JPH074098B2 - 果菜類の収穫用ハンド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、果菜類を捕捉する捕捉部と、その捕捉部を収
納する空間を備えたカバー体とが設けられ、前記カバー
体の先端部に、前記捕捉部にて捕捉された果菜類を通過
させることができる大きさの開口部が形成され、そし
て、前記カバー体が、前記捕捉部に対して前後方向に出
退自在に設けられている果菜類の収穫用ハンドに関す
る。

〔従来の技術〕

上記この種の果菜類の収穫用ハンドにおいては、果菜類
を捕捉するまでは、カバー体が邪魔にならないようにし
ながら、捕捉後は果菜類をカバー体の内部に取り込ん
で、捕捉した果菜類をそれ以外の他の果菜類や周囲の枝
等の他物と分離した状態で収納することができるように
するために、カバー体を捕捉部に対して前後方向に出退
自在に設けているが、従来では、カバー体が、その出退
方向に対して交差する方向には向き変更できない状態で
設けられていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来構成では、カバー体の向きを変えられないの
で、果菜類が密集しているような場合や、捕捉すべき果
菜類が枝の近傍にあるような場合には、カバー体が、隣
接する果菜類や枝等の他物に当たって、捕捉の邪魔にな
ったり、捕捉すべき果菜類を開口部から離れる側に押し
のける状態となって、適正通りに収穫できなくなる虞れ
があり、改善が望まれていた。

ちなみに、捕捉すべき果菜類の近傍に捕捉の邪魔になる
他物がある場合には、収穫ハンド自体をカバー体の出退
方向に交差する方向に向き変更して、捕捉の邪魔になる
他物を迂回させながら、収穫対象の果菜類に向けてアプ
ローチさせるようにすることも考えられるが、その場
合、上下左右の何れの方向に向き変更させるかを自動的
に決定させるためのセンサ等が新たに必要となり、収穫
ハンドを誘導するための制御構成や装置構成が複雑にな
る不利がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、そ
の目的は、カバー体の開口部を自動的に捕捉された果菜
類の位置する方向に向けることができるようにすること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による果菜類の収穫用ハンドは、果菜類を捕捉す
る捕捉部と、その捕捉部を収納する空間を備えたカバー
体とが設けられ、前記カバー体の先端部に、前記捕捉部
にて捕捉された果菜類を通過させることができる大きさ
の開口部が形成され、そして、前記カバー体が、前記捕
捉部に対して前後方向に出退自在に設けられているもの
であって、その特徴構成は、以下の通りである。

すなわち、前記カバー体は、前記出退方向と交差する方
向に沿って位置変更自在に、且つ、前記出退方向と交差
する方向に沿う軸芯周りで揺動自在に設けられている点
にある。

〔作用〕

つまり、カバー体を、その出退方向と交差する方向に沿
って位置変更自在に、且つ、前記出退方向と交差する方
向に沿う軸芯周りで揺動自在に設けてあるので、捕捉部
が果菜類を捕捉する際に、前記カバー体が、捕捉される
果菜類以外の枝や他の果菜類に当たると、その反力によ
って当たった枝や他の果菜類の位置する方向とは反対側
に向けて位置変更しながら揺動することになる。その結
果、カバー体の先端部の開口部を自動的に捕捉された果
菜類の位置する方向に向けることができるのである。

〔発明の効果〕

従って、ハンドの誘導方向等を変更する等の特別な制御
を行うことなく、果菜類が密集している場合や、捕捉す
べき果菜類の近傍に枝等の捕捉の邪魔になる他物がある
ような場合にも、収穫失敗を低減することができるに至
った。

〔実施例〕

以下、本発明を果実収穫機に適用した場合の実施例を図
面に基づいて説明する。

第４図に示すように、左右一対の走行車輪（１）を前後
に備えた車体（Ｖ）に、ブーム（２）が昇降並びに旋回
自在に取り付けられ、そのブーム（２）の先端部に、補
助ブーム（３）が水平方向に揺動自在に取り付けられ、
そして、果実収穫用の作業用ハンド（Ｈ）を備えた作業
用マニプレータ（４）が、前記補助ブーム（３）の先端
部に取り付けられ、もって、果実収穫機が構成されてい
る。

