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特開2024-146930収穫ハンド、収穫アーム、収穫ロボット及び収穫システム
(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】P2024146930
(43)【公開日】2024-10-15
(54)【発明の名称】収穫ハンド、収穫アーム、収穫ロボット及び収穫システム
(51)【国際特許分類】
A01D 46/30 20060101AFI20241004BHJP
【ＦＩ】
A01D46/30
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024058053
(22)【出願日】2024-03-29
(31)【優先権主張番号】P 2023059626
(32)【優先日】2023-03-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】309015019
【氏名又は名称】地方独立行政法人青森県産業技術センター
(74)【代理人】
【識別番号】100218280
【弁理士】
【氏名又は名称】安保 亜衣子
(74)【代理人】
【識別番号】100108914
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 壯兵衞
(74)【代理人】
【識別番号】100173864
【弁理士】
【氏名又は名称】齊藤 健治
(72)【発明者】
【氏名】宮川 大志
(72)【発明者】
【氏名】對馬 千佳子
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 芙美
【テーマコード（参考）】
2B075
【Ｆターム（参考）】
2B075JF05
2B075JF07
2B075JF08
(57)【要約】 （修正有）
【課題】離層部分が果梗の上部に位置する果実を、離層部分で分離して１個ずつ収穫できる収穫ハンド、収穫アーム、収穫ロボット及び収穫システムを提供する。
【解決手段】収穫ハンドは、第一及び第二把持板を有する果実把持部（１２ａ、１２ｂ、１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ）と、果実把持部の上方に設けられ、第一及び第二果梗支持棒を有する果梗保持部（１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１３ｈ）と、一面に薄膜を設けた気圧計収納部及び気圧計収納部が構成する密閉空間内に設置された気圧計を含む気圧測定部（２０、２１）とを備え、第一及び第二把持板並びに薄膜で、果梗を有する果実を把持し、第一及び第二果梗支持棒で果梗を挟み、薄膜に果実が接触したことを気圧計で確認して果実を収穫する。
【選択図】図２
【解決手段】収穫ハンドは、第一及び第二把持板を有する果実把持部（１２ａ、１２ｂ、１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ）と、果実把持部の上方に設けられ、第一及び第二果梗支持棒を有する果梗保持部（１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１３ｈ）と、一面に薄膜を設けた気圧計収納部及び気圧計収納部が構成する密閉空間内に設置された気圧計を含む気圧測定部（２０、２１）とを備え、第一及び第二把持板並びに薄膜で、果梗を有する果実を把持し、第一及び第二果梗支持棒で果梗を挟み、薄膜に果実が接触したことを気圧計で確認して果実を収穫する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第一及び第二把持板を有する果実把持部と、
前記果実把持部の上方に設けられ、第一及び第二果梗支持棒を有する果梗保持部と、
一面に薄膜を設けた気圧計収納部及び前記気圧計収納部が構成する密閉空間内に設置された気圧計を含む気圧測定部と
を備え、前記第一及び第二把持板並びに前記薄膜で、果梗を有する果実を把持し、前記第一及び第二果梗支持棒で前記果梗を挟み、前記薄膜に前記果実が接触したことを前記気圧計で確認して前記果実を収穫することを特徴とする収穫ハンド。
前記果実把持部の上方に設けられ、第一及び第二果梗支持棒を有する果梗保持部と、
一面に薄膜を設けた気圧計収納部及び前記気圧計収納部が構成する密閉空間内に設置された気圧計を含む気圧測定部と
を備え、前記第一及び第二把持板並びに前記薄膜で、果梗を有する果実を把持し、前記第一及び第二果梗支持棒で前記果梗を挟み、前記薄膜に前記果実が接触したことを前記気圧計で確認して前記果実を収穫することを特徴とする収穫ハンド。
【請求項2】
第一及び第二把持板を有する果実把持部と、前記果実把持部の上方に設けられ、第一及び第二果梗支持棒を有する果梗保持部と、一面に薄膜を設けた気圧計収納部及び前記気圧計収納部が構成する密閉空間内に設置された気圧計を含む気圧測定部とを有し、前記第一及び第二把持板並びに前記薄膜で果梗を有する果実を把持し、前記第一及び第二果梗支持棒で前記果梗を挟む収穫ハンドと、
前記収穫ハンドに接続され複数の関節を有する腕部と、
三軸のそれぞれに沿って前記腕部を並進移動する三つの移動部、及び、前記三つの移動部を回転させる回転台を有する移動回転基部と
を備え、前記薄膜に前記果実が接触したことを前記気圧計で確認して前記果実を収穫することを特徴とする収穫アーム。
前記収穫ハンドに接続され複数の関節を有する腕部と、
三軸のそれぞれに沿って前記腕部を並進移動する三つの移動部、及び、前記三つの移動部を回転させる回転台を有する移動回転基部と
を備え、前記薄膜に前記果実が接触したことを前記気圧計で確認して前記果実を収穫することを特徴とする収穫アーム。
【請求項3】
第一及び第二把持板を有する果実把持部と、前記果実把持部の上方に設けられ、第一及び第二果梗支持棒を有する果梗保持部と、一面に薄膜を設けた気圧計収納部及び前記気圧計収納部が構成する密閉空間内に設置された気圧計を含む気圧測定部とを有し、前記第一及び第二把持板並びに前記薄膜で、果梗を有する果実を把持して前記第一及び第二果梗支持棒で前記果梗を挟む収穫ハンドと、
前記収穫ハンドに接続され複数の関節を有する腕部と、
三軸のそれぞれに沿って前記腕部を並進移動する三つの移動部、及び、前記三つの移動部を回転させる回転台を有する移動回転基部と、
前記収穫ハンド、前記腕部及び前記移動回転基部を搭載する無人航空機又は自動車と、
を備え、前記薄膜に前記果実が接触したことを前記気圧計で確認して前記果実を収穫することを特徴とする収穫ロボット。
前記収穫ハンドに接続され複数の関節を有する腕部と、
三軸のそれぞれに沿って前記腕部を並進移動する三つの移動部、及び、前記三つの移動部を回転させる回転台を有する移動回転基部と、
前記収穫ハンド、前記腕部及び前記移動回転基部を搭載する無人航空機又は自動車と、
を備え、前記薄膜に前記果実が接触したことを前記気圧計で確認して前記果実を収穫することを特徴とする収穫ロボット。
【請求項4】
第一及び第二把持板を有する果実把持部と、前記果実把持部の上方に設けられ、第一及び第二果梗支持棒を有する果梗保持部と、一面に薄膜を設けた気圧計収納部及び前記気圧計収納部が構成する密閉空間内に設置された気圧計を含む気圧測定部とを有し、前記第一及び第二把持板並びに前記薄膜で、果梗を有する果実を把持して前記第一及び第二果梗支持棒で前記果梗を挟み、前記薄膜に前記果実が接触したことを前記気圧計で確認して前記果実を収穫する収穫ハンドと、
前記収穫ハンドに接続し、複数の関節を有する腕部、三軸のそれぞれに前記腕部を並進移動する三つの移動部及び前記三つの移動部を回転させる回転台を有する移動回転基部を有する収穫アームを搭載する無人航空機又は自動車である収穫ロボットと、
収穫した前記果実を積載し、自動的に指定箇所へ搬送する自動搬送装置と
を備えることを特徴とする収穫システム。
前記収穫ハンドに接続し、複数の関節を有する腕部、三軸のそれぞれに前記腕部を並進移動する三つの移動部及び前記三つの移動部を回転させる回転台を有する移動回転基部を有する収穫アームを搭載する無人航空機又は自動車である収穫ロボットと、
収穫した前記果実を積載し、自動的に指定箇所へ搬送する自動搬送装置と
を備えることを特徴とする収穫システム。
【請求項5】
前記指定箇所において、前記自動搬送装置に積載された前記果実を積み下ろしする搭降載ロボットを更に備えることを特徴とする請求項４に記載の収穫システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、果実を１個ずつ収穫するための収穫ハンド、この収穫ハンドを有する収穫アーム、この収穫アームを有する収穫ロボット及びこの収穫ロボットを有する収穫システムに関する。
【背景技術】
【0002】
果実１００の収穫は主として手作業である。例えばリンゴについては、収穫期のリンゴを１個ずつ人間が見定め、リンゴの果実を手の平全体で包み込むように保持し、リンゴのつる（果梗）を人差し指等で押さえ、果実を上方に持ち上げるようにして果梗と枝の間の離層部分から分離させる、という作業を行っている。これらをリンゴ１個ずつに対して行うため、大変な労力の必要な作業となる。しかし、農業分野においては作業従事者の高齢化が著しく、労働力不足が問題となっており、果実１００の収穫にかける労働力も当然不足しているという現状である。
【0003】
特許文献１には、果菜を保持し、指部で果梗を押さえながら、回転力により果菜を枝から分離させる果菜収穫装置の発明が記載されている。特許文献１に記載の発明では、果梗を押さえることになる指部が、保持した果菜の表面に沿って滑るように果梗まで移動し、果梗に当接したらそれ以上の移動は行われないようにロックされる仕組みである。しかし、特許文献１に記載の発明の仕組みによっては、果梗のうち、果菜との接続部分に近い部分、すなわち果梗の下部しか押さえることができない。例えばリンゴのように、離層部分が果梗の上部に位置する果菜においては、特許文献１に記載の発明を適用すると、つる（果梗）の下部の方により力がかかりやすく、果梗と果実１００の接続部分で分離されやすい。リンゴにおいては、収穫時につる（果梗）が分離してしまったものは商品価値が低くなるため、つる（果梗）の上部の離層部分で分離することが求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許６９１２６５６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、離層部分が果梗の上部に位置する果実を、離層部分で分離して１個ずつ収穫できる収穫ハンド、この収穫ハンドを有する収穫アーム、この収穫アームを有する収穫ロボット及びこの収穫ロボットを有する収穫システム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】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、（ａ）第一及び第二把持板を有する果実把持部と、（ｂ）果実把持部の上方に設けられ、第一及び第二果梗支持棒を有する果梗保持部と、（ｃ）一面に薄膜を設けた気圧計収納部及び気圧計収納部が構成する密閉空間内に設置された気圧計を含む気圧測定部を備え、（ｄ）第一及び第二把持板並びに薄膜で、果梗を有する果実を把持し、第一及び第二果梗支持棒で果梗を挟み、（ｅ）薄膜に果実が接触したことを気圧計で確認して果実を収穫することを特徴とする収穫ハンドであることを要旨とする。
【0007】
本発明の第２の態様は、（ａ）第一及び第二把持板を有する果実把持部と、果実把持部の上方に設けられ、第一及び第二果梗支持棒を有する果梗保持部と、一面に薄膜を設けた気圧計収納部及び気圧計収納部が構成する密閉空間内に設置された気圧計を含む気圧測定部とを有し、第一及び第二把持板並びに薄膜で果梗を有する果実を把持し、第一及び第二果梗支持棒で果梗を挟む収穫ハンドと、（ｂ）収穫ハンドに接続され複数の関節を有する腕部と、（ｃ）三軸のそれぞれへ腕部を並進移動する三つの移動部、及び、三つの移動部を回転させる回転台を有する移動回転基部を備え、（ｄ）薄膜に果実が接触したことを気圧計で確認して果実を収穫することを特徴とする収穫アームであることを要旨とする。
【0008】
本発明の第３の態様は、（ａ）第一及び第二把持板を有する果実把持部と、果実把持部の上方に設けられ、第一及び第二果梗支持棒を有する果梗保持部と、一面に薄膜を設けた気圧計収納部及び気圧計収納部が構成する密閉空間内に設置された気圧計を含む気圧測定部とを有し、第一及び第二把持板並びに薄膜で、果梗を有する果実を把持して第一及び第二果梗支持棒で果梗を挟む収穫ハンドと、（ｂ）収穫ハンドに接続され複数の関節を有する腕部と、（ｃ）三軸のそれぞれへ腕部を並進移動する三つの移動部、及び、三つの移動部を回転させる回転台を有する移動回転基部と、（ｄ）収穫ハンド、腕部及び移動回転基部を搭載する無人航空機又は自動車を備え、（ｅ）薄膜に果実が接触したことを気圧計で確認して果実を収穫することを特徴とする収穫ロボットであることを要旨とする。
【0009】
本発明の第４の態様は、（ａ）第一及び第二把持板を有する果実把持部と、果実把持部の上方に設けられ、第一及び第二果梗支持棒を有する果梗保持部と、一面に薄膜を設けた気圧計収納部及び気圧計収納部が構成する密閉空間内に設置された気圧計を含む気圧測定部とを有し、第一及び第二把持板並びに薄膜で、果梗を有する果実を把持して第一及び第二果梗支持棒で果梗を挟み、薄膜に果実が接触したことを気圧計で確認して果実を収穫する収穫ハンドと、（ｂ）収穫ハンドに接続し、複数の関節を有する腕部、三軸のそれぞれに腕部を並進移動する三つの移動部及び三つの移動部を回転させる回転台を有する移動回転基部を有する収穫アームを搭載する無人航空機又は自動車である収穫ロボットと、（ｃ）収穫した果実を積載し、自動的に指定箇所へ搬送する自動搬送装置とを備えることを特徴とする収穫システムであることを要旨とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、離層部分が果梗の上部に位置する果実を、離層部分で分離して１個ずつ収穫できる収穫ハンド、この収穫ハンドを有する収穫アーム、この収穫アームを有する収穫ロボット及びこの収穫ロボットを有する収穫システムを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の第１実施形態に係る収穫アームの斜視図である。
【図2】第１実施形態に係る収穫ハンドの斜視図である。
【図3】第１実施形態に係る収穫ハンドの一例を示す模式的な右側面図である。
【図4】第１実施形態に係る収穫ハンドの平面図である。
【図5】第１実施形態に係る収穫ハンドの正面図である。
【図6】第１実施形態に係る収穫ハンドで果実を把持した場合の右側面図である。
【図9】果実の斜視図であり、第１実施形態に係る収穫ハンドの接近角度を説明するための図である。
【図11】本発明の第２実施形態に係る収穫ハンドの斜視図である。
【図12】第２実施形態に係る収穫ハンドの気圧測定部の断面図である。
【図13】第２実施形態の第１変形例に係る収穫ハンドの構造の一例を示す模式的な上面図である。
【図14】第２実施形態の第１変形例に係る収穫ハンドの一例を示す模式的な右側面図である。
【図15】第２実施形態の第１変形例に係る収穫ハンドで果実を把持した場合の上面図である。
【図16】第２実施形態の第２変形例に係る収穫ハンドの、果実を把持する前の状態を示す模式的な上面図である。
【図17】第２実施形態の第２変形例に係る収穫ハンドの幅低減固定機構と幅低減固定機構を搬送する搬送機構を説明する模式的な前面図である。
【図18B】第２実施形態の第３変形例に係る収穫ハンドの構造を説明する模式的な上面図である。
【図19】第２実施形態の第２変形例に係る収穫ハンドの幅低減固定機構を搬送する搬送機構を説明する模式的な右側面図である。
【図20A】第２実施形態の第４変形例に係る収穫ハンドの構造の一例を示す上面図である。
【図20B】第２実施形態の第４変形例に係る収穫ハンドの他の例を示す模式的な鳥瞰図である。
【図21】第２実施形態の第５変形例に係る収穫ハンドの構造の一例を示す模式的な上面図である。
【図22】第２実施形態の第５変形例に係る収穫ハンドで果実を把持した場合の上面図である。
【図23】本発明の第３実施形態に係る収穫ハンドの構造の一例を示す模式的な上面図である。
【図24A】第３実施形態に係る収穫ハンドで果実を収穫する場合の右側面図である。
【図24B】第３実施形態に係る収穫ハンドを操作するロボットアームの移動部や回転関節を模式的に示す鳥瞰図である。
【図25A】第３実施形態に係るロボット制御装置の一例を示すブロック図である。
【図25B】第３実施形態に係るロボット制御装置に含まれる中央処理制御部について、論理的な機能に着目し、ハードウェア資源を形式的に表現した概略図である。
【図26A】第３実施形態に係るロボット制御装置を用いた果実収穫方法の手順の一例を示すフローチャートである。
【図26B】第３実施形態に係るロボット制御装置の中央処理制御部の論理的な機能による物体検出方法の一例を示すフローチャートである。
【図27】第３実施形態に係るロボット制御装置の中央処理制御部の論理的な機能で果実を検出した場合の果実識別画像の一例を模式的に示す図である。
【図28】第３実施形態の変形例に係る収穫ユニットの構造の概略を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の第１～第３実施形態及び関連する変形例等により具体的に説明するが、本発明の技術的思想を具体化するためのシステム及び方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、下記の第１～第３実施形態及び関連する変形例等に特定するものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、様々な変更を加えることができる。
