JP2017079699A - 収穫搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】果実に損傷を与えることなく果実を収穫する収穫搬送装置を提供する。
【解決手段】収穫搬送装置５００は、筒状で、エンドエフェクタ２１から果実が落下する位置にある一方の端部に第１開口部２２ｂを有し、構造体に固定される他方の端部に第２開口部２２ｃを有し、エンドエフェクタと集積部との間に位置する移送部を備え、移送部は、弾性的に伸縮自在な筒状の筒状部２２ａを有し、筒状部の内部空間の長手方向に垂直な最小の断面の断面積は、無負荷状態では内部空間を通過する際の果実の長手方向に垂直な最大の断面の断面積より大きく、筒状部が長手方向に伸張した状態では果実の長手方向に垂直な最大の断面の断面積よりも小さい構成を採る。
【選択図】図２

Description

本発明は、果菜類等の農作物を収穫する収穫搬送装置に関する。

果菜類等の農作物の収穫作業は、一般に特定の時期に果実が生育するため、短期間に多くの労力を要する。また、収穫作業が行われる場所は作物が生育するのに適した環境であるため、人が収穫する作業条件としては良好と言えない状態も多い。これらのことから、農作物の収穫作業の自動化が望まれている。

従来、自動収穫を行う技術としては、例えば、特許文献１に記載される収穫搬送装置が知られている。図１は、従来の収穫搬送装置の概略構成図である。図１に示すように、従来の収穫搬送装置は、果実９１を吸着等により枝９５から分離する摘取部９４を有し、摘取部９４から果実収納部（図示せず）を備えた収穫搬送装置本体９３に向け接続された輸送筒体９２を有する。

果実９１は、枝９５から分離すると、自重により輸送筒体９２を経て収穫搬送装置本体９３に落下する。

特開昭５９−３１６１４号公報

しかしながら、上述した従来の収穫搬送装置は、果実９１の高さにおける位置エネルギをほぼ運動エネルギに変換して収穫搬送装置本体９３に至らせるため、その経路である輸送筒体９２との摺動摩擦や、収穫搬送装置本体９３内部での果実同士の衝突等により、果実９１に摺動傷、打痕等が発生する等の課題があった。

また、これらの傷や打痕等から果汁が経路等に飛散する場合が有り、その結果として果実表面や輸送筒体等の経路にカビや雑菌等が繁殖し、またこれらが他の果実にも伝播し、果実の商品価値に影響する場合があった。

本発明は、この課題を解決するものであり、果実に損傷を与えることなく果実を収穫する収穫搬送装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の収穫搬送装置は、
果実を植物の他の部分から分離する機能を有するエンドエフェクタと、
一端に前記エンドエフェクタが接続された収穫アームと、
前記収穫アームの他端を固定する構造体と、
前記果実を集積する集積部と、
前記収穫アームを移動する制御、及び、前記エンドエフェクタに前記果実を分離させる制御を行う制御部と、
筒状で、前記エンドエフェクタから前記果実が落下する位置にある一方の端部に第１開口部を備え、前記構造体に固定される他方の端部に第２開口部を備え、前記エンドエフェクタと前記集積部との間に位置する移送部と、
を備え、
前記移送部は、
弾性的に伸縮自在な筒状の筒状部を有し、前記筒状部の内部空間の長手方向に垂直な最小の断面の断面積は、無負荷状態では前記内部空間を通過する際の前記果実の前記長手方向に垂直な最大の断面の断面積より大きく、前記筒状部が長手方向に伸張した状態では前記果実の前記長手方向に垂直な最大の断面の断面積よりも小さい、
ことを特徴とする。

以上のように、本発明の収穫搬送装置によれば、果実が植物本体から分離した際には果実の落下速度の大きさが移送部において緩和されるので、果実の落下に伴う損傷等を防ぐことができる。

