WO2019187714A1 - 果菜収穫装置 - Google Patents

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fruit
harvesting
contact
hand
vegetables
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竹村　佳也
武嗣 三角
横山　太郎
寛 横林
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本田技研工業株式会社
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01D—HARVESTING; MOWING
    • A01D46/00—Picking of fruits, vegetables, hops, or the like; Devices for shaking trees or shrubs
    • A01D46/30—Robotic devices for individually picking crops
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01D—HARVESTING; MOWING
    • A01D46/00—Picking of fruits, vegetables, hops, or the like; Devices for shaking trees or shrubs
    • A01D46/24—Devices for picking apples or like fruit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/08—Controls for manipulators by means of sensing devices, e.g. viewing or touching devices
    • B25J13/081—Touching devices, e.g. pressure-sensitive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
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    • B25J15/06—Gripping heads and other end effectors with vacuum or magnetic holding means
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A01D—HARVESTING; MOWING
    • A01D46/00—Picking of fruits, vegetables, hops, or the like; Devices for shaking trees or shrubs
    • A01D46/005—Picking of fruits, vegetables, hops, or the like; Devices for shaking trees or shrubs picking or shaking pneumatically

Definitions

  • the present invention relates to a fruit vegetable harvesting apparatus for harvesting fruit vegetables connected to branches via fruit curls.
  • the fruit and vegetable harvesting device of Patent Document 1 includes an arm, an intake pipe that is rotatably provided on the arm, and a suction pad that is provided at the tip of the intake pipe.
  • an intake pipe that is rotatably provided on the arm
  • a suction pad that is provided at the tip of the intake pipe.
  • An object of the present invention is to provide a fruit vegetable harvesting device that can reduce the load on fruit vegetables and branches (main stems) and can easily remove the fruit vegetables from the branches without damaging the fruit vegetables.
  • the present invention provides: It is a fruit vegetable harvesting device that harvests the fruit vegetables formed at the tip of the bean curd,
  • a harvesting hand comprising: a hand base; a holding part that is supported by the hand base and holds the fruit vegetables; and a finger part that is supported by the hand base and abuts against the fruit stem;
  • the fruit vegetables are held by the holding part, the finger part is brought into contact with the curd, and the harvesting hand is rotated so that the fruit is pressed by the finger part. Since the fruit is supported by the finger when the fruit and vegetables rotate with the rotation of the harvesting hand and the finger is easily pushed into the fruit, the fruit and vegetables can be easily removed from the branch using the finger as a fulcrum. Therefore, it is possible to reduce the load on fruit vegetables and branches (main stems) and harvest without damaging the fruit vegetables.
  • the harvesting hand includes a movable part configured to move the finger part along the fruit vegetables so as to come into contact with the curd.
  • the movable part can move the finger part along the fruit vegetables to bring it into contact with the fruit mustard. So-called robustness can be improved.
  • the senor has a sensor for detecting the holding of the fruit vegetables and the contact with the curd,
  • the rotation mechanism preferably rotates the harvesting hand in response to the holding and the detection of the contact.
  • the harvesting hand can be rotated after the holding and the contact are performed.
  • a moving mechanism for moving the harvesting hand A recognition device for recognizing fruit vegetables around the harvesting hand;
  • the rotation mechanism moves the harvesting hand by the moving mechanism with respect to the fruit vegetables recognized by the recognition device, holds the recognized fruit vegetables by the holding part, and makes the finger part abut against the orchards.
  • the recognition device recognizes the position of the fruit and vegetable including the curd
  • the control unit moves the harvesting hand to the fruit and vegetable recognized by the recognition device and moves the harvesting hand recognized by the holding unit. Since the harvesting hand is rotated by a rotation mechanism while the finger part is in contact with the fruit stalk and the fruit vegetables are separated from the branches, the operator does not need to move the harvesting hand to a position where the fruit vegetables can be held. Can be saved.
  • the control unit recognizes the bending direction of the fruit flesh in the delamination part of the fruit leaf by the recognition device, and the direction of the finger part from the direction opposite to the bending direction. It is preferable to control the moving mechanism so as to make contact with the infarction. According to such a configuration, since the recognizing device recognizes the bending direction of the curd and brings the finger part into contact with the curd from the direction opposite to the bending direction, the curd can be easily folded and more easily Fruit vegetables can be separated from the branches.
  • the fruit vegetable harvesting apparatus 10 of the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG.1 and FIG.2, the fruit vegetable harvesting apparatus 10 of embodiment of this invention harvests the fruit vegetables 1 connected to the branch 3 via the fruit stem 2.
  • FIG. The fruit vegetables 1 are, for example, tomatoes, and the flare 2 is formed with a delamination portion 4 having a delamination that can be easily separated.
