JP5773607B2 - Paddy field weeding robot - Google Patents

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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、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。   The present invention relates to a paddy weeding robot that weeds grass generated in a paddy field, and more particularly to a paddy weeding robot that can perform weeding while traveling autonomously in the paddy field.

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。   Currently, paddy field weeding is mainly carried out by chemical control methods using herbicides because of the labor saving and high herbicidal effect. However, in recent years, there has been a demand for adopting paddy rice cultivation that does not use herbicides, for reasons such as diversification of consumer needs, orientation of agricultural chemicals, and reduction of environmental burden. Known herbicidal methods that do not use pesticides include mechanical weeding typified by walking weeders, physical weeding with paper mulch, and biological weeding methods typified by Aigamo farming.

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。   There are two types of walking type weeders: hand-held type and power type. In addition, there are riding-type weeders that do not require workers to walk. Since the hand-held type is a walking operation, it is a harsh labor in paddy fields under hot weather. In addition, although the riding type can reduce labor, it is much more expensive than the hand-held type and may not be easily used. Biological weeding is a method of weeding and controlling pests using Aigamo duck that has been released to paddy fields, but its herbicidal and pest control effects are not always stable, and it has become widespread due to the labor and cost of breeding. It has not been done.

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。   In view of this, an unmanned weeding robot has been proposed that does not require human labor and labor, and that enables economical weeding. For example, a field traveling device (see Patent Document 1) that drives a pair of endless belts to rotate with a motor and travels a pre-programmed traveling path to press grass against soil and suppress the propagation of grass and the like (see Patent Document 1). A weeding robot that attaches to the front and back of the body equipped to remove weeds floating in the paddy field and stirs the surface soil of the paddy field to make it cloudy, thereby blocking sunlight and preventing germination (patented) Reference 2), front, rear, left and right wheels with stirring claws are driven by an engine or a motor and are driven to rotate at a constant speed and a different speed by a gear, and the running is controlled by a microcomputer while detecting a rice plant with a sensor. There is an agricultural management robot (see Patent Document 3).

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。   In addition to detecting rice stock with a contact or non-contact sensor, the robot is equipped with a camera, and the color components of the image taken with this camera are extracted to detect the rice row. A method of detecting (see Non-Patent Document 1), a method of extracting a row of rice from an image of paddy fields using the spectral reflection characteristics of rice (see Non-Patent Document 2), and the like have been proposed.

特開2005−198604号公報JP-A-2005-198604 特開2007−129910号公報JP 2007-129910 A 特開2005−65664号公報JP 2005-65664 A

「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)"Autonomous vehicle for paddy field weeding by image feedback control" Journal of Agricultural Machinery Society Vol. 66, No. 2 (2004) 「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)"Development of small weeding robot for paddy field (Aigamo robot)" Gifu Prefectural Information Technology Research Institute Research Report No. 10 (2008)

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。   In the conventional field running apparatus and each robot described above, the paddy rice is easily shaken or tilted by the influence of the natural environment such as wind. Since it is difficult to travel stably, full automation of weeding is hindered, and many problems remain in practical use. In addition, stable running is possible only in the streak (which means the wider rice pitch), and it is difficult to weed the inter-strain (which means the narrower rice pitch). At present, the level of performance is such that it is impossible to travel on the road. Furthermore, the detection of paddy rice using image processing as shown in Non-Patent Documents 1 and 2 is likely to be affected by the inclination of the vehicle body, and the rice row may not be detected accurately. Further, since the time required for the calculation process becomes long, there is a problem that the control device becomes expensive when it is attempted to obtain a processing speed in accordance with practical use.

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。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a weeding robot that can freely move between streaks and strains and can obtain a stable weeding effect.

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。
In order to achieve the above object, the following paddy field weeding robot is provided.
[1] A main body having a space through which rice plants can pass in a central portion, a pair or a plurality of wheels provided at a lower portion of the main body, a plurality of driving units for driving each of the wheels, and the main body A pair or a plurality of pairs of floats provided in the lower part of the main body, detection means provided in the front part of the main body for detecting the rice stock, and the drive unit so that the rice stock passes through the center of the space. A paddy weeding robot, comprising: a control device for controlling rotation of the wheel via a wheel.

[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。 [2] The main body includes a direction sensor that detects a direction in which the main body is traveling, and the control device measures the number of rice stocks that the main body passes to grasp the shape of the paddy field being weeded. The paddy weeding robot according to [1], wherein an unweeded area is determined on the basis of position information of the direction sensor.

[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。 [3] The main body is provided with a pair of paddy detectors for detecting paddy paddy at the front part thereof, and the control device drives the wheel so that the wheels are reversed when the paddle detector detects paddles. The paddy weeding robot according to [1], wherein the paddy field weeding robot is controlled.

[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。 [4] The paddy weeding robot according to [1], wherein each of the pair or plural pairs of wheels has a disk shape, and a plurality of fins are fixedly installed radially on one surface thereof. .

[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。 [5] Each of the pair or the plurality of pairs of wheels has a disk shape, a plurality of fins provided radially on one side thereof, and one end of the plurality of fins provided on the one side. A plurality of fulcrums pivotally supported on one side, a plurality of first stoppers provided on the one side and locking the other ends of the plurality of fins on the outer peripheral side of the wheel according to the rotational state of the wheel, and the one side A plurality of second stoppers which are provided on the inner peripheral side of the wheel according to a rotation state of the wheel, and wherein the other ends of the plurality of fins are engaged with each other according to a rotation state of the wheel. The paddy weeding robot described.

[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。 [6] The paddy field according to [1], wherein the drive unit includes a motor and a speed change mechanism that transmits a rotational force of the motor to the wheel, and is disposed at a lower portion of the main body. Weeding robot.

[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。 [7] The pair or the plurality of pairs of floats are disposed before and after the pair or the plurality of pairs of wheels, and the main body includes an elevating drive mechanism that individually raises and lowers each of the floats, and the control device includes: The paddy weeding robot according to [1], wherein the lifting drive mechanism is controlled so that the posture of the main body becomes a normal state based on detection information with respect to a change in posture of the main body from a normal state.

[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。 [8] The detection means is configured to be in contact with the rice stock, provided below the front portion of the main body, and one end of which rotates according to a contact state with the rice stock, and the pair of contacts Rotation angle detecting means for outputting an electric signal corresponding to each rotation state of the contact, and the control device includes two electric signals corresponding to the rotation angle of the pair of contacts by the rotation angle detecting means. The paddy weeding robot according to [1], wherein the driving unit is controlled so that the rice plant is positioned at the central portion of the main body based on the difference value.

