特開 2024-171304 弱い気流の擾乱の下で果実を知的に識別してつかみ取るツリークライミングロボット

(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】P2024171304

(43)【公開日】2024-12-11

(54)【発明の名称】弱い気流の擾乱の下で果実を知的に識別してつかみ取るツリークライミングロボット

(51)【国際特許分類】

   A01D 46/30 20060101AFI20241204BHJP

   B25J 13/08 20060101ALI20241204BHJP

【ＦＩ】

A01D46/30

B25J13/08 A

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2024018643

(22)【出願日】2024-02-09

(31)【優先権主張番号】202310613409.X

(32)【優先日】2023-05-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(71)【出願人】

【識別番号】522229020

【氏名又は名称】安徽農業大学

【氏名又は名称原語表記】ＡＮＨＵＩ ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ

【住所又は居所原語表記】１３０ Ｃｈａｎｇｊｉａｎｇｘｉｌｕ Ｈｅｆｅｉ， Ａｎｈｕｉ ２３００３６， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110002789

【氏名又は名称】弁理士法人ＩＰＸ

(72)【発明者】

【氏名】孫 興凍

(72)【発明者】

【氏名】武 婉迪

(72)【発明者】

【氏名】曹 成茂

(72)【発明者】

【氏名】許 良元

(72)【発明者】

【氏名】柏 光霞

(72)【発明者】

【氏名】彭 双発

(72)【発明者】

【氏名】蒋 鋭

(72)【発明者】

【氏名】方 梁菲

(72)【発明者】

【氏名】周 健飛

(72)【発明者】

【氏名】曲 洪汝

(72)【発明者】

【氏名】鄭 玉凱

(72)【発明者】

【氏名】隋 雨航

【テーマコード（参考）】

2B075

3C707

【Ｆターム（参考）】

2B075JF02

2B075JF05

2B075JF10

2B075JJ01

3C707AS22

3C707ES03

3C707ES05

3C707ES07

3C707HS27

3C707KT01

3C707KT04

(57)【要約】      （修正有）

【課題】弱い気流の擾乱の下で果実を知的に識別してつかみ取るツリークライミングロボットを提供する。
【解決手段】樹幹チャック、せん断昇降機構、果実チャックアセンブリ、突っ張り棒、コントローラ、回転機構、カメラ、エアポンプを含み、前記樹幹チャックは、せん断昇降機構に接続され、前記果実チャックアセンブリは、突っ張り棒に接続され、前記突っ張り棒は、回転機構に接続され、前記コントローラ、回転機構、カメラ、エアポンプは、せん断昇降機構に設置されることを特徴とする。本発明は、従来技術に比べて、樹上の果実を収穫する時、果実チャックの中心にあるエアーノズルから、弱い気流を吹き出し、木の葉等の障害を吹き飛ばすことに適用し、カメラが、果実の位置を撮影しやすくなり、果実を精密に識別してつかみ取ることを実現でき、果実の損傷を減少することを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

弱い気流の擾乱の下で果実を知的に識別してつかみ取るツリークライミングロボットであって、樹幹チャック、せん断昇降機構、果実チャックアセンブリ、突っ張り棒、コントローラ、回転機構、カメラ、エアポンプを含み、前記樹幹チャックは、せん断昇降機構に接続され、前記果実チャックアセンブリは、突っ張り棒に接続され、前記突っ張り棒は、回転機構に接続され、前記コントローラ、回転機構、カメラ、エアポンプは、せん断昇降機構に設置されることを特徴とする弱い気流の擾乱の下で果実を知的に識別してつかみ取るツリークライミングロボット。

【請求項2】

前記樹幹チャックは、樹幹チャックヘッド、樹幹チャックセンサーチップ、電動突っ張り棒、樹幹チャックブラケット、チャックベース、チャックサポート、電動押し棒、押し棒モータ、回転モータで構成され、前記樹幹チャックヘッドは、樹幹チャックブラケットにヒンジで連結され、前記電動突っ張り棒の一端は、樹幹チャックヘッドに接続され、他端は、樹幹チャックブラケットに接続され、前記樹幹チャックブラケットは、チャックベースにヒンジで連結され、樹幹チャックセンサーチップは、樹幹チャックヘッドに設置され、前記左右２つのチャックベースは、チャックを介してサポートして一体にヒンジで連結され、前記電動押し棒の一端は、チャックベースに接続され、他端は、チャックサポートに接続され、押し棒モータは、カップリングを介して電動押し棒に接続され、電動押し棒の伸縮を制御することにより樹幹チャックの上下移動を制御し、前記回転モータは、チャックサポートの底部支柱に設置され、チャックサポートは、せん断昇降機構にヒンジで連結され、回転モータを制御することにより樹幹チャックを相次いで振り動かすことを特徴とする請求項１に記載の弱い気流の擾乱の下で果実を知的に識別してつかみ取るツリークライミングロボット。

