JPS615718A - 果実収穫用ロボツトハンド - 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、アームの先端に連設した果実取入用ケースＫ
、突出作動に伴って果梗を所定位置に抑圧支持する果梗
押圧用部材を出退駆動自在に設けると共に、相対移動さ
れて切断作用する一対の刃体を備えた果梗切断カッタを
、前記所定位置の果梗に対する切断位置に突出作動させ
るべく出退駆動自在に前記ケース側に設けた果実収穫用
ロボットハンドであって、詳しくはカッタの果梗切断の
ための駆動構造の改良に関する。

〔従来技術〕

従来、上記果梗切断カッタの切断のための駆動は専用の
駆動装置によって行われるのが普通であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

又、上記ロボットハンドではアーム先端の果実取入用ケ
ースに果梗押圧用部材が出退可能に取付けられ果梗切断
用カッタも出退可能に取付けられるためアーム先端部の
構造が複雑になりやすく、重量も大きくなりやすい。　
そこで、部品数の低減の面からもアーム先端部の改良が
望まれていた。

又、果梗切断力′ツタに取付けられていた切断のための
駆動装置には、従来から電動モータ、エアーシリンダ等
が用いられているが、果梗切断には比較的大きな駆動力
を必要とするため、電動モータ、エアーシリンダ等が大
型化する問題があった。

本発明は上記実情に鑑みて為されたものであって、カッ
タの果梗切断のための駆動構造の改良で、構造簡単、か
つ、重量軽く、果梗切断が可能な駆動構造を一提供する
点に目的を有する。

〔問題を解決するための手段〕

本発明の特徴とするところは、前記カッタに対する出退
操作用駆動装置を、前記カッタを突出状態に維持させた
まま追加作動できるように、融通部を介して前記カッタ
に連係すると共に、前記一対の刃体に対して前記駆動装
置を前記追加作動により前記一対の刃体を相対移動操作
できるように連係する機構を設けである点にあり、その
作用及び効果は次の通りである。

〔作　用〕

つまり、上記の如く、カッタが突出状態のままで追加作
動できるよう融通部が設けられたことから、カッタ突出
状態までカッタを突出方向へ駆動した後もカッタの突出
状態を維持したままで駆動装置の駆動が行える。

父、このカッタの突出状態を維持したままでの駆動装置
の駆動によって、一対の刃体の相対移動操作が行えるこ
とから、カッタの出退操作用駆動装置によってカッタの
出退及びカッタの果梗切断が行える。

特に、果梗収穫時には駆動装置を駆動することによって
カッタの突出に引き続いてカッタの果梗切断のだめの作
動が行われるだめ、カッタの突出が完了する前にカッタ
の果梗切断のための作動が行われるという誤動作が階無
となる。

〔発明の効果〕

従って、カッタの出退操作用駆動装置とカッタとの間に
融通部を設け、”又、この融通の範囲内の駆動装置の駆
動によってカッタの果梗切断のための作動が行える構造
を設ける比較的簡単な構成で、一つの駆動装置によって
カッタの出退及びカッタの切断のための作動が誤動作を
生じることなく行え、駆動装置が一つで・済むため部品
数、重量が低減され、又、構造が簡単でコストの低下を
図れる果梗切断用駆動構造が提供されるに至った。

又、重量の低減が図れるためロボットハンドのアーム先
端部の重量バランスがとりやすく、ロボットハンドの動
作が軽快に行、えるようになる。

〔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７図に示すように、左右一対の推進車輪１１）、前後
一対の遊転輪（２）、及び、昇降自在なアウトリガ−（
３）の複数個を備えた車体に、電動モータ（４）によっ
て駆動回転自在な旋回台（６）を取付け、上下に昇降自
在なリフト装置囚を、旋回中心に位置させて旋回台（５
）に取付けると共に、・果実収穫用ロボットハンド０３
）を、リフト装置■の上端部に取付けて、果実収穫機を
構成しである。

前記リフト装置（４）は、電動モータ等によって回転駆
動されアーム（６）の基端部を昇降駆動するネジ部材（
７）と昇降軌跡のガイド部材（８）、（３）を備え、前
記ネジ部材（７）の正逆回転作動によりアームを昇降す
るよう構成しである。

