JPH0463504A - 自動農作業装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 開示技術は耕耘、播種から収穫等の農作業を自立制御可
能なロボットによって自動的に行うようにした農業のシ
ステム化の技術分野に属する。

〈要旨の概要〉 而して、この出願の発明は圃場に対し耕耘や播種や収穫
等を行うに際し、当該圃場等の農地に所定のレールを敷
設し、該レールに走行車が走行自在に装架され、該走行
車には制御装置と駆動装置が搭載されていると共に、耕
耘装置等の作業機が連係されて走行車に搭載した制御装
置のコンピュータに従って自動的に農作業を行うように
されている自動農作業装置に関する発明であり、特に、
走行車に少なくとも１つの関節を有するリンクタイプの
軽量のブームがその基端部を枢支されて延設され、その
先端には耕耘装置等の作業機が設けられ、又、走行車に
は作業機の初期位置からの位置測定を行うレーザー機構
等の装置が制御装置に電気的に接続され、更に、ブーム
には走行車と作業機とを接続するケーブル等の配索が付
設されて制御装置のコンピュータプログラム等に従って
所定の農作業をロボット式に自動的に行うトータルシス
テム的な自動農作業装置に係る発明である。

〈従来技術〉 周知の如く、農産業は第一次産業として市民生活に旧く
から深い関りを有する極めて重要な産業であり、システ
ム的には圃場に対する耕耘、播種。

収穫２選別、仕分は等各種の作業工程等から成るように
なっており、その作業能率を向上するべく各種の機械装
置器具の改良、研究開発が盛んに行なわれてきている。

而して、周知の如〈産業社会の技術革新による構造変革
があらゆる分野に於て行なわれるようになり、農産業に
おいても例外ではなく、各種工業に於けるコンピュータ
導入を中心とするロボット等の採用を踏まえての自動化
が促進されていることから、近時農産業においてもコン
ピュータ技術やロボット技術導入によるシステム化、自
動化が検討されて注目を集めるようになってきている。

而して、農産業における自動化は旧来からの手作業中心
による作業の能率向上１品質向上等を図るものではある
が、我が国に於ける農作業（収穫後の乾燥１選別、仕分
け２発送等の作業も含む）は旧来からの伝統的な社会事
情や憤消等を無視して他の産業と同様に一律変革的には
行われ得ないという特殊事情がある。

そして、農産業の産業性向上として栽培面積を拡大し、
必要とする労働力を削減することを、例えば、大型トラ
クター等によるアメリカ式の集約型の農産業と、人工的
な栽培環境で栽培期間を可及的に短縮して効率を高めて
いく農産業の２つの指向性があるが、何れにしても指向
される農産業はエネルギー多量消費型の農業であって、
近時クローズアップされてきているエネルギー問題や地
球規模の環境問題等により様々な課題を抱えており、伝
統的に小規模、多作経営型の我が国の農業の機械化、就
中、自動化はアメリカ式の大型トラクターを中心とする
単なる集約型の農産業とは必ずしもマツチング出来ない
点があり、望ましくは伝統的に旧来から採用されてきた
小栽培面積の輪作タイプの農業に於ける小回りのきく農
作業が可能であり、人力作業による小エネルギーで周辺
環境に対する影響が少なく農地の保存に適している等の
幾つかの有利な点を併せて有する農作業の自動化、例え
ば、ロボットによる自動化が求められてきている。

そして、農作業のロボットによる自動化には複数種類の
作業機がインターフェイスを介しロボットハンドにて着
脱自在、交換自在であることが望ましいものである。

而して、これらの条件を踏まえて研究開発されてきた農
作業の自動化の中にはコンピュータ処理形態である軌条
走行方式（カントリ一方式）があるが、作業機が乗用ト
ラクター型にされているためにトラクターと同等の牽引
力を必要とする作業があること、又、大重量の作業機を
支持し、猶且つ、所定に移動する必要があること等の問
題に対して速やかに作業機を交換する必要があること、
収穫物等の資材の搬送を無視することが出来ない等の点
を考慮すると、かかる軌条走行方式は極めて大掛かりで
システム、′ＩＡ置が大規模になりイニシャルコストは
勿論のこと、メンテナンスコストも高くなるという不利
点があり、場合によると前述旧来の農作業の利点が削減
されるという不利点があり、エネルギー問題や環境問題
にも必ずしもプラスし得ると言い得ない不具合がある。

