JPH09137A - 雑草除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 雑草の選別から雑草の除去までの作業を
省力化すると共に、除草剤等の薬品に頼ることのない、
雑草除去装置を提供すること。 【構成】 雑草を除去する雑草除去装置において、
地表を撮影する撮影装置３と、前記撮影装置３により撮
影された画像を処理して雑草の位置を求める処理装置４
と、前記処理装置４からの信号により雑草９を除去する
抜取手段６と、前記撮影装置３、処理装置４、抜取手段
６を搭載する走行車２とより構成することを特徴とす
る、雑草除去装置１である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、雑草を除去するための
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ゴルフ場や公園などにおける芝生
の中に生える雑草の除去するには、作業員が芝生中の雑
草を選別し、ハサミや鎌等の道具を使用して除去する方
法や芝生を枯らさず雑草を除去する除草剤を散布する方
法が広く知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】前記した雑草の除去
にあっては次のような問題点がある。 ＜イ＞ 作業員の人力に頼る雑草の除去は、一人あたり
が処理できる速度が遅いため、広範囲に亘り除去を行う
場合、大人数で多大な時間を必要とするため多大な人件
費がかかる。 ＜ロ＞ 作業員は、中腰等の窮屈な姿勢をとるため長時
間の作業が疲労の原因となったり、季節によっては炎天
下での作業を強いられ、作業条件が悪い。 ＜ハ＞ 例えばゴルフ場では、営業時間内での作業がで
きないため、作業時間は早朝または夕方に限られ、雑草
の除去作業に十分な時間をとれない。 ＜ニ＞ 除草剤を散布する場合、雨水により周辺の農地
や河川に除草剤が流れ込み、薬害の原因となる。 ＜ホ＞ そのため、除草剤の使用を制限する地域が増加
しているのが現状である。

【０００４】

【本発明の目的】本発明は以上の点に鑑みて成されたも
ので、その目的とするところは、雑草の選別から雑草の
除去までの作業を省力化すると共に、除草剤等の薬品に
頼ることのない、雑草除去装置を提供することにある。

【０００５】

【問題点を解決するための手段】本発明は、雑草を除去
する雑草除去装置において、地表を撮影する撮影装置
と、前記撮影装置により撮影された画像を処理する処理
装置と、前記処理装置からの信号により雑草を除去する
抜取手段と、前記撮影装置、処理装置、抜取手段を搭載
する走行車とより構成することを特徴とする、雑草除去
装置である。また、雑草を除去する雑草除去装置におい
て、地表を撮影する撮影装置と、前記撮影装置により撮
影された画像を処理して雑草の位置を求める処理装置
と、前記処理装置からの信号により雑草を除去する抜取
手段と、前記撮影装置、処理装置、抜取手段を搭載する
走行車とより構成することを特徴とする、雑草除去装置
である。また、雑草を除去する雑草除去装置において、
地表を撮影する撮影装置と、前記撮影装置により撮影さ
れた画像を処理して雑草の位置を求める処理装置と、前
記処理装置より求めた雑草の位置信号を基に、抜取手段
の位置を算出し、抜取手段を移送する制御装置と、前記
制御装置に連動して水平面上を移動する雑草の抜取手段
と、前記撮影装置、処理装置、制御装置、抜取手段を搭
載する走行車とより構成することを特徴とする、雑草除
去装置である。また、前述した雑草除去装置において、
摺動自在の二重筒と、二重筒の内部に収容され雑草を把
持・解放自在の摘出部とにより抜取手段を構成すること
を特徴とする、雑草除去装置である。さらに、前述のい
ずれかに記載の雑草除去装置において、抜き取った雑草
を吸引回収する手段を装備し、吸引口を抜取手段に接近
させて配置したことを特徴とする、雑草除去装置であ
る。また、前述のいずれかに記載の雑草除去装置におい
て、撮影装置により撮影する被写体に光を付与する照明
装置を装備することを特徴とする、雑草除去装置であ
る。

【０００６】

【実施例１】以下図面を参照しながら本発明の実施例に
ついて説明する。 ＜イ＞雑草除去装置 図１および図２に示すように本発明の雑草除去装置１
は、走行台車２と、走行台車２に搭載する撮影装置３
と、画像処理装置４、制御装置５と、除去マニピュレー
タ６と、吸引装置７とより構成する。

【０００７】＜ロ＞走行台車 図１に示すように雑草除去装置１の走行台車２は、各種
の雑草除去を行うための装置を搭載する台車である。走
行台車２は、手動または電動で移動可能であり、必要に
応じて制御装置５により自動運転を可能にする。本実施
例は、走行台車２として公知の電動カート等を使用した
一例について説明してある。走行台車２にはＸＹ駆動装
置２１が載置してある。ＸＹ駆動装置２１は、後述する
制御装置５により後述する除去マニピュレータ６をＸＹ
方向に駆動する。ＸＹ方向の駆動は、例えばサーボドラ
イブでフィードバックを行いながらＸ軸モータとＹ軸モ
ータを精密に駆動する。

