JP7258724B2 - 自動収穫ロボットによる自動収穫システム - Google Patents

Description

本発明は、自動収穫ロボットによる自動収穫システムに関する。

果実畑において、複数区画にした果実苗床に果実吊下展開面を設け、各果実吊下展開面に沿って台車走行路を配置し、その台車走行路に走行ナビゲートラインを施工すると共に走行ナビゲートラインを読みながら走行ナビゲートラインに沿って走行する、収穫可能果実検出装置と、果実収穫機構と、果実収容トレイ機構とを搭載した収穫車両が公知である。（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１６－０７３２６５号公報

しかしながら、上記特許文献１においては、収穫するラインの順序を予めプログラムする必要があるという課題がある。

本発明は、収穫するレーンを簡素な方法で確実に選択して収穫作業を行える自動収穫ロボットによる自動収穫システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、
第１の本発明は、
複数並設する栽培ベッド間の複数の収穫レーンにそれぞれ設ける移動レール上と、前記収穫レーンの一端側に移動レールと交差する方向に設ける走行スペースを自動走行しながら、前記栽培ベッドで栽培する果菜類を摘果する自動収穫ロボットに、前記栽培ベッド間の収穫レーンに予め載置される果菜類の収穫用の収容容器を検出する容器検出センサと、前記移動レールを検出するレールセンサを設け、
前記自動収穫ロボットは、前記自動収穫ロボットが走行スペースを走行中に前記レールセンサが前記移動レールを検出すると停止し、該停止位置で前記容器検出センサが前記収容容器を検出すると当該収穫レーンに入って収穫作業を開始し、該停止位置で前記容器検出センサが前記収容容器を検出しないと当該収穫レーンに入らず次の収穫レーンに向けて走行を開始する選択走行を行うことを特徴とする自動収穫ロボットによる自動収穫システムである。
第２の本発明は、
前記容器検出センサによる前記収容容器の検出は、前記収容容器に取り付ける被検出体を検出することを特徴とする第１の本発明の自動収穫ロボットによる自動収穫システムである。
第３の本発明は、
前記収容容器は、前記収容容器を載置する収容容器載置台に多段に段積みして載置し、前記収容容器載置台に設ける前記収容容器を固定する収容容器固定手段により前記収容容器の載置位置を固定することを特徴とする第１又は２の本発明の自動収穫ロボットによる自動収穫システムである。
第４の本発明は、
前記栽培ベッド間の収穫レーンには少なくとも一対の前記自動収穫ロボットの移動レールを設け、前記移動レール上に前記収容容器載置台を載置し、移動レールの始端側をＵの字に形成し、前記収容容器載置台の走行スペース側の端縁部に、移動レールの方向に延びるアームを形成し、該アームの端を前記Ｕの字部分に係止させることを特徴とする第３の本発明の自動収穫ロボットによる自動収穫システムである。
本発明に関連する第１の発明は、
複数並設する栽培ベッド間の収穫レーンを自動走行しながら、前記栽培ベッドで栽培する果菜類を摘果する自動収穫ロボットに、前記栽培ベッド間の収穫レーンに予め載置する果菜類の収穫用の収容容器を検出する容器検出有無センサを設け、
前記容器検出有無センサが前記収容容器を検出した前記栽培ベッド間の収穫レーンを選択して走行し、収穫作業を行うことを特徴とする自動収穫ロボットによる自動収穫システムである。

本発明に関連する第２の発明は、
前記容器検出有無センサによる前記収容容器の検出は、前記収容容器に取り付ける被検出体を検出することを特徴とする本発明に関連する第１の発明の自動収穫ロボットによる自動収穫システムである。

本発明に関連する第３の発明は、
前記収容容器は、前記収容容器を載置する収容容器載置台に多段に段積みして載置し、前記収容容器載置台に設ける前記収容容器を固定する収容容器固定手段により前記収容容器の載置位置を固定することを特徴とする本発明に関連する第１又は第２の発明の自動収穫ロボットによる自動収穫システムである。

本発明に関連する第４の発明は、
前記栽培ベッド間の収穫レーンには少なくとも一対の前記自動収穫ロボットの移動レールを設け、前記移動レール上に前記収容容器載置台を載置することを特徴とする本発明に関連する第３の発明の自動収穫ロボットによる自動収穫システムである。

本発明に関連する第５の発明は、
前記収容容器載置台を前記移動レールに固定する載置台固定部材を設けることを特徴とする本発明に関連する第４の発明の自動収穫ロボットによる自動収穫システムである。

