JP2005278539A - コンバインにおける収量測定システム - Google Patents
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Abstract
【課題】圃場の所定場所の収穫量をより正確に求めることができるコンバインにおける収量測定システムを提供することを課題としている。
【解決手段】機体位置測定手段38によって測定される圃場内における機体8の位置から、籾の測定時点と刈取り時点との時間差に基づき、上記時間差分前の機体8の位置を演算するとともに、機体位置測定手段38による機体8の位置測定時点の収容部7に排出される籾の流量に対して、前処理部3による刈り取り作業開始時点と、刈り取り作業停止時点とを検出する作業状態検出手段の検出結果に基づく補正を行いながら上記時間差分前の機体8の位置に対する圃場位置の収穫量を演算し、両者を対応させる。
【選択図】図1
【解決手段】機体位置測定手段38によって測定される圃場内における機体8の位置から、籾の測定時点と刈取り時点との時間差に基づき、上記時間差分前の機体8の位置を演算するとともに、機体位置測定手段38による機体8の位置測定時点の収容部7に排出される籾の流量に対して、前処理部3による刈り取り作業開始時点と、刈り取り作業停止時点とを検出する作業状態検出手段の検出結果に基づく補正を行いながら上記時間差分前の機体8の位置に対する圃場位置の収穫量を演算し、両者を対応させる。
【選択図】図1
Description
この発明は、圃場内を所定の面積を有する複数の区画に分割するとともに、各区画における収穫量を測定し、上記区画に基づき圃場内の収穫量のばらつきをマップ状に表現する収量マップを作成するために、各区画に対する収穫量を測定するコンバインにおける収量測定システムに関する。
従来圃場内を所定面積を有する複数の区画に分割し、各区画の収穫量を測定し、圃場内の収穫量のばらつきをマップ状に表現する収量マップを作成して、圃場内の収量変動を解析し、圃場内の所定地点における施肥量を変更する等により、収穫量を増加させたり、トータルで施肥量を低減させたりする精密農業が知られている。
上記収量マップとして図8に示されるような、圃場aを一定面積で分割し、各区画a1,a2…,a10,b1,…,j10を穀物の収量に応じた異なるパターンでハッチングして格子状のマップとしたものや、図9に示されるような、圃場における一定の幅を持った同一の収穫量の地点を線で結んで等高線状のマップとしたもの等が知られている(特許文献1参照)。
換言すると精密農業により収穫状況の解析を行う場合は、収量マップを作成する必要があり、圃場の所定区画での収量を計測する必要がある。このため本願出願人は、コンバインにGPSシステムを搭載し、機体の位置をGPSにより計測し、GPSによって計測されたコンバインの位置における収穫量をグレンタンクに収容される穀粒の量に基づいて算出し、コンバインの位置と収穫量を対応させ、各区画における収穫量を演算するコンバインにおける収量演算システムの特許出願(特願2002−182088、特願2002−182087)を行っている。
コンバインでは、通常穀稈が刈り取られた後、前処理部での搬送を経て脱穀部に供給され、脱穀部内における穀粒の搬送所要時間を経てグレンタンクに収容される。つまり穀稈が刈り取られた時点からグレンタンクに収容されるまでには、所定の時間遅れがある。遅れ時間は脱穀部内における穀粒の搬送所要時間Tdと、前処理部における搬送所要時間Tmとを加えた(Td+Tm)となる。
このためコンバインが圃場内の所定の位置にいるとき、この時点でグレンタンクに排出される収穫量は、上記遅れ時間分だけ前にコンバインが位置している圃場内の場所の収穫量であり、上記特許出願では、グレンタンクに収容される時点の収穫量を、収量の測定時点より、Td+Tm前の機体位置に対応する圃場位置のものとして、両者を対応させるものとなっている。
特開2000−354416号公報
しかしコンバインは、その構造上脱穀部内に必ず残留する穀粒が存在し、刈り取り作業が終了し、上記遅れ時間経過した後も残留する穀粒が排出され続ける。このため刈り取りを終了した後にコンバインを移動させると、上記刈り取り終了後に排出される穀粒を、移動経路中の圃場位置の収穫量として認識するという不都合がある。
