JPH0276507A - 農作業機における自動操舵制御装置 - Google Patents
農作業機における自動操舵制御装置Info
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- JPH0276507A JPH0276507A JP63229196A JP22919688A JPH0276507A JP H0276507 A JPH0276507 A JP H0276507A JP 63229196 A JP63229196 A JP 63229196A JP 22919688 A JP22919688 A JP 22919688A JP H0276507 A JPH0276507 A JP H0276507A
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Landscapes
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
- Guiding Agricultural Machines (AREA)
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。
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。
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、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
の苗マツ1−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、植付は苗箇所が並ふと同時に、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
れることば周知である。
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
の苗マツ1−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、植付は苗箇所が並ふと同時に、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
れることば周知である。
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(Ho u
g t+ )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
る横ずれ偏差及び進行方向の傾斜のずれである偏角を一
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。
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(Ho u
g t+ )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
る横ずれ偏差及び進行方向の傾斜のずれである偏角を一
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。
前記先行技術のように、画像情報から計算した仮想直線
の撮像画面等における基準線に対する偏角や基準点に対
する横ずれ偏差と、実際の操舵角度とは、圃場条件によ
って異なる。
の撮像画面等における基準線に対する偏角や基準点に対
する横ずれ偏差と、実際の操舵角度とは、圃場条件によ
って異なる。
例えば、硬い圃場では、車輪か耕盤に確りと密着してい
るので、ハンドルの回動操舵角度と現実の農作業機の向
きとが略一致している。反対に、圃場が軟弱な場合には
、農作業機のハンドルを一定角度切っても、車輪が圃場
の軟らかい耕盤に対して横滑り現象を起こし、ハンドル
の回動操舵角度よりも現実の農作業機の向きか小さめに
なる傾向にあるというように、現実の農作業機の向きが
ハンドルの回動操舵角度と一致しない現象が生じる。
るので、ハンドルの回動操舵角度と現実の農作業機の向
きとが略一致している。反対に、圃場が軟弱な場合には
、農作業機のハンドルを一定角度切っても、車輪が圃場
の軟らかい耕盤に対して横滑り現象を起こし、ハンドル
の回動操舵角度よりも現実の農作業機の向きか小さめに
なる傾向にあるというように、現実の農作業機の向きが
ハンドルの回動操舵角度と一致しない現象が生じる。
従って、撮像手段を使用してflられた情報に基づき、
操舵角度を左右いずれの方向にどの程度切るかという制
御の指令信号の大きさを決定するための、いわゆる制御
のアルゴリズム(処理規則または制御規則)を固定的に
決定してしまうと、圃場の条件が異なる場合に、良好な
制御結果が得られないという問題があった。
操舵角度を左右いずれの方向にどの程度切るかという制
御の指令信号の大きさを決定するための、いわゆる制御
のアルゴリズム(処理規則または制御規則)を固定的に
決定してしまうと、圃場の条件が異なる場合に、良好な
制御結果が得られないという問題があった。
そこで従来の技術においては、前記基準線に列する偏角
や基準点に対する横ずれ偏差が一定の許容範囲内に入る
ように、例えば、操舵角度が偏角及び横ずれ偏差を2つ
の変数とする一次関数とし、この−次関数の比例常数を
