把持装置
【課題】複雑な制御を行うことなく、収穫対象果実を把持可能なハンド機構を提供する。
【解決手段】収穫対象のイチゴの−Ｚ側に位置決めされるガイド１６と、ガイド１６に設けられ、Ｚ軸に沿ってスライド移動するスライダ１８と、スライダ１８に設けられ、スライダ１８の＋Ｚ方向への移動に伴って、ガイド１６と一体的に構成されたストッパ１２ａと接触することにより、Ｘ軸回りに回転する第１回転部２２Ａと、第１回転部２２Ａにその下端部が固定され、第１回転部２２Ａの回転によりその上端部がイチゴに近づく方向に移動する第１フィンガー部２４Ａと、第１フィンガー部２４Ａの上端部とともに、収穫対象のイチゴを把持する第２フィンガー部２４Ｂと、を備えている。
【解決手段】収穫対象のイチゴの−Ｚ側に位置決めされるガイド１６と、ガイド１６に設けられ、Ｚ軸に沿ってスライド移動するスライダ１８と、スライダ１８に設けられ、スライダ１８の＋Ｚ方向への移動に伴って、ガイド１６と一体的に構成されたストッパ１２ａと接触することにより、Ｘ軸回りに回転する第１回転部２２Ａと、第１回転部２２Ａにその下端部が固定され、第１回転部２２Ａの回転によりその上端部がイチゴに近づく方向に移動する第１フィンガー部２４Ａと、第１フィンガー部２４Ａの上端部とともに、収穫対象のイチゴを把持する第２フィンガー部２４Ｂと、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、把持装置に関し、特に、収穫対象果実を把持する把持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、イチゴやミニトマトなどの果実（作物）は、機械で扱うと傷みやすいため、人手で収穫していた。しかしながら、最近においては、水耕栽培などの進歩に伴い、機械による収穫の可能性がひらけてきていることから、労働時間の大幅な削減や、労力の低減を図るための収穫装置（収穫ロボット）の開発が進められている。
【０００３】
この種の収穫装置（収穫ロボット）としては、例えば、イチゴ等の果実を傷つけることなく摘採するための果菜収穫用摘採ハンド（特許文献１参照）などが挙げられる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−９５３４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の果菜収穫用摘採ハンドでは、フィンガーにより果柄を把持し、フィンガーに取り付けた摘採刃により果柄を切断することとしているが、摘採ハンドを果実に近づける動作とフィンガーを開閉する動作が別々に制御されるため、その制御が複雑となっている。
【０００６】
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、複雑な制御を行うことなく、収穫対象果実を把持することが可能な把持装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の把持装置は、収穫対象果実を把持する把持装置であって、前記収穫対象果実の第１軸方向一側に位置決めされる本体部と、前記本体部に設けられ、前記第１軸方向に沿ってスライド移動するスライド部と、前記スライド部に設けられ、前記スライド部の前記第１軸方向一側から他側への移動に伴って、前記本体部の一部と接触することにより、前記第１軸に交差する第２軸を中心に回転する第１回転部と、前記第１回転部にその一端側が固定され、前記第１回転部の回転によりその他端部が前記収穫対象果実に近づく方向に移動する第１把持部材と、前記第１把持部材の他端部とともに、前記収穫対象果実を把持する第２把持部材と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
これによれば、スライド部の第１軸方向への移動により、本体部の一部と第１回転部とが接触して、第１回転部が回転し、第１把持部材の他端部が収穫対象果実に近づく方向に移動するので、スライド部のスライド移動のみで、簡易に第１把持部材の他端部と第２把持部材の他端部との間で、収穫対象果実を把持することが可能となる。
【０００９】
また、本発明の把持装置では、前記スライド部の前記第１軸方向一側から他側へのスライド移動に伴って、前記本体部の一部と接触することにより、前記第１回転部とは逆向きに回転する第２回転部を更に備え、前記第２把持部材の一端側が前記第２回転部に固定され、前記スライド部のスライド移動に伴って、前記第１、第２把持部材の他端部間の間隔が狭まる方向に前記第１、第２把持部材が移動することとすることができる。
【００１０】
また、本発明の把持装置では、前記第１把持部材における前記収穫対象果実と接触する部分と、前記第２把持部材における前記収穫対象果実と接触する部分との間の間隔を広げる方向の付勢力を、前記第１、第２把持部材の少なくとも一方に常時付与する付勢部を更に備えることとすることができる。かかる場合には、本体部の一部と第１回転部（又は第２回転部）とが接触していないときには、付勢部の付勢力により、第１、第２把持部材それぞれの収穫対象果実と接触する部分同士の間隔が広がるため、特別な制御を行うことなく、第１、第２把持部材による収穫対象果実の把持を解除することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複雑な制御を行うことなく、収穫対象果実を把持することが可能な把持装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための一実施形態を図１〜図１６に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１には、本実施形態のイチゴ収穫装置１００が設置された高設栽培農場の一部が示されている。この高設栽培農場には、土耕栽培又は水耕栽培によるイチゴの結実時に、イチゴが垂れ下がるように栽培するための栽培ベッド４０と、この栽培ベッド４０を所定高さ（例えば、１ｍ）で支持する複数の脚４３とが設けられている。この栽培ベッド４０の高さは、作業者の作業性（例えば、作業者が腰をかがめたりせずに作業ができるか否か等）を考慮して設定されている。本実施形態では、栽培ベッド４０の長手方向をＹ軸方向、短手方向をＸ軸方向、これらＸ軸及びＹ軸に垂直な重力方向をＺ軸方向として、説明する。
【００１４】
この高設栽培農場に設けられたイチゴ収穫装置１００は、地面上にＹ軸方向に沿って敷設されたレール３２Ａ，３２Ｂと、このレール３２Ａ，３２Ｂに沿ってＹ軸方向に移動する台車３０と、台車３０上に設けられたアーム機構２０と、アーム機構２０の先端部に設けられたハンド機構１０と、台車３０上に設けられた、収穫したイチゴを収集するためのトレー５０とを備えている。レール３２Ａ，３２Ｂは、栽培ベッド４０の長手方向（Ｙ軸方向）の長さとほぼ同一の長さを有している。
【００１５】
台車３０は、２段の階段状の形状を有しており、その下側の段部３０ａにアーム２０が設けられ、上側の段部３０ｂにトレー５０が設けられている。この台車３０は、モータ３１（図１では不図示、図８参照）の駆動力により、制御装置７０（図１では不図示、図８参照）の指示の下、レール３２Ａ，３２Ｂに沿って、Ｙ軸方向に移動する。
【００１６】
アーム機構２０は、モータドライバ２１（図１では不図示、図８参照）により制御される電動モータによって作動する。このアーム機構２０は、それぞれ２軸回りの回転が可能な関節部を２つ有し、１軸回りの回転が可能な機構を２つ有しているため、先端部（ハンド機構１０が設けられている部分）は、台車３０に対し、６自由度方向に移動可能となっている。モータドライバ２１の動作は、図８の制御装置７０により制御されている。
【００１７】
ハンド機構１０は、収穫対象であるイチゴを把持する機構である。以下、このハンド機構１０について図２〜図７に基づいて詳細に説明する。図２には、図１のハンド機構１０を取り出して拡大した状態が斜視図にて示されており、図３には、ハンド機構１０を図２とは反対側から見た状態が斜視図にて示されている。また、図４には、図３の分解斜視図が示されている。
【００１８】
これら図２〜図４に示されるように、ハンド機構１０は、アーム機構２０に固定された、＋Ｙ方向から見て略コ字状（Ｕ字状）の台部材１２と、台部材１２の上端部（＋Ｚ側の端部）に固定された略円筒状の吸引部１４と、台部材１２に対して一体的に固定されたガイド１６と、ガイド１６に対してＺ軸方向にスライド自在に設けられたスライダ１８と、スライダ１８の＋Ｘ側の面に固定された第１回転部２２Ａ、第２回転部２２Ｂと、第１回転部２２Ａの上面（＋Ｚ側の面）に、その下端部（−Ｚ側の端部）が固定されたＺ軸方向を長手方向とする第１フィンガー部２４Ａと、第２回転部２２Ｂに、その下端部（−Ｚ側の端部）が固定されたＺ軸方向を長手方向とする第２フィンガー部２４Ｂと、スライダ１８にその下端部が固定された略Ｔ字状の板状部材２６と、を備えている。
