JP2023070488A - 農作物操作装置 - Google Patents

Abstract

【課題】農作物（果菜または果実）の形状や保持姿勢などのバラつきに影響を受けることなく、農作物を対象とした適切な操作を行うことのできる農作物操作装置を提供する。【解決手段】果菜収穫装置１０は、果菜Ｆを対象とした操作（例えば、果梗の切断）を行う操作器具（例えば、切断機構１２）と、果菜Ｆを吸着して保持する果菜保持機構１１と、果菜保持機構１１に保持されている果菜Ｆに対して、切断機構１２を進退させる進退機構１３とを備えている。進退機構１３は、先端に切断機構１２が取り付けられた伸縮自在なアーム部１３１を有しており、切断機構１２はアーム部１３１に対して第２回転軸１３０Ｂ周りに回転可能に保持されている。【選択図】図４

Description

本発明は、農作物（果菜または果実）を対象とした操作（収穫時における果梗の切断など）を行う農作物操作装置に関する。

枝から果菜を収穫するための果菜収穫装置が知られている。特許文献１には、吸着ハンドで果菜を保持し、果梗にアプローチさせた指部にて果菜を離層から分離させて収穫する果菜収穫装置が開示されている。

特開２０２０－１８４９３６号公報

特許文献１における果菜収穫装置は、指部を果梗にアプローチさせるために、ラックおよびピニオンによる進退機構を用いている。このような果菜収穫装置は、果菜の形状や保持姿勢などのバラつきに対して十分に対応することができないという問題があった。

すなわち、進退機構がラックアンドピニオン機構として構成されるため、指部の進退は直線的な移動に限定される。このため、果菜のサイズや姿勢によっては、指部が十分に果菜に沿うことができず、収穫しようとする果菜やその周りを傷つけたり、十分に実の近くに位置決めできず目的の性能を得られない。また、単に直線移動するだけの指部は、果菜のサイズや凹凸の違いに対応できず、様々な条件の果菜に対応できない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、農作物（果菜または果実）の形状や保持姿勢などのバラつきに影響を受けることなく、農作物を対象とした適切な操作を行うことのできる農作物操作装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の農作物操作装置は、農作物に対し操作を行う操作器具と、前記農作物を保持する農作物保持機構と、前記農作物保持機構に保持されている前記農作物に対して、前記操作器具を進退させる進退機構とを備えており、前記操作器具は、前記進退機構に対して回転可能に保持されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、進退機構は、操作器具を進退させるだけでなく、操作器具の回転動作も行わせることできる。このため、操作器具を農作物に近付ける際、操作器具が農作物の表面に沿うように回転させることができ、操作器具が農作物に対して適切な位置で操作を行えるようになる。

また、上記農作物操作装置は、前記進退機構および前記操作器具を駆動する駆動部を備えている構成とすることができる。

また、上記農作物操作装置では、前記駆動部は、同一の駆動軸に固定された径の異なる複数のドラムを有する構成とすることができる。

また、上記農作物操作装置では、前記進退機構は、前記操作器具が取り付けられた伸縮自在なアーム部を有している構成とすることができる。

また、上記農作物操作装置は、前記アーム部が、前記進退機構のフレーム部材に対して回転可能に支持されており、前記アーム部が伸び始める初期段階では前記アーム部の回転を規制し、前記アーム部が伸びるに従って前記アーム部の回転を許容するアーム回転制御部を備える構成とすることができる。

上記の構成によれば、進退機構は、アーム部の伸縮動作だけでなく、アーム部の回転動作も行わせることできる。アーム部の回転動作は、操作器具を農作物に近付ける際、操作器具が農作物に対して適切に接触できるようにすることができる。

また、上記農作物操作装置は、前記アーム部に対して、前記操作器具が前記農作物に相対的に近接する回転方向へ前記アーム部を付勢する弾性部材を備える構成とすることができる。

上記の構成によれば、農作物操作装置の使用時の姿勢に関わらず、アーム部の回転動作を確実に生じさせることができる。

また、上記農作物操作装置は、前記アーム部が、複数の分割アームを有している構成とすることができる。

また、上記農作物操作装置では、前記分割アームのうち、前記アーム部が伸びるときの先頭に位置する第１分割アームが前記操作器具を回転可能に保持しており、前記操作器具にベルトを介して接続されるドラムと前記第１分割アームにベルトを介して接続されるドラムとは、ドラム径が異なる構成とすることができる。

上記の構成によれば、２つのベルトの移動量の差分を利用した簡単な構成により、操作器具の回転動作を行わせることができる。

また、上記農作物操作装置は、一端部が前記操作器具または前記分割アームに固定され、自由端である他端部に突起が前記ベルトの側へ突出して設けられた板バネを有する負荷緩和部を備える構成とすることができる。

また、上記農作物操作装置では、前記負荷緩和部は、前記ベルトに形成されて、前記突起に嵌合可能な形状を有する嵌合溝と、前記嵌合溝に隣接して前記ベルトの長手方向に延びるように形成されて、前記突起の幅寸法より小さい溝幅を有する逃がし溝と、を有する構成とすることができる。

