JP7480460B2 - 作物搬送装置 - Google Patents

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。

また、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。

特許文献１には、菓子などの被搬送物を損なうことなく保持して、容器内に確実に詰め込むための装置が開示されている。この装置が有する保持具の被搬送物を保持する面にはクッション材が設けられている。また、特許文献２には、パン生地を側面から把持して移載するためのロボット用エンドエフェクタが開示されている。また、特許文献３には、ワークの把持に用いるロボットハンドが開示されている。更に、特許文献４には、梱包箱の中に複数の対象物を密着させて収納させるための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

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。

そこで、本発明は、作物の表面の損傷を抑制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、第１方向を長手方向とし、前記第１方向の一端部近傍に作物を保持する保持面が設けられた複数のフィンガと、前記複数のフィンガを離間した状態と接近した状態との間で遷移させる遷移部と、を有するハンドと、前記ハンドを、前記作物を保持する位置と前記作物の搬送先との間で移動させる移動部と、前記ハンド及び前記移動部の動作を制御する制御部と、を備え、前記ハンドは、前記フィンガの前記第１方向への移動を許容する許容部と、前記フィンガの前記第１方向への移動を検知し、検知結果を前記制御部に出力する検知部と、を有し、前記制御部は、前記検知部から出力された前記第１方向へ移動している前記フィンガの組み合わせが前記複数のフィンガの少なくとも一部によって前記作物を保持できる条件を満たすか否かに基づいて、前記ハンド及び前記移動部の動作を制御する、作物搬送装置である。

本発明の作物搬送装置は、作物の表面の損傷を抑制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。 ハンドを拡大して示す図である。 図３（ａ）、図３（ｂ）は、フィンガ機構を－Ｚ側から見た状態を模式的に示す図である。 フィンガ機構の１つを取り出して、拡大して示す図である。 図４の状態からフィンガが上方に移動し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７（ａ）は、制御装置のハードウェア構成を示す図であり、図７（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９（ａ）は、ハンドが最高点の上方の所定高さに位置した状態を模式的に示す図であり、図９（ｂ）は、ハンドを開いた状態を模式的に示す図である。 図１０（ａ）は、図９（ｂ）の状態からハンドを下降させた状態を模式的に示す図であり、図１０（ｂ）は、ハンドによりトマトが把持された状態を模式的に示す図である。 接近・把持動作の停止条件を示す表である。 接近・把持動作の停止条件を満たす場合を模式的に示す図（その１）である。 接近・把持動作の停止条件を満たす場合を模式的に示す図（その２）である。 図１４（ａ）、図１４（ｂ）は、第１の実施形態の変形例を説明するための図である。 図１５（ａ）、図１５（ｂ）は、第２の実施形態のハンドを模式的に示す図である。 図１６（ａ）～図１６（ｃ）は、第３の実施形態におけるフィンガ機構の１つを模式的に示す図である。 第３の実施形態における駆動制御部の処理を示すフローチャートである。 第３の実施形態における把持動作の停止条件を示す表である。 作物搬送装置を収穫に用いる場合を示す図である。

《第１の実施形態》
以下、第１の実施形態に係る作物搬送装置１００について、図１～図１２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。本第１の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ベルトコンベア１２０上に作物（トマト）を搬送する装置である。

作物搬送装置１００は、コンテナ１１０近傍に設けられた、移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６参照）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６参照）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６参照）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、図２に拡大して示すように、複数（本実施形態では６つ）のフィンガ機構１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃを有する（フィンガ機構１４Ｂについては、図２では不図示）。なお、以降においては、図２における紙面内上下方向をＺ軸方向とし、紙面内左右方向をＹ方向、紙面直交方向をＸ軸方向として、説明する。

図３（ａ）、図３（ｂ）は、フィンガ機構１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃを－Ｚ側から見た状態を模式的に示す図である。図２、図３（ａ）に示すように、フィンガ機構１２Ａ～１２Ｃは、スライダ１６Ａに設けられている。スライダ１６Ａは、図２に示す電動シリンダ１８によって、Ｘ軸方向へ移動可能となっている。このスライダ１６ＡのＸ軸方向への移動により、フィンガ機構１２Ａ～１２Ｃが一体的にＸ軸方向に移動する。また、フィンガ機構１４Ａ～１４Ｃは、図３（ａ）に示すように、スライダ１６Ｂに設けられている。スライダ１６Ｂは、スライダ１６Ａと同様、電動シリンダ１８によってＸ軸方向へ移動可能となっている。このスライダ１６ＢのＸ軸方向への移動により、フィンガ機構１４Ａ～１４Ｃが一体的にＸ軸方向に移動する。本第１の実施形態では、図３（ａ）に示すように、スライダ１６Ａ、１６Ｂが接近した状態では、フィンガ機構１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃが閉じた状態となる。一方、図３（ｂ）に示すように、スライダ１６Ａ、１６Ｂが離間した状態では、フィンガ機構１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃが開いた状態となる。本第１の実施形態では、電動シリンダ１８により、複数のフィンガ２０を離間した状態と接近した状態との間で遷移させる遷移部としての機能が実現されている。