  • the fruit vegetable harvesting apparatus 10 includes a holding part 12 that holds the fruit vegetables 1, a finger part 21 that can be brought into contact with the stem 2, and a harvesting hand 11 that includes the holding part 12 and a hand base 13 that supports the finger part 21. And a moving mechanism 41 for moving the harvesting hand 11, a recognition device 51 for recognizing the fruits and vegetables 1 around the harvesting hand 11, and the harvesting hand 11 and the moving mechanism based on the image of the recognition device 51 or by an operator's operation. And a control unit 61 that controls the operation of 41.
  • the holding unit 12 includes a support plate 14 provided at the distal end of the hand base 13, a suction pad 15 provided on the support plate 14, a flexible suction tube 16 connected to the suction pad 15, and a suction tube And a suction pump 17 connected to 16 for suction.
  • the harvesting hand 11 is provided with a movable part 22 that moves the finger part 21 along the fruit vegetables 1 and makes contact with the fruit stem 2.
  • the movable part 22 is provided in the hand base 13 so as to be slidable in the longitudinal direction of the hand base 13, and the slide direction and the slide amount can be controlled by a stepping motor 22a or the like.
  • the finger portion 21 is rotatably provided on the movable portion 22 via a rotation shaft (not shown), and has a lock mechanism 23 provided on the rotation shaft portion to lock the rotation of the finger portion 21 and a tip.
  • a guide roller 24 having a guide surface that is arranged so as to be divided into left and right and face each other and that is rotatably provided and inclined toward the center side, and a contact portion 25 that contacts the stem 2 between the left and right guide rollers And.
  • the lock mechanism 23 is provided with a finger lock switch 23 a that performs locking and unlocking in response to a signal from the control unit 61.
  • the fruit vegetable harvesting apparatus 10 has a sensor (not shown) for detecting the retention of the fruit vegetables and a sensor (not shown) for detecting the contact with the fruit pod.
  • the moving mechanism 41 includes a self-propelled vehicle 42 and a robot arm 31.
  • the robot arm 31 is a vertical articulated type and includes three links of a first arm 32, a second arm 33, and a wrist 34.
  • One end of the first arm 32 is swingable to a base 35 via the first joint 36. It is attached.
  • the other end of the first arm 32 is connected to one end of the second arm 33 via the second joint 37, and the second arm 33 can swing with respect to the first arm 32.
  • the wrist 34 is swingably connected to the other end of the second arm 33 via a third joint 38, and the wrist 34 is rotatable about a longitudinal axis by a turning mechanism (not shown) provided therein. is there.
  • the pedestal 35 is rotatable with respect to the vehicle 42 by a turning mechanism (not shown) in the pedestal. That is, the robot arm 31 has five degrees of freedom.
  • the harvesting hand 11 is attached to the wrist 34 of the robot arm 31 as an end effector.
  • the harvesting hand 11 holding the fruit vegetables 1 is rotated toward the finger part 21 in contact with the fruit stem 2 by operating each joint of the robot arm 31 and the turning mechanism.
  • the robot arm 31 is a part of the moving mechanism 41 and corresponds to a rotating mechanism that rotates the harvesting hand 11.
  • Each joint and turning mechanism of the robot arm 31 are each provided with a drive motor 39 for driving them, and the travel device 48 of the vehicle 42 is provided with a travel motor 49 for driving.
  • the recognition device 51 is a camera and is supported by the moving mechanism 41 via a support member 52.
  • the image captured by the camera as the recognition device 51 is sent to the control unit 61, and the control unit 61 analyzes the image and recognizes the positions and postures of the fruit vegetables 1 and the curd.
  • suction pump 17 and the control unit 61 are arranged in the vehicle 42.
  • the fruit vegetable harvesting apparatus 10 is controlled by the control unit 61 so that each unit operates fully automatically.
  • the control unit 61 includes a suction pump 17 that sucks the holding unit 12, a finger lock switch 23 a of the lock mechanism 23 that locks the rotation of the finger 21, A stepping motor 22a for moving the movable part 22 back and forth, a drive motor 39 for driving each joint / turning mechanism of the robot arm 31, a camera as a recognition device 51, a travel motor 49 of the vehicle 42, and holding of the fruit vegetables 1 are detected.
  • a sensor 53 comprising a sensor and a sensor for detecting contact with the fruit stem 2 is connected. The sensor 53 may be configured to detect the contact of the contact portion 25 with the fruit vegetables.
  • the control unit 61 moves the harvesting hand 11 with respect to the recognized fruit vegetable 1 by the moving mechanism 41, holds the fruit vegetable 1 recognized by the holding unit 12, and receives a holding signal from a sensor that detects the holding of the fruit vegetable 1. Then, the finger 21 is brought into contact with the fruit stem 2 and the contact is confirmed by receiving a contact signal from a sensor for detecting contact with the fruit stem. Is rotated to separate the fruit vegetables 1 from the branches 3.
