特許 7184016 農作物収穫システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-28

(45)【発行日】2022-12-06

(54)【発明の名称】農作物収穫システム

(51)【国際特許分類】

   A01D 46/30 20060101AFI20221129BHJP

   B25J 13/08 20060101ALI20221129BHJP

【ＦＩ】

A01D46/30

B25J13/08 A

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019201508

(22)【出願日】2019-11-06

(65)【公開番号】P2021073870

(43)【公開日】2021-05-20

【審査請求日】2022-02-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110000567

【氏名又は名称】弁理士法人サトー

(72)【発明者】

【氏名】半田 郷

(72)【発明者】

【氏名】青木 義昌

(72)【発明者】

【氏名】松野 勤

(72)【発明者】

【氏名】石川 孝一

(72)【発明者】

【氏名】神谷 日菜

(72)【発明者】

【氏名】森 俊和

(72)【発明者】

【氏名】岩竹 皓也

(72)【発明者】

【氏名】古川 文崇

(72)【発明者】

【氏名】北村 清

(72)【発明者】

【氏名】町田 高章

(72)【発明者】

【氏名】井野川 和也

(72)【発明者】

【氏名】榊原 大五

(72)【発明者】

【氏名】在原 拓務

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 貴巨

【審査官】小島 洋志

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５９－１０７８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２０７１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－１０６２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１１０２５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０９７４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１６２０７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５５４４４７４（ＵＳ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０８７５４６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００７３５８４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ０１Ｄ ４６／３０

Ｂ２５Ｊ １３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主茎（９２）や枝に結実した収穫対象物（９１）に対し果柄（９３）を切断して前記収穫対象物を収穫する農作物収穫用エンドエフェクタ（１）を備えた農作物収穫システム（５０）であって、
前記果柄を切断するための切断刃（２）が設けられた第１部材（１０、２０Ａ、４１）と、
前記第１部材に対して相対的に移動可能に構成された第２部材（２０、４１Ａ）と、
前記第１部材に対して前記第２部材を相対的に移動させる移動機構（３０）と、を備え、
前記第１部材及び前記第２部材のいずれか一方又は両方は、前記切断刃を含んで環状に構成されてその環状の内側に前記収穫対象物を通すことが可能な通過部（３）を形成し、
前記移動機構は、前記通過部の内側に前記果柄を通した状態で前記第１部材と前記第２部材とを相対的に移動させて前記通過部を縮小させることで前記第２部材と前記切断刃とで前記果柄を挟み込んで切断する、
前記農作物収穫用エンドエフェクタと、
前記農作物収穫用エンドエフェクタが取り付けられたロボットアーム（５２）と、
前記収穫対象物の位置情報を含む視覚情報を取得可能な視覚装置（５１）と、
前記視覚装置で取得した前記視覚情報に含まれている収穫対象物を検出する収穫対象物検出処理を実行可能な収穫対象物検出処理部（６１）と、
前記収穫対象物検出処理で検出した前記収穫対象物の先端位置（Ｐｂ）と基端位置（Ｐｔ）とを含む位置を特定する位置特定処理を実行可能な位置情報特定処理部（６２）と、
前記ロボットアームを駆動制御して、前記収穫対象物の前記先端位置の外方に設定された始点位置（Ｐｓ）まで前記農作物収穫用エンドエフェクタを接近させる接近処理を実行可能な接近処理部（６５）と、
前記ロボットアームを駆動制御して前記農作物収穫用エンドエフェクタを前記先端位置の外方から前記基端位置側へ向かって移動させて前記通過部に前記収穫対象物を通す移動処理を実行可能な移動処理部（６６）と、
前記農作物収穫用エンドエフェクタを前記主茎や枝に沿うように傾けて前記通過部が前記収穫対象物を前記基端位置の外方へ通過した状態にする傾け処理を実行可能な傾け処理部（６７）と、
前記農作物収穫用エンドエフェクタを動作させて前記通過部を縮小させることで前記通過部の内側に通された前記果柄を切断する切断処理を実行可能な切断処理部（６８）と、
を備えている農作物収穫システム。

【請求項2】

前記農作物収穫用エンドエフェクタを前記主茎や枝に沿うように傾けるための傾け角度を設定する傾け角度設定処理を実行可能な傾け角度設定処理部（６３）を更に備え、
前記傾け角度設定処理は、前記傾け角度を予め設定された一定値に設定する処理を含み、
前記傾け処理部は、前記傾け角度設定処理で設定された傾け角度に基づいて前記傾け処理を実行する、
請求項１に記載の農作物収穫システム。

【請求項3】

前記農作物収穫用エンドエフェクタを前記主茎や枝に沿うように傾けるための傾け角度を設定する傾け角度設定処理を実行可能な傾け角度設定処理部（６３）を更に備え、
前記傾け角度設定処理は、前記視覚装置で取得した前記視覚情報に基づいて前記傾け角度を設定する処理を含み、
前記傾け処理部は、前記傾け角度設定処理で設定された傾け角度に基づいて前記傾け処理を実行する、
請求項１に記載の農作物収穫システム。

【請求項4】

前記収穫対象物の高さ位置とその高さ位置における前記傾け角度とを示すデータテーブルを記憶した記憶領域（６０２）を更に備え、
前記傾け角度設定処理は、前記視覚装置で取得した前記視覚情報から前記収穫対象物の高さ位置（Ｐｔ）を特定し、前記傾け角度を、前記データテーブルに基づいて、その特定した前記収穫対象物の高さ位置に対応する角度に設定する処理を含んでいる、
請求項３に記載の農作物収穫システム。

【請求項5】

前記傾け角度設定処理は、前記視覚装置で取得した前記視覚情報から前記主茎や枝の形状を抽出し、その抽出した前記主茎や枝の形状に対してパターンマッチング処理又はフィッティング処理を行うことで前記傾け角度を設定する処理を含む、
請求項３に記載の農作物収穫システム。

【請求項6】

前記傾け処理における前記農作物収穫用エンドエフェクタの回転軸側とは反対側部分に対する物体の接触を検出可能な反回転軸側接触検出部（７３）を更に備え、
前記傾け処理部は、前記傾け処理を実行し前記農作物収穫用エンドエフェクタを傾ける動作を行っている際中に前記反回転軸側接触検出部により物体の接触を検知した場合に前記傾け処理を終了する、
請求項１に記載の農作物収穫システム。

【請求項7】

前記移動処理は、前記農作物収穫用エンドエフェクタを前記傾け角度で傾けることで前記通過部が前記収穫対象物の前記基端位置の外方へ通過する位置に設定された目標位置（Ｐｇ）まで前記農作物収穫用エンドエフェクタを移動させる処理を含み、
前記傾け処理部は、前記農作物収穫用エンドエフェクタが前記目標位置に到達した場合に前記傾け処理を実行する、
請求項１から５のいずれか一項に記載の農作物収穫システム。

【請求項8】

前記傾け処理における前記農作物収穫用エンドエフェクタの回転軸側の部分に対する物体の接触を検出可能な回転軸側接触検出部（７２）を更に備え、
前記移動処理は、前記収穫対象物の前記基端位置の外方に設定された終点位置（Ｐｅ）を目指して前記農作物収穫用エンドエフェクタを移動させる処理を含み、
前記傾け処理部は、前記移動処理により前記終点位置を目指して前記農作物収穫用エンドエフェクタを移動させている際中に前記回転軸側接触検出部により物体の接触を検知した場合に前記傾け処理を開始する、
請求項１から５のいずれか一項に記載の農作物収穫システム。

【請求項9】

前記傾け処理における前記農作物収穫用エンドエフェクタの回転軸は、当該農作物収穫用エンドエフェクタにおいて固定位置に設定されており、
前記接近処理は、前記回転軸の軸方向が前記主茎から延びる前記果柄と交差する方向となるように調整して前記農作物収穫用エンドエフェクタ前記始点位置まで接近させる処理を含む、
請求項１から８のいずれか一項に記載の農作物収穫システム。

【請求項10】

前記傾け処理は、前記農作物収穫用エンドエフェクタにおいて前記主茎や枝に最も接近している部分を回転軸（Ａｘｒ、Ａｘｐ）にして前記回転軸の反対側が前記主茎や枝に接近するように傾ける処理を含み、
前記接近処理は、前記主茎や枝に対する前記収穫対象物の位置関係に関わらず前記収穫対象物に対して一定の角度で前記農作物収穫用エンドエフェクタを前記始点位置まで接近させる処理を含む、
請求項１から８のいずれか一項に記載の農作物収穫システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、主茎や枝に結実した農作物を収穫するための農作物収穫システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、農作業の自動化を実現するため、農作物を自動で収穫するためのエンドエフェクタや農作物収穫用システムが提案されている。例えばロボットアームの先端にハサミ形状の刃を有するエンドエフェクタを設け、そのエンドエフェクタで果柄を切断することで、主茎や枝から果実を分離し収穫する構成が考えられている。しかしながら、刃物を用いて果柄を切断する構成の場合、エンドエフェクタを果柄に近づける際に刃部分が主茎や枝に接触して主茎や枝を傷つけてしまったり、さらには切断してしまったりするおそれがある。また、刃部分が主茎や枝に直接接触しない場合であっても、主茎や枝に無理な力が加わることによって、折れ曲がって傷つけたり切断してしまったりするおそれがある。そして、主茎や枝の損傷や切断は、植物の様々な病気を引き起こす原因となり、ひどい場合には枯れてしまい、その結果、その後の収穫量の減少に繋がる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１９－３７２１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、収穫の際に主茎や枝を傷つけることを抑制して安全に収穫することができる農作物収穫システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

請求項１に記載の農作物収穫システム（５０）は、主茎（９２）や枝に結実した収穫対象物（９１）に対し果柄（９３）を切断して前記収穫対象物を収穫する農作物収穫用エンドエフェクタ（１）を備えた農作物収穫システムである。農作物収穫システムは、農作物収穫用エンドエフェクタ（１）を備える。農作物収穫用エンドエフェクタは、前記果柄を切断するための切断刃（２）が設けられた第１部材（１０、２０Ａ、４１）と、前記第１部材に対して相対的に移動可能に構成された第２部材（２０、４１Ａ）と、前記第１部材に対して前記第２部材を相対的に移動させる移動機構（３０）と、を備え、前記第１部材及び前記第２部材のいずれか一方又は両方は、前記切断刃を含んで環状に構成されてその環状の内側に前記収穫対象物を通すことが可能な通過部（３）を形成し、前記移動機構は、前記通過部の内側に前記果柄を通した状態で前記第１部材と前記第２部材とを相対的に移動させて前記通過部を縮小させることで前記第２部材と前記切断刃とで前記果柄を挟み込んで切断する。

【0006】

また、農作物収穫システムは、ロボットアーム（５２）と、視覚装置（５１）と、収穫対象物検出処理部（６１）と、位置情報特定処理部（６２）と、接近処理部（６５）と、移動処理部（６６）と、傾け処理部（６７）と、切断処理部（６８）と、を備える。前記ロボットアームは、前記農作物収穫用エンドエフェクタが取り付けられる。前記視覚装置は、前記収穫対象物の位置情報を含む視覚情報を取得可能である。前記収穫対象物検出処理部は、前記視覚装置で取得した前記視覚情報に含まれている収穫対象物を検出する収穫対象物検出処理を実行可能である。前記位置情報特定処理部は、前記収穫対象物検出処理で検出した前記収穫対象物の先端位置（Ｐｂ）と基端位置（Ｐｔ）とを含む位置を特定する位置特定処理を実行可能である。

【0007】

前記接近処理部は、前記ロボットアームを駆動制御して、前記収穫対象物の前記先端位置の外方に設定された始点位置まで前記農作物収穫用エンドエフェクタを接近させる接近処理を実行可能である。前記移動処理部は、前記ロボットアームを駆動制御して前記農作物収穫用エンドエフェクタを前記先端位置の外方から前記基端位置側へ向かって移動させて前記通過部に前記収穫対象物を通す移動処理を実行可能である。前記傾け処理部は、前記農作物収穫用エンドエフェクタを前記主茎や枝に沿うように傾けて前記通過部が前記収穫対象物を前記基端位置の外方へ通過した状態にする傾け処理を実行可能である。そして、前記切断処理部は、前記農作物収穫用エンドエフェクタを動作させて前記通過部を縮小させることで前記通過部の内側に通された前記果柄を切断する切断処理を実行可能である。

【0008】

ここで、例えばハサミ形状のエンドエフェクタによって果柄を切断しようとした場合、ハサミ形状のエンドエフェクタを主茎や枝を切断できる位置まで移動する際に、果柄や枝の伸びる方向に対してハサミ形状のエンドエフェクタを直角方向に接近させる必要がある。すると、ハサミ形状のエンドエフェクタを移動させる際に刃先部分が主茎や枝に接触して、主茎や枝を傷つけてしまうおそれがある。

【0009】

一方、本構成によれば、エンドエフェクタは、主茎等に結実した収穫対象物に対し収穫対象物の先端から収穫対象物全体を通過部に通すことで、すなわち、例えばミニトマトのような主茎から垂れ下がった収穫対象物に対し、房全体を下方からすくうようにして通過部に通すことで、エンドエフェクタを主茎や枝を切断できる位置まで移動させることができる。その際、移動部材は、切断刃の周囲を囲っているため、主茎が切断刃に接触することを抑制できる。その結果、切断刃によって主茎や枝を傷つけてしまうことを抑制できて安全に収穫対象物を収穫することができるという優れた効果が得られる。

【0010】

更には、本構成の農作物収穫システムは、傾け処理を実行することにより、農作物収穫用エンドエフェクタが果柄を切断するときの位置、つまり収穫対象物と主茎や枝との間の位置までエンドエフェクタを移動させる際に、エンドエフェクタを主茎や枝の傾きに沿った姿勢にすることができる。これにより、農作物収穫システムは、エンドエフェクタが果柄を切断するときの位置まで移動する際に、エンドエフェクタが主茎や枝を押し上げる等して無理な力をかけてしまうことを抑制できる。このように、本構成によれば、エンドエフェクタを用いて収穫対象物を収穫する際に、エンドエフェクタが主茎や枝に無理な力を加えてしまい主茎や枝を折り曲げて傷つけたり切断してしまったりすることも抑制でき、その結果、極めて安全に収穫作業を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例を示すもので、移動部材が引き出された状態を示す平面図

【図2】第１実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例を示すもので、図１のものにおいてカバー部材を取り外して示す平面図

【図3】第１実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例について図１のＸ３－Ｘ３線に沿って示す断面図

【図4】第１実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例について図３の矢印Ｘ４方向から示す図

【図5】第１実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例について図１のＸ５－Ｘ５線に沿って示す断面図

【図6】第１実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例について図１のＸ６－Ｘ６線に沿って示す断面図

【図7】第１実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例について図１のＸ７－Ｘ７線に沿って示す断面図

【図8】第１実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例について図３の矢印Ｘ８部分を拡大して示す図

【図9】第１実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例について図３の矢印Ｘ９部分を拡大して示す図

【図10】第１実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例を示すもので、移動部材が引き込まれた状態を示す平面図

【図11】第１実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例を示すもので、図１０のものにおいてカバー部材を取り外して示す平面図

【図12】第１実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例について図１１のＸ１２－Ｘ１２線に沿って示す断面図

【図13】第１実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例について図１２の矢印Ｘ１３部分を拡大して示す図

【図14】第１実施形態による農作物収穫システムの構成を概略的に示す図

【図15】第１実施形態による農作物収穫システムの制御装置の構成を概略的に示すブロック図

【図16】第１実施形態による農作物収穫システムにおいて、視覚装置により取得した視覚情報の一例を概念的に示すもので、正面側から見た図

【図17】第１実施形態による農作物収穫システムにおいて、位置特定処理部による各位置の特定及び移動経路生成処理部による移動経路の生成の一例を概念的に示すもので、正面側から見た図

【図18】第１実施形態による農作物収穫システムにおいて、目標位置Ｐｇの決定方法の一例を概念的に示す図

【図19】第１実施形態による農作物収穫システムにおいて、農作物収穫用エンドエフェクタを収穫対象物の下方に進入させた状態を示すもので、（Ａ）は正面側から見た図、（Ｂ）は上側から見た図

【図20】第１実施形態による農作物収穫システムにおいて実行される収穫動作の制御内容の一例を示すフローチャート

【図21】第１実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの移動態様及び動作態様の一例を示すもので、農作物収穫用エンドエフェクタを始点位置まで移動させた状態を正面側から示す図。

【図22】第１実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの移動態様及び動作態様の一例を示すもので、農作物収穫用エンドエフェクタを先端位置まで移動させた状態を正面側から示す図。

【図23】第１実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの移動態様及び動作態様の一例を示すもので、農作物収穫用エンドエフェクタを目標位置まで移動させた状態を正面側から示す図。

【図24】第１実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの移動態様及び動作態様の一例を示すもので、農作物収穫用エンドエフェクタを傾け角度で傾けた状態を正面側から示す図。

【図25】第１実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの移動態様及び動作態様の一例を示すもので、農作物収穫用エンドエフェクタを傾け角度で傾けた状態を側面側から示す図（その１）。

【図26】第１実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの移動態様及び動作態様の一例を示すもので、農作物収穫用エンドエフェクタを傾け角度で傾けた状態を側面側から示す図（その２）。

【図27】第１実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの移動態様及び動作態様の一例を示すもので、農作物収穫用エンドエフェクタで果柄を切断する直前の状態を側面側から示す図。

【図28】第１実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの一例について、図２７の矢印Ｘ２８部分を拡大して示す図

【図29】第１実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの移動態様及び動作態様の一例を示すもので、農作物収穫用エンドエフェクタで果柄を切断して把持した状態を側面側から示す図。

【図30】第１実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの一例について、図２９の矢印Ｘ３０部分を拡大して示す図

【図31】第１実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの移動態様及び動作態様の一例を示すもので、農作物収穫用エンドエフェクタの傾きを復帰した状態を正面側から示す図

【図32】第１実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの移動態様及び動作態様の一例を示すもので、農作物収穫用エンドエフェクタが回収箱へ向かって移動する際の状態を側面側から示す図

【図33】第１実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの移動態様及び動作態様の一例を示すもので、果柄の把持を解放した状態を側面側から示す図

【図34】第２実施形態による農作物収穫システムについて、記憶領域に記憶されているデータテーブルの一例を示す図

【図35】第３実施形態による農作物収穫システムについて、傾け角度を設定するためのパターンマッチング処理の一例を概念的に示す図（その１）

【図36】第３実施形態による農作物収穫システムについて、傾け角度を設定するためのパターンマッチング処理の一例を概念的に示す図（その２）

【図37】第３実施形態による農作物収穫システムについて、傾け角度を設定するための直線又は曲線のフィッティング処理の一例を概念的に示す図

【図38】第４実施形態による農作物収穫システムにおいて、位置特定処理部による各位置の特定及び移動経路生成処理部による移動経路の生成の一例を概念的に示す図

【図39】第４実施形態による農作物収穫システムの制御装置の構成を概略的に示すブロック図

【図40】第４実施形態による農作物収穫システムについて、接触検出部によって検出する力と、農作物収穫用エンドエフェクタに設定される回転軸と、の関係を概念的に示す図

【図41】第４実施形態による農作物収穫システムにおいて実行される収穫動作の制御内容の一例を示すフローチャート

【図42】第４実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの移動態様及び動作態様の一例を示すもので、農作物収穫用エンドエフェクタを始点位置まで移動させた状態を正面側から示す図

