果柄切断機構
【課題】果柄の損傷を抑制する。
【解決手段】第１フィンガ５２ａの第２フィンガ５２ｂと対向する一部に、Ｚ’方向から見て＋Ｘ’方向に凹んだ凹部１５２ａを形成して、当該凹部を＋Ｚ’方向から覆うように切断刃６４を設けるとともに、切断刃の刃先を、第１フィンガの−Ｘ端面（凹部１５２ａ以外の部分）と面一に設定する。これにより、切断刃の刃先と第２フィンガとの間に果柄を侵入させる際の、切断刃への果柄の接触を抑制する。
【解決手段】第１フィンガ５２ａの第２フィンガ５２ｂと対向する一部に、Ｚ’方向から見て＋Ｘ’方向に凹んだ凹部１５２ａを形成して、当該凹部を＋Ｚ’方向から覆うように切断刃６４を設けるとともに、切断刃の刃先を、第１フィンガの−Ｘ端面（凹部１５２ａ以外の部分）と面一に設定する。これにより、切断刃の刃先と第２フィンガとの間に果柄を侵入させる際の、切断刃への果柄の接触を抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、果柄切断機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、イチゴなどの果実（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。また、最近においては、養液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（例えば、特許文献１〜５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−９５３４８号公報
【特許文献２】特開２００９−５５８７号公報
【特許文献３】特開２００８−２０６４３８号公報
【特許文献４】特開２００８−２２７３７号公報
【特許文献５】特開２００１−１４５４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように人手で果実を収穫する場合や、機械を用いて果実を収穫する場合のいずれにおいても、果柄を正確に切断するためには、果柄を切断する機構の切断位置（例えば切断刃の刃先近傍）に、果柄を位置決めする必要がある。しかるに、この位置決めの際に、果柄を切断する機構の一部などに果柄や果実が接触すると、果柄のスムーズな位置決めができなくなったり、果柄や果実が損傷したりするおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、果柄の切断位置に果柄をスムーズに位置決めし、果柄の損傷を抑制することが可能な果柄切断機構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】
【０００６】
本発明の果柄切断機構は、収穫対象果実の果柄を切断する果柄切断機構であって、第１方向に延び、前記第１方向に直交する第２方向に移動可能な第１フィンガと、前記第１フィンガの前記第２方向近傍に配置され、前記第１方向に延び、前記第２方向に移動可能な第２フィンガと、前記第１、第２方向を含む面を有するプレート形状で、前記第１方向に延びる刃先を有し、前記第１フィンガに設けられた切断刃と、を備え、前記第１フィンガの前記第２フィンガと対向する一部には、前記第１、第２方向に直交する第３方向から見て前記第２方向に凹んだ凹部が形成され、前記切断刃は、前記凹部を前記第３方向から覆うように前記第１フィンガに設けられるとともに、前記刃先が、前記第１フィンガの前記第２フィンガに対向する面のうち前記凹部以外の部分と面一又は当該部分よりも前記第２フィンガから離れた位置に設定されており、前記第２フィンガの前記凹部と対向する部分には、前記第１、第２フィンガが前記第２方向に関して接近したときに前記凹部内に侵入可能な凸部が設けられ、前記第１、第２フィンガが前記第２方向に関して接近したときに、前記凸部と前記切断刃との間の、せん断力により、前記第１、第２フィンガの間に位置する前記収穫対象果実の果柄が切断される果柄切断機構である。
【０００７】
これによれば、第１フィンガの第２フィンガと対向する一部に、第３方向から見て第２方向に凹んだ凹部が形成され、当該凹部を第３方向から覆うように切断刃が設けられるとともに、切断刃の刃先が、第１フィンガの第２フィンガに対向する面（凹部以外の部分）と面一又は第２フィンガから遠い位置に設定されている。これにより、切断刃の刃先と第２フィンガとの間に、第１、第２フィンガ間から果柄を侵入させる際の、切断刃への果柄の接触を抑制することができる。したがって、果柄を切断刃の刃先と第２フィンガとの間（すなわち、果柄の切断位置）にスムーズに侵入させることができるとともに、切断刃への接触による果柄の損傷を抑制することができる。また、第２フィンガの、凹部と対向する部分に、第１、第２フィンガが接近したときに凹部内に侵入可能な凸部が設けられていることから、切断刃と凸部との間のせん断力で、果柄を切断することが可能となる。
【０００８】
この場合において、前記収穫対象果実の果柄は、前記第１、第２フィンガ間に、前記第１方向一端部側から侵入し、前記第１、第２フィンガの前記第１方向一端部は、前記第１、第２フィンガが前記第２方向に関して最接近したときでも、所定の間隙が維持されることとしてもよい。
【０００９】
また、本発明の果柄切断機構では、第１フィンガの凹部には、緩衝材が設けられていることとしてもよい。かかる場合には、果柄の損傷を抑制しつつ、果実を第１、第２フィンガで挟持することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の果柄切断機構は、果柄の切断位置に果柄をスムーズに位置決めし、果柄の損傷を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態のイチゴ収穫装置及び当該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２（ａ）は、ハンド機構を＋Ｚ’方向から見た状態を示す図であり、図２（ｂ）は、ハンド機構を−Ｘ’方向から見た状態を示す図である。
【図３】図３（ａ）は、第１フィンガ（切断刃及びストッパを含む）及び第２フィンガを示す斜視図であり、図３（ｂ）は、第１フィンガを示す図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】イチゴ収穫装置の制御系を示すブロック図である。
【図５】イチゴ収穫装置の一連の処理を示すフローチャートである。
【図６】図６（ａ）は、イチゴの果柄が第１フィンガと第２フィンガの間に侵入した状態を示す斜視図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）から切断刃及びストッパを取り外した状態を示す斜視図である。
【図７】図７（ａ）は、イチゴの果柄を切断した状態を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）から切断刃及びストッパを取り外した状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図７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及び当該イチゴ収穫装置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、土耕栽培又は養液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】
