(57)【要約】【課題】除草作業を容易に実行可能とする。【解決手段】実施形態に係る除草装置は、移動部と、発生部と、制御部と、を含んで構成される。移動部は、除草装置の胴体を移動面上で移動させる。発生部は、除草装置の胴体内に設けられ、少なくとも移動面上の植物に含まれる水の加熱が可能な強度の高周波電界を発生させる。制御部は、移動部による移動面上での移動を制御する。また、制御部は、発生部による高周波電界の発生を制御する。【選択図】図６
2017158533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴体を移動面上で移動させるための移動部と、
前記胴体内に設けられ、少なくとも前記移動面上の植物に含まれる水を加熱可能な強度の高周波電界を発生させる発生部と、
前記移動部による前記移動と、前記発生部による前記高周波電界の発生とを制御する制御部とを備える除草装置。
【請求項２】
前記発生部は、
高周波電圧を発生させる電圧発生部と、
前記高周波電圧の出力の第１の極が接続される複数の第１の電極と、
前記高周波電圧の出力の第２の極が接続される複数の第２の電極と
を含み、
前記第１の電極および前記第２の電極は、前記胴体の底面に対して略平行に、交互に配置される請求項１に記載の除草装置。
【請求項３】
前記第１の電極および前記第２の電極は、同一平面上に配置される
請求項２に記載の除草装置。
【請求項４】
前記第１の電極は、第１の平面上に配置され、
前記第２の電極は、前記第１の平面と平行な第２の平面上に、該第２の平面の垂線方向に前記第１の電極と重ならないように配置される
請求項２に記載の除草装置。
【請求項５】
センサにより感知された少なくとも前記胴体の前方の情報を解析する解析部をさらに備え、
前記制御部は、
前記高周波電界の強度と、前記移動の速度とのうち少なくとも一方を、前記解析の結果に基づき制御する
請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の除草装置。
【請求項６】
前記センサは、光を感知して画像を取得する画像センサであって、
前記解析部は、
前記センサにより取得された前記画像を解析して該画像に含まれるオブジェクトの特徴を示す特徴情報を抽出し、
前記制御部は、
前記解析部により抽出された前記特徴情報と、予め記憶された特徴情報とを比較した結果に基づき前記制御を行う
請求項５に記載の除草装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記移動部により前記胴体が移動されていない場合には、前記発生部による前記高周波電界の発生を停止させる
請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の除草装置。
【請求項８】
前記胴体の姿勢を検知する姿勢検知部をさらに備え、
前記制御部は、
前記高周波電界を発生させるか否かを前記姿勢検知部の検知結果に基づき制御する請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の除草装置。
【請求項９】
前記胴体に設けられた扉部の開閉を検知する開閉検知部をさらに備え、
前記制御部は、
前記開閉検知部に前記扉部の開状態が検知された場合に、前記発生部による前記高周波電界の発生を停止させる
請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の除草装置。
【請求項１０】
無線通信を行う通信部をさらに備え、
前記制御部は、
前記無線通信により送信された命令に従い、前記移動部による前記移動と、前記発生部による前記高周波電界の発生とを制御する
請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の除草装置。
【請求項１１】
前記胴体の前記第１の電極および前記第２の電極よりも後方に設けられる、前記移動面に対して加圧を行う加圧部をさらに備える
請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載の除草装置。
【請求項１２】
前記第１の電極および前記第２の電極は、前記胴体の底面に設けられ、
前記発生部で発生された前記高周波電界による電磁波の、前記胴体の周囲への放射を抑制するシールド部をさらに備える
請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載の除草装置。
【請求項１３】
胴体を移動面上で移動させる移動ステップと、
少なくとも前記移動面上の植物に含まれる水を加熱可能な強度の高周波電界を発生させる発生ステップと、
前記移動ステップによる前記移動と、前記発生ステップによる前記高周波電界の発生とを制御する制御ステップと
を備える除草装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、除草装置および除草装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、雑草などの除草には、チップソーなどの鋼材の回転刃を用いた草刈機が広く用いられていた。また、貯水タンクの水をミスト状に噴射し、噴射されたミストに対して熱を加えて水蒸気を発生させ、この水蒸気を再加熱した過熱水蒸気を噴霧対象領域に噴出させて除草を行う技術が知られている（例えば特許文献１）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した草刈機では、鋼材の回転刃を用いることに加えて、回転刃の回転によって小石や切除した草木の破片が飛散するため、作業者は、草刈機の使用に当たって細心の注意を払う必要があった。また、特許文献１の技術によれば、回転刃を用いない一方で、噴霧対象領域全般に水蒸気を噴霧することにより、大量の水を運搬する必要があった。
【０００４】
本発明は、上記を鑑みてなされたものであって、除草作業を容易に実行可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、胴体を移動面上で移動させるための移動部と、胴体内に設けられ、少なくとも移動面上の植物に含まれる水を加熱可能な強度の高周波電界を発生させる発生部と、移動部による移動と、発生部による高周波電界の発生とを制御する制御部とを備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、除草作業が容易に実行可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態に適用可能な除草装置の一例の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】図２は、高周波誘電加熱の原理について説明するための図である。
【図３】図３は、高周波誘電加熱に関する等価回路の例を示す図である。
【図４】図４は、異なる加熱方式における温度分布の例を示す図である。
【図５】図５は、実施形態に係る除草装置の一例の外観を概略的に示す外観図である。
【図６】図６は、実施形態に係る除草装置の一例の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、実施形態に適用可能な全体制御部の一例の構成を概略的に示すブロック図である。
【図８】図８は、実施形態に適用可能な、第１の電極と第２の電極との配置の例を示す図である。
