トップ :: A 生活必需品 :: A01 農業;林業;畜産;狩猟;捕獲;漁業




【発明の名称】 移動農機の作業高さ制御装置
【発明者】 【氏名】中村 八郎

【氏名】水谷 智恵
【要約】 【課題】対地高さを誤検出したり、対地高さ検出手段の検出機能を失うことなく、高い検出制度で、しかも良好な応答速度で高さ制御を行うようにした。

【解決手段】マイコン２１は、走行機体１１の重心点Ｘ上に設けられた超音波センサ１９が検出する対地高さＨｓ、傾斜センサ２０が検出する走行機体１１の前後方向の傾き角α2 およびリフト角ポテンショメータ１８が検出する走行機体１１に対する刈取部１４の回動角α1 により演算した値を、接地センサ２２が作動した時点の補正値によって補正して作業高さを演算して刈取部１４の作業高さを制御する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 走行機体に対して昇降自在に備えられ、作物に対する各種処理を行う作業処理部と、該作業処理部の地面からの作業高さを制御する制御手段とを備え、前記作業処理部の地面からの作業高さを、前記制御手段によって任意の高さに保持するように制御してなる移動農機の作業高さ制御装置において、前記走行機体の重心点を含むその近傍に設けられ、対地高さを検出する対地高さ検出手段と、前記走行機体の前後方向の傾き角を検出する傾斜角検出手段と、前記走行機体に対する作業処理部の回動角を検出する回動角検出手段と、前記作業処理部の先端に取り付けられ、該作業処理部を下降操作させた際の、接地作動したことを検出する接地検出手段と、該接地検出手段によって検出された補正値を記憶するメモリとを備え、前記制御手段は、前記走行機体のほぼ重心点上の対地高さ、前記傾き角および前記回動角により演算した値を、前記対地検出手段が作動した時点の補正値によって補正して前記作業高さを演算してなる、ことを特徴とする移動農機の作業高さ制御装置。
【請求項２】 前記制御手段は、前記作業処理部を下降させて前記接地検出手段を作動させる度に、補正値を更新して記憶するメモリを有する、ことを特徴とする請求項１記載の移動農機の作業高さ制御装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、例えばコンバインなどの移動農機に係り、詳しくは作業処理部の対地高さをほぼ一定高さに保持して作業処理させるようにした移動農機の作業高さ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の移動農機の作業高さ制御装置であるコンバインの刈高さ制御装置には、ポテンショメータ、制御ユニット、スイッチ、電磁チェック弁、油圧レバースイッチおよび刈高さ調節ボリュームなどを備えたものがあり、例えば刈取部を退避位置から刈取位置に下げるなどの刈高さの調節を行う場合、油圧レバーを下げ操作し、油圧レバースイッチを通電させることにより、制御ユニットのトランジスタをオンとし、電磁チェック弁を通電させ、刈取部の重量によって油圧シリンダ内の油をカウンタに戻して、刈取部を下降させるようにしたものである。
【０００３】そして、刈取部が下降を開始すると、刈取部リフトアームに取り付けられた刈高さポテンショメータは連結ロッドを介してデバイダの対地面高さに相当するリフトの回転角を電圧に変換し、制御ユニットへ信号を送る。
【０００４】これにより刈高さポテンショメータが検出した出力電圧と予め設定された設定電圧とを制御ユニットの比較器において比較する。この場合、予め設定した設定電圧が刈高さポテンショメータが検出した出力電圧より高い間は油圧レバーの下げ操作によって刈取部が下降する。
【０００５】そして、比較器に出力が現れると、制御ユニットからの出力により電磁チェック弁が通電されなくなり、油圧シリンダからカウンタへの油の流れが遮断されて油圧レバースイッチを下げ操作しても刈取部の下降は停止する。
