JP2017038549A - 液剤散布高さ検出モジュールおよびこれを備えたブームスプレーヤ並びに液剤散布高さ検出モジュール用プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】低価格の光位置センサを用いて、安定した高さ検出を行うことのできる、液剤散布高さ検出モジュールおよびこれを備えたブームスプレーヤ並びに液剤散布高さ検出モジュール用プログラムを提供する。【解決手段】ブームスプレーヤのブーム部に設けられて圃場または作物からの高さを検出する液剤散布高さ検出モジュール１であって、下方に向けて投光部２１および受光部２２を配置している複数個の光位置センサ２と、前記各受光部２２で検出される受光データを前記各光位置センサ２毎の高さに換算するとともに、これらの高さから最大値、最小値および平均値のうちいずれか一つ以上の値を算出する高さ算出部と、この高さ算出部によって算出された前記最大値、前記最小値および前記平均値に基づく高さデータを出力する高さデータ出力部とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、ブームスプレーヤのブーム部から圃場または作物までの高さを検出するための液剤散布高さ検出モジュールおよびこれを備えたブームスプレーヤ並びに液剤散布高さ検出モジュール用プログラムに関するものである。

近年、農薬や液肥等の液剤を散布するブームスプレーヤは、一度に散布できる面積を広範囲にするため、ブーム幅を拡大している。しかし、ブーム幅が大きくなると、圃場の起伏や走行路面の凹凸によってブームの上下方向の揺れが大きくなる。そのため、作物からブームまでの距離が変動して液剤の散布ムラが生じたり、ブームと作物とが接触して作物を損傷してしまうといった問題が生じている。

そこで、出願人は、このような問題に対して鋭意研究を行い、特開平２−２１９５９号公報において、ブームに取り付けられた距離センサを用いて高さを所定の範囲に保持するように制御可能なトラクタ直装スプレーヤのブーム制御装置を開示している（特許文献１）。

また、その他にもブームスプレーヤに用いられる距離センサとして、超音波センサを利用した検出方法が開示されている（非特許文献１）。

特開平２−２１９５９号公報

佐藤禎稔ら、「超音波センサによるブームスプレーヤの噴霧高さ制御」、農業機械学会誌、農業機械学会、平成６年１１月、第５６巻、第６号、ｐ．５９−６７

しかしながら、非特許文献１に記載された超音波センサは、空気中における音波の減衰が大きいため、ブームと作物までの距離が大きくなると高さ測定ができなくなる。また、穂先や葉先では音の反射波が弱いため、小麦のような穂や葉の細い作物の検出が困難である。さらに、土壌が乾燥している場合、音の反射波が得られないため高さ測定ができない。これらの理由から超音波センサを距離センサとして用いたブームスプレーヤは実用化されていない。

また、超音波センサに代えて空気中の減衰が比較的小さいレーザー距離センサを利用することも考えられる。しかし、レーザー距離センサは、精度が高い反面コスト高になる。また、レーザー距離センサは、ピンポイントの高さを測定するものであるところ、生育初期では上方から見ると葉と地面が混在しているため、レーザーが葉と葉の間をすり抜けて地面に到達し、作物の表面高さを正しく検出できない場合もある。農業で必要とされる高さ検出精度は、他の産業に比べても高い精度が必要ではなく、むしろ安定性と低価格が好ましい。

本発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであって、低価格の光位置センサを用いて、安定した高さ検出を行うことのできる、液剤散布高さ検出モジュールおよびこれを備えたブームスプレーヤ並びに液剤散布高さ検出モジュール用プログラムを提供することを目的としている。

本発明に係る液剤散布高さ検出モジュールは、ブームスプレーヤのブーム部に設けられて圃場または作物からの高さを検出する液剤散布高さ検出モジュールであって、下方に向けて投光部および受光部を配置している複数個の光位置センサと、前記各受光部で検出される受光データを前記各光位置センサ毎の高さに換算するとともに、これらの高さから最大値、最小値および平均値のうちいずれか一つ以上の値を算出する高さ算出部と、この高さ算出部によって算出された前記最大値、前記最小値および前記平均値に基づく高さデータを出力する高さデータ出力部とを有する。

また、本発明の一態様として、前記最大値、前記最小値および前記平均値のうちいずれの値を前記高さデータ出力部に出力させるかを選択可能なモード選択手段を有し、前記高さ算出部では、前記モード選択手段により最大値モードが選択された場合に前記受光データから換算された高さのうち最も高い値を算出し、最小値モードが選択された場合に前記受光データから換算された高さのうち最も低い値を算出し、平均値モードが選択された場合に前記受光データから換算された高さの平均値を算出するようにしてもよい。

