JPH0436836B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、主としてミカンやリンゴ等の果樹の
育成管理や収穫作業等に用いるための果菜類用作
業機、詳しくは、本機側の基枠に旋回自在に取り
付けられる支持枠と、複数個のアームとを備える
多関節型のマニプレータを備え、複数個のアーム
のうちの基端側アームを支持枠に揺動自在に取り
付け、複数個のアームを、基端側アームの揺動軸
芯方向に並置する状態で、隣り合うアームの端部
同士を基端側アームの揺動軸芯と平行な軸芯周り
で相対揺動自在に枢支連結し前記マニプレータを
作業対象の位置する方向に伸縮作動させるための
情報を検出する視覚装置を、その主光線が前記マ
ニプレータの伸縮方向に向かうように、前記マニ
プレータの基端側アームに取り付けた果菜類用作
業機に関する。

〔従来の技術〕

この種の果菜類用作業機においては、多関節型
マニプレータの先端側アームが基端側アームに対
して設定した姿勢となる位置に縮めた状態を初期
位置として、その状態において作業対象の位置す
る方向を視覚装置により探索して、先端側アーム
を、検出した作業対象の位置する方向に向かつて
直線的に伸縮させるようにしたものである。そし
て、マニプレータの伸縮方向に対する視覚装置の
向きのオフセツト量が大きくなると、視覚装置の
視野内に作業対象が見えているが、実際にはマニ
プレータの可動範囲外であつたり、マニプレータ
の伸縮軌跡上に障害物があつても、その障害物を
確認できなかつたりする不都合があるため、従来
では、マニプレータのアームやマニプレータ先端
に取り付ける作業用ハンド等が視覚装置の視野を
遮らないようにしながら、上記視覚装置を、マニ
プレータの基端側アームの旋回軸芯や揺動軸芯の
近傍にアームから外部に露出した状態で取り付け
て、視覚装置の主光線がマニプレータの伸縮方向
に向かうようにしながら、マニプレータの伸縮方
向と視覚装置の主光線とのオフセツト量が小さく
なるように、マニプレータの向き変更と視覚装置
の向き変更とを連動して行えるようにしてあつ
た。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記アームから外部に露出した
状態で視覚装置を取り付ける従来構成では、マニ
プレータの旋回軸芯や揺動軸芯に対する視覚装置
の主光線のオフセツト量を小さくするには限度が
ある。又、視覚装置が外部に露出しているため
に、マニプレータの旋回時や揺動時に、視覚装置
が多物に衝突して故障したりしないように、防護
カバーを設ける等の処置も必要となり、視覚装置
を取り付けたアームに対して視覚装置を揺動する
ための余分なモーメントが発生する不利もある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであ
つて、その目的は、マニプレータ誘導用の視覚装
置を、視線追従に好適で、且つ、コンパクトに設
けることができるようにすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による作業機の特徴構成は、前記視覚装
置を、前記主光線が前記マニプレータの旋回軸芯
及び揺動軸芯の交点を通過するように、前記視覚
装置を、前記マニプレータの基端側アームの内部
に設けてある点にあり、その作用並びに効果は以
下の通りである。

〔作用〕 すなわち、視覚装置の主光線がマニプレータの
旋回軸芯及揺動軸芯の交点を通過するように、視
覚装置をマニプレータの基端側アームの内部に設
けることにより、マニプレータの伸縮方向に対す
る視覚装置の主光線のオフセツト量を小さく、且
つ、マニプレータの向きに拘らず一定にしなが
ら、視覚装置を揺動するためのマニプレータの基
端側アームに対するモーメントを小さくできる。

〔発明の効果〕

従つて、マニプレータの向きに対する視覚装置
の視野向きの誤差を小さく、且つ、一定にできる
ので、視覚装置による作業対象の位置する方向の
検出情報に基づいてマニプレータの伸縮方向を求
める際の演算処理を簡素化できる。しかも、視覚
装置の向き変更を、マニプレータの向きを変更す
るアクチユエータに対する負荷が小さい状態で兼
用させることができる。

もつて、視覚装置の取り付け位置に簡単な改造
で、視覚装置を、視線追従に好適で、且つ、コン
パクトに設けることができるに至つた。更には、
視覚装置をマニプレータ内部に設けてあることか
ら、マニプレータが視覚装置のカバーを兼ね、マ
ニプレータの向き変更や誘導時に、視覚装置をマ
ニプレータ周囲にある他物に衝突させる虞れがな
いものにできる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

第２図に示すように、左右一対の車輪１，１前
後に備えた車体Ｖに、側面視がくの字形状のブー
ム２を、その基端部にて旋回並びに昇降自在に取
りつけると共に、その先端部に、このブーム２に
対して水平揺動自在な補助ブーム３を取りつけ、
更に、この補助ブーム３の先端部に、多関節型の
マニプレータ４を旋回自在に取りつけて、果菜類
用作業機としての果実収穫用の作業機を構成して
ある。尚、第２図中、Ｅは原動部である。

