JP2023040743A - 収穫機 - Google Patents
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Abstract
【課題】収穫部の前方における圃場面に対する収穫部の現状対地高さを好適に検出できる収穫機の提供。
【解決手段】機体に上下昇降可能に支持され、圃場の作物を収穫する収穫部4と、収穫部4に設けられ、作業走行中に、収穫部4の前方に位置する圃場面を撮像対象として撮像する撮像装置13と、撮像装置13によって撮像された撮像画像に基づいて、撮像画像に写っている撮像対象の位置情報を算出する位置算出部21と、位置情報に基づいて撮像対象における平面部分Fを特定する平面特定部22と、平面部分Fと撮像装置13との距離Dを算出する距離算出部23と、距離Dに基づいて圃場面に対する収穫部4の現状対地高さHを算出する高さ算出部24と、が備えられている。
【選択図】図3
【解決手段】機体に上下昇降可能に支持され、圃場の作物を収穫する収穫部4と、収穫部4に設けられ、作業走行中に、収穫部4の前方に位置する圃場面を撮像対象として撮像する撮像装置13と、撮像装置13によって撮像された撮像画像に基づいて、撮像画像に写っている撮像対象の位置情報を算出する位置算出部21と、位置情報に基づいて撮像対象における平面部分Fを特定する平面特定部22と、平面部分Fと撮像装置13との距離Dを算出する距離算出部23と、距離Dに基づいて圃場面に対する収穫部4の現状対地高さHを算出する高さ算出部24と、が備えられている。
【選択図】図3
Description
本発明は、収穫機に関する。
例えば特許文献1に開示された収穫機では、圃場の作物(文献では「植立穀稈」)を収穫する収穫部(文献では「刈取部」)の現状対地高さが検出される。収穫部の現状対地高さは、収穫部の底部に設けられた板状の接地部によって検出される。
しかし、特許文献1に開示された収穫機に備えられた接地部は、接地部の真下における圃場面に対する対地高さを検出するに過ぎず、収穫部の前方に位置する圃場面に対する対地高さを検出できない。このため、収穫部の前端部が圃場面に対して高過ぎたり低過ぎたりする状況の検出が遅れがちとなる。
本発明の目的は、収穫部の前方における圃場面に対する収穫部の現状対地高さを好適に検出できる収穫機を提供することにある。
本発明による収穫機では、機体に上下昇降可能に支持され、圃場の作物を収穫する収穫部と、前記収穫部に設けられ、作業走行中に、前記収穫部の前方に位置する圃場面を撮像対象として撮像する撮像装置と、前記撮像装置によって撮像された撮像画像に基づいて、前記撮像画像に写っている前記撮像対象の位置情報を算出する位置算出部と、前記位置情報に基づいて前記撮像対象における平面部分を特定する平面特定部と、前記平面部分と前記撮像装置との距離を算出する距離算出部と、前記距離に基づいて圃場面に対する前記収穫部の現状対地高さを算出する高さ算出部と、が備えられていることを特徴とする。
本発明によると、撮像装置が収穫部に設けられ、撮像装置は収穫部の前方に位置する圃場面を撮像対象として撮像する。そして、撮像画像に基づいて撮像対象の位置情報が算出され、撮像装置と、撮像対象における平面部分との距離に基づいて、収穫部の現状対地高さが算出される。つまり、本発明であれば、収穫部の前方に位置する圃場面に対する現状対地高さの算出が可能となる。このため、特許文献1に開示された手法と比較して、収穫部の前端部が圃場面に対して高過ぎたり低過ぎたりする状況が早く検出される。これにより、収穫部の前方における圃場面に対する収穫部の現状対地高さを好適に検出できる収穫機が実現される。
本発明において、前記位置情報は、前記撮像装置を基準点とした座標であると好適である。
本構成であれば、撮像装置によって撮像された撮像画像に写っている撮像対象が座標として管理され、撮像装置と撮像対象との距離の算出が容易に可能となる。
本発明において、前記平面特定部は、複数の前記撮像画像から得られた前記位置情報に基づいて前記平面部分を特定すると好適である。