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上に設けられたロボットアーム２０と、ロボットアーム２０の先端部に設けられた果柄切断装置としてのハンド機構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、ステレオカメラ６０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にロボットアーム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、駆動部１０６（図１では不図示、図４参照）の駆動力により、制御装置９０の駆動制御部９５（図１では不図示、図４参照）の指示の下、レール３２Ａ，３２Ｂに沿って、Ｙ軸方向に移動する。トレー５０は、ウレタンなどの柔軟性を有する材料から成り、イチゴを収容可能な凹部が複数設けられている。
【００１６】
ロボットアーム２０は、モータドライバにより制御される電動モータによって作動する。このロボットアーム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。すなわち、ハンド機構１０は、Ｘ軸及びＹ軸により規定される面（所定面）に沿って移動して、収穫対象のイチゴに接近することができるとともに、Ｚ軸方向への移動や、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸回りの姿勢を変化させることもできる。なお、ロボットアーム２０の動作は、図４の制御装置９０の駆動制御部９５により制御される。
【００１７】
ハンド機構１０は、収穫対象であるイチゴの果柄を切断して、イチゴを収穫する機構である。以下、このハンド機構１０について図２に基づいて詳細に説明する。図２（ａ）は、図１のハンド機構１０の平面図であり、図２（ｂ）は、ハンド機構１０の側面図である。なお、以下においては、図２（ｂ）の紙面上下方向をＺ’軸方向、これに垂直な方向をＸ’軸方向、Ｚ’軸及びＸ’軸に垂直な方向をＹ’軸方向として説明する。
【００１８】
これら図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、ハンド機構１０は、第１フィンガ５２ａ，第２フィンガ５２ｂと、果柄検出用カメラ５４と、第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂをＸ’方向に沿って駆動する移動部としてのエアチャック５６と、エアチャック５６及び果柄検出用カメラ５４を支持する支持台５５と、を備える。
【００１９】
図３（ａ）には、第１フィンガ５２ａ、第２フィンガ５２ｂを取り出した状態が斜視図にて示されている。図３（ａ）に示すように、第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂは、それぞれ、第１方向としてのＹ’方向に延びており、第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂは、第２方向としてのＸ’方向に近接して配置されている。
【００２０】
第１フィンガ５２ａの＋Ｙ’端部近傍には、図３（ａ）に示すように、切断刃６４と、略Ｌ字状のストッパ６６とが設けられている。切断刃６４は、Ｘ’Ｙ’面を有するプレート状（薄板状）の形状を有しており、その−Ｘ’端部は、Ｙ’方向に延びた刃先（blade edge）とされている。切断刃６４は、ストッパ６６とともにネジにより第１フィンガ５２ａに固定されている。すなわち、切断刃６４としては、替刃を用いることができる。ストッパ６６は、イチゴの果柄を切断刃６４による切断が可能な位置にとどめておく部材である。
【００２１】
図３（ｂ）には、図３（ａ）の第１フィンガ５２ａから切断刃６４及びストッパ６６を取り外した状態が示されている。この図３（ｂ）に示すように、第１フィンガ５２ａの、第２フィンガ５２ｂに対向する部分には、第３方向としてのＺ’方向から見て、＋Ｘ’方向に凹んだ凹部１５２ａが形成されている。凹部１５２ａには、薄板状の緩衝材６２が設けられている。緩衝材６２としては、例えばゴムなどを用いることができる。なお、切断刃６４は、図３（ａ）から分かるように、凹部１５２ａを＋Ｚ’方向から覆うように、第１フィンガ５２ａに固定されている。また切断刃６４のＹ’方向に延びる刃先は、図６（ａ）や図２（ａ）から分かるように、第１フィンガ５２ａ（凹部１５２ａ以外の部分）の−Ｘ’端面（第２フィンガ５２ｂに対向する面）と面一に設定されている。ここで、切断刃６４は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である図３（ｃ）に示すように、凹部１５２ａに設けられた緩衝材６２よりも−Ｘ’方向にせり出した状態となるように、第１フィンガ５２ａに設けられている。また、緩衝材６２に対する切断刃６４のせり出し量ｄとして、果柄の径（直径）と同程度の量を採用している。このようにすることで、切断刃６４で果柄を切断するのとほぼ同時に、第１フィンガ５２ａ（緩衝材６２）と第２フィンガ５２ｂとによる果柄の保持が可能となる。また、上記のようなせり出し量ｄを設定することで、緩衝材６２が、果柄切断時における第１フィンガ５２ａと第２フィンガ５２ｂの接近動作を妨げることがないようになっている。
【００２２】
図３（ａ）に戻り、第２フィンガ５２ｂの、第１フィンガ５２ａの凹部１５２ａと対向する位置には、凹部１５２ａ内に侵入可能な形状を有する凸部１５２ｂが形成されている。凸部１５２ｂは、第１フィンガ５２ａと第２フィンガ５２ｂとがＸ’方向に関して接近した状態で、凹部１５２ａ内に侵入する（図７（ｂ）参照）。
【００２３】
なお、図７（ａ）や図７（ｂ）に示すように、第１フィンガ５２ａと第２フィンガ５２ｂとがＸ’方向に関して最接近した状態では、第１フィンガ５２ａの＋Ｙ’端部と、第２フィンガ５２ｂの＋Ｙ’端部との間には、間隙７２が形成される。この間隙７２は、イチゴの果柄の直径よりもやや大きい寸法（例えば、３ｍｍ程度）とされている。
【００２４】
図２（ａ）、図２（ｂ）に戻り、エアチャック５６は、駆動制御部９５（図４）の指示の下、第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂをＸ’軸方向に沿って駆動し、各フィンガ５２ａ，５２ｂ間を接近させたり離間させたりして開閉動作を行う。具体的には、第１フィンガ５２ａの＋Ｘ’方向への移動と第２フィンガ５２ｂの−Ｘ’方向への移動とを同時に行うことで、第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂを開いた状態とすることができる。また、第１フィンガ５２ａの−Ｘ’方向への移動と第２フィンガ５２ｂの＋Ｘ’方向への移動とを同時に行うことで、第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂを閉じた状態とすることができる。
【００２５】
果柄検出用カメラ５４は、収穫対象のイチゴ及び当該イチゴの果柄を撮影して、当該撮影画像を、制御装置９０の果柄切断位置決定部８６（図４参照）に対して出力する。なお、果柄検出用カメラ５４で撮影された画像は、収穫対象のイチゴの果柄の切断位置を決定するために用いられる。
【００２６】
図１に戻り、ステレオカメラ６０は、２つの光学系及び２つの撮像素子を用いて、ＸＹ面（所定面）に交差する方向（ここでは、Ｚ方向）から２つの画像を同時に取得する。ステレオカメラ６０は取得した画像を、制御装置９０の果実３次元位置算出部８４（図４参照）に対して出力する。なお、ステレオカメラ６０で撮影された画像は、収穫対象のイチゴの特定、当該イチゴの３次元位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の位置）の特定に用いられる。
