JPH0112575Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、みかんやりんごやその他の果実等の
収穫対象を収穫するための収穫装置に関に、詳し
くは、収穫対象の位置を検出するための手段と、
該検出手段による検出結果に基づいて移動手段に
装着された摘取部を収穫対象の摘取可能位置に移
動させる制御手段とを有し、前記摘取部は、収穫
対象の捕捉用の空間、及び、その空間内へ収穫対
象を入れるための開口を備える捕捉部を有してい
る収穫装置に関する。

かかる収穫装置は、摘取部を収穫対象に向けて
移動させて、収穫対象を捕捉部の捕捉用の空間内
に取入れたのち、摘取作動を行なわせて、収穫対
象を収穫するものである。

ところで、上記摘取り作動を行なわせる際に
は、捕捉部の捕捉用の空間内に収穫対象を確実に
取入れておく必要があるが、収穫対象が取入れら
れたことを確認せずに摘取り作動を行なうと、収
穫対象が取入れられていないのに無駄な摘取り作
動を行なわせてしまう不利、又は、取入れ途中で
摘取り作動を行なわせて、摘取りミスや収穫対象
を傷付ける不利を招く虞がある。

本考案は、上記実状に鑑みて為されたものであ
つて、その目的は、摘取り作動を、捕捉部の捕捉
用の空間内に収穫対象を取入れてから、適切に行
なわせるようにする点にある。

本考案による収穫装置の特徴構成は、捕捉部の
捕捉用の空間内に、収穫対象が取入れられたこと
を検出する摘取り作動の起動制御用のセンサを設
けある点にあり、その作用及び効果は次の通りで
ある。

すなわち、捕捉部の捕捉用の空間内に収穫対象
が取入れられたことがセンサにて検出されてか
ら、摘取り作動を行なわせるようにするのであ
る。

従つて、収穫対象が捕捉部の空間内に取入れら
れていないにも怐わず摘取り作動を行なう無駄
や、収穫対象の取入れ途中で摘取に作動を行わせ
て、摘取りミスや収穫対象を傷付ける不利を抑制
できるのであり、もつて、冒記不利を回避して一
層良好に使用できるようになつた。

以下、図面に基づいて実施例を説明する。

（） 全体構成 第１図及び第２図は夫々本考案の実施例である
果実収穫装置の外観を示し、第１図は乗用型果実
収穫装置の一実施例を示し、他方、第２図は、機
体とは分離して設置されるモニタ装置８からの指
令に基づいて動作する遠隔操作型果実収穫装置の
一実施例を示している。

そして、第１図の乗用型果実収穫装置は果樹の
下側に位置して収穫作業を行う様に構成されたも
ので、りんごの様に、果樹が比較的大きい場合に
適し、他方、第２図の遠隔操作型果実収穫装置
は、みかんの様に果樹が小さく、隣立する果樹間
が狭い場合でも作業できる様に枠体型の本体１が
構成され、本体１が果樹をまたぐ状態で作業を行
うべく構成されている。

これら果実収穫装置の機体はいずれも任意の場
所に移動できる様に走行装置２が設けられた本体
１、果実の位置を検出するために本体１に設置さ
れた位置検出装置３、及び、摘取装置４から構成
されている。

この摘取装置４はいずれも多自由度を有する多
関節アーム５、及び、そのアーム５の先端に装着
された摘取部６から構成され、摘取部６がこの多
関節アーム５によつて果実を摘み取り可能な位置
へ移動されるように構成されている。この移動手
段である多関節アーム５としては、第１図に示す
様な油圧駆動式のリンク構造のもの、また、第２
図に示す様な電動式で高剛性構造のもの、その
他、多数の関節を有する柔構造のもの等、任意の
多自由度一多関節アームが利用できる。

アーム５先端の摘取部６で摘み取つた果実を、
該アーム５の移動によつて所定の箇所に設けられ
た収納部へ輸送することも可能であるが、第１図
及び第２図に示す果実収穫装置では、収穫作業の
能率向上のために、摘取部６からは、伸縮性及び
可撓性を有する輸送筒体７が本体１に連設され、
この輸送筒体７を通して、果実を本体１内の収納
部（図示せず）に輸送する様に構成されている。
また第１図に示すものでは、この様な輸送筒体７
をアーム５の内部に設けることで、アーム５の移
動に輸送筒体７が支障になることを防止し、か
つ、そのことによつてアーム５の取り付け位置の
選択性を広げるものである。

