JP7164495B2 - 果菜分離装置及び果菜分離方法 - Google Patents

Description

本発明は、果菜を果梗から分離するための果菜分離装置及び果菜分離方法に関する。

果菜を収穫するに際し、収穫装置が用いられる場合がある。この種の収穫装置として、特許文献１に記載されたものが知られている。具体的には、この収穫装置は、多関節ロボットの先端アームに設けられた収穫ハンドを有するとともに、該収穫ハンドに、吸気機構の作用下に吸気を行う吸着パッドと、該吸着パッドを回転させる回転機構とが設けられる。

収穫を行うときには、多関節ロボットが適宜動作して吸着パッドを果菜に押し当てる。さらに、吸気機構の吸気作用によって果菜の下部を該吸着パッドに吸着保持し、この状態で、回転機構によって吸着パッドを回転させる。これにより果菜が回転することに伴い、果菜と枝との間の果梗が捻り折られる。すなわち、果菜が枝から分離される。

特開昭６３－１３７６１４号公報

果菜は、通常、枝から重力方向下方に向かうようにして実る。従って、吸着パッドで果菜の下部を吸着保持し、この状態で果梗を捻り折ろうとすると、ヘタが千切れる可能性が大となる。この場合、果菜の商品価値が低下する。そこで、吸着パッドに代替し、果梗を押し潰す圧潰機構を多関節ロボットに設けることが想起されるが、圧潰を行うと枝等に対する後加工が必要となる。このため、収穫した果菜を商品として流通させるに至るまでに比較的長時間を要する。

このように、様々な収穫方法（果菜分離方法）が考えられるものの、ある種の果菜分離方法を実施可能な多関節ロボットでは収穫物の品質が低下する懸念があり、別の果菜分離方法を実施可能な多関節ロボットでは果菜を商品として仕上げるまでに長時間が必要であるという不都合がある。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、果菜の栽培環境やユーザの希望に応じて適宜の果菜分離方法を選択可能な果菜分離装置及びその分離方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明の一実施形態によれば、果菜を保持する果菜保持部と、前記果菜を果梗から分離する分離機構とが設けられた収穫ハンドを含む果菜分離装置において、
前記分離機構として、次の（ａ）～（ｃ）に示される機構中の少なくとも２つを有する果菜分離装置が提供される。
（ａ） 前記収穫ハンドに設けられて前記果梗の側部に当接した当接部を前記果梗側に向かって回転させる当接部回転機構、
（ｂ） 第１押圧部材と第２押圧部材とで前記果梗を挟持し、さらに前記第１押圧部材と前記第２押圧部材を互いに接近する方向に変位させて前記果梗を圧潰する果梗圧潰機構、
（ｃ） 前記果菜を保持した果菜保持部を回転させる果菜保持部回転機構。

また、本発明の別の一実施形態によれば、果菜を保持する果菜保持部と、前記果菜を果梗から分離する分離機構とが設けられた収穫ハンドを含む果菜分離装置を用いた果菜分離方法において、
前記分離機構を次の（ａ）～（ｃ）の優先順序で選択し、選択された前記分離機構によって前記果菜を果梗から分離する果菜分離方法が提供される。
（ａ） 前記収穫ハンドに設けられて前記果梗の側部に当接した当接部を前記果梗側に向かって回転させる当接部回転機構、
（ｂ） 第１押圧部材と第２押圧部材とで前記果梗を挟持し、さらに前記第１押圧部材と前記第２押圧部材を互いに接近する方向に変位させて前記果梗を圧潰する果梗圧潰機構、
（ｃ） 前記果菜を保持した果菜保持部を回転させる果菜保持部回転機構。

本発明によれば、複数個の分離機構を備えた収穫ハンドを用いるので、例えば、果菜の仕損防止を重視する場合にはそれに適した分離機構を選択し、果菜の収穫効率を重視する場合にはそれに適した別の分離機構を選択することができるようになる。すなわち、果菜の栽培環境やユーザの希望に応じ、適宜の分離機構を選定することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る果菜分離装置が組み込まれた果菜収穫装置の左方からの概略全体側面図である。 図１の果菜分離装置を構成する収穫ハンドの概略斜視図である。 本発明の実施形態に係る果菜分離方法の概略フローである。 収穫ハンドが果菜よりも上方に位置したときの要部概略斜視図である。 収穫ハンドが果菜よりも上方に位置したときの撮影画像の一例である。 果梗の側部に当接した当接部材（当接部）が回転しようとする状態を示した要部概略斜視図である。 第１押圧爪（第１押圧部材）と第２押圧爪（第２押圧部材）の間に進入した果梗を圧潰ハンドの本体部で押し折ろうとする状態を示した要部概略斜視図である。 第１押圧爪と第２押圧爪で挟んだ果梗（離層）を圧潰しようとする状態を示した要部概略斜視図である。 収穫ハンドが果菜よりも下方に位置したときの要部概略斜視図である。 収穫ハンドが果菜よりも下方に位置したときの撮影画像の一例である。 吸着パッドが果菜を吸着保持した状態を示す要部概略斜視図である。 図２の収穫ハンドとは別の収穫ハンドの要部概略斜視図である。 第２実施形態に係る果菜分離装置が組み込まれた果菜収穫装置の概略全体斜視図である。 第２実施形態に係る果菜分離装置を構成する第１収穫ハンド、第２収穫ハンドを示す要部概略斜視図である。 図１５Ａ～図１５Ｄは、第１収穫ハンドを取り外すときのフローを示した概略説明図である。 図１６Ａ～図１６Ｄは、第２収穫ハンドを取り付けるときのフローを示した概略説明図である。

