JP7513264B2

JP7513264B2 - 草刈機

Info

Publication number: JP7513264B2
Application number: JP2020205785A
Authority: JP
Inventors: 晃平山下
Original assignee: National Agriculture and Food Research Organization
Current assignee: National Agriculture and Food Research Organization
Priority date: 2020-12-11
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2024-07-09
Anticipated expiration: 2040-12-11
Also published as: JP2022092841A

Description

本発明は、草刈機に関する。

雑草等の草を刈り取るために、刈刃を備えた草刈機が用いられている。例えば、草刈機の進行方向の前方の地面に向けた光学センサを備え、この光学センサを用いて予測される草の密度に応じて刈刃の回転数を変更する草刈機が知られている（例えば、特許文献１）。

特表２０１９－５０６１４８号公報

刈り取る草の量と刈刃の回転及び／又は基台の走行速度との関係によっては、草を上手く刈り取ることができずに、刈刃に草が巻き付くことや刈り取った草が刈刃付近に留まることが生じ、それによって刈取の負荷が大きくなり、能力が低下してしまう。特許文献１に記載の草刈機では、光学センサを用いて予測される草の密度に応じて刈刃の回転数を変更しているが、刈り取る草の量を的確に求めることが難しい。

本発明は上記の課題に鑑みなされたものであり、刈り取る草の量を的確に求めることができ、草を良好に刈り取ることが可能な草刈機を提供することを目的とする。

本発明の草刈機は、草を刈るための刈刃と走行するための車輪とが設けられた基台と、前記基台に設けられ、前記基台の進行方向の前方の地面に向けて、所定角度上方から前記基台の幅方向に延びる光を出射する光源部と、前記基台に設けられ、前記光が照射される領域を、前記領域の前記進行方向の後方かつ上方から前記所定角度とは異なる角度で撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された撮像画像における前記光の分布に基づいて前記草の密度を取得し、取得した前記草の密度に基づいて、前記刈刃の回転数又はトルクと、前記基台の走行速度と、の両方を制御する駆動制御部と、を備える。

本発明によれば、刈り取る草の量を的確に求めることができ、草を良好に刈り取ることができる。

図１は、第１の実施形態に係る草刈機を＋Ｘ方向から見た状態を示す図である。図２は、第１の実施形態に係る草刈機を＋Ｚ方向から見た状態を示す図である。図３は、第１の実施形態に係る草刈機を－Ｚ方向から見た状態を示す図である。図４は、第１の実施形態に係る草刈機の構成を示すブロック図である。図５は、第１の実施形態に係る草刈機による草刈制御の一例を示すフローチャートである。図６（ａ）は、地面に生えた草と光源部及び撮像部との位置関係の一例を示す図であり、図６（ｂ）は、取得部が取得する撮像画像の一例を示す図である。図７（ａ）から図７（ｃ）は、草の密度の取得方法を示す図である。図８は、草の密度と刈刃部の回転数及びベースの走行速度との関係を示す図である。図９は、第２の実施形態に係る草刈機の構成を示すブロック図である。図１０は、第２の実施形態に係る草刈機による走行制御の一例を示すフローチャートである図１１は、ベースの走行可能な領域の特定方法を示す図である。

《第１の実施形態》
図１は、第１の実施形態に係る草刈機１００を＋Ｘ方向から見た状態を示し、図２は、＋Ｚ方向から見た状態を示している。Ｘ軸方向は走行面に平行な方向、Ｙ軸方向は走行面に平行で且つＸ軸方向に直交する方向、Ｚ軸方向は鉛直方向である。図１及び図２に示すように、草刈機１００は、基台としてのベース１２と、前側の２つの車輪１４と、後ろ側の２つの車輪１６と、刈刃部１８と、光源部２０と、撮像部２２と、バッテリー２４と、モータ５８、６２と、を備える。例えば、草刈機１００は、遠隔操縦（無線操縦）されることによって進行方向ＤＭ（＋Ｙ方向）に向かって走行しながら草刈を行うものである。

