水田除草ロボット
【課題】条間、株間を自由に移動し、且つ、安定した除草効果が得られる除草ロボットを提供する。
【解決手段】水田除草ロボット１は、水田の稲株が通過可能な逆凹状の空間を有したメインフレーム１０は、その下部に、車輪１９Ａ，１９Ｂ、車輪１９Ａ，１９Ｂを回転駆動する駆動部１１Ａ，１１Ｂ、車輪１９Ａ，１９Ｂの前後に配置されて水田除草ロボット１に浮力を生じさせる第１のフロート２０Ａ〜２０Ｄ、全部に設けられて水田内の稲株を検知するセンサレバー２３Ａ，２３Ｂ、メインフレーム１０に搭載されたセンサ類に基づいて駆動部１１Ａ，１１Ｂを駆動し、車輪１９Ａ，１９Ｂの回転を制御する。これにより、水田除草ロボット１は稲株を避けながら自律走行する。
【解決手段】水田除草ロボット１は、水田の稲株が通過可能な逆凹状の空間を有したメインフレーム１０は、その下部に、車輪１９Ａ，１９Ｂ、車輪１９Ａ，１９Ｂを回転駆動する駆動部１１Ａ，１１Ｂ、車輪１９Ａ，１９Ｂの前後に配置されて水田除草ロボット１に浮力を生じさせる第１のフロート２０Ａ〜２０Ｄ、全部に設けられて水田内の稲株を検知するセンサレバー２３Ａ，２３Ｂ、メインフレーム１０に搭載されたセンサ類に基づいて駆動部１１Ａ，１１Ｂを駆動し、車輪１９Ａ，１９Ｂの回転を制御する。これにより、水田除草ロボット１は稲株を避けながら自律走行する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水田に発生した草を除草する水田除草ロボット、特に、水田内を自律走行しながら除草を行うことができる水田除草ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、水田の除草は、省力化が図れ、且つ、除草効果が高いことから除草剤を利用した化学的防除法が主流になっている。しかし、近年では、消費者ニーズの多様化、省農薬指向、環境への負荷低減などの理由から、除草剤を使用しない水稲栽培の採用が要望されている。農薬を用いない除草法として、歩行型除草機に代表される機械的除草、紙マルチによる物理的除草、アイガモ農法に代表される生物的除草法などが知られている。
【０００３】
歩行型除草機には、手押し型のタイプと動力型のタイプとがある。更に、作業者が歩行せずに済む乗用型の除草機もある。手押し型は歩行作業であるため、炎天下の水田では過酷な労働となる。また、乗用型は労力を軽減できるが、手押し型に比べて非常に高価であり、手軽に利用できない場合がある。生物的除草法は、水田に放したアイガモにより除草や害虫防除を行うものであるが、除草や害虫防除効果が必ずしも安定せず、更には、飼育に手間とコストが掛かるなどの理由から広く普及するには至っていない。
【０００４】
そこで、人による手間と労力を必要とせず、経済的に除草を可能とする無人の除草ロボットが提案されている。例えば、一対の無端ベルトをモーターで回転駆動すると共に予めプログラムされた走行経路を走行させて草などを土壌に押し付けて草などの繁殖を抑制する圃場走行装置（特許文献１参照）、駆動装置を備えたボディの前後に撹拌装置を取り付け、これによって水田に浮遊する雑草を除去すると共に、水田の表層土を撹拌して混濁させることにより太陽光の遮断を図って発芽を抑制する除草ロボット（特許文献２参照）、撹拌爪を有する前後左右の車輪がエンジン又はモーターで駆動されると共にギアによって等速及び異速の回転駆動され、稲株をセンサで検知しながらマイクロコンピュータにより走行が制御される農業管理ロボット（特許文献３参照）などがある。
【０００５】
また、稲株を検知する方法としては、接触、又は非接触センサで稲株を検知する方法のほか、ロボットにカメラを搭載し、このカメラで撮影した画像の色成分を抽出して稲列を検出する方法（非特許文献１参照）、水田を撮影した画像から稲列を稲の分光反射特性を利用して抽出する方法（非特許文献２参照）などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１９８６０４号公報
【特許文献２】特開２００７−１２９９１０号公報
【特許文献３】特開２００５−６５６６４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「画像フイードバック制御による水田除草用自律走行車両」農業機械学会誌第６６巻２号（２００４年）
【非特許文献２】「水田用小型除草ロボット（アイガモロボット）の開発」岐阜県情報技術研究所研究報告 第１０号（２００８年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記した従来の圃場走行装置及び各ロボットは、水稲が風などの自然環境の影響を受けて揺らいだり傾いたりし易いため、対象物の特定が非常に困難なことや、水田の不安定な土壌を安定して走行することが難しいために除草の完全自動化が妨げられ、実用化には多くの課題が残されている。更に、安定な走行が可能なのは条間（稲のピッチの広い方をいう）に限られ、株間（稲のピッチの狭い方をいう）を除草できない、畦を検知することが難しく水田全体を自動で走行できない、といったレベルの性能にとどまるのが現状である。さらに、非特許文献１，２に示されるような画像処理を用いた水稲の検出は、車体の傾きの影響を受けやすく、稲列を正確に検出できないことがある。また、計算処理に要する時間が長くなるため、実用に沿う処理速度を得ようとすると制御装置が高価となるという問題がある。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、条間、株間を自由に移動し、且つ、安定した除草効果が得られる除草ロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、以下の水田除草ロボットを提供する。
［１］稲株が通過可能なスペースを中央部に有した本体と、前記本体の下部に設けられた一対又は複数対の車輪と、前記車輪のそれぞれを駆動する複数の駆動部と、前記本体の下部に設けられた一対又は複数対のフロートと、前記本体の前部に設けられて稲株を検出する検出手段と、前記稲株が前記スペース内の中心部を通過するように前記駆動部を介し前記車輪の回転を制御する制御装置と、を有することを特徴とする水田除草ロボット。
【００１１】
［２］前記本体は、該本体が進行している方位を検出する方位センサを備え、前記制御装置は、前記本体が通過する稲株の数を計測して除草中の水田の形状を把握すると共に、前記方位センサによる自己の位置情報に基づいて未除草区域を判定することを特徴とする前記［１］に記載の水田除草ロボット。
【００１２】
［３］前記本体は、その前部に水田の畦を検出する一対の畦検知器を備え、前記制御装置は、前記畦検知器が畦を検出したとき、前記車輪が逆転するように前記駆動部を制御することを特徴とする前記［１］に記載の水田除草ロボット。
【００１３】
［４］前記一対又は複数対の車輪は、それぞれが円板状を成し、その片面に放射状に複数のフィンが固定設置されていることを特徴とする前記［１］に記載の水田除草ロボット。
【００１４】
［５］前記一対又は複数対の車輪は、それぞれが円板状を成し、その片面に放射状に設けられた複数のフィンと、前記片面に設けられ、前記複数のフィンの一端を回動自在に軸支する複数の支点と、前記片面に設けられ、前記複数のフィンの他端を前記車輪の回転状態に応じて前記車輪の外周側で係止する複数の第１のストッパーと、前記片面に設けられ、前記複数のフィンの他端を前記車輪の回転状態に応じて前記車輪の内周側で係止する複数の第２のストッパーと、を備えることを特徴とする前記［１］に記載の水田除草ロボット。
【００１５】
［６］前記駆動部は、モーターと、前記モーターの回転力を前記車輪へ伝達する変速機構とを備え、前記本体の下部に配置されていることを特徴とする前記［１］に記載の水田除草ロボット。
【００１６】
［７］前記一対又は複数対のフロートは、前記一対又は複数対の車輪の前後に配置され、前記本体は、前記フロートのそれぞれを個別に昇降させる昇降駆動機構を備え、前記制御装置は、前記本体の通常状態からの姿勢の変化に対する検出情報に基づいて、前記本体の姿勢が通常状態になるように昇降駆動機構を制御することを特徴とする前記［１］に記載の水田除草ロボット。
【００１７】
［８］前記検出手段は、前記稲株に接触可能にして前記本体の前部の下方に設けられて一端が稲株に対する接触状態に応じて回動する前記一対の接触子と、前記一対の接触子のそれぞれの回動状態に応じた電気信号を出力する回転角検出手段とを備え、前記制御装置は、前記回転角検出手段による前記一対の接触子の回転角に応じた２つの電気信号を比較し、その差値に基づいて前記本体の前記中央部に前記稲株が位置するように前記駆動部を制御することを特徴とする前記［１］に記載の水田除草ロボット。
【００１８】
［９］前記本体の下部に設けられたフロートとは別にそれぞれが昇降自在にして前記本体の前部の両側に設けられた一対の第２のフロートと、前記第２のフロートのそれぞれに設けられて前記稲株を静電容量の変化により検出する複数の静電容量センサと、を有することを特徴とする前記［１］に記載の水田除草ロボット。
【００１９】
［１０］前記複数の静電容量センサは、互いに電気的に絶縁した状態で隣接配置され、かつ前記稲株に接触可能にして前記第２のフロートに設置された少なくとも一対の第一の接触子と、前記稲株に接触できないようにし、且つ、前記第一の接触子及び他の構成部材に対して絶縁させた状態で前記第２のフロートの前記第一の接触子の近傍に設置された第二の接触子とを備え、前記第一の接触子による静電容量の変化量と前記第二の接触子による静電容量の変化量との差をもって前記稲株に対する静電容量検出値とすることを特徴とする前記［９］に記載の水田除草ロボット。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の水田除草ロボットによれば、条間、株間を自由に移動し、且つ、安定した除草を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る水田除草ロボットの第１の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す水田除草ロボットの平面図である。
【図３】図１に示す水田除草ロボットの正面図である。
【図４】図１に示す水田除草ロボットの左側面図である。
【図５】制御系の構成を示すブロック図である。
【図６】図５の制御装置のメモリに設定された稲株バッファの構成を示す図である。
【図７】水田除草ロボットが水田を走行する際の走行軌跡を説明する図である。
【図８】水田における第１の実施の形態に係る水田除草ロボットの車輪の回転の様子を示す図である。
【図９】本発明に係る水田除草ロボットのセンサレバーと稲株との関係を示す図である。
【図１０】本発明に係る水田除草ロボットの第１の実施の形態の処理を示すフローチャートである。
【図１１】本発明に係る水田除草ロボットの畦検知の処理を示すフローチャートである。
【図１２】本発明に係る水田除草ロボットの第２の実施の形態における車輪の構成を示す正面図である。
【図１３】本発明に係る水田除草ロボットの第３の実施の形態を示す斜視図である。
【図１４】図１３に示す水田除草ロボットの平面図である。
【図１５】図１３に示す水田除草ロボットの正面図である。
【図１６】図１３に示す水田除草ロボットの左側面図である。
【図１７】図１３に示す水田除草ロボットの斜視図である。
【図１８】第３の実施の形態における制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１９】第３の実施の形態における水田除草ロボットの走行軌跡を示す説明図である。
【図２０】第３の実施の形態の水田除草ロボットにおける接触子と稲株との接触状況を説明する図である。
【図２１】本発明に係る水田除草ロボットの第３の実施の形態の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［第１の実施の形態］
図１は本発明に係る水田除草ロボットの第１の実施の形態の斜視図、図２は平面図、図３は正面図、図４は側面図である。水田除草ロボット１は、図１に示すように、稲株が通過可能なスペース１０ａ（図３参照）を中央部に有すると共に本体となるメインフレーム１０と、メインフレーム１０の下部の左右に設けられた一対の駆動部１１Ａ，１１Ｂと、駆動部１１Ａ，１１Ｂを制御する駆動制御部１２と、プログラムに従って駆動制御部１２を制御する演算部１３と、メインフレーム１０の上部に設けられた昇降用モーター１４Ａ，１４Ｂと、を備えている。
【００２３】
駆動部１１Ａ，１１Ｂは、水田除草ロボット１を走行させるもので、メインフレーム１０の左右に設けられている。駆動部１１Ａの構成について説明すると、図４に示すように配設された駆動用モーター（駆動源）１６と、この駆動用モーター１６の回転が伝達される変速機構としての歯車１７（図２及び図４参照）と、この歯車１７に同軸に取り付けられると共に放射状に複数のフィン１８Ａ（図１〜図４参照）が片面（外側の面）に取り付けられた車輪１９Ａと、この車輪１９Ａの前後に配設させてメインフレーム１０の下部に固定設置された第１のフロート２０Ａ，２０Ｂと、を備えている。同様に、駆動部１１Ｂは、図示しない駆動用モーター、図示しない歯車、複数のフィン１８Ｂが側面に取り付けられた車輪１９Ｂ、及び第１のフロート２０Ｃ，２０Ｄを備えている。駆動部１１Ａ，１１Ｂは独立に動作するように構成されており、これによって車輪１９Ａ，１９Ｂが個別に回転できる結果、水田除草ロボット１の転回が可能になっている。
【００２４】
昇降用モーター１４Ａ，１４Ｂは、第１のフロート２０Ａ〜２０Ｄを昇降させるための駆動源である。昇降用モーター１４Ａ，１４Ｂは、図３に示すように２つのねじ２１を介して第１のフロート２０Ａ〜２０Ｄに結合されている。なお、駆動部１１Ａ，１１Ｂ、駆動制御部１２及び演算部１３は、図４に示す電源部（バッテリー及び安定化電源回路などを含む）２２から電源が供給される。