【図43】第４実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの移動態様及び動作態様の一例を示すもので、回転軸側接触検出部が農作物収穫用エンドエフェクタに対する接触を検出した状態を正面側から示す図

【図44】第４実施形態による農作物収穫システムにおいて収穫動作が実行された際の各時点における農作物収穫用エンドエフェクタの移動態様及び動作態様の一例を示すもので、反回転軸側接触検出部が農作物収穫用エンドエフェクタに対する接触を検出した状態を正面側から示す図

【図45】第５実施形態による農作物収穫システムにおいて、視覚装置により取得した視覚情報の一例であって収穫対象物が主茎の横側に位置している状態を示すもので、正面側から見た図

【図46】第５実施形態による農作物収穫システムにおいて、視覚装置により取得した視覚情報の一例であって収穫対象物が主茎の横側に位置している状態を示すもので、上面側から見た図

【図47】第５実施形態による農作物収穫システムにおいて、視覚装置により取得した視覚情報の一例であって収穫対象物が主茎の正面側に位置している状態を示すもので、正面側から見た図

【図48】第５実施形態による農作物収穫システムにおいて、視覚装置により取得した視覚情報の一例であって収穫対象物が主茎の正面側に位置している状態を示すもので、上面側から見た図

【図49】第５実施形態による農作物収穫システムにおいて、視覚装置により取得した視覚情報の一例であって収穫対象物が主茎の背面側に位置している状態を示すもので、正面側から見た図

【図50】第５実施形態による農作物収穫システムにおいて、視覚装置により取得した視覚情報の一例であって収穫対象物が主茎の背面側に位置している状態を示すもので、上面側から見た図

【図51】第５実施形態による農作物収穫システムにおいて、図４６に示す場合における進入方向を概念的に示す図

【図52】第５実施形態による農作物収穫システムにおいて、収穫対象物が主茎の横側に位置している場合における農作物収穫用エンドエフェクタの進入方向の一例を示す図

【図53】第５実施形態による農作物収穫システムにおいて、図４８に示す場合における進入方向を概念的に示す図

【図54】第５実施形態による農作物収穫システムにおいて、収穫対象物が主茎の正面側に位置している場合における農作物収穫用エンドエフェクタの進入方向の一例を示す図

【図55】第５実施形態による農作物収穫システムにおいて、図５０に示す場合における進入方向を概念的に示す図

【図56】第５実施形態による農作物収穫システムにおいて、収穫対象物が主茎の背面側に位置している場合における農作物収穫用エンドエフェクタの進入方向の一例を示す図

【図57】第５実施形態による農作物収穫システムにおいて、図５１に示すものにオフセット角度を考慮した場合における農作物収穫用エンドエフェクタの進入方向を概念的に示す図

【図58】第５実施形態による農作物収穫システムにおいて、図５３に示すものにオフセット角度を考慮した場合における農作物収穫用エンドエフェクタの進入方向を概念的に示す図

【図59】第５実施形態による農作物収穫システムにおいて、図５５に示すものにオフセット角度を考慮した場合における農作物収穫用エンドエフェクタの進入方向を概念的に示す図

【図60】第６実施形態による農作物収穫システムにおいて、収穫対象物が主茎の横側に位置している場合における農作物収穫用エンドエフェクタの進入方向の決定方法の一例を示す図

【図61】第６実施形態による農作物収穫システムにおいて、収穫対象物が主茎の正面側に位置している場合における農作物収穫用エンドエフェクタの進入方向の決定方法の一例を示す図

【図62】第６実施形態による農作物収穫システムにおいて、収穫対象物が主茎の背面側に位置している場合における農作物収穫用エンドエフェクタの進入方向の決定方法の一例を示す図

【図63】第７実施形態による農作物収穫システムにおいて、農作物収穫用エンドエフェクタに設定される回転軸の設定箇所の一例を示すもので、上面側から見た図

【図64】第７実施形態による農作物収穫システムにおいて、ピッチ回転軸を中心にピッチ方向へ農作物収穫用エンドエフェクタを傾ける際の一例を示す図（その１）

【図65】第７実施形態による農作物収穫システムにおいて、ピッチ回転軸を中心にピッチ方向へ農作物収穫用エンドエフェクタを傾ける際の一例を示す図（その２）

【図66】第８実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例を示すもので、移動部材が引き出された状態を示す平面図

【図67】第９実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例を示すもので、移動部材が引き出された状態を示す平面図

【図68】第１０実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例をカバー部材を取り外した状態で示すもので、把持部材が前進している状態を示す平面図

【図69】第１０実施形態による農作物収穫用エンドエフェクタの構成の一例をカバー部材を取り外した状態で示すもので、把持部材が後退している状態を示す平面図

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

【0013】

（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図１～図３３を参照して説明する。
＜農作物収穫用エンドエフェクタの構成＞
まず、農作物収穫用エンドエフェクタ１の構成について、主に図１～図１３を参照して説明する。本実施形態の農作物収穫用エンドエフェクタ１（以下、エンドエフェクタ１と称する）は、例えばトマト、ミニトマトやナスのように主茎から垂れ下がった状態で成長する果菜類や、リンゴやナシ、ブドウのように樹木の枝から垂れ下がった状態で成長する果樹類を収穫対象物として収穫することに用いることができる。

【0014】

エンドエフェクタ１は、図１～図３等に示すように、全体として一方向に長い形状に構成されており、切断刃２、ベース部材１０、移動部材２０、移動機構３０、及び把持機構４０を備えている。本実施形態の場合、切断刃２は、ベース部材１０に設けられている。このため、本実施形態において、ベース部材１０は、果柄を切断するための切断刃２が設けられた第１部材として機能する。また、移動部材２０は、ベース部材１０に対して、エンドエフェクタ１の長手方向に沿って移動可能に構成されている。このため、本実施形態において、移動部材２０は、第１部材つまりベース部材１０に対して相対的に移動可能に構成された第２部材として機能する。

【0015】

以下の説明では、エンドエフェクタ１の長手方向すなわち移動部材２０の移動方向のうち、移動部材２０がベース部材１０から離間する方向を、エンドエフェクタ１の前側又は移動部材２０の前進方向とし、逆方向つまり移動部材２０がベース部材１０に接近する方向をエンドエフェクタ１の後側又は移動部材２０の後退方向とする。また、図１におけるエンドエフェクタ１の長手方向に対する直角方向を、エンドエフェクタ１の幅方向とする。そして、図３におけるエンドエフェクタ１の長手方向及び幅方向に対する直角方向を、エンドエフェクタ１の厚み方向とする。

【0016】

ベース部材１０は、移動部材２０、移動機構３０、及び把持機構４０の土台となる構成であり、保持部材１１、１２、カバー部材１３、連結部材１４、及び取付部材１５を含んで構成されている。保持部材１１、１２は、エンドエフェクタ１の長手方向に離間して配置されている。本実施形態の場合、前側に設けられた保持部材１１は、図５に示すように、断面がいわゆるＴ字形状に形成されている。そして、前側の保持部材１１は、摺動溝１１１及びばね支持部１１２を有している。摺動溝１１１は、複数例えば３つ設けられており、カバー部材１３側から掘り込まれて前後方向に伸びる溝形状に形成されている。ばね支持部１１２は、後述する弾性部材４２の一端部を支持する機能を有している。本実施形態の場合、ばね支持部１１２は、例えば前側の保持部材１１の前面から前方へ突出した円筒形状に形成されている。また、後側に設けられた保持部材１２は、図４にも示すように、矩形のブロック状に形成されている。

【0017】

カバー部材１３は、図１及び図３等に示すように、全体として板状に形成されており、保持部材１１、１２に対してエンドエフェクタ１の厚み方向の一方側に設けられて、エンドエフェクタ１の厚み方向の一方側の少なくとも一部又は全体を覆っている。カバー部材１３は、例えば図示しないボルト等の締結部材によって、保持部材１１、１２に固定されている。これにより、カバー部材１３は、前側の保持部材１１と後側の保持部材１２とを接続している。カバー部材１３の後側は、エンドエフェクタ１の前後方向に長い矩形の板状に形成されており、カバー部材１３の前側は、前方へ向かって幅が広がる台形状に形成されている。

【0018】

カバー部材１３は、図１に示すように、窪み部１３１及びガイド部１３２を有している。窪み部１３１は、カバー部材１３の前側の縁部を、後方へ向かって矩形状に窪ませて形成されている。本実施形態の場合、窪み部１３１は、カバー部材１３の中心部つまりエンドエフェクタ１の幅方向の中心部を跨って幅方向に延びており、カバー部材１３の前端部における幅方向の半分以上、この場合、略全体に亘って設けられている。ガイド部１３２は、図１等に示すように、カバー部材１３の前端部において幅方向の両側、つまり窪み部１３１の両端側に設けられている。ガイド部１３２は、エンドエフェクタ１の後側から前側へ向かうにつれてカバー部材１３の幅方向に広がるように傾斜している。

【0019】

連結部材１４は、図２及び図３に示すように、例えば全体として前後方向に長い矩形の板状に形成されており、保持部材１１、１２に対してエンドエフェクタ１の厚み方向の他方側すなわちカバー部材１３とは反対側に設けられて、エンドエフェクタ１の厚み方向の他方側の少なくとも一部又は全体を覆っている。連結部材１４は、図示しない例えばボルト等の締結部材によって、保持部材１１、１２に固定されている。すなわち、連結部材１４は、前側の保持部材１１と後側の保持部材１２とを接続している。

【0020】

取付部材１５は、エンドエフェクタ１を後述するロボットアーム５２に取り付けるためのものである。取付部材１５は、図３及び図４等に示すように、例えば板状の部材を折り曲げた形状に形成されており、図示しない例えばボルト等の締結部材によって連結部材１４に固定されている。取付部材１５は、連結部材１４からエンドエフェクタ１の幅方向の一方側に延び出ている。そして、取付部材１５は、ボルト等の締結部材を通すための複数の通し穴１５１を有している。エンドエフェクタ１は、取付部材１５の通し穴１５１にボルト等の締結部材を通してロボットアーム５２のボルト穴にねじ込むことで、ロボットアーム５２に取り付けられる。

【0021】

ベース部材１０は、果柄を切断するための切断刃２を着脱可能に固定する。すなわち、切断刃２は、ベース部材１０に着脱可能に固定される。本実施形態の場合、切断刃２は、例えば、板状に形成されており、刃先を前側へ向けた姿勢でベース部材１０に取り付けられる。切断刃２は、図５等に示すように、前側の保持部材１１とカバー部材１３との間に挟み込まれている。そして、ボルト１６をカバー部材１３に通して保持部材１１にねじ込むことで、切断刃２は、前側の保持部材１１とカバー部材１３との間に挟み込まれた状態で固定される。

【0022】

図１等に示すように、切断刃２の刃先は、窪み部１３１内に収められている。すなわち、切断刃２の刃先は、窪み部１３１の前端部より前方へは出ていない。換言すれば、切断刃２とガイド部１３２とは、エンドエフェクタ１の長手方向及び幅方向のいずれにおいても重なっていない。

【0023】

移動部材２０は、カバー部材１３と連結部材１４との間で、かつ、切断刃２に対してカバー部材１３とは反対側つまり連結部材１４側に設けられている。移動部材２０は、環状部材２１、及び回転部材２２を有している。環状部材２１は、移動部材２０の主要構成であって、例えば剛性を有する金属や樹脂などによって全体として閉じた環状に形成されている。この場合、切断刃２は、環状部材２１の内側に配置されている。すなわち、切断刃２の周囲は、環状部材２１によって囲まれている。また、環状部材２１は、全体としてエンドエフェクタ１の前後方向に長い多角形、例えば六角形状に形成されている。この場合、環状部材２１は、枠部２１１、取付部２１２、受け部２１３、係止部２１４、及び移動部材側突出部２１５を一体に有している。

【0024】

枠部２１１は、環状部材２１の前側に設けられた幅方向に伸びる辺と、その前側の辺の幅方向の両側に設けられた前後方向に伸びる２辺とによって、いわゆるコ字状若しくはＵ字状に構成された部分である。環状部材２１において、枠部２１１部分は、他の部分に比べて細く形成されている。この場合、枠部２１１の厚み寸法は、数ｍｍ程度、例えば３～５ｍｍ程度に設定されている。取付部２１２は、環状部材２１の後側の辺部分であり、枠部２１１よりも太くつまり幅広に構成されている。取付部２１２は、例えば図示しないボルト等の締結部材によって移動機構３０に取り付けられる。

【0025】

受け部２１３は、枠部２１１において切断刃２と対向する部分、この場合、環状部材２１の前側に設けられた幅方向に伸びる辺部分を、前方へ向かって矩形状に窪ませて形成されている。エンドエフェクタ１の幅方向における受け部２１３の長さは、切断刃２と同程度に設定されている。係止部２１４は、受け部２１３の長手方向の両端側すなわちエンドエフェクタ１の幅方向における両端側に設けられている。この場合、受け部２１３は、係止部２１４に対してエンドエフェクタ１の前側へ向かって窪んでいる。

【0026】

移動部材側突出部２１５は、受け部２１３に設けられている。移動部材側突出部２１５は、図８に示すように、受け部２１３から後方側へ向かって突出するように形成された突出部である。この場合、移動部材側突出部２１５は、受け部２１３の長手方向の全体つまりエンドエフェクタ１の幅方向の略全体に亘って設けられている。この移動部材側突出部２１５は、例えば図８に示すように断面が鋭角に形成することができるが、果柄を切断するものではない。すなわち、移動部材側突出部２１５は、当該移動部材側突出部２１５が果柄に押し付けられた際にその果柄を切断しないが果柄に食い込む程度に鋭角に形成されている。なお、移動部材側突出部２１５は、例えば多数の角錐形状や円柱形状、若しくは半球状で構成することもできる。

【0027】

回転部材２２は、例えば長細い円筒形状に形成されたローラーであり、図１及び図７に示すように、環状部材２１のうち枠部２１１部分に設けられている。本実施形態の場合、回転部材２２は、枠部２１１のうち前後方向に伸びる部分に設けられている。すなわち、枠部２１１部分のうち受け部２１３、係止部２１４、及び移動部材側突出部２１５が設けられていない部分に、回転部材２２は設けられている。換言すれば、回転部材２２は、枠部２１１のうち切断刃２と対向する部分を除いた部分に設けられている。

【0028】

回転部材２２は、枠部２１１が通されており、外力を受けて回転可能に構成されている。回転部材２２は、金属製や樹脂製であって剛性を有するものであっても良いし、表面が柔軟性を有するものであっても良い。また、回転部材２２は、両側各１本の長尺状の部材で構成しても良いし、多数の短い部材で構成しても良い。また、回転部材２２は、丸みを帯びており摩擦が少ない部材で構成されていれば、必ずしも枠部２１１に対して回転可能に構成する必要はない。この場合、回転部材２２を省略し、枠部２１１自体を、丸みを帯びており摩擦が少ない部材で構成しても良い。

【0029】

移動機構３０は、第１部材としてのベース部材１０に対して、第２部材としての移動部材２０を相対的に移動させる機能を有する。本実施形態の場合、移動機構３０は、例えばボールねじ機構で構成されている。この場合、移動機構３０は、図１～図６に示すように、モータ３１、軸受け３２、ねじ軸３３、ナット部材３４、伝達部材３５、ガイドシャフト３６、リニアブシュ３７を有して構成されている。

【0030】

モータ３１は、移動機構３０の駆動力、すなわち、移動部材２０を移動させるための駆動源となるものであり、例えばサーボモータで構成されている。軸受け３２、ねじ軸３３、ナット部材３４、伝達部材３５、ガイドシャフト３６、及びリニアブシュ３７は、駆動源であるモータ３１の回転力を、エンドエフェクタ１の長手方向に沿った直線方向への移動に変換して移動部材２０に伝達するための構成である。

【0031】

モータ３１は、例えば後側の保持部材１２の外側に取り付けられており、ねじ軸３３の一方の端部に接続されてねじ軸３３を回転させる。軸受け３２は、ねじ軸３３を回転可能に支持するためのものであり、前後の保持部材１１、１２に設けられている。すなわち、ねじ軸３３は、その軸方向がエンドエフェクタ１の長手方向に沿った状態で配置されている。

【0032】

ねじ軸３３は、全長に亘ってねじが形成された軸であり、前後の保持部材１１、１２に設けられた軸受け３２に回転可能に支持されて、前後の保持部材１１、１２を繋ぐように設けられている。ナット部材３４は、モータ３１からねじ軸３３を介して伝達された回転を、ねじ軸３３の軸方向に沿った直線移動に変換する機能を有する。

【0033】

ナット部材３４は、例えば内部に回転可能な多数のボールを有するボールナットで構成されており、伝達部材３５に取り付けられている。伝達部材３５は、例えばブロック状に構成されており、移動部材２０が取り付けられる。本実施形態の場合、移動部材２０のうち、環状部材２１の取付部２１２が、例えば図示しないボルト等の締結部材によって伝達部材３５に固定されている。すなわち、ナット部材３４は、伝達部材３５を介して移動部材２０に連結されている。これにより、移動部材２０は、伝達部材３５と一体的に移動することができる。

【0034】

ガイドシャフト３６及びリニアブシュ３７は、ねじ軸３３の回転によりナット部材３４が回転することを規制し、これによりナット部材３４をねじ軸３３の軸方向に沿って直線的に移動させる機能を有する。ガイドシャフト３６は、前後の保持部材１１、１２を繋ぐように設けられている。この場合、２本のガイドシャフト３６が、ねじ軸３３に対してエンドエフェクタ１の幅方向の両側に設けられている。また、リニアブシュ３７は、伝達部材３５においてナット部材３４の両側に２つ設けられており、それぞれガイドシャフト３６が通されている。

【0035】

このような構成により、モータ３１が回転すると、その回転力は、ねじ軸３３、ナット部材３４、及び伝達部材３５を介して、ねじ軸３３の軸方向に沿った直線的な移動に変換されて移動部材２０に伝達される。これにより、モータ３１の回転により、移動部材２０は、ねじ軸３３の軸方向すなわちエンドエフェクタ１の長手方向に沿って直線的に移動する。なお、移動機構３０は、ねじ軸３３及びナット部材３４を含むいわゆるボールナット機構に換えて、ラックアンドピニオン機構で構成することもできる。更に例えば移動機構３０は、エア駆動や電動の直動型シリンダで構成することもできる。

