農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置及び走行経路認識に用いられる防草シート
【課題】金属片を埋設するような手間を要する作業をせず、簡単、安価な構成で感度の高い、農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置を提供することが課題である。
【解決手段】金属検知センサにより予め定められた経路に沿って設けられた金属体を検出し、金属体に対する位置を算出して進行方向を制御する農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置おいて、前記金属体を、防草シートにおける幅方向中央部の前記自律走行ロボット走行方向へ織り込んだ第１の金属線とし、前記経路に沿って前記防草シートを敷設することで、金属片を埋設するような手間を要せずに金属体を設けられるようにし、かつ、金属検知センサをブリッジ回路で構成して農作業支援用自律走行ロボット表面に設けた。
【解決手段】金属検知センサにより予め定められた経路に沿って設けられた金属体を検出し、金属体に対する位置を算出して進行方向を制御する農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置おいて、前記金属体を、防草シートにおける幅方向中央部の前記自律走行ロボット走行方向へ織り込んだ第１の金属線とし、前記経路に沿って前記防草シートを敷設することで、金属片を埋設するような手間を要せずに金属体を設けられるようにし、かつ、金属検知センサをブリッジ回路で構成して農作業支援用自律走行ロボット表面に設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置及び走行経路認識に用いられる防草シートに係り、特に、所定の経路に沿い、移植する苗を運んだり収穫した作物を農地外のトラックまで運搬する、農作業支援ロボットなどの自律走行ロボットにおける走行経路認識装置及び走行経路認識に用いられる防草シートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、若年層の農村離れによる農業従事者の高齢化に伴い、農地の合併・大規模化が進み、農作業の効率化と機械化への需要が高まっている。しかしながら多機能かつ大規模な農機は高価であり、農地面積の小さい農家においては大規模な農機を導入したところで、設備投資の割合に対する生産性の向上が期待できない。また、特に苗の移植や収穫作業などにおいては、苗や収穫物等（以下、作物類等）はデリケートな取り扱いを要するのに対し、手作業ほど丁寧で細やかな作業を機械により行うことができる技術は未だ実用化されていない。
【０００３】
一方、市場においては、手作業により機械では不可能な丁寧で細やかな農作業を行うことによって得られる、高品質の作物に対するニーズが広く存在する。しかし、農業従事者の高齢化によりこれらの作業に対する負担が大きくなっていることも事実であり、例えば農地で収穫された重い作物を農地外のトラックまで運搬する作業などは、高齢者にとって大きな負担となっている。
【０００４】
そのため本願出願人は特許文献１において、進行方向に対する全体の幅方向の大きさが成人の肩幅の大きさと同等若しくはそれ以下であり、内部に制御部を有して進行方向前面側と、幅方向の両側面を含む位置に障害物検出センサを有した本体部と、本体部の上側に取りつけられた農作物類載置部と、本体部の下側に取り付けられた移動手段とで構成されて、畝や作物の株を避けつつ、農作業者が携帯する発信機からの信号に基づいて自律走行する農作業補助ロボットを提案した。
【０００５】
また、このようなロボットによる移植する苗や収穫した農作物類の運搬に際しては、移植する苗が無くなったり農作物類載置部が一杯になった場合、ロボットを移植する苗のある位置や農作物類を運搬するトラックまで自律走行させる必要がある。こういった自律走行は、例えば工場や農場で用いられる自動搬送システムでは、ロボットを誘導するための磁気テープ、もしくは電源に接続された誘導用ケーブルを所定のルートに沿って施設し、ロボットがこれら磁気テープや誘導用ケーブルが発生する磁界を検知しながら荷物運搬を行う方式が多い。
【０００６】
しかしながらこのような制御方法のうち、誘導用ケーブルに電流を流すことで生じた磁界を検出する方法では、別途電源回路を必要としてその分コストがかかる。それに規模が大きくなるほど電力損失も多くなり、安全上の問題も発生する。また磁気テープを用いる場合、磁気テープに外部から電力を投入する必要はないが、値段が高くて導入できる場所も限られてくる。
【０００７】
そのため特許文献２には、金属片をロボットの走行経路に沿って埋設し、それをロボットに備えた発振部、高周波磁界を作る送信コイル、受信コイル、検波器などからなる金属検知センサ（単一でも左右両側に複数設けても良いとしている）で検出し、進行方向を演算して自律走行する自動走行車輌の誘導装置が開示されている。
【０００８】
また本願出願人になる特許文献３には、農地に作られた畝を覆うマルチフィルムの埋設位置内側の長手方向に畝位置認識用の線を設け、その線を農薬散布用ビークルなどの農作業支援機器に設けられた撮像装置で撮像し、画像認識によって畝位置認識用の線を認識して、正確に畝と畦の間を進行できるようにした農作業支援機器の進行方向認識方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−６６８０９号公報
【特許文献２】特開平３−１５０６０７号公報
【特許文献３】特開２００７−１８５１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に示された農作業補助ロボットは、農作業者が携帯する発信機からの信号に基づいて自律走行し、移植する苗が無くなったり農作物類載置部が一杯になったりした場合、苗の補充場所または収穫物収集地点に設けられた発信機から発せられる、補充側または収集地側信号を受信してＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：汎地球測位システム）を用い、移動手段により駆動制御されて苗の補充場所または収穫物収集地点まで移動するが、これら苗の補充場所または収穫物収集地点まで、どのようにして誘導するかは言及されていない。
【００１１】
また、特許文献２に示された自動走行車輌の誘導装置は、走行経路に沿って埋設した金属片を金属検知センサで検出することで進行方向を演算して自律走行するため、誘導用ケーブルや磁気テープを用いる場合に比較し、電力が不用でコストもかからない。しかしながら金属片を、自律走行するロボットにおける走行経路に埋設する必要があり、農場が大きければその手間も大変である。また、金属片を検出する金属検知センサは特許文献２の図２に示されているように、受信コイル２つを単に増幅器に接続しただけのものであり、感度的に全ての金属片を検知可能かどうかに疑問が残る。
【００１２】
特許文献３に示された農作業支援機器の進行方向認識方法は、畝位置認識用の線を正確に認識できれば畝に添って正確に自律走行できるが、撮像装置や畝位置認識用の線を認識する画像処理装置が必要であり、高価にならざるをえない。
【００１３】
そのため本発明においては、自律走行ロボット用にわざわざ金属片を埋設するような手間を要する作業をしなくても良く、簡単、安価な構成で感度の高い、農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置及び走行経路認識に用いられる防草シートを提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明になる農作業支援用自律走行ロボットの走行経路認識に用いられる防草シートは、
走行手段と、金属体を検知する金属検知センサと、該金属検知センサにより検知した金属体に対する位置を算出し、前記走行手段を制御して進行方向を制御する制御装置とを備えた農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識に用いられ、前記金属体として、幅方向中央部の前記農作業支援用自律走行ロボット走行方向に金属線を織り込んだことを特徴とする。
【００１５】
そして、本発明になる農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置は、
走行手段と、予め定められた経路に沿って設けられた金属体を検知する金属検知センサとを有し、該金属検知センサ出力により前記金属体に対する位置を算出し、前記走行手段を制御して進行方向を制御する制御装置を備えた農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置おいて、