車輪１４は、ベース１２の前側（＋Ｙ側端部近傍）に設けられ、Ｘ軸方向に延びる車軸を中心としてモータ６２によって回転駆動する。車輪１６は、ベース１２の後側（－Ｙ側端部近傍）に設けられ、Ｘ軸方向に延びる車軸を中心としてモータ６２によって回転駆動する。草刈機１００は、車輪１４及び１６により＋Ｙ方向に四輪駆動されるようになっている。

刈刃部１８は、ベース１２の下側（－Ｚ側端部近傍）に設けられ、雑草等の草を刈る刈刃を備えている。図３は、第１の実施形態に係る草刈機１００を－Ｚ方向から見た状態を示している。図３では、図の明瞭化のために、光源部２０及び撮像部２２の図示は省略している。図３に示すように、刈刃部１８は、Ｚ軸方向に延びる回転軸２８を中心に回転する円形の回転部材としての回転板３０と、回転板３０の円周方向に関して等間隔となって回転板３０に設けられた１枚又は複数枚（例えば４枚）の刈刃３２と、を有する。刈刃３２は、例えば金属製であるが、ナイロン製等その他の場合でもよい。刈刃部１８は、モータ５８によって回転軸２８を中心として回転方向Ａに回転する。この回転により、刈刃３２の回転軸２８から最も遠い部分の軌跡は円Ｂとなるため、刈刃３２により円Ｂ内に存在する草を刈り取ることが可能となる。

なお、本実施形態では、刈刃部１８及び車輪１４、１６がモータ５８、６２によって回転駆動する場合を例に示すが、刈刃部１８及び／又は車輪１４、１６がエンジンによって回転駆動する場合でもよい。

図１及び図２に示すように、光源部２０は、ベース１２の前側（＋Ｙ側）かつベース１２の幅方向（Ｘ軸方向）におけるベース１２の中央部に設けられている。光源部２０は、ベース１２の進行方向ＤＭの前方の地面１０に向けて、ベース１２の幅方向に延びる光３４を照射する。光３４は、ベース１２の幅方向に略直線状に延び、光３４の長さ方向（Ｘ軸方向）の中心の位置は、ベース１２の幅方向（Ｘ軸方向）の中心の位置と略一致している。

光３４は、例えば緑色光（波長：５１５ｎｍ～５４０ｎｍ程度）であるが、赤色光（波長：６１０ｎｍ～６６０ｎｍ程度）又は青色光（波長：４４０ｎｍ～４８０ｎｍ程度）等の可視光である場合でもよい。ベース１２の幅方向（Ｘ軸方向）からベース１２を見たときに、光３４とベース１２側の地面１０との間の角度は角度θとなっている。角度θは、鋭角であり、例えば５°～３０°である。このように、光源部２０は、進行方向ＤＭの前方の地面１０に向けて所定角度上方からベース１２の幅方向に延びる光３４を照射する。

光３４のＸ軸方向における長さＬ１は、少なくとも図３における円Ｂの直径Ｄよりも長い。すなわち、光３４は、刈刃３２が回転しながら通過するベース１２の幅方向における範囲全体に亘って地面１０に向けて照射される。光３４の長さＬ１は、草刈機１００の幅方向の長さＬ３よりも長い場合が好ましい。光３４の長さＬ１は例えば１ｍ～５ｍである。光源部２０は、例えばラインレーザ光源であり、光３４としてレーザ光線を出射するが、ベース１２の幅方向に延びる光３４を出射することができればその他の場合でもよい。例えば、光源部２０は、複数の点光源を有し、複数の点光源から出射された略円形の光線によってベース１２の幅方向に延びる光３４が出射される場合でもよいし、１つの点光源を有し、この１つの点光源から出射された略円形の光線を走査することによってベース１２の幅方向に延びる光３４が出射される場合でもよい。

撮像部２２は、ベース１２の前側（＋Ｙ側）かつベース１２の幅方向（Ｘ軸方向）におけるベース１２の中央部に位置して設けられ、光３４が照射される領域を含む地面１０を、光３４が照射される領域の進行方向ＤＭの後方かつ上方から撮像する。したがって、撮像部２２の撮像範囲３６内には光３４が照射される領域が含まれる。撮像部２２の光軸３８は、光源部２０における光３４の出射点からベース１２の進行方向に伸ばした仮想直線４０に上方から見て重なっている。撮像範囲３６の幅方向（Ｘ軸方向）の中心の位置は、ベース１２の幅方向（Ｘ軸方向）の中心の位置と略一致している。