【図９】図９は、実施形態に係る除草装置に適用可能な格子電極の構造について概略的に説明するための図である。
【図１０】図１０は、実施形態に適用可能な電極構造の例を示す図である。
【図１１】図１１は、実施形態に適用可能な解析部の機能を説明するための一例の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、添付図面を参照して、除草装置および除草装置の制御方法の実施形態を詳細に説明する。図１は、実施形態に適用可能な除草装置の一例の構成を概略的に示す。なお、図１は、除草装置１を上方から見下ろしたように示してある。
【０００９】
図１において、除草装置１は、胴体１０に、タイヤ車輪である車輪１１RF、１１RR、１１LFおよび１１LRが設けられる。胴体１０は、全長１ｍ〜１．５ｍ程度、全幅７０ｃｍ〜
１ｍ程度、全高１ｍ以内程度の比較的小型なものとして構成され、車輪１１RF、１１RR、１１LFおよび１１LRにより移動面を移動させられる。なお、胴体１０のサイズは、この例に限定されるものではなく、さらに大型でもよいし、より小型でもよい。
【００１０】
除草装置１は、アンテナ２２を備え、アンテナ３１を備える操縦装置３０との間で無線通信を行うことで、操縦装置３０から遠隔操作により操縦することができる。なお、除草装置１は、胴体１０の、車輪１１RFおよび１１LFが設けられている側の面を正面とし、車輪１１RRおよび１１LRが設けられている側の面を背面とする。
【００１１】
除草装置１は、胴体１０に対して、モータ１２Rおよび１２Lと、制御部２０と、通信部２１と、除草駆動部４０と、センサ５０とを含んで構成される。制御部２０は、ＣＰＵ(Central  Processing  Unit)、ＲＯＭ(Read  Only  Memory)、ＲＡＭ(Random  Access  Memory)および各種のインタフェースを含み、ＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従い、除草装置１の全体の動作を制御する。
【００１２】
操縦装置３０は、ユーザの操作に応じた除草装置１の操作命令を変調して無線信号としてアンテナ３１から送信する。この無線信号は、除草装置１においてアンテナ２２により受信され、通信部２１に供給される。通信部２１は、アンテナ２２から供給された信号を復調して操作命令を取り出し、制御部２０に渡す。制御部２０は、プログラムに従い、この操作命令に応じてモータ１２Rおよび１２L、ならびに、除草駆動部４０を制御する。
【００１３】
モータ１２Rは、除草装置１の右側の車輪１１RFおよび１１RRを駆動する。また、モータ１２Lは、除草装置１の左側の車輪１１LFおよび１１LRを駆動する。制御部２０は、モータ１２Rおよび１２Lをそれぞれ制御することで、除草装置１の移動速度および移動方向を制御できる。すなわち、モータ１２Lおよび１２Rと、車輪１１LF、１１LR、１１RFおよび１１RRと、制御部２０の一部の機能とにより、除草装置１の胴体１０を移動面（例えば地面）に対して移動させるための移動部を構成する。
【００１４】
この例では、制御部２０は、除草装置１を直進により前進または後退させる場合には、モータ１２Rおよび１２Lを、車輪１１RFおよび１１RRと車輪１１LFおよび１１LRとが同一方向に同速度で回転するように駆動する。ここでは、除草装置１が、図１中に矢印Ａで示す方向に進む場合を、前進とする。また、制御部２０は、モータ１２Rおよび１２Lのうち一方を駆動し、他方を停止させて除草装置１を信地旋回させることで、進行方向を変更することができる。さらに、制御部２０は、モータ１２Rおよび１２Lを、車輪１１RFおよび１１RRと車輪１１LFおよび１１LRとが互いに逆方向に回転するように制御して超信地旋回をさせることも可能である。
【００１５】
なお、図１の例では、除草装置１が２個のモータ１２Rおよび１２Lを備え、これらモータ１２Rおよび１２Lがそれぞれ左右の車輪を２個ずつ駆動しているが、これはこの例に限定されない。例えば、除草装置１は、車輪の数に応じたモータを備え、各車輪を互いに独立に駆動してもよい。さらに、上述では、除草装置１は、信地旋回により方向転換を行うように説明したが、これはこの例に限定されない。例えば、前側の車輪１１RFおよび１１LF、または、後側の車輪１１RRおよび１１LRの角度を変更することで除草装置１の方向転換を行うステアリング方式を採用してもよい。さらにまた、上述では、除草装置１が移動手段としてタイヤ車輪を装備しているように説明したが、これはこの例に限定されず、除草装置１は、移動手段として無限軌道を装備していてもよいし、多脚走行機構を適用してもよい。
【００１６】
除草駆動部４０は、制御部２０の制御に従い、除草を行うための除草機構を駆動する。除草機構としては、例えば鋼材の回転刃であるチップソーを用いる方式や、重ねた２枚の櫛型の刃のうち一方を、櫛歯に交差する方向に交互に移動させるバリカン方式などを適用できる。この場合、除草駆動部４０は、モータと、回転刃や櫛型刃などの刃部分と、モータ軸の回転を刃部分に伝達するための伝達機構とを含む。なお、刃部分は、着脱可能とし、異なる種類の刃部分を伝達機構に対して共通して取り付けることを可能とできる。また、除草機構は、上述のような、植物を切断して除草する方式に限らず、例えば電磁気力を用いて除草する方式なども適用可能である。
【００１７】
センサ５０は、除草装置１に係る状況を検知する。センサ５０の検知出力は、制御部２０に渡される。制御部２０は、センサ５０の検知出力に応じて除草駆動部４０の駆動制御や、モータ１２Rおよび１２Lの駆動制御を行う。
【００１８】
センサ５０は、例えば、除草装置１の少なくとも正面方向を撮像可能なカメラを適用できる。これに限らず、センサ５０は、例えば除草装置１の直前の植物の量を推測するための圧力センサであってもよいし、除草装置１の内部のメンテナンスを行うための扉部の開閉状態を検知するセンサであってもよい。また、センサ５０は、除草装置１の傾きなどの姿勢を検知するためのセンサであってもよい。さらに、センサ５０は、これら複数の種類のセンサを含めてもよい。制御部２０は、センサ５０の検知出力を解析し、解析結果に基づきモータ１２Rおよび１２Lや、除草駆動部４０を制御することができる。
【００１９】
（実施形態）
次に、実施形態に係る除草装置について説明する。実施形態では、高周波誘電加熱を用いて除草を行う。実施形態の説明に先んじて、理解を容易とするために、高周波誘電加熱について説明する。
【００２０】
（高周波誘電加熱の原理）
先ず、高周波誘電加熱の原理について図２を用いて説明する。誘電体（導電性よりも誘電性が優位な物質）が加熱の対象の場合、高周波誘電加熱とマイクロ波加熱が主に用いられる。誘電体の内部には、自由電子は多くは含まれていない一方で、分子の両側に陽陰等量の電荷を持った多くの双極子（ダイポール）が含まれている。誘電体に電圧を加えていない場合、図２（ａ）に例示されるように、誘電体内の各双極子は、ランダムな方向を向く。誘電体に直流電圧を印加した場合、図２（ｂ）に例示されるように、印加された電圧の電気力線に従い陰陽を揃えて、各双極子が整列する。
【００２１】
