JP2007289056A - 植物栽培システム - Google Patents

Abstract

【課題】 システム全体のコンパクト化による大幅な省スペース化を実現し、かつ栽培環境の無菌化を容易に実現するとともに、経済性及び省エネルギ性を高める。
【解決手段】 内部にクリーンルームにより構成した少なくとも栽培室２を有するユニット化されたコンテナＣ１を備え、栽培室２の内部に、複数の培地ブロック３…を着脱可能な一又は二以上の栽培棚４…を配置するとともに、少なくとも栽培棚４…に対して培地ブロック３…を着脱するハンドリングロボット５及びこのハンドリングロボット５を少なくとも栽培室２内で移動させるレール６を有するロボット機構７と、栽培棚４…に装着した培地ブロック３…に対して栽培養液Ｗを供給可能な養液供給手段８と、栽培棚４…に装着した培地ブロック３…に対して光Ｒを照射可能な光照射手段９とを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、植物を栽培する栽培作業の一部又は全部をロボットを用いて自動で行う植物栽培システムに関する。

従来、植物を栽培する栽培作業の一部又は全部をロボットを用いて自動で行うことができるようにした植物栽培システムとしては、特開平５−３０８６１号公報で開示される植物の栽培装置及び特開２００２−２９１３５７号公報で開示される植物自動栽培システムが知られている。

前者の栽培装置（植物栽培システム）は、所要面積を有しかつ水を満たすことができる場所を適宜植物の作床設置スペースに形成するとともに、当該設置スペースを多数の区画に分割した一つの区画の大きさに見合う大きさに整えた複数の容器に作土用の土壌を収容して形成した移動作床を、移動設置スペース上にほぼ密集状態で浮遊配列する一方、この設置スペースの任意個所に作業スペースを形成し、各移動作床を作業スペースに向け移動するようにしておき、作業スペースで各移動作床又はその植物に対し、人手又は作業ロボットを含む作業機械若しくは両者により播種，移植，散水，施肥，除草，薬剤散布，中耕，収穫等の植物の育成に必要な作業を施すようにしたものである。

また、後者の植物自動栽培システム（植物栽培システム）は、植物が植え付けられる搬送可能な単位栽培器としての植物保持器と、保持器が複数ないしは多数設置され、各保持器に植えられた植物を育てる栽培ゾーンと、植物の取扱いを行う作業場と、保持器を保持し、植物を、保持器単位で個別に栽培ゾーンと作業場とを行き来させる作業ロボットとを備えたものである。
特開平５−３０８６１ 特開２００２−２９１３５７

しかし、上述した従来の植物栽培システム（植物の栽培装置，植物自動栽培システム）は、次のような問題点があった。

第一に、いずれのシステムも、基本的には従来から行われている栽培手法に対し、人が行う作業をロボットに置き換えたシステム又はその延長線上の改良に留まるため、栽培環境を確保するためのシステム全体の設備が大規模になり、結局、システムを設置する広いスペースが必要になる。

第二に、いずれのシステムも、栽培環境の無菌化を容易に実現することができない。したがって、除草，薬剤散布，収穫物の洗浄等の、無菌化を実現できないことに伴う種々の作業工程が追加され、結局、栽培工数の増加を招くのみならず、無農薬野菜の栽培ができないなど、栽培できる植物が制限されたり、栽培する植物の品質低下を招く。

第三に、いずれのシステムも、設備が大規模となることから設備のイニシャルコストが高くなり、しかも、大型のロボットが必要になるとともに、ロボットの移動距離も長くなることから電力消費（エネルギ消費）などのランニングコストが高くなり、結局、経済性及び省エネルギ性に劣る。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した植物栽培システムの提供を目的とするものである。

