JP2020124208A - 農業用ロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】農作物育成に必要な材料の輸送に活用することを特徴とした農業用ロボット装置を提供する。【解決手段】農地に点在して配置された支柱と、該支柱に支持された農地と接触しないレール３と、該レールに保持されてレールに沿って移動可能な移動機構を具備した移動ユニットと、該移動ユニットに配置された作業ユニットと、で構成され、前記レールに隣接したレールへの移動ユニット及び作業ユニットの移動手段として、隣接レール間に方向変更レールを設けることで、該方向変更レールに沿って移動ユニットが連続的に移動することにより、隣接したレールへの移動が行われることを特徴とする。【選択図】図２１

Description

本発明は、水田や畑の農業耕作地や、園芸施設（ビニールハウス、温室など）で連続的に使用できる農業用ロボット装置に関するものである。

従来の農作業は人手や農耕用動物（牛、馬）、耕運機、トラクターにより主として行われている。これらは全て農耕地内に、足を踏み入れ、また駆動輪であるタイヤが入るスペースを確保する必要があり、株間のスペースに対し、畝間のスペースは広めに取って足の踏み入れるスペースやタイヤの通るスペースを確保する必要があった。日本の水田では一般的に、苗の株間の間隔は２０ｃｍに対して、畝間の間隔は３０ｃｍも取っている。大規模農作地では小型飛行機、ヘリコプターを使用し薬剤散布を行い、最近はドローンを用いた消毒剤散布も行われるようになった。日本のように中小零細農家が多い現状では、ドローンの活用は魅力的であるが、薬剤散布の様な作業に限定され、薬剤積載量も少なく頻繁に充電が必要になるという問題がある。

日本に於いては高齢化社会の進行と共に、農業従事者の高齢化が深刻で、後継者問題から農業従事者の減少と食料自給率の低下が大きな社会問題の一つとなってきている。こうした背景により、複数の農作業を代行する農業用ロボットの開発が望まれていた。農業用ロボットとしてはGPS付きの無人トラクターが出だしてきたが、タイヤスペースを農耕地内に確保する必要が有る。また導入に大きな設備投資が必要で、零細農業従事者にとっては初期投資が負担になっている。

農耕地内の移動はタイヤを回転させて行うが、空気圧の高いタイヤで乾燥路面上を走行する一般の自家用車の走行と異なり、タイヤと農耕地の接触面積が大きく、また水田等のぬかるんだ農耕地の移動では燃費を大幅に低下させていた。

更に日本に於いては、秋の収穫時期の台風による強風や大雨の影響、夏場での異常気象（高温、冷夏、多雨、日照りによる乾燥）の影響により、及び米などの穀物類、野菜、果実の収穫量が大きく変動する問題が有る。また病害虫による被害や、鳥獣被害により収穫量の減少もある。特に前者の病害虫の影響は今後の地球温暖化の影響で生態系の変化が懸念される。
植物工場のような密閉空間で温湿度管理を行い、病害虫侵入を防ぐ取り組みもあるが、設備投資が莫大となり、ごく一部の高付加価値野菜、果物の生育に限定されている。

特開平６−１２５６０９号公報 特開２０１０−２３３４５９号公報 特許第３００２７３０号公報 特許第３６９９２０３号公報 特開平１０−２２９７０２号公報 特開昭５８−１４６４６３号公報

特許文献１には農耕地内に敷設されたレールに沿い走行するクレーンと、クレーンの梁に沿って移動する農耕作機械を設置し、農耕作機械と梁クレーンを移動させ農作業を行う装置の記載が有る。
また特許文献２には農耕地内に畝と平行に設置された移動用通路を交互に配置し、農業用ロボットが移動用通路に沿って動き、畝での作業完了後、畝間移動台車に乗せられ、隣の移動用通路に移動し、隣の畝での作業を移動用通路に沿って行うことを繰り返す農業用ロボットの記載がある。
これと類似な構成として、特許文献５には、茶畝の両脇に敷設されたレール上を走行する、茶畝を跨ぐようにして作業台車と、この作業台車に搭載されて作業を行う茶園管理機を具備する茶園管理装置の記載がある。 茶畝の下端側の他畝横移動用地に、横移動ガイドレールが設けられ、横方向移動車がこれに沿って走行するようになっている。これらの例ではレールの機能目的はクレーンや農耕作機械や農業用ロボットの移動のみである。

特許文献３には中山間地の傾斜している作物畝の長手方向に沿って建設されたハウス内で、畝に沿って一本のレールに懸垂されて移動する防除装置に薬液を供給するホースが付いており、引き上げの際はホースリールに巻き取ることにより、防除装置を引き上げ、作業の際には、防除装置の自重で、レールに沿って移動しながら防除薬液の散布を行う機構の防除装置が記載されている。
また特許文献４には一本のレールに沿って移動可能な自走装置と台車が有り、台車上には散布ノズルと、散布ノズルに連結されたホースリールがあり、ホースの他端はレール端部にある散布物供給源に連結されている。自走装置の移動にあわせて、ホースリールの回転を調整し、台車に設置された散布ノズルより、薬液散布を行う散布装置の記載がある。
これと類似な構成として、特許文献６には、レールに沿って移動する自走体より下方に伸びた散布器より水や農薬を噴霧し、散水や消毒を行う散布装置が示されている。これも特許文献４と同様に散布液はホースで供給され、ホースは散布器の位置に応じて螺旋状に伸縮する。またホースに沿って送電線が付設されている。これらの例でもレールの機能目的は防除装置、自走装置や台車の移動のみである。

上述した公知例では農耕地内にレールを敷設し、畝間の移動も特許文献２の様に畝間移動台車に乗せて専用通路上を移動して隣の畝に移動するか、特許文献５の様に横移動ガイドレールに沿って横方向移動車で茶畝間の移動を行っていた。特許文献１ではクレーンの移動用レール上を移動させていた。また特許文献３，４ではレールの往復のみで作業を行い、レール間移動方法の記載はないが、都度レールにセットして同じ作業を行う。このように移動用レール面積が必要となり、また都度レールへの乗せ換え作業が必要となり、農耕地の活用効率や作業効率（都度人手が必要）から問題であった。当然のことながら、レール部分や移動用レール部分では、地面にレールを設置しているため農耕地として活用することは出来ない。

特許文献３，４，６では共にホースをレールとは別に設置する必要が有り、ホースリールや螺旋形状でホースを防除装置や散布自走装置の移動距離に応じて巻き取る工夫をしていた。このホースがあるため、装置の移動距離には限界が有り、直線的なレール上を往復させてホースをホースリールに格納してから、次のレールに移動させ、再度セットする必要が生じていた。この場合ホースの長さでレールの長さが制約を受けていた。また農作業も散水や散布等に限定されていた。

植物工場ほど大規模ではないにせよ、ハウスにより簡易的な密閉空間を作り、簡易的温度管理がなされる場合もあるが、ハウス設置の工事が必要であり、ハウスの構造物はハウスを密閉するシートの保持のみの機能であった。ハウスでは中で人が作業をしたり、農業用装置が移動したりする空間を確保するため、農作物の生育高さに対し、十分に高い位置に天井が必要であり、ハウスは通常アーチ状の天井を有するビニールハウス形状となる。このため内部の空間体積は大きく、温湿度管理のための空調設備は大規模なものになっていた。またハウス内の温湿度を一定に保つために空調設備からの空気を拡散するファンも点在して必要であった。ハウスの高さに対し、ハウスの構造体はシートの保持のみの機能が故に、構造物自体の強度は弱く、台風等の強風の影響で簡単に破損していた。

本発明は、こうした事情に鑑みてなされたもので、農耕地の活用効率改善やレール間の移動を容易に行い、省人化による農作業効率改善を行う。これ以外に、農業用ロボット装置の移動に使用するレールを、従来例の様に単に移動としての活用だけでなく、ハウスの構造物の一部に活用し、農作物育成に必要な材料の輸送に活用することを特徴とした農業用ロボット装置を提供しようとするものである。

以上の課題を解決するために、農地に点在して配置された支柱と、該支柱に支持された農地と接触しないレールと、該レールに保持されてレールに沿って移動可能な移動機構を具備した移動ユニットと、該移動ユニットに配置された作業ユニットと、で構成される農業用ロボット装置に於いて、前記レールに隣接したレールへの移動ユニット及び作業ユニットの移動手段として、隣接レール間に方向変更レールを設けることで、該方向変更レールに沿って移動ユニットが連続的に移動することにより、隣接したレールへの移動が行われることを特徴とする農業用ロボット装置。

