JP7084660B1

JP7084660B1 - 植物栽培システム、植物栽培方法、植物搬送装置

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Publication number: JP7084660B1
Application number: JP2021024995A
Authority: JP
Inventors: 寧山本
Original assignee: Ryonetsu Kogyou Co Ltd
Current assignee: Ryonetsu Kogyou Co Ltd
Priority date: 2021-02-19
Filing date: 2021-02-19
Publication date: 2022-06-15
Anticipated expiration: 2041-02-19
Also published as: JP2022127072A

Abstract

【課題】従来よりも低コスト化を実現できる技術を提供する。【解決手段】植物に対して所定の処理を施す液肥供給装置２０、光照射装置３０、及び差圧冷却装置４０と、植物を栽培可能に収容する栽培収容部を液肥供給装置２０、光照射装置３０、及び差圧冷却装置４０へ搬送する栽培移動ユニット１０及び管理装置５０とを備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、野菜や果物等の植物を栽培、特に屋内において水耕栽培を行うための技術に関する。

従来、野菜や果物、花等の植物を効率よく生産する方法として、衛生的にも室内環境が管理された栽培室内に、植物が植えられた栽培ベッドを配置し、高密度な環境で植物を生産する植物工場が広く知られている。

このような植物工場としては、特許文献１に記載の完全制御型栽培式植物工場が知られている。この植物工場では、平面視において互いに重なるように、複数の栽培ベッドが多段配置されており、各栽培ベッドには、植物が栽培される培地が保持されており、各栽培ベッドの上方には、培地で栽培されている植物に照射される光の光源として、蛍光ランプと、植物の生育促進に有効な波長の光を放射する発光ダイオードとが配置されている。

特開２００８－１１８９５７号公報

本発明が解決しようとする課題は、低コスト化を実現できる技術を提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明の一態様は、植物に対して所定の処理を施す処理部と、前記植物を栽培可能に収容する栽培収容部を前記処理部へ搬送する搬送部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、低コスト化を実現できる。

実施形態に係る植物栽培システムの構成を示す概略図である。栽培移動ユニットの概略側面図である。栽培移動ユニットの概略正面図である。栽培移動ユニットとの連結前の状態にある液肥供給装置を示す概略側面図である。栽培移動ユニットとの連結後の状態にある液肥供給装置を示す概略側面図である。栽培移動ユニットへの光照射前の状態にある光照射装置を示す概略側面図である。栽培移動ユニットへの光照射状態にある光照射装置を示す概略側面図である。光照射装置による栽培移動ユニットへの光照射方法を説明するための概略平面図である。光照射装置による栽培移動ユニットへの光照射方法を説明するための概略平面図である。光照射装置による栽培移動ユニットへの光照射方法を説明するための概略平面図である。光照射エリアにおける光照射装置の配置例を示す概略平面図である。差圧冷却装置を示す概略側面図である。差圧冷却装置に栽培移動ユニットが収容された状態を示す概略側面図である。管理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。管理装置の機能構成を示す機能ブロック図である。移動体のハードウェア構成を示すブロック図である。移動体の機能構成を示す機能ブロック図である。実施形態に係る植物栽培システムの動作を示すフローチャートである。光照射処理を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態においては、水耕栽培を行う植物工場に本発明に係る植物栽培システムを適用した場合を例にとり説明を行う。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（全体構成）
本実施形態に係る植物栽培システムの全体構成について説明する。図１は、本実施形態に係る植物栽培システムの構成を示す概略図である。図１に示されるように本実施形態に係る植物栽培システム１は、植物工場内に設置される。植物栽培システム１は、レタス等の葉菜類や果物、貝割れ大根、ハーブ、モヤシなど、水耕栽培に適した植物を栽培可能に収容すると共に自律走行可能な栽培移動ユニット１０と、液肥供給エリア２に設置された液肥供給装置２０と、光照射エリア３に設置された光照射装置３０と、環境調整エリア４に設置された差圧冷却装置４０と、管理装置５０とを備える。また、植物工場内には植物を収穫等する収穫エリア６と植物を後述する栽培ベッド１１０に定植等する準備エリア７とが設けられている。植物栽培システム１は、管理装置５０により栽培移動ユニット１０を上述した各エリアに移動させることにより、植物に対する所定の処理を施して生育し、収穫する工程を繰り返すものである。以下、上述した各構成について説明する。

（栽培移動ユニット１０）
栽培移動ユニット１０について詳細に説明する。図２及び図３は、栽培移動ユニットの概略側面図及び正面図である。なお、ここでは栽培移動ユニット１０の液肥循環部１２０が設けられている側を正面としている。

栽培移動ユニット１０は、植物工場の規模にもよるが数十～数百単位で植物栽培システムに組み込まれており、図２及ぶ図３に示されるように、それぞれが全体として前後方向に延在する直方体状に形成されている。栽培移動ユニット１０は、植物Ｈが定植された栽培ベッド１１０と、栽培ベッド１１０に液肥（培養液）Ｌを供給する液肥循環部１２０と、栽培ベッド１１０を移動搬送する移動体１３０とを備える。栽培ベッド１１０は、多段ラック１１１における上下複数段の棚に設置されることで上下方向に複数積層された状態となっている。栽培ベッド１１０は、前後方向に延在する箱状物であり、その内部には液肥Ｌが貯留され、当該液肥Ｌ上に発泡スチロール等からなる栽培パネル１１２が浮遊する形で載置されている。

栽培パネル１１２には互いに一定距離離間する不図示の複数の孔が形成されており、これらの孔それぞれに植物Ｈが定植されてその根が液肥Ｌ内に浸されている。これにより植物Ｈは液肥Ｌより栄養を得て生育することとなる。なお、栽培パネル１１２は着脱自在であり、植物Ｈの種類や発育状況に応じて適宜取り換えることができる。栽培ベッド１１０には、栽培ベッド１１０周囲環境の温度、例えば栽培パネル１１２上方の温度を測定する温度センサ１１３が設けられている。この温度センサ１１３により測定された環境温度（以後、測定温度と称する）は、管理装置５０に送信される。