本発明は、上述した課題を解決するため、植物Ｖ…を栽培する栽培作業の一部又は全部をロボットを用いて自動で行う植物栽培システム１を構成するに際して、内部にクリーンルームにより構成した少なくとも栽培室２を有するユニット化されたコンテナＣ１を備え、栽培室２の内部に、複数の培地ブロック３…を着脱可能な一又は二以上の栽培棚４…を配置するとともに、少なくとも栽培棚４…に対して培地ブロック３…を着脱するハンドリングロボット５及びこのハンドリングロボット５を少なくとも栽培室２内で移動させるレール６を有するロボット機構７と、栽培棚４…に装着した培地ブロック３…に対して栽培養液Ｗを供給可能な養液供給手段８と、栽培棚４…に装着した培地ブロック３…に対して光Ｒを照射可能な光照射手段９とを設けたことを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、複数のコンテナＣ１，Ｃ２…を使用し、各コンテナＣ１，Ｃ２…を並べて及び／又は積重ねて設置することができる。一方、コンテナＣ１の内部には、コンテナＣ１の前面部Ｃ１ｆに設けた開閉扉１１に臨む入口室１２と、この入口室１２と栽培室２間に設けた準備室１３と、コンテナＣ１の後面部Ｃ１ｒに設けた開閉扉１４に臨む出口室１５と、この出口室１５と栽培室２間に設けた出荷室１６を設けることができる。また、培地ブロック３…は、ウレタン樹脂Ｕにより一体形成するとともに、表面から形成した播種用穴部３ｈ…を設けることができる。さらに、栽培棚４…は、培地ブロック３…が着脱する装着スリット１７ｓ…を有する複数の栽培チューブ１７…を組合わせて構成できるとともに、養液供給手段８は、栽培チューブ１７…の一端部から当該栽培チューブ１７…の内部に臨ませ、当該栽培チューブ１７…の内部に栽培養液Ｗを供給するスプレーノズル１９を用いて構成できる。他方、レール６に沿って走行し、かつ少なくとも、栽培棚４…に装着するための培地ブロック３…を収容する第一収容部２１，培地ブロック３…から収穫した植物Ｖ…を収容する第二収容部２２，収穫後における使用済の培地ブロック３…を収容する第三収容部２３の一又は二以上を搭載可能なキャリア２０を備え、このキャリア２０にハンドリングロボット５を設置して構成できる。また、ハンドリングロボット５は、先端部のハンド装着部２４を所定の方向に移動させる複数のアーム部２５，２６を連結したアーム機構２７を有する多関節ロボット５ｊを用いることができ、このハンド装着部２４は、複数種類のハンドユニット２８ａ，２８ｂ…を選択的に着脱可能に構成できる。さらに、多関節ロボット５ｊには、望ましくは、位置が固定されるベース部２９と、このベース部２９を支点として旋回アーム３０の一端部３０ｓ側を水平方向に回転させる水平回転機構３１と、この旋回アーム３０の他端部３０ｔ側から起立し、かつ角度切換部３２をＺ軸方向へ移動させるＺ軸移動機構３３と、前アーム部２５と後アーム部２６を回動軸部３４を介して連結したアーム機構２７を有し、このアーム機構２７の後端部２７ｒ側が角度切換部３２により角度切換可能に支持されるとともに、アーム機構２７の後端部２７ｒ側を回転させることにより、アーム機構２７の先端部２７ｆに設けたハンド装着部２４をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構３６を備えて構成できる。

このような構成を有する本発明に係る植物栽培システム１によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１） 内部に少なくとも栽培室２を有するユニット化されたコンテナＣ１を備え、栽培室２の内部に、複数の培地ブロック３…を着脱可能な一又は二以上の栽培棚４…を配置するとともに、少なくとも栽培棚４…に対して培地ブロック３…を着脱するハンドリングロボット５及びこのハンドリングロボット５を少なくとも栽培室２内で移動させるレール６を有するロボット機構７とを設けたため、システム全体のコンパクト化による大幅な省スペース化を実現できる。

（２） ユニット化されたコンテナＣ１の内部にクリーンルームにより構成した少なくとも栽培室２を設けたため、栽培環境の無菌化を容易に実現することができる。したがって、除草，薬剤散布，収穫物の洗浄等の、無菌化されないことによる種々の作業工程を不要にできるため、栽培工数の削減、更には無農薬野菜栽培の実現や栽培する植物Ｖ…の品質向上を図ることができる。

（３） 設備の小規模化によるイニシャルコストの削減を図れるとともに、大型のロボットが不要となり、しかも、ハンドリングロボット５の移動距離が短くて済むため、電力消費（エネルギ消費）などのランニングコストの削減を図れ、経済性及び省エネルギ性を高めることができる。

（４） 好適な態様により、複数のコンテナＣ１，Ｃ２…を使用し、各コンテナＣ１，Ｃ２…を並べて及び／又は積重ねて設置するようにすれば、更なる省スペース化の実現に寄与できる。

（５） 好適な態様により、コンテナＣ１の内部に、当該コンテナＣ１の前面部Ｃ１ｆに設けた開閉扉１１に臨む入口室１２と、この入口室１２と栽培室２間に設けた準備室１３と、コンテナＣ１の後面部Ｃ１ｒに設けた開閉扉１４に臨む出口室１５と、この出口室１５と栽培室２間に設けた出荷室１６を設ければ、ハンドリングロボット５の移動経路の直線化や移動距離の短縮化を図れるため、コンテナＣ１を用いたことによる合理的なレイアウトを実現できる。

（６） 好適な態様により、培地ブロック３…を、ウレタン樹脂Ｕにより一体形成するとともに、表面から形成した播種用穴部３ｈ…を設けて構成すれば、ハンドリングロボット５による取扱性を高めることができ、ハンドリングロボット５による作業の効率化及び確実化を図ることができる。

（７） 好適な態様により、栽培棚４…を、培地ブロック３…が着脱する装着スリット１７ｓ…を有する複数の栽培チューブ１７…を組合わせて構成すれば、栽培棚４…に対して、培地ブロック３…を容易に着脱できるとともに、培地ブロック３…同士の間隔（植物Ｖ…同士の間隔）を容易かつ適切に設定できる。

（８） 好適な態様により、養液供給手段８を、栽培チューブ１７…の一端部側から当該栽培チューブ１７…の内部に臨ませ、当該栽培チューブ１７…の内部に栽培養液Ｗを供給するスプレーノズル１９を用いて構成すれば、簡易構造により各培地ブロック３…に対して確実に栽培養液Ｗを供給できる。

（９） 好適な態様により、レール６に沿って走行し、かつ少なくとも、栽培棚４…に装着するための培地ブロック３…を収容する第一収容部２１，培地ブロック３…から収穫した植物Ｖ…を収容する第二収容部２２，収穫後における使用済の培地ブロック３…を収容する第三収容部２３の一又は二以上を搭載可能なキャリア２０を備え、このキャリア２０にハンドリングロボット５を設置して構成すれば、ハンドリングロボット５とキャリア２０の組合わせによる能率的な栽培作業を実現できる。

