JP4846942B2 - コンバインにおける収穫量の測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圃場内におけるコンバインにおける収穫量の測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
従来圃場における所定場所の収穫量をマップ状に表現する収量マップを作成して、圃場内の収量変動を解析し、圃場内の所定地点における施肥量を変更する等により、収穫量を増加させたり、トータルで施肥量を低減させたりする精密農業が知られている。すなわちこの精密農業により収穫状況の解析を行う場合は収量マップを作成する必要があり、圃場の所定区画での収量を計測する必要がある。
【０００３】
なお収量マップとして図８に示されるような、圃場ａを一定面積で分割し、各区画ａ１，ａ２…，ａ１０，ｂ１，…，ｊ１０を穀物の収量に応じた異なるパターンでハッチングして格子状のマップとしたものや、図９に示されるような、圃場における一定の幅を持った同一の収穫量の地点を線で結んで等高線状のマップとしたもの等が知られている。
【０００４】
そして通常は圃場における穀物の収穫はコンバインによって行われるため、コンバインによる作業を前提とすると、圃場内における所定位置の収穫量を測定する必要がある。このため従来は脱穀部からグレンタンクに穀粒を排出する揚穀筒の排出部に、籾を衝突させるための板を設置し、当該板の歪み量を歪みゲージによって測定し、該歪みゲージからのデータにより排出量を測定して収穫量を演算していた。
【０００５】
しかし上記歪みゲージは上記板に直接貼付されており、板の形状の変化に伴い校正値（歪み量と荷重の関係）が異なり、すなわち板の形状を変更する度に校正を行う必要がある。一方コンバイン側においては各機種の排出部に応じて板の形状を変更させる必要がある。このためコンバインの各機種において個別に校正を行う必要があり、各コンバインに容易にオプションとして取り付けることができないという欠点があった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明のコンバインにおける収穫量の測定装置は、脱穀部６からの脱穀後の籾を収容する収容部７を設けたコンバインにおいて、脱穀部６側から収容部７に籾を排出する排出経路内に、該排出経路内を流通する籾の量を籾の衝突によって検知する検知部材１６を設けるにあたり、収容部７に籾を排出せしめるように排出経路中に設けられた筒状の排出部１１の先端に吐出口１２ａを開口形成するとともに、排出部１１内で回転する跳出板によって、吐出口１２ａから排出される籾を検知部材１６に当接させるために、該検知部材１６を吐出口１２ａに近接状態で対向配置し、吐出口１２ａから排出される籾を幅一杯に受けることが可能なサイズに前記検知部材１６を形成し、該検知部材１６側に籾の衝突力を測定する荷重測定器１７を取り付け、該荷重測定器１７からの情報に基づいて籾の収穫量を測定することを第１の特徴としている。
【０００７】
また脱穀部６からの脱穀後の籾を収容する収容部７を設け、脱穀部６側から収容部７に籾を排出する排出部１１を筒状に形成したコンバインにおいて、籾を排出するように排出部１１内を回転する跳出板１２ｂを設け、排出部１１内を流通する籾の量を籾の遠心力によって検知する検知部材３６を設けるにあたり、前記跳出板１２ｂにより回転せしめられる籾が検知部材３６に当接するように該検知部材３６を排出部１１の内周面に配置し、該検知部材１６側に籾の遠心力を測定する荷重測定器１７を取り付け、該荷重測定器１７からの情報に基づいて籾の収穫量を測定することを第２の特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は圃場内の位置検出装置を備えたコンバインの正面斜視図であり、クローラ式の走行装置１上に機体フレーム２が支持されている。そして該機体フレーム２側に支持されて、前方側に前処理部３が、前処理部３の後方右側に運転席４が、前処理部３の後方左側に脱穀部６が、運転席４の後方であって且つ脱穀部６の右側方には脱穀後の穀粒（籾）を一時的に貯蔵収容する収容部であるグレンタンク７が設けられて機体８を構成している。