第１図乃至第１７図に示すように果実収穫用ロボットハ
ンド（Ｂ）は、リフト装置“（４）に取付けら多関節ア
ーム（６）及びその先端に取付けられた果実取入用筒状
ケース（９）によって構成され、多関節アーム（６）は
リフト装置（４）に基端部を取付は九耐°／アーム（６
ａ）及びこれに連設する第２アーム（６ｂ）、第３アー
ム（６ｃ）で構成され、各アーム（６ｍ）　、　（６ｂ
）　、　（６ｃ）の駆動は制御装置（Ｃ）によって為さ
れ、又、−第３アーム（６ｃ）の上面にはテレビカメラ
９０１が取付けられ、このカメラ（１０）の撮影画像も
制御装置（Ｃ）に入力され、かつ、モニター（川゛に写
し出される。よう構成されている。

第３アーム（６ｃ）の先端にはアーム長手方向に沿う軸
心（Ｙ）周りに回動可能に二叉状支持枠（１２Ｊが取付
けられ、史にこの二叉状支持枠（１２１の二又伏部分に
は水平軸心α）周りに回動可能に前記果実取入用筒状ケ
ース（９）が取付けられ、軸心（Ｙ）８勺での回動は制
御装置（Ｃ）　Ｋよって駆動が制御される電動モータ峙
によって為され、かつ、このモータＯ＠には回転角を検
出するエンコーダ（図外）が装着され検出結果が制御装
置（Ｃ）に入力するよう構成され、又、軸心体）周りで
の回動も制御装置（Ｃ）によって駆動が制御される電動
モータ（１４）によってチェーン０ＩｌＯを介して為さ
れるよう構成されている。

果実収穫用筒状ケース（９）は底壁（９ｃ）を有すると
共に上方に向けて開口が形成され、この開口の周縁部に
は略垂直に起立した伸長状態と開口内方に向けて折れ曲
る状態とに作動可能に　っの指状部材（１６）・・が立
設され、この指状部材（−の先端には果実の接触を電気
的に検出するセンサＯη・・が取付られている。　この
指状部材（国は夫々が柔軟なゴム材で製作されると共に
加圧したエアーを供給することで屈折が為される。

前記ケース（９）の開口内縁にはケース（９）側に引退
する状態とケース内に導入された果実を上方から覆うよ
う突出する状態と按切換操作自在にｇつの果梗押圧用部
材０１１・・が並設され、更−に、ケース内に導入され
た果実と枝とを接続する柄状部分、いわゆる、果梗を切
断する円弧状カッタＯ窃がその両端部の支点層シでケー
スに対して出退自在に、かつ、果実収穫時には果梗押圧
用部材（国・・の外方に位置するよう配設されている。

果梗押圧用部材０８）・・、は夫々がケース退入時には
ケース（９）の開口内縁に沿うよう先端部から基端部ま
で滑かな円弧状に成形された弾性板状体で製作されてい
る。

そして、この果梗押圧用部材ｏ樽・・は下部の揺動軸心
ケ）で揺動することで夫々の出退が為され、突出時には
果梗押圧用部材（１樽・・の先端部間に果梗挿通用開口
（Ｓ）が小さく形成され、又、その形態が、カメラ等の
光学レンズに用いられる絞りを立体的に突出させたもの
と類似したものであり、この出退操作はギア（２］ｊ　
、ギア機構−及び電動モータ瞥で構成された駆動装置（
イ）によって以下のように行う。

つまり、果実取入用筒状ケース（９）は前記二又伏支持
枠α匂に取付けられた外側ケース部（９ａ）と、このケ
ース部（９ａ）の内側下方に配設され、ケース（９）の
開口中心を軸心として回動可能な内側ケース（９ｂ）と
で成り、内側ケース（９ｂ）は、ケース（９）外の円弧
状ギア（２１）、これに咬合するギア機構圀及び制御装
置（Ｃ）によって駆動が制御される電動モータ瞥によっ
て往復駆動回動されるよう構成されている。　そして果
梗押圧用部材（１８１は前記軸心（Ｐ）で揺動可能なよ
うにピン−で外側ケース部（９ａ）に枢支されると共に
基端部（１８Ｃ）には長孔（１８ｈ）が穿設され、この
長孔（ｉｓｈ）に内側ケース（９ｂ）の内面に突設され
たピン蜘が係入し、内側ケース（９ｂ）の回動によって
突出操作あるいは進入操作が為されるのである。

