JPH0257110A - Automatic steering control apparatus of farm working machine - Google Patents
Automatic steering control apparatus of farm working machineInfo
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- JPH0257110A JPH0257110A JP63209163A JP20916388A JPH0257110A JP H0257110 A JPH0257110 A JP H0257110A JP 63209163 A JP63209163 A JP 63209163A JP 20916388 A JP20916388 A JP 20916388A JP H0257110 A JPH0257110 A JP H0257110A
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- Japan
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- steering
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- geomagnetic sensor
- machine
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- Prior art date
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Links
Landscapes
- Guiding Agricultural Machines (AREA)
- Transplanting Machines (AREA)
- Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
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。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention enables agricultural machinery such as a rice transplanter to run approximately in parallel along so-called rows of crops that have already been planted in a field and lined up in rows. The present invention relates to the structure of an automatic steering control device.
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
ることは周知である。Conventionally, when planting seedlings in a field using a rice transplanter, for example, the rice transplanter is equipped with planting mechanisms at appropriate intervals on the left and right in the direction of movement.
The planting mechanism, which moves up and down as the rice transplanter advances, divides the seedling mat on the seedling platform into appropriate numbers of plants and plants them on the field, so the rice seedlings are placed on the field in an appropriate manner along the direction of movement of the rice transplanter. It is well known that the seedling planting interval is such that the seedlings are planted in a plurality of rows at appropriate intervals in the left and right directions with respect to the direction of travel.
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(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
及び傾斜のずれの隔たり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。As a prior art for an automatic steering device that allows a rice transplanter to run approximately parallel to rows of planted seedlings (hereinafter referred to as crop rows) that have already been planted in the field, Japanese Patent Laid-Open No. 62-61509
In the publication, a color video camera mounted on a rice transplanter that moves forward is used to image an appropriate range of the adjacent crop rows, and this image information is binarized and each planting is done at the crop location. After extracting the corresponding region, Hough
) Approximately calculate a straight line from the row of the plurality of regions by processing such as conversion, and calculate the difference between the calculated virtual straight line and the lateral shift and tilt shift with respect to arbitrary reference lines and reference points such as the vertical and horizontal center lines of the imaging screen. It is proposed that the aircraft's steering control be performed so that the
前記先行技術のように田植機等の農作業機に搭載した撮
像手段のみで、植付は作物列を検出しながら、その作物
列に沿って前進走行させるときには、当該作物列に対す
る追従性能が良好だから、当該作物列の細かい左右湾曲
に対しては良く追従できるが、作物列が大きく左右に湾
曲している状態をに対して追従することは不得手であり
、しかも、撮像手段で一旦作物列の検出を見失うといず
れの方向に操舵修正すべきかという判別も不可能になる
という欠点があった。As in the prior art, when planting is performed using only an imaging means mounted on an agricultural machine such as a rice transplanter while detecting a row of crops and moving forward along the row of crops, the tracking performance for the row of crops is good. , it is possible to follow fine horizontal curvatures of the crop rows well, but it is not good at following the state where the crop rows are largely curved left and right, and furthermore, once the crop rows are If the detection is lost, it becomes impossible to determine in which direction the steering should be corrected.
また、例えば無人自動操舵制御に先立って、オペレータ
による最初の見本走行時に左右に湾曲した作物列を作っ
てしまうと、その後の無人による倣い走行制御時にも、
見本の湾曲作物列通りに蛇行操舵することになり、その
後の直線的な作物列を形成することは略不可能になると
いう問題があった。In addition, for example, if an operator creates a row of crops that curves left and right during the first sample drive prior to unmanned automatic steering control, it will also cause problems during subsequent unmanned tracking control.
There was a problem in that the steering was performed in a meandering manner in accordance with the sample curved row of crops, making it almost impossible to form a straight row of crops thereafter.
一方、地磁気センサーのみで方位の検出結果から操舵修
正すると、直線に近い走行は可能であるけれども、隣接
する作物列との走行機体との相対位置関係が不明である
ため、所定の基準に対する偏差が許容範囲内に入るよう
な倣い制御ができないという問題があった。On the other hand, if the steering is corrected based on the direction detected using only the geomagnetic sensor, it is possible to travel in a nearly straight line, but the relative positional relationship of the traveling aircraft to the adjacent row of crops is unknown, so deviations from the predetermined standard may occur. There was a problem in that it was not possible to perform tracing control that would fall within the permissible range.
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、前記既に植付け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、いずれにしても最初
の第1列目の農作集機走行をきっちりと直線的に走行さ
せなければ、その後の倣い自動操舵制御において直線的
な走行ができないのであった。Similarly, a management machine that applies fertilizer or sprays chemicals at an appropriate time after planting seedlings performs the work while moving along the rows of crops that have already been planted. Since the harvesting and threshing work is carried out without moving the harvester forward along the approximately linear boundary line of The steering control made it impossible to drive in a straight line.
本発明は、前記のような農作業機における撮像手段によ
る作物列の検出のみとか地磁気せよる方位の検出だけで
は解決できない倣い形式の操舵修正を確実に実現できる
自動操舵装置を提供することを目的とするものである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an automatic steering device that can reliably realize a tracing-type steering correction that cannot be solved by only detecting crop rows using an imaging means or detecting the direction of the earth's magnetic field in an agricultural machine as described above. It is something to do.
そこで本発明は、圃場内に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
作業機を自動操舵制御する装置において、農作業機には
、前記作物列を撮像する撮像手段と、地磁気により走行
機体の方位を検出する地磁気センサーとを搭載し、最初
は前記地磁気センサーにて得られた方位を基準に自動走
行させて基準作物列を形成し、該基準作物列等の側方に
おいては、前記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により各々画
像処理して農作業機の直進等の基準に対する前記作物列
の特徴の偏差と、地磁気センサーにより得られた基準に
対する方位偏差とを各々演算し、該両偏差の大小に応じ
て操舵出力信号の値を決定する決定手段にて自動操舵す
るものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides an apparatus for automatically steering an agricultural machine such as a rice transplanter so that it runs approximately parallel to rows of crops that have already been planted in a field. The machine is equipped with an imaging means for taking an image of the row, and a geomagnetic sensor that detects the direction of the traveling machine using the earth's magnetism, and initially runs automatically based on the direction obtained by the geomagnetic sensor to form a standard crop row. On the sides of the reference crop row, etc., each image information obtained by the imaging means is
Each image is processed by a feature extraction means for extracting features such as value conversion, and the deviation of the characteristics of the crop row with respect to a standard such as straight forward movement of the agricultural machine and the azimuth deviation with respect to the standard obtained by the geomagnetic sensor are respectively calculated. , the automatic steering is performed by a determining means that determines the value of the steering output signal depending on the magnitude of the two deviations.
本発明においては、最初の基準作物列の作成は、地磁気
センサーの方位検出に基づき実行させるものであり、オ
ペレータが手動操作で走行する場合よりも直線的走行が
確実となり、直線的な、若しくは大まかに湾曲している
基準作物列の作成が至極簡単に実行できる。In the present invention, the creation of the first reference crop row is executed based on the direction detection of the geomagnetic sensor, which makes it more reliable to travel in a straight line than when the operator manually operates the row, and it is possible to The creation of curved reference crop rows is extremely easy.