【0036】

また、移動機構３０は、図３等に示すように、ストッパ３８１、３８２を有していても良い。ストッパ３８１、３８２は、例えばいわゆるストッパボルト等であり、前後の保持部材１１、１２に設けられている。ストッパ３８１、３８２は、伝達部材３５に当てて伝達部材３５の移動を停止させる機能を有する。すなわち、前端ストッパ３８１は、伝達部材３５の前後方向の移動端を規定する。この場合、伝達部材３５の前後方向の移動端を規定する２つのストッパ３８１、３８２のうち、少なくとも後端位置を規定する後端ストッパ３８２は、保持部材１２からの突出量を任意に調整できるものであることが望ましい。これにより、伝達部材３５の後方側の移動端を任意に調整するこができる。

【0037】

把持機構４０は、移動部材２０が移動して収穫対象物の果柄を切断した際に、移動部材２０との間に果柄を把持する機能を有する。これにより、果柄が切断された収穫対象物が落下しないようにすることができる。本実施形態の場合、把持機構４０は、図２及び図３等に示すように、把持部材４１と、弾性部材４２と、を有している。

【0038】

把持部材４１は、前側の保持部材１１に摺動可能に取り付けられており、前側の保持部材１１と環状部材２１の受け部２１３との間に設けられている。また、把持部材４１は、エンドエフェクタ１の厚み方向に見た場合に、カバー部材１３及び切断刃２と、前側の保持部材１１との間に設けられている。そして、エンドエフェクタ１の厚み方向に見た場合に、把持部材４１は、移動部材２０の少なくとも一部又は全部と、その厚み方向において重なっている。

【0039】

把持部材４１は、把持部４１１、摺動部４１２、ばね支持部４１３、及び把持部材側突出部４１４を有している。把持部４１１は、移動部材２０のうち環状部材２１の受け部２１３に対向する位置に設けられている。この場合、把持部４１１は、切断刃２及び受け部２１３に平行に伸びる、すなわちエンドエフェクタ１の幅方向に長い板状に構成されている。また、この場合、図１に示すように、移動部材２０における環状部材２１の枠部２１１と、把持部材４１の把持部４１１とは、切断刃２を含んで環状に形成されており、その内側に収穫対象物を通すことが可能な通過部３を形成している。本実施形態の場合、通過部３は、エンドエフェクタ１の前後方向に長い矩形状に形成されている。この場合、エンドエフェクタ１の長手方向を通過部３の長手方向又は前後方向とする。また、エンドエフェクタ１の幅方向を通過部３の幅方向とする。

【0040】

摺動部４１２は、把持部４１１に対して直角方向でかつ前側の保持部材１１側へ向かって伸びる板状に構成されている。摺動部４１２は、図５に示すように前側の保持部材１１の摺動溝１１１内に摺動可能に配置されている。これにより、把持部材４１は、受け部２１３に対して把持部４１１を平行の姿勢に保ったまま、エンドエフェクタ１の長手方向に沿って、つまり移動部材２０の移動方向に沿って摺動することができる。

【0041】

ばね支持部４１３は、弾性部材４２の両端部のうち前側の保持部材１１とは逆側の端部を支持する機能を有している。ばね支持部４１３は、前側の保持部材１１のばね支持部１１２と対向する位置に設けられている。この場合、ばね支持部４１３は、例えば前側の保持部材１１側へ突出した円筒形状に形成されている。

【0042】

把持部材側突出部４１４は、図９に示すように、把持部材４１の把持部４１１に設けられている。移動部材側突出部２１５は、図９に示すように、把持部４１１から前方側へ向かって突出するように形成された突出部である。この場合、把持部材側突出部４１４は、把持部４１１の長手方向の全体つまりエンドエフェクタ１の幅方向の略全体に亘って設けられている。この把持部材側突出部４１４は、移動部材側突出部２１５と同様に、断面が鋭角に形成することができるが、果柄を切断するものではない。すなわち、把持部材側突出部４１４も、移動部材側突出部２１５と同様に、果柄に押し付けられた際にその果柄を切断しないが果柄に食い込む程度に鋭角に形成されている。なお、把持部材側突出部４１４も、移動部材側突出部２１５と同様に、例えば多数の角錐形状や円柱形状、若しくは半球状で構成することもできる。

【0043】

弾性部材４２は、たとえばコイルばねで構成されている。弾性部材４２の両端部は、それぞれ前側の保持部材１１のばね支持部１１２と、把持部材４１のばね支持部４１３とに支持されている。弾性部材４２は、把持部材４１に対して、前側の保持部材１１から前方つまり移動部材２０の受け部２１３側へ向かう弾性力を作用させている。これにより、把持部４１１を含む把持部材４１は、把持部材４１に対して弾性的に移動可能に構成されている。

【0044】

把持部４１１を含む把持部材４１は、把持部４１１に対して受け部２１３とは反対側への力が作用していない状態では、つまり外力を受けていない状態では、図９に示すように、切断刃２よりも通過部３の中心側に突出して切断刃２の一方の面、この場合、カバー部材１３とは反対側の面を覆っている。また、把持部４１１を含む把持部材４１は、通過部３の中心とは反対方向への力を受けた場合、つまり把持部材４１を前側の保持部材１１側に押し込む力を受けた場合には、図１３に示すように、切断刃２の刃先よりも通過部３の中心とは反対方向へ移動する。これにより、切断刃２によって果柄を切断可能な程度に切断刃２を露出させる。

【0045】

また、本実施形態の場合、移動部材２０における環状部材２１の係止部２１４は、図１１に示すように、移動部材２０がベース部材１０側へ移動した際に把持部４１１の長手方向の両端部に係止可能に構成されている。これにより、把持部材４１に対する移動部材２０の更なる接近が規制されて、受け部２１３及び移動部材側突出部２１５と、把持部４１１及び把持部材側突出部４１４とが所定距離Ｌ１で離間した状態に維持される。

【0046】

すなわち、受け部２１３及び移動部材側突出部２１５と、把持部４１１及び把持部材側突出部４１４とは、移動部材２０がベース部材１０に対して相対的に移動して通過部３の内径が最小まで縮小した場合において、所定距離Ｌ１を維持した状態で相互に離間している。これにより、エンドエフェクタ１は、果柄を把持する際に、受け部２１３及び移動部材側突出部２１５と、把持部４１１及び把持部材側突出部４１４とが接触しないため、果柄を潰したり切断したりして、収穫対象物を落としてしまうことを抑制できる。

【0047】

なお、所定距離Ｌ１は、０より大きい値であって、かつ例えば果柄の外径の平均値よりもやや小さい値に設定することが望ましい。これにより、エンドエフェクタ１は、移動部材側突出部２１５及び把持部材側突出部４１４を果柄に食い込ませて収穫対象物の果柄をより確実に把持することができる。

【0048】

また、移動部材２０がベース部材１０側へ移動した移動端に位置している状態では、切断刃２と環状部材２１の受け部２１３との間には、所定距離Ｌ２の隙間が形成されている。この所定距離Ｌ２は、０ｍｍ以上の値であって、かつ、人の指が切断刃２と受け部２１３との間に入り込まない程度又は入り込み難いように小さく設定されている。これにより、移動部材２０がベース部材１０側へ移動して把持部材４１が切断刃２を覆っている状態が解除された場合であっても、切断刃２によって作業者等の指を切ってしまうことを抑制でき、その結果、安全性の向上が図られる。

【0049】

この構成にいて、エンドエフェクタ１は、図１及び図１０に示すように、移動機構３０を駆動させて移動部材２０をベース部材１０側つまりエンドエフェクタ１の後方へ引き込むように移動させることで、通過部３を縮小させて最終的には消失させることができる。このとき、通過部３の内側に収穫対象物の果柄９３が存在していれば、移動部材２０の受け部２１３と切断刃２とでその果柄９３を挟み込んで切断するとともに、切断した果柄９３を、把持部材４１の把持部４１１及び把持部材側突出部４１４と環状部材２１の受け部２１３及び移動部材側突出部２１５との間に挟み込んで把持することができる。

【0050】

また、エンドエフェクタ１は、移動機構３０を駆動させて移動部材２０をベース部材１０とは反対側つまりエンドエフェクタ１の前方へ押し出すように前進させることで、通過部３を拡大させることができる。これにより、把持部材４１の把持部４１１及び把持部材側突出部４１４と環状部材２１の受け部２１３及び移動部材側突出部２１５とで挟み込んで保持していた果柄９３を解放することができる。

【0051】

＜農作物収穫システム＞
次に、エンドエフェクタ１を用いた農作物収穫システムの一例について、図１４～図３１も参照して説明する。図１４に示す農作物収穫システム５０は、収穫対象物９１の農作物にミニトマトを設定した例である。本実施形態では、複数の実で構成された房全体を収穫対象物９１とする。本実施形態の農作物収穫システム５０は、複数のミニトマトを房ごと収穫することができる。

【0052】

ミニトマトのような収穫対象物９１は、主茎９２から果柄９３を介して垂れ下がった状態で結実している。市場での販売を目的とした商品用のミニトマトは、ビニールハウスで育てられることが多い。この場合、主茎９２の先端部は、ビニールハウスの天井付近に配置されたレールに吊り下げられている。これにより、主茎９２は、地面から天井付近へ向かって斜め上方に傾斜するように伸びている。

【0053】

なお、本実施形態の農作物収穫システム５０の収穫対象物は、その実が主茎又は結実母枝から垂れ下がった状態で結実するものであれば、ミニトマトに限定されない。また、収穫対象物は、必ずしも主茎又は結実母枝から垂直下方へ垂れ下がっている必要はない。更には、収穫対象物は、主茎又は結実母枝から上方へ向かって実っているものでも良い。なお、本実施形態では、主茎及び枝とは、いずれも収穫作業によって生じる損傷等から保護する対象であり、技術的には同義のものとして扱う。

【0054】

本実施形態の農作物収穫システム５０は、エンドエフェクタ１に加えて、視覚装置５１、ロボットアーム５２、運搬装置５３、及び回収箱５４を更に備えている。視覚装置５１は、収穫対象物９１の位置情報を含む視覚情報を取得可能な装置である。視覚装置５１は、例えばステレオカメラ、ＴｏＦ（Time of Flight）カメラ、ストラクチャードライトスキャナ等の３次元の空間及び物体を計測することができる装置である。

【0055】

本実施形態の場合、視覚装置５１が取得する視覚情報には、収穫対象物９１の位置情報及び外形形状情報の他、色情報も含まれる。また、視覚装置５１が取得する視覚情報には、主茎９２の位置情報、外形形状情報、及び色情報も含まれるが、果柄９３の位置情報、外形形状情報、及び色情報は含んでいても含んでいなくても良い。すなわち、本実施形態の場合、視覚装置５１は、収穫対象物９１及び主茎９２の位置情報、外形形状情報、及び色情報については取得するが、果柄９３の位置情報、外形形状情報、及び色情報については必ずしも取得する必要はない。

【0056】

本実施形態の場合、視覚装置５１は、図３等に示すように取り付け用のステー１７を介してエンドエフェクタ１のベース部材１０、この場合、カバー部材１３に取り付けられている。すなわち、本実施形態の場合、エンドエフェクタ１は、視覚装置５１を含んで構成されている。この場合、エンドエフェクタ１の移動に伴って視覚装置５１も移動する。なお、視覚装置５１は、必ずしもエンドエフェクタ１に取り付けられている必要はない。視覚装置５１は、例えばロボットアーム５２に取り付けても良いし、運搬装置５３に取り付けても良い。また、視覚装置５１は、例えば図示しないビニールハウスの構造物に取り付けて、常に定位置を維持する構成としても良い。

【0057】

ロボットアーム５２は、例えば複数の駆動軸、この場合６つの駆動軸を有する６軸垂直多関節ロボットである。エンドエフェクタ１は、取付部材１５を介してロボットアーム５２の手先に取り付けられている。ロボットアーム５２は、エンドエフェクタ１を任意の位置に移動させるとともに任意の姿勢に回転させることができる。

【0058】

運搬装置５３は、エンドエフェクタ１を取り付けたロボットアーム５２と、回収箱５４とを、収穫対象物９１まで運搬するための構成である。運搬装置５３は、例えばタイヤ５３２を駆動するための図示しないモータを有しており、外部からの制御等によって任意の位置に移動することができる。回収箱５４は、エンドエフェクタ１で果柄９３を切断して収穫した収穫対象物９１を収容し回収するための箱である。回収箱５４は、例えば上側か開口した容器状に形成されており、運搬装置５３に設置されている。なお、例えばビニールハウス等の設備が、ベルトコンベヤー等のような収穫対象物９１を搬送する装置を備えている場合は、回収箱５４を削減することができる。

【0059】

また、農作物収穫システム５０は、エンドエフェクタ制御部４、視覚装置制御部５１１、ロボットアーム制御部５２１、及び運搬装置制御部５３１を備えている。エンドエフェクタ制御部４、視覚装置制御部５１１、ロボットアーム制御部５２１、及び運搬装置制御部５３１は、それぞれエンドエフェクタ１の主に移動機構３０、視覚装置５１、ロボットアーム５２、及び運搬装置５３に付随する例えば専用の装置であり、例えば運搬装置５３に設けられている。

【0060】

エンドエフェクタ制御部４、視覚装置制御部５１１、ロボットアーム制御部５２１、及び運搬装置制御部５３１は、それぞれ例えば図示しないＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び書き換え可能なフラッシュメモリなどの記憶領域を有するマイクロコンピュータと、エンドエフェクタ１の主に移動機構３０、視覚装置５１、ロボットアーム５２、及び運搬装置５３に駆動力となる電力を供給するための電力回路等を主体に構成されている。エンドエフェクタ１の移動機構３０、視覚装置５１、ロボットアーム５２、及び運搬装置５３は、それぞれエンドエフェクタ制御部４、視覚装置制御部５１１、ロボットアーム制御部５２１、及び運搬装置制御部５３１からの指令に基づいて駆動制御される。

【0061】

制御装置６０は、エンドエフェクタ制御部４、視覚装置制御部５１１、ロボットアーム制御部５２１、及び運搬装置制御部５３１を介して、それぞれエンドエフェクタ１、視覚装置５１、ロボットアーム５２、及び運搬装置５３を制御するためのものである。制御装置６０は、エンドエフェクタ制御部４、視覚装置制御部５１１、ロボットアーム制御部５２１、及び運搬装置制御部５３１のそれぞれに有線又は無線によって通信可能に接続されている。この場合、制御装置６０は、例えばＬＡＮやＷＡＮ、若しくはインターネットや携帯電話回線等の電気通信回線８０を介してエンドエフェクタ制御部４、視覚装置制御部５１１、ロボットアーム制御部５２１、及び運搬装置制御部５３１に接続されていても良い。

【0062】

制御装置６０は、図１５に示すように、例えばＣＰＵ６０１や、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び書き換え可能なフラッシュメモリなどの記憶領域６０２を有するマイクロコンピュータを主体に構成されている。制御装置６０は、エンドエフェクタ１、視覚装置５１、ロボットアーム５２、及び運搬装置５３に対して駆動指令を出すとともに、エンドエフェクタ１、視覚装置５１、ロボットアーム５２、及び運搬装置５３からフィードバックを受ける。制御装置６０は、エンドエフェクタ１、視覚装置５１、ロボットアーム５２、及び運搬装置５３のいずれにも付随しない汎用の制御装置である。すなわち、制御装置６０は、エンドエフェクタ制御部４、視覚装置制御部５１１、ロボットアーム制御部５２１、及び運搬装置制御部５３１に対して指令を出す上位の装置である。制御装置６０は、例えばパーソナルコンピュータやサーバ等で構成することができる。

【0063】

記憶領域６０２は、農作物収穫システム用のプログラムを記憶している。制御装置６０は、ＣＰＵ６０１において農作物収穫システム用のプログラムを実行することにより、収穫対象物検出処理部６１、位置情報特定処理部６２、傾け角度設定処理部６３、移動経路生成処理部６４、接近処理部６５、移動処理部６６、傾け処理部６７、切断処理部６８、負荷検出処理部６９、過負荷時復帰処理部７０、及び回収処理部７１等を、ソフトウェアによって仮想的に実現する。なお、これら収穫対象物検出処理部６１、位置情報特定処理部６２、傾け角度設定処理部６３、移動経路生成処理部６４、接近処理部６５、移動処理部６６、傾け処理部６７、切断処理部６８、負荷検出処理部６９、過負荷時復帰処理部７０、及び回収処理部７１は、例えば制御装置６０と一体の集積回路としてハードウェア的に実現してもよい。

【0064】

収穫対象物検出処理部６１は、収穫対象物検出処理を実行可能である。収穫対象物検出処理は、視覚装置５１で取得した視覚情報から、視覚装置５１の視野内に収穫対象物９１が存在しているか否かを検出する処理を含む。この場合、視覚装置５１で取得する視覚情報は、図１６に示すように、ポイントクラウドと称される点群データで構成されている。この視覚情報は、例えばＸ－Ｙ－Ｚ直交座標系上に配置された点群で構成されており、各点についてのＲＧＢ（Ｒ：Ｒｅｄ、Ｇ：Ｇｒｅｅｎ、Ｂ：Ｂｌｕｅ）の色情報と、視覚装置５１を基準とした深度情報（Ｄ：Ｄｅｐｔｈ）つまりＸ－Ｙ－Ｚ直交座標系における位置情報と、を含んでいる。図１６の例の場合、収穫対象物であるミニトマト９１については赤色が検出され、主茎９２については緑色が検出されている。なお、視覚装置５１は、視覚情報として例えば赤外線カメラによりモノクロ値を取得しても良い。

【0065】

収穫対象物検出処理部６１は、点群の外形を認識することで、収穫対象物９１や主茎９２の外形形状を認識することができる。この場合、果柄９３は、収穫対象物９１や主茎９２に比べて細い。そのため、視覚装置５１によって果柄９３の視覚情報を取得しようとすると、視覚装置５１の性能や分解能を上げる必要があり、ハードウェアコストが増大する。また、視覚装置５１の処理負荷及び、取得した視覚情報を用いた制御装置６０による処理負荷も増大する。そこで、本実施形態においては、視覚装置５１は、果柄９３の視覚情報を積極的には取得しないように構成している。これにより、視覚装置５１や制御装置６０の処理負荷を低減することができる。

【0066】

収穫対象物検出処理部６１は、まず、視覚装置５１で取得した視覚情報から、収穫対象物９１の色値が高い点群データを抽出する。本実施形態の場合、収穫対象物検出処理部６１は、ミニトマト９１の色である赤色値が高い点群データを抽出する。そして、収穫対象物検出処理部６１は、例えば取得した視覚情報の中に赤色値の高い点群が所定範囲以上存在している場合には、取得した視覚情報に収穫対象物９１が含まれている、つまり視覚装置５１の視野内に収穫対象物であるミニトマト９１が存在していると判断する。

