特開 2023-116310 除草装置

(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】P2023116310

(43)【公開日】2023-08-22

(54)【発明の名称】除草装置

(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 2022019046

(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

2B121DA33

2B121DA62

2B121DA63

2B121EA26

2B121FA14

(57)【要約】

【課題】レーザ光の照射により雑草から発生する煙によって、雑草の認識精度が落ちることを抑制する技術を提供する。
【解決手段】除草装置は、撮像装置と、レーザ照射器と、遮蔽壁と、送風機と、を備える。撮像装置は、撮像範囲に存在する植物を撮像するように構成される。レーザ照射器は、植物に対し、レーザ光を照射するように構成される。遮蔽壁は、レーザ光の照射空間を囲むように配置された筒状の部材である。送風機は、照射空間に空気の流れを発生させ、レーザ光の照射により発生した照射空間に留まる煙を撮像範囲外へ移動させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

除草装置であって、
撮像範囲に存在する植物を撮像するように構成された撮像装置と、
前記植物に対し、レーザ光を照射するように構成されたレーザ照射器と、
前記レーザ光の照射空間を囲むように配置された筒状の遮蔽壁と、
前記照射空間に空気の流れを発生させ、前記レーザ光の照射により発生した前記照射空間に留まる煙を前記撮像範囲外へ移動させる送風機と、
を備える、除草装置。

【請求項2】

請求項１に記載の除草装置であって、
前記送風機は、前記照射空間外の空気である外気を前記照射空間へ導入し、前記遮蔽壁の外へ前記煙を移動させる、除草装置。

【請求項3】

請求項２に記載の除草装置であって、
前記送風機は、前記外気が鉛直方向下方に向かうように前記外気を導入する、除草装置。

【請求項4】

請求項２又は請求項３に記載の除草装置であって、
前記送風機は、前記外気が水平方向に向かうように前記外気を導入する、除草装置。

【請求項5】

請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の除草装置であって、
前記遮蔽壁は、少なくとも前記レーザ光の照射時に、前記植物が生えている地面との間に上下方向の隙間が設けられるように配置される、除草装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、除草装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１－３には、農地における不要植物、つまり雑草を除去する除草装置が開示されている。この除草装置は、農地を移動可能に構成されており、三次元イメージャにより生成された植物の撮像画像から雑草を検出し、レーザデバイスによりレーザ光を照射することで、雑草に損傷を与えて雑草を除去する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－５３９４１号公報

【特許文献2】特開２０１５－５３９４２号公報

【特許文献3】特開２０１５－６２４１２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、上述した除草装置では、レーザ光の照射によって雑草が除去されるときに煙が発生する。このようなレーザ光の照射により雑草から発生する煙が、その後三次元イメージャの撮像範囲に留まり、植物の撮像画像に映り込んでしまう場合、雑草の認識精度が落ちる可能性があるという問題があった。

【0005】

本開示の一局面は、レーザ光の照射により雑草から発生する煙によって、雑草の認識精度が落ちることを抑制する技術を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様は、除草装置であって、撮像装置と、レーザ照射器と、遮蔽壁と、送風機と、を備える。撮像装置は、撮像範囲に存在する植物を撮像するように構成される。レーザ照射器は、植物に対し、レーザ光を照射するように構成される。遮蔽壁は、レーザ光の照射空間を囲むように配置された筒状である。送風機は、照射空間に空気の流れを発生させ、レーザ光の照射により発生した照射空間に留まる煙を撮像範囲外へ移動させる。

【0007】

このような構成では、レーザ光の照射により発生した照射空間に留まる煙が、送風機により発生する空気の流れによって拡散され、撮像範囲外へ移動する。このため、煙が撮像装置の撮像範囲に留まりにくく、植物の撮像画像に煙が映り込みにくくなる。したがって、レーザ光の照射により雑草から発生する煙によって、雑草の認識精度が落ちることを抑制することができる。

【0008】

本開示の一態様では、送風機は、照射空間外の空気である外気を照射空間へ導入し、遮蔽壁の外へ煙を移動させてもよい。このような構成によれば、外気を照射空間へ導入することによって、照射空間の気圧が高くなり、照射空間内の空気と共に煙が照射空間外、すなわち遮蔽壁の外に排出されやすくなる。その結果、照射空間内に煙が充満することを抑制することができる。

【0009】

本開示の一態様では、送風機は、外気が鉛直方向下方に向かうように外気を導入してもよい。このような構成によれば、鉛直方向下方に向かうように照射空間へ導入された外気によって、遮蔽壁の下方部分において、放射状に広がるような空気の流れが発生しやすくなるため、当該空気の流れに乗って遮蔽壁の外へ煙が排出されやすくなる。