【００１９】
台部材１２の上端部（＋Ｚ側の端部）近傍かつ＋Ｘ側の端部には、図４に示されるように、−Ｚ方向に突出した状態でストッパ１２ａが設けられている。このストッパ１２ａについては、後に更に詳述する。
【００２０】
吸引部１４は、上端部（＋Ｚ側の端部）がテーパ状に加工された円筒状の部材から成り、その上端部には、イチゴが接触しても、そのイチゴに傷がつかないようにするための、緩衝材１４０が設けられている。また、吸引部１４の下端部（−Ｚ側の端部）近傍には、図３、図４に示されるように、吸引管２８の一端部が接続されている。この吸引管２８の他端部は、真空ポンプ２９（図２〜図４では不図示、図８参照）に接続されており、図８の制御装置７０の指示の下、真空ポンプ２９による真空吸引が行われることにより、吸引管２８及び吸引部１４内部が減圧状態に設定されるようになっている。
【００２１】
ガイド１６は、図４に示されるように、その下端部（−Ｚ側端部）近傍がＸＹ断面矩形で、その他の部分のＸＹ断面が凸字状（Ｔ字状）である部材から構成されている。このガイド１６のＸＹ断面凸字状（Ｔ字状）の部分に、スライダ１８がスライド移動可能な状態で設けられている。
【００２２】
スライダ１８は、図４に示されるように、略板状の第１部分１８ａと、この第１部分１８ａの＋Ｘ側の面に設けられた直方体状の第２部分１８ｂと、第１部分１８ａの＋Ｘ側の面から＋Ｘ方向に突出した状態で設けられた一対の回転軸１８ｃ，１８ｄとを有している。第１部分１８ａの−Ｘ側の面には、Ｚ軸に沿って、ガイド溝１８ｅが形成されている。このガイド溝１８ｅは、前述したガイド１６のＸＹ断面凸字状（Ｔ字状）の部分に係合している。
【００２３】
スライダ１８は、図８の制御装置７０の指示の下、圧縮空気を動力とする駆動部３３（図４では不図示、図８参照）により、ガイド１６のＸＹ断面凸字状（Ｔ字状）の部分に沿って、Ｚ軸方向にスライド移動される。
【００２４】
第１回転部２２Ａは、＋Ｘ方向から見て、略逆Ｌ字状の形状を有している。この第１回転部２２ＡにはＸ軸方向に貫通する貫通孔１２２ａが形成されている。また、第１回転部２２Ａの＋Ｘ側の面には、Ｌ字状の突起部１２２ｂが設けられており、その上面（＋Ｚ側の面）には、当設部１２２ｃが、＋Ｚ方向に突出した状態で設けられている。第１回転部２２Ａは、その貫通孔１２２ａに、スライダ１８の回転軸１８ｄが挿入された状態（すなわち、Ｘ軸回りの回転が可能な状態）で、スライダ１８により保持されている。
【００２５】
第２回転部２２Ｂは、上記第１回転部２２Ａと左右対称ではあるが同様の構成となっている。すなわち、第２回転部２２ＢにはＸ軸方向に貫通する貫通孔１２２ｄが形成されており、また、第１回転部２２Ｂの＋Ｘ側の面には、Ｌ字状の突起部１２２ｅが設けられており、その上面（＋Ｚ側の面）には、当設部１２２ｆが、＋Ｚ方向に突出した状態で設けられている。第２回転部２２Ｂは、その貫通孔１２２ｄに、スライダ１８の回転軸１８ｃが挿入された状態（すなわち、Ｘ軸回りの回転が可能な状態）で、スライダ１８により保持されている。
【００２６】
これら第１回転部２２Ａの突起部１２２ｂと、第２回転部２２Ｂの突起部１２２ｅとは、引張コイルバネ３６によって接続されている。この引張コイルバネ３６により、第１、第２回転部２２Ａ，２２Ｂそれぞれには、突起部１２２ｂ、１２２ｅ同士を近づける方向の力（すなわち、第１回転部２２Ａを、＋Ｘ方向から見て、左回りに回転させる方向の力、及び第２回転部２２Ｂを、＋Ｘ方向から見て、右回りに回転させる方向の力）が常時付勢されている。なお、図３の状態でも、第１、第２回転部２２Ａ，２２Ｂには、引張コイルバネ３６による上記付勢力が付与されているが、第１回転部２２Ａ，２２Ｂと、スライダ１８の第２部分１８ｂとが接触しているので、図３の状態が維持されるようになっている。
【００２７】
第１フィンガー部２４Ａは、図２、図４に示されるように、棒状部材の上端部（＋Ｚ側の端部）を折り曲げることにより、略逆Ｊ字状の形状に加工されたフィンガー本体部１２４ａと、フィンガー本体部１２４ａの上端部（折り曲げ加工された部分）に貼付された、例えばスポンジなどから成る緩衝材１２４ｂとを有している。この第１フィンガー部２４Ａは、その下端部（−Ｚ側の端部）が第１回転部２２Ａの上面（＋Ｚ側の面）に固定されているため、第１回転部２２Ａの回転に応じて傾倒する。
【００２８】
第２フィンガー部２４Ｂは、第１フィンガー部２４Ａと同様、棒状部材の上端部（＋Ｚ側の端部）を折り曲げることにより、略逆Ｊ字状の形状に加工されたフィンガー本体部１２４ｃと、フィンガー本体部１２４ｃの上端部（折り曲げ加工された部分）に貼付された緩衝材１２４ｄとを有している。この第２フィンガー部２４Ｂは、その下端部（−Ｚ側の端部）が第２回転部２２Ｂの上面（＋Ｚ側の面）に固定されているため、第２回転部２２Ｂの回転に応じて傾倒する。
【００２９】
板状部材２６は、図３に示されるように、その下端部が、スライダ１８の第２部分１８ｂの＋Ｘ側の面に固定されている。この板状部材２６の上端部近傍には、図２に示されるように、Ｙ軸方向に所定間隔をあけた状態で、第１気体噴出口１２６ａと第２気体噴出口１２６ｂとが形成されている。第１気体噴出口１２６ａと第２気体噴出口１２６ｂのＹ軸方向の間隔としては、例えば、イチゴの平均的な最大幅を考慮して、約３０ｍｍに設定されている。このうち、第１気体噴出口１２６ａには、第１気体供給管１２８ａの一端が接続され、第２気体噴出口１２６ｂには、図３及び図４に示されるように、第２気体供給管１２８ｂの一端が接続されている。これら第１、第２気体供給管１２８ａ，１２８ｂそれぞれの他端は、図８の気体供給装置３５に接続されており、制御装置７０の指示の下、気体供給装置３５の気体供給が行われることにより、第１、第２気体供給口１２６ａ，１２６ｂから−Ｘ方向に向けて気体が噴出されるようになっている。
【００３０】
また、台部材１２の上面（＋Ｚ側の面）に設けられた、ＸＺ断面Ｌ字状の部材３４には、第３気体噴出口１２６ｃが形成されている。この第３気体噴出口１２６ｃには、第３気体供給管１２８ｃの一端が接続されている。この第３気体供給管１２８ｃの他端は、第１、第２気体供給管１２８ａ，１２８ｂと同様、図８の気体供給装置３５に接続されており、制御装置７０の指示の下、気体供給装置３５の気体供給が行われることにより、第３気体供給口１２６ｃから＋Ｚ方向に向けて気体が噴出されるようになっている。
【００３１】
以上のように構成されるハンド機構１０では、スライダ１８が図５（ａ）の状態から＋Ｚ方向に移動すると、図５（ｂ）に示されるように、第１回転部２２Ａの当設部１２２ｃの上端部と台部材１２に設けられたストッパ１２ａの下端面（−Ｚ側の端面）とが接触し、第１回転部２２Ｂの当設部１２２ｆの上端部とストッパ１２ａの下端面（−Ｚ側の端面）とが接触する。
【００３２】
そして、図５（ｂ）の状態から更に、スライダ１８が＋Ｚ方向に移動すると、図５（ｃ）に示されるように、引張コイルバネ３６の付勢力に抗して、第１回転部２２Ａが回転軸１８ｄを中心に右回りの方向に所定角度だけ回転され、第２回転部２２Ｂが回転軸１８ｃを中心に左回りの方向に第１回転部２２Ａと同一角度だけ回転される。これにより、第１フィンガー部２４Ａと第２フィンガー部２４Ｂのそれぞれが同一角度傾倒し、第１フィンガー部２４Ａの上端部（＋Ｚ側の端部）と第２フィンガー部２４Ｂの上端部（＋Ｚ側の端部）との間隔が狭められる。
【００３３】
この場合において、図５（ｂ）、図５（ｃ）の状態では、これらの図に対応する図６、図７の斜視図からわかるように、スライダ１８の＋Ｚ方向への移動により、板状部材２６も＋Ｚ方向に移動するので、板状部材２６の上端部（＋Ｚ側端部）近傍に設けられた第１、第２気体噴出口１２６ａ、１２６ｂ（図２参照）が、吸引部１４の上端部（＋Ｚ側端部）よりも上側（＋Ｚ側）に位置することになる。
【００３４】
