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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-12-21
(54)【発明の名称】物質独立質量流量センサ
(51)【国際特許分類】
G01F 1/80 20060101AFI20231214BHJP
【ＦＩ】
G01F1/80
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023517294
(86)(22)【出願日】2021-12-10
(85)【翻訳文提出日】2023-05-15
(86)【国際出願番号】 US2021072866
(87)【国際公開番号】W WO2022126136
(87)【国際公開日】2022-06-16
(31)【優先権主張番号】63/124,690
(32)【優先日】2020-12-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】505315742
【氏名又は名称】トプコン ポジショニング システムズ， インク．
(74)【代理人】
【識別番号】100096884
【弁理士】
【氏名又は名称】末成 幹生
(72)【発明者】
【氏名】フィッツシモンズ，ジョン ピー．
(72)【発明者】
【氏名】イートン，デビッド シー．
【テーマコード（参考）】
2F035
【Ｆターム（参考）】
2F035JA03
(57)【要約】
【課題】コンバインによって収穫される穀物の質量流量の計算に使用することができる信号を生成するために、物質独立質量流量センサが使用される。
【解決手段】物質の質量を決定するための方法は、三点計測トランスデューサからのデータを受信するステップと、前記三点計測トランスデューサからの前記データに基づいて物体の質量位置の角度中心を決定するステップを含む。前記物体の摩擦係数が決定される。前記物体の速度が決定される。前記物体の質量が決定される。前記物体の前記質量は、前記物体の質量位置の前記角度位置、前記物体の前記摩擦係数、および前記物体の前記速度に基づいて決定することができる。
【選択図】図３
【解決手段】物質の質量を決定するための方法は、三点計測トランスデューサからのデータを受信するステップと、前記三点計測トランスデューサからの前記データに基づいて物体の質量位置の角度中心を決定するステップを含む。前記物体の摩擦係数が決定される。前記物体の速度が決定される。前記物体の質量が決定される。前記物体の前記質量は、前記物体の質量位置の前記角度位置、前記物体の前記摩擦係数、および前記物体の前記速度に基づいて決定することができる。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
物質独立質量流量センサ（ＭＩＭＦＳ）内を移動する物体の質量を決定する方法であって、前記物体が前記ＭＩＭＦＳ内を移動するとき、負荷屈曲に取り付けられた三点計測トランスデューサからのデータを受信し、
前記三点計測トランスデューサからの前記データに基づいて前記負荷屈曲に沿った前記物体の質量位置の角度中心を決定し、
前記物体の摩擦係数を決定し、
前記物体の速度を決定し、
前記物体の質量位置の前記角度中心と、前記物体の前記摩擦係数と、前記物体の前記速度とに基づいて前記物体の質量を決定する
ことを特徴とする方法。
【請求項2】
前記三点計測トランスデューサから受信した前記データは、屈曲力データＦＢ、伸縮力データＦＳ、およびトルクデータＴを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記物体の質量位置の角度中心を決定することは、さらに、ＦＢ、ＦＳ、Ｔ、負荷屈曲半径Ｒ、トランスデューサ取付オフセットＥおよび機械基準面に対するトランスデューサ取付角度位置βに基づくことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項4】
屈曲力ＦＢが正の値の場合、前記物体の質量位置の角度中心は、以下の式を用いて計算されることを特徴とする請求項３に記載の方法。【数6】
【請求項5】
屈曲力ＦＢが負の値の場合、前記物体の質量位置の角度中心は、以下の式を用いて計算されることを特徴とする請求項３に記載の方法。【数7】
【請求項6】
前記物体の前記摩擦係数を決定することは、質量位置の前記角度中心α、ＦＢ、ＦＳ、およびβに基づくことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項7】
前記物体の前記摩擦係数は、以下の式を用いて計算されることを特徴とする請求項６に記載の方法。【数8】
【請求項8】
前記物体の前記速度を決定することは、前記物体の質量位置の前記角度中心α、前記物体の前記摩擦係数μ、前記負荷屈曲の半径Ｒ、重力加速度ｇ、機械基準面に対する前記負荷屈曲の負荷入口の角度位置δ、真の水平からの機械基準面の前記角度オフセットθ、および、位置δにて前記物体が前記負荷屈曲に入るときの前記物体の初速度ｖ０に基づくことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項9】
前記物体の前記速度は、下記式を用いて計算されることを特徴とする請求項８に記載の方法。【数9】
【請求項10】
