JPH01211409A - 農作業機における自動操舵装置 - Google Patents

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
る作物列に対し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装置の構造に関するものであ
る。

〔従来の技術とその課題〕

従来から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
マット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
動操舵のための作物列検出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、この撮像画面情報を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することにより
、作物列を検出することを提案している。

そして、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
を実行するものである。

前記先行技術においては、仮想線を近似計算す　・るた
めに、撮像手段によって得られた１枚の撮像画面中にお
ける植付は作物箇所の多数箇所のデータを必要とし、し
かも、一定の手法にしたがって直線近似するものであり
、機体が進行することによって撮像される画面が変わっ
た場所にて再度データの収集及び仮想線の近似計算を始
めからやり直すものであるから、仮想線の計算に要する
時間が長く掛かり、高速化しようとすれば、計算機が大
型化するという問題がある。

とくに、曲がった畦に沿って植付けられた曲線状作物列
に沿って略平行に植付けするため仮想線を曲線近似する
には、多大なデータを処理しなければならず、マイクロ
コンピュータのような記憶容量の少ない制御装置を使用
できないという不都合があった。

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、前記底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ことがあるので、このような農
作業機に自動操舵装置を搭載する場合にも前記と同様の
問題が生じるのであった。

本発明は、この問題を解消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、圃場を走行する田植機等の農作業機に
、その側方に沿って既に植付けられた作物列の適宜個数
の植付は作物箇所を撮像する撮像手段と、該撮像手段の
画像情報から各植付は作物箇所の位置を特定する２値化
手段と、２値化した前記各植付は作物箇所のうち機体進
行方向に沿う前後に隣接する植付は作物箇所の座標を計
算する計算手段とを有する画像処理装置を設け、前記前
後に隣接する植付は作物箇所の座標位置を結ぶ仮想直線
を逐次計算し、該各仮想直線と略平行状に自動操舵制御
する制御手段を設けた構成としたものである。

〔発明の作用・効果〕

この構成によれば、走行機体の進行方向に沿う前後に隣
接する２箇所の植付は作物箇所毎にその座標を結ぶ仮想
直線を逐次計算し、この各仮想直線に沿うように自動操
舵制御するので、作物列が直線あるいは曲線のいずれで
あっても、前後に隣接する２箇所の植付は作物箇所のデ
ータのみで仮想線を計算でき、計算時間の短縮化が図れ
る。

特に、作物列が曲線的に曲がっている場合、作物列を曲
線と仮想するためには、多くのデータを必要とするが、
本考案のように、仮想直線の連続によるいわゆる折線状
の仮想線に沿って自動操舵することになるから、仮想線
計算のためのデータ数が少なくて済み、また、計算も極
めて簡単であり迅速に結果を出すことができ、自動操舵
のための制御装置を簡単化することができる。

〔実施例〕

以下田植機に通用した実施例について説明すると、図に
おいてｌはフレーム２の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のフレーム２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１ｏの０Ｎ−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の上面には、操縦座席１６の前方にステ
アリングギヤボックス１７を設け、該ステアリングギヤ
ボックス１７がら立設したステアリングコラム１８の上
端に、当該ステアリングコラム１８内に挿通したステア
リング軸１９に対する操縦ハンドル２０を取付けている
。

符号２１は左右両端にナックル２２．２２を介して前車
輪３．３を装着し、内部にミッションケース１１からの
動力伝達機構を収納した左右長手の伝動ケースで、該伝
動ケース２１を、それに取付く平面視コ字型のブラケッ
ト２１ａと、前記フレーム２の下面左右中央部の支持部
材２１ｂに回動自在に支持された揺動軸２１Ｃとを介し
て連結して左右上下揺動できるように構成されている。

操舵装置は前記伝動ケース２１の片側から立設する回動
支点軸２３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２４、該ステアリングアーム２４に
連結する左右一対のタイロッド２５，２５、油圧シリン
ダ２６、操舵制御弁２７ならびに該操舵制御弁２７を操
作するステアリングギアボックス１７の前後揺動自在な
ピットマンアーム２８から成る。

前記ステアリングアーム２４におけるフレーム２の前後
方向に延びるアーム部２４ａには、前記左右一対のタイ
ロッド２５．２５の一端を各々球関節を介して連結し、
該両タイロッド２５．２５を伝動ケース２１に略沿わせ
て走行機体ｌの進行　′左右に延ばし、その各他端を前
記各ナックル２２゜２２から前方に延びるナックルアー
ム２９，２９に揺動自在に連結する。

前記ステアリングアーム２４からフレーム２の側面に向
かって内向きに延びるアーム部の支軸３０には、制御弁
２７を球関節を介して後向きに連結する一方、該制御弁
２７の後端のスプールと前記ピットマンアーム２８とを
連杆３１を介して連結する。

