JP7308482B2

JP7308482B2 - 収穫ロボットシステム

Info

Publication number: JP7308482B2
Application number: JP2019110516A
Authority: JP
Inventors: 亮戸島; 善夫金田; 俊樹森山
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-06-13
Filing date: 2019-06-13
Publication date: 2023-07-14
Anticipated expiration: 2039-06-13
Also published as: NL1043685A; NL1043685B1; JP2020201882A

Description

本発明は、トマトやリンゴなどの果実類を自動的に収穫し、かつ回収も自動で行う収穫ロボットシステムに関するものである。

日本社会における今後の社会課題として、高齢化による生産人口の減少が懸念されている。特に第１次産業である農業について、日本を取り巻く環境は、高齢化が特に顕著であり、労働不足という観点で非常に厳しい状況にある。農林水産省の基本データによると、２０１４年の基幹的農業従事者は１６８万人であり、５年間で約２３万人の減少となっている。また、平均年齢が６６．５歳、新規就農者も減少傾向と、高齢化による労働不足が浮き彫りになる数字となっている。このことにより、耕作放棄地も４０万ｈａに達する状況であり、地域の営農環境や生活環境にも悪影響を与える状況である。特に耕作地が多く存在する地方においては、少子高齢化による過疎化も進み、農業の担い手がいないことからこの問題の顕在化が進んできている。

そのような中、農業の自動化による労働力不足への対応に対する期待が高まっている。経済産業省の「２０１２年ロボット産業の市場動向」によれば、２０１８年から２０２４年にかけて農業関連ロボット国内市場は大きく伸びるとされ、約２２００億円の規模になると予想されている。実際に、ドローンを使った管理、トラクターの自動運転、栽培をナビゲーションするシステムなど、農業の自動化につながる開発も活発になってきている。また、農林水産省においても、農業の自動化を支援するような補助制度が充実化しており、国からのこの分野への期待も非常に高い。

その中で収穫の自動化に関する技術についても、従来、企業や大学などにおいて研究が進んでおり、様々な果実、果実的野菜、果菜類に対し自動的に収穫を行う収穫ロボットが多数提案されている。しかし、収穫ロボットが収穫した対象物をどのような物流システムで効率的に集荷ステーションまで運ぶかの収穫物回収まで含めた収穫ロボットシステムに関する提案は少ない。すなわち提案されている大半の収穫ロボットにおいて収穫した対象物を収納した収納籠の回収は人手によっている。しかし収穫作業の省人化をより一層進めるためには収穫作業そのものの自動化だけでなく収穫物回収の自動化まで考慮した収穫ロボットシステムを構築する必要があるのはいうまでもない。また、その収穫物回収システムによって収穫ロボットの形態も変わってくるので、収穫ロボットと回収物流システムは一体のシステムとして考える必要がある。

そのような中、収納籠回収までを自動で行う従来の収穫ロボットシステムとして、収穫ロボット１台に２台の回収ロボットを従わせて回収ロボットが交互に集荷ステーションまで収納籠を運搬しているものがある（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１記載の収穫ロボットシステムは収穫ロボットが収穫した対象物を収穫ロボットに追従している回収ロボットが備えている収納籠に収納し、前記回収ロボットは収納籠が満杯になると収穫ロボットを離れ集荷ステーションに向かう。その間、収穫ロボットは畝道前後方向において収穫ロボットを挟んで反対側に位置する別の回収ロボットの収納籠に収穫対象物を収納することで、収穫ロボットの収穫作業は中断することなく連続的に行われる。

特開２０１７－８７４０４号公報

しかしながら、前記従来の構成では、収穫ロボット１台につき２台の回収ロボットが必要で、収穫ロボットシステムとしては費用対効果が低いという課題を有している。さらに、すれ違いのできない狭い畝道で収穫ロボットを挟んで２台の回収ロボットが配置され、それぞれが畝道から集荷ステーションへ向かう都合上、適用できる農園形態としては畝道の両端それぞれに集荷ステーションに続く通路が必要という課題を有している。ちなみに面積生産性の観点から、畝道片側端は行き止まりの形態をとる農園が多い。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、農園形態への適用性の高い収穫ロボットシステムを提供することを目的とする。

前述した課題を解決する主たる本開示は、
農園内で対象物を収穫する収穫ロボットと、前記収穫ロボットが有する前記対象物を収納した収納籠を回収して集荷ステーションに運搬する回収ロボットと、前記収穫ロボット及び前記回収ロボットそれぞれと通信可能に構成されたサーバーと、を含む収穫ロボットシステムであって、
前記サーバーは、
前記収穫ロボットが搭載する前記収納籠の満杯状態を認識した場合、もしくは所定の指示された収穫を完了した場合、前記農園内の収穫対象エリア、走行可能エリア及び前記集荷ステーションの位置を規定する農園マップ情報と、前記収穫ロボットの現在位置情報と、前記回収ロボットの現在位置情報とに基づいて、前記収穫ロボットに前記収納籠を自身から分離して載置させる載置位置、及び、前記回収ロボットに前記収穫ロボットが載置した前記収納籠を回収させ、前記集荷ステーションに運搬させる回収ルートを決定する判断部と、
前記載置位置の情報を含む第１回収指示情報を前記収穫ロボットに送信すると共に、前記ルートの情報を含む第２回収指示情報を前記回収ロボットに送信する第１送受信部と、
を備える、収穫ロボットシステムである。

以上のように、本発明の収穫ロボットシステムによれば、様々な農園形態へ適用することができる。

本発明の実施の形態における収穫ロボットシステムの全体システム構成図本発明の実施の形態におけるサーバーのブロック図本発明の実施の形態における収穫ロボットの構成図本発明の実施の形態における回収ロボットの構成図本発明の実施の形態における集荷ステーションのブロック図本発明の実施の形態におけるホームステーションのブロック図本発明の実施の形態における農園全体概略レイアウト図本発明の実施の形態における収穫・回収・収納籠供給基本動作フロー図

