JP2018525976A - 植物有機体を自動処理するためのロボット車両及びロボットを使用する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、雑草（１）を自動処理するためのロボット（５）を使用する方法に関し、この方法は、ロボット（５）上のカメラ（５１）を用いて雑草（１）の画像を取り込むステップと、画像を用いて雑草（１）と第２の植物有機体（２）との間の距離（４）を決定するステップと、処理ツールの群（５４）から、当該距離（４）との相関関係において雑草（１）を処理するためのロボットの処理ツール（５３）を選択するステップとを含む。本発明はさらに、雑草（１）を自動処理する方法を実行するためのロボット車両（５）に関する。

Description

本発明は、植物有機体を自動処理するための、特に雑草を除去又は枯らすためのロボット車両を使用する方法に関する。

本発明はさらに、植物有機体を自動処理するためのロボット車両及び装置に関する。

現在、発達した農業は、費用を最小限にすると共に効率を最大限にするために、機械化作業を行う重機に依拠している。

雑草除去の問題は特に重大である。現在、耕地内のすべての植物に除草剤を投与することが雑草を枯らすのに時間のかからない方法であることから、重量トラクタが一般に使用されている。すなわち、駆除すべき雑草があるかどうかを識別することなく、耕地面全体が噴霧される。この投与方法にはいくつかの不利な点がある。第１に、この方法は、実際には除草剤のごく一部分しか使用されないので、経済的な損失になる。第２に、これには、必要量よりも多く散布された有毒な除草剤の終着点が地面又は栽培植物になるので、環境及び人の健康に不都合な結果が伴う。最後に、この技法では、栽培植物を無傷のままにしておきながら雑草を駆除する除草剤を慎重に選ぶこと、並びにそのような除草剤に耐性のある農作物を開発することが必要になる。

したがって、より効率的で費用対効果の大きい植物有機体の自動処理、特に栽培植物及び雑草の処理が必要とされている。

特許文献１には、雑草を検出する手段を備えた、雑草の成長を抑制する選択的噴霧システムが開示されている。

特許文献２には、選択性除草剤を施せるようにする雑草識別システムが開示されている。

特許文献３には、雑草を検出してから電磁放射ツールによって切断する方法、及びそれを行うように構成された機器が開示されている。電磁放射の放出位置、強度及び方向は、栽培植物の損傷を最小限にするように事例ごとに決定される。

特許文献４には、気象条件並びにすでに計画された処理に応じて施される処理を自動的に選択することを含む、栽培植物を処理する方法が開示されている。

米国特許第５５０７１１号明細書 米国特許第５６０６８２１号明細書 米国特許第６７９５５６８号明細書 米国特許出願公開第２０１５０２７０４０号明細書

本発明の目的は、従来技術と比べてより効率的で、より環境にやさしく、かつ／又はより費用対効果の大きい植物有機体の自動処理を実現するシステム及び方法を提供することである。

本発明によれば、これらの目的は、請求項１に記載の植物有機体を自動処理するためのロボットを使用する方法、請求項１３に記載のロボット車両、及び請求項１８に記載の装置によって達成される。

このロボット車両及び方法の利点は、周囲の植物有機体を傷つけずに各植物有機体を処理するのに最も適している処理ツールを選択することによって、より効率的で費用対効果が大きい処理を実現することである。

この方法は、第１の植物有機体としての栽培植物、又は第１の植物有機体としての雑草を処理することを含む。両実施形態において、処理は、物理的処理又は化学的処理の中から植物ごとに選択される。

栽培植物の処理の場合、この方法は、第１の植物有機体としての栽培植物を処理するための物理ツール及び噴霧ツールから選択することを含む。

雑草処理の場合、この方法は、第１の植物有機体としての雑草を除去するための物理ツール及び散布ツールから選択することを含む。

１つの実施形態では、処理すべき植物と別の種類の第２の植物との間の距離が第１の閾値よりも大きいときに、物理ツールが選択される。したがって、第２の植物を物理ツールで傷つける危険を回避することができる。

物理ツールは、機械的な切断ツール若しくは機械的な抜根ツール、電磁放射を発する光学ツール、放電を発する電気ツール、又は熱放射ツールとすることができる。物理ツールはまた、刈込ツールとすることもできる。

１つの実施形態では、処理すべき植物と別の種類の第２の植物との間の距離が第１の閾値よりも小さいときに、除草剤、特に選択性除草剤が選択される。

非選択性除草剤は、処理すべき植物と別の種類の第２の植物との間の距離が第２の閾値よりも大きいときに使用することができる。

ツールの種類の選択はまた、処理すべき植物と別の種類の第２の植物との間の単に距離以外の他のパラメータにも依存し得る。

ツールの種類の選択はまた、気温、照度、水分率、時間、日付、又は湿度のセンサなどの、ロボット上にある１つ又は複数の物理センサによって測定されたパラメータにも依存し得る。

