JP7468013B2 - 植物栽培設備 - Google Patents

Description

本発明は、植物栽培設備に関する。

植物栽培設備において、栽培ベッドの上側には、該栽培条に沿う誘引ワイヤを設け、栽培される植物の栽培株は、誘引ワイヤにより誘引される構成としている（特許文献１）。そして、収穫ロボットが栽培ベッド間を走行して植物の側方から収穫用アームを伸ばして果実を収穫する技術がある（特許文献２）。

特開２０１６－１０３７５号公報 特許第３５０３２０７号公報

特許文献１によると、植物が生長して果実を収穫するにつれ、果実は段々上方に実るので誘引紐を下ろして果実位置を低くする必要があり収穫作業が煩わしい。また、特許文献２の構成によると、果実を一個ずつ挟持して収穫するものであるから、効率的でなく、さらに果実周辺に茂る葉が邪魔となって果実を認識し難い。

本発明は、上記に鑑み、収穫作業を効率良く行うことを課題とする。

第１の本発明は、
栽培ベッド（５）に所定間隔で上下方向の誘引部材（１７）を設けて植物（Ｐ）を栽培した植物栽培設備において、
栽培ベッド（５）の長手方向に沿って設定間隔で、かつ、左右方向に延びる横桟（２８ａ）を設け、隣接する横桟（２８ａ）の間隔部を果実垂れ下げ可能空間（２９）として形成し、
果実垂れ下げ可能空間（２９）を隔てて横桟（２８ａ）に葉受体としての葉受ネット（３０）を設け、
栽培ベッド（５）間を前記長手方向に移動する移動作業車（３）に、果房毎に収穫する果房収穫装置（４０）と、果房収穫装置（４０）で収穫した果実を収容する果実収容バケット（ｂ）を搭載し、
果房収穫装置（４０）は果房を切断する切断装置であって、該切断装置のカッタ刃は横桟（２８ａ）より下位置であることを特徴とする植物栽培設備である。
第２の本発明は、
移動作業車（３）には、果房を挟持する挟持搬送ベルト（４２）と、収穫した果房を果実収容バケット（ｂ）に案内する案内シュート（４３）を設け、挟持搬送ベルト（４２）で挟持した状態で果房収穫装置（４０）の切断装置で果房を切断することを特徴とする第１の本発明の植物栽培設備である。
第３の本発明は、
栽培ベッド（５）は、昇降フレーム（１８）に載置状に設けられ、昇降フレーム（１８）は昇降連動手段（１９）により水平姿勢を維持したままで上下に昇降する構成としたことを特徴とする第１又は第２の本発明の植物栽培設備である。
本発明に関連する第１の発明は、栽培ベッド５に所定間隔で上下方向の誘引部材１７を設けて植物Ｐを栽培した植物栽培設備において、果房毎に収穫する果房収穫装置４０を設けてなる。

本発明に関連する第２の発明は、本発明に関連する第１の発明において、葉欠き処理装置４７を設ける。

本発明に関連する第３の発明は、本発明に関連する第２の発明において、葉欠き処理装置４７を移動作業車３Ｆの前方に、果房収穫装置４０をその後方に位置させる。

本発明に関連する第４の発明は、本発明に関連する第２又は第３の発明において、栽培ベッド５の左右側方に果実垂下げ可能空間２９と葉受体３０を形成し、果房収穫装置４０を葉受体３０よりも下位置に、葉欠き処理装置４７を葉受体３０よりも上位置に設ける。

