果実収穫ロボット
【課題】
狭い栽培棚間でも確実に果実を検出し、果実を傷つけることがなく、且つ簡潔な構成の果実収穫ロボットを提供することを課題とする。
【解決手段】
果実の有無及び果実までの距離を検出する検出装置３７と、収穫する果実が収穫可能かどうかを識別する識別装置４９と、該識別装置４９の識別結果にもとづいて果実を収穫するマニピュレータ４５とからなる収穫装置Ｂを前後左右上下方向に移動自在に設けると共に、該収穫装置Ｂにて収穫した果実を回収する回収部Ｃを設け、マニピュレータ４５で収穫した果実を把持したまま収穫装置Ｂを回収部Ｃへ移動させ、マニピュレータ４５で把持している果実の把持を解除して回収部Ｃに投入させる制御装置５３を設ける構成とする。
狭い栽培棚間でも確実に果実を検出し、果実を傷つけることがなく、且つ簡潔な構成の果実収穫ロボットを提供することを課題とする。
【解決手段】
果実の有無及び果実までの距離を検出する検出装置３７と、収穫する果実が収穫可能かどうかを識別する識別装置４９と、該識別装置４９の識別結果にもとづいて果実を収穫するマニピュレータ４５とからなる収穫装置Ｂを前後左右上下方向に移動自在に設けると共に、該収穫装置Ｂにて収穫した果実を回収する回収部Ｃを設け、マニピュレータ４５で収穫した果実を把持したまま収穫装置Ｂを回収部Ｃへ移動させ、マニピュレータ４５で把持している果実の把持を解除して回収部Ｃに投入させる制御装置５３を設ける構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光利用型植物工場において高設栽培された果実類を対象とし、果実類の収穫作業を自動で行う果実収穫ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、果実類を土耕又は水耕栽培による栽培棚で栽培を行い、これらの果実類の収穫作業は人手で行うのが一般的であった。
しかしながら、近年農村における人手不足や人件費の高騰等により、収穫作業の自動化が要望されるようになってきた。
【０００３】
そこで、特許文献１に記載されるように、撮像装置と画像処理装置を用いて、栽培棚の外部から果実の認識及び収穫の適否を判断する果実類の収穫作業を行うロボットがある。
また、特許文献２に記載されるように、視覚センサと画像処理装置を用いて、栽培棚の内部から果実の認識及び収穫の適否を判断する果実類の収穫作業を行うロボットがある。
【特許文献１】特開平８−２７５６５５号公報
【特許文献２】特開２００１−１４５４１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１及び２に開示された技術は、栽培棚と栽培棚の間に敷設されたレールに沿って機体を移動させ、撮像装置で撮像した画像から収穫可能な果実を判別し、収穫装置で収穫する果実収穫ロボットであるが、複数の果実が垂れ下がっている栽培棚と栽培棚との間隔は約８０ｍｍと狭いため、小型の撮像装置や広角レンズを用いた撮像装置を用いても複数の果実が鮮明に撮像できる位置に移動させることが困難であり、未熟果実を誤って収穫したり収穫できる果実を収穫しなかったりする誤収穫や、収穫装置や撮像装置が移動する際、移動先にある果実にぶつけるなどして果実を傷つけてしまうことがあった。
【０００５】
さらに、撮像装置で撮像した画像から果実の位置を算出するための画像処理装置が必要となるため、その分ロボットの構成が複雑になってしまうと共に、果実の認識処理に時間がかかり、収穫作業にかかる時間を長引かせてしまっていた。
【０００６】
本発明の課題は狭い栽培棚間でも短時間で確実に果実を検出し、果実を傷つけることがなく、且つ簡潔な構成の果実収穫ロボットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、果実の有無及び果実までの距離を検出する検出装置（３７）と、収穫する果実が収穫可能かどうかを識別する識別装置（４９）と、該識別装置（４９）の識別結果にもとづいて果実を収穫するマニピュレータ（４５）とからなる収穫装置（Ｂ）を前後左右上下方向に移動自在に設けると共に、該収穫装置（Ｂ）にて収穫した果実を回収する回収部（Ｃ）を設けたことを特徴とする果実収穫ロボットとした。
【０００８】
従って、検出装置（３８）が果実までの距離を検出することによって、識別装置（４９）やマニピュレータ（４５）が収穫する果実を適正に識別・収穫できる位置に収穫装置（Ｂ）を移動させることができる。
【０００９】
また、収穫装置（Ｂ）が前後左右上下方向に移動自在であることによって、検出装置（３８）と識別装置（４９）とマニピュレータ（４５）は独立した移動機構を備えなくても、収穫装置（Ｂ）が動くことによって果実を適正に検出・識別・収穫することができる。
【００１０】
請求項２の発明は、前記検出装置（３７）を収穫装置（Ｂ）の下部に設け、マニピュレータ（４５）を果実の果柄を把持する移動自在な把持部材（４１）と、該把持部材（４１）の移動を規制する規制部材（４２）と、把持部材（４１）の上部に果実の果柄を切断する移動自在な切断部材（４３）と、把持部材（４１）と切断部材（４３）とを移動させる駆動装置（４４）とから構成し、該マニピュレータ（４５）の上部に識別装置（４９）を設けたことを特徴とする請求項1記載の果実収穫ロボットとした。
【００１１】
従って、検出装置（３８）は果実の茎葉等の遮蔽物の少ない下方から果実の有無を検出するため、果実の検出漏れを防止することができる。
また、識別装置（４９）をマニピュレータ（４５）の上部に設けたことによって、識別作業を行う位置に識別装置（４９）を移動させると、マニピュレータ（４５）も果実を収穫する位置に移動させることができる。
【００１２】
そして、把持部材（４１）と切断部材（４３）とを同じ駆動装置（４４）で移動させる構成であるため、機体の構成する部品の数を減らすことができる。
さらに、規制部材（４２）で把持部材（４１）の動作だけを規制し、切断部材（４３）はそのまま移動させることによって、果実の果柄を把持すると同時に切断することができる。
【００１３】
請求項３の発明は、前記マニピュレータ（４５）で収穫した果実を把持したまま収穫装置（Ｂ）を回収部（Ｃ）へ移動させ、マニピュレータ（４５）で把持している果実の把持を解除して回収部（Ｃ）に投入させる制御装置（５３）を設けたことを特徴とする請求項１及び２記載の果実収穫ロボットとした。
【００１４】
従って、マニピュレータ（４５）で把持した果実を回収部（Ｃ）に近づけてから把持を解除して果実を投入するため、果実を傷つけることなく回収部（Ｃ）に投入することができる。
【００１５】
請求項４の発明は、前記識別装置（４９）を複数のカラーセンサ（４７ａ，４７ｂ，４７ｃ・・・）で構成したことを特徴とする請求項１記載の果実収穫ロボットとした。
従って、識別装置（４９）が複数のカラーセンサ（４７ａ，４７ｂ，４７ｃ・・・）で構成されていることによって、収穫対象の果実が収穫可能かどうかをより正確に識別することができる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項1記載の発明によれば、検出装置（３８）が果実までの距離を検出することによって、識別装置（４９）やマニピュレータ（４５）を果実を適正に識別・収穫できる位置に移動させることができるので、識別装置（４９）やマニピュレータ（４５）が移動時に果実を傷つけることが防止されると共に、果実の収穫可否の識別や果実の収穫が適正に行われるため、果実の品質が向上する。
【００１７】
また、収穫装置（Ｂ）が前後左右上下方向に移動自在であることによって、検出装置（３８）と識別装置（４９）とマニピュレータ（４５）は独立した移動機構を備える必要が無いので、狭い作業スペースでも効率よく作業が行えると共に、機体の構成が簡潔になるので、故障が少なく効率的に作業を行うことができる。
【００１８】
請求項２記載の発明によれば、請求項1記載の発明の効果に加えて、検出装置（３８）は果実の茎葉等の遮蔽物の少ない下方から果実の有無を検出するため、果実が確実に検出されるので果実の検出漏れを防止することができると共に、正確な収穫作業を行うことができる。
【００１９】