[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。 [9] Separately from the float provided at the lower part of the main body, each of the pair of second floats provided on both sides of the front part of the main body so as to be movable up and down, and the second float is provided. The paddy weeding robot according to [1], further comprising: a plurality of capacitance sensors that detect the rice plant by a change in capacitance.

[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。 [10] The plurality of capacitance sensors are arranged adjacent to each other in a state of being electrically insulated from each other, and at least a pair of first contactors disposed on the second float so as to be able to contact the rice plant. And in contact with the rice plant and installed in the vicinity of the first contact of the second float in a state insulated from the first contact and other components. A second contactor, and a capacitance detection value for the rice strain with a difference between a capacitance change amount by the first contactor and a capacitance change amount by the second contactor, and The paddy field weeding robot according to [9], wherein:

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。   According to the paddy field weeding robot of the present invention, it is possible to freely move between streaks and strains and to perform stable weeding efficiently.

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。It is a perspective view which shows 1st Embodiment of the paddy field weeding robot which concerns on this invention. 図1に示す水田除草ロボットの平面図である。It is a top view of the paddy field weeding robot shown in FIG. 図1に示す水田除草ロボットの正面図である。It is a front view of the paddy field weeding robot shown in FIG. 図1に示す水田除草ロボットの左側面図である。It is a left view of the paddy field weeding robot shown in FIG. 制御系の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of a control system. 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。It is a figure which shows the structure of the rice plant buffer set to the memory of the control apparatus of FIG. 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。It is a figure explaining the driving | running | working locus | trajectory at the time of a paddy field weeding robot drive | working a paddy field. 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。It is a figure which shows the mode of rotation of the wheel of the paddy field weeding robot which concerns on 1st Embodiment in a paddy field. 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。It is a figure which shows the relationship between the sensor lever of the paddy field weeding robot which concerns on this invention, and a rice plant. 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。It is a flowchart which shows the process of 1st Embodiment of the paddy field weeding robot which concerns on this invention. 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。It is a flowchart which shows the process of a hull detection of the paddy field weeding robot which concerns on this invention. 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。It is a front view which shows the structure of the wheel in 2nd Embodiment of the paddy field weeding robot which concerns on this invention. 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。It is a perspective view which shows 3rd Embodiment of the paddy field weeding robot which concerns on this invention. 図13に示す水田除草ロボットの平面図である。It is a top view of the paddy field weeding robot shown in FIG. 図13に示す水田除草ロボットの正面図である。It is a front view of the paddy field weeding robot shown in FIG. 図13に示す水田除草ロボットの左側面図である。It is a left view of the paddy field weeding robot shown in FIG. 図13に示す水田除草ロボットの斜視図である。It is a perspective view of the paddy field weeding robot shown in FIG. 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。It is a block diagram which shows the structure of the control apparatus in 3rd Embodiment. 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。It is explanatory drawing which shows the driving | running locus | trajectory of the paddy field weeding robot in 3rd Embodiment. 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。It is a figure explaining the contact condition of the contactor and rice plant in the paddy field weeding robot of 3rd Embodiment. 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。It is a flowchart which shows the process of 3rd Embodiment of the paddy field weeding robot which concerns on this invention.

[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。
[First Embodiment]
1 is a perspective view of a first embodiment of a paddy weeding robot according to the present invention, FIG. 2 is a plan view, FIG. 3 is a front view, and FIG. 4 is a side view. As shown in FIG. 1, the paddy weeding robot 1 has a space 10 a (see FIG. 3) through which rice plants can pass in the central portion, and is provided on the main frame 10 as a main body and on the left and right of the lower portion of the main frame 10. A pair of drive units 11A and 11B, a drive control unit 12 for controlling the drive units 11A and 11B, a calculation unit 13 for controlling the drive control unit 12 according to a program, and a lifting motor provided on the upper part of the main frame 10 14A, 14B.

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。   The drive units 11 </ b> A and 11 </ b> B run the paddy weeding robot 1 and are provided on the left and right sides of the main frame 10. The configuration of the drive unit 11A will be described. A drive motor (drive source) 16 disposed as shown in FIG. 4 and a gear 17 (FIG. 2 and FIG. 2) as a speed change mechanism to which the rotation of the drive motor 16 is transmitted. 4), a wheel 19A that is coaxially attached to the gear 17 and has a plurality of radial fins 18A (see FIGS. 1 to 4) attached to one surface (outer surface), and front and rear of the wheel 19A. The first floats 20A and 20B are disposed and fixedly installed at the lower portion of the main frame 10. Similarly, the drive unit 11B includes a drive motor (not shown), a gear (not shown), a wheel 19B having a plurality of fins 18B attached to the side surfaces, and first floats 20C and 20D. The drive units 11A and 11B are configured to operate independently. As a result, the wheels 19A and 19B can be individually rotated. As a result, the paddy weeding robot 1 can be turned.

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。   The elevating motors 14A and 14B are drive sources for raising and lowering the first floats 20A to 20D. The elevating motors 14A and 14B are coupled to the first floats 20A to 20D via two screws 21 as shown in FIG. The drive units 11A and 11B, the drive control unit 12, and the calculation unit 13 are supplied with power from a power supply unit (including a battery and a stabilized power supply circuit) 22 shown in FIG.

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。   As shown in FIG. 4, since the drive motor 16 is installed at substantially the same height as the axis of the wheels 19A and 19B, the center of gravity of the paddy weeding robot 1 is lowered, thereby stabilizing the paddy weeding robot 1. Driving is possible. The drive motor 16 is individually provided in the drive units 11A and 11B. However, the drive units 11A and 11B are each provided with a speed change mechanism and a single drive source to drive the drive units 11A and 11B. You may do it. In this case, an internal combustion engine can be used as the drive source in addition to the motor.

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。   The first floats 20A to 20D are for generating a predetermined buoyancy in the paddy weeding robot 1 so that the paddy weeding robot 1 set in the paddy field does not sink. In the case of the present embodiment, about 60% of the buoyancy of about 5 kg) may be generated. In the case of the present embodiment, the buoyancy is 3 kg. When the buoyancy of the first floats 20A to 20D is equal to or greater than the weight of the paddy weeding robot 1, the wheels 19A and 19B run idle due to the wheels 19A and 19B moving away from the ground, and the paddy weeding robot 1 cannot advance. There is. Therefore, the buoyancy of the first floats 20 </ b> A to 20 </ b> D needs to be less than the weight of the paddy weeding robot 1.

