JPH07246015A - 果菜類の収穫用マニピュレータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 果菜類の収穫作業を効率良く実行する 【構成】 走行機体１の支柱２に沿って上下動し、且つ
左右首振り、上下首振り可能で進退フレーム１２が進退
移動可能に構成された収穫用マニピュレータ３に取り付
けられた収穫ハンド体４が、先端に吸引部３０を備え、
内部を果菜類の搬送通路に形成した筒体３１と、該筒体
３１に連設した果菜類の一時貯留部３２とにより構成さ
れている。一時貯留部３２には、筒体３１の基部との連
設部に接近させて吸引用通気管３３を接続する。収穫ハ
ンド体４の先端吸引部３０を果菜類Ｋに接近させた状態
で、吸引用通気管３３に負圧を発生させると、吸引部３
０にて果菜類を吸引し、筒体３１の搬送通路を介して一
時貯留部３２に果菜類を一定量貯留させることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ミニリンゴ、ミニトマ
ト、さくらんぼ等の略球状の果菜類を収穫するためのハ
ンド装置に係り、より詳しくは、自走式収穫用ロボット
等に装着した真空式の収穫用マニピュレータ装置の構造
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の真空吸引式の果菜類収穫用マニ
ピュレータの先行技術として、例えば特開平５−８５１
２８号公報には、真空装置に連通した筒の先端に吸引パ
ッドを設け、この筒を吸引パッドが前進した捕捉位置と
後退した柄切断位置とに進退動可能に設け、前記筒の外
周部には、果菜類の柄を切断するためのカッタと、前端
が果菜類通過用に開口したカバー体とを備え、このカバ
ー体の下方には、柄を切断した果菜類を一旦支持する捕
捉部ケースと、外部下方の収納用駕籠に導くとき開放す
るシャッタとを備えた構成を提案している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成によれば、前記カバー体内に１つの果菜類が取
り込まれれば、収穫用マニピュレータを作動させて、カ
バー体の下方が収納用駕籠等の収納部の上方まで来るよ
うに移動させ、前記シャッタを開いて果菜類を一旦放出
した後、再度筒の先端の吸着パッドを果菜類に接近させ
るという動作を繰り返さなければならず、果菜類の収穫
作業効率が非常に悪いという問題がある。さりとて、前
記シャッタの下方に収納用駕籠を取付けした場合には、
当該収納用駕籠に果菜類が多量に収納されるとその分の
重量のため、移動させる荷重が大きくなって、マニピュ
レータの駆動手段に負荷が掛かり過ぎる等により、駆動
のためのアクチュエータの所要馬力を大きくしなければ
ならず、大型化を招き、また、マニピュレータの軽快な
動きを達成できないという問題があった。

【０００４】また、前記従来の構成に代えて、負圧によ
る吸引筒を進退動するマニピュレータに取り付けし、該
吸引筒の基端に可撓性を有する蛇腹管を連結して、この
蛇腹管を介して吸引された果菜類を走行機体に搭載した
収納駕籠に導く構成も考えられるが、マニピュレータの
姿勢変更に伴って前記蛇腹管も大きい範囲で動くことに
なり、マニピュレータの姿勢変更に制約があること、ま
た、この蛇腹管の中途部が屈折して詰まるという問題も
ある。

【０００５】本発明は、これらの問題を解決し、果菜類
の収穫作業効率を向上させるようにした収穫ハンド体を
備えた収穫用マニピュレータを提供することを第１の目
的とし、第２の目的はその場合の収穫ハンド体から果菜
類が逆流しないようにすることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、進退移動可能に構成された
収穫用マニピュレータに取り付けられた収穫ハンド体
が、先端に吸引部を備え、内部を果菜類の搬送通路に形
成した筒体と、該筒体に連設した果菜類の一時貯留部と
により構成され、該一時貯留部には、前記筒体との連設
部に接近させて吸引用通気管を接続したものである。

【０００７】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
果菜類の収穫用マニピュレータ装置において、前記筒体
と一時貯留部との連設部には、一時貯留部側に溜まった
果菜類が筒体方向に逆流するのを防止するための逆流防
止体を一時貯留部内に向かって突設させたことを特徴と
するものである。

【０００８】

【実施例】次に、本発明を具体化した実施例について説
明する。図１は本発明のマニピュレータを備えた自走式
の収穫用ロボットの正面図、図２は側面図である。収穫
用ロボットは、その走行機体１の上面に突出する回転可
能な支柱２に収穫用マニピュレータ３を昇降及び上下揺
動可能に装着し、該収穫等用マニピュレータ３の先端部
寄り部位に収穫ハンド体４を取付けしたものにて構成さ
れ、視覚センサ４０にて果菜類Ｋの存在箇所を認識し、
コンピュータ等の制御手段４１にて収穫用マニピュレー
タ３及び収穫ハンド体４を作動させて果菜類Ｋを収穫ハ
ンド体４に取り込むように制御される構成である。

