JP2005211045A - コンバイン - Google Patents

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友彦 市川
Mitsuhiro Horio
光広 堀尾
Hideyuki Konya
秀之 紺屋
Hiroshi Nishimura
洋 西村
Kazunobu Hayashi
和信 林
Eiji Makino
英二 牧野
Takao Sugiyama
隆夫 杉山
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Nat Agric & Bio Oriented Res
National Agriculture and Bio Oriented Research Organization NARO
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Abstract

【課題】 穀稈を刈取り、当該穀稈を脱穀、選別処理するコンバインにおいて、前記脱穀及び選別をするに際し、刈取る穀稈の生育状態に適合するように、コンバインの各構成要素をリアルタイムに制御することができるコンバインを提供することにある。
【解決手段】 コンバイン1走行中に、刈取る直前の穀稈及び田圃表面の太陽光の反射光を受光する受光素子22と、この受光素子22により得られた測定波長から前記穀稈の生育状態を算出する演算部及びこの演算結果に基づいてコンバイン1を構成する各構成要素の駆動等を変更設定する制御部を有する設定部28と、コンバイン1の位置データを算出するGPS装置部29とを備え、設定部28は、前記演算結果と前記位置データとを記憶する記憶部を備えている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、穀稈を刈取り、当該穀稈を脱穀,選別処理するコンバインに関するものである。
一般にこの種のコンバインにおいては、穀稈を刈取る刈取り部と、刈取られた穀稈を脱穀する脱穀部に搬送するフィードチェーンと、脱穀部による脱穀物に対して比重選別する揺動選別部と、該揺動選別部による脱穀物に対して送風し風選別する選別ファンを有する風選別部とを備えた構成となっている。これらのうち、前記脱穀部は、刈取られた穀稈が供給される扱室と、該扱室内に回転自在に支持された扱胴とを備え、前記扱室を画成する上壁面には、穀稈が扱がれた際に発生した藁屑の排出量を調整する送塵弁が設けられ、また、前記揺動選別部は、複数のチャフフィンにより構成されたチャフシーブが設けられた構成となっている。
このように構成されたコンバインにおいては、穀稈の植立間隔(いわゆる茎数),刈取られた各穀稈が有する穀物の量(以下、「収量」という),及び穀稈の倒伏状態等の生育状態が、刈取る穀稈が植立した田圃内の各領域毎で異なることに起因して、次のような不具合が発生する場合があった。
すなわち、例えば,穀稈の植立間隔が狭い,収量が少ない,又は穀稈の倒れが大きい場合には、扱室内に供給される穀稈が少量となり扱胴の穀稈との回転抵抗が低下し、扱胴が高速で回転することになる。これにより、穀物の外表面が損傷し、収穫後この穀物を乾燥した際に、当該損傷部に傷みが発生する場合等があった。
逆に、扱室内に供給される穀稈が大量となった場合は、扱胴の穀稈との回転抵抗が増加し、扱胴が低速で回転することになり、良好に脱穀できない場合があった。また、扱室内で発生する藁屑の量が過多となりこの藁屑が良好に扱室内から排出されない場合、さらに、チャフシーブ上に藁屑が滞留しチャフフィン間から脱穀物が良好に落下しない,すなわち選別処理できない場合等があった。
以上の問題を解決するための手段として種々の手段が講じられてきたが(例えば特許文献1参照)、いずれも穀稈を刈取った後の藁屑の量等を検出し、この検出結果に基づいて、例えばチャフシーブの開口角度を変更する等の制御がなされていた。ところが、前記従来のコンバインによれば、穀稈を刈取った後の藁屑の発生量等の検出結果に基づいて制御を行う構成となっているので、刈取る穀稈の量等に適合させてコンバインの各構成要素を動作させる制御をリアルタイムに実施することができない場合あった。
この場合、例えば扱室に少量の穀物が供給されると、必然的に穀物外表面に損傷が発生することになり、この損傷の発生量を減少させることはできても、その発生を未然に防止することはできないという問題があった。また、コンバイン自体に供給される穀稈の量が、刈取り作業全体に渡って略一定に維持することができず、高精度の選別処理を実現することができない、コンバイン自体に作用する負荷を安定させることができない等種々の問題があった。
特開2002−345322号公報
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、穀稈を刈取り、当該穀稈を脱穀、選別処理するコンバインにおいて、前記脱穀及び選別処理するに際し、刈取る穀稈の生育状態に適合するように、コンバインの各構成要素をリアルタイムに制御することができるコンバインを提供することを目的とする。