また、識別装置（４９）をマニピュレータ（４５）の上部に設けたことによって、識別装置（４９）を果実の識別作業を行う位置に移動させるとマニピュレータ（４５）も果実を収穫する位置に移動させることができるので、少ない動作で果実を収穫することができ、作業能率が向上する。
【００２０】
そして、把持部材（４１）と切断部材（４３）とを同じ駆動装置（４４）で移動させることにより、機体を構成する部品の数を減らすことができるので、機体の構成が簡潔になり、故障が少なく効率的に作業を行うことができる。
【００２１】
さらに、規制部材（４２）で把持部材（４１）の動作だけを規制することによって、果実の果柄を把持すると同時に切断することができるので、少ない動作で果実を収穫することができ、作業能率が向上する。
【００２２】
請求項３記載の発明によれば、請求項1及び２記載の発明の効果に加えて、マニピュレータ（４５）で把持した果実を回収部（Ｃ）に近づけてから把持を解除して果実を投入するため、果実を傷つけることなく回収部（Ｃ）に投入することができるので、果実の品質が向上する。
【００２３】
請求項４記載の発明によれば、請求項1記載の発明の効果に加えて、識別装置（４９）が複数の識別体（４７ａ，４７ｂ，４７ｃ・・・）で構成されていることによって、収穫対象の果実が収穫可能かどうかをより正確に識別することができ、大粒の未熟果実を収穫可能と判断して収穫したり、小粒の成熟果実を収穫不可として収穫しないなどの識別ミスを防止することができるので、正確な収穫作業を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施の形態について、一実施例としていちごの栽培棚Ｔの間を走行し、いちごの収穫作業を２基の収穫装置で行ういちご収穫ロボットを説明する。
図１〜図６に示すように、いちご収穫ロボットは、いちごｓが垂れ下がるように栽培する栽培棚Ｔ間を走行するための走行装置Ａと、栽培棚Ｔから垂れ下がるいちごｓを検出して収穫する収穫装置Ｂと、収穫したいちごｓを回収する収穫部Ｃから構成されている。
【００２５】
まず、走行装置Ａの構成について説明する。
機体フレーム１の左右後下部に栽培棚Ｔのレール上を走行するための左右後輪２，２を取り付け、該機体フレーム１の前下部に従動スプロケット５を軸着したシャフト４を取り付けると共に、該シャフト４の左右端に栽培棚Ｔのレール上を走行するための左右前輪３，３を装着する。そして、機体フレーム１に駆動スプロケット７を装着したモータ６を取り付け、前記従動スプロケット５と駆動スプロケット７との間にチェーン８を無端状に掛け回し、モータ６の作動を切り替える左右スイッチ５８，５８を機体フレーム１の両端前部取り付けると共に、左右スイッチ５８，５８に左右接触センサ５７，５７を栽培棚Ｔの支柱に接触する位置に設けることによって、走行装置Ａが構成される。
【００２６】
上記構成によれば、機体の走行動力をモータ６から得ることによって、排気ガスを出すことなく栽培棚Ｔ間を走行していちごｓの収穫作業を行うことができるので、ビニールハウス内の空気を汚すことを防止でき、いちごｓの品質を向上させることができると共に、作業者が一酸化炭素中毒などを起こすことが防止されるので、作業者の安全性が向上する。
【００２７】
また、左右接触センサ５７，５７を機体前部で且つ栽培棚Ｔの支柱に接触する位置に設けていることによって、機体前部が収穫作業中の栽培棚Ｔの終端の支柱に接触すると次の栽培棚Ｔまで走行し、次の栽培棚Ｔの始端の支柱に接触すると走行を停止して収穫作業を開始するようにできるので、収穫作業の開始位置と終了位置が正確になりいちごｓの収穫が適正に行われ、作業能率が向上すると共にいちごｓの収穫漏れが減少するため、いちご収穫ロボットによる収穫作業後に収穫漏れいちごｓを手作業で収穫する作業が省略されるので、作業者の労力が軽減される。
【００２８】
なお、左右接触センサ５７，５７の代わりに近接センサ等を用いてもよい。
次に、収穫装置Ｂについて説明する。
前記機体フレーム１上の前後部に前後収穫部フレーム９Ｆ，９Ｒを取り付け、該前後収穫部フレーム９Ｆ，９Ｒの上部前後間に上部連結フレーム１０ａを取り付けると共に、該上連結フレーム１０ａよりも下方に下連結フレーム１０ｂを取り付ける。また、前記上連結フレーム１０ａと下連結フレーム１０ｂとの間で且つ上下連結フレーム１０ａ，１０ｂの前後方向略中央部に支持フレーム１１を取り付ける。そして、前記上下連結フレーム１０ａ，１０ｂ間で且つ支持フレーム１１と左右前後収穫部フレーム９Ｆ，９Ｒとの間に夫々螺子溝を刻んだメインシャフト１２を回転自在に取り付けると共に、該メインシャフト１２の左右に螺子溝を刻んだ左右サブシャフト１３，１３を固定して取り付ける。さらに、該メインシャフト１２と左右サブシャフト１３，１３とにブッシュ１４，１４，１４を介して上下動フレーム１５を取り付ける。さらに、前記上連結フレーム１０ａに駆動軸に駆動プーリ１７を装着した正逆転自在な上下動モータ１６を取り付け、メインシャフト１２の上端部に従動プーリ１８とロータリエンコーダ２０を取り付けると共に、該駆動プーリ１７と従動プーリ１８との間にベルト１９を無端状に巻き掛けて、上下動装置２１を構成する。
【００２９】
また、前記上下動フレーム１５上に左右動フレーム２３を装着し、該左右動フレーム２３に左右動ラック２２を取り付けると共に、左右動フレーム２３よりも機体外側に左右スライドレール２４を取り付ける。そして、該スライドレール２４上に、底部に転輪等のスライド部材２５を取り付けた連結フレーム２６を配置し、該連結フレーム２６上に正逆転自在な左右動モータ２７を取り付け、該左右動モータ２７の駆動軸に左右動ピニオンギア２８を装着すると共に、該左右動ピニオンギア２８を左右動ラック２２に噛み合わせて、左右動装置２９を構成する。
【００３０】
さらに、前記連結フレーム２６にプレート３０を取り付け、該プレート３０に駆動軸から前後動ピニオンギア３１を取り付けた正逆転自在な前後動モータ３２を取り付ける。また、前記連結フレーム２６に前後動ラック３３を前後動ピニオンギア３１に噛み合わせると共に、該前後動ラック３３に前後動フレーム３４を取り付けて、前後動装置３５を構成する。
【００３１】
そして、該前後動フレーム３４に穴部を開けた連結プレート３６を取り付け、該連結プレート３６の穴部の下部に超音波センサ３７を取り付ける。また、前記連結プレート３６の機体外側端部にマニピュレータフレーム３８を蝶番３９を介して機体内側方向に移動自在に取り付け、該マニピュレータフレーム３８の下端部に超音波センサ３７を挟むように一対の突起４０，４０を取り付ける。さらに、マニピュレータフレーム３８の上部にいちごｓの果柄を把持する把持ハンド４１と、該把持ハンド４１を受ける弾性体等で構成するストッパ４２を取り付けると共に、該把持ハンド４１の上部にいちごｓの果柄を切断する果柄カッタ４３を取り付ける。また、前記把持ハンド４１と果柄カッタ４３とを移動させる正逆転自在な果実収穫モータ４４の駆動軸に把持ハンド４１と果柄カッタ４３とを移動自在に装着すると共に、連結プレート３６とマニュピレータフレーム３８との間にスプリング４６を取り付けてマニピュレータ４５を構成する。
【００３２】
さらに、前記果実収穫モータ４４の左右一側に、センサケース４８の内部に超音波センサ３７で検出されたいちごｓの着色の度合いを調べる第１〜第３カラーセンサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃを縦方向に並べて構成した、いちごｓが収穫可能かどうかを識別する収穫識別センサ４９を構成する。
【００３３】
なお、カラーセンサ４７ａ・・・の数を増やせばより細かくいちごｓの着色を識別することができると共に、横方向に並べるといちごｓが幅広であってもいちごｓ全体を調べることができるので、いちごｓの品種や作業条件によってカラーセンサ４７ａ・・・の数や並べ方を変更するとより高精度且つ高能率の収穫作業を行うことができる。
【００３４】
また、前記上下動フレーム１５の下部に接続プレート５０を取り付け、該接続プレート５０に先端部を下方に向けて屈曲させると共に前記超音波センサ３７が通過でき、突起４０，４０は屈曲部分に接触する幅の複数の切欠５２を切り欠いた回収プレート５１を取り付ける。また、前記蝶番３９にＯＮになると果実収穫モータ４４を作動させて把持ハンド４１を移動させていちごｓの果柄の把持状態を解除するボタン式のスイッチ５３を取り付けることによって、収穫装置Ｂが構成される。
