果柄除去装置及び果実収穫装置
【課題】果柄の除去を容易にし、搬送中における果柄による果実の損傷を低減する。
【解決手段】上下動アクチュエータ６０が、果柄の一部を把持する一対の第１フィンガ５２ａ，５２ｂを有する第１フィンガ部５４と、第１フィンガ５２ａ，５２ｂに把持されている果柄を切断する一対の第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂを有する第２フィンガ部１５４とを接近又は離間させ、第２フィンガ部が果実に接近したタイミングで、第２フィンガ部による切断を実行することで、第１フィンガ部により把持された果柄を、果実に近い適切な位置で切断する。
【解決手段】上下動アクチュエータ６０が、果柄の一部を把持する一対の第１フィンガ５２ａ，５２ｂを有する第１フィンガ部５４と、第１フィンガ５２ａ，５２ｂに把持されている果柄を切断する一対の第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂを有する第２フィンガ部１５４とを接近又は離間させ、第２フィンガ部が果実に接近したタイミングで、第２フィンガ部による切断を実行することで、第１フィンガ部により把持された果柄を、果実に近い適切な位置で切断する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、果柄除去装置及び果実収穫装置に関する。
【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（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】
上記特許文献２〜５では、果実にロボットが触れないようにするため、果柄を残したまま果実を収穫することとしている。しかるに、果柄が果実に残ったままであると、果実を搬送用の容器に収容した際に、果柄が隣接する果実に接触して、果実が損傷するおそれがある。この果実の損傷を抑制するためには、果実と果柄が接触しないような特別な容器を用意するか、あるいは、果柄を人手で切除するいわゆる「二度切り」を行う必要があり、手間が掛かる。
【０００５】
また、特許文献１では、果柄を短く切断するために、摘採刃と調製刃とを備える果菜収穫用摘採ハンドが開示されている。しかるに、特許文献１の技術では、ハンドの位置を非常に繊細に適切な位置に調整しない限り、果実を損傷させずに、果柄のほぼ全てを除去するのは難しい。
【０００６】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、果柄の除去を容易に行うことが可能な果柄除去装置を提供することを目的とする。また、本発明は、人手による果柄の二度切りを不要とし、果柄による果実の損傷を抑制することが可能な果実収穫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】
本発明の果柄除去装置は、果実の果柄の一部を把持する一対の第１フィンガを有する第１フィンガ機構と、前記第１フィンガに把持されている前記果柄を切断する一対の第２フィンガを有する第２フィンガ機構と、前記果柄を把持する前記第１フィンガ機構と、前記第２フィンガ機構とが接近又は離間するように、前記第１フィンガ機構と前記第２フィンガ機構の少なくとも一方を駆動する駆動部と、前記第２フィンガ機構による切断を、前記第１、第２フィンガ機構が離間して、前記第２フィンガ機構が前記果実に接近した状態で実行する制御部と、を備える果柄除去装置である。
【０００８】
これによれば、第１フィンガ機構が、果実の果柄を切断するとともに、切断した果柄の果実側の一部を把持し、第２フィンガ機構が、第１フィンガ機構から離間して果実に接近した状態で、果柄を切断するので、第１フィンガ機構により把持された果柄を果実に近い適切な位置で切断することができる。これにより、果柄の除去が容易になるとともに、専用の搬送容器を用いなくとも果柄による果実の損傷を抑制することができる。
【０００９】
この場合において、前記第１フィンガ機構は、前記果柄を切断する切断部を有し、当該切断部により切断された果柄の前記果実側の一部を把持することとしても良い。これにより、切断部を用いて、苗木等に結実した果実を果柄にて切断して収穫することができるので、その収穫後の一連の動作として、果実から果柄を除去することができるようになる。
【００１０】
また、本発明の果柄除去装置では、前記駆動部が、前記第１フィンガ機構と前記第２フィンガ機構の少なくとも一方を、弾性部材の弾性力を利用して一定の力で駆動して、前記第１フィンガ機構と前記第２フィンガ機構とを離間させ、前記制御部が、前記第１フィンガ機構と前記第２フィンガ機構との間の離間動作が止まったタイミングで前記第２フィンガ機構による切断を実行するようにすることができる。これにより、第２フィンガ機構が果実に適切な力で接触した状態で、前記第１、第２フィンガ機構の離間動作を停止させることができるとともに、当該状態で、第２フィンガ機構による果柄の切断を行うことができる。このため、各種センサ（力覚センサなど）を設けなくとも、果柄の適切な位置を切断することができるようになる。
【００１１】
また、本発明の果柄除去装置では、前記第１フィンガ機構と前記第２フィンガ機構とが離間するときに、前記一対の第２フィンガ間に、前記果柄が通過できるが前記果実は通過できない程度の間隙を形成する間隙形成部を更に備えることとすることができる。これにより、第１、第２フィンガ機構が離間動作を行っている間、第２フィンガ間からの果柄の離脱を抑制することができる。また、第２フィンガ間の間隔を狭くすることで、第２フィンガが果実の蔕の部分に接触する可能性を高くすることができる。これにより、果実の損傷の発生を低減することができる。
【００１２】
また、本発明の果柄除去装置では、前記駆動部は、第２フィンガ機構を駆動しても良いが、前記第１フィンガ機構を駆動することとしても良い。
【００１３】
本発明の果実収穫装置は、本発明の果柄除去装置と、前記果柄除去装置を移動させる移動装置と、を備える果実収穫装置である。これによれば、第２フィンガ機構により果柄が果実近傍で切断されるので、人手による果柄の二度切りを不要とし、専用の搬送容器を用いなくとも果柄による果実の損傷を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の果柄除去装置は、果柄の除去を容易に行うことができるという効果を奏する。また、本発明の果実収穫装置は、人手による果柄の二度切りを不要とし、果柄による果実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】
【００１５】
【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１のハンド機構１０を取り出して拡大して示す図である。
【図３】図３（ａ），図３（ｂ）は、上下動アクチュエータの断面を示す図である
【図４】図４（ａ）は、上下動アクチュエータが図３（ａ）の状態にあるときの、ハンド機構の状態を示す側面図であり、図４（ｂ）は、上下動アクチュエータが図３（ｂ）の状態にあるときの、ハンド機構の状態を示す側面図である。
【図５】図５は、図４（ｂ）の状態のハンド機構を示す斜視図である。
【図６】一実施形態のイチゴ収穫装置の制御系を示すブロック図である。
【図７】イチゴ収穫装置の具体的な処理を示すフローチャートである。
【図８】図７のステップＳ１８のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｄ）は、ハンド機構の動作を説明するための図（その１）である。
【図１０】図１０は、ハンド機構の動作を説明するための図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための一実施形態を図１〜図１０に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１には、本実施形態の果実収穫装置としてのイチゴ収穫装置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。
【００１８】
