JPH02156806A - 農作業機における自動操舵制御装置 - 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
る作物列に沿っ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装置の構造に関するもの
である。

（従来の技術〕 従来、例えば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、
田植機の進行につれて上下回動する植付機構にて苗載台
の苗マン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、植付は苗箇所が並ぶと同時に、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。

そして、圃場に既に植付けられた植付苗列（以下作物列
という）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、この画像情報を２値化処理して各植付は作
物箇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ｌｌ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
れ及び向き（方位角度）のずれ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。

他方、農作業機に地磁気センサーを搭載して、当該農作
業機の方位を検出し、その結果から農作業機の操舵角度
を制御する提案もある。

〔発明が解決しようとする課題〕 前記先行技術のように、植付は作物列をカラービデオカ
メラのような撮像手段にて撮像した画像情報を画像処理
するときには、その処理時間が長くなるので、農作業機
の走行速度が速いときには、操舵制御が間に合わないと
いう問題がある。

他方、地磁気センサーによる方位角度の検出値は地球規
模での方位角度であるから、その方位角度に従って直線
的に農作業機を進行させるような操舵制御には適するが
、田植機等の農作業機の進行方向の長さは極めて短いか
ら、農作業機の進行方向に沿う目標方位角度を決定する
場合の誤差が大きく、また、近くに鉄製品等が存在する
等による外乱のため、検出値は影響を受は易いので、地
磁気センサーだけで農作業機の操舵制御を実行するとき
には、その制御精度が悪くなるという問題がある。

さらに、撮像手段では、−旦作物列の検出を見失うとい
ずれの方向に操舵修正すべきかという判別が不可能にな
るという欠点があった。

一方、地磁気センサーによる方位角度の検出結果からだ
けで操舵修正すると、直線に近い走行は可能であるけれ
ども、隣接する作物列（基準作物列）と農作業機との相
対位置関係が不明であるため、所定の基準作物列に対す
る偏差が許容範囲内に入るような倣い制御ができないと
いう問題があった。

同様に、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、既に埴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し、コンバインでは、未刈取部分
と既刈取り部分止の略直線状の境界線シこ沿って前進さ
せながら刈取脱穀作業するので、前記と同様の問題があ
った。

本発明は、前記のような農作業機における撮像手段によ
る作物列の検出のみとか地磁気センサーによる方位の検
出だけでは解決できない操舵修正を確実に実現できる自
動操舵装置を提供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〕

この目的を達成するため本発明は、圃場内に既に植付け
られた基準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装置に
おいて、農作業機には、前記基準作物列を撮像する撮像
手段と、地磁気により農作業機の方位角度を検出する地
磁気センサーとを搭載し、一つの中央処理装置にて前記
地磁気センサーの検出結果から農作業機の方位角度の演
算の実行中に、別の中央処理装置にて前記撮像手段によ
り得られた画像情報から画像処理して前記基準作物列に
対するＱ作業機の向き偏差と横ずれ偏差との演算を同時
平行的に実行し、この画像ｉｎ報からのデータを、画像
処理の終了ごとに発生させる割り込み信号にて目標操舵
角度決定手段に割り込ませ、画像情報からのデータが古
い場合には、前記向き偏差にて補正した前記方位角度か
ら目標操舵角度を決定し、画像情報からのデータが新し
い場合には前記横ずれ偏差の結果から目標操舵角度を決
定するように制御したものである。

〔発明の作用・効果〕

本発明においては、画像処理する中央処理装置と、方位
角度を演算する中央処理装置とを別個にすることで、処
理時間に大小のある複数種類の演算を同時平行的に実行
することができる。

つまり、一般に画像処理するための時間は、地磁気セン
サーの結果から方位角度を演算する時間よりも長いから
、−回の画像情報を得る間に方位角度の検出データを複
数回得ることができる。

そして、この画像情報からのデータを、画像処理の終了
ごとに発生させる割り込み信号にて目標操舵角度決定手
段に割り込ませることで、前記複数回の方位角度の演算
中に画像情報からのデータである前記基準作物列に対す
る農作業機の向き偏差と横ずれ偏差を入手することがで
きる。