そして、他の産業の技術革新と歩みを同一にして農作業
の完全自動化を図るべく速やかにロボットの導入を図ろ
うとすると、定着されている耕地形農業の特質の制御対
象である農地の移動が不可能で制御要素側が移動しなけ
ればならない点から在来態様の各種の産業に導入されて
いるロボット技術を直ちに農作業に導入することには種
々の難点がある。

そこで栽培面積が細分化されている伝統的な耕地形農業
の自動化に適合するシステム設計としては、例えば、光
、ケーブル、レール、フレーム等を用いる固定経路方式
と無線操縦、慣性航法、光。

レーザーを用いた８ＩＩｌ量方式等の自由経路方式等が
提案されている。

しかしながら、何れの方式にしても農地の大小に応じて
精度を高める為には複雑で大掛かりな設備を要し、コス
ト的に合わないというマイナス点があり、実用性にかけ
るという欠点があった。

〈発明の目的〉 この出願の発明の目的は上述従来技術に基づく農作業の
自動化の問題点を解決すべき技術的課題とし、伝統的な
小栽培面積の農地を対象とし、小動力で多作可能な小規
模農産業の利点をフルに生かしながらも、生産性を増強
させ品質を向上させ、省エネルギーで周辺環境への影響
も少なく視覚機能、認識機能等の高度な機能を有し自律
制御が可能でトータルシステム的に全自動的作業が行な
われるようにして農産業に於けるシステム技術利用分野
に益する優れた自動農作業装置を提供せんとするもので
ある。

〈課題を解決するための手段・作用〉 上述目的に沿い先述特許請求の範囲を要旨とするこの出
願の発明の構成は前述課題を解決するために、圃場やビ
ニールハウス等の施設内の農地の一辺に平行姿勢でモル
レールを敷設し、該レールにコンピュータを有する所定
の制御装置と車輪を回転させる駆動装置を搭載した走行
車を設け、該走行車のフレームから、例えば、両側に軽
量のブームを延出して各々その先端にインターフェイス
を介し耕耘等の所定の農作業を行う作業機を付設し、該
作業機は自らの小動力により、或いは、走行車からのワ
イヤーを介して等により所定の農作業を行うようにし、
その際、走行車の走行は搭載した制御装置のコンピュー
タのプログラムにより所定に行い、又、作業機の位置測
定はモルレールの基準点からの走行位置により、或いは
、走行車からのレーザー光により位置測定を行うように
し、作業機が走行車に対しバランスするようにし、走行
車、及び、ブーム、作業機は軽量にされて構造が簡単に
され、保守点検整備等のサービス性も良く、イニシャル
コスト、ランニングコスト、メンテナンスコストも安く
なるようにし、エネルギー供給は小動力のため太陽エネ
ルギー等も利用出来るようにし、ブームが１本の場合に
は一方寄りの作業機と他方寄りのカウンタウェイトによ
りバランスするようにされ、又、伯の設計態様としては
走行車に運搬車や作業車が随行車として連結され、而し
て、トータルシステムとしては圃場の側に制御１ｔｉＩ
ｐ、設、育苗ベット、荷役施設、出荷調整室、仕分は施
設、修理工場、車庫、バッテリー施設等の各種の付属施
設が設けられて各々圃場やハウス等とモルレールで接続
され小規模多作型の農業経営の自動システム化が行なわ
れるようにした技術的手段を講じたものである。

〈実施例〉 次に、この出願の発明の実施例を図面に基づいて説明す
れば以下の通りである。

第１乃至３図に示す実施例はこの出願の発明の基本的態
様であり、１はこの出願の発明の要旨を成す自動農作業
装置であり、農地としての圃場２に対する所定の耕耘を
行うものであり、該圃場２の一辺３に沿って圃場２の中
央部分に１本のモルレール４が所定長さ敷設されている
。