【００２７】
図４には、本実施形態のイチゴ収穫装置１００の制御系がブロック図にて示されている。この図４に示すように、本実施形態の制御系は、上述した各部のほか、各部を統括的に制御する制御装置９０及び当該制御装置９０に接続された入力装置９９を含んでいる。制御装置９０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有する情報処理装置であり、当該ＣＰＵにおいて制御プログラムが実行されることにより、図４において制御装置９０のブロック中に示す各機能を実現する。具体的には、制御装置９０は、果実３次元位置算出部８４、果柄切断位置決定部８６、及び駆動制御部９５として機能する。
【００２８】
果実３次元位置算出部８４は、ステレオカメラ６０において撮影された画像を取得し、取得した画像の画像認識を行い、当該画像認識結果（収穫対象のイチゴの３次元方向位置）を駆動制御部９５に対して出力する。
【００２９】
果柄切断位置決定部８６は、果柄検出用カメラ５４において撮影された画像を取得し、当該画像から、収穫対象のイチゴの果柄の位置を算出する。そして、果柄切断位置決定部８６は、算出した果柄の位置に基づいて果柄の切断位置を決定し、当該決定結果を、駆動制御部９５に対して出力する。
【００３０】
駆動制御部９５は、果実３次元位置算出部８４及び果柄切断位置決定部８６から入力された情報に基づいて、駆動部１０６、ロボットアーム２０、エアチャック５６の駆動を制御する。
【００３１】
次に、上記のように構成されるイチゴ収穫装置１００による処理について、図５〜図７に基づいて詳細に説明する。
【００３２】
図５は、イチゴ収穫装置１００による処理の一連の流れを示すフローチャートである。この図５の処理は、制御装置９０の各部により実行されるものである。
【００３３】
まず、図５のステップＳ１０では、駆動制御部９５が、収穫開始指示が出されたか否かを判断する。収穫開始指示は、作業者が、制御装置９０に接続された入力装置９９から入力するものである。駆動制御部９５は、ステップＳ１０の判断が肯定されるまで待機し、ステップＳ１０の判断が肯定された段階で、ステップＳ１２に移行する。
【００３４】
ステップＳ１２に移行すると、果実３次元位置算出部８４が、ステレオカメラ６０において撮影された画像から、収穫対象のイチゴの３次元位置を算出する。この場合、果実３次元位置算出部８４は、画像からイチゴの色（赤や緑白色）を認識して、赤色果実を収穫対象のイチゴとして決定するとともに、当該収穫対象のイチゴの位置を算出する。果実３次元位置算出部８４は、イチゴの３次元位置を駆動制御部９５に対して出力する。
【００３５】
次いで、ステップＳ１４では、駆動制御部９５が、算出された収穫対象のイチゴの３次元位置に基づいて、ロボットアーム２０や駆動部１０６を介して、ハンド機構１０を収穫対象のイチゴに接近させる。
【００３６】
次いで、ステップＳ１６では、ステップＳ１４で収穫対象のイチゴに接近した状態のハンド機構１０に搭載された果柄検出用カメラ５４を用いて、画像を撮影し、当該撮影画像を用いて、果柄切断位置決定部８６が、収穫対象のイチゴの果柄の位置を算出する。そして、果柄切断位置決定部８６は、例えば、果柄の下端から所定高さの位置を果柄切断位置として決定する。
【００３７】
次いで、ステップＳ２０では、駆動制御部９５は、ロボットアーム２０を駆動して、ハンド機構１０を果柄切断位置まで移動する。具体的には、駆動制御部９５は、収穫対象のイチゴの果柄が、第１フィンガ５２ａ（切断刃６４の刃先）と第２フィンガ５２ｂとの間に侵入するように、ハンド機構１０を直進させる。なお、切断刃６４の刃先と第２フィンガ５２ｂとの間に果柄が位置した状態が、図６（ａ）に示されている。また、図６（ａ）の状態から、切断刃６４及びストッパ６６を取り去った状態が図６（ｂ）に示されている。ここで、前述のように、切断刃６４の刃先は、第１フィンガ５２ａ（凹部１５２ａ以外の部分）の−Ｘ’端面と面一に設定されている。このような構成を採用することで、図６（ａ）の矢印Ａ方向に沿って、果柄が、切断刃６４の刃先と第２フィンガ５２ｂとの間に侵入するときの、果柄と切断刃６４との接触を抑制することができる。すなわち、切断刃６４の刃先が第１フィンガ５２ａの−Ｘ’端面よりも−Ｘ’方向に存在しているような場合と比較して、果柄を切断刃６４と第２フィンガ５２ｂとの間にスムーズに侵入させることができる。
【００３８】
次いで、ステップＳ２２では、駆動制御部９５は、エアチャック５６を制御して、一対のフィンガ５２ａ，５２ｂを互いに近づく方向に移動する（閉じた状態とする）ことで、果柄を果柄切断位置にて切断する。このときの第１フィンガ５２ａ及び第２フィンガ５２ｂの状態が、図７（ａ）に示されている。この図７（ａ）の状態では、第１フィンガ５２ａの凹部１５２ａ内に、第２フィンガ５２ｂの凸部１５２ｂが侵入した状態となる。このように、凸部１５２ｂが凹部１５２ａ内に侵入する際には、凸部１５２ｂと切断刃６４とによるせん断力が果柄に作用するため、当該せん断力により、果柄が切断されることとなる。
【００３９】
図７（ｂ）には、図７（ａ）の状態から、切断刃６４及びストッパ６６を取り去った状態が示されている。この図７（ｂ）に示すように、果柄の切断が完了した状態では、切断後の果柄（切断刃６４よりも下側（−Ｚ’側））は、緩衝材６２を介して、第２フィンガ５２ｂの凸部１５２ｂと、第１フィンガ５２ａの凹部１５２ａとにより挟持される。
【００４０】
なお、果柄が第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂの間に侵入したにもかかわらず、切断刃６４と第２フィンガ５２ｂとの間に侵入できなかったとしても、果柄は間隙７２に位置することになる。この場合、第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂ間で押しつぶされることによる果柄の損傷を回避することができる。
【００４１】
図５に戻り、次のステップＳ２４では、駆動制御部９５が、ロボットアーム２０を駆動して、ハンド機構１０をトレー５０の上方に位置決めする。そして、駆動制御部９５は、エアチャック５６を制御して、第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂを互いに離間する方向に移動する（開いた状態とする）ことで、ハンド機構１０の保持するイチゴをトレー５０上に載置する。すなわち、ステップＳ２４の処理により、イチゴの収穫が行われる。なお、トレー５０は、前述のようにウレタンなどの柔軟性を有する部材から成るため、トレー５０の上方からイチゴを落下させても、イチゴは損傷しないようになっている。
【００４２】
次いで、ステップＳ２６では、駆動制御部９５が、収穫終了指示が出されたか否かを判断する。ここでの判断が否定された場合には、ステップＳ１２に戻り、次のイチゴの収穫を、前述したのと同様の方法により行う。一方、ステップＳ２６の判断が肯定された場合、すなわち、入力装置９９を介して、作業者からの収穫終了指示が入力された場合には、図５の全処理を終了する。
【００４３】
