JPH0728599B2 - 果菜類収穫用作業機の捕獲部昇降制御装置 - Google Patents

果菜類収穫用作業機の捕獲部昇降制御装置

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JPH0728599B2
JPH0728599B2 JP63305467A JP30546788A JPH0728599B2 JP H0728599 B2 JPH0728599 B2 JP H0728599B2 JP 63305467 A JP63305467 A JP 63305467A JP 30546788 A JP30546788 A JP 30546788A JP H0728599 B2 JPH0728599 B2 JP H0728599B2
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正昭 西中
宜文 幸重
弘 鈴木
▲吉▼弘 上田
淳 増留
幸生 横山
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、作業部が接地支持される本機に対して昇降自
在に設けられ、前記作業部を前記本機に対する設定昇降
範囲内において作業高さの設定のために自動的に昇降操
作する昇降制御手段が設けられた果菜類収穫用作業機の
捕獲部昇降制御装置に関する。
〔従来の技術〕
上記この種の果菜類収穫用作業機の捕獲部昇降制御装置
において、従来では、例えば、第8図(イ)に示すよう
に、捕獲用の作業部(4)を、接地支持される本機
(V)に対して油圧シリンダ(5)によって昇降駆動さ
れるブーム(2)の先端部に取り付け、そして、前記ブ
ーム(2)を昇降することにより、前記作業部(4)の
高さを作業対象となる果樹(A)の高さに合わせて予め
等間隔に設定された複数個の作業範囲の夫々に位置させ
ることができるようにしていた。
ちなみに、前記ブーム(2)を前記作業部(4)の各作
業範囲に対応する高さで容易に停止できるようにするた
めには、例えば、第11図に示すように、前記油圧シリン
ダ(5)のシリンダケース側に、昇降位置検出用の磁気
感知式のセンサ(20)の複数個を、各作業範囲の間隔に
対応する間隔で設け、前記油圧シリンダ(5)のピスト
ン側に、前記ブーム(2)の昇降に連動して前記センサ
(20)に作用する磁性材料の感知板(21)を設けて、前
記ブーム(2)を予め設定された複数個の各作業範囲の
夫々に対応する高さで自動停止できるようにすることが
考えられていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、例えば、上記果菜類収穫用作業機におけ
る作業形態を例に説明すれば、果樹が植樹された地面は
平地とは限らないものである。
従って、果樹(A)に対して本機(V)が前上がりとな
る状態で作業を行うような場場合には、前記作業部
(4)を設定された最下段の作業範囲に下降しても、そ
の最下段の作業範囲よりも下側に作業不能範囲が生じる
状態となる(第8図(ロ)参照)。同様に、果樹(A)
に対して本機(V)が前下がりとなる状態で作業を行う
ような場合には、最上段の作業範囲に作業部(4)を上
昇しても、その最上段の作業範囲よりも上側に作業不能
範囲が生じる状態となる(同図(ハ)参照)。
ちなみに、捕獲作業部の設定昇降範囲を地面に対する絶
対高さとして設定できるように、超音波センサ等を利用
した対地高さ検出用センサを設けて、作業部の昇降範囲
を地面に対する高さとして制御するようにすれば、上述
した不都合は解消できるが、その場合、広範囲に亘って
対地高さを検出できるようにする必要があり、センサが
複雑高価になる不利がある。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、そ
の目的は、装置構成が複雑高価にならないようにしなが
ら、作業対象となる果菜類に対する捕獲作業部の昇降範
囲を適正範囲に自動調節できるようにすることにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明による果菜類収穫用作業機の捕獲部昇降制御装置