【0013】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る収穫アーム１は、図１に示す通り、果実を保持する収穫ハンド２ａと、収穫ハンド２ａに接続する腕部（５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８）と、腕部（５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８）に接続する移動回転基部（３、４ｘ、４ｙ、４ｚ）を有する。腕部（５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８）及び移動回転基部（３、４ｘ、４ｙ、４ｚ）の各部位の回転及び並進移動等の各動作が連動し、収穫ハンド２ａが収穫に適切な角度で収穫対象の果実に接近することができる。収穫ハンド２ａにおいては、果実及び果梗をほぼ同時に保持することにより、果実全体の保持を実現する。収穫ハンド２ａで保持された果実は、腕部（５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８）及び移動回転基部（３、４ｘ、４ｙ、４ｚ）の各部位の回転及び並進移動等の各動作が連動することで、果梗の保持部分を支点として離層部分で果実を分離することができる。
本発明の第１実施形態に係る収穫アーム１は、図１に示す通り、果実を保持する収穫ハンド２ａと、収穫ハンド２ａに接続する腕部（５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８）と、腕部（５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８）に接続する移動回転基部（３、４ｘ、４ｙ、４ｚ）を有する。腕部（５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８）及び移動回転基部（３、４ｘ、４ｙ、４ｚ）の各部位の回転及び並進移動等の各動作が連動し、収穫ハンド２ａが収穫に適切な角度で収穫対象の果実に接近することができる。収穫ハンド２ａにおいては、果実及び果梗をほぼ同時に保持することにより、果実全体の保持を実現する。収穫ハンド２ａで保持された果実は、腕部（５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８）及び移動回転基部（３、４ｘ、４ｙ、４ｚ）の各部位の回転及び並進移動等の各動作が連動することで、果梗の保持部分を支点として離層部分で果実を分離することができる。
【0014】
図２に示すように、収穫ハンド２ａは、箱状のハンド基部１１と、ハンド基部１１の左右両側に固定された第一動力部１６ａ及び第二動力部１６ｂ、第一動力部１６ａに接続された第一把持板（１２ａ、１５ａ）、第二動力部１６ｂに接続された第二把持板（１２ｂ、１５ｂ）を有する。第一動力部１６ａ、第二動力部１６ｂ、第一把持板（１２ａ、１５ａ）及び第二把持板（１２ｂ、１５ｂ）で、果実把持部（１２ａ、１２ｂ、１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ）を構成する。ハンド基部１１は、収穫ハンド２ａの母体となるものであり、果実把持部（１２ａ、１２ｂ、１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ）以外にも、後述する果梗保持部（１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１３ｈ）や気圧測定部（２０、２１、２２）等も固定されている。
【0015】
図２に示す果実把持部（１２ａ、１２ｂ、１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ）については、三角法の平面図となる図４の紙面に垂直方向から見た場合に、上下対称形である。三角法の正面図となる図５の紙面に垂直方向から見た場合には左右対称形である。第一動力部１６ａ及び第二動力部１６ｂは、第一把持板（１２ａ、１５ａ）及び第二把持板（１２ｂ、１５ｂ）をそれぞれ駆動させるサーボモータ等の動力源であり、ハンド基部１１に内蔵された構造であってもよい。
【0016】
図２等に示すように第一把持板（１２ａ、１５ａ）の主要部は、第一面板１５ａを両面側から挟む第一クッション部１２ａからなる三層構造で構成される。図２及び図７の断面図に示すように、三層構造の中心に位置する第一面板１５ａは曲げ弾性率の大きな材料で構成された板状部材であり、やや湾曲しており、第一動力部１６ａに一端を直接接続され、他端の広い部分を第一クッション部１２ａで覆われている。第一クッション部１２ａはシリコンゴム等の軟質なクッション素材であり、図８に示すように、果実１００を把持する際に、果実１００に直接接触する部材である。図８に示すように、果実１００を把持する際には、第一把持板（１２ａ、１５ａ）が図７に示す状態よりも内側に旋回し、果実１００を把持することができる。第二把持板（１２ｂ、１５ｂ）においても第一把持板（１２ａ、１５ａ）と同様であり、主要部は第二クッション部１２ｂと第二面板１５ｂの三層構造で構成される。図２及び図７の断面図に示すように、第二面板１５ｂは曲げ弾性率の大きな材料で構成された板状部材であり、やや湾曲しており、第二動力部１６ｂに一端を直接接続され、他端の広い部分を第二クッション部１２ｂで覆われている。第二クッション部１２ｂはシリコンゴム等の軟質なクッション素材であり、図８に示すように、果実１００を把持する際に、果実１００に直接接触する部材である。図８に示すように、果実１００を把持する際には、図７に示す状態よりも第二把持板（１２ｂ、１５ｂ）が内側に旋回し、果実１００を把持することができる。
【0017】
第一把持板（１２ａ、１５ａ）及び第二把持板（１２ｂ、１５ｂ）の動作範囲は、図７及び図８に限られるものではなく、それぞれ図７より外側に開くように旋回したり、図８より内側に閉じるように旋回したり調整することができる。例えば、葉や枝、果実が密集した部分に収穫ハンド２ａが入り込む場合、果実等を傷つけないような配置で第一把持板（１２ａ、１５ａ）及び第二把持板（１２ｂ、１５ｂ）を入り込ませることも可能である。
【0018】
図２に示すように、収穫ハンド２ａは、ハンド基部１１の内部に固定された第三動力部（図示省略）、第三動力部に接続され、果実把持部（１２ａ、１２ｂ、１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ）の上方に配置された第一果梗支持棒（１３ａ、１４ａ）及び第二果梗支持棒（１３ｂ、１４ｂ）を有する果梗保持部（１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１３ｈ）を更に有する。第三動力部は果梗保持部（１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１３ｈ）を動作させるサーボモータ等の動力源となる。第一果梗支持棒（１３ａ、１４ａ）及び第二果梗支持棒（１３ｂ、１４ｂ）のハサミ様の開閉により果梗を挟む。第一果梗支持棒（１３ａ、１４ａ）及び第二果梗支持棒（１３ｂ、１４ｂ）が互いに閉じる方向に動作し、果梗を挟んで動作が停止した状態においては、第三動力部は過負荷状態となり、その過負荷の程度で果梗が保持できているかどうかを判定する。第一果梗支持棒（１３ａ、１４ａ）は、第一棒状プレート１３ａ及び第一先端部１４ａから構成される。第一棒状プレート１３ａは曲げ弾性率の大きな材料で構成された板状部材であり、要（かなめ）軸１３ｈに一端が接続され、他端の先端内側に、シリコンゴム等の軟質なクッション素材から成る第一先端部１４ａが固定されている。第二棒状プレート１３ｂにおいても第一棒状プレート１３ａと同様に曲げ弾性率の大きな材料で構成された板状部材であり、要軸１３ｈに一端が接続され、他端の先端内側に、シリコンゴム等の軟質なクッション素材から成る第二先端部１４ｂが固定されている。果梗を挟む部位は、第一先端部１４ａ及び第二先端部１４ｂとなる。要軸１３ｈを介して、第一果梗支持棒（１３ａ、１４ａ）及び第二果梗支持棒（１３ｂ、１４ｂ）は第三動力部に接続されている。
【0019】
図７に示すように、収穫ハンド２ａは、ハンド基部１１に固定されて一面に開放部を有する筒型の気圧計収納部２０、開放部に張られた薄膜２１、気圧計収納部２０及び薄膜２１で形成された密閉空間Ｓ内に設置された気圧計２２を有する気圧測定部（２０、２１、２２）を更に有する。気圧計収納部２０は、ハンド基部１１に固定された中空の筒状部材であり、ハンド基部１１に固定される固定箇所と反対側の一面は開放部である。気圧計収納部２０とハンド基部との固定箇所側については開放されていてもいなくてもよく、気圧計収納部２０は一方のみ開放され他方には壁面がある構造でもよいし、両側開放された筒状でもよい。図２及び図７等に示す薄膜２１は、気圧計収納部２０の開放部に張られた薄膜であり、シリコンゴム等の軟質で薄い素材である。薄膜２１に何らかの物体が接触することにより、薄膜２１は気圧計収納部２０の内部側に凹み、図７に示す密閉空間Ｓの体積が、図８に示す通り減少する。当然密閉空間Ｓの気圧も変化し、その変化を密閉空間Ｓ内に設けられた気圧計２２で検出する。第１実施形態に係る収穫ハンド２ａにおいては、薄膜２１には、図８に示すように、果実１００が直接接触することを想定している。気圧計２２は、図７に示す通りではハンド基部１１に直接固定されているが、密閉空間Ｓ内に設けられて気圧を測定できるのであれば、薄膜２１近辺以外であればいずれの箇所でも設置可能である。例えば、気圧計収納部２０がハンド基部１１との固定箇所において開放部がない構造であれば、気圧計２２は気圧計収納部２０に直接固定されることになる。薄膜２１の近辺は、薄膜２１での果実１００の保持や気圧変化の検出において不具合が生じる可能性があるため、避けることが望ましい。気圧計２２において検出した値は、例えば、ハンド基部１１に内蔵された果実把持検知回路（図示省略）等において、果実が把持されたかどうかの判断に用いてもよい。気圧計２２が検出するのは、気圧であってもよいし、気圧変化であってもよい。
【0020】
図２に示すように、収穫ハンド２ａは、ハンド基部１１に固定された撮影ユニット１７を更に有する。撮影ユニット１７は、第１照明１８ａ、第２照明１８ｂ及び撮像装置１９を有する。第１照明１８ａ、第２照明１８ｂ及び撮像装置１９により、どのような天候や環境条件においても、果実を適切に判別することができる。例えば、天気や時間帯によっては日が射さずに薄暗い又は暗い場合があり、また、果実周辺には枝葉が多く存在することもある。そのような時でも、第１照明１８ａ及び第２照明１８ｂにより、果実１００の判別に有効な照度を確保することができる。果実１００の判別にはＣＣＤイメージセンサ等の撮像装置１９を用いる。撮像装置１９を用いて、果実１００の有無のみならず、収穫適期の果実１００のみを選別したり、収穫ハンド２ａを用いて収穫できるタイプの果梗かどうかを見分けたりすることができてもよい。また、撮像装置１９を用いて、収穫ハンド２ａにおける収穫が適切に行われているかを判断できてもよい。更に、撮像装置１９を、遠隔地にいる作業者が、リアルタイムで収穫ハンド２ａにおける収穫の様子を観察する用途に用いてもよい。
【0021】
第１実施形態に係る収穫アーム１は、図１に示すように、収穫ハンド２ａに接続された腕部（５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８）を有する。図１に示すように、腕部（５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８）は、上腕７ｂ、下腕７ａ、及び複数の関節６ａ、６ｂ、８を有する。上腕７ｂ及び下腕７ａがロボットアームの「リンク」に相当し、下腕回転関節６ａ、上腕回転関節６ｂ及びハンド回転関節８がロボットアームの「ジョイント」に相当する。上腕７ｂ及び下腕７ａの長さや長さの比は任意であるが、収穫ハンド２ａ側でより細かな動作を実現するには、上腕７ｂの方が相対的に短いものであることが好ましい。収穫ハンド２ａに直接接続するのがハンド回転関節８であり、収穫ハンド２ａの長手方向の中心軸に対して収穫ハンド２ａを任意の回転角で回転させることができる。ハンド回転関節８は上腕７ｂに固定されている。上腕回転関節６ｂは上腕７ｂ及び下腕７ａを接続する回転関節であり、下腕７ａに固定されており、上腕７ｂを任意の回転角で回転させることができる。下腕回転関節６ａは移動台（５ａ、５ｂ）に固定され、下腕７ａを任意の回転角で回転させることができる。腕部（５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８）のみに着目すると「垂直多関節型」のロボットアームに該当する。
【0022】
第１実施形態に係る収穫アーム１は、図１に示すように、移動回転基部（３、４ｘ、４ｙ、４ｚ）を更に有する。三つの移動部４ｘ、４ｙ、４ｚは、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三軸それぞれに対し、腕部（５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８）全体を並進移動する。また、回転台３は、三つの移動部４ｘ、４ｙ、４ｚを固定し、三つの移動部４ｘ、４ｙ、４ｚ全体を回転させる。
【0023】
回転台３は直接的にはＸ軸移動部４ｘを固定し、回転台３自体は他の移動用機器、例えば無人航空機（マルチコプタ型）や自動車（ビークル型）等の移動用機器に備え付けられて用いられてもよい。回転台３は上部に直接固定されているＸ軸移動部４ｘ以上の構成を任意の回転角で回転させることができる。Ｘ軸移動部４ｘは、Ｘ軸移動部４ｘの上部に接続しているＹ軸移動部４ｙ以上の構成をＸ軸方向に移動させる。本明細書における「Ｘ軸方向」とは、棒状のＸ軸移動部４ｘの長手方向に相当する。「Ｙ軸方向」及び「Ｚ軸方向」についても同様に、それぞれ、棒状のＹ軸移動部４ｙの長手方向、棒状のＺ軸移動部４ｚの長手方向に相当する。Ｙ軸移動部４ｙはＸ軸移動部４ｘに対してＸ軸方向に移動自在に固定され、Ｙ軸移動部４ｙの上部に接続しているＺ軸移動部４ｚ以上の構成をＹ軸方向に並進移動させる。Ｚ軸移動部４ｚはＹ軸移動部４ｙに対してＹ軸方向に移動自在に固定され、移動台（５ａ、５ｂ）を並進移動させる。移動回転基部（３、４ｘ、４ｙ、４ｚ）のみに着目すると、「直交座標型」のロボットアームに該当する。
【0024】
腕部（５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８）と移動回転基部（３、４ｘ、４ｙ、４ｚ）とを組み合わせることで、「垂直多関節型」と「直交座標型」を組み合わせた動作を実現可能である。収穫アーム１全体での自由度は、腕部（５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８）での関節数並びに移動回転基部（３、４ｘ、４ｙ、４ｚ）の搬送機構及び回転機構の数から考えると「７自由度」であり、動作先端である収穫ハンド２ａにおける細やかで自在な動作が可能である。図示は省略しているが、第１実施形態に係る収穫アーム１においては、ロボットアームの一般的な構成である、アクチュエータ、減速機、エンコーダ及び伝導機構等を、それぞれの関節・搬送機構・回転機構で用いている。
【0025】
第１実施形態に係る収穫アーム１における果実１００の収穫については、まず、図６及び図８に示すように、果実把持部（１２ａ、１２ｂ、１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ）及び薄膜２１で果実１００を把持する。図６においては果実１００と果実１００に接続している果梗２００のみ図示しているが、果実１００は収穫前の段階であり、果梗２００には枝が接続されているものとする。果実１００を把持する際は、第一動力部１６ａ及び第二動力部１６ｂがそれぞれ駆動し、第一把持板（１２ａ、１５ａ）及び第二把持板（１２ｂ、１５ｂ）がそれぞれ互いに近づくように動作する。第一把持板（１２ａ、１５ａ）及び第二把持板（１２ｂ、１５ｂ）で、果実１００を左右両側から挟んで包み込むように把持することになる。この時、収穫ハンド２ａの中央付近に配置されている気圧測定部（２０、２１、２２）の薄膜２１に果実１００が接触する。すなわち、第一把持板（１２ａ、１５ａ）、第二把持板（１２ｂ、１５ｂ）及び薄膜２１の３カ所で果実１００を把持する格好となる。果実１００が接触した薄膜２１は気圧計収納部２０の内部側に凹み、密閉空間Ｓの気圧変化が起こり、気圧計２２で検出される。一定以上の気圧変化を検出した場合、「果実１００の把持」が完了したと判断する。
【0026】
次に、図６で示すように、果梗保持部（１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１３ｈ）で、果梗２００の長手方向略中心部分を、第一先端部１４ａ及び第二先端部１４ｂを用いて、両側から挟む。但し、図６においては、第二先端部１４ｂは第二棒状プレート１３ｂの裏側に位置するので、第二棒状プレート１３ｂの陰になっており、符号の表記を省略している。図２等に示す撮像装置１９の撮像情報により、果梗２００の長手方向略中心部分を保持できるように、収穫ハンド２ａ全体の位置や角度を調節してもよい。図９において説明すると、果実１００がリンゴである場合、角度Ａ～Ｃのうち、角度Ｂから図２等に示す収穫ハンド２ａが接近していくことが最も好ましい。図９における角度Ａから図２等に示す収穫ハンド２ａが接近する場合、果梗２００の保持は角度面で困難である。図９における角度Ｃから図２等に示す収穫ハンド２ａが接近する場合、角度Ａの場合と同様に、果梗２００の保持は角度面で困難である。図９における角度Ｂから図２等に示す収穫ハンド２ａが接近する場合は、果梗２００が図２等に示す撮像装置１９により「１０ｍｍ以上」と認識しやすくなり、収穫ハンド２ａによる果梗２００の保持及び固定が可能と判断されやすくなる。
