JP7234915B2 - エンドエフェクタ - Google Patents

Description

本発明は、対象物体を切断して取得するエンドエフェクタに関する。

従来、農業分野においては、人が耕運機などの農作業支援装置を用いて各種作業を行ってきたが、近年、農業分野への企業等の参入により様々な技術が農業分野に導入されてきている。特に、対象物を自動的に収穫することが考慮されている。作物が傷つけられると作物の価値が下がってしまうため、作物をデリケートに取り扱う必要があり、この問題を解決するため各種の技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

出願人は、特許文献１記載の技術において、葉菜の茎又は果菜の果柄を切断可能な切断刃組、及び、切断刃組よりも葉菜又は果菜に近い側に位置する挟持刃組、を備えるエンドエフェクタを提案している。このエンドエフェクタは、茎又は果柄の一部を切断した状態で茎又は果柄を挟持可能にしている。

しかし、このような刃組を用いて果柄を切断する構成を採用した場合、エンドエフェクタを茎又は果柄に近接させるときに、刃が枝や主茎に接触して傷つけてしまう虞がある。枝や主茎が損傷してしまうと、植物が様々な病気を引き起こす原因となり好ましくない。

このとき例えば、枝や主茎に傷をつけないように切断刃組のサイズを小さくする必要があった。収穫性能を向上するためには、切断刃組のアプローチ範囲を広げることが求められるが、従来方式では広いアプローチ範囲を実現することが困難であった。しかも、従来方式で刃組を伸ばすことが考えられるものの、公差やガタの影響を受けやすくなり、刃同士が接触して摩耗するなどの問題を生じる。また従来の方式では、例えば挟持するタイミングと切断領域で切断するタイミングに差が生じてしまうと、果柄の外皮を傷つけながら挟持対象物を挟持することになりやすく、挟持対象物を信頼性良く挟持できないという問題を生じていた。また、この種の課題は、農作物に限らず、挟持対象物を挟持する際にも同様に適用できる課題である。

特開２０１９－３７２１４号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、広いアプローチ範囲を実現しながら確実に挟持対象物を挟持できるようにしたエンドエフェクタを提供することにある。

請求項１記載の発明は、対象物体（７）の挟持対象部（６ａ）を挟持するエンドエフェクタ（２０）を対象としている。エンドエフェクタは、回動軸（４０）と、一組の挟持基部（４１ａ、４１ｂ）を回動軸にて連結し当該回動軸を支軸として回動可能に構成される挟持組（４１）とを備える。挟持組は、挟持基部から回動する方向に向けて櫛歯状に延びる櫛歯部材（４１ｃ、４１ｄ；２４１ｃ、２４１ｄ；３４１ｃ、３４１ｄ）を備える。

挟持基部が回動軸を支軸として回動し挟持組の櫛歯部材が所定の隙間を存して組合うことで挟持対象部を挟持するため、広いアプローチ範囲を実現しながら確実に挟持対象物を挟持できる。

第１実施形態に係るエンドエフェクタの外観斜視図 第１実施形態に係る対象物体の説明図のその１ 第１実施形態に係る対象物体の説明図のその２ 第１実施形態に係る収穫ロボットシステムの構成例 第１実施形態に係る制御主体の構成例 第１実施形態に係る切断刃組及び挟持組の連結構造を示すもので、切断刃組及び挟持組を開いた状態を示す上面図 第１実施形態に係る切断刃組及び挟持組の連結構造を示すもので、切断刃組及び挟持組を閉じた状態を示す上面図 第１実施形態に係るガード部材及び復帰機構の構造を示す上面図 第１実施形態に係るガード部材及び復帰機構の構造を示す下面図 第１実施形態に係る挟持組、切断刃組、及びガード部材の連結構造を示すもので、挟持組、切断刃組を開いた状態を示す上面図 第１実施形態に係る挟持組、切断刃組、及びガード部材の連結構造を示すもので、挟持組、切断刃組を閉じた状態を示す上面図 第１実施形態に係るガード部材の動作説明図のその１ 第１実施形態に係るガード部材の動作説明図のその２ 第１実施形態に係るガード部材の動作説明図のその３ 第２実施形態に係る切断刃組及び挟持組の連結構造を示すもので、切断刃組及び挟持組を開いた状態を示す上面図 第２実施形態に係る切断刃組及び挟持組の連結構造を示すもので、切断刃組及び挟持組を閉じた状態を示す上面図 第３実施形態に係る切断刃組及び挟持組の連結構造を示すもので、切断刃組及び挟持組を開いた状態を示す上面図 第３実施形態に係る切断刃組及び挟持組の動作説明図のその１ 第３実施形態に係る切断刃組及び挟持組の動作説明図のその２

以下、幾つかの実施形態を説明する。以下の実施形態中では、各実施形態間で同一機能又は類似機能を備えた部分に同一符号又は類似符号を付して説明を行い、第２実施形態以降においては、同一機能又は類似機能を備えた部分の説明を必要に応じて省略する。

（第１実施形態）
図１から図１４は第１実施形態の説明図を示す。図２は収穫システム１の一部構成を示しており、例えば房なりの作物としてのミニトマト７の栽培領域を示している。この収穫システム１は、例えばビニールハウスの中でハイワイヤー方式を採用してミニトマト７を房ごと自動的に収穫するシステムである。以下では、ミニトマト７を対象物体、作物として説明するが、その他の対象物体、作物も適用できる。