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。
Further, as shown in FIGS. 2 and 3, the paddy weeding robot 1 includes sensor levers 23A and 23B as contactors mounted horizontally on both sides below the main frame 10 so as to be freely rotatable.
Potentiometers (or variable resistors) 24A and 24B as rotation angle detecting means that are attached to the rotation shafts 230A and 230B of the sensor levers 23A and 23B and change the resistance value according to the rotation thereof, and the presence or absence of wrinkles are detected. Bumper switches (see FIG. 3) 25A and 25B serving as a soot detector to detect, an orientation sensor 26 (see FIG. 2) for detecting the traveling direction of the paddy weeding robot 1 by geomagnetism, and the posture of the paddy weeding robot 1 are detected. And a gyro sensor 27. The direction sensor 26 and the gyro sensor 27 are installed on the upper part of the main frame 10, and these are protected by a case 28.

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。   FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of a control device including the drive control unit 12 and the calculation unit 13. The control device 30 includes the drive control unit 12 including a driver circuit, the arithmetic unit 13 using a CPU, a program for autonomously running the paddy weeding robot 1, data necessary for executing the program, The memory 31 stores the data generated during the execution of the program and has an area for the rice buffer 32, and the power supply unit 22. The memory 31 is a semiconductor memory, for example, and is provided so as to be built in or detachable.

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。   Potentiometers 24A and 24B, bumper switches 25A and 25B, a direction sensor 26 and a gyro sensor 27 are connected to the calculation unit 13, and lifting motors 14A and 14B and a driving motor 16 are connected to the output side. Yes. In FIG. 5, the potentiometers 24 </ b> A and 24 </ b> B, the bumper switches 25 </ b> A and 25 </ b> B, the azimuth sensor 26, and the gyro sensor 27 are not shown in the figure such as a digitization circuit that is required for input to the calculation unit 13.

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。   FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the rice stock buffer set in the memory 31. The rice buffer 32 is represented by MAP [m] [n] when the count values are m and n. In FIG. 6, if the count values m and n are directed to MAP [0] [n], data indicating the north direction is displayed. If the count values m and n are directed to MAP [m] [n], data indicating the south direction is displayed. The data indicates the west direction when heading, and the data indicates the east direction when heading MAP [m] [0].

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。   In order for the paddy weeding robot 1 to travel all over the paddy field, it is necessary to travel the headland as well. Accordingly, it is desirable that the paddy weeding robot 1 has a total length of 320 mm, a total width of 340 mm, and the width of one of the left and right bodies is about 130 mm. By satisfying such conditions, the paddy weeding robot 1 can move from the streak to the stock.

(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。
(Operation of paddy weeding robot)
Next, the operation of the paddy weeding robot 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a traveling locus of the paddy field weeding robot 1. First, the operator transports the paddy weeding robot 1 to the paddy field where weeding is desired, and then positions (sets) the paddy weeding robot 1 between the strips. Next, a power switch (not shown) is turned on. When the power is turned on, the drive control unit 12 and the calculation unit 13 of the control device 30 start to operate, whereby the drive motor 16 shown in FIG. 4 rotates, and the driving force is transmitted through the gear wheel 17 to the wheels 19A and 19B. Is transmitted to the paddy field weeding robot 1. The paddy weeding robot 1 performs weeding while traveling. As shown in FIG. 7, the paddy weeding robot 1 performs weeding by moving the paddy weeding robot 1 from the position A → the position B → the position C between the lines of the paddy field comprising the rice stock 41. Is.

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。   (A), (b), (c) of FIG. 8 is a figure which shows the mode of rotation of the wheel 19A in a paddy field. Here, although the wheel 19A is illustrated, the same applies to the wheel 19B. In the figure, the upper broken line indicates the water surface (WL), and the lower uneven line indicates the soil surface (GL). The plurality of fins 18A provided radially on the wheel 19A are partially buried in water so as to be pierced into the soil as the wheel 19A rotates as shown in FIG. When the rotation of the wheel 19A proceeds, as shown in FIG. 8 (b), several fins located at the lower part of the plurality of fins 18A rotate so as to catch a part of the soil. Further, when the rotation of the wheel 19A proceeds, one or more of the fins 18A peel off part of the soil together with the weeds 40 as shown in FIG. The weeds 40 extracted by the fins 18A float in the water and eventually die. Further, since the paddy field weeding robot 1 travels, the paddy water becomes cloudy, so that the photosynthesis of weeds germinated under the surface of the water is inhibited and its growth is suppressed.

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。   In order to smoothly advance the weeding work by the paddy field weeding robot 1, it is necessary for the paddy field weeding robot 1 to continue traveling along the rice row as shown in FIG. Therefore, the paddy weeding robot 1 detects a row of rice, and controls the control device 30 based on the detection result. This will be described below.

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。   FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the sensor lever of the paddy weeding robot and the rice stock. Here, it is assumed that the paddy weeding robot 1 is traveling from the lower side to the upper side of the paper shown in FIGS. 7 and 9. As shown in FIG. 9A, when the rice plant 41 is in the center of the paddy weeding robot 1, as the paddy weeding robot 1 proceeds thereafter, the sensor levers 23 </ b> A and 23 </ b> B are brought into contact with the rice plant 41. The left and right rotation angles have substantially the same value as shown in FIG. In addition, as shown in FIG. 9C, when the rice plant 41 is on the left side in the traveling direction with respect to the center of the paddy weeding robot 1 (intermediate position between the sensor levers 23A and 23B), The rotation angle of the sensor lever 23A is large (that is, the output value of the potentiometer 24A is large. Further, as shown in FIG. 9 (d), the rice stock 41 is located on the right side in the traveling direction with respect to the center of the paddy weeding robot 1. In this case, the rotation angle of the sensor lever 23B is larger than the sensor lever 23A.

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。   In order for the paddy weeding robot 1 to travel as shown in FIG. 7 while positioning the rice plant 41 at the center, the rotation angles of the sensor lever 23A and the sensor lever 23B are compared, and the sensor lever 23A is compared with the sensor lever 23B. If larger, the calculation unit 13 rotates the wheel 19B faster than the wheel 19A, and if the rotation of the sensor lever 23B is larger than the sensor lever 23A, the calculation unit 13 rotates the wheel 19A faster than the wheel 19B. Make an exact copy of The rotation states of the sensor levers 23A and 23B are transmitted to the potentiometers 24A and 24B, and the voltage signals corresponding to the rotations of these rotary shafts are digitized and then taken into the arithmetic unit 13 shown in FIG.