前記金属検知センサは交流電流を流すコイル体を前記自律走行ロボット表面に有し、前記金属体は、前記経路に沿って敷設された防草シートの幅方向中央部に、前記自律走行ロボット走行方向へ織り込まれた第１の金属線であることを特徴とする。
【００１６】
このように本発明では、農場において雑草を防ぐために一般的に用いられている防草シートに、農作業支援用自律走行ロボットを誘導するための金属線を織り込み、それによって防草シートを敷設したとき、同時に農作業支援用自律走行ロボット誘導用の金属線も敷設されるようにしたから、特許文献２に示されたような金属片（本発明では金属線）を埋め込む作業は必要が無くなる。
【００１７】
そして、前記防草シートは前記第１の金属線と直交する方向に一定間隔毎に織り込まれた第２の金属線を有し、前記制御装置は前記金属検知センサによる前記第２の金属線の検知信号により、前記自律走行ロボットの現在位置を算出するようにしたから、ＧＰＳのように高価な機器が必要なシステムを用いずとも現在位置を認識することが可能となる。
【００１８】
また、前記第２の金属線のそれぞれは所定間隔毎に配された複数の金属線からなる金属線群で構成され、該金属線群を構成する各金属線は、それぞれの有無が「１」、「０」に対応されて前記自律走行ロボットにおける制御信号を形成するようにすると、この制御信号をそのまま現在位置情報とすれば自律走行ロボットの現在位置の認識が非常に簡単に行える。さらに例えば折り返し点などでは、この制御信号に「これから半径２ｍの左カーブに沿って進行」、などの自律走行ロボット駆動制御用信号を含ませることで、自律走行ロボット側で特別な判断を行わずに誘導することも可能となり、より安価に自律走行ロボットと走行経路認識装置を構成することができる。
【００１９】
さらに、前記第２の金属線における防草シート端部、及び前記第１の金属線の端部の両方、または前記第２の金属線のみに、通電制御装置を介して電源に接続された通電用電極を設け、必要に応じて通電するようにすれば、第１、第２の金属線周囲（第２の金属線のみの場合は第２の金属線周囲）に電界が生じて金属探知センサの感度を上げることができる。また、第１、第２の金属線周囲（第２の金属線のみの場合は第２の金属線周囲）に電界だけでなく、磁界も生じるから、金属探知センサだけでなくて磁界センサを使って位置検出を行うことも可能となる。
【００２０】
そして、前記通電制御装置は前記自律走行ロボットの現在位置信号を受け、前記自律走行ロボットの走行方向に位置する次の第２の金属線に通電する制御を行えば、全ての第２の金属線に通電するのではなく、次に自律走行ロボットが通過する位置の第２の金属線のみに通電することが可能となり、電力の節約になる。
【００２１】
さらに、前記コイル体のそれぞれは、ブリッジ回路を形成する２つのコイルで構成することで、感度の高い金属検知センサとすることができ、第１、第２の金属線を確実に検出することができるようになる。
【発明の効果】
【００２２】
以上記載のごとく本発明になる農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置は、金属検知センサにより検出する金属線を、農場において雑草を防ぐために一般的に用いられている防草シートに織り込んだ第１の金属線としたから、特許文献２に示されたような金属片の埋め込み作業を独立しておこなう必要が無い。
【００２３】
そして、第２の金属線を設けることで自律走行ロボットの現在位置を算出できるようにしたり、制御信号を形成することで、自律走行ロボット側で現在位置把握や走行距離の把握、駆動制御用の判断などをする必要を無くすことができ、より安価に自律走行ロボットと走行経路認識装置を構成することができる。
【００２４】
また、第１、第２の金属線に必要に応じて通電する機構を設ければ、金属探知センサの感度を上げたり磁界センサを使うことができ、さらに、自律走行ロボットからの現在位置信号を受け、次に自律走行ロボットが通過する位置の第２の金属線のみを通電すれば、電力の節約をすることもできる。さらに金属検知センサは、２つのコイルでブリッジ回路を構成すれば、感度を高めて確実に第１、第２の金属線を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１と第２の金属線を織り込んだ防草シートを敷設した経路を農作業支援用自律走行ロボットが走行するイメージを示した図である。
【図２】本発明になる農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置に用いる第１の金属線を織り込んだ防草シート（Ａ）と、同じく第１と第２の金属線を織り込んだ防草シート（Ｂ）の例である。
【図３】本発明になる農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置のブロック図である。
【図４】本発明になる農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置を構成する金属検知センサと、防草シートに織り込んだ第１の金属線との位置関係を説明するための図である。
【図５】第１の金属線と直交する方向に一定間隔毎に織り込まれた第２の金属線を、所定間隔毎に設けられた複数本の金属線で構成した場合の一例を示した図である。
【図６】第２の金属線を複数の金属線で構成し、それぞれの有無を「１」、「０」に対応させて自律走行ロボットにおける制御信号を形成することを説明するための図である。
【図７】第１と第２の金属線を織り込んで敷設した防草シートの幅方向端部に通電用電極を設け、必要に応じて通電できるようにした場合の構成ブロック図である。
【図８】本発明に用いる農作業支援用自律走行ロボットの１例の全体像の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２７】
最初に図１を用い、本発明の概略を簡単に説明すると、この図１において２０は農作業支援用自律走行ロボット、１０６、１１６は後記する金属検知センサ１０、１１を構成するコイル体、２４は農場などにおいて雑草を防ぐために一般的に用いられている防草シート、２６はこの防草シート２４の幅方向中央部に長手方向に織り込まれた第１の金属線、２７は一定間隔毎に第１の金属線２６と直交する方向に織り込まれた第２の金属線、４０は畝に植えられた農作物である。
【００２８】
本発明においては農場などにおいて雑草を防ぐため、一般的に用いられている防草シート２４の幅方向略中央の長手方向に第１の金属線２６を織り込む。そしてその防草シート２４を、図１に示したように農作物４０の植えられている畝の間などの予め定められた農作業支援用自律走行ロボット２０が走行する経路に沿って敷設すると共に、農作業支援用自律走行ロボット２０側に、防草シート２４に織り込まれた第１の金属線２６を検知する金属検知センサ１０、１１を設け、第１の金属線２６に対する農作業支援用自律走行ロボット２０の位置を算出して進行方向を制御するようにしたものである。
【００２９】
このようにすることにより、農作業支援用自律走行ロボット２０の位置を算出するための特許文献２に示されたような金属体の走行経路への埋め込みは、農場において雑草を防ぐために一般的に用いられている防草シート２４の敷設時に同時に行われることになり、特別に金属体を埋め込む作業を実施する必要が無くなる。また、金属検知センサ１０、１１は、後記するようにコイル体１０６、１１６を構成するそれぞれ２つのコイル１０１、１０２、１１１、１１２でブリッジ回路を構成して高感度化し、農作業支援用自律走行ロボット２０の表面、例えば前面左右に設けて、確実に防草シート２４に織り込まれた第１の金属線２６を検出することができるようにした。
【００３０】
また防草シート２４への金属線の織り込みは、農作業支援用自律走行ロボット２０の走行方向の第１の金属線２６だけでなく、農作業支援用自律走行ロボット２０の走行方向の一定間隔毎に、この第１の金属線２６に直交する方向に第２の金属線２７を織り込むようにしてもよい。こうすると、その第２の金属線２７の検知信号によって自律走行ロボットの現在位置算出を容易に行うことができる。また、第２の金属線２７のそれぞれを金属線群とし、その金属線群を構成する各金属線を微小な所定間隔毎に配すると共に、それぞれの有無を「１」、「０」に対応させ、それによって制御信号を形成すれば、農作業支援用自律走行ロボット２０の制御を第２の金属線で実施することもできる。
【００３１】
