JP2022159174A - 高稈作物収穫機の行自動アライメント運転システム及び方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】収穫機の運転手の作業負担を低減し、収穫効率を向上させることができるように、高稈作物収穫機の行自動アライメント運転システム及び方法を提供する。【解決手段】収穫機のデバイダーに設けられて、高稈作物と接触して接触データを収集し、且つ高稈作物と接触する時に変形する弾性体及び前記弾性体の変形状態を検出して前記接触データを生成するためのセンサを含む弾性アライメント感知モジュール（１００）と、前記接触データに基づいて、前記収穫機の現在の行アライメント状態を特定するための処理モジュール（２００）と、前記現在の行アライメント状態に基づいて、収穫機のステアリング信号を特定するための制御モジュール（３００）と、前記ステアリング信号に従って、収穫機がアライメントしている状態で走行するように制御するためのステアリングモジュール（４００）と、を備える。【選択図】図2

Description

本発明の実施例は農業機械運転技術分野に関し、特に高稈作物の収穫機の行自動アライメント運転システム及び方法に関する。
近年、我が国の農村労働力が都市に移転していくにつれて、農村の土地が広く人口が少ない状況は日増しに深刻になっているため、農業生産は自動化やスマート化に急がれている。これと同時に、わが国も農業大国であり、農業機械装備の自動化とインテリジェント化はわが国の現代農業耕作規模化の前提と根本である。現在、我が国では農業自動化において著しい効果が得られているが、スマート化の点で未だ向上が望まれている。トウモロコシ、ソルガム、サトウキビ等の高稈農作物のように、我が国では、作物の種類が多く、前記高稈作物、特にトウモロコシに対して収穫作業を行う場合には、運転者は機械の進行方向を絶えず調整して作業品質を保証し、機械の運転に注意する一方で、供給量などの収穫状況を観察しなければならない。人工操作は作業コストを向上させ、長期作業は運転者を疲労させ、作業効率や作業品質の低下を招く。
本発明の実施例によれば、収穫機の運転手の作業負担を低減し、収穫効率を向上させることができるように、高稈作物収穫機の行自動アライメント運転システム及び方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の実施形態に係る高稈作物収穫機の行自動アライメント運転システムは、収穫機の１つのデバイダーに設けられて、高稈作物と接触して接触データを収集し、且つ高稈作物と接触する時に変形するための弾性体及び前記弾性体の変形状態を検出して前記接触データを生成するためのセンサを含む弾性アライメント感知モジュールと、前記接触データに基づいて、前記収穫機の現在の行アライメント状態を特定するための処理モジュールと、前記現在の行アライメント状態に基づいて、収穫機のステアリング信号を特定するための制御モジュールと、前記ステアリング信号に従って、収穫機がアライメントしている状態で走行するように制御するためのステアリングモジュールと、を備える。
また、幾つかの態様において、前記弾性アライメント感知モジュールは、弾性体、第１のセンサ及び第２のセンサを含み、前記弾性体の両端は、それぞれ前記デバイダーの両側に位置し、前記第１のセンサは、前記弾性体の中心よりも左側に設けられ、前記第２のセンサは、前記弾性体の中心よりも右側に設けられている。
また、幾つかの態様において、前記接触データは、第１のセンサデータと第２のセンサデータとを含み、前記処理モジュールは、前記第１のセンサデータに基づいて特徴値を抽出して第１の特徴値を取得するとともに、前記第２のセンサデータに基づいて特徴値を抽出して第２の特徴値を取得し、前記第１の特徴値及び前記第２の特徴値を予め設定された特徴閾値と比較することで、左右のアライメント隙間状態を特定し、前記左右のアライメント隙間状態に基づいてアライメントに異常があるか否かを判定し、「はい」あれば、前記第１のセンサデータ及び前記第２のセンサデータに基づいて、オフセット方向とオフセット量を決定したり、データの異常を決定したりする。
また、幾つかの態様において、前記左右のアライメント隙間状態は、左側に隙間があり、左側に隙間がなく、右側に隙間があり及び右側に隙間がないという４つの状態を含み、
前記左右のアライメント隙間状態を特定する場合、前記第１の特徴値が前記予め設定された特徴閾値より小さいかまたはそれに等しいであれば、左側に隙間があると判断し、逆に左側に隙間がないと判断し、前記第２の特徴値が前記予め設定された特徴閾値より小さいかまたはそれに等しいであれば、右側に隙間があると判断し、逆に右側に隙間がないと判断する。
また、幾つかの態様において、前記制御モジュールは、前記オフセット方向及び前記オフセット量に基づいて収穫機のステアリング方向及びステアリング角度を特定し、且つ前記ステアリング方向及び前記ステアリング角度に基づいてステアリング信号を生成する。
また、幾つかの態様において、アラームモジュールをさらに備え、
前記処理モジュールは、前記左右のアライメント隙間状態が左側に隙間があり且つ右側に隙間がある時に警告信号を生成し、
前記アラームモジュールは、前記警告信号に基づいて、照明警報又は音声警報を発する。
また、幾つかの態様において、ユーザが入力した作業パラメータを取得するための入力モジュールをさらに備え、
前記作業パラメータは、作業ピッチ、オフセット値、センサキャリブレーション及び電圧特性閾値を含み、前記接触データに合わせてステアリング信号を生成する。
