JP2023038562A - 収穫方法 - Google Patents

Abstract

【課題】果実の収穫効率の低下を抑制することができる収穫方法を提供すること。【解決手段】収穫方法は、果実が通過可能な上側貫通孔を有する上側収穫リングと、前記上側収穫リングの下方に配置され、前記果実が通過可能な下側貫通孔を有する下側収穫リングと、を備える収穫装置が行う収穫方法であって、前記収穫装置は、前記上側収穫リング及び前記下側収穫リングを前記果実の表面形状に沿って移動させることにより、前記上側貫通孔及び前記下側貫通孔のそれぞれの内部に前記果実の果柄又は前記果実を位置させ、前記上側収穫リングを前記下側収穫リングに対して相対移動させることにより、前記果実を収穫する。【選択図】図７

Description

本開示は、収穫方法に関する。

従来、果実の自動収穫を行う装置として、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。特許文献１の収穫装置は、果実を吸着するバキュームパッドと、バキュームパッドを回転及び振動させるモータと、を備える。この収穫装置は、バキュームパッドで果実を吸着し、かつ、バキュームパッドを回転及び振動させて、枝に成る果実を枝から分離する。

特開昭６３－１４１５１７号公報

本開示は、果実の収穫効率の低下を抑制することができ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、果実が通過可能な上側貫通孔を有する上側収穫リングと、前記上側収穫リングの下方に配置され、前記果実が通過可能な下側貫通孔を有する下側収穫リングと、を備える収穫装置が行う収穫方法であって、前記収穫装置は、前記上側収穫リング及び前記下側収穫リングを前記果実の表面形状に沿って移動させることにより、前記上側貫通孔及び前記下側貫通孔のそれぞれの内部に前記果実の果柄又は前記果実を位置させ、前記上側収穫リングを前記下側収穫リングに対して相対移動させることにより、前記果実を収穫する。

本開示の収穫方法によれば、果実の収穫効率の低下を抑制することができる。

第１，第２実施形態に係る果実の形態を示す模式図 第１，第２実施形態に係る収穫装置の模式図 第１，第２実施形態に係る収穫装置のエンドエフェクタを構成する収穫機構の内部構造を示す斜視図 第１，第２実施形態に係る収穫機構を構成する上側収穫リング及び上側リング駆動部の斜視図 第１，第２実施形態に係る収穫機構を構成する下側収穫リング及び下側リング駆動部の斜視図 第１実施形態に係るエンドエフェクタを構成する収穫制御機構の一部を示す斜視図 第１実施形態に係る収穫制御機構の側面視における模式図 第１実施形態に係る収穫制御機構の正面視における模式図 第１実施形態に係る収穫対象果実の収穫方法の説明図 第１，第２実施形態に係る収穫装置が収穫対象果実を収穫できる範囲の一例を示す模式図 第１実施形態に係るリング先端部が始点に位置する状態を示す模式図 第１実施形態に係るリング先端部が最下点に位置する状態を示す模式図 第１実施形態に係るリング先端部が終点に位置する状態を示す模式図 第２実施形態に係る収穫装置のエンドエフェクタを構成する収穫制御機構の側面視における模式図 第２実施形態に係る収穫制御機構の正面視における模式図

［第１実施形態］
本開示の第１実施形態について説明する。

＜果実の形態＞
まず、本開示の第１実施形態及び後述される第２実施形態における収穫対象の果実の形態について説明する。なお、第１，第２実施形態では、果実としてトマトを例示するが、いちご、ブルーベリー、ラズベリー等の他の果実であっても良い。図１は、果実の形態を示す模式図である。

図１に示されるように、枝の一例である主茎９０から分岐した房９１は、自重等により垂れ下がる。房９１は、果梗９２を有する。果梗９２の周囲には、複数の果実９３が実る。果実９３は、蔕９４を有する。蔕９４は、果柄の一例である小果梗９５を介して果梗９２に繋がっている。離層９６は、主茎９０と果実９３の軸との間に形成される特別な細胞層である。離層９６は、小果梗９５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。

＜収穫装置の構成＞
次に、収穫装置の構成について説明する。図２は、収穫装置の模式図である。図３は、収穫装置のエンドエフェクタを構成する収穫機構の内部構造を示す斜視図である。図４Ａは、収穫機構を構成する上側収穫リング及び上側リング駆動部の斜視図である。図４Ｂは、収穫機構を構成する下側収穫リング及び下側リング駆動部の斜視図である。図５は、エンドエフェクタを構成する収穫制御機構の一部を示す斜視図である。図６Ａは、収穫制御機構の側面視における模式図である。図６Ｂは、収穫制御機構の正面視における模式図である。なお、前側とは、エンドエフェクタが果実を収穫する際にエンドエフェクタに対して果実が位置する側であり、後側とは、前側の逆側である。また、右側とは、エンドエフェクタを後側から見たときの右側であり、左側とは右側の逆側である。上側とは、収穫装置を水平面上に設置した場合の上側であり、下側とは上側の逆側である。

図２に示される収穫装置１０は、エンドエフェクタ１と、作業アーム１１と、撮像部１２と、制御部１３と、を備える。作業アーム１１は、エンドエフェクタ１を保持する。制御部１３は、撮像部１２の撮像結果に基づいて、作業アーム１１及びエンドエフェクタ１を制御する。エンドエフェクタ１は、制御部１３の制御に基づく作業アーム１１の駆動により果実９３の近傍まで移動した後、果実９３の収穫動作を行う。エンドエフェクタ１は、収穫機構２と、収穫制御機構３と、を備える。

