特開 2024-109154 トマト収穫用ハンド

(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】P2024109154

(43)【公開日】2024-08-14

(54)【発明の名称】トマト収穫用ハンド

(51)【国際特許分類】

   A01D 46/00 20060101AFI20240806BHJP

   B25J 15/00 20060101ALI20240806BHJP

   A01D 46/30 20060101ALI20240806BHJP

【ＦＩ】

A01D46/00 A

B25J15/00 Z

A01D46/30

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023013767

(22)【出願日】2023-02-01

(71)【出願人】

【識別番号】000002059

【氏名又は名称】シンフォニアテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002734

【氏名又は名称】弁理士法人藤本パートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼田 耕治

(72)【発明者】

【氏名】井出 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 健介

【テーマコード（参考）】

2B075

3C707

【Ｆターム（参考）】

2B075GA01

2B075GA06

2B075JA08

2B075JD11

2B075JD19

2B075JD20

2B075JD21

2B075JE01

2B075JF02

2B075JF05

2B075JF06

2B075JF07

2B075JF08

2B075JJ05

3C707BS10

3C707HS27

3C707HT20

3C707KS03

3C707KT03

3C707KT05

(57)【要約】

【課題】簡単な構成でトマトを収穫できる、ロボットアーム装着型のトマト収穫用ハンドを提供する。
【解決手段】ロボットアーム２に装着されて使用されるトマト収穫用ハンドであって、少なくとも基準状態で水平に設定された軸心Ｘまわりに旋回可能なアーム部３と、アーム部３に固定されていて、収穫対象である１個のトマトの側方を囲むように配置され、先端にトマトが有する果梗を切断する刃部１７を備えた果実保持部８と、果実保持部８の上部を開閉可能に移動する上蓋５と、果実保持部８の下部を開閉可能に移動する下蓋６と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロボットアームに装着されて使用されるトマト収穫用ハンドであって、
少なくとも基準状態で水平に設定された軸心まわりに旋回可能なアーム部と、
前記アーム部に固定されていて、収穫対象である１個のトマトの側方を囲むように配置され、先端に前記トマトが有する果梗を切断する刃部を備えた果実保持部と、
前記果実保持部の上部を開閉可能に移動する上蓋と、
前記果実保持部の下部を開閉可能に移動する下蓋と、
を備えたトマト収穫用ハンド。

【請求項2】

前記果実保持部が上下開口した円筒状であって、前記アーム部の軸方向の先端側に上向きＶ字形状の切欠を備え、
前記刃部は前記切欠に沿って設けられている、請求項１に記載のトマト収穫用ハンド。

【請求項3】

前記上蓋及び前記下蓋が平行に配置されていて、前記アーム部の軸方向に沿ってスライド移動する、請求項１または２に記載のトマト収穫用ハンド。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボットアームに装着してトマトを収穫するためのトマト収穫用ハンドに関する。

【背景技術】

【0002】

上記トマト収穫用ハンドとしては、例えば、特許文献１に、トマトを左右両側から挟み込んで把持する一対の当接体をロボットアームに装着したものが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－４１７０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、トマトは生育の進み度合いによって、硬いものもあれば、柔らかいものがある。そのため、上述した一対の当接体でトマトを把持する場合、把持力が弱すぎると、トマトを把持できず落としてしまうことがある。また、把持力を強くすると、トマトを潰してしまうことがある。これを解消するために、トマトの硬さに合わせて把持力を精度よく調整する必要があるが、その調整が難しいだけでなく、高価なものになり、早期改善が要望されている。

【0005】

そこで本発明は、簡単な構成でトマトを収穫できる、ロボットアーム装着型のトマト収穫用ハンドを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、ロボットアームに装着されて使用されるトマト収穫用ハンドであって、少なくとも基準状態で水平に設定された軸心まわりに旋回可能なアーム部と、前記アーム部に固定されていて、収穫対象である１個のトマトの側方を囲むように配置され、先端に前記トマトが有する果梗を切断する刃部を備えた果実保持部と、前記果実保持部の上部を開閉可能に移動する上蓋と、前記果実保持部の下部を開閉可能に移動する下蓋と、を備えたことを特徴としている。