図４は、フィンガ機構１２Ａを取り出して、拡大して示す図である。図４に示すように、フィンガ機構１２Ａは、薄板状のフィンガ２０を有する。フィンガ２０の材料としては、例えばバネ鋼を用いることができる。フィンガ２０は、例えば厚さ０．８ｍｍ程度、幅１５ｍｍ程度とすることができる。また、フィンガ２０の下端から上端部近傍に設けられたネジ留め用の貫通穴までの長さは２００ｍｍ程度とすることができる。フィンガ２０は、球状に近い形状の果実を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。例えば、フィンガ２０の下端部から５０ｍｍの第１箇所と、上端部から５０ｍｍの第２箇所を折り曲げ部とし、第１箇所よりも下側の部分の延びる方向とＺ軸とがなす角度αを５°、第１箇所と第２箇所の間の部分が延びる方向とＺ軸とがなす角度βを５°とすることができる。フィンガ２０に対して外部からの力（矢印Ｆａ、Ｆｂ参照）が作用したときには、フィンガ２０は力が作用した方向に変形し、力が作用しなくなると元の状態に戻る。図４における、フィンガ２０の第１箇所の近傍の部分の＋Ｙ側の面は、トマトを保持する保持面となっている。

フィンガ２０の－Ｚ側の端部（第１箇所近傍）には、柔軟物２２が被覆されている。本第１の実施形態では、フィンガ２０の保持面（＋Ｙ側の面）のみならず、保持面の裏側の面（－Ｙ側の面）も柔軟物２２で被覆されている。柔軟物２２の材料としては、例えば、ゴムを用いることができる。柔軟物２２の厚さは、１．５～２．０ｍｍ程度である。また、柔軟物２２の下端部を、フィンガ２０の下端部よりも２．０～３．０ｍｍ程度下側に位置させている。柔軟物２２を上記のように設けることで、フィンガ２０の下端部近傍が搬送対象のトマトや隣接するトマトに接触した場合でも、トマトの損傷を抑制することができる。ここで、フィンガ２０の保持面側に設ける柔軟物２２と保持面の裏側の柔軟物２２は、同一のものであってもよいし、異なるものであってもよい。例えば、保持面側の柔軟物２２として、摩擦係数が高い材料を用い、保持面の裏側の柔軟物２２として、摩擦係数が低い材料を用いることができる。このようにすることで、保持面側でトマトを保持したときの保持力を高めることができるとともに、把持対象のトマトと隣接するトマトとの間にフィンガ２０を入り込ませやすくすることができる。

また、フィンガ２０の＋Ｚ側の端部は、逆Ｌ字状に折り曲げられた板状の保持部材２４にねじ止め等により固定されている。

保持部材２４は、スライド機構２６のスライド部材２８Ａに固定されている。スライド機構２６は、保持部材２４が固定されたスライド部材２８Ａと、Ｚ軸方向に延びるガイド２８Ｂとを有する。ガイド２８Ｂは、スライダ１６Ａに固定されており（図９（ａ）、図９（ｂ）等参照）、スライド部材２８Ａは、ガイド２８Ｂに係合し、ガイド２８Ｂに沿ってＺ軸方向にスライド可能となっている。すなわち、スライド機構２６は、フィンガ２０の＋Ｚ方向（第１方向）への移動を許容する許容部として機能する。スライド部材２８Ａとガイド２８Ｂとの間には、ボールベアリングが設けられているため、スライド部材２８Ａはガイド２８Ｂに沿ってスムーズにスライドできるようになっている。

また、保持部材２４には、貫通孔２４ａが形成されており、貫通孔２４ａには、軸部材３０が貫通した状態となっている。軸部材３０の＋Ｚ側端部は、スライダ１６Ａに固定されている（図２、図９（ａ）、図９（ｂ）等参照）。保持部材２４がスライド機構２６を介してＺ軸方向にスライド移動する際には、保持部材２４が軸部材３０に対してスライド移動するようになっている。軸部材３０には、付勢部材としての圧縮コイルバネ３２が設けられている。圧縮コイルバネ３２は、保持部材２４に対して－Ｚ方向の力を常時付勢している。