収穫機構２は、カバー２０により覆われている。収穫機構２は、上側収穫リング２１と、下側収穫リング２２と、を備える。詳しくは後述するが、収穫機構２は、上側収穫リング２１及び下側収穫リング２２を果実９３の表面形状に沿って移動させることにより、上側収穫リング２１及び下側収穫リング２２のそれぞれの内部に小果梗９５又は果実９３を位置させる。そして、収穫機構２は、上側収穫リング２１を下側収穫リング２２に対して相対移動させることにより、果実９３を収穫する。収穫機構２は、図３に示されるように、上側リング駆動部２３と、下側リング駆動部２４と、を更に備える。下側収穫リング２２及び下側リング駆動部２４は、上側収穫リング２１及び上側リング駆動部２３の下側に配置されている。

図４Ａに示されるように、上側収穫リング２１は、上側スライド部材２１１と、上側円弧部材２１２と、連結部材２１３と、を備える。上側スライド部材２１１は、長方形板状に形成されている。上側スライド部材２１１には、左右方向（長辺方向）に沿って延びる上側スリット２１１Ａが形成されている。上側円弧部材２１２は、円弧状の円弧部と、直線状の一対の直線部と、を備える。一対の直線部は、円弧部の両端から後方に向けて延び、かつ、互いに平行になるように形成されている。連結部材２１３は、上側スライド部材２１１における左右方向の両端側の部位と、上側円弧部材２１２における一対の直線部の後端部と、を連結する。連結部材２１３により連結された上側スライド部材２１１と上側円弧部材２１２とにより、上側収穫リング２１の上側貫通孔２１Ａが形成される。

上側リング駆動部２３は、上側貫通孔２１Ａの開口が上方を向く姿勢で上側収穫リング２１を前後方向に移動させる。上側リング駆動部２３は、一対の上側ガイド部材２３１と、上側回動アーム２３２と、上側駆動機構２３３と、を備える。

一対の上側ガイド部材２３１は、互い向き合うように配置されている。一対の上側ガイド部材２３１の互いに対向する面には、前後方向に延びるガイド溝２３１Ａがそれぞれ形成されている。一対のガイド溝２３１Ａには、上側収穫リング２１における上側スライド部材２１１の左右方向（長辺方向）の両端部がはめ込まれる。このような構成により、上側収穫リング２１は、上側ガイド部材２３１により前後方向にスライド可能に支持される。

上側回動アーム２３２は、平面視で略長方形状に形成されている。上側回動アーム２３２の長手方向の一端側には、上側回動軸２３２Ａが固定されている。上側回動アーム２３２は、例えば左側の上側ガイド部材２３１の近傍に配置された上側回動軸２３２Ａを中心にして、回動するように構成されている。上側回動アーム２３２の回動先端側には、上側挿通軸２３２Ｂが配置されている。上側挿通軸２３２Ｂは、上側収穫リング２１の上側スリット２１１Ａに挿通されている。なお、上側挿通軸２３２Ｂの代わりに、カムフォロアを用いても良い。

上側駆動機構２３３は、上側リング用モータ２３３Ａと、ギア２３３Ｂと、動力伝達部２３３Ｃと、を備える。上側リング用モータ２３３Ａは、制御部１３の制御により駆動する。ギア２３３Ｂは、上側回動軸２３２Ａに固定されている。動力伝達部２３３Ｃは、歯車、ウォームギア等により構成されており、上側リング用モータ２３３Ａの駆動力をギア２３３Ｂに伝達する。

以上のような構成を有する上側リング駆動部２３において、上側収穫リング２１を後方向へ移動させる場合、上側回動アーム２３２が矢印Ａ１の方向に回動するように、上側リング用モータ２３３Ａを駆動する。上側回動アーム２３２の矢印Ａ１の方向への回動に伴い、上側挿通軸２３２Ｂが上側スリット２１１Ａ内を移動し、上側収穫リング２１を後方向へ移動させる。一方、上側収穫リング２１を前方向へ移動させる場合、上側回動アーム２３２が矢印Ａ２の方向に回動するように、制御部１３は、上側リング用モータ２３３Ａを駆動する。

図４Ｂに示されるように、下側収穫リング２２は、下側スライド部材２２１と、下側円弧部材２２２と、連結部材２２３と、を備える。下側スライド部材２２１は、長方形板状に形成されている。下側スライド部材２２１には、左右方向（短辺方向）に沿って延びる下側スリット２２１Ａが形成されている。下側円弧部材２２２は、上側円弧部材２１２と同じ形状に形成され、円弧部と、直線状の一対の直線部と、を備える。連結部材２２３は、下側スライド部材２２１における左右方向の両端側の部位と、下側円弧部材２２２における一対の直線部の後端部と、を連結する。連結部材２２３により連結された下側スライド部材２２１と下側円弧部材２２２とにより、下側収穫リング２２の下側貫通孔２２Ａが形成される。

下側リング駆動部２４は、下側貫通孔２２Ａの開口が上方を向く姿勢で下側収穫リング２２を前後方向に移動させる。下側リング駆動部２４は、上側リング駆動部２３と同様の構造を有している。このため、下側リング駆動部２４と上側リング駆動部２３との相違点を中心に説明する。下側リング駆動部２４は、一対の下側ガイド部材２４１と、下側回動アーム２４２と、下側駆動機構２４３と、を備える。