また第１図、第２図に示される３はテレビカメ
ラ９等を用いて構成される果実の位置検出装置の
一実施例であるが、その詳細な構成並びに操作に
ついては後述する。

前記走行装置２は、傾斜地にも適用できる様に
本体１に対して上下動するなり、またはアウトリ
ガー等の補助装置を設けるなり等の構成にするこ
とも可能である。

（） 摘取部の構造 前記摘取部６は、第３図に示す様に、果実の捕
捉用の空間を内部に備え、且つ、その空間内へ果
実を入れるための開口を上部に備える円筒形の捕
捉部１０を有し、この捕捉部１０の上部開口には
上方に向かつて拡がる誘導部１１が配設されると
共に、この上部開口から空気の吸引をすべく構成
されている。

この誘導部１１は物体が接触した方向を検出し
て信号を発する接触センサーの機能を有すべく構
成され、詳細は後述するが、この信号に基づいて
前記アーム５を制御して捕捉部１０に果実が導入
される様にアーム５先端の摘取部６を移動させる
ものである。更に、摘取部６が果実に接近する際
にその周囲の葉などを吹き払うべく、誘導部１１
の周囲には上方に開口した排気口１９が設けられ
ている。

また、前記誘導部１１は、前記のように接触セ
ンサー１１ｃとしての機能を併せ有するように、
下方向にわずかに回動可能に構成された複数の接
触部材１１ａ…から構成され、各々の接触部材１
１ａ…の果実との接当に基づく回動が検出される
べく、各々の接触部材１１ａ…には夫々スイツチ
１１ｂ…が付設されている。この接触センサー１
１ｃとしてはこの構成に限らず、タツチセンサー
等の接触センサーを誘導部１１の内壁に装着した
ものでもよい。

この様な構成によつて捕捉部１０に導入された
果実のホゾを切断すべく、捕捉部１０の上端部に
ホゾ切断カツター１２が設けられている。

このカツター１２の構造は、第４図に示す様に
外部リングギア１３に噛合し、夫々軸芯Ｘ周りに
回転するギア部を有する刃１４が外部リングギア
１３の内側に複数個配された構造を有している。
この外部リングギア１３の中心は捕捉部１０の上
部開口の中心に一致すべく配置されると共に、こ
の外部リングギア１３を回転させるエアモータ１
５が捕捉部１０に装着されている。いま、この外
部リングギア１３がエアモータ１５によつて矢印
方向に回転させられると各々の刃１４は捕捉部１
０に固定の前記軸芯Ｘ周り矢印方向に回動し、こ
のとき互いの交叉点が中心に集まりホゾを切断す
る。従つて、ホゾは捕捉部１０の上部開口の中心
部に寄せられて切断されるために果実に無理な力
が作用せず果実をいためることがなく、またホゾ
の逃げを防止して確実に切断できるものである。

カツタ１２によるホゾ切断に必要な位置決めは
カツタ１２の刃１４のすぐ下側に設けられた複数
の光センサ１６…からの信号に基づいて後述の制
御方法で行なわれる。

これら光センサ１６…は発光部１６ａ及び受光
部１６ｂの対から成る構造を有し、いずれのセン
サ１６…もその光が捕捉部１０の上部開口の中心
から夫々、略ホゾの太さ程度一側方に片寄つて開
口を横切るように配置されている。従つて、果実
がカツタ１２の位置にある場合には全ての光が遮
断されるが、ホゾがカツタ１２の位置にある場合
には、細いために少なくとも一部の光は遮断され
ず、この事に基づいて、これら光センサ１６…か
らの信号に基づいて、カツタ１２の位置にホゾが
来る様に摘取部６の位置決めが行なわれる。

捕捉部１０の下部には前記同様の光センサ１７
…が上下に所定の間隔を置いて、その光が捕捉部
１０の中心軸を通る様に設けられていて、前記光
センサ１６…からの信号に基づいて位置決めを行
つた時に果実の底部の位置を検出することで、そ
の大きさを検出することが可能な様に構成されて
いる。これらセンサ１７…は果実の大きさ検出の
目的で設けられたものであるが、果実が確実に捕
捉部１０に入つていることを確認するためにも利
用することができる。

