收获方法与流程

本发明涉及一种收获果实等对象物的收获方法。

背景技术：

期待实现农作物的收获作业的自动化。

以往，作为进行自动收获的装置，例如已知专利文献1中记载的收获装置。图1是专利文献1公开的收获装置的概要结构图。专利文献1公开的收获装置具备：连接管94，其与吸附果实的真空垫95连接，且与未图示的真空吸引装置相连；和电动机93，其使真空垫95旋转以及振动。该收获装置通过真空垫95吸附果实90且使真空垫95旋转以及振动，从而使枝92上结的果实90在离层91处与枝92分离。

在先技术文献

专利文献1：日本特开昭63-141517号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

然而，在上述现有的收获装置中，由于对果实的表面的一部分进行真空吸引，因此在果实上残留有吸引后的痕迹等而成为损伤的原因。

本发明的目的在于，提供一种抑制损伤产生而收获对象物的收获装置。

用于解决课题的方案

本发明的一个方式的收获方法是使用收获装置的收获方法，所述收获装置具备；引入机构，其将成为植物的多个对象物中的一个对象物引入；和收获机构，其收获引入的对象物。所述收获方法包括：引入工序，在该引入工序中，引入机构将对象物向远离植物的方向引入；插入工序，在该插入工序中，将收获机构向引入的对象物的下方插入；以及切离工序，在该切离工序中，插入的收获机构将对象物从植物切离。

发明效果

根据本发明，能够抑制损伤产生而收获对象物。

附图说明

图1是现有的收获装置的概要结构图。

图2是示出本发明的实施方式的收获装置的外观的立体图。

图3是仅示出图2所示的引入构件的外观的立体图。

图4是示出图2所示的引入构件驱动部最大限度后退的情况下的收获装置的情形的立体图。

图5是示出图2所示的上侧收获环的外观的立体图。

图6是示出图2所示的下侧收获环的外观的立体图。

图7是示出从相反侧观察到的图2所示的收获装置的外观的立体图。

图8是示出收获的对象物即果实的果实串的图。

图9是示出用于在离层处更可靠地分离果实的收获装置的动作顺序的流程图。

图10是用于说明收获装置的动作的图。

图11是用于说明收获装置的动作的图。

图12是用于说明收获装置的动作的图。

图13是用于说明收获装置的动作的图。

图14是用于说明收获装置的动作的图。

图15是用于说明收获装置的动作的图。

图16是用于说明收获装置的动作的图。

图17是用于说明收获装置的动作的图。

图18是用于说明收获装置的动作的图。

图19是示出实现收获机构的旋转振动的顺序的流程图。

图20是示出作为旋转振动的成分的上下方向以及前后方向的振动的相位的图。

图21是示出变形例的引入构件的外观的立体图。

附图标记说明

1、2、31、32 引入构件

1a、2a、8a、9a、31a、32a 圆弧部

1s、2s 直线部

3 引入构件保持件

3a 槽构造

3b 销槽

3c、4b 凹部

4 引入构件驱动部

5 引入电动机

6 小齿轮

7 驱动部引导件

8 上侧收获环

8b、9b V形槽

9 下侧收获环

9c 引导槽

10 销

11 离断电动机

12 结合构件

13 电动机保持件

14 臂

15 滑座

15a 捕获环

16 基座

17 滑动电动机

18 俯仰电动机

100 收获装置

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

在专利文献1公开的技术中，收获装置的拉拽、扭转、弯曲等的力不仅作用于离层91，还作用于从果实90到枝92的支承部的整个范围。因此，在果实90如西红柿那样具有蒂(ヘた)的情况下，果实90不一定在离层91处分离，果实90有可能在蒂处分离。蒂分离后的西红柿等果实90从色调的审美观点、以及难以确认新鲜度的方面考虑，也存在商品价值降低的情况。另外，在果实90难以在离层91处分离的情况下，向枝92等作用过度的力则成为损伤枝92等及其支承部的原因。对此，对能够解决上述课题的收获装置进行说明。

