JP2001008505A - 圃場用作業装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 光ビームの発光機を不要にし、広く利用され
るに至ったＧＰＳ衛星からの電波を利用することで作業
高さを容易、かつ、正確に制御できる圃場用作業装置を
提供することにある。 【解決手段】 リフト機構のリフトアームを油圧制御系
４、１１〜１３によって制御し、この高さ位置をポジジ
ョンコントロールレバー１９で設定し、ＧＰＳの衛星か
らの電波をＧＰＳ受信機２８で受信し、制御用コンピュ
ータ２９で作業機の高さ位置偏差を検出し、制御装置１
４はレバー１９からの高さ位置設定信号と高さ位置検出
信号の偏差が一定になるよう作業機の高さ位置を制御す
ることにより、設定高さ位置と作業機の高さ位置を常に
平行にする。ＭＰＬＣ２１は、高さ位置検出装置からの
検出信号が途切れたとき又は遮断操作されたとき、スイ
ッチ３１により高さ位置検出器２５の検出信号に切換え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圃場用作業装置に
関し、さらに詳しくは、トラクタと作業機により圃場を
均平にするための作業装置であって、特にＧＰＳ衛星か
らの信号を利用して圃場表面を基準面と平行な面、言い
換えると、作業機の作業高さを制御する高さ位置制御装
置を装備した圃場用作業装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水田や畑などの圃場の表面を均平にする
作業装置としては、例えばトラクタに装着された均平作
業機を用いることは広く知られているところである。従
来の作業装置が図３に示され、トラクタ１の後部には３
点リンク機構２を介して作業機３が装着され、作業機の
作業高さはトラクタに備えるポジジョンコントロールレ
バーを用いて任意に設定されている。３点リンク機構２
は、アッパリンク２₁ とロアリンク２₂ 、２₃ とで構成
され、油圧シリンダ４によって上下動させるリフトアー
ム２₄ を介してロアリンク２₂ 、２₃ を上下させること
で作業機の高さを選択している。そして、高さ位置の制
御は、例えばトラクタのポジジョンコントロールレバー
を操作することで油圧シリンダの制御装置に与える作業
高さの目標値を設定し、この設定値とリフト機構におけ
るリフトアーム２₄ の回転角度などから得られる作業高
さ検出信号から得られる作業高さとの偏差が一定になる
ようにロアリンクを上下させて作業機の高さ位置を制御
している。従来知られている耕転作業機では、その作業
高さの検出信号は、リフトアーム２₄ の支点部分の回動
角度をポテンショメータやロータリエンコーダで検出す
ることで得られ、圃場での耕深状態を検出する信号は作
業機に装着されたエプロンなどの感知板の回転角度をポ
テンショメータまたはロータリエンコーダによって検出
し、両者を比較することで作業高さの信号とすることが
できるようになっている。

【０００３】他の作業高さ位置制御手段としては、特開
平１０−１０８５０８号公報を挙げることができ、光ビ
ームを発光して圃場表面に対する基準線（面）として描
き、この基準線（面）と平行になるように圃場表面を均
平にするものが提案されている。この作業方式において
は、図３中に示すように、レーザ光線などの発光器５か
らの光ビームによって水平面または任意の傾斜面の基準
面を作り、この基準面を高さ位置基準信号として作業機
側の受光器６で受光し、受光器６では受光素子を縦に配
列したアレイ構造とすることで、光ビームを受光した素
子の配列位置で基準高さ位置との偏差を高さ位置検出信
号として求め、両者の偏差が一定になるように制御する
ものである。また、この方式では、受光器６により得ら
れる基準高さ情報を位置制御手段に取り込み、この位置
制御手段により得られる制御信号をトラクタ１が備える
３点リンクを手動で上下動させる電気スイッチ回路に供
給するか、耕深制御信号の入力用のコンセントに供給す
ることで、作業機の作業高さ（深さ）を決定している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記の感知板やリフト
アームの回動角度を高さ位置検出手段とする制御方式で
は、現状の圃場表面に添って一定深さの耕耘作業を行う
ことは出来るが圃場の表面全体を一定の基準高さを持っ
た平面あるいは水平面に仕上げることはできない。光ビ
ームを位置検出手段とする制御方式では、作業機に受光
器を装備するだけでよく簡単であり、従来の光ビームに
よる高さ位置制御方式は、光ビームの高さによって作業
機側の高さが制御されるので圃場表面を光ビームと平行
に仕上げることができるが、圃場の均平作業は、同一地
域でほぼ同一時期に一斉におこなわれることが常であ
り、複数のレーザ発光機から射出された複数の光ビーム
が受光機に到達し、制御不能に陥ることがあった。さら
に、作業機の高さ位置制御には、レ−ザ光などを発光す
る発光機が必要で、作業をしようとする圃場の近辺に発
光機を用意することが必要となり、圃場での作業位置に
よっては発光機の設置場所に恵まれないことがあった。

