特開 2023-116309 植物除去装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023116309

(43)【公開日】2023-08-22

(54)【発明の名称】植物除去装置

(51)【国際特許分類】

   A01M 21/04 20060101AFI20230815BHJP

【ＦＩ】

A01M21/04 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022019045

(22)【出願日】2022-02-09

(71)【出願人】

【識別番号】391002498

【氏名又は名称】フタバ産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 隆

【テーマコード（参考）】

2B121

【Ｆターム（参考）】

2B121AA19

2B121BB23

2B121DA17

2B121DA62

2B121DA63

2B121DA70

2B121EA26

(57)【要約】

【課題】植物を除去する作業の効率を向上させる。
【解決手段】植物除去装置は、検出部と、判定部と、照射部と、保存部と、を備える。検出部は、画像データに基づき目的外植物を検出すると共に、目的外植物の位置を検出する。判定部は、検出された目的外植物がビームの照射対象か否かを判定する。照射部は、照射対象である目的外植物に対しビームを照射する。保存部は、ビームが照射される目的外植物の位置を、照射情報として保存する。判定部は、検出部が検出した目的外植物が照射対象であるか否かを、目的外植物の位置と照射情報とに基づき判定する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

植物除去装置であって、
地面の画像を示す画像データを生成するよう構成された画像センサと、
予め定められた植物を目的植物とすると共に、前記目的植物ではない植物を目的外植物とし、前記画像データに基づき前記目的外植物を検出すると共に、前記目的外植物の位置を検出するよう構成された検出部と、
前記検出部が検出した前記目的外植物が、ビームを照射する照射対象か否かを判定するよう構成された判定部と、
前記照射対象と判定された前記目的外植物に対し、前記ビームを照射するよう構成された照射部と、
前記ビームが照射される前記目的外植物の位置を、照射情報として保存するよう構成された保存部と、を備え、
前記判定部は、前記検出部が検出した前記目的外植物が前記照射対象であるか否かを、前記目的外植物の位置と前記照射情報とに基づき判定するよう構成されている
植物除去装置。

【請求項2】

請求項１に記載の植物除去装置であって、
前記判定部は、前記検出部が検出した前記目的外植物の位置が、前記照射情報に含まれない場合には、該目的外植物を前記照射対象と判定するよう構成されている
植物除去装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の植物除去装置であって、
前記保存部は、前記ビームが照射される前記目的外植物の位置に加え、前記目的外植物に前記ビームを照射する時期である照射時期を前記照射情報として保存するよう構成され、
前記判定部は、前記検出部が検出した前記目的外植物が前記照射対象であるか否かを、前記照射時期をさらに加味して判定するよう構成されている
植物除去装置。

【請求項4】

請求項３に記載の植物除去装置であって、
前記判定部は、前記検出部が検出した前記目的外植物の位置が、前記照射情報に含まれる場合、前記照射情報に含まれる該目的外植物の前記照射時期から予め定められた期間が経過していれば、該目的外植物を前記照射対象と判定するよう構成されている
植物除去装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の植物除去装置であって、
前記画像データは、前記目的植物が位置する前記地面の画像を示し、
前記検出部は、前記画像データに基づき前記目的外植物を検出すると共に、前記画像データにおける前記目的植物の位置に基づき、前記目的外植物の位置を検出するよう構成されている
植物除去装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、植物除去装置に関する。

【背景技術】

【0002】

農地を走行し、三次元イメージャにより生成された画像に基づき雑草を検出すると共に、検出した雑草にビームを照射することで、該雑草を除去する自走式のシステムが知られている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－５３９４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、ビームが照射された雑草が枯れるまで、一定期間を要する場合がある。このため、特許文献１に開示されているシステムを使用して雑草の除去を行う場合、既にビームが照射されたことにより枯れると予想される雑草に対し、再びビームが照射され、作業効率が低下する恐れがある。

【0005】

本開示の一態様では、植物を除去する作業の効率を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様は、植物除去装置であって、画像センサと、検出部と、判定部と、照射部と、保存部と、を備える。画像センサは、地面の画像を示す画像データを生成するよう構成される。検出部は、予め定められた植物を目的植物とすると共に、目的植物ではない植物を目的外植物とし、画像データに基づき目的外植物を検出すると共に、目的外植物の位置を検出するよう構成される。判定部は、検出部が検出した目的外植物が、ビームを照射する照射対象か否かを判定するよう構成される。照射部は、照射対象と判定された目的外植物に対し、ビームを照射するよう構成される。保存部は、ビームが照射される目的外植物の位置を、照射情報として保存するよう構成される。判定部は、検出部が検出した目的外植物が照射対象であるか否かを、目的外植物の位置と照射情報とに基づき判定するよう構成されている。