【０００６】ところが、このような構成のコンバインの刈高さ制御装置は、連結ロッドを介してデバイダの対地高さに相当するリフトの回転角を刈高さポテンショメータによって電圧に変換して刈取部の対地高さを検出しているが、刈取部の対地高さの検出を直接的に行っていないので、刈高さの制御が正確にできないという問題があった。
【０００７】そのため、刈取部の絶対的な対地高さを直接的に検出する装置として優れた構成の刈高さ制御装置として、デバイダの先端に設けられた超音波センサによって刈取部の対地高さを検出し、その検出情報とあらかじめ設定された設定情報とに基づいて刈取部の対地高さを制御するようにしたものがある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述した従来のコンバインの刈高さ制御装置は、デバイダの先端に設けられた超音波センサから地面に対して超音波を発し、その反射時間によって刈取部の対地高さを検知するようにしているので、超音波センサの近傍に存在する回転体から飛散する泥や水が超音波センサに付着すると、対地高さを誤検出したり、あるいは対地高さの検出が不能になるという問題があった。
【０００９】さらに、この刈高さ制御装置は、走行機体のピッチングや制御によって超音波センサの検出結果が変位するが、地面の凹凸によっては検出結果が全く変化しないので、その判別のために、複雑な信号処理が必要となり、所定の処理時間を要し、制御の応答速度が遅くなり、制御精度が低下するという問題点があった。
【００１０】また、刈取部の刈高さを制御するために、圃場の表面状態、例えば雑草の有無やその種類、および水の有無によって圃場からの高さを検出する高さ検出センサの検出値が異なってしまうために、制御誤差が生じるという問題点があった。
【００１１】この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、対地高さを誤検出したり、対地高さ検出手段の検出機能を失うことなく、高い検出精度で、しかも良好な応答速度で高さ制御を行うようにした移動農機の作業高さ制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】そこで、上記目的を達成するため、請求項１記載の発明に係る作業高さ制御装置は、走行機体（１１）に対して昇降自在に備えられ、作物に対する各種処理を行う作業処理部（１４）と、該作業処理部（１４）の地面からの作業高さを制御する制御手段（２１）とを備え、前記作業処理部（１４）の地面からの作業高さを、前記制御手段（２１）によって任意の高さに保持するように制御してなるものであって、前記走行機体（１１）の重心点Ｘを含むその近傍に設けられ、対地高さＨｓを検出する対地高さ検出手段（１９）と、前記走行機体（１１）の前後方向の傾き角α2 を検出する傾斜角検出手段（２０）と、前記走行機体（１１）に対する作業処理部（１４）の回動角α1 を検出する回動角検出手段（１８）と、前記作業処理部（１４）の先端に取り付けられ、該作業処理部（１４）を下降操作させた際の、接地作動したことを検出する接地検出手段（２２）と、該接地検出手段（２２）によって検出された補正値を記憶するメモリ（２１ｃ）とを備え、前記制御手段（２１）は、前記走行機体（１１）のほぼ重心点Ｘ上の対地高さ、前記傾き角α2 および前記回動角α1 によって演算した値を、前記対地検出手段（２２）が作動した時点の補正値によって補正して前記作業高さを演算してなることを特徴とする。
【００１３】請求項２記載の発明によれば、前記制御手段（２１）は、前記作業処理部（１４）を下降させて前記接地検出手段（２２）を作動させる度に、補正値を更新して記憶するメモリ（２１ｃ）を有する。