以下、本発明に係る果菜分離方法につき、それを実施する果菜分離装置との関係で好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、以下における「前」は、図１に示す果菜収穫装置１０における果菜分離装置１２が設けられた側であり、「後」は、その反対側である。また、「右」、「左」、「下」及び「上」は、それぞれ、ユーザ（例えば、作業者）が果菜収穫装置１０を後方から視認したときの右手側、左側、下方、上方を示す。さらに、「幅方向」は「左右方向」と同義である。

図１は、第１実施形態に係る果菜分離装置１２が組み込まれた果菜収穫装置１０の左方からの概略全体側面図である。この果菜収穫装置１０は、枝２００（図４等参照）から延びる果梗２０２の先端に実った果菜２０４（例えば、トマト）を収穫するためのものである。この場合、果梗２０２には、略球形をなす離層２０６が形成される。

果菜収穫装置１０は、収穫した果菜２０４を収納する格納庫１４が形成された台車部１６と、鉛直移動機構としての第１送りネジ１８を支持した支持台部２０と、第１送りネジ１８に移動可能に設けられた第１スライダ２２に支持された移動台座２４とを有し、前記果菜分離装置１２は、この中の該移動台座２４に設けられている。

台車部１６の下部における四方の隅角部には、果菜収穫装置１０を前進又は後退させることや、方向変換を行うことが可能な車輪２６が設けられる。すなわち、果菜収穫装置１０では、台車部１６を左右及び前後に移動させることで果菜分離装置１２を同一方向に移動させることが可能である。

また、支持台部２０には第１モータ３０が設けられる。第１モータ３０は、駆動回転軸が下方に延在する倒立姿勢であり、前記駆動回転軸の下端はギアケーシング３２内に挿入されている。該ギアケーシング３２内には、減速機構を構成する減速ギアが設けられる。この減速ギアは、駆動回転軸に外嵌された駆動ギアに噛合する一方、第１送りネジ１８に外嵌された従動ギアに噛合しており、該駆動ギア及び該従動ギアとともにギアトレインを構成している。なお、駆動回転軸、駆動ギア、減速ギア及び従動ギアはいずれも図示していない。

第１送りネジ１８は、第１スライダ２２とともに第１ボールネジ３４を構成する。前記従動ギアと一体的に第１送りネジ１８が回転すると、第１スライダ２２が第１送りネジ１８に沿って鉛直方向に変位する。これに伴い、移動台座２４が第１スライダ２２と一体的に変位する。

移動台座２４の内部には、果菜分離装置１２が設けられた水平移動ステージ４０を、水平移動ナット４２を介して前後方向（図１の左右方向）に変位させるための第２モータ４４と、第２送りネジ４６を含む第２ボールネジ４８とが収容される。第２モータ４４の駆動回転軸と、第２送りネジ４６の先端に設けられた従動回転軸にはプーリがそれぞれ設けられる。また、プーリ同士に駆動ベルト５０が架け渡される。従って、第２モータ４４の駆動回転軸の回転駆動力がプーリ及び駆動ベルト５０を介して従動回転軸から第２送りネジ４６に伝達されると、第２送りネジ４６が追従回転することに伴って、水平移動ナット４２が水平移動ステージ４０及び果菜分離装置１２ごと変位する。

水平移動ナット４２には、左右方向（図１の紙面に直交する方向）に沿って延在する幅方向レール５２ａ、５２ｂが敷設される。水平移動ステージ４０は、これら幅方向レール５２ａ、５２ｂに摺動可能に設けられている。水平移動ナット４２には、さらに、第３モータ５４が取り付けられる。第３モータ５４の駆動回転軸には図示しないピニオンギアが外嵌されるとともに、該ピニオンギアが、水平移動ナット４２に設けられて図１の紙面に直交する方向に延在する図示しないラックギアに噛合する。従って、第３モータ５４の駆動回転軸が回転すると、これに伴ってピニオンギアが一体的に回転する。この回転によってラックギアが押し出されることで、水平移動ステージ４０が果菜分離装置１２ごと変位する。

以上から諒解されるように、第１ボールネジ３４、第２ボールネジ４８、ピニオンギア及びラックギアを適宜動作させることにより、果菜分離装置１２を、枝２００の先端に実った果菜２０４に対して接近又は離間するように移動させることができる。

移動台座２４の上部から露呈した果菜分離装置１２は、複数個のアーム６０が関節軸６２を介して連結された多関節ロボット６４と、該多関節ロボット６４の先端アーム６６にエンドエフェクタとして設けられた収穫ハンド７０とを備える。その概略斜視図である図２に示すように、収穫ハンド７０は、ジョイント７２を介して先端アーム６６に取り付けられたハンド基部７４を含んで構成される。

ハンド基部７４内には、図示しない第１サーボモータ（当接部回転機構）及び第２サーボモータ（果菜保持部回転機構）が設けられる。この中の第１サーボモータは中空モータからなり、その第１中空回転軸７６の側壁には筒状ブラケット７８が外嵌される。該筒状ブラケット７８は、第１中空回転軸７６と一体的に回転する。

第１中空回転軸７６には、前記第２サーボモータの第２中空回転軸８０が通される。第２中空回転軸８０は第１中空回転軸７６や筒状ブラケット７８に比して長尺であり、従って、その一部が第１中空回転軸７６及び筒状ブラケット７８の先端から露呈する。第１中空回転軸７６（筒状ブラケット７８）と第２中空回転軸８０の回転中心は合致しており、また、第１中空回転軸７６（筒状ブラケット７８）と第２中空回転軸８０は個別に回転可能である。

