特開 2024-35608 移動式除草装置

(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】P2024035608

(43)【公開日】2024-03-14

(54)【発明の名称】移動式除草装置

(51)【国際特許分類】

   A01M 21/04 20060101AFI20240307BHJP

【ＦＩ】

A01M21/04 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022140186

(22)【出願日】2022-09-02

(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

2B121DA17

2B121DA33

2B121DA36

2B121EA25

(57)【要約】

【課題】除去すべき植物の検出精度の低下を抑制する。
【解決手段】移動式除草装置は、カメラと、照明部と、検出部と、レーザ部と、を備える。照明部は、光を照射するよう構成される。検出部は、カメラが生成した画像に基づき、画像処理領域おける予め定められた植物を検出するよう構成される。レーザ部は、検出部が検出した植物に対しビームを照射するよう構成される。正反射が生じる仮想平面に移動式除草装置が配置されたと仮定した場合に、カメラの撮影により生成された画像に照明部の光源が映らないように、照明部の位置又は向きが調整されている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動式除草装置であって、
前記移動式除草装置の下方の撮影領域を撮影し、画像を生成するよう構成されるカメラと、
前記撮影領域の明るさを向上させるため、光を照射するよう構成される照明部と、
前記画像に基づき、前記撮影領域に含まれる画像処理領域おける予め定められた植物を検出するよう構成される検出部と、
前記検出部が検出した前記植物に対しビームを照射するよう構成されるレーザ部と、
を備え、
正反射が生じる仮想平面に前記移動式除草装置が配置されたと仮定した場合に、前記カメラの撮影により生成された前記画像に前記照明部の光源が映らないように、前記照明部の位置又は向きが調整されている
移動式除草装置。

【請求項2】

請求項１に記載の移動式除草装置であって、
前記カメラの向きと、前記照明部が光を照射する向きとは、略同一である
移動式除草装置。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の移動式除草装置であって、
前記ビームの波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である
移動式除草装置。

【請求項4】

請求項１又は請求項２に記載の移動式除草装置であって、
水を放出するよう構成された放出部をさらに備える
移動式除草装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、移動式除草装置に関する。

【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地面の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１～３）。

【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】

上述したシステムには、三次元イメージャにより映し出される地面を照らす照明が設けられる。このため、例えば、植物が濡れている場合や、地面に水が溜まっている場合等には、水で反射した光が三次元イメージャにより形成される画像に映り込み、その結果、除去すべき植物の検出精度が低下する恐れがある。

【0005】

本開示の一態様では、除去すべき植物の検出精度の低下を抑制するのが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様は、移動式除草装置であって、カメラと、照明部と、検出部と、レーザ部と、を備える。カメラは、移動式除草装置の下方の撮影領域を撮影し、画像を生成するよう構成される。照明部は、撮影領域の明るさを向上させるため、光を照射するよう構成される。検出部は、画像に基づき、撮影領域に含まれる画像処理領域おける予め定められた植物を検出するよう構成される。レーザ部は、検出部が検出した植物に対しビームを照射するよう構成される。正反射が生じる仮想平面に移動式除草装置が配置されたと仮定した場合に、カメラの撮影により生成された画像に照明部の光源が映らないように、照明部の位置又は向きが調整されている。

【0007】

上記構成によれば、照明部の光源からの光が撮影領域での反射によりカメラに入射し、カメラの画像に映り込むのを抑制できる。このため、カメラによる除去すべき植物の検出精度の低下を抑制できる。

【0008】

本開示の一態様では、カメラの向きと、照明部が光を照射する向きとは、略同一であってもよい。
上記構成によれば、撮影領域で反射した照明部からの光がカメラにより撮影された画像に映り込むのを、より一層抑制できる。

【0009】

本開示の一態様では、ビームの波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であってもよい。
上記構成によれば、ビームが撮影領域に存在する水に吸収されるのを抑制できる。このため、より好適に植物を除去できる。

【0010】

本開示の一態様は、水を放出するよう構成された放出部をさらに備えてもよい。
上記構成によれば、ビームの照射により発火した場合であっても、水の放出によりこれを消火できる。また、水の放出により撮影領域で光の反射が生じ易くなった場合であっても、カメラによる除去すべき植物の検出精度の低下を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】移動式除草装置を前方から視認した際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】移動式除草装置を側方から視認した際のブロック図である。

【図4】移動式除草装置を上方から視認した際のブロック図である。

【図5】変形例の移動式除草装置を側方から視認した際のブロック図である。

【図6】変形例の移動式除草装置を前方から視認した際のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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。