图2是示出本发明的实施方式的收获装置100的外观的立体图。在图2中，收获装置100具有：引入机构(即引入构件1、2等)，其用于将西红柿等果实引入收获装置100；收获机构(上侧收获环8、下侧收获环9等)，其用于使该果实不在蒂处而在离层处分离；以及控制装置(未图示)。控制装置进行收获装置100的各种动作的控制。

需要说明的是，在以下的说明中，上下方向是与重力平行的方向，下方向是地球的重力拉拽果实等的朝向，上方向是与下方向相反的方向。另外，前后方向是从收获装置100观察到的果实的接近远离方向，前方向是收获装置100接近果实的方向，后方向是收获装置100远离果实的方向。

收获装置100的收获对象物是结在枝上的果实等。更详细而言，是具有果梗和离层的果实。作为这样的果实的例子，除了西红柿以外，还可以举出草莓、蓝莓、木莓等。

上述的果实在多数情况下密集多个地结在枝上。对此，收获装置100为了仅收获所希望的果实而具有引入构件1、2，来作为仅将特定的果实引至收获装置100侧的机构。

图3是仅示出图2所示的引入构件1、2的外观的立体图。

引入构件1、2为弹性构件，具有长方体状的直线部1s、2s、在直线部1s、2s的一端设置的圆弧部1a、2a、以及在直线部1s、2s的另一端设置的固定端1b、2b，引入构件1、2分别呈J字状。引入构件1、2成对地配置为U字状。需要说明的是，引入构件1、2可以仅圆弧部1a、2a为弹性构件。

再次参照图2。引入构件保持件3在两侧具有直线状的槽构造3a。槽构造3a将引入构件1、2保持为能够滑动，使引入构件1、2的圆弧部1a、2a弹性变形而将其收纳或者使其突出。

引入构件驱动部4是保持引入构件1、2的固定端1b、2b且驱动引入构件1、2的机构。另外，在引入构件驱动部4的中央的一部分形成有齿条4a。另外，引入构件驱动部4具有凹部4b。

驱动部引导件7借助引入构件驱动部4的凹部4b而将引入构件驱动部4保持为能够直线移动。如图4所示，引入构件保持件3通过销10而支承于驱动部引导件7的面上，能够在销槽3b的容许范围内直线状地移动。

在驱动部引导件7搭载有引入电动机5。在引入电动机5的旋转轴上连接有小齿轮6，小齿轮6与齿条4a卡合。在此，当引入电动机5旋转时小齿轮6旋转，引入构件驱动部4相对于驱动部引导件7直线状地移动。通过上述的驱动机构对引入构件驱动部4进行驱动，由此，一对引入构件1、2的圆弧部1a、2a能够向远离枝的方向引入所希望的果实。

需要说明的是，如图4所示，在引入构件驱动部4最大限度后退的情况下，引入构件1、2的圆弧部1a、2a发生弹性变形而成为大致平板状，并收纳在槽构造3a内。另外，如图2所示，在引入构件驱动部4最大限度前进的情况下，引入构件1、2的圆弧部1a、2a弹性恢复至自由状态即圆弧状，且彼此的前端接近。

上侧收获环8(参照图5)和在其铅垂下方配置的下侧收获环9(参照图6)是用于对引入构件1、2完成引入后的所希望的果实进行收获的机构。

上侧收获环8、下侧收获环9均具有形成为大致半圆弧状的圆弧部8a、9a(相当于环部)。圆弧部8a、9a分别使果实穿过其内侧，并且在其一部分具有V形槽8b、9b。V形槽8b、9b是朝向下侧凹陷的凹陷部，在上侧收获环8与下侧收获环9的上侧重叠的状态下，V形槽8b与V形槽9b嵌合。如图6所示，在下侧收获环9上一体地形成有引导槽9c。下侧收获环9将上侧收获环8保持为能够沿着引导槽9c直线状地滑动。

