| 【発明の名称】 |
作業高さ制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】高橋 清一
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| 【要約】 |
【課題】必要とするレーザ光に基づいて精度の高く対地作業装置の制御を行う昇降装置を構成する。
【解決手段】レーザ灯台Ｔから発信されるレーザ光Ｌに対して、レーザ灯台Ｔを特定する識別信号を伝送し、レベルセンサＳで受信したレーザ光の識別信号に基づいて、受信したレーザ光が必要とする基準光線であると判断した場合にのみ、このレーザ光Ｌを基準と整地ブレード９の昇降制御を行うよう制御装置の制御動作を設定した。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 地上に設置した発信部から水平方向に発信された基準光線を受信する受信部と、この受信部で計測される基準光線のレベルに基づいて対地作業装置の昇降制御を行う制御手段とを備えた作業高さ制御装置であって、前記発信部が、その発信部を特定する識別信号を基準光線で伝送するよう構成されると共に、この発信部からの基準光線で伝送される識別信号に基づいて基準光線を発信した発信部を識別し、この識別結果に基づいて特定の発信部からの基準光線に基づいた昇降制御を行うよう前記制御手段の制御動作が設定されている作業高さ制御装置。
【請求項２】 地上に設置した発信部から水平方向に発信された基準光線を受信する受信部と、この受信部で計測される基準光線のレベルに基づいて対地作業装置の昇降制御を行う制御手段とを備えた作業高さ制御装置であって、前記発信部が、電源の電圧低下、設置地面の振動等の前記発信部の複数種の状況のうち、少なくとも１つの状況を示す状況信号を基準光線で伝送するよう構成されると共に、この発信部からの基準光線で伝送される状況信号に基づいて発信部の状況を判別するよう前記制御手段の制御動作を設定してある作業高さ制御装置。
【請求項３】 地上に設置した発信部から水平方向に発信された基準光線を受信する受信部と、この受信部で計測される基準光線のレベルに基づいて対地作業装置の昇降制御を行う制御手段とを備えた作業高さ制御装置であって、前記発信部が地上に複数個設置されると共に、夫々の発信部が縦向き姿勢の軸芯周りで旋回する形態で基準光線を発信し、かつ、この基準光線で発信部の位置を示す座標信号、若しくは、発信部を特定する識別信号と、発信部から発信される光線の発信方向を示す方向信号とを伝送するよう構成され、これら発信部からの基準光線で伝送される２種の信号に基づいて対地作業装置の作業位置を求めるよう前記制御手段の制御動作が設定されている作業高さ制御装置。
【請求項４】 地上に設置した発信部から水平方向に発信された基準光線を受信する受信部と、この受信部で計測される基準光線のレベルに基づいて対地作業装置の昇降制御を行う制御手段とを備えた作業高さ制御装置であって、前記受信部が所定距離だけ離間して複数個備えられると共に、前記発信部が縦向き姿勢の軸芯周りで旋回する形態で基準光線を発信し、かつ、この発信部から発信される光線の発信方向を示す方向信号を伝送するよう構成され、この発信部からの基準光線で伝送される信号を前記複数の受信部夫々で独立して受信した際の夫々の信号に基づいて対地作業装置の作業位置を求めるよう前記制御手段の制御動作が設定されている作業高さ制御装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、地上に設置した発信部から水平方向に発信された基準光線を受信する受信部と、この受信部で計測される基準光線のレベルに基づいて対地作業装置の昇降制御を行う制御手段とを備えた作業高さ制御装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】上記のように構成された作業高さ制御装置として特開昭５７‐６６２４１号公報に示されるものが存在し、この従来例では縦軸芯周りでの旋回によって回転投光されるレーザ光を基準光線とすると共に、このレーザ光を受ける受光器をブルドーザに備え、この受光器に対するレーザ光の入射レベルに基づいてブルドーザの昇降制御を行い、又、レーザ光の入射方向を判別してレーザ光の方向に車体が走行するよう走行方向を設定する制御系を備えている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ここで、水田のように平坦な圃場を造る場合を考えるに、レーザ光を基準とした作業では広い圃場面を精度高く平坦に形成し得る有効なものとなっている。しかし、互いに隣接する複数の圃場夫々に対して、従来例のように水平方向の全周方向に光線を照射するレーザ光源を設置して夫々の圃場で同時に作業を行うことを想定するに、このような環境では、特定の圃場での作業時に隣接する圃場に照射されるべきレーザ光を特定の圃場で作業を行う受光器で受光することもあり、適正なレベル制御が行われないこともあり、改善の余地がある。