前記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
請求項1に係る発明は、穀稈を刈取る刈取り部と、刈取られた穀稈を脱穀処理する脱穀部と、刈取られた穀稈を前記刈取り部から前記脱穀部に搬送するフィードチェーンとを備え、前記脱穀部は、刈取られた穀稈が供給される扱室と、該扱室内に回転自在に支持され前記穀稈を扱ぐ扱胴とを備えたコンバインであって、前記刈取り部の走行方向前方側において少なくとも、刈取られる前の前記穀稈の上方から見た所定領域へ入射された光の反射光を受光する受光素子と、該受光素子により得られた受光信号に基づいて、前記穀物の収量,穀稈の倒伏状態,及び茎数の少なくとも一つを算出する第1の演算部と、該第1の演算部により算出された演算結果に基づいて、当該コンバインの走行速度,前記扱胴の回転駆動力, 前記フィードチェーンの送り速度のうち少なくとも一つを制御する制御部とを備えていることを特徴とする。
この発明に係るコンバインによれば、前記受光素子により得られた受光信号に基づいて、穀物の収量,穀稈の倒伏状態,及び茎数の少なくとも一つを算出し、この演算結果に基づいて、コンバインの走行速度,扱胴の回転駆動力,フィードチェーンの送り速度のうち少なくとも一つを制御する構成となっているので、刈取られた穀稈の脱穀,及び選別処理が良好かつ確実に行われるようになる。
すなわち、コンバインの走行中において、第1の演算部により、穀稈が起きた状態から倒れた状態に変化したと算出された場合には、刈取り部によって確実に刈取られるようにコンバインの走行速度を下げ、倒れた状態にある穀稈をコンバインにより踏み潰す等して、刈取り不良が発生することが回避されることになる。逆に、コンバインの走行中において、穀稈が倒れた状態から起きた状態に変化したと算出された場合には、コンバインの走行速度を自動で上げることができるようになり高効率な収穫作業を実現できる。
また、コンバインの走行中において、第1の演算部により、穀物の収量が多くなったと算出された場合には、扱胴の回転駆動力を上げ、穀稈による扱胴の回転抵抗に打ち勝たせ、扱胴の回転数を略一定に維持する,すなわち穀稈に付与する扱歯の衝撃が緩和することを回避できることになる。逆に、穀稈の収量が少なくなったと算出された場合には、扱胴の回転抵抗の減少量に合わせて扱胴の回転駆動力を下げ、扱胴の回転数を略一定に維持する,すなわち穀物外表面に付与される扱歯の衝撃が過多となることを回避できることになる。
さらに、コンバインの走行中において、第1の演算部により、穀稈の植立間隔が小さく,すなわち茎数が増加したと算出した場合には、コンバインの走行速度を下げる、フィードチェーンの送り速度を上げる、扱胴の回転駆動力を上げることにより、単位時間当たりの穀稈の刈取り量,及び穀稈の扱室への供給量を略一定に維持でき、また、当該穀稈をフィードチェーンへ良好に引渡すことができ、また、扱胴の回転数を略一定に維持でき扱胴による脱穀処理を良好に行うことができるようになる。
以上により、コンバイン走行中に、刈取る直前の穀稈の生育状態を算出し、この算出結果に基づいて、当該穀稈の生育状態に適合させるようにコンバインの前記各構成要素の駆動を制御するので、穀物に作用する負荷、及びコンバイン自体に作用する負荷を刈取り作業全体において、略一定に維持できるようになるので、高精度な脱穀,選別処理を実現でき、刈取り後の穀物品質の向上を図ることができるようになり、さらに、コンバイン自体の耐久性の向上を図ることができるようになる。
請求項2に係る発明は、請求項1記載のコンバインにおいて、複数のチャフフィンにより構成されたチャフシーブを備え,かつ前記脱穀部による脱穀物に対して比重選別する揺動選別部と、該揺動選別部による脱穀物に対して送風する選別ファンを備え,かつ前記揺動選別部による脱穀物に対して風選別する風選別部と、前記扱胴の上方に前記扱室内で発生した藁屑の排出量を制御する送塵弁とを備え、前記制御部は、前記第1の演算部により算出された演算結果に基づいて、前記チャフフィンの揺動角度,前記選別ファンの回転数, 前記送塵弁の開口角度のうち少なくとも一つを制御することを特徴とする。
この発明に係るコンバインによれば、前記制御部は、前記第1の演算部により算出された演算結果に基づいて、前記チャフフィンの揺動角度,前記選別ファンの回転数, 前記送塵弁の開口角度のうち少なくとも一つを制御する構成となっているので、刈取られた穀稈の脱穀,選別処理がより良好かつ確実に行われるようになる。
すなわち、コンバインの走行中に、前記第1の演算部により、穀物の収量が多くなったと算出された場合には、チャフフィンの揺動角度を広くし、チャフフィン同士の間隙を通過する穀物の量を増加させ、チャフフィン上における脱穀物の滞積量増加を回避でき、コンバイン自体に作用する負荷の低減を図ることができるようになる。逆に、穀物の収量が少なくなったと算出された場合には、チャフフィンの揺動角度を狭くすることにより、藁屑がチャフフィン同士の間隙を通過することを抑制できることになり、高精度な揺動選別を安定して実現できるようになる。