図５には、フィンガ２０（柔軟物２２）に対して下側（－Ｚ側）から上向きの力Ｆｃが作用し、圧縮コイルバネ３２の付勢力に抗して、フィンガ２０や保持部材２４が上方（＋Ｚ方向）に移動した状態が示されている。図５に示すように、スライド部材２８Ａがガイド２８Ｂの上端部近傍まで移動すると、ガイド２８Ｂの上端部近傍に設けられている検知部としてのリミットスイッチ３４に接触するようになっている。リミットスイッチ３４は、接触を検知すると（ＯＮになると）、その検知結果を制御装置１９０（図６）に送信する。本第１の実施形態では、リミットスイッチ３４は、フィンガ２０が平均的なトマトの高さの８０％程度（例えば５０ｍｍ程度）上方に移動したときにＯＮになるように設定されているものとする。

なお、フィンガ２０が上方に移動するときの力Ｆｃは、圧縮コイルバネ３２の弾性力により異なる。したがって、どの程度の力を受けたときにフィンガ２０を上方に移動させたいかに応じて、圧縮コイルバネ３２を選択するようにすればよい。本実施形態では、フィンガ２０がトマトに上側から接触した場合でも、トマトに傷をつけずにフィンガ２０が上方に移動する（逃げる）ように、圧縮コイルバネ３２を選択することとする。

図２に戻り、その他のフィンガ機構１２Ｂ、１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃについても、フィンガ機構１２Ａと同様の構成となっている。

ハンド１０は、更に、特定部としてのローカルセンサ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、把持対象（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６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６に示すように、作物搬送装置１００においては、制御装置１９０が、グローバルセンサ９２、ローカルセンサ３６、リミットスイッチ３４、エンコーダ９４が検出した結果を取得し、これに基づいて、電動シリンダ１８及びロボット本体９０の駆動を制御する。

図７（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７（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、入出力インタフェース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７（ｂ）に示す各部の機能が実現される。なお、図７（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７（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７（ｂ）に示す、最高点取得部２０２、果実情報取得部２０４、検出結果取得部２０６、エンコーダ情報取得部２０８、及び制御部としての駆動制御部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。

果実情報取得部２０４は、ローカルセンサ３６で検出される把持対象のトマトの外心の位置と径の情報を取得する。果実情報取得部２０４は、取得した情報を駆動制御部２１０に通知する。

検出結果取得部２０６は、リミットスイッチ３４の検出結果（ＯＮ／ＯＦＦ情報）を取得する。検出結果取得部２０６は、取得した情報を駆動制御部２１０に通知する。

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、果実情報取得部２０４、検出結果取得部２０６、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８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８の処理は、駆動制御部２１０により実行される処理である。図８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把持対象（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。なお、図９（ａ）には、ハンド１０が、最高点の上方の所定高さに位置した状態が模式的に示されている。なお、図９（ａ）の状態では、ハンド１０が閉じた状態（フィンガ機構１２Ａ～１２Ｃと、フィンガ機構１４Ａ～１４Ｃを接近させた状態）となっている。

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（ＸＹ面内位置）及び高さ位置を、果実情報取得部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、果実情報取得部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（ＸＹＺ座標）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が、検出されたトマトの径の大きさだけ、ハンド１０を開く。この場合、駆動制御部２１０は、電動シリンダ１８を制御して、スライダ１６Ａ、１６Ｂを互いに離れる方向に駆動する。図９（ｂ）には、ハンド１０を開いた状態（フィンガ機構１２Ａ～１２Ｃの下端部と、フィンガ機構１４Ａ～１４Ｃの下端部を検出されたトマトの径だけ離間させた状態）が示されている。

次いで、ステップＳ２０では、駆動制御部２１０が、把持対象のトマトを把持可能な位置に向けてハンド１０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、ハンド１０の下端部がローカルセンサ３６により検出されたトマトの外心の高さよりも所定高さ（平均的なトマトの高さの８０％程度、例えば５０ｍｍ）だけ低い位置になるように駆動する。この場合、駆動制御部２１０は、図１０（ａ）に示すような状態になるように、ハンド１０を駆動する。

