JPH10178815A - コンバイン等の操向旋回制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】コンバインの刈り取り時に刈取終端位置で操向
旋回を行うとき、立毛穀稈の未刈取領域の境界を電子カ
メラによる入力画像と基準となる画像とを合致させるよ
う機体の進行方向を自動的に修正制御する。 【解決手段】立毛穀稈の刈取終端位置において方向変更
のための操向旋回を行うとき、機体１の適宜位置に前方
に向け固定した電子カメラ２による入力画像の情報から
既刈取領域Ａと未刈取領域Ｂの境界Ｃを検出し、この検
出した境界ＣＦが予め画像上に設定される基準となる境
界ＣＳに対して偏位しているときは、この両境界ＣＦ，
ＣＳの位置を合致させるよう機体１の操向旋回の方向を
自動的に修正制御することを特徴とするコンバイン等の
操向旋回制御装置の構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、コンバイン等の
操向旋回制御装置に関し、刈取終端位置における操向旋
回時に電子カメラによる入力画像の情報により旋回制御
を行わせるもの等の分野に属する。

【０００２】

【従来の技術、及び発明が解決しようとする課題】コン
バインの作業時に、圃場端の枕地等刈取終端位置におい
て方向変更のための操向旋回を行うときに、予めコント
ローラ等に設定されているシーケンス制御等によって自
動的に操向旋回を行わせるもの等については、既に周知
である。しかし、このシーケンス制御によって予め設定
されたルートにより操向旋回を行わせるものでは、旋回
する土壌面が、土質の硬軟とか旋回の繰返しによる土壌
面の凹凸等により条件が一定していないため、設定され
たルート通りの操向旋回を阻害されるという難点があっ
た。

【０００３】そこでこの発明は、操向旋回時に立毛穀稈
の既刈取領域と未刈取領域の境界を、電子カメラによる
入力画像の情報と画像中に設定されている基準とを比較
合致させるよう機体の進行方向を自動的に修正制御す
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、立毛穀稈の
刈取終端位置において方向変更のための操向旋回を行う
とき、機体１の適宜位置に前方に向け固定した電子カメ
ラ２による入力画像の情報から既刈取領域Ａと未刈取領
域Ｂの境界Ｃを検出し、この検出した境界ＣＦが予め画
像上に設定される基準となる境界ＣＳに対して偏位して
いるときは、この両境界ＣＦ，ＣＳの位置を合致させる
よう機体１の操向旋回の方向を自動的に修正制御するこ
とを特徴とするコンバイン等の操向旋回制御装置の構成
とする。

【０００５】

【作用】上記の構成により、コンバインの刈取作業時
に、圃場端の枕地等刈取終端位置において方向変更のた
めの操向旋回を行うとき、例えば、操縦席の近傍位置に
前方の圃場面を撮像可能に電子カメラ２を固定し、この
カメラ２の入力画像から、圃場面における既刈取領域Ａ
と未刈取領域Ｂの境界Ｃを、輝度の変化によるパワース
ペクトルの算出等によって検出を行い、この検出した境
界ＣＦの位置が、予め画像上に設定される基準となる境
界ＣＳの位置に対して偏位しているときは、機体１の進
行方向が正しい刈取条合わせに対して外れていることを
示しているから、その位置が合致するよう機体１の進行
方向を自動的に修正制御することにより、合致させた基
準となる境界ＣＳによって正しい操向旋回を行わせるこ
とができる。

【０００６】

【発明の効果】上記の作用の如く、刈取終端位置におい
て操向旋回を行うときに、電子カメラ２の入力画像から
圃場面の既刈取領域Ａと未刈取領域Ｂの境界Ｃの検出を
行い、この検出した境界ＣＦを、予め画像上に設定され
る基準となる境界ＣＳに対して合致させるよう機体１の
進行方向を自動的に修正制御することにより、旋回する
土壌面が、土質の硬軟とか旋回の繰返しによる土壌面の
凹凸等により条件が一定していないときでも、合致させ
た基準となる境界ＣＳによって機体１を正しい条合わせ
が可能な位置に操向旋回させることができるから、旋回
後速やかに刈り取りを開始することができる。

【０００７】

【実施例】以下に、この発明の実施例を図面に基づいて
説明する。コンバインの車台３の下部側に土壌面を走行
する左右一対の走行クローラ４を有する走行装置５を配
設し、該車台３上にはフィードチェン６に挟持して供給
される穀稈を脱穀し、この脱穀された穀粒を選別回収し
て一時貯留する穀粒タンク７を備えた脱穀装置８を載設
する。

