JP7457349B2

JP7457349B2 - 作物搬送装置

Info

Publication number: JP7457349B2
Application number: JP2020056744A
Authority: JP
Inventors: 智彦太田; 裕貴内藤; 哲資山田
Original assignee: National Agriculture and Food Research Organization
Current assignee: National Agriculture and Food Research Organization
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2024-03-28
Anticipated expiration: 2040-03-26
Also published as: JP2021154433A

Description

本発明は、作物搬送装置に関する。

トマトなどの施設園芸ハウスでは、収穫した作物の選果機への投入作業や箱詰め作業に多大な労力、人員を要しており、省力化が望まれている。例えば、選果機への投入作業は、傷のつきやすい軟弱な果実を１個ずつコンテナから取り出して選果機に投入する単調な作業である。また、箱詰め作業についても選果機で選果された果実を１個ずつ箱に投入する単調な作業である。従来、共同選果場で利用される自動箱詰め装置が知られているが、コンベア上のトレイ（パン）に載せられ、整列された状態の果実しか自動で箱詰めすることができず、また、大型であり、高コストなため、大規模施設生産者は導入することが難しい。

現時点では、果実を選果機に投入する作業や果実を箱詰めする作業に用いるロボットは知られておらず、物体を保持するロボットとして、例えば特許文献１～４等に記載のロボットが知られている。また、特許文献５には、積層された多数の胡瓜の中から胡瓜を一本ずつ保持して取り出すロボットハンドが開示されている。

特開２０１９－５５８５９号公報特開２０１８－６９３５３号公報実開昭６３－７９１８９号公報特開２０１９－９３５２０号公報特開平８－３００２８６号公報

上記特許文献１～４に開示されているロボット等を、コンテナ内に多数収容された軟弱な果実の搬送作業に転用することも考えられる。しかしながら、上記特許文献１～４のロボット等では、ハンド等を搬送対象の果実に対して近づける場合に、ハンドの一部が搬送対象の果実や隣接する果実に接触し、果実の表面を傷つけるおそれがある。

また、上記特許文献５に開示されているロボットハンドは、指形成体の先端反り面を、積層された多数の胡瓜のうちの一本に対して上側から押し付けるようにし、指形成体で胡瓜を挟持する。しかしながら、このような挟持の仕方では、トマトのような略球状の作物を確実に保持することが難しく、高速で搬送（ハンドリング）すると作物が落下するおそれがある。

そこで、本発明は、略球状の作物を確実に保持して搬送することが可能な作物搬送装置を提供することを目的とする。

本発明の作物搬送装置は、複数の略球状の作物のうちの１つの作物に対し第１方向の一側から近づいて前記作物を保持し、搬送する作物搬送装置であって、複数の前記作物のうち前記第１方向の最も一側に位置する特定点の３次元座標情報を検出する第１検出部と、板状の弾性体で形成され、前記作物の前記第１方向の他側の半球面に接触する接触面を有し、前記接触面が前記作物に接触した状態で前記作物を保持する複数のフィンガと、前記複数のフィンガを互いに接近又は離間する方向に駆動するフィンガ駆動部と、を有するハンドと、前記ハンドを駆動するハンド駆動部と、前記作物の位置及び形状を検出する第２検出部と、前記第１検出部及び前記第２検出部の検出結果に基づいて、前記フィンガ駆動部と前記ハンド駆動部とを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第１検出部が検出した前記３次元座標情報に基づいて、前記ハンドを前記特定点の前記第１方向の一側に位置決めし、前記ハンドを前記特定点の前記第１方向の一側に位置決めした状態で、前記第２検出部により前記特定点を有する作物の位置及び形状を検出し、前記第２検出部の検出結果に基づいて、前記ハンドが前記特定点を有する作物の前記第１方向の一側に位置する第１状態から、前記複数のフィンガの前記接触面の近傍の先端を前記特定点を有する作物の表面に接触させつつ、前記ハンドを前記第１方向の一側から他側に移動させることにより、前記複数のフィンガの前記接触面が前記特定点を有する作物の前記第１方向の他側の半球面に接触する第２状態に遷移させる。