誘電体に含まれる双極子は、図２（ｃ）に例示されるように、外から加えられる電気力線の方向が変わるにつれて、平均位置を変えないで配列の軸方向を変えようとする。誘電体に交流電圧を印加した場合、交流電圧による極性の変化に伴い、各双極子が互いに振動する。誘電体に印加する交流電圧が高周波であり、高周波電圧による電界の極性変化に対して双極子の振動が追いつかないと、その差が誘電体損失となり、誘電損による高周波発熱作用となる。対象の誘電体において双極子が振動容易であるか否かにより、誘電体の加熱のされ易さが大きく異なる。
【００２２】
なお、高周波およびマイクロ波は、誘電加熱という観点から見た場合、原理を共通とする。
【００２３】
（高周波誘電加熱による吸収電力）
図３は、高周波誘電加熱に関する等価回路の例を示す。図３（ａ）に示すように、誘電体と１対の電極板で構成されるコンデンサの静電容量を容量Ｃとする。このコンデンサに、電圧Ｖの交流電圧を印加し、電流Ｉが流れる場合を考える。電界が存在する誘電体の中では、先に述べた双極子の振動中に損失が発生する。図３（ｂ）は、この誘電体内で損失が発生する状態を、抵抗値Ｒの抵抗と、損失の無い、容量Ｃのコンデンサとで表した等価回路の例である。等価回路においては、コンデンサと抵抗とが並列接続され、コンデンサおよび抵抗に流れる電流をそれぞれ電流ＩcおよびＩrとして示している。
【００２４】
図３（ｃ）に例示されるように、コンデンサを流れる電流Ｉcは、位相が９０°進み、抵抗を流れる電流ｌrは、位相が角度δだけ遅れる。この角度δを誘電損失角、また電流Ｉrと電流ｌcとの比（tanδ）を、誘電正接と呼ぶ。ここで、電流Ｉは、下記の式（１）のように表される。なお、式（１）において、周波数ｆは、電圧Ｖの周波数であり、複素数ｊは、位相が９０°進んでいることを示す。
Ｉ＝ｌr＋ｌc＝(Ｖ／Ｒ)＋ｊ×２×π×ｆ×Ｃ×Ｖ    …（１）
【００２５】
誘電体内に誘電損として消費される電力Ｗは、下記の式（２）で表される。
Ｗ＝Ｖ×ｌ×cosθ＝Ｖ×ｌc×tanδ＝２×π×ｆ×Ｃ×Ｖ2×tanδ    …（２）
【００２６】
電極面積を面積Ｓ、電極間の距離を距離ｄ、真空の誘電率ε0＝０．０８８６×１０-12（Ｆ／ｃｍ）とし、ある誘電体の誘電率が真空の誘電率の何倍になるかを表す比誘電率εsを用い、平行電極（コンデンサ）の静電容量Ｃは、下記の式（３）で表される。なお、容量Ｃの単位はＦ（ファラド）である。
Ｃ＝ε0×εs×(Ｓ／ｄ)    …（３）
【００２７】
したがって、電力Ｗは、下記の式（４）で表される。なお、電力Ｗの単位は、Ｗ（ワット）である。
Ｗ＝２×π×ｆ×ε0×εs×(Ｓ／ｄ)×Ｖ2×tanδ    …（４）
【００２８】
式（４）に、上述した真空の誘電率ε0の値を適用すると、下記の式（５）のようになる。
Ｗ＝０．５５６×ｆ×εs×(Ｓ／ｄ)×Ｖ2×tanδ×１０-12    …（５）
【００２９】
誘電体の体積は、Ｓ×ｄ（ｃｍ3）で表されるから、単位体積当たりの電力密度Ｐは、下記の式（６）のようになる。なお、電力密度Ｐの単位は、Ｗ／ｃｍ3である。
Ｐ＝Ｗ／（Ｓ×ｄ）＝０．５５６×ｆ×εs×(Ｖ2／ｄ2)×tanδ×１０-12    …（６）
【００３０】
(Ｖ／ｄ)は、電界の強さであるから、これを電界強度Ｅ（ｋｖ／ｃｍ）とおき、周波数ｆをＭＨｚ（メガヘルツ）で表すと、電力密度Ｐは、下記の式（７）のように表される。
Ｐ＝０．５５６×ｆ×Ｅ2×εs×tanδ    …（７）
【００３１】
以上、式（１）〜式（７）から、加熱速度を高速化するためには、電界強度Ｅと、誘電体に印加する交流電圧の周波数ｆを大きくすればよいことが分かる。電界強度Ｅは、誘電体が電気破壊を起こしたり、電極聞の空気中に放電を起こしたりする限度から、最大値に限度がある。また、周波数ｆも、ある程度高くなると、電極を大きくすることが困難になる、高周波電力を大きくすることが困難になるなどから、限界がある。
【００３２】
また、式（７）から、比誘電率εsと誘電正接tanδとの積εstanδの値が大きいほど電
力密度Ｐが大きくなることが分かる。
【００３３】
ここで、身近な物質の、周波数ｆが１ＭＨｚにおける比誘電率εsおよび誘電正接tanδと、これらの積εstanδの概略値を表１に示す。すなわち表１に示されるように、誘電体は比誘電率εsと誘電正接tanδを特性値として持ち、これらは高周波誘電での加熱反応を起こすことを意味する。比誘電率εsと誘電正接tanδの大小は、同一条件下でのそれぞれの加熱のし易さを意味している。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
表１に記載の各物質について積εstanδを比較すると、水が他の物質と比べて極めて大きな積εstanδを持つことが分かる。したがって、高周波誘電により加熱され易いのは水であり、高周波誘電加熱は、水分の選択的な加熱、乾燥に非常に適していることがわかる。
【００３６】
表１の積εstanδから、水の場合の吸収電力の電力密度Ｐを算出する。交流電源の周波数ｆをｆ＝１３．５６ＭＨｚとし、電界強度ＥをＥ＝１ｋｖ／ｃｍとすると、式（７）から、下記の式（８）のように電力密度Ｐが求められる。
Ｐ＝０．５５６×１３．５６×１×２．４６＝１８．５    …（８）
【００３７】
なお、水は、高周波誘電により加熱され易い対象の一つでしかない。また、比誘電率εsと誘電正接tanδは、高周波誘電に用いる高周波の周波数ｆや、対象の温度によって異なる。
【００３８】
（高周波誘電加熱の特徴）
次に、高周波誘電加熱の特徴について、概略的に説明する。図４は、異なる加熱方式における温度分布の例を示す。図４（ａ）は、高周波誘導加熱およびマイクロ波加熱による温度分布の例、図４（ｂ）は、熱風加熱による温度分布の例、図４（ｃ）は、赤外線加熱による温度分布の例をそれぞれ示す。なお、図４（ａ）〜図４（ｃ）において、縦軸は温度、横軸は位置を示す。
【００３９】
図４（ａ）に示されるように、誘電加熱方式である高周波誘導加熱およびマイクロ波加熱では、被加熱物自身が発熱するため、被加熱物の内部が略均等に加熱される。被加熱物の外部は、環境温度である。これに対して、外部の加熱源による外部加熱方式である熱風加熱および赤外線加熱では、図４（ｂ）および図４（ｃ）に示されるように、被加熱物の加熱表面の温度に対して、被加熱物の深度が深くなるに連れ、温度が低下している。
【００４０】
以上から、誘導加熱方式には、例えば下記のような特長がある。
（１）急速且つ均一的な加熱や乾燥が可能である。
（２）加熱効率が良好である。
（３）加熱の反応が良好なため、制御が容易である。
（４）選択的な加熱が可能である。
（５）減圧下や特殊雰囲気下における加熱が容易である。
（６）直接加熱を間接的に行うことが可能である。
（７）加熱に際して周囲環境に与える影響が少ない。
【００４１】
（１）の、急速且つ均一的な加熱や乾燥が可能であるについて説明する。一般的に、電気の良好な絶縁体である誘電体は熱伝導率が小さい。外部加熱方式では、中心部への熱移動は、被加熱物自体の熱伝導によるため、直接加熱される被加熱物の加熱面の温度は上昇しても、中心部はなかなか昇温せず、内部の昇温に長時間を要する。一方、誘電加熱は、被加熱物の物質自体の発熱により加熱されるため、熱伝導に要する時間が必要無く、外部加熱方式と比べて短時間で均一に加熱することができる。
【００４２】
（２）の、加熱効率が効率的である点について説明する。誘導加熱方式では、基本的に加熱源や雰囲気は殆ど昇温せず、披加熱物自体が昇温する。そのため、加熱源の構成部品や雰囲気など、本来の加熱目的に対して余分なものまで加熱するエネルギが不要である。
【００４３】
