JPH0230480A - 多関節型アームの伸縮制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、第１アクチュエータによって上下揺動駆動自
在な第１アームが設けられ、先端部に作業用ハンドを備
えた第２アームが、前記第１アームの先端部に対して第
２アクチュエータによって上下揺動駆動自在に枢支され
、前記作業用ハンドを直線状の設定軌跡に沿って移動さ
せるように、前記第１アクチュエータ及び前記第２アク
チュエータ夫々に対する単位時間当たりの目標駆動量を
設定時間毎に求める目標駆動量演算手段と、その目標駆
動量演算手段にて求められた目標駆動量で前記第１アク
チュエータ及び前記第２アクチュエータの夫々を駆動す
る駆動手段とが設けられている多関節型アートの伸縮制
御装置に関する。

〔従来の技術〕

上記この種の多関節型アームの伸縮制御装置において、
従来では、例えば、第１０図に示すように、作業用ハン
ド（Ｉｆ）の設定軌跡（１、）上における設定時間毎の
目標位置（ＩＩＩ）が等間隔に並ぶように、第１アーム
（８ｂ）及び第２アーム（８ｃ）夫々に対する第１及び
第２アクチュエータ（９ｂ）、　（９ｃ）夫々の目標駆
動量を、設定時間毎に求めさせるようにして、作業用ハ
ント（Ｈ）が等速度で移動するようにしていた。尚、図
中、（８ａ）は縦軸芯周りに旋回駆動される基端部ベー
スであって、この基端部ベース（８ａ）に、上記第１ア
ーＡ（８，ｂ）の基端部が横軸芯周りに揺動自在に枢支
されている。又、アクチュエータ（９ｂ）、　（９ｃ）
　　は、−船釣には、サーボモークが用いられることに
なる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、アクチュエータの最大駆動力には限度が
あることから、例えば、アームを縮めた状態を初期位置
としてアームを伸長して作業用ハンドを前方側に突出さ
せる場合を例に説明すると、アームを伸ばして作業用ハ
ンドを前方側に突出させるほど重力に抗して駆動する状
態となるために、第２アームのアクチュエータに対する
負荷は大になる。

尚、アームが伸びた状態からアームを縮めて作業用ハン
ドを初期位置に戻す場合には、第１アーム側のアクチュ
エータの負荷が大きくなるので、その駆動速度は、第１
アームのアクチュエータの最大駆動力によって制限され
ることになる。

つまり、アクチュエータの単位時間当たりの目標駆動量
の設定可能な最大値は、最大負荷の時にアクチュエータ
の駆動力が最大となるように、アクチュエータの最大駆
動力によって制限されることになる。

従って、上記従来のように、作業用ハントが等速度移動
するようにアクチュエータを駆動すると、負荷が軽くア
クチュエータの駆動力に余裕がある状態であっても、そ
の駆動速度は最大負荷時において最大駆動力で駆動した
場合における駆動速度よりも大にできないものとなり、
作業用ハンドが目標位置に到達するまでに要する時間を
短縮できない不利があった。

ちなみに、作業用ハンドの移動速度を高速化するために
は、アクチュエータの最大駆動力が人なる大型のアクチ
ュエータを用いればよいが、装置が高価になる不利があ
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、アーム駆動用のアクチュエータの駆動力を増
大させることなく、作業用ハンドが目標位置に到達する
までに要する時間を短縮させ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〕

本発明による多関節型アームの伸縮制御装置は、第１ア
クチュエータによって上下揺動駆動自在な第１アートが
設けられ、先端部に作業用ハンドを備えた第２アームが
、前記第１アームの先端部に対して第２アクチュエータ
によって上下揺動駆動自在に枢支され、前記作業用ハン
ドを直線状の設定軌跡に沿って移動させるように、前記
第１アクチュエータ及び前記第２アクチュエータ夫々に
対する単位時間当たりの目標駆動量を設定時間毎に求め
る目標駆動量演算手段と、その目標駆動量演算手段にて
求められた目標駆動量で前記第１アクヂユエーク及び前
記第２アクチュエータの夫々を駆動する駆動手段とが設
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、第１の特徴構成では、前記目標駆動量演算手
段は、前記第１アーム及び前記第２アームの夫々を等角
速度で揺動させるように、前記第１アクチュエータ及び
前記第２アクチュエータ夫々の目標駆動量を求めるよう
に構成されている点にある。

