JPH0116126B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、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し、詳し
くは、収穫対象を検出するための視覚式の検出手
段と、その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する収穫装置に
関する。

かかる収穫装置において、摘取部を収穫対象の
横側方から収穫対象に向けて移動させると、収穫
対象が付着している枝が摘取部の移動を妨げるこ
とに起因して、収穫ミスを生じたり、摘取部が変
形損傷する虞れがある。

すなわち、一般に、収穫対象は枝から垂れ下が
る状態で存在するものであり、そして、枝が収穫
対象の横側方へ張出す状態で存在することがあ
る。このため、摘取部を収穫対象の横側方から収
穫対象に向けて移動させると、摘取部が枝に接触
することがある。その結果、枝が摘取部に押され
て動くに伴い収穫対象の位置が変化すると、摘取
部を収穫対象に対する摘取可能位置に移動させる
ことができなくなり、収穫ミスを生じる虞れがあ
ると共に、摘取部が枝との衝突により変形損傷す
る虞れがあつた。

本発明は、上記実状に鑑みて為されたものであ
つて、その目的は、収穫ミスの発生と摘取部の変
形損傷を抑制する点にある。

本発明による収穫装置の特徴構成は、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
御手段が、前記摘取部を収穫対象の下側位置に移
動させたのち上昇させるように構成されている点
にあり、その作用及び効果は次の通りである。

すなわち、収穫対象の横側方に張出す枝を迂回
させるようにすべく、摘取部を収穫対象の下側位
置に一旦移動させ、それから、収穫対象に向けて
上昇させるようにするのである。

従つて、収穫対象の横側方に向けて枝が張出す
場合においても、収穫ミスの発生や摘取部の変形
損傷を抑制しながら、良好な収穫作業を行なわせ
ることが可能となつた。

以下、図面に基づいて実施例を説明する。

(1) 全体構成 第１図及び第２図は夫々本発明の実施例である
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、果実を検出するために本体１に設置された視
覚式の検出手段としての位置検出装置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―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、円筒形の
捕捉部１０を有し、この捕捉部１０に速やかに果
実を捕捉できる様に、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を吸引すべく構
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１１
ａ…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１
１ｂ……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の内側に複数個配置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１５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１０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１
６，１７……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，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。

次にから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
た光センサー１６……が全て光が遮断された信号
を発するとの段階でこれを検出して制御をＸで
示される段階に移す。一方、これら光センサー１
６……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、制御は(vii)の段階から，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。もしから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ー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
ものが光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，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を収穫
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。

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１６……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ー
１７……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２１及び２１′を操作してカツタ１２を動作さ
せるように構成するものである。

（） 位置検出装置 第６図イに示すも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は、互いに平行状態で、
第１横軸芯E₁とテレビカメラ９の光軸ｔと上下
軸芯E₃とは同一点で交叉し、また第２横軸芯E₂
とレーザ光源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上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
ザ光源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
ーザ光源を移動させる。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、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Ａ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
に届くかどうかを判断する。届かない場合にはそ
の事を作業者に知らせるべく表示を行うのみであ
り、他方届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
の量の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】

図面は本発明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、制御シーケンスを示すフローチヤートで
ある。 ３……検出手段、５……移動手段、６……摘取
部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 収穫対象を検出するための視覚式の検出手段
   ３と、その検出手段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する収穫
   装置であつて、前記制御手段が、前記摘取部６を
   収穫対象の下側位置に移動させたのち上昇させる
   ように構成されている収穫装置。