JP2015006160A - 農作物排出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】農作物の排出作業の際に、作業者の熟練度による作業時間のばらつきを抑えられ、作業性を向上させることが可能な農作物排出装置を提供する。
【解決手段】農作物排出装置１００は、撮像手段１１０と、マーカー１２１と、排出口位置算出手段１３２と、排出口位置制御手段１３１と、を備え、排出口位置算出手段１３２は、撮像手段１１０により撮像された画像内のマーカー１２１を特定して、機体２に対するマーカー１２１の位置を算出して、算出したマーカー１２１の位置に対して、所定の位置関係を有する位置を、排出口１７ａの目標位置として算出する。
【選択図】図５

Description

本発明は、農作物排出装置に関する。

従来、排出オーガから穀粒を排出するコンバインの技術は公知である（例えば、特許文献１）。

特許文献１に記載のコンバインは、容器に容器内を撮影可能なカメラを設けている。そして、当該コンバインは、排出オーガの排出口が容器の直上方に存在している状態で、カメラによって撮影された画像の分析結果に基づいて排出オーガの排出口を移動制御する。
これにより、穀粒を容器の全体に空隙無く均一に収納することが可能となる。

しかし、この前段階では、作業者は、コンバインの操縦部から、容器の位置を目視で確認して、そして、手動で排出オーガ用の操作具を操作して、排出オーガの排出口を容器の直上方まで移動させていた。このとき、排出オーガの操作が作業者の感覚に頼って行われていたため、作業者の熟練度によっては、排出オーガの排出口を容器の直上方まで移動させるのに時間がかかり、作業性が低下するおそれがあった。

特開２００８−１８２９４５号公報

本発明は、農作物の排出作業の際に、作業者の熟練度による作業時間のばらつきを抑えられ、作業性を向上させることが可能な農作物排出装置を提供する。

請求項１に記載の農作物排出装置は、
収穫した農作物を機体の外部へ排出する排出手段を有し、前記排出手段には農作物の排出口及び関節が設けられ、前記関節を動かすことにより前記排出口を移動させることができる走行型収穫機に関して、前記排出手段の排出口から容器内へ農作物を排出させるための農作物排出装置であって、
前記走行型収穫機の排出手段又は機体に取り付けられる撮像手段と、
前記容器に対して定位置に配置されるマーカーと、
農作物が前記排出手段の排出口から前記容器内へ排出されるときの前記排出口の目標位置を算出する排出口位置算出手段と、
前記排出手段の排出口を前記排出口の目標位置へ移動させる排出口位置制御手段と、
を備え、
前記排出口位置算出手段は、前記撮像手段により撮像された画像内の前記マーカーを特定して、前記機体に対する前記マーカーの位置を算出して、算出した前記マーカーの位置に対して、所定の位置関係を有する位置を、前記排出口の目標位置として算出する。

請求項２に記載の農作物排出装置においては、
前記走行型収穫機はコンバインであり、前記排出手段は前記コンバインの排出オーガである。

請求項３に記載の農作物排出装置においては、
前記マーカーと前記排出口の目標位置との前記所定の位置関係に関する情報を記憶する位置情報記憶手段を備え、
前記排出口位置算出手段は、前記位置情報記憶手段から前記所定の位置関係に関する情報を取得する。

請求項４に記載の農作物排出装置においては、
前記マーカーは、前記マーカーと前記排出口の目標位置との前記所定の位置関係に関する情報を有しており、
前記排出口位置算出手段は、前記マーカーから前記所定の位置関係に関する情報を取得する。

請求項５に記載の農作物排出装置においては、
前記マーカーが、複数種類存在しており、
前記所定の位置関係に関する情報が、前記マーカーの種類に対応して、複数種類存在しており、
前記排出口位置算出手段は、用いられる前記マーカーの種類に対応した、前記所定の位置関係に関する情報を用いて、前記排出口の目標位置を算出する。

請求項６に記載の農作物排出装置においては、
前記容器に関する情報を記憶する容器情報記憶手段と、
前記容器に関する情報を、前記容器情報記憶手段から取得する容器情報取得手段と、
を備える。

請求項７に記載の農作物排出装置においては、
前記容器に関する情報を有する前記マーカーと、
前記マーカーから前記容器に関する情報を取得する容器情報取得手段と、
を備える。

請求項８に記載の農作物排出装置においては、
前記マーカーが、複数種類存在しており、
前記容器に関する情報が、前記マーカーの種類に対応して、複数種類存在しており、
前記容器情報取得手段は、用いられる前記マーカーの種類に対応した、前記容器に関する情報を取得する。

請求項９に記載の農作物排出装置においては、
前記撮像手段が、前記機体の側部に設けられ、
前記マーカーが、前記容器の側部に設けられる。

請求項１０に記載の農作物排出装置においては、
前記撮像手段は、前記機体と前記排出手段との連結部の近傍に配置される。

請求項１１に記載の農作物排出装置においては、
前記撮像手段の前記機体に対する回動角度を変更可能な支持機構を備える。

請求項１に記載の農作物排出装置によれば、排出口位置算出手段により排出口の目標位置が算出されて、排出口位置制御手段により、排出手段の排出口が、排出口の目標位置へ移動されるので、作業者が感覚に頼って排出手段を操作する必要がなくなる。これにより、農作物の排出作業の際に、作業者の熟練度による作業時間のばらつきを抑えられ、作業性を向上させることが可能となる。

請求項２に記載の農作物排出装置によれば、排出口位置算出手段により排出口の目標位置が算出されて、排出口位置制御手段により、排出オーガの排出口が、排出口の目標位置へ移動されるので、作業者が感覚に頼って排出オーガを操作する必要がなくなる。これにより、コンバインの穀粒排出作業の際に、作業者の熟練度による作業時間のばらつきを抑えられ、作業性を向上させることが可能となる。