【0027】
図６に示すように、収穫ハンド２ａにより果実１００を把持して果梗２００を保持したまま、保持した部分である保持点Ｆを支点として、果梗２００の上部に位置する枝に対して、Ｄ方向に収穫ハンド２ａを回転させることで、離層部分で果実１００を適切に分離することができる。収穫ハンド２ａの回転動作については、一例を図１０（ａ）及び（ｂ）に示す通り、腕部（５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８）の各関節における回転及び並進移動回転基部（３、４ｘ、４ｙ、４ｚ）における並進移動及び回転が互いに連動して動作することにより実現されている。図１０（ａ）は果実１００を把持し、果梗２００を保持点Ｆで保持した段階であり、下腕７ａと垂直方向との為す角度はα０であり、下腕７ａと上腕７ｂが為す角度はβ０である。図１０（ａ）の状態から、Ｙ軸方向にＹ軸移動部４ｙ上をＺ軸移動部４ｚ以上の構成が並進移動し、Ｚ軸方向にＺ軸移動部４ｚ上を腕部（５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂ、８）及び収穫ハンド２ａが並進移動し、かつ、下腕７ａと垂直方向との為す角度がα０からα１となるように下腕回転関節６ａが回転動作し、下腕７ａと上腕７ｂが為す角度がβ０からβ０となるように上腕回転関節６ｂが回転動作することで、保持点Ｆで果梗２００を保持して、収穫ハンド２ａ全体が回転動作をし、図１０（ｂ）に示す状態となり、果梗２００は離層部分で分離され、収穫ハンド２ａは果梗２００付きの果実１００を収穫できる。なお、図１０（ａ）及び（ｂ）においては、接続部５ｂ及びハンド回転関節８は図示を省略している。図１０（ａ）及び（ｂ）においてはｙｚ平面上で４つの関節及び搬送機構が動作した様子を示したが、例えば図１等に示すハンド回転関節８の回転動作、回転台３の回転動作、Ｘ軸移動部４ｘ上での並進移動が加われば、動作の次元は増し、収穫ハンド２ａはより細やかな動作が可能となり、収穫ハンド２ａにより収穫可能な果実も増えることになる。
【0028】
第１実施形態に係る収穫アーム１によれば、特に果梗の上部側に離層部分がある果実を有効に１個ずつ収穫することができる。図２等に示す果梗保持部（１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１３ｈ）により、より確実に、より適切な位置を両側から挟むことが可能となり、果梗と果実を分離させることなく果実を収穫することができる。
【0029】
第１実施形態に係る収穫アーム１によれば、７自由度を有するロボットアームであるので、６自由度以下のロボットアームより細やかな動作が可能となり、繊細さを要する果実１００の収穫において、人間の手の動きの再現がより可能となる。
【0030】
（第２実施形態）
無人航空機（マルチコプタ型）や自動車（ビークル型）等の移動用機器に搭載して果実を収穫する場合、収穫ハンドには軽量化が求められる。既に説明した第１実施形態に係る収穫ハンド２ａは、図７に示すように、果実把持部（１２ａ、１２ｂ、１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ）を構成する第一把持板（１２ａ、１５ａ）及び第二把持板（１２ｂ、１５ｂ）は、それぞれ曲げ弾性率の大きな金属等の曲げ剛性の大きな材料からなる第一面板１５ａ及び第二面板１５ｂを有する場合の構造を例示した。第１実施形態に係る収穫ハンド２ａによれば、曲げ剛性の大きな第一面板１５ａ及び第二面板１５ｂを用いることにより、把持力を高くすることができ、重量の大きい果実等を把持することが可能となる。しかしながら、曲げ弾性率の大きな材料は一般に重量が重いので、収穫ハンドの軽量化のためには課題が残る。
無人航空機（マルチコプタ型）や自動車（ビークル型）等の移動用機器に搭載して果実を収穫する場合、収穫ハンドには軽量化が求められる。既に説明した第１実施形態に係る収穫ハンド２ａは、図７に示すように、果実把持部（１２ａ、１２ｂ、１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ）を構成する第一把持板（１２ａ、１５ａ）及び第二把持板（１２ｂ、１５ｂ）は、それぞれ曲げ弾性率の大きな金属等の曲げ剛性の大きな材料からなる第一面板１５ａ及び第二面板１５ｂを有する場合の構造を例示した。第１実施形態に係る収穫ハンド２ａによれば、曲げ剛性の大きな第一面板１５ａ及び第二面板１５ｂを用いることにより、把持力を高くすることができ、重量の大きい果実等を把持することが可能となる。しかしながら、曲げ弾性率の大きな材料は一般に重量が重いので、収穫ハンドの軽量化のためには課題が残る。
【0031】
第２実施形態に係る収穫ハンド２ｂは、図１１に示すように、第一動力部１６ａに接続された第一面板１５ｃ、第二動力部１６ｂに接続された第二面板１５ｄで構成される果実把持部（１５ｃ、１５ｄ、１６ａ、１６ｂ）を有する。第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄは、それぞれ単体で果実（対象物）を把持する把持板として機能する。第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄは共に、硬質プラスチック、カーボンファイバ、軽金属合金やチタン（Ｔｉ）等の軽量且つ曲げ弾性率の大きな素材が採用される。硬質プラスチックとしては炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等が例示できる。ＪＩＳＫ６９０００では、曲げ弾性率が、７００ＭＰａを超えるプラスチックが硬質プラスチックとして定義され、曲げ弾性率が、７０～７００ＭＰａの間にある半硬質プラスチックと区別される。クロス－ＣＦＲＰの曲げ弾性率は、４０～５０ＧＰａ程度であるが、軽量化した多孔質ＣＦＲＰでも６ＧＰａ程度の値が知られている。
【0032】
更に軽量化のために、図１１に示すように、第２実施形態に係る収穫ハンド２ｂは、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄには、複数の矩形の貫通孔２６が全面に４×８のマトリクス状に配置されている。４×８のマトリクスは例示であり、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄの寸法に応じて適宜選択できる。第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄのそれぞれの上側の貫通孔２６の貫通面積に対し、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄのそれぞれの下側の貫通孔２６の貫通面積を小さくし、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄのそれぞれの下側の曲げ剛性を上側に比して強化してもよい。第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄのそれぞれの下側の貫通孔２６の貫通個数を上側に比して少なくし、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄのそれぞれの下側の曲げ剛性を上側に比して強化してもよい。貫通孔２６は矩形に限定されるものではないが、マトリクス状の配置を鑑みると面積効率の点で好ましいが、矩形に限定されるものではない。貫通孔２６の個数が増えると、第一面板１５ｃ及び第二面板１５の曲げ剛性が低下するので、貫通孔２６の個数と第一面板１５ｃ及び第二面板１５の厚さは、果実１００を把持する予備実験において、果実１００が落下しない値に選択する必要がある。
【0033】
また、収穫ハンド２ｂは、第１実施形態と同様に、気圧計収納部２０を有する気圧測定部を備える点で第１実施形態と同様である。そして、第２実施形態に係る収穫ハンド２ｂが備える気圧測定部は、図１１及び図１２に示すように、気圧計収納部２０の一方の開口部に薄膜２１ａが設けられ、気圧計収納部２０と薄膜２１ａで形成された密閉空間Ｓ内に気圧計２２が設置されている。第２実施形態に係る収穫ハンド２ｂが備える気圧測定部（２０、２１ａ、２２、２３）の気圧計収納部２０には、圧力調整弁２３を有する特徴が、第１実施形態に係る気圧測定部とは異なる。薄膜２１ａは、気圧計収納部２０に対して外側に凸状に膨らんだ形状を有する。図１２に示すように、気圧計収納部２０に設けられた圧力調整弁２３は、ネジ２４ａ、シリコンゴム等の軟質な素材からなるワッシャ２４ｂを有する。気圧測定部（２０、２１ａ、２２、２３）は、凸状の薄膜２１ａによって感度よく果実１００の把持を検出することができる。薄膜２１ａは、シリコンゴム等の軟質で薄い素材であり、気温が低い場合、密閉空間Ｓ内の気圧が低下して薄膜２１が萎み、気温が高い場合、密閉領域Ｓ内の気圧が上昇して薄膜２１が膨らむ。薄膜２１ａの形状変化により、果実把持の検出感度が変動する。薄膜２１の形状変化を防止するため、図１２に示すように、気圧計収納部２０に設けられた圧力調整弁２３のネジ２４ａの出し入れによって、外気温変化に伴う密閉区間Ｓ内の気圧変動を調整することができ、果実把持の検出感度の変動を抑制することが可能となる。
【0034】
第２実施形態に係る収穫ハンド２ｂにおいては、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄを硬質プラスチックで構成した場合は安価に製造できる利点がある。しかし、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄを硬質プラスチックで構成した場合は、安価且つ軽量ではあるが曲げ剛性が低く、保持力が小さくなり、重量の大きな果実等を捕獲して収穫することが困難となり、果実を落下し易くなる。果実１００の落下を防止するためには、硬質プラスチックの厚さを厚くする必要があるが、厚くすると軽量化に障害が発生する。図１１に例示した構造は、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄを垂直方向に沿って見たときに直線状になっている。しかし、図１１に例示した構造において、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄを垂直方向に沿って見たときに、果実１００の外形に沿って湾曲して、果実１００の下面側を覆う構造とすれば、果実１００の下面側を覆う部分の曲げモーメントに対する反力により果実１００の落下を防止できる構造になる。更に、図１１の左のやや下の位置に視点をおいて、図１１の構造を正面方向から見たときに、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄの下端がそれぞれ内側にＬ字型に曲がり、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄの下端が互いに近接する構造にしても、落下が防止できる。又、下面側を覆って絞り込む構造にすることにより、果実１００をより大きな面積で保持できるので、果実１００と第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄの摩擦力を増大できる。よって、硬質プラスチックの厚さを厚くしない軽量化の構造において、果実１００を落下させないで収穫できる。
【0035】
なお、図１１では第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄの主面に垂直となる方向に複数の矩形の貫通孔２６をマトリクス状に配置した構造を例示した。しかし、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄの主面に平行となる方向に複数の角穴が貫通するように長く開孔しても、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄの軽量化ができる。これは、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄの主面に平行となる方向に伸びる複数の角パイプを縦方向に連続した構造になるので、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄの主面に垂直方向に働く曲げモーメントに対する強い曲げ剛性を、軽量化と共に実現できる。第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄの主面に平行となる方向に複数の角穴が貫通する構造は硬質プラスチックの成型により簡単に実現できる。そして、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄを垂直方向に沿って見たときに、湾曲して果実１００の下面側を覆う構造に、更に主面に平行となる方向に複数の角穴が貫通する構造を組み合わせれば、果実１００の下面側を覆う部分の曲げ剛性を更に強化し、軽量化構造において果実１００を落下させないで収穫できる。或いは、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄの主面に平行となる方向に縦長の長方形の角穴を開孔して、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄを中空構造にしてもよい。中空構造にして第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄを軽量化した場合であっても、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄの主面に垂直方向の曲げモーメントに対し、大きな曲げ剛性が実現できるので、果実１００を落下させないで収穫できる。
【0036】
＜第２実施形態の第１変形例＞
本発明の第２実施形態の第１変形例に係る収穫ハンド２ｃは、図１３に示すように、第一動力部１６ａに接続された第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）、第二動力部１６ｂに接続された第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）を有する（２５ｃｉ及び２５ｄｉのｉ＝1～ｎ：ｎは1以上の正の整数。）。第一動力部１６ａ、第二動力部１６ｂ、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）で、果実把持部（１２ｃ、１２ｄ、１５ｃ、１５ｄ、２５ｃ、２５ｄ、１６ａ、１６ｂ）を構成する。第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）は、第一面板１５ｃと、第一面板１５ｃを挟んで外側の高剛性の３本（ｎ＝３）の第一強化材２５ｃ１，２５ｃ２，２５ｃ３及び内側の軟質の第一クッション部１２ｃとの三層構造で構成される。第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）においても第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）と同様に、第二面板１５ｄと、第二面板１５ｄを挟んで外側の高剛性の３本（ｎ＝３）の第二強化材２５ｄ１，２５ｄ２，２５ｄ３及び内側の軟質な第二クッション部１２ｄとの三層構造で構成される。第２実施形態の第１変形例に係る収穫ハンド２ｃは、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄのそれぞれが、曲げモーメントに対し高い曲げ剛性を有する３本の第一強化材２５ｃ１，２５ｃ２，２５ｃ３及び３本の第二強化材２５ｄ１，２５ｄ２，２５ｄ３で補強される点が第１実施形態と異なる。第２実施形態の第１変形例に係る収穫ハンド２ｃの他の構成は、図１１に示した第２実施形態に係る収穫ハンド２ｂ、更には第１実施形態に係る収穫ハンド２ａと同様であるので、重複した説明を省略する。
本発明の第２実施形態の第１変形例に係る収穫ハンド２ｃは、図１３に示すように、第一動力部１６ａに接続された第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）、第二動力部１６ｂに接続された第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）を有する（２５ｃｉ及び２５ｄｉのｉ＝1～ｎ：ｎは1以上の正の整数。）。第一動力部１６ａ、第二動力部１６ｂ、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）で、果実把持部（１２ｃ、１２ｄ、１５ｃ、１５ｄ、２５ｃ、２５ｄ、１６ａ、１６ｂ）を構成する。第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）は、第一面板１５ｃと、第一面板１５ｃを挟んで外側の高剛性の３本（ｎ＝３）の第一強化材２５ｃ１，２５ｃ２，２５ｃ３及び内側の軟質の第一クッション部１２ｃとの三層構造で構成される。第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）においても第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）と同様に、第二面板１５ｄと、第二面板１５ｄを挟んで外側の高剛性の３本（ｎ＝３）の第二強化材２５ｄ１，２５ｄ２，２５ｄ３及び内側の軟質な第二クッション部１２ｄとの三層構造で構成される。第２実施形態の第１変形例に係る収穫ハンド２ｃは、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄのそれぞれが、曲げモーメントに対し高い曲げ剛性を有する３本の第一強化材２５ｃ１，２５ｃ２，２５ｃ３及び３本の第二強化材２５ｄ１，２５ｄ２，２５ｄ３で補強される点が第１実施形態と異なる。第２実施形態の第１変形例に係る収穫ハンド２ｃの他の構成は、図１１に示した第２実施形態に係る収穫ハンド２ｂ、更には第１実施形態に係る収穫ハンド２ａと同様であるので、重複した説明を省略する。