【0007】

本発明によれば、１個のトマトを果実保持部で囲み、上蓋及び下蓋を閉じることでトマトを保持する。この状態から、アーム部を旋回させることで、刃部で果梗を切断できる。その後、下蓋を開けることでトマトを果実保持部から取り出すことができる。よって、果実保持部の上部及び下部を開閉可能に移動する上蓋及び下蓋を設けるだけの簡単な構成で、トマトを潰さないように確実に収穫できる。

【0008】

また、本発明のトマト収穫用ハンドは、前記果実保持部が上下開口した円筒状であって、前記アーム部の軸方向の先端側に上向きＶ字形状の切欠を備え、前記刃部は前記切欠に沿って設けられていてもよい。

【0009】

上記のように、アーム部の軸方向の先端側に備えたＶ字形状の切欠に果梗を誘導することで、切欠に配置された刃部により果梗を切断できる。

【0010】

また、本発明のトマト収穫用ハンドは、前記上蓋及び前記下蓋が平行に配置されていて、前記アーム部の軸方向に沿ってスライド移動する構成であってもよい。

【0011】

上記構成では、特に上蓋につき、スライド移動で閉じることに伴いトマトを回転させ、果梗を刃部の位置に近づけることができるので、果梗を確実に切断できる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、果実保持部の上部及び下部を開閉可能に移動する上蓋及び下蓋を設けるだけの簡単な構成で収穫できる、ロボットアーム装着型のトマト収穫用ハンドを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明のトマト収穫用ハンドを左方上方から見た斜視図である。

【図2】トマト収穫用ハンドの平面図である。

【図3】トマト収穫用ハンドの底面図である。

【図4】トマト収穫用ハンドの縦断側面図である。

【図5】果実保持部が収穫予定のトマトの下方に位置するようにトマト収穫用ハンドを移動させた側面図である。

【図6】果実保持部内にトマトが位置するようにトマト収穫用ハンドを上昇させた側面図である。

【図7】上蓋及び下蓋を閉塞位置まで移動させたトマト収穫用ハンドの側面図である。

【図8】上蓋及び下蓋を閉塞位置まで移動させたトマト収穫用ハンドの正面図である。

【図9】上蓋及び下蓋を開放位置まで移動させて果梗が切断されたトマトを下方へ落下させているトマト収穫用ハンドの側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明のロボットアーム装着型のトマト収穫用ハンドの一実施形態を、図面に基づいて説明を行う。トマトは、ミニトマトではなく、大玉あるいは中玉のトマトを対象とする。

【0015】

トマト収穫用ハンド１は、図１～図３に示すように、ロボットアーム２の先端に取り付けられて使用される。ロボットアーム２は、ロボット本体（図示せず）に直接取り付けられる又はロボット本体に取り付けられたアーム（１つ又は複数）の先端に連結される。また、ロボット本体は、例えば自走式の走行装置を備えて、トマトを収穫する収穫場を自由に移動できるように構成されていてもよいし、収穫場に施設されたレール上を移動できる移動装置を備えていてもよい。尚、図１においてトマト収穫用ハンド１の軸方向を左右方向とし、左右方向と直交する方向、つまりトマト収穫用ハンド１の幅方向を前後方向として以下において説明する。

【0016】

トマト収穫用ハンド１は、ロボットアーム２の先端に少なくとも基準状態で水平に設定された水平の軸心Ｘ回りに旋回可能に取り付けられたアーム部３と、アーム部３の先端に連結され、上蓋５及び下蓋６を左右方向へ移動させる変換機構７を収容する平面視コ字状の枠部材４と、枠部材４の右端部に連結され、上下が開放された果実保持部８と、を備えている。少なくとも基準状態とは、ロボットアーム２の動作によってアーム部３が傾斜した姿勢になることも含めていろんな姿勢になるため、図５に示すアーム部３の水平姿勢を基準状態としている。

