JP7581115B2 - 収穫装置 - Google Patents

Description

本開示は、農作物を収穫するための収穫装置に関する。

農作物を収穫するための収穫装置がある。例えば特許文献１には、農作物を支持する支持機構と、農作物における対象部位を切断する切断機構と、を備えた収穫装置が記載されている。

特許第６７４９７２０号公報

特許文献１に記載の収穫装置は、農作物によらず同様の切断制御を実行する。したがって、特許文献１に記載の収穫装置では、例えば、農作物における対象部位の切断不良が生じたり切断機構に過負荷がかかったりする場合があった。

本開示の一局面は、農作物に応じた切断制御を実行可能な収穫装置を提供する。

本開示の一態様は、農作物を収穫するための収穫装置であって、切断刃と、荷重センサと、制御部と、を備える。切断刃は、農作物における対象部位に貫入するように変位可能に支持されている。荷重センサは、外部から作用する荷重を検出可能に構成される。制御部は、対象部位が荷重センサに接触している状態において、切断刃を変位させて対象部位を切断する切断制御を実行するように構成される。また、制御部は、荷重センサにより検出される荷重に基づいて切断刃を変位させるように構成されている。

このような構成によれば、農作物に応じた切断制御を実行することが可能となる。
本開示の一態様では、制御部は、切断制御の実行に伴う荷重の変化量が所定の切断不良閾値に到達した場合に、切断刃を停止させるように構成されていてもよい。

このような構成によれば、例えば、対象部位の切断不良が生じた場合や収穫装置への負荷が大きくなった場合に切断刃が停止されるため、農作物を痛めたり収穫装置に過負荷がかかったりすることを抑制することができる。

本開示の一態様は、第１挟持面を有する第１挟持部材と、第２挟持面を有する第２挟持部材と、を更に備えてもよい。荷重センサは、第１挟持面及び第２挟持面の少なくとも一方に設けられてもよい。制御部は、荷重センサにより検出される荷重に基づいて、第２挟持面が第１挟持面に近付くように第２挟持部材を変位させ、第１挟持面及び第２挟持面により対象部位を挟持する、挟持制御を実行してもよい。また、制御部は、第１挟持面及び第２挟持面により対象部位を挟持している状態において切断制御を実行するように構成されていてもよい。

このような構成によれば、対象部位の挟持状態を把握するためのセンサを別途備えなくても、農作物に応じた挟持制御を実行することが可能となる。
本開示の一態様では、制御部は、挟持制御を実行中の荷重が所定の挟持閾値に到達した場合に、第２挟持部材を停止させるように構成されていてもよい。

このような構成によれば、過剰に大きな力で対象部位を挟持してしまうことを抑制することができる。
本開示の一態様は、農作物に対して移動可能に構成された移動部材を更に備えてもよい。第１挟持部材及び第２挟持部材は、移動部材により支持されてもよい。荷重センサは、第１挟持面に設けられてもよい。制御部は、第１挟持面が対象部位に近付くように移動部材を移動させて荷重が所定の接触閾値に到達した場合に、移動部材を停止させて挟持制御を実行するように構成されていてもよい。

このような構成によれば、第１挟持面から対象部位までの距離を算出しなくても、対象部位を挟持するために適当な位置に第１挟持面を配置することができる。
本開示の一態様では、制御部は、第１挟持部材側から第２挟持部材側へ切断刃を変位させて対象部位を切断するように構成されていてもよい。

本開示の一態様は、支持部材を更に備えてもよい。切断刃は、切断制御が実行されていない状態において支持部材から刃先が突出しないように、支持部材に支持されていてもよい。

このような構成によれば、切断刃の刃先が農作物に引っかかる等して農作物を痛めてしまうことを抑制することができる。

収穫装置の外観を示す模式図である。 図２Ａは、第１挟持面が対象部位に近付くように移動している状態における、第１実施形態に係る収穫ヘッドを示す模式的な上面図である。図２Ｂは、図２Ａに対応する模式的な側面図である。 図３Ａは、第１挟持面に対象部位が接触している状態における収穫ヘッドを示す模式的な上面図である。図３Ｂは、図３Ａに対応する模式的な側面図である。 第２挟持部材を変位させている状態における、第１実施形態に係る収穫ヘッドを示す模式的な上面図である。 図５Ａは、図４の状態のうち第２挟持部材が対象部位を押圧する前の状態における、第１実施形態に係る収穫ヘッドを示す模式的な断面図である。図５Ｂは、図４の状態のうち第２挟持部材が対象部位を押圧している状態における、第１実施形態に係る収穫ヘッドを示す模式的な断面図である。 切断刃を変位させている状態における、第１実施形態に係る収穫ヘッドを示す模式的な上面図である。 変位終了位置まで切断刃を変位させた状態における、第１実施形態に係る収穫ヘッドを示す模式的な上面図である。 収穫装置の電気的構成を示すブロック図である。 収穫処理を示すフローチャートである。 図１０Ａは、切断刃の変位に伴う検出荷重の変化の一例を示すグラフである。図１０Ｂは、切断刃の変位に伴う検出荷重の変化の他の一例を示すグラフである。 図１１Ａは、第２実施形態に係る収穫ヘッドを示す模式的な上面図である。図１１Ｂは、第２実施形態に係る収穫ヘッドにおける、第２挟持部材及び切断刃の変位方向を示す模式的な上面図である。 第３実施形態に係る収穫ヘッドを示す模式的な上面図である。

以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１に示す収穫装置１は、農作物９０を収穫するために用いられる。ここでいう農作物９０は、例えば、果菜（ナス、トマト、イチゴ等）及び果実（りんご、みかん等）を指す。また、ここでいう農作物９０を収穫することとは、具体的には、農作物９０における果実部９１に連続する部位のうち、細さや硬さ等が切断に適する部位を切断して、果実部９１を収穫することを意味する。以下では、農作物９０における切断に適する部位を対象部位９２という。対象部位９２には、例えば、農作物９０における枝部、果柄部、果梗部等が該当する。