又、前記円弧状カッタ（＋９）の出退操作も果梗押圧部
材と同様に内側ケース（９ｂ）の回動によって為され、
とのカッタ（１９）の突出の際に果梗押圧用部材０８１
・・によって形成される開口にカッタ（１９）が重複し
ない構成が採用されている。　つまり、円弧状カッタ（
国の揺動軸心も果梗押圧用部材（１８）の揺動軸心（Ｐ
）・・の１つの一致し、前記ピン（イ）がカッタ（１９
）の揺動軸に共用され、更に、出退操作を行うピン（２
４）も共用されているが、この内側ケース（９ｂ）の内
面に穿設されたピン例が挿通ずる果梗押圧用部材α〜の
長孔（ｉｓｈ）の長手方向の傾斜角がカッタ０９）に穿
設された長孔（１ｓｈ）の傾斜角と比較すると果梗押圧
用部材部・・の突出速度がカッタ（２）の突出速度より
速くなるよう設定され、しかも、果梗押圧用部材０＠・
・の突出駆動終了の時点より遅れてカッタ（＋９）の突
出駆動が終了するのを許容するよう又、突出駆動が終了
した後も内側ケース（９ｂ）回動を許容するよう長孔（
１ｓｈ）の形状は「＜」の字に形成され、又、カッタ（
１９）の長孔（１９ｈ）の端部もカッタ（１９）の突出
駆動が終了した後も内側ケース（９ｂ）の回動を許容す
る融通（１９ｓ）が゛連設されている。

又、円弧状カッタ舖は２枚の刃体（１・９ａ）；（１９
ｂ）を上下に重ね合せると共に夫々が離間しないようガ
イドピンｅ２１５）　、　鞍で圧接され、又長手方向に
ヌフイド可能に構成されている。　そして、カッタＯ（
至）の中央部には果梗が入り込み自在な切断用凹部（１
９ｃ）が形成され、上方の刃体（１９ａ）を引き操作し
切断用四部（１９ｃ）に於ける剪断方向での作用で果梗
の切断が為されるのである。

第５図に示すように切断用凹部（１９Ｃ）はその内縁が
果梗押圧用部材（１１１９の突出駆動完了時点で“形成
される開口（Ｓ）より大きく形成されて、果梗が部材（
１ネ・・とカッタα９）の凹部（１９ｃ）以外の箇所と
の間に挾まれるのを防止すると共に、第１４図に示すよ
うにカッタθ９）の突出姿勢に於けるカッタＱ９）の長
手方向に略直交する２つの果梗押圧用部材（ｉｓ’）　
、　（ｉｓりの突出速度が他の果梗押圧用部材０樽・・
より速くなるよう前記長孔（１８ｈ）。

（ｘｓｈ）の傾斜角が設定され果梗押圧用部材贈・・と
カッタ（＋９１との間への挾み込みの低減を図っている
。

次に前述した上方の刃体（１９ａ）の引き操作を第８図
乃至第１８図に基づいて説明する。　上方の刃体（１９
ａ）は果梗押圧用部材（＋８）・・及びカッタ（１９）
の突出駆動に引き続いて引き操作されるよう１、前記内
側ケース（９ｂ）に突設した接当部材内が外側ケース（
９ａ）に枢支したアーム（財）の下端を内側ケ−７，（
９ｂ）の回動によって押圧し、アーム勾の他端部が上方
の刃体（９ａ）の端部の突起（ハ）をカッタ（＋９）の
長手方向に沿って押圧することで行われ、これら接当部
材■、アーム（財）、突起（ハ）を連係機構（Ｒ）と総
称する。

この場合、果梗押圧用部材（１８）・・及びカッタ（１
銹の突出駆動に引き続いてカッタＨの切断作動を行うた
めに、夫々を突出させるビン叫・・。

（財）・・の係入する長孔（ｘａｈ）・、・、　（１９
ｈ）・・が夫々「＜」の字状に形成され、又、力・ツタ
（１９１には融通（１９ｓ）・・が形成されているので
ある。

そして、カッタθ９）の切断作動後に上下の刃体（１９
ａ）の切断用四部（１９ｃ）が下方の刃体（１９ｂ）の
切断用四部（１９ｃ）の位置に復帰するよう上方の刃体
（１９ａ）にはコイルバネ（イ）が前記突起（ハ）の反
対側端部に設けられている。

果実取入用ケース（９）内の底壁（９ｃ）にはケース（
９）の開口方向に向けて出退可能に接触センサ（ロ）が
設けられ収穫対象の果実（ロ）がケース内に導入される
のを検出すると共に果実（ロ）を検出すると下方に退入
しケース（９）内の果実取入空間を確保するよう構成さ
れている。　そして、この接触センサ■は出退可能なロ
ッド（８０ａ）　、ロッド（８０ａ）の上端に内蔵され
ロッド（８０ａ）の折れ曲りを電気的に検出する検出器
（８０ｂ）　、及びロッド（８０ａ）の上端に取付けら
れ果実が接当する円板（８０ｃ）で構成されている。

