BR102019014781A2 - matriz de sensor modular para detecção de material a granel - Google Patents

Abstract

matriz de sensor modular para detecção de material a granel trata-se de uma colheitadeira combinada que tem um alojamento alimentador para receber cultura colhida, um sistema de separação para debulhar a cultura colhida para separar grão de resíduo, um tanque de grãos para armazenar o grão separado, um sensor de nível de tanque de grãos para detectar um nível de grão no tanque de grãos e um controlador que controla a colheitadeira combinada. o controlador é configurado para receber o nível de grão dos sensores de nível de tanque de grãos, determinar um volume de uma base de grão do nível do grão, determinar um volume de uma pilha de grãos acima da base de grão, determinar um volume total combinando-se o volume da base de grão com o volume da pilha de grãos.

Description

“MATRIZ DE SENSOR MODULAR PARA DETECÇÃO DE MATERIAL A GRANEL”

Campo da Invenção [001] A revelação refere-se a um sistema e um método de medição de tanque de grãos para estimar volume de grão em um tanque de grãos de uma colheitadeira combinada.

Antecedentes da Invenção [002] Colheitadeiras (por exemplo, colheitadeiras combinadas) são usadas para colheita de culturas. Operações realizadas por colheitadeiras combinadas convencionais incluem picar a cultura e coletar grão em um tanque de grãos. Essas colheitadeiras combinadas convencionais, no entanto, utilizam dispositivos e métodos de medição de quantidade de grão que são suscetíveis a imprecisões de medição de grão e derramamento de grão.

Descrição da Invenção [003] Uma realização inclui uma colheitadeira combinada que tem um alojamento alimentador para receber cultura colhida, um sistema de separação para debulhar a cultura colhida para separar grão de resíduo, um tanque de grãos para armazenar o grão separado, um sensor de nível de tanque de grãos para detectar um nível de grão no tanque de grãos e um controlador que controla a colheitadeira combinada. O controlador é configurado para receber o nível de grão do sensor de nível de tanque de grãos, determinar um volume de uma base de grão do nível do grão, determinar um volume de uma pilha de grãos acima da base de grão e determinar um volume total combinando-se o volume da base de grão com o volume da pilha de grãos.

[004] Uma realização inclui um método para controlar uma colheitadeira combinada que tem um chassi, um alojamento alimentador para receber cultura colhida, um sistema de separação para debulhar a cultura colhida para separar grão

Petição 870190067899, de 18/07/2019, pág. 61/101

2/18 de resíduo, um tanque de grãos para armazenar o grão separado, um sensor de nível de tanque de grãos para detectar um nível de grão no tanque de grãos e um controlador que controla a colheitadeira combinada. O método inclui as etapas de receber, pelo controlador, o nível de grão do sensor de nível de tanque de grãos, determinar, pelo controlador, um volume de uma base de grão do nível do grão, determinar, pelo controlador, um volume de uma pilha de grãos acima da base de grão, determinar, pelo controlador, um volume total combinando-se o volume da base de grão com o volume da pilha de grãos.

Breve Descrição das Figuras [005] A Figura 1A é uma vista lateral de uma colheitadeira combinada, de acordo com uma realização da revelação.

[006] A Figura 1B é uma vista próxima dos sensores de nível de tanque de grãos em uma colheitadeira combinada, de acordo com uma realização da revelação.

[007] A Figura 2A é uma vista em perspectiva do tanque de grãos da colheitadeira combinada, de acordo com uma realização da revelação.

[008] A Figura 2B é uma vista de topo do tanque de grãos da colheitadeira combinada, de acordo com uma realização da revelação.

[009] A Figura 3A mostra múltiplas vistas dos sensores de nível de tanque de grãos, de acordo com uma realização da revelação.

[010] A Figura 3B é uma vista em perspectiva da matriz de sensor, de acordo com uma realização da revelação.

[011] A Figura 3C é uma vista esquemática da fiação na matriz de sensor, de acordo com uma realização da revelação.

[012] A Figura 4 é uma vista da comunicação entre o sistema de controle de colheitadeira combinada e uma rede externa, de acordo com uma realização da revelação.

[013] A Figura 5A é uma vista da base de grão e da pilha de grãos, de acordo

Petição 870190067899, de 18/07/2019, pág. 62/101

3/18 com uma realização da revelação.

[014] A Figura 5B é uma vista de uma esfera para estimar o volume de pilha de grão, de acordo com uma realização da revelação.

[015] A Figura 5C é uma vista de um cone para estimar o volume de pilha de grão, de acordo com uma realização da revelação.

[016] A Figura 5D é uma vista de 3 dimensões da base de grão detectadas por sensores acionados, de acordo com uma realização da revelação.

[017] A Figura 5E é uma vista de 3 dimensões de uma superfície de melhor encaixe extraída através dos sensores acionados, de acordo com uma realização da revelação.

[018] A Figura 5F é uma vista de 3 dimensões de uma seção de superfície de melhor encaixe fechada por projeção vertical de vértices de base, de acordo com uma realização da revelação.

[019] A Figura 5G é uma vista de 3 dimensões de um volume estimado de grão de pilha com base em um plano de melhor encaixe, de acordo com uma realização da revelação.

[020] A Figura 6A é um fluxograma para estimar o volume de tanque de grãos e volume de pilha de grão, de acordo com uma realização da revelação.

[021] A Figura 6B é um fluxograma para controlar a colheitadeira combinada com base no volume estimado de tanque de grãos e volume de pilha de grão, de acordo com uma realização da revelação.

