JP2005341872A - 水田作業車用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】圃場の往復作業走行における苗植付け等の水田作業に支障を来すことなく、畦際部分の機体旋回による圃場の荒れに対して適正な水田作業が可能となる水田作業車用制御装置を提供する。
【解決手段】水田作業車用制御装置は、水田作業車１の旋回動作信号と、均平用のフロート１５を備えて昇降可能な水田作業装置７の高さ位置信号とを受け、機体の旋回動作と対応して水田作業装置７の昇降調節と稼動を制御する制御処理部２２を備えて構成され、この制御処理部２２は、水田作業に適合する所定の応答感度により水田作業装置７を昇降制御しつつ水田作業装置７を稼動制御するとともに、上記旋回動作信号により判定される機体旋回終了の時から所定の範囲に亘り水田作業装置７の応答感度をフロート１５による均平作業に適合する低感度として昇降制御しつつ水田作業装置７を稼動制御するように構成する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、水田における機体走行とともに自動的に苗植付け等の圃場作業をする水田作業車用制御装置に関するものである。

旋回走行可能な機体に備えた水田作業装置により、機体走行とともに田植作業を行う水田作業車において、特許文献１に示すように、機体の旋回走行動作と連動して水田作業装置の動作を制御するようにしたものが知られている。この水田作業車は、昇降動作可能に田植え等の水田植生作業を行う水田作業装置と、この水田作業装置と一体構成のフロート等を備えて構成される。このフロートは、その前後方向傾斜が検出可能に取付けられた平板状浮体であり、水田の植生盤面を均平整地するとともに、植生盤面の高さ位置を検出する。

田植え等の圃場の往復作業走行においては、フロートで植生盤面を均平整地しつつ水田作業装置が植付作業を行う。このとき、フロートの傾斜角度等に基づいて水田作業装置の高さを昇降調節して植付け深さを調節する。往行から復行への折り返し地点でＵターン旋回する旋回行程においては、水田作業装置の植付動作を停止するとともに上昇動作により水田作業装置とフロートとを植生盤面の上方の非作業高さ位置に保持して旋回走行に入り、機体が復行方向まで旋回すると水田作業装置とフロートを下降するとともに同水田作業装置を稼動することにより植付けを再開する。この一連の旋回操作を制御装置により機体の旋回動作と連動して自動処理することにより、オペレータの操作負担を軽減することができる。

しかし、上記制御装置による一連の旋回自動処理においては、圃場の往復植え作業の畦際の機体旋回の際に走行車輪が機体を支持しつつ方向を急変し、走行車輪と接する水田底部が部分的に抉られて激しい凹凸を生じる場合があるので、水田作業装置による苗植付け深さを一定に確保することができず、したがって、圃場の畦際に近い部分の苗植付け作業に支障を来すという問題があった。
特開２００２−３３５７２０号公報

解決しようとする問題点は、圃場の往復作業走行における苗植付け等の水田作業に支障を来すことなく、畦際部分の機体旋回による圃場の荒れに対して適正な水田作業が可能となる水田作業車用制御装置を提供することにある。

本発明は旋回走行可能な水田作業車の旋回動作信号と、同水田作業車に昇降可能に搭載されて均平用のフロートを備えた水田作業装置の高さ位置信号とを受け、機体の旋回動作と対応して水田作業装置の昇降調節と稼動を制御する制御処理部を備える水田作業車用制御装置において、上記制御処理部は、水田作業に適合する所定の応答感度により水田作業装置を昇降制御しつつ水田作業装置を稼動制御するとともに、上記旋回動作信号により判定される機体旋回終了の時から所定の範囲に亘り水田作業装置の応答感度をフロートによる均平作業に適合する低感度として昇降制御しつつ水田作業装置を稼動制御することを特徴とする。上記制御処理部は、機体旋回の終了に続き作業走行する所定の範囲に亘り応答感度を低感度として水田作業装置を昇降制御することから、上記水田作業車用制御装置は、フロートによって圃場を強力に均平しつつ水田作業するように水田作業装置を稼動制御する。