（１０） 好適な態様により、ハンドリングロボット５として、先端部のハンド装着部２４を所定の方向に移動させる複数のアーム部２５，２６を連結したアーム機構２７を有する多関節ロボット５ｊを用いれば、狭い空間でも動作させることができ、特に、コンテナＣ１の内部で用いて最適となる。

（１１） 好適な態様により、ハンド装着部２４を、複数種類のハンドユニット２８ａ，２８ｂ…を選択的に着脱可能に構成すれば、一台のハンドリングロボット５に対して目的の異なる複数種類の作業を行わせることができる。

（１２） 好適な態様により、多関節ロボット５ｊを、位置が固定されるベース部２９と、このベース部２９を支点として旋回アーム３０の一端部３０ｓ側を水平方向に回転させる水平回転機構３１と、この旋回アーム３０の他端部３０ｔ側から起立し、かつ角度切換部３２をＺ軸方向へ移動させるＺ軸移動機構３３と、前アーム部２５と後アーム部２６を回動軸部３４を介して連結したアーム機構２７を有し、このアーム機構２７の後端部２７ｒ側が角度切換部３２により角度切換可能に支持されるとともに、アーム機構２７の後端部２７ｒ側を回転させることにより、アーム機構２７の先端部２７ｆに設けたハンド装着部２４をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構３６を備えて構成すれば、ハンドリングロボット５の小型コンパクト化を実現できるため、本発明に係る植物栽培システム１に用いて最適なハンドリングロボット５を構成することができる。

次に、本発明に係る最良の実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係る植物栽培システム１の全体的な概略構成について、図１（図１０）を参照して説明する。

植物栽培システム１は、プレハブ構法により予め工場等で製造することができるユニット化されたコンテナＣ１を備える。コンテナＣ１は、図１に示すように、全体を前後に長い直方体ボックス状に構成する。したがって、設置する際には、複数のコンテナＣ１…を使用し、各コンテナＣ１…を並べて及び／又は積重ねて設置できる。例示は、四つのコンテナＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４を使用し、上下二段，横二列に設置した場合を示している。なお、コンテナＣ１…のディメンションは、一例として、長さＬｄを１４〔ｍ〕程度，幅Ｌｗを３〔ｍ〕程度，高さＬｈを３．５〔ｍ〕程度に選定できる。このように、複数のコンテナＣ１，Ｃ２…を使用すれば、各コンテナＣ１，Ｃ２…を並べて及び／又は積重ねて設置できるため、更なる省スペース化に寄与できる利点がある。

一方、コンテナＣ１の内部における中間位置には、クリーンルームにより構成した栽培室２を設ける。したがって、栽培室２には、必要なクリーンユニットが設置されている。また、コンテナＣ１の内部には、コンテナＣ１の前面部Ｃ１ｆに設けた開閉扉１１に臨む入口室１２と、この入口室１２と栽培室２間に設けた準備室１３と、コンテナＣ１の後面部Ｃ１ｒに設けた開閉扉１４に臨む出口室１５と、この出口室１５と栽培室２間に設けた出荷室１６をそれぞれ設ける。この場合、入口室１２と出口室１５は、外界と栽培室２間を分離するクリーンルームとして構成し、必要なクリーンユニットが設置されている。準備室１３は、苗となる後述の培地ブロック３…をキャリア２０に積み込むための部屋であり、クリーンルームとして構成し、必要なクリーンユニットが設置されている。出荷室１６は、収穫した野菜（植物）Ｖ…を回収する部屋である。なお、開閉扉１１と開閉扉１４は、手動ドアであってもよいし自動ドアであってもよい。また、入口室１２と準備室１３間，準備室１３と栽培室２間，栽培室２と出荷室１６間，出荷室１６と出口室１５間には、それぞれ各室を仕切るための必要な仕切壁や自動ドアが設置されている。コンテナＣ１の内部をこのように構成することにより、後述するハンドリングロボット５の移動経路の直線化や移動距離の短縮化を図れるため、コンテナＣ１を用いたことによる合理的なレイアウトを実現できる利点がある。

さらに、栽培室２の内部には、後述する複数の培地ブロック３…を着脱可能な複数の栽培棚４…を設置するとともに、栽培棚４…に対して培地ブロック３…を着脱するハンドリングロボット（以下、ロボットと記す）５及び各栽培棚４…にロボット５を移動させるレール６を有するロボット機構７を配設する。この場合、レール６は、直線レールを使用し、コンテナＣ１の内部中央における長手方向に沿って敷設する。したがって、レール６は、準備室１３，栽培室２及び出荷室１６に跨がって敷設される。そして、複数の栽培棚４…は、レール６の両側に設置するとともに、レール６に沿って所定間隔おきに配設する。さらに、栽培室２の内部には、図１０に示すような、栽培棚４…に装着した培地ブロック３…に対して栽培養液Ｗを供給可能な養液供給手段８を備えるとともに、栽培棚４…に装着した培地ブロック３…に対して光Ｒを照射可能な光照射手段９を備える。