収穫装置１は、台車１０、ロボットアーム２０、収穫ヘッド３０、カメラ４０、収容かご５０、及び制御部６０を備える。
台車１０は、台車１０の下部に設けられた複数の車輪１１を駆動することにより走行可能に構成されている。台車１０の上部には平板状の天板１２が配置されている。

ロボットアーム２０は、台車１０の天板１２上に配置されている。ロボットアーム２０は、複数の関節２１で連結された複数のリンク２２を有し、ロボットアーム２０の先端部を構成する先端部材２３を６自由度で移動可能に構成されている。先端部材２３は、移動部材の一例に相当する。ロボットアーム２０の動作は、制御部６０により電気的に制御される。

収穫ヘッド３０は、先端部材２３に取り付けられている。収穫ヘッド３０は、農作物９０における対象部位９２を挟持可能、且つ、挟持している対象部位９２を切断可能に構成されている。図２Ａに示すように、収穫ヘッド３０は、第１挟持部材３１、第２挟持部材３２、荷重センサ３３、弾性部材３４、切断刃３５、２つのガイド部材３６Ａ，３６Ｂを有する。収穫ヘッド３０の素材を限定するものではないが、本実施形態の収穫ヘッド３０は、弾性部材３４が弾性を有する樹脂製、その他が金属製（具体的にはステンレス製）である。

第１挟持部材３１は、略平板状の部材である。本実施形態の第１挟持部材３１は、略長方形状の平板状の部材であって、おもて面、うら面、及び４つの側面を有する。第１挟持部材３１は、うら面側が先端部材２３に固定され、先端部材２３により支持されている。以下では、第１挟持部材３１のおもて面を第１挟持面３１１という。

第２挟持部材３２は、湾曲した板状の部材である。本実施形態の第２挟持部材３２は、略長方形状の湾曲した板状の部材である。本実施形態の第２挟持部材３２は、長手方向に所定の曲率で湾曲しており、湾曲形状を構成する外面及び内面（すなわち凸面及び凹面）、並びに４つの側面を有する。以下では、第２挟持部材３２の凹面を第２挟持面３２１という。第２挟持部材３２は、長手方向に沿った一方の端部が、第１挟持部材３１の長手方向に沿った一方の端部に連結されている。そして、第２挟持部材３２は、第１挟持部材３１との連結部Ｘを回転軸として、第１挟持面３１１と第２挟持面３２１との開度を変更するように回転可能、すなわち第１挟持部材３１に対して変位可能に構成されている。

第２挟持部材３２の動作は、制御部６０により電気的に制御される。具体的には、制御部６０は、連結部Ｘを回転軸として所定の開位置と閉位置との間で第２挟持部材３２が回転移動するように、第２挟持部材３２の動作を制御する。第２挟持部材３２の開位置とは、第１挟持面３１１と第２挟持面３２１との開度が十分に大きくなるような第２挟持部材３２の位置である。本実施形態の第２挟持部材３２の開位置は、図２Ａにおける第２挟持部材３２の位置である。本実施形態では、第２挟持部材３２が開位置に存在している状態は、第１挟持部材３１を第１挟持面３１１側から見たときに、第１挟持面３１１の大部分が第２挟持部材３２により覆われずに露出している状態とも言い換えられる。荷重センサ３３の検出面３３１も同様に露出している。第２挟持部材３２の閉位置とは、第１挟持面３１１と第２挟持面３２１との開度が十分に小さくなるような第２挟持部材３２の位置である。第２挟持部材３２の閉位置は、第１挟持面３１１と第２挟持面３２１とが互いに接触するような第２挟持部材３２の位置であってもよい。

荷重センサ３３は、外部から作用する荷重を検出可能に構成されている。本実施形態では、荷重センサ３３は、図２Ａ及び図５Ａに示すように、第１挟持部材３１の第１挟持面３１１に設けられている。具体的には、荷重センサ３３は、第１挟持面３１１の中央部から突出するように設けられている。言い換えれば、外部から荷重が作用していない状態における荷重センサ３３は、第１挟持面３１１を基準として所定の高さＨ１を有する。この高さＨ１は、荷重センサ３３に外部から荷重が作用していない状態における、第１挟持面３１１から荷重センサ３３の検出面３３１までの高さＨ１とも言い換えられる。荷重センサ３３は、図５Ｂに示すように検出面３３１が外部から第１挟持面３１１側に押し込まれたときに、検出面３３１の押し込み量に応じた荷重を検出する。

弾性部材３４は、荷重センサ３３の検出面３３１側から見たときに荷重センサ３３の周囲を囲むように配置される板状の部材である。本実施形態では、荷重センサ３３が第１挟持面３１１に設けられているため、この荷重センサ３３の周囲を囲むように、弾性部材３４も第１挟持面３１１に設けられる。以下では、弾性部材３４における第１挟持面３１１側と反対側の面を当接面３４１という。

図２Ａに示すように、弾性部材３４の厚さ、すなわち第１挟持面３１１を基準とした弾性部材３４の高さＨ２は、前述した荷重センサ３３の高さＨ１よりも低い。第１挟持面３１１を基準とした弾性部材３４の高さＨ２は、第１挟持面３１１から当接面３４１までの高さＨ２とも言い換えられる。外部から荷重が作用していない状態における荷重センサ３３の高さＨ１と、弾性部材３４の高さＨ２と、の差ΔＨ（＝Ｈ１－Ｈ２）は、後述する挟持閾値Ｆ２に対応する検出面３３１の押し込み量に設計されている。

切断刃３５は、農作物９０における対象部位９２を切断するための部材である。切断刃３５は、第１挟持部材３１の側面３１２に沿って配置される。第１挟持部材３１の側面３１２とは、第１挟持部材３１の長手方向に沿った２つの側面のうちの一方を指す。第１挟持部材３１の側面３１２に沿って切断刃３５が配置されている状態において、切断刃３５の刃先３５１は、第１挟持面３１１側に向いている。

