４つ）設置されている。各指部材１１１は、回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂの軸方向に垂直な方向に延設されている。具体的には、４つの指部材１１１の各々は、４つの円筒状部材１２９を介して、回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂに対してそれぞれが独立して相対回転可能に設置されている。円筒状部材１２９は、回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂの外周を覆う略円筒状に形成されており、外周面の一部が平坦部１２９ａとして形成されることで、周方向の一部が開口している。指部材１１１は、平坦部１２９ａに固定されることで、円筒状部材１２９の外周面の接線方向に突出するように延設されている。

４つの円筒状部材１２９の各々と回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂとの間には、ねじりばね１３１（弾性付与部の一例。図９では１つのみ図示）がそれぞれ設けられている。ねじりばね１３１の一端は回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂに連結され、他端は円筒状部材１２９の内側に固定されたバネホルダ１２９ｂに連結されている。ねじりばね１３１は、円筒状部材１２９を介して指部材１１１に対して閉じる方向（矢印１２３ａ，１２５ａ方向）に所定の弾性力を付与する。指部材１１１が野菜３を把持していない場合には、指部材１１１はストッパ（図示省略）により所定の回転角度又は位置で保持される。指部材１１１が野菜３を把持した場合には、ねじりばね１３１は、指部材１１１に接触した野菜３から受ける反力の大きさに応じて、指部材１１１の回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂまわりの回転角度又は位置を弾性的に変化させる。

各指部材１１１は、先端部に、先端側に向けて膨らんだ曲面部１１１ａを有する。曲面部１１１ａは、例えば球面を略４分割した形状に形成されている。また、回転軸部材１０９Ａに設けられた２つの指部材１１１は、互いに近接する側に向かって徐々に円筒状部材１２９から離間するように湾曲した形状に形成されている。同様に、回転軸部材１０９Ｂに設けられた２つの指部材１１１は、互いに近接する側に向かって徐々に円筒状部材１２９から離間するように湾曲した形状に形成されている。以上のような形状である４つの指部材１１１は、例えば先端が球面状に膨らんで閉塞された１つの円筒状の部材を、周方向に４分割して面取り加工を行うことにより形成することが可能である。指部材１１１の材質は特に限定されるものではないが、例えば合成樹脂材料（ＰＶＣ等）で構成することができる。

アクチュエータ１１３は、回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂの間に配置され、回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂの軸方向に略平行に延設されている。アクチュエータ１１３は、当接部材（図示省略）を回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂの軸方向に進退するように駆動させる。当接部材は、カッタ５３により葉部３ｂを切断された保持具５（茎部３ａや根部３ｃが付着している）に当接し、受け渡し機構１３の運搬装置４９から分離装置（図示省略）へ押し出す。分離装置は、保持具５から茎部３ａや根部３ｃを分離させる装置であり、収穫位置に停止された運搬装置４９と連通するように設置されている。アクチュエータ１１３は、例えばエアシリンダであるが、例えばソレノイドやリニアモータ等を使用してもよい。

ストッパ部材１１５は、アクチュエータ１１３の軸方向一端側（例えば歯車機構１０７とは反対側の端部）に設置されている。ストッパ部材１１５は、運搬装置４９のカッタ５３により野菜３の茎部３ａを切断する際に、保持具５に当接して保持具５の移動を防止する。

なお、以上説明したハンド２０の構成は一例であり、上記以外の構成としてもよい。例えば、指部材１１１の数は、各回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂに対して１つずつでもよいし、３つ以上ずつとしてもよい。また、各回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂに対して必ずしも同じ数である必要はなく、例えば回転軸部材１０９Ａに２つ、回転軸部材１０９Ｂに３つといったように、異なる数を設置してもよい。この場合、回転軸部材１０９Ａ側の指部材１１１と回転軸部材１０９Ｂ側の指部材１１１とを、回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂの軸方向に互い違いとなるように配置してもよい。また、ハンド２０に２つのアクチュエータを設置して、各アクチュエータで回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂのそれぞれを独立して駆動してもよい。この場合、歯車機構１０７は不要となる。