農業用ロボット装置に於いて、レールの構造体を活用し、農業に必要な材料の移動手段、散布手段としたことを特徴とする農業用ロボット装置。

農業用ロボット装置に於いて、支柱と、支柱に支持されたレールの構造体を活用し、農業に必要なハウスの様な構造物を構成する手段としたことを特徴とする農業用ロボット装置。

本発明により農耕地内に足を踏み入れるスペースや、農業用機械のタイヤが入るスペースを確保する必要が無くなり、苗の株間の間隔と畝間の間隔を揃えることが出来る。これにより、単純計算で従来の畝間隔が３０ｃｍから株間隔の２０ｃｍと同じになり、農耕地の活用効率は５割改善する。

本発明ではレールに懸架する構造であるため、ヘリコプターやドローンと異なり、農業用ロボットの保持には動力が必要なく、多種類の農作業を、エネルギー効率良く行うことが可能となる。

農業用ロボットとしてレールに沿って移動するだけなので、GPS付きの高価な自動運転制御機能を導入する必要が無く、農業用ロボットを共同管理すれば、初期投資は支柱とレールの設置だけで済み、日本に於ける多くの零細農業従事者にとっては初期投資が少なくて済む。

従来の農業用機械では農耕地内の移動はタイヤを回転させて行い、タイヤと農耕地の接触面積が大きく、また水田等のぬかるんだ農耕地の移動では燃費を大幅に低下させていたが、本発明では移動するタイヤはレール上にあり、空気圧の高いタイヤで乾燥路面上を走行する一般の自家用車の走行と同様にタイヤとレールの接触面積が小さく摩擦抵抗が抑えられ、燃費の良い移動が可能となる。

本発明においてレールは単にロボットの移動用の構造体として使用するだけでなく、農地に張り巡らせている特徴を生かし、レール構造体の内部を農業に必要な材料の移動手段、散布手段として活用することにより、散水や、農薬、液体肥料の散布だけでなく、温風、冷風で空調管理、気圧管理として活用が出来る。またLEDを一定間隔で設置することにより日照不足対策や、植物の生育に必要な波長の光を照射することも可能となる。

本発明においてレールや支柱は単にロボットの移動用の構造体として使用するだけでなく、農地に張り巡らせている特徴を生かし、農業に必要な構造物を構成する手段として活用し、農耕地全体をビニールハウス化して冷夏対策、多雨対策をしたり、温湿度管理をして農産物の生育に適した環境を維持したり、防虫ネットを張り巡らして病害虫対策や、鳥獣被害対策をしたり、周囲に暴風壁、防水壁を設置し台風シーズンでの暴風雨対策、洪水対策が可能となる。

本発明においてレールや支柱を活用して、農耕地全体をビニールハウス化することで、植物工場のような密閉空間で温湿度管理を、設備投資を抑えて実現することが可能となる。

発明１に係る第１実施例を示す正面図（ａ）と側面図（ｂ）である。 発明１に係る第１実施例を示すレール配置図である。 発明１に係る第２実施例を示す正面図（ａ）と側面図（ｂ）である。 発明１に係る第２実施例を示すレール配置図である。 発明１に係る第３実施例を示すレール配置図である。 発明１に係る第３実施例を示す側面図（ａ）と正面図（ｂ）、レール端部での側面図（ｃ）と、正面図（ｄ）、原理詳細図（ｅ）である。 発明１に係る第３実施例を示す斜視図である。 発明１に係る第４実施例を示す斜視図である。 発明１に係る第４実施例を示す側面図（ａ）と正面図（ｂ）、レール端部での側面図（ｃ）と、正面図（ｄ）である。 発明１に係る第５実施例を示す斜視図である。 発明１に係る第５実施例を示す駆動ユニットの側面図（ａ）、裏面図（ｂ）、斜視図（ｃ）、裏面から見た斜視図（ｄ）である。 発明１に係る第５実施例を示すレール端部付近での側面図（ａ）、レール端部での側面図（ｂ）、レール端部で移動ユニットが横方向移動中の図１２（ｂ）のＣ方向から見た正面図（ｃ）と、図１２（ｂ）のＤ方向から見た正面図（ｄ）である。 発明１に係る第６実施例を示す正面図（ａ）と側面図（ｂ）である。 発明１に係る移動ユニットの動力源の第２の実施例を示す側面図（ａ）、斜視図（ｂ）である。 発明１に係る作業ユニットと作業ツールの第１実施例を示す側面図（ａ）、正面図（ｂ）、側面作業図（ｃ）である。 発明１に係る作業ユニットと作業ツールの第２実施例を示す側面図（ａ）、（ｂ）、正面図（ｃ）、側面作業図（ｄ）である。 発明１に係る作業ユニットと作業ツールの第３実施例を示す側面図（ａ）、正面図（ｂ）、側面作業図（ｃ）である。 発明１に係る作業ユニットと作業ツールの第４実施例を示す側面図（ａ）、正面図（ｂ）、作業工程図（ｃ）、側面作業図（ｄ）、レール端部での作業図（ｅ）である。 発明１に係る作業ユニットと作業ツールの第５実施例を示す側面図（ａ）、正面図（ｂ）、側面作業図（ｃ）、レール端部での作業図（ｄ）である。 発明１に係る作業ユニットと作業ツールの第６実施例を示す側面図（ａ）、正面図（ｂ）、側面作業図（ｃ）である。 発明１に係るレールの付加機能の第１実施例を示すレール断面図（ａ）、第２実施例を示すレール断面図（ｂ）、第３実施例を示すレール断面図（ｃ）、第４実施例を示すレール断面図（ｄ）、第５実施例を示すレール断面図（ｅ）である。 発明１に係るレール及び支柱の付加機能の第１実施例を示す斜視図である。 発明１に係るレール及び支柱の付加機能の第２実施例を示す側面図である。 発明１に係るレール及び支柱の付加機能の第３実施例を示す斜視図である。 発明１に係るレール及び支柱の付加機能の第４実施例を示す側面図である。 発明１に係るレール及び支柱の付加機能の第１実施例の設置作業を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態に係る農業用ロボット装置の構造、及びその稼動方法について、図面を参照しながら説明する。以下説明内において同一部分には同一の符号及び処理名を付し、最初にその詳細な説明をし、重複する同一部分の説明は省略する。

本発明の第１の実施例に係る農業用ロボット装置に付き図１で説明する。図１（ａ）は農業用ロボット装置の移動方向から見た正面図、図１（ｂ）は農業用ロボット装置の移動方向を側面から見た側面図である。本発明による農業用ロボット装置は、農地１上に点在して配置された支柱２と、複数の支柱２で保持され、農地とほぼ平行方向に設置されたレール３と、レールに保持されてレールに沿って移動可能な移動手段を具備した移動ユニット４と、移動ユニットに配置された作業ユニット７と、作業ユニット７に設置された作業ツール８とからなる。移動ユニット４の移動手段としては、レール３上に沿って移動するためのタイヤ５と車軸６で構成される。この移動ユニット４、作業ユニット７、作業ツール８で構成される集合体を農業用ロボットと称する。この農業用ロボットはレールに沿って移動する。

図示していないが、移動ユニット４内にはタイヤ５、車軸６を動かすためのモータ等の動力手段や、その動力源の供給手段が内蔵されている。この供給手段としてはバッテリーや、電源コードリールがある。電気モータ以外に圧力モータを使用する場合には、動力源としては空気圧や水圧、油圧があり、それらに対応したケーブルリールがある。

図１（ａ）に於いて、移動ユニット４内の動力手段により車軸６を回転し、タイヤ５を回転してレール３に沿って移動ユニット４が移動する。図１（ａ）ではレール３は一本であり、これに跨るようにして移動ユニット４が被さる。移動ユニット４の下には作業ユニット７が配置されており、作業ユニット７には作業ツール８が設置されている。図１（ｂ）で示すように、作業ツール８は農地１に農作物の苗９を植える等の農作業を行う。

本発明の第１の実施例に係る農業用ロボット装置のレール配置に付き図２で説明する。図２は図１（ａ）、（ｂ）に示すレール３を、農地１の上方より見たレールの配置図である。レール３の端部には方向変更レール１０が連結されており、移動ユニット４はこの方向変更レール１０に沿って移動することで、隣接レール３への移動が行われる。図２では移動ユニットの移動ルートを移動線１１で示している。

