JPH0473972B2

JPH0473972B2 -

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Publication number: JPH0473972B2
Application number: JP57143897A
Authority: JP
Priority date: 1982-08-18
Filing date: 1982-08-18
Publication date: 1992-11-25
Also published as: JPS5934817A

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を収
穫するための果実収穫装置に関し、詳しくは果実
の位置を検出するための手段を有していて、該検
出手段による検出結果に基づいて移動手段に装着
された果実摘取部を該果実の摘取可能位置に移動
させる制御手段を具備した果実収穫装置に関す
る。

従来から果実の収穫作業は人手による摘み取り
作業で行なわれ、機械化されていないのが現状で
ある。しかるにこの様な収穫作業は多くの人手を
要するのみならず意外に重労働が伴うためその機
械化が望まれており、かかる装置としては冒記し
たような新規な構成を有する果実収穫装置が考え
られる。

本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであ
つて冒記構成の果実収穫装置を構成する上で、作
業者は常に一定の場所に居ながらにして摘み取る
べき果実を指定できると共に、その指定の操作が
容易であり、かつ指定された果実の位置が正確に
検出されて確実に摘み取り作業が行なえる様にす
ることを目的とする。

この目的を達成するために、本発明の果実収穫
装置は冒記構成のものに於て、該検出手段として
実質的同一地点に、向き変更可能なテレビカメラ
と、発射した光が果実に反射して戻るまでの往復
時間を計測して測距する測距装置が設けられると
共に、該テレビカメラの画面上に撮像された果実
の位置する方向に該測距装置を向けて距離を測定
することによつて果実の位置を検出する手段が具
備されていることを特徴とする構成を採用したも
のである。

かかる特徴構成故に、テレビカメラの方向とそ
のカメラの画面上の果実の位置から果実の位置す
る方向を検出できる。また、前記果実の位置する
方向に向けられた測距装置により果実までの距離
を検出できる。つまり、前記カメラに撮像された
果実の位置を検出できるのである。従つて、テレ
ビカメラの向きを順次変更するという簡単な操作
により収穫作業を行える果実収穫装置を得られる
に至つたものである。しかも、テレビカメラと測
距装置とが実質的同一地点に設けられているため
に、テレビカメラの画面上に撮像された果実は確
実に測距装置により測距することが可能であり、
テレビカメラの画面上に撮像されながら位置の検
出を行えない果実が残るというような欠点のない
ものとできるのである。

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
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、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（），（）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１１
ｃ…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１
６…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
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、（）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（），（Ｖ）
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（）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。

（）位置検出装置第６図ロに示すものは果実の位置検出装置のひ
とつの実施例の機構の原理図であつて、第６図ロ
に示されるシーケンスに基づいて動作し、テレビ
カメラ９と赤外線測距装置２３とは光学的に同一
点に設けられ、テレビカメラ９で映し出される画
面上の点を指定することで、赤外線測距装置２３
は指定された点に対応する方向に自動的に向いて
その方向にある対象物までの距離を測定する様に
構成されている。

即ち、テレビカメラ９と、その上方の反射鏡２
４又はプリズムは第１横軸芯E₁周りに回転可能
に構成されると共にその上方に配された反射鏡２
４若しくはプリズムによつてその光軸t′は第１横
軸芯E₁と垂直に交叉する直線ｔ方向に折り曲げ
られる。

この第１横軸芯E₁は上下軸芯E₃に垂直に交叉
すると共に、この上下軸芯E₃周りに回転可能に
構成されていて、テレビカメラ９及び反射鏡２４
はこの第１横軸芯E₁と共に上下軸芯E₃周りに回
転する。他方、第１横軸芯E₁と上下軸芯E₃との
交点に設けられた赤外線測距装置２３はその光軸
ｒが第２横軸芯E₂に垂直に交叉し、第２横軸芯
E₂周りに回転自在に構成されると共に、この第
２横軸芯E₂は上下軸芯E₃に垂直に交叉し、上下
軸芯E₃周りに回転する様に構成されている。従
つて赤外線測距装置２３は第２横軸芯E₂と共に
上下軸芯E₃周りに回転する。

