JP3052471B2 - 果実収穫ロボット - Google Patents

果実収穫ロボット

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JP3052471B2
JP3052471B2 JP3232333A JP23233391A JP3052471B2 JP 3052471 B2 JP3052471 B2 JP 3052471B2 JP 3232333 A JP3232333 A JP 3232333A JP 23233391 A JP23233391 A JP 23233391A JP 3052471 B2 JP3052471 B2 JP 3052471B2
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誠一 有馬
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  • Harvesting Machines For Specific Crops (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、栽培植物が植え付けら
れているラインに沿って移動しながら果実を自動的に収
穫する果実収穫ロボットに関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えばきゅうり用の果実収穫ロボットと
して、屈伸自在な多関節アームの先端に摘果ハンドを設
け、多関節アームを適当に屈伸させて摘果ハンドの位置
を調節する構造のものがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】果実収穫ロボットによ
る果実の収穫を容易にするために、栽培植物を支持する
棚を通路側に被さるように傾斜させて棚から垂れ下がっ
た果実が主茎や葉から分離するようにした栽培方法が採
用されている。このような栽培方法においては、栽培植
物が果実収穫ロボットの上方に覆い被さった状態となっ
ているので、多関節アームのエルボ部が上側に折れ曲が
ると、アームの一部、特にエルボ部が上部の果実等に接
触し、これらを傷つけるおそれがある。また、アームが
伸長したまま昇降させられると、摘果ハンド等が棚や果
実等に接触して傷つけるおそれもあ る。本発明は、これ
らの事故を防止することを課題としている。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次のような構成とした。すなわち、本発明
にかかる果実収穫ロボットは、傾斜棚に誘引された栽培
植物の果実を収穫する果実ロボットであって、前記傾斜
棚に対向する本体部と、該本体部に設けた関節型アーム
と、該関節型アームの先端部に設けた摘果ハンドとを備
え、前記関節型アームは、本体部側の上腕部と摘果ハン
ド側の前腕部とをエルボ部で屈伸自在に連結してなり、
前記エルボ部が下側に位置するように屈曲させた基本姿
勢で本体部とともに昇降させられ、前記摘果ハンドが果
実に正対する中間位置で果実に向かって伸長するように
構成されていることを特徴としている。
【0005】
【作用】関節型アームは、エルボ部が下側にくるように
屈曲させた基本姿勢で昇降するので、昇降時や収穫作業
中にエルボ部が果実等に接触することがなく、果実等を
傷つけない。また、設計によっては、関節型アームの動
作の自由度を向上させることができ、エルボ部が栽培植
物や棚等の障害物に接近したことを感知するためのセン
サを不要とすることもできるという利点がある。
【0006】
【実施例】以下、本発明の1例として図1に示すきゅう
り用の果実収穫ロボットについて説明する。
【0007】この果実収穫ロボット1は、移動手段とし
て電動式の走行台車2を備え、該走行台車の上にガイド
レール3を有する傾斜枠4を設置し、これに果実収穫用
マニピュレータ6が昇降自在に設けられている。傾斜枠
4は、ヒンジ8にて走行台車2に枢支され、背面側を支
持リンク9で支えられている。支持リンク9の下端部は
長穴10の適所に止着するようになっており、その止着
位置を変えることにより傾斜枠4の傾斜角度を任意に調
節することができる。
【0008】マニピュレータ6は、前記ガイドレール3
に沿ってスライド式に昇降可能な基台12と、該基台上
に水平面内で回動自在に設けた本体部13と、該本体部
に設けた関節型アーム14と、該関節型アームの先端部
