JPH08238014A - 果菜類収穫ハンド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 障害物を回避させた収穫ハンドによる確実
な果菜類の収穫作業を可能にする。 ［構成］ 収穫ハンド（７）先端の取込口（８）に果
菜類（Ａ）を取込んで収穫を行う果菜類収穫ハンド装置
において、ハンド（７）本体と取込口（８）間を屈曲自
在な自在管（２９）で連結させて、取込口（８）を首振
り可能に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えばミニトマト或いは
サクランボ・リンゴなどの果菜類を収穫する果菜類収穫
ハンド装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種収穫機において、視覚センサで認
識した果菜類を、収穫ロボットのマニピュレータに例え
ば真空圧でもって吸着させて収穫するようにした自動収
穫手段がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし乍らこのような
収穫手段にあっては、視覚センサで果菜類を認識した場
合でも、収穫ハンドと対象となる果菜類間に枝や葉など
の障害物が介在すると、ハンドが障害物を押し退けて果
菜類の位置を変えるなどして、果菜類の確実な収穫を期
待することができないという問題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】したがって本発明は、収
穫ハンド先端の取込口に果菜類を取込んで収穫を行う果
菜類収穫ハンド装置において、ハンド本体と取込口間を
屈曲自在な自在管で連結させて、取込口を首振り可能に
設けて、ハンドと果菜類間に仮え枝や葉などの障害物が
介在しても、障害物を回避する状態に自在管を屈曲させ
て迂回させ、果菜類まで確実にハンド取込口を到達させ
て、果菜類の収穫率を向上させるものである。

【０００５】また、取込口を首振り動作させる首振り機
構に、首振り角を規制する首振り設定手段を設けて、障
害物を回避させた収穫作業時でも果菜類に対するハンド
取込口のアプローチ角度を常に一定状態に安定保持させ
てこの収穫率を向上させるものである。

【０００６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳述
する。図１はハンド部の側面説明図、図２は収穫機の全
体側面図、図３は同正面図であり、図中（１）は走行レ
ール（２）上をバッテリで駆動する走行輪（３）でもっ
て移動する収穫ロボット（４）の台車、（５）は前記台
車（１）の略中央に立設させる上下動用ガイドレール
（６）に上下移動自在に装着するマニピュレータ、
（７）はマニピュレータ（５）の先端側に取付けて果菜
類であるミニトマト（Ａ）を取込口（８）に取込む収穫
ハンド、（９）はマニピュレータ（５）に設置してハン
ド（７）前方のミニトマト（Ａ）を撮像する三次元視覚
センサ、（１０）は前記ハンド（７）によって取込まれ
たミニトマト（Ａ）を設定個数となるまで収納するアク
リル製仮収納容器、（１１）は台車（１）に搭載して仮
収納容器（１０）でのミニトマト（Ａ）が設定個数（６
個）以上となるとき移し替えて収納する果実収納箱、
（１２）は収穫ハンド（７）に吸引ホース（１３）を介
して連通接続させて真空吸引力を作用させる吸引ブロ
ワ、（１４）は前記ガイドレール（６）上端に設けてマ
ニピュレータ（５）をレール（６）に沿って上下動させ
る上下移動用サーボモータ、（１５）は収穫目標物であ
るミニトマト（Ａ）に対し伸縮用レール（１６）に沿っ
て前後に移動させる伸縮用サーボモータ、（１７）は前
記ガイドレール（６）と一体に減速機（１８）を介しマ
ニピュレータ（５）を左右方向に水平旋回する左右旋回
用サーボモータ、（１９）は減速機（２０）を介しマニ
ピュレータ（５）を上下方向に旋回する上下旋回用サー
ボモータ、（２１）は操向ハンドル、（２２）は小型コ
ンピュータ（パソコン）を用いた制御装置であり、前記
視覚センサ（９）で認識されるミニトマト（Ａ）をハン
ド（７）の取込口（８）に取込んで収穫作業を行うよう
に構成している。

【０００７】図４乃至図６にも示す如く、前記収穫ハン
ド（７）は円形パイプ（２３）を用いて内部にミニトマ
ト（Ａ）の真空吸引搬送路（２４）を形成し、また前記
取込口（８）は先端側の内径を小、後端側の内径を大と
する先端先細りの円錐形状に形成し、該取込口（８）を
円周上で１２０°ごとに３分割し、上部の中央で左右に
分割される可動片（８ａ）（８ｂ）をパイプ（２３）に
蝶番（２５）を介し持上げ開閉自在に連結させると共
に、下部の固定片（８ｃ）を取付座（２６）を介しパイ
プ（２３）に一体的に固定させ、前記可動片（８ａ）
（８ｂ）に連結させる開閉用ワイヤ（２７）を直流形開
閉モータ（２８）で引張って、この取込口（８）の開閉
つまり可動片（８ａ）（８ｂ）の開閉を行うように構成
している。