本発明の第２の実施例に係る農業用ロボット装置に付き図３で説明する。図３（ａ）は農業用ロボット装置の移動方向から見た正面図、図３（ｂ）は農業用ロボット装置の移動方向を側面から見た側面図である。本発明による農業用ロボット装置は、図３（ａ）に示すように、互いに平行方向に配置された一対のレール３に跨って保持されて、レールに沿って移動可能な移動機構を具備した移動ユニット４と、移動ユニット４に配置された作業ユニット７と、作業ユニット７に設置された作業ツール８とからなる。移動ユニット４の移動手段としては、一対のレール３上に沿って移動するための一対のタイヤ５と車軸６で構成される。図３（ｂ）の作業ツール８は農地１に農作物の苗９を植える農作業を図１（ｂ）同様行う。

本発明の第２の実施例に係る農業用ロボット装置のレール配置に付き図４で説明する。図４は図３（ａ）、（ｂ）に示す一対のレール３を、農地１の上方より見たレールの配置図である。一対のレール３の端部には一対の方向変更レール１０が連結されており、移動ユニット４はこの方向変更レール１０に沿って移動することで、隣接レール３への移動が行われる。図４で移動ユニットの移動ルートを移動線１１で示している。一対の方向変更レール１０の長さの違いに対応して、図４に示す移動ユニット４の一対のタイヤ５の回転数は、方向変更時に内側と外側で変える必要がある。

本発明の第３の実施例に係る農業用ロボット装置のレール配置に付き図５で説明する。図５は図４に示す一対のレール３の内の一方を、隣接の一対のレールの一方と兼用した配置を特徴とする。一対のレール３の端部には方向変更レール１０が連結されており、移動ユニットはこの方向変更レール１０に沿って移動することにより、隣接レールへの移動が行われる。図３で移動ユニットの移動ルートを移動線１１で示している。

本発明の第３の実施例に係る農業用ロボット装置に付き図６で説明する。図６（ａ）は農業用ロボット装置の移動方向を側面から見た側面図、図６（ｂ）は農業用ロボット装置の移動方向から見た正面図である。図３同様に本発明による農業用ロボット装置は、互いに平行方向に配置された一対のレール３に跨って保持されて、レールに沿って移動可能な移動手段を具備した移動ユニット４と、移動ユニット４に配置された作業ユニット７と、作業ユニット７に設置された作業ツール８とからなる。移動ユニット４の移動手段としては、一対のレール３上に沿って移動するための一対のタイヤ５と車軸６で構成される。図３との違いは、移動ユニット４の移動方向を正面として、両側面に突起物１２が付加されていることである。

図６（ｃ）は移動ユニット４がレール３の端部まで到達し、タイヤ５の一つが空中に浮いた状態を示している。この際、タイヤ５が空中に浮いた側の側面の突起物１２からは、スペーサー１３と、回転軸ピン１４が出てくる。回転軸ピン１４はレール３の端部においてレール内に挿入されている。この際の正面図を図６（ｄ）に示している。移動ユニットの片側のタイヤは方向変更レール１０に乗っており、空中に浮いた側のタイヤ５は省略しており、こちら側の突起物１２からはスペーサー１２と、回転軸ピン１４が出てくる。回転軸ピン１４はレール３の端部においてレール内に挿入されている。図６（ｅ）は原理詳細図であり、突起物１２よりスペーサー１３と回転軸ピン１４が出てくる。レール３の端部には回転軸ピン１４を挿入する穴１５が空いている。

回転軸ピン１４はレール３の端部において穴１５に挿入され、移動ユニット４は突起物１２とスペーサー１３でレール３の端部に支えられ、一方反対側は方向変更レール１０上に乗ったタイヤ５で支えられる。タイヤ５が方向変更レールに沿って移動することで、穴１５に挿入された回転軸ピン１４を中心にして移動ユニット４が回転しだす。半回転した所で最初に空中に浮いたレール５が再びレール３上に乗り、移動ユニットの方向変更が完了する。ここで回転軸ピン１４とスペーサー１３は突起物１２内に格納される。レール３上をタイヤ５が進みだし、空中に浮いていた残りのタイヤ５もレール３上に乗った以降、再び一対の隣接レール３上の移動ユニット４の移動が開始する。

回転軸ピン１４はレール３の端部で穴１５に挿入されるため出入りを繰り返すが、スペーサー１３は移動ユニット４の移動に支障が出なければ、突起物１２内への出入りを繰り返す必要は無い。

本発明の第３の実施例に係る農業用ロボット装置のレールに沿っての移動に付き、図７の斜視図で説明する。前の農地よりレール３にて移動してきた移動ユニット４は、農地１に点在して配置された支柱２で保持された一対のレール３に沿って移動し、方向変更レール１０で上述したように方向変更を行い、隣接する一対のレール３に沿って移動しながら、作業ユニット７に設置された作業ツール８で農作業を行う。これを繰り返し農地１での作業を終えた後に、次の農地への移動を行う。図７でも移動ユニット４の移動ルートを移動線１１で示している。

図７に於いては、前の農地から本農地１に来るルートも農地１‘とし、次の農地へ移動するルートも農地１’としている。また方向変更レール１０に沿っての移動のルートも農地１‘’としている。

本発明の第４の実施例に係る農業用ロボット装置のレールに沿っての移動に付き、図８の斜視図で説明する。前の農地よりレール３にて移動してきた移動ユニット４は、農地１に点在して配置された支柱２で保持された一対のレール３に沿って移動し、方向変更レール１０、１０‘、１０”で方向変更を行い、隣接する一対のレール３に沿って移動しながら、作業ユニット７に設置された作業ツール８で農作業を行う。これを繰り返し農地１での作業を終えた後に、次の農地への移動を行う。図８でも移動ユニット４の移動ルートを移動線１１で示している。図８に於いても、前の農地から本農地１に来るルートを農地１’とし、本農地１から次の農地へ移動するルートも農地１’としている。また方向変更レール１０、１０‘、１０”に沿っての移動のルートも農地１“としている。このように移動ユニットが移動する方向変更レールの領域でも、農地として活用し、作業ツールで農作物に対する農作業を行う、以下も同様である。

本発明の第４の実施例に係る農業用ロボット装置の方向変更レール１０、１０‘、１０”に付き説明すると、方向変更レール１０は固定式であり、方向変更レール１０’、１０”は移動式である。この方向変更レール１０‘、１０”の場所は移動ユニット４の通り道になっており、伸縮を繰り返す必要がある。

本発明の第４の実施例に係る農業用ロボット装置の移動ユニット４の構造を図９（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。図９（ａ）は移動ユニット４の移動方向を側面から見た側面図、図９（ｂ）は移動ユニット４の移動方向から見た正面図である。移動ユニット４の移動手段としては、一対のレール３上に沿って移動するための一対のタイヤ５と車軸６に加え、方向変更レール１０、１０’上に沿って移動するために、移動ユニットの移動方向の正面側に設置された一対の横方向移動タイヤ５‘と車軸６’で構成される。

方向変更レール１０、１０’、１０”での移動ユニット４の方向変更の仕方と、それに伴う方向変更レール１０‘、１０”の伸縮の仕方に付いて図９（ｃ）、（ｄ）を用いて説明する。図９（ａ）の移動ユニット４の先頭にある横方向移動タイヤ５‘が、図８に示す方向変更レール１０上に到達した状態を図９（ｃ）で示している。

この移動に当たってはレール３から方向変更レール１０へ移動する際に、方向変更レール１０’は移動ユニット４の通り道にあるため、移動ユニット４、作業ユニット７、作業ツール８の進路を邪魔しない位置に退避させる必要がある。退避の仕方としては、隣の方向変換レール位置に退避させる、もしくは支柱２の作業ツール８を妨げない根元に退避させる、といった方法がある。

更にこの移動に当たっては、方向変更レール１０’は退避させる必要があるが、図９（ｃ）に示すように、移動方向に延びる方向変更レール１０”は移動ユニット４のタイヤ５の保持レールとして、レール３の延長線上に延ばす必要がある。

図９（ｃ）様に移動ユニット４の先頭にある横方向移動タイヤ５‘が、固定された方向変更レール１０上に到達した段階では、退避させていた方向変更レール１０’を再び図９（ｄ）に示すように延ばす必要がある。移動ユニット４は一対の横方向移動タイヤ５‘にて、方向変更レール１０、１０’に保持される。この段階では方向変更レール１０”は、移動ユニット４の次の移動を邪魔する位置にあるため、退避させる必要がある。方向変更レール１０”を退避させた後は、横方向移動タイヤ５‘にて移動ユニット４を方向変更レール１０、１０’に沿って図９（ｄ）に示すように移動させる。

