JP7254687B2 - Robot hands and agricultural robots - Google Patents
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Description
本発明は、ロボットハンド及び農業用ロボットに関する。 The present invention relates to a robot hand and an agricultural robot.
従来、特許文献１に開示された吸引式移送装置が知られている。
特許文献１に開示された吸引式移送装置は、吸引により果実等の作物を吸着する吸引器を有し、吸引器を作物に押しあてて当該作物を吸引して、移送する。
Conventionally, a suction-type transfer device disclosed in
The suction transfer device disclosed in
ところで、作物を吸引によって吸着する吸盤で把持するタイプのロボットハンドにあっては、作物を把持しようとすると、作物の形状や大きさが不揃いであるので、吸盤と作物との位置合わせが難しい場合がある。
本発明は、前記問題点に鑑み、吸盤と作物との位置合わせを容易に行えるようにする。
By the way, in a robot hand of the type that grips crops with suction cups that suck the crops by suction, it is sometimes difficult to align the crops with the suction cups because the crops are uneven in shape and size. There is
In view of the above problems, the present invention makes it possible to easily align the suction cup and the crop.
本発明の一態様に係るロボットハンドは、昇降可能なアームに取り付けられるロボットハンドであって、前記アームに揺動可能に支持されるハンドフレームと、前記ハンドフレームに取り付けられ、前記作物を吸着する吸盤と、前記吸盤が前記作物を吸着する前に前記作物に当接して前記吸盤が前記作物に向くように前記ハンドフレームを揺動させるガイド機構と、前記作物における前記吸盤を接触させる部分である接触予定部分にある茎又は葉を払い除ける払い除け機構と、を備え、前記払い除け機構は、前記接触予定部分にある茎又は葉を払い除ける払い除けアームと、前記払い除けアームを前記作物に押しつける方向に付勢する第２バネ部材とを有し、前記払い除けアームは、前記ハンドフレームを下降させて前記接触予定部分に押しつけられることで前記作物からの反力によって前記作物の表面に沿って前記接触予定部分の範囲外に移動する。 A robot hand according to one aspect of the present invention is a robot hand attached to an arm that can be raised and lowered, and includes a hand frame that is swingably supported by the arm, and a hand frame that is attached to the hand frame and sucks the crop. a suction cup, a guide mechanism for swinging the hand frame so that the suction cup faces the crop by contacting the crop before the suction cup sucks the crop, and a portion of the crop that makes contact with the suction cup. a brushing mechanism for brushing off the stems or leaves at the planned contact portion, wherein the brushing mechanism comprises a brushing arm for brushing off the stems or leaves at the planned contact portion; and a second spring member that biases in a pressing direction, and the removing arm moves along the surface of the crop by a reaction force from the crop when the hand frame is lowered and pressed against the expected contact portion. to move out of the range of the expected contact portion .
また、前記ガイド機構は、前記吸盤の周囲に前記吸盤よりも下方に突出するように設けられた複数のガイドアームを有し、複数のガイドアームのすべてが前記作物に当接することで前記吸盤を前記作物の中心に向ける。
また、前記複数のガイドアームは、前記ハンドフレームに揺動可能に支持され、前記ガイド機構は、前記ガイドアームを前記作物に押しつける方向に付勢する第１バネ部材を有している。
Further, the guide mechanism has a plurality of guide arms provided around the suction cup so as to protrude downward beyond the suction cup. Aim at the center of the crop.
Further, the plurality of guide arms are swingably supported by the hand frame, and the guide mechanism has a first spring member that biases the guide arms in a direction to press the crops.
また、前記払い除けアームは、前記作物の表面に接触しながら移動する払い除けツメと、前記払い除けツメと前記ハンドフレームとを連結し且つ前記払い除けツメを平行移動で移動可能に支持するリンク機構とを有している。 The sweeping arm includes a sweeping claw that moves while contacting the surface of the crop, and a link that connects the sweeping claw and the hand frame and supports the sweeping claw so that it can move in parallel. mechanism.
本発明の一態様に係るロボットハンドは、昇降可能なアームに取り付けられるロボットハンドであって、前記アームに揺動可能に支持されるハンドフレームと、前記ハンドフレームに取り付けられ、前記作物を吸着する吸盤と、前記吸盤が前記作物を吸着する前に前記作物に当接して前記吸盤が前記作物に向くように前記ハンドフレームを揺動させるガイド機構と、前記作物における前記吸盤を接触させる部分である接触予定部分の茎又は葉を払い除ける払い除け機構と、を備え、前記ガイド機構は、前記吸盤の周囲に前記吸盤よりも下方に突出するように設けられた複数のガイドアームを有し、前記払い除け機構は、前記接触予定部分の茎又は葉を払い除ける払い除けアームを有し、前記ガイドアームと前記払い除けアームは、周方向に交互に配置されている。
また、本発明の一態様に係る農業用ロボットは、上記ロボットハンドを有している。
A robot hand according to one aspect of the present invention is a robot hand attached to an arm that can be raised and lowered, and includes a hand frame that is swingably supported by the arm, and a hand frame that is attached to the hand frame and sucks the crop. a suction cup, a guide mechanism for swinging the hand frame so that the suction cup faces the crop by contacting the crop before the suction cup sucks the crop, and a portion of the crop that makes contact with the suction cup. a brushing mechanism for brushing off the stems or leaves of the portion to be contacted, wherein the guide mechanism has a plurality of guide arms provided around the sucker so as to protrude below the sucker, The brushing mechanism has brushing arms for brushing off the stems or leaves of the portion to be contacted, and the guide arms and the brushing arms are alternately arranged in the circumferential direction.
Further, an agricultural robot according to an aspect of the present invention has the robot hand described above.
上記の構成によれば、作物に対して吸盤の向きがズレていても、作物に対する吸盤の向きがガイド機構によって修正されるので、吸盤と作物との位置合わせを容易に行える。 According to the above configuration, even if the orientation of the sucker relative to the crop is misaligned, the orientation of the sucker relative to the crop is corrected by the guide mechanism, so the position of the sucker and the crop can be easily aligned.
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図１、図２は、作物２の収穫用の農業用ロボット１を例示している。農業用ロボット１は、例えば、スイカ、メロン、カボチャ、キャベツ等の比較的重量のある作物２（重量野菜）の収穫に採用される。農業用ロボット１は、自律型の収穫ロボットである。即ち、農業用ロボット１は、自律走行し且つ収穫すべき作物２を自律判断により判別して収穫する。
An embodiment of the present invention will be described below with appropriate reference to the drawings.
1 and 2 illustrate an
なお、収穫する作物２としては、上記した作物２に限定されることはない。また、農業用ロボット１は、収穫用に限定されることはない。また、農業用ロボット１は、オペレータ（作業者）がリモコンで操縦するリモートコントロール型のロボットであってもよい。
以下の説明において、図１、図２に矢印Ａ１で示す方向を前方、矢印Ａ２で示す方向を後方、矢印Ａ３で示す方向を前後方向として説明する。したがって、図２に矢印Ｂ１で示す方向（図１の手前側）が左方であり、図２に矢印Ｂ２で示す方向（図１の奥側）が右方である。また、前後方向Ａ３に直交する水平方向を機体幅方向（図２の矢印Ｂ３方向）として説明する。
The
1 and 2, the direction indicated by arrow A1 is the front, the direction indicated by arrow A2 is the rear, and the direction indicated by arrow A3 is the front-rear direction. Therefore, the direction indicated by arrow B1 in FIG. 2 (the near side in FIG. 1) is the left side, and the direction indicated by arrow B2 in FIG. 2 (the far side in FIG. 1) is the right side. Also, the horizontal direction orthogonal to the front-rear direction A3 will be described as the body width direction (arrow B3 direction in FIG. 2).
図１に示すように、農業用ロボット１は、自律走行する走行体３と、走行体３に装着されたマニピュレータ４と、撮像装置（カメラ）５とを有している。
走行体３は、機体６と、機体６を走行可能に支持する走行装置７とを有している。
図３、図４に示すように、機体６は、メインフレーム６Ａと、原動機フレーム６Ｂとを有している。メインフレーム６Ａは、機体幅方向Ｂ３で間隔をあけて配置された一対の第１フレーム６Ａａと、各第１フレーム６Ａａの下方に間隔をあけて配置された一対の第２フレーム６Ａｂとを有している。第１フレーム６Ａａと第２フレーム６Ａｂとは、複数の縦フレーム６Ａｃによって連結されている。縦フレーム６Ａｃは、左の第１フレーム６Ａａと左の第２フレーム６Ａｂとの前部間、右の第１フレーム６Ａａと右の第２フレーム６Ａｂとの前部間、左の第１フレーム６Ａａと左の第２フレーム６Ａｂとの後部間、右の第１フレーム６Ａａと右の第２フレーム６Ａｂとの後部間に設けられている。
As shown in FIG. 1 , the
The traveling
As shown in FIGS. 3 and 4, the
左の第１フレーム６Ａａと右の第１フレーム６Ａａとは、第１フレーム６Ａａ間に配置された第１横フレーム６Ａｄ～第５横フレーム６Ａｈによって連結されている。第１横フレーム６Ａｄ～第５横フレーム６Ａｈは、第１フレーム６Ａａの前端から後端にわたって前後方向Ａ３で間隔をあけて並行状に配置されている。
第２フレーム６Ａｂの前部同士は、第６横フレーム６Ａｊによって連結され、第２フレーム６Ａｂの後部同士は、第７横フレーム６Ａｋによって連結されている。
The left first frame 6Aa and the right first frame 6Aa are connected by a first horizontal frame 6Ad to a fifth horizontal frame 6Ah arranged between the first frames 6Aa. The first horizontal frame 6Ad to the fifth horizontal frame 6Ah are arranged in parallel with a gap in the front-rear direction A3 from the front end to the rear end of the first frame 6Aa.
The front portions of the second frames 6Ab are connected to each other by a sixth horizontal frame 6Aj, and the rear portions of the second frames 6Ab are connected to each other by a seventh horizontal frame 6Ak.