さらに、防草シート２４を敷設後、第１の金属線２６の始端と終端などの端部、第２の金属線２７における防草シート２４の端部に通電制御装置を介して電源を接続し、必要に応じて通電して金属検知センサ１０、１１の感度を高めたり、磁界センサを使えるようにするなどしてもよい。なお、このとき、第２の金属線２７に常時通電するのではなく、農作業支援用自律走行ロボット２０の現在位置信号を受け、次に農作業支援用自律走行ロボット２０が通過する位置の第２の金属線２７のみに通電すれば、電力の節約を計ることができる。
【００３２】
図８は、本発明に用いる農作業支援用自律走行ロボット２０の１例の全体像の斜視図で、この農作業支援用自律走行ロボット２０は、前記した特許文献１に詳細が述べられている農作業補助ロボットをベースとしたものである。そのため、本発明に関連する構成を簡単に説明すると、２１は後述する図３に示した制御回路を内部に有する本体部であり、この本体部２１の上側に取りつけられているのは農作物類載置部２２で、本体部２１の下側に取り付けられているのは走行装置２３である。
【００３３】
また、この農作業支援用自律走行ロボット２０における進行方向前面左右には、防草シート２４の、幅方向中央部に織り込まれた第１の金属線２６を検出する、金属検知センサ１０、１１を構成するコイル体１０６、１１６が設けられている。なお、図示した農作業支援用自律走行ロボット２０は、走行装置２３がクローラタイプのものを示したが、特許文献１に詳細に述べられているように、小回りの利くホイールタイプで構成しても良いことは勿論であり、また、コイル体１０６、１１６も前面だけでなく、どの方向からも金属線を検知できるよう、農作業支援用自律走行ロボット２０における前後左右の表面の複数箇所に設けるようにしても良い。
【００３４】
また、この農作業支援用自律走行ロボット２０の走行装置２３や制御回路は、前記特許文献１に述べられているように、本体部２１に内蔵された充電式、又は非充電式電池等の電力供給部（図示せず）より電力が供給され、さらに必要に応じ、図示していない農作業者やその他の場所から無線による指示を受けられるよう、通信装置などを備えたものであっても良い。
【００３５】
図２は、前記した第１と第２の金属線２６、２７を織り込んだ防草シート２４を示した図である。まず図２（Ａ）は、防草シート２４の幅方向略中央部に第１の金属線２６を織り込んだもので、その他の部分は通常の防草シートである。また図２（Ｂ）は、この（Ａ）の状態の防草シート２４に、さらに第１の金属線２６に直交する方向に一定間隔で第２の金属線２７を織り込んだ場合である。これら図２（Ａ）、（Ｂ）に示した防草シート２４は、図１に示したように農作業支援用自律走行ロボット２０の走行経路に敷設される。
【００３６】
図２（Ａ）のように第１の金属線２６だけを織り込んだものは、前記したように金属検知センサ１０、１１でこの第１の金属線２６を検知し、農作業支援用自律走行ロボット２０の第１の金属線２６に対する位置を算出して、進行方向の制御を行う。図２（Ｂ）のように第２の金属線２７も織り込んだものは、前記したように第２の金属線２７の検知信号により、自律走行ロボット２０の現在位置を算出するようにしたり、第２の金属線２７を金属線群として微小間隔毎にそれぞれの有無を「１」、「０」に対応させて設け、制御信号を形成して自律走行ロボット２０を制御したりする。
【００３７】
また、前記したように防草シート２４を敷設後、第１の金属線２６の始端と終端などの端部、第２の金属線２７における防草シート２４の端部に通電制御装置を介して電源を接続し、必要に応じて通電して金属検知センサ１０、１１の感度を高めたり、磁界センサを使えるようにするなどしてもよい。なおこのとき、前記したように第２の金属線２７は、常時通電するのではなく、農作業支援用自律走行ロボット２０の現在位置信号を受け、次に農作業支援用自律走行ロボット２０が通過する位置の第２の金属線２７のみに通電するようにして、電力の節約を計るようにしても良い。
【００３８】
図３は、農作業支援用自律走行ロボット２０の本体部２１に収容された走行経路認識装置の回路ブロック図である。図中、１０、１１は金属検知センサ、１２、１３はこの金属検知センサ１０、１１の検知信号における振幅又は位相の検出回路、１４は左右に設けられたこれら金属検知センサ１０、１１の出力を比較する出力比較回路、１５は農作業支援用自律走行ロボット２０の制御装置、１６は演算部、１７は記憶部、１８は図８に２３で示した移動手段（図３では走行装置１９）を制御する走行装置制御装置である。
【００３９】
図４は、図３に１０、１１で示した金属検知センサを構成するコイル体１０６、１１６と防草シート２４に織り込まれた第１の金属線２６との関係を示した図である。金属検知センサ１０、１１を構成するコイル体１０６、１１６のそれぞれは、図上、地面２５に垂直な方向に設置された上側コイル１０１、１１１、下側コイル１０２、１１２で構成され、図１、図８にも示したように、農作業支援用自律走行ロボット２０の前面、または前後左右のいずれかまたは複数箇所の表面に取り付けられている。なお、この図４において、２３１は移動手段２３（走行装置１９）を構成する車輪である。
【００４０】
再度図３に戻って、金属検知センサ１０、１１は、これらコイル体１０６、１１６を構成する上側コイル１０１、１１１、下側コイル１０２、１１２、及び可変抵抗１０３、１１３により、図示したようにブリッジ回路が構成されて交流電源１０４、１１４に接続され、これらのコイルに金属が近づいた時、金属に誘起される誘導電流によってそれぞれのコイルに流れる電流の振幅及び位相が変化する。そのため、これらブリッジ回路の出力を増幅回路１０５、１１５で増幅し、振幅又は位相検出回路１２、１３で振幅又は位相を検出してそれを左右出力比較回路１４で比較し、その比較結果が制御装置１５に送られる。
【００４１】
このように金属検知センサ１０、１１を構成すると、例えば農作業支援用自律走行ロボット２０が進行方向に対して右側にずれると、敷設した防草シート２４に織り込まれた第１の金属線２６に対して左側、即ち図４において１０６で示したコイル体がこの第１の金属線２６に近づくことになるから、このコイル体１０６を含む金属検知センサ１０からの信号が大きくなる。逆に、第１の金属線２６に対して左側にずれれば、今度は敷設した防草シートに織り込まれた第１の金属線２６に対して右側、即ち図４において１１６で示したコイル体がこの第１の金属線２６に近づくことになるから、このコイル体１１６を含む金属検知センサ１１からの信号が大きくなる。
【００４２】
そのため、左右出力比較回路１４により、例えば右へのずれはプラス電圧出力、左へのずれはマイナス電圧出力となるようにして比較結果を制御装置１５に送ることで、金属検知センサ１０、１１の第１の金属線２６に対するずれの方向と、その距離を推定可能なセンシングシステムを構成することができる。そのため制御装置１５は、この左右出力比較回路１４から送られてきたデータを基に、例えば送られてきたデータが上記したようにアナログ電圧値であればそれをアナログ／デジタル変換し、演算部１６でこの比較結果である振幅又は位相の差に基づき、防草シート２４に織り込まれた第１の金属線２６に対する農作業支援用自律走行ロボット２０の位置を算出する。そして、走行装置制御装置１８に信号を送り、第１の金属線２６が農作業支援用自律走行ロボット２０の中心付近となるよう走行装置１９を制御させる。
【００４３】
このようにすることで、前記したように特許文献２に示された金属体の走行経路への埋め込みは、農場において雑草を防ぐために一般的に用いられている防草シート２４の敷設時に行われ、特別に金属体を埋め込む作業を実施する必要が無くなり、また、金属検知センサ１０、１１は、コイル体１０６、１１６を構成するそれぞれ２つのコイル１０１、１０２、１１１、１１２でブリッジ回路を構成し、高感度化したから、確実に防草シート２４に織り込まれた第１の金属線２６を検出することができる。
【００４４】
また、図２（Ｂ）、あるいは図１に示したように、第１の金属線２６だけでなく、この第１の金属線２６に直交する方向に第２の金属線２７を織り込んだ場合、農作業支援用自律走行ロボット２０が正常に進行していれば、その表面、特に前面や後面に取り付けた金属検知センサ１０、１１から第２の金属線２７までの距離は略等しくなり、第２の金属線２７の検知出力もほぼ等しくなる。
【００４５】
従って、金属検知センサ１０、１１の出力は、第２の金属線２７と第１の金属線２６の両方を検知した出力となるが、第１の金属線２６のみの場合に比較し、それぞれの検知出力が第２の金属線２７の存在分だけ、等しく大きなものとなる。また、第１の金属線２６から金属検知センサ１０、１１それぞれまでの距離に対応した出力はそのままであるから、第１の金属線２６、第２の金属線２７の検知出力をそれぞれ別個に分離することが可能となる。そのため、第２の金属線２７の検出回数を計数することで、農作業支援用自律走行ロボット２０の走行距離や現在位置を、ＧＰＳなどの高価な機器を使わずとも認識することが可能となる。
