JP2019094014A - 農作業用電動台車 - Google Patents

Abstract

【課題】農作物の栽培現場において、作業の手を離すことなく、且つ容易に、作業者の意思通りに移動することのできる電動台車を提供する。【解決手段】本発明に係る農作業用電動台車１は、台車本体１０に設けられた２個の、垂直軸に関して回転しない駆動輪１１Ｌ、１１Ｒと、少なくとも１個の、垂直軸に関して回転自在の従動輪１２Ｌ、１２Ｒとを備える。コントロール板２０上に作業者が両足で立ち、前後左右に体重移動させることにより、コントロール板２０の下方に設けられた４個の圧力センサがその体重移動を検知し、２個の駆動輪１１Ｌ、１１Ｒを駆動して、走行、回転などを行う。【選択図】図１

Description

本発明は、主に施設園芸温室内で使用する農作業用電動台車に関する。

トマトやパプリカ等の果菜、キュウリやニガウリ、豆など等のつる性の野菜を温室等で栽培する際に、温室空間を有効利用する為には背丈を高く栽培するのが有効である。しかし、背丈が高くなると、誘引作業や脇芽の除去など頂頭部に必要な作業をする際に手が届かないため、踏み台が必要となる。ところが、踏み台は作業者がいちいち降りて手で移動させる必要があるため、作業効率が悪い。

実開平０７−００５３０８号公報 実開平０７−００１７０４号公報 実開平０５−０２９３０８号公報 特開２０１１−１４８３３０号公報

このような場合のため、農場で使用可能な、高所作業用の電動台車が市販されている。これによると、作業者が乗ったまま移動をすることができるため、作業者の負担は大きく軽減される。
しかし、現在市販されている電動台車は、手で操縦・運転を行う必要があるため、移動の際には一旦農作物から手を離さなければならない。そのため、手で物を持ちながら移動するなどの温室内でごく普通に行われる作業には不都合がある。また、果実や枝を支えつつ移動するという作業を行うことができない。

さらに、市販されている電動台車や先行技術文献に示す何れの台車も、前進・後退・左折・右折などをする際に幾つかの動作の組み合わせを必要とするため、作業者が思い通りに台車の位置を調整するのが困難であるという問題がある。

本発明は、このような問題を解決する為に成されたもので、農作物の栽培現場において、作業の手を離すことなく、且つ容易に、作業者の意思通りに移動することのできる電動台車を提供する。

上記課題を解決するために成された本発明に係る農作業用電動台車は、
a) 台車本体と、
b) 前記台車本体の下方に設けられた２個の、垂直軸に関して回転しない駆動輪と、
c) 前記台車本体の下方に設けられた少なくとも１個の、垂直軸に関して回転自在の従動輪と、
d) 前記台車に設けられた固定基台と、
e) 前記固定基台上で面内の２方向に傾動可能な可動基台と、
f) 前記可動基台の前記２方向の傾動を検出するセンサと、
g) 前記センサの出力に基づき、前記２個の駆動輪を独立に制御する制御部と
を備えることを特徴とする。

なお、上記基台の「傾動」には、作業者がほとんど認識することができないような非常に僅かな傾動を含む。その場合、上記「傾動を検出するセンサ」は「圧力センサ」或いは「重量センサ」と呼ばれるものとなる。

本発明に係る農作業用電動台車では、作業者が前記可動基台又はそれに固定された踏板上に立ち、前後左右に体重を移動させることにより、前記センサがそれを可動基台の傾動又は圧力として検出し、制御部が２個の駆動輪を独立に制御する。これにより、作業者は操縦に手を使う必要が無いため、誘引作業や脇芽の除去など頂頭部に必要な作業を、電動台車の移動を交えて連続的に行うことができ、また、手に農作物を持った状態で移動することが可能となる。