  • control unit 61 analyzes the video imaged by the recognition device 51 by the processing unit of the control unit 61, and recognizes the positions and postures of the fruit vegetables 1 and the fruit curls 2. Then, the suction pad 15 is moved by controlling the traveling motor 49 and / or each drive motor 39 to a predetermined position based on a program or coordinate values input in advance by the calculation unit of the control unit 61, for example, near the tomato as the fruit vegetable 1.
  • the fruit vegetable 1 is adsorbed and held, the holding of the fruit vegetable 1 is confirmed by a signal from a sensor that detects the holding of the fruit vegetable 1, the stepping motor 22a is controlled, the movable part 22 is moved, and the finger part 21 is brought into contact with the curb 2
  • the harvesting hand 11 is confirmed by checking the contact of the finger portion 21 with the fruit stem 2 with a signal from the sensor for detecting the contact with the fruit stem 2 and controlling the drive motor 39 to change the posture of the robot arm 31. Rotate.
  • the sensor for detecting the holding of the fruit vegetables 1 may be a pressure sensor connected to the suction tube 16 or the suction pump 17, a proximity sensor provided on the hand base 13 or the support plate 14, etc. Any type of sensor may be used as long as it can be detected.
  • the sensor for detecting the contact with the fruit stem 2 may be a pressure sensor such as a load cell provided in the finger portion 21 or the like, a proximity sensor, or the like. May be. Further, by analyzing the image with the recognition device 51, it is possible to detect the holding of the fruit vegetables 1 by the suction pad 15 and the contact of the finger part 21 with the fruit stem 2.
  • the position of the fruit vegetable 1 recognized by the recognition device 51 (see FIG. 1) is recognized.
  • the control unit 61 recognizes the bending direction of the cabbage 2 in the delamination unit 4 by the recognition device 51, and holds the fruit vegetables 1 by the holding unit 12 from the direction opposite to the bending direction,
  • the moving mechanism 41 (the vehicle 42 and the robot arm 31) is controlled so as to perform the contact.
  • the holding of the fruit vegetables 1 can be detected by the sensor 53, the recognition device 51, or the like.
  • the reaction force when the guide roller 24 comes into contact with the surface of the fruit vegetable 1 and the reaction force when the contact portion 25 comes into contact with the fruit stem 2 can be detected by the sensor 53, the recognition device 51, or the like.
  • the contact may be made by urging with a spring or the like.
  • the fruit vegetables 1 are held by the suction pad 15 of the holding unit 12. At this time, since the lock mechanism 23 that locks the finger portion 21 is released, the guide roller 24 comes into contact with the fruit vegetables 1.
  • the movable part 22 is moved forward, the guide roller 24 is moved along the surface of the fruit vegetable 1 while being brought into contact therewith, and the contact part 25 of the finger part 21 is brought into contact with the fruit stem 2.
  • the contact of the guide roller 24 with the fruit vegetable 1 may be performed by an urging mechanism such as a spring. Or you may carry out by the link mechanism (contact mechanism) mentioned later.
  • the lock mechanism 23 is locked to restrict the movement of the finger portion 21.
  • a guide surface (not shown) corresponding to the size and shape of the fruit vegetable 1 may be formed on the guide roller 24. In this case, even if the position of the fruit stem 2 is shifted, the fruit stem 2 can be easily guided to the contact portion 25 by the guide surface.
  • the contact portion 25 of the finger portion 21 is brought into contact with the curd 2
  • the fruits and vegetables 1 are separated from the delaminated portions 4 by rotating the fruit vegetables 1 while maintaining the maintained state, and pushing the abutting portion 25 into the infarct 2 and / or the delaminated portions 4.
  • the robot arm 31 changes the posture and rotates the harvesting hand 11 in response to detection of holding and contact.
  • the robot arm 31 is configured such that the holding unit 12 holds the fruit vegetables 1 and the abutting unit 25 is in contact with the stem 2, so that the finger 2 is pressed by the finger 21, so that the finger 21 is pressed.
  • the harvesting hand 11 is rotated toward the direction.
  • a link mechanism 26 is provided at the base end portion of the finger portion 21 instead of the slide-type movable portion 22 shown in FIG.
  • the link mechanism 26 is connected to two base end portions of the finger portion 21, and the contact portion 25 of the finger portion 21 is moved by moving the link mechanism 26 by the control portion 61.
  • the link mechanism 26 is a form of the movable part 22. Further, the same effect can be obtained even with the slide-type movable portion 22 shown in FIG. 1, and the lock mechanism 23 is locked in a state where the abutment portion 25 is in contact with the fruit stem 2, and further, the movable portion By moving forward 22, the fruit crops 1 can be separated from the delaminated portion 4 by pushing the fruit stem 2.
