| 【発明の名称】 |
水田作業機 |
| 【発明者】 |
【氏名】木村 浩人
【氏名】宮西 吉秀
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| 【要約】 |
【課題】作業装置の地面に対する傾斜量を簡単に精度高く計測してローリング制御を行い得る田植機を合理的に構成する。
【解決手段】苗植付装置の左右外端位置のサイドフロート１８Ｓ，１８Ｓの上下方向への相対変位を回動作動に変換してローリングセンサ５４で電気的に計測する系を構成し、この計測結果に基づいてローリングモータ３２を制御して苗植付装置をローリング作動させる制御系を構成する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 走行機体に対してローリング自在に作業装置を連結し、この作業装置をローリング作動させるアクチュエータと、地面を基準とした作業装置のローリング姿勢を計測するセンサとを備え、このセンサの計測結果に基づいて作業装置を設定目標姿勢に維持するようアクチュエータを駆動する制御装置を備えた水田作業機であって、前記作業装置に備えられた複数の接地フロートのうち左右方向での２つのものを作業装置本体に対して上下変位自在に支持すると共に、これら２つの接地フロートの上下方向への相対変位を変換機構によって機械的な回動作動に変換し、この変換機構からの回動作動量を単一の前記センサで電気的に計測するよう構成されている水田作業機。
【請求項２】 前記変換機構が、前記２つ接地フロート夫々の上下変位と連動して横向き姿勢の軸芯上で回動操作される左右の回動部材を備えて構成されると共に、これら左右の回動部材の少なくとも一方を横長姿勢の軸体で構成してある請求項１記載の水田作業機。
【請求項３】 前記２つの接地フロートが複数の接地フロートのうち左右側夫々の外端位置のものが用いられている請求項１記載の水田作業機。
【請求項４】 前記作業装置が、左右の方向の中間位置での分割で、２つの分割物に分離自在、かつ、夫々の分割物の縦向き姿勢の軸芯周りでの回動によって該作業装置の左右方向が前後方向となる格納姿勢に切換自在に構成されると共に、この分割を許すように前記回動部材を構成する軸体が中間部で分離自在に構成されている請求項２記載の水田作業機。
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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、走行機体に対してローリング自在に作業装置を連結し、この作業装置をローリング作動させるアクチュエータと、地面を基準とした作業装置のローリング姿勢を計測するセンサとを備え、このセンサの計測結果に基づいて作業装置を設定目標姿勢に維持するようアクチュエータを駆動する制御装置を備えた水田作業機の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】上記のように構成された水田作業機として特開平３‐２２９０１号公報に示されるものが存在し、この従来例では苗植付装置をローリング駆動するローリングシリンダを備え、このローリングシリンダを制御する制御弁を苗植付装置の左右方向の中央位置に配置し、左右両端位置の接地フロートにレベル差を生じた際には、左右の接地フロートのレベル差が小さくなる側（地面の傾斜に沿う方向に苗植付装置をローリング作動させる側）に制御弁を機械的に操作する系を形成してある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来例のように左右の接地フロートのレベル差に基づいて制御弁を機械的に操作するものでは、苗植付装置に備えられている一対の接地フロートのレベル差に基づいて苗植付装置の地面に対する傾斜量を計測するので接地型のセンサを特別に備えずに済むばかりでなく、広い接地面を有した接地フロートを使用するので精度の高い計測が可能になるという良好な面を有するものである。しかし、左右の接地フロートが等しいレベルにある際には制御弁を中立位置に設定し、又、苗植付装置が水平姿勢を基準にして左右何れの側に傾斜しても、その傾斜角度が等しい場合には制御弁を中立位置を基準にして夫々逆方向に等しい量だけ操作するように制御弁と機械的な操作系とを精度高く連係する必要があり、この連係の調節に手間が掛かるものとなっていた。