図２に示すように、一般に、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２を例えば直線状の所定領域に配設すると共に、当該所定領域に設けられた土壌２にミニトマト７の苗を離間して並べて育てる。近年では土壌２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により主茎６を引き上げながら苗を育てる。

このとき、一列に離間して並べられた主茎６にそれぞれ誘引ワイヤ５のロック５ａを固定し、主茎６を土壌２の上方に直線状に引き上げ、誘引ワイヤ５に主茎６を吊り下げた状態で主茎６の成長に合わせて誘引ワイヤ５のロック５ａを上に移動させる。

ミニトマト７が主茎６に熟すことで収穫可能になる。また、さらにミニトマト７を収穫しながら主茎６の先端が延伸ワイヤ４まで達すると、誘引ワイヤ５をスライドさせることで主茎６の成長に合わせてミニトマト７の高さを調整できる。この収穫システム１においては、成長したミニトマト７が例えば９００～１２００ｍｍの所定の高さ範囲Ｈに位置するように調整される。

これにより、主茎６を引き上げて収穫可能なミニトマト７の高さを調整できる。図３にはミニトマト７が主茎６になる様子を詳細に示している。このとき主茎６は、地面から天井付近へ向かって斜め上方に傾斜するように伸びている。

ミニトマト７は、主茎６から果柄６ａ（側枝とも称される）を介して垂れ下がった状態で結実している。この収穫対象物となるミニトマト７は数個～十数個程度の個々の実７ａの集合体で房なりになっており、主茎６の根元の果柄６ａ側から順に実７ａをつける。このとき、ミニトマト７の個々の実７ａ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。

まず基本的なシステム構成を説明すると共に、収穫の基本的な流れを説明する。図４は、この収穫システム１を構成する収穫ロボットシステム１０の外観構成を例示している。図４に例示したように、収穫ロボットシステム１０は、所定の高さ範囲Ｈのミニトマト７を収穫するために設けられている。この収穫ロボットシステム１０は、電源１１、電動台車（以下、台車と略す）１２、収穫ロボット１３、集積箱１４、搬送ユニット１５、及びコントローラ１６を備える。

電源１１は、台車１２、収穫ロボット１３、搬送ユニット１５、及びコントローラ１６の動作用電源として備えられている。コントローラ１６は、台車１２、収穫ロボット１３、搬送ユニット１５を統合的に制御するために設けられる制御回路であり、図示しないがＣＰＵ及び非遷移的実体的記録媒体としてのメモリを備えている。コントローラ１６は、ＣＰＵがメモリに記憶されたプログラムを実行することで各種一連の制御処理を実行する。

図５に例示したように、コントローラ１６がネットワーク２１を通じて外部に設けられた上位の制御装置２２と通信接続されており、外部の制御装置２２がコントローラ１６に指令し一連の制御を遠隔処理する。ネットワーク２１は、例えばＬＡＮやＷＡＮ、若しくはインターネット、携帯電話回線等の通信回線網による。

制御装置２２は、例えばノートパソコン、タブレットなどの端末であり、図示しないＣＰＵが非遷移的実体的記録媒体としてのメモリに記憶されたプログラムを実行することで一連の処理を実行可能である。以下の説明では、コントローラ１６を制御主体として説明するが、制御主体を制御装置２２としても良いし、コントローラ１６及び制御装置２２が通信処理しながら協働して制御しても良い。本形態では、コントローラ１６が直動駆動制御部１６ａとしての機能を備える。

台車１２は、土壌２に沿って収穫用に舗装された通路を走行可能な車輪１７を備え、コントローラ１６の制御に応じて自律走行可能な電動作業車により構成される。

収穫ロボット１３は、台車１２に搭載されている。この収穫ロボット１３は、支柱１８に備え付けられ複数軸のアームを駆動軸にて連結してなるマニピュレータ１９と、このマニピュレータ１９の先端に取り付けられたエンドエフェクタ２０と、収穫対象認識装置２３とを備える。収穫対象認識装置２３は、エンドエフェクタ２０にステー２３ａを介して取付けられており、エンドエフェクタ２０が移動することで収穫対象認識装置２３による認識領域も移動する。収穫対象認識装置２３は、１のカメラ、又はステレオカメラ、ＴｏＦ（Time of Flight）カメラ、ストラクチャードライトスキャナ等、３次元空間内の対象物体を認識可能にする装置である。

収穫対象認識装置２３は、エンドエフェクタ２０に取り付けられていなくても良く、他の場所、例えば収穫ロボット１３のマニピュレータ１９に取り付けられていても良い。また、収穫対象認識装置２３は、例えば図示しないビニールハウスの構造物に取り付けられることで、常に定点からミニトマト７を認識するように構成しても良い。

本形態では、収穫対象認識装置２３は、複数のカメラ２４を備えると共にイメージコントローラ及び揮発性メモリ及び不揮発性メモリを備える。収穫対象認識装置２３のイメージプロセッサは、カメラ２４により前述の高さ範囲Ｈを含む画像を取得し、カメラ２４の撮像画像に応じて立体画像を構成する。収穫対象認識装置２３は、ミニトマト７の３次元位置、外形、色を認識し、対象物体、収穫対象物となるミニトマト７の３次元位置情報、外形情報、色情報、及び、果柄６ａの３次元位置情報、外形情報、色情報をコントローラ１６に出力する。対象物体となるミニトマト７の３次元位置情報、外形情報、色情報のみを取得するだけで果柄６ａの３次元位置情報、外形情報、色情報は取得しても取得しなくても良い。