ついで、その後の自動操舵においては、前記のように既
に植付けられた作物列の側方に沿って農作業する場合、
−本目の作物列の終端で略180回折回して、その−本
目の作物列の側方に沿い一本口の作物列の農作業を実行
するというようにいわゆる折返し往復の直進的走行を行
うのが通常であるから、該基準作物列から転回後の偶数
列での走行時には、前記撮像手段にて基準などの作物列
の側方に倣うと共に地磁気センサーで方位を検出しなが
ら自動操舵し、その偶数列から転回後の奇数列での走行
時には、前記撮像手段にて作物列の側方に倣うと共に前
記と同様地磁気センサーで方位を検出しながら自動操舵
することを繰り返せば良いのである。Then, in the subsequent automatic steering, when farming is carried out along the sides of already planted crop rows as described above,
- Turn around approximately 180 times at the end of the first crop row, and carry out the agricultural work of one crop row along the side of the second crop row, which is what is called a straight round trip. Normally, when traveling in even-numbered rows after turning from the reference crop row, the imaging means follows the sides of the reference crop row, and the geomagnetic sensor detects the direction while automatically steering the vehicle. When traveling in odd-numbered rows after turning from row to row, it is sufficient to repeat automatic steering while following the sides of the row of crops using the imaging means and detecting the direction using the geomagnetic sensor as described above.
この場合、撮像手段による画像情報から作物列に対する
走行機体の側方への隔たりや進行方向の傾き等の偏差か
ら操舵操作のための出力信号の値を決定すると、通常農
作業機に近い位置にある作物列に対して倣うように走行
できて作物列を見失うことがないものでありながら、地
磁気センサーによる方位の偏差を考慮して出力信号を決
定すると、農作業機の直進性も向上することになり、作
物列における偏差のみを考慮して操舵する場合のような
蛇行走行がなくなるものである。In this case, if the value of the output signal for the steering operation is determined from the image information provided by the imaging means and the deviations such as the lateral distance of the traveling machine from the crop row and the inclination in the direction of travel, Although it is possible to follow the rows of crops without losing sight of the rows of crops, if the output signal is determined by taking into account deviations in direction from the geomagnetic sensor, the straightness of the agricultural machine will also be improved. This eliminates the meandering motion that occurs when steering is performed by considering only deviations in crop rows.
しかも、前記撮像手段により得られた農作業機の直進等
の基準に対する前記作物列の特徴の偏差の大きさと、地
磁気センサーにより得られた基準に対する方位偏差の大
きさとに差異があるときであって、方位偏差の方が大き
いときには、作物列の方位に対する走行機体の方位が大
きく狂っていると判断できるのであるから、主として地
磁気センサーによる方位の偏差を無くする方向に操舵修
正するこという制御を実行することで、大きな曲がりを
無くするように操舵修正でき、それより小さい偏差の範
囲では、走行機体の方位に大きな狂いはないと判断でき
るから、主として撮像手段による検出結果から作物列に
対する偏差を無くするように倣い操舵修正する制御を実
行することで、作物列の側方にて適宜距離隔てた状態に
て直進等の並行走行する自動操舵を確実に実行できるの
である。Moreover, when there is a difference between the magnitude of the deviation of the characteristics of the crop row with respect to a standard such as straight movement of the agricultural machine obtained by the imaging means and the magnitude of the azimuth deviation with respect to the standard obtained by the geomagnetic sensor, When the azimuth deviation is larger, it can be determined that the azimuth of the traveling aircraft is significantly incorrect with respect to the azimuth of the crop rows, so control is mainly performed to correct the steering in the direction of eliminating the azimuth deviation detected by the geomagnetic sensor. By doing so, the steering can be corrected to eliminate large bends, and within the range of smaller deviations, it can be determined that there is no major deviation in the direction of the traveling aircraft, so deviations with respect to the crop row can be eliminated mainly from the detection results by the imaging means. By executing the following control to correct the steering, it is possible to reliably perform automatic steering for running in parallel, such as going straight, at an appropriate distance to the side of the row of crops.
なお、撮像手段により得られた作物列に対する偏差と地
磁気センサーによる方位偏差との結果から、該両部差の
大小に応じて操舵操作のための出力信号の値を決定する
決定手段は、通常のフィードバンク制御におけるような
りリスプ(CRISP )制御(偏差に比例常数を掛け
て出力信号の値を求めることや、出力信号の値を二つ以
上の偏差を変数とする線型関数関係で表現すること等)
を実行しても良いし、ファジー推論を利用したファジー
制御を実行しても良い。Note that the determining means for determining the value of the output signal for the steering operation according to the magnitude of the difference between the two parts from the results of the deviation for the crop row obtained by the imaging means and the azimuth deviation obtained by the geomagnetic sensor is a normal one. CRISP control in feedbank control (calculating the value of the output signal by multiplying the deviation by a proportional constant, expressing the value of the output signal as a linear function relationship using two or more deviations as variables, etc.) )
or fuzzy control using fuzzy inference.
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。An example applied to a rice transplanter will be described below. In the figure, 1 is a running body supported by front wheels 3, 3 on both left and right sides of the front part and rear wheels 4.4 on both left and right sides of the rear part. At the rear, a multi-row seedling planting device 7 consisting of a seedling platform 5 and a plurality of planting mechanisms 6 is mounted via a link mechanism 8 so as to be movable up and down.
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を介して前後側車輪
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
はPTO軸変軸周速用アクチエータる。The power of the engine 9 mounted on the top surface of the traveling body 1 is transmitted to the front and rear wheels 3.4 via a clutch 10 and a transmission case 11, while the power is transmitted to the front and rear wheels 3.4 via a PTO shaft 12 protruding from the transmission case 11. Power is transmitted to device 7. In addition, the code 13 indicates ON/OFF of the clutch 10.
14 is an actuator for traveling speed change, 15 is an actuator for
is an actuator for PTO shaft variable shaft peripheral speed.
前記走行機体1における操縦座席16の前方に設けた操
向ハンドル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
ける回動支点軸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ム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21,21、油
圧シリンダ22、手動操舵用の制御弁23ならびに該制
御弁23を操作するステアリングギアボックス24の前
後揺動自在なピットマンアーム25から成る。The steering mechanism 18 is rotated via a steering handle 17 provided in front of the control seat 16 in the traveling aircraft 1, and the direction of the front wheels 3.3 is changed from side to side. The steering arm 20 is horizontally rotatably mounted on the rotation fulcrum shaft 19 of the steering mechanism 18, a pair of left and right tie rods 21, 21 connected to the steering arm 20, a hydraulic cylinder 22, and a manual It consists of a control valve 23 for steering, a steering gear box 24 that operates the control valve 23, and a pitman arm 25 that is swingable back and forth.
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
。The control valve 23 is connected rearward to the steering arm 20 via a ball-and-socket joint, and the spool at the rear end of the control valve 23 is connected to the pitman arm 25.
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、前記操縦ハンドル17の回動角度に
対応して揺動するピットマンアーム25により、制御弁
23のスプールを進退勤させて、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におけるピストンロンドを出没動させ、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。Further, the rear end of a hydraulic cylinder 22, whose front end is rotatably connected to the traveling body 1, is rotatably connected to the steering arm 20, and swings in accordance with the rotation angle of the control handle 17. The pitman arm 25 moves the spool of the control valve 23 forward and backward, sends hydraulic pressure from the hydraulic pump 26 driven by the engine 9, moves the piston rod in the hydraulic cylinder 22 in and out, and responds to the rotation of the steering arm 20. Then, change the direction of both the left and right front wheels by 3°3.