筒状ブラケット７８の側壁には、第１送出アーム８２、第２送出アーム８４、圧潰ハンド８６（果梗圧潰機構）を備える小型ロボット８８が設けられる。この中の第１送出アーム８２は、その一端が第１回動軸９０を介して回動可能にハンド基部７４に軸支されるとともに、前方から後方に向かうにつれて上方に向かうように傾斜する。また、第２送出アーム８４は、その一端が、第１送出アーム８２の他端に対し、第２回動軸９１を介して回動可能に軸支されるとともに、後方から前方に向かうにつれて上方に向かうように傾斜している。第１送出アーム８２、第２送出アーム８４は、図示しない回動用モータの作用下に、個別に回動する。

圧潰ハンド８６は、第２送出アーム８４の先端に設けられる。この場合、圧潰ハンド８６はエアチャックから構成され、互いに離間又は接近する方向に変位可能な第１押圧爪９２（第１押圧部材）、第２押圧爪９４（第２押圧部材）を有する。なお、第１押圧爪９２ないし第２押圧爪９４は、果梗２０２の、果菜収穫装置１０の前面に対向する前部、又は側部に当接することも可能である。この場合において、第１押圧爪９２及び第２押圧爪９４は、当接部の役割を兼ねる。また、圧潰ハンド８６は、モータ駆動やワイヤ駆動によって第１押圧爪９２、第２押圧爪９４が開閉するものであってもよい。

第２中空回転軸８０の、第１中空回転軸７６から露呈した先端には、果菜保持部としての吸着パッド９６が取り付けられる。吸着パッド９６は軟質な蛇腹からなる中空体であり、容易に伸縮する。果菜分離装置１２には図示しない吸気機構が設けられ、該吸気機構は、吸着パッド９６を介して吸気を行う。なお、吸引された大気が第２中空回転軸８０及び第１中空回転軸７６の各内部を通過することは勿論である。

ハンド基部７４にはタブ部９８が突出形成されるとともに、該タブ部９８に、撮像手段としての認識用カメラ１００が設けられる。認識用カメラ１００によって撮影された画像は、判断部１０２を回路として含む制御部１０４に送られる。

第１実施形態に係る果菜分離装置１２を含む果菜収穫装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、その作用効果につき、図３に概略フローを示す果菜分離方法との関係で説明する。

果菜２０４を収穫するに際し、果菜収穫装置１０は、先ず、図３中のステップＳ１において、任意の１個の果菜２０４に対し、その上部から撮影を行うための軌道を生成し得るか否かの判断を行う。軌道を生成し得る（「ＹＥＳ」である）場合、制御部１０４の制御作用、又は作業者の手動操作によって、果菜収穫装置１０が果菜２０４に接近する。この際には、車輪２６が回転したり、アーム６０が伸張したりする。さらに、収穫ハンド７０を果菜２０４の位置に合わせるべく、第１モータ３０が付勢されて駆動回転軸及び駆動ギアが一体的に回転する。駆動ギアが減速ギアを介して従動ギアに噛合しているので、第１送りネジ１８が、減速ギアによって回転速度が制御されながら、追従回転を開始する。

第１送りネジ１８が回転することに伴って、該第１送りネジ１８に設けられた第１スライダ２２が、該第１送りネジ１８の長手方向である鉛直方向に沿って変位する。すなわち、第１スライダ２２は、例えば、上昇する。従って、第１スライダ２２が支持する移動台座２４や、該移動台座２４に設けられた果菜分離装置１２が一体的に変位する。第１スライダ２２の変位は、第１モータ３０が停止されることで終了する。

次に、果菜分離装置１２を水平方向に移動させて果菜２０４に接近させるべく、第３モータ５４が付勢される。すなわち、該第３モータ５４の駆動回転軸が回転を開始する。該駆動回転軸に外嵌されたピニオンギアは、水平移動ステージ４０に設けられたラックギアに噛合している。従って、水平移動ステージ４０が、ラックギアの延在方向である幅方向（図１の紙面に直交する方向）に沿って変位する。水平移動ステージ４０の幅方向への変位は、第３モータ５４が停止されることで終了する。

さらに、第２モータ４４が付勢されて駆動回転軸が回転する。この回転駆動力は、プーリ及び駆動ベルト５０を介して従動回転軸から第２送りネジ４６に伝達される。その結果として第２送りネジ４６が回転し、水平移動ステージ４０が果菜分離装置１２ごと、果菜収穫装置１０の前方又は後方（図１の紙面の左方向又は右方向）、例えば、前方に変位する。水平移動ステージ４０の前後方向への変位は、第２モータ４４が停止されることで終了する。なお、上記した高さ方向、幅方向、前後方向への果菜分離装置１２の移動は、順不同で行うことができる。

以上の動作により、収穫ハンド７０が枝２００に近接する。このとき、収穫ハンド７０は、図４に示すように、認識用カメラ１００が下方を見下ろす姿勢となっている。そして、認識用カメラ１００により枝２００の周囲の撮影がなされるとともに、撮影された画像を受信した制御部１０４によって、果菜２０４の有無が判断される。果菜２０４が存在し、且つ認識用カメラ１００に、図５に示すように枝２００やヘタ２１０等、果菜２０４の上部が撮影され、果菜２０４の姿勢が検出されたとき（図３中のステップＳ２中、「ＹＥＳ」であるとき）には、次のステップＳ３に進む。