前記物体の質量を決定することは、さらに、前記三点計測トランスデューサが計測した屈曲力ＦＢ、前記三点計測トランスデューサに取り付けられた負荷屈曲の半径Ｒ、機械基準面に対するトランスデューサ取付の角度位置β、重力加速度ｇ、計算された速度ｖ、および、真の水平からの機械基準面の角度オフセットθに基づくことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項11】
前記物体の前記質量は、下記式を用いて計算されることを特徴とする請求項１０に記載の方法。【数10】
【請求項12】
さらに、前記質量が前記負荷屈曲上に位置する時間に基づいて計測時間を決定し、
前記質量および前記計測時間に基づいて質量流量を決定し、
前記質量および前記計測サンプリング速度に基づいて増加分質量を決定し、および、
増加分質量を加算することによって合計質量を決定する
することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項13】
負荷屈曲の一端において受容した物体を前記負荷屈曲の他端へ案内するよう構成された前記負荷屈曲と、屈曲力ＦＢ、伸縮力ＦＳおよびトルクＴを計測するための、前記負荷屈曲に取り付けられた三点計測トランスデューサと、
プロセッサと、
コンピュータプログラム命令を格納するメモリと
を備えた物質独立質量流量センサ（ＭＩＭＦＳ）であって、
前記コンピュータプログラム命令は、前記プロセッサ上で実行される場合、以下のステップを備えた動作を前記プロセッサに実施させるものであり、
前記ステップは、
前記三点計測トランスデューサから受信したデータに基づいて前記負荷屈曲に沿った前記物体の質量位置の角度中心を決定し、
前記物体の摩擦係数を決定し、
前記物体の速度を決定し、および、
前記質量の質量位置の前記角度中心と、前記質量の前記摩擦係数と、前記質量の前記速度に基づいて前記物体の質量を決定する
ことを特徴とする物質独立質量流量センサ（ＭＩＭＦＳ）。
【請求項14】
前記三点計測トランスデューサから受信した前記データは、屈曲力データＦＢ、伸縮力データＦＳ、およびトルクデータＴを含むことを特徴とする請求項１３に記載の物質独立質量流量センサ。
【請求項15】
前記物体の質量位置の前記角度中心を決定することは、さらに、ＦＢ、ＦＳ、Ｔ、負荷屈曲半径Ｒ、トランスデューサ取付オフセットＥおよび機械基準面に対するトランスデューサ取付角度位置βに基づくことを特徴とする請求項１４に記載の物質独立質量流量センサ。
【請求項16】
農地から物質を収穫するコンバインであって、前記コンバインは、物質独立質量流量センサ（ＭＩＭＦＳ）を有し、前記物質独立質量流量センサ（ＭＩＭＦＳ）は、
負荷屈曲の一端において受容した物体を前記負荷屈曲の他端へ案内するよう構成された前記負荷屈曲と、
屈曲力ＦＢ、伸縮力ＦＳおよびトルクＴを計測するための、前記負荷屈曲に取り付けられた三点計測トランスデューサと、
プロセッサと、
コンピュータプログラム命令を格納するメモリと
を備え、
前記コンピュータプログラム命令は、前記プロセッサ上で実行される場合、以下のステップを備えた動作を前記プロセッサに実施させるものであり、
前記ステップは、
前記三点計測トランスデューサから受信したデータに基づいて前記負荷屈曲に沿った前記物体の質量位置の角度中心を決定し、
前記物体の摩擦係数を決定し、
前記物体の速度を決定し、および、
前記質量の質量位置の前記角度中心と、前記質量の前記摩擦係数と、前記質量の前記速度に基づいて前記物体の質量を決定する
ことを特徴とするコンバイン。
【請求項17】
前記三点計測トランスデューサから受信した前記データは、屈曲力データＦＢ、伸縮力データＦＳ、およびトルクデータＴを含むことを特徴とする請求項１６に記載のコンバイン。
【請求項18】
前記物体の質量位置の前記角度中心を決定することは、さらに、ＦＢ、ＦＳ、Ｔ、負荷屈曲半径Ｒ、トランスデューサ取付オフセットＥおよび機械基準面に対するトランスデューサ取付角度位置βに基づくことを特徴とする請求項１７に記載のコンバイン。
【請求項19】
前記物体の質量を決定することは、さらに、機械基準面に対する前記負荷屈曲への前記入口の前記角度位置δと、真の水平からの機械基準面の前記角度オフセットθと、前記負荷屈曲に入る前記質量の前記初速度ｖ０と、重力加速度ｇに基づくことを特徴とする請求項１４に記載の物質独立質量流量センサ。
【請求項20】
前記物体の前記質量は、下記式を用いて計算されることを特徴とする請求項１９に記載のコンバイン。【数10】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、農業収量モニタリングに係り、特に、収量モニタリングで使用する物質独立質量流量センサに関する。
【背景技術】
【0002】
農地から穀物を収穫するために使用されるコンバインは、収穫される穀物の様々な特性を検出するためのセンサを備えたものが多い。収穫された穀物の質量に関する情報は、農地から収穫された穀物の収量を決定するのに役立つ。収穫された穀物の質量流量計測を利用して、収量を決定することができる。決定された収量はまた、特定地域からの収量を増加させるために、特定地域の作物を農業材料によってどのように扱われるべきかを決定することにも利用することができる。
【0003】
