JPH0257106A - 農作業機における自動燥舵制御装置 - Google Patents

農作業機における自動燥舵制御装置

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JPH0257106A
JPH0257106A JP63207080A JP20708088A JPH0257106A JP H0257106 A JPH0257106 A JP H0257106A JP 63207080 A JP63207080 A JP 63207080A JP 20708088 A JP20708088 A JP 20708088A JP H0257106 A JPH0257106 A JP H0257106A
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JP
Japan
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steering
output signal
output
signal
extent
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JP63207080A
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English (en)
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Hideki Kamiyama
神山 英機
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Yanmar Co Ltd
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Yanmar Agricultural Equipment Co Ltd
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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・ノド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等の偏差を目標値の一定の許容
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〕
ところで通常の作業者によるいわゆる手動操舵操作にお
いては、例えば作物列の側方から遠い側に偏っている場
合に、所定の偏差内に戻すべく近付く方向に操縦ハンド
ルを切り、その偏差内に近付く近傍で反対側、つまり操
紺ハンドルを中立に戻すように切り返す操作を実行して
いるのが通常であり、操縦ハンドルを右または左に所定
の角度まで切る大きさ(操舵量または操舵角度)とその
速度、および前記操縦ハンドルを切った後に中立位置等
に戻す舵取りの速度を人間の感覚により調整して円滑な
操舵を実行している。
しかるに、自動操舵制御において、前記先行技術を含め
て撮像手段等により検出された偏差である検出値と目標
値とに差異がある場合、操舵駆動手段(例えば油圧シリ
ンダ)に出力信号(操作量)を出す制御動作が不連続的
に行われるものとして、操作量が適宜の定まった値を取
り、その値をON・OFFさせる所謂2位置動作(ON
・OFF制御)を実行することが良く知られているが、
この制御によるときには、制御の構成が至極簡単である
けれども、操舵角度を特定の値にいきなり変更し、一定
期間その値を取った後いきなり中立位置に戻すという急
激な操舵操作を実行することになるから、目標値に対し
て制御値が上下する所謂ハンチング現象が生し易く、操
舵がぎくしやくしたり操舵後の走行機体の向きが種々異
なるという欠点があった。
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し〜コンバインでは、未刈取部
分と既刈取り部分との略直線状の境界線に沿って前進さ
せなから刈取脱穀作業するので、前記の田植機における
自動操舵制御と同様に、無人の所謂自動操舵を人間が実
際に操舵するような操向の円滑さを得ることが困難であ
るという問題があった。
本発明は、前記のように従来解決できなかった円滑且つ
確実な自動操舵制御を、農作業機における自動操舵制御
装置において実現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装置において、農作業機には
、前記作物列を検出する検出手段と、該検出手段からの
信号に応じて農作業機の直進等の基準に対する前記作物
列の偏差を演算して操舵指示量を決定する指示量決定手
段と、該決定された操舵指示量に応じて操舵駆動手段に
操舵出力信号を出力する制御量出力手段とを設け、該制
御量出力手段における信号出力ザイクル時間中に、前記
決定された操舵指示量に対応する第1設定操舵出力信号
を適宜一定時間だけ出力させた後、該第1設定操舵出力
信号より小さい値の第2設定操舵出力信号を出力させる
ように構成し、信号出力開始からその出力信号を前記第
1設定操舵出力信号に至るまで漸次増大させた後、この
第1設定操舵出力信号の出力保持終了時点から第2設定
操舵出力信号開始時点に至る出力信号遷移時間を設けた
ものである。
〔発明の作用・効果〕
本発明においては、農作業機の走行機体に搭載した撮像
手段等の検出手段により、作物列に対する走行機体の側
方位置とか走行機体の進行方向の左右の傾きとかを検出
した結果から、指示量決定手段にて基準(目標値)に対
