(57)【要約】【課題】自律走行によって作物の条間の除草作業ができ、低コストで製造可能な電動作業車両を提供する。【解決手段】左右一対の走行装置２０と、それぞれの走行装置２０を駆動する左右一対の走行モータ２６と、除草をするための除草装置３０と、自律走行をするための自律走行プログラムを格納した制御部７０とを備え、自律走行で除草が可能な電動作業車両１において、電動作業車両１の周辺を撮像可能な撮像装置５０を備え、制御部７０は、撮像装置５０によって撮像された画像の色情報に基づいて作物を識別し、作物の条間を自律走行して除草をする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
左右一対の走行装置と、
該それぞれの走行装置を駆動する左右一対の走行モータと、
除草をするための除草装置と、
自律走行をするための自律走行プログラムを格納した制御部とを備え、
自律走行で除草が可能な電動作業車両において、
前記電動作業車両の周辺を撮像可能な撮像装置を備え、
前記制御部は、前記撮像装置によって撮像された画像の色情報に基づいて作物を識別し、
前記作物の条間を自律走行して除草をすることを特徴とする、電動作業車両。
【請求項２】
左右一対の走行装置と、
該それぞれの走行装置を駆動する左右一対の走行モータと、
除草をするための除草装置と、
自律走行をするための自律走行プログラムを格納した制御部とを備え、
自律走行で除草が可能な電動作業車両において、
前記電動作業車両の周辺を撮像可能な撮像装置を備え、
前記制御部は、前記撮像装置によって撮像された画像の色情報に基づいて走行可能領域を識別し、
前記走行可能領域を自律走行して除草をすることを特徴とする、電動作業車両。
【請求項３】
前記撮像装置を保護する無色透明な保護カバーと、
前記保護カバーの外側面の付着物を除去する除去装置とを備え、
前記撮像装置は、前記保護カバー越しに前記電動作業車両の周辺を撮像可能であり、
前記制御部は、前記画像の色情報に基づいて前記保護カバーの外側面の付着物を識別し、前記除去装置を作動させることを特徴とする、請求項１または２に記載の電動作業車両。
【請求項４】
前記保護カバーは、円筒形状であり、該保護カバーの内部に前記撮像装置を配設し、
前記除去装置は、前記保護カバーの外周面に当接するワイパーと、前記保護カバーを円筒軸を軸として回動する回動装置とから構成され、
前記保護カバーを回動し、前記ワイパーによって該保護カバーの外周面に付着した付着物を除去することを特徴とする、請求項３に記載の電動作業車両。
【請求項５】
前記制御部は、前記画像の色情報に基づいて農地の境界を識別し、該境界内を自律走行させることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の電動作業車両。
【請求項６】
前記電動作業車両の周辺の障害物を検出する障害物検出センサを備えることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の電動作業車両。
【請求項７】
前記除草装置は、車両後部に設けられたレーキであり、左右方向を軸として回動自在であることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の電動作業車両。
【請求項８】
前記レーキに加わる荷重を検出する荷重センサと、
前記レーキを左右方向を軸として回動する回動装置とを備えることを特徴とする、請求項７に記載の電動作業車両。
【請求項９】
警報装置を備えることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれかに記載の電動作業車両。
【請求項１０】
通信装置を備えることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれかに記載の電動作業車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、左右一対の走行装置と、該それぞれの走行装置を駆動する左右一対の走行モータと、除草をするための除草装置と、自律走行をするための自律走行プログラムを格納した制御部とを備え、自律走行で除草が可能な電動作業車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
水田の除草方法には、除草剤による除草、作業員の人力による除草、手押し型や乗車型の除草作業機による除草、合鴨農法などの動物による除草などがある。近年は、環境に与える負荷の低減や安全な食料の供給などの理由から、除草剤を用いない除草が要望されている。
【０００３】
しかし、作業員の人力による除草は、重労働であり作業員への負担が非常に重い。また、除草作業機による除草は、高価な除草作業機の購入にコストがかかる。また、作業員が除草作業機を操作しながら除草するため、作業員は除草作業に拘束されるので作業効率が悪い。動物による除草は、除草にむらができるとともに、飼育費用や飼育に係る作業が増加してしまう。
【０００４】
そこで、上記の課題を解決するために、自律走行によって除草をする水田除草ロボットが提案されている。例えば、稲株が通過可能なスペースを中央部に有した本体と、本体の下部に設けられた一対又は複数対の車輪と、車輪のそれぞれを駆動する複数の駆動部と、本体の下部に設けられた一対又は複数対のフロートと、本体の前部に設けられて稲株を検出する検出手段と、稲株が前記スペース内の中心部を通過するように駆動部を介し車輪の回転を制御する制御装置とを有するものがある（特許文献１）。ここで、特許文献１では、接触または非接触のセンサで稲株を検出するものである。また、稲株の検出をカメラによって撮像した画像から検出するものもある（非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１２０５７３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】田畑克彦、他４名、「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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１と非特許文献１において、水田除草ロボットは、正面視逆Ｕ字形状であり、機体の中央部を苗が通過し、苗の両側に走行装置を備える構成である。したがって、これらの水田除草ロボットの構造は複雑であるとともに大きく、その製造コストが高くなるという問題がある。また、苗は機体の中央部を通過するため、苗が成長した際には、苗と水田除草ロボットが接触して苗を傷つけるという問題もある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、自律走行によって作物の条間の除草作業ができ、低コストで製造可能な電動作業車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の電動作業車両は、
左右一対の走行装置と、
該それぞれの走行装置を駆動する左右一対の走行モータと、
除草をするための除草装置と、
自律走行をするための自律走行プログラムを格納した制御部とを備え、
自律走行で除草が可能な電動作業車両において、
前記電動作業車両の周辺を撮像可能な撮像装置を備え、
前記制御部は、前記撮像装置によって撮像された画像の色情報に基づいて作物を識別し、
前記作物の条間を自律走行して除草をすることを特徴とする。
【００１０】
また、左右一対の走行装置と、
該それぞれの走行装置を駆動する左右一対の走行モータと、
除草をするための除草装置と、
自律走行をするための自律走行プログラムを格納した制御部とを備え、
自律走行で除草が可能な電動作業車両において、
前記電動作業車両の周辺を撮像可能な撮像装置を備え、
前記制御部は、前記撮像装置によって撮像された画像の色情報に基づいて走行可能領域を識別し、
前記走行可能領域を自律走行して除草をすることを特徴とする。
【００１１】
更に、前記撮像装置を保護する無色透明な保護カバーと、
前記保護カバーの外側面の付着物を除去する除去装置とを備え、
前記撮像装置は、前記保護カバー越しに前記電動作業車両の周辺を撮像可能であり、
前記制御部は、前記画像の色情報に基づいて前記保護カバーの外側面の付着物を識別し、前記除去装置を作動させることを特徴とする。
【００１２】
更に、前記保護カバーは、円筒形状であり、該保護カバーの内部に前記撮像装置を配設し、