【0067】

一方、収穫対象物検出処理部６１は、取得した視覚情報の中に存在する赤色値の高い点群が所定範囲未満である場合には、取得した視覚情報に収穫対象物９１が含まれていない、つまり視覚装置５１の視野内に収穫対象物であるミニトマト９１が存在していないと判断する。このように、収穫対象物検出処理部６１は、取得した視覚情報のうち赤色値の高い点群を収穫対象物であるミニトマト９１であると認識する。なお、収穫対象物検出処理部６１は、視覚情報に含まれるＸ－Ｙ－Ｚ直交座標系上に配置された点群の情報すなわち３次元点群情報や、赤外線カメラによりモノクロ値から、収穫対象物９１や主茎９２を認識する構成としても良い。

【0068】

位置情報特定処理部６２は、位置特定処理を実行可能である。位置特定処理は、図１７に示すように、視覚装置５１で取得した視覚情報から収穫対象物９１の先端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）と基端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）とを含む収穫対象物９１の位置を特定する処理を含む。本実施形態において、先端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）は、主茎９２を基準にして収穫対象物９１全体の先端側の位置を意味し、収穫対象物９１全体において主茎９２から最も離れた端部である。また、基端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）は、主茎９２を基準にして収穫対象物９１全体の基端側の位置を意味し、収穫対象物９１全体において主茎９２に最も近い端部である。

【0069】

この場合、先端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）の外方とは、先端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）に対して収穫対象物９１全体の外方つまり先端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）に対して主茎９２から離れる方向を意味する。また、基端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）の外方とは、基端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）に対して収穫対象物９１全体の外方つまり基端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）に対して主茎９２に近づく方向を意味する。

【0070】

ミニトマトのような収穫対象物９１は主茎９２から垂れ下がっている。そのため、この場合、先端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）は収穫対象物９１の下端位置となり、基端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）は、収穫対象物９１の上端位置となる。以下では、収穫対象物９１の先端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）を下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）とし、基端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）を上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）と称することもある。この場合、先端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）の外方は、下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）の下方となり、基端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）の外方は、上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）の上方となる。

【0071】

位置情報特定処理部６２は、収穫対象物検出処理部６１で検出した収穫対象物９１の点群データつまり赤色値の高い点群データの中から、Ｚ値が最小となる点を抽出して収穫対象物９１の下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）を特定するとともに、Ｚ値が最大となる点を抽出して収穫対象物９１の上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）を特定する。

【0072】

ここで、実際にＺ値が最小となっている最下点及びＺ値が最大となる最上点のデータのみを用いて下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）及び上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）を特定すると、視覚装置５１で取得した視覚情報にノイズ等が混ざっていた場合に、下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）及び上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）の座標にブレが生じ易くなる。そこで、本実施形態の場合、位置情報特定処理部６２は、収穫対象物検出処理部６１で検出した収穫対象物９１の点群データつまり赤色値の高い点群データのうち、Ｚ値が最小となる最下点、及びその最下点からＺ値がプラス方向に所定範囲内例えば上方に２０ｍｍの範囲内の点群データの平均値を算出し、その平均値を下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）とする。

【0073】

同様に、位置情報特定処理部６２は、収穫対象物検出処理部６１で検出した収穫対象物９１の点群データつまり赤色値の高い点群データのうち、Ｚ値が最大となる最大点、及びその最大点からＺ値がマイナス方向に所定範囲内例えば下方に２０ｍｍの範囲内の点群データの平均値を算出し、その平均値を上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）とする。

【0074】

また、位置情報特定処理部６２は、上述した位置特定処理において、収穫対象物９１と繋がっている果柄９３の位置情報を用いることなく収穫対象物９１の位置情報、この場合、下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）、及び上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）を特定することができる。

【0075】

また、図１６等に示すように、収穫対象物検出処理部６１は、視覚装置５１で取得した視覚情報から、主茎９２についての視覚情報、この場合、主茎９２の位置情報を含む形状、及び色情報を取得することができる。収穫対象物検出処理部６１は、収穫対象物９１の場合と同様に、視覚装置５１で取得した視覚情報から、主茎９２の色である緑色値が高い点群データを抽出する。そして、収穫対象物検出処理部６１は、例えば取得した視覚情報の中に緑色値の高い点群が所定範囲以上存在している場合には、その緑色値の高い点群を主茎９２であると認識する。

【0076】

傾け角度設定処理部６３は、傾け角度設定処理を実行可能である。傾け角度設定処理は、傾け処理の際の角度、すなわち、エンドエフェクタ１を主茎９２の傾きに沿うように傾けるための傾け角度θを設定する処理である。この場合、エンドエフェクタ１を主茎９２の傾きに沿うように傾けるとは、通過部３の面方向が、主茎９２の長手方向と極力平行になるように、エンドエフェクタ１を傾けることを意味する。なお、本実施形態において、主茎９２の傾き角度及び傾け角度θは、いずれも水平を基準にしている。

【0077】

本実施形態の場合、傾け角度設定処理は、傾け角度θを予め設定された一定値に設定する処理を含んでいる。すなわち、本実施形態の場合、傾け角度θは、収穫対象物９１の基端位置つまり上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）や主茎９２の実際の傾き等には関わらず変化しない一定角度である。この場合、傾け角度θは、０°～９０°の範囲内で設定された一定値、例えば６０°に設定されている。この一定値は、例えばユーザが予め登録した値、または視覚装置５１から取得した複数の主茎９２の視覚情報から算出した値等であり、予め制御装置６０の記憶領域６０２に記憶される。この場合、傾け角度θは、例えば複数の主茎９２の傾き角度を計測し、その傾き角度の平均値、又は中央値、若しくは最頻値とすることができる。

【0078】

移動経路生成処理部６４は、移動経路生成処理を実行可能である。本実施形態の場合、移動経路生成処理は、図１７に示すように、第１移動経路Ｒ１と、第２移動経路Ｒ２と、を生成する処理を含む。第１移動経路Ｒ１は、エンドエフェクタ１を主茎９２の傾きに沿って傾けるための傾け動作を伴わない移動経路である。この場合、第１移動経路Ｒ１は、始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）から収穫対象物９１の下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）を通り目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）に至るまでの移動経路である。

【0079】

第１移動経路Ｒ１は、始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）と、下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）と、目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）とを繋いだ経路とすることができる。この場合、下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）と目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）とは、直線的に繋いでも良いし、収穫対象物９１に概ね沿うように曲線的に繋いでも良い。

【0080】

また、第２移動経路Ｒ２は、第１移動経路Ｒ１後における移動経路であり、エンドエフェクタ１を主茎９２の傾きに沿って傾けるための傾け動作を伴う移動経路である。この場合、第２移動経路Ｒ２は、目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）においてエンドエフェクタ１を傾け角度θで回転させる、つまりエンドエフェクタ１を傾けた際に、通過部３が目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）から上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）を上方に通り越して終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）に至るまでの移動経路である。

【0081】

この場合、始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）は、収穫対象物９１の下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）から所定距離直下の位置、例えば数十ｍｍ下方の位置に設定することができる。また、終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）は、収穫対象物９１の上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）から所定距離直上の位置、例えば数十ｍｍ上方の位置に設定することができる。

【0082】

また、目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）は、エンドエフェクタ１を傾け角度θで傾けることで通過部３が収穫対象物９１の上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）の外方へ通過する位置、詳細に言えば通過すると想定される位置に設定することができる。この場合、エンドエフェクタ１側の移動の基準は、例えば図１に示す基準点Ｐｃに設定されている。基準点Ｐｃは、通過部３内における任意の位置、例えば中心位置に設定されている。そして、例えばエンドエフェクタ１を傾け角度θで傾けた状態で基準点Ｐｃと終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）とを一致させた姿勢を、果柄９３を切断する際の姿勢に設定する。

【0083】

この場合、移動経路生成処理部６４は、図１８に示すように、傾き処理におけるエンドエフェクタ１の回転軸Ａｘから基準点Ｐｃまでの距離を距離Ｌとすると、この距離Ｌと傾け角度θとから、例えば次の式１に基づいて目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）を算出することができる。
Pg(Xg,Yg,Zg)=Pe(Xe,Ye,Ze)+(0,L－Lcosθ,－Lsinθ)・・・（式１）

【0084】

本実施形態の場合、傾け処理におけるエンドエフェクタ１の回転軸Ａｘは、第１部材であるベース部材１０及び第２部材である移動部材２０に対して固定位置に設定されている。本実施形態の場合、回転軸Ａｘは、図１９に示すように、移動部材２０のうち移動部材２０の進入方向へ向かって伸びる２つの棒状の部分、つまり回転部材２２が取り付けられている２つの棒状の部分のうちのいずれか一方に設定されている。

【0085】

なお、本実施形態において、進入方向とは、エンドエフェクタ１が収穫対象物９１の下方へ移動する際における、収穫対象物９１に対するエンドエフェクタ１の進入方向を意味する。本実施形態の場合、エンドエフェクタ１の進入方向は、エンドエフェクタ１におけるベース部材１０に対する移動部材２０の前進方向と概ね一致している。なお、エンドエフェクタ１の進入方向と、エンドエフェクタ１におけるベース部材１０に対する移動部材２０の前進方向とは、必ずしも一致している必要はない。

【0086】

回転軸Ａｘの位置は、主茎９２の傾きの方向に応じて変更することができる。本実施形態の場合、主茎９２は、図１６及び図１９（Ａ）に示すように、ロボットアーム５２側から、つまり運搬装置５３側から見て左側が低く右側が高いいわゆる右肩上がりに延びている。この場合、エンドエフェクタ１を収穫対象物９１の直下に移動させた際、環状部材２１において進入方向へ伸びる左右の棒状部分のうち左側部分が、右側部分よりも主茎９２に近くなる。そのため、回転軸Ａｘは、移動部材２０において進入方向へ伸びる左右の棒状部分のうち左側部分に設定される。なお、主茎９２の傾きが上述したものの逆、つまり左肩上がりに延びている場合、回転軸Ａｘは、移動部材２０のうち進入方向へ伸びる左右の棒状部分のうち主茎９２に近い方の右側部分に設定される。

【0087】

接近処理部６５は、接近処理を実行可能である。接近処理は、ロボットアーム５２を駆動制御して、収穫対象物９１の下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）の外方に設定された始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）まで、エンドエフェクタ１を接近させる処理を含んでいる。すなわち、接近処理部６５は、ロボットアーム制御部５２１を介してロボットアーム５２を駆動制御し、図１９に示すように例えば通過部３の面方向が水平方向を向いた姿勢を維持した状態で基準点Ｐｃが始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）と一致するようにエンドエフェクタ１を収穫対象物９１の下方へ進入させる。

【0088】

移動処理部６６は、移動処理を実行可能である。移動処理は、図２１～図２３に示すように、ロボットアーム５２を駆動制御して、エンドエフェクタ１を下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）の外方から上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）側へ向かって移動させて、通過部３に収穫対象物９１を通す処理を含む。本実施形態の場合、移動処理は、目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）までエンドエフェクタ１を移動させる処理を含む。目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）は、上述したように、目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）に到達したエンドエフェクタ１が、その目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）において傾け角度θで傾けられることで通過部３が収穫対象物９１の上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）の外方へ通過する位置に設定されている。

【0089】

傾け処理部６７は、傾け処理を実行可能である。傾け処理は、図２４に示すように、エンドエフェクタ１を主茎９２に沿うように傾けることで、通過部３が収穫対象物９１を上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）の外方へ通過した状態にする処理を含む。本実施形態の場合、傾け処理部６７は、傾け角度設定処理で設定された傾け角度θに基づいて傾け処理を実行する。また、本実施形態の場合、傾け処理部６７は、エンドエフェクタ１が目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）に到達した場合に傾け処理を実行する。

【0090】

また、本実施形態の場合、傾け角度θは、主茎９２の実際の傾き等に関わらない一定値、例えば６０°に設定されている。そのため、移動処理部６６による移動処理の実行によってエンドエフェクタ１が目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）に到達すると、傾け処理部６７は、傾け処理を実行し、エンドエフェクタ１を傾け角度θ、例えば６０°に傾ける。これにより、エンドエフェクタ１は、図２４に示すように、主茎９２に沿うように傾いているとともに通過部３が収穫対象物９１を上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）の外方へ通過した状態になる。

【0091】

切断処理部６８は、切断処理を実行可能である。切断処理は、移動処理によって通過部３に対する収穫対象物９１の通過が完了した後に実行される。切断処理は、図２５～図３０に示すように、エンドエフェクタ１を動作させて、つまりエンドエフェクタ制御部４を介して移動機構３０を駆動し、移動部材２０をベース部材１０側へ引き込んで通過部３を縮小させることで、通過部３の内側に通された果柄９３を切断する処理を含む。

【0092】

負荷検出処理部６９は、移動部材２０の移動の際に移動部材２０に作用する負荷の検出を行う。これにより、負荷検出処理部６９は、移動部材２０が正常に移動しているか否かを検出する。すなわち、負荷検出処理部６９は、移動部材２０の移動の際の過負荷を検出することで、主茎９２や果柄９３などを巻き込んで移動部材２０の移動が規制されていないか等を検出することができる。モータ３１がエンコーダを備える場合、負荷検出処理部６９は、そのエンコーダが出力する信号に基づいて、移動部材２０に作用する負荷を検出しても良い。また、負荷検出処理部６９は、モータ３１の電流値つまりトルクを計測することで、移動部材２０に作用する負荷を検出することもできる。

【0093】

また、エンコーダや電流値を計測する代わりに、例えば移動部材２０の移動位置を検出するためのセンサ等を用いても良い。この場合、センサは、例えば移動部材２０の移動端に設けられている。そして、負荷検出処理部６９は、エンドエフェクタ制御部４が移動部材２０を移動させる制御を行っているにもかかわらず、センサの検出が無ければ、移動部材２０の移動が規制されて過負荷が生じていると判断する。

【0094】

過負荷時復帰処理部７０は、過負荷時復帰処理を実行可能である。過負荷時復帰処理は、切断処理を実行している際に過負荷が検出された場合に、移動部材２０による果柄９３の切断及び把持を解放する処理を含む。過負荷時復帰処理部７０は、過負荷時復帰処理を実行すると、エンドエフェクタ制御部４を介して移動機構３０を駆動制御し、移動部材２０をエンドエフェクタ１の前方つまり開く方向へ移動させて通過部３を拡大する。これにより、移動部材２０と把持部材４１とによる果柄９３の把持が解放される。

【0095】

そして、過負荷時復帰処理部７０は、ロボットアーム制御部５２１を介してロボットアーム５２を駆動制御し、移動処理とは逆の順、すなわち、終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）から、収穫対象物９１の上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）及び下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）を通り、始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）に至るように、移動経路Ｒ２、Ｒ１に沿って上述の場合とは逆の順序でロボットアーム５２を移動させる。

【0096】

回収処理部７１は、回収処理を実行可能である。回収処理は、切断処理によって果柄９３を切断及び把持している収穫対象物９１を、回収箱５４に投入して収穫対象物９１を回収する処理である。回収処理部７１は、切断処理後、ロボットアーム制御部５２１を介してロボットアーム５２を駆動させて、収穫対象物９１の果柄９３を把持した状態で回収箱５４の上方近傍までエンドエフェクタ１を移動させる。そして、回収処理部７１は、回収箱５４の上方近傍でエンドエフェクタ１による果柄９３の把持を解放し、収穫対象物９１を回収箱５４内に落下又は配置させる。このようにして、主茎９２から切り離された収穫対象物９１が回収箱５４内に回収される。

【0097】

次に、図２０のフローチャートに沿って、農作物収穫システム５０において実行される、収穫対象物９１を収穫するための収穫動作の一連の制御内容について説明する。なお、以下の説明において、各処理部６１～７１で実行される処理の主体は制御装置６０とする。本実施形態では、主茎９２に沿って収穫区間が設定されている。運搬装置５３は、主茎９２に沿って移動し、主茎９２に実っている収穫対象物９１を主茎９２に沿って順次収穫していく。

【0098】

図２０のフローチャートにおいて、ステップＳ１３、Ｓ１４における処理は、収穫対象物検出処理の一例である。ステップＳ１５における処理は、位置特定処理の一例である。ステップＳ１６における処理は、傾け角度設定処理の一例である。ステップＳ１７、Ｓ１８における処理は、移動経路生成処理の一例である。ステップＳ１９における処理は、接近処理の一例である。ステップＳ２０における処理は、移動処理の一例である。ステップＳ２１における処理は、傾け処理の一例である。Ｓ２２における処理は、切断処理の一例である。ステップＳ２３における処理は、過負荷検出処理の一例である。ステップＳ２４、２５における処理は、回収処理の一例である。そして、ステップＳ２６、Ｓ２７における処理は、過負荷時復帰処理の一例である。

【0099】

制御装置６０は、まずステップＳ１１において、運搬装置制御部５３１から受信した情報等に基づき、運搬装置５３の現在の位置を特定し、運搬装置５３の現在位置が収穫区間の終点であるか否かを判断する。制御装置６０は、運搬装置５３の現在位置が収穫区間の終点である場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）、次の収穫対象物９１は存在しないと判断し、一連の制御を終了する。一方、制御装置６０は、運搬装置５３の現在位置が収穫区間の終点でない場合（ステップＳ１１でＮＯ）、収穫対象物９１が未だ存在すると判断する。そして、制御装置６０は、ステップＳ１２に処理を移行し、運搬装置制御部５３１を介して運搬装置５３を駆動させ、次の収穫地点へ運搬装置５３を移動させる。

【0100】

次に、制御装置６０は、ステップＳ１３、Ｓ１４において、収穫対象物検出処理を実行する。制御装置６０は、ステップＳ１３において、視覚装置制御部５１１を介して視覚装置５１を駆動させ、収穫対象物９１側を撮像する。そして、制御装置６０は、ステップＳ１４において、視覚装置５１で撮像した視覚情報、この場合、画像情報に収穫対象物９１が含まれているか否かを判断する。

【0101】

ステップＳ１４において収穫対象物９１が検出されなかった場合（ステップＳ１４でＮＯ）、制御装置６０は、運搬装置５３を駆動させて、運搬装置５３を次の収穫地点へ移動させる。一方、ステップＳ１４において収穫対象物９１が検出された場合（ステップＳ１４でＹＥＳ）、制御装置６０は、ステップＳ１５へ処理を移行させる。制御装置６０は、ステップＳ１５において位置特定処理を実行し、視覚装置５１で取得した視覚情報に基づき、収穫対象物９１の下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）及び上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）を特定する。

【0102】

次に、制御装置６０は、ステップＳ１６において傾け角度設定処理を実行する。本実施形態の場合、傾け角度θは一定値、例えば６０°に設定されている。そのため、制御装置６０は、ステップＳ１５で特定した収穫対象物９１の下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）及び上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）の値に関わらず、傾け角度θを画一的に６０°に設定する。