さらに、本発明の一態様として、前記最大値モードで算出された前記最大値、前記最小値モードで算出された前記最小値、および前記平均値モードで算出された前記平均値に対し、それぞれ所定の時間間隔ごとに平均値を算出して平滑化処理を行う平滑化処理部を有してもよい。

さらにまた、本発明の一態様として、複数個の前記光位置センサとして、検出距離範囲の異なる２種以上の光位置センサを備えてもよい。

また、本発明の一態様として、前記投光部から所定の波長の赤外線を投光させるとともに、この投光部から投光された波長より短波長以下の光をカットする赤外線カットフィルタを前記受光部に備えてもよい。

さらに、本発明の一態様として、前記高さデータ出力部が、高さ算出部によって算出された前記最大値、前記最小値および前記平均値に基づく高さデータを、アナログ信号およびデジタル信号の両方の信号で連続的に出力するようにしてもよい。

本発明に係るブームスプレーヤは、前記液剤散布高さ検出モジュールを備えたブームスプレーヤであって、前記液剤散布高さ検出モジュールが前記ブームスプレーヤにおけるブーム部の先端および折り曲げ可能な関節部に設けられている。

本発明に係る液剤散布高さ検出モジュール用プログラムは、ブームスプレーヤのブーム部から圃場または作物までの高さを検出する液剤散布高さ検出モジュール用プログラムであって、複数個の光位置センサから受光データを取得する受光データ取得部と、この受光データ取得部で取得される前記受光データを前記各光位置センサ毎の高さに換算するとともに、これらの高さから最大値、最小値および平均値のうちいずれか一つ以上の値を算出する高さ算出部と、この高さ算出部によって算出された前記最大値、前記最小値および前記平均値に基づく高さデータを出力する高さデータ出力部としてコンピュータを機能させる。

本発明によれば、低価格の光位置センサを用いて、安定した高さ検出を行うことができる。

本発明に係る液剤散布高さ検出モジュールを備えたブームスプレーヤの一実施形態を示す図である。 本実施形態の液剤散布高さ検出モジュールを示す模式図である。 本実施形態の液剤散布高さ検出モジュールを示すブロック図である。 本実施形態の液剤散布高さ検出モジュールにおける光位置センサの配置を示す平面図である。 本実施形態の液剤散布高さ検出モジュール用プログラムによって実行されるフローチャートである。 本実施形態における散布高さ制御装置を示す模式図である。 本実施形態の液剤散布高さ検出モジュールのブロック構成図である。 本実施例１において光位置センサにより白紙までの距離を測定した場合の出力特性を示すグラフである。 本実施例１において光位置センサにより小麦、バレイショおよびテンサイまでの距離を測定した場合の検出特性を示すグラフである。 本実施例２において用いた赤外線カットフィルタの遮光特性を表すグラフである。 本実施例２において赤外線カットフィルタの有無と自然光別の電圧−距離特性を示すグラフである。

以下、本発明に係る液剤散布高さ検出モジュールおよびこれを備えたブームスプレーヤ並びに液剤散布高さ検出モジュール用プログラムの一実施形態について図面を用いて説明する。

液剤散布高さ検出モジュール１は、液剤散布高さ検出モジュール用プログラム１ａに基づいて光位置センサ２等を制御することで対象物までの距離を測定するためのものであり、主に、図１および図２に示すように、ブームスプレーヤ１０のブーム部２０に設けて圃場または作物から前記ブーム部２０までの高さを検出するために用いられる。

本実施形態における液剤散布高さ検出モジュール１は、図２および図３に示すように、下方に向けて投光部２１および受光部２２を配置した複数個の光位置センサ２と、前記各受光部２２で検出される受光データを各光位置センサ２毎の高さに換算する高さ算出部３２２および前記高さ算出部３２２によって算出された高さデータを出力する高さデータ出力部３２５等として各構成を機能させる演算処理手段３と、前記高さ算出部３２２により算出されるモードを選択するモード選択手段４とを有する。以下、各構成について説明する。

光位置センサ２は、ＰＳＤ２３（位置受光素子：Position Sensitive Detector）を備えた距離を測定することのできるセンサであって、図２に示すように、スポット状の光を投光する投光部２１と、前記スポット光によって反射される光を受光する受光部２２とを有している。

投光部２１は、図示しないが、所定の波長範囲の光を発することのできる光源と、この光源から発せられる光をスポット状に集光するレンズとを有する。本実施形態における光源は、赤外線波長域における所定の波長を有する赤外線光を発することができるようになっている。

受光部２２は、対象物で反射した光を受光する部分であり、図示しないが、入射してくる光を集光するためのレンズを備えている。ＰＳＤ２３は、受光部２２のレンズを透過した先に配置されており、前記レンズによって集光された光を受光することで、反射した圃場または作物までの距離に応じた電圧値を出力するものである。