第１挟持部材３１の側面３１２に沿って配置されている状態の切断刃３５の位置、すなわち図２Ａに示す切断刃３５の位置を、以下では、切断刃３５の基準位置という。切断刃３５の基準位置は、切断刃３５の刃先３５１が第１挟持部材３１から突出しない位置でもある。更に本実施形態では、切断刃３５の基準位置は、第１挟持部材３１の側面３１２と垂直に見たときに切断刃３５の外縁が側面３１２の外縁に包含される位置でもある。本実施形態の切断刃３５は、平面視における大きさが第１挟持部材３１の側面３１２よりも小さくなるように設計されている。

切断刃３５における長手方向に沿った一方の端部は、第１挟持部材３１の側面３１２における長手方向に沿った一方の端部に連結されている。本実施形態では、切断刃３５の一方の端部は、第１挟持部材３１の側面３１２における、第１挟持部材３１と第２挟持部材３２との連結部Ｘ側と反対側の端部に連結されている。切断刃３５は、第１挟持部材３１の側面３１２に連結されることにより、第１挟持部材３１に支持される。すなわち、第１挟持部材３１は、切断刃３５を支持するための支持部材としても機能する。切断刃３５は、第１挟持部材３１との連結部Ｙを回転軸として回転可能、すなわち第１挟持部材３１に対して変位可能に構成されている。切断刃３５の動作は、制御部６０により電気的に制御される。

２つのガイド部材３６Ａ，３６Ｂは、略Ｌ字状の棒状の部材である。２つのガイド部材３６Ａ，３６Ｂは、第１挟持面３１１に面する空間に延びるように、第１挟持部材３１の側面３１３に取り付けられている。第１挟持部材３１の側面３１３とは、図５Ａに示すように、第１挟持部材３１の長手方向に沿った２つの側面のうち、切断刃３５が連結される側面３１２と反対側の側面を指す。２つのガイド部材３６Ａ，３６Ｂ同士は、図２Ａに示すように、第１挟持面３１１の長手方向に所定の間隔を空けて、第１挟持部材３１の側面３１３に取り付けられている。第１挟持部材３１の側面３１３と垂直に見たとき、つまり図２Ａの向きに見たとき、２つのガイド部材３６Ａ，３６Ｂ同士の間には、荷重センサ３３の検出面３３１の少なくとも一部（本実施形態では全部）が位置している。２つのガイド部材３６Ａ，３６Ｂ同士の間隔は、農作物９０における対象部位９２の径よりも大きくなるように設計されている。本実施形態のように２つのガイド部材３６Ａ，３６Ｂ同士の間隔が一定でない場合、いずれの部分における間隔も対象部位９２の径よりも大きくなるように設計されている。

図１に戻り、カメラ４０は、ロボットアーム２０の先端部材２３又はその近辺に取り付けられている。カメラ４０は、先端部材２３の前方、すなわち先端部材２３よりも収穫ヘッド３０側を撮像可能に構成されている。カメラ４０による撮像画像は、図示しない通信部により外部端末に送信される。収穫装置１の操作者は、外部端末に表示される撮像画像を基に、収穫対象とする果実部９１を選定する。

収容かご５０は、農作物９０における果実部９１を収容するための部材である。本実施形態の収容かご５０は、上方が開口した箱型の部材である。収容かご５０は、台車１０の天板１２上に配置されている。

図８に示すように、制御部６０は、ＣＰＵ６１と、ＲＯＭ及びＲＡＭ等の半導体メモリ６２と、を有する周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。制御部６０は、荷重センサ３３により検出される荷重に基づいて、ロボットアーム２０、第２挟持部材３２及び切断刃３５の動作を電気的に制御する。制御部６０の各機能は、半導体メモリ６２に格納されたプログラムをＣＰＵ６１が実行することにより実現される。また、このプログラムが実行されることにより、プログラムに対応する方法が実行される。なお、制御部６０は、１つのマイクロコンピュータを備えてもよいし、複数のマイクロコンピュータを備えてもよい。

［１－２．処理］
農作物９０を収穫するために制御部６０が実行する収穫処理について、図９を用いて説明する。収穫処理は、収穫装置１の操作者により収穫対象とする果実部９１が選定されたことを契機に実行される。収穫処理が実行されるとき、第２挟持部材３２は前述した開位置に存在しており、切断刃３５は前述した基準位置に存在している。

まず、制御部６０は、Ｓ１０１で、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、収穫ヘッド３０における上方側に切断刃３５が位置するように、すなわち第１挟持部材３１の側面３１２が上方を向くように、先端部材２３の向きを調整する。そして、制御部６０は、選定された果実部９１に連続する対象部位９２に第１挟持面３１１が近付くように、先端部材２３を移動させる。

続いて、Ｓ１０２で、制御部６０は、荷重センサ３３により検出される荷重Ｆ（以下では、検出荷重Ｆという。）が所定の接触閾値Ｆ１に到達したかを判定する。言い換えれば、制御部６０は、検出荷重Ｆが接触閾値Ｆ１以上であるかを判定する。接触閾値Ｆ１は、荷重センサ３３の検出面３３１に対象部位９２が接触したことを検出可能な荷重に設定される。

Ｓ１０２で検出荷重Ｆが接触閾値Ｆ１に到達していないと判定した場合、言い換えれば検出荷重Ｆが接触閾値Ｆ１未満であると判定した場合、制御部６０は、処理をＳ１０１に戻す。つまり、制御部６０は、継続して先端部材２３を移動させる。

一方、Ｓ１０２で検出荷重Ｆが接触閾値Ｆ１に到達したと判定した場合、言い換えれば検出荷重Ｆが接触閾値Ｆ１以上であると判定した場合、制御部６０は、Ｓ１０３で、先端部材２３を停止させる。Ｓ１０２で検出荷重Ｆが接触閾値Ｆ１に到達したと判定され、Ｓ１０３で先端部材２３が停止されたとき、対象部位９２は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように荷重センサ３３の検出面３３１に接触している状態である。