する偏差を演算し、I榮舵を修正ずべき操舵指示量を決
定する。
そして、制御量出力手段では、前記決定された牒舵指示
量に応じて走行機体の車輪の向きを変える油圧シリンダ
等の操舵駆動手段に操舵出力信号を出すものであり、こ
の制御量出力手段での出力信号の出す時間は一定の範囲
の時間サイクルごとになるように設定されている。
そして、この信号出力サイクル時間中の始めの時間帯で
は、まず信号出力開始からその出力信号を第1設定出力
信号に至るまで漸次増大させた後、前記決定された操舵
指示量に対応する第1設定操舵出力信号を適宜一定時間
だけ出力保持させるのであり、これにより、いきなり第
1設定操舵出力信号まで急激に出力信号が増大するとい
うことがなく、つまり車輪の向きの変化が徐々になされ
るので、ぎくしゃくした操舵とならない。
次いで、偏差が基準に対して近付いた状態となる第1設
定操舵出力信号の出力時間を所定時間だり保持した後、
該第1設定操舵出力信号より小さい値の第2設定操舵出
力信号を出力させるように構成し、この第1設定操舵出
力信号の出力保持終了時点から第2設定操舵出力信号開
始時点に至る出力信号遷移時間を設げたことにより、操
舵出力信号を小さくして操縦ハンドルを元の方向に戻す
操作にも急激な変化がない。
しかして、無人の自動操舵操作においても作業者が実際
に操舵操作するのと同様な円満な操作を実現させること
ができる。
従って、作物列に追従するように修正操舵する間の走行
機体の向きの変化も滑らかで、この向きの変更中に農作
業を実行させた場合、例えば田植え作業での植付苗列の
曲がりやコンバインによる刈取り跡の曲がりも急激に生
じることがなく、見栄えの良い作物列を得ることができ
るのである。
〔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の前方に設けた操
向ハンドル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20に連結する左右一対のタイロッド2L、21、
油圧シリンダ22、手動操舵用の制御弁23ならびに該
操舵制御弁23を操作するステアリングギアボックス2
4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ントマン7−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FK= W’t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ットを出没動させ、
ステアリングアーム20の回動に応して、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、前記自動操舵制御弁27ば、自動操舵・走行用
の中央制御装置30にて駆動される操舵コントローラ3
1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央制御
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。
本発明の検出装置33は、作物列を撮像する倣い用の撮
像手段34と、該撮像手段34にて撮像された画像情報
を2値化等の特徴を抽出する特徴抽出手段36及びこの
特徴抽出手段36による抽出特徴を処理して必要な情報
(データ)を中央制御装置30とやりとりするための画
像処理コン1−ローラ38とからなる。
前記撮像手段34は走行機体1の側方に突出するアーム
や立設する支柱にステンピングモータ等の姿勢維持手段
を介して回動自在に取付ける。
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、この撮像手段34は、走行機体1の左右
両側に設けるのが好ましい。
倣い用の撮像手段34はその撮像走行の基準線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ントする。
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
ンザーであり、例えば、次元MO3撮像素子や二次元C
CD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4゜の
情報を電気信号として出力できるものである。
またこの撮像手段34はカラー用、白黒用のいずれであ
っても良いが、作物列を撮像する撮像手段34をカラー
用とすることにより、圃場面と作物列とを区別してその
特徴を明確に認識することができる。
次に、走行機体1を圃場内において、その畦際から一本
目の走行を実行した後、その終端部で略180回折回し
、二本目、の走行を実行するというように、直線的に前
進した後折返して往復走行しながら田植え作業等の農作
業を実行する場合の、検出装置33及び中央制御装置3
0で実行される処理の概略フローチャート(第4−a図
、第4b図)について説明する。
まず、スターl−に続くステップS1にて、初期値を設
定したのぢ、ステップS2にて農作業機のオペレータが
走行機体1を運転して作物列の隣接走行に入る。ついで
、ステップS3にて撮像手段34を作動開始させて撮像
作業に入り、ステップS4にてΔを時間ごとに撮像手段
34の画像データを取り込み、ステップS5にて1画面
ごとに記憶させる。
第5図は植付は作物個所(NAE)を撮像画面40に撮
像した状態を示す。
次にステップS6では、植付は作物個所(NAE)を他
の圃場面から抽出区別する2値化処理を行う。
