JP7140714B2

JP7140714B2 - 果菜収穫装置

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Publication number: JP7140714B2
Application number: JP2019105482A
Authority: JP
Inventors: 亮山口; 将彦長田; 団立花
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2019-06-05
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2022-09-21
Anticipated expiration: 2039-06-05
Also published as: JP2020195353A

Description

本発明は、果梗の先端に形成された果菜を収穫するための果菜収穫装置に関する。

例えば、特許文献１には、リンゴやトマト等の果菜を収穫するための果菜収穫装置が開示されている。この果菜収穫装置は、吸気管と、吸気管の先端に設けられた吸引パッドと、吸引パッドを回動させる回動機構とを有する。この場合、吸引パッドによって果菜を吸引保持した状態で、回動機構により吸引パッドを回動させる。これにより、果菜が回動し、果菜と枝との間の果梗が枝から分離することで、該果菜を収穫することができる。

特開昭６３－１３７６１４号公報

しかしながら、特許文献１の手法では、果菜を吸引保持した状態で果菜のみを回動させるので、果菜が枝から分離し難い。これにより、果菜が枝から分離しない状態で該枝が移動して別の果菜に接触し、又は、該枝が損傷する可能性がある。また、果菜側のヘタの部分で果菜が枝から分離すると、ヘタが取れた状態で果菜が収穫される。従って、特許文献１の手法では、収穫される果菜の商品価値が低下するおそれがある。

そこで、ロボットアームと、ロボットアームの先端に取り付けられた収穫ハンドと、収穫ハンドに設けた指部（離層破壊機構）とで果菜収穫装置を構成することが考えられる。この場合、先ず、収穫ハンドの保持部（保持機構）で果菜を保持する。次に、指部を果菜の表面に沿わせつつ、該指部を果梗の離層に向かって移動させる。次に、指部が離層に接触したことをセンサ等で検知すると、指部をロックする。次に、果梗を指部で押圧することで離層が破壊し、果菜が枝から分離する。

この場合、指部にかかる重力の影響を小さくするため、定荷重のばね部材から指部にばね力を付与することが望ましい。また、離層を確実に破壊するため、高い認識技術を適用して指部を離層に接触させる必要がある。

しかしながら、果梗に対する指部の角度によっては、ばね部材から指部にばね力を付与しても、重力の影響を排除することができない場合がある。また、高い認識技術を実現するための機構を指部に搭載することにより、指部のサイズや重量が大きくなる。これにより、指部にかかる重力の影響が一層大きくなると共に、離層の破壊が却って難しくなる。

さらに、指部が果梗に接触した際、離層の位置が変化すると、離層を破壊することができず、又は、果菜の位置が変化して該果菜を保持することが困難になる場合がある。これにより、果菜の収穫に失敗する可能性がある。

本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、装置の小型化及び軽量化を図りつつ、果菜の保持及び離層の破壊を確実に行う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。

本発明の態様は、果梗の先端に形成された果菜を保持する保持機構と、前記保持機構が前記果菜を保持している状態で前記果梗に当接し、該果梗の離層を破壊する離層破壊機構とを備える果菜収穫装置に関する。この場合、前記保持機構は、前記果菜の中心を通る水平線よりも下方から前記果菜の下部を保持する。また、前記離層破壊機構は、前記果菜における前記果梗側の上端部よりも斜め上方から前記果梗に当接して、前記離層を破壊する。そして、前記果菜収穫装置は、前記保持機構で前記果菜を保持しつつ、前記離層破壊機構で前記離層を破壊することにより前記果菜を収穫する際に、少なくとも、前記果菜の中心に対する前記保持機構の角度を維持する角度維持機構をさらに備える。

本発明によれば、角度保持機構によって、少なくとも、果菜の中心に対する保持機構の角度が維持されるので、保持機構で果菜の下部を確実に保持しつつ、離層破壊機構で離層を確実に破壊することができる。また、保持機構側に角度維持機構を設けることで、果菜収穫装置の小型化及び軽量化を図ることが可能となる。

本実施形態に係る果菜収穫装置を概念的に図示した側面図である。図２Ａ及び図２Ｂは、図１の果菜収穫装置の動作を示す側面図である。図３Ａ及び図３Ｂは、図１の果菜収穫装置の動作を示す側面図である。図１の吸着パッド周りの構成の具体例を図示した側面図である。果菜の中心に対する吸着パッドの角度と、吸着パッドによる果菜の吸着成功率との関係を示す図である。