図９（ｄ）で移動ユニット４の先頭にあるタイヤ５が、固定された方向変更レール１０上に到達した段階では、退避させていた方向変更レール１０”を再び延ばし。移動ユニット４の一対のタイヤ５を、方向変更レール１０、１０”上に保持させる。この段階では方向変更レール１０’は、移動ユニット４の次の移動を邪魔する位置にあるため、退避させる必要がある。方向変更レール１０’を退避させた後は、タイヤ５にて移動ユニット４を方向変更レール１０、１０”に沿って移動させ、一対のレール３上に乗せることで方向変換が完了する。タイヤ５，横方向移動タイヤ５‘の高さ位置は都度上下させるのが望ましい。

本発明の第４の実施例に係る農業用ロボット装置では第１〜３の実施例と異なり、方向変更レール１０、１０’、１０”部分で、移動ユニット４の方向は変わらないため、隣接する一対のレール毎に移動ユニット４の移動方向を変える必要がある。この移動ユニット４の移動方向の変更はタイヤ５の回転方向を逆にすれば良いが、作業ユニットと作業ツールの方向は移動方向に対し逆となってしまうので、方向変更レール領域にて、都度、移動ユニット４に対し作業ユニット７を半回転させ、向きを移動方向に揃える必要がある。

本発明の第４の実施例に係る農業用ロボット装置で、方向変換レール領域の農地１“でも農作業する際には、図９（ｄ）の移動ユニット４の移動の際に、作業ユニットを９０度回転させ。方向変更レール１０‘の延びる方向に作業ユニット７を向ける必要がある。

本発明の第５の実施例に係る農業用ロボット装置のレールに沿っての移動に付き、図１０の斜視図で説明する。図８の第４の実施例では方向変更レールで固定式レール１０と移動式レール１０‘、１０“の２種類のレールが必要であり、移動式レール１０‘、１０“は移動ユニット４の位置に応じて移動が必要であった。図１０に示す第５の実施例では方向変更レールは移動式レールが不要で、固定式レール１０のみで済む。図１０で移動ユニット４の移動ルートを移動線１１で示しているが、図８と同じである。また前の農地から本農地１に来るルートと、次の農地へ移動するルートを共に農地１’とし、また方向変更レール１０に沿っての移動ルートも農地１“として図８と同じである。図８との他の違いは、固定式の方向変更レール１０が無いレール３の終端部分に、支柱２’が立っていることと、移動ユニット４の下にスライド突起部１６が付加したことである。

本発明の第５の実施例に係る農業用ロボット装置の移動ユニット４の構造に付き図１１（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。図１１（ａ）は移動ユニット４の移動方向を側面から見た側面図であり、移動ユニット４の下にスライド突起部１６が設置されている。図１１（ｂ）は移動ユニット４の裏面方向からから見た底面図である。スライド突起部１６は作業ユニット７より大きく、移動ユニット４の底部に付加されている。移動ユニット４の上から見た斜視図を図１１（ｃ）に、下から見た斜視図を図１１（ｄ）に示す。スライド突起部１６の高さは、タイヤ５、横方向移動タイヤ５’のレール接触位置とほぼ同レベルにしている。

方向変更レール１０領域での図１１に示す移動ユニット４の方向変更の仕方に付いて図１２（ａ）〜、（ｄ）を用いて説明する。図１２（ａ）は移動ユニット４の後輪のタイヤ５がレール３上にあり、最前部の横方向移動タイヤ５‘が、未だ方向変更レール１０まで到達していない状態を示している。この際にはスライド突起部１６は方向変更領域での支柱２‘上にあるスライド部１７の上部に接触し保持されている。
移動ユニット４の移動は、レール３、方向変更レール１０上にあるタイヤ５の回転で行われ、スライド突起部１６はスライド部１７との接触面積が小さく摩擦が少ないので、スライド部１７上を滑って移動する。

図１２（ｂ）は最前部の横方向移動タイヤ５‘が方向変更レール１０に到達した状態を示している。この際には移動ユニット４の片側の前輪のタイヤ５と後輪のタイヤ５は共にレール上に乗っておらず、反対側のタイヤ５は方向変更レール１０上にある。スライド突起部１６が方向変更領域での支柱２‘上にあるスライド部１７の上部に接触し保持されていることで、移動ユニットの落下を防いでいる。

図１２（ｂ）では最前部の横方向移動タイヤ５‘が方向変更レール１０上に乗っており、横方向移動タイヤ５’を回転することで横方向移動が開始する。この際、反対側の横方向移動タイヤ５‘下には方向変更レールが無く、スライド突起部１６が方向変更領域での支柱２‘上にあるスライド部１７の上部に接触し保持され、滑ることで移動ユニット４の移動が開始する。

移動ユニット４の横方向移動が行われている際の図１２（ｂ）のＣ方向から見た状態を図１２（ｃ）にて示す。横方向移動タイヤ５‘が方向変更レール１０上で回転することで、移動ユニット４は隣接する一対のレール３方向に横方向移動して行く。

移動ユニット４の横方向移動が行われている際の図１２（ｂ）のＤ方向から見た状態を図１２（ｄ）にて示す。スライド突起部１６は方向変更領域の支柱２‘上にあるスライド部１７の上部に接触し保持されており、移動ユニット４の落下を防ぎつつ、スライド部１７の上を滑って移動する。移動ユニット４の横方向移動の駆動力は、図１２（ｃ）に示されている横方向移動タイヤ５‘の方向変更レール１０上での回転により生じている。タイヤ５，横方向移動タイヤ５‘の高さ位置は都度上下させるのが望ましい。

図１２（ｃ）、（ｄ）で方向変更領域での支柱２‘の幅が支柱２の幅より広くなっており、スライド部１７が２つ設置されている。この理由は、図１１（ｂ）でスライド突起部１６の大きさは対のタイヤ５、横方向移動タイヤ５’の車軸方向のタイヤ間隔よりも小さいためである。

更に詳細に図１２（ｄ）を用いて説明する。方向変更レール１０はレール３の延長線上にあり、タイヤ５がレール３から方向変更レール１０へ移動する。反対側のタイヤ５には図１２（ａ）に示すように、レール３の延長線上には方向変更レール１０は存在しない。このため移動ユニット４の保持は、スライド突起部１６を方向変更領域の支柱２‘上のスライド部１７で支えて行う。この際に、タイヤ間隔よりもスライド突起部１６の大きさが小さいため、スライド部１７の位置はレール３の延長線上より方向変更レール１０側に近い位置で支える必要がある。

移動ユニット４の横方向移動が完了した段階では、横方向移動時に先頭にあったタイヤ５は方向変更レール１０上へ乗り。反対側のタイヤ５の下には方向変更レール１０は存在しない。こちら側での保持は、スライド突起部１６を方向変更領域の支柱２‘上のスライド部１７で支えて行う。同様な理由でこちら側のスライド部１７の位置はレール３の延長線上より新たな方向変更レール１０側に近い位置で支える必要がある。このため、スライド部１７の位置はレール３の延長部の両サイドに設置する必要が生じ、支柱２’の幅がこれ相当分広くなる。もちろん支柱２‘を２本対応する位置に設置しても良い。

本発明の第６の実施例に係る農業用ロボット装置に付き図１３で説明する。図１３（ａ）は農業用ロボット装置の移動方向から見た正面図、図１３（ｂ）は農業用ロボット装置の移動方向を側面から見た側面図である。本発明による農業用ロボット装置は、図１３（ａ）に示すように、互いに平行方向に配置された３本のレール３に跨って保持されて、レールに沿って移動可能な移動機構を具備した移動ユニット４と、移動ユニット４に配置された２つの作業ユニット７−１、７−２と、作業ユニット７−１、７−２に設置された作業ツール８−１、８−２とからなる。移動ユニット４の移動手段としては、３本のレール３上に沿って移動するための３列のタイヤ５と車軸６で構成される。図１３（ｂ）の作業ツール８−１は農地１に農作物の苗９を植える農作業を図３（ｂ）同様行う。隠れて見えないが作業ツール８−２も同様に農作業を行っている。

本発明の第６の実施例に係る農業用ロボット装置は図１３（ａ）、（ｂ）ではレール３本で説明したが、レールを４本以上に増やしても同様に作業は可能であり、横方向移動は本発明の第２〜第５の実施例で示された手法を踏襲すれば実現可能である。

本発明の移動ユニット４の動力源としては、第１の実施例として電力、空気圧、水圧、油圧をケーブルリールで供給すると記載したが、それ以外の電力供給方法としては、ソーラーパネルとバッテリーを組み合わせた方法が現実的である。これを用いた移動ユニット４の動力源の第２の実施例を図１４で説明する。図１４は図９（ａ）の第４の実施例の移動ユニット４の構造を例にしたが、この構造は第１〜第６の実施例でも共通に使える。図１４（ａ）は図９（ａ）の第４の実施例の移動ユニット４の側面図に対応する。特徴は移動ユニット４の最上部にソーラーパネル１８を設置したことである。図１４（ｂ）は斜視図である。バッテリーは図示していないが移動ユニット４の中に格納されている。