また、フレーム２の外側面に略平行状に沿って配設する
油圧シリンダ２６の後端を前記支軸３０に球関節を介し
て連結する一方、ピストンロッド２６ａの前端を球関節
を介してフレーム２外側面から突出するブラケット横軸
３２に連結する。

前記制御弁２７と油圧シリンダ２６とを各々油圧ホース
にて繋ぐ一方、エンジン５により駆動される油圧ポンプ
３３から電磁ソレノイド弐ｉ１７　？ａ弁弁子７油圧を
送る。

そして、前記操縦ハンドル１００回動角度に対応して揺
動するピントマンアーム２８により、制御弁２７のスプ
ールを進退動させて油圧シリンダ２６におけるピストン
ロッド２６ａを出没動させ、ステアリングアーム２４０
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２６は、後述の作物列検出装置３７か
らの信号に応じて出力信号を出す自動操向・走行用の中
央制御装置３５にて作動する電磁ソレノイド式の操舵制
御弁３４によっても駆動され、その際前車輪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３６
にてステアリングアーム２４の回動角度を検出すること
により実行される。

なお、前記クラッチ１０の０Ｎ−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３５にて作動することが
できる。

作物列検出装置３７は、対象を撮像する撮像手段４０と
、撮像された画像を処理して必要な情報（データ）を出
すための画像処理装置４１とからなる。

撮像手段４０は、カラービデオカメラのように検出対象
を撮像してその撮像画面４２の撮像情報を電気信号とし
て出力できるものであり、二次元ＭＯ３撮像素子や二次
元ＣＣＤ撮像素子を内臓した撮像手段４０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。

１枚の撮像画面４２を構成するため、例えば、前記二次
元撮像素子から成る撮像手段４０では２５６Ｘ２５６の
画素にて標本化する。

画像処理装置４１では、前記撮像手段４０にて撮像され
る撮像画面４２のデータからの２値化と、１２値化した
植付は苗等の作物の位置座標計算と、該計算された座標
のうち機体の進行方向の前後に隣接する植付は作物箇所
の座標を結ぶ仮想直線を計算する仮想線計算手段を備え
、この仮想直線の逐次計算結果のデータを中央制御装置
３５に送り、予め設定された横間隔の許容範囲内で前記
仮想直線と略平行状に走行機体１が走行するように自動
操舵制御するのである。

この画像処理と自動操舵制御とを、第８図の概略フロー
チャートに示す流れに従って以下に詳述する。

即ち、まず田植機を圃場に既に植付けられた作物列に沿
わせて進行させるようにオペレータが回行操作し、その
機体に隣接する作物列のうち複数の植付は作物箇所（Ｎ
ＡＥ）を撮像手段４０にて撮像する（第５図参照）。

そして、前記撮像画面４２のデータから植付けられた作
物箇所（ＮＡＥ）を他の圃場の泥面（上面）４３から抽
出する２値化は、撮像された画像をカラー画面にて構成
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と判別して
その領域（Ａ）を画面４２の他の箇所４３から分割（Ｓ
ｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ）　Ｌ／て特定する２値化処理
を実行する（第６図参照）。

その他、画像において色信号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）が一定置上の出力
である箇所を苗（作物）と判断する色差処理による２値
化を実行しても良い。

この２値化した前記各対象領域（Ａ）は、撮像画面４２
における複数の画素の集合として適宜の平面形状の面積
を有するものとして特定されているので、この画素の集
合から画像処理装置４１に組み込まれたソフトによる予
め定められた計算手法により、前記特定された対象領域
（Ａ）の中心または重心位置の座標を計算する。

この座標の計算手法の一つは、撮像画面４２の縦軸（Ｙ
軸）と横軸（Ｘ軸）にて行列的に並べられた画素の集合
において、対象領域（Ａ）の面積に対応した画素のレベ
ルＶ＝１の部分（ハイレベル〉を当該領域の外周から渦
巻状に順次レベルＶ＝０（ロウレベル）に置き換えるな
どして、いわゆる面積の収縮と同様の手法にて最終的に
残ったハイレベルの部分（１〜２個の画素）を重心位置
と判断するというようにして座標を決定する。

この各座標のデータは中央制御装置３５に入力され、こ
こで仮想線決定手段（回路）にて走行機体１の進行方向
の前後に隣接する植付は作物箇所（ＮＡＥ）の座標を結
ぶ仮想直線（走行機体の進行方向に沿ってｉ番目とｉ＋
１番目との区間の仮想直線をＫｉで示す）を決定する。

この仮想直線Ｋｉは、機体の進行方向の前後に隣接する
２箇所の植付は作物箇所ごとに、その両箇所の座標を結
ぶ直線として得るので、作物列が全体として曲っている
ときには、折線状態として得られる。