請求項３に記載の農作物排出装置によれば、作業者が、予め、マーカーと排出口の目標位置との位置関係を決めておき、この位置関係に関する情報（所定の位置関係に関する情報）を、位置情報記憶手段に記憶させておくことで、排出口位置算出手段が、この情報を用いて、排出口の目標位置を算出することが可能となる。

請求項４に記載の農作物排出装置によれば、作業者が、予め、マーカーと排出口の目標位置との位置関係を決めておき、この位置関係に関する情報（所定の位置関係に関する情報）を、マーカー（バーコード、ＱＲコード（登録商標）等）に入力しておくことで、排出口位置算出手段が、この情報を用いて、排出口の目標位置を算出することが可能となる。

請求項５に記載の農作物排出装置によれば、作業者が、作業に用いられる容器の種類に合わせて、配置されるマーカーの種類を変更することによって、排出口位置算出手段が、作業に用いられる容器の種類に適合した、排出口の目標位置を算出することが可能となる。

請求項６に記載の農作物排出装置によれば、作業者が、予め、容器に関する情報を、容器情報記憶手段に記憶させておくことで、容器情報取得手段が、この容器に関する情報を取得することが可能となる。

請求項７に記載の農作物排出装置によれば、作業者が、予め、容器に関する情報を、マーカー（バーコード、ＱＲコード（登録商標）等）に入力しておくことで、容器情報取得手段が、容器に関する情報を取得することが可能となる。

請求項８に記載の農作物排出装置によれば、作業者が、作業に用いられる容器の種類に合わせて、配置されるマーカーの種類を変更することによって、容器情報取得手段が、作業に用いられる容器の種類に適合した、容器に関する情報を取得することが可能となる。

請求項９に記載の農作物排出装置によれば、撮像手段を機体の側部に設けて、マーカーを容器の側部に設けることで、機体の横付け作業が行われたときに、撮像手段の画像内に、マーカーが写り込みやすくなるようにすることが可能である。

請求項１０に記載の農作物排出装置によれば、撮像手段を、機体と排出オーガとの連結部の近傍に配置することで、撮像手段が、排出オーガの可動範囲に合わせた良好な撮像視野を得ることが可能となる。

請求項１１に記載の農作物排出装置によれば、支持機構により撮像手段の機体に対する回動角度を変更して、撮像手段の向き（撮像視野）を調整することが可能となり、また、撮像手段により撮像された画像の歪みが小さくなるように調整することが可能となる。

コンバインの側面図。 排出オーガの構造を示す図。 排出オーガの先端の斜視図。 （ａ）搬送車の上面図、（ｂ）搬送車の側面図、（ｃ）マーカーの正面図。 コンバインの制御機構の構成を示すブロック図。 制御フローを示すフローチャート。 機体を搬送車に横付けした状態を示す図。 （ａ）排出オーガから容器内に穀粒を排出している状態を示す上面図、（ｂ）図８（ａ）の一部拡大斜視図。 （ａ）撮像手段の取り付け位置の変形例を示す上面図、（ｂ）容器の側部に設けられたマーカーを示す図。 複数種類の容器が用いられる場合の観念図。 （ａ）機体を斜め後ろから見た斜視図であり、機体の側部に設けられた撮像手段を示す図、（ｂ）図１１（ａ）に示される撮像手段及び支持機構の拡大図。

農作物排出装置は、コンバイン等の走行型収穫機により収穫された農作物（例えば、穀粒、人参、じゃがいも等）を、前記走行型収穫機から所定の容器内に排出する作業を支援する装置である。

以下では、走行型収穫機の一例であるコンバイン１について説明する。

図１に示すように、コンバイン１は、エンジン３、走行部４、刈取部５、脱穀部６、選別部７、穀粒排出部８、及び排藁処理部９を備える。
コンバイン１は、エンジン３の動力を、走行部４、刈取部５、脱穀部６、選別部７、穀粒排出部８、及び排藁処理部９に伝達して、これらの各部を駆動させる。

走行部４は、機体２の下部に設けられる。走行部４は、エンジン３からの動力を変速する変速機構（ＨＳＴ等）、及び左右一対のクローラを有するクローラ式走行装置１０を備える。
クローラ式走行装置１０は、エンジン３の動力を伝達されて駆動する。これにより、機体２が走行する。

刈取部５は、機体２の前部に昇降可能に設けられる。刈取部５は、分草具１１、引起部１２、刈取搬送部１３及び切断部１４を有する。
刈取部５は、圃場の穀稈を分草具１１により分草し、分草後の穀稈を引起部１２により引き起こし、引起後の穀稈を刈取搬送部１３により後方へ搬送しつつ切断部１４により切断し、切断後の穀稈を刈取搬送部１３により脱穀部６に向けてさらに後方へ搬送する。

脱穀部６は、機体２の左上側に配置される。脱穀部６は、フィードチェン、扱胴、及び処理胴を有する。
脱穀部６は、刈取部５から搬送されてきた刈取後の穀稈を前記フィードチェンにより受け継いで後方へ搬送し、その搬送中の穀稈を前記扱胴により脱穀し、脱穀後の処理物を選別部７に向けて下方へ漏下させる。
また、脱穀部６は、前記扱胴により脱穀されなかった未処理物を、扱室から送塵口を介して処理室に搬送して、前記処理胴により処理する。そして、前記処理胴による処理物は、選別部７へ落下する過程で処理胴網により選別される。なお、前記扱室内の未処理物はその移動速度（滞留時間）を送塵弁により調節される。前記処理胴網から受樋へと落下した処理物は、リターンコンベアにより前方に搬送され、前記リターンコンベアの前端に設けられた排気口から選別部７に投入される。