この向き偏差と横ずれ偏差のうち、向き偏差は連続的で
あり、時間の経過（農作業機の進行）による変動の影響
は少ないが、横ずれ偏差は個別的で植付は苗個所が変わ
るとごとに変動するので最新のデータが有効で古いデー
タを使用することは好ましくない。

従って、この画像情報からのデータが古い場合には、前
記向き偏差にて補正した前記方位角度から目標操舵角度
を決定することで、地磁気センサーの検出結果だけで目
標操舵角度を決定するよりも、正確な曝舵角度の修正を
行うことができるものでありながら、農作業機の走行速
度が速くても操舵制御の精度を向上させた状態で維持す
ることができる。

反対に、画像情報からのデータが新しい場合には、基準
作物列に対する農作業機の横ずれ偏差の結果も新しいも
のであるから、この結果から目標操舵角度を決定するよ
うに制御することで、横ずれの誤差が許容範囲内に収ま
るように操舵修正できる。

このように本発明に従えば、撮像手段による画像情報だ
けで操舵制御する場合と地磁気センサーだけで操舵制御
する場合の互いの欠点を無くすると同時に互いの長所を
採用することができることになり、操舵制御を確実且つ
正確に実行することができるという効果を有するのであ
る。

なお、撮像手段により得られた作物列に対する方位偏差
と地磁気センサーによる方位角度との結果から、操舵操
作のための目標操舵角度の値を決定する決定手段は、通
常のフィードバンク制御におけるようなりリスプ（ＣＲ
ＩＳＰ　）制御（偏差に比例常数を掛けて出力信号の値
を求めることや、目標操舵角度の値を二つ以上の偏差を
変数とする線型関数関係で表現すること等）を実行して
も良いし、ファジー推論を利用したファジー制御を実行
しても良い。

〔実施例〕

以下田植機に適用した実施例について説明すると、図に
おいて１は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を介して前後側車輪
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ＯＮ・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における操縦座席１６の前方に設けたハ
ンドル１７を介してステアリング機構１８を回動操作し
、前車輪３．３の向きを左右に変えるように構成してあ
り、自動操舵装置は前記ステアリング機構１８における
回動支点軸１９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２０、該ステアリングアーム２
０に連結する左右一対のタイロフド２１，２１、油圧シ
リンダ２２、手動操舵用の制御弁２３ならびに該制御弁
２３を操作するステアリングギアボックス２４の前後揺
動自在なピットマンアーム２５から成る。

前記ステアリングアーム２０には、前記制御弁２３を球
関節を介して後向きに連結する一方、該制御弁２３の後
端のスプールと前記ピットマンアーム２５とを連結する
。

また、走行機体１に前端を回動自在に連結する油圧シリ
ンダ２２の後端を前記ステアリングアーム２０に回動自
在に連結してあり、前記ハンドル１７の回動角度に対応
して揺動するピットマンアーム２５により、制御弁２３
のスプールを進退動させて、エンジン９により駆動され
る油圧ポンプ２６からの油圧を送り、油圧シリンダ２２
におけるピストンロンドを出没動させ、ステアリングア
ーム２０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２２は、電磁ソレノイド式の自動操舵
制御弁２７によっても駆動され、その際前車輪３の操舵
角度は、回動支点軸１９に取付くポテンショメータ２８
にてステアリングアーム２０の回動角度を検出すること
により知ることができる。

そして、自動操舵制御装置３３の出力ポート側における
前記自動操舵制御弁２７の電磁ソレノイドは、自動操舵
・走行用の中央処理装置（ＣＰ　Ｕ）３０にて駆動され
る操舵コントローラ３１の出力信号により作動し、また
、前記クラッチ１０のＯＮ・ＯＦＦ用アクチエータ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央処理装置３０にて駆動される走行コン
トローラ３２にて作動する。

自動操舵制御装置３３において、符号３４は圃場の作物
列を撮像する撮像手段、符号３５は農作業機に搭載して
その方位角度を検出する地磁気センサーである。

撮像手段３４はその撮像画面４１の基準線ＫＯを走行機
体１の側方における進行方向と並行状になるように、且
つ前向き斜め下向きにセットして圃場４２に植付けられ
た苗列を撮像することができるようにする（第５図参照
）。

