JP6912656B2 - 果菜収穫装置 - Google Patents

Description

本発明は、果梗を介して枝に接続された果菜を収穫する果菜収穫装置に関する。

従来、リンゴやトマト等の果菜を枝から分離して収穫する際、手作業で収穫することが大変手間がかかることから作業を軽減するために、果菜を保持して収穫する果菜収穫装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開昭６３−１３７６１４号公報

特許文献１の果菜収穫装置は、アームと、このアームに回動可能に設けられた吸気管と、この吸気管の先端に設けられた吸引パッドとを備えている。果菜を収穫するときは、収穫対象である果菜を吸引パッドで吸引保持した状態で、吸気管を回動させることで、果菜を回動させて枝のジョイント部から折ることで収穫する。

しかし、特許文献１の果菜収穫装置のように果菜を保持したのみで果菜を回動させると、果菜が枝から分離し難いために枝が移動して同じ枝に付いている別の果菜を他の枝などにぶつけたり、枝にダメージを与えたり、さらにはトマトなど果菜の種類によってはヘタが外れてしまい果菜の商品性が低下するおそれがあった。

本発明は、以上の点に鑑み、果菜や枝（主茎）にかかる負荷を低減し、果菜を損傷させずに、果菜を枝から容易に外すことができる果菜収穫装置を提供することを目的とする。

[１]上記目的を達成するため、本発明は、
果梗の先端に形成された果菜を収穫する果菜収穫装置であって、
ハンド基部と、前記ハンド基部に支持されるとともに前記果菜を保持する保持部と、前記ハンド基部に支持されるとともに前記果梗に当接する指部と、を備えてなる収穫ハンドと、
前記果梗に当接した前記指部で前記果梗が押圧されるよう前記収穫ハンドを回転させる回転機構と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、保持部で果菜を保持し、指部を果梗に当接させて、該果梗が指部により押圧されるよう収穫ハンドを回転させる。収穫ハンドの回転に伴う果菜の回動時に指部で果梗を支持し、果梗に指部を押し込み易くするので、指部を支点にして果菜を枝から容易に外すことができる。したがって、果菜や枝（主茎）にかかる負荷を低減し、果菜を損傷させずに収穫することができる。

[２]また、本発明においては、前記収穫ハンドは、前記指部を前記果菜に沿って移動させて前記果梗に当接させるよう構成された可動部を備えることが好ましい。

かかる構成によれば、枝の揺れのような外部環境の変化などの外乱の影響が果菜に及んでも、可動部によって指部を果菜に沿って移動させて果梗に当接させることができ、いわゆるロバスト性を向上させることができる。

[３]また、本発明においては、前記果菜の保持及び前記果梗への当接を検出するセンサを有し、
前記回転機構は、前記保持及び前記当接の検出に応答して前記収穫ハンドを回転させることが好ましい。

かかる構成によれば、果菜の保持及び果梗への当接をセンサで検出するので、保持及び当接が行われたうえで収穫ハンドを回転させることができる。

[４]また、本発明においては、前記収穫ハンドを移動させる移動機構と、
前記収穫ハンドの周辺の果菜を認識する認識装置と、
前記認識装置により認識された果菜に対して前記移動機構により前記収穫ハンドを移動させ、前記保持部で前記認識された果菜を保持し、前記指部を前記果梗に当接させつつ前記回転機構により前記収穫ハンドを回転させて枝から前記果菜を分離させる制御部と、
を備えることが好ましい。

かかる構成によれば、認識装置によって果梗を含む果菜の位置を認識し、制御部は認識装置により認識された果菜に対して移動機構により収穫ハンドを移動させ、保持部で認識された果菜を保持し、指部を果梗に当接させつつ回転機構により収穫ハンドを回転させて枝から前記果菜を分離させるので、作業者が収穫ハンドを果菜が保持できる位置まで移動させる必要がなく、作業者の手間を軽減することができる。