この場合、制御部１０４に含まれる判断部１０２（判断手段）は、認識用カメラ１００で撮影され、検出された果菜２０４の姿勢、及び果菜２０４の周囲の状況から、「吸着パッド９６が果菜２０４の側部に吸着するためのアーム６０の動作軌道を生成し得るか否か」を判断する（図３中のステップＳ３）。判断部１０２は、「動作軌道を生成することが可能である」（「ＹＥＳ」である）と判断した場合、さらに、ステップＳ４において、認識用カメラ１００の撮影画像に基づき、果菜２０４の周囲環境を認識し、果菜２０４を回転させるに十分な空間が存在するか否かを判断する。

なお、果菜２０４を回転させるに十分な空間が存在するか否かに関わらず、アーム６０や関節軸６２が適宜動作される。その結果、収穫ハンド７０が、吸着パッド９６が果菜２０４の側部に対向する姿勢となる（例えば、図６参照）。

さらに、制御部１０４の制御作用下に前記吸気機構が付勢され、吸着パッド９６を介しての大気の吸引が開始される。吸引された大気は、上記したように第２中空回転軸８０及び第１中空回転軸７６の各内部を通過し、吸気機構の作用下に、果菜分離装置１２の外方に排出される。

その後、図６に示すように吸着パッド９６が果菜２０４に当接する。吸着パッド９６を介しての吸気が既に行われていることから、果菜２０４が吸着パッド９６に吸着保持される。なお、当接の際に吸着パッド９６が収縮することにより、ハンド基部７４と果菜２０４との距離が調節されるとともに、当接時の衝動が緩和される。

果菜２０４を回転させる十分な空間が存在するとき（図３中のステップＳ４で「ＹＥＳ」であるとき）、判断部１０２は、図３中のステップＳ５に示すように、「圧潰ハンド８６の第１押圧爪９２及び第２押圧爪９４で離層２０６を側部から押圧して破壊する」と判断する。なお、果梗２０２の一部位である離層２０６を破壊対象として選定する理由は、離層２０６が他の部位に比して脆弱であり、破断することが容易であるからである。

これを実施するべく、制御部１０４は、第１送出アーム８２及び第２送出アーム８４をそれぞれ前方側に回動させ、圧潰ハンド８６を前進させる。このとき、第１押圧爪９２と第２押圧爪９４は、互いが接近して当接した閉状態である。その後、制御部１０４は、認識用カメラ１００で撮影された画像から圧潰ハンド８６と果梗２０２（離層２０６）との位相差を求めるとともに、第１サーボモータを付勢して第１中空回転軸７６と一体的に筒状ブラケット７８を回転させる。

筒状ブラケット７８が回転することに伴い、例えば、図６に示すように、第１押圧爪９２の右側部が、離層２０６の左側部に当接する。その後も第１中空回転軸７６の回転が続行されることで、離層２０６が第１押圧爪９２を介して小型ロボット８８の回転駆動力を受ける。すなわち、離層２０６が第１押圧爪９２及び第２押圧爪９４によって押圧され、最終的に押し千切られる。この回転折りにより、果梗２０２が破壊されて果菜２０４が果梗２０２から分離されるに至る。

次に、多関節ロボット６４のアーム６０が適宜動作し、収穫ハンド７０が格納庫１４と対向する。吸気機構による吸気が停止され、さらに、吸着パッド９６内の負圧が大気圧に戻されると、果菜２０４が吸着パッド９６の保持から解放されて格納庫１４に収納される。その後、果菜収穫装置１０が上記の動作を繰り返すことにより、複数個の果菜２０４が順次収穫される。

この分離手法では、ヘタ２１０が千切れることが回避されるとともに、果梗２０２の破断面が美観に優れたものとなる。従って、果菜２０４を、商品価値に優れたものとして回収することが可能である。

これに対し、果菜２０４を回転させる十分な空間が存在しないとき（図３中のステップＳ４で「ＮＯ」であるとき）、判断部１０２は、図３中のステップＳ６に進み、前進する圧潰ハンド８６で離層２０６を破壊することを選択する。この場合、図７に示すように、開状態である第１押圧爪９２と第２押圧爪９４の間に、果梗２０２の、離層２０６を含む部位が進入する。さらに、車輪２６や多関節ロボット６４のアーム６０、又は小型ロボット８８の第１送出アーム８２及び第２送出アーム８４が適宜動作することにより圧潰ハンド８６が前進し、その本体部の先端が果梗２０２の前面（果菜分離装置１２の前部に対向する側）に当接する。すなわち、この場合、圧潰ハンド８６が当接部となる。圧潰ハンド８６がさらに前進することにより、第１押圧爪９２と第２押圧爪９４の間に進入した離層２０６が押し折られる。

圧潰ハンド８６に代替し、第１押圧爪９２又は第２押圧爪９４の少なくともいずれか一方の先端面を離層２０６に当接させ、離層２０６を押し折るようにしてもよい。すなわち、この場合、第１押圧爪９２又は第２押圧爪９４、ないしはその双方が当接部となる。

又は、判断部１０２は、「圧潰ハンド８６の第１押圧爪９２と第２押圧爪９４を互いに接近させることで、果梗２０２を圧潰する」と判断する。制御部１０４は、さらに、認識用カメラ１００で撮影された画像から圧潰ハンド８６と果梗２０２（離層２０６）との位相差を求めるとともに、第１サーボモータを付勢して第１中空回転軸７６と一体的に筒状ブラケット７８を回転させ、圧潰ハンド８６が離層２０６に対向する位置とする。