ベース１２の幅方向（Ｘ軸方向）からベース１２を見たときに、撮像部２２の光軸３８とベース１２側の地面１０との間の角度φは、光３４と地面１０との間の角度θとは異なっている。したがって、撮像部２２は、光３４が地面１０に向かって照射される角度とは異なる角度から光３４が照射される領域を含む地面１０を撮像する。角度φは、鋭角であり、例えば４５°～７０°である。角度φは、例えば角度θよりも大きい。撮像部２２の撮像範囲３６のうちベース１２に近い側は、地面１０に対して直角ではない。直角になると真下にある草で反射される光３４が撮像でき難くなるためである。

撮像部２２の撮像範囲３６のＸ軸方向における長さＬ２は、少なくとも図３における円Ｂの直径Ｄよりも長い。すなわち、撮像部２２は、刈刃３２が回転しながら通過するベース１２の幅方向における範囲全体を含むように地面１０を撮像する。撮像範囲３６の長さＬ２は、草刈機１００の幅方向の長さＬ３よりも長い場合が好ましい。撮像範囲３６の長さＬ２は、光３４の長さＬ１よりも短い場合でもよいし、長い場合でもよいし、略同じ長さの場合でもよい。撮像部２２は、例えばＣＣＤカメラである。

図４には、第１の実施形態に係る草刈機１００の構成がブロック図にて示されている。図４に示すように、草刈機１００は、制御部５０と、光源部２０と、撮像部２２と、バッテリー２４と、刈取機構５２と、走行機構５４と、記憶部５６と、を備える。制御部５０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、又はＤＳＰ（Digital Signal Processor）等を用いて構成される。制御部５０は、草刈機１００の各部の動作を制御するための信号処理等を行う。

制御部５０は、光源部２０からの光３４の出射を制御する光源制御部７０と、撮像部２２が撮像した撮像画像を撮像部２２から取得する取得部７２と、取得部７２が取得した撮像画像から刈り取る草が生い茂る密度を取得し、取得した草の密度に応じて刈刃部１８及び車輪１４、１６の駆動を制御する駆動制御部７４と、を含む。光源制御部７０、取得部７２、及び駆動制御部７４は、記憶部５６に記憶されたソフトウェアと制御部５０のハードウェアとの協働によって実現される。記憶部５６は、例えばフラッシュメモリ等の不揮発性の半導体メモリである。

刈取機構５２は、刈刃部１８と、刈刃部１８に備わる回転板３０を回転させるモータ５８と、バッテリー２４から供給される電流を増幅してモータ５８に供給するモータアンプ６０と、を備える。駆動制御部７４は、取得した草の密度に応じてモータアンプ６０による電流の増幅量を制御することで、刈刃部１８の回転数を制御する。

走行機構５４は、車輪１４及び１６と、車輪１４及び１６を回転させるモータ６２と、バッテリー２４から供給される電流を増幅してモータ６２に供給するモータアンプ６４と、を備える。駆動制御部７４は、取得した草の密度に応じてモータアンプ６４による電流の増幅量を制御することで、ベース１２の走行速度を制御する。

第１の実施形態に係る草刈機１００による草刈制御の一例について、図５のフローチャートに沿って説明する。図５に示すように、作業者によって草刈機１００の電源がオンされると、光源制御部７０は、光源部２０から光３４の出射を開始させる（ステップＳ１０）。光源部２０は、ベース１２の進行方向ＤＭの前方の地面１０に向けて所定角度上方からベース１２の幅方向に延びる光３４を出射する。ここでは、光３４は緑色光（波長：５１５ｎｍ～５４０ｎｍ程度）の光線であるとする。