【請求項3】

前記果実チャックアセンブリは、果実チャックヘッド、果実チャックセンサーチップ、チャック電動押し棒、果実チャックブラケット、エアーノズルで構成され、果実チャックブラケットは、チャックベースに設置され、果実チャックブラケット間にヒンジで連結され、チャック電動押し棒の底端は、果実チャックブラケットにヒンジで連結され、押し棒の頂部は、次のセクションのチャックに接続され、果実チャックセンサーチップは、果実チャックブラケットに設置され、エアーノズルは、チャックベースに設置され、エアダクトは、チャックベースを貫通してエアポンプに接続されることを特徴とする請求項１に記載の弱い気流の擾乱の下で果実を知的に識別してつかみ取るツリークライミングロボット。

【請求項4】

前記回転機構は、回転ベース、パワーはすば歯車、回転ブラケット、回転歯車で構成され、前記パワーはすば歯車は、カップリングを介してモータに接続され、回転ベースに固定され、前記パワーはすば歯車は、回転ブラケットに接続された歯車と噛み合いって接続され、回転ブラケットの一端は、回転ベースと回転可能に接続され、回転歯車は、歯車の噛み合いで回転ブラケットに接続され、回転歯車の一端は、突っ張り棒に接続され、回転歯車は、回転ブラケットに設置されることを特徴とする請求項１に記載の弱い気流の擾乱の下で果実を知的に識別してつかみ取るツリークライミングロボット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、弱い気流の擾乱の下で果実を知的に識別してつかみ取るツリークライミングロボット、特に樹上の果実を収穫する時、カメラで追跡して撮影し、弱い気流で視線を妨害する葉などの障害物を吹き飛ばし、遠隔制御して果実を知的に識別してつかみ取ることに適用するツリークライミングロボットに関する。

【背景技術】

【0002】

果樹収穫は、果樹栽培業の重要な部分として、季節と労働力に強く依存している。高品質の要件を持つ果物の場合、収穫が時間内に完了しない場合、果物が損傷し、果物農家の経済に損失を引き起こす可能性がある。現在では、果樹産業はまだ人力で果実を摘み取っており、機械化と工業化実現の段階に入っていない。果樹園の地勢及び果樹地形は、それぞれ異なるため、主に手動摘み取りと機器摘み取りという２つの摘み取り方式に分かれている。手動摘み取りは主に、はしごなどのツールを補助として使用して、収穫効率が低く、労働強度が高くなる。機器摘み取りのほとんどは振動式の摘み取りであり、摘み取り効率が高くなるが、より高い果樹の場合、振動伝達効果は貧弱であり、果実の摘み取り完全率を改善しにくい。摘み取りロボットは、果実の精密摘み取りを実現できるが、従来のツリークライミングロボットは、樹幹のみでクライミングでき、障害物で遮断することに遭遇したとき、果実を精密に識別してつかみ取ることはできない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明は、樹上の果実を収穫する時、カメラで追跡して撮影し、弱い気流で視線を妨害する葉などの障害物を吹き飛ばし、遠隔制御して果実を知的に識別してつかみ取ることに適用するツリークライミングロボット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】

