JP2513374Y2 - 収穫機の自動操向装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は作業地の状態を撮像することにより得られる
情報に基づき収穫機を自動操向せしめる収穫機の自動操
向装置に関する。

〔従来の技術〕

自動操向装置を装備した従来の作業機には、圃場に植
立した稲列を、該圃場の畦際に近い外周から順に刈取り
脱穀するために、機体を自動操向せしめる収穫機があ
る。

この一例として特開昭62−70916号に開示されている
発明がある。これは収穫機の機体に搭載した撮像手段に
より未作業地と既作業地とを含む作業地を撮像し、これ
により得られた画像を２値化し、２値化画像情報を予め
テーブル化したハフ値（ρ、θ）を使用してハフ変換処
理することにより、前記既作業地と未作業地との境界を
判別し、この境界線に沿って収穫機を自動操向させる構
成となっている。

このような収穫機においては、作業地の既作業地と未
作業地との境界の判別を、穀稈の穂先を検出することに
よって行い、自動操向させる方法が用いられている。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら前述の如く穀稈の穂先を検出することに
より既作業地と未作業地との境界を判別し、収穫機を自
動操向させる場合、穀稈の植立状態を示す模式図である
第12図に示すように穀稈の穂先Ｆはいずれかの方向へ垂
れ下がっているのが一般的であり、穂先Ｆが穀稈の株Ｅ
よりも既作業地側へ突出していると、穂先Ｆの真下の位
置を刈取ろうとしてもこの位置と実際の株Ｅの位置とが
ずれているため、その行程において株Ｅを刈取れず作業
に無駄が生じる。

本考案は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、予
め穂先の画像と、株の画像とを直線近似し、これらの位
置の偏差を求めておき、この偏差に基づき作業時に得ら
れる操向情報を補正することにより精度が良い刈取り作
業を行う収穫機の自動操向装置を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

本考案に係る収穫機の自動操向装置は、倒伏していな
い穀稈の列条を撮像し、撮像された画像を２値化し、２
値化された画素を直線近似し、この直線近似の内容を操
向情報として、前記穀稈の穂先に倣い自動操向する収穫
機の自動操向装置において、機体の進行方向の方位を検
出する方位検出手段と前記画像より穂先の色と対応する
黄色のみを抽出することにより画像を２値化する手段
と、穀稈の色と対応する緑色のみを抽出することにより
画像を２値化する手段と、これらの手段により得られる
画素を夫々直線近似する手段と、これらの直線近似の結
果の偏差を求め、この偏差に基づき、前記手段による直
線近似の内容を補正する補正値を求める手段と、該手段
で求めた補正値及びそのときの前記方位検出手段の方位
検出値に基づき操向情報を補正しつつ自動操向すること
を特徴とする。

〔作用〕

本考案においては、穀稈の穂先の列を検出するために
画素より穂先の色を対応する黄色成分を抽出して２値化
し、また穀稈の列を検出するために画像より穀稈の色に
対応する緑色成分を抽出して２値化し、これらの２値化
された画素の並び状態を夫々直線近似する。これら直線
近似の結果の偏差を求め、操向情報を前記偏差にて補正
しつつ自動操向を行う。

〔実施例〕

以下本考案をその実施例を示す図面に基づき具体的に
説明する。

第１図は本考案に係る収穫機である汎用コンバインの
側面図であり、第２図はその平面図である。

図において１は、左右一対の走行クローラ2,2（片側
のみ図示）の上側に搭載された機体であり、該機体１の
上部左側は前後方向全長に亘って脱穀部３が設置され、
また上部右側には、運転席10、穀物タンク11及び図示し
ないエンジンが、設置されており、更に機体１の前側に
は、刈取部４が昇降自在に装着されている。

前記走行クローラ2,2は、図示しない主クラッチ，静
油圧式の無段変速機及び左右各別のサイドクラッチを介
して伝達される前記エンジンの駆動力により、左右同時
に又は各別に駆動され、機体１を前，後進又は旋回させ
る。