コントローラ１６は、収穫対象認識装置２３により認識されたミニトマト７の３次元位置情報、外形情報、色情報に応じてマニピュレータ１９を操作制御し、さらにエンドエフェクタ２０を操作制御することでミニトマト７を収穫する。コントローラ１６は、エンドエフェクタ２０を操作制御することでエンドエフェクタ２０のＸＹＺ方向位置及び３次元角度を変更し、ミニトマト７が結実した果柄６ａを挟持すると共に切断対象部６ｂ（図３参照）を切断しミニトマト７を房ごと収穫する。

このときエンドエフェクタ２０は、ミニトマト７の果柄６ａを挟持しつつ当該ミニトマト７への養分供給元となる切断対象部６ｂを切断することで主茎６とミニトマト７を分断する。その後、コントローラ１６は、エンドエフェクタ２０によりミニトマト７の果柄６ａを挟持させた状態を保持しつつ収穫ロボット１３のマニピュレータ１９を制御する。

集積箱１４は、上側が開口した容器状に形成されており、台車１２の上に配置されている。搬送ユニット１５は、収穫された房なりのミニトマト７を集積箱１４の所定位置に搬送するユニットである。

コントローラ１６は、エンドエフェクタ２０を搬送ユニット１５の上方まで移動させる。そしてコントローラ１６は、エンドエフェクタ２０によるミニトマト７の果柄６ａの挟持を開放することで、ミニトマト７を搬送ユニット１５に渡す。搬送ユニット１５は、集積箱１４の空き領域に配置する。そして、次のミニトマト７の収穫に移る。コントローラ１６は、一連の流れを繰り返すことで房なりのミニトマト７の収穫を繰り返す。なお、例えばビニールハウス等の設備が、ベルトコンベヤー等のように搬送ユニット１５の類の装置を備えている場合は、搬送ユニット１５や集積箱１４は不要である。

以下、本実施形態の特徴部分を説明する。
本実施形態では、エンドエフェクタ２０の構造に特徴を備える。このため、図１及び図４に例示したエンドエフェクタ２０の基端部２０ａを基準とし、Ｘ正方向Ｘ＋、Ｙ正方向Ｙ＋、Ｚ正方向Ｚ＋を図１に示した方向に定義し、図示状態をＸＹＺ方向の原位置と定義して説明する。また図１に示すように、Ｚ軸を回転する方向をヨー方向Ｒｂ、Ｙ軸を回転する方向をピッチ方向Ｒａ、Ｘ軸を回転する方向をロール方向Ｒｃ、とそれぞれ定義して説明する。

図１にエンドエフェクタ２０の外観斜視図を示しており、エンドエフェクタ２０の構造の一例を説明する。エンドエフェクタ２０は、直動駆動装置としてのアクチュエータ部２５を備える。アクチュエータ部２５は、ケース２６と、ケース２６から露出したコネクタ２７を外観上備える。ケース２６はステンレス製の角形状ケースである。ケース２６の内部には、Ｘ方向に延伸して配置されたロッド状のボールねじ２８（図６参照）及びボールねじナット（図示せず）が格納されている。

コネクタ２７には、コントローラ１６からの制御信号線や電源線が接続され、アクチュエータ部２５の電気的構成と接続可能に設けられる。アクチュエータ部２５は、ボールねじ２８、ボールねじナット、モータ、その他ベアリング（図示せず）などを組み合わせたリニアアクチュエータにより構成される。コントローラ１６が、直動駆動制御部１６ａによりアクチュエータ部２５のモータの回転位置を制御することでボールねじナットを回転制御し、当該ボールねじナットの内側に締結されたボールねじ２８の先端操作部２８ａのＸ方向位置を自在に制御できる。

ホルダ２９は、ケース２６に固定されている。ケース２６及びホルダ２９の内側には、図６に例示したロッド３０が収容可能に構成されている。ロッド３０は、その一端がボールねじ２８の先端操作部２８ａと連結部材３１により連結されている。ボールねじ２８の先端操作部２８ａがＸ方向に直動するとロッド３０もＸ方向に一体で直動する。

図６に例示したように、ロッド３０の他端は連結部３２に連結されている。連結部３２にはリンク機構３３を構成する一組のリンク部材３４、３５のＬ字型一端も連結されている。リンク部材３４、３５はＬ字型に構成されており、Ｌ字屈曲部３４ａ、３５ａにそれぞれ孔が成形されている。

他方、ホルダ２９には金具３６が固定されている。金具３６は、ロッド３０のＹ正負方向両脇からＸ正方向Ｘ＋に突出するよう構成されている。金具３６のＸ正方向Ｘ＋の先端にリンク長孔３６ａ、３６ｂがそれぞれ設けられている。

リンク長孔３６ａ、３６ｂは、リンク部材３４、３５の所定支持領域の支軸域に設けられている。リンク部材３４、３５のＬ字屈曲部３４ａ、３５ａに成形された孔と、金具３６のリンク長孔３６ａ、３６ｂとはそれぞれ揺動ピン３７、３８により連結されている。揺動ピン３７、３８は、リンク長孔３６ａ、３６ｂの中を揺動可能に固定される。