ツールの種類の選択はまた、遠隔のシステムから受信された気象予報などのパラメータにも依存し得る。

好ましい実施形態において、機械ツールが効率的であり、他の栽培植物を傷つけないままにすると予想されるときはいつも、物理ツールが化学ツールの代わりに選択される。これは、化学物質の使用量の低減につながる。

ロボット車両は、作物の自動処理を行うことができる。本発明の観念では、自動処理とは、人間の補助を実質的に伴わずに実行されるあらゆる処理のことである。

独立した態様によれば、本発明はまた、衛星ナビゲーションシステムによる車両の位置の粗い推定値と、コンピュータ視覚及び連続するフレーム間の画像の特徴の変位検出を用いる、より高精度の推定値とを用いて植物有機体を処理するためのロボット車両の自動ナビゲーションの方法に関する。

本発明は、例示され、図示された実施形態についての説明を助けとして、よりよく理解されよう。

本発明によるロボット車両を示す図である。 本発明によるロボット車両の関節アームの詳細図である。 本発明による、１つのツールをツールの群から自動的に選択する方法を示す流れ図である。 耕地内の植物有機体の空間的配置のいくつかの例を示す図である。 耕地内の植物有機体の空間的配置のいくつかの例を示す図である。 ナビゲーション経路の修正を可能にする一連の取得画像を示す図である。

図１は、ロボット車両５の一実施形態を示す。ロボット車両は、処理を施すために耕地６の表面６１を移動することができる。

ロボット車両は、光電池５８を支持する水平プラットフォームを持つ構造体と、光電池によって給電される電源５９としての電池と、電池から電力供給される少なくとも１つの駆動モータ５００と、モータによって回転駆動されるいくつかの車輪とを備え得る。たとえばロボット・アーム又はデルタ・ロボット・アームである関節アーム５２が、プラットフォーム下の構造体に取り付けられる。ロボットの前又はロボットの下の地面の画像を取り込むためのカメラ５１が、処理されるべき植物を他の植物から見分けるために、またナビゲートするために、構造体に取り付けられる。カメラは、異なる波長（可視、赤外）で動作する、スペクトル・フィルタ付き又は無しの（ハイパースペクトル・カメラ）、また３Ｄ機能付き又は無しの（ステレオ・ビジョン、時間飛行型など）、任意の撮像機器の組合せとすることができる。ツールの種類の選択はまた、気温、水分率、照度、時間、日付又は湿度のセンサなどの、ロボット上にある１つ又は複数の物理センサによって測定されたパラメータにも依存し得る。後で見られるように、流体処理剤を噴霧ノズルから投薬するための１つ又は複数のタンクが、プラットフォームの下に取り付けられる。ロボット車両は、プラットフォーム上の処理システムによって制御される。処理システムは、遠隔の制御システムとの通信用の無線インターフェースと、ロボット車両５の位置の粗い推定値を与える、たとえばＧＰＳ、ガリレオ又はグロナス衛星測位システムである、ナビゲーションシステム５５とを備える。

耕地６は、複数の植物有機体１、２、３、特に第１の植物有機体１及び第２の植物有機体２を含む。

第１の植物有機体は、たとえば栽培植物、具体的にはサトウダイコン、ジャガイモ、ヒマワリ、スイートコーン（若しくはトウモロコシ）、又は、園芸農業作物（ｍａｒｋｅｔ ｇａｒｄｅｎｅｒ）（若しくは市場向け農業作物（ｔｒｕｃｋ ｆａｒｍｅｒ））とすることができる。この場合、第１の植物に施される処理には、たとえば、肥料の投与、収穫、又は栽培植物の成長に有効な任意の機械的若しくは化学的処理が含まれ得る。

あるいは、第１の植物有機体は雑草でもよい。この場合、その処理には雑草を取り除く、又は枯らすための任意の物理的（たとえば機械的）又は化学的処理が含まれ得る。

雑草とは、たとえば栽培有機体に挑戦する植物有機体であるか、又は非栽培植物有機体であり、かつ取り除く必要がある不要な植物有機体のことである。

本発明は、耕地領域に自由に配置することもできる植物にも適合されるが、特に整列して栽培される植物に適合される。

ロボット車両５は、処理ツール５３の群５４を支持及び駆動するツール支持システムを備える。ツール支持システムは、ツール５３、又は少なくともその動作先端を連続する動作位置まで第１の植物有機体１を処理するために動かす、たとえばロボット・アーム又はデルタ・ロボット・アームである、関節アーム５２を備える。

好ましい実施形態では、ロボット車両５が第１の植物有機体１に対して相対的に動いているときさえも、ツール支持システムは、選択されたツール５３の、とりわけ選択されたツール５３の動作部分の、固定された相対的な位置決めを第１の植物有機体１に対して、処理中に維持するように処理手段によって制御される。

一実施形態では、ツール支持システムは、植物有機体１を処理するために、少なくとも処理ツール５３、又は少なくともその動作先端、を連続する動作位置まで動かすように定められた、少なくとも１つの第２の関節アーム（たとえばロボット・アーム又はデルタ・ロボット・アーム）を備える。