原動機フレーム６Ｂは、メインフレーム６Ａの下方側に配置されている。原動機フレーム６Ｂは、前フレーム６Ｂａと、後フレーム６Ｂｂと、複数の連結フレーム６Ｂｃと、複数の取付フレーム６Ｂｄとを有している。前フレーム６Ｂａは、上部が、左及び右の第２フレーム６Ａｂの前部に取り付けられている。後フレーム６Ｂｂは、上部が、左及び右の第２フレーム６Ａｂの前部に取り付けられている。複数の連結フレーム６Ｂｃは、前フレーム６Ｂａと後フレーム６Ｂｂの下部間を連結している。複数の取付フレーム６Ｂｄは、連結フレーム６Ｂｃの前後方向Ａ３中央部に固定されている。
The
図４に示すように、取付フレーム６Ｂｄには、原動機（エンジン）Ｅ１が取り付けられている。原動機Ｅ１には、油圧ポンプＰ１が取り付けられている。油圧ポンプＰ１は、原動機Ｅ１で駆動される。また、原動機フレーム６Ｂには、油圧ポンプＰ１から吐出する作動油を貯留する作動油タンク（図示省略）が搭載されている。
図２に示すように、メインフレーム６Ａ（機体６）には、走行装置７を制御する複数のコントロールバルブ（第１コントロールバルブＣＶ１～第４コントロールバルブＣＶ４）が搭載されている。
As shown in FIG. 4, a prime mover (engine) E1 is attached to the attachment frame 6Bd. A hydraulic pump P1 is attached to the prime mover E1. The hydraulic pump P1 is driven by the prime mover E1. A hydraulic fluid tank (not shown) for storing hydraulic fluid discharged from the hydraulic pump P1 is mounted on the
As shown in FIG. 2, the
図１、図２に示すように、走行装置７は、複数の車輪８を有する車輪型（４輪型）の走行装置７で構成されている。詳しくは、走行装置７は、機体６前部の左側に配置された第１車輪８Ｌａ（左前輪）と、機体６前部の右側に配置された第２車輪８Ｒａ（右前輪）と、機体６後部の左側に配置された第３車輪８Ｌｂ（左後輪）と、機体６後部の右側に配置された第４車輪８Ｒｂ（右後輪）とを備えている。なお、走行装置７は、クローラ型の走行装置７であってもよい。
As shown in FIGS. 1 and 2 , the
走行装置７は、車輪８を支持する車輪支持体９を有している。車輪支持体９は、車輪８に対応する数設けられている。つまり、走行装置７は、第１車輪８Ｌａを支持する第１車輪支持体９Ｌａ、第２車輪８Ｒａを支持する第２車輪支持体９Ｒａ、第３車輪８Ｌｂを支持する第３車輪支持体９Ｌｂ及び第４車輪８Ｒｂを支持する第４車輪支持体９Ｒｂを有している。
The traveling
図５、図６に示すように、車輪支持体９は、走行フレーム１０と、操向シリンダＣ１と、第１昇降シリンダＣ２と、第２昇降シリンダＣ３と、走行モータＭ１とを有している。
走行フレーム１０は、主支持体１０Ａと、揺動フレーム１０Ｂと、車輪フレーム１０Ｃとを有している。主支持体１０Ａは、機体６に縦軸（上下方向に延伸する軸心）回りに可能に支持されている。詳しくは、主支持体１０Ａは機体６に固定された支持ブラケット１１に上下方向に延伸する軸心を有する第１支軸１２Ａを介して回動可能に支持されている。
As shown in FIGS. 5 and 6, the
The traveling
図２に示すように、第１車輪支持体９Ｌａを枢支する支持ブラケット１１は機体６の前部左側に設けられ、第２車輪支持体９Ｒａを枢支する支持ブラケット１１は機体６の前部右側に設けられ、第３車輪支持体９Ｌｂを枢支する支持ブラケット１１は機体６の後部左側に設けられ、第４車輪支持体９Ｒｂを枢支する支持ブラケット１１は機体６の後部右側に設けられている。
As shown in FIG. 2, a
揺動フレーム１０Ｂは、主支持体１０Ａに上下揺動可能に支持されている。詳しくは、揺動フレーム１０Ｂは、上部が主支持体１０Ａに第２支軸１２Ｂを介して横軸（機体幅方向Ｂ３に延伸する軸心）回りに回動可能に支持されている。
第１車輪支持体９Ｌａ及び第２車輪支持体９Ｒａの揺動フレーム１０Ｂは前上部が主支持体１０Ａに枢支され、第３車輪支持体９Ｌｂ及び第４車輪支持体９Ｒｂの揺動フレーム１０Ｂは後上部が主支持体１０Ａに枢支されている。
The rocking
The
車輪フレーム１０Ｃは、揺動フレーム１０Ｂに上下揺動可能に支持されている。詳しくは、車輪フレーム１０Ｃは、揺動フレーム１０Ｂに第３支軸１２Ｃを介して横軸回りに回動可能に支持されている。
第１車輪支持体９Ｌａ及び第２車輪支持体９Ｒａの車輪フレーム１０Ｃは後部が揺動フレーム１０Ｂの後部に枢支され、第３車輪支持体９Ｌｂ及び第４車輪支持体９Ｒｂの車輪フレーム１０Ｃは前部が揺動フレーム１０Ｂの前部に枢支されている。
The
The
操向シリンダＣ１、第１昇降シリンダＣ２及び第２昇降シリンダＣ３は、油圧シリンダによって構成されている。
操向シリンダＣ１は、機体６と主支持体１０Ａとの間に設けられている。詳しくは、操向シリンダＣ１の一端は、第１フレーム６Ａａの前後方向Ａ３中央部に固定されたシリンダブラケット１４Ａに枢支され、操向シリンダＣ１の他端は、主支持体１０Ａに固定されたシリンダブラケット１４Ｂに枢支されている。操向シリンダＣ１を伸縮することにより走行フレーム１０が第１支軸１２Ａ回りに揺動し、車輪８（第１車輪８Ｌａ～第４車輪８Ｒｂ）の向きを変更する（操向する）ことができる。本実施形態の走行装置７にあっては、各車輪８を独立して操向可能である。
The steering cylinder C1, the first elevating cylinder C2 and the second elevating cylinder C3 are composed of hydraulic cylinders.
The steering cylinder C1 is provided between the
第１昇降シリンダＣ２は、一端が揺動フレーム１０Ｂに枢支され、他端が第１リンク機構１５Ａに枢支されている。第１リンク機構１５Ａは、第１リンク１５ａと第２リンク１５ｂとを有している。第１リンク１５ａの一端は、主支持体１０Ａに枢支され、第２リンク１５ｂの一端は揺動フレーム１０Ｂに枢支されている。第１リンク１５ａと第２リンク１５ｂとの他端は、第１昇降シリンダＣ２の他端に枢支されている。第１昇降シリンダＣ２を伸縮することにより揺動フレーム１０Ｂが第２支軸１２Ｂ回りに上下揺動する。
One end of the first elevating cylinder C2 is pivotally supported by the
第２昇降シリンダＣ３は、一端が揺動フレーム１０Ｂの前部に枢支され、他端が第２リンク機構１５Ｂに枢支されている。第２リンク機構１５Ｂは、第１リンク１５ｃと第２リンク１５ｄとを有している。第１リンク１５ｃの一端は、揺動フレーム１０Ｂに枢支され、第２リンク１５ｄの一端は車輪フレーム１０Ｃに枢支されている。第１リンク１５ｃと第２リンク１５ｄとの他端は、第２昇降シリンダＣ３の他端に枢支されている。第２昇降シリンダＣ３を伸縮することにより車輪フレーム１０Ｃが第３支軸１２Ｃ回りに上下揺動する。
The second elevating cylinder C3 has one end pivoted to the front portion of the
第１昇降シリンダＣ２による揺動フレーム１０Ｂの上下揺動と、第２昇降シリンダＣ３による車輪フレーム１０Ｃの上下揺動とを組み合わせることによって車輪８を平行状に昇降させることができる。
走行モータＭ１は、油圧モータによって形成されている。走行モータＭ１は、各車輪８に対応して設けられている。即ち、走行装置７は、第１車輪８Ｌａを駆動する走行モータＭ１と、第２車輪８Ｒａを駆動する走行モータＭ１と、第３車輪８Ｌｂを駆動する走行モータＭ１と、第４車輪８Ｒｂを駆動する走行モータＭ１とを有している。走行モータＭ１は、車輪８の機体幅方向Ｂ３の内方に配置され、車輪フレーム１０Ｃに取り付けられている。走行モータＭ１は、油圧ポンプＰ１から吐出される作動油によって駆動され、正逆転可能である。走行モータＭ１を正逆転させることにより、車輪８の回転を正転方向と逆転方向とに切り換えることができる。
The
The travel motor M1 is formed by a hydraulic motor. A traveling motor M1 is provided corresponding to each
第２車輪支持体９Ｒａ、第３車輪支持体９Ｌｂ及び第４車輪支持体９Ｒｂは、車輪支持体９Ｌａを構成する構成部品と同様の構成部品を有している。第２車輪支持体９Ｒａは、車輪支持体９Ｌａと左右対称に構成されている。第３車輪支持体９Ｌｂは、第２車輪支持体９Ｒａを機体６の中心を通る上下方向のセンタ軸心回りに１８０°回転させた形態を呈している。第４車輪支持体９Ｒｂは、車輪支持体９Ｌａをセンタ軸心回りに１８０°回転させた形態を呈している。
The second wheel support 9Ra, the third wheel support 9Lb, and the fourth wheel support 9Rb have the same components as the components that make up the wheel support 9La. The second wheel support 9Ra is configured symmetrically with the wheel support 9La. The third wheel support 9Lb has a form in which the second wheel support 9Ra is rotated by 180° around the vertical center axis passing through the center of the
第１車輪支持体９Ｌａに装備された油圧アクチュエータは、第１コントロールバルブＣＶ１によって制御される。第２車輪支持体９Ｒａに装備された油圧アクチュエータは、第２コントロールバルブＣＶ２によって制御される。第３車輪支持体９Ｌｂに装備された油圧アクチュエータは、第３コントロールバルブＣＶ３によって制御される。第４車輪支持体９Ｒｂに装備された油圧アクチュエータは、第４コントロールバルブＣＶ４によって制御される。 A hydraulic actuator mounted on the first wheel support 9La is controlled by a first control valve CV1. A hydraulic actuator mounted on the second wheel support 9Ra is controlled by a second control valve CV2. A hydraulic actuator mounted on the third wheel support 9Lb is controlled by a third control valve CV3. A hydraulic actuator mounted on the fourth wheel support 9Rb is controlled by a fourth control valve CV4.
したがって、第１車輪８Ｌａ～第４車輪８Ｒｂは、それぞれ独立的に操向可能である。また、第１車輪８Ｌａ～第４車輪８Ｒｂは、それぞれ独立的に昇降可能である。
上記走行装置７にあっては、第１車輪８Ｌａ～第４車輪８Ｒｂを操向操作することで走行体３を操向することができる。第１車輪８Ｌａ～第４車輪８Ｒｂを正転させることで走行体３を前進させることができ、逆転させることにより走行体３を後進させることができる。第１車輪８Ｌａ～第４車輪８Ｒｂを昇降することにより走行体３を昇降することができる。第１車輪８Ｌａ及び第２車輪８Ｒａを第３車輪８Ｌｂ及び第４車輪８Ｒｂに対して昇降することにより、或いは、第３車輪８Ｌｂ及び第４車輪８Ｒｂを第１車輪８Ｌａ及び第２車輪８Ｒａに対して昇降することにより、機体６を前傾または後傾させることができる。第１車輪８Ｌａ及び第３車輪８Ｌｂを第２車輪８Ｒａ及び第４車輪８Ｒｂに対して昇降することにより、或いは、第２車輪８Ｒａ及び第４車輪８Ｒｂを第１車輪８Ｌａ及び第３車輪８Ｌｂに対して昇降することにより、機体６を、機体幅方向Ｂ３の一側が他側よりも高い傾斜状にすることができる。
Therefore, the first wheel 8La to the fourth wheel 8Rb can be steered independently. Also, the first wheel 8La to the fourth wheel 8Rb can be raised and lowered independently.