【０００８】また、前記収穫ハンド（７）は円形パイプ
（２３）の中間部にフレキシブルホース（２９）を介設
して、収穫ハンド（７）先端側の分割パイプ（２３ａ）
を首振り自在に設けるもので、分割パイプ（２３ａ）を
ロッド（３０）及び扇状のクランク（３１）を介してハ
ンド左右首振り用の直流形正逆モータ（３２）に連動連
結させて、前記クランク（３１）の作動範囲を規制する
首振り設定手段である左右首振り用リミットスイッチ
（３３）（３４）の規制範囲内で収穫ハンド（７）先端
側の首振りを行うように構成している。

【０００９】さらに、前記取込口（８）の前方下部に果
実誘導板（３５）及び果実掻込み用フインガー（３６）
を配備させるもので、前記取付座（２６）より前方に延
設するフインガーステー（３７）に、４節リンク機構
（３８）を介し、これら誘導板（３５）及びフインガー
（３６）を連結支持させて、図５の仮想線に示す如く前
記可動片（８ａ）（８ｂ）の開放時誘導板（３５）に連
結するワイヤ（３９）を掻込み用モータ（４０）で引張
ってフインガー（３６）を起立させ、フインガー（３
６）でもってトマト（Ａ）を取込口（８）内に強制掻込
みするように構成している。また、図６に示す如く、フ
インガー（３６）は取込口（８）の同一中心円周上に円
弧状に配置されて取込口（８）への取込性を向上させる
ように設けたものである。

【００１０】そして取込口（８）にトマト（Ａ）取込み
後にあっては、可動片（８ａ）（８ｂ）を閉とさせハン
ド（７）を後退させて、果梗（Ｃ）よりトマト（Ａ）を
離脱させ、この後離脱したトマト（Ａ）は吸引ブロワ
（１２）の真空吸引力で搬送路（２４）を通って仮収納
容器（１０）まで搬送されるもので、この際パイプ（２
３）やフレキシブルホース（２９）にトマト（Ａ）の詰
まり事故が発生した場合には、ハンド（７）内の圧力を
検出する吸引圧センサ（４１）によってこの圧力変化を
検出して詰まりの感知を行うように構成している。なお
この場合吸引ブロワ（１２）の電流値変化を検出して詰
まりを感知しても良い。

【００１１】図７乃至図８に示す如く、前記視覚センサ
（９）は、３本の赤色レーザ光を発光する赤レーザ（４
２）と、３本の近赤外レーザ光を発光する近赤外レーザ
（４３）とを備え、トマト（Ａ）からのこれらの反射光
を受光ミラー（４４）及びレンズ（４５）を介し受光器
（４６）の受光素子（４７）に受光して、受光素子（４
７）上の結像から３点距離測定を行って前方の障害物
（緑）や赤熟果実を認識するように構成したものであ
る。なお、（４８）は投光ミラー、（４９）は水平走査
用モータ、（５０）は垂直走査用モータである。

【００１２】そして図１１に示す如く、この収穫ロボッ
ト（４）の走行装置（５１ａ）を駆動して機体を走行さ
せる走行スイッチ（５１）と、マニピュレータ（５）を
自動操縦する自動スイッチ（５２）と、前記仮収納容器
（１０）でのミニトマト（Ａ）の設定個数分の収納を検
出する収納数センサ（５３）と、前記視覚センサ（９）
及び吸引圧センサ（３９）とを入力接続させるコントロ
ーラ（５４）を制御装置（２２）に備えると共に、前記
走行装置（５０）及び吸引ブロワ（１２）と警報装置
（５５）と、各モータ（１４）（１５）（１７）（１
９）（２８）（３２）（４０）とにコントローラ（５
４）を出力接続させて、自動スイッチ（５２）のオン操
作時各センサ（９）（３９）（５３）の検出に基づいた
ミニトマト（Ａ）の自動収穫作業を行うように構成して
いる。

【００１３】本実施例は上記の如く構成するものにし
て、以下図１２のフローチャートを参照してこの作用を
説明する。

【００１４】マニピュレータ（５）を初期化して視覚セ
ンサ（９）がミニトマト（Ａ）を検出し、収穫ハンド
（７）の取込口（８）とミニトマト（Ａ）の間に葉や枝
などの障害物（Ｂ）が介在しないときには、そのままハ
ンド（７）を前進させ取込口（８）を開、またフインガ
ー（３６）を掻込み動作させて、取込口（８）内にトマ
ト（Ａ）を取込む一方、ミニトマト（Ａ）との間に障害
物（Ｂ）が介在し、その障害物（Ｂ）がトマト（Ａ）に
対し右寄り或いは左寄りのとき、ハンド（７）を左或い
は右方向に水平旋回させ、取込口（８）側を旋回方向と
は反対側の右或いは左方向に首振り動作をさせて、図９
に示す如く障害物（Ｂ）を迂回してトマト（Ａ）に取込
口（８）を接近させてトマト（Ａ）の取込みを行うもの
である。

