| 【発明の名称】 |
農作業機の姿勢制御装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】十亀 治光
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| 【要約】 |
【課題】苗移植機や他の農作業機の姿勢制御に用いられるセンサの出力信号に含まれる機体又は作業装置の揺れの成分を除去することにより、ハンチング等を起こさない適正な制御が行えるようにする。
【解決手段】姿勢制御用のセンサからの出力に基づいて走行車体又は作業装置の姿勢を制御する農作業機の姿勢制御装置において、前記センサからの出力信号に含まれる揺れの周波数成分を除去するフィルターを設け、該フィルターで処理した後の信号に基づいて姿勢を制御するように構成する。前記センサからの出力信号に含まれる揺れの周波数成分が所定量よりも多い場合は、姿勢制御の感度を鈍感にするのもよい。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 姿勢制御用のセンサからの出力に基づいて走行車体又は作業装置の姿勢を制御する農作業機の姿勢制御装置において、前記センサからの出力信号に含まれる揺れの周波数成分を除去するフィルターを設け、該フィルターで処理した後の信号に基づいて姿勢を制御するように構成したことを特徴とする農作業機の姿勢制御装置。
【請求項２】 姿勢制御用のセンサからの出力に基づいて走行車体又は作業装置の姿勢を制御する農作業機の姿勢制御装置において、前記センサからの出力信号に含まれる揺れの周波数成分が所定量よりも多い場合は、姿勢制御の感度を鈍感にするように構成したことを特徴とする農作業機の姿勢制御装置。
【請求項３】 走行車体の走行速度に応じて揺れの周波数成分値を変更して制御を行うように構成した請求項１又は２に記載の農作業機の姿勢制御装置。
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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、農作業機に関するもので、例えば田植機等の機体や苗植付作業装置等の姿勢の制御に使用される制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】走行部（機体）に対し苗植付装置が昇降可能かつ前後方向の軸回りに回動（ローリング）可能に連結された田植機等の農作業機が広く知られている。この種の田植機苗は、苗の移植を適正に行うため、苗植付部の姿勢を圃場面に対し常に平行になるように維持する制御を行っている。
【０００３】例えば特開平６−１３３６１２号公報に記載されているように、走行部に当該走行部の傾斜角速度を検出して出力する傾斜角速度センサを設けるとともに、苗植付部に当該苗植付部の圃場面に対する左右傾斜角度を検出する左右傾斜センサを設け、これら二つの姿勢制御用センサの検出値に応じて苗植付部の左右回動（ローリング）を制御する技術は公知である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】これら姿勢制御用のセンサの出力信号には、耕盤の凹凸による姿勢の変化以外に、この凹凸の変化や植付部の左右移動などによる姿勢の変化によって発生する揺れが含まれている。この揺れは、周期性があるため、姿勢が戻っているときに調節出力が行われるとハンチングを生じることがあった。
【０００５】そこで、本発明は、上記農作業機の姿勢制御に用いられるセンサの出力信号に含まれる機体又は作業装置の揺れの成分を除去した信号で姿勢制御を行うことにより、上記ハンチングの問題を解消することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】すなわち、本発明中第１の発明にかかる農作業機は、姿勢制御用のセンサからの出力に基づいて走行車体又は作業装置の姿勢を制御する農作業機の姿勢制御装置において、前記センサからの出力信号に含まれる揺れの周波数成分を除去するフィルターを設け、該フィルターで処理した後の信号に基づいて姿勢を制御するように構成したことを特徴としている。
【０００７】この発明によれば、姿勢制御用のセンサの出力信号から機体や作業装置の揺れの周波数成分を除去した後の信号で姿勢制御を行うので、揺れがあってもハンチングが生じないように正確な制御を行うことができる。
【０００８】また、第２の発明にかかる農作業機は、姿勢制御用のセンサからの出力に基づいて走行車体又は作業装置の姿勢を制御する農作業機の姿勢制御装置において、前記センサからの出力信号に含まれる揺れの周波数成分が所定量よりも多い場合は、姿勢制御の感度を鈍感にするように構成したことを特徴としている。
