農業用ロボット装置

【課題】ハウスの構造を変更することなく、ハウス内で連続的に長時間運用ができる農業用ロボットを提供する。
【解決手段】直線方向に移動が可能な移動機構を具備した台車４に、電力により稼働する作業機構５と、該移動機構及び該作業機構に電力を供給するための電源ケーブル６を収納した電源ドラム７と、前記電源ケーブルを前記電源ドラムから繰り出しまたは巻き取り動作と前記移動機構の動作を連動して移動を行う制御装置８とを搭載した農業用ロボットＡと、該農業用ロボットを搭載して、上記台車の直線方向と交差する方向に往復動する移動台車Ｂとを連接した農業用ロボット装置である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、施設園芸（ビニールハウス、グリーンハウス、温室など以下ハウスという）内で連続的に使用できる電動農業用ロボット装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来ハウス内の農作業は人手により行われる事が多かった。しかし、過大な労働負荷を農業従事者に与えるため、農作業の一部を代行する農業用ロボットの開発が望まれていた。
ハウス内で農業用ロボットを用いて農薬散布や収穫作業を行う場合、作業効率を上げるため、農業用ロボットを長時間連続的に動かす事が要求されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2000-317363公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】農業ロボット（１）基礎と理論 ISBN： 9784339052152
【非特許文献２】農業ロボット（２）機構と事例 ISBN： 9784339052169
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ハウス外で使用する農業用機械や農業用ロボットではエンジンや発電機を搭載し長時間運用する事が可能であるが、ハウス内で使用する農業用ロボットは排気ガスの影響があるため、エンジンや発電機を搭載することが難しい。これまで、いちごやトマトなど高設栽培や水耕栽培が行える農作物では、圃場床面をコンクリートで覆い、電源供給が可能なレールもしくはロボット本体に電池を搭載して駆動する農業用ロボットが開発されている（非特許文献１、非特許文献２）。しかし、土壌が必要な農作物の場合は圃場床面をコンクリートで覆うことができず、電源供給が可能なレールを設置する事は難しい。また、電池をロボット本体に搭載する場合は、十分な容量の電池を搭載する事が難しく、充電時間若しくは電池の交換作業時間が必要であるため、長時間連続的に動かす農業用ロボットを実現する事は困難であった。
【０００６】
ハウス内で薬剤を散布するために作物畝の上方に架設された複数の縦レールに懸架されて移動しながら薬剤を自動散布する装置の発明（特許文献１）があるが、作物畝の上方に設置するレール及び薬剤散布装置の全重量をハウスの構造材で支える必要があり、ハウスの構造や強度の問題から、従来使用しているハウスを使えないという欠点があった。
【０００７】
本発明は、ハウスの構造を変更することなく、ハウス内で連続的に長時間運用ができる農業用ロボットを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するために、本発明１は直線方向に移動が可能な移動機構を具備した台車に、電力により稼働する作業機構と、該作業機構に電力を供給するための電源ケーブルを収納した電源ドラムと、前記電源ケーブルを前記電源ドラムから繰り出しまたは巻き取り動作と前記移動機構の動作を連動して移動を行う制御装置とを搭載した農業用ロボットと、該農業用ロボットを搭載して、上記台車の直線方向と直行する方向に往復動する移動台車とを連接してなることを特徴とする農業用ロボット装置である。
【０００９】
発明２は、発明１の農業用ロボット装置において、台車を２台以上に分割した構成とし、それぞれの台車を連結して使用する事を特徴とする農業用ロボット装置である。
【００１０】
発明３は、発明１の農業用ロボット装置、若しくは、発明２の農業用ロボット装置の電源ドラムに、電源ケーブルの張力を検出する装置を搭載し、前記電源ケーブル張力検出装置から取得される張力に応じて電源ドラムを回転させることにより電源ケーブル張力を調整する機構を搭載した農業用ロボット装置である。