【0037】
図１３等に示すように、第一面板１５ｃは、一端が接続する第一動力部１６ａ側でやや湾曲し、開放端にむかってほぼ直線状に延伸する。第一強化材２５ｃ１，２５ｃ２，２５ｃ３は、カーボンファイバ、軽金属合金やチタン（Ｔｉ）等の軽量素材からなる複数の二次元構造材であり、一端が第一動力部１６ａに接続する。第一クッション部１２ｃは、シリコンゴム等の軟質なクッション素材からなる。同様に、図１３及び図１４等に示すように、第二面板１５ｄは、一端が接続する第二動力部１６ｂ側でやや湾曲し、開放端にむかってほぼ直線状に延伸する。第二強化材２５ｄ１，２５ｄ２，２５ｄ３は、図１３及び図１４等に示すように、カーボンファイバやＴｉ等からなる軽量の複数の二次元構造材であり、一端が第一動力部１６ａに接続する。
【0038】
第一強化材２５ｃ１，２５ｃ２，２５ｃ３及び第二強化材２５ｄ１，２５ｄ２，２５ｄ３は、３本（ｎ＝３）に限定されず、ｎ＝１若しくは、ｎ＝２又はｎ＝４以上でも構わない。第一強化材２５ｃ１，２５ｃ２，２５ｃ３及び第二強化材２５ｄ１，２５ｄ２，２５ｄ３を構成する二次元構造材は、断面が矩形の角パイプ、断面が半円の半円パイプ、断面がＬ字型又はＨ字型等の強い曲げ剛性を奏する材料力学的構造を有するものでよい。第一強化材２５ｃ１，２５ｃ２，２５ｃ３及び第二強化材２５ｄ１，２５ｄ２，２５ｄ３を曲げ弾性率の大きな硬質プラスチックの角材で構成しても良い。第一強化材２５ｃ１，２５ｃ２，２５ｃ３を硬質プラスチックで構成する場合は、第一強化材２５ｃ１，２５ｃ２，２５ｃ３と同一の硬質プラスチックからなる第一面板１５ｃと第一強化材２５ｃ１，２５ｃ２，２５ｃ３を一体成型してもよい。同様に第二強化材２５ｄ１，２５ｄ２，２５ｄ３を硬質プラスチックで構成する場合は、第二強化材２５ｄ１，２５ｄ２，２５ｄ３同一の硬質プラスチックからなる第二面板１５ｄと第二強化材２５ｄ１，２５ｄ２，２５ｄ３を一体成型してもよい。
【0039】
図１４では、３本の第二強化材２５ｄ１，２５ｄ２，２５ｄ３が第二面板１５ｄの長手方向に平行に伸びる構造を例示したが、長手方向に平行に伸びる第二強化材に対して直交する方向の第二強化材を加えてもよい。第二面板１５ｄの長手方向に直交する方向の第二強化材を付加することにより、果実１００の下面側における曲げ応力を強化できる。図１４には第一強化材２５ｃ１，２５ｃ２，２５ｃ３は図示されていないが、第一強化材に関しても、第二強化材と対称となるように第一面板１５ｃの長手方向に直交する方向の第二強化材を付加することが好ましいことは勿論である。又、図１１に関連して第２実施形態の説明の後段に記載した、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄの主面に平行となる方向に複数の角穴が貫通するように長く開孔した内部剛性強化構造に対して、複数の角穴に直交する縦方向に第一強化材及び第二強化材を外部剛性強化構造として付加してもよい。
【0040】
特に、第二面板１５ｄを垂直方向に沿って見たときに、果実１００の外形に沿って湾曲した第二面板１５ｄの構造において、長手方向（水平方向）に直交する縦方向の第二強化材を付加すれば、果実１００の下面側を覆う部分の曲げモーメントに対する反力が強化する外部剛性強化構造となり、果実１００の落下を防止できる。図１４には図示されていないが、第一面板１５ｃを、正面方向から垂直方向に沿って見たときに、果実１００の外形に沿って縦方向に沿って湾曲した構造とし、第二強化材と対称となるように、第一面板１５ｃに縦方向の第二強化材を付加して外部剛性強化構造を更に追加することが好ましいことは勿論である。更に、正面方向から見たときに、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄの下端がそれぞれ内側にＬ字型に曲がる構造において、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄにそれぞれ縦方向に沿ってＬ字型に曲がる第二強化材を付加すれば、Ｌ字型部分の曲げ剛性が強化され、果実１００の落下が有効に防止できる。
【0041】
第二クッション部１２ｄは、シリコンゴム等の軟質なクッション素材からなる。果実１００を捕獲して収穫する際には、図１５に示すように、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）のそれぞれが図１３に示す状態より内側に旋回し、第一面板１５ｃと第二面板１５ｄの間の内角が狭くなる。そして、第一クッション部１２ｃ及び第二クッション部１２ｄが果実１００の表面に直接接触し、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）によって果実１００が保持される。
【0042】
第２実施形態の第１変形例に係る収穫ハンド２ｃにおいて、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）は、それぞれ第一強化材２５ｃ１，２５ｃ２，２５ｃ３及び第二強化材２５ｄ１，２５ｄ２，２５ｄ３によって曲げ剛性が補強され、保持力を増強することができる。第一強化材２５ｃ１，２５ｃ２，２５ｃ３及び第二強化材２５ｄ１，２５ｄ２，２５ｄ３によって曲げ剛性が補強されることにより、第一面板１５ｃと第二面板１５ｄのそれぞれの厚さを相対的に薄くできる。このため、第１変形例に係る収穫ハンド２ｃは、図１１に示した収穫ハンド２ｂと同一重量以下に設定しても、果実１００を落下させることなく収穫できる。
【0043】
更に、果実１００が直接接触する第一クッション部１２ｃ及び第二クッション部１２ｄのそれぞれは軟質なクッション素材であるので、強い押圧力で果実１００を捕獲して収穫することができる。このように、第２実施形態の第１変形例に係る収穫ハンド２ｃによれば、軽量化の実現と共に、果実把持部（１２ｃ、１２ｄ、１５ｃ、１５ｄ、２５ｃ、２５ｄ、１６ａ、１６ｂ）の保持力を増強して、表面を傷めることなく果実１００の落下を防止することが可能となる。
【0044】
＜第２実施形態の第２変形例＞
本発明の第２実施形態の第２変形例に係る収穫ハンド２ｄは、図１６及び図１７に示すように、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）を挟み、第一把持板と第二把持板の間に定義される接触幅Ｗｓを低減して固定するＵ字形状の幅低減固定機構（２８ｃ、２８ｄ、２９）を有する。「接触幅Ｗｓ」は、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）のそれぞれの内面が、果実１００の外面に点接触する接触位置で、第一クッション部１２ｃ及び第二クッション部１２ｄのそれぞれの内面間の距離として定義される。幅低減固定機構（２８ｃ、２８ｄ、２９）は、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）の外側にＬ字型構造として配置される懸架部２８ｃと、第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）の外側にＬ字型構造として配置される懸架部２８ｄと、懸架部２８ｃ、２８ｄにそれぞれ連続して互いに対向する垂直側壁を構成する懸架側壁部と、対向する懸架側壁部のそれぞれの底部に連続し、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）の下側を移動する伸縮可能なＵ字状の帯状弾性体２９ａを有する。図１７に示すように、懸架部２８ｃ、２８ｄは、搬送機構３０のコの字状の摺動懸架枠を構成する２つの固定側壁部のそれぞれの上端に懸架され固定される。
本発明の第２実施形態の第２変形例に係る収穫ハンド２ｄは、図１６及び図１７に示すように、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）を挟み、第一把持板と第二把持板の間に定義される接触幅Ｗｓを低減して固定するＵ字形状の幅低減固定機構（２８ｃ、２８ｄ、２９）を有する。「接触幅Ｗｓ」は、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）のそれぞれの内面が、果実１００の外面に点接触する接触位置で、第一クッション部１２ｃ及び第二クッション部１２ｄのそれぞれの内面間の距離として定義される。幅低減固定機構（２８ｃ、２８ｄ、２９）は、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）の外側にＬ字型構造として配置される懸架部２８ｃと、第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）の外側にＬ字型構造として配置される懸架部２８ｄと、懸架部２８ｃ、２８ｄにそれぞれ連続して互いに対向する垂直側壁を構成する懸架側壁部と、対向する懸架側壁部のそれぞれの底部に連続し、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）の下側を移動する伸縮可能なＵ字状の帯状弾性体２９ａを有する。図１７に示すように、懸架部２８ｃ、２８ｄは、搬送機構３０のコの字状の摺動懸架枠を構成する２つの固定側壁部のそれぞれの上端に懸架され固定される。
【0045】
図１７及び図１８Ａに示すように、幅低減固定機構（２８ｃ、２８ｄ、２９）は、第一動力部１６ａ及び第二動力部１６ｂ側の点線で示す待機位置から、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）の先端の位置に摺動移動する。摺動移動は、図１９に示すように、搬送機構３０の移動ステージの上面を、搬送機構３０の摺動懸架枠が摺動移動することによって達成される。搬送機構３０の移動ステージの上面を搬送機構３０の摺動懸架枠が摺動移動するためには、移動ステージの上面には蟻溝のようなガイド溝が掘られた構造が一例として採用可能である。ガイド溝の中には搬送機構３０の摺動懸架枠の底部に設けられた凸部が嵌め込まれ、摺動懸架枠の底部に設けられた凸部にはボールネジナットが開孔されている。そして、ガイド溝の長手方向に伸びるボールネジが、ボールネジナットの中で回転することにより、ステップモータの回転運動が、搬送機構３０の摺動懸架枠の並進運動に変換され、摺動懸架枠がリニア駆動される。図１７に示すように、帯状弾性体２９ａは、捕獲して収穫する果実１００の底部に接触しないように設けられる。
【0046】
図１６に示すように、根元側の待機位置での懸架部２８ｃ及び懸架部２８ｄの間の幅を根元幅Ｗａ、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）の先端における第一クッション部１２ｃ及び第二クッション部１２ｄの間の幅を開放端幅Ｗｂとする。図１８Ａに示すように、果実を把持したときの開放端幅Ｗｂを捕捉幅Ｗｃとする。図１６に示す開放端幅Ｗｂは、収穫対象の果実１００の直径の最大値Ｗｏmaxよりも広く設定し、根元幅Ｗａを、収穫対象の果実１００の直径の最小値Ｗｏminより狭くする。即ち
Ｗｏmax＜Ｗｂ ……（１）
Ｗａ＜Ｗｏmin ……（２）
とする。最大値Ｗｏmaxと最小値Ｗｏminは、それぞれ市場の規格で決められる値である。
Ｗｏmax＜Ｗｂ ……（１）
Ｗａ＜Ｗｏmin ……（２）
とする。最大値Ｗｏmaxと最小値Ｗｏminは、それぞれ市場の規格で決められる値である。
【0047】
式（１）及び式（２）から、果実１００の非把持の状態において、根元幅Ｗａは、開放端幅Ｗｂより狭く、
Ｗａ＜Ｗｂ ……（３）
である。式（３）は、図１６の左方向に、第一面板１５ｃと第二面板１５ｄが定義する内角が拡がるテーパ形状であることを示している。
Ｗａ＜Ｗｂ ……（３）
である。式（３）は、図１６の左方向に、第一面板１５ｃと第二面板１５ｄが定義する内角が拡がるテーパ形状であることを示している。
【0048】
果実１００が気圧測定部（２０、２１ａ、２２、２３）の薄膜２１に接触すると、図１８Ａに示すように、搬送機構３０によって第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）の先端のロック位置に向かって、幅低減固定機構（２８ｃ、２８ｄ、２９）が左方向に搬送されて移動する。第一クッション部１２ｃ及び第二クッション部１２ｄのそれぞれの内面が果実１００の外面に点接触する接触位置の少し手前側から、第一クッション部１２ｃ及び第二クッション部１２ｄが圧縮され始めると、式（２）から帯状弾性体２９ａには収縮方向に張力がかかり始める。このため、第一クッション部１２ｃ及び第二クッション部１２ｄのそれぞれの内面間で定義される接触幅Ｗｓは、圧縮に伴い果実１００の直径Ｗｏ以下になるように設定し、
Ｗｓ＜Ｗｏ ……（４）
Ｗｏmin≦Ｗｏ≦Ｗｏmax ……（５）
となる。圧縮に伴い第一クッション部１２ｃ及び第二クッション部１２ｄのそれぞれには凹部が生じる。対向する凹部が構成する実際の曲面ではなく、点接触のタイミングで接触幅Ｗｓを定義する第一クッション部１２ｃ及び第二クッション部１２ｄのそれぞれの内面は、それぞれ仮想的な面として平面を維持し、圧縮に伴い果実１００の内部に、仮想的な平面が時間と共に侵入する。式（１）～（５）を考慮すると、接触位置から更に内面間隔が拡がる左方向に幅低減固定機構（２８ｃ、２８ｄ、２９）が移動して、左端のロック位置まで到達すると、帯状弾性体２９ａに更に張力がかかり、果実１００を確実に捕獲して収穫することが可能となる。
Ｗｓ＜Ｗｏ ……（４）
Ｗｏmin≦Ｗｏ≦Ｗｏmax ……（５）
となる。圧縮に伴い第一クッション部１２ｃ及び第二クッション部１２ｄのそれぞれには凹部が生じる。対向する凹部が構成する実際の曲面ではなく、点接触のタイミングで接触幅Ｗｓを定義する第一クッション部１２ｃ及び第二クッション部１２ｄのそれぞれの内面は、それぞれ仮想的な面として平面を維持し、圧縮に伴い果実１００の内部に、仮想的な平面が時間と共に侵入する。式（１）～（５）を考慮すると、接触位置から更に内面間隔が拡がる左方向に幅低減固定機構（２８ｃ、２８ｄ、２９）が移動して、左端のロック位置まで到達すると、帯状弾性体２９ａに更に張力がかかり、果実１００を確実に捕獲して収穫することが可能となる。
【0049】
図１６に示すように、果実１００の把持前のタイミングでは、幅低減固定機構（２８ｃ、２８ｄ、２９）は、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）の第一動力部１６ａ及び第二動力部１６ｂ側の待機位置で待機する。果実１００を捕獲して収穫する際には、図１８Ａ及び図１９に示すように、幅低減固定機構（２８ｃ、２８ｄ、２９）は、搬送機構３０によって待機位置から第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）の先端部のロック位置にまで搬送されて移動する。ロック位置においては、幅低減固定機構（２８ｃ、２８ｄ、２９）の帯状弾性体２９ａで発生する張力によって、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）が共に内側に狭まり、果実１００を強い押圧力で捕獲して収穫することができる。第２実施形態の第２変形例に係る収穫ハンド２ｄによれば、果実把持部（１２ｃ、１２ｄ、１５ｃ、１５ｄ、２５ｃ、２５ｄ、１６ａ、１６ｂ）の保持力が幅低減固定機構（２８ｃ、２８ｄ、２９）によって増強され、果実１００の落下を防止することができる。第一動力部１６ａ及び第二動力部１６ｂを構成するサーボモータ等の動力源のトルクが弱い場合であっても、幅低減固定機構（２８ｃ、２８ｄ、２９）の帯状弾性体２９ａの張力によって、開放端幅Ｗｂを捕捉幅Ｗｃに制限できるので、動力源を小型化できる。したがって、第２変形例に係る収穫ハンド２ｄを軽量化できる。
【0050】
動力源の軽量化と共に、第２実施形態の第２変形例に係る収穫ハンド２ｄにおいては、開放端幅Ｗｂを捕捉幅Ｗｃに制限するＵ字形状の幅低減固定機構（２８ｃ、２８ｄ、２９）を用いて、接触幅Ｗｓを果実１００の直径Ｗｏより十分小さくなるように低減して、一定の張力でロックできる。よって、第２変形例に係る収穫ハンド２ｄによれば、搬送機構３０の追加による重量の増加を相殺して、第一面板１５ｃと第二面板１５ｄのそれぞれの厚さを相対的に薄くできる。このため、第２変形例に係る収穫ハンド２ｄは、図１１に示した収穫ハンド２ｂと同一重量以下に設定しても、果実１００を落下させることなく、確実に収穫できる。
【0051】
＜第２実施形態の第３変形例＞
本発明の第２実施形態の第３変形例に係る収穫ハンドは、図１８Ｂに示すように、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、３５ｃ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、３５ｄ）を外側から挟み、第一把持板と第二把持板の間の接触幅Ｗｓを低減して固定するＵ字形状の幅低減固定機構（２９ｆ，３０ｆ）を有する点では第２変形例と同様である。しかし、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、３５ｃ）を構成する第一面板１５ｃは穴あき板状部材であり、図１８Ｂの一部断面となる上面図に示すように、果実１００の外形に沿って左の先端側が湾曲している点が第２変形例の構造とは異なる。第一面板１５ｃは第一動力部１６ａに右側の一端を直接接続され、左側の他端に向かう広い部分を第一クッション部１２ｃで覆われている。第一クッション部１２ｃはシリコンゴム等の軟質なクッション素材であり、図１８Ｂに示すように、果実１００を保持する際に、果実１００の外形に沿って直接接触して摩擦力を強化する部材である。即ち、果実１００を保持する際には、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ）が図１８Ａに示す平板状の構造よりも、果実１００の外形に沿って内側に旋回し、果実１００をより大きな面積で把持して摩擦力をより強化することができる。なお、図１８Ｂは平面図として見たときに、果実１００の外形に沿って内側に湾曲した構造を例示しているが、第一面板１５ｃを垂直方向に沿って見たときに、果実１００の外形に沿って湾曲する構造とすれば、果実１００をより大きな面積で、三次元的に把持して、摩擦力を更に強化することができる。