【０００９】
本実施形態の前処理部３は刈取条数が３条であり、先端側に分草用のディバイダ９が設けられている。すなわち刈取り条の穀稈は、各ディバイダ９間の受入部Ａ１，Ａ２，Ａ３に挿入され、前処理部３によって３条分同時に刈り取りが行われ、刈り取り穀稈は脱穀部６によって脱穀処理される。なお所定のディバイダ９には、各受入部Ａ１，Ａ２，Ａ３に挿入される先頭の穀稈の株を検知する株検知センサ１０が設けられている。すなわち株検知センサ１０によって検知される株は機体８の概ね先頭に位置することとなり、当該株の圃場内の位置が確定するとこの株位置によって機体８の位置を特定することができる。
【００１０】
一方脱穀部６とグレンタンク７との間には、脱穀部６からグレンタンク７に脱穀後の穀粒を揚上搬送する筒状の揚穀筒１１が設けられており、図２（ａ），（ｂ）に示されるように、揚穀筒１１における穀粒の排出部分である吐出部１２には吐出部１２を介してグレンタンク７に排出される穀粒の量を、穀粒の衝突によって検知する穀粒センサ１３が設けられている。
【００１１】
なお揚穀筒１１は、従来同様先端に上記吐出部１２が取り付けられて、全体で筒状を形成し、らせん軸を中心に回転するらせん板が内装されており、該らせん板により螺旋状に搬送される穀粒を、吐出部１２内において回転する跳出板が、吐出部１２の吐出口１２ａから排出せしめる構造となっている。そして上記穀粒センサ１３は上記吐出口１２ａの外側にブラケット１４を介して取り付けられている。
【００１２】
上記穀粒センサ１３は、揚穀筒１１（吐出口１２ａ）から排出される穀粒の衝突を穀粒の当接によって検知する検知部材である板状の当接板１６と、該当接板１６に取り付けられて、穀粒の衝突力を測定する荷重測定器であるロードセル１７とからなり、穀粒の排出量の増減に比例して当接板１６への衝突力が変化するため、ロードセル１７によって当接板１６側の衝突力を測定することによって穀粒の排出量を測定することができる。
【００１３】
また本実施形態においては、図３に示されるように当接板１６の両端に電極１８を設けて穀粒の水分量を検出する水分測定器である水分センサ１５が穀粒センサ１３に一体形成されている。このため当接板１６は、吐出口１２ａから排出される穀粒を幅一杯に受けることができる程度のサイズとなっており、水分センサ１５は両電極１８間に穀粒が接触する際の抵抗値の変化によって穀粒の水分量を測定することができる。
【００１４】
一方本実施形態のコンバインには圃場内に位置する機体８の圃場に対する相対位置の検出や穀粒の水分率，穀粒の収穫量，穀粒の流通量等の測定を行い、少なくとも測定結果の一部を表示することができる収穫管理システムが搭載されており、次に該収穫管理システムについて詳細に説明する。
【００１５】
図４に示されるように、上記運転席４には、座席２１の前方及び側方に操作パネル２２，２３が備えられており、該操作パネル２２，２３に変速レバー２４やマルチ操作レバー２６等が設けられている。そして前方の操作パネル（フロント操作パネル）２３側に、上記収穫管理システムを内装した収穫管理ユニット２７が設けられており、該収穫管理ユニット２７のモニタ２８を構成する前面に前述の各表示等を行うことが可能となっている。
【００１６】
上記収穫管理システムは、図５に示されるように、前述の株検知センサ１０や穀粒センサ１３及び水分センサ１５からデータが入力される演算制御部２９と、該演算制御部２９からの出力を表示するモニタ２８と、各センサからのデータや演算制御部２９における演算結果等を記録する記録部３１と、機体８の走行距離を検出する距離センサ３２と、機体８の回転角度を検出するジャイロセンサ３３と、絶対的な方位を地磁気（北）に基づいて計測する地磁気方位センサ３４と、データ入力用のタッチパネル（モニタと共用）２８を備えている。
【００１７】