Descrição de Realizações da Invenção [022] Aspectos da revelação fornecem métodos e sistemas for medição de nível de tanque ajustável por operador para implementação em uma ceifeira debulhadora.

[023] Os termos grão, palha e rejeitos são principalmente usados no decorrer deste relatório descritivo por conveniência, porém, deve ser compreendido

Petição 870190067899, de 18/07/2019, pág. 63/101

4/18 que esses termos não se destinam a serem limitantes. Portanto, “grão” se refere àquela parte do material de cultura que é debulhada e separada da parte descartável do material de cultura que é denominada material de cultura não granular, material diferente de grão (MOG).

[024] Agora com referência aos desenhos e, mais particularmente à Figura 1A, é mostrada uma realização de uma colheitadeira agrícola na forma de uma colheitadeira combinada 10, que geralmente inclui um chassi 12, rodas de engate no solo 14 e 16, uma plataforma 18, um alojamento alimentador 20, uma cabine de operador 22, um sistema de debulha e separação 24, um sistema de limpeza 26, um tanque de grão 28 e uma broca de descarregamento 30.

[025] As rodas dianteiras 14 são rodas do tipo flutuação maiores, e as rodas traseiras 16 são rodas orientáveis menores. A força motriz é aplicada seletivamente às rodas dianteiras 14 através de uma usina de energia na forma de um motor a diesel 32 e de uma transmissão (não mostrada). Embora a colheitadeira combinada 10 seja mostrada como que inclui rodas, também deve ser compreendido que a colheitadeira combinada 10 pode incluir esteiras, como esteiras completas ou semiesteiras.

[026] A plataforma 18 é montada na parte dianteira da colheitadeira combinada 10 e inclui uma barra de corte 34 para romper culturas de um campo durante movimento para frente de colheitadeira combinada 10. Uma bobina giratória 36 alimenta a colheita para dentro da plataforma 18, e um trado duplo 38 alimenta a colheita separada lateral e internamente a partir de cada lado em direção ao alojamento de alimentador 20. O alojamento de alimentador 20 conduz a colheita cortada para o sistema de debulha e de separação 24 e é, seletiva e verticalmente, móvel através do uso de atuadores apropriados, tais como cilindros hidráulicos (não mostrados).

[027] O sistema de debulha e de separação 24 é do tipo de fluxo axial e, em geral, inclui um rotor 40 pelo menos parcialmente encerrado em e giratório dentro de

Petição 870190067899, de 18/07/2019, pág. 64/101

5/18 uma concavidade perfurada 42 correspondente. As colheitas cortadas são debulhadas e separadas pelo giro do rotor 40 dentro da concavidade 42, e elementos maiores, tais como caules, folhas e similares, são descarregados a partir da porção posterior da colheitadeira 10. Elementos menores de material de cultura que incluem grão e material de colheita não grão, incluindo partículas mais leves do que grão, tais como moinha, poeira e palha, são descarregados através de perfurações na concavidade 42.

[028] O grão separado pelo conjunto de debulha e separação 24 cai em um tabuleiro de grão 44 e é transportado em direção ao sistema de limpeza 26. O sistema de limpeza 26 pode incluir uma peneira de pré-limpeza opcional 46, uma peneira superior 48 (também conhecida como peneira de moinha), uma peneira inferior 50 (também conhecida como peneira de limpeza) e um ventilador de limpeza 52. O grão nas peneiras 46, 48 e 50 é submetido a uma ação de limpeza pelo ventilador 52 que fornece um fluxo de ar através das peneiras para remover do grão a moinha e outras impurezas, tais como poeira, tornando-se esse material carregável por ar para descarga a partir da tampa de palha 54 da colheitadeira combinada 10. A bandeja de separação de grão principal 44 e a peneira de pré-limpeza 46 oscilam de uma forma da frente para trás para transportar o grão e o material de cultura de não grão mais fino para a superfície superior da peneira superior 48. A peneira superior 48 e a peneira inferior 50 são dispostas verticalmente em relação uma à outra e, de modo similar, oscilam de uma forma da frente para trás para espalhar o grão ao longo das peneiras 48, 50, enquanto permitem a passagem de grão limpo pela gravidade através das aberturas das peneiras 48, 50.

[029] O grão limpo cai em um trado de grão limpo 56 transversalmente posicionado abaixo e na frente da peneira inferior 50. O trado de grão limpo 56 recebe grão limpo a partir de cada peneira 48, 50 e a partir da bandeja de separação de fundo 62 do sistema de limpeza 26. O trado de grão limpo 56 transporta o grão limpo

Petição 870190067899, de 18/07/2019, pág. 65/101

6/18 lateralmente para um elevador de grão disposto de modo geralmente vertical 60 para transporte para o tanque de grão 28.

[030] Os resíduos do sistema de limpeza 26 caem em uma calha de trado de resíduos 64. Os resíduos são transportados através do trado de resíduos 64 e do trado de retorno 66 para a extremidade a montante do sistema de limpeza 26 para ação de limpeza repetida. Um par de trados de tanque de grão 68 no fundo de tanque de grão 28 transporta o grão limpo lateralmente dentro do tanque de grão 28 para o trado de descarga 30 para descarga de colheitadeira 10.