【００３５】
なお、本実施例ではスイッチ５３はボタン式としているが、光量が設定値以下になると果実収穫モータ４４を回転させる信号を発する光センサや、マニピュレータフレーム３８の傾斜が設定角度以下になると果実収穫モータ４４を回転させる信号を発する傾斜センサや、把持ハンド４１とストッパ４２とがいちごｓの果柄を把持してから一定時間後に果実収穫モータ４４を回転させる信号を発するタイマーなどで構成してもよい。
【００３６】
上記構成によれば、収穫装置Ｂは上下動装置２１と左右動装置２９と前後動装置３５とによって前後左右上下方向に自在に移動することができるので、超音波センサ３７と収穫識別センサ４９とマニピュレータ４５とは独立した移動機構を備える必要が無いので、狭い作業スペースでも効率よく作業が行えると共に、機体の構成が簡潔になるので、故障が少なく効率的に作業を行うことができる。
【００３７】
そして、超音波センサ３７はいちごｓの茎葉等の遮蔽物の少ない下方からいちごｓの有無を検出するため、いちごｓが確実に検出されるのでいちごｓの検出漏れを防止することができると共に、正確な収穫作業を行うことができる。
【００３８】
また、超音波センサ３７がいちごｓの有無を検出すると同時に超音波センサ３７からいちごｓまでの距離を検出できることによって、収穫識別センサ４９やマニピュレータ４５をいちごｓを適正に識別・収穫できる位置に移動させることができるので、収穫識別センサ４９やマニピュレータ４５が移動時にいちごｓを傷つけることが防止されると共に、いちごｓの収穫可否の識別やいちごｓの収穫が適正に行われるため、果実の品質が向上する。
【００３９】
さらに、ストッパ４２で把持ハンド４１の動作だけを規制することによって、いちごｓの果柄を把持すると同時に切断することができるので、少ない動作でいちごｓを収穫することができ、作業能率が向上する。
【００４０】
そして、把持ハンド４１と果柄カッタ４３とを同じ果実収穫モータ４４で移動させることにより、機体を構成する部品の数を減らすことができるので、機体の構成が簡潔になり、故障が少なく効率的に作業を行うことができると共に、コストダウンを図ることができる。
【００４１】
また、収穫識別センサ４９が三つのカラーセンサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃを縦方向に並べて構成していることによって、図 に示すように、カラーセンサ４７ａまたは４７ｂのどちらかが、あるいは両方が赤色を検出しなければ未熟いちごと判断して収穫しないようにすることができ、カラーセンサ４７ａと４７ｂとが赤色を検出し、カラーセンサ４７ｃが赤色を検出しなかった場合は小粒の成熟いちごと判断して収穫することができると共に、カラーセンサ４７ｃが赤色を検出しても、赤色の割合が設定値以下の場合は未熟いちごと判断して収穫しないようにすることができるので、収穫対象のいちごｓが収穫可能かどうかが正確に識別され、識別ミスが防止されるので、正確な収穫作業を行うことができる。
【００４２】
さらに、収穫識別センサ４９をマニピュレータ４５の上部に設けたことによって、収穫識別センサ４９をいちごｓの識別作業を行う位置に移動させるとマニピュレータ４５もいちごｓを収穫する位置に移動させることができるので、少ない動作でいちごｓを収穫することができ、作業能率が向上する。
【００４３】
そして、回収プレート５１に超音波センサ３７は通過でき、一対の突起４０，４０は回収プレート５１の屈曲部分に接触する幅の切欠５２を複数切り欠いていることによって、把持ハンド４１とストッパ４２とでいちごｓの果柄を把持した収穫装置Ｂを前方へ移動させると超音波センサ３７は切欠５２に入ると共に、一対の突起４０，４０は回収プレート５１の屈曲部に接触すると連結プレート３６を機体外側方に押して蝶番３９を介して連結したマニピュレータフレーム３８を機体内側方向に移動させるので、把持ハンド４１とストッパ４２とに把持されたいちごｓを後述する回収部Ｃに近づけてから落下させるため、いちごｓが落下する距離を短くすることができるので、果実を傷つけることなく回収部Ｃに投入することができ、果実の品質が向上する。
【００４４】
また、蝶番３９にマニピュレータフレーム３８が機体内側方向に一定距離以上移動するとＯＮになるスイッチ５３を取り付けたことによって、マニピュレータフレーム３８が機体内側方向に移動すると自動的にスイッチがＯＮになって果実収穫モータ４４を作動させ、把持ハンド４１を移動させていちごｓの果柄の把持状態を解除することができるので、いちごｓの回収部Ｃへの投入が自動的に行われ、作業能率が向上する。
【００４５】
さらに、接続プレート３６とマニピュレータフレーム３８との間にスプリング４６を取り付けたことによって、収穫装置Ｂが後退して一対の突起４０，４０が回収フレーム５１の屈曲部分から離れたときに、マニュピレータフレーム３８はスプリング４６によって自動的に起き上がることができるので、収穫作業が全自動化され、作業能率が向上する。
【００４６】
次に、回収部Ｃについて説明する。
前記上下動フレーム１５上で且つ左右動フレーム２３よりも機体内側に切欠部を設け、該切欠部に着脱自在なトレイ５５を載置して、回収部Ｃを構成する。
【００４７】
上記構成によれば、トレイ５５が着脱自在であることによって、トレイ５５を外して回収されたいちごｓをまとめて移動させることができるので、いちごｓ収穫ロボットから一つ一ついちごｓを取り出す作業が省略されるので、作業能率が向上すると共に、作業者の労力が軽減される。
【００４８】
また、収穫するいちごｓの種類や作業条件に合わせて形状や材質の異なるトレイ５５を載置することができるので、作業能率が向上する。
次に、本実施例のいちご収穫ロボットの作業手順について、フローチャート等を用いながら説明する。
【００４９】
図７〜には収穫装置Ｂを用いていちごｓを収穫する際のフローチャートを示し、図８〜図１０にはブロック図を示す。
まず、収穫装置ＢをＸ軸方向に移動させていちごｓの下方に移動させ、超音波センサ３７を作動させていちごｓの有無を走査する。また、超音波センサ３７の捜査範囲内にいちごｓがあれば超音波センサ３７からいちごｓまでの距離を算出し、この距離が制御装置（ＣＰＵ）に入力されている設定値（超音波センサ３７から収穫識別センサ４９までの距離）よりも大きければ上下動モータ１６を作動させて収穫装置Ｂを設定値と等しくなるまでＺ軸方向に上昇させ、設定値よりも小さければ収穫装置Ｂを設定値と等しくなるまでＺ軸方向に下降させる。超音波センサ３７の捜査範囲内にいちごｓが無ければ、左右動モータ２７を作動させ、収穫装置ＢをＸ軸方向へ移動させ、再び超音波センサ３７によるいちごｓの有無の判定を行う。
【００５０】
そして、収穫識別センサ４９の第１〜第３カラーセンサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃによって収穫対象のいちごｓの赤色を検出させる。この第１〜第３カラーセンサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃは夫々いちごｓの赤色の割合（着色率）を識別し、着色率が制御装置５６の設定値以上であれば、検出数を１として判定するものである。
【００５１】
第１〜第３カラーセンサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃの検出数が１以下である場合、対象のいちごｓは未熟と判断して収穫装置Ｂを移動させる。また、検出数が一番上の第３カラーセンサ４７ｃと第１カラーセンサ４７ａ、もしくは第２カラーセンサ４７ｂのどちらかからなる２であり、且つ第３カラーセンサ４７ｃの着色率が０でなく設定値以下の場合も未熟と判断して収穫装置Ｂを移動させる。
【００５２】
上記以外の条件の場合、収穫対象のいちごｓは熟していると判断し、果実収穫モータ４４を作動させ、マニピュレータ４５の把持ハンド４１と果柄カッタ４３とを移動させて収穫対象のいちごｓの果柄を把持・切断して収穫する。