＜７．指部材の動作＞
図１０及び図１１を参照しつつ、指部材１１１の動作の一例について説明する。なお、図１０及び図１１では指部材１１１の形状を簡略化して図示している。

上述したハンド２０の構成により、回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂがそれぞれ矢印１２３ａ，１２５ａ方向（図９参照）に駆動された場合には、４つの指部材１１１は閉じて野菜３の葉部３ｂを把持する。回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂがそれぞれ矢印１２３ｂ，１２５ｂ方向（図９参照）に駆動された場合には、４つの指部材１１１は開いて野菜３の葉部３ｂを開放（把持を解除）する。前述のように、各指部材１１１はねじりばね１３１により閉じる方向に所定の弾性力を付与されている。指部材１１１が野菜３を把持していない場合には、指部材１１１はストッパ（図示省略）により所定の回転角度又は位置で保持される。この場合、各指部材１１１は回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂの回転に伴って一律に開閉動作する。一方、指部材１１１が野菜３を把持した場合には、各指部材１１１は、接触した野菜３から受けた反力の大きさに応じて回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂまわりの回転角度又は位置がそれぞれ独立して弾性的に変化する。

例えば図１０に、野菜３の葉部３ｂの形状が軸方向に非対称軸な形状、例えば中心から基端側（図１０中左側）に長く伸びると共に先端側（図１０中右側）に短く伸びた形状の葉部３ｂを把持する場合の指部材１１１の動作を示す。この場合、基端側の一対の指部材１１１は葉部３ｂの形状に合わせて広く開いた状態で葉部３ｂを把持し、先端側の一対の指部材１１１は葉部３ｂの形状に合わせて狭く開いた状態で葉部３ｂを把持する。

また例えば図１１に、野菜３の葉部３ｂの形状は略円形であるが、把持位置が軸方向にずれた場合、例えば葉部３ｂの中心が基端側（図１１中左側）にずれた位置で葉部３ｂを把持する場合の指部材１１１の動作を示す。この場合、基端側の一対の指部材１１１は葉部３ｂの位置に合わせて広く開いた状態で葉部３ｂを把持し、先端側の一対の指部材１１１は葉部３ｂの位置に合わせて狭く開いた状態で葉部３ｂを把持する。

以上のように４つの指部材１１１がそれぞれ独立して弾性的に動作することで、把持力を複数の指部材１１１に分散することができる。これにより、葉部３ｂの大きさ、形状、位置等が一定でない場合でも把持力が特定の指部材１１１に集中しにくくなり、葉部３ｂの損傷を低減できる。また、各指部材１１１に作用する反力の偏りが小さくなるので、例えばハンド２０の中で葉部３ｂの姿勢が変化しにくくなる等、把持を安定化できる。

＜８．ハンドの動作＞
図１２乃至図１７を参照しつつ、ハンド２０の動作の一例について説明する。

図１２に、ハンド２０が運搬装置４９の野菜３の葉部３ｂを把持する動作の一例を示す。図１２に示すように、コントローラ９７は、ハンド２０を運搬装置４９の下方から上昇させて、運搬装置４９に保持された野菜３の葉部３ｂを下方からすくい上げて把持するように、収穫ロボット１５の動作を制御する。このとき、ハンド２０は、指部材１１１が回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂよりも上方にある状態で動作しても、下方にある状態で動作してもよい。なお、運搬装置４９の左右方向の幅は、ハンド２０の回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂの左右方向の間隔よりも小さくなっており、ハンド２０は運搬装置４９を回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂの間を通過させることが可能である。指部材１１１が閉じて葉部３ｂを保持（把持）し、持ち上げた状態では、指部材１１１が回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂよりも上方にある状態となる。