図８には、本実施形態に係るイチゴ収穫装置１００の制御系が示されている。本実施形態に係るイチゴ収穫装置１００では、図１〜図７では不図示であるが、ハンド機構１０の一部に、図８に示されるカメラ４１と、外部カメラ４９と、距離センサ４２とを備えている。これらのうち、カメラ４１は視野内に存在するイチゴの位置などを検出するものである。また、外部カメラ４９は、台車３０に設置されており、イチゴを横方向から検出して、イチゴの色（着色度）を検出するものである。制御装置７０では、外部カメラ４９により検出されたイチゴの色（着色度）に基づいて、そのイチゴが、未熟果であるか赤熟果であるかを判断することにより、そのイチゴを収穫対象とするか否かを判断するとともに、カメラ４１の検出結果に基づいて、収穫対象のイチゴの位置を特定する。そして、制御装置７０は、収穫対象のイチゴとハンド機構１０（吸引部１４の上端部）との距離を検知する距離センサ４２の検知結果をモニタしつつ、モータドライバ２１、真空ポンプ２９、駆動部３３、及び気体供給装置３５などの動作を制御する。なお、カメラ４１及び距離センサ４２に代えて、ハンド機構１０にステレオカメラシステムを搭載し、このステレオカメラシステムを用いて、収穫対象のイチゴのＺ座標を正確に検知するようにしても良い。
【００３５】
次に、本実施形態に係るイチゴ収穫装置１００を用いたイチゴの収穫方法について、図９〜図１５に基づいて、説明する。
【００３６】
制御装置７０は、まず、モータ３１を制御して台車３０を所定位置まで移動するとともに、モータドライバ２１を介して、アーム機構２０を所定の状態に設定する。そして、制御装置７０は、この状態におけるカメラ４１の検出結果に基づいて、視野内に存在するイチゴの中から収穫対象のイチゴを特定する。ここでは、収穫対象のイチゴが、図９において記号「ＳＴｔ」で示されるイチゴに特定されたものとする。
【００３７】
次いで、制御装置７０は、収穫対象のイチゴＳＴｔの位置情報に基づいて、距離センサ４２の検出値をモニタしつつ、図９に示されるように、収穫対象のイチゴＳＴｔに、吸引部１４の上端部（＋Ｚ側の端部）を最接近させる。なお、この状態では、第１、第２のフィンガー部２４Ａ，２４Ｂは、下に下がった状態（図５（ａ）の状態）に設定されている。
【００３８】
次いで、制御装置７０は、真空ポンプ２９による真空吸引を開始することにより、図１０に示されるように、収穫対象のイチゴＳＴｔを吸引する。この場合、収穫対象のイチゴＳＴｔは、吸引部１４の上端部に設けられた緩衝材１４０（図２（ａ）等参照）と接触するようになっている。
【００３９】
次いで、制御装置７０は、図１１に示されるように、スライダ１８を、駆動部３３を介して＋Ｚ方向にスライド移動することにより、スライダ１８の位置を、前述した図５（ｂ）及び図６に示される位置に設定する。この状態で、制御装置７０は、気体供給装置３５を制御して、第１〜第３気体噴出口１２６ａ〜１２６ｃから、気体を噴出させる。この場合、第１〜第３気体噴出口１２６ａ〜１２６ｃから噴出される気体が、図１２（ａ），図１２（ｂ）に示されるように、収穫対象のイチゴＳＴｔに隣接するイチゴ（隣接イチゴ）ＳＴｎに吹き付けられるので、隣接イチゴＳＴｎは、図１２（ｂ）の矢印Ａ方向に移動する。これにより、隣接イチゴＳＴｎは、図１１のような収穫対象のイチゴに接近した状態から、図１３に示されるような収穫対象のイチゴＳＴｔから離間した状態に設定されるようになっている。なお、図１２（ａ）、図１２（ｂ）では、第３気体噴出口１２６ｃから噴出される気体は、隣接イチゴＳＴｎの移動にはほとんど寄与していないが、例えば、隣接イチゴＳＴｎが収穫対象のイチゴＳＴｔの真横（−Ｘ側）に位置する場合に、第３気体噴出口１２６ｃから噴出される気体が隣接イチゴＳＴｎを移動させるのに重要となる。
【００４０】
次いで、制御装置７０は、上記のようにして収穫対象のイチゴＳＴｔと隣接イチゴＳＴｎとを所定距離以上離した状態で、駆動部３３を介してスライダ１８を更に＋Ｚ方向に移動させることで、第１、第２回転部２２Ａ，２２Ｂを回転させ、第１アーム部２４Ａの上端部（＋Ｚ側の端部）と第２アーム部２４Ｂの上端部（＋Ｚ側の端部）とを、接近させる（前述した図５（ｃ）及び図７参照）。このようにすることにより、図１３に示されるように、第１アーム部２４Ａの緩衝材１２４ｂと第２アーム部２４Ｂの緩衝材１２４ｄとの間で、収穫対象のイチゴＳＴｔを把持することができる。制御装置７０は、上記のようにして収穫対象のイチゴＳＴｔを第１フィンガー部２４Ａと第２フィンガー部２４Ｂとの間で把持した段階で、真空ポンプ２９による真空吸引、及び気体供給装置３５による気体供給を停止する。
【００４１】
次いで、制御装置７０は、モータドライバ２１を制御することにより、図１４に示されるように、アーム機構２０の先端部（ハンド機構１０）を傾斜させるとともに下側に移動させることにより、収穫対象のイチゴＳＴｔを果柄から、摘み採る。なお、これに限らず、アーム機構２０の先端部（ハンド機構１０）を単に下側に移動させることにより、収穫対象のイチゴＳＴｔを果柄から、摘み採ることとしても良い。
【００４２】
そして、制御装置７０は、モータドライバ２１を制御することにより、ハンド機構１０の第１、第２フィンガー部２４Ａ，２４Ｂに把持されたイチゴＳＴｔが、図１５に示されるように、トレー５０の上方に位置決めされるように、アーム機構２０を駆動し、スライダ１８を前述した図５（ｂ）の状態に戻すことで、図１６に示されるように、第１、第２フィンガー部２４Ａ，２４ＢによるイチゴＳＴｔの把持を解除する。
【００４３】
以上のような動作を行うことにより、収穫対象のイチゴＳＴｔがトレー５０内に収容される。
【００４４】
なお、上記においては、第１、第２気体噴出口１２６ａ，１２６ｂからの気体が、栽培ベッド４０の内側の方向から外側の方向に向けて吹き付けられるように設定されているが、これは、ある品種のイチゴを高設栽培した場合、統計的に、栽培ベッド４０に近い側に赤熟果が集まりやすいというデータがあり、このデータから、収穫対象のイチゴと隣接イチゴとを効率的に離間させるには、気体が栽培ベッド４０の内側の方向から外側の方向に向けて吹き付けられたほうが良い、という考えによるものである。ただし、これに限らず、上記と別の品種又は別の条件においては、栽培ベッド４０に近い側に未熟果が集まりやすいというデータがあるのであれば、気体を逆向きに吹き付けるような収穫方法を採用することとしても良い。
【００４５】
以上詳細に説明したように、本実施形態のハンド機構１０によると、スライダ１８の＋Ｚ方向への移動により、台部材１２に設けられたストッパ１２ａの下端面と第１、第２回転部２２Ａ、２２Ｂに設けられた当設部１２２ｃ、１２２ｆとが接触して、第１、第２回転部２２Ａ，２２Ｂが回転軸１８ｄ、１８ｃを軸として回転し、第１、第２フィンガー部２４Ａ，２４Ｂの＋Ｚ側の端部が収穫対象のイチゴＳＴｔに近づく方向に移動するので、スライダ１８の＋Ｚ方向へのスライド移動のみで、簡易に、収穫対象のイチゴＳＴｔを把持することが可能である。また、第１、第２フィンガー部２４Ａ，２４Ｂのイチゴと接触する部分に、緩衝材１２４ｂ、１２４ｄが設けられているので、イチゴを傷つけることなく把持することができる。
【００４６】
また、本実施形態に係るイチゴ収穫装置１００によると、吸引部１４により収穫対象のイチゴＳＴｔを吸引して、収穫対象のイチゴＳＴｔの位置を固定するとともに、第１〜第３気体噴出口により隣接イチゴＳＴｎに気体を吹き付けて収穫対象のイチゴＳＴｔと隣接イチゴＳＴｎとを離間させるので、この状態で第１、第２フィンガー部２４Ａ，２４Ｂにより収穫対象のイチゴＳＴｔを把持することで、隣接イチゴＳＴｎに邪魔されることなく、収穫対象のイチゴＳＴｔを確実に把持することが可能となる。また、隣接イチゴＳＴｎと第１、第２フィンガー部２４Ａ，２４Ｂとの接触を極力回避することができるので、隣接イチゴＳＴｎへの傷つきを極力抑制することができる。
【００４７】
また、本実施形態に係るイチゴ収穫装置１００では、吸引部１４が、収穫対象のイチゴＳＴｔに対して重力方向下側から接近するため、葉、弦、及び果柄などがハンド機構１０の接近の邪魔になることが少なく、効果的にイチゴの収穫を行うことが可能である。また、イチゴは、一般的に略円錐形の形状を有しているため、イチゴを下側から吸引することにより、横側から吸引する場合よりも効果的な吸引を行うことが可能である。
【００４８】
また、本実施形態では、第１、第２気体噴出口１２６ａ，１２６ｂを有する板状部材２６と、第１、第２フィンガー部２４Ａ，２４Ｂとがスライダ１８に固定されており、図９に示されるように、吸引部１４が収穫対象のイチゴＳＴｔに接近するときには、吸引部１４の上端部よりも、板状部材２６の上端部、及び第１、第２フィンガー部２４Ａ，２４Ｂの上端部の方が下側に位置しているので、これらの部材が隣接イチゴＳＴｎに接触するのを極力回避することができる。これにより、隣接イチゴの傷つきを極力抑制することが可能である。
【００４９】