In the traveling
マニピュレータ４は、本実施形態では、少なくとも作物２の収穫を行うことが可能な装置である。図３、図４に示すように、マニピュレータ４は、走行体３（機体６）に着脱可能に装着された装着体１６と、装着体１６に取り付けられたアーム１７と、アーム１７に設けられていて作物２を把持可能なロボットハンド１８とを備えている。
図１に示すように、装着体１６は、本実施形態では、走行体３の後部に設けられている。なお、装着体１６は、走行体３の前部に設けられていてもよい。つまり、走行体３における前後方向Ａ３の中央部から一方側に偏倚して設けられていればよい。また、本実施形態では、農業用ロボット１は、走行体３を前方に進行させて収穫作業を行うので、装着体１６は、進行方向とは反対側の方向である進行逆方向側に偏倚して設けられている。
The
As shown in FIG. 1, the mounting
図７に示すように、装着体１６は、走行体３に着脱可能に装着される装着部１９と、装着部１９に縦軸回りに回動可能に支持された回動シャフト２０と、回動シャフト２０を回転駆動する回動モータＭ２と、回動シャフト２０と一体回動する回動フレーム２１とを有している。
図７、図９に示すように、装着部１９は、本体部１９Ａが下方に開口する筺体で形成されている。本体部１９Ａの下部には、前部に第１プレート部材１９Ｂが固定され、後部に第２プレート部材１９Ｃが固定されている。第１プレート部材１９Ｂは、装着部１９の前面下部に固定された第１壁１９ａと、第１壁１９ａの下端から後方に延びる第２壁１９ｂと、第２壁１９ｂの後端から下方に延びる第３壁１９ｃと、第３壁１９ｃの下端から後方に延びる第４壁１９ｄとを有している。第２プレート部材１９Ｃは、装着部１９の後面下部に固定された第１壁１９ｅと、第１壁１９ｅの下端から前方に延びる第２壁１９ｆと、第２壁１９ｆの前端から下方に延びる第３壁１９ｇと、第３壁１９ｇの下端から前方に延びる第４壁１９ｈとを有している。第４壁１９ｄと第４壁１９ｈは、複数の連結部材１９Ｄによって連結されている。
As shown in FIG. 7, the mounting
As shown in FIGS. 7 and 9, the mounting
図７に示すように、第３壁１９ｃ，１９ｇ、第４壁１９ｄ，１９ｈ及び複数の連結部材１９Ｄによって、係合部１９Ｅが構成されている。つまり、装着部１９は、下部側に下方に突出する係合部１９Ｅを有している。係合部１９Ｅは、第４横フレーム６Ａｇ（第１装着フレーム）と第５横フレーム６Ａｈ（第２装着フレーム）との間に差し込み可能とされている。
As shown in FIG. 7, the
図７、図１０に示すように、第４横フレーム６Ａｇの下面には、機体幅方向Ｂ３で並べて配置された一対の載置プレート２２Ａが後方突出状に固定されている。また、第５横フレーム６Ａｈの下面にも、機体幅方向Ｂ３で並べて配置された一対の載置プレート２２Ｂが前方突出状に固定されている。載置プレート２２Ａと載置プレート２２Ｂとは、連結プレート２３によって連結されている。機体６上面側であって機体６の左部及び右部には、それぞれプレート部材６Ｄが固定されている。左及び右のプレート部材６Ｄ間であって且つ第４横フレーム６Ａｇと第５横フレーム６Ａｈとの間が、係合部１９Ｅを差し込む差し込み部６Ｅ（図１０参照）とされている。
As shown in FIGS. 7 and 10, a pair of mounting
図７に示すように、係合部１９Ｅを第４横フレーム６Ａｇと第５横フレーム６Ａｈとの間に差し込むことで、機体６（走行体３）は装着部１９を保持可能である。詳しくは、第２壁１９ｂは、第４横フレーム６Ａｇの上面に載置され、第３壁１９ｃは、第４横フレーム６Ａｇの後面に当接する。第４壁１９ｄは、載置プレート２２Ａに載置される。また、第２壁１９ｆは、第５横フレーム６Ａｈの上面に載置され、第３壁１９ｇは、第５横フレーム６Ａｈの前面に当接する。第４壁１９ｈは、載置プレート２２Ｂに載置される。これにより、機体６は、装着部１９を保持する。言い換えると、装着部１９を簡易に保持することができる。また、着脱も容易である。
As shown in FIG. 7, by inserting the engaging
連結部材１９Ｄは、本実施形態では、アングル材によって形成され、上部にナット部材（図示省略）が固定されている。このナット部材に、連結プレート２３、載置プレート２２Ａ，２２Ｂ及び連結部材１９Ｄを下方から貫通するボルトをねじ込むことにより、係合部１９Ｅ（装着部１９）を、該ボルトによって着脱可能に固定することができる。
以上のように、装着体１６は、走行体３（機体６）に対して着脱可能である。
In this embodiment, the connecting
As described above, the mounting
装着部１９（装着体１６）を機体６から取り外すことにより、マニピュレータ４を取り外すことができ、本実施形態のマニピュレータ４とは異なる形式のマニピュレータに交換することができる。
図７に示すように、装着部１９には、回動シャフト２０を支持するシャフト支持体２４が立設されている。シャフト支持体２４は、装着部１９の上面に固定された中空状のベース部２４Ａと、ベース部２４Ａから上方に突出する支持筒２４Ｂとを有している。
By removing the mounting portion 19 (mounting body 16) from the
As shown in FIG. 7 , a
図７に示すように、回動シャフト２０は、上下方向に延伸する軸心（回動軸心Ｊ１）を有し、支持筒２４Ｂに挿入されると共に該支持筒２４Ｂに回動軸心Ｊ１回りに回動可能に支持されている。
回動モータＭ２は、例えば、正逆転可能な電動モータによって構成されている。回動モータＭ２は、走行体３に搭載されたバッテリ（図示省略）から給電される電力によって作動する。なお、回動モータＭ２は、走行体３に搭載された油圧ポンプＰ１によって作動する油圧モータによって構成されていてもよい。
As shown in FIG. 7, the
The rotating motor M2 is configured by, for example, an electric motor that can rotate forward and backward. The rotation motor M2 is operated by electric power fed from a battery (not shown) mounted on the traveling
図７に示すように、回動モータＭ２は、装着部１９の内部に収容され、装着部１９の上壁１９ｋに取り付けられている。回動モータＭ２は、装着部１９から上方に突出する出力軸Ｍａを有している。回動モータＭ２の出力軸Ｍａは、回動シャフト２０の下部に一体回動可能に連結されている。したがって、回動シャフト２０は、回動モータＭ２から出力される回転動力によって、回動軸心Ｊ１回りに正逆転可能に駆動される。
As shown in FIG. 7, the rotation motor M2 is housed inside the mounting
図７に示すように、回動フレーム２１は、シャフト支持体２４に回動軸心Ｊ１回りに回動可能に支持されている。したがって、回動フレーム２１は、装着部１９に回動軸心Ｊ１回りに回動可能に取り付けられている。言い換えると、回動フレーム２１は、機体６（走行体３）に縦軸回りに回動可能に支持されている。詳しくは、回動フレーム２１は、フレーム本体２５と、アームブラケット２６と、シリンダブラケット２７とを有している。フレーム本体２５は、回動部２５Ａを有している。回動部２５Ａは、支持筒２４Ｂを取り囲むと共に軸受け２８Ａ及び軸受け２８Ｂを介して支持筒２４Ｂに回動軸心Ｊ１回りに回動可能に支持されている。また、回動部２５Ａは、回動シャフト２０の上部にスプライン結合等によって連結される結合部２５Ａａを有していて回動シャフト２０と一体回動する。つまり、回動フレーム２１は、回動モータＭ２によって回動軸心Ｊ１回りに回動可能である。回動フレーム２１を回動させることにより、ロボットハンド１８を回動軸心Ｊ１を中心とする円周方向に移動（位置変更）させることができる。
As shown in FIG. 7, the rotating
図３に示すように、フレーム本体２５は、回動軸心Ｊ１に直交する方向で回動部２５Ａを挟む一対のフレーム部材２５Ｂを有している。各フレーム部材２５Ｂは、回動部２５Ａに固定されている。図７に示すように、各フレーム部材２５Ｂの上部は、回動部２５Ａから上方に突出している。一対のフレーム部材２５Ｂの上部間には、アームブラケット２６が上方突出状に固定されている。シリンダブラケット２７は、アームブラケット２６及び回動部２５Ａの前部に取り付けられている。シリンダブラケット２７は、下部に、シリンダ取付部２７ａを有している。
As shown in FIG. 3, the frame
図３、図４に示すように、アーム１７は、回動フレーム２１（アームブラケット２６）に上下揺動可能に支持されると共に長手方向の中途部で屈伸可能である。アーム１７は、メインアーム２９とサブアーム３０とを有している。
メインアーム２９は、回動フレーム２１に上下揺動可能に枢支され、屈伸可能である。詳しくは、メインアーム２９は、回動フレーム２１に上下揺動可能に枢支された第１アーム部３１と、第１アーム部３１に揺動可能に枢支された第２アーム部３２とを有し、第１アーム部３１に対して第２アーム部３２が揺動することで屈伸可能とされている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
The
第１アーム部３１は、基部側３１ａがアームブラケット２６に枢支されている。第１アーム部３１は、図３、図８に示すように、第１アームフレーム３１Ｌ及び第２アームフレーム３１Ｒを有している。第１アームフレーム３１Ｌ及び第２アームフレーム３１Ｒは、機体幅方向Ｂ３で並べて配置され且つ連結パイプ３１Ａ等で相互に連結されている。第１アームフレーム３１Ｌと第２アームフレーム３１Ｒとの基部側３１ａ間にアームブラケット２６の上部が挿入され、機体幅方向Ｂ３に延伸する軸心を有するアーム枢軸３３Ａ（第１アーム枢軸という）を介して第１アームフレーム３１Ｌ及び第２アームフレーム３１Ｒの基部側３１ａがアームブラケット２６に第１アーム枢軸３３Ａの軸心回りに回動可能に支持されている。
The
第１アームフレーム３１Ｌ及び第２アームフレーム３１Ｒは中空部材で形成されている。第１アーム部３１の長さは、走行体３（機体６）の前後方向Ａ３の長さよりも短く形成されている。
図４に示すように、第１アーム部３１は、基部側３１ａであって且つ第１アーム枢軸３３Ａよりも先端側３１ｃ寄りに、シリンダ取付部３１ｂを有している。このシリンダ取付部３１ｂとシリンダブラケット２７のシリンダ取付部２７ａとにわたって第１アームシリンダ（第１油圧シリンダ）Ｃ４が設けられている。第１アームシリンダＣ４は、走行体３に設けた油圧ポンプＰ１から吐出される作動油によって駆動されて伸縮する。第１アームシリンダＣ４を伸縮させることで第１アーム部３１が上下揺動する。第１アーム部３１（アーム１７）を上下揺動させることにより、ロボットハンド１８を昇降させることができる。第１アームシリンダＣ４には、第１アームシリンダＣ４のストロークを検出する第１ストロークセンサＳ１が設けられている。
The
As shown in FIG. 4, the
図４に示すように、第１アーム部３１の先端側３１ｃには、枢支部材３１Ｂが固定されている。詳しくは、枢支部材３１Ｂは、基部３１Ｂａが第１アームフレーム３１Ｌと第２アームフレーム３１Ｒとの間に挿入されて第１アームフレーム３１Ｌ及び第２アームフレーム３１Ｒに固定されている。枢支部材３１Ｂの基部３１Ｂａの下面側には、シリンダステー３４が取り付けられている。枢支部材３１Ｂの先端側３１Ｂｂは、第１アームフレーム３１Ｌ及び第２アームフレーム３１Ｒから前方に突出している。
As shown in FIG. 4, a
