特開 2024-35609 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】P2024035609

(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 21/00 20060101AFI20240307BHJP

【ＦＩ】

A01M21/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022140187

(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

2B121DA62

2B121DA63

(57)【要約】

【課題】不要植物に液体が付着する環境下で、不要植物を効率的に除去できる移動式除草装置を提供する。
【解決手段】本開示の一態様は、植物の上方から、植物に向けてレーザ光を照射するように構成されたレーザ照射器と、植物を上方から撮影した画像を取得するように構成されたカメラと、画像に基づいて植物を識別するように構成された制御装置と、レーザ光の照射空間を囲むように配置された遮蔽壁と、レーザ照射器及び遮蔽壁を保持すると共に、移動機構を有する装置本体と、を備える移動式除草装置である。遮蔽壁の内面は、低反射材で構成される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

植物の上方から、前記植物に向けてレーザ光を照射するように構成されたレーザ照射器と、
前記植物を上方から撮影した画像を取得するように構成されたカメラと、
前記画像に基づいて前記植物を識別するように構成された制御装置と、
前記レーザ光の照射空間を囲むように配置された遮蔽壁と、
前記レーザ照射器及び前記遮蔽壁を保持すると共に、移動機構を有する装置本体と、
を備え、
前記遮蔽壁の内面は、低反射材で構成される、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、
前記遮蔽壁は、
遮光性を有する基材と、
前記基材の内面に配置された前記低反射材で構成された内層と、
を有する、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、
前記低反射材は、反射防止フィルム又は反射防止塗膜である、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、
前記遮蔽壁の前記内面は、濃色である、移動式除草装置。

【請求項5】

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、
前記遮蔽壁の前記内面の算術平均粗さＲａは、５０μｍ以上である、移動式除草装置。

【請求項6】

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、
前記レーザ光の波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である、移動式除草装置。

【請求項7】

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、
前記レーザ光の照射領域に水を噴射するように構成された水噴射器をさらに備える、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】

レーザ照射によって、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公知である（特許文献１－３参照）。この除草装置では、不要植物の上方からレーザ光を照射することで、不要植物に損傷を与えて枯死させる。

【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】

レーザ光を利用した除草装置では、例えば画像処理によって除去対象の不要植物が認識される。しかしながら、不要植物に水等の液体が付着していると、光の反射によって不要植物の認識精度が低下する。

【0005】

本開示の一局面は、不要植物に液体が付着する環境下で、不要植物を効率的に除去できる移動式除草装置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、植物の上方から、植物に向けてレーザ光を照射するように構成されたレーザ照射器と、植物を上方から撮影した画像を取得するように構成されたカメラと、画像に基づいて植物を識別するように構成された制御装置と、レーザ光の照射空間を囲むように配置された遮蔽壁と、レーザ照射器及び遮蔽壁を保持すると共に、移動機構を有する装置本体とを備える移動式除草装置である。遮蔽壁の内面は、低反射材で構成される。

【0007】

このような構成によれば、レーザ光の照射空間（つまり不要植物の識別空間）が、低反射材で構成された内面を有する遮蔽壁で囲まれることで、照射空間内での液体による光の反射を抑制することができる。また、遮蔽壁によって、自然光等の外光の画像への影響を抑制できる。その結果、不要植物の認識精度が高まるため、不要植物を効率的に除去できる。

【0008】

本開示の一態様では、遮蔽壁は、遮光性を有する基材と、基材の内面に配置された低反射材で構成された内層と、を有してもよい。このような構成によれば、遮蔽壁の外部からの光の進入が抑制されるため、レーザ光の照射空間における輝度を安定させることができる。その結果、不要植物の認識精度の向上効果が促進される。

【0009】

本開示の一態様では、低反射材は、反射防止フィルム又は反射防止塗膜であってもよい。このような構成によれば、比較的簡潔な遮蔽壁の構成にて、レーザ光の照射空間における光の反射を抑制できる。

【0010】

本開示の一態様では、遮蔽壁の内面は、濃色であってもよい。このような構成によれば、レーザ光の照射空間における光の反射抑制効果を促進できる。

【0011】

本開示の一態様では、遮蔽壁の内面の算術平均粗さＲａは、５０μｍ以上であってもよい。このような構成によれば、レーザ光の照射空間における光の反射抑制効果を促進できる。

【0012】

本開示の一態様では、レーザ光の波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であってもよい。このような構成によれば、レーザ光が液体によって吸収されにくくなる。そのため、不要植物の除去効率を高めることができる。