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除去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、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。なお、ロボットアーム２０及び台車３０等を含んで、ハンド機構２０を移動する移動装置が構成されている
【００１９】
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６参照）の駆動力により、制御部としての制御装置９０（図１では不図示、図６参照）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。
【００２０】
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。ロボットアーム２０の動作は、図６の制御装置９０により制御される。
【００２１】
ハンド機構１０は、収穫対象であるイチゴを収穫するとともに、果柄を除去する機構である。以下、このハンド機構１０について図２〜図１０に基づいて詳細に説明する。図２は、図１のハンド機構１０を取り出して拡大して示す図である。なお、図２では、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。
【００２２】
この図２に示すように、ハンド機構１０は、一対の第１フィンガ５２ａ，５２ｂを有する第１フィンガ部５４と、第１フィンガ部５４の−Ｚ’側に配置され、一対の第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂを有する第２フィンガ部１５４と、を備える。また、ハンド機構１０は、これら第１、第２フィンガ部５４，１５４を駆動する第１エアチャック５６及び第２エアチャック１５６と、間隙形成部としてのプッシュロッド５８と、駆動部としての上下動アクチュエータ６０と、を備える。
【００２３】
第１フィンガ部５４の一方の第１フィンガ５２ｂの＋Ｘ’端部近傍には、緩衝材６２と、切断部としての第１切断刃６４と、略Ｌ字状のストッパ６６とが設けられている。緩衝材６２は、例えば、ゴムなどから成り、他方の第１フィンガ５２ａとの間にイチゴの果柄を挟んだ状態で、イチゴを保持するためのものである。第１切断刃６４は、他方の第１フィンガ５２ａとともに、イチゴの果柄にせん断力を作用させることで果柄を切断する。ストッパ６６は、イチゴの果柄を第１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。
【００２４】
第２フィンガ部１５４の一対の第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂには、第２切断刃１６２ａ，１６２ｂが設けられている。これら第２切断刃１６２ａ，１６２ｂは、実際には、Ｚ’軸方向の位置がずれた状態となっており（図９（ａ）等参照）、両第２切断刃１６２ａ，１６２ｂからイチゴの果柄にせん断力を作用させることで、イチゴの果柄を切断する。
【００２５】
第１エアチャック５６は、制御装置９０（図６）の指示の下、第１フィンガ部５４の一対の第１フィンガ５２ａ，５２ｂ間を接近させたり離間させたりして、第１フィンガ部５４の開閉動作を行う。具体的には、第１フィンガ５２ａの＋Ｙ’方向への移動と第１フィンガ５２ｂの−Ｙ’方向への移動とを同時に行ったり、第１フィンガ５２ａの−Ｙ’方向への移動と第１フィンガ５２ｂの＋Ｙ’方向への移動とを同時に行ったりする。なお、第１エアチャック５６と第１フィンガ部５４とにより、第１フィンガ機構が構成されている。第１エアチャック５６の＋Ｚ’面には、板部材７０が設けられている。板部材７０、第１エアチャック５６及び第１フィンガ部５４は、一体となって、上下動アクチュエータ６０（後述）の駆動力により、Ｚ’軸方向に延びるガイド部材７２に沿って移動するようになっている。
【００２６】
第２エアチャック１５６は、制御装置９０（図６）の指示の下、第２フィンガ部１５４の一対の第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂ間を接近させたり離間させたりして、第２フィンガ部１５４の開閉動作を行う。具体的には、第２フィンガ１５２ａの＋Ｙ’方向への移動と第２フィンガ１５２ｂの−Ｙ’方向への移動とを同時に行ったり、第２フィンガ１５２ａの−Ｙ’方向への移動と第２フィンガ１５２ｂの＋Ｙ’方向への移動とを同時に行ったりする。この第２エアチャック１５６は、ガイド部材７２を保持する土台部材７４の下面に固定された状態となっている。なお、第２エアチャック１５６と第２フィンガ部１５４とにより、第２フィンガ機構が構成されている。
【００２７】
プッシュロッド５８は、第２フィンガ部１５４の一方の第２フィンガ１５２ａに対して＋Ｙ’方向の力を付与することで、第２フィンガ１５２ａを＋Ｙ’方向に所定距離だけ移動させる。この場合、第２エアチャック１５６により、第２フィンガ１５２ｂも、第２フィンガ１５２ａと同一量だけ反対方向（−Ｙ’方向）に移動するようになっている。なお、プッシュロッド５８による、第２フィンガ１５２ａの移動量は、第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂ間の間隔（第２切断刃１６２ａ，１６２ｂ間の間隔）が、所定間隔となるような移動量であるものとする。この所定間隔は、第２切断刃１６２ａ，１６２ｂ間をイチゴの果柄が通過できる程度の間隔で、かつイチゴの果実は通過できない程度の間隙、例えば、３ｍｍ間隔であるものとする。なお、プッシュロッド５８は、制御装置９０（図６）の指示の下、駆動される。
【００２８】
図３（ａ）、図３（ｂ）は、上下動アクチュエータ６０及びその近傍の断面を示す図である。上下動アクチュエータ６０は、図３（ａ）に示すように、一対のエアシリンダ機構１６０ａ，１６０ｂを有する。一方のエアシリンダ機構１６０ａは、シリンダ部８２と、シリンダ部８２内部に形成された内部空間８２ａに＋Ｚ’側から挿入された状態のピストン部８４と、ピストン部８４を常時＋Ｚ’方向に付勢する弾性部材（ここでは、圧縮コイルバネ）８６を有する。なお、弾性部材８６の付勢力は、例えば、約３Ｎとされている。他方のエアシリンダ機構１６０ｂも、上記一方のエアシリンダ機構１６０ａと同様の構成となっている。
【００２９】
上記のように構成される上下動アクチュエータ６０では、シリンダ部８２の内部空間８２ａ内にエアが供給された状態では、弾性部材８６の作用により、図３（ａ）に示すように、ピストン部８４が＋Ｚ’方向に移動する。この移動により、ピストン部８４の＋Ｚ’端部に固定された板部材７０も＋Ｚ’方向に移動するため、これと一体とされている第１エアチャック５６及び第１フィンガ部５４も＋Ｚ’方向に移動する。一方、シリンダ部８２の内部空間８２ａ内が減圧された状態では、図３（ｂ）に示すように、ピストン部８４が弾性部材８６の付勢力に抗して−Ｚ’方向に移動する。この移動により、板部材７０、第１エアチャック５６及び第１フィンガ部５４が一体的に−Ｚ’方向に移動することになる。なお、上下動アクチュエータ６０は、制御装置９０（図６）の指示の下、駆動される。
【００３０】
図４（ａ）は、上下動アクチュエータ６０が図３（ａ）の状態にあるときの、ハンド機構１０の状態を示す側面図である。この図４（ａ）の状態では、第１フィンガ部５４の下端面と、第２フィンガ部１５４の上端面との間に間隔ｄ0が形成される。また、図４（ｂ）は、上下動アクチュエータ６０が図３（ｂ）の状態にあるときの、ハンド機構１０の状態を示す側面図であり、図５は、図４（ｂ）の状態のハンド機構１０を示す斜視図である。これら、図４（ｂ）、図５の状態では、第１フィンガ部５４の下端面と、第２フィンガ部１５４の上端面との間の間隔が０（又はほぼ０）となる。
【００３１】