選別部７は、機体２の左下側に配置される。選別部７は、揺動選別装置、風選別装置、及び穀粒搬送装置（一番コンベア、揚動装置、二番コンベア、及び二番還元装置）、エンジン３の動力を前記穀粒搬送装置に伝達する選別ベルトを有する。
選別部７は、脱穀部６から落下してきた処理物を前記揺動選別装置により揺動選別し、揺動選別後のものを前記風選別装置により風選別し、風選別後のもののうち、一番物を前記一番コンベアにより前記揚動装置へ搬送して、つづいて前記揚動装置により穀粒排出部８のグレンタンク１５へ搬送する。
また、選別部７は、二番物を前記二番コンベアにより前記二番還元装置へ搬送して、つづいて前記二番還元装置により脱穀部６の扱室又は前記揺動選別装置の上方空間へ搬送する。その後、二番物は、脱穀されて、又は脱穀されずに、前記揺動選別装置及び風選別装置により再選別される。

穀粒排出部８は、グレンタンク１５、穀粒センサ１６（図５参照）、排出オーガ１７、及びスクリューコンベアを有する。グレンタンク１５は、機体２の右後側に配置されており、グレンタンク１５にはグレンタンク１５内の穀粒の収容量を検出する穀粒センサ１６が設けられている。グレンタンク１５には排出オーガ１７が接続されている。排出オーガ１７は、機体２上部にて、グレンタンク１５の後部から前方へ突出している。排出オーガ１７の先端には、穀粒を排出するための排出口１７ａが形成されている。グレンタンク１５及び排出オーガ１７には、前記スクリューコンベアが内設されている。前記スクリューコンベアは、テンションプーリ状のオーガクラッチ１９を介してエンジン３に接続されており、エンジン３の動力を伝達されて駆動する。オーガクラッチ１９には、オーガクラッチ１９の入切を行うためのアクチュエータ（モータ）２１が接続されている。
グレンタンク１５内の穀粒は前記スクリューコンベアにより排出オーガ１７内を搬送されて、排出オーガ１７の排出口１７ａから機体２外部へ排出される。

排藁処理部９は、機体２の後側に配置される。排藁処理部９は、排藁搬送装置２２、及び排藁切断装置２３を有する。
排藁処理部９は、脱穀部６から搬送されてきた脱穀済みの排稈を、排藁として排藁搬送装置２２により後方へ搬送して機体２の外部へ排出し、又は排藁切断装置２３へ搬送し、排藁を排藁切断装置２３へ搬送した場合には、排藁切断装置２３により切断した後に機体２の外部へ排出する。

コンバイン１には、水平面に対する機体２の傾斜角度を変更することができる機体傾斜機構２４（図５参照）と、機体２の傾斜角度を検出する傾斜センサが設けられている。機体傾斜機構２４は、走行部４及び機体２の間に設けられる傾斜アクチュエータ（油圧シリンダ）を有しており、前記傾斜アクチュエータを駆動させることで、機体２を前後左右に傾斜させる。

機体２の前側には操縦部２０が設けられている。操縦部２０には、運転席、ハンドル、走行レバー、変速レバー、機体傾斜機構２４に接続される傾斜操作レバー等の各種操作具が設けられている。

以下では、排出オーガ１７及びその周辺の構成について説明する。

図２に示すように、排出オーガ１７には、四つの関節Ｊ１〜Ｊ４が設けられている。関節Ｊ１〜Ｊ４は、排出オーガ１７の先端へ向かって、第一関節Ｊ１、第二関節Ｊ２、第三関節Ｊ３、第四関節Ｊ４の順に配置されている。排出オーガ１７の先端には、排出口１７ａが形成されている。

第一関節Ｊ１は回転関節（ねじり関節）であり、第二関節Ｊ２は回転関節（曲げ関節）であり、第三関節Ｊ３は直動関節であり、第四関節Ｊ４は回転関節（曲げ関節）である。
なお、本実施形態では、第四関節Ｊ４は、排出オーガ１７の排出口１７ａの向きを変えるための関節である。第四関節Ｊ４の回転角度θ_４は、排出オーガ１７から穀粒排出を行わない場合は０度、行う場合は排出口１７ａが下方を向く９０度に固定されていることとする。
なお、排出オーガ１７に関しては、その関節が複数の回転関節で構成され、直動関節（第三関節Ｊ３）を有さないものであってもよい。

図２には、コンバイン１と排出オーガ１７の運動学モデルが示されている。
コンバイン１は、圃場座標系ΣＯ_ｆ−ｘ_ｆｙ_ｆｚ_ｆにおいて、ｘｙ平面上を動くクローラ台車で、その位置座標は［^ｆｘ_ν ^ｆｙ_ν］^Ｔ、方向は^ｆθ_ν、で示される。

また、コンバイン１の排出オーガ１７は、四つの関節Ｊ１〜Ｊ４を備える、４自由度マニピュレータとみなすことができる。排出オーガ１７は、コンバイン１の質量中心位置Ｏ_νから［ρ_ｍｃｏｓθ_ｍ ρ_ｍｓｉｎθ_ｍ］^Ｔだけずれた位置Ｏ_０に設けられている。４自由度の関節Ｊ１〜Ｊ４は、第三関節Ｊ３のみ直動関節で、それ以外の関節Ｊ１・Ｊ２・Ｊ４は回転関節である。各関節Ｊ１〜Ｊ４の関節変数は、それぞれθ_１、θ_２、ｄ_３、θ_４とし、排出オーガ１７の基端（排出オーガ１７と機体２との連結部）から第二関節Ｊ２までの高さをｈとする。

コンバイン１（機体２）の座標系ΣＯ_ν−ｘ_νｙ_νｚ_νから見た排出オーガ１７の先端位置（排出口１７ａの位置）は、下記（数１）で示される。

これより、排出オーガ１７の目標先端位置（排出口１７ａの目標位置）が与えられた場合の各関節Ｊ１〜Ｊ４の目標値を求める逆運動学問題は、下記（数２）で示される。
なお、第四関節Ｊ４は、排出口１７ａを下方に向けるため、θ_４＝−π／２、とする。