上記の構成によれば、操作器具が対象に当接した後、さらにドラムが回転してベルトが押し出される場合、板バネの突起を嵌合溝から逃がし溝に逃がすことで、農作物および操作器具や分割アームに掛かる負荷を緩和することができるとともに、切断機構が必要以上に傾くことを防止することもできる。

また、上記農作物操作装置は、前記操作器具が前記農作物の果梗を切断する切断機構であり、前記切断機構がそれぞれの刃部を対向させて配置された一対の切断刃を有するハサミである構成とすることができる。

上記の構成によれば、切断機構によって農作物の果梗を切断することができ、農作物操作装置を農作物の収穫に用いることができる。

また、上記農作物操作装置では、前記切断機構は、バネによって前記ハサミを開く付勢力が与えられているとともに、アウターワイヤおよびインナーワイヤからなる２重構造のワイヤ部材を介して前記ハサミを閉じる駆動力が伝達される構成とすることができる。

上記の構成によれば、ハサミを開閉駆動するための駆動源を切断機構と一体的に備える必要がなく、切断機構を小型化することで密集した果菜に挿入しやすくできる。

また、上記農作物操作装置は、前記ハサミの一方の刃側に動滑車が備えられ、前記インナーワイヤが、前記動滑車の周囲に掛け回されて、その先端が前記ハサミの他方の刃側に接続されている構成とすることができる。

上記の構成によれば、動滑車を使うことでハサミを閉じるための駆動力を下げることができ、インナーワイヤとして許容応力が小さい細いワイヤを使用可能となる。また、細いワイヤは、最小曲げ半径が小さいため切断機構を小さく構成することが可能となる。

また、上記農作物操作装置は、前記ハサミの刃部側に刃カバーが設けられており、前記刃カバーは前記ハサミに対して前記農作物との対向面側を覆っている構成とすることができる。

上記の構成によれば、切断機構が農作物に接触する際に、刃カバーによって農作物に傷が付かないように保護することができる。特に、切断機構の先端をスキー板のような形状にすることで、刃が農作物に接触する瞬間に刃が農作物に突き刺さることを防止できる。

本発明の農作物操作装置は、操作器具を対象物である農作物に向けて進退させる進退機構において、進退機構先端での操作器具の回転動作を行わせることができ、操作器具が農作物の表面に沿うようになり、操作器具が農作物に対して適切な位置（例えば、果梗のより実に近い位置）で操作を行えるようになるといった効果を奏する。

本発明の一実施形態を示すものであり、果菜収穫装置の外観を示す斜視図である。 図１の果菜収穫装置において、進退機構の内部構造を視認できるようにした斜視図である。 図２の果菜収穫装置の上面図である。 （ａ）～（ｃ）は、果菜収穫装置の果菜収穫時における動作を示す説明図である。 負荷緩和部の一例を示す拡大斜視図である。 （ａ），（ｂ）は、負荷緩和部の作用を示す説明図である。 （ａ）～（ｃ）は、果菜収穫装置の果菜収穫時における動作を示す説明図である。 切断機構の外観を示す斜視図である 切断機構の平面図である （ａ）～（ｃ）は、切断機構の動作を示す説明図である。

〔実施の形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。まず、本実施の形態１に係る農作物操作装置の構成について説明する。図１は、農作物操作装置の一例である果菜収穫装置１０の外観を示す斜視図である。尚、図１に示す果菜収穫装置１０は、アームなどの先端に取り付けられ、かつ、駆動源や操作手段などの周辺装置と組み合わされて果菜収穫機として使用される。すなわち、農作物操作装置において操作対象となる農作物は、果菜または果実である。

果菜収穫装置１０は、大略的に、果菜保持機構（農作物保持機構）１１、切断機構（操作器具）１２および進退機構１３を備えている。尚、果菜収穫装置１０の使用時における基本姿勢では、果菜保持機構１１の上方に進退機構１３が位置する。このため、本願明細書における上下方向とは、進退機構１３に対して果菜保持機構１１の位置する方向が下方向を意味し、その反対側の方向が上方向を意味するものとする。

果菜保持機構１１は、その先端にスポンジなどで形成された吸着パッド１１０を有しており、吸着パッド１１０に収穫対象の果菜を吸着して保持することができる。より具体的には、果菜保持機構１１は、ホース（図示せず）を介して駆動源となる真空発生装置（図示せず）などに接続されており、真空発生装置による真空吸引によって吸着パッド１１０に果菜を吸着するようになっている。尚、真空吸引によって果菜を吸着保持する果菜保持装置自体は公知であるため、ここでは果菜保持機構１１についての詳細な説明は省略する。

切断機構１２は、収穫対象の果菜に対して果梗を切断するものである。切断機構１２の具体的構成については後述する。進退機構１３は、その先端に切断機構１２が取り付けられ、切断機構１２を果梗に近付けるように移動させるものである。