また、ＰＳＤ２３は一般的に室内空間で使用されるものであり、太陽光が直接入射しない環境で利用することを想定したセンサである。よって、本実施形態における受光部２２は、自然光に含まれる赤外線の受光を抑制するため、前記投光部２１から投光された波長より短波長以下の光をカットする赤外線カットフィルタ２４を備えている。

本実施形態では、図４に示すように、４個の光位置センサ２が、平面視で菱形の各頂部に位置するように配置されている。このように、複数個の光位置センサ２を用いることによって、測定距離に対する断面方向の測定範囲を拡大し、スポット光が葉と葉の間をすり抜けて作物の高さが検出できなくなるのを回避している。

このとき、各光位置センサ２同士は、互いの光位置センサ２から投光される赤外線が相互に干渉し合わないように、５０ｍｍ〜８０ｍｍ程度の間隔を空けて配置されている。

また、４個の光位置センサ２のうち進行方向に対して前方および左右両方の３つの光位置センサ２に対し、後方の光位置センサ２は、検出距離範囲が他の光位置センサ２の検出距離範囲と異なる範囲のセンサを用いている。具体的には、前方および左右の光位置センサ２の検出距離範囲は２０ｃｍ〜１５０ｃｍであり、後方の光位置センサ２の検出距離範囲は１０ｃｍ〜８０ｃｍである。このように、検出距離範囲の異なる光位置センサ２を２種以上配置することで、後述する実施例に示すように、ＰＳＤ２３により出力される電圧値と高さとの関係が非線形であるために生じる換算高さの誤認の防止、検出距離範囲外に対象物がある場合の測定漏れの抑制、検出距離範囲の拡大を図っている。

なお、光位置センサ２の個数は４個に限定されるものではなく、２個以上から適宜選択してよい。また、複数個の光位置センサ２の配置は、前後左右の菱形状の配置に限定されるものではなく、三角形、五角形等の他の多角形状の配置や進行方向に対して縦方向、横方向または斜め方向のいずれか一列状の配置でもよく、作物の葉、茎および穂等の大きさ等に応じて適宜選択してよい。

演算処理手段３は、マイクロコンピュータ３によって構成されている。マイクロコンピュータ３は、図３に示すように、液剤散布高さ検出モジュール用プログラム１ａ等をインストールして記憶させておく記憶装置３１と、この記憶装置３１にインストールされた液剤散布高さ検出モジュール用プログラム１ａを実行させる演算処理装置３２とを有する。

なお、演算処理手段３は、マイクロコンピュータに限定されるものではなく、一般的なオペレーティングシステムが搭載されたパーソナルコンピュータ等によって構成されていてもよい。

記憶装置３１は、マイクロコンピュータ３により管理されているＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ハードディスク、フラッシュメモリ等によって構成されている記憶装置３１であり、液剤散布高さ検出モジュール用プログラム１ａを記憶させるプログラム記憶部３１１と、予め算出した各光位置センサ２から出力される電圧値と距離との関係を記憶させる電圧−距離テーブル記憶部３１２とを有するとともに、演算処理装置３２が演算を行う際のワーキングエリアとして機能する。

演算処理装置３２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成されており、記憶装置３１にインストールされた液剤散布高さ検出モジュール用プログラム１ａを実行させることにより、図３に示すように、受光データ取得部３２１、高さ算出部３２２、モード判別部３２３、平滑化処理部３２４および高さデータ出力部３２５として各構成を機能させるようになっている。以下、各構成部についてより詳細に説明する。

受光データ取得部３２１は、各光位置センサ２の光源を発光させて投光部２１から所定の赤外線を投光させるとともに、受光部２２によって受光してＰＳＤ２３より出力された受光データの電圧値を取得するように制御するものである。本実施形態における受光データ取得部３２１は、各光位置センサ２から出力されるアナログの電圧値をＡ／Ｄ変換器を介してデジタルデータに変換して取得するようになっている。

高さ算出部３２２は、受光データ取得部３２１が取得した受光データの電圧値から高さに換算するためのものである。本実施形態では、電圧値と距離との関係を多項式近似式や累乗近似式によって事前に算出して換算テーブルにまとめておき、予め電圧−距離テーブル記憶部３１２に記憶させておき、受光データ取得部３２１により取得された電圧値を前記換算テーブルに対応させて距離を算出する。

なお、距離の算出には、換算テーブルにより算出するものに限定されるものではなく、線形化処理に用いられる多項式近似式や累乗近似式に直接電圧値を代入して算出するようにしてもよい。