【０００９】この発明によれば、周波数成分が多いときは姿勢制御の感度を鈍感にするので、ハンチングが生じにくい。なお、上記いずれの場合も、走行速度に応じて揺れの周波数値を変更して制御するようにすれば、走行速度に応じて適正にノイズを除去できるので、適正な姿勢制御が行える。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１及び図２は本発明を施した農作業機の１例としての苗移植機を表し、この苗移植機１は、走行部である走行車体２の後側に昇降リンク装置３を介して水稲用の苗植付部４を昇降可能かつ前後方向の軸回りに回動可能に装着するとともに、走行車体２の後部上側に施肥装置５を設け、全体で施肥田植機として構成している。
【００１１】走行車体２は、駆動輪である各左右一対の前輪１０，１０及び後輪１１，１１を備えた四輪駆動車両であって、機体の前部に配設したミッションケース１２の左右側方に前輪ファイナルケース１３，１３を設けて、該ケースに前輪１０，１０を変向可能に取り付けるとともに、ミッションケース１２の背面部に固着連結されているメインフレーム１５の後端左右中央部に支持された前後水平な後輪ローリング軸を支点にして後輪ギヤケース１８，１８をローリング自在に設けて、該後輪ギヤケースに後輪１１，１１を取り付けている。
【００１２】メインフレーム１５の上に搭載されたエンジン２０の回転動力が、第一ベルト伝動装置２１と第二ベルト伝動装置２３を介してミッションケース１２に伝達され、該ミッションケース内のトランスミッションにて変速された後、一部が前輪ファイナルケース１３，１３に伝達されて前輪１０，１０を駆動し、別の一部が後輪ギヤケース１８，１８に伝達されて後輪１１，１１を駆動し、また残りの外部取出動力が植付クラッチ２５に伝達され、それから植付伝動軸２６によって苗植付部４へ伝動されるとともに、施肥伝動軸２７によって施肥装置５へ伝動される。
【００１３】エンジン２０の上部はエンジンカバー３０で覆われており、その上に座席３１が設置されている。座席３１の前方には各種操作機構を内蔵するフロントカバー３２があり、その上方に前輪１０，１０を操向操作するハンドル３４が設けられている。エンジンカバー３０及びフロントカバー３２の下端左右両側は水平状のフロアステップ３５になっている。フロアステップ３５の後部は、後輪フェンダを兼ねるリヤステップ３６となっている。走行車体２の前部左右両側には、補給用の苗を載せておく予備苗載台３７，３７が設けられている。なお、走行車体の移動速度は車速センサ３８によって、また走行車体の左右傾斜角の加速度は傾斜角速度センサ３９によってそれぞれ検出される。
【００１４】昇降リンク装置３は平行リンク構成であって、１本の上リンク４０と左右一対の下リンク４１，４１を備えている。これらリンク４０，４１，４１は、その基部側がメインフレーム１５の後端部に立設した背面視門形のリンクベースフレーム４２に回動自在に取り付けられ、その先端側に縦枠４３が連結されている。そして、この縦枠４３の下端部に、苗植付部４の後記伝動ケース６０に回転自在に支承された連結軸４４の前端部が挿入連結されている。メインフレーム１５に固着した支持部材と上リンク４０に一体形成したスイングアーム４５の先端部との間に昇降油圧シリンダ４６が設けられており、該シリンダを油圧で伸縮させることにより、上リンク４０が上下に回動し、苗植付部４がほぼ一定姿勢のまま昇降する。昇降油圧シリンダ４６は、リンクベースフレーム４２の上部に設けた油圧バルブ４７によって制御される。
【００１５】前記連結軸４４は若干後ろ下がりの略前後方向を向いており、苗植付部４はこの連結軸４４を支点にして回動（ローリング）自在に支持されている。縦枠４３の上部には、両ロッド型のローリング油圧シリンダ５０が、シリンダ部を当該縦枠に固定して左右方向に設けられている。そして、そのシリンダの左右両ロッド５０ａ，５０ａと苗植付部の後記苗載台フレーム６７の左右支柱部６７ａ，６７ａとがリンク５１，５１を介して連結されている。ローリング油圧シリンダ５０は、モータ５２で駆動の油圧ポンプ５３によって供給される作動油で作動する。ローリング油圧シリンダ５０が作動してロッド５０ａ，５０ａが左右にスライドすると、苗植付部４が連結軸４４回りにローリングする。苗植付部４の左右傾斜角度は、伝動ケース６０の上に設置した左右傾斜センサ５４によって検出される。また、ローリング油圧シリンダ５０の作動量は、ストロークセンサ５５によって検出される。
【００１６】苗植付部４は６条植の構成で、フレームを兼ねる伝動ケース６０、苗を載せて左右往復動し苗を一株づつ各条の苗取出口６１ａ，…に供給する苗載台６１、苗取出口６１ａ，…に供給された苗を圃場に植付ける苗植付装置６２，…、左右中央に１個とその両側各１個づつの整地フロート６３，６４，６４等を備えている。各フロートを圃場の泥面に接地させた状態で機体を進行させると、フロートが泥面を整地しつつ滑走し、その整地跡に苗植付装置６２，…により苗が植付けられる。各フロート６３，６４，６４は圃場表土面の凹凸に応じて前端側が上下動するように回動自在に取り付けられており、植付作業時にはセンターフロート６３の前部の上下動が接地センサ６５により検出され、その検出結果に応じ前記昇降油圧シリンダ４６を制御する油圧バルブを切り替えて苗植付部４を昇降させることにより、苗の植付深さを常に一定に維持する。
