JP2016220654A - 水田除草ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】一対の対向する駆動車輪と除草車輪とによって除草するようにしながらも、駆動車輪によるその場での転回が可能となる水田除草ロボットを提供する。【解決手段】水田除草ロボットにおいて、水田内に静置したときには、本体部１２がフロート２２によって水面に浮かんで駆動車輪１４の後方に設けられた除草車輪１６が土壌に接地しない状態となり、当該水田除草ロボット１０を前進させるように駆動車輪１４を駆動部２８によって回転駆動したときには、本体部１２が駆動車輪１４から受ける反力によって後傾して除草車輪１６が土壌に接地した状態となるようにする。【選択図】図５

Description

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に関し、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。

現在、水田の除草は、除草剤を利用した化学的除草法が主流になっている。しかし、近年では、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が要望されており、化学的除草法ではなく、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も採用されるようになってきている。

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、手押し型に比べて高価である。生物的除草法は、水田に放したアイガモにより行うものであるが、除草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。

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行うことができる無人の除草ロボットが提案されている（特許文献１）。この除草ロボットにおいては、稲株を静電容量式のセンサで検知しながら稲株の列に沿って走行し、一対の対向する駆動車輪に放射状に配置されたフィンによって稲株が植えられていない場所の表層土を攪拌して除草を行うようになっている。また、一対の駆動車輪のみでは攪拌できる面積が限られるため、除草ロボットの前後方向で見て一対の駆動車輪と重ならない位置にさらに一対の後輪を設けて四輪駆動型とし、この後輪に設けられたフィンによっても除草を行うようにすることで、除草面積をより大きくして効率的に除草するようにすることも行われている。

特開２０１１−１２０５７３号公報

稲株を倒さないようにしながら水田内を移動するためには、細かな旋回動作が必要になることが多い。特に、ある稲株の列から別の稲株の列に移動する場合などには、その場での転回が必要となる場合もある。しかしながら、除草面積を増やすために４つの車輪で除草を行うようにした四輪駆動型の水田除草ロボットの場合には、その場での転回が困難となってある程度の旋回半径をもって旋回をしなければならなくなるため、対向二輪型のものに比べて小回りが利きにくい。

本発明は、このような点に鑑み、一対の対向する駆動車輪と除草車輪とによって除草するようにしながらも、駆動車輪によるその場での転回が可能となる水田除草ロボットを提供することを目的とする。

すなわち本発明は、
本体部と、
該本体部に設けられたフロートと、
前記本体部に取り付けられた一対の対向する駆動車輪と、
該駆動車輪を回転駆動させるための駆動部と、
前記駆動車輪の後方位置において前記本体部に取り付けられた除草車輪と、
を備える水田除草ロボットであって、
当該水田除草ロボットを水田内に静置したときには、前記本体部が前記フロートによって水面に浮かんで前記除草車輪が土壌に接地しない状態となり、当該水田除草ロボットを前進させるように前記駆動車輪を前記駆動部によって回転駆動したときには、前記本体部が前記駆動車輪から受ける反力によって後傾して前記除草車輪が土壌に接地した状態となるようにされた、水田除草ロボットを提供する。

当該水田除草ロボットにおいては、水田内で静置しているときには、除草車輪が土壌に接地しないので、一対の対向する駆動車輪を適宜駆動することにより、除草車輪の影響を受けることなくその場での転回を円滑に行うことが可能となる。一方で、前進駆動させるように駆動車輪を回転駆動したときには、本体部が後傾して除草車輪が接地するので、前進駆動中には駆動車輪に加えて除草車輪によっても除草作業を行うこと可能となる。すなわち、当該水田除草ロボットは、従来の四輪駆動型のものと同等の除草の効率性を有しながら、より高い旋回駆動性を有するようにすることが可能となる。

好ましくは、各駆動車輪が前記本体部に対して上下動自在に取り付けられているようにすることができる。

このような構成により、水田の水面高さが変化しても、本体部を水面に対して一定の高さに維持することが可能となる。

好ましくは、前記駆動車輪と前記除草車輪とが、当該水田除草ロボットの前後方向で見て互いに重ならないように配置されているようにすることができる。

このような構成により、当該水田除草ロボットが前進したときに、駆動車輪と除草車輪とが異なる場所の土壌を攪拌するようになるので、より広い面積をより効率よく除草することが可能となる。

好ましくは、前記除草車輪が、円板状部材と、該円板状部材から径方向外側に突出した複数のフィンとを備えるようにすることができる。

フィンが円板状部材から径方向外側に突出していることにより、フィンが土壌に挿入される際に円板状部材が抵抗とならず、従ってフィンが土壌のより深い位置にまで挿入されやすくなり、より効率的に土壌を攪拌させることが可能となる。

好ましくは、前記本体部が、右側部、左側部、及び該右側部と左側部とを連結する上部を有し、該右側部と左側部との間に稲株が通過可能な空間が形成され、
前記除草車輪が、前記右側部の後方位置と左側部の後方位置とにそれぞれ取り付けられているようにすることができる。