そして、該モルレール４には可及的に軽量で小サイズの
走行車５が走行、停止自在に装架されており、該走行車
５の両側には簡易トラス型のブーム６．６がその中途部
分に関節７を有して屈伸自在にその基部を枢支して伸延
されており、先端にはロボット式のハンドトラクタータ
イプの作業機の耕耘装置８，８が自走能力を有して設け
られており、後述する如く、走行車５に対しワイヤー９
で連結接続されてモルレール４に対し近接離反自在にさ
れてプログラムに従う所定の耕耘作業が行うようにされ
ている。

当該実施例は第１図に示す様に、ガルウィングタイプの
バランスの良い設計とされている。

尚、作業機８はブーム６の先端にインターフェイス１０
を介して連結され、該インターフェイス１０により他の
作業機、例えば、播種機ヤ刈取機が交換自在にされるよ
うにされている。

而して、走行車５のフレーム１１内には第２，４図に示
す様に、コンピュータを有する制御装Ｗ１２゜電源装置
１３．記録装置１４等が設けられて各々電気的に接続さ
れている。

尚、該制御装置１２はこの出願の発明の出願時の事実レ
ベルの電子、電気技術により容易に所定の設計が行なわ
れ得るものである。

そして、ブーム６はその基端部が走行車１１に旋回動自
在に枢支されて駆動装置としてのモータ１７にギヤ機構
１７′を介してコンピュータによるプログラムに従う所
定角度の起伏が可能であるようにされており、ブーム６
の関節７部分にはロータリーエンコーダ等の角度センサ
２３が設けられて位置測定装置１５に電気的に接続され
るようにされ、又、拡縮装置としてのシリンダ２４が付
設されて同じく位置測定装置１５に電気的に接続されて
いる。

又、走行車５の補助輪２１，２１がレール４に当接して
走行車５、及び、ブーム６の自重を支持しており、該補
助輪２１，２１がモルレール４の両側面に当接されて脱
輪を防止するようにもされている。

又、走行車１１の下部には距離測定輪２２が設けられて
制御装置１２に可及的に接続されている位置測定装置１
５に連係されて走行車５、即ち、作業機８．８のモルレ
ール４の図示しない基準点からの距離、即ち、位置測定
を行うことが出来るようにされている。

尚、作業機８に先端を連結されたワイヤー９はリール１
９を介して制御装置１２に電気的に接続されている位置
測定装置１５に電気的に接続されるウィンチ１８により
走行車５と作業機８との距離を測定して作業機８の位置
を測定し、コンピュータのプログラムに従う所定の耕耘
作業が行えるようにされている。

尚、２５は動力供給用、及び、送信用のケーブルであり
、ブーム６に設けられたフック２６．２６を介してブー
ム６に沿って配索され、走行車１１から各作業機８に接
続されている。

上述構成において、ブーム６が縮少されて閉じられた状
態の走行車５がモルレール４の図示しない基準点位置に
セットされ、同じく図示しない起動ボタンを押すことに
より駆動装置のモータ２０が回転し、駆動輪２１．２１
が回転して走行車５がモルレール４に沿って走行し、コ
ンピュータのプログラムに従いブーム駆動装置のモータ
１７が作動し、ギヤ機構１７′を介しブーム６が開閉し
、作業機８の図示しない駆動装置が作動してモルレール
４、即ち、走行車５から作業機８が近接離反しながら圃
場２の所定の耕耘作業を行い、又、コンピュータのプロ
グラムに従い、ウィンチ１８が作動し、ワイヤ９がリー
ルを介して引き戻され、作業機８の自刃による後退と共
に、モルレール４、即ち、走行車５に近接する動作を所
定に反復して耕耘作業を行う。

この場合、各作業機８はブーム６を介して走行車５の両
側に設けられている為に走行車１１はバランスを崩すこ
となく所定の作業が継続的に行われ、この間、位置測定
測定輪２２、及び、ワイヤー９の長さのリール１９の位
置測定１５に於ける、又、ブーム６の位置測定２３に於
ける拡縮角検出が位置測定装置１５により行なわれるた
めに、予め設計されたプログラムに従う各測定位置毎で
の所定の耕耘作業がスムースに行われる。

