JP7067034B2 - 収穫物搬送装置 - Google Patents
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Description
収穫物保持装置は、所定の回動軸を中心に回動し当該回動軸を中心に所定の回動角度にすることで収穫物を保持し、所定の回動軸を中心に所定の回動角度とは異なる回動角度にすることで収穫物を載置する収穫物保持部材を備える。収穫物保持部材は、先端を開放して構成され基端に基壁部を備えると共に底部を備える。収穫物保持装置は、所定の回動軸を中心に収穫物保持部材を回動して基端から先端にかけて傾斜させ収穫物を底部に沿って移動させることで収穫物を配置する。
図1から図9Dは第1実施形態の説明図を示す。図1は収穫物搬送装置10の構成図を示しており、図2は収穫物となる大玉トマト2の成長方法を概略的に示している。
図2に示すように、収穫システム1はハイワイヤー方式を用いて大玉トマト2を育てている。ビニールハウス栽培では、ビニールハウスの中に培養土を配合した土壌3を例えば直線状の所定領域に配設すると共に、当該所定領域に備えられた土壌3に大玉トマト2の苗を離間して並べて育てる。近年では土壌3に代えて養液が用いられることもある。ハイワイヤー方式では、ビニールハウスの中で一列の苗の上方に沿って直線上に延伸ワイヤ4を固定すると共に、当該延伸ワイヤ4に吊り下げられた誘引ワイヤ5により茎6を引き上げながら大玉トマト2の苗を育てる。そして大玉トマト2が熟すことで収穫可能になる。この収穫システム1では、成長した大玉トマト2が例えば数百mm程度の所定の高さ範囲Hに位置するように調整される。
図4Aは、集積箱14と搬送ユニット15の構造を概略的な斜視図により示している。集積箱14は、有底で蓋無の矩形箱であり、底部の載置領域14aは重量の軽量化のためその一部又は全部が網目状に設けられている。図4Bは集積箱14の内部に集積される大玉トマト2の想定配置図を示している。集積箱14は、例えば標準サイズの大玉トマト2を4×5=20個だけ収納可能なスペースを確保している。また搬送ユニット15は、収穫された大玉トマト2を集積箱14に搬送するため、台車12の上に備え付けられている。
第1及び第2直動駆動装置40及び41は概ね同一の直動機構を備えるため、第2直動駆動装置41の構造を説明する。第2アクチュエータ32は、例えば図示しないギヤを内蔵したギヤードモータにより構成される。この第2アクチュエータ32の回転軸32aは第2ピニオン31を構成する第2平歯車に取付けられている。
第1直動駆動装置40の第1ラック23、第1リニアガイド24、第1ピニオン25、及び第1アクチュエータ26は、それぞれ、第2直動駆動装置41の第2ラック29、第3リニアガイド30、第2ピニオン31、及び第2アクチュエータ32に対応するように構成されている。このため、第1直動駆動装置40の各部23~26の構成は前述の第2直動駆動装置41の各部29~32の構成に読み替えた構成となる。このため第1直動駆動装置40の各部23~26の構成の説明を省略する。
図4Aを参照して収穫物保持装置33のX方向への移動方法を説明する。第1ラック23は、X方向に延びる長尺状の平板の下側に第1ラックギヤ(図示せず)が構成されており、第1アクチュエータ26及び第1リニアガイド24がこの第1ラック23に歯切りされた第1ラックギヤに沿ってX方向に移動可能になっている。
この第1直動駆動装置40の第1リニアガイド24には、第1ラック23の平板の上面に沿って回転可能に吊り車(図示せず)が取付けられている。この吊り車が第1ラック23の上面に沿って回転自在に配置されているため、第1ラック23は第1アクチュエータ26及び第1リニアガイド24を下から支持できる。他方、第2リニアガイド28もまた第2ラック27の平板の上面に沿って回転可能に吊り車(図示せず)が取付けられている。この吊り車が第2ラック27の上面に沿って回転自在に配置されているため、第2ラック27は第2リニアガイド28を下から支持できる。
また図4Aに示す第2直動駆動装置41においては、第3ラック29の上側に第2ラックギヤ(図示せず)を構成している。これにより、第2アクチュエータ32及び第3リニアガイド30がこの第2ラックギヤの上側に沿ってY方向に移動可能になっている。