続いて、図９に示すＳ１０４で、制御部６０は、図４に示すように、第２挟持面３２１が第１挟持面３１１に近付くように第２挟持部材３２を変位させる。言い換えれば、制御部６０は、連結部Ｘを回転軸として、開位置に存在している第２挟持部材３２を閉位置に向けて回転移動させる。このように制御部６０が第２挟持部材３２を変位させていくと、途中で第２挟持面３２１が対象部位９２に接触する。そして、第２挟持面３２１が対象部位９２を第１挟持面３１１側に押圧することにより、対象部位９２は、第１挟持面３１１及び第２挟持面３２１により挟持される。すなわち、制御部６０は、Ｓ１０４で、第２挟持面３２１が第１挟持面３１１に近付くように第２挟持部材３２を変位させ、第１挟持面３１１及び第２挟持面３２１により対象部位９２を挟持する、挟持制御を実行する。なお、ここでいう第１挟持面３１１及び第２挟持面３２１により対象部位９２を挟持することとは、第１挟持面３１１及び第２挟持面３２１そのものにより対象部位９２を挟持することの他、第１挟持面３１１又は第２挟持面３２１に設けられた部材により対象部位９２を挟持することを含む。本実施形態では、第１挟持面３１１に設けられた荷重センサ３３及び弾性部材３４と、第２挟持面３２１と、により、対象部位９２は挟持される。

前述したように、挟持制御が実行される際の対象部位９２は、第１挟持面３１１に設けられた荷重センサ３３の検出面３３１に接触している状態である。したがって、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、Ｓ１０４で第２挟持面３２１が対象部位９２を第１挟持面３１１側に押圧すると、対象部位９２により荷重センサ３３の検出面３３１が押圧される。すなわち、Ｓ１０４において、検出荷重Ｆは、第２挟持部材３２の変位に伴って増大する。

続いて、図９に示すＳ１０５で、制御部６０は、検出荷重Ｆが所定の挟持閾値Ｆ２に到達したかを判定する。言い換えれば、制御部６０は、検出荷重Ｆが挟持閾値Ｆ２以上であるかを判定する。挟持閾値Ｆ２は、対象部位９２を過度に圧迫せずに挟持しつつ、挟持している対象部位９２を介して果実部９１を支持可能な荷重に設定される。挟持閾値Ｆ２に影響する果実部９１の質量や対象部位９２の性質は、農作物９０の種類や生育状態等により異なる。すなわち、挟持閾値Ｆ２は、農作物９０の種類等に応じて設定される。本実施形態では、挟持閾値Ｆ２は、農作物９０の種類から想定される果実部９１の最大質量を基準として、その１．５倍～２倍相当の質量の果実部９１を支持可能な荷重に設定されている。

Ｓ１０５で検出荷重Ｆが挟持閾値Ｆ２に到達していないと判定した場合、言い換えれば検出荷重Ｆが挟持荷重Ｆ２未満であると判定した場合、制御部６０は、処理をＳ１０４に戻す。つまり、制御部６０は、継続して第２挟持部材３２を変位させる。

一方、Ｓ１０５で検出荷重Ｆが挟持閾値Ｆ２に到達したと判定した場合、言い換えれば検出荷重Ｆが挟持閾値Ｆ２以上であると判定した場合、制御部６０は、Ｓ１０６で第２挟持部材３２を停止させる。

図１０Ａ及び図１０Ｂには、ｔａ１時点及びｔｂ１時点でそれぞれ検出荷重Ｆが挟持閾値Ｆ２に到達したと判定され、第２挟持部材３２が停止された例を示している。ｔａ１時点及びｔｂ１時点まではそれぞれ第２挟持部材３２の変位に伴って検出荷重Ｆが増大するが、ｔａ１時点及びｔｂ１時点でそれぞれ第２挟持部材３２が停止すると、検出荷重Ｆはそこから増大せずに概ね一定で推移する。

前述したように、本実施形態では、外部から荷重が作用していない状態における荷重センサ３３の高さＨ１と、弾性部材３４の高さＨ２と、の差ΔＨが、挟持閾値Ｆ２に対応する検出面３３１の押し込み量に設計されている。このため、Ｓ１０５で検出荷重Ｆが挟持閾値Ｆ２に到達したと判定され、Ｓ１０６で第２挟持部材３２が停止されたとき、荷重センサ３３の検出面３３１は、図４及び図５Ｂに示すように弾性部材３４の当接面３４１と略面一になっている。

続いて、図９に示すＳ１０７で、制御部６０は、カウンタＮの値を１に設定する。
続いて、Ｓ１０８で、制御部６０は、図６に示すように、第１挟持面３１１及び第２挟持面３２１により挟持されている状態における対象部位９２に貫入するように切断刃３５を基準位置から変位させ、対象部位９２を切断する、切断制御を実行する。本実施形態では、切断刃３５が基準位置に存在している状態において、切断刃３５の刃先３５１は、第１挟持面３１１側、すなわち対象部位９２を挟持している状態の第２挟持部材３２側に向いている。このため、制御部６０は、切断制御として、第１挟持部材３１側から第２挟持部材３２側へ切断刃３５を変位させる。

後述するように、制御部６０は、切断制御として、基準位置から変位終了位置まで切断刃３５を変位させる。変位終了位置は、対象部位９２に貫入した切断刃３５における少なくとも刃先３５１が、当該対象部位９２を通過した位置に設定される。本実施形態の変位終了位置は、対象部位９２に貫入した切断刃３５の全体が当該対象部位９２を通過した位置、具体的には連結部Ｙを回転軸として切断刃３５が初期位置から略９０度回転した位置に設定されている。図７には、この変位終了位置まで切断刃３５が変位された状態を示している。

続いて、図９に示すＳ１０９で、制御部６０は、切断制御の実行に伴う検出荷重Ｆの変化量である荷重変化量ΔＦが、所定の切断不良閾値ΔＦ３に到達したかを判定する。言い換えれば、制御部６０は、荷重変化量ΔＦが切断不良閾値ΔＦ３以上であるかを判定する。荷重変化量ΔＦは、具体的には、Ｓ１０８で切断刃３５の変位が開始された時点からの検出荷重Ｆの変化量である。荷重変化量ΔＦは、絶対値で表される。切断不良閾値ΔＦ３は、例えば、対象部位９２を切断するために通常必要となる荷重を基に設定される。当該荷重は、農作物９０の種類等により異なる。すなわち、切断不良閾値ΔＦ３は、農作物９０の種類等に応じて設定される。本実施形態では、切断不良閾値ΔＦ３は、対象部位９２を切断するために通常必要となる荷重よりも一定の程度大きな荷重に設定されている。