モード判別部３２３は、モード選択手段４によって入力されたモードを判別するとともに、モードに応じた高さを算出するように制御するものである。本実施形態では、図５に示すように、初めにモード選択手段４によって選択されているモードが最大値モードか否かを判別する（Ｓ５）。最大値モードと判別された場合（Ｓ５がＹＥＳの場合）は、同時刻に各光位置センサ２で換算された高さを比較することで最も高いもの（各光位置センサ２から最も距離が近いもの）を算出する（Ｓ７）。一方、最大値モードでないと判別された場合（Ｓ５がＮＯの場合）は、最小値モードか否かを判別する（Ｓ６）。そして、最小値モードと判別された場合（Ｓ６がＹＥＳの場合）は、同時刻に各光位置センサ２で換算された高さを比較することで最も低いもの（各光位置センサ２から最も距離が遠いもの）を算出する（Ｓ８）。そして、最小値モードでないと判別された場合（Ｓ６がＮＯの場合）は、同時刻に各光位置センサ２で換算された高さの平均値を算出する（Ｓ９）。

なお、平均値モードでは、単純平均に限定されるものではなく、各光位置センサ２毎に異なる重み付けを行った上で平均値を算出する重み付け平均としてもよい。

平滑化処理部３２４は、連続的に算出された高さの最大値、高さの最小値または高さの平均値を所定の時間間隔ごとに平均値を算出して、平滑化処理を行うように制御するものである。このように平滑化処理後の高さを出力することにより、後述するアクチュエータ６２によるブーム部２０の折り曲げ動作が頻繁に繰り返されることを抑制している。本実施形態における所定の時間間隔は、図６に示すように、散布高さ制御装置６のコントローラー本体６１に設けられた応答設定スイッチ５１によって適宜選択できるようになっている。

高さデータ出力部３２５は、図３に示すように、演算処理手段３によって処理された高さデータ信号の出力を行うものであり、アナログ信号と、デジタル信号の両信号として連続的に出力する機能を有している。本実施形態では、平滑化処理部３２４によって処理された平滑化処理によって算出された平均値を、ＣＡＮ−ＢＵＳを利用したデジタル信号として、後述する散布高さ制御装置６のコントローラー本体６１に出力するようになっている。このように、デジタル信号で出力することにより、アナログ信号の場合に生じる長い配線による信号の減衰を抑制している。

なお、高さデータ出力部３２５の出力先は散布高さ制御装置６に限定されるものではなく、例えば、散布高さを表示可能な液晶ディスプレイ等の表示装置であってもよい。

モード選択手段４は、最大値モード、最小値モードまたは平均値モードを選択可能とするものであり、本実施形態では、図６に示すように、散布高さ制御装置６のコントローラー本体６１に設けられたモード選択スイッチ４１を切り換えることによって選択できるようになっている。

つぎに、本実施形態のブームスプレーヤ１０について説明する。ブームスプレーヤ１０は、図１に示すように、走行車両３０と、この走行車両３０から左右に延出されて設けられるブーム部２０と、このブーム部２０に設けられる複数台の液剤散布高さ検出モジュール１と、折り曲げ動作を行う散布高さ制御装置６を有する。

本実施形態におけるブーム部２０は、走行車両３０の後方に設けられる中央ブーム２０１と、この中央ブーム２０１の右側に関節部４０を介して設けられている右第一ブーム２０２と、この右第一ブーム２０２の先端側に関節部４０を介して設けられている右第二ブーム２０３と、前記中央ブーム２０１の左側に関節部４０を介して設けられている左第一ブーム２０４と、この左第一ブーム２０４の先端側に関節部４０を介して設けられている左第二ブーム２０５とを有している。また、ブーム部２０は、農薬等の薬液、液肥等を含む液剤を散布する複数個の散布ノズル２０６を備えている。

関節部４０は、各ブーム２０１，２０２，２０３，２０４，２０５を上下方向に折り曲げ自在に連結するものである。本実施形態では、図１に示すように、各関節部４０およびブーム部２０の先端に液剤散布高さ検出モジュール１が設置されている。

散布高さ制御装置６は、図６に示すように、主に、関節部４０の折り曲げ制御を行うアクチュエータ６２と、各アクチュエータ６２への制御信号の送信を行うとともに各種設定を行う入力手段となるコントローラー本体６１とを有する。

アクチュエータ６２は、主に、電磁弁６２１および油圧シリンダ６２２から構成されている。電磁弁６２１は、コントローラー本体６１から送信される制御信号を受信して開閉動作を行う弁であり、走行車両３０の車両駆動用のエンジン動力を作業機の駆動のために取り出すパワーテイクオフ（ＰＴＯ）機械によって駆動される油圧ポンプ６２３を動力源として作動されるようになっている。また、油圧シリンダ６２２は、前記電磁弁６２１によって駆動制御され、電磁弁６２１の開閉動作にともない伸張および収縮するようになっている。この油圧シリンダ６２２は、図１に示すように、関節部４０において隣接するブーム同士に連結されており、伸縮することによって各ブーム２０１，２０２，２０３，２０４，２０５を上下方向に折り曲げられるようになっている。