図１３に、指部材１１１が野菜３の葉部３ｂを把持する動作の一例を示す。なお、図１３では指部材１１１の形状を簡略化して図示している。図１３に示すように、コントローラ９７は、指部材１１１が回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂよりも上方にある状態で、指部材１１１を野菜３の葉部３ｂを下方からすくい上げつつ閉じて把持するように、ハンド２０の動作を制御する。これにより、指部材１１１と水平方向に広がった葉部３ｂとの干渉を抑制でき、葉部３ｂの損傷を低減しつつ把持できる。

図１４に、カッタ５３で野菜３の茎部３ａを切断する際のハンド２０による葉部３ｂの持ち上げ動作の一例を示す。なお、図１４では指部材１１１の形状を簡略化して図示している。図１４に示すように、コントローラ９７は、ハンド２０で葉部３ｂを保持具５から所定量だけ持ち上げるように収穫ロボット１５の動作を制御する。所定量は例えば１ｃｍ～数ｃｍ程度である。またコントローラ９７は、ハンド２０で葉部３ｂを持ち上げた後に、野菜３の茎部３ａを切断するようにカッタ５３を駆動させる。

図１５は、カッタ５３で野菜３の茎部３ａを切断する際にストッパ部材１１５が保持具５に当接する動作の一例を表す説明図である。なお、図１５では指部材１１１の形状を簡略化して図示している。図１５に示すように、カッタ５３が保持具５側に突出して野菜３の茎部３ａを切断する際には、カッタ５３により保持具５が運搬装置４９の保持部５１から外側に押し出される。このとき、保持具５が大きく移動してしまうと茎部３ａを良好に切断できない可能性がある。本実施形態では、ハンド２０のストッパ部材１１５が保持具５に当接し、保持具５の移動を防止できるので、カッタ５３による切断の成功率を向上できる。

図１６に、収穫ロボット１５が野菜３の葉部３ｂを容器２１に収容する際のハンド２０の動作の一例を示す。図１６に示すように、コントローラ９７は、ハンド２０で、野菜３の葉部３ｂを保持して運搬装置４９から持ち上げて容器２１の上部に移動し、葉部３ｂの上下の向きを反転させ、反転させた葉部３ｂを容器２１に収容するように、収穫ロボット１５の動作を制御する。これにより、葉部３ｂの切り口が上向きとなるように容器２１に収容することができる。したがって、切り口からの乳液の滲出による葉部３ｂや容器２１の汚損を抑制することが可能となり、収穫物の汚損を抑制できる。したがって、葉部３ｂを衛生的に収穫することができる。なお、葉部３ｂの上下の向きの反転は、必ずしも容器２１の上部で行う必要はなく、例えば運搬装置４９から持ち上げてすぐに反転させてもよいし、運搬装置４９から容器２１の上部へ移動させる途中で行ってもよい。

また図１６に示すように、コントローラ９７は、ハンド２０で、野菜３の葉部３ｂを容器２１に収容する際に、葉部３ｂの上下の向きを反転させ、その後、葉部３ｂを容器２１に挿入した後に水平方向にスライドさせるように、収穫ロボット１５の動作を制御する。これにより、葉部３ｂを容器２１に収容する際に、まず初めに先に収容した葉部３ｂと干渉しない広い空間に葉部３ｂを挿入し、その後に挿入した葉部３ｂを奥に寄せて詰める動作を行うことができる。これにより、容器２１に多数の葉部３ｂを効率良く収容することができる。また、収容した葉部３ｂが転がりにくくなり、姿勢を安定化させることができる。したがって、汚損の抑制効果をさらに高めることができる。