電力供給方法としては、ソーラーパネルとバッテリーを組み合わせた方法が現実的であると記載した理由を以下に説明する。移動ユニット４のサイズを６ｍ×３ｍと仮定すると、住宅用のソーラーパネルの一般的なサイズ（１．８ｍ×０．９ｍ）が９枚設置可能となる。家庭用ソーラーパネルの発電量は高性能なものは、パネル１枚当たり２５０Ｗ発電するものがあるが、１２０Ｗとしても９枚で１．１ｋＷの発電量となり、一般的な農作業はこなすことが出来る。住宅用ソーラーパネルの普及も進み、住宅建替えの際には大量のソーラーパネルが今後中古市場に供給されることが期待される。またカーシェアの普及と共に、ハイブリッド車や電気自動車のバッテリーも中古市場に供給されることが期待される。

ソーラーパネルが現実的である別の理由は、日本国内に於いて、発電量の地域別の差が少ないこともある。太陽光発電協会の資料によると、沖縄から札幌までの国内１１箇所の年間発電量の最大値の松本（６６９０ｋＷｈ）と最小値の金沢（５２２８ｋＷｈ）の差は約２割しかない。また月別発電量の季節間差は大阪での値として、夏場６００ｋＷｈに対し冬場４００ｋＷｈと冬場は２／３の発電量であるが、冬場の作業頻度が少なくなることで発電量の減少分はカバーできる。

本発明の作業ユニット７及び作業ツール８の幾つかの実施例に付き次に説明していく。
作業ユニット７及び作業ツール８の第１の実施例として種まき作業を図１５で説明する。図１５（ａ）は作業ユニット７の進行方向１１‘の側面から見た側面図、図１５（ｂ）は作業ユニット７の進行方向１１’から見た正面図であり、図１５（ｃ）は側面作業図である。

図１５（ａ）、（ｃ）で示すように、作業ユニット７には進行方向１１‘の先頭より、５種類の作業ツール８−１〜８−５があり、それぞれの作業ツールの役割は、穴掘り用；８−１、施肥用：８−２、種まき用；８−３、土被せ用：８−４、水撒き用；８−５である。以下の説明では○○用作業ツールを略し○○用とのみ記す事にする。図１５（ｂ）で示すように作業ユニット７には作業ツール８−１〜８−５のセットが複数配列されており、一連の作業が進行方向だけでなく、進行方向と垂直の横方向にも同時に複数個所で行われる。作業ユニット７にはカメラ１９が設置されており作業のチェックを行う。

図１５（ｃ）には農地１の断面構造に沿って各作業ツール８−１〜８−５で作業した結果に付いて示している。穴掘り用８−１で農地１表面より穴掘り；２０−１、施肥用８−２で施肥；２０−２を行う。この際必要に応じて少し土被せを行うケースも有る。種まき用８−３で種まき；２０−３を行い、土被せ用８−４で種の上に土被せ；２０−４を行い、最後に水撒き用８−５で水撒き；２０−５を行うことで、一連の種まきシーケンス作業が完成する。作業ユニット７の移動は、株間隔に対応した作業ツール８−１〜８−５の間隔のステップ移動で行われ、作業が完了したら次のステップ移動で次なるシーケンスの作業が行われる。作業ツールの間隔は株間隔、ステップ移動距離もこの株間隔に合わせる。

作業ユニット７及び作業ツール８の第２の実施例として田植え作業を図１６で説明する。図１６（ａ）、（ｂ）は作業ユニット７の進行方向１１‘の側面から見た側面図、図１６（ｃ）は作業ユニット７の進行方向１１’から見た正面図であり、図１６（ｄ）は側面作業図である。

図１６（ａ）、（ｂ）、（ｄ）で示すように、作業ユニット７には進行方向１１‘の先頭より、２種類の作業ツール８−６、８−７があり、それぞれの作業ツールの役割は、苗植付け用；８−６、苗保持用：８−７である。苗植付け用８−６には苗のピックアップ用８−６’が回転部分８−６“を介して据え付けられている。図１６（ａ）に示すように苗のピックアップ用８−６’は苗の保管用８−７より苗２１を取り出し、図１６（ｂ）に示すように回転部分８−６“で回転しながら苗植付け用８−６、苗ピックアップ用８−６‘、苗２１が直線的に並ぶような配置に出来る。図１６（ｃ）で示すように作業ユニット７には作業ツール８−６が複数配列されており、一連の作業が横方向にも同時に複数個所で行われる。これは通常の田植え機の例えば１０条植えに対応する。図１６（ｃ）には苗保持用８−７と苗は省略した。作業ユニット７には同様にカメラ１９が設置されており作業のチェックを行う。

図１６（ｄ）には水２２が張った水田の農地１の断面構造に沿って各作業ツール８−６、８−６‘、８−７で作業した結果に付いて示している。図１６（ｂ）に示す苗植付け用８−６、苗ピックアップ用８−６‘、苗２１が直線的に並ぶような配置の状態で上下に移動することで、苗の植え付けが行われる。図１６（ｄ）に於いて２１−１は苗を水田に押し込んでいる途中、２１−２は押し込まれた苗を示している。
作業ユニット７の移動は株間隔に対応した距離のステップ移動もしくは連続移動で行われる。連続移動の際には、苗の植え付けは水田に対して垂直方向に挿入するのではなく、作業ユニットの移動方向と移動速度を考慮して斜め方向から挿入し、結果的に直立する工夫が必要である。

図１６（ｄ）では苗ピックアップ用８−６‘で苗２１のピックアップと植え付けを行っていたが、田植えのスピードアップの為には、通常の田植え機のように、苗押し出し棒、苗受け棒、苗植え付け棒と作業の役割毎に別々のツールが必要である。本発明でも苗ピックアップ用と苗植付け用の２種類の作業ツールを設けても良いが、通常の田植え機同様に受け渡しの機構が必要となる。図１６（ｅ）にはこれに対応した別の実施例を示している。回転部分８−６“の周りに苗ピックアップ＆植付け用の作業ツール８−６”’が複数本（図では６本）設置されており、別の作業ツール８−６”’で苗のピックアップと苗の植付けが並行して行われる。苗の植え付けの際に、苗植付け用作業ツール８−６全体が上下することなく、苗植え付け用８−６”’のみが上下すれば良い。

作業ユニット７及び作業ツール８の第３の実施例として剪定、消毒作業を図１７で説明する。図１７（ａ）は作業ユニット７の進行方向１１‘の側面から見た側面図、図１７（ｂ）は作業ユニット７の進行方向１１’から見た正面図であり、図１７（ｃ）は側面作業図である。

図１７（ａ）、（ｃ）で示すように、作業ユニット７には進行方向１１‘の先頭より、２種類の作業ツール８−８、８−９があり、それぞれの作業ツールの役割は、剪定用；８−８、消毒用：８−９である。剪定用８−８の先端部には剪定挟み２３が設置されており、消毒用の先端部分には消毒用ノズル８−９‘が設置されている。作業ユニット７には剪定作業を行うためのカメラ１９’、消毒作業を行うためのカメラ１９“が設置されている。

カメラ１９‘で農作物をモニターし剪定すべき枝葉を見極め、剪定挟み２３を移動させ剪定を行う。カメラ１９“で農作物をモニターし消毒すべき箇所を見極め、消毒用ノズル８−９’を移動させ消毒を行う。図１７（ｃ）では剪定前の農作物２４、剪定後の農作物２４’、消毒後の農作物２４“を示している。作業効率を上げるために、剪定用８−８の先端部には独立して位置が変更できる複数の剪定挟み２３が設置されていても良いし、同様に消毒用８−９の先端部には独立して位置が変更できる消毒用ノズル８−９‘が設置されても良い。また画像処理の負担軽減のためにカメラ１９’、カメラ１９”はそれぞれ複数台設置し、画像処理の分散化を図っても良い。

図１７では農作物の剪定、消毒作業を説明したが、この作業は農地に生えた雑草や農地の消毒にも応用が出来る。剪定挟み２３や消毒ノズル８−９‘の位置が農地１の表面付近に移動すれば良い。