次に、本実施形態に係る植物栽培システム１の各部における具体的な構成について、図２〜図４及び図６〜図１４を参照して説明する。

図２〜図４は、ロボット機構７におけるロボット５を示す。このロボット５は、上述したレール６に沿って走行する前後に長いキャリア２０の上面における略中央位置に設置する。また、キャリア２０の上面であって、ロボット５の後方（出口室１５側）には、収穫した野菜Ｖ…を収容する収穫パレット（第二収容部）２２と収穫後における使用済の培地ブロック３…を収容する回収バスケット（第三収容部）２３を搭載するとともに、ロボット５の前方（入口室１２側）には、栽培棚４…に装着する培地ブロック３…を収容する第一収容部２１を搭載する。

ロボット５には、先端部のハンド装着部２４を所定の方向に移動させる複数のアーム部２５，２６を連結したアーム機構２７を有する多関節ロボット５ｊを用いる。ロボット５に、このような多関節ロボット５ｊを用いれば、狭い空間でも動作させることができ、特に、コンテナＣ１の内部で用いて最適となる。また、ハンド装着部２４は、後述する複数種類のハンドユニット２８ａ，２８ｂ…から選択した任意のハンドユニット２８ａ（又は２８ｂ…）を装着可能である。各ハンドユニット２８ａ，２８ｂ，２８ｃは、図３に示すように、ロボット５の近傍に設けたハンドユニット保管台５１上に保管し、各ハンドユニット２８ａ…の交換はロボット５の動作（制御）により自動で行われる。

多関節ロボット５ｊは、既に本出願人が提案した多関節ロボット（特願２００５−２１５４１３号）を用いることができる。この多関節ロボット５ｊを図４に示す。多関節ロボット５ｊは、位置が固定されるベース部２９と、このベース部２９を支点として旋回アーム３０の一端部３０ｓ側を水平方向に回転させる水平回転機構３１と、この旋回アーム３０の他端部３０ｔ側から起立し、かつ角度切換部３２をＺ軸方向へ移動させるＺ軸移動機構３３と、前アーム部２５と後アーム部２６を回動軸部３４を介して連結したアーム機構２７を有し、このアーム機構２７の後端部２７ｒ側が角度切換部３２により角度切換可能に支持されるとともに、アーム機構２７の後端部２７ｒ側を回転させることにより、アーム機構２７の先端部２７ｆに設けたハンド装着部２４をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構３６を備える。この場合、角度切換部３２を制御すれば、水平軸を支点にしてアーム機構２７の後端部２７ｒを９０〔゜〕回動させることができ、これにより、アーム機構２７が鉛直（垂直）方向に変位する仮想線で示す第一位置Ｐｖ又はアーム機構２７が水平方向に変位する実線で示す第二位置Ｐｈに切換えることができる。なお、３７はＺ軸移動機構３３を駆動するサーボモータ、３８はアーム機構２７を駆動するサーボモータをそれぞれ示す。このような多関節ロボット５ｊを用いることにより、ロボット５の小型コンパクト化を実現できるため、本発明に係る植物栽培システム１に用いて最適なロボット５を構成できる利点がある。

一方、収穫パレット２２及び回収バスケット２３は、それぞれ上方に開口したボックス状に構成し、収穫パレット２２及び回収バスケット２３は、多関節ロボット５ｊに装着した後述するチャックハンド部（ハンドユニット）２８ａにより把持することができる。他方、第一収容部２１は、図６に示すように、複数段に積み重ねることができるトレイ５２…と、各トレイ５２…に複数本並べてセットできるスティック５３…により構成し、キャリア２０の上面には、図２及び図３に示すように、培地ブロック３…を収容したトレイ５２…を搭載する第一スペースＰｆと培地ブロック３…を栽培棚４…側へ移し替えた後の空のトレイ５２…を搭載する第二スペースＰｒを確保する。４０は、キャリア２０の側面に設置したサブロボットを示し、このサブロボット４０により第一スペースＰｆのトレイ５２…を第二スペースＰｒに移し替えることができる。なお、サブロボット４０は、トレイ５２を把持又は把持解除するトレイチャック部４１と、このトレイチャック部４１を昇降させる昇降機構部４２と、この昇降機構部４２を水平方向へ移動させる水平移動機構部４３を備えている。

スティック５３は、図７に示すように、断面がコの字形となる細長い棒状に形成する。したがって、スティック５３は、一対の側面部５３ｐ，５３ｑと底面部５３ｄを有するチャンネル状となる。また、スティック５３の両端部は開放し、各側面部５３ｐ，５３ｑには、内面側に膨出したガイドレール５４ｐ，５４ｑを長手方向に沿って形成する。一方、図７における符号３は一つの培地ブロックを示す。培地ブロック３は、ウレタン樹脂Ｕにより全体を直方体（立方体を含む）となるように一体形成し、一側面の表面から播種用穴部３ｈを形成するとともに、他の側面（四側面）には、上述したスティック５３又は後述する栽培チューブ１７に装着する際にガイドされる凹溝３ｓ…を形成する。これにより、スティック５３の内部には、スティック５３の端部から培地ブロック３…を順次挿入することができ、スティック５３に複数の培地ブロック３…を収容（セット）できる。このような培地ブロック３を用いることにより、ロボット５による取扱性を高めることができ、ロボット５による作業の効率化及び確実化を図ることができる。