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態における収穫ロボットシステムの全体システム構成図である。

図１において、サーバー１０１は、複数台の収穫ロボット１０２と、１台以上の回収ロボット１０３と、集荷ステーション１０４と、収穫ロボット１０２または回収ロボット１０３が待機するホームステーション１０５と、オペレータ１０６が入出力を行う入出力手段１０７と、さらに他農園のサーバー１０８と接続可能なインターネット１０９と、有線または無線で接続され有機的に関連して収穫ロボットシステムを構成している。

図２は、サーバー１０１のブロック図である。

図２に示すように、サーバー１０１は収穫ロボット１０２および回収ロボット１０３に無線ＬＡＮ等で情報を送信し、また受信する第１送受信部２０１と、集荷ステーション１０４と、ホームステーション１０５と、入出力手段１０７と、インターネット１０９を介して他農園のサーバー１０８と、に有線または無線で情報を出力し、または入力する入出力部２０２と、マップアドレス付き画像データと収穫与条件とに基づき収穫対象エリアを決定し、収納済収納籠の回収順序と回収ルートを決定し、また空収納籠供給配車計画を決定する判断部２０３と、マップアドレス付画像データを含む大量の情報を蓄積できる大容量記憶装置２０４と、から構成される。

図３は、本発明の実施の形態における収穫ロボット１０２の構成図である。

図３に示すように、収穫ロボット１０２は、カメラで収穫対象物と収納籠の撮影を行う撮影部３０１と、ＧＰＳ、レーザーレーダー、白線マーカー、風景認識照合等により自位置を特定する第１自位置検出手段３０２と、マップアドレス付画像データを含む情報を、無線ＬＡＮ等によりサーバーに送り、またサーバーからの指示情報を受ける第２送受信部３０３と、マニピュレータで対象物３０６を採取し収納籠３０７に収納する収穫部３０４と、地上に載置された積層された収納籠３０７の最下層の収納籠３０７を把持し持ち上げる第１リフター機構３０５と、積層された収納籠３０７の下から２段目より上の空の収納籠３０７を順次把持持ち上げ分離する第３リフター機構３０９と、上記機器すべてを搭載し、畝道７０５およびメイン通路７０３を自動走行できる自走台車部３０８と、から構成される。

なお、撮影部３０１はステレオカメラが望ましい。収穫対象エリア決定のためのマップアドレス付画像データ取得だけに使用するのであれば通常の２次元エリアカメラでよいが、本発明の実施の形態においては、この撮影部３０１は収穫作業や収納籠３０７拾い上げ時にも使用する。収穫のためには対象物３０６までの距離情報が、収納籠３０７を拾いあげるには収納籠３０７までの距離情報が必要である。もし通常の２次元エリアカメラを使用する場合は、別途レーザーセンサー等の測距装置が必要となる。

収穫部３０４は収穫すべき対象物の種類により形態は異なる。従来様々な収穫ロボット、収穫マニピュレータ、収穫ハンドが提案されているので、詳細の説明は省略する。なお、図３では対象物３０６を採取するマニピュレータがそのまま対象物３０６を収納籠３０７に収納する形態としているが、対象物３０６を採取するマニピュレータと対象物３０６を収納籠３０７に収納する収納機構とに分かれていてもよい。その場合は採取するマニピュレータと前記収納機構を合わせて収穫部３０４とする。

収納籠３０７は例えばプラスチック製で中に対象物を収納した状態で積み重ねることができる、いわゆるコンテナと呼ばれる類の箱である。

また、自走台車部３０８は一般にＡＧＶ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧｕｉｄｅｄＶｅｈｉｃｌｅ）と呼ばれているもので、詳細の説明は割愛する。なお、図３は車輪で走行する例を示したが、農園の特性に応じてクローラー等が採用されてもよい。

図４は本発明の実施の形態における回収ロボット１０３の構成図である。

図４に示すように回収ロボット１０３は、前記第１リフター機構３０５と同じ機能を有する第２リフター機構４０１と、前記第１自位置検出手段３０２と同じ機能を有する第２自位置検出手段４０２と、前記第２送受信部３０３と同じ機能を有する第３送受信部４０３と、上記機器すべてを搭載し、メイン通路７０３を自動走行できる自走台車部４０４と、から構成される。

図５は本発明の実施の形態における集荷ステーション１０４のブロック図である。

図５に示すように集荷ステーション１０４は、複数の収穫済収納籠３０７を回収ロボット１０３から受け取り、例えばローラーコンベア上でストック可能な収穫済収納籠ストック部５０１と、複数の空の収納籠３０７を、例えばローラーコンベア上でストック可能で、サーバー１０１または回収ロボット１０３からの要求で空の収納籠３０７を回収ロボット１０３に受け渡し可能な空収納籠ストック部５０２と、から構成される。

尚、集荷ステーション１０４は、収穫済収納籠ストック部５０１の空きスペース情報をサーバー１０１へ送信したり、空収納籠ストック部５０２に存在する空収納籠の在庫量を含む在庫情報をサーバー１０１へ送信する第４送受信部（図示せず）も有している。

図６は本発明の実施の形態におけるホームステーション１０５のブロック図である。

ホームステーション１０５は収穫ロボット１０２または回収ロボット１０３が収穫作業または回収作業を行わないとき係留される場所で、複数台分の駐機スペースが用意される。

図６に示すようにホームステーション１０５は、収穫ロボット１０２の収穫部３０４の収穫するためのマニピュレータ先端のツールを他の種類の対象物を収穫するものに、または他の作業に使用するツールに交換するツールチェンジ部６０１と、収穫ロボット１０２または回収ロボット１０３の駆動用充電池の充電を行う充電部６０２と、から構成される。

