日本型豚舎洗浄ロボットの開発

はじめに

豚舎の洗浄は毎日のように行われる作業であり、衛生管理上、非常に重要な作業である。しかしその必要性は十分に理解していても、作業環境は快適とはいえず、作業者にとっては決して楽しい作業ではない。

それゆえに近年の人手不足とも相まって、養豚農家は洗浄作業の人員確保に頭を悩ませている。洗浄作業の簡略化や、慣れない作業者による洗浄作業は衛生上の問題を発生させてしまうことがあり、決して軽視できるものではない。

このような洗浄作業にまつわる悩みを解決するため、2016年より日本型の豚舎洗浄ロボットの開発を行った。その開発の背景と、開発機により豚舎で洗浄試験を行った結果について紹介する。

開発の背景

豚舎の洗浄作業を自動化することにはいくつかメリットがある。労働力不足の解消の他にも、人手作業で発生するムラをなくし、毎回安定して同じ作業を繰り返すことができるのも自動化による利点といえる。

豚舎の洗浄が可能な機械としては外国製の豚舎洗浄ロボットがあり、国内では数年前より販売され全国に40台以上普及している。

この豚舎洗浄ロボットは豚舎通路を走行し、豚房へアームを伸ばして豚房内に高圧洗浄水を噴射し、豚舎内の設備を洗浄する方式をとっている。

また、このロボットは、豚舎構造に合わせた洗浄手順をあらかじめティーチングすることにより、次回から自動で洗浄作業を行うことが可能となっている。

しかしながら外国製の豚舎洗浄ロボットは車体サイズが大きいため、その導入は通路幅に余裕がある豚舎に限られている。

また、価格が高価なこと、ティーチング時の操作方法が複雑であること、分娩豚舎などの複雑な設備には使いにくいことについてもユーザーからは改善要望が挙げられていた。

このような背景から、農研機構生研支援センターの「革新的技術開発・緊急展開事業(うち地域戦略プロジェクト)」の支援を受けた「豚舎用日本型洗浄ロボットを中核とした省力的な衛生管理システムの開発」では、企業、団体、教育機関、研究機関、生産者らが協力してコンソーシアムを設立し、中小規模農場の豚舎の洗浄が可能なロボットの開発に取り組んだ(表1)。 

表 1 コンソーシアム構成員と担当

今回開発したロボットは、コストを抑えるために外国製の豚舎洗浄ロボットの洗浄方法の良いところを取り入れつつ、小型化や操作性の向上など、寄せられた要望への対策を盛り込み、日本の豚舎での使用に適した形とすることとした。開発するロボットのイメージは(図1)のとおりである。

図 1 開発機のイメージ

開発したロボットの概要

開発したロボットは、基本的に車体、洗浄アーム、それらを動かすための制御部で構成され、洗浄水は市販の高圧洗浄機に接続することにより供給される。

洗浄作業はあらかじめ作業者が豚房形状に合わせて作業手順を記憶させるティーチング作業を行い、実際の洗浄作業はその記憶したプログラムを再生することにより行う。洗浄対象である豚舎は、豚の発育段階によって必要な設備が異なるため、内部構造が大きく異なっている。

開発初期は肥育豚舎と分娩豚舎を同じロボットで洗うことを想定していたが、広くてシンプルな構造の肥育豚舎と、狭小で付帯設備が多い分娩豚舎では、求められる洗浄距離や作業の複雑さが異なることが分かった。そこで、以下の異なるタイプのロボットを開発した。

1)高機能型肥育豚舎用ロボット図2
このロボットは肥育豚舎を洗浄対象とし、4 mまでの距離を洗浄できる洗浄アーム、車体の向きを変えることなく前後左右に移動が可能な全方向移動クローラ、ロボットをワイヤレスで操作するためのタブレット端末などにより構成される。

車体の幅は650mmであり、700mmの豚舎の入口・通路を通行可能である。高機能型肥育豚舎用ロボットの特徴として、豚舎内の通路を自律走行するための自律走行システムの搭載が挙げられる。

図 2 高機能型肥育豚舎用ロボット

このシステムでは測域センサにより通路の柵を検知し、柵に沿った移動走行を行う。豚舎内で洗浄水の噴射により軽度の霧・水飛沫が発生した状況下においても前後進することが可能である。

また、洗浄ロボット管理システムも開発した。これはロボットの動作状況をクラウド上に自動記録し、携帯端末からの閲覧が可能で、ロボットが緊急停止した場合は、警告メールを携帯端末にて受信する機能を搭載している。