に設けた摘果ハンド15とからなる。関節型アーム14
は、本体部側の上腕部17と摘果ハンド側の前腕部18
をエルボ部19を介して連結したもので、人の腕と同様
に、アーム全体の上下回動、屈伸、摘果ハンド15の上
下回動が可能である。関節型アーム14を屈曲させたと
き、エルボ部19が下側にくるように折れ曲がる。
【0009】摘果ハンド15には、図2および図3に示
すように、把握部21,21、果柄位置検出部22,2
2およびカッタ23,23が設けられている。把握部2
1,21は、きゅうりを両側から挟み付けて把握するの
に適した形状に成形されており、それぞれの基部に取り
付けたラック25,25に噛合するピニオン26をモー
タ等で駆動することにより、互いに接近または離反する
ようになっている。果柄位置検出部22,22は、把握
部21,21の上方に設けられ、図示を省略したばねに
よって互いに接近する方向(内向き)に付勢されてい
る。果柄位置検出部22,22の開閉度はポテンション
メータ27で検出される。待機状態では、把握部21,
21の係合片21a,21aが果柄位置検出部22,2
2の係合片22a,22aに係合しているので、果柄位
置検出部22,22が開いた状態となっている。この待
機状態から、果柄位置検出部22,22は上向きにスラ
イド移動するようになっている。スライド移動範囲は最
大で30mm程度である。スライド移動を開始すると両係
合片21a,22aの係合が解除される。また、カッタ
23,23は、内端部に刃が形成されており、この刃が
互いに交差するように駆動できるようになっている。カ
ッタ23,23は果柄位置検出部2222の下方近傍
に設けられ、果柄位置検出部22,22とともにスライ
ド移動する。
【0010】また、本体部13には視覚装置30が設け
られている。この視覚装置30は、図4のブロック図に
示す如く、カメラ31と距離検出装置32を備え、これ
らで得た入力情報をCPU33で処理して果実の位置を
検出するようになっている。そして、その検出結果に基
づいて、CPU33からマニピュレータ6に出力指令が
出される。
【0011】この果実収穫ロボット1が使用されるハウ
スは、通路40を挟んで両側に形成した畝41に栽培植
物42が一定間隔ごとに植え付けられている。図9に示
すように、栽培植物42を誘引する傾斜棚43は、通路
側に被さるように傾斜させて支柱44を立設し、該支柱
の適所に設けた横棒45,…間にロープ46,46を張
ってある。そして、栽培植物42の主茎50を支柱44
に沿って誘引し、葉をロープに支持させる。誘引棚43
が傾斜しているので、果実51は誘引棚43から垂れ下
がり、主茎や葉から分離された状態となる。主茎の支柱
への固定には、図10に示すようなクリップ47,…を
使用する。クリップ47は洗濯バサミのような構造であ
り、中央の凹部47aで主茎50を把持し、先端側の凹
部47bで支柱44に固定するようになっている。この
ように、クリップ47で主茎を支柱44に固定するよう
にすると、ひもやテープで固定するのに比べて、つる降
ろし作業が簡単である。
【0012】果実収穫ロボット1は通路40に沿って移
動し、視覚装置30で収穫可能な果実を探索する。収穫
可能な果実を見つけると、マニピュレータ6が所定の動
作を行い当該果実を収穫する。図5および図6はそのフ
ローチャートであり、これを参照にしてマニピュレータ
6の動作を説明する。
【0013】当初、マニピュレータ6は、関節型アーム
14をエルボ部が下になるように所定角度(α=約90
度)に曲げた基本姿勢で待機している。この状態から、
収穫しようとする果実の高さに合わせてアーム14を含
マニピュレータ6を昇降させ、摘果ハンド15が果実
51に正対する状態(中間点)にする。傾斜枠4の傾斜
角度は誘引棚43の傾斜角度同じに設定してあるの
で、マニピュレータ6を昇降させても栽培植物42とマ
ニピュレータ6及びアーム先端との距離は変わらず、果
実等に接触するおそれはない。そして、関節型アーム1
4を果実に向かって適当に伸ばして、摘果ハンド15を
果実の手前近傍まで移動させる(第2中間点)。関節型
アーム14はエルボ部19が下方に来るように折れ曲が
っているので、エルボ部19が上方に位置する果実や茎
葉に接触することがない。
【0014】つぎに、把握部21,21が開きながら摘
果ハンド15が前進し、適当位置で前進を停止し、把握
部21,21が閉じて果実51の上端部を把握する(図
7参照)。この状態から、関節型アーム14の各部が作