図７は本発明の実施の形態における代表的な農園全体の概略レイアウト図である。図７において、図１、図５と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図７に示すように、農園は大きくは農作物を栽培する栽培ヤード７０１と収穫した農作物を選別袋詰めして出荷する選別出荷ヤード７０２により構成される。栽培ヤード７０１は露地でもビニールハウスのような温室でもよい。また栽培ヤード７０１と選別出荷ヤード７０２は直結されていても、通路でつながっていてもよい。

栽培ヤード７０１の中央に収穫ロボット１０２や回収ロボット１０３が走行する比較的広いメイン通路７０３がある。メイン通路７０３はそのまま選別出荷ヤード７０２に繋がっている。メイン通路７０３の両側にトマトやイチゴなどの農作物が栽培される畝７０４が縦にそれぞれ数本ずつ配置される。畝７０４は文字通りの土が盛り上がった畝であっても、オランダ式フェンロ―型施設栽培で見られる高設栽培用の栽培箱であっても、また、果樹の立ち木の並びであってもよい。この畝７０４で栽培され、収穫すべき対象物３０６が存在する領域が収穫エリアである。畝７０４と畝７０４の間に畝道７０５があり、収穫ロボット１０２が通過できるようになっている。収穫ロボット１０２は両側の畝７０４から対象物３０６を収穫できる。畝道７０５は土面でも温室の場合は温水パイプが敷設されていてもよい。温水パイプが敷設されている場合、収穫ロボット１０２は温水パイプを畝道走行のための軌道として利用できる。図７に示すように畝道７０５のメイン通路７０３反対側端は行き止まりでもよい。収穫ロボット１０２は収穫後畝道７０５を引き返し、いったんメイン通路７０３に出てから収穫済収納籠３０７を降ろし、次の畝道７０５に向かう。なお、このとき収穫ロボット１０２は例えば往路が右側の畝７０４の収穫、復路が左側の畝７０４の収穫とすると効率がよい。ちなみに多くの農園は図７に示すように畝道の反対側は行き止まりになっている。これは、栽培ヤード７０１の面積生産性を高めるためである。

収穫した対象物３０６を収納した収納籠３０７もしくは空の収納籠３０７は、メイン通路７０３の他の作業の邪魔にならない位置、例えばメイン通路７０３脇の畝端部にそれぞれ仮置きされる。

収穫ロボット１０２がメイン通路７０３脇に仮置きした収穫済収納籠３０７は回収ロボット１０３が回収し、集荷ステーション１０４の収穫済収納籠ストック部５０１に運び、ストックされる。収穫済収納籠ストック部５０１は例えばローラーコンベアで、収納籠３０７をストックするとともに選別袋詰め作業者７０６の近傍まで収納籠３０７を搬送する。途中に段ばらしユニット７０８があり、積み重ねられた収納籠３０７を１個ずつに分離したうえで、選別袋詰め作業者７０６のところまで搬送される。

選別袋詰め作業者７０６は収納籠３０７の中から対象物３０６を取出し、選別し、所定の手順に従って袋に収納し、出荷コンベア７０７に置く。収穫物の入った袋はコンベアで次工程に運ばれ、その後袋は箱詰めされて出荷される。

一方、空になった収納籠３０７は空収納籠ストック部５０２に繋がるコンベア上に、選別袋詰め作業者７０６が置く。空の収納籠３０７は空収納籠ストック部５０２までコンベアで搬送されるが、途中に段積みユニット７０９があり、空の収納籠３０７は所定の段数に積み上げられた後、空収納籠ストック部５０２に搬送され、ストックされる。その後、サーバー１０１からの要求に従い、空の収納籠３０７は回収ロボット１０３により栽培ヤード７０１に搬送され、メイン通路７０３脇の指定された場所に載置される。載置された空の収穫籠３０７を収穫ロボット１０２が拾い上げ収穫に向かう。このようにして収納籠３０７の循環物流系が機能する。

サーバー１０１と入出力手段１０７は農園内の適切な場所に設置される。

ホームステーション１０５はメイン通路７０３に近接するスペースに設置され、複数台の収穫ロボット１０２または回収ロボット１０３を係留できる。係留した場所でツールの交換や充電池の充電が行われる。

メイン通路７０３は複数台の収穫ロボット１０２と回収ロボット１０３が行き来するため、メイン通路７０３内での基本走行ルートとルールを決めておくとよい。例えば、メイン通路７０３を２車線に区切りそれぞれ進行方向を限定する。すなわち往路と復路を完全に分離し、常時互いにすれ違いができるようにする。回収ロボット１０３の基本走行ルートはメイン通路７０３端で折り返し、選別出荷ヤード７０２内ではメイン通路７０３→収穫済収納籠ストック部５０１→空収納籠ストック部５０２→メイン通路７０３と繋げ、閉回路を構成するのが望ましい。複数台の回収ロボット１０３はその閉回路に沿って一方向にそれぞれ巡回する。走行ルートは白線で表示しても磁気テープを貼り付けても、農園マップ情報で定義してもよい。

もちろん、選別出荷ヤード７０２に近い場所で空の収納籠３０７の設置と収穫済収納籠３０７の回収を終えた回収ロボット１０３は最後まで前記閉回路をなぞることなく、すぐに集荷ステーション１０４に向かうべくショートカットする。このルート指示もサーバー１０１から出される。

なお、農園の形態は図７に例示する形態に限らない。回収ロボット１０３が集荷ステーション１０４まで行き来できるメイン通路７０３と、収穫ロボット１０２が畝で収穫を終えた後畝道からメイン通路７０３に出て来られる形態で、メイン通路７０３上に収穫ロボット１０２と回収ロボット１０３が共有できる接点がありさえすればよい。