（３）の、加熱の反応が良好なため、制御が容易である点について説明する。誘電加熱方式は、被加熱物自身の発熱により被加熱物が加熱される。そのため、誘電加熱方式では、高周波電力の印加に対し被加熱物の温度が迅速に反応する。したがって、加熱の立上り、停止などを迅速に行える。
【００４４】
（４）の、選択的な加熱が可能である点について説明する。誘電加熱方式では、発熱が被加熱物を構成する物質の特性に依存するので、物質に応じて選択的な加熱が可能となる。例えば、印刷物の水性インクの乾燥では、ベースの紙は加熱されず、インクのみが高周波エネルギを吸収して発熱・蒸発する。
【００４５】
（５）の、減圧下や特殊雰囲気下における加熱が容易である点について説明する。減圧下、低気圧下での誘電加熱方式による減圧乾燥では、水の沸点が低下するため材料自体の温度を低く押えることが可能であり、材料の変色・変質を嫌う食品や繊維、木材の乾燥に応用されている。また、加熱が熱伝導や対流によらないので、反応性ガスや不活性ガス雰囲気内での加熱処理に有効である。
【００４６】
（６）の、直接加熱を間接的に行うことが可能である点について説明する。外部加熱方式では、例えば袋の中の被加熱物を加熱しようとした場合、袋の中に空気があれば、空気は熱伝導が悪いために加熱に時間を要する。誘電加熱方式では、袋が誘電体であれば電磁波を通すので、袋の中の被加熱物を直接的に加熱することが可能である。
【００４７】
（７）の、加熱に際して周囲環境に与える影響が少ない点について説明する。誘電加熱方式は、電気をエネルギ源とするためバッテリを用いることができ、作業の現場においてガス、油、石炭などの燃料を使用することなく加熱が可能である。そのため、現場において排気ガスの発生が抑制され、また屋内での使用に際しては作業室の温度の上昇も抑制できる。また、バッテリを用いることでエネルギに関する可動部分が不要となり、騒音が抑制される。これらにより、誘電加熱方式を用いることで、作業環境を良好とすることが可能である。
【００４８】
（実施形態に係る除草装置）
次に、実施形態に係る除草装置について、より具体的に説明する。実施形態に係る除草装置は、高周波誘電加熱を用いて除草対象となる植物に含まれる水分を加熱して当該植物を乾燥または萎縮させ、当該植物に対して除草効果を与える。また、実施形態に係る除草装置は、高周波誘電加熱を用いて土壌に含まれる水分を加熱して、土壌に対して殺菌効果を与える。また、土壌に例えば落下している植物の種子などがある場合、高周波誘電加熱により種子が含む水分などを発熱させ、種子の発芽を防止することも可能である。
【００４９】
図５は、実施形態に係る除草装置１の一例の外観を概略的に示す。図５（ａ）は、除草装置１を正面から見た正面図、図５（ｂ）は、除草装置１を左側面から見た側面図である。なお、図５（ａ）および図５（ｂ）において、上述した図１と共通する部分には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。また、図は、説明のために誇張表現されており、実際の寸法比率とは異なる。
【００５０】
図５（ｂ）において、除草装置１は、左側が正面、右側が背面として示されている。除草装置１は、胴体１０に対して、上部に電源格納部１１０と、通信・制御部１１１と、カメラ１２０とが設けられている。電源格納部１１０は、除草装置１の全体を駆動する電源を供給するためのバッテリと、バッテリの出力から高周波誘電加熱に用いる高周波電圧を生成するための交流電源部とを含む。通信・制御部１１１は、上部にアンテナ２２が設けられ、通信部２１と制御部２０とを含む。
【００５１】
カメラ１２０は、図１のセンサ５０に含まれるもので、光を検知して画像を取得する画像センサとして機能する。カメラ１２０は、少なくとも除草装置１の前方（正面方向）を撮影可能に設けられる。これに限らず、カメラ１２０は、除草装置１の背面方向や側面方向を撮像可能にさらに複数を設けてもよい。制御部２０は、カメラ１２０により撮影された画像に基づき、除草装置１の前方に存在する除草対象の植物の密集度や硬度を判定し、判定結果に基づき高周波誘電加熱の制御や、除草装置１の移動速度の制御を行う。また、制御部２０は、カメラ１２０により撮影された画像に基づき除草装置１の移動方向、移動速度を制御することも可能である。
【００５２】
カメラ１２０は、例えば水平に並ぶ２つの撮影部を備えるステレオカメラである。ステレオカメラは、２つの撮影部により撮影された画像を比較することで、画像内のオブジェクトまでの距離を推測することが可能である。これに限らず、カメラ１２０は、単一の撮像部を備える一般的なカメラであってもよいし、水平方向を３６０°撮像可能な全周カメラを用いてもよい。
【００５３】
胴体１０の底部には、高周波誘電加熱を行うための電極部１００が設けられると共に、加圧ローラ１３０と、圧力センサ１３１と、姿勢センサ１３２ａおよび１３２ｂとが設けられる。電極部１００および加圧ローラ１３０は、胴体１０の幅方向に対応して設けられる。姿勢センサ１３２ａおよび１３２ｂは、胴体１０の右側面にも、同様にして設けられる。すなわち、図５（ｂ）の例では、胴体１０に対して４個の姿勢センサが設けられる。
【００５４】
電極部１００は、後述するように高周波電圧が印加され、発生する高周波電界により、電極部１００の下方の所定範囲内に存在する物質の水分を加熱する。これにより、電極部１００の下方に植物や種子が存在する場合には、植物や種子に含まれる水分を加熱、蒸発させ、当該の植物や種子を乾燥や萎縮、発芽防止させることができる。また、植物が根付いている土壌が加熱範囲内にある場合は、土壌をさらに加熱し、土壌の殺菌や、植物の土壌内の根の加熱により植物を枯死させることも可能である。
【００５５】
加圧ローラ１３０は、電極部１００の、矢印Ａで示される進行方向に対して後方に設けられる。加圧ローラ１３０は、電極部１００による高周波誘電加熱により加熱され乾燥、萎縮させられた植物を圧迫して押し潰す。これにより、加熱された植物が生きている場合でも、その植物の再成長を遅らせることが可能である。加圧ローラ１３０は、電極部１００による高周波電界の発生に影響しないよう、テフロン（登録商標）といったフッ素樹脂やセラミックなどの材質が用いられる。
【００５６】
圧力センサ１３１は、図１のセンサ５０に含まれるもので、電極部１００の進行方向に対して前方に、除草装置１の底面側からの圧力を検知するように設けられる。制御部２０は、圧力センサ１３１の検知結果に基づき電極部１００の前方の植物の密集度や硬度などを判定し、判定結果に基づき高周波誘電加熱の制御や、除草装置１の移動速度の制御を行う。
【００５７】
胴体１０の左側面および右側面にそれぞれ設けられる姿勢センサ１３２ａおよび１３２ｂは、図１のセンサ５０に含まれるもので、制御部２０は、各姿勢センサ１３２ａおよび１３２ｂの検知結果に基づき胴体１０の姿勢を検知する。例えば、各姿勢センサ１３２ａおよび１３２ｂは、スプリングなどにより垂直方向に伸長する力が加えられる検知端を備え、検知端の胴体１０からの距離が所定以上である場合に、その旨を示す検知結果を出力する。制御部２０は、各姿勢センサ１３２ａおよび１３２ｂの検知結果に基づき、例えば胴体１０が横転状態にあるか否かを判定することができる。制御部２０は、胴体１０が横転状態にあると判定した場合、電極部１００による高周波電界の発生を停止させる。
【００５８】