図６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６に示すように、本実施形態では、上述した構成のほか、ハンド機構１０に、カメラ１０２、距離センサ１０４、及び気体供給装置１０８が設けられている。カメラ１０２は、視野内に存在するイチゴの位置を検出したり、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９０では、カメラ１０２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。また、制御装置９０は、カメラ１０２によるイチゴの位置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。距離センサ１０４は、収穫対象のイチゴとハンド機構１０との距離を検知するものである。なお、カメラ１０２及び距離センサ１０６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、収穫対象のイチゴとハンド機構１０との位置関係を正確に検知するようにしても良い。気体供給装置１０８は、第１フィンガ部５４近傍に圧縮気体を吹き付けるものであり、第１フィンガ部５４に付着した切断後の果柄を吹き飛ばすためのものである。
【００３２】
次に、本実施形態のイチゴ収穫装置１００の具体的な処理について、図７，８のフローチャートに沿って、その他図面を適宜参照しつつ説明する。
【００３３】
図７のフローチャートは、作業者が、制御装置９０に接続されている入力装置（不図示）から作業開始のボタン等を押した段階から開始される。まず、ステップＳ１０では、制御装置９０が、ハンド機構１０を初期状態に設定する。具体的には、上下動アクチュエータ６０の内部空間８２ａ内を減圧状態にして、図５に示すように、第１フィンガ部５４と第２フィンガ部１５４とが再接近した状態とするとともに、第１、第２エアチャック５６，１５６を介して、一対の第１フィンガ５２ａ，５２ｂと、一対の第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂとを開いた状態とする。
【００３４】
次いで、ステップＳ１２では、制御装置９０が、カメラ１０２を用いて画像を取得し、収穫対象のイチゴの位置を前述のようにして特定する。次いで、ステップＳ１４では、制御装置９０は、距離センサ１０４の検出値をモニタしつつ、ロボットアーム２０を収穫対象のイチゴに向けて移動させる。
【００３５】
次いで、ステップＳ１６では、制御装置９０が、距離センサ１０４の検出値に基づいて、ハンド機構１００が収穫対象のイチゴに到達したか否かを判断する。制御装置９０は、ここでの判断が肯定された段階で、ステップＳ１８に移行する。なお、ステップＳ１６の判断が肯定された段階では、図９（ａ）に模式的に示すように、収穫対象のイチゴの果柄が、一対の第１フィンガ５２ａ，５２ｂ間、及び一対の第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂ間に位置することになる。また、図９（ａ）の状態では、図５等のＸ’Ｙ’Ｚ’座標系と、図１のＸＹＺ座標系とが一致（Ｘ軸＝Ｘ’軸、Ｙ軸＝Ｙ’軸、Ｚ軸＝Ｚ’軸）するようになる。なお、この状態では、イチゴの果柄は、第１フィンガ５２ｂに設けられたストッパ６６のうち、Ｙ’方向に延びる部分の＋Ｘ端部に接触した状態となる。
【００３６】
次いで、ステップＳ１８では、制御装置９０が、収穫処理のサブルーチンを実行する。具体的には、図８の処理を実行する。図８のステップＳ３０では、制御装置９０は、第１エアチャック５６を作動させる。すなわち、制御装置９０は、第１エアチャック５６を作動させて、一対の第１フィンガ５２ａ，５２ｂを、図９（ｂ）に示すように、閉状態にする。この動作により、第１切断刃６４により果柄が切断されることになる。また、第１フィンガ５２ｂと第１フィンガ５２ａは、果実側に付いたままの果柄の＋Ｚ’端部近傍を挟持（保持）する。なお、第１フィンガ５２ｂには、緩衝材６２が設けられているので、果柄及び果実を確実に保持することが可能である。
【００３７】
次いで、ステップＳ３２では、ステップＳ３０の処理が完了したか否かを判断する。ここでの判断が肯定されると、次のステップＳ３４に移行する。次のステップＳ３４では、制御装置９０は、ロボットアーム２０を所定位置まで移動させる。ここで、所定位置とは、第１フィンガ部５４にて保持されているイチゴが、図１のトレー５０のうち、イチゴが収容されていない凹部の上方に位置する位置であるものとする。次のステップＳ３６では、ステップＳ３４の処理が完了したか否かを判断する。ここでの判断が肯定されると、次のステップＳ３８に移行する。
【００３８】
ステップＳ３８では、制御装置９０が、プッシュロッド５８を作動させる。すなわち、制御装置９０は、プッシュロッド５８を作動させて、図９（ｃ）に示すように、一対の第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂの間隔を所定間隔（例えば、第２切断刃１６２ａ，１６２ｂの間隔が３ｍｍ程度となる間隔）に狭める。次のステップＳ４０では、ステップＳ３８の処理が完了したか否かを判断する。ここでの判断が肯定されると、次のステップＳ４２に移行する。
【００３９】
ステップＳ４２では、制御装置９０は、上下動アクチュエータ６０を作動させる。すなわち、制御装置９０は、上下動アクチュエータ６０の内部空間８２ａ内の減圧状態を解除して、ピストン部８４を上昇させることで、第１フィンガ部５４を上昇駆動する。これにより、図９（ｄ）に示すように、第１フィンガ部５４と第２フィンガ部１５４との間の間隔が広がる。この場合、第１フィンガ部５４は、イチゴの果柄を保持したままであるので、イチゴも上昇し、第２フィンガ部１５４（第２切断刃１６２ａ，１６２ｂ）の下面にイチゴの蔕が接触した時点で、第１フィンガ部５４及びイチゴの上昇が停止する。この場合、第１フィンガ部５４と第２フィンガ部１５４との間隔が、図４（ａ）に示す間隔ｄ0以下の間隔ｄ1となった状態で、第１フィンガ部５４の上昇が停止する。
【００４０】
なお、上記のように、第２フィンガ部１５４がイチゴの蔕に接触して停止してもイチゴの果実部分に損傷を与えることはない。これは、第２フィンガ部１５４は、イチゴの蔕に接触するとともに、当該接触の際に果実に加わる力は、第１フィンガ部５４の上昇を停止させる程度に適度な力（弾性部材８６の付勢力（約３Ｎ））のみだからである。次のステップＳ４４では、ステップＳ４２の処理が完了したか否かを判断する。ここでの判断が肯定されると、次のステップＳ４６に移行する。
【００４１】
ステップＳ４６では、制御装置９０は、第２エアチャック１５６を作動させる。すなわち、制御装置９０は、第２エアチャック１５６を作動させて、一対の第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂを、図１０に示すように閉状態にする。この場合、第２切断刃１６２ａ，１６２ｂとにより、果柄が、果実（蔕）の近傍で切断されることになる。この切断により、果実はハンド機構１００から落下して、トレー５０の凹部に収容され、当該収穫対象のイチゴの収穫が終了する。なお、トレー５０は、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上に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。次のステップＳ４８では、ステップＳ４６の処理が完了したか否かを判断する。ここでの判断が肯定されると、ステップＳ５０に移行する。
【００４２】
ステップＳ５０では、制御装置９０は、ハンド機構１０を上述したステップＳ１０と同様に初期状態に戻すとともに、気体供給装置１０８から第１フィンガ部５４近傍に気体を噴射する。これにより、第１フィンガ５２ａ，５２ｂのいずれかに果柄が付着したままであっても、噴射される気体により、果柄を除去する（吹き飛ばす）ことが可能である。次のステップＳ５２では、ステップＳ５４の処理が完了したか否かを判断し、ここでの判断が肯定されると、図７のステップＳ２０に移行する。
【００４３】
図７のステップＳ２０では、制御装置９０は、全処理を終了するか否かを判断する。ここで、全処理を終了する場合とは、作業者が、制御装置９０に接続されている入力装置から、作業を停止する旨の指示を出した場合等である。ここでの判断が否定された場合には、ステップＳ１２に戻り、上記と同様にして、次の収穫対象のイチゴの収穫を行う。一方、ステップＳ２０の判断が肯定された場合には、図７、図８の全処理を終了する。なお、収穫後のイチゴは、トレー５０に収容される。搬送時には、作業者により、大きさ及び品質に基づきイチゴが選別された後、従来より用いられているイチゴパックなどに詰めて、搬送すれば良い。このようにしても、イチゴから果柄がほとんど除去されているので、果柄による他のイチゴの損傷を低減することができる。