【００１４】［作用］以上の構成に基づき、制御手段（２１）は、走行機体（１１）の重心点Ｘを含むその近傍に設けられた対地高さ検出手段（１９）が検出する対地高さＨｓ、傾斜角検出手段（２０）が検出する走行機体（１１）の前後方向の傾き角α2 および回動角検出手段（１８）が検出する前記走行機体（１１）に対する作業処理部（１４）の回動角α1 により演算した値を、接地検出手段（２２）が作動した時点の補正値によって補正して作業高さを演算し、作業処理部（１４）の作業高さを制御するようにした。
【００１５】また、好ましくは、前記制御手段（２１）は、前記作業処理部（１４）を下降させて前記接地検出手段（２２）を作動させる度に、メモリ（２１ｃ）内の補正値を更新させる。
【００１６】なお、上述の括弧内の符号は、図面を対照するためのものであって、この発明の構成を何ら限定するものではない。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】図１は、この発明の刈高さ制御装置が適用されるコンバインを示す概略構成図、図２は、同上のコンバインの姿勢が前後方向に傾いた状態を示す概略構成図、図３は、横軸に刈取部の回動角を、縦軸に対地高さを設定し、刈高さ制御の関係式と近似式とを表示した特性図、図４は、同上の刈高さ制御装置を示す制御ブロック図、図５は同上の刈高さ制御装置を説明するブロックフローチャート、図６は、刈高さ制御を行うためのデータ処理のプログラムフローチャート、図７は、刈高さ制御を行うための自動セットのプログラムフローチャート、図８は、刈高さ制御を行うためのプログラムフローチャートである。
【００１９】図１および図２において、移動農機としてのコンバイン１０は、走行機体１１の上部に運転席１２を有するとともに、走行機体１１を支持する左右一対のクローラ走行装置１３を有する。
【００２０】そして、走行機体１１の前方には、穀稈を刈り取る昇降自在な作業処理部としての刈取部１４が装着されるとともに、この刈取部１４の下方先端には穀稈を分草するデバイダ１５が取り付けられている。また、走行機体１１には、機体フレーム１６上に穀稈を脱穀する脱穀部１７が設けられている。
【００２１】刈取部１４の回動中心には、図４に示すように刈取部１４の回動角を検出する回動角検出手段としてのリフト角ポテンショメータ１８が設けられている。
【００２２】また、機体フレーム１６には、コンバイン１０の重心点Ｘまたはその近傍からの対地高さを検出する対地高さ検出手段としての超音波センサ１９および走行機体１１の前後方向の傾斜角度を検出する傾斜角検出手段としての傾斜センサ２０が設けられている。なお、超音波センサ１９が設けられたコンバイン１０の重心点Ｘ周辺は特別な構造物がなく、対地高さの検出に好適である。
【００２３】そして、ポテンショメータ１８によって刈取部１４の回動支点Ｙの水平延長線とデバイダ１５の先端とのなす回動角α1 を検出し、超音波センサ１９によって走行機体１１の重心点Ｘ上の機体フレーム１６の上端から圃場の表面までの距離Ｈｓを検出し、傾斜センサ２０によって走行機体１１の重心点Ｘの延長線と刈取部１４の回動支点Ｙの水平線との交点を中心とする前後方向の傾斜角α2 を検出するようにしている。
【００２４】また、デバイダ１５の近傍には、これが圃場に接地しているか否かを検出する接地検出手段としての接地センサ２２が設けられている。すなわち、圃場は、雑草４の有無や雑草の種類によって超音波センサ１９が検出する対地高さが異なるため、接地センサ２２が接地を検出した時点の高さを補正値として制御手段としてのマイコン２１に記憶させ、この補正値を加算して刈高さ制御を行う。
【００２５】制御手段としてのマイコン（ＣＰＵ）２１には、刈高さメインスイッチ２３、刈高さ補正ボリューム２４、刈取部１４のリフト角を検出するポテンショメータ１８、刈高さセットスイッチ２５、リフトロータリスイッチ２６、傾斜センサ２０、接地センサ２２および超音波センサ１９がインプットインターフェース２１ａを介してそれぞれ接続されている。また、個々の走行機体１１には、特有の加工誤差があるために、演算結果が実用に合わないことがある。このため、刈高さ補正ボリューム２４は、刈高さを補正（固有補正値Ｈvr）するために設けられたものである。