胴体１０の側面には、胴体１０の内部のメンテナンスを行うための扉部１１２が設けられる。扉部１１２に対して、扉部１１２の開閉状態を検知するための、図１のセンサ５０に含まれる開閉センサが設けられる。制御部２０は、開閉センサの検知結果に基づき、扉部１１２が開状態であると判定した場合、電極部１００による高周波電界の発生を停止させる。
【００５９】
図５（ａ）において、除草装置１の胴体１０の正面に、除草装置１の除草の対象となる植物が胴体１０内部を通過可能とするよう、下端が開放された開口部が設けられる。また、開口部の左右端および上端に、ガイド１４０R、１４０Lおよび１４０Cが設けられる。これらガイド１４０R、１４０Lおよび１４０Cは、除草装置１の正面方向にある、除草対象の植物が胴体１０の内部に効率的に送り込まれるようにするものである。
【００６０】
胴体１０の正面の開口部に対して、シールド１４１が設けられる。シールド１４１および開口部は、胴体１０の背面にも同様にして設けられる。シールド１４１は、胴体１０内で発生される高周波電界による電磁波が、開口部を介して胴体１０の外部に漏れることを防止するためのもので、例えば金属など導電体の複数のチェーンが簾状に吊り下げられて構成される。シールド１４１は、電磁波漏れを防止可能であって、且つ、下端側を除草対象の植物が通過可能であれば、簾状に吊り下げられたチェーンに限られない。
【００６１】
なお、シールド１４１および電極１００は、開口部から植物などが入り込むことでシールド１４１が変形した場合に、シールド１４１と電極部１００とが接触しない十分な沿面距離を有するような位置関係で設ける。シールド１４１と電極１００とをこのような位置関係で設けることで、シールド１４１と電極部１００とが接触することで生じる発熱やショートを防ぐことができる。
【００６２】
図６は、実施形態に係る除草装置１の一例の構成を示す。なお、図６において、上述した図１と共通する部分には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。除草装置１は、上述した通信部２１、アンテナ２２およびカメラ１２０と、各種センサ５０ａ、５０ｂおよび５０ｃと、電極部１００と、解析部１２１と、全体制御部２００と、誘電加熱制御部２１０と、高周波電圧発生部２１１と、整合器２１２と、電源部２１３と、センサＩ／Ｆ２１４と、モータドライバ２１５Lおよび２１５Rとを含む。
【００６３】
センサ５０ａ、センサ５０ｂおよびセンサ５０ｃは、図１のセンサ５０に含まれるもので、それぞれ上述した扉部１１２の開閉センサと、姿勢センサ１３２ａおよび１３２ｂと、圧力センサ１３１とに対応する。なお、図６では、説明のためセンサ５０ｂが１個であるように示しているが、実際には、センサ５０ｂは、姿勢センサ１３２ａおよび１３２ｂの個数分、設けられる。各センサ５０ａ、５０ｂおよび５０ｃの出力は、それぞれ、センサＩ／Ｆ２１４を介して全体制御部２００に供給される。
【００６４】
全体制御部２００は、誘電加熱制御部２１０および解析部１２１と共に、図１に示した制御部２０に含まれる。
【００６５】
図７は、実施形態に適用可能な全体制御部２００の一例の構成を概略的に示す。全体制御部２００は、ＣＰＵ(Central  Processing  Unit)２０００と、ＲＯＭ(Read  Only  Memory)２００１と、ＲＡＭ(Random  Access  Memory)２００２と、データＩ／Ｆ２００３と、ドライバＩ／Ｆ２００４とを含み、これら各部がバス２０１０により互いに通信可能に接続される。ＣＰＵ２０００は、ＲＯＭ２００１に予め記憶されたプログラムに従い、ＲＡＭ２００２をワークメモリとして用いて動作して、この除草装置１の全体の動作を制御する。
【００６６】
データＩ／Ｆ２００３は、解析部１２１、センサＩ／Ｆ２１４および誘電加熱制御部２１０と全体制御部２００との間のデータの入出力を行う。また、ドライバＩ／Ｆ２００４は、全体制御部２００とモータドライバ２１５Lおよび２１５Rとの間のデータの入出力を行う。
【００６７】
電源部２１３は、バッテリ２１３ａと、ＤＣ／ＡＣコンバータ２１３ｂとを含む。バッテリ２１３ａの出力は、除草装置１の各部に電源として供給される。また、バッテリ２１３ａの出力は、ＤＣ／ＡＣコンバータ２１３ｂにも供給される。ＤＣ／ＡＣコンバータ２１３ｂは、直流電圧として供給されるバッテリ２１３ａの出力を、所定の周波数（例えば５０Ｈｚ）の交流電圧に変換して出力する。
【００６８】
高周波電圧発生部２１１および整合器２１２は、図１の除草駆動部４０を構成する。高周波電圧発生部２１１は、誘電加熱制御部２１０の制御に従い、ＤＣ／ＡＣコンバータ２１３ｂから出力された交流電圧を、高周波誘電加熱に用いる、例えば周波数が１３．５６ＭＨｚの高周波電圧に変換する。なお、高周波電圧発生部２１１が発生する高周波電圧の周波数は、１３．５６ＭＨｚに限定されず、例えば４ＭＨｚ〜８０ＭＨｚの範囲の周波数を用いることができる。また、高周波電圧発生部２１１にＤＣ／ＡＣコンバータ２１３ｂの機能を含めて、高周波電圧発生部２１１がバッテリ２１３ａの出力である直流電圧を直接的に高周波電圧に変換してもよい。
【００６９】
高周波電圧発生部２１１で発生された高周波電圧は、整合器２１２を介して電極部１００に含まれる各電極２２０ａおよび２２０ｂに供給される。より具体的には、整合器２１２における高周波電圧の両極のうち第１の極が第１の電極である複数の電極２２０ａ、２２０ａ、…にそれぞれ接続され、第２の極が第２の電極である複数の電極２２０ｂ、２２０ｂ、…にそれぞれ接続される。
【００７０】
図８は、実施形態に適用可能な、第１の電極である電極２２０ａと、第２の電極である電極２２０ｂとの配置の例を示す。なお、図８において、上述した図１および図７と共通する部分には同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。図８の例では、矢印で示されるように、図中の左側が胴体１０の正面となっている。
【００７１】
電極２２０ａおよび２２０ｂは、例えば図８に例示されるように、胴体１０の正面の幅方向に沿って配置される。また、図８の例では、それぞれ１以上の電極２２０ａおよび２２０ｂは、胴体１０の底面が平面であると仮定した場合に、当該底面に平行な面に対し、交互に配置されている。このように、第１の電極と第２の電極とを、それぞれ複数の電極２２０ａ、２２０ａ、…と電極２２０ｂ、２２０ｂ、…とを用いて構成した電極構造を、格子電極と呼ぶ。
【００７２】
なお、図８では、各電極２２０ａおよび２２０ｂが胴体１０の正面の幅方向に沿って配置されているが、これはこの例に限定されない。例えば、各電極２２０ａおよび２２０ｂを、胴体１０の正面の幅方向に垂直に配置してもよいし、幅方向に対して他の角度を以って配置してもよい。
【００７３】
整合器２１２は、高周波電圧発生部２１１と負荷（電極２２０ａおよび２２０ｂ）との間のインピーダンスマッチングを行う。また、整合器２１２は、電極２２０ａおよび２２０ｂを介して流れる高周波電流の電流値をモニタ値として取得し、取得したモニタ値を誘電加熱制御部２１０に供給する。誘電加熱制御部２１０は、この整合器２１２から供給されたモニタ値に基づき、高周波電圧発生部２１１による高周波電圧の発生を制御する。
【００７４】
なお、高周波電圧発生部２１１は、電極部１００が、移動面（例えば地面）に近接した位置にて少なくとも植物に含まれる水を加熱可能な強度の高周波電界を発生させる電圧の高周波電圧を発生可能とされている。
【００７５】
モータドライバ２１５Lおよび２１５Rは、それぞれ、全体制御部２００の制御に従いモータ１２Lおよび１２Rを駆動する。
