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マニピュレータ、処理用ロボット、および分散協働型処理システム NEW

国内特許コード P170014355
整理番号 S2016-0128-N0
掲載日 2017年6月30日
出願番号 特願2015-224947
公開番号 特開2017-087404
出願日 平成27年11月17日(2015.11.17)
公開日 平成29年5月25日(2017.5.25)
発明者
  • 尾崎 功一
出願人
  • 国立大学法人宇都宮大学
発明の名称 マニピュレータ、処理用ロボット、および分散協働型処理システム NEW
発明の概要 【課題】分散協働型処理システムにおいて、幅方向の両側の栽培棚に処理作業を行うことができるとともに、前後の搬送用ロボットに処理した果実を無理なく受け渡すことのできるマニピュレータと、当該マニピュレータを備える処理用ロボットを用いる分散協働型の処理用システムを提供すること。
【解決手段】本発明のマニピュレータは、広い可動範囲を得ることが容易であり、既存の腕型マニピュレータに比べれば、より少ない関節で構成できるので低コストであり、重量物の扱いも容易で、かつ、省エネである。
本発明の処理用ロボットによれば、栽培棚60で挟まれた狭い通路を移動しながら通路の両側の果実を処理することができ、栽培棚60等に接触することなく前後の搬送用ロボットに処理した果実を引き渡すことができる。当該処理用ロボットを用いれば、稼働効率の高い分散協働型処理システムが実現できる。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


従来では、イチゴ、トマト、ナス、キュウリ等の処理対象物を作業がしやすい高さの栽培棚を用い、水耕栽培や土耕等の方法で栽培を行い、処理作業も全て人手により行うのが一般的であった。ところが、近年、農業経営における人手不足や人件費の高騰により処理作業の自動化が望まれるようになってきた。



果実や野菜等の処理対象物の摘み取りなどの各種作業を、ロボットで自動的に実行させるためには、まず処理対象物の存在位置を認識しなければならない。そこで本発明者らは、果実類を茎や葉の中から機械的に認識して自動的に摘み取ることを可能にした作業用ロボットを特許文献1に開示した。この作業用ロボットは外部から電源供給を受けずに、内部に搭載するバッテリによって自律的に走行する自律走行型のロボットである。特許文献1では、上述の位置認識技術とともに処理用ロボットのマニピュレータの機構についても開示した。



特許文献1に開示されているマニピュレータ101を図8に示す。マニピュレータ101は三次元方向に互いに独立して直線往復運動できる3つのリンク101a、101b、リンク101cを備え、先端のリンク101cに取り付けられた作業ハンド103によって処理対象物、例えば果実を摘み取ることができる。このマニピュレータ100は、進行方向に直交する幅方向の一方の側(図中の左側)の栽培棚に対しては処理が可能であるが、他方の側(図中の右側)の栽培棚に対して処理するときは、処理用ロボット1が、一旦、栽培棚の間の通路を抜け出て180°だけ方向転換する必要があるので作業効率が悪かった。



また、従来の処理用ロボットは、処理する作業と搬送する作業を1台の処理用ロボットが行う1台完結型システムであったのに対し、近年の先端農業用ロボットシステムは、作業効率の高い分散協働型ロボットによる処理システムが指向されている。分散協働型処理システムは、処理用ロボットが処理した処理対象物を、処理用ロボットとは独立して移動できる搬送用ロボットに渡す。この搬送用ロボットは、作業通路において処理用ロボットの前後に一台ずつ縦列に配置され、処理用ロボットで摘み取った処理対象物を一方(仮に、前方)の搬送用ロボットに予定量だけ受け渡すと、次は、処理対象物を他方(仮に、後方)の搬送用ロボットに予定量だけ受け渡す。はじめに予定量の処理対象物が受け渡された前方の搬送用ロボットは、作業通路から退避するとともに、交代の搬送用ロボットが処理用ロボットの前方に移動してきて待機する。このように、分散協働型システムの搬送用ロボットが備えるマニピュレータは、少なくとも、摘み取り及び受け渡しを行うリンクが、その向きを180°に亘り旋回する機能と、処理した果実を渡すのに必要な長さのリンクを備えることが必須の条件である。