リンク機構３３は、連結部３２、揺動ピン３７、３８に連結されている。リンク機構３３は、リンク部材３４、３５及び締結部材３９により回動軸４０にて挟持組４１及び切断刃組４２を連結する。締結部材３９はボルト及びナットにより構成され、挟持組４１及び切断刃組４２を締結する。挟持組４１及び切断刃組４２は回動軸４０を支軸として回動可能に構成される。

リンク部材３４、３５のＬ字型他端には挿通孔３４ｂ、３５ｂがそれぞれ構成されている。挿通孔３４ｂ、３５ｂの内側には回動ピン４３、４４が挿入されている。回動ピン４３、４４は、リンク部材３４、３５のＬ字型他端に挟持組４１及び切断刃組４２の操作部分を連結することで回動自在に固定されている。

・挟持組４１の説明
挟持組４１は、母体となる一組の挟持基部４１ａ、４１ｂを備える。一組のリンク部材３４、３５は、一組の挟持基部４１ａ、４１ｂの操作部分にそれぞれ連結すると共にリンク長孔３６ａ、３６ｂを所定支持領域、支軸域として回転可能に連結されている。

挟持組４１は、挟持基部４１ａ、４１ｂを連結し回動軸４０を支軸として回動可能に構成される。また、櫛歯部材４１ｃは、挟持基部４１ａからそれぞれ屈曲して櫛歯状に一体成形されている。また櫛歯部材４１ｄは、挟持基部４１ｂからそれぞれ屈曲して櫛歯状に一体成形されている。なお、櫛歯部材４１ｃ、４１ｄは、挟持基部４１ａ、４１ｂを母材として当該挟持基部４１ａ、４１ｂから湾曲して櫛歯状に延びて構成されていても良い。挟持組４１は、ミニトマト７の実７ａが結実される果柄６ａを挟持対象部として挟持するように構成される。櫛歯部材４１ｃ、４１ｄが組合うときの対向間隔は、例えば４ｍｍ以下に構成されており、想定される果柄６ａの幅（例えば４ｍｍ）よりもわずかに狭い間隔に調整されている。

・挟持組４１の作用
図６、図７には、挟持組４１及び切断刃組４２の中心線Ｃ１を図示している。連結部３２は、一組のリンク部材３４、３５の操作部分を連結している。コントローラ１６は、アクチュエータ部２５により連結部３２をＸ負方向Ｘ－に直動駆動させると、図７に例示したように、リンク部材３４、３５は、揺動ピン３７、３８の揺動領域を所定支持領域、支持域として回転する。すると、リンク部材３４、３５のＬ字型他端が中心線Ｃ１の側に向けて回転する。

リンク部材３４、３５のＬ字型他端には、挟持基部４１ａ、４１ｂの操作部分が回動ピン４３、４４により連結されている。このため、挟持基部４１ａ、４１ｂの操作部分を中心線Ｃ１の側に向けて操作することができ、回動軸４０を支軸として作用させることができる。挟持基部４１ａ、４１ｂが回動軸４０を支軸として中心線Ｃ１の側に回動するため、一組の櫛歯部材４１ｃ、４１ｄが例えば４ｍｍ以下程度のわずかな隙間を存して組合い、図示Ｘ方向の前後方向に対向する。

これにより、挟持組４１が一組の櫛歯部材４１ｃ、４１ｄの対向領域の内側に果柄６ａを挟み込むことで果柄６ａの外皮を挟持できる。ミニトマト７の果柄６ａは繊維質を主とした構造体であり、果柄６ａの外皮を圧縮しながら果柄６ａを安定して信頼性良く挟持できる。

したがって挟持基部４１ａ、４１ｂが、回動軸４０を支軸として回動し挟持組４１の櫛歯部材４１ｃ、４１ｄが所定の隙間を存して組合うことで果柄６ａを挟持するため、広いアプローチ範囲を実現しながら確実に果柄６ａを挟持できる。また従来技術とは異なり、刃組を果柄６ａの中心付近まで食い込ませて挟持する必要がなくなるため、リリース動作時にミニトマト７を誤って落下させてしまう問題も生じにくくなる。

アクチュエータ部２５が、リンク機構３３のリンク部材３４、３５等を直動駆動させることで回動操作可能になっているため、リンク部材３４、３５の配置スペースを縮小化でき小型化できる。

なお、櫛歯部材４１ｃ、４１ｄの櫛歯先端４１ｅはその少なくとも一部が湾曲している。このため、挟持組４１が組合うことで果柄６ａや枝に櫛歯先端４１ｅが当接しても果柄６ａや枝を傷つける虞を抑制できる。櫛歯先端４１ｅは湾曲していなくても良い。

・切断刃組４２の説明
切断刃組４２は、図３に例示した切断対象部６ｂを切断領域Ｒｅ（図６、図７参照）にて切断するために設けられている。

切断刃組４２は、いわゆるハサミによるもので、図示のＸＹ平面に沿って一組の切断刃４２ａ、４２ｂの刃面が摺動しながら面接触して切断対象部６ｂを切断する。このため、たとえ果柄６ａの切断対象部６ｂが繊維質であったとしても容易に切断できる。

・切断刃組４２の作用
挟持組４１は中心線Ｃ１の付近で果柄６ａを挟持するが、切断刃組４２は果柄６ａに近接した切断対象部６ｂを中心線Ｃ１の付近の切断領域Ｒｅで切断するように設けられる。