需要说明的是，存在相对于将上侧收获环8的圆弧部8a作为其一部分的圆而垂直地穿过该圆的中心的中心轴、以及相对于将下侧收获环9的圆弧部9a作为其一部分的圆而垂直地穿过该圆的中心的中心轴。以上述的中心轴与相对于将引入构件保持件3的圆弧状的凹部3c作为其一部分的圆而垂直地穿过该圆的中心的中心轴大致平行的方式，通过结合构件12将驱动部引导件7与下侧收获环9之间连接。

图7是示出从相反侧观察到的图2的收获装置100的外观的立体图。在下侧收获环9上借助电动机保持件13而固定有离断电动机11。离断电动机11的旋转轴经由臂14而与上侧收获环8连接。在此，当离断电动机11旋转时，臂14驱动上侧收获环8，使得该上侧收获环8沿着引导槽9c(参照图6)移动。即，离断电动机11使上侧收获环8与下侧收获环9进行相对移动。

基座16将滑座15保持为能够直线移动。在滑座15的前端设有环状的捕获环15a。

滑动电动机17的定子固定于基座16，例如通过臂等(未图示)对滑座15相对于基座16进行驱动。俯仰电动机(pitch motor)18的定子固定于滑座15，俯仰电动机18的转子与电动机保持件13结合。俯仰电动机18将电动机保持件13相对于滑座15而在所谓的俯仰方向上驱动，从而能够将上侧收获环8等的前端相对于基座16而在上下方向上相对地驱动。由此，能够调整上侧收获环8以及下侧收获环9与所希望的果实之间的距离。

在此，图8示出收获的对象物即果实的果实串。在此，例示出西红柿作为果实。需要说明的是，在图8中，对一部分蒂省略图示。

在从作为枝的一例的主茎60分支出的果实串500中，多个果实结在果梗53的周围。果实50具有蒂51，蒂51经由小果梗52而与果梗53相连。果梗53的上部进一步与主茎60相连。而且，果实串500由于自重等而从主茎60垂下。

离层54是在枝与果实的轴之间形成的特殊的细胞层，位于小果梗52的中途，是能够通过拉力等而比较容易分离的部分。需要说明的是，在果实50与果梗53之间，除了离层54以外，作为容易分离的部分还有蒂51与果实50之间的边界。从而，在仅拉拽果实50的情况下，具有在离层52处分离的情况和在蒂51处分离的情况。

接下来，利用图9对用于更可靠地在离层54处分离果实50的收获装置100的动作进行说明。需要说明的是，图10～图18也为用于说明收获装置100的动作的图，适当参照这些图进行说明。需要说明的是，所希望的果实为果实50。

首先，收获装置100在收获果实50的工序之前实施步骤S1～S3的工序，即实施用于能够从密集而结的果实的果实串500中仅收获果实50的处理。

如图10所示，在图9的步骤S1中使收获装置100成为，使比滑座15靠上的部分向前方倾斜的状态下的收获装置100的收获机构(即上侧收获环8以及下侧收获环9)到达果实50与其下侧的果实56之间。此时，图2等示出的引入构件1、2的圆弧部1a、2a收纳于引入构件保持件3。然后，如图11所示，调整收获装置100的位置，使得收获机构成为进入果实50与其下侧的果实56之间的状态。

在步骤S2中，收获装置100通过以正转驱动引入电动机5，从而如图12所示，将引入构件驱动部4向果实50的枝侧按出。由此，收获装置100使引入构件1、2向果实50的枝侧突出，使得圆弧部1a、2a包围果实50。

在步骤S3中，收获装置100通过以反转驱动引入电动机5，从而如图13所示，使引入构件1、2向果实50的远离枝的一侧移动，将果实50朝向收获装置100侧引入。更详细而言，收获装置100以将果实50的下端向斜上方抬起的方式引入。由此，在所希望的果实50与下侧的果实56之间形成间隙。在此，为了防止由于引入构件1、2的拉拽而使蒂51从果实50分离，将引入量设为果实50的直径的例如约1/4～1/2。需要说明的是，随着一对引入构件1、2对果实50的引入的进行，引入构件1、2的前端彼此分开。这是由于，如前述那样，引入构件1、2的圆弧部1a、2a是弹性构件。