【００４６】
図５、図６は、第２の金属線２７のそれぞれを所定間隔で並べた複数の金属線（金属線群）で構成し、さらに所定間隔で並べたそれぞれの金属線の有無を、「１」、「０」に対応させて制御信号を形成した場合の一例を示した図である。まず、図５において第２の金属線２７は金属線群が始まることを知らせるコントロール用の線を含め、例えば５０ｍｍ毎に７本配され、その金属線群が例えば５ｍ毎に２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、……のように設けた場合である。なお、この金属線群の間隔、各金属線を構成する個々の金属線の間隔は一例であり、上記した数値に限定されないことは自明である。
【００４７】
図６は、各金属線群の有無を「１」、「０」に対応させることを説明するための図である。即ち各金属線群は、進行方向に対して金属線群が始まることを知らせるコントロール用の線５０から始まり、１ビット目から６ビット目までを構成する５１で示した６本の線と併せて７本の線で構成される。そして図６（Ａ）に示したように、各ビットを表す線が全て存在している場合は「１１１１１１」（図５の２７ａ）を表し、図６（Ｂ）のように１ビット目の線がない場合は「０１１１１１」（図５の２７ｂ）を、図６（Ｃ）のように２ビット目の線がない場合は「１０１１１１」（図５の２７ｃ）を、さらに図６（Ｄ）のように１ビット目と２ビット目の線がない場合は「００１１１１」を、という具合にして制御信号が構成される。
【００４８】
そして、それぞれの金属線群で構成される制御信号に対応した制御内容を例えば図１の記憶部１７に記憶させることで、制御装置１５により対応する記憶内容を読み出せば種々の制御が可能となる。例えばその制御信号が現在位置情報を表すようにすると、わざわざ第２の金属線２７の本数を数えずとも自律走行ロボットの現在位置を知ることが可能となる。また折り返し点などでは、この制御信号によって例えば「これから半径２ｍの左カーブに沿って進行」、などの駆動制御用信号を構成すれば、自律走行ロボット側で駆動制御用の判断を行わずとも誘導が可能となり、より安価に自律走行ロボットと走行経路認識装置を構成することができる。なお、図５、図６では金属線群を構成する金属線を７本の場合を例に説明したが、この数は７本に限らないことは自明である。
【００４９】
またこの第１、第２の金属線２６、２７は、単に防草シートに金属線を織り込むだけでなく、例えば図７に第２の金属線２７の場合を示したように、第２の金属線２７における防草シート２４の端部に電極３０を設け、通電することで電界を発生させて金属探知センサ１０、１１の感度を上昇させたり、通電により生じる磁界を利用し、金属探知センサ１０、１１の代わりに磁界検出センサを用いるようにしても良い。これは第１の金属線２６の場合も同様である。
【００５０】
そして第２の金属線２７の場合、この電極３０を介した通電も、常時通電するのではなく、例えば農作業支援用自律走行ロボット２０が現在何処にいるかを判断し、農作業支援用自律走行ロボット２０の走行方向に位置する第２の金属線２７を順次通電する制御を行うようにすれば、全ての第２の金属線に通電する場合に比較して電力の節約になる。
【００５１】
それを実現するのが図７に示した構成であり、図中、今まで説明してきたのと同一の構成要素には同一番号を付してあるが簡単に説明すると、２４は防草シート、２６は第１の金属線、２７は第２の金属線、３０はこの第２の金属線２７の各々に通電するために設けられた電極、３１は第２の金属線２７のうち、農作業支援用自律走行ロボット２０の走行方向に位置する金属線に通電する制御を行う通電制御装置、３２は電源、３３は農作業支援用自律走行ロボット２０からの信号を受け、農作業支援用自律走行ロボット２０の現在位置を通電制御装置３１に通知する、ロボット位置信号受信装置である。
【００５２】
このうち３３のロボット位置信号受信装置は、第２の金属線２７のそれぞれが単線の場合、農作業支援用自律走行ロボット２０による第２の金属線２７の検出信号をこのロボット位置信号受信装置で受け、本数をカウントすることで、農作業支援用自律走行ロボット２０の現在位置を特定する。また、前記図５、図６で説明したように第２の金属線２７が複数の金属線（金属線群）で構成され、制御信号を形成して位置が特定できる場合、その信号を受けて同じく農作業支援用自律走行ロボット２０の現在位置を特定する。そして通電制御装置３１は、この農作業支援用自律走行ロボット２０の現在位置をもとに、通電する第２の金属線２７を特定するわけである。
【００５３】
なお、以上の説明では、第１の金属線２６、第２の金属線２７または金属線群を構成する各線は、いずれも単線の場合を想定して説明してきたが、複数本の線を微小間隔で複数並べて織り込むことで、流れる誘導電流を増やして金属検知センサ１０、１１の感度を向上させるようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明によれば、金属片を埋設するような手間を要する作業をせずに簡単、安価な構成で感度の高い、農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置を提供できるから、農作業の省力化を低価格で実現することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０、１１ 金属検知センサ
１０１、１１１ 上側コイル
１０２、１１２ 下側コイル
１０３、１１３ 可変抵抗
１０４、１１４ 交流電源
１０５、１１５ 増幅回路
１０６、１１６ コイル体
１２、１３ 振幅又は位相検出回路
１４ 左右出力比較回路
１５ 制御装置
１６ 演算部
１７ 記憶部
１８ 走行装置制御装置
１９ 走行装置
２０ 農作業支援用自律走行ロボット
２１ 本体部
２２ 農作物類載置部
２３ 移動手段（走行装置）
２３１ 車輪
２４ 防草シート
２５ 地面
２６ 第１の金属線
２７ 第２の金属線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置及び走行経路認識に用いられる防草シートに係り、特に、所定の経路に沿い、移植する苗を運んだり収穫した作物を農地外のトラックまで運搬する、農作業支援ロボットなどの自律走行ロボットにおける走行経路認識装置及び走行経路認識に用いられる防草シートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、若年層の農村離れによる農業従事者の高齢化に伴い、農地の合併・大規模化が進み、農作業の効率化と機械化への需要が高まっている。しかしながら多機能かつ大規模な農機は高価であり、農地面積の小さい農家においては大規模な農機を導入したところで、設備投資の割合に対する生産性の向上が期待できない。また、特に苗の移植や収穫作業などにおいては、苗や収穫物等（以下、作物類等）はデリケートな取り扱いを要するのに対し、手作業ほど丁寧で細やかな作業を機械により行うことができる技術は未だ実用化されていない。
【０００３】
一方、市場においては、手作業により機械では不可能な丁寧で細やかな農作業を行うことによって得られる、高品質の作物に対するニーズが広く存在する。しかし、農業従事者の高齢化によりこれらの作業に対する負担が大きくなっていることも事実であり、例えば農地で収穫された重い作物を農地外のトラックまで運搬する作業などは、高齢者にとって大きな負担となっている。
【０００４】
そのため本願出願人は特許文献１において、進行方向に対する全体の幅方向の大きさが成人の肩幅の大きさと同等若しくはそれ以下であり、内部に制御部を有して進行方向前面側と、幅方向の両側面を含む位置に障害物検出センサを有した本体部と、本体部の上側に取りつけられた農作物類載置部と、本体部の下側に取り付けられた移動手段とで構成されて、畝や作物の株を避けつつ、農作業者が携帯する発信機からの信号に基づいて自律走行する農作業補助ロボットを提案した。
【０００５】
また、このようなロボットによる移植する苗や収穫した農作物類の運搬に際しては、移植する苗が無くなったり農作物類載置部が一杯になった場合、ロボットを移植する苗のある位置や農作物類を運搬するトラックまで自律走行させる必要がある。こういった自律走行は、例えば工場や農場で用いられる自動搬送システムでは、ロボットを誘導するための磁気テープ、もしくは電源に接続された誘導用ケーブルを所定のルートに沿って施設し、ロボットがこれら磁気テープや誘導用ケーブルが発生する磁界を検知しながら荷物運搬を行う方式が多い。
【０００６】