また刈取りを行う条を変える場合、前処理部に穀稈をかみ込んだ状態のまま一時的に前処理部の駆動を停止し、新たな条に移動し、刈り取り作業を開始する。この場合新たな条の刈り取り作業を開始する時点で前処理部にかみ込んでいる穀稈は、前の条のものであるが、新たな条のものとして処理するという不都合があった。上記不都合によって収穫量の演算精度が低下するという問題点があった。
上記課題を解決するための本発明のコンバインにおける収量測定システムは、圃場の穀稈の刈り取り作業を行う上下昇降自在な前処理部3と、前処理部3により刈り取られた穀稈の脱穀作業を行う脱穀部6と、脱穀部6からの脱穀後の籾を収容する収容部7とを設け、脱穀部6側から収容部7に排出される籾の流量を測定する収量測定部24を設け、圃場内における機体8の位置を測定する機体位置測定手段38を設け、収量測定部24による籾の測定時点と刈取り時点との時間差に基づき、収量測定部24による測定値から上記時間差分前の籾の収穫量を演算し、該演算された収穫量を上記時間差分前の機体8の位置に対する圃場位置の収穫量として設定する収量測定システム31を設けたコンバインにおいて、刈り取り作業開始時点と、刈り取り作業停止時点とを検出する作業状態検出手段を設け、作業状態検出手段による検出結果に基づき、所定の圃場位置の収穫量を補正する補正手段を設けたことを第1の特徴としている。
第2に作業状態検出手段を、前処理部3に穀稈を狭持した状態で刈り取り作業を停止している場合と、前処理部3に穀稈を狭持していない状態で刈り取り作業を停止している場合とを各別に検出するように構成したことを特徴としている。
第3に作業状態検出手段を、コンバインの自動制御で使用される前処理部の高さを検出する高さ検出手段52と前処理部内の穀稈の有無を検出する穀稈検出手段53とから構成したことを特徴としている。
以上のように構成される本発明の構造によると、例えばコンバインによる刈り取り終了時点から所定時間経過した後以降に収容部に排出される穀粒を刈り取り作業停止時点の機体位置に対応する圃場位置での収穫量に組み入れることにより刈り取り停止時点での収穫量が正確となるという効果がある。また刈り取り作業開始が明確となるため、収穫量の演算を0から高精度で行うことができるという効果がある。
また作業状態検出手段を、前処理部に穀稈を狭持した状態で刈り取り作業を停止している場合と、前処理部に穀稈を狭持していない状態で刈り取り作業を停止している場合とを各別に検出するように構成することによって、例えば前処理部に穀稈を狭持した状態で刈り取り作業を停止し、その後刈り取り作業を開始する場合に、刈り取り作業の開始時点で前処理部に狭持されている穀粒の脱穀分を除き、この脱穀分を刈り取り作業停止時点の機体位置に対応する圃場位置での収穫量に組み入れることによって、刈り取り作業停止時点での機体の停止位置に対応する圃場位置での収穫量の精度が向上し、さらに刈り取り開始以降の各圃場位置での収穫量の精度が向上する。
そして作業状態検出手段を、通常コンバインの自動制御で使用されるために予め設けられている前処理部の高さを検出する高さ検出手段と前処理部内の穀稈の有無を検出する穀稈検出手段とによって構成することによって作業状態検出手段を簡単にローコストで設けることができるという効果がある。
図1,図2は本発明を採用した収量マップの作成が可能なコンバインの側面図及び正面斜視図である。該コンバインは、クローラ式の走行装置1上に機体フレーム2が支持されている。前方側には、前処理部3が機体フレーム2側に上下揺動自在に支持されて設けられている。
前処理部3の後方左側には脱穀部6が、該脱穀部6の側方には脱穀後の穀粒(籾)を一時的に貯蔵収容する収容部であるグレンタンク7がそれぞれ機体フレーム2に搭載されている。機体8は以上のように構成されている。
前処理部3には、穀稈を刈り取るカッタ9と、該カッタ9によって刈り取られた穀稈を集合させて後方に搬送する掻込み搬送体11と、該掻込み搬送体11から刈取り穀稈を受け継ぎ、扱深さを調節せしめて脱殼部6側に搬送する扱深さ搬送体12とが備えられている。