一対の下側ガイド部材２４１は、互い向き合うように配置されている。一対の下側ガイド部材２４１の互いに対向する面に形成されたガイド溝２４１Ａには、下側収穫リング２２における下側スライド部材２２１の左右方向の両端部がはめ込まれる。このような構成により、下側収穫リング２２は、下側ガイド部材２４１により前後方向にスライド可能に支持される。

下側回動アーム２４２の長手方向の一端側には、下側回動軸２４２Ａが固定されている。下側回動アーム２４２の回動先端側には、下側収穫リング２２の下側スリット２２１Ａに挿通された下側挿通軸２４２Ｂが配置されている。なお、下側挿通軸２４２Ｂの代わりに、カムフォロアを用いても良い。下側回動アーム２４２は、例えば左側の下側ガイド部材２４１の近傍に配置された下側回動軸２４２Ａを中心にして、回動するように構成されている。

下側駆動機構２４３は、制御部１３の制御により駆動する下側リング用モータ２４３Ａと、下側回動軸２４２Ａに固定されたギア２４３Ｂと、下側リング用モータ２４３Ａの駆動力をギア２４３Ｂに伝達する動力伝達部２４３Ｃと、を備える。動力伝達部２４３Ｃは、歯車、ウォームギア等により構成されており、

以下のような構成を有する下側リング駆動部２４において、下側収穫リング２２を後方向へ移動させる場合、下側回動アーム２４２が矢印Ｂ１の方向に回動するように、下側リング用モータ２４３Ａを駆動する。一方、下側収穫リング２２を前方向へ移動させる場合、下側回動アーム２４２が矢印Ｂ２の方向に回動するように、制御部１３は、下側リング用モータ２４３Ａを駆動する。

収穫制御機構３は、各収穫リング２１，２２（上側収穫リング２１及び下側収穫リング２２）のそれぞれの先端部が果実９３の表面形状に沿って移動するように、各収穫リング２１，２２を移動させる。なお、各収穫リング２１，２２のそれぞれの先端部をまとめて、「リング先端部２５」（例えば、図６Ａ参照）と言う場合がある。ここで、リング先端部２５が沿って移動する果実９３の表面形状とは、果実９３を右側または左側から見たときの果実９３の輪郭（外形）を意味する。リング先端部２５は、上側収穫リング２１の上側円弧部材２１２及び下側収穫リング２２の下側円弧部材２２２における円弧部の外周方向中央の部位である。収穫制御機構３は、図５に示されるように、収穫機構支持部材３１と、回動支持部３２と、回動制御機構３３と、を備える。

収穫機構支持部材３１は、長方形板状の支持部３１１を備える。支持部３１１の上には、収穫機構２が固定される（図６Ａ参照）。支持部３１１における左右方向（短辺方向）の両側縁には、下方に板状に延びる側壁部３１２が形成されている。

回動支持部３２は、収穫機構支持部材３１を回動可能に支持する。回動支持部３２は、ベース部材３２１と、連結部材３２２と、を備える。

ベース部材３２１は、長方形板状の固定部３２１Ａを備える。固定部３２１Ａにおける左右方向（長辺方向）の両側縁には、上方に板状に延びる軸受け部３２１Ｂが形成されている。連結部材３２２は、直方体形状に形成されている。連結部材３２２の左右方向（長辺方向）の両側面には、回動軸部３２２Ａが固定される。回動軸部３２２Ａは、軸受け部３２１Ｂにより支持される。連結部材３２２の上面には、収穫機構支持部材３１の支持部３１１における後側の部位が固定されている。

回動制御機構３３は、収穫機構支持部材３１の回動状態を制御する。回動制御機構３３は、一対のカムプレート３３１と、一対のカムフォロア３３２と、を備える。

一対のカムプレート３３１は、それぞれ収穫機構支持部材３１の側壁部３１２に対向するように配置される。各カムプレート３３１には、前後方向に延びるカム溝３３３が形成されている。カム溝３３３は、下降用溝部３３３Ａと、上昇用溝部３３３Ｂと、を備える。下降用溝部３３３Ａは、後側の部位が前側の部位よりも上側に位置するように形成されている。上昇用溝部３３３Ｂの後端は、下降用溝部３３３Ａの前端に繋がっている。上昇用溝部３３３Ｂは、後側の部位が前側の部位よりも下側に位置するように形成されている。上昇用溝部３３３Ｂは、前側の部位が下降用溝部３３３Ａの後側の部位よりも上側に位置するように形成されている。

一対のカムフォロア３３２は、円柱状に形成され、それぞれ収穫機構支持部材３１の側壁部３１２に配置されている。各カムフォロア３３２は、各カムプレート３３１のカム溝３３３に挿通されている。

収穫制御機構３は、図６Ａ及び図６Ｂに示されるように、進退制御機構３４を更に備える。進退制御機構３４は、収穫機構支持部材３１をカムプレート３３１に対して前後方向に移動させる。進退制御機構３４は、可動部材３４１と、一対のガイド部材３４２と、進退駆動部３４３と、を備える。

可動部材３４１は、長方形板状の可動ベース３４１Ａを備える。可動ベース３４１Ａの左右方向（短辺方向）の両側縁には、下方に板状に延びる側壁部３４１Ｂが形成されている。可動ベース３４１Ａの後端側の上面には、ベース部材３２１の固定部３２１Ａが固定されている。右側の側壁部３４１Ｂにおける右面及び左側の側壁部３４１Ｂにおける左面には、前後方向に延びるレール部３４１Ｃがそれぞれ形成されている。