本実施の形態１では、進退機構１３の特徴的構成について説明する。図２は、図１に示す果菜収穫装置１０において進退機構１３のアームカバー１３２およびドラムカバー１３３を取り外し、進退機構１３の内部構造を視認できるようにした斜視図である。図３は、図２に示す果菜収穫装置１０の上面図である。

進退機構１３は、図２および図３に示すように、複数の分割アーム、すなわち第１分割アーム１３１Ａ、第２分割アーム１３１Ｂおよび第３分割アーム１３１Ｃからなるアーム部１３１を有している。この例では、第２分割アーム１３１Ｂおよび第３分割アーム１３１ＣはＶ溝を介して摺動可能になっている。また、第１分割アーム１３１Ａは、棒状のロッド部材であり、第２分割アーム１３１Ｂに設けられた溝に入れられ、摺動可能になっている。

これにより、第１分割アーム１３１Ａは第２分割アーム１３１Ｂの溝部内でスライド移動が可能となり、第２分割アーム１３１Ｂは第３分割アーム１３１Ｃの溝部内でスライド移動が可能となる。このように、第１分割アーム１３１Ａ、第２分割アーム１３１Ｂおよび第３分割アーム１３１Ｃがテレスコピック機構を構成し、アーム部１３１は前後方向に伸縮可能となっている。尚、本願明細書における前後方向とは、保持された果菜に近接する方向である前方と、果菜から離間する方向である後方とを意味している。また、本例におけるテレスコピック機構は３段であるが、複数段であれば何段でも構わない。

第３分割アーム１３１Ｃは、前後方向の移動はしないが、進退機構１３のフレーム部材１３０に対して、第１回転軸１３０Ａ周りの回転が可能となっている。また、切断機構１２は、第１分割アーム１３１Ａの先端（前方側端部）において、第２回転軸１３０Ｂ周りの回転が可能となるように取り付けられている。

アーム部１３１は、ロータリーアクチュエータ１３４、ドラムユニット１３５、第１ベルト１３６Ａおよび第２ベルト１３６Ｂを含む駆動部によって駆動され、伸縮動作を行う。ロータリーアクチュエータ１３４は、空気圧や油圧を回転運動に変換するアクチュエータであり、アーム部１３１より後方の位置に配置されている。尚、ロータリーアクチュエータ１３４に代えて電動モータなどを用いることも可能である。

ドラムユニット１３５は、図３に示すように、大径ドラム１３５Ａ、中径ドラム１３５Ｂおよび小径ドラム１３５Ｃの３つのドラムが、同一の回転軸に対して同心状に配置されて構成されている。大径ドラム１３５Ａは、３つのドラムのうちで相対的に最も大きい外径を有している。小径ドラム１３５Ｃは、３つのドラムのうちで相対的に最も小さい外径を有している。中径ドラム１３５Ｂは、小径ドラム１３５Ｃより大きく、かつ、大径ドラム１３５Ａより小さい外径を有している。また、本例では、小径ドラム１３５Ｃは大径ドラム１３５Ａに対してロータリーアクチュエータ１３４と逆側に配置されており、中径ドラム１３５Ｂは大径ドラム１３５Ａに対してロータリーアクチュエータ１３４と同じ側に配置されているが、これらのドラムの配置順は特に限定されるものではない。

ドラムユニット１３５では、ロータリーアクチュエータ１３４によって駆動軸が正方向または逆方向に回転駆動されると、駆動軸に固定された大径ドラム１３５Ａ、中径ドラム１３５Ｂおよび小径ドラム１３５Ｃは、等しい回転速度で正回転または逆回転する。尚、本願明細書において正回転とは、アーム部１３１が前方へ伸びるときの回転方向（図２での反時計回り方向）の回転を意味する。一方、逆回転とは、アーム部１３１が後方へ縮むときの回転方向（図２での時計回り方向）の回転を意味する。

第１ベルト１３６Ａは、第１分割アーム１３１Ａのスライド移動を駆動する役割を果たす。この第１ベルト１３６Ａは、中径ドラム１３５Ｂの外周面に掛け回され、図に詳細は示さないが、その長手方向先端部が第１分割アーム１３１Ａの所定箇所に固定されると共に、その長手方向基端部が中径ドラム１３５Ｂの外周面の所定箇所に固定される。第２ベルト１３６Ｂは、第２分割アーム１３１Ｂのスライド移動を駆動する役割を果たす。この第２ベルト１３６Ｂは、小径ドラム１３５Ｃの外周面に掛け回され、図に詳細は示さないが、その長手方向先端部が第２分割アーム１３１Ｂの所定箇所に固定されると共に、その長手方向基端部が小径ドラム１３５Ｃの外周面の所定箇所に固定される。

さらに、進退機構１３の駆動部は、切断機構１２の傾き動作（操作器具の回転動作）を行わせるための切断機構用ベルト１３７を有している。切断機構用ベルト１３７は、大径ドラム１３５Ａの外周面に掛け回され、その長手方向先端部が切断機構１２の頂部に取り付けられると共に、図に詳細は示さないが、その長手方向基端部が大径ドラム１３５Ａの外周面の所定箇所に固定されている。尚、ドラムユニット１３５におけるドラムの数、およびドラムユニット１３５に接続されるベルトの数は、アーム部１３１のテレスコピック機構の段数に応じて変更される。