カッタ9によって刈取られた穀稈は、掻込み搬送体11と扱深さ搬送体12を介することによって所定の時間を要して脱穀部6に搬送される。前処理部3からの穀稈は、脱穀部6の側方に配置されたフィードチェーン13に受け継がれ、フィードチェーン13の回転速度で穂先が扱室14内に供給され、扱室14内の扱胴15によって脱穀される。
刈取り穀稈は、前処理部3による搬送時間とフィードチェーン13による搬送時間を加えた所定時間(脱穀前搬送時間Tm)を要して扱室14内に供給される。
脱穀後の処理物(脱穀粒とわら屑等が混合物)は、脱穀部6内の揺動搬送体16に送られ、揺動搬送体16において順次後方に送られてチャフシーブ17を介して濾過され、さらに1番物と2番物とに風選され、1番物が1番物収容部10に、2番物が2番物収容部18に収容される。
このため扱室14に供給され、脱穀された処理物(収穫物)は、揺動搬送体16に落下した後、所定時間(揺動搬送時間T2)を介してチャフシーブ17に供給されて選別される。なお上記チャフシーブ17は、従来同様複数の開閉自在なフィンを備え、該フィンの開閉により濾過量を設定調節する構成となっている。
上記1番物は、1番物収容部10内の1番らせん19によって1番物収容部10の端部に搬送され、揚上搬送筒22に受け継がれ、揚上搬送筒22内の揚上らせんを介してグレンタンク7に排出される。また2番物は2番物収容部18内の2番らせん21によって2番物収容部18の端部に搬送され、還元搬送筒23に受け継がれ、還元搬送筒23内の還元らせんを介して揺動搬送体16に還元される。
揚上搬送筒22における穀粒の排出部分である吐出部20には、吐出部20を介してグレンタンク7に排出される籾(穀粒)の流量を、穀粒の衝突によって検知する収量センサ24が設けられている。収量センサ24によって、グレンタンク7に供給される穀粒の収量(籾流量)が測定される。
処理物はチャフシーブ17によって濾過された後、1番物が所定時間(収穫搬送時間T1)を要してグレンタンク7に供給され、2番物が所定時間(還元時間T4)を要して揺動搬送体16に還元される。
本実施形態のコンバインにはGPS衛星からの電波(データ)を受信するGPSセンサが搭載されている。機体8の位置をGPSによって計測することが可能となっている。機体8側には、上記GPS計測システムにより計測される機体8の位置と、収量センサ24により計測される収量に基づき、圃場内の所定位置の穀粒の収穫量を演算する収量演算システムが設けられている。
次に該収量演算システムについて詳細に説明する。
上記扱胴15側には扱胴15の回転数を検出して脱穀部6側に入力されている駆動力の回転数を検出する脱穀回転センサが設けられている。揺動搬送体16にはチャフシーブ17の開度を検出する開度センサが設けられている。前処理部3側には前処理部3に供給される駆動力の回転数を検出する前処理回転センサが設けられている。なお各センサは軸の回転角度を読み込むことができればよいため、従来公知の回転センサ等によって構成されており、詳細な構造についての説明は割愛する。
機体8側には、機体8の走行速度を検出する速度センサ,機体8の旋回角度を検出するジャイロセンサが設けられている。脱穀部6側には、揺動選別体16上の籾流量(層厚)を検出する処理物センサが設けられている。グレンタンク7側には、グレンタンク7に収容される穀粒の水分量を測定する水分センサが設けられている。なお速度センサはスピードメータ等に使用する一般的なものであり、また水分センサは電気抵抗の測定等により水分量を測定する従来公知のセンサであるため、詳細な説明は割愛する。
図3に示されるように、上記収量演算システム31は、上記脱穀回転センサ32,開度センサ33,前処理回転センサ34,速度センサ36,ジャイロセンサ37,GPSセンサ38,処理物センサ39,水分センサ41,収量センサ24が接続された演算制御部42に、該演算制御部42からの出力を表示するモニタ43と、演算結果等を記録する記憶部44とが接続された構造となっている。
上記収量演算システム31は、各センサからの情報に基づき、圃場内における機体8の位置を位置計測機能によって測定演算するとともに、機体8が位置している圃場位置における収穫量を収量演算機能によって演算し、両機能による演算結果に基づく収量マップをモニタ43に表示することができるように構成されている。
