JPH0716341B2 - 苗の分割移植装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は植物工場などで用いられる苗の分割移植装置に
関する。

（従来の技術） 従来、植物の苗を分割移植する作業は人手により行われ
ていた。ある程度成長した苗（以下、成苗と省略する）
を節と呼ばれる葉が分岐する位置の上でカッタ・はさみ
等を用いて切断し、これを寒天や繊維などでできた培地
に植え付けていた。このような作業は非常に単純な作業
の繰返しのため、大量の苗を生産するためには長時間を
必要とし、作業者にかかる負担も大きかった。さらに、
苗の生産は無菌環境で行う必要があった。

また、野菜や花などの植物のニーズは多くの品種を季節
を問わず求められている。この要求に答えるため、植物
を環境管理が可能な工場で生産する研究が行われてい
る。

（発明が解決しようとする課題） 工場で植物を生産する場合、常に出荷できる状態を作る
ため、苗の分割移植作業は随時行う必要がある。そこ
で、この工場内における植物の生産は、従来のような人
手による苗の分割移植では作業時間などの問題から生産
性が悪くなる。また、工場内に作業者が出入りすると雑
菌を持込みやすく、苗が発病したり、さらに培地にかび
が生えて苗が汚染されてしまうことがある。

そこで作業者はなるべく苗と接触することがないように
苗の分割移植の自動化が求められる。

しかし、従来の自動化技術では、苗自身が非常に弱いた
め、これを潰さずに把持することが難しいなど機構的な
問題に加え、苗という対象が余りにも固体差を多く有
し、画一的な装置の制御では、効率のよい分割移植がで
きなかった。これは苗の成長方向に規則性がなく、苗の
分割点の決定が機械的な方法では非常に難しいなどの問
題点があったためである。

本発明は上述したような問題点を解決するためになされ
たものであり、不確定な形状を有した植物の苗を痛める
ことなく、且つ精度よく自動的に分割移植する装置を提
供するものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 植物の苗の分割移植を行うための苗の分割移植装置にお
いて、植物の苗を順次供給する供給手段と、この供給手
段により供給されてきた苗に対して接近自在に設けら
れ、所定の間隔で走査を行い苗の有無及び軸方向を検出
し、検出した軸方向に対して、所定の幅で上記間隔より
小さい間隔で走査を行うことにより苗の３次元情報を得
る検出手段と、この検出手段により得た３次元情報で、
走査線上に特定範囲内の長さの走査点列が１つしかな
く、且つ上下の走査点列と連続性があり、さらにこの走
査点列が所定長さ以上続いている部分を切断可能な茎部
分と判断し、切断位置及び切断位置にて対して移植され
る側に位置する把持位置を決定する認識手段と、この認
識手段により決定された把持位置を、苗の軸方向に沿っ
て把持する把持手段と、苗の軸方向に対する切断角度を
任意に変更・設定することが可能な自由度を有する駆動
手段を備え、上記把持手段により把持された状態で、上
記認識手段により決定された切断位置を切断する切断手
段と、この切断手段により切断され、前記把持手段によ
り把持されている分割された苗を移植する移植手段とを
具備したことを特徴とする苗の分割移植装置である。

また、上記切断手段は、上記把持手段と一体に設けら
れ、使用していないときには把持位置の周辺より退避可
能であることを特徴とする苗の分割移植装置である。

（作用） 以上のように苗の分割移植装置を構成することで、検出
手段により不定形の苗の形状の３次元的な情報を得る。
そして、この情報を使用して分割すべき切断位置を認識
・決定する。この認識結果を基に、苗の形状に沿って苗
を把持して分割・移植を行う。このとき苗を自動的に供
給する供給手段を設けることで苗の分割・移植の自動化
を実現できる。

さらに、このような苗の分割移植装置では、苗を分割し
たり、移植のときに苗を把持するための把持手段を、苗
の切断手段と一体化して設けることにより、装置の小形
化・合理化を図ることができる。

さらにまた、苗の移植に関しては苗の切断面の角度が移
植後の苗の成長に大きく影響する。この苗の切断角度の
最適値は苗の種類により微妙に異なる上、苗の形状が不
確定なので、例え切断手段に一定の角度を設けたとして
も苗の茎が曲がっていると、苗を最適角度で切断するこ
とはできない。そのため、苗を最適な角度で切断するた
め苗の軸方向に合わせて切断角度を変更可能な自由度を
有する駆動手段を設けた。