以上的步骤S1～S3是在从密集而结的果实的果实串中仅收获所希望的果实50之前进行的引入工序的内容。

收获装置100在引入工序后实施收获工序即步骤S4～S6的工序。

在步骤S4中，如图14所示，收获装置100以反转驱动俯仰电动机18，使向前方倾斜的比滑座15靠上的部分成为水平。然后收获装置100将收获机构即上侧收获环8以及下侧收获环9向果梗53与果实50之间插入。此时，随着圆弧部1a、2a的上升，圆弧部1a、2a可能会与果实50的小果梗52或果梗53接触，但圆弧部1a、2a是弹性构件且容易变形，因此不会给小果梗52、果梗53带来损伤。

在步骤S5中，收获装置100自图14的状态起使俯仰电动机18进一步反转，如图15所示，使比滑座15靠上的部分向后方倾斜，使得上侧收获环8的长度方向以及下侧收获环9的长度方向与穿过果实50的上端以及下端的中心线大致平行。由此，收获机构到达果实50的小果梗52，结果如图16所示，V形槽8b、9b向果梗53与蒂51之间插入。

在步骤S6中，当收获装置100对离断电动机11进行驱动时，如图17所示，上侧收获环8通过臂14而沿着引导槽9c(参照图6)被引入。其结果是，上侧收获环8将含有蒂51的果实50向远离果梗53的方向(后方)拉拽。随着果实50受到拉拽，果梗53也借助小果梗52而被拉近，但果梗53与下侧收获环9接触，作为上侧收获环8的拉力的反作用力而在下侧收获环9产生按压果梗53的力。此时，由于V形槽8b与果实50的蒂51接触，因此在蒂51与果梗53之间作用有将它们分开的拉力，如图17以及图18所示，小果梗52在离层54处分离。此时，在果实50与蒂51之间未作用将它们分开的拉力，因此蒂51不会从果实50分离。另外，在收获工序时，能够使收获装置100不与果实50直接接触，因此能够防止果实50的损伤产生。

需要说明的是，通过上侧收获环8与下侧收获环9重叠配置，尤其V形槽8b、9b以嵌合的方式配置，从而在步骤S6的分离工序中，相对于果梗53能够减小作用于果实50的旋转力矩。由此，能够防止果实50的自下侧收获环9的旋转所引起的脱离。并且，也能够使拉力有效地作用于离层54，从而几乎不会在离层54以外的位置处分离。

另外，包括V形槽8b、9b的间隙在内，若上侧收获环8与下侧收获环9之间的间隙过小，则也存在夹住其他的果实的蒂等的可能性，因此例如设为约0.3mm以上、1mm以下。

以上的步骤S4～S6为收获工序的内容。

然后，收获到的带蒂51的果实50落下，并通过图2的捕获环15a。在使收获装置100作为收获系统而发挥功能的情况下，优选将用于收集收获到的果实50的容器等配置在捕获环15a的下方。

需要说明的是，在本实施方式中，采用使下侧收获环9固定而使上侧收获环8移动的结构。然而，本发明不限于此。即，也可以使上侧收获环8与下侧收获环9相对地移动，例如，可以使上侧收获环8固定而使下侧收获环9移动，或者也可以使上侧收获环8以及下侧收获环9这双方均移动。通过这样的结构，如图17所示，即使在其他果实56与捕获环15a接触那样的情况下，也能够使上侧收获环8与下侧收获环9向图17的纸面右方向(枝的方向)突出。其结果是，上侧收获环8以及下侧收获环9向果实50的插入变得容易，若相对于下侧收获环9而将上侧收获环8相对地向图17的纸面左侧(与枝相反的方向)拉靠，则能够使果实50通过捕获环15a。

