JPH0317448B2 - - 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
移動させるに伴つて、収穫対象を捕捉部の捕捉用
の空間内に取入れたのち、摘取作動を行わせて、
収穫対象を収穫するものである。

このため、かかる収穫装置においては、摘取部
を収穫対象に向けて精度良く移動させて、収穫対
象を開口を通して捕捉用の空間内に入れることを
確実に行なわせる必要がある。しかしながら、前
記検出手段における検出誤差や移動手段において
移動させる際の誤差、並びに、収穫対象が風等の
ために遊動することに起因して、収穫対象を捕捉
用の空間内に所望通り取入れることができなくな
る虞があつた。

ちなみに、検出手段の検出精度や移動手段の精
度を充分に高めて、上記不都合を極力解決するこ
とが考えられるが、その場合、全体構成が高価に
なる不利があり、もちろん、収穫対象が遊動する
と、収穫対象を所望通り取入れることができない
ものとなる。

本発明は、上記実情に鑑みて為されたものであ
つて、その目的は、検出手段の検出誤差や移動手
段において移動させる際の誤差が生じても、しか
も、収穫対象が遊動することがあつても、収穫対
象を捕捉用の空間内に確実に取入れることができ
るようにする点である。

本発明による収穫装置は、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と、捕捉された収穫対象の果
梗を切断する切断手段と、その切断手段を駆動す
るエアアクチユエータを有しているものであつ
て、 その特徴構成は、前記エアアクチユエータに空
気を送るエアポンプが、前記開口を通して前記捕
捉用の空間内に向けて空気を吸引させる吸引手段
と兼用される状態で備えられている点にある。

上記特徴構成による作用効果は以下のとおりで
ある。

すなわち、摘取部を収穫対象に向けて移動させ
るに伴つて、収穫対象を捕捉部の捕捉用の空間内
に取入れる際に、吸引力を用いて収穫対象を開口
を通して捕捉用の空間内に移動させ、しかるのち
に、切断手段によつてその果梗を切断するのであ
る。

従つて、検出手段の検出誤差や移動手段におい
て移動させる際の誤差が生じることがあつても、
しかも、収穫対象が遊動することがあつても、吸
引力を用いて収穫対象を捕捉用の空間内に確実に
取入れることができるのであり、もつて、冒記不
都合を回避して一層良好に使用できるようになつ
た。又、この吸引力を発生させるための吸引手段
は、前記切断手段を駆動するエアアクチユエータ
に空気を送るエアポンプを兼用するものであるの
で、専用の吸引手段を必要とせずに、従つて、構
造の複雑化やコスト上昇といつた不利を生ずるこ
となく上記の効果を得るに至つた。

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
トリーが一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、吸引手段としてのエアポンプ
１８にて、前記開口を通して捕捉用の空間内に
向けて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、前期誘導部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１１ａ…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１１ｃ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
た果実の果梗を切断すべく、捕捉部１０の上端
部に切断手段としてのカツター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
周り矢印方向に会同し、このとき互いの交叉点
が中心に集まり果梗を切断する。従つて、果梗
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、また果梗の逃げを防
止して確実に切断できるものである。

カツタ１２による果梗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、略果梗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、果梗がカツタ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の位置に果梗が来る様に摘取部６の位置
決めが行なわれる。

捕捉部１０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、果梗が切断される
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１９並びに前記カツタ１２を駆動するエア
アクチユエータとしてのエアモータ１５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果梗切断用のカツタ
１２を動作させる様に構成してあるが、エアモ
ータに代えエアシリンダを用いてもよい。

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，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で
示される段階に移す。一方、これら光センサ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１
０に入り、その果梗かこれら光センサ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、の段階では上昇距離の測定を開始す
る。次のxi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xi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
ンスの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xiで示されるシーケンスに制御が
移り、まず摘取部６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
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１
２を動作させる構成するものである。

() 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２２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２
２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用に構成されてい
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２２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
じく回転するように設定されている。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
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、その制御シーケンスを示すフローチヤー
トチヤートである。 ３……検出手段、５……移動手段、６……摘取
部、１０……捕捉部、１２……切断手段、１５…
…エアアクチユエータ、１８……エアポンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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し、前記
   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と、捕捉された収穫対象の果梗を切断
   する切断手段１２と、その切断手段１２を駆動す
   るエアアクチユエータ１５を有している収穫装置
   であつて、 前記エアアクチユエータ１５に空気を送るエア
   ポンプ１８が、前記開口を通して前記捕捉用の空
   間内に向けて空気を吸引させる吸引手段と兼用さ
   れる状態で備えられている収穫装置。