以上、詳細に説明したように、本実施形態によると、第１フィンガ５２ａの第２フィンガ５２ｂと対向する一部に、＋Ｚ’（又は−Ｚ’）方向から見て＋Ｘ’方向に凹んだ凹部１５２ａが形成され、当該凹部１５２ａを＋Ｚ’方向から覆うように切断刃６４が設けられるとともに、切断刃６４の刃先が、第１フィンガ５２ａの−Ｘ端面（凹部１５２ａ以外の部分）と面一に設定されている。したがって、切断刃６４の刃先と第２フィンガ５２ｂとの間に果柄を侵入させる際の、切断刃６４への果柄の接触を抑制することができる。これにより、果柄を切断刃６４の刃先と第２フィンガ５２ｂとの間にスムーズに侵入させることができるとともに、果柄の損傷を抑制することができる。また、本実施形態では、第２フィンガ５２ｂの凹部１５２ａと対向する部分に、第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂがＸ’方向に関して接近したときに凹部１５２ａ内に侵入可能な凸部１５２ｂが設けられていることから、上記のように、切断刃６４の刃先と第１フィンガ５２ａの−Ｘ端面とが面一に設定されていても、問題なく、切断刃６４と凸部１５２ｂとの間のせん断力で、果柄を切断することが可能となる。
【００４４】
また、本実施形態によると、第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂの＋Ｙ’端部は、第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂがＸ’方向に関して最接近したときでも、間隙７２が維持される。これにより、仮に切断刃６４の刃先と第２フィンガ５２ｂとの間に果柄が侵入できず、切断刃６４による切断ができなかった場合でも、間隙７２に果柄が位置することになる。したがって、果柄が第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂにより押しつぶされるなどして損傷するのを、抑制することができる。
【００４５】
また、本実施形態によると、切断刃６４は着脱自在な替刃とすることができるので、メンテナンス性を向上することが可能となる。また、本実施形態では切断刃６４として替刃を用いても、上述した果柄損傷抑制の効果を得ることができる点で有効である。
【００４６】
また、本実施形態では、第１フィンガ５２ａの凹部１５２ａに、緩衝材６２が設けられているので、果柄切断後のイチゴを確実に保持することが可能となる。
【００４７】
なお、上記実施形態では、本発明の果柄切断機構が、ハンド機構に採用された場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、第１フィンガ５２ａと第２フィンガ５２ｂとを人手で移動させるような、果実切断用のハサミに作用することも可能である。
【００４８】
また、上記実施形態では、切断刃６４の刃先と、第１フィンガ５２ａの−Ｘ’端面とが、面一である場合について説明したが、これに限られるものではない。切断刃６４と第２フィンガ５２ｂとの間への果柄の侵入をスムーズにするという観点からは、切断刃６４の刃先が、第１フィンガ５２ａの−Ｘ’端面よりも＋Ｘ’側の位置（第２フィンガ５２ｂから離れた位置）に設定されていてもよい。
【００４９】
また、上記実施形態では、果柄切断機構に、緩衝材６２を設けるなどして、切断後のイチゴ（切断刃６４よりも下側の果柄及びイチゴ）を保持可能とした場合について説明したが、これに限られるものではなく、果柄切断機構は、果実の保持が可能でなくてもよい。この場合、緩衝材６２を設けないこととしてもよい。また、この場合には、切断刃６４を第１フィンガ５２ａの−Ｚ’側に設けることとしても良い。
【００５０】
なお、上記実施形態では、第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂの間に間隙７２を設けることとしたが、これに限らず、間隙７２を設けないこととしても良い。
【００５１】
なお、上記実施形態では、ステレオカメラ６０を用いて、収穫対象のイチゴのＺ位置を検出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い。例えば、距離センサなどを用いて、収穫対象のイチゴのＺ位置を検出することとしてもよい。このように距離センサ等を用いる場合には、ステレオカメラ６０に代えて、通常のカメラ（１つの光学系及び１つの撮像素子を有する）を用いることとしてもよい。
【００５２】
なお、上記実施形態のイチゴ収穫装置１００は、ロボットアーム２０が搭載された台車３０が、地面上に敷設されたレール３２Ａ，３２Ｂに沿ってＹ軸方向に移動することで、ロボットアーム２０と、固定された栽培ベッド４０とのＹ軸方向に関する相対移動を実現する場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、例えば、特開２０１０−５７４４８号公報に開示されているように、栽培ベッド４０をＹ軸方向に移動可能に構成し、ロボットアーム２０を固定とすることで、ロボットアーム２０と栽培ベッド４０との相対移動を実現することとしてもよい。また、栽培ベッド４０とロボットアーム２０の両方が、Ｙ軸方向に移動可能であってもよい。
【００５３】
なお、上記実施形態では特に言及していないが、ステレオカメラ６０の近傍に撮影時の光量を確保するための光源を設けることとしてもよい。また、果柄検出用カメラ５４の近傍にも、光源を設けることとしてもよい。この場合、果柄検出用カメラ５４の近傍には、緑色の光を照射する光源を設けることとしてもよい。緑色の光を照射する光源を設けることで、果柄や蔕など、緑色の部分の検出を高精度に行うことが可能となる。
【００５４】
なお、上記実施形態では、本発明の果柄切断装置を、イチゴの果柄切断に用いる場合について説明したが、これに限らず、ブドウやモモ、ナシ、リンゴなどのその他の果物や、トマト（房取り）やナス、キュウリ、ゴーヤなどの野菜の果柄切断に用いることとしてもよい。
【００５５】
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。
【符号の説明】
【００５６】
１０ ハンド機構（果柄切断機構）
５２ａ 第１フィンガ
５２ｂ 第２フィンガ
５６ 移動部（エアチャック）
６２ 緩衝材
６４ 切断刃
７２ 間隙
１５２ａ 凹部
１５２ｂ 凸部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、果柄切断機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、イチゴなどの果実（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。また、最近においては、養液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（例えば、特許文献１〜５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−９５３４８号公報
【特許文献２】特開２００９−５５８７号公報
【特許文献３】特開２００８−２０６４３８号公報
【特許文献４】特開２００８−２２７３７号公報
【特許文献５】特開２００１−１４５４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のように人手で果実を収穫する場合や、機械を用いて果実を収穫する場合のいずれにおいても、果柄を正確に切断するためには、果柄を切断する機構の切断位置（例えば切断刃の刃先近傍）に、果柄を位置決めする必要がある。しかるに、この位置決めの際に、果柄を切断する機構の一部などに果柄や果実が接触すると、果柄のスムーズな位置決めができなくなったり、果柄や果実が損傷したりするおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、果柄の切断位置に果柄をスムーズに位置決めし、果柄の損傷を抑制することが可能な果柄切断機構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】
【０００６】