[031] O material de cultura não grão avança através de um sistema de manuseio de resíduos 70. O sistema de tratamento de resíduos 70 inclui um picador, contrafacas, uma porta de leira e um afastador de resíduo. Quando a colheitadeira combinada 10 opera no modo de picar e espalhar, o picador é ajustado para uma velocidade relativamente alta (por exemplo, 3.000 RPM), as contra-facas podem ser engatadas, a porta de leira é fechada e o espalhador de resíduos está em funcionamento (por exemplo, giratório). Isso faz com que o material de cultura não grão seja picado em pedaços de aproximadamente 15,24 centímetros (6 polegadas) ou menos e se espalhe no chão de maneira razoavelmente uniforme. Em contraste, quando a colheitadeira combinada 10 é operada no modo de fileira, o picador está em uma velocidade relativamente baixa (por exemplo, 800 RPM), as contra-facas são desengatadas e a porta de leira é aberta. O espalhador de resíduos pode continuar a operação para espalhar apenas a moinha, com o material de cultura que passa através da passagem criada pela porta de leira aberta.

[032] Um controlador (não mostrado na Figura 1A) mede o grão coletado para determinar se o tanque de grãos 28 está cheio. O controlador mede o grão com o auxílio de sensores de nível de grão localizados dentro do tanque de grãos 28. Em um exemplo mostrado na Figura 1B, um primeiro sensor de nível de matriz de tanque de grãos 100 e um segundo sensor de nível de matriz de tanque de grãos 102 estão

Petição 870190067899, de 18/07/2019, pág. 66/101

7/18 localizados ao longo das paredes internas de tanque de grãos 28. Um terceiro sensor de nível de matriz de tanque de grãos 101 e um quarto sensor de nível de matriz de tanque de grãos 103 (por exemplo, matrizes centrais) estão localizados no centro do tanque de grãos 28 e se estendem a partir da base do tanque de grãos na direção oposta às paredes de tanque na direção do centro do tanque de grãos. As matrizes de sensor de nível de tanque de grãos 100, 101, 102 e 103 podem incluir uma matriz de sensores acústicos, sensores de pressão, sensores ópticos, e/ou similares que detectam a presença de grão no tanque em uma região local que circunda o sensor.

[033] As matrizes de sensor de nível de tanque de grãos 100 a 103 na Figura 1B se estendem a partir de uma porção de fundo do tanque de grãos a uma porção de topo do tanque. As matrizes de sensor de nível de tanque de grãos 100 a 103 podem incluir sensores ópticos como sensores infravermelho (IR) que transmitem um feixe IR de luz. Se o grão preenche o tanque e cobre um sensor IR, a luz IR reflete de volta ao receptor de IR, acionando assim o sensor. Um controlador recebe um sinal acionador do sensor e determina o nível de grão no tanque com base na localização conhecida do sensor dentro do tanque. Por exemplo, quando o monte de grãos 104 é apresentado no tanque, do 1^o ao 9° sensores nas matrizes 100 e 102 acionam e do 1^o ao 8° sensores nas matrizes 101 e 103 acionam. Esses sensores acionados correspondem a um nível predeterminado (por exemplo, 75%) de grão dentro do tanque. Nesse exemplo, quando o grão aciona os sensores, o controlador determina que a superfície de pilha de grãos esteja localizada na localização do 9° sensor. Notificações como um visor do nível de tanque, volume de tanque ou um acionador de um alarme são emitidas ao operador.

[034] O formato do monte de grãos dentro do tanque depende de vários fatores que incluem a inclinação do solo que a colheitadeira combinada é deslocada. Ter múltiplas matrizes de sensores em múltiplas localizações dentro do tanque fornece um sistema que tem capacidade para detectar com maior precisão nível de

Petição 870190067899, de 18/07/2019, pág. 67/101

8/18 grão quando o monte de grãos não é uniforme. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 1B, em nível solo, os níveis detectados entre as matrizes são geralmente similares (por exemplo, os sensores 100 e 102 mostram 75% cheios) devido a um monte uniforme de grãos no tanque. No entanto, quando a colheitadeira combinada colhe em uma inclinação ou uma colina, e que se curva para frente, para trás, à esquerda ou à direita, os níveis detectados por matrizes de sensor 100 e 102 podem não coincidir devido à inclinação de um monte não uniforme de grãos no tanque (por exemplo, se a colheitadeira combinada colher em declive, sensores 100 podem detectar 75% e sensores 102 podem detectar apenas 50%). Essa discrepância é importante para detectar, devido ao lado do tanque com o maior nível de grão ser mais provável a transbordar e jorrar do topo do tanque de grãos. Tal derramamento resulta em perda de receita.

[035] Para medir com maior precisão nível de tanque de grãos, e evitar derramamento, a colheitadeira combinada inclui múltiplas matrizes (por exemplo, 3 ou mais) de sensores em várias localizações dentro do tanque de grãos (por exemplo, uma matriz central no meio do tanque e duas matrizes de lado ao longo da parede de tanque). A Figura 2A mostra uma vista de 3 dimensões de um exemplo de tal configuração de tanque de grãos. Especificamente, o tanque de grãos nesse exemplo tem um formato de tipo trapezoide de 3 dimensões que se estendem a partir da base 200 ao aro de topo 202. O tanque de grãos inclui quatro matrizes de lado de sensores de nível 204, 206, 208 e 210 posicionadas nos cantos do tanque separados por um espaçamento de matriz e que se estendem ao longo de um comprimento de matriz a partir da base 200 ao aro de topo 202. Essas matrizes de sensor são similares às matrizes de sensor 100 e 102 mostradas na Figura 1B. O tanque de grãos também inclui duas matrizes centrais de sensores de nível 209 e 211 posicionadas que se estendem ao longo de um comprimento de matriz a partir da base 200 em um ângulo em direção ao centro do aro de topo 202. Essas matrizes de sensor são similares às

Petição 870190067899, de 18/07/2019, pág. 68/101

9/18 matrizes de sensor 101 e 103 mostradas na Figura 1B.