は、作業部が接地支持される本機に対して昇降自在に設
けられ、前記作業部を前記本機に対する設定昇降範囲内
において作業高さの設定のために自動的に昇降操作する
昇降制御手段が設けられたものであって、その特徴構成
は以下の通りである。
すなわち、前記作業部の地面に対する接近度を検出する
接近度検出手段と、その接近度検出手段の検出情報に基
づいて前記接近度が設定値になるまで前記作業部を下降
操作する下降制御手段とが設けられ、前記昇降制御手段
は、前記下降制御手段によって前記作業部が前記接近度
が設定値になるまで下降された時点の前記本機に対する
昇降位置を、前記設定昇降範囲の最下降位置として昇降
操作するように構成されている点にある。
〔作 用〕
つまり、作業部の地面に対する接近度が設定値になるま
で下降させ、そして、接近度が設定値になった下降位置
を、昇降制御手段によって昇降操作させる設定昇降範囲
の最下降位置として制御させるのである。
〔発明の効果〕
従って、作業部の地面に対する接近度が設定値になるま
で下降させた位置を、昇降制御手段によって昇降操作さ
せる設定昇降範囲の最下降位置として制御させるので、
作業不能範囲が生じないようにできる。又、接近度検出
手段は、単に作業部の地面に対する接近度が設定値にな
ったか否かを検出できればよいので、その地面に対する
接近度の検出範囲は狭くてよいものとなる。もって、装
置構成を複雑にすることなく、作業部の昇降範囲を作業
地面状態に対応して適正範囲に自動調節できるに至っ
た。
〔実施例〕
以下、本発明を果菜類収穫用作業機の捕獲部昇降制御装
置に適用た場合における実施例を図面に基づいて説明す
る。
第6図及び第7図に示すように、左右一対の走行輪
(1)を前後に備えた接地支持される本機としての車体
(V)に、ブーム(2)が昇降並びに旋回自在に取り付
けられ、そのブーム(2)の先端部に、補助ブーム
(3)が水平方向に揺動自在に取り付けられ、そして、
果実収穫用として捕獲作業するための作業用ハンド
(H)を備えた作業部としての作業用マニプレータ
(4)が、前記補助ブーム(3)の先端部に取り付けら
れている。
前記補助ブーム(3)の下側面には、前記作業用マニプ
レータ(4)の地面に対する接近度を検出する接近度検
出手段として、前記補助ブーム(3)が接地したか否か
を検出する接地検出センサ(S0)が付設されている。
説明を加えれば、第8図(ロ)、(ハ)にも示すよう
に、前記車体(V)が作業対象となる果樹(A)に対し
て傾斜すると、前記車体(V)に対する前記作業用マニ
プレータ(4)の昇降位置が同じであっても、前記果樹
(A)にする昇降位置が異なる高さとなることから、前
記補助ブーム(3)が接地した位置を前記作業用マニプ
レータ(4)を昇降する設定昇降範囲の最下降位置とし
て設定するようにしているのである。
つまり、前記補助ブーム(3)が接地した昇降位置が作
業部の地面に対する接近度が設定値に達したと検出させ
るようにしているのである。
ちなみに、前記接近検出用センサ(S0)は、例えば、各
作業車等においてバンパー等に組み込んで衝突検出用に
利用されるシート状に形成されたスイッチ等の簡素な構
成のものを用いることができる。
そして、前記補助ブーム(3)が接地した位置を最下降
位置として、その最下降位置から上側となる設定範囲を
果実(A)の高さに合わせて等間隔で8個の昇降範囲に
分割してある。更に、その複数個に分割された各昇降範
囲を水平方向にも複数個に分割してあり、前記車体
(V)を移動させないで収穫作業を行える範囲を、同じ
大きさとなる複数個の作業範囲に分割形成してある。
説明を加えれば、前記ブーム(2)を前記最下降位置に
下降させた状態で同じ高さとなる水平方向に並ぶ作業範
囲の端から作業開始させ、同一昇降範囲となる一つの作
業範囲の作業が終了するに伴って、前記ブーム(2)及
び前記補助ブーム(3)を水平方向に揺動させて前記作
業用マニプレータ(4)を次の作業範囲に移動させ、そ
して、一つの昇降範囲における収穫作業が終了するに伴
って、前記ブーム(2)を上昇させて順次上側の作業範
囲に移動させることになる。
従って、前記ブーム(2)は、前記車体(V)が地面に
対して傾斜していない状態では、前記補助ブーム(3)