圃場の硬軟に応じて大小に切り替える補正を実行するよ
うにしていた。
や基準点に対する横ずれ偏差が一定の許容範囲内に入る
ように、例えば、操舵角度が偏角及び横ずれ偏差を2つ
の変数とする一次関数とし、この−次関数の比例常数を
圃場の硬軟に応じて大小に切り替える補正を実行するよ
うにしていた。
しかし、この切換え操作においても、作業者が適切な値
の補正値を選択しなければ、良い制御結果は得られない
のであり、この選択の巧拙は作業者の熟練度に因ること
が多いので、誰でもどの圃場でも同しような自動操舵の
結果をf−することは困難であった。
の補正値を選択しなければ、良い制御結果は得られない
のであり、この選択の巧拙は作業者の熟練度に因ること
が多いので、誰でもどの圃場でも同しような自動操舵の
結果をf−することは困難であった。
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、前記既に植付iJ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、前記と同様の前代
があった。
する管理機は、前記既に植付iJ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、前記と同様の前代
があった。
本発明は、前記のような農作業機における従前の自動操
舵制御装置では解決できなかった問題を解決し、圃場条
件や作業者の熟練度に拘わらず、良好な操舵結果を得る
ことか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。
舵制御装置では解決できなかった問題を解決し、圃場条
件や作業者の熟練度に拘わらず、良好な操舵結果を得る
ことか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。
そこで本発明は、圃場内に植イ\Jげられた作物列を撮
像する撮像手段と、該撮像手段により得られた各画像情
報を2値化等の特徴抽出するための特徴抽出手段と、農
作業機の直進等の基準に対する前記作物列の仮想直線及
び基準に対する仮想直線の偏差を演算する手段と、農作
業機の走行中の操舵角度を読み取る手段と、前記仮想線
の偏差から所定の操舵規則に従って自動操舵する手段と
により、圃場内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、農作業機の試行操舵時の同
時刻における仮想直線の偏差と操舵角度とから操舵規則
を作成する規則作成手段を設けることにより、自動操舵
制御するものである。
像する撮像手段と、該撮像手段により得られた各画像情
報を2値化等の特徴抽出するための特徴抽出手段と、農
作業機の直進等の基準に対する前記作物列の仮想直線及
び基準に対する仮想直線の偏差を演算する手段と、農作
業機の走行中の操舵角度を読み取る手段と、前記仮想線
の偏差から所定の操舵規則に従って自動操舵する手段と
により、圃場内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、農作業機の試行操舵時の同
時刻における仮想直線の偏差と操舵角度とから操舵規則
を作成する規則作成手段を設けることにより、自動操舵
制御するものである。
本発明においては、農作業機にて田植え作業等を始める
にあたって、最初に作業者がハンドルをもって農作業機
を運転し、苗植付は等にて基準の作物列を作成する。
にあたって、最初に作業者がハンドルをもって農作業機
を運転し、苗植付は等にて基準の作物列を作成する。
次いで、その基準作物列の側方に沿って再度作業者がハ
ンドルを操作して農作業を実行する時、撮像手段にて前
記作物列を検出する。
ンドルを操作して農作業を実行する時、撮像手段にて前
記作物列を検出する。
この試行操舵時に前記基準の作物列を撮像し、その特徴
を抽出する。その作業走行時における基準に対する前記
作物列を仮想直線として仮定し、その仮想直線を計算し
、撮像手段等における基準に対する仮想直線の偏差を計
算し、このとき同時刻における農作業機の実際の操舵角
度を読み取る。
を抽出する。その作業走行時における基準に対する前記
作物列を仮想直線として仮定し、その仮想直線を計算し
、撮像手段等における基準に対する仮想直線の偏差を計
算し、このとき同時刻における農作業機の実際の操舵角
度を読み取る。
このようにすれば、同じ圃場条件における既に植付けら
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走行する場合に、前記作物列に
対して一定の距離内に入るようにハンドルを回動操作し
た操舵量と、前記仮想直線の基準に対する偏角や横ずれ
の偏差との関係が判明する。
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走行する場合に、前記作物列に
対して一定の距離内に入るようにハンドルを回動操作し
た操舵量と、前記仮想直線の基準に対する偏角や横ずれ
の偏差との関係が判明する。
この関係から、規則作成手段により一旦操舵規則を作成
すれば、それ以後の走行時には前記操舵規則に従って前
記仮想線の偏差が所定の許容範囲内に入るように自動操
舵することが至極簡単にできるのである。
すれば、それ以後の走行時には前記操舵規則に従って前
記仮想線の偏差が所定の許容範囲内に入るように自動操
舵することが至極簡単にできるのである。