本発明の作物搬送装置は、略球状の作物を確実に保持して搬送することができるという効果を奏する。

作物搬送装置を示す斜視図である。ハンドを模式的に示す図である。図３（ａ）は、図２のＡ－Ａ線断面図（フィンガが接近した状態を示す図）であり、図３（ｂ）は、図２のＡ－Ａ線断面図（フィンガが離間した状態を示す図）である。図４（ａ）は、フィンガの１つの縦断面であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のフィンガを＋Ｘ側から見た状態を示す図である。作物搬送装置の制御ブロック図である。図６（ａ）は、制御装置のハードウェア構成を示す図であり、図６（ｂ）は、制御装置の機能ブロック図である。作物搬送装置の動作を示すフローチャートである。図８（ａ）、図８（ｂ）は、図７の処理を説明するための図（その１）である。図９（ａ）、図９（ｂ）は、図７の処理を説明するための図（その２）である。図７の処理を説明するための図（その３）である。変形例を示す図である。

以下、一実施形態に係る作物搬送装置１００について、図１～図１０に基づいて詳細に説明する。図１には、作物搬送装置１００が斜視図にて示されている。本実施形態の作物搬送装置１００は、図１に示すように、作物（本実施形態ではトマト）が収容されたコンテナ１１０から、不図示の選果機に接続された搬送コンベア１２０上に作物（トマト）を搬送する装置である。搬送コンベア１２０は、図１のようなベルトコンベアのみならず、パンやトレイを搬送するチェーンコンベアなどであってもよい。

作物搬送装置１００は、コンテナ１１０近傍に設けられた、ハンド駆動部としてのロボット本体９０と、ロボット本体９０の先端に設けられたハンド１０と、を備える。

ロボット本体９０は、多関節ロボットであり、制御装置１９０（図５参照）の指示の下で駆動し、ハンド１０を６自由度方向に移動させる。ロボット本体９０の各関節には、関節の角度を検出するためのエンコーダ９４（図５参照）が設けられており、制御装置１９０は、エンコーダ９４の情報から、ロボット本体９０の姿勢をモニタリングすることができる。図１では不図示であるが、作物搬送装置１００の上方（例えばコンテナ１１０の１ｍ上方）には、グローバルセンサ９２（図５参照）が設けられている。グローバルセンサ９２は、例えば、コンテナ１１０近傍に投光した赤外線が反射して戻ってくる時間から深度情報を得るTime of Flight（TOF）方式の深度センサを含み、コンテナ１１０内において最も高い位置（トマトの最高点）を検出し、検出した位置の３次元座標を制御装置１９０に対して出力する。

ハンド１０は、複数（本実施形態では６つ）のフィンガ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを有する（フィンガ１４Ｂについては、図１では不図示、図２等参照）。

図２は、ハンド１０を模式的に示す図である。図２では、ハンド１０のフィンガ１２Ｂ、１４Ｂを示し、その他のフィンガについての図示を省略している。また、図３（ａ）、図３（ｂ）は、図２のＡ－Ａ線断面図である。なお、図２においては、紙面内上下方向をＺ軸方向とし、紙面内左右方向（フィンガ１２Ｂとフィンガ１４Ｂとが対向する方向）をＹ方向、紙面直交方向をＸ軸方向としている。なお、図２の座標系は、ハンド１０の座標系であるため、ハンド１０が移動したり、姿勢を変更したりしても、ハンド１０と座標系との関係は変化しないものとする。

図２、図３（ａ）に示すように、フィンガ１２Ａ～１２Ｃは、取付部材１６Ａにネジ止め等により取り付けられている。また、フィンガ１４Ａ～１４Ｃは、取付部材１６Ｂにネジ止め等により取り付けられている。取付部材１６Ａ、１６Ｂは、フィンガ駆動部としてのフィンガ駆動装置１８により、Ｘ軸方向にスライド駆動される。これにより、フィンガ１２Ａ～１２Ｃと、フィンガ１４Ａ～１４Ｃは、Ｘ軸方向に関して、接近（図３（ａ）参照）、離間（図３（ｂ）参照）が可能となっている。図３（ａ）の状態では、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃが閉じた状態となる。一方、図３（ｂ）の状態では、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃが開いた状態となる。

ここで、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃについて詳細に説明する。図４（ａ）には、フィンガ１２Ｂの縦断面図が示され、図４（ｂ）には、フィンガ１２Ｂを＋Ｘ側から見た状態が示されている。なお、その他のフィンガについては、フィンガ１２Ｂと同一であるので、説明は省略する。