  • the harvesting hand 11 is rotated by bringing the finger part 21 into contact with the fruit belly, and the fruit part 1 is supported by the finger part 21 when the fruit vegetable 1 rotates.
  • the fruit vegetable 1 can be easily removed from the branch using the finger part 21 as a fulcrum. Therefore, the load applied to the fruit vegetables 1 and the branches 3 (main stems) can be reduced, and the fruit vegetables 1 can be harvested without being damaged.
  • the movable part 22 can move the finger part 21 along the fruit vegetables to bring it into contact with the fruit mustard 2. So-called robustness can be improved.
  • the recognition device 51 recognizes the position of the fruit vegetable 1 including the fruit stem 2, and the control unit 61 moves the harvesting hand 11 to the fruit vegetable 1 recognized by the recognition device 51 by the moving mechanism 41 and is recognized by the holding unit 12. Since the harvesting hand 11 is rotated by the robot arm 31 and the fruit vegetable 1 is separated from the branch while the finger part 21 is held in contact with the fruit stem 2, the worker holds the harvesting hand 11 by the fruit vegetable 1. There is no need to move it to a position where it can be done, and the labor of the operator can be reduced.
  • the control unit 61 recognizes the bending direction of the cabbage 2 in the delamination unit 4 by the recognition device 51, and holds the fruit vegetables 1 by the holding unit 12 from the direction opposite to the bending direction, The moving mechanism 41 is controlled so as to make contact. For this reason, the fruit curls 2 can be easily folded, and the fruit vegetables 1 can be more easily separated from the branches 3.
  • the fruit vegetable harvesting apparatus 10 includes the self-propelled vehicle 42, but is not limited thereto, and may include a vehicle 42 that is moved by an operator's operation.
  • the fruit vegetable harvesting apparatus 10 is controlled by the control unit 61 so that each unit operates fully automatically.
  • the present invention is not limited to this, and the operation of the harvesting hand 11 and the rotation operation of the harvesting hand 11 are controlled by the control unit 61.
  • the operator may operate the other parts.
  • the harvesting hand 11 is moved and rotated by the robot arm 31, but the present invention is not limited to this.
  • it can also be set as the structure which rotates by the harvesting hand 11 moving on the guide rail on a circular arc as a rotation mechanism.
  • the fruit vegetable harvesting device 10 includes a device that does not include the recognition device 51 and the control unit 61.
  • the guide roller 24 is provided at the tip portion of the finger portion 21, but the guide roller 24 may not be provided. Instead, a guide that does not rotate and that does not have a guide itself is provided. It does not matter.
  • the holding unit 12 includes the suction pad 15.
  • the holding unit 12 is not limited to this, and the holding unit 12 may hold the fruit vegetable 1 with a support member such as a plurality of fingers. If possible, the form of the holding unit 12 is not limited.
  • the suction pad 15 and the finger part 21 extend from the hand base 13 in the same direction.
  • the extension direction of the suction pad 15 and the finger part 21 is not the same direction. There is no problem.
  • lock mechanism 23 not only the lock mechanism 23 but also an elastic member that urges the tip portion of the finger portion 21 in the direction of pressing the fruit vegetables 1 may be used.
  • the tomato was illustrated as the fruit vegetable 1, It is not limited to this, If it is the fruit vegetable connected to the branch 3, such as an apple, through the fruit stem 2, and if it can be hold
  • the recognition device 51 is not limited to a camera that captures an image, and may be another sensor or the like as long as an object such as a distance sensor and a three-dimensional measuring device can be recognized.