【0013】

［１．概要］
本実施形態の移動式除草装置１は、作物２１を栽培する耕地２にて、作物２１以外の植物である雑草２２を除去する（図１参照）。移動式除草装置１は、自走式であり、耕地２を走行しながら雑草２２を検出すると共に、検出した雑草２２にビームを照射することで、除草作業を行う。

【0014】

移動式除草装置１は、制御部１０、電源１１、レーザ部１２、カメラ１３、複数の照明部１４、噴射部１５、タンク１６、走行部１７、筐体１８、及びカバー１９を備える。
制御部１０は、筐体１８の内部に設けられ、移動式除草装置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、移動式除草装置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。

【0015】

この他にも、制御部１０は、移動式除草装置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、センサにより移動式除草装置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。

【0016】

電源１１は、筐体１８の内部に配置された充電式のバッテリを備え、移動式除草装置１の各部位に電力を供給する。
レーザ部１２は、レーザ発振器、レーザヘッド、及び光学系等を備え、雑草２２を除去するためのビームを照射する。なお、照射されるビームの波長は、一例として、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下となっている。また、レーザ部１２は、筐体１８の内部に設けられており、筐体１８の下部から、後述する画像処理領域１Ｃにおける所定の位置にビームを照射するよう構成されている。

【0017】

カメラ１３は、筐体１８の下部に設けられており、上方から後述する撮影領域１Ｂを撮影し、撮影領域１Ｂの画像を生成する。
複数の照明部１４は、筐体１８の下側に設けられており、撮影領域１Ｂを照らす。

【0018】

走行部１７は、カバー１９の下側に設けられ、移動式除草装置１を走行させるためのタイヤ及びモータを備える。
カバー１９は、筐体１８における四角形状の下面の各辺から下方に突出するように設けられる壁状の部位であり、筐体１８の下側の空間（以後、内部空間１Ａ）を四方から囲む。上述した撮影領域１Ｂは、筐体１８の真下の地面に位置し、撮影領域１Ｂの上方に内部空間１Ａが位置する。カバー１９により、複数の照明部１４により照らされている撮影領域１Ｂの明るさが保持される。なお、移動式除草装置１は、カバー１９を備えない構成であっても良い。

【0019】

また、撮影領域１Ｂにおける少なくとも一部が、雑草２２を検出するための画像処理の対象となる画像処理領域１Ｃが設定されている。撮影領域１Ｂ及び画像処理領域１Ｃは、一例として四角形となっている。また、一例として、撮影領域１Ｂにおける外縁の付近の領域を除いた四角形の部分が、画像処理領域１Ｃとして設定されており、画像処理領域１Ｃの外縁は、撮影領域１Ｂの外縁から離間している。しかし、これに限らず、画像処理領域１Ｃは、撮影領域１Ｂ内で適宜定められ得る。また、撮影領域１Ｂの全域が画像処理領域１Ｃとなっていても良い。

【0020】

［２．除草作業について］
移動式除草装置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２を走行し、除草作業を行う。図２に示すように、経路情報は、一例として、耕地２における各畝２０の位置及び各作物２１の位置と、移動式除草装置１が耕地２を走行する際の経路２３と、移動式除草装置１が停止して除草作業を行う経路２３上の位置である停止位置とを示す。

【0021】

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２１の位置が特定される。

【0022】

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２３が設定されており、移動式除草装置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２３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２３Ａ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２３Ｂが設定される。そして、始点２３Ａから終点２３Ｂに至るまで、各畝２０に沿って経路２３が設定される。

【0023】

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、移動式除草装置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、移動式除草装置１の画像処理領域１Ｃに位置する（図１参照）。移動式除草装置１は、経路２３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。

【0024】

具体的には、移動式除草装置１が停止位置にて停止すると、制御部１０は、複数の照明部１４を点灯して撮影領域１Ｂを照らすと共に、カメラ１３により撮影領域１Ｂを撮影し、画像データを生成する。また、制御部１０は、画像データが示す画像に基づき画像処理領域１Ｃの画像認識を行い、画像処理領域１Ｃに存在する作物２１及び雑草２２を検出する検出部としての機能を有する。そして、制御部１０は、レーザ部１２を制御し、検出した雑草２２に対しビームを照射する。