を地面よりも下側となる位置まで下降可能で、且つ、前
記果樹(A)の高さより上側となる位置まで上昇可能に
構成されることになる。
尚、第6図中、(5)はブーム昇降用油圧シリンダ、
(6)はブーム旋回用油圧シリンダ、(7)は補助ブー
ム揺動用油圧シリンダである。
前記作業用マニプレータ(4)は、多関節型の伸縮アー
ム(8)と、その伸縮アーム(8)の先端部に取り付け
られた収穫用の作業用ハンドル(H)とからなる。
前記伸縮アーム(8)は、電動モータ(9a)にて縦軸芯
(Y)周りで水平方向に旋回操作され、電動モータ(9
b)にて横軸芯(X)周りで上下方向に揺動操作され、
そして、電動モータ(9c)にて伸縮操作されるように構
成されている。
前記作業用ハンド(H)について説明すれば、第5図に
示すように、その先端部に、作業対象となる果実(F)
を吸着するバキュームパッド(10)と、そのバキューム
パッド(10)の吸引口(10a)に吸着された果実(F)
を覆うための捕捉部ケース(12)と、その捕捉部ケース
(12)内に取り込んだ果実(F)の柄部分を上下方向に
挟み込んだ状態で切断する柄切断装置(13)とが設けら
れている。尚、前記バキュームパッド(10)は、果実
(F)を傷つけないように、ゴム等の弾性を有する可撓
性部材で形成されている。
前記捕捉部ケース(12)は、前記バキュームパッド(1
0)が果実(F)を吸着するまではアプローチの邪魔に
ならないようにハンド後方側に引退させ、且つ、前記バ
キュームパッド(10)が果実(F)を吸着した後は、吸
着された果実(F)を覆うようにハンド前方側に突出さ
せるために、前記バキュームパッド(10)の通気管(1
1)に対して前後方向に出退自在に外嵌支持されてい
る。
又、前記捕捉部ケース(12)は、前記通気管(11)に外
嵌される支持部材(12a)に固着された上部ケース(12
b)と、前記支持部材(12a)に対して縦軸芯周りに揺動
自在に枢着された下部ケース(12c)とに二分割して形
成され、前記下部ケース(12c)を、前記通気管(11)
に対して横方向に揺動させることによって、前記捕捉部
ケース(12)内に保持される柄を切断された果実(F)
を外部に排出できるようになっている。
前記柄切断装置(13)は、前記果実(F)の柄を切断す
る半円弧状の刃体(13a)と、その刃体(13a)に前記果
実(F)の柄を下方側から押圧支持する半円弧状の柄支
持部材(13b)とからなる。
但し、詳述はしないが、前記作業用ハンド(H)には、
前記捕捉部ケース(12)を出退操作するためのアクチュ
エータや前記柄切断装置(13)を駆動するためのアクチ
ュエータ等の各種アクチュエータや、前記バキュームパ
ッド(10)に果実(F)を吸着したことを検出するため
の負圧センサ(S3)(第1図参照)等の各種センサ類が
設けられている。尚、前記各種アクチュエータは空圧式
に構成され、前記車体(V)に搭載されたポンプ(17)
(第1図参照)から供給される圧縮空気によって駆動さ
れるようになっている。そして、前記バキュームパッド
(10)は、前記ポンプ(17)から供給される圧縮空気に
よって作動するエジェクタ機構等を利用した負圧発生装
置(14)によって吸引されるようになっている。
又、前記作業用ハンド(H)には、その作業用ハンド
(H)が向いた方向に位置する果実(F)を撮像するカ
ラー式のイメージセンサ(S1)と、前記作業用ハンド
(H)が作業対象果実(F)に対して設定距離内に接近
したことを検出する赤外光利用の光反射式の近接センサ
(S2)とが設けられている。そして、それら両センサ
(S1),(S2)はアプローチや収穫作動の邪魔にならな
いようにするために、前記バキュームパッド(10)の内
部に設けられている。従って、前記各作業範囲は、前記
イメージセンサ(S1)の撮像視野に対応した大きさとな
るように設定されることになる。
尚、第5図中、(15)は前記イメージセンサ(S1)の撮
像処理に同期して前記作業用ハンド(H)の前方側を設
定光量で照光する照光装置であって、前記捕捉部ケース
(12)の上部ケース(12b)の直後方側の上部に設けら
れている。
そして、前記捕捉部ケース(12)を引退させて前記バキ
