JPH01211411A - 農作業機における作物列検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、圃場に既に植付けられて列状に並ぶ、いわゆ
る作物列に対して略並行状に田植機等の農作業機を走行
できるようにする自動操舵制御の為の作物列検出装置の
構造に関するものである。

〔従来の技術〕

従来から田植機により圃場に苗を植付ける場合、田植機
にその進行方向左右に適宜間隔で植付機構を設け、田Ｍ
ｔａの進行につれて上下回動する植付機構にて苗載台の
苗マットを適宜株数ごとに分割しながら圃場面に植付け
るので、圃場面には、田植機の進行方向に沿って適宜の
苗植付間隔で、植付は苗である植付は作物個所が並ぶと
同時に、進行方向に対して左右方向に適宜間隔で複数列
にて植付けられることは周知である。

このように、圃場に既に植付けられた植付苗列である作
物列と略並行状に田植機を走行できるようにする自動操
舵装置の先行技術として、特開昭６２−６１５０９号公
報では、前進させる田植機に搭載したカラービデオカメ
ラにて、前記隣接した部分の作物列のうちの適宜範囲を
撮像し、この撮像画面情報を２値化処理して各植付は作
物個所に対応する領域を抽出して後、ハフ（Ｈｏｕｇｈ
　）変換等の処理により前記複数の領域からなる列から
直線を近似計算し、この計算上の仮想直線と撮像画面の
縦横中心線等の任意の基準線及び基準点に対する横ずれ
及び傾斜のずれの隔たりを一定の許容範囲内に納まるよ
うに機体の操舵制御を実行することを提案している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、圃場は平面視矩形状のものや、部分的に畦が
湾曲している変形圃場等があり、作物列も圃場の形状に
応じて、直線的なもの、曲線的なもの、直線と曲線との
組合せ等種々ある。

しかし、前記先行技術においては、作物列を直線に仮想
し、この仮想直線に沿ってその側方部分で田植機を略並
行状に走行させるように自動操舵するものであるから、
実際の作物列が直線であるときは別として、実際の作物
列が曲線的であるのにこれを直線に仮想して田植機を直
線的に走行させると、既に植付は済みの作物列との所定
の苗植え条間隔（走行機体の進行方向と直角な左右に植
付けられた苗の間ｗｉ）に広過ぎる個所や反対に狭過ぎ
る個所が発生し、酷い場合には走行する車輪が既に植付
は済みの苗を踏み荒らす事態が生じる等の問題がある。

また、苗植え作業後の適宜時期に施肥または薬剤散布す
る管理機は、前記既に植付けられた作物列に沿って進行
させつつ作業を実行するので、このような農作業機に自
動操舵装置を搭載する場合にも前記と同様の問題が生じ
るのであった。

本発明は、この問題を解決することを目的とするもので
ある。

〔課題を解決するための手段〕

そこで本発明は、圃場内に既に植付けられた作物列に沿
ってその側方で略並行状に走行するように田植機等の農
作業機を自動操舵制御するために用いる作物列検出装置
を、前記作物列における植付は作物個所を撮像する撮像
手段と、撮像手段の画像情報から前記作物列に沿う仮想
線を計算する仮想線計算手段とにより構成し、該仮想線
計算手段を、二次曲線以上の多次曲線の仮想線を求める
ための曲線関数発生器にて構成したものである。

〔発明の作用・効果〕

この構成によれば、撮像手段により既に植付けられた作
物列を撮像することにより、圃場面における植付は作物
個所の位置を特定することができる。

この特定された位置のデータに基づいて、作物列の並び
状態を所定の仮想線であると仮定するに際して、本発明
では、仮想線計算手段を用いるのであり、この仮想線計
算手段に二次曲線以上の多次曲線の曲線関数発生器を用
いて、仮想線をその関数の曲線に当て嵌める。

このようにすれば、湾曲した畦に沿って作物列が存在す
る場合のように、作物列が湾曲している場合に、その多
次曲線のその仮想線に沿ってその側方で並行状に農作業
機走行させることが簡単にできるし、仮想線をむりやり
直線に仮定し、その仮想直線に沿って自動操舵するとき
のように、既に植付けられた作物個所を走行機体の車輪
等で踏み付ける等の不都合を解消することができるので
ある。