しかしながらこのような制御方法のうち、誘導用ケーブルに電流を流すことで生じた磁界を検出する方法では、別途電源回路を必要としてその分コストがかかる。それに規模が大きくなるほど電力損失も多くなり、安全上の問題も発生する。また磁気テープを用いる場合、磁気テープに外部から電力を投入する必要はないが、値段が高くて導入できる場所も限られてくる。
【０００７】
そのため特許文献２には、金属片をロボットの走行経路に沿って埋設し、それをロボットに備えた発振部、高周波磁界を作る送信コイル、受信コイル、検波器などからなる金属検知センサ（単一でも左右両側に複数設けても良いとしている）で検出し、進行方向を演算して自律走行する自動走行車輌の誘導装置が開示されている。
【０００８】
また本願出願人になる特許文献３には、農地に作られた畝を覆うマルチフィルムの埋設位置内側の長手方向に畝位置認識用の線を設け、その線を農薬散布用ビークルなどの農作業支援機器に設けられた撮像装置で撮像し、画像認識によって畝位置認識用の線を認識して、正確に畝と畦の間を進行できるようにした農作業支援機器の進行方向認識方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−６６８０９号公報
【特許文献２】特開平３−１５０６０７号公報
【特許文献３】特開２００７−１８５１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に示された農作業補助ロボットは、農作業者が携帯する発信機からの信号に基づいて自律走行し、移植する苗が無くなったり農作物類載置部が一杯になったりした場合、苗の補充場所または収穫物収集地点に設けられた発信機から発せられる、補充側または収集地側信号を受信してＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ：汎地球測位システム）を用い、移動手段により駆動制御されて苗の補充場所または収穫物収集地点まで移動するが、これら苗の補充場所または収穫物収集地点まで、どのようにして誘導するかは言及されていない。
【００１１】
また、特許文献２に示された自動走行車輌の誘導装置は、走行経路に沿って埋設した金属片を金属検知センサで検出することで進行方向を演算して自律走行するため、誘導用ケーブルや磁気テープを用いる場合に比較し、電力が不用でコストもかからない。しかしながら金属片を、自律走行するロボットにおける走行経路に埋設する必要があり、農場が大きければその手間も大変である。また、金属片を検出する金属検知センサは特許文献２の図２に示されているように、受信コイル２つを単に増幅器に接続しただけのものであり、感度的に全ての金属片を検知可能かどうかに疑問が残る。
【００１２】
特許文献３に示された農作業支援機器の進行方向認識方法は、畝位置認識用の線を正確に認識できれば畝に添って正確に自律走行できるが、撮像装置や畝位置認識用の線を認識する画像処理装置が必要であり、高価にならざるをえない。
【００１３】
そのため本発明においては、自律走行ロボット用にわざわざ金属片を埋設するような手間を要する作業をしなくても良く、簡単、安価な構成で感度の高い、農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置及び走行経路認識に用いられる防草シートを提供することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明になる農作業支援用自律走行ロボットの走行経路認識に用いられる防草シートは、
走行手段と、金属体を検知する金属検知センサと、該金属検知センサにより検知した金属体に対する位置を算出し、前記走行手段を制御して進行方向を制御する制御装置とを備えた農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識に用いられ、前記金属体として、幅方向中央部の前記農作業支援用自律走行ロボット走行方向に金属線を織り込んだことを特徴とする。
【００１５】
そして、本発明になる農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置は、
走行手段と、予め定められた経路に沿って設けられた金属体を検知する金属検知センサとを有し、該金属検知センサ出力により前記金属体に対する位置を算出し、前記走行手段を制御して進行方向を制御する制御装置を備えた農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置おいて、
前記金属検知センサは交流電流を流すコイル体を前記自律走行ロボット表面に有し、前記金属体は、前記経路に沿って敷設された防草シートの幅方向中央部に、前記自律走行ロボット走行方向へ織り込まれた第１の金属線であることを特徴とする。
【００１６】
このように本発明では、農場において雑草を防ぐために一般的に用いられている防草シートに、農作業支援用自律走行ロボットを誘導するための金属線を織り込み、それによって防草シートを敷設したとき、同時に農作業支援用自律走行ロボット誘導用の金属線も敷設されるようにしたから、特許文献２に示されたような金属片（本発明では金属線）を埋め込む作業は必要が無くなる。
【００１７】
そして、前記防草シートは前記第１の金属線と直交する方向に一定間隔毎に織り込まれた第２の金属線を有し、前記制御装置は前記金属検知センサによる前記第２の金属線の検知信号により、前記自律走行ロボットの現在位置を算出するようにしたから、ＧＰＳのように高価な機器が必要なシステムを用いずとも現在位置を認識することが可能となる。
【００１８】
また、前記第２の金属線のそれぞれは所定間隔毎に配された複数の金属線からなる金属線群で構成され、該金属線群を構成する各金属線は、それぞれの有無が「１」、「０」に対応されて前記自律走行ロボットにおける制御信号を形成するようにすると、この制御信号をそのまま現在位置情報とすれば自律走行ロボットの現在位置の認識が非常に簡単に行える。さらに例えば折り返し点などでは、この制御信号に「これから半径２ｍの左カーブに沿って進行」、などの自律走行ロボット駆動制御用信号を含ませることで、自律走行ロボット側で特別な判断を行わずに誘導することも可能となり、より安価に自律走行ロボットと走行経路認識装置を構成することができる。
【００１９】
さらに、前記第２の金属線における防草シート端部、及び前記第１の金属線の端部の両方、または前記第２の金属線のみに、通電制御装置を介して電源に接続された通電用電極を設け、必要に応じて通電するようにすれば、第１、第２の金属線周囲（第２の金属線のみの場合は第２の金属線周囲）に電界が生じて金属探知センサの感度を上げることができる。また、第１、第２の金属線周囲（第２の金属線のみの場合は第２の金属線周囲）に電界だけでなく、磁界も生じるから、金属探知センサだけでなくて磁界センサを使って位置検出を行うことも可能となる。
【００２０】
そして、前記通電制御装置は前記自律走行ロボットの現在位置信号を受け、前記自律走行ロボットの走行方向に位置する次の第２の金属線に通電する制御を行えば、全ての第２の金属線に通電するのではなく、次に自律走行ロボットが通過する位置の第２の金属線のみに通電することが可能となり、電力の節約になる。
【００２１】
さらに、前記コイル体のそれぞれは、ブリッジ回路を形成する２つのコイルで構成することで、感度の高い金属検知センサとすることができ、第１、第２の金属線を確実に検出することができるようになる。
【発明の効果】
【００２２】
以上記載のごとく本発明になる農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置は、金属検知センサにより検出する金属線を、農場において雑草を防ぐために一般的に用いられている防草シートに織り込んだ第１の金属線としたから、特許文献２に示されたような金属片の埋め込み作業を独立しておこなう必要が無い。
【００２３】
そして、第２の金属線を設けることで自律走行ロボットの現在位置を算出できるようにしたり、制御信号を形成することで、自律走行ロボット側で現在位置把握や走行距離の把握、駆動制御用の判断などをする必要を無くすことができ、より安価に自律走行ロボットと走行経路認識装置を構成することができる。
【００２４】
また、第１、第２の金属線に必要に応じて通電する機構を設ければ、金属探知センサの感度を上げたり磁界センサを使うことができ、さらに、自律走行ロボットからの現在位置信号を受け、次に自律走行ロボットが通過する位置の第２の金属線のみを通電すれば、電力の節約をすることもできる。さらに金属検知センサは、２つのコイルでブリッジ回路を構成すれば、感度を高めて確実に第１、第２の金属線を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１と第２の金属線を織り込んだ防草シートを敷設した経路を農作業支援用自律走行ロボットが走行するイメージを示した図である。