第２の関節アームによって支持されるツールは、利用可能なツールの多様性を増大させるために、また相補的処理を行うために、第１の関節アーム５２のツール５３とは異なり得る。ツール支持システムは、第１及び第２のアームの処理ツールのそれぞれで第１の植物有機体１を処理できるように、第１及び第２のアームを平行な空間領域内で動かすように構成される。たとえば、第１のアームはロボット車両の前で動作するように設置及び構成することができ、第２のアームはロボット車両の後ろで動作するように設置及び構成することができる。

第２の関節アームによって支持される処理ツールの群は、第１のアームの処理ツール５３の群５４の複製とすることができる。ツール支持システムは、自動処理を並列化するために、すなわち複数の植物有機体を実質的に同時に処理して密集耕地の処理の速度向上を可能にするために、第１及び追加のアームを平行な、かつ、ずれた空間領域内で動かすように構成される。

一実施形態では、ツール支持システムは、ロボットのタイプ又は処理ツール５３のタイプを別々のニーズ又は処理に適合させるために、ロボット車両５から完全に、又は少なくとも部分的に、取り外し可能なように構成される。ロボットは、複数の異なる交換可能なツール支持システムと共に、キットとして販売することができる。

一実施形態では、ツール支持システムは、完全なツール支持システムを取り替えずに各処理ツール５３、又は各処理ツール５３の一部分を簡単に取り外すことが可能である。

ロボット車両５は、ロボット車両５の前又は下の地面６の表面６１の一部分の画像を取得するように配置されたカメラ５１を備える。処理システムの一部としてのコンピュータ視覚システム５６が、カメラで取り込まれた連続画像を処理し、各第１の植物有機体１と、最も近い第２の植物有機体２との間の間隔４を決定する。コンピュータ視覚システム５６は、表面の植物有機体の種類を特定して、その耕地内の位置をマッピングすることができ、植物有機体を正確に処理することを可能にする。

好ましい実施形態では、第２の植物有機体２は、処理されるべき植物有機体（すなわち、第１の植物有機体１）に対して画像内で最も近い植物有機体である。

ロボット車両５の処理システムは、コンピュータ視覚システム５６によって決定された距離４との相関関係において、また場合によって他のパラメータとの相関関係において、処理ツール５３の１つを選択する選択モジュールを備える。

ロボット上に取り付けられたツールの群は、少なくとも１つの物理ツール、及び少なくとも１つの化学ツールを含む。物理ツールは、たとえば、雑草を取り除くための機械ツールを含み得る。化学ツールは、たとえば、植物衛生製品、肥料、又は除草剤を第１の植物有機体１に施すための第１の噴霧ツールを含み得る。

ツールの群は、第２の物理ツール及び／又は第２の噴霧ツールなどの追加ツールを含み得る。

一実施形態では、ロボット車両は、不要な第１の植物有機体、すなわち雑草の処理を行うように構成される。この実施形態では、処理は、物理ツール又は噴霧ツールを使用して雑草を除去することを含む。物理ツールは、機械的な切断若しくは抜根ツール、電磁放射を発する光学ツール、放電を発する電気ツール、又は熱放射ツールとすることができる。噴霧ツールは、不要な植物を枯らすのに適している流体製品、たとえば、駆除薬、除草剤、又は雑草駆除剤を施すことができる。

別の実施形態では、ロボット車両は、栽培植物の処理を行うように構成される。この実施形態では、処理には、植物、又は植物の望ましい部分の成長を助けるためのあらゆる処理が含まれる。物理ツールは、植物の一部分を間引く、又は剪定するための機械ツールとすることができる。噴霧ツールは、たとえば植物衛生製品又は肥料を施すことができる。ロボット車両は、１つの通路でロボット車両が実行できる処理（たとえば植物衛生処理、施肥など）の範囲を広げるために、異なる流体製品を散布する追加の噴霧ツールを備えることができる。

図２の実施形態では、ロボット車両は、機械ツール５３１、第１の噴霧ツール５３２、及び第２の噴霧ツール５３３を備える。２つの噴霧ツールのそれぞれが、別個の流体製品を施すために別々のタンクに結合される。有利には、関節アーム５２はデルタ・ロボット・アームである。

図２の関節アーム５２の遠位端５２１は、機械ツール５３１を支持する。機械部分は、たとえばモータ（図示せず）と、回転軸５３１２のまわりに回転するように構成されかつブレード５１１４を装着した末端部５３１３を有する、ロッド５３１１とを備える。機械ツールは、雑草の根を切断するように地面６の表面６１にほぼ垂直に貫入することによって、雑草を除去する。

したがって、ロボット車両は、関節アーム５２の遠位端を、地面に対するロッド５３１１の水平相対速度が第１の植物有機体１の除去中は実質的にゼロになるように動かす構成とする。