【0025】

［３．複数の照明部及びカメラ］
移動式除草装置１は、例えば、植物に付着している水や地面にたまった水での反射により、複数の照明部１４の光源１４Ａがカメラ１３に映り込むのを抑制するよう構成されている。なお、以下の説明において、移動式除草装置１の進行方向を前側とし、その反対側を後側とする。

【0026】

すなわち、移動式除草装置１が、正反射が生じる仮想平面３に配置され、該仮想平面３上で除草作業を行うと仮定する（図３～６参照）。このような場合に、カメラ１３の撮影により生成された画像に各照明部１４の光源１４Ａが映らないように、各照明部１４の位置又は向きが調整されている。

【0027】

一例として、カメラ１３は、筐体１８の下部であって、カバー１９の後側部分の付近に設けられており、仮想平面３における移動式除草装置１の内部空間１Ａに接する領域の中央を向いている。また、該領域における外縁から一定の距離を隔てた部分が撮影領域１Ｂとして設定され、さらに、撮影領域１Ｂ内に画像処理領域１Ｃが設定される。

【0028】

そして、言うまでも無く、カメラ１３の正面の第１空間に位置する物体は、カメラ１３に映り込む。さらに、上述したように、画像処理領域１Ｃは正反射が生じる仮想平面３に形成されているため、画像処理領域１Ｃでの正反射により、第１空間の前方に位置する第２空間に存在する物体も、カメラ１３に映り込む。

【0029】

つまり、第１及び第２空間が、カメラ１３に映り込む撮影空間４となり、各照明部１４は、内部空間１Ａにおける撮影空間４以外の領域である非撮影空間５に位置する。具体的には、移動式除草装置１は、一例として、２つの照明部１４を有し、これらの照明部１４は、筐体１８の下方であって、カバー１９の後側部分に設けられる。

【0030】

また、これらの照明部１４は、カメラ１３と略同一の方向を向くように設けられている。つまり、各照明部１４における光の照射領域の中心を通過する光軸の向きと、カメラ１３の向きとが略同一となっている。

【0031】

無論、各照明部１４の位置は、これに限らず、非撮影空間５内で適宜定められる。具体的には、例えば、各照明部１４は、カバー１９の前側部分における下部に配置されていても良い（図３参照）。また、カメラ１３は、例えば、カバー１９の後側部分、右側部分、又は、左側部分の付近に設けられていても良い。また、カメラ１３の向きもまた、適宜調整され得る。

【0032】

この他にも、例えば、カメラ１３は、筐体１８の下部における前後方向及び左右方向の中央に位置すると共に、鉛直方向の下側を向くように配置されていても良い（図５、６参照）。この場合、カメラ１３の真下に撮影領域１Ｂが形成されると共に、撮影領域１Ｂ内の画像処理領域１Ｃの真上に位置する空間が、撮影空間４となる。そして、内部空間１Ａにおける撮影空間４以外の領域が、非撮影空間５となる。

【0033】

そして、各照明部１４は、例えば、各照明部１４は、カバー１９の前側部分又は後側部分の付近の非撮影空間５に設けられても良いし（図５参照）、カバー１９の右側部分又は左側部分の付近の非撮影空間５に設けられても良い（図６参照）。

【0034】

さらに、各照明部１４を撮影空間４に配置しつつ、各照明部１４の光源１４Ａがカメラ１３に映り込まないよう、各照明部１４の向きが調整されていても良い。具体的には、例えば、図５、６のように、カメラ１３が鉛直方向の下側を向く場合であれば、鉛直方向の上側を向いた状態で、各照明部１４を撮影空間４に配置しても良い。

【0035】

また、照明部１４の数は、２個に限らず、１個又は３個以上であっても良い。また、照明部１４が複数設けられている場合には、照明部１４の一部が、カメラ１３の撮影により生成された画像に光源１４Ａが映らないように位置又は向きが調整されていても良いし、照明部１４の全部について、このような調整がなされていても良い。

【0036】

［４．噴射部］
噴射部１５は、筐体１８の内部に設けられており、タンク１６に貯留されている水を、筐体１８の下部から地面における所定の位置に向けて噴射する。

【0037】

より詳しくは、雑草２２に向けて照射されたビームが枯草やマルチシート等にも照射され、発火が生じる恐れがある。これにより、作物２１の栽培に悪影響が生じたり、移動式除草装置１（例えば、レーザ部１２）にて故障が生じたりする恐れがある。

