JP2673565B2

JP2673565B2 - 移植機の自動操向装置

Info

Publication number: JP2673565B2
Application number: JP63299194A
Authority: JP
Inventors: 英機神山
Original assignee: Yanma Agricultural Equipment Co Ltd
Current assignee: Yanma Agricultural Equipment Co Ltd
Priority date: 1988-11-25
Filing date: 1988-11-25
Publication date: 1997-11-05
Anticipated expiration: 2012-11-05
Also published as: JPH02145106A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は植付け済の苗株の列条を倣いガイドとして、
移植機を自動的に操向せしめる移植機の自動操向装置に
関する。

〔従来技術〕

田植機は、走行機体と該機体の後部に連結された植付
部とからなり、走行機体を走行させつつ、植付部に搭載
した苗株を、該植付部に装備された植付爪の動作によ
り、所定の間隔にて田面上に植付けるものである。

ところで、苗株相互間の植付け間隔が過度に狭いと、
苗株の生育不良を招来する虞があり、逆に植付け間隔が
過度に広いと、単位面積当たりの収穫量が少なくなるた
め、苗株の植付けは、適正な植付け間隔にて行われるこ
とが望ましい。田植機においては、前記植付爪が走行機
体の走行速度と同期して動作するようになっており、走
行機体の進行方向の植付け間隔は、走行速度の如何に拘
わらず、自動的に前記適正値に保たれるが、走行機体の
進行方向と直交する方向の植付け間隔（以下条間隔とい
う）を前記適正値に保つためには、既に植付けられた苗
株の列条に沿って走行機体を操向させつつ植付けを行わ
せる必要がある。そこで条間隔を前記適正値に保った状
態で植付け作業が行えるように、走行機体を前記苗株の
列条に沿って自動的に操向せしめる自動操向装置を装備
した田植機がある。

この自動操向装置の一例として２次元的に前記苗株の
列条を撮像するビデオカメラ等を用いて自動操向する装
置が開示されている（特開昭62−61509号公報）。前記
公報に開示された発明は、ビデオカメラを用いて苗株の
列条を撮像し、その画像情報の緑色成分と青色成分との
色差を演算し、この色差の画像情報を設定閾値に基づい
て２値化し、２値化された画素の座標毎にその座標を通
過する線分を極座標系で表されるハフ値とその角度とし
て定義し、同一ハフ値をとる頻度を計数し、その最大値
のハフ値及びその角度から線分を特定し、その線分を苗
列とみなし、これに倣って自動操向させるものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら前記発明においては、前記ハフ値及びそ
の角度の最新算出値のみを操向制御に用いているため、
前記苗株の列条が僅かでも不規則となっていると、それ
を検出して操舵装置に不必要な動作が指令され、操舵頻
度が高くなり、操向制御が不安定となる虞があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ハ
フ値及びその角度が所定範囲内にある場合は、該ハフ値
及びその角度の時系列的な算出値の最新のものに重み付
けし、それを用いて移動平均し、その移動平均結果のハ
フ値及びその角度に基づいて自動操向させることにより
不必要な動作が少なく操向が安定していると共に追従性
が良く、また、前記ハフ値及びその角度が所定範囲外に
ある場合は、該ハフ値及びその角度の最新値に基づいて
自動操向させることにより、自動操向の追従性が更に良
い移植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〕

本発明に係る移植機の自動操向装置は、植付け済の苗
株の列条を撮像し、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、この直線近似により求められ
た線分と画像における機体の進行方向に設定してある基
準線とのなす角度及び前記基準線に設けた基準点と前記
線分との距離の進行方向と直交する方向の成分を算出
し、前記角度及び成分を操向情報として用い、前記列条
に倣い自動操向する移植機の自動操向装置において、前
記角度及び成分が所定の範囲内にあるかどうかを判別す
る判別手段と、該判別手段により前記角度及び成分が所
定の範囲内にあると判断された場合に前記角度及び成分
の最新値に重み付けしてその移動平均を演算する手段
と、前記判別手段により前記角度及び成分が所定の範囲
内にあると判別された場合には前記移動平均の結果に基
づいて自動操向させると共に、前記判別手段により前記
角度及び成分が所定範囲外にあると判別された場合に
は、前記角度及び成分の最新値に基づいて自動操向させ
る手段とを有することを特徴とする。

〔作用〕

２値化された画素を直線近似し、この直線近似により
求められる線分が基準線となす角度及び該基準線に設け
られる基準点と前記線分との距離の進行方向と直交する
方向の成分が所定範囲内にあるかどうか判別し、この判
別結果が所定範囲内である場合、前記角度及び成分の最
新値に重み付けしてそれを移動平均し、この移動平均結
果に基づいて自動操向を行うことにより不必要な操舵が
少なく、操向が安定化すると共に追従性を良くする。一
方、前記判別結果が所定範囲外である場合、前記角度及
び成分の最新値に基づいて自動操向を行うことにより、
前記移動平均値に基づくものよりも操向の追従性が良
い。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述す
る。第１図は本発明に係る田植機の自動操向装置（以下
本発明装置という）を装備した乗用田植機の側面図、第
２図はその平面図である。

