特許 7459786 農作物収穫装置、及び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】2024-03-25

(45)【発行日】2024-04-02

(54)【発明の名称】農作物収穫装置、及び農作物収穫システム

(51)【国際特許分類】

   A01D 46/00 20060101AFI20240326BHJP

   A01D 46/28 20060101ALI20240326BHJP

【ＦＩ】

A01D46/00 A

A01D46/28

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020216833

(22)【出願日】2020-12-25

(65)【公開番号】P2022102223

(43)【公開日】2022-07-07

【審査請求日】2023-03-09

(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】稲田 誠生

(72)【発明者】

【氏名】半田 郷

【審査官】吉田 英一

(56)【参考文献】

【文献】特表２０２０－５１１１４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０５１１０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０５６０７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０９２１３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第０３５３９７３５（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ０１Ｄ ４６／２８

Ａ０１Ｄ ４６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

房（９０）の状態で結実している実（９１）を果柄（９３）から分離して前記実を個別に収穫するために用いられる農作物収穫装置（１）であって、
前記房全体の外径よりも大きい状態に開いて内側に前記房全体が挿入可能となっている開状態と、前記房全体の外径よりも小さくかつ前記果柄の外径よりも小さい状態に閉じる閉状態と、に切り替え可能に構成され、前記閉状態において前記果柄を挟んで保持可能な保持機構（２０）と、
前記保持機構に対して前記果柄の先端側に設けられ、前記房全体の外径よりも大きい状態に開いて内側に前記房全体が挿入可能となっている開状態と、前記房全体の外径よりも小さくかつ前記果柄の外径よりも大きい状態に閉じて内側に所定の隙間が形成される閉状態と、に切り替え可能に構成され、前記果柄を内側に配置し前記閉状態で前記果柄の先端側へ移動することで前記実を前記果柄から分離させる分離機構（３０）と、を備え、
前記分離機構は、前記閉状態において相互に対向する位置でかつ前記果柄に接触する位置に設けられた回転可能な回転部材（３８）を有している、
農作物収穫装置。

【請求項2】

前記分離機構は、対向する前記回転部材の間の寸法を調整可能に構成されている、
請求項１に記載の農作物収穫装置。

【請求項3】

前記回転部材は、前記回転部材の自重によって対向する前記回転部材の間の隙間が大きくなる方向へ回動可能に構成されている、
請求項１又は２に記載の農作物収穫装置。

【請求項4】

前記保持機構の開閉と、前記分離機構の開閉と、前記分離機構の回動と、を１つの駆動源で行うことが可能な駆動機構（４０）を更に備えている、
請求項１から３のいずれか一項に記載の農作物収穫装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一項に記載した農作物収穫装置（１）が取り付けられたロボットアーム（５２）と、
収穫対象物（９１）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前記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、
前記収穫対象物の前記先端位置の外方から前記基端位置に至るまでの前記農作物収穫装置の移動経路（Ｒ）を生成する移動経路生成処理を実行可能な移動経路生成処理部（６３）と、
前記ロボットアームを駆動制御して前記移動経路生成処理で生成した前記移動経路に沿って前記農作物収穫装置を移動させて、前記開状態の前記保持機構及び前記分離機構の内側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（６４）と、
前記移動処理の後に実行されて、前記保持機構を閉状態にして前記果柄の基端側部分を保持する保持処理を実行可能な保持処理部（６５）と、
前記分離機構を前記果柄の先端側へ移動させることで前記果柄から前記実を分離する分離処理を実行可能な分離処理部（６７）と、
を備える農作物収穫システム（５０）。

【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装置、及び農作物収穫システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、農作業の効率化を図るために、様々な装置が開発されている。例えばミニトマト等のように房の状態で結実する収穫対象物を個別に収穫する装置などがある。しかしながら、従来の構成では、１回の動作で１つの実を収穫する構成であったため、収穫に要する時間が長く効率が悪かった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－５１１０４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、房の状態で結実する収穫対象物を効率良く短時間で個別に収穫することができる農作物収穫装置、及び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装置（１）は、房（９０）の状態で結実している実（９１）を果柄（９３）から分離して前記実を個別に収穫するために用いられる。農作物収穫装置は、前記房全体の外径よりも大きい状態に開いて内側に前記房全体が挿入可能となっている開状態と、前記房全体の外径よりも小さくかつ前記果柄の外径よりも小さい状態に閉じる閉状態と、に切り替え可能に構成され、前記閉状態において前記果柄を挟んで保持可能な保持機構（２０）と、前記保持機構に対して前記果柄の先端側に設けられ、前記房全体の外径よりも大きい状態に開いて内側に前記房全体が挿入可能となっている開状態と、前記房全体の外径よりも小さくかつ前記果柄の外径よりも大きい状態に閉じて内側に所定の隙間が形成される閉状態と、に切り替え可能に構成され、前記果柄を内側に配置し前記閉状態で前記果柄の先端側へ移動することで前記実を前記果柄から分離させる分離機構（３０）と、を備える。前記分離機構は、前記閉状態において相互に対向する位置でかつ前記果柄に接触する位置に設けられた回転可能な回転部材（３８）を有している。

【0006】

これによれば、１回の動作で房に付いている複数の実を個別に分離して収穫することができるため、房の状態で結実する収穫対象物を効率良く短時間で個別に収穫することができる。

【0007】

また、本構成によれば、例えば視覚装置を用いて自動で収穫する農作物収穫システムを構築する際、視覚装置は、房全体や主茎を認識すれば良く、全ての実を個々に認識する必要はない。このため、個々の実を認識して実を個別に収穫する場合に比べて、視覚装置の認識精度を低いものにすることができ、その結果、個々の実を認識して収穫するための高度な制御が不要となるため、簡単な制御構成とすることができ、その結果、制御の負荷を低減することができる。

【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て収穫する構成の場合、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ったり、さらには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。

【0009】

これに対し、本構成によれば、刃物を用いることなく実を果柄から分離して収穫することができるため、主茎や枝の損傷や切断を抑制することができる。その結果、植物の病気を抑制できて実の減少を防ぎ、収穫効率を大幅に向上させることができる。

【0010】

ここで、回転部材は、分離機構を果柄の先端側へ移動させる再に、実に接触し力を作用させて実を果柄から分離させる。この場合、果柄から実を適切に分離させるためには、回転部材は、果柄には力を作用させずに実のみに力を作用せることが重要である。そのため、例えば回転部材を回転しない単なる棒状の部材で構成したとすると、分離処理において分離機構を果柄の先端側へ回動させる際に、その棒状の部材が、果柄等に引っかかって房全体を引っ張ってしまい、その結果、果柄から実を適切に分離し難くなる。

【0011】

これに対し、本構成において、分離機構は、回転部材を有している。回転部材は、閉状態において相互に対向する位置でかつ果柄に接触する位置に設けられた回転可能に構成されている。このため、例えば分離処理等において分離機構を果柄の先端側へ回動させる際に、回転部材は、回転しながら果柄に沿って移動することができる。このため、回転部材が果柄等に引っかかって房全体を引っ張ることを抑制でき、その結果、果柄から実を効率良く分離することができる。

【0012】

また、回転部材は、モータ等で能動的に駆動するものではなく、果柄等からの摩擦力等により従動する。このため、実や実に付いているヘタ等を巻き込むことが抑制される。その結果、実が傷つくことを抑制でき、農作物の商品価値を高い状態に維持したまま収穫することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】一実施形態による農作物収穫装置の一例について、保持機構及び分離機構が開いた状態を示す平面図

【図2】一実施形態による農作物収穫装置の一例について、保持機構及び分離機構が開いた状態を上方から示す斜視図

【図3】一実施形態による農作物収穫装置の一例について、保持機構及び分離機構が閉じた状態を示す平面図

【図4】一実施形態による農作物収穫装置の一例について、保持機構及び分離機構が閉じた状態を上方から示す斜視図

【図5】一実施形態による農作物収穫装置の一例について、保持機構及び分離機構が閉じてかつ分離機構が保持機構から離れる方向へ移動した状態を上方から示す斜視図

【図6】一実施形態による農作物収穫装置について、回転部材の一例を周辺の構成とともに示す平面図

【図7】一実施形態による農作物収穫装置の一例について、回転部材を周辺の構成ととみに示す断面図であって、（ａ）は回転部材が開いた状態、（ｂ）は回転部材が閉じた状態を示す図