前述の様に捕捉部１０の底部の開口と本体１側
の収納部とは可撓性並びに伸縮性を有する輸送筒
体７で連結されていて、ホゾが切断されることで
摘み取られた果実は、前記捕捉部１０から吸引さ
れた空気及び自重によつて、この輸送筒体７を通
つて収納部に輸送される。

本体１側に設けられた空気を吸引するエアポン
プ１８の排気は前記輸送筒体７に一体的に保持さ
せた排気通路２０を通して前記誘導部の排気口１
９並びに前記カツタ１２を駆動するエアモータ１
５へ導びかれている。エアモータ１５に排気を送
る排気通路２０には電磁弁２１，２１′が設けら
れていて、これら電磁弁２１，２１′に計算機か
ら信号を送り、エアモータ１５の動作を必要に応
じて制御する様に構成されている。この様に本実
施例では排気を利用してホゾ切断用のカツタ１２
を動作させる様に構成してあるが、エアモータに
代え空気シリンダでもよく、更に電動モータ等の
別の駆動源を用いてカツタ１２を動作させること
もできる。

また、前記誘導部１１の接触部材１１ａを対象
果実に合わせて適宜適当な剛性を有する材料（例
えばゴム）を選択することによつて果実の摘み取
り作業を確実に行ない得る。

また、排気の一部を捕捉部１０の上部開口の内
部に噴出させることによつて、果実が捕捉部１０
の開口に対してその中央になる様に構成してもよ
い。

（） アームの制御 前記アーム５は計算機によつて制御されるべく
構成されたものであり、その制御用計算機にはア
ーム５の先端部を与えられた座標の位置まで移動
させるルーチンや、先端部を与えられた量だけ移
動させるといつた基本的動作を行うルーチンを用
意することによつて、所謂ロボツト言語を用いて
プログラミング可能に構成されている。このロボ
ツト言語の構造はアーム５の制御方式と共に従来
構成と同様のものを利用することができる。

また、この計算機は、複数のセンサーからの信
号を取り込み、これら信号に基づいて制御の変更
を行うことが可能に構成されており、前記接触部
材１１ａ及びそのスイツチ１１ｂから成る接触セ
ンサ１１ｃ…及び、捕捉部１０の光センサ１６，
１７…の信号が計算機に取り込まれ、これらセン
サからの信号に基づく制御が行なわれるべく構成
されている。

この計算機によるアーム５の制御は第５図イ及
び第５図ロに示すシーケンスに従つて行なわれ
る。

まず第５図イの(i)，(ii)に示す様に摘み取るべき
果実の位置を記憶媒体であるメモリから読み出
し、その位置から所定距離真下の位置Ｒに摘取部
６を移動させる。この果実の位置は後述する手段
によつてあらかじめ測定され、摘み取るべき順序
を決定し、その順序に配列し直してメモリーに記
憶してあり、この果実の摘み取り段階ではメモリ
から順に読み出すだけである。

次に(iii)から(vi)までの段階に制御が移り、前記誘
導部１１の接触センサ１１ｃ…からの信号に基づ
いて、果実に接触した接触センサ１１ｃ…側に摘
取部６を移動させることで、前記捕捉部１０が果
実の真下に移動する様にその水平位置を調節しな
がら徐々に摘取部６を上昇させる。

この上昇の際に捕捉部６の上部開口に設けられ
た光センサ１６…が全て光が遮断された信号を発
すると(vi)の段階でこれを検出して制御(x)で示され
る段階に移す。一方、これら光センサ１６…が前
記メモリから読み出された高さを通過しても前記
の遮光の信号が発せられない場合には、制御(vii)の
段階から(viii)，(ix)の段階に移り、その果実の収穫動
作を中止して次の果実の収穫動作に移る。もし(iii)
から(vii)の段階で果実の底部が捕捉部１０の入口で
ある上部開口に入れば前記の様に上部開口に設け
られた光センサ１６…から信号が発し、制御が(x)
の段階に移る。そこで以下のシーケンスでは、捕
捉部１０に入つたものが果実かどうかを確認し
て、果実と確認された時のみ前記カツタ１２を動
作させて摘み取りを行うべく構成してある。