穀物移送装置での従来の質量流量計測では、最良近似の方法および装置が利用される。コンバインの場合、穀物流は、精白穀物昇降装置を超えて力計測装置に備えられた衝突板によって阻害される。力測定装置において、穀物の部分的な衝突は、負荷に比例する電気信号を生成し、続いて備えられた電子計算装置においてデジタル表示を生成する。力測定装置は通常、衝突力を検出する単向性のセンサである。穀物流はまた、案内屈曲（例えば、屈曲板）によっても阻害される。屈曲板を使用する場合、穀物流は屈曲板に沿って動くよう導かれ、穀物が案内屈曲に衝突したりそれに沿って動くことによって生じる力（例えば、衝突力および／または求心力）をセンサが検出する。衝突または求心力から穀物流への変換は、多くの労力により作成した参照表および／または区分的非線形の衝突力曲線を利用するものであり、これら表および／または曲線は、これらのみに限定されないが穀物種類、湿気量、温度、穀物速度、衝突板および周囲構造の物理的寸法等といった多くの変数に依存し、通常、収穫季節を通じて常に検証および／または再較正を必要としている。必要なものは、ユーザに正確な収量計測を容易に得させるための装置である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本開示は、コンバインによって収穫された穀物の質量流量を計算するための物質独立質量流量センサに関する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
一実施形態においては、物質独立質量流量センサ（Ｍａｔｅｒｉａｌ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｍａｓｓ ｆｌｏｗ ｓｅｎｓｏｒ， ＭＩＭＦＳ）を通過する物体の質量を決定するには、物体がＭＩＭＦＳを通過する時に負荷屈曲に取り付けられた三点計測トランスデューサからデータを受信することを含む。三点計測トランスデューサからのデータに基づく負荷屈曲に沿った物体の質量位置の角度中心が決定される。一実施形態においては、物体の質量位置の角度中心は、屈曲力ＦＢ、伸縮力ＦＳ、トルクＴ、負荷屈曲半径Ｒ、トランスデューサ取付オフセットＥおよび機械基準面に対するトランスデューサ取付角度位置βの計測に基づいて決定される。物体の摩擦係数が決定される。一実施形態においては、物体の摩擦係数は、質量位置の角度中心α、ＦＢ、ＦＳ、およびβに基づいて決定される。物体の速度が決定される。一実施形態においては、物体の速度は、質量位置の角度中心α、物体の摩擦係数μ、負荷屈曲半径Ｒ、重力加速度ｇ、機械基準面に対する負荷屈曲入口の角度位置δ、および位置δにて負荷屈曲に入るときの物体の初速度がν０であることに基づく。物体の質量が決定される。一実施形態においては、物体の質量は、物体の質量位置の角度中心、物体の摩擦係数、および物体の速度に基づいて決定される。一実施形態においては、物体の質量はさらに、負荷屈曲半径Ｒ、機械基準面に対するトランスデューサ取付角度位置β、重力加速度ｇ、真の水平からの機械基準面の角度オフセットθおよびＦＢに基づく。一実施形態においては、計測時間、具体的には質量が負荷屈曲に位置する時間が決定される。一実施形態においては、計測時間は、負荷屈曲に沿った質量の平均速度に基づいて決定される。一実施形態においては、計測時間はさらに、機械基準面に対する負荷屈曲入口の角度位置δ、機械基準面に対する負荷屈曲出口の角度位置γ、および負荷屈曲半径Ｒに基づく。質量流量が決定される。一実施形態においては、質量流量は、物体の質量および計測時間に基づいて決定される。増加分質量が決定される。一実施形態においては、増加分質量は、物体の質量、三点計測トランスデューサの計測サンプリング速度および計測時間に基づいて決定される。合計質量が決定される。一実施形態においては、合計質量は、過程の継続時間を通しての増加分質量を合計することにより決定される。物質独立質量流量センサおよび物質独立質量流量センサを有するコンバインも説明する。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【0007】
【0008】
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
図１は、農地に位置するコンバイン１０２を示す。コンバイン１０２は、穀物車両１２２に移送される穀物を収穫している。一実施形態においては、コンバイン１０２は、収穫された穀物の様々な属性を決定するためのセンサを装備している。コンバイン１０２が農地内を移動すると、農地内で育成された穀物等の物質を収穫する。収穫された穀物は、コンバイン１０２内に位置する導管を移動し、質量流量センサに作用する。質量流量センサは、質量流量センサが位置する導管内を流れる穀物等の物質の質量を決定する。質量流量センサからのデータおよび穀物車両１２２からのデータは、収穫されている農地の異なる複数の領域で生産された収量を決定することに利用することができる。そして、収量情報は、農地の異なる複数の領域での植え付けや処理を変更することに利用することができる。
【0014】