【図8】一実施形態による農作物収穫装置について、回転部材の他の例を周辺の構成とともに示す平面図

【図9】一実施形態による農作物収穫装置について、回転部材の他の例を周辺の構成とともに示す平面図

【図10】一実施形態による農作物収穫装置について、駆動機構の構成の一例を示す平面図

【図11】一実施形態による農作物収穫装置について、図１０のＸ１１－Ｘ１１線に沿って示す断面図であって、モータが正回転した場合の動作を（ａ）～（ｃ）の順で示す図

【図12】一実施形態による農作物収穫装置について、図１０のＸ１２－Ｘ１２線に沿って示す断面図であって、モータが正回転した場合の動作を（ａ）～（ｃ）の順で示す図

【図13】一実施形態による農作物収穫装置について、図１０のＸ１３－Ｘ１３線に沿って示す断面図であって、モータが正回転した場合の動作を（ａ）～（ｃ）の順で示す図

【図14】一実施形態による農作物収穫装置について、図１０の矢印Ｘ１４方向から示す図であって、モータが正回転した場合の動作を（ａ）～（ｃ）の順で示す図

【図15】一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16】一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示す図

【図17】一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り各位置を特定した場合の一例を概念的に示す図

【図18】一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装置の移動態様及び動作態様の一例を示す側面図（その１）

【図19】一実施形態による農作物収穫システムについて、図１８における農作物収穫装置を示す平面図

【図20】一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装置の移動態様及び動作態様の一例を示す側面図（その２）

【図21】一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装置の移動態様及び動作態様の一例を示す側面図（その３）

【図22】一実施形態について、図２１における農作物収穫装置を示す平面図

【図23】一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装置の移動態様及び動作態様の一例を示す側面図（その４）

【図24】一実施形態による農作物収穫システムについて回転部材周辺の構成を示す断面図であって（ａ）は回転部材が実に接触していない場合を示す図、（ｂ）は回転部材が実に接触した場合を示す図

【図25】一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装置の移動態様及び動作態様の一例を示す側面図（その５）

【図26】一実施形態による農作物収穫システムについて回転部材周辺の構成を示す断面図であって、回転部材が果柄等に接触していない状態を示す図

【図27】一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装置の移動態様及び動作態様の一例を示す側面図（その６）

【図28】一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

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、一実施形態について図面を参照して説明する。
＜農作物収穫装置＞

【0015】

まず、農作物収穫装置１の構成について、主に図１から図１４を参照して説明する。本実施形態の農作物収穫装置１（以下、収穫装置１と称する）は、例えばミニトマトやブドウのように複数の実が房の状態で生育する果菜類や果樹類を収穫対象物としている。本実施形態の収穫装置１を用いることで、房の状態で結実している実を果柄から分離して実を個別に収穫することができる。

【0016】

収穫装置１は、例えばロボットアーム等の先端に装着されて使用される。収穫装置１は、図１～図５に示すように、ベース部材１０、保持機構２０、分離機構３０、及び駆動機構４０を備えている。以下の説明では、収穫装置１においてベース部材１０側を基端側とし、ベース部材１０とは反対側と先端側とする。また、本実施形態では、基端側と先端側を結ぶ方向に対して直角方向を、収穫装置１の幅方向と称することがある。

【0017】

ベース部材１０は、保持機構２０、分離機構３０、駆動機構４０の取付けの土台となる構成である。本実施形態の場合、駆動機構４０は、ベース部材１０に取り付けられている。保持機構２０及び分離機構３０は、駆動機構４０を介してベース部材１０に取り付けられている。そして、ベース部材１０は、図１５に示すロボットアーム５２等の先端に着脱可能に構成されている。

【0018】

保持機構２０及び分離機構３０は、いずれも図１及び図２に示す開状態と図３及び図４に示す閉状態とに切り替え可能に構成されている。開状態において保持機構２０及び分離機構３０は、収穫の対象とする農作物の１房の全体の外径よりも大きい状態に開いて内側にその房全体が挿入可能となっている。また、閉状態において保持機構２０及び分離機構３０は、収穫の対象とする農作物の房全体の外径よりも小さくかつ果柄の外径よりも小さい状態に閉じた状態となっている。

【0019】

そして、保持機構２０は、閉状態では保持機構２０の内側で果柄を挟んで保持することができる。また、分離機構３０は、閉状態では分離機構３０の内側に果柄を保持しない態様で配置することができる。そして、分離機構３０は、分離機構３０の内側に果柄を配置した閉状態のまま、保持機構２０から離れる方向へ移動可能に構成されている。本実施形態の場合、保持機構２０は、閉状態において保持機構２０の先端部分で果柄を挟んで保持する。そして、分離機構３０は、閉状態のまま、図５に示すように、駆動機構４０を支点にして少なくとも分離機構３０の先端側が保持機構２０に対して接近及び離れる方向へ移動可能に構成されている。

【0020】

保持機構２０は、複数のリンク部材を組み合わせ構成することにより、開閉可能に構成されている。保持機構２０は、２つの第１保持リンク部材２１と、２つの第２保持リンク部材２２と、２つの第３保持リンク部材２３と、１つの保持駆動部材２４と、を有して構成されている。２つの第１保持リンク部材２１と、２つの第２保持リンク部材２２と、２つの第３保持リンク部材２３と、１つの保持駆動部材２４とは、保持機構２０の幅方向の中心Ｏに対してそれぞれ対称に配置されている。

【0021】

第１保持リンク部材２１は、各保持リンク部材２１、２２、２３のうち最も先端側に配置されている。２つの第１保持リンク部材２１は、先端側が相互に図示しないベアリング等を介して回動可能に連結されている。２つの第１保持リンク部材２１は、開状態において図１に示すように先端側から基端側へ向かって広がる形状となり、閉状態において図４に示すように相互に平行となる。各第１保持リンク部材２１の基端側は、それぞれ第２保持リンク部材２２の先端側に図示しないベアリング等を介して回動可能に連結されている。本明細書では、２つの第１保持リンク部材２１同士の回転の支点つまり回転軸を第１保持関節２０１と称することがある。また、第１保持リンク部材２１と第２保持リンク部材２２との回転の支点つまり回転軸を第２保持関節２０２と称することがある。

【0022】

第２保持リンク部材２２は、第１保持リンク部材２１よりも基端側に配置されている。第２保持リンク部材２２は、開状態において図１に示すように相互に平行となり、閉状態において図４に示すよう先端側から基端側へ向かって広がる形状となる。２つの第２保持リンク部材２２の基端側は、収穫装置１の幅方向の中央側へ向かって直角に折れ曲がっており、図示しないベアリング等を介してベース部材１０に直接的又は関節的に回動可能に連結されている。本実施形態の場合、第２保持リンク部材２２の基端側は、取付け部材１１を介してベース部材１０に取り付けられている。本明細書では、第２保持リンク部材２２とベース部材１０との回転の支点つまり回転軸を第３保持関節２０３と称することがある。この場合、第２保持関節２０２は、ベース部材１０に対して相対的に移動不可に構成されている。

【0023】

第３保持リンク部材２３の両端側のうち、一方は第２保持リンク部材２２の長手方向の途中部分、この場合、第２保持リンク部材２２の長手方向の中心よりも基端側部に図示しないベアリング等を介して回動可能に連結されている。また、第３保持リンク部材２３の両端側のうちもう一方は、保持駆動部材２４の端部に図示しないベアリング等を介して回動可能に連結されている。明細書では、第２保持リンク部材２２と第３保持リンク部材２３との回動の支点つまり回転軸を第４保持関節２０４と称することがある。また、第３保持リンク部材２３と保持駆動部材２４との回動の支点つまり回転軸を第５保持関節２０５と称することがある。第３保持リンク部材２３は、第４保持関節２０４側から第５保持関節２０５側へ向かうほど保持駆動部材２４に近づくように傾斜している。

【0024】

保持駆動部材２４は、例えば収穫装置１の幅方向へ延びる棒状に形成されており、長手方向の両端部にそれぞれ第２保持リンク部材２２を回動可能に連結している。保持駆動部材２４は、駆動機構４０に接続されており、駆動機構４０によって収穫装置１の先端側と後端側とを結ぶ方向この場合、中心線Ｏに沿った方向へ押し引きされる。

