JP2013051939A - 照射装置、ロボット、および植物栽培プラント - Google Patents
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Abstract
【解決手段】装置が、植物に対する障害を低減または予防させる照射光を照射する照射部を備えている。
【選択図】図2
Description
図1は、本発明のロボット400が使用される植物栽培プラント4の概要を示す図である。図1(A)は、その断面図を示し、図1(B)は、その平面図を示す。
次に、植物栽培プラント4において、ロボット400が移動しながら、植物9の状態を検出するとともに、植物9に照射光を照射する場合を例示する。図2は、植物栽培プラント4における植物9の状態を検出し照射光(例えば、レーザー光)を照射するロボット400を示す図である。
次に、図6を参照し、植物、すなわち農作物の栽培を制御する植物栽培システムの概要について説明する。
図6は、植物栽培システムの構成例を示す概略ブロック図である。植物栽培システム1は、栽培する植物を収穫して出荷されるまでの工程において、育成環境などの環境条件について制御を施すことにより収穫時期を制御して、収穫予定時期の収穫量を高めることができる。収穫予定時期の収穫量を高めるには、発芽から収穫までの各工程で、植物の成長を管理する直接的な制御と、間接的な制御とがある。
このプラント制御部300は、育成モデル生成部310、環境制御部320、ロボット制御部330、生産計画設計部340、収穫計画設計部350、及び剪定計画設計部を備えている。
育成状況判定部200によって行われる植物9の育成状況の判定では、検出対象に応じて複数の判定項目を選択することができる。例えば、育成状況判定部200によって行われる植物9の育成状況の判定では、検出対象として、葉、茎、花・実、又は、根を選択することができ、選択された検出対象に応じて複数の判定項目を選択することができる。
環境制御部320は、判定された育成状況に応じて育成環境を制御する環境制御量を生成する。例えば、環境制御部320は、判定された育成状況に応じて植物9に与える光を制御する場合には、光制御部121によって、植物9に与える光の光量又は波長を制御する。環境制御部320は、判定された育成状況に応じて植物9に与える二酸化炭素濃度を制御する場合には、二酸化炭素処理部123によって、植物9が置かれている二酸化炭素濃度を制御する。環境制御部320は、判定された育成状況に応じて植物9に与える空気を制御する場合には、空調設備122によって、植物9に供給する空気の温度、湿度、及び、風量の少なくともいずれか1つを制御する。環境制御部320は、判定された育成状況に応じて植物9に与える水を制御する場合には、水調整設備124によって、植物9に給水する水量、水温、及び、養分濃度の少なくとも1つを制御する。例えば、育成状況を促進させるためには、環境制御部320は、光制御部121によって、植物9に与える光の照度を高め、照射時間を長くして、光量が増加するように制御する。また、空調設備122によって、植物9の周囲温度を高めることにより、育成状況を促進させることができる。このような条件の制御では、植物の種類、育成過程などによって異なり、それぞれに適する制御内容が定められる。
次に、図7を参照し、ロボット400の構成と動作について説明する。図7は、本実施形態におけるロボット400の第1の構成例を示す概略ブロック図である。このロボット400には、照射装置410が搭載されており、また、このロボット400を誘導路80(図2を参照)に沿って走行させるためのロボット移動部460が設備されている。このロボット移動部460は、例えば、不図示のサーボモータ等を有しており、このサーボモータを回転駆動することによりギヤ461等の駆動機構を介して車輪403Wを回転させ、ロボット400を所定の位置(撮像および照射光の照射対象になる植物9が植えられた育成床6の位置)まで移動させる。
たとえば、害虫判定部454が備える記憶部に、植物9に害をなす様々な種類の生物の画像がパターン画像として予め記憶されている。そして、害虫判定部454は、撮像部421により撮像された画像の画像領域に、記憶部から読み出したパターン画像に一致する画像領域があるか否かを判定し、一致する場合、植物9に害をなす生物が撮像されていると判定する。なお、害虫判定部454は、撮像部421により撮像された画像において、記憶部から読み出したパターン画像に一致すると判定された画像領域に対応する位置に、植物9に害をなす様々な種類の生物が存在すると判定する。
