(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンドエフェクタの先端に一対の把持部を設け、この把持部で果実を把持する果実収穫マニピュレータにおいて、
前記エンドエフェクタに２本の把持杆を互いに接離可能に設け、
該把持杆の各先端部に、軸心を把持杆の接近動作方向に向けた支軸を回動可能に且つ軸心方向移動可能に取付け、
この支軸のそれぞれに前記把持部を一体に取付け、
支軸と把持杆とに互いに係脱自在な係合部を設けて回り止め機構を形成し、
この支軸と把持杆との間に前記係合部が係合状態を維持する側となる前記支軸の軸心方向の移動を付勢するばねを設け、
前記一対の把持部が果実を把持して引寄せるとき、前記一対の把持部を果実を把持した状態から更に接近させることにより前記支軸がばねの付勢に抗して移動し前記係合部が外れて把持部が回動自在となり、それ以外では前記支軸がばねの付勢により元の位置に戻り前記係合部が係合して把持部が回り止めされる構成としたことを特徴とする果実収穫マニピュレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、果実収穫マニピュレータを自動操縦して果実を自動的に収穫する果実自動収穫機の果実収穫マニピュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の果実自動収穫機では、エンドエフェクタの先端に把持部を設け、この把持部で果実を把持して収穫している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の装置では、果実の下方が栽培棚の葉、葉柄、紐などで隠れているような場合、マニピュレータのエンドエフェクタによって果実の上方を把持して果柄を切断し、果実自動収穫機の方向へ果実を引寄せるのは極めて難しく、無理に引寄せようとすると、果実を落としたり、果実や葉柄を傷付けたりする。
【０００４】
本発明は、果実の下方が栽培棚の葉、葉柄、紐などで隠れていても、果実を落としたり、果実や葉柄を傷付けたりせずに、果実の上方を把持して果柄を切断し、果実自動収穫機の方向へ果実を引寄せることを可能にするためになされたものである。
【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した。
【０００６】
すなわち、エンドエフェクタの先端に一対の把持部を設け、この把持部で果実を把持する果実収穫マニピュレータにおいて、
前記エンドエフェクタに２本の把持杆を互いに接離可能に設け、
該把持杆の各先端部に、軸心を把持杆の接近動作方向に向けた支軸を回動可能に且つ軸心方向移動可能に取付け、
この支軸のそれぞれに前記把持部を一体に取付け、
支軸と把持杆とに互いに係脱自在な係合部を設けて回り止め機構を形成し、
この支軸と把持杆との間に前記係合部が係合状態を維持する側となる前記支軸の軸心方向の移動を付勢するばねを設け、
前記一対の把持部が果実を把持して引寄せるとき、前記一対の把持部を果実を把持した状態から更に接近させることにより前記支軸がばねの付勢に抗して移動し前記係合部が外れて把持部が回動自在となり、それ以外では前記支軸がばねの付勢により元の位置に戻り前記係合部が係合して把持部が回り止めされる構成としたことを特徴とする果実収穫マニピュレータである。
【０００７】
【作用】
本発明の果実収穫マニピュレータは以上のような構成で、一対の把持部が果実を把持して引寄せるとき、前記一対の把持部を果実を把持した状態から更に接近することにより支軸がばねの付勢に抗して移動し係合部が外れて把持部が回動自在となる。それ以外では、支軸がばねの付勢により元の位置に戻り係合部が係合して把持部が回り止めされる。
【０００８】
【実施例】
以下に図面を参照して本発明の参考例について説明する。
【０００９】
図１に果実自動収穫機の正面図を示す。