【００４４】
以上、詳細に説明したように、本実施形態によると、上下動アクチュエータ６０が、果柄の一部を把持する一対の第１フィンガ５２ａ，５２ｂを有する第１フィンガ部５４と、第１フィンガ５２ａ，５２ｂに把持されている果柄を切断する一対の第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂを有する第２フィンガ部１５４とを接近又は離間させ、制御装置９０は、第１、第２フィンガの離間により第２フィンガ部１５４が果実に接近した状態で、第２フィンガ部１５４による切断を実行するので、第１フィンガ部５４により把持された果柄を果実に近い適切な位置で切断することができる。これにより、果柄の除去が容易となるとともに、専用の搬送容器を用いなくとも搬送中における果柄による果実の損傷を抑制することができるようになる。また、本実施形態では、イチゴ収穫装置１００にハンド機構１０を搭載しているので、収穫後のイチゴの果柄を果実近傍で切断することができる。これにより、人手による果柄の二度切りが不要となる。
【００４５】
また、本実施形態では、第１フィンガ部５４は、高設栽培農場で栽培されているイチゴの果柄を、第１切断刃６４にて切断した後に、果柄の一部を把持する。これにより、第１切断刃６４を用いて、苗木等に結実したイチゴを果柄にて切断して収穫することができるので、その収穫後の一連の動作において、第１フィンガ部５４で果実を果柄にて保持したまま、第２フィンガ部１５４により果柄を切断することができるようになる。
【００４６】
また、本実施形態では、上下動アクチュエータ６０が、第１フィンガ部５４を、弾性部材の弾性力を利用して一定の力で上昇駆動して、第１フィンガ部５４と第２フィンガ部１５４とを離間させており、制御装置９０が、第１フィンガ部５４と第２フィンガ部１５４との間の離間動作が止まったタイミングで第２フィンガ部１５４による切断を実行することとしている。これにより、本実施形態では、第２フィンガ部１５４が果実に適切な力で接触した状態で、第１、第２フィンガ部５４，１５４の離間動作を停止させることができるとともに、当該状態で、第２フィンガ部１５４による果柄の切断を行うことができる。このため、各種センサ（力覚センサなど）を設けなくとも、果柄の適切な位置を切断することができる。
【００４７】
また、本実施形態では、第１フィンガ部５４と第２フィンガ部１５４とが離間するときには、一対の第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂ間には、果柄が通過できるが果実は通過できない程度の間隙が形成される。したがって、第１、第２フィンガ部５４，１５４とが離間動作を行っている間、第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂ間に果柄を停留させることができる。また、第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂ間の間隔を狭くすることで、第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂが果実の蔕の部分に接触する可能性を高くすることができる。これにより、果実の損傷の発生を低減することができる。
【００４８】
なお、上記実施形態では、第２切断刃１６２ａ，１６２ｂがせん断力により、果柄を切断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、第２切断刃１６２ａ，１６２ｂの高さを同一にするとともに、各第２切断刃１６２ａ，１６２ｂの対向部分（刃部）を鋭利にし、当該刃部で果柄を挟むことで、果柄を切断するようにしても良い。この場合、より、蔕に近い位置で果柄を切断できるようになる。
【００４９】
なお、上記実施形態では、ハンド機構１０が、高設栽培農場で栽培されているイチゴを収穫して、果柄を果実近傍から切断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、既に収穫済みで、かつ蔕に果柄が残っている状態のイチゴをハンド機構１０（第１フィンガ部５４）に保持させ、この状態から、第２フィンガ部１５４で果柄を除去するようにしても良い。この場合にも、果柄を自動で除去することができることになる。なお、この場合には、第１フィンガ部５４に第１切断刃６４を設けなくても良い。
【００５０】
なお、上記実施形態では、ハンド機構１０が、上側の第１フィンガ部５４を上下動させる場合について説明したが、これに限らず、下側の第２フィンガ部１５４を上下動させるようにしても良い。また、第１、第２フィンガ部５４，１５４の両方を上下動させるようにしても良い。このようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
なお、上記実施形態では、制御装置９０は、図８の処理において、各部の動作が完了したか否かの判断を行った後に、次の処理を行うこととした（ステップＳ３２、Ｓ３６，Ｓ４０，Ｓ４４，Ｓ４８，Ｓ５２）。しかしながら、これに限られるものではなく、各処理が順次実行されるように処理タイミングを予め設定しておくこととすれば、完了したか否かの判断を行わなくても良い。
【００５２】
なお、上記実施形態では、本発明の果柄除去装置及び果実収穫装置を、イチゴの果柄除去及び収穫に用いる場合について説明したが、これに限らず、トマトやナスなどの、その他の野菜・果物の果柄除去及び収穫に用いることとしても良い。
【００５３】
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】
【００５４】
１０ ハンド機構（果柄除去装置）
２０ ロボットアーム（移動装置の一部）
３０ 台車（移動装置の一部）
５２ａ，５２ｂ 第１フィンガ
５４ 第１フィンガ部（第１フィンガ機構の一部）
５６ 第１エアチャック（第１フィンガ機構の一部）
５８ プッシュロッド（間隙形成部）
６０ 上下動アクチュエータ（駆動部）
８６ 弾性部材
９０ 制御装置（制御部）
１００ イチゴ収穫装置（果実収穫装置）
１５２ａ，１５２ｂ 第２フィンガ
１５４ 第２フィンガ部（第２フィンガ機構の一部）
１５６ 第２エアチャック（第２フィンガ機構の一部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、果柄除去装置及び果実収穫装置に関する。
【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（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】
上記特許文献２〜５では、果実にロボットが触れないようにするため、果柄を残したまま果実を収穫することとしている。しかるに、果柄が果実に残ったままであると、果実を搬送用の容器に収容した際に、果柄が隣接する果実に接触して、果実が損傷するおそれがある。この果実の損傷を抑制するためには、果実と果柄が接触しないような特別な容器を用意するか、あるいは、果柄を人手で切除するいわゆる「二度切り」を行う必要があり、手間が掛かる。
【０００５】
また、特許文献１では、果柄を短く切断するために、摘採刃と調製刃とを備える果菜収穫用摘採ハンドが開示されている。しかるに、特許文献１の技術では、ハンドの位置を非常に繊細に適切な位置に調整しない限り、果実を損傷させずに、果柄のほぼ全てを除去するのは難しい。
【０００６】
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、果柄の除去を容易に行うことが可能な果柄除去装置を提供することを目的とする。また、本発明は、人手による果柄の二度切りを不要とし、果柄による果実の損傷を抑制することが可能な果実収穫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】