従来の技術を示す図 本発明の実施の形態１にかかる収穫搬送装置を示す正面図 実施の形態１にかかる収穫搬送装置を示す側面図 実施の形態１にかかる収穫搬送装置を示す正面図 実施の形態１にかかる収穫対象とする果実の構成を示す図 実施の形態１にかかる収穫搬送装置と、房及び主茎との位置関係を示す図 実施の形態１にかかる収穫搬送装置の動作を示す図 実施の形態１にかかる収穫搬送装置の動作を示す図 実施の形態１にかかる収穫搬送装置の動作を示す図 実施の形態１にかかる収穫搬送装置の動作を示す図 実施の形態１にかかる収穫搬送装置の動作を示す図 実施の形態１にかかる収穫搬送装置の動作を示す図 本発明の実施の形態２にかかる収穫搬送装置を示す側面図 実施の形態２にかかる収穫搬送装置を示す正面図 実施の形態２にかかる要部斜視図 実施の形態２にかかる収穫搬送装置の動作を示す図 実施の形態２にかかる他の要部斜視図 本発明の実施の形態３にかかる収穫搬送装置を示す正面図 実施の形態３にかかる収穫搬送装置の動作を示す図 実施の形態３にかかる収穫搬送装置の動作を示す図 実施の形態３にかかる収穫搬送装置の動作を示す図 本発明の実施の形態４にかかる収穫搬送装置を示す正面図 実施の形態４にかかる収穫搬送装置のフローチャート 実施の形態４にかかる収穫搬送装置の動作を示す図 実施の形態４にかかる収穫搬送装置の動作を示す図 実施の形態４にかかる収穫搬送装置の動作を示す図 実施の形態４にかかる収穫搬送装置の動作を示す図 実施の形態４にかかる収穫搬送装置の動作を示す図 実施の形態４にかかる収穫搬送装置の動作を示す図 実施の形態４にかかる収穫搬送装置の他の例を示す図 本発明の実施の形態５にかかる収穫搬送装置を示す要部平面図 実施の形態５の動作を示す図 本発明の実施の形態６にかかる収穫搬送装置を示す要部側面図 実施の形態６にかかる動作を示す図 実施の形態６にかかる他の例を示す図 実施の形態６にかかる他の例の動作を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、同じ構成要素には同じ符号を付しており、説明を省略する場合もある。

（実施の形態１）
図２〜図４は、本発明の実施の形態１にかかる収穫搬送装置を示す構成図である。各図において、右手直交座標系を図示のように定義する。便宜上、ｚ軸の正の向きを上、負の向きを下と呼ぶことがある。

図２、図３において、移動ベース１には、車輪２を駆動するためのモータ（図示せず）が内蔵されている。上部構造体３に制御部４が固定されている。

可動部５ａは、昇降ステージ５に対しｚ軸方向に駆動される。第１関節モータ６は、ｚ軸に平行な軸ｗ１を中心に回転し、一端が可動部５ａに固定されている。伸縮軸７は、１段目７ａ、２段目７ｂ、３段目７ｃの各部材から構成され、１段目７ａ、２段目７ｂ、３段目７ｃは入れ子構造になっている。１段目７ａは第１関節モータ６に接続されている。第２関節モータ８は、ｚ軸に平行な軸ｗ２を中心に回転し、一端が伸縮軸７の３段目７ｃに固定されている。

エンドエフェクタ２１は、一端が第２関節モータ８に固定され、他端に果実より大きい穴２１ａが設けられた板状の部材である。

昇降ステージ５、第１関節モータ６、伸縮軸７、第２関節モータ８によって４自由度の収穫アーム１００が構成される。収穫アーム１００は、エンドエフェクタ２１にｘ、ｙ、ｚ位置およびｚ軸回転角度の自由度を与える。

中空円筒軸１１は、上部構造体３に設けられ、果実を通過させる穴を有し、軸ｗ１とほぼ同軸位置に設けられている。

移送部２２は、概ね筒状の形状であり、弾性筒部２２ａは弾性的に伸縮自在であって、弾性筒部２２ａの内部空間の長手方向に垂直な最小の断面の断面積は、無負荷状態（重力以外の力が働いていない状態）では上記内部空間を通過する際の収穫対象の果実の上記長手方向に垂直な最大の断面の断面積より大きく、弾性筒部２２ａが長手方向に伸張した状態では、弾性筒部２２ａは、上記内部空間の長手方向に垂直な最小の断面の断面積は、上記内部空間を通過する際の果実の長手方向に垂直な最大の断面の断面積よりも小さい。

開口部２２ｂ、２２ｃは、少なくとも弾性筒部２２ａよりも剛性の高い材料で構成され、いずれの径も果実を通過させる径を有する。開口部２２ｂは、エンドエフェクタ２１の穴２１ａと同軸に結合され、開口部２２ｃは、中空円筒軸１１と同軸に結合されている。

コンベア９は、中空円筒軸１１を通過した果実を受け、図３のｙ軸の負の側に果実を輸送する。コンベア９のｙ軸の負側の端には収穫箱１０が設けられる。コンベア９によって輸送された果実は、収穫箱１０に対し、果実を損傷しない程度の十分に低い高さから降下し、蓄積される。

弾性筒部２２ａのように、伸縮に伴い伸縮軸７と直交方向の寸法が変化する筒状の構造は、特殊なものではなく、繊維等の編み物構造では一般的であり、弾性を強調したものは医療用のストッキングとして知られている。

