JP6853591B2 - 農作業装置、農作業管理システム、及びプログラム - Google Patents
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Description
図1は、本発明の一実施形態に係る農作業管理システムの概略構成の一例を示すブロック図である。図1に示すように、農作業管理システム100は、例示的に、圃場FFにおいて農作業を実行し、農作業の結果を管理する農作業装置1と、農作業装置1が実行する農作業の結果を管理し、農作業の結果に基づいて将来実行される農作業の内容を予測する農作業管理サーバ5と、農作業に従事するユーザUが保持する携帯端末3と、を備える。
図2は、本発明の一実施形態に係る農作業装置の概略構成の一例を示すブロック図である。図2に示すように、農作業装置1は、例示的に、不図示のGPS衛星から送信されたGPS信号に基づいて農作業装置1の位置を検出するGPSセンサ12と、農作業の対象を撮像するカメラ14(第1撮像装置)と、農作業を実行するためのアーム装置16と、農作業装置1が実行する各処理に必要な情報を記録する記録装置18と、図1に示す携帯端末3及び農作業管理サーバ5と各種情報を送受信する通信装置20と、農作業装置1が予め定められた経路に沿って移動するように制御する駆動装置22と、上記各構成要素と接続された中央処理装置10と、を備える。なお上記各構成要素は、それぞれが単一の構成要素であってもよいし、複数の構成要素を含む構成要素であってもよい。カメラ14は、例えば、耐外乱光性能を有する、パルスレーザを使用するTOF(Time Of Flight)型距離画像センサ、及び、CCD(Charge−Coupled Device)を備えるカメラの少なくとも一方を備える。
図7は、本発明の一実施形態に係る農作業管理サーバの概略構成の一例を示すブロック図である。図7に示すように、農作業管理サーバ7は、例示的に、図1に示す農作業装置1及び携帯端末3との間で各種の情報を送受信する通信部50と、農作業情報に基づく情報処理を実行する情報処理部52と、図1に示す農作業装置1から送信される農作業情報を農作業情報テーブルAT(図3〜図6を参照)と、図1及び図9に示す圃場FFを示す圃場マップMと、を記憶する記録部54と、備える。ここで、圃場マップMは、後述するとおり、図1に示す携帯端末3において農作業の実行範囲を設定する場合や農作業装置1において実際に農作業を実行する場合の移動範囲の制御等に用いられる。なお、記録部54は、情報処理部52が実行する各種情報処理に関する各種プログラム等を記録してもよい。
図8及び図9を用いて、本発明の一実施形態に係る農作業処理の全体のフローを説明する。図8は、本発明の一実施形態に係る農作業処理フローの一例を示すフローチャートである。図9は、本発明の一実施形態に係る圃場において農作業装置が実行する農作業の一例を示す図である。
図1に示すユーザUは、携帯端末3において農作業装置1が農作業を実行する農作業範囲を設定する。例えば、携帯端末3は、図7に示す、農作業管理サーバ5の記録部54に記録された圃場マップ情報Mを取得する。そして、ユーザUは、携帯端末3において、図9に示すように、圃場FFにおける農作業装置1が移動する経路L1、L3及びL5、並びに、農作業装置1が作業を開始するスタート地点P1及び作業を終了するエンド地点P7を設定する。
図2に示す農作業装置1の駆動装置22は、農作業装置1が圃場FF内を、設定された経路L1に沿って移動するように制御する。まず、農作業装置1は、例えば10cm程度移動したら停止し、後述するとおり農作業を実行する。そして、農作業が完了したら、再度10cm程度移動し、農作業を実行するということを繰り返す。なお、駆動装置22は、図2に示す農作業判断部34により、カメラ14からの画像情報(第1画像情報)に含まれるすべての対象に対して農作業を実行するか否かを判断した後に当該農作業装置1の移動を制御するように構成されてもよい。なお、農作業装置1の移動量に関して、上記では10cm程度と説明したが、これに限られず、当該移動量については、収穫対象物の大きさや配置位置、及び、カメラ14のレンズのサイズ等に基づいて適宜設定されてもよい。