本発明の水田作業車用制御装置は以下の効果を奏する。
上記制御処理部は、機体旋回の終了に続く作業走行において、水田作業装置を昇降制御と稼動制御により水田作業を制御する。この場合において、作業走行の開始から所定の範囲に亘り応答感度を低感度として水田作業装置を昇降制御することにより、フロートによって圃場を強力に均平しつつ、水田作業装置の稼動によって水田作業するように制御することから、畦際における機体旋回によって圃場に荒れが生じた場合でも、所定の範囲をカバーするように圃場の凹凸を強力に均平してその水田作業を適正化することができ、その範囲以降は応答感度を敏感に戻すことにより通常の条件によって水田作業装置が稼動される。したがって、往復作業走行における苗植付け等の水田作業に支障を来すことなく、畦際部分の機体旋回による圃場の荒れに対して適正な水田作業を確保することができる。

本発明の実施の形態について、以下に図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の水田作業機の一例を図１の側面図に示す田植機について説明する。田植機１は、転向車輪２、２と後輪３、３とによって４輪駆動可能に機体を支持し、操舵ハンドル４、オペレータシート５、エンジン６、植付部（水田作業装置）７、伝動機８のほか、各種機器を制御する後述の制御装置を備える。

植付部７は、機体後部に昇降部１１を介して昇降可能に取付けた水田作業装置であり、図示せぬ植付クラッチを介して機体の走行に合わせて多条植え動作するほか、植付け動作と連動して苗を順次送り出す送出部１３、薬肥を吐出する施肥部１４、均平用のフロート部１５…等を備える。フロート部１５は植付部７に対して傾斜検出可能に取付けられた平板状浮体によるセンターフロート、サイドフロート等のフロートからなり、水田の植生盤面を均平整地するとともに、植生盤面の高さ位置を検出する。

これらの搭載機器の伝動系については、たとえば、図２の伝動系平面図に示すように、伝動機８は、その導入部に付設した前後進無段変速機（ＨＳＴ）８ｖのプーリ軸８ｐにエンジン６の動力を受け、この動力を変速するとともに前輪系、後輪系、作業機系に動力を分ける。前輪系の構成は、伝動機８の左右に延出する筒状ケースに伝動軸を内設した前輪伝動部９、９に左右の前輪２，２のナックル２ａ，２ａを転向可能に支持して構成する。後輪系の構成は、伝動機８に内設した左右のサイドクラッチ８ｃ、８ｃを介して伝動機後方に延びる後輪伝動軸１０，１０から左右の後輪伝動部１６，１６を介して後輪３，３を各別に駆動する。作業機系の構成は、伝動機８の片側部（図例は右側）から作業機伝動軸１７を介して後方の植付部７等の作業機を駆動する。

上記前輪伝動部９，９の一方（図例は左側）には、ナックル２ａの転向角度を検出する前輪角度センサ２ｂを設ける。後輪伝動部１６，１６は、図３の後輪の伝動系統展開図に示すように、後輪伝動軸１０を受ける導入軸１６ｆからベベルギヤ１６ｂを介して減速軸１８を設け、この減速軸１８からさらに後輪車軸３ａに減速伝動する。導入軸１６ｆには回転センサ１６ｓを設け、その積算処理によって走行距離を左右各別に算出する。この回転センサ１６ｓによる走行距離は、ギヤケース１６ｃ内の径が最小のギヤ軸（回転数が最大の軸）に設けることにより、外部の泥を受けることなく、左右各別に高精度で算出することができる。その他、後輪伝動部１６，１６を支持する機体フレーム１ａには、前後傾斜センサ１ｂを取付けて機体の前後方向の傾斜を検出する。

