JPH08275655A - いちご収穫ロボットにおけるマニピュレータのエンドエフェクタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空気の吸引力を利用することで、構造を簡素
化し、いちごを傷つけないで、確実に収穫するエンドエ
フェクタの実現を目的とする。 【構成】 吸引パイプ１４の吸引口の口縁部にはいちご
の果柄を取込む果柄係止部として切込み２２を凹設する
と共に、果柄切断部として鉤状のカッタ２３を設ける。
エンドエフェクタ１３の上部にはソレノイド２４を固着
し、ソレノイド２４のプランジャをカッタ２３に連結す
る。２５は復帰ばねで、ソレノイド２４のプランジャと
カッタ２３をエンドエフェクタ１３の先端方向に付勢す
る。以上のような構成で、いちごを収穫するときは、吸
引によっていちごを吸引パイプ１４内に取込み、吸引力
を働かせたまま吸引パイプ１４を回転させ、吸引パイプ
１４の切込み２２に取込んだいちごの果柄を誘導してカ
ッタ２３の切断部に取込み、ソレノイド２４をオンにし
てカッタ２３をスライドさせてカッタ２３の切断部に取
込んだいちごの果柄を切断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、視覚センサの視覚情報
によりマニピュレータを操縦していちごを自動的に収穫
するいちご収穫ロボットの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、いちごは機械で扱うと傷みやすい
ので人手で収穫していた。しかし、水耕栽培の進歩にと
もない、機械による収穫の可能性がひらけ、いちご収穫
ロボットへの関心が高まってきた。いちご収穫ロボット
では、いちごが傷みやすいことから、収穫する手の部分
に当るマニピュレータの先端部のエンドエフェクタが、
最も重要な開発課題となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このエンドエフェクタ
に、エアグリッパという１６本の指がついた工業用の機
器を応用したいちご収穫ロボットが最近発表された。し
かしこの場合、１６本の指で直接いちごをつかむので、
いちごに傷がつきやすく、またつかんだいちごを保持す
るための圧力調整が微妙で非常に難しいし、姿勢が斜め
のいちごは特につかみにくい、などの問題がある。

【０００４】本発明は、このような従来の問題に鑑み、
空気の吸引力を利用することで、構造を簡素化し、いち
ごを傷つけないで、確実に収穫するエンドエフェクタの
実現を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は以下のように構成する。

【０００６】いちご収穫ロボットのマニピュレータの先
端にいちご吸引パイプの吸引口をのぞませると共に、こ
のパイプの末端側をいちごの容器に接続する。前記吸引
口には吸引口内にいちごを取り込んだことを検出するい
ちご検出センサを設置し、さらに前記吸引口の口縁部に
は果柄係止部及び果柄切断部を設けてエンドエフェクタ
を構成する。そしていちご検出センサ出力にもとづき、
前記吸引口にいちごを取り込んだときに、マニピュレー
タを操作してエンドエフェクタをいちご吸引パイプの軸
を中心に回転し、果柄を果柄係止部に誘導して果柄切断
部により切断し、いちごを収穫する構成である。

【０００７】

【作用】いちご収穫ロボットに備える視覚センサの視覚
情報によりマニピュレータを操縦して、マニピュレータ
の先端すなわち本発明のエンドエフェクタを収穫すべき
いちごに接近する。そしてこのいちごをいちご吸引パイ
プの吸引力により吸引して吸引口内に取り込む。これを
いちご検出センサにより検出し、いちごを吸引口の正し
い位置に取り込んだことを確認したら、いちごを吸引し
たままの状態で、エンドエフェクタをいちご吸引パイプ
の軸を中心に回転する。この回転で、いちごの果柄は吸
引口の口縁部を相対的に移動し果柄係止部へと誘導さ
れ、そこに取込まれると果柄切断部により切断される。
その後いちごは空気搬送によりいちご吸引パイプ内を通
過して末端の容器に運ばれそこに収容される。