本発明の果柄除去装置は、果実の果柄の一部を把持する一対の第１フィンガを有する第１フィンガ機構と、前記第１フィンガに把持されている前記果柄を切断する一対の第２フィンガを有する第２フィンガ機構と、前記果柄を把持する前記第１フィンガ機構と、前記第２フィンガ機構とが接近又は離間するように、前記第１フィンガ機構と前記第２フィンガ機構の少なくとも一方を駆動する駆動部と、前記第２フィンガ機構による切断を、前記第１、第２フィンガ機構が離間して、前記第２フィンガ機構が前記果実に接近した状態で実行する制御部と、を備える果柄除去装置である。
【０００８】
これによれば、第１フィンガ機構が、果実の果柄を切断するとともに、切断した果柄の果実側の一部を把持し、第２フィンガ機構が、第１フィンガ機構から離間して果実に接近した状態で、果柄を切断するので、第１フィンガ機構により把持された果柄を果実に近い適切な位置で切断することができる。これにより、果柄の除去が容易になるとともに、専用の搬送容器を用いなくとも果柄による果実の損傷を抑制することができる。
【０００９】
この場合において、前記第１フィンガ機構は、前記果柄を切断する切断部を有し、当該切断部により切断された果柄の前記果実側の一部を把持することとしても良い。これにより、切断部を用いて、苗木等に結実した果実を果柄にて切断して収穫することができるので、その収穫後の一連の動作として、果実から果柄を除去することができるようになる。
【００１０】
また、本発明の果柄除去装置では、前記駆動部が、前記第１フィンガ機構と前記第２フィンガ機構の少なくとも一方を、弾性部材の弾性力を利用して一定の力で駆動して、前記第１フィンガ機構と前記第２フィンガ機構とを離間させ、前記制御部が、前記第１フィンガ機構と前記第２フィンガ機構との間の離間動作が止まったタイミングで前記第２フィンガ機構による切断を実行するようにすることができる。これにより、第２フィンガ機構が果実に適切な力で接触した状態で、前記第１、第２フィンガ機構の離間動作を停止させることができるとともに、当該状態で、第２フィンガ機構による果柄の切断を行うことができる。このため、各種センサ（力覚センサなど）を設けなくとも、果柄の適切な位置を切断することができるようになる。
【００１１】
また、本発明の果柄除去装置では、前記第１フィンガ機構と前記第２フィンガ機構とが離間するときに、前記一対の第２フィンガ間に、前記果柄が通過できるが前記果実は通過できない程度の間隙を形成する間隙形成部を更に備えることとすることができる。これにより、第１、第２フィンガ機構が離間動作を行っている間、第２フィンガ間からの果柄の離脱を抑制することができる。また、第２フィンガ間の間隔を狭くすることで、第２フィンガが果実の蔕の部分に接触する可能性を高くすることができる。これにより、果実の損傷の発生を低減することができる。
【００１２】
また、本発明の果柄除去装置では、前記駆動部は、第２フィンガ機構を駆動しても良いが、前記第１フィンガ機構を駆動することとしても良い。
【００１３】
本発明の果実収穫装置は、本発明の果柄除去装置と、前記果柄除去装置を移動させる移動装置と、を備える果実収穫装置である。これによれば、第２フィンガ機構により果柄が果実近傍で切断されるので、人手による果柄の二度切りを不要とし、専用の搬送容器を用いなくとも果柄による果実の損傷を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の果柄除去装置は、果柄の除去を容易に行うことができるという効果を奏する。また、本発明の果実収穫装置は、人手による果柄の二度切りを不要とし、果柄による果実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】
【００１５】
【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１のハンド機構１０を取り出して拡大して示す図である。
【図３】図３（ａ），図３（ｂ）は、上下動アクチュエータの断面を示す図である
【図４】図４（ａ）は、上下動アクチュエータが図３（ａ）の状態にあるときの、ハンド機構の状態を示す側面図であり、図４（ｂ）は、上下動アクチュエータが図３（ｂ）の状態にあるときの、ハンド機構の状態を示す側面図である。
【図５】図５は、図４（ｂ）の状態のハンド機構を示す斜視図である。
【図６】一実施形態のイチゴ収穫装置の制御系を示すブロック図である。
【図７】イチゴ収穫装置の具体的な処理を示すフローチャートである。
【図８】図７のステップＳ１８のサブルーチンを示すフローチャートである。
【図９】図９（ａ）〜図９（ｄ）は、ハンド機構の動作を説明するための図（その１）である。
【図１０】図１０は、ハンド機構の動作を説明するための図（その２）である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施するための一実施形態を図１〜図１０に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
図１には、本実施形態の果実収穫装置としてのイチゴ収穫装置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。
【００１８】
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除去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、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。なお、ロボットアーム２０及び台車３０等を含んで、ハンド機構２０を移動する移動装置が構成されている
【００１９】
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６参照）の駆動力により、制御部としての制御装置９０（図１では不図示、図６参照）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。
【００２０】
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。ロボットアーム２０の動作は、図６の制御装置９０により制御される。
【００２１】
ハンド機構１０は、収穫対象であるイチゴを収穫するとともに、果柄を除去する機構である。以下、このハンド機構１０について図２〜図１０に基づいて詳細に説明する。図２は、図１のハンド機構１０を取り出して拡大して示す図である。なお、図２では、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。
【００２２】
この図２に示すように、ハンド機構１０は、一対の第１フィンガ５２ａ，５２ｂを有する第１フィンガ部５４と、第１フィンガ部５４の−Ｚ’側に配置され、一対の第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂを有する第２フィンガ部１５４と、を備える。また、ハンド機構１０は、これら第１、第２フィンガ部５４，１５４を駆動する第１エアチャック５６及び第２エアチャック１５６と、間隙形成部としてのプッシュロッド５８と、駆動部としての上下動アクチュエータ６０と、を備える。
【００２３】
第１フィンガ部５４の一方の第１フィンガ５２ｂの＋Ｘ’端部近傍には、緩衝材６２と、切断部としての第１切断刃６４と、略Ｌ字状のストッパ６６とが設けられている。緩衝材６２は、例えば、ゴムなどから成り、他方の第１フィンガ５２ａとの間にイチゴの果柄を挟んだ状態で、イチゴを保持するためのものである。第１切断刃６４は、他方の第１フィンガ５２ａとともに、イチゴの果柄にせん断力を作用させることで果柄を切断する。ストッパ６６は、イチゴの果柄を第１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。
【００２４】
第２フィンガ部１５４の一対の第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂには、第２切断刃１６２ａ，１６２ｂが設けられている。これら第２切断刃１６２ａ，１６２ｂは、実際には、Ｚ’軸方向の位置がずれた状態となっており（図９（ａ）等参照）、両第２切断刃１６２ａ，１６２ｂからイチゴの果柄にせん断力を作用させることで、イチゴの果柄を切断する。
【００２５】