そして各センサの出力は演算制御部２９に入力されている。また演算制御部２９，モニタ（タッチパネル機構付き）２８，記録部３１，ジャイロセンサ３３，地磁気方位センサ３４が収穫管理ユニット２７に収容されている。なおジャイロセンサ３３と地磁気方位センサ３４は従来公知のセンサであるため、詳細な説明は割愛する。
【００１８】
このとき上記距離センサは、走行装置１用のミッションケース（図示せず）における走行装置１の駆動軸又は該駆動軸と一体的に変速される軸の回転数を測定する回転センサからなり、株検知センサ１０は、株に当接するとＯＮとなるデジタルセンサ（ポテンショメータ）からなり、両センサとも収穫管理ユニット２７外に設けられる。
【００１９】
そして演算制御部２９内には、上記穀粒センサ１３からの情報からリアルタイムの穀粒の排出量（例えば１秒間当たりに流通する穀粒の流通重量）を演算する流量計測システムと、上記穀粒の排出量に基づいてリアルタイムに予測される１０アール（ａ）当たりの予測収穫量を演算する収穫予測システムと、水分センサ１５からの情報からリアルタイムの穀粒の水分率を演算する水分率計測システムと、上記距離センサ３２，ジャイロセンサ３３，地磁気方位センサ３４，株検知センサ１０からの情報と後述するように入力される圃場の情報（圃場条件）及び圃場への植え付け条件等からの情報によって圃場内の機体８の相対位置を測定する位置検出システムと、上記穀粒の排出量から穀粒収穫量を演算して積算する収穫量測定システムとを備えている。
【００２０】
まず水分率計測システムについて説明する。水分率計測システムは穀粒の電気抵抗が水分量に応じて変化することから、水分センサ１５により両電極１８間の穀粒の抵抗値を測定し、該抵抗値を水分率に置き換え演算するものである。そして演算結果をパーセント（％）で図６に示されるようにモニタ２８に表示することができる。
【００２１】
次に流量計測システムについて説明する。該流量計測システムは穀粒センサ１３からの衝突力を穀粒の重量に換算し、この換算された重量を水分率によって補正し、単位時間当たりの穀粒の重量（補正後）を演算してこの演算結果を穀粒の排出量とするものである。そして演算結果（穀粒の排出量）を単位時間（秒）当たりの穀粒の流通重量として図６に示されるようにモニタ２８に表示することができる。
【００２２】
次に収穫予測システムについて説明する。演算制御部２９には回転センサ（距離センサ３２）から車軸の回転数が入力されており、このデータから通常の速度計へのデータと同様に機体８の走行速度を演算する。そして穀粒の流通重量×１０００／走行速度×作業幅によってリアルタイムの予測収穫量を演算する。そして演算結果（予測収穫量）を図６に示されるようにモニタ２８に表示することができる。なお作業幅はコンバインの作業幅であり、本実施形態の場合３条分の幅である。
【００２３】
次に位置検出システムについて例を挙げて説明する。演算制御部２９側にはタッチパネル（モニタ）２８から、圃場の情報（圃場が特定される圃場自体の個別情報）として圃場の縦横の実サイズ，向き（東西南北）等を、植え付け条件として植え付け条数，条間距離，１条の植え付け株数，株間距離等を、作業条件として機体８の圃場への進入位置等を入力することができるように構成されており、上記各情報がオペレータから入力されているとする。
【００２４】
また図７は圃場２０の平面イメージ図であり、機体８が図７における左端Ａ地点から圃場に進入するものとする（この情報はタッチパネルから入力されるものとする）。この圃場の場合横方向（Ｘ方向）が田植え方向となっており、コンバインは機体８がＸ方向に進行している際に刈り取り作業を行う。なお図７内の矢印２５は機体８の走行軌跡をあらわす。
【００２５】
位置検出システムは、圃場入場時点を０として走行時間に対する機体８の走行距離を距離センサ３２からの情報により演算して作業終了まで積算する。なお走行距離は、圃場と走行装置１（クローラ）とのスリップ等がない理想的な条件での駆動軸の１回転当たりの機体の計算上の走行距離と回転数と回転時間とから従来同様演算され、このため圃場と走行装置１（クローラ）とのスリップ等により実際の走行距離との間には従来同様の誤差が発生する。