農作業装置1が農作業を実行する。例えば、図2に示す農作業実行部36は、対象に対して農作業を実行するか否かを判断する農作業判断部34の判断結果に基づいて農作業を実行する。なお、農作業判断部34の処理については、図10〜12を用いて詳述する。また、農作業実行部36の処理については、図13及び14を用いて詳述する。農作業としては、例えば畝R1に配置されている対象を収穫すること、圃場FFに対して薬剤を散布すること、及び、圃場FFにおいて除草を行うこと等を含む。
図2に示す農作業装置1のカメラ14(第1撮像装置)が圃場FF内のマーカM1を検出する。
図2に示す農作業装置1の駆動装置22は、カメラ14により検出されたマーカM1に基づいて農作業装置1の移動を制御する。例えば、農作業装置1は、マーカM1を検出することで、圃場FFの端の地点である地点P3に到着したことを判定する。農作業装置1は、旋回し、経路L3へ移行し、畝R3に対して農作業を再開する。次に、農作業装置1は、マーカM3を検出することで、圃場FFの端の地点である地点P5に到着したことを判定する。農作業装置1は、駆動装置22は、旋回し、経路L5へ移行し、畝R5に対して農作業を再開する。
農作業装置1が設定された経路L5のエンド地点P7に到着すると、農作業装置1は農作業を終了する。
図10〜図12を用いて、本発明の一実施形態に係る農作業判断処理のフローを説明する。図10は、本発明の一実施形態に係る農作業判断処理フローの一例を示すフローチャートである。図11は、本発明の一実施形態に係る農作業装置のカメラが撮像することにより得られる画像情報の一例を示す図である。
図11に示すように、図2に示す農作業装置1のカメラ14は、農作業の対象であるアスパラ群を撮像することで、画像(第1画像情報)を取得する。
図2に示す農作業装置1の異常判断部32は、ステップS21で取得した画像(第1画像情報)と、例えば農作業装置1の記録装置18に記録された、農作業の対象であるアスパラを含む参照画像(第2画像情報)と、を比較する。より具体的に、異常判断部32は、異常判断を実行するための人工知能モデルを活用する。人工知能モデルは、過去に実行した、異常の有無の判断結果に基づいて繰り返し学習することで正確に異常判断が可能なように形成される。ここで、人工知能モデルには、過去の異常判断の際に用いられた画像(参照画像)が大量に蓄積されている。そして、異常判断部32は、ステップS21で取得した画像について、当該人工知能モデルを参照することで、後述するとおり、アスパラの異常の有無を判断可能となる。
異常判断部32は、ステップS23の比較結果に基づいてアスパラの異常の有無を判断する。例えば、参照画像には、収穫するに値するような良品のアスパラが含まれており、異常判断部32は、収穫予定のアスパラをカメラ14で撮像した画像と、良品のアスパラが含まれた参照画像と、を比較することで、実際に収穫予定のアスパラが良品であるか否かを判断する。また、参照画像には、収穫するに値しないような規格外品のアスパラが含まれており、異常判断部32は、収穫予定のアスパラをカメラ14で撮像した画像と、規格外品のアスパラが含まれた参照画像と、を比較することで、実際に収穫予定のアスパラが規格外品であるか否かを判断するように構成されてもよい。
図2に示す農作業装置1の農作物測定部30は、カメラ14がアスパラを撮像することにより得られた画像情報に基づいて、アスパラの栽培位置、高さ、及び奥行を測定する。なお、農作物測定部30は、農作業装置1が備える不図示の測定レーザの照射波、及び、アスパラからの反射波に基づいて、アスパラの栽培位置等を測定してもよい。また、農作業装置1は、カメラ14及び測定レーザの双方を用いて、アスパラの栽培位置、高さ、及び奥行を測定するように構成されてもよい。
農作物測定部30は、測定された寸法と設定した閾値とを比較することによりアスパラの状態を判断する。農作物測定部30は、測定されたアスパラA1の高さが30cmである場合は、設定した閾値(26cm)を上回るので、収穫に値する程度に成長したアスパラであると判断する。他方で、農作物測定部30は、測定されたアスパラA1の高さが15cmである場合は、設定した閾値(26cm)を下回るので、収穫に値する程度に成長したアスパラでないと判断する。なお、農作物測定部30は、測定されたアスパラの幅と設定した閾値とを比較することによりアスパラの状態を判断してもよい。なお、「閾値」については、設定した閾値に限られず、所定の閾値であってもよい。