好ましい実施形態では、末端部５３１３は、固有の、前記回転軸５３１２に対して径方向に延びるブレード５３１４を備える。本出願人の経験によれば、固有の、径方向に延びるブレード５３１４は、雑草がツールのまわりに絡みつくことを防止する。有利には、ブレードは、回転軸の中心から数センチメートルにわたって、具体的には１〜７ｃｍの範囲内で延びるように構成される。

関節アームの遠位端５２１はさらに、第１の噴霧ツール５３２の少なくともいくつかの動作部分を支持する。

図示の実施形態では、施すべき製品のタンク５３２４が、関節アーム５２の近位端に、たとえばロボット車両の太陽電池パネルの下に、取り付けられる。第１の噴霧ツールはさらに、第１の噴霧ツール５３２の噴霧ノズル５３２１及び噴霧ポンプ５３２２を備え、これらは両方とも関節アーム５２の遠位端５２１に取り付けられる。ノズル５３２１とポンプ５３２２が近接しているので、タンク５３２４を結合する管５３２３の動き及びねじれによる摂動や乱れを減少させることによって、散布をより正確に制御することが可能になる。

別の実施形態では（図示せず）、ポンプが関節アーム５２の近位端に取り付けられ、それによって、この可動端上の質量が低減する。これにより、関節アームの遠位端の変位速度が増大する。別の利点は、可動部に影響を及ぼす負荷が、タンク５３２４、５３３４内の流体の量と無関係になることである。これにより、ロボット車両をより精密に駆動することだけでなく、エネルギー消費及び残っているロボットの自律性をより正確に推定することも可能になる。

関節アーム５２の遠位端はさらに、第２の噴霧ツール５３３の噴霧ノズル５３３１など、第２の噴霧ツール５３３の少なくとも一部分を支持することができる。噴霧ポンプ５３３２、及び第２の噴霧ツール５３３の製品のタンク５３３４は、関節アームの近位部分５２２に、すなわちロボットの下部構造に対して固定された部分に、取り付けることができる。ポンプは、管５３３３によって噴霧ノズル５３３１に結合される。

第２の噴霧ツール５３３によって施される流体製品は、第１の植物有機体にも第２の植物有機体にも作用する非専用の除草剤（たとえば広範効果製品）とすることができる。

図３は、植物有機体を処理するためのロボット車両で使用される方法の一実施形態を示し、図４及び図５は、栽培植物２、３１、及び雑草１、３２を含む植物有機体の耕地内の空間的配置のいくつかの例を示す。

この方法は、ロボット５上のカメラ５１を用いて地面の画像を取り込むステップ（ステップＳ１）と、これらの画像を用いて画像内の第１の植物有機体１と第２の植物有機体２との間の距離４を決定するステップ（ステップＳ２）と、第１の植物有機体１を処理するための処理ツール５３を、距離４との相関関係において処理ツールの群５４から選択するステップ（ステップＳ３）とを含む。

カメラ５１を用いて取り込まれる画像は、ＲＧＢ画像、赤外線画像又はハイパースペクトル画像などの、１つ又は複数の波長帯のそれぞれで撮影された１つ又は複数の画像の組合せとすることができる。カメラ５１を用いて取り込まれる画像はさらに、たとえばステレオカメラ又は時間飛行型カメラによって得られる３Ｄ画像（たとえば、深度マップ、距離画像）の組合せとすることができる。

取得画像は、カメラセンサによって直接得られた生画像であることも、取得システムによってさらに処理された画像であることもある。

距離４は、第１の植物有機体１の部分と第２の植物有機体２の部分との間で測定することができる。

距離４を決定するステップＳ２は、
画像内の第１の植物有機体１の部分の位置を決定するステップ（ステップＳ２１）と、
画像内の第２の植物有機体２の部分の位置を決定するステップ（ステップＳ２２）とを含み得る。

１つの実施形態では、距離４は、第１の植物有機体１の葉１１の部分と第２の植物有機体２の葉２１の部分との間の距離になる。一変形形態では、距離４は、第１の植物有機体１の葉１１と第２の植物有機体２の葉２１との間の、縁部から縁部までの距離になる。別の変形形態では、距離４は、第１の植物有機体１の葉１１と第２の植物有機体２の葉２１との間の、中心から中心までの距離になる。葉の中心は、葉の画像の重心とすることができる。

距離４を決定するステップＳ２は、第１の植物有機体に対して、植物有機体の群のうちの最も近い植物有機体を決定するステップを含み得る（ステップＳ２７）。たとえば、第１の植物が雑草である場合、ステップＳ２７は、最も適切な雑草除去ツールを選択するために、最も近い栽培植物の決定を示唆することができる。

すなわち、距離４を決定するステップＳ２は、画像上の様々な各植物有機体を決定するステップ、具体的には、植物有機体が雑草であると決定するステップ、あるいは別法として、又は相補的に、植物有機体が栽培植物であると決定するステップを含み得る。別法として、ロボットは、各植物有機体を少なくとも２つの部類、たとえば栽培植物有機体の部類３１及び雑草の部類３２に分類することができる（ステップＳ２８）。