尚、図中、（５）はブーム昇降用油圧シリンダ、（６）
はブーム旋回用油圧シリンダ、（７）は補助ブーム揺動
用電動モータである。

前記作業用マニプレータ（４）は、多関節型の伸縮アー
ム（８）と、その伸縮アーム（８）の先端部に取り付け
られた作業用ハンド（Ｈ）とからなる。

そして、前記伸縮アーム（８）は、電動モータ（9a）に
て縦軸芯（Ｙ）周りで旋回操作され、且つ、電動モータ
（9b）にて横軸芯（Ｘ）周りで揺動操作されると共に、
電動モータ（9c）にて伸縮操作されるように構成されて
いる。

前記作業用ハンド（Ｈ）について説明すれば、第１図及
び第７図（イ）に示すように、その先端部に、果菜類と
しての果実（Ｆ）を吸着するバキュームパッド（10）が
設けられ、そのバキュームパッド（10）に吸着された果
実（Ｆ）を覆うように、前記バキュームパッド（10）の
通気管（11）に対して前後方向に出退自在に支持された
捕捉部ケース（12）と、その捕捉部ケース（12）内に取
り込んだ果実（Ｆ）の柄部分を上下方向に挟み込んだ状
態で切断する柄切断装置（13）とを備えている。

尚、前記通気管（11）は、蛇腹式のホース（14）（第４
図参照）にて、前記車体（Ｖ）側に搭載された吸引ポン
プ（図示せず）に配管接続されている。

つまり、前記バキュームパッド（10）が、果菜類を捕捉
する捕捉部に対応することになり、前記捕捉部ケース
（12）が捕捉部を収納する空間を備えたカバー体に対応
することになる。

前記捕捉部ケース（12）について説明すれば、第１図、
第２図、及び、第７図（イ）に示すように、前記通気管
（11）に対して前後方向にスライド移動自在に支持され
る支持部材（12a）と、その支持部材（12a）に固着され
た上部ケース（12b）と、前記支持部材（12a）に対して
縦軸芯周りに揺動自在に枢着された下部ケース（12c）
とに３分割して形成してあり、前記下部ケース（12c）
を、ハンド横側方に揺動させることによって、前記捕捉
部ケース（12）内に保持される柄を切断された果実
（Ｆ）を、外部に排出できるようにしているのである。

但し、第２図にも示すように、前記捕捉部ケース（12）
の先端部には、前記バキュームパッド（10）及びそのバ
キュームパッド（10）に吸着された果実（Ｆ）を通過さ
せることができる大きさの開口部（17）が形成されてい
る。そして、前記捕捉部ケース（12）の全体が、前記通
気管（11）に対する出退方向と交差する方向に沿って位
置変更自在で、且つ、前記出退方向と交差する方向に沿
う軸芯周りで揺動自在に構成されている。

尚、第２図中、（18）は前記バキュームパッド（10）に
吸着された果実（Ｆ）を、前記捕捉部ケース（12）内に
取り込む際に、果実（Ｆ）の柄を挿通案内させるために
形成された案内溝であって、前記上部ケース（12b）の
周方向に沿って、間隔を隔てて複数個が形成されてい
る。

前記捕捉部ケース（12）をその出退方向に交差する方向
に沿って位置変更並びに揺動するための構成について説
明すれば、第１図及び第３図に示すように、前記通気管
（11）の上端部に、ハンド前後方向に沿ってスライドレ
ール（19）が取り付けられ、そのスライドレール（19）
を左右両側から挟持する案内輪（20）の複数個を備えた
可動部材（21）が、前記スライドレール（19）に沿って
ハンド前後方向にスライド移動自在に設けられている。
そして、前記捕捉部ケース（12）が前記バキュームパッ
ド（10）に吸着された状態における果実（Ｆ）の中心に
略一致する箇所の縦軸芯（Ｐ）周りに左右方向に揺動す
るように、前記可動部材（21）の上部に案内用のピン
（22）が付設され、且つ、前記上部ケース（12b）の基
端側の上面部に、前記ピン（22）に係合する平面視が円
弧状の長孔（23）が、ケース横方向に沿って形成されて
いる。

つまり、前記捕捉部ケース（12）は、その基端部側を、
前記上部ケース（12b）に形成された円弧状の長孔（2
3）の長さ方向に沿って、左右方向に位置変更しなが
ら、前記バキュームパッド（10）に吸着された果実
（Ｆ）を中心にして左右方向に揺動できるようになって
いるのである。