このような構成の照射装置410では、照射部430により、例えば、植物自体の殺菌用の照射光、植物の障害箇所を取り除く照射光、植物に供給する水の殺菌用の照射光、または、害虫駆除用の照射光を照射する。
これにより、農薬を使用することなしに、植物9における障害を低減または予防することができる。
このような構成の照射装置410では、第1照射部431により、植物9自体を殺菌および殺カビ(例えば、260nm付近の紫外光(殺菌線))または、植物固有の免疫力を高める波長(紫外領域)の照射光(例えば、レーザー光)を第1照射光として照射する。
これにより、害が生じている箇所の障害状態を低減または予防させる第1照射光を植物9に照射することができる。
このような構成の照射装置410では、第2照射部432から第2照射光(例えば、コリメートビーム)を害虫に対して照射する。なお、害虫を照射光(レーザー光)で駆除するために、直線状のコリメートビームを使うと、バックの植物や施設を焼いてしまう可能性がある。そのため、害虫の後ろにある程度の距離(光線のパワー密度が十分小さくなる距離)の空間がある場合にのみ、レンズで集光させた照射光を害虫に照射する。それにより、害虫以外へのダメージを極力なくすことができる。背後の空間長は、画像処理で判定する。また、害虫が植物表面上にいる場合は、表面面内位置に照射部430を移動させ、射程範囲を限定して照射する。
これにより、植物9に付着して障害を与える害虫(昆虫および微生物コロニー等)のみを照射光(例えば、レーザー光)で排除することができる。
このような構成の照射装置410では、取り除き部(例えば、第3照射部433)から照射光(例えば、基本的に赤外領域のレーザー光)を照射し、植物の障害箇所を切り取って、取り除く。
これにより、植物の障害箇所を取り除くことができ、植物の障害状態を低減し、また、障害の拡大を抑止することができる。
このような構成の照射装置410では、第3照射部433から第3照射光レーザー光(基本的に赤外領域のレーザー光)を照射し、植物9の障害箇所を切り取って、取り除く。
これにより、植物9の障害箇所を取り除くことができ、植物9の障害状態を低減し、また、障害の拡大を抑止することができる。
このような構成の照射装置410では、取り除き部470の先端の回転刃471を回転させ、この回転刃271の先端を、植物9の障害箇所(例えば、葉や枝等)に押し当て、この部分を切り取る。
これにより、植物9の障害箇所を取り除くことができ、植物9の障害状態を低減し、また、障害の拡大を抑止することができる。
このような構成の照射装置410では、障害監視部451により植物9の障害の発生状態を監視し、植物9に障害が生じていると判定された場合に、第1制御部452は、照射部430に照射光を照射させる。すなわち、照射装置410は、植物9に対して照射光を常時照射するのではなく、特定のタイミング(障害を検出したタイミング)でのみ照射する。
これにより、照射光を常時照射しないことにより、照射光が植物に悪影響を与える可能性を低減しつつ、かつ、農薬を使用することなしに、植物における障害を低減または予防することができる。
これにより、照射光を常時照射しないことにより、照射光が植物9に悪影響を与える可能性を低減しつつ、かつ、農薬を使用することなしに、植物9における障害を低減または予防することができる。
このような構成の照射装置410では、害虫判定部454により、植物9に害をなす生物が撮像されていると判定された場合、第2照射部432により、植物9に害をなす生物に対して、第2照射光(例えば、コリメートビーム)を照射させる。
これにより、テントウムシなど植物にとって有益な虫は駆除せず、害虫のみを駆除することができる。
このような構成の照射装置410は、障害検出部440により害虫の後ろにある程度の距離(光線のパワー密度が十分小さくなる距離)の空間がある場合にのみ、レンズで集光させたレーザー光を害虫に照射する。これにより、レーザー光照射により植物9にダメージを与えることを抑止できる。
このような構成の照射装置410では、第4制御部456が、障害検出部440により検出される背後の空間に植物9が存在しないように、かつ、植物9に害をなす生物に対して第2照射部432が第2照射光を照射することができるように、第1変更部457により、第2照射部432が第2照射光を照射する位置または方向を変更させる。
これにより、照射光(例えば、レーザー光)を害虫に照射するともに、照射光の照射により植物9にダメージを与えることを抑止できる。