図３、図８に示すように、第２アーム部３２の長さは、第１アーム部３１の長さよりも長く形成されている。第２アーム部３２は、基部側３２ａが枢支部材３１Ｂの先端側３１Ｂｂに枢支されている。第２アーム部３２は、第３アームフレーム３２Ｌ及び第４アームフレーム３２Ｒを有している。第３アームフレーム３２Ｌ及び第４アームフレーム３２Ｒは、機体幅方向Ｂ３で並べて配置され且つ複数の連結プレート３５によって相互に連結されている。第３アームフレーム３２Ｌ及び第４アームフレーム３２Ｒは中空部材で形成されている。第３アームフレーム３２Ｌと第４アームフレーム３２Ｒとの基部側３２ａ間に枢支部材３１Ｂの先端側３１Ｂｂが挿入されている。第３アームフレーム３２Ｌ及び第４アームフレーム３２Ｒ（第２アーム部３２）は、機体幅方向Ｂ３に延伸する軸心を有するアーム枢軸（第２アーム枢軸という）３３Ｂによって枢支部材３１Ｂに枢支されている。
As shown in FIGS. 3 and 8 , the length of the
第２アーム部３２の基部側３２ａであって第２アーム枢軸３３Ｂよりも先端側３２ｂ寄りには、シリンダ取付部３２ｃが設けられている。このシリンダ取付部３２ｃとシリンダステー３４とにわたって第２アームシリンダ（第２油圧シリンダ）Ｃ５が設けられている。第２アームシリンダＣ５は、走行体３に設けた油圧ポンプＰ１から吐出される作動油によって駆動されて伸縮する。第２アームシリンダＣ５を伸縮させることで第１アーム部３１に対して第２アーム部３２が揺動し、メインアーム２９（アーム１７）が屈伸（曲げたり伸ばしたりすること）する。なお、本実施形態では、メインアーム２９は、最も伸びた状態で直線状となるが、最も伸びた状態で若干曲がっていてもよい。
A
また、第２アームシリンダＣ５を伸縮させることで走行体３に対してロボットハンド１８を遠近方向に移動させることができる。詳しくは、第２アームシリンダＣ５を伸長させることでロボットハンド１８を走行体３から遠ざける方向に移動させることができ、第２アームシリンダＣ５を収縮させることでロボットハンド１８を走行体３に近づける方向に移動させることができる。
Further, by extending and contracting the second arm cylinder C5, the
図４に示すように、第２アームシリンダＣ５には、第２アームシリンダＣ５のストロークを検出する第２ストロークセンサＳ２が設けられている。
図４、図８に示すように、複数の連結プレート３５は、本実施形態では、第２アーム部３２の長手方向に直交し且つ第３アームフレーム３２Ｌと第４アームフレーム３２Ｒとが対向する方向に直交する方向で対向配置された２枚で１組の連結プレート３５を第２アーム部３２の長手方向に間隔をあけて４組設けている。
As shown in FIG. 4, the second arm cylinder C5 is provided with a second stroke sensor S2 that detects the stroke of the second arm cylinder C5.
As shown in FIGS. 4 and 8, in this embodiment, the plurality of connecting
本実施形態では、第１アーム部３１及び第２アーム部３２は、２枚の中空部材を繋いで構成することで、高剛性に形成されている。また、第１アーム部３１を構成する第１アームフレーム３１Ｌ及び第２アームフレーム３１Ｒと、第２アーム部３２を構成する第３アームフレーム３２Ｌ及び第４アームフレーム３２Ｒとを、中空部材で構成することにより、第１アームフレーム３１Ｌ～第４アームフレーム３２Ｒの内部に、油圧ホースやハーネス等の配策部材を配策することができる。これにより、油圧ホースやハーネスの破損防止を図ることができる。また、第１アームフレーム３１Ｌと第２アームフレーム３１Ｒとの間に第１アームシリンダＣ４のピストンロッドの先端側を挿入して連結すること、第３アームフレーム３２Ｌと第４アームフレーム３２Ｒとの間に第２アームシリンダＣ５のピストンロッドの先端側を挿入して連結することによりコンパクトな構成にすることができる。
In this embodiment, the
サブアーム３０は、第２アーム部３２に突出及び後退可能に設けられている。したがって、サブアーム３０を突出及び後退させることにより、アーム１７の長さが伸縮可能である。図４、図８に示すように、サブアーム３０は、角パイプによって直線状に形成されている。サブアーム３０は、第３アームフレーム３２Ｌと第４アームフレーム３２Ｒとの先端側（前部）間に長手方向移動可能に支持されている。また、サブアーム３０は、対向する連結プレート３５の間に配置されていて連結プレート３５にボルト等の固定具によって固定可能とされている。サブアーム３０の一側面には、第３アームフレーム３２Ｌに当接する突起３０ａが設けられ、他側面には、第４アームフレーム３２Ｒに当接する突起３０ａが設けられている。突起３０ａによってサブアーム３０のがたつきを抑制することができる。
The sub-arm 30 is provided on the
サブアーム３０は、最も後退させた位置（最後退位置）では、第３アームフレーム３２Ｌと第４アームフレーム３２Ｒとの間に没入する。なお、サブアーム３０は、最後退位置で第２アーム部３２から若干突出していてもよい。
図４に示すように、サブアーム３０の先端側には、接合フランジ３０Ａが固定されている。接合フランジ３０Ａには、取付フランジ３６がボルト等によって取り付けられ、取付フランジ３６には、吊りプレート３７が固定されている。吊りプレート３７にロボットハンド１８が枢支され、吊り下げられる（図１参照）。つまり、ロボットハンド１８は、サブアーム３０の先端側に揺動可能に取り付けられる。第２アーム部３２の先端側には、サブアーム３０の第２アーム部３２からの突出量を測定（検出）する第３ストロークセンサＳ３が設けられている。
At the most retracted position (most retracted position), the sub-arm 30 is retracted between the
As shown in FIG. 4, a
サブアーム３０は、例えば、第２アーム部３２から最も突出させた位置（最突出位置）と、第２アーム部３２に対して最も後退させた位置との２位置で使用される。なお、サブアーム３０は、最突出位置と最後退位置との間で段階的に突出量を調整してもよく、また、最突出位置と最後退位置との間で任意の位置に固定できるようにしてもよい。また、サブアーム３０を油圧シリンダによって突出及び後退させるようにしてもよい。
The sub-arm 30 is used at two positions, for example, a position where it protrudes most from the second arm portion 32 (maximum protruding position) and a position where it retracts most from the
アーム１７は、前後方向Ａ３の一方側を向く作業姿勢Ｗ１（図１１参照）と、前後方向Ａ３の他方側を向くと共に屈曲させた収納姿勢Ｗ２（図１参照）とに姿勢変更可能である。本実施形態では、作業姿勢Ｗ１は、図１１に示すように、走行体３の後方側を向く姿勢である。また、収納姿勢Ｗ２は、図１に示すように、走行体３の前方を向く姿勢である。
農業用ロボット１は、アーム１７が作業姿勢Ｗ１にある状態で、作物２の収穫作業等の作業を行う。アーム１７が作業姿勢Ｗ１にある状態で、回動フレーム２１を左方または右方に回動させると共にアーム１７を昇降及び屈伸させることにより、ロボットハンド１８を任意の位置に移動させることができる。つまり、ロボットハンド１８を作物２の上方に移動させると共に下降させて該ロボットハンド１８によって作物２を把持することができる。
The
The
図１に示すように、収納姿勢Ｗ２では、アーム１７は、第１アーム部３１が走行体３の上方を前方に向かうにつれて上方に移行する傾斜方向に延伸しており、且つ第２アーム部３２が走行体３の前後方向Ａ３の中途部の上方から前方に向かうにつれて下方に移行する傾斜方向に延伸している。サブアーム３０は、最後退位置に位置させている。
本実施形態にあっては、アーム１７を回動可能に支持する回動フレーム２１が走行体３の後部に設けられ、アーム１７が後方側を向く作業姿勢Ｗ１にある状態で作物２の収穫作業を行うので、作業範囲を広くとることができる。
As shown in FIG. 1, in the retracted posture W2, the
In this embodiment, a rotating
また、作業姿勢Ｗ１では、第１アーム部３１の先端側３１ｃが走行体３よりも後方側に位置しているのに対して、収納姿勢Ｗ２では、第１アーム部３１の先端側３１ｃは、走行体３（機体６）の前端よりも後方に位置していて、第１アーム部３１が走行体３の上方に位置している（図例では、第１アーム部３１の先端側３１ｃは、走行体３の前後方向の略中央部の上方に位置している）。これにより、移動時や格納時等の非使用時に、農業用ロボット１を前後方向Ａ３にコンパクトにすることができる。
Further, in the working posture W1, the
本実施形態の農業用ロボット１にあっては、アーム１７を油圧シリンダによって揺動させる構成にすることにより、１０ｋｇを超えるスイカ等の重量作物を容易に持ち上げ搬送することができる。また、第１アームシリンダＣ４及び第２アームシリンダＣ５の動力源（油圧源）として、走行体３に装備した油圧ポンプＰ１を利用する（走行体３側の油圧アクチュエータを駆動する動力源とマニピュレータ４側の油圧アクチュエータを駆動する動力源とが別々の動力源でない）ことから、コンパクトに構成することができる。
In the
図１２、図１３に示すように、装着部１９の上面側には、回動規制部材３８と位置決め部材３９とが設けられている。回動規制部材３８及び位置決め部材３９は、本実施形態では、それぞれ１本のピンによって形成されている。なお、回動規制部材３８及び位置決め部材３９は、ピンに限定されることはない。回動規制部材３８は、アーム１７が作業姿勢Ｗ１にあるときの回動フレーム２１の回動を規制する。アーム１７が作業姿勢Ｗ１にあるときの回動フレーム２１の回動を規制することで、アーム１７に配策される油圧ホース及びハーネスが回動フレーム２１に巻き付いたり、破損するのを防止することができる。位置決め部材３９は、回動フレーム２１の回動を規制してアーム１７を収納姿勢Ｗ２に位置決めする。位置決め部材３９で回動フレーム２１の回動を規制することで、回動フレーム２１を迅速且つ正確にアーム１７の収納姿勢Ｗ２の位置に回動させることができる。
As shown in FIGS. 12 and 13 , a
本実施形態では、図１２に示すように、回動規制部材３８は、回動フレーム２１の右側方（側方）に配置されている。図１２の上図に示すように、アーム１７が回動フレーム２１から後方に延伸する状態（後向き状態Ｗ３）から回動フレーム２１を矢印Ｙ３で示す第１回動方向（反時計方向）に９０°回動すると、図１２の下図に示すように、回動フレーム２１（シリンダブラケット）は回動規制部材３８に当接する。これにより、回動フレーム２１の回動が規制される。
In this embodiment, as shown in FIG. 12 , the
本実施形態では、図１３に示すように、位置決め部材３９は、回動フレーム２１の前方側で且つ右寄りに配置されている。図１３の上図に示すように、アーム１７が後向き状態Ｗ３にある位置から回動フレーム２１を矢印Ｙ４で示す第２回動方向（時計方向）に１８０°回動すると、回動フレーム２１は位置決め部材３９に当接する。
以上のように、本実施形態では、回動フレーム２１が回動規制部材３８に当接した状態から時計回りに回動して位置決め部材３９に当接するまでの回動範囲は、略２７０°に設定されている。なお、回動フレーム２１の回動範囲は、２７０°に限定されることはない。
In this embodiment, as shown in FIG. 13, the positioning
As described above, in the present embodiment, the rotation range from the state in which the