本発明の第２実施形態の第３変形例に係る収穫ハンドは、図１８Ｂに示すように、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、３５ｃ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、３５ｄ）を外側から挟み、第一把持板と第二把持板の間の接触幅Ｗｓを低減して固定するＵ字形状の幅低減固定機構（２９ｆ，３０ｆ）を有する点では第２変形例と同様である。しかし、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、３５ｃ）を構成する第一面板１５ｃは穴あき板状部材であり、図１８Ｂの一部断面となる上面図に示すように、果実１００の外形に沿って左の先端側が湾曲している点が第２変形例の構造とは異なる。第一面板１５ｃは第一動力部１６ａに右側の一端を直接接続され、左側の他端に向かう広い部分を第一クッション部１２ｃで覆われている。第一クッション部１２ｃはシリコンゴム等の軟質なクッション素材であり、図１８Ｂに示すように、果実１００を保持する際に、果実１００の外形に沿って直接接触して摩擦力を強化する部材である。即ち、果実１００を保持する際には、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ）が図１８Ａに示す平板状の構造よりも、果実１００の外形に沿って内側に旋回し、果実１００をより大きな面積で把持して摩擦力をより強化することができる。なお、図１８Ｂは平面図として見たときに、果実１００の外形に沿って内側に湾曲した構造を例示しているが、第一面板１５ｃを垂直方向に沿って見たときに、果実１００の外形に沿って湾曲する構造とすれば、果実１００をより大きな面積で、三次元的に把持して、摩擦力を更に強化することができる。
【0052】
第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、３５ｄ）を構成する第二面板１５ｄの左の先端側は、図１８Ｂの一部断面となる上面図に示すように、果実１００の外形に沿って湾曲している穴あき板状部材である。第二動力部１６ｂに右側の一端を直接接続され、左側の他端に向かう広い部分を第二クッション部１２ｂで覆われている。第二クッション部１２ｂはシリコンゴム等の軟質なクッション素材であり、図１８Ｂに示すように、果実１００を保持する際に、果実１００に直接接触して摩擦力を強化する部材である。図１８Ｂに示すように、果実１００を保持する際には、図１８Ａに示す平板状の構造よりも第二把持板（１２ｂ、１５ｂ）が左側の先端が内側に旋回した湾曲構造をなし、果実１００をより大きな面積で把持して摩擦力をより強化することができる。第一面板１５ｃと同様に、第二面板１５ｄを垂直方向に沿って見たときに、果実１００の外形に沿って湾曲する構造とすれば、第二面板１５ｄが果実１００をより大きな面積で、三次元的な把持ができるので、摩擦力を更に強化することができる。
【0053】
第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、３５ｃ）は、上面方向から見た平面パターンとして湾曲した第一面板１５ｃと、第一面板１５ｃの中央部付近まで第一面板１５ｃ外側に接し、中央部付近から先端側が離間する平板となる高剛性の第一強化板３５ｃで分岐構造をなす。第一面板１５ｃを穴あきの硬質プラスチック板とし、第一強化板３５ｃも第一面板１５ｃと同一の材料で穴あき構造とすれば、第一強化板３５ｃも第一面板１５ｃは一体成型できる。中央部付近から左側に向かい平板とする分岐構造により、第一面板１５ｃの左側が湾曲していても式（３）の関係を担保することが可能になる。そして、更に第一面板１５ｃの内側に軟質の第一クッション部１２ｃとの積層構造を有するため、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、３５ｃ）は、先端側が分岐した分岐三層構造になる。
【0054】
第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、３５ｄ）も第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、３５ｃ）と同様に、上面方向から見た上面方向から見た平面パターンとしては、湾曲した第二面板１５ｄと、第二面板１５ｄの中央部付近まで外側に接し、第二面板１５ｄの中央部付近から先端側が離間する平板となる高剛性の第二強化板３５ｄとの分岐構造を有する。第一面板１５ｃを穴あきの硬質プラスチック板とし、第一強化板３５ｃも第一面板１５ｃと同一の材料で穴あき構造とすれば、第一強化板３５ｃも第一面板１５ｃは一体成型できる。中央部付近から左側に向かい平板とする分岐構造により、第二面板１５ｄの左側が湾曲していても式（３）の関係を担保することが可能になる。この分岐構造に加え、第二面板１５ｄの内側には軟質な第二クッション部１２ｄを有する積層構造となるため、全体では先端側が分岐した分岐三層構造になる。第２実施形態の第３変形例に係る収穫ハンドは、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄのそれぞれの左側の先端側が、曲げモーメントに対し高い曲げ剛性を有する第一強化板３５ｃ及び第二強化板３５ｄとの分岐構造で補強されている点が第２実施形態の第２変形例と異なる。
【0055】
第２実施形態の第３変形例に係る収穫ハンドに用いられる幅低減固定機構（２９ｆ，３０ｆ）は、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、３５ｃ）の外側に配置される第一懸架壁３０ｆと、第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、３５ｄ）の外側に配置される第二懸架壁３０ｆと、第一及び第二懸架壁３０ｆに連続して設けられ、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、３５ｃ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、３５ｄ）の下側を移動する伸縮可能なＵ字状の帯状弾性体２９ｆとを有して、全体としてもＵ字型をなしている。図１７に示した構造と同様に、幅低減固定機構（２９ｆ，３０ｆ）は、搬送機構の移動ステージの上面を摺動するコの字状の摺動懸架枠を構成する２つの側壁部のそれぞれの上端に、懸架壁３０ｆの上端を外側に向かいＬ字型に曲げて懸架して固定することが可能である。図１７に示した構造を採用する場合は、幅低減固定機構（２９ｆ，３０ｆ）は、移動台の摺動懸架枠の摺動移動によって移動可能である（図１９参照。）。図１７に示した構造と同様に、帯状弾性体２９ｆは、捕獲して収穫する果実１００の底部に接触しないように設けられる。しかし、図１７に示した構造とは異なり、Ｕ字状の帯状弾性体２９ｆの懸架壁３０ｆの上端を内側に向かいＬ字型に曲げて、第一強化板３５ｃ及び第二強化板３５ｄのそれぞれの上端に懸架して固定することが可能である。この場合は、第一強化板３５ｃ及び第二強化板３５ｄの上端に沿って、幅低減固定機構（２９ｆ，３０ｆ）の懸架壁３０ｆの上端が摺動移動することになる。
【0056】
図１６に示したのと同様に、果実１００の把持前のタイミングでは、幅低減固定機構（２９ｆ，３０ｆ）は、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、３５ｃ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、３５ｄ）の第一動力部１６ａ及び第二動力部１６ｂ側の待機位置で待機する。果実１００の把持に際しては、幅低減固定機構（２９ｆ，３０ｆ）は、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、３５ｃ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、３５ｄ）の先端部のロック位置にまで搬送されて移動する。
【0057】
果実１００のロック位置においては、幅低減固定機構（２９ｆ，３０ｆ）の帯状弾性体２９ｆで発生する張力によって、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、３５ｃ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、３５ｄ）が共に内側に狭まる方向に力が働き、果実１００を強い押圧力で捕獲して収穫することができる。この際、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄが果実１００の外形に沿って湾曲する構造となっているので、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄが果実１００をより大きな面積で把持し、摩擦力が強化されている。第２実施形態の第３変形例に係る収穫ハンドによれば、果実把持部（１２ｃ、１２ｄ、１５ｃ、１５ｄ、３５ｃ、３５ｄ、１６ａ、１６ｂ）の保持力が幅低減固定機構（２９ｆ，３０ｆ）によって増強され、果実１００の落下を防止することができる。第一動力部１６ａ及び第二動力部１６ｂを構成するサーボモータ等の動力源のトルクが弱い場合であっても、幅低減固定機構（２９ｆ，３０ｆ）の帯状弾性体２９ｆの張力によって、開放端幅Ｗｂを捕捉幅Ｗｃに制限できるので、動力源を小型化できる。したがって、第３変形例に係る収穫ハンドを軽量化できる。
【0058】
動力源の軽量化と共に、第２実施形態の第３変形例に係る収穫ハンドにおいては、分岐構造をなす第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、３５ｃ）と第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、３５ｄ）を採用して摩擦力を増大した上で、幅低減固定機構（２９ｆ，３０ｆ）を用いて果実１００を捕獲できる。よって、図１１に示した収穫ハンド２ｂに比し、第一面板１５ｃと第二面板１５ｄのそれぞれの厚さを相対的に薄くできる。このため、第２実施形態の第３変形例に係る収穫ハンドは、図１１に示した収穫ハンド２ｂと同一重量以下に設定しても、果実１００を落下させることなく、確実に収穫できる。
【0059】
＜第２実施形態の第４変形例＞
第２変形例に係る収穫ハンド２ｄの幅低減固定機構（２８ｃ、２８ｄ、２９）及び第３変形例に係る収穫ハンドの幅低減固定機構（２９ｆ，３０ｆ）が機能する位置は、左側の先端部に限定されず、果実１００の接触幅Ｗｓが定義される接触位置の近傍でも構わない。第３変形例で定義したとおり、接触位置とは、第一クッション部１２ｃ及び第二クッション部１２ｄのそれぞれの内面が果実１００の外面に点接触する位置である。又、接触幅Ｗｓは、第一クッション部１２ｃ及び第二クッション部１２ｄのそれぞれの内面が、平面を維持すると仮定し、この仮想的な平面間で定義される距離である。本発明の第２実施形態の第４変形例に係る収穫ハンド２ｄは、図２０Ａに示すように、幅低減固定機構（２８ｃ、２８ｄ、２９ａ）に代えて、図２０Ａに示すように、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）の延伸方向の幅ＷｐのＵ字形状の落下防止機構（２８ｅ、２８ｆ、２９ｅ）を備えている。幅Ｗｐは果実１００の直径Ｗｏに近い幅が好ましい。落下防止機構（２８ｅ、２８ｆ、２９ｅ）の底部側にＵ字型に構成される捕獲帯部２９ｅは、果実１００を捕獲して収穫する際には果実１００の直下になる捕獲位置に置く。第２変形例及び第３変形例で説明した捕捉幅Ｗｃを制限する目的の幅低減固定機構とは異なり、捕獲帯部２９ｅの張力は弱くてもよいので、果実１００の落下を防止する網等で捕獲帯部２９ｅを構成しても構わない。果実１００を果梗と枝の間の離層部分で分離したとき、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）によって果実１００の把持が保てない場合でも、直下の落下防止機構（２８ｅ、２８ｆ、２９ｅ）上で落下が停止する。即ち、見かけ上、果実１００の重力が低減するので、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）に緩やかに挟まれた状態で果実１００が保持できる。
第２変形例に係る収穫ハンド２ｄの幅低減固定機構（２８ｃ、２８ｄ、２９）及び第３変形例に係る収穫ハンドの幅低減固定機構（２９ｆ，３０ｆ）が機能する位置は、左側の先端部に限定されず、果実１００の接触幅Ｗｓが定義される接触位置の近傍でも構わない。第３変形例で定義したとおり、接触位置とは、第一クッション部１２ｃ及び第二クッション部１２ｄのそれぞれの内面が果実１００の外面に点接触する位置である。又、接触幅Ｗｓは、第一クッション部１２ｃ及び第二クッション部１２ｄのそれぞれの内面が、平面を維持すると仮定し、この仮想的な平面間で定義される距離である。本発明の第２実施形態の第４変形例に係る収穫ハンド２ｄは、図２０Ａに示すように、幅低減固定機構（２８ｃ、２８ｄ、２９ａ）に代えて、図２０Ａに示すように、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）の延伸方向の幅ＷｐのＵ字形状の落下防止機構（２８ｅ、２８ｆ、２９ｅ）を備えている。幅Ｗｐは果実１００の直径Ｗｏに近い幅が好ましい。落下防止機構（２８ｅ、２８ｆ、２９ｅ）の底部側にＵ字型に構成される捕獲帯部２９ｅは、果実１００を捕獲して収穫する際には果実１００の直下になる捕獲位置に置く。第２変形例及び第３変形例で説明した捕捉幅Ｗｃを制限する目的の幅低減固定機構とは異なり、捕獲帯部２９ｅの張力は弱くてもよいので、果実１００の落下を防止する網等で捕獲帯部２９ｅを構成しても構わない。果実１００を果梗と枝の間の離層部分で分離したとき、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）によって果実１００の把持が保てない場合でも、直下の落下防止機構（２８ｅ、２８ｆ、２９ｅ）上で落下が停止する。即ち、見かけ上、果実１００の重力が低減するので、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）に緩やかに挟まれた状態で果実１００が保持できる。
【0060】
図２０Ｂに示すように、Ｕ字状の落下防止機構（２８ｅ、２８ｆ、２９ｅ）の懸架壁３０の上端を内側に向かいＬ字型に曲げ、更にコの字型になるフック構造を用いて、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄのそれぞれの上端に懸架して落下防止機構（２８ｅ、２８ｆ、２９ｅ）を固定することも可能である。果梗と枝の間の離層部分で果実１００を分離したとき、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄによって果実１００の把持が保てない場合でも、直下の落下防止機構（２８ｅ、２８ｆ、２９ｅ）上で落下が停止する。よって、見かけ上、果実１００の重力が低減することにより、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄの果実１００に対する押圧力が弱くても、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄに緩やかに挟まれた状態で果実１００が保持できる。
【0061】
図２０Ｂに示すように、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄのそれぞれの上端に、フック構造で落下防止機構（２８ｅ、２８ｆ、２９ｅ）が懸架される場合は、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄの上端に沿って、落下防止機構（２８ｅ、２８ｆ、２９ｅ）の懸架壁３０の上端のフック構造が摺動移動することになる。図２０Ａ及び図２０Ｂに示す構造の収穫ハンド２ｄによれば、果実１００を押圧する押圧力が弱くても、果実１００を見かけ上第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）若しくは第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄの間に保持することができる。したがって、動力源を小型化して第４変形例に係る収穫ハンド２ｄを軽量化できる。
【0062】
＜第２実施形態の第５変形例＞
