特許 7543652 作物収穫車両

(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】2024-08-26

(45)【発行日】2024-09-03

(54)【発明の名称】作物収穫車両

(51)【国際特許分類】

   A01D 46/30 20060101AFI20240827BHJP

【ＦＩ】

A01D46/30

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020015302

(22)【出願日】2020-01-31

(65)【公開番号】P2021122179

(43)【公開日】2021-08-30

【審査請求日】2023-01-30

(73)【特許権者】

【識別番号】000000125

【氏名又は名称】井関農機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003834

【氏名又は名称】弁理士法人新大阪国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100092794

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 正道

(72)【発明者】

【氏名】黒瀬 英明

【審査官】吉田 英一

(56)【参考文献】

【文献】特開平０４－１６６０１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００７３５８４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平０９－１９１７４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２０６４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１４１６４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０２６１５６５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０６１３４６３８（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ０１Ｄ ４６／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

栽培されている作物を収穫するロボットアーム機構（２００）と、
前記ロボットアーム機構（２００）により前記収穫された作物を収納する、車体（１００）へ取付けられたコンテナー（５００）と、
を備え、
前記ロボットアーム機構（２００）は、前記栽培されている作物を保持するハンド部（２１０）を備え、
前記ハンド部（２１０）は、各々の指が略球形状の作物へフィットするように独立的に動作する多指形状とし、ローリング機能による回転動作を行う構成とし、
前記栽培されている作物は、選択的に収穫され、
前記栽培されている作物の撮像を行うカメラユニット（３００）を備え、
前記カメラユニット（３００）は広域撮像カメラおよび狭域撮像カメラを備え、
前記ロボットアーム機構（２００）はロボットブーム部（２４０）およびロボットアーム部（２５０）を備え、
前記広域撮像カメラは、前記ロボットブーム部（２４０）の先端へ取付けられ、前記狭域撮像カメラは、前記ロボットアーム部（２５０）の先端へ取付けられ、
前記栽培されている作物は、前記カメラユニット（３００）により行われた前記撮像の結果に基づいて、選択的に収穫されることを特徴とする作物収穫車両。

【請求項2】

前記ロボットアーム機構（２００）の後方に貯留部としての前記コンテナー（５００）を設け、
前記コンテナー（５００）はコンテナーフォークリフト機構（４００）により昇降され、
前記コンテナー（５００）は前記車体（１００）へ自由に脱着可能であるように積載され、前記コンテナーフォークリフト機構（４００）と前記ロボットアーム機構（２００）とを独立的に動作することを特徴とする請求項１に記載の作物収穫車両。

【請求項3】

前記車体（１００）の第一回目の走行は平均的な作物の大きさおよび色などを把握するティーチング工程を行い、前記車体（１００）の第二回目の走行は収穫開始工程として行うことを特徴とする請求項１または２に記載の作物収穫車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロボット収穫機などのような作物収穫車両に関する。

【背景技術】

【0002】

人参収穫装置により収穫された人参を搬送するコンベアー装置と、コンベアー装置のコンベアー終端部から落下する人参を収容するコンテナーを吊下げるハンガーと、一端がハンガーを保持する、コンベアー装置へ回動可能に取付けられたハンガー保持アームと、を有する人参収穫機が、知られている（たとえば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－３３３９１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、本発明者は、南瓜、西瓜、キャベツ、白菜、レタス、ピーマンおよび苺などのような作物については、栽培されている多数の苗の内、どの苗が収穫の対象であるのかが重要であり、さらに、苗のどの部分が収穫の対象であるのかもしばしば重要であることに気付いた。

【0005】

しかしながら、上述された従来の人参収穫機のような作物収穫車両は、選択的な収穫を行うことができない。

【0006】

本発明は、上述された従来の課題を考慮し、選択的な収穫を行うことができる作物収穫車両を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