【００２５】
駆動用モーター１６は、図４に示すように車輪１９Ａ，１９Ｂの軸心とほぼ同一の高さに設置されているため、水田除草ロボット１の重心が低くなり、これにより水田除草ロボット１の安定走行を可能にしている。なお、駆動用モーター１６は、駆動部１１Ａ，１１Ｂに個別に設けられているが、駆動部１１Ａ，１１Ｂのそれぞれに変速機構を設けると共に駆動源を１つにし、駆動部１１Ａ，１１Ｂを駆動するようにしてもよい。この場合、駆動源には、モーター以外に内燃機関が使用可能である。
【００２６】
第１のフロート２０Ａ〜２０Ｄは、水田にセットされた水田除草ロボット１が沈まないように、水田除草ロボット１に所定の浮力を生じさせるためのものであり、例えば、水田除草ロボット１の重量（本実施の形態の場合、約５ｋｇ）の６割程度の浮力を生じさせればよく、本実施の形態の場合、浮力は３ｋｇとなる。なお、第１のフロート２０Ａ〜２０Ｄの浮力が水田除草ロボット１の重量以上であると、車輪１９Ａ，１９Ｂが地面から離れることによって車輪１９Ａ，１９Ｂが空転し、水田除草ロボット１が進行できなくなる場合がある。したがって、第１のフロート２０Ａ〜２０Ｄの浮力は水田除草ロボット１の重量未満にする必要がある。
【００２７】
更に、水田除草ロボット１は、図２及び図３に示すように、メインフレーム１０の下方の両側に回動自在に水平に取り付けられた接触子としてのセンサレバー２３Ａ，２３Ｂと、
このセンサレバー２３Ａ，２３Ｂの回転軸２３０Ａ，２３０Ｂに取り付けられると共にその回動に応じて抵抗値が変化する回転角検出手段としてのポテンショメータ（又は可変抵抗器）２４Ａ，２４Ｂと、畦の有無を検出する畦検知器としてのバンパースイッチ（図３参照）２５Ａ，２５Ｂと、水田除草ロボット１の進行方位を地磁気などにより検出する方位センサ２６（図２参照）と、水田除草ロボット１の姿勢を検出するジャイロセンサ２７と、を備えている。方位センサ２６及びジャイロセンサ２７は、メインフレーム１０の上部に設置され、これらはケース２８によって保護されている。
【００２８】
図５は、駆動制御部１２及び演算部１３からなる制御装置の構成を示すブロック図である。この制御装置３０は、ドライバ回路などを備えた上記駆動制御部１２と、ＣＰＵなどによる上記演算部１３と、水田除草ロボット１を自律走行させるためのプログラム、該プログラムの実行に必要なデータ、該プログラムの実行過程で生じたデータなどを記憶すると共に稲株バッファ３２の領域が確保されたメモリ３１と、上記電源部２２と、を備えている。なお、メモリ３１は、例えば半導体メモリであり、内蔵又は着脱可能に設けられている。
【００２９】
演算部１３には、入力側にポテンショメータ２４Ａ，２４Ｂ、バンパースイッチ２５Ａ，２５Ｂ、方位センサ２６及びジャイロセンサ２７が接続され、出力側には昇降用モーター１４Ａ，１４Ｂ及び駆動用モーター１６が接続されている。なお、図５においては、ポテンショメータ２４Ａ，２４Ｂ、バンパースイッチ２５Ａ，２５Ｂ、方位センサ２６及びジャイロセンサ２７は、演算部１３に入力させるために必要なデジタル化回路などの図示を省略している。
【００３０】
図６は、メモリ３１に設定された稲株バッファの構成を示す図である。稲株バッファ３２は、カウント値をｍ，ｎとするとき、ＭＡＰ［ｍ］［ｎ］によって表される。図６において、カウント値ｍ，ｎがＭＡＰ［０］［ｎ］に向かえば北方向を示すデータ、ＭＡＰ［ｍ］［ｎ］に向かえば南方向を示すデータ、ＭＡＰ［０］［０］に向かえば西方向を示すデータ、ＭＡＰ［ｍ］［０］に向かえば東方向を示すデータになる。
【００３１】
水田除草ロボット１が水田をくまなく走行するためには、枕地の部分も同様に走行する必要がある。したがって、水田除草ロボット１の大きさは、全長３２０ｍｍ、全幅３４０ｍｍ、更に、左右の一方の機体の幅は１３０ｍｍ程度であることが望ましい。このような条件を満たすことで、水田除草ロボット１は条間から株間への移動が可能になる。
【００３２】
（水田除草ロボットの動作）
次に、水田除草ロボット１の動作について図１〜図７を参照して説明する。図７は、水田除草ロボット１の走行軌跡の一例を示す図である。まず、作業者は水田除草ロボット１を除草希望の水田へ搬送した後、条と条の間に水田除草ロボット１を位置決め（セット）する。ついで、図示しない電源スイッチをオンにする。電源オンに伴って制御装置３０の駆動制御部１２及び演算部１３が動作を開始し、これによって図４に示す駆動用モーター１６が回転し、その駆動力が歯車１７を介して車輪１９Ａ，１９Ｂに伝達され、水田除草ロボット１は走行を開始する。水田除草ロボット１は走行と共に除草を行う。水田除草ロボット１は、図７に示すように、稲株４１からなる水田の条と条の間を水田除草ロボット１が図示の位置Ａ→位置Ｂ→位置Ｃへと移動することにより除草を行うものである。
【００３３】
図８の（ａ），（ｂ），（ｃ）は、水田における車輪１９Ａの回転の様子を示す図である。ここでは、車輪１９Ａについて図示しているが、車輪１９Ｂも同様である。なお、同図中、上方の破線は水面（ＷＬ）を示し、下方の凹凸を有する線は土壌面（ＧＬ）を示している。車輪１９Ａに放射状に設けられている複数のフィン１８Ａは、図８の（ａ）に示すように車輪１９Ａの回転と共に土壌に刺さる如くに一部が水中に埋没する。車輪１９Ａの回転が進行すると、図８の（ｂ）に示すように複数のフィン１８Ａのうちの下部に位置する幾つかのフィンが土壌の一部を引っ掛けるように回転する。更に、車輪１９Ａの回転が進行すると、図８の（ｃ）に示すようにフィン１８Ａの１つ又は複数が雑草４０と共に土壌の一部を剥離させる。フィン１８Ａによって抜かれた雑草４０は水中を浮遊し、やがて枯死に至る。また、水田除草ロボット１が走行することによって水田の水が濁るため、水面下で発芽した雑草の光合成を阻害し、その成長が抑制される。
【００３４】
水田除草ロボット１による除草作業を円滑に進めるためには、水田除草ロボット１が稲列に沿って図７に示したように走行を継続する必要がある。そこで、水田除草ロボット１は稲列を検出し、この検出結果に基づいて制御装置３０により制御を行っている。これについて以下に説明する。
【００３５】
図９は、水田除草ロボットのセンサレバーと稲株との関係を示す図である。なお、水田除草ロボット１は、ここでは、図７及び図９に示す紙面の下側から上側に向かって走行しているものとする。図９の（ａ）に示すように、稲株４１が水田除草ロボット１の中央部にある場合、水田除草ロボット１のその後の進行に伴ってセンサレバー２３Ａ，２３Ｂと稲株４１の接触に伴う左右の回転角は、図９の（ｂ）に示すようにほぼ同じ値となる。また、図９の（ｃ）に示すように稲株４１が水田除草ロボット１の中心部（センサレバー２３Ａ，２３Ｂの中間位置）に対して進行方向の左側にある場合、バンパースイッチ２３Ｂに対してセンサレバー２３Ａの回転角が大きく（即ち、ポテンショメータ２４Ａの出力値が大きくなる。更に、図９の（ｄ）に示すように稲株４１が水田除草ロボット１の中心部に対して進行方向の右側にある場合、センサレバー２３Ａに対してセンサレバー２３Ｂの回転角が大きくなる。
【００３６】
水田除草ロボット１が、その中心に稲株４１を位置決めしながら図７に示すように走行するためには、センサレバー２３Ａとセンサレバー２３Ｂの回転角とを比較し、センサレバー２３Ａがセンサレバー２３Ｂより大きければ演算部１３によって車輪１９Ｂを車輪１９Ａよりも早く回転させ、センサレバー２３Ｂの回動がセンサレバー２３Ａよりも大きければ演算部１３によって車輪１９Ａを車輪１９Ｂよりも早く回転させ、稲列４１への正確な倣いを行う。センサレバー２３Ａ，２３Ｂの回動状態はポテンショメータ２４Ａ，２４Ｂに伝達され、これらの回転軸の回転に応じた電圧信号がデジタル化された後、図５に示す演算部１３に取り込まれる。
【００３７】
演算部１３による制御の詳細について、図１０に示すフローチャートを参照して説明する。まず、演算部１３は、センサレバー２３Ａ，２３Ｂの回転角、即ち、ポテンショメータ２４Ａ，２４Ｂの出力値を取得する（Ｓ１００）。次に、演算部１３はポテンショメータ２４Ａの出力値とポテンショメータ２４Ｂの出力値とを比較し、センサレバー２３Ａ，２３Ｂの２つの回転角に差が無い（右回転角＝左回転角）場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、つまり、図９の（ｂ）に示すように水田除草ロボット１の中央でセンサレバー２３Ａ，２３Ｂが共に稲株４１と接触していた場合、演算部１３は方位角の取り込み処理に移行する（Ｓ１０５）。演算部１３は目標方位と現在方位とを比較し（Ｓ１０６）、両者に差がない場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、演算部１３は水田除草ロボット１が直進走行するように駆動部１１Ａ，１１Ｂを制御する（Ｓ１１０）。
【００３８】
また、上記ステップＳ１０６において目標方位よりも現在方位が大きい場合（Ｓ１０７：Ｙｅｓ）、つまり、図９（ｄ）に示すように稲株４１が水田除草ロボット１の中央部より右側（進行方向に対して）にある場合、演算部１３によって駆動部１１Ａ，１１Ｂを制御し、水田除草ロボット１を右側へ旋回させる（Ｓ１０８）。また、目標方位より現在方位が小さい場合（Ｓ１０７：Ｎｏ）、つまり、図９（ｃ）に示すように稲株４１が水田除草ロボット１の中央部より左側（進行方向に対して）に有る場合、演算部１３によって駆動部１１Ａ，１１Ｂを制御し、水田除草ロボット１を左側へ旋回させる（Ｓ１０９）。水田除草ロボット１の走行は方位の差が大きいほど急な（半径の小さな）円弧となり、方位の差が小さいほど緩やかな（半径の大きな）円弧となる。
【００３９】
また、「右回転角＝左回転角」ではない場合（Ｓ１０１：Ｎｏ）、処理はステップＳ１０２へ移行する。例えば、右側に比べて左側の回転角が大きい場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、つまり、図９（ｃ）に示すように稲株４１が水田除草ロボット１の中央部より左側（進行方向に対して）に有る場合、演算部１３によって駆動部１１Ａ，１１Ｂを制御して水田除草ロボット１を進行方両の左側へ旋回させる（Ｓ１０３）。更に、センサレバー２３Ａに比べて右側のセンサレバー２３Ｂの回転角が大きい場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）、つまり、図９（ｄ）に示すように稲株４１が水田除草ロボット１の中央部より右側（進行方向に対して）に有る場合、演算部１３によって駆動部１１Ａ，１１Ｂを制御して進行方向の右側へ旋回させる（Ｓ１０４）。この場合も水田除草ロボット１の旋回は左右の回転角の差が大きいほど急な円弧となり、差が小さいほど緩やかな円弧となる。上記ステップＳ１０３，Ｓ１０４の処理が終了すると、処理はステップＳ１０５へ移行し、上記したステップＳ１０５〜Ｓ１１０の処理が再度実行される。
【００４０】
一般的な水田の場合、稲株４１は規則正しく植えられており、条列あるいは株列の違いによって稲株４１の数が大きく異なることはなく、水田の縦方向と横方向の稲株４１の数を計測することにより、水田全体の大きさを把握できる。また、水田除草ロボット１の位置も、縦方向及び横方向の株数から推測することができる。
【００４１】
また、水田除草ロボット１の走行中、水田除草ロボット１の後部が下がった（即ち、後
方に傾斜した）ことをジャイロセンサ２７が検出すると、演算部１３は昇降用モーター１４Ａ，１４Ｂを動作させて第１のフロート２０Ａ，２０Ｃを下方へ移動させる。これにより、水田除草ロボット１を通常状態（水平状態）に修正する。逆に、水田除草ロボット１の前部が下がった（即ち、前方に傾斜した）ことをジャイロセンサ２７が検出すると、演算部１３は昇降用モーター１４Ａ，１４Ｂを動作させて第１のフロート２０Ｂ，２０Ｄを上昇させ、水田除草ロボット１を後方に傾斜させ、通常の姿勢にする。これにより、水田が不安定な土壌であっても、水田除草ロボット１を安定に走行させることができる。また、同様にして、水田除草ロボット１の左右方向の変化に対しても第１のフロート２０Ａ〜２０Ｄを昇降制御することにより、水田除草ロボット１は通常状態を保持することができる。
【００４２】
更に、水田除草ロボット１は、水田内を走行することにより水田の大きさを把握し、除草済み区域と未除草区域とを判別することが可能である。この判別には、水田除草ロボット１の進行方位の情報が必要であるが、この情報は水田除草ロボット１に搭載された方位センサ２６から取得する。
【００４３】
（畦の検知）
次に畦の検知について説明する。水田除草ロボット１が水田全体を自動で走行するためには、稲列を１列倣い走行した後に畦を検知して次の稲列へ乗り移り、再び倣い走行する処理を繰り返す必要がある。この処理について、以下に説明する。
【００４４】
図１１は、水田除草ロボットの畦検知の処理を示すフローチャートである。まず、演算部１３は、センサレバー２３Ａ，２３Ｂの回転角、即ち、ポテンショメータ２４Ａ，２４Ｂの電圧信号のレベルを取得する（Ｓ２００）。演算部１３はポテンショメータ２４Ａ，２４Ｂの電圧信号の値をチエックし（Ｓ２０１）、どちらも予め定めた回転角以上に相当する電圧値になっていれば（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、次に、バンパースイッチ（バンパーＳＷ）２５Ａ，２５Ｂの状態をチエックする（Ｓ２０２）。バンパースイッチ２５Ａ，２５Ｂが共にＯＮになっていれば畦であると判断する（Ｓ２０３）。畦であればバンパースイッチ２５Ａ，２５Ｂが復帰するまで（ＯＦＦになるまで）水田除草ロボット１を後退させ（Ｓ２０４）、次いで、現在方位から９０°旋回させる（Ｓ２０５）。折り返し処理であれば、円弧を描くように９０°走行（９０°旋回走行）し（Ｓ２０６）、そのまま隣の稲列に進入し（Ｓ２０７）、再び稲列倣いを行う。なお、上記ステップＳ２０１においてセンサレバー２５Ａ，２５Ｂの回転角が一定値以上に至っていない場合（Ｓ２０１：Ｎｏ）、畦検出に伴う処理を終了してリターンする。