【0025】

保持駆動部材２４が基端側へ引かれると、保持機構２０が閉じ、図１及び図２に示す開状態から図３及び図４に示す閉状態になる。保持機構２０は、閉状態において、対向する第１保持リンク部材２１の間に果柄を挟んで保持することができる。また、保持駆動部材２４が先端側へ押し出されると、保持機構２０が開き、図３及び図４に示す閉状態から、図１及び図２に示す開状態になる。これにより、保持機構２０の内側、具体的には、２つの第１保持リンク部材２１と、２つの第２保持リンク部材２２と、２つの第３保持リンク部材２３と、保持駆動部材２４と、に囲まれた領域内、この場合、７角形若しくは８角形の領域内に房９０全体を通すことが可能となる。

【0026】

保持機構２０は、接触部材２５を有している。接触部材２５は、２つの第１保持リンク部材２１のそれぞれに取り付けられており、果柄を保持する際に果柄に直接接触する部分である。各第１保持リンク部材２１に取り付けられた接触部材２５は、保持機構２０の閉状態において相互に対向する位置に配置される。この場合、保持機構２０の閉状態において、対向する接触部材２５の間には所定の隙間が形成されている。この場合、所定の隙間とは、果柄の外形よりも若干小さい程度であり、保持機構２０が閉じて接触部材２５が果柄を挟んで保持した場合に果柄を切断しない程度の隙間である。

【0027】

接触部材２５は、例えば金属や樹脂等の剛性を有する部材、若しくはゴム等の弾性を有する部材で構成することができる。本実施形態の場合、接触部材２５は、１又は複数の凹部２５１を有している。凹部２５１は、接触部材２５の一部を切り欠いて又は窪ませて形成されている。接触部材２５で果柄を挟んで保持する際に凹部２５１が果柄に食い込むことで、保持機構２０の保持力を向上させることができる。

【0028】

分離機構３０は、保持機構２０に対して平面視で重なる位置に配置されている。分離機構３０は、収穫装置１の使用時に保持機構２０に対して果柄の先端側となる位置に設けられている。分離機構３０は、保持機構２０と同様に、図１及び図２に示す開状態と、に切り替え可能に構成されている。開状態において分離機構３０は、収穫の対象とする房全体の外径よりも大きい状態に開いて内側にその房全体が挿入可能となっている。また、閉状態において分離機構３０は、収穫の対象とする房全体の外径よりも小さくかつ果柄の外径よりも大きい状態に閉じて内側に所定の隙間が形成された状態となる。

【0029】

分離機構３０が開閉する原理は、分離機構３０と同様である。分離機構３０は、複数のリンク部材を組み合わせ構成することにより、開閉可能に構成されている。分離機構３０は、２つの第１分離リンク部材３１と、２つの第２分離リンク部材３２と、２つの第３分離リンク部材３３と、１つの分離駆動部材３４と、を有して構成されている。２つの第１分離リンク部材３１と、２つの第２分離リンク部材３２と、２つの第３分離リンク部材３３と、１つの分離駆動部材３４とは、分離機構３０の幅方向の中心Ｏに対してそれぞれ対称に配置されている。本実施形態において、第２分離リンク部材３２、第３分離リンク部材３３、及び分離駆動部材３４は、それ保持機構２０の第２保持リンク部材２２、第３保持リンク部材２３、及び保持駆動部材２４と平面視において重なる位置に配置されている。

【0030】

第１分離リンク部材３１は、各分離リンク部材３１、３２、３３のうち最も先端側に配置されている。２つの第１分離リンク部材３１は、先端側が相互に図示しないベアリング等を介して回動可能に連結されている。２つの第１分離リンク部材３１は、開状態において図１に示すように先端側から基端側へ向かって広がる形状となり、閉状態において図４に示すように相互に平行となる。各第１分離リンク部材３１の基端側は、それぞれ第２分離リンク部材３２の先端側に図示しないベアリング等を介して回動可能に連結されている。本明細書では、２つの第１分離リンク部材３１同士の回転の支点つまり回転軸を第１分離関節３０１と称することがある。また、第１分離リンク部材３１と第２分離リンク部材３２との回転の支点つまり回転軸を第２分離関節３０２と称することがある。

【0031】

第２分離リンク部材３２は、第１分離リンク部材３１よりも基端側に配置されている。第２分離リンク部材３２は、開状態において図１に示すように相互に平行となり、閉状態において図４に示すよう先端側から基端側へ向かって広がる形状となる。２つの第２保持リンク部材２２の基端側は、収穫装置１の幅方向の中央側へ向かって直角に折れ曲がっており、図示しないベアリング等を介してベース部材１０に直接的又は関節的に回動可能に連結されている。本実施形態の場合、第２分離リンク部材３２の基端側は、駆動機構４０に取付けられており、基端側を支点に保持機構２０から離れる方向及び接近する方向へ回動可能となっている。本明細書では、第２分離リンク部材３２と駆動機構４０この場合後述する受け部材４７との回転の支点つまり回転軸を第３分離関節３０３と称することがある。この場合、第２分離関節３０２は、受け部材４７に対して相対的に移動不可に構成されている。

【0032】

第３分離リンク部材３３の両端側のうち、一方は第２分離リンク部材３２の長手方向の途中部分、この場合、第２分離リンク部材３２の長手方向の中心よりも基端側部に図示しないベアリング等を介して回動可能に連結されている。また、第３分離リンク部材３３の両端側のうちもう一方は、分離駆動部材３４の端部に図示しないベアリング等を介して回動可能に連結されている。明細書では、第２分離リンク部材３２と第３分離リンク部材３３との回動の支点つまり回転軸を第４分離関節３０４と称することがある。また、図示はしないが、第３分離リンク部材３３と分離駆動部材３４との回動の支点つまり回転軸を第５分離関節と称することがある。第３分離リンク部材３３は、第４分離関節３０４側から第５分離関節側へ向かうほど分離駆動部材３４に近づくように傾斜している。

【0033】

分離駆動部材３４は、例えば収穫装置１の幅方向へ延びる棒状に形成されており、長手方向の両端部にそれぞれ第２分離リンク部材３２を回動可能に連結している。分離駆動部材３４は、駆動機構４０に接続されており、駆動機構４０によって収穫装置１の先端側と後端側とを結ぶ方向この場合、中心線Ｏに沿った方向へ押し引きされる。本実施形態の場合、分離駆動部材３４は、保持機構２０の保持駆動部材２４と同一方向へ移動可能に構成されている。

【0034】

分離駆動部材３４が基端側へ引かれると、分離機構３０が閉じ、図１及び図２に示す開状態から図３及び図４に示す閉状態になる。分離機構３０は、閉状態において、対向する第１分離リンク部材３１の間に果柄を保持しない状態で配置することができる。また、分離駆動部材３４が先端側へ押し出されると、分離機構３０が開き、図３及び図４に示す閉状態から図１及び図２に示す開状態になる。これにより、分離機構３０の内側、具体的には、２つの第１分離リンク部材３１と、２つの第２分離リンク部材３２と、２つの第３分離リンク部材３３と、分離駆動部材３４と、に囲まれた領域内、この場合７角形若しくは８角形の領域内に房９０全体を通すことが可能となる。

【0035】

分離機構３０は、図６及び図７に示すように、回動軸３５、第１支持部材３６、第２支持部材３７、及び回転部材３８を有している。回動軸３５、第１支持部材３６、及び第２支持部材３７は、第１分離リンク部材３１に対して回転部材３８を回動させるためのヒンジとして機能する。回動軸３５は、例えば第１分離リンク部材３１の長手方向に沿って延びた長尺の円柱状に形成された軸部材であり、第１分離リンク部材３１に取り付けられている。この場合、第１分離リンク部材３１は、軸受け部３１１を有している。軸受け部３１１は、第１分離リンク部材３１の長手方向の両端部に設けられており、例えば回動軸３５の外形と同程度の内径の穴が形成されている。この軸受け部３１１に回動軸３５が挿入されることで回動軸３５を支持する。

【0036】

第１支持部材３６は、回動軸３５を介して第１分離リンク部材３１に回動可能に取り付けられている。第１支持部材３６は、全体として第１分離リンク部材３１の長手方向に沿った長尺状に形成されており、軸挿入部３６１を有している。軸挿入部３６１は、第１支持部材３６の長手方向の両端部に設けられており、例えば回動軸３５を通すことが可能な回動軸３５の外形よりもやや大きい内径の穴を有している。第１支持部材３６は、軸挿入部３６１に回動軸３５が通されることで、回動軸３５に対して回動可能に取り付けられている。