一対のガイド部材３４２は、一対のカムプレート３３１の互いに対向する面に、それぞれ配置されている。一対のガイド部材３４２の互いに対向する面に形成されたガイド溝３４２Ａには、可動部材３４１のレール部３４１Ｃがはめ込まれる。このような構成により、可動部材３４１は、ガイド部材３４２により前後方向にスライド可能に支持される。

進退駆動部３４３は、図示されない進退モータと、ラック３４３Ａと、ピニオン３４３Ｂと、図示されない動力伝達部と、を備える。進退モータは、制御部１３の制御により駆動する。ラック３４３Ａは、可動部材３４１における左側の側壁部３４１Ｂの下端縁に形成されている。ピニオン３４３Ｂは、左側の側壁部３４１Ｂの下方において、ラック３４３Ａと噛み合うように配置されている。動力伝達部は、歯車、ウォームギア等により構成されており、進退モータの駆動力をピニオン３４３Ｂに伝達する。

＜収穫装置の動作＞
次に、収穫装置１０の動作として、収穫対象の果実９３の収穫方法について説明する。なお、以下、収穫対象である果実９３を「収穫対象果実９３Ａ」と言い、収穫対象でない果実９３を「非収穫対象果実９３Ｂ」と言う場合がある。図７は、収穫対象果実の収穫方法の説明図である。図８は、収穫装置が収穫対象果実を収穫できる範囲の一例を示す模式図である。図９Ａは、リング先端部が始点に位置する状態を示す模式図である。図９Ｂは、リング先端部が最下点に位置する状態を示す模式図である。図９Ｃは、リング先端部が終点に位置する状態を示す模式図である。

まず、収穫方法の概略について説明する。収穫装置１０は、図７に示されるように、エンドエフェクタ１のリング先端部２５が、始点Ｐ１、最下点Ｐ２及び終点Ｐ３を含む軌跡Ｌを描くように、各上側収穫リング２１，２２を移動させることにより、収穫対象果実９３Ａの小果梗９５Ａを各貫通孔２１Ａ，２２Ａ（上側貫通孔２１Ａ及び下側貫通孔２２Ａ）のそれぞれの内部に挿通させる。つまり、収穫装置１０は、リング先端部２５を収穫対象果実９３Ａの表面形状に沿って移動させることにより、収穫対象果実９３Ａの小果梗９５Ａを各収穫リング２１，２２の内部に挿通させる。そして、収穫装置１０は、上側収穫リング２１を下側収穫リング２２に対して相対移動させることにより、収穫対象果実９３Ａを収穫する。

ここで、リング先端部２５を収穫対象果実９３Ａの表面形状に沿って移動させない場合、収穫対象果実９３Ａを各貫通孔２１Ａ，２２Ａ（上側貫通孔２１Ａ及び下側貫通孔２２Ａ）に進入させる動作を行う際に、収穫対象果実９３Ａの周囲に存在する非収穫対象果実９３Ｂ又は葉等の障害物に、各収穫リング２１，２２が接触してしまうおそれがある。各収穫リング２１，２２が障害物に接触すると、収穫対象果実９３Ａを各貫通孔２１Ａ，２２Ａに進入させる動作をスムーズに行うことができず、又は、当該進入させる動作を再度行う必要があり、果実９３の収穫効率が低下してしまう。

第１実施形態の収穫装置１０は、リング先端部２５を収穫対象果実９３Ａの表面形状に沿って移動させることにより、収穫対象果実９３Ａの周囲に非収穫対象果実９３Ｂ又は葉等の障害物が存在する場合でも、各収穫リング２１，２２が障害物に接触する機会を減らすことができる。したがって、収穫対象果実９３Ａを各貫通孔２１Ａ，２２Ａに進入させる動作をスムーズに行うことができ、果実９３の収穫効率の低下を抑制することができる。

次に、収穫方法の詳細について説明する。まず、収穫動作を開始する前、図６Ａに示されるように、カムフォロア３３２は、下降用溝部３３３Ａの後端に位置している。この状態において、撮像部１２は、例えば、房９１に対してエンドエフェクタ１側から房９１を撮像し、撮像画像を制御部１３へ送信する。制御部１３は、撮像画像を取得して、房９１に実っている果実９３の中から、収穫対象果実９３Ａを特定する。制御部１３は、例えば、熟している果実９３を収穫対象果実９３Ａとして特定する。

次に、制御部１３は、作業アーム１１を制御して、図８に示されるように、平面視でリング先端部２５と果梗９２との間に収穫対象果実９３Ａが位置するように（各収穫リング２１，２２が０°位置に位置するように）、エンドエフェクタ１を移動させる。このとき、制御部１３は、図９Ａに示されるように、各貫通孔２１Ａ，２２Ａの開口が上方を向くようにエンドエフェクタ１の姿勢を調整すると共に、収穫対象果実９３Ａに最も近いリング先端部２５が始点Ｐ１に位置するようにエンドエフェクタ１を移動させる。このとき、各貫通孔２１Ａ，２２Ａの開口面が水平面と平行になっても良いし、水平面と平行になっていなくても良い。