例えば、第2直動駆動装置41の第2アクチュエータ32が回転すると、第2ピニオン31の第2平歯車が第2ラックギヤに噛合うことで第2アクチュエータ32の回転力が直線動力に変換されることになり、第2アクチュエータ32及び第3リニアガイド30は一体で平板の第3ラック29に沿ってY方向に直動する。これにより、第2直動駆動装置41の第3リニアガイド30をY方向に移動させることができ、第3リニアガイド30に取り付けられた収穫物保持装置33をY方向に移動させることができる。
基部50は、例えば第3リニアガイド30に取付けるための取付部材である。基部50は、XY平面方向に延びる平板部50aと、この平板部50aに直角にZ方向に折曲げるように形成された曲部50bと、を備える。平板部50aには第3リニアガイド30に取付けるためのねじ孔50cが構成されており、ねじ孔50cを通じてねじ(図示せず)が第3リニアガイド30に締結されることで基部50が第3リニアガイド30に取付けられる。
通常時には図6A及び図6Bに示すように、一対の櫛歯状の掬部55a及び55bが円環状の囲い枠51a及び51bの内側下部に位置するように配置される。そしてコントローラ16が第3及び第4アクチュエータ53a及び53bの回動角度を保持するよう構成されている。このとき、一の掬部55aの櫛歯が他方の掬部55bの櫛歯との間で所定のクリアランスを存して嵌合するように配置されている。通常コントローラ16は、第3及び第4アクチュエータ53a及び53bのギヤードモータの回動角度を所定の回動角度に保持するようにトルクを電流フィードバック制御することで一対の掬部55a及び55bの櫛歯の延設方向を概ねXY面内方向に保持する。すると図7Aに示すように、円環状の囲い枠51a及び51bの内側に収穫物である大玉トマト2が挿入されると、当該大玉トマト2を掬部55a及び55bにより掬うことで保持可能になっている。
ここでは、コントローラ16が第3及び第4アクチュエータ53a及び53bのギヤードモータのトルクを弱めることで掬部55a及び55bの櫛歯を各支持軸54a及び54bを中心に回動させる形態を示したがこれに限定されるものではない。コントローラ16は、例えば掬部55a及び55bの櫛歯がZ方向下方に向くように第3及び第4アクチュエータ53a及び53bの回動角度を調整制御し、これにより、大玉トマト2を集積箱14の載置領域14aに載置するようにしても良い。
上記した基本的な機能構成の下での一連の収穫方法に係る作用、動作について図1、図4A、及び、図8から図9Dを参照しながら説明する。
図8は収穫の流れを説明するフローチャートである。コントローラ16は、内部のメモリに集積箱14の配置場所及び収穫数を記憶している。図4Aに示す集積箱14の例では、4×5=20個の大玉トマト2を集積できるため、メモリには収穫数である20が記憶されると共に、図4Aに示す複数の大玉トマト2の配置場所に関する各XY座標が記憶されている。
コントローラ16は、図8のS1においてこの配置場所の有無を確認する。コントローラ16はS1において配置場所のスペースを確保できればS2において収穫を開始するが配置場所を確保できなければ終了する。このS1においては、収穫数が所定数に達していることを条件として収穫終了と判断しても良い。
このときコントローラ16は、この第3及び第4アクチュエータ53a及び53bに通電される負荷電流を検出しており、この負荷電流が所定値以上に達したことを条件として、図8のS4にて大玉トマト2を保持したと認識する。例えば、このような方法を用いることで、コントローラ16は第3及び第4アクチュエータ53a及び53bの駆動状態を例えば電流をパラメータとして取得する駆動状態取得部として機能することになり、この取得結果により大玉トマト2の保持の状態を検知できる。
コントローラ16は、外部からの指示入力に応じて予め固定された順序で大玉トマト2を集積箱14の内部に載置するときには、この固定された順序で定められた位置をメモリから読取り、この位置に収穫物保持装置33を移動させる。なお、後述実施形態で示すが、集積箱14の内部を画像処理装置70を用いて検出し、大玉トマト2の配置可能位置に収穫物保持装置33を移動させるようにしても良い。
本実施形態によれば、第1及び第2直動駆動装置40及び41は、大玉トマト2を保持した収穫物保持装置33を集積箱14の任意の載置領域に移動させ、収穫物保持装置33が集積箱14に大玉トマト2を載置することで当該集積箱14の任意の載置領域に大玉トマト2を配置している。このため、大玉トマト2を摩擦により傷つけることなく任意の領域に配置できる。