【００４５】
また、水田除草ロボット１が水田内を走行するに際しては、水田をマッピングする必要がある。このマッピングは、図６に示す稲株バッファ３２（ＭＡＰ［ｍ］［ｎ］）を用いて行われる。演算部１３は、水田除草ロボット１が稲株４１を通過検出する度に方位センサ２６による情報を取得する。演算部１３は、東西南北のどの進行方位にあるかを判断し、北方向であればカウンタｎを加算し、南方向であればカウンタｎを減算し、東方向であればカウンタｍを加算し、西方向であればカウンタｍを減算する処理を実行する。この処理によるカウンタｍ，ｎのカウント値は、稲株４１の情報としてメモリ３１の稲株バッファ３２に記憶される。この処理は稲株４１をカウントする度に繰り返し実行され、これによって、水田の形状と除草済み区域、未除草区域及び水田除草ロボット１の自己位置が算出される。
【００４６】
水田除草ロボット１の走行中又は除草作業の終了時に演算部１３によって稲株バッファ３２を監視し、未除草区域があれば、その場所へ向かうように演算部１３によって走行制御が行われる。これにより、水田除草ロボット１は水田の形状を把握できると共に自己の位置と未除草区域とを認識でき、したがって未除草区域を生じさせることなく、安定した除草が行われる。
【００４７】
（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態の水田除草ロボット１によれば、センサレバー２３Ａ，２３Ｂ、ポテンショメータ２４Ａ，２４Ｂ及び演算部１３によって水田内を稲株４１に倣って自律走行し、雑草４１を土壌より剥離して枯死させると同時に土壌を撹拌するため、光合成を阻害し、新たな雑草４０の生育を阻止することができる。また、水田内を自律走行することによって水田の大きさや形状を記憶でき、除草済み区域と未除草区域とを判別することができるため、水田全体を効率的に除草することができる。
【００４８】
また、図１０に示した処理により、水田除草ロボット１のセンサレバー２５Ａ，２５Ｂにより稲株４１と水田除草ロボット１の位置関係を確認しながら走行でき、常に水田除草ロボット１の中央に稲株４１が位置するように通過するため、稲を踏み倒さないようにすることができる。また、水田除草ロボット１を目標方位に追従させられるため、車輪１９Ａ，１９Ｂがスリップして進行方向を一時的に誤っても直ちに方向補正が行える、水田除草ロボット１の進行方向が大きく狂わないようにすることができる。
【００４９】
更に、図１１に示した処理により、水田除草ロボット１の進行に伴ってバンパースイッチ２５Ａ，２５Ｂが畦に接触して畦を検知できるため、畦の形状に影響されることなく、畦を正確に検知することができる。
【００５０】
［第２の実施の形態］
図１２は、本発明に係る水田除草ロボットの第２の実施の形態の車輪の構成を示す正面図であり、図中、（ａ）〜（ｃ）は回転の進行に伴うフィンの変化（動き）を示している。図１２においては車輪１９Ｂを図示していないが、車輪１９Ａと同様である。本実施の形態は、第１の実施の形態において車輪１９Ａ，１９Ｂへのブイン１８Ａ，１８Ｂの取り付け状態を異ならせたものであり、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００５１】
水田は一様な形態ではなく、粘土質でぬかるみが出やすい土壌の場合もある。このような土壌においては、第１の実施の形態に示した車輪の形状では不適当な場合がある。例えば、前記フィン１８Ａ，１８Ｂが想定以上に水田の土壌に埋没し、それにより掻き上げる土の量が増大すると車輪１９Ａ，１９Ｂへの負荷が大きくなり、水田除草ロボット１の走行に影響を及ぼすことになる。
【００５２】
この問題を解決するために本実施の形態は、車輪１９Ａ（１９Ｂ）の表面に円周方向へ等間隔に設けられると共に複数のフィン１８Ａのそれぞれの一端を回動自在に軸支する支点３３と、車輪１９Ａの表面の外周近傍に設けられた複数の第１のストッパー３４と、支点３３と略同一円上に設けられ、車輪１９Ａの回転に応じて複数のフィン１８Ａのそれぞれの他端を係止する第２のストッパー３５と、を備えている。
【００５３】
フィン１８Ａの他端（自由端）は、土壌に接触する前にあっては、図１２の（ａ）に示すように、第１のストッパー３４に接触している。車輪１９Ａの回転に伴い、フィン１８Ａは回動してその自由端は第１のストッパー３４から離れ、自由端は土壌に刺さるようにして土壌に埋没する。さらに車輪１９Ａの回転が進行すると、図１２の（ｂ）に示すように、フィン１８Ａの自由端は土壌の抵抗により、支点３３を中心に回動を始め、自由端は第２のストッパー３５に接触した時点で停止する。このとき、土壌に対してフィン１８Ａがほぼ水平になるように第２のストッパー３５が配置されていれば、車輪１９Ａが必要以上に土壌中に埋没するのを防止できる。この状態から車輪１９Ａの回転が更に進行すると、フィン１８Ａが土壌から離脱するが、その際も土壌表面に対して急角度で離脱することになり、図１２の（ｃ）に示すように、土壌が必要以上に掻き上げられることがなく、車輪１９Ａの回転に対する負荷が軽減される。
【００５４】
第２の実施の形態によれば、車輪１９Ａ，１９Ｂに設けられたフィン１８Ａ，１８Ｂを支点３２によって回動できるようにしたことにより、車輪１９Ａ，１９Ｂが必要以上に土壌に埋没されず、しかも必要以上に土壌を掻き上げることがないので、車輪１９Ａ，１９Ｂの回転に対する負荷を軽減することができ、水田除草ロボット１を安定に走行させることができる。
【００５５】
［第３の実施の形態］
図１３は本発明に係る水田除草ロボットの第３の実施の形態の斜視図、図１４は図１に示す水田除草ロボットの平面図、図１５は正面図、図１６は側面図である。この水田除草ロボット１は、第１の実施の形態において、車輪１９Ａ，１９Ｂを前輪とし、これより直径の小さい車輪１９Ｃ，１９Ｄを後輪にした４輪構成にし、更に、センサレバー２３Ａ，２３Ｂ、ポテンショメータ２４Ａ，２４Ｂ及びバンパースイッチ２５Ａ，２５Ｂに代えて、昇降可能な第２のフロート５０Ａ，５０Ｂと、第２のフロート５０Ａ，５０Ｂの上部に取り付けられた“く”字形状に配置された検出手段としての接触子５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂとを備えた構成にしたものであり、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。なお、上記した構成の変更に伴い、外観が第１の実施形態とは異なる部分がある。以下、本実施の形態の新規な部分について説明する。
【００５６】
後輪である車輪１９Ｃ，１９Ｄは、前輪である車輪１９Ａ，１９Ｂよりも小径にされ、その車輪間距離も車輪１９Ａ，１９Ｂより小さくなっている。これにより、除草幅は第１の実施の形態の約２倍になる。
【００５７】
第２のフロート５０Ａ，５０Ｂは、水田除草ロボット１の前部に配置され、図１６に示すように、リンク機構５３Ａ，５３Ｂを介して回動可能に駆動部１１Ａ，１１Ｂに取り付けられており、リンク機構５３Ａ，５３Ｂのリンク５３０Ａ，５３０Ｂの昇降に伴って上下方向に移動する。第２のフロート５０Ａ，５０Ｂとリンク機構５３Ａ，５３Ｂとの結合は回転軸５４（図１６参照）によってなされ、これにより、第２のフロート５０Ａ，５０Ｂとリンク機構５３Ａ，５３Ｂとの間でも若干の回動ができるようになっている。更に、第２のフロート５０Ａ，５０Ｂは水面に浮いた状態を保持できるように、例えば、発泡ウレタン等の比重の小さい素材で構成されている。そして、水田除草ロボット１の姿勢が変化しても水面ＷＬ（図４参照）からの高さをほぼ一定に維持することができるように、第２のフロート５０Ａ，５０Ｂはメインフレーム１０に対して上下方向に個別に移動可能になっている。なお、進行方向に向かって左側の接触子５１Ａ，５１Ｂ及び右側の接触子５２Ａ，５２Ｂのそれぞれは、相互に電気的に独立しており、それぞれが図示しないケーブルによって図１４に示す信号処理部５５に電気的に接続されている。
【００５８】
ところで、接触子５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂは、稲株４１に接触又は近接した際の静電容量の変化を検出する静電容量センサとして機能するものであるが、これらはフロート５０Ａ，５０Ｂに取り付けられているため、フロート５０Ａ，５０Ｂの静電容量の影響を受けることになる。そこで、フロート５０Ａ，５０Ｂの静電容量を検出する接触子５８Ａ，５８Ｂを設け、より高精度に稲株４１を検出できるようにしている。この接触子５８Ａ，５８Ｂは、図１３及び図１７に示すようにフロート５０Ａ，５０Ｂに取り付けられている。また、接触子５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂは水面からの高さが接触子５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂと同一になるように取り付けられている。
【００５９】
駆動部１１Ａ，１１Ｂには、これらを制御する制御装置５６（図１８参照）が接続されている。この制御装置５６は図５に示した駆動制御部１２、演算部１３及び電源部２２等を備え、更に、演算部１３には上記方位センサ２６及び信号処理部５５が接続されている。演算部１３、電源部２２、方位センサ２６、静電容量センサ５５等は、筐体６０に納められており、その上面には電源スイッチ５７や各種の設定等を行う複数のツマミが設けられている。また、制御装置５６に接続される信号線のうち、駆動制御部１２に接続される信号線はケーブル５９Ａ，５９Ｂにまとめられている。
【００６０】
（水田除草ロボットの動作）
次に、第３の実施の形態における水田除草ロボット１の動作について説明する。図１９は、水田除草ロボット１の走行軌跡の一例を示している。まず、作業者は水田除草ロボット１を除草希望の水田へ搬入した後、条と条の間に水田除草ロボット１を位置決め（配置）する。ついで、制御装置５６の電源スイッチ５７をオンにする。電源オンに伴って制御装
置５６の駆動制御部１２及び演算部１３が動作を開始し、方位センサ２６から進行方向の方位（目標方位）のデータが入力される。また、演算部１３には接触子５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂからの静電容量検出信号が入力され、そのデータ値を基準値とする。
【００６１】
以上の処理によって駆動モーター１６が回転を開始し、その駆動力が図示しない歯車を介して車輪１９Ａ〜１９Ｄに伝達され、水田除草ロボット１は走行を開始する。水田除草ロボット１は、走行と同時にフィン１８Ａ〜１８Ｄによって除草を行う。水田除草ロボット１は、図１９に示すように稲株４１の連続配置からなる水田の条と条との間を同図に示す位置Ａ→位置Ｂ→位置Ｃへと順に移動することにより除草が連続に行われる。
【００６２】
図２０は水田除草ロボット１の接触子５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂと稲株４１との関係を示す図である。なお、水田除草ロボット１は、ここでは図１９及び図２０に示す紙面の下側から上側に向かって走行しているものとする。稲株４１が図２０の（ａ）に示すように水田除草ロボット１の中央部（接触子５１Ａと接触子５１Ｂとの中間位置）にある場合、稲株４１は水田除草ロボット１の以後の進行に際して接触子５１Ａ，５１Ｂのいずれにも接触しないので、方位センサ２６の目標方位に向けて進行する。次に、稲株４１が図２０の（ｂ）に示すように水田除草ロボット１のやや右側（進行方向に対して）にある場合、水田除草ロボット１のその後の進行によって稲株４１は接触子５１Ｂに接触する。接触子５１Ｂへの稲株４１の接触（又は接近）により接触子５１Ｂの地面に対する静電容量が変化、即ち静電容量が増大する。そこで、制御装置５６は接触子５１Ｂの静電容量が基準値に戻るまで、即ち稲株４１と接触子２５Ｂが離れるまで水田除草ロボット１を右方向に旋回させる。この旋回は右側の車輪１９Ｂ，１９Ｄを逆転させ、左側の車輪１９Ａ，１９Ｄを正転させることにより行われる。
【００６３】
次に、図２０の（ｃ）に示すように、稲株４１が水田除草ロボット１の中央部よりやや左側（進行方向に対して）にある場合、水田除草ロボット１のその後の進行によって稲株４１が接触子５１Ａに接する。稲株４１の接触（又は接近）により、接触子５１Ａの静電容量が増大する。そこで、制御装置５６は接触子５１Ａの静電容量が基準値に戻るまで、即ち、稲株４１と接触子２５Ａが離れるまで水田除草ロボット１を左方向に旋回させる。この円弧運動は左側の車輪１９Ａ，１９Ｃの回転速度に対して右側の車輪１９Ｂ，１９Ｄの回転速度を速くすることにより行われる。
【００６４】
次に、図２０の（ｄ）に示すように、稲株４１が水田除草ロボット１の中央部より大きく右側（進行方向に対して）にある場合、水田除草ロボット１のその後の進行によって稲株４１が接触子５２Ｂに接する。稲株４１の接触又は接近により接触子５２Ｂの静電容量が増大する。そこで、制御装置５６は水田除草ロボット１は接触子５２Ｂの静電容量が基準値に戻るまで、即ち稲株４１と接触子５２Ｂとが離れるまで水田除草ロボット１を右方向に旋回させる。この旋回は右側の車輪１９Ｂ，１９Ｄを逆転させ、左側の車輪１９Ａ，１９Ｃを正転させることにより行われる。
【００６５】