【0103】

次に、制御装置６０は、ステップＳ１７、Ｓ１８において移動経路生成処理を実行する。まず制御装置６０は、ステップＳ１７において、ステップＳ１５で特定した下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）及び上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）に基づき、始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）、終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）を算出する。また、制御装置６０は、終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）と、エンドエフェクタ１の回転軸Ａｘから基準点Ｐｃまでの距離Ｌと、及びステップＳ１６で設定した傾け角度θとに基づき、目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）を算出する。次に、制御装置６０は、ステップＳ１８へ処理を移行し、エンドエフェクタ１の移動経路である第１移動経路Ｒ１、第２移動経路Ｒ２を生成する。

【0104】

次に、制御装置６０は、ステップＳ１９において接近処理を実行し、ロボットアーム制御部５２１を介してロボットアーム５２を駆動させることで、エンドエフェクタ１を始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）まで移動させる。この場合、制御装置６０は、図２１に示すように、エンドエフェクタ１の基準点Ｐｃが始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）と一致するようにエンドエフェクタ１を移動させる。

【0105】

その後、制御装置６０は、ステップＳ２０において移動処理を実行し、ロボットアーム制御部５２１を介してロボットアーム５２を駆動させることで、エンドエフェクタ１を第１移動経路Ｒ１に沿って目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）まで移動させる。これにより、図２２及び図２３に示すように、制御装置６０は、エンドエフェクタ１を、下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）の外方から上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）側へ向かって移動させて通過部３に収穫対象物９１を通す。

【0106】

次に、制御装置６０は、ステップＳ２１において傾け処理を実行し、ロボットアーム制御部５２１を介してロボットアーム５２を駆動させることで、エンドエフェクタ１の回転軸Ａｘを中心に傾け角度θ傾ける。これにより、図２４に示すように、制御装置６０は、エンドエフェクタ１を主茎９２に沿うように傾けて通過部３が収穫対象物９１を上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｘ，Ｚｔ）の外方へ通過した状態にする。

【0107】

このように、エンドエフェクタ１は、通過部３に収穫対象物９１を通して収穫対象物９１を下方からすくい上げるように目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）まで移動した後、更に傾け角度θ傾けられることで、収穫対象物９１の上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）を主茎９２側へ超えた位置に移動する。このとき、通過部３の内側には、収穫対象物９１と主茎９２とを繋ぐ果柄９３が存在している。そして、収穫対象物９１と主茎９２とは、それぞれ通過部３に対して下方外側及び上方外側に位置している。

【0108】

ここで、エンドエフェクタ１の移動の途中で移動部材２０が収穫対象物９１に接触することも想定される。この場合、何らの対応もしないと、移動部材２０に接触した収穫対象物９１は、移動部材２０に引っ掛かって、エンドエフェクタ１に引っ張られて傷つくおそれがある。これに対し、本実施形態の移動部材２０は、外力を受けて回転可能な回転部材２２を有している。そのため、収穫対象物９１が移動部材２０に接触したとしても、回転部材２２が回転することにより、エンドエフェクタ１が移動する際に収穫対象物９１が移動部材２０に引っ掛かることを抑制できる。これにより収穫対象物９１が傷ついてしまい商品価値が低下してしまうことを更に効果的に抑制することができる。

【0109】

次に、制御装置６０は、図２０のステップＳ２２において切断処理を実行し、エンドエフェクタ制御部４を介してエンドエフェクタ１を駆動させる。制御装置６０は、移動機構３０のモータ３１を駆動させて移動部材２０をベース部材１０側へ引き込む。すると、図２５～図２７にかけて示すように、まず移動部材２０の受け部２１３が果柄９３に接触し、これにより移動部材２０の移動に伴って果柄９３がベース部材１０側に引き込まれる。

【0110】

そして、移動部材２０が更にベース部材１０側へ移動し、移動部材２０の係止部２１４が把持部材４１の両端部に接触すると、図２８に示すように、移動部材２０の受け部２１３と把持部材４１の把持部４１１との間の距離が一定に維持される。これにより、果柄９３は、移動部材側突出部２１５と把持部材側突出部４１４とが果柄９３に食い込んだ状態で、移動部材２０の受け部２１３と把持部材４１の把持部４１１との間に挟まれて把持される。そして、図２９に示すように、移動部材２０が更にベース部材１０側へ移動すると、図３０に示すように、切断刃２によって果柄９３が切断される。これにより、収穫対象物９１は、主茎９２から分離される。

【0111】

図２０のステップＳ２２において切断処理を実行している間、制御装置６０は、ステップＳ２３において過負荷検出処理を実行する。過負荷の検出が無かった場合（ステップＳ２３でＮＯ）、制御装置６０は、主茎９２や果柄９３が絡まることなく果柄９３が切断されたと判断し、ステップＳ２４、Ｓ２５へ処理を移行させる。

【0112】

制御装置６０は、ステップＳ２４、Ｓ２５において、回収処理を実行する。この場合、制御装置６０は、まずステップＳ２４において、ロボットアーム制御部５２１を介してロボットアーム５２を駆動させ、図３１に示すように、エンドエフェクタ１が水平を向くように回転させて傾きを復帰させるとともに、エンドエフェクタ１を回収箱５４の上方近傍まで移動させる。そして、エンドエフェクタ１を回収箱５４の上方近傍まで移動すると、制御装置６０は、ステップＳ２５において、エンドエフェクタ制御部４を介して移動機構３０を駆動制御し、図３２及び図３３に示すように、移動部材２０をエンドエフェクタ１の前方つまり開方向へ移動させて、果柄９３の把持を解放し、収穫対象物９１を回収箱５４内に落下又は配置させる。このようにして、主茎９２から切り離された収穫対象物９１が回収箱５４内に回収される。そして、制御装置６０は、ステップＳ１１へ処理を戻し、次の収穫対象物９１の収穫を行う。

【0113】

なお、エンドエフェクタ１が果柄９３を切断してから収穫対象物９１を回収箱５４に落下させるまでの間において、エンドエフェクタ１は、必ずしも水平の姿勢に戻っている必要はない。制御装置６０は、エンドエフェクタ１を、水平の姿勢に戻すことなく傾けた状態で回収箱５４の上方近傍まで移動させても良い。

【0114】

一方、ステップＳ２３において過負荷の検出が検出された場合（ステップＳ２３でＹＥＳ）、つまり、切断処理を行ったにもかかわらず移動部材２０がベース部材１０側の移動端まで移動できなかった場合、制御装置６０は、主茎９２や果柄９３が絡まって果柄９３の切断が適切に行われていないと判断し、ステップＳ２６、Ｓ２７へ処理を移行させる。

【0115】

制御装置６０は、ステップＳ２６、Ｓ２７において、過負荷時復帰処理を実行する。この場合、制御装置６０は、まずステップＳ２６において、エンドエフェクタ制御部４を介して移動機構３０を駆動制御し、移動部材２０をエンドエフェクタ１の前方つまり開方向へ移動させて果柄９３の把持を解放する。次に、制御装置６０は、ロボットアーム制御部５２１を介してロボットアーム５２を駆動させ、エンドエフェクタ１の基準点Ｐｃが、終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）から、上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）、目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）、下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）を通り、始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）に至るように、第２移動経路Ｒ２及び第１移動経路Ｒ１に沿って上述した順序とは逆方向に移動させる。そして、制御装置６０は、ロボットアーム制御部５２１を介してロボットアーム５２を駆動させ、エンドエフェクタ１を初期位置つまり運搬装置５３が駆動する際の位置に戻し、ステップＳ１１へ処理を戻し、次の収穫対象物９１の収穫を行う。

【0116】

以上説明した実施形態によれば、農作物収穫システム５０は、エンドエフェクタ１と、視覚装置５１と、ロボットアーム５２と、を備える。エンドエフェクタ１は、主茎９２又は枝に結実した収穫対象物９１に対し果柄９３を切断して収穫対象物９１を収穫するためのものである。エンドエフェクタ１は、第１部材としてのベース部材１０と、第２部材としての移動部材２０と、移動機構３０と、を備える。ベース部材１０は、果柄９３を切断するための切断刃２が設けられている。移動部材２０は、ベース部材１０に対して相対的に移動可能に構成されている。移動機構３０は、ベース部材１０に対して移動部材２０を相対的に移動させる機能を有する。

【0117】

ベース部材１０及び移動部材２０のいずれか一方又は両方は、切断刃２を含んで環状に構成されてその環状の内側に収穫対象物９１を通すことが可能な通過部３を形成する。本実施形態の場合、ベース部材１０と移動部材２０とは、切断刃２を含んで環状に構成されており、その環状の内側に収穫対象物９１を通すことが可能な通過部３を形成している。そして、移動機構３０は、通過部３の内側に果柄９３を通した状態でベース部材１０と移動部材２０とを相対的に移動させて通過部３を縮小させる。これにより、エンドエフェクタ１は、第２部材である移動部材２０と切断刃２とで果柄９３を挟み込んで切断する。

【0118】

ここで、例えばハサミ形状のエンドエフェクタによって果柄９３を切断しようとした場合、ハサミ形状のエンドエフェクタを主茎９２や枝を切断できる位置まで移動する際に、果柄９３や枝の伸びる方向に対してハサミ形状のエンドエフェクタを直角方向に接近させる必要がある。すると、ハサミ形状のエンドエフェクタを移動させる際に刃先部分が主茎９２や枝に接触して、主茎９２や枝を傷つけてしまうおそれがある。

【0119】

一方、本実施形態によれば、エンドエフェクタ１は、主茎９２等から垂れ下がった収穫対象物９１に対し、収穫対象物９１の下方から収穫対象物９１全体をすくうようにして通過部３に通すことで、エンドエフェクタを主茎９２や枝を切断できる位置まで移動させることができる。その際、移動部材２０は、切断刃２の周囲を囲っているため、主茎９２が切断刃２に接触することを抑制でき、その結果、切断刃２によって主茎９２や枝を傷つけてしまうことを抑制できて安全に収穫対象物９１を収穫することができるという優れた効果が得られる。

【0120】

第２部材としての移動部材２０は、剛性を有する部材によって環状に形成されている。すなわち、本実施形態において移動部材２０は、環状部材２１を有している。そして、環状部材２１は、例えば剛性を有する金属や樹脂などによって全体として閉じた環状に形成されている。これによれば、環状部材２１の自重やエンドエフェクタ１を移動させる際の振動等によって環状部材２１の形状やサイズすなわち通過部３の形状やサイズが変化してしまうことを抑制できる。これにより、エンドエフェクタ１を移動させて通過部３内に収穫対象物９１を通し易くなり、その結果、エンドエフェクタ１による収穫対象物９１の収穫の成功率を向上させることができる。

【0121】

切断刃２は、通過部３の幅方向の半分以上に亘って設けられている。これによれば、エンドエフェクタ１は、移動部材２０を移動させて通過部３を縮小させた際、つまり移動部材２０の移動によって果柄９３を切断刃２側に引き寄せる際に、果柄９３を切断刃２に精密に案内しなくても、幅の広い切断刃２によって果柄９３を容易に切断することができる。これにより、比較的粗い位置制御でも、幅の広い切断刃２によって果柄９３を容易に切断することができる。その結果、ロボットアーム５２の制御負荷が低減されるとともに、エンドエフェクタ１による収穫対象物９１の収穫の成功率を更に向上させることができる。

【0122】

また、エンドエフェクタ１は、把持機構４０を更に備えている。把持機構４０は、第１部材としてのベース部材１０に設けられている。把持機構４０は、ベース部材１０と移動部材２０とが相対的に移動して通過部３の内径を縮小させることで切断刃２によって果柄９３を切断した場合に、移動部材２０に受け部２１３との間に、切断した果柄９３を挟み込んで把持する機能を有する。

【0123】

これによれば、エンドエフェクタ１は、切断した果柄９３を把持することで、収穫対象物９１がエンドエフェクタ１から落下してしまうことを抑制できる。これにより、エンドエフェクタ１による収穫対象物９１の収穫の成功率を向上させることができる。また、落下によって収穫対象物９１が傷ついてしまい、商品価値が低下してしまうことを抑制できる。

【0124】

把持機構４０は、第１部材であるベース部材１０に対して弾性的に移動可能に構成されている。把持機構４０は、把持部材４１を有している。把持部材４１は、果柄９３を把持する際に、果柄９３に接触する把持部４１１を有している。把持部材４１は、把持部４１１に力が作用していない状態では切断刃２よりも通過部３の中心側に突出しており、切断刃２の一方の面を覆っている。本実施形態の場合、把持部材４１は、把持部４１１に力が作用していない状態では切断刃２より前方側に突出しており、切断刃２におけるカバー部材１３側の面を覆っている。これにより、例えば作業者の手指が切断刃２に触れてしまい怪我等をしてしまうことを抑制でき、その結果、作業時の作業者に対する安全性を向上させることができる。

【0125】

また、把持機構４０の把持部材４１は、通過部３の中心とは反対方向への力を受けた場合には切断刃２の刃先よりも通過部３の中心とは反対方向へ移動する。本実施形態の場合、把持部材４１は、エンドエフェクタ１の後方側への力を受けた場合には切断刃２の刃先よりも後方側へ引っ込み、これにより切断刃２が露出する。これにより、エンドエフェクタ１は、切断刃２によって果柄９３を確実に切断することができる。

【0126】

ここで、本願発明者は、把持機構４０と移動部材２０の受け部２１３とによって果柄９３を把持する際に、把持機構４０と移動部材２０の受け部２１３とが接触する程度まで接近させてしまうと、果柄９３を押し潰してしまい、その結果、果柄９３から水分が滲み出てその水分によって果柄９３が滑り易くなることを見出した。そして、果柄９３が滑り易くなると、把持機構４０と移動部材２０の受け部２１３との間から果柄９３が滑り落ちて収穫対象物９１が落下する可能性が高まる。

【0127】

そこで、本実施形態において、把持機構４０と受け部２１３とは、ベース部材１０と移動部材２０とが相対的に移動して通過部３の内径が最小まで縮小した場合において相互に離間している。すなわち、把持機構４０における把持部材４１の把持部４１１と、移動部材２０における環状部材２１の受け部２１３とは、移動部材２０がベース部材１０に接近する方向に移動して後方側の移動端まで移動した状態において、図１３に示すように、距離Ｌ１の隙間が形成されている。

【0128】

これによれば、エンドエフェクタ１は、把持機構４０と移動部材２０の受け部２１３とによって果柄９３を把持する際に、果柄９３を潰してしまうことを抑制できる。これにより、果柄９３を把持する際に果柄９３から水分が滲み出てくることを抑制でき、その結果、把持機構４０と移動部材２０の受け部２１３との間から果柄９３が滑り落ちて収穫対象物９１が落下することを極力防ぐことができる。

【0129】

ここで、収穫対象物９１、主茎９２、及び果柄９３の形状等は農作物であることから一定ではない。例えば果柄９３が短いもの、すなわち、収穫対象物９１の上端と主茎９２との距離が短いものもよく見られる。この場合、受け部２１３の厚み寸法が大きいと、移動部材２０をベース部材１０側に引き込む際に収穫対象物９１を巻き込んで傷つけてしまうおそれがある。一方、受け部２１３の厚み寸法が小さいと、果柄９３に接触する受け部２１３の面積が小さくなり、その結果、果柄９３に対する把持力が小さくなって落下する可能性が高まる。

【0130】

そこで、把持機構４０又は移動部材２０に設けられた受け部２１３のうちいずれか一方又は両方は、通過部３の中心側へ突出した突出部４１４、２１５を更に有している。本実施形態の場合、把持機構４０を構成する把持部材４１は、把持部材側突出部４１４を有している。また、移動部材２０を構成する環状部材２１は、受け部２１３に設けられた移動部材側突出部２１５を有している。これによれば、エンドエフェクタ１は、果柄９３を把持する際に移動部材側突出部２１５及び把持部材側突出部４１４を果柄９３に食い込ませることができるため、果柄９３をより確実に把持することができる。

【0131】

このように、本実施形態によれば、エンドエフェクタ１は、突出部４１４、２１５を有していない構成に比べて果柄９３に対する把持力を向上させることができる。したがって、受け部２１３の厚み寸法を小さくつまり薄くしても、収穫対象物９１を落下させずに果柄９３を把持するために必要な把持力を確保することができる。これにより、果柄９３が短い場合であっても、収穫対象物９１を極力傷つけずに収穫することができる。

【0132】

移動機構３０は、例えばモータ３１の回転力をねじ軸３３に沿った直線方向への移動に変換して、移動部材２０を直線的に移動させる機能を有する。この場合、移動機構３０は、例えばラックギアとピニオンギアを有して構成されたいわゆるラックアンドピニオン構造で構成することも考えられる。すなわち、例えばモータ３１にピニオンギアを接続するとともに、移動部材２０にラックギアを接続し、モータ３１の回転力をピニオンギア及びラックギアを介して移動部材２０に伝達する。しかし、この構成においては、ピニオンギアを基準としてラックギア全体が直線的に移動する。

【0133】

このため、例えば図１においてベース部材１０の内部にラックギア全体を収納しようとすると、ベース部材１０の長さ寸法が大きくなってしまう。一方、ベース部材１０の長さ寸法を小さくしようとすると、ラックギアの移動によりベース部材１０からラックギアが飛び出てしまう。すると、例えばエンドエフェクタ１をロボットアーム５２に取り付ける際に干渉してしまい、その取り付け態様が制限されてしまうおそれがある。

【0134】

そこで、本実施形態において、移動機構３０は、例えばねじ軸３３とナット部材３４とを有して構成された直動ねじ機構で構成されている。すなわち、本実施形態において、移動機構３０は、ねじ軸３３と、ナット部材３４と、モータ３１と、を有して構成されている。ねじ軸３３は、ベース部材１０に回転可能に設けられている。ナット部材３４は、移動部材２０に連結されるとともに、ねじ軸３３を通されてねじ軸３３の回転に伴ってねじ軸３３に沿って移動する。モータ３１は、ねじ軸３３を回転させる。これによれば、ねじ軸３３自体はエンドエフェクタ１の長手方向には移動しないため、エンドエフェクタ１の長さ寸法を極力小さくすることができる。

【0135】

更に、移動機構３０の駆動によってねじ軸３３等がベース部材１０から突出したりすることがないため、エンドエフェクタ１をロボットアーム５２に取り付ける際に、エンドエフェクタ１をロボットアーム５２との干渉を考慮する必要がない。その結果、ロボットアーム５２に対してエンドエフェクタ１を比較的自由な態様で取り付けることができる。なお、ロボットアーム５２に対するエンドエフェクタ１の取り付け態様は、取付部材１５の位置や形状等を変えることで調整することができる。