本発明の果柄切断機構は、収穫対象果実の果柄を切断する果柄切断機構であって、第１方向に延び、前記第１方向に直交する第２方向に移動可能な第１フィンガと、前記第１フィンガの前記第２方向近傍に配置され、前記第１方向に延び、前記第２方向に移動可能な第２フィンガと、前記第１、第２方向を含む面を有するプレート形状で、前記第１方向に延びる刃先を有し、前記第１フィンガに設けられた切断刃と、を備え、前記第１フィンガの前記第２フィンガと対向する一部には、前記第１、第２方向に直交する第３方向から見て前記第２方向に凹んだ凹部が形成され、前記切断刃は、前記凹部を前記第３方向から覆うように前記第１フィンガに設けられるとともに、前記刃先が、前記第１フィンガの前記第２フィンガに対向する面のうち前記凹部以外の部分と面一又は当該部分よりも前記第２フィンガから離れた位置に設定されており、前記第２フィンガの前記凹部と対向する部分には、前記第１、第２フィンガが前記第２方向に関して接近したときに前記凹部内に侵入可能な凸部が設けられ、前記第１、第２フィンガが前記第２方向に関して接近したときに、前記凸部と前記切断刃との間の、せん断力により、前記第１、第２フィンガの間に位置する前記収穫対象果実の果柄が切断される果柄切断機構である。
【０００７】
これによれば、第１フィンガの第２フィンガと対向する一部に、第３方向から見て第２方向に凹んだ凹部が形成され、当該凹部を第３方向から覆うように切断刃が設けられるとともに、切断刃の刃先が、第１フィンガの第２フィンガに対向する面（凹部以外の部分）と面一又は第２フィンガから遠い位置に設定されている。これにより、切断刃の刃先と第２フィンガとの間に、第１、第２フィンガ間から果柄を侵入させる際の、切断刃への果柄の接触を抑制することができる。したがって、果柄を切断刃の刃先と第２フィンガとの間（すなわち、果柄の切断位置）にスムーズに侵入させることができるとともに、切断刃への接触による果柄の損傷を抑制することができる。また、第２フィンガの、凹部と対向する部分に、第１、第２フィンガが接近したときに凹部内に侵入可能な凸部が設けられていることから、切断刃と凸部との間のせん断力で、果柄を切断することが可能となる。
【０００８】
この場合において、前記収穫対象果実の果柄は、前記第１、第２フィンガ間に、前記第１方向一端部側から侵入し、前記第１、第２フィンガの前記第１方向一端部は、前記第１、第２フィンガが前記第２方向に関して最接近したときでも、所定の間隙が維持されることとしてもよい。
【０００９】
また、本発明の果柄切断機構では、第１フィンガの凹部には、緩衝材が設けられていることとしてもよい。かかる場合には、果柄の損傷を抑制しつつ、果実を第１、第２フィンガで挟持することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の果柄切断機構は、果柄の切断位置に果柄をスムーズに位置決めし、果柄の損傷を抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態のイチゴ収穫装置及び当該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２（ａ）は、ハンド機構を＋Ｚ’方向から見た状態を示す図であり、図２（ｂ）は、ハンド機構を−Ｘ’方向から見た状態を示す図である。
【図３】図３（ａ）は、第１フィンガ（切断刃及びストッパを含む）及び第２フィンガを示す斜視図であり、図３（ｂ）は、第１フィンガを示す図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】イチゴ収穫装置の制御系を示すブロック図である。
【図５】イチゴ収穫装置の一連の処理を示すフローチャートである。
【図６】図６（ａ）は、イチゴの果柄が第１フィンガと第２フィンガの間に侵入した状態を示す斜視図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）から切断刃及びストッパを取り外した状態を示す斜視図である。
【図７】図７（ａ）は、イチゴの果柄を切断した状態を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）から切断刃及びストッパを取り外した状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図７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及び当該イチゴ収穫装置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、土耕栽培又は養液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】
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上に設けられたロボットアーム２０と、ロボットアーム２０の先端部に設けられた果柄切断装置としてのハンド機構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、ステレオカメラ６０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にロボットアーム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、駆動部１０６（図１では不図示、図４参照）の駆動力により、制御装置９０の駆動制御部９５（図１では不図示、図４参照）の指示の下、レール３２Ａ，３２Ｂに沿って、Ｙ軸方向に移動する。トレー５０は、ウレタンなどの柔軟性を有する材料から成り、イチゴを収容可能な凹部が複数設けられている。
【００１６】
ロボットアーム２０は、モータドライバにより制御される電動モータによって作動する。このロボットアーム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。すなわち、ハンド機構１０は、Ｘ軸及びＹ軸により規定される面（所定面）に沿って移動して、収穫対象のイチゴに接近することができるとともに、Ｚ軸方向への移動や、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸回りの姿勢を変化させることもできる。なお、ロボットアーム２０の動作は、図４の制御装置９０の駆動制御部９５により制御される。
【００１７】
ハンド機構１０は、収穫対象であるイチゴの果柄を切断して、イチゴを収穫する機構である。以下、このハンド機構１０について図２に基づいて詳細に説明する。図２（ａ）は、図１のハンド機構１０の平面図であり、図２（ｂ）は、ハンド機構１０の側面図である。なお、以下においては、図２（ｂ）の紙面上下方向をＺ’軸方向、これに垂直な方向をＸ’軸方向、Ｚ’軸及びＸ’軸に垂直な方向をＹ’軸方向として説明する。
【００１８】
これら図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、ハンド機構１０は、第１フィンガ５２ａ，第２フィンガ５２ｂと、果柄検出用カメラ５４と、第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂをＸ’方向に沿って駆動する移動部としてのエアチャック５６と、エアチャック５６及び果柄検出用カメラ５４を支持する支持台５５と、を備える。
【００１９】
図３（ａ）には、第１フィンガ５２ａ、第２フィンガ５２ｂを取り出した状態が斜視図にて示されている。図３（ａ）に示すように、第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂは、それぞれ、第１方向としてのＹ’方向に延びており、第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂは、第２方向としてのＸ’方向に近接して配置されている。