[036] As quatro matrizes de sensor na Figura 2A fornecem a capacidade de detectar seis pontos de nível de grão em seis diferentes localizações dentro do tanque. Nesse exemplo, essas matrizes têm, cada uma, 12 sensores, que fornecem cada matriz com uma resolução de 12 níveis de grão detectáveis. Em geral, a precisão do sistema aumenta conforme o número de matrizes e número de sensores dentro de cada matriz são aumentados. Portanto, o número de matrizes, o número de sensores dentro de cada matriz, e as localizações das matrizes dentro do tanque são configuráveis para alcançar a precisão desejada.

[037] Por exemplo, a Figura 2B mostra uma vista de topo de tanque 212 (isto é, olhar do alto no topo do tanque) que inclui 12 matrizes de lado de sensor 214 posicionadas a partir uma das outras por um espaçamento de matriz de conjunto ao redor da parede interna do tanque e uma matriz central de sensor 215 posicionada no centro do tanque. Essa configuração fornece 13 pontos de dados de níveis de tanque de grãos ao redor de todo o perímetro e o centro do tanque. Ao presumir que cada matriz inclui 10 sensores, cada matriz teria capacidade para detectar o nível de preenchimento de tanque em 10 níveis discretos. O espaçamento da matriz pode ser equidistante, ou pode seguir outros padrões de espaçamento. Além disso, as matrizes de sensor podem se estender ao longo de uma altura parcial do tanque de grãos, e podem não ser necessariamente vertical (isto é, poderiam ser diagonais) ou podem não estar diretamente no centro do tanque. Em alguns exemplos, as matrizes podem ser curvas (por exemplo, curvas para seguir a geometria de tanque) e segmentadas (por exemplo, posicionadas em porções do tanque). Em geral, qualquer configuração de matriz matematicamente descritível pode ser usada para detectar o grão.

[038] A Figura 3A mostra múltiplas vistas de sensores de tanque de grãos de IR óptico usados dentro das matrizes. Cada sensor inclui um alojamento 304 (por exemplo, plástico), um circuito elétrico 308 para acionar os componentes de sensor e

Petição 870190067899, de 18/07/2019, pág. 69/101

10/18 se comunicar com o controlador e um canal que permite que um feixe de fio 306 passe. As vistas 302A, 302B e 302C mostram várias vistas em perspectiva do mesmo sensor, enquanto a vista 302D mostra uma vista lateral do sensor. Uma vista isolada do circuito eletrônico 308 também é mostrada. Em um exemplo, o circuito eletrônico 308 pode incluir um transmissor de IR, um receptor de IR e um circuito acionador que aciona o transmissor de IR bem como transmite/recebe informações de/para um controlador (não mostrado). Nesse exemplo, os sensores dentro da matriz também podem ser alojados em uma manga do tipo cubo 310 produzida a partir de material transparente (por exemplo, plástico transparente) que alinha os sensores em um pacote que é facilmente montável dentro do tanque de grãos, bem como protege os sensores de danos devido ao grão e outros fatores externos. Em outros exemplos, outros tipos de sensores podem ser usados no lugar ou em combinação com os sensores IR. Esses outros sensores incluem, mas sem limitação, sensores acústicos, sensores a laser, sensores de frequência de rádio e sensores de pressão.

[039] Um exemplo da matriz de sensor dentro de manga do tipo cubo 310 é mostrado na Figura 3B. Nesse exemplo, a matriz de sensor inclui 5 sensores 312 espaçados equidistante através do comprimento de matriz de manga 310. Os sensores 312 se conectam eletricamente ao controlador através de feixe de fio 314 que corre dentro de manga do tipo cubo 310. Embora apenas 5 sensores sejam mostrados, é observado que mais de 5 sensores podem ser utilizados. É também observado que os sensores poderiam ser espaçados em diferentes intervalos de espaçamento de sensor que não têm que ser equidistantes. Além disso, embora não mostrado, a extremidade do feixe de fio mostrada na parte esquerda da Figura se conecta ao controlador de colheitadeira combinada.

[040] As conexões elétricas entre os sensores e o controlador de colheitadeira combinada são mostradas no diagrama esquemático da Figura 3C. Apenas dois sensores 316 e 318 são mostrados por questão de clareza. No entanto, deve ser

Petição 870190067899, de 18/07/2019, pág. 70/101

11/18 observado que os outros sensores na matriz seriam conectados de uma maneira similar.

[041] Conforme mostrado na Figura 3C, o feixe de fio inclui vários fios que incluem, mas sem limitação, um fio de solo GND, um fio de potência PWR e fios de dados 5-1 a 5-8. Nesse exemplo, existem 8 fios de dados para acomodar 8 sensores na matriz. Nesse exemplo, todos dentre os sensores, que incluem sensores 316 e 318 mostrados conectados aos fios GND e PWR no feixe de fio. Essas conexões fornecem os sensores com a potência elétrica exigida para acionar os componentes no circuito de sensor. Embora cada sensor compartilhes os mesmos fios GND e PWR, cada sensor tem um único fio de dados. Nesse exemplo, o sensor 316 é o oitavo sensor na matriz e, por esse motivo, se conecta ao fio de dados 5-8. De modo semelhante, o sensor 318 é o sétimo sensor na matriz e, por esse motivo, se conecta ao fio de dados 5-7. Esses fios de dados permitem que sinais de acionador sejam transmitidos dos sensores ao controlador (não mostrado) que também é conectado aos fios de dados 5-1 a 5-8. Em um exemplo alternativo, todos dentre os sensores poderiam compartilhar um fio de dados comum configurado com um barramento de dados com transmissões programadas.