進退機構１３において、ドラムユニット１３５が正回転すると各ドラムに掛け回された各ベルトが前方へ繰り出される。このとき、第１ベルト１３６Ａの繰り出しによって第１分割アーム１３１Ａが前方へ押し出され、第２ベルト１３６Ｂの繰り出しによって第２分割アーム１３１Ｂが前方へ押し出される。このとき、第１ベルト１３６Ａが掛け回される中径ドラム１３５Ｂと第２ベルト１３６Ｂが掛け回される小径ドラム１３５Ｃとの外径の差により、第１分割アーム１３１Ａの移動量は第２分割アーム１３１Ｂの移動量よりも大きくなる。すなわち、ドラムユニット１３５の正回転によってアーム部１３１が前方に伸びる。ドラムユニット１３５が逆回転すると、伸びたアーム部１３１が後方へ引き戻される。

また、ドラムユニット１３５が正回転するときは、大径ドラム１３５Ａに巻き回された切断機構用ベルト１３７も前方へ繰り出される。このとき、大径ドラム１３５Ａと中径ドラム１３５Ｂとの外径の差により、切断機構用ベルト１３７の繰り出し量は第１ベルト１３６Ａの繰り出し量よりも大きくなる。また、切断機構用ベルト１３７は切断機構１２の頂部に取り付けられているため、切断機構用ベルト１３７と第１ベルト１３６Ａとの移動量の差分により、切断機構１２は第２回転軸１３０Ｂ周りに回転し、その先端側を下降させる（吸着パッド１１０側に近付ける）ように傾く。

尚、本例では、切断機構用ベルト１３７が巻き回されたドラム（すなわち大径ドラム１３５Ａ）は、第１ベルト１３６Ａが巻き回されたドラム（すなわち中径ドラム１３５Ｂ）よりもドラム径が大きなものとされている。しかしながら、切断機構１２の回転（傾き動作）を行わせるには、切断機構用ベルト１３７の繰り出し量と第１ベルト１３６Ａの繰り出し量とが異なっていればよく、切断機構用ベルト１３７が巻き回されたドラムと第１ベルト１３６Ａが巻き回されたドラムとのドラム径が異なっていればよい。具体的には、切断機構１２に対して切断機構用ベルト１３７が第２回転軸１３０Ｂの下方に取り付けられていれば、切断機構用ベルト１３７の巻き回されたドラムが第１ベルト１３６Ａの巻き回されたドラムよりもドラム径が小さくても、本例と同様に切断機構１２の傾き動作を行わせることが可能である。

上述した各ベルトは当然ながら可撓性を有しているため、ドラムユニット１３５の正回転時にベルトに座屈が生じると、アーム部１３１の伸縮動作や切断機構１２の傾き動作が正常に行えなくなる。このため、進退機構１３は、図１に示すように、ベルトの座屈を抑制するためのアームカバー１３２およびドラムカバー１３３を備えている。

アームカバー１３２は、平面視矩形の板状部材であり、アーム部１３１の移動領域で各ベルトの上方に配置されることで、各ベルトの上方への座屈を抑制する。尚、アームカバー１３２は、第２分割アーム１３１Ｂに取り付けられており、第２分割アーム１３１Ｂと共に前後方向に移動する。また、アームカバーは、アーム部１３１の伸縮動作を阻害しないよう、第１分割アーム１３１Ａや第３分割アーム１３１Ｃとは接触していない。ドラムカバー１３３は、ドラムユニット１３５の外側に配置され、ドラムユニット１３５に掛け回された各ベルトの座屈を抑制する。

続いて、果菜収穫装置１０の果菜収穫時における動作を図４（ａ）～（ｃ）を参照して説明する。

図４（ａ）は、果菜収穫装置１０の初期位置を示す状態であり、この状態で果菜Ｆは吸着パッド１１０によって吸着保持されているが、進退機構１３はアーム部１３１を最短長さに縮めた状態となっている。このとき、アーム部１３１は、アームカバー１３２およびテールガイド１３８からなるアーム回転制御部によって、その先端が果菜Ｐよりも上方で保持される。

ここで、アーム回転制御部の構成および作用について説明すると以下のとおりである。まず、アームカバー１３２は、第２分割アーム１３１Ｂの後端よりもさらに後方に延びるテール部１３２ａを有している。また、アーム部１３１は、第３分割アーム１３１Ｃが第１回転軸１３０Ａを介してフレーム部材１３０に接続されていることにより、第１回転軸１３０Ａ周りの回転が可能となっている。テールガイド１３８は、テール部１３２ａと接触することでアーム部１３１の回転を制御するレール部材となっている。具体的には、図４（ａ）に示す初期位置においては、テールガイド１３８の後端部分がテール部１３２ａと当接しており、アーム部１３１が伸び始める初期段階ではアーム部１３１の回転が規制される。