次に位置計測機能及び収量演算機能について詳細に説明する。
前述のように前処理部3によって刈り取られた穀稈は、図4に示されるように、Tmを要して扱室14に搬送され、脱穀されて処理物として揺動搬送体16に供給される。該処理物はT2を要して揺動搬送体16のチャフシーブ17に揺動搬送されて濾過され、1番物と2番物に選別される。1番物は1番らせん19と揚上搬送筒22によってT1を要してグレンタンク7に収容される。
また2番物は2番らせん21と還元搬送筒23によってT4を要して揺動搬送体16に還元され、この還元された2番物が上記処理物と混合され混合処理物となり、以上のサイクルによって穀稈の刈り取りから穀粒の脱穀収容までが行われる。
つまりグレンタンク7に収容される時点(収量センサ24による収量の測定時点)での収量センサ24により測定される収量は、該収量測定時点T0より、脱穀部6内における穀粒の搬送所要時間Td=T1+T2と、前処理部4における搬送所要時間Tmとを加えたTd+Tm前(T0−Td−Tm)の機体位置に対応する圃場位置での収穫物に基づくものとなっている。
図5は収量演算システム31の機能ブロック図である。上記収量演算システム31は、脱穀回転数読み込み手段S1によって、演算制御部42に入力される脱穀回転センサ32からのデータを読み込み、脱穀側時間演算手段S2によって該脱穀回転センサ32からのデータに基づき上記T1(収穫搬送時間)と上記T2(揺動搬送時間)と上記T4(還元搬送時間)をそれぞれ演算して算出し、Tdを算出する。
また前処理回転数読み込み手段S3によって、演算制御部42に入力される前処理回転センサ34からのデータを読み込み、前処理側時間演算手段S4によって、該前処理回転センサ34からのデータに基づき上記Tmを演算する。
そして収量演算手段S5により、上記演算制御部42に入力される収量センサ24のデータに基づき現時点においてグレンタンク7に収容される穀粒の流量Q1を算出し、T1,T2,T4,Tm,Q1に基づき収量センサ24による籾流量の測定時点(T0時点)よりTd+Tm前(T0−Td−Tm)の収穫量を2番物の補正を加えて演算する。
2番物の補正は演算による予測による方法と、脱穀部6内における還元搬送筒23の排出口23aに、2番物の還元流量を測定する還元量測定センサ48を設け、該還元量測定センサ48の測定結果に基づいて行う方法等が考えられる。
さらに機体位置演算手段S6によって、演算制御部42に入力されるGPSセンサ38のデータを、ジャイロセンサ37,走行速度センサ36からのデータによって補正し、T0よりTd+Tm前の機体8の圃場内における位置を算出する。
なお前処理部3のデバイダフレームの各条に穀稈の有無を検出する穀稈感知センサ51を設け、該センサ51からのデータによって何条分の刈り取り作業を行っているかをチェックするように構成し、このデータによって圃場内の機体8の位置を補正するように構成してもよい。これにより機体8の圃場内の位置が正確となり収量マップの精度が向上する。
そして位置−収量対応手段S7によって、収穫量と圃場内の位置を対応させる。そして収量マップ作成手段S8によって、収量マップをモニタ表示可能に作成したり、印刷可能に作成したり、記憶部44に記憶させることが可能な状態で作成したり、データ出力可能に作成する。
なお上記各手段は、演算制御部42内に記憶されているプログラムに基づき演算制御手段43が作動して実現される。また収穫量の演算アルゴリズム及びT0よりTd+Tm前の圃場内における機体8の位置の算出については例えば上記特許出願に記載されているもの等を使用することができるため詳細な説明は割愛する。
一方本コンバインには、前処理部3の高さを検出する前処理部ポテンショメータ52と、前処理部3内に刈り取り後の穀稈が存在していることを検出する前処理穀稈スイッチ53が設けられている。前処理穀稈スイッチ53は主に前処理部3において行われる扱深さ自動制御に使用される。また前処理部ポテンショメータ52は主に刈り高さ制御に使用され、前処理部3を上昇させると前処理部3の駆動を自動停止させる自動停止制御にも使用されている。