また、実際の作物列が略直線である場合にも、多次曲線
の一部分、例えば、二次曲線における曲率半径の大きい
部分を通用すれば、略直線とみなすことができるから、
二次曲線または三次曲線という一つの曲線関数発生器だ
けで、直線と曲線のいずれの場合にも通用できて、作物
列検出装置が簡単になるという効果も有するのである。

〔実施例〕

以下、田植機に通用した実施例について説明すると、図
において１はフレーム２の前部左右両側の前車輪３．３
と後部左右両側の後車輪４．４にて支持された走行機体
で、この走行機体１の後部には、苗載台５と複数の植付
機構６とから成る多条植え式の苗植装置７が、リンク機
構８を介して上下昇降可能に装着されている。

走行機体１のフレーム２の上面に搭載したエンジン９の
動力は、クラッチ１０及びミッションケース１１を介し
て前後両車軸３．４に伝達する一方、このミッションケ
ース１１から突出するＰＴＯ軸１２を介して前記苗植装
置７に動力伝達する。

なお、符号１３はクラッチ１０の０Ｎ−ＯＦＦ用アクチ
エータ、１４は走行変速用アクチエータ、１５はＰＴＯ
軸変軸周速用アクチエータる。

前記走行機体１の上面には、操縦座席１６の前方にステ
アリングギヤボックス１７を設け、該ステアリングギヤ
ボックス１７から立設したステアリングコラム１８の上
端に、当該ステアリングコラム１８内に挿通したステア
リング軸１９に対する操縦ハンドル２０を取付けている
。

符号２１は左右両端にナックル２２．２２を介して前車
輪３．３を装着し、内部にミッションケース１１からの
動力伝達機構を収納した左右長手の伝動ケースで、該伝
動ケース２１を、それに取付く平面視コ字型のブラケッ
ト２１ａと、前記フレーム２の下面左右中央部の支持部
材２１ｂに回動自在に支持された揺動軸２１ｃとを介し
て連結して左右上下揺動できるように構成されている。

操舵装置は前記伝動ケース２１の片側から立設する回動
支点軸２３に水平回動自在に装着された平面視り字型の
ステアリングアーム２４、該ステアリングアーム２４に
連結する左右一対のタイロッド２５，２５、油圧シリン
ダ２６、操舵制御弁２７ならびに該操舵制御弁２７を操
作するステアリングギアボックス１７の前後揺動自在な
ピットマンアーム２８から成る。

前記ステアリングアーム２４におけるフレーム２の前後
方向に延びるアーム部２４ａには、前記左右一対のタイ
ロッド２５．２５の一端を各々球関節を介して連結し、
該両タイロッド２５．２５を伝動ケース２１に略沿わせ
て走行機体ｌの進行左右に延ばし、その各他端を前記各
ナックル２２゜２２から前方に延びるナックルアーム２
９．２９に揺動自在に連結する。

前記ステアリングアーム２４からフレーム２の側面に向
かって内向きに延びるアーム部の支軸３０には、制御弁
２７を球関節を介して後向きに連結する一方、該制御弁
２７の後端のスプールと前記ピントマンアーム２８とを
連杆３１を介して連結する。

また、フレーム２の外側面に略平行状に沿って配設する
油圧シリンダ２６の後端を前記支軸３０に球関節を介し
て連結する一方、ピストンロッド２６ａの前端を球関節
を介してフレーム２外側面から突出するブラケット横軸
３２に連結する。

前記制御弁２７と油圧シリンダ２６とを各々油圧ホース
にて繋ぎ、エンジン５により駆動される油圧ポンプ３３
から電磁ソレノイド式制御弁２７に油圧を送る。

そして、前記操縦ハンドル１０の回動角度に対応して揺
動するピットマンアーム２８により、制御弁２７のスプ
ールを進退動させて油圧シリンダ２６におけるピストン
ロッド２６ａを出没動させ、ステアリングアーム２４の
回動に応じて、左右両前車輪３，３の向きを変える。