図２のように、伸縮軸７が伸びる、または昇降ステージ５の可動部５ａが上昇する等して開口部２２ｃと開口部２２ｂが離れた場合は、弾性筒部２２ａはその内部空間の長手方向に垂直な断面の断面積は小さくなり、そのうち最小の断面の断面積は、内部空間を通過する際の果実の上記長手方向に垂直な最大の断面の断面積よりも小さくなる。また、図４に示すように、伸縮軸７が縮む、または可動部５ａが降下等して開口部２２ｃに開口部２２ｂが接近すると、弾性筒部２２ａは長さが短くなり、その内部空間の長手方向に垂直な最小の断面の断面積は、内部空間を通過する際の果実の上記長手方向に垂直な最大の断面の断面積よりも大きくなる。

上記により、収穫搬送装置５００を構成する。

図５は、実施の形態１にかかる収穫対象とする果実の構成を示す図である。ここでは、収穫対象とする果実の例としてトマトを挙げる。果実は、主茎８０から分かれた果梗８１に複数成っており、最も上にある果実８４は萼８３、小果梗８２を介して果梗８１に繋がっている。同様の構造が他の果実にも有り、全体で房２００を形成する。

房２００内には、果実８４に隣接して他の果実、例えば果梗８１を挟んで果実８５が有り、果実８４の下に果実８６が有る。

一般に、房２００内では最も上にある果実がまず赤熟する。収穫は、赤熟したものから順に行われる。よって、この場合は、まず果実８４から収穫をはじめるべきである。その際に、果実８５や果実８６、果梗８１、主茎８０等の存在が障害になる場合がある。

図６は、収穫搬送装置５００と、房及び主茎との位置関係を示す図である。収穫搬送装置５００は、紙面に対して垂直方向であるｙ軸方向に多数有る主茎８０（図６では２本の主茎８０のみを示す）の間の通路を走行し、房２００から個々の果実の収穫を行う。

収穫アーム１００、車輪２、コンベア９の動作は、制御部４により、制御されている。

以上のように構成された収穫搬送装置５００の動作について、以下に説明する。

図７〜図１２は、収穫搬送装置５００の動作を示す図である。

図７において収穫対象を果実８４とする。収穫搬送装置５００は、制御部４の指示により、果実８４を目標として通路を車輪２によりｙ軸方向に沿って走行し、果実８４の近傍に達する。その後、収穫搬送装置５００は、エンドエフェクタ２１のｚ軸位置を昇降ステージ５により収穫に適した高さに合わせる。すなわち、収穫搬送装置５００は、エンドエフェクタ２１を果実８４に作用させるために、エンドエフェクタ２１のｚ軸位置を果実８４と下側の果実８６の間に設定する。これにより、穴２１ａに果実８４を入れられるようになる。

果実８４に向けての伸縮軸７のｚ軸の周りの回転角度は第１関節モータ６によって合わせ、またエンドエフェクタ２１のｚ軸の周りの回転角度は第２関節モータ８によって合わせ、ｘ軸位置を伸縮軸７によって調整する。

図７は、果実８４を穴２１ａに入れる直前の状態であり、伸縮軸７の伸びに伴い弾性筒部２２ａは伸張し、その内部空間の長手方向に垂直な断面の断面積が小さくなっている状態を示す。図８は、伸縮軸７を伸ばし、エンドエフェクタ２１を果実８４と果実８６の間に挿入した状態を示す。果実が相互に密集している場合は、挿入を容易にするため、エンドエフェクタ２１をできるだけ薄く構成するのが望ましい。

図９は、昇降ステージ５の上昇によりエンドエフェクタ２１を上げた状態を示す。この状態で伸縮軸７を縮めると、果実８４は小果梗８２で分離して収穫され、図１０の状態となる。図１０は、理解を容易にするため、エンドエフェクタ２１の先端近傍を断面で示している。図１０の状態では、弾性筒部２２ａの内部空間の長手方向に垂直な断面の断面積が、上記内部空間を通過する際の果実８４の上記長手方向に垂直な最大の断面の断面積より小さくなっており、果実８４はエンドエフェクタ２１近傍に保持されている。更に伸縮軸７が縮み図１１の状態になると、弾性筒部２２ａが弾性復元により戻りはじめて果実８４は下方に落ちていく。このとき、弾性筒部２２ａの内部空間の上記断面の断面積が、果実８４が充分通過できる大きさになるまでは、果実８４は途中経路で一時的に保持されつつ、または速度の大きさが十分小さい状態に速度制限されつつ降下する。

このように、伸縮軸７の短縮とともに、位置エネルギから変換された果実８４の運動エネルギを弾性筒部２２ａが吸収するため、果実８４は衝突等を起こすことなく徐々に速度の大きさを小さくしつつ降下する。そして、一部断面で示した図１２の状態になると、果実８４は、開口部２２ｃ、中空円筒軸１１を通過してコンベア９に至り、図３に示した収穫箱１０に運ばれ、集積される。