[５]また、本発明においては、前記制御部は、前記認識装置により前記果梗の離層部における前記果梗の屈曲方向を認識し、前記屈曲方向とは反対方向から前記指部の前記果梗への当接とを行うように、前記移動機構を制御することが好ましい。
かかる構成によれば、認識装置によって果梗の屈曲方向を認識して、屈曲方向とは反対方向から指部を果梗へ当接させるので、果梗を容易に折ることができ、より容易に枝から果菜を分離させることができる。

本発明の果菜収穫装置を示す説明図。 本発明の果菜収穫装置を示すブロック図。 本発明の果菜収穫装置の作用図。 図１に示す果菜収穫装置の要部の別態様を示す説明図。

図を参照して、本発明の実施形態の果菜収穫装置１０を説明する。図１及び図２に示すように、本発明の実施形態の果菜収穫装置１０は、果梗２を介して枝３に接続された果菜１を収穫するものである。果菜１は、例えばトマトであり、果梗２には切り離しが容易な離層を有する離層部４が形成されている。

果菜収穫装置１０は、果菜１を保持する保持部１２と果梗２に当接しうるよう構成された指部２１と、保持部１２と指部２１を支持するハンド基部１３を備えた収穫ハンド１１と、収穫ハンド１１を移動させる移動機構４１と、収穫ハンド１１の周辺の果菜１を認識する認識装置５１と、認識装置５１の映像を基にして又は作業者の操作により収穫ハンド１１及び移動機構４１の動作を制御する制御部６１と、を備える。

保持部１２は、ハンド基部１３の先端部に設けられた支持板１４と、支持板１４に設けられた吸着パッド１５と、吸着パッド１５に接続され可撓性を有する吸引チューブ１６と、吸引チューブ１６に接続され吸引する吸引ポンプ１７と、を備えている。

収穫ハンド１１は、指部２１を果菜１に沿って移動させて果梗２に当接させる可動部２２を備える。可動部２２は、ハンド基部１３の長手方向へスライド可能にハンド基部１３に設けられており、スライド方向とスライド量とはステッピングモータ２２ａ等により制御可能とされている。

指部２１は、可動部２２に回動軸（不図示）を介して回動可能に設けられており、回動軸部分に設けられ指部２１の回動をロックするロック機構２３と、先端部分に左右に分かれて対向するように配置されるとともに回転可能に設けられ中心側に傾斜するガイド面を有するガイドローラ２４と、左右のガイドローラの間で果梗２に当接する当接部２５とを備えている。ロック機構２３は、制御部６１からの信号によりロックとロック解除とを行う指部ロックスイッチ２３ａが備えられている。

また、果菜収穫装置１０は、果菜の保持を検出するセンサ（不図示）及び果梗への当接を検出するセンサ（不図示）を有している。

移動機構４１は、自走可能な車両４２とロボットアーム３１を備える。ロボットアーム３１は、垂直多関節型で第１アーム３２、第２アーム３３、手首３４の３つのリンクを備え、第１アーム３２は一端が台座３５に第１関節３６を介して揺動可能に取り付けられている。また第１アーム３２の他端は第２関節３７を介して第２アーム３３の一端と接続されており、第２アーム３３は第１アーム３２に対して揺動可能である。手首３４は第２アーム３３の他端と第３関節３８を介して揺動可能に接続されており、手首３４は内部に備える旋回機構（不図示）により長手方向の軸を中心に回転可能である。また台座３５は台座内の旋回機構（不図示）により車両４２対し回転可能である。すなわち、ロボットアーム３１は５軸の自由度を持つ。

収穫ハンド１１はロボットアーム３１の手首３４にエンドエフェクタとして取り付けられる。果菜１の収穫時、ロボットアーム３１の各関節と旋回機構を動作させることにより、果菜１を保持した収穫ハンド１１は保持部１２を果梗２に当接した指部２１の方に向かって回転させられる。本実施の形態ではロボットアーム３１は移動機構４１を構成する一部であるとともに収穫ハンド１１を回転させる回転機構に相当する。
ロボットアーム３１の各関節と旋回機構にはこれらを駆動する駆動モータ３９が、それぞれ備えられ、車両４２の走行装置４８には、走行駆動用の走行モータ４９がそれぞれ備えられている。