另外，通过这样的上侧收获环8以及下侧收获环9的结构，拉力更可靠地作用于离层54，也不容易发生蒂51掉落、或损伤产生等的商品价值降低。

需要说明的是，在对象物即果实50的直径比较大的情况下等，即使不设置V形槽8b、9b也能够作用足够的拉力。但是，为了以离层54为中心而更可靠地分离果实50，优选形成V形槽8b、9b。

另外，在本实施方式的收获装置100中，设置滑动电动机17、俯仰电动机18等而对果实设定了姿势、位置，但也可以通过适当的机械臂来实现上述的功能。

需要说明的是，在上述实施方式中，示出了果实50即对象物结在枝上的例子，但也可以将结在植物上的果实作为对象物来收获。在该情况下，驱动机构可以使下侧收获环9向结有对象物的植物的方向移动，或者使上侧收获环8向远离结有对象物的植物的方向移动。

此处，在上述实施方式的收获方法中，在向密集状态的果实与果实之间插入上侧收获环8以及下侧收获环9时，摩擦等的阻力有时会成为问题。于是，在此说明通过使上侧收获环8以及下侧收获环9振动，从而将其与果实50之间的摩擦力转变为动摩擦状态而使插入变得容易的方法、降低垂直阻力的方法。

在该状态下，作为实现动摩擦状态的具体的方法，在下侧收获环9的一部分装配振动用的偏心电动机等。通过使偏心电动机的旋转频率与收获装置100的机械振动系统的一次共振频率一致，从而有效地得到振幅。另外，根据偏心电动机的装配方法而得到上下、前后等的振动方向。

具备偏心电动机的收获装置100将结在枝上的多个果实中的一个作为所希望的果实，使用引入构件1、2向远离枝的方向引入，在引入的果实的下侧插入收获机构(即上侧收获环8以及下侧收获环9)。此时，收获装置100通过一边使收获机构振动一边插入收获机构，从而解决上述摩擦的问题，能够仅精确地收获所希望的果实。

另外，收获装置100通过使上述振动为复合波状态，能够在仅顶起所希望的果实的同时将收获机构顺畅地插入到所希望的果实的下侧。因此，收获装置100导入将上下方向与前后方向的振动组合而成的旋转振动。在该旋转振动中，振动的上下方向与前后方向的振动频率相同，且相位错开90度。

收获装置100在使收获机构振动的工序中包括第一工序，该第一工序在使收获机构的前端向下方向位移的同时，使收获机构的前端向接近枝的方向(即，与远离枝的方向相反的方向)位移。另外，收获装置100在使收获机构振动的工序中包括第二工序，该第二工序在使收获机构的前端向上方向位移的同时，使收获机构的前端向远离枝的方向位移。收获装置100在第一工序中，向所希望的果实的下侧插入收获机构，在第二工序中将所希望的果实向远离枝的方向引入。

图19是示出实现收获机构的旋转振动的顺序的流程图。另外，图20是示出作为旋转振动的成分的上下方向以及前后方向的振动的相位的图。需要说明的是，图20的相位图中的粗箭头表示使上侧收获环8的前端位移后的方向。以下，利用图19以及图20对实现收获机构的旋转振动的顺序进行详细说明。

作为进行旋转振动前的初始状态，将收获装置100的收获机构与果实50之间的位置关系设为图11的状态，从该状态起开始振动。在步骤S11中，收获装置100通过滑动电动机17将滑座15向前方驱动。

在步骤S12中，收获装置100驱动偏心电动机而使旋转振动在收获机构的前端开始，使得关于收获机构的前端的前后方向的振动，收获机构的前端的位置成为前方的最大振幅的位置。此时，关于上下方向的振动，收获机构的前端的位置处于在上下方向上示出最大振幅的两个位置的中间位置。

在步骤S12至S13中，如图20的(a)至图20的(b)所示，收获装置100一边将收获机构的前端向后拉拽一边施以朝上的位移。由此，收获机构顶起果实50，二者之间的摩擦力变大，且果实50向后受到拉拽。