又、第２の特徴構成では、前記目標駆動量演算手段は、
前記第１アーム及び前記第２アームのうちの駆動負荷が
人なる一方側のアームのアクチュエータに対する目標駆
動量を所定の値に設定して、他方側のアートのアクチュ
エータの目標駆動量を求めるように構成されている点に
ある。

〔作　用〕

第１図に示すように、作業用ハン１−（Ｈ）を直線状の
設定軌跡（Ｌ）に沿って移動させるように、第１アーム
（８ｂ）及び第２アーム（８ｃ）を等角速度で揺動する
と、設定時間毎の目標位置（Ｗ）の間隔は、アーム全体
の揺動角度が小なるほど大となるように、不等間隔とな
る。

そこで、第１の特徴構成では、第２図（イ）、　（０）
に示すように、第１アーム及び第２アームを等角速度で
揺動するように、第１及び第２のアクチュエータ夫々に
対する目標駆動量を設定時間毎に求めさせることにより
、アーム全体の揺動角度が小なる範囲における作業用ハ
ンドの移動速度が極力式となるようにして、全体として
の作業用ハンドの移動速度を高速化するのである。

尚、同図（イ）は、作業用ハンドをアーム基端部から離
れる側に前進させた場合におけるアクチュエータの目標
駆動量と作業用ハンドの移動量の変化と第１及び第２ア
ーム夫々の揺動角速度の関係を示し、同図（ロ）は、後
退させた場合における目標駆動量、移動量の変化、及び
、揺動角速度夫々の関係を示すものである。そして、図
中において、Ｄｕｔｙ、、　Ｄｕｔｙ２は第１、第２ア
クチュエータ夫々の目標駆動量、σは作業用ハンドの移
動量、θ１．θ２は第１、第２アーム夫々の揺動角速度
である。

但し、目標駆動量は最大駆動量に対する比率（％表示）
として示しである。

ところで、アーム全体を縮めた状態からアームを伸ばし
て作業用ハンドを重力に抗する方向に突出させる場合に
は、第２アームが第１アームの先端部に取り付けられ、
且つ、その第２アムを重力に抗する方向に揺動させるこ
とになるだめに、第２アームのアクチュエータに対する
負荷のほうが第１アームのアクチュエータに対する負荷
よりも大となり、一方、アーム全体を伸ばした状態から
アームを縮めて作業用ハンドを引退させる場合には、第
１アームを重力に抗する方向に揺動させることになるた
めに、第１アームのアクチュエータに対する負荷のほう
が第２アームのアクチュエータに対する負荷よりも大と
なるが、何れか一方のアクチュエータに対する負荷は、
他方のアクチュエータに対する負荷よりも軽い状態とな
る。

そこで、第２の特徴構成では、第８図（イ）、　（ロ）
に示すように、負荷が大なる側のアクチュエータの目標
駆動量を所定の値に設定して、負荷が小なる側のアクチ
ュエータの目標駆動量を求めさせることにより、負荷が
大なる側のアクチュエータを極力高速駆動させるように
して、作業用ハンドの移動速度が極力速くなるようにす
るのである。尚、同図（イ）は作業用ハントをアーム基
端部から離れる側に前進させた場合における目標駆動量
、作業用ハンドの移動量の変化、及び、揺動角速度夫々
の関係を示し、同図（ロ）は後退時の関係を示す。そし
て、図中における符号の関係は、第２図（イ）、　（０
）と同一である。