第１の本発明によると、容器検出センサと、レールセンサの検出で収穫レーンの状況の作業の必要性の有無を判別できるので、作業の制御を簡素にすることができる。
第２の本発明によれば、第１の本発明の効果に加え、被検出体を設けることで、収容容器の検出精度を上げることができるため、収穫可能な栽培ベッド間のレーンを確実に選択できる。
第３の本発明によれば、第１又は第２の本発明の効果に加え、収容容器を同じ位置にすることができるため、容器検出センサによる検出精度が向上する。
第４の本発明によれば、収穫ロボットが載置台上を走行することによる載置台のずれを防止しやすいという効果を奏する。
本発明に関連する第１の発明により、収容容器を載置している栽培ベッド間のレーンを簡易に選択して収穫作業ができる。

本発明に関連する第２の発明により、被検出体を設けることで、収容容器の検出精度を上げることができるため、収穫可能な栽培ベッド間のレーンを確実に選択できる。

本発明に関連する第３の発明により、収容容器を同じ位置にすることができるため、容器検出センサによる検出精度が向上する。

本発明に関連する第４の発明により、収容容器の最下段を地面より高い位置に設けることで収容容器を自動収穫ロボットが取り込みやすい。

本発明に関連する第５の発明により、収容容器を同じ位置にすることができ、検出精度が向上する。

本発明における実施の形態にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの平面図 本発明における実施の形態にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの平面図 本発明における実施の形態にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの正面図 本発明における実施の形態にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの平面図 本発明における実施の形態の別の実施例にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの平面図 図５の実施例の自動収穫ロボットによる自動収穫システムの平面図 本発明における実施の形態の更に別の実施例にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの平面図 図７の実施例にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの平面図 図７の実施例にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの平面図 図１の本発明における実施の形態にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの正面図 図１の本発明における実施の形態にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの平面図 図１の本発明における実施の形態にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの正面図 図１の本発明における実施の形態にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの正面図 図１の本発明における実施の形態にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの正面図 本発明における実施の形態にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの正面図 （Ａ）、（Ｂ）図１５の実施の形態との比較例を示す正面図 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）それぞれ、本発明における実施の形態にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの載置台の正面図、側面図、平面図 （Ａ）、（Ｂ）それぞれ、本発明における実施の形態にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの載置台とレールの正面図、平面図 本発明における実施の形態にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの動作を悦明するための平面図 本発明における実施の形態にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの平面図 図２０に対する比較例を示す自動収穫ロボットによる自動収穫システムの平面図 図２０に対する比較例を示す自動収穫ロボットによる自動収穫システムの平面図 本発明における実施の形態にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの一実施例の平面図 本発明における実施の形態にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの別の実施例の平面図 本発明における実施の形態にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの更に別の実施例の平面図 本発明における実施の形態にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの一実施例の平面図 本発明における実施の形態にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの一実施例の平面図 図２６、図２７の実施例との比較例を示す自動収穫ロボットによる自動収穫システムの一実施例の平面図 図３１の本発明における実施の形態にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの一実施例との比較例の平面図 図３１の本発明における実施の形態にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの一実施例との比較例の平面図 本発明における実施の形態にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの一実施例の平面図 本発明における実施の形態にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの制御装置を中心とするブロック図

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。図１は本発明の実施の形態にかかる自動収穫ロボットによる自動収穫システムの平面図である。

図１において、１は本実施の形態の自動収穫システムにおける栽培ベッド、２はそれら栽培ベッド１間の収穫レーン、３は果菜類を収納する収容容器、４は収穫レーンを走行しながら栽培ベッド１で栽培する果菜類を把持具で摘果する自動収穫ロボット、５はその自動収穫ロボットに設けられた容器有無センサ、６は自動収穫ロボットが走行する走行スペースである。栽培ベッド１及び収穫レーン２は多数併設されている。上記容器有無センサ５は、本発明の容器検出センサの一例であり、収容容器３の有無に限らず他の情報も読み取ることが出来るものである。

あらかじめ収穫すべき収穫レーン２に空の収容容器３を置いておく。そこで、自動収穫ロボット４は走行スペース６を走行しながら、容器有無センサ５で収穫レーン２をセンシングしていき、収容容器３が検出されると、その収穫レーン２で収穫することとする。また、図２のように、収容容器３が無い収穫レーン２では収穫を行わない。このようにすれば収穫レーン２をあらかじめプログラムで設定するような手間がなくなる。図３２は、そのような制御を行うためのブロック図である。

