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JP2020202789A - 収穫機 - Google Patents

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一輝 金谷
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一輝 金谷
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Abstract

【課題】適切な株ならい走行を実現することができる収穫機を提供する。【解決手段】コンバイン1は、穀稈を案内する第1分草具31a及び第2分草具31bと、第1分草具31a及び第2分草具31bにより案内された穀稈を引き起こす引起装置32と、引起装置32により引き起こされた穀稈を切断して刈り取る刈取部3と、刈取部3により刈り取られた穀稈を脱穀処理する脱穀部4と、走行部2を制御して穀稈列に沿って自動走行させる株ならい走行を実行する制御装置40と、を備え、刈取部3は、第1分草具31aと穀稈列に属する各穀稈との間の距離を検出する株ならいセンサ35を有し、制御装置40は、株ならいセンサ35により検出された複数の検出結果に基づいて、穀稈列に属する次の穀稈の位置C4を予測し、次の穀稈の位置C4が第1分草具31aの位置に対して所望の位置Ceとなるように前記株ならい走行を実行する。【選択図】図6A

Description

本発明は、収穫機に関する。
従来より穀稈列に沿って収穫機を自動走行させる株ならい走行が知られている(例えば特許文献1)。しかしながら、株ならい走行は、穀稈が一列に綺麗に存在することを前提に、現在の穀稈位置に基づいて実行されており、次の穀稈位置が穀稈列からずれている場合には適切に制御することができない。
実開昭57−056416号公報
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、適切な株ならい走行を実現することができる収穫機を提供することにある。
本発明に係る収穫機は、穀稈を案内する複数の分草具と、前記分草具により案内された穀稈を引き起こす引起装置と、前記引起装置により引き起こされた穀稈を切断して刈り取る刈取部と、前記刈取部により刈り取られた穀稈を脱穀処理する脱穀部と、走行部を制御して穀稈列に沿って自動走行させる株ならい走行を実行する制御部と、を備え、
前記刈取部は、特定の分草具と穀稈列に属する各穀稈との間の距離を検出する検出部を有し、
前記制御部は、前記検出部により検出された複数の検出結果に基づいて、穀稈列に属する次の穀稈の位置を予測し、次の穀稈の位置が前記特定の分草具の位置に対して所望の位置となるように前記株ならい走行を実行する。
かかる構成によれば、過去の穀稈の位置から次の穀稈の位置を予測し、その位置に応じて株ならい走行を実行するので、適切な株ならい走行を実現することができる。
コンバインの全体構成を示す左側面図 刈取部の一部を示す平面図 コンバインの制御構成を示すブロック図 横軸に積算距離、縦軸に第1検出アームのストロークをとったグラフ 横軸に穀稈間隔内でのストロークのピーク値、縦軸に積算距離をとったグラフ 株ならい走行の一例を示す模式図 株ならい走行の一例を示す模式図 株ならい走行の一例を示す模式図 株ならい走行の一例を示す模式図 株割り発生時の株ならい走行の一例を示す模式図
図1は、コンバイン1の全体構成を示す左側面図である。図2は、コンバイン1の一部を示す平面図である。図3は、コンバイン1の制御構成を示すブロック図である。コンバイン1は、自律して走行及び作業が可能なコンバイン(自律型コンバイン)である。
コンバイン1は、自脱形コンバインである。コンバイン1は、走行部2、刈取部3、脱穀部4、選別部5、貯留部6、排藁処理部7、動力部8、及び、操縦部9を備える。
