JP7108578B2

JP7108578B2 - 果菜収穫装置

Info

Publication number: JP7108578B2
Application number: JP2019091969A
Authority: JP
Inventors: 誠宍戸; 佳也竹村; 武嗣三角
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2022-07-28
Anticipated expiration: 2039-05-15
Also published as: JP2020184936A

Description

本発明は、果梗の先端に形成された果菜を収穫するための果菜収穫装置に関する。

例えば、特許文献１には、リンゴやトマト等の果菜を収穫するための果菜収穫装置が開示されている。この果菜収穫装置は、吸気管と、吸気管の先端に設けられた吸引パッドと、吸引パッドを回動させる回動機構とを有する。この場合、吸引パッドによって果菜を吸引保持した状態で、回動機構により吸引パッドを回動させる。これにより、果菜が回動し、果菜と枝との間の果梗が枝から分離することで、該果菜を収穫することができる。

特開昭６３－１３７６１４号公報

しかしながら、特許文献１の手法では、果菜を吸引保持した状態で果菜のみを回動させるので、果菜が枝から分離し難い。これにより、果菜が枝から分離しない状態で該枝が移動して別の果菜に接触し、又は、該枝が損傷する可能性がある。また、果菜側のヘタの部分で果菜が枝から分離すると、ヘタが取れた状態で果菜が収穫される。従って、特許文献１の手法では、収穫される果菜の商品価値が低下するおそれがある。

そこで、ロボットアームと、ロボットアームの先端に取り付けられた収穫ハンドと、収穫ハンドに設けた指部とで果菜収穫装置を構成することが考えられる。この場合、先ず、収穫ハンドで果菜を保持する。次に、指部を果菜の表面に沿わせつつ、該指部を果梗の離層に向かって移動させる。次に、指部が離層に接触したことをセンサ等で検知すると、指部をロックする。次に、果菜を中心としてロボットアームを回動させることで該果菜を回転させる。これにより、果梗が指部で押圧されて離層が折れ、果菜が枝から分離する。

しかしながら、この手法では、果菜を回転させる際、該果菜を中心にロボットアーム全体を大きく回動させる必要がある。これにより、該ロボットアームの動作領域が大きくなってしまう。また、ロボットアームの回動によって、果菜収穫装置が他の果菜や枝に接触する可能性がある。このような接触を回避しようとすれば、収穫可能な果菜の個数が著しく減少し、収穫率が低下する。この結果、果菜収穫装置を導入する意義が薄れてしまう。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、動作領域をコンパクトにして収穫対象の果菜以外の果菜や枝との接触を回避しつつ、収穫率の向上を図る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。

本発明の態様は、果梗の先端に形成された果菜を収穫するための果菜収穫装置であって、ハンド基部、該ハンド基部に支持され且つ前記果菜を保持する保持部、及び、前記ハンド基部に支持され且つ前記果梗に当接可能な指部を有する収穫ハンドと、前記果梗に当接した前記指部が前記果梗を押圧するように前記収穫ハンドを移動させる移動機構とを備える。前記移動機構は、前記保持部が前記果菜を保持し、且つ、前記果菜収穫装置の側面視で前記指部が前記果梗と交差している状態で、前記保持部の長手方向の軸回りに前記収穫ハンドを回転させる。

本発明によれば、保持部の長手方向の軸回り、すなわち、該保持部及び果梗に略直交する方向に収穫ハンドを回転させることで、ハンド基部に支持された指部を果梗に当接させ押圧する。そのため、移動機構がロボットアームである場合には、該ロボットアームの軸回りの回動によって、収穫ハンドを容易に回転させることができる。これにより、移動機構の動作領域がコンパクトとなり、収穫対象の果菜以外の果菜や枝との接触を回避することができる。この結果、収穫率の向上を容易に図ることができる。また、収穫率の向上によって、果菜の収穫に果菜収穫装置を導入しやすくなる。