【０００８】

【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。

【０００９】図１および図２に本発明の実施例のいちご
収穫ロボットの正面図および側面図を示す。いちご収穫
ロボット１は、移動機構部２の上に、リニアガイド３を
敷設し、モータ４の回転によりリニアガイド３に沿って
前後にスライドする基台５にマニピュレータ６を設置す
るほか、いちご収穫ロボット１を制御するコントローラ
７とバッテリ８を搭載する。

【００１０】マニピュレータ６は、マニピュレータ６を
水平及び垂直方向に回転し、視覚センサ９を内蔵する関
節部１０と、ホース１１を内蔵するハンド部１２と、い
ちごを収穫する先端部エンドエフェクタ１３から構成さ
れる。

【００１１】図３に前記ホース１１の断面図を示す。ホ
ース１１は収穫したいちごが傷つかないよう弾力のある
柔らかい素材で形成し、ホース１１の入口はエンドエフ
ェクタ１３に内設するいちご吸引パイプ１４に接続す
る。ホース１１の途中は分岐させて吸引装置１５に接続
し、分岐口をネット１６で覆う。ホース１１の出口には
開閉自在のふた１７を取付け、モータ１８により機外に
排出される容器１９にホース１１の出口をのぞませる。
また、ホース１１の出口付近には収穫したいちごの通過
を検知するフォトセンサ２０を設ける。

【００１２】図４に本発明の実施例のエンドエフェクタ
の正面図を示し、図５にその平面図をまた図６にその側
面図をそれぞれ示す。マニピュレータ６のエンドエフェ
クタ１３は、いちご吸引パイプ１４と吸引パイプ１４に
接続するホース１１を内装する。吸引パイプ１４は光を
通す素材で形成し、吸引口の口縁部には、その一方の側
面にフォトセンサ２１の投光部２１ａを、また他方の側
面にフォトセンサ２１の受光部２１ｂを対抗して配置す
る。このフォトセンサ２１がいちご検出センサを構成す
る。

【００１３】図７にいちご吸引パイプ１４の先端部の斜
視図を示す。吸引パイプ１４の吸引口の口縁部にはいち
ごの果柄を取込む果柄係止部として切込み２２を凹設す
ると共に、果柄切断部として鉤状のカッタ２３を設け
る。エンドエフェクタ１３の上部にはソレノイド２４を
固着し、ソレノイド２４のプランジャをカッタ２３に連
結する。２５は復帰ばねで、ソレノイド２４のプランジ
ャとカッタ２３をエンドエフェクタ１３の先端方向に付
勢する。吸引パイプ１４の吸引口の口縁部の下部外側に
はいちごが接近したことを検出するいちご接近センサ２
６の投光部２６ａと受光部２６ｂを配置する。

【００１４】本発明の実施例のいちご収穫ロボットは以
上のような構成で、コントローラ７の制御でいちごの収
穫処理を行う。図８に示すフローチャートを参照して、
このいちごの収穫処理について説明する。

【００１５】最初に、図９に示すように、マニピュレー
タ６が画像入力姿勢をとる時に栽培ベッドに接触しない
よう、モータ４を回転させてマニピュレータ６をリニア
ガイド３に沿って後方へ一旦スライドさせ、マニピュレ
ータ６を障害物回避姿勢にする（Ｓ１）。次に、図１０
に示すように、関節部１０を回転させて視覚センサ９の
光軸とマニピュレータ６の駆動軸を一致させてマニピュ
レータ６を画像入力姿勢にする（Ｓ２）。この状態で視
覚センサ９による画像入力を行う（Ｓ３）。次に、入力
した画像を解析して果実認識を行い、色によって収穫時
期を判定し、収穫するいちごを決定する（Ｓ４）。障害
物回避のためマニピュレータ６を一旦ステップ１の障害
物回避姿勢に戻した後、図１１に示すように、画像入力
時の視覚センサ９の光軸とマニピュレータ６のアプロー
チ方向を一致させて、マニピュレータ６を収穫アプロー
チ初期姿勢にする（Ｓ５）。