図４（ａ）の初期位置からドラムユニット１３５を正回転させると、これに伴ってアーム部１３１が伸びる。また、アーム部１３１が伸びる過程で、アーム部１３１の先端を下降させる（切断機構１２を果菜に相対的に近接させる）回転が生じる。このときのアーム部１３１の回転もアーム回転制御部によって制御される。具体的には、少なくともアーム部１３１が伸びる初期過程において、テール部１３２ａがテールガイド１３８に接触しながらアーム部１３１を回転させることで、アーム部１３１に急激な回転が生じることを防止する。

ここで、テールガイド１３８のレールは、後方から前方へ向かって持ち上がるように配置されている。また、アーム部１３１が伸びる過程では、第２分割アーム１３１Ｂの移動に伴ってアームカバー１３２も前方へ移動する。そして、アームカバー１３２が前方へ移動するときには、テール部１３２ａがテールガイド１３８に沿って移動することで、アーム部１３１の後端が上方に持ち上がる回転、言い換えればアーム部１３１の先端を下降させる回転が許容される。

このように、進退機構１３では、アーム部１３１の伸縮動作に伴ってアーム部１３１の回転動作も生じる。これにより、アーム部１３１の伸縮動作によって切断機構１２が前方に移動すると共に、アーム部１３１の回転動作によって切断機構１２が吸着パッド１１０に保持されている果菜Ｆに向かって下降する。また、このとき、切断機構１２も第２回転軸１３０Ｂ周りに回転し、その先端側を下降させるように傾かせる。このような複合動作（アーム部１３１の伸縮動作および回転動作、切断機構１２の傾き動作）により、切断機構１２は、その底面部を果菜Ｆの上から接触させることができる。図４（ｂ）は、切断機構１２が果菜Ｆに接触した直後の接触位置を示している。

図４（ｂ）の接触位置からドラムユニット１３５をさらに正回転させると、アーム部１３１がさらに伸びる。このとき、切断機構１２は、底面部を果菜Ｆに接触させたまま果菜Ｆに沿って移動し、最終的に図４（ｃ）に示す切断位置となる。図４（ｃ）に示す切断位置では、切断機構１２が果菜Ｆの果梗に到達し、切断機構１２を作動させて果梗を切断し、果菜Ｆを枝から分離することができる。

以上の動作では、アーム部１３１の伸縮動作および回転動作および切断機構１２の傾き動作からなる複合動作によって、進退機構１３によって移動する切断機構１２が果菜Ｆに突き刺さることを防止できる。また、切断機構１２が果菜Ｆに接触した後は、切断機構１２を果菜Ｆに沿って移動させることができ、果菜Ｆのサイズや凹凸の違いに対応して果梗を果菜Ｆに近い最適な箇所で切断することができる。さらに、上述の複合動作は、ロータリーアクチュエータ１３４のみを駆動源として生じる。このことは、果菜収穫装置１０の構成を簡素化し、低コスト化する上でも有利となる。

尚、アーム部１３１の下降動作は重力によって生じるものであってもよいが、バネなどの弾性部材によってより確実に生じるものとされていてもよい。すなわち、果菜収穫装置１０の使用時において、進退機構１３が果菜保持機構１１の上方に位置する基本姿勢であれば、重力によってアーム部１３１の下降動作を生じさせることができる。しかしながら、果菜収穫装置１０の使用時の姿勢によっては、アーム部１３１の下降動作を生じさせる方向に重力が作用しないことも考えられる。このような場合、弾性部材の付勢力によってアーム部１３１の下降動作を生じさせれば、果菜収穫装置１０の使用時の姿勢に関わらず、上述した複合動作を生じさせることができる。尚、この場合に使用される弾性部材は、アーム部１３１に対して第１回転軸１３０Ａ周りにアーム部１３１の先端を下降させる付勢力を生じるものであればよく、使用する弾性部材の種類は特に限定されない。

また、吸着パッド１１０に保持される果菜Ｆの果梗の位置は、果菜Ｆのサイズや吸着パッド１１０に対する果菜Ｆの保持姿勢によって異なる。すなわち、果梗の位置は、吸着パッド１１０の先端から近い場合もあれば遠い場合もある。このため、進退機構１３におけるアーム部１３１の伸長量は、果梗の位置が遠い場合であっても届くように十分な長さが必要とされる。一方で、果梗の位置が近い場合には、切断機構１２が果梗に当たった後でアーム部１３１がさらに伸ばされ続けると、切断機構１２の先端が過剰に傾いて果菜に傷を付けたり、あるいは切断機構１２の刃に過剰な力が掛かって刃が痛んだりする恐れがある。

このため、切断機構１２と切断機構用ベルト１３７との接続は、負荷緩和部を介して行わることが好ましい。図５は、負荷緩和部の一例を示す拡大斜視図である。図６は、負荷緩和部の作用を示す説明図である。