なお、回動規制部材３８を回動フレーム２１の左側方に配置し、回動フレーム２１の第２回動方向Ｙ４の回動でアーム１７が作業姿勢Ｗ１にあるときの回動フレーム２１の回動を規制するようにしてもよい。この場合、位置決め部材３９は、回動フレーム２１の前方側で且つ左寄りに配置され、回動フレーム２１の第１回動方向Ｙ３の回動でアーム１７を収納姿勢Ｗ２に位置決めする。即ち、回動モータＭ２を正逆回転することで、回動フレーム２１は、回動軸心Ｊ１回りの第１回動方向Ｙ３と第１回動方向Ｙ３の反対方向である第２回動方向Ｙ４とに回動可能であり、回動規制部材３８は、回動フレーム２１の第１回動方向Ｙ３及び第２回動方向Ｙ４のうちの一方の方向の回動を規制し、位置決め部材３９は、回動フレーム２１の第１回動方向Ｙ３及び第２回動方向Ｙ４のうちの他方の方向の回動を規制する。
In addition, the
図１に示すように、本実施形態では、撮像装置５は、回動フレーム２１に取り付けられている。詳しくは、アームブラケット２６の上部に支柱４０を介して取り付けられている。これに限定されることはなく、撮像装置５は、走行体３等に取り付けてもよい。また、撮像装置５は複数箇所に設けられていてもよい。つまり、農業用ロボット１は、撮像装置５を複数有していてもよい。撮像装置５は、走行体３の周囲を撮影可能であって、走行体３の周囲の情報を撮影によって取得する。
As shown in FIG. 1, the
撮像装置５は、例えば、ステレオカメラやレーザカメラ等の測距機能を有するカメラが採用される。ステレオカメラは、撮影した画像（イメージ）の視差データを生成し、カメラ（レンズ）と対象物（例えば、作物２や後述する運搬車４８等の農業用ロボット１の周囲の物体や走行領域の境界等）までの距離を測定（計測）することができるカメラである。レーザカメラは、照明光として長距離まで届くレーザーを使用し、ＣＣＤカメラで撮影することでカメラと対象物までの距離を測定するカメラシステムである。
The
また、撮像装置５は、複数台のカメラで走行体３の周囲（前方、後方、左方及び右方）を撮影するものであってもよいし、１台で走行体３の周囲３６０°撮影することのできる全方位（３６０°）カメラで構成されていてもよい。
なお、作物２の品質をセンシングすることのできるカメラ（例えば、マルチスペクトルカメラ、遠赤外線カメラ、近赤外線分光カメラ等）をロボットハンド１８や走行体３等に設けてもよい。これにより、作物２の品質をセンシングしながら収穫すべき作物２を選択して収穫することができる。
In addition, the
A camera capable of sensing the quality of the crop 2 (for example, a multispectral camera, a far-infrared camera, a near-infrared spectroscopic camera, etc.) may be provided on the
図１４に示すように、農業用ロボット１は、制御装置４１を有している。制御装置４１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）などを備えたマイクロコンピュータを利用して構成される。
制御装置４１には、撮像装置５が接続されている。制御装置４１は、撮像装置５が取得（検知）した情報（検知情報）を取得可能である。撮像装置５の検知情報によって、収穫すべき作物２、作物２との距離、作物２が栽培される栽培地と栽培地との間の通路と栽培地との境界、農業用ロボット１の周囲の様子等を制御装置４１に把握（認識）させることができる。
As shown in FIG. 14 , the
The
制御装置４１には、走行装置７が接続されている。制御装置４１は、走行制御部４１Ａを有している。走行制御部４１Ａは、撮像装置５が取得した情報（検知情報）に基づいて、操向シリンダＣ１、第１昇降シリンダＣ２、第２昇降シリンダＣ３及び走行モータＭ１を制御する。即ち、走行制御部４１Ａは、走行装置７を制御する。走行制御部４１Ａが走行装置７の速度制御及び操向制御等を行うことで、走行体３が自律走行する。また、走行制御部４１Ａは、機体６の昇降、傾き等の制御を行う。
The traveling
制御装置４１には、第１ストロークセンサＳ１が接続されている。制御装置４１は、第１ストロークセンサＳ１の検出情報を取得可能であり、第１ストロークセンサＳ１の検出情報によって制御装置４１に第１アーム部３１の揺動量を把握させることができる。また、制御装置４１には、第２ストロークセンサＳ２が接続されている。制御装置４１は、第２ストロークセンサＳ２の検出情報を取得可能であり、第２ストロークセンサＳ２の検出情報によって制御装置４１に第１アーム部３１に対する第２アーム部３２の揺動量を把握させることができる。
A first stroke sensor S<b>1 is connected to the
なお、第１アーム部３１及び第２アーム部３２の揺動量は、ポテンショメータによって直接検出し、このポテンショメータのポテンショ値を制御装置４１に送信するようにしてもよい。
図１４に示すように、制御装置４１には、回動モータＭ２、第１シリンダ制御弁４２、第２シリンダ制御弁４３が接続されている。制御装置４１は、回動モータＭ２を制御することで回動フレーム２１の回動を制御するフレーム制御部４１Ｂを有している。フレーム制御部４１Ｂは、回動規制部材３８で規制された回動フレーム２１の位置を基準（旋回原点）として回動フレーム２１の回動を制御する。つまり、フレーム制御部４１Ｂは、旋回原点を基準として回動フレーム２１の回動位置を算出し、回動フレーム２１の回動を制御する。したがって、収穫作業を開始する前（初期）に、回動フレーム２１を一度回動規制部材３８まで回動させておき、回動フレーム２１の初期位置を制御装置４１に把握させておく。
The amount of swinging of the
As shown in FIG. 14, the
第１シリンダ制御弁４２、第２シリンダ制御弁４３は、例えば、パイロット式の電磁弁によって構成されている。第１シリンダ制御弁４２は、第１アームシリンダＣ４を制御し第２シリンダ制御弁４３は、第２アームシリンダＣ５を制御する。制御装置４１は、第１シリンダ制御弁４２、第２シリンダ制御弁４３を制御することで第１アーム部３１及び第２アーム部３２の揺動を制御するアーム制御部４１Ｃを有している。
The first
アーム制御部４１Ｃは、第１シリンダ制御弁４２の第１ソレノイド４２ａ及び第２ソレノイド４２ｂを励磁又は消磁させることによって、第１シリンダ制御弁４２を中立位置４２ｃから第１位置４２ｄ又は第２位置４２ｅに切り換える。第１位置４２ｄに切り換えると、第１アームシリンダＣ４が伸長し、これにより、第１アーム部３１（アーム１７）が上方揺動する。第２位置４２ｅに切り換えると、第１アームシリンダＣ４が収縮し、これにより第１アーム部３１（アーム１７）が下方揺動する。また、アーム制御部４１Ｃは、第２シリンダ制御弁４３の第１ソレノイド４３ａ及び第２ソレノイド４３ｂを励磁又は消磁することによって、第２シリンダ制御弁４３を中立位置４３ｃから第１位置４３ｄ又は第２位置４３ｅに切り換える。第１位置４３ｄに切り換えると、第２アームシリンダＣ５が伸長し、これにより、第２アーム部３２が上方揺動する。第２位置４３ｅに切り換えると、第２アームシリンダＣ５が収縮し、これにより、第２アーム部３２が下方揺動する。
The
以上のように、制御装置４１は、フレーム制御部４１Ｂによって回動モータＭ２による回動フレーム２１の回動を制御可能であり、アーム制御部４１Ｃによって第１アームシリンダＣ４の伸縮による第１アーム部３１の揺動及び第２アームシリンダＣ５による第２アーム部３２の揺動を制御可能である。これによって、制御装置４１は、ロボットハンド１８を任意（所望）の位置に移動させることができる。詳しくは、回動フレーム２１の回動による回動軸心Ｊ１を中心とする円周方向のロボットハンド１８の移動、第１アーム部３１の上下揺動によるロボットハンド１８の昇降、第２アーム部３２の揺動によるロボットハンド１８の走行体３に対する遠近方向の移動によって、ロボットハンド１８を目的の位置に移動させることができる。また、制御装置４１は、撮像装置５の検知情報に基づいてロボットハンド１８を収穫すべき作物２へロボットハンド１８を移動させるようにマニピュレータ４を作動させる。
As described above, the
図１４に示すように、制御装置４１には、第３ストロークセンサＳ３が接続されている。制御装置４１は、第３ストロークセンサＳ３の検出情報を取得可能であり、第３ストロークセンサＳ３の検出情報によって制御装置４１にサブアーム３０の突出量を把握させることができる。
ところで、回動フレーム２１の回動位置、第１アーム部３１及び第２アーム部３２の揺動量が同じであっても、サブアーム３０を突出させていない場合と、突出させている場合とでは、ロボットハンド１８の位置は異なる。そこで、制御装置４１は、サブアーム３０の突出量を加味（考慮）してロボットハンド１８の位置を制御する。
As shown in FIG. 14, the
By the way, even if the rotation position of the
図１４に示すように、第１アームシリンダＣ４及び第２アームシリンダＣ５の油圧制御回路４４には、圧力センサ４５が設けられている。圧力センサ４５は、第１シリンダ制御弁４２と第１アームシリンダＣ４のロッド側（ピストンロッドが突出する側）の油室とを接続する第１接続油路４４ａ、第１シリンダ制御弁４２と第１アームシリンダＣ４のボトム側（ヘッド側）の油室とを接続する第２接続油路４４ｂ、第２シリンダ制御弁４３と第２アームシリンダＣ５のロッド側の油室とを接続する第３接続油路４４ｃ、第２シリンダ制御弁４３と第２アームシリンダＣ５のボトム側の油室とを接続する第４接続油路４４ｄに設けられている。圧力センサ４５の検出情報によって、アーム１７（第１アームシリンダＣ４及び第２アームシリンダＣ５）に作用する負荷を検出することができる。
As shown in FIG. 14, a
図１４に示すように、各圧力センサ４５は、制御装置４１に接続されている。制御装置４１は、各圧力センサ４５の検出情報を取得可能である。制御装置４１は、アーム１７に作用する負荷（作物２の重さ）に応じて、油圧ポンプＰ１の出力を制御する力制御が可能である。
なお、圧力センサ４５は、第１接続油路４４ａと第２接続油路４４ｂとの両方に設ける必要はなく、いずれか一方に設けられていていればよい。また、圧力センサ４５は、第３接続油路４４ｃと第４接続油路４４ｄとの両方に設ける必要はなく、いずれか一方だけに設けてもよい。
As shown in FIG. 14, each
In addition, the
次に、図１５を参照して、作物２を収穫する場合について説明する。図１５は、作物２としてのスイカが栽培された圃場を示している。
図１５に示すように、圃場には、作物２が栽培された栽培地４６Ａと該栽培地４６Ａに隣接する栽培地４６Ｂとの間に通路４７があり、作物２は、栽培過程で通路４７側に寄せて育成される。走行体３は、通路４７を走行する。走行体３の後方には、例えば、走行体３に追従して走行する追従型の自走式運搬車４８が配置される。作物２が通路４７側に寄せて育成されている場合は、アーム１７は、サブアーム３０を突出させない状態で使用する。
Next, referring to FIG. 15, the case of harvesting the
As shown in FIG. 15, in a field, there is a
本実施形態の農業用ロボット１で作物２を収穫するにあたっては、走行体３は前進方向に進行し、マニピュレータ４は作業姿勢Ｗ１にした状態（例えば、アーム１７を斜め後方に伸ばした状態）でロボットハンド１８の位置制御を行って作物２の収穫を行う。収穫した作物２は、ロボットハンド１８の位置制御を行って運搬車４８に積み込む。なお、作物２から延びるツタは、収穫作業をする前に切っておくか、或いは、ロボットハンド１８またはアーム１７の先端側に切断装置を装備しておき、該切断装置によって収穫作業時（ロボットハンド１８で作物２を把持した際）に切断する。