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Abstract

果菜収穫装置１０は、果梗２を介して枝３に接続された果菜１を収穫するものである。果菜収穫装置１０は、果菜１を保持する吸着パッド１５を含む保持部１２と果梗２に当接しうるよう構成された指部２１とからなる収穫ハンドと、収穫ハンド１１を果梗２に当接した指部２１で果梗２が押圧されるよう回転させるロボットアーム３１と、を備えている。

Description

果菜収穫装置
　本発明は、果梗を介して枝に接続された果菜を収穫する果菜収穫装置に関する。
　従来、リンゴやトマト等の果菜を枝から分離して収穫する際、手作業で収穫することが大変手間がかかることから作業を軽減するために、果菜を保持して収穫する果菜収穫装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開昭６３－１３７６１４号公報
　特許文献１の果菜収穫装置は、アームと、このアームに回動可能に設けられた吸気管と、この吸気管の先端に設けられた吸引パッドとを備えている。果菜を収穫するときは、収穫対象である果菜を吸引パッドで吸引保持した状態で、吸気管を回動させることで、果菜を回動させて枝のジョイント部から折ることで収穫する。
　しかし、特許文献１の果菜収穫装置のように果菜を保持したのみで果菜を回動させると、果菜が枝から分離し難いために枝が移動して同じ枝に付いている別の果菜を他の枝などにぶつけたり、枝にダメージを与えたり、さらにはトマトなど果菜の種類によってはヘタが外れてしまい果菜の商品性が低下するおそれがあった。
　本発明は、以上の点に鑑み、果菜や枝（主茎）にかかる負荷を低減し、果菜を損傷させずに、果菜を枝から容易に外すことができる果菜収穫装置を提供することを目的とする。
　[１]上記目的を達成するため、本発明は、
果梗の先端に形成された果菜を収穫する果菜収穫装置であって、
　ハンド基部と、前記ハンド基部に支持されるとともに前記果菜を保持する保持部と、前記ハンド基部に支持されるとともに前記果梗に当接する指部と、を備えてなる収穫ハンドと、
　前記果梗に当接した前記指部で前記果梗が押圧されるよう前記収穫ハンドを回転させる回転機構と、
を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、保持部で果菜を保持し、指部を果梗に当接させて、該果梗が指部により押圧されるよう収穫ハンドを回転させる。収穫ハンドの回転に伴う果菜の回動時に指部で果梗を支持し、果梗に指部を押し込み易くするので、指部を支点にして果菜を枝から容易に外すことができる。したがって、果菜や枝（主茎）にかかる負荷を低減し、果菜を損傷させずに収穫することができる。
　[２]また、本発明においては、前記収穫ハンドは、前記指部を前記果菜に沿って移動させて前記果梗に当接させるよう構成された可動部を備えることが好ましい。
　かかる構成によれば、枝の揺れのような外部環境の変化などの外乱の影響が果菜に及んでも、可動部によって指部を果菜に沿って移動させて果梗に当接させることができ、いわゆるロバスト性を向上させることができる。
　[３]また、本発明においては、前記果菜の保持及び前記果梗への当接を検出するセンサを有し、
　前記回転機構は、前記保持及び前記当接の検出に応答して前記収穫ハンドを回転させることが好ましい。
　かかる構成によれば、果菜の保持及び果梗への当接をセンサで検出するので、保持及び当接が行われたうえで収穫ハンドを回転させることができる。
　[４]また、本発明においては、前記収穫ハンドを移動させる移動機構と、
　前記収穫ハンドの周辺の果菜を認識する認識装置と、
　前記認識装置により認識された果菜に対して前記移動機構により前記収穫ハンドを移動させ、前記保持部で前記認識された果菜を保持し、前記指部を前記果梗に当接させつつ前記回転機構により前記収穫ハンドを回転させて枝から前記果菜を分離させる制御部と、
を備えることが好ましい。
　かかる構成によれば、認識装置によって果梗を含む果菜の位置を認識し、制御部は認識装置により認識された果菜に対して移動機構により収穫ハンドを移動させ、保持部で認識された果菜を保持し、指部を果梗に当接させつつ回転機構により収穫ハンドを回転させて枝から前記果菜を分離させるので、作業者が収穫ハンドを果菜が保持できる位置まで移動させる必要がなく、作業者の手間を軽減することができる。
　[５]また、本発明においては、前記制御部は、前記認識装置により前記果梗の離層部における前記果梗の屈曲方向を認識し、前記屈曲方向とは反対方向から前記指部の前記果梗への当接とを行うように、前記移動機構を制御することが好ましい。
　かかる構成によれば、認識装置によって果梗の屈曲方向を認識して、屈曲方向とは反対方向から指部を果梗へ当接させるので、果梗を容易に折ることができ、より容易に枝から果菜を分離させることができる。
本発明の果菜収穫装置を示す説明図。 本発明の果菜収穫装置を示すブロック図。 本発明の果菜収穫装置の作用図。 図１に示す果菜収穫装置の要部の別態様を示す説明図。
