特開 2023-42102 農作業装置、農作業方法、及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023042102

(43)【公開日】2023-03-27

(54)【発明の名称】農作業装置、農作業方法、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   B25J 13/08 20060101AFI20230317BHJP

   A01D 45/00 20180101ALI20230317BHJP

【ＦＩ】

B25J13/08 A

A01D45/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021149209

(22)【出願日】2021-09-14

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度、国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構生物系特定産業技術研究支援センター、「イノベーション創出強化研究推進事業」、「アスパラガス生産に働き方改革を！「枠板式高畝式栽培」を基盤とした省力安定栽培システムの開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】519404090

【氏名又は名称】ｉｎａｈｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】唐子 征久

(72)【発明者】

【氏名】松島 丈弘

(72)【発明者】

【氏名】道心 雄大

【テーマコード（参考）】

2B075

3C707

【Ｆターム（参考）】

2B075AA10

2B075GA01

2B075GA05

2B075JJ05

3C707AS22

3C707BS09

3C707CS08

3C707DS01

3C707ES03

3C707ET08

3C707EV21

3C707KS16

3C707KT01

3C707KT02

3C707KV09

3C707KX05

3C707LS15

3C707LV12

3C707LV14

3C707NS26

3C707WA16

(57)【要約】

【課題】対象に対して適切に農作業を実行可能とする農作業技術を提供すること。
【解決手段】農作業装置１は、対象に対して農作業を実行するハンド装置３３を備えるアーム装置３と、対象を撮像する第１撮像装置と、第１撮像装置が対象を撮像することにより得られる画像情報に基づいて対象の位置を推定する対象位置推定部２２と、位置の推定結果に基づいてアーム装置３を対象に対して移動させるアーム装置制御部２４と、ハンド装置３３の接触動作に基づいて基準位置ＲＰを検出する基準位置検出部２３と、基準位置ＲＰに応じた位置で農作業を実行するためにハンド装置３３を制御するハンド装置制御部２５と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象に対して農作業を実行するハンド装置を備えるアーム装置と、
前記対象を撮像する第１撮像装置と、
前記第１撮像装置が前記対象を撮像することにより得られる画像情報に基づいて前記対象の位置を推定する対象位置推定部と、
前記位置の推定結果に基づいて前記アーム装置を前記対象に対して移動させるアーム装置制御部と、
前記ハンド装置の接触動作に基づいて基準位置を検出する基準位置検出部と、
前記基準位置に応じた位置で前記農作業を実行するために前記ハンド装置を制御するハンド装置制御部と、を備える、
農作業装置。

【請求項2】

前記ハンド装置は、前記対象を把持する把持部を更に備え、
前記ハンド装置制御部は、前記把持部が前記対象を把持する際に、前記アーム装置の制御ゲインに基づいて前記ハンド装置の前記対象との接触度合いを制御する、
請求項１に記載の農作業装置。

【請求項3】

前記ハンド装置は、前記対象を切断する切断部を更に備え、
前記アーム装置制御部は、前記切断部が前記対象を切断する際に、前記アーム装置の制御ゲインを調整し、又は、
前記ハンド装置制御部は、前記切断部が前記対象を切断する際に、前記ハンド装置の制御ゲインを調整する、
請求項１又は２に記載の農作業装置。

【請求項4】

前記ハンド装置は、前記対象を把持する把持部と、前記対象を切断する切断部と、を更に備え、
前記把持部が把持する前記対象に対する前記切断部による切断動作後における前記ハンド装置の所定動作の結果に基づいて、前記対象の切断の成否を判断する成否判断部を更に備える、
請求項１～３のいずれか一項に記載の農作業装置。

【請求項5】

前記所定動作は、少なくとも前記把持部の回転動作を含む、
請求項４に記載の農作業装置。

【請求項6】

前記成否判断部は、前記切断動作後における前記把持部の回転量が所定値以上であるか否かに基づいて前記成否を判断する、
請求項５に記載の農作業装置。

【請求項7】

前記農作業装置を予め定められた経路に沿って移動させる駆動装置と、
前記農作業装置の移動方向である第１方向とは異なる第２方向を撮像するように前記農作業装置に配置された第２撮像装置と、
前記第２撮像装置が前記第２方向を撮像することにより得られる画像情報に基づいて前記農作業装置が前記経路に沿って移動するように前記駆動装置を制御する駆動装置制御部と、を更に備える、
請求項１～６のいずれか一項に記載の農作業装置。

【請求項8】

前記第２方向は、前記第１方向に対して略垂直である、
請求項７に記載の農作業装置。

【請求項9】

前記第２撮像装置は、前記対象が配置された畝における所定面を撮像する、
請求項７又は８に記載の農作業装置。

【請求項10】

前記第１撮像装置は、前記アーム装置に配置される、
請求項１～９のいずれか一項に記載の農作業装置。

【請求項11】

対象に対して農作業を実行するハンド装置を備えるアーム装置と、前記対象を撮像する撮像装置と、を備える農作業装置が実行する農作業方法であって、
前記撮像装置が前記対象を撮像することにより得られる画像情報に基づいて前記対象の位置を推定するステップと、
前記位置の推定結果に基づいて前記アーム装置を前記対象に対して移動させるステップと、
前記ハンド装置の接触動作に基づいて基準位置を検出するステップと、
前記基準位置に応じた位置で前記農作業を実行するために前記ハンド装置を制御するステップと、を含む、
農作業方法。

【請求項12】

対象に対して農作業を実行するハンド装置を備えるアーム装置と、前記対象を撮像する撮像装置と、を備える農作業装置を、
前記撮像装置が前記対象を撮像することにより得られる画像情報に基づいて前記対象の位置を推定する対象位置推定部と、
前記位置の推定結果に基づいて前記アーム装置を前記対象に対して移動させるアーム装置制御部と、
前記ハンド装置の接触動作に基づいて基準位置を検出する基準位置検出部と、
前記基準位置に応じた位置で前記農作業を実行するために前記ハンド装置を制御するハンド装置制御部と、
して機能させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、農作業装置、農作業方法、及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、アスパラガス等の農作物を自動的に収穫するために、農作物を把持して切断することが可能な収穫ロボットが知られている。