液肥循環部１２０は、多段ラック１１１に取り付けられており、上下方向に延在して先端が最上段の栽培ベッド１１０に連通する供給管１２１と連結され、この供給管１２１を介して上段の栽培ベッド１１０に液肥Ｌを供給する。上下の栽培ベッド１１０間は、それぞれ供給管１２２が連通して上段から下段へ液肥Ｌが落水する形で供給可能にされており、最下段の栽培ベッド１１０には液肥循環部１２０に連通する供給管１２３が設けられている。したがって、液肥Ｌは液肥循環部１２０から最上段の栽培ベッド１１０に供給されると、上段から下段にかけて流動し、再び液肥循環部１２０に供給される。液肥Ｌが供給された液肥循環部１２０は再び当該液肥Ｌを最上段の栽培ベッド１１０に供給し、液肥Ｌが常に循環する環境が構築されている。

このような液肥循環は、電動のポンプ又は、無電力で実現することがランニングコストの面からみても好ましい。このような無電力での液肥循環を行うものとしては、流入管、排水管、排水弁、揚水弁（逆止弁）、及び圧力容器を有する水撃ポンプが挙げられる。

水撃ポンプを利用した液肥循環部１２０の液肥Ｌの循環を簡単に説明する。液肥循環部１２０は、液肥供給装置２０から液肥Ｌが流入管に圧送供給されることにより、内部に液肥Ｌが流入する。すると、流入管と連結された排水管の排水口へ向かう液肥Ｌの圧力によって排水弁が閉鎖され、これにより、排水管内で水撃（ウォーターハンマー）による圧力波を発生させることができる。この圧力波は、圧力容器と排水管との間に設けられた揚水弁を通過して圧力容器内に侵入し、圧力容器内の空気を圧縮する。排水口側へ向かう液肥Ｌの圧力が低下すると共に、排水管内での圧力が低下すると、圧力容器内で圧縮された空気が、元の体積まで膨張して水面を押し下げ、揚水弁により液肥Ｌが排水管へ流入せず、加圧されて揚水管（供給管１２１）へ流入する。流入した液肥Ｌは各栽培ベッド１１０、供給管１２２，１２３を通って再び流入管に流入する。

また、揚水弁が閉まると、揚水弁より排水管側の液肥Ｌは流入管へ戻り、排水管内の圧力が低下して、静水圧に対する排水弁の開放が生じ、再び流入管から排水管内へ液肥Ｌが流入して水撃を発生させる。このように水撃を繰り返し発生させ、供給管１２１及び上段の栽培ベッド１１０への液肥Ｌの無電力圧送、下段の栽培ベッド１１０への液肥Ｌの重力圧送が可能となる。

移動体１３０は、多段ラック１１１の下部に着脱自在に取り付けられてこれを支持する方形箱状に形成されており、下部四隅に設けられた４つの車輪１３１を回転駆動することにより植物工場内の各エリアを移動する。本実施形態に係る移動体１３０は、ＡＧＶ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＧｕｉｄｅｄＶｅｈｉｃｌｅ）、即ち自律型の移動ロボットであり、前進及び後退の他、旋回や斜め方向への移動も可能であることが好ましい。また、移動体１３０は、不図示の蓄電池（バッテリ）を搭載し、バッテリに蓄積された電力を用いて動作する。移動体１３０の具体的な装置構成及び機能構成については後に詳述する。

（液肥供給エリア２及び液肥供給装置２０）
図４は栽培移動ユニットとの連結前の状態にある液肥供給装置を示す概略側面図であり、図５はその連結後の状態を示す。図４及び図５に示される符号Ｆは植物工場の床面を示す。液肥供給装置２０は液肥供給エリア２内に複数設置されており、図４及び図５に示されるように、液肥Ｌを貯留する貯留槽２０１と、液肥Ｌを噴出するノズル２０２と、ノズル２０２に貯留槽２０１の液肥Ｌを供給するポンプ２０３とを備える。ノズル２０２は栽培移動ユニット１０が接近するのみで液肥循環部１２０に対して、具体的にはその流入管に対して連結可能となっており、連結した状態においてポンプ２０３が作動し、液肥Ｌの液肥循環部１２０への供給が行われる。この時、液肥循環部１２０からは古い液肥Ｌが排出され、液肥供給装置２０の不図示の回収容器に回収されるようにすることが好ましい。

ポンプ２０３は、本実施形態においては管理装置５０と通信可能に無線または有線接続されており、管理装置５０の作動制御信号に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御がなされる。液肥循環部１２０とノズル２０２との連結有無は、栽培移動ユニット１０の移動体１３０が送信する、目標位置（目的の装置の位置）に到着したことを示す到着信号により管理装置５０が認識できる。

なお、上記の到着信号は、液肥供給装置２０が不図示のセンサによりノズル２０２と液肥循環部１２０との連結を検知するようにし、検知後に管理装置５０に送信されるようにしてもよい。また、個々の液肥供給装置２０が貯留槽２０１を有していてもよく、１つの貯留槽２０１を複数の液肥供給装置２０が共有するようにしてもよい。

（光照射エリア３及び光照射装置３０）
図６は栽培移動ユニットへの光照射前の状態にある光照射装置を示す概略側面図であり、図７はその光照射状態を示す。図８～図１０は光照射装置による栽培移動ユニットへの光照射方法を説明するための概略平面図である。図１１は、光照射エリアにおける光照射装置の配置例を示す概略平面図である。