走行機体１が作物列の側方に沿って前進し、その作物列
の終端部分で１８０度転回折返して走行する場合のこと
を考慮すれば、撮像手段３４は、走行機体１の左右両側
に一個づつ設けるか、左右設置位置変更可能に設けるの
が好ましい。

撮像手段３４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（撮像画面が二次元平面を有するいね
るエリアセンサーであり、例えば、二次元ＭＯ５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４
１の情報を電気信号として出力できるものである。

また撮像手段３４はカラー用、白黒用のいずれであって
も良いが、カラー用とすることにより、圃場面と作物列
とを区別してその特徴を一層明確に認識することができ
る。

撮像手段３４にて得られた画像情報は、Ａ／Ｄ変換器３
６を介してデジタル信号に変換したのち２値化等の特徴
を抽出する特徴抽出手段３７を経て、この特徴抽出手段
３７により得られた特徴を処理する画像処理用の中央処
理装置（ＣＰＵ）３８に入る。

符号３９は読み出し専用メモリ　（ＲＯＭ）　、符号４
０は読み書き可能メモリ　（ＲＡＭ）であり、いずれも
前記画像処理用の中央処理装置３８に接続されており、
この中央処理装置３８では、第６図に示すような２値化
された撮像画面４１の植付苗列の特徴から、当該植付苗
列の基準線Ｋｏに対する向き偏差θと横ずれ偏差ρとを
以下のようにして演算する。

つまり撮像手段３４にて得られた画像データを適宜時間
間隔（Δｔ）ごとに取り込み、各画面ごとに植付は作物
個所（ＮＡＥ）を他の圃場面から抽出区別する２値化等
の特徴抽出を実行する。この特徴は中央処理装置３８の
読み書き可能メモリ（ＲＡＭ）４０で記憶させておく。

本実施例において、撮像手段３４をカラー用とするとき
には、ＲＧＢ表色系〔赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（
Ｂ）の色光を原色光とし、加光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＋１３＝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（作物）と判別し
てその領域（Ｎ）を撮像画面４１の他の箇所から抽出し
て特定する２値化処理を実行する。

なお、色線分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
と判別する色差処理による２値化を実行しても良い。

前記撮像手段３４にて一つの画像データ取込みごとに、
データを２値化して得られた複数の植付は作物個所の領
域（Ｎｌ）、　（Ｎ２）、　（８３）・・・・が−枚の
撮像画面４１上に同時に写るから、２値化された各植付
は作物個所の位置の座標を決定する計算を実行した後に
、このデータから前記各領域（Ｎｌ）。

（Ｎ２）、　（Ｎ３）・・・・に最も近い直線近似とし
ての仮想直線に２を計算し、該仮想線ＫＮの撮像画面４
１上の基準線ＫＯに対する向き偏差θと横ずれ偏差ρと
を演算する（第６図参照）。

この仮想線に１及び向き偏差θと横ずれ偏差ρとの演算
は、画像処理用の中央処理装置３８に予め組み込まれた
ソフトによる計算手法で、例えば良く知られた最小二乗
誤差法やハフ（ｌ（ＯＵＧｌｌ）変換法等によるもので
あり、前記−枚の撮像画面４１ごとに作物列の仮想直線
ＫＮを特定するものである。

このようにして求められた各仮想直線に７！が基準線Ｋ
Ｏ（走行機体１の進行方向に沿うＹ軸でも良い）と交差
する角度である向き偏差θと、走行機体１の幅方向のＸ
軸と基準線ＫＯとが交差する基準点０　（撮像画面４１
の中央位置等）からＸ軸方向に沿う仮想直線にβ迄の距
離である横ずれ偏差ρとを前記各仮想直線に７！ごとに
演算するのである。

なお、撮像画面４１において基準線Ｋｏより右にあると
きにはρ〉Ｏであり、左にあるときにはρくＯとなる。

また、撮像画面４１における上方に行くに従って仮想線
が基準線ＫＯより右に傾（場合をθ〉０、反対の場合を
θ〈０とする。

一方、地磁気センサー３５は、地磁気（例えば基準の北
の方向）に対する走行機体１の走行方向の基準線の方位
角度を検出するものであり、フランクスゲ−１・形磁力
計やホール素子と磁気抵抗素子との組合せで特定の方向
の磁気（地磁気）に対して良好な感度を持ち、その他の
方向には不感とするように構成することができる。