そうすると、作業者が実際に農作業機を走行させること
により、作物列の仮想直線の偏差と制御規則との関係を
予め学習したことになり、圃場の条件がどのように異な
ってもその圃場に最適な操舵制御が(Mられたことにな
り、安定性も追従性も高い自動操舵を実行することがで
きるのである。
により、作物列の仮想直線の偏差と制御規則との関係を
予め学習したことになり、圃場の条件がどのように異な
ってもその圃場に最適な操舵制御が(Mられたことにな
り、安定性も追従性も高い自動操舵を実行することがで
きるのである。
そして、この操舵規則は圃場の硬軟の条件等により種々
変化するのであるから、圃場の条件が異なるごとに、前
記操舵規則を新なものに更新すれば良い。
変化するのであるから、圃場の条件が異なるごとに、前
記操舵規則を新なものに更新すれば良い。
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。
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を介して前後両軍軸
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
ばPTO軸変連用アクヂエータである。
ッチ10及びミッションケース11を介して前後両軍軸
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
ばPTO軸変連用アクヂエータである。
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におりる
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L、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2L21、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240前
後揺動自在なピットマンアーム25から成る。
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におりる
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L、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2L21、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240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
。
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= 9− 17の回動角度に対応して揺動するピントマンアーム2
5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におけるビスI・ンロソドを出没
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。
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= 9− 17の回動角度に対応して揺動するピントマンアーム2
5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におけるビスI・ンロソドを出没
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、その際前端3の舵取り
角度ば、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
により読み取ることができる。
制御弁27によっても駆動され、その際前端3の舵取り
角度ば、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
により読み取ることができる。
そして、前記自動操舵制御弁27は、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軸変軸角速用アクチエータ15央制御
装置30にて駆動される走行コン1〜ローラ32にて作
動する。
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軸変軸角速用アクチエータ15央制御
装置30にて駆動される走行コン1〜ローラ32にて作
動する。
−10=
作物列を撮像してそれから種々の制御用のデータを得る
検出装置33は、作物列を撮像する撮像手段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35及びこの特徴抽出手段35
による特徴を処理して仮想直線を算出し、この仮想直線
の基準線に対する偏角や横ずれ偏差を演算する演算回路
36を有する画像処理コントローラ37とから成る。
検出装置33は、作物列を撮像する撮像手段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35及びこの特徴抽出手段35
による特徴を処理して仮想直線を算出し、この仮想直線
の基準線に対する偏角や横ずれ偏差を演算する演算回路
36を有する画像処理コントローラ37とから成る。