[042] Durante operação, os fios GND e PWR potencializam todos dentre os sensores que incluem sensores 316 e 318 mostrados. O circuito elétrico usa essa potência para emitir um sinal IR. Quando nenhum grão é apresentado, o receptor de IR não recebe uma reflexão, e, por esse motivo, o sinal nos fios de dados 5-1 a 5-8 permanece em um estado lógico predeterminado (por exemplo, lógica 0). No entanto, quando grão é apresentado no sensor 316, o receptor de IR recebe uma reflexão (isto é, o grão reflete o feixe IR), e, por esse motivo, o sinal no fio de dados 5-8 altera seu estado de lógica (por exemplo, lógica 1). O controlador tem, por esse motivo, capacidade para determinar que o grão está no nível mais baixo no tanque de grãos. Conforme o nível de grão eleva, o grão aciona mais sensores para emitir uma lógica

Petição 870190067899, de 18/07/2019, pág. 71/101

12/18

1. O número da lógica 1 (isto é, sensores acionados) recebido pelo controlador indica o nível de grão. Por exemplo, se 4 sai de 8 sensores transmite uma lógica 1, então o controlador determina que o tanque de grãos está metade preenchido.

[043] A Figura 4 mostra um exemplo de um sistema 400 para controlar a colheitadeira combinada. O sistema 400 inclui uma interligação entre um sistema de controle 410 da colheitadeira combinada 10, um PC remoto 406 e um servidor remoto 402 através da rede 404 (por exemplo, Internet). Deve-se notar que a colheitadeira combinada 10 não tem que estar conectada a outros dispositivos através de uma rede. O controlador de colheitadeira combinada 10 pode ser um sistema autônomo que recebe instruções operacionais (por exemplo, instruções de nível de tanque como níveis de alerta) através de uma interface de usuário, através de um dispositivo de memória removível (por exemplo, Unidade Flash) ou de um servidor 402 através do transceptor 417 (por exemplo, Wi-Fi, Bluetooth, Celular, etc.).

[044] Antes de operar a colheitadeira combinada 10, um operador pode designar os alertas de nível de tanque e outras instruções relacionadas de nível de tanque. Em um exemplo, o operador usa a interface 411 do sistema de controle de colheitadeira combinada ou o PC 406 localizado em uma localização remota. A interface 411 e o PC 406 permitem ao operador visualizar parâmetros armazenados localmente a partir do dispositivo de memória 415 e/ou descarregar parâmetros do servidor 402 através da rede 404. O operador pode selecionar (através da Interface 411 ou do PC 406) instruções relacionadas apropriadas de nível de tanque com base em vários fatores que incluem, dentre outros, o tipo de cultura a ser colhida pela colheitadeira combinada, e o terreno. Quando as instruções relacionadas de nível de tanque são selecionadas, o operador pode iniciar a colheita. O controlador de colheitadeira combinada 412 controla então atuadores 414 (por exemplo, debulhador, picador, etc.) com base nas instruções. Por exemplo, sensores 416 (por exemplo, sensor de nível de tanque) podem ser usados durante a colheita para determinar mais

Petição 870190067899, de 18/07/2019, pág. 72/101

13/18 precisamente o nível de grão para evitar derramamento. O receptor de GPS 413 produz informações para rastrear a colheita e monitorar terreno.

[045] Embora os sensores de nível de tanque de grãos detectem o monte de grãos em múltiplas localizações dentro do tanque, o monte de grãos inclui uma seção de grão acima do nível de grão que não é detectado pelos sensores. Essa seção será agora descrita.

[046] A Figura 5A mostra uma vista simplificada de um monte de grãos. Conforme o elevador de grãos derrama o grão no tanque 501 ao longo da passagem 505, dois volumes distintos formam. Conforme mostrado, esses dois volumes básicos incluem uma base de grão 502 e uma pilha de grãos 504. A base de grão 502 é o volume de grão que forma a porção de fundo do monte de grãos. A base de grão 502 toca as paredes laterais (e, por esse motivo, os sensores acionados 503A e 503C) do tanque de grãos conforme mostrado na Figura 5A. Portanto, o nível de grão tem base na detecção de base de grão 502. Nesse exemplo, o nível de grão com base apenas na base de grão 502 é 50%.

[047] No entanto, é claro a partir da Figura 5A, que o monte de grãos é muito maior que o indicado pelo nível da base de grão 502. Uma porção do monte conhecida como pilha de grãos 504 se assenta no topo da base de grão e é muito próxima do topo do tanque de grãos 501 e mais propensa ao derramamento. A pilha de grãos se forma devido à maneira em que o elevador derrama o grão no tanque de grãos a partir de cima e o atrito entre os grãos. Conforme pode ser visto na Figura 5A, a pilha de grãos 504 não é tocada pelos lados do tanque de grãos, e é, por esse motivo, detectada apenas pelo sensor central acionado 503B.

[048] Para maior precisão, determinar o nível de tanque de grãos, o volume da pilha de grãos 504 deveria ser determinado. Existem múltiplos métodos para determinar o volume da pilha de grãos 504. Um tal método é para estimar o volume da pilha de grãos 504 como um formato geométrico conhecido (por exemplo, esfera,

Petição 870190067899, de 18/07/2019, pág. 73/101

14/18 cone, etc.) que é um formato matematicamente descritível.