従って、前記バキュームパッド（10）に吸着された果実
（Ｆ）の近傍に捕捉の邪魔になる他の果実があるような
場合には、第１図にも示すように、前記バキュームパッ
ド（10）に吸着された果実（Ｆ）を前記捕捉部ケース
（12）内に取り込むために、前記捕捉部ケース（12）を
前記スライドレール（19）に沿ってハンド前方に向かっ
て突出させると、前記捕捉部ケース（12）が捕捉の邪魔
になる他の果実に接当して、その反力によって接当した
側とは反対方向に向けて、捕捉された果実（Ｆ）を中心
にして左右方向に自然に揺動することになる。その結
果、前記果実通過用の開口部（17）が自然に前記バキュ
ームパッド（10）に吸着された果実（Ｆ）の位置する方
向に向いて、吸着した果実（Ｆ）を、前記捕捉部ケース
（12）内に取り込むことができるのである。

前記柄切断装置（13）について説明すれば、第７図
（イ）に示すように、前記果実（Ｆ）の柄を切断するバ
リカン型の刃体（13a）と、その刃体（13a）に対して前
記果実（Ｆ）の柄を下方側から押圧支持する柄支持部材
（13b）とを備えている。

但し、図示を省略するが、前記作業用ハンド（Ｈ）に
は、前記捕捉部ケース（12）を出退操作するためのアク
チュエータや前記柄切断装置（13）を駆動するためのア
クチュエータ等の収穫作動させるための各種アクチュエ
ータや、前記バキュームパッド（10）に果実（Ｆ）を吸
着したことを検出するためのセンサ、前記捕捉部ケース
（12）の出退位置を検出するためのセンサ、及び、前記
柄切断装置（13）の駆動状態を検出するためのセンサ等
の各種センサが設けられることになる。

尚、図中、(S₁)は前記作業用ハンド（Ｈ）が向いた方向
に位置する果実（Ｆ）を撮像する撮像手段としてのカラ
ー式のイメージセンサ、(S₂)は前記作業用ハンド（Ｈ）
が収穫対象果実に対して設定距離内に接近したことを検
出する赤外光利用の近接センサであって、それら両セン
サ(S₁),(S₂)は、アプローチや果実収穫の邪魔にならな
いように、前記バキュームパッド（10）の内部に設けら
れている。又、（15）は前記イメージセンサ(S₁)の撮像
処理に同期して前記作業用ハンド（Ｈ）の前方側を設定
光量で照光するための照光装置である。

そして、前記作業用ハンド（Ｈ）を収穫対象果実が位置
する方向に向けた状態で、前記照光装置（15）にて照光
しながら、前記イメージセンサ(S₁)にて撮像処理し、撮
像した画像情報に基づいて、前記作業用ハンド（Ｈ）の
アプローチ方向を自動的に決定させるようにしてある。

アプローチ方向を決定した後は、前記作業用ハンド
（Ｈ）が決定されたアプローチ方向に向かって移動する
ように、前記各電動モータ（9a），（9b），（9c）を作
動させると共に、前記近接センサ(S₂)がON作動するに伴
って、前記バキュームパッド（10）を吸引作動させて収
穫対象果実（Ｆ）吸着し、そして、前記捕捉部ケース
（12）をハンド前方に突出させて、前記捕捉部ケース
（12）内に果実（Ｆ）を取り込んだ後、柄を切断して収
穫させることになる。

但し、前記イメージセンサ(S₁)の撮像視野内に複数個の
果実がある場合には、何れの果実から先にアプローチさ
せるかを、前記イメージセンサ(S₁)による撮像画像の明
るさ情報に基づいて、アプローチ順序を自動的に決定さ
せるようにしてある。

次に、前記イメージセンサ(S₁)による撮像画像情報に基
づいて、果実（Ｆ）の位置する方向つまりアプローチ方
向を検出すると共に、アプローチ順序を決定して、前記
作業用ハンド（Ｈ）を誘導するための制御構成について
説明する。

第５図に示すように、前記イメージセンサ(S₁)による撮
像画像情報を画像処理して、収穫対象果実（Ｆ）の位置
する方向を判別すると共に、アプローチ順序を決定する
ための各手段を構成し、且つ、決定されたアプローチ順
序で、前記作業用ハンド（Ｈ）を収穫対象果実（Ｆ）に
向けて誘導するように、前記ブーム昇降用油圧シリンダ
（５）、前記ブーム旋回用油圧シリンダ（６）、前記補
助ブーム揺動用モータ（７）、前記アーム（８）の駆動
用各電動モータ（9a），（9b），（9c）の夫々を制御す
るためのマイクロコンピュータ利用の制御装置（16）が
設けられている。