【０００４】従来からのレーザ光源はバッテリーを備えており、バッテリーが消耗した場合には旋回用モータの停止やレーザ光の発光停止から制御不能に陥ることがあり、又、レーザ光源のそばをトラックが走行した際のように、レーザ光源を設置した地面が振動した場合にはレーザ光の投光方向の乱れから適正な制御を行えなくなることもあり、改善の余地がある。
【０００５】更に、広い圃場での作業では現在の作業位置を把握して作業状況を把握したい場合も多く、これを実現する技術が望まれている。
【０００６】本発明の目的は、必要とする基準光線に基づいて精度の高く対地作業装置の制御を行い得る装置を構成し、基準光線の発信部の不都合に起因する作業を妨げを正確に認識し得る装置を合理的に構成し、対地作業装置の高さ制御を行いながら作業地点を正確に把握し得る装置を合理的に構成する点にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の特徴（請求項１）は冒頭に記載したように、地上に設置した発信部から水平方向に発信された基準光線を受信する受信部と、この受信部で計測される基準光線のレベルに基づいて対地作業装置の昇降制御を行う制御手段とを備えた作業高さ制御装置において、前記発信部が、その発信部を特定する識別信号を基準光線で伝送するよう構成されると共に、この発信部からの基準光線で伝送される識別信号に基づいて基準光線を発信した発信部を識別し、この識別結果に基づいて特定の発信部からの基準光線に基づいた昇降制御を行うよう前記制御手段の制御動作が設定されている点にあり、その作用、及び、効果は次の通りである。
【０００８】本発明の第２の特徴（請求項２）は冒頭に記載したように、地上に設置した発信部から水平方向に発信された基準光線を受信する受信部と、この受信部で計測される基準光線のレベルに基づいて対地作業装置の昇降制御を行う制御手段とを備えた作業高さ制御装置において、前記発信部が、電源の電圧低下、設置地面の振動等の前記発信部の複数種の状況のうち、少なくとも１つの状況を示す状況信号を基準光線で伝送するよう構成されると共に、この発信部からの基準光線で伝送される状況信号に基づいて発信部の状況を判別するよう前記制御手段の制御動作を設定してある点にあり、その作用、及び、効果は次の通りである。
【０００９】本発明の第３の特徴（請求項３）は冒頭に記載したように、地上に設置した発信部から水平方向に発信された基準光線を受信する受信部と、この受信部で計測される基準光線のレベルに基づいて対地作業装置の昇降制御を行う制御手段とを備えた作業高さ制御装置において、前記発信部が地上に複数個設置されると共に、夫々の発信部が縦向き姿勢の軸芯周りで旋回する形態で基準光線を発信し、かつ、この基準光線で発信部の位置を示す座標信号、若しくは、発信部を特定する識別信号と、発信部から発信される光線の発信方向を示す方向信号とを伝送するよう構成され、これら発信部からの基準光線で伝送される２種の信号に基づいて対地作業装置の作業位置を求めるよう前記制御手段の制御動作が設定されている点にあり、その作用、及び、効果は次の通りである。
【００１０】本発明の第４の特徴（請求項４）は冒頭に記載したように、地上に設置した発信部から水平方向に発信された基準光線を受信する受信部と、この受信部で計測される基準光線のレベルに基づいて対地作業装置の昇降制御を行う制御手段とを備えた作業高さ制御装置でにおいて、前記受信部が所定距離だけ離間して複数個備えられると共に、前記発信部が縦向き姿勢の軸芯周りで旋回する形態で基準光線を発信し、かつ、この発信部から発信される光線の発信方向を示す方向信号を伝送するよう構成され、この発信部からの基準光線で伝送される信号を前記複数の受信部夫々で独立して受信した際の夫々の信号に基づいて対地作業装置の作業位置を求めるよう前記制御手段の制御動作が設定されている点にあり、その作用、及び、効果は次の通りである。
【００１１】〔作用〕上記第１の特徴によると、受信部で基準光線を受信した場合には、その基準光線で伝送される識別信号に基づいて制御手段が発信部の識別を行い、この識別で高さ制御の基準とする光線であることが判明した場合には、制御手段がこの基準光線のレベルに基づいて対地作業装置の昇降制御を行い、識別の結果、不必要な光線であることを判別した場合には昇降制御を行わないものとなる。つまり、耕起作業を例に挙げると、隣接する圃場で用いられる基準光線を受信することがあっても、この不必要な基準光線に基づく制御を阻止して必要とする基準光線に基づいて精度の高い昇降制御を可能にするものとなっている。