また、集荷ステーション１０４の収穫済収納籠ストック部５０１と空収納籠ストック部５０２の形態はローラーコンベアとしたが、これにはこだわらない。例えば収納籠３０７を置くだけの、それぞれ区分けされた単なるスペースでもよい。その場合は選別袋詰め作業者７０６がそのスペースまで収納籠を取りに行き、作業終了後、空の収納籠ストックスペースに戻す。回収ロボット１０３は例えば撮影装置により、所定のスペース内にある空の収納籠の位置を検出し、第２リフター機構４０１で拾い上げる。

また、図７の本発明の実施の形態では、選別出荷作業は作業者が行うとしたが、自動選別袋詰め機であってもよい。ちなみに一部の果実では選別出荷作業の自動化が実現されている。本実施の形態に加えて、これら自動選別袋詰め機とさらに自動箱詰め機を導入し、出荷システムとして、サーバー１０１に接続し、サーバー１０１が収穫計画、回収計画に加えて、出荷計画も管理するようにすれば、自動収穫出荷システムが構築でき、一連の収穫作業の無人化がさらに進展する。

また、作業者が昼間のみの作業であり、一方、収穫ロボット１０２と回収ロボット１０３が昼夜間とも稼働すると、シフト差が生じるため、収穫済収納籠ストック部５０１と空収納籠ストック部５０２は、そのシフト差を吸収するだけの収納籠数をストックできるコンベア長さが必要となる。さらに大量の収納籠３０７が必要となる。前記のように、選別出荷を含めすべての作業を自動化すると、シフト差が解消され、より短いコンベア長と収納籠数で運用できる。

以上のように構成された収穫ロボットシステムの動作例について、図８を参照して説明する。

図８は本発明の実施の形態における収穫・回収・空収納籠供給の基本動作フロー図である。

図８に例示するように、最初にサーバー１０１は収穫与条件の入力を受け付ける（Ｓ１）。収穫与条件はオペレータ１０６が入出力手段１０７を操作して入出力部２０２に入力される。オペレータ１０６が入力する収穫与条件は、判断部２０３が収穫対象エリアを決定するために予め与えられるべき情報で、例えば収穫ロボット１０２が自動走行し対象物３０６を撮影または収穫するために必要な農園マップ情報であり、収穫ロボット１０２が撮像した対象物３０６を収穫すべきか、そうでないかを判断するための閾値を含む収穫判定基準であり、収穫ロボット１０２の台数や収穫能力を含む収穫ロボットスペックなどである。尚、農園マップ情報は、典型的には、農園内の収穫対象エリア、走行可能エリア及び集荷ステーション１０４の位置を規定する。

次に判断部２０３は、上記農園マップ情報等を基に収穫ロボット１０２が撮影するルートを決定する（Ｓ２）。次にサーバー１０１は第１送受信部２０１を通じて収穫ロボット１０２に上記撮影ルートを含む撮影指示情報を出力する。

第２送受信部３０３を通じて上記撮影指示情報を入力された収穫ロボット１０２はその指示に従い自走台車部３０８で移動しながら撮影部３０１を用いて農園内の対象物３０６の撮影を行う（Ｒ１）。撮影した時点の収穫ロボット１０２の自位置は第１自位置検出手段３０２で取得する。自位置は農園座標データでも、農園マップで定義されたアドレスコードでもよい。撮影部３０１が固定式のカメラでなく、自由に向きを変えられるカメラの場合は、農園内自位置と、そのカメラの姿勢情報をも含みマップアドレス付画像データとする。収穫ロボット１０２は取得したマップアドレス付画像データを、第２送受信部３０３を介してサーバー１０１に送信する。

収穫ロボット１０２から農園内のマップアドレス付画像データを第１送受信部２０１で受信したサーバー１０１の判断部２０３は予め入力されていた収穫与条件に基づき、もっとも効率の良い、すなわちもっとも成熟した対象物が多いエリアを収穫対象エリアとして決定する（Ｓ３）。具体的には決定した収穫対象エリアに面した畝道７０５の番号を、収穫ロボット１０２の収穫能力を考慮して各収穫ロボット１０２に割り振る。基本的に１本の畝道７０５に１台の収穫ロボット１０２が割り当てられる。ある瞬間において１本の畝道７０５には１台の収穫ロボット１０２しか進入を許さないのが原則である。収穫ロボット１０２は複数の畝道７０５を割り当てられてよい。なお、畝道７０５の両側の畝７０４すべてが収穫対象エリアになることもあれば、片側の畝７０４の１部分だけが収穫対象エリアのこともある。これらが収穫指示情報となる。

サーバー１０１の第１送受信部２０１は収穫対象エリアを含む上記収穫指示情報を収穫ロボット１０２に送信する。

なお、本実施の形態では上述のように収穫ロボット１０２が収穫すべき収穫対象エリアは収穫物のマップアドレス付画像データと収穫与条件に基づきサーバー１０１の判断部２０３が決定するとしたが、オペレータ１０６が農園内収穫対象物の生育状態を肉眼で確認し、従来の経験に基づいて収穫対象エリアを決定し、入出力手段１０７を通じて各収穫ロボット１０２が収穫すべき畝道７０５の番号と収穫区間を直接入力して収穫指示情報としてもよい。

