JP2016010372A

JP2016010372A - 無人操縦コンバインの自動制御装置

Info

Publication number: JP2016010372A
Application number: JP2014134598A
Authority: JP
Inventors: 松澤　宏樹; Hiroki Matsuzawa; 宏樹松澤
Original assignee: Iseki and Co Ltd; Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Current assignee: Iseki and Co Ltd; Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2016-01-21

Abstract

【課題】本発明は、無人操縦のコンバインにおいて、畝や塀にコンバインの分草体が突き当たって破損することを防止することを課題とする。
【解決手段】刈取装置（１７）の前方に位置する未刈穀稈の植生条を検出する穀稈条検出手段（２）を設け、該穀稈条検出手段（２）が検出する穀稈条に沿って刈取収穫するコンバインにおいて、畦や塀等の障害物を検出する障害検出センサ（８４）を分草体（１３）に前方へ向けて設け、該障害検出センサ（８４）で検出した障害物の高さと距離に基づいて、機体（１）の進行を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動制御装置を備えるコンバインに関する。

コンバインの自動制御装置として、下記の特許文献１には、人工衛星によるＧＰＳを利用して刈取幅側端部の分草位置を記憶しながら、この分草軌跡を追跡して隣接域を刈取走行するものが記載されている。

特開２００１−２５８３１０号公報

圃場の周囲には畦があり、その畦に隣接して民家の塀がある場合があるが、前記従来の無人操縦コンバインでは、走行目標となる刈取幅側端部の分草位置が畦に向かっていると、コンバインがそのまま前進して畦や塀に突き当たることがある。

本発明は、無人操縦のコンバインにおいて、畝や塀にコンバインの分草体が突き当たって破損することを防止することを課題とする。

上記本発明の課題は、次の技術手段により解決される。
請求項１に記載の発明は、刈取装置（１７）の前方に位置する未刈穀稈の植生条を検出する穀稈条検出手段（２）を設け、該穀稈条検出手段（２）が検出する穀稈条に沿って刈取収穫するコンバインにおいて、畦や塀等の障害物を検出する障害検出センサ（８４）を分草体（１３）に前方へ向けて設け、該障害検出センサ（８４）で検出した障害物の高さと距離に基づいて、機体（１）の進行を制御することを特徴とするコンバインとする。

請求項２に記載の発明は、前記障害検出センサ（８４）で第一障害物とその前方に位置する第二障害物を検出すると共に、第一障害物と第二障害物の距離を計測して、刈取装置（１７）の昇降を制御することを特徴とする請求項１に記載のコンバインとする。

請求項１に記載の発明によれば、障害検出センサ（８４）で畦や塀などの障害物を検出して障害物を検出すると走行を停止するなどして、コンバインが障害物で破損することを防止できる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加えて、障害検出センサ（８４）で第一障害物と第二障害物を検出して、刈取装置（１７）を昇降することで、畦の近くまで穀稈を刈り取って収穫できる。

機体の自動操縦用コントローラと遠隔操縦装置の制御ブロック図。コンバインの全体構成と電子カメラの位置及びその撮像領域を示す正面図。コンバインの全体構成と電子カメラの位置及びその撮像領域を示す側面図。コンバイン走行用ミッションケースの断面図。コンバインの圃場における操向旋回手順と穀粒満タン停止状態を示す平面図。

以下、本発明の実施形態を図面に示す実施例を参照しながら説明する。なお、本明細書においてコンバインの前進方向に向かって左右方向をそれぞれ左、右といい、前進方向を前、後進方向を後という。

図２及び図３はコンバインの全体構成を示すもので、車台６の下部側に土壌面を走行する左右一対の走行クローラ７を有する走行装置８を配設すると共に、該車台６上に、フィードチェン９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グレンタンク５と、このタンク５に貯留された穀粒を機外へ排出する排穀オーガ１０を備えた脱穀装置１１を載置し、この脱穀装置１１の後端部に排藁処理装置１２を装架している。