このように、レール６に沿って走行し、かつ少なくとも、栽培棚４…に装着するための培地ブロック３…を収容する第一収容部２１（トレイ５２…，スティック５３…），収穫した植物Ｖ…を収容する収穫パレット２２，収穫後における使用済の培地ブロック３…を収容する回収バスケット２３を搭載可能なキャリア２０を設け、このキャリア２０にロボット５を設置したため、ロボット５とキャリア２０の組合わせによる能率的な栽培作業を実現できる利点がある。

他方、図８〜図１０は、栽培棚４…を示す。各栽培棚４…は、複数段に積み重ねた栽培チューブ１７…の組合わせにより構成する。栽培チューブ１７は、断面が矩形となる細長い棒状に構成する。したがって、栽培チューブ１７は、図１０に示す断面抽出拡大図のように、上面部１７ｕ，底面部１７ｄ，正面部１７ｆ及び背面部１７ｒを有する角パイプ状となる。また、正面部１７ｆの上部には、培地ブロック３…を保持する装着スリット１７ｓを設ける。この場合、正面部１７ｆの上部を外側へ略直角に折曲して下フレーム部５５ｄを形成するとともに、上面部１７ｕを下フレーム部５５ｄと同じ方向に延出させて上フレーム部５５ｕを形成する。これにより、下フレーム部５５ｄと上フレーム部５５ｕが平行に対峙する装着スリット１７ｓが形成される。また、栽培チューブ１７の両端部は開放し、下フレーム部５５ｄと上フレーム部５５ｕには、それぞれ対向面側に突出するガイドレール５６ｐ，５６ｑを長手方向に沿って形成する。さらに、図８に示すように、栽培チューブ１７の一端部は、全体を若干広げることにより、前述したスティック５３の端部が着脱する装着部５７を形成する。

これにより、図９に示すように、各栽培チューブ１７…を、装着スリット１７ｓ…を同一方向に向けて積み重ねれば、一つの栽培棚４として構成することができる。そして、栽培室２内に設置する際には、図１０に示すように、一対の栽培棚４…の背側（背面部１７ｒ…）同士を突合わせ、装着スリット１７ｓ…が前後両側に臨むようにして組付ければ、一つの栽培棚列４ｗとして構成できるため、この栽培棚列４ｗ…を前述したレール６に沿って一定間隔おきに配置する。なお、その他、図１０中、５８は支持フレーム、５９は支持プレートをそれぞれ示す。

このように、栽培棚４…を、培地ブロック３…が着脱する装着スリット１７ｓ…を有する複数の栽培チューブ１７…の組合わせにより構成すれば、栽培棚４…に対して、培地ブロック３…を容易に着脱できるとともに、培地ブロック３…同士の間隔（野菜Ｖ…同士の間隔）を容易かつ適切に設定できる利点がある。

また、栽培室２内には、各栽培棚４…に対する養液供給手段８と光照射手段９を付設する。養液供給手段８は、図１０に示す断面抽出拡大図のように、栽培チューブ１７…の一端部側から当該栽培チューブ１７…の内部に臨ませ、当該栽培チューブ１７…の内部に栽培養液Ｗを供給するスプレーノズル１９を有し、このスプレーノズル１９は、不図示の配管を介して養液供給源に接続する。なお、養液供給源は、栽培養液Ｗを収容した養液タンクやこの養液タンクに収容する栽培養液Ｗをスプレーノズル１９に供給する送液ポンプ等を備えている。養液供給手段８をこのように構成すれば、簡易構造により各培地ブロック３…に対して確実に栽培養液Ｗを供給できる利点がある。なお、この栽培養液Ｗには水も含む。一方、光照射手段９は、図１０に示すように、栽培棚列４ｗ…間の空間に一又は二以上の蛍光ランプ６０…を配設して構成する。なお、必要によりコンテナＣ１…に採光窓を設けることにより自然光を取り入れてもよい。

他方、図１１（図１２）及び図１３には、ハンドユニット２８ａ…の一例を示す。図１１及び図１２は、一対のチャック部６１ｉ，６１ｊを有するチャックハンド部（ハンドユニット）２８ａを示す。一対のチャック部６１ｉ，６１ｊは、開閉することによりスティック５３や回収バスケット２３等を把持することができる。この場合、一方のチャック部６１ｉの内面には係合凸部６２ｐを設ける。この係合凸部６２ｐは、前述したスティック５３の側面部５３ｐ…に形成したガイドレール５４ｐ…によって生じる外面側の凹部５４ｐｓ…に嵌合し、位置決めと確実な把持を行うことができる。また、他方のチャック部６１ｊの内面には、係合凸部６２ｐに嵌合する係合凹部６２ｓを設ける。

図１２は、図１１に示したチャックハンド部２８ａにおける一対のチャック部６１ｉ，６１ｊを完全に閉じた状態のチャックハンド部２８ａｓを示す。これにより、チャック部６１ｉ，６１ｊの先端部に設けたピン部６３ｉと６３ｊが重なり、一体化した操作ピン６３が形成される。この操作ピン６３は、栽培チューブ１７…に装着した培地ブロック３…の側面に当接し、培地ブロック３…を押することにより、栽培チューブ１７…に装着する際における各培地ブロック３…の位置決め（セッティング）を行うことができる。