【００５３】
表１はイメージであり、記載している結果は一例である。
【００５４】
【表１】
（収穫可と判断する着色率は８０％以上に設定）
【００５５】
そして、マニピュレータ４５がいちごｓの果柄を把持すると、前後動モータ３２を作動させてマニピュレータ４５の一対の突起４０，４０が回収プレート５１の屈曲部に接触するまで前進させ、マニピュレータ４５を回収部Ｃのトレイ５５へと移動させる。このマニピュレータ４５の移動によって蝶番３９に設けたスイッチ５３がＯＮになると、制御装置５６は果実収穫モータ４４を作動させ、いちごｓの果柄を把持している把持ハンド４１を移動させて把持状態を解除するため、把持されていたいちごｓがトレイ５５に投入される。
【００５６】
いちごｓの収穫を終えた収穫装置は前後動モータ３２を作動させて後退させ、マニピュレータ４５を回収部Ｃから離間させて通常の作業位置に復帰させる。このとき、いちご収穫ロボットは設定されている作業ストロークに到達しているかどうかを判定し、到達していれば収穫作業を終了する。到達していない場合、次の収穫対象のいちごｓの有無を判定し、上記動作を繰り返す。
【００５７】
以下、本件いちご収穫ロボットの別実施例を説明する。
図１１で示すように、一対の収穫装置Ｂ１，Ｂ２の左右動ラック２２及びスライドレール２４を連結させると共に、作業開始位置を夫々いちご収穫ロボットの進行方向に対して前後端から行うように配置する構成としてもよい。
【００５８】
このとき、図１２のフローチャートに示すように、一対の収穫装置Ｂ１，Ｂ２の収穫作業手順は通常の実施例と同じであるが、前端側に設けた収穫装置Ｂ１はＸ座標をプラスの方向に、後端側に設けた収穫装置Ｂ２はＸ座標をマイナスの方向に移動するように設定する。また、収穫装置Ｂ１，Ｂ２が走査中に隣接した場合、収穫対象のいちごｓは収穫作業範囲内にないと判断できるので次の栽培棚Ｔまでいちご収穫ロボットを移動させると共に、どちらか一方が収穫作業を行っている場合は、その収穫作業が終了した時点で収穫対象のいちごｓは収穫作業範囲内に無いと判断できるので次の栽培棚Ｔまでいちご収穫ロボットを移動させる。
【００５９】
なお、図１３には一対の収穫装置Ｂ１，Ｂ２のブロック図を示す。
上記構成によれば、一対の収穫装置Ｂ１，Ｂ２を互いに逆方向から移動させて収穫作業を行うことによって、いちごｓの植生状態等の条件により、一方の収穫装置だけが作業を行い、もう一方の収穫装置が何もしないという状況を回避することができるので、作業能率が向上する。
【００６０】
図１４のフローチャート及びブロック図１５で示すように、いちご収穫ロボットに収穫作業区域の温度を計測し、計測した温度と制御装置５６に設定した設定値（いちごｓが平均的な速度で成熟する際の気温等）に応じて第１〜第３カラーセンサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃが収穫可能と判断する着色率を変更する信号を発する温度センサ５９を設けてもよい。
【００６１】
いちご等の果物は、一般的に気温が高いと成熟が早くなり、気温が低いと成熟が停滞するものである。このため、気温が高いときにいちご収穫ロボットで収穫作業を行うと、着色率が僅かに足りないため収穫を見送ったいちごｓは次の収穫作業までに完熟を超えてしまい、枯れたり腐ったりしてしまうおそれがある。逆に、気温が低いときに収穫作業を行うと、収穫可能と判断されたいちごｓは全て収穫されるが、次の作業で収穫すれば完熟に近い状態で収穫できるいちごｓまで収穫してしまう可能性がある。
【００６２】
しかしながら、上記構成のように温度センサ５９を設けたいちご収穫ロボットが、収穫作業を行う収穫作業区域の温度に応じて第１〜第３カラーセンサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃが収穫可能と判断する着色率を変更できることによって、作業区域の気温が設定値よりも高ければ収穫可能と判断する着色率を通常よりも低くして、放置すると次の収穫作業までに枯れたり腐ったりするいちごｓを収穫することができると共に、作業区域の気温が設定値よりも低ければ収穫可能と判断する着色率を通常よりも高くして、次の収穫作業で収穫すれば完熟に近い状態で収穫できるいちごｓを収穫しないようにすることができるので、いちごｓの商品価値が高い状態で収穫することができる。
【００６３】
表２、表３はイメージであり、記載している結果は一例である。
【００６４】
【表２】
（気温の上昇に伴い、収穫可と判断する着色率を７５％以上に変更）
【００６５】
【表３】
（気温の低下に伴い、収穫可と判断する着色率を８５％以上に変更）
また、図１６で示すように、いちごｓを回収するトレイ５５の下部に低温（１０〜１５℃程度）の保冷剤６０を取り付ける保冷剤ケース６１を取り付ける構成としても良い。
【００６６】
通常のトレイ５５では時間と共に収穫したいちごｓに気温の影響が出てしまい、特に最初の方に収穫したいちごｓについては萎びたり煮えてしまったりして鮮度が低下するおそれがあるが、上記構成とすることによって、収穫したいちごｓを気温の影響を受けないようにすることができるので、いちごｓの鮮度を保たれ、いちごｓの品質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】果実収穫ロボットの側面図
【図２】果実収穫ロボットの正面図
【図３】果実収穫ロボットの平面図
【図４】果実収穫ロボットの側面図の要部拡大図
【図５】（ａ）果実収穫前の把持ハンド・切断アームの平面図 （ｂ）果実の果柄を把持中の把持ハンド・切断アームの平面図 （ｃ）果実の果柄を切断後の把持ハンド・切断アームの平面図
【図６】マニピュレータの側面図
【図７】果実収穫ロボットの収穫作業を示すフローチャート
【図８】果実収穫ロボットの制御ブロック図
【図９】果実収穫ロボットの制御ブロック図
【図１０】果実収穫ロボットの制御ブロック図
【図１１】２基の収穫装置で収穫作業を行う果実収穫ロボットの側面図
【図１２】２基の収穫装置で収穫作業を行う果実収穫ロボットの収穫作業を示すフローチャート
【図１３】２基の収穫装置で収穫作業を行う果実収穫ロボットのブロック図
【図１４】温度センサを設けた果実収穫ロボットの収穫作業を示すフローチャート
【図１５】温度センサを設けた果実収穫ロボットのブロック図
【図１６】回収部の別実施例を示す正面断面図
【符号の説明】
【００６８】
３７ 超音波センサ（検出装置）
４１ 把持ハンド（把持部材）
４２ ストッパ（規制部材）
４３ 果柄カッタ（切断部材）
４４ 果実収穫モータ（駆動装置）
４５ マニピュレータ
４７ａ 第１カラーセンサ（カラーセンサ）
４７ｂ 第２カラーセンサ（カラーセンサ）
４７ｃ 第３カラーセンサ（カラーセンサ）
４９ 収穫識別センサ（識別装置）
５３ スイッチ（制御装置）
Ｂ 収穫装置
Ｃ 回収部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光利用型植物工場において高設栽培された果実類を対象とし、果実類の収穫作業を自動で行う果実収穫ロボットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、果実類を土耕又は水耕栽培による栽培棚で栽培を行い、これらの果実類の収穫作業は人手で行うのが一般的であった。
しかしながら、近年農村における人手不足や人件費の高騰等により、収穫作業の自動化が要望されるようになってきた。
【０００３】
そこで、特許文献１に記載されるように、撮像装置と画像処理装置を用いて、栽培棚の外部から果実の認識及び収穫の適否を判断する果実類の収穫作業を行うロボットがある。
また、特許文献２に記載されるように、視覚センサと画像処理装置を用いて、栽培棚の内部から果実の認識及び収穫の適否を判断する果実類の収穫作業を行うロボットがある。
【特許文献１】特開平８−２７５６５５号公報