【0013】

本開示の一態様は、レーザ光の照射領域に水を噴射するように構成された水噴射器をさらに備えてもよい。このような構成によれば、レーザ光の照射による煙の発生を抑制できる。また、噴射された水が除去前の不要植物に付着した場合でも、遮蔽壁によって光の反射を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、実施形態における移動式除草装置の模式的な側面図である。

【図2】図２は、図１の移動式除草装置の移動経路の一例を示す模式図である。

【図3】図３は、不要植物における液体の付着例を示す模式図である。

【図4】図４は、図１の移動式除草装置における制御装置の構成を示すブロック図である。

【図5】図５は、図１の移動式除草装置の模式的な正面図である。

【図6】図６は、図１の移動式除草装置における遮蔽壁の模式的な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１に示す移動式除草装置１は、農地において、農作物Ｐ１の周辺に発生した不要植物Ｐ２（つまり雑草）を除去するための装置である。移動式除草装置１は、装置本体２と、レーザ照射器３と、カメラ４と、照明５と、水噴射器６と、監視センサ７と、制御装置９と、遮蔽壁１０とを備える。

【0016】

＜装置本体＞
装置本体２は、レーザ照射器３、カメラ４、照明５、水噴射器６、監視センサ７、制御装置９及び遮蔽壁１０を保持する筐体である。また、装置本体２は、移動機構を有する。

【0017】

本実施形態の移動機構は、複数の車輪２１によって構成されている。装置本体２は、複数の車輪２１によって、農地上を走行するように構成されている。移動機構は、モータによって車輪２１を回転させる電動式であってもよいし、作業者が装置本体２を押す又は引くことで移動する手動式であってもよい。また、装置本体２は、移動機構として、車輪２１の替わりに１以上の電動式クローラーを備えてもよい。

【0018】

図２に示すように、移動式除草装置１は、複数の畝Ｆの長手方向に沿って走行する。移動式除草装置１は、複数の畝Ｆそれぞれに対し不要植物Ｐ２へのレーザ照射と水噴射とを行う。

【0019】

また、図３に示すように、不要植物Ｐ２には、水、農薬、液体肥料等の液体が液滴Ｗ１として付着し得る。なお、不要植物Ｐ２が存在する畝Ｆ（つまり地面）にも液体が液だまりＷ２として存在する。液滴Ｗ１及び液だまりＷ２は、自然光又は照明５の光を反射することで、カメラ４が取得する画像において白色領域を形成する。

【0020】

＜レーザ照射器＞
図１に示すレーザ照射器３は、制御装置９によって識別された不要植物Ｐ２の上方から、不要植物Ｐ２に向けてレーザ光Ｌを照射するように構成されている。レーザ照射器３は、ミラー等の光学素子を用いてレーザ光Ｌの方向を変えることで、不要植物Ｐ２の上方からレーザ光Ｌを照射するよう構成されていてもよい。

【0021】

レーザ照射器３は、レーザ光Ｌにより、不要植物Ｐ２に損傷を与える（具体的には焼損させる）ことで不要植物Ｐ２を枯死させる。レーザ光Ｌは、不要植物Ｐ２の成長点又は根元に照射される。不要植物Ｐ２の成長点及び根元は、カメラ４が取得した画像に基づいて制御装置９によって判定される。

【0022】

レーザ照射器３としては、バッテリと、発振器と、反射制御部（例えばガルバノスキャナ、ＭＥＭＳ等）とを有する公知のレーザ照射装置が使用できる。レーザ照射器３のレーザ光の波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である。

【0023】

レーザ照射器３は、レーザ光Ｌの照射方向、照射出力、及び照射時間を変更可能に構成されている。照射出力は、制御装置９から発振器に出力される信号（例えばアナログ入力電圧）によって変更される。

【0024】

レーザ照射器３は、装置本体２の移動中にレーザ照射を行ってもよいし、装置本体２が停止した状態でレーザ照射を行ってもよい。レーザ照射器３は、制御装置９が識別した複数の不要植物Ｐ２に順次レーザ照射を行う。

【0025】

＜カメラ＞
カメラ４は、少なくとも１つの農作物Ｐ１及び少なくとも１つの不要植物Ｐ２が混在する農地を上方から撮影した画像を取得するように構成されている。

【0026】

カメラ４が取得する画像には、少なくとも１つの農作物Ｐ１、少なくとも１つの不要植物Ｐ２及びその他の物体（例えば、柵等の構造物、石等の障害物など）が含まれる。カメラ４の撮影範囲は、装置本体２の移動に伴って変化する。