本発明によれば、果実を果房毎に収穫することが確実かつ容易にできる。
本発明に関連する第１の発明によると、果実を果房毎に収穫することができ作業が迅速である。

本発明に関連する第２および第３の発明によると、本発明に関連する第１の発明の効果に加え、葉欠きした後で果房を収穫できるので葉が邪魔にならない。

本発明に関連する第４の発明によると、本発明に関連する第２又は第３の発明の効果に加え、葉欠き処理装置４７で果実ｆを損傷する恐れがない。

本発明の実施の形態にかかる植物栽培設備の概要図である。 （Ａ）（Ｂ）同栽培設備の一部の概要を示す側面図である。 （Ａ）（Ｂ）同栽培設備の一部の概要を示す正面図である。 同栽培設備の一部の概要と移動作業車の正面図である。 同栽培設備の一部の概要と移動作業車の平面図である。 （Ａ）同栽培設備の一部の概要を示す正面図と、（Ｂ）その平面図である。 同栽培設備の一部の概要と移動作業車の正面図である。 （Ａ）（Ｂ）同栽培設備の一部の概要を示す正面図である。 （Ａ）（Ｂ）同栽培設備の一部の概要を示す正面図である。 （Ａ）同栽培設備の一部の概要と果房収穫装置を示す正面図、（Ｂ）その平面図である。 （Ａ）同栽培設備の一部の概要と果房収穫装置を示す正面図、（Ｂ）その平面図である。 （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）同果房収穫装置の果房案内手段の作用を示す正面図である。 （Ａ）同果房収穫装置の果房ばらし作用を示す正面図、（Ｂ）（Ｃ）はその側面図である。 （Ａ）同栽培設備の一部の概要と葉欠き処理装置を示す正面図、（Ｂ）その側面図である。 同栽培設備の一部の概要と葉欠き処理装置を示す正面図である。 （Ａ）同栽培設備の一部の概要と葉欠き処理装置の作用を示す側面図、（Ｂ）同栽培設備の一部の概要と果房収穫装置の作用を示す側面図である。 同栽培設備の一部の概要、果房収穫装置及び葉欠き処理装置を示す正面図である。 （Ａ）（Ｂ）同栽培設備の一部の概要を示す正面図である。

本発明の実施の形態の植物栽培設備について以下説明する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる植物栽培設備の栽培施設の一例を示すものであり、この栽培施設は、暖房機や加湿機等により温度及び湿度等の室内環境が管理される温室である栽培室１と、該栽培室１に隣接する出荷室２とを備えている。前記栽培室１内の中央には作業者又は移動作業車（作業台車）３あるいは防除作業車等が通過できるメイン通路４を設けており、このメイン通路４は、路面がコンクリートで構成されたコンクリート通路である。メイン通路４の両側の側方位置には、栽培ユニットとなる栽培ベッド５を多数列配置した、作物を栽培するための栽培スペース６を構成している。尚、前記栽培ベッド５は培地となるロックウールで形成された栽培床部であり、出荷室２内の養液供給装置７から各栽培ベッド５へ養液が供給される構成となっている。

また、メイン通路４の両端には開閉扉を備える栽培室１への出入り口８を設け、一方の出入り口８を介して隣接する出荷室２へ行き来できる構成となっている。尚、他方の出入り口８は、栽培施設の屋外から出入りできる構成となっている。そして、移動作業車３をメイン通路４から各々の栽培ベッド５の間のサブ通路９に移動させ、該サブ通路９で栽培ベッド５に沿って移動作業車３を移動させながら栽培する植物に対する各種作業を行うことができる。サブ通路９は、各々の栽培ベッド５の左右間で前後方向に形成される通路となる。尚、移動作業車３は、サブ通路９上に敷設された温室全体を暖房する左右の暖房用管を走行用のレール１３として走行する（図２参照）。

前記出荷室２内には、前述した養液供給装置７と、収穫されたトマト等の収穫物（果実）を重量や大きさあるいは等級別に選別する選別装置１０とを備えている。尚、該選別装置１０が、栽培された作物を出荷前に処理する前処理装置となる。選別装置１０は、収穫物を搬送して選別する選別コンベア１１と、該選別コンベア１１の両側の側方に設けられた各階級毎の収穫物収容部１２とを備えて構成され、選別コンベア１１から各収穫物収容部１２へ収穫物を供給して各階級に選別する構成となっている。尚、前記選別コンベア１１は、平面視でＬ字状に屈曲した構成となっている。また、各々の収穫物収容部１２には収穫物を収容する収容箱を設けて、この収容箱ごとに収穫物を出荷すればよい。