本発明の一実施例（第１実施例）である電動台車の外観図であり、(a)は上方斜視図、(b)は下方斜視図。 実施例の電動台車のコントロール板及びそれに設けられた体重移動検出機構の一例を分かりやすく示すための中心縦断面図。 実施例の電動台車の制御回路のブロック図で、(a)は第１実施例の制御回路、(b)は第２実施例の制御回路。 本実施例の電動台車を用いて農作業を行っているところの外観図。 作業モードにおける電動台車の平面図(a)、側面図(b)及び正面図(c)。 畝の端部にて折り返す際の電動台車の動きを示す平面図。 運搬モードにおける電動台車の平面図(a)、側面図(b)及び正面図(c)。 コントロール板上での作業者の体重移動に対する駆動輪の応答の設定図であり、(a)が右駆動輪、(b)が左駆動輪。 コントロール板上での作業者の体重移動に対する駆動輪の応答の別の設定図であり、(a)が右駆動輪、(b)が左駆動輪。 本発明の別の実施例（第２実施例）である電動台車の外観図であり、(a)は右側面図、(b)は正面図、(c)は左側面図、(d)は後面図。

本発明の一実施例（第１実施例）である電動台車の外観を図１(a)、(b)に示す。図１(a)は上方斜視図、図１(b)は下方斜視図である。本実施例の電動台車１は、台車本体１０と、その長手方向の一端部分に設けられた2つの、垂直軸回りに固定された駆動輪１１（左駆動輪１１Ｌ、右駆動輪１１Ｒ）と、他の一端部分に設けられた２個の垂直軸回りに回転可能な従駆動輪である自在キャスター１２（左自在キャスター１２Ｌ、右自在キャスター１２Ｒ）と、台車本体１０の上部に設けられたコントロール板２０等から構成される。自在キャスター１２は１個でもよい。２個の駆動輪１１Ｌ、１１Ｒにはそれぞれを駆動するためのモーターが設けられており、各駆動輪１１Ｌ、１１Ｒは独立に回転駆動される。また、これら駆動輪駆動用のモーター１４（左駆動輪モーター１４Ｌ、右駆動輪モーター１４Ｒ）やそれらの動作を制御するための制御回路４０は、台車本体１０の下部の制御ボックス１３内に配置されている。台車本体１０の大きさは、高さHが概ね20cmから60cm程度、幅Wが概ね30cmから60cm程度、長さLが概ね60cmから100cm程度である。もちろん、作業対象や作業場所に応じて、これより小さくすることもできるし、これより大型のものとしてもよい。

この電動台車１は、コントロール板２０の上に作業者が立ち、作業者が該コントロール板２０上で前後左右に体重を移動させる事によりその移動を制御することができる（電動台車１を操縦することができる）。その動作については後述する。

図２はコントロール板２０及びそれに設けられた体重移動検出機構の一例を分かりやすく示すための中心縦断面図である。コントロール板２０は全体を支える固定基台２１と、同固定基台２１の４隅に配置した４つのゴムダンパー２３ａ〜２３ｄ（図２では２３ｃ、２３ｄは図示されていない。）に支えられた可動基台２２を備えている。更に、固定基台２１の４辺側にはそれぞれ体重移動量を検出する為の圧力センサ２４ａ〜２４ｄ（図２では２４ｄは図示されていない。）が設けられている。圧力センサ２４ａ〜２４ｄは実際上は変位センサであるが、作業者の体重移動（力）に対するゴムダンパー２３ａ〜２３ｄの変位量は小さな値（例えば、20kg重で0.1mm程度）に設定されている。なお、コントロール板２０の上面には、作業者の立ち位置を示すための右足及び左足の絵が描かれている。