コンバイン1は、走行部2によって走行しつつ、刈取部3によって刈り取った穀稈を脱穀部4で脱穀処理し、選別部5で穀粒を選別して貯留部6のグレンタンク11に貯える。グレンタンク11に貯えられた穀粒は、排出オーガ12によって排出される。また、脱穀後の排藁は排藁処理部7によって処理される。動力部8のエンジン13から、これら走行部2、刈取部3、脱穀部4、選別部5、貯留部6、排藁処理部7に動力が供給される。操縦部9は、運転席14やステアリングハンドル15等の運転操作具を内装するキャビン16を備える。なお、動力部8をエンジン13に代えて、或いは、エンジン13に加えて電動駆動源(モータ)としてもよい。
刈取部3は、複数の分草具31と、引起装置32と、切断装置33と、搬送装置34とを備える。分草具31は、圃場の穀稈を引起装置32へ案内する。引起装置32は、分草具31により案内された穀稈を引き起こす。切断装置33は、引起装置32により引き起こされた穀稈を切断する。搬送装置34は、切断装置33によって切断された穀稈を脱穀部4へ搬送する。
また、刈取部3は、株ならいセンサ35(検出部に相当)を備えている。株ならいセンサ35は、特定の分草具31と穀稈列に属する各穀稈との間の距離を検出することができる。
株ならいセンサ35は、左端の第1分草具31aの下方に取り付けられる第1検出アーム36a(第1検出部に相当)と、左から2番目の第2分草具31bの下方に取り付けられる第2検出アーム36b(第2検出部に相当)とを有する。第1検出アーム36aは、第1分草具31aから右方に向かって突出しており、第1分草具31aの右側に位置する穀稈を検出することができる。また、第2検出アーム36bは、第2分草具31bから左方に向かって突出しており、第2分草具31bの左側に位置する穀稈を検出することができる。すなわち、第1検出アーム36aと第2検出アーム36bは、第1分草具31aと第2分草具31bの間に位置する穀稈を検出可能に構成されている。なお、本実施形態の第1検出アーム36aと第2検出アーム36bは、先端同士が干渉しないように前後方向にずらして配置されているが、上下方向にずらして配置されてもよい。
第1検出アーム36a及び第2検出アーム36bは、コンバイン1に対して前後方向に回動する。第1分草具31aを支持する第1縦パイプ37aには、第1検出アーム36aの回転中心となる第1支軸38aが支持され、第1検出アーム36aが第1支軸38aに回転自在に支持されている。同様に、第2分草具31bを支持する第2縦パイプ37bには、第2検出アーム36bの回転中心となる第2支軸38bが支持され、第2検出アーム36bが第2支軸38bに回転自在に支持されている。
コンバイン1が前進している際に、第1検出アーム36aが穀稈に接触すると、第1検出アーム36aは、第1支軸38aを中心に前方から後方に向かって回動する。第1検出アーム36aと第1縦パイプ37aとの間には、図示しない付勢部材が設けられており、第1検出アーム36aは、穀稈に接触して前方から後方に向かって回動しても、穀稈との接触が解消された場合には後方から前方に向かって回動して元の標準位置に復帰できる。
図2に示すように、第1検出アーム36aは、図示する標準位置から第1支軸38aを中心として後方に回転できる。また、第1縦パイプ37aに対する第1検出アーム36aの回動角度を検出する第1ポテンショメータ39aが、第1検出アーム36aと第1縦パイプ37aとの間に設けられている。第1ポテンショメータ39aは、標準位置からの回動角度として回転角度θ1を検出する。第1検出アーム36aの回転角度θ1は、穀稈の位置が第1支軸38aに近づくほど大きく、穀稈の位置が第1支軸38aから離れるほど小さくなる。これにより、コンバイン1は、回転角度θ1に応じて、第1分草具31aと、第1分草具31aの右方にある穀稈との間の距離を算出することができる。
同様に、第2縦パイプ37bに対する第2検出アーム36bの回動角度を検出する第2ポテンショメータ39bが、第2検出アーム36bと第2縦パイプ37bとの間に設けられており、第2ポテンショメータ39bは、標準位置からの回動角度として回転角度θ2を検出する。これにより、コンバイン1は、回転角度θ2に応じて、第2分草具31bと、第2分草具31bの左方にある穀稈との間の距離を算出することができる。