【００２６】また、マイコン２１のアウトプットインターフェース２１ｂは、刈取部１４の刈高さを昇降制御するソレノイドバルブ２７ａ，２７ｂを介して油圧回路に接続されている。
【００２７】次に、刈取部１４の刈高さ制御を行わせるための原理について説明する。
【００２８】コンバイン１０が図１に示すように前後に傾斜しておらず、かつ圃場の硬度によりクローラ走行装置１３が表面から若干沈下している場合に、重心点Ｘにおける機体フレーム１６の上端から圃場表面までの距離をＨｓとし、刈取部１４の回動支点Ｙの水平延長線の高さから機体フレーム１６の上端までの距離をＨｍとし、かつ回動支点Ｙとデバイダ１５の先端の点Ｐまでの直線距離の長さをＲとし、かつこの直線と水平延長線とのなす回動角をα1 とすると、次の関係式、式（１）が成り立つ。
【００２９】
Ｈｓ＋Ｈｍ＝Ｒｓｉｎα1 （１）
ここで、ＨｍとＲとは走行機体１１固有の長さであるから、Ｈｓとα1 とを検出し、上述の（１）式の等式が成り立つように制御することにより理想的な刈高さ制御を維持することができる。
【００３０】また、コンバイン１０が図２に示すように前後方向に傾斜している場合は、その傾斜角をα2 とし、重心点Ｘの上方と回動支点Ｙとの交点から回動支点Ｙまでの距離をＬとすると、次の関係式、式（２）が成り立つ。
【００３１】
Ｈｓ＋Ｈｍ＋Ｌｓｉｎα2 ≒Ｒｓｉｎ（α1 −α2 ） （２）
ここで、Ｌは走行機体１１固有の長さであるから、Ｈｓとα1 とα2 とを検出し、上述の（２）式が成り立つように制御することにより刈高さ制御を維持することができる。
【００３２】しかしながら、上述した（１）式および（２）式の三角関数の演算をマイクロコンピュータによって行う場合、非常に複雑な演算処理を行う必要がある。また、この三角関数の演算処理は処理時間が長くなり応答性が悪い。
【００３３】このため、図３に示す上述の（２）式の三角関数を直線近似した近似式（（３）式）に基づいて刈高さ制御を行うことにする。
【００３４】
Ｈｓ＝ａα1 −ｂα2 −ｃ （３）
（ａ，ｂ，ｃ：定数）
図３は、横軸に刈取部１４の回動角α1 を、縦軸に対地高さを設定して上述の（２）式とその近似式とを同時に表示した特性グラフである。
【００３５】図３において、中央が前後傾斜角が０°で、上側が−α2 で、下側が＋α2 で使用領域では近似式と（２）式とほぼ一致しており、制御が可能であることが分かる。
【００３６】また、個々の走行機体１１には固有のばらつきがあり、このばらつきを刈高さ補正ボリューム２４によって（２）式を補正すると、以下のようになる。
【００３７】
Ｈｓ＋Ｈｍ＋Ｌｓｉｎα2 ＝Ｒｓｉｎ（α1 −α2 ）±Ｈvr （４）
さらに、（４）式の近似式は、 Ｈｓ＝ａα1 −ｂα2 −ｃ±Ｈvr （５）
となる。
【００３８】また、刈高さ制御は、圃場にデバイダ１５が接地するか否かぐらいのすれすれの状態に高さ制御を行うが、超音波センサ１９の検出値は、圃場の表面状態が例えば雑草の有無や雑草の種類および水の有無によって異なる。このため、制御誤差が生じると、デバイダ１５が圃場に接触してしまうことがあるから、接地センサ２２をデバイダ１５の近傍に設け、この接地センサ２２が作動したと同時に（５）式の左辺と右辺との差分の補正値ｈｓをマイコン２１に内蔵されているメモリ２１ｃに記憶し、次の下降制御時に（５）式に更新値を加算した（６）式に示す状態で制御を行うようにする。
【００３９】
Ｈｓ＝ａα1 −ｂα2 −ｃ±Ｈvr±ｈｓ （６）