次いで、ステップＳ２２では、駆動制御部２１０が、リミットスイッチ３４の検出結果が所定条件を満たしたか否かを判断する。ここで、所定条件とは、図１１に示すような接近・把持動作の停止条件であるものとする。図１１に示すように、接近・把持動作の停止条件は、リミットスイッチ３４の検出結果（ＯＮの数）で定義される。例えば、図１１のＮｏ．１のように、フィンガ機構１４Ａ～１４Ｃの３つのリミットスイッチ３４の全てがＯＦＦであり、フィンガ機構１２Ａ～１２Ｃの３つのリミットスイッチ３４の全てがＯＮである場合には、停止条件を満たす。また、図１１のＮｏ．２のように、フィンガ機構１４Ａ～１４Ｃの３つのリミットスイッチ３４のうちの１つがＯＮであり、フィンガ機構１２Ａ～１２Ｃの３つのリミットスイッチ３４の全てがＯＮである場合には、停止条件を満たす。また、図１１のＮｏ．３のように、フィンガ機構１４Ａ～１４Ｃの３つのリミットスイッチ３４のうちの２つがＯＮであり、フィンガ機構１２Ａ～１２Ｃの３つのリミットスイッチ３４の全てがＯＮ又は２つがＯＮである場合には、停止条件を満たす。更に、図１１のＮｏ．４のように、フィンガ機構１４Ａ～１４Ｃの３つのリミットスイッチ３４のうちの全てがＯＮの場合には、停止条件を満たす。すなわち、図１１の例では、「フィンガ機構１４Ａ～１４Ｃのうちの少なくとも１つのリミットスイッチ３４がＯＦＦであり、フィンガ機構１２Ａ～１２Ｃのうちの少なくとも１つのリミットスイッチ３４がＯＦＦであり、全体で３つ以上のリミットスイッチ３４がＯＦＦである」という把持可能条件を満たさない場合に、停止条件を満たすことになる。把持可能条件を満たす場合には、少なくとも３つのフィンガ機構によりトマトを把持できることを意味する。一方、停止条件を満たす場合には、図１２に示すように、フィンガ機構１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃの一部が把持対象のトマトに接触し、トマトを３つのフィンガ機構で把持できない状態であることを意味する。あるいは、図１３に示すように、フィンガ機構１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃの一部が把持対象のトマトに隣接するトマトに接触し、ハンド１０をこれ以上下方に移動させるとトマトに傷がつく状態であることを意味する。なお、図１３のような状態は、グローバルセンサ９２が正しく機能せず、トマトの位置を正確に把握できなかったときに生じる。

ステップＳ２２の判断が肯定された場合、すなわち、図１１の停止条件を満たしている場合には、駆動制御部２１０は、ステップＳ２４に移行する。ステップＳ２４に移行すると、駆動制御部２１０は、接近・把持動作を停止し、図８の全処理を終了する。なお、図８の処理が終了すると、駆動制御部２１０は、ハンド１０を初期位置に戻す。

一方、ステップＳ２２の判断が否定された場合には、ステップＳ２６に移行する。ステップＳ２６では、駆動制御部２１０が、把持対象のトマトを把持可能な位置までハンド１０が移動したか否か、すなわち、図１０（ａ）の状態になったかを判断する。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１０（ａ）の状態になったかを判断する。このステップＳ２６の判断が否定された場合には、ステップＳ２２に戻る。その後、ステップＳ２２の判断が肯定されずに、ステップＳ２６の判断が肯定されると、駆動制御部２１０は、ステップＳ２８に移行する。

ステップＳ２８に移行すると、駆動制御部２１０は、把持動作を実行する。この場合、駆動制御部２１０は、複数のフィンガ２０によって把持対象のトマトを把持するために、図１０（ｂ）に示すように、フィンガ機構１２Ａ～１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃを所定量だけ閉じることで、フィンガ２０同士を近づける。ここで、所定量とは、例えば、ローカルセンサ３６によって検出された、把持対象のトマトの径（外接円の直径）から定まる量などとすることができる。これにより、フィンガ機構１２Ａ～１２Ｂ、１４Ａ～１４Ｃのうちの少なくとも３つのフィンガ機構により、把持対象のトマトが把持されるようになっている。本実施形態においては、フィンガ２０が上述したように薄板状の部材を折り曲げた形状を有していることから、トマトとフィンガ２０（柔軟物２２）との接触面積を大きくすることができる。これにより、作物搬送装置１００によりトマトを搬送している間における、ハンド１０からのトマトの落下を抑制することができる。

次いで、ステップＳ３０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、ハンド１０をトマトの搬送先であるベルトコンベア１２０の上方に移動し、ハンド１０を開く（フィンガ機構１２Ａ～１２Ｂとフィンガ機構１４Ａ～１４Ｃとを離間させる）。これにより、ハンド１０が把持していたトマトが、ベルトコンベア１２０上に載置される。

