JP2019198334A - 穀粒収穫機 - Google Patents

Abstract

【課題】収穫された穀粒の収量や食味などを即座に評価しながら、収穫作業を進めることができる穀粒収穫機を提供する。【解決手段】収穫機は、収穫した穀粒の収量及び品質データを取得する。【選択図】図１

Description

本発明は、圃場から刈り取った穀稈に脱穀処理を施す脱穀装置と、この脱穀装置から送られてきた穀粒を収納する穀粒タンクとを備えた穀粒収穫機に関する。

コンピュータシステムを用いて農産物の生産から消費者の手に渡るまでの生産管理や生産履歴の情報を管理する農作業管理技術が、例えば特許文献１から知られている。この特許文献１による管理システムでは、生育診断機が所定の生産単位区画において生育診断を実行し、それぞれの測定点における測定診断結果と位置情報とがメモリカードに記録される。その記録内容は、後に農作管理コンピュータシステムに送信される。また、その作業単位区画での収穫機による収穫作業において、収穫機に取り付けた計測装置によってその作業単位区画の収量が計測され、収穫した作業単位区画の収量とＧＰＳモジュールで得られた位置情報とがメモリカードに記録され、その記録内容が農作管理コンピュータシステムに送信される。生産単位区画内の作業単位区画毎に生育途中の農産物に、例えば近赤外線を照射してその反射光を分析することで測定を行う。その測定内容は、例えば米であれば葉色、丈長、茎数、穂数などである。この農作業管理技術では、収穫作業時に、位置と収量とが記録されるので、圃場の位置と収量との関係を把握することが可能である。しかしながら、農産物にとって重要な情報である農産物の食味に関係する品質データと圃場の位置との関係を把握することはできない。

また、圃場を区画化し、区画単位で農作業車の作業を記録する農作業機管理装置が、特許文献２から知られている。この管理装置では、作業車のコントローラと通信できる作業管理端末機に、地図データを記憶するＤＶＤ読取装置、ＧＰＳモジュール及びジャイロセンサが備えられ、地図データから作業場の外形を取り込む。この取り込んだ作業場の地図データを区画化し、局所的な情報（電柱などの障害物の存在）を記憶する。例えば、農作業車がコンバインの場合、収穫作業で得られた籾の総排出量が圃場全体の収量として入力される。また農作業車がトラクタであれば、耕耘作業で得られた耕深センサ検出値が、圃場区画毎の耕深値として、自動で記録される。但し、この管理装置でも、農産物の収量は取り扱われているが、農産物の食味に関係する品質データは取り扱われていない。

また、穀粒品質を検出する検出装置を搭載し、この検出装置による検出結果に基づいて採用するべきコンバイン運転状態を報知するコンバインが特許文献３から知られている。具体的には、穀粒の含有水分の検出結果に基づいて最適脱穀値を表示し、それに基づいてオペレータが扱胴の駆動速度などを調整することができるように構成されている。収穫作業中に得られた穀粒の含有水分などを食味に関係する品質データとして脱穀作業後にも利用することは開示されていない。

特開２００２−１４９７４４号公報 特開２００４−２１３２３９号公報 特開平１１−３２５５０号公報

ＩＴ技術を活用することでより効率的な農業経営を行うことが、計画または実践されている。このようなＩＴ化営農にとって最も重要な農作物はコメや麦などあり、これらの農作物は収穫時期や収穫場所などと品質とが関係する可能性もあり、その収穫時の穀粒評価は重要となる。しかしながら、現状では、穀粒収穫機で収穫された穀粒を一旦管理センタなどに搬送して、そこで初めて穀粒の食味等の評価が行われており、収穫時点での穀粒評価は実現されていない。
このことから、本発明の目的は、収穫された穀粒の収量や食味などを即座に評価しながら、収穫作業を進めることができる穀粒収穫機を提供することである。

本発明による穀粒収穫機は、圃場から刈り取った穀稈に脱穀処理を施す脱穀装置から送られてきた穀粒を収納する穀粒タンクと、前記穀粒の収量を測定する収量センサと、前記穀粒の食味を測定する食味センサと、前記収量センサから入力された収量測定データ及び前記食味センサから入力された食味測定データを時系列管理する測定データ管理部と、前記圃場と前記収量測定データと前記食味測定データとをリンクすることによって収穫穀粒特性情報を生成する収穫評価部とを備えている。