切断刃組４２は、一組の切断刃４２ａ、４２ｂを締結部材３９により回動軸４０に連結し当該回動軸４０を支軸として回動するように設けられている。図６に例示したように、連結部３２は、一組のリンク部材３４、３５の操作部分を連結している。コントローラ１６は、アクチュエータ部２５により連結部３２をＸ負方向Ｘ－に直動駆動させると、図７に例示したように、リンク部材３４、３５は揺動ピン３７、３８の揺動領域を所定支持領域、支持域として回転する。すると、リンク部材３４、３５のＬ字型他端が中心線Ｃ１の側に向けて回転する。

リンク部材３４、３５のＬ字型他端には、切断刃組４２の切断刃４２ａ、４２ｂの操作部分が回動ピン４３、４４により連結されている。このため、切断刃４２ａ、４２ｂの操作部分を中心線Ｃ１の側に向けて操作することができ、回動軸４０を支軸として作用させることができる。切断刃４２ａ、４２ｂが回動軸４０を支軸として中心線Ｃ１の側に回動するため、切断刃組４２は、回動軸４０を中心として切断刃４２ａ、４２ｂを回動することで当該一組の切断刃４２ａ、４２ｂが切断領域Ｒｅにて噛合う。したがって、コントローラ１６が、切断刃４２ａ、４２ｂを噛合制御することで挟持対象部となる果柄６ａに近接した切断対象部６ｂを切断できる。

アクチュエータ部２５が、リンク機構３３のリンク部材３４、３５等を直動駆動させることで回動操作可能になっているため、リンク部材３４、３５の配置スペースを縮小化でき小型化できる。

・挟持組４１及び切断刃組４２の相対的配置関係及び連動作用説明
切断刃組４２は挟持組４１のＺ正方向Ｚ＋の側に近接して配置されている。リンク機構３３は、挟持組４１及び切断刃組４２を回動ピン４３、４４及び締結部材３９により一体に連結している。このため、リンク機構３３が回動軸４０にて挟持組４１及び切断刃組４２を連結することで、挟持組４１及び切断刃組４２を一体で回動可能になっている。リンク機構３３は、挟持組４１及び切断刃組４２を一体で回動させることで櫛歯部材４１ｃ、４１ｄが組合い挟持対象部となる果柄６ａを挟持しつつ切断刃組４２により切断対象部６ｂを切断できる。

リンク機構３３が、回動軸４０にて挟持組４１及び切断刃組４２を連結して回動させるときに櫛歯部材４１ｃ、４１ｄの櫛歯先端４１ｅが切断刃組４２の切断刃先４２ｃと一致又は切断刃先４２ｃより先に回動するように設けることが望ましい。すると、櫛歯部材４１ｃ、４１ｄが組合い挟持対象部となる果柄６ａを確実に挟持しつつ、切断刃組４２により切断対象部６ｂを確実に切断できる。

櫛歯部材４１ｃは、挟持基部４１ａから屈曲又は湾曲して回動軸４０の内側に延びて構成されているが、櫛歯部材４１ｃの櫛歯先端４１ｅが湾曲しているため、鋭利な鋭角部分による挟持対象部となる果柄６ａの損傷を防ぐことができる。

・ガード部材５０の構成
次に、図１に例示したガード部材５０の説明を行う。ガード部材５０は、切断刃組４２に対しＺ軸方向に近接して構成されている。ガード部材５０は、切断刃組４２が回動可能な刃組可動領域Ｒｘ（図１０参照）の少なくとも一部に対し、特に切断領域Ｒｅに非望切断物となる主茎６などの大物の進入を阻止するために設けられる。非望切断物は、切断を望まない大物を意味する。

図８はＺ正方向Ｚ＋側からガード部材５０及び復帰機構６０を見た上面図を示し、図９はＺ負方向Ｚ－側からガード部材５０及び復帰機構６０を見た下面図を示す。図１及び図８に例示したように、ガード部材５０は、規制部材５８及びボルトナット５９を用いて固定されることでＸＺ方向の撓みが規制されている。また、ガード部材５０及び規制部材５８が回転軸５１に連結されることで、ガード部材５０及び規制部材５８は、回転軸５１を中心に回転自在に構成されている。

ガード部材５０は、回転軸５１を中心としてフロント部５２及びバック部５３に分けることができる。図１に例示したように、ガード部材５０のフロント部５２は、回動軸４０に連結された挟持組４１と切断刃組４２との間に位置して設けられる。
ガード部材５０のフロント部５２は、図９に例示したように、Ｘ方向先端に向かう途中部分に屈曲部５０ａを備えておりＺ正方向Ｚ＋に直角に屈曲すると共に、所定の屈曲部からさらにＸ正方向Ｘ＋に屈曲するように構成される。フロント部５２の構成は屈曲部５０ａを備えていなくても良い。

フロント部５２は、フロントガード部５４、第１サイドガード部としての右サイドガード部５５、及び第２サイドガード部としての左サイドガード部５６を備える。ガード部材５０は、フロント部５２から切断刃組４２の切断領域Ｒｅに向けて成形されるガイド溝５７をガイド部として備える。

図１０に例示したように、ガイド溝５７は、その先端側、前方側のＸ正方向Ｘ＋の側が大物となる主茎６の幅より幅狭に成形されると共に、切断刃組４２の切断領域Ｒｅでは切断対象部６ｂの幅より幅広に予め成形されている。