【0004】

本発明の目的は以下の技術的解決手段により実現される：
本発明は、樹幹チャック、せん断昇降機構、果実チャックアセンブリ、突っ張り棒、コントローラ、回転機構、カメラ、エアポンプを含み、前記樹幹チャックは、せん断昇降機構に接続され、前記果実チャックアセンブリは、突っ張り棒に接続され、前記突っ張り棒は、回転機構に接続され、前記コントローラ、回転機構、カメラ、エアポンプは、せん断昇降機構に設置され、
上記樹幹チャックは、せん断昇降機構に設置され、前記樹幹チャックは、樹幹チャックヘッド、樹幹チャックセンサーチップ、電動突っ張り棒、樹幹チャックブラケット、チャックベース、チャックサポート、電動押し棒、押し棒モータ、回転モータで構成され、前記樹幹チャックヘッドは、樹幹チャックブラケットにヒンジで連結され、前記電動突っ張り棒の一端は、樹幹チャックヘッドに接続され、他端は、樹幹チャックブラケットに接続され、前記樹幹チャックブラケットは、チャックベースにヒンジで連結され、樹幹チャックセンサーチップは、樹幹チャックヘッドに設置され、電動突っ張り棒の伸び長さを制御することにより、樹幹チャックの開閉を制御し、樹幹チャックは、１つの樹幹チャックヘッド及び６つの樹幹チャックブラケットで構成され、各部分は、個別に制御でき、樹幹の形状に応じて樹幹を締め付け、前記左右２つのチャックベースは、チャックを介してサポートして一体にヒンジで連結され、前記電動押し棒の一端は、チャックベースに接続され、他端は、チャックサポートに接続され、押し棒モータは、カップリングを介して電動押し棒に接続され、電動押し棒の伸縮を制御することにより樹幹チャックの上下移動を制御し、それによりツリークライミングロボットは、方向を切り替え、前記回転モータは、チャックサポートの底部支柱に設置され、チャックサポートは、せん断昇降機構にヒンジで連結され、回転モータを制御することにより樹幹チャックを相次いで振り動かし、ツリークライミングロボットの、樹幹から主枝への移動を実現でき、
上記果実チャックアセンブリは、果実チャックヘッド、果実チャックセンサーチップ、チャック電動押し棒、果実チャックブラケット、エアーノズルで構成され、果実チャックブラケットは、チャックベースに設置され、果実チャックブラケット間にチャックベースにヒンジで連結され、チャック電動押し棒の底端は、果実チャックブラケットにヒンジで連結され、押し棒の頂部は、次のセクションのチャックに接続され、果実チャックセンサーチップは、果実チャックヘッドに設置され、チャックが脆性の果実をつかみ取る時、チャックと果実との間の圧力が、設定圧力より大きい時、チャック電動押し棒が停止し、回転機構は、果実チャックアセンブリを回転させるように制御して果実を取り、エアーノズルは、チャックベースに設置され、エアダクトは、チャックベースを貫通してエアポンプに接続され、エアーノズルから吹き出した弱い気流で、障害物とした木の葉を吹き付け、
上記回転機構は、回転ベース、パワーはすば歯車、回転ブラケット、回転歯車で構成され、前記パワーはすば歯車は、カップリングを介してモータに接続され、回転ベースに固定され、前記パワーはすば歯車は、回転ブラケットに接続された歯車と噛み合いって接続され、回転ブラケットの一端は、回転ベースと回転可能に接続され、回転歯車は、歯車の噛み合いで回転ブラケットに接続され、回転歯車の一端は、突っ張り棒に接続され、モータにより突っ張り棒の伸縮を制御し、それにより、果実チャックアセンブリが果実へ伸び、モータが回転してパワーはすば歯車を回転させるように駆動し、回転ブラケットに接続された回転歯車を振り動かし、突っ張り棒を介して回転歯車に接続された果実チャックアセンブリを左右に振り動かすように駆動し、回転歯車は、回転ブラケットに設置され、モーターが動作すると、回転歯車を回転させるように駆動し、さらに果実アセンブリの回転を制御し、果実を取り、回転機構は、突っ張り棒を介して果実チャックアセンブリに接続され、チャックアセンブリを標的果実の方向まで振り動かし、果実をつかみ取って回転するように制御でき、
上記果実チャックアセンブリは、独立して制御できる４つのチャックで構成され、チャックは、果実の形状に応じて内へ収縮して果実と密着し、応力接触面積を増加させ、果実への損傷を減少し、
上記ツリークライミングロボットは、３つの樹幹チャック及び２つのせん断昇降機構で構成され、各樹幹チャックは、個別に制御でき、それにより、ツリークライミングロボットは、上下、左右、前後に移動できることを特徴とする。