【0017】

上蓋５は、果実保持部８の上部を開閉可能にスライド移動する蓋であり、後述する蓋取付用のブロック体７３（図１参照）の上端に左端部がボルト止めされる水平板部５１と、水平板部５１の右端部に右端側ほど上方に位置するように折り曲げられた右上がり傾斜板部５２と、を備えている。右上がり傾斜板部５２の右端５２Ａは、円弧状に構成されている。

【0018】

下蓋６は、上蓋５に対して平行に配置されていて、トマトが果実保持部８から下方に落下しないよう果実保持部８の下部を開閉可能にスライド移動する蓋であり、図３に示すように、後述する蓋取付用のブロック体７３の下端に左端部がボルト止めされた水平の取付板部６１と、取付板部６１の右端から下方に垂下するように９０度折り曲げられた縦板部６２と、縦板部６２の下端部から９０度折り曲げられて水平方向に延びる蓋本体部６３と、を備えている。蓋本体部６３の右端は、径方向内側に円弧状に凹んだ凹部６３Ａが形成されている。

【0019】

図１に示すように、アーム部３の後述する旋回部３１は、側面視において略矩形状に構成されている。この旋回部３１の右端（先端）部の上面に、デプスカメラ（深度カメラともいう）９が取り付けられたブラケット１０を連結するための連結部材１１がボルト止めされている。

【0020】

デプスカメラ９は、ＩＲセンサ、ＲＧＢカメラ、プロジェクターを備え、収穫予定のトマトを撮像した画像に基づいて、トマトの三次元位置を割り出して、トマトに向けてトマト収穫用ハンド１の移動を制御する。

【0021】

連結部材１１は、旋回部３１の上端にボルト止めされる水平板部１１１と、水平板部１１１の右端から上方延びる縦長状の縦板部１１２と、を備えている。縦板部１１２は、ブラケット１０を連結する一対のビス１２，１２のネジ軸部を貫通させるための前後一対の貫通孔１１２Ａ，１１２Ａを上下方向に所定間隔を置いて複数組（図１では６組）備えている。これら複数組の貫通孔１１２Ａ，１１２Ａのうちの任意の貫通孔１１２Ａ，１１２Ａにビス１２，１２を貫通させることで、ブラケット１０に取り付けられたデプスカメラ９の上下方向の位置を調整することができる。また、ブラケット１０には、貫通孔１１２Ａ，１１２Ａを貫通したビス１２，１２のネジ軸部を貫通させるための上下方向に長い前後一対の長孔１０Ａ，１０Ａが形成されている。これら長孔１０Ａ，１０Ａに対するビス１２，１２の位置を長孔１０Ａ，１０Ａ内で変更することによって、ブラケット１０に取り付けられたデプスカメラ９の上下方向の位置を微調整することができる。連結部材１１及びブラケット１０を貫通したビス１２，１２のネジ軸部の先端にナットＮ，Ｎ（図５に後側のナットのみが図示されている）を螺合することによって、ブラケット１０を連結部材１１に固定することができる。デプスカメラ９の上下方向の位置の調節は、収穫するトマトの大きさ等に応じて行うことになる。

【0022】

アーム部３は、図１に示すように、ロボットアーム２の先端に取り付けられる旋回部３１と、旋回部３１の右端に備える筒状の取付部３１Ａに挿入されてボルト止めされる第１円筒部材３２と、第１円筒部材３２よりも内径が大きく構成され、第１円筒部材３２の右端部に外嵌されてボルト止めされる第２円筒部材３３と、を備えている。第２円筒部材３３の内部に、図４に示す変換機構７を駆動するモータ１３及びモータ１３の回転を減速する減速機１４を収納して、モータ１３及び減速機１４に直接障害物等が当接することがないようにしている。