この構成によれば、脱穀装置から送られてきた穀粒の収量を測定する収量センサと、穀粒の食味を測定する食味センサとが穀粒収穫機に備えられているので、収穫時に穀粒の収量と食味を測定することが可能となる。しかも、その測定で得られた、収量測定データと食味測定データとは時系列管理されるので、収穫時点のみならず、収穫後の適当な時点でも穀粒の収穫時評価が可能となる。このような収量測定データと食味測定データとは、収穫場所としての圃場ともリンクされ、収穫穀粒特性情報として取り扱われるので、ＩＴ化営農に貢献することができる。

本発明の好適な実施形態の１つでは、前記収量センサは、前記穀粒タンクに備えられたロードセルであり、前記食味センサは穀粒の水分を測定するための光学式非接触センサであり、前記食味センサは、前記穀粒タンクに配置されるか、または前記脱穀装置から前記穀粒タンクに達する穀粒搬送経路に配置されている。穀粒の穀粒収穫機における貯留場所である穀粒タンクに設けられたロードセルで貯留穀粒の重さを計測することで、単に収量を測定するだけでなく、時間当たりないしは作業走行当たりの収量の増加も算定することができる。また、光学式非接触センサを用いることで、穀粒を傷めずに、穀粒の食味にとって重要な水分を測定することができる。また、非接触センサであることから、その測定場所も、前記穀粒タンクを含む、脱穀装置から穀粒タンクに達する穀粒搬送経路から自由に選ぶことができる。

圃場をさらに細かく区分けし、区分けされた所定領域で収穫された穀粒の収量や水分を測定することで、圃場における日当たりなどの環境条件の違い、圃場における土壌や肥料分布の違いなどを考慮した、精密な営農を行うことも、重要である。このような営農をサポートするため、本発明の好適な実施形態の１つでは、前記収量として、前記圃場の所定領域で収穫された穀粒の収量が走行軌跡と単位走行距離当たりの収量とから算定され、前記食味として、前記圃場の所定領域で収穫された穀粒の水分が走行軌跡と単位走行距離当たりで収穫された穀粒の平均的な食味とから算定されるように構成されている。
同様に、区分けされた所定領域で収穫された穀粒の収量や水分を評価するための、さらに自在性のある技法として、本発明の別な実施形態では、前記圃場における前記穀稈の刈り取り位置を測定するＧＰＳモジュールが備えられ、前記刈り取り位置は前記収穫穀粒特性情報に含まれ、当該収穫穀粒特性情報に基づいて前記圃場の所定領域で収穫された穀粒の収量及び水分が算定される。位置測定にＧＰＳモジュールを用いることで、穀粒収穫機の走行軌跡に依存せず、確実に刈り取り位置を取得することができる。

前記収穫穀粒特性情報は生成と同時に通信を用いて管理センタなどに送信すれば、穀粒収穫機側でこの収穫穀粒特性情報を格納しておく必要はない。しかしながら、通信不良の発生に備え、あるいは穀粒収穫機側で逐次確認することも考慮して、前記収穫穀粒特性情報を記録する記録部が備えられることも好適である。

一般的な穀粒収穫機には、通信回線を通じて遠隔の管理センタのコンピュータシステムとの間でデータ通信できる回線通信部は備えられていない。このような場合、穀粒収穫機の運転者が持参する携帯通信端末を回線通信部として利用すると好都合である。その際、穀粒収穫機と携帯通信端末との間のデータ通信は、穀粒収穫機の車載ＬＡＮに設けられたデータ入出力部と携帯通信端末に設けられているデータ入出力部との間で行うことができる。そのようなデータ通信として、ＵＳＢ接続などの有線通信やＷｉ−Ｆｉなどの無線通信を用いることができる。このような目的を達成するため、本発明の好適な実施形態では、携帯通信端末とデータ通信可能なデータ入出力部が備えられ、前記測定データ管理部と前記収穫評価部とが前記携帯通信端末に構築されており、前記収穫穀粒特性情報は前記携帯通信端末の回線通信部を経て管理センタに送られるような構成が採用されている。