このような構成により、第1検出アーム36aの回転角度θ1と第2検出アーム36bの回転角度θ2を検出することで、穀稈が第1分草具31aと第2分草具31bの間のどの位置に位置しているかを特定することができる。これにより、穀稈が第1分草具31aと第2分草具31bの間の所望の位置(例えば中心位置)となるようにコンバイン1の進行方向を適宜変更しながら穀稈列に沿って自動走行することが可能となる。
コンバイン1は、測位衛星からの信号を受信して測位する測位ユニット20を備える。測位ユニット20は、移動測位アンテナ22と、データ受信アンテナ23と、を有する。移動測位アンテナ22及びデータ受信アンテナ23は、キャビン16に配置されている。一方、固定測位アンテナ24と、データ通信アンテナ25とが所定位置に配置されている。コンバイン1は、RTK−測位方式を用いて位置情報を取得している。
コンバイン1の制御装置40(制御部に相当)は、CPU等のコンピュータからなる処理部41と、ROM、RAM、ハードディスク、フラッシュメモリ等の記憶部42とを有する。処理部41は、ROMに格納されているプログラム等をRAM上に読み出したうえで、これを実行することができる。記憶部42には、コンバイン1の全長、全幅及び全高等のコンバイン1の諸元のデータ、第1検出アーム36a及び第2検出アーム36bの長さ等の株ならいセンサ35に関する諸元のデータ等が格納されている。また、記憶部42には、予め設定された走行経路のデータが格納されている。
制御装置40は、制御プログラムを処理部41が実行することにより、各種構成要件の作動制御を行う。具体的には、通信時における情報の送受信、各種の入出力制御及び演算処理の制御等を行う。また、制御装置40は、外部とのデータ通信用の通信部43を有する。制御装置40は、通信部43を通じて、他の作業車両(コンバインや、収穫物を搬送するトラック等)、携帯端末等の外部構成と通信可能である。
コンバイン1は、制御装置40の入力側の構成として、測位ユニット20と、エンジン13の回転数を検出するエンジン回転センサ51と、コンバイン1の走行速度を検出する走行速度センサ52と、コンバイン1の機体の変位情報として3方向の加速度を検出するジャイロセンサ53と、コンバイン1の進行方向を検出する方位センサ54と、ステアリングハンドル15の回転角を検出するステアリングセンサ55と、グレンタンク11に貯留される穀粒の量を検出する穀粒センサ56と、を有する。
制御装置40の出力側の構成は、走行部2と、刈取部3と、脱穀部4と、選別部5と、貯留部6と、排藁処理部7と、動力部8と、操縦部9とである。制御装置40は、入力される測位ユニット20からの位置情報及び各種センサによって検出される運転状況(例えばエンジン13の運転状態、機体の姿勢方位、グレンタンク11内の穀粒量等)に基づいて、適宜、走行部2と、刈取部3と、脱穀部4と、選別部5と、貯留部6と、排藁処理部7と、動力部8と、操縦部9とを制御する。このようにして、コンバイン1は、測位ユニット20によって取得された衛星測位情報に基づいて、所定の走行経路に沿って自律的に走行及び作業を実行するように制御されている。
さらに、制御装置40には、第1ポテンショメータ39a及び第2ポテンショメータ39bからの情報が送信される。第1ポテンショメータ39aが検出する回転角度θ1の情報が送信されると、処理部41は、第1検出アーム36aの長さ及び回転角度θ1とから、第1分草具31aの右方にある穀稈から第1分草具31aまでの距離を算出する。また、第2ポテンショメータ39bが検出する回転角度θ2の情報が送信されると、処理部41は、第2検出アーム36bの長さ及び回転角度θ2とから、第2分草具31bの左方にある穀稈から第2分草具31bまでの距離を算出する。
コンバイン1は、株ならいセンサ35によって検出された穀稈列に沿った自動走行を実行することができる。株ならい走行では、コンバイン1は、未刈穀稈が第1分草具31aと第2分草具31bの間の所望の位置となるように所定の走行経路から左右に移動しながら走行する。
以下、図4〜図7を参照して、本発明に係る株ならい走行について説明する。