光源部２０から光３４が出射された後、取得部７２は、撮像部２２が撮像した光３４が照射される領域を含む地面１０の撮像画像を取得する（ステップＳ１２）。ここで、取得部７２が取得する撮像画像について説明する。図６（ａ）は、地面１０に生えた草９０と光源部２０及び撮像部２２との位置関係の一例を示す図、図６（ｂ）は、取得部７２が取得する撮像画像８０の一例を示す図である。なお、図６（ｂ）では、草刈機１００が畦道を走行する場合の撮像画像８０の一例を示している。

図６（ａ）に示すように、光源部２０は地面１０に向けて所定角度上方から光３４を出射するため、光３４は地面１０に生えた草９０に斜め上方から照射する。撮像部２２は、例えば光３４が地面１０に向かって照射される角度とは異なる角度から光３４が照射される領域を含む地面１０を撮像する。このような場合に、撮像部２２によって撮像される撮像画像８０は、例えば図６（ｂ）に示すように、水田９２と水田９２の間の畦道９４とを含む地面１０と、草９０と、光源部２０から出射された光３４のうち地面１０で反射された光３４ａと、光源部２０から出射された光３４のうち草９０で反射された光３４ｂと、が斜め上方から写された画像となる。

図５に示すように、駆動制御部７４は、取得部７２が取得した撮像画像８０を用いて、刈り取る草９０が生い茂る密度を取得する（ステップＳ１４）。ここで、草９０の密度の取得方法について説明する。図７（ａ）から図７（ｃ）は、草９０の密度の取得方法を示す図である。図７（ａ）に示すように、まず、駆動制御部７４は、図６（ｂ）に示す撮像画像８０から光３４の波長（５１５ｎｍ～５４０ｎｍ程度）に相当し且つ輝度が閾値よりも高い画素８８のみを抽出した抽出画像８２を生成する。閾値としては、草９０に光３４ｂが照射された部分と照射されていない部分とを切り分けることが可能な輝度の値とすることができる。次に、駆動制御部７４は、図７（ｂ）に示すように、抽出画像８２の画素８８のうち輝度が所定値以上の画素８８ａを抽出した抽出画像８４を生成する。光３４の地面１０での反射率と草９０での反射率とは異なり、草９０での反射率は地面１０での反射率に比べて大きい。したがって、光３４が地面１０で反射したか又は草９０で反射したかを切り分けることが可能な輝度の値を所定値として設定し、輝度が所定値以上の画素８８ａを抽出することで、草９０に照射された光３４ｂに対応する箇所の画素を抽出することができる。なお、駆動制御部７４は、抽出画像８２を生成せずに、撮像画像８０から抽出画像８４を直接生成してもよい。

次に、駆動制御部７４は、図７（ｃ）に示すように、抽出画像８４の所定の領域９６における画素８８ａの密度を算出する。所定の領域９６としては、例えば刈刃３２が通る領域に対応する領域であって、幅Ｗを刈刃３２による草９０の刈取幅（すなわち図３における円Ｂ）に対応する長さ、長さＬを草９０の密度を所定のタイミングで繰り返し取得する制御に適した長さ、例えばベース１２の走行速度に応じて決定した長さとすることができる。例えば、長さＬは、ベース１２の走行速度と画像処理時間を考慮し、それに十分間に合うような画像を取得可能な長さとすることができる。領域９６は、抽出画像８４の最下端に接する領域としているが、この場合に限らず、最下端よりも上方に位置する領域としてもよい。密度を算出した位置と、その位置からベース１２、車輪１４、又は刈刃部１８の前端部までの距離と、の関係を予め把握しておけばよい。一例として、幅Ｗを７００ピクセル、長さＬを１０ピクセルとし、所定の領域９６の大きさを７０００ピクセルとする。駆動制御部７４は、所定の領域９６における画素８８ａの密度を算出し、算出した画素８８ａの密度を草９０が生い茂る密度として取得する。一例として、７０００ピクセルの領域９６内に画素８８ａが３５０ピクセルある場合、駆動制御部７４は、（３５０／７０００）×１００を計算して草９０の密度が５％であることを取得する。なお、駆動制御部７４は、抽出画像８２、８４を生成することなく、撮像画像８０から領域９６における画素８８ａの密度を算出する場合でもよい。