【００１５】そして取込口（８）に取込まれたトマト
（Ａ）がハンド（７）内の吸引搬送路（２４）を介して
仮収納容器（１０）まで搬送され、設定個数（６個）分
のトマト（Ａ）が容器（１０）に収納されるとき、該容
器（１０）から収納箱（１１）にトマト（Ａ）を移し替
え、同一走査位置で視覚センサ（９）がトマト（Ａ）を
認識する間はその検出個数だけトマト（Ａ）の収穫作業
を行い、検出個数分の全ての収穫が終了したときには走
査位置の変更を行って、再び視覚センサ（９）の検出に
基づいたトマト（Ａ）の収穫作業を繰返し行うものであ
る。

【００１６】また、斯る作業中前記吸引圧センサ（４
１）が吸引搬送路（２４）内にトマト（Ａ）の詰まり事
故を検出するときには警報装置（５５）が作動し、これ
を作業者に報知するものである。

【００１７】而して図１０に示す如く、前記収穫ハンド
（７）によるミニトマト（Ａ）の取込み作業にあって
は、下記の如く行われるものである。 （１） ミニトマト（Ａ）に取込口（８）を接近させ
る。 （２） 取込口（８）（可動片（８ａ）（８ｂ））を開
く。 （３） 開いた取込口（８）内にフインガー（３６）を
起立させてトマト（Ａ）を掻込む。 （４） 取込口（８）を閉とし、フインガー（３６）の
起立状態を維持させたままハンド（７）を後退させる。
このときトマト（Ａ）は果梗（Ｃ）より離脱し、トマト
（Ａ）は搬送路（２４）内をフインガー（３６）の掻込
み動 作終了後に吸引を開始する真空吸引力で仮収納
容器（１０）まで搬送され る。 （５） 上記取込み作業にあって取込口（８）にミニト
マト（Ａ）が引掛る（大き目のトマト（Ａ）など）場合
や取込性が悪い場合などには、ハンド（７）を先端上向
きに傾斜させて取込む。 （６） トマト（Ａ）取込み後ハンド（７）を元位置に
戻すときにフインガー（３６）も元の水平位置に戻す。

【００１８】なお前述実施例にあっては、前記収穫ハン
ド（７）の首振り設定手段としてリミットスイッチ（３
３）（３４）を用いる構成を示したが、首振り用正逆モ
ータ（３２）に換えステップモータを用いることによっ
て任意に首振り角を変更可能にできる。またリミットス
イッチ（３３）（３４）を用いた場合でもハンド（７）
自体の移動によってトマト（Ａ）に対するアプローチ角
度を変更自在とさせることができる。

【００１９】

【発明の効果】以上実施例からも明らかなように本発明
は、収穫ハンド（７）先端の取込口（８）に果菜類
（Ａ）を取込んで収穫を行う果菜類収穫ハンド装置にお
いて、ハンド（７）本体と取込口（８）間を屈曲自在な
自在管（２９）で連結させて、取込口（８）を首振り可
能に設けたものであるから、ハンド（７）と果菜類
（Ａ）間に仮え枝や葉などの障害物（Ｂ）が介在して
も、障害物（Ｂ）を回避する状態に自在管（２９）を屈
曲させて迂回させ、果菜類（Ａ）まで確実にハンド取込
口（８）を到達させて、果菜類（Ａ）の収穫率を向上さ
せることができるものである。

【００２０】また、取込口（８）を首振り動作させる首
振り機構に、首振り角を規制する首振り設定手段（３
３）（３４）を設けたものであるから、障害物（Ｂ）を
回避させた収穫作業時でも果菜類に対するハンド取込口
のアプローチ角度を常に一定状態に安定保持さることが
できてこの収穫率を向上させることができるなど顕著な
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】収穫ハンドの側面説明図である。

【図２】収穫ロボットの全体側面図である。

【図３】収穫ロボットの全体正面図である。

【図４】収穫ハンドの平面説明図である。

【図５】取込口の側面説明図である。

【図６】取込口の正面説明図である。

【図７】視覚センサの説明図である。

【図８】視覚センサの説明図である。

【図９】収穫ハンドの首振り動作の説明図である。

【図１０】取込口におけるミニトマトの取込み説明図で
ある。

【図１１】制御回路図である。

【図１２】フローチャートである。

【符号の説明】

（７） 収穫ハンド （８） 取込口 （２９） フレキシブルホース（自在管） （３３）（３４） スイッチ（設定手段） （Ａ） ミニトマト（果菜類）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 収穫ハンド先端の取込口に果菜類を取込
   んで収穫を行う果菜類収穫ハンド装置において、ハンド
   本体と取込口間を屈曲自在な自在管で連結させて、取込
   口を首振り可能に設けたことを特徴とする果菜類収穫ハ
   ンド装置。
2. 【請求項２】 取込口を首振り動作させる首振り機構
   に、首振り角を規制する首振り設定手段を設けたことを
   特徴とする請求項１記載の果菜類収穫ハンド装置。