【0037】

第２支持部材３７は、全体として第１分離リンク部材３１の長手方向に沿った長尺状に形成されている。第２支持部材３７は、第１支持部材３６に着脱可能に取り付けられているとともに、回転部材３８を回転可能に支持している。第２支持部材３７は、回転部材支持部３７１を有している。回転部材支持部３７１は、第２支持部材３７の長手方向の両端部に設けられており、例えば回動軸３５の両端部を通すことが可能な穴を有している。回転部材３８は、回転部材支持部３７１に回転部材３８の両端部が通されることで、回転部材３８を回転可能に支持する。この回転部材３８は、駆動源を有しておらず、外力を受けることで回転する。

【0038】

回転部材３８は、分離機構３０の閉状態において相互に対向する位置でかつ果柄に接触する位置に設けられている。この場合、回転部材３８は、分離機構３０の閉状態において対向する回転部材３８間で所定の隙間Ｓ１を形成する。所定の隙間Ｓ１は、分離機構３０が閉じて回転部材３８が果柄に接触した場合に、回転部材３８の回転が妨げられない程度の隙間に設定されている。

【0039】

分離機構３０は、所定の隙間Ｓ１を調整可能に構成されている。本実施形態の場合、第１支持部材３６及び第２支持部材３７には、図６に示すように、例えば相互に重なる位置に丸穴３６２と長穴３７２とが設けられている。丸穴３６２は円形の穴であり、長穴３７２は収穫装置１の幅方向に長くかつ丸穴３６２の径と同じ幅を有する長穴である。第１支持部材３６と第２支持部材３７とは、丸穴３６２と長穴３７２とに図示しないボルトを通し図示しないナット挟み込むことで相互に固定されている。そして、第１支持部材３６と第２支持部材３７とは、長穴３７２と丸穴３６２との位置を調整することで、例えば収穫対象となる植物の種類に応じて所定の隙間Ｓ１の寸法を調整することができる。この場合、長穴３７２と丸穴３６２とは、対向する回転部材３８の間の寸法を調整するための調整部として機能する。なお、長穴３７２及び丸穴３６２は、組み合わせて適用されれば良く、第１支持部材３６と第２支持部材３７とのいずれに設けても良い。

【0040】

回転部材３８は、第１分離リンク部材３１の長手方向に沿って長尺状に形成されており、全体として円柱又は円筒形状に形成されている。回転部材３８は、両端部に突出部３８１を有しており、この突出部３８１が第２支持部材３７の回転部材支持部３７１に嵌め込まれることで、外力を受けた場合に第２支持部材３７に回転可能に取り付けられている。回転部材３８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。図６の回転部材３８ａは、回転部材３８の一例であり、例えば長細い円柱又は円筒形状に形成されたローラーで構成されている。図６の回転部材３８ａは、突出部３８１以外の部分において、長手方向の全体に亘って外径が等しい単純な円柱又は円筒形状に形成されている。

【0041】

第１支持部材３６、第２支持部材３７、及び回転部材３８は、図７（ａ）及び（ｂ）の間で回動軸３５を中心軸に回動することができる。この場合、第１支持部材３６、第２支持部材３７、及び回転部材３８の回動は、モータ等の動力を必要とせず、自重によって行われる。回動の範囲は、図７（ｂ）に示す状態を基準に下方へ４０°程度に設定されている。この場合、図７（ａ）よりも下方への回動、及び図７（ｂ）よりも上方への回動は、例えば第１支持部材３６又は第２支持部材３７に接触する図示しないストッパーによって規制されている。

【0042】

この構成において、分離機構３０の面方向が例えば水平方向となっている場合でかつ回転部材３８に外力が作用していない場合、第１支持部材３６、第２支持部材３７、及び回転部材３８は、図７（ａ）に示すように、自重によって回動軸３５を支点に下方へ回動した状態となる。これにより、対向する２つの回転部材３８が大きく開くつまり相互の隙間が大きくなり、最終的には距離Ｓ２となるまで開く。このときの隙間Ｓ２は、上述した所定寸法Ｓ１よりも大きい。

【0043】

これに対し、分離機構３０の面方向が水平方向となっている場合に、回転部材３８が果柄や実に接触して、回転部材３８に対して下方から持ち上げる方向への外力が作用すると、第１支持部材３６、第２支持部材３７、及び回転部材３８は、図７（ｂ）に示すように、回動軸３５を支点に上側に回動した状態になる。これにより、対向する２つの回転部材３８が閉じるつまり相互間の隙間が小さくなる。そして、本実施形態の場合、対向する回転部材３８が最接近する位置つまり所定寸法Ｓ１となるまで閉じ、以降は上方への回動が規制される。

【0044】

回転部材３８は、例えば図８に示す回転部材３８ｂ、又は図９に示す回転部材３８ｃを適用することができる。図８に示す回転部材３８ｂ及び図９に示す回転部材３８ｃは、いずれも例えば全体として長細い円柱又は円筒形状に形成されたローラーで構成されている。この場合、図８の回転部材３８ｂは、突出部３８１以外の部分において、長手方向の全体に亘って大きい円柱又は円筒形状と外径が小さい円柱又は円筒形状を交互に配置した形状に形成されている。また、図９の回転部材３８ｃは、突出部３８１以外の部分において、長手方向の全体に亘って外径が連続的に大小に変化する形状に形成されている。

【0045】

駆動機構４０は、保持機構２０の開閉と、分離機構３０の開閉と、及び分離機構３０の保持機構２０から離れる及び接近する方向への移動この場合回動と、を行う機能を有する。本実施形態の駆動機構４０は、保持機構２０の開閉と、分離機構３０の開閉と、分離機構３０の回動と、を１つの駆動源つまり１つのモータ４０１で行うことができる。

【0046】

駆動機構４０は、モータ４０１、ガイド部材４０２、駆動軸４１、カム部材４２、第１従節部材４３、第２従節部材４４、駆動クラッチ部材４５、従動クラッチ部材４６、受け部材４７、規制部材４８、及び解除部材４９を有している。モータ４０１は、正方向及び逆方向へ回転可能な例えばステッピングモータやサーボモータ等を利用することができ、回転速度や回転位置を任意に制御することができる。なお、本明細書において、保持機構２０及び分離機構３０が閉じる方向、及び分離機構３０が保持機構２０から離れる方向へ移動する際のモータ４０１の回転方向を正回転と称することがある。また、分離機構３０が保持機構２０から近づく方向、及び保持機構２０及び分離機構３０が閉じる方向へ移動する際のモータ４０１の回転方向を逆回転と称することがある。

【0047】

第１従節部材４３は、保持駆動部材２４に固定されており、モータ４０１の回転を受けて保持駆動部材２４を押し引きする機能を有する。第１従節部材４３は、円筒又は円柱状に形成された接続部４３１を有しており、接続部４３１を第１カム溝４２１に挿入することで、カム部材４２に相対的に移動可能に接続されている。この場合、第１カム溝４２１は、直線形状に形成されてカム部材４２の回転を接続部４３１に伝達することが可能な伝達領域４２１ａと、円弧形状に形成されてカム部材４２の回転を接続部４３１に伝達しないようにした非伝達領域４２１ｂと、を有している。

【0048】

この構成において、図１１（ａ）に示す保持駆動部材２４が押し出された状態からカム部材４２が図１１の時計回り方向へ回転すると、接続部４３１が直線形状の領域４２１ａに位置している期間は、第１従節部材４３がカム部材４２側へ引き込まれる方向へ直線的に移動する。その後、接続部４３１が円弧形状の領域４２１ｂに達した状態でカム部材４２が更に時計回り方向へ回転すると、接続部４３１に対してカム部材４２が空転し、これによりカム部材４２の回転が接続部４３１に伝達されなくなる。

【0049】

図１２に示すように、第２従節部材４４は、分離駆動部材３４に固定されており、モータ４０１の回転を受けて分離駆動部材３４を押し引きする機能を有する。本実施形態の場合、第２従節部材４４は、第２カム溝４４１を有している。第２カム溝４４１には第１従節部材４３の接続部４３１が通されて第１従節部材４３に連結されている。第２カム溝４４１は、第２従節部材４４を厚み方向に円弧状にくり抜いて形成されている。

【0050】

この構成において、図１２（ａ）に示す分離駆動部材３４が押し出された状態で、図１１（ａ）から図１１（ｂ）に示すように第１従節部材４３がカム部材４２側へ直線的に移動すると、第１従節部材４３の移動に伴い接続部４３１もカム部材４２側へ直線的に移動する。このとき、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、接続部４３１は、第２カム溝４４１の端に位置している。このため、接続部４３１の移動によって第２従節部材４４もカム部材４２側へ引き込まれる方向へ直線的に移動する。その後、分離機構３０が駆動機構４０を支点に下方へ回動すると、図１３に示すように、分離駆動部材３４の回動とともに第２従節部材４４も回動する。