質量流量メーターは、頻繁な較正を必要とする。この較正が必要とされる理由の一つは、収穫されそれら物質の質量が質量流量センサによって計測される異なる物質の異なる特性（例えば、屈曲衝突板に沿って物質が移動する際に生じる摩擦の量は、物質によって異なる）によるものである。質量流量計測の改良は、本開示で記載されるように、屈曲負荷板に力計測装置を接続することによって可能である。一実施形態においては、質量流量センサは、質量流量センサの屈曲衝突板への物質の作用によって生じる力を感知することができる三点計測トランスデューサを利用する。三点計測トランスデューサによる３つのパラメータのこの感知は、質量流量センサを移動する物質の質量を計算するために用いられる等式から、摩擦といった幾つかの変数を除外することができる。そのような質量流量センサからのデータは、物質の種類に関わりなく、質量流量センサを流れる物質の質量流量を決定するために使用することができる。ここで用いられるように、物質の種類に関わりなく物質の質量流量を決定するように設計された質量流量センサは、物質独立質量流量センサと称される。一実施形態においては、コンバイン１０２は、コンバイン１０２によって収穫された穀物の質量を決定するのに使用される物質独立力質量流量センサを装備している。
【0015】
図２は、負荷屈曲２０２を有する物質独立質量流量センサ（ＭＩＭＦＳ）２００を示す。一実施形態においては、負荷屈曲２０２は、ステンレス鋼製の屈曲板であるが、本開示での使用において形状を維持することができる他の材料から製造することも可能である。一実施形態においては、負荷屈曲は一定の半径を有する。負荷屈曲２０２には力伝達付着具２０４が取り付けられており、負荷屈曲２０２に加えられた力は、力伝達付着具２０４に伝えられる。三点計測トランスデューサ２０６は、負荷屈曲２０２に接触する物質２１０（例えば、穀物）によって生じた力を検出する。一実施形態においては、三点計測トランスデューサ２０６は、屈曲力ＦＢ、伸縮力ＦＳ、およびトルクＴを計測する。曲げ力ＦＢは、センサの屈曲方向に作用する負荷屈曲上の質量の正味の力のベクトル成分であり、それは取付部の角度位置に平行であり、機械基準面に対してβである。ＦＢは、ディファレンシャル曲げ横材や、せん断横材等といった負荷位置に独立なトランスデューサ技術を用いて計測することができる。伸縮力ＦＳは、センサの伸縮方向に作用する負荷屈曲上の質量の正味の力のベクトル成分であり、それはセンサの屈曲方向に直角であり、物質の動作方向での案内屈曲の接線である。ＦＳは、ディファレンシャル曲げ横材や、せん断横材等といった負荷位置に独立なトランスデューサ技術を用いて計測することができる。トルクＴは、屈曲力および伸縮力と、センサのゼロモーメント位置からのそれらのそれぞれの距離によって生じる正味のモーメントである。Ｔは、力と距離の両方に依存する屈曲横材トランスデューサ技術を利用して計測することができる。３つの力の計測は、ＭＩＭＦＳ２００を流れる穀物の質量を決定するために使用される。
【0016】
図３は、穀物２１０に働く力およびＭＩＭＦＳ２００によって計測される力の概略である。３つの力（すなわち、曲げ、伸縮、およびトルク）は、３点計測トランスデューサ２０６によって計測される。ＦＢは、曲げ力であり、接続位置において負荷屈曲２０２に直角である。ＦＳは、伸縮力であり、接続位置において負荷屈曲２０２に平行である。Ｔは、トランスデューサのゼロモーメント位置の周りに負荷屈曲２０２上で質量によって生じるモーメントであり、トルクと称される。三点計測センサ上のゼロモーメント位置とは、屈曲方向または伸縮方向での力のベクトルがゼロのモーメントを生じるところである。これら力のベクトルでゼロモーメント位置と揃っていない位置にあるものは、それぞれの力のベクトルの大きさとそれらのゼロモーメント位置からの距離に比例したモーメントを生じる。
【0017】
穀物２１０に働く力は、図３に示され、次のように計算することができる。ＦＣは以下のように計算される。
ＦＣ＝ｍｖ２／Ｒ
ここで、ＦＣは求心力、
ｍは物質２１０の質量、
ｖは物質２１０の速度、そして、
Ｒは負荷屈曲２０２の半径である。
ＦＣ＝ｍｖ２／Ｒ
ここで、ＦＣは求心力、
ｍは物質２１０の質量、
ｖは物質２１０の速度、そして、
Ｒは負荷屈曲２０２の半径である。
【0018】
ＦＦは、以下のように計算される。
ＦＦ＝μｍｖ２／Ｒ
ここで、ＦＦは摩擦力、
μは負荷屈曲２０２に沿って移動する質量の摩擦係数、
ｍは物質２１０の質量、
ｖは物質２１０の速度、そして、
Ｒは負荷屈曲２０２の半径である。
ＦＦ＝μｍｖ２／Ｒ
ここで、ＦＦは摩擦力、
μは負荷屈曲２０２に沿って移動する質量の摩擦係数、
ｍは物質２１０の質量、
ｖは物質２１０の速度、そして、
Ｒは負荷屈曲２０２の半径である。
【0019】
Ｆｇは、以下のように計算される。
Ｆｇ＝ｍｇ
ここで、Ｆｇは重力による力、
ｍは物質２１０の質量、
ｖは物質２１０の速度、そして、
ｇは重力加速度である。
Ｆｇ＝ｍｇ
ここで、Ｆｇは重力による力、
ｍは物質２１０の質量、
ｖは物質２１０の速度、そして、
ｇは重力加速度である。
【0020】
図３に示すように、機械垂直は、機械基準面に対して垂直である。なお、図３に示すように、機械基準面は水平と等しくない場合もあるので、機械垂直は常に真の垂直と同じとは限らない。例えば、機械が平坦で水平な表面を移動している場合は、機械基準面と真の水平は同じであり、同様に、機械垂直と真の垂直は同じである。
【0021】