フィンガ１２Ｂは、薄板状のバネ材（例えばバネ鋼）を材料としており、長さが１００～２００ｍｍで、厚さが０．６～１．２ｍｍ程度となっている。このような材料、長さ及び厚さを採用することで、フィンガ１２Ｂの下端部（－Ｚ端部）がトマトに上方から接触してもフィンガ１２Ｂが弾性変形するため、トマトの傷つきを抑制することができる。また、上記厚さは、永久変形するほどは薄くないため、フィンガ１２に対して外力が作用しなくなると元の状態に戻るようになっている。また、フィンガ１２ＢのＹ軸方向に関する幅は、１０～２０ｍｍ程度となっている。このような幅を採用することで、コンテナ１１０内に多数のトマトが存在していても、フィンガ１２Ｂがトマトとトマトの間の隙間に入りやすくなっている。なお、フィンガ１２Ｂの材料としては、バネ鋼以外の板状の弾性体を採用してもよい。板状の弾性体としては、例えば樹脂やその他の材料を用いることも可能である。

フィンガ１２Ｂは、略球状のトマトを板バネの弾性力により保持できるようにするため、薄板状の部材の２か所を互いに逆向きに折り曲げた形状を有している。より具体的には、フィンガ１２Ｂは、第１部分５０Ａ、第２部分５０Ｂ、第３部分５０Ｃを有しており、第１部分５０Ａと第２部分５０Ｂとの境が第１屈曲部５２Ａ、第２部分５０Ｂと第３部分５０Ｃとの境が第２屈曲部５２Ｂとなっている。

第１屈曲部５２Ａの屈曲角度αは、例えば、１３０～１７０°程度である。屈曲角度αとして上記範囲を採用することで、フィンガ１２Ｂの下端部（－Ｚ側の端部）近傍に－Ｘ方向から＋Ｘ方向に向かう外力が作用したときに、フィンガ１２Ｂは外力が作用する方向（屈曲角度αが小さくなる方向）に変形するようになっている。

また、第２屈曲部５２Ｂの屈曲角度βは、例えば１１０～１７０°程度である。屈曲角度βとして上記範囲とすることで、第３部分５０Ｃがトマトの下半部（下側の半球面）に接触しやすくなっている。これにより、トマトを高速でハンドリングしても、トマトが落下しにくくなっている。なお、本実施形態では、トマトが載置された状態で上側から視認できる範囲を「上側の半球面」と呼び、それ以外の面を「下側の半球面」と呼ぶものとする。

第３部分５０Ｃは、長さが３０～７０ｍｍ程度となっている。この長さは、トマトの高さのほぼ半分程度である。したがって、フィンガによりトマトを保持したときに、トマトの重さを下側から受けることができる。また、第３部分５０Ｃには、緩衝材（第１緩衝材）５４Ａと、緩衝材（第２緩衝材）５４Ｂと、が貼り付けられており、緩衝材５４Ａの－Ｘ側の面が保持対象のトマト（搬送対象のトマト）の下側の半球面に接触する接触面となっている。

緩衝材５４Ａは、保持対象のトマトと接触する緩衝材であり、厚さは、０．５～２ｍｍ程度で、摩擦係数が高い（滑りにくい）材料、例えばエプトシーラ（登録商標）を用いることができる。フィンガ１２Ｂに緩衝材５４Ａを設けることで、フィンガ１２Ｂが保持対象のトマトに接触してもトマトに傷がつきにくくなっている。また、緩衝材５４Ａとして上記材料を採用することで、トマトを確実に保持することができる。

緩衝材５４Ｂは、保持対象のトマトの周辺に存在する保持対象でないトマトと接触する緩衝材であり、厚さは、０．５～２ｍｍ程度で、摩擦係数が低い（滑りやすい）材料、例えば天然ゴムを用いることができる。フィンガ１２Ｂに緩衝材５４Ｂを設けることで、フィンガ１２Ｂが保持対象でないトマトに接触してもトマトに傷がつきにくくなっている。また、緩衝材５４Ｂとして上記材料を採用することで、トマトとトマトの間に第３部分５０Ｃをスムーズに入り込ませることができるようになる。

