JP7384741B2 - 果実収穫装置及び果実収穫ロボット - Google Patents
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Description
図1は、本実施形態に係る果実収穫装置10を備えた収穫ロボット1を示している。収穫ロボット1は台車30を有する。台車30にはロボットアーム機構40、吸引機50、制御装置60、及び収穫籠70が設置される。ロボットアーム機構40には、エンドエフェクタとして、本実施形態に係る果実収穫装置10が取り付けられている。果実収穫装置10には、吸引機50から延びる吸引ホース51が接続される。制御装置60は、ロボットアーム機構40または果実収穫装置10に取り付けられたカメラ(図示しない)により撮影された画像に対して所定の画像処理を実行することによって収穫対象のミニトマトMの位置を特定し、特定したミニトマトMの位置に基づいて、台車30、ロボットアーム機構40、果実収穫装置10及び吸引機50を制御する。
本実施形態に係る果実収穫装置10の1つの特徴は、収穫対象の1つのミニトマトMを吸着し、ミニトマトMを吸着した状態で果柄を切断し、収穫することにある。この特徴により、ミニトマトMを1つずつ収穫することができる。また、ミニトマトMの状態に応じて吸着力を調整することで、ミニトマトMを傷めずに1つずつ収穫することも可能である。
図2、図3に示すように、果実収穫装置10は、後述のスライダ駆動機構、ワイヤ駆動機構、及びこれらの駆動機構を制御する制御基板が収容されるハウジング11を有する。典型的には、ハウジング11は、先細りの略円錐台形状に構成される。ハウジング11の後端面には、ロボットアーム機構40の手首部に接続するためのアダプタ20が設けられる。このハウジング11には、前方部分がハウジング11の先端から前方に突出するようにパイプ状部材12が固定されている。
パイプ状部材12は、その先端においてミニトマトMを吸着するために、典型的には、収穫対象のミニトマトMの直径よりも小さい内径を有する細長い円筒体に構成される。パイプ状部材12の先端縁には、吸着による傷果の発生を抑制するために緩衝材として、Oリング13が装着されている。パイプ状部材12の後端には吸引機50から延びる吸引ホース51が接続される。吸引機50が駆動されることで、パイプ状部材12の内部に負圧が発生し、パイプ状部材12の先端にミニトマトが引き寄せられ、吸着される。
果実収穫装置10はパイプ状部材12に沿って前後に移動自在なスライダ14を有する。典型的には、スライダ14は、パイプ状部材12の外径よりも大きい内径を有する短い円筒体に構成され、その中空部分にパイプ状部材12が挿入され、パイプ状部材12に対して前後に移動自在に支持される。スライダ14は、モータ、減速機等からなるスライダ駆動機構により駆動され、パイプ状部材12に沿って前後に移動される。具体的には、図3に示すように、果実収穫装置10の待機中、または吸着動作中において、スライダ14は待機位置(第1位置)に配置されている。果実収穫装置10による収穫動作が開始されると、スライダ駆動機構によりスライダ14は待機位置から、図4に示すように、待機位置よりも前方の収穫位置(第2位置)に移動される。果実収穫装置10による復帰動作が開始されると、スライダ駆動機構によりスライダ14は収穫位置から待機位置に戻される。
スライダ14には、スライダ14の先端から前方に延びる柔軟性を有するアーム15が取り付けられる。なお、果実収穫装置10によるミニトマトの収穫動作は、アーム15がパイプ状部材12の上方に位置する姿勢で行われる。そのため、パイプ状部材12の中心線に対するアーム15の取付位置を上向きとして、果実収穫装置10の上下の向きを定義する。以下の説明では、パイプ状部材12の中心線に対して、アーム15が取り付けられた方向を上方向、その反対方向を下方向(重力方向)として、適宜使用する。
アーム15の先端にはミニトマトMの果柄を切断するための切断部16が設けられる。典型的には、図5、図6に示すように、切断部16は一対のカッター16(平刃)により構成される。一対のカッター16はアームブロック151の厚み中央に対して上下に分散して、互いに平行に配置される。例えば、先頭のアームブロック151は縦断面コ字形状の前方が開放した溝枠体に構成され、一対のカッター16は、溝枠体を構成する一対の側板の先端縁にそれぞれ設けられる。一対のカッター16の間隙は、後述のワイヤ17の直径よりも広く、好適にはワイヤ17の直径よりもわずかに広い。この一対のカッター16の間隙は、後述のワイヤループの出入り口に相当する。