【0003】

これに関して、特許文献１には、被収穫物を挟持する挟持手段と、被収穫物を切断する切断手段と、を備えた収穫ロボットのハンド装置が記載されている。ハンド装置が備える切断手段は、２本の挟持部材の下方に位置し、ハンド装置の基端側に保持された初期位置からコイルバネの弾性力で直進運動して、アスパラガスを切断する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０－１７８６３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１のハンド装置は、撮影装置によって検出されたアスパラガスを挟持し切断することができる。しかしながら、従来のハンド装置は、アスパラガスの適切な切断位置及び収穫位置を把握することができないため、アスパラガスの収穫を適切に実行できないおそれがあった。

【0006】

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、対象に対して適切に農作業を実行可能とする農作業技術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】

本発明の一実施形態に係る農作業装置は、対象に対して農作業を実行するハンド装置を備えるアーム装置と、対象を撮像する第１撮像装置と、第１撮像装置が対象を撮像することにより得られる画像情報に基づいて対象の位置を推定する対象位置推定部と、位置の推定結果に基づいてアーム装置を対象に対して移動させるアーム装置制御部と、ハンド装置の接触動作に基づいて基準位置を検出する基準位置検出部と、基準位置に応じた位置で農作業を実行するためにハンド装置を制御するハンド装置制御部と、を備える。

【0008】

本発明の一実施形態に係る農作業方法は、対象に対して農作業を実行するハンド装置を備えるアーム装置と、対象を撮像する撮像装置と、を備える農作業装置が実行する農作業方法であって、撮像装置が対象を撮像することにより得られる画像情報に基づいて対象の位置を推定するステップと、位置の推定結果に基づいてアーム装置を対象に対して移動させるステップと、ハンド装置の接触動作に基づいて基準位置を検出するステップと、基準位置に応じた位置で農作業を実行するためにハンド装置を制御するステップと、を含む。

【0009】

本発明の一実施形態に係るプログラムは、対象に対して農作業を実行するハンド装置を備えるアーム装置と、対象を撮像する撮像装置と、を備える農作業装置を、撮像装置が対象を撮像することにより得られる画像情報に基づいて対象の位置を推定する対象位置推定部と、位置の推定結果に基づいてアーム装置を対象に対して移動させるアーム装置制御部と、ハンド装置の接触動作に基づいて基準位置を検出する基準位置検出部と、基準位置に応じた位置で農作業を実行するためにハンド装置を制御するハンド装置制御部と、して機能させるためのプログラム。

【0010】

なお、各実施形態において、「部」、「装置」、「システム」とは、単に物理的手段を意味するものではなく、その「部」、「装置」、「システム」が有する機能をソフトウェアによって実現する場合も含む。また、１つの「部」、「装置」、「システム」が有する機能が２つ以上の物理的手段や装置により実現されても、２つ以上の「部」、「装置」、「システム」の機能が１つの物理的手段や装置により実現されてもよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、対象に対して適切に農作業を実行できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る農作業装置が圃場において実行する農作業の一例を示す概要図である。

【図2】図２は、本発明の一実施形態に係る農作業装置の概略構成の一例を示すブロック図である。

【図3】図３は、本発明の一実施形態に係る農作業装置の一例を示す外観構成図である。

【図4】図４は、本発明の一実施形態に係る農作業装置の画像認識処理の一例を示す図である。図４（Ａ）は、アームカメラがアスパラガスを含むように撮像することによって得られたＲＧＢ画像の一例である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示すＲＧＢ画像に対してセグメンテーション処理を実行した結果であるセグメンテーション画像の一例である。図４（Ｃ）は、図４（Ａ）に示すＲＧＢ画像に対して深度情報を重ねた画像認識結果を示す画像の一例である。

【図5】図５は、本発明の一実施形態に係る農作業装置の接触動作及び収穫動作の一例を示す図である。

【図6】図６は、図５における破線丸ＤＣ部分を拡大した拡大図である。図６（Ａ）は、ハンド装置が高畝表面に接触する直前の状態を示す図である。図６（Ｂ）は、ハンド装置が高畝表面に接触した直後の状態を示す図である。図６（Ｃ）は、ハンド装置が本体部から切断部を出した状態を示す図である。

【図7】図７は、本発明の一実施形態に係る農作業装置のサーボモータにおける逆駆動性の利用の一例を示す概念図である。

【図8】図８は、本発明の一実施形態に係る農作業処理フローの一例を示すフローチャートである。

【図9】図９は、本発明の一実施形態に係るアーム装置の移動時における接触検出処理の一例を示すフローチャートである。

【図10】図１０は、本発明の一実施形態に係るハンド装置が農作業の対象を把持する際のハンド装置の差込動作の一例を説明する説明図である。

【図11】図１１は、本発明の一実施形態に係るハンド装置が農作業の対象を切断する際の切断部の押込動作の一例を説明する説明図である。

【図12】図１２は、本発明の一実施形態に係る農作業の成否判断処理の一例を示す図である。

【図13】図１３は、本発明の一実施形態に係る農作業装置が圃場において実行する駆動処理の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して、一実施形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。すなわち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、一連の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付して表している。

【0014】

図１は、本発明の一実施形態に係る農作業装置が圃場において実行する農作業の一例を示す概要図である。図１に示すように、農作業装置１は、圃場ＦＦにおいて農作業を実行する装置である。