【００１６】次に、図１２に示すように、マニピュレー
タ６を収穫アプローチ姿勢にして、収穫するいちごに向
けて高速アプローチさせ（Ｓ６）、ここでいちご接近セ
ンサ２６がオンになったら（Ｓ７）、マニピュレータ６
のスライドを停止し、吸引装置１５をオンにする（Ｓ
８）。このあと、マニピュレータ６を収穫するいちごに
向けて低速アプローチさせる（Ｓ９）。

【００１７】図１３に示すように、フォトセンサ２１の
オンの位置によって、吸引したいちごの位置を検出し、
マニピュレータ６を前後にスライドさせていちごがエン
ドエフェクタ１３内の適正位置に来るまでエンドエフェ
クタ１３を適正方向へ移動させ（Ｓ１０）、エンドエフ
ェクタ１３が適正位置まで移動したら（Ｓ１１）、マニ
ピュレータ６の関節部１０を回転させて、吸引パイプ１
４の切込み２２に取込んだいちごの果柄を誘導してカッ
タ２３の切断部に取込む（Ｓ１２）。ここでソレノイド
２４をオンにしてカッタ２３をスライドさせてカッタ２
３の切断部に取込んだいちごの果柄を切断する（Ｓ１
３）。

【００１８】このあと収穫したいちごを吸引によりホー
ス１１で搬送し、収穫したいちごがホース１１の出口付
近まで搬送されたかフォトセンサ２０で検知し（Ｓ１
４）、搬送を検知したときは、吸引装置１５をオフにす
る（Ｓ１５）。吸引装置１５オフにより、吸引によって
閉じられていたホース１１の出口のふた１７が開くの
で、収穫したいちごは容器１９に収容される。次に、マ
ニピュレータ６を後方にスライドさせてエンドエフェク
タ１３を後退させ（Ｓ１６）、ソレノイド２４をオフに
してカッタ２３をばね２５の収縮で元の位置に戻すこと
により切断部を開放し（Ｓ１７）、マニピュレータ６の
関節部１０の回転を元に戻して吸引パイプ１４を初期状
態に戻す（Ｓ１８）。

【００１９】最後に、画像内の収穫可能ないちごがすべ
て収穫されたかどうかを判定し（Ｓ１９）、すべてが収
穫されたら、移動機構部２の走行部を駆動して次のエリ
アに移る（Ｓ２０）。すべてがまだ収穫されてなけれ
ば、ステップ６に戻る。

【００２０】本発明の実施例は、図７に示すように、吸
引パイプ１４の先端部の上部に、収穫するいちごの果柄
を取込む切込み２２を凹設し、吸引によっていちごを吸
引パイプ１４内に取込み、吸引力を働かせたまま吸引パ
イプ１４を回転させ、吸引パイプ１４の切込み２２に取
込んだいちごの果柄を誘導してカッタ２３の切断部に取
込む。従って、本発明の実施例によれば、収穫するいち
ごの果柄は吸引力によって切込み２２に押付けられた状
態で係止されており、吸引パイプ１４を回転させること
により確実にカッタ２３の切断機構内に取込むことがで
きる。切断機構内に取込まれた後も、いちごが吸引パイ
プ１４内から出ない程度に吸引パイプ１４の回転をオー
バランさせることにより、いちごの上端を吸引パイプ１
４の内壁に密着させることができるので果柄の切断位置
をいつも一定にすることができる。また、複雑な切断機
構を設けなくても、直接いちごの果肉部に触れないで果
柄をカッタ２３の切断部に取込んで切断することができ
る。

【００２１】本発明の実施例は、収穫するいちごより大
きな内径の吸引パイプ１４をエンドエフェクタ１３に内
設し、吸引パイプ１４はホース１１に接続し、ホース１
１は、さらに吸引装置１５に接続する。そして、視覚セ
ンサ９によって検出されたいちごに対しマニピュレータ
６をアプローチさせ、いちご接近センサ２６がオンにな
ったら吸引装置１５をオンにして、吸引により吸引パイ
プ１４内にいちごを取込む。従って、本発明の実施例に
よれば、マニピュレータ６のアプローチ位置が多少ずれ
ても、いちごを確実に吸引パイプ１４内に取込むことが
できる。また、収穫するいちごの近くに支柱などの障害
物があっても取込みに支障をきたすようなことがない。