図においてＡは、左右各一対の前輪1,1及び後輪2,2に
支持された走行機体であり、該走行機体Ａは、その前部
に搭載した動力部３にて発生された動力を、図示しない
主クラッチ，変速機等の伝動機構を介して後輪2,2に伝
達し、該後輪2,2の回転により、田面上を自走する。

またＢは、走行機体Ａの後部に装着された３点リンク
機構４の後端部に、該機構４の昇降動作に伴って、走行
機体Ａに対して昇降自在となるように取付られた植付部
であり、該植付部Ｂは、６条植えの田植機の場合、第２
図に示す如く、その後端部の左右両側に一対の植付爪7,
7を備え、左右方向に互いに適長離隔させて並設された
３組の苗植装置6,6,6、該苗植装置6,6,6の上側に左右方
向への摺動自在に取付けられた苗載台８、及び苗植装置
6,6,6の下側に、左右方向に互いに適長離隔させて、前
後方向に揺動自在に取付けられた３個のフロート9,9,9
等から構成されている。而して、３点リンク機構４の動
作により田面上に降下された植付部Ｂは、走行機体Ａに
牽引されて、フロート9,9,9の作用により田面上を滑走
しつつ、苗植装置6,6,6の夫々の植付爪7,7…の動作によ
り、苗載台８上に載置されこれに沿って滑動落下する苗
マットを、苗載台８の最下部において、数株づつの苗株
に切り分け、田面上に列条をなして植付ける。

前記フロート9,9,9の下面には操向時に植付部Ｂを安
定させる板状の安定板17,17,17がフロート9,9,9より鉛
直下方に設けられた回動軸170,170,170周りに水平方向
への回動自在に板幅方向がフロート9,9,9の下面に対し
て垂直となるように取付けられており、これらの安定板
17,17,17はフロート9,9,9の上面に取付けられた安定板
駆動電動機18,18,18によって駆動される。

なお、前記安定板17,17,17は、図示しない固定装置に
より水平方向への回動を禁じるように固定できるように
なっている。

前記安定板駆動電動機18,18,18の上面には、安定板1
7,17,17の走行機体Ａの進行方向に対する角度を検出す
るポテンショメータよりなる安定板角度検出器19,19,19
が設けられており、これらによって安定板の角度を検出
し、この検出値を、走行時に定められる目標値と一致さ
せるべく前記安定板駆動電動機18,18,18を駆動させる。

走行機体Ａの、前輪1,1の中心よりもやや前方の左右
両側には、一対のマーカ取付杆10a,10aの基端部が、水
平面内での回動自在に取付けてあり、該取付杆10a,10a
の下方に向けて屈曲された先端部には、容易に視認可能
なように、黄色のプラスチックにて円柱状に成形された
マーカ10,10が、田面の上方に適長離隔させて夫々固着
されている。マーカ取付杆10a,10aは夫々の先端部を、
第１図及び第２図に示す如く、左前方又は右前方に突出
させた位置と、走行機体Ａの下部に収納された位置との
いずれか一方の位置にて選択的に拘束できるようにして
あり、左側（又は右側）の取付杆10aが突出位置にある
場合に、この先端の前記マーカ10を、走行機体Ａの左側
（又は右側）の既植苗の列条に一致させることにより、
植付部Ｂにより植付けられる苗株と、前記既植苗の列条
との間の条間隔を所定値に保つことができる。

また、走行機体Ａの、後輪2,2の上端よりもやや前上
方の左右両側には、その先端部を左右に突出させて、セ
ンサ取付杆21L,21Rが固着してあり、該取付杆21L,21Rの
先端部には、苗列撮像装置20L,20Rが取付けてある。第
３図は苗列撮像装置20Lの取付状態を示す拡大側面図、
第４図はその平面図である。

苗列撮像装置20Lは、カラービデオカメラ20Laを用
い、走行機体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、その取付位置から所定距離前下方の田面
上に前行程で植えられた苗列のうちの最外側の４株程度
の苗株を撮像できるようにその前後方向の取付角度を設
定され、その視野内にて撮像された画像を後述する画像
処理部22に伝達する。

走行機体Ａの右側に位置する苗列撮像装置20Rは前記
左側の苗列撮像装置20Lと同様に取付けられている。

走行機体Ａの後部には運転席DSが設けてあり、該運転
席DSの左側には、前記変速機の変速段の変更及び前記主
クラッチの係脱を行うための主変速レバ11が、また運転
席DSの右側には、作業選択レバ12が夫々配設されてい
る。

第５図は、作業選択レバ12の取付位置近傍の上方から
の拡大平面図である。作業選択レバ12は、その下部を走
行機体Ａの適宜位置に枢支してある一方、走行機体Ａの
上部に固設された案内板13に前後方向を長手方向として
形成された案内孔14にその中途部を挿通させてあり、該
孔14に沿って、これを前後方向又は左右方向に回動操作
し、所定の係止位置にて係止せしめることにより、種々
の作業状態を選択できるようにしたものである。