以下、本発明に係る果菜収穫装置について好適な実施形態を例示し、添付の図面を参照しながら説明する。

［１. 本実施形態の構成］
図１に示すように、本実施形態に係る果菜収穫装置１０は、枝１２から延びる果梗１４の先端に形成された果菜１６を収穫するための装置である。ここでは、図１の紙面上、果菜１６の中心１８を通る水平線Ｈに沿った方向をＸ方向、該中心の上方をＺ方向、中心１８に対して図１の紙面に直交する方向をＹ方向として、果菜収穫装置１０の構成を説明する。また、果梗１４には、該果梗１４の他の部分と比較して切り離しが容易な離層２０が形成されている。なお、果菜１６は、離層２０を有する果梗１４の先端に生る果物や野菜であればよい。このような果菜１６として、例えば、トマトがある。

果菜収穫装置１０は、不図示の車両等の移動体に設けられたロボットアーム２２と、ロボットアーム２２の先端に取り付けられた収穫ハンドとしての本体部２４とを備える。なお、図１では、果菜収穫装置１０において、後述する保持機構２６及び角度維持機構２８以外の構成を模式的且つ概念的に図示していることに留意する。

ロボットアーム２２は、移動体に設けられた制御手段の制御によって、移動体に対して所望の方向に回転、旋回又は揺動が可能である。本体部２４は、ロボットアーム２２のエンドエフェクタであり、保持機構２６、角度維持機構２８及び離層破壊機構３０を支持する。

保持機構２６は、果菜１６の中心１８を通る水平線Ｈよりも下方から果菜１６の下部を保持する。この場合、中心１８に対して水平線Ｈの角度をθ＝０°とし、中心１８に対して図１の反時計回りを角度θの正方向、時計回りを角度θの負方向としたとき、保持機構２６は、例えば、０°～－６０°の角度θの範囲内で果菜１６の下部を保持する。

保持機構２６は、上記の角度θの範囲内で果菜１６の下部を吸着して保持する吸着パッド３２と、吸着パッド３２と本体部２４とを連結する平行リンク３４と、平行リンク３４の作動を停止させるブレーキ３６と、平行リンク３４に対してばね力を付与するばね部材３８を有する。なお、ブレーキ３６及びばね部材３８は、本体部２４に固定支持されている。

吸着パッド３２は、不図示の吸引チューブを介して吸引ポンプと接続され、吸引ポンプの駆動によって負圧を発生させることで、果菜１６の下部を吸着する。

平行リンク３４は、吸着パッド３２を固定支持する中間リンクとしての固定支持部３４ａと、固定支持部３４ａの一端側の軸部３４ｂに軸支され、固定支持部３４ａとブレーキ３６とを連結する駆動リンク又は従動リンクとしての第１連結部３４ｃと、固定支持部３４ａの他端側の軸部３４ｄに軸支され、固定支持部３４ａとばね部材３８とを連結する駆動リンク又は従動リンクとしての第２連結部３４ｅとから構成される。

平行リンク３４は、不図示の駆動手段によって、第１連結部３４ｃ又は第２連結部３４ｅが軸部３４ｂ、３４ｄを中心に回動することにより、本体部２４におけるブレーキ３６及びばね部材３８の位置を変化させることなく、本体部２４に対して固定支持部３４ａを上下方向に平行に移動させることができる。

ブレーキ３６は、例えば、ロータリー型の小型ブレーキであって、第１連結部３４ｃを制動することにより、平行リンク３４の作動を停止させる。ばね部材３８は、第２連結部３４ｅに対して上下方向にばね力を付与することで、保持機構２６の重力による影響を抑制する。

角度維持機構２８は、平行リンク３４、ブレーキ３６及びばね部材３８によって構成される。角度維持機構２８は、吸着パッド３２で果菜１６の下部を保持する際、果菜１６の中心１８に対する保持機構２６（吸着パッド３２）の角度θを、－６０°≦θ≦０°（θ：０°～－６０°）の範囲内に維持する。角度維持機構２８の具体的な動作については後述する。

離層破壊機構３０は、本体部２４に連結された支持部４０に支持され、果梗１４に当接可能な棒状部材、又は、ハサミ等の狭持部材である。離層破壊機構３０は、保持機構２６が果菜１６の下部を保持している状態で、不図示の他の駆動手段によって、果菜１６における果梗１４側の上端部よりも斜め上方から果梗１４に当接し、離層２０を押圧することにより、又は、離層２０を挟み込むことにより、該離層２０を破壊する。

［２．本実施形態の動作］
次に、本実施形態に係る果菜収穫装置１０の動作について、図１～図３Ｂを参照しながら説明する。図２Ａ～図３Ｂは、果菜収穫装置１０を構成する保持機構２６、角度維持機構２８及び離層破壊機構３０の動作を示す説明図である。なお、この動作説明では、必要に応じて、図１も参照しながら説明する。