When the
また、作物２が通路４７から遠い場所にある場合は、アーム１７は、サブアーム３０を突出させて延ばした状態で使用する。サブアーム３０を突出または後退させてアーム１７を伸縮させることにより、作物位置、作業形態に合わせたアーム寸法（アーム長さ）をとることができる。
なお、作物２を収穫した後に、ロボットハンド１８の代わりにアーム１７の先端側にレーキ（熊手）を取り付けて、収穫後にツタや葉を引き寄せる（かき寄せる）作業をすることもできる。この場合、アーム１７は、サブアーム３０を突出させて延ばした状態で使用することにより、通路４７から遠い場所にあるツタや葉を引き寄せることができる。
Moreover, when the
After the
なお、上記では、前進しながら作業をする場合を説明したが、後進しながら作業をすることもできる。
本実施形態の農業用ロボット１は、種々の設計変更が可能である。例えば、アーム１７に、サブアーム３０を設けない場合もある。即ち、アーム１７を第１アーム部３１と第２アーム部３２とで構成することもできる。また、収穫した作物２が収容される運搬車４８は、追従型の自走式運搬車でなくてもよく、走行体３に牽引される牽引式の運搬車であってもよい。つまり、走行体３の後方を走行体３の走行に伴って移動する運搬車４８であればよい。また、収穫した作物２を収容する収容容器を機体６に装備してもよい。
In addition, although the case where the work is performed while moving forward has been described above, it is also possible to perform the work while moving backward.
Various design changes are possible for the
次に、ロボットハンド１８の構成を詳細に説明する。
以下の説明において、外方とは、ロボットハンド１８の中心を通る上下方向に延伸する中心線Ｌ１から該中心線Ｌ１に直交する方向に離れる方向（図１６の矢印Ｌ２方向）をいう。また、内方とは、外方とは反対の方向をいう。つまり、内方とは、中心線Ｌ１に近づく方向（図１６の矢印Ｌ３方向）である。
Next, the configuration of the
In the following description, outward refers to a direction away from a center line L1 extending vertically through the center of the
図１６に示すように、ロボットハンド１８は、アーム１７に取り付けられていて、アーム１７を昇降することにより昇降可能である。ロボットハンド１８は、アーム１７に揺動可能に支持されるハンドフレーム６３を有している。
ハンドフレーム６３は、図１８にも示すように、上板６３Ａと、上板６３Ａの下方に配置された下板６３Ｂと、上板６３Ａと下板６３Ｂとの間に配置されて上板６３Ａと下板６３Ｂとを連結する複数の連結板６３Ｃとを有している。上板６３Ａ及び下板６３Ｂは、中心線Ｌ１を中心とする円形状に形成されている。上板６３Ａの上面には、中心線Ｌ１に直交する方向で対向する一対のブラケット板６４が固定されている。一対のブラケット板６４には、中心線Ｌ１に直交する方向に延伸する軸心を有する支軸６５が設けられている。支軸６５には、取付具６６が軸心回りに回動可能に支持されている。
As shown in FIG. 16 , the
18, the
図１６に示すように、取付具６６は、枢軸６７を介してアーム１７の先端側に設けられた吊りプレート３７に軸心回りに回動可能に支持されている。枢軸６７は、支軸６５の軸心に直交する軸心に平行な軸心を有している。したがって、ロボットハンド１８は、アーム１７に、支軸６５の軸心回り及び枢軸６７の軸心回りに揺動可能に支持されている。
図１７、図１８に示すように、下板６３Ｂの中心部には、円形の開口６９が形成されている。複数の連結板６３Ｃは、開口６９の周りに設けられている。本実施形態では、連結板６３Ｃは、８枚設けられ、中心線Ｌ１回りの周方向Ｙ１に等間隔をあけて配置されている。
As shown in FIG. 16, the
As shown in FIGS. 17 and 18, a
図２３に示すように、下板６３Ｂは、連結板６３Ｃの下端側に固定されたステー片１１０にボルト１１１を介して取り付けられている。
図１６に示すように、ロボットハンド１８は、ハンドフレーム６３に取り付けられる吸着パッド７０を有している。
図１８に示すように、吸着パッド７０は、作物２を吸着する吸盤７２と、吸盤７２が取り付けられる取付ベース７３とを有している。吸盤７２は、ゴム（例えば、シリコンゴム、ウレタンゴム等）等の弾性材料によって形成されている。また、吸盤７２は、作物２の表面形状に追従する柔軟な弾性材料によって形成されている。吸盤７２には、下方にいくにしたがって大径となる截頭円錐形の内部穴７４が上下方向に貫通状に形成されている。吸盤７２は、取付ベース７３の下面側に取り付けられている。取付ベース７３は、下板６３Ｂの下面側に配置され、下板６３Ｂにボルト等の固定具によって取り付けられる。取付ベース７３には、下板６３Ｂの開口６９と吸盤７２の内部穴７４とを連通する連通穴７５を有している。連通穴７５は、下部の大径穴７５ａと、上部の小径穴７５ｂとを有している。
As shown in FIG. 23, the
As shown in FIG. 16 , the
As shown in FIG. 18, the
吸盤７２は、連通穴７５を介して、後述する吸引ポンプ７６（図２７参照）に接続されている。吸盤７２の下面側を作物２に接触させ、吸引ポンプ７６によって内部穴７４内の空気を吸引して該内部穴７４内を負圧にすることにより、ロボットハンド１８は、作物２を吸着して把持する。
本実施形態の農業用ロボット１にあっては、ロボットハンド１８をアーム１７によって作物２の上方に移動させると共に下降させて作物２を吸着するが、図１６に示すように、吸盤７２の向きが作物２の中心に向いていないときには、作物２を良好に吸着するのが困難になる。そこで、本実施形態のロボットハンド１８は、図１６、図１７に示すように、吸盤７２が作物２に接触する前に作物２に当接して吸盤７２が作物２に向くようにハンドフレーム６３を揺動させるガイド機構７７を備えている。
The
In the
図１６、図１７に示すように、ガイド機構７７は、複数のガイドアーム７８と、各ガイドアーム７８に対して設けられた複数の第１バネ部材７９とを有している。本実施形態では、ガイドアーム７８は、吸着パッド７０（吸盤７２）の周囲に８つ設けられている。したがって、第１バネ部材７９も８つ設けられている。８つ（複数）のガイドアーム７８は、吸着パッド７０の周囲に周方向Ｙ１に等間隔をあけて配置されている。
As shown in FIGS. 16 and 17 , the
図１９に示すように、ガイドアーム７８は、上部が下板６３Ｂにブラケット部材８０を介して取り付けられ、下部は吸盤７２よりも下方に突出するように設けられている。
図２０、図２１、図２２に示すように、ブラケット部材８０は、板材によって形成され、取付壁８０ａと、延出壁８０ｂと、複数の支持壁８０ｃと、バネ掛け壁８０ｄとを有している。取付壁８０ａは、下板６３Ｂの外周側に取り付けられる。取付壁８０ａの外方側の端部は、下板６３Ｂ及び吸着パッド７０から外方側にはみ出ている。延出壁８０ｂは、取付壁８０ａの外方側端部から下方に延出されている。延出壁８０ｂは、吸着パッド７０の上部（取付ベース７３）の外方側に対向状に位置している。複数の支持壁８０ｃは、延出壁８０ｂの周方向Ｙ１の一端側から外方側に延出された第１支持壁８０ｃ１と、延出壁８０ｂの周方向Ｙ１の他端側から外方側に延出された第２支持壁８０ｃ２とを含む。バネ掛け壁８０ｄは、取付壁８０ａの周方向Ｙ１の一端側から上方に延出されて形成されている。
As shown in FIG. 19, the
As shown in FIGS. 20, 21, and 22, the
図１９に示すように、ガイドアーム７８は、ブラケット部材８０に枢支される基部８１と、基部８１から下方に延出されたアーム部８２と、アーム部８２の下部に取り付けられた取付板８３と、取付板８３に取り付けられたローラ８４とを有している。
図２０、図２２に示すように、基部８１は、第１支持壁８０ｃ１の内側に配置される第１支持片８１ａと、第２支持壁８０ｃ２の内側に配置される第２支持片８１ｂと、第１支持片８１ａと第２支持片８１ｂの外方側端部同士を連結する連結壁８１ｃとを有している。基部８１は、回動支軸８５によってブラケット部材８０に枢支されている。回動支軸８５は、第１支持壁８０ｃ１、第２支持壁８０ｃ２、第１支持片８１ａ及び第２支持片８１ｂを、板厚方向で貫通している。したがって、ガイドアーム７８は、ハンドフレーム６３にブラケット部材８０を介して回動支軸８５回りに揺動可能に支持されている。
As shown in FIG. 19, the
As shown in FIGS. 20 and 22, the
図２０、図２１に示すように、基部８１は、ブラケット部材８０に当接することでガイドアーム７８の内方側への揺動を規制する規制部８１ｄを有している。規制部８１ｄは、第１支持片８１ａの内方側に設けられている。規制部８１ｄは、ブラケット部材８０の延出壁８０ｂの下端に当接することで、ガイドアーム７８の内方側への揺動を規制する。したがって、ガイドアーム７８は、図１６に示す位置から外方側（複数のガイドアーム７８が広がる方向）に揺動可能である。
As shown in FIGS. 20 and 21, the
図１９、図２１に示すように、第１支持片８１ａの下部には、バネ掛け部８１ｅが形成されている。
図１６、図１９に示すように、アーム部８２は、基部８１の連結壁８１ｃから下方に延出されている。詳しくは、アーム部８２は、連結壁８１ｃの下端から下方に向かうにつれて外方に移行する傾斜方向に延びた後、下方に向けて緩やかに屈曲している。
As shown in FIGS. 19 and 21, a
As shown in FIGS. 16 and 19, the
図１９に示すように、取付板８３は、上部がアーム部８２の下部の外方側の面に取り付けられ、下部はアーム部８２の下端から下方に突出している。取付壁８０ａの下部の内方側の面には、ローラブラケット８６が固定されている。ローラ８４は、ローラブラケット８６に回転可能に枢支されている。複数（本実施形態では８つ）のローラ８４は、中心線Ｌ１を中心とする同一円周上に配置されている。
As shown in FIG. 19 , the mounting
図１９、図２０に示すように、第１バネ部材７９は、ねじりコイルバネによって形成されている。第１バネ部材７９のコイル部７９ａは、第１支持片８１ａと第２支持片８１ｂとの間で回動支軸８５の外側に嵌められている。第１バネ部材７９の一端７９ｂは、取付壁８０ａ上に当接している。第１バネ部材７９の他端７９ｃは、バネ掛け部８１ｅに引っ掛けられている。第１バネ部材７９の付勢力は、ガイドアーム７８を内方側へ揺動させる方向に作用している。
As shown in FIGS. 19 and 20, the
ロボットハンド１８で収穫する作物２によっては、作物２がツタ（茎）や葉等で覆われていることがある。作物２がツタや葉で覆われていると、吸盤７２と作物２との間にツタや葉が入って吸着の邪魔になる場合がある。そこで、作物２における吸盤７２を接触させる部分である接触予定部分８７（図２４、図２５参照）のツタを払い除ける払い除け機構８８を備えている。
Depending on the
図１６に示すように、払い除け機構８８は、接触予定部分８７のツタを払い除ける払い除けアーム８９と、払い除けアーム８９を付勢する第２バネ部材９０とを有している。
図１７に示すように、本実施形態では、８つ（複数）の払い除けアーム８９が設けられている。払い除けアーム８９は、周方向Ｙ１で隣接するガイドアーム７８の間に設けられている。即ち、ガイドアーム７８と払い除けアーム８９とは、周方向Ｙ１に交互に配置されている。