また、コンバインの走行中に、前記第1の演算部により、穀稈の植立間隔が小さく,すなわち茎数が増加したと算出された場合、送塵弁については、この開口角度を広くすることにより、扱室内で発生した藁屑の排出量を増加させ、当該扱室内における藁屑量が増加することを回避でき、選別ファンについては、回転数を上げることにより、揺動選別部からの大量の藁屑を確実に吹き飛ばし、風選別の精度低下を回避できるようになる。逆に、茎数が減少したと算出された場合、送塵弁及び選別ファンを前述とは逆の駆動をさせることにより、扱室内における藁屑量を略一定に維持できようになるとともに,風選別の精度を高精度に安定させることができるようになる。
請求項3に係る発明は、請求項1または2に記載のコンバインにおいて、当該コンバインの走行中における位置データを算出するGPS装置部を備えていることを特徴とする。
この発明に係るコンバインによれば、GPS装置部を備えた構成となっているので、前記第1の演算部により算出した演算結果と,当該刈取り作業を行った領域内における位置との整合を容易かつ高精度に行うことができるようになる。すなわち、前記演算結果としての、穀物の収量,穀稈の倒伏状態,及び茎数が、前記領域内のどの位置のものであるのかが高精度に把握できるようになる。従って、前記領域内における前記演算結果のマップを作成できることになり、当該領域内における各位置での穀稈の生育状態を容易かつ確実に把握できるようになる。従って、次年度において、前記領域内全域について高品質な穀物が得られるように、当該領域内における各位置毎での必要施肥量等を高精度かつ容易に設定することができるようになる。
請求項4に係る発明は、請求項1から3のいずれかに記載のコンバインにおいて、前記受光信号に基づいて前記穀稈の穀物の蛋白質含有量を算出する第2の演算部を備えていることを特徴とする。
この発明に係るコンバインによれば、穀物の蛋白質含量を算出する第2の演算部を備えているので、刈取り作業を行った領域内での各位置における穀物の蛋白質含量が算出でき、前記穀稈が水稲である場合、次年度において前記領域内全域について、特に味について高品質な穀物が得られるように、当該領域内における各位置毎での必要施肥量等を高精度かつ容易に設定することができるようになる。
請求項5に係る発明は、請求項4記載のコンバインにおいて、前記受光信号に基づいて前記穀稈の葉色(SPAD値),及び草丈を算出する第3の演算部と、前記第1,第2,第3の演算部により算出された演算結果のうち少なくとも一つ,及び前記GPS装置部により算出された位置データを記憶する記憶部とを備えていることを特徴とする。
この発明に係るコンバインによれば、前記第1,第2の演算部に加え、前記第3の演算部を備えているので、穀稈の生育状態をより正確に把握できるようになり、刈取り作業を行った領域内における各位置での穀稈の生育状態をより確実に把握できるようになる。さらに、次年度における必要施肥量等をより高精度かつ容易に設定することができるようになる。
本発明に係るコンバインでは、穀物品質の向上及びコンバイン自体の耐久性の向上を図ることができるとともに、必要施肥量等を高精度かつ容易に設定することができる。
以下、本発明に係るコンバインの一実施形態を、図1から図6を参照しながら説明する。
本実施形態におけるコンバイン1は、図1,図2に示すように、走行方向に対して左右一対のクローラ等の走行装置12により支持された機台11と、機台11に対して走行方向前方側に設けられ, 田圃に植立する穀稈を引き起こし,当該穀稈を刈取る刈取り部13と、刈取られた穀稈を脱穀処理する脱穀部14と、刈取られた穀稈を脱穀部14に搬送するフィードチェーン15と、脱穀部14による脱穀物に対して比重選別する揺動選別部16と、この揺動選別部16からの脱穀物に対して風選別する風選別部17と、この風選別部17により選別された穀物を蓄える穀物受けタンク18と、このタンク18から穀物を機外へ排出する排出オーガ19と、刈取り部13の走行方向前方側において,刈取られる直前の穀稈の上方から見た所定領域に位置する穀稈及び田圃表面に入射された太陽光の反射光及び太陽光を受光する受光素子22を有する受光部23と、受光素子22からの受光信号に基づいて,後述する穀稈の生育度を算出する第1から第3の演算部71,72,73,及びこれら演算部71,72,73の演算結果に基づいて,コンバイン1の所定の構成要素の駆動力等を制御する制御部27を有する設定部28と、コンバイン1の走行中における位置データを算出するGPS装置部29とから概略構成されている。
脱穀部14は、図1に示すように、コンバイン1の走行方向略中央上部に設けられている。この脱穀部14は、図2に示すように、刈取られた穀稈の上部(すなわち穀物を有する部分)が供給される扱室30と、この扱室30内に回転自在に支持されるとともに,その外周面に図示しない扱歯を有する扱胴31と、穀稈を扱胴31により扱いだ際に発生した藁屑の扱室30内から排出する量を調整する送塵弁33と、送塵弁33の開口角度を変更駆動する図示しない送塵弁開閉手段と、扱胴31の下方部に設けられ,扱残しの発生を抑制するとともに,脱穀物の扱室30からの排出時間を制御する受け網35とを備えている。この構成において、フィードチェーン15により扱室30内に搬送された穀稈は、その上部が、図4に示すように、扱胴31と受け網35との間に供され、扱胴30表面に複数配設された図示しない扱歯により脱穀される構成となっている。