図３に示すように、いくつかの公知のパラメータがある。δは、機械基準面に対する負荷屈曲入口（すなわち、負荷屈曲２０２に沿った位置であって穀物のような物質が最初に負荷屈曲に衝突する位置）の角度位置である。γは、機械基準面に対する負荷屈曲出口（すなわち、負荷屈曲２０２に沿った位置であって穀物のような物質がこれ以上負荷屈曲に衝突しなくなる位置）の角度位置である。βは、機械基準面に対する負荷屈曲／トランスデューサ接続点の角度位置である。それは、機械基準面と、負荷屈曲の曲率中心から負荷屈曲／トランスデューサ接続点２０２への線がなす部分との角度として定義される。角度βも、三点計測センサ２０６に作用する屈曲力ＦＢの機械基準面に対する方向を定義する。Ｒは、負荷屈曲２０２の半径である。Ｅは、負荷屈曲２０２からトランスデューサ２０６接続位置へのβ方向でのオフセット距離である。Ｘは、トランスデューサ接続点位置からトランスデューサのゼロモーメント位置へのβ方向に垂直なオフセット距離である。ｇは、重力による加速度である。
【0022】
一実施形態においては、他の装置からのデータに基づいて、二つの特定の変数が計測、仮定、あるいは入力される。ｖ０は、穀物２１０が負荷屈曲入口の角度位置δにて負荷屈曲２０２に入ってくる際の穀物２１０の質量の初速度である。ｖ０は、穀物が精白穀物エレベータを離れＭＩＭＦＳに入る際に等式ｖ０＝ωｒを利用して推定することができ、ここでωは、エレベータ駆動スプロケットの回転速度であり、ｒは、穀物がエレベータパドルから離れる際のエレベータ駆動スプロケットの軸からの穀物の質量中心の距離である。ωは、コンバイン通信を通じてリアルタイムで読み取ることができ、そして調整することができる。ｒは、手動で設定することができるか、あるいはコンバイン通信を通じて読み取ることができ、そして特定のエレベータ配置に基づいて調整することができる。θは、真の水平からの機械基準面の角度オフセットである。θは、コンバインが収穫の際に農地を動く際の機首の上昇／下降といった、コンバインのピッチ角度である。それは、三点計測センサの一部分としてあるいは内装されたあらゆる利用可能な角度計測装置（例えば、傾斜計、加速度計等）を使用することで、あるいはコンバイン通信によって、リアルタイムで読み取ることができ、調整することができる。
【0023】
物質（例えば、穀物２１０）が負荷屈曲２０２の凹状表面に沿って移動する際に生じる力に影響を与える４つの未知の物理量がある。αは、機械基準面に対する負荷屈曲２０２に沿った質量の角度位置である。μは、負荷屈曲２０２に沿って移動する質量の摩擦係数である。ｖは、負荷屈曲２０２に沿って移動する際の物質の質量の速度である。最後にｍは、負荷屈曲２０２に沿って移動する物質（例えば、穀物２１０）の質量である。
【0024】
未知の各物理量は、等式によって表現することができる。一実施形態においては、４つの未知数を解くには４つの等式が利用される。
【0025】
図４は、物質独立質量流量センサに関連する力の詳細を示し、より具体的には、物質２１０（例えば、穀物）に作用する力を示す。複数の力には、負荷屈曲２０２への垂線であるＦＮと、負荷屈曲２０２への接線であるＦＦＲＩＣＴＩＯＮが含まれ、これらは、負荷屈曲２０２に沿って移動する物質２１０に起因する。
【0026】
ＦＮは、下記を使用して計算される。
ＦＮ＝ｍｖ２／Ｒ －ｍｇｓｉｎ（α＋θ）
ＦＮ＝ｍｖ２／Ｒ －ｍｇｓｉｎ（α＋θ）
【0027】
ここで、
ｍは物質２１０の質量であり、
ｖは物質２１０の速度であり、
Ｒは負荷屈曲２０２の半径であり、
ｇは重力加速度であり、
αは物体の質量中心であり、そして、
θは、水平（真の水平）からの機械基準面の角度オフセットである。
ｍは物質２１０の質量であり、
ｖは物質２１０の速度であり、
Ｒは負荷屈曲２０２の半径であり、
ｇは重力加速度であり、
αは物体の質量中心であり、そして、
θは、水平（真の水平）からの機械基準面の角度オフセットである。
【0028】
ＦＦＲＩＣＴＩＯＮは、下記を使用して計算される。
ＦＦＲＩＣＴＩＯＮ＝μ（ｍｖ２／Ｒ －ｍｇｓｉｎ（α＋θ））
ここで、
μは摩擦係数であり、
ｍは物質２１０の質量であり、
ｖは物質２１０の速度であり、
Ｒは負荷屈曲２０２の半径であり、
ｇは重力加速度であり、
αは物体の質量中心であり、そして、
θは水平（真の水平）からの機械基準面の角度オフセットである。
ＦＦＲＩＣＴＩＯＮ＝μ（ｍｖ２／Ｒ －ｍｇｓｉｎ（α＋θ））
ここで、
μは摩擦係数であり、
ｍは物質２１０の質量であり、
ｖは物質２１０の速度であり、
Ｒは負荷屈曲２０２の半径であり、
ｇは重力加速度であり、
αは物体の質量中心であり、そして、
θは水平（真の水平）からの機械基準面の角度オフセットである。
【0029】
第１の等式は、ポテンシャルエネルギー、力学的エネルギー、および摩擦作用に関係する。
ΔＰＥ＝ΔＫＥ－ΔＷＦＲＩＣＴＩＯＮ
ここで、
ＰＥはポテンシャルエネルギー、
ＫＥは力学的エネルギー、そして、
ＷＦＲＩＣＴＩＯＮは摩擦による仕事である。
ΔＰＥ＝ΔＫＥ－ΔＷＦＲＩＣＴＩＯＮ
ここで、
ＰＥはポテンシャルエネルギー、
ＫＥは力学的エネルギー、そして、
ＷＦＲＩＣＴＩＯＮは摩擦による仕事である。
【0030】
上述したパラメータおよびＦＮおよびＦＦＲＩＣＴＩＯＮに関する計算によってデルタの項を置き換えると、次の等式が得られる。
ここで、
ｍは物質２１０の質量であり、
ｇは重力加速度であり、