果実自動収穫機１は、移動機構部２の上に、対面する果実の栽培棚にほぼ平行となるように傾斜させた傾斜枠３を設置し、傾斜枠３のガイドレールに沿って昇降自在に移動する基台にマニピュレータ４を取付けた構成である。
【００１０】
マニピュレータ４は、マニピュレータ４を水平・垂直に回転させる関節部５と、パンタグラフ機構を内蔵して伸縮自在なハンド部６と、収穫する果実を把持するエンドエフェクタ７から構成される。また、関節部５には視覚センサ８を内蔵する構成とする。
【００１１】
図２に関節部５の拡大図を示す。
関節部５は、垂直軸を中心に回転するウェスト関節５１と、水平軸を中心に回転するショルダ関節５２から構成される。ウェスト関節５１は、ショルダ関節５２を支持する１対の支持片５１ａと、支持片５１ａを載せて水平面上で回転する回転プレート５１ｂと、回転プレート５１ｂの垂直回転軸５１ｃから構成される。ショルダ関節５２は、内部が中空の回転円筒体５２ａと、回転円筒体５２ａの水平回転軸５２ｂから構成され、回転円筒体５２ａの一部には開口部５２ｃを設ける。
【００１２】
回転円筒体５２ａの内部にはレンズの方向を開口部５２ｃに向け、レンズの中心が垂直回転軸５１ｃと水平回転軸５２ｂの交点に一致するように視覚センサ８を取付ける。
【００１３】
本発明の参考例のマニピュレータ４は以上のような構成で、マニピュレータ４のウェスト関節５１とショルダ関節５２を回転させながら、開口部５２ｃを露出させ、開口部５２ｃを通して視覚センサ８のレンズを収穫する果実などの対象物に向けて撮像する。
【００１４】
従って、本発明の参考例によれば撮像する対象物の方向とマニピュレータ４のアプローチ方向は常に一致するので、マニピュレータ４の姿勢制御を簡素化できる。また、撮像時以外は視覚センサ８が露出しないので、レンズなどが汚れるのを防ぐことができる。
【００１５】
次に、本発明に関連する他の参考例について説明する。
本参考例では、図３に示すように、視覚センサ８を果実収穫マニピュレータ４のエンドエフェクタ７に取付ける。視覚センサ８は、エンドエフェクタ７の後述する把持部７ｇの手前の位置に、２つの把持部７ｇの中間線と光軸が一致するように取付ける。
【００１６】
本参考例は、以上のような構成で、エンドエフェクタ７の２つの把持部７ｇを離間させ、２つの把持部７ｇの間が開いた状態で、視覚センサ８のレンズを収穫する果実などの対象物に向けて撮像する。
【００１７】
従来は視覚センサの光軸と、果実収穫マニピュレータのアプローチ方向が一致していなかったため、対象物にアプローチするためには、距離を測定して制御する必要があった。本実施例によれば、視覚センサの光軸と果実収穫マニピュレータのアプローチ方向が一致するように視覚センサを取付けている。従って、対象物までの距離を測定しなくても、簡単に対象物にアプローチできる。また、視覚センサがエンドエフェクタの把持部の手前にあるので、果実などが確実に把持されたことを確認できる。
【００１８】
次に、本発明に関連する実施例について説明する。本実施例のエンドエフェクタ７の平面図と側面図を、それぞれ図４および図５に示す。エンドエフェクタは、把持モータ７ａの軸にピニオン７ｂを結合し、ピニオン７ｂはラック７ｃに噛合させる。ラック７ｃには基台７ｄを介して把持杆７ｅを取付ける。さらに、基台７ｄは案内レール７ｆに係合させる。収穫する果実を把持する把持部７ｇと一体の支軸７ｈは把持杆７ｅの先端の軸受け７ｉに挿入する。支軸７ｈの先端には抜止めのフランジ７ｊを設ける。また、把持部７ｇと軸受け７ｉの間の支軸７ｈには、ばね７ｋを巻き付ける。フランジ７ｊの凸部と軸受け７ｉの凹部は嵌め合わされて係脱自在な回り止め機構を形成する。
【００１９】
本実施例のエンドエフェクタは、以上のような構成で、把持モータ７ａを駆動してピニオン７ｂを正・逆回転させる。すると、２本のラック７ｃの基台７ｄは案内レール７ｆに沿って左右逆方向に移動し、その先に取付けた２本の把持杆７ｅを接近・離間させる。収穫する果実を把持するときは、２本の把持杆７ｅを把持方向に接近させ、その先にある２つの把持部７ｇの間に収穫する果実を挟持する。果実を把持した時、把持モータ７ａを駆動して、さらに２つの把持部７ｇを接近させると、ばね７ｋが縮んで把持部７ｇは把持方向とは逆の方向に押出され、把持部７ｇと一体の支軸７ｈの先端にあるフランジ７ｊが把持杆７ｅの軸受け７ｉから突出する。このため、フランジ７ｊの凸部と軸受け７ｉの凹部がはずれ、支軸７ｈと一体の把持部７ｇは回転自由となる。