本発明の第２実施形態の第５変形例に係る収穫ハンド２ｅは、図２１に示すように、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）の先端から前方に延伸する第一牽引手段（３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ）、及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）の先端から前方に延伸する第二牽引手段（３２ｂ、３３ｂ、３４ｂ、３５ｂ）を有する。第一牽引手段（３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ）は、第一回転部３２ａ、第一連結枝３３ａ、第一締結部３４ａ及び第一連結枝駆動３５ａを有する。第一回転部３２ａとして、対向する第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）に向かって９０度以上回転可能な蝶番等が用いられる。直線状の第一連結枝３３ａの先端近傍に第一締結部３４ａが設けられる。第一連結枝駆動３５ａは、第一回転部３２ａを回転させ、第一連結枝３３ａを第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）に向かうように回転させる。第一牽引手段（３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ）と同様に、第二牽引手段（３２ｂ、３３ｂ、３４ｂ、３５ｂ）は、第二回転部３２ｂ、第二連結枝３３ｂ、第二締結部３４ｂ及び第二連結枝駆動３５ｂを有する。第二回転部３２ｂとして、対向する第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）に向かって９０度以上回転可能な蝶番等が用いられる。直線状の第二連結枝３３ｂの先端近傍に第二締結部３４ｂが設けられる。第二連結枝駆動３５ｂは、第二回転部３２ｂを回転させ、第二締結部３４ｂを先端に有する第二連結枝３３ｂを第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）に向かうように回転させる。第一連結枝駆動３５ａ及び第二連結枝駆動３５ｂは、第一回転部３２ａ及び第二回転部３２ｂをそれぞれ駆動するサーボモータ等の動力源である。
本発明の第２実施形態の第５変形例に係る収穫ハンド２ｅは、図２１に示すように、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）の先端から前方に延伸する第一牽引手段（３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ）、及び第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）の先端から前方に延伸する第二牽引手段（３２ｂ、３３ｂ、３４ｂ、３５ｂ）を有する。第一牽引手段（３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ）は、第一回転部３２ａ、第一連結枝３３ａ、第一締結部３４ａ及び第一連結枝駆動３５ａを有する。第一回転部３２ａとして、対向する第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）に向かって９０度以上回転可能な蝶番等が用いられる。直線状の第一連結枝３３ａの先端近傍に第一締結部３４ａが設けられる。第一連結枝駆動３５ａは、第一回転部３２ａを回転させ、第一連結枝３３ａを第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）に向かうように回転させる。第一牽引手段（３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ）と同様に、第二牽引手段（３２ｂ、３３ｂ、３４ｂ、３５ｂ）は、第二回転部３２ｂ、第二連結枝３３ｂ、第二締結部３４ｂ及び第二連結枝駆動３５ｂを有する。第二回転部３２ｂとして、対向する第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）に向かって９０度以上回転可能な蝶番等が用いられる。直線状の第二連結枝３３ｂの先端近傍に第二締結部３４ｂが設けられる。第二連結枝駆動３５ｂは、第二回転部３２ｂを回転させ、第二締結部３４ｂを先端に有する第二連結枝３３ｂを第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）に向かうように回転させる。第一連結枝駆動３５ａ及び第二連結枝駆動３５ｂは、第一回転部３２ａ及び第二回転部３２ｂをそれぞれ駆動するサーボモータ等の動力源である。
【0063】
図２１に示すように、果実１００が気圧測定部（２０、２１、２２）の薄膜２１に接触すると、密閉空間Ｓの気圧変化が気圧計２２で検出される。気圧計２２での気圧変化の検出に連動して、第一牽引手段（３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ）及び第二牽引手段（３２ｂ、３３ｂ、３４ｂ、３５ｂ）それぞれの第一連結枝駆動３５ａ及び第二連結枝駆動３５ｂが起動する。図２２に示すように、第一連結枝駆動３５ａ及び第二連結枝駆動３５ｂによって、第一回転部３２ａ及び第二回転部３２ｂがそれぞれ互いに対向する方向に回転し、第一締結部３４ａと第二締結部３４ｂとが締結するように第一連結枝３３ａの先端と第二連結枝３３ｂの先端が重なりあう。例えば、第一連結枝３３ａと第二連結枝３３ｂの少なくとも一方の先端に電磁石を設け、他方の先端に鉄製の受け皿を設けておけば、に第一連結枝３３ａの先端と第二連結枝３３ｂの先端が重なりあったとき、磁力により第一牽引手段（３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ）及び第二牽引手段（３２ｂ、３３ｂ、３４ｂ、３５ｂ）が固定される。
【0064】
第一牽引手段（３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ）及び第二牽引手段（３２ｂ、３３ｂ、３４ｂ、３５ｂ）が、互いに固定されると、開放端幅Ｗｂを所望の捕捉幅Ｗｃに制限することができる。よって、第一把持板（１２ｃ、１５ｃ、２５ｃｉ）と第二把持板（１２ｄ、１５ｄ、２５ｄｉ）の果実１００に対する押圧力が弱くても、果実１００を保持して収穫できる。第一牽引手段（３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ）及び第二牽引手段（３２ｂ、３３ｂ、３４ｂ、３５ｂ）で果実１００が保持されたとき、第一クッション部１２ｃ及び第二クッション部１２ｄのそれぞれの内面間で定義される接触幅Ｗｓは、式（４）が要求するように、果実１００の直径Ｗｏ以下にできる。又、図２２に示す捕捉幅Ｗｃを、図２１に示した把持するタイミングの前の開放端幅Ｗｂよりも狭くできる。そのため、第２実施形態の第５変形例によれば、第一動力部１６ａ及び第二動力部１６ｂを構成するサーボモータ等の動力源のトルクが弱い場合であっても、第一牽引手段（３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ）及び第二牽引手段（３２ｂ、３３ｂ、３４ｂ、３５ｂ）によって、開放端幅Ｗｂを捕捉幅Ｗｃに制限できる。即ち、第２実施形態の第５変形例によれば、第一動力部１６ａ及び第二動力部１６ｂを小型化できるので、軽量化が可能になる。そして軽量化と共に、果実１００を保持する保持力が、第一牽引手段（３２ａ、３３ａ、３４ａ、３５ａ）及び第二牽引手段（３２ｂ、３３ｂ、３４ｂ、３５ｂ）によって実効的に強化されたことと等価になり、果実１００の落下を防止することが可能となる。
【0065】
なお、図２１及び図２２の左方向に視点をおいて、収穫ハンド２ｅと等価な構造を正面方向から見たときに、第一面板１５ｃ及び第二面板１５ｄの下端がそれぞれ内側にＬ字型に曲がる構造を採用し、第一及び第二牽引手段と同様な機構をＬ字型の構造の底部に設けてもよい。即ち第一面板１５ｃのＬ字の水平部分の底部に第一連結枝駆動３５ａと第一回転部３２ａを設け、第二面板１５ｄのＬ字の水平部分の底部に第二連結枝駆動３５ｂと第一回転部３２ａを設け、第一連結枝３３ａの先端と第二連結枝３３ｂの先端が、収穫ハンド２ｅと等価な構造の底部側において重なりあって連結するようにしてもよい。
【0066】
（第３実施形態）
第３実施形態に係る収穫ハンド２ｇは、図２３に示すように、ハンド基部１１と、ハンド基部１１に接続固定された収穫器（５５、５６）とを有する。収穫器（５５、５６）は、リング状の枠部５５と、枠部５５に取り付けられたＵ字状の軟質素材の網等の袋部５６からなる。枠部５５の直径は収穫対象の果実１００の最大直径Ｗｏmaxよりも大きく設定される。袋部５６は、枠部５５からの深さが収穫対象の果実１００の最小高さとほぼ同じ程度に設定される。収穫ハンド２ｇは、箱状のハンド基部１１の内部に固定された第四動力部（図示省略）、第一果梗切断棒（５３ａ、５４ａ）及び第二果梗切断棒（５３ｂ、５４ｂ）を有する果梗切断部（５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂ、５３ｈ）を更に有する。第四動力部は、果梗切断部（５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂ、５３ｈ）の第一果梗切断棒（５３ａ、５４ａ）及び第二果梗切断棒（５３ｂ、５４ｂ）を動作させるサーボモータ等の動力源となる。第一果梗切断棒（５３ａ、５４ａ）は、第一棒状プレート５３ａ及び第一先端部５４ａから構成される。第一棒状プレート５３ａは、板状部材であり、要（かなめ）軸５３ｈに一端が接続され、他端の先端内側に、果梗の切断が可能な第一先端部５４ａが設けられている。第二棒状プレート５３ｂにおいても第一棒状プレート５３ａと同様に板状部材であり、要軸５３ｈに一端が接続され、他端の先端内側に、果梗の切断が可能な第二先端部５４ｂが設けられている。果梗を切断する部位は、第一先端部５４ａ及び第二先端部５４ｂとなる。要軸１３ｈを介して、第一果梗切断棒（５３ａ、５４ａ）及び第二果梗切断棒（５３ｂ、５４ｂ）は第四動力部に接続されている。
第３実施形態に係る収穫ハンド２ｇは、図２３に示すように、ハンド基部１１と、ハンド基部１１に接続固定された収穫器（５５、５６）とを有する。収穫器（５５、５６）は、リング状の枠部５５と、枠部５５に取り付けられたＵ字状の軟質素材の網等の袋部５６からなる。枠部５５の直径は収穫対象の果実１００の最大直径Ｗｏmaxよりも大きく設定される。袋部５６は、枠部５５からの深さが収穫対象の果実１００の最小高さとほぼ同じ程度に設定される。収穫ハンド２ｇは、箱状のハンド基部１１の内部に固定された第四動力部（図示省略）、第一果梗切断棒（５３ａ、５４ａ）及び第二果梗切断棒（５３ｂ、５４ｂ）を有する果梗切断部（５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂ、５３ｈ）を更に有する。第四動力部は、果梗切断部（５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂ、５３ｈ）の第一果梗切断棒（５３ａ、５４ａ）及び第二果梗切断棒（５３ｂ、５４ｂ）を動作させるサーボモータ等の動力源となる。第一果梗切断棒（５３ａ、５４ａ）は、第一棒状プレート５３ａ及び第一先端部５４ａから構成される。第一棒状プレート５３ａは、板状部材であり、要（かなめ）軸５３ｈに一端が接続され、他端の先端内側に、果梗の切断が可能な第一先端部５４ａが設けられている。第二棒状プレート５３ｂにおいても第一棒状プレート５３ａと同様に板状部材であり、要軸５３ｈに一端が接続され、他端の先端内側に、果梗の切断が可能な第二先端部５４ｂが設けられている。果梗を切断する部位は、第一先端部５４ａ及び第二先端部５４ｂとなる。要軸１３ｈを介して、第一果梗切断棒（５３ａ、５４ａ）及び第二果梗切断棒（５３ｂ、５４ｂ）は第四動力部に接続されている。
【0067】
図２３に示すように、収穫ハンド２ｇは、ハンド基部１１に近接して設けられた上下移動機構（５７、５８）、ハンド基部１１の上面に固定された撮影ユニット１７、及び撮影ユニット１７と無線又は有線で接続された物体検出ユニット４０を更に有する。上下移動機構（５７、５８）は、軌道幹５７及び第五動力部５８からなり、第五動力部５８を動力源として軌道幹５７に沿ってハンド基部１１を上下移動させる。物体検出ユニット４０は、図２５を参照して後述するロボット制御装置の一部の機能である撮影ユニット１７の撮像装置１９によって取得した果樹の画像から果実１００の識別を行う動作が可能である。
【0068】
第３実施形態に係る収穫ハンド２ｇによる果実１００の収穫においては、図２４Ａに示すように、収穫器（５５、５６）、果梗切断部（５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂ、５３ｈ）及び撮像ユニット１７等と共にハンド基部１１は、まず待機位置に配置される。物体検出ユニット４０において果実１００の識別が実施された後、収穫ハンド２ｇは、収穫対象の果実１００の位置情報に基づき対象果実１００の下に移動する。果実１００の下でハンド基部１１が上下移動機構（５７、５８）によって果実１００の高さまで上昇する。そして、第一果梗切断棒（５３ａ、５４ａ）及び第二果梗切断棒（５３ｂ、５４ｂ）がハサミ様の開閉により果梗２００を切断し、果実１００が収穫器（５５、５６）にて収穫される。
【0069】
図２５に示す第３実施形態に係るロボット制御装置は、図２４Ａに示した物体検出ユニット４０の機能に加え、図２４Ｂに示したロボットアーム（４ｘ，４ｙ，４ｚ；６ａ、６ｂ、６ｃ；７ａ，７ｂ，７ｃ）や撮影ユニット１７の方向制御等をする機能を備える。ロボットアーム（４ｘ，４ｙ，４ｚ；６ａ、６ｂ、６ｃ；７ａ，７ｂ，７ｃ）は、図２４Ｂに示すように、収穫器（５５，５６）の枠部５５に接続された腕部（６ａ，６ｂ，６ｃ；７ａ，７ｂ，７ｃ）を有する。図２４Ｂに示すように、腕部（６ａ，６ｂ，６ｃ；７ａ，７ｂ，７ｃ）は、第一上腕７ｃ、第二上腕７ｂ、下腕７ａ、及び複数の関節６ａ，６ｂ，６ｃを有する。第一上腕７ｃ、第二上腕７ｂ及び下腕７ａがロボットアームの「リンク」に相当し、下腕回転関節６ａ、上腕回転関節６ｂ及び収穫器回転関節６ｃがロボットアームの「ジョイント」に相当する。
【0070】
第一上腕７ｃ、第二上腕７ｂ及び下腕７ａの長さや長さの比は任意であるが、図２４Ｂに示す収穫器（５５，５６）側で細かな動作を実現するには、第一上腕７ｃ、第二上腕７ｂの方が相対的に短いものであることが好ましい。収穫器（５５，５６）には、第一上腕７ｃの一方の端部が直接接続される。図示を省略しているが、収穫器（５５，５６）の枠部５５又は第一上腕７ｃの上には、図２３及び図２４Ａと同様に第一果梗切断棒（５３ａ、５４ａ）及び第二果梗切断棒（５３ｂ、５４ｂ）を有する果梗切断部が設けられている。収穫器回転関節６ｃは第一上腕７ｃの他方の端部に固定されている。収穫器回転関節６ｃは、収穫器（５５，５６）の枠部５５をなす円の直径方向を中心軸として第一上腕７ｃを回転させることにより、枠部５５を任意の回転角で回転させることができる。上腕回転関節６ｂは第二上腕７ｂと下腕７ａを接続する回転関節である。上腕回転関節６ｂは、下腕７ａの一方の端部に固定されており、第二上腕７ｂを任意の回転角で回転させることができる。
【0071】
下腕回転関節６ａは移動回転基部（３，４ｘ，４ｙ，４ｚ）のＺ軸移動部４ｚに固定され、Ｚ軸移動部の並進移動に従ってｚ軸方向に移動すると共に、下腕７ａを任意の回転角で回転させることができる。Ｚ軸移動部４ｚの頂部には撮影ユニット１７が設けられている。撮影ユニット１７は、方位角θを回転制御する方位角駆動装置と、仰角φを回転制御する仰角駆動装置７４と共に配置されている。腕部（６ａ，６ｂ，６ｃ；７ａ，７ｂ，７ｃ）のみに着目すると「垂直多関節型」のロボットアームに該当する。移動回転基部（３，４ｘ，４ｙ，４ｚ）の三つの移動部４ｘ、４ｙ、４ｚは、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三軸それぞれに対し、腕部（６ａ，６ｂ，６ｃ；７ａ，７ｂ，７ｃ）全体を並進移動する。また、移動回転基部（３，４ｘ，４ｙ，４ｚ）の基部をなしている回転台３は、三つの移動部４ｘ、４ｙ、４ｚを固定し、三つの移動部４ｘ、４ｙ、４ｚ全体を回転させる。回転台３は直接的にはＸ軸移動部４ｘを固定し、Ｘ軸移動部４ｘ以上の移動回転基部（３，４ｘ，４ｙ，４ｚ）の構成を任意の回転角で回転させることができる。Ｘ軸移動部４ｘは、Ｘ軸移動部４ｘの上部に接続しているＹ軸移動部４ｙ以上の構成をＸ軸方向に並進移動させる。Ｙ軸移動部４ｙはＸ軸移動部４ｘに対してＸ軸方向に並進移動が可能なように固定され、Ｙ軸移動部４ｙの上部に接続しているＺ軸移動部４ｚ以上の構成をＹ軸方向に並進移動させる。Ｚ軸移動部４ｚはＹ軸移動部４ｙに対してＹ軸方向に並進移動が可能なように固定され、移動台（５ａ、５ｂ）を並進移動させる。移動回転基部（３，４ｘ，４ｙ，４ｚ）のみに着目すると、「直交座標型」のロボットアームに該当する。
【0072】
即ち、第３実施形態に係るロボット制御装置は、図２４Ｂに示したロボットアーム（４ｘ，４ｙ，４ｚ；６ａ、６ｂ、６ｃ）の移動部４ｘ、４ｙ、４ｚや回転関節６ａ，６ｂ，６ｃのそれぞれを独立して駆動・制御が可能なロボットハンドコントローラ７７と、撮影ユニット１７の方位角を制御する方位角モータドライバ７６と、撮影ユニット１７の仰角を制御する仰角モータドライバ７３を備える。撮影ユニット１７は、飛行時間（ＴＯＦ）方式により、パルス投光したレーザ光が対象物の表面で反射して返ってくるまでの時間を基に距離と２次元画像を同時測定できる距離イメージセンサである。よって、第３実施形態に係るロボット制御装置は、撮影ユニット１７のレーザ光のパルス投光を制御する光源駆動回路７４と、撮影ユニット１７の距離イメージセンサが取得したアナログデータをデジタルデータに変換するＡＤ変換回路７５と、ＡＤ変換回路７５により変換されたデジタルデータを一時保存する第２データメモリ６４ｃを備えている。
【0073】
実際に対象とする現場の果樹園は非常に広い。果樹園の広さを考慮すると、果樹を自動収穫する際には、撮影ユニット１７は複数回の撮影が必要である。広い面積に対して複数回の撮影をするためには、撮影ユニット１７は方位角（偏角）θと仰角（極角又は天頂角）φを変えて複数の撮影方向から、距離イメージセンサのデータを取得することが必要である。したがって、図２５Ａに示すように、撮影ユニット１７の方位角θを回転制御して変更する方位角駆動装置７２と、仰角φを回転制御して変更する仰角駆動装置７４が必要である。方位角駆動装置７２には方位角駆動モータが備えられ、仰角駆動装置７４には仰角駆動モータが備えられている。方位角モータドライバ７６は、方位角駆動装置７２の方位角駆動モータを駆動する信号と電力を出力し、仰角モータドライバ７３は、仰角駆動装置７４の方位角駆動モータを駆動する信号と電力を出力する。