第１の本発明は、栽培されている作物を収穫するロボットアーム機構（２００）と、
前記ロボットアーム機構（２００）により前記収穫された作物を収納する、車体（１００）へ取付けられたコンテナー（５００）と、
を備え、
前記ロボットアーム機構（２００）は、前記栽培されている作物を保持するハンド部（２１０）を備え、
前記ハンド部（２１０）は、各々の指が略球形状の作物へフィットするように独立的に動作する多指形状とし、ローリング機能による回転動作を行う構成とし、
前記栽培されている作物は、選択的に収穫され、
前記栽培されている作物の撮像を行うカメラユニット（３００）を備え、
前記カメラユニット（３００）は広域撮像カメラおよび狭域撮像カメラを備え、
前記ロボットアーム機構（２００）はロボットブーム部（２４０）およびロボットアーム部（２５０）を備え、
前記広域撮像カメラは、前記ロボットブーム部（２４０）の先端へ取付けられ、前記狭域撮像カメラは、前記ロボットアーム部（２５０）の先端へ取付けられ、
前記栽培されている作物は、前記カメラユニット（３００）により行われた前記撮像の結果に基づいて、選択的に収穫されることを特徴とする作物収穫車両である。
第２の本発明は、前記ロボットアーム機構（２００）の後方に貯留部としての前記コンテナー（５００）を設け、
前記コンテナー（５００）はコンテナーフォークリフト機構（４００）により昇降され、
前記コンテナー（５００）は前記車体（１００）へ自由に脱着可能であるように積載され、前記コンテナーフォークリフト機構（４００）と前記ロボットアーム機構（２００）とを独立的に動作することを特徴とする第１の本発明の作物収穫車両である。
第３の本発明は、前記車体（１００）の第一回目の走行は平均的な作物の大きさおよび色などを把握するティーチング工程を行い、前記車体（１００）の第二回目の走行は収穫開始工程として行うことを特徴とする第１または第２の本発明の作物収穫車両である。
本発明に関連する第１の発明は、栽培されている作物を収穫するロボットアーム機構（２００）と、
前記ロボットアーム機構（２００）により前記収穫された作物を収納する、車体（１００）へ取付けられたコンテナー（５００）と、
を備え、
前記栽培されている作物は、選択的に収穫されることを特徴とする作物収穫車両である。

【0008】

本発明に関連する第２の発明は、前記栽培されている作物の撮像を行うカメラユニット（３００）を備え、
前記栽培されている作物は、前記カメラユニット（３００）により行われた前記撮像の結果に基づいて、選択的に収穫されることを特徴とする本発明に関連する第１の発明の作物収穫車両である。

【0009】

本発明に関連する第３の発明は、前記ロボットアーム機構（２００）は、
前記栽培されている作物を保持するハンド部（２１０）と、
前記ハンド部（２１０）により前記保持された作物の重量測定を行う重量センサー部（２２０）と、
前記栽培されている作物を切断するカッター部（２３０）と、
を有し、
所定部位が前記カッター部（２３０）により切断されることにより、前記栽培されている作物は、前記重量センサー部（２２０）により行われた前記重量測定の結果に基づいて、選択的に収穫されることを特徴とする本発明に関連する第１または第２の発明の作物収穫車両である。

【0010】

本発明に関連する第４の発明は、前記栽培されている作物の内、廃棄されるべき前記作物の所定部位は、前記カッター部（２３０）により切断されることを特徴とする本発明に関連する第３の発明の作物収穫車両である。

【発明の効果】

【0011】

本発明により、選択的な収穫を行うことが可能である。
本発明に関連する第１の発明により、選択的な収穫を行うことが可能である。

【0012】

本発明に関連する第２の発明により、本発明に関連する第１の発明の効果に加えて、より選択的な収穫を行うことが可能である。

【0013】

本発明に関連する第３の発明により、本発明に関連する第１または第２の発明の効果に加えて、選択的な収穫を正確に行うことが可能である。

【0014】

本発明に関連する第４の発明により、本発明に関連する第３の発明の効果に加えて、利便性を向上させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明における実施の形態のロボット収穫機の模式的な左側面図