右サイドガード部５５と左サイドガード部５６の間の幅は、切断刃組４２の刃組可動領域Ｒｘの一側端と他側端との間の幅より大きく構成されている。右サイドガード部５５は、切断刃組４２の刃組可動領域Ｒｘの一側端よりも外側方からの主茎６の進入を防ぐことで右外側方をガードする。左サイドガード部５６は、切断刃組４２の刃組可動領域Ｒｘの他側端よりも外側方からの主茎６の進入を防ぐことで左外側方をガードする。

また図１１に例示したように、ガイド溝５７の先端５７ａは、切断刃組４２により閉じられ切断した切断刃先端４２ｍよりもフロント側に位置するように配置されている。またフロントガード部５４は、フロント部５２の両側部からガイド溝５７の形成方向に向けて傾斜した傾斜部として構成される。

以下、ガード部材５０の作用を説明する。収穫対象認識装置２３がミニトマト７及び果柄７ａの３次元画像を認識し、当該認識結果に基づいてコントローラ１６が果柄６ａを中心線Ｃ１、Ｃ２に沿うようにエンドエフェクタ２０の位置や傾きを制御する。しかし、低い画像認識精度の収穫対象認識装置２３を用いた場合には、収穫対象認識装置２３によるミニトマト７や果柄６ａの認識にずれを生じる場合がある。このとき、コントローラ１６が、エンドエフェクタ２０の位置や傾きを制御しても、図１２に例示したように切断対象部６ｂがガイド溝５７の中心線Ｃ２から大きく外れてしまう虞がある。

このような場合においても、本形態の場合、図１３に例示したように、切断対象部６ｂがフロントガード部５４を押圧し、フロント部５２及びバック部５３が回転軸５１を中心に回転する。フロント部５２が回転軸５１を中心に回転するため、ガイド溝５７の中心線Ｃ２は、挟持組４１及び切断刃組４２の中心線Ｃ１との間で鋭角の角度θをなしながら、フロントガード部５４は、ガイド溝５７の先端５７ａに向けて切断対象部６ｂを導くようになる。切断対象部６ｂが先端５７ａに達すると、続いて、ガイド溝５７の先端５７ａから当該ガイド溝５７に沿って切断対象部６ｂが摺動する。すると、図１４に例示したように、切断対象部６ｂが切断刃組４２の刃組可動領域Ｒｘの中に入る。コントローラ１６が挟持組４１及び切断刃組４２を回動制御することで果柄６ａを挟持しながら切断対象部６ｂを切断できる。

したがって、たとえ収穫対象認識装置２３の認識精度が低くても切断対象部６ｂを引き込むアプローチ範囲を広くできる。またこのとき、ガード部材５０がガイド溝５７の先端５７ａから主茎６の進入を食い止めながら、ガイド溝５７の中の刃組可動領域Ｒｘの中の切断領域Ｒｅに切断対象部６ｂを導くことができるため、幅広な主茎６の損傷を防ぎつつ幅狭な切断対象部６ｂを選択的に切断できる。

・復帰機構６０の構成
次に、図８及び図９に参照図面を戻して復帰機構６０の構成を説明する。復帰機構６０は、ばね機構６１、６２及び重り６３を主体として構成される。例えば、コントローラ１６が、エンドエフェクタ２０を図１に示すロール方向Ｒｃに傾け制御すると、ガード部材５０のフロント部５２は、その自重に応じて回転軸５１を中心として回転力がかかる。そこで復帰機構６０が、フロント部５２を原位置の側に復帰させる力を作用させるように設けられる。ここでいう原位置とは、ガイド溝５７の中心線Ｃ２が挟持組４１及び切断刃組４２の中心線Ｃ１と一致する位置を意味している。

図１及び図８に例示したように、ばね機構６１は、切断刃組４２のＺ正方向Ｚ＋の側に固定されており、一方の回転方向、ここではヨー正回転方向Ｒｂ＋、に曲げ応力を印加する機構である。ばね機構６１は捩りばねにより構成され、ばね係止部６４に捩りばねの延設端を固定すると共にコイルばねを回転軸５１に巻回することで構成されている。

図９に例示したように、ばね機構６２は、挟持組４１のＺ負方向Ｚ－の側に固定されており、前述とは逆の回転方向、ここではヨー負回転方向Ｒｂ－に曲げ応力を印加する機構である。ばね機構６２は捩りばねにより構成され、ばね係止部６５に捩りばねの延設端を固定すると共にコイルばねを回転軸５１に巻回することで構成されている。

ガード部材５０のガイド溝５７の中心線Ｃ２が切断刃組４２の中心線Ｃ１に概ね一致しているとき、すなわちガード部材５０がヨー方向Ｒｂの原位置に位置しているときには、ばね機構６１及びばね機構６２は、その曲げ応力が釣り合う、例えば両者共に曲げ応力がゼロとなるように調整されている。

また復帰機構６０は、図８及び図９に例示したように、回転軸５１を重心としてガード部材５０のフロント部５２と釣り合うように当該回転軸５１を中心としてフロント部５２の反対側のバック部５３に重り６３を備えている。重り６３は、フロント部５２の自重の回転力に対応した回転力を印加するように設けられる。