地磁気センサー３５は走行機体１における鉄鋼等の金属
部による磁気の影響をなるべく少なくするために、走行
機体１に上向き突出させた支柱の上端等に設けるのが好
ましい。

また符号４３は田植機の走行機体１に搭載したローリン
グセンサーで、該ローリングセンサー４３は走行機体１
の左右方向へのローリング角度（α）を検出し、前記撮
像手段３４にて得られた横ずれ偏差ρを補正する。即ち
、第４図で理解できるように、走行機体１がローリング
角度（α）だけ傾くと、撮像手段３４の中心線と圃場４
２との交点は１１だけ横にずれることになるので、前記
画像処理用の中央処理装置３８にて演算した作物列の仮
想直線Ｋｌにおける横ずれ偏差ρを補正するのである。

前記地磁気センサー３５による方位角度りの演算及び前
記槽ずれ偏差ρの補正は、画像処理用の中央処理装置３
８とは別個の中央処理装置３０にて実行するものであり
、方位角度の検出及び演算の処理時間は画像処理のため
の演算時間よりもかなり短時間で済むので、−回の画像
情報を得る間に方位角度の検出データを複数回得ること
ができる。

そして、前記画像情報からのデータを、画像処理の終了
ごとに発生させる割り込み信号にて目標操舵角度決定手
段である中央処理装置３０に割り込ませることで、前記
複数回の方位角度の演算中に画像情報からのデータであ
る前記基準作物列に対する農作業機の向き偏差と横ずれ
偏差を入手することができるようにするのである。

なお、符号４４は読み出し専用メモリ　（ＲＯＭ）符号
４５は読み書き可能メモリ　（ＲＡＭ）で、いずれも前
記中央処理装置３０に対するものである。

以下に中央処理装置３０にて実行される処理を、第７−
ａ図、第’ｌｂ図に示すフローチャートに従って説明す
る。

まず、農作業機のオペレータが走行機体１を運転して圃
場の畦際に位置させ、基準作物列を作成し、この基準作
物列の側方にて農作業機の操舵を自動制御に切換えると
、スタートに続くステップＳｌにて、初期値を設定した
のち、地磁気センサ−３５、ローリングセンサー４３、
撮像手段３４の作動を開始する。

ステップＳ２にて、画像処理のフラグＩＦを０にセット
し、ステップＳ３で画像処理開始信号を出力すると、前
述のように、中央処理装置３８にて撮像手段３４からの
画像情報のデータを処理を実行し始める。

一方、ステップＳ４でローリングセンサー４３からのデ
ータを入力し、ステップＳ５でローリング角度（α）を
算出する。

ステップＳ６にて、地磁気センサー３５からのデータを
入力し、ステップＳ７にて基準方位（例えば北）に対す
る走行機体１の進行方向の最初の方位角度ＤＯを算出す
る。

前記最初の方位角度（Ｄｏ）の算出は、適宜時間間隔ご
とまたは適宜進行距離間隔ごとに複数回検出した方位の
検出値の平均値をもって決定しても良い。

ステップＳ８では、前記フラグＩ　Ｆ＝Ｏであるか否か
を判別し、前述のように同時平行的に実行している画像
処理の終了時には、第７−ｂ図での割り込み処理におけ
るステップＲ３でフラグＩＦ＝１となるので、ステップ
Ｓ９にて前記画像処理における演算結果の向き偏差θと
横ずれ偏差ρのデータを入力する。

次いで、ステップＳ１０にて目標方位角度Ｄｇを算出す
る。この目標方位角度Ｄｇは、走行機体１を植付苗列に
沿って平行状に向けるべき方角を示すもので、前記検出
された最初の方位角度り。

に前記撮像画面４１中の基準線Ｋｏに対する植付苗列の
仮想線ＫＡの向き偏差θを加えるかまたは引くことによ
り、目標方位角度Ｄｇ　（−Ｄｏ±θ）を求めることが
できる。なお、第１図の関係にあるときにはＤｇ＝Ｄｏ
−θとなる。