前記指状部材（Ｉ＠・・の先端・の接触センサ０７）・
・及びケース（９）内の接触センサ００）の検出結果は
制御装置（Ｃ）に入力され、又、指状部材ｏ呻・・の屈
折のための駆動、ケース（９）内の接触センサーの出退
のための駆動、は夫々エアーで為される。

該ロボットハンド（Ｂ）は収穫対象の果実（ロ）を人為
的に選定することで、アーム（６）を作動させ果実嬢）
を収穫するようアーム（６）の動作を制御する制御装置
（Ｃ）を設けてあり、この制御を以下に詳述する。

つまり、第１５図に示すように、前記テレビカメラ（ｌ
Ｏ）で果実を撮影しこの撮影をモニター（１１）に写し
出す。　次にモニター（１すに写し出された果実をライ
トペン［Ｆ］υで選定することで制御装置（Ｃ）は収穫
対東の果実（ロ）を認識すると共に、この果実包）がモ
ニター（１１）の画面中央に位置するようカメラ（１０
）あるいはアーム（６）等の位置を定める。

この後、制御装置（Ｃ）はカメラ（１０）と収穫対象の
果実（ロ）との間隔を距離（０だけ接近させるようアー
ム（６）を駆動してカメラ（ｌＯ）を前方に移動させる
。

この移動は前記果実（財）がモニター（川の画面中央か
ら外れないよう行われ、カメラ（ｌＧ）と果実眞）間の
距離及び果実眞）の最大径を算出し、正確に果実取入用
筒状ケース（９）に果実を取入れるだめの予備動作であ
る。　そして、この距離の算出のプロセスを第１６図及
び第１７図に基づいて以下に詳述する。

即ち、撮像Ｈ（１）とレンズ（Ｆ）との距離（１，）を
一定にした状態で前記レンズ（Ｆ）を介してこのレンズ
（Ｆ）から未知の距離（Ｌ）隔てた位置にある測定対象
物（財）を見た場合、前記撮像画（１）には前記対象物
伽）は像（ｄ　１）として投影され、この像（ｄｌ）と
対後物（Ｎ１）とのレンズ（Ｆ）中心に対する仰角（α
）は所定角度（ｄｌ）となる。

次に、前記対象物囚に対するレンズ（Ｆ）の向きを変え
ないで、既知の所定距離（Ｉｌ）前記レンズ（Ｆ）と撮
像画（Ｉ）とを対象物（４）の方向へ接近させると、前
記撮像画（１）には対象物（Ａ）が前記像（ｄｉ）より
大きい像（ｄ２）として投影されるとともに仰角（ａ）
は前記角度（α１）より大きい所定角度（α２）となる
。

そして、前記像（ｄｌ）　、　（ｄ２）と仰角（α１）
、（α２）の間には下記（１）　、　（ＩＩ）式の関係
が成立する。

１１ｏ珈α１＝ｄ１・・・・・・・・・（１）１６　ｔ
ａｎα２　＝　ｄ２　・−−・・（ＩＩ）よって像の増
加率（Ｊ３）は 一方、前記未知の距離Ｕからレンズ（Ｆ）の移動距離（
Ｏを減じた残りの距離すなわち現在の測定点から測定対
象物ＣＭ）までの距離（ム）は下記Ｏｖ）式に基いて（
ｖ）式により定義される。

（ｌ＋Ａ、）−αｘ＝ｌｌｘｔａＩｌαｚ　−−−（ｌ
ｖ）よって、上記（ｖ）式にｍＪ記（１１１１式を代入
すると下記（ＩＶ）式により距離（／ｘ）が求められる
。

つまり、撮像手段の視野範囲に測定対象が入るように撮
像手段の向きを決定し、その後は画面上の測定対象の位
＋ｆ　（座！：４）が変わらないように、撮像手段の向
きを変えないで、測定対象のある方向に接近させ、その
接近に伴なって増大する測定対象の画像の増加率と接近
距離から距離を演算するのである。

又、この距離の算出と同時に制御装置（Ｃ）によって果
実軸）の最大径も算出され、これらの結果させ、かつ、
ケース（９）の開口を上方に設定し、次に果実取入用ケ
ース（９）を上方に移動させるのである。