【特許文献２】特開２００１−１４５４１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１及び２に開示された技術は、栽培棚と栽培棚の間に敷設されたレールに沿って機体を移動させ、撮像装置で撮像した画像から収穫可能な果実を判別し、収穫装置で収穫する果実収穫ロボットであるが、複数の果実が垂れ下がっている栽培棚と栽培棚との間隔は約８０ｍｍと狭いため、小型の撮像装置や広角レンズを用いた撮像装置を用いても複数の果実が鮮明に撮像できる位置に移動させることが困難であり、未熟果実を誤って収穫したり収穫できる果実を収穫しなかったりする誤収穫や、収穫装置や撮像装置が移動する際、移動先にある果実にぶつけるなどして果実を傷つけてしまうことがあった。
【０００５】
さらに、撮像装置で撮像した画像から果実の位置を算出するための画像処理装置が必要となるため、その分ロボットの構成が複雑になってしまうと共に、果実の認識処理に時間がかかり、収穫作業にかかる時間を長引かせてしまっていた。
【０００６】
本発明の課題は狭い栽培棚間でも短時間で確実に果実を検出し、果実を傷つけることがなく、且つ簡潔な構成の果実収穫ロボットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、果実の有無及び果実までの距離を検出する検出装置（３７）と、収穫する果実が収穫可能かどうかを識別する識別装置（４９）と、該識別装置（４９）の識別結果にもとづいて果実を収穫するマニピュレータ（４５）とからなる収穫装置（Ｂ）を前後左右上下方向に移動自在に設けると共に、該収穫装置（Ｂ）にて収穫した果実を回収する回収部（Ｃ）を設けたことを特徴とする果実収穫ロボットとした。
【０００８】
従って、検出装置（３８）が果実までの距離を検出することによって、識別装置（４９）やマニピュレータ（４５）が収穫する果実を適正に識別・収穫できる位置に収穫装置（Ｂ）を移動させることができる。
【０００９】
また、収穫装置（Ｂ）が前後左右上下方向に移動自在であることによって、検出装置（３８）と識別装置（４９）とマニピュレータ（４５）は独立した移動機構を備えなくても、収穫装置（Ｂ）が動くことによって果実を適正に検出・識別・収穫することができる。
【００１０】
請求項２の発明は、前記検出装置（３７）を収穫装置（Ｂ）の下部に設け、マニピュレータ（４５）を果実の果柄を把持する移動自在な把持部材（４１）と、該把持部材（４１）の移動を規制する規制部材（４２）と、把持部材（４１）の上部に果実の果柄を切断する移動自在な切断部材（４３）と、把持部材（４１）と切断部材（４３）とを移動させる駆動装置（４４）とから構成し、該マニピュレータ（４５）の上部に識別装置（４９）を設けたことを特徴とする請求項1記載の果実収穫ロボットとした。
【００１１】
従って、検出装置（３８）は果実の茎葉等の遮蔽物の少ない下方から果実の有無を検出するため、果実の検出漏れを防止することができる。
また、識別装置（４９）をマニピュレータ（４５）の上部に設けたことによって、識別作業を行う位置に識別装置（４９）を移動させると、マニピュレータ（４５）も果実を収穫する位置に移動させることができる。
【００１２】
そして、把持部材（４１）と切断部材（４３）とを同じ駆動装置（４４）で移動させる構成であるため、機体の構成する部品の数を減らすことができる。
さらに、規制部材（４２）で把持部材（４１）の動作だけを規制し、切断部材（４３）はそのまま移動させることによって、果実の果柄を把持すると同時に切断することができる。
【００１３】
請求項３の発明は、前記マニピュレータ（４５）で収穫した果実を把持したまま収穫装置（Ｂ）を回収部（Ｃ）へ移動させ、マニピュレータ（４５）で把持している果実の把持を解除して回収部（Ｃ）に投入させる制御装置（５３）を設けたことを特徴とする請求項１及び２記載の果実収穫ロボットとした。
【００１４】
従って、マニピュレータ（４５）で把持した果実を回収部（Ｃ）に近づけてから把持を解除して果実を投入するため、果実を傷つけることなく回収部（Ｃ）に投入することができる。
【００１５】
請求項４の発明は、前記識別装置（４９）を複数のカラーセンサ（４７ａ，４７ｂ，４７ｃ・・・）で構成したことを特徴とする請求項１記載の果実収穫ロボットとした。
従って、識別装置（４９）が複数のカラーセンサ（４７ａ，４７ｂ，４７ｃ・・・）で構成されていることによって、収穫対象の果実が収穫可能かどうかをより正確に識別することができる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項1記載の発明によれば、検出装置（３８）が果実までの距離を検出することによって、識別装置（４９）やマニピュレータ（４５）を果実を適正に識別・収穫できる位置に移動させることができるので、識別装置（４９）やマニピュレータ（４５）が移動時に果実を傷つけることが防止されると共に、果実の収穫可否の識別や果実の収穫が適正に行われるため、果実の品質が向上する。
【００１７】
また、収穫装置（Ｂ）が前後左右上下方向に移動自在であることによって、検出装置（３８）と識別装置（４９）とマニピュレータ（４５）は独立した移動機構を備える必要が無いので、狭い作業スペースでも効率よく作業が行えると共に、機体の構成が簡潔になるので、故障が少なく効率的に作業を行うことができる。
【００１８】
請求項２記載の発明によれば、請求項1記載の発明の効果に加えて、検出装置（３８）は果実の茎葉等の遮蔽物の少ない下方から果実の有無を検出するため、果実が確実に検出されるので果実の検出漏れを防止することができると共に、正確な収穫作業を行うことができる。
【００１９】
また、識別装置（４９）をマニピュレータ（４５）の上部に設けたことによって、識別装置（４９）を果実の識別作業を行う位置に移動させるとマニピュレータ（４５）も果実を収穫する位置に移動させることができるので、少ない動作で果実を収穫することができ、作業能率が向上する。
【００２０】
そして、把持部材（４１）と切断部材（４３）とを同じ駆動装置（４４）で移動させることにより、機体を構成する部品の数を減らすことができるので、機体の構成が簡潔になり、故障が少なく効率的に作業を行うことができる。
【００２１】
さらに、規制部材（４２）で把持部材（４１）の動作だけを規制することによって、果実の果柄を把持すると同時に切断することができるので、少ない動作で果実を収穫することができ、作業能率が向上する。
【００２２】
請求項３記載の発明によれば、請求項1及び２記載の発明の効果に加えて、マニピュレータ（４５）で把持した果実を回収部（Ｃ）に近づけてから把持を解除して果実を投入するため、果実を傷つけることなく回収部（Ｃ）に投入することができるので、果実の品質が向上する。
【００２３】
請求項４記載の発明によれば、請求項1記載の発明の効果に加えて、識別装置（４９）が複数の識別体（４７ａ，４７ｂ，４７ｃ・・・）で構成されていることによって、収穫対象の果実が収穫可能かどうかをより正確に識別することができ、大粒の未熟果実を収穫可能と判断して収穫したり、小粒の成熟果実を収穫不可として収穫しないなどの識別ミスを防止することができるので、正確な収穫作業を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施の形態について、一実施例としていちごの栽培棚Ｔの間を走行し、いちごの収穫作業を２基の収穫装置で行ういちご収穫ロボットを説明する。
図１〜図６に示すように、いちご収穫ロボットは、いちごｓが垂れ下がるように栽培する栽培棚Ｔ間を走行するための走行装置Ａと、栽培棚Ｔから垂れ下がるいちごｓを検出して収穫する収穫装置Ｂと、収穫したいちごｓを回収する収穫部Ｃから構成されている。
【００２５】
まず、走行装置Ａの構成について説明する。
機体フレーム１の左右後下部に栽培棚Ｔのレール上を走行するための左右後輪２，２を取り付け、該機体フレーム１の前下部に従動スプロケット５を軸着したシャフト４を取り付けると共に、該シャフト４の左右端に栽培棚Ｔのレール上を走行するための左右前輪３，３を装着する。そして、機体フレーム１に駆動スプロケット７を装着したモータ６を取り付け、前記従動スプロケット５と駆動スプロケット７との間にチェーン８を無端状に掛け回し、モータ６の作動を切り替える左右スイッチ５８，５８を機体フレーム１の両端前部取り付けると共に、左右スイッチ５８，５８に左右接触センサ５７，５７を栽培棚Ｔの支柱に接触する位置に設けることによって、走行装置Ａが構成される。