【００１２】上記第２の特徴によると、受信部で受信される基準光線で伝送される状況信号に基づいて発信部の状況を制御手段が判別するので、例えば、電源の電圧が低下した場合には状況の表示や警報作動を行わせる処理を行って電源の点検、交換を促し得るものとなり、例えば、設置地面が振動した場合には昇降制御を一時的に停止させる処理を行う等、発信部に起因する不都合を解消して精度の高い昇降制御を行えるものとなる。
【００１３】上記第３の特徴によると、複数の発信部からの基準光線を受信部で受信した場合には、座標信号から複数の発信部の位置を求める、若しくは、識別信号から複数の発信部の位置を予め設定した実測したデータとの対照等から求めることが可能となり、これと共に、この夫々の発信部からの基準光線の発信方向を求めることにより、複数の発信部同士を結ぶ直線の姿勢と、夫々の発信部と受信機とを結ぶ直線の姿勢を求め、この結果に基づき三角測量の原理で受信部の位置を求め得るものとなる。
【００１４】上記第４の特徴によると、複数の受信部が所定距離だけ離間しているので、夫々の受信部で受信する基準光線で伝送される光線の発信方向を示す方向信号には差異があるので、夫々の受信部と発信部とを結ぶ直線で形成される三角形の大きさを決定でき、この結果に基づき三角測量の原理で複数の受信部の位置を求め得るものとなる。
【００１５】〔発明の効果〕従って、複数の基準光線が混在する環境で作業する場合でも、必要とする基準光線に基づいて精度の高く対地作業装置の制御を行い得る装置が合理的に構成され（請求項１）、基準光線の発信部の不都合に起因する不都合を解消して適正な作業を行い得るものとなり（請求項２）、特別な機器を備えずとも対地作業装置の高さ制御を行いながら作業地点を正確に把握し（請求項３）、複数の発信部を備えずとも対地作用装置の高さ制御を行いながら作業地点を正確に把握し得る装置が合理的に構成されたのである（請求項４）。
【００１６】
【発明の実施の形態】〔第１の実施の形態〕以下、本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、前車輪１及び後車輪２を備えた走行車体３の前部にエンジン４を搭載すると共に、走行車体３の後部位置にエンジン４からの動力を前後車輪１，２に伝えるミッションケース５を備え、走行車体３の中央位置にステアリングハンドル６と運転座席７とを備え、走行車体３の後端位置にリンク機構８を介して昇降自在に対地作業装置としての整地ブレード９を連結して農用トラクタを構成する。
【００１７】ミッションケース５の上部にはリフトシリンダ１０を配置してあり、このリフトシリンダ１０で昇降操作される左右一対のリフトアーム１１と前記リンク機構８とをリフトロッド１２を介して連結することでリフトシリンダ１０の作動で整地ブレード９を昇降自在に構成してあり、リフトアーム１１の基端部には該リフトアーム１１の揺動量からロータリ耕耘装置９の対車体高さを計測するポテンショメータ型のリフトアームセンサ１３を備え、整地ブレード９の上面には支柱１４を介して高さ制御用の受信部としてのレベルセンサＳを備えている。
【００１８】又、運転座席７の側部には整地ブレード９の昇降制御を行うポジションレバー１５を配置してあり、このポジションレバー１５の基端部には該レバー１５の操作位置を計測するポテンショメータ形のポジション設定器１６を備えている。そして、ポジション制御モードで整地ブレード９を昇降制御する際には、ポジションレバー１５を人為操作することで該レバー１５の設定位置と対応する位置までリフトアーム１１が昇降したことをリフトアームセンサ１３で計測するまでリフトシリンダ１０を駆動する動作が行われるものとなっている。
【００１９】前記レベルセンサＳは図２〜図４に示すように、断面形状楕円形で樹脂製の縦長筒状の本体ケース１８の２箇所に透明樹脂を張設して窓部１８Ａ，１８Ａを形成してあり、この窓部の内部に多数のフォトダイオード、フォトトランジスタ等の受光素子を備えた２００ミリメートル程度の縦長姿勢の受光部１９を４つ配置することで水平方向の何れの方向からの光線も受光できるよう構成されている。又、本体ケース１８の上下位置を挟み込む支持部材２０，２０の間に備えたフレーム２１に上下一対のクランプ２２，２２を備えており、このクランプ２２，２２によって前記支柱１４に対する上下方向での固定位置が調節できるように構成されている。そして、このレベルセンサＳでは図５に示すように受光部２２の上下方向の全領域が受信域Ｚとなり、この受信域Ｚの中間位置に対して後述するように入射目標位置Ａが設定されるものとなる。