【0051】

駆動クラッチ部材４５と従動クラッチ部材４６とは、クラッチ機構を構成している。駆動クラッチ部材４５と従動クラッチ部材４６は、駆動軸４１の回転角度に応じて駆動クラッチ部材４５側の回転を従動クラッチ部材４６に伝達する状態と伝達しない状態とに切り替える機能を有する。この場合、駆動クラッチ部材４５は、例えば円板状に形成されており、滑り溝４５１と深溝４５２とを有している。

【0052】

滑り溝４５１は、駆動クラッチ部材４５の回転中心この場合駆動軸４１を中心とした同心円に沿って配置された円弧状の溝に形成されている。この場合、滑り溝４５１は、駆動クラッチ部材４５の回転中心に対して点対称形に２つ配置されている。また、深溝４５２は、滑り溝４５１の円弧状の一方の端部に設けられている。この場合、滑り溝４５１及び深溝４５２は、例えば駆動クラッチ部材４５を掘り下げた形状つまり貫通しない形状に形成されている。そして、深溝４５２の深さ寸法は、滑り溝４５１の深さ寸法よりも大きい。つまり、深溝４５２は、滑り溝４５１よりも深く形成されている。

【0053】

従動クラッチ部材４６は、全体として円形又は円形の一部を切り取った形状のブロック状に形成されている。従動クラッチ部材４６は、図１０に示すベアリング部４６１と、図１３に示すピン部材４６２と、を有している。ベアリング部４６１は、従動クラッチ部材４６の中心部の周囲に設けられており、内側に駆動軸４１を通している。これにより、従動クラッチ部材４６は、駆動軸４１を回転中心にして回転することができる。

【0054】

ピン部材４６２は、従動クラッチ部材４６において駆動クラッチ部材４５と対向する面から突出し、かつ滑り溝４５１に対応するつまり嵌まり込むことが可能な位置に設けられている。ピン部材４６２は、例えば棒状で先端が細く又は半球状に形成されたピンで構成されており、例えばばね等の弾性部材によって弾性的に押し込み及び押し出し可能に構成されている。

【0055】

この構成において、駆動クラッチ部材４５が回転すると、滑り溝４５１がピン部材４６２を摺動している間は駆動クラッチ部材４５の回転が従動クラッチ部材４６に伝達されない。そして、深溝４５２がピン部材４６２の位置まで到達すると、ピン部材４６２が深溝４５２に嵌まり込んで駆動クラッチ部材４５の回転が従動クラッチ部材４６に伝達される。モータ４０１の回転が、駆動クラッチ部材４５を介して従動クラッチ部材４６に伝達され、更に解除部材４９に伝達される。

【0056】

受け部材４７は、従動クラッチ部材４６に接続されて従動クラッチ部材４６と一体的に回転可能に構成されている。また、受け部材４７は、分離機構３０に固定されている。本実施形態の場合、受け部材４７は、第３分離リンク部材３３の基端部分にボルト等で固定されている。すなわち、受け部材４７は、従動クラッチ部材４６と分離機構３０この場合第３分離リンク部材３３とを接続し、従動クラッチ部材４６の回転を分離機構３０に伝達する機能を有する。

【0057】

規制部材４８は、駆動クラッチ部材４５と従動クラッチ部材４６とが噛み合ってない状態、つまり従動クラッチ部材４６のピン部材４６２が駆動クラッチ部材４５の深溝４５２に嵌まり込んでいない状態において、受け部材４７に接触し受け部材４７の回動を規制つまり分離機構３０の回動を規制する。規制部材４８は、駆動軸４１には接続されていない。

【0058】

規制部材４８は、被係止部４８１及び解除受け部４８２を有する。被係止部４８１は、規制部材４８の一部を切り欠いた形状に形成されている。これに対し、受け部材４７は、係止部４７１を有する。係止部４７１は、所定の回転角度で被係止部４８１に係止可能に構成されている。そして、規制部材４８は、図示しないばね等の弾性部材によって、被係止部４８１を係止部４７１側へ押し付けるよう方向へ弾性力が付与されている。これにより、係止部４７１が被係止部４８１に嵌まり込むことで、受け部材４７の回動すなわち分離機構３０の回動が規制される。

【0059】

解除受け部４８２は、解除部材４９が回転した際に解除部材４９に接触し、解除部材４９の回転力を受けて規制部材４８は、係止部４７１から被係止部４８１を離す方向つまり解除する方向へ移動させる機能を有する。これにより、規制部材４８による受け部材４７に対する回動の規制が解除されて、分離機構３０の下方への回動が可能となる。

【0060】

次に、収穫装置１における保持機構２０及び分離機構３０の一連の動作について説明する。図１及び図２に示すように、保持機構２０及び分離機構３０が開状態で、かつ分離機構３０が保持機構２０に接近している状態つまり分離機構３０が上下方向において閉じている状態を、収穫装置１の初期状態とする。この状態でモータ４０１を駆動して駆動軸４１を図１１から図１４における時計回り方向へ回転させると、図１１の（ａ）、（ｂ）に示すように、カム部材４２が第１従節部材４３をカム部材４２側へ引き寄せるとともに、図１２の（ａ）、（ｂ）に示すように、第１従節部材４３の移動に伴い第２従節部材４４もカム部材４２側へ引き込まれる。これにより、保持機構２０及び分離機構３０は、図３及び図４に示すように閉状態となる。

【0061】

保持機構２０及び分離機構３０が開状態から閉状態に切り替わる間、若しくは閉状態から開状態に切り替わる間は、従動クラッチ部材４６のピン部材４６２が駆動クラッチ部材４５の滑り溝４５１を滑っており、駆動クラッチ部材４５と従動クラッチ部材４６とは噛み合っていない。このため、モータ４０１の回転は従動クラッチ部材４６及び受け部材４７を介して分離機構３０に伝達されない。この状態では、従動クラッチ部材４６は、駆動クラッチ部材４５に対して相対的に回転可能となっているが、規制部材４８によって受け部材４７の回転が規制されているため、分離機構３０は、保持機構２０から離れる方向へ回動しない。

【0062】

更にモータ４０１を回転させると、図１３の（ａ）、（ｂ）に示すように、従動クラッチ部材４６のピン部材４６２が駆動クラッチ部材４５の深溝４５２に嵌まり込み、モータ４０１の回転が従動クラッチ部材４６を介して受け部材４７に伝達可能となる。また、これとほぼ同時期に、図１４の（ａ）、（ｂ）に示すように、駆動軸４１に接続された解除部材４９が規制部材４８に接触し、規制部材４８による受け部材４７の回転の規制を解除する。これにより、モータ４０１の回転によって図１３（ｃ）及び図１４（ｃ）に示すように、受け部材４７に接続された分離機構３０は、受け部材４７を支点に分離機構３０の先端部側が保持機構２０から離れる方向へ回動する。

【0063】

また、分離機構３０が回動している期間、第１従節部材４３の接続部４３１は、図１１（ｃ）に示すように非伝達領域４２１ｂに位置しているため、モータ４０１の回転はカム部材４２を介して第１従節部材４３には伝達されない。このため、分離機構３０が回動している期間は、保持機構２０は開閉しない。

【0064】

また、分離機構３０が回動している期間、第１従節部材４３の接続部４３１は、図１２（ｃ）に示すように、第２従節部材４４の第２カム溝４４１を移動している。このため、第２カム溝４４１は、第２従節部材４４が分離機構３０の回動を阻害することを抑制する機能を有する。

【0065】

その後、モータ４０１を逆回転つまり図１１から図１４において半時計方向へ回転させると、上述したものとは逆の順序で保持機構２０及び分離機構３０が動作し、初期状態に戻る。すなわち、収穫装置１は、保持機構２０及び分離機構３０が開状態でかつ分離機構３０が保持機構２０から離れる方向へ回動している状態で、モータ４０１を逆回転させると、まず、分離機構３０が保持機構２０に近づく方向へ回動し、その後、保持機構２０及び分離機構３０が開く。
＜農作物収穫システム＞

【0066】

次に、収穫装置１を用いた農作物収穫システムの一例について、図１５～図２８も参照して説明する。図１５に示す農作物収穫システム５０は、収穫対象物の農作物にミニトマトを設定した例である。本実施形態の農作物収穫システム５０は、房９０に結実した個々の実９１を収穫対象物とし、この実９１を主茎９２及び果柄９３から分離して個別に収穫することができる。