そして、例えば、耕耘後の播種作業に際しては耕耘機と
播種機とをインターフェイス１０を介し着脱交換するこ
とが出来、該播種作業は再びモルレール４の基準点から
の走行車５の走行を介し位置測定を行いながら所定のコ
ンピュータのプログラムに従う播種作業をスムースに行
う。

勿論、ブーム６に対する耕耘機、播種機等の作業機の他
の種類の作業機の着脱交換はインターフェイス１０を介
して何等困雌無く行うことが出来る。

而して、前述した通りであるが、この出願の発明におけ
る走行車５は勿論のこと、作業機８．ブーム６は軽量で
簡易構造であるために複雑でなく取扱がし易く、保守点
検作業のサービス性も良く、動力コスト等も安く、例え
ば、太陽発電等のエネルギー供給が後述する如く容易に
行なわれるものである。

次に第５図に示す実施例はビニールハウス等の農業施設
内に於ける耕耘、播種、薬液散布等の農作業を行う装置
１′の態様であり、図示しないノ１ウス施設内の農地２
′の長手方向−辺に沿って敷設されたモルレール４には
より小型化された走行車５′が走行自在に装架され（走
行車５′に搭載した各種の装置機構類は実質的に上述実
施例の場合と同様である。）シングルガルウィングタイ
プのブーム６の先端にはインターフェイス１０を介しハ
ンドトラクタタイプの農作業の耕耘Ｉ１８’が自走可能
に取り付けられており、当該実施例に於ては、作業機８
′が著しく小型軽量にされているために走行車５′に対
してはブーム６を介しての併設態様だけで作業機８′の
走行車５′に沿う走行と、該走行車５′に対する近接離
反が走行車５′側で自在にコントロール出来るようにさ
れている。

而して、当該実施例に於ては走行車５′に対し台車２６
．２６が連結されて所定の農作業用の装置器具類２７が
カートリッジ式に載置されて作業機８′と随伴走行して
所定の農作業が高能率に行われるようにされている。

勿論、当該実施例に於ても走行車５′や作業機８′が乗
用タイプにされている必要は無く、全て制御装置内に装
備されているコンピュータによるプログラムに従って行
われ、作業機８′の農作業に係わる位置測定は上述実施
例と全く同様なシステムによって行うようにされている
ものである。

したがって、当該実施例は前述実施例よりも更に、ロボ
ット化された自動システムとされていると言えるもので
ある。

次に、第６，７図に示す実施例は著しくコンパクト化さ
れ、セットが可及的に簡単で取扱がし易く、汎用性にも
秀れ、機動性に富んだ近未来型のロボットシステムによ
る自動農作業装置１１の態様であり、モルレール４に走
行する走行車５はより更に軽量小型化されており、その
上部に設けられたシングルウィングガルタイプのブーム
６はその基部近くが走行車５に枢支されて関節７を経て
モニタ２８を有するブーム６の先端にはインター７・エ
イズ１０を介して歩行タイプの耕耘用の作業機８′が設
けられて耕耘爪２９が歩行式の耕耘作業を行うようにさ
れ、上述各実施例同様に他の播種機や農薬散布機等のイ
ンターフェイス１０を介しての着脱交換は自在にされて
いるものである。

そして、ブーム６の基端にはバランス、及び、反力を取
るためのカウンタウェイト３０が設けられて作業＠　８
’の作動がし易いようにされている。

而して、当該実施例においては走行車５、即ち、作業機
８′の基準点からの距離は上述各実施例同様に走行車５
に搭載している位置測定装置により行われ、更に、走行
車１１と作業機８′の距離については走行車１１に設け
られたレーザー投光装置３１からのレーザー光３２が作
業機８１の反射ミラー３３によって反射されて、走行車
５の受光装置３４によって受光され位置測定装置にその
ズレを検出測定されて確認され制御！ｌ］装置に入力さ
れて位置測定プログラムに従う農作業が成されるように
されている。