なお、領域９６の位置を抽出画像８４の最下端から上方に大きく離れた位置とした場合、撮像画像８０から領域９６における画素８８ａの密度を直接算出すると、地面１０からの光３４ａの反射光を誤って草９０からの光３４ｂの反射光としてしまう恐れがある。したがって、このような場合では、撮像画像８０から抽出画像８４を生成する場合が好ましい。

図５に示すように、駆動制御部７４は、取得した草の密度に応じて刈刃部１８の回転数及びベース１２の走行速度を決定する（ステップＳ１６）。草刈機１００は、記憶部５６に例えば図８に示すような草の密度と刈刃部１８の回転数及びベース１２の走行速度との関係を示す情報を記憶している。したがって、駆動制御部７４は、図８に示すような情報に基づいて、刈刃部１８の回転数及びベース１２の走行速度を決定する。図８において、縦軸は、刈刃部１８の回転が停止している場合を０％、刈刃部１８の回転数が最大となる場合を１００％としている。また、縦軸は、ベース１２の走行が停止している場合を０％、ベース１２の走行速度が最大となる場合を１００％としている。一例として、草の密度が５％である場合、駆動制御部７４は、図８に示す情報から、刈刃部１８の回転数を１０％、ベース１２の走行速度を１００％と決定する。

駆動制御部７４は、刈取機構５２及び走行機構５４を制御して、ステップＳ１６で決定した刈刃部１８の回転数およびベース１２の走行速度となるように、刈刃部１８の回転数およびベース１２の走行速度を調整する（ステップＳ１８）。作業者によって草刈機１００の電源がオフされない間は（ステップＳ２０：Ｎｏ）、所定のタイミングでステップＳ１２～Ｓ２０が繰り返される。作業者が草刈機１００の電源をオフした場合（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）、処理を終了する。

第１の実施形態によれば、光源部２０は、ベース１２の進行方向ＤＭの前方の地面１０に向けて角度θ上方からベース１２の幅方向に延びる光３４を出射する。撮像部２２は、光３４が照射される領域を、この領域の進行方向ＤＭの後方かつ上方から角度θとは異なる角度φで撮像する。そして、撮像部２２により撮像された撮像画像８０に基づいて、刈刃３２の回転数及びベース１２の走行速度を制御する。例えば、光源部２０からベース１２の幅方向に延びていない光が出射される場合、このような光が照射される領域を撮像した撮像画像を用いて草９０の量を取得したとしても、刈刃３２によって刈り取られる範囲の草９０の量を的確に求めることが難しい。これに対し、光源部２０からベース１２の幅方向に延びる光３４が出射され、光３４が出射される領域を撮像した撮像画像８０を用いて草９０の量を取得することで、刈刃３２によって刈り取られる範囲の草９０の量を的確に求めることができる。また、光３４が地面１０に向けて照射される角度θとは異なる角度φで光３４が照射された領域を撮像した撮像画像８０は、地面１０に照射される光３４ａと草９０に照射される光３４ｂとが一直線上に並ばずに図６（ｂ）に示すような画像となる。このような撮像画像８０を用いることで、刈り取る草９０の位置を的確に求めることができる。

よって、撮像画像８０に基づいて刈刃３２の回転数及びベース１２の走行速度を制御することで、刈刃３２に草９０が巻き付くこと及び刈り取った草９０が刈刃３２付近に留まることを抑制でき、草９０を良好に刈り取ることができる。また、刈刃３２に草９０が巻き付くこと及び刈り取った草９０が刈刃３２付近に留まることが抑制されるため、モータ５８への負荷を抑えることができる。なお、本第１の実施形態では、撮像画像８０に基づいて刈刃３２の回転数を制御する場合を例に示したが、刈刃３２の回転数に代えて刈刃３２を回転させる力（トルク）を制御する場合でもよい。

また、本第１の実施形態では、図２のように、撮像部２２は、光源部２０における光３４の出射点からベース１２の進行方向ＤＭに伸ばした仮想直線４０に上方から見て光軸３８が重なって光３４が照射される領域を撮像する。このような位置に配置された撮像部２２が撮像する撮像画像８０を用いることで、刈り取る草９０の量及び位置を的確に求めることができる。