Ｓ１０９で荷重変化量ΔＦが切断不良閾値ΔＦ３に到達していないと判定した場合、言い換えれば荷重変化量ΔＦが切断不良閾値ΔＦ３未満であると判定した場合、制御部６０は、Ｓ１１０で、切断刃３５が変位終了位置に到達したかを判定する。言い換えれば、制御部６０は、切断刃３５を変位終了位置まで変位させ終えたかを判定する。

Ｓ１１０で切断刃３５が変位終了位置に到達していないと判定した場合、制御部６０は、処理をＳ１０８に戻す。
一方、Ｓ１１０で切断刃３５が変位終了位置に到達したと判定した場合、制御部６０は、Ｓ１１１で、切断刃３５を基準位置に戻す。具体的には、制御部６０は、連結部Ｙを回転軸として、切断制御における回転方向と反対方向へ切断刃３５を回転させて、すなわち切断刃３５を切断制御とは逆回転させて、切断刃３５を基準位置に戻す。

図１０Ａに示す例では、ｔａ３時点で切断刃３５による対象部位９２の切断が完了し、ｔａ４時点で切断刃３５が変位終了位置に到達したと判定されている。対象部位９２の切断が完了したこととは、切断刃３５の刃先３５１が対象部位９２を通過したことを指す。対象部位９２の切断が完了すると、検出荷重Ｆは、Ｓ１０９で切断刃３５の変位が開始された時点と同等の荷重まで戻る。また、対象部位９２の切断が完了すると、対象部位９２は、図５Ｂに示す切断線Ｌで切断された状態になる。

Ｓ１１１で切断刃３５を基準位置に戻し終えると、制御部６０は、図９に示すように、本処理を終了する。そして、制御部６０は、先端部材２３を収容かご５０上に移動させ、第２挟持面３２１が第１挟持面３１１から離れるように第２挟持部材３２を変位させて、第１挟持面３１１及び第２挟持面３２１により対象部位９２を挟持している状態を解消する。これにより、果実部９１が収容かご５０に収容される。

また、前述したＳ１０９で荷重変化量ΔＦが切断不良閾値ΔＦ３に到達したと判定した場合、言い換えれば荷重変化量ΔＦが切断不良閾値ΔＦ３以上であると判定した場合、制御部６０は、Ｓ１１２で、切断刃３５を停止させる。つまり、制御部６０は、切断制御を中断する。図１０Ｂに示す例では、ｔｂ２時点で切断刃３５の変位が開始され、ｔｂ３時点で荷重変化量ΔＦが切断不良閾値ΔＦ３に到達したと判定されて切断刃３５が停止されている。

続いて、図９に示すＳ１１３で、制御部６０は、切断刃３５を基準位置に戻す。具体的には、制御部６０は、連結部Ｙを回転軸として切断刃３５を切断制御とは逆回転させて、切断刃３５を基準位置に戻す。切断刃３５が基準位置に戻されると、検出荷重Ｆは、Ｓ１０９で切断刃３５の変位が開始された時点と同等の荷重まで戻る。

続いて、Ｓ１１４で、カウンタＮの値が所定の反復回数Ｎｓに到達したか、言い換えればカウンタＮの値が反復回数Ｎｓ以上かを判定する。反復回数Ｎｓは、切断制御を反復する回数を示すものであって、任意の正数を設定することができる。本実施形態では、一例として、反復回数Ｎｓの値を５と設定している。

Ｓ１１４でカウンタＮの値が反復回数Ｎｓに到達していないと判定した場合、言い換えればカウンタＮの値が反復回数Ｎｓ未満であると判定した場合、制御部６０は、Ｓ１１５でカウンタＮの値を１つ繰り上げる。そして、制御部６０は、処理をＳ１０８に戻す。

一方、Ｓ１１２でカウンタＮの値が反復回数Ｎｓに到達したと判定した場合、言い換えればカウンタＮの値が反復回数Ｎｓ以上であると判定した場合、更に言い換えれば反復回数Ｎｓだけ切断制御を反復しても対象部位９２を切断できなかった場合、制御部６０は、本処理を終了する。そして、制御部６０は、第２挟持面３２１が第１挟持面３１１から離れるように第２挟持部材３２を変位させ、第１挟持面３１１及び第２挟持面３２１により対象部位９２を挟持している状態を解消する。

［１－３．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）収穫装置１は、対象部位９２が荷重センサ３３に接触している状態において切断制御を実行するように構成されている。収穫装置１は、検出荷重Ｆに基づいて切断刃３５を変位させるように構成されている。

検出荷重Ｆは対象部位９２の切断状態によって相違し得るため、上記のような構成によれば、個々の農作物９０に応じた切断制御を実行することが可能となる。
（１ｂ）収穫装置１は、荷重変化量ΔＦが切断不良閾値ΔＦ３に到達した場合に、切断刃３５を停止させるように構成されている。

このような構成によれば、例えば、対象部位９２の切断不良が生じた場合や収穫装置１への負荷が大きくなった場合に切断刃３５が停止されるため、農作物９０を痛めたり収穫装置１に過負荷がかかったりすることを抑制することができる。

（１ｃ）収穫装置１では、荷重センサ３３が第１挟持面３１１に設けられる。収穫装置１は、検出荷重Ｆに基づいて挟持制御を実行し、第１挟持面３１１及び第２挟持面３２１により対象部位９２を挟持している状態において切断制御を実行するように構成されている。

このような構成によれば、単一の荷重センサ３３により対象部位９２の挟持状態及び切断状態の双方を把握することができる。すなわち、対象部位９２の挟持状態を把握するためのセンサを別途備えなくても、個々の農作物９０に応じた挟持制御を実行することが可能となる。