このため、コントローラ１６がエンドエフェクタ２０を図１に示すロール方向Ｒｃに傾け制御することで、ガード部材５０のフロント部５２がその自重に応じて回転軸５１を中心として回転力がかかったとしても、復帰機構６０がフロント部５２を原位置の側に復帰させる力を作用させる。このため、ガード部材５０のフロント部５２の自重に応じた回転力を相殺でき、ガード部材５０を原位置に極力保つことができる。この結果、コントローラ１６はエンドエフェクタ２０を安定制御できる。また、復帰機構６０は、切断対象部６ｂがガイド溝５７に沿って切断領域Ｒｅに導かれるにしたがって回転移動したガード部材５０を原位置まで復帰させることができる。

（第２実施形態）
図１５及び図１６は第２実施形態の説明図を示す。第２実施形態では、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、異なる部分を説明する。図１５に例示したように、挟持組２４１は、一組の挟持基部４１ａ、４１ｂを回動軸４０にて連結し当該回動軸４０を支軸として回動可能に構成される。挟持組２４１は、挟持基部４１ａ、４１ｂからそれぞれ櫛歯状に延びる櫛歯部材２４１ｃ、２４１ｄを備える。櫛歯部材２４１ｃ、２４１ｄは、その櫛歯先端２４１ｅが平板状、矩形状に構成されている。

挟持組２４１の櫛歯先端２４１ｅは、その平板状部が幅Ｗａに成形されていると、図１６に例示したように、幅Ｗａの櫛歯先端２４１ｅと挟持基部４１ａとの間の幅Ｗｂの隙間にて果柄６ａを圧縮する形態にて挟持できるようになる。従来とは異なり刃組を食い込ませて挟持する必要がなくなるため、リリース動作時にミニトマト７を誤って落下させてしまう問題も生じにくい。本実施形態によっても前述実施形態と同様の作用効果を奏する。

（第３実施形態）
図１７から図１９は第３実施形態の説明図を示す。第３実施形態では、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、異なる部分を説明する。本実施形態が、第１実施形態及び第２実施形態と異なるところは、挟持組３４１の構造である。このため、以下の説明では、挟持組３４１の構造及び動作を中心に説明し、その他の部分の説明を省略する。

図１７に例示したように、挟持組３４１は、一組の挟持基部４１ａ、４１ｂを回動軸４０にて連結し当該回動軸４０を支軸として回動可能に構成される。挟持組３４１は、挟持基部４１ａ、４１ｂからそれぞれ櫛歯状に延びる櫛歯部材３４１ｃ、３４１ｄを備える。櫛歯部材３４１ｃ、３４１ｄは、櫛歯３４１ｎ、３４１ｍを備える。

櫛歯部材３４１ｃ、３４１ｄは、最もフロント側、ここでは最もＸ正方向Ｘ＋側に設けた櫛歯３４１ｎを長さＬａとすることで他の櫛歯３４１ｍより長く構成している。最もフロント側に設けられた櫛歯３４１ｎは、その櫛歯先端３４１ｎｅを尖頭形状に構成していると共に、他の櫛歯３４１ｍは、その櫛歯先端３４１ｅが平板状、矩形状に構成されている。

コントローラ１６は、エンドエフェクタ２０の３次元位置を調整制御しつつアクチュエータ部２５を用いて回動軸４０を支軸として一組の挟持基部４１ａ、４１ｂを回動させる。

このとき図１７に例示したように、コントローラ１６が一組の挟持基部４１ａ、４１ｂを回動開始するタイミングによっては、挟持組３４１による挟持及び切断刃組４２による切断を失敗してしまうリスクの大きな茎６ｃがガイド溝５７に先端５７ａから入り込んでしまうことがある。

しかし、本実施形態においては、櫛歯３４１ｎの長さＬａを他の櫛歯３４１ｍの長さよりも長く構成している。このため、図１８に例示したように、茎６ｃが櫛歯３４１ｎの櫛歯先端３４１ｎｅに当接することで、茎６ｃがガイド溝５７の先端５７ａから切断領域Ｒｅにまで入り込まなくなる。

その後も、コントローラ１６が、挟持組３４１を回動軸４０を支軸として回動させたとしても、図１９及び図２０に例示したように、茎６ｃのガイド溝５７の中の切断領域Ｒｅへの進入を食い止めることができる。これにより、失敗リスクの大きな茎６ｃをガイド溝５７に沿って切断領域Ｒｅにまで入り込むリスクを抑制できる。

また本実施形態では、櫛歯３４１ｎが切断刃組４２の切断刃先４２ｃ（図１７及び図１８参照）より先に回動するように構成している。このとき、櫛歯３４１ｎが切断刃先４２ｃより突設する突設長さを他の櫛歯３４１ｍが切断刃先４２ｃより突設する突設長さよりも長くすることが望ましい。

（他の実施形態）
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。
対象物体、作物、農作物、収穫対象物としてミニトマト７を適用した形態を示したが、特に限定されるものではない。例えばトマト、ナス、ゴーヤ、赤パプリカ、黄パプリカなどのように主茎６から垂下した条件下で成長する果菜類、リンゴ、ナシ、ブドウのように樹木の枝から垂下した条件下で成長する果樹類などの作物であっても適用可能となる。

対象物体、作物、農作物、収穫対象物は、必ずしも主茎６又は結実母枝から垂直下方へ垂れ下がっている必要はない。さらには、収穫対象物は、主茎６又は結実母枝から上方へ向かって実っているものでも良い。