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)。   Details of the control by the calculation unit 13 will be described with reference to a flowchart shown in FIG. First, the calculating part 13 acquires the rotation angle of sensor lever 23A, 23B, ie, the output value of potentiometer 24A, 24B (S100). Next, the calculation unit 13 compares the output value of the potentiometer 24A with the output value of the potentiometer 24B, and when there is no difference between the two rotation angles of the sensor levers 23A and 23B (right rotation angle = left rotation angle) (S101: Yes), that is, when the sensor levers 23A and 23B are both in contact with the rice plant 41 at the center of the paddy weeding robot 1 as shown in FIG. (S105). The calculation unit 13 compares the target azimuth with the current azimuth (S106). If there is no difference between the two (S106: Yes), the calculation unit 13 controls the drive units 11A and 11B so that the paddy weeding robot 1 travels straight. (S110).

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。   Further, when the current direction is larger than the target direction in step S106 (S107: Yes), that is, as shown in FIG. 9D, the rice stock 41 is on the right side of the center of the paddy weeding robot 1 (with respect to the traveling direction). ), The driving units 11A and 11B are controlled by the calculation unit 13, and the paddy weeding robot 1 is turned to the right (S108). Further, when the current direction is smaller than the target direction (S107: No), that is, when the rice stock 41 is on the left side (relative to the traveling direction) from the center of the paddy weeding robot 1 as shown in FIG. Then, the driving units 11A and 11B are controlled by the calculation unit 13, and the paddy weeding robot 1 is turned to the left (S109). The traveling of the paddy field weeding robot 1 becomes a steep (small radius) arc as the azimuth difference increases, and a gentle (large radius) arc as the azimuth difference decreases.

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。   If “right rotation angle = left rotation angle” is not satisfied (S101: No), the process proceeds to step S102. For example, when the rotation angle on the left side is larger than that on the right side (S102: Yes), that is, as shown in FIG. 9C, the rice stock 41 is on the left side (relative to the traveling direction) from the center of the paddy weeding robot 1. If it is, the control unit 13 controls the drive units 11A and 11B to turn the paddy weeding robot 1 to the left in both directions (S103). Furthermore, when the rotation angle of the right sensor lever 23B is larger than that of the sensor lever 23A (S102: No), that is, as shown in FIG. If it is in the traveling direction), the driving unit 11A, 11B is controlled by the calculation unit 13 to turn to the right in the traveling direction (S104). Also in this case, the turning of the paddy weeding robot 1 becomes a sharper arc as the difference between the left and right rotation angles becomes larger, and becomes a gentler arc as the difference becomes smaller. When the processes in steps S103 and S104 are completed, the process proceeds to step S105, and the processes in steps S105 to S110 described above are executed again.

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。   In the case of a general paddy field, the rice stock 41 is regularly planted, and the number of rice stocks 41 does not differ greatly depending on the row or the row of the rice. The number of rice stocks 41 in the vertical and horizontal directions of the paddy field. By measuring, the size of the whole paddy field can be grasped. The position of the paddy weeding robot 1 can also be estimated from the number of strains in the vertical direction and the horizontal direction.

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。
When the gyro sensor 27 detects that the rear part of the paddy field weeding robot 1 has been lowered (that is, tilted rearward) while the paddy field weeding robot 1 is traveling, the calculation unit 13 operates the lifting motors 14A and 14B. The first floats 20A and 20C are moved downward. Thereby, the paddy weeding robot 1 is corrected to the normal state (horizontal state). Conversely, when the gyro sensor 27 detects that the front part of the paddy field weeding robot 1 has been lowered (ie, tilted forward), the computing unit 13 operates the lifting motors 14A and 14B to operate the first float 20B, 20D is raised, and the paddy weeding robot 1 is tilted backward to assume a normal posture. Thereby, even if the paddy field is unstable soil, the paddy field weeding robot 1 can travel stably. Similarly, the paddy weeding robot 1 can maintain the normal state by controlling the first floats 20 </ b> A to 20 </ b> D to move up and down in response to changes in the horizontal direction of the paddy weeding robot 1.

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。   Furthermore, the paddy field weeding robot 1 can grasp the size of the paddy field by traveling in the paddy field, and can discriminate between the weeded area and the non-weeded area. This determination requires information on the traveling direction of the paddy weeding robot 1, and this information is acquired from the direction sensor 26 mounted on the paddy weeding robot 1.

(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。
(Detection of wrinkles)
Next, detection of wrinkles will be described. In order for the paddy weeding robot 1 to travel automatically across the entire paddy field, it is necessary to repeat the process of scanning the rice row and then moving to the next row of rice after detecting a row and moving again. This process will be described below.

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。   FIG. 11 is a flowchart showing the processing for detecting wrinkles of the paddy weeding robot. First, the calculation unit 13 acquires the rotation angles of the sensor levers 23A and 23B, that is, the voltage signal levels of the potentiometers 24A and 24B (S200). The calculation unit 13 checks the values of the voltage signals of the potentiometers 24A and 24B (S201). If both voltage values are equal to or greater than a predetermined rotation angle (S201: Yes), the bumper switch ( The state of the bumper SW) 25A, 25B is checked (S202). If the bumper switches 25A and 25B are both ON, it is determined that the vehicle is in a trap (S203). If it is dredging, the paddy weeding robot 1 is moved backward until the bumper switches 25A, 25B are returned (until turned OFF) (S204), and then turned 90 ° from the current direction (S205). If it is a turn-back process, it travels 90 ° (90 ° turning) so as to draw an arc (S206), enters the adjacent rice row as it is (S207), and performs rice row copying again. If the rotation angle of the sensor levers 25A, 25B has not reached a certain value in step S201 (S201: No), the process associated with wrinkle detection is terminated and the process returns.

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。   Further, when the paddy weeding robot 1 travels in the paddy field, it is necessary to map the paddy field. This mapping is performed using the rice buffer 32 (MAP [m] [n]) shown in FIG. The calculation unit 13 acquires information from the direction sensor 26 every time the paddy weeding robot 1 detects passage of the rice plant 41. The calculation unit 13 determines which traveling direction is east, west, south, and north. If the direction is north, the counter n is added. If the direction is south, the counter n is subtracted. If the direction is east, the counter m is added. If the direction is west, the counter m is subtracted. The count values of the counters m and n by this processing are stored as information on the rice stock 41 in the rice stock buffer 32 of the memory 31. This process is repeatedly executed every time the rice stock 41 is counted, whereby the shape of the paddy field, the weeded area, the non-weeded area, and the self-position of the paddy weeding robot 1 are calculated.