【0015】

「農作業」は、農業での生産のための作業をいう。農作業は、例えば高畝ＨＣに配置されているアスパラガスＡ（対象）の把持、切断、及び収穫の少なくとも一つを含む。また、農作業は、圃場ＦＦに対する薬剤散布、圃場ＦＦにおける除草、葉かき、又は、受粉等を含む。農作業の「対象」は、アスパラガスＡのような「農作物」に限られず、圃場ＦＦ内に形成される畝等の地面部分、及び、圃場ＦＦ内の所定の空間を含んでもよい。なお、農作物は、アスパラガスＡ、トマト、キュウリ、及びピーマン等の野菜の他、果物、穀物等を含んでもよい。以下では、農作業を実行する農作業装置１の概要を説明する。

【0016】

農作業装置１は、農作業装置１を管理するユーザによって予め設定された農作業内容に基づいて自動的に農作業を実行する。ユーザは、当該ユーザが操作する携帯端末（不図示）を介して、農作業装置１が実行するための農作業の内容を設定する。

【0017】

なお、以下では、農作業装置１は、自動的に農作業を実行する農作業装置として説明するが、ユーザは、農作業装置が自動的に動作している間に適宜、マニュアル操作を行うことが可能である。

【0018】

ユーザは、農作業内容として、例えば、農作業の対象（例えば、アスパラガスＡ）、の作業の範囲（例えば、圃場ＦＦ内の少なくとも一部の領域）、及び、農作業装置１の移動経路（例えば、農作業装置１が圃場ＦＦにおいて移動する経路、及び、農作業装置１が農作業を開始するスタート地点及び農作業を終了するエンド地点）を設定する。

【0019】

農作業装置１は、圃場ＦＦ内の予め設定された経路Ｌに沿って移動する。農作業装置１は、例えば、アスパラガスＡが栽培されている高畝ＨＣを構成する側壁ＳＷに並行に移動する。農作業装置１は、例えば２０ｃｍ程度移動したら停止し、後述する農作業を実行する。そして、農作業が完了すると、農作業装置１は、経路Ｌに沿って再度２０ｃｍ程度移動し、農作業を実行するということを繰り返す。

【0020】

農作業装置１は、アーム装置３Ｂに配置されたアームカメラ３１（第１撮像装置）からの画像情報に含まれるすべてのアスパラガスＡに対して収穫処理を実行するか否かを判断した（例えば、規格外品等を除く収穫可能なアスパラガスＡを収穫した）後に、移動を再開する。

【0021】

農作業装置１の移動量に関して、上記では２０ｃｍ程度と説明したが、これに限られず、当該移動量については、収穫対象物の大きさや配置位置、及び、アームカメラ３１のレンズのサイズ等に基づいて適宜変更されてよい。

【0022】

農作業装置１は、アームカメラ３１からの画像情報に基づいて、収穫対象であるアスパラガスＡの位置を推定する。農作業装置１は、収穫対象であるアスパラガスＡまでのアーム装置３Ａ及び３Ｂの進入経路、例えば、アーム装置３Ａ及び３Ｂのそれぞれの現在の三次元座標位置から高畝ＨＣにおけるアスパラガスＡが配置されている三次元座標位置までの進入経路を設定する。ただし、以下の説明において、これらアーム装置３Ａ及び３Ｂを区別することなく説明する場合には、符号を一部省略して、単に「アーム装置３」と呼ぶ。

【0023】

農作業装置１は、設定した進入経路に基づいて、アーム装置３Ｂに接続されたハンド装置３３を収穫対象であるアスパラガスＡに接触させる。農作業装置１は、ハンド装置３３を用いてアスパラガスＡを把持、切断、及び、収穫する。農作業装置１は、ハンド装置３３を用いて収穫したアスパラガスＡを収納箱ＳＢに格納する。なお、農作業装置１の接触動作、及び、収穫動作の詳細については後述する。

【0024】

図２は、本発明の一実施形態に係る農作業装置の概略構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、農作業装置１は、例示的に、対象に対して農作業を実行するアーム装置３と、本体カメラ４（第２撮像装置）と、不図示のＧＰＳ衛星から送信されたＧＰＳ信号に基づいて農作業装置１の位置を検出するＧＰＳセンサ５と、農作業装置１が実行する各処理に必要な情報及び当該各処理で生成された情報を記録する記録装置６と、ユーザが操作する携帯端末と各種情報を送受信する通信装置７と、農作業装置１を予め定められた経路に沿って移動させる駆動装置８と、上記各構成要素と接続された中央処理装置２と、を備える。なお上記各構成要素は、それぞれが単一の構成要素であってもよいし、複数の構成要素を含む構成要素であってもよい。

【0025】

図３は、本発明の一実施形態に係る農作業装置の一例を示す外観構成図である。図１及び図３に示すように、アーム装置３は、例示的に、アーム装置３Ａ及び３Ｂを備える。後述する、中央処理装置２のアーム装置制御部２４（図２参照）は、アーム装置３及びアームカメラ３１の動作を制御する。

【0026】

図３に示すように、アーム装置３Ａは、農作業装置１の支持部Ｓにジョイント（関節）ＪＴ１を介して接続される。アーム装置３Ａは、ジョイントＪＴ１を介して、支持部Ｓにおいて破線矢印ＤＡ１で示す方向でスライド可能である。また、アーム装置３Ａは、ジョイントＪＴ１を介して、破線矢印ＤＡ３で示す方向で回転可能である。

【0027】

アーム装置３Ｂは、アーム装置３ＡとジョイントＪＴ２を介して接続される。アーム装置３Ｂは、ジョイントＪＴ２を介して、破線矢印ＤＡ５で示す方向で回転可能である。

【0028】

アーム装置３Ｂは、例示的に、アームカメラ３１と、ハンド装置３３とを備える。アームカメラ３１は、農作業の対象を撮像する。ハンド装置３３は、対象に対して農作業を実行する。後述する、中央処理装置２のハンド装置制御部２５（図２参照）は、ハンド装置３３の動作を制御する。