図５に示すように、排出オーガ１７の各関節Ｊ１〜Ｊ４には、各関節Ｊ１〜Ｊ４を動かすためのアクチュエータ３１・３２・３３・３４がそれぞれ接続されている。アクチュエータ３１・３２・３３・３４は、例えば、油圧シリンダやモータで構成される。各アクチュエータ３１・３２・３３・３４は、各関節Ｊ１〜Ｊ４を動かして、排出オーガ１７先端位置（排出口１７ａの位置）を変更する。各アクチュエータ３１・３２・３３・３４には、各関節Ｊ１〜Ｊ４の関節変数θ_１・θ_２・ｄ_３・θ_４を検出するためのセンサ４１・４２・４３・４４がそれぞれ接続されている。

以下では、農作物排出装置１００について説明する。
農作物排出装置１００は、撮像手段１１０と、マーカー１２１と、制御装置１３０と、を備える。

図３に示すように、撮像手段（カメラ）１１０は、排出オーガ１７の先端寄りの箇所に取り付けられている。撮像手段１１０は、排出オーガ１７と一体移動するように構成されている。
撮像手段１１０は、排出オーガ１７から下方を撮像する姿勢に固定されている。このように構成することで、排出オーガ１７の先端が高い位置に移動されると、撮像手段１１０が排出オーガ１７の下方を広範囲に撮像できるようになる。その結果、撮像手段１１０の画像内に、後述するマーカー１２１が写り込みやすくなり、マーカー１２１が見つかりやすくなる。

グレンタンク１５内の穀粒は、排出オーガ１７の排出口１７ａから、容器（穀粒タンク）６１内へ排出される。
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、容器６１は、搬送車６０の荷台に載置されている。搬送車６０の操縦部の屋根には、板状部材が配置されており、前記板状部材の上面にはマーカー１２１が描かれている。これにより、マーカー１２１が容器６１に対して定位置に配置された状態となっている。
マーカー１２１は、容器６１の直前方に存在しており、容器６１の近傍にて上向きに配置されている。

図４（ｃ）に示すように、マーカー１２１は、前記板状部材の縁側部１２１ａを黒塗りにして、内側部１２１ｂを白塗りにして、内側部１２１ｂ（白塗り部分）に黒文字で「Ａ」と表示した外観を有している。このようにマーカー１２１の外観を構成するのは、撮像手段１１０により撮像された画像中のマーカー１２１（文字「Ａ」）を特定しやすくするためである。なお、マーカー１２１の色に関しては、白黒が反転していてもよい。

また、マーカーの色に関しては、本実施形態のような白黒に限定されない。例えば、マーカーの色に関しては、縁側部を濃色（又は淡色）にして、内側部を淡色（又は濃色）にして、「Ａ」の文字を濃色（又は淡色）にする。そして、撮像手段１１０により撮像されたマーカーの画像に対して二値化処理が行われたときに、縁側部が黒塗り（又は白塗り）で表示され、内側部が白塗り（又は黒塗り）で表示され、文字「Ａ」が黒文字（又は白文字）で表示されるように構成してもよい。

なお、マーカー１２１に関しては、縁側部１２１ａ（黒塗り部分）を設けなくてもよいが、本実施形態のように縁側部１２１ａを設けることによって、撮像手段１１０により撮像された画像中のマーカー１２１（文字「Ａ」）をより特定しやすくなる点で有利である。

また、本実施形態では、マーカー１２１には文字「Ａ」が表示されているが、向きを特定できる形状を有するものであれば、他のしるし（文字、記号、図形等）が表示されても良い。従って、「Ａ」に換えて、「Ｂ」や「↑」を表示することはできるが、「○」や「×」を表示することはできない。これは、「Ｂ」や「↑」は、向きを特定できるのに対して、「○」や「×」は、向きを特定できないからである。
図４（ｃ）に示すように、マーカー１２１に対する前後左右方向は、文字「Ａ」の向きを基準にして設定されている。

図５に示すように、制御装置１３０は、排出口位置制御手段１３１、排出口位置算出手段１３２、位置情報記憶手段１３３、容器情報記憶手段１３４、容器情報取得手段１３５、及び穀粒排出量制御手段１３７を有している。

排出口位置制御手段１３１には、アクチュエータ３１・３２・３３・３４が接続されている。排出口位置制御手段１３１は、アクチュエータ３１・３２・３３・３４を操作することによって、排出オーガ１７の動作を制御して、排出口１７ａを移動させることが可能である。
排出口位置制御手段１３１には、センサ４１・４２・４３・４４が接続されている。排出口位置制御手段１３１は、各センサ４１・４２・４３・４４から各関節Ｊ１〜Ｊ４の関節変数θ_１・θ_２・ｄ_３・θ_４に関する情報を取得することが可能である。
排出口位置制御手段１３１には、機体傾斜機構２４が接続されている。排出口位置制御手段１３１は、機体傾斜機構２４の傾斜アクチュエータを操作して、機体２を傾斜させることが可能である。
排出口位置制御手段１３１には、穀粒排出操作具２５が接続されている。穀粒排出操作具２５は、作業者が穀粒排出作業を開始するときに操作する操作具であり、例えば、ボタンやレバーで構成される。穀粒排出操作具２５は、操縦部２０に設けられている。作業者が、穀粒排出操作具２５を操作すると、穀粒排出操作具２５から排出口位置制御手段１３１に信号が送信されるように構成されている。

排出口位置算出手段１３２は、排出オーガ１７の排出口１７ａから穀粒が排出されるときの排出口１７ａの目標位置Ｐ１を算出するものである。排出口位置算出手段１３２が排出口１７ａの目標位置Ｐ１を算出するときの手順についての詳細な説明は後述する。
排出口位置算出手段１３２には、撮像手段１１０が接続されている。排出口位置算出手段１３２は、撮像手段１１０により撮像された画像のデータを取得することが可能である。