光照射装置３０は光照射エリア３内に複数設置されており、図６及び図７に示されるように、複数の光源３０１を備える。光源３０１は、所定波長の光を照射することにより植物Ｈの生育を促進させるものであり、ＬＥＤライトを用いることが好ましい。本実施形態においては、光源３０１は常に光を照射し続ける設定となっている。光源３０１は、図６に示されるように、一方向に沿って水平に延在するよう突出して形成されている。本実施形態において栽培ベッド１１０は４段重ねとなっているため、光源３０１も同様に上下に４段設けられている。

図６及び図７に示されるように、光照射装置３０は、栽培移動ユニット１０が光照射装置３０に接近し、光源３０１が多段ラック１１１の隙間、具体的には栽培ベッド１１０上方に挿通されることで下方に近接する栽培ベッド１１０の植物Ｈに対して光を照射できる。また、図８に示されるように、光照射装置３０は、その延在方向に対して水平に直交する幅方向において、複数（図では３本）が互いに近接しており、この互いに近接する複数の光源３０１が１つの栽培ベッド１１０上に位置することができる。これにより光源３０１は、下方に位置する栽培ベッド１１０に対して一様に略同光量の光を照射することができる。

また、図８に示されるように、光照射装置３０は、光源３０１が幅方向において複数近接してなる組が２つ設けられ、それらの間には光源３０１が設けられていない空間が画成される。本実施形態においては、幅方向において光源３０１により光が照射される領域を明期領域Ａ１と称し、光源３０１がなく光が照射されない領域を暗期領域Ａ２と称して以後説明を行う。

本実施形態における栽培ベッド１１０に定植された植物Ｈは、１日１６時間の明期と８時間の暗期とにより生育される。したがって３つの栽培移動ユニット１０が１日に明期領域Ａ１－１，Ａ１－２と暗期領域Ａ２とを順番に巡ることにより、それぞれの１日当たりの光照射時間（１６時間）を満足するように調節することができる。

具体的には、図８に示されるように栽培移動ユニット１０Ａが明期領域Ａ１－１に、栽培移動ユニット１０Ｂが明期領域Ａ１－２に、栽培移動ユニット１０Ｃが暗期領域Ａ２に位置付けられて８時間経過させる。次に、図９に示されるように、栽培移動ユニット１０Ａが移動せず、栽培移動ユニット１０Ｂが暗期領域Ａ２に、栽培移動ユニット１０Ｃが明期領域Ａ１－２に位置付けられて８時間経過させる。その後、図１０に示されるように、栽培移動ユニット１０Ａが暗期領域Ａ２に、栽培移動ユニット１０Ｂが明期領域Ａ１－１に、栽培移動ユニット１０Ｃが移動せず、８時間経過させる。以上により、各栽培移動ユニット１０の植物Ｈに対して１日当たりの光照射時間を照射することができる。なお、栽培移動ユニット１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの光照射パターンを、それぞれパターンＡ，Ｂ，Ｃとし称することとする。

なお、光照射装置３０は、図１１に示されるように、光源３０１先端が互いに対向するように２つの光照射装置３０が鏡像配置されることで１つの単位ユニットを形成し、この単位ユニットが光源エリア３内に複数設置されるようにするとよい。これにより、栽培移動ユニット１０の移動通路を単位ユニット内で共用でき、工場内スペースの有効利用が可能となる。

（環境調整エリア４及び差圧冷却装置４０）
図１２は、差圧冷却装置を示す概略側面図であり、図１３は、差圧冷却装置に栽培移動ユニットが収容された状態を示す概略側面図である。説明上、図１２及び図１３においては、冷却室と負圧部とが縦断面で示されている。

差圧冷却装置４０は、環境調整エリア４に複数設置されており、図１２に示されるように、冷蔵室や冷凍室である冷却室４Ａと、冷却室４Ａ内に設けられた負圧部４１及び冷却器４２とを備える。負圧部４１は、その冷却室４Ａ入口側（以後前方側と称する）上部に傾斜面を有する箱状の筐体４１１を有する。筐体４１１は、内部に差圧空間４１２と収容空間４１３とが画成されており、これら空間は断面Ｌ字状の隔壁４１４により分断されている。また、筐体４１１の前方壁部には栽培移動ユニット１０の出入り口となる開口４１５が形成されており、開口４１５は収容空間４１３に連通して栽培移動ユニット１０の少なくとも一部を収容空間４１３内に収容可能に形成される。隔壁４１４における垂直壁部には、差圧空間４１２と収容空間４１３とを連通する通気孔４１６が複数穿設されている。なお、隔壁４１４は多孔性のフィルタ等により構成してもよい。

筐体４１１の正面側に形成された傾斜面にはファン４１７が設けられており、負圧空間４１２内の空気を負圧部４１外に排出することにより負圧空間４１２に負圧を生じさせる。ファン４１７は傾斜面に設置されることにより冷却器４２に向けて空気を排出することができる。この空気の排出により、冷却器４２を抜けた冷気は図１３に示されるように流動することとなる。ファン４１７は、本実施形態においては管理装置５０と通信可能に無線または有線接続されており、管理装置５０の作動制御信号に応じてＯＮ／ＯＦＦ制御がなされる。

冷却器４２は、常時稼動され冷却室４Ａ内を冷却するものであり、例えばファン４１７から排出（送風）される空気を冷媒との熱交換等により冷却する。冷却器４２により冷却された空気、即ち冷気は図１３の矢印に示されるように流動することとなる。冷却器４２は、植物Ｈが育つ適正温度に冷却室４Ａ内を保つことができ、植物Ｈの品種に応じて適正温度が変わる場合があることから、温度調節が可変なものが好ましい。