本発明の基本的な構成を説明する模式図である。 収量と食味を圃場領域に割り当てる処理の一例を説明する模式図である。 本発明の具体的な実施形態の１つであるコンバインの側面図である。 コンバインの平面図である。 収量センサと食味センサの配置を示す模式図である。 コンバインの制御系とこのコンバインに組み込まれたスマートフォンとにおける機能部を示す機能ブロック図である。 食味測定機構の別実施形態を示す模式図である。

本発明による穀粒収穫機の具体的な実施形態を説明する前に、図１を用いて本発明を特徴付けている基本的な構成を説明する。
図１に示すように、この穀粒収穫機１は、走行しながら刈取り部１２によって圃場から刈り取った穀稈に脱穀処理を施す脱穀装置１４と、この脱穀装置１４から穀粒搬送経路３を経て送られてきた穀粒を収納する穀粒タンク１５とを装備している。さらに、収穫された穀粒の収量を測定する収量センサ２１と、穀粒の食味を測定する食味センサ２２とが備えられている。収量センサ２１は、穀粒タンク１５に備えられたロードセルで構成することができる。ロードセルは、穀粒タンク１５を支持するように設けることで、穀粒タンク１５に貯留する穀粒の重さ（収量）を測定することができる。この場合、収穫作業の開始から順次ロードセルによって測定される収量から単位時間当たり、つまり単位面積当たりに換算することが可能な単位走行距離当たりの収量を得ることができる。食味センサ２２は、分光法を用いて穀粒の水分やタンパクを測定する光学式非接触センサが、穀粒タンク１５に配置されるか、または穀粒搬送経路３に配置される。食味センサ２２による測定は、サンプリング方式で、バッチ的または連続的に行われる。複数の測定結果の平均を演算する構成でもよい。

この穀粒収穫機１の電子制御ユニット（ＥＣＵ）内には、データ処理モジュール６の機能部として、測定データ管理部６１と収穫評価部６２とがプログラムにより構築されている。測定データ管理部６１は、収量センサ２１から入力された収量測定データ及び食味センサ２２から入力された食味測定データを時系列管理することができる。収穫評価部６２は、収穫場所としての圃場に関するデータと、収量測定データと、食味測定データとをリンクすることによって収穫穀粒特性情報を生成する。また、生成された収穫穀粒特性情報を少なくとも一時的に記録しておく収穫穀粒特性情報記録部６３も用意されている。

圃場に関するデータには、圃場名や地図上の圃場位置、さらには圃場が所定の区画で区分けされている場合にはその区画番号などが含まれる。このような圃場に関するデータのうち位置に関するものを、マニュアルでないしは機械的に取得するために、収穫位置取得部２３が備えられている。

測定データ管理部６１で管理されている収量測定データや食味測定データ、あるいは収穫評価部６２で生成された収穫穀粒特性情報は、回線通信部６６から通信回線を介して遠隔地の管理センタ７に送ることができる。管理センタ７では、受け取った収量測定データや食味測定データ、あるいは収穫穀粒特性情報をデータベース化して、収穫穀粒特性情報データベース７１に格納されることで、営農マネージメントに活用することができる。

一般的な穀粒収穫機１には、通信回線を通じて管理センタ７との間でデータ通信できる回線通信部６６は備えられていない。その場合には、データ処理モジュール６を、パソコン、タブレット、スマートフォンなどの携帯通信端末で構築し、そのデータ入出力部６０と、穀粒収穫機１の電子制御ユニットのデータ入出力部５０とをデータ伝送可能に接続する構成を採用することができる。このデータ入出力部６０とデータ入出力部５０の接続には、ＵＳＢ接続などの有線通信や、Ｗｉ−Ｆｉなどの無線通信が適している。

なお、データ処理モジュール６が、ＧＰＳモジュール付きの携帯通信端末で構築される場合には、収穫位置取得部２３もこのデータ処理モジュール６内に構築することができる。このような収穫位置取得部２３は、携帯通信端末のＧＰＳモジュールによる位置データを収穫位置として取得することになる。ＧＰＳモジュールは、かなり高い精度で圃場内での位置データを出力することができる。したがって、そのような正確な収穫位置としての穀稈の刈り取り位置を前記収穫穀粒特性情報に含めることができるので、当該収穫穀粒特性情報に基づいて記圃場の所定領域で収穫された穀粒の収量及び水分を算定して、営農マネージメントに活用することも可能となる。