【０００４】本発明の目的は、作業装置の地面に対する傾斜量を計測する系の調節が簡単であり乍ら、作業装置の地面に対する傾斜量を精度高く計測してローリング制御を行い得る水田作業機を合理的に構成する点にある。
【０００５】
【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）は冒頭に記したように、走行機体に対してローリング自在に作業装置を連結し、この作業装置をローリング作動させるアクチュエータと、地面を基準とした作業装置のローリング姿勢を計測するセンサとを備え、このセンサの計測結果に基づいて作業装置を設定目標姿勢に維持するようアクチュエータを駆動する制御装置を備えた水田作業機において、前記作業装置に備えられた複数の接地フロートのうち左右方向での２つのものを作業装置本体に対して上下変位自在に支持すると共に、これら２つの接地フロートの上下方向への相対変位を変換機構によって機械的な回動作動に変換し、この変換機構からの回動作動量を単一の前記センサで電気的に計測するよう構成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。
【０００６】本発明の第２の特徴（請求項２）は請求項１において、前記変換機構が、前記２つ接地フロート夫々の上下変位と連動して横向き姿勢の軸芯上で回動操作される左右の回動部材を備えて構成されると共に、これら左右の回動部材の少なくとも一方を横長姿勢の軸体で構成してある点にあり、その作用、及び、効果は次の通りである。
【０００７】本発明の第３の特徴（請求項３）は請求項１において、前記２つの接地フロートが複数の接地フロートのうち左右側夫々の外端位置のものが用いられている点にあり、その作用、及び、効果は次の通りである。
【０００８】本発明の第４の特徴（請求項４）は請求項２において、前記作業装置が、左右の方向の中間位置での分割で、２つの分割物に分離自在、かつ、夫々の分割物の縦向き姿勢の軸芯周りでの回動によって該作業装置の左右方向が前後方向となる格納姿勢に切換自在に構成されると共に、この分割を許すように前記回動部材を構成する軸体が中間部で分離自在に構成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。
〔作用〕
【０００９】上記第１の特徴によると、地面に対して作業装置が左右方向に傾斜した場合には左右の接地フロートの上下方向への相対変位が変換機構によって回転作動に変換されると共に、この回転作動量が単一のセンサで電気的に計測され、この計測結果に基づいて作業装置が目標姿勢とするローリング姿勢となるよう、制御装置がアクチュエータを制御するものとなる。又、この構成では変換機構からの回動作動量をセンサが電気的に計測するので、センサの中立位置（左右の接地フロートが等しいレベルにある状態に対応するセンサの操作状態）の設定を行うにも機械的な部分の調節行わずに電気的な処理で済むものとなる。
【００１０】上記第２の特徴によると、軸体の回動量を回動部材としての軸体を介してセンサに伝えるので、ワイヤを用いるものと比較して作動が確実でアソビやガタツキも少なく、又、リンク機構のように部材が作動するための空間を確保する必要もない。
【００１１】上記第３の特徴によると、作業装置の左右外端位置の接地フロートのレベル差を計測するので、内側の接地フロートを用いるものと比較して地面に対する作業装置の単位傾斜量に対するセンサの回動操作量が大きく高い分解能での制御を可能にするものとなる。
【００１２】上記第４の特徴によると、軸体を中間部で分離自在に構成することによって作業装置を２分割して格納姿勢に切換得るものとなる。