これらのレーザー測定等の処理技術はこの出願の発明の
時点における技術レベルで充分に現出することが可能で
あるものであり、その実施に際しては当業者にざ程の困
難性はないものである。

次に、第８図に示す実施例は未来型の可能な限りトータ
ルシステム化された態様であり、上述各実施例同様にレ
ール４の全域での機能的な敷設を行うべく各圃場２，２
は整然と所定の設計に従って複数区画に整地されている
が、その農地の一側寄りには付属施膜３５が設けられて
トータルシステムの機能がフルに発揮されるように、例
えば、コントロールユニット３６．育苗ベット、荷役装
置３８゜ソーラバッテリー装置４０．修理工場４１．車
庫４２゜保安室４３等が整然と設けられて全ての１Ｍ股
に圃場２．２に網羅されて接続するモルレール４，４・
・・が敷設されて、走行車５２作業機８２台車２６．補
修車２６′等の保守点検、整備、充電等が確実に行なわ
れて農地における所定の農作業が所定プログラムに従っ
て確実に行なわれるようにされている。

尚、当該実施例におけるソーラバッテリー装置４０等は
前述実施例において示した如く、走行車５や作業機８が
軽量小型にされていることによるエネルギー消費、即ち
、動力が少なくて済むために太陽エネルギーによる動力
補充か行なわれてシステム的な農作業が可能にされてい
るものである。

７したがって、未来型の当該実施例においては設計によ
り初期の立ち上がりやセット作業、保守点検整備作業等
を付属設備３５で行うことにより全自動的な農作業が昼
夜兼行等が長時間中断することなく行なわれて、栽培期
間の早期短縮による能率アップ、作業性の向上等が図ら
れ、産業に於けるロボット導入によるトータルシステム
的な自動車生産業等に遜色のない自動農作業が行われ、
尚且つ、収穫作業後の荷役作業２選別作業、仕分は作業
、出荷作業等の相互関連的な接続においても技術的に全
自動化することが出来、大幅なコストダウンを図ること
も出来る。

尚、この出願の発明の実施態様は上述各実施例に限るも
のでないことは勿論であり、例えば、ブームの先端のイ
ンターフェイスに対し通常のロボットハンド等を取り付
けて耕地作業や播種作業。

収穫作業、荷役作業ばかりでなく農薬散布２選果作業等
の管理作業用の作業機を作業種類に応じて選択的（着脱
交換自在にする等種々の態様が採用可能である。

又、設計変更的にはブームについて複数関節を設けたり
、作業機に於ては自己動力を持たずに走行車からブーム
に沿う配索を介してのエネルギー供給を受けて稼動する
ようにする等出来ることは勿論のことである。

〈発明の効果〉 以上、この出願の発明によれば、基本的に省エネルギー
的で作業能率の向上、稼動率アップ、時間短縮等が求め
られ、しかも、伝統的な細分割農地を対象とした輪作農
業に強く求められている農作業、及び、これに付随する
諸作業の自動化についてほぼ全ての条件を満足し、その
うえ、当分の間は在来態様のマニュアルオペレーション
の農業機械の使用も可能にし、他産業同様にトータルシ
ステム化も図ることが出来るようになりロボット技術を
中心とした農作業のフルオートメーション化が可能にな
るという優れた効果が奏される。

そして、伝統的な小規模経営の我が国の農業に於ても機
械化による生産効率の向上が図られ、そのうえ、小回り
が利き、人間並の小動力で農地の保存もきき、周辺環境
への悪影響も殆どなく、低出力農業生産体系を現出する
ことが出来るという効果がある。

而して、この出願の発明においては従来のガントリータ
イプのコンピュータ制御方式による大掛かりで機動力を
必要とするコスト高の自動制御機械化方式と異なり、モ
ルレールによるガルウィングタイプ等のブームを用いた
バランスの良い構造とすることにより走行車やモルレー
ル、及び、作業機も極めて軽量で構造の簡易化が出来、
イニシャルコストは勿論のことランニングコストも又、
メンテナンスコストも低減化出来、小回りが利き、小動
力エネルギーの供給もし易く、各種の農作業への切換え
もスムースに行われ、現状の小規模農業経営に充分にマ
ツチング出来る効果があり、播種から収穫、出荷作業ま
での作業をシステム化し効率アップを図り上向作業機が
可能となる効果がある。