このように、リング先端部２５の収穫対象果実９３Ａの表面形状に沿った移動を、最下点Ｐ２からではなく始点Ｐ１から開始する理由は以下のとおりである。収穫対象果実９３Ａの下側に障害物が存在する場合を考える。この場合、リング先端部２５の移動を最下点Ｐ２から開始しようとすると、例えば、エンドエフェクタ１を水平方向に移動させてリング先端部２５を収穫対象果実９３Ａの下側へ挿入する際に、リング先端部２５が障害物に接触してしまい、リング先端部２５の収穫対象果実９３Ａの下側への挿入が失敗する可能性がある。これに対し、リング先端部２５の移動を始点Ｐ１から開始して、リング先端部２５を収穫対象果実９３Ａの表面形状に沿って始点Ｐ１から最下点Ｐ２へ移動させることにより、各収穫リング２１，２２で障害物を下方へ押し退けつつ、リング先端部２５を収穫対象果実９３Ａの下側へ挿入することができる。したがって、リング先端部２５の収穫対象果実９３Ａの下側への挿入が失敗する可能性を低くすることかできる。

始点Ｐ１は、エンドエフェクタ１を収穫対象果実９３Ａ近傍まで移動させる作業アーム１１の駆動から、エンドエフェクタ１のみの駆動に切り替わる点である。始点Ｐ１は、収穫対象果実９３Ａに対向する位置であって、収穫対象果実９３Ａから離れた位置であっても良い。始点Ｐ１は、リング先端部２５が収穫対象果実９３Ａに接触するような位置であっても良い。始点Ｐ１の高さ方向の位置は、収穫対象果実９３Ａの高さ方向の中心、又は、当該中心よりも低い位置であることが好ましい。例えば、始点Ｐ１の高さ方向の位置は、収穫対象果実９３Ａの鉛直方向の高さをＨとした場合、収穫対象果実９３Ａの下端からの距離Ｄ１が、以下の式（１）を満たすことが好ましい。
０．２５×Ｈ≦Ｄ１≦０．５×Ｈ … （１）

始点Ｐ１の高さ方向の位置を、収穫対象果実９３Ａの高さ方向の中心よりも低い位置にする理由は以下のとおりである。例えば、鉛直方向に対する傾きが大きくなる（蔕９４の中央及び収穫対象果実９３Ａの中心を通る線と、鉛直方向とのなす角度が大きくなる）ように、収穫対象果実９３Ａが成っている場合を考える。この場合、始点Ｐ１の高さ方向の位置を収穫対象果実９３Ａの高さ方向の中心よりも高い位置にすると、リング先端部２５を最下点Ｐ２へ向けて移動させる際に、下方へ移動するリング先端部２５により収穫対象果実９３Ａが押される量が多くなってしまう。この場合、収穫対象果実９３Ａの位置が大きくずれてしまい、各収穫リング２１，２２内に収穫対象果実９３Ａを入れることができないおそれがある。これに対し、始点Ｐ１の高さ方向の位置を収穫対象果実９３Ａの高さ方向の中心よりも低い位置にすることにより、リング先端部２５を最下点Ｐ２へ向けて移動させる際に、下方へ移動するリング先端部２５により収穫対象果実９３Ａが押される量を少なくすることができる。したがって、収穫対象果実９３Ａの位置が大きくずれることを抑制でき、各収穫リング２１，２２内に収穫対象果実９３Ａを入れることができる。

始点Ｐ１の高さ位置の決定方法としては、以下の２つの方法のうちいずれか１つの方法を用いても良い。１つ目の方法は、撮像画像に基づき収穫対象果実９３Ａの下端の高さ位置を算出し、当該算出された下端の高さ位置から、予め設定された距離上方の位置を始点Ｐ１の高さ位置として決定する方法である。２つ目の方法は、撮像画像に基づき収穫対象果実９３Ａの高さ位置及び高さ寸法を算出する。次に、算出した高さ寸法から、上記式（１）を満たす距離Ｄ１を算出する。そして、算出した収穫対象果実９３Ａの下端の高さ位置から、距離Ｄ１上方の位置を始点Ｐ１の高さ位置として決定する方法である。

図９Ａに示される状態から、エンドエフェクタ１は、制御部１３の制御に基づいて、収穫機構支持部材３１が前方へ移動するように、進退モータを駆動する。収穫機構支持部材３１が前方へ移動すると、カムフォロア３３２が前方へ移動しつつ、下降用溝部３３３Ａに沿って下方へ移動する。このカムフォロア３３２の前方及び下方への移動に伴い、リング先端部２５が前方へ移動しつつ下方へ移動するように、収穫機構２が回動する。そして、図９Ｂに示されるように、カムフォロア３３２が、下降用溝部３３３Ａと上昇用溝部３３３Ｂとの境界位置に到達すると、収穫機構２は、リング先端部２５が最も下方に位置する姿勢になる。収穫機構２が図９Ｂに示す姿勢のときに、リング先端部２５は、最下点Ｐ２に位置する。

最下点Ｐ２は、収穫対象果実９３Ａの下方に位置する点である。最下点Ｐ２の高さ方向の位置は、収穫対象果実９３Ａの下端からの距離Ｄ２が、０ｍｍ以上２０ｍｍ以下であることが好ましい。