【発明の効果】

【0005】

本発明は従来技術に比べて、樹上の果実を収穫する時、カメラによって収穫過程全体に対して追跡撮影を行い、果実の位置を観察し、果実チャックの中心にあるエアーノズルから、弱い気流を吹き出し、木の葉等の障害を吹き飛ばすことに適用し、カメラが撮影しやすくなり、果実を精密に識別してつかみ取ることを実現でき、果実の損傷を減少し、果実の収穫効率を向上させる。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】本発明の構造概略図である。

【図2】図１における摘み取り機構概略図である。

【図3】図１における果実チャックアセンブリ概略図である。

【図4】図１における樹幹チャック上面図である。

【図5】図１における樹幹チャック正面図である。

【図6】図１における樹幹チャックの左右運動範囲概略図である。

【図7】図１における樹幹チャックの前後運動範囲概略図である。

【図8】図１におけるツリークライミングロボットの構造概略図である。

【図9】図１におけるツリークライミングロボットの前後運動範囲概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

実施例：図１～９を参照して、本実施例は、弱い気流擾乱の下でので果実を知的に識別してつかみ取るツリークライミングロボットであり、樹幹チャック１、せん断昇降機構２、果実チャックアセンブリ３、突っ張り棒４、コントローラ５、回転機構６、カメラ７、エアポンプ８を含み、前記樹幹チャック１は、せん断昇降機構２に接続され、前記果実チャックアセンブリ３は、突っ張り棒４に接続され、前記突っ張り棒４は、回転機構６に接続され、前記コントローラ５、回転機構６、カメラ７、エアポンプ８は、せん断昇降機構２に設置される。カメラ７により、標的果実を監視してロックし、コントローラ５によって命令を送信し、果実チャックアセンブリ３を制御して果実へ伸び、チャックの中心にあるエアーノズルを使用して弱い気流を吹き出し、カメラの前方にある木の葉等の障害物を吹き付け、遠隔制御して果実を知的に識別してつかみ取ることを容易にする。

【0008】

前記樹幹チャック１は、せん断昇降機構２に設置され、前記樹幹チャック１は、樹幹チャックヘッド１０１、樹幹チャックセンサーチップ１０２、電動突っ張り棒１０３、樹幹チャックブラケット１０４、チャックベース１０５、チャックサポート１０６、電動押し棒１０７、押し棒モータ１０８、回転モータ１０９で構成される。前記樹幹チャックヘッド１０１は、樹幹チャックブラケット１０４にヒンジで連結され、前記電動突っ張り棒１０３の一端は、樹幹チャックヘッド１０１に接続され、他端は、樹幹チャックブラケット１０４に接続され、前記樹幹チャックブラケット１０４は、チャックベース１０５にヒンジで連結され、樹幹チャックセンサーチップ１０２は、樹幹チャックヘッド１０１に設置される。電動突っ張り棒１０３の伸び長さを制御することにより、樹幹チャック１の開閉を制御し、樹幹チャック１は、１つの樹幹チャックヘッド１０１及び６つの樹幹チャックブラケット１０４で構成され、各部分は、個別に制御でき、樹幹の形状に応じて樹幹を締め付け、樹幹チャックセンサーチップ１０２は、締め付け力を記録し、締め付け力が大きすぎることによる果樹の皮への損傷を回避する。前記左右２つのチャックベース１０５は、チャックを介してサポート１０６して一体にヒンジで連結され、前記電動押し棒１０７の一端は、チャックベース１０５に接続され、他端は、チャックサポート１０６に接続され、押し棒モータ１０８は、カップリングを介して電動押し棒１０６に接続され、電動押し棒１０７の伸縮を制御することにより樹幹チャックの上下移動を制御し、それによりツリークライミングロボットは方向を切り替える。前記回転モータ１０９は、チャックサポート１０６の底部支柱に設置され、チャックサポート１０６は、せん断昇降機構２にヒンジで連結され、回転モータ１０９を制御することにより樹幹チャック１を相次いで振り動かし、ツリークライミングロボットの、樹幹から主枝への移動を実現できる。ツリークライミングロボットが、樹幹に沿って上向きにクライミングする場合、ロボットの真上に木の枝が存在してその前進を阻害し、左右樹幹チャックの偏移角度を制御することにより、ツリークライミングロボットが方向を変換できる。ツリークライミングロボットが、樹幹から主枝へ移動する場合、樹幹チャック１の前後揺動角度を制御することにより、ツリークライミングロボットの移動が完了し、果実チャックが果実をつかみ取りやすくなる。