また、幾つかの態様において、収穫機の現在位置を特定する位置決めモジュールと、
収穫機の現在の車体状態を特定する姿勢モジュールと、
前記現在位置、現在の車体状態及び現在の行アライメント状態に応じて収穫機の稼動状況を表示する表示モジュールと、をさらに備える。
一方、本発明の実施形態は、高稈作物収穫機の行自動アライメント運転方法をさらに提供し、この方法は弾性アライメント感知モジュールが高桿作物に接触するときに生成された接触データを取得し、ユーザが入力した作業パラメータを取得するステップと、
前記作業パラメータと前記接触データとに基づいて、収穫機の現在の行アライメント状態を特定するステップと、
前記行アライメント状態に基づいて、収穫機のステアリング方向及びステアリング角度を含むステアリング信号を特定するステップと、
収穫機のステアリングモジュールを制御して、前記ステアリング信号を実行して、収穫機の行アライメント走行を完成するステップと、を備える。
また、幾つかの態様において、前記接触データは、第１のセンサデータと第２のセンサデータとを含み、
前記作業パラメータと前記接触データとに基づいて、収穫機の現在の行アライメント状態を特定するステップは、
前記第１のセンサデータに基づいて特徴値を抽出して第１の特徴値を取得するとともに、前記第２のセンサデータに基づいて特徴値を抽出して第２の特徴値を取得するサブステップと、
前記第１の特徴値及び前記第２の特徴値を予め設定された特徴閾値と比較することで、左右のアライメント隙間状態を特定するサブステップと、
左右のアライメント隙間状態に基づいてアライメントに異常があるか否かを判定するサブステップと、
「はい」あれば、前記第１のセンサデータ及び前記第２のセンサデータに基づいて、オフセット方向とオフセット量を決定したり、データの異常を決定したりする。
本発明の実施例では、弾性アライメント感知モジュールにおいてデバイダーに設けられた弾性体が高桿作物に直接接触して変形することにより、弾性アライメント感知モジュールにおけるセンサにより弾性体の変形に応じて接触データが生成され、処理モジュールにより接触データから現在の走行状態が解析され、さらに制御モジュールにより現在の走行状態からステアリング方向とステアリング角度が演算され、ステアリング方向とステアリング角度がステアリング信号によりステアリングモジュールに送られ、最終的にステアリングモジュールがステアリング信号に基づいてステアリング動作を完了し、収穫機の行自動アライメント運転を実現する。このシステムは、１つの弾性アライメント感知モジュールに基づいて、収穫機による行自動アライメント作業を補助し、収穫機に対して多くの改造を行う必要がなく、収穫機の収穫作業への影響が小さく、収穫機による収穫作業時に自動的に行を照合して、正確な収穫作業を実現し、収穫効率と収穫された作物の品質を向上し、運転手による手動的な行アライメントを必要としなく、運転手の労力の強さが低減される。
本発明の実施例１に係る高稈作物収穫機の行自動アライメント運転システムの構成を示す図である。 本発明の実施例１に係る高稈作物収穫機の概略構成図である。 本発明の実施例１に係る高稈作物収穫機の作業概略図である。 本発明の実施例２に係る高稈作物収穫機の弾性アライメント感知モジュールの構成を示す図である。 本発明の実施例３による高稈作物収穫機の行自動アライメント運転方法の流れを示す図である。
以下、添付図面及び実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。本明細書に記載された特定の実施形態は、本発明の限定ではなく、本発明を説明するために使用されることが理解される。なお、説明を容易にするために、図面には全ての構成ではなく、本発明に関連する部分のみが示されている。
例示的な実施形態をより詳細に説明する前に、幾つかの例示的な実施形態は、フローチャートとして描かれる処理または方法として説明されるべきである。フローチャートは、各ステップを順次の処理として説明するが、その多くのステップは、並列にまたは同時に実施することができる。さらに、各ステップの順序を再配置することができる。その動作が完了すると、処理は終了することができるが、図面に含まれていない追加のステップを有していてもよい。処理は、方法、関数、規程、サブルーチン、サブプログラムなどに対応することができる。
さらに、用語「第１」、「第２」等は、様々な方向、動作、ステップ又は部品等を説明するために本明細書において使用することができるが、これらの方向、動作、ステップ又は部品は、これらの用語に限定されない。これらの用語は、第１の方向、動作、ステップまたは部品と、他の方向、動作、ステップまたは部品とを区別するためにのみ用いられる。例えば、本開示の範囲を逸脱しない限り、第１のモジュールを第２のモジュールと称し、同様に、第２のモジュールを第１のモジュールと称してもよい。第１のモジュールと第２のモジュールとは、双方ともモジュールであるが、同一のモジュールではない。「第１」、「第２」という用語は、相対的重要性を示すか若しくは暗示するものではなく、または示された技術的特徴の数を暗黙的に示すとは理解できない。これにより、「第１」、「第２」が限定された特徴は、１つまたはそれ以上の特徴を明示的または暗示的に含み得る。本発明の実施形態の説明において、「複数」は、特に限定されない限り、少なくとも２つ、例えば２つ、３つ等を意味する。
［実施例１］