（実施例） 以下に本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の第１の実施例である。トレイをキャリ
ア（1a）に載置して、搬送路（1b）上を搬送可能な供給
手段たる搬送装置（１）が育苗室（２）とトレイ保管部
（９）との間に往復可能に設けられている。育苗室
（２）とトレイ保管部（９）との間に設けられて搬送路
（1b）の中間に苗を移植するための移植ステーション
（３）が設けられている。トレイ保管部（９）は培地だ
けが準備されたトレイ（以下、移植トレイと称する）
（ａ）を待機させ、必要に応じて移植トレイ（ａ）をキ
ャリア（1a）へ移載可能に設けられている。

移植ステーション（３）は、移植テーブル（４）、認識
装置（５）、分割移植装置（６）及び洗浄装置（７）と
から構成されている。移植テーブル（４）は２つのトレ
イ載置部（4a），（4b）が設けられており、その２つの
トレイ載置部（4a），（4b）はキャリア（1a）が搬送路
（1b）の所定位置にあるときトレイ載置部（4a），（4
b）とキャリア（1a）との間でトレイの移載が双方向に
可能な移載機構（4c）が設けられている。

検出手段及び認識手段たる認識装置（５）は、３軸の直
交ロボット（5a）と、そのアームの先端に設けられた認
識部（5b）から構成される。また、この認識部（5b）は
第２図に示すようにレーザ発振器（5b-1）と、このレー
ザ発振器（5b-1）より発振されたレーザ光の光軸上に設
けられたガルバノミラー（5b-2）と、撮像装置（5b-3）
とから構成されている。

分割移植装置（６）は、６軸の多関節ロボット（6a）
と、その手首機構の先に設けられた移植ハンド（6b）と
なら構成される。移植ハンド（6b）は第３図に示すよう
に苗を把持するグリッパ（6b-1）と、このグリッパ（6b
-1）の下部に摺動自在に設けられたカッタ（6b-2）から
構成されている。また、グリッパ（6b-1）の開閉及びカ
ッタ（6b-2）の駆動、及び摺動はワイヤ（6b-3）で操作
され、駆動機構は多関節ロボット（6a）の移植ハンド
（6b）以外の図示しない位置に別に設けられる。

洗浄装置（７）は第１図及び第４図に示すように、移植
テーブル（４）のテーブル面上に設けられた二つの水槽
（7a），（7b）からなり、水槽（7a）には超音波発振器
（7c）が取り付けられている。

さらに、これらの搬送装置（１）、認識装置（５）、分
割移植装置（６）及び洗浄装置（７）を制御可能な図示
しない制御部が各装置に接続されている。

以下に本発明の作用を第１の実施例を用いて説明する。

育苗室（２）で育苗されている苗がある程度生長する
と、この生長した苗（以下、成苗と省略する）の分割を
行う。このとき本実施例の装置を駆動させる。成苗の植
わっているトレイ（以下、成苗トレイと省略する）
（ｂ）を搬送装置（１）のキャリア（1a）へ移載し、成
苗トレイ（ｂ）は移植ステーション（３）まで搬送路
（1b）を通り搬送される。成苗トレイ（ｂ）が移植ステ
ーション（３）まで搬送されると、移植テーブル（４）
側に設けられた移載機構（4c）がキャリア（1a）より成
苗トレイ（ｂ）を移植テーブル（４）のトレイ載置部
（4a）に移載する。成苗トレイ（ｂ）がトレイ載置部
（4a）に移載されると、キャリア（1a）はトレイ保管部
（９）へ移動する。ここでキャリア（1a）は移植トレイ
（ａ）を転載され、再び移植ステーション（３）まで移
動して、移植トレイ（ａ）を移植テーブル（４）のもう
一つのトレイ載置部（4b）へ移載させる。

次に成苗トレイ（ｂ）が載置されると、制御部（図示し
ない）は認識装置（５）に認識指令を送る。これを受信
した認識装置（５）は、所定のプログラムにしたがって
成苗トレイ（ｂ）に植えられた成苗の形状の認識を開始
する。