（１ｄ）収穫装置１は、挟持制御を実行中の検出荷重Ｆが挟持閾値Ｆ２に到達した場合に、第２挟持部材３２を停止させるように構成されている。
このような構成によれば、過剰に大きな力で対象部位９２を挟持してしまうことを抑制することができる。したがって、農作物９０を痛めにくくすることができる。

（１ｅ）収穫装置１は、第１挟持面３１１が対象部位９２に近付くように先端部材２３を移動させて検出荷重Ｆが接触閾値Ｆ１に到達した場合に、先端部材２３を停止させて挟持制御を実行するように構成されている。

このような構成によれば、第１挟持面３１１から対象部位９２までの距離を算出しなくても、対象部位９２を挟持するために適当な位置に第１挟持面３１１を配置することができる。

（１ｆ）収穫装置１では、切断制御が実行されていない状態において第１挟持部材３１から刃先３５１が突出しないように、切断刃３５が第１挟持部材３１に支持されている。
このような構成によれば、刃先３５１が農作物９０に引っかかる等して農作物９０を痛めてしまうことを抑制することができる。

（１ｇ）収穫装置１では、荷重センサ３３の検出面３３１側から見たときに荷重センサ３３の周囲を囲むように、弾性部材３４が配置されている。弾性部材３４は、弾性を有する。検出荷重Ｆが挟持閾値Ｆ２に到達したと判定され、第２挟持部材３２が停止された状態において、対象部位９２は、第１挟持面３１１に設けられた荷重センサ３３及び弾性部材３４と、第２挟持面３２１と、により挟持される。

このような構成によれば、弾性部材３４を有さず、荷重センサ３３と第２挟持面３２１とにより対象部位９２を挟持する構成と比較して、対象部位９２の挟持の際に荷重センサ３３にかかる負荷を低減することができる。また、弾性部材３４は弾性を有するため、挟持されている状態の対象部位９２の位置をずれにくくすることができる。さらに、挟持によって対象部位９２を痛めてしまうことを抑制することもできる。

［２．第２実施形態］
［２－１．構成］
第２実施形態は、第１実施形態と基本的な構成は同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同一の符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

第２実施形態に係る収穫装置は、前述した収穫ヘッド３０に代えて、図１１Ａに示す収穫ヘッド３０Ａを備える。収穫ヘッド３０Ａは、基本的には、第１実施形態の収穫ヘッド３０と同様の構成である。ただし、第１実施形態の収穫ヘッド３０では、第１挟持部材３１の側面３１２における長手方向に沿った一方の端部に第２挟持部材３２が連結され、他方の端部に切断刃３５が連結されているのに対して、収穫ヘッド３０Ａでは、第１挟持部材３１の側面３１２における長手方向に沿った一方の端部に第２挟持部材３２及び切断刃３５の双方が連結されている。本実施形態では、前述した第１挟持部材３１と切断刃３５との連結部Ｙに、第２挟持部材３２の長手方向に沿った一方の端部も連結されている。すなわち、第２挟持部材３２及び切断刃３５は、図１１Ｂに示すように、同一の連結部Ｙを回転軸として回転可能に構成されている。なお、図１１Ｂでは、第２挟持部材３２の開位置及び切断刃３５の基準位置を破線で示している。

［２－２．処理］
第２実施形態において制御部６０が実行する収穫処理は、基本的に第１実施形態と同様である。ただし、前述したＳ１０４では、制御部６０は、挟持処理として、前述した連結部Ｘではなく連結部Ｙを回転軸として、開位置に存在している第２挟持部材３２を閉位置に向けて回転移動させる。

［２－３．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果と同様の効果を奏し、更に以下の効果を奏する。

第２実施形態に係る収穫装置では、第２挟持部材３２及び切断刃３５が、いずれも連結部Ｙを回転軸として回転可能に構成されている。そして、この収穫装置は、挟持制御として、連結部Ｙを回転軸として第１挟持部材３１に近付く方向へ第２挟持部材３２を変位させるように構成されている。また、この収穫装置は、切断制御として、連結部Ｙを回転軸として第１挟持部材３１側から第２挟持部材３２側へ切断刃３５を変位させるように構成されている。

このような構成によれば、図１１Ｂに示すように、挟持制御における第２挟持部材３２の変位方向Ｓ１と、切断制御における切断刃３５の変位方向Ｓ２と、が互いに対向する向きになりやすい。すなわち、挟持制御における第２挟持部材３２の回転の接線方向と、切断制御における切断刃３５の回転の接線方向と、が互いに対向する向きになりやすい。このため、挟持されている状態における対象部位９２の切断刃３５による切断性を向上することが可能となる。

［３．第３実施形態］
［３－１．構成］
第３実施形態は、第１実施形態と基本的な構成は同様であるため、相違点について以下に説明する。なお、第１実施形態と同一の符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。

第３実施形態に係る収穫装置は、前述した収穫ヘッド３０に代えて、図１２に示す収穫ヘッド３０Ｂを備える。収穫ヘッド３０Ｂは、基本的には、第１実施形態の収穫ヘッド３０と同様の構成である。ただし、収穫ヘッド３０Ｂは、対象部位９２を挟持するための部材として、第１挟持部材３１及び第２挟持部材３２に加えて第３挟持部材３７を備える。

第３挟持部材３７は、第２挟持部材３２と略同一の形状及び大きさの部材である。以下では、第３挟持部材３７の凹面を第３挟持面３７１という。第３挟持部材３７は、長手方向に沿った一方の端部が、第１挟持部材３１の側面３１２における長手方向に沿った２つの端部のうち、第１挟持部材３１と第２挟持部材３２との連結部Ｘ側と反対側の端部に連結されている。すなわち、第３挟持部材３７の一方の端部は、第１挟持部材３１の側面３１２における、第１挟持部材３１と切断刃３５との連結部Ｙ側と同じ側の端部に連結されている。本実施形態では、連結部Ｙに、第３挟持部材３７は連結されている。そして、第３挟持部材３７は、連結部Ｙを回転軸として、第１挟持面３１１と第３挟持面３７１との開度を変更するように回転可能、すなわち第１挟持部材３１に対して変位可能に構成されている。