【0067】

ミニトマトのような収穫対象物９１は、図１６等にも示すように、主茎９２から果柄９３及び小果柄９４を介して垂れ下がった状態で結実している。この場合、小果柄９４は、実９１と果柄９３とを繋いでいる柄部分である。また、果柄９３は、主茎９２からの伸びた柄部分である。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。

【0068】

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房として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。

【0069】

本実施形態の農作物収穫システム５０は、収穫装置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。

【0070】

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。

【0071】

本実施形態の場合、視覚装置５１は、図示しない取り付け用のステーを介して収穫装置１のベース部材１０に取り付けることができる。すなわち、収穫装置１は、視覚装置５１を含んで構成することができる。この場合、収穫装置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、必ずしも収穫装置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。

【0072】

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。収穫装置１は、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、収穫装置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。

【0073】

運搬装置５３は、収穫装置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５３１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、例えば収穫装置１で果柄９３から分離した実９１を収容し回収するための箱である。回収箱５４は、例えば上側が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。また、回収箱５４に代えて、収穫装置１の下方に袋又は容器を設けても良い。

【0074】

また、農作物収穫システム５０は、収穫装置制御部５５、視覚装置制御部５６、ロボットアーム制御部５７、及び運搬装置制御部５８を備えている。収穫装置制御部５５、視覚装置制御部５６、ロボットアーム制御部５７、及び運搬装置制御部５８は、それぞれ収穫装置１、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。

【0075】

収穫装置制御部５５、視覚装置制御部５６、ロボットアーム制御部５７、及び運搬装置制御部５８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、収穫装置１のモータ４０１、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。収穫装置１のモータ４０１、視覚装置５１、ロボットアーム５２、及び運搬装置５３は、それぞれ収穫装置制御部５５、視覚装置制御部５６、ロボットアーム制御部５７、及び運搬装置制御部５８からの指令に基づいて駆動制御される。

【0076】

制御装置６０は、収穫装置制御部５５、視覚装置制御部５６、ロボットアーム制御部５７、及び運搬装置制御部５８を介して、それぞれ収穫装置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、収穫装置制御部５５、視覚装置制御部５６、ロボットアーム制御部５７、及び運搬装置制御部５８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Ｎを介して収穫装置制御部５５、視覚装置制御部５６、ロボットアーム制御部５７、及び運搬装置制御部５８に接続されていても良い。

【0077】

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、収穫装置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、収穫装置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、収穫装置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、収穫装置制御部５５、視覚装置制御部５６、ロボットアーム制御部５７、及び運搬装置制御部５８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。

【0078】

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、移動経路生成処理部６３、移動処理部６４、保持処理部６５、配置処理部６６、分離処理部６７、及び復帰処理部６８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、移動経路生成処理部６３、移動処理部６４、保持処理部６５、配置処理部６６、分離処理部６７、及び復帰処理部６８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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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、赤外線カメラによるモノクロ値から、収穫対象物９１や主茎９２を認識する構成としても良い。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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）として説明する。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。

【0086】

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。

【0087】

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中のうち、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。

【0088】

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。

【0089】

また、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（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を特定する処理を更に実行可能である。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（Ｘ、Ｙ、Ｚ）として取得する。

【0090】

この場合、中間位置Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）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（Ｘ、Ｙ、Ｚ）のＸ値及びＹ値は、Ｐｈ（Ｚ）における平均値となる。なお、中間位置Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）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個とすると、Ｐｈ（Ｚ）＝（下端位置Ｐｂ（Ｚ）＋上端位置Ｐｔ（Ｚ））／（Ｎ＋１）となる。

【0091】

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）、上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）、及び中間位置Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を特定することができる。

【0092】

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。

【0093】

移動経路生成処理部６３は、移動経路生成処理を実行可能である。移動経路生成処理は、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）及び上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）を通り終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）に至るまでの収穫装置１の移動経路Ｒを生成する処理を含む。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。

【0094】

また、移動経路生成処理部６３は、図１７に示すように、中間位置Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を通過するように収穫装置１の移動経路Ｒを生成する。この場合、収穫装置１の移動経路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。

【0095】

移動処理部６４は、移動処理を実行可能である。移動処理は、収穫装置制御部５５を介して駆動機構４０のモータ４０１を駆動制御して図１９に示すように保持機構２０及び分離機構３０を開いた状態にする処理を含む。また、移動処理は、ロボットアーム制御部５７を介してロボットアーム５２を駆動制御し、図１８及び図２０に示すように、移動経路Ｒに沿って収穫装置１を移動させ、これにより開状態となった保持機構２０及び分離機構３０の内側の領域に房９０全体を通しながら収穫装置１を果柄９３の基端側へ移動させる処理を含む。すなわち、移動処理部６４は、房９０全体を下方から上方へすくい上げるようにして、保持機構２０及び分離機構３０の内側の領域に房９０全体を通す処理を含む。

【0096】

この場合、収穫装置１側の基準は、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、保持機構２０及び分離機構３０が開いた状態における内側領域の任意の位置に設定することができる。本実施形態では、基準点Ｐｃは、例えば保持機構２０及び分離機構３０が開いた状態における内側領域の中心位置若しくは重心位置に仮想的に設定されている。移動処理部６４は、基準点Ｐｃが移動経路Ｒ上に沿うように、ロボットアーム制御部５７を介してロボットアーム５２を駆動制御する。

【0097】

保持処理部６５は、保持処理を実行可能である。保持処理は、収穫装置制御部５５を介してモータ４０１を駆動させて保持機構２０を閉じることにより、保持機構２０の接触部材２５で果柄９３を挟み込んで保持する処理を含む。ここで、本実施形態の収穫装置１は、図１及び図３に示すように、保持機構２０及び分離機構３０が開いた状態における内側領域の中心位置若しくは重心位置この場合基準点Ｐｃと、保持機構２０及び分離機構３０が閉じた状態において果柄９３を挟む位置とは、前後方向において大きく異なっている。この場合、保持機構２０及び分離機構３０が閉じた状態において果柄９３を挟む位置とは、保持機構２０においては対向する第１保持リンク部材２１で挟まれる位置であり、分離機構３０においては対向する第１分離リンク部材３１で挟まれる位置である。

【0098】

そのため、本実施形態の場合、保持処理は、図２１に示すように、ロボットアーム制御部５７を介してロボットアーム５２を駆動させて、収穫装置１をロボットアーム５２側へ引き寄せる処理を含む。これにより、保持機構２０を閉状態に切り替えた場合に、果柄９３が接触部材２５の内側に位置するようにする。

【0099】

保持処理の実行により、保持機構２０は、図２２及び図２３に示すように、果柄９３の基端部分つまり果柄９３のうち全ての実９１よりも主茎９２側の部分を保持する。保持処理は、後述する分離処理の実行により分離機構３０を移動させている最中に果柄９３のうち分離機構３０よりも基端側部分つまり主茎９２側部分を保持する処理を含む。

【0100】

配置処理部６６は、配置処理を実行可能である。配置処理は、収穫装置制御部５５を介してモータ４０１を駆動させて分離機構３０を閉状態に切り替えることにより図２４（ａ）に示すように、対向する回転部材３８の間に寸法Ｓ２の隙間を形成するとともに、その隙間内に果柄９３の基端側部分つまり主茎９２側部分が位置するように果柄９３に対して収穫装置１を配置する処理を含む。なお、本実施形態の場合、保持機構２０と分離機構３０とは、１つのモータ４０１によって駆動されており、開状態と閉状態との切り替えは同期している。このため、本実施形態の場合、保持処理と配置処理は同時に実行される。

【0101】

なお、保持機構２０と分離機構３０とを別のモータで駆動させる場合、上述した保持処理及び配置処置は、同時またはほぼ同時に開始されても良い。また、この場合、保持処理の開始後に配置処理が開始されても良いし、逆に配置処理の開始後に保持処理が開始されても良い。しかし、分離処理が実行されている間は、保持処理が維持されて保持機構２０に果柄９３が保持されている。

【0102】

分離処理部６７は、分離処理を実行可能である。分離処理は、保持処理及び配置処理の後に実行される。分離処理は、図２３及び図２５に示すように、収穫装置制御部５５を介してモータ４０１を駆動させて、分離機構３０を保持機構２０から離間する方向つまり果柄９３の先端側へ移動させることで、果柄９３と実９１とを繋ぐ小果柄９４から実９１を分離する、又は小果柄９４とともに実９１を果柄９３から分離する処理を含む。分離処理によって果柄９３から分離した実９１は、例えば回収箱５４内に落下して回収される。