前記除去装置は、前記保護カバーの外周面に当接するワイパーと、前記保護カバーを円筒軸を軸として回動する回動装置とから構成され、
前記保護カバーを回動し、前記ワイパーによって該保護カバーの外周面に付着した付着物を除去することを特徴とする。
【００１３】
更に、前記制御部は、前記画像の色情報に基づいて農地の境界を識別し、該境界内を自律走行させることを特徴とする。
【００１４】
更に、前記電動作業車両の周辺の障害物を検出する障害物検出センサを備えることを特徴とする。
【００１５】
更に、前記除草装置は、車両後部に設けられたレーキであり、左右方向を軸として回動自在であることを特徴とする。
【００１６】
更に、前記レーキに加わる荷重を検出する荷重センサと、前記レーキを左右方向を軸として回動する回動装置とを備えることを特徴とする。
【００１７】
更に、警報装置を備えることを特徴とする。
【００１８】
更に、通信装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の電動作業車両によれば、左右一対の走行装置と、該それぞれの走行装置を駆動する左右一対の走行モータと、除草をするための除草装置と、自律走行をするための自律走行プログラムを格納した制御部とを備え、自律走行で除草が可能な電動作業車両において、前記電動作業車両の周辺を撮像可能な撮像装置を備え、前記制御部は、前記撮像装置によって撮像された画像の色情報に基づいて作物を識別し、前記作物の条間を自律走行して除草をする。
【００２０】
これにより、簡易な構成と制御によって作物の条間の自律走行が可能となる。したがって、自律走行によって作物の条間の除草作業ができ、低コストで製造可能な電動作業車両を提供できる。
【００２１】
また、本発明の電動作業車両によれば、左右一対の走行装置と、該それぞれの走行装置を駆動する左右一対の走行モータと、除草をするための除草装置と、自律走行をするための自律走行プログラムを格納した制御部とを備え、自律走行で除草が可能な電動作業車両において、前記電動作業車両の周辺を撮像可能な撮像装置を備え、前記制御部は、前記撮像装置によって撮像された画像の色情報に基づいて走行可能領域を識別し、前記走行可能領域を自律走行して除草をする。
【００２２】
これにより、簡易な構成と制御によって作物や障害物のない領域（走行可能領域）の自律走行が可能となる。したがって、自律走行によって作物の条間の除草作業ができ、低コストで製造可能な電動作業車両を提供できる。
【００２３】
更に、本発明の電動作業車両によれば、前記撮像装置を保護する無色透明な保護カバーと、前記保護カバーの外側面の付着物を除去する除去装置とを備え、前記撮像装置は、前記保護カバー越しに前記電動作業車両の周辺を撮像可能であり、前記制御部は、前記画像の色情報に基づいて前記保護カバーの外側面の付着物を識別し、前記除去装置を作動させるので、保護カバーの外側面に土や虫などが付着しても、これら付着物を除去することができる。したがって、付着物よる撮像不良（画像への付着物の写りこみ）を回避して自律走行を継続させることができ、除草作業の効率が向上する。
【００２４】
更に、本発明の電動作業車両によれば、前記保護カバーは、円筒形状であり、該保護カバーの内部に前記撮像装置を配設し、前記除去装置は、前記保護カバーの外周面に当接するワイパーと、前記保護カバーを円筒軸を軸として回動する回動装置とから構成され、前記保護カバーを回動し、前記ワイパーによって該保護カバーの外周面に付着した付着物を除去するので、保護カバーの外側面に土や虫などが付着しても、これら付着物を除去することができる。したがって、付着物よる撮像不良（画像への付着物の写りこみ）を回避して自律走行を継続させることができ、除草作業の効率が向上する。また、除去装置は簡易な構成であるため、低コストで製造することができる。
【００２５】
更に、本発明の電動作業車両によれば、前記制御部は、前記画像の色情報に基づいて農地の境界を識別し、該境界内を自律走行させるので、農地の境界の位置情報を必要とせず、農地内の自立走行が可能となる。
【００２６】
更に、本発明の電動作業車両によれば、前記電動作業車両の周辺の障害物を検出する障害物検出センサを備えるので、障害物との衝突を回避でき、電動作業車両の故障を防止できる。また、電動作業車両と作物との衝突を確実に回避でき、作物を傷つけることを防止できる。
【００２７】
更に、本発明の電動作業車両によれば、前記除草装置は、車両後部に設けられたレーキであり、左右方向を軸として回動自在であるので、簡易な構成で除草が可能であり、電動作業車両の製造コストを低減できる。また、凹凸がある地面であっても、レーキがこの凹凸に対応して回動するため、除草のむらを低減することができ、より確実に除草することができる。
【００２８】
更に、本発明の電動作業車両によれば、前記レーキに加わる荷重を検出する荷重センサと、前記レーキを左右方向を軸として回動する回動装置とを備えるので、レーキの地面への引っかかりを検出することができ、レーキを回動させることで引っ掛かりを取除くことができる。したがって、レーキの土への引っ掛かりによる電動作業車両の自律走行の停止を防止し、自律走行を継続させることができ、除草作業の効率が向上する。また、電動作業車両に過度の負荷が加わることを防止し、電動作業車両の故障を低減できる。
【００２９】
更に、本発明の電動作業車両によれば、警報装置を備えるので、電動作業車両の不具合などを周囲に明示告知することができる。したがって、電動作業車両の不具合などを早期に発見でき、除草作業の効率が向上する。
【００３０】
更に、本発明の電動作業車両によれば、通信装置を備えるので、電動作業車両の遠隔操作が可能となる。また、離れた場所から作物の状態や電動作業車両の作動状態を確認することが可能となる。したがって、作業員の作業量を低減することができるとともに、除草作業の効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に係る電動作業車両の一例としての、水田除草ロボットを示す左側面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】保護カバーの斜視図である。
【図４】保護カバーと除去装置とを説明するための平面図である。
【図５】制御の処理フローの一例を説明するための図である。
【図６】撮像装置によって撮像された画像の一例を示す概略図である。
【図７】図６における画像に画像分割処理を施した画像を示す概略図である。
【図８】画像分割処理を施した画像における判定点を説明するための図である。
【図９】畦の直前で撮像された画像の一例に画像分割処理を施した画像を示す概略図である。
【図１０】別の苗の条間へ移動する際の旋回を説明する模式図である。
【図１１】画像分割処理を施した画像における別の判定点を説明するための図である。
【図１２】制御の処理フローの一例を説明するための図である。
【図１３】撮像装置によって撮像された画像の一例を示す概略図である。
【図１４】図１３における画像に別の画像分割処理を施した画像を示す概略図である。
【図１５】本発明の別の実施形態に係る水田除草ロボットの一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態について詳述する。なお、この明細書において、「前」とは電動作業車両の前進方向を、「後」とは後進方向を、「左右」とはそれぞれ、前進方向に向かって「左右」を、「上下」とはそれぞれ、電動作業車両の「上下」方向を意味するものとする。図１は、本発明の実施形態に係る電動作業車両の一例としての、水田除草ロボットを示す左側面図である。図２は、図１の平面図である。図３は、斜め上方から見た保護カバーの斜視図である。図４は、保護カバーと除去装置を説明するための平面図である。
【００３３】
図１，図２に示されるように、水田除草ロボット（電動作業車両）１は、機体１０と、左右一対の走行装置２０（２０Ｒ，２０Ｌ）と、それぞれの走行装置２０Ｒ，２０Ｌを駆動する左右一対の走行モータ２６（２６Ｒ，２６Ｌ）と、除草装置３０とを備える。また、水田除草ロボット１は、水田除草ロボット１の周辺を撮像可能な撮像装置５０と、バッテリー６０と、警報装置６５と、制御部７０なども備える。走行モータ２６、撮像装置５０、警報装置６５などは、制御部７０の制御下で動作する。
【００３４】