【００２０】図１及び図６に示すように、前記レベルセンサＳが受信するための基準光線としてのレーザ光Ｌを水平方向に送り出す発信部としてのレーザ灯台Ｔが構成され、このレーザ灯台Ｔは三脚２３で本体２４を支持すると共に、この本体２４の内部にビーム状のレーザ光Ｌを発信する半導体型の発光源２５と、この発光源２５からビーム状のレーザ光Ｌの送り出し方向を水平方向に向ける反射鏡２６と、この反射鏡２６を支持する回転ケース２７を縦向き軸芯Ｙ周りで回転自在に支持し、この回転ケース２７を回転させてビーム状のレーザ光Ｌを水平面上で旋回させる電動モータ２８とを備えて構成されている。又、このレーザ灯台Ｔではマイクロプロセッサを備えた制御装置２９に対して、電源としてのバッテリー３０からの電力を供給する電力系が形成されると共に、数値を人為的に入力するキーボード３１と、本体２４の振動を計測する振動センサ３２と，バッテリー３０の電圧を計測する電圧センサ３３とからの信号が入力する系が形成され、又、電動モータ２８に電力を供給する系と、発光源２５に対して電力を供給する系と、液晶ディスプレイ３４に駆動信号を出力する系とが形成されている。
【００２１】特に、このレーザ灯台Ｔでは、制御装置２９に対してレーザ光Ｌで信号を伝送するための変調回路（図示せず）を内蔵している。このレーザ光Ｌで伝送される信号Ａは図８に示すようにレーザ灯台Ｔを特定するための数ビットの識別コードと、レーザ光の回転速度が３００回転／秒と６００回転／秒との何れのものであるかを判別するための１ビットの回転データと、バッテリー３０の電圧が所定値より低下した場合にＯＮセットされる１ビットの電圧データと、本体が所定量より大きく振動した場合にＯＮセットされる１ビットの振動データとで構成され、この信号Ａは図７に示すように極めて短い周期ＩＮで繰り返して送り出されるものとなっている。又、識別コードは前記キーボード３１で人為的に入力された数値に対応するものとなっており（この入力の際データを確認するために液晶ディスプレイ３４に数値が表示されるものとなっている）、後述するように受光側の制御装置でレーザ灯台Ｔを識別する際に用いられるものとなっている。
【００２２】図９に示すように、農用トラクタには、制御手段としてマイクロプロセッサを有した制御装置３６を備えており、この制御装置３６には前記レベルセンサＳ、ダイヤル３７で回動操作されるポテンショメータ型のレベル設定器３８、ダイヤル３９で操作されるポテンショメータ型の感度設定器４０、前記ポジション設定器１６、リフトアームセンサ１３、起動スイッチ４１、数値を人為的に入力するキーボード４２夫々からの信号の入力系が形成されると共に、前記リフトシリンダ１０を制御する電磁操作形の制御弁Ｖ、表示装置Ｄ、ブザー４３、液晶ディスプレイ４４夫々に対する出力系が形成されている。又、制御弁Ｖは電磁ソレノイドに供給される電流値に対応した開度を得る、所謂、電磁比例型のものが用いられ、該制御装置３６は制御弁Ｖの電磁ソレノイド（図示せず）に供給する間歇信号のデューティ比を変更してＰＷＭ式に供給電力を調節し得るよう構成されている。尚、前記表示装置Ｄは同図に示すように、中立ランプ４６と、上昇ランプ４７と、下降ランプ４８と、作業状態ランプ４９とを備えて構成されている。
【００２３】そして、作業を行う際にはキーボード４２からレーザ灯台Ｔを識別する識別コードを入力しておき（この入力の際に識別コードが液晶ディスプレイ４４に表示される）、ポジションレバー１５の操作で整地ブレード９の整地高さを目標とする値に設定し、この状態でレベルセンサＳの上下方向の中央に設定された入射目標Ａ（図５（イ）を参照）に対してレーザ灯台Ｔからのレーザ光Ｌが入射するよう支柱１４に対するレベルセンサＳの固定位置をセットする調節を行い、この調節の後に起動スイッチ４１をＯＮ操作することで作業を開始できるものとなっており、作業時には整地ブレード９の高さが多少変動しても制御装置３６がレーザ光ＬをレベルセンサＳの入射目標位置Ａで受信するよう制御弁Ｖを操作して自動的に整地ブレード９の昇降を行う結果、広い圃場を精度高く水平面に整地できるものとなっている。特に、この作業時に、図１０に示すように近接する圃場で、この作業と同様のレーザ灯台Ｔ’を用いた作業が行われ、このレーザ灯台Ｔ’からのレーザ光Ｌ’をレベルセンサＳが受信することがあっても、このレーザ光Ｌ’をに基づく不適正な昇降制御を抑制し、又、レーザ灯台Ｔの側に不都合を発生した場合にも最適な処理を行うものとなっており、この昇降制御動作を以下に説明する。
【００２４】つまり、制御動作３６の基本動作が図１１のフローチャートに示すように設定され、この制御が開始されると前記レベル設定器３８からの信号に基づいてレベルセンサＳにおける入射目標位置Ａを設定し、感度設定器２９からの信号に基づいて制御感度を設定する処理を行う（＃１０１，＃１０２ステップ）。具体的には、レベル設定器３８のダイヤル３７を「標準」の位置に設定した場合には図５（イ）に示す如く、レベルセンサＳの受信域Ｚにおける縦方向の１／２の位置Ｈが入射目標位置Ａとなり、該レベル設定器３８のダイヤル３７を「深」側に操作した場合には図５（ロ）に示す如く、位置Ｈを基準にして入射目標位置Ａが上方に変位し、該レベル設定器３８のダイヤル３７を「浅」側に操作した場合には、前述とは逆に位置Ｈを基準にして入射目標位置Ａが下方に変位するよう制御装置２５の制御動作が設定されている。