更に、本実施形態に係るイチゴ収穫装置１００では、吸引部１４の上端部に、緩衝材１４０が設けられているので、吸引部１４による吸引の際のイチゴの傷つきを極力抑制することが可能である。
【００５０】
なお、上記実施形態では、ハンド機構１０として、図２に示されるような構成を採用した場合について説明したが、これに限らず、収穫対象のイチゴを吸引するとともに、隣接イチゴに気体を吹き付けることにより、収穫対象のイチゴと隣接イチゴとの間を離間させ、この離間状態で、収穫対象のイチゴを把持できる構成であれば、その他の構成のハンド機構を採用することとしても良い。
【００５１】
なお、上記実施形態では、第１、第２回転部２２Ａ，２２Ｂに対して常時付勢力を付与する付勢部として、引張コイルバネ３６を採用した場合について説明したが、これに限らず、圧縮コイルバネやゴムなどその他の弾性部材を用いることとしても良い。また、付勢部としては、弾性部材に限らず、電力や圧縮空気を動力として付勢力を付与する機構を採用することとしても良い。
【００５２】
なお、上記実施形態では、第１のフィンガー部２４Ａ及び第２のフィンガー部２４Ｂの両方が、それぞれ反対方向に移動することにより、収穫対象のイチゴＳＴｔを保持する場合について説明したが、これに限られるものではなく、例えば、一方のフィンガー部が固定で、他方のフィンガー部のみを移動させることとしても良い。この場合にも、上記実施形態と同様にして、イチゴの収穫を行うことが可能である。
【００５３】
また、上記実施形態における気体噴出口（第１〜第３気体噴出口１２６ａ〜１２６ｃ）の配置や数は、一例であって、種々の構成を採用することができる。例えば、図１７（ａ）に示されるように、第３気体噴出口１２６ｃを、吸引部１４の−Ｘ側近傍に設けることとしても良いし、例えば、図１７（ｂ）に示されるように、第３気体噴出口１２６ｃを設けないようにしても良い。
【００５４】
なお、上記実施形態では、第１、第２気体噴出口１２６ａ，１２６ｂの間の距離が、所定距離（例えば３０ｍｍ）に設定されている場合について説明したが、これに限らず、例えば、板状部材２６に、第１、第２気体噴出口１２６ａ，１２６ｂの間隔を変化させるための駆動機構を設けることとしても良い。この場合、カメラ４１の検出結果から導き出される収穫対象のイチゴの最大幅に応じて、制御装置７０が、第１、第２気体噴出口１２６ａ，１２６ｂの間隔を適宜変更するようにしても良い。
【００５５】
なお、上記実施形態では、収穫対象のイチゴＳＴｔの果柄からの摘み採りを、図１４に示されるように、アーム機構２０の先端部（ハンド機構１０）を下側に移動させることにより行うこととしたが、これに限らず、例えば、第１フィンガー部２４Ａ及び第２フィンガー部２４Ｂの上端部それぞれに果柄を切断することが可能な切断刃を設けておき、これにより、収穫対象のイチゴＳＴｔを果柄から摘み採ることとしても良い。この場合、第１フィンガー部２４Ａに設けられる切断刃の刃部を、図２におけるＸ軸に対してＸＹ面内で所定角度（α°）だけ傾斜させるとともに、第２フィンガー部２４Ｂに設けられる切断刃の刃部を、図２におけるＸ軸に対してＸＹ面内で所定角度（例えば、−α°（ただし、この角度に限られるものでは無く、第１フィンガー部２４Ａ側の切断刃の刃部と平行でなければ良い））だけ傾斜させ、かつ第１フィンガー部２４Ａ側の切断刃と第２フィンガー部２４Ｂ側の切断刃とのＺ軸方向に関する位置をわずかに異ならせることとしても良い。このようにすることで、第１フィンガー部２４Ａと第２フィンガー部２４Ｂとを徐々に接近させることにより、両切断刃が徐々に交差することから、ハサミのようにせん断力を利用して果柄を切断することが可能となる。また、第１フィンガー部２４Ａ及び第２フィンガー部２４Ｂの両方に切断刃を設ける場合に限らず、第１フィンガー部２４Ａ及び第２フィンガー部２４Ｂの一方にのみ切断刃を設けることとしても良い。この場合、切断刃を、第１フィンガー部２４Ａ及び第２フィンガー部２４Ｂの他方の上端部に押し付けることにより、果柄を切断して、収穫対象のイチゴＳＴｔを摘み採ることとすることができる。いずれか一方のフィンガー部に切断刃を設ける場合には、切断刃を設けたフィンガー部側が上側になるように、ハンド機構１０を傾斜させることが望ましい。このようにすることにより、切断刃が果柄に接触しやすくなるので、果柄の切断を容易に行うことが可能となる。
【００５６】
なお、上記実施形態では、台車３０と栽培ベッド４０とのＹ軸方向に関する相対位置関係の変更を、台車３０側を移動することにより行う場合について説明したが、これに限らず、例えば、図１８に示されるように、台車３０を地面上に固定するとともに、栽培ベッド４０をベルトコンベア７７上に載置して、台車３０と栽培ベッド４０とのＹ軸方向に関する相対位置関係の変更を、ベルトコンベア７７を用いた栽培ベッド４０の移動により、行うこととしても良い。
【００５７】
なお、上記実施形態では、本発明の果実収穫装置をイチゴの収穫装置に適用した場合について説明したが、これに限らず、ミカンやリンゴなどの果物を収穫する収穫装置に適用することとしても良いし、ミニトマトなどの野菜を収穫する収穫する装置に適用することとしても良い。この場合、上記実施形態と同様、高設栽培された果実を収穫する場合に適用することとしても良いし、単に、樹木の高いところに結実した果実を収穫する場合に適用することとしても良い。
【００５８】
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】一実施形態のイチゴ収穫装置が設置された高設栽培農場の一部を示す図である。
【図２】図１のハンド機構を示す斜視図（その１）である。
【図３】図１のハンド機構を示す斜視図（その２）である。
【図４】図１のハンド機構の分解斜視図である。
【図５】ハンド機構の第１、第２フィンガー部の動作を説明するための図である。
【図６】図５（ｂ）に対応する斜視図である。
【図７】図５（ｃ）に対応する斜視図である。
【図８】一実施形態に係るイチゴ収穫装置の制御系を示すブロック図である。
【図９】イチゴ収穫装置の動作を説明するための図（その１）である。
【図１０】イチゴ収穫装置の動作を説明するための図（その２）である。
【図１１】イチゴ収穫装置の動作を説明するための図（その３）である。
【図１２】第１〜第３気体噴出口の作用を示す図である。
【図１３】イチゴ収穫装置の動作を説明するための図（その４）である。
【図１４】イチゴ収穫装置の動作を説明するための図（その５）である。
【図１５】イチゴ収穫装置の動作を説明するための図（その６）である。
【図１６】イチゴ収穫装置の動作を説明するための図（その７）である。
【図１７】一実施形態の変形例を示す図（その１）である。
【図１８】一実施形態の変形例を示す図（その２）である。
【符号の説明】
【００６０】
１０ ハンド機構
１２ 台部材
１４ 吸引部
１６ ガイド
１８ スライダ
２０ アーム機構
２２Ａ 第１回転部
２２Ｂ 第２回転部
２４Ａ 第１フィンガー部
２４Ｂ 第２フィンガー部
３６ 引張コイルバネ
１００ イチゴ収穫装置
１２４ｂ 緩衝材
１２４ｄ 緩衝材
１２６ａ 第１気体噴出口
１２６ｂ 第２気体噴出口
１２６ｃ 第３気体噴出口
１４０ 緩衝材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、把持装置に関し、特に、収穫対象果実を把持する把持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、イチゴやミニトマトなどの果実（作物）は、機械で扱うと傷みやすいため、人手で収穫していた。しかしながら、最近においては、水耕栽培などの進歩に伴い、機械による収穫の可能性がひらけてきていることから、労働時間の大幅な削減や、労力の低減を図るための収穫装置（収穫ロボット）の開発が進められている。
【０００３】
この種の収穫装置（収穫ロボット）としては、例えば、イチゴ等の果実を傷つけることなく摘採するための果菜収穫用摘採ハンド（特許文献１参照）などが挙げられる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−９５３４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の果菜収穫用摘採ハンドでは、フィンガーにより果柄を把持し、フィンガーに取り付けた摘採刃により果柄を切断することとしているが、摘採ハンドを果実に近づける動作とフィンガーを開閉する動作が別々に制御されるため、その制御が複雑となっている。
【０００６】
そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、複雑な制御を行うことなく、収穫対象果実を把持することが可能な把持装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の把持装置は、収穫対象果実を把持する把持装置であって、前記収穫対象果実の第１軸方向一側に位置決めされる本体部と、前記本体部に設けられ、前記第１軸方向に沿ってスライド移動するスライド部と、前記スライド部に設けられ、前記スライド部の前記第１軸方向一側から他側への移動に伴って、前記本体部の一部と接触することにより、前記第１軸に交差する第２軸を中心に回転する第１回転部と、前記第１回転部にその一端側が固定され、前記第１回転部の回転によりその他端部が前記収穫対象果実に近づく方向に移動する第１把持部材と、前記第１把持部材の他端部とともに、前記収穫対象果実を把持する第２把持部材と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
これによれば、スライド部の第１軸方向への移動により、本体部の一部と第１回転部とが接触して、第１回転部が回転し、第１把持部材の他端部が収穫対象果実に近づく方向に移動するので、スライド部のスライド移動のみで、簡易に第１把持部材の他端部と第２把持部材の他端部との間で、収穫対象果実を把持することが可能となる。
【０００９】
また、本発明の把持装置では、前記スライド部の前記第１軸方向一側から他側へのスライド移動に伴って、前記本体部の一部と接触することにより、前記第１回転部とは逆向きに回転する第２回転部を更に備え、前記第２把持部材の一端側が前記第２回転部に固定され、前記スライド部のスライド移動に伴って、前記第１、第２把持部材の他端部間の間隔が狭まる方向に前記第１、第２把持部材が移動することとすることができる。
【００１０】
また、本発明の把持装置では、前記第１把持部材における前記収穫対象果実と接触する部分と、前記第２把持部材における前記収穫対象果実と接触する部分との間の間隔を広げる方向の付勢力を、前記第１、第２把持部材の少なくとも一方に常時付与する付勢部を更に備えることとすることができる。かかる場合には、本体部の一部と第１回転部（又は第２回転部）とが接触していないときには、付勢部の付勢力により、第１、第２把持部材それぞれの収穫対象果実と接触する部分同士の間隔が広がるため、特別な制御を行うことなく、第１、第２把持部材による収穫対象果実の把持を解除することが可能となる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複雑な制御を行うことなく、収穫対象果実を把持することが可能な把持装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための一実施形態を図１〜図１６に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１には、本実施形態のイチゴ収穫装置１００が設置された高設栽培農場の一部が示されている。この高設栽培農場には、土耕栽培又は水耕栽培によるイチゴの結実時に、イチゴが垂れ下がるように栽培するための栽培ベッド４０と、この栽培ベッド４０を所定高さ（例えば、１ｍ）で支持する複数の脚４３とが設けられている。この栽培ベッド４０の高さは、作業者の作業性（例えば、作業者が腰をかがめたりせずに作業ができるか否か等）を考慮して設定されている。本実施形態では、栽培ベッド４０の長手方向をＹ軸方向、短手方向をＸ軸方向、これらＸ軸及びＹ軸に垂直な重力方向をＺ軸方向として、説明する。
【００１４】
この高設栽培農場に設けられたイチゴ収穫装置１００は、地面上にＹ軸方向に沿って敷設されたレール３２Ａ，３２Ｂと、このレール３２Ａ，３２Ｂに沿ってＹ軸方向に移動する台車３０と、台車３０上に設けられたアーム機構２０と、アーム機構２０の先端部に設けられたハンド機構１０と、台車３０上に設けられた、収穫したイチゴを収集するためのトレー５０とを備えている。レール３２Ａ，３２Ｂは、栽培ベッド４０の長手方向（Ｙ軸方向）の長さとほぼ同一の長さを有している。
【００１５】
台車３０は、２段の階段状の形状を有しており、その下側の段部３０ａにアーム２０が設けられ、上側の段部３０ｂにトレー５０が設けられている。この台車３０は、モータ３１（図１では不図示、図８参照）の駆動力により、制御装置７０（図１では不図示、図８参照）の指示の下、レール３２Ａ，３２Ｂに沿って、Ｙ軸方向に移動する。
【００１６】
アーム機構２０は、モータドライバ２１（図１では不図示、図８参照）により制御される電動モータによって作動する。このアーム機構２０は、それぞれ２軸回りの回転が可能な関節部を２つ有し、１軸回りの回転が可能な機構を２つ有しているため、先端部（ハンド機構１０が設けられている部分）は、台車３０に対し、６自由度方向に移動可能となっている。モータドライバ２１の動作は、図８の制御装置７０により制御されている。
【００１７】
ハンド機構１０は、収穫対象であるイチゴを把持する機構である。以下、このハンド機構１０について図２〜図７に基づいて詳細に説明する。図２には、図１のハンド機構１０を取り出して拡大した状態が斜視図にて示されており、図３には、ハンド機構１０を図２とは反対側から見た状態が斜視図にて示されている。また、図４には、図３の分解斜視図が示されている。
【００１８】
これら図２〜図４に示されるように、ハンド機構１０は、アーム機構２０に固定された、＋Ｙ方向から見て略コ字状（Ｕ字状）の台部材１２と、台部材１２の上端部（＋Ｚ側の端部）に固定された略円筒状の吸引部１４と、台部材１２に対して一体的に固定されたガイド１６と、ガイド１６に対してＺ軸方向にスライド自在に設けられたスライダ１８と、スライダ１８の＋Ｘ側の面に固定された第１回転部２２Ａ、第２回転部２２Ｂと、第１回転部２２Ａの上面（＋Ｚ側の面）に、その下端部（−Ｚ側の端部）が固定されたＺ軸方向を長手方向とする第１フィンガー部２４Ａと、第２回転部２２Ｂに、その下端部（−Ｚ側の端部）が固定されたＺ軸方向を長手方向とする第２フィンガー部２４Ｂと、スライダ１８にその下端部が固定された略Ｔ字状の板状部材２６と、を備えている。
【００１９】
台部材１２の上端部（＋Ｚ側の端部）近傍かつ＋Ｘ側の端部には、図４に示されるように、−Ｚ方向に突出した状態でストッパ１２ａが設けられている。このストッパ１２ａについては、後に更に詳述する。
【００２０】
吸引部１４は、上端部（＋Ｚ側の端部）がテーパ状に加工された円筒状の部材から成り、その上端部には、イチゴが接触しても、そのイチゴに傷がつかないようにするための、緩衝材１４０が設けられている。また、吸引部１４の下端部（−Ｚ側の端部）近傍には、図３、図４に示されるように、吸引管２８の一端部が接続されている。この吸引管２８の他端部は、真空ポンプ２９（図２〜図４では不図示、図８参照）に接続されており、図８の制御装置７０の指示の下、真空ポンプ２９による真空吸引が行われることにより、吸引管２８及び吸引部１４内部が減圧状態に設定されるようになっている。
【００２１】
ガイド１６は、図４に示されるように、その下端部（−Ｚ側端部）近傍がＸＹ断面矩形で、その他の部分のＸＹ断面が凸字状（Ｔ字状）である部材から構成されている。このガイド１６のＸＹ断面凸字状（Ｔ字状）の部分に、スライダ１８がスライド移動可能な状態で設けられている。
【００２２】
スライダ１８は、図４に示されるように、略板状の第１部分１８ａと、この第１部分１８ａの＋Ｘ側の面に設けられた直方体状の第２部分１８ｂと、第１部分１８ａの＋Ｘ側の面から＋Ｘ方向に突出した状態で設けられた一対の回転軸１８ｃ，１８ｄとを有している。第１部分１８ａの−Ｘ側の面には、Ｚ軸に沿って、ガイド溝１８ｅが形成されている。このガイド溝１８ｅは、前述したガイド１６のＸＹ断面凸字状（Ｔ字状）の部分に係合している。
【００２３】
スライダ１８は、図８の制御装置７０の指示の下、圧縮空気を動力とする駆動部３３（図４では不図示、図８参照）により、ガイド１６のＸＹ断面凸字状（Ｔ字状）の部分に沿って、Ｚ軸方向にスライド移動される。
【００２４】
第１回転部２２Ａは、＋Ｘ方向から見て、略逆Ｌ字状の形状を有している。この第１回転部２２ＡにはＸ軸方向に貫通する貫通孔１２２ａが形成されている。また、第１回転部２２Ａの＋Ｘ側の面には、Ｌ字状の突起部１２２ｂが設けられており、その上面（＋Ｚ側の面）には、当設部１２２ｃが、＋Ｚ方向に突出した状態で設けられている。第１回転部２２Ａは、その貫通孔１２２ａに、スライダ１８の回転軸１８ｄが挿入された状態（すなわち、Ｘ軸回りの回転が可能な状態）で、スライダ１８により保持されている。