【０００９】走行機体１内に図示しないバッテリ及び電
動モータを備えて、これにより走行車輪５を駆動させ
る。また、左右旋回用電動モータ６からの動力をベルト
と遊星歯車等からなる減速機構７を介して、前記支柱２
をその軸線（縦軸線）回りに回転させるように伝達す
る。収穫用マニピュレータ３が取付く本体フレーム８は
支柱２におけるボールネジ部に螺合され、昇降可能に装
着され、支柱２の上端に設けた昇降用電動モータ９によ
り本体フレーム８を昇降動させる。なお、昇降用電動モ
ータ９の電源ＯＦＦ時に収穫用マニピュレータ３が自重
にて自然落下することがあり得るので、支柱２には下限
リミットスイッチより下方にストッパーを設けることが
好ましい。また、支柱２に対して本体フレーム８はその
回動軸８ａ（図４参照）回りに上下回動可能に構成され
ている。そして、本体フレーム８と一体的な収穫用マニ
ピュレータ３の上下揺動は、上下揺動用電動モータ１０
からの動力を遊星歯車等からなる減速機構１１を介して
実行される。左右旋回用電動モータ６、昇降用電動モー
タ９及び上下揺動用電動モータ１０は各々定格出力１０
０Ｗで定格回転数３０００ｒｐｍの交流サーボモータで
あり、正逆回転可能なものである。

【００１０】これらの構成により、後述する収穫用マニ
ピュレータ３における進退フレーム１２の位置、ひいて
は収穫ハンド体４の位置が上下し、また収穫ハンド体４
の先端の向きが左右及び上下に変更することができる。
換言すると、走行機体１が位置停止状態であっても、収
穫ハンド体４を３次元的に姿勢変更させることができる
ように構成されている。

【００１１】収穫用マニピュレータ３は本体フレーム８
に対して進退動し、且つこれに対して収穫ハンド体４を
迅速に進退動させるように構成されたものであり、その
１実施例を図３〜図７を参照しながら説明する。進退フ
レーム１２の長手方向に沿って配置される左右一対のタ
イミングベルト１３，１４を、進退フレーム１２の前後
端部の支軸１５，１６にそれぞれ単独にて回転可能に支
持されたプーリ１７ａ，１７ｂ及びプーリ１８ａ，１８
ｂに巻掛けてあり、進退フレーム１２の長手方向中途部
は本体フレーム８から突出するブラケット部２０，２０
に摺動自在に支持されている。

【００１２】そして、一方のタイミングベルト１３の下
辺側の一部を固定片２１を介して進退フレーム１２の下
面における前後中途部に固定し、このタイミングベルト
１３の進退フレーム１２より上側辺部において、本体フ
レーム８に搭載した正逆回転可能な伸縮用駆動モータ２
２から減速機構２３を介して回転する駆動プーリ２４に
巻掛けられ、且つ一対のアイドラプーリ２５，２５にて
押えられている。他方のタイミングベルト１４の上辺側
の一部が固定片２６を介して進退フレーム１２の上面側
において固定されており、このタイミングベルト１４の
下辺側に連結片２７を介して前記収穫ハンド体４の取付
けブラケット２８に連結する。また、この取付けブラケ
ット２８は前記進退フレーム１２の下面のレール部１２
ａに対して摺動自在に吊支されている。

【００１３】この構成により、図３及び図７において、
駆動プーリ２４が矢印Ａ方向に回転（正回転、図３の時
計回り方向回転）すると、一方のタイミングベルト１３
は進退フレーム１２の下面側に固定されているから、こ
のタイミングベルト１３の矢印Ａ′方向の動きに応じて
進退フレーム１２が矢印Ａ′方向に速度Ｖにて前進す
る。このとき、他方のタイミングベルト１４はその上辺
側にて本体フレーム８におけるブラケット部２０等に固
定され、且つタイミングベルト１４は前記タイミングベ
ルト１３とは別個に回転し得るから、当該タイミングベ
ルト１４のプーリ１８ａ，１８ｂが逆回転（図３の反時
計回り方向回転）し、このタイミングベルト１４の上辺
側は矢印Ｂ方向に移動することになる。