図１７に、ハンド２０で野菜３の葉部３ｂを容器２１に載置する際に指部材１１１を開放する動作の一例を示す。なお、図１７では指部材１１１の形状を簡略化して図示している。図１７に示すように、コントローラ９７は、ハンド２０で、野菜３の葉部３ｂを容器２１に載置して開放する際に、２つの回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂを回転させて指部材１１１を開閉させつつ段階的にハンド２０を持ち上げるように、収穫ロボット１５の動作を制御する。具体的には、図１７に示すように、収穫ロボット１５は、指部材１１１を閉じて葉部３ｂを把持した状態から、指部材１１１を開いて葉部３ｂを開放し、ハンド２０を所定量だけ持ち上げる。その後、指部材１１１を閉じる。このとき、指部材１１１は葉部３ｂに接触してもよいし、離れていてもよい。その後、収穫ロボット１５は、指部材１１１を再度開き、ハンド２０を再度所定量だけ持ち上げ、指部材１１１を再度閉じる。このとき、上記と同様に、指部材１１１は葉部３ｂに接触してもよいし、離れていてもよい。その後、指部材１１１を大きく開いてハンド２０を容器２１から上昇させる。なお、上記では指部材１１１の開閉動作とハンド２０の持ち上げ動作からなる一連の動作を段階的に２回実行するようにしたが、３回以上実行してもよい。

これにより、葉部３ｂを容器２１に載置する際に、葉部３ｂが指部材１１１に引っ掛かることを防止できるので、葉部３ｂを円滑に開放して載置できる。また、指部材１１１を開閉させつつハンド２０を持ち上げることで、例えば指部材１１１を大きく開いたままでハンド２０を持ち上げる場合に比べて、隣接する葉部３ｂが転がりにくくなり、容器２１内の葉部３ｂの姿勢を安定化させることができる。

＜９．実施形態の効果＞
以上説明したように、本実施形態の野菜収穫システム１は、野菜３の葉部３ｂを保持するハンド２０を備えた収穫ロボット１５と、ハンド２０で、葉部３ｂを保持して持ち上げ、持ち上げた葉部３ｂの上下の向きを反転させ、反転させた葉部３ｂを容器２１に収容するように、収穫ロボット１５の動作を制御するコントローラ９７と、を有する。

本実施形態の野菜収穫システム１では、収穫ロボット１５が、ハンド２０で葉部３ｂを保持して持ち上げ、持ち上げた葉部３ｂの上下の向きを反転させ、反転させた葉部３ｂを容器２１に収容することにより、野菜３の葉部３ｂを収穫する。これにより、野菜３のうち収穫対象である葉部３ｂが収穫対象でない部分（根部３ｃ、茎部３ａ）から切断により分離される場合でも、切り口が上向きとなるように容器２１に収容することができる。したがって、乳液の滲出による葉部３ｂや容器２１の汚損を抑制することが可能となり、収穫物の汚損を抑制できる。したがって、野菜３の葉部３ｂを衛生的に収穫することができる。

また、葉部３ｂを有する野菜３は、葉部３ｂが上下方向に伸びると共に水平方向に広がるように生育する。本実施形態では、葉部３ｂの上下の向きを反転させて容器２１に収容する。これにより、葉部３ｂが重力により閉じるような姿勢で収容できるので、収容の際に葉部３ｂが損傷することを抑制できる。

本実施形態において、コントローラ９７は、野菜３の葉部３ｂを保持する際に、ハンド２０で葉部３ｂを下方からすくい上げるように、収穫ロボット１５の動作を制御してもよい。

葉部３ｂを有する野菜３は、葉部３ｂが上下方向に伸びると共に水平方向に広がるように生育する。本実施形態の場合、ハンド２０で葉部３ｂを下方からすくい上げるように保持することにより、ハンド２０と水平方向に広がった葉部３ｂとの干渉を低減でき、葉部３ｂの損傷を低減しつつ収穫できる。

本実施形態において、コントローラ９７は、ハンド２０で、野菜３の葉部３ｂを容器２１に収容する際に、葉部３ｂを容器２１に挿入した後に水平方向にスライドさせるように、収穫ロボット１５の動作を制御してもよい。

この場合、葉部３ｂを容器２１に収容する際に、まず初めに先に収容した葉部３ｂと干渉しない広い空間に葉部３ｂを挿入し、その後に挿入した葉部３ｂを奥に寄せて詰める動作を行うことができる。これにより、容器２１に多数の葉部３ｂを効率良く収容することができる。また、収容した葉部３ｂが転がりにくくなり、姿勢を安定化させることができる。したがって、汚損の抑制効果をさらに高めることができる。