該脱穀装置１１の前方側に、前端位置から未刈穀稈を分草する分草体１３と、分草された穀稈を引き起こす引起部１４と、引き起こされた穀稈を刈り取る刈刃部１５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９へ受け渡しする穀稈搬送部１６等を有する刈取装置１７を、油圧駆動による刈取昇降シリンダ１７ａにより土壌面に対して昇降自在なるよう該車台６の前端部へ懸架構成している。

該刈取装置１７の一側にコンバインの操作制御を行う操作装置１８と、この操作のための操作席１９とを設け、この操作席１９の後方側にグレンタンク５を配置し下方側にエンジン２０を搭載すると共に、これら走行装置８，脱穀装置１１，刈取装置１７，操作装置１８，エンジン２０等によってコンバインの機体１を構成している。

車台６の前端部に走行用ミッションケース２１を装架すると共に、図４に示す如く、このミッションケース２１の第１軸としての入力軸２２に主変速としての油圧式無段変速装置２３の出力軸２３ａを連動連結すると共に、該入力軸２２の左右側に普通速側と増速側の二段に車速を切り替える普通速ギヤ２４と増速ギヤ２５を各々遊転軸承し、この普通速及び増速ギヤ２４，２５を各々油圧力により軸回転させる増速クラッチ２６をその中間位置に配設して構成させる。

第２軸としてのカウンタ軸２７に、該普通速ギヤ２４と増速ギヤ２５とに各々噛合して常時回転する普通速カウンタギヤ２８と増速カウンタギヤ２９、及びその中間に中間カウンタギヤ３０を配置させると共に、第３軸としての変速伝動軸３１に、該中間カウンタギヤ３０と噛合連動する作業速としての二連の低速伝動ギヤ３２、及び普通速カウンタギヤ２８と噛合連動する走行速としての高速伝動ギヤ３３を各々遊転軸承して構成させる。

該低速伝動ギヤ３２と高速伝動ギヤ３３との間に、この両ギヤ３２，３３に各々切替え接続して軸回転させる変速伝動クラッチ３４を配置し、この変速伝動クラッチ３４の左右摺動により走行速位置と中立位置と作業速位置とに各々変速する副変速を構成させると共に、該変速伝動軸３１の一側に変速伝動ギヤ３５を軸止して構成させる。

該変速伝動ギヤ３５と噛合連動する二連の操向センタギヤ３６を、第４軸としての操向クラッチ軸３７に軸止すると共に、該操向センタギヤ３６の左右側面に接して左右の操向ギヤ３８を各々遊転軸承し、更にこの左右の操向ギヤ３８の各外側面に接して、側面間の爪の噛み合いをバネ力と油圧力とによって入り作用して各々左右の操向ギヤ３８を軸回転させる左右の操向クラッチ３９と、この操向クラッチ３９の切りによって制動力を作用させる左右の走行ブレーキ４０とを各々連接軸止して構成させる。

第５軸としての旋回切替軸４１の左右側に、前記二連の低速伝動ギヤ３２の片方の小径ギヤ３２ａと噛み合う緩旋回ギヤ４２と、該二連の操向センタギヤ３６の片方の小径ギヤ３６ａと噛み合うスピン旋回ギヤ４３とを各々遊転軸承すると共に、この緩旋回ギヤ４２とスピン旋回ギヤ４３との間において、この両ギヤ４２，４３を切り替えて各々軸回転させる外周にギヤを設けた旋回切替ギヤ４４を左右摺動により接続可能に配置構成させる。

該旋回切替ギヤ４４の外周ギヤと噛み合う旋回センタギヤ４５を、第６軸としての旋回クラッチ軸４６に軸止すると共に、該旋回センタギヤ４５の左右側面に接して、前記左右の操向ギヤ３２と各々噛み合いする左右の二連の操向伝動ギヤ４７を遊転軸承して配置し、この左右の操向伝動ギヤ４７の各外側面に接して該ギヤ４７を各々油圧力により軸回転させる左右の旋回クラッチ４８を連接軸止して構成させる。