本体（図示せず）に固定の基準線（）からの
第１横軸芯E₁の上下軸芯E₃周りの回転角₁は第
１ロータリエンコーダ２７で、上下軸芯E₃に垂
直な平面を基準としてテレビカメラ９の光軸であ
る直線ｔの第１横軸芯E₁周りの回転角₂は第２
ロータリエンコーダ２５で検出される様に構成さ
れている。一方、第２横軸芯E₂の上下軸芯E₃周
りの回転角₃は第１横軸芯E₁を基準として第３
ロータリエンコーダ２８は第１横軸芯E₁に連結
している。第２横軸芯E₂周りの赤外線測距装置
２３の光軸ｒの回転角₁は第４ロータリエンコ
ーダ２６で検出される。

これら各軸芯E₁，E₂，E₃周りのテレビカメラ
９及び赤外線測距装置２３の回転はパルスモータ
（図示せず）によつて行なわれこれらパルスモー
タは計算機から出力されるパルスによつて回転す
る。

従つて、テレビカメラ９の向きは計算機によつ
て制御されるものであるが、この計算機は第６図
ロのフローチヤートに示される様に、制御用コン
ソール（図示せず）からテレビカメラ９の回転指
令信号が入力される毎に順次所定の方向にテレビ
カメラ９を向ける様に構成されている。

このコンソールはテレビカメラ９からの映像を
映すモニタテレビ（図示せず）を有し、その画面
上の点をライトペンで指定することによつて、そ
の点座標を計算機に入力することが出来る様に構
成されており、計算機はテレビカメラ９の光軸で
ある直線ｔの回転角₁，₂及び指定された点の
座標に基づいて、その点に対応する方向に赤外線
測距装置２３の光軸ｒを向ける様に構成されてい
る。

いま、テレビカメラ９の光軸ｔが第６図イに示
される方向にあり、上下軸芯E₃及び第１横軸芯₂
周りの回転角が夫々₁，₂であつたとする。そ
のときの画面は第６図イに模式的にＳで示されて
いる。この画面Ｓは反射鏡２４の像であり、光学
的に破線で示される画像S′である。そこで画面
S′上の点A′が指定されるとその座標から直ちにそ
の座標に対応する方向の直線ｒがテレビカメラ９
の光軸ｔとなす角₃及び₄が検出される。ここ
で前記構成により直線ｙと直線ｔを含む平面は第
１横軸芯E₁を含んでいる。

こうして計算機は赤外線測距装置２３を指定さ
れた点に対応する方向に向けるように上下軸芯
E₃及び第２横軸芯E₂周りに赤外線測距装置２３
を回転させるべく各パルススモータにパルスを送
る。ここで夫々のロータリエンコーダ２５，２
６，２７，２８はそれぞれの軸芯回りの実際の回
転角₁，₂，₃，₄を検出しパルスモータの誤
動作を修正するために用いられる。

次に、計算機は反射鏡２４を赤外線測距装置２
３の光軸ｒから移動させ、距離計測を行う。

赤外線測距装置２３は、原理的には通常カメラ
等に利用されるものと同様に構成され、光として
の赤外線を発射してその往復時間を計測するもの
であるが、数cmの精度が出る様に時間計測は0.1
〜0.2ナノsecの精度で行う様に構成してある。

こうして、本体に対する赤外線測距装置２３の
上下軸芯E₃の周りの角及び上下軸芯E₅を基準と
した第２軸芯E₂周り角及び対象果実までの距離
より極座標に基づいて果実Ａの位置の座標を検出
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別する。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。

そこで作業者は、テレビカメラ９の向きを変更
する時にモニタテレビの画面に映る果実A′をラ
イトペンで指示するのみでその果実の座標が計算
機に入力され、その画面の果実を全て指定し終る
毎にテレビカメラの向きを変えて摘み取れるすべ
ての果実の座標を入力することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る果実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。Ａ……果実、３……位置検出手段、５……果実
摘取部移動手部、６……果実摘手部、９……テレ
ビカメラ。

Claims

【特許請求の範囲】

１果実Ａ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
に装着された果実摘取部６を該果実Ａの摘取可能
位置に移動させる制御手段とを有する果実収穫装
置において、前記検出手段３を構成するに、実質
的同一地点に、向き変更可能なテレビカメラ９
と、発射した光が果実に反射して戻るまでの往復
時間を計測して測距する測距装置２３が設けられ
ると共に、該テレビカメラ９の画面上に撮像され
た果実の位置する方向に該測距装置２３を向けて
距離を測定することによつて果実Ａの位置を検出
する手段が具備されていることを特徴とする果実
収穫装置。