圃場面における平面部分では、圃場面における凹凸部分と比較して、圃場面に対する収穫部の現状対地高さを精度良く算出し易い。平面部分は撮像対象の位置情報に基づいて特定されるが、本構成であれば、撮像対象の位置情報が複数の撮像画像から得られるため、圃場面に対する収穫部の現状対地高さが一層精度よく算出される。
本発明において、前記現状対地高さと予め設定された前記収穫部の目標対地高さとに基づいて、前記収穫部の対地高さが前記目標対地高さに近づくように前記収穫部の昇降制御を実行する収穫高さ制御部が備えられていると好適である。
本構成によって、収穫部の前方における圃場面に応じて収穫部の対地高さを好適に調整できる。
本発明において、前記撮像装置は、前記収穫部の下部に備えられていると好適である。
作業走行中、収穫部の前方には圃場の作物が植立している。本構成であれば、撮像装置が収穫部の上部に備えられる構成と比較して、撮像装置による圃場面の撮像が容易になる。
〔収穫機の基本構成〕
図1及び図2には、収穫機の一例として自脱型コンバインを示している。図1及び図2に示すように、本コンバインには、走行機体1が備えられている。走行機体1には、クローラ走行装置2と、クローラ走行装置2に支持される機体フレーム3と、が備えられている。走行機体1の前方に収穫部4が設けられている。収穫部4は、揺動軸芯Xまわりに走行機体1に上下昇降可能に支持され、圃場の作物(植立穀稈S、図4参照)を収穫する。コンバインは、クローラ走行装置2で前進しながら、機体前方の作物を収穫部4で次々に収穫する。走行機体1の前部に運転キャビン5が設けられ、運転キャビン5は収穫部4の後方に位置する。
図1及び図2には、収穫機の一例として自脱型コンバインを示している。図1及び図2に示すように、本コンバインには、走行機体1が備えられている。走行機体1には、クローラ走行装置2と、クローラ走行装置2に支持される機体フレーム3と、が備えられている。走行機体1の前方に収穫部4が設けられている。収穫部4は、揺動軸芯Xまわりに走行機体1に上下昇降可能に支持され、圃場の作物(植立穀稈S、図4参照)を収穫する。コンバインは、クローラ走行装置2で前進しながら、機体前方の作物を収穫部4で次々に収穫する。走行機体1の前部に運転キャビン5が設けられ、運転キャビン5は収穫部4の後方に位置する。
運転キャビン5の下方には、エンジン(図示省略)が設けられている。運転キャビン5の後方に穀粒貯留タンク6が設けられ、穀粒貯留タンク6は脱穀処理後の穀粒を貯留する。穀粒貯留タンク6の左隣に脱穀装置7が設けられ、脱穀装置7は収穫部4からの刈取穀稈を脱穀処理する。これにより、コンバインは作業走行を可能なように構成されている。穀粒貯留タンク6に穀粒排出装置8が接続され、穀粒排出装置8は穀粒貯留タンク6内の穀粒を排出する。
収穫部4は、複数刈り仕様(本実施形態では、六条刈り仕様)に構成されている。収穫部4に、複数(本実施形態では、七つ)の分草具9と、引き起こし部10と、刈刃装置11と、搬送部12と、が備えられている。分草具9は植立穀稈S(図4参照、以下同じ)を分草する。引き起こし部10は、分草具9によって分草された植立穀稈Sを引き起こす。刈刃装置11は、引き起こし部10によって引き起こされた植立穀稈Sの株元を切断する。搬送部12は、刈刃装置11によって切断された刈取穀稈を機体後方に向けて搬送する。複数の分草具9のうち、機体右端の分草具9に対して二つ隣(機体右端から三個目)の分草具9に撮像装置13が設けられている。つまり、収穫部4の下部に撮像装置13が備えられている。撮像装置13は、いわゆる単眼カメラであって、収穫部4の前方における圃場面をカラー画面で撮像するように構成されている。
図2に示す例では、未刈の植立穀稈Sを丸印で示し、既刈の残稈をバツ印で示している。二つの分草具9の間に未刈の植立穀稈Sが位置する状態でコンバインが前進走行することによって、収穫部4は前方の植立穀稈Sを収穫する。撮像装置13は、機体右端から三個目の分草具9に設けられている。このため、撮像装置13によって撮像される撮像画像は、図4の画像P1~画像P3のようになる。図4の画像P1~画像P3では、左右に未刈の植立穀稈Sが写され、左右の植立穀稈Sの間に圃場面が写されている。