刈取り位置ないしは収穫位置に関する位置情報は、ＧＰＳモジュールを用いるのが便利であるが、圃場における穀粒収穫機１の刈取り走行軌跡が決まっているとすれば、その走行軌跡と走行距離または走行時間から、刈取り位置を算定することができる。その例として、図２を用いて、圃場の所定領域で収穫された穀粒の収量及び食味（ここでは水分）が、走行軌跡と単位走行距離当たりの収量及び平均的な水分から算定する方法を説明する。図２では、穀粒収穫機１が、圃場を直線走行と１８０°旋回の繰り返しによるジグザグ走行軌跡で収穫作業を行うとする。
まず、圃場を複数の微小区画：Ａ1，Ａ2，Ａ3，・・・に区分けされる。コンバイン１の収穫走行にともなって、所定時間：ｔ1，ｔ2，ｔ3，・・・毎に、または所定距離：Ｄ1，Ｄ2，Ｄ3，・・・毎に、収量データ及び水分データが入力されるので、その時間間隔における収量：Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3，・・・と、その水分：Ｑ1，Ｑ2，Ｑ3，・・・が取得される。
ここで、穀粒収穫機１の走行が微小区画：Ａ1に属している時間ポイントを、ｔ1，ｔ6，ｔ7とすると、微小区画：Ａ1の収量：Ｖ[Ａ1]は、
Ｖ[Ａ1]＝Ｖ1＋Ｖ6＋Ｖ7
となり、
微小区画：Ａ1の平均水分：Ｑ[Ａ1]は、
Ｑ[Ａ1]＝（Ｑ1＋Ｑ6＋Ｑ7）／３
となる。
さらに、微小区画：Ａ2に属している時間ポイントを、ｔ2，ｔ5，ｔ8とすると、微小区画：Ａ2の収量：Ｖ[Ａ2]は、
Ｖ[Ａ2]＝Ｖ2＋Ｖ5＋Ｖ8
となり、
微小区画：Ａ2の平均水分：Ｑ[Ａ2]は、
Ｑ[Ａ2]＝（Ｑ2＋Ｑ5＋Ｑ8）／３
となる。このようにして、微小区画毎に収量や水分を割り当てることができる。

図２で示した例では、畦等によって囲まれた圃場を複数の微小区画に区分けした上で収量と品質の収穫位置（圃場）毎の評価が収穫評価部６２で行われている。従って、その収穫穀粒特性情報は、そのような圃場における収量や水分のミクロ評価を可能にする。しかしながら、町や村などの地域全体の圃場を処理対象圃場として評価を行うことも可能である。この場合の収穫穀粒特性情報は、地域全体の圃場における収量や水分のマクロ評価を可能にする。

次に、図面を用いて、本発明による穀粒収穫機の具体的な実施形態の１つを説明する。ここでは穀粒収穫機はクローラ式の自脱型コンバイン（以下単にコンバインと称する）１である。図３にコンバイン１の側面図が示され、図４にコンバイン１の平面図が示されている。

コンバイン１は、角パイプ材などの複数の鋼材を連結した機体フレーム１０を備えている。機体フレーム１０の下部には左右一対のクローラ１１を装備している。機体フレーム１０における右半部の前側には、エンジンＥが搭載され、その上部に運転部１３が形成されている。運転部１３には、運転席１６や操縦レバー１７などが配置されている。機体フレーム１０における左側の前端部には、作業走行時に機体の前方に位置する収穫対象の作物穀稈を刈り取って後方に搬送する刈取り部１２が備えられている。機体フレーム１０の左半部には、刈取り部１２によって搬送された刈取穀稈を受け取って後方に搬送しながら刈取穀稈の着粒部に脱穀処理を施し、この脱穀処理で得た穀粒に選別処理を施す脱穀装置１４が搭載されている。機体フレーム１０における右半部の後側には、脱穀装置１４からスクリュ揚送式の供給コンベヤ３１を介して揚送搬出した穀粒を貯留する板金製の穀粒タンク１５が搭載されている。穀粒タンク１５には、穀粒タンク１５に貯留した穀粒を機外へ排出する穀粒排出装置１９が装備されている。図３と図４では、模式的にしか示されていないが、穀粒タンク１５の下部に穀粒の重量を検出する収量センサ２１が装備され、穀粒タンク１５の内部に、食味センサ２２を組み込んだ食味測定機構３０が装備されている。食味センサ２２からは、品質データとして穀粒の水分値とタンパク値の測定データが出力される。