図５に示すように、負荷緩和部は、切断機構用ベルト１３７の先端に形成された係合孔１３７１と、切断機構１２の上面に取り付けられた板バネ１２１とによって構成されている。係合孔１３７１は、切断機構用ベルト１３７の厚み方向に貫通して形成されており、嵌合部（嵌合溝）１３７１ａと逃がし部（逃がし溝）１３７１ｂとを有している。具体的には、嵌合部１３７１ａは平面視で略円形の形状とされており、逃がし部１３７１ｂは嵌合部１３７１ａに対して、切断機構用ベルト１３７の長手方向後方側に延びるように接続されている。逃がし部１３７１ｂの幅（短手方向幅）は、嵌合部１３７１ａの内径より小さく形成されている。

板バネ１２１の基端側には、板バネ１２１を切断機構１２に取り付けるための取付片１２１ａが底面に突出して設けられる一方、先端側には、半球状の突起１２１ｂ（図６参照）が底面に突出して設けられている。突起１２１ｂの外径は、係合孔１３７１における逃がし部１３７１ｂの幅より大きく、かつ、嵌合部１３７１ａの内径と略等しく設定されている。このように構成される板バネ１２１は、その取付片１２１ａが切断機構１２の頂部に固定されると共に、自由端である先端に設けられた突起１２１ｂが、切断機構用ベルト１３７の係合孔１３７１に嵌合されている。尚、突起１２１ｂの形状は半球状に限定されず任意に設計変更が可能であり、それに応じて嵌合部１３７１ａや逃がし部１３７１ｂの形状や大きさも適宜設計変更が可能である。

図６（ａ）は、板バネ１２１の突起１２１ｂが、係合孔１３７１の嵌合部１３７１ａに嵌合している状態を示している。このとき、板バネ１２１のバネ作用により、突起１２１ｂが嵌合部１３７１ａに押し当てられている。この状態では、ドラムユニット１３５の正回転によって切断機構用ベルト１３７が前進するときに、突起１２１ｂと嵌合部１３７１ａとの嵌合を介して切断機構用ベルト１３７から切断機構１２に力を伝達でき、切断機構１２に傾き動作を行わせることができる。

一方で、切断機構１２が果梗に当たってそれ以上に前進できなくなった状態でドラムユニット１３５がさらに正回転される場合、突起１２１ｂと嵌合部１３７１ａとの嵌合部には大きな押圧力が発生し、この押圧力によって突起１２１ｂがバネ付勢力に抗して持ち上がり、図６（ｂ）に示すように逃がし部１３７１ｂの上に載る。突起１２１ｂが逃がし部１３７１ｂの上に載った状態では、ドラムユニット１３５の正回転によって切断機構用ベルト１３７が前進しても切断機構用ベルト１３７から切断機構１２に力を伝達できず、切断機構１２に掛かる負荷を緩和することができるとともに、切断機構１２が必要以上に傾くことを防止することもできる。

図７（ａ）～（ｃ）は、果菜収穫装置１０の果菜収穫時における動作を示すものであり、図４（ａ）～（ｃ）とは異なる動作例を示している。図７（ａ）～（ｃ）の例では、果菜保持機構１１に保持されている果菜Ｆの姿勢が図４（ａ）～（ｃ）の例とは異なっており、果梗の位置が果菜保持機構１１に近くなっている。このため、切断機構１２は、図４（ａ）～（ｃ）の例よりも早いタイミングで果梗に当接するが、負荷緩和部の作用によって切断機構１２の傾きが抑制され、切断機構１２を適切に果菜Ｆの表面に沿わせることができる。

尚、上述した負荷緩和部は、切断機構１２と切断機構用ベルト１３７との接続箇所に設けた構成を例示したが、同様の負荷緩和部を第１分割アーム１３１Ａと第１ベルト１３６Ａとの接続箇所、および／または第２分割アーム１３１Ｂと第２ベルト１３６Ｂとの接続箇所にも設けることができる。この場合は、切断機構１２が果梗に当たってそれ以上に前進できなくなった状態でドラムユニット１３５がさらに正回転されるときに、アーム部１３１がそれ以上に伸びて切断機構１２が果梗に対して必要以上に押し込まれることを防止できる。

このような負荷緩和部を設けた果菜収穫装置１０では、切断機構１２が果梗に当たったことをセンサなどで検知し、その検知に基づいてドラムユニット１３５を停止させるといった制御が不要となる。これにより、ドラムユニット１３５の回転制御が簡単となり、果菜収穫装置１０を低コスト化するうえで有利となる。

〔実施の形態２〕
本実施の形態２では、切断機構１２の具体的な構成例について説明する。図８は、切断機構１２の外観を示す斜視図である。図９は、切断機構１２の平面図である。但し、図９では、図８における取付部材１２７の図示を省略していると共に、可動部材１２５の内部を断面として図示している。

図８および図９に示すように、本実施の形態２に係る切断機構１２は、それぞれの刃部を対向させて配置された一対の切断刃を有するハサミとして具備されている。すなわち、切断機構１２は、静刃となる第１刃部材１２２と動刃となる第２刃部材１２３とを有している。第１刃部材１２２における刃部と反対側には固定部材１２４が取り付けられており、第２刃部材１２３における刃部と反対側には可動部材１２５が取り付けられている。また、可動部材１２５には、ハサミの開閉面と直交する方向に回転軸を有する滑車１２５ａが備えられている。また、固定部材１２４と可動部材１２５との間にはバネ１２６が配置されており、バネ１２６はハサミが開く方向への付勢力を作用させる。