作業ユニット７及び作業ツール８の第４の実施例として稲刈り、脱穀作業を図１８で説明する。図１８（ａ）は作業ユニット７の進行方向１１‘の側面から見た側面図、図１８（ｂ）は作業ユニット７の進行方向１１’から見た正面図であり、図１８（ｃ）は脱穀作業の原理図である。図１８（ｄ）は側面作業図で、図１８（ｅ）は脱穀した籾の収集方法を示す。

図１８（ａ）、（ｄ）で示すように、作業ユニット７には進行方向１１‘の先頭より、２種類の作業ツール８−１０、８−１１があり、それぞれの作業ツールの役割は、脱穀用；８−１０、刈取り用：８−１１である。脱穀用８−１０の先端部には脱穀用ツール２５が設置されており、脱穀された農産物を受けるための収納容器２７は作業ユニット７より保持棒２８で吊り下げられている。刈取り用の８−１１の先端部分には刈取り用挟み２６が設置されている。作業ユニット７には脱穀作業を行うためのカメラ１９”’、刈取り作業を行うためのカメラ１９””が設置されている。

図１８（ｃ）に脱穀作業の一例に付き示している。脱穀用ツール２５は千歯こきと称される櫛状の脱穀用農機具の歯の部分であり、稲穂２９に沿って上側に移動させることにより、籾３０と稲穂３１に分離される。図１８（ｄ）では脱穀、刈取りの一連の作業を示すが、カメラ１９”’で脱穀すべき稲穂２９を見極め、脱穀用ツール２５を移動させ脱穀を行う。脱穀された籾３０は収納容器２７に落下し蓄積されて行く。
収集カメラ１９””は脱穀された稲藁３１の根元付近を見極め、刈取り用挟み２６を移動させ刈取りを行う。刈取り後には、刈取られた稲藁３１‘と稲穂の切り株３１“が残される。
脱穀の方法は、千歯こき方式でなく、コンバインで使用されている回転式脱穀方法でも良い。

図１８（ｅ）はレール端部の方向変更領域に於いて収納容器２７に蓄積された籾３０を収集容器３２に移す作業を示している。作業ユニット７から吊り下げられる保持棒２８の長さを２８’、２８”の様に変えることで収納容器２７が傾斜し、中に蓄積された籾３０が滑り落ちて収集容器３２に移される。収集容器３２の籾３０は集められ、籾摺り工程で玄米にし、更に精米工程で白米になる。
図１８では米を例にして収穫方法に付き説明したが、米以外に麦や他の雑穀類でも同様である。

農地１に取り残された稲藁３１‘や稲穂の切り株３１“は田んぼにすき込み、翌年の土作りに活用できる。これは秋にすき込むことにより分解・腐敗が促進され、地力の維持・腐植の増加で有機資源となるためである。すき込みの深さは５〜１０ｃｍの浅うちが良いとされており、図示はしていないが作業ユニット７にすき込み用作業ツールを追加し、刈取り用挟み２６で稲藁３１’を所定の長さにした後に、切り株３１と共に農地１にすき込む工程を追加しても良い。この際稲藁分解促進資材を散布しても良い。

稲藁３１‘や稲穂の切り株３１“は有機資源になるが、籾３０の籾殻も有機資源になるので、図示はしていないが脱穀後の籾３０を籾摺り工程に通し、玄米を収納容器２７に入れ、籾殻を農地に撒く作業を追加しても良い。稲藁３１’、切り株３１”、籾殻が農地１内にすき込まれ、分解され有機資源となる。

作業ユニット７及び作業ツール８の第５の実施例として野菜の収穫作業を図１９で説明する。図１９（ａ）は作業ユニット７の進行方向１１‘の側面から見た側面図、図１９（ｂ）は作業ユニット７の進行方向１１’から見た正面図であり、図１９（ｃ）は側面作業図で、図１９（ｅ）は収穫した野菜の収集方法を示す。

図１９（ａ）、（ｃ）で示すように、作業ユニット７には進行方向１１‘の先頭には、収穫用ツール８−１２があり、収穫用ツール８−１２の先端部には収穫用挟み３３が設置されている。作業ユニット７には収穫作業を行うためのカメラ１９が設置されているが、収穫作業の精度良いものにするために、刈取り作業を観察するためのカメラ１９””が収穫用ツール８−１２の先端部付近に設置されている。収穫された野菜を受けるための収納容器２７は作業ユニット７より保持棒２８で吊り下げられており、収納容器２７の先端部分には野菜すくい上げ板３４が設置されている。

図１９（ｃ）に野菜の収穫作業の一例に付き示している。カメラ１９、１９””で収穫すべき野菜３５を見極め、収穫用ツール８−１２、収穫用挟み３３を移動し野菜３５の根からの刈取りを行う。刈取りされた野菜３５は、野菜すくい上げ板３４にてすくい上げられ、収納容器に順次押し込まれてき収納される。

図１９（ｅ）はレール端部の方向変更領域に於いて収納容器２７に蓄積された野菜３５を収集容器３２に移す作業を示している。作業ユニット７から吊り下げられる保持棒２８の長さを２８’、２８”の様に変えることで収納容器２７が傾斜し、中に蓄積された野菜３５が滑り落ちて収集容器３２に移される。収集容器３２の野菜３５は集められ、出荷容器（図示せず）に移されて出荷される。

農地１に取り残された野菜の根は病気が伝染するので、すき込まず除去する必要がある。図示はしていないが作業ユニット７に根の引き抜きツールを追加し、野菜の収穫作業と共に根の伐採作業も同時に行う。

作業ユニット７及び作業ツール８の第６の実施例として根菜類の収穫作業を図２０で説明する。図２０（ａ）は作業ユニット７の進行方向１１‘の側面から見た側面図、図２０（ｂ）は作業ユニット７の進行方向１１’から見た正面図であり、図２０（ｃ）は側面作業図である。

図２０（ａ）、（ｂ）で示すように、作業ユニット７には進行方向１１‘の先頭より、３種類の作業ツール８−１３、８−１４、８−１５があり、それぞれの作業ツールの役割は、農地耕し用；８−１３、茎切り取り用：８−１４、収穫ピックアップ用：８−１５である。農地耕し用８−１３の先端部にはスキの様な農地耕し用ツール３６が設置されており、茎切り取り用８−１４の先端部には切断挟み３７が設置されており、収穫ピックアップ用８−１５の先端部にはピックアップハンド３８が設置されている。根菜類を受けるための収納容器２７は作業ユニット７より保持棒２８で吊り下げられている。作業ユニット７には農地耕し作業を行うためのカメラ１９、茎の切断作業を行うためのカメラ１９’(剪定と同じ)、収穫ピックアップ作業を行うためのカメラ１９”’（脱穀と同じ）が設置されている。

図２０（ｃ）では農地耕し用ツールですき込むことで農地１に埋まっている根菜類３５‘の一部を露出させ、根菜類３５’を切断挟み３７で茎から切断する。ピックアップハンド３８で根菜類３５’をピックアップし、収納容器２７に入れる。

図示していないがレール端部の方向変更領域に於いて収納容器２７に蓄積された根菜類は、作業ユニット７から吊り下げられる保持棒２８の長さを２８’、２８”の様に変えることで収納容器２７を傾けて根菜類３５‘を収集容器３２に移す作業方法は同様である。

本発明のレール３、方向変更レール１０の機能としては、移動ユニット４の保持と移動用として説明してきたが、このレールには幾つかの付加機能を付与することが可能である。以下に付加機能の幾つかの実施例に付き図２１（ａ）〜（ｅ）で説明する。その特徴はレール３が中空であり、レール壁に穴３９が開いていることである。このレール３の中空部を活用して農業に必要な材料の供給を行い、この穴３９を活用して農業に必要な材料の放出、散布を行うものである。

レール３、方向変更レール１０の付加機能としての第１の実施例を図２１（ａ）で説明する。図２１（ａ）はレール３の断面構造図であり、この穴３９より水４０を放出することで農地へ散水することが出来る。水４０の供給はレール３の内部の中空部分を活用して行う。この散水機能は自然気象の影響で日照りが続いたりして生ずる農作物の成長への悪影響を解消することが可能となる。
レールの中空部を活用して供給する農業に必要な液体の材料としては、上記例の水以外に液体肥料や液体殺虫剤もある。これらを排出する穴３９として、肥料や殺虫剤を噴霧状に排出したい場合には穴をノズルにしても良い。

方向変更レール１０でも図２１（ａ）と同様な断面構造で散水機能を持たせることが出来る。移動式の方向変更レール１０‘、１０“でも同様な機能を持たせることが出来るが、移動するので水の供給方法に工夫が必要である。レール３、固定式の方向変更レール１０で散水機能が十分な場合には、移動式方向変更レールに本機能付加は不要である。以下の実施例でも同様である。