第１エアチャック５６は、制御装置９０（図６）の指示の下、第１フィンガ部５４の一対の第１フィンガ５２ａ，５２ｂ間を接近させたり離間させたりして、第１フィンガ部５４の開閉動作を行う。具体的には、第１フィンガ５２ａの＋Ｙ’方向への移動と第１フィンガ５２ｂの−Ｙ’方向への移動とを同時に行ったり、第１フィンガ５２ａの−Ｙ’方向への移動と第１フィンガ５２ｂの＋Ｙ’方向への移動とを同時に行ったりする。なお、第１エアチャック５６と第１フィンガ部５４とにより、第１フィンガ機構が構成されている。第１エアチャック５６の＋Ｚ’面には、板部材７０が設けられている。板部材７０、第１エアチャック５６及び第１フィンガ部５４は、一体となって、上下動アクチュエータ６０（後述）の駆動力により、Ｚ’軸方向に延びるガイド部材７２に沿って移動するようになっている。
【００２６】
第２エアチャック１５６は、制御装置９０（図６）の指示の下、第２フィンガ部１５４の一対の第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂ間を接近させたり離間させたりして、第２フィンガ部１５４の開閉動作を行う。具体的には、第２フィンガ１５２ａの＋Ｙ’方向への移動と第２フィンガ１５２ｂの−Ｙ’方向への移動とを同時に行ったり、第２フィンガ１５２ａの−Ｙ’方向への移動と第２フィンガ１５２ｂの＋Ｙ’方向への移動とを同時に行ったりする。この第２エアチャック１５６は、ガイド部材７２を保持する土台部材７４の下面に固定された状態となっている。なお、第２エアチャック１５６と第２フィンガ部１５４とにより、第２フィンガ機構が構成されている。
【００２７】
プッシュロッド５８は、第２フィンガ部１５４の一方の第２フィンガ１５２ａに対して＋Ｙ’方向の力を付与することで、第２フィンガ１５２ａを＋Ｙ’方向に所定距離だけ移動させる。この場合、第２エアチャック１５６により、第２フィンガ１５２ｂも、第２フィンガ１５２ａと同一量だけ反対方向（−Ｙ’方向）に移動するようになっている。なお、プッシュロッド５８による、第２フィンガ１５２ａの移動量は、第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂ間の間隔（第２切断刃１６２ａ，１６２ｂ間の間隔）が、所定間隔となるような移動量であるものとする。この所定間隔は、第２切断刃１６２ａ，１６２ｂ間をイチゴの果柄が通過できる程度の間隔で、かつイチゴの果実は通過できない程度の間隙、例えば、３ｍｍ間隔であるものとする。なお、プッシュロッド５８は、制御装置９０（図６）の指示の下、駆動される。
【００２８】
図３（ａ）、図３（ｂ）は、上下動アクチュエータ６０及びその近傍の断面を示す図である。上下動アクチュエータ６０は、図３（ａ）に示すように、一対のエアシリンダ機構１６０ａ，１６０ｂを有する。一方のエアシリンダ機構１６０ａは、シリンダ部８２と、シリンダ部８２内部に形成された内部空間８２ａに＋Ｚ’側から挿入された状態のピストン部８４と、ピストン部８４を常時＋Ｚ’方向に付勢する弾性部材（ここでは、圧縮コイルバネ）８６を有する。なお、弾性部材８６の付勢力は、例えば、約３Ｎとされている。他方のエアシリンダ機構１６０ｂも、上記一方のエアシリンダ機構１６０ａと同様の構成となっている。
【００２９】
上記のように構成される上下動アクチュエータ６０では、シリンダ部８２の内部空間８２ａ内にエアが供給された状態では、弾性部材８６の作用により、図３（ａ）に示すように、ピストン部８４が＋Ｚ’方向に移動する。この移動により、ピストン部８４の＋Ｚ’端部に固定された板部材７０も＋Ｚ’方向に移動するため、これと一体とされている第１エアチャック５６及び第１フィンガ部５４も＋Ｚ’方向に移動する。一方、シリンダ部８２の内部空間８２ａ内が減圧された状態では、図３（ｂ）に示すように、ピストン部８４が弾性部材８６の付勢力に抗して−Ｚ’方向に移動する。この移動により、板部材７０、第１エアチャック５６及び第１フィンガ部５４が一体的に−Ｚ’方向に移動することになる。なお、上下動アクチュエータ６０は、制御装置９０（図６）の指示の下、駆動される。
【００３０】
図４（ａ）は、上下動アクチュエータ６０が図３（ａ）の状態にあるときの、ハンド機構１０の状態を示す側面図である。この図４（ａ）の状態では、第１フィンガ部５４の下端面と、第２フィンガ部１５４の上端面との間に間隔ｄ0が形成される。また、図４（ｂ）は、上下動アクチュエータ６０が図３（ｂ）の状態にあるときの、ハンド機構１０の状態を示す側面図であり、図５は、図４（ｂ）の状態のハンド機構１０を示す斜視図である。これら、図４（ｂ）、図５の状態では、第１フィンガ部５４の下端面と、第２フィンガ部１５４の上端面との間の間隔が０（又はほぼ０）となる。
【００３１】
図６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６に示すように、本実施形態では、上述した構成のほか、ハンド機構１０に、カメラ１０２、距離センサ１０４、及び気体供給装置１０８が設けられている。カメラ１０２は、視野内に存在するイチゴの位置を検出したり、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９０では、カメラ１０２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。また、制御装置９０は、カメラ１０２によるイチゴの位置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。距離センサ１０４は、収穫対象のイチゴとハンド機構１０との距離を検知するものである。なお、カメラ１０２及び距離センサ１０６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、収穫対象のイチゴとハンド機構１０との位置関係を正確に検知するようにしても良い。気体供給装置１０８は、第１フィンガ部５４近傍に圧縮気体を吹き付けるものであり、第１フィンガ部５４に付着した切断後の果柄を吹き飛ばすためのものである。
【００３２】
次に、本実施形態のイチゴ収穫装置１００の具体的な処理について、図７，８のフローチャートに沿って、その他図面を適宜参照しつつ説明する。
【００３３】
図７のフローチャートは、作業者が、制御装置９０に接続されている入力装置（不図示）から作業開始のボタン等を押した段階から開始される。まず、ステップＳ１０では、制御装置９０が、ハンド機構１０を初期状態に設定する。具体的には、上下動アクチュエータ６０の内部空間８２ａ内を減圧状態にして、図５に示すように、第１フィンガ部５４と第２フィンガ部１５４とが再接近した状態とするとともに、第１、第２エアチャック５６，１５６を介して、一対の第１フィンガ５２ａ，５２ｂと、一対の第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂとを開いた状態とする。
【００３４】
次いで、ステップＳ１２では、制御装置９０が、カメラ１０２を用いて画像を取得し、収穫対象のイチゴの位置を前述のようにして特定する。次いで、ステップＳ１４では、制御装置９０は、距離センサ１０４の検出値をモニタしつつ、ロボットアーム２０を収穫対象のイチゴに向けて移動させる。
【００３５】
次いで、ステップＳ１６では、制御装置９０が、距離センサ１０４の検出値に基づいて、ハンド機構１００が収穫対象のイチゴに到達したか否かを判断する。制御装置９０は、ここでの判断が肯定された段階で、ステップＳ１８に移行する。なお、ステップＳ１６の判断が肯定された段階では、図９（ａ）に模式的に示すように、収穫対象のイチゴの果柄が、一対の第１フィンガ５２ａ，５２ｂ間、及び一対の第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂ間に位置することになる。また、図９（ａ）の状態では、図５等のＸ’Ｙ’Ｚ’座標系と、図１のＸＹＺ座標系とが一致（Ｘ軸＝Ｘ’軸、Ｙ軸＝Ｙ’軸、Ｚ軸＝Ｚ’軸）するようになる。なお、この状態では、イチゴの果柄は、第１フィンガ５２ｂに設けられたストッパ６６のうち、Ｙ’方向に延びる部分の＋Ｘ端部に接触した状態となる。
【００３６】