【0029】

ハンド装置３３は、アーム装置３ＢとジョイントＪＴ３を介して接続される。ハンド装置３３は、ジョイントＪＴ３を介して、破線矢印ＤＡ７で示す方向で回転可能であり、また、破線矢印ＤＡ９で示す方向で回転可能である。

【0030】

図１に示すように、本体カメラ４は、農作業装置１の側面側に配置され、例えば、農作業装置１の移動方向である経路Ｌの方向（第１方向）と異なる、側壁ＳＷが配置されている方向（第２方向）を撮像する。第２方向は、例えば、第１方向に対して略９０度（垂直）の向きである。

【0031】

農作業装置１は、圃場ＦＦ内の予め設定された経路Ｌに沿って移動する際に、本体カメラ４（測距センサ）によって側壁ＳＷの２点以上を計測する。農作業装置１は、計測結果に基づいて農作業装置１と側壁ＳＷとの距離を測定する。農作業装置１は、農作業装置１と側壁ＳＷとの間において一定の距離を保ちながら、農作業装置１の進行方向を制御することによって、経路Ｌに沿って適切に走行可能である。

【0032】

アームカメラ３１は、例えば、耐外乱光性能を有する、パルスレーザを使用するＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）型距離画像センサ、及び、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ－Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を備える撮像装置である。

【0033】

また、本体カメラ４は、例えば、耐外乱光性能を有する、パルスレーザを使用するＴＯＦ型距離画像センサを備える撮像装置である。

【0034】

なお、アームカメラ３１及び本体カメラ４のそれぞれは、単一のカメラでもよいし、複数のカメラを備えてもよい。

【0035】

中央処理装置２は、農作業装置１が農作業を実行するために上記各構成要素を制御する。中央処理装置２は、例えばＣＰＵ、ＭＰＵ等であって、記録装置６に格納されたプログラムに従って動作する。

【0036】

中央処理装置２は、機能的に、画像情報取得部２１と、対象位置推定部２２と、基準位置検出部２３と、アーム装置制御部２４と、ハンド装置制御部２５と、成否判断部２６と、駆動装置制御部２７と、を備える。

【0037】

画像情報取得部２１は、アームカメラ３１が農作業の対象を撮像することにより得られる画像情報をアームカメラ３１から取得する。画像情報取得部２１は、本体カメラ４が農作業装置１の周囲を撮像することにより得られる画像情報を本体カメラ４から取得する。

【0038】

対象位置推定部２２は、アームカメラ３１が農作業対象を撮像することにより得られる画像情報に基づいて農作業対象の位置を推定する。対象位置推定部２２は、画像情報を取得して所定の画像認識処理を実行する。

【0039】

図４は、本発明の一実施形態に係る農作業装置の画像認識処理の一例を示す図である。図４（Ａ）は、アームカメラ３１がアスパラガスＡを含むように撮像することによって得られたＲＧＢ画像の一例である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示すＲＧＢ画像に対してセグメンテーション処理を実行した結果であるセグメンテーション画像の一例である。図４（Ｃ）は、図４（Ａ）に示すＲＧＢ画像に対して深度情報を重ねた画像認識結果を示す画像の一例である。

【0040】

対象位置推定部２２は、図４（Ａ）に示すＲＧＢ画像に対して、例えば、インスタンス・セグメンテーション処理（例えば、ＲＧＢ画像における各物体インスタンスを区別しながら推定する処理）を実行する。図４（Ｂ）に示すように、対象位置推定部２２は、画像内の高畝ＨＣの地面領域、複数のアスパラガスＡごとの若茎領域、及び、他の領域を判別する。

【0041】

また、対象位置推定部２２は、図４（Ｃ）に示すように、ＲＧＢ画像に対して深度情報を用いた画像認識処理を実行する。対象位置推定部２２は、深度画像により地面領域をマスキングすることによって点群情報に変換等することによって地面を推定する。対象位置推定部２２は、深度画像により複数の若茎領域をマスキングすることによって点群情報に変換等することによって各若茎を推定する。対象位置推定部２２は、各若茎の点群情報に基づいて各若茎の根元位置（例えば切断位置）を推定する。対象位置推定部２２は、各若茎の点群情報に基づいて、点群の最高点と根元位置との距離を長さとして算出して、各若茎の長さを推定可能である。

【0042】

基準位置検出部２３は、ハンド装置３３の接触動作に基づいて、農作業を実行するための基準位置を検出する。アーム装置制御部２４は、上述したとおり、アーム装置３Ａ及び３Ｂ並びにアームカメラ３１の動作を制御する。ハンド装置制御部２５は、上述したとおり、ハンド装置３３の動作を制御する。

【0043】

図５は、本発明の一実施形態に係る農作業装置の接触動作及び収穫動作の一例を示す図である。図５に示すように、まず、（１）アーム装置制御部２４及びハンド装置制御部２５は、ハンド装置３３がアスパラガスＡに近づき、かつ、ハンド装置３３が備える把持部ＧＵ１及びＧＵ２の間にアスパラガスＡが配置されるように、アーム装置３及びハンド装置３３を制御する。また、アーム装置制御部２４及びハンド装置制御部２５は、ハンド装置３３をアスパラガスＡに接触させるように、アーム装置３及びハンド装置３３を制御する。

【0044】

（２）アーム装置制御部２４及びハンド装置制御部２５は、ハンド装置３３をアスパラガスＡに接触させつつ、下方向にハンド装置３３を移動させる。図５における（３）については、図６を参照して以下説明する。ただし、以下の説明において、これら把持部ＧＵ１及びＧＵ２を区別することなく説明する場合には、符号を一部省略して、単に「把持部ＧＵ」と呼ぶ。