【0007】

上記構成によれば、既にビームが照射され、今後枯れる可能性のある目的外植物に対しビームが照射されるのを抑制できる。このため、植物の除去に必要な時間や電力を抑制でき、植物を除去する作業の効率を向上させることができる。

【0008】

本開示の一態様では、判定部は、検出部が検出した目的外植物の位置が、照射情報に含まれない場合には、該目的外植物を照射対象と判定するよう構成されていてもよい。
上記構成によれば、ビームが照射されていない目的外植物が検出された場合には、該目的外植物をビームの照射対象とすることができる。

【0009】

本開示の一態様では、保存部は、ビームが照射される目的外植物の位置に加え、目的外植物にビームを照射する時期である照射時期を照射情報として保存するよう構成されてもよい。判定部は、検出部が検出した目的外植物が照射対象であるか否かを、照射時期をさらに加味して判定するよう構成されていてもよい。

【0010】

上記構成によれば、目的外植物へのビームの照射後の経過時間に応じて、該目的外植物に再びビームを照射するか否かを決定できる。このため、ビームの照射対象となる目的外植物を適切に選択できる。

【0011】

本開示の一態様では、判定部は、検出部が検出した目的外植物の位置が、照射情報に含まれる場合、照射情報に含まれる該目的外植物の照射時期から予め定められた期間が経過していれば、該目的外植物を照射対象と判定するよう構成されていてもよい。

【0012】

上記構成によれば、ビームの照射後に一定の期間が経過しても枯れない植物に対し、再びビームを照射することができる。
本開示の一態様では、画像データは、目的植物が位置する地面の画像を示してもよい。検出部は、画像データに基づき目的外植物を検出すると共に、画像データにおける目的植物の位置に基づき、目的外植物の位置を検出するよう構成されていてもよい。

【0013】

上記構成によれば、目的外植物の位置を好適に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】除草装置のブロック図である。

【図2】経路情報により示される耕地における経路、畝、及び作物の説明図である。

【図3】除草処理のフローチャートである。

【図4】雑草の詳細位置の検出についての説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本開示の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本開示の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

【0016】

［１．概要］
本実施形態の除草装置１は、作物（換言すれば、目的植物）を栽培する耕地にて、作物以外の植物である雑草（換言すれば、目的外植物）を除去する（図１参照）。除草装置１（換言すれば、植物除去装置）は、自走式であり、耕地２を走行しながら雑草を検出すると共に、検出した雑草にビームを照射することで、除草作業を行う。

【0017】

除草装置１は、制御部１０、電源１１、レーザ発振器１２、レーザヘッド１３、光学系１４、カメラ１５（換言すれば、画像センサ）、照明１６、走行部１７、筐体１８、及びカバー１９を備える。耕地２における除草装置１（換言すれば、筐体１８）の真下の地面には、所定の形状（一例として、四角形）の作業エリア１Ａが形成される。そして、除草装置１は、走行を停止した状態で、作業エリア１Ａにおける雑草を検出し、該雑草に対しビームを照射する。

【0018】

制御部１０は、除草装置１を統括制御する部位であり、ＣＰＵ及びメモリを備える。ＣＰＵは、メモリに記憶されたプログラムを実行し、これにより、除草装置１の各種機能が実現される。なお、制御部１０により実現される各種機能は、プログラムの実行によって実現することに限るものではなく、その一部又は全部について、１つ又は複数のハードウェアを用いて実現してもよい。

【0019】

この他にも、制御部１０は、除草装置１の位置（以後、現在地）を検出するよう構成される。具体的には、制御部１０は、例えば、ＧＰＳにより現在地を検出しても良いし、センサにより除草装置１の速度及び進行方向を検出し、これらの検出結果に基づき、現在地を検出しても良い。

【0020】

電源１１は、充電式のバッテリを備え、除草装置１における各部位に電力を供給する。
レーザ発振器１２、レーザヘッド１３、及び光学系１４は、雑草を除去するためのビームを出力する。具体的には、レーザ発振器１２でのレーザ発振によりビームが生成され、レーザヘッド１３及び光学系１４により、該ビームの進路が調整される。