【００２０】
この状態で把持モータ７ａを切断すると、ばね７ｋが反発して把持部７ｇを元の位置に戻すので、把持部７ｇと一体の支軸７ｈの先端にあるフランジ７ｊの凸部と軸受け７ｉの凹部は、再び元の位置に戻って嵌め合わされ、支軸７ｈと一体の把持部７ｇは回り止めされる。
【００２１】
本実施例は以上のような構成で、把持モータを回転させてエンドエフェクタの把持部の回り止め機構を操作する。従って、本実施例によれば、新たなアクチュエータを付加しなくても、簡単にエンドエフェクタの把持部の回転を固定したり自由にしたりできる。このため、エンドエフェクタの機構が簡素化され、エンドエフェクタを小型・軽量化できるとともに、駆動モータの容量を小さくして消費電力を低減することができる。
【００２２】
本実施例の果実収穫マニピュレータのエンドエフェクタは、また、エンドエフェクタの把持部を、収穫する果実を把持した状態で把持部の支軸を中心として、マニピュレータのＹＺ座標平面を上方向に回動させることができる。
【００２３】
従来、果実の下方が栽培棚の葉、葉柄、紐などで隠れているような場合、マニピュレータのエンドエフェクタによって果実の上方を把持して果柄を切断し、果実自動収穫機の方向へ果実を引寄せるのは極めて難しく、無理に引寄せようとすると、果実を落としたり、果実や葉柄を傷付けたりする。
【００２４】
本実施例は以上のような構成で、果実の上方を把持して果実を引寄せる時に、果実の下方が葉柄などに当たると、エンドエフェクタの把持部が支軸を中心に上方向に回動する。従って、本実施例によれば、果実の下方が葉柄などで隠れている果実を収穫して引寄せるときでも、果実を落としたり、果実や葉柄を傷付けたりしない。また、収穫した果実が葉柄などに当たるのを避けるため、葉柄との位置関係を測定して引寄せる方向を変えるなどする複雑な制御も必要としないので、果実自動収穫機の機構を簡素化できる。
【００２５】
本実施例の果実収穫マニピュレータのエンドエフェクタは、また、エンドエフェクタの把持部の回転を固定したり自由にしたりすることができる。本実施例では、収穫した果実を引寄せるときは障害物を回避するためにエンドエフェクタの把持部の回転を自由にし、それ以外ではエンドエフェクタの把持部の回転を固定するようにしている。
【００２６】
従って、本実施によれば、収穫した果実を引寄せるとき以外はエンドエフェクタの把持部の回転が固定されるので、果柄を切断する時に果実が逃げたり、果実を搬送する時に果実が揺れたり、脱落したりするのを防止でき、果実を放置する時の姿勢も確実に規制できる。
【００２７】
本実施例の果実収穫マニピュレータのエンドエフェクタは、また、障害物を回避するために把持モータを回転させてエンドエフェクタの把持部の回転を自由にしてから収穫した果実を引寄せ、引寄せ終ったら直ちに把持モータを切断するようにしている。
【００２８】
エンドエフェクタの把持部が果実を把持している間中、把持モータを回転させて把持部の回転を自由にしていると、モータが過負荷状態になり、モータの耐久性が悪くなる。従って、本発明によれば、障害物を回避するときだけ把持モータを回転させて把持部の回転を自由にするので、モータが過負荷状態にならず、モータの小型化と省電力化が図れる。
【００２９】
次に、本発明に関連するきゅうりの栽培棚に関する実施例について説明する。  本実施例のきゅうりの栽培棚は図６に示ように、棚の上下に支持レール９を配置し、上下の支持レール９に連結リング１０を通し、さらに上下の連結リング１０を紐１１で結んで縦に張り渡す構成とする。紐１１には、等間隔に結び目１２を付ける。また、図７に示すように、上下の支持レール９は、張り渡した紐１１が傾斜するように配置する。