前記ブーム２を車体Ｖに対して旋回並びに昇降
自在に構成するに、前記ブーム２の基端部を、車
体Ｖの略中央部において縦軸芯Ｐ回りに回動自在
に立設された支持ポスト５の上端部に取り付ける
と共に、油圧シリンダ６にて横軸芯Ｑ回りに昇降
自在に取り付けてある。

前記ブーム２は、その中間部にて車体Ｖ下方に
向かつてくの字形状に屈曲形成したブーム本体２
ａと、そのくの字形状に屈曲形成した中間部にて
前記ブーム本体２ａに対して回動自在に軸支した
二つのロツド２ｂ，２ｃにて平行リンクを形成す
るようにしてあり、前記油圧シリンダ６による昇
降操作に拘らず、その先端部に取り付けた補助ブ
ーム３が水平に保たれるようにしてある。又、ブ
ーム２をくの字状に屈曲させることにより、その
下降時に車体Ｖ上部を迂回して、その先端部に取
り付けた補助ブーム３及びマニプレータ４を、地
上近くの非常に低い位置まで下降させることがで
きるようにしてある。尚、前記ブーム２の水平方
向での向き変更は、前記支持ポスト５の下部に設
けてあるブーム旋回用の第１モータM₁にて、前
記支持ポスト５を縦軸芯Ｐ回りに旋回させて行う
ようにしてある。

前記補助ブーム３は、補助ブーム３の上面側に
取り付けた第２モータM₂にて、前記ブーム２の
先端部に対して縦軸芯Ｒ回りに水平揺動自在に枢
支してある。そして、前記第１モータM₁による
ブーム２の向き変更と、前記第２モータM₂によ
る補助ブーム３のブーム２に対する向き変更を組
み合わせて、前記補助ブーム３の先端部に取りつ
けたマニプレータ４の水平方向での向きとそのア
プローチ開始位置を、車体Ｖ停止状態のままで変
更できるようにしてある。

前記多関節型のマニプレータ４を構成するに、
第１図及び第２図に示すように、マニプレータ支
持枠４ａを、本機側の機枠としての前記補助ブー
ム３の先端部にて縦軸芯Ｙ周りに旋回自在に取り
付けると共に、基端側アーム４ｂを、前記マニプ
レータ支持枠４ａの上端部において第１水平軸芯
X₁周りに揺動自在に枢支し、中間アーム４ｃを、
前記基端側アーム４ｂの先端部において第２水平
軸芯X₂周りに揺動自在に枢支し、そして、先端
側アーム４ｄを、前記中間アーム４ｃの先端部に
おいて第３水平軸芯X₃周りに揺動自在に枢支し
てある。更に、作業用ハンドＨを、前記先端側ア
ーム４ｄの先端部に固着してある。

そして、前記マニプレータ４の旋回駆動用アク
チユエータとしての第３モータM₃を、前記補助
ブーム３の上面側で、且つ、前記マニプレータ支
持枠４ａの後方側に取り付けると共に、この第３
モータM₃と前記マニプレータ支持枠４ａとを、
前記補助ブーム３の内部に設けた歯付きベルト７
にて連動連結して、前記マニプレータ支持枠４ａ
を縦軸芯Ｙ回りに旋回させることにより、前記マ
ニプレータ４つまり前記作業用ハンドＨの補助ブ
ーム３に対する水平方向の向き変更を行うように
構成してある。

又、前記基端側アーム４ｂを前記マニプレータ
支持枠４ａに対して上下揺動操作するメインモー
タM₄を、前記第１水平軸芯X₁上に位置する状態
で前記基端側アーム４ｂの基部近傍の横側箇所に
取り付けると共に、前記中間アーム４ｃ及び先端
側アーム４ｄを前記基端側アーム４ｂに対して揺
動操作するサブモータM₅を、前記メインモータ
M₄の上方に隣接させて前記基端側アーム４ｂの
横側箇所に取り付けてある。

そして、前記サブモータM₅と前記第２水平軸
芯X₂との間を、スプロケツトホイール８ａ，８
ｂ及びチエーン８ｃにて連動連結すると共に、前
記中間アーム４ｃと先端側アーム４ｄ夫々の揺動
軸芯である第２水平軸芯X₂及び第３水平軸芯X₃
を、スプロケツトホイール９ａ，９ｂ及びチエー
ン９ｃにて連動連結してある。