本発明の実施例１によれば、トウモロコシ収穫機などの種々の高稈作物収穫機に適用可能である高稈作物収穫機の行自動アライメント運転システムが提供される。このシステムによる高稈作物収穫機は、収穫作業時に自動的に行アライメントを行うことができ、手動操作を削減し、作業負担を軽減して収穫効率を向上させることができる。図１は、本発明の実施例に係る高稈作物収穫機の行自動アライメント運転システムの構成を示す図である。当該システムは、弾性アライメント感知モジュール１００、処理モジュール２００、制御モジュール３００、及びステアリングモジュール４００を備える。
ここで、弾性アライメント感知モジュール１００は、収穫機の１つのデバイダーに設けられ、高稈作物に接触して接触データを収集するために用いられ、且つ高稈作物に接触して変形する弾性体と、当該弾性体の変形状況を検出して接触データを生成するセンサとを備える。
現在、従来の高稈作物収穫機は、収穫時にデバイダーを使用する必要があり、例えば自走式トウモロコシ収穫機では、デバイダーは刈取台の先端に取り付けられ、主にトウモロコシの株を把持して分取して、茎引き溝にトウモロコシ植物体をスムーズに進入させて収穫を完了させる。収穫機の収穫時の作業効果を保証するために、デバイダーがトウモロコシなどの高稈作物と正確にアライメントできることを保証する必要があることに鑑み、本実施例では、デバイダーに高稈作物と行列がアライメントされているかどうかを判断するように、収穫機作業（作物を刈り入れる）時に高稈作物と直接接触して接触データを採取するために用いられる弾性アライメント感知モジュール１００が設けられる。行にずれが生じると作業効果に影響し、不良作物を収穫しやすくなり、収穫機の調整が必要となる。
具体的には、本実施例における弾性アライメント感知モジュール１００は、弾性体とセンサとの協働構造を採用しており、収穫機の稼動時には弾性体が直接高稈作物に接触し、収穫機の前進に伴って、高稈作物の押圧下で弾性体が変形し、センサが弾性体の変形を検知するものである。弾性体の変形が一定条件になれば、デバイダーと高稈作物とのアライメントがずれることが説明される。通常、一台の収穫機の刈取台の先端に複数のデバイダーが設けられており、弾性アライメント感知モジュール１００をいずれのデバイダーに設置しても行列の調整に使用できる。但し、弾性アライメント感知モジュール１００を収穫機の中心に近いデバイダーに載置する場合は調整の方がより便利になり、アライメントがずれているか否かの感知もより正確であるため、幾つかの実施例では、デバイダーの数が奇数のときには、中間のデバイダーに弾性アライメント感知モジュール１００を固定することが好ましく、デバイダーの数が偶数のときには、中間の左寄りの１番目のデバイダーまたは中間の右寄りの１番目のデバイダーに弾性アライメント感知モジュールを固定することが好ましい。
より具体的には、幾つかの実施例では、高稈作物に弾性体が接触すると収穫機の正常な作業に一定の影響を及ぼすことを考慮すると、前記弾性体の水平断面をアーチとし、前記アーチの外側を高稈作物に向けて設けることが望ましい。これは、高稈作物が弾性体に接触した際に、弾性体の外側に沿って弾性体から離れる側に摺動させることができ、収穫機の作業品質を担保するためである。
処理モジュール２００は、前記接触データに基づいて、収穫機の現在の行アライメント状態を決定するものである。
処理モジュール２００は、弾性アライメント感知モジュール１００が検出した接触データを処理し、主に、元のセンサデータから収穫機の現在の行アライメント状態を得るために特徴抽出と算出を行うものである。現在の行アライメント状態は、デバイダーと高稈農作物との行列がアライメントされているかどうかを説明するためのものである。現在の行アライメント状態は、具体的にオフセット方向及びずれ距離を含み、ずれ距離が所定の閾値よりも小さい場合に高稈農作物とデバイダーとがアライメントしていると見なし、逆に高稈農作物とデバイダーがアライメントしていないと見なしてもよい。
具体的には、処理モジュール２００は、弾性アライメント感知モジュール１００におけるセンサに接続されて、センサが採取したデータを直接取得し、且つセンサが採取したデータについて特徴抽出及び計算を行なう。抽出した特徴は、弾性体と高桿作物との接触状況、即ち、対応するデバイダー（弾性アライメント感知モジュール１００が装着されたデバイダー）の現在の行アライメント状態を判定するために用いられる。
制御モジュール３００は、前述の現在の行アライメント状態に基づいて収穫機のステアリング信号を決定するためのものである。
制御モジュール３００は、収穫機のメインコントロールセンターであり、各種の制御信号を発生して収穫機の運転や作業を制御する。制御モジュール３００の中には、各種制御信号の生成に関与するための収穫機の作業パラメータ等の情報が記憶されている。ステアリング信号は、処理モジュール２００が得る、現在の行アライメント状態にオフセット方向及びずれ角度が含まれているときに生成される、対応するターンアクチュエータ（例えば、ステアリングシリンダ等）によるターン完了を制御するための制御信号である。
制御モジュール３００は、処理モジュール２００に接続されており、処理モジュール２００がアップロードしたデータ、即ち現在の行アライメント状態を受信し、且つ現在の行アライメント状態に応じて、収穫機の作業パラメータと合わせて、高稈作物とデバイダーとが整列を保ったまま収穫機の運転方向をどのように調整するかを演算する。具体的には、現在の行アライメント状態にはオフセット方向とオフセット量が含まれている。制御モジュール３００には、オフセット方向とオフセット量から収穫機のステアリング方向とステアリング角度を算出する数式が予め設定されており、さらにステアリング方向とステアリング角度から具体的なステアリング信号が生成される。即ち、制御モジュール３００は、前記オフセット方向及びオフセット量に基づいて収穫機のステアリング方向及びステアリング角度を決定し、前記ステアリング方向及び前記ステアリング角度に基づいてステアリング信号を生成するためのものである。