【００２５】
第２回転部２２Ｂは、上記第１回転部２２Ａと左右対称ではあるが同様の構成となっている。すなわち、第２回転部２２ＢにはＸ軸方向に貫通する貫通孔１２２ｄが形成されており、また、第１回転部２２Ｂの＋Ｘ側の面には、Ｌ字状の突起部１２２ｅが設けられており、その上面（＋Ｚ側の面）には、当設部１２２ｆが、＋Ｚ方向に突出した状態で設けられている。第２回転部２２Ｂは、その貫通孔１２２ｄに、スライダ１８の回転軸１８ｃが挿入された状態（すなわち、Ｘ軸回りの回転が可能な状態）で、スライダ１８により保持されている。
【００２６】
これら第１回転部２２Ａの突起部１２２ｂと、第２回転部２２Ｂの突起部１２２ｅとは、引張コイルバネ３６によって接続されている。この引張コイルバネ３６により、第１、第２回転部２２Ａ，２２Ｂそれぞれには、突起部１２２ｂ、１２２ｅ同士を近づける方向の力（すなわち、第１回転部２２Ａを、＋Ｘ方向から見て、左回りに回転させる方向の力、及び第２回転部２２Ｂを、＋Ｘ方向から見て、右回りに回転させる方向の力）が常時付勢されている。なお、図３の状態でも、第１、第２回転部２２Ａ，２２Ｂには、引張コイルバネ３６による上記付勢力が付与されているが、第１回転部２２Ａ，２２Ｂと、スライダ１８の第２部分１８ｂとが接触しているので、図３の状態が維持されるようになっている。
【００２７】
第１フィンガー部２４Ａは、図２、図４に示されるように、棒状部材の上端部（＋Ｚ側の端部）を折り曲げることにより、略逆Ｊ字状の形状に加工されたフィンガー本体部１２４ａと、フィンガー本体部１２４ａの上端部（折り曲げ加工された部分）に貼付された、例えばスポンジなどから成る緩衝材１２４ｂとを有している。この第１フィンガー部２４Ａは、その下端部（−Ｚ側の端部）が第１回転部２２Ａの上面（＋Ｚ側の面）に固定されているため、第１回転部２２Ａの回転に応じて傾倒する。
【００２８】
第２フィンガー部２４Ｂは、第１フィンガー部２４Ａと同様、棒状部材の上端部（＋Ｚ側の端部）を折り曲げることにより、略逆Ｊ字状の形状に加工されたフィンガー本体部１２４ｃと、フィンガー本体部１２４ｃの上端部（折り曲げ加工された部分）に貼付された緩衝材１２４ｄとを有している。この第２フィンガー部２４Ｂは、その下端部（−Ｚ側の端部）が第２回転部２２Ｂの上面（＋Ｚ側の面）に固定されているため、第２回転部２２Ｂの回転に応じて傾倒する。
【００２９】
板状部材２６は、図３に示されるように、その下端部が、スライダ１８の第２部分１８ｂの＋Ｘ側の面に固定されている。この板状部材２６の上端部近傍には、図２に示されるように、Ｙ軸方向に所定間隔をあけた状態で、第１気体噴出口１２６ａと第２気体噴出口１２６ｂとが形成されている。第１気体噴出口１２６ａと第２気体噴出口１２６ｂのＹ軸方向の間隔としては、例えば、イチゴの平均的な最大幅を考慮して、約３０ｍｍに設定されている。このうち、第１気体噴出口１２６ａには、第１気体供給管１２８ａの一端が接続され、第２気体噴出口１２６ｂには、図３及び図４に示されるように、第２気体供給管１２８ｂの一端が接続されている。これら第１、第２気体供給管１２８ａ，１２８ｂそれぞれの他端は、図８の気体供給装置３５に接続されており、制御装置７０の指示の下、気体供給装置３５の気体供給が行われることにより、第１、第２気体供給口１２６ａ，１２６ｂから−Ｘ方向に向けて気体が噴出されるようになっている。
【００３０】
また、台部材１２の上面（＋Ｚ側の面）に設けられた、ＸＺ断面Ｌ字状の部材３４には、第３気体噴出口１２６ｃが形成されている。この第３気体噴出口１２６ｃには、第３気体供給管１２８ｃの一端が接続されている。この第３気体供給管１２８ｃの他端は、第１、第２気体供給管１２８ａ，１２８ｂと同様、図８の気体供給装置３５に接続されており、制御装置７０の指示の下、気体供給装置３５の気体供給が行われることにより、第３気体供給口１２６ｃから＋Ｚ方向に向けて気体が噴出されるようになっている。
【００３１】
以上のように構成されるハンド機構１０では、スライダ１８が図５（ａ）の状態から＋Ｚ方向に移動すると、図５（ｂ）に示されるように、第１回転部２２Ａの当設部１２２ｃの上端部と台部材１２に設けられたストッパ１２ａの下端面（−Ｚ側の端面）とが接触し、第１回転部２２Ｂの当設部１２２ｆの上端部とストッパ１２ａの下端面（−Ｚ側の端面）とが接触する。
【００３２】
そして、図５（ｂ）の状態から更に、スライダ１８が＋Ｚ方向に移動すると、図５（ｃ）に示されるように、引張コイルバネ３６の付勢力に抗して、第１回転部２２Ａが回転軸１８ｄを中心に右回りの方向に所定角度だけ回転され、第２回転部２２Ｂが回転軸１８ｃを中心に左回りの方向に第１回転部２２Ａと同一角度だけ回転される。これにより、第１フィンガー部２４Ａと第２フィンガー部２４Ｂのそれぞれが同一角度傾倒し、第１フィンガー部２４Ａの上端部（＋Ｚ側の端部）と第２フィンガー部２４Ｂの上端部（＋Ｚ側の端部）との間隔が狭められる。
【００３３】
この場合において、図５（ｂ）、図５（ｃ）の状態では、これらの図に対応する図６、図７の斜視図からわかるように、スライダ１８の＋Ｚ方向への移動により、板状部材２６も＋Ｚ方向に移動するので、板状部材２６の上端部（＋Ｚ側端部）近傍に設けられた第１、第２気体噴出口１２６ａ、１２６ｂ（図２参照）が、吸引部１４の上端部（＋Ｚ側端部）よりも上側（＋Ｚ側）に位置することになる。
【００３４】
図８には、本実施形態に係るイチゴ収穫装置１００の制御系が示されている。本実施形態に係るイチゴ収穫装置１００では、図１〜図７では不図示であるが、ハンド機構１０の一部に、図８に示されるカメラ４１と、外部カメラ４９と、距離センサ４２とを備えている。これらのうち、カメラ４１は視野内に存在するイチゴの位置などを検出するものである。また、外部カメラ４９は、台車３０に設置されており、イチゴを横方向から検出して、イチゴの色（着色度）を検出するものである。制御装置７０では、外部カメラ４９により検出されたイチゴの色（着色度）に基づいて、そのイチゴが、未熟果であるか赤熟果であるかを判断することにより、そのイチゴを収穫対象とするか否かを判断するとともに、カメラ４１の検出結果に基づいて、収穫対象のイチゴの位置を特定する。そして、制御装置７０は、収穫対象のイチゴとハンド機構１０（吸引部１４の上端部）との距離を検知する距離センサ４２の検知結果をモニタしつつ、モータドライバ２１、真空ポンプ２９、駆動部３３、及び気体供給装置３５などの動作を制御する。なお、カメラ４１及び距離センサ４２に代えて、ハンド機構１０にステレオカメラシステムを搭載し、このステレオカメラシステムを用いて、収穫対象のイチゴのＺ座標を正確に検知するようにしても良い。
【００３５】
次に、本実施形態に係るイチゴ収穫装置１００を用いたイチゴの収穫方法について、図９〜図１５に基づいて、説明する。
【００３６】
制御装置７０は、まず、モータ３１を制御して台車３０を所定位置まで移動するとともに、モータドライバ２１を介して、アーム機構２０を所定の状態に設定する。そして、制御装置７０は、この状態におけるカメラ４１の検出結果に基づいて、視野内に存在するイチゴの中から収穫対象のイチゴを特定する。ここでは、収穫対象のイチゴが、図９において記号「ＳＴｔ」で示されるイチゴに特定されたものとする。
【００３７】
次いで、制御装置７０は、収穫対象のイチゴＳＴｔの位置情報に基づいて、距離センサ４２の検出値をモニタしつつ、図９に示されるように、収穫対象のイチゴＳＴｔに、吸引部１４の上端部（＋Ｚ側の端部）を最接近させる。なお、この状態では、第１、第２のフィンガー部２４Ａ，２４Ｂは、下に下がった状態（図５（ａ）の状態）に設定されている。
【００３８】
次いで、制御装置７０は、真空ポンプ２９による真空吸引を開始することにより、図１０に示されるように、収穫対象のイチゴＳＴｔを吸引する。この場合、収穫対象のイチゴＳＴｔは、吸引部１４の上端部に設けられた緩衝材１４０（図２（ａ）等参照）と接触するようになっている。
【００３９】
次いで、制御装置７０は、図１１に示されるように、スライダ１８を、駆動部３３を介して＋Ｚ方向にスライド移動することにより、スライダ１８の位置を、前述した図５（ｂ）及び図６に示される位置に設定する。この状態で、制御装置７０は、気体供給装置３５を制御して、第１〜第３気体噴出口１２６ａ〜１２６ｃから、気体を噴出させる。この場合、第１〜第３気体噴出口１２６ａ〜１２６ｃから噴出される気体が、図１２（ａ），図１２（ｂ）に示されるように、収穫対象のイチゴＳＴｔに隣接するイチゴ（隣接イチゴ）ＳＴｎに吹き付けられるので、隣接イチゴＳＴｎは、図１２（ｂ）の矢印Ａ方向に移動する。これにより、隣接イチゴＳＴｎは、図１１のような収穫対象のイチゴに接近した状態から、図１３に示されるような収穫対象のイチゴＳＴｔから離間した状態に設定されるようになっている。なお、図１２（ａ）、図１２（ｂ）では、第３気体噴出口１２６ｃから噴出される気体は、隣接イチゴＳＴｎの移動にはほとんど寄与していないが、例えば、隣接イチゴＳＴｎが収穫対象のイチゴＳＴｔの真横（−Ｘ側）に位置する場合に、第３気体噴出口１２６ｃから噴出される気体が隣接イチゴＳＴｎを移動させるのに重要となる。