【００１４】これにより、タイミングベルト１４の下辺
側の連結片２７ひいては収穫ハンド体４の取付けブラケ
ット２８は進退フレーム１２に対して速度Ｖにて矢印
Ａ′方向に前進する。従って、前記収穫ハンド体４は進
退フレーム１２の前進速度Ｖに対して倍の速度２Ｖにて
前進することになる。換言すれば、収穫ハンド体４は進
退フレーム１２の移動距離Ｌの２倍の距離の距離２Ｌだ
け移動するので、収穫用マニピュレータ３を小型化した
状態で、収穫ハンド体４を長い距離を進退動させること
ができる。

【００１５】次に、収穫ハンド体４の構造について、図
８〜図１１を参照しながら説明する。収穫ハンド体４
は、先端に後述する吸引部３０を備え、内部を果菜類Ｋ
の搬送通路３１ａに形成した断面円筒状の筒体３１と、
該筒体３１に連設した果菜類Ｋの一時貯留部３２とによ
り構成され、該一時貯留部３２には、前記筒体３１との
連設部に接近させて吸引用通気管３３を接続し、この吸
引用通気管３３の他端は走行機体１上の吸引ブロワー３
４に連結され、一時貯留部３２に負圧（真空）を発生さ
せるように構成している。この場合、前記筒体３１の長
手軸線と進退フレーム１２の長手軸線とが平行状であっ
て、前記収穫用マニピュレータ３の進退フレーム１２が
略水平状態に保持された姿勢にて一時貯留部３２はその
下端側が下向き傾斜する傾斜角度θにて筒体３１に対し
て連設されている。筒体３１及び一時貯留部３２は透明
等の合成樹脂材が好ましい。

【００１６】そして、一時貯留部３２の下端は蝶番を介
して蓋体３５にて普段は閉止されており、この蓋体３５
は電磁ソレノイドなどの開閉アクチュエータ３６及び連
動機構３７により開閉できる構成であり、一時貯留部３
２に果菜類Ｋが一定量蓄積されると、当該一時貯留部３
２に設けた投光部３８ａと受光部３８ｂとからなる光透
過式センサ等の貯留センサ３８にて検出し、開閉アクチ
ュエータ３６を作動させて蓋体３５を開き、一時貯留部
３２内の果菜類Ｋを下方の漏斗状の受け樋４２に放出す
る。この受け樋４２は可撓性あるホース４３に連結さ
れ、該ホース４３内を落下した果菜類Ｋは走行機体１上
の収納駕籠４４に蓄積される。前記貯留センサ３８に代
えて、前記筒体３１に設けた光反射式センサによる計数
検出器３９にて果菜類Ｋの通過個数をカウントし、一定
数値になれば前記蓋体３５を開いて収納駕籠４４に果菜
類Ｋを放出させるようにしても良い。

【００１７】このように構成することにより、後述する
吸引部３０にてもぎ取った果菜類Ｋを筒体３１を介して
一時貯留部３２内に迅速に収穫することができる。ま
た、筒体３１を短くし、果菜類Ｋの搬送通路３１ａの長
さを短くすれば、その搬送通路３１ａを移動中に果菜類
Ｋが傷む危険性が少なくなり、収穫物の商品価値を損な
うことがない。さらに、一時貯留部３２内に一定以上の
果菜類Ｋを蓄積させないから、収穫ハンド体４全体の重
量がさほど大きくならず、収穫用マニピュレータ３の駆
動力（負荷）を大きくする必要がないから、左右旋回用
電動モータ６、昇降用電動モータ９及び上下揺動用電動
モータ１０等の駆動手段並びに収穫用マニピュレータ３
を小型化できて収穫用ロボット全体を小型化することが
できるという顕著な効果を奏する。

【００１８】また、前記筒体３１の軸線に対して一時貯
留部３２を図８の如く斜めに連設すれば、直角方向に一
時貯留部３２を連設する場合に比べて、筒体３１から一
時貯留部３２に転げ落ちる果菜類Ｋの落下衝撃を少なく
できて、果菜類Ｋの傷つきを少なくすることができる。
そして、前記筒体３１と一時貯留部３２との連設部に
は、当該一時貯留部３２の下側部位３２ａが略水平状ま
たは筒体３１方向に向かって下向きになるとき、一時貯
留部３２側に溜まった果菜類Ｋが筒体３１方向に逆流す
るのを防止するための逆流防止体４５を設ける。その１
実施例として、図８に示すように、筒体３１の基部下片
側を一時貯留部３２内に適宜長さだけ突出させることに
より実現させることができる。この場合、前記逆流防止
体４５の下面側と吸引用通気管３３の接続口４６（連通
口）とを接近させることより、一時貯留部３２の下側部
位３２ａに沿って転がる果菜類Ｋが前記逆流防止体４５
に先に当接して、接続口４６との間に隙間空間を積極的
に形成させて、果菜類Ｋで接続口４６を塞がないように
することが好ましい。この接続口４６は図９に示すよう
に、一時貯留部３２の片側側面で、且つ逆流防止体４５
より下方に開口するようにしても良いのである。なお、
前記逆流防止体４５が固い材料で形成されている場合、
この縁に果菜類Ｋが衝突して傷付けないように、スポン
ジ材等の保護部材（図示せず）を逆流防止体４５の縁に
沿設しておくことが好ましい。