【0010】

本開示の一態様では、送風機は、外気が水平方向に向かうように外気を導入してもよい。このような構成によれば、水平方向に向かうように照射空間へ導入された外気によって、遮蔽壁の一方の側面から当該側面と対向する側面に向かう空気の流れが発生しやすくなるため、当該空気の流れに乗って遮蔽壁の外へ煙が排出されやすくなる。

【0011】

本開示の一態様では、遮蔽壁は、少なくともレーザ光の照射時に、植物が生えている地面との間に上下方向の隙間が設けられるように配置されてもよい。このような構成によれば、遮蔽壁と地面との間に上下方向の隙間が設けられるため、送風機により発生する空気の流れに乗って撮像範囲外へ移動した煙が、当該隙間から遮蔽壁の外へ排出されやすくなる。その結果、レーザ光の照射により雑草から発生する煙によって、雑草の認識精度が落ちることを更に抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】第１実施形態の除草装置の模式図である。

【図2】第１実施形態の除草装置の一部の構成の図示が省略された状態の模式的な平面図である。

【図3】第２実施形態の除草装置の模式図である。

【図4】第２実施形態の除草装置の一部の構成の図示が省略された状態の模式的な平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１に示す除草装置１は、農地、特に作物３１を栽培する耕地３において、作物３１の周辺に発生した作物３１以外の不要植物である雑草３２を除去するための装置である。除草装置１は、雑草３２を検出すると共に、検出した雑草３２にレーザ光Ｌを照射することで、除草作業を行う。除草装置１は、自走式であり、耕地３を走行して、除草作業を行う。除草装置１は、例えば、耕地３に形成された畝３０に沿って走行する。畝３０では、複数の作物３１が、一定の間隔、例えば６０ｃｍの間隔を空けて設定された位置で栽培されている。

【0014】

除草装置１は、制御部１０と、電源１１と、レーザ発振器１２と、レーザヘッド１３と、光学系１４と、カメラ１５と、照明１６と、走行部１７と、筐体１８と、遮蔽壁１９と、送風機２０と、を備える。

【0015】

耕地３における除草装置１の真下の地面には、四角形状の作業エリア１Ａが形成される。作業エリア１Ａは、換言すれば、筐体１８の真下の地面に形成される。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３２を検出し、当該雑草３２に対しレーザ光Ｌを照射する。なお、作業エリア１Ａの形状は特に限定されない。

【0016】

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。具体的には、制御部１０では、後述するカメラ１５から取得した撮像画像に基づき画像認識が行われ、作業エリア１Ａに存在する作物３１と雑草３２とが検出される画像処理が実行される。また、制御部１０では、画像処理により検出された雑草３２へレーザ光Ｌが照射されるように後述するレーザ照射器を制御するレーザ制御処理が実行される。また、制御部１０では、後述する照明１６のオン及びオフの制御、及び、後述する送風機２０のオン及びオフの制御を実行する制御処理が実行される。また、制御部１０では、例えば、畝３０に沿って走行するような、メモリに記憶されている経路情報に従い、除草装置１を走行させる走行制御処理が実行される。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。

【0017】

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３２を除去するためのレーザ光Ｌを出力するためのレーザ照射器を構成する。具体的には、レーザ発振器１２でのレーザ発振によりレーザ光Ｌが生成され、レーザヘッド１３及び光学系１４により、当該レーザ光Ｌの進路が調整される。レーザ光Ｌは、雑草３２に対し、当該雑草３２の上方から照射される。雑草３２に対しレーザ光Ｌが照射されることによって、雑草３２に損傷を与える、具体的には焼損させることで雑草３２を枯死させる。

【0018】

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、撮像範囲に存在する作物３１及び雑草３２などの植物を撮像する撮像装置である。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を撮像する。すなわち、カメラ１５は、作業エリア１Ａを上方から撮像した撮像画像を取得する。

【0019】

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。
遮蔽壁１９は、レーザ光Ｌの照射空間を囲むように配置された筒状の部材である。具体的には、遮蔽壁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。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。遮蔽壁１９は、例えば、鋼板、樹脂等の遮光性の材料により構成されている。なお、遮蔽壁は、遮光性を有しない材料により構成されていてもよい。遮蔽壁１９は、レーザ光Ｌの照射時に、作業エリア１Ａにおける地面との間に上下方向の隙間Ｓが設けられるように配置される。具体的には、遮蔽壁１９の下方端部は、作物３１よりも上方に位置するように、地面と離れて配置されている。