ちなみに、第２図（イ）、（ロ）と第８図（イ）、（ロ
）とを較べると、第８図（イ）、（ロ）の方が負荷の軽
い時において高速移動させるため、−層の高速化が図れ
る。

〔発明の効果〕

従って、第１の特徴構成では、作業用ノ＼ンドの移動速
度をアクチュエータの最大駆動力によって制限されない
ようにてきると共に、第２の特徴構成では、負荷が小な
る側のアクチュエータの駆動力の余裕分を有効利用でき
るので、従来と同じ最大駆動力のアクチュエータを用い
ても、作業用ハンドを目標位置まで移動させるに要する
時間を短縮できるに至った。

〔実施例〕

以下、本発明を果実収穫用の作業機に適用した場合にお
ける実施例を図面に基づいて説明す第７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（Ｉｔ）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、果実収穫用の作業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、多関節型アーム（８
）と、そのアーム（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。

第１図及び第７図に示すように、前記多関節型アーム（
８）は、前記補助ブーム（３）の先端部において旋回用
電動モータ（９ａ）にて縦軸芯（Ｙ）周りで旋回駆動さ
れる基端部ベース（８ａ）と、その基端部ベース（８ａ
）に対して第１アクチニエークとしての揺動用電動モー
タ（９ｂ）にて横軸芯（Ｘ）周りで揺動駆動される第１
アーム（８ｂ）と、その第１アーム（８ｂ）の先端部に
対して第２アクチュエータとしての伸縮用電動モータ（
９ｃ）によって上下揺動駆動自在に枢支された第２アー
ム（８ｃ）とからなる。尚、前記作業用ハンド（１１）
は、前記伸縮用電動モータ（９ｃ）による前記第２アー
ム（８ｃ）の揺動に連動して揺動駆動されるように、前
記第２アーム（８ｃ）の先端部に取り付けられている。

そして、側面視において前記第１アーム（８ｂ）と前記
第２アーム（８ｃ）とが略重なる状態を初期位置として
、前記作業用ハンド（ＩＩ）が、前記初期位置と収穫対
象果実（Ｆ）　とを結ぶ直線状の設定軌跡（Ｌ）　に沿
って移動するように、前記揺動用電動モータ（９ｂ）及
び前記伸縮用電動モータ（９ｃ）夫々の目標駆動中（Ｄ
ｕｔｙ＋）、　（Ｄｕｔｙ２）を、設定時間（へし）毎
に求めながら駆動して、前記アーム（８）を伸縮させる
ようになっている。

但し、前記第１アーム（８ｂ）と前記第２アーム（８ｃ
）とは同じ長さ（Ａ）に形成され、前記第１アーム（８
ｂ）は、前記揺動用電動モータ（９ｂ）にて直接的に揺
動駆動されるようになっている。一方、前記第２アーム
（８ｃ）は、前記第１アーム（８ｂ）の基端部側に取り
付けられた前記伸縮用電動モータ（９ｃ）に連動連結さ
れたチェーン（１０ａ）　　によって、その基端部を前
記第１アーム（８ｂ）の先端部において回動させるよう
に構成されている。そして、前記作業用ハンド（Ｈ）　
　は、前記伸縮用電動モータ（９ｃ）による前記第２ア
ーム（８ｃ）の揺動に連動して、前記第２アーム（８ｃ
）の揺動角度（θ２）の半分の角度を、前記第２アーム
（８ｃ）の揺動力向とは逆方向に向けて揺動されるよう
に、それらの枢支点同士がチェーン（１０ｂ）　にて連
動連結されている。

従って、前記作業用ハンド（Ｈ）を前記設定軌跡（１，
）に沿って移動させるためには、前記第１アーム（８ｂ
）に対する前記第２アーム（８ｃ）の揺動角度（θ２）
の半分から前記第１アーム（８ｂ）の鉛直方向に対する
揺動角度（θ、）を減算した角度が、前記設定軌跡化）
の水平方向に対する仰角（η）に一致するように、前記
揺動用電動モータ（９ｂ）及び前記伸縮用電動モータ（
９ｃ）夫々の単位時間当たりの目標駆動量（Ｄｕｔｙ＋
）、　（Ｄｕｔｙ２）の夫々が設定されることになる。