【0074】
更に第３実施形態に係るロボット制御装置は、ロボットハンドコントローラ７７、仰角モータドライバ７３、光源駆動回路７４、第２データメモリ６４ｃ、方位角モータドライバ７６に接続された中央処理制御部６１を備える。中央処理制御部６１は、ロボットハンドコントローラ７７、仰角モータドライバ７３、光源駆動回路７４、方位角モータドライバ７６のそれぞれを駆動する信号を出力し、第２データメモリ６４ｃから第２データメモリ６４ｃに格納されたデータを受け取る。図２５Ａに示すように、中央処理制御部６１には更に表示装置５１，入力装置５０、プログラムメモリ６４ａ、第１データメモリ６４ｂが接続され、通常のコンピュータシステムと同様な構成になっている。
【0075】
したがって、中央処理制御部６１は図２５Ｂに示すように、制御回路６１１と算術論理回路（ＡＬＵ）６１２を備え、通常のコンピュータシステムの中央処理装置（ＣＰＵ）と等価な機能をなす。算術論理回路６１２は、θ，φ設定命令回路６１２ａ、画像取得命令回路６１２ｂ、果実識別論理回路６１２ｃ、画像出力命令回路６１２ｄ、距離測定論理回路６１２ｅ、座標決定論理回路６１２ｆ、収穫順序決定論理回路６１２ｇ、収穫ハンド制御回路６１２ｈ及び次画像判断論理回路６１２ｉを論理的な構成として含む。制御回路６１１にはシークエンス回路６１１ａが含まれ、θ，φ設定命令回路６１２ａ、画像取得命令回路６１２ｂ、果実識別論理回路６１２ｃ、画像出力命令回路６１２ｄ、距離測定論理回路６１２ｅ、座標決定論理回路６１２ｆ、収穫順序決定論理回路６１２ｇ、収穫ハンド制御回路６１２ｈ及び次画像判断論理回路６１２ｉの処理シークエンスをクロック信号に従って規定する。したがって、シークエンス回路６１１ａは、バス６１３をかいして、θ，φ設定命令回路６１２ａ、画像取得命令回路６１２ｂ、果実識別論理回路６１２ｃ、画像出力命令回路６１２ｄ、距離測定論理回路６１２ｅ、座標決定論理回路６１２ｆ、収穫順序決定論理回路６１２ｇ、収穫ハンド制御回路６１２ｈ及び次画像判断論理回路６１２ｉのそれぞれに接続されている。
【0076】
図２５Ｂに示す算術論理回路６１２に含まれるθ，φ設定命令回路６１２ａは、撮像ユニット１７が複数の撮影方向を選択できるように、撮像ユニット１７の方位角θと仰角φを選定して、撮像ユニット１７を選択した撮影方向に調整する。又、θ，φ設定命令回路６１２ａは、選択した方位角θと仰角φのデータを第１データメモリ６４ｂに格納する。画像取得命令回路６１２ｂは、θ，φ設定命令回路６１２が選択した方位角θ及び仰角φの撮影方向に撮像ユニット１７を向かわせることにより、光源駆動回路７４を駆動してレーザ光をパルス投光して、選択された撮影面積に含まれる対象果樹の入力画像Ｐを取得して、ＡＤ変換回路７５によるＡＤ変換後、第１データメモリ６４ｂに格納する。算術論理回路６１２の果実識別論理回路６１２ｃは、取得した入力画像Ｐを、第１データメモリ６４ｂから読み出し図２６Ｂ及び図２６Ｃに示すアルゴリズムに従い、識別対象である物体が入力画像Ｐに含まれていることを識別する。果実識別論理回路６１２ｃは、物体を識別した果実識別画像を、第１データメモリ６４ｂに格納する。
【0077】
算術論理回路６１２の画像出力命令回路６１２ｄは、果実識別論理回路６１２ｃが識別した果実識別画像を第１データメモリ６４ｂから読み出し、図２５Ａに示す表示装置５１に表示する。距離測定論理回路６１２ｅは、識別された果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……のそれぞれの極座標情報（θ，φ）を基礎とし、距離画像センサのＴＯＦの手法を機能させることにより、識別した果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……との距離ｒを測定し、測定結果を第１データメモリ６４ｂに格納する。座標決定論理回路６１２ｆは、第１データメモリ６４ｂから距離ｒと、グリッドセルに対応して付加されている識別された果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……のそれぞれの極座標情報（θ，φ）を用いて、識別された果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……のそれぞれの三次元の位置座標（ｒ，θ，φ）を決定する。
【0078】
図２５Ｂに示す算術論理回路６１２の収穫順序決定論理回路６１２ｇは、三次元の位置座標（ｒ，θ，φ）を用いて、収穫対象の果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……のそれぞれの収穫順序を、三次元空間における「巡回セールスマン問題」等の組合せ最適化問題により決定する。決定した収穫順序は、位置座標（ｒ，θ，φ）と共に第１データメモリ６４ｂに格納する。収穫ハンド制御回路６１２ｈは、収穫順序決定論理回路６１２ｇが決定した収穫順序に従い、ロボットハンドコントローラ７７に命令を出し、ロボットアーム（４ｘ，４ｙ，４ｚ；６ａ、６ｂ、６ｃ）の移動部４ｘ、４ｙ、４ｚ及び回転関節６ａ，６ｂ，６ｃを駆動する。算術論理回路６１２の次画像判断論理回路６１２ｉは、撮像ユニット１７によって撮影すべき次画像が果樹園の他の領域に存在するか判定する。
【0079】
図２５Ｂの算術論理回路６１２にブロック図として示したθ，φ設定命令回路６１２ａ、画像取得命令回路６１２ｂ、果実識別論理回路６１２ｃ、画像出力命令回路６１２ｄ、距離測定論理回路６１２ｅ、座標決定論理回路６１２ｆ、収穫順序決定論理回路６１２ｇ、収穫ハンド制御回路６１２ｈ及び次画像判断論理回路６１２ｉは、ＡＬＵ６１２を構成するハードウェア資源を、論理的な機能に着目して形式的に表現したモデル図である。したって、図２５の構成は、必ずしも、半導体チップ上に物理的な領域としてそれぞれ独立して存在する機能ブロックを意味するものではない。よって、ＡＬＵ６１２の一部の構成又はすべての構成をフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）のようなプログラマブル・ロジック・デバイス（ＰＬＤ）の「論理ブロック」のような半導体チップ上に実装されたプログラム可能な論理コンポーネント等の現実に存在する構成を否定するものでもない。ＡＬＵ６１２の一部の構成又はすべての構成をＦＰＧＡのようなＰＬＤで構成した場合は、図２５Ｂに示した制御部６１１やバス６１３等は省略可能である。
【0080】
更に、ＡＬＵ６１２は、ＣＰＵコア風のアレイとＰＬＤ風のプログラム可能なコアを同じチップに搭載した構造でもよい。このＣＰＵコア風のアレイは、予めＰＬＤ内部に搭載されたハードマクロＣＰＵと、ＰＬＤの論理ブロックを用いて構成したソフトマクロＣＰＵを含む。つまりＰＬＤの内部においてソフトウェア処理とハードウェア処理を混在させた構成でもよい。したがって、ＡＬＵ６１２を構成するθ，φ設定命令回路６１２ａ、画像取得命令回路６１２ｂ、果実識別論理回路６１２ｃ、画像出力命令回路６１２ｄ、距離測定論理回路６１２ｅ、座標決定論理回路６１２ｆ、収穫順序決定論理回路６１２ｇ、収穫ハンド制御回路６１２ｈ及び次画像判断論理回路６１２ｉ等はソフトウェアプログラム上の仮想的なハードウェア資源として存在しても、実際のゲートアレイとしてのハードウェア資源としても存在しうる。
【0081】
ＡＬＵ６１２の一部の構成又はすべての構成をＦＰＧＡのようなＰＬＤで構成した場合は、図２５Ｂに示した第１データメモリ６４ｂ等は、ＰＬＤを構成する論理ブロックの一部に含まれるメモリブロック等のメモリ要素として構成することができる。即ち、図２５Ｂに示した第１データメモリ６４ｂは、個別の半導体記憶装置の一部を占めるワーキングメモリとして存在してもよく、第１データメモリ６４ｂの一部の記憶領域を利用して存在してもよい。或いは、図示を省略したＨＤＤ等の他のメモリを用いた仮想メモリとして存在してもよく、ＰＬＤを構成する論理ブロックの一部に含まれるメモリブロック等として存在してもよい。
【0082】
第３実施形態に係るロボット制御装置を用いた果実収穫方法の手順を、図２６Ａ～図２６Ｃに示すフローチャートを参照しながら説明する。対象果樹の画像は、対象とする果樹園の広さを鑑み、通常は複数の撮影面積、従って複数の撮影方向からの取得が必要である。図２６Ａに示すフローチャートのステップＳ１では、算術論理回路６１２のθ，φ設定命令回路６１２ａが複数の撮影方向の内、任意の撮影方向を選択し、距離画像センサを含む撮像ユニット１７の方位角θ、仰角φを選択した撮影方向の撮影面積に合わせる命令を出す。ステップＳ１で決定した方位角θ、仰角φは、第１データメモリ６４ｂに格納する。続くステップＳ２では、画像取得命令回路６１２ｂがステップＳ１で決定した方位角θ、仰角φの撮影方向で、選択された撮影面積に含まれる対象果樹の入力画像Ｐを取得する命令を出す。ステップＳ２で撮像ユニット１７によって撮影された対象果樹の入力画像Ｐは、ロボット制御装置の中央処理制御部６１によって第２データメモリ６４ｃに保存される。
【0083】
ステップＳ２では更に、ロボット制御装置の画像取得命令回路６１２ｂが第２データメモリ６４ｃから撮像ユニット１７によって撮影された対象果樹の入力画像Ｐを読み出す。図２６Ｂに示すフローチャートのステップＳ３１では、果実識別論理回路６１２ｃが第１データメモリ６４ｂに格納された方位角θ、仰角φを基準として、入力画像ＰをＮ（＝Ｓ×Ｓ）個のグリッド状のグリッドセルに分割する。グリッドセルには、それぞれのサイズおよび位置等のセル情報が含まれる。各グリッドセルのセル番号をｉ（ｉ＝１～Ｎ，Ｎ＝Ｓ×Ｓ：Ｓは２以上の正の整数）とする。ステップＳ３２で、セル番号ｉ＝１のグリッドセルを選択する。ステップＳ３３で、図２６Ｃに示すように、１つのグリッドセル（正方形）に対して、Ｂ個のバウンディングボックスを配置する（Ｂは２以上の正の整数）。バウンディングボックスは、物体の位置と大きさを表す長方形である。バウンディングボックスは、中心の座標(x, y)、横幅w、縦幅h、信頼度Ｆの5つの要素を持つ。信頼度Ｆは、バウンディングボックスが物体を含む確率を表わす。そして、各グリッドセルにC個のクラス確率を割り当てる。クラス確率は、グリッドセルがどの種類の物体を含むかを表す確率である。各グリッドセルにC個のクラス確率を割り当てる。クラス確率は、グリッドセルがどの種類の物体を含むかを表す確率である。
【0084】
即ち、ステップＳ３３では、果実識別論理回路６１２ｃがＢ個のすべてのバウンディングボックスについて、図２６Ｃに示す（ａ）～（ｅ）の５つの要素を計算し、バウンディングボックスとクラス確率を組み合わせて、物体の位置と種類を推定する。
(a)ｘ：バウンディングボックスの中心のｘ座標
(b)ｙ：バウンディングボックスの中心のｙ座標
(c)ｗ：バウンディングボックスの横幅
(d)ｈ：バウンディングボックスの縦幅
(e)Ｆ：信頼度、 ０≦信頼度≦１
信頼度Ｆが０に近いほど、バウンディングボックスの中身は「背景」を表し、信頼度Ｆが１に近いほど、バウンディングボックスの中身は「物体」を表す。
(a)ｘ：バウンディングボックスの中心のｘ座標
(b)ｙ：バウンディングボックスの中心のｙ座標
(c)ｗ：バウンディングボックスの横幅
(d)ｈ：バウンディングボックスの縦幅
(e)Ｆ：信頼度、 ０≦信頼度≦１
信頼度Ｆが０に近いほど、バウンディングボックスの中身は「背景」を表し、信頼度Ｆが１に近いほど、バウンディングボックスの中身は「物体」を表す。
【0085】
このようにして、ステップＳ３３では、グリッドセルに写っている物体を果実識別論理回路６１２ｃが検出する。ステップＳ３４で、グリッドセルに写っている物体の属性を果実識別論理回路６１２ｃが判定する。属性は、果実、葉、枝、幹、背景等である。判定された物体の属性はセル情報に付属させて第１データメモリ６４ｂに保存する。ステップＳ３５で、セル番号ｉを第１データメモリ６４ｂから読み出す。セル番号ｉがＮでなければ、ステップＳ３６で、セル番号ｉを(ｉ＋１)と１つ増加させ、ステップＳ３３に戻り、ステップＳ３３～ステップＳ３５のループの処理を繰り返し実行する。ステップＳ３５で、セル番号ｉがＮであれば、ステップＳ３７で、セル番号１～ｎのセルを組み合わせ、収穫対象としている果実１００が識別可能な画像が得られる。
【0086】
ステップＳ３７で、例えば、図２７に示すように、果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……が表示され、それぞれのグリッドセルに何が映されているかを果実識別論理回路６１２ｃが判断する。実際の果実１００の収穫の現場では、対象果樹の画像は図２７とは異なる。即ち、対象とする果樹園の広さを鑑みると、ステップＳ３７で得られる画像は果樹園の一部を示す画像になるが、図２７では簡略化して孤立した樹木でモデル化し、しかも果実１００が存在している場合をモデル的に示している。即ち、実際の果実１００の収穫の現場では図２７とは異なり、果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……の少なくとも一部が二次元画像上で重複するように高密度で存在する場合がある。ステップＳ３８で、ステップＳ３７で得られた画像に、識別対象である物体として果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……が、入力画像Ｐに含まれていることを識別し、果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……が識別された画像の情報は、第２データメモリ６４ｃに保存する。図２６Ｂに示すステップＳ４で、画像出力命令回路６１２ｄが第２データメモリ６４ｃに保存された果実識別画像を読み出し、図２５Ａに示す表示装置５１に表示し、収穫対象の果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……の２次元的な配置が確認できる。
【0087】
図２７に示した果実識別画像には、収穫対象の果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……のそれぞれの極座標情報（θ，φ）がＳ×Ｓ個のグリッドセルに対応して付加されている。
第１データメモリ６４ｂに格納された方位角θ、仰角φを基準として、入力画像ＰをＮ（＝Ｓ×Ｓ）個のグリッド状のグリッドセルに分割する。図２６Ａに示すステップＳ６では、距離測定論理回路６１２ｅが、距離画像センサのＴＯＦの手法により、収穫対象の果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……との距離ｒをそれぞれ測定させる命令を出し、測定された距離ｒは、距離測定論理回路６１２ｅが第１データメモリ６４ｂに格納する。図２６Ａに示すステップＳ７では、ステップＳ６で取得された距離ｒを第１データメモリ６４ｂと共に収穫対象の果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……のそれぞれに対応する極座標情報（θ，φ）を座標決定論理回路６１２ｆが読み出し、収穫対象の果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……の三次元の位置座標（ｒ，θ，φ）を座標決定論理回路６１２ｆが決定する。ステップＳ７で決定された三次元の位置座標（ｒ，θ，φ）に対し、ステップＳ７では、収穫対象の果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……のそれぞれの収穫順序を、収穫順序決定論理回路６１２ｇが「巡回セールスマン問題」等の組合せ最適化問題により決定する。
第１データメモリ６４ｂに格納された方位角θ、仰角φを基準として、入力画像ＰをＮ（＝Ｓ×Ｓ）個のグリッド状のグリッドセルに分割する。図２６Ａに示すステップＳ６では、距離測定論理回路６１２ｅが、距離画像センサのＴＯＦの手法により、収穫対象の果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……との距離ｒをそれぞれ測定させる命令を出し、測定された距離ｒは、距離測定論理回路６１２ｅが第１データメモリ６４ｂに格納する。図２６Ａに示すステップＳ７では、ステップＳ６で取得された距離ｒを第１データメモリ６４ｂと共に収穫対象の果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……のそれぞれに対応する極座標情報（θ，φ）を座標決定論理回路６１２ｆが読み出し、収穫対象の果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……の三次元の位置座標（ｒ，θ，φ）を座標決定論理回路６１２ｆが決定する。ステップＳ７で決定された三次元の位置座標（ｒ，θ，φ）に対し、ステップＳ７では、収穫対象の果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……のそれぞれの収穫順序を、収穫順序決定論理回路６１２ｇが「巡回セールスマン問題」等の組合せ最適化問題により決定する。
【0088】