【００２２】本発明の実施例は、図１３に示すように、
エンドエフェクタ１３に内接する吸引パイプ１４の両サ
イドに複数のフォトセンサ２１を配置し、フォトセンサ
２１がオンとなる数と位置によって、取込んだいちごの
大きさと位置を検知する。これにより、適正位置のフォ
トセンサ２１がオンとなればいちごをエンドエフェクタ
１３内の適正位置に取込んだと判断する。従って、本発
明の実施例によれば、マニピュレータ６を前後にスライ
ドさせていちごがエンドエフェクタ１３内の適正位置に
くるまでエンドエフェクタ１３を適正方向へ移動させる
ので、確実にいちごをエンドエフェクタ１３内に取込む
ことができる。また、エンドエフェクタ１３内に取込ん
だいちごが適正位置にあれば、吸引パイプ１４の切込み
２２に果柄が取込まれていることを認識できるので、吸
引パイプ１４を回転させて切込み２２に取込んだいちご
の果柄を誘導してカッタ２３の切断部に取込むタイミン
グを適宜知ることができる。

【００２３】本発明の実施例では、図９、図１０、図１
１、図１２に示すように、水耕栽培によって人間が作業
しやすい高さに栽培ベッドを設置し、栽培ベッドＢの下
には障害物を置かず自由空間としている。いちご収穫ロ
ボット１は低床式とし、収穫時は栽培ベッドＢの下から
反対側にあるいちごを目標にマニピュレータ６をスライ
ドさせてアプローチする。いちごの果柄は長いので、い
ちごが熟して大きくなれば栽培ベッドＢの縁に沿って垂
れ下がる。これに対し、花や小さいいちごは果柄が上方
に反っているので、収穫適期のいちごよりも栽培ベッド
Ｂの上方の離れた位置に存在する。このため、栽培ベッ
ドＢの正面からアプローチすると、これらの花や小さい
いちごが邪魔になることが多い。従って、本発明の実施
例によれば、栽培ベッドＢの下から反対側にあるいちご
を目標にアプローチするので、障害物もなく、大部分の
収穫適期のいちごが視覚センサ９の視野に入り、アプロ
ーチもしやすいので、収穫効率が大幅に向上する。

【００２４】本発明の実施例は、図３に示すように、ホ
ース１１の途中に分岐点を設け、吸引装置１５に接続す
る分岐口を弾性体のネット１６で覆う。ホース１１の出
口は開閉自在のふた１７を介して容器１９にのぞませ
る。収穫されたいちごは、吸引によりホース１１内を通
って分岐口まで運ばれ、このネット１６に当って方向を
変え、ホース１１の出口まで運ばれ容器１９に排出され
る。従って、本発明の実施例によれば、収穫されたいち
ごは、ホース１１内を通って容器１９まで運ばれるの
で、搬送のためにマニピュレータ６を作動させることが
なくなる。このため、マニピュレータ６の動作はアプロ
ーチだけとなり、いちごの搬送動作がない分、収穫に要
する時間が大幅に短縮される。