δは機械基準面に対する負荷屈曲入口の角度位置であり、
θは水平（真の水平）からの機械基準面の角度オフセットであり、
ｖは物体の速度であり、
ｖ０はδにて物体が負荷屈曲に入るときの物体の初速度であり、
μは摩擦係数であり、
αは物体の質量中心であり、そして、
Ｒは負荷屈曲の半径である。
【数1】
ｍは物質２１０の質量であり、
ｇは重力加速度であり、
δは機械基準面に対する負荷屈曲入口の角度位置であり、
θは水平（真の水平）からの機械基準面の角度オフセットであり、
ｖは物体の速度であり、
ｖ０はδにて物体が負荷屈曲に入るときの物体の初速度であり、
μは摩擦係数であり、
αは物体の質量中心であり、そして、
Ｒは負荷屈曲の半径である。
【0031】
そして、この等式を処理すると、次の等式を生成する。
ここで、
ｍは物質２１０の質量であり、第１の等式から消去され、
ｇは重力加速度であり、
Ｒは負荷屈曲の半径であり、
δは機械基準面に対する負荷屈曲入口の角度位置であり、
θは水平（真の水平）からの機械基準面の角度オフセットであり、
αは物体の質量中心であり、
ｖは物体の速度であり、
ｖ０はδにて物体が負荷屈曲に入るときの物体の初速度であり、そして、
μは摩擦係数である。
【数2】
ｍは物質２１０の質量であり、第１の等式から消去され、
ｇは重力加速度であり、
Ｒは負荷屈曲の半径であり、
δは機械基準面に対する負荷屈曲入口の角度位置であり、
θは水平（真の水平）からの機械基準面の角度オフセットであり、
αは物体の質量中心であり、
ｖは物体の速度であり、
ｖ０はδにて物体が負荷屈曲に入るときの物体の初速度であり、そして、
μは摩擦係数である。
【0032】
図５は、物質独立質量流量センサに関連する付加的な力の詳細を示し、より具体的には、物質２１０（例えば、穀物）に作用する付加的な力を示す。
【0033】
第２の等式は、屈曲方向における複数の力を加算し、それらを０に設定することによって得られる。
ΣＦＢ＝０
屈曲力の等式を解くと、ＦＢは以下の通りになる。
ここで、
ｍは物質２１０の質量であり、
ｇは重力加速度であり、
Ｒは負荷屈曲の半径であり、
δは機械基準面に対する負荷屈曲入口の角度位置であり、
θは水平（真の水平）からの機械基準面の角度オフセットであり、
αは物体の質量中心であり、
ｖは物体の速度であり、
ｖ０はδにて物体が負荷屈曲に入るときの物体の初速度であり、
βは機械基準面に対する負荷屈曲／トランスデューサ接続点の角度位置であり、そして、
μは摩擦係数である。
ΣＦＢ＝０
屈曲力の等式を解くと、ＦＢは以下の通りになる。
【数3】
ｍは物質２１０の質量であり、
ｇは重力加速度であり、
Ｒは負荷屈曲の半径であり、
δは機械基準面に対する負荷屈曲入口の角度位置であり、
θは水平（真の水平）からの機械基準面の角度オフセットであり、
αは物体の質量中心であり、
ｖは物体の速度であり、
ｖ０はδにて物体が負荷屈曲に入るときの物体の初速度であり、
βは機械基準面に対する負荷屈曲／トランスデューサ接続点の角度位置であり、そして、
μは摩擦係数である。
【0034】
第３の等式は、伸縮方向における複数の力を加算し、それらを０に設定することによって得られる。
ΣＦＳ＝０
伸縮力の等式を解くと、ＦＳは以下の通りになる。
ここで、
ｍは物質２１０の質量であり、
ｇは重力加速度であり、
Ｒは負荷屈曲の半径であり、
δは機械基準面に対する負荷屈曲入口の角度位置であり、
θは水平（真の水平）からの機械基準面の角度オフセットであり、
αは物体の質量中心であり、
ｖは物体の速度であり、
ｖ０はδにて物体が負荷屈曲に入るときの物体の初速度であり、
βは機械基準面に対する負荷屈曲／トランスデューサ接続点の角度位置であり、そして、
μは摩擦係数である。
ΣＦＳ＝０
伸縮力の等式を解くと、ＦＳは以下の通りになる。
【数4】
ｍは物質２１０の質量であり、
ｇは重力加速度であり、
Ｒは負荷屈曲の半径であり、
δは機械基準面に対する負荷屈曲入口の角度位置であり、
θは水平（真の水平）からの機械基準面の角度オフセットであり、
αは物体の質量中心であり、
ｖは物体の速度であり、
ｖ０はδにて物体が負荷屈曲に入るときの物体の初速度であり、
βは機械基準面に対する負荷屈曲／トランスデューサ接続点の角度位置であり、そして、
μは摩擦係数である。
【0035】
第４の等式は、ゼロモーメント位置周りのモーメントを加算し、加算されたモーメントを０に設定する。
ΣＭ＝０
ΣＭ＝０
【0036】
トルクの等式を解くと、Ｔは以下の通りになる。
ここで、
ｍは物質２１０の質量であり、
ｇは重力加速度であり、
Ｒは負荷屈曲の半径であり、
δは機械基準面に対する負荷屈曲入口の角度位置であり、
θは水平（真の水平）からの機械基準面の角度オフセットであり、
αは物体の質量中心であり、
ｖは物体の速度であり、
ｖ０はδにて物体が負荷屈曲に入るときの物体の初速度であり、
βは機械基準面に対する負荷屈曲／トランスデューサ接続点の角度位置であり、
Ｘはトランスデューサ接続位置からトランスデューサのゼロモーメント位置へのオフセット距離であり、
Ｅは負荷屈曲からトランスデューサ接続位置へのオフセット距離であり、そして、
μは摩擦係数である。
【数5】
ｍは物質２１０の質量であり、
ｇは重力加速度であり、
Ｒは負荷屈曲の半径であり、
δは機械基準面に対する負荷屈曲入口の角度位置であり、