同様に、図２０の（ｅ）に示すように、稲株４１が水田除草ロボットの中央部より大きく右側（進行方向に対して）にある場合、水田除草ロボット１のその後の進行によって、稲株４１が接触子５２Ｂに接する。稲株４１の接触又は接近により接触子５２Ｂの静電容量は増大する。そこで、制御装置５６は接触子５２Ｂの静電容量が基準値に戻るまで、即ち稲株４１と接触子２５Ｂとが離れるまで水田除草ロボット１を左方向に旋回させる。この旋回は左側の車輪１９Ａ，１９Ｃを逆転させ、右側車輪１９Ｂ，１９Ｄを正転させることにより行われる。以上説明した動作により、水田除草ロボット１は稲列４１への正確な倣いを行う。
【００６６】
次に、演算部１３による制御の詳細について図２１の水田除草ロボット１の制御を示すフローチャートを参照して説明する。水田除草ロボット１を所定の位置にセットした後、制御装置５６の電源スイッチ５７をオンにする。まず、演算部１３は方位センサ２６から現在方位を取得し、これを目標方向をセットする。また、静電容量センサ５５から現在の静電容量を取得し、これを基準値とする（Ｓ３００）。
【００６７】
次に、演算部１３は、除草ロボット１の前側の接触子５２Ａ，５２Ｂの静電容量の変化を監視し、両方とも基準値に対して変化がない場合（Ｓ３０１：無）、つまり稲株４１が水田除草ロボット１の中央に位置しているか、或いは更に大きく外れているかのいずれかであれば、内側接触子５１Ａ，５１Ｂの静電容量変化の監視に移行する（Ｓ３０５）。両方の静電容量に基準値からの変化がなければ、次に、方位角の読み込みに移行する（Ｓ３０９）。目標方位と現在方位とを比較し（Ｓ３１０）、両者に差がない場合（Ｓ３１０：Ｙｅｓ）、演算部１３は水田除草ロボット１が直進走行するように駆動部１１Ａ，１１Ｂをモーター１６を制御する（Ｓ３１４）。
【００６８】
演算部１３は、上記ステップＳ３１１において目標方位より現在方位が大きい（目標方位に対して時計回りに傾いている場合にプラス数値とし、反時計方向に傾いている場合にマイナス数値とする（Ｓ３１１：Ｙｅｓ）。即ち、水田除草ロボット１が目標方位に対して右側に傾いている場合には演算部１３により駆動部１１Ａ，１１Ｂを制御して水田除草ロボット１を左方向へ旋回させる（Ｓ３１２）。この場合、水田除草ロボット１の走行は、方位の差が大きいほど急な円弧となり、方位の差が小さいほど緩やかな円弧となる。
【００６９】
また、上記ステップＳ３１１において除草ロボット１の接触子５２Ａ，５２Ｂの静電容量と基準値との変化があった場合（Ｓ３０１：有）、処理はステップＳ３０２へ移行する。例えば接触子５２Ｂの静電容量の変化が基準値に対して大きい場合（Ｓ３０２：Ｙｅｓ）、即ち、図２０の（ｄ）に示すように水田除草ロボット１の中央部より右側（進行方向に対して）に稲株４１が有る場合には、演算部１３によって駆動部１１Ａ，１１Ｂを制御して水田除草ロボット１を右側へ旋回させる（Ｓ３０３）。更に、接触子５２Ｂの静電容量変化が基準値に対して大きい場合（Ｓ３０２：Ｎｏ）、即ち、図２０の（ｅ）に示すように水田除草ロボット１の中央部より左側に稲株４１がある場合には、駆動部１１Ａ，１１Ｂを演算部３１によって制御して水田除草ロボット１を左側に旋回させる（Ｓ３０４）。
【００７０】
また、除草ロボット内側の接触子５１Ａ，５１Ｂの静電容量が基準値に対して変化した場合（Ｓ３０５：有）、処理はステップＳ３０６に移行する。例えば、接触子５１Ｂの静電容量変化が基準値に対して大きい場合（Ｓ３０６：Ｙｅｓ）、つまり、図２０の（ｂ）に示すように水田除草ロボット１の中央部より右寄りに稲株４１がある場合には、演算部１３によって駆動部１１Ａ，１１Ｂを制御して水田除草ロボット１を右側に旋回させる。（Ｓ３０７）。さらに接触子２６Ａの静電容量変化が基準値よりも大きい場合（Ｓ３０６：Ｎｏ）、つまり、図２０の（ｃ）に示すように水田除草ロボット１の左寄りに稲株４１がある場合、演算部３１によって駆動１１Ａ，１１Ｂを制御して水田除草ロボット１を左側に旋回させる。上記ステップＳ３０３，Ｓ３０４、又は上記ステップＳ３０７，Ｓ３０８の処理が終了すると、処理はステップＳ３０９へ移行し、上記したステップＳ３０９〜Ｓ３１４の処理を再度実行する。
【００７１】
なお、上記ステップＳ３０１及びＳ３０５において、稲株４１が接触子５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂのいずれかに接触した場合に静電容量が変化するが、この静電容量と接触子５８Ａ，５８Ｂの静電容量とを比較し、その数値に差が生じたことをもって稲株４１に除草ロボット１が接触したものと判定する。即ち、ステップＳ３０１，３０５において接触子５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂと、接触子５８Ａ，５８Ｂとの間に静電容量の差が有るか否かの判別を行っている。
【００７２】
（第３の実施の形態の効果）
第３の実施の形態の水田除草ロボット１によれば、静電容量センサである接触子５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂに稲株４１が触れるのみで検出が可能であり、移植直後の柔らかい稲であっても検出することができる。
【００７３】
更に、接触子５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂを取り付けたフロート５０Ａ，５０Ｂは、メインフレーム１０に昇降自在に取り付けられているため、走行時の水田除草ロボット１の姿勢変化に影響されることなく水面ＷＬからの距離を一定に保つことができるため、移植直後の背の低い稲も検出することが可能であり、安定した自律走行が可能になる。
【００７４】
また、フロート５０Ａ，５０Ａの静電容量を検出する接触子５８Ａ，５８Ｂを設けたことにより、フロート５０Ａ，５０Ｂが土壌に接触することによる静電容量の変化や、急激なロボットの姿勢変化によって接触子が水没してしまった場合においても、基準となる接触子との差で検出するため、精度よく稲株を検出することができる。
【００７５】
また、車輪１９Ａ，１９Ｂ、ブイン１８Ａ，１８Ｂに対し、車輪１９Ｃ，１９Ｄ、フィン１８Ｃ，１８Ｄの走行路が重ならないようにしたことにより、車輪１９Ａ，１９Ｂ、フィン１８Ａ，１８Ｂのみの水田除草ロボット１に対して除草幅を約２倍にすることができる。
【００７６】
［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々な変形が可能である。例えば、第１の実施の形態では、図９における稲株４１の検出をセンサレバー２３Ａ，２３Ｂ及びポテンショメータ２４Ａ，２４Ｂにより行うものとしたが、これに限定されるものではなく、接触式、非接触式のいずれであってもよい。接触式の例として、例えば、触覚センサ、リミソトスイッチなどをあげることができる。更に、非接触式の例として、例えば、光電センサ、超音波センサ、赤外線距離センサなどをあげることができる。
【００７７】
また、上記各実施の形態においては、水田除草ロボット１の姿勢の変化を検出する手段として、ジャイロセンサ２７を用いたが、例えば、加速度センサに置き換えることも可能で、姿勢変化を検出できるものであれば、代用することができる。また、第１のフロート２０Ａ〜２０Ｄを昇降させる手段として、昇降用モーター１４Ａ，１４Ｂと左右の２つのねじ２１を用いたが、第１のフロート２０Ａ〜２０Ｄを自在に上下することができさえすれば、この構成に限定されるものではない。
【００７８】
また、第１の実施形態において、車輪１９Ａ，１９Ｂは、一対を示したが、メインフレーム１０の大きさ、重量等に応じて２対以上に増やすことができる。同様に、第３の実施形態も４輪以上の車輪を有する構成であってもよい。
【００７９】
また、第３の実施形態において、図１６におけるフロート５０Ａ，５０Ｂのメインフレーム１０への取り付けにおいて、リンク機構５３Ａ，５３Ｂを用いて上下方向に移動させるものとしたが、この構成に限定されるものではない。例えば、上下方向に設けたスライドシャフトに摺動可能なブッシュを設け、それに結合することにより上下方向に移動自在にする構成が考えられる。
【００８０】
さらに、上記第３の実施形態では、除草ロボット左右の前側と内側にそれぞれ二つの接触子５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂを設けたが、３ヶ所又はそれ以上に設けて、それぞれの接触子の位置に応じて円弧走行（旋回）の半径を変えるように制御する構成にすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、水田以外の農地、例えば、畑などの雑草を除去するロボットにも適用可能である。また、農地以外の場所、例えば、花壇等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１ 水田除草ロボット
１０ メインフレーム（本体）
１０ａ スペース
１１Ａ，１１Ｂ 駆動部
１２ 駆動制御部
１３ 演算部
１４Ａ，１４Ｂ 昇降用モーター
１６ 駆動用モーター
１７ 歯車（変速機構）
１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ フィン
１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ 車輪
２０Ａ〜２０Ｄ 第１のフロート
２１ ねじ
２２ 電源部
２３Ａ，２３Ｂ センサレバー（接触子）
２４Ａ，２４Ｂ ポテンショメータ（回転角検出手段）
２５Ａ，２５Ｂ バンパースイッチ（畦検知器）
２６ 方位センサ
２７ ジャイロセンサ
２８ ケース
３０ 制御装置
３１ メモリ
３２ 稲株バッファ
３３ 支点
３４ 第１のストッパー
３５ 第２のストッパー
４０ 雑草
４１ 稲株
５０Ａ，５０Ｂ 第２のフロート
５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ 接触子（静電容量センサ）
５３Ａ，５３Ｂ リンク機構
５４ 回転軸
５５ 信号処理部
５６ 制御装置
５７ 電源スイッチ
５８Ａ，５８Ｂ 接触子
５９Ａ，５９Ｂ ケーブル
６０ 筐体
２３０Ａ，２３０Ｂ 回転軸
５３０Ａ，５３０Ｂ リンク
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水田に発生した草を除草する水田除草ロボット、特に、水田内を自律走行しながら除草を行うことができる水田除草ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、水田の除草は、省力化が図れ、且つ、除草効果が高いことから除草剤を利用した化学的防除法が主流になっている。しかし、近年では、消費者ニーズの多様化、省農薬指向、環境への負荷低減などの理由から、除草剤を使用しない水稲栽培の採用が要望されている。農薬を用いない除草法として、歩行型除草機に代表される機械的除草、紙マルチによる物理的除草、アイガモ農法に代表される生物的除草法などが知られている。
【０００３】
歩行型除草機には、手押し型のタイプと動力型のタイプとがある。更に、作業者が歩行せずに済む乗用型の除草機もある。手押し型は歩行作業であるため、炎天下の水田では過酷な労働となる。また、乗用型は労力を軽減できるが、手押し型に比べて非常に高価であり、手軽に利用できない場合がある。生物的除草法は、水田に放したアイガモにより除草や害虫防除を行うものであるが、除草や害虫防除効果が必ずしも安定せず、更には、飼育に手間とコストが掛かるなどの理由から広く普及するには至っていない。
【０００４】
そこで、人による手間と労力を必要とせず、経済的に除草を可能とする無人の除草ロボットが提案されている。例えば、一対の無端ベルトをモーターで回転駆動すると共に予めプログラムされた走行経路を走行させて草などを土壌に押し付けて草などの繁殖を抑制する圃場走行装置（特許文献１参照）、駆動装置を備えたボディの前後に撹拌装置を取り付け、これによって水田に浮遊する雑草を除去すると共に、水田の表層土を撹拌して混濁させることにより太陽光の遮断を図って発芽を抑制する除草ロボット（特許文献２参照）、撹拌爪を有する前後左右の車輪がエンジン又はモーターで駆動されると共にギアによって等速及び異速の回転駆動され、稲株をセンサで検知しながらマイクロコンピュータにより走行が制御される農業管理ロボット（特許文献３参照）などがある。
【０００５】
また、稲株を検知する方法としては、接触、又は非接触センサで稲株を検知する方法のほか、ロボットにカメラを搭載し、このカメラで撮影した画像の色成分を抽出して稲列を検出する方法（非特許文献１参照）、水田を撮影した画像から稲列を稲の分光反射特性を利用して抽出する方法（非特許文献２参照）などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１９８６０４号公報
【特許文献２】特開２００７−１２９９１０号公報
【特許文献３】特開２００５−６５６６４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「画像フイードバック制御による水田除草用自律走行車両」農業機械学会誌第６６巻２号（２００４年）
【非特許文献２】「水田用小型除草ロボット（アイガモロボット）の開発」岐阜県情報技術研究所研究報告 第１０号（２００８年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記した従来の圃場走行装置及び各ロボットは、水稲が風などの自然環境の影響を受けて揺らいだり傾いたりし易いため、対象物の特定が非常に困難なことや、水田の不安定な土壌を安定して走行することが難しいために除草の完全自動化が妨げられ、実用化には多くの課題が残されている。更に、安定な走行が可能なのは条間（稲のピッチの広い方をいう）に限られ、株間（稲のピッチの狭い方をいう）を除草できない、畦を検知することが難しく水田全体を自動で走行できない、といったレベルの性能にとどまるのが現状である。さらに、非特許文献１，２に示されるような画像処理を用いた水稲の検出は、車体の傾きの影響を受けやすく、稲列を正確に検出できないことがある。また、計算処理に要する時間が長くなるため、実用に沿う処理速度を得ようとすると制御装置が高価となるという問題がある。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、条間、株間を自由に移動し、且つ、安定した除草効果が得られる除草ロボットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、以下の水田除草ロボットを提供する。