また、（６）式の刈高さ制御では、圃場すれすれの状態の制御しかできないが、任意の高さを基準として制御を行わせたい場合には、手動操作によって刈取部１４を制御領域内に移動（下降）させ、刈高さメインスイッチ（自動スイッチ）２３をオンさせる。これにより刈高さ制御の自動操作のセットを行うと同時に、（５）式の差分ｄＨ（（７）式参照）を任意補正値であるユーザ補正値Ｈｕとしてセット（記憶）し、以下の制御は（６）式の変わりに（８）式によって行うようにする。
【００４０】
ｄＨ＝Ｈｓ−（ａα1 −ｂα2 −ｃ±Ｈvr） （７）
Ｈｓ＝ａα1 −ｂα2 −ｃ±Ｈvr−Ｈｕ （８）
次に、上述した刈高さ制御の作用について図５ないし図８に示すフローチャートを参照して説明する。
【００４１】メインのフローチャートをスタートさせ、初期設定後に（ＳＴ１）、図６に詳細を説明するデータ処理（ＳＴ２）のプログラムを処理し、次いで図７に詳細を説明する自動セット処理（ＳＴ３）のプログラムを処理する。そして、これらの処理をした後、図８に詳細を説明する刈高さ制御（ＳＴ４）のプログラムを処理し、次いで刈取部１４を下降または上昇させる出力制御（ＳＴ５）を行う。
【００４２】図６に示すデータ処理のフローチャートでは、超音波センサ１９によって重心点Ｘにおける機体フレーム１６の上端から圃場までの距離Ｈｓを検出し、読み込むとともに、走行機体１１固有の値Ｈｍ，Ｒ，Ｌなどからデータを換算する（ＳＴ６）。そして、ポテンショメータ１８によって検出した回動角α1 を読み込み、この回動角α1 と定数ａとの演算を行い（ＳＴ７）、距離Ｈｓとａ・α1 とから差分ｄＨの演算（ＳＴ８）を行う。
【００４３】さらに、定数ｂと傾斜角α2 とを読み込み、定数ｂと傾斜角α2 との演算（ＳＴ９）を行い、ステップＳＴ８において求めた差分ｄＨとｂ・α2 とから新たな差分ｄＨの演算（ＳＴ１０）を行う。
【００４４】次いで、個々の走行機体１１固有のばらつきに対する誤差を補正するように刈高さ補正ボリューム２４によって固有補正値Ｈvrを読み込み（ＳＴ１１）、近似式である（７）式を演算する（ＳＴ１２）。
【００４５】次いで、圃場すれすれで刈高さ制御を行うか、圃場から所定の高さで刈高さ制御を行うか、すなわち、ユーザ補正するか否かをステップＳＴ１３によって判断してユーザ補正をしない場合は、（６）式に基づいたｄＨ演算（ｄＨ−ｈｓ）の演算（ＳＴ１４）を行う。また、ユーザ補正をする場合は、ユーザ補正値Ｈｕとして記憶された（７）式の差分ｄＨに基づいて（８）式に基づいたｄＨ演算（ｄＨ−Ｈｕ）の演算（ＳＴ１５）を行う。
【００４６】また、図７に示す自動セットのフローチャートでは、刈取部１４が制御領域内に刈取部１４があるか否かを判断（ＳＴ１６）して、制御領域内にない場合において、刈取部１４を刈高さ制御を手動または自動のいずれにより行っているかの判断（ＳＴ１７）を行う。そして、刈高さメインスイッチ２３がオン状態にある場合には、前処理昇降レバーの押しボタンスイッチ（いずれも不図示）をオンさせながら（ＳＴ１８）、リフトロータリスイッチ２６を下げ操作（ＳＴ１９）して自動セット（ＳＴ２０）させるようにする。
【００４７】また、刈取部１４が制御領域内にある場合において、刈取部１４を手動により下げ操作し、適当な高さ位置で刈高さメインスイッチ２３をオンさせる（ＳＴ２１）ことによりステップＳＴ２２に移行して、刈高さメインスイッチ２３が継続してオン状態であるのか否かの判断を行う。そして、刈高さメインスイッチ２３が継続してオン状態でなく、投入された瞬間であれば、その高さ位置において刈高さ制御を行わせるために（７）式に基づいてユーザ補正値Ｈｕをセットするとともに、自動セット（ＳＴ２３）を行う。
【００４８】これにより再度ステップＳＴ２１において、刈高さメインスイッチ２３がオン状態にあるか否かの判断を行う。そして、ステップＳＴ２２に移行して刈高さメインスイッチ２３が継続してオン状態にあると判断されることにより、ステップＳＴ２４に移行してリフトロータリスイッチ２６が上げ操作側に切り替わっているか否かを判断して切り替わっていなければ、自動による刈高さ制御が継続されることになる。しかし、リフトロータリスイッチ２６が上げ操作側に切り替わっていれば、自動の刈高さ制御をリセット（ＳＴ２５）する。