【0020】

走行部１７は、遮蔽壁１９の下側に設けられ、除草装置１を走行させるための移動機構としてタイヤ及びモータを備える。
送風機２０は、モータによる複数の羽根の回転によって風を発生させる公知の機器である。送風機２０は、レーザ光Ｌの照射空間外の空気である外気を図１に示す矢印Ｙ１のように当該照射空間へ導入し、空気の流れを発生させる。本実施形態では、送風機２０は、筐体１８に収納され、外気が図１に示す矢印Ｙ２のように鉛直方向下方に向かうように当該外気を導入する。このように外気を照射空間へ導入することによって、照射空間の気圧が高くなり、遮蔽壁１９の下側の隙間Ｓから照射空間外、すなわち遮蔽壁１９の外に図１及び図２に示す矢印Ｙ３のように空気が流れやすくなる。具体的には、照射空間内を上方から下方に流れる空気が遮蔽壁１９の下方部分において、放射状に広がるような空気の流れが発生する。したがって、レーザ光Ｌの照射により発生した照射空間に留まる煙Ｋは、上述したように３６０°の様々な方向へ拡散されるような空気の流れに乗って、遮蔽壁１９の外へ排出される。すなわち、上述したような空気の流れを発生させる送風機２０によって、レーザ光Ｌの照射により発生した照射空間に留まる煙Ｋが撮像範囲外へ移動する。

【0021】

［１－２．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）本実施形態では、レーザ光Ｌの照射により雑草３２から発生した照射空間に留まる煙Ｋが、送風機２０により発生する空気の流れによって拡散され、撮像範囲外へ移動する。このため、煙Ｋがカメラ１５の撮像範囲に留まりにくく、作物３１及び雑草３２などの植物の撮像画像に煙Ｋが映り込みにくくなる。したがって、レーザ光Ｌの照射により発生する煙Ｋによって、雑草３２の認識精度が落ちることを抑制することができる。

【0022】

（１ｂ）本実施形態では、遮蔽壁１９と地面との間に上下方向の隙間Ｓが設けられる。このため、送風機２０により発生する空気の流れに乗って撮像範囲外へ移動した煙Ｋが、当該隙間Ｓから遮蔽壁１９の外へ排出されやすくなる。その結果、レーザ光Ｌの照射により発生する煙Ｋによって、雑草３２の認識精度が落ちることを更に抑制することができる。

【0023】

（１ｃ）本実施形態では、送風機２０によって、外気が鉛直方向下方に向かうように照射空間へ導入される。このように外気が照射空間に導入されることによって、照射空間の気圧が高くなり、照射空間内の空気と共に煙Ｋが照射空間外、すなわち遮蔽壁１９の外に排出されやすくなる。また、鉛直方向下方に向かうように照射空間へ導入された外気によって、遮蔽壁１９の下方部分において、放射状に広がるような空気の流れが発生しやすくなる。このため、当該空気の流れに乗って遮蔽壁１９の外へ煙Ｋが排出されやすくなる。その結果、照射空間内に煙Ｋが充満することを抑制することができる。

【0024】

［２．第２実施形態］
［２－１．構成］
図３に示すように、第２実施形態では、除草装置１ａにおいて送風機２０ａが配置される場所、及び、遮蔽壁１９ａの構成が第１実施形態の除草装置１とは異なる。その他、除草装置１ａの基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と共通する構成については同一符号を用いて説明を省略し、第１実施形態と相違する構成を中心に説明する。

【0025】

遮蔽壁１９ａの基本的な構成は第１実施形態と同様である。本実施形態の遮蔽壁１９ａは第１実施形態の遮蔽壁１９と異なり、複数の開口部１９１を有する。開口部１９１は、遮蔽壁１９ａの内部と外部とを連通するスリットである。開口部１９１は、後述する送風機２０ａが取り付けられる遮蔽壁１９ａの側面と対向する側面に少なくとも設けられる。

【0026】

送風機２０ａは、レーザ光Ｌの照射空間外の空気である外気を図３及び図４に示す矢印Ｙ４のように当該照射空間へ導入し、空気の流れを発生させる。本実施形態では、送風機２０ａは、遮蔽壁１９ａの側面に取り付けられ、外気が図３及び図４に示す矢印Ｙ５のように水平方向に向かうように当該外気を導入する。このように外気を照射空間へ導入することによって、照射空間の気圧が高くなり、遮蔽壁１９ａの側壁に設けられる開口部１９１から照射空間外、すなわち遮蔽壁１９ａの外に図３及び図４に示す矢印Ｙ６のように空気が流れやすくなる。具体的には、照射空間内を水平方向に流れる、すなわち遮蔽壁１９ａの一方の側面から当該側面と対向する側面に向かう空気の流れが発生する。したがって、レーザ光Ｌの照射により発生した照射空間に留まる煙Ｋは、上述したように水平方向に流れる空気の流れに乗って、遮蔽壁１９ａの外へ排出される。すなわち、上述したような空気の流れを発生させる送風機２０ａによって、レーザ光Ｌの照射により発生した照射空間に留まる煙Ｋが撮像範囲外へ移動する。