図２に示すように、栽培ベッド５の上側には、該栽培条に沿う誘引ワイヤ１５を設け、栽培される植物Ｐの栽培株は、誘引ワイヤ１５から誘引フック１６を介して垂れ下がる誘引部材としての誘引紐１７により誘引される。尚、誘引フック１６は、誘引ワイヤ１５に吊り下げられる構成であり、巻き付けた誘引紐１７を適宜繰り出して下方に垂れ下がらせる周知の構成となっている。また、植物が所定の高さ（誘引フック１６の近く）まで成長した以降は、誘引フック１６から誘引紐１７を繰り出しながら、順次誘引紐１７を前記複数の栽培株の配列方向、すなわち栽培ベッド５の長手方向にずらせて植物の高さを低下させ、植物を継続的に栽培する。従って、例えばトマトを栽培する場合、トマトの茎ｃが栽培ベッド５から誘引紐１７を伝って伸長することになる。

栽培ベッド５は、昇降フレーム１８に載置状に設けられ、この昇降フレーム１８は昇降連動手段１９によって水平姿勢を維持したままで上下に昇降することができるよう構成している。すなわち、昇降連動手段１９としては、昇降フレーム１８を連結するワイヤ１９ａをウインチ等の巻取手段１９ｂで巻取りながら昇降フレーム１８を上昇し、巻取り解除すると昇降フレーム１８の自重で降下できる構成である。なお、昇降フレーム１８が水平姿勢維持のまま昇降動作できるように、四隅に複数の昇降手段１９を構成するもので、複数の昇降手段１９は制御部の昇降出力を受けて同時に昇降作動するよう構成するものである。

昇降フレーム１８の上昇によって、図２（Ｂ），図３（Ｂ）に示すように、下方側から適熟するトマトｆは昇降フレーム１８の上昇高さによって昇降フレーム１８部の下方に垂れ下がり状に露出させることができる。

移動作業車３は、図４に示すように、前後左右の走行車輪２０と、作業者が搭乗するステップ２１と、収穫アーム２２を備え、この収穫アーム２２は、駆動機構を内装した機構本体２３の上部において、縦軸回りに３６０度回動可能でかつ長さを伸縮制御可能な第１アーム２２ａと、この第１アーム２２ａに連結され昇降高さを変更制御できる第２アーム２２ｂと、トマト等の果実を把持して収穫するハンド部２２ｃとからなる。

第１アーム２２ａ、第２アーム２２ｂ及びハンド部２２ｃの作動を制御しながら果実を収穫するが、その制御出力は、後述の撮像カメラ２５の撮像出力に基づく。すなわち、移動作業車３のステップ２１には、進行方向の前後一側又は両側に撮像カメラ２５を備え、移動作業車３を移動させながら果実ｆの撮像データによって存在位置情報、着色情報を移動作業車制御部２６に送信できるよう構成している。制御部２６は、着色情報に基づいて収穫適期か否か判定し収穫適期の果実の位置情報に基づいて、収穫アーム２２に収穫指令信号を出力して、アーム回動、伸縮及び収穫作動を実行させることができる。なお、撮像カメラ２５を搭載する移動作業車と収穫アーム２２を搭載する移動作業車は別々の作業車としてもよい。

そして、前記走行車輪２０は、機体の左右方向外側に配置される大径部と機体の左右方向内側に配置される小径部が一体に形成され、大径部と小径部との段差で前記レール１３に沿って移動できるよう構成する。

前記のように収穫アーム２２は、第１アーム２２ａの１８０度近い回動によって隣接する栽培ベッド５の収穫も可能である。また、撮像カメラ２５によって収穫対象のトマトを撮像するが、昇降フレーム１８の高さを変更調整できるので、果実の垂れ下がりで明確に果実を捉えて撮影することができる。果実を下方から収穫することができるため、収穫アーム２２の構成を簡素化できる。