送塵弁33は、図3,図4に示すように、扱室30を画成する上面壁30aの下面に、フィードチェーン15による穀稈Sの搬送方向Aに対して所定の角度θ1を有し,かつこの角度θ1方向に延在して設けられた壁面体とされ、当該角度θ1と直交する方向に所定の間隙を有し当該壁面体が複数配設された構成となっている。上面壁30aは、上面にコンバイン1の図示しない車体フレームに回転自在に支持されたピン部材34が設けられ、このピン部材34を中心に回動自在に支持された構成となっている。また、この上面壁30aを回動させる図示しない送塵弁開閉手段が設けられている。
従って、この送塵弁開閉手段が駆動されることにより前記角度θ1が変化し、扱胴31に扱がれた穀稈から発生した藁屑の扱室30からの排出抵抗が変化し、これにより、前記藁屑の排出量が調整可能となっている。すなわち、図3において、前記送塵弁開閉手段により上面壁30aが矢印B方向に回動されると、送塵弁33を構成する壁面体の延在方向が、藁屑の排出方向(穀稈の搬送方向Aと略同一)に近づくことになり、前記排出抵抗が減少し前記排出量を増加させることができ、逆に、上面壁30aが矢印C方向に回動されると、送塵弁33の壁面体の延在方向が、藁屑の排出方向を遮るようになり、前記排出抵抗が増加し前記排出量を減少させることができる構成となっている。
図2に示すように、揺動選別部16は、受け網35の下方に設けられ,コンバイン1の走行前後方向に揺動自在に支持された揺動選別盤41と、この揺動選別盤41の下方に設けられ,複数のチャフフィン42aにより構成されたチャフシーブ42と、このチャフシーブ42の下方に設けられ,チャフシーブ42による脱穀物を更に選別するグレンシーブ43と、チャフフィン42aの後述する角度θ2を変更駆動する図示しないチャフフィン角度変更手段とを備えている。
チャフシーブ42を構成するチャフフィン42aは、鉛直方向に対して所定角度θ2だけ前記搬送方向Aに傾斜するとともに,コンバイン1の幅方向(図2の紙面の奥行き方向)に延在して設けられ,かつ搬送方向A方向に所定の間隙を有し複数配設された構成となっている。これら複数のチャフフィン42aは、鉛直方向断面視略中央部に当該フィン42aの長手方向に延在した図示しないピンが設けられ、当該ピンを中心に回転自在に支持され、前記チャフフィン角度変更手段が駆動されることにより、チャフフィン42aが前記ピンを中心に回転され、前記角度θ2が変更可能な構成となっている。
図2に示す風選別部17は、グレンシーブ43の下方に設けられ,グレンシーブ43による脱穀物に対して選別風を付与する選別ファン51と、選別ファン51により選別された穀物を穀物受けタンク18に搬送する一番コンベア52と、グレンシーブ43による脱穀物のうち藁屑等を搬送する二番コンベア53とを備えている。
受光部23は、図1に示すように、刈取り部13にコンバイン1の走行方向前方側に突出して設けられた支持部24と、支持部24の先端部に設けられ、刈取り部13により刈取られる直前の穀稈の上方から見た所定領域に位置する穀稈及び田圃表面に入射された太陽光の反射光及び太陽光を受光する受光素子22とを備えている。なお、受光素子22が受光する穀稈からの反射光には、穀稈がその上部に有する穀物からの反射光も含められる。
受光素子22は、図5に示すように、穀稈と対向するように設けられた第1の受光素子61と、太陽と対向するように設けられた第2の受光素子62とを備え、支持部24先端部に設けられた本体部25に取付けられた構成となっている。また、第1の受光素子61は測定波長の数に対応させて、本実施形態においては、5個の受光素子61a,61b・・で構成され、これに対応して第2の受光素子62も同数の受光素子62a,62b・・で構成されており、更に第1の受光素子61を構成する各受光素子61a,61b・・と、第2の受光素子62を構成する各受光素子62a,62b・・とが測定波長毎に各々が対をなすように配設されている。前記各受光素子61,62は、例えばSiフォトダイオードとされ、また、入射光を測定波長に分光するために、分光フィルタ64が各受光素子61,62の受光面に配設されている。
ここで、各受光素子61,62による測定波長は次のように設定される。すなわち、図7に示す、穀稈としての水稲の「波長―反射率特性」として、波長550nm(緑色)付近に反射率最大のピーク、波長625nm(赤)付近に反射率最小のピークが現れ、更に波長850nm(近赤外)から1000nm(近赤外)付近の範囲において反射率が一定となることが知られている。
従って、本実施形態における前記各受光素子61,62においては、測定波長を550nm,625nm,及び900nmを基準として3つに設定している。なお、第1,第2の受光素子61、62の個数は、これらの測定波長の種類の数通りの3つとしてもよい。
また、日中と夕暮時、あるいは季節により太陽光の入射角度が異なるため、第2の受光素子62の上方に白色拡散板63を配設し、入射する太陽光の安定化が図られている。更に、測定個所以外からの不要光の入射を防ぐために、前記各受光素子61,62の視野角は60°程度に設定されている。