また、本第１の実施形態では、図６（ｂ）のように、光３４が照射される領域を撮像した撮像画像８０における光３４の分布に基づいて草９０の密度を取得する。これにより、刈り取る草９０の量を的確に求めることができる。そして、取得した草９０の密度に応じて刈刃３２の回転数及びベース１２の走行速度を制御する。これにより、刈刃３２に草９０が巻き付くこと等を抑制できるため、刈取の負荷が大きくなることによる能力の低下を抑制でき、草９０を良好に刈り取ることができる。

また、本第１の実施形態では、図７（ａ）から図７（ｃ）のように、光３４が照射される領域を撮像した撮像画像８０から光３４の波長に相当する画素８８であって輝度が所定値以上の画素８８ａ（第１画素）の密度を草９０の密度として取得する。これにより、刈り取る草９０の量を的確に求めることができる。そして、取得した草９０の密度に応じて刈刃３２の回転数及びベース１２の走行速度を制御する。これにより、刈刃３２に草９０が巻き付くこと等を抑制できるため、刈取の負荷が大きくなることによる能力の低下を抑制でき、草９０を良好に刈り取ることができる。

また、本第１の実施形態では、図７（ｃ）のように、刈刃３２による草９０の刈取幅に対応する領域９６における画素８８ａの密度から草９０の密度を取得する。これにより、刈刃３２の刈取範囲における草９０の量を的確に求めることができる。よって、領域９６における草９０の密度に応じて刈刃３２の回転数及びベース１２の走行速度を制御することで、刈刃３２に草９０が巻き付くこと等を抑制できるため、刈取の負荷が大きくなることによる能力の低下を抑制でき、草９０を良好に刈り取ることができる。

また、本第１の実施形態では、図８のように、草９０の密度が所定値までは草９０の密度が高くなるほどベース１２の走行速度を一定にしたまま刈刃３２の回転数を高くし、所定値を超えた場合は草９０の密度が高くなるほど刈刃３２の回転数を一定にしたままベース１２の走行速度を遅くする。これにより、刈刃３２に草９０が巻き付くこと等を効果的に抑制できるため、刈取の負荷が大きくなることによる能力の低下を抑制でき、草９０を良好に刈り取ることができる。なお、撮像画像８０に基づいて刈刃３２のトルク及びベース１２の走行速度を制御する場合、草９０の密度が所定値までは草９０の密度が高くなるほどベース１２の走行速度を一定にしたまま刈刃３２のトルクを高くし、所定値を超えた場合は草９０の密度が高くなるほど刈刃３２のトルクを一定にしたままベース１２の走行速度を遅くしてもよい。

また、本第１の実施形態では、図１のように、ベース１２の幅方向からベース１２を見たときに、撮像部２２の光軸３８とベース１２側の地面１０との間の角度φは、光３４とベース１２側の地面１０との間の角度θよりも大きい。このような位置に配置された撮像部２２が撮像する撮像画像８０を用いることで、刈り取る草９０の量及び位置を的確に求めることができる。

また、本第１の実施形態では、図１のように、撮像部２２は光源部２０よりも地面１０から離れた位置に設けられる。これにより、撮像部２２が撮像する撮像画像８０に刈刃３２による刈取幅全体が含まれることを容易に実現できる。

なお、上記第１の実施形態では、撮像画像８０から光３４の波長に相当する画素８８であって輝度が所定値以上の画素８８ａを抽出して草９０の密度を取得する場合を例に示したが、この場合に限られない。例えば、撮像画像８０から光３４の波長に相当する画素８８を抽出し（図７（ａ）参照）、線状に略連続的に連なる画素８８（図７（ａ）における矢印９５の部分）から離れた位置にある画素８８を光３４が草９０に照射された箇所と見なして、これらから草９０の密度を取得する場合でもよい。なお、線状に連なる画素８８は光３４が地面１０に照射された部分の画素であることから、線状に連なる画素８８の形状から畦道の形状を把握することができる。