栽培移動ユニット１０が図１３に示されるように収容空間４１３に位置付けられると、ファン４１７が駆動し、負圧空間４１２が負圧となる。当該負圧が生じると収容空間４１３から冷却室４Ａ内の冷気が通気孔４１６を介して負圧空間４１２へ流入するための、栽培ベッド１１０、栽培パネル１１２、及び植物Ｈをも冷気の流動に曝すことができる。

なお、培移動ユニット１０が収容空間４１３に位置付けられたか否かは、栽培移動ユニット１０の移動体１３０が送信する到着信号により管理装置５０が認識できる。上記の到着信号は、差圧冷却装置４０が不図示のセンサにより栽培移動ユニット１０が収容空間４１３に位置付けられたか否かを検知するようにし、検知後に管理装置５０に送信されるようにしてもよい。

（収穫エリア６）
収穫エリア６は、図１に示されるように複数の作業者Ｐが配置されており、生育を終えた植物Ｈを有する栽培移動ユニット１０が移動され植物Ｈが収穫されるエリアである。収穫エリア６は、環境調節エリア４等と仕切られた有人なクリーンエリアであることが好ましい。収穫エリア６では、植物Ｈの収穫の他、トリミングや梱包、予冷、出荷等を作業がなされる。栽培移動ユニット１０は、作業者Ｐの作業範囲内、例えば作業台に隣接するように移動されることが好ましく、これにより作業者Ｐが移動することなく作業を行うことができる。したがって、従来のような固定された栽培ベッドの植物を収穫するために作業者Ｐが移動する場合と比較して作業効率を各段に向上させることができる。また、収穫エリア６は、作業者Ｐに対する適切な温度湿度環境とすることができるため、植物工場全体が冷却されるような従来と比較して作業環境を改善でき作業効率の悪化を低減することができる。

（準備エリア７）
準備エリア７は、図１に示されるように複数の作業者Ｐが配置されており、収穫エリア６において作業者Ｐにより植物Ｈが収穫された栽培移動ユニット１０が移動するエリアである。当該栽培移動ユニット１０は、この準備エリア７では、作業者Ｐにより栽培ベッド１１０や栽培パネル１１２等のユニット殺菌、洗浄が行われる。また、予め播種、育苗が行われた苗が植物Ｈとして栽培パネル１１２に定植され、洗浄を終えた栽培ベッド１１０に設置されることにより再び植物Ｈを有する栽培移動ユニット１０となる。当該栽培移動ユニット１０は液肥供給エリア２へ移動され、液肥供給がなされることとなる。

（管理装置５０）
図１４は管理装置のハードウェア構成を示すブロック図であり、図１５はその機能ブロック図である。図１４に示されるように、管理装置５０は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）５１と、ＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）５２と、記憶装置５３と、入出力Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）５４と、通信Ｉ／Ｆ５５とを備える。

ＣＰＵ５１及びＲＡＭ５２は、協働することにより、後述する各種機能を実現する。記憶装置５３は、地図情報５３１や各種機能の実行に係る各種データを記憶する。地図情報５３１は植物工場における液肥供給エリア２、光照射エリア３、環境調整エリア４、収穫エリア６、準備エリア７等の各エリアの位置情報と、各エリアに設置された各種装置の位置情報と、工場内における通路情報とを少なくとも含む。入出力Ｉ／Ｆ５４は、作業者Ｐに各エリアにおける装置の稼働状況や、栽培移動ユニット１０の位置及び温度環境、植物Ｈの生育日数といった生育状況等を表示すると共に作業者Ｐの操作を受け付けるインターフェイスであり、例えばタッチパネルディスプレイ、マウス、キーボード等である。通信Ｉ／Ｆ２５は、移動体１３０や、液肥供給装置２０、差圧冷却装置４０等と通信するためのインターフェイスである。

また、管理装置５０は、図１５に示されるように、ＣＰＵ５１及びＲＡＭ５２により実現される機能として、取得部５０１と、判定部５０２と、生成部５０３と、送信部５０４とを備える。取得部５０１は、移動体１３０からの到着信号や測定温度等を取得する。判定部５０２は、管理装置５０内の処理における各種判定を行う。生成部５０３は、判定部５０２の判定結果と地図情報５３１とに基づいて、目標位置となるエリア及び／又は装置までの経路を示す経路情報を生成する。送信部５０４は、判定部５０２の判定結果等に基づいて栽培移動ユニット１０の移動体１３０や液肥供給装置２０、差圧冷却装置４０等に各種制御信号を送信する。

（移動体１３０）
図１６は移動体のハードウェア構成を示すブロック図であり、図１７はその機能ブロック図である。図１６に示されるように、移動体１３０は、ＣＰＵ１３２と、ＲＡＭ１３３と、記憶装置１３４と、入出力Ｉ／Ｆ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１３５と、通信Ｉ／Ｆ１３６と、駆動部１３７と、センサ類１３８と、車輪１３１とを備える。なお、説明上、ここではバッテリが省略されている。

ＣＰＵ１３２及びＲＡＭ１３３は、協働することにより、後述する各種機能を実現する。記憶装置１３４は、各種機能の実行に係る各種データを記憶する。入出力Ｉ／Ｆ１３５は、駆動部１３７に対する移動制御信号の送信やセンサ類１３８からの検知情報の取得を行うためのインターフェイスである。通信Ｉ／Ｆ１３６は、管理装置５０と無線通信するためのインターフェイスである。駆動部１３７は車輪１３１の角度変更及び回転駆動を行うものであり、例えばモータ等が挙げられる。センサ類１３８は、移動体１３０の移動や自己位置推定、自己姿勢推定等において用いられるセンサである。