【００１９】次に、図１０及び図１１を参照しながら、
前記筒体３１の先端における吸引部３０の構成について
説明する。筒体３１の先端には、蝶番５０を介して拡狭
開閉する３つのくちばし片５１を先窄まり状に設ける。
なお、この各蝶番５０にはねじりばね（図示せず）を介
挿してくちばし片５１が閉じる方向に付勢されている。
この３つのくちばし片５１を一斉に開閉するための駆動
手段は、電磁ソレノイド等のアクチュエータ５３と、リ
ンク機構５４とからなり、リンク機構５４におけるリン
グ状の連結体５５を筒体３１の外周に遊嵌させ、この連
結体５５と各くちばし片５１の基端部位とをワイヤ５６
にて各々連結する一方、連結体５５の左右両側のピン５
７，５７を、筒体３１の外面一側（実施例では下側）の
枢支ブラケット５８に回動自在に軸５９支持された対の
連動杆６０，６０の長溝６１に嵌挿し、前記軸５９に固
着したアーム６２の取り付け軸６３を前記アクチュエー
タ５３の進退動する作動ピン５３ａに装着する。この場
合、くちばし片５１は２つ割りのものでも良い。

【００２０】これにより、アクチュエータ５３をＯＮ作
動させて作動ピン５３ａを突出動させると、アーム６２
を介して両連動杆６０の自由端側が筒体３１の先端から
後退動するように回動し、各々のワイヤ５６を介してく
ちばし片５１を、その先端側が半径外方向に離れるよう
に開く（図１０の二点鎖線状態参照）。アクチュエータ
５３をＯＦＦ作動させて作動ピン５３ａを後退させる
と、前記と反対にリング状の連結体５５は前進し、各蝶
番５０箇所の付勢ばねの力にて、３つのくちばし片５１
の先端側側面が合わさって、截頭円錐状となるように窄
まる。この状態では、３のくちばし片５１の先端側の開
口部面積は果菜類Ｋの直径よりやや小さく、前記吸引ブ
ロワー３４の作動にて筒体３１内が負圧（真空）になる
と、その負圧作用にて３のくちばし片５１の先端側の開
口部に果菜類Ｋが吸引されるのである。

【００２１】従って、詳述しないが、走行機体１に搭載
した視覚センサ４０により、図１に示すような畑の畝に
栽培されたミニトマト等の果菜類Ｋの存在箇所（３次元
の座標位置）を検出し、これに基づいて前記収穫用マニ
ピュレータ３を昇降させ、左右首振り、上下首振りさせ
て、次いで、進退フレーム１２を前進させて収穫ハンド
体４の先端である吸引部３０に果菜類Ｋを吸着させる。
このとき、進退フレーム１２の前進速度は、吸引部３０
が果菜類Ｋに接近する適宜手前まで高速であり、果菜類
Ｋの直前の適宜距離区間は低速にて接近させることで、
吸引部３０が果菜類Ｋに衝突して果菜類Ｋの果房が揺れ
動いて後述の吸引作業のミスを無くすることが好まし
い。

【００２２】図１０に示すように、筒体３１の下部側に
設けたロータリ電磁ソレノイド６４により上下回動する
支持杆６５の先端部にて前記果菜類Ｋを落下しないよう
に支持することが好ましい。次いで、このように果菜類
Ｋが吸引された状態で、３つのくちばし片５１の先端を
若干開いて、果菜類Ｋを複数のくちばし片５１の先端側
内部に囲むように吸引する。この状態では果菜類Ｋにお
ける果梗部分は茎に接続したままであり、離脱できな
い。従って、この状態で収穫用マニピュレータ３の先端
側を上下に首振りさせると、前記果菜類Ｋにおける果梗
部分が茎から離脱でき、その後は前記筒体３１内及び一
時貯留部３２の負圧力にて一時貯留部３２へと搬送する
のである。