この果実確認の方法は、捕捉部１０の上部開口
に設けられた光センサ１６…が前記信号を発した
後、これら光センサ１６…うち所定個数のものが
通過するときの信号を発するまでの間に摘取部６
が上昇する距離を測定して、この距離が所定の範
囲にあるときのみ果実が捕捉部１０に入り、その
ホゾがこれら光センサ１６…相当位置に至つたも
のと認定してカツタ１２を動作させ摘み取り動作
を行うものである。

即ち、(x)の段階では上昇距離の測定を開始す
る。次の（）の段階では捕捉部６の上部開口
に設けられた光センサ１６…が光が通過するとき
の信号を発したときに割込みがかかる様にするた
めのものである。

摘取部６は（）で示されるシーケンスに基
づいて、アーム５によつて上昇させられる。

この上昇の際に前記割込みが入ると第５図ロに
示すシーケンスに制御を移し、上昇距離を調べた
後所定範囲内の上昇距離であれば、カツタ１２を
動作させるものである。一方所定距離上昇しても
割込みがかからない場合には制御が(viii)，（）
に示されるシーケンスに移り、その果実の収穫動
作を中止し摘取部６を最初の位置Ｒに戻した後次
の果実の収穫動作に移る。

即ち、前記割込みによつて第５図ロのシーケン
スに制御が移ると（）の段階で摘取部６が果
実の大きさ程度に設定された量上昇したかを調べ
その量に至つていない時には（）のシーケ
ンスを経て前記第５図イの(viii)で示される段階に制
御を移し、捕捉部６への果実の導入からやり直
す。この様に上昇量を調べることによつて捕捉部
６に葉などの異物が入ることによる誤動作を防止
している。つまり、光センサ１６…を用いて、捕
捉部１０の捕捉用の空間内に果実が取入れたこと
を検出し、その検出により、次の如く、摘取り作
動を起動させるのである。

さて、前記所定量の上昇があつた場合には、果
実が捕捉部６に入つたものとして、第５図ロの
（）から（）で示されるシーケンスに
制御が移り、まず摘取部６の移動を停止し、捕捉
部６の下部に設けられた前記光センサ１７…によ
つて大きさを検出した後カツタ１２を動作させ果
実を摘み取る。そして摘取部６を最初の位置Ｒに
戻し、その果実の収穫動作を終え、次の果実の収
穫動作に移る様に構成されている。

尚、捕捉部１０の下部に設けられた光センサ１
７…によつて検出された大きさは選別に用いられ
るものであるが、誤動作防止のために利用するこ
とも可能である。即ち、これら光センサ１７…に
よつて、果実が捕捉部１０内にあるかどうかを調
べ、あることが検出されたときのみ前記バルブ２
１及び２１′を操作してカツタ１２を動作させる
構成するものである。

(iv) 位置検出装置 第６図イに示すのは位置検出装置の一実施例の
原理図であつて、テレビカメラ９及びレーザ光源
２２から構成され、第６図ロのシーケンスに基づ
いて動作する。

テレビカメラ９は、その光軸ｔが第１横軸芯
E₁に直交した状態を保つてその軸芯E₁周りに図
外のモータにより回転駆動可能に構成されると共
に、スポツト光線発射装置としてのレーザ光源２
２もその光軸ｒが第２横軸芯E₂に直交した状態
を保つてその軸芯E₂周りに図外のモータにより
回転駆動可能に構成されている。また、これらテ
レビカメラ９およびレーザ光源２２は上下軸芯
E₃周りにも図外のモータにより回転駆動可能に
構成されている。

これら両横軸芯E₁，E₂とは同一点で交叉し、
また第２横軸芯E₂とレザー光源２２と上下軸芯
E₃とは同一点で交叉する様に配されている。こ
れら両横軸芯E₁，E₂は平行状態を保つたまま上
下軸芯E₃周りに回転すると共に第２横軸芯E₂は
上記状態を保つたまま上下軸芯E₃を移動する様
に構成されている。

従つて、テレビカメラ９及びレーザ光源２２
は、それらの光軸ｔ，ｒが常に同一平面上にあつ
て、この平面は上下軸芯E₃周りに回転すると共
に、光軸ｔ，ｒはその平面内で回動し平行の場合
を除き一点で交叉する。