これは以下の手順で行われる。まず、３軸直交のロボッ
ト（5a）により認識部（5b）を形状を検出する成苗の近
傍まで接近させる。次に認識部（5b）のレーザ発振器
（5b-1）を発振させ、射出されたレーザ光をガルバノミ
ラー（5b-2）により走査する。走査されたレーザ光の反
射光を撮像装置（5b-3）により検出する。次に３軸直交
ロボット（5a）を徐々に上下に所定量駆動させ、再びレ
ーザ光の走査を行う。これを所定の高さ分だけ繰返すこ
とにより、３次元情報を含んだ画像を得る。制御部はこ
の画像より成苗の特徴点を検出するわけである。ここで
特徴点の検出方法の一例をさらに詳細に説明する。植わ
っている成苗の高さ方向に対して所定の間隔でレーザ光
を走査して、その反射光を撮像装置（5b-3）により検出
し、第５図（ａ）のような画像を得る。ここで反射光が
所定の長さ以上連続している点列は、葉の部分または茎
と葉が重なった部分である。そこで、この所定の長さ以
上連続している点列が１つもない走査線上にある反射点
列、例えば、a1,a2,a3,a4は茎の部分である。そこで第
５図（ｂ）に示すようにこの茎を示す反射点列の間を補
間して、予想される茎の軸方向を求め、この予想される
軸方向から所定の幅をもってさらに細かく走査を行う。
こうして得られた画像を第５図（ｃ）に示す。この図か
ら走査線上に１つしか特定範囲内の長さの反射点列がな
く、かつ上下の反射点列との連続性がある反射点列を茎
と判別し、それ以外の部分は節とする。こうして求めら
れた茎部分d1,d2,d3,d4に対してそれぞれ切断点を認識
して決定する。各節部分の切断点の検出方法は同じであ
るので、ここでは茎部分d1の切断点検出のみを説明す
る。

まず、茎部分d1の長さＬを求める。ここで問題になるの
は、茎部分d1の長さＬが分割移植装置（６）の機械的な
把持・切断に必要な長さL0以上あるか確認しなければな
らない。ここで長さＬが長さL0より小さい場合は茎部分
d1は切断不可能として、茎部分d2の確認を行う。

次に茎部分d2の長さＬと予め定められた長さL0とを比較
する。ここでd2の長さＬは長さL0より大きいので、d2を
n:mの比で分ける。この分けた点を把持する点とする。
把持する点と切断位置は分割移植装置（６）のグリッパ
（6b-1）とカッタ（6b-2）との相対的位置が固定してい
るので、把持位置が定まると機械的に切断位置も定ま
る。

このようにして順次茎部分d1から茎部分d4を検査し、切
断位置を定めていく。切断位置は通常０点から３点程度
であるが、これは成苗の生長によって異なるので画一的
ではない。

こうして検出された切断位置はデータとして記憶され、
制御部は分割移植指令を分割移植装置（６）に指令す
る。この指令を受信した分割移植装置（６）は、この切
断位置を成苗の上方にある切断位置のデータから順次呼
び出し、分割・移植を開始する。

これは以下の手順で行われる。まず、多関節ロボット
（6a）の移植ハンド（6b）を切断するべき成苗の近傍に
移動させる。続いて、移植ハンド（6b）を駆動させ、グ
リッパ（6b-1）が把持点を把持するようにする。ここで
グリッパ（6b-1）により茎を把持する際は、その下部に
設けられたカッタ（6b-2）はグリッパ（6b-1）の把持部
位より後退させておく。次にカッタ（6b-2）を摺動さ
せ、そのまま切断を行う。切断後、多関節ロボット（6
a）を駆動し、移植トレイ（ａ）の指定された培地に移
植を行う。この際にも、カッタ（6b-2）は移植の障害に
ならないようにグリッパ（6b-1）の把持部位より後退さ
せておく。次に成苗の２番目の切断位置のデータを呼び
出し、移植トレイ（ａ）側の移植を行う培地を変更して
分割・移植を行う。

ここで切断について説明する。成苗の分割・移植は水平
に切断したときよりやや角度をつけて切断したほうが、
移植後の生長が良好となる。そこで分割移植装置（６）
に、成苗の軸方向に対して角度をつけて切断することが
可能な機構と、これらを制御するための制御機構を設け
てある。

まず、成苗の種類が予め判別されている場合、最初から
切断角度を固定しておけばよい。しかし、実際に成苗の
茎は常に垂直に伸びているのではなく、不規則に曲がっ
ている。この曲りに合わせて切断面を作る必要がある。
そこで分割移植装置（６）は、位置制御のための３自由
度と、切断角度を制御するための３自由度との合わせて
６自由度を有しており、認識装置（５）によって計測し
た３次元の形状に合わせて、軸方向に対する所定角度で
切断を行うための姿勢の調整を行う。これは軸方向のベ
クトルを法線ベクトルとする平面を検出して、水平面に
対しての調整量を演算し、これに成苗による所定の角度
を加えて移植ハンド（6b）の姿勢を制御してやればよ
い。