【００２５】更に、感度設定器４０のダイヤル３９を「標準」の位置に設定した場合には図５（イ）に示す如く、入射目標位置Ａを基準に上方と下方とに等しい域で形成される不感帯の幅Ｕが標準の値となり、制御感度設定器４０のダイヤル３９を「敏」の位置に設定した場合には図５（ロ）に示す如く、入射目標位置Ａを基準に形成される不感帯の幅Ｕを狭くし、該制御感度設定器４０のダイヤル３９を「鈍」の位置に設定した場合には前述とは逆に入射目標位置Ａを基準に形成される不感帯の幅Ｕが拡大するよう制御装置３６の制御動作が設定されている。
【００２６】次に、レベルセンサＳでレーザ光Ｌを受信しているかを判別して、受信状態にある場合にはキーボード４２から入力された識別コードとレーザ光Ｌで伝送される識別コードとを比較して制御の対象光である場合には、レーザ光Ｌで伝送される電圧データからレーザ灯台Ｔのバッテリー３０が適正な電圧にない場合にのみ、液晶ディスプレイ４４にレーザ灯台Ｔのバッテリー３０の電圧が低下している旨の表示を行った後に昇降作動ルーチンを実行し、前記表示装置Ｄに対して整地ブレード９の作動状況を表示する（＃１０３〜＃１０６，＃２００，＃１０７ステップ）。
【００２７】又、昇降作動ルーチン（＃２００ステップ）は図１２に示すようにサブルーチンの形に設定され、その作動はレーザ光Ｌで伝送される回転データに基づいてパラメータをセットした後、レーザ光Ｌで伝送される振動データに基づいて、レーザ灯台Ｔが振動していないと判別された場合には（＃２０１，＃２０２ステップ）、レベルセンサＳでレーザ光Ｌを受信した位置が入射目標位置Ａを基準に形成された不感帯Ｕの域内に存在するかを判別し、域内に存在する場合には昇降制御を行わず、域外に存在する場合には入射目標位置Ａに対応する電圧値（目標電圧値）とレベルセンサＳの検出値（検出電圧値）との比較から偏位方向と偏差とを求め、偏位方向からリフトシリンダ１０の作動方向を設定すると共に、前述のようにセットされたパラメータと偏差とから制御弁Ｖの開度を設定する（＃２０３〜＃２０７ステップ）。又、パラメータはレーザ灯台Ｔのレーザ光Ｌの旋回速度が高速である場合には整地ブレード９を高速で昇降させて迅速な昇降を行い、レーザ光Ｌの旋回速度が低速である場合には整地ブレード９を低速で昇降させてオーバーシュートを抑制するよう機能するものであり、レーザ光Ｌで伝送される振動データに基づいて、レーザ灯台Ｔが予め設定された値以上振動した場合にはレーザ光Ｌのレベルも不正確になっているので、昇降制御を行わないものとなっている。尚、制御弁Ｖの開度は偏差が大きいほど大きい値となるよう比例関係が設定され、開度を設定する際には電磁弁Ｖを駆動する間歇信号のＯＮ時間を調節（デューティ比を調節）するものとなっており、間歇信号のＯＮ時間を長くした場合には制御弁Ｖの開度が大きくなって昇降速度が高まり、ＯＮ時間を短くした場合には制御弁Ｖの開度が小さくなって昇降速度が低下するものとなっている。
【００２８】次に、レベルセンサＳがレーザ光Ｌを受信して適正な昇降制御が行われている場合には、表示装置Ｄの作業状態ランプ４９が継続的に点灯すると共に、整地ブレード９の昇降が停止している場合には中立ランプ４６が点灯し、整地ブレード９の上昇作動時には上昇ランプ４７が点灯し、整地ブレード９の下降作動時には下降ランプ４８が点灯して作業者に対して作動状況を認識させるものとなっている（＃１０７ステップの処理）。
【００２９】次に、＃１０３ステップでレーザ光Ｌが受信されていないと判別した場合、及び、＃１０４ステップで受信したレーザ光が対象光でないと判別した場合には、この状態に陥ってから１０秒間経過する以前においては、この状態に陥ってから設定時間（１秒以下の短時間）が経過するまで、若しくは、この状態に陥ってからリフトアーム１１が設定量（作動限界に達しない程度）だけ作動したことをリフトアームセンサ１３で計測するまでは探知作動ルーチンを実行し、表示装置Ｄによる表示作動を行うものとなっている（＃１０８〜＃１１０，＃３００，＃１１１ステップ）。