制御部１０４は、さらに、第１送出アーム８２及び第２送出アーム８４をそれぞれ前方側に回動させ、これにより圧潰ハンド８６を前進させる。このとき、第１押圧爪９２と第２押圧爪９４は互いが離間した開状態であり、第１押圧爪９２と第２押圧爪９４の間に、果梗２０２の、離層２０６を含む部位が進入する（図７参照）。次に、制御部１０４は、第１押圧爪９２と第２押圧爪９４を互いに接近させる指令信号を圧潰ハンド８６に発する。この指令信号により、第１押圧爪９２と第２押圧爪９４が互いに接近する方向に変位する。

従って、図８に示すように、離層２０６が第１押圧爪９２と第２押圧爪９４に挟み込まれて押圧を受ける。押圧された離層２０６は、容易に圧潰（破壊）される。すなわち、潰し折りがなされる。この潰し折りにより、果菜２０４が果梗２０２から分離される。

いずれの分離手法においても、分離された果菜２０４が格納庫１４に移送され、そこで吸着パッド９６の拘束から解放されて格納庫１４内に収納されることは上記と同様である。また、これらの分離手法によっても、果梗２０２（特に離層２０６）が破壊されるのでヘタ２１０が千切れることが回避される。従って、商品価値に優れた果菜２０４が回収される。また、潰し折りには、他の分離手法に比して果菜２０４の収穫速度が速いという利点もある。

以上に対し、図３中のステップＳ１において判断部１０２が「軌道を生成することが困難である」と判断した場合（ステップＳ１で「ＮＯ」の場合）や、図５に相反して枝２００やヘタ２１０等が認識用カメラ１００に撮影されず果菜２０４の姿勢が検出できない場合（ステップＳ２で「ＮＯ」の場合）、さらに、吸着パッド９６が果菜２０４の側部に吸着するためのアーム６０の動作軌道を生成し得ない場合（ステップＳ３で「ＮＯ」の場合）には、図３中のステップＳ７に進む。このステップＳ７では、果菜２０４に対し、その下部から撮影を行うための軌道を生成し得るか否かの判断を行う。

該ステップＳ７において「ＹＥＳ」の場合、制御部１０４は、ジョイント７２を介して収穫ハンド７０を適宜動作させる等して、該収穫ハンド７０を、図９に示すように果菜２０４を見上げる姿勢とする。多くの場合、認識用カメラ１００には、図１０に示すように果菜２０４の尻２０８が撮影され、果菜２０４の姿勢が検出される。このとき、ステップＳ８において「ＹＥＳ」の判断がなされる。

さらに、判断部１０２は、「吸着パッド９６が果菜２０４の下部に吸着するためのアーム６０の動作軌道を生成し得るか否か」を判断する（図３中のステップＳ９）。判断部１０２が「動作軌道を生成することが可能である」（すなわち、「ＹＥＳ」と判断した場合）、該判断部１０２は、吸着パッド９６ごと果菜２０４を回転させることで該果菜２０４を捻り折る分離手法を選択する。これを実行するべく、アーム６０や関節軸６２が適宜動作され、収穫ハンド７０が、吸着パッド９６が果菜２０４の下部に対向する姿勢となる（図１１参照）。

次に、図１１に示すように吸着パッド９６が果菜２０４に当接するとともに、果菜２０４の下部を吸着保持する。この状態で、制御部１０４が第２サーボモータを付勢することにより、第２中空回転軸８０及び吸着パッド９６が回転する。この回転によって果梗２０２が捻り折られ、その結果、果菜２０４が果梗２０２から分離される（図３中のステップＳ１０）。

なお、図１０に相反して認識用カメラ１００に果菜２０４の尻２０８が撮影されず、果菜２０４の姿勢が検出できない（ステップＳ８で「ＮＯ」である）ときや、判断部１０２が「果菜２０４の下部を撮影する動作軌道や、吸着パッド９６が果菜２０４の下部に吸着する動作軌道を生成することは困難である」と判断した（ステップＳ７、Ｓ９で「ＮＯ」である）ときには、当該果菜２０４の収穫は行われない。すなわち、別の果菜２０４に対する図３のステップＳ１からの判断に移る。

このように、収穫ハンド７０に様々な分離機構を設けることにより、ユーザが品質や収穫効率の中から重要視するものに対応して、又は、収穫対象である果菜２０４の周囲の状況に対応して、適切な分離機構を選択することができる。すなわち、ユーザの希望に応じた、又は果菜２０４の栽培環境に応じた適宜の分離手法を選択することが可能となる。

図１２に示す収穫ハンド１３０を採用するようにしてもよい。この収穫ハンド１３０では、小型ロボット８８の第２送出アーム８４に代替して円柱形状の棒状当接部材１３２（当接部）が設けられる。また、筒状ブラケット７８には、案内レール１３４を介して圧潰ハンド１３６が設けられる。圧潰ハンド１３６は、図示しないアクチュエータの作用下に案内レール１３４に沿って変位し、圧潰ハンド１３６が離層２０６に対して前進又は後退する。

棒状当接部材１３２は、離層２０６の右側部又は左側部に当接し、この状態で、筒状ブラケット７８が回転することで果梗２０２（離層２０６）側に向かって回転する。これにより、離層２０６を側方に押し折る役割を果たす。また、圧潰ハンド１３６の第１押圧爪９２及び第２押圧爪９４は、離層２０６を圧潰するか、又は、先端面が離層２０６に当接して該離層２０６を押し折る。第１押圧爪９２及び第２押圧爪９４に代替し、圧潰ハンド１３６の本体部で離層２０６を押し折るようにしてもよい。

