| 【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】姿勢制御用センサからの信号を周波数分析して有効な成分だけを制御に利用することにより、走行車体又は作業装置の左右傾動姿勢を適正に制御できる姿勢制御装置を提供する。
【解決手段】姿勢制御用センサの検出信号に基づき機体の姿勢を制御する農作業機の姿勢制御装置において、前記センサの検出信号から機体の周期的な揺れとの関連が少ない所定の周波数域の成分を抽出し、その抽出成分の信号レベルに応じて制御速度に関係するパラメータを変更する。また、前記センサの検出信号から機体の周期的な揺れとの関連が深い所定の周波数域の成分を抽出し、その抽出成分の信号レべルに応じて制御の感度を変更する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 姿勢制御用センサの検出信号に基づき機体の姿勢を制御する農作業機の姿勢制御装置において、前記センサの検出信号から機体の周期的な揺れとの関連が少ない所定の周波数域の成分を抽出し、その抽出成分の信号レベルに応じて制御速度に関係するパラメータを変更することを特徴とする農作業機の姿勢制御装置。
【請求項２】 姿勢制御用センサの検出信号に基づき機体の姿勢を制御する農作業機の姿勢制御装置において、前記センサの検出信号から機体の周期的な揺れとの関連が深い所定の周波数域の成分を抽出し、その抽出成分の信号レべルに応じて制御の感度を変更することを特徴とする農作業機の姿勢制御装置。
【請求項３】 姿勢制御用センサの検出信号に基づき機体の姿勢を制御する農作業機の姿勢制御装置において、路面状態に合った所定の周波数域の成分を抽出し、その抽出成分の信号レべルが予め定めた設定値よりも大きい場合は危険を回避させるための出力を行うことを特徴とする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、田植機等の農作業機に設けられ、走行車体又は作業装置の姿勢を制御する姿勢制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】走行車体に対し作業装置である苗植付部が昇降可能かつ左右傾動（ローリング）可能に連結された田植機（農作業機）がある。この種の田植機は、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】その制御方法として、例えば特開平６−１３３６１２号公報に記載されているように、走行車体の傾斜角速度を検出する傾斜角速度センサを設けるとともに、苗植付部の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からの信号に基づき苗植付部の左右傾動姿勢を制御する技術は公知である。
【０００４】また、移動中の苗植付部の姿勢は走行車体の移動速度の影響を受けることから、前記二つの姿勢制御用センサとは別に走行車体の移動速度を検出する車速センサを設け、この車速センサの検出結果を前記姿勢制御に反映させるようにした技術も公知である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、移動中の苗植付部の姿勢は、移動速度の影響を受けるだけでなく、路面や耕盤の状態によっても異なる。例えば、移動速度が遅くても荒れた路面では姿勢が小刻みに左右に揺れるし、移動速度が速いと路面の凹凸が少なくても同様の揺れが生じる。従来の制御では、このような複合的な要因による揺れに適正な対応をすることができず、ハンチング等の問題が生じることがあった。さらに、砂利道等の悪路を高速走行する場合等のように悪条件が重なると、転倒事故の危険性もある。
【０００６】そこで、本発明の課題は、姿勢制御用センサからの信号を周波数分析して有効な成分だけを制御に利用することにより、傾斜角速度センサや左右傾斜センサ以外のセンサを別に設けることなく、苗植付部の左右傾動姿勢を適正に制御できる姿勢制御装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するために、本発明は次のような構成とした。すなわち、請求項１に記載の発明にかかる農作業機の姿勢制御装置は、姿勢制御用センサの検出信号に基づき機体の姿勢を制御する農作業機の姿勢制御装置において、前記センサの検出信号から機体の周期的な揺れとの関連が少ない所定の周波数域の成分を抽出し、その抽出成分の信号レベルに応じて制御速度に関係するパラメータを変更することを特徴としている。この発明により、移動速度や路面状態の影響を受けずに安定した制御を行える。
【０００８】また、請求項２に記載の発明にかかる農作業機の姿勢制御装置は、姿勢制御用センサの検出信号に基づき機体の姿勢を制御する農作業機の姿勢制御装置において、前記センサの検出信号から機体の周期的な揺れとの関連が深い所定の周波数域の成分を抽出し、その抽出成分の信号レべルに応じて制御の感度を変更することを特徴としている。この発明により、移動速度や地面の状態による姿勢の変化に応じた制御感度の補正を行える。
【０００９】さらに、請求項３に記載の発明にかかる農作業機の姿勢制御装置は、姿勢制御用センサの検出信号に基づき機体の姿勢を制御する農作業機の姿勢制御装置において、路面状態に合った所定の周波数域の成分を抽出し、その抽出成分の信号レべルが予め定めた設定値よりも大きい場合は危険を回避させるための出力を行うことを特徴としている。この発明により、転倒等の事故を未然に防止することができる。危険を回避させるための出力は、実際に移動速度を低減させたり作業装置を下降させたりする出力に限らず、危険をオペレータに報知する出力であってもよい。
【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、走行車体２の後側に昇降リンク装置３を介して作業装置としての水稲用苗植付部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、図中の３９は傾斜角速度センサで、走行車体の左右傾斜角の加速度を検出する。