昇降フレーム１８又は栽培ベッド５の延長部材に、茎受枠２８を構成する。例えば、図５に示すように、栽培ベッド５の長手方向に沿って適宜間隔で横桟２８ａを配置する。栽培ベッド５に沿わせて伸張するトマト茎は、前後複数の横桟２８ａで受けることができ、前後の横桟２８ａの間隔部は、果実垂下げ可能空間２９となる。すなわち栽培ベッド５の左右側方に果実垂下げ可能空間２９が形成される。更に図６に示すように、この空間２９を隔てて上記横桟２８ａに葉受体としての葉受ネット３０を設けてなる。こうして、植物としてのトマトの成長に伴い茎ｃが栽培ベッド５に沿うように誘引すると、茎ｃ近くに付く果実（トマト）ｆは果実垂下げ可能空間２９から垂れ下がり、葉の先端部は葉受体としての帯状葉受ネット３０で支えられる。したがって、葉が垂れ下がって果実を覆い撮像の際に影になるなどの支障を来さない。葉受体としては、葉受ネット３０に代替して葉受板や葉受棒等を採用してもよい。

なお、図４の移動作業車３の機構本体２３の上部に収穫アーム２２を縦軸回りに３６０度回動可能に設ける場合、栽培ベッド５の左右両側方に果実（トマト）ｆが垂れ下がるよう植物Ｐの茎を伸張させるものであるから、隣接するサブ通路９，９をそれぞれ通過することで所定単一の栽培ベッド５の垂れ下がり果実（トマト）ｆを収穫できるもので、隣接のサブ通路９，９を移動させなければならない。所定のサブ通路９を通過するだけで、栽培ベッド５の左右両側方の果実（トマト）ｆを収穫するため、図７に示すように、移動作業車３Ａの本体部には収穫果実を収容する収容バケットｂを載置できる空間を形成し、バケットフレーム部３２から側方に張り出し状にアーム載置フレーム３３を構成し、その上部に収穫アーム２２Ａを縦軸回りに回動可能に構成するものである。このように構成すると、同じ栽培ベッド５の左右側に垂れ下がる果実（トマト）ｆを単一の収穫アーム２２Ａで収穫できる。隣接するサブ通路６のレール１３，１３には予備バケット用台車３１を待機させている。

前記実施例では、移動作業車３を左右栽培ベッド５間の通路９に配置したが、図８に示すように、栽培ベッド５の下方に配置することができるようレール３４を追加配置する。昇降フレーム１８がある程度上昇すると、下方空間に収穫アーム２２Ｂや撮像カメラ２５Ｂを搭載した移動作業車３Ｂにより、果実撮像とともに収穫を行う。このように構成すると、撮像カメラ２５Ｂや収穫アーム２２Ｂは至近距離で撮像し収穫作動できるもので、検出範囲を一定範囲に縮小化し、また収穫アーム２２Ｂの作動範囲を縮小できて、構成を簡素化できる。

上記の移動作業車３Ｂの両側には果実収容バケットｂを積載できるバケット積載移動車３６Ｌ,３６Ｒを配置している。なお、移動作業車３Ｂには収穫果実を受けて左右横方向に搬送できる搬送コンベア３７を設ける。搬送コンベア３７は正逆転に切替駆動されるベルトコンベア形態とされ、収穫アーム２２Ｂで把持された果実を受けてバケット積載移動車３６Ｌ，３６Ｒで待機するバケットｂに向けて搬送し得る。また搬送コンベア３７は左右に移動可能に設けられ、左右のバケット積載移動車３６Ｌ又は３６Ｒに待機するバケットｂ，ｂに向けて果実を搬送できる構成としている。したがって、バケットｂの左側端から右側端に亘って移動しながら果実を搬送したり、左側バケット積載移動車３６Ｌから右側バケット積載移動車３６Ｒ側へ切り替えて果実搬送すべく設けられる。

図８のバケット積載移動車３６Ｌ，３６Ｒは、バケットｂを一段載置の構成であるが、多段に載置できる構成としてもよい。図９のバケット積載移動車３６Ｌ，３６Ｒには上下二段のバケットｂ，ｂを載置できる構成としており、搬送コンベア３７は上下に位置変更できる構成としてこれら二段のバケットｂ，ｂに対応させるものとしている。