ステアリングモジュール４００は、前記ステアリング信号に応じて収穫機の走行を制御するためのものである。
ステアリングモジュール４００は、ステアリング信号に応じて収穫機のハンドル方向をリアルタイムで調整し、ステアリング信号の要求に従って収穫機が走行するように制御するための収穫機のターンアクチュエータである。一例では、ステアリングモジュール４００は、電液比例弁、油圧シリンダ及びステアリングホイールを含む。ステアリング信号は、電液比例弁と油圧シリンダの動作を調節し、ステアリングホイールを偏向させて収穫機の走行方向を調整するために用いられる。
理解を容易にするために、本実施形態で提供する高稈作物収穫機の行自動アライメント運転システムを具体例として説明する。図２は、トウモロコシ収穫機の作業概略図を示す図である。
図２に示すように、デバイダー５００には弾性アライメント感知モジュール１００が設置されており、弾性アライメント感知モジュール１００には処理モジュール２００が接続されており、処理モジュール２００には制御モジュール３００が接続されており、制御モジュール３００にはステアリングモジュール４００が接続されている。図３は、同トウモロコシ収穫機の平面図を示している。図３において、当該収穫機では、弾性アライメント感知モジュール１００がデバイダー５００の前端に設けられており、トウモロコシ収穫機が行進につれて弾性アライメント感知モジュール１００がトウモロコシ０００と直接接触する。トウモロコシ０００とデバイダー５００とが併走している時に、弾性アライメント感知モジュール１００は両側に発生する変形状況が同じであることを検出する（トウモロコシは成長時に完全に同じ成長が不可能であることを考慮すると、一定の誤差が許容される）。トウモロコシ０００とデバイダー５００とが併走していない時に、弾性アライメント感知モジュール１００は両側に発生する変形状況が異なることを検出する。収穫機が左側に偏っている最中に、弾性アライメント感知モジュール１００の右側が先にトウモロコシ０００に接触、変形し、収穫機の前進に伴い、弾性アライメント感知モジュール１００の左側が後でトウモロコシ０００に接触、変形する。これにより、接触データは上記前後の変形具合を記録する。処理モジュール２００は、接触データを受信すると、デバイダー５００とトウモロコシ０００との間のオフセット方向およびずれ距離を接触データから算出し、前記収穫機が左へずれると、オフセット方向が左となる。制御モジュール３００は、さらにオフセット方向及びずれ距離に基づいてステアリングモジュール４００を制御するためのステアリング方向とステアリング角度を算出する。例えば、処理モジュール２００が算出したオフセット方向が左であり、オフセット量（ずれ距離）がＸ１であれば、ステアリング方向が右であり、ステアリング角度がＹ、、である。ここで、Ｖ１は収穫機の走行速度を表し、ｗ１は収穫機の作業ピッチ（デバイダーピッチ）を表し、ａ、ｂ、ｃはいずれも予め設定された定数である。ステアリングモジュール４００は、ステアリング信号を受信すると、ステアリング信号におけるステアリング方向とステアリング角度に応じて収穫機のハンドルを調整していく。収穫機の操舵に伴い、接触データは再び変化し、その分のオフセット量も変化していき、ステアリング角度が相応的に変化し、即ちハンドルが走行中に調整されていき、最終的に整列された状態となる。
本実施例による高稈作物収穫機の行自動アライメント運転システムにおいて、弾性アライメント感知モジュールにおいてデバイダーに設けられた弾性体が高稈作物と直接接触して変形することにより、弾性アライメント感知モジュールにおけるセンサが弾性体の変形に応じて接触データを生成し、接触データに基づいて処理モジュールにて現在の行アライメント状態を解析し、現在の行アライメント状態に基づいて制御モジュールにてステアリング方向とステアリング角度とを演算して、ステアリング方向とステアリング角度とをステアリング信号によりステアリングモジュールに送信し、最終的にステアリングモジュールがステアリング信号に基づいてステアリング動作を完了し、収穫機の行自動アライメント運転を実現する。このシステムは、１つの弾性アライメント感知モジュールに基づいて収穫機による行自動アライメント作業を補助し、収穫機に多くの改造を行う必要がなく、収穫機の収穫作業への影響が少なく、収穫機による収穫作業時に自動的に行をアライメントして精緻な収穫作業を実現でき、収穫効率と収穫された作物の品質を向上し、運転手による手動的な行アライメントを必要としなく、運転手の労力の強さが低減される。
［実施例２］
本発明の実施例２に係る高稈作物収穫機の行自動アライメント運転システムは、本発明の実施例１に加えて、弾性アライメント感知モジュールの具体的構成や、如何に接触データに基づいて現在の行アライメント状態を判定するかをさらに説明及び解釈するものである。
弾性アライメント感知モジュール１００は、両端がデバイダー５００の両側にそれぞれ位置する弾性体と、前記弾性体の中心の左側（弾性体上ではない）に設けられた第１のセンサと、前記弾性体の中心の右側（弾性体上ではない）に設けられた第２のセンサと、を含む。前記第１のセンサは、前記弾性体の左側の変形状況に応じて第１の接触データを生成する。前記第２のセンサは、前記弾性体の右側の変形状況に応じて第２の接触データを生成する。