従つて、前記中間アーム４ｃは、前記サブモー
タM₅にて、前記第２水平軸芯X₂周りに揺動操作
され、それに伴つて、前記スプロケツトホイール
９ａ，９ｂに、前記チエーン９ｃを介して前記サ
ブモータM₅からの駆動力が伝達されて、前記先
端側アーム４ｄが、前記中間アーム４ｃに対して
相対的に逆方向に向けて連動して揺動されること
となる。つまり、一つのサブモータM₅にて、前
記基端側アーム４ｂに対する中間アーム４ｃ、先
端側アーム４ｄ、及び、先端側アーム４ｄに固着
した作業用ハンドＨの各上下揺動を協調作動させ
て、前記作業用ハンドＨを、前記メインモータ
M₄によるマニプレータ４の上下方向の向き設定
方向に向けて直線的に伸縮させるのである。

又、第１図及び第３図に示すように、作業対象
となる果実位置を探索するための視覚装置を構成
するビデオカメラ１０を、その主光線ｉが前記マ
ニプレータ支持枠４ａの旋回中心である縦軸芯Ｙ
と前記基端側アーム４ｂの揺動軸芯である第１水
平軸芯X₁の交点０を通過するように、前記基端
側アーム４ｂの基部の内部に格納してある。

又、前記マニプレータ支持枠４ａを、上方に向
かつてくの字状に屈曲形成して、前記第１水平軸
芯X₁の位置と補助ブーム３の上面とを近接させ
てあり、前記マニプレータ支持枠４ａの縦軸芯Ｙ
周りの旋回中心が、前記基端側アーム４ｂの旋回
中心つまり前記ビデオカメラ１０の縦方向の旋回
中心と一致するようにすると共に、前記ビデオカ
メラ１０の主光線位置並びに作業用ハンドＨの伸
縮開始位置が低くなるようにしてある。つまり、
前記ビデオカメラ１０の視野変更が、前記マニプ
レータ４の基端側アーム４ｂの向き変更に連動し
て行われると共に、その視野方向がマニプレータ
４の先端部に取り付けられた作業用ハンドＨの伸
縮方向を向くようにして、いわゆる視線追従式
に、作業用ハンドＨを低い位置から誘導できるよ
うにしてある。

従つて、作業対象果実が、前記ビデオカメラ１
０にて撮像された視野内にアプローチの邪魔にな
る枝や葉等の障害物があるか無いかを確認するだ
けで、マニプレータ４が作業対象に対してアプロ
ーチできるか否かを簡単に確認できる。

前記マニプレータ４の可動範囲について詳述す
れば、第２図〜第４図に示すように、側面視にお
いて前記マニプレータ４の基端側アーム４ｂと中
間アーム４ｃとが重なる状態まで先端側アーム４
ｄを引退させた状態を初期位置として、前記ブー
ム２の水平方向での向き、前記ブーム２に対する
補助ブーム３の向き、及び、前記補助ブーム３に
対するマニプレータ４の向きの、各水平方向での
向きを調整すると共に、前記ブーム２の昇降並び
に補助ブーム３に対するマニプレータ４の上下揺
動にて上下方向での向きを調整して、作業対象果
実に対する作業用ハンドＨのアプローチ開始位置
およびその方向が、作業対象果実の近傍にある枝
や葉等の障害物に邪魔されない方向となるよう
に、略作業対象果実とその果実が生つている果樹
Ｆの中心とを結ぶ線の方向に設定する。そして、
前記ビデオカメラ１０にてマニプレータ４の向い
ている方向の所定範囲の視野を撮像すると共に、
その撮像画像情報に基づいて前記マニプレータ４
を突出作動させる方向を演算した後、前記メイン
モータM₄及びサブモータM₅を協調作動させて、
その先端部に取り付けられた作業用ハンドＨを作
業対象果実に向けて直線的にアプローチさせるの
である。尚、この前記メインモータM₄及びサブ
モータM₅を協調作動させて、その先端部に取り
付けられた作業用ハンドＨを作業対象果実に向け
て直線的にアプローチさせる際に、作業用ハンド
Ｈの向きとビデオカメラ１０の向きが上下方向に
おいて異なる向きとなり、マニプレータ４が可動
中は、前記ビデオカメラ１０を使用できなくなる
が、上記マニプレータ４の向きとビデオカメラ１
０の向きを一致させた状態で、作業対象果実の位
置する方向を判別できるので、問題とはならな
い。

ところで、第３図に示すように、前記ビデオカ
メラ１０の主光線ｉは、前記縦軸芯Ｙと作業用ハ
ンドＨの伸縮方向ｈとの間の距離分を水平方向に
ずれた状態となるが、前記ビデオカメラ１０の回
動中心が、マニプレータ４の回動中心に一致して
いるので、そのオフセツト量Ｌは小さいものであ
り、且つ、マニプレータ４の向きに拘らず変動し
ないので、前記ビデオカメラ１０による撮像画像
情報の座標系から、マニプレータ４の座標系に変
換する際の演算を簡単に行えるので問題にはなら
ない。ちなみに、前記作業用ハンドＨを前記主光
線ｉに沿うようにいわゆる視線追従式に伸縮させ
る場合には、前記マニプレータ４を、前記縦軸芯
Ｙ周りに旋回させながら前方に向けて伸縮させ
て、その移動軌跡が前記主光線ｉに沿うように制
御することとなる。