ュームパッド(10)の吸引口(10a)が前記捕捉部ケー
ス(12)よりも前方側に突出する状態で、前記作業用ハ
ンド(H)円収穫対象果実が位置する方向に向けて、前
記イメージセンサ(S1)にて撮像処理し、その撮像画像
情報に基づいて背景となる枝や刃等の他物に対応する情
報を分離した果実のみに対応する画像情報を抽出し、抽
出された画像情報に基づいて前記作業用ハンド(H)の
アプローチ方向を自動的に決定するようにしてある。
但し、前述の如く、一つの果樹(A)に対して複垂個の
作業範囲が設定されていることから、前記複数個の作業
範囲のうちの一つにおける設定アプローチ開始位置に位
置させた状態で、前記作業用ハンド(H)を向けた方向
を撮像させることになる。
一つの作業範囲におけるアプローチ方向を決定した後
は、前記作業用ハンド(H)が、決定されたアプローチ
方向に向かって直線的に移動するように、前記伸縮アー
ム(8)を駆動する各電動モータ(9a),(9b),(9
c)を作動させることになる。そして、前記近接センサ
(S2)が果実を感知するに伴って、前記バキュームパッ
ド(10)の吸引を開始させ、前記負圧センサ(S3)が果
実吸着を感知するに伴って、前記伸縮アーム(8)の伸
長を停止させて前記捕捉部ケース(12)をハンド前方側
に突出させて、前記捕捉部ケース(12)内に果実を取り
込んだ後、前記柄切断装置(13)を作動させて柄を切断
して収穫させることになる。
但し、前記バキュームパッド(10)による果実吸着及び
前記伸縮アーム(8)の伸長停止を的確に行えるように
するために、前記近接センサ(S2)が果実を感知するに
伴って、前記伸縮アーム(8)の伸長速度をそれまでの
速度よりも減速させるようにしてある。つまり、前記バ
キュームパッド(10)が収穫対象果実に接近するまでは
高速移動させながら、果実を吸着するときには的確に停
止できるようにするために、前記近接センサ(S2)の情
報に基づいて前記作業用ハンド(H)の移動速度を変更
するようにしているのである。
ところで、前記イメージセンサ(S1)の撮像視野内に複
数個の果実がある場合には、手前側に位置するものほど
先にアプローチさせるように、後述の如く、前記イメー
ジセンサ(S1)の撮像情報に基づいてアプローチ順序を
自動決定させるようにしてある。
前記イメージセンサ(S1)の画像情報を画像処理して果
実(F)の位置するアプローチ方向を決定するための画
像処理について説明を加えれば、第3図(イ)、(ロ)
及び第4図に示すように、前記果実(F)の色に対応し
た特定色領域(F1)を抽出し、その特定色領域(F1)内
における明るさが設定閾値以上となる設定領域(F2)を
求め、次に、その設定領域(F2)の重心(F3)をアプロ
ーチ方向として求めるようにしてある。但し、一画面内
に前記設定領域(F2)が複数個存在する場合には、大き
いものから先にアプローチさせるようにしてある。
尚、前記特定色領域(F1)は、前記イメージセンサ
(S1)から出力される画像信号のうちの三原色信号
(R),(G),(B)を用いて、果実(F)の色成分
を含む赤色信号(R)からそれ以外の色信号(G又は
B)を減算した信号を設定閾値に基づいて2値化するこ
とにより抽出するようにしてある。
又、画像情報の明るさは距離に反比例して近いものほど
明るく見え、且つ、距離が近い果実(F)ほどその大き
さが大に見えることから、前記イメージセンサ(S1)か
ら出力される画像信号のうちの明るさ情報に対応する輝
度信号(Y)の値に基づいて、前記特定色領域(F1)内
における明るさが設定閾値以上となる領域を前記設定領
域(F2)として求め、その大きさが大なるものほど先に
アプローチさせるようにすることになる。
次に、前記イメージセンサ(S1)による撮像情報に基づ
いて収穫対象果実の位置する方向つまり前記作業用ハン
ド(H)のアプローチ方向を決定して、前記作業用ハン
ド(H)を誘導するための制御構成について説明する。
第1図に示すように、前記ブーム昇降用油圧シリンダ
(5)、前記ブーム旋回用油圧シリンダ(6)、及び、
前記補助ブーム揺動用油圧シリンダ(7)の夫々を制御
して、前記作業用マニプレータ(4)を前記各作業範囲