コントローラー本体６１は、モード選択スイッチ４１および応答設定スイッチ５１を備えており、モード選択手段４や平滑化処理における所定の時間間隔を設定する応答設定手段５として機能するものである。また、コントローラー本体６１は、各液剤散布高さ検出モジュール１および各アクチュエータ６２にＣＡＮ−ＢＵＳによって通信可能に接続されており、各液剤散布高さ検出モジュール１から高さデータを受信し、前記高さデータに基づき各アクチュエータ６２に折り曲げ動作をさせるための制御信号を送信できるようになっている。

つぎに、本実施形態の液剤散布高さ検出モジュール１およびこれを備えたブームスプレーヤ１０並びに液剤散布高さ検出モジュール用プログラム１ａの各構成の作用について説明する。

モード選択手段４では、モード選択スイッチ４１によってモードが選択される。モードの選択は、例えば、小麦の穂先の高さ等の作物の表面高さを検出する場合は最大値モードを選択し、初期の育成時において地面までの高さを検出する場合は最小値モードを選択するといったように、対象および検出目的等に応じて任意のモードを選択することができる。

また、応答設定手段５では、応答設定スイッチ５１によって、平滑化処理に用いられる所定の時間間隔が設定される。

つぎに、演算処理手段３では、プログラム記憶部３１１に記憶されている液剤散布高さ検出モジュール用プログラム１ａを実行することで、演算処理装置３２を受光データ取得部３２１、高さ算出部３２２、モード判別部３２３および平滑化処理部３２４として機能させる。図５および図７に基づき、データ処理について具体的に説明する。

まず、図５に示すように、液剤散布高さ検出モジュール１の初期化を行う（Ｓ１：液剤散布高さ検出モジュール初期化ステップ）。続いて受光データ取得部３２１によって、各々の光位置センサ２から電圧値を取得する（Ｓ２：受光データ取得ステップ）。受光データ取得部３２１では、各々の光位置センサ２に対し、投光部２１の光源によって赤外線を発光させる。発せられた光は、投光部２１に設けられたレンズによってスポット状の光となって下方に向けて投光される。そして、投光された光は圃場または作物によって反射する。

受光部２２では、反射された光を受光し、前記受光部２２に設けられた赤外線カットフィルタ２４により前記投光部２１から投光された波長より短波長以下の赤外線や紫外線、可視光を吸収し、自然光に含まれる光の入射を防ぐ。これにより、ＰＳＤ２３を屋外で使用した場合であっても、太陽光に含まれる赤外線や可視光の影響を防ぎ、前記投光部２１から投光された波長以上の波長の赤外線だけを透過させるため、晴天時の屋外でも誤検出を回避し、距離の測定精度を維持することができる。

そして、ＰＳＤ２３では、受光部２２が投光された赤外線光の反射光を受けて反射距離に応じた電圧値を出力し、受光データ取得部３２１によってＡ／Ｄ変換器を介して取得される。

つぎに、高さ算出部３２２によって各光位置センサ２における電圧値から高さを算出する（Ｓ３：高さ算出ステップ）。高さ算出部３２２では、受光データ取得部３２１によって取得された電圧値と、電圧−距離テーブル記憶部３１２に記憶されている換算テーブルの電圧値とを比較し最も近い値を算出する。そして、最も近い値と電圧−距離テーブル記憶部３１２に記憶されている電圧値に対応する高さを光位置センサ２によって測定された高さとして取得する。このように、高さ算出部３２２では、測定の度に複雑な計算を必要としないため瞬時に高さを算出することができる。

もし、高さ算出部３２２によって算出された高さが異常値であった場合には、その値を除外するなどの処理が行われる（Ｓ４：異常値処理ステップ）。つまり、本実施形態では、複数個の光位置センサ２を用いており、葉と葉の間をすり抜けて、異常値が検出されても他の光位置センサ２の値を用いることにより、検出漏れの無い、安定的な検出が行われる。また、高さ方向に対しても、検出距離範囲の異なる２種の光位置センサ２を用いており、対象物までの距離が一方の光位置センサ２の検出距離範囲外の場合は、その値を用いないこととすることにより、１種類の光位置センサ２では測定困難な距離にあるの高さ検出が可能となる。

つぎに、モード判別部３２３によって選択されたモードが最大値モード、最小値モードおよび平均値モードのいずれかであるかを判別する（Ｓ５〜Ｓ６：モード判別ステップ）。モード判別部３２３では、まず、モード選択手段４によって選択されたモードが最大値モードか否かを判別する（Ｓ５：最大値モード判別ステップ）。最大値モードであると判断された場合（Ｓ５がＹＥＳの場合）には、高さ算出部３２２によって算出された各光位置センサ２毎の高さデータの中から最大値を算出する（Ｓ７：最大値算出ステップ）。