【００１７】なお、苗載台６１は、前側が上位となるよう傾斜して設けられており、伝動ケース６０の上側に横向きに配した支持レール６６と、伝動ケース６０に基部が固着された苗載台フレーム６７の上端部に設けたローラ６８，６８とによって左右にスライド自在に支持されている。両端が苗載台６１の裏面側に連結された横移動棒６９を伝動ケース６０内の作動機構により左右に往復動させることにより、苗載台６１が左右往復動するようになっている。苗載台６１がが左右往復動すると、該苗載台の最下段の苗が苗取出口６１ａ，…に一株づつ供給される。横一列分の苗が全て供給されると、各条ごとに設けた苗送りベルト６１ｂ，…が作動し、苗を一段下方に移送する。
【００１８】施肥装置５は、各条共用の肥料タンク７０内の肥料を肥料繰出部７１…によって一定量づつ下方に繰り出し、その繰り出された肥料をブロア７２から供給されるエアによって施肥ホース７３，…を通って施肥ガイド７４，…まで移送し、該施肥ガイドの前側に設けた作溝体７５，…によって苗植付条の側部近傍に形成される施肥溝内に落とし込むようになっている。
【００１９】植付作業時には、表土面の凹凸に応じて苗植付部４の対地高さを制御する昇降制御と、表土面の左右傾斜に応じて苗植付部４の連結軸４４回りの姿勢を制御するローリング制御とを行い、苗の植付深さを一定に維持する。図５はその苗植付部位置制御装置のブロック図である。前記各センサ３８，３９，５４，６５からの情報がＣＰＵ、メモリ等からなるコントローラ８０に入力され、その情報に基づきコントローラ８０で下記の制御を行い、前記昇降用油圧バルブ４７及びローリング用モータ５２に出力する。
【００２０】まず、昇降制御については、接地センサ６５の検出値が所定の目標値の不感帯内に収まるように油圧バルブ４７に出力信号を出す。例えば、センターフロート６３が上動すると、昇降油圧シリンダ４６が伸びる方向に油圧バルブ４７を駆動して、苗植付部４を上昇させる。逆に、センターフロート６３が下動すると、昇降油圧シリンダ４６が縮む方向に油圧バルブ４７を駆動して、苗植付部４を下降させる。これにより、苗植付部全体の対地高さを一定に維持する。
【００２１】上記昇降制御に際しては、苗植付部４が一度接地してからでないと昇降制御を行わないようにし、苗植付部４の接地を検出した後は、傾斜角速度センサ３９によって走行車体２の左右傾斜状況を判定し、走行車体２が急激に傾斜していない時には、現在接地センサ値に基づき昇降制御を行い、走行車体２が急激に傾斜し且つ接地センサ値が一定以上変動した時には、変動直前の接地センサ値に基づき昇降制御を行う。走行車体２が急激に傾斜しているか否かの基準は、例えば傾斜角速度センサ値で±（左右）１．１度／ミリ秒程度とする。
【００２２】走行車体２が急激に傾斜するのは、車輪が耕盤の凹凸に落ち込んだり乗り上げたりした場合であり、このような場合には走行車体２に追随して苗植付部４も傾斜し、苗植付部４が表土面から浮上する等の事態が生じる。しかしながら、それは一時的なものであって、車輪が耕盤の凹凸を通過したなら直ちに元の状況に復帰するから、上記のような一時的に苗植付部４の対地関係が変化したことに対しその都度忠実に現在接地センサ値に基づき苗植付部を昇降させることは、昇降制御が不安定になるので好ましくない。そこで、一度苗植付部４の接地を検出した後は、一時的に走行車体２が急激に傾斜して接地センサ値が大きく変動しても、苗植付部４が通常接地状態のままであるとみなして、変動直前の接地センサ値に基づき昇降制御を行わせるとよい。
【００２３】次に、ローリング制御について説明する。このローリング制御は、基本的には、姿勢検出センサである傾斜角速度センサ３９の検出値と左右傾斜センサ５４の検出値から、予め定められているルールに基づいてモータ５２への出力量を決定し、左右傾斜センサ５４が所定の目標値（通常は水平）の不感帯内に収まるように苗植付部４をローリングさせる。この場合、左右傾斜が急激に変化する場合は、傾斜角速度センサ３９の検出結果に基づいて制御するのが好ましい。なお、傾斜角速度センサと左右傾斜センサを用いる制御の方法については、例えば上記特開平６−１３３６１２号公報に記載されている。
【００２４】姿勢制御用のセンサ（傾斜センサ、傾斜角速度センサ等）の出力信号には、耕盤の凹凸による姿勢の変化以外に、この凹凸の変化や植付部の左右移動等による姿勢の変化によって発生する揺れが含まれている。図６は角速度センサと傾斜センサの出力信号を表すもので、図６（ａ）は植付作業を行っている場合、同図（ｂ）は植付を行わずに走行している場合をそれぞれ表す。図６（ａ）中の矢印で示すピークは植付による揺れを示す。上記姿勢の変化による揺れは、周期性があるため、姿勢が戻った状態で傾斜を調節する出力がなされると、ハンチングを生じる場合がある。このため、適正な姿勢制御を行うためには、この種の周期的な揺れの成分を除去する必要がある。