図９Ｂに示される状態から、エンドエフェクタ１は、制御部１３の制御に基づいて、収穫機構支持部材３１が更に前方へ移動するように、進退モータを駆動する。収穫機構支持部材３１が更に前方に移動すると、カムフォロア３３２が前方へ移動しつつ、上昇用溝部３３３Ｂに沿って上方へ移動する。このカムフォロア３３２の前方及び上方への移動に伴い、リング先端部２５が前方へ移動しつつ上方に移動するように、収穫機構２が回動する。この収穫機構２の回動に伴い、各貫通孔２１Ａ，２２Ａのそれぞれの内部に、収穫対象果実９３Ａが進入する。そして、図９Ｃに示されるように、カムフォロア３３２が、上昇用溝部３３３Ｂの前端に到達すると、収穫機構２は、リング先端部２５が最も上方に位置する姿勢になる。収穫機構２が図９Ｃに示す姿勢のときに、リング先端部２５は、終点Ｐ３に位置する。

終点Ｐ３は、収穫機構２を前方へ移動させつつ回動させる動作から、収穫対象果実９３Ａの収穫動作に切り替わる点である。終点Ｐ３は、収穫対象果実９３Ａの上端よりも高い位置であることが好ましいが、特に果実の成り方により、収穫対象果実９３Ａの上端より小果梗９５の位置が高い場合はこの限りではない。終点Ｐ３は、各貫通孔２１Ａ，２２Ａの内部に収穫対象果実９３Ａの小果梗９５Ａが位置し、かつ、リング先端部２５が当該小果梗９５Ａに接触する位置であることが好ましい。制御部１３は、カムフォロア３３２が上昇用溝部３３３Ｂの前端に到達する前に、リング先端部２５が小果梗９５に接触する場合、この接触を検知して、進退モータの駆動を停止させても良い。このような構成にすれば、各貫通孔２１Ａ，２２Ａから収穫対象果実９３Ａが上方へ飛び出してしまい、収穫対象果実９３Ａを収穫することができなくなることを防止することができる。リング先端部２５が小果梗９５Ａに接触したことを検出する方法としては、リング先端部２５と小果梗９５Ａとの接触の有無により異なる進退モータのトルクを検出する方法を例示することができる。

そして、エンドエフェクタ１は、制御部１３の制御に基づいて、上側収穫リング２１を下側収穫リング２２に対して相対移動させることにより、収穫対象果実９３Ａを収穫する。例えば、エンドエフェクタ１は、下側収穫リング２２を移動させずに、上側収穫リング２１を後方へ移動させる。この後方へ移動する上側収穫リング２１により、収穫対象果実９３Ａは、果梗９２から離間する方向（後方）に引かれる。このとき、果梗９２も小果梗９５Ａを介して後方へ引かれるが、果梗９２と下側収穫リング２２が接触し、上側収穫リング２１の引っ張り力の反作用として下側収穫リング２２に果梗９２を押す力が発生する。そして、蔕９４と果梗９２との間にこれらを引き離す引っ張り力が作用し、小果梗９５Ａは、離層９６Ａで分離する。この分離により、収穫対象果実９３Ａは、落下して図示されない籠に収穫される。

なお、図８に示されるように、各収穫リング２１，２２が、平面視において、０°位置から小果梗９５Ａを中心にして反時計回り（左回り）に９０°回転した位置（＋９０°位置）に位置する場合、又は、時計回り（右回り）に９０°回転した位置（－９０°位置）に位置する場合においても、収穫装置１０は、リング先端部２５を収穫対象果実９３Ａの表面形状に沿って移動させることにより、果実９３の収穫効率の低下を抑制することができる。

例えば、各収穫リング２１，２２が＋９０°位置に位置する場合、収穫装置１０は、リング先端部２５を収穫対象果実９３Ａの表面形状に沿って移動させることにより、各収穫リング２１，２２の近くに位置する葉等の障害物Ｇに各収穫リング２１，２２が接触する機会を減らしつつ、収穫対象果実９３Ａを各貫通孔２１Ａ，２２Ａに進入させることができる。また、各収穫リング２１，２２が－９０°位置に位置する場合、収穫装置１０は、リング先端部２５を収穫対象果実９３Ａの表面形状に沿って移動させることにより、各収穫リング２１，２２の近くに位置する非収穫対象果実９３Ｂに、各収穫リング２１，２２が接触する機会を減らしつつ、収穫対象果実９３Ａを各貫通孔２１Ａ，２２Ａに進入させることができる。そして、収穫装置１０は、各収穫リング２１，２２が＋９０°位置又は－９０°位置に位置する場合、下側収穫リング２２を移動させずに、上側収穫リング２１を後方へ移動させることにより、蔕９４と果梗９２との間にこれらを引き離す引っ張り力を作用させ、収穫対象果実９３Ａを収穫することができる。

以上説明したように、収穫装置１０は、０°位置から＋９０°位置にかけての範囲、又は、０°位置から－９０°位置にかけての範囲にエンドエフェクタ１を位置させた場合でも、リング先端部２５を収穫対象果実９３Ａの表面形状に沿って移動させることにより、収穫効率を低下させることなく果実９３を収穫することができる。

［第２実施形態］
次に、本開示の第２実施形態について説明する。

＜収穫装置の構成＞
まず、収穫装置の構成について説明する。図１０Ａは、収穫装置のエンドエフェクタを構成する収穫制御機構の側面視における模式図である。図１０Ｂは、収穫制御機構の正面視における模式図である。なお、第１実施形態の収穫装置１０と同じ構成については、説明を簡略にする、又は、省略する。

図２に示されるように、第２実施形態の収穫装置１０Ａは、エンドエフェクタ１及び制御部１３の代わりに、エンドエフェクタ４及び制御部１３Ａを備える点で、第１実施形態の収穫装置１０と異なる。エンドエフェクタ４は、収穫機構２と、収穫制御機構５と、を備える。