コントローラ16は、アクチュエータ53a,53bの駆動状態の取得結果に応じて大玉トマト2の保持の状態を検出するようにしているため、大玉トマト2を保持したことを簡易な構成で認識できるようになる。
図10から図12Dは第2実施形態の追加説明図を示している。本実施形態では、収穫物としてミニトマト102を適用し、このミニトマト102の搬送方法について説明する。図10はミニトマト102が茎6に実102aをつける様子を示している。図10に示すように、このミニトマト102は数個~十数個程度の個々の実102aの集合体で房なりになっており、茎6の根元の果柄6a側から順に実7aをつける。
収穫ロボット13がミニトマト102を収穫するときには、エンドエフェクタ20の切断挟持機構20aが果柄6aを切断及び挟持し、数個~十数個の実102aを果柄6aに保持したまま収穫する。このときミニトマト102の個々の実102aは果柄6aから脱落しやすいため、果柄6aを切断し挟持した後にも慎重に扱うことが望ましい。
この収穫物保持装置133は、特に房なりのミニトマト102を長手方向に載置しながら収穫するために設けられる。この収穫物保持装置133は、図11Aから図11Cには図示していないが、前述実施形態で説明した第2アクチュエータ32付きの第3リニアガイド30に取付けられている。この収穫物保持装置133は、ヨー軸方向D1に回動可能にする回動軸を備えた第5アクチュエータ61と、ピッチ軸方向D2に回動可能にする回動軸を備えた第6アクチュエータ62と、収穫物保持部材63と、を備える。第5及び第6アクチュエータ61及び62は、例えばギヤードモータにより構成されコントローラ16により回動制御可能になっている。第6アクチュエータ62は回動軸アクチュエータとして構成される。
底部67の複数のローラ67aのY方向両脇には横壁部68及び69が設置されている。これらの横壁部68及び69は、先端63bの側の高さが低く基端63aの側の高さが高くなるように構成され、基端63aの側の高さは基壁部66の高さと同じ高さに構成されている。この横壁部68及び69は、収穫されたミニトマト102が収穫物保持部材63の長手方向脇への脱落を防ぐために設けられる。その他については、第1実施形態と同一構成であるためその説明を省略する。
図10に示したように、ミニトマト102の実102aは房なりに成熟するため、収穫時には横よりも縦長な状態で収穫されることになる。このため、図12Aに集積箱114の内部のミニトマト102の想定配置図を平面図で示すように、集積箱114には、ミニトマト102が例えば縦長2×4房を並べて配置される。このとき、収穫物保持装置133は、1房ずつ保持して集積箱114の内部の配置スペースに順に配置する。
基本的な動作は、第1実施形態に類似しているため図8を参照しながら説明する。図8のS1~S3に示したように、コントローラ16が配置場所の有無を確認し、配置場所のスペースを確保できている間、収穫ロボット13がミニトマト102を収穫し収穫物保持部材63の初期位置まで当該ミニトマト102を運搬する。
収穫ロボット13がミニトマト102の果柄6aを挟持して収穫物保持部材63の初期位置まで運搬し、当該収穫物保持部材63の上で果柄6aをリリースすると、図8のS3においてミニトマト102をリリースでき、底部67にミニトマト102を載置できる。なお、たとえ収穫物保持部材63の先端63bの側にミニトマト102が載置されたとしても、ローラ67aが回転することでミニトマト102がローラ67aの上を移動し基壁部66に当接する。これによりミニトマト102を収穫物保持部材63の底部67の上に保持できる。このとき、横壁部68及び69が底部67の長手方向脇に配置されているため、ミニトマト102が底部67のローラ67aの上から脱落することはない。
ここでは、コントローラ16が負荷電流の上昇を検知することでミニトマト102を保持したことを認識する形態を示したが、これに限定されるものではなく、第6アクチュエータ62の印加電圧の変動を検出したり当該アクチュエータ62の駆動状態を電圧をパラメータとして検出し、この取得結果に応じてミニトマト102の保持の状態を検出するようにしても良い。また、例えば、コントローラ16が、マニピュレータ19及びエンドエフェクタ20を制御することでエンドエフェクタ20がミニトマト102をリリースしたことを示すリリース信号を入力したことを条件として、ミニトマト102を保持したと認識するようにしても良い。このように処理することで、コントローラ16は、ミニトマト102を収穫物保持部材63の上に保持したことを確実に把握してから次の処理に移ることができる。