〔別実施例〕

上記実施例では、作業用ハンドＨをビデオカメ
ラ１０の主光線ｉに沿つて伸縮させるに、マニプ
レータ４を、前記縦軸芯Ｙ周りに旋回させながら
前方に向けて伸縮させるようにした例について説
明したが、前記ビデオカメラ１０による作業対象
果実位置の方向に関する座標に、上記一定のオフ
セツト量Ｌを予め演算補正した座標方向に、マニ
プレータ４を直接突出させるようにしてもよい。
又、例えば、マニプレータ４全体を前記オフセツ
ト量Ｌに相当する距離分を水平方向にスライド移
動できるように構成して、作業用ハンドＨの伸縮
方向ｈを、前記主光線ｉに一致させた後、突出さ
せるようにしてもよく、あるいは、作業用ハンド
Ｈの伸縮方向ｈとビデオカメラ１０の主光線ｉと
を、予め上下方向に所定角度分をオフセツトさせ
て取り付け、ビデオカメラ１０による作業対象の
方向検出後、マニプレータ４を、上記オフセツト
した角度分揺動させて、作業用ハンドＨの移動軌
跡をビデオカメラ１０の主光線ｉに沿わせるよう
にしてもよく、マニプレータ４の伸縮作動手段や
ビデオカメラ１０の具体的な取り付けは各種変更
できる。尚、上記マニプレータ４の伸縮方向ｈを
ビデオカメラ１０の主光線ｉに一致させて伸縮さ
せるように構成した場合は、作業用ハンドＨをビ
デオカメラ１０の視野外に移動させることができ
るので、作業対象探索時に作業用ハンドＨが邪魔
にならないようにできる。

又、上記実施例においては、ブーム２を構成す
るに、側面視が略くの字形状に屈曲形成した例を
示したが、直線形状等、他の形状に形成してもよ
い。又、前記ブーム２は、平行リンクを構成しな
いものであつてもよい。

又、上記実施例では、サブモータM₅と中間ア
ーム４ｃ、及び、この中間アーム４ｃと先端側ア
ーム４ｄの夫々を連動連結するに、スプロケツト
ホイールとチエーンを用いた場合を例示したが、
歯付きベルトを用いたり、ギヤ伝動する等、その
伝動構成は各種変更できる。

又、上記実施例では、基端側アーム、中間アー
ム、及び、先端側アームの三つのアームにて多関
節型のマニプレータを構成した場合を例示した
が、アームの個数はマニプレータの使用目的や使
用箇所に応じて各種変更できる。

又、本発明は、上記実施例で示した果樹園にて
使用する果実収穫用作業機のみならず、その他の
各種果菜類用作業機にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る果菜類用作業機の実施例を
示し、第１図は視覚装置の配置を示すマニプレー
タ要部の一部切欠正面図、第２図は果菜類用作業
機全体の側面図、第３図はマニプレータの向きと
視覚装置の向きの関係を示す概略平面図、第４図
はマニプレータの可動状態を示す概略平面図であ
る。 ４……多関節型のマニプレータ、４ｂ……基端
側アーム、１０……視覚装置、ｉ……主光線、Ｙ
……旋回軸芯、X₁……揺動軸芯、０……交点。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 本機側の基枠３に旋回自在に取り付けられる
   支持枠４ａと、複数個のアーム４ｂ，４ｃ，４ｄ
   とを備える多関節型のマニプレータ４を備え、前
   記複数個のアーム４ｂ，４ｃ，４ｄのうちの基端
   側アーム４ｂを前記支持枠４ａに揺動自在に取り
   付け、前記複数個のアーム４ｂ，４ｃ，４ｄを、
   前記基端側アーム４ｂの揺動軸芯X1方向に並置
   する状態で、隣り合うアームの端部同士を前記基
   端側アーム４ｂの揺動軸芯X1と平行な軸芯X2，
   X3周りで相対揺動自在に枢支連結し、前記マニ
   プレータ４を作業対象の位置する方向に伸縮作動
   させるための情報を検出する視覚装置１０を、そ
   の主光線ｉが前記マニプレータ４の伸縮方向に向
   かうように、前記マニプレータ４の基端側アーム
   ４ｂに取り付けた果菜類用作業機であつて、前記
   主光線ｉが前記マニプレータ４の旋回軸芯Ｙ及び
   揺動軸芯X1の交点０を通過するように、前記視
   覚装置１０を、前記マニプレータ４の基端側アー
   ム４ｂの内部に設けてある果菜類用作業機。