【００２５】本発明の実施例は、図３に示すように、ホ
ース１１の出口に開閉自在のふた１７を取付ける。ま
た、ホース１１の出口付近には収穫したいちごの通過を
検知するフォトセンサ２０を設ける。ふた１７は、吸引
装置１５オンにより、ホース１１内に吸引力が発生し、
ふたが閉じる。吸引装置１５オフにより、今度は、ホー
ス１１内の吸引力が消滅し、ふたが開く。フォトセンサ
２０がいちごの通過を検知したら、吸引装置１５をオフ
にするのでふた１７が開き、収穫したいちごは容器１９
に排出される。従って、本発明の実施例によれば、ホー
ス１１の出口を開放したままでは吸引力が大きくならな
いので、収穫するいちごをエンドエフェクタ１３内に取
込むことはできないが、吸引装置１５をオンにするとふ
た１７が閉じるので、ホース１１内が密閉され、このた
め吸引力が増大し、収穫するいちごをエンドエフェクタ
１３内に取込めるようになる。また、吸引装置１５のオ
ン、オフによってふた１７が開閉するので、開閉のため
の特別な機構を設ける必要がない。さらに、吸引装置１
５のオフによってふた１７が開くまでの間、ふた１７の
手前まで搬送されたいちごには、まだ吸引力が働いてお
り、容器１９にいちごが勢いよく排出されないのでいち
ごを傷めない。

【００２６】

【発明の効果】本発明のいちご収穫ロボットのエンドエ
フェクタは以上のような構成で、収穫するいちごの果柄
は吸引力によって、エンドエフェクタに内装する吸引パ
イプの先端に押付けられて係止されるので、吸引パイプ
を回転させて果柄を切断機構内に取込み果柄を確実に切
断することができる。従って、本発明のエンドエフェク
タによれば、複雑な切断機構を設けなくても、簡単で確
実に、直接いちごの果肉部に触れないので、いちごを傷
めることもなく、いちごを収穫することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のいちご収穫ロボットの正面図
である。

【図２】本発明の実施例のいちご収穫ロボットの側面図
である。

【図３】本発明の実施例のホースの断面図である。

【図４】本発明の実施例のエンドエフェクタの正面図で
ある。

【図５】本発明の実施例のエンドエフェクタの平面図で
ある。

【図６】本発明の実施例のエンドエフェクタの側面図で
ある。

【図７】本発明の実施例のいちご吸引パイプの先端部の
斜視図である。

【図８】本発明の実施例のいちご収穫処理のフローチャ
ートである。

【図９】本発明の実施例のいちご収穫ロボットの障害物
回避姿勢を示す図である。

【図１０】本発明の実施例のいちご収穫ロボットの画像
入力姿勢を示す図である。

【図１１】本発明の実施例のいちご収穫ロボットの収穫
アプローチ初期姿勢を示す図である。

【図１２】本発明の実施例のいちご収穫ロボットの収穫
アプローチ姿勢を示す図である。

【図１３】本発明の実施例のフォトセンサのオン、オフ
を示す図である。

【符号の説明】

１ いちご収穫ロボット ２ 移動機構部 ３ リニアガイド ４ モータ ５ 基台 ６ マニピュレータ ７ コントローラ ８ バッテリ ９ 視覚センサ １０ 関節部 １１ ホース １２ ハンド部 １３ エンドエフェクタ １４ 吸引パイプ １５ 吸引装置 １６ ネット １７ ふた １８ モータ １９ 容器 ２０、２１ フォトセンサ ２２ 切込み ２３ カッタ ２４ ソレノイド ２５ ばね ２６ 近接センサ Ｂ 栽培ベッド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 視覚センサの視覚情報によりマニピュレ
   ータを操縦して自動的にいちごを収穫するいちご収穫ロ
   ボットにおいて、 前記マニピュレータの先端にいちご吸引パイプの吸引口
   をのぞませると共に、このパイプの末端側をいちごの容
   器に接続し、 前記吸引口には吸引口内にいちごを取り込んだことを検
   出するいちご検出センサを設置し、 さらに前記吸引口の口縁部には果柄係止部及び果柄切断
   部を設けてエンドエフェクタを構成し、 いちご検出センサ出力にもとづき、前記吸引口にいちご
   を取り込んだときに、マニピュレータを操作してエンド
   エフェクタをいちご吸引パイプの軸を中心に回転し、果
   柄を果柄係止部に誘導して果柄切断部により切断し、い
   ちごを収穫することを特徴とするマニピュレータのエン
   ドエフェクタ。