　図を参照して、本発明の実施形態の果菜収穫装置１０を説明する。図１及び図２に示すように、本発明の実施形態の果菜収穫装置１０は、果梗２を介して枝３に接続された果菜１を収穫するものである。果菜１は、例えばトマトであり、果梗２には切り離しが容易な離層を有する離層部４が形成されている。
　果菜収穫装置１０は、果菜１を保持する保持部１２と果梗２に当接しうるよう構成された指部２１と、保持部１２と指部２１を支持するハンド基部１３を備えた収穫ハンド１１と、収穫ハンド１１を移動させる移動機構４１と、収穫ハンド１１の周辺の果菜１を認識する認識装置５１と、認識装置５１の映像を基にして又は作業者の操作により収穫ハンド１１及び移動機構４１の動作を制御する制御部６１と、を備える。
　保持部１２は、ハンド基部１３の先端部に設けられた支持板１４と、支持板１４に設けられた吸着パッド１５と、吸着パッド１５に接続され可撓性を有する吸引チューブ１６と、吸引チューブ１６に接続され吸引する吸引ポンプ１７と、を備えている。
　収穫ハンド１１は、指部２１を果菜１に沿って移動させて果梗２に当接させる可動部２２を備える。可動部２２は、ハンド基部１３の長手方向へスライド可能にハンド基部１３に設けられており、スライド方向とスライド量とはステッピングモータ２２ａ等により制御可能とされている。
　指部２１は、可動部２２に回動軸（不図示）を介して回動可能に設けられており、回動軸部分に設けられ指部２１の回動をロックするロック機構２３と、先端部分に左右に分かれて対向するように配置されるとともに回転可能に設けられ中心側に傾斜するガイド面を有するガイドローラ２４と、左右のガイドローラの間で果梗２に当接する当接部２５とを備えている。ロック機構２３は、制御部６１からの信号によりロックとロック解除とを行う指部ロックスイッチ２３ａが備えられている。
　また、果菜収穫装置１０は、果菜の保持を検出するセンサ（不図示）及び果梗への当接を検出するセンサ（不図示）を有している。
　移動機構４１は、自走可能な車両４２とロボットアーム３１を備える。ロボットアーム３１は、垂直多関節型で第１アーム３２、第２アーム３３、手首３４の３つのリンクを備え、第１アーム３２は一端が台座３５に第１関節３６を介して揺動可能に取り付けられている。また第１アーム３２の他端は第２関節３７を介して第２アーム３３の一端と接続されており、第２アーム３３は第１アーム３２に対して揺動可能である。手首３４は第２アーム３３の他端と第３関節３８を介して揺動可能に接続されており、手首３４は内部に備える旋回機構（不図示）により長手方向の軸を中心に回転可能である。また台座３５は台座内の旋回機構（不図示）により車両４２対し回転可能である。すなわち、ロボットアーム３１は５軸の自由度を持つ。
　収穫ハンド１１はロボットアーム３１の手首３４にエンドエフェクタとして取り付けられる。果菜１の収穫時、ロボットアーム３１の各関節と旋回機構を動作させることにより、果菜１を保持した収穫ハンド１１は保持部１２を果梗２に当接した指部２１の方に向かって回転させられる。本実施の形態ではロボットアーム３１は移動機構４１を構成する一部であるとともに収穫ハンド１１を回転させる回転機構に相当する。
ロボットアーム３１の各関節と旋回機構にはこれらを駆動する駆動モータ３９が、それぞれ備えられ、車両４２の走行装置４８には、走行駆動用の走行モータ４９がそれぞれ備えられている。
　認識装置５１は、カメラであり、移動機構４１に支持部材５２を介して支持されている。認識装置５１としてのカメラで撮像された映像は制御部６１に送られて、制御部６１で映像を解析して果菜１や果梗の位置や姿勢等を認識する。
　また、吸引ポンプ１７及び制御部６１は、車両４２に配置されている。果菜収穫装置１０は、制御部６１により完全自動で各部が動作するように制御されている。
　次に、果菜収穫装置１０をブロック図で説明する。
　図２に示すように、果菜収穫装置１０において、制御部６１には、保持部１２を吸引する吸引ポンプ１７と、指部２１の回動をロックするロック機構２３の指部ロックスイッチ２３ａと、可動部２２の進退させるステッピングモータ２２ａと、ロボットアーム３１の各関節・旋回機構を駆動させる駆動モータ３９と認識装置５１としてのカメラと、車両４２の走行モータ４９と、果菜１の保持を検出するセンサと、果梗２への当接を検出するセンサと、からなるセンサ５３が接続されている。また、センサ５３は当接部２５の果菜への当接を検出するように構成されていてもよい。
　制御部６１は、認識された果菜１に対して移動機構４１により収穫ハンド１１を移動させ、保持部１２で認識された果菜１を保持し、果菜１の保持を検出するセンサからの保持信号を受けて保持を確認し、指部２１を果梗２に当接させ、果梗への当接を検出するセンサからの当接信号を受けて当接を確認し、ロボットアーム３１により収穫ハンド１１を回転させて枝３から果菜１を分離させるように各部を制御する。