【０００５】本発明の目的は、光ビームの発光機を不要
にし、広く利用されるに至ったＧＰＳ衛星からの電波を
利用することで作業高さを容易、かつ、正確に制御でき
る圃場用作業装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明は、ＧＰＳ（全地球測位システム：Ｇｌｏ
ｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）の衛
星から受信する電波によって作業機の高さを検出する高
さ位置検出装置を設け、トラクタ側に設けたポジション
コントロールレバーなどの選択手段によって作業高さ位
置を設定し、この設定に従った作業機の高さ位置制御状
態で、作業機の高さ位置が変化したことを作業高さ検出
装置で検出し、この作業高さ検出信号とポジション選択
手段により設定される高さの偏差が一定になるよう作業
機の作業高さを制御することにより、作業機の高さがポ
ジション選択手段により設定した高さと、高さ位置検出
装置の検出高さとが作業状態では平行になるよう制御す
るようにしたもので、以下の構成を特徴とする。

【０００７】トラクタに３点リンク機構を介して作業機
が装着され、リフト機構の油圧制御によって前記リンク
機構を介して前記作業機の作業高さ位置が制御される圃
場の作業装置において、前記作業機に装備され、ＧＰＳ
の衛星から受信する電波によって作業機の高さ位置検出
信号を得る作業高さ検出装置と、前記トラクタに装備さ
れたポジション選択手段から得る作業高さ位置の設定信
号を発生する高さ位置設定手段と、前記ポジション選択
手段により設定した高さと前記作業高さ検出装置からの
高さとが一定の偏差になるよう前記リフト機構により作
業高さ位置を制御する制御手段とを備えたことを特徴と
するものである。また、前記作業高さ検出装置からの高
さ検出信号が途切れたとき、又は遮断操作されたとき、
前記高さ位置検出装置からの高さ位置検出信号に代え
て、前記リンク機構の高さ位置検出器の検出信号で前記
制御手段による高さ位置制御に切り換える切換手段を備
えたことを特徴とするものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図
１、図２によって説明する。先ず、図１は、本発明の実
施形態を示し、作業機の作業高さ位置制御装置の構成図
であり、図３と同等の部分は同一符号で示している。こ
の図において、油圧制御系は、油圧ポンプ１１からの圧
油をリフトシリンダを上昇、下降方向及びロック状態の
３位置に制御できる３位置型の方向制御弁１２をもち、
さらに流量制御弁１３を介してリフトシリンダ４に圧油
を供給することでリフトアーム２₄ を上方または下方に
駆動、もしくは停止させることができるものである。方
向制御弁１２の方向切換は、制御装置１４によって正方
向位置と負方向位置および停止位置の何れかが選択制御
されるようになっている。したがって、リフト機構の油
圧制御系は、制御装置１４から与えられる制御信号によ
って油圧シリンダ４の位置、すなわち、リフト機構を構
成するリフトアーム２₄ の位置が制御され、作業機の作
業高さ位置が制御される。

【０００９】また、制御装置１４は、Ａ／Ｄ変換器１
５、１６と、マイクロコンピュータ１７とバルブドライ
バ１８を有し、Ａ／Ｄ変換器１５は、トラクタ１の運転
席等に設けられるポジジョンコントロールレバー１９の
操作位置を検出するポテンショメータ２０の出力信号を
アナログ信号で入力とし、これをディジタル信号に変換
するものである。Ａ／Ｄ変換器１６は、ＭＰＬＣ（Ｍｉ
ｎｉａｔｕｒｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉ
ｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２１からの作業高さ検出信
号をアナログ信号で入力としてこれをディジタル信号に
変換するものである。さらに、マイクロコンピュータ１
７は、Ａ／Ｄ変換器１５からのディジタル信号を作業高
さ位置目標値として、Ａ／Ｄ変換器１６からのディジタ
ル信号を高さ位置検出信号として比較演算をし、その演
算結果でバルブドライバ１８に対して制御信号を出力す
る。このバルブドライバ１８は、制御入力に応じて圧油
供給路の供給方向を選択するために方向制御弁１２の３
位置の何れか一つを選択する。