本実施形態においては、センサ類１３８としてＬｉＤＡＲ（ＬｉｇｈｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎＡｎｄＲａｎｇｉｎｇ，ＬａｓｅｒＩｍａｇｉｎｇＤｅｔｅｃｔｉｏｎＡｎｄＲａｎｇｉｎｇ）等のレーザレーダ、ジャイロセンサ、加速度センサを有し、ＳＬＡＭ（ＳｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓＬｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎＡｎｄＭａｐｐｉｎｇ）技術を用いて移動体１３０が自己位置、自己姿勢の推定を行い自律走行することとする。移動体１３０は、管理装置５０からの経路情報を移動制御信号と共に取得し、これとセンサ類１３８の検知結果とに基づいて自律走行を行う。なお、自己位置推定等には、ＳＬＡＭ技術の他に、デッドレコニング、ＧＰＳなどのＧＮＳＳ（ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ）等の技術を用いることができる。また、植物工場の床面に、その位置を示す２次元コードやマーカ、移動体１３０の経路を示す磁気テープや光学テープを付し、移動体１３０がこれらを検知するセンサ（磁気センサやカメラ等）をセンサ類１３８として有して自己の位置を認識するようにしてもよい。磁気テープや光学テープを床面に付す場合は、移動体１３０は常にそのテープを検知しつつテープ上を移動することとなる。

また、移動体１３０は、図１７に示されるように、ＣＰＵ１３２及びＲＡＭ１３３により実現される機能として、取得部１３０１と、走行部１３０２と、送信部１３０３とを備える。取得部１３０１は、管理装置５０からの経路情報や移動制御信号を取得する。走行部１３０２は、経路情報に基づいて移動体１３０を走行させる、なお、走行部１３０２は、ＳＬＡＭ技術により、例えばレーザレーダにより検知された障害物（他の栽培移動ユニット１０等）を避けるよう経路情報を適宜更新する。送信部１３０３は、定期的に温度センサ１１３からの測定温度を取得し、これを取得毎に管理装置５０へ送信する。また、送信部１３０３は、自己位置が経路情報に含まれる目標位置に達した場合、到着信号を管理装置５０へ送信する。

（システム動作）
次に、本実施形態に係る植物栽培システム１の動作について詳細に説明する。図１８は、本実施形態に係る植物栽培システムの動作を示すフローチャートである。なお、本フローは管理装置５０の処理に着目したものであり、栽培移動ユニット１０等の植物栽培システム１の他の装置の動作については、本フローの説明時に随時説明する。本フローは、制御対象となる複数の栽培移動ユニット１０毎に、所定の周期で実行されるものであり、また管理装置５０は予め栽培移動ユニット１０の初期位置、即ち播種／育苗を終えて苗が定植された状態にある液肥Ｌ未供給状態の栽培移動ユニット１０の位置を予め記憶しているものとする。また、予め作業者には、作業者個人を識別するためのＩＤ情報が付されており、ＩＤ情報を纏めた作業者ＩＤリストが記憶装置５３に予め記憶され、当該ＩＤ情報により示される作業者の配置位置が地図情報５３１に含まれていることとする。また、各エリアの装置についてもＩＤ情報が付され、当該ＩＤ情報を纏めた装置ＩＤリストが記憶装置５３に予め記憶され、当該ＩＤ情報により示される装置の配置位置が地図情報５３１に含まれていることとする。

図１８に示されるように、先ず判定部５０２は、制御対象となる栽培移動ユニット１０が所定の液肥供給条件を満たしているか否かを判定する（Ｓ１０１）。ここでの液肥供給条件とは、液肥Ｌの供給の目安となる時間範囲を示す。例えば「直前の液肥Ｌの供給から２４時間以上経過」等である。当然、播種／育苗を終えて苗が定植された状態にある液肥Ｌ未供給状態の栽培移動ユニット１０が対象である場合は、液肥供給条件を満たすこととなる。この時間範囲は、植物Ｈや液肥Ｌの種類に応じて適宜設定することが好ましい。

液肥供給条件を満たすと判定された場合（Ｓ１０１，ＹＥＳ）、生成部５０３は、複数ある液肥供給装置２０から使用されておらず、且つ対象の栽培移動ユニット１０の位置に対して最も近い装置を装置ＩＤリスト及び地図情報５３１に基づいて選択し（Ｓ１０２）、当該選択した装置までの経路情報を地図情報５３１に基づいて生成する（Ｓ１０３）。ここで選択された装置は、以後使用中と認識され、後述する停止制御信号を送信するまで選択不可の状態となる。経路情報生成後、送信部５０４は経路情報と共に栽培移動ユニット１０を当該経路情報に従って移動させる移動制御信号を栽培移動ユニット１０へ送信する（Ｓ１０４）。送信後、判定部５０２は、取得部５０１が到着信号を栽培移動ユニット１０から取得したか否かの判定を行い（Ｓ１０５）、到着信号が取得されていなければ（Ｓ１０５，ＮＯ）再度ステップＳ１０５の判定処理へ移行する。なお、到着信号には移動体１３０を固有に示すＩＤ情報が含まれており、これにより管理装置５０は到着信号と移動体１３０、延いては栽培移動ユニット１０とを紐付けることができる。

一方、移動制御信号送信後、移動体１３０の取得部１３０１は当該移動制御信号を取得し、これに応じて走行部１３０２が経路情報に基づいて移動体１３０、即ち栽培移動ユニット１０を移動させる。そして経路情報に含まれる目標位置にまで栽培移動ユニット１０が移動した場合、換言すればノズル２０２と液肥循環部１２０とが連結した場合、移動体１３０の送信部１３０３は到着信号を管理装置５０へ送信する。