収穫ロボット１０２は第２送受信部３０３が受信した収穫指示情報に基づき、自走台車部３０８により指定された畝道７０５に進入し、収穫部３０４を駆使して収穫対象エリア内の対象物３０６の収穫を行い、収納籠３０７に収納していく（Ｒ２）。なお、収穫ロボット１０２は予め積層された空の収納籠３０７の最下層の収納籠３０７を第１リフター機構３０５が把持しているものとする。これは後述するＲ５の状態を引き継いでいる。収穫ロボット１０２は収穫指示情報を受けると、その状態から第３リフター機構３０９が下から２段目の収納籠３０７を把持し、持ち上げる。すると最下層の収納籠３０７の上方に空間が形成される。この空間を利用して、収穫部３０４は最下層の収納籠３０７に対象物３０６を収納していく。最下層の収納籠３０７が満杯になると、第３リフター機構３０９が下降し、いったん収納籠３０７をすべて積層したのち、下から２段目の収納籠３０７の把持を解放し、収納籠３０７の高さ１個分だけ上昇し、下から３段目の収納籠３０７を把持し上昇する。これにより下から２段目の収納籠３０７の上方に形成された空間を利用して収穫部３０４が収穫動作を再開し、対象物３０６を下から２段目の収納籠３０７に収容していく。図３はこのときの状態を示す。以下、この動作を繰り返し、搭載している収納籠３０７すべてが満杯になるか、もしくは予定していた収穫対象エリアの収穫を完了した収穫ロボット１０２は第２送受信部３０３からサーバー１０１へ収穫完了信号を含む収穫状況情報と現在位置情報を送信する。

収穫完了信号を含む収穫状況情報を第１送受信部２０１で受けたサーバー１０１は、搭載している収納籠３０７にまだ空き容量がある場合は次の収穫対象エリアに向かうよう、新たな収穫指示情報を収穫ロボット１０２に与える。搭載している収穫籠３０７すべてが満杯の場合は収納籠回収のための情報を収集する（Ｓ４）。収穫済収納籠３０７の回収計画を立てる上で必要な回収与条件は予め入出力手段１０７を通じてオペレータ１０６が入出力部２０２に入力済である。回収与条件とは集荷ステーション１０４の位置を含む農園マップ情報であり、運用している回収ロボット１０３の台数や走行速度等を含む回収ロボットスペック等である。集荷ステーション１０４からは入出力部２０２を通じて、収穫済収納籠ストック部５０１の空きスペース情報を入手し、集荷ステーション１０４が収穫済収納籠３０７を受け入れる余地があるかどうか確認する。ただし収穫済収納籠ストック部５０１は常にスペースに余裕がある設計仕様であり、最悪の場合、回収ロボット１０３が集荷ステーション１０４前で収穫済収納籠３０７の積み下ろしを待機してもよいのであれば特にこの空きスペース情報は必要としない。

次にサーバー１０１は、回収ロボット１０３の状況を把握するため、第１送受信部２０１から回収ロボット１０３にリクエスト信号を送信する。

第３送受信部４０３でリクエスト信号を受けた回収ロボット１０３は、第２自位置検出手段４０２にて自位置を検出し、自位置データと、現在の収納籠積載の有無と現在実行中の作業内容、例えばホームステーション１０５にて充電中か、もしくは収穫済か空か、どちらの収納籠３０７を持ってどこかへ向かう途中か、などの積載状況情報を第３送受信部４０３からサーバー１０１に送信する（Ｋ１）。

このようにして収穫済収納籠３０７の回収作業に必要なすべての情報を入手したサーバー１０１はそれらの情報を基に判断部２０３が、収穫作業を完了した収穫ロボット１０２がどの位置に収穫済収納籠３０７を降ろし、どの回収ロボット１０３が、収穫ロボット１０２が置いた収納籠３０７を、どのルートを通って回収にいき、どのルートを通って集荷ステーション１０４に行くかを決定する（Ｓ５）。これらが回収指示情報であり、第１送受信部２０１が収穫ロボット１０２に出力する。

第２送受信部３０３でサーバー１０１からの前記回収指示情報を受けた収穫ロボット１０２は回収指示情報で指示された位置に自走台車部３０８で移動し、到着すると第１リフター機構３０５を下降させて収穫済収納籠３０７を地面に降ろす（Ｒ３）。収穫ロボット１０２が収納籠３０７を降ろしたことを第２送受信部３０３からサーバー１０１に送信する（完了信号を含む収穫状況情報と現在位置情報）とサーバー１０１は第１送受信部２０１から回収ロボット１０３に回収指示情報を送る（Ｓ６）。第３送受信部４０３が受けた回収指示情報に基づいて回収ロボット１０３は指示された場所に自走台車部４０４で向かい、地面に置かれた収穫済収納籠３０７を、第２リフター機構４０１を上昇させて拾う（Ｋ２）。

尚、ここでは、収穫ロボットに送信する回収指示情報と回収ロボットに送信する回収指示情報とを同一の情報としているが、収穫ロボットに送信する回収指示情報には、満杯となった収納籠を自身から分離して載置させる載置位置の情報が含まれていればよく、回収ロボットに送信する回収指示情報には、収穫ロボットが載置した収納籠を回収し、集荷ステーションに運搬させる回収ルートの情報が含まれていればよい。

その後回収ロボット１０３は自走台車部４０４によりサーバー１０１に指示されたルートを通って集荷ステーション１０４に向かい（Ｋ３）、集荷ステーション１０４の収穫済収納籠ストック部５０１に収納籠３０７を、第２リフター機構４０１を下降させて降ろす（Ｋ４）。

次に回収ロボット１０３の第３送受信部４０３は、完了信号を含む積載状況情報と現在位置情報をサーバー１０１に送信する。第１送受信部２０１で回収ロボット１０３の前記完了信号を含む積載状況情報等を受けたサーバー１０１は、集荷ステーション１０４の空収納籠ストック部５０２の在庫情報を入手する（Ｓ７）。このとき、十分な収納籠流通量と十分な空収納籠ストック容量があり、最悪在庫切れの場合は、回収ロボット１０３が集荷ステーション１０４前で待機状態になることを容認できれば、この在庫情報の入手は省略できる。