機体１０は、主に樹脂から構成されたものであり、機体下部１１と、機体下部１１の上方に配設された機体上部１２とからなる。機体下部１１は、前後方向に長尺な略直方体であり、前部は側面視先細り形状であり、底部は船底形状をしている。そして、水田除草ロボット１において、この機体下部１１がフロートの役割を果たし、水田での走行時に、機体１０に浮力を与える。機体上部１２は、前後方向に長尺な略直方体である。機体上部１２の前部は、撮像装置５０を保護する無色透明な保護カバー４０を備え、撮像装置５０は保護カバー４０越しに機体１０の前方が撮像可能である。
【００３５】
走行装置２０（２０Ｒ，２０Ｌ）は、クローラ式の走行装置であって、左右で対称形状である。走行装置２０は、駆動輪２１と、二つの従動輪２２と、３つの補助ローラ２３と、クローラベルト２４と、取付フレーム２５などから構成される。クローラベルト２４は、駆動輪２１、２つの従動輪２２、３つの補助ローラ２３に外接するように掛け回されている。そして、機体１０に備える左右一対の走行モータ２６Ｒ，２６Ｌが、左右の駆動輪２１Ｒ，２１Ｌをそれぞれ独立して回転させる。つまり、左右一対の走行モータ２６Ｒ，２６Ｌが、左右の走行装置２０Ｒ，２０Ｌをそれぞれ独立して駆動させる。なお、走行モータ２６は、不図示のギヤを介して左右の走行装置２０と連結している。また、走行モータ２６の電力は、機体１０に備えるバッテリー６０から供給される。
【００３６】
左右の走行装置２０Ｒ，２０Ｌをそれぞれ独立して駆動させることで、水田除草ロボット１の前進、後進、旋回等を行うことができる。前進と後進時には、左右の走行装置２０Ｒ，２０Ｌを同一方向かつ同一速度で駆動させる。旋回時には、右の走行装置２０Ｒと、左の走行装置２０Ｌとを異なる速度で駆動させる。また、右の走行装置２０Ｒと、左の走行装置２０Ｌとを前後逆方向に駆動させることで、ゼロターンが可能となる。
【００３７】
なお、走行装置２０は、上述の構成に限定されるものではなく、水田除草ロボット１を走行可能（前進、後進、旋回など）とするものであればよい。例えば、前後左右の４つの車輪から構成されるものであってもよく、前の左右の２つの車輪を従動輪とし、後の左右の２つの車輪を２つの走行モータ２６Ｒ，２６Ｌによってそれぞれ駆動する駆動輪とする構成であってもよい。また、車輪の外周端部に複数のフィンを備え、このフィンによって水を掻くことができる構成としてもよい。
【００３８】
除草装置３０は、レーキであり、５つのアーム３１と、回動シャフト３２と、左右の取付アーム３３などから構成され、機体１０の後部に備えられる。アーム３１は、側面視において、略Ｌ字形状である。アーム３１の一端は先細り形状であり、他端には貫通穴を備える。５つのアーム３１の貫通穴には、回動シャフト３２が挿通される。この回動シャフト３２は、左右の取付アーム３３のそれぞれの上端に固定される。左右の取付アーム３３のそれぞれの下端は、機体１０（機体下部１１）の後端に取り付けられる。したがって、５つのアーム３１は、それぞれの一端が機体１０に左右方向を軸として回動自在に支持される。なお、５つのアーム３１は、機体１０の左右方向に略等間隔で整列して位置している。また、５つのアーム３１の先細り形状の先端は、下方を向いている。このアーム３１の先細り形状の先端がアーム３１の自重によって水田の土に突き刺さる。そして、除草装置３０は、水田除草ロボット１が前進することで、水田の土を掘り起こして除草する。
【００３９】
上述のように、除草装置３０は簡易な構成のレーキであり、低コストで製造可能である。また、アーム３１は、機体１０に左右方向を軸として回動自在に支持されているため、地面に凹凸があっても、この凹凸に対応して回動するため、除草のむらを低減することができ、より確実に除草することができる。
【００４０】
ここで、除草装置３０は、上述の構成に限定されるものではなく、水田除草ロボット１の前進にともなって除草することができるものであればよい。例えば、５つのアーム３１が、一体として機体１０に左右方向を軸として回動自在に支持される構成であってもよい。アーム３１の一端を回動シャフト３２に固設し、この回動シャフト３２を取付アーム３３によって回動自在に支持する構成であってもよい。また、アーム３１の数は５つに限定されるものではない。アーム３１の数や配設位置は、苗の条間に応じて適宜設計するものである。
【００４１】
保護カバー４０は、図３に示すように、円板上の上部４１と、上部４１の周縁から垂下される円筒形状の胴部４２とからなる。上部４１の上面には、胴部４２の円筒軸と同軸である、プーリ４３と回動シャフト４４とが形成されている。また、上部４１には、上下方向に貫通した複数の貫通穴４５が形成されている。保護カバー４０は、回動シャフト４４により、円筒軸を軸として機体１０に回動自在に支持される。
【００４２】
機体１０の内部には、図４に示すように、保護カバー４０を、円筒軸を軸として回動させる電動モータ４６を備える。より詳細には、電動モータ４６の駆動軸には、プーリ４７が固設され、プーリ４３とプーリ４７との間には無端体であるベルト４８が張架される。また、機体１０は、保護カバー４０の胴部４２の外周面に当接する円筒軸方向に延設した２つのワイパー４９Ｒ，４９Ｌを備える（図３参照）。２つのワイパー４９Ｒ，４９Ｌは、機体１０の前部であって、左右対称の位置に配設されており、２つのワイパー４９Ｒ，４９Ｌと、２つのワイパー４９Ｒ，４９Ｌの間に位置する保護カバー４０の胴部４２の外周面は、機体１０の外側に露出している。なお、保護カバー４０と機体１０との間には適宜不図示のシール部材が設けられており、機体１０と保護カバー４０の内部には水や土などが浸入しない構成となっている。
【００４３】
撮像装置５０は、保護カバー４０の内部であって、機体１０に取り付けられる。つまり、保護カバー４０が円筒軸を軸として回動しても、撮像装置５０は回動しない構成である。撮像装置５０は、無色透明な保護カバー４０の胴部４２越しに機体１０の前方が撮像可能である。なお、保護カバー４０は無色透明であるため、撮像装置５０が保護カバー４０の胴部４２越しに撮像しても、撮像された画像には保護カバー４０の影響は出ない。撮像装置５０の撮像方向は、図４における矢印方向であり、２つのワイパー４９Ｒ，４９Ｌの間から機体１０の前方を撮像する。
【００４４】
ここで、撮像装置５０の撮像方向に位置する保護カバー４０の胴部４２の外周面は、機体１０の外側に露出しているため、この外周面に土や虫などが付着することがある。そして、土や虫などが付着した状態で撮像装置５０が撮像した場合、撮像された画像にはこれらの付着物が写りこみ、機体１０の前方が明確に撮像されないことがある。このような場合には、上述の電動モータ４６を駆動することで、保護カバー４０を円筒軸を軸として回動させる。保護カバー４０が回動することで、ワイパー４９Ｒ，４９Ｌによって、保護カバー４０の胴部４２の外周面に付着した土や虫などを除去することができる。したがって、電動モータ４６とワイパー４９Ｒ，４９Ｌとは、保護カバー４０の胴部４２の外周面の付着物を除去する除去装置の役割を果たす。
【００４５】
また、保護カバー４０に形成された貫通穴４５は、保護カバー４０の内部と機体１０の内部とを連通するものであり、保護カバー４０の内部に空気が篭もりにくくしている。そして、この貫通穴４５は、保護カバー４０の内面に結露が発生することを防止している。したがって、撮像装置５０は、この結露の影響を受けることなく、機体１０の前方が撮像可能である。なお、保護カバー４０の内面に結露が発生することを防止できればよく、その結露防止機構はどのようなものであってもよい。例えば、貫通穴４５に替わって、保護カバー４０の胴部４２に結露防止用の電熱線を設けてもよい。しかし、保護カバー４０は回動するので、この電熱線の配線が複雑化してしまう。したがって、より簡単な構成である貫通穴４５によって結露を防止することが好ましい。
【００４６】
警報装置６５は、機体１０の上部に配設され、水田除草ロボット１が異常状態であるとき（例えば、自律走行が不可能となったとき）に、周囲に異常を知らせるものである。警報装置６５は特に限定されるものではなく、周囲に異常を知らせることが可能なものであればよい。例えば、音や光によって周囲に異常を知らせるものである、警報音発生装置やランプ点滅装置などであってもよい。なお、水田除草ロボット１は警報装置６５を備えない構成であっても良いが、水田除草ロボット１は作物としての苗の条間を走行するため、苗が邪魔をして水田除草ロボット１が発見しにくい場合がある。したがって、警報装置６５を備えるのが好ましく、音と光の両方によって周囲に異常を知らせるものであることが好ましい。また、警報装置６５を備えることで、水田除草ロボット１が異常状態であることを早期に認識することができ、水田除草ロボット１の異常状態である時間を短くすることができ、除草作業の効率が向上する。