以上により、図８の全処理が終了する。図８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８の処理を繰り返し実行することにより、コンテナ１１０内のトマトをベルトコンベア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、本第１の実施形態によると、ハンド１０は、下端部近傍にトマトを保持する保持面が設けられた複数のフィンガ２０と、複数のフィンガ２０を接近又は離間させる電動シリンダ１８と、を有する。また、ハンド１０は、フィンガ２０の上方への移動を許容するスライド機構２６と、フィンガ２０の上方への移動を検知して、駆動制御部２１０に検知結果を出力するリミットスイッチ３４を有する。そして、駆動制御部２１０は、リミットスイッチ３４の検知結果に基づいて、ハンド１０やロボット本体９０の動作を制御する。これにより、本第１の実施形態では、ハンド１０が下降した際に、フィンガ２０とトマトが接触しても、フィンガ２０が上方に移動する（逃げる）ことで、トマトを損傷するのを抑制することができる。また、駆動制御部２１０は、リミットスイッチ３４の検知結果から、フィンガ２０がトマトを損傷してしまう可能性があると判断される場合に、ハンド１０のトマトへの接近動作を停止するので、トマトの損傷を効果的に防ぐことができる。また、駆動制御部２１０は、リミットスイッチ３４の検知結果から、ハンド１０がトマトを確実に保持できる状態にあるかを判断し、これに基づいてトマトの把持動作を継続するか、停止するかを決める。したがって、駆動制御部２１０は、確実にトマトを把持できるときにトマトの把持動作を行うため、ハンド１０からトマトが落下するのを抑制し、落下による損傷の発生を防ぐことができる。

また、本第１の実施形態では、ハンド１０は、フィンガ２０に対して、上方への移動を阻害する方向の付勢力を付与する圧縮コイルバネ３２を有している。これにより、フィンガ２０の下端部に上向きの力がかかっていない状態で、フィンガ２０の位置を固定することができるため、トマトを安定的に保持することができる。また、圧縮コイルバネ３２の弾性力を調整することで、フィンガ２０を上方に移動させるために必要な力を調整することができる。

また、本第１の実施形態では、駆動制御部２１０は、グローバルセンサ９２とローカルセンサ３６とによる検出結果に基づいて、ロボット本体９０及びハンド１０の駆動を制御している。すなわち、駆動制御部２１０は、トマトから離れた位置に設けられたグローバルセンサ９２の検出結果から、把持対象のトマトの位置（ＸＹＺ座標）を取得して、これに基づいて、ロボット本体９０を把持対象のトマトの上方に位置決めする。そして、駆動制御部２１０は、位置決め後に、ローカルセンサ３６の検出結果に基づいて、グローバルセンサ９２の検出結果から得られた把持対象のトマトの位置（ＸＹＺ座標）を補正するとともに、把持対象のトマトの径を検出し、これらに基づいて把持動作を行う。これにより、ハンド１０によるトマトの把持動作を精度よく実行することができる。

また、本第１の実施形態のフィンガ２０は、薄板状の部材であり、フィンガ２０のトマトを保持する面と、その裏側の面に柔軟物２２を設けている。この場合、フィンガ２０が薄板状の部材であることから、コンテナ１１０内に多数設けられたトマトの隙間にフィンガ２０を挿入しやすくなる。また、フィンガ２０のトマトを保持する面と、その裏側の面に柔軟物２２を設けていることから、フィンガ２０をトマトに近づける際に、フィンガ２０のいずれの箇所がトマトと接触しても、トマトの損傷を抑制することができる。

また、本第１の実施形態では、フィンガ２０が、下端部に付与される力（Ｆａ、Ｆｂ）に応じて弾性変形するため、ハンド１０をトマトに近づけるときにフィンガ２０とトマトが接触してもフィンガ２０が変形するため、トマト表面への傷付きを防止することができる。また、フィンガ２０の弾性変形により、適度な力でトマトを把持することができるため、搬送時のトマトの落下を効果的に抑制することができる。

なお、上記第１の実施形態では、フィンガ２０が、薄板状の部材を２か所で折り曲げた形状を有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。フィンガ２０の形状等は、上記第１の実施形態と異なっていてもよい。

なお、上記第１の実施形態では、フィンガ２０を常時付勢する付勢部材として圧縮コイルバネ３２を用い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、付勢部材としてはその他のバネを用いてもよいし、フィンガ２０に鉛直方向下向きの力を常時付与する錘部材であってもよい。錘部材を用いる場合、軸部材３０は省略してもよい。