他方、前記ポテンショメータ28にて検出された前輪3
の操舵角度は、同期回路38を経て適宜時間間隔ごとに
読み取られて操舵規則作成回路39に入り、それと同時
刻に前記演算された偏角や横ずれ偏差の結果を読み取っ
て該操舵規則作成回路39にて操舵規則を作成するもの
である。
の操舵角度は、同期回路38を経て適宜時間間隔ごとに
読み取られて操舵規則作成回路39に入り、それと同時
刻に前記演算された偏角や横ずれ偏差の結果を読み取っ
て該操舵規則作成回路39にて操舵規則を作成するもの
である。
なお、符号40は前記作成された操舵規則を記憶する記
憶装置であり、符号41は操舵規則が複数作成された場
合に、それらの操舵規則を一つづつ呼び出すように切換
える切換え装置である。
憶装置であり、符号41は操舵規則が複数作成された場
合に、それらの操舵規則を一つづつ呼び出すように切換
える切換え装置である。
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、撮像手段34は、走行機体1の左右両側
に設けて撮像作業を左右切換えるようにするか、一つの
撮像手段34を走行機体1の左右に配置替えできるよう
にする移動手段(図示せず)に装着するものである。
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
に設けて撮像作業を左右切換えるようにするか、一つの
撮像手段34を走行機体1の左右に配置替えできるよう
にする移動手段(図示せず)に装着するものである。
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ットする。
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ねるエリアセ
ンザーであり、例えば、二次元MO3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。
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ねるエリアセ
ンザーであり、例えば、二次元MO3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。
またこれらの撮像手段34はカラー用、白黒用のいずれ
であっても良いが、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。
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明確に認識することが
できる。
次に、第4図及び第5図に示すように走行機体1を圃場
(F)内において、その畦際から一本目の走行(nl)
を実行した後、その終端部で略180回折回し、二本目
の走行(n2)を実行し、その終端で転回して三本目の
走行(n3)、同様にして四本目の走行(n4)・・・
・というように、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に本発明で実行さ
れる処理の概略フローチャート(第8図)について説明
する。
(F)内において、その畦際から一本目の走行(nl)
を実行した後、その終端部で略180回折回し、二本目
の走行(n2)を実行し、その終端で転回して三本目の
走行(n3)、同様にして四本目の走行(n4)・・・
・というように、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に本発明で実行さ
れる処理の概略フローチャート(第8図)について説明
する。
まず、スタートに続くステップS1にて、初期値を設定
したのち、農作業機のオペレータが走行機体1を運転し
て圃場(F)の畦際に位置させる。
したのち、農作業機のオペレータが走行機体1を運転し
て圃場(F)の畦際に位置させる。
ついで、ステップS2にて一本目の走行(nl)に入っ
て基準となる作物列を作成する。
て基準となる作物列を作成する。
次に、ステップS3からステップS7まで、以下に述べ
るようにいわゆる学習制御を実行する。
るようにいわゆる学習制御を実行する。
即ち、前記基準の作物列の側方に沿って適宜間隔で略並
行状に走行するように、作業者が実際に=13− ハンドル操作を行って試行走行を実行するとき、ステッ
プS3で前記基準の作物列を撮像手段34にて撮像する
と同時に前輪3の操舵角度をポテンショメータ28にて
検出し、ステップS4でこれらのデータを読み取る。
行状に走行するように、作業者が実際に=13− ハンドル操作を行って試行走行を実行するとき、ステッ
プS3で前記基準の作物列を撮像手段34にて撮像する
と同時に前輪3の操舵角度をポテンショメータ28にて
検出し、ステップS4でこれらのデータを読み取る。
第6図は植付は作物個所(N A E)を撮像画面42
に撮像した状態を示す。
に撮像した状態を示す。
ステップS5では、前記撮像手段34による画像情報か
ら、植付は作物個所(NAE)を他の圃場面から抽出区
別する2値化処理を行ったのち、この作物列を直線と仮
想して仮想直線を以下のような演算により作成する。
ら、植付は作物個所(NAE)を他の圃場面から抽出区
別する2値化処理を行ったのち、この作物列を直線と仮
想して仮想直線を以下のような演算により作成する。