このようにして、本実施の形態にかかる収穫搬送装置５００を用いることにより、移送経路において果実に損傷を及ぼすことなく果実の集積を行うことができる。

なお、上記説明では、図６の収穫搬送装置５００の右側の果実収穫を例に述べたが、収穫搬送装置５００の左側を収穫する際には、第１関節モータ６を回転させることで伸縮軸７を左側に旋回させて配置を変える。その場合も、動作が鏡像になるだけで、全く同等の効果が得られる。

また、果実が上の方にあった場合でも、開口部２２ｂは開口部２２ｃから離れ、弾性筒部２２ａの内部空間の長手方向に垂直な断面の断面積が小さくなるので、果実の落下に対しては上述したのと同様の速度の大きさの緩和効果が得られる。

また、弾性筒部２２ａの無負荷状態の長さに対して、エンドエフェクタ２１の高さが十分低い場合、伸縮軸７が水平方向に縮んでも弾性筒部２２ａがたわんだままとなり、果実８４が弾性筒部２２ａを通過しにくい場合がある。この場合は、更に昇降ステージ５を上昇させることでたわみを防止すればよい。

なお、本実施の形態では、果実と弾性筒部２２ａとの摩擦仕事により位置エネルギを散逸させる構成であるので、少なくとも弾性筒部２２ａの摩耗が起こりうる。そのため、移送部２２の両端を比較的剛性の高い開口部２２ｂ、２２ｃによって構成することにより、コネクタ等の機械的インタフェースが構成しやすくなり、弾性筒部２２ａに摩耗等が起こった場合でも交換が容易となる。

また、収穫アーム１００の構成については、本実施の形態に限定する必要はなく、エンドエフェクタ２１の位置姿勢を実現できれば、例えば伸縮軸をリンク構造にしてもよい。また、一般的な垂直多関節型アームを用いることも可能である。

また、本実施の形態では、果実としてトマトを挙げているが、移送部２２の適切な設計により、他の球状果実にも対応可能である。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２にかかる収穫搬送装置について説明する。なお、本発明の実施の形態２では、本発明の実施の形態１にかかる収穫搬送装置と異なる部分についてのみ説明し、実施の形態１と同様の構成については説明を省略する。

図１３〜図１５は、本発明の実施の形態２にかかる収穫搬送装置を示す構成図である。各図において、右手直交座標系を図示のように定義する。便宜上、ｚ軸の正の向きを上、負の向きを下と呼ぶことがある。

図１３〜図１５において、果実受け部２３は、倒立させた錐台状であって、ここでは円錐台とする。果実受け部２３は、その上面と下面がなく、上面の範囲に落下した果実を重力により下面の穴２３ａに導く。開口部２２ｃは、ｘ軸に沿って上部構造体３の両端に設けられた２個の突起２４に対し、ばね２５を介して弾性的に支持され、無負荷状態では穴２３ａの鉛直上方に位置する。また、ばね２５は、収穫アーム１００の可動範囲に対し、開口部２２ｃが果実受け部２３の上面の範囲を逸脱しない強度に設定される。

以上のように、収穫搬送装置５０１の構成は、概ね実施の形態１と同様であるが、エンドエフェクタ２１の動きに伴う弾性筒部２２ａの変形に対し、開口部２２ｃがばね２５を変形させて変位し、図１６に示すように、伸縮軸７が完全には戻らなくとも弾性筒部２２ａの内部空間の長手方向に垂直な断面の断面積が大きくなるため、果実をコンベア９への落下位置へ導くことができる。このため、収穫動作において、伸縮軸７の動作時間を短縮でき、収穫効率の大幅な向上が期待できる。

なお、開口部２２ｃは剛性が高いので、ばね２５による引っ張り等を受けてもほとんど変形せず、開口状態を維持する。

また、本実施の形態においては、開口部２２ｃをばね２５だけで支持した形態であるが、果実受け部２３の周囲に開口部２２ｃの可動範囲を制限する適切なストッパを設けてもよい。この場合は、ばね２５のばね定数、強度の設定等が容易になるとともに、果実の果実受け部２３への確実な落下が期待できる。

また、本実施の形態では、開口部２２ｃの拘束をｘ軸方向に沿って設けられたばね２５だけとしており、通常は果実が図６のようにｘ軸方向にあるため差し支えないが、必要に応じてｙ軸方向の拘束を付け加えてもよい。

また、本実施の形態では、開口部２２ｃの拘束手段（突起２４、ばね２５）を上部構造体３に設けたが、果実受け部２３内部に開口部２２ｃの拘束手段を形成してもよい。

また、本実施の形態では、果実受け部２３の上面を解放としているが、図１７のように、果実受け部２３の上面に回転自在な回転板２６を設け、回転板２６の外周に近い位置に開口部２２ｃを接続してもよい。この場合、突起２４、ばね２５が不要になる。