図１３は、一対のブレード部６４ｉ，６４ｊを有するカッタハンド部（ハンドユニット）２８ｂを示す。一対のブレード部６４ｉ，６４ｊは、開閉することによりハサミと同様に機能するため、成長した野菜Ｖ…を根元からカットして収穫することができる。また、６５はカットした野菜Ｖ…を受取る受取皿であり、ブレード部６４ｉ，６４ｊの真下位置に配する。このように、ハンド装着部２４を、複数種類のハンドユニット２８ａ，２８ｂ…を選択的に着脱可能に構成すれば、一台のロボット５に対して目的の異なる複数種類の作業を行わせることができる利点がある。

次に、本実施形態に係る植物栽培システム１の使用方法及び動作について、各図を参照しつつ図５に示す工程図に従って説明する。

最初に、予め苗となる培地ブロック３…を準備する（ステップＳ１〜Ｓ３）。この場合、まず、殺菌した培地ブロック３…を用意し、各培地ブロック３…に播種を行う（ステップＳ１）。具体的には、各培地ブロック３…の播種用穴部３ｈ…に、栽培する野菜Ｖ…の種子を埋込む。次いで、播種を行った培地ブロック３…をスティック５３にセット（挿入）する（ステップＳ２）。具体的には、図７に示すように、培地ブロック３…をスティック５３の端部から当該スティック５３の内部に挿入する。挿入方向を、図７中、矢印Ｆａで示す。なお、挿入時には、培地ブロック３…の外面に形成した一対の凹溝３ｓ…がスティック５３に設けたガイドレール５４ｐ，５４ｑに係合してガイドされる。これにより、スティック５３には、複数の培地ブロック３…を収容できる。

そして、培地ブロック３…を収容したスティック５３は、図６に示すように、トレイ５２にセット（収容）する（ステップＳ３）。一つのトレイ５２には複数本のスティック５３…を並べてセットすることができる。トレイ５２は、所定の位置決め部を介して複数段に順次積み重ねることができ、これにより、全体が培地ブロック３…を収容する第一収容部２１となる。この後、培地ブロック３…を収容した第一収容部２１は、空調の管理された不図示の芽出室に収容し、所定の芽出し期間にわたって芽出工程を実施する（ステップＳ４）。

なお、以上の各工程は、工場等のクリーンルーム内或いはコンテナＣ１…と同様のコンテナにより用いて構成したクリーンルーム内で行う。この場合、コンテナを利用した場合には、前述したコンテナＣ１…の近傍に設置できる利点がある。また、これらの各工程は、手作業で行ってもよいし自動化工程で行ってもよい。特に、本実施形態のような培地ブロック３…及びスティック５３等を利用することにより、完全な全自動化を容易に実現できる。さらに、上述した各ステップＳ１〜Ｓ３は適宜順番を入れ換えて実施することも可能である。

一方、芽出工程が終了したなら第一収容部２１をコンテナＣ１に搬入する。即ち、コンテナＣ１の開閉扉１１を開き、準備室１３内まで搬入する。コンテナＣ１では、搬入モードを選択することにより、ロボット５が準備室１３に移動するため、準備室１３では、キャリア２０の上面における第一スペースＰｆに第一収容部２１を積載する（ステップＳ５）。この後、栽培モードを選択すれば、ロボット５はレール６に沿って栽培室２へ移動する（ステップＳ６）。栽培室２では、シーケンス制御されるロボット５により、培地ブロック３…が栽培棚４…に順次装着される。この場合、まず、チャックハンド部２８ａにより、トレイ５２に収容された一本のスティック５３を把持する（ステップＳ７）。この状態を図１１に示す。この際、スティック５３の凹部５４ｐｓに、チャックハンド部２８ａの係合凸部６２ｐが嵌合して位置決めされるとともに、確実に把持される。そして、ロボット５は、把持したスティック５３を栽培チューブ１７まで運び、図８に示すように、スティック５３の端部を栽培チューブ１７における装着部５７に挿入（装着）する（ステップＳ８）。この挿入方向を矢印Ｆｂで示す。

次いで、ロボット５は、チャックハンド部２８ａによるスティック５３の把持を解除し、チャックハンド部２８ａを、図１２に示すチャックハンド部２８ａｓにセットする。そして、図８に仮想線で示すチャックハンド部２８ａｓのように、操作ピン６３を培地ブロック３…群における図中の最右端部に当接し、矢印Ｆｃ方向へ押すことにより培地ブロック３…群の全体をスライド移動させる。これにより、スティック５３内の培地ブロック３…は一括して栽培チューブ１７側に移し替えられる（ステップＳ９）。移し替えが終了したなら、チャックハンド部２８ａにより空のスティック５３を装着部５７から離脱し、トレイ５２に戻す（ステップＳ１０）。同様の操作を繰り返すことにより、培地ブロック３…を栽培チューブ１７…に装着する。そして、一つのトレイ５２における培地ブロック３…を全て栽培チューブ１７…に装着したなら、サブロボット４０が作動し、空のトレイ５２を第二スペースＰｒ側へ移し替える。

第一収容部２１（トレイ５２…）の培地ブロック３…を全て栽培チューブ１７側に移し替えたなら、図９に示すように、栽培チューブ１７に装着した各培地ブロック３…をチャックハンド部２８ａｓを用いて一定間隔おきとなる所定位置にセッティングする（ステップＳ１１）。この場合、図８に示すように、培地ブロック３…間には凹溝３ｓ…が形成されているため、この凹溝３ｓ…にチャックハンド部２８ａｓの操作ピン６３を挿入し、図９に示すように、各培地ブロック３…をそれぞれ定位置までスライド移動させる。移動方向を矢印Ｆｄで示す。