【発明の効果】
【００１１】
本発明により農業用ロボットに電源ケーブルを通して電力を供給できるため、農業用ロボットを長時間連続的に運用する事が可能になった。更に、台車を２台以上に分割したことにより、人力で台車をレールに乗せ代え可能になった。
【００１２】
また、畝間移動台車を設置したロボット用圃場により、複数の畝があるハウスで農業用ロボットを動かす事ができた。
【００１３】
農業用ロボットに電源ドラムを搭載することで、電源ケーブルを引きずることなく電源ケーブルの繰り出し及び巻き取りができ、電源ケーブル断線の可能性を低くできた。
【００１４】
電源ケーブルで電力を供給できるため、電池の交換や充電時間を考慮する必要がなく、農業用ロボットの駆動効率を上げる事ができた。
【００１５】
電力を安定的に供給できるため、農業用ロボットの駆動モータに大電力の物が使用可能となり、高速に動作する農業用ロボットや大型の農業用ロボットの開発が可能となった。
【００１６】
消費電力が大きいためこれまで実現が困難であった冷蔵装置、冷凍装置を搭載した収穫ロボット、大型噴霧装置を搭載した防除ロボット等の農業用ロボットが実現できた。

【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】発明１に係る第１実施例を示す斜視図である。
【図２】発明１に係る第１実施例を示す平面図である。
【図３】発明１に係る第２実施例を示す斜視図である。
【図４】発明１に係る第２実施例での圃場断面図である。
【図５】発明１に係る第３実施例を示す斜視図である。
【図６】発明１に係る第３実施例での圃場断面図である。
【図７】発明１に係る第４実施例を示す斜視図である。
【図８】発明１に係る第４実施例での圃場断面図である。
【図９】発明１に係る第５実施例を示す斜視図である。
【図１０】発明１を収穫ロボットに応用した実施例を示す斜視図である。
【図１１】発明２に係る第１実施例を示す斜視図である。
【図１２】発明２に係る第２実施例を示す斜視図である。
【図１３】発明３に係る第１実施例を示す斜視図である。
【図１４】発明３に係る第１実施例を示す側面図である。
【図１５】発明３に係る第２実施例を示す斜視図である。
【図１６】発明３に係る第２実施例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
発明１を実施するための形態を、図１及び図２に示す。農業用ロボットＡは畝１に略平行に設置されたロボット移動用通路２の上を直線方向に移動が可能なタイヤ３を備えた台車４に、電力により稼働する作業機構５と、作業機構５に電力を供給するための電源ケーブル６を収納した電源ドラム７と、電源ケーブル６を前記電源ドラム７から繰り出しまたは巻き取り動作と移動動作を連動して行うための制御装置８を備えている。農業用ロボットＡは電源ケーブル６を通して供給される電力により畝１に沿って移動し、作業機構５により作業を行う。畝１及び隣の畝１aに対する作業が終了した後、農業用ロボットＡは畝間移動台車Ｂに乗り移る。畝間移動台車Ｂは、農業用ロボットＡの移動用通路２より掘り下げられ、畝１の直線方向と交差して畝１と隣の畝１aを繋ぐ場所をコンクリートで覆う事で構成された畝間移動台車用通路９に設置された第１のレール１０上を移動する。畝間移動台車用通路９及び第１のレール１０を畝１と交差して設置することで、畝間移動台車Ｂに乗り移った農業用ロボットＡを畝間移動台車Ｂに移動させることで、畝間の移動を行うことができる。畝間移動台車Ｂは畝間移動台車車輪１１、電源供給部１２、主電源スイッチ１３が搭載されており、農業用ロボットＡを手動若しくは自動で畝間移動を行う。