【0027】

［２－２．効果］
以上詳述した第２実施形態によれば、上述した第１実施形態の（１ａ）～（１ｂ）の効果に加え、以下の効果が得られる。

【0028】

（２ａ）本実施形態では、送風機２０ａによって、外気が水平方向に向かうように照射空間へ導入される。水平方向に向かうように照射空間へ導入される外気によって、遮蔽壁１９ａの送風機２０ａが取り付けられる側面から当該側面と対向する側面に向かう空気の流れが発生しやすくなる。このため、当該空気の流れに乗って遮蔽壁１９ａが有する開口部１９１を介して、遮蔽壁１９ａの外へ煙Ｋが排出されやすくなる。

【0029】

［３．他の実施形態］
以上、本開示の各実施形態について説明したが、本開示は、上記各実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

【0030】

（３ａ）上記各実施形態では、送風機２０，２０ａによって照射空間に外気が導入されたが、例えば、送風機によって外気が導入されない構成において、送風機によって照射空間内の空気が拡散されることで、撮像範囲外に煙Ｋを移動させる構成であってもよい。

【0031】

（３ｂ）上記第１実施形態では、送風機２０が筐体１８に収納され、鉛直方向下方に向かうように外気が導入される構成を例示した。また、上記第２実施形態では、送風機２０ａが遮蔽壁１９ａの側面に取り付けられ、水平方向に向かうように外気が導入される構成を例示した。しかし、除草装置において送風機が設けられる場所及び送風機により導入される外気の流れる方向はこれに限定されるものではない。例えば、送風機は、筐体１８又は遮蔽壁１９，１９ａに傾斜を有するように取り付けられ、斜め下方に向かうような空気の流れを発生させるように外気が導入されてもよい。また、例えば、送風機は、筐体１８及び遮蔽壁１９，１９ａの両方に取り付けられてもよい。つまり、除草装置は、異なる位置に配置され、異なる方向への空気の流れを発生させる複数の送風機を備えてもよい。

【0032】

（３ｃ）上記各実施形態では、遮蔽壁１９，１９ａは、隙間Ｓが設けられるように地面と離れて配置されていたが、遮蔽壁１９，１９ａが移動可能に構成されている場合、少なくともレーザ光Ｌの照射時に地面との間に隙間Ｓが設けられる構成であってもよい。

【0033】

（３ｄ）上記各実施形態では、除草装置１，１ａが耕地３における除草作業を行う構成を例示したが、除草装置１，１ａが用いられる場所はこれに限定されるものではない。例えば、除草装置１，１ａは、作物３１が栽培されていたり、作物３１が自生していたりする耕地３以外の場所、例えば、公園や庭等での、雑草３２等の不要植物の除去に用いられてもよい。また、例えば、除草装置１，１ａは、作物３１が存在しない場所における不要植物の除去に用いられてもよい。つまり、特定の場所に存在する全ての植物を不要植物とし、このような不要植物を全て除去するために除草装置１，１ａが用いられてもよい。

【0034】

（３ｅ）上記各実施形態の除草装置１，１ａは、自走式であり、制御部１０のメモリに記憶されている経路情報に従い自動的に走行するように構成されている。しかし、除草装置１，１ａは、ユーザからの操作に従い経路に沿って移動してもよいし、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よい。

【0035】

（３ｆ）上記各実施形態の除草装置１，１ａは、走行部１７により走行する移動形態を例示したが、除草作業の移動形態はこれに限定されるものではない。例えば、除草装置は、飛行により移動してもよい。また、例えば、除草装置は、走行部等の移動機構を備えない構成であってもよい。

【0036】

（３ｇ）上記各実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。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、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

【符号の説明】

【0037】

１，１ａ…除草装置、１Ａ…作業エリア、３…耕地、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、１６…照明、１７…走行部、１８…筐体、１９，１９ａ…遮蔽壁、２０，２０ａ…送風機、３０…畝、３１…作物、３２…雑草、１９１…開口部、Ｋ…煙、Ｌ…レーザ光、Ｓ…隙間。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】