【００２６】
また刈り取り作業中（Ｘ方向への走行中）は機体８の進行に伴って株検知センサ１０が前処理部３の受入部Ａ１，Ａ２，Ａ３の先頭に位置する株を検知するため、位置検出システムはこの株の検知情報から株間距離に対する走行時間や受入部Ａ１，Ａ２，Ａ３の先頭に位置する株が何株目かのカウントデータ等を得る。さらに株検知センサ１０は各受入部Ａ１，Ａ２，Ａ３に設けられているため、位置検出システムは株検知センサ１０から作業条数のデータも得る。
【００２７】
その他また機体の走行方向のデータがジャイロセンサ３３及び地磁気方位センサ３４から演算制御部２９に入力されるため、位置検出システムは機体８の圃場入場時点を基準（０）として、機体８の走行時間に対する走行方向のデータを作業終了まで積算する。
【００２８】
そして位置検出システムは、上記積算走行距離のデータと積算した走行方向のデータにより、走行時間を基準とすることによって、機体８の縦方向（Ｙ方向）及び横方向の走行距離を演算する。そして演算された横方向の走行距離と、１条分の株数の株間距離から演算される横方向に走行するべき距離と、株間距離に対する走行時間とを突き合わせることによって、クローラのスリップ率（クローラが圃場等に潜って進まなくなる率）を演算する。
【００２９】
またＹ方向の走行距離は刈り取った条数×条間によって縦方向に走行するべき距離が演算されるため、位置検出システムは、上記ステップ率により横方向の走行距離を補正するとともに、縦方向の走行距離を縦方向に走行するべき距離に置き換え、これにより積算された走行距離を１次補正する。
【００３０】
さらに本実施形態においては圃場の実サイズ（縦横のサイズ）もデータとして持つため、位置検出システムは、上記のように１次補正された積算走行距離と積算した走行方向のデータにより得られる圃場のサイズと上記実サイズとを突き合わせることによって、例えば演算サイズを圃場の実サイズ内に収まるように縮小するようにして２次補正し、これにより全走行距離をより正確に演算する。
【００３１】
そして位置検出システムは、機体８の圃場進入時を０とした所定の時間経過に、以上のようにして補正された全走行距離と、積算された走行方向のデータとを対応させることによって、圃場内における機体８の位置を正確に計測する。なお圃場の向きもデータとして持つため、走行方向の情報もより正確である。
【００３２】
ただしジャイロセンサ３３及び地磁気方位センサ３４の精度が比較的高い場合は、いずれか一方のセンサのみで対応することも可能である。また株検知センサ１０のデータと積算した走行方向のデータとによって、機体８の圃場への進入位置や、圃場における植え付け方向や、圃場の向きを入力することなく、機体８の圃場への進入時間を基準とした、機体８の走行方向を比較的正確に計測することもできる。
【００３３】
これにより従来のようにＧＰＳを使用することなく安価に比較的正確な機体の位置計測を行うことができる。さらに従来の距離センサとジャイロセンサと地磁気方位センサのみでの位置計測に比較しても、株数や株間距離や条数や条間距離等の植付け条件や圃場サイズ等の圃場条件等により、予め比較的正確に決定されている数値に基づいて積算全走行距離の補正が行われるため位置計測はより正確である。
【００３４】
一方前述の収穫量測定システムについて説明する。前述のように穀粒の排出量が流量計測システムによってリアルタイムに計測されている。このため収穫量測定システムは、機体８の圃場入場時点を０として走行時間に対する穀粒の排出量を積算することによって、時間軸に対する穀粒の排出量の関数から穀粒収穫量を演算する。
【００３５】
すなわち収穫量測定システムによって穀粒の排出量も機体８の圃場への入場を基準として積算して計測されているため、機体８の圃場への入場時点からの走行時間により、機体８の圃場内における所定の位置における穀粒の排出量が計測され、このため圃場の所定位置の所定面積における穀粒の収穫量を測定することができる。
【００３６】