固定部材１２４の上面には取付部材１２７が立設するように固定的に取り付けられている。取付部材１２７は、長手方向の中央付近に第２回転軸１３０Ｂを通すための軸穴１２７ａを有している。また、取付部材１２７の上端（固定部材１２４との接続側と反対側端部）には板バネ１２１が取り付けられる。尚、上述した負荷緩和部を設けない場合には、取付部材１２７の上端に切断機構用ベルト１３７が直接取り付けられてもよい。

また、第１刃部材１２２および第２刃部材１２３の刃部側には、刃カバー１２８が設けられていてもよい。刃カバー１２８は、第１刃部材１２２および第２刃部材１２３の底面側（果菜との対向面側）を覆うように配置される樹脂製のカバーであり、切断機構１２が果菜に接触する際に果菜に傷が付かないように保護するものである。特に、刃カバー１２８の先端をスキー板のような形状（上方に反った形状）にすることで、刃が果菜に接触する瞬間に刃が果菜に突き刺さることを防止できる。

切断機構１２において、ハサミを閉じる駆動力はワイヤ部材１２９によって外部から伝達されるものとなっている。ワイヤ部材１２９は、自転車などのブレーキワイヤのように、アウターワイヤ１２９Ａとインナーワイヤ１２９Ｂとの２重構造になったワイヤである。アウターワイヤ１２９Ａは、固定部材１２４に対して外側（可動部材１２５と反対側）に取り付けられている。インナーワイヤ１２９Ｂは、滑車１２５ａを掛け回すように取り付けられていると共に、その先端が固定部材１２４の内側に接続されている。すなわち、インナーワイヤ１２９Ｂは、ハサミの動刃側に備えられた滑車１２５ａの周囲に掛け回されていると共に、その先端がハサミの静刃側に接続されている。図９の例では、インナーワイヤ１２９Ｂの先端はハサミの静刃側に設けられたテンショナー１４０に接続されており、テンショナー１４０の操作によってインナーワイヤ１２９Ｂの長さ（すなわち、インナーワイヤ１２９Ｂを引いたときに発生する張力）を調整できるようになっている。

図１０（ａ）～（ｃ）は、切断機構１２の動作を示す説明図である。図１０（ａ）は切断機構１２の初期状態を示しており、この状態ではハサミはバネ１２６の付勢力によって開いている。

切断機構１２においてハサミを閉じる場合は、ワイヤ部材１２９の他端側（図示されていない側の端部）に接続された駆動源（エアシリンダやモータなど）によってインナーワイヤ１２９Ｂを引っ張る。インナーワイヤ１２９Ｂが引っ張られることで、図１０（ｂ）、（ｃ）に示すように、滑車１２５ａが動滑車として機能し、ハサミを閉じることができる。インナーワイヤ１２９Ｂの引っ張り力を解除すれば、バネ１２６の作用によってハサミは再び開くことができる。

このように、滑車１２５ａを動滑車として使うことでハサミを閉じるための駆動力を下げることができ、インナーワイヤ１２９Ｂとして許容応力が小さい細いワイヤを使用可能となる。また、細いワイヤは、最小曲げ半径が小さいため切断機構１２を小さく構成することが可能となる。また、インナーワイヤ１２９Ｂは、高分子糸を使用することが好ましい。高分子糸は金属ワイヤに比べて同じ引張強度での最小曲げ半径が小さいため、インナーワイヤ１２９Ｂを高分子糸とすることで、滑車１２５ａを小さく作ることができ、切断機構１２の全体を小型化できる。

本実施の形態に係る切断機構１２は、ワイヤ部材１２９を介して外部の駆動源と接続する構成としたことで、切断機構１２から駆動源を分離することが可能となっている。これにより、切断機構１２そのものを小型化することができ、切断機構１２を密集した果菜に挿入しやすくなる。

今回開示した実施形態は全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。

例えば、上記説明の果菜収穫装置１０では、アーム部１３１の先端にハサミである切断機構１２を取り付けているが、アーム部１３１の先端には切断機構１２以外の操作器具が取り付けられていてもよい。このような操作器具は、果菜を対象として操作を行う器具であり、切断機構１２以外の操作器具としては、例えば、切断以外の方法で果梗から果菜をもぎ取るような器具（例えば、特許文献１に開示されているような指部）であったり、果菜に袋を被せるような器具であったりしてもよい。