【実施例】
【００１９】
図３及び図４は発明１の第２実施例を示す図で、農業用ロボットＡを移動させる場所を掘り下げＵ字型溝板１４を設置、若しくはＵ字型溝板１４及び隣のＵ字型溝板１４aを設置後Ｕ字型溝板１４及び隣のＵ字型溝板１４aの間に土壌を導入する。農業用ロボットＡはＵ字型溝板１４上を移動させ、作物を育成する畝１と農業用ロボットＡが移動する通路の分離を行う。
【００２０】
この実施例を用いれば、作物の栽培を行う畝１と農業用ロボットＡが移動する場所を分離できるため、農業用ロボットＡが土壌の影響を受けることにより発生する異常動作の頻度を低くできた。
【００２１】
図５及び図６は発明１の第３実施例を示す図で、Ｕ字型溝板１４の代わりにＬ字型板１５及び向かい合わせたＬ字型板１５aを設置し、Ｌ字型板１５及び向かい合わせに設置したＬ字型板１５aの間に樹脂板１６を並べて設置することでＵ字型の溝を形成する。樹脂板１６上を農業用ロボットＡを移動させ、作物を育成する場所と農業用ロボットＡが移動する場所を分離する。
【００２２】
この実施例を用いれば、農業用ロボットＡが移動する場所の幅を任意に設定できるため、大型の農業用ロボットＡの利用が可能となった。
【００２３】
図７及び図８は発明１の第４実施例を示す図で、土壌若しくはＵ字型溝板若しくは樹脂板１６の上に農業ロボット用レール１７を設置し、畝間移動台車Ｂにも農業ロボット用レール１７aを設置することで畝間移動台車（レール搭載型）Ｂａとする。レール型農業ロボットＡaは、畝間移動台車Ｂに搭載された農業用ロボットレール１７a及び農業ロボット用レール１７上を車輪３aで移動する。
【００２４】
この実施例を用いれば、農業用ロボットＡの畝１に対しての位置を調整する必要がなくなり、農業用ロボット移動機構及び作業機構５を簡素化できた。
【００２５】
図９は発明１の第５実施例を示す図で、この実施例は農業用ロボットＡの車輪の代わりにクローラ３bを用いたもので、クローラ３bを有したクローラ型農業用ロボットＡbは、軟弱な土壌でも移動可能となり、農業用ロボット通路２の設定が容易になった。
【００２６】
図１０は発明１をアスパラガスを対象としたレール型収穫ロボットＡcに応用した実施例を示す図で、レール型収穫ロボットＡcは、レール１７上を車輪３aで移動する。レール型収穫ロボットＡcの作業機構は、アスパラガスを収穫するためのアーム回転機構５ａおよびアーム直動機構５ｂおよびアーム昇降機構５ｃ及びアーム傾斜機構５ｄおよび収穫用ハンド５ｅと収穫対象計測装置5fから構成されている。圃場の形状によりアーム昇降機構５ｃ若しくはアーム傾斜機構５ｄ若しくはアーム昇降機構５ｃ及びアーム傾斜機構５ｄは省略可能である。収穫対象計測装置５ｆで計測した対象物をアーム回転機構５ａおよびアーム直動機構５ｂおよびアーム昇降機構５ｃ及びアーム傾斜機構５ｄおよび収穫用ハンド５ｅにより把持および切断し、収穫箱１８に収穫する。
【００２７】
発明２を実施するための第１の実施例を、図１１に示す。農業用ロボット装置において、少なくとも作業機構５を搭載した作業機構部台車４ａと少なくとも電力を供給するための電源ケーブル６を収納した電源ドラム７を搭載した電源ドラム部台車４ｂの２台の構成とし、それぞれの台車を連結機構１９にて連結して使用した。必要によっては上記台車を２台以上の構成にしてもよい。
【００２８】
台車４を連結式として、作業台車４ａと電源台車４ｂに分けた事により、人力で台車を別々に運ぶことが可能となり、農業用ロボットの移動作業が容易となった。
【００２９】
また、圃場に合わせた長さの電源ケーブル６を収納した電源ドラム７を搭載した電源台車４ｂを圃場ごとに設置しておくことにより、作業部台車４aのみを移動することで作業を行うことができるようになった。
【００３０】
さらに、作業部台車４ａを取り替えることで収穫作業や防除作業を行う事が可能となり、個別の機能を有するロボットを導入することと比較して、設備投資を低く抑えることができるようになった。
【００３１】
発明２を実施するための第２の実施例を、図１２に示す。この実施例では図１１に示した第１の実施例の収穫ロボット作業台車Ａdを防除ロボット作業台車Ａfに変更した実施例である。作業台車Ａfには薬剤散布装置５gおよび薬剤タンク２０が搭載されており防除作業を行うことができる。
【００３２】
連結式としたことで、作業部台車の交換のみで収穫作業と防除作業の切り替えが容易になった。
【００３３】
発明３の実施形態を図１３及び図１４に示す。発明１もしくは発明２の農業用ロボット装置の電源ドラム７に、電源ケーブルの張力を検出する装置２１を搭載し、前記電源ケーブル張力検出装置２１から取得される張力信号に応じて電源ドラム７をモータ２２により回転伝達装置２３を介して回転させることにより張力を調整する機構を搭載した農業用ロボット装置である。
【００３４】
従来技術では、電源ドラム７は、図示省略の渦巻き状のバネを用いて電源ケーブル６を巻き取っていたが、畝方向に長い圃場で使用する場合、電源ケーブル６を繰り出すほどバネの張力が増加し、一定以上の距離になると農業用ロボットが引っ張られ、安定して動作できなかった。発明３を用いることで、モータ２２により張力を調整し、電源ケーブル６を安定して巻き取り若しくは繰り出す事が可能になり、畝方向に長い圃場でも農業用ロボットを安定して動作させることができた。
【００３５】
図１５及び図１６は発明３の第２の実施例で、機械式の張力検出装置２１の代わりに、モータの電流を計測することで張力を電気的に検出する電流計測型張力検出装置２１ａを用いた例である。
【００３６】
ロボットの移動距離とモータ２２の電流値により、電源ドラム７の回転制御を行い、張力の調整をした。
【００３７】
機構部分を少なくできるため、農業用ロボット装置の保守が容易になり低コスト化が可能となった。
【００３８】
広大なハウスでは農業用ロボットＡ及び畝間移動台車Ｂを複数台利用する場合もある。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明を用いれば、地下茎を有するために土壌での栽培が必要なアスパラガスや花などの農作物に対して収穫作業を連続的に長時間行う事ができる農業用ロボットを実現できた。
【００４０】
ハウス内で栽培を行う農作物の防除作業を定期的に行う事ができる農業用ロボットを実現できた。
【００４１】
電池の充電や取り替えの必要がないため、指定した時間に収穫作業や防除作業を全自動で行う農業用ロボットを実現できた。
【００４２】
消費電力が大きい高速なモータを用いてロボットを製作することができるため、農業用ロボットの高速化に貢献できた。また、大型のモータの利用が可能になり大型の農業用ロボットの製作が可能になった。
【００４３】
これまで、消費電力が大きいため農業用ロボットへの搭載が困難であった、冷凍機や冷蔵庫を搭載した農業用ロボットを製作でき、収穫後すぐに冷凍もしくは冷蔵が可能になり、収穫した農作物の鮮度保持が可能になった。