認識装置５１は、カメラであり、移動機構４１に支持部材５２を介して支持されている。認識装置５１としてのカメラで撮像された映像は制御部６１に送られて、制御部６１で映像を解析して果菜１や果梗の位置や姿勢等を認識する。

また、吸引ポンプ１７及び制御部６１は、車両４２に配置されている。果菜収穫装置１０は、制御部６１により完全自動で各部が動作するように制御されている。

次に、果菜収穫装置１０をブロック図で説明する。

図２に示すように、果菜収穫装置１０において、制御部６１には、保持部１２を吸引する吸引ポンプ１７と、指部２１の回動をロックするロック機構２３の指部ロックスイッチ２３ａと、可動部２２の進退させるステッピングモータ２２ａと、ロボットアーム３１の各関節・旋回機構を駆動させる駆動モータ３９と認識装置５１としてのカメラと、車両４２の走行モータ４９と、果菜１の保持を検出するセンサと、果梗２への当接を検出するセンサと、からなるセンサ５３が接続されている。また、センサ５３は当接部２５の果菜への当接を検出するように構成されていてもよい。

制御部６１は、認識された果菜１に対して移動機構４１により収穫ハンド１１を移動させ、保持部１２で認識された果菜１を保持し、果菜１の保持を検出するセンサからの保持信号を受けて保持を確認し、指部２１を果梗２に当接させ、果梗への当接を検出するセンサからの当接信号を受けて当接を確認し、ロボットアーム３１により収穫ハンド１１を回転させて枝３から果菜１を分離させるように各部を制御する。

具体的には、制御部６１は、認識装置５１で撮像された映像を制御部６１の処理部で解析し、果菜１や果梗２の位置、姿勢を認識する。そして、制御部６１の演算部で予め入力されたプログラムや座標値による所定位置、例えば果菜１としてのトマトの近傍に走行モータ４９および／又は各駆動モータ３９を制御し吸着パッド１５を移動させて果菜１を吸着保持し、果菜１の保持を検出するセンサからの信号で果菜１の保持を確認し、ステッピングモータ２２ａを制御し可動部２２を可動させて指部２１を果梗２に当接させ、果梗２の当接を検出するセンサからの信号で指部２１の果梗２への当接を確認し、駆動モータ３９を制御しロボットアーム３１の姿勢を変化させることにより収穫ハンド１１を回動させる。

なお、果菜１の保持を検出するセンサは、吸引チューブ１６又は吸引ポンプ１７等に接続された圧力センサや、ハンド基部１３又は支持板１４等に設けられた近接センサ等でもよく、果菜１の保持を検出できればセンサの種類はいずれであってもよい。果梗２への当接を検出するセンサは、指部２１などに設けられたロードセルなどの圧力センサや、近接センサ等でもよく、果梗２の当接を検出できればセンサの種類はいずれであってもよい。また、認識装置５１で画像を解析することで、吸着パッド１５による果菜１の保持や、指部２１による果梗２への当接を検出しても差し支えない。

次に、以上に述べた果菜収穫装置１０の作用を説明する。

図３Ａに示すように、認識装置５１（図１参照）で認識された果菜１の位置を認識する。制御部６１は、認識装置５１により離層部４における果梗２の屈曲方向を認識し、屈曲方向とは反対方向から保持部１２による果菜１の保持と指部２１の果梗２への当接とを行うように、移動機構４１（車両４２とロボットアーム３１）を制御する。この際、果菜１の保持は、センサ５３や認識装置５１等によって検出しうる。また、ガイドローラ２４が果菜１の表面に接触した際の反力や、当接部２５が果梗２に当接した際の反力を、センサ５３や認識装置５１等によって検出しうる。なお、接触や当接を検知するセンサの代わりに、ばね等によって付勢して当接してもよい。