また、別の構成例による後輪伝動部１６，１６の回転センサ３ｓは、図４の要部拡大透視平面図に示すように、後輪伝動軸１０をベベルギヤ１６ｂによって減速軸１８に受け、さらに後輪車軸３ａに減速伝動する最大歯数を有する大歯車３ｇの歯の側面に臨んでギヤケース１６ｃ内に配置する。この回転センサ３ｓは、検出が容易であり、かつ、センサ取付け部の加工が容易で簡易に構成することができるとともに、多数の歯によって回転検出精度を向上することができる。また、図５の側面図に示すように、後輪車軸３ａより高位に回転センサ３ｓを配置することにより、ギヤケース１６ｃ内の潤滑油中に没することがなく、かつ、深田等における圃場への沈み込みをなくすことができる。

田植機１の制御装置は、図６に示すターン切替スイッチ２１の切替操作により、「バック付ターン」「自動ターン」「枕地調節ターン」の中から選択に応じたパターンの旋回処理を行うべく構成する。「自動ターン」は、図７（ａ）に示すように、旋回のためのハンドル操作に対応して植付を停止し、機体旋回に付帯して所定の手順で植付けを再開する旋回パターンであり、「バック付ターン」は、図７（ｂ）に示すように、畦に近接した位置まで進んで停車するとともに植付けを停止し、その後の機体後進に続く機体旋回に付帯して植付けを再開するものであり、「枕地調節ターン」は、図７（ｃ）に示すように、機体旋回の手前位置から植付けを停止してさらに前進し、続く機体旋回に付帯して植付けを再開するものである。

制御装置において信号処理をする制御処理部２２の入出力構成は、図８の系統図に示すように、旋回パターンを選択するためのターン切替スイッチ２１の入力信号のほか、各種のスイッチ、センサの信号を受け、また、機体走行と植付部７動作用の各種機器のアクチュエータ類を制御する。

具体的には、制御処理部２２の入力側に、上記切替スイッチ２１のほかに植付け自動動作選択用の植始め自動切替スイッチ２３、植付け動作指令用のフィンガーレバースイッチ２３ａ、植付部７の自動上昇選択用の植付部上昇モードスイッチ２４、変速操作検知用のＨＳＴレバー位置センサ２５、操舵操作検知用のハンドル切れ角センサ２６、時間調節用のタイムラグ調節ダイヤル２７、ブレーキ操作検知用のブレーキペダルセンサ２８、植付部７の下降タイミングを決めるｎ１設定ダイヤル２９等を接続する。また、出力側に、昇降部１１の油圧シリンダ１１ａを介して植付部７を昇降する電磁油圧バルブ１１ｂ、植付部７の植付け稼動用の植付クラッチ作動ソレノイド３１、施肥機動作用の施肥クラッチ作動ソレノイド３２、ＨＳＴレバー傾動用のＨＳＴモータ３３、後述のサイドフロートの傾斜検出を固定制御するサイドフロートストッパソレノイド３６、植付深さを調節するための植付深さモータ３７等を接続する。

ｎ１設定ダイヤル２９は、「標準」を中心に「早」から「遅」までの所定範囲内で調節可能なダイヤルであり、その指示と対応するドライブシャフトの回転距離ｎ１が植付部７の下降タイミングとして設定される。サイドフロートストッパソレノイド３６は、フロート部１５のサイドフロートの傾動を固定するストッパを進退駆動する。このストッパは、その進出位置でサイドフロートの傾斜を固定することにより、傾斜検出することなく、旋回途中の車輪跡を強制的に均平整地することができる。この均平整地のためのフロート固定動作は、植付部７が下降して植付動作を開始すると制御処理部２２により解除され、以後は傾斜検出による昇降調節を行う。また、サイドフロートの支持部には上記植付深さモータ３７を取付けて植付け深さを調節する。特に、旋回の後の直進する時に駆動反力が掛かり、機体が前上がりになることによって後部が下がり、植付部７による植付け深さが不適正になるので、植付け深さが浅くなるように制御する。