機体１の前進に伴い、前記刈取部４には、その前部に
設けた左右一対のデバイダ41,41間から穀物が導入さ
れ、該穀物は、刈取部４の上部に軸長方向を左右方向と
して軸支されたタインバ43付き掻込みリール42の回転に
より後方に引き倒されつつ、刈取部４の下部に配され左
右方向に反復移動する刈刃43により刈取られる。また、
前記掻込みリール42はその軸端を回転自在に支承される
と共に刈刃43の後側に配設されたプラットホーム45の両
側壁に対して前後及び上下方向に移動可能に支持されて
いる。

前記デバイダ41,41の内側には一対の送信子及び受信
子を有する超音波センサを用いてなる穀稈検出センサ9,
9が装着してある。穀稈検出センサ9,9は、刈取部４にお
けるプラットホーム45の左右幅内に位置する植立した穀
稈のうち、デバイダ41に対して最も近い位置の穀稈Ｃに
向けて発信した超音波の反射音を受信器で受け、発信か
ら受信迄の時間の多少により、デバイダ41の側方から機
体１の進行方向と略直角の横方向に位置する穀稈迄の検
出距離（Lk）を検出し、また穀稈により超音波が遮られ
るのを利用して穀稈の有無を判別する。

一方、前記プラットホーム45の上側には、円柱状をな
しその周面に螺旋状の搬送板44aを形成してなる横搬送
オーガ44が軸長方向を左右方向として軸支されており、
刈刃43により刈取られた穀物は、搬送板44aの作用によ
り横搬送オーガ44の回転に応じて、プラットホーム45上
を横方向に搬送され、刈取部４の後部と前記脱穀部３の
前部とを連通するフィーダハウス５の前端開口部におい
て、チェーンコンベア50に受け継がれ、該コンベア50と
フィーダハウス５の底板との間にて挟扼された状態で後
上方に搬送され、フィーダハウス５の後端開口部から脱
穀部３の扱室30内に導入されるようになっている。

扱室30には、円筒の周面に螺旋状をなしてダブルピッ
チのスクリュー及び多数の扱歯を突設してなる図示しな
い扱胴が、軸長方向を前後方向として軸支されており、
扱室30内に導入された穀物は、前記スクリューの作用に
より、スクリュー扱胴の回転に応じて後方に搬送されつ
つ、前記扱歯の作用により脱穀処理される。脱穀処理後
の扱ぎおろし物は、扱胴の下側に張設された受網33を通
過して、脱穀部３の下部に配設された揺動選別装置32上
に落下し、該装置32の揺動と、脱穀部３の最下部前側に
設置された唐箕装置34により起風され、第１図に白抜矢
符にて示す如く送風される選別風との相乗作用により比
重選別される。即ち、前記扱ぎおろし物中の比較的比重
が大きい精粒は、選別風の上流側の下部に設けた図示し
ない１番樋上に落下し、これに連設した揚穀筒に搬送さ
れ、該揚穀筒内を上向きに搬送され、前記穀物タンク11
に収納される。また穂切れ粒，枝梗付着粒等の２番物
は、１番樋よりも選別風の下流側に配設された図示しな
い２番樋上に落下して右方向に搬送され、これの右端に
連設した２番還元筒35内を前上方に向けて搬送され、扱
室30の最前部に再度導入されて再処理される。更に扱ぎ
おろし物中に含まれる藁屑，塵芥等の３番物は、前記選
別風により後方に吹き飛ばされ、前記扱胴の最後部から
排出される排藁等と共に、脱穀部３の最後部に下向きに
開口する３番口36から圃面上に排出される。

また、運転席10の後方には、前記穀物タンク11と連通
している排出筒37,37が配設されており、該排出筒37,37
は穀物タンク11内の穀粒を外部に排出するようになって
いる。