【0027】

＜照明＞
照明５は、カメラ４の撮影領域を照らすように構成されている。すなわち、照明５は、少なくとも１つの不要植物Ｐ２に光を当てる。

【0028】

＜水噴射器＞
水噴射器６は、上方からレーザ光Ｌの照射領域に消火用の水を噴射するように構成されている。

【0029】

具体的には、水噴射器６は、レーザ光Ｌが照射された後の不要植物Ｐ２に向けて水を噴射する。水噴射器６が水を噴射する座標及び範囲は、制御装置９によって設定される。水噴射器６には、例えば、装置本体２に設置された水タンク（図示省略）から水が供給される。

【0030】

＜監視センサ＞
監視センサ７は、レーザ光の照射領域において温度と煙の有無とを検出する公知の装置である。

【0031】

＜制御装置＞
制御装置９は、レーザ照射器３及び水噴射器６を主に制御する。制御装置９は、例えばプロセッサと、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶媒体と、通信部と、入出力部とを備えるコンピュータにより構成される。図４に示すように、制御装置９は、画像処理部９１と、レーザ制御部９２と、噴射制御部９３と、データベース９４とを有する。

【0032】

画像処理部９１は、カメラ４が撮影した画像から、不要植物Ｐ２を識別するように構成されている。画像処理部９１は、公知の統計学的手法によって構築されたＡＩ（人工知能）を用いて、不要植物Ｐ２を識別する。

【0033】

統計学的手法としては、例えば、教師あり機械学習、多変量解析等が挙げられる。教師あり機械学習では、多数のラベル（つまり教師データ）付きの植物の画像を機械学習回路にて分析することで、判定式（つまり分類器）を構築する。

【0034】

画像処理部９１は、不要植物Ｐ２に対し、ＡＩによって識別した不要植物Ｐ２の成長点又は根元を含むターゲット領域を設定する。成長点は、主に植物の茎の先端にある細胞分裂の活発な組織を含む部位であり、植物の種類に応じて特定が可能である。

【0035】

レーザ制御部９２は、画像処理部９１によって識別された不要植物Ｐ２の座標に対するレーザ光の照射をレーザ照射器３に指示する。具体的には、レーザ制御部９２は、画像処理部９１が設定したターゲット領域へのレーザ光の照射をレーザ照射器３に指示する。

【0036】

噴射制御部９３は、監視センサ７が高温と検出した領域、又は煙を検出した領域への水噴射を水噴射器６に指示する。また、噴射制御部９３は、監視センサ７の検出結果に関わらず、不要植物Ｐ２へのレーザ照射器３のレーザ光の照射完了後、レーザ光が照射された不要植物Ｐ２への水噴射を水噴射器６に指示してもよい。

【0037】

制御装置９は、装置本体２に設置されたモニタに、画像処理部９１による不要植物Ｐ２の識別結果、監視センサ７による温度及び煙の検出結果等を出力するように構成されてもよい。

【0038】

＜遮蔽壁＞
図５に示すように、遮蔽壁１０は、レーザ照射器３によるレーザ光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。

【0039】

本実施形態では、遮蔽壁１０は、レーザ光Ｌの照射空間を四方から囲む四角筒状である。ただし、遮蔽壁１０は、四角筒状以外の多角筒状、又は円筒状であってもよい。また、本実施形態では、遮蔽壁１０には開口又は孔は設けられていない。さらに、遮蔽壁１０の上端は、装置本体２によって閉塞されている。

【0040】

図６に示すように、遮蔽壁１０は、基材１１と、内層１２とを有する。基材１１は、遮光性を有する鋼板、樹脂板、布等で構成される。基材１１の材料としては、耐候性及び耐久性の観点から、例えば、ステンレス鋼板又はメッキ鋼板が好適である。

【0041】

内層１２は、基材１１の内面（つまり、レーザ光Ｌの照射空間側の面）に重ね合わされて配置されている。内層１２は、遮蔽壁１０の内面（つまり、レーザ光Ｌの照射空間と対向する面）を構成している。内層１２は、低反射材で構成されている。したがって、遮蔽壁１０の内面は、低反射材で構成されている。

【0042】

低反射材とは、表面における反射率が１０％未満の材料である。つまり、遮蔽壁１０の内面の反射率は１０％未満である。内層１２を構成する低反射材としては、反射防止フィルム又は反射防止塗膜が好適である。

【0043】

反射防止フィルムは、基材１１の内面に例えば接着剤によって貼り付けられる。反射防止塗膜は、基材１１の内面に例えば反射防止剤を塗布することで形成される。反射防止フィルム又は反射防止塗膜により、比較的簡潔な遮蔽壁１０の構成にて、レーザ光の照射空間における光の反射を抑制できる。