すると、図12Eに示すように、収穫物保持部材63の先端63bの側に位置していた実102aが集積箱114の内側面に位置したまま収穫物保持部材63の基端63aの側の実102aがローラ67aの上面に沿って移動し、集積箱114の中央内側に配置されるようになる。この結果、集積箱114の内部にミニトマト102を整列配置できる。図12Aの配置状態を参照。このとき、集積箱114の底部67に沿ってミニトマト102を載置できるようになり、ミニトマト102を損傷させることなく配置できる。
順次、房なりのミニトマト102が収穫物保持部材63の底部67に載置される度に、コントローラ16は、図12Aに示す矢印方向Dbに向かう順番に房なりのミニトマト102を並べる。このとき図12Aに示すように、収穫物保持部材63の先端63bを集積箱114の一方の内側面114bに向けて配置し、方向Daに示すように、集積箱114の中央側に向けて収穫物保持部材63を引くことでミニトマト102を集積箱114の内部に載置する。
本実施形態によれば、収穫物保持部材63は、第6アクチュエータ62の回動軸を中心に回動し当該回動軸を中心に所定の回動角度にされることでミニトマト102を保持し、この回動軸を中心に所定の回動角度とは異なる回動角度にされることでミニトマト102を載置する。このため、ミニトマト102を保持すべきときにはミニトマト102を確実に保持でき、ミニトマト102を載置すべきときにはミニトマト102を確実に載置できる。しかも、形状の長い収穫物であっても傷つけずに配置することができる。
収穫物保持部材63は基壁部66を備えるため、ミニトマト102を保持するときに基壁部66を用いて確実に保持できる。収穫物保持部材63の底部67に沿って移動させることでミニトマト102を配置しているため、ミニトマト102を特に傷つけることなく集積箱114の内部に配置できる。
収穫物保持部材63は横壁部68及び69を備えるため、ミニトマト102を保持しているときに底部67からの脱落を防止できる。またミニトマト102を底部67に沿って移動させるときには横壁部68及び69に沿って移動することになり底部67からの脱落を防止できる。
コントローラ16は、第6アクチュエータ62の駆動状態の取得結果に応じて大玉トマト2の保持の状態を検出するようにしているため、ミニトマト102を保持したことを簡易な構成で認識できるようになる。
図13及び図14は第3実施形態の追加説明図を示している。本実施形態では第1実施形態の大玉トマト2の収穫方法を適用した形態を示し、第1実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。
本実施形態によれば、集積箱14の内部を認識することで集積箱14に配置された大玉トマト2の既配置領域Rbを把握するようにしているため、既配置領域Rbを除いたブランク領域Rcを把握しながら大玉トマト2を配置選択領域Rdに配置できるようになり、集積箱14の内部に綺麗に配置できるようになり、しかも集積箱14の配置スペースを有効活用できる。
前述実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形又は拡張が可能である。
集積箱14、114の内部には1段で大玉トマト2またはミニトマト102を配置した形態を示したが、これに限定されるものではなく、集積箱14、114の内部に例えば2段に積み上げる場合にも適用可能である。収穫物として大玉トマト2、ミニトマト102を適用した形態を示したが、収穫物は特に限定されるものではなく、例えばブドウ、ゴーヤ、赤パプリカ、黄パプリカなどの作物であっても適用可能となる。
第3実施形態では画像認識装置70により集積箱14の内部の大玉トマト2の配置スペースを認識する形態を示したが、これに限定されるものではなく、例えば超音波や赤外線などを用いた各種のセンサを用いて大玉トマト2の存在の有無を把握する形態にも適用できる。
例えば、第2実施形態の底部67のローラ67aは必要に応じて設ければ良い。底部67が摺動可能な材質で構成されていれば基端63aから先端63bにかけて傾斜させることでミニトマト102を集積箱114に載置できるようになる。
Claims (6)
- 収穫物(2,102)を集積する集積部(14,114)と、
前記収穫物を前記集積部に搬送する搬送部(15)と、を備え、