【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姿勢制御とを行い、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３９，５４，５５，６５からの信号が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、姿勢制御について説明する。この姿勢制御は、基本的には、姿勢制御用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】図６は傾斜角速度センサ３９の出力信号の一例を表すもので、同図（ａ）は砂利道等の荒れ地を走行している場合、同図（ｂ）は植付け作業時のように整地された圃場を移動する場合をそれぞれ表している。図から分かるように、整地された圃場を移動する場合、低周波域Ａでは小さな検出出力（姿勢変化）があるが、高周波域Ｂでは検出出力がほとんどない。これに対し、荒れ地を走行する場合、低周波域Ａでの検出出力が大きくなるとともに、高周波域Ｂでも検出出力が発生する。農作業機の種類や作業形態等によって信号レベルの大きさや周波数分布の多少の違いはあるものの、このような特性は農作業機一般に見られるものである。
【００２５】これは次のことを意味している。すなわち、姿勢制御用センサ（傾斜センサ、傾斜角速度センサ等）の検出信号には、耕盤の凹凸による姿勢の変化以外に、この凹凸の変化や苗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における高周波域Ｂの出力の多くは路面の荒れや高速移動による小刻な揺れであり、低周波域Ａの出力が主として耕盤の凹凸による姿勢変化に起因するものである。また、苗植付部の左右移動による揺れはもっと低周波域に属する。
【００２６】したがって、制御内容に応じて適正な周波数域の成分を抽出して制御に利用することにより、正確で安定した制御を行うことができる。例えば、苗植付部４の姿勢制御には、路面の荒れや高速での移動による小刻な揺れ、及び苗植付部の左右移動による周期の大きい揺れを除いた周波数域Ｃの成分を用いるとよい。また、姿勢制御の感度補正には、前記小刻な揺れとの関係が深い高周波域Ｂの成分を用いるとよい。特定の周波数域成分の抽出にはデジタルフィルターが適している。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。
【００２７】図７は姿勢制御における姿勢変化に関する制御のフローチャートであって、前記方法により抽出された所定の周波数域Ｃの検出信号の信号レベル（ＤＦＴ値）を計算し、その値が予め定めた設定値以下の場合は油圧出力のオンタイムを短くして制御速度を遅くし、設定値を超える場合は油圧出力のオンタイムを長くして制御速度を速くする。油圧流量を変更して制御速度を調節するようにしてもよい。
【００２８】次に、図８は姿勢制御の感度補正のフローチャートである。前記方法により抽出された高周波数域Ｂの検出信号の信号レベル（ＤＦＴ値）を計算し、その値に基づき感度補正値αを計算する。この感度補正値αは、例えば図９に示すように、検出信号の信号レベルと正比例の関係にある。そして、算出された感度補正値αで姿勢制御の不感帯幅を補正する。この感度補正は、タイマーを用いて一定時間行う。
【００２９】また、図１０は危険回避のための制御のフローチャートである。まず、前記方法により抽出された低周波域Ａ又は高周波数域Ｂの検出信号の信号レベル（ＤＦＴ値）を計算し、次いでそのピーク値ｐ１，ｐ２，…（図１１参照）の平均値（サンプル数は例えば５０）を計算し、その平均値が予め定めた設定値以上の場合は車速を低減させる報知の出力を行い、そうでない場合は報知を行わないように制御する。ピーク値の平均値の代わりにボトム値の平均値を採用してもよい。
【００３０】なお、図１１は高周波数域Ｂの検出信号を表している。低周波域Ａの信号レベルと高周波域Ｂの信号レベルとの比率を比較することにより、荒れた路面を移動しているか整地された路面を移動しているかを判断することができるから、現在移動している路面に合った周波数域成分を制御に利用すればよい。
【００３１】補足的に説明を加えると、この田植機１は、苗植付部４の後方に全条の苗を画像入力するための画像センサ９０を設け、この画像センサ９０からの信号に基づき欠株の発見と車速の検出とを行わせるようにしている。画像センサ９０の取付高さを変更可能にしておけば、植付条数の異なる機種との共用化が図れて好都合である。
【００３２】画像処理は図１２のフローチャートに示す順に行う。すなわち、画像センサ９０で取り込んだ画像中から苗Ｎを抽出して、欠株条があるか否かを判定する。そして、欠株条がある場合はそれを記憶しておき、欠株が所定の設定回数以上連続して発生したなら、警報ランプ、音声等の適当な警報手段で欠株の報知を行う。また、図１３に示すように、画像中から抽出した苗Ｎの座標をもとめ、前回抽出した苗の座標Ｃ１と今回抽出した苗の座標Ｃ２との距離ｄを両画像の時間間隔ｔで割ることにより走行車体の移動速度ｖを算出する（ｖ＝ｄ／ｔ）。
【００３３】
【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は、姿勢制御用センサからの信号を周波数分析して有効な成分だけを制御に利用することにより、機体の姿勢変化に応じた制御が可能となった。特に、請求項１に記載の発明によれば移動、速度や路面状態の影響を受けない安定した制御を行える。また、請求項１に記載の発明によれば、移動速度や地面の状態による姿勢の変化に応じた制御感度の補正を行える。さらに、請求項１に記載の発明によれば、転倒等の事故を未然に防止することができる。これら各発明の姿勢制御装置は、新たなセンサを別途設ける必要がないので、安価に提供することができる。
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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１３年２月２８日（２００１．２．２８） |
| 【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２００２−２５３０１４（Ｐ２００２−２５３０１４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年９月１０日（２００２．９．１０） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−５５９９３（Ｐ２００１−５５９９３） |
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