緩衝材５４Ａ，５４Ｂは、図４（ｂ）に示すように、第３部分５０Ｃよりも寸法Ｐ（Ｐは例えば１～５ｍｍ程度）だけ大きく設定されている。このように、フィンガ１２Ｂの第３部分５０Ｃを外部に露出させないことで、フィンガ１２Ｂとトマトが接触したときのトマトの傷つきを抑制している。また、図４（ｂ）に示すように、緩衝材５４Ａ，５４Ｂ及びフィンガ１２Ｂの下端部の角を落としている（角を曲線状に加工している）。この点からも、フィンガ１２Ｂとトマトが接触したときのトマトの傷つきが抑制されている。なお、緩衝材５４Ａ，５４Ｂ及びフィンガ１２Ｂの下端部全体を、半円状などの曲線形状に加工してもよい。

なお、緩衝材５４Ａ、５４Ｂの材料は、同一であってもよい。この場合、例えば、緩衝材５４Ａ、５４Ｂの表面に形成する凹凸の方向や表面粗さなどを異ならせることにより、各緩衝材５４Ａ、５４Ｂが必要とする表面状態（摩擦係数など）を実現するようにしてもよい。

なお、フィンガ１２Ａとフィンガ１２Ｂ、フィンガ１２Ｂとフィンガ１２Ｃとの間の間隔（図３（ｂ）の中心間距離Ｈ）は、２０～４０ｍｍ程度となっている。同様に、フィンガ１４Ａとフィンガ１４Ｂ、フィンガ１４Ｂとフィンガ１４Ｃとの間の間隔は、２０～４０ｍｍ程度となっている。これにより、１つのトマトをフィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃにより確実に保持することができ、保持対象でないトマトとの接触を極力少なくすることができる。

図１に戻り、ハンド１０は、ローカルセンサ３６を有している。ローカルセンサ３６は、深度計測が可能なステレオビジョン等の深度カメラを含み、撮影した画像から、保持対象（搬送対象）のトマトの外形形状（外接円）を特定し、特定した外接円の中心（外心）の位置座標と、外接円の径の情報を制御装置１９０に送信する。なお、深度カメラは単眼のカメラであってもよい。

図５には、作物搬送装置１００の制御ブロック図が示されている。図５に示すように、作物搬送装置１００においては、制御部としての制御装置１９０が、グローバルセンサ９２、ローカルセンサ３６、エンコーダ９４が検出した結果を取得し、これに基づいて、フィンガ駆動装置１８及びロボット本体９０の駆動を制御する。

図６（ａ）には、制御装置１９０のハードウェア構成が示されている。図６（ａ）に示すように、制御装置１９０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１８９、ＲＯＭ（Read Only Memory）１９２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１９４、記憶部（ここではＨＤＤ（Hard Disk Drive））１９６、ネットワークインタフェース１９７、及び可搬型記憶媒体用ドライブ１９９等を備えている。これら制御装置１９０の構成各部は、バス１９８に接続されている。制御装置１９０では、ＲＯＭ１９２あるいはＨＤＤ１９６に格納されているプログラム、或いは可搬型記憶媒体用ドライブ１９９が可搬型記憶媒体１９１から読み取ったプログラムをＣＰＵ１８９が実行することにより、図６（ｂ）に示す各部の機能が実現される。なお、図６（ｂ）の各部の機能は、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等の集積回路により実現されてもよい。

図６（ｂ）には、制御装置１９０の機能ブロック図が示されている。制御装置１９０では、ＣＰＵ１８９がプログラムを実行することで、図６（ｂ）に示す、最高点取得部２０２、作物情報取得部２０４、エンコーダ情報取得部２０８、及び駆動制御部２１０、としての機能が実現されている。

最高点取得部２０２は、グローバルセンサ９２で検出されるコンテナ１１０内の最高点（コンテナ１１０内に存在するトマトの最高点）の３次元座標情報を取得する。最高点取得部２０２は、取得した３次元座標情報を駆動制御部２１０に通知する。

作物情報取得部２０４は、ローカルセンサ３６で検出される保持対象のトマトの外心の位置と径の情報を取得する。作物情報取得部２０４は、取得した情報を駆動制御部２１０に通知する。なお、作物情報取得部２０４は、ローカルセンサ３６で検出される保持対象のトマトと、周囲のトマトとの間の隙間の位置情報を検出することもできる。