第１押圧爪９２及び第２押圧爪９４によって離層２０６を圧潰する分離手法は、その他の分離手法に比して収穫速度が速くなる。従って、十分な空間が存在する場合であっても、この分離手法を採用するようにしてもよい。

次に、図１３～図１６Ｄを参照し、第２実施形態に係る果菜分離装置１５０が組み込まれた果菜収穫装置１５２につき説明する。なお、図１～図１２に示される構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図１３は、果菜収穫装置１５２の概略全体斜視図である。この果菜収穫装置１５２を構成する支持台部２０（ハウジング）には、第１収穫ハンド１５４、第２収穫ハンド１５６を各々収容する第１収容室１５８、第２収容室１６０（いずれも収容部）が形成されている。すなわち、第２実施形態に係る果菜分離装置１５０は、２個のエンドエフェクタを有するとともに、多関節ロボット６４の先端アーム１６２に対し、実施する分離手法に応じた適切なエンドエフェクタを取り付けることが可能である。

図１４に示すように、多関節ロボット６４の先端アーム１６２には、該多関節ロボット６４と第１収穫ハンド１５４又は第２収穫ハンド１５６のいずれかを選択的に取り付けるための雄型カプラ１６４が設けられる。これに対し、第１収穫ハンド１５４、第２収穫ハンド１５６の各ハンド基部７４には、図１５Ａ～図１５Ｄ、図１６Ａ～図１６Ｄに模式的に示す雌型カプラ１６６が設けられる。雄型カプラ１６４に対して雌型カプラ１６６が係合することにより、多関節ロボット６４と、第１収穫ハンド１５４又は第２収穫ハンド１５６とが電気的に接続される。なお、多関節ロボット６４の先端アーム１６２に雌型カプラ１６６を設けるとともに、第１収穫ハンド１５４、第２収穫ハンド１５６に雄型カプラ１６４を設けるようにしてもよいことは勿論である。

第１収穫ハンド１５４のハンド基部７４内には、第１実施形態と同様にいずれも中空モータからなる図示しない第１サーボモータ（当接部回転機構）及び第２サーボモータ（果菜保持部回転機構）が設けられる。第１中空回転軸７６の側壁には筒状ブラケット７８が外嵌され、該筒状ブラケット７８には回動アーム１６８が回動可能に設けられる。さらに、該回動アーム１６８には、棒状当接部材１３２が回動可能に設けられる。また、第１中空回転軸７６に通された第２中空回転軸８０の先端には、吸着パッド９６が設けられる。

すなわち、第１収穫ハンド１５４は、上記した分離手法中、果菜２０４の下部に吸着した吸着パッド９６を回転させて果梗２０２を捻り折る分離手法と、果梗２０２（特に離層２０６）の側部に当接した棒状当接部材１３２を果梗２０２側に向かって回転させることで果梗２０２を押し折る分離手法とを実施することが可能である。

一方、第２収穫ハンド１５６のハンド基部７４には、案内レール１３４を摺動可能な圧潰ハンド１３６と、吸着パッド９６とが互いに干渉しないようにして設けられる。圧潰ハンド１３６は、図示しないアクチュエータの作用下に、離層２０６に対して前進又は後退する。

上記と同様に、圧潰ハンド１３６の第１押圧爪９２及び第２押圧爪９４は、果梗２０２（特に離層２０６）を圧潰するか、又は、先端面が果梗２０２に当接してさらに前進することで該果梗２０２を押し折る。第１押圧爪９２及び第２押圧爪９４に代替し、圧潰ハンド１３６の本体部で離層２０６を押し折るようにしてもよい。このように、第２収穫ハンド１５６は、上記した分離手法中、果梗２０２を圧潰する分離手法と、果梗２０２（特に離層２０６）の前部に当接した第１押圧爪９２又は第２押圧爪９４、ないしは圧潰ハンド１３６の本体部を果梗２０２側に向かって前進させることで果梗２０２を押し折る分離手法とを実施することが可能である。

図１５Ａは、第１収容室１５８の内部や第１収穫ハンド１５４、先端アーム１６２等を模式的に示した支持台部２０の要部側面断面図である。第１収容室１５８を画成する天井壁には、近接センサ１７０が配設される。なお、近接センサ１７０を側壁に設けるようにしてもよい。

また、第１収容室１５８には、図１５Ｃに示すクランパ１７２が設けられる。クランパ１７２は開閉可能な１組の把持爪を備え、閉状態となることで第１収穫ハンド１５４のハンド基部７４を把持する一方、開状態となることでハンド基部７４を解放する。なお、理解を容易にするべく、把持爪が開状態でありハンド基部７４を拘束していない図１５Ａ及び図１５Ｂではクランパ１７２を図示せず、把持爪が閉状態でありハンド基部７４を拘束している図１５Ｃ及び図１５Ｄでのみクランパ１７２を図示している。

残余の第２収容室１６０は、図１６Ａに示すように、第１収容室１５８と同様に構成されている。このため、第１収容室１５８に設けられた構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。なお、図１６Ａ～図１６Ｄにおいても上記と同様に、把持爪が開状態でありハンド基部７４を拘束していない状態のとき（図１６Ｃ及び図１６Ｄ）ではクランパ１７２を図示せず、把持爪が閉状態でありハンド基部７４を拘束している状態（図１６Ａ及び図１６Ｂ）でのみクランパ１７２を図示している。