図２１（ａ）では移動ユニットのタイヤ５はレール３の上に乗っているが、レールからの逸脱を防ぐために、レールを横方向から支える横方向支持タイヤ５“が示されている。横方向支持タイヤ５“は図中では片側だけにしか設置されていないが、必要に応じて、反対側に設置したり、両サイドに設置したりする。以下の実施例でも同様である。

レール３、方向変更レール１０の付加機能としての第２の実施例を図２１（ｂ）で説明する。図２１（ｂ）はレール３の断面構造図であり、レール３が中空で、レール壁に穴３９が開いていることは変わりない。この穴３９より温風４１を放出することで農作物へ温風を与えることが出来る。温風４１の供給はレール３の内部の中空部分を活用して行う。この温風吹き出し機能は、自然気象の影響で低温が続いたりして生ずる農作物の成長への悪影響を解消することが可能となる。

レール３、方向変更レール１０の付加機能としての第３の実施例を図２１（ｃ）で説明する。図２１（ｃ）はレール３の断面構造図であり、レール３が中空で、レール壁に穴３９が開いているが、レール３の内部の中空部分を活用し、穴３９より供給する農業に必要な気体の材料としては、上記例の空気（温風）以外に、気体の殺虫剤４２がある。この殺虫剤吹き出し機能は、害虫の農作物への悪影響を解消することが可能となる。

レール３、方向変更レール１０の付加機能としての第４の実施例を図２１（ｄ）で説明する。図２１（ｄ）はレール３の断面構造図であり、レール３が中空で、レール壁に穴３９が開いていることは変わりない。この穴３９よりガス４３を放出ｏｒ吸引することで農作物周囲のガス状態を調整できる。特に温室のような密閉空間でのガス成分比管理（例えばＣＯ２濃度）の管理や、湿度制御された空気を噴出すことで湿度管理が可能となる。ガス４３の供給、吸引はレール３の内部の中空部分を活用して行う。このガス成分比管理機能は、農作物の成長の制御をすることが可能となる。またこのガスに空気を使うと温室のような密閉空間での気圧管理が可能となる。

レール３、方向変更レール１０のレール壁の穴３９の大きさは、噴出する液体や気体で最適サイズは異なり、またレール端からの距離によっても最適サイズが異なる。現実的な運営として幾つかの径の穴を空けておき、噴出する農業に必要な材料により最適な穴径を選択する機構を付加する。また穴として噴霧用のノズルを追加しても良い。

レール３、方向変更レール１０の付加機能としての第５の実施例を図２１（ｅ）で説明する。図２１（ｅ）はレール３の断面構造図であり、レール３が中空で、レール壁に穴３９が開いていることは変わりないが、この実施例では中空であることや、穴が開いていることは必須でない。その特徴はレール３の下に照明用機器４４（例えばＬＥＤ照明）を設置し、照明光４５を放出することである。照明用機器４４の電源供給はレールが保持し、レール３に沿って延びたケーブルを使って行うことが出来る。この照明により自然気象の影響で日照不足が続いたりして生ずる農作物の成長への悪影響を解消することが可能となる。また農作物の成長に影響を与える波長域の光を照射することで成長促進でき、夜間の照明不足を補い一日中光合成を行い成長促進が可能となる。ケーブルはレール３の外壁に沿って延ばしても良いし、レール内の中空部分に入れても良い。
このケーブルとしては電源供給ケーブルだけでなく、高圧洗浄機で使用される散水用高圧ケーブルでも良い。ケーブルに穴をあけることで散水用ノズルの働きをする。また水の代わりに液体肥料、液体殺虫剤の散布も同様にできる。この場合でもレールは農作物育成に寄与する材料の供給手段として用いられるケーブルを保持する役割を果たしている。

本発明のレール３、方向変更レール１０、支柱２を組み合わせて、農業に必要な構造物を設置することで、更に幾つかの付加機能を付与することが可能である。以下に付加機能の幾つかの実施例に付き図２２〜２５で説明する。

レール３、方向変更レール１０、支柱２を組み合わせた付加機能の第１の実施例を、図２２で説明する。図２２は図１０の本発明の第５の実施例に係わる農業用ロボット装置のレール３、方向変更レール１０、支柱２を活用して、温室用のビニールシート４６を上面と側面に張った斜視図である。ビニールシート４６は農地１以外にも、前の農地から本農地１に来るルートと、次の農地へ移動するルートにある農地１’上及びまた方向変更レール１０に沿っての移動ルートの農地１“上にも張られており、その側壁にも張られている。

農地１、１‘、１“がビニールシート４６で覆われていることで、通常のビニールハウスと同様の保温効果が農地全体に及ぶ。また図２１（ｂ）で説明したように、レール３、方向変更レール１０の付加機能として、レール３、方向変更レール１０の穴３９よりレールの中空部分を通ってきた温風４１を放出することで農作物へ温風を与えることが出来る以外に、この温風４１はビニールシート４６で囲われた空間に留まり、農作物の育成に適した温度に設定が出来る。同様に穴３９より図２１（ａ）で説明した水分４０を供給するか、若しくは図２１（ｄ）で説明した湿度コントロールされた空気４３を噴出すことで農作物の育成に適した湿度に設定が出来る。また生育に適したＣＯ２制御も同様な方法で出来る。

ビニールシート４６で農地１、１‘、１“を覆うことで大雨対策にも活用できる。多雨が続くと根腐れが発生し農作物の収穫量が大幅に減ってしまうが、ビニールシート４６農作物への降雨量を管理して農作物の生育に悪影響を及ぼさないように制御が出来る。

レール３、方向変更レール１０、支柱２を組み合わせた付加機能の第２の実施例を、図２３で説明する。図２３は図１０のレール３、方向変更レール１０、支柱２を活用して、防虫用のネット４７を上面と側面に張った斜視図である。ネット４７は農地１以外にも、前の農地から本農地１に来るルートと、次の農地へ移動するルートにある農地１’上及びまた方向変更レール１０に沿っての移動ルートの農地１“上にも張られており、その側壁にも図２２と同様に張られている。

農地１、１‘、１“がネット４７で覆われていることで、外部からの害虫の侵入防止が農地全体に及ぶ。図２１（ｃ）で説明したように、レール３、方向変更レール１０の穴３９よりレールの中空部分を通ってきた殺虫剤４２を放出することで農作物の消毒が出来て更に万全となる。この殺虫剤４２散布の際には図２３の防虫ネットの状態よりも、図２２のビニールシート４６で覆われた空間で行うと機密性が高く、殺虫剤が農作物周辺の空間に長く留まることで少量の殺虫剤でも同等の効果が期待できる。図２３の防虫ネットでカバーすることで害虫だけでなく鳥獣被害の防止できる。防止効果を完全なものにするためには、側面のネットは対象とする害獣により強度を変える必要がある。

レール３、方向変更レール１０、支柱２を組み合わせた付加機能の第３の実施例を、図２４で説明する。図２４は図１０のレール３、方向変更レール１０、支柱２を活用して、ビニールシート４６を上面に張り、側面には暴風壁４８を設置した斜視図である。ビニールシート４６は農地１上以外にも、前の農地から本農地１に来るルートと、次の農地へ移動するルートにある農地１’上及びまた方向変更レール１０に沿っての移動ルートの農地１“上にも張られており、その側壁には暴風壁４８が設置されている。

農地１、１‘、１“の側壁に暴風壁４８が設置されており、また上部がビニールシート４６で覆われていることで、台風のような急風が農作物に直接当たることは農地全体に防止できる。図２１（ｄ）で説明したように、レール３、方向変更レール１０の穴３９より空気を吸い込むことで、内部の気圧を下げ、台風や強風時にビニールシート上部の気圧低下に対応し、気圧差のバランスを取ることが出来る。

農地１、１‘、１“の側壁に土嚢の機能を持たせた暴風壁４８を設置することで、台風による大雨での河川の氾濫で濁流が押し寄せてきても、暴風壁が土嚢として働き農地に洪水の侵入を防止することが出来る。
またビニールシート４６で上部が覆われていることで、台風による海からの塩害被害を防止できる。

レール３、方向変更レール１０、支柱２を組み合わせた付加機能の第４の実施例を、図２５で説明する。図２５は図１０のレール３、方向変更レール１０、支柱２を活用して、光学フィルム４９を上面と側面に張った斜視図である。光学フィルム４９は農地１以外にも、前の農地から本農地１に来るルートと、次の農地へ移動するルートにある農地１’上及びまた方向変更レール１０に沿っての移動ルートの農地１“上にも張られており、その側壁にも同様に張られている。