次いで、ステップＳ１８では、制御装置９０が、収穫処理のサブルーチンを実行する。具体的には、図８の処理を実行する。図８のステップＳ３０では、制御装置９０は、第１エアチャック５６を作動させる。すなわち、制御装置９０は、第１エアチャック５６を作動させて、一対の第１フィンガ５２ａ，５２ｂを、図９（ｂ）に示すように、閉状態にする。この動作により、第１切断刃６４により果柄が切断されることになる。また、第１フィンガ５２ｂと第１フィンガ５２ａは、果実側に付いたままの果柄の＋Ｚ’端部近傍を挟持（保持）する。なお、第１フィンガ５２ｂには、緩衝材６２が設けられているので、果柄及び果実を確実に保持することが可能である。
【００３７】
次いで、ステップＳ３２では、ステップＳ３０の処理が完了したか否かを判断する。ここでの判断が肯定されると、次のステップＳ３４に移行する。次のステップＳ３４では、制御装置９０は、ロボットアーム２０を所定位置まで移動させる。ここで、所定位置とは、第１フィンガ部５４にて保持されているイチゴが、図１のトレー５０のうち、イチゴが収容されていない凹部の上方に位置する位置であるものとする。次のステップＳ３６では、ステップＳ３４の処理が完了したか否かを判断する。ここでの判断が肯定されると、次のステップＳ３８に移行する。
【００３８】
ステップＳ３８では、制御装置９０が、プッシュロッド５８を作動させる。すなわち、制御装置９０は、プッシュロッド５８を作動させて、図９（ｃ）に示すように、一対の第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂの間隔を所定間隔（例えば、第２切断刃１６２ａ，１６２ｂの間隔が３ｍｍ程度となる間隔）に狭める。次のステップＳ４０では、ステップＳ３８の処理が完了したか否かを判断する。ここでの判断が肯定されると、次のステップＳ４２に移行する。
【００３９】
ステップＳ４２では、制御装置９０は、上下動アクチュエータ６０を作動させる。すなわち、制御装置９０は、上下動アクチュエータ６０の内部空間８２ａ内の減圧状態を解除して、ピストン部８４を上昇させることで、第１フィンガ部５４を上昇駆動する。これにより、図９（ｄ）に示すように、第１フィンガ部５４と第２フィンガ部１５４との間の間隔が広がる。この場合、第１フィンガ部５４は、イチゴの果柄を保持したままであるので、イチゴも上昇し、第２フィンガ部１５４（第２切断刃１６２ａ，１６２ｂ）の下面にイチゴの蔕が接触した時点で、第１フィンガ部５４及びイチゴの上昇が停止する。この場合、第１フィンガ部５４と第２フィンガ部１５４との間隔が、図４（ａ）に示す間隔ｄ0以下の間隔ｄ1となった状態で、第１フィンガ部５４の上昇が停止する。
【００４０】
なお、上記のように、第２フィンガ部１５４がイチゴの蔕に接触して停止してもイチゴの果実部分に損傷を与えることはない。これは、第２フィンガ部１５４は、イチゴの蔕に接触するとともに、当該接触の際に果実に加わる力は、第１フィンガ部５４の上昇を停止させる程度に適度な力（弾性部材８６の付勢力（約３Ｎ））のみだからである。次のステップＳ４４では、ステップＳ４２の処理が完了したか否かを判断する。ここでの判断が肯定されると、次のステップＳ４６に移行する。
【００４１】
ステップＳ４６では、制御装置９０は、第２エアチャック１５６を作動させる。すなわち、制御装置９０は、第２エアチャック１５６を作動させて、一対の第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂを、図１０に示すように閉状態にする。この場合、第２切断刃１６２ａ，１６２ｂとにより、果柄が、果実（蔕）の近傍で切断されることになる。この切断により、果実はハンド機構１００から落下して、トレー５０の凹部に収容され、当該収穫対象のイチゴの収穫が終了する。なお、トレー５０は、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上に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。次のステップＳ４８では、ステップＳ４６の処理が完了したか否かを判断する。ここでの判断が肯定されると、ステップＳ５０に移行する。
【００４２】
ステップＳ５０では、制御装置９０は、ハンド機構１０を上述したステップＳ１０と同様に初期状態に戻すとともに、気体供給装置１０８から第１フィンガ部５４近傍に気体を噴射する。これにより、第１フィンガ５２ａ，５２ｂのいずれかに果柄が付着したままであっても、噴射される気体により、果柄を除去する（吹き飛ばす）ことが可能である。次のステップＳ５２では、ステップＳ５４の処理が完了したか否かを判断し、ここでの判断が肯定されると、図７のステップＳ２０に移行する。
【００４３】
図７のステップＳ２０では、制御装置９０は、全処理を終了するか否かを判断する。ここで、全処理を終了する場合とは、作業者が、制御装置９０に接続されている入力装置から、作業を停止する旨の指示を出した場合等である。ここでの判断が否定された場合には、ステップＳ１２に戻り、上記と同様にして、次の収穫対象のイチゴの収穫を行う。一方、ステップＳ２０の判断が肯定された場合には、図７、図８の全処理を終了する。なお、収穫後のイチゴは、トレー５０に収容される。搬送時には、作業者により、大きさ及び品質に基づきイチゴが選別された後、従来より用いられているイチゴパックなどに詰めて、搬送すれば良い。このようにしても、イチゴから果柄がほとんど除去されているので、果柄による他のイチゴの損傷を低減することができる。
【００４４】
以上、詳細に説明したように、本実施形態によると、上下動アクチュエータ６０が、果柄の一部を把持する一対の第１フィンガ５２ａ，５２ｂを有する第１フィンガ部５４と、第１フィンガ５２ａ，５２ｂに把持されている果柄を切断する一対の第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂを有する第２フィンガ部１５４とを接近又は離間させ、制御装置９０は、第１、第２フィンガの離間により第２フィンガ部１５４が果実に接近した状態で、第２フィンガ部１５４による切断を実行するので、第１フィンガ部５４により把持された果柄を果実に近い適切な位置で切断することができる。これにより、果柄の除去が容易となるとともに、専用の搬送容器を用いなくとも搬送中における果柄による果実の損傷を抑制することができるようになる。また、本実施形態では、イチゴ収穫装置１００にハンド機構１０を搭載しているので、収穫後のイチゴの果柄を果実近傍で切断することができる。これにより、人手による果柄の二度切りが不要となる。
【００４５】
また、本実施形態では、第１フィンガ部５４は、高設栽培農場で栽培されているイチゴの果柄を、第１切断刃６４にて切断した後に、果柄の一部を把持する。これにより、第１切断刃６４を用いて、苗木等に結実したイチゴを果柄にて切断して収穫することができるので、その収穫後の一連の動作において、第１フィンガ部５４で果実を果柄にて保持したまま、第２フィンガ部１５４により果柄を切断することができるようになる。
【００４６】
また、本実施形態では、上下動アクチュエータ６０が、第１フィンガ部５４を、弾性部材の弾性力を利用して一定の力で上昇駆動して、第１フィンガ部５４と第２フィンガ部１５４とを離間させており、制御装置９０が、第１フィンガ部５４と第２フィンガ部１５４との間の離間動作が止まったタイミングで第２フィンガ部１５４による切断を実行することとしている。これにより、本実施形態では、第２フィンガ部１５４が果実に適切な力で接触した状態で、第１、第２フィンガ部５４，１５４の離間動作を停止させることができるとともに、当該状態で、第２フィンガ部１５４による果柄の切断を行うことができる。このため、各種センサ（力覚センサなど）を設けなくとも、果柄の適切な位置を切断することができる。
【００４７】
また、本実施形態では、第１フィンガ部５４と第２フィンガ部１５４とが離間するときには、一対の第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂ間には、果柄が通過できるが果実は通過できない程度の間隙が形成される。したがって、第１、第２フィンガ部５４，１５４とが離間動作を行っている間、第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂ間に果柄を停留させることができる。また、第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂ間の間隔を狭くすることで、第２フィンガ１５２ａ，１５２ｂが果実の蔕の部分に接触する可能性を高くすることができる。これにより、果実の損傷の発生を低減することができる。