即ち、該レバ12を前記案内孔14の後半部（第５図にお
いては右半部）において、前後方向に回動操作すること
により、前記３点リンク機構４の図示しない昇降用油圧
シリンダへの圧油の送給方向を切換え、該シリンダの動
作により植付部Ｂが走行機体Ａに対して上昇又は下降
し、前記後半部の中途部に右向きに分岐形成された係止
部14aに係止せしめることにより、植付部Ｂが適宜の高
さ位置にて停止するようになっている。また、前記作業
選択レバ12を案内孔14の前半部に回動操作することによ
り、図示しない植付けクラッチが係合され、動力部３か
らの動力が伝達されて、植付部Ｂがその動作を開始する
ようになっており、該レバ12が案内孔14の最前部に係止
させた場合には、植付部Ｂの動作速度が高速となり、案
内孔14の前半部の中途部に係止させた場合には、植付部
Ｂの動作速度が低速となる。更に、前記２個所の係止位
置の夫々において、案内孔14に左右に分岐形成された横
孔14b,14cに沿って、作業選択レバ12を右又は左に回動
操作することにより、右側又は左側の前記マーカ10が突
出されると同時に、逆側のマーカ10が収納されるように
なっている。

第６図は前輪1,1の操舵機構の模式的平面図である。

図において30は、その長手方向を左右方向として走行
機体Ａの下部に水平に固着されたフロントアクスルであ
り、該フロントアクスル30の左，右両端部には、左，右
の前輪1,1を夫々軸支するナックルアーム32,32が、キン
グピン31,31を介して水平面内での回動自在に枢支され
ている。また、前記フロントアクスル30の上面の適宜位
置には、枢軸33が上向きに立設されており、該枢軸33に
は、第６図に示す如き変形Ｔ字形の平面形状を有する回
動部材34が、Ｔ字形の交叉部を水平面内での回動自在に
枢支して取付けられている。該回動部材34のＴ字形の縦
線に相当する部分は、前方に突出させてあり、その端部
は、各別のリンク部材35,36を介して前記ナックルアー
ム32,32の前端部と夫々連結させてある。また、回動部
材34のＴ字形の横線に相当する部分の右側の端部は、そ
の基端部を走行機体Ａの前部に水平面内での回動自在に
枢支してなる操向シリンダ40のピストンロッド40aの先
端部に、また左側の端部は、前記操向シリンダ40への圧
油の送給方向を切換える方向切換弁41のスプール41aの
一端部に夫々係止してある。該方向切換弁41は、４ポー
ト３位置切換式であり、運転席DSの前部に配設された前
輪操舵用のハンドル15が左又は右方向に回動操作された
場合に、これに応動して鉛直面内にて回動し、その下部
が後又は前方向に移動する回動アーム16の下端部に、前
記スプール41aの他端部を係止させて配設されている。

本発明装置の油圧回路は、前記操向シリンダ40、前記
方向切換弁41、動力部３から駆動力を伝達されて回転す
る油圧ポンプＰ、及び４ポート３位置切換式の電磁方向
切換弁Ｖ等から構成されており、油圧ポンプＰからの圧
油は、分配弁42により２方向に分岐され、一方が方向切
換弁41を経て、また他方が電磁方向切換弁Ｖを経て、夫
々操向シリンダ40に送給されるようになしてある。

前述の如く、方向切換弁41のスプール41aは、回動ア
ーム16の下端部に係止してあり、ハンドル15が右方向に
回動操作され、回動アーム16が第６図における時計廻り
に回動した場合、前記スプール41aは該アーム16の下端
部によって押圧され、方向切換弁41を通過した圧油が操
向シリンダ40の進出側油室に送給され、ピストンロッド
40aが進出する結果、前記回動部材34が第６図における
時計廻りに回動し、該部材34の前端に係止したリンク部
材35,36を介して、ナックルアーム32,32と共に、前輪1,
1は右に操舵される。また前記ハンドル15が左方向に回
動操作された場合、方向切換弁41を通過した圧油が操向
シリンダ40の退入側油室に送給され、ピストンロッド40
aが退入する結果、操舵機構が前述の場合と逆方向に動
作して前輪1,1は左に操舵される。

また、前記電磁方向切換弁ＶのソレノイドSl（又はソ
レノイドSr）が励磁された場合には、油圧ポンプＰから
の圧油が、該弁Ｖを通過して操向シリンダ40の退入側
（又は進出側）油室に送給され、この圧油によりピスト
ンロッド40aが退入（又は進出）する結果、前記ハンド
ル15が左方向（又は右方向）に回動操作された場合と同
様に、前記回動部材34が第６図における時計廻り（又は
反時計廻り）に回動し、該部材34の前端に係止したリン
ク部材35,36を夫々介して、ナックルアーム32,32と共に
左右の前輪1,1は左（又は右）に操舵される。