可動基台２２の中心部には上方に突出する固定ネジ２９が設けられ、更に、同固定ネジ２９を中心に９０度単位で等距離に、同じく上方に突出する４本の位置決めピン２７ａ〜２７ｄ（図２では２７ｄは図示されていない。）と、下方に伸びる４本の押しピン２５ａ〜２５ｄ（図２では２５ｂ、２５ｄは図示されていない。）が配置されている。４本の押しピン２５ａ〜２５ｄはそれぞれ、固定基台２１上の４個の圧力センサ２４ａ〜２４ｄを押圧する位置に配置されている。適度な柔軟度を持つゴムダンパー２３ａ〜２３ｄにより支えられた可動基台２２上に乗せられたコントロール板２０の上に作業者が立ち、前後左右に体重を移動させると、その体重移動量はゴムダンパー２３ａ〜２３ｄの撓みにより押しピン２５ａ〜２５ｄを経て圧力センサ２４ａ〜２４ｄに伝わり、体重移動量と方向を検出できることになる。

コントロール板２０の下面には、可動基台２２から上方に突出する前記４本の位置決めピン２７ａ〜２７ｄに対向する位置に４個の位置決め穴２８ａ〜２８ｄが設けられている。これら４本の位置決めピン２７ａ〜２７ｄを４個の位置決め穴２８ａ〜２８ｄに合わせ、コントロール板２０の中心に設けられた固定穴３０に可動基台２２の固定ねじ２９を差し込んでボルト３１で固定ねじ２９を締めることにより、コントロール板２０の下方に可動基台２２を固定する。

ここで、４本の位置決めピン２７ａ〜２７ｄ及び４個の位置決め穴２８ａ〜２８ｄは中心から等距離に９０度間隔で設けられているため、両者を差し込む際に、コントロール板２０と可動基台２２の向きを９０度ずつ変更することができる。これにより、後述するような様々な操縦・運転が可能となる。

４個の圧力センサ２４ａ〜２４ｄ、及び２個の駆動輪１１Ｌ、１１Ｒを駆動するための各モーター１４Ｌ、１４Ｒは制御回路４０に接続されている。図３(a)は制御回路４０のブロック図で、コントロール板２０上の作業者の体重移動量を４つの圧力センサ２４ａ〜２４ｄで検出し、２個の駆動輪１１Ｌ、１１Ｒの回転方向と回転速度を演算し指示を出すＣＰＵ部４１と、同ＣＰＵ部４１の指示に従い駆動輪１１Ｌ、１１Ｒを回転させるＥＳＣ（エレクトリック・スピード・コントローラー）４２、４３と、この電動台車１を必要時間、独立して稼働させることのできる電源回路４４を内蔵している。

このような構造を有する本実施例の電動台車１の使用方法は次の通りである。まず、コントロール板２０は、作業目的により、前記の通り９０度単位で向きを変えることができる。作業モードの場合、主な作業形態である脇芽除去や誘引等の作業では、図４に示すように、作業者は畝の植物体２に向かって立つことになるため、電動台車１の移動はその９０度方向になる。この場合、コントロール板の向きは図５(a)の様になり、操縦は、スケートボードやスノーボードに類似したものになる。

この形態（図５）の場合、コントロール板２０上で右足（図５(a)において右側の足）側に体重を掛けると電動台車１は前進（図５(a)において右側に移動）し、左足側に体重を掛けると後退する。そして、そのように前進又は後退移動をしている際に、爪先側に体重をかけると電動台車１は左に曲がり、踵側に体重をかけると右に曲がる。

一方、電動台車１が停止した状態から、前後方向には中立状態で（すなわち、左右には体重をかけず）、爪先側に体重をかけると、電動台車１は左駆動輪１１Ｌを中心にその場で左に回転し、同様に踵側に体重をかけると、右駆動輪１１Ｒを中心にその場で右回転できる。このため、図６のように畝の端部に到着し折り返す際に小回りが利く。そして、そこで更に回転することにより、自然に反対側の畝の植物に対して作業する位置に電動台車１が移動する。