さらに対象物体は、農作物、作物、収穫対象物に限られるものではなく、その他のあらゆる固形物体に適用できる。

挟持組４１、切断刃組４２、及びガード部材５０を全てエンドエフェクタ２０に構成した形態を説明したが、挟持組４１を排除した構成にも適用できるし、切断刃組４２を排除した構成にも適用できるし、ガード部材５０を排除した構成にも適用できる。挟持組４１、切断刃組４２、及びガード部材５０のうち、挟持組４１だけ構成しても良いし、切断刃組４２だけ構成しても良いし、ガード部材５０だけ構成しても良い。

コントローラ１６や制御装置２２がエンドエフェクタ２０を操作制御する形態を示したが、これに限定されるものではない。エンドエフェクタ２０が、挟持組４１、切断刃組４２、及びガード部材５０のうち何れか一つ以上の機構を備えていれば、エンドエフェクタ２０をソフトウェア又はハードウェアにより電気的に操作制御する機能を設けなくても良い。

ミニトマト７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ミニトマト７の存在の有無を把握する形態にも適用できる。

前述実施形態では、本願発明に係る「傾斜部」をフロントガード部５４に設けたが、これに限定されるものではなく、右サイドガード部５５、左サイドガード部５６に設けても良い。フロントガード部５４が、直線状に傾斜した傾斜部として成形されている形態を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、フロントガード部５４は、ガイド溝５７に向けて一部領域又は全領域が湾曲するように傾斜していても良い。本願発明に係る「傾斜部」はこれら一部領域又は全領域が湾曲することも含まれる。果柄６ａや切断対象部６ｂがガイド溝５７に導かれるように成形されていれば、直線状に限らず、どのように成形されていても良い。

また、前述の実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、前述の２以上の実施形態の構成の一部又は全部を必要に応じて互いに組み合わせて付加しても置換しても良い。前述した複数の実施形態の構成、機能を組み合わせても良い。前述実施形態の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略した態様も実施形態と見做すことが可能である。また、特許請求の範囲に記載した文言によって特定される発明の本質を逸脱しない限度において考え得るあらゆる態様も実施形態と見做すことが可能である。

本開示は、前述した実施形態に準拠して記述したが、当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範畴や思想範囲に入るものである。

図面中、６は主茎（大物、非望切断物）、６ａは果柄（挟持対象部）、６ｂは切断対象部、６ｃは茎、７はミニトマト（収穫対象物、対象物体）、２０はエンドエフェクタ、２５はアクチュエータ部（直動駆動装置）、４０は回動軸、４１は挟持組、４２は切断刃組、５０はガード部材、５１は回転軸、５２はフロント部、５４はフロントガード部（傾斜部）、５５は右サイドガード部（第１サイドガード部、傾斜部）、５６は左サイドガード部（第２サイドガード部、傾斜部）、５７はガイド溝、６０は復帰機構、６１、６２はばね機構、６３は重り、Ｒｘは刃組可動領域、Ｒｅは切断領域、を示す。

Claims (6)

1. 対象物体（７）の挟持対象部（６ａ）を挟持するエンドエフェクタ（２０）であって、
   回動軸（４０）と、
   一組の挟持基部（４１ａ、４１ｂ）を前記回動軸にて連結し当該回動軸を支軸として回動可能に構成される挟持組（４１）とを備え、
   前記挟持組は、前記挟持基部から回動する方向に向けて櫛歯状に延びる櫛歯部材（４１ｃ、４１ｄ；２４１ｃ、２４１ｄ；３４１ｃ、３４１ｄ）を備え、
   前記挟持基部が前記回動軸を支軸として回動し前記挟持組の櫛歯部材が所定の隙間を存して組合うことで前記挟持対象部を挟持するエンドエフェクタ。
2. 前記挟持組により挟持された前記挟持対象部に近接した切断対象部にて切断刃先により切断可能にする一組の切断刃（４２ａ、４２ｂ）を備える切断刃組（４２）と、
   前記櫛歯部材が組合い前記挟持対象部を挟持しつつ前記切断刃組により前記切断対象部を切断するよう前記回動軸にて前記挟持組及び前記切断刃組を連結するリンク機構（３３）と、
   を備える請求項１記載のエンドエフェクタ。
3. 前記リンク機構は、前記一組の前記挟持基部の操作部分にそれぞれ連結すると共に所定支持領域を支軸域として回転可能に連結された一組のリンク部材（３４、３５）を備え、
   前記一組の前記リンク部材の操作部分を連結した連結部（３１）を直動駆動させることにより前記挟持基部の操作部分及び前記切断刃組の操作部分を前記回動軸を支軸として一体で回動操作する直動駆動装置（２５）を備える請求項２記載のエンドエフェクタ。
4. 前記リンク機構が前記回動軸にて前記挟持組及び前記切断刃組を連結して回動させるときに前記櫛歯部材の櫛歯先端が前記切断刃組の切断刃先と一致又は切断刃先より先に回動する請求項２又は３記載のエンドエフェクタ。
5. 前記回動軸に連結された前記挟持組と前記切断刃組との間に位置して前記切断刃組の刃組可動領域（Ｒａ）の少なくとも一部に非望切断物となる大物（６）の進入を阻止するガード部材（５０）をさらに設けた請求項２から４の何れか一項に記載のエンドエフェクタ。
6. 前記櫛歯部材（３４１ｃ、３４１ｄ）は、最もフロント側に設けた櫛歯（３４１ｎ）を他の櫛歯（３４１ｍ）より長く構成した請求項１から５の何れか一項に記載のエンドエフェクタ。
   

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