図３Ｂに示すように、保持部１２の吸着パッド１５で果菜１を保持する。このとき、指部２１をロックするロック機構２３は解除されているので、ガイドローラ２４が果菜１に当接する。

図３Ｃに示すように、可動部２２を前進させ、ガイドローラ２４を果菜１の表面に沿って当接させつつ移動させ、指部２１の当接部２５を果梗２に当接させる。上述したように、ガイドローラ２４の果菜１への当接は、ばねなどの付勢機構によって行ってもよい。あるいは、後述するリンク機構（当接機構）によって行ってもよい。当接部２５の果梗２への当接後、ロック機構２３をロックし、指部２１の移動を規制する。ガイドローラ２４には果菜１の大きさ、形状に応じたガイド面（不図示）が形成されてもよい。この場合、果梗２の位置がずれていてもガイド面で果梗２を当接部２５に容易に案内することができる。

図３Ｄに示すように、ロボットアーム３１の姿勢を変化させ、例えば果菜１の中央部付近を中心に収穫ハンド１１を回転させることで、指部２１の当接部２５を果梗２に当接させた状態を維持して果菜１を回転させ、当接部２５を果梗２および／又は離層部４に押し込むことにより、果菜１を離層部４から分離する。このとき、ロボットアーム３１は、保持及び当接の検出に応答して姿勢を変化させ収穫ハンド１１を回転させている。ロボットアーム３１は、保持部１２が果菜１を保持し、当接部２５が果梗２に当接された状態において、指部２１で果梗２が押圧されるよう保持部１２から指部２１の方に向かって、収穫ハンド１１を回転させる。

次に指部２１を移動させる機構の別態様を説明する。

図４に示すように、指部２１の基端部には図１に示したスライド形式の可動部２２の代わりに、リンク機構２６が設けられている。リンク機構２６は指部２１の基端部が２か所接続されており、制御部６１によりリンク機構２６を可動させることで、指部２１の当接部２５を移動させる。

なお、リンク機構２６は可動部２２の一形態である。また、図１に示したスライド形式の可動部２２であっても同様の効果を得ることができ、当接部２５が果梗２に当接した状態でロック機構２３をロックし、さらに可動部２２を前進させることで、果梗２を押して離層部４から果菜１を分離することができる。

次に以上に示した果菜収穫装置１０の効果を説明する。

保持部１２で果菜１を保持した状態で、指部２１を果梗に当接させて収穫ハンド１１を回転させ、果菜１の回動時に指部２１で果梗２を支持した状態とするので、指部２１を支点にして果菜１を枝から容易に外すことができる。したがって、果菜１や枝３（主茎）にかかる負荷を低減し、果菜１を損傷させずに収穫することができる。

また、枝３の揺れのような外部環境の変化などの外乱の影響が果菜に及んでも、可動部２２によって指部２１を果菜に沿って移動させて果梗２に当接させることができ、いわゆるロバスト性を向上させることができる。

認識装置５１によって果梗２を含む果菜１の位置を認識し、制御部６１は認識装置５１により認識された果菜１に対して移動機構４１により収穫ハンド１１を移動させ、保持部１２で認識された果菜１を保持し、指部２１を果梗２に当接させつつロボットアーム３１により収穫ハンド１１を回転させて枝から果菜１を分離させるので、作業者が収穫ハンド１１を果菜１が保持できる位置まで移動させる必要がなく、作業者の手間を軽減することができる。

制御部６１は、認識装置５１により離層部４における果梗２の屈曲方向を認識し、屈曲方向とは反対方向から保持部１２による果菜１の保持と指部２１の果梗２への当接とを行うように、移動機構４１を制御する。このため、果梗２を容易に折ることができ、より容易に枝３から果菜１を分離させることができる。

なお、実施形態では、果菜収穫装置１０は、自走式の車両４２を備えているが、これに限定されず、操作者の操作により移動する形式の車両４２を備えるものとしてもよい。また、果菜収穫装置１０は、制御部６１により完全自動で各部が動作するように制御されるものとしが、これに限定されず、制御部６１により収穫ハンド１１の動作及び収穫ハンド１１の回転動作のみを行わせ、他の部分は操作者が操作するようにしてもよい。