電動台車１の後ろに荷物を積んで運ぶ運搬モードの場合、作業者は電動台車１の先端部に立つ必要があるため、コントロール板２０を図７のように向けることになる。コントロール板２０をこのように置くことにより、台車本体１０の後方の荷物台が大きく広がり、そこに大きな荷箱７等を置くことができるようになる。この場合の操縦は、セグウェイ（登録商標）やバランススクーター（登録商標）のような左右二輪を持つ電動移動体に似たものになる。このモードは、後ろにトレーラーを牽引するのも容易で、更に多くの荷物を運ぶことができる。

何れにおいても、コントロール板２０の操作に対する駆動輪１１の応答は、図８(a)及び(b)に示すように、体重移動に応じて滑らかに変化するようにすると、停止から前後移動・左右への進行方向転回が人間の感覚に合致して滑らかに移行するので、操縦が容易になる。（駆動輪１１が急激なＯＮ／ＯＦＦ動作をしたり、ギクシャクした応答をすると、電動台車１上の作業者には急激な慣性が生じて操縦しにくい。）

また、僅かな体重移動を感知しても電動台車１が動いてしまうと、作業時等に停止状態を保つのが困難となる。そのため、図８に表れているように、圧力センサ２４ａ〜２４ｄには物理的あるいはソフトウェアによる不感帯を設けた方がよい。なお、図８及び後述の図９における横軸体重移動量の中央は、全圧力センサ２４ａ〜２４ｄの出力値合計の1/4として設定される。

更に、作業時の位置調整と、移動の為の走行には明らかな電動台車１の動作上の違いがあるので、コントロール板２０上の体重移動度合いと駆動輪１１、１２の回転速度の関係は正比例関係よりも、図８に示すように、中立位置近傍の所定範囲内では低感度に、それよりも体重移動が大きい場合には高感度になるようにした方がよい。その感度設定は、図８に示すように折れ線状にしたり、図９の様に指数関数的に変化させることができる。
ただし、左右への方向転回については、体重移動と正比例した方がよい。

なお、本電動台車１のコントロール板２０に最初に作業者が乗る際、或いはそこから降りる際に本電動台車１が突然動き出すことがないように、制御回路４０は４個の圧力センサ２４ａ〜２４ｄの出力を基に、次のような起動・停止制御を行う。すなわち、全圧力センサ２４ａ〜２４ｄの出力値の合計が所定の基準値（作動基準値）以下である場合には、両駆動輪１１Ｌ、１１Ｒを回転駆動させず、上記のような制御を行わない。この作動基準値としては、大人の作業者の想定体重の2/3程度としておくことが望ましいが、つまみ等によって調整可能としておくことが更に望ましい。或いは、コントロール板２０の無負荷状態（全圧力センサ２４ａ〜２４ｄの出力値の合計がほぼゼロの状態）から負荷状態に遷移した後の所定時間（例えば５秒）は両駆動輪１１Ｌ、１１Ｒを動作させないようにしてもよい。同様に、作業者がコントロール板２０から降りるときや作業中にバランスを崩したときのことを考慮して、４圧力センサ２４ａ〜２４ｄの急激なバランス変動に対する不感措置を入れておくことが望ましい。
なお、コストは多少アップするものの、作業者がコントロール板２０上に乗り又はそこから降りることを検出するセンサを別途設けてもよい。

図１０は、作業内容によって作業高さが異なるのに合わせて、作業者が立つコントロール板２０の高さを任意に設定できるようにする実施例で、図２に示す固定基台２１を平行リンク５１を経由して台車本体１０に装荷し、同平行リンク５１をギヤードモーター等の昇降モーター５２で駆動する平行ネジ５３等によりコントロール板２０の高さを上下できる。この実施例の電動台車５０の制御回路６０は、図３(b)に示すようなものとなる。この制御回路６０では、図３(a)に示したＣＰＵ部４１に昇降モーター５２を制御するためのモータードライバー４６が接続され、作業者が操作する昇降スイッチ４７の状態に応じて昇降モーター５２を制御する。
この作業高さを変える手段は、他に多くの手段が有り、この実施例に限定するものではない。