該左右の二連操向伝動ギヤ４７の片方の各小径ギヤ４７ａと各々噛合連動する左右の中間車軸ギヤ４９を、第７軸としての左右の中間車軸５０の一端部に各々軸止すると共に、その他端部に左右の中間車軸ギヤ小５１を各々軸止して設け、左右の中間車軸ギヤ小５１と各々噛合連動する左右の車軸ギヤ５２を、第８軸としての左右の車軸５３の一端部に各々軸止し、その他端部に前記左右の走行クローラ７を駆動させる左右の走行スプロケット５４を各々軸止して構成させる。

コンバインの自動走行制御をＯＮ・ＯＦＦさせる走行制御スイッチ５５と、前記油圧式無段変速装置２３による前後進の切り替えと主変速の制御を行う主変速スイッチ５６と、増速クラッチ２６を増速側と普通速側に切り替える増速スイッチ５７と、副変速としての走行速と作業速を切り替える副変速スイッチ５８と、エンジン２０の回転数を検出するエンジン回転センサ５９とを、前記変速伝動軸３１の一端部に係合して車速を検出する車速センサ６０とを設けて構成させる。

未刈穀稈の有無によって刈取装置１７を昇降させる刈取昇降スイッチ６１と、該刈取装置１７の分草体１３後方位置に配置し進行方向の左右位置を検出する方向センサ６２及び刈高さを検出する刈高さセンサ６３と、該脱穀装置１１及び刈取装置１７駆動用の刈脱クラッチを入り・切りさせる刈脱スイッチ６４と、前記グレンタンク５の適宜位置に配置し穀粒貯量の満杯状態を検出する満杯センサ４とを設けて構成させる。

前記図２及び図３に示す如く、該操作装置１８前部外壁面の右側上方位置に、刈取圃場面の適宜範囲を撮像可能なＣＣＤカメラ等による電子カメラ２を固定して設け、この電子カメラ２により圃場における未刈穀稈の撮像を行うことが可能に構成させる。

電子カメラ２は、未刈穀稈の条を検出し、穀稈の高さも検出する。検出する穀稈の高さが５０センチ以下で倒伏していると判定すると、刈取装置１７を通常よりも地面に近づけフィードチェン９の搬送速度を低下した倒伏処理モードとする。

穀稈の高さを検出する際に、車台６の高さを検出する車台高さ検出センサ８１の車台高さと傾斜センサ８２の検出する車台傾斜角を考慮する。また、ＧＰＳ装置８３で機体１の地図上位置を認識し、前記で検出する倒伏地の地図データを記憶し、その倒伏地地図を使用して、次年度の施肥量を調整する。

また、穀稈高さ検出手段２で検出した穀稈の高さが倒伏でない場合には、扱ぎ深さ調節装置で刈取穀稈の扱ぎ深さを調整する。
超音波センサは、穀粒に特異な反射を示す周波数の超音波でセンシングし、未刈部と既刈部と畦を識別する。

電子カメラ２に代えて赤外線カメラであっても良い。赤外線カメラの場合には、穀稈と地面と畦の温度値を検出し、それぞれが隣り合わせて検出された場所を未刈穀稈列と畦の境界として認識する。

また、電子カメラ２に代えてレーダーセンサとした場合には、未刈穀稈と切株の形状データをそれぞれ予め一定範囲の数値で表し、未刈穀稈値と切株値が近接した場所を未刈穀稈列と認識する。

また、電子カメラ２に代えて色別カメラや近赤外線センサとした場合には、未刈穀稈と切株の色彩データをそれぞれ予め一定範囲の数値で表し、未刈穀稈値と切株値が近接した場所を未刈穀稈列と認識する。

自動刈取走行を行う場合には、前記未刈穀稈列が一定距離間隔或いは一定時間間隔で認識画面の中央部になるようにする。
自動刈取走行中に右分草体１３に設ける超音波センサ８４は障害検出センサとして、障害物が一定距離まで近づくと、前進走行を停止し、後進に切り換えて一定距離移動する。