カラー情報を得るカラービデオカメラよりなる撮像装
置６は対象を検出するに際して、撮像画面が縦横の拡が
りを持つ二次元的な平面を有するエリアセンサであって
撮像素子にて感知された撮像画面の光学情報を電気信号
として出力できるものであり、運転席10の前上方にある
支柱の機体１の右端部に該機体１の進行方向に対して前
下方にそのレンズ部の中心を向けて取付けられている。

この撮像装置６はその視野内にて撮像された画像を後
述する画像処理部60へ出力する。

さて、第４図は本考案装置の要旨である制御系のブロ
ック図であり、第３図は画像処理部の構成を示すブロッ
ク図である。第４図において100はマイクロプロセッサ
を用いてなる操向制御部であり、該操向制御部100の入
力ポートa₁には画像処理部60の出力が与えられている。
画像処理部60はマイクロプロセッサを用いてなり、第３
図に示す如く撮像装置６、黄色が有する周波数域の信号
のみを通過させる帯域通過フィルタよりなる黄フィルタ
回路601又は緑色が有する周波数域の信号のみを通過さ
せる帯域通過フィルタよりなる緑フィルタ回路602のい
ずれかを選択する選択スイッチ600、前記黄フィルタ回
路601及び緑フィルタ回路602、NTSC方式のビデオカメラ
入力信号をこの画像処理部の画素毎に赤色、緑色、青色
の各色信号R,G,Bに分離するNTSCデコーダからなるカメ
ラ入力信号変換部603、分離された赤、緑、青の各色信
号R,G,Bに基づき、後述する方法により画像情報を２値
化する２値化演算部604、２値化された画素のうち所定
の画素間距離を有する画素を抽出する画素抽出部605、
抽出された画素により直線近似を行うハフ変換部606の
順に接続されている。

また、カメラ入力信号変換部603は、穀稈の穂先近傍
の所定範囲の画素を摘出する範囲摘出部607へ接続され
ており、該範囲摘出部607はこれにより摘出された範囲
内の画素を２値化し、この２値化された画素を抽出する
２値化抽出部608へ接続される。そして２値化抽出部608
は、抽出された画素より前記穂先の曲率を後述する方法
により求め、この曲率の大，小を検査する曲率検査部60
9へ接続されている。

前記２値化演算部604、画素抽出部605、ハフ変換部60
6、２値化抽出部608、曲率検査部609は前記マイクロプ
ロセッサによりその演算を行っており、ハフ変換部606
の出力信号は操向制御部100の入力ポートa₁に与えら
れ、また、曲率検査部606の出力信号は操向制御部100の
入力ポートa₂に与えられる。

入力ポートa₃には機体１に取けられた図示しない地磁
気センサよりなる方位検出器７の検出結果が与えられ
る。また、入力ポートa₄，a₅には穀稈検出センサ9,9の
検出結果が夫々与えられている。

そして入力ポートa₆には作業者による手動操作可能な
位置に配設され、後述する教示走行を行う場合にオンさ
れる教示走行スイッチ102が接続されており、該教示走
行スイッチ102がオンされた場合に入力ポートa₆はハイ
レベルに転じる。

入力ポートa₇には作業者による手動操作可能な位置に
配設され、自動操向を行う場合にオンされる自動操向ス
イッチ103が接続されており、該自動操向スイッチ103が
オンされた場合に入力ポートa₇はハイレベルに転じる。

一方、操向制御部100の出力ポートb₁は、操向制御部1
00の出力信号に応じてクローラ２の右側への前記エンジ
ンよりの動力伝達を行う右サイドクラッチ21を作動させ
る図示しない油圧切換弁の電磁ソレノイドに接続されて
おり、これと同様に出力ポートb₂は左サイドクラッチ22
を作動させる電磁ソレノイドに接続されており、操向制
御部100の出力信号に基づいて右サイドクラッチ21及び
左サイドクラッチ22の作動を行い、機体１の操向制御を
行う。