先ず、制御手段によってロボットアーム２２を動作させ、果菜収穫装置１０を果菜１６に近接させる。この場合、ロボットアーム２２は、水平線Ｈよりも下方で吸着パッド３２が果菜１６の下部及び中心１８に指向し、且つ、水平線Ｈよりも上方で離層破壊機構３０が果梗１４（離層２０）を指向するように、果菜収穫装置１０を果菜１６に近接させる。

次に、ブレーキ３６の駆動停止を維持した状態で、ばね部材３８から第２連結部３４ｅにばね力を付与する。これにより、図２Ａに示すように、吸着パッド３２は、水平線Ｈよりも下方で、果菜１６の下部及び中心１８に指向する向きに保持される。

次に、ロボットアーム２２をさらに動作させ、果菜収穫装置１０を果菜１６に近接させつつ、駆動手段によって第１連結部３４ｃ又は第２連結部３４ｅを軸部３４ｂ、３４ｄを中心に回動させる。これにより、図２Ｂに示すように、本体部２４（図１参照）に対するブレーキ３６及びばね部材３８の位置を変化させることなく、固定支持部３４ａを下方に平行に移動させることができる。この結果、固定支持部３４ａに固定された吸着パッド３２は、果菜１６に対する向きを変えることなく、下方に平行に移動する。この状態で、吸引ポンプが駆動すると、吸着パッド３２に負圧が発生し、果菜１６の下部が吸着パッド３２に吸着される。

次に、図３Ａに示すように、他の駆動手段によって離層破壊機構３０を斜め上方から果菜１６の上側部分に接近させる。その際、平行リンク３４は、駆動手段によって、第１連結部３４ｃ又は第２連結部３４ｅを軸部３４ｂ、３４ｄを中心にさらに回動させる。これにより、果菜１６の下部が吸着パッド３２に吸着された状態で、本体部２４（図１参照）に対するブレーキ３６及びばね部材３８の位置を変化させることなく、且つ、果菜１６に対する向きを変えることなく、固定支持部３４ａ及び吸着パッド３２は下方にさらに平行に移動する。

次に、図３Ｂに示すように、ブレーキ３６を駆動させ、第１連結部３４ｃを制動させる。これにより、吸着パッド３２及び平行リンク３４の移動が全体的に規制される。この状態で、他の駆動手段によって離層破壊機構３０を果梗１４に当接させ、離層２０を破壊させる。これにより、吸着パッド３２に保持された果菜１６を収穫することができる。

［３．本実施形態の具体例］
図４は、果菜収穫装置１０の保持機構２６及び角度維持機構２８の具体例を図示した側面図である。この場合、本体部２４は、上下方向に延びるフレーム２４ａを有する。フレーム２４ａには、円筒状のブレーキ３６が固定されている。固定支持部３４ａは、吸着パッド３２の軸方向に延びる板状部材である。固定支持部３４ａの基端部には、吸着パッド３２を固定するためのフランジ４２が設けられている。

第１連結部３４ｃは、固定支持部３４ａの下側に設けられた軸部３４ｂとブレーキ３６とを連結する。第２連結部３４ｅは、固定支持部３４ａの上側において、一端が固定支持部３４ａに設けられた軸部３４ｄに軸支され、他端がフレーム２４ａに設けられた軸部４６に連結されている。ばね部材３８は、フレーム２４ａの上端部に固定された支持部材４８と、第２連結部３４ｅの軸部３４ｄ側との間で、上下方向に介挿されている。

［４．本実施形態の効果］
以上説明したように、本実施形態に係る果菜収穫装置１０は、果梗１４の先端に形成された果菜１６を保持する保持機構２６と、保持機構２６が果菜１６を保持している状態で果梗１４に当接し、該果梗１４の離層２０を破壊する離層破壊機構３０とを備える。

保持機構２６は、果菜１６の中心１８を通る水平線Ｈよりも下方から果菜１６の下部を保持する。また、離層破壊機構３０は、果菜１６における果梗１４側の上端部よりも斜め上方から果梗１４に当接して、離層２０を破壊する。そして、果菜収穫装置１０は、保持機構２６で果菜１６を保持しつつ、離層破壊機構３０で離層２０を破壊することにより果菜１６を収穫する際に、少なくとも、果菜１６の中心１８に対する保持機構２６の角度θを維持する角度維持機構２８をさらに備える。

この構成によれば、角度維持機構２８によって、少なくとも、果菜１６の中心１８に対する保持機構２６の角度θが維持されるので、保持機構２６で果菜１６の下部を確実に保持しつつ、離層破壊機構３０で離層２０を確実に破壊することができる。また、保持機構２６側に角度維持機構２８を設けることで、果菜収穫装置１０の小型化及び軽量化を図ることが可能となる。