分類器はソフトウェアモジュールとすることができる。これは、たとえばニューラルネットワークに基づくことができる。

ステップＳ３の間、ロボットの処理システムは、第１の植物を処理するのに最も費用対効果が大きい、かつ／又はより効率的である処理ツール５３を選択する。雑草の場合、処理システムは、栽培植物を実質的に無傷及び未処理のままとしながらこの第１の植物を取り除くのに効率的なツールを選択する。この選択には、その距離を所定の閾値４２と比較すること（ステップＳ３１）が含まれる。最も費用対効果が大きい、かつ／又は廃棄時に環境にやさしい処理ツール５３が、このツールを使用すると周辺の求められている植物有機体を無傷のままにできるときにいつも選択される。

好ましい実施形態では、この閾値４２は、処理ツールの作業範囲との相関関係において決定される。

第１の処理ツールは、距離が閾値４２よりも大きいときに選択される。第２の処理ツールは、距離が閾値４２よりも小さいときに選択される（ステップＳ３２）。

複数の所定の閾値が事前に規定され、２つよりも多い処理ツールからの選択を決定することができる。

閾値は、事前に規定されても、ロボット上に取り付けられる処理ツールに依存してもよい。この方法は、ツールの作業範囲を収集し閾値を修正するステップを含み得る。

ツールの作業範囲を第１の植物有機体と第２の植物有機体との間の距離に応じて修正することもまた可能である（ステップＳ３６）。たとえば噴霧ツールの場合では、噴霧ツールのノズルと処理される植物有機体１との間の垂直距離を変えること、又は圧力若しくは噴霧円錐の角度を制御することが可能である。

１つの実施形態では、カメラ５１は、地面の輪郭及び植物の高さを決定できる３Ｄカメラである。この輪郭は、地面及び植物の上方の噴霧ツールの最適な高さを決定するために、また機械ツールの貫入の深さを制御するために用いることができる。

適切な処理ツールの選択はさらに、ロボット上のセンサによって測定された、及び／又は遠隔計算デバイス９から受信された、物理的パラメータにも依存し得る。

ロボット上のセンサ、又は遠隔通信デバイス９に接続されたセンサは、それだけに限らないが、気温、水分率、気湿、太陽照度、土壌構成、土壌湿度、及び気湿などの可能な環境パラメータを測定することができる。

遠隔計算デバイス９は、風速、気温、大気圧及び気象予報を含む現地及び／又は地域の気象情報などのパラメータを外部情報提供者９２から受け取り、ロボットの処理システムへ送信することができる。別の提供者９３は、現地及び／又は地域の農業アドバイス及び情報、たとえば、製品の推奨適用量、何らかの耕作に処理製品を施すことについての助言、処理製品を施すことの一時的な禁止、並びに月齢及び天体暦、特に日の出時刻、日の入り時刻、を提供することができる。

これらのパラメータは、ロボットの処理システムへ送信して、各植物有機体に最も適切な処理ツールを決定する際に使用することができる。

たとえば、一部の植物衛生製品は、限定された気温範囲内でしか有効でないことが知られている。この情報を用いて、気温がその範囲内にない場合に、又は気温がまもなくその範囲外になることを気象予報が知らせている場合に、この製品を使用しないようにすることができる。

噴霧ツールの使用もまた、雨の間、湿度が所定の範囲内にない場合、又は雨の前には避けることができる。

噴霧される製品の量もまた、環境パラメータに、及び／又は処理するそれぞれの第１の植物有機体のサイズに適合させることができる。たとえば、より多量の製品を、大きい植物有機体、及び／又は種類の異なる有機体から遠い有機体を処理するために、かつ／又は気温が高い、若しくはこれから高くなる場合に蒸発を補償するために、使用することができる。

別々の製品のうち噴霧するために選択されるものは、識別された有機体の種類、上述の距離、及び環境パラメータによって決まり得る。

遠隔通信デバイス９は、双方向無線リンクを介してロボット車両５と通信して、これらのパラメータをロボット車両に提供し、またロボット車両によって実行される処理に関する動作情報をロボット車両から受け取ることができる。動作パラメータには、たとえば、ロボット又はロボット機材の状態、ロボット車両位置、すでに実行された動作及び／又は計画されている動作、ツール状態、タンクの製品液面、施される製品の量、動力源のエネルギーレベル、太陽電池パネルのエネルギー生産量、化学製品の散布の推定削減が含まれ得る。遠隔計算デバイス９はさらに、ロボット車両５に、耕作領域内の栽培及び植物有機体についての情報を、たとえば、それだけではないが、雑草の数及び／又は位置、栽培有機体の数及び／又は位置、植物有機体の成長、取得画像内で検出された障害物の数及び位置、除去が不成功であった雑草についての情報などを含めて、無線リンク経由で提供するように要求することができる。情報は、カメラ５１によって取得されコンピュータ視覚システム５６によって最終的に処理される、栽培部分の画像を含み得る。