本実施形態において、ハンド２０は、２つの回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂと、２つの回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂの各々に複数ずつ設置され、回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂの軸方向に垂直な方向に延設された指部材１１１と、を有してもよい。

この場合、２つの回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂを互いに反対方向に回転駆動させることで、指部材１１１を開閉駆動させ、葉部３ｂを把持又は開放することができる。また、各回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂに複数の指部材１１１を設置することで、４本以上の指部材１１１を用いて葉部３ｂの周囲を囲むように把持することができる。これにより、把持を安定化でき、葉部３ｂの上下の向きを反転させる際の落下を防止できる。

本実施形態において、コントローラ９７は、ハンド２０で、野菜３の葉部３ｂを容器２１に載置して開放する際に、２つの回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂを回転させて指部材１１１を開閉させつつ段階的にハンド２０を持ち上げるように、収穫ロボット１５の動作を制御してもよい。

この場合、葉部３ｂを容器２１に載置する際に、葉部３ｂが指部材１１１に引っ掛かることを防止できるので、葉部３ｂを円滑に開放して載置できる。また、指部材１１１を開閉させつつハンド２０を持ち上げることで、例えば指部材１１１を大きく開いたままでハンド２０を持ち上げる場合に比べて、隣接する葉部３ｂが転がりにくくなり、容器２１内の葉部３ｂの姿勢を安定化させることができる。

本実施形態において、ハンド２０は、指部材１１１に接触した野菜３の葉部３ｂから受ける反力の大きさに応じて、指部材１１１の回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂまわりの回転角度又は位置を弾性的に変化させるねじりばね１３１を有してもよい。

この場合、把持力を複数の指部材１１１に分散することができるので、葉部３ｂの損傷を低減できる。また、各指部材１１１に作用する反力の偏りが小さくなるので、例えばハンド２０の中で葉部３ｂの姿勢が変化しにくくなる等、把持を安定化できる。さらに、各指部材１１１を個別に駆動制御しなくても、１軸のみの制御により上記効果を得ることが可能となる。その結果、アクチュエータの個数を削減でき、ハンド２０を小型化及び軽量化できると共に、コストを削減できる。

本実施形態において、指部材１１１は、先端部に、先端側に向けて膨らんだ曲面部１１１ａを有してもよい。

この場合、各指部材１１１を葉部３ｂの面に対して略垂直な方向に閉じることが可能となるため、葉部３ｂの損傷を低減しつつ把持できる。また、葉部３ｂを閉じるように各指部材１１１を動作させることが可能となるため、葉部３ｂをコンパクトに包み込みつつ把持できる。さらに、指部材１１１の先端に向かって指部材１１１の間の空間が広がるので、容器２１の中で小さな開き角度で葉部３ｂを開放することが可能となり、指部材１１１の他の葉部３ｂへの干渉を抑制できる。また、開放した後に指部材１１１が葉部３ｂに引っ掛かりにくくなるので、葉部３ｂの姿勢がくずれることを抑制できる。

本実施形態において、ハンド２０は、２つの回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂを駆動する１つのアクチュエータ１０５と、アクチュエータ１０５の動力を２つの回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂに伝達する歯車機構１０７と、を有してもよい。

この場合、アクチュエータの個数を削減でき、ハンド２０を小型化及び軽量化できると共に、コストを削減できる。

本実施形態において、野菜収穫システム１は、回転軸部材１０９Ａ，１０９Ｂのトルクを検出するトルク検出部９９を有してもよく、その場合には、コントローラ９７は、トルク検出部９９により検出されたトルクが所定のしきい値を超えた場合に、アクチュエータ１０５の駆動を停止するトルク制限部１０１を有してもよい。