ステップＳ７で収穫対象の果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……のそれぞれの収穫順序が決定されると、ステップＳ８では決定された収穫順序に従って、収穫ハンド制御回路６１２ｈがロボットアーム（４ｘ，４ｙ，４ｚ；６ａ、６ｂ、６ｃ）の移動部４ｘ、４ｙ、４ｚ及び回転関節６ａ，６ｂ，６ｃを駆動するように、ロボットハンドコントローラ７７に命令を出す。ステップＳ８でロボットハンドコントローラ７７が、ロボットアーム（４ｘ，４ｙ，４ｚ；６ａ、６ｂ、６ｃ）をコントロールすることにより、収穫ハンド（５５，５６）の位置及び傾きを制御して、収穫器（５５、５６）のリング状の枠部５５が、収穫対象の果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……のそれぞれの真下に位置するように、順に制御する。例えば、果実Ａ１が収穫順序の最初に設定されたとすれば、ステップＳ８で収穫順序に従い、ロボットアーム（４ｘ，４ｙ，４ｚ；６ａ、６ｂ、６ｃ）を駆動して、枠部５５を果実Ａ１の真下に位置させる。
【0089】
更に、ステップＳ８ではロボットアーム（４ｘ，４ｙ，４ｚ；６ａ、６ｂ、６ｃ）を駆動し、枠部５５が収穫対象の果実Ａ１を通過して、枠部５５に取り付けられた袋部５６に収納されるように上昇させる。収穫器（５５，５６）の枠部５５、又は図２４Ｂに示した第一上腕７ｃの上には、果梗切断部が設けられている。枠部５５が果実Ａ１を通過し、果実Ａ１が袋部５６に収納される位置関係になったら、果梗切断部の第一棒状プレート５３ａ及び第二棒状プレート５３ｂが果梗を切断させるように移動し、果梗を切断することにより、袋部５６に果実Ａ１を収穫する。ステップＳ８では同様に果実Ａ２，Ａ３，Ａ４，……のそれぞれに付いても、ステップＳ７で決定された順番に従い、順に袋部５６に収穫する。そしてステップＳ９では、次画像判断論理回路６１２ｉが、次画像の存在を判定する。
【0090】
果実の収穫が実施される現実の果樹園は広い。したがって、現実の果樹園の広さを考慮すると、現実の果樹園は複数の撮影面積に分割されるのが通常であり、未収穫の果実が存在する新たな画像（次画像）を、新たな撮影方向から取得することが必要である。図２６Ａに示すフローチャートのステップＳ９で次画像が存在すると判定された場合は、ステップＳ１に戻り、新たな方位角θ、仰角φを設定して、次画像の取得と、新たな果実の識別及び収穫をするループになる。ステップＳ９からステップＳ１に戻るループは、現実の果樹園の全体から対象とする果実の収穫が全部収穫されるまで繰り返される。
【0091】
対象とする果樹園を一廻りし、すべての領域を撮像した場合であっても、収穫した果実の奥に未収穫の果実が存在する場合がある。したがって、三次元的に奥に存在する未収穫の果実の存在を確認するため、更に一廻りするのが好ましい。又、現実の果樹園には複数の樹木が存在するのが通常であるので、それぞれの樹木を撮影するように、樹木と樹木の間に侵入して、それぞれの樹木を個別に撮影することが望ましい。果樹園の収穫対象の果実が全部収穫されたことが確認されれば、ステップＳ９で次画像が存在しないと判定し、図２６Ａに示すフローチャートの処理を終了する。
【0092】
＜第３実施形態の変形例＞
図２５に例示したロボット制御装置の一部の中央処理制御部６１，プログラムメモリ６４ａ、第１データメモリ６４ｂ、ロボットハンドコントローラ７７等は、第１実施形態に係る収穫アーム２ａ、及び第２実施形態に係る収穫アーム２ｂ～２ｆ等に搭載してもよい。更に、図２５に例示したロボット制御装置の一部は、収穫アームとは別個に独立した収穫ユニットの制御装置として配置し、無線通信等で、収穫ユニットや収穫アーム２ａ～２ｆ等を遠隔制御するようにしてもよい。本発明の第３実施形態の変形例に係る収穫ユニットは、図２８に示すように、収穫器搬送部（８４，８５，８６）と、収穫器搬送部（８４，８５，８６）の上部に固定された収穫器配置フレーム（８１，８２，８３）と、収穫器配置フレーム（８１，８２，８３）の端部に設置された収穫器（５５、５６）を備える自由飛行物体である。よって、第３実施形態の変形例においては、図２５Ａに例示したロボット制御装置は、図２８に示す自由飛行物体としての収穫ユニットとは別個に独立した構成として、果樹園の中に選択された任意の場所に設置できる。
図２５に例示したロボット制御装置の一部の中央処理制御部６１，プログラムメモリ６４ａ、第１データメモリ６４ｂ、ロボットハンドコントローラ７７等は、第１実施形態に係る収穫アーム２ａ、及び第２実施形態に係る収穫アーム２ｂ～２ｆ等に搭載してもよい。更に、図２５に例示したロボット制御装置の一部は、収穫アームとは別個に独立した収穫ユニットの制御装置として配置し、無線通信等で、収穫ユニットや収穫アーム２ａ～２ｆ等を遠隔制御するようにしてもよい。本発明の第３実施形態の変形例に係る収穫ユニットは、図２８に示すように、収穫器搬送部（８４，８５，８６）と、収穫器搬送部（８４，８５，８６）の上部に固定された収穫器配置フレーム（８１，８２，８３）と、収穫器配置フレーム（８１，８２，８３）の端部に設置された収穫器（５５、５６）を備える自由飛行物体である。よって、第３実施形態の変形例においては、図２５Ａに例示したロボット制御装置は、図２８に示す自由飛行物体としての収穫ユニットとは別個に独立した構成として、果樹園の中に選択された任意の場所に設置できる。
【0093】
第３実施形態の変形例に係る収穫ユニットの収穫器（５５、５６）は、図２８に示すように、リング状の枠部５５と、枠部５５に取り付けられた網等の軟質素材からなる袋部５６を有する。簡略化のため図示を省略しているが、枠部５５又は収穫器配置フレーム（８１，８２，８３）の上部には、図２３及び図２４に示した果梗切断部（５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂ、５３ｈ）と同様な構成の果梗切断部が設けられている。収穫器配置フレーム（８１，８２，８３）は、収穫器搬送部（８４，８５，８６）の上部に固定された第一水平枝部８３と、第一水平枝部８３に下端を接続し、第一水平枝部８３に対し垂直に設けられた垂直枝部８２と、垂直枝部８２の上端に一端を接続し、第一水平枝部８３と平行に設けられた第二水平枝部８１を有してコの字型の構造をしている。コの字型の構造の上部となる第二水平枝部８１の他端に、果実１００を収穫する収穫器（５５、５６）の枠部５５が設置されている。
【0094】
収穫器搬送部（８４，８５，８６）は、図２８に示すように、端末制御ユニットを搭載するマルチコプタ８５と、端末制御ユニットを搭載したマルチコプタ８５の全体を覆う保護フレーム８６によって、収穫器搬送部（８４，８５，８６）が構成されている。保護フレーム８６の外径は果実１００の大きさになるべく近づく大きさとして、収穫器搬送部（８４，８５，８６）をなるべく小型化することが望ましい。マルチコプタ８５を保護フレーム８６の内部に固定するために、リング状の懸架フレーム８４がマルチコプタ８５を保護フレーム８６に懸架して固定している。第３実施形態の変形例に係る収穫器搬送部（８４，８５，８６）では、保護フレーム８６が端末制御ユニットとマルチコプタ８５を保護しているので、収穫器搬送部（８４，８５，８６）が樹木の葉等に接触や衝突した場合等において、樹木の葉等を巻き込んで、マルチコプタ８５の主要部が破損されないように保護殻として取り付けられている。保護フレーム８６の内部に樹木の葉等を巻き込まないように、保護フレーム８６の空隙の大きさは、樹木の葉よりも十分小さな開口になるように選択する必要がある。樹木の葉等を巻き込まないように、保護殻としての保護フレーム８６を、所定の間隔で離間した二重（二層）の網で構成してもよい。二重の網で保護殻を構成する場合は、懸架フレーム８４は二重の網のそれぞれに連結されるように、マルチコプタ８５を固定する。
【0095】
マルチコプタ８５は、プロペラにより推力を発生するドローンなどの飛行体であるが、図２８に示すような４つのプロペラを有するクアッドコプターの他、３つのプロペラを有するトライコプターでも構わない。更にマルチコプタ８５は、６つのプロペラを有するヘキサコプターや、８つのプロペラを有するオクトコプターでも構わない。マルチコプタ８５に搭載される端末制御ユニットの内容は限定されるものではなく、超音波や電磁波等によって、図２５に示したロボット制御装置と等価の機能を有する遠隔制御装置と無線での通信が可能な通信器具を含む構成が好ましい。電磁波にはマイクロ波、テラヘルツ波、赤外線等が含まれる。端末制御ユニットが収穫の命令を指示する情報を受信する通信器具を有することにより、マルチコプタ８５は、樹木の近傍の空中を自由に移動し、かつ空中の同じ位置にとどまることが可能である。図示の明示はないが、図２８に示したマルチコプタ８５には、プロペラのそれぞれを回転さるための複数のモータ等の駆動動力系が備えられている。更に、駆動動力系に命令を送信する指令回路、フライトコントローラ（ＦＣ）及び複数のエレクトロニックスピードコントローラ（ＥＳＣ）等を更に備えることは勿論である。
【0096】
マルチコプタ８５の指令回路は、マルチコプタ８５の飛行動作（浮遊移動動作）を示す指令信号をＦＣに出力する電子回路である。浮遊移動動作は、上昇、降下、前進、後進、左移動、右移動、左旋回、右旋回等を含む。指令回路は、例えば、果実収穫者（農業従事者）のロボット制御装置に応じて指令信号を無線送信する送信機から指令信号を受信する受信機を内蔵していてもよい。指令回路又はＦＣは、複数の航法衛星から受信した信号に基づいて、緯度、経度及び高度を示す位置情報を取得する全地球航法測位システム（ＧＮＳＳ）受信機を備えてもよい。ＦＣは、例えばセンサ部及び制御回路を備える。センサ部は、例えば、加速度センサ、角速度センサ、方位センサ、高度センサ、及び障害物センサ等を備える。制御回路は、指令回路から入力された指令信号及びセンサ部により検出された浮遊移動状態に応じて、ＥＳＣを制御する浮遊移動制御部及びライン制御部を機能的又は物理的なハードウェア資源として備える。
【0097】
図２７の例に従えば、果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……の収穫に際して、ロボット制御装置から第３実施形態の変形例に係る収穫ユニットに収穫対象の果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……の収穫順序と収穫順序に伴う収穫ユニットの駆動情報が送信される。駆動情報には、果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……の位置情報も含まれている。ロボット制御装置から送信された収穫順序の情報に従って、収穫器搬送部（８４，８５，８６）が収穫ハンド（５５，５６）の位置及び傾きを制御して、収穫器（５５、５６）のリング状の枠部５５が、収穫の対象となっている果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……のそれぞれの真下に到達させる。例えば、果実Ａ１が収穫順序の最初に設定されたとすれば、ロボット制御装置が命令する収穫順序に従い、収穫器搬送部（８４，８５，８６）を駆動して、枠部５５を果実Ａ１の真下に位置させる。
【0098】
更に、収穫器搬送部（８４，８５，８６）を無線で駆動し、収穫対象の果実Ａ１を枠部５５が通過させ、これにより枠部５５に取り付けられた袋部５６に果実Ａ１が収納されるように収穫器搬送部（８４，８５，８６）を上昇させる。枠部５５が果実Ａ１を通過し、果実Ａ１が袋部５６に収納される位置に到達すると、枠部５５又は第二水平枝部８１の上に設けられた果梗切断部によって果梗を切断し、果実Ａ１を収穫器（５５、５６）の袋部５６に収穫する。果実Ａ２，Ａ３，Ａ４，……のそれぞれに付いても、ロボット制御装置が命令する収穫の順番に従い、順に袋部５６に収穫する。このように、第３実施形態の変形例に係る収穫ユニットによれば、ロボット制御装置により収穫対象の果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……の識別画像を予め取得して、識別画像に基づいて果実Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，……の収穫を行うので、収穫作業を自動化して高効率で実施すことができる。その際、収穫器搬送部（８４，８５，８６）は、保護フレーム８６がマルチコプタ８５を覆うように保護する構造になっているので、収穫器搬送部（８４，８５，８６）が樹木の葉等に接触や衝突した場合等において、樹木の葉等をマルチコプタ８５が巻き込んで、マルチコプタ８５が破損されない。よって、第３実施形態の変形例に係る収穫ユニットによれば、高効率で安定した収穫が遠隔操作で自動的に実施できる。
【0099】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は第１～第３実施形態及び関連する変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替の実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。第１～第３実施形態及び関連する変形例で説明したそれぞれの技術的思想の少なくとも一部を選択して、互いに組み合わせることも可能である。例えば第３実施形態で説明した果実識別論理回路６１２ｃの機能を、第１及び第２実施形態、更には第２実施形態の第1～第5変形例等で説明した物体検出ユニット４０に含ませることも可能である。
上記のように、本発明は第１～第３実施形態及び関連する変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替の実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。第１～第３実施形態及び関連する変形例で説明したそれぞれの技術的思想の少なくとも一部を選択して、互いに組み合わせることも可能である。例えば第３実施形態で説明した果実識別論理回路６１２ｃの機能を、第１及び第２実施形態、更には第２実施形態の第1～第5変形例等で説明した物体検出ユニット４０に含ませることも可能である。
【0100】
更に例えば、本発明の第１～第３実施形態に係る収穫アーム１で収穫できる「果実」については、一般的な果物の「果実」のみならず、果菜の「果実」をも含むものである。果菜とは、果実が食用部位となる野菜のことであり、トマト、ナス等も含まれる概念である。
【0101】
また、第１～第３実施形態に係る収穫アーム１を無人航空機（マルチコプタ型）や自動車（ビークル型）等の移動用機器に搭載した場合、収穫した果実１００を積載し、自動的に任意の指定箇所へ搬送する自動搬送装置を別個に設けて利用してもよい。更に指定箇所において、自動搬送装置に積載された果実１００を積み下ろしする搭降載ロボットを別個に設けて利用してもよい。搭降載ロボットで果実が輸送車両に積載された場合、果実１００の収穫から出荷までを全自動で行えることになる。管理システムにおいて、収穫する果実１００の量、輸送車両に積載する（出荷する）果実１００の量等をあらかじめ設定しておけば、管理システムの制御により、収穫地まで人間が出向かなくとも農作業が完結することになる。
【0102】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当と解釈しうる、特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【0103】
１…収穫アーム、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｆ，２ｇ…収穫ハンド、３…回転台、４ｘ…Ｘ軸移動部、４ｙ…Ｙ軸移動部、４ｚ…Ｚ軸移動部、５ａ…移動ブロック、５ｂ…接続部、６ａ…下腕回転関節、６ｂ…上腕回転関節、７ａ…下腕、７ｂ…上腕（第二上腕）、７ｃ…第一上腕、８…ハンド回転関節、１１…ハンド基部、１２ａ，１２ｃ…第一クッション部、１２ｂ，１２ｄ…第二クッション部、１３ａ，５３ａ…第一棒状プレート、１３ｂ，５３ｂ…第二棒状プレート、１３ｈ，５３ｈ…要軸、１４ａ，５４ａ…第一先端部、１４ｂ，５４ｂ…第二先端部、１５ａ，１５ｃ…第一面板、１５ｂ，１５ｄ…第二面板、１６ａ…第一動力部、１６ｂ…第二動力部、１７…撮影ユニット、１８ａ…第１照明、１８ｂ…第２照明、１９…撮像装置、２０…気圧計収納部、２１、２１ａ…薄膜、２２…気圧計、２３…圧力調整弁、２４ａ…ネジ、２４ｂ…ワッシャ、２５ｃ１，２５ｃ２，２５ｃ３…第一強化材、２５ｄ１，２５ｄ２，２５ｄ３…第二強化材、２６…貫通孔、２８ｃ，２８ｄ…懸架部、２９ａ…帯状弾性体、２９ｅ…捕獲帯部、２９ｆ…帯状弾性体、２９…ばね部、３０…搬送機構、３２ａ，３２ｂ…回転部、３３ａ，３３ｂ…連結枝、３４ａ，３４ｂ…締結部、３５ａ，３５ｂ…動力部、３５ｃ…第一強化板、３５ｄ…第二強化板、４０…物体検出ユニット、５０…入力装置、５１…表示装置、５５…枠部、５６…かご部、５７…軌道幹、５８…動力部、６１…中央処理制御部、６４ａ…プログラムメモリ、６４ｂ…第１データメモリ、６４ｃ…第２データメモリ、７２…方位角駆動装置、７３…仰角モータドライバ、７４…仰角駆動装置、７４…光源駆動回路、７５…ＡＤ変換回路、７６…方位角モータドライバ、７７…ロボットハンドコントローラ、８１…第二水平枝部、８２…垂直枝部、８３…第一水平枝部、８４…懸架フレーム、８５…マルチコプタ、８６…保護フレーム、１００…果実、２００…果梗、６１１…制御回路、６１１…制御部、６１１ａ…シークエンス回路、６１２…算術論理回路（ＡＬＵ）、６１２ａ…θ，φ設定命令回路、６１２ｂ…画像取得命令回路、６１２ｃ…果実識別論理回路、６１２ｄ…画像出力命令回路、６１２ｅ…距離測定論理回路、６１２ｆ…座標決定論理回路、６１２ｇ…収穫順序決定論理回路、６１２ｈ…収穫ハンド制御回路、６１２ｉ…次画像判断論理回路、６１３…バス
【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17】
【図18A】
【図18B】
【図19】
【図20A】
【図20B】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24A】
【図24B】
【図25A】
【図25B】
【図26A】
【図26B】
【図26C】
【図27】
【図28】