【００２０】
第１フィンガ５２ａの＋Ｙ’端部近傍には、図３（ａ）に示すように、切断刃６４と、略Ｌ字状のストッパ６６とが設けられている。切断刃６４は、Ｘ’Ｙ’面を有するプレート状（薄板状）の形状を有しており、その−Ｘ’端部は、Ｙ’方向に延びた刃先（blade edge）とされている。切断刃６４は、ストッパ６６とともにネジにより第１フィンガ５２ａに固定されている。すなわち、切断刃６４としては、替刃を用いることができる。ストッパ６６は、イチゴの果柄を切断刃６４による切断が可能な位置にとどめておく部材である。
【００２１】
図３（ｂ）には、図３（ａ）の第１フィンガ５２ａから切断刃６４及びストッパ６６を取り外した状態が示されている。この図３（ｂ）に示すように、第１フィンガ５２ａの、第２フィンガ５２ｂに対向する部分には、第３方向としてのＺ’方向から見て、＋Ｘ’方向に凹んだ凹部１５２ａが形成されている。凹部１５２ａには、薄板状の緩衝材６２が設けられている。緩衝材６２としては、例えばゴムなどを用いることができる。なお、切断刃６４は、図３（ａ）から分かるように、凹部１５２ａを＋Ｚ’方向から覆うように、第１フィンガ５２ａに固定されている。また切断刃６４のＹ’方向に延びる刃先は、図６（ａ）や図２（ａ）から分かるように、第１フィンガ５２ａ（凹部１５２ａ以外の部分）の−Ｘ’端面（第２フィンガ５２ｂに対向する面）と面一に設定されている。ここで、切断刃６４は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である図３（ｃ）に示すように、凹部１５２ａに設けられた緩衝材６２よりも−Ｘ’方向にせり出した状態となるように、第１フィンガ５２ａに設けられている。また、緩衝材６２に対する切断刃６４のせり出し量ｄとして、果柄の径（直径）と同程度の量を採用している。このようにすることで、切断刃６４で果柄を切断するのとほぼ同時に、第１フィンガ５２ａ（緩衝材６２）と第２フィンガ５２ｂとによる果柄の保持が可能となる。また、上記のようなせり出し量ｄを設定することで、緩衝材６２が、果柄切断時における第１フィンガ５２ａと第２フィンガ５２ｂの接近動作を妨げることがないようになっている。
【００２２】
図３（ａ）に戻り、第２フィンガ５２ｂの、第１フィンガ５２ａの凹部１５２ａと対向する位置には、凹部１５２ａ内に侵入可能な形状を有する凸部１５２ｂが形成されている。凸部１５２ｂは、第１フィンガ５２ａと第２フィンガ５２ｂとがＸ’方向に関して接近した状態で、凹部１５２ａ内に侵入する（図７（ｂ）参照）。
【００２３】
なお、図７（ａ）や図７（ｂ）に示すように、第１フィンガ５２ａと第２フィンガ５２ｂとがＸ’方向に関して最接近した状態では、第１フィンガ５２ａの＋Ｙ’端部と、第２フィンガ５２ｂの＋Ｙ’端部との間には、間隙７２が形成される。この間隙７２は、イチゴの果柄の直径よりもやや大きい寸法（例えば、３ｍｍ程度）とされている。
【００２４】
図２（ａ）、図２（ｂ）に戻り、エアチャック５６は、駆動制御部９５（図４）の指示の下、第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂをＸ’軸方向に沿って駆動し、各フィンガ５２ａ，５２ｂ間を接近させたり離間させたりして開閉動作を行う。具体的には、第１フィンガ５２ａの＋Ｘ’方向への移動と第２フィンガ５２ｂの−Ｘ’方向への移動とを同時に行うことで、第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂを開いた状態とすることができる。また、第１フィンガ５２ａの−Ｘ’方向への移動と第２フィンガ５２ｂの＋Ｘ’方向への移動とを同時に行うことで、第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂを閉じた状態とすることができる。
【００２５】
果柄検出用カメラ５４は、収穫対象のイチゴ及び当該イチゴの果柄を撮影して、当該撮影画像を、制御装置９０の果柄切断位置決定部８６（図４参照）に対して出力する。なお、果柄検出用カメラ５４で撮影された画像は、収穫対象のイチゴの果柄の切断位置を決定するために用いられる。
【００２６】
図１に戻り、ステレオカメラ６０は、２つの光学系及び２つの撮像素子を用いて、ＸＹ面（所定面）に交差する方向（ここでは、Ｚ方向）から２つの画像を同時に取得する。ステレオカメラ６０は取得した画像を、制御装置９０の果実３次元位置算出部８４（図４参照）に対して出力する。なお、ステレオカメラ６０で撮影された画像は、収穫対象のイチゴの特定、当該イチゴの３次元位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の位置）の特定に用いられる。
【００２７】
図４には、本実施形態のイチゴ収穫装置１００の制御系がブロック図にて示されている。この図４に示すように、本実施形態の制御系は、上述した各部のほか、各部を統括的に制御する制御装置９０及び当該制御装置９０に接続された入力装置９９を含んでいる。制御装置９０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有する情報処理装置であり、当該ＣＰＵにおいて制御プログラムが実行されることにより、図４において制御装置９０のブロック中に示す各機能を実現する。具体的には、制御装置９０は、果実３次元位置算出部８４、果柄切断位置決定部８６、及び駆動制御部９５として機能する。
【００２８】
果実３次元位置算出部８４は、ステレオカメラ６０において撮影された画像を取得し、取得した画像の画像認識を行い、当該画像認識結果（収穫対象のイチゴの３次元方向位置）を駆動制御部９５に対して出力する。
【００２９】
果柄切断位置決定部８６は、果柄検出用カメラ５４において撮影された画像を取得し、当該画像から、収穫対象のイチゴの果柄の位置を算出する。そして、果柄切断位置決定部８６は、算出した果柄の位置に基づいて果柄の切断位置を決定し、当該決定結果を、駆動制御部９５に対して出力する。
【００３０】
駆動制御部９５は、果実３次元位置算出部８４及び果柄切断位置決定部８６から入力された情報に基づいて、駆動部１０６、ロボットアーム２０、エアチャック５６の駆動を制御する。
【００３１】
次に、上記のように構成されるイチゴ収穫装置１００による処理について、図５〜図７に基づいて詳細に説明する。
【００３２】
図５は、イチゴ収穫装置１００による処理の一連の流れを示すフローチャートである。この図５の処理は、制御装置９０の各部により実行されるものである。
【００３３】
まず、図５のステップＳ１０では、駆動制御部９５が、収穫開始指示が出されたか否かを判断する。収穫開始指示は、作業者が、制御装置９０に接続された入力装置９９から入力するものである。駆動制御部９５は、ステップＳ１０の判断が肯定されるまで待機し、ステップＳ１０の判断が肯定された段階で、ステップＳ１２に移行する。
【００３４】
ステップＳ１２に移行すると、果実３次元位置算出部８４が、ステレオカメラ６０において撮影された画像から、収穫対象のイチゴの３次元位置を算出する。この場合、果実３次元位置算出部８４は、画像からイチゴの色（赤や緑白色）を認識して、赤色果実を収穫対象のイチゴとして決定するとともに、当該収穫対象のイチゴの位置を算出する。果実３次元位置算出部８４は、イチゴの３次元位置を駆動制御部９５に対して出力する。
【００３５】
次いで、ステップＳ１４では、駆動制御部９５が、算出された収穫対象のイチゴの３次元位置に基づいて、ロボットアーム２０や駆動部１０６を介して、ハンド機構１０を収穫対象のイチゴに接近させる。