に移動させると共に、前記イメージセンサ(S1)の撮像
情報を画像処理して前記作業用ハンド(H)のアプロー
チ方向を決定し、そして、前記作業用ハンド(H)を決
定されたアプローチ方向に向けて誘導するように、前記
アーム駆動用の各電動モータ(9a),(9b),(9c)の
夫々を制御するマイクロコンピュータ利用の制御装置
(16)が設けられている。
つまり、前記制御装置(16)を利用して、作業部として
の作業用マニプレータ(4)を本機としての前記車体
(V)に対する設定昇降範囲内において作業高さの設定
のために自動的に昇降操作する昇降制御手段(100)、
作業部の地面に対する接近度を検出する接近度検出手段
としての前記接地検出センサ(S0)の検出情報に基づい
て前記接近度が設定値になるまで前記作業用マニプレー
タ(4)を下降操作する下降制御手段(101)、前記イ
メージセンサ(S1)の撮像情報に基づいて収穫対象果実
(F)が位置する方向を求める画像処理手段等の各手段
が構成されることになる。
尚、第1図中、(18)は前記イメージセンサ(S1)の撮
像処理に同期して前記イメージセンサ(S1)を設定時間
の間のみ露光する液晶等を利用した電子式シャッタ、
(S4)は前記ブーム(2)の昇降位置検出用センサ、
(S6)は前記ブーム(2)の旋回位置検出用センサ、
(S6)は前記ブーム(2)に対する前記補助ブーム
(3)の揺動位置検出用センサである。そして、詳述は
しないが、これらセンサ(S4),(S5),(S6)の検出
情報に基づいて、前記各油圧シリンダ(5).(6),
(7)を作動させることにより、前記作業用マニプレー
タ(4)を各作業範囲に移動させることになる。
又、(S7),(S8)は前記伸縮アーム(8)の上下揺動
範の下限及び上限の夫々を検出するための磁気感知式の
センサ、(S9),(S10)は前記伸縮アーム(8)の伸
縮範囲の下限及び上限の夫々を検出するための磁気感知
式のセンサである。そして、第9図及第10図に示すよう
に、これらセンサ(S7),(S8),(S9),(S10
は、収穫作業の邪魔にならないようにするために、前記
伸縮アーム(8)の内部に設けられている。尚、図中、
(19)は前記伸縮アーム(8)の揺動範囲や伸縮範囲が
上下限に達するに伴って前記各センサ(S7),(S8),
(S9),(S10)が感知作動する磁性材料にて形成され
た感知片であって、前記伸縮アーム(8)の外枠部分に
付設されている。
次に、第2図に示すフローチャートに基づいて、前記制
御装置(16)の動作を説明する。
一つの果樹(A)に対する収穫作業を開始する前に、先
ず、前記接地検出センサ(S0)の検出情報に基づいて、
前記補助ブーム(3)が接地するまで前記ブーム(2)
を下降させて、前記接地検出センサ(S0)がON作動した
昇降位置を、設定昇降範囲における最下降の昇降範囲
(上下方向での最下段の作業範囲)として記憶させる。
但し、前記ブーム(2)をその昇降可能範囲の下限まで
下降させても前記接地検出センサ(S0)がON作動しない
場合には、その下限位置を前記最下段の昇降範囲として
記憶させることになる。
そして、前記ブーム(2)を上昇させた回数が前記8分
割された上下方向での各作業範囲の上限を超えている状
態となる9回目になっているか否か、及び、前記ブーム
(2)がその昇降可能範囲の上限に達しているか否かに
基づいて、現在の昇降範囲が設定昇降範囲の上限に達し
ているか否かを判別し、現在の昇降範囲が設定昇降範囲
の上限に達している場合には、前記車体(V)を停止さ
せている現在位置における収穫作業を終了し、前記車体
(V)を次の作業位置に対応する箇所に移動させること
になる。
現在の昇降範囲が設定昇降範囲の上限に達していない場
合には、水平方向での作業範囲が設定作業範囲の終端を
超えているか否かを判別し、終端を超えている場合に
は、水平方向での作業範囲を最初の作業範囲の位置に戻
して前記昇降範囲を上側に位置する次の昇降範囲に移動
させることになる。
つまり、前記接地検出センサ(S0)の検出情報に基づい
て前記補助ブーム(3)が接地するまで前記ブーム
(2)を下降させる処理が、下降制御手段(101)に対
応することになり、前記補助ブーム(3)が接地した昇