【００４７】
制御部７０は、機体１０内部に配置され、不図示の演算部や記憶部などから構成され、各装置を制御するものである。また、制御部７０は、自律走行をするための自律走行プログラムや、後述する撮像装置５０によって撮像された画像の画像処理をするための画像処理プログラムなどを有している。そして、制御部７０によって、画像処理や走行モータ２６の制御を行い、水田除草ロボット１を自律走行させる。
【００４８】
また、水田除草ロボット１は、制御部７０に接続した不図示の通信装置を備える。通信装置は無線で情報の送受信を行うものであって、不図示の外部操作装置と情報の送受信を行う。外部操作装置は、作業員が水田除草ロボット１の遠隔操作を行うものであり、水田除草ロボット１と情報の送受信が可能な構成である。
【００４９】
なお、外部操作装置は、撮像装置５０によって撮像された画像をモニターによって確認することができる構成であり、作業員は水田から離れた場所でも苗の状態を確認することができる。したがって、作業員は水田まで移動する必要がなく、作業員の作業量を低減することができる。また、外部操作装置は、警報装置６５が作動したことを作業員に知らせる構成であり、水田除草ロボット１が異常状態であることを水田から離れた場所にいる作業員に知らせることができる。したがって、水田除草ロボット１が異常状態である時間を短くすることができ、除草作業の効率が向上する。また、水田除草ロボット１を回収する際、外部操作装置によって警報装置６５を動作させることで、苗などによって隠れている水田除草ロボット１を容易に発見することができる。ここで、水田除草ロボット１は、外部操作装置によって操作を行わない構成であってもよいが、これらの理由から、外部操作装置によって操作を行う構成の方が好ましい。
【００５０】
次に、水田除草ロボット１の自律走行について説明する。水田除草ロボット１は、撮像装置５０によって撮像された画像に基づいて作物としての苗を識別し、この識別した苗の条間を自律走行するものである。図５には、水田除草ロボット１の自律走行における制御の処理フローの一例を説明するための図を示す。
【００５１】
まず、水田除草ロボット１を、苗の条間であって、進行方向が苗の条方向と並行になるように配置し、外部操作装置で自律走行開始の指示をし、水田除草ロボット１の自律走行を開始する（ＳＴＡＲＴ）。
【００５２】
自律走行が開始された水田除草ロボット１は、撮像装置５０によって水田除草ロボット１の前方を撮像する（ステップＳ１）。撮像された画像の一例の概略図を図６に示す。ここで、図６では、苗８０と水田（農地）の境界としての畦８１を示し、直線Ｌ１は画像の左右方向の中心線であり、水田除草ロボット１の左右方向の中心から前方に延びる直線と一致する。つまり、直線Ｌ１は、水田除草ロボット１の前進時の走行方向を示すものとなる。
【００５３】
次に、制御部７０は、この画像に、色に基づいて複数の領域に分割する公知の画像分割処理を施す（ステップＳ２）。本発明の実施形態では、画像分割処理の一例であるフラッドフィル（Ｆｌｏｏｄ  Ｆｉｌｌ）処理を施す。分割する際の色は、苗の色（緑色）と、水田を区画している盛り土である畦の色（茶色）と、保護カバー４０の外周面に土や虫などが付着した際に画像に写りこむ色（黒色）と、それ以外の色である。ここで、保護カバー４０の外周面に付着した付着物は、撮像装置５０との距離が近いため、黒色として撮像される。つまり、ここでの画像分割処理は、苗の色と畦の色と付着物の色の３種類のみに基づく領域の分割であり、比較的簡易なものである。なお、画像分割処理は、苗と畦と付着物との領域を抽出して分割可能であればよく、その画像処理方法は特に限定されるものではない。また、色の閾値は適宜設計するものである。
【００５４】
図７には、図６における画像にこの画像分割処理を施した画像を示す概略図を示す。図７において、説明の便宜上、苗が写っている領域８２を右上がりの斜め線のハッチングとし、畦が写っている領域８３を縦線のハッチングとして表す。なお、図６は保護カバー４０の外周面に付着物がない状態で撮像されたものであり、図７には黒色の領域はない。
【００５５】
水田除草ロボット１は、この画像分割処理によって識別された苗が写っている領域８２と畦が写っている領域８３以外の領域８４を走行可能領域として自律走行する。ここで、保護カバー４０の外周面に付着物がある場合、この付着物の写りこみによって苗や畦が明確に撮像されない。そこで、保護カバー４０の外周面の付着物の有無を画像分割処理された画像（図７）を用いて判定する（ステップＳ３）。
【００５６】
この付着物の判定は、画像分割処理された画像全体における、付着物が写りこんだ領域、つまり、黒色の領域全体の大きさによって判定する。黒色の領域全体が、画像全体に対して、５パーセント以上の大きさの場合、保護カバー４０の外周面に付着物があるものとする。
【００５７】
したがって、黒色の領域全体が、画像全体に対して、５パーセント以上の大きさの場合、電動モータ４６を駆動させ、保護カバー４０を円筒軸を軸として回動させ、ワイパー４９Ｒ，４９Ｌによって保護カバー４０の外周面の付着物を除去する（ステップ４）。ここで、保護カバー４０の回動方向、回動角度は、保護カバー４０の大きさなどに基づいて適宜設定するものである。なお、保護カバー４０は、図４における時計回りと反時計回りとの両方向に順次回動させることが望ましい。このような構成にすることで付着物はワイパー４９Ｒ，４９Ｌによって異なる方向から拭き取られるため、より確実に付着物を除去することが可能となる。そして、撮像装置５０によって水田除草ロボット１の前方を撮像し（ステップＳ１）、ステップＳ２、ステップＳ３を繰り返す。
【００５８】
なお、このステップＳ４を連続して繰り返した場合には、その連続して繰り返した回数を記憶する。この回数が所定の回数、例えば５回となった場合に警報装置６５を作動させる。ステップＳ４では保護カバー４０の外周面の付着物を除去するが、連続してステップＳ４を繰り返す場合、この付着物が除去できない状態である。したがって、水田除草ロボット１は前方を明瞭に撮像することができず、自律走行が不可能な状態であることを、警報装置６５によって周囲に知らせる。
【００５９】
ここで、上述の保護カバー４０の外周面の付着物の有無の判定に用いる黒色の領域全体の大きさの閾値は限定されるものではない。しかし、黒色の領域全体の大きさの閾値は、少なくとも画像全体に対して１パーセント以上かつ１０パーセント以下であることが好ましい。１パーセント未満でる場合、細かい付着物であっても付着物の除去を行うため、自律走行が度々中断されることになり、除草作業の効率が低下してしまう。１０パーセントを超える場合、明瞭な画像を撮像することができずに、後述する自律走行の制御で不具合が発生し、苗の条間を自律走行できない場合がある。
【００６０】
また、保護カバー４０の外周面の付着物の有無の判定は上述の方法に限定されるものではない。例えば、複数ある黒色の領域のそれぞれの大きさを演算し、黒色の領域のいずれかの大きさが所定の大きさより大きい場合に、保護カバー４０の外周面に付着物があると判定してもよい。また、これらを組み合わせて判定してもよい。
【００６１】
黒色の領域全体が、画像全体に対して、５パーセント未満の大きさの場合、保護カバー４０の外周面に付着物がないものとし、画像分割処理を施した画像に基づく自律走行の制御のステップに移行する。ここで、水田除草ロボット１は、苗の条間を走行するため、水田除草ロボット１の左右の側方には苗の条が位置している。したがって、画像分割処理された画像（図７）を用いて、水田除草ロボット１と、水田除草ロボット１の左右側方に位置する苗の条との関係を認識し、その関係に基づいて自律走行するように制御する。
【００６２】
図８に示すように、画像分割処理された画像（図７）の左右方向の中心線の直線Ｌ１上であり、上下方向の中央やや下方（画像の最下端から距離Ｈの位置）の点を判定点Ｐとする。この判定点Ｐは、水田除草ロボット１の前進時の走行方向上に対応する。また、判定点Ｐの画像における上下方向の位置は、水田除草ロボット１との距離に対応する。つまり、この判定点Ｐがどの領域内に位置しているかによって、水田除草ロボット１の前方の状況を判定することが可能である。ここでの判定点Ｐは、水田除草ロボット１の直前（約５０ｃｍ前方）に対応している。なお、判定点Ｐの位置は上述の位置に限定されるものではなく、適宜設定するものである。