エンコーダ情報取得部２０８は、ロボット本体９０の各関節に設けられたエンコーダ９４から各関節の角度情報を取得し、駆動制御部２１０に通知する。

駆動制御部２１０は、最高点取得部２０２、作物情報取得部２０４、及びエンコーダ情報取得部２０８から取得した情報に基づいて、作物搬送装置１００全体を制御する。

（作物搬送装置１００の動作について）
次に、作物搬送装置１００の動作について、図７のフローチャートに沿って、その他図面を適宜参照しつつ詳細に説明する。図７の処理は、駆動制御部２１０により実行される処理である。図７の処理が開始される際には、駆動制御部２１０は、ハンド１０を初期位置に位置決めしているものとする。

ステップＳ１０では、駆動制御部２１０が、グローバルセンサ９２によって検出されるコンテナ１１０内の最高点の３次元座標情報を最高点取得部２０２を介して取得する。なお、最高点を有するトマトが保持対象（搬送対象）のトマトとなる。

次いで、ステップＳ１２では、駆動制御部２１０が、ハンド接近動作を開始する。具体的には、駆動制御部２１０は、エンコーダ情報取得部２０８が取得するエンコーダ情報（ロボット本体９０の各関節の角度情報）に基づいて、ロボット本体９０を制御し、ハンド１０の下端部が最高点の上方（第１方向の一側）の所定高さ（例えば１５ｃｍ）の位置に位置決めされるように、ハンド１０を駆動する。

次いで、ステップＳ１４では、駆動制御部２１０が、ハンド１０が最高点の上方の所定高さに位置するまで待機する。駆動制御部２１０は、エンコーダ情報から、ハンド１０が最高点の上方の所定高さに位置したと判断すると、ステップＳ１６に移行する。

ステップＳ１６に移行すると、駆動制御部２１０は、ローカルセンサ３６による果実位置・径検出を実行する。具体的には、駆動制御部２１０は、ローカルセンサ３６に指示を出し、ハンド１０直下のトマトを撮影する。そして、駆動制御部２１０は、果実位置として、ローカルセンサ３６によって検出された、画角中央に位置するトマトの外心（外接円の中心）の、コンテナ１１０内における２次元位置及び高さ位置を、作物情報取得部２０４を介して取得する。また、駆動制御部２１０は、ローカルセンサ３６によって検出された、トマトの径（外接円の直径）を、作物情報取得部２０４を介して取得する。なお、駆動制御部２１０は、ステップＳ１０においてグローバルセンサ９２によって検出されたコンテナ１１０内の最高点の３次元座標情報を、ローカルセンサ３６によって検出された果実位置を用いて補正する。

次いで、ステップＳ１８では、駆動制御部２１０は、フィンガ１２Ｂの下端部とフィンガ１４Ｂの下端部との間の距離が所定幅になるように、フィンガ駆動装置１８を制御する。なお、所定幅は、検出されたトマトの径の大きさに所定割合（例えば８０％）を掛けた寸法であるものとする。なお、ステップＳ１８において、駆動制御部２１０は、作物情報取得部２０４が検出した保持対象のトマトと周囲のトマトとの間の隙間の位置情報を取得し、取得した隙間の位置情報に基づいて、ハンド１０をＺ軸回りに回転してもよい。この場合、駆動制御部２１０は、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃが隙間に入りやすくなるように、ハンド１０をＺ軸回りに回転すればよい。また、駆動制御部２１０は、ハンド１０を回転した後におけるトマトのＸ軸方向の寸法に基づいて、フィンガ駆動装置１８を制御するようにすればよい。図８（ａ）には、ステップＳ１８の処理が実行された後の状態（第１状態）が示されている。なお、図８（ａ）の第１の状態では、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃの下端部と、保持対象のトマトが、上下方向（第１方向）に関して対向した状態となっている。

次いで、ステップＳ２０では、駆動制御部２１０が、保持対象のトマトを保持可能な位置に向けてハンド１０の下方への移動（第１方向の一側から他側への移動）を開始する。すなわち、駆動制御部２１０は、ロボット本体９０を制御して、各フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃの下端部が所定位置（例えばローカルセンサ３６により検出されたトマトの外心が位置するトマト表面の高さよりも所定高さ（平均的なトマトの高さの９５％程度）だけ低い位置）になるように駆動する。