上記制御処理部２２による制御処理は、図９のフローチャートに示すように、各センサ値読込（Ｓ１）の後に、変速位置が植付速（Ｓ２）になり、かつ、ドライブシャフト回転数が所定値ｎ３（Ｓ２ａ）になるまで待機する。この所定値ｎ３は、圃場の直進距離と対応する回転距離であり、予め設定することにより、圃場端の畦際との接近を判定することができる。この条件判定により、ターン選択用の切替スイッチ２１をチェック（Ｓ３）し、「バック付ターン」「自動ターン」「枕地調節ターン」の中から選択に応じたパターンの旋回処理を行う。

各旋回パターンについて詳細に説明すると、「バック付ターン」は、ＨＳＴレバー位置センサ２５の信号によりＨＳＴレバーが中立（Ｓ１１）で、主クラッチが「切」（Ｓ１２）でないことを条件に、すなわち、ＨＳＴレバーで走行停止がなされたときに植付部「上昇」と植付クラッチ「切」とを指令（Ｓ１３）する。

この場合、ＨＳＴレバーの中立検出によって旋回制御の感知精度を向上することができる。また、図示せぬ接触センサ等による畦検知センサを機体前端部に設け、畦の側面に最接近した時の検知信号によりレバー傾動装置３３を介してＨＳＴレバーを中立に戻し、自動停車するように構成することにより、畦との衝突を防止して位置決め精度を向上し、以降の制御精度を確保することができる。

主クラッチ「切」の場合は、所定時間以上の停車継続を検出した場合を含め、旋回処理を中止することにより、植付け途中の異常停車等に対応することができる。この時は、オペレータが後進操作を行うことにより、「バック付ターン」の処理に復帰するように構成する。また、植付部「上昇」は、機体の後進動作の前に行われることから、機体後進とともに植付部７を上昇する通常のバックリフト動作による機体後進の際に植付部７が上昇しきれずに表土に喰い込むという事態が回避されるので、フロート部１５の破損を防止することができる。

次いで、衝撃緩和のため所定時間の経過を挟んで所定距離後進（Ｓ１４）する。この後進の際は、その時間的余裕により、走行方向切替によってオペレータが受けるショックを抑えるとともに、植付部７の上昇動作が遅い場合の表土への喰い込みを防止することができる。また、後進動作による車輪跡によって植え付け済みの圃場面が乱れ、植付けた苗を倒すことなく車輪跡を消すのは煩わしい手間を要するので、上記後進動作は、植え終わり位置までの範囲に規制する。

所定時間の経過後に前進操作（Ｓ１５）を待ってドライブシャフト回転による距離カウントを開始（Ｓ１６）する。この前進操作に代えてＨＳＴレバーの傾動指令によって機体を前進させるように構成することにより、操作性の向上を図ることができる。また、機体の前進開始までのタイムラグを設けることにより、オペレータが受けるショックを抑えることができ、さらに、タイムラグ調節ダイヤル２７を設けることにより後進時と前進時について好みの時間に設定できるので、操作性を向上することができる。

この前進開始に続く旋回のためのハンドル操作（Ｓ１７）に応じて後述の左または右の所定のターン制御（Ｓ１８，Ｓ１８）により、機体の旋回動作に付帯して所定位置から植付けを再開する。所定のターン制御（Ｓ１８）は、左右共通のサブルーチン処理によるものであり、他の旋回パターンにも組み込み可能に構成する。

このように制御処理する「バック付ターン」の処理は、植付け条数の少ない田植機を使用する場合において、圃場の往復植付け作業において畦に近接した位置まで植付けすることができるので、植付部７の植付け幅に適合させるべく畦際部の周回植付け作業幅を小さくすることができる。なお、ブレーキペダルセンサ２８の信号によって旋回処理の制御を中止するべく構成した場合には、異状に際して安全性を確保することができる。