【００７６】
解析部１２１は、カメラ１２０から出力された画像を解析し、解析結果を全体制御部２００に供給する。全体制御部２００は、解析部１２１から供給された解析結果に基づき、誘電加熱制御部２１０対する指示や、モータドライバ２１５Lおよび２１５Rの制御を行う。解析部１２１で行われる解析の例については後述する。
【００７７】
全体制御部２００は、さらに、センサＩ／Ｆ２１４を介して供給される各センサ５０ａ、５０ｂおよび５０ｃの検知結果に基づき、誘電加熱制御部２１０に対する指示や、モータドライバ２１５Lおよび２１５Rの制御を行う。
【００７８】
例えば、全体制御部２００は、扉部１１２の開閉状態を検知する開閉センサであるセンサ５０ａの検知結果に基づき扉部１１２が開状態であると判定した場合、または、胴体１０（除草装置１）の姿勢を検知するセンサ５０ｂの検知結果に基づき胴体１０が転倒状態にあると判定した場合に、誘電加熱制御部２１０に対して、高周波電圧発生部２１１による高周波電圧の発生を停止させる指示を出す。
【００７９】
また、全体制御部２００は、除草装置１の底面側からの圧力を検知するセンサ５０ｃの検知結果に基づき、例えば、高周波電圧発生部２１１が発生する高周波電圧の例えば電圧値を制御するように誘電加熱制御部２１０に指示を出す。一例として、全体制御部２００は、センサ５０ｃが所定より高い圧力を検知した場合、電極部１００の前方の植物の密集度、または、当該植物の硬度が高いと判定し、高周波電圧発生部２１１がより高い電圧値の高周波電圧を発生させるように、誘電加熱制御部２１０を制御する。
【００８０】
これに限らず、全体制御部２００は、センサ５０ｃの検知結果に基づき、モータドライバ２１５Lおよび２１５Rに、モータ１２Lおよび１２Rの回転速度を変更するように指示を出してもよい。上述の例では、全体制御部２００は、センサ５０ｃの検知結果に基づき、電極部１００の前方の植物の密集度または当該植物の硬度が高いと判定した場合に、モータ１２Lおよび１２Rの回転速度を遅くするようにモータドライバ２１５Lおよび２１５Rに指示を出すことができる。
【００８１】
さらに、全体制御部２００は、モータ１２Lおよび１２Rの回転を示す回転信号をモータドライバ２１５Lおよび２１５Rから受け取り、回転信号に基づきモータ１２Lおよび１２Rが停止していると判定した場合に、高周波電圧発生部２１１による高周波電圧の発生を停止させることができる。
【００８２】
通信部２１は、上述したように、操縦装置３０に対する操作に応じた操作命令が変調されて操縦装置３０から送信された信号をアンテナ２２により受信する。通信部２１は、受信した信号を復調して操作命令を取り出し、取り出した操作命令を全体制御部２００に渡す。全体制御部２００は、通信部２１から渡された操作命令に応じて、モータドライバ２１５Lおよび２１５R、ならびに、誘電加熱制御部２１０を制御する。
【００８３】
（実施形態に係る除草装置の使用形態の例）
上述のような構成の除草装置１の使用形態の例について説明する。除草装置１の操作者は、先ず、除草対象の植物が存在する除草領域に除草装置１を移動させる。操作者は、除草装置１および操縦装置３０をそれぞれオンとする。これにより、操縦装置３０と通信部２１との間で通信が可能となり、操縦装置３０での除草装置１の遠隔操作が有効になる。
【００８４】
次に、操作者は、操縦装置３０に対して、除草装置１において高周波誘電加熱をオンとする操作を行う。この操作に応じた操作命令が変調された信号が操縦装置３０から送信される。この信号は、除草装置１のアンテナ２２に受信されて通信部２１に供給される。通信部２１は、供給された信号を復調して操作命令を取り出し、取り出した操作命令を全体制御部２００に渡す。
【００８５】
全体制御部２００は、通信部２１から渡された操作命令に従い、モータドライバ２１５Lおよび２１５Rに対してモータ１２Lおよび１２Rに操作命令により示される回転を行わせるように指示する。モータ１２Lおよび１２Rは、モータドライバ２１５Lおよび２１５Rの制御に従い回転し、車輪１１LFおよび１１LR、ならびに、車輪１１RFおよび１１RRを駆動して除草装置１を走行させる。
【００８６】
全体制御部２００は、さらに、通信部２１から渡された操作命令に従い、誘電加熱制御部２１０に対して、高周波電圧発生部２１１により高周波電圧を発生させるように指示する。誘電加熱制御部２１０は、この指示に従い高周波電圧発生部２１１を制御して高周波電圧を発生させる。高周波電圧発生部２１１で発生された高周波電圧は、整合器２１２を介して各電極２２０ａおよび２２０ｂに印加される。
【００８７】
高周波電圧が各電極２２０ａおよび２２０ｂに印加されることで、隣接する電極２２０ａおよび２２０ｂ間に高周波電界が発生し、電極部１００の下部にある植物や種子にこの高周波電界が作用する。すなわち、高周波電界は、植物や種子に含まれる誘電体である水分の双極子を加振し、双極子同士の摩擦熱を発生させて植物が加熱される。加熱された植物や種子は、乾燥または萎縮させられる。
【００８８】
除草装置１の走行に伴い、除草領域内の植物や種子が順次胴体１０の開口部から胴体１０内に取り込まれ、電極部１００の下部を通過して、高周波誘電加熱により加熱される。加熱されることで乾燥または萎縮させられた植物は、電極部１００の後方に設けられる加圧ローラ１３０により圧迫され植物の茎などが押し潰される。これにより、除草および植物生育の遅延、ならびに、土壌殺菌がなされる。また、種子が加熱されることにより、発芽防止がなされる。除草された植物や、発芽防止された種子は、除草装置１の胴内１０後方の開口部に設けられたシールド１４１を通過する。
【００８９】
所望の除草領域における作業の終了後、操作者は、操縦装置３０に対して高周波誘電加熱をオフとさせる操作を行う。除草装置１において、全体制御部２００は、操縦装置３０から送信された、高周波誘電加熱をオフとする操作命令に応じて誘電加熱制御部２１０を制御して高周波電圧発生部２１１による高周波電圧の発生を停止させる。また、全体制御部２００は、当該操作命令に応じてモータ１２Lおよび１２Rの動作の停止や他の各部の停
止など、除草装置１の稼働も停止させる。
【００９０】
このように、実施形態に係る除草装置１によれば、高周波誘電加熱より除草対象の植物や種子に含まれる水分を選択的に加熱し、植物や種子を乾燥または萎縮させることで除草や発芽防止を行っている。そのため、チップソーを用いた除草のように、除草に伴い飛散する物体に注意を払う必要が無く、除草作業を容易に行える。また、高周波誘電加熱は、バッテリによる電力を用いて行うため、排気ガスが発生することが無く、清浄な雰囲気で除草作業を行うことができる。
【００９１】
また、除草装置１の操縦を、操縦装置３０を用いて遠隔操作で行うため、高周波誘電加熱により発生する電磁波による操作者の人体に対する影響を抑制できる。すなわち、除草装置１が用いられる場所においては、除草装置１が移動する移動面が平坦とは限らず、寧ろ、不整地であって起伏に富んでいる場合が多いと考えられる。この場合、除草装置１が除草を行う除草領域の状況などにより、移動面と胴体１０との間のギャップが変化し、漏れ電磁波量が変化する可能性がある。実施形態の除草装置１は、操縦装置３０により遠隔操作を行うようにしているため、このような漏れ電磁波による操作者への影響が抑制される。
【００９２】