【０００８】該脱穀装置８の前方側には、前端位置から
立毛穀稈を分草する分草体９と、分草された穀稈を引き
起こす引起部１０と、引き起こされた穀稈を刈り取る刈
刃部１１と、この刈り取られた穀稈を後方へ搬送して該
フィードチェン６へ受け渡しする穀稈搬送部１２等を有
する刈取装置１３を、土壌面に対して昇降自在に作用さ
せるよう構成する。

【０００９】該刈取装置１３の一側にコンバインの操作
制御を行う操作装置１４と、この操作のための操作席１
５とを設け、この操作席１５の後方側に該穀粒タンク７
を配置し、このような走行装置５，脱穀装置８，刈取装
置１３，操作装置１４等によってコンバインの機体１を
構成する。該操作席１５の後部上方左側に、刈取装置１
３の上端部越しに刈取圃場面を左右範囲広角に撮像可能
なＣＣＤカメラ等による電子カメラ２を固定して設け、
図１に示す如く、刈取作業時に圃場端の枕地等刈取終端
位置において方向を変更するため略９０度の操向旋回を
行うとき、図２のフローチャートに示す如く、刈り取り
が完了したことが確認されたときは、操向旋回ルートの
うち立毛穀稈が存在しないため既刈取領域Ａと未刈取領
域Ｂの境界Ｃを検出できないａ点からｂ点までの行程
は、予めコントローラ等に設定しているシーケンス手段
によって旋回制御を行い、続いて該境界Ｃを検出可能な
操向旋回ルートのｂ点からｃ点までの行程の間に、図３
に示す如く、電子カメラ２により前方の圃場面において
撮像した該境界Ｃ近傍の画像１６を入力する。

【００１０】この入力画像１６から、横及び縦軸の画素
区画（例えば０，３０と５１１，９３のポイント区画）
を分析領域１６ａとし、この分析領域１６ａの輝度の変
化を計測して周波数分析を行い、この分析によって図４
に示す如きパワースペクトル分布を得ることができる。
このパワースペクトル分布から高周波成分の情報を消去
するために、パワースペクトル分布の中心となる直流部
から小さい半径（例えば４画素）によるサークル部分以
外をマスク処理する。

【００１１】このマスク処理したものを逆周波数分析を
行うことによって、図５に示す如き画像１７を再構築す
ることができ、この画像１７から図６に示す如きヒスト
グラムを算出する。このヒストグラムのパターンによる
輝度度数のピーク値に、別に設定する一定の係数を乗じ
た算出値等によって２値化のためのしきい値（例えば輝
度レベル７４）を求め、このしきい値によって画像１７
を２値化し、図７に示す如き２値化画像１８を得て、こ
の画像１８から既刈取領域Ａと未刈取領域Ｂの境界ＣＦ
を検出する。（しきい値の算出については本実施例に限
定されるものではない）この境界ＣＦの検出が確認され
たときは、この検出された境界ＣＦと、予め画像上に設
定される操向旋回ルートのｂ点からｃ点までの行程にお
いて正しい条合わせが可能な旋回姿勢を示す既刈取領域
Ａと未刈取領域Ｂの基準となる境界ＣＳとの比較を行
い、この比較結果により基準となる境界ＣＳに対して検
出された境界ＣＦが合致していることが確認されたとき
は、正しい旋回姿勢を示しているからこの姿勢のままて
条合わせを行い刈り取りを開始する。

【００１２】また、基準となる境界ＣＳに対して検出さ
れた境界ＣＦが合致せず偏位しているときは、旋回時の
回転半径が過大か又は過小かによる不適正な旋回姿勢を
示しているから、これを正しい旋回姿勢とするべく自動
的に機体１の進行方向の修正制御を行い、この修正制御
された進行方向の画像１６を入力し、前記の如き手段に
より境界ＣＦを検出すると共に、再び基準となる境界Ｃ
Ｓとの比較を行い、この比較結果が合致して正しい旋回
姿勢となるまで繰返し修正制御を行わせる。