【図２】本発明になる農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置に用いる第１の金属線を織り込んだ防草シート（Ａ）と、同じく第１と第２の金属線を織り込んだ防草シート（Ｂ）の例である。
【図３】本発明になる農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置のブロック図である。
【図４】本発明になる農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置を構成する金属検知センサと、防草シートに織り込んだ第１の金属線との位置関係を説明するための図である。
【図５】第１の金属線と直交する方向に一定間隔毎に織り込まれた第２の金属線を、所定間隔毎に設けられた複数本の金属線で構成した場合の一例を示した図である。
【図６】第２の金属線を複数の金属線で構成し、それぞれの有無を「１」、「０」に対応させて自律走行ロボットにおける制御信号を形成することを説明するための図である。
【図７】第１と第２の金属線を織り込んで敷設した防草シートの幅方向端部に通電用電極を設け、必要に応じて通電できるようにした場合の構成ブロック図である。
【図８】本発明に用いる農作業支援用自律走行ロボットの１例の全体像の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２７】
最初に図１を用い、本発明の概略を簡単に説明すると、この図１において２０は農作業支援用自律走行ロボット、１０６、１１６は後記する金属検知センサ１０、１１を構成するコイル体、２４は農場などにおいて雑草を防ぐために一般的に用いられている防草シート、２６はこの防草シート２４の幅方向中央部に長手方向に織り込まれた第１の金属線、２７は一定間隔毎に第１の金属線２６と直交する方向に織り込まれた第２の金属線、４０は畝に植えられた農作物である。
【００２８】
本発明においては農場などにおいて雑草を防ぐため、一般的に用いられている防草シート２４の幅方向略中央の長手方向に第１の金属線２６を織り込む。そしてその防草シート２４を、図１に示したように農作物４０の植えられている畝の間などの予め定められた農作業支援用自律走行ロボット２０が走行する経路に沿って敷設すると共に、農作業支援用自律走行ロボット２０側に、防草シート２４に織り込まれた第１の金属線２６を検知する金属検知センサ１０、１１を設け、第１の金属線２６に対する農作業支援用自律走行ロボット２０の位置を算出して進行方向を制御するようにしたものである。
【００２９】
このようにすることにより、農作業支援用自律走行ロボット２０の位置を算出するための特許文献２に示されたような金属体の走行経路への埋め込みは、農場において雑草を防ぐために一般的に用いられている防草シート２４の敷設時に同時に行われることになり、特別に金属体を埋め込む作業を実施する必要が無くなる。また、金属検知センサ１０、１１は、後記するようにコイル体１０６、１１６を構成するそれぞれ２つのコイル１０１、１０２、１１１、１１２でブリッジ回路を構成して高感度化し、農作業支援用自律走行ロボット２０の表面、例えば前面左右に設けて、確実に防草シート２４に織り込まれた第１の金属線２６を検出することができるようにした。
【００３０】
また防草シート２４への金属線の織り込みは、農作業支援用自律走行ロボット２０の走行方向の第１の金属線２６だけでなく、農作業支援用自律走行ロボット２０の走行方向の一定間隔毎に、この第１の金属線２６に直交する方向に第２の金属線２７を織り込むようにしてもよい。こうすると、その第２の金属線２７の検知信号によって自律走行ロボットの現在位置算出を容易に行うことができる。また、第２の金属線２７のそれぞれを金属線群とし、その金属線群を構成する各金属線を微小な所定間隔毎に配すると共に、それぞれの有無を「１」、「０」に対応させ、それによって制御信号を形成すれば、農作業支援用自律走行ロボット２０の制御を第２の金属線で実施することもできる。
【００３１】
さらに、防草シート２４を敷設後、第１の金属線２６の始端と終端などの端部、第２の金属線２７における防草シート２４の端部に通電制御装置を介して電源を接続し、必要に応じて通電して金属検知センサ１０、１１の感度を高めたり、磁界センサを使えるようにするなどしてもよい。なお、このとき、第２の金属線２７に常時通電するのではなく、農作業支援用自律走行ロボット２０の現在位置信号を受け、次に農作業支援用自律走行ロボット２０が通過する位置の第２の金属線２７のみに通電すれば、電力の節約を計ることができる。
【００３２】
図８は、本発明に用いる農作業支援用自律走行ロボット２０の１例の全体像の斜視図で、この農作業支援用自律走行ロボット２０は、前記した特許文献１に詳細が述べられている農作業補助ロボットをベースとしたものである。そのため、本発明に関連する構成を簡単に説明すると、２１は後述する図３に示した制御回路を内部に有する本体部であり、この本体部２１の上側に取りつけられているのは農作物類載置部２２で、本体部２１の下側に取り付けられているのは走行装置２３である。
【００３３】
また、この農作業支援用自律走行ロボット２０における進行方向前面左右には、防草シート２４の、幅方向中央部に織り込まれた第１の金属線２６を検出する、金属検知センサ１０、１１を構成するコイル体１０６、１１６が設けられている。なお、図示した農作業支援用自律走行ロボット２０は、走行装置２３がクローラタイプのものを示したが、特許文献１に詳細に述べられているように、小回りの利くホイールタイプで構成しても良いことは勿論であり、また、コイル体１０６、１１６も前面だけでなく、どの方向からも金属線を検知できるよう、農作業支援用自律走行ロボット２０における前後左右の表面の複数箇所に設けるようにしても良い。
【００３４】
また、この農作業支援用自律走行ロボット２０の走行装置２３や制御回路は、前記特許文献１に述べられているように、本体部２１に内蔵された充電式、又は非充電式電池等の電力供給部（図示せず）より電力が供給され、さらに必要に応じ、図示していない農作業者やその他の場所から無線による指示を受けられるよう、通信装置などを備えたものであっても良い。
【００３５】
図２は、前記した第１と第２の金属線２６、２７を織り込んだ防草シート２４を示した図である。まず図２（Ａ）は、防草シート２４の幅方向略中央部に第１の金属線２６を織り込んだもので、その他の部分は通常の防草シートである。また図２（Ｂ）は、この（Ａ）の状態の防草シート２４に、さらに第１の金属線２６に直交する方向に一定間隔で第２の金属線２７を織り込んだ場合である。これら図２（Ａ）、（Ｂ）に示した防草シート２４は、図１に示したように農作業支援用自律走行ロボット２０の走行経路に敷設される。
【００３６】
図２（Ａ）のように第１の金属線２６だけを織り込んだものは、前記したように金属検知センサ１０、１１でこの第１の金属線２６を検知し、農作業支援用自律走行ロボット２０の第１の金属線２６に対する位置を算出して、進行方向の制御を行う。図２（Ｂ）のように第２の金属線２７も織り込んだものは、前記したように第２の金属線２７の検知信号により、自律走行ロボット２０の現在位置を算出するようにしたり、第２の金属線２７を金属線群として微小間隔毎にそれぞれの有無を「１」、「０」に対応させて設け、制御信号を形成して自律走行ロボット２０を制御したりする。
【００３７】
また、前記したように防草シート２４を敷設後、第１の金属線２６の始端と終端などの端部、第２の金属線２７における防草シート２４の端部に通電制御装置を介して電源を接続し、必要に応じて通電して金属検知センサ１０、１１の感度を高めたり、磁界センサを使えるようにするなどしてもよい。なおこのとき、前記したように第２の金属線２７は、常時通電するのではなく、農作業支援用自律走行ロボット２０の現在位置信号を受け、次に農作業支援用自律走行ロボット２０が通過する位置の第２の金属線２７のみに通電するようにして、電力の節約を計るようにしても良い。
【００３８】
図３は、農作業支援用自律走行ロボット２０の本体部２１に収容された走行経路認識装置の回路ブロック図である。図中、１０、１１は金属検知センサ、１２、１３はこの金属検知センサ１０、１１の検知信号における振幅又は位相の検出回路、１４は左右に設けられたこれら金属検知センサ１０、１１の出力を比較する出力比較回路、１５は農作業支援用自律走行ロボット２０の制御装置、１６は演算部、１７は記憶部、１８は図８に２３で示した移動手段（図３では走行装置１９）を制御する走行装置制御装置である。
【００３９】