「自動ターン」は、旋回のための左右のハンドル操作（Ｓ２１）に応じて上記同様に距離カウントを開始（Ｓ２２，Ｓ２２）するとともに、対応するターン制御（Ｓ１８，Ｓ１８）により所定位置から植付けを再開する。また、「枕地調節ターン」は、植付「切」操作（Ｓ３１）を条件として上記同様に距離カウントを開始（Ｓ３２）し、前進を続行した後に旋回のためのハンドル操作（Ｓ３３）に応じてターン制御（Ｓ１８，Ｓ１８）をすることにより所定位置から植付けを再開する。

サブルーチン処理による左または右のターン制御処理の詳細は、図１０および図１１のフローチャートに示すように、植付部７の上昇モードスイッチ２４をチェック（Ｓ４１）し、上昇モードでない場合にドライブシャフト回転数チェック（Ｓ４２）によって所定の旋回距離ｎ１になるまで待った上で、内外輪３，３の回転差（Ｓ４２ａ）によって昇降感度を変更する。回転差が所定値以上でないときは昇降感度を「鈍感ｂ」（Ｓ４２ｂ）とし、所定値以上であればＨＳＴを戻し（またはスロットルを戻し）て減速（Ｓ４２ｃ）することにより機体沈没を回避して低速脱出し、次いで昇降感度を「鈍感ａ」（Ｓ４２ｄ）とする。「鈍感ａ」は「鈍感ｂ」より昇降感度を鈍感すなわち低感度に設定することにより旋回抵抗の大きい土壌について圃場の凹凸を確実に均平することができる。昇降感度の変更に続いてサイドフロートストッパソレノイド３６を作動（Ｓ４２ｅ）してサイドフロートの傾斜検出を固定する。

昇降感度は、表土が硬い場合には前上がり姿勢としてセンターフロートの後部の支点寄りに作用力を受けることにより、検出感度を抑えて鈍感とし、逆に、表土が軟らかい場合には前下がり姿勢としてセンターフロートの支点から離れた前部寄りに作用力を受けることにより、検出感度を上げて敏感とする。これらフロートの設定の後、旋回操作の判定のためのハンドル角度が規定値ａ以上であることを条件に植付部の「下げ」を指令（Ｓ４４）することによって水田作業装置を植付け動作位置に下降する。

一方、上記チェック（Ｓ４１）で上昇モードの場合は、植付部「上げ」を指令（Ｓ４１ａ）する。ハンドル角度が規定値ａ以上（Ｓ４３）でない場合は、警報出力（Ｓ４３ａ）の上で処理を終了する。

次いで、ドライブシャフト回転数チェック（Ｓ４５）によって所定の旋回距離ｎ２’になると、異常操作の判定のためのハンドル角度が規定値ｂ以上でないこと（Ｓ４６）を条件に施肥クラッチ「入」を指令（Ｓ４７）する。ハンドル角度のチェック（Ｓ４６）の結果が規定値ｂ以上であれば、上記同様に、警報出力（Ｓ４３ａ）の上で処理を終了する。

続いて、植始め自動切替スイッチ２３が「入」であること（Ｓ４８）を条件に、ドライブシャフト回転数チェック（Ｓ４９）によって所定の旋回距離ｎ２になった時に、または、植始め自動切替スイッチ２３のチェック（Ｓ４８）で「入」でないときはフィンガレバーの操作（Ｓ４８ａ）の時に、ＨＳＴを元に戻し（Ｓ４９ａ）、サイドフロートストッパソレノイドを元に戻し（Ｓ４９ｂ）、直進植付けのために植付部の昇降を調節制御し、かつ、植付深さモータを「浅」側に所定量作動（Ｓ４９ｃ）することにより、直進開始時の深植えを防止する。