θは水平（真の水平）からの機械基準面の角度オフセットであり、
αは物体の質量中心であり、
ｖは物体の速度であり、
ｖ０はδにて物体が負荷屈曲に入るときの物体の初速度であり、
βは機械基準面に対する負荷屈曲／トランスデューサ接続点の角度位置であり、
Ｘはトランスデューサ接続位置からトランスデューサのゼロモーメント位置へのオフセット距離であり、
Ｅは負荷屈曲からトランスデューサ接続位置へのオフセット距離であり、そして、
μは摩擦係数である。
【0037】
図６は、一実施形態による物質独立質量流量センサからのデータに基づく物質（例えば、穀物等の物体）の質量を決定するための方法６００のフローチャートを示す。ステップ６０２では、屈曲力、伸縮力、およびトルクに関するデータが三点計測トランスデューサ２０６から受信される。ステップ６０４では、負荷屈曲２０２に沿った物体の質量位置の角度中心αが三点計測トランスデューサからのデータに基づいて決定される。力は、負荷屈曲２０２に沿って移動する物体に起因する。一実施形態においては、質量位置の角度中心αは、センサ計測のＦＢ、ＦＳ、およびＴ、負荷屈曲半径Ｒ、トランスデューサ取付オフセットＥおよび機械基準面に対するトランスデューサ取付角度位置βに基づいて決定される。一実施形態においては、質量位置の角度中心αは、前述のα、μ、ｖおよびｍに関する４つの等式を解くことで生じるαの解のうちの一つを用いることによって決定される。
【数6】
【0038】
一実施形態においては、逆転するような曲げ方向に力を生じるような負荷屈曲配置である場合、負荷屈曲の特定の設計によりこのケースは不要とすることができるが、αの第２の解を置き換えることができる。
【数7】
【0039】
ステップ６０６では、物体の摩擦係数μが決定される。一実施形態においては、ステップ６０４で決定された質量位置の角度中心α、ＦＢ、ＦＳ、およびβに基づいて物体の摩擦係数が計算される。なお、物体の摩擦係数を計算することは、湿気、寸法、形状等の物質の摩擦依存特性の知見を示唆するが、これらの特性に関するデータは、本開示の方法を使用する場合は要求されない。このように、質量流量計測は、物質依存である。一実施形態においては、物体の摩擦係数μを決定するために以下の等式が利用される。
【数8】
【0040】
ステップ６０８では、物体の速度ｖが決定される。一実施形態においては、ｖはステップ６０４で決定された質量位置の角度中心α、ステップ６０６で決定された物体の摩擦係数μ、負荷屈曲２０２の曲率半径Ｒ、重力加速度ｇ、機械基準面に対する負荷屈曲２０２０入口の角度位置δ、および質量が負荷屈曲２０２のδから入る時の初速度ｖ０に基づいて決定される。なお、物体の初速度は、精白穀物エレベータのパラメータに基づいて推定または入力することができる。ｖ０は、穀物が精白穀物エレベータを離れＭＩＭＦＳに入る際に等式ｖ０＝ωｒを利用して推定することができ、ここでωは、エレベータ駆動スプロケットの回転速度であり、ｒは、穀物がエレベータパドルから離れる際のエレベータ駆動スプロケットの軸からの穀物の質量中心の距離である。ωは、コンバイン通信を通じてリアルタイムで読み取ることができ、そして調整することができる。ｒは、手動で設定することができるか、あるいはコンバイン通信を通じて読み取ることができ、そして特定のエレベータ配置に基づいて調整することができる。角度オフセットθは、システム内の他の装置から直接計測することができるか、入力することができる。速度計算における最小の差異としてゼロに等しいとすることは、続けて行う質量系差において数パーセントの明確な差異をもたらすと仮定するべきではない。一実施形態においては、ｖを決定するために以下の等式が用いられる。
【数9】
【0041】
ステップ６１０では、物体の質量ｍが決定される。一実施形態においては、質量ｍは、ステップ６０４で決定された質量位置の角度中心α、ステップ６０６で決定された物体の摩擦係数μ、ステップ６０８で決定された物体の速度ｖ、計測された屈曲力ＦＢ、負荷屈曲２０２の曲率半径Ｒ、機械基準面に対するトランスデューサ取付角度位置β、重力加速度ｇ、および真の水平からの機械基準面の角度オフセットθに基づいて決定される。一実施形態においては、質量ｍを決定するために以下の等式が用いられる。
【数10】
【0042】
なお、解を有効とするためには、求心加速度（ｖ２／Ｒ）と重力の求心方向成分（ｇ＊ｓｉｎ（α＋θ））との差異は非負でなければならない。さもないと、物体は負荷屈曲２０２から脱落してしまう。
【0043】
ステップ６１２では、計測時間、具体的には、質量が負荷屈曲に存在する時間を決定する。一実施形態においては、計測時間は、負荷屈曲入口の角度位置δにおける推測初速度と、負荷屈曲出口の角度位置γに設定された質量中心の角度位置の値αと共にステップ６０８の等式を使用して計算された最終速度との平均に基づいて決定される。一実施形態においては、計測時間はさらに、機械基準面に対する負荷屈曲入口の角度位置δ、機械基準面に対する負荷屈曲出口の角度位置γ、および負荷屈曲半径Ｒに基づく。一実施形態においては、計測時間は以下の等式に基づく。
ｔｍ＝（δ－γ）Ｒ／｛（ｖ０―ｖｆ）／２｝
ここで、
ｔｍは計測時間であり、
δは機械基準面に対する負荷屈曲入口の角度位置であり、
γは機械基準面に対する負荷屈曲出口の角度位置であり、
Ｒは負荷屈曲の半径であり、