尚、前記揺動用電動モータ（９ｂ）及び前記伸縮用電動
モータ（９ｃ）夫々の駆動を制御するための制御構成に
ついては後述する。

前記作業用ハンド（Ｈ）　について説明すれば、第６図
に示すように、その先端部に、作業対象としての果実（
Ｆ）を吸着するバキュームパッド（１１）が設けられ、
そのバキュームパッド（１１）に吸着された果実（Ｆ）
を覆うように、前記バキュームバット（１１）の通気管
（１２）に対して前後方向に出退自在に外嵌支持された
捕捉部ケース（１３）と、その捕捉部ケース（１３）内
に取り込んだ果実（Ｆ）の柄部分を上下方向に挟み込ん
だ状態で切断する納期断装置（１４）とを備えている。

尚、前記通気管（１１）は、蛇腹式のホース（１５）　
（第７図参照）にて、前記車体（Ｖ）側に搭載された吸
弓ポンプ（図示せず）に配管接続されている。

前記捕捉部ケース（１３）は、前記通気管（１２）に外
嵌される支持部材（１３ａ）に固着された」二部ケース
（１３ｂ）と、前記支持部材（１３ａ）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（１３Ｃ）とに
２分割して形成しである。

つまり、前記下部ケース（１３ｃ）を、前記通気管（１
２）に対して横方向に揺動させることによって、前記捕
捉部ケース（１３）内に保持される柄を切断された果実
（Ｆ）を、外部に排出できろようにしているのである。

又、前記納期断装置（１４）は、前記果実（Ｆ）の柄を
切断するバリカン型の刃体（１’４ａ）　と、その刃体
（１４ａ）に前記果実（Ｉ’）の柄を下方側から押圧支
持する柄支持部材（１４ｂ）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（１３）を出退操作するためのア
クチュエータや前記納期断装置（１４）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ト宣１１）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（１３）の出退位置を検出するためのセンサ、及
び、前記納期断装置（１４）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、（Ｓｌ）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（Ｓｌ）（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（１１
）の内部に設けられている。又、（１６）は前記イメー
ジセンサ（Ｓｌ）の撮像処理に同期して前記作業用ノ＼
ンド（１１）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（１６）にて照
光しながら、前記イメージセンサ（Ｓ、）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）のアプローチ方向つまり前記作業用ハンド（Ｈ）を
移動させための設定軌跡（Ｌ）の方向を決定するように
しである。

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伸縮するよう
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）が検出作動
するに伴って、前記バキュームパッド（１１）を吸引作
動させて収穫対象果実（Ｆ）を吸着し、そして、前記捕
捉部ケース（１３）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（Ｓｌ）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（Ｓｌ）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である。

次に、前記イメージセンサ（Ｓｌ）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、アブロチ順序を決定するため
の制御構成について説明する。

第３図に示すように、前記イメージセンサ（Ｓｌ）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
するだ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（ＩＩ）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ク（９ａ）、　（９ｂ）、　（９ｃ
）の夫々の作動を制御するマイクロコンピュータ利用の
制御装置（１７）と、その制御装置（１７）の指令に基
づいて、前記アーム（８）の駆動用各電動モータ（９ａ
）。

（９ｂ）、　（９ｃ）の夫々を駆動するサーボコントロ
ーラ（１８）とが設けられている。

つまり、前記制御装置（１７）を利用して、前記作業用
ハン１−（Ｈ）を直線状の設定軌跡（シ）に沿って移動
させるように、第１アクチュエータとしての前記揺動用
電動モータ（９ｂ）及び第２アクチュエータとしての前
記伸縮用電動モータ（９ｃ）夫々の単位時間当たりの目
標駆動量を設定時間毎に求める目標駆動量演算手段（１
００）が構成されることになり、そして、前記サーボコ
ントローラ（１８）が、前記目標駆動量演算手段（１０
０）にて求められた目標駆動量で前記揺動用電動モータ
（９ｂ）及び伸縮用電動モータ（９ｃ）の夫々を駆動す
る駆動手段（１０１）に対応することになる。