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。   When the paddy weeding robot 1 is traveling or at the end of the weeding operation, the rice plant buffer 32 is monitored by the computing unit 13, and if there is an unweeded area, traveling control is performed by the computing unit 13 so as to go to that place. Thereby, the paddy field weeding robot 1 can grasp the shape of the paddy field and can recognize its own position and the non-weeded area, so that stable weeding is performed without causing the non-weeded area.

(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。
(Effects of the first embodiment)
According to the paddy weeding robot 1 of the first embodiment, the sensor levers 23A and 23B, the potentiometers 24A and 24B and the calculation unit 13 autonomously run in the paddy field following the rice plant 41, and the weeds 41 are peeled off from the soil. Since the soil is stirred at the same time as it is killed, photosynthesis can be inhibited and the growth of new weeds 40 can be prevented. In addition, since the size and shape of the paddy field can be stored by autonomously traveling in the paddy field, and the weeded area and the non-weeded area can be discriminated, the entire paddy field can be efficiently weeded.

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。   Further, by the processing shown in FIG. 10, it is possible to run while confirming the positional relationship between the rice plant 41 and the paddy weeding robot 1 by the sensor levers 25A and 25B of the paddy weeding robot 1, and the rice plant 41 is always in the center of the paddy weeding robot 1. Since it passes so as to be located, it is possible to avoid stepping over the rice. Further, since the paddy weeding robot 1 can be made to follow the target direction, even if the wheels 19A and 19B slip and the traveling direction is temporarily mistaken, the traveling direction of the paddy weeding robot 1 can be corrected immediately. Can be.

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。   Further, the process shown in FIG. 11 allows the bumper switches 25A and 25B to contact the heel as the paddy weeding robot 1 moves to detect the heel so that the heel can be accurately detected without being affected by the shape of the heel. Can be detected.

[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。
[Second Embodiment]
FIG. 12 is a front view showing the configuration of the wheel of the second embodiment of the paddy weeding robot according to the present invention, in which (a) to (c) are changes in fins (movement) as the rotation proceeds. ). Although the wheel 19B is not shown in FIG. 12, it is the same as the wheel 19A. This embodiment is different from the first embodiment in the attachment state of the buns 18A and 18B to the wheels 19A and 19B, and the other configuration is the same as that of the first embodiment.

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。   Paddy fields are not uniform in shape and may be clayey soils that tend to get muddy. In such soil, the shape of the wheel shown in the first embodiment may be inappropriate. For example, if the fins 18A and 18B are buried in paddy soil more than expected and the amount of soil to be scraped increases, the load on the wheels 19A and 19B increases, which affects the traveling of the paddy weeding robot 1. become.

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。   In order to solve this problem, the present embodiment is provided with a fulcrum 33 that is provided on the surface of the wheel 19A (19B) at equal intervals in the circumferential direction and pivotally supports one end of each of the fins 18A. The plurality of first stoppers 34 provided near the outer periphery of the surface of the wheel 19A and the fulcrum 33 are provided on substantially the same circle, and the other ends of the plurality of fins 18A are engaged according to the rotation of the wheel 19A. And a second stopper 35 for stopping.

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。   The other end (free end) of the fin 18A is in contact with the first stopper 34 as shown in FIG. 12 (a) before contacting the soil. As the wheel 19A rotates, the fin 18A rotates and its free end is separated from the first stopper 34, and the free end is buried in the soil so as to be stuck in the soil. When the rotation of the wheel 19A further proceeds, as shown in FIG. 12B, the free end of the fin 18A starts rotating around the fulcrum 33 due to the resistance of the soil, and the free end is moved to the second stopper 35. Stop at the point of contact. At this time, if the second stopper 35 is arranged so that the fins 18A are substantially horizontal to the soil, the wheels 19A can be prevented from being buried more than necessary in the soil. When the rotation of the wheel 19A further proceeds from this state, the fin 18A is detached from the soil, but also at this time, the fin 18A is detached at a steep angle with respect to the soil surface, and as shown in FIG. Is not scraped up more than necessary, and the load on the rotation of the wheel 19A is reduced.

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。   According to the second embodiment, since the fins 18A and 18B provided on the wheels 19A and 19B can be rotated by the fulcrum 32, the wheels 19A and 19B are not buried in the soil more than necessary, and Since the soil is not scraped up more than necessary, the load on the rotation of the wheels 19A and 19B can be reduced, and the paddy weeding robot 1 can be driven stably.

[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。
[Third Embodiment]
13 is a perspective view of a third embodiment of the paddy weeding robot according to the present invention, FIG. 14 is a plan view of the paddy weeding robot shown in FIG. 1, FIG. 15 is a front view, and FIG. In the first embodiment, the paddy weeding robot 1 has a four-wheel configuration in which wheels 19A and 19B are front wheels, wheels 19C and 19D having smaller diameters are rear wheels, and sensor levers 23A and 23B, Instead of the potentiometers 24A, 24B and the bumper switches 25A, 25B, the second floats 50A, 50B that can be moved up and down, and the detection means arranged in a "<" shape attached to the upper portions of the second floats 50A, 50B The contactors 51A, 51B, 52A, and 52B are provided, and other configurations are the same as those of the first embodiment. In addition, with the change in the configuration described above, there is a part whose appearance is different from that of the first embodiment. Hereinafter, a novel part of the present embodiment will be described.

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。   The rear wheels 19C and 19D have a smaller diameter than the front wheels 19A and 19B, and the distance between the wheels is also smaller than the wheels 19A and 19B. As a result, the weeding width is about twice that of the first embodiment.