そのような容器有無センサ５によるセンシングは正確に行う必要がある。例えば、図３に示すように栽培ベッド１や給液配管等の存在により収穫レーン２を正確に検出しづらいことがある。なお、図３は走行スペース６側から栽培ベッド１や収穫レーン２側を見た図である。そこで、図４に示すように、自動収穫ロボット４に更に、自動収穫ロボット４の移動レール（以下単にレールと称する）２１、２１をセンシングするレールセンサ７を設ける。

すなわち、自動収穫ロボット４は容器有無センサ５をオフした状態で、走行スペース６を走行しながら、レールセンサ７でレール２１，２１をセンシングしていく。そして、レール２１、２１を検出した場合、停止する。そこで、容器有無センサ５がオンとなり、収容容器３の有無をセンシングする。無ければ収穫動作に入らず、容器有無センサ５は再びオフとしたうえで、レールセンサ７で検出しながら走行スペース６を更に進ませる。

なお、それらレール２１，２１は本実施例では温湯管を兼ねている。ここに温湯管とはハウス内を暖房する温湯が通過する管である。

図５は別の実施例であって、走行スペース６の収穫レーン２に対応する位置にレーン目印８が設けられている。他方、自動収穫ロボット４の側部にはそのレーン目印８をセンシングする目印センサ９が設けられている。そこで、図６に示すように、レールセンサ７に代えて、この目印センサ９によって、収穫レーン２を正確に検出することが出来る。容器有無センサ５の動作は上述した動作と同じである。

図７は更に別の実施例であって、レールセンサ７や目印センサ９を設けず、いわゆる空容器の取り込み動作を制御するための空容器取り込みセンサ１０を兼用するものである。すなわち、自動収穫ロボット４の前側の左右に、投光部１０ａと、受光部１０ｂで構成されるセンサ１０を設けておく。そして、各収穫レーン２，２，・・・毎に、自動収穫ロボット４をレーン２に進入させ、その投光、受光動作によって、収容容器３の有無を判断させる。図８に示すように、光が受光出来なければ収容容器３が有るということになり、収穫作業に進む。逆に図９に示すように、光が受光出来れば収容容器３が存在しないということになり、走行スペース６へ戻る。これによって、センサの数を節約できることになる。従来技術のように、全ての収穫レーンを全て奥まで走らせて行くやり方に比べて、全ての収穫レーン２の入り口までしか入らないので効率は比較的良い。

次に、上述した、容器有無センサ５で収容容器３を検出する場合について説明する。

図１０、図１１に示すように、収容容器３の走行スペース６側の所定の位置には反射材などの被検出体１１が取り付けられている。他方、自動収穫ロボット４の内部の内面の、被検出体１１の位置に対応した位置に、容器有無センサ５が取り付けられている。図１０は、収容容器３と、自動収穫ロボット４とが隣り合う収穫レーン２，２に位置している状態を示している。

そして、走行スペース６を走行しながら、その容器有無センサ５はオン状態としておき、図１１に示すように、栽培ベッド１のところ（Ｘ）では収容容器３の被検出体１１は検出できず、収容容器３のあるところ（Ｙ）の収穫レーン２のところに来ると、検出し、自動収穫ロボット４は停止する。これによって収容容器３と収穫レーン２の検出を同時に正確に実現できる。

なお、図１２に示すように、その被検出体１１は特徴的な模様であってもよい。例えば２次元バーコードであってもよい。いろいろな情報を含めることが出来るからである。例えば、最後の収穫レーン２の模様をそれまでの模様と違う模様とし、そこが最後のレーンであることを示し、それ以上移動しないように制御させるなどである。

また、図１３に示すように、その被検出体１１が所定の位置に一個だけだと収容容器３が多段に積まれている場合、その上下配置ミスなどの原因で誤検知が起こりうる。そこで、図１４に示すように、全ての収容容器３に被検出体１１を付けておくことが望ましい。そのようにすればどのように重ねても誤検知は起こらない。

次に、自動収穫ロボット４の収容容器３の取込み構造について説明する。図１５は、自動収穫ロボット４が収容容器３を取り込みやすくするための構造を示す。すなわち、収容容器３を置く場所のレール２１、２１の上に、自動収穫ロボット４の車体が乗り越えやすい程度に薄い厚さの収容容器載置台（以下単に載置台と称する）１２を置き、その上に収容容器３をセットしておく。４１はレール２１上を走るための車輪であり、４３は床を走るための車輪であり、４２はその床用車輪４２の保持部材である。