なお、上記第１の実施形態では、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８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、上記実施形態のステップＳ２６（図８）においては、駆動制御部２１０が把持対象のトマトを把持可能な位置にハンド１０が位置したか否かを、エンコーダ９４の角度情報に基づいて判断する場合について説明した。しかしながら、これに限らず、ハンド１０とトマトとの位置関係が、フィンガ２０によってトマトを把持可能な位置関係になったことを検出する位置関係検出部をハンド１０に設けることとしてもよい。例えば、位置関係検出部として、図１４（ａ）、図１４（ｂ）に示すような触覚スイッチ１３０をハンド１０に設けてもよい。この場合、触覚スイッチ１３０の検出結果に基づいて、駆動制御部２１０が、把持対象のトマトを把持可能な位置にハンド１０が到達したか否かを判断する。触覚スイッチ１３０は、例えば電動シリンダ１８の下側に設けられた棒状部分１３２と、棒状部分１３２の－Ｚ端部から突出している接点部材１３４と、を有する。触覚スイッチ１３０は、接点部材１３４の－Ｚ端部に物体（トマト）が接触したことを検知できるものであり、例えば、オムロン株式会社の触覚スイッチＤ５Ｂ等である。この場合、駆動制御部２１０は、図１４（ａ）のように最高点の上方にハンド１０を位置決めした状態から、ハンド１０を下方に移動する。そして、図１４（ｂ）に示すように触覚スイッチ１３０がトマトに接触した段階で、駆動制御部２１０は、トマトを把持可能な位置にハンド１０が位置したと判断すればよい。このようにすることで、トマトが確実に把持できる位置までハンド１０を移動させる処理を簡素化することができる。

《第２の実施形態》
次に、第２の実施形態について、図１５に基づいて詳細に説明する。

本第２の実施形態に係る作物搬送装置のハンド１０においては、３つのフィンガ機構１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに対して、１つのリミットスイッチ２３４が設けられ、３つのフィンガ機構１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃに対して、１つのリミットスイッチ２３４が設けられている。図１５（ａ）には、３つのフィンガ機構１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと、これに対応して設けられたリミットスイッチ２３４が模式的に示されている。各フィンガ機構１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃについては、リミットスイッチ３４を有さない点以外は、上記第１の実施形態と同様の構成となっている。また、各フィンガ機構１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの保持部材２４の上面には、板部材２３６が設けられている。板部材２３６と、各保持部材２４との間は、固定されておらず、３つの貫通孔２３６ａが貫通形成され、貫通孔２３６ａそれぞれには、軸部材３０及び圧縮コイルバネ３２が挿通されている。すなわち、フィンガ機構１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの保持部材２４のうち、最も高い位置にある１以上の保持部材２４によって、板部材２３６は下側から支持される。

したがって、例えば、図１５（ｂ）に示すように、フィンガ機構１２Ｃのフィンガ２０が上方に移動した場合には、フィンガ機構１２Ｃの保持部材２４によって、板部材２３６が支持される。そして、フィンガ機構１２Ｃのフィンガ２０が図１５（ｂ）の位置よりも更に上昇すると、保持部材２４がリミットスイッチ２３４に接触するため、リミットスイッチ２３４から検出結果（ＯＮ）が駆動制御部２１０に出力される。すなわち、リミットスイッチ２３４によると、フィンガ機構１２Ａ～１２Ｃに含まれる３本のフィンガのいずれかが上方に所定量移動したことを検知することができる。なお、フィンガ機構１４Ａ～１４Ｃについても同様となっている。

リミットスイッチ２３４から検出結果（ＯＮ）が出力された場合、ハンド１０をそれ以上下方に移動させると、フィンガ２０がトマトの表面に傷をつける可能性が高いことを意味している。したがって、駆動制御部２１０は、ハンドを用いたトマトの把持、搬送処理を実行している間に、リミットスイッチ２３４から検出結果（ＯＮ）を受信すると、ハンド１０の接近動作及びトマトの把持動作を停止する。これにより、ハンド１０によるトマトの損傷を抑制することができる。

以上、詳細に説明したように、本第２の実施形態によると、２つのリミットスイッチ２３４で、６本のフィンガ２０のうちの少なくとも１本が上方へ移動したことを検知することができる。これにより、少なくとも１本のフィンガ２０がトマトを傷つける可能性がある場合に、駆動制御部２１０は、ハンド１０によるトマトの把持動作を停止することで、トマトの損傷を効果的に抑制することができる。また、リミットスイッチ２３４の数がフィンガ２０の本数よりも少ないため、ハンド１０の構造の簡素化、コストダウンを図ることができる。

《第３の実施形態》
次に、第３の実施形態について、図１６～図１８に基づいて説明する。本第３の実施形態においては、１つのフィンガ機構が、２つのリミットスイッチを有している点に特徴を有している。