空収納籠の在庫があれば判断部２０３は空収納籠３０７を積載して回収ロボット１０３をどこに向かわせるかの空収納籠供給配車計画を決定する（Ｓ８）。これらが収納籠供給指示情報であり、サーバー１０１は第１送受信部２０１から回収ロボット１０３に収納籠供給指示情報を送信する。第３送受信部４０３で収納籠供給指示情報を受けた回収ロボット１０３は自走台車部４０４で集荷ステーション１０４の空収納籠ストック部５０２に行き、第２リフター機構４０１で空の収納籠３０７を持ち上げ、搭載する（Ｋ５）。

その後、回収ロボット１０３はサーバー１０１に指示された場所に自走台車部４０４で移動し、到着すると第２リフター機構４０１が下降し、空の収納籠３０７を降ろす（Ｋ６）。回収ロボット１０３は第３送受信部４０３から完了信号を含む積載状況情報と現在位置情報をサーバー１０１に送信する。

第１送受信部２０１で完了信号を含む積載状況情報と現在位置情報を受けたサーバー１０１は、第１送受信部２０１が収納籠供給指示情報を収穫ロボット１０２に送信する（Ｓ９）。

収納籠供給指示情報を第２送受信部３０３で受けた収穫ロボット１０２は指定された場所に自走台車部３０８で移動し、地面に置かれた空の収納籠３０７を第１リフター機構３０５で持ち上げ保持する（Ｒ４）。収穫ロボット１０２はサーバー１０１から次の指示があるまで待機する（Ｒ５）。この状態は前記Ｒ１の収穫エリアの撮影時、もしくは前記Ｒ２の収穫・収納動作に移る直前の状態である。以降はこれを繰り返す。

以上の動作フローは基本パターンであり、実際には複数の収穫ロボット１０２と複数の回収ロボット１０３が、収穫状況に応じて複合的に動作し、全体として効率的に稼働するように運用される。

例えば、図８の動作フロー図では、分かりやすく１台の収穫ロボット１０２と１台の回収ロボット１０３の動作を収穫基本フローと回収基本フローと空収納籠供給基本フローとに分離して示したが、実際には一体で運用されてよい。すなわち、サーバー１０１は、常時複数の収穫ロボット１０２と回収ロボット１０３の状況を逐一把握することで収穫対象エリアの決定と、回収順序と回収ルートの決定と、空収納籠供給配車計画と、を同時に行う。例えば、ある時点で収穫済収納籠３０７を回収すべき地点と空の収穫籠３０７を供給すべき地点が比較的近い場合、回収ロボット１０３は集荷ステーション１０４からの往路で空の収納籠３０７を供給し、集荷ステーション１０４への復路で収穫済収納籠３０７を回収するようにすれば、回収ロボット１０３は空荷で走行する区間はほとんどなくなるうえ、回収ロボット１０３に無駄な待ち時間が発生しない。同様に収穫ロボット１０２は収穫済収納籠３０７を降ろした後、直ちに近くの空の収納籠載置点に向かい、収納籠３０７を拾いあげ、サーバー１０１の指示する次の収穫対象エリアの畝道７０５に進入して収穫作業を開始するようにすれば、収穫ロボット１０２にも無駄な待ち時間が発生しない。

収穫ロボット１０２と回収ロボット１０３にペアリング関係はなく、しかも収納籠３０７をいったん地面に載置するため、収穫ロボット１０２と回収ロボット１０３は収納籠３０７の引き渡し動作を同期しなくてもよい。さらに収穫ロボット１０２の収穫済収納籠３０７の載置から回収ロボット１０３による拾い上げまではかなりのタイムラグがあってもよいので、サーバー１０１はこのような効率的な運用プログラミングの展開が可能となる。結果的に、収穫ロボット１０２の台数に対し、最小限の台数の回収ロボット１０３で運用できる。基本的に収穫ロボット１０２の収穫開始から収穫完了までの収穫スパンは長く、一方、回収ロボット１０３の収穫済収納籠３０７の回収から空の収納籠３０７の設置までの回収供給スパンは短いからである。

本収穫ロボットシステムは、収穫ロボット１０２および回収ロボット１０３が手待ちにならないよう、サーバー１０１により最適に収穫計画と回収計画と収納籠供給計画がプログラミングされる。その過程にゲーム理論や待ち行列理論等が応用されてもよい。

また、ＡＩ等を応用し、前もってある程度の予測をして、収穫スケジュールをプログラミングしてもよい。ただし、工業製品のように果実は画一的に均一に生るものではなく、天候その他の要因により大きく変動する。最初に予測は立ててもよいが予測は外れるものとして、常に最新の情報でもって臨機応変にプログラムを変更していくフィードバックの仕組みが合わせて必要である。

また、図３に示したように収穫ロボット１０２が第３リフター機構３０９を有していると、収納籠３０７は収穫ロボット１０２に複数個搭載可能となり、１度により多くの収穫物が収納できる。すなわち、回収ロボット１０３による回収ロットサイズが大きくなり、回収ロボット１０３の収納籠３０７の回収頻度が低下する。すなわち必要な収穫ロボット１０２の台数が減少する。できればそのストック量は１本の畝道７０５あたりの収穫量より大きいことが望ましい。