【０００８】＜ハ＞撮影装置 撮影装置３は、例えば走行台車２の下方の一定区画を写
し出す装置である。図２に示すように撮影装置３は後述
する画像処理装置４とリンクしてあり、撮影した画像を
画像処理装置４へ送出する。撮影装置３としては、公知
のＣＣＤカメラ等を利用することが考えられる。

【０００９】＜ニ＞画像処理装置 画像処理装置４は、撮影装置３により撮影した画像を記
憶領域に格納し、画像処理を施す装置である。画像処理
装置４により、撮影装置３の画像に、画像の修正、画像
の抽出、ノイズ除去、膨脹、および重心計算などの処理
を施すことにより、芝生８中の雑草９を識別し、雑草の
中心位置を求める。詳しくは、撮影装置３により撮影さ
れた芝生８の画像に、平均化、二値化などの処理を施す
ことにより、芝生８と雑草９を識別する。処理した画像
は、併設したモニタ４１に表示することができる。また
図２に示すように画像処理装置４は、後述する制御装置
５とリンクしてあり、処理された画像データを随時送信
できる。

【００１０】＜ホ＞制御装置 制御装置５は、雑草除去装置１の全体を制御するもの
で、例えば、画像処理装置４で得た雑草の位置計測デー
タを基にして、ＸＹ駆動装置８を駆動して、除去マニピ
ュレータ６を雑草の位置に移動し、除去マニピュレータ
で雑草を除去し、吸引装置で雑草を回収するような制御
を行う。制御装置５は、また画像処理装置４で得られた
画像の位置とＸＹ駆動装置８に取り付けられた除去マニ
ピュレータ６の位置を予め対応させておくために、例え
ば複数の同一位置が撮影装置による画像位置座標系と除
去マニピュレータ６の位置座標系で一致するように基準
点を合わせる。制御装置５は、ＸＹ駆動装置８を制御し
て除去マニピュレータ６をＸＹ方向に駆動する。ＸＹ方
向の駆動は、例えばサーボドライバでフィードバックを
行いながらＸ軸モータとＹ軸モータを精密に駆動する。

【００１１】＜ヘ＞除去マニピュレータ 図９〜１１に示すように除去マニピュレータ６は、前述
した制御装置５により駆動する雑草９の引抜除去部であ
る。除去マニピュレータ６は、昇降自在の外筒６１と、
外筒６１内に収容するピンセット状の摘取部６２と、摘
取部６２を駆動するシリンダ６３などにより構成されて
いる。外筒６１は、雑草除去用の摘取部６２等を外装す
る管体であり、その先端部にスライド自在に先端筒６１
１が取り付けてある。また外管６１の途中には後述する
雑草９の吸引装置７の吸引口７１が連通している。先端
筒６１１は、後述する吸引装置７により雑草９を吸引回
収するため外筒６１内に負圧をかけた際のシール部とな
る。摘取部６２はピンセット状の部材であり、雑草９の
茎を摘まんで根ごと引き抜くための部材である。摘取部
６２は、シリンダ６３の伸縮により摘取部６２の開閉を
行う。除去マニピュレータ６は、走行台車２に載置した
ＸＹ駆動装置２１上に縦横方向移動自在に取り付けられ
る。除去マニピュレータ６は、ＸＹ駆動装置２１よりエ
アジャッキ等により昇降自在であり、雑草９を除去する
際には降下させて、摘取部６２により雑草９を引き抜い
て除去する。

【００１２】＜ト＞吸引装置 図１および図１１に示すように吸引装置７は、前述した
除去マニピュレータ６の摘取部６２により摘んだ雑草９
を回収するための装置である。吸引装置７としては、公
知の吸引回収装置を使用することができ、走行台車２に
本体を搭載する。吸引装置７からは、回収ホース７２が
前述した摘取部６２の外筒６１の途中の吸引口７１に延
設され、摘取部６２により摘んだ雑草９を芝生８上に残
すことなく吸引回収する。

【００１３】

【作用】以下に図面を参照して雑草除去装置１の作動に
ついて説明する。

【００１４】＜イ＞撮影装置のセッティング 雑草除去装置１の撮影装置３は、走行台車２のＸＹ駆動
装置２１の原点と撮影装置３の中心軸（画像の中心）を
合わせ、ＸＹ駆動装置２１の可動範囲内の除去作業とな
る区画を撮影可能な位置に設置する。