図１６（ａ）は、本第３の実施形態に係るフィンガ機構１２Ａの模式図である。本第３の実施形態に係るフィンガ機構１２Ａは、第１の実施形態と同様、リミットスイッチ３４を有しており、更に、リミットスイッチ３４の下側（－Ｚ側）において、別のリミットスイッチ３５を有している。リミットスイッチ３５は、フィンガ２０が図１６（ｂ）に示す位置（第１位置）よりも高い位置にある場合に、検出結果（ＯＮ）を駆動制御部２１０に出力する第１センサとして機能する。また、リミットスイッチ３４は、フィンガ２０が図１６（ｃ）に示す位置（第１位置よりも高い第２位置）に到達した場合に、検出結果（ＯＮ）を駆動制御部２１０に出力する第２センサとして機能する。

なお、その他のフィンガ機構１２Ｂ、１２Ｃ、１４Ａ～１４Ｃについても同様に、リミットスイッチ３４、３５を有している。

ここで、リミットスイッチ３４は、フィンガ２０がトマトの損傷を防止するためにハンド１０の下降（トマトへの接近）を停止するか否かの判断に用いられる。したがって、以下においては、リミットスイッチ３４を「損傷防止リミットスイッチ３４」と呼ぶものとする。また、リミットスイッチ３５は、ハンド１０を用いてトマトを把持できるか否かを判断するために用いられる。したがって、以下においては、リミットスイッチ３５を「把持可能判定リミットスイッチ３５」と呼ぶものとする。

図１７には、本第３の実施形態における駆動制御部２１０の処理がフローチャートにて示されている。図１７の処理においては、まず、図８のステップＳ１０～Ｓ２０と同様の処理が実行される。すなわち、駆動制御部２１０は、グローバルセンサ９２やローカルセンサ３６の検出結果に基づいて、ハンド１０を把持対象のトマトを把持可能な位置まで移動させる。

そして、図１７のステップＳ２１Ａに移行すると、駆動制御部２１０は、損傷防止リミットスイッチ３４のいずれかがＯＮであるかを判断する。このステップＳ２１Ａの判断が肯定された場合には、フィンガ２０のいずれかによってトマトが損傷する可能性が高い。したがって、駆動制御部２１０は、ステップＳ２１Ｂに移行し、それ以上の接近動作を停止して、図１７の処理を終了する。

一方、ステップＳ２１Ａの判断が否定された場合には、駆動制御部２１０は、ステップＳ２１Ｃに移行し、把持対象のトマトを把持可能な位置まで到達したか否かを判断する。ここでは、駆動制御部２１０は、ローカルセンサ３６の出力に基づいて、把持対象のトマトを把持可能な位置まで到達したか否かを判断する。このステップＳ２１Ｃの判断が否定されている間は、ステップＳ２１Ａ、Ｓ２１Ｃを繰り返し実行し、ステップＳ２１Ｃの判断が肯定されると、ステップＳ２１Ｄに移行する。

ステップＳ２１Ｄに移行すると、駆動制御部２１０は、把持可能判定リミットスイッチ３５の検出結果が所定条件を満たしたか否かを判断する。このステップＳ２１Ｄの所定条件は、図１８に示すような把持動作の停止条件である。図１８の条件は、基本的には、第１の実施形態の図１１の条件と同様となっている。すなわち、フィンガ機構１２Ａ～１２Ｃの少なくとも１つ及びフィンガ機構１４Ａ～１４Ｃの少なくとも１つを含む３つのフィンガ機構によりトマトを把持できる場合には、ステップＳ２１Ｄの判断が否定され、ステップＳ２８に移行する。その後は、ステップＳ２８、Ｓ３０を経て、図１７の全処理を終了する。

一方、ステップＳ２１Ｄの判断が肯定された場合には、駆動制御部２１０は、ステップＳ２１Ｅに移行する。ステップＳ２１Ｅでは、駆動制御部２１０は、把持動作を停止し、図１７の全処理を終了する。

以上、詳細に説明したように、本第３の実施形態によると、各フィンガ機構は、フィンガ２０が第１位置に移動したことを検知する把持可能判定リミットスイッチ３５と、フィンガ２０が第１位置とは異なる第２位置に移動したことを検知する損傷防止リミットスイッチ３４と、を有している。そして、駆動制御部２１０は、各リミットスイッチ３４，３５の検知結果に基づいて、ハンド１０の接近動作や、把持動作を停止する。これにより、本第３の実施形態では、フィンガ２０とトマトが接触することによるトマトの損傷を防止することができるとともに、フィンガ２０によりトマトを確実に把持できるようになる。

なお、上記においては言及していないが、作物搬送装置１００においては、ハンド１０を、図２のＺ軸回りに回転させることもできる。したがって、把持対象のトマトの形状や他のトマトとの位置関係を考慮して、ハンド１０を把持対象のトマトに接近させる前に又は接近させながら、ハンド１０を回転させることとしてもよい。