【００３０】前記探知作動ルーチン（＃３００ステップ）は図１３に示すようにサブルーチンの形に設定され、この処理では受信不能に陥る直前におけるレベルセンサＳの受信位置を判別すると共に、この受信位置と入射目標位置Ａとの比較によって、受信位置が入射目標位置Ａを基準に形成された不感帯Ｕの域内に存在するかを判別し、域内に存在する場合には昇降制御を行わず、域外に存在する場合には偏位方向と偏差とを求め、前述の昇降作動ルーチンと同様に、偏位方向からリフトシリンダ１０の作動方向を設定すると共に、偏差から制御弁Ｖの開度を設定する（＃３０１〜＃３０６ステップ）。つまり、前記探知作動はレーザ光Ｌが存在すると推定される方向への昇降制御でレベルセンサＳでレーザ光Ｌを受信するための処理であり、その制御動作はレベルセンサＳでレーザ光Ｌを受信できなくなった直前におけるレベルセンサＳに対するレーザ光Ｌの入射位置がレベルセンサＳの感知域Ｚの上端側、下端側の何れの側でレーザ光Ｌを受信していたかを判別し、例えば、感知域Ｚの上端側で受信していた場合には、レーザ光ＬがレベルセンサＳの上方に存在する可能性が高いので整地ブレード９を上昇側に作動させ、逆に感知域Ｚの下端側で受信していた場合には整地ブレード９を下降側に作動させるよう作動方向が設定され、この受信位置と入射目標位置Ａとの偏差が大きいほど高速度で昇降を行うことで短時間のうちにレーザ光Ｌを受信し得るものとなっている。
【００３１】又、このように探知作動を行う場合には前記表示装置Ｄの作業ランプ４９が点滅状態に切換ることで、レーザ光Ｌが受信不能状態に陥っていることを作業者に認識させると同時に、整地ブレード９の作動に応じて中立ランプ４６、上昇ランプ４７、下降ランプ４８の何れかを点灯させることで整地ブレード９の作動状況を作業者に認識させ得るものとなっている（＃１１１ステップの処理）。
【００３２】尚、この探知作動ルーチンの処理によってレーザ光ＬをレベルセンサＳで受信した場合には＃１０３ステップから＃２００ステップ（昇降作動ルーチン）の処理に流れて適正な処理に移行するものとなっている。これとは逆に、＃１０９ステップの設定時間が経過した場合、＃１１０ステップの設定量だけ作動した場合の何れかの条件が成立した場合には制御弁Ｖを中立位置に設定して整地ブレード９の昇降を停止させ、この停止が行われるまで整地ブレード９を下降させる処理が行われていた場合にのみ、下降量の１／２だけ整地ブレード９を上昇させる戻し処置を行い、表示装置Ｄによる表示作動を行うものとなっている（＃１１２〜＃１１４ステップ）。
【００３３】この処理は整地ブレード９の過剰な昇降を抑制するものであり、整地ブレード９が下降作動して停止した際には、整地ブレード９が目標耕深より深い位置に維持される状況を回避する目的と、エンジン４に対する過負荷を回避する目的から下降量の１／２だけ整地ブレード９を上昇させるものとなっており、このように昇降作動を停止させた場合には前記表示装置Ｄの作業ランプ４９を点滅状態に切換え、上昇ランプ４７と下降ランプ４８とを同時に点滅させることで整地ブレード９の昇降が停止していることを作業者に認識させ得るものとなっている（＃１１４ステップ）。そしてこれらの処理はリセットされるまで継続するものとなっている（＃１１５ステップ）。
【００３４】次に、レベルセンサＳでのレーザ光Ｌの受信不能状態が１０秒間経過した場合には（この時点で整地ブレード９の昇降は停止している）、整地ブレード９を高速で上限まで強制的に上昇させる処理を行うと共に、表示装置Ｄによる表示作動を行い前記ブザー４３による警報作動を行い、この後に、レベルセンサＳにレーザ光Ｌが入射することがあっても昇降作動を行わないものとなっている（＃１１６〜＃１１８ステップ）。
【００３５】つまり、レーザ光Ｌの受信不能状態が１０秒以上継続した場合には、レーザ灯台Ｔが故障した状態にあるか、圃場が作業に不適当な高さにあるものと判断できるので異常な状態での作業を中断する目的と、整地ブレード９が不適正な高さに長時間設定維持される弊害を除く目的から作業を中止するものとなっており、この中止を行う場合にも整地ブレード９を比較的高速で上昇させることで上昇停止時のショックを作業者に感じさせて作業が中断されたことを体感的に捉えさせ得るものとなっている。又、整地ブレード９を強制的に上昇させる場合には前記表示装置Ｄの作業ランプ４９と上昇ランプ４７とを同時に点滅させ、この強制的な上昇の後にも、この表示状態を継続させ、更に、ブザー４３を作動させることで、前述の体感的な認識以外に、視覚的にも聴覚的にも整地ブレード９が強制的に上昇制御されたことを作業者に認識させるものとなっている。
【００３６】このように、本発明では、レベルセンサＳでレーザ光Ｌを受信することでレーザ光Ｌを基準とした整地ブレード９の高さを維持する自動制御を行って平滑な地面を形成できるものとなっており、更に、このレーザ光Ｌで伝送される信号に基づいて、基準となるレーザ光Ｌだけを昇降制御の基準とするので隣接する圃場においてレーザ光を用いた同様の作業が行われていても、このレーザ光を受て不適正な高さを目標とする昇降制御が行われることが無く、又、レーザ灯台Ｔのバッテリー３０の電圧が低下した場合には農用トラクタの液晶ディスプレイ４４によってこの電圧低下を把握して、バッテリー３０の交換を行う等適切な処置を取り得るものとなっており、レーザ灯台Ｔのそばをトラックが走行した場合や、強風でレーザ光Ｌの発信方向に狂いが生じた場合には昇降制御を停止することによって不適正な高さを目標とする昇降制御が行われることもない。