　具体的には、制御部６１は、認識装置５１で撮像された映像を制御部６１の処理部で解析し、果菜１や果梗２の位置、姿勢を認識する。そして、制御部６１の演算部で予め入力されたプログラムや座標値による所定位置、例えば果菜１としてのトマトの近傍に走行モータ４９および／又は各駆動モータ３９を制御し吸着パッド１５を移動させて果菜１を吸着保持し、果菜１の保持を検出するセンサからの信号で果菜１の保持を確認し、ステッピングモータ２２ａを制御し可動部２２を可動させて指部２１を果梗２に当接させ、果梗２の当接を検出するセンサからの信号で指部２１の果梗２への当接を確認し、駆動モータ３９を制御しロボットアーム３１の姿勢を変化させることにより収穫ハンド１１を回動させる。
　なお、果菜１の保持を検出するセンサは、吸引チューブ１６又は吸引ポンプ１７等に接続された圧力センサや、ハンド基部１３又は支持板１４等に設けられた近接センサ等でもよく、果菜１の保持を検出できればセンサの種類はいずれであってもよい。果梗２への当接を検出するセンサは、指部２１などに設けられたロードセルなどの圧力センサや、近接センサ等でもよく、果梗２の当接を検出できればセンサの種類はいずれであってもよい。また、認識装置５１で画像を解析することで、吸着パッド１５による果菜１の保持や、指部２１による果梗２への当接を検出しても差し支えない。
　次に、以上に述べた果菜収穫装置１０の作用を説明する。
　図３Ａに示すように、認識装置５１（図１参照）で認識された果菜１の位置を認識する。制御部６１は、認識装置５１により離層部４における果梗２の屈曲方向を認識し、屈曲方向とは反対方向から保持部１２による果菜１の保持と指部２１の果梗２への当接とを行うように、移動機構４１（車両４２とロボットアーム３１）を制御する。この際、果菜１の保持は、センサ５３や認識装置５１等によって検出しうる。また、ガイドローラ２４が果菜１の表面に接触した際の反力や、当接部２５が果梗２に当接した際の反力を、センサ５３や認識装置５１等によって検出しうる。なお、接触や当接を検知するセンサの代わりに、ばね等によって付勢して当接してもよい。
　図３Ｂに示すように、保持部１２の吸着パッド１５で果菜１を保持する。このとき、指部２１をロックするロック機構２３は解除されているので、ガイドローラ２４が果菜１に当接する。
　図３Ｃに示すように、可動部２２を前進させ、ガイドローラ２４を果菜１の表面に沿って当接させつつ移動させ、指部２１の当接部２５を果梗２に当接させる。上述したように、ガイドローラ２４の果菜１への当接は、ばねなどの付勢機構によって行ってもよい。あるいは、後述するリンク機構（当接機構）によって行ってもよい。当接部２５の果梗２への当接後、ロック機構２３をロックし、指部２１の移動を規制する。ガイドローラ２４には果菜１の大きさ、形状に応じたガイド面（不図示）が形成されてもよい。この場合、果梗２の位置がずれていてもガイド面で果梗２を当接部２５に容易に案内することができる。
　図３Ｄに示すように、ロボットアーム３１の姿勢を変化させ、例えば果菜１の中央部付近を中心に収穫ハンド１１を回転させることで、指部２１の当接部２５を果梗２に当接させた状態を維持して果菜１を回転させ、当接部２５を果梗２および／又は離層部４に押し込むことにより、果菜１を離層部４から分離する。このとき、ロボットアーム３１は、保持及び当接の検出に応答して姿勢を変化させ収穫ハンド１１を回転させている。ロボットアーム３１は、保持部１２が果菜１を保持し、当接部２５が果梗２に当接された状態において、指部２１で果梗２が押圧されるよう保持部１２から指部２１の方に向かって、収穫ハンド１１を回転させる。
　次に指部２１を移動させる機構の別態様を説明する。
　図４に示すように、指部２１の基端部には図１に示したスライド形式の可動部２２の代わりに、リンク機構２６が設けられている。リンク機構２６は指部２１の基端部が２か所接続されており、制御部６１によりリンク機構２６を可動させることで、指部２１の当接部２５を移動させる。
　なお、リンク機構２６は可動部２２の一形態である。また、図１に示したスライド形式の可動部２２であっても同様の効果を得ることができ、当接部２５が果梗２に当接した状態でロック機構２３をロックし、さらに可動部２２を前進させることで、果梗２を押して離層部４から果菜１を分離することができる。
　次に以上に示した果菜収穫装置１０の効果を説明する。
　保持部１２で果菜１を保持した状態で、指部２１を果梗に当接させて収穫ハンド１１を回転させ、果菜１の回動時に指部２１で果梗２を支持した状態とするので、指部２１を支点にして果菜１を枝から容易に外すことができる。したがって、果菜１や枝３（主茎）にかかる負荷を低減し、果菜１を損傷させずに収穫することができる。
　また、枝３の揺れのような外部環境の変化などの外乱の影響が果菜に及んでも、可動部２２によって指部２１を果菜に沿って移動させて果梗２に当接させることができ、いわゆるロバスト性を向上させることができる。
　認識装置５１によって果梗２を含む果菜１の位置を認識し、制御部６１は認識装置５１により認識された果菜１に対して移動機構４１により収穫ハンド１１を移動させ、保持部１２で認識された果菜１を保持し、指部２１を果梗２に当接させつつロボットアーム３１により収穫ハンド１１を回転させて枝から果菜１を分離させるので、作業者が収穫ハンド１１を果菜１が保持できる位置まで移動させる必要がなく、作業者の手間を軽減することができる。