果実収穫装置10は、アーム15の先端に設けられた一対のカッター16をパイプ状部材12に吸着されたミニトマトMの果柄に引き寄せる、またはパイプ状部材12に吸着されたミニトマトMの果柄を一対のカッター16に引き寄せるためのワイヤ17を有する。ワイヤ17は、典型的には樹脂製である。ワイヤ17は、ハウジング11の内部に収容されたワイヤ駆動機構により駆動される。ワイヤ駆動機構は、ワイヤ17を巻き付けるリール141(図2、図3参照)、リール141を回転させるためのモータ、モータの回転を減速する減速機等から構成され、スライダ14とともに前後に移動自在にハウジング11内に設けられる。リール141から引き出されたワイヤ17の一端は、ハウジング11の内部、アーム15の内部を通って、アーム15の先端まで配線され、アーム15の先端に固定される。
上記のように構成された果実収穫装置10によるミニトマトMの収穫動作は、以下の手順で実行される。果実収穫装置10によるミニトマトの収穫工程には、パイプ状部材12にミニトマトMを吸着する工程、パイプ状部材12に吸着されたミニトマトMの果柄を切断する工程、果実収穫装置10を吸着姿勢に復帰させる工程が含まれる。
吸着動作が開始されると、ロボットアーム機構40により、果実収穫装置10のパイプ状部材12の先端が収穫対象のミニトマトMに接近され、吸引機50による吸引動作が開始される。それにより、パイプ状部材12の先端に収穫対象のミニトマトMが吸着される。果実収穫装置10には、パイプ状部材12にミニトマトを吸着するときの吸着姿勢が設定されている。吸着姿勢では、スライダ14は待機位置に配置され、ワイヤループはパイプ状部材12に通され、パイプ状部材12の外周面に巻き付けられている。このとき、ワイヤループの直径はパイプ状部材12の外径と等価または外径よりも若干大きくなるようにワイヤ駆動機構によりワイヤ17の長さが調整されている。それにより、アーム15の先端はパイプ状部材12に引き寄せられ、アーム15の先端に設けられた一対のカッター16は斜め下方を向く。一対のカッター16をパイプ状部材12に向けることで、収穫対象のミニトマトMを吸着するとき、密集して実っているミニトマト群にパイプ状部材12を差し入れても、他のミニトマトが一対のカッター16に接触して傷ついてしまう可能性を低減するとともに、葉や枝などがアーム15に引っかかる可能性を低減することができる。
以下、図9を参照してパイプ状部材12の先端に吸着されたミニトマトMの果柄の切断動作を説明する。図9(a)は、ミニトマトMを吸着した状態の果実収穫装置10を示している。
以下、図10を参照してミニトマトMを収穫した後の果実収穫装置10の吸着姿勢への復帰動作を説明する。図10(a)は、ミニトマトMを収穫籠70にリリースした直後の果実収穫装置10を示している。
果実収穫装置10は先細りの略円錐台形状のハウジング11の先端からミニトマトの直径よりも小さい内径を有する細長いパイプ状部材12を突出させて構成したものであり、密集して実るミニトマト群に挿し込まれる果実収穫装置10の先端部分は非常にコンパクトである。そのため、収穫動作中に収穫対象ではないミニトマトが果実収穫装置10に対して接触する頻度を少なくすることができる。
Claims (8)
- 外部の吸引機に後端が接続され、前端に果実を吸着するためのパイプ状部材と、
前記パイプ状部材に沿って前後に移動自在なスライダと、
前記スライダの前後移動を駆動するスライダ駆動機構と、
前記スライダに対して前方に延設される、柔軟性を有するアームと、
前記アームの内部を通って、前記アームの先端に一端が固定されるワイヤと、
前記ワイヤの他端に係合し、前記ワイヤの送り出し、引き戻しを駆動するワイヤ駆動機構と、
前記アームの先端の前記ワイヤが出入りする位置と前記ワイヤの一端が固定される位置とを結ぶ線に平行であって、前記ワイヤの直径よりも長い間隔を隔てて前記アームの先端に設けられる一対のカッターと、を具備し、