【図2】本発明における実施の形態のロボット収穫機の模式的な背面図

【図3】本発明における実施の形態のロボット収穫機の模式的な斜視図

【図4】本発明における実施の形態のロボット収穫機のハンド部の模式的な斜視図

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、図面を参照しながら、本発明における実施の形態について詳細に説明する。

【0017】

本実施の形態のロボット収穫機は、本発明における作物収穫車両の例である。

【0018】

はじめに、図１から３を主として参照しながら、本実施の形態のロボット収穫機の構成および動作について具体的に説明する。

【0019】

ここに、図１は本発明における実施の形態のロボット収穫機の模式的な左側面図であり、図２は本発明における実施の形態のロボット収穫機の模式的な背面図であり、図３は本発明における実施の形態のロボット収穫機の模式的な斜視図である。

【0020】

以下同様であるが、いくつかの構成要素は図面において示されていないこともあるし透視的にまたは省略的に示されていることもある。

【0021】

ロボットアーム機構２００は、栽培されている作物を収穫するロボットアーム機構である。

【0022】

作物は南瓜、西瓜、キャベツ、白菜、レタス、ピーマンおよび苺などであり、栽培されている多数の苗の内、どの苗が収穫の対象であるのかが重要であり、さらに、苗のどの部分が収穫の対象であるのかもしばしば重要である。

【0023】

たとえば、圃場のどこで結実するのかを予想することが困難である南瓜および西瓜などについては、車体１００の走行が収穫の対象である作物の畝に隣接する畝において行われるとともに、上下方向、車体前後方向および車体左右方向における縦横無尽なロボットアーム動作がしばしば要求される。

【0024】

結実地点が南瓜および西瓜などのように疎らであって生育スピードがバラつきやすくても、車体１００の後方に取付けられたロボットアーム機構２００はかなり大型であり、畝また圃場進入路に沿ったいわゆる側方作業が実現される。

【0025】

ロボットアーム機構２００は、位置制御のためのポジションセンサーを有する、油圧機構、電動油圧機構および電動モーター機構などを利用して駆動されるので、重量が必ずしも小さくない作物の搬送が実現される。

【0026】

たとえば、電動油圧機構が利用される場合には、エンジンが停止されても、充電量が十分であれば油圧動作のための電動モーターは駆動可能であるので、ロボットアーム機構２００は動作することができる。

【0027】

ロボットアーム機構２００のロボットブーム部２４０およびロボットアーム部２５０は自由に屈伸可能である部材であり、ロボットアーム機構２００のスイベル部２６０は、スイベルマウントフレーム２６１およびスイベルモーター２６２などを利用して設けられている、全体的なロボットアーム動作のための部材である。

【0028】

スイベルモーター２６２はスイベル部２６０のスイベル軸２６３を収納するスイベルマウントフレーム２６１へ内装されており、省スペース構成が実現される。

【0029】

平面視におけるロボットアーム機構２００の動作範囲角度は１８０度を大きく超えないので、ロボットアーム機構２００は車体１００の後方からキャビンスペースへ侵入しない。

【0030】

作物が見つかると、収穫のための車体１００の走行が必要に応じて行われ、作物の収穫およびコンテナー５００への収納が終了すると、つぎの作物が探される。見つかった作物に対するロボットアーム機構２００の概略位置合わせは、車体１００の走行が行われていても、十分な概略位置合わせ精度で行われる。微修正をともなうロボットアーム機構２００の精密位置合わせは、ロボットアーム振動が抑制されるように車体１００の走行が停止された後に、十分な精密位置合わせ精度で行われる。