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十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
その領域(N)を撮像画面42の他の箇所から分割(S
egmentation) L/て特定する2値化処理
を実行する。
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十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
その領域(N)を撮像画面42の他の箇所から分割(S
egmentation) L/て特定する2値化処理
を実行する。
なお、色線骨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−足取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。
画像データ(G−B)が−足取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の画像情報を2値化して得られた複数
の植付ジノ作物個所の領域(Nl)、 (N2)。
の植付ジノ作物個所の領域(Nl)、 (N2)。
(N3)・・・・が撮像画面42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
線辺イ以としての仮想線にβを計算し、該仮想線KAの
撮像画面40上の基準線Koに対する偏角へ〇と横ずれ
偏差ρとを計算する。
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
線辺イ以としての仮想線にβを計算し、該仮想線KAの
撮像画面40上の基準線Koに対する偏角へ〇と横ずれ
偏差ρとを計算する。
この仮想線にβの計算は画像処理コントローラ37に予
め組み込まれたソフ1〜による計算手法で、例えば良く
知られた最小自乗誤差法やハフ(HOUGH)変換法等
によるものであり、ハフ変換では、X−Y直交座標系の
ある一点(Xi、Y+ )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e =Xicos β+
Yisin βで表現できる。
め組み込まれたソフ1〜による計算手法で、例えば良く
知られた最小自乗誤差法やハフ(HOUGH)変換法等
によるものであり、ハフ変換では、X−Y直交座標系の
ある一点(Xi、Y+ )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e =Xicos β+
Yisin βで表現できる。
従って、撮像画面42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(e =Xicos β+Yisinβ)で表現す
るハフ処理を実行し、同一のe及びβを取る頻度を二次
元ヒストグラムとして計数し、その最大値となるeO及
びβ0を求めて、作物列の仮想直線に7!を特定するも
のである。
標系(e =Xicos β+Yisinβ)で表現す
るハフ処理を実行し、同一のe及びβを取る頻度を二次
元ヒストグラムとして計数し、その最大値となるeO及
びβ0を求めて、作物列の仮想直線に7!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に4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 (第7図の撮像画面42
の中央位置等)からX軸方向に沿う仮想直線に7!迄の
距離を横ずれ偏差ρと定義する。
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 (第7図の撮像画面42
の中央位置等)からX軸方向に沿う仮想直線に7!迄の
距離を横ずれ偏差ρと定義する。
なお、撮像画面42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。
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42における上方に行くに従って仮想線
が基準線KOより右にイ頃く場合をΔρ〉0、反対の場
合をΔρ〈0とする。
が基準線KOより右にイ頃く場合をΔρ〉0、反対の場
合をΔρ〈0とする。
この仮想直線は、走行機体1が適宜距離前進するごとま
たは適宜時間間隔ごとに計算されるものである。
たは適宜時間間隔ごとに計算されるものである。
次いで、ステップS6では、前記ポテンショメータ28
により検出された操舵角度θとをΔを時間ごとに読み取
り、この読み取った時間と同時刻における計算結果の仮
想直線から偏角Δρと横ずれ偏差ρとを読め取り、これ
らの3つの値を一対一の対応関係で記憶させる。
により検出された操舵角度θとをΔを時間ごとに読み取
り、この読み取った時間と同時刻における計算結果の仮
想直線から偏角Δρと横ずれ偏差ρとを読め取り、これ
らの3つの値を一対一の対応関係で記憶させる。
ステップS7では、前記の一対一の対応関係から、操舵
規則作成手段39にて操舵規則を作成する。
規則作成手段39にて操舵規則を作成する。
操舵規則とは、例えば通常CRISP制御では、前記行
i算された仮想直線における偏角Δρ及び横ずれ偏差ρ
の組のデータに対する操舵角度θとの関数関係であり、