【００３７】〔第２の実施の形態〕以下、本発明の第２の実施の形態を図面に基づいて説明する。この第２の実施の形態では圃場の畦に２箇所に距離レーザ灯台Ｔ１，Ｔ２を図１６に示すように配置することで、トラクタの位置（座標）を求めるようにするものである。
【００３８】つまり、レーザ灯台Ｔ１，Ｔ２は、第１の実施の形態と同様に三脚で本体（図示せず）が支持される共に、図１４に示すように、この本体の内部にビーム状のレーザ光Ｌを発信する半導体型の発光源２５と、この発光源２５からビーム状のレーザ光Ｌの送り出し方向を水平方向に向ける反射鏡２６と、この反射鏡２６を支持する回転ケース２７を縦向き軸芯Ｙ周りで回転させてビーム状のレーザ光Ｌを水平面上で旋回させる電動モータ２８と、レーザ光Ｌの発信方向を角度データとして捉えるロータリエンコーダ５１を備えており、マイクロプロセッサを備えた制御装置２９に対して、電源としてのバッテリー３０からの電力を供給する電力系が形成されると共に、数値を人為的に入力するキーボード３１と、ロータリエンコーダ５１とからの信号が入力する系が形成されると共に、電動モータ２８に電力を供給する系と、発光源２５に対して電力を供給する系と、液晶ディスプレイ３４に駆動信号を出力する系とが形成されている。
【００３９】特に、このレーザ灯台Ｔでは、発光２５源に対して変調回路（図示せず）を介して信号Ａを伝える信号系を制御装置２９に内蔵することでレーザ光Ｌで信号を伝送できるよう構成されている。この信号は図１５に示すようにレーザ灯台Ｔを特定するための数ビットの識別コードと、レーザ光Ｌが送り出される角度を示す多ビットの角度データとで構成されている。又、この信号は極めて短い周期ＩＮで繰り返して送り出されるものとなっており、識別コードは前記キーボード３１で人為的に入力された数値に対応するものとなっており、後述するように受光側の制御装置でレーザ灯台Ｔを識別する際に用いられるものとなっている。角度データはキーボード３１の操作で同図に示すように所定の方向（例えば、北向き）を予め角度の基準として設定しておくことで、この所定の方向を基準にした角度αとして出力されるものとなっている。
【００４０】又、農用トラクタに備えた制御装置は第１の実施の形態の構成と何ら変わるところが無く、この農用トラクタの対地作業位置の座標を求め得るよう制御動作の一部が異なるものとなっている。つまり、図１７のフローチャートに示すように２つのレーザ灯台Ｔ１，Ｔ２からのレーザ光Ｌ１，Ｌ２をレベルセンサＳが受信した場合には、夫々のレーザ光Ｌ１，Ｌ２で伝送される識別コードからレーザ灯台を特定すると共に、そのレーザ光Ｌ１，Ｌ２の送り出し方向α１，α２を制御装置２９のメモリやレジスタにセットし、次に、方向α１，α２と予め求めた２つのレーザ灯台Ｔ１，Ｔ２間を結ぶ直線Ｅの直線距離Ｆとに基づいて、２つのレーザ灯台Ｔ１，Ｔ２とトラクタのレベルセンサＳとの３点を結ぶ三角形、即ち、直線Ｅの長さの一辺と、この直線Ｅの端部に角度θ１，θ２で交差する直線Ｌ１，Ｌ２（レーザ光Ｌ１，Ｌ２）で形成される三角形の頂点Ｓの位置を求め、この座標を液晶ディスプレイ４４に出力するようになっている。尚、この作業時にも整地ブレード９をレーザ光に基づいて昇降するものであるが、この昇降制御では一方のレーザ光だけを用いるよう制御動作を設定して良く、又、夫々のレーザ光Ｌ１，Ｌ２に基づく昇降制御を行うよう制御動作を設定しても良い。
【００４１】このように、本発明では複数のレーザ灯台を設置することで、このレーザ光を用いて精度の高い昇降制御を可能にすると共に、三角測量の原理で作業位置を求めて液晶ディスプレイ４４に表示して運転座席７の位置の作業者が作業の経過状況や作業能率を容易に判断できるものとなっている。尚、この実施の形態では２つのレーザ灯台Ｔ１，Ｔ２を用いていたが３つ以上のレーザ灯台を用いることで一層精度の良い状態で作業位置を求めることが可能であり、第１の実施の形態のようにレーザ灯台のバッテリーの電圧やレーザ灯台の振動を判別できるよう、これらのデータもレーザ光で伝送することも可能である。
【００４２】〔第３の実施の形態〕以下、本発明の第３の実施の形態を図面に基づいて説明する。この第３の実施の形態ではトラクタの対地作業装置に対して横方向に所定の距離を離間して一対のレベルセンサＳ１，Ｓ２を備えると共に、圃場の畦に１箇所に距離レーザ灯台Ｔを図１８に示すように配置することで、トラクタの位置（座標）を求めるようにするものである。
【００４３】又、レーザ灯台Ｔは、第２の実施の形態と同じ構成のものが用いられ（図１４を参照）、このレーザ灯台Ｔでは、発光２５源に対して変調回路（図示せず）を介して信号を伝える信号系を制御装置２９に内蔵することでレーザ光Ｌで信号Ａを伝送できるよう構成されている。この信号Ａは図１９に示すようにレーザ光Ｌが送り出される角度を示す多ビットの角度データだけで構成されている。又、この信号は極めて短い周期ＩＮで繰り返して送り出されるものとなっており、後述するように受光側の制御装置で作業位置を求めるために用いられる。又、角度データはキーボード３１の操作で図１８に示すように所定の方向（例えば、北向き）を基準にした角度βとして出力されるものとなっている。