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
により知ることができる。This hydraulic cylinder 22 is also driven by an electromagnetic solenoid type automatic steering control valve 27, and in this case, the steering angle of the front wheels 3 is determined by a potentiometer 28 attached to the rotation fulcrum shaft 23.
This can be determined by detecting the rotation angle of the steering arm 20 at .
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
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30にて駆動される走行コントローラ32にて作動
する。The automatic steering control valve 27 is operated by a steering controller 3 driven by a central control device 30 for automatic steering and traveling.
1, and is actuated by the ON-OFF actuator 13 of the clutch 10, the travel shift actuator 14, the PTO shaft circumferential speed change actuator 15, and the travel controller 32 driven by the central control device 30. Operate.
本発明の自動操舵制御装置における検出装置33は、作
物列を撮像する倣い用の撮像手段34と、農作業機に搭
載してその絶対方位を検出する地磁気センサー35とか
ら成り、自動操舵制御装置は、前記撮像手段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36と、地磁気センサー35にて検出された方位を
基準作物列等の基準線の方位との方位偏差を計算する比
較部37と、特徴抽出手段36により得られた特徴を処
理して必要な情報(データ)を中央制御装置30とやり
とりするための画像処理コントローラ38とを含む。The detection device 33 in the automatic steering control device of the present invention consists of a tracing imaging means 34 that images the crop row, and a geomagnetic sensor 35 that is mounted on the agricultural machine and detects its absolute direction. , a feature extracting means 36 for extracting features such as binarizing the image information captured by the image capturing means 34; and a feature extraction means 36 for extracting features such as binarization of the image information captured by the imaging means 34; It includes a comparison section 37 that calculates a deviation, and an image processing controller 38 that processes the features obtained by the feature extraction means 36 and exchanges necessary information (data) with the central control device 30.
地磁気センサー35は、地磁気(例えば北)に対する走
行機体1の走行方向の基準線の方位角度を検出するもの
であり、ホール素子と磁気抵抗素子との組合せで特定の
方向の磁気(地磁気)に対して良好な感度を持ち、その
他の方向には不感とするように構成することができる。The geomagnetic sensor 35 detects the azimuth angle of the reference line of the traveling direction of the traveling aircraft 1 with respect to the geomagnetism (for example, north), and uses a combination of a Hall element and a magnetoresistive element to detect the magnetism in a specific direction (geomagnetic field). It can be configured so that it has good sensitivity in certain directions and is insensitive in other directions.
地磁気センサー35は走行機体1における鉄鋼等の金属
部による磁気の影響をなるべく少なくするために、走行
機体1に上向き突出させた支柱の上端等に設けるのが好
ましい。The geomagnetic sensor 35 is preferably provided at the upper end of a support that projects upward from the traveling body 1 in order to reduce the influence of magnetism due to metal parts such as steel in the traveling body 1 as much as possible.
前記撮像手段34は走行機体1の側方に突出するアーム
や立設する支柱にステアリングアーム等の姿勢維持手段
(図示せず)を介して回動自在に取付ける。The imaging means 34 is rotatably attached to an arm projecting laterally of the traveling body 1 or an upright support via a posture maintaining means (not shown) such as a steering arm.
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、倣い用撮像手段34は、走行機体1の左
右両側に一個づつ設けるか、左右設置位置変更可能に設
けるのが好ましい。Considering the case where the traveling body 1 moves forward along the side of the crop row, turns around 180 degrees at the end of the crop row, and travels, the scanning imaging means 34 is provided on both left and right sides of the traveling body 1. It is preferable to provide one each, or to provide one so that the left and right installation positions can be changed.
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。The imaging means 34 follows the reference line Ko of the imaging travel to the traveling aircraft 1.
Set it so that it is parallel to the direction of travel on the side, facing forward and diagonally downward.
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
ンサーであり、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40
の情報を電気信号として出力できるものである。The imaging means 34 is an area sensor that detects an object, and has a two-dimensional plane with an imaging screen extending vertically and horizontally like an x-y plane, such as a so-called video camera, and is, for example, a two-dimensional MO3 sensor. In devices with a built-in image sensor or two-dimensional CCD image sensor, the image formed through the lens is sensed by each image sensor (photoelectric device) arranged in a two-dimensional array on the image plane, and then displayed on the imaging screen. 40
This information can be output as an electrical signal.
また撮像手段34はカラー用、白黒用のいずれであって
も良いが、作物列を撮像する倣い用作物列34をカラー
用とすることにより、圃場面と作物列とを区別してその
特徴を一層明確に認識することができる。Further, the imaging means 34 may be either color or black and white, but by using the copying crop row 34 for imaging the crop row in color, the field scene and the crop row can be distinguished and their characteristics can be further enhanced. Can be clearly recognized.
次に、走行機体1を圃場内において、その畦際から一本
口の走行を実行した後、その終端部で略180回折回し
、二本口の走行を実行し、その終端で転回して三本口の
走行、同様にして四本口の走行・・・・というように、
直線的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の、検出装置33及び中央
制御装置30で実行される処理の概略フローチャート(
第4a図、第4−b図)について説明する。Next, the traveling body 1 is placed in a field, and after executing one-way travel from the edge of the field, it is turned around approximately 180 times at the terminal end to execute two-way travel, and then turns at the end to make three-way travel. The main entrance runs, and the four exits run in the same way, and so on.
A schematic flowchart of the processing executed by the detection device 33 and the central control device 30 when performing agricultural work such as rice planting while moving forward in a straight line and then turning back and traveling back and forth.
4a and 4-b) will be explained.
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
て圃場の畦際に位置させる。ついで、ステップS2にて
一本口の走行に入る前に、地磁気センサー35を作動さ
せ、ステップS3にて走行機体1進行方向の方位〔基準
方位(θ0)〕を検出しつつオペレータが走行機体1を
前進し苗植え作業等の農作業を実行して基準の作物列を
作成する。このとき、走行機体1の向きをあまり変化さ
せないようにするが、走行機体の向きの変動により若干
の方位の変動も有り得るから、基準方位(θ0)の決定
は、適宜時間間隔ごとまたは適宜進行距離間隔ごとに複
数回検出した方位の検出値の平均値をもって決定しても
良い。First, in step S1 following the start, after setting initial values, the operator of the agricultural machine drives the traveling machine 1 to position it at the edge of the field. Next, in step S2, before starting the single-head run, the geomagnetic sensor 35 is activated, and in step S3, the operator detects the direction of travel of the traveling aircraft 1 [reference orientation (θ0)] while the operator moves the traveling aircraft 1. A standard crop row is created by moving forward and carrying out agricultural work such as seedling planting. At this time, the direction of the traveling aircraft 1 should not change too much, but since there may be slight changes in the orientation due to changes in the orientation of the traveling aircraft, the reference orientation (θ0) should be determined at appropriate time intervals or by adjusting the traveling distance as appropriate. It may be determined based on the average value of the detected values of the direction detected a plurality of times at each interval.