【００４０】
次いで、制御装置７０は、上記のようにして収穫対象のイチゴＳＴｔと隣接イチゴＳＴｎとを所定距離以上離した状態で、駆動部３３を介してスライダ１８を更に＋Ｚ方向に移動させることで、第１、第２回転部２２Ａ，２２Ｂを回転させ、第１アーム部２４Ａの上端部（＋Ｚ側の端部）と第２アーム部２４Ｂの上端部（＋Ｚ側の端部）とを、接近させる（前述した図５（ｃ）及び図７参照）。このようにすることにより、図１３に示されるように、第１アーム部２４Ａの緩衝材１２４ｂと第２アーム部２４Ｂの緩衝材１２４ｄとの間で、収穫対象のイチゴＳＴｔを把持することができる。制御装置７０は、上記のようにして収穫対象のイチゴＳＴｔを第１フィンガー部２４Ａと第２フィンガー部２４Ｂとの間で把持した段階で、真空ポンプ２９による真空吸引、及び気体供給装置３５による気体供給を停止する。
【００４１】
次いで、制御装置７０は、モータドライバ２１を制御することにより、図１４に示されるように、アーム機構２０の先端部（ハンド機構１０）を傾斜させるとともに下側に移動させることにより、収穫対象のイチゴＳＴｔを果柄から、摘み採る。なお、これに限らず、アーム機構２０の先端部（ハンド機構１０）を単に下側に移動させることにより、収穫対象のイチゴＳＴｔを果柄から、摘み採ることとしても良い。
【００４２】
そして、制御装置７０は、モータドライバ２１を制御することにより、ハンド機構１０の第１、第２フィンガー部２４Ａ，２４Ｂに把持されたイチゴＳＴｔが、図１５に示されるように、トレー５０の上方に位置決めされるように、アーム機構２０を駆動し、スライダ１８を前述した図５（ｂ）の状態に戻すことで、図１６に示されるように、第１、第２フィンガー部２４Ａ，２４ＢによるイチゴＳＴｔの把持を解除する。
【００４３】
以上のような動作を行うことにより、収穫対象のイチゴＳＴｔがトレー５０内に収容される。
【００４４】
なお、上記においては、第１、第２気体噴出口１２６ａ，１２６ｂからの気体が、栽培ベッド４０の内側の方向から外側の方向に向けて吹き付けられるように設定されているが、これは、ある品種のイチゴを高設栽培した場合、統計的に、栽培ベッド４０に近い側に赤熟果が集まりやすいというデータがあり、このデータから、収穫対象のイチゴと隣接イチゴとを効率的に離間させるには、気体が栽培ベッド４０の内側の方向から外側の方向に向けて吹き付けられたほうが良い、という考えによるものである。ただし、これに限らず、上記と別の品種又は別の条件においては、栽培ベッド４０に近い側に未熟果が集まりやすいというデータがあるのであれば、気体を逆向きに吹き付けるような収穫方法を採用することとしても良い。
【００４５】
以上詳細に説明したように、本実施形態のハンド機構１０によると、スライダ１８の＋Ｚ方向への移動により、台部材１２に設けられたストッパ１２ａの下端面と第１、第２回転部２２Ａ、２２Ｂに設けられた当設部１２２ｃ、１２２ｆとが接触して、第１、第２回転部２２Ａ，２２Ｂが回転軸１８ｄ、１８ｃを軸として回転し、第１、第２フィンガー部２４Ａ，２４Ｂの＋Ｚ側の端部が収穫対象のイチゴＳＴｔに近づく方向に移動するので、スライダ１８の＋Ｚ方向へのスライド移動のみで、簡易に、収穫対象のイチゴＳＴｔを把持することが可能である。また、第１、第２フィンガー部２４Ａ，２４Ｂのイチゴと接触する部分に、緩衝材１２４ｂ、１２４ｄが設けられているので、イチゴを傷つけることなく把持することができる。
【００４６】
また、本実施形態に係るイチゴ収穫装置１００によると、吸引部１４により収穫対象のイチゴＳＴｔを吸引して、収穫対象のイチゴＳＴｔの位置を固定するとともに、第１〜第３気体噴出口により隣接イチゴＳＴｎに気体を吹き付けて収穫対象のイチゴＳＴｔと隣接イチゴＳＴｎとを離間させるので、この状態で第１、第２フィンガー部２４Ａ，２４Ｂにより収穫対象のイチゴＳＴｔを把持することで、隣接イチゴＳＴｎに邪魔されることなく、収穫対象のイチゴＳＴｔを確実に把持することが可能となる。また、隣接イチゴＳＴｎと第１、第２フィンガー部２４Ａ，２４Ｂとの接触を極力回避することができるので、隣接イチゴＳＴｎへの傷つきを極力抑制することができる。
【００４７】
また、本実施形態に係るイチゴ収穫装置１００では、吸引部１４が、収穫対象のイチゴＳＴｔに対して重力方向下側から接近するため、葉、弦、及び果柄などがハンド機構１０の接近の邪魔になることが少なく、効果的にイチゴの収穫を行うことが可能である。また、イチゴは、一般的に略円錐形の形状を有しているため、イチゴを下側から吸引することにより、横側から吸引する場合よりも効果的な吸引を行うことが可能である。
【００４８】
また、本実施形態では、第１、第２気体噴出口１２６ａ，１２６ｂを有する板状部材２６と、第１、第２フィンガー部２４Ａ，２４Ｂとがスライダ１８に固定されており、図９に示されるように、吸引部１４が収穫対象のイチゴＳＴｔに接近するときには、吸引部１４の上端部よりも、板状部材２６の上端部、及び第１、第２フィンガー部２４Ａ，２４Ｂの上端部の方が下側に位置しているので、これらの部材が隣接イチゴＳＴｎに接触するのを極力回避することができる。これにより、隣接イチゴの傷つきを極力抑制することが可能である。
【００４９】
更に、本実施形態に係るイチゴ収穫装置１００では、吸引部１４の上端部に、緩衝材１４０が設けられているので、吸引部１４による吸引の際のイチゴの傷つきを極力抑制することが可能である。
【００５０】
なお、上記実施形態では、ハンド機構１０として、図２に示されるような構成を採用した場合について説明したが、これに限らず、収穫対象のイチゴを吸引するとともに、隣接イチゴに気体を吹き付けることにより、収穫対象のイチゴと隣接イチゴとの間を離間させ、この離間状態で、収穫対象のイチゴを把持できる構成であれば、その他の構成のハンド機構を採用することとしても良い。
【００５１】
なお、上記実施形態では、第１、第２回転部２２Ａ，２２Ｂに対して常時付勢力を付与する付勢部として、引張コイルバネ３６を採用した場合について説明したが、これに限らず、圧縮コイルバネやゴムなどその他の弾性部材を用いることとしても良い。また、付勢部としては、弾性部材に限らず、電力や圧縮空気を動力として付勢力を付与する機構を採用することとしても良い。
【００５２】
なお、上記実施形態では、第１のフィンガー部２４Ａ及び第２のフィンガー部２４Ｂの両方が、それぞれ反対方向に移動することにより、収穫対象のイチゴＳＴｔを保持する場合について説明したが、これに限られるものではなく、例えば、一方のフィンガー部が固定で、他方のフィンガー部のみを移動させることとしても良い。この場合にも、上記実施形態と同様にして、イチゴの収穫を行うことが可能である。
【００５３】
また、上記実施形態における気体噴出口（第１〜第３気体噴出口１２６ａ〜１２６ｃ）の配置や数は、一例であって、種々の構成を採用することができる。例えば、図１７（ａ）に示されるように、第３気体噴出口１２６ｃを、吸引部１４の−Ｘ側近傍に設けることとしても良いし、例えば、図１７（ｂ）に示されるように、第３気体噴出口１２６ｃを設けないようにしても良い。
【００５４】
なお、上記実施形態では、第１、第２気体噴出口１２６ａ，１２６ｂの間の距離が、所定距離（例えば３０ｍｍ）に設定されている場合について説明したが、これに限らず、例えば、板状部材２６に、第１、第２気体噴出口１２６ａ，１２６ｂの間隔を変化させるための駆動機構を設けることとしても良い。この場合、カメラ４１の検出結果から導き出される収穫対象のイチゴの最大幅に応じて、制御装置７０が、第１、第２気体噴出口１２６ａ，１２６ｂの間隔を適宜変更するようにしても良い。
【００５５】