ところで、例えばトマトの場合には、図４に示すように複数の果実がぶどうのように房となって実り成長する。これを果房といい、以下果房の収穫方法について説明する。栽培ベッド５の左右側方に形成される前記果実垂下げ可能区間２９には果房に対応してその空間が形成されるものである。図１０において、移動作業車３Ｃには多段のバケットｂを積載するとともに、本発明の果房収穫装置の一例としての切断装置４０を備える。切断装置４０は、果房の根元茎部を挟んで対向する一対のカッタ刃のせん断作用で切断できる構成とし、根元茎部が垂直方向になるのに対し一対のカッタ刃は左右方向から接近してせん断できる構成としている。なお、切断装置４０のカッタ刃の作動は人為的なレバー操作や伝動モータのスイッチ形態に構成するものである。レール１３が栽培ベッド５の左右に配設する茎受枠２８と平行状態に維持されるものであると、果房の根元茎部はほぼ高さが揃うから移動作業車３Ｃを前進させることで切断装置４０の切断圏内に根元茎部を導入でき、撮像カメラを不要にできる。ただし、撮像カメラを配置することによって正確に切断対象の果房の根元茎部を認識でき、精度良く切断装置４０を接近させることができる。切断装置４０は移動作業車３Ｃとの接続連繋箇所４１において、適宜範囲で前後左右及び高さ方向に自由度を持たせて構成するものとする。

さて、切断された果房は、左右一対の挟持搬送ベルト４２と傾斜案内シュート４３によってバケットｂに排出案内される構成としている。なお、挟持搬送ベルト４２は切断直前の果房の根元茎部を挟持できる構成とすると安定良く切断装置４０による切断処理が行える。

図１１～図１３は切断装置４０による切断後の果房の処理を示す。図１１において、移動作業車３Ｄには、切断装置４０の背後に接近して果房の姿勢を傾斜姿勢とする姿勢強制板４４と果房を受けて水平移送する案内ベルト４５を備えている。このように果房状態で搬送できる構成とすると、バケットｂ内に果房を整列収容できる。図１２に果房の傾斜案内の詳細を示す。そして、果房の切断後、果実を個別分離する分離手段４６を設けることで人手による作業を省力化する。分離手段４６は、切断後の果房の根元茎部を挟持搬送しながら移送方向後方側ほど下位として一対のロッドによって構成される。一対のロッド間に根元茎部は通過させるが果実は通過できない間隙を設けておくことで、果房の果実は根元茎部から分離され個別にされる構成である（図１３）。

次いで図１４に示す葉欠きの構成について、葉欠き処理装置としての切断装置（以下、葉欠き用切断装置）４７は、上下一対のカッタ刃を備え、移動作業車３Ｅのテーブル上に立設するマスト部材４８に上下調節可能に設けられる。上下一対のカッタ刃で切断対象の葉の茎部を挟みせん断作用で切断できる。上下一対のカッタ刃の作動は、前記果房の切断装置４０と同様に、人為的なレバー操作や伝動モータのスイッチ形態による。移動作業車３Ｅを前進しながら撮像カメラ４９で撮影された画像に基づいて、必要に応じて葉欠き用切断装置４７を上下調整しながら適切な高さ位置から葉を切断することができる。切断された葉は、案内シュート５０を経てバケットｂ２に収容される構成である。

なお、葉欠き切断において移動作業車３Ｅの移動中の切断実施を効率的に行うために、植物Ｐの前記誘引紐１７あるいは代替する支柱部材に植物Ｐの茎ｃをクリップ５０留めするよう構成している。このように構成すると、移動作業車３Ｅの移動中であっても植物Ｐを安定させ得て切断装置４０による果房切断、葉欠き用切断装置４７による葉欠き切断も安定良く実施できる（図１５）。さらに、誘引具１７を縦軸まわりに回動操作可能に構成すると、移動作業車が通過するサブ通路９に面しない内側で生長する果実や葉を該サブ通路９側にのぞませることができ、容易に果房切断や葉欠きを行うことができる（図１６）。