本実施例において、倣い用撮像手段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+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
(作物)と判別してその値がほぼ一定とみなせる領域(
N)を撮像画面40の他の箇所から分割 (Segmentation) シて特定する2値化処
理を実行するのである(第6図参照)。
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(C,−B)が一定収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。
この2値化された特徴は画像処理コントローラ38また
は中央制御装置30等で記憶させておく。
前記倣い用撮像手段34の画像情報を2値化して得られ
た複数の植付は作物個所の領域(N1)(N2)、 (
N3)・・・・が撮像画面40上に同時に写るから、ス
テップS7では、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、ステップS8に
おいて、前記画像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
ての仮想線Kj2を計算し、該仮想線にβの撮像画面4
0上の基準線KOに対する偏角Δρと横ずれ偏差ρとを
計算する。
この仮想線Kj2の計算は画像処理コントローラ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(IIOUGII)変換
法等によるものであり、ハフ変換では、XY直交座標系
のある一点(Xi、Yi )が与えられたとき、それを
通る総ての線分群は極座標系ではρi  =Hcos 
θi  +Yisin θiで表現できる。
従って、撮像画面40における前記各領域(Nl) 。
(N2)、 (N3)・・・・ごとにその線分群を極座
標系(p i =Xicos θi +Yisin θ
i)で表現するハフ処理を実行し、同一のρ及びθを取
る頻度を二次元ヒストダラムとして計数し、その最大値
となるρO及びθ0を求めて、作物列の仮想直線Klを
特定するものである。
このようにして求められた仮想直線1(Nが基準線KO
(走行機体1の進行方向に沿うY軸でも良い)と交差す
る角度を偏角Δρとし、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40の中央
位置等)からX軸方向に沿う仮想直線Kl迄の距離を横
ずれ偏差ρと定義して、これらの偏差をステップS9に
て計算する。
なお、撮像画面40において基準線KOより右にあると
きにはρ〉0であり、左にあるときにはρ〈0となる。
また、撮像画面40における上方に行くに従って仮想線
が基準線KOより右に傾く場合をΔρ〉0、反対の場合
をΔρくOとする。
このようにして得た、基準との偏差Gこ基づきステップ
Shoの操舵修正制御のサブルーチンを実行する。この
サブルーチンでは、データ記憶部や演算部、比較部等を
有する中央制御装置30において、第4−b図で示すス
テップR1からステップR11までのフローチャートに
従い、前記複数の偏差ρ、Δρを基にファジィ (Fu
zzy )推論を応用したファジィ制御や、クリスプ(
CRTSP)制御等の制御理論に従って操舵指示量Sを
算出し、操舵コントローラ31、例えばステアリングの
回動駆動のための自動操舵制御弁27などに操舵出力信
号Vを出力するものである。
即ち、操舵修正制御のザブルーチンにおけるステップR
2では、前記の複数の偏差ρ、Δρの大きさに対応して
操舵指示量Sを決定するものであり、この場合、ファジ
ィ制御では、前記撮像手段34で得られた画像情報の画
像処理を高速で実行するため、作物列の検出精度を落と
したことを補うため、その精度の荒い検出値、つまりあ
いまいな入力で実用可能な制御出力を得ることができる
ものであり、また、制御における検出対象の条件と制御
量との関係、換言すれば、入力と出力の関係を厳密にモ
デル化して記述することが困難な場合の制御に適するも
のである。
また、クリスプ(CRISP>制御(クリスプとはばき
ばきしたとか、明快なという意味)では、従来良く知ら
れた入力信号と出力信号とを比例的な関係にするとか、
入力信号を変数とする一定の線形関数関係で出力信号を
定義ずろ制御を実行するものである。
次いで、ステップR3で前記探作指示m Sまたは前記
の偏差が操舵修正不要の許容範囲内に入っているか否か
を判別し、操舵修正不要の許容範囲内であるとき(y 
e sのとき)には、ステップR4で操舵修正すること
なくそのままの状態を保持する。
反対に許容範囲外であるときには、ステップR5からス
テップR11までのフローチャートに従い、操舵指示量
Sの数値に応し、て、中央制御装置30に第1設定操舵
出力信号■〕およびこれより値の小さい第2設定操舵出
力信号■2を出し、操舵駆動手段である操舵制御弁27
の電磁ソレノイドを作動させ、ステアリング機構におし
3るステアリングアーム20の回動角度を変える油圧シ
リン■8 ダ22を駆動させて修正操舵し、所定の作物列の側方に
おいて、当該作物列に沿って並行状に走行機体1が前進
する自動操舵制御を実行するのである。
この場合、ステアリングアーム20の回動角度を検出す
るポテンショメーク28にて前車(!Gi 3が既に進
行方向に対して右または左に(頃く1榮舵角度を有して
いるか否かの判断を実行して、作物列と並行状態に進行
するフィードハック制御に役立てることができる。
ステップR5では、前記/ii5算された操舵指示量S
の数値に応して第1設定操舵出力信号■1およびこれよ