取得部５０１が到着信号を取得すると（Ｓ１０５，ＹＥＳ）、送信部５０４は液肥供給装置２０へ、つまりポンプ２０３へ作動制御信号を送信する（Ｓ１０６）。この作動制御信号送信時及び／又は到着信号取得時から計時が開始され、その位置に栽培移動ユニット１０がどの程度の時間滞在しているかが記憶され、これは後述する光照射処理においても同様である。作動制御信号を受けた液肥供給装置２０は、ポンプ２０３が作動されて液肥循環部１２０に液肥Ｌが供給されると共に、古い液肥Ｌが排出される。所定時間後、管理装置５０の送信部５０４は、液肥Ｌの供給を停止するための停止制御信号を液肥供給装置２０のポンプ２０３に送信し（Ｓ１０７）、再度ステップＳ１０１の判定処理へ移行する。

一方、ステップＳ１０１の判定処理において液肥Ｌが供給されたばかり等で液肥供給条件を満たさないと判定された場合（Ｓ１０１，ＮＯ）、判定部５０２は、所定の温度条件を満たすか否かを判定する（Ｓ１０８）。ここでの温度条件とは、取得された測定温度の上限値であり、当該上限値はそれ以上の温度となると植物Ｈの生育が損なわれる温度数値である。この温度数値は植物Ｈの種類に応じて適宜設定することが好ましい。

温度条件を満たさないと判定された場合（Ｓ１０８，ＮＯ）、例えば光照射による温度上昇等により栽培ベッド１１０の温度環境が悪化したと判断され、環境調整エリア４の差圧冷却装置４０を対象としたステップＳ１０２～ステップＳ１０７の処理が実行される。装置選択対象が差圧冷却装置４０であり、生成される経路情報が選択された差圧冷却装置４０に関するものであり、作動制御信号、停止制御信号の対象がファン４１７である以外は液肥供給装置２０の場合と同様であるため、ここでのステップＳ１０２～ステップＳ１０７の処理の詳細な説明は省略する。

一方、ステップＳ１０８の判定処理において温度条件を満たすと判定された場合（Ｓ１０８，ＹＥＳ）、栽培ベッド１１０の温度環境は良好であると認識され、判定部５０２は、植物Ｈの栽培期間が終了したか否かを判定する（Ｓ１０９）。判定部５０２は、植物Ｈの生育時間を計時しており、この計時時間が予め定められた栽培期間を超えるか否かにより植物Ｈの栽培期間が終了したか否かを判定する。

植物Ｈの栽培期間が終了したと判定された場合（Ｓ１０９，ＹＥＳ）、生成部５０３は、収穫エリア６の空いている作業者Ｐ、即ち未選択または最も選択した時刻が早い作業者Ｐを作業者ＩＤ情報に基づいて選択し（Ｓ１１０）、当該選択した作業者Ｐの位置までの経路情報を地図情報５３１に基づいて生成する（Ｓ１１１）。なお、選択された作業者は、作業の重複が生じないように所定時間経過するまで選択不可とされる。生成後、送信部５０４は経路情報と共に栽培移動ユニット１０を当該経路情報に従って移動させる移動制御信号を送信する（Ｓ１１２）。送信後、判定部５０２は、取得部５０１が到着信号を取得したか否かの判定を行い（Ｓ１１３）、到着信号が取得されていなければ（Ｓ１１３，ＮＯ）再度ステップＳ１０５の判定処理へ移行し、取得されれば（Ｓ１１３，ＹＥＳ）本フローは終了となる。

一方、ステップＳ１０９において植物Ｈの栽培期間が終了していないと判定された場合（Ｓ１０９，ＮＯ）、植物Ｈに対して光を照射する光照射処理が実行される（Ｓ１１４）。

次に、本実施形態に係る光照射処理ついて詳細に説明する。図１９は、光照射処理を示すフローチャートである。図１９に示されるように、先ず、管理装置５０の判定部５０２は、対象の栽培移動ユニット１０に光照射パターンＡ～Ｃのいずれかが選択済みであるか否かを判定する（Ｓ２０１）。光照射パターンが選択済みでないと判定された場合（Ｓ２０１，ＮＯ）、生成部５０３は、複数ある光照射装置３０から明期領域Ａ１－１，Ａ１－２及び暗期領域Ａ２（図８～図１０参照）のうちいずれかが使用されていない装置を装置ＩＤリストに基づいて選択し（Ｓ２０２）、当該選択した装置において光照射パターンＡ～Ｃのうち使用されていないパターンを選択し（Ｓ２０３）、明期領域Ａ１－１，Ａ１－２及び暗期領域Ａ２のうち使用されていない領域を選択する（Ｓ２０４）。

次に生成部５０３は、選択した領域までの経路情報を地図情報５３１に基づいて生成する（Ｓ２０５）。生成後、送信部５０４は経路情報と共に栽培移動ユニット１０を当該経路情報に従って移動させる移動制御信号を送信する（Ｓ２０６）。送信後、判定部５０２は、取得部５０１が到着信号を取得したか否かの判定を行い（Ｓ２０７）、到着信号が取得されていなければ（Ｓ２０７，ＮＯ）再度ステップＳ２０７の判定処理へ移行する。

取得部５０１が到着信号を取得すると（Ｓ２０７，ＹＥＳ）、判定部５０２は、現在選択中の領域、即ち現在位置している領域の経過時間が所定の領域時間を経過したか否かを判定する（Ｓ２０８）。ここでの所定の領域時間は、明期及び暗期領域毎に異なる時間であり、上述したように本実施形態においては１日あたり明期１６時間、暗期８時間である。したがって明期領域Ａ１－１、Ａ１－２、及び暗期領域Ａ２における領域時間は、それぞれ８時間となる。なお、到着信号に含まれる栽培移動ユニット１０（移動体１３０）のＩＤ情報は、選択した光照射装置３０、選択した光照射パターン、選択した明期領域または暗期領域と対応付けられて記憶装置５３に記憶されることとする。