なお、上述では、除草装置１を操縦装置３０を用いて遠隔操作するように説明したが、これはこの例に限定されない。例えば、カメラ１２０で撮影された画像に基づき全体制御部２００がモータドライバ２１５Lおよび２１５Rを制御し、除草装置１を自律走行させるようにしてもよい。この場合、操縦装置３０による遠隔操作により、自律走行を補助してもよい。
【００９３】
（電極の配置について）
次に、電極部１００における電極２２０ａおよび２２０ｂの配置について説明する。
【００９４】
被加熱物が均質で一様な厚さの場合は、高周波電圧の第１および第２の極にそれぞれ接続される第１および第２の電極を、互いに対向するそれぞれ１枚の電極により構成する平行平板電極が多く利用される。平行平板電極は、端部を除けば電界強度が一様となり均一加熱が行え、高周波エネルギの吸収効率も良好である。
【００９５】
一方、平行平板電極は、被加熱物が電極に密着していて水蒸気が抜け難く、薄い被加熱物の場合には、静電容量が増大し内部インピ−ダンスが低下してしまうおそれがある。さらに、被加熱物を加熱することで発生した水蒸気が結露して電極に水滴が付着すると、放電が発生し易くなる。
【００９６】
また、平行平板電極を電極部１００の構成に採用した場合、例えば地中に対向電極が必要となるため、除草領域において植物の根を掘り返して対向電極を埋めておくなどの処理が必要になる。耕作放置の農地の「のり面」や山間部の傾斜地などでは、植物（雑草）の根が無いことで雨などで土が流れ、土砂崩れの原因になる可能性がある。さらに、電極に地中の水蒸気や植物の水蒸気が付着する、また、付着した水蒸気による結露が発生するなどにより、インピーダンスが低下し、落雷などが発生すると同時に除草装置１の出力がリミッターにかかり停止してしまうおそれがある。
【００９７】
図９を用いて、実施形態に係る除草装置１に適用可能な格子電極の構造について、概略的に説明する。図９（ａ）は、高周波電圧の第１の極が接続される複数の第１の電極と、第２の極が接続される複数の第２の電極とが同一平面上に交互に配置された構造による格子電極を示す。図９（ａ）の構造を持った格子電極を、便宜上、平面状格子電極と呼ぶ。平面状格子電極では、第１および第２の電極により発生する高周波電界による電気力線は、図９（ａ）の下部に示されるように、電気力線が、隣接する第１の電極と第２の電極との間で被加熱物の表面に沿った方向に通過する。
【００９８】
図９（ｂ）は、第１の平面上に配置された複数の第１の電極と、第１の電極が配置される平面に対して平行な第２の平面上に配置された複数の第２の電極とが、第１の平面および第２の平面とで千鳥状（ジグザグ）に配置される構造による格子電極を示す。図９（ｂ）の構造を持った格子電極を、便宜上、千鳥状格子電極と呼ぶ。千鳥状格子電極では、図９（ｂ）の下部に示されるように、電気力線が被加熱物中を斜めに方向に通過する。
【００９９】
図１０は、実施形態に適用可能な電極構造の例を示す。図１０（ａ）は、平面状格子電極を実施形態の電極部１００に適用した例を示す。この場合、高周波電圧の第１の極に接続される複数の電極２２０ａと、第２の極に接続される複数の電極２２０ｂとが、同一平面上に、交互に配置されて平面状格子電極が形成される。電気力線３１０は、互いに隣接する電極２２０ａと電極２２０ｂの間で、被加熱物すなわち除草対象の植物３００内を、電極２２０ａおよび２２０ｂがなす平面に沿って通過する。
【０１００】
図１０（ｂ）は、千鳥状格子電極を実施形態の電極部１００に適用した例を示す。この場合、高周波電圧の第１の極に接続される複数の電極２２０ａが第１の平面上に配置され、第２の極に接続される複数の電極２２０ｂが第２の平面上に配置される。また、電極２２０ａおよび２２０ｂは、例えば第１および第２の平面の垂線方向に重ならないように配置される。電気力線３１０は、直近の電極２２０ａおよび２２０ｂとの間で、除草対象の植物３００内を斜めに通過する。
【０１０１】
実施形態では、図６および図８に示したように、電極部１００の構造として平面状格子電極を採用している。平面状格子電極は、上述したように、電気力線が互いに隣接した電極２２０ａおよび２２０ｂ間で発生し、電極２２０ａおよび２２０ｂから距離が離れることで電界強度も弱まることから、除草装置１直下の地表近くの深い位置まで電気力線は到達しない。したがって、除草領域の状況などにより、除草装置１と地面とのギャップが変化しても、電極部１００から漏れる漏れ電磁波の量を少なくできる。
【０１０２】
一方、実施形態に係る電極部１００の構造として、千鳥状格子電極を採用してもよい。この場合、電極２２０ａと電極２２０ｂとで除草対象の植物３００を挟み込む形になる。そのため、下側になる電極２２０ｂの形状を例えば櫛状にする、電極２２０ａおよび２２０ｂの方向を胴体１０の幅方向に対して直角にするなどの工夫が必要になる。
【０１０３】
また、千鳥状格子電極では、植物３００の密集度合いなどで、加熱すべき水分量が大きく異なり、整合器２１２における整合に困難が生じる可能性がある。平面状格子電極では、電極２２０ａおよび２２０ｂが互いに隣接しているため、植物３００の密集度合いによる負荷変動が少なくなり、整合器２１２による整合が容易となる。
【０１０４】
なお、電極部１００の構造として平面状格子電極および千鳥状格子電極の何れを採用する場合であっても、電極２２０ａおよび２２０ｂの、少なくとも除草対象の植物３００に対向する面は、フッ素樹脂材やシリコン材で被覆し、撥水性を持たせておくと好ましい。
【０１０５】
また、除草装置１の内部にモータ駆動のファンを設け、高周波誘電加熱を行った際の植物や種子から蒸発した水分を、ファンにより強制的に除草装置１の外部に排出するように構成すると、高周波誘電加熱時に発生する植物や種子などからの水分蒸発による電極部１００や除草装置１内部の結露を防止することができ好ましい。また、電極部１００や除草装置１内部をフッ素樹脂材によるシートやシリコン材によるシートなどで覆い、除草装置１内部の空間の領域分離を行うことで、高周波誘電加熱時に発生する植物や種子などからの水分蒸発による電極部１００や除草装置１内部の結露を防止することができ好ましい。
【０１０６】
実施形態では、電極部１００の構造として格子電極（平面状格子電極または千鳥状格子電極）を採用している。そのため、第１の電極と第２の電極とが隣接または近接した位置に配置されるため、除草領域において植物の根を掘り返すなどの処理が不要となり、雨などで土が流れたり、それにより土砂崩れが発生したりするおそれが無い。また、実施形態の電極２２０ａおよび２２０ｂは、少なくとも植物に対向する面がフッ素樹脂材やシリコン材などで覆われ撥水性を持たせているため、植物や地中からの水分が付着し結露したとしても、落雷などによる影響が抑制される。
【０１０７】
（実施形態に適用可能な画像解析処理）
次に、実施形態に適用可能な、解析部１２１による画像解析処理の例について説明する。上述したように、実施形態に係る除草装置１では、解析部１２１により、カメラ１２０から出力された画像を解析し、解析結果に基づき誘電加熱制御部２１０対する指示や、モータドライバ２１５Lおよび２１５Rの制御を行うことができる。実施形態に係る解析部１２１は、この画像解析処理を、画像に含まれるオブジェクトのエッジを検出することで行う。
【０１０８】