図５で模式的に示されているように、収量センサ２１は、機体フレーム１０に取り付けられたロードセルであり、このロードセルに穀粒タンク１５が載置されている。つまり、この収量センサ２１は、穀粒タンク１５を含めてそこに貯留された穀粒の重さを測定することで収穫穀粒の収量を測定する。所定のサンプリング時間毎に収量センサ２１によって増加量を算定することにより、所定時間当たりの収量が得られる。その際、走行速度を考慮すれば、所定距離当たりの収量を求めることも可能である。食味センサ２２は、図４に模式的に示されているように、この実施形態では、穀粒タンク１５の側壁に外側から装着された食味測定機構３０に組み込まれている。食味測定機構３０は、平行姿勢と垂れ下がり姿勢との間で開閉搖動する測定台３０ａを穀粒タンク内部側に備えている。測定台３０ａは上部開口と下部開口を有する筒状ケースで覆われている。また、測定台３０ａは、脱穀装置１４から供給コンベヤ３１によって搬送され、羽根車によって穀粒タンク１５への投入口１５ａから放出された穀粒の一部が到達する位置に配置されている。これにより、水平姿勢の測定台３０ａは、投入口１５ａから飛翔してくる穀粒を受け止めることができる。所定量の穀粒が測定台３０ａに載った段階で、食味センサ２２による測定が行われる。ここでは、分光分析が用いられており、穀粒水分やタンパク値の測定が可能であり、水分やタンパク、さらにはそれらの成分比から求められる食味値を測定値とすることができる。食味センサ２２による測定が完了すれば、測定台３０ａは垂れ下がり姿勢に搖動され、これにより測定台３０ａの載せられていた穀粒が放出される。穀粒が放出され、次の測定サンプリング時間になれば、再び測定台３０ａが水平姿勢に搖動される。

このコンバイン１の制御系が図６に示されている。この制御系は、実質的には図１で示された基本原理に基づくものであるが、そのデータ処理モジュール６は、運転者が持参する携帯通信端末であるスマートフォンによって構築されている。また、収穫位置を取得する収穫位置取得部２３は、スマートフォンに搭載されているＧＰＳモジュール６５によって代用されている。したがって、コンバイン１側の制御系は車載ＬＡＮによって接続された標準的な構成要素で構築されている。

つまり、コンバイン１側の制御系に構築されている、本発明に関係する機能部は、走行制御ＥＣＵ（電子制御ユニット）５３と、作業装置ＥＣＵ５４と、センサ管理モジュール５と、車載ディスプレイ１８と、データ入出力部５０である。走行制御ＥＣＵ５３は、車両走行に関する種々の制御情報を取り扱うＥＣＵであり、例えば、車載ＬＡＮを通じてセンサ管理モジュール５から取得した、走行速度、エンジン回転数、走行距離、燃費などのデータを走行情報化する走行情報生成部５３ａを備えている。作業装置ＥＣＵ５４は、刈取り部１２や脱穀装置１４などの刈取り収穫装置を制御するＥＣＵであり、センサ管理モジュール５から取得したセンサ情報に基づいて刈取り収穫装置の操作状態や稼働状態を示すデータを対地作業情報化する作業情報生成部５４ａを備えている。

センサ管理モジュール５は、上述した食味センサ２２（食味測定機構３０）や収量センサ２１以外に、走行速度センサや走行距離センサなど種々のセンサからの測定信号を入力して、他の機能部に転送する機能を有する。特に、このセンサ管理モジュール５は、収量センサ２１からの測定信号に基づいて収量測定データを生成する収量測定データ生成部５１、及び食味センサ２２（食味測定機構３０）からの測定信号に基づいて食味測定データを生成する食味測定データ生成部５２を備えている。

データ入出力部５０は、運転者が持参しているスマートフォンとデータ交換するための比較的近距離での通信を行う無線通信部であり、Ｗｉ−Ｆｉやブルートゥース(登録商標)などのプロトコルで動作する。