また、果実受け部２３を円錐台形状としているが、他の錐台形状等でもよく、例えば角錐台形状、上面が多面体かつ下面の穴が円形という形状でも何ら差し支えない。形状によらず、果実受け部２３をコンベア９に至る錐台形状に形成すれば、集積を行うことができる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３にかかる収穫搬送装置について説明する。なお、本発明の実施の形態３では、本発明の実施の形態１にかかる収穫搬送装置５００と異なる部分についてのみ説明し、実施の形態１と同様の構成については説明を省略する。

図１８は、本発明の実施の形態３にかかる収穫搬送装置５０２を示す構成図である。この図において、右手直交座標系を図示のように定義する。便宜上、ｚ軸の正の向きを上、負の向きを下と呼ぶことがある。

図１８において、エンドエフェクタ３１は、収穫板３１ｂ、エンドエフェクタベース３１ｃからなる。穴３１ａは、収穫板３１ｂに設けられ、対象果実８４より大きい穴である。収穫板３１ｂは、エンドエフェクタベース３１ｃに対し、ｘ軸方向に駆動される。

開口部２２ｂは、エンドエフェクタベース３１ｃの下端に、収穫板３１ｂから離間して設けられる。

以上のように構成された収穫搬送装置５０２の動作について、以下に説明する。

今、収穫対象は果実８４であり、エンドエフェクタ３１は、図１８の状態から収穫板３１ｂをｘ軸の負の側、すなわち、果実８４側に駆動する。この結果、図１９のように、収穫板３１ｂは、果実８４と下側の果実８６の間に挿入され、穴３１ａが果実８４の位置に到達する。実施の形態１のエンドエフェクタ２１に比べ、開口部２２ｂおよび弾性筒部２２ａを果実８４と果実８６の間に挿入する必要がなく、挿入する部材が収穫板３１ｂだけになり、挿入抵抗は格段に低減される。

次に、図２０のように、昇降ステージ５を上昇させると、一部断面で示すように、果実８４は穴３１ａを通り、この状態で収穫板３１ｂをエンドエフェクタベース３１ｃによりｘ軸の正の側に引くと、図２１のように果実８４が植物本体から分離し、一部断面で示すように、開口部２２ｂに落下する。これ以降は、実施の形態１と同様である。

上記のように本実施の形態によれば、収穫時に果実と果実との間に挿入する部材（ここでは収穫板３１ｂ）の厚さが、実施の形態１の場合に比べ格段に薄くなるので、果実と果実の間への収穫板３１ｂの挿入が大変容易になり、収穫の時間的効率が向上する。

（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４にかかる収穫搬送装置について説明する。なお、本発明の実施の形態４では、本発明の実施の形態３にかかる収穫搬送装置と異なる部分についてのみ説明し、実施の形態３と同様の構成については説明を省略する。

図２２は、本発明の実施の形態４にかかる収穫搬送装置５０３を示す構成図である。この図において、右手直交座標系を図示のように定義する。便宜上、ｚ軸の正の向きを上、負の向きを下と呼ぶことがある。

図２２において、エンドエフェクタ３２、穴３２ａ、収穫板３２ｂ、エンドエフェクタベース３２ｃは、それぞれ、実施の形態３のエンドエフェクタ３１、穴３１ａ、収穫板３１ｂ、エンドエフェクタ３１ｃと同じ機能を果たす。

センサ３３は、例えば、反射型フォトセンサであって、果実の表面に反応する。具体的には、センサ３３は、図２２のように、エンドエフェクタ３２に対し果実が収穫可能な所定の位置になった場合に反応する。

図２３は、本実施の形態にかかる収穫搬送装置の動作フローである。収穫搬送装置５０３の動作は、制御部４により制御される。まず、ステップＳ１において、制御部４は、対象とする果実に対し、収穫を試行する回数Ｎをセットする。これは、収穫が困難な対象に対し、時間の経済性を考慮して幾度リトライを許容するかを指定する整数である。プロセス中では、Ｎの値はリトライを行う度に１ずつ減算され、この値によって収穫試行回数の残回数が表される。

次に、ステップＳ２において、制御部４は、画像手段等（図示せず）によって果実８４の位置を把握し、図２２に示す収穫板３２ｂを挿入するための位置に、収穫アーム１００を合わせ、房２００への収穫板３２ｂの挿入動作を行う。この時、挿入が完了すれば、図２４のように、果実８４とその下の果実８６の間に収穫板３２ｂが位置するようになる。