2)低価格重視型肥育豚舎用ロボット
このロボットも肥育豚舎を洗浄対象とし、中小養豚農家にも導入可能な価格であることを重視して機能を絞り込むことを狙いとした。

豚舎内の走行は車体に備えたガイドホイールを柵に沿わせることで前後進時の直進性を確保した。走行部は1台のモータで駆動し、豚舎間の移動は手で押して走行できるような構造となっている。

3)分娩豚舎用ロボット
分娩豚舎を洗浄対象としたロボットで、洗浄アームには産業用ロボットで用いられる6軸多関節ロボットを、豚舎洗浄に適した重量とサイズとなるよう設計し開発した。このアームの先端に洗浄ノズルを取り付けることにより、分娩柵の内側にも入り込み洗浄することが可能となった。

また、ダイレクトティーチ機能により直接洗浄アームを手で持って動かすことが可能で、アーム操作用のコントローラ等を使うことなくティーチングが行えるため、複雑な構造をした分娩豚房での作業に適している(図3)。また衝突安全機能により、洗浄アームが人や設備に当たった時に自動で停止するようになっている。

図 3 分娩豚舎用ロボット ダイレクトティーチ作業の様子

洗浄試験

高機能型肥育豚舎用ロボットと、分娩豚舎用ロボットを用いて2018年12月に千葉県畜産総合研究センターの豚舎にて試験を行った。高機能型肥育豚舎用ロボットは2019年2月に民間農場においても試験を行った(図4)。

図 4 高機能型肥育豚舎用ロボットによる現地試験の様子

洗浄試験では、ロボット洗浄区(大部分の洗浄はロボット、仕上げは人手)と、人手による洗浄区(すべての洗浄作業を人手)を設け、いずれの区も、洗浄後に消毒作業を行った。洗浄前後、消毒後の豚房床面や壁面の菌数を測定し、洗浄効果を検討した。

その結果、高機能型肥育豚舎用ロボットと分娩豚舎用ロボットのいずれの試験においても、ロボット洗浄は人手のみによる洗浄作業と同程度まで菌数を減らすことが可能であった。このことから、これらのロボットが十分に豚舎を洗浄できる機能を有するということがわかった。

また、作業時間を測定した結果、今回の試験では、ロボットの利用により、人手による洗浄作業時間を高機能型肥育豚舎用ロボットで68%、分娩豚舎用ロボットで66%削減できた。

今回、ロボット洗浄区では仕上げ作業が不要なほど洗浄できていたため、明らかに洗い残しがあるような部分に重点を置いて人手による仕上げ洗浄作業を行うことで、洗浄作業時間の8割程度の削減も期待できると考えられた。

今回試験時には、高圧洗浄機の吐出圧力設定を15~17 MPaとした。これは人手で連続して作業すると負担となるような圧力設定だが、ロボットはその作業を行うことが可能であり、より高い洗浄効果をもたらすという感想の声があがった。

これはロボットの「負荷が高くても疲れない」というメリットを生かした特徴といえるだろう。なお、低価格重視型肥育豚舎用ロボットについては洗浄試験を予定した時期に国内の豚コレラ発生が拡大傾向にあったため、試験の実施を延期し、2019年6月に千葉県畜産総合研究センターにて試験を行ったところである。

おわりに

今回はロボットによる洗浄能力の確認に主眼を置き、念入りに洗浄するようティーチングしたため、手作業による仕上げが不要といえるまでの洗浄効果があった。その反面、ティーチングに要する時間や使用水量がかかった。

このことを踏まえ、低価格重視型肥育豚舎用ロボットの現地試験では、稼働時間や使用水量など、人手による作業との組合せによる効率化も視野に入れながら試験を行っている。

また、今回報告した洗浄試験は1つの豚房内の洗浄作業により確認したものだったが、豚房間の移動を含めた連続試験等を行い、豚舎全体を使った確認も行っていきたい。

今後は耐環境性の向上を図りながら低価格重視型肥育豚舎用ロボットの2021年以降の市販化を目指してさらなる改良を進める予定である。

これからの養豚現場にロボットが導入されることで、省力化はもちろん、徹底した洗浄を行うことで、洗浄・消毒効果が増大し、疾病発生のリスクや子豚の死亡率の低減化が期待できる。

また、洗浄作業に要していた時間を豚の観察や他の管理作業にまわすことにより、生産性の向上にも寄与できるのではないかと考えている。

◆問い合わせ
農研機構農業技術革新工学研究センター
TEL.048-654-7269
E-mail:matsuno@affrc.go.jp

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