図１０Ａ及び図１０Ｂに示されるように、収穫制御機構５は、収穫機構支持部材３１と、回動支持部３２と、回動制御機構５３と、を備える。回動制御機構５３は、収穫機構支持部材３１の回動状態を制御する。回動制御機構５３は、回動モータ５３１と、従動ピニオン５３２と、を備える。回動モータ５３１は、制御部１３の制御により駆動する。従動ピニオン５３２は、連結部材３２２に固定された左側の回動軸部３２２Ａに固定されている。従動ピニオン５３２は、回動モータ５３１の回転軸に固定された駆動ピニオン５３３に噛み合うように固定されている。なお、従動ピニオン５３２と駆動ピニオン５３３との間に、歯車、ウォームギア等により構成された動力伝達部であって、回動モータ５３１の駆動力を従動ピニオン５３２に伝達する動力伝達部を配置しても良い。

＜収穫装置の動作＞
次に、収穫装置１０Ａの動作として、収穫対象果実９３Ａの収穫方法について説明する。なお、第１実施形態の収穫方法と同じ動作については、説明を簡略にする、又は、省略する。

収穫装置１０Ａは、第１実施形態の収穫装置１０と同様に、図７に示されるように、エンドエフェクタ４のリング先端部２５が、始点Ｐ１、最下点Ｐ２及び終点Ｐ３を含む軌跡Ｌを描くように、上側収穫リング２１及び下側収穫リング２２を移動させ、収穫対象果実９３Ａの小果梗９５Ａを各収穫リング２１，２２の内部に挿通させる。このとき、収穫装置１０Ａの制御部１３Ａは、進退モータ及び回動モータ５３１の回転角度を調整することにより、リング先端部２５が軌跡Ｌを描くように、上側収穫リング２１及び下側収穫リング２２を移動させる。

例えば、制御部１３Ａは、撮像部１２から房９１の撮像画像を取得する。そして、制御部１３Ａは、撮像画像に基づいて、収穫対象果実９３Ａを特定すると共に、収穫対象果実９３Ａの表面形状を算出する。ここで、上述されたように、収穫対象果実９３Ａの表面形状とは、収穫対象果実９３Ａを例えば右側から見たときの収穫対象果実９３Ａの輪郭（外形）を意味する。撮像部１２が、例えば、房９１に対してエンドエフェクタ１側から房９１を撮像した場合、撮像画像に、右側から見たときの収穫対象果実９３Ａの輪郭は写っていない。しかし、果実９３を右側から見た形状とエンドエフェクタ１側から見た形状とは、ほぼ同じである。このため、制御部１３Ａは、撮像画像に写っているエンドエフェクタ１側から見た収穫対象果実９３Ａの輪郭を、右側から見たときの収穫対象果実９３Ａの輪郭と見なし、リング先端部２５が沿って移動する果実９３の表面形状として算出することができる。

この後、制御部１３Ａは、算出した表面形状に基づいて、始点Ｐ１、最下点Ｐ２及び終点Ｐ３を含む軌跡Ｌを決定し、リング先端部２５が当該軌跡Ｌを描くように、進退モータ及び回動モータ５３１を制御する。そして、収穫装置１０Ａは、上側収穫リング２１を下側収穫リング２２に対して相対移動させることにより、収穫対象果実９３Ａを収穫する。

第２実施形態の収穫装置１０Ａは、第１実施形態の収穫装置１０と同様に、リング先端部２５を収穫対象果実９３Ａの表面形状に沿って移動させる。このため、０°位置から＋９０°位置にかけての範囲、又は、０°位置から－９０°位置にかけての範囲にエンドエフェクタ１を位置させた場合でも、収穫対象果実９３Ａの周囲に存在する非収穫対象果実９３Ｂ又は葉等の障害物に、各収穫リング２１，２２が接触する機会を減らすことができ、果実９３の収穫効率の低下を抑制することができる。また、回動モータ５３１の回転角度の調整により、収穫機構２の姿勢を変えることができるため、様々な形状又はサイズの収穫対象果実９３Ａの表面形状に応じた適切な軌跡Ｌを描くように、上側収穫リング２１及び下側収穫リング２２を移動させることができる。したがって、収穫装置１０Ａは、収穫対象果実９３Ａの形状又はサイズに関係なく、果実９３の収穫効率の低下を抑制することができる。

［実施形態の変形例］
本開示は、これまでに説明した実施形態に示されたものに限られないことはいうまでもなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の変形を加えることができる。また、上記実施形態及び以下に示される変形例は、正常に機能する限り、どのように組み合わせても良い。

例えば、収穫装置１０，１０Ａは、各貫通孔２１Ａ，２２Ａ内に収穫対象果実９３Ａが位置する状態で、上側収穫リング２１を下側収穫リング２２に対して相対移動させることにより、収穫対象果実９３Ａを果梗９２から分離しても良い。

収穫装置１０，１０Ａは、リング先端部２５の収穫対象果実９３Ａの表面形状に沿った移動を始点Ｐ１から開始したが、最下点Ｐ２から開始しても良い。

本開示の収穫装置として、リング先端部２５を収穫対象果実９３Ａの表面形状に沿って移動させる際に、収穫機構２を回動させる構成を例示したが、収穫機構２を回動させない構成を適用しても良い。例えば、収穫制御機構に、収穫機構２を前後方向へ移動させる機構（例えば、進退制御機構３４）と、収穫機構２を上下方向へ移動させる機構とを別々に設けても良い。また、収穫制御機構に、収穫機構２を前後方向へ移動させる機構を設け、作業アーム１１の駆動により収穫機構２を上下方向へ移動させても良い。収穫制御機構に、収穫機構２を上下方向へ移動させる機構を設け、作業アーム１１の駆動により収穫機構２を前後方向へ移動させても良い。また、作業アーム１１のみの駆動により、リング先端部２５を収穫対象果実９３Ａの表面形状に沿って移動させても良い。