本実施例では、弾性アライメント感知モジュール１００の構成及び作用についてさらに説明する。弾性アライメント感知モジュール１００は、デバイダー５００（弾性アライメント感知モジュール１００が固定されたデバイダー５００を意味する）の両側の高稈作物と収穫機との行アライメント状況、即ち、デバイダー５００の両側の高稈作物と収穫機との相対位置を検出する。弾性体は、デバイダー５００からデバイダー５００の両側に延びて、デバイダー５００の両側の高稈作物にそれぞれ接触するように、両端が１つのデバイダー５００の左右両側にそれぞれ位置している。第１のセンサは、弾性体の中心よりも左側に設けられ、デバイダー５００の左側の高稈作物に弾性体が接触したことによる接触データである第１のセンサデータを検出する。第２のセンサは、弾性体の中心よりも右側に設けられ、デバイダー５００の右側の高稈作物に弾性体が接触したことによる接触データである第２のセンサデータを検出する。つまり、前記接触データは、第１のセンサデータと第２のセンサデータとを含む。
処理モジュール２００は、第１のセンサデータ及び第２のセンサデータを受け取ると、第１の及び第２のセンサデータから、弾性体の両側と高稈作物との接触状況を解析することにより、トウモロコシとデバイダー５００とが整列していないか否か、及び、整列していない場合の具体的なずれ状況を判定する。具体的には、本実施例において、処理モジュール２００が現在の行アライメント状態を解析する過程は、ステップＳ２１０～２４０（図示せず）を含む。
Ｓ２１０では、前記第１のセンサデータに基づいて特徴値を抽出して第１の特徴値を取得し、前記第２のセンサデータに基づいて特徴値を抽出して第２の特徴値を取得する。
本実施例の処理モジュール２００には、センサデータを処理するためのプリセットアルゴリズムが記憶されており、第１のセンサデータ及び第２のセンサデータを受け取ると、プリセットアルゴリズムによりその中から特徴値を抽出し、対応する第１の特徴値及び第２の特徴値をそれぞれ得る。弾性アライメント感知モジュール１００の具体的な構造によって異なる特徴値を採用でき、例えば、角度値、距離値など。本実施例では、第１センサと第２センサが弾性体の変形を検出し、弾性体における対応領域とセンサとの間の距離を解析の根拠とするので、特徴値は距離値である。
Ｓ２２０では、前記第１の特徴値及び前記第２の特徴値を、予め設定された特徴閾値と比較することで、左右のアライメント隙間状態を特定する。
第１のセンサ及び第２のセンサは、それぞれセンサと弾性体との距離を検出しており、弾性体に異なる変形が生じた場合には、第１のセンサ及び第２のセンサと弾性体との距離も変化するが、距離の違いに応じて弾性体の変形状態を逆に推定することによって、デバイダー５００が高桿作物と整列しているか否かを判断する。具体的には、本実施例では、２つのセンサと弾性体との距離状況を左右のアライメント隙間状態で表す。前記左右のアライメント隙間状態は、左側に隙間があり、左側に隙間がなく、右側に隙間があり及び右側に隙間がないという４つの状態を含む。前記左右のアライメント隙間状態を特定することは、第１の特徴値が前記予め設定された特徴閾値以下であれば、左側に隙間があると判断し、逆に左側に隙間がないと判断する。第２の特徴値が前記予め設定された特徴閾値以下であれば、右側に隙間があると判断し、逆に右側に隙間がないと判断する。前述したように、第１のセンサは、前記弾性体の中心よりも左側に位置し、第１のセンサと弾性体との間には、左側に隙間があると左側に隙間がないとの２つの状態が存在する。同様に、第２センサと弾性体との間にも右側に隙間があると右側に隙間がないとの２つの状態が存在する。
Ｓ２３０では、前記左右のアライメント隙間状態に基づいて、行アライメントに異常があるか否かを判断する。
左右のアライメント隙間状態が確定された後、処理モジュール２００は、さらに、現在の収穫機が行アライメントされている状態で作業しているか否かを判断する。左右のアライメント隙間状態は、実際に４つの状況に分けられる。第１に、左側に隙間があり、右側に隙間がなければ、アライメントに異常がある。第２に、左側に隙間がなく、右側に隙間があれば、アライメントに異常がある。第３に、左側に隙間がなく、右側にも隙間がなければ、同時に２つのセンサのデータを計算の根拠として、当該２つのセンサと弾性体との間の距離が等しい否かを判断し（一定の誤差を許す）、等しくなければ、アライメントに異常がある。第４に、左側に隙間があり、右側に隙間があれば、データに異常が発生し、収穫機が作業領域から完全に外れてしまう可能性がある。
Ｓ２４０では、「はい」であれば、前記第１の及び第２のセンサデータから、オフセット方向及びオフセット量を決定したり、データの異常を決定したりする。
ステップＳ２３０における解析の結果によって、左側に隙間があり、右側に隙間がない場合に、オフセット方向が右となり、右側の第２センサデータでオフセット量を決定する必要がある。左側に隙間がなく、右側に隙間がある場合に、オフセット方向が左となり、左側の第１のセンサデータでオフセット量を決定する必要がある。左側に隙間がなく、右側にも隙間がない場合に、同時に２つのセンサのデータを計算根拠とし、さらに２つのセンサと弾性体との距離を判断する必要がある。さらに、距離に応じてオフセット（即ち、アライメントに異常がある）が発生したか否かを決定し、オフセットが発生した場合、第１のセンサデータと第２のセンサデータとを組み合わせてオフセット方向とオフセット距離を特定する必要がある。左側に隙間があり、右側にも隙間がある場合、データに異常が生じていると判断する。