【００１３】〔発明の効果〕従って、作業装置の地面に対する傾斜量を計測する系の調節が簡単で、しかも、作業装置の地面に対する傾斜量を精度高く計測してローリング制御を行い得る水田作業機が合理的に構成されたのである（請求項１）。又、センサを操作する伝動系が小さいスペースで済むばかりで無く精度高くセンサを操作できるものとなり（請求項２）、高い分解能で高感度にローリング制御を行い得るものとなり（請求項３）、センサを操作する系に妨げられること無く作業装置の分割が許されるものとなった（請求項４）。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明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、ステアリング操作される駆動型の前車輪１、及び、駆動型の後車輪２を備えた走行機体３の前部にエンジン４を搭載すると共に、この走行機体３の後部にエンジン４からの動力が伝えられる静油圧式の無段変速装置５、及び、ミッションケース６を配置し、又、走行機体３の中央部に運転座席７を配置し、走行機体３の後端部に対しリフトシリンダ８で駆動昇降するリンク機構９を介して前後向き姿勢の軸芯Ｙ周りでローリング自在に作業装置としての苗植付装置Ａを連結して水田作業機としての乗用型の田植機を構成する。
【００１５】前記運転座席７の右側部に苗植付装置Ａの昇降制御と植付クラッチ（図示せず）の入り切り操作とを行う昇降レバー１０を備え、機体前部位置にはステアリングハンドル１１を備えている。又、植付クラッチは、前記ミッションケース６に内蔵され、このミッションケース６から苗植付装置Ａに対して動力を伝える伝動軸１２が決まった回転位相にある場合にのみ切り操作を許容して苗植付装置Ａの植付アーム（後述する）が圃場面Ｓとの接触を回避した姿勢で動力を遮断するよう構成されている。
【００１６】前記苗植付装置Ａはマット状苗Ｗを載置する苗載せ台１３、前記伝動軸１２からの動力が伝えられる左右一対の伝動ケース１４，１４、この伝動ケース１４からチェーンケース１５を介して伝えられる動力で回転するロータリケース１６、このロータリケース１６に一対ずつ備えられた植付アーム１７、センタフロート１８Ｃと、このセンタフロート１８Ｃの両側部に２つずつ配置されたサイドフロート１８Ｓ，１８Ｓとで成るの接地フロート１８（図６、図８を参照）夫々を備えて１０条植用に構成されると共に、施肥装置Ｂを備え、作業時には苗載せ台１３に載置されたマット状苗Ｗの下端から苗を植付アーム１７に備えた植付爪が１株ずつ切出して圃場面Ｓに植え付けると同時に、施肥装置Ｂが植付けた苗の近傍の圃場面下に肥料を供給するよう構成されている。
【００１７】図２に示すように前記リンク機構９は上部のトップリンク９Ｔと下部のロアーリンク９Ｌとを備えて成り、このリンク機構９の後端位置の縦フレーム９Ｖの下端のローリングボス２１に対して前記ローリング軸芯Ｙ周りでローリング自在に苗植付装置Ａが支持されている。つまり、ローリングボス２１に対してローリング自在に主フレーム２２が支持され、この主フレーム２２の左右両端部に縦向き姿勢の第１軸芯Ｘ１，Ｘ１周りで揺動自在に支持アーム２３，２３を備え、夫々の支持アーム２３，２３の外端部に対してブラケット２４，２４を介して縦向き姿勢の第２軸芯Ｘ２，Ｘ２周りで揺動自在にツールフレーム２５，２５を備え、左右のブラケット２４，２４に対して左右の支柱状フレーム２６，２６を備え、左右のツールフレーム２５，２５に対して前記伝動ケース１４，１４と、前記５つのチェーンケース１５と、分割自在に構成された左右の苗載せ台１３と、前記５つの接地フロート１８とが支持されている。そして、この苗植付装置Ａは左右一対の分割物に分割し、第１軸Ｘ１芯周りで支持アーム２３を後方に揺動させると同時に、第２軸芯Ｘ２周りでツールフレーム２５を回動させることによって格納姿勢に切換得るように構成されている（具体的な作動は後述する）。