【００２６】
上記構成によれば、機体の走行動力をモータ６から得ることによって、排気ガスを出すことなく栽培棚Ｔ間を走行していちごｓの収穫作業を行うことができるので、ビニールハウス内の空気を汚すことを防止でき、いちごｓの品質を向上させることができると共に、作業者が一酸化炭素中毒などを起こすことが防止されるので、作業者の安全性が向上する。
【００２７】
また、左右接触センサ５７，５７を機体前部で且つ栽培棚Ｔの支柱に接触する位置に設けていることによって、機体前部が収穫作業中の栽培棚Ｔの終端の支柱に接触すると次の栽培棚Ｔまで走行し、次の栽培棚Ｔの始端の支柱に接触すると走行を停止して収穫作業を開始するようにできるので、収穫作業の開始位置と終了位置が正確になりいちごｓの収穫が適正に行われ、作業能率が向上すると共にいちごｓの収穫漏れが減少するため、いちご収穫ロボットによる収穫作業後に収穫漏れいちごｓを手作業で収穫する作業が省略されるので、作業者の労力が軽減される。
【００２８】
なお、左右接触センサ５７，５７の代わりに近接センサ等を用いてもよい。
次に、収穫装置Ｂについて説明する。
前記機体フレーム１上の前後部に前後収穫部フレーム９Ｆ，９Ｒを取り付け、該前後収穫部フレーム９Ｆ，９Ｒの上部前後間に上部連結フレーム１０ａを取り付けると共に、該上連結フレーム１０ａよりも下方に下連結フレーム１０ｂを取り付ける。また、前記上連結フレーム１０ａと下連結フレーム１０ｂとの間で且つ上下連結フレーム１０ａ，１０ｂの前後方向略中央部に支持フレーム１１を取り付ける。そして、前記上下連結フレーム１０ａ，１０ｂ間で且つ支持フレーム１１と左右前後収穫部フレーム９Ｆ，９Ｒとの間に夫々螺子溝を刻んだメインシャフト１２を回転自在に取り付けると共に、該メインシャフト１２の左右に螺子溝を刻んだ左右サブシャフト１３，１３を固定して取り付ける。さらに、該メインシャフト１２と左右サブシャフト１３，１３とにブッシュ１４，１４，１４を介して上下動フレーム１５を取り付ける。さらに、前記上連結フレーム１０ａに駆動軸に駆動プーリ１７を装着した正逆転自在な上下動モータ１６を取り付け、メインシャフト１２の上端部に従動プーリ１８とロータリエンコーダ２０を取り付けると共に、該駆動プーリ１７と従動プーリ１８との間にベルト１９を無端状に巻き掛けて、上下動装置２１を構成する。
【００２９】
また、前記上下動フレーム１５上に左右動フレーム２３を装着し、該左右動フレーム２３に左右動ラック２２を取り付けると共に、左右動フレーム２３よりも機体外側に左右スライドレール２４を取り付ける。そして、該スライドレール２４上に、底部に転輪等のスライド部材２５を取り付けた連結フレーム２６を配置し、該連結フレーム２６上に正逆転自在な左右動モータ２７を取り付け、該左右動モータ２７の駆動軸に左右動ピニオンギア２８を装着すると共に、該左右動ピニオンギア２８を左右動ラック２２に噛み合わせて、左右動装置２９を構成する。
【００３０】
さらに、前記連結フレーム２６にプレート３０を取り付け、該プレート３０に駆動軸から前後動ピニオンギア３１を取り付けた正逆転自在な前後動モータ３２を取り付ける。また、前記連結フレーム２６に前後動ラック３３を前後動ピニオンギア３１に噛み合わせると共に、該前後動ラック３３に前後動フレーム３４を取り付けて、前後動装置３５を構成する。
【００３１】
そして、該前後動フレーム３４に穴部を開けた連結プレート３６を取り付け、該連結プレート３６の穴部の下部に超音波センサ３７を取り付ける。また、前記連結プレート３６の機体外側端部にマニピュレータフレーム３８を蝶番３９を介して機体内側方向に移動自在に取り付け、該マニピュレータフレーム３８の下端部に超音波センサ３７を挟むように一対の突起４０，４０を取り付ける。さらに、マニピュレータフレーム３８の上部にいちごｓの果柄を把持する把持ハンド４１と、該把持ハンド４１を受ける弾性体等で構成するストッパ４２を取り付けると共に、該把持ハンド４１の上部にいちごｓの果柄を切断する果柄カッタ４３を取り付ける。また、前記把持ハンド４１と果柄カッタ４３とを移動させる正逆転自在な果実収穫モータ４４の駆動軸に把持ハンド４１と果柄カッタ４３とを移動自在に装着すると共に、連結プレート３６とマニュピレータフレーム３８との間にスプリング４６を取り付けてマニピュレータ４５を構成する。
【００３２】
さらに、前記果実収穫モータ４４の左右一側に、センサケース４８の内部に超音波センサ３７で検出されたいちごｓの着色の度合いを調べる第１〜第３カラーセンサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃを縦方向に並べて構成した、いちごｓが収穫可能かどうかを識別する収穫識別センサ４９を構成する。
【００３３】
なお、カラーセンサ４７ａ・・・の数を増やせばより細かくいちごｓの着色を識別することができると共に、横方向に並べるといちごｓが幅広であってもいちごｓ全体を調べることができるので、いちごｓの品種や作業条件によってカラーセンサ４７ａ・・・の数や並べ方を変更するとより高精度且つ高能率の収穫作業を行うことができる。
【００３４】
また、前記上下動フレーム１５の下部に接続プレート５０を取り付け、該接続プレート５０に先端部を下方に向けて屈曲させると共に前記超音波センサ３７が通過でき、突起４０，４０は屈曲部分に接触する幅の複数の切欠５２を切り欠いた回収プレート５１を取り付ける。また、前記蝶番３９にＯＮになると果実収穫モータ４４を作動させて把持ハンド４１を移動させていちごｓの果柄の把持状態を解除するボタン式のスイッチ５３を取り付けることによって、収穫装置Ｂが構成される。
【００３５】
なお、本実施例ではスイッチ５３はボタン式としているが、光量が設定値以下になると果実収穫モータ４４を回転させる信号を発する光センサや、マニピュレータフレーム３８の傾斜が設定角度以下になると果実収穫モータ４４を回転させる信号を発する傾斜センサや、把持ハンド４１とストッパ４２とがいちごｓの果柄を把持してから一定時間後に果実収穫モータ４４を回転させる信号を発するタイマーなどで構成してもよい。
【００３６】
上記構成によれば、収穫装置Ｂは上下動装置２１と左右動装置２９と前後動装置３５とによって前後左右上下方向に自在に移動することができるので、超音波センサ３７と収穫識別センサ４９とマニピュレータ４５とは独立した移動機構を備える必要が無いので、狭い作業スペースでも効率よく作業が行えると共に、機体の構成が簡潔になるので、故障が少なく効率的に作業を行うことができる。
【００３７】
そして、超音波センサ３７はいちごｓの茎葉等の遮蔽物の少ない下方からいちごｓの有無を検出するため、いちごｓが確実に検出されるのでいちごｓの検出漏れを防止することができると共に、正確な収穫作業を行うことができる。
【００３８】
また、超音波センサ３７がいちごｓの有無を検出すると同時に超音波センサ３７からいちごｓまでの距離を検出できることによって、収穫識別センサ４９やマニピュレータ４５をいちごｓを適正に識別・収穫できる位置に移動させることができるので、収穫識別センサ４９やマニピュレータ４５が移動時にいちごｓを傷つけることが防止されると共に、いちごｓの収穫可否の識別やいちごｓの収穫が適正に行われるため、果実の品質が向上する。
【００３９】
さらに、ストッパ４２で把持ハンド４１の動作だけを規制することによって、いちごｓの果柄を把持すると同時に切断することができるので、少ない動作でいちごｓを収穫することができ、作業能率が向上する。
【００４０】
そして、把持ハンド４１と果柄カッタ４３とを同じ果実収穫モータ４４で移動させることにより、機体を構成する部品の数を減らすことができるので、機体の構成が簡潔になり、故障が少なく効率的に作業を行うことができると共に、コストダウンを図ることができる。
【００４１】