このようにして操舵される前輪1,1の操舵角を検出す
べく、前記キングピン31,31の一方に、該ピン31の回動
位置に応じた電位を出力するポテンショメータを用いて
なる操舵角センサ38が装着されている。該操舵角センサ
38は、直進に対して右に操向されているときは負の電位
を出力し、また左に操向されているときは正の電位を夫
々出力する。

またハンドル15に操作力が加えられていない場合に
は、電磁方向切換弁Ｖを通過した圧油による油圧シリン
ダ40の動作により回動部材34の回動位置が変化したとき
においても、方向切換弁41は、スプール41aに設けたば
ねの作用によりその中立位置をとるようにしてあり、こ
れと共にハンドル15は直進走行状態に復帰するようにな
っている。そしてハンドル15に連結されたステアリング
コラム15aの基端部には、該ハンドル15が直進状態から
右又は左方向に回動操作された場合にオンする手動操舵
検出スイッチ56（第７図参照）が配設してある。

さて、第７図は本発明装置の要旨である制御系のブロ
ック図であり、第８図は画像処理部の構成を示すブロッ
ク図である。図において50はマイクロプロセッサを用い
てなる操向制御部であり、該制御部50の入力ポートa₁に
は画像処理部22の出力が与えられている。画像処理部22
はマイクロプロセッサを用いてなり、その分解能は縦横
夫々256画素を有している。また画像処理部22は作業選
択レバ12が案内孔14の前記横孔14bもしくは横孔14cに沿
って左方向又は右方向に回動操作され、左側又は右側の
前記マーカ10が突出された場合に切換わり、左右の苗列
撮像装置20L,20Rを選択する選択スイッチ221、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222、分離された赤、
緑、青の各色信号R,G,Bに基づき、後述する演算により
画像情報を２値化する２値化演算部225、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226、抽出された画素により直線近似を行うハ
フ変換部227、ハフ変換された最新の結果に重み付け
し、その移動平均を演算する移動平均演算部228、前記
ハフ変換された最新の結果に基づき前記ハフ変換部227
と、移動平均演算部228とのいずれかの出力信号を選択
し、操向制御部50及び後述するモニタ出力信号変換部22
3に送る信号選択部229の順に接続されている。

前記信号選択部229にはハフ変換部227及び移動平均演
算部228の出力信号が入力されており、また、これらと
は別にハフ変換部227より信号選択評価用の出力信号が
入力されている。

第９図は本発明装置の特徴である移動平均演算領域の
領域分けを示す図であり、Ｉは移植機が白抜矢符方向へ
進行する場合の撮像を表しており、Ｒは画面上の基準線
を示している。前記信号選択部229においては、予め基
準線Ｒの両側に移動平均領域Ｐ、その外側に移動平均外
領域Ｄを設定しておき、ハフ変換部227により演算され
たハフ値及びその角度が移動平均領域Ｐ内にあれば、移
動平均演算部228の出力信号を通過させ、また、前記ハ
フ値及びその角度が移動平均外領域Ｄにある場合はハフ
変換部227の出力信号を通過させる。

前記２値化演算部225、画素抽出部226、ハフ変換部22
7、移動平均演算部228は前記マイクロプロセッサにより
その演算を行っている。また信号選択部229及びカメラ
入力信号変換部222は画像情報演算結果及び直線近似結
果等の各種情報をビデオ信号出力に変換するモニタ出力
信号変換部に接続され、変換されたビデオ信号により前
記各種情報を表示するカラーモニタ224がモニタ出力信
号変換部223に接続されている。そして信号選択部229か
らの出力が操向制御部50の入力ポートa₁に与えられる。

また操向制御部50の入力ポートa₂には、前記操舵角セ
ンサ38の出力電位が与えられており、該入力ポートa₂に
入力される信号は、操向制御部50の入力インタフェース
にて所定の処理を施され、前輪1,1の現状の操舵角に対
応するディジタルデータＤとして、操向制御部50のCPU
に取込まれるようになっている。

また操向制御部50の入力ポートa₃には、運転席DSに着
座した作業者による手動操作可能な位置に配設され、自
動操向を行わせる場合に、オンされる自動スイッチ51が
接続されており、該スイッチ51がオンされた場合に、入
力ポートa₃はハイレベルに転じる。

入力ポートa₄には、作業選択レバ12が案内孔14前半部
の回動位置にある場合にオンする植付けスイッチ52が接
続されており、操向制御部50は、該スイッチ52のオンに
伴って入力ポートa₄がハイレベルになることにより、植
付部Ｂが動作していることを認識する。

入力ポートa₅には、主変速レバ11の操作により主クラ
ッチが係合された場合にオンする主クラッチスイッチ53
が接続されており、操向制御部50は、該スイッチ53のオ
ンに伴って入力ポートa₅がハイレベルになることによ
り、走行機体Ａが走行していることを認識する。