ここで再び説明をシステムの作用について戻す。制御部
は移植した成苗の本数をカウントし、移植トレイ（ａ）
側に用意した培地の数と同じ数の移植を行うと、移植ス
テーション（３）は移植トレイ（ａ）を搬送路（1b）上
のキャリア（1a）に移載する。キャリア（1a）は成苗の
植わった移植トレイ（ａ）を育苗室（２）まで搬送し
て、これを下ろす。キャリア（1a）はトレイ保管部
（９）まで移動し、新たな移植トレイ（ａ）を載置する
と、移植ステーション（３）に移送する。移植ステーシ
ョン（３）は新たな移植トレイ（ａ）を移植テーブル
（４）に載置すると、制御部は成苗の移植本数をリセッ
トし、再び初めからカウントを始める。

成苗トレイ（ｂ）の成苗をすべて移植すると、移載テー
ブルからキャリア（1a）に成苗トレイ（ｂ）を移載し、
トレイ保管部（９）に移動して保管する。さらにキャリ
ア（1a）は育苗室（２）に移動し、新たな成苗トレイ
（ｂ）を移載して移植ステーション（３）に搬送する。

この間、移植ステーション（３）では、移植テーブル
（４）表面に設けられた洗浄装置（７）の水槽（7a）の
水に移植装置（６）の移植ハンド（6b）を浸す。次に制
御部は水槽（7a）に設けられた超音波発振器（7c）を駆
動させ、移植ハンド（6b）のグリッパ（6b-1）の把持部
位とカッタ（6b-2）の切断部位とを洗浄する。洗浄が終
了すると、多関節ロボット（6a）を駆動して水槽（7b）
に移植ハンド（6b）を移動させ、水槽（7b）に満たした
アルコールに浸す。これによりグリッパ（６−１）の把
持部位とカッタ（6b-2）の切断部位とを滅菌し、他の苗
に病原菌が転移するのを防止する。

本発明は第１の実施例のような構成に限定されない。次
に本発明の第２の実施例を示す。

第６図は第２の実施例の構成を示す図である。（41）は
成苗供給部である。この成苗供給部（41）は成苗が収納
されている箱（ａ）をストックする棚（41a）と、この
箱（ａ）から成苗を搬送ベルト（42）へ移載する移載機
構（41b）から構成されている。搬送ベルト（42）の搬
送路上には撮像装置（43a）を有する認識装置（43）
と、分割移植装置（44）がある。

分割移植装置（44）は、把持手段であるグリッパ（44
a）と、切断機構（44b）と、移植トレイ供給部（44
c）、トレイ搬送部（44d）及びトレイ保管部（44e）と
から構成されている。さらに移植トレイ供給部（44c）
は、成苗の値わっていない移植トレイ（ｂ）を積み重ね
て保持しており、この移植トレイ（ｂ）を順次上へ送れ
る上昇機構（44c-1）を備えている。トレイ搬送部（44
d）は、移植トレイ供給部（44c）の上昇機構（44c-1）
で一番上に送られた移植トレイ（ｂ）を搬送可能に設け
られている。また、トレイ保管部（44e）では、送られ
てきた移植トレイ（ｂ）を収納するトレイ収納棚（44e-
1）と、このトレイ収納棚（44e-1）に移載する移載装置
（図示されていない）とが設けられている。

また、成苗供給部（41）、搬送ベルト（42）、認識装置
（43）、及び分割移植装置（44）を制御可能な制御部
（図示しない）が設けられており、この制御部には、認
識装置（43）の認識結果を記憶し、移植装置（44）にデ
ータを送信可能なメモリ（図示しない）を内蔵してい
る。

以下に第２の実施例の作用を説明する。まず、第１の実
施例と異なる点として、第１の実施例が、成苗をトレイ
に植わった状態で別のトレイに分割して移植するものだ
ったのに対して、第２の実施例では、成苗が苗床から引
き抜かれた状態で搬送されてくるものである。従って、
成苗供給部（41）は方向が揃えられた成苗が箱（ａ）に
入れられている。この成苗を箱（ａ）にいれる作業は人
が行っても機械によって行ってもよい。