【００１５】＜ロ＞画像の取り込み（図３） 先ず、走行中の雑草除去装置１の走行台車２を任意位置
で停車させる。停車した走行台車２より作業対象となる
区画の芝生を撮影装置３により撮影する。撮影装置３に
より撮影されて取り込まれた原画像の概略図を図３に示
す。原画像は、短く細い白い像が芝生の葉を示し、１本
の雑草に対して複数枚の葉を有し、更に雑草の葉の領域
の白が芝生の葉より強く現れている。

【００１６】＜ハ＞画像の修正（図４） 原画像では、芝生の葉は、短く細く、葉の領域の外側が
黒くなっている。それに対して雑草の葉は、太く長く白
い領域が芝生よりも大きくなっている。そこで、この原
画像から芝生と雑草を識別するために、画像処理装置４
により画像を修正する。この修正方法として、例えば平
均化を行う。画像の平均化は、例えば画像の一点に注目
し、注目した画素と、その近傍の８画素の強度値の平均
値をその注目画素の値とし、この処理を画面全体に行う
ものである。このように原画像を平均化することによ
り、芝生と雑草の葉は共に輪郭がぼやけるけれども、芝
生の葉の領域は細く狭いため全体に黒っぽくなるのに対
して、雑草の白い領域は、大きいので白のまま維持され
る。このように平均化された画像の略図を図４に示す。

【００１７】＜ニ＞画像の抽出（図５） 画像の抽出処理で、平均化された画像から雑草の葉のみ
を抽出する。この抽出方法として、例えば雑草の葉の白
い強度と芝生の葉の白の強度の間にしきい値を設定して
二値化を行う。二値化は、例えば濃淡画像のヒストグラ
ムからあるしきい値を決め、各画素の強度値をしきい値
と比較し、しきい値より大きければ例えば黒の強度２５
５とし、それ以下であれば白の強度０として変換する。
その結果、芝生の領域は全て黒になり、雑草の領域が全
て白になり、明確に区別される。ただし、芝生の中には
狭い領域ではあるが、白い強い強度の領域も一部存在
し、白いドットのノイズが発生する。このように更に二
値化された画像の概略図を図５に示す。

【００１８】＜ホ＞ノイズ除去（図６） 芝生の葉によるノイズは、雑草の葉よりも領域が小さい
ので、この領域の大小の差を利用してしきい値を設定
し、小さな領域を除いてノイズを除去する。ノイズ除去
は、例えば二値化された画素を走査し、各画素ごとにラ
ベル（番号）を付けていく。ラベルは連結している部分
どうしは同一の番号を付与する。即ち、連続した白い画
素は同一のラベルが付与される。次に、各ラベルについ
て、各画素数がいくつかを数える。ノイズを除去できる
数の画素数をしきい値として決め、それ以下の数である
ラベルをもつ画素を削除する。以上のようにすることに
より、小さな白い領域のノイズを除去することができ
る。更にノイズを除去した画像の概略図を図６に示す。

【００１９】＜ヘ＞画像の膨脹（図７） ノイズ除去された画像を膨脹して、雑草の葉の像を膨脹
させ、１本の雑草に付いている複数の葉の像を１個の膨
脹された像にする。膨脹は、例えば白い画像の周囲の外
方において、近傍の８画素を白い画素にする。これによ
り、白い画像のとぎれを繋げたり、欠けている部分を修
復することができる。このように更に膨脹処理をされた
画像の概略図を図７に示す。

【００２０】＜ト＞重心の計算（図８） 膨脹された像の重心を求める。像の重心の計算方法は、
通常の重心の計算方法で行うことができる。この重心位
置は１本の雑草の葉の中心となり、ほぼ根元の位置に対
応するので、重心位置を求めることにより、１本の雑草
の根元の位置を求めることができる。

【００２１】＜チ＞他の画像処理 前述した他に例えば細長い葉の雑草が撮影される場合も
考えられる。この場合も同様な画像処理により、細長い
葉の雑草の重心位置を求めることができる。

【００２２】＜リ＞除去マニピュレータの移動 前述した処理工程により計測された数点の雑草９の座標
データは、制御装置５に転送され、除去マニピュレータ
６の移動目標値を算出する。この移動目標値に従い、Ｘ
Ｙ駆動装置２１の２軸サーボモータを制御し、除去マニ
ピュレータ６を移動目標値、即ち雑草９のある座標点ま
で移動させる。