図１の基本原理で説明された測定データ管理部６１と収穫評価部６２は、ここでは、スマートフォンのアプリとして構築されている。また、収穫評価部６２によって生成さえる収穫穀粒特性情報を記録する収穫穀粒特性情報記録部６３は、スマートフォンの外部メモリに構築される。このため、測定データ管理部６１は、データ入出力部５０とデータ交換可能なスマートフォンのデータ入出力部６０を通じて収量測定データ生成部５１と食味測定データ生成部５２とから収量測定データと食味測定データとを受け取る。スマートフォンには、本来的に、所有者ＩＤ管理部６７や回線通信部６６が備わっている。所有者ＩＤ管理部６７の機能を利用して、運転者の認証を行うことで、コンバイン１で生成された情報のセキュリティが確保できる。また、回線通信部６６を利用して、収穫穀粒特性情報を管理センタ７に送信し、収穫穀粒特性情報データベース７１に格納することができる。

上述した実施形態では、収穫された穀粒の収量や食味などを測定するセンサがコンバイン１に設けられており、収量測定データと食味測定データとを収穫場所としての圃場にリンクした収穫穀粒特性情報を収穫作業中に生成することができるので、穀粒の収穫時評価が可能となる。

〔別実施の形態〕
（１）

（１）上述した実施形態では、食味センサ２２を組み込んだ食味測定機構３０の測定台３０ａは、水平姿勢と垂れ下がり姿勢の間の搖動するものであったが、その他の構造を採用することも可能である。例えば、図７で模式的に示されているように、測定台３０ａを、食味測定機構３０のボックス状のケースから進退移動させる構造を採用してもよい。その際、食味測定機構３０は、伸長した状態の測定台３０ａが、脱穀装置１４から供給コンベヤ３１によって搬送され穀粒タンク１５の投入口１５ａから放出される穀粒を受け止めることができるように配置される。この構造では、所定量の穀粒が測定台３０ａに載った段階で、測定台３０ａが食味測定機構３０の内部に引き込み、食味センサ２２による測定が行われる。
また、食味測定機構３０の配置場所は、穀粒タンク１５には限られず、脱穀装置１４から穀粒タンク１５への穀粒搬送経路３の適当な箇所に配置することも可能である。さらに、高速測定処理が可能な食味測定機構３０を採用する場合には、搬送中の穀粒、特に投入口１５ａから放出された飛翔中の穀粒を測定対象とすることも可能である。
（２）上述した実施形態では、収量センサ２１は、穀粒タンク１５の底面の中央付近に配置された単一のロードセルで構成されていたが、より正確な測定を行うために、穀粒タンク１５の底面の４つのコーナ領域にそれぞれロードセルを配置する構成を採用してもよい。

（３）上述した実施形態では、収穫評価部６２で生成された収穫穀粒特性情報を収穫穀粒特性情報記録部６３に記録していたが、生成された収穫穀粒特性情報を直接リアルタイムで管理センタ７に送信してもよい。
（４）上述した実施形態では、データ処理モジュール６は、穀粒収穫機１に内蔵の制御系または、運転者が持参する携帯通信端末に構築されるとしたが、データ処理モジュール６を圃場から離れた場所に設置された通信機能付きコンピュータシステムに構築されてもよい。
（５）上述した実施形態では、穀粒収穫機としてコンバインが取り上げられたが、それ以外の穀粒収穫機に本発明を適用することはもちろんである。また、ここでいう穀粒収穫機は広義の意味をもっており、米、麦だけでなく、トウモロコシやその他の作物も含まれる。

本発明は、収穫された穀粒の収量や食味などを測定するセンサを備える穀粒収穫機に適用可能である。

１：穀粒収穫機（コンバイン）
６：データ処理モジュール
１４：脱穀装置
１５：穀粒タンク
２１：収量センサ（ロードセル）
２２：食味センサ
２３：収穫位置取得部
６１：測定データ管理部
６２：収穫評価部
６３：収穫穀粒特性情報記録部
６５：ＧＰＳモジュール
６６：回線通信部
７：管理センタ
７１：収穫穀粒特性情報データベース

Claims (1)

1. 収穫した穀粒の収量及び品質データを取得する収穫機。

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