本実施形態に係る果菜収穫装置の概略側面図である。図１の保持部の回転フリー状態を示す一部側面部である。図１の保持部の回転ロック状態を示す一部側面部である。図１の保持部で果菜を保持した状態を図示した側面図である。図４の指部を果梗近傍に配置した状態を図示した側面図である。保持部の軸回りに収穫ハンドを回転させる状態を図示した正面図である。接触部が果梗の離層に接触した状態を図示した正面図である。離層が折れた状態を図示した正面図である。

以下、本発明に係る果菜収穫装置について好適な実施形態を例示し、添付の図面を参照しながら説明する。

［１．本実施形態の構成］
図１に示すように、本実施形態に係る果菜収穫装置１０は、枝１２から延びる果梗１４の先端に形成された果菜１６を収穫するための装置である。ここでは、図１の紙面上、略水平に延びるアーム１８から果菜１６に向かう方向をＸ方向、図１の上方をＺ方向、図１の紙面に直交する方向をＹ方向として、果菜収穫装置１０の構成を説明する。また、果梗１４には、該果梗１４の他の部分と比較して切り離しが容易な離層２０が形成されている。なお、果菜１６は、離層２０を有する果梗１４の先端に生る果物や野菜であればよい。このような果菜１６として、例えば、トマトがある。

果菜収穫装置１０は、不図示の車両等の移動体に設けられたロボットアーム２２（移動機構）と、ロボットアーム２２の先端に取り付けられた収穫ハンド２４とを備える。ロボットアーム２２は、複数のアーム１８と関節２６とから構成される多関節型のロボットアームである。ロボットアーム２２は、移動体に設けられた制御手段の制御によって、移動体に対して所望の方向に回転、旋回又は揺動が可能である。収穫ハンド２４は、ロボットアーム２２のエンドエフェクタであって、後述する手法によって果菜１６を収穫する。

収穫ハンド２４は、ロボットアーム２２の先端側のアーム１８に装着されたハンド基部２８と、該ハンド基部２８に支持され、且つ、果菜１６を保持可能な保持部３０と、ハンド基部２８に支持され、且つ、果梗１４に当接可能な指部３２とを有する。

ハンド基部２８は、図１の側面視で、アーム１８の先端に装着された略矩形状の枠部材である。ハンド基部２８において、アーム１８に取り付けられる部分（図１の右側部分）は、果菜１６から離間するハンド基部２８の基端部２８ａである。また、ハンド基部２８において、果菜１６側の部分（図１の左側部分）は、保持部３０が取り付けられるハンド基部２８の先端部２８ｂである。保持部３０は、該保持部３０の長手方向（図１ではＸ方向）の軸回りに、ハンド基部２８に対して相対回転可能に取り付けられている。ハンド基部２８の上側部分は、ハンド基部２８の基端部２８ａから先端部２８ｂに向かって斜め下方に傾斜するように形成された上端部２８ｃである。ハンド基部２８の上端部２８ｃには、指部３２が取り付けられている。

さらに、ハンド基部２８には、果菜１６に向かって指部３２を進退させるための進退機構３４と、ハンド基部２８に対して保持部３０を長手方向の軸回りに相対回転可能な回転フリー状態、又は、ハンド基部２８に対して保持部３０を相対回転不能に固定する回転ロック状態に切り替え可能なロック機構３６とが設けられている。

保持部３０は、該保持部３０の長手方向の軸がアーム１８の軸と略同軸となるように、ハンド基部２８の先端部２８ｂに相対回転可能に取り付けられている。具体的に、保持部３０は、ハンド基部２８の先端部２８ｂを貫通し且つアーム１８の軸と略同軸（図１ではＸ方向）に延びる円筒状の軸部材３８と、ハンド基部２８の内方で軸部材３８の一端に略同軸に連結される円環状の第１プレート４０と、ハンド基部２８の先端部２８ｂの果菜１６側で軸部材３８の他端に略同軸に連結される円環状の第２プレート４２と、第２プレート４２から果菜１６側に延びる吸着パッド４４とを有する。