【0103】

この分離処理において、分離機構３０が回動を始める初期の段階つまり実９１にまだ接触していない段階では、図２４の（ａ）に示すように、回転部材３８は、自重によって下方へ垂れている。この状態では、対向する回転部材３８の間は大きく開いており、寸法Ｓ２の隙間が形成されている。その後、分離処理が進行して分離機構３０が下方へ回動すると、図２４の（ｂ）に示すように、回転部材３８は実９１や果柄９３等に接触し上方への力を受ける。これより、対向する回転部材３８が隙間を閉じる方向へ回動し、最終的に隙間は寸法Ｓ１となる。これにより、回転部材３８は、実９１に対して適切に力を作用させることができる。

【0104】

復帰処理部６８は、復帰処理を実行可能である。復帰処理は、分離処理の後に実行される。復帰処理は、図２５に示すように、収穫装置制御部５５を介してモータ４０１を駆動、分離機構３０を保持機構２０側へ戻すとともに、保持機構２０及び分離機構３０を閉状態から開状態に切り替えて初期状態に復帰させる処理を含む。この場合、復帰処理部６８は、保持処理、配置処理、及び分離処理とは逆方向へモータ４０１を回転させることで、復帰処理を実行する。この場合、果柄９３から実９１が分離されると、回転部材３８に対して抵抗する存在が無くなるため、図２６に示すように、自重によって下方へ回動して開く。そのため、対向する回転部材３８の間の隙間を大きく確保することができるため、分離機構３０を保持機構２０側へ戻す際に、回転部材３８が果柄９３に接触することを抑制でき、その結果、復帰処理を円滑に行うことができる。

【0105】

次に、図２８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６１～６７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。

【0106】

図２７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、Ｓ１７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Ｓ１８、Ｓ１９における処理は、移動処理の一例である。ステップＳ２０における処理は、保持処理の一例である。ステップＳ２１における処理は、配置処理の一例である。ステップＳ２２における処理は、分離処理の一例である。そして、ステップＳ２３における処理は、復帰処理の一例である。

【0107】

制御装置６０は、まずステップＳ１１において、運搬装置制御部５８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５８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。

【0108】

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、制御装置６０は、視覚装置制御部５６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。

【0109】

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）、上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）、及び中間位置Ｐｈ（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を特定する。

【0110】

次に、制御装置６０は、ステップＳ１６、Ｓ１７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Ｓ１６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）及び終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）を算出する。次に、制御装置６０は、ステップＳ１７へ処理を移行し、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）に至るまでの収穫装置１の移動経路Ｒを生成する。

【0111】

次に、制御装置６０は、ステップＳ１８、Ｓ１９において移動処理を実行し、ロボットアーム制御部５７を介してロボットアーム５２を駆動させる。この場合、制御装置６０は、まずステップＳ１８において、収穫装置１の基準点Ｐｃが始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）と一致するように、つまり図１９に示すように、平面視において開状態となった保持機構２０及び分離機構３０の内側の領域に房９０全体が入るように収穫装置１を移動させる。そして、制御装置６０は、ステップＳ１９において、図１８及び図２０に示すように、移動経路Ｒに収穫装置１の基準点Ｐｃを沿わせながら収穫装置１を終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）まで移動させる。

【0112】

これにより、収穫装置１は、開状態となった保持機構２０及び分離機構３０の内側の領域に房９０全体を下方からすくい上げるように移動した後、全ての実９１を上側に超えた位置に移動する。このとき、開状態となった保持機構２０及び分離機構３０の内側の領域には、実９１と主茎９２とを繋ぐ果柄９３が存在している。そして、実９１と主茎９２とは、それぞれ保持機構２０及び分離機構３０に対して下方外側及び上方外側に位置している。

【0113】

次に、制御装置６０は、図２８のステップＳ２０において保持処理を実行し、保持機構２０を閉状態に切り替えて果柄９３を保持する。制御装置６０は、ステップＳ２０の保持処理の開始と同時に、ステップＳ２１における配置処理を実行する。配置処理により、図２１に示すように、果柄９３の基端部分つまり果柄９３のうち全ての実９１よりも主茎９２側の部分は、回転部材３８の内側つまり隙間内に配置される。

【0114】

その後、制御装置６０は、図２８のステップＳ２２において分離処理を実行する。制御装置６０は、分離処理が実行されている間、保持処理を維持する。制御装置６０は、分離処理を実行により、図２３及び図２５に示すように、分離機構３０を保持機構２０から離間する方向つまり果柄９３の先端側へ移動させる。これにより、回転部材３８が実９１又は小果柄９４に接触しながら分離機構３０が果柄９３の先端側へ回動することで、果柄９３と実９１とを繋ぐ小果柄９４から実９１を分離したり、小果柄９４とともに実９１を果柄９３から分離したりする。その結果、実９１を果柄９３から分離した状態で個別に収穫することができる。

【0115】

その後、制御装置６０は、ステップＳ２３において復帰処理を実行し、モータ４０１を
逆回転させて、図２７に示すように分離機構３０を保持機構２０側へ回動させる。このとき、回転部材３８、図２６に示すように自重で下方へ回動しており、回転部材３８間の隙間は大きく開いている。このため、分離機構３０が保持機構２０側へ戻る際に、回転部材３８が果柄９３や小果柄９４に接触することを抑制でき、その結果、分離機構３０は円滑に回動することができる。

【0116】

その後、制御装置６０は、ステップＳ２４おいて、収穫装置制御部５５を介してモータ４０１の駆動を継続させる。これにより、ステップＳ２４において分離機構３０が復帰することに続いて保持機構２０及び分離機構３０が開状態となり、保持機構２０による果柄９３の保持が解放される。そして、制御装置６０は、ロボットアーム制御部５７を介してロボットアーム５２を駆動させて、収穫装置１を果柄９３の先端側へ移動させて果柄９３から離脱させる。その後、制御装置６０は、ロボットアーム制御部５７を介してロボットアーム５２を駆動させ、収穫装置１を運搬装置５３が駆動する際の位置に戻し、ステップＳ１１へ処理を戻して次の収穫対象物９１の収穫を行う。

【0117】

以上説明した実施形態による農作物収穫装置１は、房９０の状態で結実している実９１を果柄９３から分離して実９１を個別に収穫するために用いられるものである。農作物収穫装置１は、保持機構２０と、分離機構３０と、を備えている。保持機構２０は、房全体の外径よりも大きい状態に開いて内側に房全体が挿入可能となっている開状態と、房全体の外径よりも小さくかつ果柄の外径よりも小さい状態に閉じる閉状態と、に切り替え可能に構成されている。また、保持機構２０は、閉状態において果柄９３を挟んで保持可能に構成されている。

【0118】

分離機構３０は、保持機構２０に対して果柄９３の先端側に設けられている。分離機構３０は、房全体の外径よりも大きい状態に開いて内側に房全体が挿入可能となっている開状態と、房全体の外径よりも小さくかつ果柄の外径よりも大きい状態に閉じて内側に所定の隙間が形成される閉状態と、に切り替え可能に構成されている。そして、分離機構３０は、果柄９３を内側に配置し閉状態で果柄の先端側へ移動することで実９１を果柄９３から分離させる機能を有する。

【0119】

これによれば、１回の動作で房９０に付いている複数の実９１を個別に分離して収穫することができるため、房９０の状態で結実する収穫対象物９１を効率良く短時間で個別に収穫することができる。

【0120】

また、本実施形態によれば、例えば視覚装置５１を用いて自動で収穫する農作物収穫システム５０を構築する際、視覚装置５１は、房９０全体や主茎９２を認識すれば良く、全ての実９１を個々に認識する必要はない。このため、個々の実９１を認識して実９１を個別に収穫する場合に比べて、視覚装置５１の認識精度を低いものにすることができ、その結果、個々の実９１を認識して収穫するための高度な制御が不要となるため、簡単な制御構成とすることができ、その結果、制御の負荷を低減することができる。

【0121】

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を切断して収穫する構成の場合、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ったり、さらには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。

【0122】

これに対し、実施形態によれば、刃物を用いることなく実９１を果柄９３から分離して収穫することができるため、主茎９２や枝の損傷や切断を抑制することができる。その結果、植物の病気を抑制できて実の減少を防ぎ、収穫効率を大幅に向上させることができる。