この油圧シリンダ２６は、後述の作物列検出装置３７か
らの信号に応じて出力信号を出す自動操舵・走行用の中
央制御装置３５にて作動する電磁ソレノイド式の操舵制
御弁３４によっても駆動され、その際前輪３の舵取り角
度は、回動支点軸２３に取付くポテンショメータ３６に
てステアリングアーム２４の回動角度を検出することに
より実行される。

なお、前記クラッチ１０のＯＮ・ＯＦＦ用アクチヱータ
１３、走行変速用アクチエータ１４、ＰＴｏ軸変軸周速
用アクチエータ１５央制御装置３５にて作動する。

作物列検出装置３７は、対象を撮像する撮像手段４０と
、撮像された画像を処理して必要な情報（データ）を中
央制御装置３５とやりとりするための画像処理装置４１
とからなる。

撮像手段４０は、対象を検出するに際して、いわゆるビ
デオカメラのごとく撮像画面がｘ−ｙ平面のように縦横
の拡がりを持つ二次元的な平面を有するいわるエリアセ
ンサーであ、る。

撮像手段４０では、検出すべき対象の光学像を光電セン
サーの光電導面にて画素の時系列的に分解するとき、撮
像画面の横軸（Ｘ軸）沿って走査する走査線の繰り返し
を縦軸（Ｙ軸）に沿って順次ずらせて実行することによ
り、−枚の画面を形成するのであり、この二次元的な撮
像手段４０によれば、−枚の画面に複数の植付は作物個
所（植付は苗個所）がその幾何学的関係と共に同時に検
出でき、画像情報として得ることができる。

この撮像手段４０の実施例として、例えば、二次元ＭＯ
３撮像素子や二次元ＣＣＤ撮像素子を内臓したものでは
、レンズを通して結ばれた像は、その結像面に二次元的
アレイ状に配列された各撮像素子（光電素子）にて感知
されて撮像画面４２の情報を電気信号として出力できる
ものである。

１枚の撮像画面４２を構成するため、例えば前記二次元
撮像素子から成る撮像手段４０では、２５６Ｘ２５６の
微小の画素にて標本化する。

画像処理装置４１及び中央制御装置３５では、第８図に
示す概略フローチャートに従って処理を実行し、最終的
には計算の結果得られた仮想曲線に基づきそれに沿うよ
うに中央制御装置３５から信号を出力して田植機の自動
操舵制御を行うのである。

そのフローチャートに従って説明すると、スタートに続
くステップＳ１にて、初期値を設定したのち、ステップ
Ｓ２にて農作業機のオペレータが走行機体１を回行して
第５図に示す圃場面４４に既に植付けられた作物列ＫＯ
の側方に沿う走行に入る。この場合、畦際４５が平面視
において湾曲している線に沿って作物列ＫＯも湾曲して
いるとする。

つぎに、ステップＳ３にて撮像手段４０による検出作動
を開始して、ステップＳ４にて前記作物列ＫＯの個所を
撮像し、各植付は苗個所の画像データを取り込む（第５
図参照）。

次いでステップＳ５にて植付は苗個所（ＮＡＥ）を圃場
面の他の泥面部分４３等と区別する２値化処理を行う（
第６図参照）。

本実施例において、撮像された画像をカラー画面にて構
成するときには、ＲＧＢ表色系〔赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ
）、青色（Ｂ）の色光を原色光とし、加先により白が得
られる〕による赤色成分、緑色成分、青色成分との各色
成分の信号にて圃場面の特徴を抽出し、この三色成分の
信号出力の総和（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ＝１＞に対する緑色（Ｇ）
成分の信号出力比率が所定の値以上のときを苗と判別し
てその領域（Ａ）を撮像画面４２の他の箇所から分割（
Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）　Ｌ／て特定する２値化処
理を実行する。

その他、画像において色信号のうち緑色成分から青色成
分を引いた色差画像データ（Ｇ−Ｂ）が一定以上の出力
である箇所を苗と判断する色差処理による２値化を実行
しても良い。