全ての栽培棚４…に対する各培地ブロック３…のセッティングが終了したなら、所定の栽培期間にわたって野菜Ｖ…の育成工程を実施する（ステップＳ１２）。育成期間中は、養液供給手段８を、予め設定した供給制御プログラムに従って制御し、スプレーノズル１９から培地ブロック３…（栽培チューブ１７…）に対して定期的に栽培養液Ｗを供給するとともに、光照射手段９における蛍光ランプ６０を、予め設定した点灯プログラムに従って点灯制御又は消灯制御し、培地ブロック３…に対する光Ｒの照射を行う。

そして、野菜Ｖ…が成長し、収穫時期になったなら収穫を行う（ステップＳ１３）。この場合、図１３に示すように、カッタハンド部２８ｂをハンド装着部２４に付替え、野菜Ｖ…を根元からカットすることにより野菜Ｖ…の収穫を行う。この際、カットされた野菜Ｖ…は、受取皿６５により受け取られる（ステップＳ１４）。また、受取皿６５により受け取られた野菜Ｖ…は、そのまま収穫パレット２２まで運ばれ、収穫パレット２２の内部に収容される（ステップＳ１５）。

次いで、全ての収穫又は目的量の収穫が終了したなら、カッタハンド部２８ｂからチャックハンド部２８ａに付替える。そして、チャックハンド部２８ａは、回収バスケット２３を把持し、栽培チューブ１７まで運び、回収バスケット２３に設けたフック部６６を栽培チューブ１７の端部に引掛けてセットする（ステップＳ１６）。この状態を図１４に示す。この後、チャックハンド部２８ａをチャックハンド部２８ａｓにセットし、図１４に示すように、使用済の培地ブロック３…を回収バスケット２３に回収する（ステップＳ１７）。チャックハンド部２８ａｓの移動方向を矢印Ｆｅで示す。回収が終了したなら回収バスケット２３をチャックハンド部２８ａにより把持してキャリア２０まで戻す（ステップＳ１８）。

野菜Ｖ…の収穫及び使用済の培地ブロック３…の回収が終了したなら、ロボット５は、出荷室１６へ移動する（ステップＳ１９）。出荷室１６では、チャックハンド部２８ａを利用して収穫パレット２２と回収パレット２２をキャリア２０から出荷室１６内に降ろし、この後、空の収穫パレット２２と空の回収バスケット２３をキャリア２０に搭載する（ステップＳ２０）。以上が一連の栽培処理工程となる。なお、収穫パレット２２と回収バスケット２３は、出荷室１６から出口室１５，開閉扉１４を通してコンテナＣ１の外部に搬出される。

よって、このような本実施形態に係る植物栽培システム１によれば、内部に少なくとも栽培室２を有するユニット化されたコンテナＣ１を備え、栽培室２の内部に、複数の培地ブロック３…を着脱可能な一又は二以上の栽培棚４…を配置するとともに、少なくとも栽培棚４…に対して培地ブロック３…を着脱するロボット５及びこのロボット５を少なくとも栽培室２内で移動させるレール６を有するロボット機構７とを設けたため、システム全体のコンパクト化による大幅な省スペース化を実現することができる。また、ユニット化されたコンテナＣ１の内部にクリーンルームにより構成した少なくとも栽培室２を設けたため、栽培環境の無菌化を容易に実現することができる。したがって、除草，薬剤散布，収穫物の洗浄等の、無菌化されないことによる種々の作業工程を不要にできるため、栽培工数の削減、更には無農薬野菜栽培の実現や栽培する植物Ｖ…の品質向上を図ることができる。さらに、設備の小規模化によるイニシャルコストの削減を図れるとともに、大型のロボットが不要となり、しかも、ロボット５の移動距離が短くて済むため、電力消費（エネルギ消費）などのランニングコストの削減を図れ、経済性及び省エネルギ性を高めることができる。

以上、最良の実施形態について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量，数値等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

例えば、植物として野菜Ｖ…を栽培する場合を例示したが、果実や花等の各種植物の栽培にも同様に適用することができる。一方、コンテナＣ１の内部には、少なくとも栽培室２を設ければ足り、入口室１２，準備室１３，出口室１５，出荷室１６は、必要に応じて設けることができる。また、培地ブロック３…は、ウレタン樹脂Ｕを用いた場合を示したが、形成素材は、同様の機能の有する他の素材により置換することができる。さらに、栽培棚４は、複数の栽培チューブ１７…を組合わせて構成した場合を示したが、全体を一体化した構成であってもよい。他方、キャリア２０，ロボット５，ハンドユニット２８ａ，２８ｂ…は、コンテナＣ１内の設計に応じて各種タイプの形態により実施できる。