【0045】

図６は、図５における破線丸ＤＣ部分を拡大した拡大図である。図６（Ａ）は、ハンド装置が高畝表面に接触する直前の状態を示す図である。図６（Ｂ）は、ハンド装置が高畝表面に接触した直後の状態を示す図である。図６（Ｃ）は、ハンド装置が本体部から切断部を出した状態を示す図である。なお、図６では、便宜のため、収穫対象であるアスパラガスＡは図示していない。

【0046】

図６（Ａ）に示すように、アーム装置制御部２４及びハンド装置制御部２５は、破線矢印ＤＡに示すように、ハンド装置３３が高畝ＨＣの表面に接触するまでハンド装置３３を降下させる。図６（Ｂ）に示すように、基準位置検出部２３は、ハンド装置３３の接触検知部３３５の高畝ＨＣの地表への接触動作に基づいて、収穫を実行するための基準位置ＲＰを検出する。基準位置ＲＰは、例えば、高畝ＨＣの地表のうちハンド装置３３の接触検知部３３５が実際に接触した位置を含む。

【0047】

ハンド装置３３は、例えばいわゆるリンク式の切断方式を採用する。図６（Ｂ）の矢印Ａに示すように、ハンド装置３３が高畝ＨＣの地表へ接触すると、地表に対して接触検知部３３５が上方向に持ちあがる。接触検知部３３５が上方向に持ちあがることにともない、本体部３３１に収納された切断部ＣＵをスライド（本体部３３１から突き出させる）させるためのスライド装置３３７が、スイッチ装置３３９を押下する。切断部ＣＵは、アスパラガスＡ等の農作物を切断できるような任意の部材で構成される。切断部ＣＵは、例えば、カッター、ナイフ、及びハサミ等を含む。

【0048】

切断部ＣＵは、ハンド装置３３が移動している場合には、本体部３３１に収納されており、切断処理の際に本体部３３１から突き出る。この構成によれば、ハンド装置３３が収穫対象であるアスパラガスＡに接近し接触する際にアスパラガスＡを切断部ＣＵで傷つけることを防止可能である。

【0049】

図６（Ｃ）に示すように、スイッチ装置３３９が押下されると、スライド装置３３７が右方向にスライドするとともに、スライド装置３３７と連動する切断部ＣＵが把持部ＧＵの下側に突き出る。このように、ハンド装置制御部２５は、基準位置ＲＰから所定の高さｈの切断位置ＣＰ（基準位置ＲＰに応じた位置）でアスパラガスＡを把持部ＧＵ１及びＧＵ２で挟み込むように把持し、アスパラガスＡを切断部ＣＵによって切断するためにハンド装置３３を制御する。

【0050】

上記のとおり、一実施形態に係る農作業装置の接触動作及び収穫動作によれば、農作業装置１は、アスパラガスＡの適切な切断位置及び収穫位置を把握することができる。したがって、対象に対して適切に農作業を実行可能である。

【0051】

ここで、図６に示すように、ハンド装置３３においては、下側から、接触検知部３３５、切断部ＣＵ、及び、把持部ＧＵの順で配置されている。よって、アスパラガスＡを把持する把持位置は、アスパラガスＡを切断する切断位置ＣＰよりもアスパラガスＡにおいて上側に設定される。

【0052】

アスパラガスＡを把持する把持位置、及び、切断する切断位置ＣＰの少なくとも一方は、適宜変更可能である。例えば、ハンド装置３３の本体部３３１における切断部ＣＵの配置位置（配置高さ）を適宜変更可能である。また、ハンド装置３３における把持部ＧＵの配置位置（配置高さ）も適宜変更可能である。

【0053】

なお、把持部ＧＵ１及びＧＵ２によってアスパラガスＡを把持するタイミングは、任意であるが、安定的な切断が可能となるように、切断部ＣＵが本体部３３１から送出される前であることが好ましい。ハンド装置制御部２５は、例えば、ハンド装置３３が高畝ＨＣの表面に接触した直後にアスパラガスＡを把持してもよいし、切断部ＣＵが本体部３３１から送出される直前（切断処理の直前）であってもよい。

【0054】

図５及び図６の例では、切断部ＣＵは、高畝ＨＣの地表と並行となるように本体部３３１から送出される。しかしながら、切断部ＣＵの送出角度は、アスパラガスＡを切断可能であれば、任意である。さらにまた、本実施形態では、把持部ＧＵと切断部ＣＵとは別体の構成として説明したが、これに限られず、両者は一体の構成でもよい。

【0055】

本実施形態では、基準位置ＲＰは、高畝ＨＣの地表の特定の位置である旨説明したがこれに限られず、基準位置ＲＰは、圃場ＦＦにおける他の所定面の特定の位置であってもよい。また、収穫対象物がトマトであるような場合は、農作業装置１は、トマトの上部（へた部分）を基準位置ＲＰとして、へた部分から出ている「つる」部分の所定箇所を切断位置ＣＰとして切断してトマトを収穫可能である。

【0056】

成否判断部２６は、ハンド装置３３が把持する農作業の対象に対する、ハンド装置３３による切断動作後におけるハンド装置３３の所定動作の結果に基づいて、対象の切断の成否を判断する。なお、成否判断処理の詳細については、図１３を参照しながら後述する。

【0057】

駆動装置制御部２７は、農作業装置１が所定の経路に沿って移動するように駆動装置８を制御する。

【0058】

記録装置６は、ユーザによって設定された農作業装置１が実行する農作業内容に関する情報を記録する。記録装置６は、農作業の結果に関する情報をさらに記録してもよい。例えば、記録装置６は、アスパラガスＡの収穫の有無及び収穫量を含む農作業情報を、アスパラガスＡが収穫された位置を含む農作業位置と、農作業位置が測定された日時と、に関連づけて記録する。