更に操向制御部50の入力ポートa₆には、前述の如く配
設された手動操作検出スイッチ56が接続されており、該
スイッチ56がオンされた場合に入力ポートa₆がハイレベ
ルに転じるようになしてある。

入力ポートa₇には前記安定板角度検出器19,19,19の出
力電位が与えられており、該入力ポートa₇に入力される
信号は操向制御部50の入力インタフェースにて所定の処
理を施され、安定板17,17,17の現状の安定板角度に対応
するディジタルデータとして操向制御部50のCPUに取込
まれるようになっている。

一方、操向制御部50の出力ポートb₁は、電磁方向切換
弁ＶのソレノイドSlとボディーアースの間に介装したス
イッチングトランジスタ60に接続されており、同様に、
出力ポートb₂は、ソレノイドSrとボディーアースの間に
介装したスイッチングトランジスタ61に接続されてい
る。そして出力ポートb₁（又は出力ポートb₂）がハイレ
ベルとなった場合には、スイッチングトランジスタ60
（又は同61）が動作して、ソレノイドSl（又は同Sr）に
励磁電流が流れるようになっている。

操向制御部50の出力ポートb₃は、操向制御が行われて
いることを作業者に報知せしめるための自動ランプ62
に、また出力ポートb₄は、前記苗列撮像装置20L,20Rの
いずれかにより既植苗が検出されており、操向制御が適
正に行われていることを作業者に報知せしめるための苗
検出ランプ63に夫々接続されており、出力ポートb₃,b₄
のハイレベル出力に応じて各ランプが点灯するようにな
っている。

また、出力ポートb₅,b₆は、各種警報出力のための警
報ランプ64,警報ブザ65に夫々接続されており、出力ポ
ートb₅のハイレベル出力に応じて警報ランプ64が点灯
し、出力ポートb₆のハイレベル出力に応じて警報ブザ65
が鳴動するようになっている。

出力ポートb₇,b₈は、前記安定板17,17,17を駆動する
安定板駆動電動機18,18,18の駆動制御を行う電動機駆動
回路180に接続されており、該電動機駆動回路180は出力
ポートb₇（又は出力ポートb₈）より出力される信号に応
じて安定板駆動電動機18,18,18を正転（又は逆転）させ
ることにより、前記安定板17,17,17の走行機体Ａの進行
方向に対する角度を調節する。

操向制御部50、回転数検出器17、苗列撮像装置20L,20
R及びソレノイドSl,Srは、前記操舵角センサ38及び各ス
イッチと共に、いずれもエンジン始動用のキースイッチ
70を介して電源に接続されており、該スイッチ70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50の動作内容に
ついて、本発明装置を装備した乗用田植機による植付け
作業手順と共に説明する。

運転席DSに着座した作業者により自動スイッチ51がオ
ン操作され、入力ポートa₃がハイレベルに転じると、操
向制御部50は、出力ポートb₃を断続的にハイレベルと
し、自動ランプ62を点滅せしめて、制御動作の準備段階
にあることを作業者に報知する。

次いで作業者は、作業選択レバ12を前方に回動操作し
て植付部Ｂを田面上に降下せしめ、更に走行機体Ａの走
行速度に応じて植付部Ｂの動作速度を選択し、作業選択
レバ12を前記案内孔14前半部の所定の係止位置まで回動
操作する。このレバ操作により、前記植付けスイッチ52
がオンされて入力ポートa₄がハイレベルに転じると、操
向制御部50は、出力ポートb₃を連続的にハイレベルと
し、自動ランプ62を点灯させ、以後その制御動作を開始
する。

さて作業者は、作業選択レバ12を所定の係止位置にて
係止せしめた後、例えば、倣いガイドとなる既植苗の列
条が走行機体Ａの左側にある場合には、該レバ12を左方
向に回動操作して、左側のマーカ10を機体Ａの左側に突
出させる。

作業者は、左側に突出された前記マーカ10を視認しつ
つ、これが、前行程において植付けた苗株の列条の内、
最も右側に位置する列条の直上に位置するようにハンド
ル15を操作して、走行機体Ａの大略の位置決めを行った
後、更に、苗検出ランプ63を視認しつつ、これが点灯さ
れるまでハンドル15を操作して、走行機体Ａの初期位置
設定を行えば、その後は、前記列条中に所定の間隔にて
植付けられている苗が、苗列撮像装置20Lによって連続
的に撮像され、この撮像結果に基づく画像処理部22及び
操向制御部50の後述の動作により、所定の基準位置Ｓ
（本実施例においてはカラービデオカメラ20Laの撮像範
囲の中心線）に前記苗が常に位置するように走行機体Ａ
は自動操向される。

第10図は画像処理部の制御内容を示すフローチャート
であり苗列撮像装置20Lによって既植苗が撮像される
と、画像処理部22は、カラービデオカメラ20Laの画像情
報であるビデオカメラ入力信号を設定タイミング毎に取
り込みカメラ入力信号変換部222にて赤色信号，緑色信
号，青色信号の各色信号R,G,Bに分離する。これを全て
の画素について行うのであるが、縦横256画素×256画素
＝65,536画素について行うと計算時間に多大な時間を要
するので、縦横32画素×32画素＝1024画素について行
う。即ち８画素毎にサンプリングして前記各信号R,G,B
を分離する（ステップ１）。