理解を容易にするために、弾性アライメント感知モジュール１００の構成を一具体例にて説明する。図４は、高桿作物収穫機の行自動アライメント運転システムにおける弾性アライメント感知モジュールの構成を示す図である。
弾性アライメント感知モジュール１００は、ハウジング１０１、シールカバー１０２、押さえブロック１０３、弾性体１０４、取付板１０５、第１のセンサトリガ１０６、第１のセンサ１０７（実際には図示しない第２のセンサ及び第２のセンサトリガも含む）及びコネクタ１０８から構成されている。第１のセンサトリガ１０６と第２のセンサトリガは、弾性体１０４内に固定接続されている。弾性体１０４は、押えブロック１０３に固着され、好ましくは接着されている。押えブロック１０３は、ハウジング１０１に固定され、好ましくはボルトにより固定される。第１のセンサ１０７と第２のセンサは、ハウジング１０１に取り付けられる。また、第１のセンサ１０７は、第１のセンサトリガと同軸に取り付けられ、且つ設定された距離を保持する。前記第２のセンサは、前記第２のセンサトリガと同軸に取り付けられ、且つ設定された距離を保持する。前記設定された距離は、５ｍｍであることが好ましい。コネクタ１０８は、シールカバー１０２に固定装着され、且つ第１のセンサ１０７及び第２のセンサに接続されて、第１のセンサ１０７及び第２センサに給電して通信するために用いられる。シールカバー１０２は、ハウジング１０１に固定されて、防塵、防水、油汚れ防止作用に用いる。取付板１０５は、デバイダー５００に連結されており、弾性アライメント感知モジュール１００をデバイダー５００に固定的に取付けるためのものである。
幾つかの実施例にて提供される高稈作物収穫機の行自動アライメント運転システムには、アラームモジュール６００がさらに設けられている。アラームモジュール６００は、スピーカ（ブザー等の素子に置き換え可能）及び／又は指示ランプを含み、収穫機の作業異常時に、ユーザに提示する。前記処理モジュールは、前記左右のアライメント隙間状態が左側に隙間があり且つ右側に隙間がある時に警告信号を生成する。前記アラームモジュール６００は、前記警告信号に基づいて、照明警報又は音声警報を発する。また、前記左右のアライメント隙間状態が左側に隙間があり且つ右側に隙間がある場合に、データに異常が発生したことを表す。このとき、収穫機の作業が完了した場合や、収穫機が作業領域から完全に外れている（例えば、地面の障害物と衝突して走行方向が急変している）場合等が考えられる。
より具体的には、幾つかの実施例に係る高稈作物収穫機の行自動アライメント運転システムにおいて、ユーザが入力した作業パラメータを取得するための入力モジュール７００をさらに備える。前記作業パラメータは、作業ピッチ、オフセット値、センサキャリブレーション及び電圧特性閾値を含み、前記接触データに合わせてステアリング信号を生成する。前述したように、制御モジュール３００の中には、収穫機の作業パラメータ等の情報も記憶されており、各種制御信号の生成に関与するために用いられるが、作業パラメータ情報は一定のルートで入力する必要があり、それはタッチスクリーンやキーボード等のデバイスであっても構わない。勿論、出力モジュールと制御モジュール３００は、１つの表示制御モジュールとして集約することができ、入力と制御の役割を同時に実現することができる。
より具体的には、幾つかの実施例に係る高稈作物収穫機の行自動アライメント運転システムは、収穫機の現在位置を特定する位置決めモジュール８００と、収穫機の現在の車体状態を特定する姿勢モジュール９００と、前記現在位置、現在の車体状態、及び現在の行アライメント状態に応じて収穫機の稼動状況を表示する表示モジュール９１０と、を備えている。収穫機の稼動状況には、複数種類のカスタマイズ情報、例えば、オフセット量、オフセット方向、作業速度、作業モード及び作業峰ピッチ等の情報が含まれる。幾つかの代替実施形態では、表示モジュール９１０、入力モジュール７００及び制御モジュール３００は、１つのモジュール内に一括集積化されていてもよく、例えば、表示制御モジュールは、出力、表示及び制御との３つの機能を同時に備える。
より具体的には、幾つかの実施例で提供される高稈作物収穫機の行自動アライメント運転システムには、手動運転モジュールがさらに含まれる。この手動運転モジュールは、処理モジュール２００がデータに異常が発生すると判断したときに、制御モジュール３００が現在の行アライメント状態に応じて収穫機のステアリング信号を決定する過程を終了して、手動運転モジュールにより運転者の手動運転情報を取得して手動運転信号を生成する。この場合、ステアリングモジュール４００は、手動運転信号に従って収穫機の走行を制御する。もちろん、幾つかの代替実施形態では、手動運転モジュールは、処理モジュール２００がデータ異常を判定したときに手動運転に切り替えるだけでなく、入力モジュール７００が手動運転切替指令を受信したときに手動運転に切り替えることもできる。
本実施例が提供する高桿作物収穫機の行自動アライメント運転システムは、さらに弾性アライメント感知モジュールの具体的な構成、及び弾性アライメント感知モジュールの具体的な構成に基づいて、第１のセンサデータと第２のセンサデータからどのように現在の行アライメント状態を特定するか、さらに現在の行アライメント状態から収穫機が正常に作業しているか否かを特定するようなシステムを説明した。このシステムは、収穫機がアライメントされた状態で作業しているか否かを正常に判定できる他、データに異常が発生する時にアラーム信号を発生して、収穫機の作業の具体的な状況を検査するようにユーザに注意し、作業の安全性を高めた。