【0136】

また、本実施形態において、通過部３は、矩形に形成されている。これによれば、通過部３を、例えば図１のエンドエフェクタ１の幅方向を直径とした円に形成した場合に比べて、矩形に形成した場合の方が面積を大きく確保することができる。すなわち、移動部材２０の移動距離が同じであれば、通過部３が矩形のものの方が、円形のものよりも面積を大きく確保することができる。これにより、通過部３に収穫対象物９１をより確実に通過させることができ、その結果、収穫の成功率を更に向上させることができる。

【0137】

また、農作物収穫システム５０は、視覚装置５１と、ロボットアーム５２と、を備える。視覚装置５１は、収穫対象物９１の位置情報を含む視覚情報を取得可能に構成されている。ロボットアーム５２は、エンドエフェクタ１が取り付けられている。また、農作物収穫システム５０は、収穫対象物検出処理部６１、位置情報特定処理部６２、接近処理部６５、移動処理部６６、傾け処理部６７、及び切断処理部６８を備えている。

【0138】

収穫対象物検出処理部６１は、収穫対象物検出処理を実行可能である。収穫物検出処理は、視覚装置５１で取得した視覚情報に含まれている収穫対象物を検出する処理を含む。位置情報特定処理部６２は、位置特定処理を実行可能である。位置特定処理は、収穫対象物検出処理で検出した収穫対象物９１の先端位置である下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）と、基端位置である上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）位置とを含む収穫対象物９１の位置を特定する処理を含む。

【0139】

接近処理部６５は、接近処理を実行可能である。接近処理は、ロボットアーム５２を駆動制御して、収穫対象物９１の先端位置である下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）の外方に設定された始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）までエンドエフェクタ１を接近させる処理を含む。移動処理部６６は、移動処理を実行可能である。移動処理は、ロボットアーム５２を駆動制御してエンドエフェクタ１を、収穫対象物９１の先端位置である下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）の外方から、基端位置である上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｘ、Ｚｔ）側へ向かって移動させて、通過部３に収穫対象物９１を通す処理を含む。

【0140】

傾け処理部６７は、傾け処理を実行可能である。傾け処理は、エンドエフェクタ１を主茎９２や枝に沿うように傾けて通過部３が収穫対象物９１を基端位置である上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）の外方へ通過した状態にする処理を含む。そして、切断処理部６８は、切断処理を実行可能である。切断処理は、エンドエフェクタ１を動作させて通過部３を縮小させることで通過部３の内側に通された果柄９３を切断する処理を含む。

【0141】

これによれば、エンドエフェクタ１を用いて、主茎９２や枝から果柄９３を介して垂れ下がった収穫対象物９１を収穫することで、上述したように、切断刃２が収穫対象物９１や主茎９２、若しくは枝に接触して、収穫対象物９１や主茎９２、枝が傷ついてしまうことを極力防ぐことができる。

【0142】

更には、農作物収穫システム５０は、傾け処理を実行することにより、エンドエフェクタ１が果柄９３を切断するときの位置、つまり収穫対象物９１と主茎９２や枝との間の位置までエンドエフェクタ１を移動させる際に、エンドエフェクタ１を主茎９２や枝の傾きに沿った姿勢にすることができる。これにより、農作物収穫システム５０は、エンドエフェクタ１が果柄９３を切断する際の位置まで移動する際に、エンドエフェクタ１が主茎９２や枝を押し上げる等して無理な力をかけてしまうことを抑制できる。このように、本実施形態によれば、エンドエフェクタ１を用いて収穫対象物９１を収穫する際に、エンドエフェクタ１が主茎９２や枝に無理な力を加えてしまい主茎９２や枝を折り曲げて傷つけたり切断してしまったりすることを抑制でき、その結果、安全に収穫作業を行うことができる。

【0143】

ここで、主茎９２と収穫対象物９１との距離つまり果柄９３の長さは一定ではないことが多い。主茎９２と収穫対象物９１との距離つまり果柄９３の長さが短い場合、エンドエフェクタ１を主茎９２に沿って傾けない構成にすると、主茎９２と収穫対象物９１との間にエンドエフェクタ１が到達する前にエンドエフェクタ１が主茎９２に当ってしまい、主茎９２と共に収穫対象物９１を持ち上げてしまうおそれがある。すると、エンドエフェクタ１は、通過部３の内側に収穫対象物９１が位置している状態のまま終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）に到達してしまう。そして、この状態で切断処理を行うと、収穫対象物９１も切断してしまうことになる。

【0144】

これに対し、本実施形態によれば、エンドエフェクタ１は、傾け処理の実行により、果柄９３を切断する際には主茎９２に沿って傾けられる。そのため、果柄９３が短い場合であっても、主茎９２と収穫対象物９１との間にエンドエフェクタ１を配置することができ、その結果、誤って収穫対象物９１を切断してしまうことを抑制することができる。

【0145】

農作物収穫システム５０は、傾け角度設定処理部６３を更に備えている。傾け角度設定処理部６３は、傾け角度設定処理を実行可能である。傾け角度設定処理は、エンドエフェクタ１を主茎９２や枝に沿うように傾けるための傾け角度θを設定する処理である。本実施形態において、傾け角度設定処理は、傾け角度θを予め設定された一定値に設定する処理を含む。そして、傾け処理部６７は、傾け角度設定処理で設定された傾け角度θに基づいて傾け処理を実行する。

【0146】

すなわち、主茎９２や枝はある程度の柔軟性を有しているため、エンドエフェクタ１等の移動によって主茎９２や枝に多少の力が加わっても、ある程度の力であれば折れることはない。また、主茎９２や枝の角度は、個別に見れば当然ばらつきはあるものの、全体としては概ね同様の傾向が見られる。そこで、本実施形態では、傾け角度θは一定値に設定されている。これによれば、農作物収穫システム５０は、傾け角度θを設定する際に、視覚装置５１で取得した視覚情報を用いた画像処理等を行って傾け角度θを算出する必要がない。そのため、主茎９２や枝に対する多少の負荷を許容し、傾け角度θを一定値に設定することで、農作物収穫システム５０は、傾け角度θを設定する際の処理負荷を低減することができる。

【0147】

また、移動処理は、目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）までエンドエフェクタ１を移動させる処理を含む。目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）は、エンドエフェクタ１を傾け角度θで傾けることで通過部３が収穫対象物９１の基端位置である上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）の外方へ通過する位置に設定されている。そして、傾け処理部６７は、エンドエフェクタ１が目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）に到達した場合に傾け処理を実行する。すなわち、制御装置６０は、エンドエフェクタ１を、始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）から第１移動経路Ｒ１に沿って目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）まで移動させる。その後、制御装置６０は、目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）において、回転軸Ａｘを中心にエンドエフェクタ１を回転させて、通過部３を収穫対象物９１の基端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）の外方、この場合、上方に通過させる。

【0148】

これによれば、制御装置６０は、エンドエフェクタ１が目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）に到達した後に傾け処理を実行するため、例えば傾け処理を実行するタイミングが早過ぎることによりエンドエフェクタ１を傾ける際にエンドエフェクタ１が収穫対象物９１に接触してしまうことを抑制することができる。これにより、エンドエフェクタ１が収穫対象物９１に干渉することを抑制しつつ、エンドエフェクタ１の通過部３に収穫対象物９１を確実に通すことができる。その結果、収穫対象物９１が傷つくことを効果的に抑制することができる。

【0149】

また、位置情報特定処理部６２は、位置特定処理において、収穫対象物９１と繋がっている果柄９３の位置情報を用いることなく収穫対象物９１の位置を特定する。すなわち、制御装置６０は、視覚装置５１からの視覚情報に基づいてロボットアーム５２を動作させる際に、果柄９３を認識する処理は行わない。すなわち、エンドエフェクタ１を用いることで、果柄９３を視覚的に認識する処理を行うことなく、果柄９３を正確に切断することができる。

【0150】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について図３４を参照して説明する。
第２実施形態の農作物収穫システム５０は、上記第１実施形態に対して、傾け角度設定処理部６３で実行される傾け角度設定処理の内容、すなわち図２０のステップＳ１６における処理内容が異なる。本実施形態の場合、傾け角度設定処理は、視覚装置５１で取得した視覚情報に基づいて傾け角度θを設定する処理を含んでいる。

【0151】

すなわち、例えばビニールハウスで育てられるミニトマト等は、その主茎９２の先端部がビニールハウスの天井付近に配置されたレールに吊り下げられていることから、主茎９２は、地面から天井付近へ向かって斜め上方に傾斜するように伸びている。この場合、主茎９２の根本に過大な負荷をかけないようにするため、主茎９２全体のうち地面付近はたわませている。このため、主茎９２の角度は、地表付近は小さく、上方へ行くほど大きくなる傾向がある。つまり、主茎９２の角度は、その主茎９２の高さ位置と相関性を有して変化する。換言すれば、主茎９２の角度は、収穫対象物９１の基端位置である上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）と相関性を有する。

【0152】

そこで、本実施形態において、記憶領域６０２は、図３４に示すように、収穫対象物９１の高さ位置と、その高さ位置における傾け角度θとを示すデータテーブルを記憶している。この場合、収穫対象物９１の高さ位置は、収穫対象物９１の基端位置つまり上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）とすることができる。なお、収穫対象物９１の先端位置つまり下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）や主茎９２の高さ位置から収穫対象物９１の高さ位置を推定しても良い。

【0153】

図３４に示すデータテーブルは、図１６等に示すように、主茎９２が右肩上がりに延びたものについてのデータテーブルである。この場合、図３４に示すデータテーブルは、複数の主茎９２のサンプルについて上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）と主茎９２の角度を測定して、例えば統計処理等を行うことによって上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）と主茎９２の角度との相関関係を特定し、その相関関係に基づいて上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）と傾け角度θとの関係を設定したものである。

【0154】

そして、傾け角度設定処理は、視覚装置５１で取得した視覚情報から収穫対象物９１の高さ位置、この場合、収穫対象物９１の基端位置である上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）を特定し、傾け角度θを、その特定した収穫対象物９１の高さ位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）に対応する傾け角度に設定する処理を含んでいる。

【0155】

これによれば、制御装置６０は、傾け角度設定処理部６３による傾け角度設定処理の実行によって、傾け角度θを主茎９２の実際の傾き角度に極力合わせた値に設定することができる。そのため、農作物収穫システム５０は、果柄９３を切断する位置までエンドエフェクタ１を移動させる際に、エンドエフェクタ１を主茎９２の傾きにより精密に沿わせることができる。これにより、エンドエフェクタ１を用いて収穫対象物９１を収穫する際に、エンドエフェクタ１が主茎９２や枝に無理な力が加えてしまい主茎９２や枝を折り曲げて傷つけたり切断してしまったりすることをより効果的に抑制することができ、その結果、更に安全に収穫作業を行うことができる。

【0156】

更に、本実施形態において、傾け角度設定処理は、図３４に示すデータテーブルから傾け角度θを特定する際に、収穫対象物９１の基端位置である上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）を用いる。この上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）は、位置情報特定処理部６２による位置特定処理によって特定される情報を流用することができるため、傾け角度設定処理のために新たな画像処理等を行う必要がない。そのため、本実施形態によれば、傾け角度設定処理のために制御負荷を低減することができる。

【0157】

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について図３５～図３７を参照して説明する。
第３実施形態の農作物収穫システム５０は、上記各実施形態に対して、傾け角度設定処理部６３で実行される傾け角度設定処理の内容、すなわち図２０のステップＳ１６における処理内容が異なる。本実施形態も、上記第２実施形態と同様に、傾け角度設定処理は、視覚装置５１で取得した視覚情報に基づいて傾け角度θを設定する処理を含んでいる。

【0158】

すなわち、本実施形態の傾け角度設定処理は、視覚装置５１で取得した視覚情報から主茎９２や枝の形状を抽出し、その抽出した主茎９２や枝の形状に対してパターンマッチング処理又は線のフィッティング処理を行うことで傾け角度θを設定する処理を含んでいる。つまり、本実施形態の傾け角度設定処理部６３は、視覚装置５１で取得した視覚情報から主茎９２や枝の形状を抽出し、その抽出した主茎９２や枝の形状の情報に画像処理を施すことで、主茎９２や枝の実際の角度を取得する。そして、傾け角度設定処理部６３は、その取得した主茎９２や枝の実際の角度に合わせて、傾け処理に用いる傾け角度θを設定する。

【0159】

図３５及び図３６は、パターンマッチング処理の一例を概念的に示すものである。この場合、記憶領域６０２は、図３５に示すように、基準画像９４を予め記憶している。基準画像９４は、主茎９２や枝の実際の角度を取得するための基準となるもので、例えば複数の主茎９２の外形形状を平均化し、水平方向へ伸びるように配置したものである。傾け角度設定処理部６３は、図３５に示すように、視覚装置５１で取得した視覚情報、点群データと色データとから、収穫対象物９１を基準とした特定範囲における主茎９２や枝の形状を基準画像９４として抽出する。次に、傾け角度設定処理部６３は、図３６に示すように、水平方向へ伸びるように設定された基準画像９４を回転させて、主茎９２等の形状と基準画像９４との一致率が最も高くなるときの基準画像９４の回転角度を算出する。そして、傾け角度設定処理部６３は、その算出した回転角度を、その収穫対象物９１に対応した主茎９２や枝の角度として傾け角度θに設定する。

【0160】

また、図３７は、直線又は曲線のフィッティング処理の一例を概念的に示すものである。この場合、傾け角度設定処理部６３は、図３７に示すように、視覚装置５１で取得した視覚情報、例えば点群データと色データとから主茎９２や枝の形状を抽出する。そして、傾け角度設定処理部６３は、主茎９２等の形状を構成する点群データから例えば最小二乗法等を用いて回帰直線又は回帰曲線の回帰式Ｙを算出する。次に、傾け角度設定処理部６３は、算出した回帰式Ｙに例えば収穫対象物９１の上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）を代入することで、その収穫対象物９１に対応した主茎９２や枝の角度を算出し、その算出した角度を傾け角度θに設定する。

【0161】

これによれば、制御装置６０は、傾け角度設定処理部６３による傾け角度設定処理の実行によって、傾け角度θを主茎９２の実際の傾き角度に更に精密に合わせた値に設定することができる。そのため、農作物収穫システム５０は、果柄９３を切断する位置までエンドエフェクタ１を移動させる際に、エンドエフェクタ１を主茎９２の傾きに更に精密に沿わせることができる。これにより、エンドエフェクタ１を用いて収穫対象物９１を収穫する際に、エンドエフェクタ１が主茎９２や枝に無理な力を加えてしまい主茎９２や枝を折り曲げて傷つけたり切断してしまったりすることを更に効果的に抑制することができ、その結果、極めて安全に収穫作業を行うことができる。

【0162】

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について図３８～図４４を参照して説明する。
第４実施形態の農作物収穫システム５０は、上記各実施形態に対して、移動経路生成処理において生成する移動経路の具体的内容、傾け角度θの決定方法、及び傾け処理を実行するタイミングが、上記各実施形態と異なる。

【0163】

本実施形態の移動経路生成処理部６４は、移動経路生成処理の実行により移動経路Ｒを生成する。移動経路Ｒは、図３８に示すように、始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）から、収穫対象物９１の下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）及び上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）を通り終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）に至るまでのエンドエフェクタ１の移動経路である。このため、移動処理部６６における移動処理は、収穫対象物の上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）の外方に設定された終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）を目指して、移動経路Ｒに沿ってエンドエフェクタ１を移動させる処理を含む。

【0164】

この場合、位置情報特定処理部６２は、収穫対象物９１の下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）から上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）までの途中の位置である中間位置Ｐｈ（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）を特定し、その中間位置Ｐｈ（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）を通るように移動経路Ｒを生成することができる。この場合、移動経路Ｒは、Ｚ方向に隣接する各位置、すなわち、始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）と、下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）と、中間位置Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と、上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）と、終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）と、を順に直線で繋いだ経路となる。

【0165】

位置情報特定処理部６２は、例えば下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）と上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）とのＺ方向の中間位置の座標を、中間位置Ｐｈ（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）として取得する。この場合、中間位置Ｐｈ（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）のＺ値は、下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）のＺ値と上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）のＺ値と平均値、すなわち、Ｐｈ（Ｚ）＝（下端位置Ｐｂ（Ｚ）＋上端位置Ｐｔ（Ｚ））／２となる。また、中間位置Ｐｈ（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）のＸ値及びＹ値は、Ｐｈ（Ｚ）と同じＺ値を持つ点群データのＸ値及びＹ値の平均値となる。なお、中間位置Ｐｈ（Ｘｈ、Ｙｈ、Ｚｈ）を複数設定することもできる。この場合、中間位置Ｐｈの数をＮ個とし、下端位置Ｐｂ（Ｚ）からの中間位置Ｐｈの個数をｉとすると、ｉ個目の中間位置Ｐｈ＿ｉ（Ｚ）は次の式２で表すことができる。
Ph_i(Z)=((Pt(Z)-Pb(Z))/(N+1))×i+Pb(Z)・・・（式２）

【0166】

また、本実施形態の農作物収穫システム５０は、図３９に示すように、上記各実施形態の傾け角度設定処理部６３に換えて、回転軸側接触検出部７２及び反回転軸側接触検出部７３を備えている。接触検出部７２、７３は、いずれもエンドエフェクタ１に対する物体の接触を検出する機能を有している。

【0167】

この場合、回転軸側接触検出部７２は、図４０に示すように、エンドエフェクタ１に対して上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）側から先端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）側へ向かう力、換言すれば、移動処理によって移動経路Ｒに沿って移動する際とは逆方向への力、この場合、下方へ向かう力であって、エンドエフェクタ１のうち回転軸Ａｘ側部分に作用する力Ｌｆを検出することにより、エンドエフェクタ１のうち回転軸Ａｘ側部分に対する物体の接触を検出する機能を有する。

【0168】

また、反回転軸側接触検出部７３は、エンドエフェクタ１に対して上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）側から先端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）側へ向かう力、換言すれば、移動処理によって移動経路Ｒに沿って移動する際とは逆方向への力、この場合、下方へ向かう力であって、エンドエフェクタ１のうち回転軸Ａｘとは反対側部分に作用する力Ｒｆを検出することにより、エンドエフェクタ１のうち回転軸Ａｘとは反対側部分に対する物体の接触を検出する機能を有する。

【0169】

なお、本実施形態において、エンドエフェクタ１のうち回転軸Ａｘ側部分は、移動部材２０を構成する環状部材２１のうち、図４０に示すように向かって左側の回転部材２２が取り付けられている部分とすることができる。また、エンドエフェクタ１のうち回転軸Ａｘとは反対側部分は、移動部材２０を構成する環状部材２１のうち、図４０に示すように向かって右側の回転部材２２が取り付けられている部分とすることができる。