このような構成の照射装置410では、第2照射光として直線状のコリメートビームを使うと、バックの植物や施設を焼いてしまう可能性がある。そのため、害虫の後ろにある程度の距離(光線のパワー密度が十分小さくなる距離)の空間がある場合にのみ、レンズで集光させた照射光(例えば、レーザー光)を害虫に照射する。これにより、害虫以外へのダメージを極力なくすことができる。
このような構成の照射装置410では、照射位置方向変更部(第2変更部)422により、照射部430から照射されるレーザー光の照射位置および方向を任意に変更する。
これにより、害虫の所在位置や、植物の障害箇所等に合わせて、照射部430から照射光(例えば、レーザー光)を照射することができる。
このような構成の照射装置410では、照射部430が照射光を照射する位置または方向を変更し、植物の障害箇所等に合わせて、照射部430からレーザー光を照射する。例えば、植物9の下側からも照射光を照射する。これは、単に一方向から植物に対して照射光を照射した場合には、葉の裏など、植物において、照射光が照射されない箇所が生じる可能性がある。この問題に対して、任意の方向から、植物に対して照射光を照射することができる。
これにより、植物において、照射光が照射されない箇所が生じる可能性を減じることができる。このため、農薬を使用することなしに、植物における障害を低減または予防することができる。
このような構成の照射装置410では、測距部436(或いは障害検出部440における画像処理)による測距により照射範囲径を判定し、照射部430により照射される照射光のパワー密度から照射時間を決定する。
これにより、害虫や、植物9の障害箇所に応じて、照射部430が照射する照射光の照射時間を変更することができる。このため、照射光(例えば、レーザー光)の照射により植物9の正常な部分にダメージを与えることを抑止できる。
このような構成の照射装置410では、図2(B)に示すように、第4照射部434から第3照射光(例えば、植物に供給する水を殺菌する260nm付近の紫外光)を、ノズル72から散水される水73に照射する。
これにより、植物9に与える水73を殺菌することにより、水により植物に障害が発生することを低減しまたは予防することができる。
このような構成のロボットアームでは、ロボットアーム420の先端部に照射装置(照射部430)が取り付けられている。このため、ロボットアーム420の先端部の動き(位置および方向)を制御することにより、照射部430は、任意の位置、任意の方向から植物9に照射光(例えば、レーザー光)を照射することができる。
このような構成の植物栽培プラント4では、上記照射装置410が設備されたロボット400を備えるので、このロボット400を制御することにより、植物9に対して自動で照射光(例えば、レーザー光)を照射することができる。このため、植物栽培プラント4において、植物9における障害を低減または予防することができる。
このような構成の植物栽培プラント4では、殺菌とは別に、育成用の照射光(例えば、400〜500(中心:470)nmよび600〜700 (中心:660)nmの2波長域)を照射する育成波長照射部435を備える。
これにより、植物栽培プラント4では、植物9の成長を促進させる波長の照射光を照射することができる。
また、撮像部421は撮像装置のみならず、3次元的な対象(植物や生物など)の位置を検出する任意のセンサを備えていてもよい。この場合、照射装置410または照射装置410が備える障害検出部440などの各構成は、この任意のセンサによる検出結果に基づいて、3次元的な対象(植物や生物など)の位置を検出してもよい。
Claims (20)
- 植物に対する障害を低減または予防させる照射光を照射する照射部、
を備えていることを特徴とする照射装置。 - 前記照射部は、
前記植物に対して、前記障害が生じている箇所の障害状態を低減または予防させる第1照射光を前記照射光として照射する第1照射部、
を備えていることを特徴とする請求項1に記載の照射装置。 - 前記照射部は、
前記植物に害をなす生物を不活化させる第2照射光を前記照射光として照射する第2照射部、
を備えていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の照射装置。 - 前記障害が生じている植物の箇所を前記植物から取り除く取り除き部、
を備えていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の照射装置。 - 前記照射部は、前記取り除き部として、