次に、第１収穫ハンド１５４が先端アーム１６２に既に取り付けられていると仮定し、第１収穫ハンド１５４を先端アーム１６２から取り外す際の動作につき説明する。

多関節ロボット６４は、第１収穫ハンド１５４が第１収容室１５８に対向する位置となるようにアーム６０を適宜動作させ、図１５Ａに示す状態とする。この時点では、制御部１０４は、第１収穫ハンド１５４と多関節ロボット６４が雌型カプラ１６６、雄型カプラ１６４を介して電気信号を授受していることを認識することで、第１収穫ハンド１５４が先端アーム１６２に連結されていると判断している。なお、上記の通り、クランパ１７２の把持爪は開状態である。

次に、図１５Ｂに示すように、第１収穫ハンド１５４が第１収容室１５８内に進入する。第１収穫ハンド１５４が近接センサ１７０の位置まで到達したとき、該近接センサ１７０が制御部１０４にＯＮ信号を送信する。このＯＮ信号を受けた制御部１０４は、「第１収穫ハンド１５４の、第１収容室１５８内の所定位置までの進入が完了した」と判断し、多関節ロボット６４の動作を停止させる。

次に、図１５Ｃに示すように、制御部１０４の制御作用下にクランパ１７２の把持爪が閉状態となる。これに伴い、第１収穫ハンド１５４のハンド基部７４が把持爪に把持されて位置決め固定される。一方、多関節ロボット６４の各アーム６０がクランパ１７２で拘束されることはない。

制御部１０４は、把持爪が閉状態となったことを認識することで、「第１収穫ハンド１５４が第１収容室１５８内で位置決め固定された」と判断する。その後、制御部１０４は、先端アーム１６２が支持台部２０から後退するように多関節ロボット６４を動作させる。この後退により、図１５Ｄに示すように、第１収穫ハンド１５４が先端アーム１６２から離脱する。

勿論、この際、雄型カプラ１６４が雌型カプラ１６６から離脱する。すなわち、第１収穫ハンド１５４と多関節ロボット６４との電気的接続が切断され、第１収穫ハンド１５４と多関節ロボット６４との間で電気信号を授受することができなくなる。制御部１０４は、この状態を認識することで、「第１収穫ハンド１５４が先端アーム１６２から離脱した」と判断する。

先端アーム１６２に第２収穫ハンド１５６を取り付ける場合、多関節ロボット６４は、先端アーム１６２が第２収容室１６０に対向するように適宜動作し、図１６Ａに示すように、図１５Ｄに準じた姿勢となる。この時点では、制御部１０４は、第２収穫ハンド１５６と多関節ロボット６４が雌型カプラ１６６、雄型カプラ１６４を介して電気信号を授受していないことを認識することで、第２収穫ハンド１５６が先端アーム１６２に連結されていないと判断している。なお、クランパ１７２の把持爪は閉状態であり、第２収穫ハンド１５６のハンド基部７４を把持している。

その後は、上記と逆の順序で状態が変化する。具体的には、先ず、図１６Ｂに示すように、第２収容室１６０内の第２収穫ハンド１５６に向かって先端アーム１６２が接近し、雄型カプラ１６４と雌型カプラ１６６が互いに係合する。これに伴って第２収穫ハンド１５６と多関節ロボット６４との間に電気的接続が形成され、第２収穫ハンド１５６と多関節ロボット６４との間の電気信号の授受が開始可能となる。制御部１０４は、電気信号の授受が開始されたことを認識し、「第２収穫ハンド１５６が先端アーム１６２に連結された」と判断する。

この判断の後、制御部１０４は、図１６Ｃに示すように把持爪を開状態とし、第２収穫ハンド１５６をクランパ１７２から解放する。制御部１０４は、把持爪が開状態となったことを認識することで「第２収穫ハンド１５６が第２収容室１６０内でクランパ１７２の拘束から解放された」と判断し、先端アーム１６２が支持台部２０から後退するように多関節ロボット６４を動作させる。

この後退により、図１６Ｄに示すように、第２収穫ハンド１５６が第２収容室１６０から払い出される。制御部１０４は、近接センサ１７０からのＯＦＦ信号を受信することで、「第２収穫ハンド１５６が第２収容室１６０から導出された」と判断する。

例えば、果菜２０４が疎らに実る時季には、商品価値に優れた果菜２０４を多く収穫するべく第１収穫ハンド１５４のみを使用する一方、多数個の果菜２０４が密に実った時季には収穫を効率よく行うべく第２収穫ハンド１５６のみを使用する等、作業者が希望する収穫手法に応じてエンドエフェクタを交換することが想起される。上記したように、第２実施形態によれば、第１収穫ハンド１５４と第２収穫ハンド１５６の交換が容易である。従って、このような要請に対応することが可能となる。

本発明は、上記した第１実施形態及び第２実施形態に特に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、果菜２０４がトマトに限定されるものではなく、果梗２０２の破壊される一部位が離層２０６に限定されるものではないことは勿論である。

１０、１５２…果菜収穫装置 １２、１５０…果菜分離装置
１６…台車部 ２４…移動台座
４０…水平移動ステージ ６０…アーム
６４…多関節ロボット ７０、１３０…収穫ハンド
７４…ハンド基部 ７６、８０…中空回転軸
８６、１３６…圧潰ハンド ８８…小型ロボット
９２、９４…押圧爪 ９６…吸着パッド
１００…認識用カメラ １０２…判断部
１０４…制御部 １３２…棒状当接部材
１５４、１５６…収穫ハンド １５８、１６０…収容室
１６４…雄型カプラ １６６…雌型カプラ
１７０…近接センサ １７２…クランパ
２００…枝 ２０２…果梗
２０４…果菜 ２０６…離層
２０８…尻 ２１０…ヘタ