位置情報記憶手段１３３には、マーカー１２１と、排出口１７ａの目標位置Ｐ１と、の所定の位置関係に関する情報が記憶されている。この情報は、以下の手順で記憶される。
作業者は、予め、マーカー１２１と、排出口１７ａの目標位置Ｐ１と、の位置関係を決めておく。具体的には、作業者は、例えば、マーカー１２１から後方向にｍメートル、上方向にｎメートル離れた位置を、排出口１７ａの目標位置Ｐ１に設定するといったことを、予め決めておく（図４（ａ）及び図４（ｂ）参照）。そして、作業者は、この予め決めておいた、マーカー１２１と、排出口１７ａの目標位置Ｐ１と、の位置関係に関する情報（前記所定の位置関係に関する情報）を、位置情報記憶手段１３３に記憶させておく。

容器情報記憶手段１３４には、容器６１に関する情報が記憶されている。容器６１に関する情報とは、容器６１の形状・穀粒収容可能量等の情報である。

容器情報取得手段１３５には、撮像手段１１０が接続されている。容器情報取得手段１３５は、撮像手段１１０により撮像された画像のデータを取得することが可能である。
容器情報取得手段１３５は、容器６１に関する情報を容器情報記憶手段１３４から取得することが可能である。

穀粒排出量制御手段１３７には、アクチュエータ２１に接続されている。穀粒排出量制御手段１３７は、アクチュエータ２１を操作して、オーガクラッチ１９の入切操作を行うことで、前記スクリューコンベアの動作を制御して、排出オーガ１７の排出口１７ａからの穀粒の排出・停止を切り換えることが可能である。
穀粒排出量制御手段１３７には、穀粒センサ１６が接続されている。穀粒排出量制御手段１３７は、穀粒センサ１６から、グレンタンク１５内の穀粒の収容量に関する情報を取得することが可能である。

以下では、穀粒の排出作業が行われるときの手順ステップＳ１〜Ｓ９について、図６を参照して説明する。

ステップＳ１において、作業者は、圃場内において刈取作業によってグレンタンク１５内に穀粒を収納した後、圃場外に駐車された搬送車６０に対して、コンバイン１（機体２）を圃場内から横付けする（図７参照）。そして、作業者は、穀粒排出操作具２５を操作する。これにより、排出口位置制御手段１３１が穀粒排出操作具２５から信号を受信する。

ステップＳ２において、排出口位置制御手段１３１は、穀粒排出操作具２５から信号を受信するすると、アクチュエータ３１・３２・３３を操作して、排出オーガ１７の関節Ｊ１〜Ｊ３を駆動させて、排出オーガ１７の先端を移動させる。
なお、本実施形態では、機体２が搬送車６０に対して並列に停止される（横付けされる）ことを前提としている。そして、排出口位置制御手段１３１は、穀粒排出操作具２５から信号を受信するすると、排出オーガ１７の先端を側方（搬送車６０側）へ移動させるようにプログラミングされていることとする。また、このとき、排出口位置制御手段１３１は、排出オーガ１７の先端をなるべく高い位置へ移動させて、撮像手段１１０の撮像範囲を広げて、撮像手段１１０の画像内に、マーカーが写り込みやすい状態にするように構成されている。なお、機体２が搬送車６０に対して後付けされることを前提としている場合には、排出口位置制御手段１３１が、穀粒排出操作具２５から信号を受信すると、排出オーガ１７の先端を後方に移動させるように構成すればよい。

ステップＳ３において、排出口位置算出手段１３２は、撮像手段１１０により撮像された画像のデータを取得して、当該画像に対して二値化処理を行い、そして、当該画像内のマーカー１２１を特定する。

ステップＳ４において、排出口位置算出手段１３２は、前記画像内のマーカー１２１を特定すると、機体２に対するマーカー１２１の位置（機体２の座標系ΣＯ_ν−ｘ_νｙ_νｚ_νから見たマーカー１２１の位置）を算出する。マーカー１２１の位置は以下のように算出される。
排出口位置算出手段１３２は、撮像手段１１０により撮像されたマーカー１２１の文字「Ａ」の画像と、予め記憶されているマーカー１２１の文字「Ａ」の形状・サイズ等に関する情報と、を比較することで、撮像手段１１０とマーカー１２１との位置関係、及び文字「Ａ」の向きを算出する。そして、排出口位置算出手段１３２は、上記算出した撮像手段１１０とマーカー１２１との位置関係に関する情報と、予め記憶されている撮像手段１１０の取り付け位置に関する情報に基づいて、機体２に対するマーカー１２１の位置を算出する。なお、撮像手段により撮像された画像内の、特定の物体（マーカー１２１）の位置を算出する画像処理解析技術については公知であるため詳細な説明は省略する。

ステップＳ５において、排出口位置算出手段１３２は、算出したマーカー１２１の位置に対して所定の位置関係を有する位置を、排出口１７ａの目標位置Ｐ１として算出する。
前記所定の位置関係に関する情報は、位置情報記憶手段１３３に記憶されているものである。
本実施形態では、位置情報記憶手段１３３には、排出口１７ａの目標位置Ｐ１を、マーカー１２１から後方行にｍメートル、上方向にｎメートル離れた位置に設定する旨の情報が記憶されていることとする（図４（ａ）及び図４（ｂ）参照）。
排出口位置算出手段１３２は、前記所定の位置関係に関する情報を位置情報記憶手段１３３から取得して、この取得した情報を用いて、排出口１７ａの目標位置Ｐ１を算出する。
また、排出口位置算出手段１３２は、排出口１７ａの目標位置Ｐ１を、機体２の座標系ΣＯ_ν−ｘ_νｙ_νｚ_νから見た値で算出する。

ステップＳ６において、排出口位置制御手段１３１は、各関節Ｊ１〜Ｊ３の関節変数θ_１・θ_２・ｄ_３の目標値θ_１’・θ_２’・ｄ_３’を算出する。
関節変数θ_１・θ_２・ｄ_３の目標値θ_１’・θ_２’・ｄ_３’は、排出口１７ａが、排出口１７ａの目標位置Ｐ１に存在するときの関節変数θ_１・θ_２・ｄ_３の値である。
排出口位置制御手段１３１は、上記（数２）を用いて、関節変数θ_１・θ_２・ｄ_３の目標値θ_１’・θ_２’・ｄ_３’を算出する。