また、収穫識別センサ４９が三つのカラーセンサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃを縦方向に並べて構成していることによって、図 に示すように、カラーセンサ４７ａまたは４７ｂのどちらかが、あるいは両方が赤色を検出しなければ未熟いちごと判断して収穫しないようにすることができ、カラーセンサ４７ａと４７ｂとが赤色を検出し、カラーセンサ４７ｃが赤色を検出しなかった場合は小粒の成熟いちごと判断して収穫することができると共に、カラーセンサ４７ｃが赤色を検出しても、赤色の割合が設定値以下の場合は未熟いちごと判断して収穫しないようにすることができるので、収穫対象のいちごｓが収穫可能かどうかが正確に識別され、識別ミスが防止されるので、正確な収穫作業を行うことができる。
【００４２】
さらに、収穫識別センサ４９をマニピュレータ４５の上部に設けたことによって、収穫識別センサ４９をいちごｓの識別作業を行う位置に移動させるとマニピュレータ４５もいちごｓを収穫する位置に移動させることができるので、少ない動作でいちごｓを収穫することができ、作業能率が向上する。
【００４３】
そして、回収プレート５１に超音波センサ３７は通過でき、一対の突起４０，４０は回収プレート５１の屈曲部分に接触する幅の切欠５２を複数切り欠いていることによって、把持ハンド４１とストッパ４２とでいちごｓの果柄を把持した収穫装置Ｂを前方へ移動させると超音波センサ３７は切欠５２に入ると共に、一対の突起４０，４０は回収プレート５１の屈曲部に接触すると連結プレート３６を機体外側方に押して蝶番３９を介して連結したマニピュレータフレーム３８を機体内側方向に移動させるので、把持ハンド４１とストッパ４２とに把持されたいちごｓを後述する回収部Ｃに近づけてから落下させるため、いちごｓが落下する距離を短くすることができるので、果実を傷つけることなく回収部Ｃに投入することができ、果実の品質が向上する。
【００４４】
また、蝶番３９にマニピュレータフレーム３８が機体内側方向に一定距離以上移動するとＯＮになるスイッチ５３を取り付けたことによって、マニピュレータフレーム３８が機体内側方向に移動すると自動的にスイッチがＯＮになって果実収穫モータ４４を作動させ、把持ハンド４１を移動させていちごｓの果柄の把持状態を解除することができるので、いちごｓの回収部Ｃへの投入が自動的に行われ、作業能率が向上する。
【００４５】
さらに、接続プレート３６とマニピュレータフレーム３８との間にスプリング４６を取り付けたことによって、収穫装置Ｂが後退して一対の突起４０，４０が回収フレーム５１の屈曲部分から離れたときに、マニュピレータフレーム３８はスプリング４６によって自動的に起き上がることができるので、収穫作業が全自動化され、作業能率が向上する。
【００４６】
次に、回収部Ｃについて説明する。
前記上下動フレーム１５上で且つ左右動フレーム２３よりも機体内側に切欠部を設け、該切欠部に着脱自在なトレイ５５を載置して、回収部Ｃを構成する。
【００４７】
上記構成によれば、トレイ５５が着脱自在であることによって、トレイ５５を外して回収されたいちごｓをまとめて移動させることができるので、いちごｓ収穫ロボットから一つ一ついちごｓを取り出す作業が省略されるので、作業能率が向上すると共に、作業者の労力が軽減される。
【００４８】
また、収穫するいちごｓの種類や作業条件に合わせて形状や材質の異なるトレイ５５を載置することができるので、作業能率が向上する。
次に、本実施例のいちご収穫ロボットの作業手順について、フローチャート等を用いながら説明する。
【００４９】
図７〜には収穫装置Ｂを用いていちごｓを収穫する際のフローチャートを示し、図８〜図１０にはブロック図を示す。
まず、収穫装置ＢをＸ軸方向に移動させていちごｓの下方に移動させ、超音波センサ３７を作動させていちごｓの有無を走査する。また、超音波センサ３７の捜査範囲内にいちごｓがあれば超音波センサ３７からいちごｓまでの距離を算出し、この距離が制御装置（ＣＰＵ）に入力されている設定値（超音波センサ３７から収穫識別センサ４９までの距離）よりも大きければ上下動モータ１６を作動させて収穫装置Ｂを設定値と等しくなるまでＺ軸方向に上昇させ、設定値よりも小さければ収穫装置Ｂを設定値と等しくなるまでＺ軸方向に下降させる。超音波センサ３７の捜査範囲内にいちごｓが無ければ、左右動モータ２７を作動させ、収穫装置ＢをＸ軸方向へ移動させ、再び超音波センサ３７によるいちごｓの有無の判定を行う。
【００５０】
そして、収穫識別センサ４９の第１〜第３カラーセンサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃによって収穫対象のいちごｓの赤色を検出させる。この第１〜第３カラーセンサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃは夫々いちごｓの赤色の割合（着色率）を識別し、着色率が制御装置５６の設定値以上であれば、検出数を１として判定するものである。
【００５１】
第１〜第３カラーセンサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃの検出数が１以下である場合、対象のいちごｓは未熟と判断して収穫装置Ｂを移動させる。また、検出数が一番上の第３カラーセンサ４７ｃと第１カラーセンサ４７ａ、もしくは第２カラーセンサ４７ｂのどちらかからなる２であり、且つ第３カラーセンサ４７ｃの着色率が０でなく設定値以下の場合も未熟と判断して収穫装置Ｂを移動させる。
【００５２】
上記以外の条件の場合、収穫対象のいちごｓは熟していると判断し、果実収穫モータ４４を作動させ、マニピュレータ４５の把持ハンド４１と果柄カッタ４３とを移動させて収穫対象のいちごｓの果柄を把持・切断して収穫する。
【００５３】
表１はイメージであり、記載している結果は一例である。
【００５４】
【表１】
（収穫可と判断する着色率は８０％以上に設定）
【００５５】
そして、マニピュレータ４５がいちごｓの果柄を把持すると、前後動モータ３２を作動させてマニピュレータ４５の一対の突起４０，４０が回収プレート５１の屈曲部に接触するまで前進させ、マニピュレータ４５を回収部Ｃのトレイ５５へと移動させる。このマニピュレータ４５の移動によって蝶番３９に設けたスイッチ５３がＯＮになると、制御装置５６は果実収穫モータ４４を作動させ、いちごｓの果柄を把持している把持ハンド４１を移動させて把持状態を解除するため、把持されていたいちごｓがトレイ５５に投入される。
【００５６】
いちごｓの収穫を終えた収穫装置は前後動モータ３２を作動させて後退させ、マニピュレータ４５を回収部Ｃから離間させて通常の作業位置に復帰させる。このとき、いちご収穫ロボットは設定されている作業ストロークに到達しているかどうかを判定し、到達していれば収穫作業を終了する。到達していない場合、次の収穫対象のいちごｓの有無を判定し、上記動作を繰り返す。
【００５７】
以下、本件いちご収穫ロボットの別実施例を説明する。
図１１で示すように、一対の収穫装置Ｂ１，Ｂ２の左右動ラック２２及びスライドレール２４を連結させると共に、作業開始位置を夫々いちご収穫ロボットの進行方向に対して前後端から行うように配置する構成としてもよい。
【００５８】
このとき、図１２のフローチャートに示すように、一対の収穫装置Ｂ１，Ｂ２の収穫作業手順は通常の実施例と同じであるが、前端側に設けた収穫装置Ｂ１はＸ座標をプラスの方向に、後端側に設けた収穫装置Ｂ２はＸ座標をマイナスの方向に移動するように設定する。また、収穫装置Ｂ１，Ｂ２が走査中に隣接した場合、収穫対象のいちごｓは収穫作業範囲内にないと判断できるので次の栽培棚Ｔまでいちご収穫ロボットを移動させると共に、どちらか一方が収穫作業を行っている場合は、その収穫作業が終了した時点で収穫対象のいちごｓは収穫作業範囲内に無いと判断できるので次の栽培棚Ｔまでいちご収穫ロボットを移動させる。
【００５９】
なお、図１３には一対の収穫装置Ｂ１，Ｂ２のブロック図を示す。
上記構成によれば、一対の収穫装置Ｂ１，Ｂ２を互いに逆方向から移動させて収穫作業を行うことによって、いちごｓの植生状態等の条件により、一方の収穫装置だけが作業を行い、もう一方の収穫装置が何もしないという状況を回避することができるので、作業能率が向上する。
【００６０】