この基準方位(θ0)の値は以後の作物列の側方に沿う
倣いながら走行する、いわゆる操舵修正制御の方位の基
準とするものである。ついでステップS5では、前記−
本目の走行の終端部で略180回折回し、この−本目の
走行時に作成した基準作物列の側方に沿う二本口の走行
に入り、それ以後はステップS6に示す操舵修正制御の
サブルーチンを実行しつつ作物列を作成する農作業を繰
り返すものである。The value of this reference direction (θ0) is used as the reference direction for the so-called steering correction control in which the vehicle travels while following the sides of the crop row. Then, in step S5, the -
At the end of the main run, it turns approximately 180 times and enters a two-way run along the sides of the reference crop row created during the second run, and thereafter executes the steering correction control subroutine shown in step S6. This involves repeating the agricultural work of creating rows of crops.
なお、コンバインや芝刈取り機などの作業では前記作物
列とは既刈取り部と未刈取り部との境界線を言う。In addition, when working with a combine harvester or a lawn mower, the crop row refers to the boundary line between the cut area and the uncut area.
第4−b図は操舵修正制御のサブルーチンの内容を示し
、この制御では、撮像手段34と地磁気センサー35と
を同時に並行的に作動させ(ステップR1,ステップR
2)、その両者の検出結果を利用して操舵修正制御する
ものであり、ステップR3で二本口以後の走行時に地磁
気センサー35にて方位θ2を適宜時間間隔(Δt)ご
とに検出し、先の基準方位(θ0)に対する方位偏差θ
−θ〇−θ2をステップR4にて計算する。このように
して得られた方位偏差θが複数回計算されると、その平
均値をステップR5にて演算して求める。そのとき、最
新のデータが検出され算出されると、一番古いデータを
除去し最新のデータをくわえた所謂移動平均値を算出す
ることで、次々得られる新しいデータによる傾向を把握
することができる。Fig. 4-b shows the content of the steering correction control subroutine, in which the imaging means 34 and the geomagnetic sensor 35 are operated simultaneously in parallel (step R1, step R
2), the steering correction control is performed using the detection results of both, and in step R3, when driving after the second exit, the geomagnetic sensor 35 detects the direction θ2 at appropriate time intervals (Δt), and The azimuth deviation θ from the reference azimuth (θ0) of
-θ〇-θ2 is calculated in step R4. When the azimuth deviation θ obtained in this manner is calculated a plurality of times, the average value thereof is calculated and determined in step R5. At that time, when the latest data is detected and calculated, by removing the oldest data and adding the latest data to calculate a so-called moving average value, it is possible to grasp trends due to new data that is being obtained one after another. .
これらの処理と並行してステップR6では撮像手段34
にて得られた画像データを適宜時間間隔(Δt)ごとに
取り込み、次にステップR7では、各画面ごとに植付は
作物個所(NAE)を他の圃場面から抽出区別する2値
化等の特徴抽出を実行する。この特徴は画像処理コント
ローラ38等で記憶させてお(。In parallel with these processes, in step R6, the imaging means 34
The image data obtained in is captured at appropriate time intervals (Δt), and then in step R7, the planting is performed using binarization, etc., which extracts and distinguishes the crop area (NAE) from other field scenes for each screen. Perform feature extraction. This feature is stored in the image processing controller 38, etc.
第5図は植付は作物個所(NAE)を撮像画面40に撮
像した状態を示し、第6図は2Jl@化された画面を示
す。FIG. 5 shows a state in which a planted crop location (NAE) is imaged on the imaging screen 40, and FIG. 6 shows a 2Jl@ screen.
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+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40の他の箇所から分割(S
egmentation) シて特定する2値化処理を
実行する。In this embodiment, when the imaging means 34 is used for color, the RGB color system [red (R), green (G), blue (
The characteristics of the field scene are extracted from the signals of the red, green, and blue components (using the color light of B) as the primary color light and white is obtained by adding light, and the signal output of these three color components is When the signal output ratio of the green (G) component to the total sum (R+G+B=1) is greater than or equal to a predetermined value, it is determined to be a seedling (crop), and the area (N) is divided (S) from other parts of the imaging screen 40.
(egmentation) Execute the binarization process to specify the
なお、色線分のうち緑色成分から青色成分を弓いた色差
画像データ(C;−B)が一定以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。Note that binarization may be performed using color difference processing in which a portion of the color line segment in which the color difference image data (C; -B) obtained by curving the green component to the blue component has an output of a certain level or more is determined to be a seedling.
前記撮像手段34にて一つの画像データ取込みごとに、
データを2値化して得られた複数の植付は作物個所の領
域(Nl)、 (N2)、 (N3)・・・・が−枚の
画面40上に同時に写るから、ステップR8では、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)・・・・に最も近い直線近似と
しての仮想直線にρを計算し、該仮想線KNの撮像画面
40上の基準線KOに対する偏角Δρと横ずれ偏差ρと
を計算する(第6図参照)。Each time one image data is captured by the imaging means 34,
For the plurality of plantings obtained by binarizing the data, the crop area (Nl), (N2), (N3), etc. are simultaneously displayed on - number of screens 40, so in step R8, two After performing calculations to determine the coordinates of the position of each crop point, each valued planting area (Nl),
(N2), (N3)... is calculated for the virtual straight line as the closest linear approximation, and the declination angle Δρ and lateral deviation deviation ρ of the virtual line KN with respect to the reference line KO on the imaging screen 40 are calculated. (See Figure 6).
この仮想線にβの計算は画像処理コントローラ3Bに予
め組み込まれたソフトによる計算手法で、例えば良く知
られた最小二乗誤差法やハフ(HOUGII)変換法等
によるものであり、ハフ変換では、XY直交座標系のあ
る一点(Xi、Yi )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P i =Xicos 0
i 4−Yisin θiで表現できる。Calculation of β on this virtual line is performed using software pre-installed in the image processing controller 3B, such as the well-known least squares error method or the Hough (HOUGII) transform method. When a certain point (Xi, Yi) in the orthogonal coordinate system is given, all line segments passing through it are P i =Xicos 0 in the polar coordinate system.
It can be expressed as i4-Yisin θi.
従って、撮像画面40における前記各領域(Nl) 。Therefore, each of the areas (Nl) on the imaging screen 40.
(N2)、 (N3)・・・・ごとにその線分群を極座
標系(p i =Xicos θi +Yisin θ
i)で表現するハフ処理を実行し、同一のρ及びθを取
る頻度を次元ヒストグラムとして計数し、その最大値と
なるρ0及びθ0を求めて、前記−枚の画面ごとに作物
列の仮想直線にβを特定するものである。For each (N2), (N3)...
Execute the Hough processing expressed in i), count the frequency of taking the same ρ and θ as a dimensional histogram, find the maximum values of ρ0 and θ0, and calculate the virtual straight line of the crop row for each of the - screens. This specifies β.
このようにして求められた各仮想直線にβ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
る角度である偏角Δρと、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 (撮像画面40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
である横ずれ偏差ρとを前記各仮想直線Kffiごとに
計算するのである(ステップR9)。β is the reference line Ko for each virtual straight line obtained in this way.
The reference point 0 (on the imaging screen 40 7! From the center position, etc.) to a virtual straight line along the X-axis direction! The lateral deviation deviation ρ, which is the distance up to this point, is calculated for each virtual straight line Kffi (step R9).
なお、撮像画面40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。In addition, when it is on the right side of the reference line KO in the imaging screen 40, ρ>0, and when it is on the left side, ρ<0.