なお、上記第１の実施形態では、撮像部２２により撮像された撮像画像８０に基づいて、刈刃３２の回転数及びベース１２の走行速度の両方を制御する場合を例に示したが、この場合に限られない。撮像画像８０に基づいて、刈刃３２の回転数又はトルクと、ベース１２の走行速度と、の少なくとも一方を制御する場合でもよい。

《第２の実施形態》
第２の実施形態に係る草刈機の外観は、第１の実施形態の草刈機１００の図１から図３と同じであるため、図示及び説明を省略する。図９は、第２の実施形態に係る草刈機２００の構成を示すブロック図である。図９に示すように、第２の実施形態に係る草刈機２００では、制御部５０は、光源制御部７０と取得部７２と駆動制御部７４に加えて、特定部７６と走行制御部７８を含む。特定部７６は、撮像部２２が撮像した撮像画像からベース１２が走行可能な領域を特定する。走行制御部７８は、車輪１４の回転軸の向きを変えることでベース１２の走行方向を調整し、特定部７６が特定した領域に沿ってベース１２を走行させる。光源制御部７０、取得部７２、駆動制御部７４、特定部７６、及び走行制御部７８は、記憶部５６に記憶されたソフトウェアと制御部５０のハードウェアとの協働によって実現される。その他の構成は、第１の実施形態に係る草刈機１００の図４と同じであるため説明を省略する。

第２の実施形態に係る草刈機２００による草刈制御は、第１の実施形態に係る草刈機１００の図５と同じであるため説明を省略する。図１０は、第２の実施形態に係る草刈機２００による走行制御の一例を示すフローチャートである。図１０に示すように、草刈機２００の電源がオンされると、光源制御部７０は、光源部２０から光３４の出射を開始させる（ステップＳ３０）。光源部２０は、ベース１２の進行方向ＤＭの前方の地面１０に向けて所定角度上方からベース１２の幅方向に延びる光３４を出射する。ここでは、光３４は緑色光（波長：５１５ｎｍ～５４０ｎｍ程度）の光線であるとする。

光源部２０から光３４が出射された後、取得部７２は、撮像部２２によって撮像された光３４が照射される領域を含む地面１０の撮像画像を取得する（ステップＳ３２）。一例として、取得部７２は、図６（ｂ）に示すような撮像画像８０を取得する。

特定部７６は、取得部７２が取得した撮像画像８０を用いてベース１２が走行可能な領域を特定する（ステップＳ３４）。ここで、特定部７６によるベース１２の走行可能な領域の特定方法について説明する。まず、特定部７６は、取得部７２が取得した図６（ｂ）に示すような撮像画像８０から光３４の波長（５１５ｎｍ～５４０ｎｍ程度）に相当しかつ輝度が閾値よりも高い画素８８のみを抽出して、図７（ａ）に示すような抽出画像８２を生成する。次いで、特定部７６は、抽出画像８２の画素８８のうち輝度が所定値未満の画素８８ｂを抽出して図１１に示すような抽出画像８６を生成する。第１の実施形態で説明したように、光３４が地面１０で反射したか又は草９０で反射したかを切り分けることが可能な輝度の値を所定値として設定し、輝度が所定値未満の画素８８ｂを抽出することで、地面１０に照射された光３４ａに対応する箇所の画素を抽出することができる。なお、特定部７６は、抽出画像８２を生成せずに、撮像画像８０から抽出画像８６を直接生成してもよい。

特定部７６は、抽出画像８６における画素８８ｂの形状からベース１２が走行可能な領域を特定する。例えば、特定部７６は、画素８８ｂの形状から周辺よりも盛り上がった部分（水田９２の間の畦道９４）を特定し、この畦道９４をベース１２が走行可能な領域と特定する。

図１０に示すように、走行制御部７８は、車輪１４の回転軸の向きを調整しながら、特定部７６が特定した領域に沿ってベース１２を走行させる（ステップＳ３６）。草刈機２００の電源がオフされない間は（ステップＳ３８：Ｎｏ）、所定のタイミングでステップＳ３２～Ｓ３６が繰り返し行われる。草刈機２００の電源がオフされた場合（ステップＳ３８：Ｙｅｓ）、処理を終了する。