図２のコントロール板２０の構造及び図３(a)(b)の制御回路４０、６０は、最もシンプルに圧力センサ２４ａ〜２４ｄを前後左右それぞれ独立して４個用いる例を示したが、前後と左右をそれぞれ１個のセンサを使用することにし、ゼロを中心に±の圧力を検出する事により全ての方向の体重移動を検出する事もできる。いずれにせよ、固定基台２１に対する可動基台２２の面内２方向の傾斜を検出すればよいのであり、様々な態様のセンサ配置とすることができる。

図３(a)(b)に示す制御回路４０、６０には、本発明に基づく電動台車１が必要時間独立して稼働できるように電池を内蔵しているが、当該電池は充電可能な二次電池４５の方が良い。
この二次電池４５の充電は、充電ステーションに人力で電動台車１を移動させたり、充電用コネクタに電源を接続しても良いが、電動台車１の保管位置近傍で充電ボタンを押すことにより、電動台車１が自動的に充電ステーションに自走するようにすると便利である。

１、５０…電動台車
１０…台車本体
１１…駆動輪
１１Ｌ…左駆動輪
１１Ｒ…右駆動輪
１２…自在キャスター
１２Ｌ…左自在キャスター
１２Ｒ…右自在キャスター
１３…制御ボックス
１４…モーター
１４Ｌ…左駆動輪モーター
１４Ｒ…右駆動輪モーター
２…植物体
２０…コントロール板
２１…固定基台
２２…可動基台
２３ａ〜２３ｄ…ゴムダンパー
２４ａ〜２４ｄ…圧力センサ
２５ａ〜２５ｄ…押しピン
２７ａ〜２７ｄ…位置決めピン
２８ａ〜２８ｄ…位置決め穴
２９…固定ネジ
３０…固定穴
３１…ボルト
４０、６０…制御回路
４１…ＣＰＵ部
４２、４３…ＥＳＣ（エレクトリック・スピード・コントローラー）
４４…電源回路
４５…二次電池
４６…昇降モータードライバー
４７…昇降スイッチ
５１…平行リンク
５２…昇降モーター
５３…平行ネジ
７…荷箱

Claims (7)

1. a) 台車本体と、
   b) 前記台車本体の下方に設けられた２個の、垂直軸に関して回転しない駆動輪と、
   c) 前記台車本体の下方に設けられた少なくとも１個の、垂直軸に関して回転自在の従動輪と、
   d) 前記台車に設けられた固定基台と、
   e) 前記固定基台上で面内の２方向に傾動可能な可動基台と、
   f) 前記可動基台の前記２方向の傾動を検出するセンサと、
   g) 前記センサの出力に基づき、前記２個の駆動輪を独立に制御する制御部と
   を備えることを特徴とする農作業用電動台車。
2. 前記センサが、前記固定基台と前記可動基台の間に、両者の中心回りの４方向に設けられた変位センサであることを特徴とする請求項１に記載の農作業用電動台車。
3. 前記可動基台上に、作業者が両足で立って本農作業用電動台車を操縦するための踏板を、面内の少なくとも２方向において固定する機構が設けられている請求項１又は２に記載の農作業用電動台車。
4. 前記踏板の上面に、作業者の右足及び左足を乗せるべき位置の絵が描かれていることを特徴とする請求項３に記載の農作業用電動台車。
5. 前記制御部が行う、前記センサの出力に基づく前記駆動輪の制御の設定において、可動基台の中立位置近傍に駆動輪が駆動されない不感帯が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の農作業用電動台車。
6. 前記制御部が行う、前記センサの出力に基づく前記駆動輪の制御の設定において、可動基台の中立位置近傍の所定範囲内における駆動輪のセンサ出力に対する応答が、前記所定範囲外における該応答よりも低感度に設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の農作業用電動台車。
7. 更に、
   h) 前記台車本体に対して前記固定基台を昇降させる昇降機構
   を備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の農作業用電動台車。

Images