【0170】

ちなみに、主茎９２の傾き角度が逆になれば、回転軸Ａｘ側部分と、回転軸Ａｘとは反対側部分との関係も逆になる。すなわち、主茎９２の傾きが左肩上がりである場合、回転軸Ａｘは、エンドエフェクタ１のうち図４０の右側部分に設定される。この場合、エンドエフェクタ１における回転軸Ａｘ側部分は、図４０の右側部分となり、回転軸Ａｘ側とは反対部分は、図４０の左側部分となる。

【0171】

接触検出部７２、７３は、例えばエンドエフェクタ１に作用する回転方向の力を検出するためのトルクセンサ等で構成することができる。この場合、接触検出部７２、７３は、いずれもロボットアーム５２又はロボットアーム制御部５２１の一機能、つまりロボットアーム５２又はロボットアーム制御部５２１に付随した機能として構成することができる。

【0172】

また、接触検出部７２、７３は、エンドエフェクタ１の例えば回転部材２２部分に例えば接触センサや圧力センサ等を取り付け、この接触センサや圧力センサによってエンドエフェクタ１に何らかの物体が接触したことを直接的に検出する構成であっても良い。この場合、接触検出部７２、７３は、エンドエフェクタ１又はエンドエフェクタ制御部４の一機能、つまりエンドエフェクタ１又はエンドエフェクタ制御部４に付随した機能として構成することができる。なお、接触検出部７２、７３は、ロボットアーム５２やロボットアーム制御部５２１、及びエンドエフェクタ１やエンドエフェクタ制御部４とは独立した装置として構成することもできる。

【0173】

そして、上記構成において、回転軸側接触検出部７２は、例えばエンドエフェクタ１が移動処理中にロボットアーム５２の各軸を駆動するモータの駆動力以外によってエンドエフェクタ１に作用する力Ｌｆを検出した場合に、エンドエフェクタ１のうち回転軸Ａｘ側部分に何らかの物体が接触したと判断する。また、反回転軸側接触検出部７３は、例えばエンドエフェクタ１が傾け処理中にロボットアーム５２の各軸を駆動するモータの駆動力以外によってエンドエフェクタ１に作用する力Ｒｆを検出した場合に、エンドエフェクタ１のうち回転軸Ａｘとは反対側部分に何らかの物体が接触したと判断する。

【0174】

また、制御装置６０は、回転軸側接触検出部７２の検出結果に基づいて、傾け処理部６７により傾け処理を開始するタイミングを決定する。すなわち、制御装置６０は、移動処理によってエンドエフェクタ１を移動経路Ｒに沿って終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）まで移動させている際中に回転軸側接触検出部７２による物体の接触を検出した場合に、傾け処理部６７による傾け処理を開始する。この場合、制御装置６０は、移動処理によってエンドエフェクタ１を移動経路Ｒに沿って終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）まで移動させている際中に回転軸側接触検出部７２による物体の接触が検出されなかった場合には、傾け処理部６７による傾け処理を実行しない。

【0175】

また、制御装置６０は、反回転軸側接触検出部７３の検出結果に基づいて、傾け処理部６７により傾け処理による傾け角度θを決定する。すなわち、制御装置６０は、傾け処理部６７による傾け処理の実行しエンドエフェクタ１を傾ける動作を行っている際中に、反回転軸側接触検出部７３により物体の接触を検知した場合に、傾け処理を終了し、これにより、傾け角度θを決定する。すなわち、制御装置６０は、傾け処理部６７による傾け処理を開始した後は、反回転軸側接触検出部７３により物体の接触を検知するまでエンドエフェクタ１を傾け続け、反回転軸側接触検出部７３により物体の接触を検知した場合にエンドエフェクタ１を傾ける動作を停止する。

【0176】

次に、図４１も参照して制御装置６０が実行する制御内容について説明する。この場合、図４１のステップＳ３２、Ｓ３３は移動処理の一例である。また、ステップＳ３４～Ｓ３６は、傾け処理の一例である。なお、図４１のフローチャートにおいて、ステップＳ２２以降の処理は図２０のステップＳ２３～Ｓ２７と同様であり、その記載を省略している。

【0177】

制御装置６０は、上記第１実施形態と同様に、ステップＳ１１～Ｓ１６を実行する。その後、制御装置６０は、ステップＳ３１において移動経路生成処理を実行し、移動経路Ｒを生成する。その後、制御装置６０は、上記第１実施形態と同様にステップＳ１９において接近処理を行う。

【0178】

次に、制御装置６０は、ステップＳ３２において、移動処理を実行し、図４２及び図４３に示すように、終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）を目指した移動経路Ｒに沿ったエンドエフェクタ１の移動を開始する。次に、制御装置６０は、ステップＳ３３において、回転軸側接触検出部７２の検出結果に基づき、エンドエフェクタ１の回転軸Ａｘ側部分に対する物体の接触すなわち主茎９２の接触の有無を判断する。エンドエフェクタ１の回転軸Ａｘ側部分に対する物体の接触が検出されていない場合（ステップＳ３３でＮＯ）、制御装置６０は、移動処理を継続、つまりエンドエフェクタ１の移動経路Ｒに沿った移動を継続する。

【0179】

一方、エンドエフェクタ１の回転軸Ａｘ側部分に対する物体の接触が検出された場合（ステップＳ３３でＹＥＳ）、制御装置６０は、図４３に示すように、移動処理を停止、つまりエンドエフェクタ１の移動経路Ｒに沿った移動を停止し、ステップＳ３４へ処理を移行させる。そして、制御装置６０は、ステップＳ３４において、傾け処理部６７により傾け処理を開始し、図４３及び図４４に示すように、回転軸Ａｘを中心にして、エンドエフェクタ１における回転軸Ａｘとは反対側部分が主茎９２に近づくように、エンドエフェクタ１を傾ける動作を開始する。

【0180】

次に、制御装置６０は、ステップＳ３５において、反回転軸側接触検出部７３の検出結果に基づき、エンドエフェクタ１の回転軸Ａｘとは反対側部分に対する物体の接触すなわち主茎９２の接触の有無を判断する。エンドエフェクタ１の回転軸Ａｘとは反対側部分に対する物体の接触が検出されていない場合（ステップＳ３５でＮＯ）、制御装置６０は、傾け処理を継続、つまりエンドエフェクタ１を傾ける動作を継続する。

【0181】

一方、エンドエフェクタ１の回転軸Ａｘとは反対側部分に対する物体の接触が検出された場合（ステップＳ３５でＹＥＳ）、制御装置６０は、ステップＳ３６へ処理を移行する。そして、制御装置６０は、ステップＳ３６において、傾け処理を停止、つまりエンドエフェクタ１を傾ける動作を停止する。その後、制御装置６０は、上記第１実施形態と同様に、ステップＳ２２以降の処理を実行し、果柄９３の切断等を行って収穫対象物９１を収穫する。

【0182】

この第４実施形態によれば、農作物収穫システム５０は、回転軸側接触検出部７２を更に備える。回転軸側接触検出部７２は、傾け処理におけるエンドエフェクタ１の回転軸Ａｘ側部分に対する物体の接触を検出可能である。また、移動処理は、収穫対象物９１の基端位置である上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）の外方に設定された終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）を目指してエンドエフェクタ１を移動させる処理を含む。そして、傾け処理部６７は、移動処理により終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）を目指してエンドエフェクタ１を移動させている際中に回転軸側接触検出部７２により物体の接触を検知した場合に傾け処理を開始する。

【0183】

すなわち、例えば移動処理の実行によってエンドエフェクタ１を移動経路Ｒに沿って移動させている際中にエンドエフェクタ１が主茎９２等に実際に接触した場合でも、その移動処理による動作が継続されてしまうと、主茎９２等に対してエンドエフェクタ１が力を加え続けてしまい、ひどい場合には主茎９２等を傷つけてしまうおそれがある。

【0184】

一方、本実施形態によれば、移動処理の実行によってエンドエフェクタ１を移動させている際中に、エンドエフェクタ１が主茎９２等に実際に接触した場合には、移動経路Ｒに沿ったエンドエフェクタ１の移動を停止することができる。これにより、移動処理の実行によってエンドエフェクタ１を移動させている際中にエンドエフェクタ１が主茎９２等に実際に接触した場合に、その移動処理によるエンドエフェクタ１の移動が継続してしまうことを防止できる。これにより、主茎９２等に対してエンドエフェクタ１が力を加え続けてしまい傷つけてしまうことを更に精度良く抑制することができる。その結果、更に安全に収穫作業を行うことができるという優れた効果を得ることができる。

【0185】

また、農作物収穫システム５０は、反回転軸側接触検出部７３を更に備える。反回転軸側接触検出部７３は、傾け処理におけるエンドエフェクタ１の回転軸Ａｘ側とは反対側部分に対する物体の接触を検出可能である。そして、傾け処理部６７は、傾け処理を実行しエンドエフェクタ１を傾ける動作を行っている際中に反回転軸側接触検出部７３により物体の接触を検知した場合に、傾け処理を終了する。

【0186】

すなわち、例えば傾け処理の実行によってエンドエフェクタ１を傾けている際中にエンドエフェクタ１が主茎９２等に実際に接触した場合でも、その傾け処理による動作が継続されてしまうと、主茎９２等に対してエンドエフェクタ１が力を加え続けてしまい、ひどい場合には主茎９２等を傷つけてしまうおそれがある。

【0187】

一方、本実施形態によれば、傾け処理の実行によってエンドエフェクタ１を傾けている際中に、エンドエフェクタ１が主茎９２等に実際に接触した場合には、エンドエフェクタ１を傾ける動作を停止することができる。これにより、傾け処理の実行によってエンドエフェクタ１を傾けている際中にエンドエフェクタ１が主茎９２等に実際に接触した場合に、その傾け処理による動作が継続されてしまうことを防止できる。これにより、主茎９２等に対してエンドエフェクタ１が力を加え続けてしまい傷つけてしまうことを更に精度良く抑制することができる。その結果、更に安全に収穫作業を行うことができるという優れた効果を得ることができる。

【0188】

ここで、例えば収穫対象物９１が全体として湾曲形状となっている場合には、収穫対象物９１の下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）から上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）まで直線的にエンドエフェクタ１を移動させると、その途中部分においてエンドエフェクタ１が収穫対象物９１に接触して収穫対象物９１を傷つけてしまうおそれがある。

【0189】

そこで、位置情報特定処理部６２において実行される位置特定処理は、収穫対象物９１の下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）から上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）までの途中の位置である中間位置Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を特定する処理を更に含んでいる。そして、移動経路生成処理部６４において実行される移動経路生成処理は、中間位置Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を通過するようにエンドエフェクタ１の移動経路Ｒを生成する処理を更に含んでいる。

【0190】

これによれば、移動経路Ｒは、収穫対象物９１が全体的に湾曲している場合であっても、収穫対象物９１の形状に極力沿ったものとすることができる。すなわち、この農作物収穫システム５０によれば、例えば収穫対象物９１が全体として曲がっている場合において、エンドエフェクタ１を移動経路Ｒに沿って果柄９３の切断位置まで移動させる際に、エンドエフェクタ１が収穫対象物９１に接触して傷つけてしまうことをさらに効果的に抑制することができる。

【0191】

また、例えばエンドエフェクタ１を移動させる際にエンドエフェクタ１が収穫対象物９１に接触する可能性が高い場合、接触した際の衝撃を少なくして収穫対象物９１に与える損傷を低減する必要がある。この場合、エンドエフェクタ１の移動速度を遅くする必要があり、その結果、収穫効率が低下してしまうおそれがある。一方、本実施形態によれば、上述した構成により、エンドエフェクタ１を移動させる際にエンドエフェクタ１が収穫対象物９１に接触する可能性が低い。そのため、エンドエフェクタ１の移動速度を速くすることができ、その結果、収穫作業の効率をさらに向上させることができる。

【0192】

この場合、移動経路生成処理部６４において実行される移動経路生成処理は、下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）と中間位置Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）とを順に直線で繋いで移動経路Ｒを生成する処理を含む。すなわち、本実施形態において、移動経路Ｒは、各位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）、Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）を順に繋いだ複数の直線で構成されている。

【0193】

これによれば、例えば移動経路Ｒを収穫対象物９１の湾曲に沿って滑らかな曲線状で生成した場合つまり全軌道を生成した場合に比べて、認識する座標点数を低減することができるため、移動経路Ｒを生成する際の移動経路生成処理部６４の処理負荷を大幅に低減することができる。これにより、移動経路Ｒを生成する際の処理速度を向上することができる。すなわち、農作物収穫システム５０は、収穫対象物９１を認識してから移動経路Ｒを生成しその後、実際にロボットアーム５２を動作させるまでの時間を低減することができる。

【0194】

さらにはこの場合、移動経路Ｒを滑らかな曲線で生成した場合に比べて、移動経路Ｒを各位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）、Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）、Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）を順に繋いだ複数の直線で生成した方が、エンドエフェクタ１の移動距離を短くすることができる。そのため、本実施形態によれば、エンドエフェクタ１を果柄９３の切断可能な位置に移動させるまでの時間つまりロボットアーム５２の動作時間も短縮することができる。これらの結果、農作物収穫システム５０の動作速度を向上や動作期間の短縮を図ることができ、ひいては収穫作業の速度を向上させることができる。

【0195】

（第５実施形態）
次に、図４５～図５９を参照して第５実施形態について説明する。
上記各実施形態において、主茎９２と収穫対象物９１との位置関係に対して、エンドエフェクタ１の回転軸Ａｘを適切に設定しないと、エンドエフェクタ１を主茎９２に沿わせて傾けたとしても、通過部３が収穫対象物９１を完全に通過しきれない場合が生じて、房の上部付近にある収穫対象物９１を切断してしまう可能性がある。

【0196】

ここで、例えば収穫対象物９１がミニトマトである場合について、本願発明者が主茎９２に対する収穫対象物９１及び果柄９３の位置関係を調べたところ、概ね次のようになっていることがわかった。なお、図４６、図４８、図５０は、視覚装置５１で取得した視覚情報に基づき、収穫対象物９１の上端位置つまり上端位置Ｐｔ（Ｚｔ）近傍における収穫対象物９１及び主茎９２の点群データを、平面で見た場合の画像に仮想的に置き換えた図である。この場合、収穫対象物９１及び主茎９２のうち、視覚装置５１の視野内に入っている部分、つまり実際に点群データを取得出来た部分については実線で示されている。また、収穫対象物９１及び主茎９２のうち、視野外つまり死角となっている部分、すなわち点群データが取得できなかった部分については二点鎖線で示されている。

【0197】

主茎９２に対する収穫対象物９１の位置関係は、図４５及び図４６に示すように、主茎９２に対して収穫対象物９１及び果柄９３が横側に位置しているものが最も多く、全体の７０％～８０％程度を占めていた。次に、図４７及び図４８に示すように、主茎９２に対して収穫対象物９１及び果柄９３が正面側つまり手前に位置しているものが多く、全体の２０％～３０％程度を占めていた。そして、図４９及び図５０に示すように、主茎９２に対して収穫対象物９１及び果柄９３が背面側つまり奥側に位置しているものが最も少なく、全体の１０％程度を占めていた。

【0198】

この場合、傾け処理における回転軸Ａｘ及び接近処理におけるエンドエフェクタ１の接近方向を、主茎９２に対して収穫対象物９１及び果柄９３が横側に位置しているものに対応させることで、全体の７０％～８０％程度については安全に収穫することができる。しかしこの場合、残りの２０％～３０％、つまり、主茎９２に対して収穫対象物９１及び果柄９３が正面側又は背面側に位置したものについては、房の上部付近の収穫対象物９１を切断してしまう可能性が残る。

【0199】

そこで、本実施形態において、制御装置６０は、傾け処理を実行する際のエンドエフェクタ１の回転軸の軸方向が、主茎９２から延びる果柄９３を横切るように、つまり果柄９３の延伸方向と極力直角に交差する方向となるように、エンドエフェクタ１の姿勢を調整するする。これにより、エンドエフェクタ１の通過部３が、収穫対象物９１の上端部を超えて通過させることができる。

【0200】

具体的には、傾け処理におけるエンドエフェクタ１の回転軸Ａｘは、エンドエフェクタ１において固定位置に設定されている。すなわち、回転軸Ａｘは、移動部材２０において左右両側の回転部材２２が設けられた部分のうち一方側部分、この場合、左側部分に固定されている。そして、接近処理は、回転軸Ａｘの軸方向が、主茎９２から延びる果柄９３を横切るように、つまり果柄９３の延伸方向と極力直角に交差する方向となるように調整して始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）まで接近させる処理を含む。

【0201】

すなわち、本実施形態において、制御装置６０は、接近処理の実行によりエンドエフェクタ１を始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）まで接近させる際の、主茎９２及び収穫対象物９１に対するエンドエフェクタ１の進入角度つまり進入方向を、主茎９２と収穫対象物９１との位置関係に応じて変化させる。なお、主茎９２と収穫対象物９１との位置関係は、視覚装置５１で取得した視覚情報から取得することができる。

【0202】

この場合、制御装置６０は、接近処理の実行により、まず、図５１、図５３、図５５に示すように、上端位置Ｐｔ（Ｚｔ）近傍における収穫対象物９１及び主茎９２の点群データの中から、主茎側端位置Ｈａ（Ｘａ、Ｙａ）と対象物側端位置Ｈｂ（Ｘｂ、Ｙｂ）を特定する。なお、この場合、主茎側端位置Ｈａ（Ｘａ、Ｙａ）とは、図４５～図５０等における主茎９２の点群のうち最も＋Ｙ側の端点のＸ、Ｙ値を意味する。また、対象物側端位置Ｈｂ（Ｘｂ、Ｙｂ）とは、図４５～図５０等における収穫対象物９１の点群のうち最も＋Ｙ側の端点のＸ、Ｙ値を意味する。そして、本実施形態の場合、主茎側端位置Ｈａ（Ｘａ、Ｙａ）は、図５２、図５４、及び図５６における主茎９２の右端部となり、対象物側端位置Ｈｂ（Ｘｂ、Ｙｂ）は、図５２、図５４、及び図５６における収穫対象物９１の左端部となる。

【0203】

本実施形態の場合、先端側は、図４５～図５０等における概ね＋Ｙ側又は図５２、図５４、図５６における概ね右側を意味する。また、基端側は、図４５～図５０等における概ね－Ｙ側又は図５２、図５４、図５６における概ね左側を意味する。なお、以下の説明では、主茎９２の先端側のＸ、Ｙ値を、主茎側端位置Ｈａ（Ｘａ、Ｙａ）と称し、収穫対象物９１の基端側のＸ、Ｙ値を対象物側端位置Ｈｂ（Ｘｂ、Ｙｂ）と称する。