さらに好ましくは、前記本体部の前記右側部の前方位置と前記左側部の前方位置とにそれぞれ前記本体部に対して上下動自在に取り付けられた稲株認識用のセンサと、
該センサに設けられたセンサ用フロートと、
をさらに備えるようにすることができる。

稲株認識用のセンサを備えることで、当該水田除草ロボットを稲株の列に沿って正確に駆動させることができるようになる。また、稲株認識用のセンサがセンサ用フロートとともに本体部に対して上下動自在に取り付けられているので、前進駆動によって本体部が後傾したときにも稲株認識用のセンサを水面に対して一定の高さ位置に維持することが可能となる。

以下、本発明に係る水田除草ロボットの実施形態を添付図面に基づき説明する。

本発明の実施形態に係る水田除草ロボットの斜視図である。 図１の水田除草ロボットの上面図である。 図１の水田除草ロボットの正面図である。 図１の水田除草ロボットの側面図である。 図１の水田除草ロボットが水田内に静置されている状態を示す図である。 図１の水田除草ロボットが水田内で前進駆動している状態を示す図である。

図１乃至図４に示すように、本発明の一実施形態に係る水田除草ロボット１０は、本体部１２と、本体部１２の側方に設けられた一対の対向する駆動車輪１４と、本体部１２の後方位置に設けられた除草車輪１６と、本体部１２の前方位置に設けられた稲株認識用のセンサ１８とを備える。

図３からわかるように、本体部１２は、右側部１２−１、左側部１２−２、及びこれら右側部１２−１と左側部１２−２とを連結する上部１２−３とからなり、右側部１２−１と左側部１２−２との間に稲株が通過可能な中央空間２０を有している。また、右側部１２−１及び左側部１２−２のそれぞれの下面には本体部１２に浮力を生じさせるためのフロート２２が取り付けられ、上部１２−３には当該水田除草ロボット１０を制御する制御装置２４が搭載されている。

一対の対向する駆動車輪１４は、本体部１２の右側部１２−１と左側部１２−２とに、それぞれ平行リンク機構２６を介して駆動部２８と共に上下動自在に取り付けられている。駆動部２８は、駆動車輪１４を回転駆動させるためのモータや減速機構、駆動回路等を内蔵しており、制御装置２４からの信号を受けて駆動車輪１４を任意の回転方向及び回転速度で駆動する。各駆動車輪１４は、円板状部材１４−１と、この円板状部材１４−１に径方向に延在するように取り付けられた６つの短いフィン１４−２及び径方向からややずれた方向に延在するように取り付けられた６つの長いフィン１４−３と、を有している。

除草車輪１６は、駆動車輪１４の後方位置において本体部１２の右側部１２−１と左側部１２−２とにそれぞれ回転自在に支持されている。各除草車輪１６は、２つの円板状部材１６−１と、これら円板状部材１６−１のそれぞれから径方向外側に突出するように取り付けられた複数のフィン１６−２とを備えている。除草車輪１６は駆動車輪１４と比べて小径とされており、本体部１２が水平になっている状態において、その最下点が駆動車輪１４の最下点よりも高い位置となるようになっている。また、除草車輪１６の間の間隔が駆動車輪１４の間の間隔よりも狭くなるように配置されており、駆動車輪１４と除草車輪１６とが、当該水田除草ロボット１０の前後方向で見て互いに重ならないようになっている。

稲株認識用のセンサ１８は、本体部１２の右側部１２−１と左側部１２−２の前方に平行リンク機構３０を介して上下動自在に取り付けられている。また、センサ１８の下面にはセンサ用フロート３２が取り付けられている。これらセンサ１８は静電容量式であり、稲株が接触した際の静電容量の変化を測定して稲株の接触を検知するようにしたものである。

当該水田除草ロボット１０は、図５に示すように、水田内に静置された状態においては、本体部１２がフロート２２によってほぼ水平な状態で水面上に浮かび、本体部１２に対して上下動自在に取り付けられた駆動車輪１４が土壌に接地した状態となる。また、本体部１２がフロート２２によって水平な状態とされることにより、に最下点が駆動車輪１４よりも高い位置ある除草車輪１６は土壌に接地せずに浮いた状態となる。稲株認識用のセンサ１８は、センサ用フロート３２によって水面に浮かび、水面に対して常に一定の高さに維持されるようになっている。また、駆動車輪１４が本体部１２に対して上下動自在に取り付けられているので、水田の水面高さがある程度の範囲内で変化しても、本体部１２は水面に対して一定の高さ位置に維持される。