在步骤S13中，关于收获机构的前端的前后方向的振动，收获机构的前端的位置成为在前后方向上示出最大振幅的两个位置的中间位置。关于上下方向的振动，收获机构的前端的位置成为上方的最大振幅的位置。因此，摩擦力达到最大，以更强的力将果实50向装置侧引入。

在步骤S14中，以如下方式旋转：关于收获机构的前端的前后方向的振动，收获机构的前端的位置成为后方的最大振幅的位置，且关于收获机构的前端的上下方向的振动，收获机构的前端的位置成为在上下方向上示出最大振幅的两个位置的中间位置。由此，将果实50向装置侧进一步拉近。

在步骤S14至S15中，如图20的(c)至图20的(d)所示，收获装置100一边使收获机构的前端向前方移动一边施以朝下的位移。由此，收获机构以向果实50的下方向远离的方式位移，收获机构与果实50的摩擦力降低。与此同时收获机构相对于果实50向前方移动，因此相对地向前滑动位移。即，收获机构在使摩擦力降低的同时，向果实50的下方插入与振动的振幅关联的量。

在步骤S15中，关于收获机构的前端的前后方向的振动，收获机构的前端的位置成为在前后方向上示出最大振幅的两个位置的中间位置。关于收获机构的前端的上下方向的振动，收获机构的前端的位置成为下方的最大振幅的位置。由此，容易将收获机构插入果实50的下方。

这样，重复步骤S12～S15直至收获机构的插入完成(步骤S16：否)。

当收获机构的插入完成时(步骤S16：是)，在步骤S17中，收获装置100停止滑动电动机17以及偏心电动机的驱动。

另外，在上述振动的同时，滑动电动机17将滑座15向前方驱动，因此在摩擦力大的情况下，果实50向后受到拉拽，在摩擦力小的情况下，收获机构向果实50与其他果实56之间插入。

需要说明的是，若偏心电动机的振动频率与机械振动系统一致则效率高，对该内容已经进行了叙述，而在如图2那样将收获装置100的前后方向作为长度方向的情况下，与长度方向正交的方向上的振动频率容易降低。即，相对于前后方向，上下方向的振动频率相对低且振幅相对大，因此容易产生上下方向的振动，容易引入果实50。

这样，由于通常前后方向与上下方向的振动频率不一致，因此在通过一个电动机进行驱动的情况下，在图20的相位图中粗箭头的前端的轨迹成为椭圆形。另一方面，相位图接近正圆则更容易引入果实50。而且，为了接近正圆，使前后方向与上下方向的共振频率一致是有效的。具体而言，在偏心电动机的基础上，通过在其背后连接在前后方向上振动的弹簧，能够使前后方向与上下方向的共振频率一致。

需要说明的是，上述振动也可以由一个电动机实现。另外，也能够利用两个电动机产生与各方向的共振频率相符的振动，在这种情况下，相对于各自的频率能够得到更大的振动。

<变形例>

在此，对引入构件的变形例进行说明。

图21是示出变形例的引入构件31、32的外观的立体图。在圆弧部31a、32a的自由状态(引入开始时)下，在圆弧部31a、32a的前端设置间隙δ。通过设置间隙δ，具有在避免图14～图17中的小果梗52、果梗53的同时使仅果实50的引入变得更加容易的效果。该间隙δ的最小值比果梗的尺寸大，最大值比对象物即果实的尺寸小。以西红柿的果实串为例，间隙δ大概为5～10mm左右。

需要说明的是，通过将收获装置100搭载于在移动台车上设置的机械臂，也能够构建收获系统。通过该系统，也能够使该移动台车在农场内移动而自动收获对象物。

另外在上述各实施方式中，说明了上侧收获环8以及下侧收获环9具有大致半圆弧状的圆弧部8a、9a，但本发明不限于此。例如，上侧收获环8以及下侧收获环9的圆弧部可以不形成圆的一部分，而形成椭圆的一部分、多边形的一部分。

工业上的可利用性

本发明的收获方法能够应用于收获各种果实等。