この場合、軸部材３８の外周面とハンド基部２８の先端部２８ｂとの間には、不図示の軸受が介挿されている。また、軸部材３８は、第１プレート４０と第２プレート４２とによって、Ｘ方向に狭持されている。従って、保持部３０は、軸部材３８を中心として、ハンド基部２８に対して軸部材３８の軸回り（保持部３０の長手方向の軸回り）に相対回転可能である。

また、吸着パッド４４は、第２プレート４２の内周側、軸部材３８の内周部及び第１プレート４０の内周側と連通している。第１プレート４０の内周側は、不図示の吸引チューブを介して吸引ポンプと接続されている。吸引ポンプが駆動すると、吸着パッド４４周辺の空気は、第２プレート４２、軸部材３８、第１プレート４０、吸引チューブ及び吸引ポンプを介して排気される。これにより、吸着パッド４４に負圧が発生し、該吸着パッド４４により果菜１６を吸着することが可能となる。

ロック機構３６は、ハンド基部２８の下側部分（下端部２８ｄ）から下方に延びるステー４６と、ハンド基部２８の下端部２８ｄの下方でステー４６によって支持され、Ｘ方向に延びるアクチュエータ４８と、アクチュエータ４８におけるベローズ状の駆動部４８ａに連結され、ハンド基部２８の下端部２８ｄを貫通してハンド基部２８の内方に挿入されるリンク部材５０と、ハンド基部２８の下端部２８ｄでＹ方向に延び、リンク部材５０を支持する軸部材５２と、リンク部材５０の先端部に連結され、第１プレート４０と対向するロック部５４とを有する。

ロック部５４は、第１プレート４０に対応する円弧状の板状部材である。図２に示すように、第１プレート４０の円環部分には、所定角度間隔で複数の歯４０ａが形成されている。ロック部５４の第１プレート４０側には、第１プレート４０の複数の歯４０ａに対応して、所定角度間隔で複数の歯５４ａが形成されている。

図２に示すように、アクチュエータ４８の駆動部４８ａがＸ方向に伸長している状態では、第１プレート４０とロック部５４とが離間している。従って、保持部３０は、回転フリー状態にある。一方、図３に示すように、アクチュエータ４８の駆動部４８ａがＸ方向に沿ってアーム１８側に後退すると、リンク部材５０が軸部材５２を中心に回動し、ロック部５４が第１プレート４０に近接する。これにより、ロック部５４の複数の歯５４ａと、第１プレート４０の複数の歯４０ａとが噛み合い、保持部３０は、回転ロック状態に切り替わる。従って、アクチュエータ４８の駆動によって、図２の回転フリー状態と図３の回転ロック状態とに保持部３０を切り替えることができる。なお、図１は、保持部３０が回転ロック状態である場合を図示している。

進退機構３４は、ハンド基部２８の内方に配設されたモータ等の駆動源５６と、ハンド基部２８の内方で駆動源５６の駆動によって回転するピニオン５８と、ピニオン５８に噛み合うラック６０とを有する。ラック６０は、ハンド基部２８の上端部２８ｃに沿って、ハンド基部２８の基端部２８ａ側から先端部２８ｂ側に向かい、斜め下方に傾斜するように配設されている。ラック６０の上面は、指部３２の基端部６２に固定されている。指部３２の基端部６２は、底面にラック６０が取り付けられたプレートである。基端部６２の底面には、ラック６０と略平行に延びるガイドレール６４が取り付けられている。また、基端部６２の底面において、ガイドレール６４の両端には、ストッパ６６が取り付けられている。一方、ハンド基部２８の上端部２８ｃには、ガイドレール６４に係合するガイドブロック６８が配設されている。従って、駆動源５６の駆動により、ピニオン５８が回転すると、ラック６０が取り付けられた指部３２の基端部６２は、ガイドレール６４の案内作用下に、２つのストッパ６６間で変位する。

指部３２は、図１及び図４～図６に示すように、基端部６２と、果菜１６に接触可能な接触部７０と、果梗１４への指部３２の接触を検出する検出手段７２（検知手段）とを有する。接触部７０及び検出手段７２は、基端部６２の果菜１６側に配設されている。