【００３６】
次いで、ステップＳ１６では、ステップＳ１４で収穫対象のイチゴに接近した状態のハンド機構１０に搭載された果柄検出用カメラ５４を用いて、画像を撮影し、当該撮影画像を用いて、果柄切断位置決定部８６が、収穫対象のイチゴの果柄の位置を算出する。そして、果柄切断位置決定部８６は、例えば、果柄の下端から所定高さの位置を果柄切断位置として決定する。
【００３７】
次いで、ステップＳ２０では、駆動制御部９５は、ロボットアーム２０を駆動して、ハンド機構１０を果柄切断位置まで移動する。具体的には、駆動制御部９５は、収穫対象のイチゴの果柄が、第１フィンガ５２ａ（切断刃６４の刃先）と第２フィンガ５２ｂとの間に侵入するように、ハンド機構１０を直進させる。なお、切断刃６４の刃先と第２フィンガ５２ｂとの間に果柄が位置した状態が、図６（ａ）に示されている。また、図６（ａ）の状態から、切断刃６４及びストッパ６６を取り去った状態が図６（ｂ）に示されている。ここで、前述のように、切断刃６４の刃先は、第１フィンガ５２ａ（凹部１５２ａ以外の部分）の−Ｘ’端面と面一に設定されている。このような構成を採用することで、図６（ａ）の矢印Ａ方向に沿って、果柄が、切断刃６４の刃先と第２フィンガ５２ｂとの間に侵入するときの、果柄と切断刃６４との接触を抑制することができる。すなわち、切断刃６４の刃先が第１フィンガ５２ａの−Ｘ’端面よりも−Ｘ’方向に存在しているような場合と比較して、果柄を切断刃６４と第２フィンガ５２ｂとの間にスムーズに侵入させることができる。
【００３８】
次いで、ステップＳ２２では、駆動制御部９５は、エアチャック５６を制御して、一対のフィンガ５２ａ，５２ｂを互いに近づく方向に移動する（閉じた状態とする）ことで、果柄を果柄切断位置にて切断する。このときの第１フィンガ５２ａ及び第２フィンガ５２ｂの状態が、図７（ａ）に示されている。この図７（ａ）の状態では、第１フィンガ５２ａの凹部１５２ａ内に、第２フィンガ５２ｂの凸部１５２ｂが侵入した状態となる。このように、凸部１５２ｂが凹部１５２ａ内に侵入する際には、凸部１５２ｂと切断刃６４とによるせん断力が果柄に作用するため、当該せん断力により、果柄が切断されることとなる。
【００３９】
図７（ｂ）には、図７（ａ）の状態から、切断刃６４及びストッパ６６を取り去った状態が示されている。この図７（ｂ）に示すように、果柄の切断が完了した状態では、切断後の果柄（切断刃６４よりも下側（−Ｚ’側））は、緩衝材６２を介して、第２フィンガ５２ｂの凸部１５２ｂと、第１フィンガ５２ａの凹部１５２ａとにより挟持される。
【００４０】
なお、果柄が第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂの間に侵入したにもかかわらず、切断刃６４と第２フィンガ５２ｂとの間に侵入できなかったとしても、果柄は間隙７２に位置することになる。この場合、第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂ間で押しつぶされることによる果柄の損傷を回避することができる。
【００４１】
図５に戻り、次のステップＳ２４では、駆動制御部９５が、ロボットアーム２０を駆動して、ハンド機構１０をトレー５０の上方に位置決めする。そして、駆動制御部９５は、エアチャック５６を制御して、第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂを互いに離間する方向に移動する（開いた状態とする）ことで、ハンド機構１０の保持するイチゴをトレー５０上に載置する。すなわち、ステップＳ２４の処理により、イチゴの収穫が行われる。なお、トレー５０は、前述のようにウレタンなどの柔軟性を有する部材から成るため、トレー５０の上方からイチゴを落下させても、イチゴは損傷しないようになっている。
【００４２】
次いで、ステップＳ２６では、駆動制御部９５が、収穫終了指示が出されたか否かを判断する。ここでの判断が否定された場合には、ステップＳ１２に戻り、次のイチゴの収穫を、前述したのと同様の方法により行う。一方、ステップＳ２６の判断が肯定された場合、すなわち、入力装置９９を介して、作業者からの収穫終了指示が入力された場合には、図５の全処理を終了する。
【００４３】
以上、詳細に説明したように、本実施形態によると、第１フィンガ５２ａの第２フィンガ５２ｂと対向する一部に、＋Ｚ’（又は−Ｚ’）方向から見て＋Ｘ’方向に凹んだ凹部１５２ａが形成され、当該凹部１５２ａを＋Ｚ’方向から覆うように切断刃６４が設けられるとともに、切断刃６４の刃先が、第１フィンガ５２ａの−Ｘ端面（凹部１５２ａ以外の部分）と面一に設定されている。したがって、切断刃６４の刃先と第２フィンガ５２ｂとの間に果柄を侵入させる際の、切断刃６４への果柄の接触を抑制することができる。これにより、果柄を切断刃６４の刃先と第２フィンガ５２ｂとの間にスムーズに侵入させることができるとともに、果柄の損傷を抑制することができる。また、本実施形態では、第２フィンガ５２ｂの凹部１５２ａと対向する部分に、第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂがＸ’方向に関して接近したときに凹部１５２ａ内に侵入可能な凸部１５２ｂが設けられていることから、上記のように、切断刃６４の刃先と第１フィンガ５２ａの−Ｘ端面とが面一に設定されていても、問題なく、切断刃６４と凸部１５２ｂとの間のせん断力で、果柄を切断することが可能となる。
【００４４】
また、本実施形態によると、第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂの＋Ｙ’端部は、第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂがＸ’方向に関して最接近したときでも、間隙７２が維持される。これにより、仮に切断刃６４の刃先と第２フィンガ５２ｂとの間に果柄が侵入できず、切断刃６４による切断ができなかった場合でも、間隙７２に果柄が位置することになる。したがって、果柄が第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂにより押しつぶされるなどして損傷するのを、抑制することができる。
【００４５】
また、本実施形態によると、切断刃６４は着脱自在な替刃とすることができるので、メンテナンス性を向上することが可能となる。また、本実施形態では切断刃６４として替刃を用いても、上述した果柄損傷抑制の効果を得ることができる点で有効である。
【００４６】
また、本実施形態では、第１フィンガ５２ａの凹部１５２ａに、緩衝材６２が設けられているので、果柄切断後のイチゴを確実に保持することが可能となる。
【００４７】
なお、上記実施形態では、本発明の果柄切断機構が、ハンド機構に採用された場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、第１フィンガ５２ａと第２フィンガ５２ｂとを人手で移動させるような、果実切断用のハサミに作用することも可能である。
【００４８】
また、上記実施形態では、切断刃６４の刃先と、第１フィンガ５２ａの−Ｘ’端面とが、面一である場合について説明したが、これに限られるものではない。切断刃６４と第２フィンガ５２ｂとの間への果柄の侵入をスムーズにするという観点からは、切断刃６４の刃先が、第１フィンガ５２ａの−Ｘ’端面よりも＋Ｘ’側の位置（第２フィンガ５２ｂから離れた位置）に設定されていてもよい。
【００４９】