その後、ステップＳ３において、制御部４は、昇降ステージ５により収穫板３２ｂを所定量上昇させる。このとき、図２５のように果実８４が穴３２ａを通過していれば収穫可能であり、センサ３３が反応する。ステップＳ４において、センサ３３が反応した場合（ＹＥＳ）、ステップＳ５のプロセスに移行する。ステップＳ５において、制御部４は、収穫板３２ｂを房２００から離間させ、図２６のように果実８４を植物本体から分離させる。ステップＳ６において、制御部４は、収穫完了フラグを１として、収穫が完了した旨を記録する。

ステップＳ２における挿入動作が完了しなかった場合は、図２７のように、果実８４は主茎８０とともに収穫板３２ｂに押され、次のステップＳ３において収穫板３２ｂを上昇させても、図２８のように、果実８４は穴３２ａを通過していないため所定の位置になく、センサ３３が反応しない。

ステップＳ４において、センサ３３が反応しない場合（ＮＯ）、ステップＳ７のプロセスに移行する。ステップＳ７において、制御部４は、図２９のように、収穫板３２ｂを房２００から離間させる。ステップＳ８において、制御部４は図２２のように、昇降ステージ５によって収穫板３２ｂを所定量降下させて収穫直前の状態に戻る。

ステップＳ９において、制御部４は、収穫試行回数の残回数を１減らし、ステップＳ１０において、残回数Ｎが０以下の場合（ＹＥＳ）、ステップＳ１１のプロセスに移行する。

ステップＳ１１において、制御部４は、収穫完了フラグを０として終了し、収穫が未完であることを記録する。ステップＳ１０において、残回数が１より大きい場合（ＮＯ）、ステップＳ２のプロセスに戻る。

収穫完了フラグの結果により、制御部４は、現状の収穫戦略（具体的には、果実を収穫する優先順位、果実に対するｚ軸方向の位置等）の変更による再実行、次の果実への移動等を行う。特に、収穫が行われなかった場合は、弾性筒部２２ａに果実８３を通過させる必要がないので、伸縮軸７を戻すことなく再実行等ができるため、動作時間の短縮を図ることができる。また、制御部４は、収穫完了フラグ１となった回数を計数することにより、収穫搬送装置が所定の個数の果実を分離したことが分かるので、所定の個数の果実を分離したら、エンドエフェクタ３２を水平方向に移動させ、植物から離間させる。なお、このとき、エンドエフェクタ３２を水平方向に移動させるとともに、垂直方向に上昇させてもよい。

このように、センサ３３を配置することにより、たとえ果実８４の収穫がうまくいかなかった場合でも、効率よく再度収穫を実行することができる。

なお、本実施の形態では、センサ３３を反射型フォトセンサとしたが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、超音波センサ、画像センサ等の種々のセンサを用いてもよい。

また、図３０に示す収穫搬送装置５０４のように、房２００への収穫板３２ｂの挿入が完了した場合に反応するセンサ３４を配置してもよい。この場合、図２３におけるステップＳ２が終わった段階で挿入が完了したか否かを判断でき、再試行においては昇降ステージ５の動作が不要となり、更なる時間短縮を図ることができる。この場合も、センサ３３は、確実な収穫位置に対する反応を返すため、昇降ステージ５の上昇の結果判断に有効に作用する。

（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５にかかる収穫搬送装置について説明する。なお、本発明の実施の形態５では、本発明の実施の形態１にかかる収穫搬送装置と異なる部分についてのみ説明し、実施の形態１と同様の構成については説明を省略する。

図３１（ａ）において、収穫アーム１００は、実施の形態１と同一である。収穫アーム１００は、果実８４を収穫するにあたり、図３１（ａ）の形態から主茎８０、果梗８１、他の主茎９０等を回避し、最終的には、図３１（ｃ）の形態に至るとする。収穫アーム１００の中間経路として、本実施の形態では、図３１（ｂ）のように、果梗８１の中心（例えば、果梗８１の重心）と果実８４の中心（例えば、果実８４の重心）とを通る線の水平面への投影線ＬＮ１に対して所定の相対角度で収穫を行うエンドエフェクタ２１を収穫対象の果実に接近させる際、エンドエフェクタ２１が上記投影線上に移動してはじめてエンドエフェクタ２１が上記相対角度となるよう制御される。ここで、所定の相対角度とは、例えば、果実の収穫確率が最も高くなる角度である。さらに、エンドエフェクタ２１と果実８４との間の距離が所定の距離ｄ１だけ離れるように制御される。ｄ１の値としては、例えば、穴２１ａの半径と、果実８４の半径、それに穴２１ａの縁からエンドエフェクタ２１の先端に至る距離、すなわち、壁厚を加算した値を設定する。