【0059】

農作業位置は、図２に示すＧＰＳセンサ５が検出する農作業装置１の位置であってもよい。農作業位置は、複数の対象のそれぞれの位置であってもよい。複数の対象のそれぞれの位置は、例えば、高畝ＨＣにおいて、アスパラガスＡが農作業装置１に対してより近くに（手前に）配置されているか、又は、より遠くに（奥に）配置されているかを示す情報であってもよい。

【0060】

なお、記録装置６は、例えばＲＯＭやＲＡＭ、ハードディスク等の情報記録媒体で構成され、中央処理装置２によって実行されるプログラムを保持する情報記録媒体である。また、記録装置６は、中央処理装置２のワークメモリとしても動作する。なお、記録装置６に格納されたプログラムは、例えば、ネットワークを介して、農作業装置１の外部からダウンロードされて提供されてもよいし、又は、ＣＤ－ＲＯＭやＤＶＤ－ＲＯＭ等のコンピュータで読み取り可能な各種の情報記録媒体によって提供されてもよい。

【0061】

通信装置７は、例えば、所定の通信ネットワークを介して、ユーザが操作する携帯端末から農作業を実行するための指示、及び、農作業装置１が実行する農作業の内容を示す情報を受信する。なお、所定の通信ネットワークは、有線又は無線の通信ネットワークを含む。

【0062】

駆動装置８は、例えば、左右の車軸に支持された移動用車輪であり、移動用車輪を回転させることにより前後に移動でき、旋回することができる。

【0063】

ここで、農作業装置１は、アーム装置３に関して、ハンド装置３３と他の物体等との接触をある程度許容しつつ、適切に農作業を実行するために、ハンド装置３３を所望の位置へ安全に移動させる必要がある。そこで、アーム装置３においては、サーボモータにおける逆駆動性を利用している。すなわち、アーム装置３は、サーボモータにおける逆駆動性を利用することによって、アーム装置３の各ジョイントの関節剛性を低下させること（柔らかさを得ること）ができ、かつ、接触の検出に関して外部センサを用いることなく簡便に実装可能である。

【0064】

図７は、本発明の一実施形態に係る農作業装置のサーボモータにおける逆駆動性の利用の一例を示す概念図である。図７に示すように、図２に示すアーム装置制御部２４は、アーム装置３に対して、例えばＰＤ制御（比例微分制御）を実行する。ＰＤ制御とは、制御システムの出力値q_actと目標値q_refとの偏差について、Ｐ制御で用いた比例ゲインK_pに加えて微分ゲインK_dを用いて行うフィードバック制御をいう。なお、K_d・ｓの「ｓ」は微分を示す。

【0065】

アーム装置制御部２４は、上記ＰＤ制御を採用することによって、目標電流i_refを取得して、当該電流を用いてアーム装置３を制御可能である。アーム装置制御部２４は、偏差を監視することによって、偏差の大きさが所定値以上になった場合は、アーム装置３が接触したとみなしてもよい。

【0066】

また、アーム装置制御部２４は、比例ゲインK_pを調整することによって、各ジョイントの固さ（関節剛性）を調整可能である。例えば、比例ゲインK_pを増大させることによってジョイントの関節剛性が強化される一方で、比例ゲインK_pを減少させることによってジョイントの関節剛性が低下する。また、アーム装置制御部２４は、アーム装置３の制御の安定性を向上させるために、微分ゲインK_dを適宜調整することも可能である。なお、アーム装置制御部２４は、ＰＩＤ制御等の他の制御手法を採用してもよい。

【0067】

図８は、本発明の一実施形態に係る農作業処理フローの一例を示すフローチャートである。図８に示すように、農作業装置１は、図１～図３に示すアームカメラ３１を用いて農作業の対象であるアスパラガスＡを含むように周囲を撮像する（ステップＳ１）。農作業装置１は、アスパラガスＡを撮像することにより得られる画像情報に基づいてアスパラガスＡの位置を推定する（ステップＳ３）。

【0068】

農作業装置１は、アスパラガスＡの位置の推定結果に基づいてアーム装置３をアスパラガスＡに対して移動させる（ステップＳ５）。農作業装置１は、図１～図３に示すハンド装置３３の接触動作に基づいて基準位置ＲＰ（図５及び図６を参照）を検出する（ステップＳ７）。農作業装置１は、基準位置ＲＰに応じた切断位置ＣＰでアスパラガスＡを把持、切断及び収穫を実行するためにハンド装置３３を制御する（ステップＳ９）。なお、ステップＳ７におけるハンド装置３３の接触動作に関して、図９を参照して説明する。

【0069】

図９は、本発明の一実施形態に係るアーム装置の移動時における接触検出処理の一例を示すフローチャートである。前提として、軸ｊは、図７に示すＰＤ制御が実装されたサーボモータに対応する。例えば、各サーボモータは、本実施形態では、図３に示す各ジョイントＪＴ１、ＪＴ２、及びＪＴ３にそれぞれ採用される。また、各軸ｊの現在位置は、不図示のエンコーダ等によって取得可能である。

【0070】

農作業装置１は、手先（例えばハンド装置３３）の目標座標に関する情報、例えば、目標位置（ｒ）及び目標姿勢（θ）に関する情報に基づいてハンド装置３３の進入経路を計画する（ステップＳ１１，Ｓ１３）。農作業装置１は、計画された進入経路に基づいて、ハンド装置３３に関する時刻ｉ及び軸ｊの目標位置[q_ij,ref]を算出する（ステップＳ１５）。

【0071】

農作業装置１は、時刻ごと（例えば、５ｍｓごと）に、軸ｊの目標位置[q_ij,ref]を更新して設定する（ステップＳ１７，Ｓ１９，Ｓ２１，Ｓ２３）。農作業装置１は、エンコーダ等から出力された軸ｊの現在位置[q_ij,act]を取得する（ステップＳ２５，Ｓ２７）。農作業装置１は、ＰＤ制御における現在位置[q_ij,act]と目標位置[q_ij,ref]との偏差[q_ij,dev]を計算する（ステップＳ２９）。