図１４のフローチャート及びブロック図１５で示すように、いちご収穫ロボットに収穫作業区域の温度を計測し、計測した温度と制御装置５６に設定した設定値（いちごｓが平均的な速度で成熟する際の気温等）に応じて第１〜第３カラーセンサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃが収穫可能と判断する着色率を変更する信号を発する温度センサ５９を設けてもよい。
【００６１】
いちご等の果物は、一般的に気温が高いと成熟が早くなり、気温が低いと成熟が停滞するものである。このため、気温が高いときにいちご収穫ロボットで収穫作業を行うと、着色率が僅かに足りないため収穫を見送ったいちごｓは次の収穫作業までに完熟を超えてしまい、枯れたり腐ったりしてしまうおそれがある。逆に、気温が低いときに収穫作業を行うと、収穫可能と判断されたいちごｓは全て収穫されるが、次の作業で収穫すれば完熟に近い状態で収穫できるいちごｓまで収穫してしまう可能性がある。
【００６２】
しかしながら、上記構成のように温度センサ５９を設けたいちご収穫ロボットが、収穫作業を行う収穫作業区域の温度に応じて第１〜第３カラーセンサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃが収穫可能と判断する着色率を変更できることによって、作業区域の気温が設定値よりも高ければ収穫可能と判断する着色率を通常よりも低くして、放置すると次の収穫作業までに枯れたり腐ったりするいちごｓを収穫することができると共に、作業区域の気温が設定値よりも低ければ収穫可能と判断する着色率を通常よりも高くして、次の収穫作業で収穫すれば完熟に近い状態で収穫できるいちごｓを収穫しないようにすることができるので、いちごｓの商品価値が高い状態で収穫することができる。
【００６３】
表２、表３はイメージであり、記載している結果は一例である。
【００６４】
【表２】
（気温の上昇に伴い、収穫可と判断する着色率を７５％以上に変更）
【００６５】
【表３】
（気温の低下に伴い、収穫可と判断する着色率を８５％以上に変更）
また、図１６で示すように、いちごｓを回収するトレイ５５の下部に低温（１０〜１５℃程度）の保冷剤６０を取り付ける保冷剤ケース６１を取り付ける構成としても良い。
【００６６】
通常のトレイ５５では時間と共に収穫したいちごｓに気温の影響が出てしまい、特に最初の方に収穫したいちごｓについては萎びたり煮えてしまったりして鮮度が低下するおそれがあるが、上記構成とすることによって、収穫したいちごｓを気温の影響を受けないようにすることができるので、いちごｓの鮮度を保たれ、いちごｓの品質が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】果実収穫ロボットの側面図
【図２】果実収穫ロボットの正面図
【図３】果実収穫ロボットの平面図
【図４】果実収穫ロボットの側面図の要部拡大図
【図５】（ａ）果実収穫前の把持ハンド・切断アームの平面図 （ｂ）果実の果柄を把持中の把持ハンド・切断アームの平面図 （ｃ）果実の果柄を切断後の把持ハンド・切断アームの平面図
【図６】マニピュレータの側面図
【図７】果実収穫ロボットの収穫作業を示すフローチャート
【図８】果実収穫ロボットの制御ブロック図
【図９】果実収穫ロボットの制御ブロック図
【図１０】果実収穫ロボットの制御ブロック図
【図１１】２基の収穫装置で収穫作業を行う果実収穫ロボットの側面図
【図１２】２基の収穫装置で収穫作業を行う果実収穫ロボットの収穫作業を示すフローチャート
【図１３】２基の収穫装置で収穫作業を行う果実収穫ロボットのブロック図
【図１４】温度センサを設けた果実収穫ロボットの収穫作業を示すフローチャート
【図１５】温度センサを設けた果実収穫ロボットのブロック図
【図１６】回収部の別実施例を示す正面断面図
【符号の説明】
【００６８】
３７ 超音波センサ（検出装置）
４１ 把持ハンド（把持部材）
４２ ストッパ（規制部材）
４３ 果柄カッタ（切断部材）
４４ 果実収穫モータ（駆動装置）
４５ マニピュレータ
４７ａ 第１カラーセンサ（カラーセンサ）
４７ｂ 第２カラーセンサ（カラーセンサ）
４７ｃ 第３カラーセンサ（カラーセンサ）
４９ 収穫識別センサ（識別装置）
５３ スイッチ（制御装置）
Ｂ 収穫装置
Ｃ 回収部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
果実の有無及び果実までの距離を検出する検出装置（３７）と、収穫する果実が収穫可能かどうかを識別する識別装置（４９）と、該識別装置（４９）の識別結果にもとづいて果実を収穫するマニピュレータ（４５）とからなる収穫装置（Ｂ）を前後左右上下方向に移動自在に設けると共に、該収穫装置（Ｂ）にて収穫した果実を回収する回収部（Ｃ）を設けたことを特徴とする果実収穫ロボット。
【請求項２】
前記検出装置（３７）を収穫装置（Ｂ）の下部に設け、マニピュレータ（４５）を果実の果柄を把持する移動自在な把持部材（４１）と、該把持部材（４１）の移動を規制する規制部材（４２）と、把持部材（４１）の上部に果実の果柄を切断する移動自在な切断部材（４３）と、把持部材（４１）と切断部材（４３）とを移動させる駆動装置（４４）とから構成し、該マニピュレータ（４５）の上部に識別装置（４９）を設けたことを特徴とする請求項1記載の果実収穫ロボット。
【請求項３】
前記マニピュレータ（４５）で収穫した果実を把持したまま収穫装置（Ｂ）を回収部（Ｃ）へ移動させ、マニピュレータ（４５）で把持している果実の把持を解除して回収部（Ｃ）に投入させる制御装置（５３）を設けたことを特徴とする請求項１及び２記載の果実収穫ロボット。
【請求項４】
前記識別装置（４９）を複数のカラーセンサ（４７ａ，４７ｂ，４７ｃ・・・）で構成したことを特徴とする請求項１記載の果実収穫ロボット。
【請求項１】
果実の有無及び果実までの距離を検出する検出装置（３７）と、収穫する果実が収穫可能かどうかを識別する識別装置（４９）と、該識別装置（４９）の識別結果にもとづいて果実を収穫するマニピュレータ（４５）とからなる収穫装置（Ｂ）を前後左右上下方向に移動自在に設けると共に、該収穫装置（Ｂ）にて収穫した果実を回収する回収部（Ｃ）を設けたことを特徴とする果実収穫ロボット。
【請求項２】
前記検出装置（３７）を収穫装置（Ｂ）の下部に設け、マニピュレータ（４５）を果実の果柄を把持する移動自在な把持部材（４１）と、該把持部材（４１）の移動を規制する規制部材（４２）と、把持部材（４１）の上部に果実の果柄を切断する移動自在な切断部材（４３）と、把持部材（４１）と切断部材（４３）とを移動させる駆動装置（４４）とから構成し、該マニピュレータ（４５）の上部に識別装置（４９）を設けたことを特徴とする請求項1記載の果実収穫ロボット。
【請求項３】
前記マニピュレータ（４５）で収穫した果実を把持したまま収穫装置（Ｂ）を回収部（Ｃ）へ移動させ、マニピュレータ（４５）で把持している果実の把持を解除して回収部（Ｃ）に投入させる制御装置（５３）を設けたことを特徴とする請求項１及び２記載の果実収穫ロボット。
【請求項４】
前記識別装置（４９）を複数のカラーセンサ（４７ａ，４７ｂ，４７ｃ・・・）で構成したことを特徴とする請求項１記載の果実収穫ロボット。
【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】
【公開番号】特開２００９−５５８７（Ｐ２００９−５５８７Ａ）
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６７７６９（Ｐ２００７−１６７７６９）
【出願日】平成１９年６月２６日（２００７．６．２６）
【出願人】（００００００１２５）井関農機株式会社 (3,813)
【出願人】（５０４１４７２５４）国立大学法人愛媛大学 (214)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２６日（２００７．６．２６）
【出願人】（００００００１２５）井関農機株式会社 (3,813)
【出願人】（５０４１４７２５４）国立大学法人愛媛大学 (214)
【Ｆターム（参考）】
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