その状態で、自動収穫ロボット４がレール２１、２１上に乗り込み、その載置台１２の上に移動する。その状態で、挟持部材１３でもって収容容器３を鋏みながら保持する。その後、その載置台１２から降りてレール２１上を奥へ進んで行き、摘果を始める。

図１６は、このような載置台１２を用いない比較例であって、（Ａ）は収容容器３の幅がレール２１、２１の幅より小さい場合であって、収容容器３の持ち上げが難しい。また（Ｂ）は収容容器３の幅がレール２１、２１の幅より大きい場合であって、レール２１、２１の上の走行が困難になり、自走収穫ロボット４の車体幅が大きくなってしまう。

図１７はこの載置台１２の更なる工夫を示す。即ち、載置台１２上に収容容器３を載置する場合、その位置が正確になる必要がある。特に、収穫レーン２を検出するためにその収容容器３を利用する場合、正確な制御が必要となる。そこで、載置台１２の４隅に切り欠き部１２ａを設け、他方、収容容器３の下面に４本の脚３ａを設け、載置台１２の上に収容容器３を載置する際、それらの脚３ａを切り欠き部１２ａに嵌入することによって、収容容器３を載置台１２に対して正確な位置にセット出来る。ここに、上記切り欠き部１２ａと脚３ａは、本発明の収容容器の収容容器固定手段の一例である。

更に、載置台１２のレール２１に対する位置も正確さが大事になる。そこで、図１８に示すように、レール２１の走行スペース６側がＵの字になっている場合、載置台１２の走行スペース６側の端縁部１２ｃにレール２１の方向に延びるアーム１２１を形成し、さらにそのアーム１２１の端をレール２１のＵの字の部分２１ａに係止させることで、レール２１の方向における載置台１２のズレを防止する。他方、その載置台１２の端縁部１２ｃを下方に折り曲げた部分１２ｂで、レール２１の幅方向へのズレを防止する。

このように、図１９に示すように、収容容器３の、載置台１２に対する縦横方向の位置が正確になるとともに、更に載置台１２の、レール２１に対する縦横方向の位置も正確となり、これによって、収容容器３がレール２１に対して常に正確な位置に載置できることとなる。その結果、自動収穫ロボット４が走行スペース６を走行する際、収容容器３を停止の目印にする場合の精度が向上する。ここに、上記端縁部１２ｃ、アーム１２１、Ｕの字の部分２１ａ、折り曲げた部分１２ｂなどは、本発明の載置台固定部材の一例である。

次に、走行スペース６を走行する際の方向について説明する。図２０に示すように、走行スペース６の走行は一方向にのみ移動することとする。図２０において、収納容器３の中の複数の黒丸は収穫済みを示す符号である。一方方向ではなく、図２１に示すように、逆方向へも移動できるようにすると、図２２に示すように、収穫済み容器か、空容器かの区別がつかなくなり、誤動作の恐れが発生する。一方向のみ移動するとしておけば、制御も容易である。なお、収容容器３の収穫済みか空かを識別する別の手段など工夫しておけば逆方向への移動も許されることになるが、構造が複雑となる。

次に走行スペース６の終端を判断する方法を説明する。図２３は、この植物工場の壁を検知する方法を示す。自動収穫ロボット４の側部に温室の壁１５を検知する壁検知センサ１４を取り付けて、その壁検知センサ１４によって、壁１５を検知することによって、走行スペース６の終端を判断する。

あるいは、図２４に示すように、走行スペース６の終端位置に、その終端を示す終端目印１６を設けておき、自動収穫ロボット４の側部に、その終端目印１６を検知する終端センサ１７を設け、それによって終端目印１６を検知することで、走行スペース６の終端を判断させる。なお、壁１５より手前で作業を終了させたい場合は、その終端目印１６’を壁１５より手前の希望の位置に置くことで、実現できる。

あるいは、図２５に示すように、自動収穫ロボット４が走行スペース６を走行する場合、その中央に引かれた磁気テープなどのライン６１を常に検出するラインセンサ１８を、自動収穫ロボット４の側部に設けておき、且つ、走行スペース６の終端位置でそのライン６１を切断しておく（その端部は６１ａ）。それによって、そのラインセンサ１８がライン６１を検出できなくなった位置で終端を検知出来、停止できる。