【００６３】
したがって、画像分割処理された画像に対し、判定点Ｐがどの領域内に位置しているかを判定する（ステップＳ５）。判定点Ｐが領域８４内に位置している場合、水田除草ロボット１は、苗または畦が直前にない場所に位置していることが分かる。ここで、水田除草ロボット１は苗の条間を走行するため、このような場合、水田除草ロボット１は苗の条間に位置していることが分かる。なお、判定点Ｐが領域８２内に位置している場合、水田除草ロボット１は苗の直前に位置していることが分かる。また、判定点Ｐが領域８３内に位置している場合、水田除草ロボット１は畦の直前に位置していることが分かる。また、判定点Ｐが黒色の領域内に位置している場合、水田除草ロボット１の直前がどのような状況であるかは判断できない。
【００６４】
まず、上述のステップＳ５で、判定点Ｐが領域８４内に位置している場合について説明する。このとき、水田除草ロボット１は苗の条間に位置しているため、水田除草ロボット１を前進走行させる（ステップＳ６）。ここで、水田除草ロボット１を前進走行させる際、苗の条に沿って前進させる必要がある。したがって、水田除草ロボット１を前進走行させる前に、水田除草ロボット１と、水田除草ロボット１の左右側方に位置する苗（苗の条）との位置関係を画像から把握する。
【００６５】
画像分割処理された画像（図８）において、判定点Ｐを通り、直線Ｌ１と直交する線を直線Ｌ２とする。直線Ｌ１の右側における直線Ｌ２と領域８２の縁との交点であって、判定点Ｐに最も近い点を点ＱＲとする。点Ｐと点ＱＲとの距離はＷＲである。直線Ｌ１の左側における直線Ｌ２と領域８２の縁との交点であって、判定点Ｐに最も近い点を点ＱＬとする。判定点Ｐと点ＱＬとの距離はＷＬである。
【００６６】
水田除草ロボット１は、苗の条間に位置しているため、この距離ＷＲ，ＷＬから水田除草ロボット１と水田除草ロボット１の左右側方の苗の条との位置関係が分かる。距離ＷＲが所定の値より小さい場合、水田除草ロボット１は右側の苗の条の近くに位置していることが分かる。距離ＷＬが所定の値より小さい場合、水田除草ロボット１は左側の苗の条の近くに位置していることが分かる。なお、距離ＷＲ，ＷＬに対する上述の所定の値は、苗の条間の幅と、撮像装置５０の撮像方向とによって変わるものであり、適宜設定するものである。
【００６７】
したがって、距離ＷＲと距離ＷＬが所定の値より大きい場合、水田除草ロボット１と左右側方の苗の条との間にはスペースがあるため、水田除草ロボット１を前進走行させる（ステップＳ６１）。
【００６８】
距離ＷＲが所定の値より小さい場合、水田除草ロボット１は右側の苗の条の近くに位置しているため、水田除草ロボット１を所定角度だけ左に旋回走行またはゼロターンさせた後に前進走行させる（ステップＳ６２）。
【００６９】
距離ＷＬが所定の値より小さい場合、水田除草ロボット１は左側の苗の条の近くに位置しているため、水田除草ロボット１を所定角度だけ右に旋回走行またはゼロターンさせた後に前進走行させる（ステップＳ６３）。つまり、ステップＳ６２，Ｓ６３では、水田除草ロボット１の向きを変更した後に前進走行させる。
【００７０】
距離ＷＲと距離ＷＬが所定の値より小さい場合、後述する異常モードへ移行する（ステップＳ６４）。
【００７１】
ここで、旋回やゼロターンの所定角度は限定されるものではないが、５°以上かつ３０°以下であることが好ましい。角度が５°未満である場合、水田除草ロボット１の向きがあまり変更されない。また、角度が３０°を越えるである場合、水田除草ロボット１の向きが変更されすぎ、前進走行させると向きを変更した側（ステップＳ６２が選択されたときは左側、ステップＳ６３が選択されたときは右側）にある苗の条に近づくようになってしまう。
【００７２】
また、所定角度は、距離ＷＲ，ＷＬの値に基づくものであってもよい。つまり、水田除草ロボット１と水田除草ロボット１の左右側方の苗の条との距離によって、所定角度を変更する構成としてもよい。このような構成にすることで、水田除草ロボット１をより正確に苗の条に沿って前進させることができる。
【００７３】
ステップＳ６１，Ｓ６２，Ｓ６３が選択されている場合には、所定の時間だけ前進した後、撮像装置５０によって水田除草ロボット１の前方を撮像し（ステップＳ１）、ステップＳ２〜Ｓ５を繰り返す。なお、所定の時間は特に限定されるものではなく、例えば１秒である。所定の時間が長いと前進時に苗に当接する可能性が増加し、所定の時間が短いと制御部７０の演算負荷が増加するため、適宜設定するものである。なお、所定の時間に替わって、所定の距離だけ前進した後に、ステップＳ１を行う構成としてもよい。
【００７４】
上述の異常モードとは、水田除草ロボット１が前進できない状態のことを表す。ステップＳ６４において、距離ＷＲと距離ＷＬが所定の値より小さい場合、水田除草ロボット１が苗の条間に位置していない、苗が倒れている、苗の条間の幅が狭いなどの異常状態であることが分かる。このような状態で水田除草ロボット１を前進させると、苗と接触し、水田除草ロボット１が走行不能状態（前進、後進、旋回等ができない状態）となる場合がある。また、水田除草ロボット１の前進によって苗を傷つけてしまう場合がある。そこで、水田除草ロボット１を所定角度だけゼロターンさせる（ステップＳ７）。このようにすることで水田除草ロボット１の向きを変更する。そして、撮像装置５０によって水田除草ロボット１の前方を撮像し（ステップＳ１）、ステップＳ２〜Ｓ５を繰り返す。
【００７５】
なお、このステップＳ７を連続して繰り返した場合には、その連続して繰り返した回数を記憶する。この回数が所定の回数、例えば５回となった場合に警報装置６５を作動させる。ステップＳ７では水田除草ロボット１がゼロターンして向きを変更するが、連続してステップ５を繰り返す場合、水田除草ロボット１は向きを変更しても前進できない状態である。したがって、このような水田除草ロボット１の自律走行が不可能な状態であることを、警報装置６５によって周囲に知らせる。
【００７６】
ここで、上述のゼロターン時における所定角度は限定されるものではないが、１０°以上かつ５０°以下であることが好ましい。角度が１０°未満である場合、水田除草ロボット１の向きがあまり変更されず、状況があまり変わらない。また、角度が５０°を超える場合、水田除草ロボット１の向きが変更されすぎ、状況が大きく変わりすぎてしまう。
【００７７】
なお、ステップＳ７は、水田除草ロボット１の向きを変更することで前進できない状態から前進できる状態にするためのものであり、向きの変更はゼロターンによるものに限定されない。例えば、所定時間後進した後に所定角度だけゼロターンさせる構成であってもよい。
【００７８】
次に、上述のステップＳ５で、判定点Ｐが領域８２内に位置している場合について説明する。このとき、水田除草ロボット１は苗の直前に位置している。したがって、水田除草ロボット１が前進できない状態であるため、上述の異常モードとして、水田除草ロボット１を所定角度だけゼロターンさせる（ステップＳ７）。このようにすることで水田除草ロボット１の向きを変更する。そして、撮像装置５０によって水田除草ロボット１の前方を撮像し（ステップＳ１）、ステップＳ２〜Ｓ５を繰り返す。なお、所定の回数連続してステップＳ７を繰り返した場合、水田除草ロボット１は自律走行が不可能な状態であるため、警報装置６５を作動させ、周囲に知らせる。
【００７９】
次に、上述のステップＳ５で、判定点Ｐが領域８３内に位置している場合について説明する。このとき、水田除草ロボット１は、畦の直前に位置している。つまり、水田除草ロボット１は、苗の条の終端近傍に位置している。そこで、水田除草ロボット１をこれまで走行していた苗の条間から、別の苗の条間へ移動させる（ステップＳ８）。
【００８０】
水田除草ロボット１が畦の直前であるときに撮像された画像に上述の画像分割処理を施した画像の概略図を図９に示す。図９において、判定点Ｐは領域８３内に位置している。直線Ｌ２の下側における直線Ｌ１と領域８３の縁との交点であって、判定点Ｐに最も近い点を点ＱＤとする。判定点Ｐと点ＱＤとの距離はＨＤである。
【００８１】