As shown in FIG. 16, the brush-
As shown in FIG. 17, in this embodiment, eight (a plurality of) brushing
図１８に示すように、払い除けアーム８９は、ツタを払い除ける払い除けツメ９１と、払い除けツメ９１を支持するリンク機構９２とを有している。払い除けツメ９１は、第１部位９１ａと、第２部位９１ｂと、第３部位９１ｃとを有している。第１部位９１ａは、吸着パッド７０の外方側に配置され、上下方向に延伸している。第１部位９１ａの下部は、吸着パッド７０よりも下方に突出している。第２部位９１ｂは、第１部位９１ａの下端から内方（中心線Ｌ１）に向かうにつれて下方に移行する傾斜方向に延出されている。第３部位９１ｃは、第２部位９１ｂの下端から下方に延出されている。第３部位９１ｃは、中心線Ｌ１の近傍に位置している。第３部位９１ｃの下端は、円弧状に形成され、且つローラ８４（ガイドアーム７８の下端）よりも上方に位置している（図１６参照）。
As shown in FIG. 18, the brushing
図１８に示すように、リンク機構９２は、パラレルリンクによって構成されている。したがって、払い除けツメ９１は、平行移動で移動するようにリンク機構９２に支持されている。リンク機構９２は、第１リンク９２Ａと、第２リンク９２Ｂとを有している。第１リンク９２Ａは、直線状に形成され、連結板６３Ｃの上部から払い除けツメ９１の上部にかけて、下方に向かうにしたがって外方に移行する傾斜方向に延伸している。第１リンク９２Ａは、上部が連結板６３Ｃの上部にピン９３によって枢支連結され、下部は、払い除けツメ９１の上部にピン９４によって枢支連結されている。第１リンク９２Ａの上部には、バネ掛け片１０９が設けられている。バネ掛け片１０９は、バネ掛け壁８０ｄの上方に位置している（図２３参照）。
As shown in FIG. 18, the
第２リンク９２Ｂの上部は、連結板６３Ｃの下部にピン９５によって枢支連結されている。第２リンク９２Ｂの中途部は、第１リンク９２Ａの下方に平行に配置されている。第２リンク９２Ｂの下部は、中途部の下端から下方に向けて延出しており、第１部位９１ａと第２部位９１ｂとのコーナ部にピン９６によって枢支連結されている。
図１８に示すように、バネ掛け片１０９とバネ掛け壁８０ｄとにわたって第２バネ部材９０が設けられている。第２バネ部材９０は、引っ張りコイルバネによって形成されている。第２バネ部材９０の付勢力は第１リンク９２Ａを引き下げる方向に付勢しており、第２リンク９２Ｂが下板６３Ｂに当接することでリンク機構９２（払い除けアーム８９）の下方揺動が規制されている。
The upper portion of the
As shown in FIG. 18, a
なお、上記ロボットハンド１８において、アーム部８２を帯状のバネ板によって形成してもよい。この場合、第１バネ部材７９を省略することができる。また、ガイドアーム７８及び払い除けアーム８９の数は、上記実施形態に限定されることはない。
次に、スイカ等の作物２を収穫する際のロボットハンド１８の動作について説明する。なお、以下の動作は、作物２からのびるツタ（つる）を切断した状態で作物２を収穫する場合について述べる。
In addition, in the
Next, the operation of the
先ず、図１６に示す状態でロボットハンド１８をアームによって作物２の上方に移動する。この図１６に示す状態では、ロボットハンド１８は、ガイドアーム７８の規制部８１ｄがブラケット部材８０に当接し、払い除けアーム８９が閉じた状態である。この状態でロボットハンド１８をアームによって作物２に向けて下降させ吸盤７２で作物２を吸着するが、ロボットハンド１８を作物２に向けて下降する際に、ガイド機構７７は、吸盤７２が作物２に接触するよりも先に作物２に当接し、吸盤７２が作物２に向くようにハンドフレーム６３を揺動させる。詳しくは、図１６に示すように、吸盤７２の向きが作物２の中心を向いていない場合、複数のガイドアーム７８（ローラ８４）のうちの一部が作物２に当接し、複数のガイドアーム７８（ローラ８４）のうちの一部が作物２に当接しない状態となる。この図１６に示す状態からさらにロボットハンド１８が下降すると、該ロボットハンド１８の下降により、図２４に示すように、ガイド機構７７は、すべてのガイドアーム７８が作物２に当接するようにハンドフレーム６３を揺動させ、吸盤７２の向きを作物２の中心Ｏ１の方に向ける。これにより、吸盤７２によって作物２を確実に吸着（吸引）することができる。
First, the
また、払い除け機構８８は、図２４に示すように、払い除けツメ９１の下端が作物２における吸盤７２を接触させる部分である接触予定部分８７に当接すると共に作物２からの反力によって払い除けツメ９１が作物２の表面に沿って外方に移動することによって開く。これにより、接触予定部分８７にあるツタや葉を払い除けることができ、ツタや葉が咬み込まれることなく、吸盤７２を作物２に接触させることができる。
In addition, as shown in FIG. 24, the
その後、ロボットハンド１８の下降によって、図２５に示すように、払い除けツメ９１が作物２の表面に沿って接触予定部分８７の範囲外に移動し、接触予定部分８７にあるツタを払い除ける。吸盤７２は、接触予定部分８７に接触し、吸引によって作物２を吸着する。第２バネ部材９０は、払い除けツメ９１を作物２に押圧すると共に払い除ける反力によって払い除けツメ９１が戻るのを抑制する。
Thereafter, as the
一方、ガイド機構７７は、作物２の大きさが初期の状態（図１６に示す状態）におけるローラ８４が配置される円周の大きさよりも大きい場合、吸盤７２を作物２に押し当てる過程で、ガイドの機能を保ったまま作物２の形状に合わせて逃げることができる。言い換えると、ガイド機構７７は、ロボットハンド１８の下降によって各ガイドアーム７８が作物２に押しつけられると、図２５、図２６に示すように、各ガイドアーム７８が作物２からの反力によって押圧されて外方に揺動することによって広がる。
On the other hand, when the size of the
吸盤７２によって吸着された作物２は、ロボットハンド１８を上昇させることで持ち上げられ、所望の移動場所（追従型の自走式運搬車４８等）へ移動させた後、吸引を解除することで解放される。その後は、ロボットハンド１８を、次の収穫目標の作物２へ移動させ、上記した動作を繰り返すことにより、順次、作物２を収穫することができる。
本実施形態の農業用ロボット１にあっては、図２７に示すように、吸盤７２（吸着パッド７０）は、分水部９７や異物補修部９８（エアフィルタ）を含む管体９９によって吸引ポンプ７６（真空ポンプ）に接続されている。管体９９を介して吸引ポンプ７６によって吸盤７２の内部穴７４内の空気を吸引することで吸盤７２に作物２を吸着することができる。吸盤７２は、第１接続管１００によって分水部９７に接続され、分水部９７は、第２接続管１０１によって異物補修部９８に接続され、異物補修部９８は、第３接続管１０２によって吸引ポンプ７６に接続されている。分水部９７は、吸引する空気から水分を分離する部品である。異物補修部９８は、吸引ポンプ７６で吸引する空気から土、埃等の異物を分離（取り除く）部品である。
The
In the
吸引ポンプ７６で吸引することで作物２を吸着パッド７０に吸着して把持する方式のロボットハンド１８にあっては、空気とともに水や土、埃等の異物も吸引していまい、吸引ポンプ７６にダメージを与えてしまう恐れがある。そこで、本実施形態では、吸着パッド７０から吸引ポンプ７６に至る管路に分水部９７及び異物補修部９８を設けることにより、吸引する空気から水を分離すると共に異物を捕集することで、吸引ポンプ７６まで水や異物が吸引されるのを防止（抑制）することができる。
In the
分水部９７は、例えば、図２８に示すように、貯水式の分水部９７で構成される。貯水式の分水部９７は、中空容器９７Ａの内部に第１接続管１００を中空容器９７Ａの上部にまで挿入するようにして構成したものである。この貯水式の分水部９７にあっては、吸着パッド７０から吸引される空気は、第１接続管１００から送出されて第２接続管１０１に吸入されるが、その時に水１０３が分離されて中空容器９７Ａ内に貯まるよう構成されている。
For example, as shown in FIG. 28, the
分水部９７は、管をＳ字形に形成したものであってもよい。また、分水部９７は、第１接続管１００の上端を中空容器９７Ａ内に挿入しないで構成した図２９に示す垂れ流し式の分水部９７であってもよい。
また、異物補修部９８は、ケース内に収容されたフィルタに吸引空気を通すことにより異物を捕集する形式のものであってもよいし、サイクロン方式により異物を捕集するものであってもよい。また、高機能膜で異物と水分とを同時に捕集して、空気だけを吸引ポンプ７６側に通過させるものであってもよい。
The
The foreign
また、一定量以上の水や異物が貯まると、分水部９７及び異物補修部９８に設けられたセンサの信号により、又は吸引ポンプ７６の電流値の変化等を検知することにより、分水部９７に一定以上の水が貯まったことや、異物補修部９８に一定量以上の異物等が貯まったことを警報（報知）するようにしてもよい。また、一定量以上の水や異物が貯まった場合に、吸引ポンプ７６を停止するようにしてもよい。また、警報し且つ吸引ポンプ７６を停止するようにしてもよい。また、吸引ポンプ７６に、例えば、吸引ポンプ７６を逆回転して吸引ポンプ７６に侵入した水や異物を排出させるポンプ保護機能を設けてもよい。
In addition, when a certain amount of water or foreign matter accumulates, the
図３０～図３３は、他の形式の払い除け機構８８を備えたロボットハンド１８の変形例を示している。
図３０に示す変形例は、ブラシ１０４を吸着パッド７０（吸盤７２）の横（前方または後方或いは側方）に配置して構成したロボットハンド１８である。ブラシ１０４は、吸着パッド７０に設けられた支持ブラケット１０５に吸盤７２よりも下方に突出するように取り付けられている。支持ブラケット１０５は、吸着パッド７０上に固定されたブラケット板６４に取り付けられている。この図３０に示す変形例にあっては、ブラシ１０４が吸盤７２よりも先に作物２の上部に接触するように、ロボットハンド１８を作物２に対して横方向（水平方向）からアプローチ（移動）させることにより、ブラシ１０４によって作物２における接触予定部分８７にあるツタ１１２や葉１１３を払い除けるようにしたものである。なお、ブラシ１０４を吸盤７２に対して斜め横に配置し、作物２に対してロボットハンド１８を斜め横方向からアプローチさせるようにしてもよい。
FIGS. 30-33 show variations of the
The modification shown in FIG. 30 is a
図３１に示す変形例は、図３０の変形例におけるブラシ１０４が回転する回転ブラシ１０６によって構成されている点が、図３０の変形例と異なる。回転ブラシ１０６は、図３１の矢印Ｙ２で示す方向に回転駆動される。その他の点は、図３０に示す変形例と同様に構成される。
図３２に示す変形例は、吸着パッド７０は、複数の吸盤７２を有し、吸着パッド７０の下方側にブラシ１０４を配置し、該ブラシ１０４を支持リンク１０７によって吸着パッド７０に支持して構成されている。支持リンク１０７は、ブラシ１０４が吸着パッド７０の下方を横切って変位するように該ブラシ１０４を支持している。この図３２に示す変形例にあっては、作物２に対して吸着パッド７０を上方からアプローチさせる際に、ブラシ１０４が吸着パッド７０の下方を横方向に移動することにより接触予定部分８７にあるツタ等を払い除ける。
The modification shown in FIG. 31 differs from the modification of FIG. 30 in that the
32, the