ｖ０は負荷屈曲入口δでの推定初速度ωｒであり、そして、
ｖｆは負荷屈曲出口γでの計算された最終速度である。
ｔｍ＝（δ－γ）Ｒ／｛（ｖ０―ｖｆ）／２｝
ここで、
ｔｍは計測時間であり、
δは機械基準面に対する負荷屈曲入口の角度位置であり、
γは機械基準面に対する負荷屈曲出口の角度位置であり、
Ｒは負荷屈曲の半径であり、
ｖ０は負荷屈曲入口δでの推定初速度ωｒであり、そして、
ｖｆは負荷屈曲出口γでの計算された最終速度である。
【0044】
一実施形態においては、最初および／または最終の速度は、光学センサによって計測され、前述の計算で利用される。
【0045】
ステップ６１４では、質量流量が決定される。一実施形態においては、質量流量は、物体の質量と、計測時間に基づいて決定される。一実施形態においては、質量流量を計算するために以下の等式が用いられる。
ｄｍ／ｄｔ＝ｍ／ｔｍ
ここで、
ｄｍ／ｄｔは質量流量であり、
ｍはステップ６１０で決定された質量であり、そして、
ｔｍはステップ６１２で決定された計測時間である。
ｄｍ／ｄｔ＝ｍ／ｔｍ
ここで、
ｄｍ／ｄｔは質量流量であり、
ｍはステップ６１０で決定された質量であり、そして、
ｔｍはステップ６１２で決定された計測時間である。
【0046】
ステップ６１６では、増加分質量が決定される。一実施形態においては、増加分質量は、物体の質量、三点計測トランスデューサの計測サンプリング速度および計測時間に基づいて決定される。一実施形態においては、増加分質量は、以下の等式に基づいて決定される。
ｍｉ＝ｍ／（ｒｍ＊ｔｍ）
ここで、
ｍｉは増加分質量であり、
ｍはステップ６１０で決定された質量であり、
ｒｍは三点計測トランスデューサの計測サンプリング速度であり、そして、
ｔｍはステップ６１２で決定された計測時間である。
ｍｉ＝ｍ／（ｒｍ＊ｔｍ）
ここで、
ｍｉは増加分質量であり、
ｍはステップ６１０で決定された質量であり、
ｒｍは三点計測トランスデューサの計測サンプリング速度であり、そして、
ｔｍはステップ６１２で決定された計測時間である。
【0047】
ステップ６１８では、合計質量が決定される。一実施形態においては、合計質量は、過程の計測時間に亘ってステップ６１６から増加分質量を合計することによって決定される。一実施形態においては、合計質量は、以下の等式を用いて決定される。
Ｍ＝Σｍｉ
ここで、
Ｍは合計質量であり、そして、
ｍｉは増加分質量である。
Ｍ＝Σｍｉ
ここで、
Ｍは合計質量であり、そして、
ｍｉは増加分質量である。
【0048】
図７は、三点計測センサからデータを受信し、力を計算し、質量流量を決定し、本開示で示す等式の結果を決定するために計算を実行するコンピュータの高レベル概略を表す。
【0049】
一実施形態においては、三点計測センサからデータを受信し、力を計算し、質量流量を決定し、本開示で示す等式の結果を決定するために計算を実行するために、コンピュータが使用される。そのようなコンピュータの高レベルブロック図が図７に示されている。コンピュータ７０２は、操作を定義するコンピュータプログラム命令を実行することによりコンピュータ７０２の全体のそのような操作を制御するプロセッサ７０４を含む。コンピュータプログラム命令は、記憶装置７１２またはコンピュータにより可読な他の媒体（例えば、磁気ディスク、ＣＤＲＯＭ等）に格納され、コンピュータプログラム命令の実行が要求されるときはメモリ７１０に読み出される。このように、本開示の方法および等式は、メモリ７１０および／または記憶装置７１２に格納されるコンピュータプログラム命令によって定義することができ、コンピュータプログラム命令を実行するプロセッサ７０４によって制御される。例えば、コンピュータプログラム命令は、図６に示される方法等の本開示の方法および等式によって定義されるアルゴリズムを実行することができる当業者によってプログラムされたコンピュータで実行可能なコードとして実行することができる。したがって、コンピュータプログラム命令を実行することによって、プロセッサ７０４は、図６に示される方法等の本開示の方法および等式によって定義されるアルゴリズムを実行する。コンピュータ７０２はまた、ネットワークを介して他の装置と通信するための一または複数のネットワークインターフェース７０６を含む。コンピュータ７０２はまた、ユーザをコンピュータ７０２と作用可能とする入出力装置７０８（例えば、ディスプレイ、キーボード、マウス、スピーカー、ボタン等）を含む。当業者であれば、実際のコンピュータの実行は同様に他の構成要素も含むことができ、図７は理解を助ける目的でのそのようなコンピュータの構成要素のいくつかの高レベルの代表例であることを認識するであろう。
【0050】
上述の詳細な説明は、限定のためではなく、あらゆる点において理解を助けるためと例示のためであり、本開示での発明概念の範囲は、特許法で許容される全ての幅にしたがって解釈されると理解されるべきである。また、本開示で示され記述された実施形態は、発明概念の原則の理解を助けるためのみであり、発明概念の範囲と本質から離れることなく、当業者によって様々な改良を実行することができると理解されるべきである。当業者は、発明概念の範囲と本質から離れることなく、様々な他の特徴の組み合わせを実行することができる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】