また、撮像画面40における上方に行くに従って仮想線
が基準線Koより右に傾く場合をΔρ〉0、反対の場合
をΔρ〈0とする。Furthermore, the case where the virtual line tilts to the right from the reference line Ko as it goes upward on the imaging screen 40 is assumed to be Δρ>0, and the opposite case is assumed to be Δρ<0.
そして、ステップRIOでは、前記複数本の仮想直線H
xごとに計算されたΔρ及びρの値の平均値を求めるが
、このとき前記θの場合と同様最新のデータによる傾向
を加味するため、いわゆる移動平均の計算を実行する。Then, in step RIO, the plurality of virtual straight lines H
The average value of the values of Δρ and ρ calculated for each x is calculated, but at this time, in order to take into account the trend based on the latest data, as in the case of θ, a so-called moving average calculation is performed.
次いでステップR11において前記方位偏差θが不感帯
βより大きいか否かを判別し、同様にステップR12に
おいて前記計算された偏角Δρが不感帯α及びβの範囲
内にあるか否かを判別し、これらの判別結果にてそれ以
後の操舵制御の出力信号の重み付けをどのようにするか
を決定づけるのである。Next, in step R11, it is determined whether the azimuth deviation θ is larger than the dead zone β, and similarly, in step R12, it is determined whether the calculated declination angle Δρ is within the range of the dead zones α and β. The determination result determines how to weight the output signals of subsequent steering control.
操舵修正制御の安定性を確保するため、計算された方位
偏差θおよび偏角Δρが一定の範囲内にあるとき(不感
帯内にあるとき)には、操舵駆動手段例えば油圧シリン
ダへの制御弁の駆動電磁ソレノイドが作動せず、その範
囲を越えたとき(不感帯を越えたとき)はじめて電磁ソ
レノイドが作動するようにするものである。In order to ensure the stability of steering correction control, when the calculated azimuth deviation θ and yaw angle Δρ are within a certain range (within a dead zone), the control valve of the steering drive means, such as a hydraulic cylinder, is The drive electromagnetic solenoid does not operate, and the electromagnetic solenoid operates only when the range is exceeded (the dead zone is exceeded).
従って、撮像手段34により得られた画像情報から基準
線Koに対する作物列の左右偏角Δρを利用して、その
作物列の側方に沿って略並行状に倣うように細かく操舵
修正するので、この偏角Δρに対する不感帯(基準線に
対する左右の角度)αは小さく設定すべきである。Therefore, by using the left/right deviation angle Δρ of the crop row with respect to the reference line Ko from the image information obtained by the imaging means 34, fine steering correction is made so as to follow the crop row in a substantially parallel manner along the sides of the crop row. The dead zone (angle to the left and right with respect to the reference line) α for this deflection angle Δρ should be set small.
反対に地磁気センサー35にて得られた方位偏差θを利
用するのは、基準等の作物列に対して進行方向が大きく
左右に傾いているか否かの判定のときであるから、この
場合の不感帯(基準線に対する左右の角度)βは前記α
より大きく設定する(第7図参照)。On the other hand, the azimuth deviation θ obtained by the geomagnetic sensor 35 is used to determine whether or not the direction of travel is significantly tilted to the left or right with respect to the reference crop row, so the dead zone in this case (Left and right angles with respect to the reference line) β is the above α
(See Figure 7).
第4−b図において、−点鎖線で囲まれた部分は、操舵
の為の出力信号をどの偏差(ファクタ)に重点をおいて
決定するかの決定手段であり、ファジィ制御の推論を利
用して出力信号の大きさを決定しても良いし、検出(計
算)された方位偏差θや偏角Δρに比例する出力信号で
あっても良いし、方位偏差θや偏角Δρの二つの変数と
する線型関数関係として出力信号の大きさを求めるよう
にしても良く、いずれにしても、この出力信号の大きさ
に応じて操舵コントローラ31から自動操舵制御弁27
の電磁ソレノイドを駆動させる。In Fig. 4-b, the part surrounded by the -dotted chain line is the means for determining which deviation (factor) to focus on when determining the output signal for steering, and it uses the inference of fuzzy control. The magnitude of the output signal may be determined using The magnitude of the output signal may be determined as a linear functional relationship between the steering controller 31 and the automatic steering control valve 27 in accordance with the magnitude of the output signal.
to drive the electromagnetic solenoid.
そして、前記ステップR11で、地磁気センサーにより
検出された方位偏差θが大なる不感帯βよりも大きいと
判断されるときには、走行機体1の進行方向の向きが作
物列の並ぶ方向から大きくずれているのであるから、そ
の方位偏差θが小さくなる方向への操舵修正を優先的に
実行すべく、この地磁気センサーによる方位偏差θの検
出結果に重点を置くように重み付けを大きくした操舵制
御を実行する(ステップR13)のである。Then, in step R11, when it is determined that the azimuth deviation θ detected by the geomagnetic sensor is larger than the large dead zone β, the traveling direction of the traveling body 1 is largely deviated from the direction in which the crop rows are lined up. Therefore, in order to preferentially execute steering correction in the direction in which the azimuth deviation θ is smaller, steering control is executed with increased weighting so as to place emphasis on the detection result of the azimuth deviation θ by this geomagnetic sensor (step R13).
前記ステップR12に判別にて、撮像手段34による偏
角Δρが小さい側の不感帯αの値より小さいと判断する
ときには、修正操舵のための出力信号を出すことなくそ
のままを維持する。つまり車輪の方向変化はない(ステ
ップR14)。When it is determined in step R12 that the deflection angle Δρ by the imaging means 34 is smaller than the value of the smaller dead zone α, the output signal for corrective steering is not outputted and the deviation angle Δρ is maintained as it is. In other words, there is no change in the direction of the wheels (step R14).
α〈Δρ〈βの状態では、方位偏差が基準方向に対して
それ程大きく隔たってはおらず、しかも作物列に対する
撮像手段34の検出結果から見ると偏角Δρがやや大き
い場合となるから、当該撮像手段34による検出結果に
重点を置くように重み付けする(ステップR15)。In the state of α〈Δρ〈β, the azimuth deviation is not so far apart from the reference direction, and the deviation angle Δρ is rather large from the detection result of the imaging means 34 for the crop row, so the image Weighting is performed to place emphasis on the detection result by means 34 (step R15).
そして、θくβで、Δρ〉βの場合には、撮像手段34
と地磁気センサー35の両者の検出結果を略平等に考慮
する重み付けする制御を実行するのである(ステップR
16)。When θ<β and Δρ>β, the imaging means 34
The detection results of the geomagnetic sensor 35 and the geomagnetic sensor 35 are weighted to be considered approximately equally (step R).
16).
以下、データ記憶部や演算部、比較部等を有する中央制
御装置30において、前記複数の偏差ρΔρ、θ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、この操舵指示量Sに対応して操
舵コントローラ31、例えばステアリングの回動駆動の
ための自動操舵制御弁27などに操舵修正のための出力
信号を出力する場合を説明する。Thereafter, in the central control unit 30 having a data storage section, a calculation section, a comparison section, etc., a steering instruction amount S is calculated based on the plurality of deviations ρΔρ, θ according to a control theory such as fuzzy control, and the steering instruction amount S is A case will be described in which an output signal for steering correction is outputted to the steering controller 31, for example, the automatic steering control valve 27 for rotationally driving the steering wheel, in response to the instruction amount S.