また、出力ポートb₃は前記エンジンより刈取部４へ動
力を伝達する刈取部駆動用クラッチ40の動作を行う図示
しない電磁ソレノイドに接続されており、入力ポートa₄
又はa₅がハイレベルとなった場合、即ち穀稈検出センサ
により穀稈の検出が行われた場合に刈取部４を駆動すべ
く刈取部駆動用クラッチ40の係合を行うようになってい
る。

操向制御部100、画像処理部60、方位検出器７、穀稈
検出センサ9,9、教示走行スイッチ102、自動操向スイッ
チ103は、いずれもエンジン始動用のキースイッチ101を
介して電源に接続されており、該スイッチ101がオンさ
れている場合にのみ夫々の動作を行うことができる。

さて、以上の如く構成された操向制御部100の動作内
容について作業手順と共に説明する。第５図は収穫機の
作業経路図である。

自動操向は、まず第５図に示す如く作業者が機体１を
手動操向により、作業地内の未作業域Ａの外周より作業
をしつつ走行せしめ周回させる行程にて、この作業時の
機体１の進行方向及び該進行方向における穀稈の状態を
操向制御部100に記憶させる教示走行を行う。そして教
示走行終了後、自動操向により作業を行う。

第６図は作業全体の手順を示すフローチャートであ
り、まずステップ１では教示走行スイッチ102がオンさ
れているかどうかを判断する（ステップ１）。ステップ
１において教示走行スイッチがオンされている場合は、
後述する教示走行サブルーチンにより教示走行を行う
（ステップ２）。またステップ１において教示走行スイ
ッチ102がオフの場合は自動操向スイッチ103がオンされ
ているかどうかを判断する（ステップ３）。ステップ３
において自動操向スイッチ103がオンされている場合
は、後述する自動操向サブルーチンにより自動操向を行
い（ステップ４）、自動操向スイッチ103がオフの場合
はリターンされる。

第７図は教示走行サブルーチンのフローチャートであ
る。前述の如き条件が満足され、教示走行サブルーチン
に移行した場合、まず方位検出器７により検出される機
体１の進行方向の方位を読み込む（ステップ５）。

次に画像処理部60においてスイッチ600を黄フィルタ
側に切換え黄フィルタ回路601を選択する（ステップ
６）。そして撮像装置６により第５図に示す如き未作業
領域Ａの第１辺ａの一部を撮像し、後述する画像処理サ
ブルーチンに従い、撮像された画像を処理する（ステッ
プ７）。

第８図は画像処理サブルーチンのフローチャートであ
る。前述の如くステップ７において画像処理を行う場
合、まず、未作業領域Ａの第１辺ａの一部が撮像される
と、画像処理部60は撮像装置６の画像情報より所定タイ
ミング毎に黄フィルタ回路601にて穂先の色と対応する
黄色成分、即ち穂先の情報のみを取り込み、これをカメ
ラ入力信号変換部603でA/D変換し、各画素に分割する
（ステップ71）。

なお、穂先の色は成熟度によって様々であるが、病的
なもの等を除いて圃場毎に、また地域毎に略平均的な黄
色が定まるからこれに対応する色調の黄色を抽出出来る
黄フィルタ回路601を用いればよい。

次に分割された各画素を２値化演算部604にて所定画
素毎にサンプリングして黄色信号の有無で２値化し、穂
先を検出した画素を抽出する（ステップ72）。画素抽出
部605では所定範囲内の画素を抽出する（ステップ7
3）。画素抽出部605で抽出された各画素の２値化画像デ
ータをハフ変換部606にて従来公知の方法で連続した直
線として近似するハフ変換を行う（ステップ74）。機体
の進行方向をＹ軸、これと直交する方向をＸ軸として、
Ｙ軸と平行な向きの近似された直線式を例示すると
（１）式の如くである。これが穀稈の穂先の列びであ
る。この結果は操向制御部100へ出力される。