この場合、葉部３ｂに過度な把持力が作用することを防止できるので、葉部３ｂの損傷防止効果をさらに高めることができる。

本実施形態において、野菜収穫システム１は、葉部３ｂを有する野菜３を、葉部３ｂが上方に位置するように保持する保持具５と、葉部３ｂが保持具５から分離されるように野菜３を切断するカッタ５３と、を有してもよく、その場合には、ハンド２０は、切断により保持具５から分離された葉部３ｂを保持してもよい。

この場合、葉部３ｂの保持具５からの分離と、分離された葉部３ｂの容器２１への収容の両方の工程を自動化できるので、野菜収穫工程の自動化を促進できる。

本実施形態において、コントローラ９７は、ハンド２０で野菜３の葉部３ｂを保持具５から所定量だけ持ち上げるように収穫ロボット１５の動作を制御し、ハンド２０で葉部３ｂを持ち上げた後に、野菜３の茎部３ａを切断するようにカッタ５３の駆動を制御してもよい。

この場合、収穫対象である葉部３ｂをカッタ５３で損傷するリスクを低減できるので、収穫物の損傷を低減できる。また、野菜３の茎部３ａに張力を与えた状態で切断できるので、カッタ５３による切断の成功率を向上できる。

本実施形態において、ハンド２０は、カッタ５３により野菜３の茎部３ａを切断する際に、保持具５の移動を防止するストッパ部材１１５を有してもよい。

野菜３の茎部３ａの切断の際に保持具５が引っ張られて移動すると、茎部３ａを良好に切断できない可能性がある。本実施形態の場合、ストッパ部材１１５より保持具５の移動を防止できるので、カッタ５３による切断の成功率を向上できる。

＜１０．変形例＞
開示の実施形態は、上記に限られるものではなく、その趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

以上では、ねじりばねを用いて指部材１１１に弾性力を付与するようにしたが、ねじりばね以外の手法で弾性力を付与してもよい。例えば図１８に示すように、各指部材１１１の基端部に弾性付与部１３３を設けてもよい。弾性付与部１３３は、例えば板バネ、ゴム材、弾性を有する樹脂材料、又はエラストマ等により構成される。この場合にも、同様の効果を得ることができる。

また、例えば図１９に示すように、収穫ロボット１５は、ハンド２０で保持した野菜３の葉部３ｂの重量を検出する重量センサ１３５を有してもよい。重量センサ１３５は、例えばロードセル等である。なお、重量センサの代わりに、例えばコントローラ９７が、収穫ロボット１５の各関節部を駆動するアクチュエータＡｃ１～Ａｃ６の電流値から各関節部のトルクを算出し、算出した各関節部のトルクに基づいてハンド２０で保持した野菜３の葉部３ｂの重量を算出する重量算出部（図示省略）を備えてもよい。コントローラ９７は、重量センサ１３５で検出した重量に基づいて野菜３の生育状況の良否を判定する生育判定部１３７を有する。

この場合、収穫ロボット１５で野菜３の葉部３ｂを容器２１に搬送する際に、重量センサ１３５で検出した重量により生育判定部１３７が生育状況の良否を判定することができる。コントローラ９７は、例えば生育状況が正常であると判定した場合には、葉部３ｂをそのまま容器２１に搬送して収穫し、生育状況が異常であると判定した場合には、葉部３ｂを容器２１に搬送せずに廃棄するように、収穫ロボット１５を制御することができる。これにより、収穫物の品質を向上できる。

＜１１．コントローラのハードウェア構成例＞
図２０を参照しつつ、上記で説明したコントローラ９７のハードウェア構成例について説明する。図２０中では、コントローラ９７の各アクチュエータに駆動電力を給電する機能に係る構成を適宜省略して図示している。

図２０に示すように、コントローラ９７は、例えば、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、ＡＳＩＣ又はＦＰＧＡ等の特定の用途向けに構築された専用集積回路９０７と、入力装置９１３と、出力装置９１５と、記録装置９１７と、ドライブ９１９と、接続ポート９２１と、通信装置９２３とを有する。これらの構成は、バス９０９や入出力インターフェース９１１を介し相互に信号を伝達可能に接続されている。