降位置を最下段の昇降範囲として、設定角度毎に前記ブ
ーム(2)を上昇させる処理が昇降制御手段(100)に
対応することになる。
一つの作業範囲が設定されると、前述の如く、前記イメ
ージセンサ(S1)にて撮像処理して収穫対象果実が位置
するアプローチ方向を決定して、前記イメージセンサ
(S1)の撮像視野内に果実(F)がなくなるまで繰り返
し収穫作業を行わせることになる。
〔別実施例〕
上記実施例では、作業部としての作業用マニプレータ
(4)が取り付けられた補助ブーム(3)が接地した昇
降位置を最下段の昇降範囲として設定させるようにした
場合を例示したが、補助ブーム(3)の対地高さが設定
値になった時点を最下段の昇降範囲として設定させるよ
うにしてもよく、作業部の地面に対する接近度を検出す
る接近度検出手段の具体構成や最下段の昇降範囲の具体
的な位置は各種変更できる。
又、上記実施例では、果実(F)の位置情報として果実
(F)の色に対応する特定色領域(F1)内における明る
さが設定値以上となる設定領域(F2)の重心(F3)を用
いた場合を例示したが、前記特定色領域(F1)内におけ
る明るさが最大となる領域や、前記特定色領域(F1)の
重心を用いるようにしてもよく、アプローチ方向を決定
する手段の具体構成は各種変更できる。
又、上記実施例では、本発明を果実収穫用の作業機に適
用した場合を例示したが、本発明は、トマト等の野菜用
の作業機にも適用できるものであって、各部の具体構成
は各種変更できる。
尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造
に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明にかかる果菜類収穫用作業機の捕獲部昇降
制御装置の実施例を示し、第1図は制御構成のブロック
図、第2図は制御作動のフローチャート、第3図及び第
4図は画像処理の説明図、第5図は作業用ハンドの切欠
側面図、第6図は作業機の概略側面図、第7図は同平面
図、第8図(イ),(ロ),(ハ)は作業部の果樹に対
する昇降範囲の説明図、第9図は作業用マニプレータの
側面図、第10図は同背面図である。第11図は従来例にお
ける昇降位置検出構成の説明図である。 (4)……作業部、(V)……本機、(S0)……接近度
検出手段、(100)……昇降制御手段、(101)……下降
制御手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G05D 1/08 B 9323−3H (72)発明者 上田 ▲吉▼弘 大阪府堺市石津北町64番地 久保田鉄工株 式会社堺製造所内 (72)発明者 増留 淳 大阪府堺市石津北町64番地 久保田鉄工株 式会社堺製造所内 (72)発明者 横山 幸生 大阪府堺市石津北町64番地 久保田鉄工株 式会社堺製造所内 (56)参考文献 特開 昭63−119614(JP,A) 特開 昭63−87908(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】作業部(4)が接地支持される本機(V)
    に対して昇降自在に設けられ、前記作業部(4)を前記
    本機(V)に対する設定昇降範囲において作業高さの設
    定のために自動的に昇降操作する昇降制御手段(100)
    が設けられた果菜類収穫用作業機の捕獲部昇降制御装置
    であって、前記作業部(4)の地面に対する接近度を検
    出する接近度検出手段(S0)と、その接近度検出手段
    (S0)の検出情報に基づいて前記接近度が設定値になる
    まで前記作業部(4)を下降操作する下降制御手段(10
    1)とが設けられ、前記昇降制御手段(100)は、前記下
    降制御手段(101)によって前記作業部(4)が前記接
    近度が設定値になるまで下降された時点の前記本機
    (V)に対する昇降位置を、前記設定昇降範囲の最下降
    位置として昇降操作するように構成されている果菜類収
    穫用作業機の捕獲部昇降制御装置。
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