一方、最大値モードでないと判別された場合（Ｓ５がＮＯの場合）には、選択されたモードが最小値モードか否かを判別する（Ｓ６：最小値モード判別ステップ）。ここで最小値モードであると判断された場合（Ｓ６がＹＥＳの場合）には、各光位置センサ２毎の高さデータの中から最小値を算出する（Ｓ８：最小値算出ステップ）。

そして、最小値モードでないと判別された場合（Ｓ６がＮＯの場合）には、各光位置センサ２毎の高さデータの平均値を算出する（Ｓ９：平均値算出ステップ）。

つぎに、平滑化処理部３２４がモード判別部３２３によって算出された高さデータの平滑化処理を実行する（Ｓ１０：平滑化処理ステップ）。平滑化処理部３２４では、選択されたモードに応じて算出された高さデータ、例えば、最大値モードであれば最大値を応答設定手段５の応答設定スイッチ５１で設定された所定の時間間隔毎の平均値を算出する。このように、高さデータの平滑化処理を行うことによって、ブーム部２０を自動的に折り曲げ制御するときの制御回数を減らすことができる。

つぎに、高さデータ出力部３２５が平滑化処理部３２４によって算出された高さデータの平均値を応答設定手段５の応答設定スイッチ５１で設定された前記所定の時間間隔毎にコントローラー本体６１に出力する（Ｓ１０：出力ステップ）。本実施形態における出力は、ＣＡＮ−ＢＵＳによるデジタル信号が用いられており、ブーム部２０が長い場合であってもアナログ信号の場合のような信号の減衰による制御不能状態を回避することができ、各液剤散布高さ検出モジュール１からコントローラー本体６１までの配線を共通に利用することができる。

コントローラー本体６１では、各液剤散布高さ検出モジュール１から受信した高さデータに基づき、各アクチュエータ６２への制御信号を送信する。

各アクチュエータ６２では、制御信号に基づき電磁弁６２１が開閉駆動され、油圧シリンダ６２２が伸縮して、ブーム同士を上下方向に折り曲げる。これにより、圃場または作物からブーム部２０までの高さが一定に保たれ、適度な高さから液剤を散布することができる。

以上のような本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
１．安価な光位置センサ２によって圃場または作物からブーム部２０までの高さを測定することができる。
２．複数個の光位置センサ２を用いることにより、測定距離に対する断面方向の測定範囲を拡大し、スポット光が葉と葉の間をすり抜けて作物の高さが検出できなくなるのを回避することができる。
３．測定対象物に応じて選択的に最大値、最小値および平均値を測定することができる。
４．平滑化処理を行うことにより、ブーム部２０を折り曲げ制御するアクチュエータ６２の可動回数を制御し、過度な反応を抑制することができる。
５．検出距離範囲の異なる光位置センサ２を用いることにより、高さ方向に対する測定範囲を拡大することができる。
６．赤外線カットフィルタ２４を用いることにより、室内用の光位置センサ２を晴天時の屋外でも使用することができる。

本実施例１では、光位置センサの計測距離と出力特性の関係を調べるとともに、光位置センサを用いた作物の葉の検出特性を調べた。作物としては、小麦、馬鈴薯（バレイショ）および甜菜（テンサイ）を対象とした。

まず、検出距離範囲が２０ｃｍ〜１５０ｃｍの光位置センサを用い、当該光位置センサの出力特性について検討を行った。測定環境は、環境照度１０ｋＬｕｘ以下とし、対象物として白紙を用いるとともに、この白紙までの距離を変化させ、光位置センサにより出力される電圧値について測定を行った。その結果を図８に示す。

図８に示すように、検出距離範囲内である距離が２０ｃｍ以上の場合、距離が長くなるに従って非線形的に電圧値が低下する傾向があった。よって、本実施例１における光位置センサを用いる場合、距離の決定には、多項式近似式や累乗近似式等を用いた線形化処理が必要なことがわかった。

また、検出距離範囲外の２０ｃｍ未満の場合、例えば、出力電圧が１．０Ｖの場合、距離が１０ｃｍなのか６０ｃｍなのかの判断は困難であり、誤った値が算出されるおそれがある。そこで、このような場合は、検出距離範囲の異なる、例えば、検出距離範囲が１０ｃｍ〜の光位置センサを合わせて用いることにより、誤った算出を防止できる。