【００１３】なお、上記の作用における刈取終端位置で
の操向旋回の角度は９０度に限らず１８０度その他にお
いても旋回制御が可能であり、電子カメラ２の固定位置
についてはこれらの作業状態に応じた適正な位置を選択
することが必要である。また、刈取作業時に、図８のフ
ローチャートに示す如く、前記のような状態における電
子カメラ２によって、図９に示す如き前方の圃場面にお
ける倒伏した姿勢の立毛穀稈の画像１９を入力したとき
は、この画像１９により分析領域を設定すると共に、こ
の分析領域の周波数分析を行い、この分析によって図１
０に示す如きパワースペクトル分布を得ることができ
る。

【００１４】このパワースペクトル分布において、図１
１に示す如く、予め設定したパワー値の位置をＹ軸上の
周波数の高い側からソートを行い、この設定パワー値よ
り大きくなる半径Ｒ位置を検出し、この半径Ｒ位置にお
ける半径ｒによる平均パワー値ＰＹを算出すると共に、
Ｘ軸上の該半径Ｒ位置における半径ｒによる平均パワー
値ＰＸを算出することにより、このＰＹとＰＸの比率の
算出から、この比率における差が大きいほど立毛穀稈の
倒伏度合が大きいと判定できる。

【００１５】この倒伏度合の判定により、立毛穀稈の倒
伏状態を刈り取り前に精度よく検出確認することができ
るから、この確認による対応の一例として、車速を減速
する等の制御を行うことにより、倒伏穀稈の損傷や脱穀
負荷の急激な増大を回避して安定した刈取作業を行うこ
とができる。また、パワースペクトル分布が周波数の低
い中央側に方向性のない円形ＰＯで算出されるときは立
毛穀稈が倒伏していないことを示している。なお、パワ
ースペクトル分布が傾斜しているときはＸ軸，Ｙ軸を、
この傾斜状態に応じて回転させ位相をずらすようにすれ
ばよい。

【００１６】また、上記と異なる実施例として、刈取装
置１３の穀稈搬送部１２等に、搬送穀稈の籾表面におけ
る水分量と登熟度を同時に検出可能な籾水分熟度センサ
２０を配設したものにおいて、この籾水分熟度センサ２
０は、電磁波の水分固有の吸収帯と葉緑素固有の吸収帯
とを用いて籾表面の水分量と籾殻に含まれる葉緑素から
その登熟度を検出するものであり、図１４に示す如く、
光源側２１ａと受光側２１ｂとに仕切られたセンサケー
ス２２を設け、このセンサケース２２の光源側２１ａに
ハロゲンランプ又は白熱ランプ等による熱線光源２３を
配置して構成させる。

【００１７】該センサケース２２の受光側２１ｂに、該
光源２３からの光波を受けて水分による吸収率の大きい
帯域波長（例えば赤外線領域の１．４５マイクロメータ
の波長）を透過し、その他の波長は阻止するバンドパス
フィルタ２４を介して籾表面の水分量を測定するフォト
ダイオード等による水分計測用受光素子２５と、非透過
により屈折した波長（１．４５マイクロメータ以外の波
長）を受けて葉緑素による吸収率の大きい帯域波長（例
えば可視光領域の０．６８マイクロメータの波長）を透
過し、その他の波長は阻止するバンドパスフィルタ２６
を介して籾殻の葉緑素を測定するフォトダイオード等に
よる葉緑素計測用受光素子２７と、非透過により屈折し
た波長（０．６８マイクロメータ以外の波長）を受けて
籾表面の凹凸や照射距離等の影響を受け難い帯域波長
（例えば赤外線領域の０．９５マイクロメータの波長）
を透過し、その他の波長は阻止するバンドパスフィルタ
２８を介して計測条件による誤差を比率補正する参考基
準値の測定を行うフォトダイオード等による参考計測用
受光素子２９とを、該光源２３から籾表面へ向け照射し
た光波の反射波を各々最適状態で検出可能な位置に配置
すると共に、該センサケース２２の前面に照射波と反射
波を阻害しないセンサ保護用ガラス２２ａを設けて構成
させる。

【００１８】ＣＰＵを主体的に配して該籾水分熟度セン
サ２０の検出値の入力により籾表面の水分値と熟度値の
分析演算を行う籾水分熟度検出装置３０を設け、この籾
水分熟度検出装置３０には、図１５に示す如く、該水分
計測用受光素子２５と葉緑素計測用受光素子２７及び参
考計測用受光素子２９による検出時に各々発生する電流
を、増幅回路３１により増幅した後、該受光素子２５と
受光素子２７の比率補正を行う演算回路３２によって演
算処理を行い、この演算処理によって算出した結果を出
力調整回路３３によって調整を行った後各々出力させる
よう構成する。