検出手段７２は、例えば、接触部７０の内部に設けられ、接触部７０が果梗１４に接触した際に、果梗１４への接触部７０の接触を検知するセンサである。なお、検出手段７２は、接触部７０と果梗１４との接触を検知可能であれば、どのような検知手段でも採用可能である。

［２．本実施形態の動作］
次に、本実施形態に係る果菜収穫装置１０の動作について、図１～図８を参照しながら説明する。

先ず、図２及び図４に示すように、ロック機構３６によって保持部３０を回転フリー状態とし、且つ、進退機構３４によって指部３２をハンド基部２８の基端部２８ａ側に退避させた状態で、制御手段によってロボットアーム２２を動作させ、果菜収穫装置１０を果菜１６に近接させる。

次に、ロボットアーム２２をさらに動作させて、保持部３０の吸着パッド４４を果菜１６の側面に接触させる。この状態で吸引ポンプを駆動することにより、吸着パッド４４に負圧を発生させ、該吸着パッド４４で果菜１６を保持させる。

次に、進退機構３４の駆動源５６を駆動させ、ピニオン５８を回転させる。これにより、ラック６０は、ピニオン５８の回転運動を直線運動に変換し、果梗１４に向かって指部３２を進行させる。この結果、接触部７０の下側部分が果菜１６の果梗１４側（上側部分）に接触する。なお、この状態では、接触部７０は、果梗１４に接触していない。

次に、接触部７０が果菜１６の上側部分に倣うように指部３２をさらに進行させ、図５の側面視で、果梗１４と接触部７０とが交差した場合、駆動源５６によるラック６０の回転を停止させる。

次に、制御手段は、図５の紙面の奥側に接触部７０が変位するように、アーム１８を軸回りに回動させる。この場合、保持部３０が回転フリー状態であるため、図６に示すように、ハンド基部２８及び指部３２は、アーム１８（図５参照）と一体に保持部３０の軸回りに回動する。

これにより、果梗１４に向かって接触部７０が相対的に変位し、図７に示すように、接触部７０が果梗１４に接触する。検出手段７２は、接触部７０の果梗１４への接触を検出した旨の信号（検出信号）を外部に出力する。出力された検出信号は、制御手段とロック機構３６とに供給される。このように、本実施形態では、保持部３０の軸回りに収穫ハンド２４を回動させて、指部３２（接触部７０）を徐々に果梗１４に近づけることにより、果菜１６の形状及び大きさにバラツキがあったり、又は、アーム１８の位置決め誤差が存在する場合でも、該接触部７０を果梗１４に確実に接触させることができる。

ロック機構３６のアクチュエータ４８は、検出手段７２からの検出信号を受け、駆動部４８ａを動作させる。これにより、図１及び図３に示すように、軸部材５２を中心にリンク部材５０が回動し、ロック部５４の複数の歯５４ａと第１プレート４０の複数の歯４０ａとが噛み合う。この結果、保持部３０は、回転ロック状態に至る。なお、上記の説明では、アーム１８を軸回りに回動させながら、回転フリー状態から回転ロック状態に移行させる。なお、本実施形態において、制御手段は、検出信号の供給を受けて、回転フリー状態から回転ロック状態への移行中、アーム１８の軸回りの回動を一時的に停止させることも可能である。

回転ロック状態への移行後、制御手段がアーム１８を軸回りにさらに回動させると、果菜１６と、果菜１６を保持する保持部３０、ハンド基部２８、及び、果梗１４に接触する指部３２を含む収穫ハンド２４とは、アーム１８と一体に保持部３０の軸回りに回動する。

これにより、接触部７０が果梗１４に向かって変位するので、果梗１４は、接触部７０からの押圧力を受ける。この結果、例えば、収穫ハンド２４が保持部３０の軸回りに略９０°回動すると、図８に示すように、離層２０が折れ、果菜１６が枝１２から分離するので、果菜１６を収穫することができる。その後、駆動源５６を駆動させてピニオン５８を回転させることで、ラック６０を介して指部３２を果梗１４から後退させる。