遠隔計算デバイス９はまた、ロボット車両５を遠隔制御するために使用することもできる。

適切な処理ツールの選択はさらに、第１の植物有機体１に対するロボット車両の相対的な位置付け、及び／又はロボット車両の速度にも依存し得る。

適切な処理ツールの選択はさらに、所定の時間間隔内で処理されるべき植物有機体の推定数にも依存し得る。処理されるべき植物有機体の数が著しく、密集耕地の処理を一時的に減速させ得る場合には、ロボット車両の処理速度／率を一時的に維持又は高めるための様々なシナリオが次のように考えられる。たとえば、
雑草と、最も近い栽培植物との間の距離が、物理ツールを使用するための最小閾値、及び非選択性除草剤を使用するための最小閾値よりも大きいときは、機械ツールではなく、非選択性除草剤を施す噴霧ツールを選択し使用することができ、
雑草と、最も近い栽培植物との間の距離が、物理ツールを使用するための最小閾値よりも大きいが非選択性除草剤を使用するための最小閾値よりは小さいときは、機械ツールではなく、選択性除草剤を施す噴霧ツールを選択し使用することができる。
雑草のサイズが、物理ツールによって施されるよりもさらに異なる物理的処理を必要とする場合には、選択性除草剤を施す噴霧ツール、又は非選択性除草剤を施す噴霧ツールが（雑草と、最も近い栽培植物との間の距離によって決まる）、ロボット車両の処理速度／処理率を一時的に維持したり、又は高めるために、選択され得る。

適切な処理ツールの選択はさらに、ロボット車両の利用可能な電気エネルギーにも依存し得る。たとえば、ロボットの残留電力が所定の閾値まで低下すると、電力消費がより少ないツールを、雑草を除去又は枯らすのに適切なツールの下位群から選択することができる。たとえば、
雑草と、最も近い栽培植物との間の距離が、物理ツールを使用するためと非選択性除草剤を使用するための両方の最小閾値よりも大きいときには、雑草を除去又は枯らすために、物理ツール及び非選択性除草剤を施す噴霧ツールから、電力消費がより少ないツールを選択して使用することができ、
雑草と、最も近い栽培植物との間の距離が、物理ツールを使用するための最小閾値よりも大きいが、非選択性除草剤を使用するための最小閾値よりは小さいときには、第１の植物有機体を除去又は枯らすために、物理ツール及び選択性除草剤を施す噴霧ツールから、電力消費がより少ないツールを選択して使用することができる。

有利には、ロボット車両は、ある時間間隔内の関節アームの動作数を最大限にするために、処理される植物有機体間の最小距離を計算するように構成される。ロボット車両の変位速度は、処理の実行を最適化するように適合させることができる。たとえば、処理されるべき植生植物の数が多いとき、ロボットは、より多くの時間を関節アームに与えて個々の動作を実行するために、減速することができる。ロボット車両の変位速度は、たとえば好ましくない照度条件の場合に、ロボット車両の電気消費量を減らすように適合させることができる。さらに、処理すべき植物有機体の密度が高い場合、又は利用可能なエネルギーが少ない場合には、速い処理ができる、かつ／又は電気消費量を減らせる処理ツールを選択することができる。処理ツールが（特に物理ツール又は機械ツールが）植物有機体に効率的に達するのが困難である場合には、植物有機体に効率的に達することを可能にする処理ツールを選択することができる。

図６は、植物有機体の処理のためのロボット車両のナビゲーション方法を概略的に示す。この方法は、後で説明するように、前述のロボット車両及び方法と共に、又は別のロボット車両若しくは方法と共に使用することができる。

所望のナビゲーション経路７に沿ったナビゲーションは、車両の位置を連続して決定することに基づく。参照符号７１は、地面の表面における、車両の第１の位置７１を示し、参照符号７２は次に続く第２の位置７２を示し、参照符号７３は次に続く第３の位置７３を示す。

車両の位置の粗い推定は、ＧＰＳ、グロナスシステム、又はガリレオシステムなどの衛星ナビゲーションシステムによって決定される。この衛星ベースのナビゲーションシステムは、ロボットの絶対位置決めのために、また、たとえばロボットのオペレータによってあらかじめ規定されたロボットの所望の軌道を制御するために、使用される。１つの実施形態では、オペレータは、遠隔計算デバイス９を用いて、耕地のサイズ、形状及び位置、並びに列間の距離を規定し、ロボット車両の処理システムは、おおよその最適軌道をあらかじめ決定する。