【0072】

農作業装置１は、軸ｊの許容偏差[ε_j]を取得して、現在位置と目標位置との偏差が許容範囲であるか否かを判定する（ステップＳ３１，Ｓ３３）。現在位置と目標位置との偏差が許容範囲でない場合（ステップＳ３３においてＮｏの場合）は、農作業装置１は、ハンド装置３３が他の物体と接触したことを検出し、アーム装置３及びハンド装置３３の移動を停止する（ステップＳ３５）。

【0073】

他方で、現在位置と目標位置との偏差が許容範囲である場合（ステップＳ３３においてＹｅｓの場合）は、農作業装置１は、各軸のループ処理及び各時刻のループ処理を実行する（ステップＳ３７，Ｓ３９）。

【0074】

以上、本発明の一実施形態に係るアーム装置の移動時における接触検出処理によれば、農作業装置１は、現在位置と目標位置との偏差が許容範囲でない場合に、ハンド装置３３が他の物体と接触したことを検出し、アーム装置３及びハンド装置３３の移動を停止する。したがって、ハンド装置３３が他の物体に接触しても、農作業装置１のアーム装置３が搭載するサーボモータ等に過負荷がかかることを防止可能である。

【0075】

図１０は、本発明の一実施形態に係るハンド装置が農作業の対象を把持する際のハンド装置の差込動作の一例を説明する説明図である。ハンド装置３３は、アスパラガスＡを把持する把持部ＧＵ１及びＧＵ２を備える。ここで、把持部ＧＵ１及びＧＵ２によってアスパラガスＡを把持する際のハンド装置３３の差込量が適切ではない場合、アスパラガスＡの把持や切断を失敗するおそれがある。

【0076】

具体的には、ハンド装置制御部２５がハンド装置３３をアスパラガスＡに対して差し込み過ぎた場合は、アスパラガスＡを倒してしまうことでアスパラガスＡの把持を失敗するおそれがある。他方で、ハンド装置３３のアスパラガスＡへの差し込みが足らない場合は、切断部ＣＵがアスパラガスＡに対して十分に挿入されず、アスパラガスＡの切断を失敗するおそれがある。

【0077】

そこで、図２に示すハンド装置制御部２５は、把持部ＧＵ１及びＧＵ２がアスパラガスＡを把持する際に、アーム装置３の制御ゲインに基づいてハンド装置３３のアスパラガスＡとの接触度合いを制御する。例えば、ハンド装置制御部２５は、ハンド装置３３のアスパラガスＡへの差込動作の際に、アーム装置３の比例ゲインK_pを設定値よりも小さい値に調整する。つまり、アーム装置３の各ジョイントの関節剛性を低下させる（関節を柔らかくする）。なお、設定値は、適宜変更可能である。

【0078】

ハンド装置制御部２５は、推定されたアスパラガスＡの位置よりも一定程度差込量を増加させた差込の目標位置を設定する。ハンド装置制御部２５は、設定した差込の目標位置まで移動させるようにハンド装置３３を制御する場合に、ハンド装置３３がアスパラガスＡに接触するときに、アーム装置３の各ジョイントの逆駆動が働く。よって、ハンド装置３３がアスパラガスＡに衝突する等して、ハンド装置３３がアスパラガスＡを倒してしまうことを防止可能である。

【0079】

図１１は、本発明の一実施形態に係るハンド装置が農作業の対象を切断する際の切断図の押込動作の一例を説明する説明図である。ハンド装置３３は、アスパラガスＡを切断する切断部ＣＵを備える。ここで、切断部ＣＵによってアスパラガスＡを切断する際に、アスパラガスＡが切断部ＣＵによって押されてしまい、切断部ＣＵの挿入方向に動く（逃げる）場合がある。特に、アスパラガスＡの動きが大きい（逃げ量が大きい）場合は、切断部ＣＵがアスパラガスＡに十分に挿入されず、切断処理が失敗となるおそれがある。

【0080】

そこで、アーム装置制御部２４は、切断部ＣＵがアスパラガスＡを切断する際に、アーム装置３の制御ゲインを調整する。例えば、アーム装置制御部２４は、ハンド装置３３のアスパラガスＡへの押込動作の際に、アーム装置３の比例ゲインK_pを設定値よりも大きい値に設定する。なお、設定値は、適宜変更可能である。

【0081】

つまり、アーム装置３の各ジョイントの関節剛性を強化させる（関節を固くする）ことによって、ハンド装置３３から切断部ＣＵをアスパラガスＡに対して突き出す際の、ハンド装置３３のアスパラガスＡへの押込量が増加する。よって、アスパラガスＡが切断部ＣＵによって押されてしまい、切断部ＣＵの挿入方向に動く（逃げる）場合であっても、切断部ＣＵがアスパラガスＡに対して十分に挿入されるため、アスパラガスＡを適切に切断し収穫可能である。

【0082】

なお、ハンド装置制御部２４は、切断部ＣＵがアスパラガスＡを切断する際に、ハンド装置３３（切断部ＣＵ）の制御ゲインを調整してもよい。例えば、ハンド装置制御部２４は、まず、切断部ＣＵを所定のゲインＡでアスパラガスＡの切断を試みる。仮に、切断部ＣＵが目標位置まで到達しなかった場合、ハンド装置制御部２４は、切断部ＣＵのゲインを大きくすることによって、再度、目標位置に到達してアスパラガスＡの切断を試みる。

【0083】

図１２は、本発明の一実施形態に係る農作業の成否判断処理の一例を示す図である。ここで、農作業装置１は、アスパラガスＡの切断に失敗する場合に、把持部ＧＵでアスパラガスＡを把持したまま持ち上げると、ハンド装置３３及びアーム装置３等の構造部材に過負荷がかかる可能性がある。そこで、上記の問題を解消するために、農作業装置１では、例えば、アスパラガスＡを図１に示す収納箱ＳＢに移動させる運搬動作に移行する前に、アスパラガスＡの切断処理の成否を判断する。