Claims (7)

1. 果菜を保持する果菜保持部と、前記果菜を果梗から分離する分離機構とが設けられた収穫ハンドを含む果菜分離装置において、
   前記果菜及び該果菜の周囲を撮影する撮影手段と、
   前記撮影手段によって撮影された画像を受信する制御部と、
   を備え、
   前記分離機構として、下記の（ａ）に示される当接部回転機構又は（ｂ）に示される果梗圧潰機構の少なくとも一方と、（ｃ）に示される果菜保持部回転機構とを有し、
   前記制御部は、前記画像に基づき、前記果菜保持部が前記果菜の側方を保持するための前記収穫ハンドの第１の動作軌道を生成可能であるか否かを判断し、
   前記制御部は、前記第１の動作軌道を生成可能であると判断したとき、前記当接部回転機構又は前記果梗圧潰機構を選択して前記果菜を果梗から分離し、
   前記制御部は、前記第１の動作軌道を生成できないと判断したとき、前記果菜保持部が前記果菜の下部を保持するための前記収穫ハンドの第２の動作軌道を生成可能であるか否かを判断し、
   前記制御部は、前記第２の動作軌道を生成可能であると判断したとき、前記果菜保持部回転機構を選択して前記果菜を果梗から分離する、果菜分離装置。
   （ａ） 前記収穫ハンドに設けられて前記果梗の側部に当接した当接部を前記果梗側に向かって回転させる当接部回転機構、
   （ｂ） 第１押圧部材と第２押圧部材とで前記果梗を挟持し、さらに前記第１押圧部材と前記第２押圧部材を互いに接近する方向に変位させて前記果梗を圧潰する果梗圧潰機構、
   （ｃ） 前記果菜を保持した前記果菜保持部を回転させる果菜保持部回転機構。
2. 請求項１記載の果菜分離装置において、前記第１押圧部材又は前記第２押圧部材の少なくともいずれか一方が前記当接部を兼ねる果菜分離装置。
3. 請求項１又は２記載の果菜分離装置において、前記当接部回転機構、前記果梗圧潰機構、前記果菜保持部回転機構の全てが前記収穫ハンドに設けられた果菜分離装置。
4. 請求項１又は２記載の果菜分離装置において、前記収穫ハンドとして、前記当接部回転機構、前記果梗圧潰機構、前記果菜保持部回転機構の中の少なくとも１つを備える第１収穫ハンドと、残余の機構の中の少なくとも１つを備える第２収穫ハンドとを有し、且つ前記第１収穫ハンド又は前記第２収穫ハンドは前記果菜保持部回転機構を備え、前記第１収穫ハンドと前記第２収穫ハンドが交換可能にアームに取り付けられる果菜分離装置。
5. 請求項４記載の果菜分離装置において、前記第１収穫ハンド及び前記第２収穫ハンドを収容する収容部が形成されたハウジングと、前記収容部内に設けられて前記アームが前記収容部に進行したときに前記第１収穫ハンド又は前記第２収穫ハンドを前記アームから取り外すか、又は前記アームに取り付ける着脱機構とを備える果菜分離装置。
6. 果菜を保持する果菜保持部と、前記果菜を果梗から分離する分離機構とが設けられた収穫ハンドを含む果菜分離装置を用いた果菜分離方法において、
   前記果菜分離装置は、
   前記果菜及び該果菜の周囲を撮影する撮影手段と、
   前記撮影手段によって撮影された画像を受信する制御部と、
   を備え、
   前記分離機構として、下記の（ａ）に示される当接部回転機構又は（ｂ）に示される果梗圧潰機構の少なくとも一方と、（ｃ）に示される果菜保持部回転機構とを有するものであり、
   前記制御部が、前記画像に基づき、前記果菜保持部が前記果菜の側方を保持するための前記収穫ハンドの第１の動作軌道を生成可能であると判断したとき、該制御部によって前記当接部回転機構又は前記果梗圧潰機構が選択され、
   前記制御部が、前記第１の動作軌道を生成できないと判断し、且つ前記果菜保持部が前記果菜の下部を保持するための前記収穫ハンドの第２の動作軌道を生成可能であると判断したとき、該制御部によって果菜保持部回転機構が選択され、
   選択された前記分離機構によって前記果菜を果梗から分離する果菜分離方法。
   （ａ） 前記収穫ハンドに設けられて前記果梗の側部に当接した当接部を前記果梗側に向かって回転させる当接部回転機構、
   （ｂ） 第１押圧部材と第２押圧部材とで前記果梗を挟持し、さらに前記第１押圧部材と前記第２押圧部材を互いに接近する方向に変位させて前記果梗を圧潰する果梗圧潰機構、
   （ｃ） 前記果菜を保持した前記果菜保持部を回転させる果菜保持部回転機構。
7. 請求項６記載の果菜分離方法において、前記果菜分離装置は、前記当接部回転機構と前記果梗圧潰機構とを有し、
   前記制御部は、前記収穫ハンドの第１の動作軌道を生成可能であると判断した後、前記画像に基づき、前記果菜を回転させる空間が存在するか否かを判断し、
   前記制御部が、前記空間が存在すると判断した場合には、該制御部によって前記当接部回転機構が選定される一方、前記空間が存在しないと判断した場合には、該制御部によって前記果梗圧潰機構が選定され、
   選択された前記分離機構によって前記果菜を果梗から分離する果菜分離方法。

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