〔制御系の構成〕
図3に、本発明による収穫機の制御系を示す。コンバインの制御系は、制御ユニット20、及び、この制御ユニット20との間で車載LANなどの配線網を通じて信号通信(データ通信)を行う各種入出力機器等によって構成されている。制御ユニット20は、多数のECUと呼ばれる電子制御ユニットからなる。制御ユニット20は、撮像装置13から撮像画像のデータを入力するように構成されている。また、制御ユニット20は、収穫部4の昇降制御用の信号を出力する。制御ユニット20に、位置算出部21と、平面特定部22と、距離算出部23と、高さ算出部24と、収穫高さ制御部25と、目標収穫高さ設定部26と、が備えられている。
図3に、本発明による収穫機の制御系を示す。コンバインの制御系は、制御ユニット20、及び、この制御ユニット20との間で車載LANなどの配線網を通じて信号通信(データ通信)を行う各種入出力機器等によって構成されている。制御ユニット20は、多数のECUと呼ばれる電子制御ユニットからなる。制御ユニット20は、撮像装置13から撮像画像のデータを入力するように構成されている。また、制御ユニット20は、収穫部4の昇降制御用の信号を出力する。制御ユニット20に、位置算出部21と、平面特定部22と、距離算出部23と、高さ算出部24と、収穫高さ制御部25と、目標収穫高さ設定部26と、が備えられている。
上述したように、撮像装置13は分草具9に設けられ、撮像装置13は収穫部4の前方を撮像する。このため、収穫部4が圃場の植立穀稈Sを収穫するとき、撮像装置13は、図4に示すような、植立穀稈Sと、二条分の植立穀稈Sの条間における地面と、を撮像する。つまり、撮像装置13は、コンバインの作業走行中に、収穫部4の前方に位置する圃場面を撮像対象として経時的に撮像する。撮像装置13によって撮像された撮像画像は、経時的に位置算出部21へ送られる。
撮像装置13によって撮像された撮像画像の例として、図4に画像P1~画像P3を示す。画像P1~画像P3はコンバインの作業走行中に撮像されている。画像P2は画像P1よりも後の時間に撮像され、画像P3は画像P2よりも後の時間に撮像されている。画像P1~画像P3の夫々に、撮像対象の一例として物体A(特定の物ではなく、圃場面の一部分である場合も含む)が写っている。位置算出部21は、撮像装置13によって撮像された撮像画像に基づいて、撮像画像に写っている物体Aの位置情報を算出する。
画像P1~画像P3の夫々で物体Aの画面上の位置情報が異なる。位置算出部21は、画像P1~画像P3の夫々に対して、例えばORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF)等の公知のマッチング処理を行って物体Aを検出し、物体Aの画面上の位置情報の変化分に基づいて、撮像装置13を基準点とした物体Aの三次元座標を算出する。つまり、位置算出部21は、物体Aの位置情報として、複数の撮像画像に基づいて撮像装置13を基準点とした物体Aの三次元座標を算出する。
なお、画像P1~画像P3の夫々の撮像タイミングにおいて、圃場における撮像装置13の位置は異なる。撮像装置13の位置の変化分は、例えば衛星測位システム(GNSS)や慣性計測センサ(IMU)や車速センサ等を用いて検出可能である。位置算出部21は、物体Aの画面上の位置情報の変化分と、撮像装置13の位置の変化分と、に基づいて撮像装置13を基準点とした物体Aの三次元座標を算出しても良い。
画像P1~画像P3には、物体Aの他にも、圃場面や植立穀稈Sにおける多数の撮像対象が存在し、これら多数の撮像対象が点群データとして位置算出部21に取り込まれる。これらの点群データの夫々において三次元座標が位置算出部21によって算出される。これらの点群データは、位置算出部21から平面特定部22へ送られる。