【0023】

変換機構７は、モータ１３からの回転運動を直線運動に変換するすべりねじである。具体的には、図４に示すように、ねじ軸７１と、ナット７２と、ナット７２の後述する円筒状部７２１に外嵌固定されるブロック体７３と、を備えて変換機構７を構成する。ねじ軸７１は、左右方向に延びるように配置され、減速機１４から延びる出力軸１４Ａにカップリング（軸連結用部材）１５により一体回転可能に連結されている。尚、ねじ軸７１の右端部が、枠部材４の右端板部４１に回転可能に支持されている。変換機構７として、すべりねじを用いることによって、リニアガイドから構成するものに比べて軽量化、コンパクト化を図ることができる。

【0024】

ナット７２は、ねじ軸７１に螺合するネジが内面に形成された円筒状部７２１と、円筒状部７２１の左端に取り付けられ上下方向に沿う姿勢の板部７２２と、を備えている。

【0025】

ブロック体７３は、板部７２２に複数（４つ）のボルト（図示せず）により固定されている。このブロック体７３の上下端には、前後方向に延びて枠部材４の前後側板部４２，４２に当接する上下一対の回転規制部７３Ａ，７３Ａ（図４では前側のみ現れている）を備えている。

【0026】

したがって、モータ１３から減速機１４を介してねじ軸７１が一方へ回転されることにより、回転規制部７３Ａ，７３Ａの回転が枠部材４の前後側板部４２，４２との当接により規制される。これによりナット７２及びブロック体７３が左右方向の一方（左方又は右方）に移動する。これにより、上蓋５及び下蓋６が閉塞位置（又は開放位置）に移動する。

【0027】

モータ１３から減速機１４を介してねじ軸７１が前記とは反対の他方へ回転されることにより、回転規制部７３Ａ，７３Ａの回転が枠部材４の前後側板部４２，４２との当接により規制される。これによりナット７２及びブロック体７３が左右方向の他方（右方又は左方）に移動する。これにより、上蓋５及び下蓋６が開放位置（又は閉塞位置）に移動する。

【0028】

果実保持部８は、図１に示すように、枠部材４の前後側板部４２，４２に当接した状態でボルト止めされる前後一対の連結部８１，８１と、連結部８１，８１の右端同士を水平方向で連結すべく円弧状に湾曲した円弧部８２と、を備えている。この円弧部８２が、収穫対象である１個のトマトの側方を囲む囲い部を構成している。円弧部８２の上下は開口している。また、円弧部８２の右端側に上向きＶ字形状の切欠８２Ａを備え、この切欠８２Ａから上方へ露出してトマト１６の果梗１６Ａを切断する刃部１７が取り付けられている。刃部１７は、その刃先が前後方向に沿った状態で円弧部８２の右端の内側面に取り付けられ、トマト収穫用ハンドをチルトアップ動作させる、又は左方に動作させることで、切欠８２Ａ内に入り込んだ果梗１６Ａに刃部１７を当接させて切断する。

【0029】

前記のように構成されたトマト収穫用ハンドを用いてトマトを収穫する手順について説明する。

【0030】

まず、デプスカメラ９で撮像した画像に基づいて収穫するトマトを選択（特定）し、そのトマト１６までの距離に基づいて果実保持部８をトマト１６の下方に位置するようにトマト収穫用ハンド１を移動させる（図５参照）。次に、果実保持部８内にトマト１６が入り込むようにトマト収穫用ハンドを移動（上昇）させる（図６参照）。移動後にモータ１３を駆動して上蓋５及び下蓋６を閉塞位置へ移動させる（図７及び図８参照）。この時、上蓋５の傾斜板部５２が果梗１６Ａを押し移動することにより、上蓋５を確実に閉じて、トマト１６が果実保持部８から飛び出すことがないようにしている。続いて、図７の矢印Ｙに示すようにアーム部３を旋回させることで、切欠８２Ａ内に果梗１６Ａを移動させる。続いて、アーム部３をチルトアップ動作させる、又は図７の矢印Ｚに示すようにアーム部３を左方に動作させることによって、果梗１６Ａを切断する。切断後は、モータ１３を前記とは反対方向に駆動して上蓋５及び下蓋６を開放位置へ移動させてトマト１６を下方へ落下させる（図９参照）。尚、前記落下するトマトは、図示していない袋や箱等に傷つけないように受け止めるようにしてもよい。