次に、前記制御装置（16）の動作を説明しながら、前記
イメージセンサ(S₁)にて撮像された画像情報に基づい
て、前記作業用ハンド（Ｈ）を果実の位置する方向に誘
導するための制御構成について詳述する。

先ず、前記作業用ハンド（Ｈ）を、予め設定されたアプ
ローチ開始位置にセットした状態で撮像処理し、その撮
像情報を画像処理することにより、前記果実（Ｆ）の色
に対応した特定色領域(F₁)と、その特定色領域(F₁)内に
おいて明るさが設定値以上となる設定領域(F₂)と、その
設定領域(F₂)の重心(F₃)とを求める（第６図（ロ）参
照）。

そして、前記設定領域(F₂)が複数個ある場合には、その
大きさに基づいて最も大きいものを抽出して、その設定
領域(F₂)の重心(F₃)に向けて前記作業用ハンド（Ｈ）を
アプローチさせるべく、前記作業用ハンド（Ｈ）の向き
を調節して、前記アーム（８）を伸長させることにな
る。

前記特定色領域(F₁)を抽出するための画像処理について
説明を加えれば、前記イメージセンサ(S₁)から出力され
る画像信号のうちの三原色信号（Ｒ），（Ｇ），（Ｂ）
を用いて、果実（Ｆ）の色成分を含む赤色信号（Ｒ）か
らそれ以外の色信号（Ｇ又はＢ）を減算した信号を設定
閾値に基づいて２値化することにより、前記イメージセ
ンサ(S₁)にて撮像された現画像（第６図（イ）参照）か
ら、前記果実（Ｆ）の色のみに対応する特定色領域(F₁)
を抽出した２値化画像（第６図（ロ）参照）を得るよう
にしてある。

そして、前記イメージセンサ(S₁)から出力される画像信
号のうちの輝度信号（Ｙ）の値に基づいて、前記特定色
領域(F₁)内における明るさが設定値以上となる設定領域
(F₂)を抽出すると共に、その設定領域(F₂)の重心(F₃)が
画像上で位置する方向を、果実（Ｆ）の位置情報として
求めるのである。

但し、第６図（ハ）にも示すように、一つの特定色領域
(F₁)内に前記設定領域(F₂)の複数個が抽出された場合に
は、その設定領域(F₂)の大きさに基づいて、大きさが大
なるものほど先にアプローチさせるようにアプローチ順
序を決定することになる。

説明を加えれば、前記画像情報の明るさは、距離に反比
例して近いものほど明るくなることから、前記特定色領
域(F₁)内において明るさが設定値以上となる設定領域(F
₂)の大きさは、近距離に位置するものほど大になるので
ある。つまり、手前側に位置する収穫し易い果実（Ｆ）
から先にアプローチさせるようにしているのである。

前記アーム（８）の伸長を開始した後は、前記近接セン
サ(S₂)がON作動するか否かに基づいて、収穫対象果実
（Ｆ）に対して設定距離内に接近したか否かを判別し、
設定距離内に接近するに伴って、前記バキュームパッド
（10）の吸引作動を開始して、収穫作動させることにな
る（第７図（ロ）参照）。

但し、前記アーム（８）を予め設定された設定距離に達
するまで伸長させても、前記近接センサ(S₂)がON作動し
ない場合には、収穫不能であると判断して、前記アーム
（８）を縮めてアプローチ開始位置まで戻すことにな
る。

収穫作動を開始した後は、前記作業用ハンド（Ｈ）に付
設された各種センサの検出情報に基づいて、収穫を失敗
したか否かを判別し、収穫失敗である場合には、前記作
業用ハンド（Ｈ）を、前記近接センサ(S₂)がON作動した
位置から更に設定距離を後退させた状態で、再撮像処理
すると共に、その撮像情報に基づいて果実（Ｆ）の位置
する方向を再検出させて、前記作業用ハンド（Ｈ）のア
プローチ方向を修正させた後、再アプローチさせるよう
にしてある（第７図（イ）参照）。