偏角及び横ずれ偏差(2変数)とする線型関数で表現す
るときには、その比例常数α(α1.α2.・・・)の
大きさ(値)を操舵規則作成手段39にて決定する。
i算された仮想直線における偏角Δρ及び横ずれ偏差ρ
の組のデータに対する操舵角度θとの関数関係であり、
偏角及び横ずれ偏差(2変数)とする線型関数で表現す
るときには、その比例常数α(α1.α2.・・・)の
大きさ(値)を操舵規則作成手段39にて決定する。
また、ファジー推論に基づく所謂ファジー制御によると
きには、2つの入力変数をΔρ及びρとし、操舵角度の
指示量Sを出力とするあいまいな関係をファジー規則に
従って決定する操舵規則を言い、そのファジー規則その
ものを、前記読み取られた操舵角度θと、それと同時刻
における偏角Δρ及び横ずれ偏差ρの組のデータとの関
係で作成するものである。
きには、2つの入力変数をΔρ及びρとし、操舵角度の
指示量Sを出力とするあいまいな関係をファジー規則に
従って決定する操舵規則を言い、そのファジー規則その
ものを、前記読み取られた操舵角度θと、それと同時刻
における偏角Δρ及び横ずれ偏差ρの組のデータとの関
係で作成するものである。
この場合、ファジィ制御では、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
に通ずるものである。
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
に通ずるものである。
次にファジィ推論を応用したファジィ制御について説明
する。
する。
一般にファジィ推論による制御においては、制御アルゴ
リズムを、制御のための複数の情報の入力変数、例えば
2つの入力変数(x、 y)と制御機器への出力(操
作量)2のあいまいな関係として記述するものである。
リズムを、制御のための複数の情報の入力変数、例えば
2つの入力変数(x、 y)と制御機器への出力(操
作量)2のあいまいな関係として記述するものである。
例えば、
もしXが小さく、yが大きいならば、
2は中にする。
もしXが大きく、yが中ならば、
2は大きくする。
のように、制御アルゴリズムは(もし・・・・であれば
、・・・・にせよ) (if−then )形式のフ
ァジィ制御規則と呼ばれるもので表現される。規則のi
f・・・・の部分を前件部、then・・・・の部分を
後件部と呼ぶ。
、・・・・にせよ) (if−then )形式のフ
ァジィ制御規則と呼ばれるもので表現される。規則のi
f・・・・の部分を前件部、then・・・・の部分を
後件部と呼ぶ。
今、このファジィ制御規則を、自動操舵の制御に応用す
るにあたり、本実施例では、作物列の横ずれ偏差ρと偏
角Δρとのデータの組を前件部とし、自動操舵の操舵指
示量Sを後件部とする、ファジィ制御規則を1−1から
1−9までの9個で実行する(第1表参照)。
るにあたり、本実施例では、作物列の横ずれ偏差ρと偏
角Δρとのデータの組を前件部とし、自動操舵の操舵指
示量Sを後件部とする、ファジィ制御規則を1−1から
1−9までの9個で実行する(第1表参照)。
ここで規則1−1は、もしρのラベルがOで、且つΔρ
のラベルが0ならば、Sは0 (直進)にする、という
ことを示す。
のラベルが0ならば、Sは0 (直進)にする、という
ことを示す。
そして、第2表から第4表までは、各偏差ρ、Δρの各
入力変数と操舵指示量Sの出力変数が各々取るファジィ
変数を、整数の領域に離散化した離散型ファジィ変数で
示したものである。
入力変数と操舵指示量Sの出力変数が各々取るファジィ
変数を、整数の領域に離散化した離散型ファジィ変数で
示したものである。
そして、これらのあいまいな領域であるファジィ変数の
領域は、入力変数の全体集合の要素(メンバー)が領域
(変域)に含まれる程度(グレード)を与えることによ
り定義するものであり、このグレードを与える関数をメ
ンバーシップ関数という。例えば、ρのファジィ変数の
領域は、横ずれの偏差ρの全体集合の要素(メンバー)
が領域(変域)に含まれる程度(グレード)を与えるこ
とにより定義される。
領域は、入力変数の全体集合の要素(メンバー)が領域
(変域)に含まれる程度(グレード)を与えることによ
り定義するものであり、このグレードを与える関数をメ
ンバーシップ関数という。例えば、ρのファジィ変数の
領域は、横ずれの偏差ρの全体集合の要素(メンバー)
が領域(変域)に含まれる程度(グレード)を与えるこ
とにより定義される。
各表における最上段の(値)とあるのは、各変数の変域
を示し、例えば第2表における−5から5は入力変数ρ
が取る値である。
を示し、例えば第2表における−5から5は入力変数ρ
が取る値である。
実施例では、各表におけるファジー変数のラベルは、大
きく右1.小さく右 、rO,5示さく左1、大きく左
ヨの5種類とし、前記変数の値がこれらのラベルの集合
に含まれる度合(適合度−メンバーシソプ値)を0から
10までの整数で段階的に表す。
きく右1.小さく右 、rO,5示さく左1、大きく左
ヨの5種類とし、前記変数の値がこれらのラベルの集合
に含まれる度合(適合度−メンバーシソプ値)を0から
10までの整数で段階的に表す。
芽1−・ ファジィ′iI′a1−
策1裁 ρのメンバーシップ宵 X (110,
67)画素.3 △ρのメンパージ・ブ冑 X
(1/20 )racl。
67)画素.3 △ρのメンパージ・ブ冑 X