【0031】

ロボットアーム機構２００が遠い作物へも届くように、ロボットアーム長さは十分に大きい。作物のコンテナー５００への整列的な収納が行われるとき、損傷を惹起しやすい作物の落下が抑制されるように、自由に屈伸可能であるロボットブーム部２４０およびロボットアーム部２５０は十分に屈折される。

【0032】

ロボットブーム部２４０が車体１００へ接続されるブーム回動支点の高さのみならず、スイベル部２６０の壁の高さも、昇降されるコンテナー５００との干渉が発生しないように十分に大きい。

【0033】

たとえば、収穫のために切断される作物の根などに対する位置合わせ、および収穫された作物のコンテナー５００の内部における段積みが容易に行われるように、ロボットアーム部２５０の先端にまたは根本にはテレスコピック機構が採用されていてもよい。ロボットアーム機構２００は、このようなテレスコピック機構の収縮により、収納時にまたは移動時にコンパクト化される。

【0034】

コンテナー５００は、ロボットアーム機構２００により収穫された作物を収納する、車体１００へ取付けられたコンテナーである。

【0035】

たとえば、実の重量が必ずしも小さくない南瓜および西瓜などについても、収穫された実がロボットアーム動作によりコンテナー５００へスムーズに収納され、効率的なコンテナー運搬が実現される。

【0036】

ロボットアーム機構２００の後方に取付けられた貯留部としてのコンテナー５００は、コンテナー姿勢が変化しにくい３点リンク機構を利用するコンテナーフォークリフト機構４００により昇降される。たとえば、車体１００が圃場端に位置しており、コンテナー５００の作物収納量が所定値に達していると認識されたとき、コンテナー５００は作物積降ろしのために下降される。

【0037】

コンテナー５００は車体１００へ自由に脱着可能であるように積載されており、コンテナーフォークリフト機構４００と独立的に動作するロボットアーム機構２００により収穫された作物を収納するための専用の運搬台車は不要である。

【0038】

コンテナーフォークリフト機構４００には、収納された作物のコンテナー５００の内部における偏在が発生しにくいように、たとえば、コンテナー５００の車体前後方向フォーク積載位置調節機構が設けられていることが望ましい。２本のフォークの間のコンテナー５００の底部が下方へ向かって突出しており、突出しているコンテナー５００の底部を収穫作業の途中で地面へ当接させることにより、浮上がるように持上げられたコンテナー５００の車体前後方向におけるフォーク積載位置が調節されてもよい。２本のフォークの間の平坦なコンテナー５００の底部を突出している畝面のような地面へ当接させることにより、コンテナー５００の車体前後方向におけるフォーク積載位置が、調節されてもよい。

【0039】

車体１００の側方幅範囲からはみ出ないように、車体左右方向におけるロボットブーム部２４０およびロボットアーム部２５０の屈折により、収納時にコンパクト化されるロボットアーム機構２００は、作物がコンテナー５００へ収納されていない場合には、ハンド部２１０がコンテナー５００へ収納されるように後方へ向かって傾けられ、ブーム高さが抑制されてもよい。

【0040】

栽培されている作物は、選択的に収穫される。

【0041】

作物の収穫は、一斉に行われる一律的な収穫ではなく、選択的な収穫である。したがって、収穫効率が向上するのみならず、作物の生育状態がバラついていても、不適切な収穫が行われにくく廃棄が減少するので、いわゆる収穫率も向上する。

【0042】

つぎに、図１から３を主として参照しながら、本実施の形態のロボット収穫機の構成および動作についてより具体的に説明する。

【0043】

カメラユニット３００は、栽培されている作物の撮像を行うカメラユニットである。

【0044】

栽培されている作物は、カメラユニット３００により行われた撮像の結果に基づいて、選択的に収穫される。

【0045】

車体１００の走行速度は基本的に低速度であるが、たとえば、車体１００へ、または収穫部としてのロボットアーム機構２００へ取付けられたカメラユニット３００により行われた撮像の結果に基づいて、車体１００の走行は停止され、収穫が行われる。