【００２３】＜ヌ＞雑草除去作業（図９〜図１１） 除去マニピュレータ６の移動が終了すると、雑草除去作
業を開始する。除去マニピュレータ６はその外筒６１ご
と摘取部６２を降下させ、シリンダ６３を駆動して摘取
部６２により雑草９の根元を挟み込む。雑草９の根元を
挟み込んだまま除去マニピュレータ６を上昇させて、雑
草９を根ごと引き抜く。雑草９を引き抜くと、吸引装置
７を駆動して外筒６１内に負圧を付与し雑草９を吸引回
収する。この際、雑草９を引き抜くため外筒６１は上昇
させているが、外筒６１の先に配置した先端筒６１１が
地表と接してシール材の役目を果たしているため、外筒
６１内に効率良く負圧をかけることができる。雑草９を
回収すると、位置制御装５より除去マニピュレータ６を
次の移動目標値に向かい移動させて次の雑草９を回収す
る。以上の工程を繰り返すことにより、芝生８中に生え
る雑草９を自動により回収することができる。

【００２４】

【実施例２】前述した実施例１においては、雑草除去装
置１の撮影装置３の映像を自然光に頼って撮影する一例
について説明した。これに対して、図１２に示すように
撮影装置３で撮影する区画の芝生８上を蛍光灯等の照明
装置１０で照らすことも考えられる。これにより、自然
光の弱い朝方、夕方、曇天等、または自然光のない夜間
においても作業を可能にする。この際、撮影装置３や照
明装置１０は、芝生８などに照射した照射光の波長の強
度分布、撮影装置３の感度特性、および芝生８と雑草９
の葉の反射波長特性などにより、除去したい雑草９を容
易に識別できるように、これらの特性が合うように選択
する。

【００２５】

【実施例３】また前述した各実施例においては、除去し
た雑草を回収するために吸引装置を使用した一例につい
て開示してあるが、その他公知の回収装置により回収す
ることや、除去後そのまま放置することも考えられる。

【００２６】

【発明の効果】本発明は以上説明したようになるから次
のような効果を得ることができる。 ＜イ＞ 人手のかかった雑草除去作業を自動で行えるた
め、雑草除去にかかるコストが大幅に削減できる。 ＜ロ＞ 作業員にとって肉体的に厳しい雑草の除去作業
を行うことがなくなったため、作業条件が改善された。 ＜ハ＞ 例えばゴルフ場においても、作業時間外に全自
動で雑草の除去を行える。＜ニ＞ 除草剤等の化学薬品
を一切使用する必要がなくなったため、地域に優しい、
安全な雑草除去装置であるといえる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る雑草除去装置の説明図

【図２】 雑草除去装置のブロック図

【図３】 取り込み画像の説明図

【図４】 修正を施した画像を説明した概略図

【図５】 抽出を施した画像を説明した概略図

【図６】 ノイズ除去を施した画像を説明した概略図

【図７】 膨脹を施した画像を説明した概略図

【図８】 雑草の重心計算を行った画像を説明した概
略図

【図９】 実施例１に係る雑草除去装置の除去マニピ
ュレータの説明図

【図１０】 実施例１に係る除去マニピュレータの作動
説明図

【図１１】 実施例１に係る雑草回収時の説明図

【図１２】 実施例２に係る雑草除去装置の説明図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 雑草を除去する雑草除去装置におい
   て、 地表を撮影する撮影装置と、 前記撮影装置により撮影された画像を処理する処理装置
   と、 前記処理装置からの信号により雑草を除去する抜取手段
   と、 前記撮影装置、処理装置、抜取手段を搭載する走行車と
   より構成することを特徴とする、 雑草除去装置。
2. 【請求項２】 雑草を除去する雑草除去装置におい
   て、 地表を撮影する撮影装置と、 前記撮影装置により撮影された画像を処理して雑草の位
   置を求める処理装置と、 前記処理装置からの信号によ
   り雑草を除去する抜取手段と、 前記撮影装置、処理装置、抜取手段を搭載する走行車と
   より構成することを特徴とする、 雑草除去装置。
3. 【請求項３】 雑草を除去する雑草除去装置におい
   て、 地表を撮影する撮影装置と、 前記撮影装置により撮影された画像を処理して雑草の位
   置を求める処理装置と、 前記処理装置より求めた雑草
   の位置信号を基に、抜取手段の位置を算出し、抜取手段
   を移送する制御装置と、 前記制御装置に連動して水平面上を移動する雑草の抜取
   手段と、 前記撮影装置、処理装置、制御装置、抜取手段を搭載す
   る走行車とより構成することを特徴とする、 雑草除去装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、摺動自在の二重筒
   と、二重筒の内部に収容され雑草を把持・解放自在の摘
   出部とにより抜取手段を構成することを特徴とする、雑
   草除去装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかに記載の雑
   草除去装置において、抜き取った雑草を吸引回収する手
   段を装備し、吸引口を抜取手段に接近させて配置したこ
   とを特徴とする、雑草除去装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれかに記載の雑
   草除去装置において、撮影装置により撮影する被写体に
   光を付与する照明装置を装備することを特徴とする、雑
   草除去装置。