【００１０】ＭＰＬＣ２１は、Ａ／Ｄ変換器２２と、プ
ログラムで制御論理が設定されたマイクロコンピュータ
２３と、Ｄ／Ａ変換器２４を有し、Ａ／Ｄ変換器２２
は、リフトアーム２₄ の支持軸等に設けられてリフトア
ーム２₄ の回動角度を検出するポテンショメータ２５の
出力信号を取り込み、その出力と、マイクロコンピュー
タ２３は、Ａ／Ｄ変換器２２の出力と、高さ位置表示器
２６を介して取り込む作業機の高さ位置検出装置２７か
らの高さ位置偏差信号とをマイクロコンピュータ２３に
おいて比較演算するようになっている。Ｄ／Ａ変換器２
４は、マイクロコンピュータ２３で算出された制御信号
をアナログ信号に変換して前記制御装置１４のＡ／Ｄ変
換器１６に出力する。

【００１１】高さ位置表示器２６は、表示部が表示ラン
プの配列または数字表示器で構成され、トラクタの運転
席から視認できる位置に設けられており、ＧＰＳ衛星か
らの信号を利用した作業機の作業高さ位置検出装置２７
からの高さ位置検出信号に対応した高さ位置表示をする
ことができるようになっている。この表示は、高さ位置
検出装置２７が検出する作業機の高さ位置を表示ランプ
の点灯位置や、数字表示器の数値により表示する。また
この高さ位置表示器２６の機能は高さ位置検出装置２７
あるいはＭＰＬＣ２１に内蔵させることにより省略する
ことも可能である。ＧＰＳの衛星からの電波を受信する
高さ位置検出装置２７は、ＧＰＳ受信機２８、制御用コ
ンピュータ２９、ＧＰＳアンテナ３０を有し、ＧＰＳ受
信機２８は、複数のＧＰＳ衛星からの電波をＧＰＳアン
テナ３０を介し受信するものである。

【００１２】ＧＰＳ受信機２８は受信した電波から各衛
星との距離を求め、ＧＰＳアンテナ３０の電気的中心の
３次元的な位置、すなわちＧＰＳアンテナ３０が取り付
けられている作業機の高さ位置を求める。この高さ位置
の演算は、制御用コンピュータ２９により高さ位置制御
開始前に求める高さ位置を基準高さ位置とし、この基準
高さ位置に対して作業機の高さ位置が変化したときの高
さ位置偏差信号として求める。切換スイッチ３１は、制
御用コンピュータ２９からの信号が途絶えた否かを高さ
位置表示器２６の出力で検出したとき、又は作業者が制
御用コンピュータ２９からの信号を遮断するか否かを操
作することでオン・オフ動作し、マイクロコンピュータ
２３の状態切換指令を発生する。

【００１３】以上の構成において、ＭＰＬＣ２１の入力
を高さ位置検出装置２７からの検出信号とする場合、高
さ位置検出装置２７の検出信号は、作業機の高さ位置偏
差信号になる。そして、ＭＰＬＣ２１では、作業高さ検
出装置２７からの高さ位置偏差信号と、トラクタのリフ
トアーム回転角検出ポテンショメータ２５より得られる
作業機高さ検出信号とを入力し、これらの信号から作業
機の高さ制御に必要な方向と制御量に応じた信号を制御
装置１４に送る。制御装置１４では、この信号と、ポジ
ジョンコントロールレバー１９による作業高さ設定信号
に基づく両者の偏差が一定になるようにバルブドライバ
１８からの信号によって方向制御弁１２を制御し、この
制御によりリフト機構の油圧制御系を介してリフトシリ
ンダ４を駆動し、作業機の高さを制御する。この制御状
態は、図２に示すようになり、トラクタ１や作業機３が
圃場の起伏面に至って、作業高さ検出装置２７の高さ検
出信号が変化した場合、その高さ位置偏差信号が変化す
ることになり、制御装置１４ではポジジョンコントロー
ルレバー１９で設定した高さ位置設定信号との偏差に変
化生ずれば、これを一定になるようリフトアームの高さ
位置を制御することにより、高さ位置検出装置２７が検
出する基準高さ位置Ｙと、圃場の均平面Ｘを常に平行に
することができる。これにより、作業状態（深さなど）
を変える必要のときには、作業高さ位置を変えるため
に、制御用コンピュータの操作によってきわめて簡単に
選択変更することができる。

【００１４】また、ポジジョンコントロールレバー１９
で設定した作業高さが作業途中に、基準線（面）に対し
て作業高さ位置が変化した場合、この変化は高さ位置検
出装置２７による検出信号の変化量として制御装置１４
に取り込まれ、その出力信号によりリフト機構のリフト
シリンダ４を駆動することで作業高さ位置を自動修正
し、高さ位置を正確に制御することができる。