平面特定部22は、位置算出部21から送られた多数の点群データに基づいて、公知のRANSAC(ランダム・サンプル・コンセンサス)という技術を用いて、撮像対象における平面部分F、即ち圃場面を特定する。図3に示される例では、画像P1~画像P3に基づいて、画像PFに示されるような、植立穀稈Sの条間における平面部分Fが特定される。つまり、多数の撮像対象から物体Aを含む多数の点群データが取得されるが、これらの点群データのうち、平面部分Fに示される部分の点群データが、インライア(inlier)の点群データとして特定される。このように、平面特定部22は、複数の撮像画像から得られた位置情報に基づいて平面部分Fを特定する。平面特定部22の特定結果は、距離算出部23へ送られる。
距離算出部23は、平面部分Fに示される部分の点群データに含まれる三次元座標に基づいて、平面部分Fと撮像装置13との距離Dを算出する。距離算出部23の算出結果は高さ算出部24へ送られる。そして高さ算出部24は、距離Dに基づいて圃場面に対する前記収穫部の現状対地高さHを算出する。
目標対地高さHTは目標収穫高さ設定部26によって設定される。目標収穫高さ設定部26は、例えば制御ユニット20の内部に組み込まれた記憶装置(不図示)に予め記憶された値を目標対地高さHTとして設定する構成であっても良いし、人為的操作によって設定された値を目標対地高さHTとして設定する構成であっても良い。
収穫高さ制御部25は、現状対地高さHと目標対地高さHTとに基づいて、収穫部4の対地高さが目標対地高さHTに近づくように昇降制御を実行する。ここで、昇降制御とは、収穫部4の昇降アクチュエータ(不図示)の駆動を制御することを意味する。収穫高さ制御部25は昇降制御を自動的に実行する。なお、収穫高さ制御部25は、昇降制御を自動的に実行しなくても良く、例えば、手動による昇降制御をアシストするものであっても良い。つまり、収穫高さ制御部25は、現状対地高さHと予め設定された収穫部4の目標対地高さHTとに基づいて、収穫部4の対地高さが目標対地高さHTに近づくように収穫部4の昇降制御を実行すれば良い。
例えば、平面部分Fと隆起部分Gとが存在する圃場を図5に示す。隆起部分Gは、平面部分Fに対してコンバインの進行方向手前側に位置する。平面部分Fは図5において太線で示している。コンバインは、隆起部分Gを乗り越えてから平面部分Fにおける植立穀稈Sを収穫する。コンバインが隆起部分Gを乗り越える際に、コンバインの機体全体が前上がりに傾斜し、平面部分Fに対する収穫部4の現状対地高さHが隆起部分Gの高さ分だけ高くなる。このため、平面部分Fのうち隆起部分Gと隣接する領域では、残稈高さが高くなる。後の耕耘等を考慮すると、圃場の残稈高さは出来るだけ低い方が望ましい。
図5に示す例では、コンバインが隆起部分Gを乗り越える際に、平面部分Fと撮像装置13との距離Dが距離算出部23によって算出される。そして、高さ算出部24が距離Dに基づいて現状対地高さHを算出する。図5に示す現状対地高さHは、目標対地高さHTよりも高くなっている。このため、収穫高さ制御部25は、収穫部4の平面部分Fに対する対地高さを低くするように、収穫部4を下降制御する。このため、収穫部4は、図5の破線で示される状態から図5の実線で示される状態となるように降下する。
図5では、収穫部4が降下した後における平面部分Fと撮像装置13との距離dが距離算出部23によって算出される。距離dは、収穫部4の降下前において算出された距離Dよりも短い。そして、高さ算出部24が距離dに基づいて、収穫部4が降下した後における現状対地高さhを算出する。図5では、目標対地高さHTが一点鎖線で示されている。現状対地高さhは、図5に示している現状対地高さHよりも低くなっており、図5に示している現状対地高さHよりも目標対地高さHTに近いものとなっている。
また、コンバインが隆起部分Gを乗り越えた直後、コンバインの機体全体が前下がりに傾斜し、平面部分Fに対する収穫部4の現状対地高さHが目標対地高さHTよりも低くなる場合が考えられる。この場合、収穫高さ制御部25は、収穫部4の平面部分Fに対する対地高さを高くするように、収穫部4を上昇制御する。これにより、収穫部4の先端が圃場面に突き刺さる虞が軽減される。