【0021】

筐体１８は、制御部１０、電源１１、レーザ発振器１２、レーザヘッド１３、及び光学系１４を収納する。
カメラ１５は、筐体１８の下部に設けられており、筐体１８の下側の作業エリア１Ａを撮影する。

【0022】

照明１６は、筐体１８の下部に設けられており、作業エリア１Ａを照らす。
カバー１９は、筐体１８の下面から下方に突出するように設けられており、作業エリア１Ａを側方から囲む壁部を有する。これにより、照明１６により照らされている作業エリア１Ａの明るさが保持される。

【0023】

走行部１７は、カバー１９の下側に設けられ、除草装置１を走行させるためのタイヤ及びモータを備える。
［２．経路情報］
除草装置１は、制御部１０のメモリに記憶されている経路情報に従い耕地を走行し、除草を行う。図２に示す経路情報の一例は、耕地２における各畝２０の位置及び各作物２１の位置と、除草装置１が耕地２を走行する際の経路２２と、経路２２上の位置であって、除草装置１が停止し、除草作業を行う位置である停止位置とを示す。

【0024】

一例として、耕地２は４つの畝２０を有しており、各畝２０では、６つの作物２１が、一定の間隔（一例として、６０ｃｍ）を開けて設定された位置で栽培されている。また、各畝２０に対し、識別情報としてＸ（１～４の整数）が設定されていると共に、各畝２０の各作物２１に対し、識別情報としてＹ（１～６の整数）が設定されている。そして、Ｘ、Ｙの座標により、耕地２における各作物の位置が特定される。

【0025】

また、図２の経路情報では、一例として、各畝２０に沿って経路２２が設定されており、除草装置１は、走行部１７のタイヤの間に畝２０が位置する状態で、経路２２に沿って走行する。また、経路情報では、一例として、座標（４、１）に位置する作物２１に隣接して始点２２Ａが設定されると共に、座標（１、１）に位置する作物２１に隣接して終点２２Ｂが設定される。そして、始点２２Ａから終点２２Ｂに至るまで、各畝２０に沿って経路２２が設定される。

【0026】

また、経路情報では、各作物２１の位置が停止位置として設定されており、除草装置１が停止位置にて停止すると、該停止位置における作物２１は、除草装置１の作業エリア１Ａに位置する（図１参照）。除草装置１は、経路２２に沿って走行すると共に、各停止位置にて停止し、停止位置の作物２１の周辺の除草作業を行う。

【0027】

なお、除草装置１の停止位置は、例えば、作物２１の大きさや、隣接する作物２１の間隔等に応じて適宜定めることができる。また、例えば、複数の作物２１に対応して停止位置を設定し、除草装置１が該停止位置にて停止した際、作業エリア１Ａに複数の作物２１が存在するようにしても良い。

【0028】

また、経路情報における各畝２０及び各作物２１の位置と、経路２２の位置と、停止位置とは、例えば、ＧＰＳにより検出される経度及び緯度により定められても良い。この他にも、これらの位置は、例えば、耕地２に定められた基準点（例えば、始点２２Ａの位置）に対する相対的な位置として定められても良い。

【0029】

また、経路情報は、除草装置１のユーザにより設定されても良いし、除草装置１を提供する業者により設定されても良い。
［３．ビームによる除草について］
上述したように、除草装置１は、経路２２における各停止位置にて停止し、雑草を検出すると共に、検出した雑草にビームを照射することで除草作業を行う。そして、ビームが照射された雑草は、すぐに枯れるのではなく、一定の期間（例えば、１～７日程度）を経過した後に枯れ始める。

【0030】

これに対し、除草装置１による耕地の除草作業が行われた後、数日以内に、再び、除草装置１により同一の耕地の除草作業が行われる場合が想定される。このような場合には、前回の除草作業の際にビームを照射した雑草が枯れていない可能性があり、既にビームが照射され、今後枯れると予想される雑草に対して、必要以上にビームが照射される可能性がある。

【0031】

そこで、除草装置１の制御部１０は、ビームを照射した雑草を照射情報に登録する。照射情報は、制御部１０のメモリに保存されており、登録済の雑草の位置と、該雑草にビームを照射した年月日時（以後、照射時期）とを示す情報を含む。そして、制御部１０は、検出された雑草に対しビームが照射されたか否かを照射情報に基づき判定し、既にビームが照射され、今後枯れることが予想される雑草は、ビームの照射対象から除外する。