【００１８】又、縦フレーム９Ｖの上部位置に対してフレーム３０を介して横向き姿勢のネジ軸３１を支持すると共に、このネジ軸３１を正逆両方向に駆動するアクチュエータとしてローリングモータ３２を備え、ネジ軸に螺合する移動部材３３を備え、又、移動部材３３を備え、この移動部材３３と左右の支柱状フレーム２６との間に、延長ロッド３４と、ローリングバネ３５とを介装することで、ローリングモータ３２の駆動力によって苗植付装置Ａを駆動ローリングできるように構成してある。
【００１９】図３に示すように前記センタフロート１８Ｃは、前記苗植付装置Ａに横向き姿勢の軸芯周りで回動自在に支持された植付深さ調節軸３８から後方に延設した支持アーム３９の後端位置に対して横向き姿勢の軸芯Ｐ周りで揺動自在に支持され、植付深さ調節軸３８から前方に向けて形成したリンク部材４０に対して該フロート１８Ｃの前部を支持することで該センタフロート１８Ｃを横向き姿勢の軸芯Ｐ周りでの揺動自在に構成してある。
【００２０】又、支持アーム３９に対して横向き姿勢の操作軸４１周りで揺動自在にポテンショメータ型のフロートセンサ４２を支持し、この操作軸４１に備えた操作アーム４１Ａとセンタフロート１８Ｃに固定した固定アーム４３との間に操作ロッド４４を備え、植付深さ調節軸３８に固設した部材４５とフロートセンサ４２を支持する部材とに亘ってロッド４６を備えることで植付深さ調節軸３８の回動操作時に操作軸４１周りでのフロートセンサ４２本体の姿勢を変更してセンタフロート１８Ｃの苗植付装置Ａに対する揺動姿勢を一定に維持する限りはフロートセンサ４２本体に対する操作アーム４１Ａの姿勢を維持するよう構成されている。又、植付深さ調節軸３８に固設された調節アーム４７を介して上下方向に揺動操作される部材４８と感知フロート１８の前部との間に圧縮コイル型の感知バネ４９を介装することで、植付深さ調節軸３８の回動操作時にもセンタフロート１８Ｃの苗植付装置Ａに対する揺動姿勢を一定に維持する限りは感知バネ４９の付勢力を変化させないように構成されている。
【００２１】図４に示すように、左右外端位置のサイドフロート１８Ｓ，１８Ｓは、前記センタフロート１８Ｃと同様に植付深さ調節軸３８から後方に延設した支持アーム３９の後端位置に対して、該サイドフロート１８Ｓの後部に備えたブラケット５０を横向き姿勢の軸芯Ｐ（前記センタフロート１８Ｃを支持する軸芯Ｐと共通の軸芯）周りで揺動自在に連結する状態で支持されている。図４〜図６に示すように、左右のツールフレーム２５，２５に対して軸支部材５１を介して横向き姿勢の軸芯周りで回動自在に検知軸５２が支持され、これら検知軸５２，５２の外端位置に固設したアーム５３の揺動端と左右外端位置のサイドフロート１８Ｓの前部位置との間に亘ってリンク部材５３Ａを介装してある。又、夫々の検知軸５２，５２の内端位置にはポテンショメータ型のローリングセンサ５４が配置されている。つまり、一方の検知軸５２の端部をローリングセンサ５４の操作軸５４Ａに連結固定し、他方の検知軸５２の端部をローリングセンサ５４のケース５４Ｂに固設した支持部材６４に連結固定してある。このように構成したことから左右外端位置のサイドフロート１８Ｓ，１８Ｓにレベル差を生じた場合には、左右の検知軸５２，５２の相対回動量に差を生じ、この差に基づいてローリングセンサ５４が圃場面Ｓに対する苗植付装置Ａのローリング姿勢を検出できるものとなっている。尚、左右のサイドフロート１８Ｓ，１８Ｓの前部と連結するリンク部材５３Ａ，５３Ａと、左右の検知軸５２，５２とによって接地フロートの上下方向への相対変位を回動作動に変換する変換機構が構成されている。
【００２２】図５に示すように、一方の検知軸５２の端部とローリングセンサ５４の操作軸５４Ａとの連結部位に夫々の相対回動姿勢の調節を許すよう検知軸５２の端部に固設した連結ボス６５に操作軸５４Ａを内嵌した状態で連結ボス６５に螺合する固定ボルト６６の締め付けで検知軸５２と操作軸５４Ａとを一体化できるよう構成され、この固定ボルト６６での締め付けを解除した状態で検知軸５２と操作軸５４Ａとの相対回動姿勢の調節を行い得るようになっている。更に、一方の検知軸５２の中間位置には咬合クラッチ式に分離と連結との切換が可能な咬合部材５５Ａ，５５Ａで成る連結機構５５を介装してあり、後述するように咬合部材５５Ａ，５５Ａの分離によって苗植付装置Ａの分割を許容するようになっている。