その場合、畝道７０５の１本ごとに１対１で対応するように積層された収納箱３０７の置く位置を予め決めることができる。また、その場合は収納籠３０７を地面に直置きでなく、専用の固定設置した収納籠置台を設けておいてもよい。固定設置された収納籠置台により各ロボットとの収納籠３０７の受け渡しが確実にかつ簡単にできる。どちらの場合でもその場所に空の収納籠３０７が存することが定常状態であると決めておくと管理がしやすくより効率的な運用ができる。すなわち、収穫対象エリアすなわち畝７０４が決定されるとすぐに収穫ロボット１０２がその畝７０４に対応する位置にある空の収納籠３０７を拾いあげ、畝道７０５に入り、収穫を行い、収穫を終えると、元あった同じ位置に収穫済収納籠３０７を載置し、サーバー１０１に収穫完了信号を送ったのち、間髪おかずサーバー１０１から新たな収穫指示を受け次の収穫対象エリアとそれと対になっている空の収納籠３０７の置き場所に向かう。回収ロボット１０３は近くの収穫済収納籠３０７が回収されて空きになった定位置に空の収納籠３０７を載置し、その復路にサーバー１０１からの回収指示を受け収穫済収納籠３０７を拾いあげる。その後、サーバー１０１に回収信号を発したのち集荷ステーション１０４に向かう。以降、これを繰り返す。

なお、収穫ロボット１０２が複数の収納籠３０７を搭載し、順次各収納籠３０７に収納していく仕組みとして、図３に示すように第１リフター機構３０５と第３リフター機構３０９が鉛直方向同軸に配置され、第３リフター機構３０９が順次残る空の収納籠３０７を持ち上げることで生じた間隙を利用して収穫対象物を収納していく構造を例示したが、これにこだわるものではない。要は、複数の収納籠３０７を搭載でき、それぞれに対象物３０６を収納出来て、地面もしくは固定の置台から積層された収納籠３０７を積み下ろしできる構造であればよい。

また、極端な場合、収納籠３０７は積層されず、１個だけでもよく、その場合第３リフター機構３０９は不要である。ただし、収穫スパンは短くなるので回収効率が悪化し、必要な回収ロボット１０３の台数は増大する。もちろん畝長さが短く、収穫対象物がオウトウのいような小さな果実であれば畝道１本あたり１個の収納籠で対応できるのでこの限りではない。

なお、回収ロボットが畝道に進入し、直接収穫ロボットから収穫済収納籠を受け取る収穫ロボットシステムも考えられるが、回収ロボットは収穫ロボットに受け渡しのタイミングを合わせる必要があり、回収ロボットの運用効率が著しく低下するという問題が生じる。極論すると、収穫ロボットが要求したときにすぐに回収ロボットが駆け付けるには収穫ロボットが１台につき回収ロボットが１台必要になる。すなわち、もし回収ロボットが他の収穫ロボットの回収作業に従事していると、それが終わるまでその収穫ロボットは収穫作業を中断しなければならない。ちなみにその時々の状況により収穫ロボットの収穫作業時間は大きくばらつくため、工場のように各ロボットが同期を取って作業を機械的に予め決められたスケジュール通りに進めることはできない。

上記状況を避けるため、収穫ロボットは畝道の途中で収穫済収納籠を放出し、その後で回収ロボットが回収に行くようにすると、畝道は狭い１本道のため、地上に放置された収納籠が他の作業の邪魔になるだけでなく、収穫ロボットは放出した収納籠が回収されるまでは新たな空の収納籠を受領することができないため、結局収穫作業を続けられないことになる。よって本収穫ロボットシステムがもっとも最適なシステムである。

［効果］
以上のように、上述した実施形態に係る収穫ロボットシステムにおいては、収穫ロボット１０２は複数の収納籠３０７を保持したまま収穫を行い、満杯になれば収納籠３０７を畝道端付近のメイン通路７０３に降ろす。その収納籠３０７を回収ロボット１０３が回収し、集荷ステーション１０４に運び、空の収納籠３０７を積載し畝道端のメイン通路７０３に降ろす。それを収穫ロボット１０２が拾い、次の収穫に向かう。

これにより、１台の回収ロボット１０３が複数台の収穫ロボット１０２をカバーでき、費用対効果の高い収穫ロボットシステムが構築できる。

また、サーバー１０１がすべての収穫ロボット１０２と回収ロボット１０３を統合管理するためペアリングが必要なく、かつ収穫籠３０７の受け渡しは直接ではなく、いったん他の作業の邪魔にならないメイン通路７０３の地上に仮置きするというステップが入るため、受け渡しにタイムラグがあってもよく、収穫ロボット１０２と回収ロボット１０３の動きを同期させる必要がないため、より一層費用対効果の高い収穫ロボットシステムが構築できる。具体的には最小限の回収ロボット台数で済むシステムが組める。

例えばある大規模農園においては、２０台の収穫ロボット１０２に対し、わずか２台の回収ロボット１０３があれば運用できる。ちなみに従来の特許文献１の収穫ロボットシステムではその場合４０台の回収ロボットが必要である。

また、同じシステムでもって空の収納籠３０７を供給できるため、さらに効率よく、収納籠３０７の循環物流システムを構築することができる。

このような、収穫ロボットシステムによって、収穫だけでなく収穫物の回収まで含めた効率的な農園の収穫作業の自動化を実現することができる。

また、１本の畝道内には収穫ロボット１０２の１台しか進入しないため、畝道端が行き止まりでもよく、その分、農園の面積生産性を高めることができる。

本発明の収穫ロボットシステムは、回収ロボットが効率的に集荷ステーションから空の収納籠を収穫ロボットに供給し、収穫ロボットが広範囲の収穫エリアで収穫作業を行い、収穫物を収納籠に収納していき、その収納籠を回収ロボットが回収して集荷ステーションに運ぶ循環型収穫物流システム機能を有し、農園の収穫作業の自動化だけでなく、例えば工業製品の組立工程ヤードと倉庫ヤードを有機的に複合した工場の自動化にも適用できる。