前記ワイヤ駆動機構により前記ワイヤが送り出されることにより、前記アームの先端から前方に送り出されたワイヤ部分はループ状をなし、前記スライダが第1位置に配置されたとき、前記ループ状をなすワイヤ部分が前記パイプ状部材に挿入され、
前記スライダが前記第1位置よりも前方の第2位置に配置されたとき、前記ループ状をなすワイヤ部分は前記パイプ状部材から外れ、前記ワイヤ駆動機構により前記ワイヤが引き戻されることにより、前記ループ状をなすワイヤ部分が収縮され、前記吸着された果実の果柄又は枝に前記一対のカッターが引き寄せられ、前記一対のカッターにより前記吸着された果実の果柄又は枝が切断される、果実収穫装置。 - 前記ワイヤが挿通され、一端が前記ワイヤとともに前記アームの先端に固定されるコイルバネをさらに備える、請求項1記載の果実収穫装置。
- 前記果実が接触する前記パイプ状部材の先端縁には緩衝材が装着される、請求項1記載の果実収穫装置。
- 前記アームの先端は、前記パイプ状部材から離れる方向に付勢される、請求項1記載の果実収穫装置。
- 前記アームは互いの端部箇所において屈曲自在に連結された複数のアームブロックを有し、前記アームの先端を前記パイプ状部材から離れる方向に付勢するために、前記アームブロックの連結箇所にはコイルバネが設けられる、請求項4記載の果実収穫装置。
- 前記スライダ駆動機構と前記ワイヤ駆動機構を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、
前記パイプ状部材の先端に前記果実が吸着されたとき、前記スライダ駆動機構を制御して前記スライダを前記第1位置から前記第2位置に移動させるとともに、前記ワイヤ駆動機構を制御して前記ワイヤを送り出し、前記吸着された果実を前記ループ状をなすワイヤ部分を通過させ、
前記ループ状をなすワイヤ部分が前記吸着された果実を通過されたとき、前記ワイヤ駆動機構を制御して前記ワイヤを引き戻し、前記吸着された果実の果柄又は枝に向かって前記一対のカッターを接近させて、前記吸着された果実の果柄又は枝を前記一対のカッターで切断させ、
前記吸着された果実の果柄又は枝が前記一対のカッターにより切断されたとき、前記ワイヤ駆動機構を制御して前記ワイヤを送り出し、前記ワイヤのループ状をなす部分を回復させ、前記スライダ駆動機構を制御して前記スライダを前記第2位置から前記第1位置に移動させて前記ワイヤのループ状をなす部分を前記パイプ状部材に挿入させ、
前記パイプ状部材に前記ワイヤのループ状をなす部分が挿入されたとき、前記ワイヤ駆動機構を制御して前記ワイヤを引き戻し、前記ワイヤのループ状をなす部分を前記パイプ状部材に引っ掛け、前記一対のカッターを前記パイプ状部材に引き寄せる、請求項1記載の果実収穫装置。 - 外部の吸引機に後端が接続され、前端に果実を吸着するためのパイプ状部材と、
前記パイプ状部材に沿って前後に移動自在なスライダと、
前記スライダに対して前方に延設されるアームと、
前記アームの先端に設けられる切断部と、
前記パイプ状部材に吸着された果実の果柄又は枝に前記切断部を引き寄せる、又は前記パイプ状部材に吸着された果実の果柄又は枝を前記切断部に引き寄せるためのワイヤと、
前記ワイヤの送り出し、引き戻しを駆動するワイヤ駆動機構と、を具備し、
前記ワイヤ駆動機構により前記ワイヤが送り出されることにより、前記アームの先端から前方に送り出されたワイヤ部分はループ状をなし、前記スライダが第1位置に配置されたとき、前記ループ状をなすワイヤ部分が前記パイプ状部材に挿入され、
前記スライダが前記第1位置よりも前方の第2位置に配置されたとき、前記ループ状をなすワイヤ部分は前記パイプ状部材から外れ、前記ワイヤ駆動機構により前記ワイヤが引き戻されることにより、前記ループ状をなすワイヤ部分が収縮され、前記吸着された果実の果柄又は枝に前記切断部が引き寄せられ、又は前記吸着された果実の果柄又は枝が前記切断部に引き寄せられ、前記切断部により前記吸着された果実の果柄又は枝が切断される、果実収穫装置。 - 請求項1乃至7のいずれか一項に記載の果実収穫装置を装備するロボットアーム機構が台車に載置される、果実収穫ロボット。
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