(1/20 )racl。
このファジー制御規則を作成するに際して、操舵角度θ
(このθは操舵指示量Sに対応する)と、この操舵角度
を読み取ったと同時刻における前記ステップS6にて計
算し記憶させたΔρ、ρとの値を使用するのである。
(このθは操舵指示量Sに対応する)と、この操舵角度
を読み取ったと同時刻における前記ステップS6にて計
算し記憶させたΔρ、ρとの値を使用するのである。
例えば、t1時刻におけるρ1の値が「0〜+5」の間
の値であるときには、そのラベルが「小さく右Jであり
、そのときのΔρ1の値が「0〜+21の間の値であれ
ばそのラベルが「小さく右」とし、同じくθ1の値(こ
のθは操舵指示Msに対応する)が「0〜4」間の値で
あるときにば、そのラベルかrsl=OJである、とい
うようにファジー制御規則を作成するのである(第9図
参照)。
の値であるときには、そのラベルが「小さく右Jであり
、そのときのΔρ1の値が「0〜+21の間の値であれ
ばそのラベルが「小さく右」とし、同じくθ1の値(こ
のθは操舵指示Msに対応する)が「0〜4」間の値で
あるときにば、そのラベルかrsl=OJである、とい
うようにファジー制御規則を作成するのである(第9図
参照)。
この場合、θ、Δρ、ρの各々の値が適宜範囲の値を取
る頻度のヒストグラムを利用しても良い。
る頻度のヒストグラムを利用しても良い。
ごのよ・うに、所定の圃場において、農作業機を試行走
行させて作業者が実際に操舵した操舵角度と、そのとき
同時に撮像手段にて得られた画像データから演算した仮
想直線の基準線に対する偏角や基準点に対する横ずれ偏
差との相対関係から操舵規則を予め作成しておけば、以
後3本口から後の走行時には、ステップS8及びステッ
プS9にてこの作成された操舵規則に基づいて、自動操
舵の制御を実行すれば良い。
行させて作業者が実際に操舵した操舵角度と、そのとき
同時に撮像手段にて得られた画像データから演算した仮
想直線の基準線に対する偏角や基準点に対する横ずれ偏
差との相対関係から操舵規則を予め作成しておけば、以
後3本口から後の走行時には、ステップS8及びステッ
プS9にてこの作成された操舵規則に基づいて、自動操
舵の制御を実行すれば良い。
つまり、撮像手段34で走行機体1の側方の作物列の画
像データを(Mて、その画像処理(仮想直線の演算、偏
角や横ずれ偏差の計算)を実行した後、中央制御装置3
0において、これらの複数の偏差量ρ、Δρを基にファ
ジィ (Fuzzy )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における操舵
制御弁27の電磁ソレノイドを作動させ、ステアリング
機構におけ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一定範囲内で
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。
像データを(Mて、その画像処理(仮想直線の演算、偏
角や横ずれ偏差の計算)を実行した後、中央制御装置3
0において、これらの複数の偏差量ρ、Δρを基にファ
ジィ (Fuzzy )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における操舵
制御弁27の電磁ソレノイドを作動させ、ステアリング
機構におけ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一定範囲内で
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。
このように、本発明では、作業者が実行する試行操舵時
の操舵角度と、その同時刻における仮想直線の基準に対
する偏差とから操舵規則を作成することにより、自動操
舵制御装置に操舵の程度を学習させることができ、圃場
の条件が異なる場合に、前記操舵規則を変更(更新)す
ることで、例えば耕盤が硬いまたは軟かい等の圃場の条
件に応じた最適の自動操舵を実行できるのである。
の操舵角度と、その同時刻における仮想直線の基準に対
する偏差とから操舵規則を作成することにより、自動操
舵制御装置に操舵の程度を学習させることができ、圃場
の条件が異なる場合に、前記操舵規則を変更(更新)す
ることで、例えば耕盤が硬いまたは軟かい等の圃場の条
件に応じた最適の自動操舵を実行できるのである。
なお、区画整理された大規模圃場のような箇所での農作
業では、圃場が平面視矩形状であるから農作業機の直進
がし易いので、前記ファジィ制御において、基準線に対
する偏角Δρのメンハーシソプ関数の適合度を大きくす
るように、いわゆる重み付けの設定を変更する操舵規則
の作成(更新)を実行ずれは、農作業機の直進性が向上
する。
業では、圃場が平面視矩形状であるから農作業機の直進
がし易いので、前記ファジィ制御において、基準線に対
する偏角Δρのメンハーシソプ関数の適合度を大きくす
るように、いわゆる重み付けの設定を変更する操舵規則
の作成(更新)を実行ずれは、農作業機の直進性が向上
する。
反対に第5図に示すような圃場の畦際が左右に湾曲して
いるような箇所での湾曲走行に適する操舵規則から、当
該圃場の中央側での直進性の強い操舵規則に徐々切換え
ることも可能となる。
いるような箇所での湾曲走行に適する操舵規則から、当
該圃場の中央側での直進性の強い操舵規則に徐々切換え
ることも可能となる。