前記障害が生じている植物の箇所を前記植物から取り除く第3照射光を前記照射光として照射する第3照射部、
を備えていることを特徴とする請求項4に記載の照射装置。 - 前記取り除き部は、
前記障害が生じている植物の箇所を前記植物から切り取って取り除く切り取り部、
を備えていることを特徴とする請求項5に記載の照射装置。 - 植物の状態を監視する監視部と、
前記監視部により監視された前記植物の状態に基づいて、植物に障害が生じていると判定された場合に、前記照射部に前記照射光を照射させる第1制御部と、
を備えていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の照射装置。 - 予め定められている周期ごとのタイミングで、植物に対して、前記照射部に前記照射光を照射させる第2制御部、
を備えていることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の照射装置。 - 撮像部により撮像された画像に基づいて、前記植物に害をなす生物が撮像されているか否かを判定する判定部と、
前記判定部により、前記植物に害をなす生物が撮像されていると判定された場合、前記第2照射部により、前記植物に害をなす生物に対して、前記第2照射光を照射させる第3制御部と、
を備えていることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の照射装置。 - 撮像部により撮像された画像に基づいて、前記第2照射部により前記第2照射光を照射する照射方向において、前記植物に害をなす前記生物の背後の空間を検出する検出部と、
前記検出部により検出された背後の空間に基づいて、前記植物に害をなす生物に対して、前記第2照射部により前記第2照射光を照射させるか否かを制御する第4制御部と、
を備えていることを特徴とする請求項9に記載の照射装置。 - 前記第2照射光が記第2照射光を照射する位置または方向を変更する第1変更部、
を備えており、
前記第4制御部は、
前記検出部により検出された背後の空間に植物が存在する場合、
前記検出部により検出される背後の空間に前記植物が存在しないように、かつ、前記植物に害をなす生物に対して前記第2照射部が前記第2照射光を照射することができるように、前記第1変更部により、前記第2照射部が前記第2照射光を照射する位置または方向を変更させる、
ことを特徴とする請求項10に記載の照射装置。 - 前記第2照射部は、前記第2照射光を集光させて照射する
ことを特徴とする請求項9から請求項11のいずれか1項に記載の照射装置。 - 前記照射部が前記照射光を照射する位置または方向を変更する第2変更部、
備えていることを特徴とする請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の照射装置。 - 前記第2変更部は、
前記植物の害が生じている箇所に前記照射光が照射されるように、前記照射部が前記照射光を照射する位置または方向を変更する、
ことを特徴とする請求項13に記載の照射装置。 - 前記照射部が前記照射光を照射する照射対象までの距離を測定する測距部と、
前記測距部により測定された距離に基づいて、前記照射部により照射される照射光の照射範囲径を算出し、当該算出した照射範囲径に基づいて、前記照射部により照射される照射光のパワー密度を算出し、当該算出したパワー密度に基づいて、前記照射部が照射する照射光の照射時間を変更する照射強度制御部と、
を備えていることを特徴とする請求項1から請求項14のいずれか1項に記載の照射装置。 - 前記照射部は、
前記植物に供給される水を殺菌する第4照射光を前記照射光として照射する第4照射部、
を備えていることを特徴とする請求項1から請求項15のいずれか1項に記載の照射装置。 - 請求項1から請求項16のいずれか1項に記載の照射装置が取り付けられているロボットアーム
を備えていることを特徴とするロボット。 - 請求項17に記載のロボット
を備えていることを特徴とする植物栽培プラント。 - 請求項1から請求項16のいずれか1項に記載の照射装置
を備えていることを特徴とする植物栽培プラント。 - 植物を成長させる波長の照射光を照射する育成波長照射部、
を備えていることを特徴とする請求項18または請求項19に記載の植物栽培プラント。
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