ステップＳ７において、排出口位置制御手段１３１は、各関節Ｊ１〜Ｊ３の関節変数θ_１・θ_２・ｄ_３が目標値θ_１’・θ_２’・ｄ_３’になるように、各アクチュエータ３１・３２・３３を操作する。これにより、排出オーガ１７の排出口１７ａが、排出口１７ａの目標位置Ｐ１（容器６１の直上方）へ移動される（図８（ａ）及び図８（ｂ）参照）。
このとき、排出口位置制御手段１３１は、センサ４１・４２・４３の検出値が目標値θ_１’・θ_２’・ｄ_３’になったか否かを確認することによって、排出オーガ１７の排出口１７ａが、排出口１７ａの目標位置Ｐ１に到達したか否かを判断する。

ステップＳ８において、容器情報取得手段１３５は、容器情報記憶手段１３４から容器６１に関する情報を取得する。

ステップＳ９において、穀粒排出量制御手段１３７は、オーガクラッチ１９を入状態にして、排出オーガ１７の排出口１７ａから穀粒Ｋを排出させる（図８（ａ）及び図８（ｂ）参照）。
このとき、穀粒排出量制御手段１３７は、穀粒センサ１６の検出値に基づいて、容器６１への穀粒排出量を把握することが可能であり、さらに、容器情報取得手段１３５が取得した容器６１に関する情報に基づいて、容器６１の穀粒収容可能量を把握することが可能である。これにより、穀粒排出量制御手段１３７は、これらの把握した情報に基づいて、容器６１への穀粒排出量を、容器６１の穀粒収容可能量に合わせて、適切な量に調整することが可能である。
図８（ｂ）に示すように、また、容器６１内の穀粒Ｋが一箇所に山積みにならないようにするために、上面センサ２６を用いてもよい。
上面センサ２６は排出オーガ１７の先端に取り付けられている。上面センサ２６は、上面センサ２６から光を照射して、この光が容器６１内の穀粒Ｋの上面で反射して、上面センサ２６へ戻ってくるまでの時間を測ることによって、上面センサ２６と穀粒Ｋの上面との距離を算出して、そして、上面センサ２６と穀粒Ｋの上面との距離画像を作成する構成を有する。前記距離画像は、上面センサ２６と、穀粒Ｋの上面の各箇所と、の距離の違いを色、あるいは濃淡で表した画像である。
排出口位置制御手段１３１は、穀粒排出量制御手段１３７により容器６１内に穀粒Ｋが排出されている状態で、前記距離画像に基づいて、容器６１内の穀粒Ｋの上面の高さ（凹凸）を把握して、穀粒Ｋの堆積量が少ない箇所（上面センサ２６と穀粒Ｋの上面との距離が遠い箇所）に排出口１７ａを移動させることで、容器６１内の穀粒Ｋの上面を均平化することが可能となる。

以上のように構成することによって、上記ステップＳ５に示すように、排出口位置算出手段１３２により、排出口１７ａの目標位置Ｐ１が算出されて、上記ステップＳ７に示すように、排出口位置制御手段１３１により、排出オーガ１７の排出口１７ａが、排出口１７ａの目標位置Ｐ１へ移動されるので、作業者が感覚に頼って排出オーガ１７を操作する必要がなくなる。これにより、作業者の熟練度による作業時間のばらつきを抑えられ、作業性を向上させることが可能となる。

なお、撮像手段１１０を機体２に取り付けてもよい。
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、例えば、撮像手段１１０を、機体２の側部に取り付けて、撮像手段１１０が機体２により側方を撮像するように構成する。そして、マーカー１２１を、搬送車６０の側部又は容器６１の側部に取り付けて、横向きに配置する。そして、機体２が搬送車６０の側方に停止された（横付けされた）ときに、撮像手段１１０の画像内にマーカー１２１が写り込むように構成してもよい。
図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、撮像手段１１０を機体２の側部に設けて、マーカー１２１を容器６１の側部に設けることで、機体２の横付け作業が行われたときに、撮像手段１１０の画像内に、マーカー１２１が写り込みやすくなるようにすることが可能である。
また、機体２が搬送車６０に対して後付けされる場合には、撮像手段１１０を、機体２の後部に取り付けて、撮像手段１１０により機体２の後方を撮像するように構成すればよい。
撮像手段１１０を機体２の後部に設けて、マーカー１２１を容器６１の側部に設けることで、機体２の後付け作業が行われたときに、撮像手段１１０の画像内に、マーカー１２１が写り込みやすくなるようにすることが可能である。
なお、上記したように、撮像手段１１０を機体２の側部（後部）に設けて、マーカー１２１を容器６１の側部に設けるように構成した場合には、上記ステップＳ１において、機体２が搬送車６０に横付け（後付け）された後は、上記ステップＳ２をとばして、上記ステップＳ３に移行することとなる。

図１１（ａ）に示すように、撮像手段１１０を、機体２と排出オーガ１７との連結部１７ｂの近傍に配置してもよい。本実施形態では、連結部１７ｂが機体２の後側部に存在しているので、撮像手段１１０が機体２の後側部（グレンタンク１５の後側部）に配置されることとなる。
このように、撮像手段１１０を、機体２と排出オーガ１７との連結部１７ｂの近傍に配置することで、撮像手段１１０が、排出オーガ１７の可動範囲に合わせた良好な撮像視野を得ることが可能となる。