【００１９】刈り取られた穀稈の籾表面における水分を
検出するとき、従来の如き水分固有の吸収波長の吸収量
を計測する手段のみでは、高水分の青米と登熟した籾の
濡れたものとの判定ができ難いものであったが、これ
を、該水分計測用受光素子２５による水分量の測定と同
時に、該葉緑素計測用受光素子２７による籾殻に含まれ
る葉緑素から登熟度の測定を行うことにより、搬送穀稈
の籾表面の水分量とその登熟度を検出することができる
から、籾表面の水分状態の検出精度を向上させることが
できると共に、計測条件の影響によって生じる誤差を補
正する該参考計測用受光素子２９を水分計測と熟度計測
とに対して供用させることにより、各別に設ける場合に
比してコスト低減を図ることができる。

【００２０】また、上記と異なる実施例として、脱穀装
置８の後端部に装着した脱穀後の排稈を裁断処理する排
稈カッタ３４の後部へ、この排稈カッタ３４との切り替
えによって排稈を紐結束する排稈ノッタ３５を装架した
ものにおいて、この排稈ノッタ３５は、図１６に示す如
く、その上下方向略中央位置に、送り込まれた排稈を結
束して放出する適宜間隔の結束通路Ｓを設け、この結束
通路Ｓの上部側には帯状に長い結束ベース３６を、下部
側にはこの結束ベース３６と相対して結束ガイド３７を
各々配置して構成する。

【００２１】該結束ガイド３７側には、結束通路Ｓにお
いて楕円状軌跡による往復作用により排稈を集束圧縮す
るパッカ３８と、結束通路Ｓの出口側を遮るように位置
してパッカ３８の押圧力を受けてその圧力を検出する圧
力センサ３９を受圧板４０ａに設けた受圧突起４０と、
この圧力センサ３９のＯＮによる結束作用の開始により
圧縮された排稈に結束紐をその先端部４１ａから繰り出
して巻き掛けながら回動する円弧状のニードル４１とを
各々配置して構成する。

【００２２】該結束ベース３６側には、ニードル４１に
よって排稈に巻き掛けられた紐端を挟持する紐ホルダ４
２と、この巻き掛けられた紐の両端をひっかけて結節す
るノッタビル４３とを適宜に相対して回動可能に軸承位
置させるノッタベース４４を設けると共に、このノッタ
ベース４４の紐ホルダ４２とノッタビル４３とに各々軸
止したピニオンギヤに、適切なタイミングで回動させて
紐結節させるセクトギヤを有するタイミングギヤ４５を
噛合連動させて結節部を形成し、この結節部による紐結
節により結束された排稈を排稈ノッタ３５外へ放出する
放出杆４６を配置して構成する。

【００２３】以上の如き結束ベース３６側部分と結束ガ
イド３７側部分とによって結束部Ｋを構成させると共
に、該結束部Ｋを所定のタイミングによって駆動する連
動機構を内装した伝動ギヤケース４７を、排稈の株元部
を結束する結束部Ｋに対して排稈の穂先側が通過可能な
スペースを確保できる離隔部位置に連動連結して配置構
成させる。

【００２４】図１７に示す如く、脱穀装置８の後部に配
設した排稈搬送チェン４８により、脱穀後の排稈を後方
の前記排稈カッタ３４及び排稈ノッタ３５へ搬送する途
上において、排稈の株元側の水分量を検出する排稈水分
検出装置４９を、脱穀装置８の扱胴カバー５０の裏面側
で該排稈搬送チェン４８の近傍適宜位置に配置して構成
する。

【００２５】該排稈水分検出装置４９は、図１８に示す
如く、センサケース５１に白熱ランプ等による熱線光源
５２と、この光源から照射される電磁波の光波を集光す
る集光レンズ５３により、センサケース５１前面に配置
した保護用ガラス５４を介して下方を通過する排稈に照
射すると共に、その反射波を該ガラス５４を介して水分
固有の吸収帯の波長を透過し、その他の波長は非透過の
バンドパスフィルタ５５を介して排稈の水分量を計測す
る水分計測用受光素子５６と、水分吸収帯以外の波長の
非透過屈折側に排稈のバラツキや照射距離等の影響を受
け難い波長帯の波長を透過し、その他の波長は非透過の
バンドパスフィルタ５７を介して計測条件による誤差を
比率補正する参考基準値の計測を行う参考計測用受光素
子５８とを、該光源５２から排稈表面へ向け照射した光
波の反射波を各々最適状態で検出可能な位置に配置して
構成する。