【００２３】なお、前記複数のくちばし片５１の開閉隙
間に前記果菜類Ｋにおける果梗部分が引っ掛かると、そ
の後の収穫作業に支障を来すので、くちばし片５１の先
端部に光透過式センサ６６を設置し、くちばし片５１の
先端部内に果菜類Ｋが一定時間以上滞留したと判別する
と、前記吸引ブロワー３４の高圧吐出空気を吸引用通気
管３３に逆流させ、くちばし片５１先端部内側に引っ掛
かった果菜類Ｋを外に放出ことが好ましい。

【００２４】なお、符号６７は収穫ハンド体４における
アクチュエータ３６や電磁ソレノイド６４、センサ３
８，６６や計数検出器３９等に接続する信号線や電気動
力線等のためのフラットケーブル等の屈曲自在なコード
であり、符号６８は前記視覚センサ４０でのレーザ光線
発生回路及び走査制御のためのコントローラである。本
発明において収穫用マニピュレータ３は、２対のタイミ
ングベルトにて進退フレーム１２が進退動する構成を採
用したが、他のアクチュエータにて進退動するアームの
構成であっても良い。

【００２５】

【発明の作用・効果】以上に詳述したように、請求項１
記載の発明は、進退移動可能に構成された収穫用マニピ
ュレータに取り付けられた収穫ハンド体が、先端に吸引
部を備え、内部を果菜類の搬送通路に形成した筒体と、
該筒体に連設した果菜類の一時貯留部とにより構成さ
れ、該一時貯留部には、前記筒体との連設部に接近させ
て吸引用通気管を接続したものであるから、収穫ハンド
体の先端吸引部を果菜類に接近させた状態で、吸引用通
気管に負圧を発生させると、前記吸引部にて果菜類を吸
引し、筒体の搬送通路を介して一時貯留部に果菜類を一
定量貯留させることができる。従って、従来のように収
穫ハンド体で果菜類を吸着させてもぎ取ると、すぐに別
の収納部に果菜類を放出する収穫作業に比べて収穫作業
を効率良く実行することができる。

【００２６】そして、一時貯留部に果菜類を一定量貯留
すると、外部に果菜類を放出して空にするので、収穫ハ
ンド体の全体重量がそれほど大きくならず、収穫用マニ
ピュレータ装置もコンパクトに形成して、収穫ハンド体
を迅速に移動させることができるという効果を奏する。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の果菜類の
収穫用マニピュレータ装置において、前記筒体と一時貯
留部との連設部には、一時貯留部側に溜まった果菜類が
筒体方向に逆流するのを防止するための逆流防止体を一
時貯留部内に向かって突設させたものであるから、収穫
用マニピュレータの移動に伴って収穫ハンド体の姿勢が
変動し、一時貯留部側が筒体より上方となる姿勢を取る
ときにも、前記逆流防止体により、一旦一時貯留部側に
溜まった果菜類が筒体方向に逆流しないのであるから、
果菜類の収穫作業を連続的に実行でき、その作業効率を
飛躍的に向上させることができるという効果を奏するの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】収穫用ロボットの正面図である。

【図２】収穫用ロボットの側面図である。

【図３】収穫用マニピュレータの概略平面図である。

【図４】収穫用マニピュレータの概略側面図である。

【図５】図３のＶ−Ｖ線矢視一部切欠き断面図である。

【図６】図３のVI−VI線矢視一部切欠き断面図である。

【図７】進退フレームの移動作用説明図である。

【図８】収穫ハンド体の側断面図である。

【図９】図８のIX−IX線矢視図である。

【図１０】吸引部の側面図である。

【図１１】吸引部の正面図である。

【符号の説明】

１ 走行機体 ２ 支柱 ３ 収穫用マニピュレータ ４ 収穫ハンド体 １２ 進退フレーム １３，１４ タイミングベルト ３０ 吸引部 ３１ 筒体 ３２ 一時貯留部 ３３ 吸引用通気管 ３４ 吸引ブロワー ３５ 蓋体 ３６ 開閉アクチュエータ ３７ 連動機構 ４０ 視覚センサ ４１ 制御手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 進退移動可能に構成された収穫用マニピ
   ュレータに取り付けられた収穫ハンド体が、先端に吸引
   部を備え、内部を果菜類の搬送通路に形成した筒体と、
   該筒体に連設した果菜類の一時貯留部とにより構成さ
   れ、該一時貯留部には、前記筒体との連設部に接近させ
   て吸引用通気管を接続したことを特徴とする果菜類の収
   穫用マニピュレータ装置。
2. 【請求項２】 前記筒体と一時貯留部との連設部には、
   一時貯留部側に溜まった果菜類が筒体方向に逆流するの
   を防止するための逆流防止体を一時貯留部内に向かって
   突設させたことを特徴とする請求項１記載の果菜類の収
   穫用マニピュレータ装置。