［１］稲株が通過可能なスペースを中央部に有した本体と、前記本体の下部に設けられた一対又は複数対の車輪と、前記車輪のそれぞれを駆動する複数の駆動部と、前記本体の下部に設けられた一対又は複数対のフロートと、前記本体の前部に設けられて稲株を検出する検出手段と、前記稲株が前記スペース内の中心部を通過するように前記駆動部を介し前記車輪の回転を制御する制御装置と、を有することを特徴とする水田除草ロボット。
【００１１】
［２］前記本体は、該本体が進行している方位を検出する方位センサを備え、前記制御装置は、前記本体が通過する稲株の数を計測して除草中の水田の形状を把握すると共に、前記方位センサによる自己の位置情報に基づいて未除草区域を判定することを特徴とする前記［１］に記載の水田除草ロボット。
【００１２】
［３］前記本体は、その前部に水田の畦を検出する一対の畦検知器を備え、前記制御装置は、前記畦検知器が畦を検出したとき、前記車輪が逆転するように前記駆動部を制御することを特徴とする前記［１］に記載の水田除草ロボット。
【００１３】
［４］前記一対又は複数対の車輪は、それぞれが円板状を成し、その片面に放射状に複数のフィンが固定設置されていることを特徴とする前記［１］に記載の水田除草ロボット。
【００１４】
［５］前記一対又は複数対の車輪は、それぞれが円板状を成し、その片面に放射状に設けられた複数のフィンと、前記片面に設けられ、前記複数のフィンの一端を回動自在に軸支する複数の支点と、前記片面に設けられ、前記複数のフィンの他端を前記車輪の回転状態に応じて前記車輪の外周側で係止する複数の第１のストッパーと、前記片面に設けられ、前記複数のフィンの他端を前記車輪の回転状態に応じて前記車輪の内周側で係止する複数の第２のストッパーと、を備えることを特徴とする前記［１］に記載の水田除草ロボット。
【００１５】
［６］前記駆動部は、モーターと、前記モーターの回転力を前記車輪へ伝達する変速機構とを備え、前記本体の下部に配置されていることを特徴とする前記［１］に記載の水田除草ロボット。
【００１６】
［７］前記一対又は複数対のフロートは、前記一対又は複数対の車輪の前後に配置され、前記本体は、前記フロートのそれぞれを個別に昇降させる昇降駆動機構を備え、前記制御装置は、前記本体の通常状態からの姿勢の変化に対する検出情報に基づいて、前記本体の姿勢が通常状態になるように昇降駆動機構を制御することを特徴とする前記［１］に記載の水田除草ロボット。
【００１７】
［８］前記検出手段は、前記稲株に接触可能にして前記本体の前部の下方に設けられて一端が稲株に対する接触状態に応じて回動する前記一対の接触子と、前記一対の接触子のそれぞれの回動状態に応じた電気信号を出力する回転角検出手段とを備え、前記制御装置は、前記回転角検出手段による前記一対の接触子の回転角に応じた２つの電気信号を比較し、その差値に基づいて前記本体の前記中央部に前記稲株が位置するように前記駆動部を制御することを特徴とする前記［１］に記載の水田除草ロボット。
【００１８】
［９］前記本体の下部に設けられたフロートとは別にそれぞれが昇降自在にして前記本体の前部の両側に設けられた一対の第２のフロートと、前記第２のフロートのそれぞれに設けられて前記稲株を静電容量の変化により検出する複数の静電容量センサと、を有することを特徴とする前記［１］に記載の水田除草ロボット。
【００１９】
［１０］前記複数の静電容量センサは、互いに電気的に絶縁した状態で隣接配置され、かつ前記稲株に接触可能にして前記第２のフロートに設置された少なくとも一対の第一の接触子と、前記稲株に接触できないようにし、且つ、前記第一の接触子及び他の構成部材に対して絶縁させた状態で前記第２のフロートの前記第一の接触子の近傍に設置された第二の接触子とを備え、前記第一の接触子による静電容量の変化量と前記第二の接触子による静電容量の変化量との差をもって前記稲株に対する静電容量検出値とすることを特徴とする前記［９］に記載の水田除草ロボット。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の水田除草ロボットによれば、条間、株間を自由に移動し、且つ、安定した除草を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る水田除草ロボットの第１の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示す水田除草ロボットの平面図である。
【図３】図１に示す水田除草ロボットの正面図である。
【図４】図１に示す水田除草ロボットの左側面図である。
【図５】制御系の構成を示すブロック図である。
【図６】図５の制御装置のメモリに設定された稲株バッファの構成を示す図である。
【図７】水田除草ロボットが水田を走行する際の走行軌跡を説明する図である。
【図８】水田における第１の実施の形態に係る水田除草ロボットの車輪の回転の様子を示す図である。
【図９】本発明に係る水田除草ロボットのセンサレバーと稲株との関係を示す図である。
【図１０】本発明に係る水田除草ロボットの第１の実施の形態の処理を示すフローチャートである。
【図１１】本発明に係る水田除草ロボットの畦検知の処理を示すフローチャートである。
【図１２】本発明に係る水田除草ロボットの第２の実施の形態における車輪の構成を示す正面図である。
【図１３】本発明に係る水田除草ロボットの第３の実施の形態を示す斜視図である。
【図１４】図１３に示す水田除草ロボットの平面図である。
【図１５】図１３に示す水田除草ロボットの正面図である。
【図１６】図１３に示す水田除草ロボットの左側面図である。
【図１７】図１３に示す水田除草ロボットの斜視図である。
【図１８】第３の実施の形態における制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１９】第３の実施の形態における水田除草ロボットの走行軌跡を示す説明図である。
【図２０】第３の実施の形態の水田除草ロボットにおける接触子と稲株との接触状況を説明する図である。
【図２１】本発明に係る水田除草ロボットの第３の実施の形態の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［第１の実施の形態］
図１は本発明に係る水田除草ロボットの第１の実施の形態の斜視図、図２は平面図、図３は正面図、図４は側面図である。水田除草ロボット１は、図１に示すように、稲株が通過可能なスペース１０ａ（図３参照）を中央部に有すると共に本体となるメインフレーム１０と、メインフレーム１０の下部の左右に設けられた一対の駆動部１１Ａ，１１Ｂと、駆動部１１Ａ，１１Ｂを制御する駆動制御部１２と、プログラムに従って駆動制御部１２を制御する演算部１３と、メインフレーム１０の上部に設けられた昇降用モーター１４Ａ，１４Ｂと、を備えている。
【００２３】
駆動部１１Ａ，１１Ｂは、水田除草ロボット１を走行させるもので、メインフレーム１０の左右に設けられている。駆動部１１Ａの構成について説明すると、図４に示すように配設された駆動用モーター（駆動源）１６と、この駆動用モーター１６の回転が伝達される変速機構としての歯車１７（図２及び図４参照）と、この歯車１７に同軸に取り付けられると共に放射状に複数のフィン１８Ａ（図１〜図４参照）が片面（外側の面）に取り付けられた車輪１９Ａと、この車輪１９Ａの前後に配設させてメインフレーム１０の下部に固定設置された第１のフロート２０Ａ，２０Ｂと、を備えている。同様に、駆動部１１Ｂは、図示しない駆動用モーター、図示しない歯車、複数のフィン１８Ｂが側面に取り付けられた車輪１９Ｂ、及び第１のフロート２０Ｃ，２０Ｄを備えている。駆動部１１Ａ，１１Ｂは独立に動作するように構成されており、これによって車輪１９Ａ，１９Ｂが個別に回転できる結果、水田除草ロボット１の転回が可能になっている。
【００２４】
昇降用モーター１４Ａ，１４Ｂは、第１のフロート２０Ａ〜２０Ｄを昇降させるための駆動源である。昇降用モーター１４Ａ，１４Ｂは、図３に示すように２つのねじ２１を介して第１のフロート２０Ａ〜２０Ｄに結合されている。なお、駆動部１１Ａ，１１Ｂ、駆動制御部１２及び演算部１３は、図４に示す電源部（バッテリー及び安定化電源回路などを含む）２２から電源が供給される。
【００２５】
駆動用モーター１６は、図４に示すように車輪１９Ａ，１９Ｂの軸心とほぼ同一の高さに設置されているため、水田除草ロボット１の重心が低くなり、これにより水田除草ロボット１の安定走行を可能にしている。なお、駆動用モーター１６は、駆動部１１Ａ，１１Ｂに個別に設けられているが、駆動部１１Ａ，１１Ｂのそれぞれに変速機構を設けると共に駆動源を１つにし、駆動部１１Ａ，１１Ｂを駆動するようにしてもよい。この場合、駆動源には、モーター以外に内燃機関が使用可能である。
【００２６】
第１のフロート２０Ａ〜２０Ｄは、水田にセットされた水田除草ロボット１が沈まないように、水田除草ロボット１に所定の浮力を生じさせるためのものであり、例えば、水田除草ロボット１の重量（本実施の形態の場合、約５ｋｇ）の６割程度の浮力を生じさせればよく、本実施の形態の場合、浮力は３ｋｇとなる。なお、第１のフロート２０Ａ〜２０Ｄの浮力が水田除草ロボット１の重量以上であると、車輪１９Ａ，１９Ｂが地面から離れることによって車輪１９Ａ，１９Ｂが空転し、水田除草ロボット１が進行できなくなる場合がある。したがって、第１のフロート２０Ａ〜２０Ｄの浮力は水田除草ロボット１の重量未満にする必要がある。
【００２７】
更に、水田除草ロボット１は、図２及び図３に示すように、メインフレーム１０の下方の両側に回動自在に水平に取り付けられた接触子としてのセンサレバー２３Ａ，２３Ｂと、
このセンサレバー２３Ａ，２３Ｂの回転軸２３０Ａ，２３０Ｂに取り付けられると共にその回動に応じて抵抗値が変化する回転角検出手段としてのポテンショメータ（又は可変抵抗器）２４Ａ，２４Ｂと、畦の有無を検出する畦検知器としてのバンパースイッチ（図３参照）２５Ａ，２５Ｂと、水田除草ロボット１の進行方位を地磁気などにより検出する方位センサ２６（図２参照）と、水田除草ロボット１の姿勢を検出するジャイロセンサ２７と、を備えている。方位センサ２６及びジャイロセンサ２７は、メインフレーム１０の上部に設置され、これらはケース２８によって保護されている。
【００２８】
図５は、駆動制御部１２及び演算部１３からなる制御装置の構成を示すブロック図である。この制御装置３０は、ドライバ回路などを備えた上記駆動制御部１２と、ＣＰＵなどによる上記演算部１３と、水田除草ロボット１を自律走行させるためのプログラム、該プログラムの実行に必要なデータ、該プログラムの実行過程で生じたデータなどを記憶すると共に稲株バッファ３２の領域が確保されたメモリ３１と、上記電源部２２と、を備えている。なお、メモリ３１は、例えば半導体メモリであり、内蔵又は着脱可能に設けられている。
【００２９】
演算部１３には、入力側にポテンショメータ２４Ａ，２４Ｂ、バンパースイッチ２５Ａ，２５Ｂ、方位センサ２６及びジャイロセンサ２７が接続され、出力側には昇降用モーター１４Ａ，１４Ｂ及び駆動用モーター１６が接続されている。なお、図５においては、ポテンショメータ２４Ａ，２４Ｂ、バンパースイッチ２５Ａ，２５Ｂ、方位センサ２６及びジャイロセンサ２７は、演算部１３に入力させるために必要なデジタル化回路などの図示を省略している。
【００３０】
図６は、メモリ３１に設定された稲株バッファの構成を示す図である。稲株バッファ３２は、カウント値をｍ，ｎとするとき、ＭＡＰ［ｍ］［ｎ］によって表される。図６において、カウント値ｍ，ｎがＭＡＰ［０］［ｎ］に向かえば北方向を示すデータ、ＭＡＰ［ｍ］［ｎ］に向かえば南方向を示すデータ、ＭＡＰ［０］［０］に向かえば西方向を示すデータ、ＭＡＰ［ｍ］［０］に向かえば東方向を示すデータになる。
【００３１】
水田除草ロボット１が水田をくまなく走行するためには、枕地の部分も同様に走行する必要がある。したがって、水田除草ロボット１の大きさは、全長３２０ｍｍ、全幅３４０ｍｍ、更に、左右の一方の機体の幅は１３０ｍｍ程度であることが望ましい。このような条件を満たすことで、水田除草ロボット１は条間から株間への移動が可能になる。
【００３２】
（水田除草ロボットの動作）
次に、水田除草ロボット１の動作について図１〜図７を参照して説明する。図７は、水田除草ロボット１の走行軌跡の一例を示す図である。まず、作業者は水田除草ロボット１を除草希望の水田へ搬送した後、条と条の間に水田除草ロボット１を位置決め（セット）する。ついで、図示しない電源スイッチをオンにする。電源オンに伴って制御装置３０の駆動制御部１２及び演算部１３が動作を開始し、これによって図４に示す駆動用モーター１６が回転し、その駆動力が歯車１７を介して車輪１９Ａ，１９Ｂに伝達され、水田除草ロボット１は走行を開始する。水田除草ロボット１は走行と共に除草を行う。水田除草ロボット１は、図７に示すように、稲株４１からなる水田の条と条の間を水田除草ロボット１が図示の位置Ａ→位置Ｂ→位置Ｃへと移動することにより除草を行うものである。
【００３３】