【0204】

制御装置６０は、接近処理の実行により、主茎側端位置Ｈａ（Ｘａ、Ｙａ）と対象物側端位置Ｈｂ（Ｘｂ、Ｙｂ）とのうちＸ値を比較して前後関係を特定する。そして、制御装置６０は、主茎側端位置Ｈａ（Ｘａ、Ｙａ）と対象物側端位置Ｈｂ（Ｘｂ、Ｙｂ）とを結ぶ直線を算出し、その直線の手前側から奥側へ向かう方向を進入方向Ａｐとする。そして、制御装置６０は、この進入方向Ａｐに概ね沿った進入角度で、エンドエフェクタ１を始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）まで接近させる。これにより、エンドエフェクタ１の回転軸Ａｘの軸方向が、主茎９２から延びる果柄９３を横切るように、つまり果柄９３の延伸方向と極力直角に交差する方向となるように調整して始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）まで接近させることができる。

【0205】

この場合、進入方向Ａｐは、主茎側端位置Ｈａ（Ｘａ、Ｙａ）及び対象物側端位置Ｈｂ（Ｘｂ、Ｙｂ）のＸ、Ｙ値にかかわらず、手前側つまりロボットアーム５２側から奥側へ向かう方向とする。すなわち、例えば図５１及び図５３の例では、主茎側端位置Ｈａ（Ｘａ、Ｙａ）と対象物側端位置Ｈｂ（Ｘｂ、Ｙｂ）とのうち、対象物側端位置Ｈｂ（Ｘｂ、Ｙｂ）が手前側つまりロボットアーム５２側に位置している。このため、図５１及び図５３の例において、制御装置６０は、進入方向Ａｐを、対象物側端位置Ｈｂ（Ｘｂ、Ｙｂ）から主茎側端位置Ｈａ（Ｘａ、Ｙａ）へ向かう方向に設定する。

【0206】

これに対し、例えば図５５の例では、主茎側端位置Ｈａ（Ｘａ、Ｙａ）と対象物側端位置Ｈｂ（Ｘｂ、Ｙｂ）とのうち、主茎側端位置Ｈａ（Ｘａ、Ｙａ）が手前側つまりロボットアーム５２側に位置している。このため、図５５の例において、制御装置６０は、進入方向Ａｐを、主茎側端位置Ｈａ（Ｘａ、Ｙａ）から対象物側端位置Ｈｂ（Ｘｂ、Ｙｂ）へ向かう方向に設定する。

【0207】

これによれば、傾け処理を実行した際に、収穫対象物９１に対してエンドエフェクタ１の通過部３をより確実に通過させることができる。したがって、本実施形態によれば、主茎９２に対する収穫対象物９１及び果柄９３の位置関係に関わらず、房全体における上部付近の収穫対象物９１を切断してしまうことを低減でき、その結果、更に安全に収穫対象物を収穫することができる。

【0208】

また、傾け処理を実行した際に収穫対象物９１に対してエンドエフェクタ１の通過部３をより確実に通過させるためには、エンドエフェクタ１は、傾け処理を実行する直前において回転軸Ａｘが果柄９３の極力直下に位置した状態となっていることが好ましい。そこで、本実施形態において、制御装置６０は、傾け処理によってエンドエフェクタ１を傾ける時点までに、収穫対象物９１が通過部３の中心Ｐｃよりも回転軸Ａｘ側に位置するようにエンドエフェクタ１の姿勢を調整する処理を実行することができる。この処理は、接近処理に含まれていても良いし、傾け処理の初期に含まれていても良い。これによれば、収穫対象物９１に対してエンドエフェクタ１の通過部３を更に確実に通過させることができ、その結果、更に安全に収穫対象物を収穫することができる。

【0209】

また、制御装置６０は、例えば図５７、図５８、及び図５９に示すように、オフセット角度αを加算又は減算して進入方向Ａｐを設定することもできる。オフセット角度αは、例えば予め設定された固定値であっても良いし、例えば複数の値から択一的に選択されるテーブルであっても良いし、または学習等に応じて設定される値であっても良い。この場合、例えばオフセット角度αの回転中心は、主茎側端位置Ｈａ（Ｘａ、Ｙａ）と対象物側端位置Ｈｂ（Ｘｂ、Ｙｂ）とを結ぶ直線の中点とすることができる。

【0210】

この場合、制御装置６０は、主茎側端位置Ｈａ（Ｘａ、Ｙａ）と対象物側端位置Ｈｂ（Ｘｂ、Ｙｂ）とを結ぶ直線が、それぞれ主茎側端位置Ｈａ（Ｘａ、Ｙａ）及び対象物側端位置Ｈｂ（Ｘｂ、Ｙｂ）から離れる方向へ、進入方向Ａｐを回転させる。例えば図５７及び図５８の例では、制御装置６０は、それぞれ図５１及び図５３で設定した進入方向Ａｐに対して、更に時計回り方向へオフセット角度α回転させる。また、例えば図５９の例では、制御装置６０は、図５５で設定した進入方向Ａｐに対して、更に反時計回り方向へオフセット角度α回転させる。

【0211】

これによれば、傾け処理を実行した際に、収穫対象物９１に対してエンドエフェクタ１の通過部３を更に確実に通過させることができ、更に安全に収穫対象物を収穫することができる。

【0212】

（第６実施形態）
次に、第６実施形態について図６０～図６２を参照して説明する。
本実施形態では、接近処理における進入方向の決定方法が上記第５実施形態と異なる。本実施形態において、制御装置６０は、接近処理の実行に際し、まず、ロボットアーム５２を駆動させ、例えば図６０～図６２の白抜き矢印Ａ、Ｂ、Ｃで示すように、複数の方向から収穫対象物９１を撮像する。そして、制御装置６０は、撮像した各方向のうち、上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）のＺ値において収穫対象物９１と主茎９２との距離が最も離れて見える方向、つまり隙間が最も大きく見える方向を、進入方向に決定する。

【0213】

例えば図６０の例では、主茎９２に対して収穫対象物９１及び果柄９３が横側に位置している。この場合、主茎９２及び収穫対象物９１に対して正面方向、つまり白抜き矢印Ｂ方向から見た場合に、収穫対象物９１と主茎９２との隙間が最も大きい。そのため、制御装置６０は、白抜き矢印Ｂ方向を進入方向に決定する。

【0214】

また、例えば図６１の例では、主茎９２に対して収穫対象物９１及び果柄９３が正面側つまり手前に位置している。この場合、主茎９２及び収穫対象物９１に対して主茎９２が下がっている側、つまり白抜き矢印Ａ方向から見た場合に、収穫対象物９１と主茎９２との隙間が最も大きい。そのため、制御装置６０は、白抜き矢印Ａ方向を進入方向に決定する。

【0215】

なお、図６１に示すように主茎９２に対して収穫対象物９１が正面側に位置している場合、制御装置６０は、主茎９２及び収穫対象物９１に対して主茎９２が上がっている側、つまり白抜き矢印Ｃ方向から見たものに隙間が存在していたとしても、この方向を進入方向には決定しない。この方向から進入すると、回転軸Ａｘが、収穫対象物９１を挟んで主茎９２とは反対側に位置してしまうため、傾け処理を実行しても通過部３が収穫対象物９１を通過できないからである。

【0216】

また、例えば図６２の例では、主茎９２に対して収穫対象物９１及び果柄９３が背面側つまり奥側に位置している。この場合、主茎９２及び収穫対象物９１に対して主茎９２が上がっている側、つまり白抜き矢印Ｃ方向から見た場合に、収穫対象物９１と主茎９２との隙間が最も大きい。そのため、制御装置６０は、白抜き矢印Ｃ方向を進入方向に決定する。

【0217】

なお、図６２に示すように主茎９２に対して収穫対象物９１が背面側に位置している場合、制御装置６０は、主茎９２及び収穫対象物９１に対して主茎９２が下がっている側、つまり白抜き矢印Ａ方向から見たものに隙間が存在していたとしても、この方向を進入方向には決定しない。この方向から進入すると、回転軸Ａｘが、収穫対象物９１を挟んで主茎９２とは反対側に位置してしまうため、傾け処理を実行しても通過部３が収穫対象物９１を通過できないからである。

【0218】

このような本実施形態によっても、傾け処理を実行した際に、収穫対象物９１に対してエンドエフェクタ１の通過部３をより確実に通過させることができる。したがって、本実施形態によっても、主茎９２に対する収穫対象物９１及び果柄９３の位置関係に関わらず、房全体における上部付近の収穫対象物９１を切断してしまうことを低減でき、その結果、更に安全に収穫対象物を収穫することができる。

【0219】

（第７実施形態）
次に、第７実施形態について図６３～図６５を参照して説明する。
傾け処理部６７による傾け処理は、エンドエフェクタ１において主茎９２や枝に最も接近している部分を回転軸Ａｘにして回転軸Ａｘの反対側が主茎９２や枝に接近するように傾ける処理を含む。すなわち、上記第５実施形態では、回転軸Ａｘの位置は固定されていた、一方、本実施形態において、制御装置６０は、主茎９２と収穫対象物９１との位置関係に応じて、回転軸Ａｘの位置を適宜変更する。

【0220】

例えば、制御装置６０は、図６３に示すように、傾け処理の際の回転軸として、ロール回転軸Ａｘｒとピッチ回転軸Ａｘｐとのうち適切な方を、主茎９２と収穫対象物９１との位置関係に応じて適宜選択することができる。この場合、ロール回転軸Ａｘｒは、エンドエフェクタ１をロール方向へ傾けるための回転軸である。ロール回転軸Ａｘｒは、上記第５実施形態における回転軸Ａｘと同様に、例えば環状部材２１において左右両側の回転部材２２が設けられた部分のうち一方側部分、この場合、左側部分に固定されている。

【0221】

一方、ピッチ回転軸Ａｘｐは、エンドエフェクタ１をピッチ方向へ傾けるための回転軸である。この場合、ピッチ回転軸Ａｘｐは、例えば環状部材２１の最先端部分に設定されている。そして、ピッチ回転軸Ａｘｐを中心に傾け処理を実行する場合、エンドエフェクタ１は、図５５及び図５６に示すように、エンドエフェクタ１とロボットアーム５２との接続部分が上方へ移動するようにして傾けられる。

【0222】

そして、接近処理は、主茎９２や枝に対する収穫対象物９１の位置関係に関わらず収穫対象物９１に対して一定の進入角度でエンドエフェクタ１を始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）まで接近させる処理を含む。

【0223】

これによっても、傾け処理を実行した際に、収穫対象物９１に対してエンドエフェクタ１の通過部３をより確実に通過させることができる。その結果、主茎９２に対する収穫対象物９１及び果柄９３の位置関係に関わらず、房全体における上部付近の収穫対象物９１を切断してしまうことを低減でき、その結果、更に安全に収穫対象物を収穫することができる。

【0224】

（第８実施形態）
次に、第８実施形態について図６６を参照しながら説明する。
第８実施形態は、エンドエフェクタ１の構成が上記各実施形態と異なる。この場合、切断刃２は、通過部３の幅方向の半分以下の範囲に設けられている。本実施形態の場合、通過部３の幅方向における切断刃２の長さ寸法は、通過部３の幅方向全体の１／４程度である。また、切断刃２は、通過部３の幅方向における中心部に設けられている。これに対し、ガイド部１３２は、通過部３の幅方向の半分以上の範囲に設けられている。

【0225】

この場合も、上記各実施形態と同様に、ベース部材１０が第１部材となり、移動部材２０が第２部材となる。そして、ベース部材１０と移動部材２０とは、切断刃２を含んで環状に構成されてその環状の内側に収穫対象物９１を通すことが可能な通過部３を形成する。
この構成によっても、上記各実施形態と同様の作用効果が得られる。

【0226】

また、この場合、窪み部１３１の幅方向の寸法は、果柄９３の外径よりも大きくかつ人の指よりも小さい寸法、例えば１０ｍｍ以下に設定することができる。これによれば、作業者の指が窪み部１３１に入り込んで切断刃２に接触することを抑制できるため、安全性を更に向上させることができる。

【0227】

（第９実施形態）
次に、第９実施形態について図６７を参照しながら説明する。
本実施形態において、エンドエフェクタ１は、上記各実施形態のベース部材１０に換えてベース部材１０Ａを備え、移動部材２０に換えて移動部材２０Ａを備えている。ベース部材１０Ａは、上記各実施形態におけるベース部材１０Ａと同様の構成である。また、移動部材２０Ａは、上記各実施形態における移動部材２０とほぼ同様の構成であるが、環状部材２１に切断刃２が設けられている点で異なっている。

【0228】

切断刃２は、環状部材２１において把持機構４０と対向する位置に設けられている。この場合、ベース部材１０Ａには、切断刃２は設けられていない。切断刃２は、移動部材２０Ａの移動に伴って、ベース部材１０に対して接近及び離間する方向へ移動する。本実施形態では、移動部材２０Ａは第１部材として機能し、ベース部材１０Ａ及び把持部材４１Ａは、第２部材として機能する。そして、移動部材２０Ａ、ベース部材１０Ａ、及び把持部材４１Ａは、切断刃２を含んで環状に構成されてその環状の内側に収穫対象物９１を通すことが可能な通過部３を形成している。
この構成によっても、上記各実施形態と同様の作用効果が得られる。

【0229】

（第１０実施形態）
次に、第１０実施形態について図６８及び図６９を参照しながら説明する。
本実施形態のエンドエフェクタ１は、上記第各実施形態のベース部材１０、移動部材２０、把持機構４０、及び把持部材４１に換えて、ベース部材１０Ｂ、非移動部材２０Ｂ、把持機構４０Ｂ、及び把持部材４１Ｂを備えている。ベース部材１０Ｂは、上記各実施形態におけるベース部材１０と同様の構成である。また、非移動部材２０Ｂは、上記各実施形態における移動部材２０とほぼ同様の構成であるが、ベース部材１０Ｂに固定されている点で異なっている。また、把持機構４０Ｂ及び把持部材４１Ｂは、上記各実施形態における把持機構４０及び把持部材４１とほぼ同様の構成であるが、ベース部材１０に対して相対的に移動可能に構成されている点で異なっている。

【0230】

すなわち、本実施形態において、環状部材２１は、ベース部材１０Ａの例えば保持部材１１に固定されている。このため、環状部材２１は、ベース部材１０Ａに対して相対的に移動不可に構成されている。一方、把持機構４０Ｂは、ベース部材１０に対して相対的に移動可能に構成されている。

【0231】

また、本実施形態の場合、移動機構３０は、モータ３１、軸受け３２、ねじ軸３３、ナット部材３４に換えて、直動アクチュエータ３９を有している。直動アクチュエータ３９は、直線方向へ駆動するアクチュエータであり、例えばエア式又は電動式のシリンダ、若しくはリニアスライダ等である。直動アクチュエータ３９は、前側の保持部材１１と後側の保持部材１２との間に設けられている。

【0232】

直動アクチュエータ３９は、駆動軸３９１及び端部材３９２を有している。端部材３９２は、駆動軸３９１の先端部に設けられており、駆動軸３９１の伸縮に伴って前後方向に移動する。把持機構４０Ｂは、端部材３９２を介して駆動軸３９１に接続されている。そして、把持機構４０Ｂは、図５９及び図６０に示すように、駆動軸３９１の伸縮に伴ってエンドエフェクタ１の前後方向つまり通過部３の前後方向へ移動する。この場合、端部材３９２は、保持部材１１の摺動溝１１１に相当する構成として摺動溝３９３を有している把持部材４１の摺動部４１２は、摺動溝３９３を摺動可能に構成されている。

【0233】

切断刃２は、把持機構４０Ｂに設けられている。そのため、本実施形態の場合、把持機構４０Ｂの把持部材４１Ｂは、果柄９３を切断するための切断刃２が設けられた第１部材として機能する。また、この場合、ベース部材１０及び非移動部材２０Ｂは、把持機構４０Ｂの把持部材４１Ｂに対して相対的に移動可能に構成された第２部材として機能する。なお、本実施形態の場合、第１部材であるの把持部材４１Ｂが、第２部材であるベース部材１０Ｂ及び環状部材２１Ｂに対して移動する。そして、把持部材４１Ｂと非移動部材２０Ｂとは、切断刃２を含んで環状に構成されてその環状の内側に収穫対象物９１を通すことが可能な通過部３を形成する。
これによっても、上記各実施形態と同様の作用効果が得られる。

【0234】

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、その構成の一部又は全部を抽出してそれぞれ組み合わせることができる。
例えば第４実施形態の回転軸側接触検出部７２及び反回転軸側接触検出部７３のいずれか一方又は両方を、第１～第３実施形態に適用し、第１～第３実施形態における移動経路生成処理及び傾け角度設定処理と併用することができる。

【0235】

この場合、第１～第３実施形態は、例えば次のように変形することができる。すなわち、第１～第３実施形態に回転軸側接触検出部７２を適用する場合、制御装置６０は、移動処理の実行により目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）を目指してエンドエフェクタ１を移動させるが、エンドエフェクタ１が目標位置Ｐｇ（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）に到達する以前に回転軸側接触検出部７２が主茎９２等の接触を検出した場合には、エンドエフェクタ１の移動を終了して傾け処理に移行する。

【0236】

また、第１～第３実施形態に反回転軸側接触検出部７３を適用する場合、制御装置６０は、エンドエフェクタ１の角度が傾け角度設定処理によって設定した傾け角度θとなるように傾け処理を実行するが、エンドエフェクタ１が傾け角度θとなる以前に反回転軸側接触検出部７３が主茎９２等の接触を検出した場合には、傾け処理を終了して切断処理に移行する。このような構成によって、上記各実施形態と同様の作用効果が得られる。

【0237】

なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
上記各実施形態で示した数値などは例示であり、それに限定されるものではない。

【0238】

本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

【符号の説明】

【0239】

１…農作物収穫用エンドエフェクタ、２…切断刃、３…通過部、１０…ベース部材（第１部材）、２０…移動部材（第２部材）、２０Ａ…非移動部材（第１部材）、３０…移動機構、４１…把持部材（第１部材）、４１Ａ…把持部材（第２部材）、５０…農作物収穫システム、５１…視覚装置、５２…ロボットアーム、６０２…記憶領域、６１…収穫対象物検出処理部、６２…位置情報特定処理部、６３…傾け角度設定処理部、６５…接近処理部、６６…移動処理部、６７…傾け処理部、６８…切断処理部、７２…回転軸側接触検出部、７３…反回転軸側接触検出部、９１…収穫対象物、９２…主茎、９３…果柄、６０２…記憶領域、Ａｘ…回転軸、Ａｘｒ…ロール回転軸（回転軸）、Ａｘｐ…ピッチ回転軸（回転軸）、Ｐｓ…始点位置、Ｐｂ…先端位置、Ｐｇ…目標位置、Ｐｔ…基端位置、高さ位置、Ｐｅ…終点位置、

【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】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42】

【図43】

【図44】

【図45】

【図46】

【図47】

【図48】

【図49】

【図50】

【図51】

【図52】

【図53】

【図54】

【図55】

【図56】

【図57】

【図58】

【図59】

【図60】

【図61】

【図62】

【図63】

【図64】

【図65】

【図66】

【図67】

【図68】

【図69】