但し、第６図（ハ）に示すように、一つの特定色領域(F
₁)内に、前記設定領域(F₂)の複数個が抽出された場合に
は、前述の如く、前記設定領域(F₂)の大きさに基づい
て、アプローチ順序を再決定することになる。

ところで、再撮像処理した画像情報に基づいて再アプロ
ーチさせても、前記アーム（８）を予め設定された設定
距離を伸長させる間に、前記近接センサ(S₂)がON作動し
ない場合には、収穫不能であると判断して、アプローチ
開始位置まで戻すことになる。

収穫作動について説明を加えれば、前記バキュームパッ
ド（10）に果実（Ｆ）を吸着したことを検出するに伴っ
て、前記アーム（８）の伸長を停止させた後、前記捕捉
部ケース（12）をハンド前方側にスライド移動させて、
前記バキュームパッド（10）に吸着された果実（Ｆ）
を、前記捕捉部ケース（12）内に取り込むことになる
（第７図（ハ）参照）。

果実（Ｆ）を前記捕捉部ケース（12）内に取り込んだ後
は、前記バキュームパッド（10）による吸引を停止させ
て、前記柄切断装置（13）を切断作用位置の手前側箇所
で一旦停止させた状態で、前記作業用ハンド（Ｈ）の全
体を、果実（Ｆ）に対して手前側で且つ斜め下方となる
方向に向けて設定量を後退させて、切断される果実
（Ｆ）の柄が極力短くなるようにする（第７図（ニ）参
照）。

その後は、前記柄切断装置（13）をその切断作用位置ま
で駆動して、前記刃体（13a）と柄支持部材（13b）との
間に、果実（Ｆ）の柄を挟み込む状態で切断することに
なる。（第７図（ホ）参照）。

果実（Ｆ）の柄を切断した後は、収穫した果実（Ｆ）
を、前記捕捉部ケース（12）内に保持する状態でアプロ
ーチ開始位置まで戻して、前記下部ケース（12c）を横
方向に揺動させて、収穫した果実を排出させることにな
る。

収穫した果実を排出した後は、前記アプローチ開始位置
において最初に撮像したした画像情報から抽出した特定
色領域(F₁)の個数等に基づいて、作業終了か否かを判別
して、作業終了でない場合には、前記作業用ハンド
（Ｈ）をアプローチ開始位置にセットして撮像させる処
理以降の各処理を繰り返させることになる。

尚、詳述はしないが、収穫を失敗して再アプローチさせ
た場合においても、再度、収穫を失敗する場合がある
が、その場合には、再アプローチすることなく、アプロ
ーチ開始位置まで戻すことになる。

〔別実施例〕

上記実施例では、果実の位置情報として、特定色領域(F
₁)内における明るさが設定値以上となる設定領域(F₂)の
重心(F₃)を用いるようにした場合を例示したが、前記特
定色領域(F₁)内における明るさが最大となる領域や、前
記特定色領域(F₁)自体の重心を用いることもできる。

又、上記実施例では、本発明を果実収穫用の作業機に適
用した場合を例示したが、トマト等の野菜の収穫用作業
機にも適用できるものであって、本発明を実施するに必
要となる各部の具体構成は、各種変更できる。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造
に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る果菜類の収穫用ハンドの実施例を示
し、第１図は収穫用ハンドの概略平面図、第２図は同正
面図、第３図はカバー体の揺動構成を示す収穫用ハンド
の要部拡大背面図、第４図は作業機の全体側面図、第５
図は制御構成のブロック図、第６図（イ）乃至（ハ）は
画像処理の説明図、第７図（イ）乃至（ホ）は収穫作動
の説明図である。 （10）……捕捉部、（12）……カバー体、（17）……開
口部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】果菜類を捕捉する捕捉部（10）と、その捕
   捉部（10）を収納する空間を備えたカバー体（12）とが
   設けられ、前記カバー体（12）の先端部に、前記捕捉部
   （10）にて捕捉された果菜類を通過させることができる
   大きさの開口部（17）が形成され、そして、前記カバー
   体（12）が、前記捕捉部（10）に対して前後方向に出退
   自在に設けられている果菜類の収穫用ハンドであって、
   前記カバー体（12）は、前記出退方向と交差する方向に
   沿って位置変更自在に、且つ、前記出退方向と交差する
   方向に沿う軸芯周りで揺動自在に設けられている果菜類
   の収穫用ハンド。