まず、移載機構（41b）が箱（ａ）の中から成苗を取り
出し、搬送ベルト（42）の上に成苗を順次載置してい
く。次に搬送ベルト（42）に置かれた成苗は認識装置
（43）のところまで運ばれる。認識装置（43）では、撮
像装置（43a）のレーザ発振器（図示しない）を発振さ
せ、レーザ光を走査して成苗の３次元情報を取り込み、
認識装置（43）において成苗の形状と切断位置とを認識
し決定する。制御部では、この認識結果をメモリに記憶
する。搬送ベルト（42）は成苗を認識装置（43）を通過
させ、分割移植装置（44）に搬送する。分割移植装置
（44）に搬送された成苗は、グリッパ（44a）によって
把持され、切断機構（44b）により切断される。切断さ
れた成苗は、そのままグリッパ（44a）によって移植ト
レイ供給部（44c）上の移植トレイ（ｂ）に移植され
る。制御部は、第１の実施例と同様に、移植トレイ
（ｂ）への移植本数をカウントし、移植トレイ（ｂ）上
に苗が満配になるとトレイ搬送部（44d）を駆動し、移
植トレイ（ｂ）をトレイ保管部（44e）に搬送する。次
に移植トレイ供給部（44c）は、上昇機構（44c-1）を駆
動して新たな移植トレイ（ｂ）を供給する。一方、トレ
イ保管部（44e）に搬送された移植トレイ（ｂ）は、移
載装置によりトレイ収納棚（44e-1）へ移載される。

このように、本発明は認識装置と移植装置が同じ位置に
ある必要はなく、また、認識装置と移植装置との間の成
苗の認識データの送受信の問題がなければ、全く別に設
けてもよい。例えば、成苗トレイから移植トレイに移植
する分割移植装置の場合、予め各トレイにメモリを設け
ておき、認識装置の認識結果をこのメモリに記憶させ、
次の分割移植装置では、このメモリに記憶されたデータ
を呼び出して分割移植を行うようにしてもよい。

また、実施例中では、洗浄装置は超音波発振器による超
音波洗浄と、アルコール消毒による滅菌を組み合わせた
ものを用いたが、ブラシによる洗浄機構や、バーナやラ
ンプ等の炎や、電気抵抗を利用した熱による滅菌機構で
あってもよい。

［発明の効果］ 上述のように、本発明の苗の分割移植装置を用いること
で、作業者が苗に触れることなく苗の分割移植が衛生的
かつ自動的に行える。

また、苗の不規則な形状を３次元情報により認識し、こ
の情報を基にして苗を把持し、最適角度での切断を行っ
ているので、苗を痛めることなく把持・切断を行うこと
が可能となり、さらに、苗の成長を合理的に行うことが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の全体構成図、第２図は
認識装置の構成を示す一部透視図、第３図は移植装置の
構成・作用を説明するための説明図、第４図は洗浄装置
の構成・作用を説明するための断面図、第５図は認識装
置の新式方法の一例を説明するための説明図、第６図は
本発明の第２の実施例の構成を示す概略構成図である。 １……搬送装置,2……育苗室,3……移植ステーション,4
……移植テーブル,5……認識装置,6……分割移植装置,7
……洗浄装置,9……トレイ保管部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】植物の苗の分割移植を行うための苗の分割
   移植装置において、 植物の苗を順次供給する供給手段と、 この供給手段により供給されてきた苗に対して接近自在
   に設けられ、所定の間隔で走査を行い苗の有無及び軸方
   向を検出し、検出した軸方向に対して所定の幅で上記間
   隔より小さい間隔で走査を行うことにより苗の３次元情
   報を得る検出手段と、 この検出手段により得た３次元情報で、走査線上に特定
   範囲内の長さの走査点列が１つしかなく、且つ上下の走
   査点列と連続性があり、さらにこの走査点列が所定長さ
   以上続いている部分を切断可能な茎部分と判断し、切断
   位置及び切断位置に対して移植される側に位置する把持
   位置を決定する認識手段と、 この認識手段により決定された把持位置を苗の軸方向に
   沿って把持する把持手段と、 苗の軸方向に対する切断角度を任意に変更・設定するこ
   とが可能な自由度を有する駆動手段を備え、上記把持手
   段により把持された状態で上記認識手段により決定され
   た切断位置を切断する切断手段と、 この切断手段により切断され前記把持手段により把持さ
   れている分割された苗を移植する移植手段とを具備した
   ことを特徴とする苗の分割移植装置。
2. 【請求項２】上記切断手段は、上記把持手段と一体に設
   けられ、使用していないときには把持位置の周辺より退
   避可能であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の苗の分割移植装置。