すなわち収穫管理ユニット２７内において、収穫量測定システムと位置検出システムとが機体８の走行時間をパラメータとして連係せしめられており、圃場の所定位置の所定面積における穀粒の収穫量を容易に測定することができる。
【００３７】
なお本実施形態においては揚穀筒１１から排出される穀粒の排出量は、水分センサ１５に基づく水分率によって補正されているため、測定される収穫量もより正確なものとなっている。また記録部に保存される、収穫量測定システムによって測定される機体の走行時間に対する収穫量のデータと、位置検出システムによって測定される機体８の走行時間に対する機体８の位置のデータを所定のメディアによって機体８外に持ち出し、圃場の所定位置の所定面積における穀粒の収穫量を機体外において解析することもできる。
【００３８】
そして上記位置検出システムと収穫量測定システムとによって、図８や図９に示されるような収量マップ（従来の技術において説明済み）を容易に、且つ正確に作成することができ、精密農業用のデータを得ることができ、全ての圃場の各部における苗の収穫量が等しくなるように肥料の施肥量や施肥位置を収量マップに基づいて決定することにより、収穫量の増加や施肥量の低減を図ることができる。
【００３９】
なお本実施形態においては圃場条件や植え付け条件は、オペレータがタッチパネル（モニタ）２８から手動で入力するように構成されているが、所定の圃場の圃場条件や植え付け条件をデータベース化して、演算制御部２９側に連係させて設け、オペレータの操作によって作業を行う圃場の圃場条件や植え付け条件を呼び出して、演算制御部２９側に入力させることも可能となっている。そしてデータベース化する圃場を、当該コンバインの使用者が使用する圃場とし、使用者等がタッチパネル２８の操作等によって圃場の条件を入力して、データベースを構築するように構成すると良い。
【００４０】
一方収穫管理ユニット２７を有さない通常のコンバインには、速度計が設けられているため、回転センサを備えている機種は多い。このため本実施形態においては距離センサ３２として回転センサを使用しているため、回転センサを備えた機種には収穫管理ユニット２７をオプションとして容易に取り付けることができる。
【００４１】
ただし収穫管理ユニット２７外に設けられるセンサとしては、距離センサ３２の他、穀粒センサ１３，水分センサ１５，株検知センサ１０があり、穀粒センサ１３，水分センサ１５，株検知センサ１０は取り付ける必要がある。しかし本実施形態においては水分センサ１５が穀粒センサ１３に一体的に形成されているため、穀粒センサ１３を揚穀筒１１側に取り付けるのみで、穀粒センサ１３と水分センサ１５の両方が取り付けられる。
【００４２】
そして穀粒センサ１３が流通する籾の量を検知する検知部材である当接板１６と、当接板１６が検知した流通量を測定する荷重測定器であるロードセル１７とが別々に構成されているため、穀粒センサ１３を当接板１６の交換により様々な機種のコンバインに容易に対応させて取り付けることができる。
【００４３】
一方上記穀粒センサ１３は当接板１６を吐出口１２ａに対向させて、排出される穀粒を受け取るように当接させて、排出量を測定するものであるが、その他に図１０に示されるように、吐出部１２の内周面に当接板３６を位置させ、跳出板１２ｂにより、排出時に吐出部１２内を回転せしめられる穀粒を当接板３６に当接させ、この荷重をロードセル１７によって計測することにより、吐出部１２内を流通する穀粒の遠心力を測定し、排出される穀粒の量を測定するように構成しても良い。
【００４４】
すなわち当接板３６が穀粒の遠心力を検知する検知部材となっている。なお当接板３６は揚穀筒１１の内周面であれば、どこに取り付けても上記同様に穀粒の遠心力を検知することができる。
【００４５】
このように当接板３６を揚穀筒１１内に収容することによって、上記のように当接板１６を吐出口１２ａに対向させて設ける場合に発生する可能性がある当接板３６による穀粒の吐出部１２からの排出の妨げが発生せず、穀粒の分散の悪化が防止される。
【００４６】