【0084】

図２に示す成否判断部２６は、ハンド装置３３の把持部ＧＵが把持するアスパラガスＡに対する切断部ＣＵによる切断動作後におけるハンド装置３３の所定動作の結果に基づいて、アスパラガスＡの切断の成否を判断する。所定の動作は、例えば、（１）把持部ＧＵがアスパラガスＡを把持した状態で持ち上げる挙上動作と、（２）アスパラガスＡを把持した把持部ＧＵの回転動作と、を含む。

【0085】

成否判断部２６は、例えば、切断動作後において、（１）把持部ＧＵがアスパラガスＡを所定の高さ分、持ち上げることができ、かつ、（２）把持部ＧＵのロール回転角θ（回転量）が所定値β以上である場合に、切断部ＣＵによるアスパラガスＡの切断が成功したと判断する（図１２における（Ａ））。成否判断部２６が、切断処理が成功したと判断する場合は、農作業装置１は、アスパラガスＡを図１に示す収納箱ＳＢに移動させる運搬動作に移行する。なお、所定の高さ、及び、所定値βは、適宜変更可能である。

【0086】

他方で、成否判断部２６は、例えば、切断動作後において、（１）把持部ＧＵがアスパラガスＡを所定の高さ分、持ち上げることができないこと、及び、（２）把持部ＧＵのロール回転角θ（回転量）が所定値βより小さいことの少なくとも一方に該当する場合に、切断部ＣＵによるアスパラガスＡの切断が失敗したと判断する（図１２における（Ｂ））。成否判断部２６が、切断処理が失敗したと判断する場合は、農作業装置１は、リカバリ動作として、例えば、把持部ＧＵのアスパラガスＡの把持を解除し、アーム装置３を所定の待機姿勢へ移行させる。

【0087】

図１３は、本発明の一実施形態に係る農作業装置が圃場において実行する駆動処理の一例を示す図である。図１３に示すように、本体カメラ４は、農作業装置１の側面側に配置され、例えば、農作業装置１の予め設定された経路の方向（破線矢印ＤＡ１１の方向）と異なる、側壁ＳＷが配置されている方向（破線矢印ＤＡ１０の方向）を撮像する。破線矢印ＤＡ１０の方向は、例えば、破線矢印ＤＡ１１の方向に対して略９０度（垂直）の向きである。なお、本体カメラ４の撮像方向は、破線矢印ＤＡ１１の方向に対して略９０度（垂直）の向きに限られず、後述するとおり、高畝ＨＣ１を形成する側壁ＳＷ１の２点以上を計測することが可能な方向を含む。

【0088】

農作業装置１は、圃場ＦＦ内の予め設定された経路の方向（破線矢印ＤＡ１１）に沿って移動する際に、本体カメラ４によって高畝ＨＣ１を形成する側壁ＳＷ１の２点以上を計測する。農作業装置１は、計測結果に基づいて農作業装置１と側壁ＳＷ１の各点からの距離を測定し、農作業装置１の進行方向を制御することによって、経路に沿って適切に走行できる。なお、農作業装置１は、農作業装置１と側壁ＳＷ１の各点からの距離に加えて、農作業装置１の進行方向と側壁ＳＷ１が形成されている方向（破線矢印ＤＡ１７）とに基づく角度をさらに踏まえて農作業装置１の進行方向を制御することが可能である。

【0089】

例えば、本体カメラ４によって側壁ＳＷ１の計測点を検出できなくなった場合に、駆動装置制御部２７は、農作業装置１が経路の折り返し地点ＴＰに到着したことを検出してもよい。また、例えば、本体カメラ４、又は、図１～図３に示す農作業装置１のアームカメラ３１が圃場ＦＦの端の地点に配置されたマーカを検出することによって、駆動装置制御部２７は、農作業装置１が経路の折り返し地点ＴＰに到着したことを検出してもよい。マーカは、農作業装置１が経路の折り返し地点ＴＰを検出可能であればよく任意であるが、例えば、ＱＲコード（登録商標）等のコードを含む。

【0090】

駆動装置制御部２７は、農作業装置１が経路の折り返し地点ＴＰに到着したことを検出すると、図２に示す駆動装置８を制御して、農作業装置１を破線矢印ＤＡ１３の向きに旋回させ、破線矢印ＤＡ１５で示す経路に沿って移動させる。その後、農作業装置１は、高畝ＨＣ２で栽培されているアスパラガスＡに対して収穫作業を再開する。

【0091】

農作業装置１は、圃場ＦＦ内の予め設定された経路の方向（破線矢印ＤＡ１５の方向）に沿って移動する際に、本体カメラ４によって高畝ＨＣ２を形成する側壁ＳＷ２の２点以上を計測する。農作業装置１は、計測結果に基づいて農作業装置１と側壁ＳＷ２との距離を測定し、農作業装置１の進行方向を制御することによって、経路に沿って適切に走行が可能となる。その後、農作業装置１が設定された経路のエンド地点に到着すると、農作業装置１は農作業を終了する。

【0092】

なお、上記各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。また、本発明は、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の開示を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素は削除してもよい。さらに、異なる実施形態に構成要素を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0093】

１…農作業装置、２…中央処理装置、３，３Ａ，３Ｂ…アーム装置、４…本体カメラ、５…ＧＰＳセンサ、６…記録装置、７…通信装置、８…駆動装置、３１…アームカメラ、３３…ハンド装置、ＣＰ…切断位置、ＣＵ…切断部、ＧＵ，ＧＵ１，ＧＵ２…把持部、ＲＰ…基準位置

【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】