この場合、ファジィ制御では、前記撮像手段34と地磁
気センサー35とによるデータを高速で実行するため、
作物列の検出や方位偏差検出の精度を落としたことを補
うため、その精度の荒い検出値、つまりあいまいな入力
で実用可能な制御出力を得ることができるものであり、
また、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適するものである。In this case, in the fuzzy control, data from the imaging means 34 and the geomagnetic sensor 35 are processed at high speed;
In order to compensate for the loss of accuracy in crop row detection and azimuth deviation detection, it is possible to obtain practical control outputs with less accurate detection values, that is, ambiguous inputs.
In addition, the relationship between the conditions of the detection target and the controlled amount in control,
In other words, it is suitable for control when it is difficult to strictly model and describe the relationship between input and output.
さらに、本発明のように検出手段が撮像手段と地磁気セ
ンサーというように、−見間違のないものを、複数組合
せて制御の条件部分とする場合にもファジィ制御が適す
るものである。Furthermore, fuzzy control is also suitable when the detection means is an imaging means and a geomagnetic sensor, as in the present invention, in which a plurality of unmistakable elements are combined as a control condition part.
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。Next, fuzzy control using fuzzy inference will be explained.
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。Generally, in control using fuzzy inference, a control algorithm is described as an ambiguous relationship between input variables of multiple pieces of information for control, for example, two input variables (x, y) and an output (operated amount) 2 to a control device. It is something to do.
例えば、 もしXが小さく、yが大きいならば、2は中にする。for example, If X is small and y is large, 2 should be in the middle.
もしXが大きく、yが中ならば、2は大きくする。If X is large and y is medium, make 2 large.
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。The control algorithm is expressed by what is called a fuzzy control rule of the form (if-then), such as: rule i
The part f... is called the antecedent part, and the part then... is called the consequent part.
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、自動操舵の操作指
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、前記横ずれ偏差ρと方位偏差θとの
データの組を前件部とし、自動操舵の操作指示量Sを後
件部とする、ファジィ制御規則を2−1から2−9まで
の9個、合計18個の規則を第1表(その1及びその2
)に示す。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O(直進)にする
、ということを示す。Now, in applying this fuzzy control rule to automatic steering control, in this embodiment, a set of data of lateral deviation ρ and deviation angle Δρ of crop rows is used as an antecedent part, and automatic steering operation instruction amount S is the consequent part, nine fuzzy control rules 1-1 to 1-9 are set, the data set of the lateral deviation ρ and the azimuth deviation θ is the antecedent part, and the automatic steering operation instruction amount S is The nine fuzzy control rules from 2-1 to 2-9, for a total of 18 rules, that are used as the consequent part are listed in Table 1 (Part 1 and Part 2).
). Here, rule 1-1 indicates that if the label of ρ is O and the label of Δρ is 0, S should be set to O (straight ahead).
第2表から第4表までは、各偏差ρ、Δρ、θの各入力
変数と操作指示量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。In Tables 2 to 4, the fuzzy variables taken by the input variables of the deviations ρ, Δρ, and θ and the output variable of the operation instruction amount S are shown as discrete fuzzy variables that are discretized into an integer domain. It is something.
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
ンハーシソプ関数という。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。The area of fuzzy variables, which is an ambiguous area, is defined by giving the degree (grade) to which the elements (members) of the entire set of input variables are included in the area (domain). The function that gives is called the Menharsisop function. For example, the domain of fuzzy variables of ρ is the element (member) of the entire set of strike-slip deviations ρ.
It is defined by giving the degree (grade) that is included in the domain (domain).
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。The (value) at the top of each table indicates the range of each variable. For example, -5 to 5 in Table 2 is the input variable ρ
is the value taken by
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」、「小さく右j、「0」、「小さく左」、「
大きく左」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=メンバーシップ値)
を、0から10までの整数で段階的に表す。In the example, the label of the fuzzy variable in each table is “
"Big right", "Small right j", "0", "Small left", "
The degree to which the value of the variable is included in the set of these labels (degree of fit = membership value)
is expressed in stages as an integer from 0 to 10.
1 “ フ シイ 1′1 のメンバーシップ X (110,67)画素 △ のメンバージ ブ ×( 1/20 )rad。1 “Fushii 1’1 membership of X (110,67) pixels △ membership of Bu ×( 1/20) rad.
θのメンバージ ブ ×( 1/20 )rad。Membership of θ Bu ×( 1/20) rad.
Sのメンバージ プ
操舵操作指示量
以下に、ρ−3(単位110.67画素)、Δρ−1(
単位1/20rad、) 、θ−−3 (単位1 /2
0rad、)のとき、本実施例でのファジィ推論の制御
方法を説明する。Below the member zip steering operation instruction amount of S, ρ-3 (unit: 110.67 pixels), Δρ-1(
Unit 1/20rad, ), θ--3 (Unit 1/2
0rad, ), the fuzzy inference control method in this embodiment will be explained.
ρ−3とΔρ−1の組から成立するファジィ制御規則は
第2表、その1からNo、1−1. No、1−4.
No、1−8の3つであり、ρ−3とθ−−3の組から
成立するファジィ制御規則は第2表、その2からNo、
2−INo、2−2 No、2−4 No、2−8の4
つである。The fuzzy control rules established from the set of ρ-3 and Δρ-1 are shown in Table 2, Nos. 1 to 1-1. No. 1-4.
There are three, No. 1-8, and the fuzzy control rules that are established from the set of ρ-3 and θ--3 are shown in Table 2, from No. 2 to No.
2-I No, 2-2 No, 2-4 No, 2-8-4
It is one.
ファジィ制御規則のNo、1−1において、前件部とし
てのρのラベルは「0」を取る。このときの変数ρ−3
が取り得る、前記ラベル「0」におけるメンバーシップ
関数の適合度は、第2表から「3」となる。同様に前件
部としてのΔρのラベルは「0」を取る。このときの変
数Δρ−1が取り得る、前記ラベル「0」におけるメン
バーシップ関数の適合度は、第3表から「7」となる。In fuzzy control rule No. 1-1, the label of ρ as the antecedent part takes "0". Variable ρ-3 at this time
The fitness degree of the membership function at the label "0" that can be taken is "3" from Table 2. Similarly, the label of Δρ as the antecedent part takes "0". The degree of fitness of the membership function at the label "0" that the variable Δρ-1 can take at this time is "7" from Table 3.
この2つのメンバージップ関数の適合度「3」及び「7
」のうち小さい方の値「3」を、ファジィ制御規則のN
o、1−1の「もしρがOでΔρが0ならば」という前
件部全体の条件に対する適合度とする。The fitness of these two member zip functions is "3" and "7".
”, the smaller value “3” is set as N of the fuzzy control rule.
o, 1-1 is the degree of conformance to the condition of the entire antecedent part, ``If ρ is O and Δρ is 0.''
さらに、前記ファジィ制御規則のNo、1−1の後件部
(推論結果)「Sを0にする」によって与えられる、当
該操作指示量Sのラベルは「0」であるから、第5表に
おける離散型メンバーシップ関数の適合度の上限を、前
記前件部全体における適合度の「3」とする(第8図(
a)参照)。Furthermore, since the label of the operation instruction amount S given by the consequent part (inference result) of No. 1-1 of the fuzzy control rule "S is set to 0" is "0", in Table 5 The upper limit of the fitness of the discrete membership function is set to "3", which is the fitness of the entire antecedent part (Fig. 8 (
a)).