【0046】

たとえば、栽培されている作物の大きさおよび色などに関する値が、撮像の結果に基づいて、所定値に達していると認識されたとき、作物の畝の上方に常に位置するロボットアーム部２５０は作物へ向かって動作する。

【0047】

カメラユニット３００により行われた撮像の結果は、モニターとしてのタブレット端末装置６００において搭乗作業者のために表示されてもよい。

【0048】

車体１００の走行は、作物の畝に隣接する畝において自動走行機能を利用して行われてもよい。撮像がカメラユニット３００により正確に行われるように車体１００の走行速度が調節されるとともに、ロボットアーム機構２００の動作範囲内において、ロボットアーム部２５０は車体１００の旋回に応じて旋回反対側の畝の上方に常に位置するように動作し、無人収穫作業が実現される。

【0049】

車体１００の第一回目の走行は平均的な作物の大きさおよび色などを把握するためのいわゆるティーチング工程として行われ、車体１００の第二回目の走行が収穫開始工程として行われてもよい。たとえば、車体１００の走行が行われた畝、または隣接する畝において栽培されている作物の大きさおよび色などに関する値が平均値に達していると認識されたとき、栽培されている作物は収穫される。

【0050】

作物の選択的な収穫は、自動で行われてもよいが、半自動でまたは手動で行われてもよい。

【0051】

カメラユニット３００のカメラにより行われた撮像の結果がタブレット端末装置６００において表示されるのみならず、栽培されている作物は搭乗作業者のパネルタッチ操作による選択の結果に基づいて収穫されてもよい。

【0052】

たとえば、圃場が見渡される上方の視点から全体的な作物の撮像を行うための広域撮像カメラにより行われた撮像の結果のみならず、狭域撮像カメラにより行われた撮像の結果も、タブレット端末装置６００において収穫される作物の最終的な選択のために表示される。

【0053】

車体１００を走行させるための運転操作、およびロボットアーム機構２００のアーム操作は自動で行われ、このような収穫される作物の最終的な選択は半自動でまたは手動で行われてもよい。

【0054】

たとえば、広域撮像カメラおよび狭域撮像カメラにより行われた撮像の結果が表示された後に、収穫される作物の候補として自動で判別された一つの作物が最終的な選択のためにパネルタッチ操作によりロックオンされてもよいし、自動でサブロックオンされたいくつかの作物の内、一つの作物がパネルタッチ操作により手動で選択されてもよい。利便性が向上するように、サブロックオンされた全ての作物を一括的に自動で選択するための一括的自動選択モードが設けられていることが望ましい。

【0055】

たとえば、収穫される作物の候補として自動で作物を判別するための作物の大きさおよび色などに関する値の上限閾値および下限閾値などは、搭乗作業者により調節される。

【0056】

車体１００の全ての走行は、カメラユニット３００により行われた撮像の結果が圃場管理などのために記録される、ティーチング工程として行われてもよい。作物の生育状態が遠隔的に認識されるので、収穫時期が最適化される。

【0057】

車体１００の走行における変速は、たとえば、ショックが小さくロボットアーム先端揺れが抑制される、無段変速である。車体１００は、たとえば、収穫されない作物が踏まれないように跨がれる、大きい車高のいわゆるハイクリアランス車体である。

【0058】

走行経路は、画像認識データにのみならず、畝立て時などに得られたＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）データにも基づいて設定される。収穫される作物と圃場土壌との間の区別も、画像認識データおよびＧＮＳＳデータに基づいて行われる。

【0059】

圃場進入路からのロボットブーム部２４０およびロボットアーム部２５０の伸長により、圃場端の一列の畝についてのいわゆる全量収穫が圃場進入時に行われてもよい。

【0060】

作物の収穫は、車体１００の前進のみならず車体１００の後進を利用して行われてもよい。

【0061】

ロボットアーム機構２００は、栽培されている作物を保持するハンド部２１０と、ハンド部２１０により保持された作物の重量測定を行う重量センサー部２２０と、栽培されている作物を切断するカッター部２３０と、を有する。