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、撮像手段１１０と機体２の間に、支持機構１１１を設けてもよい。支持機構１１１は、撮像手段１１０の機体２に対する回動角度を変更するための機構である。支持機構１１１は、機体２に固定される基部１１２と、基部１１２に対してボールジョイントにより回動可能に連結されるアーム部１１３と、基部１１２及びアーム部１１３を一体的に締め付け可能な締付ネジ１１４と、で構成される。締付ネジ１１４が緩められると、アーム部１１３が基部１１２に対して回動可能な状態になり、締付ネジ１１４が締め付けられると、アーム部１１３が基部１１２に対して回動不能に固定された状態になる。
アーム部１１３には撮像手段１１０が固定されている。撮像手段１１０の機体２に対する回動角度の調整は、作業者が締付ネジ１１４を緩めて、撮像手段１１０をアーム部１１３と一体回動させて、狙った回動位置で締付ネジ１１４を締め付けることによって行われる。
このように構成することで、支持機構１１１により撮像手段１１０の機体２に対する回動角度を変更させて、撮像手段１１０の向き（撮像視野）を調整することが可能となり、また、撮像手段１１０により撮像された画像の歪みが小さくなるように調整することが可能となる。

また、マーカーを、バーコード、ＱＲコード（登録商標）等の識別子で構成してもよい。この場合、作業者は、予め、マーカー（バーコード、ＱＲコード（登録商標）等）に、前記マーカーと排出口１７ａの目標位置Ｐ１との前記所定の位置関係に関する情報、及び容器６１に関する情報を、入力しておく。そして、排出口位置算出手段１３２が、前記マーカーから、前記所定の位置関係に関する情報を読み取るように構成すると共に、容器情報取得手段１３５が、前記マーカーから、容器６１に関する情報を読み取るように構成する。なお、このように構成する場合、排出口位置算出手段１３２と、容器情報取得手段１３５は、前記マーカー（バーコード、ＱＲコード（登録商標）等）から情報を読み取るための読み取り装置（バーコードリーダ、ＱＲコード（登録商標）リーダ等）を備えることとなる。

また、上記ステップＳ７に示すように、本実施形態では、排出口位置制御手段１３１が、排出オーガ１７の動作の制御のみによって、排出口１７ａを移動させるように構成したが、これに限定されない。排出口位置制御手段１３１が、排出オーガ１７の動作の制御と、機体傾斜機構２４による機体２の傾斜の制御と、を利用して、排出口１７ａを移動させるように構成してもよい。これにより、排出口１７ａの移動可能範囲がより広がる点で有利である。

図１０に示すように、複数種類の容器６１・６２・・・が用いられるような場合には、容器６１・６２・・・の種類に対応させて、複数種類のマーカー１２１・１２２・・・を用意すればよい。そして、マーカー１２１・１２２・・・の種類に対応して、複数種類の所定の位置関係に関する情報α・β・・・が存在すると共に、複数種類の容器６１・６２・・・に関する情報が存在するように構成すればよい。以下に詳細に説明する。
容器６１・６２・・・は、種類毎に形状・穀粒収容可能量等が異なっている。
マーカー１２１・１２２・・・は、種類毎に外観が異なっている。本実施形態では、マーカー１２１には文字「Ａ」が表示されており、マーカー１２２には文字「Ｂ」が表示されており、マーカー１２３には文字「Ｃ」が表示されていることとする。
位置情報記憶手段１３３には、マーカーと、排出口１７ａの目標位置と、の前記所定の位置関係に関する情報α・β・・・が、マーカーの種類に対応して、複数種類記憶されている。
本実施形態では、
マーカー１２１（文字「Ａ」）には、情報α（マーカー１２１から後方向にｍ１メートル、上方向にｎ１メートル離れた位置を、排出口１７ａの目標位置Ｐ１に設定する）、が対応しており、
マーカー１２２（文字「Ｂ」）には、情報β（マーカー１２２から後方向にｍ２メートル、上方向にｎ２メートル離れた位置を、排出口１７ａの目標位置Ｐ２に設定する）、が対応しており、
マーカー１２３（文字「Ｃ」）には、情報γ（マーカー１２３から後方向にｍ３メートル、上方向にｎ３メートル離れた位置を、排出口１７ａの目標位置Ｐ３に設定する）、が対応していることとする。
容器情報記憶手段１３４には、容器６１・６２・・・に関する情報が、マーカー１２１・１２２・・・の種類に対応して、複数種類記憶されている。本実施形態では、マーカー１２１（文字「Ａ」）には、容器６１に関する情報が対応しており、マーカー１２２（文字「Ｂ」）には、容器６２に関する情報が対応しており、マーカー１２３（文字「Ｃ」）には、容器６３に関する情報が対応していることとする。
このように構成する場合で、作業者は、搬送車６０の荷台に容器６１を載置するときには、マーカー１２１を用いればよく、マーカー１２１を搬送車６０の操縦部の屋根に配置すればよい。その結果、撮像手段１１０がマーカー１２１を撮像して、そして、排出口位置算出手段１３２が、撮像手段１１０により撮像されたマーカー１２１の画像から、マーカー１２１の文字「Ａ」を特定する。そして、排出口位置算出手段１３２が、位置情報記憶手段１３３から、マーカー１２１（文字「Ａ」）と対応する情報αを取得して、この取得した情報αを用いて排出口１７ａの目標位置Ｐ１を算出することとなる。また、容器情報取得手段１３５が、撮像手段１１０により撮像されたマーカー１２１の画像から、マーカー１２１の文字「Ａ」を特定して、容器情報記憶手段１３４から、マーカー１２１（文字「Ａ」）と対応する、容器６１に関する情報を取得することとなる。
また、作業者は、搬送車６０の荷台に容器６２を載置するときには、マーカー１２２を用いればよく、マーカー１２２を搬送車６０の操縦部の屋根に配置すればよい。その結果、排出口位置算出手段１３２が、位置情報記憶手段１３３から情報βを取得して、この取得した情報βを用いて排出口１７ａの目標位置Ｐ２を算出することとなる。また、容器情報取得手段１３５が、容器情報記憶手段１３４から容器６２に関する情報を取得することとなる。
また、作業者は、搬送車６０の荷台に容器６３を載置するときには、マーカー１２３を用いればよく、マーカー１２３を搬送車６０の操縦部の屋根に配置すればよい。その結果、排出口位置算出手段１３２が、位置情報記憶手段１３３から情報γを取得して、この取得した情報γを用いて排出口１７ａの目標位置Ｐ３を算出することとなる。また、容器情報取得手段１３５が、容器情報記憶手段１３４から容器６３に関する情報を取得することとなる。
以上のように構成することで、作業者が、作業に用いられる容器６１・６２・・・の種類に合わせて、配置されるマーカー１２１・１２２・・・の種類を変更することによって、排出口位置算出手段１３２が、作業に用いられる容器６１・６２・・・の種類に適合した、排出口の目標位置Ｐ１・Ｐ２・・・を算出することが可能となる。さらに、容器情報取得手段１３５が、作業に用いられる容器６１・６２・・・の種類に適合した、容器６１・６２・・・に関する情報を取得することが可能となる。
なお、マーカー１２１・１２２・・・を、バーコード、ＱＲコード（登録商標）等で構成する場合には、作業者は、予め、各マーカー１２１・１２２・・・に対して、それぞれ対応する情報（マーカーと排出口１７ａの目標位置との前記所定の位置関係に関する情報α・β・・・、及び容器６１・６２・・・に関する情報）を入力しておけばよい。