各軸芯E₁，E₂，E₃周りの基準からの回転角θ₁，
θ₂，θ₃は各軸芯に設けられた第１、第２、第３ロ
ータリエンコーダ２５，２６，２７によつて検出
される様に構成されている。

更に、制御用コンソール（図示せず）からテレ
ビカメラ９を第１横軸芯E₁周りに任意に回転さ
せることが可能に構成されると共に、この検出装
置３を制御する計算機にレーザ光源２２の移動、
位置検出、作業の終了及び、レーザ光源２２のオ
フセツトである第２横軸芯E₂周りの回転角の指
示が行なえる様に構成されている。

第６図ロのフローチヤートに示される様にレー
ザ光線の移動を指令すると計算機はレーザ光源２
２を所定の順序で移動させ、その光軸ｒにあるレ
ーザ光線を移動させる。

この所定の順序として、本実施例では、１回の
指令毎に上下軸芯E₃周りの所定範囲を一定角度
ずつ回転し、所定範囲の回転が終ると次にレーザ
光源２２をこの軸芯E₃上を一定距離ずつ所定範
囲内で上昇し、その位置で再度前と同じく回転す
るよう設定されている。従つて、光軸ｒ上のレー
ザ光線はこの移動指令毎に移動し、特定の探索範
囲内で一定間隔で発射される。

つまり作業者はレーザ光線を移動させる毎にテ
レビカメラ９を第１横軸芯E₁周りに回転させて
レーザ光線が照射している果実Ａをその画面の基
準点に捕えることでその座標を入力できる。即
ち、この画面は光学的にＳで示される模式画面と
同一であつて、第６図イに示されるように、この
基準点はテレビカメラ９の光軸ｔに相当してお
り、このときの各軸E₁，E₂，E₃周りの回転角θ₁，
θ₂，θ₃及びテレビカメラ９からレーザ光源２２ま
での距離ｄを検出して果実の座標を算出する様に
構成されている。

即ち、第６図ロに示される様に、位置検出指令
が出されると、計算機は前記各情報θ₁，θ₂，θ₃，
ｄを取り込んで、果実の位置の座標を三角測量の
原理及び円筒座標を利用して算出する。次に算出
された座標を基にして前記摘取装置４がその座標
に屈くかどうかを判断する。屈かない場合にはそ
の事を作業者に知らせるべく表示を行うのみであ
り、他方屈く場合にはその座標を記憶するもので
あるが、それまで検出された位置と下記の如き所
定の比較を行つて摘み取り順序を決定し、その順
序に配列上で並ぶ様にソーテイングを行つて記憶
する。この順序は下方のもの程順位が優先し、次
に近くのもの程順位が高く設定されている。従つ
て、摘み取り時には下のものから順に摘み取られ
ると共に、ほぼ同じ高さのものは近くのものから
摘み取られる様に構成されている。

ここで、レーザ光源のオフセツト角θ₂について
説明すると、この量を変化させることで果実の探
索範囲を変更することが可能であると共に、前方
の葉などの障害物にレーザ光線が当る場合に、こ
の量を変化させ、これを回避するために変更可能
に構成されている。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案に係る収穫装置の実施例を示し、
第１図及び第２図はそれぞれ果実収穫装置の全体
斜示図、第３図は摘取部の縦断面図、第４図は第
３図の−線矢視図であり、第５図イ，ロはア
ームの制御シーケンスを示すフローチヤート、第
６図イ，ロは位置検出装置の一実施例の原理図、
並びに、その制御シーケンスを示すフローチヤー
ト、である。 ３……位置検出手段、５……果実摘取部移動手
段、６……果実摘取部、９……テレビカメラ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 収穫対象の位置を検出するための手段３と、該
   検出手段３による検出結果に基づいて移動手段５
   に装着された摘取部６を収穫対象の摘取可能位置
   に移動させる制御手段とを有し、前記果実摘取部
   ６は、収穫対象の捕捉用の空間、及び、その空間
   内へ収穫対象を入れるための開口を備える捕捉部
   １０を有している収穫装置であつて、前記捕捉部
   １０の前記空間内に収穫対象が取入れられたこと
   を検出する摘取り作動の起動制御用のセンサ１６
   を設けてある収穫装置。