次に分離された各画素の各色信号R,G,Bにより下記条
件式を用い、画像情報を２値化演算部225で２値化し、
苗による画素を抽出する（ステップ２）。

Ｇ＞ＲかつＧ＞ＢかつＧ＞0.38（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）…（１）上記条件式（１）は各色信号R,G,Bの値を閾値を用い
ず２値化するために考案されたものであり、これにより
時刻毎に変化する外乱光の明暗等の外部条件に応じた閾
値の変更が不要である。

次に得られた２値化画像の抽出及び直線近似の手段に
ついて説明する。第11図は２値化された画像を撮像範囲
内に表示した模式図であり、撮像範囲の中心Ｏを原点と
し進行方向をｙ軸正方向とし、また左右方向をｘ軸方向
となしている。またＳは前記基準位置を示し、本実施例
ではｙ軸と一致している。さらにａ〜ｇは２値化された
画像を示しており、各画像a,b…の添字は各画素を示し
ている。

画像a,b…が２値化されると、第11図左上より32×32
画素を走査し、上から順に画素αを抽出する（第10図で
は画素a₁）。次に抽出された画素αと下記の条件の範囲
にある画素βを全て抽出する（ステップ３）。

いま画素αのx,y座標を夫々ｘ例,y例、画素βのx,y座
標を夫々ｘ,yとすると、条件式を下記の如く設定す
る。

|x例−ｘ｜≦４ …（２）ｙ例−ｙ≧８ …（３）一般に既植苗に倣う田植作業を行う場合、田植機の進
行方向に対して既植苗の苗列の傾きは小さく、また苗株
毎の画像に表われた直線成分は苗株の長さはほぼ一定長
以下なので、ある一定画素以下となる。これらのことよ
り前記条件式（２）にて傾きの小さな画素を抽出し、条
件式（３）にて同一苗株を抽出するのを防止し、苗株の
直線成分が近似直線に影響を与えないようにしている。
本実施例では上記条件式（２），（３）にて画素b₁〜
b₅,d₁〜d₄が抽出され、画素c₁〜c₄,e₁,e₂,f₁,f₂,g₁,g₂
は抽出されない。次の画素α（第11図では画素a₂）につ
いて同じように条件式（２）（３）を用いて画素βを抽
出し、この動作を画素βが抽出不可となるまで繰返す
（ステップ４）。

次にハフ変換部227にて画素αと抽出された画素βと
を結ぶ直線を算出し、その直線の数に、その直線と中心
Ｏとの距離ρ₁,ρ_２…及びその角度θ₁,θ_２…を求める
（ステップ５）。

次に求められた距離ρ₁,ρ_２…及び角度θ₁,θ_２…の
夫々の平均値を求め、求められた距離をρ，角度をθと
すると、このρが求めるハフ値となりθがその角度とな
る。そして、このハフ値ρ及び角度θの算出を設定タイ
ミング毎に演算する（ステップ６）。

ステップ７では、ステップ６において算出されたハフ
値ρ及び角度θが予め設定してある、第９図に示される
如き移動平均領域Ｐの範囲内であるか否かを判断する。
ハフ値ρ及び角度θが前記範囲内にある場合は、予め設
定されたサンプル数Ｎに基づき、その個数の時系列的な
出力であるハフ値ρ及び角度θが順次読み込まれ（ステ
ップ８）、これらの最新の出力に予め設定された重み関
数Ｋにて重み付けをし、夫々の移動平均，を算出す
る（ステップ９）。移動平均，が算出されると、こ
れらが、ハフ値ρ，角度θとして夫々に代入され（ステ
ップ10）、これらの値が操向制御部50に設定タイミング
毎に出力し、一方前記ステップ６において算出されたハ
フ値ρ及び角度θが前記範囲外にある場合は、前記ステ
ップ６において算出されたハフ値ρ及び角度θを、最新
の出力に重み付けをした移動平均演算を行なわずに、操
向制御部50にハフ値ρ及び角度θを設定タイミング毎に
出力する（ステップ11）。

このように本実施例においては、32画素にて画像をサ
ンプリングし色信号を分離しているので演算速度を高速
化でき、２値化を閾値を使用せずに行っているので、外
乱光等の明暗による閾値の変更等の設定動作を不要であ
り、また２値化した画素のうち所定の範囲画素距離を有
する画素を抽出し、直線近似しているので、苗列の直線
成分の画素及びノイズ等の苗以外の画素に直線近似が影
響を受けることがない。

通常ハフ値を用いる自動操向制御では得られた画像上
のハフ値ρ及び角度θを圃面上のハフ値ρ_０及び角度θ
_０（第４図参照）に換算し、それにより求めた目標操舵
角と操舵角センサ38で得られたディジタルデータＤとを
比較して操向制御するのであるが、前記自動操向制御で
は圃面上へのハフ値の換算に多くの計算を必要とするの
で、本実施例ではファジー制御の手法を用い目標操舵角
を算出するための操向操舵量を推論し自動操向すること
とした。