【００４４】又、農用トラクタに備えた制御装置は第１の実施の形態の構成と何ら変わるところが無く、この農用トラクタの対地作業位置の座標を求め得るよう制御動作の一部が異なるものとなっている。つまり、図２０のフローチャートに示すようにレーザ灯台Ｔからのレーザ光Ｌを２つのレベルセンサＳ１，Ｓ２が受信した場合には、レベルセンサＳ１で受信したレーザ光Ｌ１の送り出し方向をβ１とし、レベルセンサＳ２で受信したレーザ光Ｌ２の送り出し方向をβ２としてを制御装置３６のメモリやレジスタにセットし、次に、これらの方向β１，β２と、予め求めてある２つのレベルセンサＳ１，Ｓ２間の直線距離Ｇとに基づいて、２つのレベルセンサＳ１，Ｓ２とレーザ灯台Ｔととの３点を結ぶ三角形、即ち、２つのレベルセンサＳ１，Ｓ２を結ぶ直線の長さの一辺と、この直線Ｅの端部に角度θ１，θ２で交差する直線Ｌ１，Ｌ２（レーザ光Ｌ１，Ｌ２）で形成される三角形の大きさから２つのレベルセンサＳ１，Ｓ２の中間位置の座標を求め、この座標を液晶ディスプレイ４４に出力するようになっている。尚、この作業時にも整地ブレード９をレーザ光に基づいて昇降するものであるが、この昇降制御では一方のレーザ光だけを用いるよう制御動作を設定して良く、又、夫々のレーザ光Ｌ１，Ｌ２に基づく昇降制御を行うよう制御動作を設定しても良い。
【００４５】このように、本発明では単一のレーザ灯台Ｔを設置するだけで、このレーザ光に基づく精度の高い昇降制御を可能にすると共に、このレーザ光を２つのレベルセンサＳ１，Ｓ２で検出することで三角測量の原理で作業位置を求めて液晶ディスプレイ４４に表示して運転座席７の位置の作業者が作業の経過状況や作業能率を容易に判断できるものとなっている。尚、この実施の形態では作業位置の座標だけを求めるものであったが、これに加えて、第１の実施の形態のようにレーザ灯台のバッテリーの電圧やレーザ灯台の振動を判別できるよう、これらのデータもレーザ光で伝送することも可能である。
【００４６】〔別実施の形態〕本発明は上記第１，第２，第３実施の形態以外に、例えば、対地作業装置としてロータリ耕耘装置、プラウ等を用いることも可能である。
【００４７】又、本発明は第１の実施形態のように識別データを所定の周期ＩＮで伝送するものに代えて、図２１に示すように所定の周期Ｂの間歇信号を発信するようレーザ光Ｌの発光形態を設定することで、間歇信号の周期Ｂからレーザ灯台を特定するよう実施することも可能である（他のデータのに基づく処理は行わない）。尚、従来からのレーザ灯台はレーザ光を連続的に発信するので、間歇信号であることを把握できるよう受信側を構成することで、隣接する圃場においてレーザ光を用いた同様の作業が行われていても間歇信号の周期を判別せずとも間歇信号であることを判別するだけでレベル制御の基準とするレーザ光であると判断できるものとなる。
【００４８】又、第２の実施の形態に代えて、図２２に示すように夫々のレーザ灯台Ｔ１，Ｔ２からのレーザ光Ｌ，Ｌ２でレーザ灯台Ｔ１，Ｔ２で伝送される信号Ａをレーザ灯台Ｔ１，Ｔ２位置を示す座標データを伝送するよう構成することで、２つのレーザ灯台Ｔ１，Ｔ２に基づいて夫々のレーザ灯台Ｔ１，Ｔ２の相対距離を求めて前述と同様に三角測量の原理で作業位置を求めるよう実施することも可能である。
【００４９】又、本発明はレーザ光Ｌの上下方向での傾斜角度のデータをレーザ光Ｌで伝送するよう構成し、このデータと前述のように求める座標データとの組合せによって高さの補正を行うよう実施することも可能である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１０５２
【氏名又は名称】株式会社クボタ
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| 【出願日】 |
平成１０年（１９９８）５月２０日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】北村 修一郎
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| 【公開番号】 |
特開平１１−３１８１１０ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）１１月２４日 |
| 【出願番号】 |
特願平１０−１３８４９０ |
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