なお、上記実施形態では、収穫対象のイチゴＳＴｔの果柄からの摘み採りを、図１４に示されるように、アーム機構２０の先端部（ハンド機構１０）を下側に移動させることにより行うこととしたが、これに限らず、例えば、第１フィンガー部２４Ａ及び第２フィンガー部２４Ｂの上端部それぞれに果柄を切断することが可能な切断刃を設けておき、これにより、収穫対象のイチゴＳＴｔを果柄から摘み採ることとしても良い。この場合、第１フィンガー部２４Ａに設けられる切断刃の刃部を、図２におけるＸ軸に対してＸＹ面内で所定角度（α°）だけ傾斜させるとともに、第２フィンガー部２４Ｂに設けられる切断刃の刃部を、図２におけるＸ軸に対してＸＹ面内で所定角度（例えば、−α°（ただし、この角度に限られるものでは無く、第１フィンガー部２４Ａ側の切断刃の刃部と平行でなければ良い））だけ傾斜させ、かつ第１フィンガー部２４Ａ側の切断刃と第２フィンガー部２４Ｂ側の切断刃とのＺ軸方向に関する位置をわずかに異ならせることとしても良い。このようにすることで、第１フィンガー部２４Ａと第２フィンガー部２４Ｂとを徐々に接近させることにより、両切断刃が徐々に交差することから、ハサミのようにせん断力を利用して果柄を切断することが可能となる。また、第１フィンガー部２４Ａ及び第２フィンガー部２４Ｂの両方に切断刃を設ける場合に限らず、第１フィンガー部２４Ａ及び第２フィンガー部２４Ｂの一方にのみ切断刃を設けることとしても良い。この場合、切断刃を、第１フィンガー部２４Ａ及び第２フィンガー部２４Ｂの他方の上端部に押し付けることにより、果柄を切断して、収穫対象のイチゴＳＴｔを摘み採ることとすることができる。いずれか一方のフィンガー部に切断刃を設ける場合には、切断刃を設けたフィンガー部側が上側になるように、ハンド機構１０を傾斜させることが望ましい。このようにすることにより、切断刃が果柄に接触しやすくなるので、果柄の切断を容易に行うことが可能となる。
【００５６】
なお、上記実施形態では、台車３０と栽培ベッド４０とのＹ軸方向に関する相対位置関係の変更を、台車３０側を移動することにより行う場合について説明したが、これに限らず、例えば、図１８に示されるように、台車３０を地面上に固定するとともに、栽培ベッド４０をベルトコンベア７７上に載置して、台車３０と栽培ベッド４０とのＹ軸方向に関する相対位置関係の変更を、ベルトコンベア７７を用いた栽培ベッド４０の移動により、行うこととしても良い。
【００５７】
なお、上記実施形態では、本発明の果実収穫装置をイチゴの収穫装置に適用した場合について説明したが、これに限らず、ミカンやリンゴなどの果物を収穫する収穫装置に適用することとしても良いし、ミニトマトなどの野菜を収穫する収穫する装置に適用することとしても良い。この場合、上記実施形態と同様、高設栽培された果実を収穫する場合に適用することとしても良いし、単に、樹木の高いところに結実した果実を収穫する場合に適用することとしても良い。
【００５８】
上述した実施形態は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】一実施形態のイチゴ収穫装置が設置された高設栽培農場の一部を示す図である。
【図２】図１のハンド機構を示す斜視図（その１）である。
【図３】図１のハンド機構を示す斜視図（その２）である。
【図４】図１のハンド機構の分解斜視図である。
【図５】ハンド機構の第１、第２フィンガー部の動作を説明するための図である。
【図６】図５（ｂ）に対応する斜視図である。
【図７】図５（ｃ）に対応する斜視図である。
【図８】一実施形態に係るイチゴ収穫装置の制御系を示すブロック図である。
【図９】イチゴ収穫装置の動作を説明するための図（その１）である。
【図１０】イチゴ収穫装置の動作を説明するための図（その２）である。
【図１１】イチゴ収穫装置の動作を説明するための図（その３）である。
【図１２】第１〜第３気体噴出口の作用を示す図である。
【図１３】イチゴ収穫装置の動作を説明するための図（その４）である。
【図１４】イチゴ収穫装置の動作を説明するための図（その５）である。
【図１５】イチゴ収穫装置の動作を説明するための図（その６）である。
【図１６】イチゴ収穫装置の動作を説明するための図（その７）である。
【図１７】一実施形態の変形例を示す図（その１）である。
【図１８】一実施形態の変形例を示す図（その２）である。
【符号の説明】
【００６０】
１０ ハンド機構
１２ 台部材
１４ 吸引部
１６ ガイド
１８ スライダ
２０ アーム機構
２２Ａ 第１回転部
２２Ｂ 第２回転部
２４Ａ 第１フィンガー部
２４Ｂ 第２フィンガー部
３６ 引張コイルバネ
１００ イチゴ収穫装置
１２４ｂ 緩衝材
１２４ｄ 緩衝材
１２６ａ 第１気体噴出口
１２６ｂ 第２気体噴出口
１２６ｃ 第３気体噴出口
１４０ 緩衝材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
収穫対象果実を把持する把持装置であって、
前記収穫対象果実の第１軸方向一側に位置決めされる本体部と、
前記本体部に設けられ、前記第１軸方向に沿ってスライド移動するスライド部と、
前記スライド部に設けられ、前記スライド部の前記第１軸方向一側から他側への移動に伴って、前記本体部の一部と接触することにより、前記第１軸に交差する第２軸を中心に回転する第１回転部と、
前記第１回転部にその一端側が固定され、前記第１回転部の回転によりその他端部が前記収穫対象果実に近づく方向に移動する第１把持部材と、
前記第１把持部材の他端部とともに、前記収穫対象果実を把持する第２把持部材と、を備える把持装置。
【請求項２】
前記スライド部の前記第１軸方向一側から他側へのスライド移動に伴って、前記本体部の一部と接触することにより、前記第１回転部とは逆向きに回転する第２回転部を更に備え、
前記第２把持部材の一端側が前記第２回転部に固定され、前記スライド部のスライド移動に伴って、前記第１、第２把持部材の他端部間の間隔が狭まる方向に前記第１、第２把持部材が移動することを特徴とする請求項１に記載の把持装置。
【請求項３】
前記第１把持部材における前記収穫対象果実と接触する部分と、前記第２把持部材における前記収穫対象果実と接触する部分との間の間隔を広げる方向の付勢力を、前記第１、第２把持部材の少なくとも一方に常時付与する付勢部を更に備える請求項１又は２に記載の把持装置。
【請求項１】
収穫対象果実を把持する把持装置であって、
前記収穫対象果実の第１軸方向一側に位置決めされる本体部と、
前記本体部に設けられ、前記第１軸方向に沿ってスライド移動するスライド部と、
前記スライド部に設けられ、前記スライド部の前記第１軸方向一側から他側への移動に伴って、前記本体部の一部と接触することにより、前記第１軸に交差する第２軸を中心に回転する第１回転部と、
前記第１回転部にその一端側が固定され、前記第１回転部の回転によりその他端部が前記収穫対象果実に近づく方向に移動する第１把持部材と、
前記第１把持部材の他端部とともに、前記収穫対象果実を把持する第２把持部材と、を備える把持装置。
【請求項２】
前記スライド部の前記第１軸方向一側から他側へのスライド移動に伴って、前記本体部の一部と接触することにより、前記第１回転部とは逆向きに回転する第２回転部を更に備え、
前記第２把持部材の一端側が前記第２回転部に固定され、前記スライド部のスライド移動に伴って、前記第１、第２把持部材の他端部間の間隔が狭まる方向に前記第１、第２把持部材が移動することを特徴とする請求項１に記載の把持装置。
【請求項３】
前記第１把持部材における前記収穫対象果実と接触する部分と、前記第２把持部材における前記収穫対象果実と接触する部分との間の間隔を広げる方向の付勢力を、前記第１、第２把持部材の少なくとも一方に常時付与する付勢部を更に備える請求項１又は２に記載の把持装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００９−２７９７６（Ｐ２００９−２７９７６Ａ）
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１９５２１１（Ｐ２００７−１９５２１１）
【出願日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【出願人】（５０１２０３３４４）独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構 (827)
【出願人】（５０７１９７８３４）株式会社マエカワ (4)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【出願人】（５０１２０３３４４）独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構 (827)
【出願人】（５０７１９７８３４）株式会社マエカワ (4)
【Ｆターム（参考）】
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