図４は、図３に１０、１１で示した金属検知センサを構成するコイル体１０６、１１６と防草シート２４に織り込まれた第１の金属線２６との関係を示した図である。金属検知センサ１０、１１を構成するコイル体１０６、１１６のそれぞれは、図上、地面２５に垂直な方向に設置された上側コイル１０１、１１１、下側コイル１０２、１１２で構成され、図１、図８にも示したように、農作業支援用自律走行ロボット２０の前面、または前後左右のいずれかまたは複数箇所の表面に取り付けられている。なお、この図４において、２３１は移動手段２３（走行装置１９）を構成する車輪である。
【００４０】
再度図３に戻って、金属検知センサ１０、１１は、これらコイル体１０６、１１６を構成する上側コイル１０１、１１１、下側コイル１０２、１１２、及び可変抵抗１０３、１１３により、図示したようにブリッジ回路が構成されて交流電源１０４、１１４に接続され、これらのコイルに金属が近づいた時、金属に誘起される誘導電流によってそれぞれのコイルに流れる電流の振幅及び位相が変化する。そのため、これらブリッジ回路の出力を増幅回路１０５、１１５で増幅し、振幅又は位相検出回路１２、１３で振幅又は位相を検出してそれを左右出力比較回路１４で比較し、その比較結果が制御装置１５に送られる。
【００４１】
このように金属検知センサ１０、１１を構成すると、例えば農作業支援用自律走行ロボット２０が進行方向に対して右側にずれると、敷設した防草シート２４に織り込まれた第１の金属線２６に対して左側、即ち図４において１０６で示したコイル体がこの第１の金属線２６に近づくことになるから、このコイル体１０６を含む金属検知センサ１０からの信号が大きくなる。逆に、第１の金属線２６に対して左側にずれれば、今度は敷設した防草シートに織り込まれた第１の金属線２６に対して右側、即ち図４において１１６で示したコイル体がこの第１の金属線２６に近づくことになるから、このコイル体１１６を含む金属検知センサ１１からの信号が大きくなる。
【００４２】
そのため、左右出力比較回路１４により、例えば右へのずれはプラス電圧出力、左へのずれはマイナス電圧出力となるようにして比較結果を制御装置１５に送ることで、金属検知センサ１０、１１の第１の金属線２６に対するずれの方向と、その距離を推定可能なセンシングシステムを構成することができる。そのため制御装置１５は、この左右出力比較回路１４から送られてきたデータを基に、例えば送られてきたデータが上記したようにアナログ電圧値であればそれをアナログ／デジタル変換し、演算部１６でこの比較結果である振幅又は位相の差に基づき、防草シート２４に織り込まれた第１の金属線２６に対する農作業支援用自律走行ロボット２０の位置を算出する。そして、走行装置制御装置１８に信号を送り、第１の金属線２６が農作業支援用自律走行ロボット２０の中心付近となるよう走行装置１９を制御させる。
【００４３】
このようにすることで、前記したように特許文献２に示された金属体の走行経路への埋め込みは、農場において雑草を防ぐために一般的に用いられている防草シート２４の敷設時に行われ、特別に金属体を埋め込む作業を実施する必要が無くなり、また、金属検知センサ１０、１１は、コイル体１０６、１１６を構成するそれぞれ２つのコイル１０１、１０２、１１１、１１２でブリッジ回路を構成し、高感度化したから、確実に防草シート２４に織り込まれた第１の金属線２６を検出することができる。
【００４４】
また、図２（Ｂ）、あるいは図１に示したように、第１の金属線２６だけでなく、この第１の金属線２６に直交する方向に第２の金属線２７を織り込んだ場合、農作業支援用自律走行ロボット２０が正常に進行していれば、その表面、特に前面や後面に取り付けた金属検知センサ１０、１１から第２の金属線２７までの距離は略等しくなり、第２の金属線２７の検知出力もほぼ等しくなる。
【００４５】
従って、金属検知センサ１０、１１の出力は、第２の金属線２７と第１の金属線２６の両方を検知した出力となるが、第１の金属線２６のみの場合に比較し、それぞれの検知出力が第２の金属線２７の存在分だけ、等しく大きなものとなる。また、第１の金属線２６から金属検知センサ１０、１１それぞれまでの距離に対応した出力はそのままであるから、第１の金属線２６、第２の金属線２７の検知出力をそれぞれ別個に分離することが可能となる。そのため、第２の金属線２７の検出回数を計数することで、農作業支援用自律走行ロボット２０の走行距離や現在位置を、ＧＰＳなどの高価な機器を使わずとも認識することが可能となる。
【００４６】
図５、図６は、第２の金属線２７のそれぞれを所定間隔で並べた複数の金属線（金属線群）で構成し、さらに所定間隔で並べたそれぞれの金属線の有無を、「１」、「０」に対応させて制御信号を形成した場合の一例を示した図である。まず、図５において第２の金属線２７は金属線群が始まることを知らせるコントロール用の線を含め、例えば５０ｍｍ毎に７本配され、その金属線群が例えば５ｍ毎に２７ａ、２７ｂ、２７ｃ、……のように設けた場合である。なお、この金属線群の間隔、各金属線を構成する個々の金属線の間隔は一例であり、上記した数値に限定されないことは自明である。
【００４７】
図６は、各金属線群の有無を「１」、「０」に対応させることを説明するための図である。即ち各金属線群は、進行方向に対して金属線群が始まることを知らせるコントロール用の線５０から始まり、１ビット目から６ビット目までを構成する５１で示した６本の線と併せて７本の線で構成される。そして図６（Ａ）に示したように、各ビットを表す線が全て存在している場合は「１１１１１１」（図５の２７ａ）を表し、図６（Ｂ）のように１ビット目の線がない場合は「０１１１１１」（図５の２７ｂ）を、図６（Ｃ）のように２ビット目の線がない場合は「１０１１１１」（図５の２７ｃ）を、さらに図６（Ｄ）のように１ビット目と２ビット目の線がない場合は「００１１１１」を、という具合にして制御信号が構成される。
【００４８】
そして、それぞれの金属線群で構成される制御信号に対応した制御内容を例えば図１の記憶部１７に記憶させることで、制御装置１５により対応する記憶内容を読み出せば種々の制御が可能となる。例えばその制御信号が現在位置情報を表すようにすると、わざわざ第２の金属線２７の本数を数えずとも自律走行ロボットの現在位置を知ることが可能となる。また折り返し点などでは、この制御信号によって例えば「これから半径２ｍの左カーブに沿って進行」、などの駆動制御用信号を構成すれば、自律走行ロボット側で駆動制御用の判断を行わずとも誘導が可能となり、より安価に自律走行ロボットと走行経路認識装置を構成することができる。なお、図５、図６では金属線群を構成する金属線を７本の場合を例に説明したが、この数は７本に限らないことは自明である。
【００４９】
またこの第１、第２の金属線２６、２７は、単に防草シートに金属線を織り込むだけでなく、例えば図７に第２の金属線２７の場合を示したように、第２の金属線２７における防草シート２４の端部に電極３０を設け、通電することで電界を発生させて金属探知センサ１０、１１の感度を上昇させたり、通電により生じる磁界を利用し、金属探知センサ１０、１１の代わりに磁界検出センサを用いるようにしても良い。これは第１の金属線２６の場合も同様である。
【００５０】
そして第２の金属線２７の場合、この電極３０を介した通電も、常時通電するのではなく、例えば農作業支援用自律走行ロボット２０が現在何処にいるかを判断し、農作業支援用自律走行ロボット２０の走行方向に位置する第２の金属線２７を順次通電する制御を行うようにすれば、全ての第２の金属線に通電する場合に比較して電力の節約になる。
【００５１】
それを実現するのが図７に示した構成であり、図中、今まで説明してきたのと同一の構成要素には同一番号を付してあるが簡単に説明すると、２４は防草シート、２６は第１の金属線、２７は第２の金属線、３０はこの第２の金属線２７の各々に通電するために設けられた電極、３１は第２の金属線２７のうち、農作業支援用自律走行ロボット２０の走行方向に位置する金属線に通電する制御を行う通電制御装置、３２は電源、３３は農作業支援用自律走行ロボット２０からの信号を受け、農作業支援用自律走行ロボット２０の現在位置を通電制御装置３１に通知する、ロボット位置信号受信装置である。
【００５２】
このうち３３のロボット位置信号受信装置は、第２の金属線２７のそれぞれが単線の場合、農作業支援用自律走行ロボット２０による第２の金属線２７の検出信号をこのロボット位置信号受信装置で受け、本数をカウントすることで、農作業支援用自律走行ロボット２０の現在位置を特定する。また、前記図５、図６で説明したように第２の金属線２７が複数の金属線（金属線群）で構成され、制御信号を形成して位置が特定できる場合、その信号を受けて同じく農作業支援用自律走行ロボット２０の現在位置を特定する。そして通電制御装置３１は、この農作業支援用自律走行ロボット２０の現在位置をもとに、通電する第２の金属線２７を特定するわけである。