ステップＳｌｌでは画像処理フラグＩＦ＝Ｏにリセット
して、ステップＳ１２にて再度画像処理開始信号を出力
する一方、ステップＳ１３およびステップＳ１４にて前
記ステップＳ４及びステップＳ５と同様にローリングセ
ンサーからのデータ入力しローリング角度（α）を算出
するというステップを繰り返す。

ステップＳ１５でのｎは、画像処理のデータの古さを示
すもので、後述の■のフローの場合には、画像処理を一
回実行する毎にＯと置（。

従って、前記の地磁気センサーによる方位の検出１ａＤ
ｏは、画像処理の１サイクルごとに更新され、その誤差
はキャンセルできるので誤差の累積を生しることがない
。

ステップＳ１６で、次回の地磁気センサー３５による検
出データを入力し、ステップＳ１７にてその方位角度Ｄ
ｎを算出し、ステップ３１８にて目標操舵角度Ｓｇを算
出する。

ステップＳ１９では操舵角センサーであるポテンショメ
ータ２８からのデータを入力し、ステップＳ２０でその
現在の前輪３，３の操舵角度Ｓｎを算出し、ステップＳ
２１で、前記目標操舵角度Ｓｇと現在値Ｓ　＋１との差
の絶対値が所定の許容誤差値ｓｔｈ以内であるか否かを
判別し、許容誤差を越えるときには、ステップＳ２２に
て自動片舷制御弁２７に対する電磁ソレノイドを励磁し
て、許容誤差内に収まるように操舵修正するのであり、
続くステップＳ２３にてｎをＨ＋−１に置換する。

そして、ステップＳ２４にて前記フラグＩＦ＝０か否か
を判別し、フラグＩＦ＝Ｏのときには■にてステップＳ
１６の前に戻して、ステップＳ２４までのサイクルを繰
り返す。つまり、フラグＩＦ＝Ｏの間（画像処理の終了
にて割り込み信号が出るまでの間）は、画像情報からの
データが古い状態であるから、画像情報のデータから得
られる向き偏差ρにて？ｉｆｉ正した前記方位角度Ｄｎ
から目標操舵角度Ｓｇを決定する。この処理はフラグ■
Ｆ＝１に変わるまで複数回実行されることになる。

他方、ステップＳ２４にて、フラグＩＦ＝１と判別する
ときにば、■にてステップＳ９の前に戻って、ステップ
Ｓ２４までのサイクルを繰り返す。

この場合、第７−ｂ図に示すように、ステップＲ２にて
画像処理終了にて割り込み信号を発生したのちステップ
Ｒ３にてフラグＩＦ＝１となり、画像情報からの新しい
データが得られるから、前記横ずれ偏差ρの結果から目
標操舵角度Ｓｇを決定するのである。

なお、符号４６は撮像手段３４にて植付苗列を見失わな
いように、当該撮像手段３４の後方に適宜隔てて設けた
補助の撮像手段等のセンサーである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は田植機の平面図
、第２図は側面図、第３図はステアリング機構と自動操
舵制御弁置のブロック図と油圧回路とを含む概略説明図
、第４図は走行機体のローリング状態の説明図、第５図
は撮像手段による撮像画面の図、第６図は２値化された
撮像画面の図、第７−ａ図及び第’ｌ−ｂ図は各々フロ
ーチャートである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、圃場内に既に植付けられた基準作物列に沿って
   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装置において、農作業機には、前
   記基準作物列を撮像する撮像手段と、地磁気により農作
   業機の方位角度を検出する地磁気センサーとを搭載し、
   一つの中央処理装置にて前記地磁気センサーの検出結果
   から農作業機の方位角度の演算の実行中に、別の中央処
   理装置にて前記撮像手段により得られた画像情報から画
   像処理して前記基準作物列に対する農作業機の向き偏差
   と横ずれ偏差との演算を同時平行的に実行し、この画像
   情報からのデータを、画像処理の終了ごとに発生させる
   割り込み信号にて目標操舵角度決定手段に割り込ませ、
   画像情報からのデータが古い場合には、前記向き偏差に
   て補正した前記方位角度から目標操舵角度を決定し、画
   像情報からのデータが新しい場合には前記横ずれ偏差の
   結果から目標操舵角度を決定するように制御したことを
   特徴とする農作業機における自動操舵制御装置。