産業上の利用分野


本発明は、栽培施設で栽培された果実、野菜などの処理対象物を処理するマニピュレータに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
所定方向の移動成分を有して軸J1に沿って往復運動可能な第一リンクと、
前記第一リンクから上向きに立ち上がる第二リンクと、
前記第二リンクに連なり、前記第二リンクとともに前記軸J1と垂直な軸J2を中心に旋廻可能であるか、又は、前記第二リンクに対して旋廻可能であるとともに、前記第一リンクに対して前記軸J1と垂直な軸J2に沿って昇降可能な第三リンクと、
前記第三リンクに連なり、前記第三リンクとの接続部分を中心に前記軸J2に平行な軸J3を中心に旋廻可能な第四リンクと、
前記第四リンクの先端に設けられる作業ハンドと、
を備えることを特徴とするマニピュレータ。

【請求項2】
前記第二リンクは、前記第一リンクの移動方向と直交する前記軸J2を中心に水平方向に旋廻可能であり、
前記第三リンクは、前記軸J2に沿って昇降可能である、
請求項1に記載のマニピュレータ。

【請求項3】
前記第二リンクは、前記第一リンクの移動方向と直交する軸J2に沿って昇降可能であり、
前記第三リンクは、前記軸J2を中心に旋廻可能である、
請求項1に記載のマニピュレータ。

【請求項4】
前記第四リンクの中間に、前記軸J3と垂直をなす軸J4を中心に旋廻可能なH1リンク及び前記第四リンクと平行である軸を中心にねじり旋廻可能なH2リンク、の少なくとも一方又は双方が備えられる、
請求項1~請求項3の何れか一項に記載のマニピュレータ。

【請求項5】
前記第一リンクは、
所定方向の移動成分のみを含んで往復直線運動可能である、
請求項1~請求項4の何れか一項に記載のマニピュレータ。

【請求項6】
前記第一リンクは、
所定方向の移動成分と前記所定方向の移動成分を含んで、X字状の軌跡を往復運動可能である、
請求項1~請求項4の何れか一項に記載のマニピュレータ。

【請求項7】
所定方向に走行する走行ユニットと、
前記走行ユニットに搭載されて、前記走行ユニットとともに走行する請求項1~請求項6の何れか一項に記載のマニピュレータと、を備え、
前記マニピュレータが処理対象物を処理する、
ことを特徴とする処理用ロボット。

【請求項8】
前記処理用ロボットの進行方向に直交する幅方向の寸法をWとし、
前記第三リンクの長さをr1、前記第四リンクの長さをr2とすると、
1/2×W>r1、r2が成り立つ、
請求項7に記載の処理用ロボット。

【請求項9】
前記処理用ロボットと、
前記処理用ロボットの進行方向の前後の所定位置に配置され、前記処理用ロボットから前記処理対象物を受け渡される搬送用ロボットと、を備え、
前記処理用ロボットと前記搬送用ロボットは、前記進行方向に直交する幅方向の両側に設けられる栽培棚の間の通路を進行し、
前記処理用ロボットは、請求項7記載の処理用ロボットからなり、
前記搬送用ロボットは、受け渡された前記処理対象物を所定の集荷場所に移動して搬送する、
ことを特徴とする分散協働型処理システム。

【請求項10】
待機状態の前記搬送ロボットを備え、
先行して前記処理用ロボットの前又は後に配置されていた前記搬送用ロボットが、所定の前記集荷場所に移動すると、待機状態の前記搬送ロボットが、前記所定位置に移動する、
請求項9に記載の分散協働型処理システム。

【請求項11】
前記処理用ロボットの前記進行方向の前の所定位置に配置されている前記搬送用ロボットへの前記処理対象物の受け渡しが定量になると、
前記処理用ロボットは、前記マニピュレータの向きを反転させて、
前記進行方向の後の所定位置に配置されている前記搬送用ロボットへの前記処理対象物の受け渡しを始め、
前記マニピュレータが向きを反転させる際に、前記第三リンク、前記第四リンクは、前記処理対象物を栽培する栽培棚と干渉しない、
請求項9又は請求項10に記載の分散協働型処理システム。

【請求項12】
前記処理用ロボットの進行方向に直行する前記栽培棚と前記栽培棚に挟まれる通路の幅の寸法をW’とし、
前記処理用ロボットが備える前記マニピュレータの前記第三リンクの長さをr1、前記第四リンクの長さをr2とすると、
1/2×W’ >r1、r2が成り立つ、
請求項9~請求項11の何れかに記載の分散協働型処理用システム。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2015224947thum.jpg
出願権利状態 公開
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