ここで、図１０に示すように、水田除草ロボット１は畦の直前の地点Ｒに位置しており（画像を撮像した地点）、上述の画像分割処理をした画像（図９）における距離ＨＤに基づいて、畦８１と水田除草ロボット１との位置関係（距離Ｄ）が分かる。なお、図１０における矢印は、水田除草ロボット１の走行方向を示す。また、苗の条間の幅ＷＰは苗の植え付け時に決まるものでおおよそ一定である。したがって、水田除草ロボット１を所定距離Ｄ１だけ前進させ（ステップＳ８１）、地点Ｓに位置させる。ステップＳ８１は、このステップＳ８１が終了した時に畦８１との距離を予め決められた所定の距離Ｄ２にするためのものである。そして、水田除草ロボット１を前進させる所定距離Ｄ１は、上述の距離ＨＤから算出される。
【００８２】
次に、水田除草ロボット１を所定の旋回半径Ｒ１で１８０°左または右旋回させ（ステップＳ８２）（図１０では左旋回）、地点Ｔに位置させる。この所定の旋回半径Ｒ１は苗の条間の幅ＷＰの半分である。ここで、ステップＳ８１の終了時における、水田除草ロボット１と畦８１との距離は常に一定の距離Ｄ２となるため、一定の旋回半径で旋回走行することで、隣の苗の条間に移動することが可能となる。そして、旋回走行後に、撮像装置５０によって水田除草ロボット１の前方を撮像し（ステップＳ１）、ステップＳ２〜Ｓ５を繰り返す。
【００８３】
ここで、ステップＳ８２で左または右のどちらの旋回をしたかを記憶する。また、ステップＳ８２で左または右のどちらの旋回をするかは、記憶されている直前のステップＳ８２の旋回方向に依存するものであり、直前のステップＳ８２の旋回方向とは反対方向に旋回させる。このように旋回方向を順次反対方向にすることで、順次異なる隣の苗の条間に移動することが可能となる。図１０においては、右の苗の条間から左側の苗の条間へと順次移動していく。
【００８４】
なお、ステップＳ８は、水田除草ロボット１をこれまで走行していた苗の条間から、別の苗の条間へ移動させることができればよく、上述の処理フローに限定されるものではない。例えば、右または左の旋回に替わって、ゼロターンを用いて直角に２回曲がる旋回であってもよい。
【００８５】
次に、上述のステップＳ５で、判定点Ｐが黒色の領域内に位置している場合について説明する。このとき、保護カバー４０の外周面の付着物によって水田除草ロボット１の直前がどのような状況であるかは判断できない。したがって、保護カバー４０の外周面の付着物を除去するため、上述のステップＳ４へ移行し（ステップＳ９）、付着物を除去する。そして、撮像装置５０によって水田除草ロボット１の前方を撮像し（ステップＳ１）、ステップＳ２〜Ｓ５を繰り返す。なお、所定の回数連続してステップＳ９を繰り返した場合、水田除草ロボット１は自律走行が不可能な状態であるため、警報装置６５を作動させ、周囲に知らせる。
【００８６】
水田除草ロボット１の自律走行を終了する場合は、外部操作装置で自律走行終了の指示をし、水田除草ロボット１の自律走行を終了する（ＥＮＤ）。なお、ステップＳ４，Ｓ７Ｓ９において、警報装置６５を所定の時間作動させた後、自律走行を終了する構成としてもよい。
【００８７】
上述のような処理フローに基づくことで、水田除草ロボット１は、撮像装置５０によって撮像された画像の色情報に基づいて苗を識別し、苗の条間を自律走行して除草をすることが可能となる。なお、この自律走行は、水田除草ロボット１の位置を検出して自律走行をさせる（例えば、ＧＰＳシステムや方位センサなどを用いる）必要が無く、画像のみに基づく簡易な制御である。また、自律走行の制御は、画像分割処理をした画像における特定の領域間の距離によって行われるものであり、簡易な演算と処理フローになる。したがって、水田除草ロボット１は、低コストで製造することが可能である。また、水田除草ロボット１は、苗の条間を走行するものであって、その横幅は条間よりも狭く小型な構成であるとともに、苗が成長した場合であっても水田除草ロボット１と苗が接触することはなく、苗を傷つけることがない。また、画像の色情報に基づいて水田の境界である畦を識別し、水田内を自律走行することが可能となる。したがって、自律走行させる水田の畦の位置情報を必要としないため、汎用性が高い。また、保護カバーの外側面に土や虫などが付着しても、これら付着物を除去することができ、付着物よる撮像不良を回避し、自律走行を継続させることができ、除草作業の効率が向上する。また、除去装置は簡易な構成であるため、低コストで製造することができる。
【００８８】
なお、撮像装置５０によって撮像した画像に画像分割処理をした画像に基づく水田除草ロボット１の自律走行（ステップＳ２〜Ｓ９）は、上述の構成に限定されるものではなく、例えば、判定点Ｐを複数設けた構成であってもよい。図１１に示すように、上述の判定点Ｐを中心として、その周りに新たな判定点Ｐ１〜Ｐ６を設け、６つの判定点Ｐ１〜Ｐ６と苗が写っている領域８２との位置関係も考慮して自律走行する構成としてもよい。
【００８９】
このような構成にすることで、より確実に苗の条間を走行することが可能となる。また、水田の凹凸によって機体１０が傾斜した場合であっても、各判定点Ｐ１〜Ｐ６における苗が写っている領域や畦が写っている領域との位置関係から機体１０が傾斜していることを認識することが可能である。したがって、このような状況においても苗の条間を走行することが可能となる。
【００９０】
ここで、上述の説明では、画像分割処理によって苗の領域を識別した画像に基づいて自律走行するものであったが、これに限定されるものではない。画像分割処理によって特定の領域を識別し、この特定の領域を識別した画像に基づいて自律走行するものであればよい。例えば、画像分割処理によって水田除草ロボット１が走行可能な領域を識別し、この走行可能な領域を識別した画像に基づいて自律走行するものであってもよい。
【００９１】
次に、水田除草ロボット１が、撮像装置５０によって撮像された画像に基づいて走行可能な領域を識別し、この走行可能領域を自律走行する一例について説明する。ここで、走行可能領域は水田の土の領域とし、この識別した水田の土の領域（走行可能領域）を自律走行する。図１２には、この場合の水田除草ロボット１の自律走行における制御の処理フローの一例を説明するための図を示す。なお、上述の画像分割処理によって苗の領域を識別した画像に基づく自律走行と同様の内容については説明を省略する。
【００９２】
まず、水田除草ロボット１を、苗の条間であって、進行方向が苗の条方向と並行になるように配置し、外部操作装置で自律走行開始の指示をし、水田除草ロボット１の自律走行を開始する（ＳＴＡＲＴ）。
【００９３】
自律走行が開始された水田除草ロボット１は、撮像装置５０によって水田除草ロボット１の前方を撮像する（ステップＳ２１）。撮像された画像の一例の概略図を図１３に示す。ここで、図１３は、上述の図６と同じであり、直線Ｌ３，Ｌ４は直線Ｌ１と直交する線である。また、直線Ｌ３と直線Ｌ４は、撮像された画像を、上下方向に３つの領域Ａ１，Ａ２，Ａ３に、略３等分に分割する線である。
【００９４】
次に、制御部７０は、この画像に、色に基づいて複数の領域に分割する公知の画像分割処理を施す（ステップＳ２２）。本発明の実施形態では、画像分割処理の一例であるフラッドフィル（Ｆｌｏｏｄ  Ｆｉｌｌ）処理を施す。分割する際の色は、水田の土の色（濃い茶色）と、水田を区画している盛り土である畦の色（茶色）と、保護カバー４０の外周面に土や虫などが付着した際に画像に写りこむ色（黒色）と、それ以外の色である。つまり、ここでの画像分割処理は、水田の土の色と畦の色と付着物の色の３種類のみに基づく領域の分割であり、比較的簡易なものである。なお、画像分割処理は、水田の土と畦と付着物との領域を抽出して分割可能であればよく、その画像処理方法は特に限定されるものではない。また、画像処理を施す領域は、画像の下方の領域Ａ１と画像の中央の領域Ａ２とである。したがって、画像処理を施す範囲が画像全体ではないため、画像処理における制御部７０の演算負荷を低減することができる。
【００９５】
図１４には、図１３における画像にこの画像分割処理を施した画像を示す概略図を示す。図１４において、説明の便宜上、水田の土が写っている領域８５（８５Ａ，８５Ｂ，８５Ｃ，８５Ｄ，８５Ｅ，８５Ｆ）を右下がりの斜め線のハッチングとして表す。なお、図１３は保護カバー４０の外周面に付着物がない状態で撮像されたものであり、図１４には黒色の領域はない。
【００９６】
次に、この画像分割処理を施した画像（図１４）に基づいて、上述のステップＳ３と同様に、保護カバー４０の外周面の付着物の有無を判定する（ステップＳ２３）。そして、保護カバー４０の外周面に付着物があると判定された場合、上述のステップＳ４と同様に保護カバー４０の外周面の付着物を除去し（ステップ２４）、水田除草ロボット１の前方を撮像し（ステップＳ２１）、ステップＳ２２、ステップＳ２３を繰り返す。