現在位置している領域の経過時間が所定の領域時間を経過したと判定された場合（Ｓ２０８，ＹＥＳ）、再度ステップＳ２０４の処理へ移行し、明期領域Ａ１－１，Ａ１－２及び暗期領域Ａ２のうち自身に選択されていない領域を、自己の光照射パターンに基づいて選択する。一方、現在位置している領域の経過時間が所定の領域時間を経過していないと判定された場合（Ｓ２０８，ＮＯ）、その領域の待機が維持されて本フローは終了となる。

また、ステップＳ２０１の処理において、光照射パターンが選択済みであると判定された場合（Ｓ２０１，ＹＥＳ）、判定部５０２は、光照射エリア３から他のエリア（液肥供給エリア２や環境調整エリア４等）に移動しているか否かを判定する（Ｓ２０９）。他のエリアに移動していると判定された場合（Ｓ２０９，ＹＥＳ）、途中で抜けた明期領域または暗期領域に戻るよう、再度ステップＳ２０５の処理へ移行する。一方、他のエリアに移動していないと判定された場合（Ｓ２０９，ＮＯ）、再度ステップＳ２０８の判定処理へ移行する。

以上に説明した本実施形態によれば、栽培ベッド１１０上に個別に光源を設ける必要が無く、また複数の栽培ベッド１１０が位置する空間を全て冷却する必要もないため、設備の簡素化と共に、人件費、電力費等の維持費の低減が可能であり低コスト化を実現できる。また、作業者Ｐは収穫エリア６、準備エリア７のみに配置することができるため、液肥供給エリア２、光照射エリア３、環境調整エリア４を完全に無人化することができるため、極めて衛生的であると共に衛生管理の簡易化も実現できる。また、無人化することで作業者Ｐに負荷が加わる環境での生育も可能となる。このような衛生的な環境によれば植物Ｈの無洗浄の出荷も可能であり無洗浄野菜栽培システムを構築することができる。また、低コスト化や衛生環境の向上により人工光型植物工場自体の収益性の向上も図れる。

また、栽培移動ユニット１０毎に液肥Ｌの供給頻度や種類、温度及び光照射環境を可変とすることができるため、植物Ｈの品種による栽培環境の細分化、品種の増加を実現でき、２次代謝物の変化を考慮した生育も可能、例えばストレス、光、液肥不足等を生じさせることによる味や成分変化も可能となる。

また、液肥供給装置２０によれば、複数の液肥供給装置２０の貯留槽２０１に植物Ｈの品種に応じた異なる液肥Ｌを貯留させることができ、植物Ｈの品種に応じた配合管理が可能である。また、液肥Ｌの殺菌管理やバブリング、入れ替え、自化中毒の抑制が容易であり、清掃手間の低減や設備の簡略化もできる。

また、光照射装置３０によれば、１日に必要な光の照射時間に基づいた明期領域Ａ１－１，Ａ１－２、暗期領域Ａ２を設定することで少量の光源３０１で複数の栽培移動ユニット１０に対して適切に光照射を行うことができる。

また、差圧冷却装置４０によれば、栽培ベッド１１０の複数の植物Ｈの葉の細部にまで良好に冷気を供給することができ、栽培ベッド１１０の温湿度管理が可能となると共に空気のよどみの除去や蒸散の制御も可能となる。更に、カビ抑制や２次代謝物の制御も可能である。

なお、本実施形態においては光照射装置３０に暗期領域Ａ２を設けたが、暗期領域Ａ２を設けず明期領域のみとし、暗期領域に相当する領域を光照射エリア３に隣接させるようにしてもよい。このようにすることで、暗期領域において栽培移動ユニット１０を詰めて配置することができるため、光照射エリア３の縮小と共に当該エリア内の通路を削減でき、植物工場の省スペース化を実現できる。

また、本実施形態においては、管理装置５０と移動体１３０とが異なる装置であると説明したが、管理装置５０の機能を移動体１３０に持たせてもよい。また、本実施形態においては、多段ラック１１１を移動体１３０が支持している形態を説明したが、これらが別体として構成されていてもよい。例えば、多段ラック１１１の四隅の脚部下面にキャスタを設け、移動体１３０がこの多段ラック１１１を移動可能に多段ラック１１１と連結することで各エリアに搬送するようにしてもよい。例えば、移動体１３０が多段ラック１１１の下方中央で多段ラック１１１の四隅の脚部にアームを介して連結し、多段ラック１１１と一体的に移動する形態や、移動体１３０が液肥循環部１２０下方に位置して多段ラック１１１と連結し牽引する形でこれを移動させる形態等が考えられる。また、牽引の形態では、多段ラック１１１が各エリア内で適切な姿勢となるよう、各エリア内の少なくとも各装置近辺には床面にキャスタを案内可能なガイドが設けられていることが好ましい。

また、本実施形態においては、栽培ベッド１２０を４段であると説明したが、これに限定するものではなく、５段以上、または３段以下等としてもよい。なお、光源３０１は栽培ベッド１２０の段数に合わせて適宜上下段数を可変とできるよう光照射装置３０を構成することが好ましい。

本発明は、その要旨または主要な特徴から逸脱することなく、他の様々な形で実施することができる。そのため、前述の実施形態は、あらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、何ら拘束されない。更に、特許請求の範囲の均等範囲に属する全ての変形、様々な改良、代替および改質は、全て本発明の範囲内のものである。

１植物栽培システム
１０栽培移動ユニット（搬送部、植物搬送装置）
１１０栽培ベッド（栽培収容部）
１２０液肥循環部
１３０移動体（搬送部）
２液肥供給エリア（処理エリア）
２０液肥供給装置（液肥供給部）
３光照射エリア（処理エリア）
３０光照射装置（光照射部）
４環境調整エリア（処理エリア）
４Ａ冷却室
４０差圧冷却装置（環境調整部）
４１負圧部（負圧室）
４１６通気孔
４１７ファン
５０管理装置（搬送部、植物搬送装置）
６収穫エリア（処理エリア）
７準備エリア（処理エリア）