【0009】

前記果実チャックアセンブリ３は、果実チャックヘッド３０１、果実チャックセンサーチップ３０２、チャック電動押し棒３０３、果実チャックブラケット３０４、エアーノズル３０５で構成される。果実チャックブラケット３０４は、チャックベースに設置され、果実チャックブラケット３０４間にチャックベースにヒンジで連結され、チャック電動押し棒３０３の底端は、果実チャックブラケット３０４にヒンジで連結され、押し棒の頂部は、次のセクションのチャックに接続され、果実チャックセンサーチップ３０２は、果実チャックヘッド３０１に設置され、チャックが脆性の果実をつかみ取る時、チャックと果実との間の圧力が、設定圧力より大きい時、チャック電動押し棒３０３が停止し、圧力が大きすぎて果皮を損傷することを回避し、果物の形状に応じて果実を知的に被覆し、つかみ取り強度を精密に制御することを実現し、果実の損傷率を減少させることを達成し、回転機構６は、果実チャックアセンブリ３を回転させるように制御して果実を取り、エアーノズル３０５は、チャックベースに設置され、エアダクトは、チャックベースを貫通してエアポンプ８に接続され、エアーノズル３０５から吹き出した弱い気流で、障害物とした木の葉を吹き付け、カメラ７が摘果の過程を撮影することを容易にする。

【0010】

前記回転機構６は、回転ベース６０１、パワーはすば歯車６０２、回転ブラケット６０３、回転歯車６０４で構成される。前記パワーはすば歯車６０２は、カップリングを介してモータに接続され、回転ベース６０１に固定され、前記パワーはすば歯車６０２は、回転ブラケット６０３に接続された歯車と噛み合いって接続され、回転ブラケット６０３の一端は、回転ベース６０１と回転可能に接続され、回転歯車６０４は、歯車の噛み合いで回転ブラケット６０３に接続され、回転歯車６０４の一端は、突っ張り棒４に接続され、モータにより突っ張り棒４の伸縮を制御し、それにより、果実チャックアセンブリ３が果実へ伸びる。モータが回転してパワーはすば歯車６０２を回転させるように駆動し、回転ブラケット６０３に接続された回転歯車６０４を振り動かし、突っ張り棒４を介して回転歯車６０４に接続された果実チャックアセンブリ３を左右に振り動かすように駆動し、回転歯車６０４は、回転ブラケット６０３に設置され、モーターが動作すると、回転歯車６０４を回転させるように駆動し、さらに果実チャックアセンブリ３の回転を制御し、果実を取る。回転機構６は、突っ張り棒４を介して果実チャックアセンブリ３に接続され、果実チャックアセンブリ３を制御して標的果実の方向まで振り動かし、果実をつかみ取って果実チャックアセンブリ３を回転させ、果実の精密な摘み取りが完了することができる。

【0011】

前記果実チャックアセンブリ３は、独立して制御できる４つのチャックで構成され、チャックは、果実の形状に応じて内へ収縮して果実と密着し、応力接触面積を増加させ、果実への損傷を減少する。

【0012】

前記ツリークライミングロボットは、３つの樹幹チャック１及び２つのせん断昇降機構２で構成され、各樹幹チャックは、個別に制御でき、それにより、ツリークライミングロボットは、上下、左右、前後に移動できる。

【符号の説明】

【0013】

１樹幹チャック
２せん断昇降機構
３果実チャックアセンブリ
４突っ張り棒
５コントローラ
６回転機構
７カメラ
８エアポンプ
１０１樹幹チャックヘッド
１０２樹幹チャックセンサーチップ
１０３電動突っ張り棒
１０４樹幹チャックブラケット
１０５チャックベース
１０６チャックサポート
１０７電動押し棒
１０８押し棒モータ
１０９回転モータ
３０１果実チャックヘッド
３０２果実チャックセンサーチップ
３０３チャック電動押し棒
３０４果実チャックブラケット
３０５エアーノズル
６０１回転ベース
６０２パワーはすば歯車
６０３回転ブラケット
６０４回転歯車

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】