【0062】

ロボットアーム機構２００の先端ハンドとしてのハンド部２１０は、上下動作および開閉動作を行うのみならず、ローリング機能による左右回転動作も行うので、作物キャッチ角度は自由に調節可能である。

【0063】

本発明における実施の形態のロボット収穫機のハンド部２１０の模式的な斜視図である図４に示されているように、ハンド部２１０の形状は、各々の指が略球形状の作物へフィットするように独立的に動作する、多指形状である。たとえば、開閉される左右一対の指が協働しながら作物へフィットするように、ハンド部２１０の指はスプリングを利用して構成されている。

【0064】

広域撮像カメラが車体１００のキャビンルーフなどへ取付けられているとともに、作物の形状および作物までの距離などを認識するためのステレオ複眼カメラのような狭域撮像カメラがハンド部２１０へ取付けられていてもよい。

【0065】

広域撮像カメラは、ロボットアーム部２５０がロボットブーム部２４０へ接続される、ロボットブーム部２４０の先端へ取付けられていてもよい。狭域撮像カメラは、ハンド部２１０の上述された動作の影響が抑制されるように、ロボットアーム部２５０の先端へ固定的に取付けられていてもよい。過度な車体１００の前進が行われた場合には、自動走行機能による車体１００の後進とともに、ロボットアーム機構２００の位置合わせが広域撮像カメラおよび狭域撮像カメラを併せて利用することにより正確に行われる。

【0066】

所定部位がカッター部２３０により切断されることにより、栽培されている作物は、重量センサー部２２０により行われた重量測定の結果に基づいて、選択的に収穫される。

【0067】

たとえば、蔓を有する南瓜および西瓜などについては、ロードセルを有する重量センサー部２２０の圧力センサーにより、切断の前にハンド部２１０により保持された結実した作物の実の重量測定が行われる。

【0068】

作物の茎または根などは、カッター部２３０により切断される。

【0069】

カッター部２３０の上側および下側の少なくとも一方の側にはカッターが設けられており、上側のカッターは南瓜および西瓜などのような作物の収穫に利用され、下側のカッターはキャベツおよび白菜などのような作物の収穫に利用される。

【0070】

ロボットアーム機構２００は、作物の収穫のみならず、カッター部２３０による繁茂した作物の葉などの切断、またはハンド部２１０による結実した作物の実などの向き修正を行ってもよい。

【0071】

栽培されている作物の内、廃棄されるべき作物の所定部位は、カッター部２３０により切断される。

【0072】

車体１００の全ての走行が上述されたようにティーチング工程として行われるが、異形または変色などをともなう病気が発生している作物は収穫を待たずにティーチング工程において除去されてもよい。除去された作物は、収穫された作物が収納されていない、コンテナー５００へ収納され、作物の病気の発生が基地局のパーソナルコンピューターまたは携帯電話へ通知される。作物の病気の発生が速やかに認識されるのみならず、病気が発生している作物の除去は病気が発生していない作物への十分な栄養供給を促進する。

【産業上の利用可能性】

【0073】

本発明における作物収穫車両は、選択的な収穫を行うことができ、ロボット収穫機などのような作物収穫車両に利用する目的に有用である。

【符号の説明】

【0074】

１００ 車体
２００ ロボットアーム機構
２１０ ハンド部
２２０ 重量センサー部
２３０ カッター部
２４０ ロボットブーム部
２５０ ロボットアーム部
２６０ スイベル部
２６１ スイベルマウントフレーム
２６２ スイベルモーター
２６３ スイベル軸
３００ カメラユニット
４００ コンテナーフォークリフト機構
５００ コンテナー
６００ タブレット端末装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】