設定部28は、図6に示すように、受光素子61,62により得られた受光信号としての測定波長の反射率を算出する第4の演算部75と、この反射率に基づいて,穀物の収量,穀稈の倒伏状態,及び茎数を算出する第1の演算部71と、前記反射率に基づいて前記穀物の蛋白質含量を算出する第2の演算部72と、前記反射率に基づいて前記穀稈の葉色(SPAD値),及び草丈を算出する第3の演算部73と、第1から第3の演算部71,72,73により算出された演算結果,及びGPS装置部29により算出された位置データを記憶する記憶部74と、第1演算部71による演算結果に基づいて, コンバイン1の後述する各構成要素の駆動力等を制御する制御部27とを備えている。ここで、穀稈の倒伏状態とは、穀稈の倒れ具合,すなわち刈取り部13による刈取り難さの度合い等を示している。
制御部27は、第1の演算部71により算出された穀物の収量,穀稈の倒伏状態,及び茎数に基づき、コンバイン1を構成する次の要素の駆動を次のように制御する構成となっている。すなわち、コンバイン1の走行中において、穀稈が起きた状態から倒れた状態に変化したと算出された場合にはコンバイン1の走行速度を下げ、逆に、コンバイン1の走行中において、穀稈が倒れた状態から起きた状態に変化したと算出された場合にはコンバイン1の走行速度を上げるようになっている。
また、コンバイン1の走行中において、穀物の収量が多くなったと算出された場合には、脱穀部14の扱胴31については,この回転数を上げ、また、図2に示すチャフフィン42aについては,前記角度θ2を小さくするように前記チャフフィン駆動手段を駆動し、逆に、穀物の収量が少なくなったと算出された場合には、扱胴32については,この回転数を下げ、また、チャフフィン42aについては,前記角度θ2を大きくするようにチャフフィン駆動手段を駆動するようになっている。
さらに、コンバイン1の走行中において、穀稈の植立間隔が小さく又は大きく,すなわち茎数が増加又は減少したと算出した場合には、次のようにコンバイン1の各構成要素の駆動を制御するようになっている。
すなわち、図3に示す扱室送塵弁33については、穀稈の茎数が増加したと算出された場合には、前記角度θ1が小さくなるように,すなわち矢印B方向に上面壁30aが回動するように前記送塵弁開閉手段を駆動し、逆に、茎数が減少したと算出された場合には、前記角度θ1がが大きくなるように、すなわち矢印C方向に上面壁30aが回動するように前記開閉手段を駆動するようになっている。
また、コンバイン1を走行駆動する図示しない走行駆動手段については、茎数が増加したと算出された場合には、コンバイン1の走行速度が下がるように前記走行駆動手段を駆動し、逆に、茎数が減少したと算出された場合には、この走行速度を上げるように前記走行駆動手段を駆動するようになっている。
また、フィードチェーン15については、茎数が増加したと算出された場合には、この送り速度が上がるように図示しないフィードチェーン駆動手段を駆動し、逆に茎数が減少したと算出された場合には、この送り速度を下げるようにフィードチェーン駆動手段を駆動するようになっている。また、選別ファン51については、茎数が増加したと算出された場合には、この回転数を上げるように図示しない選別ファン駆動手段を駆動し、逆に、茎数が減少したと算出された場合には、選別ファン51の回転数を下げるように選別ファン駆動手段を駆動するようになっている。
なお、以上の各構成要素15,33,42a,51・・・の具体的な制御量については、穀物の収量,穀稈の倒伏状態,及び茎数と,前記各構成要素の最適駆動力又は最適角度(以下、「最適値」という)との予め実測された蓄積データに基づいて設定された相関関数に基づき、個別具体的に設定されるようになっている。
この最適値とは、扱室送塵弁33についていえば、第1の演算部71により算出された茎数について、扱室30内に滞留する藁屑の量が常に略一定になるような前記角度θ1をいい、扱胴31の回転数についていえば、算出された穀物の収量について、穀物外表面に損傷を発生させることなく,かつ確実に脱穀できる回転数をいい、コンバイン1の走行速度についていえば、算出された穀稈の倒伏状態について、穀稈を確実に刈取ることができ,かつ走行速度の低下を最小限に抑制でき,かつフィードチェーン15への穀稈の引渡しを確実に行うことができる走行速度をいい、フィードチェーン15の送り速度については、算出された茎数について、刈取り部13から穀稈を確実に受取ることができる送り速度をいい、チャフフィン42aについては、算出された穀物の収量について、選別精度を低下させることなく,チャフフィン42a同士の間隙から良好に穀物を排出でき,かつチャフシーブ42上への脱穀物の滞積量を略一定に維持できる前記角度θ2をいい、選別フィン51については、算出された茎数について、選別精度を略一定に維持できる前記角度θ2をいう。