以下前記と同様にファジィ制御規則歯2−8まで合計7
の処理を実行したのち、各々の規則からiMられた操作
指示量Sを合成する。合成は各々の操作指示量Sを重ね
合せて、最大値を採用して得る。Thereafter, in the same way as above, the fuzzy control rule teeth 2-8 are set for a total of 7
After executing the process, the amount of operation instruction S obtained from each rule is combined. The combination is obtained by superimposing the respective operation instruction amounts S and adopting the maximum value.
最終的な値である操作指示量Sは、こうして得3〇−
られたSのメンバーシップ関数の集合の重心位置の値(
3=−1,71)とする(第10図参照)。The final value of the operation instruction amount S is determined by the value of the center of gravity of the set of membership functions of S obtained in this way (
3=-1,71) (see Figure 10).
これらのメンバーシップ関数を、前記各表を参照して、
ファジィ制御規則隘1−1については第8図(a)に示
し、同様にファジィ制御規則階1−4については第8図
(b)、ファジィ制御規則階18については第8図(C
)、ファジィ制御規則隔2−1については第9図(a)
に示し、ファジィ制御規則No、2−2については第9
図(b)、ファジィ制御規則隔2−4については第9図
(C)、ファジィ制御規則No、 2−8については第
9図(d)に各々示される。These membership functions can be determined by referring to each table above.
Fuzzy control rule level 1-1 is shown in FIG. 8(a), similarly, fuzzy control rule level 1-4 is shown in FIG. 8(b), and fuzzy control rule level 18 is shown in FIG. 8(C).
), and Fig. 9(a) for fuzzy control rule interval 2-1.
The fuzzy control rule No. 2-2 is shown in No. 9.
FIG. 9(b), fuzzy control rule interval 2-4 is shown in FIG. 9(c), and fuzzy control rule No. 2-8 is shown in FIG. 9(d).
この場合、例えばファジィ制御規則IVk11.1−1
の操作指示量Sの適合度は、高さ「3」より下の部分で
ある太線で囲まれた領域となる。In this case, for example, the fuzzy control rule IVk11.1-1
The degree of suitability of the operation instruction amount S is the area below the height "3", which is surrounded by a thick line.
最終的な操舵指示量Sの数値に応じて、中央制御装置3
0に出力信号を出し、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。The central control device 3
0, the electromagnetic solenoid of the steering control valve 27 is activated, and the hydraulic cylinder 22 that changes the rotation angle of the steering arm 20 in the steering mechanism is driven to perform corrective steering, and on the side of a predetermined crop row, Automatic steering control is executed in which the traveling machine 1 moves forward in parallel along the crop row.
この場合、ステアリングアーム20の回動角度を検出す
るポテンショメータ28にて前車輪3が既に進行方向に
対して右または左に傾く操舵角度を有しているか否かの
判断を実行して、作物列と並行状態に進行する収束制御
に役立てることができる。In this case, the potentiometer 28 that detects the rotation angle of the steering arm 20 determines whether or not the front wheels 3 already have a steering angle that tilts to the right or left with respect to the direction of travel. This can be useful for convergence control that progresses to a parallel state.
また、操舵修正制御を実行するとき、前記ポテンショメ
ータ28にて実際の車輪の舵取り角度を検出できるが、
このときのポテンショメータ28の角度の変化の量若し
くは前記の操舵指示量Sと、前記地磁気センサーの方位
偏差θの変化量とを比較することにより、圃場が軟弱で
あるか硬質であるかを判別することができる。Furthermore, when executing steering correction control, the actual steering angle of the wheels can be detected by the potentiometer 28;
By comparing the amount of change in the angle of the potentiometer 28 at this time or the above-mentioned steering instruction amount S with the amount of change in the azimuth deviation θ of the geomagnetic sensor, it is determined whether the field is soft or hard. be able to.
即ち、現実に車輪が方向変更した角度若しくは車輪操舵
の指令の量(操舵量)よりも地磁気センサーの方位偏差
θの変化量が小さいときには、車輪が圃場面に対して横
滑り等のすべり現象が生じていると判断でき、圃場が軟
弱である。In other words, when the amount of change in the azimuth deviation θ of the geomagnetic sensor is smaller than the actual angle at which the wheels change direction or the amount of wheel steering command (steering amount), a slipping phenomenon such as skidding of the wheels against the field surface occurs. It can be determined that the field is weak.
反対に、操舵量に対して地磁気センサーによる方位偏差
の変化量が大きいときには、車輪が圃場面に対して横滑
りすることが少なく、操舵の修正に対して走行機体の向
き変更が良く追従していることになり、圃場は硬質であ
ると判断できるのである。On the other hand, when the amount of change in the azimuth deviation measured by the geomagnetic sensor is large relative to the amount of steering, the wheels rarely skid relative to the field, and the direction change of the traveling aircraft follows the steering correction well. Therefore, it can be determined that the field is hard.
また、区画整理された大規模階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
する地磁気センサーによる検出結果の方位偏差θのメン
バーシッ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れば、方位を目標とする自動操
舵制御を強く出すことができる。In addition, when farming in areas such as large-scale, graded fields, it is easy for agricultural machinery to move straight because the field is rectangular in plan view. By changing the so-called weighting settings so as to increase the fitness of the membership function of the azimuth deviation θ, it is possible to strongly exert automatic steering control that targets the azimuth.
さらに、方位を目標とする自動操舵制御を強(出すため
に、前記ファジィ制御規則のうち、ρとθとの組合せの
前件部のみとなるように、作業者がファジィ制御のスイ
ッチを切換えても良い。Furthermore, in order to enforce automatic steering control that targets the heading, the operator switches the fuzzy control switch so that only the antecedent part of the combination of ρ and θ is applied in the fuzzy control rule. Also good.
このように、方位を目標とする自動操舵制御を強くすれ
ば、農作業機の直進性能が大幅に向上する。In this way, by strengthening automatic steering control that targets heading, the straight-line performance of agricultural machines can be greatly improved.
反対に圃場の畦際が左右に湾曲しているような箇所では
、作物列の検出結果からの偏差を強く利用するべく、ρ
とΔρとの組合せの前件部のみとなるように、ファジィ
制御のスイッチを切換えたり、作物列の基準線に対する
方位偏差θのメンバーシップ関数の適合度を小さくする
ように、いわゆる重み付けの設定を変更すれば、当該方
位を目標とする自動操舵制御を弱くすることができる。On the other hand, in places where the field edges are curved from side to side, ρ is
The fuzzy control switch is changed so that only the antecedent part of the combination of By changing this, it is possible to weaken the automatic steering control that targets this direction.
このような前記重み付けの設定を自動的または手動的に
変更するように構成しても良いのである。The weighting settings may be changed automatically or manually.
本実施例のように自動操舵制御において、ファジィ制御
を採用すれば、複数の異なる検出対象(本実施例では入
力としての偏差)で、且つ入力条件の種々の組合せを条
件部とする制御が可能となり、しかも、入力の適合度を
制御ソフトにより至極簡単に変更できるのである。If fuzzy control is adopted in automatic steering control as in this example, it is possible to perform control using multiple different detection targets (deviations as inputs in this example) and various combinations of input conditions as condition parts. Moreover, the degree of input suitability can be changed extremely easily using control software.