また、上記実施形態では、果柄切断機構に、緩衝材６２を設けるなどして、切断後のイチゴ（切断刃６４よりも下側の果柄及びイチゴ）を保持可能とした場合について説明したが、これに限られるものではなく、果柄切断機構は、果実の保持が可能でなくてもよい。この場合、緩衝材６２を設けないこととしてもよい。また、この場合には、切断刃６４を第１フィンガ５２ａの−Ｚ’側に設けることとしても良い。
【００５０】
なお、上記実施形態では、第１、第２フィンガ５２ａ，５２ｂの間に間隙７２を設けることとしたが、これに限らず、間隙７２を設けないこととしても良い。
【００５１】
なお、上記実施形態では、ステレオカメラ６０を用いて、収穫対象のイチゴのＺ位置を検出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い。例えば、距離センサなどを用いて、収穫対象のイチゴのＺ位置を検出することとしてもよい。このように距離センサ等を用いる場合には、ステレオカメラ６０に代えて、通常のカメラ（１つの光学系及び１つの撮像素子を有する）を用いることとしてもよい。
【００５２】
なお、上記実施形態のイチゴ収穫装置１００は、ロボットアーム２０が搭載された台車３０が、地面上に敷設されたレール３２Ａ，３２Ｂに沿ってＹ軸方向に移動することで、ロボットアーム２０と、固定された栽培ベッド４０とのＹ軸方向に関する相対移動を実現する場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、例えば、特開２０１０−５７４４８号公報に開示されているように、栽培ベッド４０をＹ軸方向に移動可能に構成し、ロボットアーム２０を固定とすることで、ロボットアーム２０と栽培ベッド４０との相対移動を実現することとしてもよい。また、栽培ベッド４０とロボットアーム２０の両方が、Ｙ軸方向に移動可能であってもよい。
【００５３】
なお、上記実施形態では特に言及していないが、ステレオカメラ６０の近傍に撮影時の光量を確保するための光源を設けることとしてもよい。また、果柄検出用カメラ５４の近傍にも、光源を設けることとしてもよい。この場合、果柄検出用カメラ５４の近傍には、緑色の光を照射する光源を設けることとしてもよい。緑色の光を照射する光源を設けることで、果柄や蔕など、緑色の部分の検出を高精度に行うことが可能となる。
【００５４】
なお、上記実施形態では、本発明の果柄切断装置を、イチゴの果柄切断に用いる場合について説明したが、これに限らず、ブドウやモモ、ナシ、リンゴなどのその他の果物や、トマト（房取り）やナス、キュウリ、ゴーヤなどの野菜の果柄切断に用いることとしてもよい。
【００５５】
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。
【符号の説明】
【００５６】
１０ ハンド機構（果柄切断機構）
５２ａ 第１フィンガ
５２ｂ 第２フィンガ
５６ 移動部（エアチャック）
６２ 緩衝材
６４ 切断刃
７２ 間隙
１５２ａ 凹部
１５２ｂ 凸部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
収穫対象果実の果柄を切断する果柄切断機構であって、
第１方向に延び、前記第１方向に直交する第２方向に移動可能な第１フィンガと、
前記第１フィンガの前記第２方向近傍に配置され、前記第１方向に延び、前記第２方向に移動可能な第２フィンガと、
前記第１、第２方向を含む面を有するプレート形状で、前記第１方向に延びる刃先を有し、前記第１フィンガに設けられた切断刃と、を備え、
前記第１フィンガの前記第２フィンガと対向する一部には、前記第１、第２方向に直交する第３方向から見て前記第２方向に凹んだ凹部が形成され、
前記切断刃は、前記凹部を前記第３方向から覆うように前記第１フィンガに設けられるとともに、前記刃先が、前記第１フィンガの前記第２フィンガに対向する面のうち前記凹部以外の部分と面一又は当該部分よりも前記第２フィンガから離れた位置に設定されており、
前記第２フィンガの前記凹部と対向する部分には、前記第１、第２フィンガが前記第２方向に関して接近したときに前記凹部内に侵入可能な凸部が設けられ、
前記第１、第２フィンガが前記第２方向に関して接近したときに、前記凸部と前記切断刃との間の、せん断力により、前記第１、第２フィンガの間に位置する前記収穫対象果実の果柄が切断されることを特徴とする果柄切断機構。
【請求項２】
前記収穫対象果実の果柄は、前記第１、第２フィンガ間に、前記第１方向一端部側から侵入し、
前記第１、第２フィンガの前記第１方向一端部は、前記第１、第２フィンガが前記第２方向に関して最接近したときでも、所定の間隙が維持されることを特徴とする請求項１に記載の果柄切断機構。
【請求項３】
前記第１フィンガの凹部には、緩衝材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の果柄切断機構。
【請求項１】
収穫対象果実の果柄を切断する果柄切断機構であって、
第１方向に延び、前記第１方向に直交する第２方向に移動可能な第１フィンガと、
前記第１フィンガの前記第２方向近傍に配置され、前記第１方向に延び、前記第２方向に移動可能な第２フィンガと、
前記第１、第２方向を含む面を有するプレート形状で、前記第１方向に延びる刃先を有し、前記第１フィンガに設けられた切断刃と、を備え、
前記第１フィンガの前記第２フィンガと対向する一部には、前記第１、第２方向に直交する第３方向から見て前記第２方向に凹んだ凹部が形成され、
前記切断刃は、前記凹部を前記第３方向から覆うように前記第１フィンガに設けられるとともに、前記刃先が、前記第１フィンガの前記第２フィンガに対向する面のうち前記凹部以外の部分と面一又は当該部分よりも前記第２フィンガから離れた位置に設定されており、
前記第２フィンガの前記凹部と対向する部分には、前記第１、第２フィンガが前記第２方向に関して接近したときに前記凹部内に侵入可能な凸部が設けられ、
前記第１、第２フィンガが前記第２方向に関して接近したときに、前記凸部と前記切断刃との間の、せん断力により、前記第１、第２フィンガの間に位置する前記収穫対象果実の果柄が切断されることを特徴とする果柄切断機構。
【請求項２】
前記収穫対象果実の果柄は、前記第１、第２フィンガ間に、前記第１方向一端部側から侵入し、
前記第１、第２フィンガの前記第１方向一端部は、前記第１、第２フィンガが前記第２方向に関して最接近したときでも、所定の間隙が維持されることを特徴とする請求項１に記載の果柄切断機構。
【請求項３】
前記第１フィンガの凹部には、緩衝材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の果柄切断機構。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１１０２５７（Ｐ２０１２−１１０２５７Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６０５４９（Ｐ２０１０−２６０５４９）
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【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】（５０８１３４３３７）シブヤ精機株式会社 (20)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【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】（５０８１３４３３７）シブヤ精機株式会社 (20)
【Ｆターム（参考）】
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