【００９７】
一方、保護カバー４０の外周面に付着物がないと判定された場合、画像分割処理を施した画像に基づく自律走行の制御のステップに移行する。水田除草ロボット１は、前方の水田の土の領域を走行可能領域として自律走行する。ここで、水田除草ロボット１は、苗の条間を走行するため、水田除草ロボット１の左右の側方には苗の条が位置しており、水田除草ロボット１の直前には苗が位置していない。したがって、画像分割処理された画像（図１４）に基づいて、水田除草ロボット１と、水田除草ロボット１の前方の水田の土（走行可能領域）との関係を認識し、その関係に基づいて自律走行するように制御する。
【００９８】
画像分割処理された画像（図１４）の上下方向に分割された領域Ａ１，Ａ２，Ａ３は、水田除草ロボット１からの距離に対応する。領域Ａ１には、水田除草ロボット１の直前の状況が撮像されており、領域Ａ２は、領域Ａ１よりも前方の状況が撮像されており、領域Ａ３は、領域Ａ２よりも前方の状況が撮像されている。そこで、領域Ａ１，Ａ２における水田の土が写っている領域８５（走行可能領域）と畦が写っている領域８３とがどのように分布しているかに基づいて、水田除草ロボット１の直前とその前方の状況を判断する。なお、画像の上下方向の分割方法は、上述の３つの領域Ａ１，Ａ２，Ａ３に限定されるものではなく、撮像装置５０によって撮像される周囲の範囲に基づいて適宜設定するものである。例えば、領域Ａ１を左右方向に更に３つに分割し、その中央の領域を新たな領域Ａ１としてもよい。
【００９９】
まず、画像分割処理された画像であって、水田除草ロボット１の直前の状況が撮像されている領域Ａ１において、領域８５や領域８３がどのように分布しているかを判定する（ステップＳ２５）。なお、領域８５や領域８３の分布は、領域８５や領域８３の領域Ａ１に対する大きさによって判定する。
【０１００】
そして、このステップＳ２５で、領域Ａ１内の水田の土が写っている領域８５（図１４では８５Ａ）の大きさが領域Ａ１に対して８０パーセント以上である場合、水田除草ロボット１は走行可能領域に位置しており、その直前は走行可能領域であることが分かる。また、領域８５の大きさが領域Ａ１に対して８０パーセント未満である場合、水田除草ロボット１の直前には走行可能領域がないことが分かる。つまり、水田除草ロボット１は、畦の直前に位置しているか、苗やその他の障害物の直前に位置していることが分かる。
【０１０１】
まず、ステップＳ２５で、領域８５の大きさが領域Ａ１に対して８０パーセント以上である場合について説明する。このとき、水田除草ロボット１は走行可能領域に位置しており、その直前は走行可能領域であるため、水田除草ロボット１を前進走行させる（ステップＳ２６）。ここで、水田除草ロボット１を前進走行させる際、前方の走行可能領域内を前進させる必要がある。したがって、水田除草ロボット１を前進走行させる前に、水田除草ロボット１の前方における走行可能領域の分布を画像から把握する。
【０１０２】
画像分割処理された画像（図１４）であって、領域Ａ１よりも前方の状況が撮像されている領域Ａ２において、複数ある走行可能領域８５Ｂ，８５Ｃ，８５Ｄ，８５Ｅ，８５Ｆのそれぞれの大きさを演算し、その領域の大きさが最大のものを選び出す。ここで、図１４において、大きさが最大のものは領域８５Ｂである。次に、この大きさが最大である領域８５Ｂの図心Ｇを演算するとともに、図心Ｇから直線Ｌ１までの最短距離ＧＬを算出する。
【０１０３】
そして、距離ＧＬに基づいて水田除草ロボット１を旋回走行またはゼロターンさせて、直線Ｌ１が図心Ｇと一致するようにして前方へ走行させる。つまり、水田除草ロボット１を、図心Ｇに対応する位置の方向に向けて、所定の時間だけ走行させる（ステップＳ２６１）。そして、水田除草ロボット１の前方を撮像し（ステップＳ２１）、ステップＳ２２〜Ｓ２５を繰り返す。
【０１０４】
ここで、距離ＧＬが所定の値より大きい場合には、上述の最大の領域を選出した際に、前方の走行可能領域である領域８５Ｂではなく、領域８５Ｃ，８５Ｄ，８５Ｅ，８５Ｆ（隣の苗の条間の水田の土や、苗の隙間から見える水田の土など）が選出されていることが考えられる。ここで、水田除草ロボット１は、苗の条間を走行し、水田除草ロボット１の左右側方には苗が位置する。したがって、水田除草ロボット１の前方には、これまで走行してきた走行可能領域と連続した走行可能領域があり、通常はこのような状態は起こらない。しかし、苗の倒れこみや、水田除草ロボット１の苗の条に対する向きが並行でないなどによって、このようなことが稀に発生する。
【０１０５】
このような状態で、選出された領域の図心Ｇに対応する位置の方向に向けて走行させた場合、水田除草ロボット１は左右側方に位置する苗に接近してしまうことがある。したがって、距離ＧＬが所定の値より大きい場合、異常モードへ移行する（ステップ２６２）。ここで、この異常モードは上述の異常モード（ステップＳ７）と同様であり、水田除草ロボット１を所定角度だけゼロターンさせる（ステップＳ２７）ものである。そして、水田除草ロボット１の向きを変更した後、水田除草ロボット１の前方を撮像し（ステップＳ２１）、ステップＳ２２〜Ｓ２５を繰り返す。
【０１０６】
次に、ステップＳ２５で、領域８５の大きさが領域Ａ１に対して８０パーセント未満であって、畦が写っている領域８３の大きさが領域Ａ１に対して２０パーセント未満である場合について説明する。このとき、水田除草ロボット１の直前は走行可能領域ではなく、また直前に畦が位置している状態でもない。つまり、水田除草ロボット１の直前に苗や障害物などが位置しており、水田除草ロボット１が前進できない状態であることが分かる。そこで、異常モードとして、水田除草ロボット１を所定角度だけゼロターンさせる（ステップＳ２７）。そして、水田除草ロボット１の向きを変更した後、水田除草ロボット１の前方を撮像し（ステップＳ２１）、ステップＳ２２〜Ｓ２５を繰り返す。
【０１０７】
次に、ステップＳ２５で、領域８５の大きさが領域Ａ１に対して８０パーセント未満であって、畦が写っている領域８３の大きさが領域Ａ１に対して２０パーセント以上である場合について説明する。このとき、水田除草ロボット１は、畦の直前に位置している。つまり、水田除草ロボット１は、苗の条の終端近傍に位置している。そこで、上述のステップＳ８と同様に、水田除草ロボット１をこれまで走行していた苗の条間から、別の苗の条間へ移動させる（ステップＳ２８）。
【０１０８】
このステップＳ２８は、上述のステップＳ８と同様であって、距離ＨＤの替わりに、領域８３の最下端と画像の最下端（領域Ａ１の最下端）との距離を用いて、水田除草ロボット１を前進、旋回またはゼロターンさせ、隣の苗の条間に移動させる。そして、水田除草ロボット１の前方を撮像し（ステップＳ２１）、ステップＳ２２〜Ｓ２５を繰り返す。
【０１０９】
なお、上述の領域の大きさの閾値や所定の距離や時間などは、適宜設計するものであって、上述の値に限定されるものではない。
【０１１０】
上述のような処理フローに基づくことで、水田除草ロボット１は、撮像装置５０によって撮像された画像の色情報に基づいて走行可能領域としての水田の土を識別し、走行可能領域を自律走行して除草をすることが可能となる。なお、この自律走行は、水田の土の領域以外は走行しないこととなる。したがって、苗やその他、石などを障害物として避けるように自律走行することが可能となる。また、画像分割処理は画像の一部であるとともに、自律走行の処理フローも簡便である。したがって、自律走行の制御が簡易な演算と処理フローになり、水田除草ロボット１は、低コストで製造することが可能である。
【０１１１】
また、水田除草ロボット１の構成は上述の構成に限定されるものではない。例えば、機体１０の傾きを検出する傾斜センサ、例えば、ジャイロセンサを備える構成としてもよい。この傾斜センサによって画像を撮像した際の機体１０の傾きを検出することができる。
画像に検出した傾きの補正を加え、この補正された画像に基づく自律走行をさせることができるため、より正確に苗の条間を自律走行することが可能となる。
【０１１２】