［３．本実施形態の効果］
以上説明したように、本実施形態に係る果菜収穫装置１０は、果梗１４の先端に形成された果菜１６を収穫するための装置であって、ハンド基部２８、該ハンド基部２８に支持され且つ果菜１６を保持する保持部３０、及び、ハンド基部２８に支持され且つ果梗１４に当接可能な指部３２（接触部７０）を有する収穫ハンド２４と、果梗１４に当接した指部３２が果梗１４を押圧するように収穫ハンド２４を移動させるロボットアーム２２（移動機構）とを備える。

ロボットアーム２２は、保持部３０が果菜１６を保持し、且つ、図１、図４及び図５の側面視で指部３２の接触部７０が果梗１４と交差している状態で、保持部３０の長手方向（Ｘ方向）の軸回りに収穫ハンド２４を回転させる。

この構成によれば、保持部３０の長手方向の軸回り、すなわち、該保持部３０及び果梗１４に略直交する方向（Ｙ方向）に収穫ハンド２４を回転させることで、指部３２の接触部７０を果梗１４に当接させ押圧する。そのため、ロボットアーム２２の軸回りの回動によって収穫ハンド２４を容易に回転させることができる。これにより、ロボットアーム２２の動作領域がコンパクトとなり、収穫対象の果菜１６以外の果菜や枝１２との接触を回避することができる。この結果、収穫率の向上を容易に図ることができる。また、収穫率の向上によって、果菜１６の収穫に果菜収穫装置１０を導入しやすくなる。

また、果菜収穫装置１０は、保持部３０と指部３２との間に設けられ、ハンド基部２８に対して保持部３０をＸ方向の軸回り（Ｙ方向）に相対回転可能な回転フリー状態と、ハンド基部２８に対して保持部３０を相対回転不能に固定する回転ロック状態とに切り替え可能なロック機構３６をさらに備える。このように、保持部３０と指部３２との相対回転を可能とすることで、果菜収穫装置１０の各種の誤差を吸収することができる。これにより、保持部３０が果菜１６を保持する際、果菜１６に対する保持部３０の位置決め誤差が大きい場合でも、果菜１６を収穫することができる。

また、果菜収穫装置１０は、指部３２の接触部７０と果梗１４との接触を検知する検出手段７２（検知手段）をさらに備える。これにより、ロック機構３６は、保持部３０が果菜１６を保持している状態で、検出手段７２が指部３２の接触部７０と果梗１４との接触を検出（検知）した際に、果菜１６を保持した保持部３０を回転フリー状態から回転ロック状態に容易に切り替えることができる。この結果、果菜１６の収穫を効率よく行うことが可能となる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることは勿論である。

１０…果菜収穫装置１４…果梗
１６…果菜２２…ロボットアーム（移動機構）
２４…収穫ハンド２８…ハンド基部
３０…保持部３２…指部

Claims

果梗の先端に形成された果菜を収穫するための果菜収穫装置において、
ハンド基部、該ハンド基部に支持され且つ前記果菜を保持する保持部、及び、前記ハンド基部に支持され且つ前記果梗に当接可能な指部を有する収穫ハンドと、
前記果梗に当接した前記指部が前記果梗を押圧するように前記収穫ハンドを移動させる移動機構と、
前記保持部と前記指部との間に設けられ、前記ハンド基部に対して前記保持部を前記保持部の長手方向の軸回りに相対回転可能な回転フリー状態と、前記ハンド基部に対して前記保持部を相対回転不能に固定する回転ロック状態とに切り替え可能なロック機構と、
を備え、
前記移動機構は、前記保持部が前記果菜を保持し、且つ、前記果菜収穫装置の側面視で前記指部が前記果梗と交差している状態で、前記長手方向の軸回りに前記収穫ハンドを回転させる、果菜収穫装置。
請求項１記載の果菜収穫装置において、
前記指部と前記果梗との接触を検知する検知手段をさらに備え、
前記ロック機構は、前記保持部が前記果菜を保持している状態で、前記検知手段が前記指部と前記果梗との接触を検知した際に、前記果菜を保持した前記保持部を前記回転フリー状態から前記回転ロック状態に切り替える、果菜収穫装置。