第３挟持部材３７の動作は、制御部６０により電気的に制御される。具体的には、制御部６０は、連結部Ｙを回転軸として所定の開位置と閉位置との間で第３挟持部材３７が回転移動するように、第３挟持部材３７の動作を制御する。第３挟持部材３７の開位置及び閉位置は、前述した第２挟持部材３２の開位置及び閉位置とそれぞれ同義である。なお、図１２では、第２挟持部材３２及び第３挟持部材３７それぞれの開位置を破線で示している。

［３－２．処理］
第３実施形態において制御部６０が実行する収穫処理は、基本的に第１実施形態と同様である。ただし、前述したＳ１０４では、制御部６０は、挟持処理として、連結部Ｘを回転軸として、開位置に存在している第２挟持部材３２を閉位置に向けて回転移動させるとともに、連結部Ｙを回転軸として、開位置に存在している第３挟持部材３７も閉位置に向けて回転移動させる。これにより、第１挟持面３１１、第２挟持面３２１及び第３挟持面３７１により、対象部位９２が挟持される。

なお、第２挟持部材３２及び第３挟持部材３７は、第２挟持面３２１及び第３挟持面３７１のそれぞれが対象部位９２に接触するように配置されてもよいし、第２挟持面３２１が対象部位９２に接触して第３挟持面３７１が第２挟持部材３２の凸面に接触するように配置されてもよいし、第３挟持面３７１が対象部位９２に接触して第２挟持面３２１が第３挟持部材３７の凸面に接触するように配置されてもよい。

［３－３．効果］
以上詳述した第３実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果と同様の効果を奏し、更に以下の効果を奏する。

第３実施形態に係る収穫装置では、収穫ヘッド３０Ｂが、第１挟持部材３１及び第２挟持部材３２に加えて第３挟持部材３７を備える。そして、この収穫装置は、挟持制御として、第１挟持部材３１、第２挟持部材３２及び第３挟持部材３７により、対象部位９２を挟持するように構成されている。

このような構成によれば、第１挟持部材３１及び第２挟持部材３２により対象部位９２を挟持する構成と比較して、挟持されている状態の対象部位９２の位置をずれにくくすることができる。これにより、荷重センサ３３の応答性を向上させることも可能となる。

［４．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（４ａ）上記実施形態では、制御部６０は、切断制御を反復回数Ｎｓだけ反復しても対象部位９２を切断できなかった場合に収穫処理を終了する。しかし、前述したように反復回数Ｎｓは任意の正数を設定可能であるため、例えば、反復回数Ｎｓの値を１と設定し、１回の切断制御で対象部位９２を切断できなかった場合に収穫処理を終了する構成としてもよい。すなわち、切断制御を反復しない構成としてもよい。また、反復回数Ｎｓは必ずしも設定されなくてもよく、例えば、対象部位９２の切断が完了するまで切断制御を反復する構成としてもよい。

（４ｂ）上記実施形態では、制御部６０は、荷重変化量ΔＦが切断不良閾値ΔＦ３に到達したと判定した場合に切断制御を中断する。上記実施形態の切断不良閾値ΔＦ３は、対象部位９２を切断するために通常必要となる荷重よりも一定の程度大きな荷重に設定されていることから、制御部６０は、対象部位９２の切断不良が生じた場合に切断制御を中断するとも言い換えられる。しかし、制御部６０が切断制御を中断する理由は、対象部位９２の切断不良に限定されない。例えば、対象部位９２の切断が通常完了しない程度の荷重を閾値に設定し、１回目の切断制御として、荷重変化量ΔＦが当該閾値に到達するまでの切断刃３５の変位量から対象部位９２の性質（例えば硬さ等）を判定する構成としてもよい。そして、判定した対象部位９２の性質に基づいて、２回目以降の切断制御における切断刃３５の動作条件を決定する構成としてもよい。

（４ｃ）上記実施形態では、制御部６０は、切断制御として、第１挟持部材３１側から第２挟持部材３２側へ切断刃３５を変位させて対象部位９２を切断するように構成されているが、切断刃３５の変位方向は、特に限定されない。例えば、制御部６０は、切断制御として、切断刃３５を上記実施形態とは逆回転させ、第２挟持部材３２側から第１挟持部材３１側へ対象部位９２を切断するように構成されてもよい。

上記実施形態のように、切断制御として、制御部６０が切断刃３５を荷重センサ３３から離れる方向へ変位させる場合、検出荷重Ｆは切断刃３５の変位に伴って減少するが、制御部６０が切断刃３５を上記実施形態とは逆回転させる場合、すなわち制御部６０が切断刃３５を荷重センサ３３に近付く方向へ変位させる場合、検出荷重Ｆは切断刃３５の変位に伴って増加する。このような場合であっても、対象部位９２の切断状態については、荷重変化量ΔＦ、つまり切断制御の実行に伴う検出荷重Ｆの変化量を基に判定されるため、上記実施形態と同様に判定可能である。

（４ｄ）上記実施形態では、制御部６０は、第１挟持部材３１との連結部を回転軸として第２挟持部材３２を回転移動させ、第１挟持面３１１と第２挟持面３２１との開度を変更するように構成されている。しかし、第１挟持部材３１に対する第２挟持部材３２の変位方法は、回転移動に限定されない。例えば、制御部６０は、第２挟持部材３２を第１挟持部材３１に対して平行移動させ、第１挟持面３１１と第２挟持面３２１との間隔を変更するように構成されてもよい。上記第３実施形態における第３挟持部材３７についても同様である。

（４ｅ）上記実施形態では、切断刃３５は、第１挟持部材３１の側面３１２に沿って第１挟持部材３１の外部に配置され、第１挟持部材３１により支持されている。しかし、切断刃３５の配置は特に限定されず、例えば、切断刃３５は、第１挟持部材３１の内部に収容されるように配置されてもよい。

また例えば、切断刃３５は、第１挟持部材３１ではなく第２挟持部材３２又は第３挟持部材３７により支持されてもよい。すなわち、第２挟持部材３２又は第３挟持部材３７が、切断刃３５を支持するための支持部材として機能してもよい。