作物列の基準線に対する方位偏差θや、偏角Δρ、横ず
れ偏差ρを、複数回検出した結果の移動平均値をもって
計算すれば、−回だけの検出結果による誤差を均らしな
がら、且つ最も新しい検出結果も入れてその傾向を考慮
することができるるである。If the azimuth deviation θ, declination angle Δρ, and lateral deviation deviation ρ from the reference line of the crop row are calculated using the moving average values of the results of multiple detections, it is possible to equalize the error caused by the detection results only - times and calculate the most recent one. It is possible to include the detection results and consider the trends.
なお、圃場面の耕盤に凹凸があることにより、走行機体
が左右に傾斜する、つまり車輪が耕盤の凹所に入り込む
ことにより、その側に走行機体が下向きに傾くので、作
物列を撮像する撮像手段を走行機体に固定的に装着して
いると、前記のように走行機体が傾くことによって作物
列の位置が横ずれしたように撮像されるから、この場合
の補正手段として、走行機体の傾斜センサーを装着し、
走行機体の左右傾き角度に応じて撮像手段における左右
基準線を横移動させる補正を実行するのが好ましい。Furthermore, due to the unevenness of the plowing platform in the field, the traveling machine tilts to the left and right.In other words, when the wheels enter the depressions in the tilling platform, the traveling machine tilts downward to that side, making it difficult to image the rows of crops. If the image capturing means is fixedly attached to the traveling machine body, the position of the crop row will be imaged as if it were shifted laterally due to the tilting of the traveling machine body as described above. Attach the tilt sensor
It is preferable to perform a correction that laterally moves the left and right reference lines in the imaging means in accordance with the left and right inclination angle of the traveling aircraft.
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−
a図及び第4−b図は制御フローチャート、第5図は撮
像手段にょる撮像画面の図、第6図は2値化された撮像
画面の図、第7図は不感帯の説明図、第8図の(a)、
(b)(C)はファジィ制御規則その1の場合のメン
バーシップ関数の図、第9図の(a)、(b)、(c)
(d)はファジィ制御規則その2の場合のメンバーシッ
プ関数の図、第10図は操舵指示量の決定方法を示す説
明図である。
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・・・ベ
ソションヶース、17・・・・操向ハンドル、2o・・
・・操縦ハンドル、NAE・・・・植付は作物箇所、1
9・・・・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、3o・・・・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・・・・
地磁気センサー、36・・・・特徴抽出手段、37・・
・・比較部、38・・・・画像処理コントローラ。The drawings show an embodiment of the present invention, in which Fig. 1 is a plan view of a riding rice transplanter, Fig. 2 is a side view, and Fig. 3 is a block diagram of an automatic steering/travel control device and an explanatory diagram of its operation including a hydraulic circuit. , 4th-
Figures a and 4-b are control flowcharts, Figure 5 is a diagram of the imaging screen by the imaging means, Figure 6 is a diagram of the binarized imaging screen, Figure 7 is an explanatory diagram of the dead zone, and Figure 8 Figure (a),
(b) (C) is a diagram of the membership function in case of fuzzy control rule 1, (a), (b), (c) in Figure 9
(d) is a diagram of the membership function in the case of fuzzy control rule No. 2, and FIG. 10 is an explanatory diagram showing the method of determining the steering instruction amount. 1... Traveling body, 2... Frame, 3.4...
... Wheels, 5 ... Seedling stand, 6 ... Planting mechanism, 7
...Seedling planting device, 9...Engine, 11...Beaution case, 17...Steering handle, 2o...
... Control handle, NAE ... Planting at crop location, 1
9...Rotation fulcrum shaft, 20...Steering arm, 22...Hydraulic cylinder, 27...Automatic steering control valve, 3o...Central control unit, 31... Steering controller, 32... Traveling controller, 33...
...Detection device, 34...Imaging means, 35...
Geomagnetic sensor, 36...Feature extraction means, 37...
...Comparison section, 38... Image processing controller.
Claims (1)
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、農作業機には、前記作
物列を撮像する撮像手段と、地磁気により走行機体の方
位を検出する地磁気センサーとを搭載し、最初は前記地
磁気センサーにて得られた方位を基準に自動走行させて
基準作物列を形成し、該基準作物列等の側方においては
、前記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により各々画像処理し
て農作業機の直進等の基準に対する前記作物列の特徴の
偏差と、地磁気センサーにより得られた基準に対する方
位偏差とを各々演算し、該両偏差の大小に応じて操舵出
力信号の値を決定する決定手段にて自動操舵することを
特徴とする農作業機における自動操舵制御装置。(1) In a device that automatically controls an agricultural machine such as a rice transplanter so that it runs approximately parallel to and along the rows of crops already planted in a field, the machine The machine is equipped with an imaging means for taking an image of the ground, and a geomagnetic sensor that detects the direction of the traveling machine using the earth's magnetism. Initially, the machine automatically travels based on the direction obtained by the geomagnetic sensor to form a reference crop row, and On the sides of the crop row, etc., each image information obtained by the imaging means is processed by a feature extracting means for extracting features such as binarization, and the crop row is determined based on a standard such as straight forward movement of the agricultural machine. The vehicle is characterized by automatic steering using a determining means that calculates the deviation of the characteristic of the steering wheel and the azimuth deviation with respect to the reference obtained by the geomagnetic sensor, and determines the value of the steering output signal according to the magnitude of both deviations. Automatic steering control device for agricultural machinery.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63209163A JP2667462B2 (en) | 1988-08-23 | 1988-08-23 | Automatic steering control device for agricultural work machine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63209163A JP2667462B2 (en) | 1988-08-23 | 1988-08-23 | Automatic steering control device for agricultural work machine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0257110A true JPH0257110A (en) | 1990-02-26 |
| JP2667462B2 JP2667462B2 (en) | 1997-10-27 |
Family
ID=16568368
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63209163A Expired - Lifetime JP2667462B2 (en) | 1988-08-23 | 1988-08-23 | Automatic steering control device for agricultural work machine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2667462B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5439748A (en) * | 1991-09-12 | 1995-08-08 | Nitto Denko Corporation | Water-soluble or water-dispersible pressure-sensitive adhesive tape |
| JP2012079022A (en) * | 2010-09-30 | 2012-04-19 | Honda Motor Co Ltd | Controller for autonomous-running service vehicle |
| WO2024049315A1 (en) * | 2022-08-30 | 2024-03-07 | Topcon Positioning Systems, Inc. | Automated steering by machine vision |
-
1988
- 1988-08-23 JP JP63209163A patent/JP2667462B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
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| US5439748A (en) * | 1991-09-12 | 1995-08-08 | Nitto Denko Corporation | Water-soluble or water-dispersible pressure-sensitive adhesive tape |
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| US8744663B2 (en) | 2010-09-30 | 2014-06-03 | Honda Motor Co., Ltd. | Control apparatus for autonomous operating vehicle |
| WO2024049315A1 (en) * | 2022-08-30 | 2024-03-07 | Topcon Positioning Systems, Inc. | Automated steering by machine vision |
| US20240389494A1 (en) * | 2022-08-30 | 2024-11-28 | Topcon Positioning Systems, Inc. | Automated steering by machine vision |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2667462B2 (en) | 1997-10-27 |
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