[049] Em um exemplo, o volume da pilha de grãos pode ser estimado com base em uma esfera 506 mostrada na Figura 5B. A esfera 506 tem uma porção de fundo 506A e uma porção de topo 506B. A esfera 506 também inclui um raio R que se estende a partir de um ponto central. A porção de topo 506B é uma seção transversal da esfera que tem uma altura ‘h’ que é fração de raio R e localizada em um ângulo de repouso d. A pilha de grãos 504 pode ser estimada escolhendo-se a altura ‘h’ e um raio ‘R’ de seção de esfera 506Bque melhor representa a pilha de grãos 504 com base em vários fatores que incluem o nível de tanque de grãos detectados pelos sensores, pela geometria do tanque de grãos, etc. Por exemplo, o raio ‘R’ pode ser determinado com base na distância horizontal entre os sensores de lado acionados 503A e 503C, enquanto a altura ‘h’ pode ser determinada com base na distância vertical entre os sensores de lado para o sensor central acionado 503B.

[050] Em um exemplo alternativo, o volume da pilha de grãos 504 pode ser estimado com base em um cone 508 conforme mostrado na Figura 5C. O cone na Figura 5C tem um raio ‘r’ que se estende a partir de um ponto central e uma altura ‘h’ que se estende a partir da base 508A ao pico 508B. Similar ao exemplo de esfera, a pilha de grãos 504 pode ser estimada escolhendo-se a altura ‘h’ e um raio ‘r’ do cone que melhor representa a pilha de grãos 504 com base em vários fatores que incluem o nível de tanque de grãos detectados pelos sensores, pela geometria do tanque de grãos, etc. Por exemplo, o raio ‘r’ pode ser determinado com base na distância horizontal entre os sensores de lado acionados 503A e 503C, enquanto a altura ‘h’ pode ser determinada com base na distância vertical entre os sensores de lado para o sensor central acionado 503B.

[051] Formatos geométricos conhecidos não são necessários para estimar o volume da pilha de grãos 504. Por exemplo, outro método para estimar o volume da pilha de grãos poderia ter base em um formato complexo de 3 dimensões dos níveis

Petição 870190067899, de 18/07/2019, pág. 74/101

15/18 de tanque de grãos. Um exemplo de tal formato complexo matematicamente descritível é mostrado nas Figuras 5D a 5G. Nesse exemplo, o controlador pode ser configurado para determinar um volume da pilha de grãos 504 estimando-se um plano de melhor encaixe que representa o topo da base de grão (por exemplo, a superfície de topo de base de grão 502). Esse plano de melhor encaixe pode ter base nos níveis detectados dentro do tanque de grãos.

[052] Por exemplo, o sistema pode incluir matrizes de sensor posicionadas na região central do tanque de grãos e matrizes de sensor posicionadas em localizações que são próximas às paredes do tanque. As informações das matrizes de sensor de parede de lado e as matrizes centrais de sensor fornece dados para extrair uma superfície de melhor encaixe através de sensores acionados a partir das matrizes de parede e das matrizes centrais. Isso pode ser executado por meio de uma função de encaixe de superfície. Desse modo, uma superfície de pilha de grãos de formato não geométrico pode ser descrita matematicamente por um conjunto de coordenadas de pontos que são maiores em número que o número de matrizes de sensor, que, quando conectado com facetas triangulares, cria uma superfície irregular que corresponde à verdadeira superfície de pilha de grãos. Visto que a superfície descrita pela função de encaixe pode não ter limites claros, um polígono criado pela conexão de sensores de matriz de parede que se encontram no plano de base (chamado de base de pilha de grãos) pode ser projetado verticalmente para criar um limite externo que inclua a porção da superfície de melhor encaixe que representa a pilha de grãos. O volume fechado entre a seção de superfície de melhor encaixe fechada restante e o plano de base representa esse volume de pilha.

[053] Esse processo é ilustrado nas Figuras 5D a 5G. Por exemplo, a Figura 5D mostra uma vista de 3 dimensões da base de grão detectada por sensores acionados (pontos pretos) nas matrizes de lado (8 linhas tracejadas) e matrizes centrais (4 linhas tracejadas). A Figura 5E mostra uma vista de 3 dimensões de uma

Petição 870190067899, de 18/07/2019, pág. 75/101

16/18 superfície de melhor encaixe extraída através dos sensores acionados e sobrepostos sobre a base de grão da Figura 5D. A Figura 5F mostra uma vista de 3 dimensões de uma seção de superfície de melhor encaixe fechada por projeção vertical de vértices de base que se estende a partir do fundo da base de grão à superfície de topo da pilha. A Figura 5G mostra uma vista de 3 dimensões de um volume estimado de grão de pilha com base no plano de melhor encaixe na Figura 5F.

[054] Independentemente do método usado para determinar o volume da pilha de grãos não detectada 504, o controlador tem capacidade para determinar o volume total de grão no tanque de grãos combinando-se o volume da pilha de grãos com o volume da base de grão. Isso pode ser usado para manter o rastreio da quantidade de grão no tanque, e determinar se um alarme deve ser soado para evitar derramamento.