本発明の第３実施例は、種々の高稈作物収穫機に適用され、本発明の前述のいずれかの実施例による高稈作物収穫機の行自動アライメント運転システムに基づいて実現され、高稈作物収穫機による収穫作業時に自動的に行アライメントして、人工操作を減らし、作業負担を軽減して、収穫効率を高めたような高稈作物収穫機の行自動アライメント運転方法を提供する。図５は、高稈作物収穫機の行自動アライメント運転方法のフローチャートである。図５に示すように、当該方法は、次のステップを備える。
Ｓ５１０では、弾性アライメント感知モジュールが高桿作物に接触するときに生成された接触データを取得し、ユーザが入力した作業パラメータを取得する。
本実施例が提供する方法は、収穫機の作業時に作業状況に応じてアライメント作業を自動的に行うので、予め収穫機を作業圃場に運転して、手動走行して作業方向を確定した後に、直接に行自動アライメント運転を開始したり、ユーザの自動運転指令に応じて行自動アライメント運転を開始したりする。
Ｓ５２０では、前記作業パラメータと前記接触データとに基づいて、収穫機の現在の行アライメント状態を特定する。
Ｓ５３０では、前記行アライメント状態に基づいて、収穫機のステアリング方向及びステアリング角度を含むステアリング信号を特定する。
Ｓ５４０では、収穫機のステアリングモジュールを制御して、前記ステアリング信号を実行して、収穫機の行アライメント走行を完成する。
幾つかの実施例では、前記接触データは、第１のセンサデータと第２のセンサデータとを含む。前記作業パラメータと前記接触データとに基づいて収穫機の現在の行アライメント状態を特定するステップは、具体的に、以下のサブステップを含む。
前記第１のセンサデータに基づいて特徴値を抽出して第１の特徴値を取得するとともに、前記第２のセンサデータに基づいて特徴値を抽出して第２の特徴値を取得する。
前記第１の及び第２の特徴値を予め設定された特徴閾値と比較することで、左右のアライメント隙間状態を特定する。
前記左右のアライメント隙間状態に基づいてアライメントに異常があるか否かを判定する。
「はい」あれば、前記第１の及び第２のセンサデータから、オフセット方向とオフセット量を決定したり、データの異常を決定したりする。
より具体的には、幾つかの態様において、前記左右のアライメント隙間状態は、左側に隙間があり、左側に隙間がなく、右側に隙間があり、右側に隙間がないという４つの状態を含む。
前記左右のアライメント隙間状態を特定する場合、具体的に、第１の特定値が予め設定された特徴閾値より小さいかまたはそれに等しいであれば、左側に隙間があると判断し、逆に左側に隙間がないと判断し、第２の特徴値が前記予め設定された特徴閾値より小さいかまたはそれに等しいであれば、右側に隙間があると判断し、逆に右側に隙間がないと判断する。
第１の特徴値が前記仮特徴閾値以下であれば左側に隙間があると判断し、逆に左側に隙間がないと判断し、第２の特徴値が前記仮特徴閾値以下であれば右側に隙間があると判断し、逆に右側に隙間がないと判断する。
本実施例に係る高稈作物収穫機の行自動アライメント運転方法は、弾性アライメント感知モジュールにおいてデバイダーに設けられた弾性体が高桿作物に直接接触して変形することにより、弾性アライメント感知モジュールにおけるセンサにより弾性体の変形に応じて接触データが生成され、処理モジュールにより接触データから現在の走行状態が解析され、さらに制御モジュールにより現在の走行状態からステアリング方向とステアリング角度が演算され、ステアリング方向とステアリング角度がステアリング信号によりステアリングモジュールに送られ、最終的にステアリングモジュールがステアリング信号に基づいてステアリング動作を完了し、収穫機の行自動アライメント運転を実現する。このシステムは、１つの弾性アライメント感知モジュールに基づいて、収穫機による行自動アライメント作業を補助し、収穫機に対して多くの改造を行う必要がなく、収穫機の収穫作業への影響が小さく、収穫機による収穫作業時に自動的に行を照合して、正確な収穫作業を実現し、収穫効率と収穫された作物の品質を向上し、運転手による手動的な行アライメントを必要としなく、運転手の労力の強さが低減される。
なお、上記は本発明の好適な実施の形態及び応用された技術的原理に過ぎない。当業者は、ここで述べた特定の実施形態に限定されることなく、当業者にとって、本発明の技術的範囲を逸脱することなく様々な変更、再調整及び代替が可能であることを理解するであろう。したがって、以上の実施例により本発明をより詳細に説明したが、本発明は以上の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなく、さらに他の等価な実施例を含むことができ、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって定められる。
１００ 弾性アライメント感知モジュール
２００ 処理モジュール
３００ 制御モジュール
４００ ステアリングモジュール
５００ デバイダー

Claims (10)

  1. 高稈作物収穫機の行自動アライメント運転システムであって、
    収穫機の１つのデバイダーに設けられて、高稈作物と接触して接触データを収集し、且つ高稈作物と接触する時に変形するための弾性体及び前記弾性体の変形状態を検出して前記接触データを生成するためのセンサを含む弾性アライメント感知モジュールと、
    前記接触データに基づいて、前記収穫機の現在の行アライメント状態を特定するための処理モジュールと、
    前記現在の行アライメント状態に基づいて、前記収穫機のステアリング信号を特定するための制御モジュールと、