レーダーセンサでは、畦高さを算出したり畦と畦の向う側の障害物の距離を検出したりして、刈取装置１７を上昇させるか、走行を停止させる。刈取装置１７を上昇させる場合には、畦の高さ程度や畦と畦の向う側の障害物の距離によって、既に刈り取った穀稈を脱穀装置に送り、上昇開始位置と上昇高さと走行減速開始位置と走行停止位置或いは後進を決定する。ＧＰＳ装置８３で刈残した地図位置を記憶し、後で手作業による刈取を行う。

脱穀装置１１かグレンタンク５上に降雨センサ８５を設け、雨を感知すると、収穫作業を中断し、畦際に近い場合にはそのまま留まり、それ以外では条の切れ目まで移動するか、圃場の出入り口に移動する。また、畦際に近い場合には、一周刈って圃場の出入り口に移動しても良い。また、降雨を検出すると、管理センターに連絡して、籾排出の指示を求めたり、作業位置を示しどこまで作業を続けるか指示を求めたりする。

また、籾運搬車に連絡し、所定の位置にいると判断すると、そこまで移動し籾排出作業を行うが、付近にいないと判断すると、圃場の出入り口に移動して管理センターに状況を報告する。

籾運搬車にはその二台に赤外線発信器を設け、コンバインの排穀オーガ１０の先端に設けた赤外線受信機を赤外線発信器を目標に移動する。その動きは、排出口を一旦上昇させて旋回し降下させることで障害物に当たらないようにする。また、籾運搬車には、籾の貯留量を監視するセンサを設け、貯留量をコンバイン側に通知して満杯に近付くと籾排出量を減らして排出停止にする。その後、排穀オーガ１０を収納する。

また、ＧＰＳ装置８３で知る現在地と天気予報で、降雨の予報が出た場合には、管理センターに連絡し、作業中の位置を知らせると共にどこまで作業を進めるか及び籾を排出するかの指示を受ける。

また、コンバインの自動操縦では、圃場の地図データを持ち、管理センターに作業ルート案を送り指示を求めるか、最適ルートを作成して実行する。
図１に示す如く、ＣＰＵを主体的に配し自動操縦による走行操作及び作業操作等の演算制御を行わせるコントローラ６５を設け、このコントローラ６５の入力側に、前記走行制御スイッチ５５，主変速スイッチ５６，増速スイッチ５７，副変速スイッチ５８，エンジン回転センサ５９，車速センサ６０，刈取昇降スイッチ６１，方向センサ６２，刈高さセンサ６３，刈脱スイッチ６４，満杯センサ４等と、電子カメラ２の撮像による画像処理を行う画像処理装置６６と、外部装置との通信処理を行う通信処理装置６７、倒伏処理制御回路８０、車台高さ検出センサ８１、傾斜センサ８２、ＧＰＳ装置８３、超音波センサ８４、降雨センサ８５、等を各々接続して構成させる。

該コントローラ６５の出力側に、前記操向クラッチ３９を切り替える操向切替弁６８と、旋回クラッチ４８を作用させる旋回比例減圧弁６９と、走行ブレーキ４０を制動させる走行比例減圧弁７０と、主変速用の変速モータの制御を行う主変速リレー７１と、普通速及び増速を切り替える増速切替弁７２と、副変速を切り替える副変速切替弁７３と、刈取昇降シリンダ１７ａを作動させる刈取昇降切替弁７４と刈取装置１７を降下しフィードチェン９等の穀稈移動速度を遅くする倒伏処理制御回路８０等を各々接続して構成させる。

なお、作業者が携帯する無線等により機体１の遠隔操縦を行う遠隔操縦装置３は、機体１の走行状態や作業状態を監視するモニタ装置７５と、機体１のコントローラ６５との信号通信によって機体１の自動操縦の入り・切りを行わせると共に、自動操縦より優先して手動による遠隔操縦を可能とするコントローラ７６とを設けて構成させる。

コンバイン作業を作業者の手動操作により操縦するために必要とする操作具として、主変速の制御を行う主変速レバー７７と、副変速を切り替える副変速レバー７８と、機体１の操向旋回と刈取装置１７の昇降を行うパワステレバー７９とを配置して構成させる。