【0044】

遮蔽壁１０の内面（つまり内層１２の内面）は、濃色が好ましい。すなわち、内層１２は、濃色の塗料を含むとよい。遮蔽壁１０の内面が濃色であることで、レーザ光Ｌの照射空間における光の反射抑制効果を促進できる。なお、「濃色」とは、マンセル表色系における明度が１以下の色である。

【0045】

遮蔽壁１０の内面の算術平均粗さＲａは、５０μｍ以上が好ましい。遮蔽壁１０の内面がこのような粗面であることで、レーザ光Ｌの照射空間における光の反射抑制効果を促進できる。

【0046】

なお、遮蔽壁１０は、レーザ光Ｌの照射空間外への散乱を抑制する機能も有する。これにより、作業者がレーザ光Ｌから保護されるため、除草作業時の安全性を高めることができる。

【0047】

図５に示すように、遮蔽壁１０は、上部１０Ａと下部１０Ｂとを有する。下部１０Ｂは、装置本体２の移動時に、ある程度成長した農作物Ｐ１又は不要植物Ｐ２と干渉し得る部位である。すなわち、下部１０Ｂは、農地表面から距離（つまり高さ）が一定範囲の部位である。上部１０Ａは、下部１０Ｂよりも上方の部位である。

【0048】

下部１０Ｂは、上部１０Ａよりも剛性が低く、植物との接触によって撓むように構成されている。例えば、下部１０Ｂでは、基材１１が布で構成されると共に、上下方向に延伸する複数のスリットが設けられる。一方、上部１０Ａの基材１１は、剛性の高い鋼板で構成される。

【0049】

下部１０Ｂは、遮蔽壁１０のうち、装置本体２の進行方向と交差する壁（つまり前壁及び後壁）に設けられている。一方、遮蔽壁１０のうち、装置本体２の進行方向と平行な壁（つまり２つの側壁）には、下部１０Ｂは設けられていない。２つの側壁では、例えば基材１１は上下方向全体にわたって鋼板で構成される。

【0050】

［１－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）レーザ光の照射空間（つまり不要植物の識別空間）が、低反射材で構成された内面を有する遮蔽壁１０で囲まれることで、照射空間内での液体による光の反射を抑制することができる。また、遮蔽壁１０によって、自然光等の外光の画像への影響を抑制できる。その結果、不要植物の認識精度が高まるため、不要植物を効率的に除去できる。

【0051】

（１ｂ）基材１１が遮光性を有することで、遮蔽壁１０の外部からの光の進入が抑制されるため、レーザ光の照射空間における輝度を安定させることができる。その結果、不要植物の認識精度の向上効果が促進される。

【0052】

（１ｃ）レーザ光の波長が４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることで、レーザ光が液体によって吸収されにくくなる。そのため、不要植物の除去効率を高めることができる。

【0053】

（１ｄ）水噴射器６によって、レーザ光の照射による煙の発生を抑制できる。また、噴射された水が除去前の不要植物に付着した場合でも、遮蔽壁１０によって光の反射を抑制することができる。

【0054】

［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記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。

【0055】

（２ａ）上記実施形態の移動式除草装置において、遮蔽壁は、必ずしも基材と内層とを有しなくてもよい。例えば、遮蔽壁は、低反射材で構成された基材のみを有してもよい。

【0056】

（２ｂ）上記実施形態の移動式除草装置において、制御装置は、必ずしも装置本体に保持されなくてもよい。例えば、制御装置は、農地の上又は農地から離れた施設に設置されると共に、カメラ、レーザ照射器等と無線通信を行うように構成されてもよい。

【0057】

（２ｃ）上記実施形態の移動式除草装置は、必ずしも照明を備えなくてもよい。外光の取り込みや、カメラの輝度調整によって不要植物を認識できる画像が取得できれば、照明は省略することができる。

【0058】

（２ｄ）上記実施形態の移動式除草装置において、装置本体の移動形態は走行に限定されない。移動式除草装置は、例えば、飛行により移動してもよい。

【0059】

（２ｅ）上記実施形態における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】

【0060】

１…移動式除草装置、２…装置本体、３…レーザ照射器、４…カメラ、５…照明、
６…水噴射器、７…監視センサ、９…制御装置、１０…遮蔽壁、
１０Ａ…上部、１０Ｂ…下部、１１…基材、１２…内層、２１…車輪、
９１…画像処理部、９２…レーザ制御部、９３…噴射制御部、９４…データベース。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】