    前記ステアリング信号に従って、前記収穫機がアライメントしている状態で走行するように制御するためのステアリングモジュールと、
    を備えることを特徴とする高稈作物収穫機の行自動アライメント運転システム。
  2. 前記弾性アライメント感知モジュールは、前記弾性体、第１のセンサ及び第２のセンサを含み、
    前記弾性体の両端は、それぞれ前記デバイダーの両側に位置し、前記第１のセンサは、前記弾性体の中心よりも左側に設けられ、前記第２のセンサは、前記弾性体の中心よりも右側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の高稈作物収穫機の行自動アライメント運転システム。
  3. 前記接触データは、第１のセンサデータと第２のセンサデータとを含み、
    前記処理モジュールは、前記第１のセンサデータに基づいて特徴値を抽出して第１の特徴値を取得するとともに、前記第２のセンサデータに基づいて特徴値を抽出して第２の特徴値を取得し、
    前記第１の特徴値及び前記第２の特徴値を予め設定された特徴閾値と比較することで、左右のアライメント隙間状態を特定し、
    前記左右のアライメント隙間状態に基づいてアライメントに異常があるか否かを判定し、
    「はい」であれば、前記第１のセンサデータ及び前記第２のセンサデータに基づいて、オフセット方向とオフセット量を決定したり、データの異常を決定したりすることを特徴とする請求項２に記載の高稈作物収穫機の行自動アライメント運転システム。
  4. 前記左右のアライメント隙間状態は、左側に隙間があり、左側に隙間がなく、右側に隙間があり及び右側に隙間がないという４つの状態を含み、
    前記左右のアライメント隙間状態を特定する場合、前記第１の特徴値が前記予め設定された特徴閾値より小さいかまたはそれに等しくあれば、左側に隙間があると判断し、逆に左側に隙間がないと判断し、前記第２の特徴値が前記予め設定された特徴閾値より小さいかまたはそれに等しくあれば、右側に隙間があると判断し、逆に右側に隙間がないと判断することを特徴とする請求項３に記載の高稈作物収穫機の行自動アライメント運転システム。
  5. 前記制御モジュールは、前記オフセット方向及び前記オフセット量に基づいて前記収穫機のステアリング方向及びステアリング角度を特定し、且つ前記ステアリング方向及び前記ステアリング角度に基づいてステアリング信号を生成することを特徴とする請求項３に記載の高稈作物収穫機の行自動アライメント運転システム。
  6. アラームモジュールをさらに備え、
    前記処理モジュールは、前記左右のアライメント隙間状態が左側に隙間があり且つ右側に隙間がある時に警告信号を生成し、
    前記アラームモジュールは、前記警告信号に基づいて、照明警報又は音声警報を発することを特徴とする請求項４に記載の高稈作物収穫機の行自動アライメント運転システム。
  7. ユーザが入力した作業パラメータを取得するための入力モジュールをさらに備え、
    前記作業パラメータは、作業ピッチ、オフセット値、センサキャリブレーション及び電圧特性閾値を含み、前記接触データに合わせてステアリング信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の高稈作物収穫機の行自動アライメント運転システム。
  8. 収穫機の現在位置を特定する位置決めモジュールと、
    収穫機の現在の車体状態を特定する姿勢モジュールと、
    前記現在位置、現在の車体状態及び現在の行アライメント状態に応じて前記収穫機の稼動状況を表示する表示モジュールと、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の高稈作物収穫機の行自動アライメント運転システム。
  9. 弾性アライメント感知モジュールが高桿作物に接触するときに生成された接触データを取得し、ユーザが入力した作業パラメータを取得するステップと、
    前記作業パラメータと前記接触データとに基づいて、収穫機の現在の行アライメント状態を特定するステップと、
    前記行アライメント状態に基づいて、前記収穫機のステアリング方向及びステアリング角度を含むステアリング信号を特定するステップと、
    前記収穫機のステアリングモジュールを制御して、前記ステアリング信号を実行して、前記収穫機の行アライメント走行を完成するステップと、
    を備えることを特徴とする高稈作物収穫機の行自動アライメント運転方法。
  10. 前記接触データは、第１のセンサデータと第２のセンサデータとを含み、
    前記作業パラメータと前記接触データとに基づいて、前記収穫機の現在の行アライメント状態を特定するステップは、
    前記第１のセンサデータに基づいて特徴値を抽出して第１の特徴値を取得するとともに、前記第２のセンサデータに基づいて特徴値を抽出して第２の特徴値を取得するサブステップと、
    前記第１の特徴値及び前記第２の特徴値を予め設定された特徴閾値と比較することで、左右のアライメント隙間状態を特定するサブステップと、
    左右のアライメント隙間状態に基づいてアライメントに異常があるか否かを判定するサブステップと、
    「はい」であれば、前記第１のセンサデータ及び前記第２のセンサデータに基づいて、オフセット方向とオフセット量を決定したり、データの異常を決定したりすることを特徴とする請求項９に記載の高稈作物収穫機の行自動アライメント運転方法。
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