図１７，図１８は、果房切断装置４０と葉欠き用切断装置４７の両方を備えた移動作業車３Ｆとしている。葉欠き用切断装置４７を移動作業車３Ｆの前方に、果房切断装置４０をその後方に位置させる。このように構成すると、まず葉欠きを行うことができて果房を覆う葉を欠いて果房露出状態とでき、カメラ撮像、果房切断に都合が良い。なお、図１８は果房切断装置４０に代えて果実アーム２２を配置するものであるが、機能的には、果房の根元茎部を判断して切断できる果房収穫装置としてある。

また、葉欠き切断は迅速に行い得、果房切断には時間を要するので、同一進行方向で同時的に作業を行う場合には葉欠きと果房切断の繰り返しの際に待ち時間を要して時間が無駄になる。このため、両切断装置４０，４７を備える場合には、往行程で葉欠き作業を行い、復行程で果房収穫を行う。すなわち、前進しながら葉欠きを行うが、葉欠きのみなので効率的に作業でき（図１８（Ａ））、次いで後進しながら近傍に葉のない状態で後方に向けて撮像カメラ２５で果房を撮影しながら果房の根元茎部を判定して収穫アーム２２がこの根元茎部を切断することで収穫できる（同（Ｂ））。このように構成すると、葉欠き作業を先に行うことができ、果房切断に支障ありの葉を予め除去することができて、果房収穫を効率的に行い得る。実施例の場合は、葉欠き切断装置４７を視野に入れないで撮像カメラ２５の画像を取り込み得て果実認識が容易となる。

なお、前記果実垂下げ可能空間２９を構成する茎受枠２８や葉受体としての葉受ネット３０との高さ関係は、果房切断装置４０は茎受枠２８や葉受ネット３０よりも下位に、葉欠き用切断装置４７は茎受枠２８や葉受ネット３０よりも上位に設けられている。

前記実施例では、果実検出手段として撮像カメラ２５を設け、着色状況及び位置情報を取得できる構成としたが、レーザー出力等によって位置のみを検出できる構成でもよく、成熟度のみを検出できる形態でもよい。また、葉欠き対象の葉を認識する撮像カメラ４９においても同様である。

３Ｆ 移動作業車
５ 栽培ベッド
１７ 誘引部材
２９ 果実垂下げ可能空間
３０ 葉受ネット（葉受体）
４０ 果房切断装置（果房収穫装置）
４７ 葉欠き用切断装置（葉欠き処理装置）
Ｐ 植物
ｆ 果実

Claims (3)

1. 栽培ベッド（５）に所定間隔で上下方向の誘引部材（１７）を設けて植物（Ｐ）を栽培した植物栽培設備において、
   栽培ベッド（５）の長手方向に沿って設定間隔で、かつ、左右方向に延びる横桟（２８ａ）を設け、隣接する横桟（２８ａ）の間隔部を果実垂れ下げ可能空間（２９）として形成し、
   果実垂れ下げ可能空間（２９）を隔てて横桟（２８ａ）に葉受体としての葉受ネット（３０）を設け、
   栽培ベッド（５）間を前記長手方向に移動する移動作業車（３）に、果房毎に収穫する果房収穫装置（４０）と、果房収穫装置（４０）で収穫した果実を収容する果実収容バケット（ｂ）を搭載し、
   果房収穫装置（４０）は果房を切断する切断装置であって、該切断装置のカッタ刃は横桟（２８ａ）より下位置であることを特徴とする植物栽培設備。
2. 移動作業車（３）には、果房を挟持する挟持搬送ベルト（４２）と、収穫した果房を果実収容バケット（ｂ）に案内する案内シュート（４３）を設け、挟持搬送ベルト（４２）で挟持した状態で果房収穫装置（４０）の切断装置で果房を切断することを特徴とする請求項１記載の植物栽培設備。
3. 栽培ベッド（５）は、昇降フレーム（１８）に載置状に設けられ、昇降フレーム（１８）は昇降連動手段（１９）により水平姿勢を維持したままで上下に昇降する構成としたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の植物栽培設備。