次に、ロボット車両の変位のより精細な決定値が、処理システムによって、カメラ５１又は追加の専用カメラで取り込まれた一連のフレーム５１１、５１２、５１３を解析するコンピュータ視覚を使用して、計算される。このコンピュータ視覚システムは、これらのフレーム間のロボット車両の変位７１１、７２１、７３１を決定するために、連続する時間間隔Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ＋１、Ｔ_ｉ＋２に取り込まれた連続する画像内の参照特徴８の位置を比較する。様々な特徴、たとえば、植物有機体、葉の縁、茎、並びに無機有機体及び地面のひび割れ、石などの土壌特徴、を連続する画像５１１、５１２、５１３内で追跡することができる。

加えて、加速度計又はジャイロスコープなどの慣性システムを使用して、ロボット車両の変位を検出すること、並びに衛星測位システム及びコンピュータ視覚システムによって決定された位置を補正することができる。

ロボット車両のこのより精細な変位の推定値を用いて、衛星測位システムによって決定された位置を補正又は精密にすることができる。また、この推定値を用いて、たとえば、列の上方の中心にあるロボット車両の軌道７１を規定し処理ツールの変位を最小限にするために、ロボット車両の変位を栽培植物の列と位置合わせすることもできる。

カメラ５１によって取り込まれた画像は、ロボット車両の前の地面部分を含み得る。この部分の植物有機体は、ロボット車両がこの部分に向かって移動した後の後段階において、車両上のロボットからアクセス可能なだけである。この変位の方向及び大きさは、コンピュータ視覚システムによって、また任意選択で慣性センサによって、決定される。

１ 第１の植物有機体
１１ 第１の植物有機体の葉
１２ 第１の植物有機体の根
１３ 第１の植物有機体の幹
２ 第２の植物有機体
２１ 第２の植物有機体の葉
２２ 第２の植物有機体の根
２３ 第２の植物有機体の幹
３ 植物有機体
３１ 栽培植物
３２ 雑草
４ 第１と第２の植物有機体間の距離
４１ 第１の植物有機体まわりの作業領域
４２ 閾値
５ ロボット車両
５１ カメラ
５１１〜３ 画像
５２ 関節アーム
５２１ 遠位端
５２２ 近位端
５３ 処理ツール
５３１ 物理処理ツール
５３１１ ロッド
５３１２ 回転軸
５３１３ 端部
５３１４ ブレード
５３２ 第１の噴霧処理ツール
５３２１ ノズル
５３２２ ポンプ
５３２３ 管
５３３ 第２の噴霧処理ツール
５３３１ ノズル
５３３２ ポンプ
５３３３ 管
５４ 処理ツールの群
５５ グローバル・ナビゲーション・衛星システム
５６ コンピュータ視覚システム
５７ 無線通信ユニット
５８ 太陽電池パネル
５９ 電源
５００ 駆動モータ
６ 地面
６１ 地面の表面
７ 規定ナビゲーション経路
７１ 時間Ｔ_ｉとＴ_ｉ＋１間の実際のナビゲーション経路
７１１ 時間Ｔ_ｉ＋１におけるロボットの位置
７２ 時間Ｔ_ｉ＋１とＴ_ｉ＋２間の実際のナビゲーション経路
７２１ 時間Ｔ_ｉ＋２におけるロボットの位置
７３ 時間Ｔ_ｉ＋２とＴ_ｉ＋３間の実際のナビゲーション経路
７３１ 時間Ｔ_ｉ＋３におけるロボットの位置
７４ 出発位置
７５ 行先位置
８ 外観特徴
８１ 石
８２ 地面のひび割れ
８３ 茎
９ 遠隔計算デバイス
９１ センサ
９２ 気象台
Ｔ_ｉ 時間間隔Ｔ_ｉ
Ｔ_ｉ＋１ 時間間隔Ｔ_ｉ＋１
Ｔ_ｉ＋２ 時間間隔Ｔ_ｉ＋２
Ｓ１ 第１の植物有機体の少なくとも一つの画像を取り込むステップ
Ｓ２ 第１の植物有機体１と第２の植物有機体２との間の距離を決定するステップ
Ｓ３ 処理ツールを選択するステップ
Ｓ２１ 第１の植物有機体１の部分の位置を決定するステップ
Ｓ２２ 第２の植物有機体２の部分の位置を決定するステップ
Ｓ２７ 第１の植物有機体に対して、植物有機体の群のうちの最も近い植物有機体を決定するステップ
Ｓ２８ 様々な第１の植物有機体を決定するステップ
Ｓ２９ 第１の植物有機体に近い様々な植物有機体を決定するステップ
Ｓ３１ 第１の所定の処理ツールを選択する、又はツールの第１の下位群に含まれるツールを選択するステップ
Ｓ３２ 第２の所定の処理ツールを選択する、又はツールの第２の下位群に含まれるツールを選択するステップ
Ｓ３３ 処理ツールの作業範囲の表示を収集するステップ
Ｓ３４ 処理ツールの群５４の処理ツールの下位群を決定するステップ
Ｓ３５ 処理ツールの下位群から処理ツールを選択するステップ
Ｓ３６ 第１の植物有機体に対して選択された処理ツールの相対的位置決めを決定するステップ

Claims (18)