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。   The second floats 50A and 50B are arranged at the front part of the paddy field weeding robot 1, and are attached to the drive units 11A and 11B so as to be rotatable via link mechanisms 53A and 53B, as shown in FIG. As the links 530A and 530B of the link mechanisms 53A and 53B move up and down, they move in the vertical direction. The second floats 50A and 50B and the link mechanisms 53A and 53B are coupled to each other by a rotating shaft 54 (see FIG. 16), so that there is a slight amount between the second floats 50A and 50B and the link mechanisms 53A and 53B. It can be turned. Further, the second floats 50A and 50B are made of a material having a small specific gravity, such as urethane foam, so that the second floats 50A and 50B can be kept floating on the water surface. The second floats 50A and 50B are arranged with respect to the main frame 10 so that the height from the water surface WL (see FIG. 4) can be maintained substantially constant even if the posture of the paddy weeding robot 1 changes. It can be moved individually in the vertical direction. Note that the left contacts 51A and 51B and the right contacts 52A and 52B are electrically independent from each other in the traveling direction, and each of them is a signal processing unit 55 shown in FIG. Is electrically connected.

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。   By the way, the contacts 51A, 51B, 52A, 52B function as a capacitance sensor that detects a change in capacitance when contacting or approaching the rice plant 41, but these contact the floats 50A, 50B. Since it is attached, it is affected by the capacitance of the floats 50A and 50B. Therefore, contacts 58A and 58B for detecting the electrostatic capacities of the floats 50A and 50B are provided so that the rice stock 41 can be detected with higher accuracy. The contacts 58A and 58B are attached to the floats 50A and 50B as shown in FIGS. Further, the contacts 51A, 51B, 52A, 52B are attached so that the height from the water surface is the same as the contacts 51A, 51B, 52A, 52B.

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。   A controller 56 (see FIG. 18) that controls these is connected to the drive units 11A and 11B. The control device 56 includes the drive control unit 12, the calculation unit 13, the power supply unit 22, and the like illustrated in FIG. 5, and the azimuth sensor 26 and the signal processing unit 55 are connected to the calculation unit 13. The calculation unit 13, the power supply unit 22, the azimuth sensor 26, the capacitance sensor 55, and the like are housed in a housing 60, and a power switch 57 and a plurality of knobs for performing various settings are provided on the upper surface. Yes. Of the signal lines connected to the control device 56, the signal lines connected to the drive control unit 12 are grouped into cables 59A and 59B.

(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。
(Operation of paddy weeding robot)
Next, the operation of the paddy weeding robot 1 in the third embodiment will be described. FIG. 19 shows an example of the traveling locus of the paddy weeding robot 1. First, the operator carries the paddy weeding robot 1 into the paddy field desired to be weeded, and then positions (places) the paddy weeding robot 1 between the strips. Next, the power switch 57 of the control device 56 is turned on. When the power is turned on, the drive control unit 12 and the calculation unit 13 of the control device 56 start to operate, and data on the direction of travel (target direction) is input from the direction sensor 26. In addition, the capacitance detection signals from the contacts 51A, 51B, 52A, and 52B are input to the calculation unit 13, and the data value is used as a reference value.

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。   With the above processing, the drive motor 16 starts rotating, and the driving force is transmitted to the wheels 19A to 19D via gears (not shown), and the paddy weeding robot 1 starts running. The paddy field weeding robot 1 performs weeding with the fins 18A to 18D simultaneously with traveling. As shown in FIG. 19, the paddy field weeding robot 1 moves in the order of position A → position B → position C shown in FIG. Done continuously.

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。   FIG. 20 is a diagram showing the relationship between the contacts 51A, 51B, 52A, 52B of the paddy field weeding robot 1 and the rice plant 41. Here, it is assumed that the paddy weeding robot 1 is traveling from the lower side to the upper side of the drawing shown in FIGS. 19 and 20. When the rice plant 41 is at the center of the paddy weeding robot 1 (intermediate position between the contactor 51A and the contactor 51B) as shown in FIG. At this time, since it does not contact any of the contacts 51A and 51B, it proceeds toward the target direction of the direction sensor 26. Next, when the rice plant 41 is slightly on the right side (with respect to the traveling direction) of the paddy weeding robot 1 as shown in FIG. 51B is contacted. The capacitance of the contact 51B with respect to the ground changes, that is, the capacitance increases, due to the contact (or approach) of the rice plant 41 with the contact 51B. Therefore, the control device 56 turns the paddy weeding robot 1 in the right direction until the capacitance of the contact 51B returns to the reference value, that is, until the rice plant 41 and the contact 25B are separated. This turning is performed by reversing the right wheels 19B and 19D and rotating the left wheels 19A and 19D in the normal direction.

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。   Next, as shown in (c) of FIG. 20, when the rice plant 41 is slightly on the left side (relative to the traveling direction) of the paddy weeding robot 1, 41 contacts the contact 51A. By the contact (or approach) of the rice plant 41, the electrostatic capacity of the contact 51A increases. Therefore, the control device 56 turns the paddy weeding robot 1 in the left direction until the capacitance of the contact 51A returns to the reference value, that is, until the rice plant 41 and the contact 25A are separated. This arc movement is performed by increasing the rotation speed of the right wheels 19B and 19D with respect to the rotation speed of the left wheels 19A and 19C.

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。   Next, as shown in FIG. 20 (d), when the rice plant 41 is on the right side (relative to the traveling direction) larger than the center of the paddy weeding robot 1, the paddy weeding robot 1 will advance the rice plant by the subsequent progress. 41 contacts the contact 52B. The electrostatic capacity of the contact 52B is increased by the contact or approach of the rice plant 41. Therefore, the control device 56 causes the paddy weeding robot 1 to turn the paddy weeding robot 1 in the right direction until the electrostatic capacity of the contact 52B returns to the reference value, that is, until the rice plant 41 and the contact 52B are separated. This turning is performed by reversing the right wheels 19B and 19D and rotating the left wheels 19A and 19C in the normal direction.

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。   Similarly, as shown in FIG. 20 (e), when the rice plant 41 is on the right side (relative to the direction of travel) larger than the central portion of the paddy weeding robot, 41 contacts the contact 52B. The electrostatic capacity of the contact 52B increases due to the contact or approach of the rice plant 41. Therefore, the control device 56 turns the paddy weeding robot 1 in the left direction until the capacitance of the contact 52B returns to the reference value, that is, until the rice plant 41 and the contact 25B are separated. This turning is performed by reversing the left wheels 19A and 19C and rotating the right wheels 19B and 19D forward. By the operation described above, the paddy weeding robot 1 performs accurate copying of the rice row 41.

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)。   Next, details of the control by the calculation unit 13 will be described with reference to a flowchart showing control of the paddy weeding robot 1 in FIG. After setting the paddy weeding robot 1 to a predetermined position, the power switch 57 of the control device 56 is turned on. First, the calculation unit 13 acquires the current direction from the direction sensor 26, and sets this as the target direction. Further, the current capacitance is acquired from the capacitance sensor 55, and this is set as a reference value (S300).