このハンド１０の移動の間に、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃの下端部は、図８（ｂ）に示すように、保持対象のトマトの表面（上側の半球面）に接触する。そして、ハンド１０が更に下方に移動すると、図９（ａ）に示すように、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃの下端部は、板バネの弾性力に抗して、トマトの表面に沿って広がり始める。この場合、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃが第１屈曲部５２Ａを有していることから、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃは第１屈曲部５２Ａを支点にして外側に開きやすくなっている。なお、ハンド１０が下方に移動している間は、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃの下端部は保持対象のトマトの表面に沿って移動するようになっている。

このとき、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃは、保持対象のトマトの周辺に位置している保持対象でないトマトを押しのける。なお、トマトは略球状であり、内向きに屈曲した第３部分５０Ｃの先端（下端）がトマトの略球状の表面に倣って（沿って）下方に移動するため、トマト同士が接触している部分にフィンガの下端部が当たる可能性は低いが、トマト同士が接触している部分にフィンガの下端部が当たったとしても、フィンガの厚さは十分に薄いので、保持対象でないトマトを押し退けながらフィンガをトマト間に挿入することができる。

そして、ハンド１０が更に下方に移動すると、図９（ｂ）に示すように、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃの下端部はトマトの下側の半球面に接触し始める。このとき、フィンガ１２Ａ～１２Ｃの下端部とフィンガ１４Ａ～１４Ｃの下端部との間の間隔は、板バネの弾性力によって、狭まるようになっている。なお、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃには、第２屈曲部５２Ｂが設けられているため、図９（ｂ）に示すように、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃの接触面（緩衝材５４Ａ）をトマトの下側の半球面に接触させることができ、トマトを下側から保持できるようになっている。

次いで、図７のステップＳ２２では、駆動制御部２１０が、ハンド１０が所定位置に移動するまで、すなわち、図９（ｂ）の状態（第２状態）になるまで待機する。駆動制御部２１０は、ロボット本体９０のエンコーダ９４から得られる情報に基づいて、図９（ｂ）の状態になったかを判断する。駆動制御部２１０は、図９（ｂ）の状態になったと判断した段階で、ステップＳ２４に移行する。本実施形態では、フィンガを予め狭めた状態（図８（ａ）参照）としているため、図９（ｂ）の状態からフィンガ１２Ａ～１２Ｃとフィンガ１４Ａ～１４Ｃを更に接近させなくても、トマトを保持した状態とすることができる。ただし、これに限らず、フィンガ１２Ａ～１２Ｃとフィンガ１４Ａ～１４Ｃによるトマトの保持を更に確実にするため、駆動制御部２１０は、フィンガ１２Ａ～１２Ｃとフィンガ１４Ａ～１４Ｃを更に接近させるようにしてもよい。

次いで、ステップＳ２４では、駆動制御部２１０が、トマトの搬送動作を実行する。すなわち、駆動制御部２１０は、エンコーダ情報に基づいてロボット本体９０を制御して、図１０に示すように、トマトを搬送する。そして、駆動制御部２１０は、ハンド１０をトマトの搬送先である搬送コンベア１２０の上方に移動し、ハンド１０を開く（フィンガ１２Ａ～１２Ｂとフィンガ１４Ａ～１４Ｃとを離間させる）。これにより、ハンド１０が保持していたトマトが、搬送コンベア１２０上に載置される。

以上により、図７の全処理が終了する。図７の全処理が終了すると、駆動制御部２１０は、ハンド１０を初期位置に戻す。なお、駆動制御部２１０は、図７の処理を繰り返し実行することにより、コンテナ１１０内のトマトを搬送コンベア１２０上に載置する処理を繰り返す。

以上、詳細に説明したように、本実施形態によると、ハンド１０は、板バネで形成され、トマトの下側の半球面に接触する接触面を有し、接触面がトマトの下側の半球面に接触した状態でトマトを保持する複数のフィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃと、複数のフィンガを互いに接近又は離間する方向に駆動するフィンガ駆動装置１８と、を有する。また、ハンド１０は、ロボット本体９０によって駆動され、グローバルセンサ９２とローカルセンサ３６とにより、トマトの位置及び形状が検出される。そして、制御装置１９０（駆動制御部２１０）は、ハンド１０が保持対象のトマトの上方に位置する第１状態（図８（ａ））から、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃの下端部（接触面近傍の先端）をトマトの表面に接触させながら、ハンド１０を下方に移動させることで、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃがトマトの下側の半球面に接触した第２状態（図９（ｂ））に遷移させる。これにより、本実施形態では、トマトの表面に傷をつけずに、保持対象でないトマトを押し退けながら、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃの下端部を保持対象のトマトの下側に滑り込ませることができる。また、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃは、板バネで形成されているため、上記のようにフィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃの下端部をトマトの下側に滑り込ませることで、板バネの弾性力により、トマトを確実に保持することができる。これにより、トマトを高速搬送した場合でもトマトが落下する可能性を低減することができる。