【００２３】図７に示すように制御系が構成され、この制御系ではマイクロプロセッサを備えた制御装置５６に対して、ダイヤル５７Ａで操作されるポテンショメータ型の感度設定器５７からの信号、前記フロートセンサ４２からの信号、ダイヤル５８Ａで操作されるポテンショメータ型のローリング角設定器５８からの信号、前記ローリングセンサ５４からの信号を入力する系が形成されると共に、この制御装置５６から前記リフトシリンダ８に対する電磁操作型の制御弁５９に対する信号、前記ローリングモータ３２に対するドライバ６０に対する信号を出力する系が形成されている。
【００２４】そして、作業時にはセンタフロート１８Ｃが感度設定器５７で設定された目標姿勢に維持されるようリフトシリンダ８を駆動して苗植付装置Ａの昇降を行い、ローリング角設定器５８が水平位置に設定されている場合には、左右外端のサイドフロート１８Ｓ，１８Ｓが等しいレベルに維持される状態を制御目標としてローリングモータ３２を駆動して苗植付装置Ａをローリング作動させるよう制御装置の制御動作が設定されている。尚、感度設定器５７のダイヤル５７Ａを「敏」の側に操作するほどセンタフロート１８Ｃの目標姿勢を前下がり側に変更して前記感知バネ４９からフロート１８Ｃに作用する付勢力を低下させてフロート１８Ｃでの感知性能を高め、逆に、「鈍」の側に操作するほどセンタフロート１８Ｃの目標姿勢を前上がり側に変更して前記感知バネ４９からフロート１８Ｃに作用する付勢力を高めてフロート１８Ｃでの感知性能を低下させるものとなっている。更に、ローリング角設定器５８のダイヤル５８Ａを水平位置から外れた位置に設定した場合には、左右外端のサイドフロート１８Ｓ，１８Ｓのレベル差がダイヤル５８Ａでの設定角に対応するよう、このレベル差を形成する状態を制御目標に設定した制御が行われるものとなっている。
【００２５】この田植機では苗植付装置Ａの左右方向での中央位置で５条ずつに２つの分割物ＡＬ，ＡＲに分割自在に構成してある。つまり、図８乃至図１１に示すように、苗植付装置Ａの各部位は左右の分割物を連結する状態と分離を許す状態に構成され、前記第１軸芯Ｘ１，Ｘ１周りで回動で支持アーム２３，２３の後端側を走行機体３の内方に向けて揺動させるアクチュエータ（図示せず）を備え、又、この支持アーム２３，２３の揺動と連動して、第２軸芯Ｘ２，Ｘ２周りでツールフレーム２５，２５に支持された系を支持アーム２３，２３の回動量の２倍の量を逆方向に、即ち、その左右外端部が走行機体３の前方に向かう側に回動させる連動機構（図示せず）を備えている。図６に示すように、左右の電磁ソレノイド６１，６１の駆動力によって前記左右夫々の検知軸５２，５２夫々に制動力を作用させるブレーキ機構６２，６２を備え、更に、図１２に示す如く、苗植付装置Ａの分割物ＡＬ，ＡＲが略格納姿勢に達した際に、左右の分割物ＡＬ，ＡＲの間の空間の異物の存否を検出する非接触式のセンサ６３，６３を左右の分割物ＡＬ，ＡＲ夫々に備えてある。
【００２６】このような構成から苗植付装置Ａを格納姿勢に切換る場合には、昇降レバー１０の操作で苗植付装置Ａを上限まで上昇させ、図８に示す如く苗載せ台１３を左側の端部位置に送って停止する。次に、ロック機構（図示せず）のロックを解除した後に、分割された右側の分割苗載せ台１３Ｒを図９に示すように、右側の移動端まで移動させる（制御動作は詳述せず、又、この状態では左右の分割苗載せ台１３Ｒ，１３Ｌ夫々の間隔は約３０センチメートルに達する）。又、この操作時には電磁ソレノイド６１，６１の駆動で左右の検知軸５２，５２を回動不能状態に維持した状態で、前記連結機構５５を分離操作して一方の検知軸５２を２分割することで格納操作を可能にする操作を行うものとなる。