【００５３】
なお、以上の説明では、第１の金属線２６、第２の金属線２７または金属線群を構成する各線は、いずれも単線の場合を想定して説明してきたが、複数本の線を微小間隔で複数並べて織り込むことで、流れる誘導電流を増やして金属検知センサ１０、１１の感度を向上させるようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明によれば、金属片を埋設するような手間を要する作業をせずに簡単、安価な構成で感度の高い、農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置を提供できるから、農作業の省力化を低価格で実現することができる。
【符号の説明】
【００５５】
１０、１１ 金属検知センサ
１０１、１１１ 上側コイル
１０２、１１２ 下側コイル
１０３、１１３ 可変抵抗
１０４、１１４ 交流電源
１０５、１１５ 増幅回路
１０６、１１６ コイル体
１２、１３ 振幅又は位相検出回路
１４ 左右出力比較回路
１５ 制御装置
１６ 演算部
１７ 記憶部
１８ 走行装置制御装置
１９ 走行装置
２０ 農作業支援用自律走行ロボット
２１ 本体部
２２ 農作物類載置部
２３ 移動手段（走行装置）
２３１ 車輪
２４ 防草シート
２５ 地面
２６ 第１の金属線
２７ 第２の金属線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行手段と、金属体を検知する金属検知センサと、該金属検知センサにより検知した金属体に対する位置を算出し、前記走行手段を制御して進行方向を制御する制御装置とを備えた農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識に用いられ、前記金属体として、幅方向中央部の前記農作業支援用自律走行ロボット走行方向に金属線を織り込んだことを特徴とする走行経路認識に用いられる防草シート。
【請求項２】
走行手段と、予め定められた経路に沿って設けられた金属体を検知する金属検知センサとを有し、該金属検知センサ出力により前記金属体に対する位置を算出し、前記走行手段を制御して進行方向を制御する制御装置を備えた農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置おいて、
前記金属検知センサは交流電流を流すコイル体を前記自律走行ロボット表面に有し、前記金属体は、前記経路に沿って敷設された防草シートの幅方向中央部に、前記自律走行ロボット走行方向へ織り込まれた第１の金属線であることを特徴とする農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置。
【請求項３】
前記防草シートは前記第１の金属線と直交する方向に一定間隔毎に織り込まれた第２の金属線を有し、前記制御装置は前記金属検知センサによる前記第２の金属線の検知信号により、前記自律走行ロボットの現在位置を算出することを特徴とする請求項２に記載した農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置。
【請求項４】
前記第２の金属線のそれぞれは所定間隔毎に配された複数の金属線からなる金属線群で構成され、該金属線群を構成する各金属線は、それぞれの有無が「１」、「０」に対応されて前記自律走行ロボットにおける制御信号を形成していることを特徴とする請求項３に記載した農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置。
【請求項５】
前記第２の金属線における防草シート端部、及び前記第１の金属線の端部の両方、または前記第２の金属線のみに、通電制御装置を介して電源に接続された通電用電極を設けたことを特徴とする請求項３または４に記載した農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置。
【請求項６】
前記通電制御装置は前記自律走行ロボットの現在位置信号を受け、前記自律走行ロボットの走行方向に位置する次の第２の金属線に通電する制御を行うことを特徴とする請求項５に記載した農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置。
【請求項７】
前記コイル体のそれぞれは、ブリッジ回路を形成する２つのコイルで構成されていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載した農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置。
【請求項１】
走行手段と、金属体を検知する金属検知センサと、該金属検知センサにより検知した金属体に対する位置を算出し、前記走行手段を制御して進行方向を制御する制御装置とを備えた農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識に用いられ、前記金属体として、幅方向中央部の前記農作業支援用自律走行ロボット走行方向に金属線を織り込んだことを特徴とする走行経路認識に用いられる防草シート。
【請求項２】
走行手段と、予め定められた経路に沿って設けられた金属体を検知する金属検知センサとを有し、該金属検知センサ出力により前記金属体に対する位置を算出し、前記走行手段を制御して進行方向を制御する制御装置を備えた農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置おいて、
前記金属検知センサは交流電流を流すコイル体を前記自律走行ロボット表面に有し、前記金属体は、前記経路に沿って敷設された防草シートの幅方向中央部に、前記自律走行ロボット走行方向へ織り込まれた第１の金属線であることを特徴とする農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置。
【請求項３】
前記防草シートは前記第１の金属線と直交する方向に一定間隔毎に織り込まれた第２の金属線を有し、前記制御装置は前記金属検知センサによる前記第２の金属線の検知信号により、前記自律走行ロボットの現在位置を算出することを特徴とする請求項２に記載した農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置。
【請求項４】
前記第２の金属線のそれぞれは所定間隔毎に配された複数の金属線からなる金属線群で構成され、該金属線群を構成する各金属線は、それぞれの有無が「１」、「０」に対応されて前記自律走行ロボットにおける制御信号を形成していることを特徴とする請求項３に記載した農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置。
【請求項５】
前記第２の金属線における防草シート端部、及び前記第１の金属線の端部の両方、または前記第２の金属線のみに、通電制御装置を介して電源に接続された通電用電極を設けたことを特徴とする請求項３または４に記載した農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置。
【請求項６】
前記通電制御装置は前記自律走行ロボットの現在位置信号を受け、前記自律走行ロボットの走行方向に位置する次の第２の金属線に通電する制御を行うことを特徴とする請求項５に記載した農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置。
【請求項７】
前記コイル体のそれぞれは、ブリッジ回路を形成する２つのコイルで構成されていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載した農作業支援用自律走行ロボットにおける走行経路認識装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１６１９８０（Ｐ２０１０−１６１９８０Ａ）
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７７１２（Ｐ２００９−７７１２）
【出願日】平成２１年１月１６日（２００９．１．１６）
【出願人】（０００１４８３５７）株式会社前川製作所 (267)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月１６日（２００９．１．１６）
【出願人】（０００１４８３５７）株式会社前川製作所 (267)
【出願人】（５０４１５７０２４）国立大学法人東北大学 (2,297)
【Ｆターム（参考）】
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