【符号の説明】
【００４４】
１畝
１a 隣の畝
２農業ロボット移動用通路
３タイヤ
３a 車輪
３b クローラ
４台車
４a 作業機構部台車
４b 電源ドラム部台車
５作業機構
５a アーム回転機構
５b アーム直動機構
５c アーム昇降機構
５d アーム傾斜機構
５e 収穫用ハンド機構
５f 収穫対象計測装置
５g 薬剤散布装置
６電源ケーブル
７電源ドラム
８制御装置
９畝間移動台車用通路
１０第１のレール
１１畝間移動台車車輪
１２電源供給部
１３主電源スイッチ
１４Ｕ字型溝板
１４a 隣のＵ字型溝板
１５Ｌ字型板
１５a 向かい合わせに設置したＬ字型板
１６樹脂板
１７農業ロボット用レール
１７a 農業ロボット用レール（移動台車に設置）
１８収穫箱
１９連結機構
２０薬剤タンク
２１張力検出装置
２１a 電流計測型張力検出装置
２２モータ
２３回転伝達装置
Ａ農業用ロボット
Ａa レール型農業ロボット
Ａb クローラ型農業用ロボット
Ａc レール型収穫ロボット
Ａd 収穫ロボット作業台車
Ａe 農業用ロボット電源ドラム台車
Ａf 防除ロボット作業台車
Ｂ畝間移動台車
Ｂa 畝間移動台車（レール搭載型）

【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線方向に移動が可能な移動機構を具備した台車に、電力により稼働する作業機構と、該作業機構に電力を供給するための電源ケーブルを収納した電源ドラムと、前記電源ケーブルを前記電源ドラムから繰り出しまたは巻き取り動作と前記移動機構の動作を連動して移動を行う制御装置とを搭載した農業用ロボットと、該農業用ロボットを搭載して、上記台車の直線方向と直行する方向に往復動する移動台車とを連接してなることを特徴とする農業用ロボット装置。

【請求項２】
上記台車を２台以上に分割した構成とし、それぞれの台車を連結したこを特徴とする請求項１に記載の農業用ロボット装置。

【請求項３】
上記電源ドラムに、上記電源ケーブルの張力を検出する装置を搭載し、前記電源ケーブル張力検出装置から取得される張力信号に応じて前記電源ドラムを回転し張力を調整する機構を搭載したことを特徴とする請求項１、若しくは、請求項２に記載の農業用ロボット装置。

【図１】