またグレンタンク７の開閉を当接板やロードセルが妨げることもなく、さらにグレンタンク７の開閉により当接板やロードセルとグレンタンク７側とが当接することがないため、グレンタンク７の開閉により当接板やロードセルが破損されることや、当接板の位置や角度が歪むことにより測定値が狂う等の不都合が防止され、より安定した測定が行われる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように構成される本発明の構造によれば、籾の流通量をロードセル等の荷重測定器によって測定するため、収穫量を比較的正確に解析することができる他、検知部材を変更しても校正を取り直す必要が無く、流通する籾の量を検知する検知部材と、検知部材が検知した流通量を測定する荷重測定器とを別々に構成することができ、検知部材の交換により様々な機種のコンバインに容易に対応させて取り付けることができるという効果がある。
【００４８】
特に排出部の内周面に、排出部内を流通する籾の量を籾の遠心力によって検知する検知部材を設けることにより、検知部材が排出部内に収容され、検知部材側が籾の排出を妨げることが無く、籾の分散が悪化することを防止することができる他、検知部材や荷重測定器が収容部の開閉を妨げることも防止され、さらに収容部の開閉により検知部材側と収容部側とが当接して、検知部材や荷重測定器を破損したり、測定値が狂う等の不都合を防止することもでき、より安定した測定を行うことができる。
【００４９】
【図面の簡単な説明】
【図１】 コンバインの正面斜視図である。
【図２】 （ａ）は揚穀筒の平面図、（ｂ）は揚穀筒の側面図である。
【図３】 水分センサを有した穀粒センサの側面図である。
【図４】 運転席部分の斜視図である。
【図５】 収穫管理システムのブロック図である。
【図６】 モニタの表示例である。
【図７】 コンバインの作業状態をモデル化して示した圃場の平面モデル図である。
【図８】 格子状の収量マップである。
【図９】 等高線状の収量マップである。
【図１０】 （ａ），（ｂ）は穀粒センサを吐出部の内周面に取り付けた揚穀筒の平面透視図及び側面図である。
【符号の説明】
６ 脱穀部
７ グレンタンク（収容部）
１１ 揚穀筒（排出部）
１２ａ 吐出口
１２ｂ 跳出板
１５ 水分センサ（水分検出器）
１６ 当接板（検知部材）
１７ ロードセル（荷重測定器）
２８ モニタ（表示装置）
３６ 当接板（検知部材）

Claims (2)

1. 脱穀部（６）からの脱穀後の籾を収容する収容部（７）を設けたコンバインにおいて、脱穀部（６）側から収容部（７）に籾を排出する排出経路内に、該排出経路内を流通する籾の量を籾の衝突によって検知する検知部材（１６）を設けるにあたり、収容部（７）に籾を排出せしめるように排出経路中に設けられた筒状の排出部（１１）の先端に吐出口（１２ａ）を開口形成するとともに、排出部（１１）内で回転する跳出板によって、吐出口（１２ａ）から排出される籾を検知部材（１６）に当接させるために、該検知部材（１６）を吐出口（１２ａ）に近接状態で対向配置し、吐出口（１２ａ）から排出される籾を幅一杯に受けることが可能なサイズに前記検知部材（１６）を形成し、該検知部材（１６）側に籾の衝突力を測定する荷重測定器（１７）を取り付け、該荷重測定器（１７）からの情報に基づいて籾の収穫量を測定するコンバインにおける収穫量の測定装置。
2. 脱穀部（６）からの脱穀後の籾を収容する収容部（７）を設け、脱穀部（６）側から収容部（７）に籾を排出する排出部（１１）を筒状に形成したコンバインにおいて、籾を排出するように排出部（１１）内を回転する跳出板（１２ｂ）を設け、排出部（１１）内を流通する籾の量を籾の遠心力によって検知する検知部材（３６）を設けるにあたり、前記跳出板（１２ｂ）により回転せしめられる籾が検知部材（３６）に当接するように該検知部材（３６）を排出部（１１）の内周面に配置し、該検知部材（１６）側に籾の遠心力を測定する荷重測定器（１７）を取り付け、該荷重測定器（１７）からの情報に基づいて籾の収穫量を測定するコンバインにおける収穫量の測定装置。

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