そして、図３１（ｃ）において、第１関節モータ６は軸ｗ１を中心に伸縮軸７を回転させ、第２関節モータ８は軸ｗ２を中心にエンドエフェクタ２１を回転させ、さらに伸縮軸７を駆動し、エンドエフェクタ２１を投影線ＬＮ１に沿って移動させる。これにより、果実８４を収穫しようとエンドエフェクタ２１を果実８４に接近させる際、果実８４とエンドエフェクタ２１が物理的に接触する直前にエンドエフェクタ２１の角度を上記相対角度に調整することができる。そして、他の主茎９０等との干渉を回避しながら、収穫確率を向上させることができる。

収穫動作にあたり、このように収穫アーム１００を稼働させることにより、他のアプローチに対し、次のようなメリットが生じる。他のアプローチとは、すなわち、図３２（ａ）〜図３２（ｃ）に示す形態であり、収穫アーム１００の構成は実施の形態５と同じであるが、収穫アーム１００の途中経路が異なる例である。図３２（ｂ）では、エンドエフェクタ２１が上記投影線上に移動する前にエンドエフェクタ２１が上記相対角度となるよう制御し、最後に伸縮軸７を伸ばして収穫を図るものであるが、経路上に他の主茎９０が位置し、最終位置に到達できない。

本実施の形態では、このような課題を回避することができる。また、収穫アーム１００が戻る経路もこの逆に移動することにより、他の主茎９０等との干渉を回避することができる。

（実施の形態６）
次に、本発明の実施の形態６にかかる収穫搬送装置について説明する。なお、本発明の実施の形態６では、本発明の実施の形態３にかかる収穫搬送装置と異なる部分についてのみ説明し、実施の形態３と同様の構成については説明を省略する。

図３３は、本発明の実施の形態６にかかる収穫搬送装置を示す構成図である。この図において、右手直交座標系を図示のように定義する。便宜上、ｚ軸の正の向きを上、負の向きを下と呼ぶことがある。

図３３において、収穫対象は果実８４である。エンドエフェクタ４１は、穴４１ａ、収穫板４１ｂ、エンドエフェクタベース４１ｃで構成され、機能は実施の形態３にかかるエンドエフェクタ３１と同様である。

吸着カップ４５ａは、エア吸引等により、果実８４を吸引する。吸着カップ４５ａはピン４５ｂを介してロッド４５ｃに接続される。吸着カップ４５ａは、ｙ軸と平行なピン４５ｂの軸を中心に回動自在である。並進駆動部４５ｄは、ロッド４５ｃを矢印Ａ方向に並進駆動させるものであり、エンドエフェクタベース４１ｃの上面に固定されている。このような各部材４５ａ〜４５ｄにより持ち上げ機構４５は構成される。

以上のように構成された収穫搬送装置の主にエンドエフェクタ挿入動作について説明する。図３３に示したように、吸着カップ４５ａは果実８４を吸着する。ロッド４５ｃは、並進駆動部４５ｄにより、吸着カップ４５ａをピン４５ｂを介して矢印Ａの斜め上方向に駆動する。その結果、図３４のように、果実８４は、近似的に小果梗８２と果梗８１の結節点Ｐ近傍を中心とした疑似回転運動により、斜め上方向に引き上げられる。そして、果実８４の下面と、下側の果実８６との間の間隙が増大し、収穫板４１ｂの挿入が格段に容易になる。

ロッド４５ｃは、果実８４を並進方向に引き上げるが、回動成分はピン４５ｂで吸収される。ロッド４５ｃと直交する変位成分は、果梗８１、主茎８０の弾性変形等により吸収される。

この果実８４の斜め上方向への引き上げに伴い、矢印Ａ方向に直交する変位成分が問題になる場合は、更に改良された持ち上げ機構（図３５参照）等により対応可能である。

図３５において、吸着カップ４６ａは、エア吸引等により、果実８４を吸引する。吸着カップ４６ａは、ピン４６ｂとカム板４６ｅを介してロッド４６ｃに接続され、吸着カップ４６ａは、ｙ軸と平行なピン４６ｂの軸を中心に回動自在である。また、カム板４６ｅは、その長穴状のカム穴４６ｆにより、ピン４６ｂを紙面内で矢印Ａ方向に直交する方向にも移動自在に支持する。並進駆動部４６ｄは、並進駆動部４５ｄと同じ物であり、このような各部材４６ａ〜４６ｆにより持ち上げ機構４６は構成される。

本構成によれば、カム板４６ｅの効果により、図３６に示すように、果実８４のＡ方向に直交する変位成分を吸収することができるため、果実８４と果実８６の間に更に大きな間隙を設け、収穫板４１ｂの挿入を容易とするものである。