走行装置８及び操作装置１８等による走行駆動作用は、前後進の切り替えや車速を無段に変速する油圧式無段変速装置２３の出力軸２３ａから、走行用ミッションケース２１の入力軸２２へ動力を伝達し、この入力軸２２の増速クラッチ２６を増速スイッチ５７により普通速と増速に切り替え、カウンタ調速用のカウンタ軸２７に軸回転する普通速カウンタギヤ２８と増速カウンタギヤ２９へ各々連動させる。

この連動により普通速カウンタギヤ２６と、同じくカウンタ軸２７に軸回転する中間カウンタギヤ３０とを、副変速としての変速伝動軸３１に遊転する高速伝動ギヤ３３と低速伝動ギヤ３２へ各々連動して常時回転させる。この連動により軸回転する変速伝動クラッチ３４を、副変速スイッチ５８の切り替えにより左右側へ移動させて、高速伝動ギヤ３３へ接続した場合は走行速として、又低速伝動ギヤ３２へ接続した場合は作業速として変速伝動軸３１に軸回転する変速伝動ギヤ３５から、操向変速する操向クラッチ軸３７に軸回転する操向センタギヤ３６へ連動する。

この連動により、例えば、ブレーキ旋回モードによる左旋回を行うときは、軸回転している左の操向ギヤ３８を、操向クラッチ３９の切りにより遊転させると同時に、左の走行ブレーキ４０によってブレーキング状態とすることにより、左の操向ギヤ３８により左の操向伝動ギヤ４７の回転を停止させる。

右の操向ギヤ３８から右の操向伝動ギヤ４７を経て、右の中間車軸ギヤ４９へ連動し、この中間車軸ギヤ４９と同軸回転する右の中間車軸ギヤ小５１から右の車軸５３に軸回転する右の車軸ギヤ５２へ連動し、この車軸５３に軸回転する右の走行スプロケット５４により右の走行クローラ７を駆動させ、前記左の操向伝動ギヤ４７の回転停止によりブレーキング状態となっている左の走行クローラ７とによって、左側へのブレーキ旋回を行わせる。

次に、例えば、緩旋回モードによる左旋回を行うときは、前記低速伝動ギヤ３２の小径ギヤ３２ａから緩旋回ギヤ４２へ連動し、この緩旋回ギヤ４２を旋回切替ギヤ４４と接続させ、この旋回切替ギヤ４４から旋回センタギヤ４５へ連動させる。

この旋回センタギヤ４５への連動と共に、軸回転している左の操向ギヤ３８を操向クラッチ３９の切りにより遊転させることにより、左の操向ギヤ３８から連動されている操向伝動ギヤ４７はフリーとなる。このとき、左の旋回クラッチ４８を入りにすることにより操向伝動ギヤ４７は旋回センタギヤ４５に連動され、操向伝動ギヤ４７により中間車軸ギヤ４９を経て左の走行クローラ７を右の走行クローラ７に対して緩速駆動させることによって、左側への緩旋回を行わせる。

次に、例えば、スピン旋回モードによる左旋回を行うときは、前記操向センタギヤ３６の小径ギヤ３６ａからスピン旋回ギヤ４３へ連動し、このスピン旋回ギヤ４３を旋回切替ギヤ４４と接続させ、この旋回切替ギヤ４４から旋回センタギヤ４５へ連動させる。

この旋回センタギヤ４５への連動と共に、軸回転している左の操向ギヤ３８を操向クラッチ３９の切りにより遊転させると同時に、左の走行ブレーキ４０によってブレーキング状態として停止させ、これにより操向伝動ギヤ４７の回転も停止するので、このブレーキング状態から左の旋回クラッチ４８を入りにすると共に、左の走行ブレーキ４０のブレーキ圧を解放して旋回クラッチ４８の接続により操向伝動ギヤ４７を旋回センタギヤ４５と連動させ、中間車軸ギヤ４９を経て左の走行クローラ７を右の走行クローラ７に対して逆転駆動させ、左側へのスピン旋回を行わせる。