ここで、前記各構成要素15,33,42a,51・・・の制御量を、前記最適値から直接的に設定すると、穀稈Sが処理される流れ方向後方側では、その設定の効果が薄れてしまい、その設定が不適切となる場合が生じ得るため、これら各構成要素15,33,42a,51・・・に重みを付けしたり、或いは特定の構成要素については適宜補正する等して、前記各構成要素15,33,42a,51・・・の駆動量を適切に設定できるようになっている。
以上のように構成されたコンバイン1により穀稈を刈取るとともに,刈取られた穀稈Sを脱穀,選別処理する方法について説明する。まず、コンバイン1による穀稈S,穀物及び藁屑の流れの概略を以下に説明する。
刈取り部13により刈取られた穀稈Sは、フィードチェーン15に供給され、当該穀稈はフィードチェーン15に狭持されかつその上部が脱穀部14に位置するように搬送される。脱穀部15に搬送された穀稈Sの上部は、図4に示すように受け網15と扱胴31との間に供給され、扱胴31の表面に設けられた図示しない扱歯により脱穀される。この際発生した藁屑は、扱胴31の上方に配設された送塵弁33の壁面体同士の間隙を通り機外へ排出される。一方、扱胴31による脱穀物は、受け網35を介して揺動選別部16に供給され、まず、揺動選別盤41により脱穀された後、この脱穀物に対して、チャフシーブ42により脱穀される。
この際、揺動選別盤41による脱穀物は、チャフフィン42a同士の間隙を通り、下方に落下する。そして、チャフシーブ42による脱穀物に対して更に、グレンシーブ43により脱穀され、この脱穀物は風選別部17へ至る。風選別部17へ至った脱穀物には、穀稈Sの搬送方向Aの前方側から選別ファン51による選別風が供給され、この風により穀物より軽い藁屑などは、2番コンベア53へ向かって飛ばされ、穀物はそのまま落下して一番コンベア52へ落下する。そして、一番コンベア52へ落下した穀物は穀物受けタンク18へ搬送され、二番コンベア53へ向かって飛ばされた藁屑等は、機外へ排出される。
次に、刈取り部13の走行方向前方側において,刈取られる直前の穀稈Sの上方から見た所定領域に位置する穀稈及び田圃表面に入射された太陽光の反射光及び太陽光の受光信号に基づいて、穀物の収量,穀稈の倒伏状態,茎数,穀物の蛋白質含量,穀稈の葉色(SPAD値),及び草丈を算出する方法について説明する。
まず、第2の受光素子62に入射する太陽光の入射強度を測定する。この際、太陽光は、強度I(λ=550nm),I(λ=625nm),及びI(λ=900nm)の前記3つの各測定波長成分を含んでいるので、第2の受光素子62では各受光素子62a〜62eにより、それぞれの分光フィルタ64を透過する光を受光し、その受光強度A,A,Aを第4の演算部75に出力する。
一方で穀稈及び田圃表面から反射された太陽光の反射強度を、第1の受光素子61により測定する。ここで、前記λの波長成分に対する水稲及び田圃表面の反射率をR1とすると、反射太陽光におけるλの波長成分の強度はR×Iとなり、順次、各波長成分に対する反射太陽光の強度は、R×I,R×Iとなる。第1の受光素子61では各受光素子61a〜61eにより、それぞれの分光フィルタ64を透過する光を受光し、その受光強度B,B,Bを第4の演算部75に出力する。
第4の演算部75においては、まず、第1の受光素子61からの受光信号を、第2の受光素子62からの受光信号により補正し、各測定波長毎の反射率を補正する。すなわち、第1の受光素子61による受光強度B,B,Bは、第2の受光素子62による受光強度A,A,Aに、それぞれの波長における反射率を乗じた値となる。従って、第2の受光素子62による受光強度で、第1の受光素子61による受光強度を除すことにより、各測定波長の反射率を求める。それぞれの測定波長に対しては次式のようになる。
(λ=550nm)=B/A
(λ=625nm)=B/A
(λ=900nm)=B/A
ここで、受光素子毎で特性差があるため、予めダーク値(バックグランド)B10〜B30,A10〜A30を測定しておき、当該ダーク値及び白色校正係数Wsを用い、前記各式を次式に示すように補正する。
1(λ=550nm)=Ws・(B―B10)/(A―A10
2(λ=625nm)=Ws・(B―B20)/(A―A20
3(λ=900nm)=Ws・(B―B30)/(A―A30
次に、このようにして補正された反射率R1〜Rを第1の演算部71に送信し、該部71において、予め実測による蓄積データから求められ,設定された例えば相関関数に基づいて、前記送信された反射率R1〜Rから穀物の収量,穀稈の倒伏状態,及び茎数を算出する。なお、この相関関数は、例えば前記測定波長毎で、反射率と穀物の収量,穀稈の倒伏状態,又は茎数との各関係を示すグラフを各々実測データに基づいて作成しておき、このグラフから求められるものであり、これらの相関関数については、特開2002−168771号公報(段落0022、図4〜図12)に示されているように、周知の事実である。
また、同様にして、前記補正された反射率Rを第2の演算部72に、前記補正された反射率Rを第3の演算部73に各々送信する。
第2の演算部72においては、前述と同様にして予め設定された前記測定波長毎での反射率と穀物の窒素含有量との相関関数に基づいて、前記送信された反射率 から窒素含有量を算出し、この算出結果から、さらに、前述と同様にして予め設定された窒素含有量と蛋白質含有量との相関関数に基づいて、蛋白質含有量を算出する。