次いで、植付「入」を指令（Ｓ５０）するとともにドライブシャフト回転カウントクリア（Ｓ５１）により新たに直進距離カウントを開始する。このカウントにより、次のターン位置までの間でハンドル操作をしても、植付部７を上昇することなく植付け走行することができる。また、上記植付け開始時にタイマをセット（Ｓ５２）し、機体が安定する所定時間のタイマアップ（Ｓ５２ａ）を待って昇降感度と植付深さモータを元に戻す（Ｓ５３）ことにより、所定の植付深さを維持しつつ処理を終了する。上記タイマ処理（Ｓ５２，Ｓ５２ａ）は、ドライブシャフト回転カウントによる走行距離に基づく処理としても同様である。

これらの一連の動作パターンに必要なすべての制御値、例えば、直進走行距離、直進走行方位、旋回時操向量、旋回時変速値は、エンジンキーを切っても記憶が維持され、その一方で全制御値をリセットするスイッチを設けることにより、田圃が変わった場合に新たな制御値の設定を可能に構成する。

上述のように構成することにより、左または右のターン制御処理により、機体の旋回動作と連動して植付部７が対応動作することにより、旋回過程の整地を行うとともに、旋回終了後の直進によって植付けが再開される。この機体旋回の際の内外輪３，３の回転差は、スリップ量および泥の持ち上げ量の増加と対応しており、また、土壌の脆さに起因する旋回抵抗の増加との関連性に基づき、内外輪３，３の回転差が所定値以上のときは、昇降感度をより鈍感側に設定することによって圃場の凹凸を強力に均平でき、減速（Ｓ４２ｃ）することによって機体の沈没を防止することができる。

この場合において、上記制御処理部２２は、水田作業装置７を下降する旋回途中から所定の範囲に亘り応答感度を鈍感として水田作業装置７を昇降制御することにより、フロート１５によって圃場を強力に均平しつつ、水田作業装置７の稼動によって水田作業するように制御することから、畦際における機体旋回によって圃場に荒れが生じた場合でも、所定の範囲をカバーするように圃場の凹凸を強力に均平してその水田作業を適正化することができ、その範囲以降は応答感度を敏感に戻すことにより通常の条件によって水田作業装置７が稼動される。したがって、機体旋回によって泥の塊が発生した場合にあっても、往復作業走行における苗植付け等の水田作業に支障を来すことなく、畦際部分の機体旋回による圃場の荒れに対して適正な水田作業を確保することができる。

本発明の水田作業車用制御装置を適用した田植機の側面図である。 伝動系平面図である。 後輪の伝動系統展開図である。 別構成の後輪伝動部の要部拡大透視図である。 図４の後輪伝動部の側面図である。 ターン選択スイッチである。 「自動ターン」（ａ）、「バック付ターン」（ｂ）、「枕地調節ターン」（ｃ）の各旋回構成図である。 制御処理部の入出力系統図である。 制御処理のフローチャートである。 ターン制御の詳細フローチャートである。 ターン制御の詳細フローチャートである。

符号の説明

１ 田植機（水田作業車）
２，２ 前輪（転向車輪）
２ｂ 前輪角度センサ
３ 後輪
４ 操舵ハンドル
７ 植付部（水田作業装置）
８ 伝動機
１１ 昇降部
１５ フロート部（フロート）
２１ ターン切替スイッチ
２２ 制御処理部
２６ 切れ角センサ

Claims (1)

1. 旋回走行可能な水田作業車（１）の旋回動作信号と、同水田作業車に昇降可能に搭載されて均平用のフロート（１５）を備えた水田作業装置（７）の高さ位置信号とを受け、機体の旋回動作と対応して水田作業装置（７）の昇降調節と稼動を制御する制御処理部（２２）を備える水田作業車用制御装置において、
   上記制御処理部（２２）は、水田作業に適合する所定の応答感度により水田作業装置を昇降制御しつつ水田作業装置（７）を稼動制御するとともに、上記旋回動作信号により判定される機体旋回終了の時から所定の範囲に亘り水田作業装置の応答感度をフロート（１５）による均平作業に適合する低感度として昇降制御しつつ水田作業装置（７）を稼動制御することを特徴とする水田作業車用制御装置。