また、実施形態では収穫ハンド１１をロボットアーム３１により移動・回転させるようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、回転機構として円弧上のガイドレール上を収穫ハンド１１が移動することで回転を行う構造とすることもできる。さらには、果菜収穫装置１０は、認識装置５１及び制御部６１を備えていないものも含むものとする。

また、実施形態では、指部２１の先端部分に、ガイドローラ２４を備えたが、ガイドローラ２４はなくてもよく、代わりに、回転しない滑らせる形式のガイドや、さらにはガイド自体がないものとしても差し支えない。

また、実施形態では、保持部１２は吸着パッド１５を備えるものとしたが、これに限定されず、複数の指のような支持部材で果菜１を掴むものでもよく、果菜１を保持することができれば保持部１２の形式は問わない。

また実施形態では、ハンド基部１３から吸着パッド１５と指部２１が同じ方向に延出するのとしたが、吸着パッド１５と指部２１の延出方向が直交するものなど、同じ方向でなくても差し支えない。

また、ロック機構２３だけでなく、指部２１の先端部を果菜１に押し付ける方向に付勢する弾性部材を用いても差し支えない。

また、実施形態では、果菜１として、トマトを例示したが、これに限定されず、リンゴ等、枝３に果梗２を介して接続された果菜であり、保持部１２で保持できれば、他の果菜であっても差し支えない。また、認識装置５１は、撮像するカメラに限定されず、距離センサ、三次元計測器など物体を認識できれば他のセンサなどであってもよい。

１ 果菜
２ 果梗
３ 枝
４ 離層部
１０ 果菜収穫装置
１２ 保持部
１３ ハンド基部
２１ 指部
２２ 可動部
２３ ロック機構
３１ ロボットアーム
４１ 移動機構
５１ 認識装置
６１ 制御部

Claims (6)

1. 果梗の先端に形成された果菜を収穫する果菜収穫装置であって、
   ハンド基部と、前記ハンド基部に支持されるとともに前記果菜を保持する保持部と、前記ハンド基部に支持されるとともに前記果梗に当接する指部と、を備えてなる収穫ハンドと、
   前記果梗に当接した前記指部で前記果梗が押圧されるよう前記収穫ハンドを回転させる回転機構と、を備えることを特徴とする果菜収穫装置。
2. 請求項１に記載の果菜収穫装置であって、
   前記収穫ハンドは、前記指部を前記果菜に沿って移動させて前記果梗に当接させるよう構成された可動部を備えることを特徴とする果菜収穫装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の果菜収穫装置であって、
   前記果菜の保持及び前記果梗への当接を検出するセンサを有し、
   前記回転機構は、前記保持及び前記当接の検出に応答して前記収穫ハンドを回転させることを特徴とする果菜収穫装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の果菜収穫装置であって、
   前記収穫ハンドを移動させる移動機構と、
   前記収穫ハンドの周辺の果菜を認識する認識装置と、
   前記認識装置により認識された果菜に対して前記移動機構により前記収穫ハンドを移動させ、前記保持部で前記認識された果菜を保持し、前記指部を前記果梗に当接させつつ前記回転機構により前記収穫ハンドを回転させて枝から前記果菜を分離させる制御部と、
   を備えることを特徴とする果菜収穫装置。
5. 請求項４に記載の果菜収穫装置であって、
   前記制御部は、前記認識装置により前記果梗の離層部における前記果梗の屈曲方向を認識し、前記屈曲方向とは反対方向から前記指部の前記果梗への当接とを行うように、前記移動機構を制御することを特徴とする果菜収穫装置。
6. 請求項４又は５に記載の果菜収穫装置であって、
   前記指部には当接機構が設けられ、前記収穫ハンドは前記当接機構によって前記指部が前記果菜に当接しつつ移動されるように構成されていることを特徴とする果菜収穫装置。

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