【0032】

［４．除草処理］
次に、除草装置１が経路情報に従い除草作業を行う際の処理である除草処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。除草処理を開始する際には、除草装置１が経路の始点まで走行するか、又は、ユーザ等により、除草装置１が始点に配置される。そして、本処理は、始点に位置する除草装置１により開始される。

【0033】

Ｓ１００では、除草装置１の制御部１０は、除草装置１の現在地を検出すると共に、経路情報に示される経路に沿って移動した場合における最も近接する停止位置を特定する。そして、制御部１０は、走行部１７を制御し、特定した停止位置まで移動し、停止位置にて停止するとＳ１０５に移行する。

【0034】

なお、図２の経路情報に従い除草作業を行う除草装置１は、停止位置に到達すると、除草装置１の真下に１つの作物２１が位置し、該作物２１と、該作物２１の周囲の領域とが、上述した作業エリア１Ａに存在する（図１参照）。しかし、これに限らず、作業エリア１Ａには、複数の作物が存在しても良いし、作物が存在していなくても良い。

【0035】

Ｓ１０５では、制御部１０は、照明１６を点灯して作業エリア１Ａを照らすと共に、カメラ１５により作業エリア１Ａを撮影し、画像データを生成する。そして、制御部１０は、画像データが示す画像３（図４参照）に基づき画像認識を行い、作業エリア１Ａに存在する作物３２及び雑草３０を検出する。

【0036】

Ｓ１１０では、制御部１０は、現在の作業エリア１Ａに存在する作物３２の位置を基準として、検出した各雑草３０の位置を検出する。具体的には、まず、制御部１０は、現在の停止位置にて栽培されている作物３２の位置の座標（Ｘ、Ｙ）を、概略位置として特定する。次に、制御部１０は、画像３において、作物３２の位置を基準として各雑草３０の詳細位置を検出する。すなわち、制御部１０は、画像３において、画像認識された雑草３０、作物３２を囲む矩形の枠３１、３３を設定すると共に、作物３２を囲む枠３３の中心を原点とするｘｙ座標系を設定する。また、制御部１０は、該ｘｙ座標系における雑草３０を囲む枠３１の中心の座標（ｘ、ｙ）を、該雑草３０の詳細位置として検出する。そして、制御部１０は、停止位置における作物３２の概略位置（Ｘ、Ｙ）と、該停止位置にて検出された雑草３０の詳細位置（ｘ、ｙ）とが、該雑草３０の位置とする。

【0037】

Ｓ１１５では、制御部１０は、検出した各雑草３０の位置と、メモリに保存されている照射情報とに基づき、各雑草３０がビームの照射対象であるか否かを判定する。
具体的には、検出された雑草３０の位置が照射情報に含まれておらず、該雑草３０が照射情報に未登録である場合には、制御部１０は、該雑草３０へのビームの照射が行われていないとみなし、該雑草３０をビームの照射対象と判定する。

【0038】

また、検出された雑草３０の位置が照射情報に含まれており、該雑草３０が照射情報に登録済である場合には、制御部１０は、照射情報から該雑草３０への前回のビームの照射時期を把握すると共に、現在の年月日時を特定する。そして、制御部１０は、該雑草３０への前回のビームの照射時期からの経過時間が、予め定められた閾値（一例として７日）を超える場合には、該雑草３０をビームの照射対象と判定する。一方、そうでない場合には、制御部１０は、該雑草３０をビームの照射対象から除外する。

【0039】

なお、制御部１０は、検出された雑草３０が照射情報に登録済である場合には、経過時間に関わらず、該雑草３０をビームの照射対象から除外しても良い。
Ｓ１２０では、制御部１０は、照射対象と判定された雑草が存在する場合には、照射対象となった全ての雑草に対しビームを照射する。

【0040】

Ｓ１２５では、制御部１０は、雑草へのビームの照射を行った場合には、照射情報を更新する。具体的には、未登録の雑草３０に対しビームを照射した場合には、制御部１０は、該雑草３０の位置と、現在の年月日時（換言すれば、該雑草３０へのビームの照射時期）とを照射情報の一部として保存することで、該雑草３０を照射情報に登録する。また、登録済の雑草３０に対しビームを照射した場合には、制御部１０は、現在の年月日時（換言すれば、該雑草３０へのビームの照射時期）を、該雑草３０の照射情報の一部として保存する。

【0041】

Ｓ１３０では、制御部１０は、除草装置１が、経路情報に設定されている全ての停止位置にて停止したか否かを判定する。そして、制御部１０は、肯定判定が得られた場合には（Ｓ１３０：Ｙｅｓ）、経路の終点まで移動する。一方、制御部１０は、否定判定が得られた場合には（Ｓ１３０：Ｎｏ）、Ｓ１００に移行する。