【００４９】さらに、図８に示す刈高さ制御では、まず刈高さ制御を自動によって行っているか否かを判断（ＳＴ２６）して、自動によって刈高さ制御を行っている場合には、デバイダ１５が前下がりであるか、前上がりであるかの判断（ＳＴ２７）を行う。そして、デバイダ１５が前上りである場合には、デバイダ１５の高さ位置が制御領域内にあるか否かの判断（ＳＴ２８）を行い、制御領域内にある場合には、接地センサ２２が圃場に接地しているか否かの判断（ＳＴ２９）を行い、制御領域内にない場合には、デバイダ１５を制御領域内に位置させるように下降させる（ＳＴ３３）。
【００５０】ところで、雑草の有無や種類および水の有無などの圃場の表面状態によって超音波センサ１９の検出値が異なるので、圃場すれすれの刈高さ制御を行う場合には、接地センサ２２が作動状態となった時点で、圃場の表面状態に対する補正値を記憶（ＳＴ３０）するとともに、デバイダ１５の下降を停止（ＳＴ３２）させる。
【００５１】接地センサ２２が作動状態でなければ、デバイダ１５が設定した所定の制御高さ範囲（不感帯）にあるか否かの判断（ＳＴ３１）を行い、その結果に基づいてデバイダ１５をなお下降させるか、デバイダの下降を停止させるかする。すなわち、デバイダ１５の高さが不感帯になく、高い位置にある場合には、ステップＳＴ３３に移行し、デバイダ１５の高さが不感帯内にある場合には、デバイダ１５の下降を停止させる。
【００５２】一方、デバイダ１５が前下がりである場合には、差分ｄＨがマイナスで現れるので、ステップＳＴ３４に差分ｄＨを絶対値化し（ＳＴ３４）、デバイダ１５の高さ位置が制御領域内にあるか否かの判断（ＳＴ３５）を行う。そして、デバイダ１５の高さ位置が制御領域内にない場合には、デバイダ１５が前下がりであるので、上げ操作（ＳＴ３６）を行う。これに対してデバイダ１５の高さ位置が制御領域内にある場合には、接地センサ２２が圃場に接地しているか否かの判断（ＳＴ３７）を行い、接地していれば、ステップＳＴ３６に移行してデバイダ１５の上げ操作を行う。また、接地していなければ、デバイダ１５が不感帯より差分ｄＨが大きいか否かの判断（ＳＴ３８）を行う。そして、差分ｄＨが不感帯より小さければ、デバイダ１５が適正位置に制御されているので、上昇を停止させ（ＳＴ３９）、大きければ、アラームを発する（ＳＴ４０）。
【００５３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように請求項１記載の発明によれば、制御手段は、走行機体の重心点を含むその近傍に設けられた対地高さ検出手段が検出する対地高さ、傾斜角検出手段が検出する走行機体の前後方向の傾き角および回動角検出手段が検出する前記走行機体に対する作業処理部の回動角により演算した値を、接地検出手段が作動した時点の補正値によって補正して作業高さを演算し、作業処理部の作業高さを制御するようにしたので、対地高さを誤検出したり、対地高さ検出手段の検出機能を失うことなく、高い検出精度で、しかも良好な応答速度で高さ制御を行うことができる。
【００５４】また、制御手段は、前記作業処理部を下降させて前記接地検出手段を作動させる度に、メモリ内の補正値を更新させるようにしたので、圃場のすべての面、位置において応答性の優れた作業高さ制御を行うことができる。
【出願人】 【識別番号】０００００１８７８
【氏名又は名称】三菱農機株式会社
【出願日】 平成９年（１９９７）８月１日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】近島 一夫
【公開番号】 特開平１１−４６５３９
【公開日】 平成１１年（１９９９）２月２３日
【出願番号】 特願平９−２０８２１１