図2に示す農作業装置1の農作業判断部34は、異常判断部32が出力した判断結果と、農作物測定部30が出力した判断結果と、に基づいてアスパラを収穫するか否かを判断する。例えば、異常判断部32の判断結果が「異常なし」で、農作物測定部30の判断結果が「26cm以上:十分に成長している」である場合は、出荷するに十分なアスパラであるという意味において、「収穫する」と判断する。また、異常判断部32の判断結果が「異常あり」で、農作物測定部30の判断結果が「26cm以下:十分に成長していない」である場合は、今後成長したとしても、出荷するに値しないアスパラであるという意味において、「収穫する」と判断する。この場合は、収穫した後、廃棄等される。さらに、異常判断部32の判断結果が「異常あり」で、農作物測定部30の判断結果が「26cm以上:十分に成長している」である場合も、出荷するに値しないアスパラであるという意味において、「収穫する」と判断する。この場合も、収穫した後、廃棄等される。さらにまた、農作業判断部34は、異常判断部32の判断結果が「異常なし」で、農作物測定部30の判断結果が「26cm以下:十分に成長していない」である場合は、規格外品でもなくなんらかの病気も有しないので、収穫予定のアスパラが収穫するに値する程度に成長するまで待つという意味で、「収穫しない」と判断する。
図13及び図14を用いて、本発明の一実施形態に係る農作業実行処理フローを説明する。図13は、本発明の一実施形態に係る農作業実行処理フローの一例を示すフローチャートである。図14は、本発明の一実施形態に係る圃場において農作業装置が実行する農作業の一例を示す図である。
図10のステップS29において説明したとおり、図2に示す農作物測定部30は、アスパラA5の栽培位置、高さ、及び奥行を測定する。次に、農作業実行部36は、農作物測定部30の測定結果に基づいて、アスパラA5を収穫するまでのアーム装置16の進入経路、例えば、アーム装置16の現在位置から図14に示す圃場FFの畝RにおけるアスパラA5が配置されている位置までの進入経路を設定する。また、進入経路とは、アーム装置16の三次元座標位置から、図14に示す圃場FFの畝RにおけるアスパラA5の切断ポイントを示す三次元座標位置までの経路を含んでもよい。ここで、進入経路については、農作物実行部36が生成した上で設定するように構成されてもよいし、農作物測定部30が、測定結果に基づいて進入経路を生成し、農作物実行部36が進入経路を設定するように構成されてもよい。
例えばアーム装置16に搭載されたカメラ14(第2撮像装置)によって画像情報(第3画像情報)を取得する。アーム装置16に搭載されているカメラ14(第2撮像装置)は、農作業装置1の本体部分に搭載されるカメラに比べて、アーム装置16の実際の進入経路をより正確に測定できる。
農作業実行部36は、取得した画像情報に基づいて、アーム装置16の進入経路がステップS41において設定した進入経路と異なっているか否かを判断する。アーム装置16の進入経路がステップS41において設定した進入経路と異なっていない場合(Noの場合)は、ステップS49に進む。他方で、アーム装置16の進入経路がステップS41において設定した進入経路と異なっている場合(Yesの場合)は、ステップS47に進む。
農作業実行部36は、カメラ14からの画像情報に基づいてアーム装置16の進入経路を制御する。例えば、アーム装置16の進入経路がステップS41において設定した進入経路と異なっている場合は、アスパラA5を確実に収穫することができないおそれがあるため、アーム装置16の進入経路を正しい経路に修正し、アスパラA5を確実に収穫する。例えば、進入経路が、アーム装置16の三次元座標位置から、図14に示す圃場FFの畝RにおけるアスパラA5の切断ポイントを示す三次元座標位置までの経路を含む場合、農作業実行部36は、カメラ14からの画像情報に基づいて、当該切断ポイントのズレを補正するように構成されてもよい。
農作業実行部36は、アーム装置16を用いてアスパラA5を収穫する。
農作業実行部36は、アーム装置16を用いて収穫したアスパラA5をストレージSに格納する。
上記各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更/改良(たとえば、各実施形態を組み合わせること、各実施形態の一部の構成を省略すること)され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