【0042】

［５．効果］
（１）上記実施形態によれば、検出された雑草の位置と照射情報とに基づき、該雑草をビームの照射対照とするか否かが判定される。このため、既にビームが照射され、今後枯れる可能性のある雑草に対しビームが照射されるのを抑制できる。したがって、雑草の除去に必要な時間や電力を抑制でき、雑草を除去する作業の効率を向上させることができる。

【0043】

（２）また、照射情報に登録されていない雑草が検出されると、該雑草はビームの放射対象となる。このため、ビームが照射されていない雑草を、ビームの照射対象とすることができる。

【0044】

（３）また、雑草が検出された際には、現在の年月日時と、照射情報が示す該雑草への前回のビームの照射時期とに基づき、該雑草をビームの照射対象とするか否かが判定される。このため、該雑草へのビームの照射後の経過時間に応じて、該雑草に再びビームを照射するか否かを決定できる。このため、ビームの照射対象となる雑草を適切に選択できる。

【0045】

（４）また、照射情報に登録されている雑草が検出された場合、該雑草へのビームの照射時期からの経過時間が予め定められた閾値に達していれば、該雑草はビームの照射対象となる。このため、ビームの照射後に一定の期間が経過しても枯れない雑草に対し、再びビームを照射することができる。

【0046】

（５）一方、上記経過時間が上記閾値に達していなければ、該雑草はビームの照射対象から除外される。このため、既にビームが照射され、今後枯れる可能性のある植物に対しビームが照射されるのを抑制できる。したがって、植物の除去に必要な時間や電力を抑制でき、植物を除去する作業の効率を向上させることができる。

【0047】

（６）また、雑草の位置は、作物の位置を基準として検出される。このため、雑草の位置を正確に検出できる。
［６．他の実施形態］
（１）上記実施形態では、検出された雑草の位置は、除草装置１の停止位置における作物の概略位置（Ｘ、Ｙ）と、作物の位置を基準とした雑草の詳細位置（ｘ、ｙ）とにより定められる。しかし、雑草の位置は、これに限らず、様々な方法で検出され得る。具体的には、例えば、除草装置１の制御部１０は、ＧＰＳにより検出された現在地に基づき、カメラ１５により撮影された画像の位置を検出すると共に、該画像内における雑草の相対的な位置を検出しても良い。そして、制御部１０は、これらの位置の検出結果を、雑草の位置としても良い。

【0048】

（２）上記実施形態の除草処理では、検出された雑草へのビームの照射後に照射情報が更新され、未登録の雑草が新たに照射情報に登録されたり、登録済の雑草の照射時期が照射情報として保存されたりする。しかし、照射情報の更新タイミングは、適宜定められる。具体的には、例えば、制御部１０は、検出された雑草がビームの照射対象であると判定された後、該雑草にビームを照射する前に、同様にして、該雑草に対応する照射情報を更新しても良い。

【0049】

（３）上記実施形態では、除草装置１は耕地２における除草作業を行う。しかし、除草装置１は、目的植物が栽培されていたり、目的植物が自生していたりする耕地２以外の場所（例えば、公園や庭等）での、目的外植物の除去に用いられても良い。この他にも、除草装置１は、目的植物が存在しない場所における植物の除去に用いられても良い。つまり、特定の場所に存在する全ての植物を目的外植物とし、このような目的外植物を除去するために除草装置１が用いられても良い。

【0050】

（４）上記実施形態の除草装置１は、自走式であり、経路情報に従い自動的に走行するよう構成されている。しかし、除草装置１は、ユーザからの操作に従い経路に沿って移動しても良いし、他の装置や人手により移動し、同様にして除草作業を行っても良い。

【0051】

（５）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。

【0052】

［７．文言の対応関係］
除草処理のＳ１０５、Ｓ１１０が検出部の一例に、Ｓ１１５が判定部の一例に、Ｓ１２０が照射部の一例に、Ｓ１２５が保存部の一例にそれぞれ相当する。

【符号の説明】

【0053】

１…除草装置、１Ａ…作業エリア、１０…制御部、１１…電源、１２…レーザ発振器、１３…レーザヘッド、１４…光学系、１５…カメラ、２…耕地、２１…作物、２２…経路、３…画像、３０…雑草、３２…作物。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】