また、本実施形態では、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃが薄板状の部材であるため、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃが保持対象でないトマトを押し退けたときのトマトの移動量を少なくすることができる。これにより、保持対象でないトマトの傷つきを低減することができる。

また、本実施形態では、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃの下端部は、板バネの弾性力の作用により、トマトの表面に接触し続けるため、ハンド１０をトマトに近づけている間にフィンガ駆動装置１８を制御しなくても、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃの下端部をトマトの表面に接触させ続けることができる。これにより、制御の簡素化を図ることが可能である。

また、本実施形態では、ハンド１０を下降させている間に、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃの下端部が保持対象のトマトの表面に接触し続けるため、保持対象のトマトと周囲のトマトとの隙間にフィンガを確実に挿入することができる。

また、本実施形態では、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃの保持対象のトマトの下側の半球面と接触する接触面に緩衝材５４Ａを設けている。これにより、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃと保持対象のトマトが接触することにより、保持対象のトマトが損傷する可能性を低減することができる。また、緩衝材５４Ａを滑りにくい材料とすることで、保持したトマトが落下する可能性を低減することができる。

また、本実施形態では、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃの保持対象でないトマトと接触する面に緩衝材５４Ｂを設けている。これにより、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃが保持対象でないトマトに接触した場合でも、保持対象でないトマトが損傷する可能性を低減することができる。

また、本実施形態では、図４（ａ）に示すように、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃが第１屈曲部５２Ａを有しているので、第１屈曲部５２Ａを支点として、第１屈曲部５２Ａの下側が開く方向に弾性変形しやすくなっている。また、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃが第２屈曲部５２Ｂを有しているので、第３部分５０Ｃがトマトの下側の半球面に接触しやすくなっている。これにより、トマトを高速でハンドリングしたときのトマトの落下を抑制することができる。

なお、上記実施形態では、検出部として、グローバルセンサ９２とローカルセンサ３６を併用する場合について説明したが、いずれか一方のみを用いることとしてもよい。例えば、グローバルセンサ９２のみを用いる場合には、図７の処理において、ステップＳ１６の処理を省略し、ステップＳ１０において、グローバルセンサ９２がトマトの外心や径を検出するようにすればよい。

なお、上記実施形態のハンド１０の構成は、一例である。すなわち、ハンド１０はその他の構成であってもよい。例えば、フィンガ１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃが上下方向にスライド可能であってもよく、スライド量を検出し、当該検出結果に基づいて、制御装置１９０が、フィンガ駆動装置１８やロボット本体９０を制御するようにしてもよい。例えば、制御装置１９０は、フィンガのスライド量が閾値に達した場合に、フィンガがトマトを傷つける可能性があると判断し、トマトの搬送動作を停止するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、ハンド１０が有するフィンガの本数が６本である場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、フィンガの本数は、４本などであってもよい。また、上記実施形態では、トマトを保持するときに、３つのフィンガを一体的に駆動する場合について説明したが、これに限られるものではなく、各フィンガを独立に駆動することとしてもよい。

なお、上記実施形態では、作物搬送装置１００が、コンテナ１１０から搬送コンベア１２０に作物を搬送する場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、作物搬送装置１００は、ミニトマト等を多数収容するトレイから、弁当箱の所定位置に向けてミニトマト等をハンドリングする装置（具材盛り付け装置）であってもよい。

なお、上記各実施形態では、ローカルセンサ３６が、画像を撮影しているため、撮影した画像から、搬送対象のトマトの形状、大きさ、色を特定し、特定結果に基づいて選果を行うこととしてもよい。この場合、選果結果に基づいて、各トマトの搬送位置を異ならせてもよい。また、ハンド１０において保持したトマトの重量を検出できる場合には、検出された重量に基づいて、各トマトの搬送位置を異ならせてもよい。なお、ハンド１０においてトマトの重量を検知する装置としては、ロードセルを用いることができる。