農地１、１‘、１“が光学フィルム４９で覆われていることで、農作物の成長に必要な太陽光から光成分を選択的に取り込むことが出来る。光学フィルム４９として光を反射するアルミフォイルの様な金属フィルム膜を用いると図２１（ｅ）で示したように、レール３、方向変更レール１０に設置した照明用ＬＥＤで光照射すると、直接照明光以外に、光学フィルム４９からの反射光も照明成分として有効になる。

光学フィルム４９としてフィルム状の太陽光発電シートを使用することで、冬場の農作物が無い時にも太陽光発電の売電により、広い面積の農地１、１‘、１“の有効活用が可能となる。

図２２に示すレール３、方向変更レール１０、支柱２を組み合わせた付加機能の第１の実施例のビニールシート４６の張り方に付き、図２６を用いて説明する。図２６は図１０の本発明の第５の実施例に係わる農業用ロボット装置のレール３、方向変更レール１０、支柱２、移動ユニット４、作業ユニット７を活用して、温室用のビニールシート４６を張っていく過程を示している。移動ユニット４がレールに沿って移動していく際に、作業ユニット７からビニールシート４６が出て来て、レール３、方向変更レール１０に張られて行く。レール３端部の方向変更レール１０では支柱２に沿って側面にもビニールシート４６が張られる。

図２３の防虫ネット４７の張り方も図２６と同様である。また図２４のビニールシート４６と暴風壁４８も移動ユニット４と作業ユニット７の組み合わせで設置が可能である。図２５の光学フィルムの貼り付けも図２２、図２３の方法と同様に設置可能である。
上記説明してきたビニールシート、ネット、光学フィルム、防風壁は、何れも自然環境の変化に伴う農作物育成を阻害する要因の解消に重要な貢献を果たすことが期待される、水の散布や、薬剤散布と同様に、安定的な農作物育成に寄与する材料として考えられる。
ビニールシートを例に説明すると、ビニールシートの様な材料を農業用ロボットで敷設する際に、レール、方向変更レールは、ビニールシートを所定場所まで農業用ロボットで運搬設置するのに役立つ。また敷設したビニールシートが農作物育成に寄与するために、農作物を覆うハウスとして構築するため、ビニールシートを保持固定するための構造物の一部としても役立つ。このようにレールは農作物育成に寄与する材料の供給手段となる。

上述してきた２２件の実施例に付いて、レール配置以外は互いに組み合わせが可能である。今までの説明ではレール３と方向変更レール１０を区別してきたが、農業用ロボットの移動と農作物育成に寄与する材料の供給手段の目的では同じであり、どちらも広義にレールと記すことができる。

以上のように、本発明に係わる農業用ロボット装置では、初期投資を抑えて大幅に省人化可能な高効率の農業用ロボットを提供できる。具体的には農耕地には支柱が点在して立っているだけで、他領域は農耕地として活用可能で、農業用機械のタイヤや人が入り込むスペースを無くし、農耕地の利用効率を高めることが出来る。農業用ロボットは省エネルギー稼動可能で、様々な農作業に対してツール交換だけで対応が出来る。農業従事者の高年齢化と共に深刻になることが懸念される農業従事者の人手不足解消に役立つことが期待される。

移動用レールを農業に必要な材料（水、液体肥料、殺虫剤、温風）の運搬手段、散布手段として活用することが出来る。またレールや支柱を活用し農業に必要な構造物を設置することで、農産物の生育に適した環境を簡便に提供することが出来る。これらにより、農産物の収率改善を実現し、農業の競争力向上や、日本特有の風水害対策、気候変動による収率低下対策に貢献可能となる。

１、１‘、１“ 農地
２、２‘ 支柱
３ レール
４ 移動ユニット
５ タイヤ、 ５‘ 横方向移動タイヤ、 ５“ 横方向支持タイヤ
６ 車軸
７ 作業ユニット
８ 作業ツール
８−１ 穴掘り用、 ８−２ 施肥用、 ８−３ 種まき用、 ８−４ 土被せ用、 ８−５ 水撒き用、
８−６ 苗植付け用、 ８−６‘ ピックアップ用、 ８−６“ 回転部分、 ８−７ 苗保持用、
８−８ 剪定用、 ８−９ 消毒用、 ８−９‘ 消毒用ノズル、
８−１０ 脱穀用、 ８−１１ 刈取り用、 ８−１２ 収穫用、
８−１３ 農地耕し用、 ８−１４ 茎切り取り用、 ８−１５ 収穫ピックアップ用
９ 苗
１０、１０‘、１０“ 方向変更レール
１１ 移動線 １１‘ 進行方向
１２ 突起物
１３ スペーサー
１４ 回転軸ピン
１５ 穴
１６ スライド突起部
１７ スライド部
１８ ソーラーパネル
１９、１９‘、１９“、１９”’、１９”” カメラ
２０−１ 穴掘り、２０−２ 施肥、 ２０−３ 種まき、 ２０−４ 土被せ、 ２０−５ 水撒き
２１ 苗
２１−１ 苗押し込み（途中）、 ２１−２ 苗押し込み（完了）
２２ 水
２３ 剪定挟み
２４、２４‘、２４“ 農作物
２５ 脱穀用ツール
２６ 刈取り用挟み
２７ 収納容器
２８、２８‘、２８“ 保持棒
２９ 稲穂
３０ 籾
３１、３１‘ 稲藁 ３１“ 稲穂の切り株
３２ 収集容器
３３ 収穫用挟み
３４ 野菜すくい上げ板
３５ 野菜 ３５‘ 根菜類
３６ 農地耕し用ツール
３７ 切断挟み
３８ ピックアップハンド
３９ 穴
４０ 水
４１ 温風
４２ 殺虫剤
４３ ガス
４４ 照明用機器
４５ 照明光
４６ ビニールシート
４７ ネット
４８ 暴風壁
４９ 光学フィルム

Claims (9)

1. 農地に点在して配置された複数の支柱と、前記複数の支柱の上部に設置されたレールと、前記レールに沿って移動する農業用ロボットからなる農業用ロボット装置において、
   前記農業用ロボットは、前記レールに沿って移動する機構を有する移動ユニットと、
   前記移動ユニットの下側に装着された作業ユニットと、
   前記作業ユニットに装着して、個々の農作物に対する農作業を行う作業ツールと
   から成り、前記作業ツールは作業箇所の位置を可変にして、農作物に対する作業を行い、
   かつ、前記レールは前記農業用ロボットの移動に活用すると共に、農作物育成に寄与する材料の供給手段としても活用することを特徴とする農業用ロボット装置。
   
2. 農作物育成に寄与する材料の供給手段として、前記レールは中が中空タイプの形状にし、内部の中空部分を、前記農作物育成に寄与する材料の移動手段として活用し、前記レールに沿って離散的に形成された開口部より、該材料を農作物に散布、放出することを特徴とする請求項１記載の農業用ロボット装置。
   
3. 農作物育成に寄与する材料が液体であることを特徴とする請求項２記載の農業用ロボット装置。
   
4. 農作物育成に寄与する材料が気体であることを特徴とする請求項２記載の農業用ロボット装置。
   
5. 農作物育成に寄与する材料としては、温度もしくは、湿度もしくは、気圧もしくは、ガス成分比の少なくとも一つが管理されている気体であることを特徴とする請求項４記載の農業用ロボット装置。
   
6. 農作物育成に寄与する材料の供給手段として、前記レールに沿って電源供給ラインが保持敷設され、前記レールに沿って離散的に固定して設置された照明器に前記電源供給ラインより電源供給を行い、農作物の育成に相応しい波長と強度の照明を、相応しいタイミングで農作物に照射することを特徴とする請求項１記載の農業用ロボット装置。
   
7. 農作物育成に寄与する材料の供給手段として、前記レールに沿って中空タイプのホースが保持敷設され、前記ホース内部の中空部分を、前記農作物育成に寄与する材料の移動手段として活用し、前記ホースに沿って離散的に固定して形成された開口部より、前記農作物育成に寄与する材料を農作物に散布、放出することを特徴とする請求項１記載の農業用ロボット装置。
   
8. 農作物育成に寄与する材料の供給手段として、前記レールは前記農作物育成に寄与する材料の敷設を行う農業用ロボットの走行に寄与するとともに、前記敷設した材料が農作物育成に寄与するように、前記敷設した材料の保持固定する手段の一部として、前記レールを活用することを特徴とする請求項１記載の農業用ロボット装置。
   
9. 農作物育成に寄与する材料としては、ビニールシートもしくは、光学フィルム、ネット、防風壁であることを特徴とする請求項８記載の農業用ロボット装置。