図１１は、実施形態に適用可能な解析部１２１の機能を説明するための一例の機能ブロック図である。図１１において、解析部１２１は、画像解析部１２１０と、判定部１２１１と、植物データベース（ＤＢ）１２１２とを含む。解析部１２１は、独立したプロセッサおよびメモリなどを用いて構成してもよいし、全体制御部２００に含まれるＣＰＵ２０００上で動作するプログラムとして構成してもよい。また、解析部１２１を独立したプロセッサおよびメモリを用いて構成する場合には、画像解析部１２１０、判定部１２１１および植物ＤＢ１２１２を、当該プロセッサ上で動作するプログラムとして構成してもよいし、互いに協働して動作するハードウェア回路を用いて構成してもよい。
【０１０９】
カメラ１２０から出力された画像は、そのまま解析部１２１から出力されて全体制御部２００に供給されると共に、画像解析部１２１０に入力される。カメラ１２０が除草領域を撮影している場合、当該画像には、植物の葉や花などがオブジェクトとして含まれていると考えられる。画像解析部１２１０は、入力された画像から、画像に含まれるオブジェクトの特徴情報を検出する。ここでは、画像解析部１２１０は、特徴情報として、画像に対して既存技術を用いてエッジ検出処理を施して検出したエッジ情報を用いる。画像解析部１２１０は、検出したエッジ情報から、植物の葉や花らしき部分を抽出して判定部１２１１に渡す。
【０１１０】
植物ＤＢ１２１２は、植物に関する特徴情報が不揮発性の記憶媒体に予め登録されて構成される。画像解析部１２１０において画像からエッジ検出を行うこの例では、植物ＤＢ１２１２は、解析部１２１が含むＲＯＭ、あるいは、全体制御部２００が含むＲＯＭ２００１といった不揮発性の記憶媒体に、除草対象として想定される各植物の画像からエッジを検出した各エッジ情報を、各植物の特徴情報として予め登録しておく。また、植物ＤＢ１２１２において、当該記憶媒体に、各植物のエッジ情報に関連付けて、その植物自体の除草に影響する特徴（硬度、密集度など）も、予め登録しておく。
【０１１１】
判定部１２１１は、画像解析部１２１０から渡された、植物の葉や花らしき部分のエッジ情報と、植物ＤＢ１２１２に登録される各エッジ情報とを比較し、画像解析部１２１０から渡されたエッジ情報と、植物ＤＢ１２１２に登録される各エッジ情報との類似度を求める。そして、植物ＤＢ１２１２に登録される各エッジ情報のうち、類似度の最も高いエッジ情報に関連付けられた特徴（硬度、密集度など）を抽出して、解析部１２１の解析結果として全体制御部２００に渡す。全体制御部２００は、判定部１２１１から渡された解析部１２１の解析結果に基づき、モータドライバ２１５Lおよび２１５Rや、誘電加熱制御部２１０に対して指示を出す。
【０１１２】
例えば、全体制御部２００は、解析部１２１から渡された解析結果に基づき、電極部１００の前方の植物の密集度または当該植物の硬度が高いと判定した場合に、高周波電圧発生部２１１がより高い電圧値の高周波電圧を発生させるように、誘電加熱制御部２１０を制御する。これに限らず、全体制御部２００は、解析部１２１から渡された解析結果に基づき電極部１００の前方の植物の密集度または当該植物の硬度が高いと判定した場合に、モータ１２Lおよび１２Rの回転速度を遅くするようにモータドライバ２１５Lおよび２１
５Rに指示を出してもよい。
【０１１３】
解析部１２１による画像解析処理は、上述のパターン認識に限定されない。例えば、解析部１２１は、画像に含まれるオブジェクトのエッジの揺れを検出する画像解析処理を行うようにしてもよい。この場合、全体制御部２００は、解析部１２１による画像解析処理の結果で得られたオブジェクトの揺れの情報に基づき、前方の植物の有無や、植物の密集度、植物の硬度を判定することができる。
【０１１４】
より具体的には、解析部１２１は、カメラ１２０から出力された画像に対して色分析を行い、画像に含まれる植物特有の色（例えば緑色や茶色系統の色）を検出する。解析部１２１は、さらに、画像に対してエッジ検出処理を施して、画像に含まれオブジェクトのエッジを検出し、検出されたエッジが、外力（風や進行時に接触することで発生）による揺れを生じているか否かを確認する。これにより、画像に含まれるオブジェクトが植物であるか否かを判定することができる。さらに、解析部１２１によりエッジの密度や揺れの速度を検出することで、前方の植物の密集度や硬度の判定を行うことが可能である。
【０１１５】
なお、上述の実施形態は、本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形による実施が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
実施形態の除草装置は、下記のような用途にも利用可能である。
【０１１７】
（１）自動車
乗用自動車、バス、トラック、ダンプトラック、トラック用荷台、トラック用あおり板、トラクター、トレーラー、消防自動車、塵芥車、クレーン車、雪上自動車、フォークリフトトラック、自動車用前照灯、自動車用尾灯、自動車用ステアリングホイール、自動車用コンソール、自動車用シフトレバー、自動車用車輪、自動車用リム、自動車用タイヤ、自動車用ハブキャップ、自動車用ホイールキャップ、自動車用ブレーキシュー、自動車用ブレーキディスク、自動車用マフラー、自動車用バンパー、自動車用インストルメントパネル、自動車用錠、自動車用ウィンドワイパー、自動車用警音器、自動車用ヒーター、自動車用クーラー、自動車用サイドミラー、自動車用バックミラー、自動車用シート、自動車用ラジエーターグリル、タイヤチェーン、自動車用泥よけ、自動車用サイドバイザー、自動車用サンバイザー、自動車用ルーフキャリヤー、自動二輪車等。
【０１１８】
（２）農業用整地機具
農業用トラクター、動力耕運機、動力耕運機用プラウ、動力耕運機用うね立て機、動力耕運機用耕運刀、くわ。
【０１１９】
（３）栽培管理用機具
肥料散布機、播種機、施肥播種機、田植機、田植機用車輪、移植機、芋植付け機、水田中耕除草機、カルチベーター、栽培用ミスト機、鳥獣威嚇機、剪定機、移植ごて、刈払い機、くま手、ショベル。
【０１２０】
（４）収穫調整用機具
刈取り結束機、刈取り結束機用結束機、刈取り機用刃、ばれいしよ掘取り機、コンバイン、トマト収穫機、かま、脱穀機、もみすり機、唐箕、選穀機、果実選別機、穀物用乾燥機、牧草用乾燥機。
【０１２１】
（５）わら打ち機
わら打ち機、なわない機、俵編み機、わら用押し切り、芝刈り機、じようろ、植木鉢、植木鉢カバー。
【符号の説明】
【０１２２】
１  除草装置
１０  胴体
１１LF，１１LR，１１RF，１１RR  車輪
１２L，１２R  モータ
２０  制御部
２１  通信部
３０  操縦装置
４０  除草駆動部
５０，５０ａ，５０ｂ，５０ｃ  センサ
１００  電極部
１１２  扉部
１２０  カメラ
１２１  解析部
１３０  加圧ローラ
１３１  圧力センサ
１３２ａ，１３２ｂ  姿勢センサ
１４１  シールド
２００  全体制御部
２１０  誘電加熱制御部
２１１  高周波電圧発生部
２１２  整合器
２１３ａ  バッテリ
２１３ｂ  ＤＣ／ＡＣコンバータ
２１５L，２１５R  モータドライバ
２２０ａ，２２０ｂ  電極
３００  除草対象
３１０  電気力線
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１２３】
【特許文献１】特開２０１１−２３９７５４号公報
【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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