なお、上記各実施形態では、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、これに限られるものではない。例えば、トマトと同様の球状作物であれば、リンゴ、モモ、ミカン、キャベツ、スイカ、などであってもよい。また、円筒状作物、例えばキュウリ、ズッキーニ、ナスなどであってもよい。

なお、上記各実施形態では、作物搬送装置１００が、コンテナ１１０からベルトコンベア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、ハンド１０が有するフィンガ機構の個数が６個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、４個などであってもよい。また、上記各実施形態では、トマトを把持するときに、３つのフィンガ機構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、各フィンガ機構を独立に駆動することとしてもよい。

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において把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、上記各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１９に示すように、収穫対象のトマトに対して、横方向（水平方向）からハンド１０を接近させ、上記各実施形態と同様にトマトを把持させる。そして、把持完了後に、ハンド１０を退避させることで、トマトをもぎ取るようにする。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。

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
１８ 電動シリンダ（遷移部）
２０ フィンガ
２６ スライド機構（許容部）
３２ 圧縮コイルバネ（付勢部材）
３４ リミットスイッチ（検知部、第２センサ）
３５ リミットスイッチ（第１センサ）
３６ ローカルセンサ（特定部）
９０ ロボット本体（移動部）
１００ 作物搬送装置
１３０ 触覚スイッチ（位置関係検出部）
２１０ 駆動制御部（制御部）

Claims (10)

1. 第１方向を長手方向とし、前記第１方向の一端部近傍に作物を保持する保持面が設けられた複数のフィンガと、前記複数のフィンガを離間した状態と接近した状態との間で遷移させる遷移部と、を有するハンドと、
   前記ハンドを、前記作物を保持する位置と前記作物の搬送先との間で移動させる移動部と、
   前記ハンド及び前記移動部の動作を制御する制御部と、を備え、
   前記ハンドは、
   前記フィンガの前記第１方向への移動を許容する許容部と、
   前記フィンガの前記第１方向への移動を検知し、検知結果を前記制御部に出力する検知部と、を有し、
   前記制御部は、前記検知部から出力された前記第１方向へ移動している前記フィンガの組み合わせが前記複数のフィンガの少なくとも一部によって前記作物を保持できる条件を満たすか否かに基づいて、前記ハンド及び前記移動部の動作を制御する、
   ことを特徴とする作物搬送装置。
2. 前記フィンガに対し、前記第１方向への移動を阻害する方向に付勢力を付与する付勢部材を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の作物搬送装置。
3. 前記制御部は、前記検知部の検知結果に基づいて、前記複数のフィンガを用いた前記作物を保持する動作を停止する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の作物搬送装置。
4. 前記検知部は、前記フィンガが第１位置に移動したことを検知する第１センサと、前記フィンガが前記第１位置とは異なる第２位置に移動したことを検知する第２センサと、を有し、
   前記制御部は、前記第１センサ及び前記第２センサの検知結果に基づいて、前記ハンド及び前記移動部の動作を制御する、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。
5. 前記作物の位置を特定する特定部を更に備え、
   前記制御部は、前記特定部の特定結果に基づいて前記ハンド及び前記移動部の動作を制御する、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の作物搬送装置。
6. 前記特定部は、画像を撮影し、撮影した画像から前記作物の位置と形状を特定することを特徴とする請求項５に記載の作物搬送装置。
7. 前記フィンガは、薄板状の部材であり、前記保持面と、前記保持面の裏側の面に柔軟物が設けられている、ことを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の作物搬送装置。
8. 前記フィンガは、前記一端部に付与される力に応じて弾性変形する、ことを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の作物搬送装置。
9. 前記ハンドと前記作物との位置関係が、前記複数のフィンガによって前記作物を保持可能な位置関係になったことを検出する位置関係検出部を更に備え、
   前記制御部は、前記位置関係検出部の検出結果に基づいて、前記ハンド及び前記移動部の動作を制御する、ことを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の作物搬送装置。
10. 第１方向を長手方向とし、前記第１方向の一端部近傍に作物を保持する保持面が設けられた複数のフィンガと、前記複数のフィンガを離間した状態と接近した状態との間で遷移させる遷移部と、前記フィンガの前記第１方向への移動を許容する許容部と、を有するハンドと、
    前記ハンドを、前記作物を保持する位置と前記作物の搬送先との間で移動させる移動部と、を備え、
    前記フィンガの前記保持面と、前記保持面の裏側の面に柔軟物が設けられ、
    前記保持面の裏側の面に設けられた柔軟物は、前記保持面に設けられた柔軟物よりも摩擦係数が低い、ことを特徴とする作物搬送装置。
    

Images