図３３に示す変形例は、吸着パッド７０の周囲を取り囲む回転ブラシ１０８を備えたロボットハンド１８を示している。この図３３に示す変形例にあっては、作物２に対して吸着パッド７０を上方からアプローチさせる際に、回転ブラシ１０８が回転することにより接触予定部分８７にあるツタ等を払い除ける。
上記のロボットハンド１８は、昇降可能なアーム１７に取り付けられるロボットハンド１８であって、アーム１７に揺動可能に支持されるハンドフレーム６３と、ハンドフレーム６３に取り付けられ、作物２に接触して作物２を吸着する吸盤７２と、吸盤７２が前記作物２に接触する前に作物２に当接して吸盤７２が作物２に向くようにハンドフレーム６３を揺動させるガイド機構７７と、を備えている。
A modification shown in FIG. 33 shows a
The above-mentioned
この構成によれば、作物２に対して吸盤７２の向きがズレていても、作物２に対する吸盤７２の向きがガイド機構７７によって修正されるので、吸盤７２と作物２との位置合わせを容易に行える。
また、ガイド機構７７は、吸盤７２の周囲に吸盤７２よりも下方に突出するように設けられた複数のガイドアーム７８を有し、複数のガイドアーム７８のすべてが作物２に当接することで吸盤７２を作物２の中心に向ける。
According to this configuration, even if the direction of the
Further, the
この構成によれば、アームによってロボットハンド１８を作物２に近づける過程で吸盤７２の向きを作物２に自動的に向けることができる。
また、複数のガイドアーム７８は、ハンドフレーム６３に揺動可能に支持され、ガイド機構７７は、ガイドアーム７８を作物２に押しつける方向に付勢する第１バネ部材７９を有している。
According to this configuration, the orientation of the
A plurality of
この構成によれば、複数のガイドアーム７８が広がる方向に揺動することで、作物２の大きさに対応することができる。
また、作物２における吸盤７２を接触させる部分である接触予定部分８７のツタを払い除ける払い除け機構８８を備えている。
この構成によれば、吸盤７２と作物２との間にツタが入り込んで咬み込むのを抑制することができる。
According to this configuration, it is possible to correspond to the size of the
Further, a
According to this configuration, it is possible to prevent the ivy from entering between the
また、払い除け機構８８は、接触予定部分８７のツタを払い除ける払い除けアーム８９と、払い除けアーム８９を作物２に押しつける方向に付勢する第２バネ部材９０とを有し、払い除けアーム８９は、ハンドフレーム６３を下降させて接触予定部分８７に押しつけられることで作物２からの反力によって作物２の表面に沿って接触予定部分８７の範囲外に移動する。
In addition, the
この構成によれば、払い除けアーム８９が作物２の表面に沿って移動してツタを払い除ける際に、払い除けアーム８９がツタからの反力によって押し返されるのを抑制することができる。
また、払い除けアーム８９は、作物２の表面に接触しながら移動する払い除けツメ９１と、払い除けツメ９１とハンドフレーム６３とを連結し且つ払い除けツメ９１を平行移動で移動可能に支持するリンク機構９２とを有している。
According to this configuration, when the brushing
The
この構成によれば、接触予定部分８７にツタを良好に払い除けることができる。
上記ロボットハンドは、農業用ロボットに採用することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
According to this configuration, it is possible to favorably remove ivy from the
The robot hand described above can be employed in an agricultural robot.
Although one embodiment of the present invention has been described above, it should be considered that the embodiment disclosed this time is illustrative in all respects and is not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims.
６１ ロボットハンド
６２ アーム
６３ ハンドフレーム
７１ 作物
７２ 吸盤
７７ ガイド機構
７８ ガイドアーム
７９ 第１バネ部材
８７ 接触予定部分
８８ 払い除け機構
８９ 払い除けアーム
９０ 第２バネ部材
９１ 払い除けツメ
９２ リンク機構
61 robot hand 62
Claims (6)
前記アームに揺動可能に支持されるハンドフレームと、
前記ハンドフレームに取り付けられ、前記作物を吸着する吸盤と、
前記吸盤が前記作物を吸着する前に前記作物に当接して前記吸盤が前記作物に向くように前記ハンドフレームを揺動させるガイド機構と、
前記作物における前記吸盤を接触させる部分である接触予定部分にある茎又は葉を払い除ける払い除け機構と、
を備え、
前記払い除け機構は、前記接触予定部分にある茎又は葉を払い除ける払い除けアームと、前記払い除けアームを前記作物に押しつける方向に付勢する第２バネ部材とを有し、
前記払い除けアームは、前記ハンドフレームを下降させて前記接触予定部分に押しつけられることで前記作物からの反力によって前記作物の表面に沿って前記接触予定部分の範囲外に移動するロボットハンド。 A robot hand attached to a liftable arm,
a hand frame swingably supported by the arm;
a suction cup attached to the hand frame for sucking the crop;
a guide mechanism for swinging the hand frame so that the suction cups face the crop by contacting the crop before the suction cups suck the crop;
a brushing mechanism for brushing off the stems or leaves in the planned contact portion, which is the portion of the crop that the sucker contacts;
with
The brushing mechanism has a brushing arm for brushing off stems or leaves from the portion to be contacted, and a second spring member for biasing the brushing arm in a direction to press the crop,
The robot hand moves the removing arm along the surface of the crop out of the range of the expected contact portion by lowering the hand frame and being pressed against the expected contact portion along the surface of the crop by a reaction force from the crop.
前記ガイド機構は、前記ガイドアームを前記作物に押しつける方向に付勢する第１バネ部材を有している請求項２に記載のロボットハンド。 The plurality of guide arms are swingably supported by the hand frame,
3. The robot hand according to claim 2, wherein the guide mechanism has a first spring member that biases the guide arm in a direction to press the crop.
前記作物の表面に接触しながら移動する払い除けツメと、
前記払い除けツメと前記ハンドフレームとを連結し且つ前記払い除けツメを平行移動で移動可能に支持するリンク機構とを有している請求項１～３のいずれか１項に記載のロボットハンド。 The brushing arm is
a sweeping claw that moves while contacting the surface of the crop;
4. The robot hand according to any one of claims 1 to 3, further comprising a link mechanism that connects said sweeping claw and said hand frame and supports said sweeping claw so as to be movable in parallel.
前記アームに揺動可能に支持されるハンドフレームと、a hand frame swingably supported by the arm;
前記ハンドフレームに取り付けられ、前記作物を吸着する吸盤と、a suction cup attached to the hand frame for sucking the crop;
前記吸盤が前記作物を吸着する前に前記作物に当接して前記吸盤が前記作物に向くように前記ハンドフレームを揺動させるガイド機構と、a guide mechanism for swinging the hand frame so that the suction cups face the crop by contacting the crop before the suction cups suck the crop;
前記作物における前記吸盤を接触させる部分である接触予定部分にある茎又は葉を払い除ける払い除け機構と、a brushing mechanism for brushing off the stems or leaves in the planned contact portion, which is the portion of the crop that the sucker contacts;
を備え、with
前記ガイド機構は、前記吸盤の周囲に前記吸盤よりも下方に突出するように設けられた複数のガイドアームを有し、The guide mechanism has a plurality of guide arms provided around the suction cup so as to protrude below the suction cup,
前記払い除け機構は、前記接触予定部分にある茎又は葉を払い除ける払い除けアームを有し、The brushing mechanism has a brushing arm for brushing off the stems or leaves at the portion to be contacted,
前記ガイドアームと前記払い除けアームは、周方向に交互に配置されているロボットハンド。The robot hand, wherein the guide arms and the brushing arms are alternately arranged in a circumferential direction.
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