第２の実施形態によれば、特定部７６は、撮像画像８０から光３４の波長に相当する画素８８であって輝度が所定値よりも小さい画素８８ｂ（第２画素）を抽出した抽出画像８６における画素８８ｂの形状からベース１２が走行可能な領域（例えば畦道９４）を特定する。走行制御部７８は、特定部７６が特定した領域（畦道）に沿ってベース１２を走行させる。これにより、草刈機２００を自動走行させることができる。

なお、上記第１の実施形態では無線通信によって遠隔操縦される草刈機の場合を例に示し、上記第２の実施形態では自立移動型の草刈機の場合を例に示したが、歩行型の草刈機等その他の場合でもよい。

以上、本願発明の実施形態について詳述したが、本願発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本願発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０地面
１２ベース
１４、１６車輪
１８刈刃部
２０光源部
２２撮像部
２４バッテリー
２８回転軸
３０回転板
３２刈刃
３４、３４ａ、３４ｂ光
３６撮像範囲
３８光軸
４０仮想直線
５０制御部
５２刈取機構
５４走行機構
５６記憶部
５８、６２モータ
６０、６４モータアンプ
７０光源制御部
７２取得部
７４駆動制御部
７６特定部
７８走行制御部
９０草
９２水田
９４畦道
８０撮像画像
８２、８４、８６抽出画像
８８、８８ａ、８８ｂ画素
９６領域
１００、２００草刈機

Claims

草を刈るための刈刃と走行するための車輪とが設けられた基台と、
前記基台に設けられ、前記基台の進行方向の前方の地面に向けて、所定角度上方から前記基台の幅方向に延びる光を出射する光源部と、
前記基台に設けられ、前記光が照射される領域を、前記領域の前記進行方向の後方かつ上方から前記所定角度とは異なる角度で撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された撮像画像における前記光の分布に基づいて前記草の密度を取得し、取得した前記草の密度に基づいて、前記刈刃の回転数又はトルクと、前記基台の走行速度と、の両方を制御する駆動制御部と、を備える草刈機。
前記撮像画像から前記光の波長に相当する画素であって輝度が所定値より小さい第２画素を抽出した抽出画像における前記第２画素の形状から前記基台が走行可能な領域を特定する特定部と、
前記基台を前記特定部が特定した前記領域に沿って走行させる走行制御部と、を備える、請求項１に記載の草刈機。
前記撮像部は、前記光源部における前記光の出射点から前記基台の進行方向に伸ばした仮想直線に上方からみて光軸が重なって前記光が照射される領域を撮像する、請求項１または２に記載の草刈機。
前記駆動制御部は、前記撮像画像から前記光の波長に相当する画素であって輝度が所定値以上の第１画素の密度を前記草の密度として取得する、請求項１から３のいずれか一項に記載の草刈機。
前記駆動制御部は、前記刈刃による前記草の刈取幅に対応する領域における前記第１画素の密度から前記草の密度を取得する、請求項４に記載の草刈機。
前記駆動制御部は、前記草の密度が所定値までは前記草の密度が高くなるほど前記基台の走行速度を一定にしたまま前記刈刃の回転数又はトルクを高くし、前記草の密度が前記所定値を超えた場合は前記草の密度が高くなるほど前記刈刃の回転数及びトルクを一定にしたまま前記基台の走行速度を遅くする、請求項１から５のいずれか一項に記載の草刈機。
前記草の密度と、前記刈刃の回転数又はトルク及び前記基台の走行速度と、の関係を示す情報が記憶された記憶部を備え、
前記駆動制御部は、取得した前記草の密度と前記情報とから前記刈刃の回転数又はトルクと前記基台の走行速度との両方を決定し、決定した前記刈刃の回転数又はトルクと前記基台の走行速度になるように、前記刈刃の回転数又はトルクと、前記基台の走行速度と、の両方を制御する、請求項１から６のいずれか一項に記載の草刈機。
前記撮像部は前記光源部よりも前記地面から離れた位置に設けられている、請求項１から７のいずれか一項に記載の草刈機。