【００１５】次に、高さ位置検出装置２７からの検出信
号が何らかの異常で途切れたとき、または作業者が作業
を終了して切換スイッチ３１をオフ（遮断）操作したと
き、ＭＰＬＣ２１は、ポテンショメータ２５からの位置
検出信号をそのまま制御装置１４に出力し、これによ
り、ポジジョンコントロールレバー１９の操作位置に応
じて作業機の高さ位置をフィードバック制御することが
できる。例えば、高さ位置検出装置２７からの検出信号
が途切れたとき、トラクタの３点リンク制御機構に不具
合を与えることなくポジジョンコントロールレバー１９
で設定する高さ位置で作業を継続することができる。

【００１６】なお、制御系の構成は、適宜設計変更で
き、例えば、高さ位置検出装置２７の検出信号を直接に
制御装置１４に入力する構成とすることができ、さらに
は、制御装置１４やＭＰＬＣ２１に代えてアナログ式の
ハードウェアで構成すること、ポテンショメータ２０、
２５に代えてロータリエンコーダとすること、ポジジョ
ンコントロールレバー１９に代えてディジタルスイッチ
とすること、フィードバック制御方式に代えてフィード
フォワード制御方式にすること及び両制御方式の組み合
わせ方式とすることができる。

【００１７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ＧＰＳの衛星から受信する電波によって作業
機の高さ位置を検出する作業高さ検出装置を設け、作業
装置側に設けたポジション選択手段によって作業高さを
任意に設定し、この設定に従った作業機の高さの制御状
態で、作業機の高さ位置が変化したことを高さ位置検出
装置で検出し、この高さ位置検出信号とポジション選択
手段による高さ位置の偏差が一定になるよう作業高さを
制御するように構成したから、常にポジション選択手段
の設定高さが基準面に対して平行状態となるに正確に制
御することができる効果がある。

【００１８】また、本発明は、ＧＰＳの衛星信号を利用
した高さ位置検出になるため、従来の光ビームによる方
式問題になった複数の発光機からの光ビームによる干渉
が全く無く、さらに圃場近辺に発光器を設置する作業が
不要となり、前準備作業が不必要となって能率的であ
る。また、本発明は、感知板やリフトアームの回動角度
などの作業高さ位置検出手段を備えていないトラクタに
適用することができ、これには、ＭＰＬＣ２１を省いた
構成とし、高さ位置検出装置２７からの検出信号を直接
に制御装置１４の入力とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す高さ位置制御装置の構
成図。

【図２】実施形態における制御状態を説明する図。

【図３】従来の作業装置の構成図。

【符号の説明】

１…トラクタ ２…リンク機構 ３…作業機 ４…油圧シリンダ １１…油圧ポンプ １２…方向制御弁 １３…流量制御弁 １４…制御装置 １５、１６、２２…Ａ／Ｄ変換器 １７…マイクロコンピュータ １８…バルブドライバ １９…ポジジョンコントロールレバー ２０、２５…ポテンショメータ ２１…ＭＰＬＣ ２３…マイクロコンピュータ ２４…Ｄ／Ａ変換器 ２６…高さ位置表示器 ２７…作業高さ検出装置 ２８…ＧＰＳ受信機 ２９…制御用コンピュータ ３０…ＧＰＳアンテナ ３１…切換スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2B304 LA02 LA04 LB05 LB15 LC05 MA03 MB02 PB06 PC02 PD18 PD19 QA08 QA11 QA15 QB02 QB14 QC01 QC03 QC08 QC17 RA08 RB01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トラクタに３点リンク機構を介して作業
   機が装着され、リフト機構の油圧制御によって前記リン
   ク機構を介して前記作業機の作業高さ位置が制御される
   圃場の作業装置において、 前記作業機に装備され、ＧＰＳの衛星から受信する電波
   によって作業機の高さ位置検出信号を得る作業高さ検出
   装置と、 前記トラクタに装備されたポジション選択手段から得る
   作業高さ位置の設定信号を発生する高さ位置設定手段
   と、 前記ポジション選択手段により設定した作業高さと、前
   記作業高さ検出装置からの高さとの偏差が一定になるよ
   うに前記リフト機構を駆動して作業高さを制御する制御
   手段とを備えたことを特徴とする圃場用作業装置。
2. 【請求項２】 前記作業高さ検出装置からの高さ位置検
   出信号が途切れたとき又は遮断操作されたとき、前記作
   業高さ検出装置からの高さ検出信号に代えて、前記リン
   ク機構の高さ位置検出器の検出信号で前記制御手段によ
   る高さ位置制御に切り換える切換手段を備えたことを特
   徴とする請求項１に記載の圃場用作業装置。