【0031】

本発明では、果実保持部８の上部及び下部を開閉可能に移動する上蓋５及び下蓋６を設けるだけの簡単な構成で、トマト１６を潰さないように確実に収穫できる。また、アーム部３の軸方向の先端側に備えた切欠８２Ａに果梗を誘導することで、切欠に配置された刃部１７により果梗１６Ａを切断できる。また、特に上蓋５につき、スライド移動で閉じることに伴いトマト１６を回転させ、果梗１６Ａを刃部１７の位置に近づけることができるので、果梗１６Ａを確実に切断できる。また、トマトはすずなりに多数存在している場合がある。その場合、トマトの実の部分の向きが一定でない、又は果梗１６Ａが他のトマトの実の部分で隠れていることがあるが、本発明では、１つのトマトを選択して収穫することができる。

【0032】

尚、本発明は、上記実施形態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で種々の変更が可能である。

【0033】

前記実施形態では、上蓋５及び下蓋６を同時に閉じたり開いたりしたが、別々に閉じたり開いたりしてもよい。

【0034】

また、前記実施形態では、果実保持部８を円弧状に構成したが、多角形状に構成してもよい。

【0035】

また、前記実施形態では、上蓋５及び下蓋６を移動させるための変換機構としてすべりねじを用いたが、ボールねじであってもよい。

【0036】

また、前記実施形態では、上蓋５及び下蓋６をアーム部３の軸方向に移動させること（スライド移動させること）で果実保持部８の上部及び下部を開閉させたが、上蓋５及び下蓋６を上下軸心回りで回動させることで果実保持部８の上部及び下部を開閉させてもよい。

【0037】

また、前記実施形態では、果実保持部８を板状の円弧部８２から構成したが、複数の棒状体から構成することもできる。

【0038】

また、前記実施形態では、Ｖ字状の切欠８２Ａに刃先が前後方向に沿った刃部１７を設けたが、Ｖ字状の切欠８２Ａに沿うように刃先がＶ字状の刃部を設けてもよい。

【0039】

また、前記実施形態では、右上がり傾斜板部５２の右端５２Ａは、円弧状に構成したが、前記実施形態とは逆の円弧状、あるいは直線状に構成してもよい。

【0040】

また、前記実施形態では、デプスカメラ９を用いたが、トマトの三次元位置を割り出すものであれば、これに限らない。

【符号の説明】

【0041】

１…トマト収穫用ハンド、２…ロボットアーム、３…アーム部、４…枠部材、５…上蓋、６…下蓋、７…変換機構、８…果実保持部、９…デプスカメラ、１０…ブラケット、１０Ａ…長孔、１１…連結部材、１２…ビス、１３…モータ、１４…減速機、１４Ａ…出力軸、１５…カップリング（軸連結用部材）、１６…トマト、１６Ａ…果梗、１７…刃部、３１…旋回部、３１Ａ…取付部、３２…第１円筒部材、３３…第２円筒部材、４１…右端板部、４２…側板部、５１…水平板部、５２…傾斜板部、５２Ａ…右端、６１…取付板部、６２…縦板部、６３…蓋本体部、６３Ａ…凹部、７１…ねじ軸、７２…ナット、７３…ブロック体、７３Ａ…回転規制部、８１…連結部、８２…円弧部、８２Ａ…切欠、１１１…水平板部、１１２…縦板部、１１２Ａ…貫通孔、７２１…円筒状部、７２２…板部、Ｎ…ナット、Ｘ…軸心、Ｙ，Ｚ…矢印

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】