なお、上記実施形態の作物搬送装置１００は、トマト等の果実の収穫に用いることもできる。例えば、図１１に示すように、収穫対象の果実に対して、横方向（水平方向）からハンド１０を接近させ、上記実施形態と同様に果実を保持させる。そして、保持完了後に、ハンド１０を回転させて果実をもぎ取り、ハンド１０を退避させる。このようにすることで、トマト等の果実の収穫が可能となる。

なお、上記実施形態では、搬送対象の作物がトマトである場合について説明したが、これに限らず、搬送対象の作物は、その他の略球状の作物、例えばメロン、スイカ、玉ねぎ、リンゴ、モモ、ミカン、キャベツなどであってもよい。フィンガの寸法や本数等は、搬送対象の作物に応じて適宜変更すればよい。

上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

１０ハンド
１２Ａ～１２Ｃ，１４Ａ～１４Ｃフィンガ
１８フィンガ駆動装置（フィンガ駆動部）
３６ローカルセンサ（検出部の一部）
５２Ａ第１屈曲部
５２Ｂ第２屈曲部
５４Ａ緩衝材（第１緩衝材）
５４Ｂ緩衝材（第２緩衝材）
９０ロボット本体（ハンド駆動部）
９２グローバルセンサ（検出部の一部）
１９０制御装置（制御部）
１００作物搬送装置

Claims

複数の略球状の作物のうちの１つの作物に対し第１方向の一側から近づいて前記作物を保持し、搬送する作物搬送装置であって、
複数の前記作物のうち前記第１方向の最も一側に位置する特定点の３次元座標情報を検出する第１検出部と、
板状の弾性体で形成され、前記作物の前記第１方向の他側の半球面に接触する接触面を有し、前記接触面が前記作物に接触した状態で前記作物を保持する複数のフィンガと、前記複数のフィンガを互いに接近又は離間する方向に駆動するフィンガ駆動部と、を有するハンドと、
前記ハンドを駆動するハンド駆動部と、
前記作物の位置及び形状を検出する第２検出部と、
前記第１検出部及び前記第２検出部の検出結果に基づいて、前記フィンガ駆動部と前記ハンド駆動部とを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記第１検出部が検出した前記３次元座標情報に基づいて、前記ハンドを前記特定点の前記第１方向の一側に位置決めし、
前記ハンドを前記特定点の前記第１方向の一側に位置決めした状態で、前記第２検出部により前記特定点を有する作物の位置及び形状を検出し、
前記第２検出部の検出結果に基づいて、前記ハンドが前記特定点を有する作物の前記第１方向の一側に位置する第１状態から、前記複数のフィンガの前記接触面の近傍の先端を前記特定点を有する作物の表面に接触させつつ、前記ハンドを前記第１方向の一側から他側に移動させることにより、前記複数のフィンガの前記接触面が前記特定点を有する作物の前記第１方向の他側の半球面に接触する第２状態に遷移させる、
ことを特徴とする作物搬送装置。
前記制御部は、前記第１状態において、前記複数のフィンガの前記接触面の近傍の先端と前記特定点を有する作物とが前記第１方向に関して対向するように、前記第２検出部が検出した前記特定点を有する作物の形状に基づいて前記フィンガ駆動部を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の作物搬送装置。
前記第１状態から前記第２状態に遷移するときに、前記複数のフィンガの前記接触面の近傍の先端は、前記板状の弾性体の弾性力の作用により、前記特定点を有する作物の表面に沿って移動する、ことを特徴とする請求項２に記載の作物搬送装置。
前記フィンガの前記接触面には、第１緩衝材が設けられている、ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の作物搬送装置。
前記フィンガの前記接触面とは反対側の面には、前記第１緩衝材よりも摩擦係数の低い第２緩衝材が設けられている、ことを特徴とする請求項４に記載の作物搬送装置。
前記フィンガは、
前記第１方向の一側から第１屈曲部と、第２屈曲部と、を有し、
前記第１屈曲部と前記第２屈曲部は、逆向きに屈曲しており、
前記第２屈曲部よりも前記第１方向の他側に前記接触面が位置している、ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の作物搬送装置。