[055] A Figura 6A é um fluxograma 600 para estimar o nível de tanque de grãos e o volume de pilha de grão. Na etapa 601, o controlador recebe sinais da matriz de sensor que indica níveis de grão em 3 ou mais localizações (por exemplo, duas localizações de lado e uma localização central) no tanque de grãos. O controlador usa essas informações para determinar o volume da base de grão. Na etapa 602, o controlador determina se a estima da pilha de grãos deve ser realizada por aproximação geométrica ou não. Se a aproximação geométrica deve ser usada, o controlador escolhe um formato geométrico para representar a pilha de grãos na etapa 603, estima o volume da pilha de grãos na etapa 604 usando-se um método de encaixe de superfície para matematicamente aproximar a superfície de pilha de grãos conforme o formato geométrico selecionado, e combina o volume da base de grão e pilha de grãos para determinar o volume total de grão no tanque. Se aproximação geométrica não é usada, o controlador escolhe uma função de encaixe de superfície na etapa 606, define a função de encaixe de superfície parâmetros na etapa 607, estima o volume da pilha de grãos na etapa 604 projetando-se vértices de um polígono

Petição 870190067899, de 18/07/2019, pág. 76/101

17/18 da superfície da base, e combina o volume da base de grão e pilha de grãos para determinar o volume total no tanque.

[056] Quando o volume total do tanque de grãos é determinado, o controlador e/ou operador controla a colheitadeira combinada consequentemente. Por exemplo, a Figura 6B é um fluxograma 650 para controlar a colheitadeira combinada com base nos volumes estimados. O controlador determina o nível de tanque de grãos que usa sensores na etapa 651, estima volume de grão de base e volume de pilha de grão na etapa 652, estima volume total (por exemplo, número de alqueires) e taxa de preenchimento (por exemplo, % cheia) na etapa 653, e exibe volume total e/ou taxa de preenchimento na etapa 654. O controlador compara então o volume e/ou taxa de preenchimento a respectivos limites na etapa 655. Se ambos valores forem maiores que o limite, então o controlador emite um alerta ao acionador na etapa 656. O alerta deixa o acionador saber que um volume específico foi alcançado ou que derramamento pode ocorrer.

[057] O controlador pode emitir várias métricas para representar o volume de grão e/ou taxa de preenchimento. Essas métricas podem incluir o número de alqueires de grão no tanque, a porcentagem de tanque de grãos que está cheia, etc. Os limites podem ser definidos com base em volume e/ou com base na porcentagem de tanque de grãos que está cheia. Além disso, o controlador pode exibir essas métricas como números na tela de exibição de colheitadeira combinada ou como um gráfico similar à Figura 5A que mostra o operador do estado do tanque de grãos.

[058] As etapas de estimar o nível de tanque de grãos nas Figuras 6A e 6B são realizadas pelo sistema de controle 410 que inclui o controlador 412 ao carregar e executar código de software ou instruções que são tangivelmente armazenadas em um meio tangível legível por computador 415, como em um meio magnético, por exemplo, um disco rígido de computador, um meio óptico, por exemplo, um disco óptico, memória de estado sólido, por exemplo, memória flash, ou outro meio de

Petição 870190067899, de 18/07/2019, pág. 77/101

18/18 armazenamento conhecido na técnica. Assim, qualquer uma das funcionalidades realizadas pelo controlador 412 descritas no presente documento, como as etapas mostradas nas Figuras 6A e 6B, são implementados em código de software ou instruções que são tangivelmente armazenadas em um meio tangível legível por computador. Por carregar e executar tal código de software ou instruções pelo controlador 412, o controlador 412 pode realizar qualquer uma das funcionalidades do controlador 412 descritas no presente documento, que inclui as etapas mostradas nas Figuras 6A e 6B descritas no presente documento.

[059] O termo “código de software” ou “código” usado no presente documento se refere a quaisquer instruções ou grupo de instruções que influenciam a operação de um computador ou controlador 412. Os mesmos podem existir em uma forma executável por computador, tal como código de máquina, que é o grupo de instruções e dados diretamente executados por uma unidade de processamento central do computador ou por um controlador, uma forma compreensível por humano, tal como código de fonte, que pode ser compilado para ser executado por uma unidade de processamento central do computador ou por um controlador, ou uma forma intermediária, tal como código de objeto, que é produzido por um compilador. Conforme usado no presente documento, o termo “código de software” ou “código” também inclui quaisquer instruções de computador compreensíveis por humano ou grupo de instruções, por exemplo, um script, que possa ser executado depressa com o auxílio de um interpretador executado por uma unidade de processamento central do computador ou por um controlador.

[060] Embora a invenção seja ilustrada e descrita no presente documento com referência a realizações específicas, a invenção não é destinada a ser limitada aos detalhes mostrados. Pelo contrário, várias modificações podem ser feitas em detalhes dentro do escopo e faixa de equivalência das reivindicações e sem que se afaste da invenção.

Claims (20)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. COLHEITADEIRA COMBINADA que compreende:

   um alojamento alimentador (20) para receber cultura colhida;

   um sistema de separação (24) para debulhar a cultura colhida para separar grão de resíduo;

   um tanque de grãos (212) para armazenar o grão separado;

   um sensor de nível (316) de tanque de grãos (212) para detectar um nível de grão no tanque de grãos (212); e um controlador (412) que controla a colheitadeira combinada,

   CARACTERIZADA pelo fato de que o controlador (412) é configurado para: receber o nível de grão do sensor de nível (316) de tanque de grãos (212), determinar um volume de uma base de grão (200) do nível do grão, determinar um volume de uma pilha de grãos (504) acima da base de grão (200), e determinar um volume total combinando-se o volume da base de grão (200) com o volume da pilha de grãos (504).
2. 2. COLHEITADEIRA COMBINADA, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o controlador (412) é adicionalmente configurado para determinar o volume da pilha de grãos (504) com base em um formato geométrico conhecido.
3. 3. COLHEITADEIRA COMBINADA, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o controlador (412) é adicionalmente configurado para determinar o volume de uma base de grão (200) abaixo da pilha de grãos (504) com base em uma geometria do tanque de grãos (212).
4. 4. COLHEITADEIRA COMBINADA, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que o controlador (412) é adicionalmente configurado para determinar um volume da pilha de grãos (504) estimando-se um plano de melhor