つぎに、同じ光位置センサを用いて、小麦、馬鈴薯および甜菜の検出特性を調べた結果を図９に示す。

図９に示すように、小麦、馬鈴薯および甜菜のいずれの場合も、図８に示す白紙の場合と同様に、距離が２０ｃｍ以上の場合、距離が長くなるに従って非線形的に電圧値が低下する傾向があった。また、その値も、例えば、光位置センサによる出力が１．０Ｖの場合、白紙では距離が約６０ｃｍであったところ、小麦、馬鈴薯および甜菜も約５０〜６０ｃｍとなり、ほぼ一致している。同様に、光位置センサによる出力が０．５Ｖの場合、白紙では距離が約１２０ｃｍであったところ、小麦、馬鈴薯および甜菜も約９０〜１２０ｃｍとなり、ほぼ一致している。

以上より、光位置センサによって、小麦のような穂先や葉が細いものから、馬鈴薯や甜菜などの葉が比較的大きいものまで、様々な作物の高さ検出が行えることがわかった。

本実施例２では、屋外で用いられる際の誤検出対策として受光部に設けられる赤外線カットフィルタについて検討を行った。

本実施例２における光位置センサは、実施例１において用いた光位置センサと同じものである。また、光位置センサの光源に用いられる赤外線の波長は８５０ｎｍ±７０ｎｍである。

また、実験環境は、照度７ｋＬｕｘの曇天状況と照度１２１ｋＬｕｘの晴天の日なた状況について行った。また、赤外線カットフィルタには、富士フイルム社製のカメラ用赤外線カットフィルタ、ＩＲ−７８、ＩＲ−８０、ＩＲ−８２、ＩＲ−８４、ＩＲ−８６、ＩＲ−８８、ＩＲ−９０およびＩＲ−９２を用いた。これら赤外線カットフィルタの遮光特性を図１０に示す。例えば、ＩＲ−９０の場合、約８５０ｎｍ以下において透過率が０％であり、約９００ｎｍの場合の透過率が約４０％である特性を有している。

実験条件は、測定距離を３２ｃｍとし、測定対象を白紙として、上記各状況における出力電圧を測定した。そして、実施例１における赤外線カットフィルタ無しの室内測定結果である出力電圧１．９９Ｖと、受光部に種々の赤外線カットフィルタを設けた場合の出力電圧値とを比較して、一致していれば距離測定が有効と判断し、一致していなければ距離測定が無効として評価を行った。

曇天状況の場合の測定結果を表１にまとめる。
（表１）

表１に示すように、照度７ｋＬｕｘの曇天状況の場合は、室内環境と同様、いずれの赤外線カットフィルタを用いた場合であっても、赤外線カットフィルタ無しの出力電圧１．９９Ｖと電圧値が一致しており、距離測定が有効であった。

つぎに、晴天の日なた状況の場合の測定結果を表２にまとめる。
（表２）

表２に示すように、赤外線カットフィルタＩＲ−９０の場合は赤外線カットフィルタ無しの出力電圧１．９９Ｖと電圧値が一致しており、距離測定が有効であった。

一方、赤外線カットフィルタＩＲ−７８、ＩＲ−８０、ＩＲ−８２、ＩＲ−８４、ＩＲ−８６、ＩＲ−８８については、電圧値が一致せず、距離測定が無効であった。これは、晴天であったため、自然光に含まれる赤外線が含まれてしまい、誤差が大きくなったためと考えられる。

また、本実施例２においては、赤外線カットフィルタＩＲ−９２の場合も赤外線カットフィルタ無しの出力電圧１．９９Ｖと電圧値が一致せず、距離測定が無効であった。これは、光位置センサの光源における赤外線の波長は８５０ｎｍ±７０ｎｍであるところ、赤外線カットフィルタＩＲ−９２によって前記光位置センサから投光された赤外線の一部がカットされてしまい、その分の誤差が生じたものと考えられる。

つぎに、赤外線カットフィルタＩＲ−９０を用いて、対象物との距離を変化させて測定を行った。実験環境は、照度１３ｋＬｕｘの日陰状況および照度１２３ｋＬｕｘの晴天の日なた状況のそれぞれについて行った。測定結果を図１１に示す。

図１１に示すように、日なた環境下において赤外線カットフィルタを設けない場合には、出力値が他の条件の場合と異なっており、とくに距離が７５ｃｍを越えると出力が０Ｖとなって、全く検出ができなくなった。

一方、日陰環境下において赤外線カットフィルタを設けない場合と、日なた環境下において赤外線カットフィルタＩＲ−９０を設けた場合とは、電圧と距離との関係がほぼ一致した。よって、日なたであっても、赤外線カットフィルタを設けることにより、十分に測定できていることが確認できた。

また、日陰環境下の場合、赤外線カットフィルタＩＲ−９０を設けても、日陰の赤外線カットフィルタを設けない場合と比較すると、電圧と距離との関係がほぼ一致した。よって、赤外線カットフィルタＩＲ−９０は、日陰等の比較的照度が低い場合であっても、高さ検出の邪魔には成らないことが確認できた。