図５は、果菜収穫装置１０の効果を示す図である。水平線Ｈの角度をθ＝０°としたときに、－６０°≦θ≦０°（θ：０°～－６０°）、より好ましくは、－６０°≦θ≦－１０°（θ：－１０°～－６０°）の範囲で、保持機構２６の吸着成功率が９０％以上となる。従って、この範囲内で果菜１６の中心１８に対する保持機構２６の角度θを維持しながら、果菜１６の下部を保持することで、該果菜１６を確実に吸着した状態で、離層２０を破壊することができる。なお、吸着成功率とは、（吸着に成功した果菜１６の個数）÷（吸着を試みた果菜１６の総数）をいう。

ここで、果菜収穫装置１０は、保持機構２６及び離層破壊機構３０を支持する本体部２４をさらに備える。保持機構２６は、果菜１６の下部を吸着して保持する吸着パッド３２と、吸着パッド３２と本体部２４とを連結する平行リンク３４と、平行リンク３４の作動を停止させるブレーキ３６とを有する。平行リンク３４及びブレーキ３６は、角度維持機構２８を構成する。ブレーキ３６は、吸着パッド３２が果菜１６の下部を保持しつつ、離層破壊機構３０が離層２０を破壊する際に駆動することで、平行リンク３４の作動を停止させる。

これにより、果菜１６の下部を吸着パッド３２で吸着しつつ、果菜１６の上端部の斜め上方から離層２０に離層破壊機構３０を当接させることで、離層２０に対する認識誤差へのロバスト性が高まり、果菜１６の収穫時における仕損等が抑制される。また、離層破壊機構３０ではなく、重量が比較的小さな保持機構２６に角度維持機構２８（平行リンク３４、ブレーキ３６）が設けられているので、果菜１６に対する吸着パッド３２の姿勢に依存することなく、果菜１６を収穫することが可能となる。さらに、果菜１６を収穫する際、ブレーキ３６を駆動させて吸着パッド３２及び平行リンク３４を固定することにより、吸着パッド３２を含めた果菜収穫装置１０全体の剛性を可変にすることができる。さらにまた、小型のブレーキ３６を用いることで、吸着パッド３２周辺のサイズが小さくなるので、果菜収穫装置１０の小型化及び軽量化も実現することができる。

保持機構２６は、平行リンク３４に対して上下方向に力を付与するばね部材３８をさらに有する。角度維持機構２８は、平行リンク３４、ブレーキ３６及びばね部材３８によって構成される。これにより、重力の影響が小さくなるので、果菜１６に対する吸着パッド３２等の姿勢に依存せずに、該果菜１６を吸着することができる。

図１～図４では、第２連結部３４ｅにばね部材３８を連結しているが、第１連結部３４ｃに他のばね部材をさらに連結してもよい。あるいは、図４において、角度維持機構２８の上側にばね部材３８を配置し、下側に他のばね部材を配置してもよい。これにより、重力の影響を一層小さくすることができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限らず、この明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることは勿論である。

１０…果菜収穫装置１４…果梗
１６…果菜１８…中心
２０…離層２６…保持機構
２８…角度維持機構３０…離層破壊機構

Claims

果梗の先端に形成された果菜を保持する保持機構と、前記保持機構が前記果菜を保持している状態で前記果梗に当接し、該果梗の離層を破壊する離層破壊機構とを備える果菜収穫装置において、
前記保持機構は、前記果菜の中心を通る水平線よりも下方から前記果菜の下部を保持し、
前記離層破壊機構は、前記果菜における前記果梗側の上端部よりも斜め上方から前記果梗に当接して、前記離層を破壊し、
前記果菜収穫装置は、
前記保持機構で前記果菜を保持しつつ、前記離層破壊機構で前記離層を破壊することにより前記果菜を収穫する際に、少なくとも、前記果菜の中心に対する前記保持機構の角度を維持する角度維持機構と、
前記保持機構及び前記離層破壊機構を支持する本体部と、
をさらに備え、
前記保持機構は、
前記果菜の下部を吸着して保持する吸着パッドと、
前記吸着パッドと前記本体部とを連結する平行リンクと、
前記平行リンクの作動を停止させるブレーキと、
前記平行リンクに対して上下方向に力を付与するばね部材と、
を有し、
前記平行リンク、前記ブレーキ及び前記ばね部材は、前記角度維持機構を構成し、
前記ブレーキは、前記吸着パッドが前記果菜の下部を保持しつつ、前記離層破壊機構が前記離層を破壊する際に駆動することで、前記平行リンクの作動を停止させる、果菜収穫装置。