JP2002253014A

JP2002253014A - 農作業機の姿勢制御装置

Info

Publication number: JP2002253014A
Application number: JP2001055993A
Authority: JP
Inventors: Harumitsu Toki; 治光十亀
Original assignee: Iseki and Co Ltd; Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Current assignee: Iseki and Co Ltd; Iseki Agricultural Machinery Mfg Co Ltd
Priority date: 2001-02-28
Filing date: 2001-02-28
Publication date: 2002-09-10

Abstract

(57)【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。

Description

【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６−１
３３６１２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１
２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１３，１
３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３
０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４１，４
１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４
５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５
０ａ，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６
１、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６
５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３
９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，ｐ
２，…（図１１参照）の平均値（サンプル数は例えば５
０）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。

【図面の簡単な説明】

【図１】苗移植機の側面図である。

【図２】苗移植機の平面図である。

【図３】昇降リンク装置の要部及び苗植付部の側面図で
ある。

【図４】昇降リンク装置の要部及び苗植付部の背面図で
ある。

【図５】姿勢制御装置のブロック図である。

【図６】傾斜角速度センサの周波数と出力値の関係を表
すグラフであり、（ａ）は荒れ地走行状態を、（ｂ）は
整地圃場の移動状態を表す。

【図７】姿勢制御における姿勢変化に関する制御のフロ
ーチャートである。

【図８】姿勢制御の感度補正のフローチャートである。

【図９】信号レベルと感度補正値の関係を示すグラフで
ある。

【図１０】危険回避のための制御のフローチャートであ
る。

【図１１】傾斜制御用センサの検出信号の或る周波数域
成分を表すグラフである。

【図１２】画像処理の順序を表すフローチャートであ
る。

【図１３】画像センサで取り込んだ前回の画像及び今回
の画像を表している。

【符号の説明】

１苗移植機２走行車体３昇降リンク装置４苗植付部（作業装置）５施肥装置３９傾斜角速度センサ（姿勢制御用センサ）４４連結軸（前後方向の軸）４７昇降用油圧バルブ５２ローリング用モータ５４左右傾斜角センサ（姿勢制御用センサ）５５ストロークセンサ６５接地センサ８０コントローラ９０画像センサ

Claims

【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。