まず、株ならいセンサ35により穀稈の間隔を検出する。図4は、横軸に積算距離、縦軸にストロークをとったグラフである。ここで、積算距離は、例えば走行速度センサ52等から求められるコンバイン1の移動距離を示している。また、ストロークは、回転角度θ1から求められる第1検出アーム36aの回動量を示しており、ストロークが大きいほど穀稈が第1分草具31aに接近している状態である。図4の例では、コンバイン1が前進するにつれて穀稈が第1分草具31aに近付いている。積算距離と第2検出アーム36bに係るストロークとの関係についても、図4と同様のグラフを得ることができる。2つのグラフから穀稈が第1分草具31aと第2分草具31bのどちらに寄っているか分かる。ストロークが所定の閾値を超過するタイミングを穀稈の間隔とする。
次いで、穀稈の間隔内でのストロークのピーク値を算出する。図5は、横軸に穀稈の間隔内でのストロークのピーク値、縦軸にピーク時の積算距離をとったグラフである。これにより、各穀稈の位置を検出することになる。C3は、コンバイン1の現在位置で穀稈の位置であり、C2は前回の穀稈の位置であり、C1は前々回の穀稈の位置である。
各穀稈の位置(この例ではC1〜C3)から穀稈列の軌跡Tを求めることができる。穀稈列の軌跡Tの方向は、苗を移植した際の移植機の走行方向ともいえる。穀稈列の軌跡方向(移植機の走行方向)と現在のコンバイン1の走行方向の偏差を求める。
また、穀稈列の軌跡Tの方向と、第1分草具31a及び第2分草具31bから各穀稈までの距離とから、穀稈列に属する次の穀稈の位置C4(一定距離後の未刈穀稈の位置)を予測することができる(図5を参照)。
次いで、次の穀稈の位置C4が第1分草具31aの位置に対して所望の位置Ce(この例では第1分草具31aと第2分草具31bの中心位置)となるように、コンバイン1の目標方向Dを設定する。次いで、目標方向Dと現在のコンバイン1の走行方向Fとの偏差を算出する。図6Aに示す例では、現在の穀稈の位置C3が所望の位置Ceから左側に寄っているが、次の穀稈の位置C4が所望の位置Ceの直進方向にあるため、目標方向Dをコンバイン1の走行方向Fと同じ直進方向に設定することで、次の穀稈の位置C4が所望の位置Ceとなる。これに対し、従来の株ならい走行では、現在の穀稈の位置C3が所望の位置Ceから左側に寄っているため、2点鎖線で示す矢印の方向Pに進むように制御され、その結果、次の穀稈の位置C4が所望の位置Ceから右側に寄ってしまっていた。
図6Bに示す例では、現在の穀稈の位置C3が所望の位置Ceにあるため、目標方向Dを軌跡Tの方向と同じ方向に設定することで次の穀稈の位置C4が所望の位置Ceとなる。これに対し、従来の株ならい走行では、現在の穀稈の位置C3が所望の位置Ceにあるため、2点鎖線で示す矢印の方向P、すなわち直進方向に進むように制御され、その結果、次の穀稈の位置C4が所望の位置Ceから右側に寄ってしまっていた。
図6Cに示す例では、現在の穀稈の位置C3が所望の位置Ceから左側に寄っているが、次の穀稈の位置C4が所望の位置Ceの直進方向より右側にあるため、目標方向Dをコンバイン1の走行方向Fより右側に傾けて設定することで、次の穀稈の位置C4が所望の位置Ceとなる。これに対し、従来の株ならい走行では、現在の穀稈の位置C3が所望の位置Ceから左側に寄っているため、2点鎖線で示す矢印の方向Pに進むように制御され、その結果、次の穀稈の位置C4が第2分草具31bに接近してしまっていた。
図6Dに示す例では、現在の穀稈の位置C3が所望の位置Ceから左側に寄っているが、次の穀稈の位置C4が現在の穀稈の位置C3の直進方向にあるため、目標方向Dを従来の株ならい走行の方向Pと同じ方向に設定することで、次の穀稈の位置C4が所望の位置Ceとなる。
最後に、目標方向Dと現在のコンバイン1の走行方向Fとの偏差と、現在の車速(走行速度)とから、指示駆動量(操舵角)を算出する。なお、指示駆動量に対しては、応答遅れが発生するため、フィードフォワードとして、指示駆動量(操舵角)からの予測駆動方向量を算出し、補正するのが好ましい。