いま最新の設定タイミングT₁のときのハフ値をρ_t1、
その角度をθ_t1,最新より前の設定タイミングT₂のとき
のハフ値ρ_t2、その角度をθ_t2ハフ値の差（ρ_t1−
ρ_t2）をΔρ、角度の差（θ_t1−θ_t2）をΔθ、操向操
作指示量をＳとすると以下のとおり18の制御ルールを操
向制御部50に設定している。

ρ_t1が大きく右でΔρが０であればＳは小さく左に切
る。

ρ_t1が大きく左でΔρが０であればＳは小さく右に切
る。

ρ_t1が小さく右でΔρも小さく右であればＳは大きく
左に切る。

ρ_t1が小さく左でΔρも小さく左であればＳは大きく
右に切る。

ρ_t1が０でΔρが大きく右であればＳは小さく左に切
る。

ρ_t1が０でΔρが大きく左であればＳは小さく右に切
る。

ρ_t1が小さく右でΔρが小さく左であればＳは直進と
する。

ρ_t1が小さく左でΔρが小さく右であればＳは直進と
する。

ρ_t1が０でΔρも０であればＳは直進とする。

θ_t1が大きく左でΔθが０であればＳは小さく右に切
る。

θ_t1が大きく右でΔθが０であればＳは小さく左に切
る。

θ_t1が小さく左でΔθも小さく左であればＳは大きく
右に切る。

θ_t1が小さく右でΔθも小さく右であればＳは大きく
左に切る。

θ_t1が０でΔθが大きく左であればＳは小さく右に切
る。

θ_t1が０でΔθが大きく右であればＳは小さく左に切
る。

θ_t1が小さく左でΔθが小さく右であればＳは直進と
する。

θ_t1が小さく右でΔθが小さく左であればＳは直進と
する。

θ_t1が０でΔθも０であればＳは直進とする。

次にハフ値ρ_t1,角度θ_t1,夫々のΔρ，Δθ，操向操
作指示量Ｓの値を下記表により重みづけする。第１表は
ハフ値ρ_t1,第２表は角度θ_t1,第３表はハフ値の差Δ
ρ，第４表は角度の差Δθ及び第５表は操向操作指示量
Ｓの夫々の値と操向量と重みづけ量との関係を示してい
る。

いま１例として ρ_t2＝３ ρ_t1＝４ θ_t2＝−１×1/30（rad） θ_t1＝−２×1/30（rad）とすると Δρ＝１ Δθ＝−１×1/30（rad）となる。これを前述の制御ルールにあてはめると、制御
ルール，，が成立する。

第12図は操向操作指示量の推論手順を示すグラフであ
り、縦軸に重みづけの値を、また横軸に操向操作指示量
をとっている。

また制御ルールの場合のグラフを第12図（ａ）に、
制御ルールの場合のグラフを第12図（ｂ）に、制御ル
ールの場合のグラフを第12図（ｃ）に、そして推論結
果の合成を第12図（ｄ）に示している。制御ルールで
はρ_t1が“大きく右”なので第一表よりρ_t1＝４のと
き、重みづけ値ｗは８となる。また第三表よりΔρ＝−
１×1/30（rad）のとき重みづけ値ｗは７となる。この
２つの重みづけ値w,wの小さい方の重みづけ値をｗ＝７
を最大値とし第５表の操向操作指示量Ｓが“小さく左”
の場合のｘ軸と重みづけ値ｗとで閉じられた図形を求め
る｛第12図（ａ）参照｝制御ルールでは同様に、第２
表にて重みづけ値ｗ＝３、第４表にて重みづけ値ｗ＝７
が求められ、その小さい方の重みづけ値ｗ＝３を最大値
として第５表の操向操作指示量Ｓが“小さく左”の場合
の同様の図形を求める｛第12図（ｂ）参照｝。

制御ルールも同様に第２表，第４表より小さい重み
づけ値ｗ＝７を求め、第５表の操向操作指示量Ｓの図形
を求める｛第12図（ｃ）参照｝。

次に得られた３個の図形を重ね合わせ、重ね合わせて
できた図形の重心位置を求めることにより｛第12図
（ｄ）参照｝、操向操作指示量Ｓを算出する。この例の
場合、操向操作指示量Ｓは2.26となる。

得られた操向操作指示量Ｓを操舵角データＺに変換
し、操舵角データＺと前記ディジタルデータＤとを比較
し、その差Ｕ（Ｕ＝Ｚ−Ｄ）に応じて操向制御部50の出
力ポートb₁又はb₂にハイレベル出力を与え、ソレノイド
Sl又は同Srを励磁し自動操向する。前記操向操作指示量
Ｓが正のとき左に、負のとき右に操向するように設定し
ており、また前記ディジタルデータＤは直進に対して右
に操向されているときは負、左に操向しているときは正
としているので、前記差Ｕが正のとき（又は負のとき）
は出力ポートb₁（又はb₂）がハイレベル出力され、ソレ
ノイドSl（又はSr）が励磁され、走行機体Ａは左に（又
は右に）操向制御されることになる。そしてこの自動操
向制御が各設定タイミング毎に行なわれる。