１０１サーバー
１０２収穫ロボット
１０３回収ロボット
１０４集荷ステーション
１０５ホームステーション
１０６オペレータ
１０７入出力手段
１０８他農園のサーバー
１０９インターネット
２０１第１送受信部
２０２入出力部
２０３判断部
２０４大容量記憶装置
３０１撮影部
３０２第１自位置検出手段
３０３第２送受信部
３０４収穫部
３０５第１リフター機構
３０６対象物
３０７収納籠
３０８自走台車部
３０９第３リフター機構
４０１第２リフター機構
４０２第２自位置検出手段
４０３第３送受信部
４０４自走台車部
５０１収穫済収納籠ストック部
５０２空収納籠ストック部
６０１ツールチェンジ部
６０２充電部
７０１栽培ヤード
７０２選別出荷ヤード
７０３メイン通路
７０４畝
７０５畝道
７０６選別袋詰め作業者
７０７出荷コンベア
７０８段ばらしユニット
７０９段積みユニット

Claims

農園内で対象物を収穫する収穫ロボットと、前記収穫ロボットが有する前記対象物を収納した収納籠を回収して集荷ステーションに運搬する回収ロボットと、前記収穫ロボット及び前記回収ロボットそれぞれと通信可能に構成されたサーバーと、を含む収穫ロボットシステムであって、
前記サーバーは、
前記収穫ロボットが搭載する前記収納籠の満杯状態を認識した場合、もしくは所定の指示された収穫を完了した場合、前記農園内の収穫対象エリア、走行可能エリア及び前記集荷ステーションの位置を規定する農園マップ情報と、前記収穫ロボットの現在位置情報と、前記回収ロボットの現在位置情報とに基づいて、前記収穫ロボットに前記収納籠を自身から分離して載置させる載置位置、及び、前記回収ロボットに前記収穫ロボットが載置した前記収納籠を回収させ、前記集荷ステーションに運搬させる回収ルートを決定する判断部と、
前記載置位置の情報を含む第１回収指示情報を前記収穫ロボットに送信すると共に、前記ルートの情報を含む第２回収指示情報を前記回収ロボットに送信する第１送受信部と、
を備える、収穫ロボットシステム。
前記判断部は、前記回収ロボットの現在の収納籠積載の有無及び現在実行中の作業内容を規定する積載状況情報に基づいて、前記載置位置及び前記回収ルートを決定する、
請求項１に記載の収穫ロボットシステム。
前記判断部は、前記収穫ロボットから受信する当該収穫ロボットの前記収納籠内の空き容量を規定する収穫状況情報に基づいて、前記収納籠が満杯状態となったか否かを判定する、
請求項１又は２に記載の収穫ロボットシステム。
前記判断部は、前記収穫ロボットそれぞれの走行仕様と、前記回収ロボットの走行仕様と、前記集荷ステーションにおける前記収納籠を受け入れる余地があるかどうかの情報とに基づいて、前記載置位置及び前記回収ルートを決定する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の収穫ロボットシステム。
前記収穫ロボットは、
前記対象物の収穫を行い、前記収納籠に収納する収穫部と、
前記サーバーからの前記第１回収指示情報に基づき、把持した前記収納籠を地面に降ろす第１リフター機構と、
自身の現在位置を検出する第１自位置検出手段と、
前記サーバーへ自身の現在位置情報を送信する第２送受信部と、
を備える、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の収穫ロボットシステム。
前記回収ロボットは、
前記サーバーからの前記第２回収指示情報に基づき、前記収納籠を地面から持ち上げ把持し、前記集荷ステーションで降ろす第２リフター機構と、
自身の現在位置を検出する第２自位置検出手段と、
前記サーバーへ自身の現在位置情報を送信する第３送受信部と、
を備える、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の収穫ロボットシステム。
前記判断部は、前記農園マップ情報と、前記収穫ロボットの現在位置情報と、前記回収ロボットの現在位置情報とに基づいて、前記回収ロボットに、前記集荷ステーションにて空収納籠を搭載して前記収穫対象エリア内の所定位置に運搬させる空収納籠供給ルートを決定し、
前記第１送受信部は、前記空収納籠供給ルートに係る収納籠供給指示情報を、前記収穫ロボット及び前記回収ロボットに送信する、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の収穫ロボットシステム。
前記収穫ロボットは、前記サーバーからの前記収納籠供給指示情報に基づいて、自身が有する第１リフター機構を動作させて、前記回収ロボットに運搬され、地面に載置された前記空収納籠を持ち上げ把持する、
請求項７に記載の収穫ロボットシステム。
前記回収ロボットは、前記サーバーからの前記収納籠供給指示情報に基づいて、自身が有する第２リフター機構を動作させて、前記集荷ステーションに載置された前記空収納籠を持ち上げ把持する、
請求項７又は８に記載の収穫ロボットシステム。
前記集荷ステーションは、
前記回収ロボットに運搬された前記収納籠をストックするスペース内の空きスペース情報を前記サーバーへ送信する第４送受信部、
を備える、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の収穫ロボットシステム。
前記第４送受信部は、前記集荷ステーションに存在する空収納籠の在庫量を含む在庫情報を前記サーバーへ送信する、
請求項１０に記載の収穫ロボットシステム。
複数台の前記収穫ロボットを含む、
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の収穫ロボットシステム。
前記収穫ロボットは、２個以上の前記収納籠を有し、
当該２個以上の前記収納籠を一個ずつ自身から分離して載置可能に構成されている、
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の収穫ロボットシステム。
前記収穫ロボットは、２個以上の前記収納籠を上下に積層するように把持する第１リフター機構と第３リフター機構とを有し、
前記第１リフター機構は、２個以上の前記収納籠のうち下方側に位置する前記対象物が収納された第１収納籠を把持し、
前記第３リフター機構は、２個以上の前記収納籠のうち上方側に位置する空の第２収納籠を把持し、
前記第１収納籠が満杯になる毎に、前記第２収納籠を、前記第３リフター機構における把持状態から前記第１リフター機構における把持状態に移行させる、
請求項１３に記載の収穫ロボットシステム。