以上のように本実施形態のコンバイン1は、穀稈を案内する第1分草具31a及び第2分草具31bと、第1分草具31a及び第2分草具31bにより案内された穀稈を引き起こす引起装置32と、引起装置32により引き起こされた穀稈を切断して刈り取る刈取部3と、刈取部3により刈り取られた穀稈を脱穀処理する脱穀部4と、走行部2を制御して穀稈列に沿って自動走行させる株ならい走行を実行する制御装置40と、を備え、
刈取部3は、第1分草具31aと穀稈列に属する各穀稈との間の距離を検出する株ならいセンサ35を有し、
制御装置40は、株ならいセンサ35により検出された複数の検出結果に基づいて、穀稈列に属する次の穀稈の位置を予測し、次の穀稈の位置が第1分草具31aの位置に対して所望の位置となるように前記株ならい走行を実行する。
かかる構成によれば、株ならいセンサ35で検出された(過去の)複数の穀稈の位置から次の(未来の)穀稈の位置を予測し、その位置に応じて株ならい走行を実行するので、適切な株ならい走行を実現することができる。
また、株ならいセンサ35は、第1分草具31aに取り付けられる第1検出アーム36aと、第1分草具31aに隣接する第2分草具31bに取り付けられる第2検出アーム36bとを有し、
第1検出アーム36a及び第2検出アーム36bは、第1分草具31aと第2分草具31bの間に位置する穀稈を検出可能に構成され、
制御装置40は、第1検出アーム36aの検出結果及び第2検出アーム36bの検出結果に基づいて、穀稈列から一部の穀稈が欠落した欠株の発生、又は第1分草具31a又は第2分草具31bが穀稈に接近して侵入する株割りの発生を特定するようにしてもよい。
穀稈が存在しない場合、第1検出アーム36aと第2検出アーム36bのストロークが共にゼロとなるため、欠株の発生を特定することができる。本実施形態では、穀稈以外の雑草等を考慮して、第1検出アーム36aと第2検出アーム36bのストロークの合計が所定の閾値(欠株閾値)以下の場合に、欠株と判断するようにしている。
また、制御装置40は、欠株の発生を特定した場合に、株ならい走行を停止し、かつ自動直進走行を実行するようにしてもよい。
欠株の場合、次の穀稈の位置を予測することが困難となるため、株ならい走行を停止し、操舵角をゼロとして自動直進走行を実行する。その後、次の穀稈を検出したら株ならい走行を再開する。
また、欠株を検出した場合、欠株の位置をマッピングして、ユーザに報知するようにしてもよい。欠株箇所が分かれば、そこに増肥すべきか否かの判断材料となる。
一方、第1分草具31aと第2分草具31bが穀稈に侵入して株を割ってしまうと、第1検出アーム36aと第2検出アーム36bのストロークは共に最大値となるため、株割りの発生を特定することができる。本実施形態では、第1検出アーム36aと第2検出アーム36bのストロークの合計が所定の閾値(株割り閾値)以上の場合に、株割りと判断するようにしている。
また、制御装置40は、株割りの発生を特定した場合に、株ならい走行を停止し、かつ株割り発生前の第1検出アーム36aの検出結果及び第2検出アーム36bの検出結果に基づいて特定される穀稈への接近方向に対して戻し方向への自動走行を実行するようにしてもよい。
図7は、株割りが発生するまでの様子を示している。コンバイン1は、図7の下から上へ進んでいるものとする。図7の下段に示すように、当初は穀稈Cが第1分草具31aと第2分草具31bのほぼ中心の所望の位置にある。
しかし、図7の中段に示すように、何らかの理由によりコンバイン1が左方向に滑ると、第2分草具31bが穀稈Cに接近して、第2検出アーム36bのストロークが増大する。なお、図7では、第1検出アーム36aが穀稈を検知していないような図となっているが、実際には穀稈Cが第1検出アーム36aに少し接触するため、第1検出アーム36aのストロークもゼロではない。この時点で制御装置40は、目標方向Dを戻し方向(右方向)に設定して走行部2へ指示する。ただし、制御を開始してから走行部2が応答するまでに時間がかかるなどの事情でそのまま左方向に移動した場合、図7の上段に示すように、第1検出アーム36aと第2検出アーム36bのストロークは共に最大値となる。