【0038】

これに対し、制御部１０は、図示しない温度センサや煙センサ等を介して発火を検出するよう構成されている。そして、制御部１０は、カメラ１３により撮影された画像に基づき、発火が生じた場所を特定し、噴射部１５により特定した場所に向けて水を噴射することで、消火を行う。これにより、撮影領域１Ｂにおけるいずれかの場所に水が噴射され得る。

【0039】

なお、これに限らず、移動式除草装置１は、噴射部１５に替えて、タンク１６の水を、地面における移動式除草装置１の下方に位置する領域全体に散布する機構を備えていても良い。そして、発火を検出した際、該領域全体に水を散布するようにしても良い。

【0040】

［５．効果］
（１）上記実施形態によれば、照明部１４の光源１４Ｂからの光が、撮影領域１Ｂに位置する植物に付着した水や、地面にたまった水での反射によりカメラ１３に入射し、カメラ１３の画像に映り込むのを抑制できる。このため、カメラ１３で撮影された画像に基づく画像認識により雑草２２を検出する際、誤検出が生じるのを抑制できる。したがって、カメラ１３による雑草２２の検出精度の低下を抑制できる。また、性能の低いカメラ１３を用いた場合であっても、雑草２２を精度良く検出でき、カメラ１３のコストを低減できる。

【0041】

（２）また、カメラ１３の向きと、照明部１４が光を照射する向きとは、略同一である。このため、撮影領域１Ｂで反射した照明部１４からの光がカメラ１３により撮影された画像に映り込むのを、より一層抑制できる。

【0042】

（３）また、レーザ部１２から照射されるビームの波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である。これにより、ビームが撮影領域１Ｂに存在する水に吸収されるのを抑制できる。このため、より好適に植物を除去できる。また、レーザ部１２におけるビームの出力を低下させることや、除草のためのビームの照射時間を短縮することができ、その結果、レーザ部１２の小型化や、電源１１におけるバッテリ容量の低下が可能となる。

【0043】

（４）また、移動式除草装置１は、ビームの照射により発火した際に消火をするため、地面に水を噴射する噴射部１５を備える。これにより、水の噴射により撮影領域１Ｂで光の反射が生じ易くなった場合であっても、カメラ１３による除去すべき植物の検出精度の低下を抑制できる。

【0044】

［６．他の実施形態］
（１）上記実施形態の移動式除草装置１は、所定の植物が栽培されていたり、所定の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）での雑草２２の除去に用いられても良い。この他にも、移動式除草装置１は、保護すべき植物が存在しない場所における雑草２２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雑草２２とみなし、このような雑草２２を除去するために移動式除草装置１が用いられても良い。

【0045】

（２）上記実施形態の移動式除草装置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、移動式除草装置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。また、移動式除草装置１は、飛行により移動するよう構成されていても良い。

【0046】

（３）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。

【0047】

［７．文言の対応関係］
噴射部１５及びタンク１６が、放出部の一例に相当する。
［８．本明細書が開示する技術思想］

【0048】

［項目１］
移動式除草装置であって、
前記移動式除草装置の下方の撮影領域を撮影し、画像を生成するよう構成されるカメラと、
前記撮影領域の明るさを向上させるため、光を照射するよう構成される照明部と、
前記画像に基づき、前記撮影領域に含まれる画像処理領域おける予め定められた植物を検出するよう構成される検出部と、
前記検出部が検出した前記植物に対しビームを照射するよう構成されるレーザ部と、
を備え、
正反射が生じる仮想平面に前記移動式除草装置が配置されたと仮定した場合に、前記カメラの撮影により生成された前記画像に前記照明部の光源が映らないように、前記照明部の位置又は向きが調整されている
移動式除草装置。
［項目２］
項目１に記載の移動式除草装置であって、
前記カメラの向きと、前記照明部が光を照射する向きとは、略同一である
移動式除草装置。
［項目３］
項目１又は項目２に記載の移動式除草装置であって、
前記ビームの波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である
移動式除草装置。
［項目４］
項目１から項目３のうちのいずれか１項に記載の移動式除草装置であって、
水を放出するよう構成された放出部をさらに備える
移動式除草装置。

【符号の説明】

【0049】

１…移動式除草装置、１Ａ…内部空間、１Ｂ…撮影領域、１Ｃ…画像処理領域、１０…制御部、１２…レーザ部、１３…カメラ、１４…照明部、１４Ａ…光源、１５…噴射部、１６…タンク、１７…走行部、１８…筐体、１９…カバー、２…耕地、２１…作物、２２…雑草、２３…経路、３…仮想平面、４…撮影空間、５…非撮影空間。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】