尚、詳述はしないが、前記各電動モータ（９ａ）（９ｃ
）、　（９ｃ）の夫々にはエンコーダが付設され、前記
サーボコントローラ（１８）が、それらエンコーダの検
出情報に基づいて、駆動量をフィードバック制御するよ
うになっている。

但し、前記各電動モータ（９ａ）、　（９ｃ）、　（９
ｃ）は、駆動用の供給電圧をＰＷＭ変調することにより
、駆動量を調節されるように構成され、そして、目標駆
動量（Ｄｕｔｙ＋）、　（Ｄｕｔｙ２）を、ＰＷＭ変調
におけるデユーティ比の値として設定するようにしであ
る。つまり、前記サーボコントローラ（１Ｂ）は、前記
目標駆動量演算手段（１００）　　によって求められた
目標駆動量（Ｄｕｔｙ、）、　（Ｄｕｔｙ２）　　とな
るように供給電圧をＰＷＭ変調して、前記各電動モータ
（９ａ）、　（９ｃ）、　（９ｃ）を駆動することにな
る。

尚、前記アーム旋回用電動モータ（９ａ）は、アプロー
チ開始位置において、前記作業用ハンド（Ｈ）の水平方
向での向きを収穫対象果実の位置する方向に向けた後は
、停止されることになり、前記揺動用モータ（９ｂ）及
び前記伸縮用電動モータ（９ｃ）のように、駆動量を制
御する必要がないので、その目標駆動量を求めるための
構成については省略する。

次に、前記揺動用電動モータ（９ｂ）及び前記伸縮用電
動モータ（９ｃ）夫々の目標駆動量（Ｄｕｔｙ＋）（Ｄ
ｕｔｙ２）を求める目標駆動量演算手段（１００）につ
いて説明する。

前記各電動モータ（９ｂ）、　（９ｃ）の目標駆動量、
すなわち、供給電圧（Ｖ、）をＰＷＭ変調するためのデ
ユーティ比（Ｄｕｔｙ）は、トルク（τ）、及び、角速
度（θ）に基づいて、下記（１）式から求めることがで
きる。

又、前記トルク（τ）、及び、角速度（θ）は、前記第
１、第２７−　ム（８ｂ）　、　（８ｃ）夫々の枢支点
にかかる慣性力（Ｊ）や重力（Ｇ）に基ついて、決定で
きることから、前記各電動モータ（９ｂ）、　（９ｃ）
夫々の目標駆動量（ＤＵｔｙ＋）、　（Ｄｕｔｙ２）の
夫々は、下記（ｉｉ　）、　（１ｉｉ）式に示すように
書き換えることができる。

ＤＬｌｊｙ＋＝Ｊｚ・θｌ＋Ｊ１２・θ２＋Ｃ１・θ１
＋Ｇ１・・・・・・（１１）Ｄｕｔｙ２＝Ｊ２＋・θ＋
＋、Ｌ＋２・θ２＋Ｃ２・θ２＋Ｇ２−（ｉｉｉ）但し
、θｌは角加速度、θ１は角速度、ｃｌは粘性抵抗とモ
ータの逆起電力係数とを加算した値である。

一方、前記作業用ハンド（Ｈ）のアプローチ開始位置か
らの移動距離（σ）、及び、仰角（η）は、前記第１、
第２アーム（８ｂ）、　（８ｃ）夫々の長さ（八）と、
前記作業用ハント（１１）の長さ（Ｂ）と、前記第１ア
ーム（８ｂ）の鉛直方向に対する揺動角（θ１）と、前
記第２アーム（８ｃ）の前記第１アーム（８ｂ）に対す
る揺動角（θ２）とから、下記（ｉｖ）、（ｖ）式に基
づいて、夫々求めることができる。

σ−２Ａ−ｓｉｎ（θ２／２）　＋８　−−（ｉｖ）η
−θ２／２−θ１　　　　　・・・・（ｖ）但し、前記
仰角（η）は、その変化が小さいので、上記（ｖ）式を
皿回微分することにより、前記加速度（θ１）は、θ１
−θ２／２　とすることができる。