、　　さらに、白黒テレビのように苗個所とその他の泥
面との明度差を検出して、一定以上のしきい値を越える
とき、苗個所（ＮＡＥ）であると判別する２値化処理す
るようにしても良い。

なお、苗等の植物による赤外線の反射率が圃場の泥や水
等による赤外線の反射率より高いという現象を利用し、
前記カラー用または白黒用の撮像手段４０において、赤
外線及び／または近赤外線領域の可視光線に感受性の高
い撮像素子を使用するか、または前記赤外線及び／また
は近赤外線領域の可視光線を良く透過するフィルタ（赤
外線フィルタ等）を用いて撮像すると、植付は苗個所の
判別を確実且つ容易にできる。

ステップＳ６では、前記２値化された植付は苗個所（植
付は作物個所）の位置の座標を決定する計算を実行する
。

即ち、前記２値化された各対象領域（Ａ）は、撮像画面
４２における複数の画素の集合として適宜の平面視形状
の面積を有するように特定されている。

この特定された対象領域（Ａ）から画像処理装置４１に
組み込まれたソフトによる予め定められた手法により、
各特定領域（Ａ）の中心位置または重心位置の座標を計
算する。

この座標の計算手法の一つとして、撮像画面４２の縦軸
（Ｙ軸）と横軸（Ｘ軸）にて行列的に並ぶ画素の集合に
おいて、対象領域（Ａ）の面積に対応した画素のレベル
Ｖ＝１の部分（ハイレベル）を当該対象領域（Ａ）の外
周から渦巻状に順次レベルｖ＝０（ロウレベル）に置き
換える等して、いわゆる面積の収縮と同様の手法にて最
終的に残ったハイレベルの部分（１〜２個の画素）の位
置を重心位置と判断するようにして座標を決定する。

この場合、走行機体の進行方向をＹ軸、左右方向をＸ軸
とし、各植付は苗個所ＡＩ、Ａ２．Ａ３゜Ａ４・・・・
・・・・Ａｎの各座標を、Ａｉ（χｉ、Ｙｉ　）（ｉ　
＝１．２，３．・・・・＋ｎ）で示すことにする（第７
図参照）。

ステップＳ７では、前記複数個の各々特定された対象領
域（Ａ）の中心または重心位置データから、仮想線を曲
線と仮定しその仮想曲線を計算する計算ステップである
。

前記画像処理装置４１または中央制御装置３５に内臓さ
れている仮想線計算手段（二次曲線又は三次曲線等の多
次曲線の関数発生器（回路）とその演算回路とを含む）
にて仮想線の計算を実行する。

仮想曲線Ｋｃを特定する仮想線計算手段の一つとして、
一般によく知られるように、最小二乗誤差推定による仮
想曲線ＫＣの決定演算手法がある。

即ち、この手法は、複数の領域の集合 （座標（Ｘｉ、Ｙｉ　）　　（ｉ　＝１．２，３．　・
・”、ｎ）　）が与えられているとき、例えば求める曲
線を二次曲線関数Ｆ　（Ｙ　）　＝ａＯ＋ａｌＹ　＋ａ
２Ｙ”＋ａ３Ｙ’とすると、誤差Ｅ＝箔Ｉ　Ｘｉ　−Ｆ
　（Ｙｉ）　　ｌ　　が最小′１・１ となるような関数Ｆ（Ｙ）を求めれば良い。

そしてステップＳ８にて、仮想曲線Ｋｃに沿うような自
動操舵制御を実行する。このとき、前記仮想曲線Ｋｃの
部分ごとに、その接線の基準線（Ｙ軸）に対する傾き角
度（θ）や、基準線ＫＯ（既に植付けられた作物列）に
対する横方向距離（δ）（植付は条間隔に対応する）や
曲率Ｒを演算し、これらのデータに基づき実際の操舵に
よる走行機体１が誤差の許容範囲内に入るように中央制
御装置３５に出力信号を出し、操舵制御弁３４の電磁ソ
レノイドを作動させ、ステアリング機構におけるステア
リングアーム２４の回動角度を変える油圧シリンダ２６
を駆動させて修正操舵する。