図８の（ａ），（ｂ），（ｃ）は、水田における車輪１９Ａの回転の様子を示す図である。ここでは、車輪１９Ａについて図示しているが、車輪１９Ｂも同様である。なお、同図中、上方の破線は水面（ＷＬ）を示し、下方の凹凸を有する線は土壌面（ＧＬ）を示している。車輪１９Ａに放射状に設けられている複数のフィン１８Ａは、図８の（ａ）に示すように車輪１９Ａの回転と共に土壌に刺さる如くに一部が水中に埋没する。車輪１９Ａの回転が進行すると、図８の（ｂ）に示すように複数のフィン１８Ａのうちの下部に位置する幾つかのフィンが土壌の一部を引っ掛けるように回転する。更に、車輪１９Ａの回転が進行すると、図８の（ｃ）に示すようにフィン１８Ａの１つ又は複数が雑草４０と共に土壌の一部を剥離させる。フィン１８Ａによって抜かれた雑草４０は水中を浮遊し、やがて枯死に至る。また、水田除草ロボット１が走行することによって水田の水が濁るため、水面下で発芽した雑草の光合成を阻害し、その成長が抑制される。
【００３４】
水田除草ロボット１による除草作業を円滑に進めるためには、水田除草ロボット１が稲列に沿って図７に示したように走行を継続する必要がある。そこで、水田除草ロボット１は稲列を検出し、この検出結果に基づいて制御装置３０により制御を行っている。これについて以下に説明する。
【００３５】
図９は、水田除草ロボットのセンサレバーと稲株との関係を示す図である。なお、水田除草ロボット１は、ここでは、図７及び図９に示す紙面の下側から上側に向かって走行しているものとする。図９の（ａ）に示すように、稲株４１が水田除草ロボット１の中央部にある場合、水田除草ロボット１のその後の進行に伴ってセンサレバー２３Ａ，２３Ｂと稲株４１の接触に伴う左右の回転角は、図９の（ｂ）に示すようにほぼ同じ値となる。また、図９の（ｃ）に示すように稲株４１が水田除草ロボット１の中心部（センサレバー２３Ａ，２３Ｂの中間位置）に対して進行方向の左側にある場合、バンパースイッチ２３Ｂに対してセンサレバー２３Ａの回転角が大きく（即ち、ポテンショメータ２４Ａの出力値が大きくなる。更に、図９の（ｄ）に示すように稲株４１が水田除草ロボット１の中心部に対して進行方向の右側にある場合、センサレバー２３Ａに対してセンサレバー２３Ｂの回転角が大きくなる。
【００３６】
水田除草ロボット１が、その中心に稲株４１を位置決めしながら図７に示すように走行するためには、センサレバー２３Ａとセンサレバー２３Ｂの回転角とを比較し、センサレバー２３Ａがセンサレバー２３Ｂより大きければ演算部１３によって車輪１９Ｂを車輪１９Ａよりも早く回転させ、センサレバー２３Ｂの回動がセンサレバー２３Ａよりも大きければ演算部１３によって車輪１９Ａを車輪１９Ｂよりも早く回転させ、稲列４１への正確な倣いを行う。センサレバー２３Ａ，２３Ｂの回動状態はポテンショメータ２４Ａ，２４Ｂに伝達され、これらの回転軸の回転に応じた電圧信号がデジタル化された後、図５に示す演算部１３に取り込まれる。
【００３７】
演算部１３による制御の詳細について、図１０に示すフローチャートを参照して説明する。まず、演算部１３は、センサレバー２３Ａ，２３Ｂの回転角、即ち、ポテンショメータ２４Ａ，２４Ｂの出力値を取得する（Ｓ１００）。次に、演算部１３はポテンショメータ２４Ａの出力値とポテンショメータ２４Ｂの出力値とを比較し、センサレバー２３Ａ，２３Ｂの２つの回転角に差が無い（右回転角＝左回転角）場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、つまり、図９の（ｂ）に示すように水田除草ロボット１の中央でセンサレバー２３Ａ，２３Ｂが共に稲株４１と接触していた場合、演算部１３は方位角の取り込み処理に移行する（Ｓ１０５）。演算部１３は目標方位と現在方位とを比較し（Ｓ１０６）、両者に差がない場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）、演算部１３は水田除草ロボット１が直進走行するように駆動部１１Ａ，１１Ｂを制御する（Ｓ１１０）。
【００３８】
また、上記ステップＳ１０６において目標方位よりも現在方位が大きい場合（Ｓ１０７：Ｙｅｓ）、つまり、図９（ｄ）に示すように稲株４１が水田除草ロボット１の中央部より右側（進行方向に対して）にある場合、演算部１３によって駆動部１１Ａ，１１Ｂを制御し、水田除草ロボット１を右側へ旋回させる（Ｓ１０８）。また、目標方位より現在方位が小さい場合（Ｓ１０７：Ｎｏ）、つまり、図９（ｃ）に示すように稲株４１が水田除草ロボット１の中央部より左側（進行方向に対して）に有る場合、演算部１３によって駆動部１１Ａ，１１Ｂを制御し、水田除草ロボット１を左側へ旋回させる（Ｓ１０９）。水田除草ロボット１の走行は方位の差が大きいほど急な（半径の小さな）円弧となり、方位の差が小さいほど緩やかな（半径の大きな）円弧となる。
【００３９】
また、「右回転角＝左回転角」ではない場合（Ｓ１０１：Ｎｏ）、処理はステップＳ１０２へ移行する。例えば、右側に比べて左側の回転角が大きい場合（Ｓ１０２：Ｙｅｓ）、つまり、図９（ｃ）に示すように稲株４１が水田除草ロボット１の中央部より左側（進行方向に対して）に有る場合、演算部１３によって駆動部１１Ａ，１１Ｂを制御して水田除草ロボット１を進行方両の左側へ旋回させる（Ｓ１０３）。更に、センサレバー２３Ａに比べて右側のセンサレバー２３Ｂの回転角が大きい場合（Ｓ１０２：Ｎｏ）、つまり、図９（ｄ）に示すように稲株４１が水田除草ロボット１の中央部より右側（進行方向に対して）に有る場合、演算部１３によって駆動部１１Ａ，１１Ｂを制御して進行方向の右側へ旋回させる（Ｓ１０４）。この場合も水田除草ロボット１の旋回は左右の回転角の差が大きいほど急な円弧となり、差が小さいほど緩やかな円弧となる。上記ステップＳ１０３，Ｓ１０４の処理が終了すると、処理はステップＳ１０５へ移行し、上記したステップＳ１０５〜Ｓ１１０の処理が再度実行される。
【００４０】
一般的な水田の場合、稲株４１は規則正しく植えられており、条列あるいは株列の違いによって稲株４１の数が大きく異なることはなく、水田の縦方向と横方向の稲株４１の数を計測することにより、水田全体の大きさを把握できる。また、水田除草ロボット１の位置も、縦方向及び横方向の株数から推測することができる。
【００４１】
また、水田除草ロボット１の走行中、水田除草ロボット１の後部が下がった（即ち、後
方に傾斜した）ことをジャイロセンサ２７が検出すると、演算部１３は昇降用モーター１４Ａ，１４Ｂを動作させて第１のフロート２０Ａ，２０Ｃを下方へ移動させる。これにより、水田除草ロボット１を通常状態（水平状態）に修正する。逆に、水田除草ロボット１の前部が下がった（即ち、前方に傾斜した）ことをジャイロセンサ２７が検出すると、演算部１３は昇降用モーター１４Ａ，１４Ｂを動作させて第１のフロート２０Ｂ，２０Ｄを上昇させ、水田除草ロボット１を後方に傾斜させ、通常の姿勢にする。これにより、水田が不安定な土壌であっても、水田除草ロボット１を安定に走行させることができる。また、同様にして、水田除草ロボット１の左右方向の変化に対しても第１のフロート２０Ａ〜２０Ｄを昇降制御することにより、水田除草ロボット１は通常状態を保持することができる。
【００４２】
更に、水田除草ロボット１は、水田内を走行することにより水田の大きさを把握し、除草済み区域と未除草区域とを判別することが可能である。この判別には、水田除草ロボット１の進行方位の情報が必要であるが、この情報は水田除草ロボット１に搭載された方位センサ２６から取得する。
【００４３】
（畦の検知）
次に畦の検知について説明する。水田除草ロボット１が水田全体を自動で走行するためには、稲列を１列倣い走行した後に畦を検知して次の稲列へ乗り移り、再び倣い走行する処理を繰り返す必要がある。この処理について、以下に説明する。
【００４４】
図１１は、水田除草ロボットの畦検知の処理を示すフローチャートである。まず、演算部１３は、センサレバー２３Ａ，２３Ｂの回転角、即ち、ポテンショメータ２４Ａ，２４Ｂの電圧信号のレベルを取得する（Ｓ２００）。演算部１３はポテンショメータ２４Ａ，２４Ｂの電圧信号の値をチエックし（Ｓ２０１）、どちらも予め定めた回転角以上に相当する電圧値になっていれば（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、次に、バンパースイッチ（バンパーＳＷ）２５Ａ，２５Ｂの状態をチエックする（Ｓ２０２）。バンパースイッチ２５Ａ，２５Ｂが共にＯＮになっていれば畦であると判断する（Ｓ２０３）。畦であればバンパースイッチ２５Ａ，２５Ｂが復帰するまで（ＯＦＦになるまで）水田除草ロボット１を後退させ（Ｓ２０４）、次いで、現在方位から９０°旋回させる（Ｓ２０５）。折り返し処理であれば、円弧を描くように９０°走行（９０°旋回走行）し（Ｓ２０６）、そのまま隣の稲列に進入し（Ｓ２０７）、再び稲列倣いを行う。なお、上記ステップＳ２０１においてセンサレバー２５Ａ，２５Ｂの回転角が一定値以上に至っていない場合（Ｓ２０１：Ｎｏ）、畦検出に伴う処理を終了してリターンする。
【００４５】
また、水田除草ロボット１が水田内を走行するに際しては、水田をマッピングする必要がある。このマッピングは、図６に示す稲株バッファ３２（ＭＡＰ［ｍ］［ｎ］）を用いて行われる。演算部１３は、水田除草ロボット１が稲株４１を通過検出する度に方位センサ２６による情報を取得する。演算部１３は、東西南北のどの進行方位にあるかを判断し、北方向であればカウンタｎを加算し、南方向であればカウンタｎを減算し、東方向であればカウンタｍを加算し、西方向であればカウンタｍを減算する処理を実行する。この処理によるカウンタｍ，ｎのカウント値は、稲株４１の情報としてメモリ３１の稲株バッファ３２に記憶される。この処理は稲株４１をカウントする度に繰り返し実行され、これによって、水田の形状と除草済み区域、未除草区域及び水田除草ロボット１の自己位置が算出される。
【００４６】
水田除草ロボット１の走行中又は除草作業の終了時に演算部１３によって稲株バッファ３２を監視し、未除草区域があれば、その場所へ向かうように演算部１３によって走行制御が行われる。これにより、水田除草ロボット１は水田の形状を把握できると共に自己の位置と未除草区域とを認識でき、したがって未除草区域を生じさせることなく、安定した除草が行われる。
【００４７】
（第１の実施の形態の効果）
第１の実施の形態の水田除草ロボット１によれば、センサレバー２３Ａ，２３Ｂ、ポテンショメータ２４Ａ，２４Ｂ及び演算部１３によって水田内を稲株４１に倣って自律走行し、雑草４１を土壌より剥離して枯死させると同時に土壌を撹拌するため、光合成を阻害し、新たな雑草４０の生育を阻止することができる。また、水田内を自律走行することによって水田の大きさや形状を記憶でき、除草済み区域と未除草区域とを判別することができるため、水田全体を効率的に除草することができる。
【００４８】
また、図１０に示した処理により、水田除草ロボット１のセンサレバー２５Ａ，２５Ｂにより稲株４１と水田除草ロボット１の位置関係を確認しながら走行でき、常に水田除草ロボット１の中央に稲株４１が位置するように通過するため、稲を踏み倒さないようにすることができる。また、水田除草ロボット１を目標方位に追従させられるため、車輪１９Ａ，１９Ｂがスリップして進行方向を一時的に誤っても直ちに方向補正が行える、水田除草ロボット１の進行方向が大きく狂わないようにすることができる。
【００４９】
更に、図１１に示した処理により、水田除草ロボット１の進行に伴ってバンパースイッチ２５Ａ，２５Ｂが畦に接触して畦を検知できるため、畦の形状に影響されることなく、畦を正確に検知することができる。
【００５０】
［第２の実施の形態］
図１２は、本発明に係る水田除草ロボットの第２の実施の形態の車輪の構成を示す正面図であり、図中、（ａ）〜（ｃ）は回転の進行に伴うフィンの変化（動き）を示している。図１２においては車輪１９Ｂを図示していないが、車輪１９Ａと同様である。本実施の形態は、第１の実施の形態において車輪１９Ａ，１９Ｂへのブイン１８Ａ，１８Ｂの取り付け状態を異ならせたものであり、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００５１】
水田は一様な形態ではなく、粘土質でぬかるみが出やすい土壌の場合もある。このような土壌においては、第１の実施の形態に示した車輪の形状では不適当な場合がある。例えば、前記フィン１８Ａ，１８Ｂが想定以上に水田の土壌に埋没し、それにより掻き上げる土の量が増大すると車輪１９Ａ，１９Ｂへの負荷が大きくなり、水田除草ロボット１の走行に影響を及ぼすことになる。
【００５２】
この問題を解決するために本実施の形態は、車輪１９Ａ（１９Ｂ）の表面に円周方向へ等間隔に設けられると共に複数のフィン１８Ａのそれぞれの一端を回動自在に軸支する支点３３と、車輪１９Ａの表面の外周近傍に設けられた複数の第１のストッパー３４と、支点３３と略同一円上に設けられ、車輪１９Ａの回転に応じて複数のフィン１８Ａのそれぞれの他端を係止する第２のストッパー３５と、を備えている。
【００５３】
フィン１８Ａの他端（自由端）は、土壌に接触する前にあっては、図１２の（ａ）に示すように、第１のストッパー３４に接触している。車輪１９Ａの回転に伴い、フィン１８Ａは回動してその自由端は第１のストッパー３４から離れ、自由端は土壌に刺さるようにして土壌に埋没する。さらに車輪１９Ａの回転が進行すると、図１２の（ｂ）に示すように、フィン１８Ａの自由端は土壌の抵抗により、支点３３を中心に回動を始め、自由端は第２のストッパー３５に接触した時点で停止する。このとき、土壌に対してフィン１８Ａがほぼ水平になるように第２のストッパー３５が配置されていれば、車輪１９Ａが必要以上に土壌中に埋没するのを防止できる。この状態から車輪１９Ａの回転が更に進行すると、フィン１８Ａが土壌から離脱するが、その際も土壌表面に対して急角度で離脱することになり、図１２の（ｃ）に示すように、土壌が必要以上に掻き上げられることがなく、車輪１９Ａの回転に対する負荷が軽減される。
【００５４】