第3の演算部73においては、前述と同様にして予め設定された前記測定波長毎での反射率と葉色(SPAD値),又は草丈との相関関数に基づいて、前記送信された反射率Rから葉色(SPAD値)及び草丈を算出する。
そして、第1の演算部71により算出された穀物の収量,穀稈の倒伏状態,及び茎数は、記憶部74に送信されるとともに,制御部27に送信され、制御部27においては、前述したように、予め設定された相関関数に基づいて適宜補正値をかける等して、コンバイン1の前記各構成要素15,33,42a,51・・・の駆動力,角度の制御量を算出する。そして、この制御量データを各駆動手段に送信して、前記各構成要素15,33,42a,51・・・の駆動等を変更する。一方、第2,第3の演算部72,73により算出された蛋白質含量,穀稈の葉色(SPAD値),及び草丈は、記憶部74に送信され記憶される。
ここで、GPS装置部29においては、前記各受光素子61,62が受光するタイミングに合わせて、このコンバイン1の位置データを算出する。この位置データは記憶部74に送信され、同時に第1から第3の演算部71〜73から送信された前記各データと整合して記憶される。すなわち、現在刈取り作業を行っている領域において、第1から第3の演算部71〜73により算出されたデータがどこの位置におけるものであるかが明確に把握できるように記憶部74に記憶する。
以上説明したように、本実施形態によるコンバイン1によれば、前記受光素子61,62により得られた受光信号に基づいて、穀物の収量,穀稈の倒伏状態,及び茎数を算出し、この演算結果に基づいて、コンバイン1の前記各構成要素15,33,42a,51・・・の駆動力又は角度を制御する構成となっているので、穀稈Sの刈取り,刈取られた穀稈Sの脱穀,及びこの脱穀物の選別処理を良好に行うことができる。
すなわち、コンバイン1の走行中において、第1の演算部71により、穀稈Sが起きた状態から倒れた状態に変化したと算出された場合には、刈取り部13によって確実に刈取ることができるようにコンバイン1の走行速度を下げ、倒れた状態にある穀稈Sをコンバイン1により踏み潰す等して、刈取り不良が発生することを回避することができる。逆に、コンバイン1の走行中において、穀稈Sが倒れた状態から起きた状態に変化した場合には、コンバイン1の走行速度を上げる制御を自動でできるようになり高効率な収穫作業を実現できる。
また、コンバイン1の走行中において、第1の演算部71により、穀物の収量が多くなったと算出された場合には、扱胴31の回転駆動力を上げ、穀稈Sによる扱胴31の回転抵抗に打ち勝たせ、扱胴31の回転数を略一定に維持する,すなわち穀稈Sに付与する扱歯の衝撃が緩和することを回避することができる。逆に、穀稈Sの収量が少なくなったと算出された場合には、扱胴31の回転抵抗の減少量に合わせて扱胴31の回転駆動力を下げ、扱胴31の回転数を略一定に維持する,すなわち穀物外表面に付与される扱歯の衝撃が過多となりこの外表面が損傷することを回避することができる。
また、穀物の収量が多くなったと算出された場合、チャフフィン42aの前記角度θ2を小さくし、チャフフィン42a同士の間隙を通過する穀物の量を増加させ、チャフフィン42a上における脱穀物の滞積量増加を回避でき、コンバイン1自体に作用する負荷の低減を図ることができる。逆に、穀物の収量が少なくなったと算出された場合には、チャフフィン42aの前記角度θ2を大きくすることにより、藁屑がチャフフィン42a同士の間隙を通過することを回避でき、高精度な揺動選別を安定して実現することができる。
さらに、コンバイン1の走行中において、第1の演算部71により、穀稈Sの植立間隔が小さく,すなわち茎数が増加したと算出した場合には、コンバイン1の走行速度を下げる、フィードチェーン15の送り速度を上げる、扱胴31の回転駆動力を上げることにより、単位時間当たりの穀稈Sの刈取り量を一定に維持でき,当該穀稈Sをフィードチェーン15へ良好に引渡す,扱胴31の回転数を略一定に維持でき扱胴31による脱穀を良好に行うことができるようになる。
また、茎数が増加したと算出された場合、送塵弁33については、前記角度θ1を小さくすることにより、扱室30内で発生した藁屑の排出量を増加させ、当該扱室30内における藁屑量が増加することを回避でき、選別ファン51については、回転数を上げることにより、揺動選別部16からの大量の藁屑を確実に吹き飛ばし、風選別精度の低下を回避することができる。逆に、穀物の収量が少なくなったと算出された場合には、チャフフィンの揺動角度を狭くすることにより、藁屑がチャフフィン同士の間隙を通過することを抑制することができることになり、高精度な揺動選別を安定して実現できるようになる。
以上により、刈取る直前の穀稈Sの生育状態を算出し、この算出結果に基づいて前記各構成要素15,33,42a,51・・・の駆動力等が、刈取り直前の穀稈Sの生育状態に適合するように前述した各制御を行うので、穀物Sに作用する負荷、脱穀物に対する選別精度、及びコンバイン1自体に作用する負荷を刈取り作業全体において、略一定に維持できるようになるので、高精度な脱穀,選別処理を実現でき、刈取り後の穀物品質の向上を図ることができるようになり、さらに、コンバイン1自体の耐久性の向上を図ることができるようになる。