Claims (10)
- 第1撮像装置と、
前記第1撮像装置が農作業の対象を撮像することにより得られる第1画像情報に基づいて、前記対象に対して前記農作業を実行するか否かを判断する農作業判断部と、
前記農作業判断部の判断結果に基づいて前記農作業を実行する農作業実行部と、
前記農作業の結果を含む農作業情報を生成する農作業情報生成部と、
前記対象の位置を測定する測定部と、
前記農作業情報と、測定された前記位置を示す位置情報と、を管理する農作業情報管理部と、
前記第1画像情報と、前記対象を含む参照画像としての第2画像情報と、に基づいて前記対象の品質を判断する品質判断部と、
を備え、
前記測定部は、前記第1画像情報に基づいて前記対象の寸法を測定し、
前記農作業判断部は、前記寸法と設定した閾値との比較結果と、前記品質と、に基づいて、前記対象に対して前記農作業を実行するか否かを判断する、
農作業装置。 - 前記農作業情報管理部は、前記対象の位置を測定した時間を示す時間情報を、前記農作業情報と前記位置情報とに関連づけて記録する、
請求項1に記載の農作業装置。 - 前記農作業を実行するためのアーム装置を更に備え、
前記農作業実行部は、前記測定部により測定された前記対象の位置に基づいて前記農作業を制御する、
請求項1又は2に記載の農作業装置。 - 前記アーム装置は、第2撮像装置を備え、
前記農作業実行部は、前記第2撮像装置が前記対象を撮像することにより得られる第3画像情報に基づいて、前記アーム装置の前記農作業を制御する、
請求項3に記載の農作業装置。 - 農作業装置が予め定められた経路に沿って移動するように制御する駆動装置を更に備え、
前記駆動装置は、前記農作業判断部により、前記第1画像情報に含まれる前記対象に対して前記農作業を実行するか否かを判断した後に当該農作業装置の移動を制御する、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の農作業装置。 - 前記第1撮像装置は、前記経路に配置されているマーカを検出し、
前記駆動装置は、検出された前記マーカに基づいて農作業装置の移動を制御する、
請求項5に記載の農作業装置。 - 前記測定部が測定する前記対象の位置は、前記第1撮像装置が前記対象を撮像した位置を含む、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の農作業装置。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の農作業装置と、
農作業管理サーバと、
を備える農作業管理システムであって、
前記農作業装置は、前記農作業の結果を示す前記農作業情報と前記位置情報とを前記農作業管理サーバに送信し、
前記農作業管理サーバは、前記農作業情報と前記位置情報とに基づいて、前記対象に対して実行する前記農作業の内容を予測する農作業予測部を備える、
農作業管理システム。 - 出力部を備える携帯端末を更に備え、
前記農作業管理サーバは、
前記農作業情報と前記位置情報とを関連づけて予め定められた出力態様で出力するための出力情報を生成する出力情報生成部を更に備え、
前記出力部は、前記出力情報に基づいて前記農作業情報と前記位置情報とを予め定められた出力態様で出力する、
請求項8に記載の農作業管理システム。 - 撮像装置を備える農作業装置を、
前記撮像装置が農作業の対象を撮像することにより得られる第1画像情報に基づいて、前記対象に対して前記農作業を実行するか否かを判断する農作業判断部と、
前記農作業判断部の判断結果に基づいて前記農作業を実行する農作業実行部と、
前記農作業の結果を含む農作業情報を生成する農作業情報生成部と、
前記対象の位置を測定する測定部と、
前記農作業情報と、測定された前記位置を示す位置情報と、を管理する農作業情報管理部と、
前記第1画像情報と、前記対象を含む参照画像としての第2画像情報と、に基づいて前記対象の品質を判断する品質判断部と、して機能させ、
前記測定部は、前記第1画像情報に基づいて前記対象の寸法を測定し、
前記農作業判断部は、前記寸法と設定した閾値との比較結果と、前記品質と、に基づいて、前記対象に対して前記農作業を実行するか否かを判断する、プログラム。
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