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)。   Next, the calculation unit 13 monitors the change in the capacitance of the front contacts 52A and 52B of the weeding robot 1, and when both do not change with respect to the reference value (S301: None), that is, the rice plant 41 Is located at the center of the paddy field weeding robot 1 or farther away from the paddy field weeding robot 1, the process shifts to monitoring of the capacitance change of the inner contacts 51 </ b> A and 51 </ b> B (S <b> 305). If there is no change from the reference value in both capacitances, the process proceeds to reading of the azimuth angle (S309). The target azimuth is compared with the current azimuth (S310), and if there is no difference between them (S310: Yes), the arithmetic unit 13 controls the motors 16A and 11B so that the paddy weeding robot 1 travels straight ahead. (S314).

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。   The calculation unit 13 sets the current azimuth larger than the target azimuth in step S311 (a positive numerical value when tilting clockwise with respect to the target azimuth, and a negative numerical value when tilting counterclockwise (S311: In other words, when the paddy weeding robot 1 is tilted to the right with respect to the target direction, the calculating unit 13 controls the drive units 11A and 11B to turn the paddy weeding robot 1 leftward (S312). In this case, the traveling of the paddy weeding robot 1 becomes a steep arc as the difference in orientation becomes larger, and becomes a gentle arc as the difference in orientation becomes smaller.

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)。   If there is a change between the capacitances of the contacts 52A and 52B of the weeding robot 1 and the reference value in step S311, the process proceeds to step S302. For example, when the change in the capacitance of the contact 52B is larger than the reference value (S302: Yes), that is, as shown in FIG. When the rice stock 41 is present, the operation unit 13 controls the drive units 11A and 11B to turn the paddy weeding robot 1 to the right (S303). Further, when the change in the capacitance of the contact 52B is larger than the reference value (S302: No), that is, as shown in FIG. 20 (e), the rice stock 41 is located on the left side from the center of the paddy weeding robot 1. In some cases, the drive units 11A and 11B are controlled by the calculation unit 31 to turn the paddy weeding robot 1 to the left (S304).

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。   If the capacitances of the contacts 51A and 51B inside the weeding robot change with respect to the reference value (S305: present), the process proceeds to step S306. For example, when the change in the capacitance of the contact 51B is larger than the reference value (S306: Yes), that is, as shown in FIG. 20 (b), the rice stock 41 is located on the right side of the center of the paddy weeding robot 1. In some cases, the calculation unit 13 controls the drive units 11A and 11B to turn the paddy weeding robot 1 to the right. (S307). Further, when the change in capacitance of the contact 26A is larger than the reference value (S306: No), that is, when the rice plant 41 is on the left side of the paddy weeding robot 1 as shown in FIG. The drive 11A and 11B are controlled by 31 to turn the paddy weeding robot 1 to the left. When the processes in steps S303 and S304 or steps S307 and S308 are completed, the process proceeds to step S309, and the processes in steps S309 to S314 described above are executed again.

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。   In step S301 and S305, the electrostatic capacity changes when the rice plant 41 comes into contact with any of the contacts 51A, 51B, 52A, 52B. The electrostatic capacity and the static of the contacts 58A, 58B change. It is determined that the weeding robot 1 is in contact with the rice plant 41 when the electric capacity is compared and the difference is generated. That is, in steps S301 and S305, it is determined whether or not there is a difference in capacitance between the contacts 51A, 51B, 52A, and 52B and the contacts 58A and 58B.

(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。
(Effect of the third embodiment)
According to the paddy field weeding robot 1 of the third embodiment, detection can be performed simply by touching the rice stock 41 with the contacts 51A, 51B, 52A, 52B, which are electrostatic capacitance sensors. Even if it exists, it can be detected.

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。   Furthermore, since the floats 50A and 50B to which the contacts 51A, 51B, 52A and 52B are attached are attached to the main frame 10 so as to be movable up and down, the water surface is not affected by the posture change of the paddy weeding robot 1 during traveling. Since the distance from WL can be kept constant, it is possible to detect a short rice immediately after transplanting, and stable autonomous running becomes possible.

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。   Further, by providing the contacts 58A and 58B for detecting the capacitances of the floats 50A and 50A, the contact is caused by the change in capacitance caused by the floats 50A and 50B coming into contact with the soil or the sudden change in posture of the robot. Even when the child is submerged, it is detected by the difference from the reference contact, so that the rice plant can be detected with high accuracy.

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。   Moreover, the paddy field weeding robot 1 having only the wheels 19A, 19B and the fins 18A, 18B is prevented from overlapping the wheels 19C, 19D and the fins 18C, 18D with respect to the wheels 19A, 19B and the buns 18A, 18B. The weeding width can be doubled.

[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。
[Other embodiments]
The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from or changing the technical idea of the present invention. For example, in the first embodiment, the rice stock 41 in FIG. 9 is detected by the sensor levers 23A and 23B and the potentiometers 24A and 24B. However, the present invention is not limited to this. Any of the formulas may be used. Examples of the contact type include a tactile sensor and a limit switch. Furthermore, examples of the non-contact type include a photoelectric sensor, an ultrasonic sensor, an infrared distance sensor, and the like.

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。   In each of the above embodiments, the gyro sensor 27 is used as means for detecting the change in posture of the paddy weeding robot 1. However, for example, it can be replaced with an acceleration sensor, and the change in posture can be detected. If you can, you can substitute it. In addition, as the means for raising and lowering the first floats 20A to 20D, the raising and lowering motors 14A and 14B and the two screws 21 on the left and right are used, but only the first floats 20A to 20D can be moved up and down freely. For example, it is not limited to this configuration.

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。   In the first embodiment, the wheels 19 </ b> A and 19 </ b> B are shown as a pair, but can be increased to two or more pairs according to the size, weight, etc. of the main frame 10. Similarly, the third embodiment may be configured to have four or more wheels.

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。   In the third embodiment, when the floats 50A and 50B in FIG. 16 are attached to the main frame 10, the link mechanisms 53A and 53B are used to move in the vertical direction. However, the present invention is limited to this configuration. is not. For example, a configuration is conceivable in which a slidable bush is provided on a slide shaft provided in the vertical direction, and the slidable bush is movable in the vertical direction by being coupled thereto.