なお、コンバイン１は、撮像手段１１０のレンズの汚れを取り除くことが可能な清掃手段を有していてもよい。前記清掃手段は、ブラシ、ワイパー、エアー噴出手段（ブロワーの配管を利用）等の清掃具を用いて前記レンズの汚れを取り除く。また、前記清掃手段は、撮像手段１１０により撮像された画像から前記レンズの汚れ（埃の付着等）を検出して、前記清掃具に対して前記レンズの清掃の指示を出すように構成される。

なお、本実施形態の農作物排出装置は、コンバインの穀粒排出作業以外にも採用することが可能である。
本実施形態の農作物排出装置は、収穫した農作物（例えば、人参、じゃがいも等）を機体の外部へ排出する排出手段を有し、前記排出手段には農作物の排出口及び関節が設けられ、前記関節を動かすことにより前記排出口を移動させることができる走行型収穫機により、収穫した農作物を前記排出手段の排出口から容器内へ排出する作業を行う場合にも採用できる。
これにより、上記した農作物排出装置を採用してコンバインの穀粒排出作業を行う場合と、同様の効果を奏する。

１ コンバイン
２ 機体
１７ 排出オーガ
１７ａ 排出口
６１ 容器
１００ 農作物排出装置
１１０ 撮像手段
１２１ マーカー
１３１ 排出口位置制御手段
１３２ 排出口位置算出手段

Claims (11)

1. 収穫した農作物を機体の外部へ排出する排出手段を有し、前記排出手段には農作物の排出口及び関節が設けられ、前記関節を動かすことにより前記排出口を移動させることができる走行型収穫機に関して、前記排出手段の排出口から容器内へ農作物を排出させるための農作物排出装置であって、
   前記走行型収穫機の排出手段又は機体に取り付けられる撮像手段と、
   前記容器に対して定位置に配置されるマーカーと、
   農作物が前記排出手段の排出口から前記容器内へ排出されるときの前記排出口の目標位置を算出する排出口位置算出手段と、
   前記排出手段の排出口を前記排出口の目標位置へ移動させる排出口位置制御手段と、
   を備え、
   前記排出口位置算出手段は、前記撮像手段により撮像された画像内の前記マーカーを特定して、前記機体に対する前記マーカーの位置を算出して、算出した前記マーカーの位置に対して、所定の位置関係を有する位置を、前記排出口の目標位置として算出することを特徴とする、
   農作物排出装置。
2. 前記走行型収穫機はコンバインであり、前記排出手段は前記コンバインの排出オーガであることを特徴とする、
   請求項１に記載の農作物排出装置。
3. 前記マーカーと前記排出口の目標位置との前記所定の位置関係に関する情報を記憶する位置情報記憶手段を備え、
   前記排出口位置算出手段は、前記位置情報記憶手段から前記所定の位置関係に関する情報を取得することを特徴とする、
   請求項１又は請求項２に記載の農作物排出装置。
4. 前記マーカーは、前記マーカーと前記排出口の目標位置との前記所定の位置関係に関する情報を有しており、
   前記排出口位置算出手段は、前記マーカーから前記所定の位置関係に関する情報を取得することを特徴とする、
   請求項１又は請求項２に記載の農作物排出装置。
5. 前記マーカーが、複数種類存在しており、
   前記所定の位置関係に関する情報が、前記マーカーの種類に対応して、複数種類存在しており、
   前記排出口位置算出手段は、用いられる前記マーカーの種類に対応した、前記所定の位置関係に関する情報を用いて、前記排出口の目標位置を算出することを特徴とする、
   請求項３又は請求項４に記載の農作物排出装置。
6. 前記容器に関する情報を記憶する容器情報記憶手段と、
   前記容器に関する情報を、前記容器情報記憶手段から取得する容器情報取得手段と、
   を備えることを特徴とする、
   請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の農作物排出装置。
7. 前記容器に関する情報を有する前記マーカーと、
   前記マーカーから前記容器に関する情報を取得する容器情報取得手段と、
   を備えることを特徴とする、
   請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の農作物排出装置。
8. 前記マーカーが、複数種類存在しており、
   前記容器に関する情報が、前記マーカーの種類に対応して、複数種類存在しており、
   前記容器情報取得手段は、用いられる前記マーカーの種類に対応した、前記容器に関する情報を取得することを特徴とする、
   請求項６又は請求項７に記載の農作物排出装置。
9. 前記撮像手段が、前記機体の側部に設けられ、
   前記マーカーが、前記容器の側部に設けられることを特徴とする、
   請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の農作物排出装置。
10. 前記撮像手段は、前記機体と前記排出手段との連結部の近傍に配置されることを特徴とする、
    請求項９に記載の農作物排出装置。
11. 前記撮像手段の前記機体に対する回動角度を変更可能な支持機構を備えることを特徴とする、
    請求項１０に記載の農作物排出装置。
    

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