本実施形態においては前処理部ポテンショメータ52及び前処理穀稈スイッチ53は共に演算制御部42の入力に接続されている。演算制御部42には、上記前処理部ポテンショメータ52のデータと前処理穀稈センサ53のデータに基づきコンバインによる刈取り作業開始時点と、刈り取り作業を停止した時点とを検出する作業状態検出手段が備えられている。
演算制御部42側に設けられているプログラムによって前処理部ポテンショメータ52及び前処理穀稈スイッチ53からのデータに基づき演算制御部42が作業状態検出手段として作動する。作業状態検出手段は、前処理部ポテンショメータ52の値から前処理部3が刈り取り作業を行う高さ範囲にあるか否かのチェックと、前処理穀稈スイッチ53の入り切り状態(ON,OFF)をチェックする。前処理穀稈スイッチ53のON,OFFによって、前処理部3に穀稈が狭持されている(前処理部3に穀稈がかみ込んでいる)状態と、前処理部3に穀稈が狭持されていない(前処理部3に穀稈がかみ込んでいない)状態とを検出することができる。
そして図6に示されるように、前処理部3の高さが300mmより低いと、前処理部3が刈り取り作業を行う高さ範囲にあるとし、前処理部3の高さが300mmより低く、且つ前処理穀稈スイッチ53がONの場合に、刈り取り作業中と判断し、刈り取り中データを出力する。
また前処理部3の高さが300mmより高いと、前処理部3が刈り取り作業を行わない高さ範囲にあるとし、前処理部3の高さが300mmより高く、且つ前処理穀稈スイッチ53がOFFの場合に、前処理部3に穀稈がかみ込んでいない状態で刈り取り作業を停止していると判断し、狭持穀稈なし刈り取り停止データを出力する。
さらに前処理部3の高さが300mmより高く、且つ前処理穀稈スイッチ53がONの場合に、前処理部3に穀稈がかみ込んでいる状態で刈り取り作業を停止していると判断し、狭持穀稈あり刈り取り停止データを出力する。
機体位置演算手段S6は、作業状態検出手段からのデータをチェックする。これにより狭持穀稈なし刈り取り停止データまたは狭持穀稈あり刈り取り停止データから刈り取り中データに切り替わった機体8の位置を刈り取り作業の開始位置とし、刈り取り中データから狭持穀稈なし刈り取り停止データまたは狭持穀稈あり刈り取り停止データに切り替わった機体8の位置を刈り取り停止位置とする。
そして収量演算手段S5には、上記作業状態検出手段からのデータに基づき収穫量を補正する補正手段が設けられている。該補正手段は、刈り取り停止位置の時点から、刈り取り穀稈が脱穀されて1番物がグレンタンク7に収容される遅れ時間(Td+Tm)の経過後、刈り取り作業の停止中にグレンタンク7に排出される収量を機体8の刈り取り停止位置に対応する圃場位置での収穫量とするように設定されている。
理論的にはコンバインが刈り取り作業を停止した後は、1番物がグレンタンク7に収容される遅れ時間(Td+Tm)を越え、2番物の回収が終了した時点以降はグレンタンク7に穀粒が排出されることはない。しかしコンバインは構造上脱穀部6内に必ず残留する穀粒が存在するため、上記コンバインの刈り取り作業停止直前に刈り取った穀稈が脱穀されて穀粒がグレンタンク7に収容されるまでの最大の遅れ時間(Td+Tmを越え、2番物の回収収量まで)を経過した後も残留する穀粒(1番物や2番物)が排出され続ける。
刈り取り作業の継続中は順次残留する穀粒は排出されるため、刈り取り停止以降グレンタンク7に排出される残留穀粒は機体8の刈り取り停止位置に対応する圃場位置での収穫量と考えられる。
上記のように1番物がグレンタンク7に収容される遅れ時間(Td+Tm)の経過後、刈り取り作業の停止中にグレンタンク7に排出される収量を機体8の刈り取り停止位置に対応する圃場位置での収穫量に組み込むことによって、機体8の停止位置に対応する圃場位置での収穫量の精度が向上し、収量マップの精度が向上する。また例えばトラックに排出するための移動経路中の収穫量とするような不都合も防止される。