また、安定板の角度調節は前述した如く得られた操舵
角データＺと前記ディジタルデータとの差Ｕ（Ｕ＝Ｚ−
Ｄ）に応じて操向制御部50の出力ポートb₇又はb₈にハイ
レベル出力を与え、前記操向指示量Ｓが正のとき進行方
向に対して右に、負のとき左に安定板が駆動されるよう
に設定してある電動機駆動回路180が安定板駆動電動機1
8,18,18を必要量正転又は逆転させ、走行機体Ａの進行
方向に対する安定板17,17,17の角度が前輪1,1の操舵角
度と同一角度又は所定量小さい角度となるようにして自
動操向させる。

このように、本実施例においては、２値化演算部226
にて２値化された画素と所定距離を有する画素を抽出し
てハフ変換しているので、苗株の直線成分，ノイズ等に
よる画素等の影響を受けずに精度の高い直線近似が可能
となる。

一方、前記２値化演算部225により、２値化が不能の
場合、又は画素抽出部226にて画素が抽出不能の場合、
操向制御部50は、その制御動作を直ちに停止すると共
に、出力ポートb₅,b₆をハイレベルとして、警報ランプ6
4を点灯させ、警報ブザ65を鳴動させて作業者に自動操
向が不可能であることを報知する。

操向制御部50は、前述の如き制御動作を行っている間
にその入力ポートa₆のレベルを常時監視しており、該入
力ポートa₆がハイレベルに転じた場合には、作業者によ
りハンドル15の手動操作がなされたと判断し、この操作
による操舵を優先すべく、操向制御動作を直ちに停止す
る。そしてこの停止は、ハンドル15の操作が終了し、前
記入力ポートa₆がローレベルに復帰してから所定時間経
過後に解除され、これ以後、操向制御部50は前述の制御
動作を継続して行う。

また、本実施例においては前述した如くフロート9,9,
9の下面に安定板17,17,17を設け、これを操向制御用の
データに基づいて操舵方向と逆方向に角度調節すること
により操向時において植付部Ｂを安定化させ、植え付け
軌跡の乱れを防止している。

〔効果〕

以上詳述した如く、本発明装置においては、ハフ値及
びその角度が所定範囲内にある場合は、該ハフ値及びそ
の角度の時系列的な算出値の最新のものに重み付けし、
それを用いて移動平均し、その移動平均結果のハフ値及
びその角度に基づいて自動操向させることにより不必要
な動作が少なく、操向が安定化すると共に追従性が良
く、また、前記ハフ値及びその角度が所定範囲外にある
場合は、該ハフ値及びその角度の最新値に基づいて自動
操向させることにより、自動操向の追従性が更に向上す
る等、本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示すものであり、第１図は本
発明装置を装備した乗用田植機の側面図、第２図はその
平面図、第３図は苗列撮像装置の拡大側面図、第４図は
その平面図、第５図は作業選択レバの操作位置説明のた
めの平面図、第６図は前輪の操舵機構の模式的平面図、
第７図は本発明装置の構成を示すブロック図、第８図は
画像処理部の構成を示すブロック図、第９図は移動平均
演算領域の領域分けを示す図、第10図は画像処理部の制
御内容を示すフローチャート、第11図は撮像範囲内の２
値化された画像を示す模式図、第12図は操向操作指示量
の推論手順を示すグラフである。Ａ……走行機体、Ｂ……植付部、１……前輪、２……後
輪、10……マーカ、12……作業選択レバ、20L,20R……
苗列撮像装置、22……画像処理部、38……操舵角セン
サ、50……操向制御部、228……移動平均演算部、229…
…信号選択部

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】植付け済の苗株の列条を撮像し、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
の直線近似により求められた線分と画像における機体の
進行方向に設定してある基準線とのなす角度及び前記基
準線に設けた基準点と前記線分との距離の進行方向と直
交する方向の成分を算出し、前記角度及び成分を操向情
報として用い、前記列条に倣い自動操向する移植機の自
動操向装置において、前記角度及び成分が所定の範囲内にあるかどうかを判別
する判別手段と、該判別手段により前記角度及び成分が所定の範囲内にあ
ると判断された場合に前記角度及び成分の最新値に重み
付けしてその移動平均を演算する手段と、前記判別手段により前記角度及び成分が所定の範囲内に
あると判別された場合には前記移動平均の結果に基づい
て自動操向させると共に、前記判別手段により前記角度
及び成分が所定範囲外にあると判別された場合には、前
記角度及び成分の最新値に基づいて自動操向させる手段
とを有することを特徴とする移植機の自動操向装置。