又、ブームには関節を設け、更に、インターフエイズを
介し作業機を接続するようにしであるために、ロボット
ハンド式の形態が設計的に採用出来、システム農作業に
適合する作業機の組付が選択的に行なわれるという自由
度があり、更に走行車に位置測定を設けることにより制
ｗＪ装置のコンピュータを介してのプログラム通りの農
作業が行なわれることから時間区切りの短い作業の切換
え連続や全体作業の能率が向上し、管理、保守点検もし
易いという効果もある。

而して、ブームはガルウィング式やカウンタウェイト付
設方式等をとることによりレールや走行車の構造を簡単
に小サイズ、軽量化にすることが出来、そして、作業機
も小型化小動力化することが可能となり取扱がし易く小
回りがきき、エネルギー供給もし易いという効果がある
。

而して作業機はレールにマウントして走行する走行車に
ブームを介して設けられるために、圃場等の農地のみば
かりでなく、ビニルハウスや８庫式の農地に対してもシ
ステムの適用が可能となるのみばかりでなく、更には選
別施設や出荷施設等の付属施設とのリンクも可能となり
、農業を１つの生産業として工業等と劣らずに採碑がと
れる近代産業にすることも出来るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面はこの出願の発明の詳細な説明図であり、第１図は
基本的実施例の斜視図、第２乃至４図は同機構図であり
、第２図は走行車の断面図、第３図はブームの関節取合
い側面図、第４図はシステム機構図、第５図は他の施設
型の実施例の概略斜視図、第６，７図は別の実施例の利
用図で、第６図はその側面図、第７図は平面図、第８図
はガルシステムに適用した概略平面図である。 ２・・・農地 １２制御装置 ５．５′・・・走行車 １′・・・自動農作業装置 ７・・・関節 １５・・・位置測定装置 ４・・・レール ２０・・・駆動装置 ８・・・作業機 ６・・・ブーム ２５・・・配索（ケーブル） １０・・・インターフェイス ３１・・・レーザー投光装置 ３４・・・受光装置 ３０・・・カウンタウェイト ３６乃至４３・・・付属施設 彎− ７・・関節 １５・位置測定装置 ６・ブーム ３０・カランタウ丁イ１− ３６７５’ｉ〒４３　・イーｊｌ＋イ５ｉｌｌヒ設第 図 第 図

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）農地に敷設したレールに制御装置と駆動装置を搭
   載した走行車が設けられ、該走行車に作業機が連係され
   ている自動農作業装置において、該走行車に関節を有す
   るブームが延設され、該ブームの先端に所定の作業機が
   付設され、而して上記走行車には作業機の位置測定装置
   が上記制御装置に電気的に接続され、更にブームには走
   行車と作業機を接続する配索が付設されていることを特
   徴とする自動農作業装置。
2. （２）上記作業機がブームにインターフェイスを介して
   付設されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の自動農作業装置。
3. （３）上記レールがハウス内農地に敷設されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の自動農作業装
   置。
4. （４）上記位置測定装置がレーザー光投光装置とブーム
   の先の受光装置とから成ることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の自動農作業装置。
5. （５）上記ブームが走行車の左右に一対設けられて各々
   その先端に作業機が付設されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の自動農作業装置。
6. （６）上記ブームが１本走行車の上に渡設されその先端
   に作業機が、基端にカウンタウェイトが付設されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の自動農作
   業装置。
7. （７）上記走行車に随行車が連結されていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の自動農作業装置。
8. （８）上記レールが圃場の複数区画の作業場に亘つて敷
   設されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の自動農作業装置。
9. （９）上記レールが圃場の複数区画の作業場と付属施設
   に亘って敷設されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の自動農作業装置。
10. （１０）上記付属装置が仕分け出荷施設とメンテナンス
    施設を有することを特徴とする特許請求の範囲第９項記
    載の自動農作業装置。