Claims

栽培収容部に収容された植物に対して該植物の成長を促進するための光を照射する光照射部を有し、無人の領域内に設けられた処理部と、
複数の前記栽培収容部をそれぞれ前記処理部へ搬送する、互いに独立して前記領域内を自律走行可能な複数の搬送部と、
前記搬送部の状態を判定する判定部と、
前記搬送部を管理する管理部と
を備え、
前記搬送部は、前記光照射部により光が照射される明期領域と、前記光照射部がない暗期領域とを前記栽培収容部と共に巡ることにより、前記栽培収容部の植物に対する光照射時間を調節し、
前記判定部は、前記明期領域及び暗期領域のいずれか一方の領域に待機する前記搬送部の待機時間が、該領域に対応する所定の時間経過したか否かを判定し、
前記管理部は、前記判定部により前記所定の時間経過したと判定された場合、前記一方の領域に待機する搬送部を前記明期領域及び暗期領域のいずれか他方の領域へ移動させる
ことを特徴とする植物栽培システム。
前記搬送部は、
前記栽培収容部を支持する支持部と、
前記支持部と連結し、前記処理部までの経路に関する経路情報に基づいて移動することで該支持部を搬送する移動体と、
前記判定部による判定結果に基づいて前記経路情報を生成する生成部と
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。
前記処理部は、前記栽培収容部の植物に対して該植物の成長を促進するための液肥を供給する液肥供給部
を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の植物栽培システム。
前記栽培収容部は、上下方向に複数あり、
前記搬送部は、前記液肥供給部と接続し、供給された液肥を前記複数の栽培収容部に循環させる液肥循環部
を備えることを特徴とする請求項３記載の植物栽培システム。
前記液肥循環部は、上段の前記栽培収容部に対して液肥を供給することにより該栽培収容部から下段の栽培収容部に液肥が供給され、該栽培収容部から液肥を回収することにより再び上段の前記栽培収容部に対して液肥を供給する液肥循環を行う水撃ポンプである
ことを特徴とする請求項４記載の植物栽培システム。
前記処理部は、前記栽培収容部の温度環境を調整する環境調整部
を更に備えることを特徴とする請求項１～請求項５のいずれか一項記載の植物栽培システム。
前記環境調整部は、
冷却室と、
前記冷却室内に配置され、内部に画成された空間と外部とを連通する複数の通気孔が形成される負圧室と、
前記負圧室に設けられて前記空間内を負圧にするファンと
を備え、
前記搬送部は、前記栽培収容部を前記負圧室外部において前記通気孔に近接させることにより前記栽培収容部の温度環境を調整する
ことを特徴とする請求項６記載の植物栽培システム。
栽培収容部に収容された植物に対して該植物の成長を促進するための光を照射する光照射部を有し、無人の領域内に設けられた処理部に、互いに独立して前記領域内を自律走行可能な複数の搬送部により、複数の前記栽培収容部のそれぞれを個別に搬送し、
前記光照射部により光が照射される明期領域と前記光照射部がない暗期領域とのいずれか一方の領域に待機する前記搬送部の待機時間が、該領域に対応する所定の時間経過したか否かを、前記搬送部の状態を判定する判定部により判定し、
前記判定部により前記所定の時間経過したと判定された場合、前記一方の領域に待機する搬送部を前記明期領域及び暗期領域のいずれか他方の領域へ移動させる信号を、該搬送部を管理する管理部により該搬送部に送信し、
前記搬送部が前記明期領域と、前記暗期領域とを前記栽培収容部と共に巡ることにより、前記栽培収容部の植物に対する光照射時間を調節する
ことを特徴とする植物栽培方法。
植物を栽培可能に収容する栽培収容部と、
前記栽培収容部に収容された植物に対して該植物の成長を促進するための光を照射する光照射部を有する、無人の領域内に設けられた処理部に、前記栽培収容部を搬送する前記領域内を自律走行可能な搬送部と、
前記搬送部を管理する管理部から信号を取得する取得部と
を備え、
前記搬送部は、前記光照射部により光が照射される明期領域と、前記光照射部がない暗期領域とを前記栽培収容部と共に巡ることにより、前記栽培収容部の植物に対する光照射時間を調節し、
前記取得部は、前記明期領域及び暗期領域のいずれか一方の領域に待機する待機時間が、該領域に対応する所定の時間経過したと前記搬送部の状態を判定する判定部により判定された場合、前記管理部から前記明期領域及び暗期領域のいずれか他方の領域への移動を示す信号を取得し、
前記搬送部は、該信号に基づいて前記他方の領域へ移動する
ことを特徴とする植物搬送装置。
栽培収容部に収容された植物に対して該植物の成長を促進するための光を照射する光照射部を有する処理部と、
前記栽培収容部を前記処理部へ搬送する搬送部と
を備え、
前記搬送部は、前記光照射部により光が照射される明期領域と、前記光照射部がない暗期領域とを前記栽培収容部と共に巡ることにより、前記栽培収容部の植物に対する光照射時間を調節し、
前記処理部は、前記栽培収容部の温度環境を調整する環境調整部を更に備え、
前記環境調整部は、
冷却室と、
前記冷却室内に配置され、内部に画成された空間と外部とを連通する複数の通気孔が形成される負圧室と、
前記負圧室に設けられて前記空間内を負圧にするファンと
を備え、
前記搬送部は、前記栽培収容部を前記負圧室外部において前記通気孔に近接させることにより前記栽培収容部の温度環境を調整する
ことを特徴とする植物栽培システム。