以上より、光位置センサの光源における赤外線の波長より短波長以下の光をカットする赤外線カットフィルタを用いることで、日なた等の屋外環境下においても精度良く高さ検出ができることが確認できた。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。

例えば、液剤散布高さ検出モジュール１は、自動車の周囲の障害物を検知するモジュールとしてや、ポテトハーベスターにおける収穫時の掘り取り深さの検出、あるいは排出タンクの高さ測定等に適用してもよい。

１ 液剤散布高さ検出モジュール
１ａ 液剤散布高さ検出モジュール用プログラム
２ 光位置センサ
３ 演算処理手段（マイクロコンピュータ）
４ モード選択手段
５ 応答設定手段
６ 散布高さ制御装置
１０ ブームスプレーヤ
２０ ブーム部
３０ 走行車両
４０ 関節部
２１ 投光部
２２ 受光部
２３ ＰＳＤ
２４ 赤外線カットフィルタ
３１ 記憶装置
３２ 演算処理装置
４１ モード選択スイッチ
５１ 応答設定スイッチ
６１ コントローラー本体
６２ アクチュエータ
２０１ 中央ブーム
２０２ 右第一ブーム
２０３ 右第二ブーム
２０４ 左第一ブーム
２０５ 左第二ブーム
２０６ 散布ノズル
３１１ プログラム記憶部
３１２ 電圧−距離テーブル記憶部
３２１ 受光データ取得部
３２２ 高さ算出部
３２３ モード判別部
３２４ 平滑化処理部
３２５ 高さデータ出力部
６２１ 電磁弁
６２２ 油圧シリンダ
６２３ 油圧ポンプ

Claims (8)

1. ブームスプレーヤのブーム部に設けられて圃場または作物からの高さを検出する液剤散布高さ検出モジュールであって、
   下方に向けて投光部および受光部を配置している複数個の光位置センサと、
   前記各受光部で検出される受光データを前記各光位置センサ毎の高さに換算するとともに、これらの高さから最大値、最小値および平均値のうちいずれか一つ以上の値を算出する高さ算出部と、
   この高さ算出部によって算出された前記最大値、前記最小値および前記平均値に基づく高さデータを出力する高さデータ出力部とを有する、前記液剤散布高さ検出モジュール。
2. 前記最大値、前記最小値および前記平均値のうちいずれの値を前記高さデータ出力部に出力させるかを選択可能なモード選択手段を有し、
   前記高さ算出部では、前記モード選択手段により最大値モードが選択された場合に前記受光データから換算された高さのうち最も高い値を算出し、最小値モードが選択された場合に前記受光データから換算された高さのうち最も低い値を算出し、平均値モードが選択された場合に前記受光データから換算された高さの平均値を算出する、請求項１に記載の液剤散布高さ検出モジュール。
3. 前記最大値モードで算出された前記最大値、前記最小値モードで算出された前記最小値、および前記平均値モードで算出された前記平均値に対し、それぞれ所定の時間間隔ごとに平均値を算出して平滑化処理を行う平滑化処理部を有する、請求項２に記載の液剤散布高さ検出モジュール。
4. 複数個の前記光位置センサとして、検出距離範囲の異なる２種以上の光位置センサを備えている、請求項１から請求項３のいずれかに記載の液剤散布高さ検出モジュール。
5. 前記投光部から所定の波長の赤外線を投光させるとともに、この投光部から投光された波長より短波長以下の光をカットする赤外線カットフィルタを前記受光部に備えている、請求項１から請求項４のいずれかに記載の液剤散布高さ検出モジュール。
6. 前記高さデータ出力部が、高さ算出部によって算出された前記最大値、前記最小値および前記平均値に基づく高さデータを、アナログ信号およびデジタル信号の両方の信号で連続的に出力する、請求項１から請求項５のいずれかに記載の液剤散布高さ検出モジュール。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の液剤散布高さ検出モジュールを備えたブームスプレーヤであって、前記液剤散布高さ検出モジュールが前記ブームスプレーヤにおけるブーム部の先端および折り曲げ可能な関節部に設けられている、前記ブームスプレーヤ。
8. ブームスプレーヤのブーム部から圃場または作物までの高さを検出する液剤散布高さ検出モジュール用プログラムであって、
   複数個の光位置センサから受光データを取得する受光データ取得部と、
   この受光データ取得部で取得される前記受光データを前記各光位置センサ毎の高さに換算するとともに、これらの高さから最大値、最小値および平均値のうちいずれか一つ以上の値を算出する高さ算出部と、
   この高さ算出部によって算出された前記最大値、前記最小値および前記平均値に基づく高さデータを出力する高さデータ出力部としてコンピュータを機能させる、前記液剤散布高さ検出モジュール用プログラム。