図7の上段に示す状態のみでは、制御装置40は目標方向Dを左右どちらに設定すればよいか判別できず株ならい走行を行うことはできない。そこで、株割りが発生する場合、その前に、第1検出アーム36aと第2検出アーム36bのどちらかのストロークの値が先に大きくなるため、図7の中段のように第2検出アーム36bのストロークが先に大きくなった場合、第2分草具31bが穀稈Cに接近しながら株割りが発生したことになるので、通常の株ならい走行を停止して目標方向Dを右方向へ設定し、反対に第1検出アーム36aのストロークが先に大きくなった場合、第1分草具31aが穀稈Cに接近しながら株割りが発生したことになるので、通常の株ならい走行を停止して目標方向Dを左方向へ設定して、自動走行を実行する。株割りが解消された場合、通常の株ならい走行を再開する。
[他の実施形態]
前述の実施形態では、株ならいセンサ35を第1分草具31aと第2分草具31bの間に設けているが、これ以外の箇所に設けてもよい。例えば、図2に示す左から3番目の第3分草具31cと左から4番目の第4分草具31dの間に設けてもよい。また、複数の分草具31同士の間にそれぞれ株ならいセンサ35を設けて、複数の株ならいセンサ35を備える構成としてもよい。これにより、複数の穀稈列の中に不規則な穀稈列が含まれる場合にも、適切な株ならい走行を実現することができる。
前述の実施形態では、株ならいセンサ35が、第1検出アーム36aと第2検出アーム36bとで構成されているが、第1検出アーム36aと第2検出アーム36bの何れか一方のみで構成されてもよい。第1検出アーム36aと第2検出アーム36bの何れか一方のみであっても、第1分草具31a及び第2分草具31bと穀稈列に属する各穀稈との距離を検出することは可能である。
本発明は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。
1 コンバイン
2 走行部
3 刈取部
31 分草具
31a 第1分草具
31b 第2分草具
32 引起装置
35 株ならいセンサ
36a 第1検出アーム
36b 第2検出アーム
39a 第1ポテンショメータ
39b 第2ポテンショメータ
40 制御装置

Claims (4)

  1. 穀稈を案内する複数の分草具と、前記分草具により案内された穀稈を引き起こす引起装置と、前記引起装置により引き起こされた穀稈を切断して刈り取る刈取部と、前記刈取部により刈り取られた穀稈を脱穀処理する脱穀部と、走行部を制御して穀稈列に沿って自動走行させる株ならい走行を実行する制御部と、を備え、
    前記刈取部は、特定の分草具と穀稈列に属する各穀稈との間の距離を検出する検出部を有し、
    前記制御部は、前記検出部により検出された複数の検出結果に基づいて、穀稈列に属する次の穀稈の位置を予測し、次の穀稈の位置が前記特定の分草具の位置に対して所望の位置となるように前記株ならい走行を実行する収穫機。
  2. 前記検出部は、前記特定の分草具に取り付けられる第1検出部と、前記特定の分草具に隣接する他の分草具に取り付けられる第2検出部とを有し、
    前記第1検出部及び前記第2検出部は、前記特定の分草具と前記他の分草具の間に位置する穀稈を検出可能に構成され、
    前記制御部は、前記第1検出部の検出結果及び前記第2検出部の検出結果に基づいて、穀稈列から一部の穀稈が欠落した欠株の発生、又は何れかの分草具が穀稈に接近して侵入する株割りの発生を特定する、請求項1に記載の収穫機。
  3. 前記制御部は、欠株の発生を特定した場合に、前記株ならい走行を停止し、かつ自動直進走行を実行する、請求項2に記載の収穫機。
  4. 前記制御部は、株割りの発生を特定した場合に、前記株ならい走行を停止し、かつ株割り発生前の前記第1検出部の検出結果及び前記第2検出部の検出結果に基づいて特定される穀稈への接近方向に対して戻し方向への自動走行を実行する、請求項2に記載の収穫機。
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