なお、Ａ方向に直交する変位成分を吸収する更なる機構として、平行リンクを用いる等、種々の変更は目的に応じて可能である。

本発明の収穫搬送装置は、果梗等から分岐してなる多くの房状果実に適用することができ、有用である。

１ 移動ベース
２ 車輪
３ 上部構造体
４ 制御部
５ 昇降ステージ
５ａ 可動部
６ 第１関節モータ
７ 伸縮軸
８ 第２関節モータ
９ コンベア
１０ 収穫箱
１１ 中空円筒軸
２１、３１、３２、４１ エンドエフェクタ
２２ 移送部
２１ａ、３１ａ、３２ａ、４１ａ 穴
２２ａ 弾性筒部
２２ｂ、２２ｃ 開口部
２３ 果実受け部
２４ 突起
２５ ばね
２６ 回転板
３１ｂ、３２ｂ、４１ｂ 収穫板
３１ｃ、３２ｃ、４１ｃ エンドエフェクタベース
３３、３４ センサ
４５、４６ 持ち上げ機構
４５ａ、４６ａ 吸着カップ
４５ｂ、４６ｂ ピン
４５ｃ、４６ｃ ロッド
４５ｄ、４６ｄ 並進駆動部
４６ｅ カム板
４６ｆ カム穴
１００ 収穫アーム
５００、５０１、５０２、５０３、５０４ 収穫搬送装置

Claims (10)

1. 果実を植物の他の部分から分離する機能を有するエンドエフェクタと、
   一端に前記エンドエフェクタが接続された収穫アームと、
   前記収穫アームの他端を固定する構造体と、
   前記果実を集積する集積部と、
   前記収穫アームを移動する制御、及び、前記エンドエフェクタに前記果実を分離させる制御を行う制御部と、
   筒状で、前記エンドエフェクタから前記果実が落下する位置にある一方の端部に第１開口部を備え、前記構造体に固定される他方の端部に第２開口部を備え、前記エンドエフェクタと前記集積部との間に位置する移送部と、
   を備え、
   前記移送部は、
   弾性的に伸縮自在な筒状の筒状部を有し、前記筒状部の内部空間の長手方向に垂直な最小の断面の断面積は、無負荷状態では前記内部空間を通過する際の前記果実の前記長手方向に垂直な最大の断面の断面積より大きく、前記筒状部が長手方向に伸張した状態では前記果実の前記長手方向に垂直な最大の断面の断面積よりも小さい、
   収穫搬送装置。
2. 前記第２開口部は、前記筒状部よりも剛性の高い開口部材で形成された、
   請求項１記載の収穫搬送装置。
3. 前記第２開口部と前記集積部の間に設けられた果実受け部をさらに備え、
   前記果実受け部は２つの底面に相当する部分が開口した錐台形状を有し、
   前記２つの底面に相当する部分のうち面積の大きい方を入口側開口部、前記面積の小さい方を出口側開口部とし、
   前記出口側開口部は前記入り口側開口部に対し鉛直下方に位置し、
   前記開口部材は前記入り口側開口部の上方の範囲内に拘束されている、
   請求項２記載の収穫搬送装置。
4. 前記入口側開口部の中心近傍に前記開口部材を弾性的に支持する、
   請求項３記載の収穫搬送装置。
5. 前記エンドエフェクタの下部に設けられ、前記移送部よりも剛性が高く、前記果実を通過させる穴を有し、前記第１開口部と接続される部材をさらに備える、
   請求項１記載の収穫搬送装置。
6. 前記エンドエフェクタに設けられ、前記植物から分離可能な所定の位置に前記果実が存在した場合に反応するセンサをさらに備え、
   前記制御部は、前記センサの反応の有無に基づいて、前記エンドエフェクタに前記果実を分離させる制御を行うか否かを決定する、
   請求項１記載の収穫搬送装置。
7. 前記制御部は、果実中心と果梗中心とを通る線の水平面への投影線に対して所定の相対角度で収穫を行うエンドエフェクタを制御し、
   収穫対象果実へ前記エンドエフェクタを接近させる際、前記エンドエフェクタが前記投影線上に移動してはじめて前記エンドエフェクタが前記投影線に対して前記所定の相対角度となるよう制御する、
   請求項１記載の収穫搬送装置。
8. 前記エンドエフェクタは、
   収穫対象果実の下部に挿入され、小果梗と前記収穫対象果実とを分離する分離手段と、
   前記分離手段を前記収穫対象果実の下部に挿入する前に前記収穫対象果実を上側に持ち上げる持ち上げ機構と、
   を備える請求項１記載の収穫搬送装置。
9. 前記エンドエフェクタが所定の個数の果実を分離した後、前記エンドエフェクタを水平方向に移動させ、前記植物から離間させる、
   請求項１記載の収穫搬送装置。
10. 前記エンドエフェクタが所定の個数の果実を分離した後、前記エンドエフェクタを水平方向に移動させ、植物から離間させるとともに、垂直方向に上昇させる、
    請求項９記載の収穫搬送装置。