一方収量演算システム31は、刈り取り作業の開始時点を基準に演算を行うように設定されている。このとき狭持穀稈あり刈り取り停止データから刈り取り中データに切り替わった場合は、前処理部3には穀稈が狭持されており、作業開始から前処理部3に狭持されている穀稈が脱穀されてグレンタンク7に回収される穀粒は、今回の刈り取り作業を開始する前に機体8が刈り取り作業を停止した位置に対応する圃場位置での収穫量である。
このため収量演算手段S5の補正手段は、刈り取り開始位置の時点から、前処理部3に狭持されている穀稈が脱穀されて1番物がグレンタンク7に収容される遅れ時間(Td+Tm)が経過するまでの収穫量を、今回の刈り取り作業を開始する前に機体8が刈り取り作業を停止した位置に対応する圃場位置での収穫量とするように設定されている。
これにより機体8の停止位置に対応する圃場位置での収穫量の精度が向上し、さらに刈り取り開始時点で前処理部3に狭持されている穀稈の脱穀粒が除かれることによって刈り取り開始以降の各圃場位置での収穫量の精度が向上し、収量マップの精度が向上する。
なお上記作業状態検出手段を、従来他の目的で設けられているセンサ(前処理部ポテンショメータ52及び前処理穀稈スイッチ53)を兼用して構成することによって特別にセンサ等を設ける必要がなく、機体8の作業状態の検出手段を低コストで設けることができる。
一方上記収量センサ24は、揚上搬送筒22から排出される穀粒の衝突を穀粒の当接によって検知する当接部と、該当接部に取り付けられて、穀粒の衝突力を測定する荷重測定器(ロードセル)とからなる。穀粒の排出量の増減に比例して当接部への衝突力が変化することを用い、ロードセルによって当接板側の衝突力を測定し、比例定数をかけて穀粒の流量を測定する構造となっている。
ただし上記比例定数は穀粒の種類によって変化する。例えば図7に示されるように、稲と麦とでは稲の方が比例定数が大きくなる。このため穀粒の種類に応じて収量演算手段S5側に対応する比例定数を、手動又は穀粒の色等により穀粒の種類を判断して自動で切り替えて与えることができるように構成されている。これによりグレンタンクへの穀粒の流量測定が正確になり、収量マップの精度が向上する。
3 前処理部
6 脱穀部
7 グレンタンク(収容部)
8 機体
24 収量センサ(収量測定部)
31 収量測定システム
38 GPSセンサ(機体位置測定手段)
52 前処理部ポテンショメータ(高さ検出手段)
53 前処理穀稈スイッチ(穀稈検出手段)
6 脱穀部
7 グレンタンク(収容部)
8 機体
24 収量センサ(収量測定部)
31 収量測定システム
38 GPSセンサ(機体位置測定手段)
52 前処理部ポテンショメータ(高さ検出手段)
53 前処理穀稈スイッチ(穀稈検出手段)
Claims (3)
- 圃場の穀稈の刈り取り作業を行う上下昇降自在な前処理部(3)と、前処理部(3)により刈り取られた穀稈の脱穀作業を行う脱穀部(6)と、脱穀部(6)からの脱穀後の籾を収容する収容部(7)とを設け、脱穀部(6)側から収容部(7)に排出される籾の流量を測定する収量測定部(24)を設け、圃場内における機体(8)の位置を測定する機体位置測定手段(38)を設け、収量測定部(24)による籾の測定時点と刈取り時点との時間差に基づき、収量測定部(24)による測定値から上記時間差分前の籾の収穫量を演算し、該演算された収穫量を上記時間差分前の機体(8)の位置に対する圃場位置の収穫量として設定する収量測定システム(31)を設けたコンバインにおいて、刈り取り作業開始時点と、刈り取り作業停止時点とを検出する作業状態検出手段を設け、作業状態検出手段による検出結果に基づき、所定の圃場位置の収穫量を補正する補正手段を設けたコンバインにおける収量測定システム。
- 作業状態検出手段を、前処理部(3)に穀稈を狭持した状態で刈り取り作業を停止している場合と、前処理部(3)に穀稈を狭持していない状態で刈り取り作業を停止している場合とを各別に検出するように構成した請求項1のコンバインにおける収量測定システム。
- 作業状態検出手段を、コンバインの自動制御で使用される前処理部の高さを検出する高さ検出手段(52)と前処理部内の穀稈の有無を検出する穀稈検出手段(53)とから構成した請求項1又は2のコンバインにおける収量測定システム。
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