X₁＝ρ_１cosθ_１…（１） 但し、ρ_１：ハフ値 θ_１：角度 次にステップ９においては、スイッチ600の切換えに
より緑フィルタ回路602を選択する。そして画像処理サ
ブルーチンにて前述の黄フィルタを用いた場合と同様の
手順で緑フィルタ回路602にて穀稈の色と対応する緑色
成分、即ち穀稈の株の情報のみを取り込んで画像処理
し、Ｙ軸と平行な向きの近似された直線式を例示すると
（２）式の如くである。この結果を操向制御部100へ出
力する（ステップ11）。

X₂＝ρ_２cosθ_２…（２） 但し、ρ_２：ハフ値 θ_２：角度 この直線近似結果を穀稈の株の列びとする。

直線近似式X₁，X₂が求められると、操向制御部100で
はこれらの直線近似の結果の偏差を算出することにより
機械の進行方向と直交する方向における穀稈の穂先と株
との圃面上の位置の偏差を求める。該偏差は自動操向時
の直線近似式の補正値α＝X₂−X₁として補正値α算出時
の方位検出値と共に操向制御部100へ記憶させる（ステ
ップ12,13）。

そしてこのような教示走行は、第５図の第１辺ａから
左回りに第２辺b,第３辺c,第４辺ｄの順で行い、夫々の
辺について前述の如き補正値αを算出し、これらの補正
値α及び方位検出値を操向制御部100に記憶させる。

斯くして教示走行による未作業地Ａの外周を作業を行
いつつ１周した場合、教示走行スイッチ102をオフと
し、教示走行を終了させる。

前述の如き教示走行を行い、これが終了した場合、自
動操向スイッチ102をオンとし自動操向を行う。第９図
は自動操向サブルーチンのフローチャートである。自動
操向を行う場合、まず方位検出器７により検出される機
体１の進行方向の方位を読み込む（ステップ14）。次に
画像処理部60においてスイッチ600を黄フィルタ側へ切
換え黄フィルタ回路601を選択する（ステップ15）。こ
れにより穂先の列びに従って自動操向することとなる。
そして撮像装置６により進行方向の未作業域の所定範囲
を撮像し、後述する穂先の曲率検査サブルーチンに従い
撮像された画像を処理する。

第10図は穂先の曲率検査サブルーチンのフローチャー
トであり、第11図は曲率の算出方法を示す説明図であ
る。

黄フィルタ回路601を経てカメラ入力信号変換部603よ
り出力される穂先の画像情報より穂先の曲率を検査すべ
く範囲摘出部607により所定範囲の画素を摘出し（ステ
ップ161）、この範囲の画素を２値化抽出部608により穂
先の色と対応する黄色信号の有無で２値化し、２値化さ
れた画素を抽出する（ステップ162）。次に曲率検査部6
09において第11図に示す如く抽出された画素のうち最も
離れて存在する一対の画素β，γを結ぶ直線ｌを求め
（ステップ163）、該直線ｌと各画素との距離Ｄを夫々
算出し、これらの平均値Ｐを求める（ステップ164）。
次に平均値Ｐと予め定められた曲率設定値との大小を判
別し（ステップ165）、平均値Ｐが曲率設定値より大き
い場合は穀稈が植立していると認識し、自動操向を行
い、一方、平均値Ｐが曲率設定値より小さい場合は穀稈
が倒伏していると認識し、自動操向制御を中止する（ス
テップ166）。

次に第９図のステップ17においては、画像処理サブル
ーチンにより前述と同様の画像処理を行い、ハフ変換に
より穂先の列びがＹ軸と平行な向きであるとすると下記
（３）式の如くに直線近似される（ステップ18）。