り値の小さい第2設定操舵出力信号■2の各値を決定す
る。この決定は制御量決定手段である中央制御装置30
または操舵コントローラ31において予め設定された比
例常数または関数関係にて決める。
また、ステップR6では、前記操舵制御弁27の電磁ソ
レノイドの駆動時間を所定の定められた信号出力サイク
ル時間(To)ごととするとき、出力信号VがOから第
1設定操舵出力他号V1に漸次増大させる時間帯(to
)、該第1設定■舵出力信号■1に固定状態で保持させ
る時間帯(Ll)、この保持終了時点から第2設定際舵
出力(,1号■2に至るまで漸次減少させる遷移時間(
Tx)、並びに第2設定操舵出力信号V2て保持する時
間’1i(T2)を各々決定する。
そして、ステップR7ては、前記(t o)時間かげて
出力信号を0から第1設定操舵出力信号V1に漸次増大
させるように以降させるのであり、ステップR8では、
第1設定操舵出力信号■1の値で(tl)時間固定し、
次いてステップR9て(Tx)時間かげて第2設定操舵
出力伯号■2に至るまで漸次減少させるように以降させ
る。
この後、ステップRIOで第2設定操舵出力信号V2の
状態で(T2)時間保持し、ステ・ノブR11で出力信
号を0等の元の値VOに戻すのである。
これらの設定操舵出力信号を出す場合に、第1設定操舵
出力信号V1への漸次増大するに要する時間帯(t o
)と、第1設定操舵出力信号V1から第2設定操舵出力
信号V2に至るように漸次減少するに要する時間帯(T
x)とを設けることにより、出力信号がOからいきなり
所定値に急変することがないから、人間が手動で実際に
実行している操舵修正作業に近似した’IP+らかな操
舵修正の動作を、自動操舵修正l榮作において実現する
ことができるのである。
このような自動操舵制御を実行することで、安定した操
舵制御が可能であるし、作物列の側方と略並行状に走行
する操舵の追従性も向上するのである。
なお、前記第1設定操舵出力信号V1への漸次増大する
に要する時間帯(to)の長さよりも、第1設定受舵出
力信号V1から第2設定操舵出力信号V2に至るように
漸次減少するに要する14間帯(Tx)の長さを多くす
ることで、大さくイ1ト正した後の操縦ハンドル(舵)
の切返しを滑らかにして、安定した操舵操作を得ること
ができる。
また、この時間帯(Ty、)の長さを、前記演算された
操舵指示量Sの数値に比例して増減させるように設定す
れば、操舵指示量が大きいときには、目標の作物列に近
接するように修正操舵を加える第1設定操舵出力信号V
1に達するまでの操舵操作を迅速に実行しつつ、該第1
設定操舵出力伯号■1からあて舵(復元舵取り)となる
第2設定操舵出力信号■2に至るまでの時間長さも多く
でき、−層滑らかな復元操舵操作を実現することができ
るのである。
なお、この第2設定操舵出力伯号■2自体の大きさは車
輪が中立位置に復元するように、所謂出力信号■を0に
セットしても良い。
【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図は操舵・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4 
 a図及び第4.− b図は各々制御フローチャー1〜
、第5図は倣い用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図は操舵指示量Sに
対する第1設定操舵出力信号■1および第2設定操舵出
力信号■2のタイムチャー1−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、9・・・・エンジン、11・・・・
ミソションゲース、17・・・・操向ハンドル、20・
・・・操縦ハンドル、NAE・・・・植付は作物箇所、
19・・・・回動支点軸、20・・・・ステアリングア
ーム、22・・・・油圧シリンダ、27・・・・自動操
舵制御弁、30・・・・中央制御装置、31・・・・操
舵コントローラ、32・・・・走行コントローラ、33
・・・・検出装置、34・・・・撮像手段、36・・・
・特徴抽出手段、38・・・・画像処理コントローラ。 特 許 出 願 人  ヤンマー農機株式会社代 理 
人   弁理士 万邦 暁夫 区

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
    自動操舵制御する装置において、農作業機には、前記作
    物列を検出する検出手段と、該検出手段からの信号に応
    じて農作業機の直進等の基準に対する前記作物列の偏差
    を演算して操舵指示量を決定する指示量決定手段と、該
    決定された操舵指示量に応じて操舵駆動手段に操舵出力
    信号を出力する制御量出力手段とを設け、該制御量出力
    手段における信号出力サイクル時間中に、前記決定され
    た操舵指示量に対応する第1設定操舵出力信号を適宜一
    定時間だけ出力させた後、該第1設定操舵出力信号より
    小さい値の第2設定操舵出力信号を出力させるように構
    成し、信号出力開始からその出力信号を前記第1設定操
    舵出力信号に至るまで漸次増大させた後、この第1設定
    操舵出力信号の出力保持終了時点から第2設定操舵出力
    信号開始時点に至る出力信号遷移時間を設けたことを特
    徴とする農作業機における自動操舵制御装置。
JP63207080A 1988-08-19 1988-08-19 農作業機における自動燥舵制御装置 Pending JPH0257106A (ja)

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