図５の静置状態から、当該水田除草ロボット１０を前進させるように各駆動車輪１４を駆動部２８によって（図で見て反時計回りに）回転駆動させると、図６に示すように、本体部１２は駆動車輪１４から受ける反力によって（図で見て時計回りに）後傾する。これにより、除草車輪１６は土壌に接地した状態となる。このとき、本体部１２に対して上下動自在に取り付けられている稲株認識用のセンサ１８は、本体部１２と同様に後傾はするが、水面からの高さは静置された状態（図５）とほぼ同じに維持される。当該水田除草ロボット１０はこの後傾して除草車輪１６が土壌に接地した姿勢を維持しながら前進していく。このとき、駆動車輪１４のフィン１４−２、１４−３と除草車輪１６のフィン１６−２とによって土壌が攪拌され、これによって雑草を土壌から剥離して枯死させるとともに、水を濁らせて雑草の光合成を阻害してその成長を抑止させる。また、除草車輪１６のフィン１６−２は、上述のように円板状部材１６−１から径方向外側に突出するように取り付けられているため、フィン１６−２が土壌内に挿入される際に円板状部材１６−１が抵抗とならず、従って、土壌のより深い位置にまで挿入され易くなる。これにより、効率的に土壌を攪拌させることができるようになっている。

当該水田除草ロボット１０を動作させる際には、水田除草ロボット１０を稲株の列が本体部１２の中央空間２０を通るように水田内に配置して電源をＯＮにする。そうすると、制御装置２４は、駆動車輪１４を駆動部２８によって同速度で回転駆動させて当該水田除草ロボット１０を前進させるようにする。前進中にセンサ１８が稲株と接触したことを検知すると、制御装置２４は各駆動車輪１４の回転速度を適宜制御して、稲株との接触を検知したセンサ１８の側に水田除草ロボット１０の向きを変えるように制御する。これにより、当該水田除草ロボット１０は、稲株を中央空間２０に通過させながら、その稲株の列に沿って自律的に前進していく。そして、その稲株の列に沿った除草作業が終わると、一旦静止して除草車輪１６が土壌から浮いた状態とし、それから転回して隣の稲株の列に移り、その列に沿って前進しながら除草作業をさらに進めていく。

当該水田除草ロボット１０は、上述のように、静置状態（図５）においては、一対の対向する駆動車輪１４のみが土壌に接地していて除草車輪１６は接地していないため、例えば駆動車輪１４を互いに逆方向に回転駆動させることにより、除草車輪１６が土壌からの抵抗を受けない状態で円滑に転回を行うことが可能となる。また、前進駆動状態（図６）においては、除草車輪１６も土壌に接地するため、土壌の攪拌が駆動車輪１４に加えて除草車輪１６によっても行われるため、駆動車輪１４だけで除草作業をする場合に比べてより広い面積をより効率よく除草することが可能となる。このように当該水田除草ロボット１０においては、従来の四輪駆動型のものに対して、土壌の攪拌能力は同等としつつ、その小回り性は向上させることが可能となる。特に当該水田除草ロボット１０はその場での転回が可能であるので、旋回させる場所が非常に狭い場合でも、稲を倒すことなく水田内を旋回させることを容易に行うことができる。

水田除草ロボット１０；本体部１２；右側部１２−１；左側部１２−２；上部１２−３；駆動車輪１４；円板状部材１４−１；短いフィン１４−２；長いフィン１４−３；除草車輪１６；円板状部材１６−１；フィン１６−２；センサ１８；中央空間２０；フロート２２；制御装置２４；平行リンク機構２６；駆動部２８；平行リンク機構３０；センサ用フロート３２

Claims (6)

1. 本体部と、
   該本体部に設けられたフロートと、
   前記本体部に取り付けられた一対の対向する駆動車輪と、
   該駆動車輪を回転駆動させるための駆動部と、
   前記駆動車輪の後方位置において前記本体部に取り付けられた除草車輪と、
   を備える水田除草ロボットであって、
   当該水田除草ロボットを水田内に静置したときには、前記本体部が前記フロートによって水面に浮かんで前記除草車輪が土壌に接地しない状態となり、当該水田除草ロボットを前進させるように前記駆動車輪を前記駆動部によって回転駆動したときには、前記本体部が前記駆動車輪から受ける反力によって後傾して前記除草車輪が土壌に接地した状態となるようにされた、水田除草ロボット。
2. 各駆動車輪が前記本体部に対して上下動自在に取り付けられている、請求項１に記載の水田除草ロボット。
3. 前記駆動車輪と前記除草車輪とが、当該水田除草ロボットの前後方向で見て互いに重ならないように配置されている、請求項１又は２に記載の水田除草ロボット。
4. 前記除草車輪が、円板状部材と、該円板状部材から径方向外側に突出した複数のフィンとを備える、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の水田除草ロボット。
5. 前記本体部が、右側部、左側部、及び該右側部と左側部とを連結する上部を有し、該右側部と左側部との間に稲株が通過可能な空間が形成され、
   前記除草車輪が、前記右側部の後方位置と左側部の後方位置とにそれぞれ取り付けられている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の水田除草ロボット。
6. 前記本体部の前記右側部の前方位置と前記左側部の前方位置とにそれぞれ前記本体部に対して上下動自在に取り付けられた稲株認識用のセンサと、
   該センサに設けられたセンサ用フロートと、
   をさらに備える、請求項５に記載の水田除草ロボット。

Images