動して、果柄52の基部を中心として摘果ハンド15を
上方に回動させる(図8参照)。果柄52と主茎50と
のなす角度θが90度程度となるようにするのが好まし
い。続いて、果柄位置検出部22,22とカッタ23,
23がスライド移動し、果柄位置検出部22,22が果
柄を検出すると、カッタ23,23が作動して果柄を切
断する。このように、果実を上方に回動させて果実
葉とを分離するようになっているとともに、カッタ2
3,23が果柄位置検出部22,22でカバーされてい
るので、切断の際に茎葉も同時に切断してしまう危険性
がない。
【0015】果柄検出作用について補足的に説明する。
前述の如く、果柄位置検出部22,22がスライド移動
を開始すると、係合片22a,2aの係合が解除され
るので、ばねによって閉じようとする力が果柄位置検出
部22,22に作用する。しかしながら、実際には果実
が存在しているので果柄位置検出部22,22は閉じる
ことができず、両果柄位置検出部22,22は果実の外
周部に沿って果柄側に移動する。そして、果柄位置検出
部22,22が果柄の位置まで移動すると、果柄位置検
出部22,22が閉じてこれがポテンションメータ27
に検出されるのである。きゅうりのように直線状で細長
い果実に対する果柄検出方法として極めて効果的であ
る。なお、一定条件のもとに管理されているため、きゅ
うりの果実がまっすぐに生るのである。
【0016】摘果が完了すると、把握部21,21が果
実を把持したままマニピュレータ6が中間位置まで移動
するとともに、マニピュレータ6が下降し、把持してい
た果実をタンク内に解放する。以下同様に、視覚装置3
0の視野内の果実を収穫する。視野内の果実をすべて収
穫し終えると、視覚装置30の向きを変えて果実の収穫
を繰り返す。マニピュレータ全作業範囲内の果実をすべ
て収穫し終えると、走行台車2を移動させて次の株に移
動する。
【0017】
【発明の効果】以上に説明した如く、本発明にかかる果
実収穫ロボットは、摘果ハンドの位置調節を行う関節型
アームを備えたものであり、該関節型アームを屈曲させ
たときにエルボ部が下側にくるようになっているので、
収穫作業中にエルボ部が果実等に接触することがなく、
収穫作業中に果実等を傷つけることがなくなった。
た、昇降時にはアームがエルボ部が下になるように屈曲
した基本姿勢を保つので、果実等に接触して傷つけるお
それが少なくなった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例である果実収穫ロボットの使
用状態を示す正面図である。
【図2】摘果ハンドの正面図である。
【図3】摘果ハンドの平面図である。
【図4】マニピュレータ制御装置のブロック図である。
【図5】マニピュレータ制御のフローチャートの前半部
分である。
【図6】マニピュレータ制御のフローチャートの後半部
分である。
【図7】マニピュレータの1状態を示す正面図である。
【図8】マニピュレータの異なる状態を示す正面図であ
る。
【図9】傾斜棚の説明図である。
【図10】クリップの説明図である。
【符号の説明】
1 果実収穫ロボット 2 走行台車 4 傾斜枠 6 マニピュレータ 13 本体部 14 関節型アーム 15 摘果ハンド 17 上腕部 18 前腕部 19 エルボ部 30 視覚装置 42 栽培植物 43 傾斜棚 51 果実
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A01D 46/00 - 46/30 B25J 5/00 B25J 13/08 B25J 15/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 傾斜棚に誘引された栽培植物の果実を収
    穫する果実収穫ロボットであって、前記傾斜棚に対向す
    る本体部と、該本体部に設けた関節型アームと、該関節
    型アームの先端部に設けた摘果ハンドとを備え、前記関
    節型アームは、本体部側の上腕部と摘果ハンド側の前腕
    部とをエルボ部で屈伸自在に連結してなり、前記エルボ
    部が下側に位置するように屈曲させた基本姿勢で本体部
    とともに昇降させられ、前記摘果ハンドが果実に正対す
    る中間位置で果実に向かって伸長するように構成されて
    いることを特徴とする果実収穫ロボット。
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