次に、走行スペース６の両側に栽培ベッド１がそれぞれ配置されているような温室の場合、上述のようにして、終端を検知した後、図２６に示すように、自動収穫ロボット４が矢印Ａのように旋回する。その後、図２７に示すように一方向に走行して収穫を行う。これに対して、図２８に示すように、所定の収穫レーン２ａで収穫した後、走行スペース６のその場で旋回し、反対側の収穫レーン２ｂに向かわせるやり方は、非常に不効率といえる。

次に、自動収穫ロボット４のスタート位置について説明する。図２９に示すように、走行スペース６の上に自動収穫ロボット４を置いておいて、そこからスタートさせると通行の妨げになる問題がある。また、図３０に示すように、待機エリアからスタートさせる場合は、例えば走行ガイドライン６１とラインセンサ１８との位置合わせが必要となる。あるいは、走行スペース６上のかなり遠方の収穫レーン２からスタートさせたい場合は、そこまでの移動時間が無駄になる。

そこで、図３１に示すように、収容容器３が置かれた収穫レーン２のレール２１上に自動収穫ロボット４を設置し、そこからスタートさせることが望ましい。これによって、通行の妨げにはならず、また、温室の奥のレーン２からでもスタート出来、時間が節約できる。勿論、レール２１の上であるから位置調整が容易になる。

図３２は上述した各種センサからの出力信号を入力する制御装置１００と、その制御装置１００からの制御出力信号に従って、前進、旋回、などの走行を行う走行系統機構２００を示すブロック図である。

なお、本発明の自動収穫ロボットは、上記記載以外の機能や構造は公知の機能や構造を有するものである。

なおまた、本発明の自動収穫ロボットによる自動収穫システムは、トマトなどに限らず、複数の収穫レーンと、それに沿った走行スペースを備え、自動収穫ロボットを走行させえて収穫を行う広い分野に適用可能である。

本発明は、収穫するレーンを簡素な方法で確実に選択して収穫作業を行える自動収穫ロボットによる自動収穫システムを提供でき、植物工場などに有用である。

１ 栽培ベッド
２ 収穫レーン
２１ 自動収穫ロボットの移動レール
３ 収容容器
４ 自動収穫ロボット
５ 容器有無センサ
６ 走行スペース
６１ 走行ガイドライン
７ レールセンサ
８ レーン目印
９ 目印センサ
１０ 空容器取り込センサ（１０ａ投光部、１０ｂ受光部）
１１ 被検出体
１２ 載置台
１２ａ 切り欠き部
１２ｂ 折り曲げた部分
１２ｃ 端縁部
１２１ アーム
１３ 挟持部材
１４ 壁検知センサ
１５ 壁
１６ 終端目印
１７ 終端センサ
１８ ラインセンサ
１００ 制御装置
２００ 走行系統機構

Claims (4)

1. 複数並設する栽培ベッド間の複数の収穫レーンにそれぞれ設ける移動レール上と、前記収穫レーンの一端側に移動レールと交差する方向に設ける走行スペースを自動走行しながら、前記栽培ベッドで栽培する果菜類を摘果する自動収穫ロボットに、前記栽培ベッド間の収穫レーンに予め載置される果菜類の収穫用の収容容器を検出する容器検出センサと、前記移動レールを検出するレールセンサを設け、
   前記自動収穫ロボットは、前記自動収穫ロボットが走行スペースを走行中に前記レールセンサが前記移動レールを検出すると停止し、該停止位置で前記容器検出センサが前記収容容器を検出すると当該収穫レーンに入って収穫作業を開始し、該停止位置で前記容器検出センサが前記収容容器を検出しないと当該収穫レーンに入らず次の収穫レーンに向けて走行を開始する選択走行を行うことを特徴とする自動収穫ロボットによる自動収穫システム。
2. 前記容器検出センサによる前記収容容器の検出は、前記収容容器に取り付ける被検出体を検出することを特徴とする請求項１記載の自動収穫ロボットによる自動収穫システム。
3. 前記収容容器は、前記収容容器を載置する収容容器載置台に多段に段積みして載置し、前記収容容器載置台に設ける前記収容容器を固定する収容容器固定手段により前記収容容器の載置位置を固定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自動収穫ロボットによる自動収穫システム。
4. 前記栽培ベッド間の収穫レーンには少なくとも一対の前記自動収穫ロボットの移動レールを設け、前記移動レール上に前記収容容器載置台を載置し、移動レールの始端側をＵの字に形成し、前記収容容器載置台の走行スペース側の端縁部に、移動レールの方向に延びるアームを形成し、該アームの端を前記Ｕの字部分に係止させることを特徴とする請求項３に記載の自動収穫ロボットによる自動収穫システム。

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