【0123】

ここで、分離処理を行い分離機構３０を実９１又は小果柄９４に接触させながら移動させることにより、小果柄９４から実９１を引き千切る力、又は果柄９３から小果柄９４を引き千切る力が作用し、これにより、果柄９３から実９１が分離する。しかし、分離処理を実行した際に分離機構３０から実９１に加えられた力が果柄９３を介して主茎９２に伝わってしまうと、分離機構３０の移動に伴って主茎９２が撓む。すると、果柄９３を含めた房９０ごと分離機構３０とともに移動してしまい、実９１を小果柄９４から引き千切る力、又は小果柄９４を果柄９３から引き千切る力が作用し難くなり、その結果、実９１が果柄９３から分離し難くなる。

【0124】

そこで、本実施形態の農作物収穫装置１は、保持機構２０を更に備えている。保持機構２０は、分離機構３０に対して果柄９３の基端側つまり主茎９２側に設けられており、果柄９３を保持可能に構成されている。そして、本実施形態の農作物収穫システム５０は、保持処理を実行可能な保持処理部６５を更に備えている。保持処理は、分離機構３０を移動させている最中に果柄９３のうち分離機構３０よりも基端側部分つまり主茎９２側部分を保持する処理である。

【0125】

これによれば、分離処理を実行した際に分離機構３０から実９１や小果柄９４に加えられた力が果柄９３を介して主茎９２に伝わってしまい、分離機構３０の移動に伴って主茎９２が撓むことを防ぐことができる。これにより、分離処理による実９１を小果柄９４から引き千切る力、又は小果柄９４を果柄９３から引き千切る力を、実９１や小果柄９４に確実に作用させることができる。その結果、実９１を果柄９３から確実に分離することができるようになり、作業効率を更に向上させることができる。

【0126】

また、本実施形態の農作物収穫装置１は、分離機構３０を備えている。分離機構３０は、開状態と閉状態とを切り替え可能に構成されている。開状態は、分離機構３０が房９０全体の外径よりも大きく開いて分離機構３０の内側に房９０全体が挿入可能となっている状態である。閉状態は、分離機構３０が閉じて分離機構３０の内側に隙間が形成された状態である。

【0127】

そして、本実施形態の農作物収穫システム５０は、移動処理を実行可能な移動処理部を更に備えている。移動処理は、配置処理の前に実行され、分離機構３０を開状態にして果柄９３の先端側から分離機構３０の内側に房９０全体を通しながら果柄９３の基端側へ移動させる処理である。そして、配置処理は、分離機構３０を閉状態に切り替える処理を含んでいる。

【0128】

これによれば、移動処理の実行の際に分離機構３０を開状態することで、房９０全体を分離機構３０の内側に容易に配置することができる。そのため、移動処理の実行に際し、細かく高度な制御が不要となるため、簡単な制御構成とすることができ、その結果、制御の負荷を低減することができる。

【0129】

ここで、回転部材３８は、実９１に力を作用させて実９１を果柄９３から分離させる機能を有する。この場合、果柄９３から実９１を適切に分離させるためには、回転部材３８は、果柄９３には力を作用させずに実９１のみに力を作用せることが重要である。そのため、例えば回転部材３８を回転しない単なる棒状の部材で構成したとすると、分離処理において分離機構３０を果柄９３の先端側へ回動させる際に、その棒状の部材が、果柄９３等に引っかかって房全体を引っ張ってしまい、その結果、果柄９３から実９１を適切に分離し難くなる。

【0130】

これに対し、本実施形態において、分離機構３０は、回転部材３８を有している。回転部材３８は、閉状態において相互に対向する位置でかつ果柄９３に接触する位置に設けられた回転可能に構成されている。このため、例えば分離処理等において分離機構３０を果柄９３の先端側へ回動させる際に、回転部材３８は、回転しながら果柄９３に沿って移動することができる。このため、回転部材３８が果柄９３等に引っかかって房全体を引っ張ることを抑制でき、その結果、果柄９３から実９１を効率良く分離することができる。

【0131】

また、回転部材３８は、モータ等で能動的に駆動するものではなく、果柄９３等からの摩擦力等により従動する。このため、実９１や実９１に付いているヘタ等を巻き込むことが抑制される。その結果、実９１が傷つくことを抑制でき、農作物の商品価値を高い状態に維持したまま収穫することができる。

【0132】

また、果柄９３の太さに対して対向する回転部材３８の間の寸法が大きすぎると、回転部材３８で実９１を適切に押さえることができず、効率良く収穫することができない。一方、果柄９３の太さに対して対向する回転部材３８の間の寸法が大きすぎると、果柄９３に対して回転部材３８が引っ掛かってしまい、こちらも効率良く収穫することができない。そのため、収穫対象物の種類に応じて対向する回転部材３８の間の寸法を調整できることが重要である。

【0133】

そこで、本実施形態において、分離機構３０は、対向する回転部材３８の間の隙間を調整可能に構成されている。このため、本実施形態によれば、収穫対象物の種類に応じて対向する回転部材３８の間の寸法を調整でき、その結果、収穫の効率を向上させることができる。

【0134】

また、保持機構２０から離れる方向へ分離機構３０を回動させて果柄９３から実９１を分離させた後、再び分離機構３０を初期状態へ戻すつまり分離機構３０に近づく方向へ回動させる際に、対向する回転部材３８の間の隙間が小さいと、回転部材３８に果柄９３が引っ掛かってしまい、円滑に戻すことができない。

【0135】

そこで、本実施形態において、回転部材３８は、回転部材３８の自重によって対向する回転部材３８の間の隙間が大きくなる方向つまり下方へ回動可能に構成されている。これによれば、分離機構３０を初期状態に戻す際に、対向する回転部材３８の間の隙間を大きく確保することができるため、分離機構３０を保持機構２０側へ戻す際に、回転部材３８が果柄９３に接触することを抑制でき、その結果、分離機構３０を円滑に初期状態に戻すことができる。

【0136】

また、収穫装置１は、駆動機構４０を備えている。駆動機構４０は、保持機構２０の開閉と、分離機構３０の開閉と、分離機構３０の回動と、を１つの駆動源この場合１つのモータ４０１で行うことが可能に構成されている。これによれば、３種類の動作を１つのアクチュエータで実行することができるため、部品点数の削減でき、更には収穫装置１の小型化を図ることができる。

【0137】

また、本実施形態の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、収穫装置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と、位置情報特定処理部６２と、移動経路生成処理部６３と、移動処理部６４と、保持処理部６５と、分離処理部６７と、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の下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）と上端位置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。移動経路生成処理部６３は、移動経路生成処理を実行可能である。移動経路生成処理は、収穫対象物９１の下端位置Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）の下方に位置する始点位置Ｐｓ（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）から、上端位置Ｐｔ（Ｘｔ、Ｙｔ、Ｚｔ）の上方に位置する終点位置Ｐｅ（Ｘｅ、Ｙｅ、Ｚｅ）に至るまでの収穫装置１の移動経路Ｒを生成する処理を含む。

【0139】

移動処理部６４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、移動経路生成処理で生成した移動経路Ｒに沿って収穫装置１を移動させて、開状態の分離機構３０の内側に収穫対象物９１を房９０ごと通す処理を含む。保持処理部６５は、保持処理を実行可能である。保持処理は、移動処理の後に実行されて、保持機構２０を閉状態にして果柄９３の基端側部分を保持する処理を含む。分離処理部６７は、分離処理を実行可能である。分離処理は、配置処理の後に実行されて、ロボットアーム５２を駆動制御させて収穫装置１を果柄９３の先端側へ移動させることで果柄９３と実９１とを繋ぐ小果柄９４から実９１を分離し、又は小果柄９４とともに実９１を果柄９３から分離する処理である。

【0140】

これによれば、収穫装置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、さらには主茎９２や収穫対象物９１を傷つけることを極力防ぎつつ自動で個別に収穫することができるため、収穫作業の効率を大幅に向上させることができる。

【0141】

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、収穫装置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、収穫対象物である実９１を個別に収穫することができる。
（その他の実施形態）

【0142】

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。

【0143】

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】

【0144】

１…農作物収穫装置、２０…保持機構、３０…分離機構、３８、３８ａ、３８ｂ、３８ｃ…回転部材、４０…駆動機構、５０…農作物収穫システム、５１…視覚装置、５２…ロボットアーム、６１…収穫対象物検出処理部、６２…位置情報特定処理部、６３…移動経路生成処理部、６４…移動処理部、６５…保持処理部、６７…分離処理部、９０…房、９１…実（収穫対象物）、９３…果柄

【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】