　制御部６１は、認識装置５１により離層部４における果梗２の屈曲方向を認識し、屈曲方向とは反対方向から保持部１２による果菜１の保持と指部２１の果梗２への当接とを行うように、移動機構４１を制御する。このため、果梗２を容易に折ることができ、より容易に枝３から果菜１を分離させることができる。
　なお、実施形態では、果菜収穫装置１０は、自走式の車両４２を備えているが、これに限定されず、操作者の操作により移動する形式の車両４２を備えるものとしてもよい。また、果菜収穫装置１０は、制御部６１により完全自動で各部が動作するように制御されるものとしが、これに限定されず、制御部６１により収穫ハンド１１の動作及び収穫ハンド１１の回転動作のみを行わせ、他の部分は操作者が操作するようにしてもよい。
　また、実施形態では収穫ハンド１１をロボットアーム３１により移動・回転させるようにしたが、これに限定されるものではない。例えば、回転機構として円弧上のガイドレール上を収穫ハンド１１が移動することで回転を行う構造とすることもできる。さらには、果菜収穫装置１０は、認識装置５１及び制御部６１を備えていないものも含むものとする。
　また、実施形態では、指部２１の先端部分に、ガイドローラ２４を備えたが、ガイドローラ２４はなくてもよく、代わりに、回転しない滑らせる形式のガイドや、さらにはガイド自体がないものとしても差し支えない。
　また、実施形態では、保持部１２は吸着パッド１５を備えるものとしたが、これに限定されず、複数の指のような支持部材で果菜１を掴むものでもよく、果菜１を保持することができれば保持部１２の形式は問わない。
　また実施形態では、ハンド基部１３から吸着パッド１５と指部２１が同じ方向に延出するのとしたが、吸着パッド１５と指部２１の延出方向が直交するものなど、同じ方向でなくても差し支えない。
　また、ロック機構２３だけでなく、指部２１の先端部を果菜１に押し付ける方向に付勢する弾性部材を用いても差し支えない。
　また、実施形態では、果菜１として、トマトを例示したが、これに限定されず、リンゴ等、枝３に果梗２を介して接続された果菜であり、保持部１２で保持できれば、他の果菜であっても差し支えない。また、認識装置５１は、撮像するカメラに限定されず、距離センサ、三次元計測器など物体を認識できれば他のセンサなどであってもよい。
１　果菜
２　果梗
３　枝
４　離層部
１０　果菜収穫装置
１２　保持部
１３　ハンド基部
２１　指部
２２　可動部
２３　ロック機構
３１　ロボットアーム
４１　移動機構
５１　認識装置
６１　制御部

Claims (6)

  1. 　果梗の先端に形成された果菜を収穫する果菜収穫装置であって、
    　ハンド基部と、前記ハンド基部に支持されるとともに前記果菜を保持する保持部と、前記ハンド基部に支持されるとともに前記果梗に当接する指部と、を備えてなる収穫ハンドと、
    　前記果梗に当接した前記指部で前記果梗が押圧されるよう前記収穫ハンドを回転させる回転機構と、を備えることを特徴とする果菜収穫装置。
  2. 　請求項１に記載の果菜収穫装置であって、
    　前記収穫ハンドは、前記指部を前記果菜に沿って移動させて前記果梗に当接させるよう構成された可動部を備えることを特徴とする果菜収穫装置。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載の果菜収穫装置であって、
    　前記果菜の保持及び前記果梗への当接を検出するセンサを有し、
    　前記回転機構は、前記保持及び前記当接の検出に応答して前記収穫ハンドを回転させることを特徴とする果菜収穫装置。
  4. 　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の果菜収穫装置であって、
    　前記収穫ハンドを移動させる移動機構と、
    　前記収穫ハンドの周辺の果菜を認識する認識装置と、
    　前記認識装置により認識された果菜に対して前記移動機構により前記収穫ハンドを移動させ、前記保持部で前記認識された果菜を保持し、前記指部を前記果梗に当接させつつ前記回転機構により前記収穫ハンドを回転させて枝から前記果菜を分離させる制御部と、
    を備えることを特徴とする果菜収穫装置。
  5. 　請求項４に記載の果菜収穫装置であって、
    　前記制御部は、前記認識装置により前記果梗の離層部における前記果梗の屈曲方向を認識し、前記屈曲方向とは反対方向から前記指部の前記果梗への当接とを行うように、前記移動機構を制御することを特徴とする果菜収穫装置。
  6. 　請求項４又は５に記載の果菜収穫装置であって、
    　前記指部には当接機構が設けられ、前記収穫ハンドは前記当接機構によって前記指部が前記果菜に当接しつつ移動されるように構成されていることを特徴とする果菜収穫装置。
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