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図ば側面図、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図
及び第5図は圃場の走行状態の説明図、第6図は撮像手
段による撮像画面の図、第7図は2値化された撮像画面
の図、第8図は制御フローチャー1・、第9図は操舵規
則の作成表の実施例を示す図である。 1・・・・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・・・・
ミッションケース、17・・・・ハンドル、NAE・・
・・植付は作物面断、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、28・・・・ポテンシ
ョメータ、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、35・・・
・特徴抽出手段、36・・・・演算回路、37・・・・
画像処理コントローラ、38・・・・同期回路、39・
・・・操舵規則作成回路、4 .0・・・・記憶装置、
41・・・・切換え装置。 特 許 出 願 人 ヤンマー農機株式会社代 理
人 弁理士 石井 暁夫 第8図
平面図、第2図ば側面図、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図
及び第5図は圃場の走行状態の説明図、第6図は撮像手
段による撮像画面の図、第7図は2値化された撮像画面
の図、第8図は制御フローチャー1・、第9図は操舵規
則の作成表の実施例を示す図である。 1・・・・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・・・・
ミッションケース、17・・・・ハンドル、NAE・・
・・植付は作物面断、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、28・・・・ポテンシ
ョメータ、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、35・・・
・特徴抽出手段、36・・・・演算回路、37・・・・
画像処理コントローラ、38・・・・同期回路、39・
・・・操舵規則作成回路、4 .0・・・・記憶装置、
41・・・・切換え装置。 特 許 出 願 人 ヤンマー農機株式会社代 理
人 弁理士 石井 暁夫 第8図
Claims (1)
- (1)、圃場内に植付けられた作物列を撮像する撮像手
段と、該撮像手段により得られた各画像情報を2値化等
の特徴抽出するための特徴抽出手段と、農作業機の直進
等の基準に対する前記作物列の仮想直線及び基準に対す
る仮想直線の偏差を演算する手段と、農作業機の走行中
の操舵角度を読み取る手段と、前記仮想線の偏差から所
定の操舵規則に従って自動操舵する手段とにより、圃場
内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、農作業機の試行操舵時の同時刻における
仮想直線の偏差と操舵角度とから操舵規則を作成する規
則作成手段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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63229196A JPH0276507A (ja) | 1988-09-13 | 1988-09-13 | 農作業機における自動操舵制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63229196A JPH0276507A (ja) | 1988-09-13 | 1988-09-13 | 農作業機における自動操舵制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0276507A true JPH0276507A (ja) | 1990-03-15 |
Family
ID=16888316
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63229196A Pending JPH0276507A (ja) | 1988-09-13 | 1988-09-13 | 農作業機における自動操舵制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0276507A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013172193A (ja) * | 2012-02-17 | 2013-09-02 | Ntt Communications Kk | 映像表示システム |
-
1988
- 1988-09-13 JP JP63229196A patent/JPH0276507A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013172193A (ja) * | 2012-02-17 | 2013-09-02 | Ntt Communications Kk | 映像表示システム |
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