【００２５】図７は、傾斜センサの出力電圧の時間変化を表すもので、この出力信号には種々の周波数の信号が含まれているが、Ｆで示すものが上記姿勢の変化による低周波成分である。また、縦軸の上側は「右上り」を、下側は「左上り」を示す。この図からわかるように、この出力には周期性があり、この信号に基づいて姿勢を制御すると、反対側に傾き過ぎることになる。本発明では、この低周波成分をフィルターで除去した信号で姿勢制御を行う。すなわち、姿勢検出センサである傾斜センサからの出力信号は、フィルター回路を通してＣＰＵに入力され、この信号に基づいて傾斜用のアクチュエータ（モータ５２）に出力される。このため、ハンチングが生じない適正な制御を行うことができるのである。なお、このフィルターは、ハードのフィルターでもよく、ソフトで処理するものでもよい。
【００２６】つぎに、機体の揺れは、圃場の硬さ、苗載台６１に載せられている苗の量、車体２の走行速度等によって変化する。図９（ａ），（ｂ）は、作業条件によって揺れの状態が変化することを示すもので、これらの図におけるＢとＣは、植付による揺れを表す。このように、同じ植付による揺れでも他の作業条件によって変化する。したがって、姿勢制御の調節状態が同一のままでは、姿勢の調節と機体の動きが逆になり、揺れを増幅する不具合を生じることがある。このような問題は、前記センサからの出力信号に含まれる揺れの周波数成分が所定量よりも多い場合には、姿勢制御の感度を鈍感にすることにより解決される。具体的には、例えば姿勢制御のニュートラル（不感帯）の幅、姿勢制御信号の出力時間、油圧アクチュエータへの流量（デューティ比）等を変更すればよい。このように、揺れの状態に応じて姿勢制御の調節状態を変更することにより、作業条件に左右されることなく安定した制御を行うことができるのである。
【００２７】図８は、その姿勢制御の調節状態を変更するためのフローチャートであって、姿勢検出センサ（傾斜センサ、角速度センサ等）の出力を測定し、周波数分析（特定周波数帯によるセンサ信号を用いてもよい）を行い、揺れの周波数の大きさが設定値よりも大きいか否か判断する。揺れの周波数が大きい場合は、姿勢調節感度を鈍感にし、そうでない場合は調節量を標準のままとする。
【００２８】また、上記いずれの姿勢制御法においても、車速に応じて揺れの周波数値を変更して制御するのが好ましい。具体的には、姿勢検出信号に含まれるノイズを除去するための周波数特性の異なる複数のフィルターを設けておき、車速（変速レバーの位置、計算速度、対地速度等による）に応じて使用するフィルターを変更するようにすればよい。このフィルターの構成としては、ハードでもソフトでもよい。
【００２９】図１０はこの制御のためのブロック図、図１１は制御のフローチャートであり、車速設定部（実際の対地速度を検出してもよい）の車速検出信号と設定値ａとを比較して、ａ以下ならフィルターＡを使用し、ａとｂの間ならフィルターＢを使用し、ｂ以上であればフィルターＣを使用する。機体の揺れは、圃場の凹凸が同じでも車速によって異なるが、車速に応じたフィルターを選択して姿勢制御を行うことにより、安定した姿勢制御を行うことができるのである。
【００３０】
【発明の効果】以上に説明した如く、本発明にかかる農作業機の姿勢制御装置によれば、姿勢センサの出力信号から機体や作業装置の揺れの周波数成分等のノイズを除去した後の信号で姿勢制御を行うので、ハンチング等が生じず、作業条件に応じた適正な制御を行うことが可能となった。
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| 【出願人】 |
【識別番号】００００００１２５
【氏名又は名称】井関農機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１１月１９日（１９９９．１１．１９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８３６１１
【弁理士】
【氏名又は名称】菅原 弘志
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１４５４０２（Ｐ２００１−１４５４０２Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月２９日（２００１．５．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３３０５３８ |
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