本発明の最良の実施形態に係る植物栽培システムの概要図、 同植物栽培システムにおけるロボット機構の側面構成図、 同植物栽培システムにおけるロボット機構の平面構成図、 同ロボット機構におけるハンドリングロボットの側面図、 同植物栽培システムにより栽培を行う際の工程図、 同植物栽培システムにおける第一収容部の斜視図、 同第一収容部におけるスティック及び同植物栽培システムで用いる培地ブロックの斜視図、 同植物栽培システムにおける栽培チューブにスティックを装着した状態を示す正面図、 同栽培チューブに培地ブロックを装着する状態を示す斜視図、 同植物栽培システムにおける栽培チューブの断面抽出拡大図を含む栽培室のレイアウト状態を示す斜視図、 同植物栽培システムにおけるチャックハンド部の一部断面側面図、 同チャックハンド部の他の状態を示す平面図、 同植物栽培システムにおけるカッタハンド部の斜視図、 同植物栽培システムにおける使用済の培地ブロックを回収する状態を示す斜視図、

符号の説明

１：植物栽培システム，２：栽培室，３…：培地ブロック，３ｈ…：播種用穴部，４…：栽培棚，５：ハンドリングロボット，５ｊ：多関節ロボット，６：レール，７：ロボット機構，８：養液供給手段，９：光照射手段，１１：開閉扉，１２：入口室，１３：準備室，１４：開閉扉，１５：出口室，１６：出荷室，１７…：栽培チューブ，１７ｓ…：装着スリット，１９：スプレーノズル，２０：キャリア，２１：第一収容部，２２：第二収容部，２３：第三収容部，２４：ハンド装着部，２５：アーム部，２６：アーム部，２７：アーム機構，２７ｒ：アーム機構の後端部，２７ｆ：アーム機構の先端部，２８ａ：ハンドユニット，２８ｂ：ハンドユニット，２９：ベース部，３０：旋回アーム，３０ｔ：旋回アームの他端部，３１：水平回転機構，３２：角度切換部，３３：Ｚ軸移動機構，３４：回動軸部，３６：Ｘ軸移動機構，Ｃ１…：コンテナ，Ｃ１ｆ：コンテナの前面部，Ｃ１ｒ：コンテナの後面部，Ｖ…：植物（野菜），Ｗ：栽培養液，Ｒ：光，Ｕ：ウレタン樹脂

Claims (10)

1. 植物を栽培する栽培作業の一部又は全部をロボットを用いて自動で行う植物栽培システムにおいて、内部にクリーンルームにより構成した少なくとも栽培室を有するユニット化されたコンテナを備え、前記栽培室の内部に、複数の培地ブロックを着脱可能な一又は二以上の栽培棚を配置するとともに、少なくとも前記栽培棚に対して前記培地ブロックを着脱するハンドリングロボット及び前記ハンドリングロボットを少なくとも前記栽培室内で移動させるレールを有するロボット機構と、前記栽培棚に装着した培地ブロックに対して栽培養液を供給可能な養液供給手段と、前記栽培棚に装着した培地ブロックに対して光を照射可能な光照射手段とを設けてなることを特徴とする植物栽培システム。
2. 複数のコンテナを使用し、各コンテナを並べて及び／又は積重ねて設置することを特徴とする請求項１記載の植物栽培システム。
3. 前記コンテナの内部には、当該コンテナの前面部に設けた開閉扉に臨む入口室と、この入口室と前記栽培室間に設けた準備室と、前記コンテナの後面部に設けた開閉扉に臨む出口室と、この出口室と前記栽培室間に設けた出荷室を有することを特徴とする請求項１又は２記載の植物栽培システム。
4. 前記培地ブロックは、ウレタン樹脂により一体形成するとともに、表面から形成した播種用穴部を有することを特徴とする請求項１記載の植物栽培システム。
5. 前記栽培棚は、前記培地ブロックが着脱する装着スリットを有する複数の栽培チューブを組合わせて構成することを特徴とする請求項１記載の植物栽培システム。
6. 前記養液供給手段は、前記栽培チューブの一端部側から当該栽培チューブの内部に臨ませ、当該栽培チューブの内部に前記栽培養液を供給するスプレーノズルを備えることを特徴とする請求項１記載の植物栽培システム。
7. 前記レールに沿って走行し、かつ少なくとも、前記栽培棚に装着するための前記培地ブロックを収容する第一収容部，前記培地ブロックから収穫した植物を収容する第二収容部，収穫後における使用済の培地ブロックを収容する第三収容部の一又は二以上を搭載可能なキャリアを備え、このキャリアに前記ハンドリングロボットを設置してなることを特徴とする請求項１記載の植物栽培システム。
8. 前記ハンドリングロボットは、先端部のハンド装着部を所定の方向に移動させる複数のアーム部を連結したアーム機構を有する多関節ロボットを用いることを特徴とする請求項１又は７記載の植物栽培システム。
9. 前記ハンド装着部は、複数種類のハンドユニットを選択的に着脱可能に構成することを特徴とする請求項８記載の植物栽培システム。
10. 前記多関節ロボットは、位置が固定されるベース部と、このベース部を支点として旋回アームの一端部側を水平方向に回転させる水平回転機構と、この旋回アームの他端部側から起立し、かつ角度切換部をＺ軸方向へ移動させるＺ軸移動機構と、前アーム部と後アーム部を回動軸部を介して連結したアーム機構を有し、このアーム機構の後端部側が前記角度切換部により角度切換可能に支持されるとともに、前記アーム機構の後端部側を回転させることにより、前記アーム機構の先端部に設けた前記ハンド装着部をＸ軸方向に移動させるＸ軸移動機構を備えることを特徴とする請求項８記載の植物栽培システム。

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