従って、設定時間（△ｔ）後の前記第１、第２アーム（
８ａ）、　（８ｃ）の目標揺動角（θ１）は、角速度下
記（Ｖｌ）式にて求めることができる。

θ１−θ１ｏ＋（θ１＋θｉ［＋）・△ｔ／２・・・・
・（ｖｉ）但し、 θｉ＝（θｔｏ十〇／［：）ｅｘｐ（Ｃ△ｔ／Ｊ）　−
１’ｌ／Ｃθｉ　＝−Ｃ／、Ｊ’　（θ、　ｏ十〇／Ｃ
）　ｅｘｐ　（−△ｔ／Ｊ）Ｄ＝Ｇ＋　−Ｄｕｔｙ。

Ｃ＝Ｃ＋ Ｊ＝Ｊ工。／　２　＋　Ｊ　＋　２ である。

尚、θ、。は初期値である。

つまり、前記目標駆動量（Ｄｕｔｙ＋）、　（Ｄｕｔｙ
２）の夫々は、前記設定時間（△ｔ）の前後における目
標位置の差分に基づいて、上記（ｉ）乃至（Ｖｌ）式を
用いて求めることができるのである。

但し、第２図（イ）、　（！’ｌ）　に示すように、駆
動開始後、停止指令が与えられるまで、前記第１、第２
アーム（８ｂ）、　（８ｃ）の夫々が等角速度で揺動さ
れろようにするために、前記角速度（θ工）の値を一定
とし、そして、目標位置の差分が等角度間隔となるよう
に設定しである。尚、第２図（イ）は、前進時における
前記設定時間（△ｔ）毎の目標駆動量、前記作業用ハン
ド（１］）の移動距離（σ）、及び、前記角速度（θ］
）夫々の関係を示し、同図（ロ）は、後進時における関
係を示すものである。

次に、第４図に示すフローチャートに基づいて、前記制
御装置（１７）の動作を説明しながら、前記作業用ハン
ト’（Ｈ）を収穫対象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説明する。

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）　に
対応した特定色領域（Ｆｌ）と、その特定色領域（Ｆｌ
）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５図参照）。

そして、前記設定領域（Ｆ２）の大きさに基づいて、大
きさが最も大きいものを抽出して、その重心（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（Ｉｔン　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。

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（Ｆｌ）内において明るさが設定値以上となる設定領
域（Ｆ２）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作動して、収穫対象果実（Ｉ’）　に
対して設定距離内に接近したことを検出するまで、前記
揺動用電動モータ（９ｂ）及び前記伸縮用電動モータ（
９ｃ）の単位時間当たりの目標駆動量（Ｄｕｔｙ＋）、
　（Ｄｕｔｙ２）の夫々を、前記設定時間（△ｔ）毎に
成約ると共に、その求めた駆動量で前記各電動モータ（
９ｂ）、　（９ｃ）の夫々を駆動するように、前記サー
ボコントローラ（１Ｂ）に対して指令を与えて、前記作
業用ハンド（Ｈ）を収穫対象果実に向けて直線移動させ
ることになる。

前記近接センサ（Ｓ２）がＯＮ作動して収穫対象果実に
対して設定距離内に接近したこと検出するに伴って、前
記バキュームパッド（１０）の吸弓作動を開始して、収
穫作動させることになる。

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（１１）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、その撮像情報を画像処理して、前
記作業用ハンド（Ｈ）のアプローチ方向を再決定して、
前記アーム（８）の伸縮方向を修正させた後、再アプロ
ーチさせるようにしである。

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。

適正通りに果実（Ｆ）を収穫できた場合には、アプロー
チ開始位置まで戻して、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、前記アブロチ開始位置に
おいて最初に撮像した画像情報から抽出した特定色領域
（Ｆｌ）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）（Ｉｔ
）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、再アプローチさせた場合において
も収穫を失敗する場合があるが、その場合には、再撮像
処理を行うことなく、アプローチ開始位置まで戻すこと
になる。