前記搬送部は、前記収穫物を保持可能で且つ前記集積部に載置可能にする収穫物保持装置(33,133)と、前記収穫物保持装置を第1直線方向に移動可能にする第1直動駆動装置(40)と、前記収穫物保持装置を前記第1直線方向とは異なる第2直線方向に移動可能にする第2直動駆動装置(41)と、を備え、
前記第1及び第2直動駆動装置は、前記収穫物を保持した前記収穫物保持装置を前記集積部の任意の載置領域に移動させ、前記収穫物保持装置が前記集積部に前記収穫物を載置することで当該集積部の任意の載置領域に前記収穫物を配置し、
前記収穫物保持装置(33;133)は、所定の回動軸を中心に回動し当該回動軸を中心に所定の回動角度にすることで前記収穫物を保持し、前記所定の回動軸を中心に所定の回動角度とは異なる回動角度にすることで前記収穫物を載置する収穫物保持部材(52a,52b;63)を備え、
前記収穫物保持部材(63)は、先端を開放して構成され基端に基壁部(66)を備えると共に底部(67)を備え、
前記収穫物保持装置(133)は、前記所定の回動軸を中心に前記収穫物保持部材を回動して前記基端から前記先端にかけて傾斜させ前記収穫物を前記底部に沿って移動させることで前記収穫物を配置する収穫物搬送装置。 - 収穫物(2,102)を集積する集積部(14,114)と、
前記収穫物を前記集積部に搬送する搬送部(15)と、を備え、
前記搬送部は、前記収穫物を保持可能で且つ前記集積部に載置可能にする収穫物保持装置(33,133)と、前記収穫物保持装置を第1直線方向に移動可能にする第1直動駆動装置(40)と、前記収穫物保持装置を前記第1直線方向とは異なる第2直線方向に移動可能にする第2直動駆動装置(41)と、を備え、
前記第1及び第2直動駆動装置は、前記収穫物を保持した前記収穫物保持装置を前記集積部の任意の載置領域に移動させ、前記収穫物保持装置が前記集積部に前記収穫物を載置することで当該集積部の任意の載置領域に前記収穫物を配置し、
前記収穫物保持装置(33;133)は、所定の回動軸を中心に回動し当該回動軸を中心に所定の回動角度にすることで前記収穫物を保持するものであり、前記所定の回動軸を駆動する回動軸アクチュエータ(53a,53b;62)を備え、
前記回動軸アクチュエータを駆動するときの負荷電流を検出、前記回動軸アクチュエータに印加する印加電圧を検出、又は、前記回動軸アクチュエータの駆動状態を電圧として検出することで当該回動軸アクチュエータの駆動状態をパラメータ取得する駆動状態取得部(16)を備え、
前記駆動状態取得部の取得結果に応じて前記収穫物の保持の状態を検出する収穫物搬送装置。 - 前記第1及び第2直動駆動装置は、前記集積部の収穫物の載置領域から所定の高さ空間を有した領域に沿って前記収穫物保持装置を移動させる請求項1又は2記載の収穫物搬送装置。
- 前記集積部の内部を認識することで前記集積部に配置された前記収穫物の領域を把握する収穫物位置把握部(70)をさらに備える請求項1から3の何れか一項に記載の収穫物搬送装置。
- 前記第1及び第2直動駆動装置は、リニアガイド(24,28,30)、ラック(23,29)、ピニオン(25,31)、及び、アクチュエータ(26,32)を用いて構成されている請求項1から4の何れか一項に記載の収穫物搬送装置。
- 前記第1直動駆動装置(40)は、
前記第1直線方向に延設された平板に第1ラックギヤが構成された第1ラック(23)と、前記第1ラックに支持された第1リニアガイド(24)と、第1平歯車による第1ピニオン(25)と、前記第1リニアガイドを前記第1ピニオンにより前記第1直線方向に直動させるための第1アクチュエータ(26)と、前記第1直線方向に延設された支持レールに支持される第2リニアガイド(28)と、を備え、前記第1平歯車が前記第1ラックギヤに噛合うことで前記第1アクチュエータ(26)の回転力を前記第1直線方向の直線動力に変換するように構成され、
前記第2直動駆動装置(41)は、
前記第2直線方向に延設され前記第1及び第2リニアガイドの間を連結する平板に第2ラックギヤが構成された第2ラック(29)と、前記第2ラックに支持された第3リニアガイド(30)と、第2平歯車による第2ピニオン(31)と、前記第2リニアガイドを前記第2ピニオンにより前記第2直線方向に直動させるための第2アクチュエータ(32)と、を備え、前記第2平歯車が前記第2ラックギヤに噛合うことで前記第2アクチュエータの回転力を前記第2直線方向の直線動力に変換するように構成される請求項5記載の収穫物搬送装置。
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