1. 雑草（１）を自動処理するためのロボット（５）を使用する方法であって、
   前記ロボット（５）上のカメラ（５１）を用いて雑草（１）の画像を取り込むステップと、
   前記画像を用いて前記雑草（１）と栽培植物（２）との間の距離（４）を決定するステップと、
   前記雑草（１）を処理するための前記ロボットの処理ツールの群（５４）から、前記距離（４）との相関関係において処理ツール（５３）を選択するステップとを含む、方法。
2. 前記距離が前記雑草と栽培植物との間の最小距離である、請求項１に記載の方法。
3. 前記雑草の前記処理が、前記雑草（１）を取り除いたり、又は枯らすための物理的又は化学的処理を含む、請求項１又は２のいずれか一つに記載の方法。
4. 処理ツールの前記群（５４）が、前記雑草（１）を枯らすのに適している流体製品、たとえば除草剤を施すための物理ツール（５３１）及び噴霧ツール（５３２、５３３）を含む、請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
5. 選択する前記ステップが、前記距離が第１の閾値よりも小さいときに、選択性除草剤を施すための前記噴霧ツール（５３２）を選択することを含む、請求項４に記載の方法。
6. 選択する前記ステップが、前記距離が前記第１の閾値よりも大きいときに、前記物理ツール（５３１）を選択することを含む、請求項４又は５に記載の方法。
7. 処理ツールの前記群（５４）がさらに、非選択性除草剤を施すのに適している第２の噴霧ツール（５３３）を含む、請求項４〜６のいずれか一つに記載の方法。
8. 選択する前記ステップが、前記距離が前記第１の閾値よりも大きいときに、前記第２の噴霧ツール（５３３）及び／又は前記物理ツール（５３１）を選択することを含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記物理ツール（５３１）が、機械的な切断ツール若しくは抜根ツール、電磁放射を発する光学ツール、放電を発する電気ツール、又は熱放射ツールである、請求項４〜８のいずれか一つに記載の方法。
10. 前記機械ツール（５３１）が、回転軸（５３１２）のまわりに回転するように構成され、かつ、前記回転軸に対して軸方向に地面（６）の表面（６１）に貫入するように配置された末端部（５３１３）を有する、ロッド（５３１１）を備え、前記末端部（５３１３）が固有の、前記回転軸に対して径方向に延びるブレード（５１１４）を備える、請求項９に記載の方法。
11. 前記ロボットの処理ツールの前記群（５４）から前記処理ツール（５３）を選択する前記ステップがさらに、所定の時間間隔内に処理されるべき雑草の推定数に依存する、請求項１〜１０のいずれか一つに記載の方法。
12. 前記ロボットが電動式であり、前記ロボットの処理ツールの前記群（５４）から前記処理ツール（５３）を選択する前記ステップがさらに、前記ロボットの車両の利用可能電気エネルギーに依存する、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の方法。
13. 請求項１〜１２のいずれか一つに記載の方法を実行するためのロボット車両（５）であって、
    画像を取り込むための画像取得デバイス（５１）と、
    前記画像から雑草（１）と栽培植物（２）との間の距離（４）を決定するように構成されたコンピュータ視覚システム（５６）と、
    前記雑草を処理するための処理ツールの群（５４）から、前記距離との相関関係において処理ツール（５３）を選択するように構成された選択システムと、
    前記処理ツール（５３）を支持するように構成され、かつ前記処理ツールの少なくとも動作端（５３１１、５３１３、５３１４、５３２１、５３２２、５３３１）を前記ロボット車両（５）に対して動かすように構成された、ツール支持システムとを備える、ロボット車両。
14. 前記ツール支持システムが、前記処理ツールの少なくとも一部を支持する関節アーム（５２）、特にデルタ・ロボット・アームを少なくとも備える、請求項１３に記載のロボット車両。
15. 処理ツールの前記群（５４）が、前記雑草（１）を枯らすのに適している流体製品、たとえば除草剤を施すための物理ツール（５３１）及び噴霧ツール（５３２、５３３）を備える、請求項１３又は１４に記載のロボット車両。
16. 前記ツールが、選択性除草剤を施すための第１の噴霧ツール（５３２）と、非選択性除草剤を施すための第２の噴霧ツール（５３３）とを含む、請求項１３〜１５のいずれか一つに記載のロボット車両。
17. 前記ツールが少なくとも１つの噴霧ツール（５３２）を含み、前記噴霧ツールが、関節アーム（５２）の遠位端（５２１）に支持されたポンプ（５３２２）及びノズル（５３２１）を備える、請求項１３〜１６のいずれか一つに記載のロボット車両。
18. 雑草を自動処理するための装置であって、遠隔計算デバイス（９）と、請求項１３〜１７のいずれか一つに記載のロボット車両（５）とを備え、前記ロボット車両がさらに、無線リンクを介して前記デバイスへデータを送出するように構成され、前記データが報告メッセージ及び／又は取得画像（５１１、５１２、５１３）を含む、装置。

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