第２の実施の形態によれば、車輪１９Ａ，１９Ｂに設けられたフィン１８Ａ，１８Ｂを支点３２によって回動できるようにしたことにより、車輪１９Ａ，１９Ｂが必要以上に土壌に埋没されず、しかも必要以上に土壌を掻き上げることがないので、車輪１９Ａ，１９Ｂの回転に対する負荷を軽減することができ、水田除草ロボット１を安定に走行させることができる。
【００５５】
［第３の実施の形態］
図１３は本発明に係る水田除草ロボットの第３の実施の形態の斜視図、図１４は図１に示す水田除草ロボットの平面図、図１５は正面図、図１６は側面図である。この水田除草ロボット１は、第１の実施の形態において、車輪１９Ａ，１９Ｂを前輪とし、これより直径の小さい車輪１９Ｃ，１９Ｄを後輪にした４輪構成にし、更に、センサレバー２３Ａ，２３Ｂ、ポテンショメータ２４Ａ，２４Ｂ及びバンパースイッチ２５Ａ，２５Ｂに代えて、昇降可能な第２のフロート５０Ａ，５０Ｂと、第２のフロート５０Ａ，５０Ｂの上部に取り付けられた“く”字形状に配置された検出手段としての接触子５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂとを備えた構成にしたものであり、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。なお、上記した構成の変更に伴い、外観が第１の実施形態とは異なる部分がある。以下、本実施の形態の新規な部分について説明する。
【００５６】
後輪である車輪１９Ｃ，１９Ｄは、前輪である車輪１９Ａ，１９Ｂよりも小径にされ、その車輪間距離も車輪１９Ａ，１９Ｂより小さくなっている。これにより、除草幅は第１の実施の形態の約２倍になる。
【００５７】
第２のフロート５０Ａ，５０Ｂは、水田除草ロボット１の前部に配置され、図１６に示すように、リンク機構５３Ａ，５３Ｂを介して回動可能に駆動部１１Ａ，１１Ｂに取り付けられており、リンク機構５３Ａ，５３Ｂのリンク５３０Ａ，５３０Ｂの昇降に伴って上下方向に移動する。第２のフロート５０Ａ，５０Ｂとリンク機構５３Ａ，５３Ｂとの結合は回転軸５４（図１６参照）によってなされ、これにより、第２のフロート５０Ａ，５０Ｂとリンク機構５３Ａ，５３Ｂとの間でも若干の回動ができるようになっている。更に、第２のフロート５０Ａ，５０Ｂは水面に浮いた状態を保持できるように、例えば、発泡ウレタン等の比重の小さい素材で構成されている。そして、水田除草ロボット１の姿勢が変化しても水面ＷＬ（図４参照）からの高さをほぼ一定に維持することができるように、第２のフロート５０Ａ，５０Ｂはメインフレーム１０に対して上下方向に個別に移動可能になっている。なお、進行方向に向かって左側の接触子５１Ａ，５１Ｂ及び右側の接触子５２Ａ，５２Ｂのそれぞれは、相互に電気的に独立しており、それぞれが図示しないケーブルによって図１４に示す信号処理部５５に電気的に接続されている。
【００５８】
ところで、接触子５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂは、稲株４１に接触又は近接した際の静電容量の変化を検出する静電容量センサとして機能するものであるが、これらはフロート５０Ａ，５０Ｂに取り付けられているため、フロート５０Ａ，５０Ｂの静電容量の影響を受けることになる。そこで、フロート５０Ａ，５０Ｂの静電容量を検出する接触子５８Ａ，５８Ｂを設け、より高精度に稲株４１を検出できるようにしている。この接触子５８Ａ，５８Ｂは、図１３及び図１７に示すようにフロート５０Ａ，５０Ｂに取り付けられている。また、接触子５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂは水面からの高さが接触子５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂと同一になるように取り付けられている。
【００５９】
駆動部１１Ａ，１１Ｂには、これらを制御する制御装置５６（図１８参照）が接続されている。この制御装置５６は図５に示した駆動制御部１２、演算部１３及び電源部２２等を備え、更に、演算部１３には上記方位センサ２６及び信号処理部５５が接続されている。演算部１３、電源部２２、方位センサ２６、静電容量センサ５５等は、筐体６０に納められており、その上面には電源スイッチ５７や各種の設定等を行う複数のツマミが設けられている。また、制御装置５６に接続される信号線のうち、駆動制御部１２に接続される信号線はケーブル５９Ａ，５９Ｂにまとめられている。
【００６０】
（水田除草ロボットの動作）
次に、第３の実施の形態における水田除草ロボット１の動作について説明する。図１９は、水田除草ロボット１の走行軌跡の一例を示している。まず、作業者は水田除草ロボット１を除草希望の水田へ搬入した後、条と条の間に水田除草ロボット１を位置決め（配置）する。ついで、制御装置５６の電源スイッチ５７をオンにする。電源オンに伴って制御装
置５６の駆動制御部１２及び演算部１３が動作を開始し、方位センサ２６から進行方向の方位（目標方位）のデータが入力される。また、演算部１３には接触子５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂからの静電容量検出信号が入力され、そのデータ値を基準値とする。
【００６１】
以上の処理によって駆動モーター１６が回転を開始し、その駆動力が図示しない歯車を介して車輪１９Ａ〜１９Ｄに伝達され、水田除草ロボット１は走行を開始する。水田除草ロボット１は、走行と同時にフィン１８Ａ〜１８Ｄによって除草を行う。水田除草ロボット１は、図１９に示すように稲株４１の連続配置からなる水田の条と条との間を同図に示す位置Ａ→位置Ｂ→位置Ｃへと順に移動することにより除草が連続に行われる。
【００６２】
図２０は水田除草ロボット１の接触子５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂと稲株４１との関係を示す図である。なお、水田除草ロボット１は、ここでは図１９及び図２０に示す紙面の下側から上側に向かって走行しているものとする。稲株４１が図２０の（ａ）に示すように水田除草ロボット１の中央部（接触子５１Ａと接触子５１Ｂとの中間位置）にある場合、稲株４１は水田除草ロボット１の以後の進行に際して接触子５１Ａ，５１Ｂのいずれにも接触しないので、方位センサ２６の目標方位に向けて進行する。次に、稲株４１が図２０の（ｂ）に示すように水田除草ロボット１のやや右側（進行方向に対して）にある場合、水田除草ロボット１のその後の進行によって稲株４１は接触子５１Ｂに接触する。接触子５１Ｂへの稲株４１の接触（又は接近）により接触子５１Ｂの地面に対する静電容量が変化、即ち静電容量が増大する。そこで、制御装置５６は接触子５１Ｂの静電容量が基準値に戻るまで、即ち稲株４１と接触子２５Ｂが離れるまで水田除草ロボット１を右方向に旋回させる。この旋回は右側の車輪１９Ｂ，１９Ｄを逆転させ、左側の車輪１９Ａ，１９Ｄを正転させることにより行われる。
【００６３】
次に、図２０の（ｃ）に示すように、稲株４１が水田除草ロボット１の中央部よりやや左側（進行方向に対して）にある場合、水田除草ロボット１のその後の進行によって稲株４１が接触子５１Ａに接する。稲株４１の接触（又は接近）により、接触子５１Ａの静電容量が増大する。そこで、制御装置５６は接触子５１Ａの静電容量が基準値に戻るまで、即ち、稲株４１と接触子２５Ａが離れるまで水田除草ロボット１を左方向に旋回させる。この円弧運動は左側の車輪１９Ａ，１９Ｃの回転速度に対して右側の車輪１９Ｂ，１９Ｄの回転速度を速くすることにより行われる。
【００６４】
次に、図２０の（ｄ）に示すように、稲株４１が水田除草ロボット１の中央部より大きく右側（進行方向に対して）にある場合、水田除草ロボット１のその後の進行によって稲株４１が接触子５２Ｂに接する。稲株４１の接触又は接近により接触子５２Ｂの静電容量が増大する。そこで、制御装置５６は水田除草ロボット１は接触子５２Ｂの静電容量が基準値に戻るまで、即ち稲株４１と接触子５２Ｂとが離れるまで水田除草ロボット１を右方向に旋回させる。この旋回は右側の車輪１９Ｂ，１９Ｄを逆転させ、左側の車輪１９Ａ，１９Ｃを正転させることにより行われる。
【００６５】
同様に、図２０の（ｅ）に示すように、稲株４１が水田除草ロボットの中央部より大きく右側（進行方向に対して）にある場合、水田除草ロボット１のその後の進行によって、稲株４１が接触子５２Ｂに接する。稲株４１の接触又は接近により接触子５２Ｂの静電容量は増大する。そこで、制御装置５６は接触子５２Ｂの静電容量が基準値に戻るまで、即ち稲株４１と接触子２５Ｂとが離れるまで水田除草ロボット１を左方向に旋回させる。この旋回は左側の車輪１９Ａ，１９Ｃを逆転させ、右側車輪１９Ｂ，１９Ｄを正転させることにより行われる。以上説明した動作により、水田除草ロボット１は稲列４１への正確な倣いを行う。
【００６６】
次に、演算部１３による制御の詳細について図２１の水田除草ロボット１の制御を示すフローチャートを参照して説明する。水田除草ロボット１を所定の位置にセットした後、制御装置５６の電源スイッチ５７をオンにする。まず、演算部１３は方位センサ２６から現在方位を取得し、これを目標方向をセットする。また、静電容量センサ５５から現在の静電容量を取得し、これを基準値とする（Ｓ３００）。
【００６７】
次に、演算部１３は、除草ロボット１の前側の接触子５２Ａ，５２Ｂの静電容量の変化を監視し、両方とも基準値に対して変化がない場合（Ｓ３０１：無）、つまり稲株４１が水田除草ロボット１の中央に位置しているか、或いは更に大きく外れているかのいずれかであれば、内側接触子５１Ａ，５１Ｂの静電容量変化の監視に移行する（Ｓ３０５）。両方の静電容量に基準値からの変化がなければ、次に、方位角の読み込みに移行する（Ｓ３０９）。目標方位と現在方位とを比較し（Ｓ３１０）、両者に差がない場合（Ｓ３１０：Ｙｅｓ）、演算部１３は水田除草ロボット１が直進走行するように駆動部１１Ａ，１１Ｂをモーター１６を制御する（Ｓ３１４）。
【００６８】
演算部１３は、上記ステップＳ３１１において目標方位より現在方位が大きい（目標方位に対して時計回りに傾いている場合にプラス数値とし、反時計方向に傾いている場合にマイナス数値とする（Ｓ３１１：Ｙｅｓ）。即ち、水田除草ロボット１が目標方位に対して右側に傾いている場合には演算部１３により駆動部１１Ａ，１１Ｂを制御して水田除草ロボット１を左方向へ旋回させる（Ｓ３１２）。この場合、水田除草ロボット１の走行は、方位の差が大きいほど急な円弧となり、方位の差が小さいほど緩やかな円弧となる。
【００６９】
また、上記ステップＳ３１１において除草ロボット１の接触子５２Ａ，５２Ｂの静電容量と基準値との変化があった場合（Ｓ３０１：有）、処理はステップＳ３０２へ移行する。例えば接触子５２Ｂの静電容量の変化が基準値に対して大きい場合（Ｓ３０２：Ｙｅｓ）、即ち、図２０の（ｄ）に示すように水田除草ロボット１の中央部より右側（進行方向に対して）に稲株４１が有る場合には、演算部１３によって駆動部１１Ａ，１１Ｂを制御して水田除草ロボット１を右側へ旋回させる（Ｓ３０３）。更に、接触子５２Ｂの静電容量変化が基準値に対して大きい場合（Ｓ３０２：Ｎｏ）、即ち、図２０の（ｅ）に示すように水田除草ロボット１の中央部より左側に稲株４１がある場合には、駆動部１１Ａ，１１Ｂを演算部３１によって制御して水田除草ロボット１を左側に旋回させる（Ｓ３０４）。
【００７０】
また、除草ロボット内側の接触子５１Ａ，５１Ｂの静電容量が基準値に対して変化した場合（Ｓ３０５：有）、処理はステップＳ３０６に移行する。例えば、接触子５１Ｂの静電容量変化が基準値に対して大きい場合（Ｓ３０６：Ｙｅｓ）、つまり、図２０の（ｂ）に示すように水田除草ロボット１の中央部より右寄りに稲株４１がある場合には、演算部１３によって駆動部１１Ａ，１１Ｂを制御して水田除草ロボット１を右側に旋回させる。（Ｓ３０７）。さらに接触子２６Ａの静電容量変化が基準値よりも大きい場合（Ｓ３０６：Ｎｏ）、つまり、図２０の（ｃ）に示すように水田除草ロボット１の左寄りに稲株４１がある場合、演算部３１によって駆動１１Ａ，１１Ｂを制御して水田除草ロボット１を左側に旋回させる。上記ステップＳ３０３，Ｓ３０４、又は上記ステップＳ３０７，Ｓ３０８の処理が終了すると、処理はステップＳ３０９へ移行し、上記したステップＳ３０９〜Ｓ３１４の処理を再度実行する。
【００７１】
なお、上記ステップＳ３０１及びＳ３０５において、稲株４１が接触子５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂのいずれかに接触した場合に静電容量が変化するが、この静電容量と接触子５８Ａ，５８Ｂの静電容量とを比較し、その数値に差が生じたことをもって稲株４１に除草ロボット１が接触したものと判定する。即ち、ステップＳ３０１，３０５において接触子５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂと、接触子５８Ａ，５８Ｂとの間に静電容量の差が有るか否かの判別を行っている。
【００７２】
（第３の実施の形態の効果）
第３の実施の形態の水田除草ロボット１によれば、静電容量センサである接触子５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂに稲株４１が触れるのみで検出が可能であり、移植直後の柔らかい稲であっても検出することができる。
【００７３】
更に、接触子５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂを取り付けたフロート５０Ａ，５０Ｂは、メインフレーム１０に昇降自在に取り付けられているため、走行時の水田除草ロボット１の姿勢変化に影響されることなく水面ＷＬからの距離を一定に保つことができるため、移植直後の背の低い稲も検出することが可能であり、安定した自律走行が可能になる。
【００７４】