即ち、第７図において、縦軸（Ｙ軸）を機体の進行方向
に取り、横軸（Ｘ軸）を機体の左右方向に取り、各植付
は作物箇所（ＮＡＥ）に対応する対象領域の中心点ＡＩ
、Ａ２．Ａ３．Ａ４．Ａ５・・・・Ａｉの座標を各々（
Ｘｌ、Ｙｌ　）　　（Ｘ２．Ｙ２　）（Ｘ３．Ｙ３　）
　　（Ｘ４．’／４　）　　（Ｘ５．Ｙ５　）　　”　
　（Ｘｉ、Ｙｉ　　）としたとき、各前後に隣接する植
付は作物箇所（ＮＡＥ）のＹ軸方向の座標の差ΔＹ　〔
例えば（Ｙ２−　Ｙｌ）や（Ｙ３−Ｙ２）など〕は機体
の前進方向に沿う植付は作物箇所（ＮＡＥ）の植付はピ
ッチを示すことになる。

他方、横軸（Ｘ軸）方向の座標の差、例えば（Ｘ２−Ｘ
Ｉ　）や（χ３−Ｘ２）である、ΔＸは走行機体が前記
ΔＹの距離だけ前進する間に横方向にずれた距離を示す
ことになり、各々の区間での仮想直線ＫｉのＹ軸に対す
る傾き Δ　ｔａｎ　　　ｏ　ｉ　　　＝　　　（Ｘｉ＋ｌ　　
−Ｘｉ）　　　÷　　（Ｙｉｎ　　−Ｙｉ）で示される
。

中央制御装置３５では、予め設定された植付条間隔ｈ（
走行機体の左右方向に植付けられた苗（作物）の植付は
間隔をいう）だけ横に隔てて、前記のようにして得られ
た各区間毎の仮想直線Ｋｉに沿うように操舵制御する。

即ち、基準線ＫＯに対する各区間の仮想直線にｉの傾き
Δｔａｎθｉとなるように、中央制御装置３５に出力信
号を出し、操舵制御弁３４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２４の
回動角度を変える油圧シリンダ２６を駆動させて修正操
舵し、所定の誤差の許容範囲（第７図の２列の一点鎖線
で囲まれる範囲内）に納まるように自動操舵制御を実行
するのである。符第７図の符号δは植付条間隔りに対す
る許容範囲誤差を示す。

前記自動操舵制御の場合、ステアリングアーム２４の回
動角度を検出するポテンショメータ３６にて前車輪３が
既に進行方向に対して右または左に傾いている操舵角度
の検出を実行して、作物列と並行状態に進行する収束ｉ
ＩＪ御に役立てることができる。

このように、本発明では、走行機体の進行方向に沿う前
後に隣接する２箇所の植付は作物箇所毎にその座標を結
ぶ仮想直線を逐次計算し、この各仮想直線に沿うように
自動操舵制御するので、作物列が直線あるいは曲線のい
ずれであっても、前後に隣接する２箇所の植付は作物箇
所のデータのみで仮想線を計算できる。

特に、作物列が曲線的に曲がっている場合、作物列を曲
線と仮想するためには、多くのデータを必要とするが、
本発明のように、仮想直線の連続によるいわゆる折線状
の仮想線に沿って自動操舵することになるから、仮想線
計算のためのデータ数が少なくて済み、また、計算も極
めて簡単であり迅速に結果を出すことができ、自動操舵
のための制御装置を簡単化することができる。

【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図は操向装置の要部平面
図、第４図は操向・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５図は撮像画面の図、第６
図は２値化された撮像画面図、第７図は制御作用説明図
、第８図は概略フローチャート図である。 １・・・・走行１８．体、２・・・・フレーム、３，４
・・・・車輪、５・・・・苗載台、６・・・・植付機構
、７・・・・苗植装置、８・・・・リンク機構、９・・
・・エンジン、１１・・・・ミッションケース、１７・
・・・ステアリングギヤボックス、２０・・・・操縦ハ
ンドル、ＮＡＥ・・・・植付は作物箇所、Ｋｉ・・・・
仮想直線、２３・・・・回動支点軸、２４・・・・ステ
アリングアーム、２６・・・・油圧シリンダ、３４・・
・・操舵制御弁、３５・・・・中央制御装置、３６・・
・・ポテンショメータ、４０・・・・撮像手段、４１・
・・・画像処理装置、４２・・・・撮像画面、Ａ・・・
・領域。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、圃場を走行する田植機等の農作業機に、その側
   方に沿って既に植付けられた作物列の適宜個数の植付け
   作物箇所を撮像する撮像手段と、該撮像手段の画像情報
   から各植付け作物箇所の位置を特定する２値化手段と、
   ２値化した前記各植付け作物箇所のうち機体進行方向に
   沿う前後に隣接する植付け作物箇所の座標を計算する計
   算手段とを有する画像処理装置を設け、前記前後に隣接
   する植付け作物箇所の座標位置を結ぶ仮想直線を逐次計
   算し、該各仮想直線と略平行状に自動操舵制御する制御
   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
   舵装置。