また、除草装置３０のアーム３１に加わる荷重を検出する検出センサと、このアーム３１を左右方向を軸として回動する回動装置とを備える構成としてもよい。上述の除草装置３０において、アーム３１の一端を回動シャフト３２に固設し、この回動シャフト３２を取付アーム３３によって回動自在に支持する構成とする。そして、図１０に示すように回動装置としてのモータ３５とギヤボックス３６を備える。モータ３５の回動軸は、ギヤボックス３６内の不図示のギヤを介して回動シャフト３２と連結させる。したがって、モータ３５によって、アーム３１を左右方向を軸として回動することができる。
【０１１３】
このような構成において、不図示の荷重センサが検出した値が所定値を超える場合、アーム３１を左右方向を軸として上方に回動させた後、所定の時間前進させる。その後、アーム３１を左右方向を軸として下方に回動させ、アーム３１の先端を地面に当接させる。このように水田除草ロボット１を作動させると、アーム３１が土に引っ掛かった場合に、その引っ掛かりを取除くことが可能となる。したがって、アーム３１の土への引っ掛かりによる水田除草ロボット１の自律走行の停止を防止し、自律走行を継続させることができ、除草作業の効率が向上する。また、水田除草ロボット１に過度な負荷が加わることを防止し、水田除草ロボットの故障を低減できる。
【０１１４】
なお、荷重センサが検出した値が所定値を超える場合の水田除草ロボット１の作動は、上述の作動に限定されるものではない。アーム３１の土への引っ掛かりを取除くことが可能となる作動であればよい。例えば、アーム３１を左右方向を軸として上方に回動させるともとに、同時に後進させてもよい。このような作動とすることで、アーム３１の土への引っ掛かりをより確実に取除くことが可能となる。
【０１１５】
また、水田除草ロボット１は、水田除草ロボット１の周辺の障害物を検出する障害物検出センサを備える構成であってもよい。障害物検出センサは、水田除草ロボット１の周辺の障害物を検出することができればよく、例えば、赤外線センサや超音波センサなどである。水田除草ロボット１に赤外線センサを備え、この赤外線センサによって前方に向けて赤外線を照射するとともに反射する赤外線を検出する。
【０１１６】
このような構成にすることで、走行方向の前方にある障害物、例えば、作業員、苗、畦などを検出することが可能となる。そして、障害物を検出した際、水田除草ロボット１に回避動作（停止、後進、旋回など）をさせることができる。したがって、水田除草ロボット１の故障や苗の傷つけなどを防止することができる。また、上述の苗の条間から別の苗の条間へ移動する際、この赤外線センサによって畦と水田除草ロボット１との距離をより正確に検出することができ、別の苗の条間への移動をより確実に行うことが可能となる。
【０１１７】
ここで、障害物検出センサは、上述の撮像装置５０と同様に、保護カバー４０の内部であって、機体１０に取り付けられることが望ましい。このような構成にすることで、保護カバー４０の胴部４２の外周面に付着した土や虫などを除去することができ、付着物の影響を受けることなく障害物を検出することが可能となり、障害物の検出精度が向上する。
【０１１８】
また、水田除草ロボット１は、バッテリー６０の蓄電量を検出するバッテリーセンサを備える構成であってもよい。そして、このバッテリーセンサが検出した値が所定値を下回る場合、警報装置６５を作動させる。このような構成にすることで、バッテリー６０の電力不足による水田除草ロボット１の自律走行の停止を防止し、自律走行を継続させることができ、除草作業の効率が向上する。
【０１１９】
また、水田除草ロボット１は、ＧＰＳシステムや方位センサなどを用いて、水田除草ロボット１の位置を検出する構成としてもよい。このような構成にすることで、水田内を効率的に自律走行させることが可能となる。しかし、自律走行を画像と位置に基づく制御によって行うため、制御システムが複雑となり製造コストが高くなってしまうことがあるため、あまり好ましくない。
【０１２０】
また、上述の保護カバー４０の外周面の付着物を除去する構成（保護カバー４０，電動モータ４６，ワイパー４９Ｒ，４９Ｌ）は、特に限定されるものではない。保護カバーによって撮像装置５０を保護するとともに、撮像の障害物となる、保護カバーの外側面に付着した付着物を除去できる構成であればよい。
【０１２１】
例えば、上述の保護カバー４０を機体１０に固定し、ワイパー４９が保護カバー４０の胴部４２の外周面に当接しながら円筒軸を軸として回動する構成であってもよい。このような構成にすることで、保護カバー４０の機体１０の内部に位置する部分は不要であり、保護カバー４０を小さくすることができる。また、作動するのは外部に備えるワイパーのみであり、保護カバー４０と機体１０との間のシールが容易に行える。
【０１２２】
また、上述の保護カバー４０を機体１０に固定し、保護カバー４０の胴部４２の外周面に沿って周方向に延設したワイパーを設け、このワイパーを外周面に当接しながら上下方向にスライド移動させる構成であってもよい。このような構成にすることで、保護カバー４０の機体１０の内部に位置する部分は不要であり、保護カバー４０を小さくすることができる。また、作動するのは外部に備えるワイパーのみであり、保護カバー４０と機体１０との間のシールが容易に行える。
【０１２３】
また、図１５に示すように、保護カバー４０の外周面に水を噴射して付着を除去する噴射ノズル９０を備える構成であってもよい。このような構成にするすることで、より確実に保護カバー４０の外周面の付着物を除去することができる。
【０１２４】
なお、水田除草ロボット１は、このような保護カバーの外側面の付着物を除去する除去装置を備えない構成であってもよい。しかし、水田除草ロボット１は水田を自律走行するものであって、苗の条間を走行可能な小さなものである。したがって、クローラ式の走行装置２０によって土が飛び跳ねやすいとともに、保護カバー４０は地面に近い位置にあるので、保護カバー４０には土が付着しやすく、このような除去装置を備える構成の方が好ましい。
【０１２５】
また、撮像装置５０は、少なくとも水田除草ロボット１の前方を撮像可能なものであればよく、特に限定されるものではない。例えば、撮像装置５０は、上下左右に撮像方向を変更可能な構成であってもよく、この撮像方向を電動モータなどによって変更可能とする構成であってもよい。また、撮像装置５０は、上下方向にスライド移動可能な支持部材を介して機体１０に取り付けられる構成であってもよく、機体１０の上方から水田除草ロボット１の前方を撮像可能とする構成であってもよい。このような構成にすることで、水田除草ロボット１の方向を変えることなく、様々な方向から苗を撮像することが容易となる。
【０１２６】
さらに、撮像装置５０は、１つに限定されるものではない。例えば、撮像装置５０を４つの撮像装置から構成し、水田除草ロボット１の前方、後方、左右側方が撮像可能となるようにしてもよい。この４つの撮像装置によって撮像された画像（水田除草ロボット１の前方、後方、左右側方の画像）に基づいて自律走行させることが可能となる。したがって、より正確に苗の条間を自律走行することが可能となる。また、水田除草ロボット１の方向を変えることなく、複数の方向から苗を撮像することが容易に行え、苗の状態をより細かく確認することができる。
【０１２７】
ここで、上述のような、外側面の付着物を除去する除去装置を備えた保護カバーは、外部の状況を保護カバー越しに撮像や検知するあらゆる装置の保護に適用可能であるとともに、その使用は電動作業車両としての水田除草ロボットに限定されるものではない。例えば、トラクタ、田植機、コンバインなどの農業作業車両や自動車などのあらゆる車両にも適用しうる。
【０１２８】
また、本発明は上述の例に限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲内であらゆる形態を取ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
本発明の水田除草ロボットは、水田の除草を行うものに限定されるものではなく、作物が複数の列を形成して植えられたあらゆる農地の除草をする電動作業車両に適用しうる。
【符号の説明】
【０１３０】
１  水田除草ロボット（電動作業車両）
１０  機体
２０  走行装置
２６  走行モータ
３０  除草装置
４０  保護カバー
５０  撮像装置
６０  バッテリー
６５  警報装置
７０  制御部
８０  苗（作物）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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