プログラムは、例えば、ＲＯＭ９０３やＲＡＭ９０５、ハードディスク等の記録装置９１７等に記録しておくことができる。

プログラムは、例えば、フレキシブルディスクなどの磁気ディスク、各種のＣＤ・ＭＯディスク・ＤＶＤ等の光ディスク、半導体メモリ等のリムーバブルな記録媒体９２５に、一時的又は非一時的（永続的）に記録しておくこともできる。このような記録媒体９２５は、いわゆるパッケージソフトウエアとして提供することもできる。この場合、これらの記録媒体９２５に記録されたプログラムは、ドライブ９１９により読み出されて、入出力インターフェース９１１やバス９０９等を介し上記記録装置９１７に記録されてもよい。

プログラムは、例えば、ダウンロードサイト・他のコンピュータ・他の記録装置等（図示せず）に記録しておくこともできる。この場合、プログラムは、ＬＡＮやインターネット等のネットワークＮＷを介し転送され、通信装置９２３がこのプログラムを受信する。そして、通信装置９２３が受信したプログラムは、入出力インターフェース９１１やバス９０９等を介し上記記録装置９１７に記録されてもよい。

プログラムは、例えば、適宜の外部接続機器９２７に記録しておくこともできる。この場合、プログラムは、適宜の接続ポート９２１を介し転送され、入出力インターフェース９１１やバス９０９等を介し上記記録装置９１７に記録されてもよい。

ＣＰＵ９０１が、上記記録装置９１７に記録されたプログラムに従い各種の処理を実行することにより、上記のトルク検出部９９やトルク制限部１０１等による処理が実現される。ＣＰＵ９０１は、例えば、上記記録装置９１７からプログラムを直接読み出して実行してもよいし、ＲＡＭ９０５に一旦ロードした上で実行してもよい。ＣＰＵ９０１は、例えば、プログラムを通信装置９２３やドライブ９１９、接続ポート９２１を介し受信する場合、受信したプログラムを記録装置９１７に記録せずに直接実行してもよい。

ＣＰＵ９０１は、必要に応じて、例えばマウス・キーボード・マイク（図示せず）等の入力装置９１３から入力する信号や情報に基づいて各種の処理を行ってもよい。

ＣＰＵ９０１は、上記の処理を実行した結果を、例えば表示装置や音声出力装置等の出力装置９１５から出力してもよい。ＣＰＵ９０１は、必要に応じて処理結果を通信装置９２３や接続ポート９２１を介し送信してもよい。ＣＰＵ９０１は、処理結果を上記記録装置９１７や記録媒体９２５に記録させてもよい。

以上の説明において、「垂直」「平行」「平面」等の記載がある場合には、当該記載は厳密な意味ではない。それら「垂直」「平行」「平面」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に垂直」「実質的に平行」「実質的に平面」という意味である。

以上の説明において、外観上の寸法や大きさ、形状、位置等が「同一」「同じ」「等しい」「異なる」等の記載がある場合は、当該記載は厳密な意味ではない。それら「同一」「同じ」「等しい」「異なる」とは、設計上、製造上の公差、誤差が許容され、「実質的に同一」「実質的に同じ」「実質的に等しい」「実質的に異なる」という意味である。

以上既に述べた以外にも、上記実施形態や各変形例による手法を適宜組み合わせて利用しても良い。その他、一々例示はしないが、上記実施形態や各変形例は、その趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更が加えられて実施されるものである。

以上説明した実施形態や変形例等が解決しようとする課題や効果は、上述した内容に限定されるものではない。実施形態や変形例等によって、上述されていない課題を解決したり、上述されていない効果を奏することもでき、記載されている課題の一部のみを解決したり、記載されている効果の一部のみを奏することがある。