前記特定色領域（Ｆｌ）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（Ｓｌ）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（Ｓｌ）にて撮像された現画像（第５
図（イ）参照）から、前記果実（Ｆ）の色に対応する特
定色領域（Ｐｌ）を抽出した２値化画像（第５図（ロ）
参照）を得るようにしである。

そして、最初の画像処理においては、前記イメージセン
サ（Ｓｌ）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（Ｆｌ）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
上において位置する方向を、前記果実（Ｆ）の位置情報
として求めることになる。

但し、第５図（ハ）にも示すように、一つの特定色領域
（Ｆｌ）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
、大きさが犬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。

Ｃ別実施例〕 次に、前記目標駆動量演算手段（１００）の別実施例に
ついて説明する。

すなわち、アーム全体を縮めた状態からアムを伸ばして
前記作業用ハンド（Ｈ）を重力に抗する方向に突出させ
る場合（前進時）には、前記第２アーム（８ｃ）が前記
第１アーム（８ｂ）の先端部に取り付けられ、且つ、そ
の第２アーム（８ｃ）を重力に抗する方向に揺動させる
ことになるために、前記伸縮用電動モータ（９ｃ）に対
する負荷のほうが前記揺動用電動モータ（９ｂ）に対す
る負荷よりも大となり、一方、アーム全体を伸ばした状
態からアームを縮めて作業用ハンド（１４）を引退させ
る場合（後退時）には、前記第１アーム（８ｂ）を重力
に抗する方向に揺動させることになるために、前記揺動
用電動モータ（９ｂ）に対する負荷のほうが前記伸縮用
電動モータ（９ｃ）に対する負荷よりも大となる。

つまり、伸縮作動の間は、何れか一方の電動モーフに対
する負荷は、他方の電動モータに対する負荷よりも軽い
状態となることから、その負荷が人なる側の電動モータ
に対する目標駆動量が極力人となるようにして、負荷が
小なる側の電動モーフに対する目標駆動量を制御するよ
うにすると、駆動エネルギーを有効利用できるので、全
体としての前記作業用ハンド（Ｈ）　の移動速度を高速
化できるのである。

但し、ハンド後退時においては、その移動経路の途中か
ら、前記用電動モーク（９ｂ）、　（９ｃ）　に対する
負荷の大小の関係が逆転する状態となるので、負荷の大
小が逆転する時点から、目標駆動量を一定値に設定する
側の電動モータを切り換えるようにしである。

説明を加えれば、第８図（イ）、　（ロ）及び第９図に
示すように、負荷が大なる側の電動モータの目標駆動量
、ずなわち、前記ＰＷＭ変調（ごおけるデユーティ比の
値を、所定値としての９０％に設定すると共に、負荷が
小なる側の電動モータに対する目標駆動量を、前記（１
）乃至（ｖｉ）式に基づいて、設定時間（△ｔ）毎に求
めるこよになる。

但し、前記作業用ハンド（）Ｉ）を後退させる時には、
前述の如く、移動経路の途中から負荷が大となる側の電
動モーフが入れ換わるので、前記両目標駆動量（Ｄｕｔ
ｙ＋）、　（Ｄｕｔｙ２）を求める毎に、その大小を比
較して、大なる値となる側を前記所定値（９０％）に設
定するようにしである。

尚、前記目標駆動量を所定値に設定する際に、駆動可能
な最大値（１００％）ではなく、９０％に設定している
のは、前記サーボコントローラ（１８）によるフィード
バック制御のための制御マージンを確保するためである
。