この場合、ステアリングアーム２４の回動角度を検出す
るポテンショメータ３６にて前車輪３が前記仮想曲線Ｋ
ｃの接線角度（θ）と一致する操舵角度を有しているか
否かの検出ができるので、その結果を自動操舵制御のフ
ィードバックに役立てることができる。

なお、第４図に示す符号４６は、撮像手段４０に取付く
慣性センサー〔例えばレートジャイロ（回転体のスピン
軸が一定方向に維持されていることを利用して姿勢制御
等に利用するもの）またはジャイロコンパス〕又は傾斜
角度センサーや地磁気センサー等から成る、撮像手段の
姿勢感知センサーであり、符号４７は撮像手段４０走行
機体１と撮像手段４０との取付は角度を任意に回動調節
駆動するだめのステンブモーク等の駆動手段であり、符
号４８は画像処理装置４１からのデータと姿勢感知セン
サー４６からのデータを比較して駆動手段４７に出力信
号を出す姿勢制御回路である。

従って、前記撮像手段４０にて圃場面の植付は苗個所（
ＮＡＥ）を撮像している最中において、走行機体１が大
きく傾りなどして撮像手段４０の撮像方向が大きくかつ
突然動いたとき（この変動は撮像画面の画像処理演算が
不能になることで判断できる）、前記姿勢感知センサー
４６にて、その角度の変動を感知し、予め定められた撮
像方向（撮像手段４０の圃場面に対するうつむき角度等
の姿勢）に当該撮像手段４０の向き（姿ｇ９）を復元す
るように駆動手段４７を作動させることができる。

これにより、圃場の凹凸個所に乗り入れ、乗り上げする
などして、走行機体ｌに搭載した撮像画面中から植付は
苗個所＜ＮＡＥ）を見失ったと判断するときや撮像画面
の植付は苗個所が大きくぶれていると判断するときには
、当該撮像手段４０の圃場面に対するうつむき角度等を
駆動手段４７にて調節し、元の植付は苗個所（ＮＡＥ）
をサーチすることができるのである。

【図面の簡単な説明】

図面の本発明の実施例を示し、第１図は乗用型田植機の
平面図、第２図は側面図、第３図は操向装置の要部平面
図、第４図は操向・走行自動制御装置のブロック図と油
圧回路を含む作用説明図、第５図は撮像画面の図、第６
図は２値化された撮像画面における説明図、第７図は作
物列の仮想線を曲線近似した場合の説明図、第８図フロ
ーチャートである。 ｌ・・・・走行機体、２・・・・フレーム、３．４・・
・・車輪、５・・・・苗載台、６・・・・植付機構、７
・・・・苗植装置、８・・・・リンク機構、９・・・・
エンジン、１１・・・・ミツシランケース、１７・・・
・ステアリングギヤボックス、２０・・・・操縦ハンド
ル、ＮＡＥ・・・・植付は苗箇所、Ｋｃ・・・・仮想曲
線、２３・・・・回動支点軸、２４・・・・ステアリン
グアーム、２６・・・・油圧シリンダ、３４・・・・操
舵制御弁、３５・・・・中央制御装置、３６・・・・ポ
テンショメータ、４０・・・・撮像手段、４１・・・・
画像処理装置、４２・・・・撮像画面、４６・・・・姿
勢感知センサー、４７・・・・駆動手段、４８・・・・
姿勢制御回路。 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、圃場内に既に植付けられた作物列に沿ってその
   側方で略並行状に走行するように田植機等の農作業機を
   自動操舵制御するために用いる作物列検出装置を、前記
   作物列における植付け作物個所を撮像する撮像手段と、
   撮像手段の画像情報から前記作物列に沿う仮想線を計算
   する仮想線計算手段とにより構成し、該仮想線計算手段
   を、二次曲線以上の多次曲線の仮想線を求めるための曲
   線関数発生器にて構成したことを特徴とする農作業機に
   おける作物列検出装置。