【００３０】
縦に張った紐にきゅうりの茎を誘引すると、果実の重さで茎が下がって果実の収穫を困難にする。本実施例のきゅうりの栽培棚は以上のような構成で、縦に張った紐に等間隔の結び目を付けている。従って、本実施例によれば、この結び目にきゅうりの茎が引掛かって茎が固定され、果実の収穫を確実にする。なお、紐の結び目は、この他の方法として紐に輪のような突起物を固着させてもよい。
【００３１】
本実施例のきゅうりの栽培棚は、また、上下の支持レールに連結リングを通し、さらにその連結リングを紐で結んで縦に張り渡している。従って、本実施例によれば、紐の両端にある連結リングを２本の支持レールに通し、この支持レールを棚の上下に設置するだけで、短時間で簡単に栽培用ネットを設営できる。
【００３２】
本実施例のきゅうりの栽培棚は、また、縦に張った紐だけで栽培用ネットを形成している。一般形式のきゅうりの栽培棚における果実の完全露出割合は４０％程度で、これを果実自動収穫機で効率的に収穫することはできない。そこで、果実と葉や茎などの部分を分離するために傾斜栽培棚が考案されているが、本実施例では、この傾斜栽培棚を縦に張った紐だけで形成するようにした。従って、本実施例によれば、果実の完全露出割合は７５％程度まで向上し、葉によって果実の一部が隠されているが収穫可能なものまでを加えると、その割合は９０％程度まで高まる。これにより、果実自動収穫機の果実の収穫効率が高まり、果実自動収穫機の機構も簡素化できる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の果実収穫マニピュレータは以上のような構成で、果実の上方を把持して果実を引寄せるときに、果実の下方が葉柄などに当たると、エンドエフェクタの把持部が支軸を中心に回動するので、果実の下方が葉柄などで隠れている果実を収穫して引寄せるときでも、果実を落としたり、果実や葉柄を傷付けたりしない。
また、収穫した果実を引寄せるとき以外はエンドエフェクタの把持部の回転が固定されるので、果柄を切断するときに果実が逃げたり、果実を搬送するときに果実が揺れたり、脱落したりするのを防止でき、果実を放置する時の姿勢も確実に規制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例の果実自動収穫機の正面図である。
【図２】本発明の参考例の関節部の拡大図である。
【図３】本発明の参考例の視覚センサをエンドエフェクタに取付けた図である。
【図４】本発明の実施例のエンドエフェクタの平面図である。
【図５】本発明の実施例のエンドエフェクタの側面である。
【図６】本発明の参考例のきゅうりの栽培棚の正面図である。
【図７】本発明の参考例のきゅうりの栽培棚の側面図である。
【符号の説明】
１        果実自動収穫機
２        移動機構部
３        傾斜枠
４        マニピュレータ
５        関節部
５１      ウェスト関節
５１ａ    支持片
５１ｂ    回転プレート
５１ｃ    垂直回転軸
５２      ショルダ関節
５２ａ    回転円筒体
５２ｂ    水平回転軸
５２ｃ    開口部
６        ハンド部
７        エンドエフェクタ
７ａ      把持モータ
７ｂ      ピニオン
７ｃ      ラック
７ｄ      基台
７ｅ      把持杆
７ｆ      案内レール
７ｇ      把持部
７ｈ      支軸
７ｉ      軸受け
７ｊ      フランジ
７ｋ      ばね
８        視覚センサ
９        支持レール
１０        連結リング
１１        紐
１２        結び目
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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