１０ 果菜収穫装置（農作物操作装置）
１１ 果菜保持機構（農作物保持機構）
１１０ 吸着パッド
１２ 切断機構（操作器具）
１２１ 板バネ（負荷緩和部）
１２１ａ 取付片
１２１ｂ 突起
１２２ 第１刃部材
１２３ 第２刃部材
１２４ 固定部材
１２５ 可動部材
１２５ａ 滑車
１２６ バネ
１２７ 取付部材
１２７ａ 軸穴
１２８ 刃カバー
１２９ ワイヤ部材
１２９Ａ アウターワイヤ
１２９Ｂ インナーワイヤ
１３ 進退機構
１３０ フレーム部材
１３０Ａ 第１回転軸
１３０Ｂ 第２回転軸
１３１ アーム部
１３１Ａ 第１分割アーム
１３１Ｂ 第２分割アーム
１３１Ｃ 第３分割アーム
１３２ アームカバー（アーム回転制御部）
１３２ａ テール部
１３３ ドラムカバー
１３４ ロータリーアクチュエータ（駆動部）
１３５ ドラムユニット（駆動部）
１３５Ａ 大径ドラム
１３５Ｂ 中径ドラム
１３５Ｃ 小径ドラム
１３６Ａ 第１ベルト（駆動部）
１３６Ｂ 第２ベルト（駆動部）
１３７ 切断機構用ベルト（駆動部）
１３７１ 係合孔（負荷緩和部）
１３７１ａ 嵌合部（嵌合溝）
１３７１ｂ 逃がし部（逃がし溝）
１３８ テールガイド（アーム回転制御部）

Claims (14)

1. 農作物に対し操作を行う操作器具と、
   前記農作物を保持する農作物保持機構と、
   前記農作物保持機構に保持されている前記農作物に対して、前記操作器具を進退させる進退機構とを備えており、
   前記操作器具は、前記進退機構に対して回転可能に保持されていることを特徴とする農作物操作装置。
2. 請求項１に記載の農作物操作装置であって、
   前記進退機構および前記操作器具を駆動する駆動部を備えていることを特徴とする農作物操作装置。
3. 請求項２に記載の農作物操作装置であって、
   前記駆動部は、同一の駆動軸に固定された径の異なる複数のドラムを有することを特徴とする農作物操作装置。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載の農作物操作装置であって、
   前記進退機構は、前記操作器具が取り付けられた伸縮自在なアーム部を有していることを特徴とする農作物操作装置。
5. 請求項４に記載の農作物操作装置であって、
   前記アーム部が、前記進退機構のフレーム部材に対して回転可能に支持されており、
   前記アーム部が伸び始める初期段階では前記アーム部の回転を規制し、前記アーム部が伸びるに従って前記アーム部の回転を許容するアーム回転制御部を備えることを特徴とする農作物操作装置。
6. 請求項５に記載の農作物操作装置であって、
   前記アーム部に対して、前記操作器具が前記農作物に相対的に近接する回転方向へ前記アーム部を付勢する弾性部材を備えることを特徴とする農作物操作装置。
7. 請求項４に記載の農作物操作装置であって、
   前記アーム部が、複数の分割アームを有していることを特徴とする農作物操作装置。
8. 請求項７に記載の農作物操作装置であって、
   前記分割アームのうち、前記アーム部が伸びるときの先頭に位置する第１分割アームが前記操作器具を回転可能に保持しており、
   前記操作器具にベルトを介して接続されるドラムと前記第１分割アームにベルトを介して接続されるドラムとは、ドラム径が異なることを特徴とする農作物操作装置。
9. 請求項７または８に記載の農作物操作装置であって、
   一端部が前記操作器具または前記分割アームに固定され、自由端である他端部に突起が前記ベルトの側へ突出して設けられた板バネを有する負荷緩和部を備えることを特徴とする農作物操作装置。、
10. 請求項９に記載の農作物操作装置であって、
    前記負荷緩和部は、
    前記ベルトに形成されて、前記突起に嵌合可能な形状を有する嵌合溝と、
    前記嵌合溝に隣接して前記ベルトの長手方向に延びるように形成されて、前記突起の幅寸法より小さい溝幅を有する逃がし溝と、を有することを特徴とする農作物操作装置。
11. 請求項１から１０の何れか１項に記載の農作物操作装置であって、
    前記操作器具が前記農作物の果梗を切断する切断機構であり、
    前記切断機構がそれぞれの刃部を対向させて配置された一対の切断刃を有するハサミであることを特徴とする農作物操作装置。
12. 請求項１１に記載の農作物操作装置であって、
    前記切断機構は、バネによって前記ハサミを開く付勢力が与えられているとともに、アウターワイヤおよびインナーワイヤからなる２重構造のワイヤ部材を介して前記ハサミを閉じる駆動力が伝達されることを特徴とする農作物操作装置。
13. 請求項１２に記載の農作物操作装置であって、
    前記ハサミの一方の刃側に動滑車が備えられ、
    前記インナーワイヤが、前記動滑車の周囲に掛け回されて、その先端が前記ハサミの他方の刃側に接続されていることを特徴とする農作物操作装置。
14. 請求項１１から１３の何れか１項に記載の果菜操作装置であって、
    前記ハサミの刃部側に刃カバーが設けられており、前記刃カバーは前記ハサミに対して前記農作物との対向面側を覆っていることを特徴とする果菜操作装置。

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