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。   Further, in the third embodiment, the two contactors 51A, 51B, 52A, and 52B are provided on the front side and the inner side of the left and right of the weeding robot. However, the contactor positions are provided at three or more locations. It is also possible to adopt a configuration in which the radius of arc travel (turning) is changed according to the control.

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。   The present invention can also be applied to farms other than paddy fields, for example, robots that remove weeds such as fields. Moreover, it is applicable also to places other than farmland, for example, a flower bed.

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
1 Paddy weeding robot 10 Main frame (main unit)
10a Space 11A, 11B Drive unit 12 Drive control unit 13 Calculation unit 14A, 14B Lifting motor 16 Driving motor 17 Gear (transmission mechanism)
18A, 18B, 18C, 18D Fins 19A, 19B, 19C, 19D Wheels 20A to 20D First float 21 Screw 22 Power supply unit 23A, 23B Sensor lever (contact)
24A, 24B Potentiometer (Rotation angle detection means)
25A, 25B Bumper switch (spot detector)
26 Azimuth sensor 27 Gyro sensor 28 Case 30 Control device 31 Memory 32 Rice plant buffer 33 Support point 34 First stopper 35 Second stopper 40 Weed 41 Rice plant 50A, 50B Second float 51A, 51B, 52A, 52B Contact (Capacitance sensor)
53A, 53B Link mechanism 54 Rotating shaft 55 Signal processing unit 56 Control device 57 Power switch 58A, 58B Contactor 59A, 59B Cable 60 Housing 230A, 230B Rotating shaft 530A, 530B Link

Claims (9)

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、
を有し、
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水田除草ロボット。
A main body having a space in the center through which rice can pass;
A pair or a plurality of pairs of wheels provided at a lower portion of the main body;
A plurality of drive units for driving each of the wheels;
A pair of or a plurality of pairs of floats provided at the bottom of the body;
Detection means provided at the front of the main body for detecting rice lines;
A control device for controlling the rotation of the wheel via the drive unit so that the rice plant passes through the center of the space;
I have a,
The main body includes a direction sensor that detects a direction in which the main body is traveling,
The control device measures the number of rice lines that the main body passes to grasp the shape of the paddy field being weeded, and determines an unweeded area based on its own position information by the direction sensor. Paddy weeding robot.
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。
The main body includes a pair of paddy detectors for detecting paddy paddy at its front part,
2. The paddy weeding robot according to claim 1, wherein the control device controls the drive unit so that the wheels are reversed when the paddle detector detects paddy. 3.
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又は2に記載の水田除草ロボット。 3. The paddy weeding robot according to claim 1, wherein each of the pair or the plurality of pairs of wheels has a disk shape, and a plurality of fins are fixedly installed radially on one surface thereof. 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、
を有し、
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水田除草ロボット。
A main body having a space in the center through which rice can pass;
A pair or a plurality of pairs of wheels provided at a lower portion of the main body;
A plurality of drive units for driving each of the wheels;
A pair of or a plurality of pairs of floats provided at the bottom of the body;
Detection means provided at the front of the main body for detecting rice lines;
A control device for controlling the rotation of the wheel via the drive unit so that the rice plant passes through the center of the space;
Have
Each of the pair or plural pairs of wheels has a disc shape, and a plurality of fins provided radially on one side thereof, and one end of each of the plurality of fins is pivotally supported on one side. A plurality of fulcrum points, a plurality of first stoppers that are provided on the one side, and that engage the other ends of the plurality of fins on the outer peripheral side of the wheel according to the rotation state of the wheel, and are provided on the one side. And a plurality of second stoppers for locking the other ends of the plurality of fins on the inner peripheral side of the wheel according to the rotation state of the wheel.
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乃至4のいずれか一項に記載の水田除草ロボット。 The driving unit includes a motor and, a transmission mechanism for transmitting the rotational force of the motor to the wheel, to any one of claims 1 to 4, characterized in that arranged in the lower portion of the body The paddy weeding robot described. 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、
を有し、
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水田除草ロボット。
A main body having a space in the center through which rice can pass;
A pair or a plurality of pairs of wheels provided at a lower portion of the main body;
A plurality of drive units for driving each of the wheels;
A pair of or a plurality of pairs of floats provided at the bottom of the body;
Detection means provided at the front of the main body for detecting rice lines;
A control device for controlling the rotation of the wheel via the drive unit so that the rice plant passes through the center of the space;
Have
The pair or plural pairs of floats are arranged before and after the pair or plural pairs of wheels, and the main body includes an elevating drive mechanism that individually raises and lowers each of the floats,
The said control apparatus controls a raising / lowering drive mechanism so that the attitude | position of the said main body will be in a normal state based on the detection information with respect to the change of the attitude | position from the normal state of the said main body, The paddy field weeding robot characterized by the above-mentioned.
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乃至6のいずれか一項に記載の水田除草ロボット。
The detecting means is provided below the front part of the main body so as to be able to contact the rice plant, and one end of which rotates according to a contact state with respect to the rice plant, and the pair of contactors Rotation angle detecting means for outputting an electrical signal corresponding to each rotation state,
The control device compares two electrical signals according to the rotation angle of the pair of contacts by the rotation angle detecting means, and based on the difference value, the rice plant is positioned at the central portion of the main body. paddy weed robot according to any one of claims 1 to 6, wherein the controller controls the drive unit to.
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、
を有し、
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水田除草ロボット。
A main body having a space in the center through which rice can pass;
A pair or a plurality of pairs of wheels provided at a lower portion of the main body;
A plurality of drive units for driving each of the wheels;
A pair of or a plurality of pairs of floats provided at the bottom of the body;
Detection means provided at the front of the main body for detecting rice lines;
A control device for controlling the rotation of the wheel via the drive unit so that the rice plant passes through the center of the space;
Have
A pair of second floats that can be moved up and down separately from the floats provided at the lower part of the main body and provided on both sides of the front part of the main body,
A plurality of capacitance sensors provided in each of the second floats for detecting the rice plant by a change in capacitance;
A paddy weeding robot characterized by comprising:
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8に記載の水田除草ロボット。
The plurality of capacitance sensors are:
At least a pair of first contactors disposed adjacent to each other in an electrically insulated state and installed in the second float so as to be in contact with the rice plant;
The second installed in the vicinity of the first contact of the second float in a state in which the rice plant cannot be contacted and is insulated from the first contact and the other components. Contactor, and
9. The capacitance detection value for the rice plant is defined as a difference between a capacitance change amount by the first contact and a capacitance change amount by the second contact. Paddy field weeding robot described in 1.
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