また、フロート５０Ａ，５０Ａの静電容量を検出する接触子５８Ａ，５８Ｂを設けたことにより、フロート５０Ａ，５０Ｂが土壌に接触することによる静電容量の変化や、急激なロボットの姿勢変化によって接触子が水没してしまった場合においても、基準となる接触子との差で検出するため、精度よく稲株を検出することができる。
【００７５】
また、車輪１９Ａ，１９Ｂ、ブイン１８Ａ，１８Ｂに対し、車輪１９Ｃ，１９Ｄ、フィン１８Ｃ，１８Ｄの走行路が重ならないようにしたことにより、車輪１９Ａ，１９Ｂ、フィン１８Ａ，１８Ｂのみの水田除草ロボット１に対して除草幅を約２倍にすることができる。
【００７６】
［他の実施の形態］
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱あるいは変更しない範囲内で種々な変形が可能である。例えば、第１の実施の形態では、図９における稲株４１の検出をセンサレバー２３Ａ，２３Ｂ及びポテンショメータ２４Ａ，２４Ｂにより行うものとしたが、これに限定されるものではなく、接触式、非接触式のいずれであってもよい。接触式の例として、例えば、触覚センサ、リミソトスイッチなどをあげることができる。更に、非接触式の例として、例えば、光電センサ、超音波センサ、赤外線距離センサなどをあげることができる。
【００７７】
また、上記各実施の形態においては、水田除草ロボット１の姿勢の変化を検出する手段として、ジャイロセンサ２７を用いたが、例えば、加速度センサに置き換えることも可能で、姿勢変化を検出できるものであれば、代用することができる。また、第１のフロート２０Ａ〜２０Ｄを昇降させる手段として、昇降用モーター１４Ａ，１４Ｂと左右の２つのねじ２１を用いたが、第１のフロート２０Ａ〜２０Ｄを自在に上下することができさえすれば、この構成に限定されるものではない。
【００７８】
また、第１の実施形態において、車輪１９Ａ，１９Ｂは、一対を示したが、メインフレーム１０の大きさ、重量等に応じて２対以上に増やすことができる。同様に、第３の実施形態も４輪以上の車輪を有する構成であってもよい。
【００７９】
また、第３の実施形態において、図１６におけるフロート５０Ａ，５０Ｂのメインフレーム１０への取り付けにおいて、リンク機構５３Ａ，５３Ｂを用いて上下方向に移動させるものとしたが、この構成に限定されるものではない。例えば、上下方向に設けたスライドシャフトに摺動可能なブッシュを設け、それに結合することにより上下方向に移動自在にする構成が考えられる。
【００８０】
さらに、上記第３の実施形態では、除草ロボット左右の前側と内側にそれぞれ二つの接触子５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂを設けたが、３ヶ所又はそれ以上に設けて、それぞれの接触子の位置に応じて円弧走行（旋回）の半径を変えるように制御する構成にすることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、水田以外の農地、例えば、畑などの雑草を除去するロボットにも適用可能である。また、農地以外の場所、例えば、花壇等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１ 水田除草ロボット
１０ メインフレーム（本体）
１０ａ スペース
１１Ａ，１１Ｂ 駆動部
１２ 駆動制御部
１３ 演算部
１４Ａ，１４Ｂ 昇降用モーター
１６ 駆動用モーター
１７ 歯車（変速機構）
１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ，１８Ｄ フィン
１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ 車輪
２０Ａ〜２０Ｄ 第１のフロート
２１ ねじ
２２ 電源部
２３Ａ，２３Ｂ センサレバー（接触子）
２４Ａ，２４Ｂ ポテンショメータ（回転角検出手段）
２５Ａ，２５Ｂ バンパースイッチ（畦検知器）
２６ 方位センサ
２７ ジャイロセンサ
２８ ケース
３０ 制御装置
３１ メモリ
３２ 稲株バッファ
３３ 支点
３４ 第１のストッパー
３５ 第２のストッパー
４０ 雑草
４１ 稲株
５０Ａ，５０Ｂ 第２のフロート
５１Ａ，５１Ｂ，５２Ａ，５２Ｂ 接触子（静電容量センサ）
５３Ａ，５３Ｂ リンク機構
５４ 回転軸
５５ 信号処理部
５６ 制御装置
５７ 電源スイッチ
５８Ａ，５８Ｂ 接触子
５９Ａ，５９Ｂ ケーブル
６０ 筐体
２３０Ａ，２３０Ｂ 回転軸
５３０Ａ，５３０Ｂ リンク
【特許請求の範囲】
【請求項１】
稲株が通過可能なスペースを中央部に有した本体と、
前記本体の下部に設けられた一対又は複数対の車輪と、
前記車輪のそれぞれを駆動する複数の駆動部と、
前記本体の下部に設けられた一対又は複数対のフロートと、
前記本体の前部に設けられて稲株を検出する検出手段と、
前記稲株が前記スペース内の中心部を通過するように前記駆動部を介し前記車輪の回転を制御する制御装置と、
を有することを特徴とする水田除草ロボット。
【請求項２】
前記本体は、該本体が進行している方位を検出する方位センサを備え、
前記制御装置は、前記本体が通過する稲株の数を計測して除草中の水田の形状を把握すると共に、前記方位センサによる自己の位置情報に基づいて未除草区域を判定することを特徴とする請求項１に記載の水田除草ロボット。
【請求項３】
前記本体は、その前部に水田の畦を検出する一対の畦検知器を備え、
前記制御装置は、前記畦検知器が畦を検出したとき、前記車輪が逆転するように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１に記載の水田除草ロボット。
【請求項４】
前記一対又は複数対の車輪は、それぞれが円板状を成し、その片面に放射状に複数のフィンが固定設置されていることを特徴とする請求項１に記載の水田除草ロボット。
【請求項５】
前記一対又は複数対の車輪は、それぞれが円板状を成し、その片面に放射状に設けられた複数のフィンと、前記片面に設けられ、前記複数のフィンの一端を回動自在に軸支する複数の支点と、前記片面に設けられ、前記複数のフィンの他端を前記車輪の回転状態に応じて前記車輪の外周側で係止する複数の第１のストッパーと、前記片面に設けられ、前記複数のフィンの他端を前記車輪の回転状態に応じて前記車輪の内周側で係止する複数の第２のストッパーと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の水田除草ロボット。
【請求項６】
前記駆動部は、モーターと、前記モーターの回転力を前記車輪へ伝達する変速機構とを備え、前記本体の下部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の水田除草ロボット。
【請求項７】
前記一対又は複数対のフロートは、前記一対又は複数対の車輪の前後に配置され、前記本体は、前記フロートのそれぞれを個別に昇降させる昇降駆動機構を備え、
前記制御装置は、前記本体の通常状態からの姿勢の変化に対する検出情報に基づいて、前記本体の姿勢が通常状態になるように昇降駆動機構を制御することを特徴とする請求項１に記載の水田除草ロボット。
【請求項８】
前記検出手段は、前記稲株に接触可能にして前記本体の前部の下方に設けられて一端が稲株に対する接触状態に応じて回動する前記一対の接触子と、前記一対の接触子のそれぞれの回動状態に応じた電気信号を出力する回転角検出手段とを備え、
前記制御装置は、前記回転角検出手段による前記一対の接触子の回転角に応じた２つの電気信号を比較し、その差値に基づいて前記本体の前記中央部に前記稲株が位置するように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１に記載の水田除草ロボット。
【請求項９】
前記本体の下部に設けられたフロートとは別にそれぞれが昇降自在にして前記本体の前部の両側に設けられた一対の第２のフロートと、
前記第２のフロートのそれぞれに設けられて前記稲株を静電容量の変化により検出する複数の静電容量センサと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の水田除草ロボット。
【請求項１０】
前記複数の静電容量センサは、
互いに電気的に絶縁した状態で隣接配置され、かつ前記稲株に接触可能にして前記第２のフロートに設置された少なくとも一対の第一の接触子と、
前記稲株に接触できないようにし、且つ、前記第一の接触子及び他の構成部材に対して絶縁させた状態で前記第２のフロートの前記第一の接触子の近傍に設置された第二の接触子とを備え、
前記第一の接触子による静電容量の変化量と前記第二の接触子による静電容量の変化量との差をもって前記稲株に対する静電容量検出値とすることを特徴とする請求項９に記載の水田除草ロボット。
【請求項１】
稲株が通過可能なスペースを中央部に有した本体と、
前記本体の下部に設けられた一対又は複数対の車輪と、
前記車輪のそれぞれを駆動する複数の駆動部と、
前記本体の下部に設けられた一対又は複数対のフロートと、
前記本体の前部に設けられて稲株を検出する検出手段と、
前記稲株が前記スペース内の中心部を通過するように前記駆動部を介し前記車輪の回転を制御する制御装置と、
を有することを特徴とする水田除草ロボット。
【請求項２】
前記本体は、該本体が進行している方位を検出する方位センサを備え、
前記制御装置は、前記本体が通過する稲株の数を計測して除草中の水田の形状を把握すると共に、前記方位センサによる自己の位置情報に基づいて未除草区域を判定することを特徴とする請求項１に記載の水田除草ロボット。
【請求項３】
前記本体は、その前部に水田の畦を検出する一対の畦検知器を備え、
前記制御装置は、前記畦検知器が畦を検出したとき、前記車輪が逆転するように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１に記載の水田除草ロボット。
【請求項４】
前記一対又は複数対の車輪は、それぞれが円板状を成し、その片面に放射状に複数のフィンが固定設置されていることを特徴とする請求項１に記載の水田除草ロボット。
【請求項５】
前記一対又は複数対の車輪は、それぞれが円板状を成し、その片面に放射状に設けられた複数のフィンと、前記片面に設けられ、前記複数のフィンの一端を回動自在に軸支する複数の支点と、前記片面に設けられ、前記複数のフィンの他端を前記車輪の回転状態に応じて前記車輪の外周側で係止する複数の第１のストッパーと、前記片面に設けられ、前記複数のフィンの他端を前記車輪の回転状態に応じて前記車輪の内周側で係止する複数の第２のストッパーと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の水田除草ロボット。
【請求項６】
前記駆動部は、モーターと、前記モーターの回転力を前記車輪へ伝達する変速機構とを備え、前記本体の下部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の水田除草ロボット。
【請求項７】
前記一対又は複数対のフロートは、前記一対又は複数対の車輪の前後に配置され、前記本体は、前記フロートのそれぞれを個別に昇降させる昇降駆動機構を備え、
前記制御装置は、前記本体の通常状態からの姿勢の変化に対する検出情報に基づいて、前記本体の姿勢が通常状態になるように昇降駆動機構を制御することを特徴とする請求項１に記載の水田除草ロボット。
【請求項８】
前記検出手段は、前記稲株に接触可能にして前記本体の前部の下方に設けられて一端が稲株に対する接触状態に応じて回動する前記一対の接触子と、前記一対の接触子のそれぞれの回動状態に応じた電気信号を出力する回転角検出手段とを備え、
前記制御装置は、前記回転角検出手段による前記一対の接触子の回転角に応じた２つの電気信号を比較し、その差値に基づいて前記本体の前記中央部に前記稲株が位置するように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１に記載の水田除草ロボット。
【請求項９】
前記本体の下部に設けられたフロートとは別にそれぞれが昇降自在にして前記本体の前部の両側に設けられた一対の第２のフロートと、
前記第２のフロートのそれぞれに設けられて前記稲株を静電容量の変化により検出する複数の静電容量センサと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の水田除草ロボット。
【請求項１０】
前記複数の静電容量センサは、
互いに電気的に絶縁した状態で隣接配置され、かつ前記稲株に接触可能にして前記第２のフロートに設置された少なくとも一対の第一の接触子と、
前記稲株に接触できないようにし、且つ、前記第一の接触子及び他の構成部材に対して絶縁させた状態で前記第２のフロートの前記第一の接触子の近傍に設置された第二の接触子とを備え、
前記第一の接触子による静電容量の変化量と前記第二の接触子による静電容量の変化量との差をもって前記稲株に対する静電容量検出値とすることを特徴とする請求項９に記載の水田除草ロボット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１１−１２０５７３（Ｐ２０１１−１２０５７３Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２３２８１９（Ｐ２０１０−２３２８１９）
【出願日】平成２２年１０月１５日（２０１０．１０．１５）
【出願人】（５０５２６２０９９）ＩＫＯＭＡロボテック株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１５日（２０１０．１０．１５）
【出願人】（５０５２６２０９９）ＩＫＯＭＡロボテック株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
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