これによって、ケース（９）に収穫対昧の果実０を指状
部材α６）・・のセンサ０７）に接触させることなく導
入した場合には、この果実軸）の導入をケース（９）内
の接触センサ国が検出するため、制御装置（Ｃ）は接触
センサ（３０）を下方に退入させ、かつ、指状部材Ｏ０
を屈曲させ果実（ロ）を軽くケース（９）内に引き込み
、枝葉や他の果実がケース（９）内へ侵入するのを阻止
し、次に果梗押圧部材（国・・が果実０を梅うよう突出
駆動し、前述の如く円孤状カッタＱ９）の切断用凹部（
１９ｃ）に果突勾）の果梗が導入され、次に制御装置（
Ｃ）は果梗の切断を行い果実（ロ）の果実取入用筒状ケ
ース（９）への取入は終了でるのである。・、 又、収穫対線の果実（９）を果実取入用筒状ケース（９
）に導入する際に指状部材α６）・・の先端で形成され
る開口に果実（ロ）が正確に導入されず、指状部材Ｑｌ
ｌ、ｌ・・先端のセンサ（１η・・に接触する場合があ
り、この場合には果実（ロ）が接触したセンサ０７）方
向に果実取入用筒状ケース（９）を少し移動させた後、
果実取入用筒状ケース（９）を上方に移動させ果実軸）
のケース（９）内導入が可能なように制御装置（Ｃ）に
制御パターンが設定されている。

又、果実取入用筒状ケース（９）に取入れられた果実（
ロ）は制御装置（Ｃ）に設定された一定のパターンに従
うアームＨ等の駆動によって収穫箱（図外）に運ばれ保
蔵されるのである。゛。

〔別実施例〕

本実施例はカッタ０（至）の突出操作を行うに、筒体（
９）の回動によって行っていたがこれに桟えて筒体の筒
軸心力向への移動によって行っても良く、又、ワイヤ、
ギア等を突出操作に用いて良く、又、こ−れらの突出操
作構造にバネ等の融通を用いることでカッタ（１９）の
切断のための作動を行えるよう実施しても良い。

又、連係機構体）も、カム、ギア等を用いて実施しても
良い。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る果実収穫用ロボットハンドの実施例
を示し、第１図乃至第８図は果実取入用筒状ケースの夫
々角度を変えた断面図、第４図乃至第６図は果梗押圧用
部材等の作動前後の平面図及び作動後の斜視図、第７図
はロボットハンドの全体側面図、第８図乃至第１１図は
カッタの突出駆動状態を順次水した図、第１２図及び第
１８図はカッタの展開図、第１４図は果梗押圧用部材及
びカッタの突出駆動途中の状態を示す平面図、第１５図
はロボットハンドの制御系を示す概略図、第１６図は果
実の測距時に於る対Φ物しンズ等の位置関係を示す概略
図、第１７図は果実の測距時のフローチャート。 （６）・・・・・・アーム、（９）・・・・・・果実取
入用ケース、（１樽・・・・・・果梗押圧用部材、（１
９）・・・・・・果梗切断カッタ、（１９ａ）・・・・
・・刃体、（１９ｂ）・・・・・・刃体、（１９ｓ）・
・・・・・融通部、億）・・・・・・駆動装置、（ト）
）・・・・・・連係機構。、代理人　　弁理士　　北　
　村　　　　　修第１５図 第１６図 第１７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アーム（６）の先端に連設した果実取入用ケース（９）
   に、突出作動に伴って果梗を所定位置に押圧支持する果
   梗押圧用部材（１８）を出退駆動自在に設けると共に、
   相対移動されて切断作用する一対の刃体（１９ａ）、（
   １９ｂ）を備えた果梗切断カッタ（１９）を、前記所定
   位置の果梗に対する切断位置に突出作動させるべく出退
   駆動自在に前記ケース側に設けた果実収穫用ロボットハ
   ンドであって、前記カッタ（１９）に対する出退操作用
   駆動装置（Ｋ）を、前記カッタ（１９）を突出状態に維
   持させたまま追加作動できるように、融通部（１９ｓ）
   を介して前記カッタ（１９）に連係すると共に、前記一
   対の刃体（１９ａ）、（１９ｂ）に対して前記駆動装置
   （Ｋ）を前記追加作動により前記一対の刃体（１９ａ）
   、（１９ｂ）を相対移動操作できるように連係する機構
   （Ｒ）を設けてある果実収穫用ロボットハンド。