又、上記実施例では、果実（Ｆ）の位置情報として、特
定色領域（Ｆｌ）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（Ｆｌ）内における明
るさが最大となる領域や、前記特定色領域（Ｆｌ）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、収穫機以外の各種作業機にも
適用できるものであって、目標位置に向けて作業用ハン
ドを直線状の設定軌跡に沿って移動させるように多関節
型アームの伸縮を制御する各種の装置に適用できる。そ
して、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多関節型アームの伸縮制御装置の実
施例を示し、第１図は多関節型アームの概略側面図、第
２図（イ）、（ロ）はアクチュエータの目標駆動量、作
業用ハンドの移動量の変化、及び、アームの揺動角速度
大々の関係を示す図面、第３図は制御構成のブロック図
、第４図は制御作動のフローチャート、第５図（イ）乃
至（ハ）は画像処理の説明図、第６図は作業用ノ＼ンド
の概略構成を示す断面図、第７図は作業機の全体側面図
、第８図（イ）、（０）　は別実施例におけるアクチュ
エータの目標駆動量と揺動角速度と作業用ハンドの移動
量の関係を示す図面、第９図は別実施例における目標駆
動量演算処理のフローチャートである。第１０図は従来
例の説明図である。 （）Ｉン・・・・・・作業用ハンド、（８ｂ）・・・・
・第１アーム、（８ｃ）・・・・第２アーム、（９１］
）・・・・・・第１アクチュエータ、（９ｃ）・・・・
・・第２アクチュエータ、　（１００）・目標駆動量演
算手段、（１０１）・・・・・・駆動手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１アクチュエータ（９ｂ）によって上下揺動駆動
   自在な第１アーム（８ｂ）が設けられ、先端部に作業用
   ハンド（Ｈ）を備えた第２アーム（８ｃ）が、前記第１
   アーム（８ｂ）の先端部に対して第２アクチュエータ（
   ９ｃ）によって上下揺動駆動自在に枢支され、前記作業
   用ハンド（Ｈ）を直線状の設定軌跡に沿って移動させる
   ように、前記第１アクチュエータ（９ｂ）及び前記第２
   アクチュエータ（９ｃ）夫々に対する単位時間当たりの
   目標駆動量を設定時間毎に求める目標駆動量演算手段（
   １００）と、その目標駆動量演算手段（１００）にて求
   められた目標駆動量で前記第１アクチュエータ（９ｂ）
   及び前記第２アクチュエータ（９ｃ）の夫々を駆動する
   駆動手段（１０１）とが設けられている多関節型アーム
   の伸縮制御装置であって、前記目標駆動量演算手段 （１００）は、前記第１アーム（８ｂ）及び前記第２ア
   ーム（８ｃ）の夫々を等角速度で揺動させるように、前
   記第１アクチュエータ（９ｂ）及び前記第２アクチュエ
   ータ（９ｃ）夫々の目標駆動量を求めるように構成され
   ている多関節型アームの伸縮制御装置。 ２、第１アクチュエータ（９ｂ）によって上下揺動駆動
   自在な第１アーム（８ｂ）が設けられ、先端部に作業用
   ハンド（Ｈ）を備えた第２アーム（８ｃ）が、前記第１
   アーム（８ｂ）の先端部に対して第２アクチュエータ（
   ９ｃ）によって上下揺動駆動自在に枢支され、前記作業
   用ハンド（Ｈ）を直線状の設定軌跡に沿って移動させる
   ように、前記第１アクチュエータ（９ｂ）及び前記第２
   アクチュエータ（９ｃ）夫々に対する単位時間当たりの
   目標駆動量を設定時間毎に求める目標駆動量演算手段（
   １００）と、その目標駆動量演算手段（１００）にて求
   められた目標駆動量で前記第１アクチュエータ（９ｂ）
   及び前記第２アクチュエータ（９ｃ）の夫々を駆動する
   駆動手段（１０１）とが設けられている多関節型アーム
   の伸縮制御装置であって、前記目標駆動量演算手段 （１００）は、前記第１アーム（８ｂ）及び前記第２ア
   ーム（８ｃ）のうちの駆動負荷が大なる一方側のアーム
   のアクチュエータ（９ｂ又は９ｃ）に対する目標駆動量
   を所定の値に設定して、他方側のアームのアクチュエー
   タ（９ｃ又は９ｂ）の目標駆動量を求めるように構成さ
   れている多関節型アームの伸縮制御装置。