【００２６】該各受光素子５６，５８の近傍において隔
壁によって仕切られたセンサケース５１内に、各計測値
の分析演算を行う回路基板５９及び調整器６０等を配置
して構成する。図１９のフローチャートに示す如く、該
排稈水分検出装置４９により排稈の水分量を測定し、こ
の測定値に基づいて図２０に示す如く、排稈が高水分の
ときは大きくし低水分のときは小さくした補正係数を算
出し、この補正係数により、図２１に示す如く、排稈の
水分量の高低に関係なく一定の結束量を確保するために
前記結束部Ｋの受圧突起４０の圧力センサ３９による感
知圧力値の算出を行い、この感知圧力の測定により、高
水分排稈に対して低水分排稈ではｐ量だけ感知圧力を下
げた正しい圧力算出値が検出されたときは、圧力センサ
３９のＯＮにより結束作用の開始信号を出力する。

【００２７】以上のことから、排稈の結束量が、従来の
如く、該受圧突起４０の感知圧力が一定の場合では排稈
の圧縮密度が大きい高水分時には結束量が小さくなり、
圧縮密度が小さい低水分時には結束量が大きくなって、
結束時の排稈がｖ量だけ変化するということがないか
ら、機体１からの排出後に排稈の乾燥が均一になり易く
畳の材料等としての品質向上を図ることができる。な
お、乾燥後の排稈の結束量を一定にしようとするとき
は、高水分時と低水分時の感知圧力の差を更に大きくす
ることが必要である。

【００２８】また、前記排稈水分検出装置４９を太陽光
が入射し難い扱胴カバー５０の裏面側に取付けているた
め、排稈の水分検出時に太陽光による測定精度の低下を
防止する外乱光防止回路を設ける必要がないから低コス
ト化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】コンバインの刈取終端位置における操向旋回ル
ートを示す作業行程図。

【図２】コンバインの刈取時に画像解析による操向旋回
の手順を示すフローチャート。

【図３】電子カメラで撮像したコンバイン前方の圃場面
とその分析領域を示す画像図。

【図４】入力画像の分析領域の周波数分析によるパワー
スペクトル分布を示す画像図。

【図５】パワースペクトル分布のセンターサークル内の
逆周波数分析を示す画像図。

【図６】逆周波数分析による画像の輝度度数から算出し
たヒストグラムの線図。

【図７】ヒストグラムから算出したしきい値によって２
値化した状態を示す画像図。

【図８】立毛穀稈の倒伏状態を画像解析により検出する
手順を示すフローチャート。

【図９】電子カメラで撮像した立毛穀稈の倒伏状態を示
す画像図。

【図１０】倒伏穀稈の周波数分析によるパワースペクト
ル分布を示す画像図。

【図１１】パワースペクトル分布の解析による穀稈の倒
伏度合の判定手法を示す画像図。

【図１２】コンバインの全体を示す側面図。

【図１３】コンバインの全体を示す平面図。

【図１４】別実施例として籾水分熟度センサの内部構造
を示す側断面図。

【図１５】別実施例として籾水分熟度検出装置の内部回
路を示すブロック図。

【図１６】別実施例としてコンバインの排稈を結束する
排稈ノッタの機構を示す側面図。

【図１７】別実施例として排稈水分検出装置の配置状態
を示すコンバイン後部の平面図。

【図１８】別実施例として排稈水分検出装置の内部構造
を示す側断面図。

【図１９】別実施例として排稈ノッタの結束感知圧力を
排稈水分により制御する手順を示すフローチャート。

【図２０】別実施例として排稈水分の高低により補正す
る補正係数を示す線図。

【図２１】別実施例として排稈水分の高低による感知圧
力と結束量の関係を示す線図。

【符号の説明】

１． 機体 ２． 電子カメラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 立毛穀稈の刈取終端位置において方向変
   更のための操向旋回を行うとき、機体１の適宜位置に前
   方に向け固定した電子カメラ２による入力画像の情報か
   ら既刈取領域Ａと未刈取領域Ｂの境界Ｃを検出し、この
   検出した境界ＣＦが予め画像上に設定される基準となる
   境界ＣＳに対して偏位しているときは、この両境界Ｃ
   Ｆ，ＣＳの位置を合致させるよう機体１の操向旋回の方
   向を自動的に修正制御することを特徴とするコンバイン
   等の操向旋回制御装置。