   Petição 870190067899, de 18/07/2019, pág. 79/101

   2/5 encaixe que representa a base de grão (200), e então projeta verticalmente o plano de melhor encaixe para formar vértices de um polígono, sendo que o polígono representa o volume da pilha de grãos (504).
5. 5. COLHEITADEIRA COMBINADA, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que o controlador (412) é adicionalmente configurado para determinar o volume total de grão no tanque de grãos (212) sobrepondo-se o volume da pilha de grãos (504) no topo do volume da base de grão (200).
6. 6. COLHEITADEIRA COMBINADA, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADA pelo fato de que o controlador (412) é adicionalmente configurado para determinar um grau de preenchimento do tanque de grãos (212) com base no volume total de grão, o grau de preenchimento indica como o tanque de grãos (212) foi preenchido pelo grão.
7. 7. COLHEITADEIRA COMBINADA, de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADA pelo fato de que o controlador (412) é adicionalmente configurado para comparar o grau de preenchimento a um limite de grau de preenchimento, e emitir um aviso quando o grau de preenchimento excede o limite de grau de preenchimento, ou o controlador (412) é adicionalmente configurado para comparar o volume total do grão a um limite de volume, e emitir um aviso quando o volume total do grão excede o limite de volume.
8. 8. COLHEITADEIRA COMBINADA, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o sensor de nível (316) de tanque de grãos (212) inclui pelo menos três sensores de nível (204) de tanque de grãos (212) posicionados ao redor do tanque de grãos (212) equidistantes um do outro.
9. 9. COLHEITADEIRA COMBINADA, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de que os sensores de nível (204) de tanque de grãos (212), cada um, incluem uma matriz de sensores de nível (204) de tanque de grãos (212) que se estendem a partir de uma porção de fundo (506A) do tanque de grãos

   Petição 870190067899, de 18/07/2019, pág. 80/101

   3/5 (212) para uma porção superior do tanque de grãos (212).
10. 10. COLHEITADEIRA COMBINADA, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADA pelo fato de que sensores (100) em cada matriz incluem pelo menos um dentre sensores ópticos (100) ou sensores de pressão (100).
11. 11. MÉTODO PARA CONTROLAR UMA COLHEITADEIRA COMBINADA que inclui um chassi (12), um alojamento alimentador (20) para receber cultura colhida, um sistema de separação (24) para debulhar a cultura colhida para separar grão de resíduo, um tanque de grãos (212) para armazenar o grão separado, um sensor de nível (316) de tanque de grãos (212) para detectar um nível de grão no tanque de grãos (212) e um controlador (412) que controla a colheitadeira combinada, sendo que o método é CARACTERIZADO pelo fato de que compreende os passos de:

    receber, pelo controlador (412), o nível de grão do sensor de nível (316) de tanque de grãos (212), determinar, pelo controlador (412), um volume de uma base de grão (200) do nível do grão, determinar, pelo controlador (412), um volume de uma pilha de grãos (504) acima da base de grão (200), e determinar, pelo controlador (412), um volume total combinando-se o volume da base de grão (200) com o volume da pilha de grãos (504).
12. 12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente: determinar, pelo controlador (412), o volume da pilha de grãos (504) com base em um formato geométrico conhecido.
13. 13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente: determinar, pelo controlador (412), um volume de uma base de grão (200) abaixo da pilha de grãos (504).
14. 14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo

    Petição 870190067899, de 18/07/2019, pág. 81/101

    4/5 fato de que compreende adicionalmente: determinar, pelo controlador (412), um volume da pilha de grãos (504) estimando-se um plano de melhor encaixe que representa uma base (200) da pilha de grãos (504), e então projetando-se verticalmente o plano de melhor encaixe para formar vértices de um polígono, em que o polígono representa o volume da pilha de grãos (504).
15. 15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente: determinar, pelo controlador (412), um volume total de grão no tanque de grãos (212) sobrepondo-se o volume da pilha de grãos (504) no topo do volume da base de grão (200).
16. 16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente: determinar, pelo controlador (412), um grau de preenchimento do tanque de grãos (212) com base no volume total de grão, sendo que o grau de preenchimento indica como o tanque de grãos (212) foi preenchido pelo grão.
17. 17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente:

    comparar, pelo controlador (412), o grau de preenchimento a um limite de grau de preenchimento, e emitir um aviso quando o grau de preenchimento excede o limite de grau de preenchimento, ou comparar, pelo controlador (412), o volume total do grão a um limite de volume, e emitir um aviso quando o volume total do grão excede o limite de volume.
18. 18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o sensor de nível (316) de tanque de grãos (212) inclui pelo menos três sensores de nível (204) de tanque de grãos (212) posicionado ao redor do tanque de grãos (212) equidistantes um do outro para detectar o nível de grão pelo menos três posições no tanque de grãos (212).
19. 19. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo

    Petição 870190067899, de 18/07/2019, pág. 82/101

    5/5 fato de que cada um dentre os sensores de nível (204) de tanque de grãos (212) inclui uma matriz de sensores de nível (204) de tanque de grãos (212) que se estendem a partir de uma porção de fundo (506A) do tanque de grãos (212) para uma porção superior do tanque de grãos (212).
20. 20. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que os sensores (100) em cada matriz incluem pelo menos um dentre sensores ópticos (100) ou sensores de pressão (100).