エンドエフェクタ１は、収穫対象果実９３Ａを果梗９２から分離する際に、上側収穫リング２１を移動させずに、下側収穫リング２２を後方へ移動させても良いし、上側収穫リング２１及び下側収穫リング２２のうち一方の収穫リングを前方へ移動させると共に、他方の収穫リングを後方へ移動させても良い。

本開示は、収穫方法に適用できる。

１，４ エンドエフェクタ
２ 収穫機構
３，５ 収穫制御機構
１０，１０Ａ 収穫装置
１１ 作業アーム
１２ 撮像部
１３，１３Ａ 制御部
２０ カバー
２１ 上側収穫リング
２１Ａ 上側貫通孔
２２ 下側収穫リング
２２Ａ 下側貫通孔
２３ 上側リング駆動部
２４ 下側リング駆動部
２５ リング先端部
３１ 収穫機構支持部材
３２ 回動支持部
３３，５３ 回動制御機構
３４ 進退制御機構
９０ 主茎
９１ 房
９２ 果梗
９３ 果実
９３Ａ 収穫対象果実
９３Ｂ 非収穫対象果実
９４ 蔕
９５，９５Ａ 小果梗
９６，９６Ａ 離層
２１１ 上側スライド部材
２１１Ａ 上側スリット
２１２ 上側円弧部材
２１３ 連結部材
２２１ 下側スライド部材
２２１Ａ 下側スリット
２２２ 下側円弧部材
２２３ 連結部材
２３１ 上側ガイド部材
２３１Ａ ガイド溝
２３２ 上側回動アーム
２３２Ａ 上側回動軸
２３２Ｂ 上側挿通軸
２３３ 上側駆動機構
２３３Ａ 上側リング用モータ
２３３Ｂ ギア
２３３Ｃ 動力伝達部
２４１ 下側ガイド部材
２４１Ａ ガイド溝
２４２ 下側回動アーム
２４２Ａ 下側回動軸
２４２Ｂ 下側挿通軸
２４３ 下側駆動機構
２４３Ａ 下側リング用モータ
２４３Ｂ ギア
２４３Ｃ 動力伝達部
３１１ 支持部
３１２ 側壁部
３２１ ベース部材
３２１Ａ 固定部
３２１Ｂ 軸受け部
３２２ 連結部材
３２２Ａ 回動軸部
３３１ カムプレート
３３２ カムフォロア
３３３ カム溝
３３３Ａ 下降用溝部
３３３Ｂ 上昇用溝部
３４１ 可動部材
３４１Ａ 可動ベース
３４１Ｂ 側壁部
３４１Ｃ レール部
３４２ ガイド部材
３４２Ａ ガイド溝
３４３ 進退駆動部
３４３Ａ ラック
３４３Ｂ ピニオン
５３１ 回動モータ
５３２ 従動ピニオン
５３３ 駆動ピニオン
Ｇ 障害物
Ｌ 軌跡
Ｐ１ 始点
Ｐ２ 最下点
Ｐ３ 終点

Claims (7)

1. 果実が通過可能な上側貫通孔を有する上側収穫リングと、
   前記上側収穫リングの下方に配置され、前記果実が通過可能な下側貫通孔を有する下側収穫リングと、を備える収穫装置が行う収穫方法であって、
   前記収穫装置は、
   前記上側収穫リング及び前記下側収穫リングを前記果実の表面形状に沿って移動させることにより、前記上側貫通孔及び前記下側貫通孔のそれぞれの内部に前記果実の果柄又は前記果実を位置させ、
   前記上側収穫リングを前記下側収穫リングに対して相対移動させることにより、前記果実を収穫する、
   収穫方法。
2. 前記収穫装置は、
   前記上側貫通孔及び前記下側貫通孔の開口が上方を向く姿勢の前記上側収穫リング及び前記下側収穫リングにおける前記果実に最も近い部位である先端部が、前記果実に対向する位置である始点から、前記果実の下端よりも低い位置である最下点を経由して、前記果実に対して前記始点の反対側の位置である終点に到達するように、前記上側収穫リング及び前記下側収穫リングを移動させる、
   請求項１に記載の収穫方法。
3. 前記始点は、前記果実の高さ方向の中心、又は、当該中心よりも低い位置である、
   請求項２に記載の収穫方法。
4. 前記終点は、前記果実の上端よりも高い位置である、
   請求項２又は３に記載の収穫方法。
5. 前記収穫装置は、
   前記上側収穫リング及び前記下側収穫リングが前記最下点を通過した後、前記上側収穫リングが前記果柄に接触したことを検知した場合、前記上側収穫リング及び前記下側収穫リングを停止させる、
   請求項２から４のいずれか一項に記載の収穫方法。
6. 前記収穫装置は、
   前記果実の撮像画像に基づいて、前記果実の表面形状を算出し、
   算出した前記表面形状に沿って前記上側収穫リング及び前記下側収穫リングを移動させる、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の収穫方法。
7. 前記果実は、トマトである、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の収穫方法。

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