〔別実施形態〕
本発明は、上述の実施形態に例示された構成に限定されるものではなく、以下、本発明の代表的な別実施形態を例示する。
本発明は、上述の実施形態に例示された構成に限定されるものではなく、以下、本発明の代表的な別実施形態を例示する。
(1)上述の実施形態に示した撮像装置13は、いわゆる単眼カメラであるが、撮像装置13はステレオカメラであっても良い。この構成であっても、平面特定部22は、複数の撮像画像から得られた位置情報に基づいて平面部分Fを特定できる。
(2)上述の実施形態では、位置算出部21によって算出される撮像対象の位置情報は、撮像装置13を基準点とした座標である。この実施形態に限定されず、撮像対象の位置情報は、例えば収穫部4の任意の位置(収穫部4の底部など)を基準点とした座標であっても良い。
(3)上述の実施形態では、機体右端の分草具9に対して二つ隣(機体右端から三個目)の分草具9に撮像装置13が設けられている。この実施形態に限定されず、撮像装置13は、どの分草具9に設けられても良い。例えば、図2に示すような既刈の残稈が写っても問題なければ、撮像装置13は機体右端の分草具9に設けられても良い。また、撮像装置13は、例えば引き起こし部10の前部に設けられても良い。
(4)上述の実施形態では、撮像装置13は、収穫部4の前方における圃場面をカラー画面で撮像するが、グレースケール値を有するグレースケール画像で圃場面を撮像する構成であっても良い。
なお、上述の実施形態(別実施形態を含む、以下同じ)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能である。また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。
本発明は、自脱型コンバイン以外に、全稈投入型のコンバイン、トウモロコシ収穫機、飼料収穫機等にも適用できる。
1 :走行機体
4 :収穫部
13 :撮像装置
21 :位置算出部
22 :平面特定部
23 :距離算出部
24 :高さ算出部
25 :収穫高さ制御部
D :平面部分と撮像装置との距離
F :平面部分
HT :目標対地高さ
Hd :現状対地高さ
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D :平面部分と撮像装置との距離
F :平面部分
HT :目標対地高さ
Hd :現状対地高さ
Claims (5)
- 機体に上下昇降可能に支持され、圃場の作物を収穫する収穫部と、
前記収穫部に設けられ、作業走行中に、前記収穫部の前方に位置する圃場面を撮像対象として撮像する撮像装置と、
前記撮像装置によって撮像された撮像画像に基づいて、前記撮像画像に写っている前記撮像対象の位置情報を算出する位置算出部と、
前記位置情報に基づいて前記撮像対象における平面部分を特定する平面特定部と、
前記平面部分と前記撮像装置との距離を算出する距離算出部と、
前記距離に基づいて圃場面に対する前記収穫部の現状対地高さを算出する高さ算出部と、が備えられている収穫機。 - 前記位置情報は、前記撮像装置を基準点とした座標である請求項1に記載の収穫機。
- 前記平面特定部は、複数の前記撮像画像から得られた前記位置情報に基づいて前記平面部分を特定する請求項1または2に記載の収穫機。
- 前記現状対地高さと予め設定された前記収穫部の目標対地高さとに基づいて、前記収穫部の対地高さが前記目標対地高さに近づくように前記収穫部の昇降制御を実行する収穫高さ制御部が備えられている請求項1から3の何れか一項に記載の収穫機。
- 前記撮像装置は、前記収穫部の下部に備えられている請求項1から4の何れか一項に記載の収穫機。
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- 2021-09-10 JP JP2021147884A patent/JP2023040743A/ja active Pending
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