【００２７】この後、前記アクチュエータを格納側に駆動することで図１０に示すように、第１軸芯Ｘ１，Ｘ１周りでの回動で支持アーム２３，２３の後端側が走行機体３の内方に向けて揺動すると同時に、第２軸芯Ｘ２，Ｘ２周りでツールフレーム２５，２５に支持された系が支持アーム２３，２３の回動速度の２倍の速度で逆方向に、即ち、その左右外端部が走行機体３の前方に向かう側に回動して図１１に示す格納姿勢に達する。この格納姿勢では左右夫々の分割苗載せ台１３Ｌ，１３Ｒが走行機体３の側に接近すると共に、その上端縁同士が近接状態で平行する姿勢に達するので苗植付装置Ａ全体の重量を走行機体３の側に寄せて田植機全体の重量バランスを向上させると共に、苗植付装置Ａの横方向への寸法を縮小するものとなる。
【００２８】そして、この格納姿勢の苗植付装置Ａを作業姿勢へ復元操作する際にはアクチュエータを逆方向に駆動することで済むものとなっている。特に、この田植機では苗植付装置Ａを格納姿勢に切換える際、及び、格納姿勢の苗植付装置Ａを作業姿勢に復元する場合には、前記センサ６３，６３からの信号に基づいて左右の分割物ＡＬ，ＡＲの間の空間の異物が存否を判別し、作業者が誤って立ち入った場合のようにセンサ６３，６３が検出状態に達するとアクチュエータの駆動を停止させて格納操作も復元操作も行えないようアクチュエータの制御動作が設定されている。
【００２９】このように、本発明では左右外端位置のサイドフロート１８Ｓ，１８Ｓの上下変位を回動量に変換し、回動操作型のローリングセンサ５４の部位で相対的な回動量の差を電気的に計測するので、ワイヤやリンク機構を用いたものと比較して機械的なアソビやガタツキの影響を小さくして精度の高い計測を可能にしており、又、接地面積の広いフロート１８Ｓ，１８Ｓを介して苗植付装置Ａの左右位置のレベル差を計測するので圃場面Ｓの小さい凹凸を誤検出することが無く、更に、左右外端位置のサイドフロート１８Ｓ，１８Ｓののレベル差を計測するので苗植付装置Ａの単位傾斜量に対するローリングセンサ５４での計測を高い分解能で行い得るものとなっている。特に単一のローリングセンサ５４で苗植付装置Ａのローリング量を計測するので２つのセンサを設けたものと比較して部品点数が少なくなると共に、制御装置の処理動作が単純化して高速処理を可能にするものとなる。
【００３０】〔別実施の形態〕本発明は上記実施の形態以外に、図１３、図１４に示すように、ローリングセンサ５４を苗植付装置Ａの左右の一方の端部位置に配置すると共に、このローリングセンサ５４の操作軸５４Ａを操作する検知軸５２を筒状の植付深さ調節軸３８に内嵌挿通状態で配置し、又、ローリングセンサ５４のケース５４Ｂと一方のサイドフロート１８Ｓとを機械式に連係し、検知軸５２の端部と他方のサイドフロート１８Ｓとを機械式に連係することで、上記実施の形態と同様に左右のサイドフロート１８Ｓ，１８Ｓの相対レベル差をローリングセンサ５４で計測してローリング制御を行うよう構成することも可能である。このように構成することにより、ローリングセンサ５４が苗植付装置Ａの一方の端部に配置されることから点検、保守が苗植付装置Ａの外部から容易に行えるものとなる。
【００３１】又、本発明は直播機に適用することも可能であり、センサをロータリ型のエンコーダで構成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９年（１９９７）１０月２８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１１−１２７６２７ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）５月１８日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２９５３１０ |
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