１ 野菜収穫システム
３ 野菜
３ｂ 葉部
５ 保持具
１５ 収穫ロボット（ロボット）
２０ ハンド
２１ 容器
５３ カッタ
９７ コントローラ
９９ トルク検出部
１０１ トルク制限部
１０５ アクチュエータ
１０７ 歯車機構
１０９Ａ 回転軸部材
１０９Ｂ 回転軸部材
１１１ 指部材
１１１ａ 曲面部
１１５ ストッパ部材
１３１ ねじりばね（弾性付与部）
１３３ 弾性付与部
１３５ 重量センサ

Claims (14)

1. 野菜を保持するハンドを備えたロボットと、
   前記ハンドで、前記野菜を保持して持ち上げ、持ち上げた前記野菜の上下の向きを反転させ、反転させた前記野菜を容器に収容するように、前記ロボットの動作を制御するコントローラと、
   を有する、野菜収穫システム。
2. 前記コントローラは、
   前記野菜を保持する際に、前記ハンドで前記野菜を下方からすくい上げるように、前記ロボットの動作を制御する、
   請求項１に記載の野菜収穫システム。
3. 前記コントローラは、
   前記ハンドで、前記野菜を前記容器に収容する際に、前記野菜を前記容器に挿入した後に水平方向にスライドさせるように、前記ロボットの動作を制御する、
   請求項１又は２に記載の野菜収穫システム。
4. 前記ハンドは、
   ２つの回転軸部材と、
   前記２つの回転軸部材の各々に複数ずつ設置され、前記回転軸部材の軸方向に垂直な方向に延設された指部材と、
   を有する、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の野菜収穫システム。
5. 前記コントローラは、
   前記ハンドで、前記野菜を前記容器に載置して開放する際に、前記２つの回転軸部材を回転させて前記指部材を開閉させつつ段階的に前記ハンドを持ち上げるように、前記ロボットの動作を制御する、
   請求項４に記載の野菜収穫システム。
6. 前記ハンドは、
   前記指部材に接触した前記野菜から受ける反力の大きさに応じて、前記指部材の前記回転軸部材まわりの回転角度又は位置を弾性的に変化させる弾性付与部を有する、
   請求項４又は５に記載の野菜収穫システム。
7. 前記指部材は、
   先端部に、先端側に向けて膨らんだ曲面部を有する、
   請求項４乃至６のいずれか１項に記載の野菜収穫システム。
8. 前記ハンドは、
   前記２つの回転軸部材を駆動する１つのアクチュエータと、
   前記アクチュエータの動力を前記２つの回転軸部材に伝達する歯車機構と、
   を有する、
   請求項４乃至７のいずれか１項に記載の野菜収穫システム。
9. 前記回転軸部材のトルクを検出するトルク検出部をさらに有し、
   前記コントローラは、
   前記トルク検出部により検出されたトルクが所定のしきい値を超えた場合に、前記アクチュエータの駆動を停止するトルク制限部を有する、
   請求項８に記載の野菜収穫システム。
10. 葉部を有する前記野菜を、前記葉部が上方に位置するように保持する保持具と、
    前記葉部が前記保持具から分離されるように前記野菜を切断する切断具と、
    をさらに有し、
    前記ハンドは、
    前記切断により前記保持具から分離された前記葉部を保持する、
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載の野菜収穫システム。
11. 前記コントローラは、
    前記ハンドで前記葉部を前記保持具から所定量だけ持ち上げるように前記ロボットの動作を制御し、
    前記ハンドで前記葉部を持ち上げた後に、前記野菜を切断するように前記切断具を制御する、
    請求項１０に記載の野菜収穫システム。
12. 前記ハンドは、
    前記切断具により前記野菜を切断する際に、前記保持具の移動を防止するストッパ部材を有する、
    請求項１０又は１１に記載の野菜収穫システム。
13. 前記ロボットは、
    前記ハンドで保持した前記野菜の重量を検出する重量センサを有する、
    請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の野菜収穫システム。
14. ロボットのハンドにより実行される野菜収穫方法であって、
    野菜を保持して持ち上げることと、
    持ち上げた前記野菜の上下の向きを反転させることと、
    反転させた前記野菜を容器に収容することと、
    を有する、野菜収穫方法。

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