また、コンバイン1はGPS装置部29を備えているので、第1の演算部71により算出した演算結果と、当該刈取り作業を行った領域内における位置とを整合させることができる。すなわち、前記演算結果としての、穀物の収量,穀稈の倒伏状態,及び茎数が、前記領域内のどの位置のものであるのかが確実に把握できるようになる。これにより、前記領域内における前記演算結果の高精度なマップを作成することができ、当該領域内における各位置での穀稈Sの生育状態を容易かつ確実に把握することができるようになる。従って、次年度において、前記領域内全域について高品質な穀物が得られるように、当該領域内における各位置毎での必要施肥量等を高精度かつ容易に設定することができる。
さらに、コンバイン1は穀物の蛋白質含量を算出する第2の演算部を備えているので、刈取り作業を行った領域内での各位置における穀物の蛋白質含量が算出でき、穀稈Sが水稲である場合、次年度において前記領域内全域について、特に味について高品質な穀物が得られるように、当該領域内における各位置毎での必要施肥量等を高精度かつ容易に設定することができる。
さらにまた、コンバイン1は第1,第2の演算部71,72に加え、第3の演算部73を備えているので、穀稈Sの生育状態をより正確に把握することができ、刈取り作業を行った領域内における各位置での穀稈Sの生育状態をより確実に把握することができるので、次年度における必要施肥量等をより高精度かつ容易に設定することができる。
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
本発明の一実施形態として示したコンバインの概略側面構成図である。 本発明の一実施形態として示したコンバイン1の一部拡大側面断面図である。 図1に示す扱室を上方から見た平面図である。 図2のX−X線矢視断面図である。 図1に示す受光部の拡大平面図及び側面断面図である。 図1に示す設定部及び受光素子のシステム構成図である。 穀稈(水稲)の波長―反射率特性図である。
符号の説明
1 コンバイン
13 刈取り部
14 脱穀部
15 フィードチェーン
16 揺動選別部
17 風選別部
22 受光素子
27 制御部
30 扱室
31 扱胴
33 送塵弁
42 チャフシーブ
42a チャフフィン
51 選別ファン
71 第1の演算部
72 第2の演算部
73 第3の演算部
74 記憶部
S 穀稈

Claims (5)

  1. 穀稈を刈取る刈取り部と、刈取られた穀稈を脱穀処理する脱穀部と、刈取られた穀稈を前記刈取り部から前記脱穀部に搬送するフィードチェーンとを備え、
    前記脱穀部は、刈取られた穀稈が供給される扱室と、該扱室内に回転自在に支持され前記穀稈を扱ぐ扱胴とを備えたコンバインであって、
    前記刈取り部の走行方向前方側において少なくとも、刈取られる前の前記穀稈の上方から見た所定領域へ入射された光の反射光を受光する受光素子と、
    該受光素子により得られた受光信号に基づいて、前記穀物の収量,穀稈の倒伏状態,及び茎数の少なくとも一つを算出する第1の演算部と、
    該第1の演算部により算出された演算結果に基づいて、当該コンバインの走行速度,前記扱胴の回転駆動力, 前記フィードチェーンの送り速度のうち少なくとも一つを制御する制御部とを備えていることを特徴とするコンバイン。
  2. 請求項1記載のコンバインにおいて、
    複数のチャフフィンにより構成されたチャフシーブを備え,かつ前記脱穀部による脱穀物に対して比重選別する揺動選別部と、
    該揺動選別部による脱穀物に対して送風する選別ファンを備え,かつ前記揺動選別部による脱穀物に対して風選別する風選別部と、
    前記扱胴の上方に前記扱室内で発生した藁屑の排出量を制御する送塵弁とを備え、
    前記制御部は、前記第1の演算部により算出された演算結果に基づいて、前記チャフフィンの揺動角度,前記選別ファンの回転数, 前記送塵弁の開口角度のうち少なくとも一つを制御することを特徴とするコンバイン。
  3. 請求項1または2に記載のコンバインにおいて、
    当該コンバインの走行中における位置データを算出するGPS装置部を備えていることを特徴とするコンバイン。
  4. 請求項1から3のいずれかに記載のコンバインにおいて、
    前記受光信号に基づいて前記穀稈の穀物の蛋白質含有量を算出する第2の演算部を備えていることを特徴とするコンバイン。
  5. 請求項4記載のコンバインにおいて、
    前記受光信号に基づいて前記穀稈の葉色(SPAD値),及び草丈を算出する第3の演算部と、
    前記第1,第2,第3の演算部により算出された演算結果のうち少なくとも一つ,及び前記GPS装置部により算出された位置データを記憶する記憶部とを備えていることを特徴とするコンバイン。
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