次に、例えば、直進操向時に進行方向の曲がりを左側へ修正するときは、方向センサ６２の検出値により小さい修正のときは左の操向クラッチ３９を切り、大きい修正のときは左の走行ブレーキ４０を制動して、左の走行クローラ７を停止又はブレーキング状態とすることにより左側への方向制御を行わせる。

無人の自動操縦によりコンバイン作業を行うときは、前方の未刈穀稈を電子カメラ２により撮像し、この撮像した入力画像を画像処理装置６６により、横及び縦軸の画素区画の輝度変化を計測して周波数分析を行い、この分析によって得られるパワースペクトル分布を逆周波数分析を行うことによって画像を再構築し、この画像からヒストグラムの算出を行い、このヒストグラムのパターンからしきい値により２値化画像を得ることができる。

この２値化画像から既刈取領域Ａと未刈取領域Ｂの境界Ｃを検出し条合わせを行いながら刈取作業を行うが、この刈取作業時に、方向センサ６２の検出値をコントローラ６５に送り進行方向の舵取りを行うと共に、刈高さセンサ６３の検出値をコントローラ６５に送り刈高さの調節制御を行わせる。

圃場端の枕地等において方向変更を行う操向旋回ルートは、図５に示す如く、未刈穀稈が存在しない既刈取領域Ａと未刈取領域Ｂの境界Ｃを検出できないａ点からｂ点までの行程を、刈取装置１７を上昇させ予めコントローラ６５に設定しているシーケンス等の手段により旋回制御を行わせると共に、境界Ｃを検出可能なｂ点からｃ点までの行程は、刈取装置１７を刈高さセンサ６３の設定位置まで下降させ前方の未刈取領域Ｂに向け電子カメラ２の画像処理により走行させる。

このような、無人の自動操縦によるコンバインの作業時に、作業者が携帯している遠隔操縦装置３のモニタ装置７５による監視により、機体１の走行状態や作業状態の不具合を発見したときは、遠隔操縦装置３のコントローラ７６から機体１のコントローラ６５に対する信号通信によって、自動操縦を切ると同時に、手動による遠隔操縦に切り替えて、作業者の意志により不具合に対応した最も効率の良い操縦を行わせることができる。

また、前記の如き自動操縦によるコンバインの作業時に、前記図５に示す如く、グレンタンク５に貯留された脱穀選別穀粒の満杯状態を満杯センサ４により検出したときは、この検出により自動操縦をコントローラ６５により中断させる。この中断状態を、作業者が携帯している遠隔操縦装置３のモニタ装置７５の監視により発見したときは、直ちに遠隔操縦装置３のコントローラ７６から機体１のコントローラ６５に対する信号通信によって、手動による遠隔操縦に切り替えて、作業者の意志により穀粒排出のための移動及び排出作業を最も効率良く行わせることができる。

また、前記の如き自動操縦により刈取作業を行うものにおいて、直進走行時の舵取り及び刈高さの調節制御を行うときに、従来の如き、接触形式による方向センサ６２や刈高さセンサ６３又は超音波形式等による刈高さセンサ６３の検出により調節制御を行うものに代えて、前記図２に示す如く、右端側の分草体１３と未刈穀稈との接近度合ｋ、及び該分草体１３と土壌面との対地高さｈを電子カメラ２の画像処理による非接触形式の検出を行わせることにより、検出精度が向上すると共に、システム形成が容易となる。

１機体
２穀稈条検出手段
１７刈取装置
８４障害検出センサ

Claims

刈取装置（１７）の前方に位置する未刈穀稈の植生条を検出する穀稈条検出手段（２）を設け、該穀稈条検出手段（２）が検出する穀稈条に沿って刈取収穫するコンバインにおいて、畦や塀等の障害物を検出する障害検出センサ（８４）を分草体（１３）に前方へ向けて設け、該障害検出センサ（８４）で検出した障害物の高さと距離に基づいて、機体（１）の進行を制御することを特徴とするコンバイン。
前記障害検出センサ（８４）で第一障害物とその前方に位置する第二障害物を検出すると共に、第一障害物と第二障害物の距離を計測して、刈取装置（１７）の昇降を制御することを特徴とする請求項１に記載のコンバイン。