【００４８】
なお、上記実施形態では、第２切断刃１６２ａ，１６２ｂがせん断力により、果柄を切断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、第２切断刃１６２ａ，１６２ｂの高さを同一にするとともに、各第２切断刃１６２ａ，１６２ｂの対向部分（刃部）を鋭利にし、当該刃部で果柄を挟むことで、果柄を切断するようにしても良い。この場合、より、蔕に近い位置で果柄を切断できるようになる。
【００４９】
なお、上記実施形態では、ハンド機構１０が、高設栽培農場で栽培されているイチゴを収穫して、果柄を果実近傍から切断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、既に収穫済みで、かつ蔕に果柄が残っている状態のイチゴをハンド機構１０（第１フィンガ部５４）に保持させ、この状態から、第２フィンガ部１５４で果柄を除去するようにしても良い。この場合にも、果柄を自動で除去することができることになる。なお、この場合には、第１フィンガ部５４に第１切断刃６４を設けなくても良い。
【００５０】
なお、上記実施形態では、ハンド機構１０が、上側の第１フィンガ部５４を上下動させる場合について説明したが、これに限らず、下側の第２フィンガ部１５４を上下動させるようにしても良い。また、第１、第２フィンガ部５４，１５４の両方を上下動させるようにしても良い。このようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
なお、上記実施形態では、制御装置９０は、図８の処理において、各部の動作が完了したか否かの判断を行った後に、次の処理を行うこととした（ステップＳ３２、Ｓ３６，Ｓ４０，Ｓ４４，Ｓ４８，Ｓ５２）。しかしながら、これに限られるものではなく、各処理が順次実行されるように処理タイミングを予め設定しておくこととすれば、完了したか否かの判断を行わなくても良い。
【００５２】
なお、上記実施形態では、本発明の果柄除去装置及び果実収穫装置を、イチゴの果柄除去及び収穫に用いる場合について説明したが、これに限らず、トマトやナスなどの、その他の野菜・果物の果柄除去及び収穫に用いることとしても良い。
【００５３】
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】
【００５４】
１０ ハンド機構（果柄除去装置）
２０ ロボットアーム（移動装置の一部）
３０ 台車（移動装置の一部）
５２ａ，５２ｂ 第１フィンガ
５４ 第１フィンガ部（第１フィンガ機構の一部）
５６ 第１エアチャック（第１フィンガ機構の一部）
５８ プッシュロッド（間隙形成部）
６０ 上下動アクチュエータ（駆動部）
８６ 弾性部材
９０ 制御装置（制御部）
１００ イチゴ収穫装置（果実収穫装置）
１５２ａ，１５２ｂ 第２フィンガ
１５４ 第２フィンガ部（第２フィンガ機構の一部）
１５６ 第２エアチャック（第２フィンガ機構の一部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
果実の果柄の一部を把持する一対の第１フィンガを有する第１フィンガ機構と、
前記第１フィンガに把持されている前記果柄を切断する一対の第２フィンガを有する第２フィンガ機構と、
前記果柄を把持する前記第１フィンガ機構と、前記第２フィンガ機構とが接近又は離間するように、前記第１フィンガ機構と前記第２フィンガ機構の少なくとも一方を駆動する駆動部と、
前記第２フィンガ機構による切断を、前記第１、第２フィンガ機構が離間して、前記第２フィンガ機構が前記果実に接近した状態で実行する制御部と、を備える果柄除去装置。
【請求項２】
前記第１フィンガ機構は、前記果柄を切断する切断部を有し、当該切断部により切断された果柄の前記果実側の一部を把持することを特徴とする請求項１に記載の果柄除去装置。
【請求項３】
前記駆動部は、前記第１フィンガ機構と前記第２フィンガ機構の少なくとも一方を、弾性部材の弾性力を利用して一定の力で駆動して、前記第１フィンガ機構と前記第２フィンガ機構とを離間させ、
前記制御部は、前記第１フィンガ機構と前記第２フィンガ機構との間の離間動作が止まったタイミングで前記第２フィンガ機構による切断を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の果柄除去装置。
【請求項４】
前記第１フィンガ機構と前記第２フィンガ機構とが離間するときに、前記一対の第２フィンガ間に、前記果柄が通過できるが前記果実は通過できない程度の間隙を形成する間隙形成部を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の果柄除去装置。
【請求項５】
前記駆動部は、前記第１フィンガ機構を駆動することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の果柄除去装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の果柄除去装置と、
前記果柄除去装置を移動させる移動装置と、を備える果実収穫装置。
【請求項１】
果実の果柄の一部を把持する一対の第１フィンガを有する第１フィンガ機構と、
前記第１フィンガに把持されている前記果柄を切断する一対の第２フィンガを有する第２フィンガ機構と、
前記果柄を把持する前記第１フィンガ機構と、前記第２フィンガ機構とが接近又は離間するように、前記第１フィンガ機構と前記第２フィンガ機構の少なくとも一方を駆動する駆動部と、
前記第２フィンガ機構による切断を、前記第１、第２フィンガ機構が離間して、前記第２フィンガ機構が前記果実に接近した状態で実行する制御部と、を備える果柄除去装置。
【請求項２】
前記第１フィンガ機構は、前記果柄を切断する切断部を有し、当該切断部により切断された果柄の前記果実側の一部を把持することを特徴とする請求項１に記載の果柄除去装置。
【請求項３】
前記駆動部は、前記第１フィンガ機構と前記第２フィンガ機構の少なくとも一方を、弾性部材の弾性力を利用して一定の力で駆動して、前記第１フィンガ機構と前記第２フィンガ機構とを離間させ、
前記制御部は、前記第１フィンガ機構と前記第２フィンガ機構との間の離間動作が止まったタイミングで前記第２フィンガ機構による切断を実行することを特徴とする請求項１又は２に記載の果柄除去装置。
【請求項４】
前記第１フィンガ機構と前記第２フィンガ機構とが離間するときに、前記一対の第２フィンガ間に、前記果柄が通過できるが前記果実は通過できない程度の間隙を形成する間隙形成部を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の果柄除去装置。
【請求項５】
前記駆動部は、前記第１フィンガ機構を駆動することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の果柄除去装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の果柄除去装置と、
前記果柄除去装置を移動させる移動装置と、を備える果実収穫装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２１１９６９（Ｐ２０１１−２１１９６９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８３５４７（Ｐ２０１０−８３５４７）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【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)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【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)
【Ｆターム（参考）】
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