X₃＝ρ_３cosθ_３…（３） 但し、ρ_３：ハフ値 θ_３：角度 そして前述の如き教示走行時において操向制御部100
に記憶させられた進行方向の方位と直線近似式の補正値
αとの関係より現在の進行方向の方位検出値に基づき該
方位検出値に対応した前記補正値αを読み込み（ステッ
プ19）、直線近似式X₃に補正値αを加算することによ
り、該直線近似式X₃を補正する（ステップ20）。

そして操向制御部100はこのように補正された直線近
似式X₃に基づき自動操向を行う（ステップ21）。即ち、
例えば教示走行が回り刈りであった場合は、第１辺ａ〜
第４辺ｄ夫々における穂先位置と補正値αとそのときの
操向制御信号との関係が操向制御部100に記憶されてお
り、各辺夫々において穂先位置が求まれば、教示走行時
の関係が保持されるように、つまり求めた近似式から穀
稈の条数が求められるから、収穫機の刈取部を所定の穀
稈条数と対向させつつ操向制御がなされることになる。

いま穂先の位置のずれによる補正値がαの場合、機体
の中心を補正値αに基づき定まる寸法だけ、例えば未作
業領域側に変位させて操向することで、収穫機前方の穀
稈条数を常に最大刈取り条数と一致させた状態で効率的
に刈取りを行うことが可能となる。斯かる制御は繰り返
し行われ、機体１は刈取り作業を実施する。

斯かる自動操向制御を行うことにより機体１は未作業
域Ａの外周を周回しつつその進行方位により操向情報を
補正し、精度良く刈取り作業を行う。また、自動操向中
に穂先の曲率をチェックしているため何らかの事情によ
り穀稈が倒伏している場合は自動操向を中止させること
により未然に事故を防止している。

〔効果〕

以上詳述した如く本考案に係る収穫機の自動操向装置
においては、予め穂先の画像と、株の画像とを直線近似
し、これらの位置の偏差を求めておき、この偏差に基づ
き作業時に得られる操向情報を補正することにより、作
業に無駄がなく、精度が良い刈取り作業を行うことがで
きる等本考案は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の一実施例を示すものであり、第１図は本
考案に係る収穫機の自動操向装置を搭載した汎用コンバ
インの側面図、第２図はその平面図、第３図は画像処理
部のブロック図、第４図は操向制御部のブロック図、第
５図は作業経路図、第６図は作業全体の手順を示すフロ
ーチャート、第７図は教示走行サブルーチンのフローチ
ャート、第８図は画像処理サブルーチンのフローチャー
ト、第９図は自動操向サブルーチンのフローチャート、
第10図は穂先の曲率検査サブルーチンのフローチャー
ト、第11図は曲率の算出方法を示す説明図、第12図は穀
稈の植立状態を示す模式図である。 １…機体、３…脱穀部、４…刈取部 60…画像処理部、100…操向制御部 601…黄フィルタ回路、602…緑フィルタ回路 604…２値化演算部、605…画素抽出部 606…ハフ変換部

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】倒伏していない穀稈の列条を撮像し、撮像
   された画像を２値化し、２値化された画素を直線近似
   し、この直線近似の内容を操向情報として、前記穀稈の
   穂先に倣い自動操向する収穫機の自動操向装置におい
   て、 機体の進行方向の方位を検出する方位検出手段と 前記画像より穂先の色と対応する黄色のみを抽出するこ
   とにより画像を２値化する手段と、 穀稈の色と対応する緑色のみを抽出することにより画像
   を２値化する手段と、 これらの手段により得られる画素を夫々直線近似する手
   段と、 これらの直線近似の結果の偏差を求め、この偏差に基づ
   き、前記手段による直線近似の内容を補正する補正値を
   求める手段と、 該手段で求めた補正値及びそのときの前記方位検出手段
   の方位検出値に基づき操向情報を補正しつつ自動操向す
   ることを特徴とする収穫機の自動操向装置。