また、このような支持部材は、必ずしも対象部位９２を挟持するための挟持部材と兼ねなくてもよい。すなわち、このような支持部材は、挟持部材と別個の部材として設けられてもよい。

（４ｆ）上記実施形態では、荷重センサ３３は第１挟持面３１１に設けられているが、荷重センサ３３は対象部位９２に接触する他の面に設けられてもよい。例えば、荷重センサ３３は、第２挟持面３２１又は第３挟持面３７１に設けられてもよい。

（４ｇ）上記実施形態では、収穫ヘッド３０は第１挟持部材３１に支持される切断刃３５を有するが、例えば、収穫ヘッド３０は、第２挟持部材３２や第３挟持部材３７といった第１挟持部材３１と異なる部材に支持される別の切断刃を有してもよい。そして、収穫ヘッド３０は、２つの切断刃をハサミとして機能させて対象部位９２を切断するように構成されてもよい。

（４ｈ）上記実施形態では、第１挟持部材３１はロボットアーム２０の先端部材２３に固定されているが、第１挟持部材３１は必ずしも先端部材２３に固定されなくてもよい。言い換えれば、上記実施形態では、第１挟持部材３１及び第２挟持部材３２のうち第２挟持部材３２のみが先端部材２３に対して変位可能に構成されているが、例えば、第１挟持部材３１及び第２挟持部材３２の双方が先端部材２３に対して変位可能に構成されてもよい。

（４ｉ）上記実施形態では、収穫ヘッド３０は第１挟持部材３１及び第２挟持部材３２を有するが、収穫ヘッド３０は必ずしもこのような挟持部材を有さなくてもよい。例えば、収穫ヘッド３０が対象部位９２に接触するための接触部材を有し、当該接触部材に設けられた荷重センサ３３に対象部位９２が接触して、当該接触部位により対象部位９２の位置が規制されている状態において、対象部位９２を挟んで接触部材と反対側から接触部材側へ切断刃３５を変位させて対象部位９２を切断する構成としてもよい。

（４ｊ）上記実施形態では、収穫ヘッド３０は単一の荷重センサ３３を有するが、収穫ヘッド３０は荷重センサ３３以外のセンサを有してもよい。例えば、収穫ヘッド３０は、対象部位９２の接触状態や挟持状態を把握するためのセンサとして、荷重センサ３３とは異なる荷重センサを有してもよいし、光センサ等の公知のセンサを有してもよい。

（４ｋ）上記実施形態では、収穫ヘッド３０は弾性部材３４を備えるが、収穫ヘッド３０は必ずしも弾性部材３４を備えなくてもよい。
（４ｌ）上記実施形態では、収穫ヘッド３０は２つのガイド部材３６Ａ，３６Ｂを備えるが、ガイド部材の個数は特に限定されない。また、収穫ヘッド３０は、必ずしもガイド部材を備えなくてもよい。

（４ｍ）上記実施形態では、収穫装置１の操作者が収穫対象とする果実部９１を選定するが、例えば、制御部６０が、カメラ４０による撮像画像を解析する等して収穫対象とする果実部９１を選定してもよい。

（４ｎ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。

（４ｏ）本開示は、前述した収穫装置１の他、収穫装置１を構成する制御部６０、制御部６０としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、農作物９０を収穫する方法など、種々の形態で実現することができる。

１…収穫装置、１０…台車、２０…ロボットアーム、２３…先端部材、３０，３０Ａ，３０Ｂ…収穫ヘッド、３１…第１挟持部材、３１１…第１挟持面、３２…第２挟持部材、３２１…第２挟持面、３３…荷重センサ、３４…弾性部材、３５…切断刃、３５１…刃先、３６Ａ，３６Ｂ…ガイド部材、３７…第３挟持部材、３７１…第３挟持面、４０…カメラ、５０…収容かご、６０…制御部、９０…農作物、９１…果実部、９２…対象部位。

Claims (5)

1. 農作物を収穫するための収穫装置であって、
   前記農作物における対象部位に貫入するように変位可能に支持されている切断刃と、
   前記農作物に対して移動可能に構成された移動部材と、
   第１挟持面を有し、前記移動部材により支持されている第１挟持部材と、
   第２挟持面を有し、前記移動部材により支持されている第２挟持部材と、
   前記第１挟持面に設けられ、外部から作用する荷重を検出可能に構成された荷重センサと、
   前記荷重センサにより検出される前記荷重に基づいて、前記第２挟持面が前記第１挟持面に近付くように前記第２挟持部材を変位させ、前記第１挟持面及び前記第２挟持面により前記対象部位を挟持する挟持制御と、前記対象部位が前記荷重センサに接触している状態において、前記荷重センサにより検出される前記荷重に基づいて前記切断刃を変位させて前記対象部位を切断する切断制御と、を実行するように構成された制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記第１挟持面が前記対象部位に近付くように前記移動部材を移動させて前記荷重が所定の接触閾値に到達した場合に、前記移動部材を停止させて前記挟持制御を実行し、
   前記第１挟持面及び前記第２挟持面により前記対象部位を挟持している状態において前記切断制御を実行するように構成されている、収穫装置。
2. 請求項１に記載の収穫装置であって、
   前記制御部は、前記挟持制御を実行中の前記荷重が所定の挟持閾値に到達した場合に、前記第２挟持部材を停止させるように構成されている、収穫装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の収穫装置であって、
   前記制御部は、前記第１挟持部材側から前記第２挟持部材側へ前記切断刃を変位させて前記対象部位を切断するように構成されている、収穫装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の収穫装置であって、
   前記制御部は、前記切断制御の実行に伴う前記荷重の変化量が所定の切断不良閾値に到達した場合に、前記切断刃を停止させるように構成されている、収穫装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の収穫装置であって、
   支持部材を更に備え、
   前記切断刃は、前記切断制御が実行されていない状態において前記支持部材から刃先が突出しないように、前記支持部材に支持されている、収穫装置。

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