JP2006166714A - Mobile agricultural machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、作業機の左右傾斜を自動制御するトラクタなどの移動農機に関する。 The present invention relates to a mobile agricultural machine such as a tractor that automatically controls the right / left inclination of a work machine.
作業機の左右傾斜を自動制御する移動農機が知られている。この種の移動農機は、通常、作業機又は走行機体に傾斜センサを備え、該傾斜センサの検出値に基づいて作業機の左右傾斜角を判断し、作業機の左右傾斜制御を行うが、走行機体の横揺れ時、急発進時、クラッチ接続時などにおいては、作業機や走行機体の左右傾斜とは無関係に傾斜センサ値が変動するため、作業機の左右傾斜角を誤認し、制御精度が低下する可能性がある。 A mobile agricultural machine that automatically controls the right and left tilt of the work machine is known. This type of mobile agricultural machine is usually provided with a tilt sensor in a work machine or a traveling machine body, and determines the left / right tilt angle of the work machine based on the detection value of the tilt sensor, and performs left / right tilt control of the work machine. When the machine rolls, suddenly starts, or when the clutch is engaged, the tilt sensor value fluctuates regardless of the left / right tilt of the work machine or traveling machine. May be reduced.
そこで、傾斜センサ及び角速度センサの検出値に基づいて作業機の左右傾斜角を判断することが提案される(特許文献1参照)。このような構成によれば、角速度センサの検出値が変動状態のときは、角速度センサの検出値を積算して傾斜データとし、角速度センサの検出値が安定状態のときは、傾斜センサの検出値を傾斜データとして作業機の左右傾斜角を判断することにより、傾斜制御の精度を高めることができる。
しかしながら、従来では、角速度センサに基づく傾斜データを用いる場合であっても、傾斜センサの傾斜データを用いる場合と同じ不感帯を適用しているため、角速度センサの性能を十分に生かすことができず、更なる精度の向上に結びつかないという問題があった。 However, in the past, even when using tilt data based on the angular velocity sensor, the same dead zone as when using the tilt data of the tilt sensor is applied, so the performance of the angular velocity sensor cannot be fully utilized. There was a problem that it did not lead to further improvement in accuracy.
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、作業機の左右傾斜を、傾斜センサ及び角速度センサの検出値に基づいて自動的に制御する移動農機において、前記角速度センサの検出値が変動状態のときは、主に、角速度センサの検出値を積算して傾斜データとすると共に、角速度センサの検出値が安定状態のときは、傾斜センサの検出値を傾斜データとして作業機の左右傾斜角を判断し、更に、角速度センサに基づく傾斜データを用いる場合は、傾斜センサの傾斜データを用いる場合よりも狭い不感帯を適用して作業機の左右傾斜制御を行うことを特徴とする。このように構成すれば、角速度センサによる傾斜制御時の不感帯を適正化し、角速度センサの性能を生かした高精度な傾斜制御を行うことができる。
また、前記不感帯を任意に設定可能としたことを特徴とする。このように構成すれば、設定により不感帯を最適化し、更なる精度の向上が図れる。
The present invention was created to solve these problems in view of the above circumstances, and automatically controls the right / left tilt of the work machine based on the detection values of the tilt sensor and the angular velocity sensor. In the mobile agricultural machine, when the detected value of the angular velocity sensor is in a fluctuation state, the detected value of the angular velocity sensor is mainly integrated to obtain inclination data, and when the detected value of the angular velocity sensor is in a stable state, the inclination sensor When the inclination data based on the angular velocity sensor is used, the narrower dead zone is applied than when the inclination data of the inclination sensor is used. Inclination control is performed. If comprised in this way, the dead zone at the time of the inclination control by an angular velocity sensor can be optimized, and highly accurate inclination control using the performance of an angular velocity sensor can be performed.
Further, the dead zone can be arbitrarily set. If comprised in this way, a dead zone is optimized by a setting and the improvement of the further precision can be aimed at.
次に、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。図面において、1はトラクタの走行機体であって、該走行機体1の後部には、昇降リンク機構2を介してロータリ等の作業機3が昇降自在に連結されている。昇降リンク機構2は、左右一対のリフトロッド4を介してリフトアーム5で吊持されており、リフトアーム5の油圧動作に応じて作業機3を昇降させると共に、左右何れかのリフトロッド4に介設されるリフトロッドシリンダ6の油圧動作に応じて作業機3を左右に傾斜させる。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings,
走行機体1(又は作業機3)の所定位置には、走行機体1(又は作業機3)の左右傾斜角を検出する傾斜センサ7(静電容量方式等)と、左右傾斜変化時の角速度を検出する角速度センサ8(水晶音叉方式等)とが組み込まれている。即ち、従来から採用されていた傾斜センサ7の出力信号は、走行機体1の横揺れ時、急発進時、クラッチ接続時等において、作業機3や走行機体1の左右傾斜とは無関係に変動するだけでなく、傾斜変化に対する応答性能が低いため、角速度センサ8の検出値を加味して作業機3の左右傾斜角を判断する。具体的には、角速度センサ8の検出値が変動状態のときは、角速度センサ8の検出値を積算して傾斜データとすると共に、角速度センサ8の検出値が安定状態のときは、傾斜センサ7の検出値を傾斜データとして作業機3の左右傾斜角を判断し、作業機3の左右傾斜を自動制御することが可能になる。
At a predetermined position of the traveling machine body 1 (or work machine 3), an inclination sensor 7 (capacitance method or the like) that detects the left and right inclination angle of the traveling machine body 1 (or work machine 3), and an angular velocity when the left and right inclination changes are displayed. An
走行機体1には、マイクロコンピュータ(CPU、ROM、RAM等を含む)を用いて構成される制御部9が設けられている。制御部9には、傾斜制御に係る入力機器として、傾斜制御をON/OFF操作する傾斜制御スイッチ10と、傾斜制御の目標傾斜を設定する傾斜設定ボリューム11と、設定画面操作を行うモニタ操作スイッチ12と、リフトアーム5の位置を検出するリフトアームセンサ13と、ポジションレバー14の操作位置を検出するポジションセンサ15と、リフトロッドシリンダ6のシリンダ長を検出するリフトロッドセンサ16と、ステアリングハンドル17の旋回操作を検出するステアリング切れ角検出スイッチ18と、前述した傾斜センサ7及び角速度センサ8とが接続される一方、傾斜制御に係る出力機器としては、リフトロッド用電磁切換バルブ19の伸長用ソレノイド19aと、縮小用ソレノイド19bと、設定画面を表示するモニタ20とが接続されている。
The
そして、制御部9では、傾斜設定データ及び傾斜判断データにもとづいて傾斜目標値(リフトロッド目標値)をセットし、該目標値に対するリフトロッドセンサデータの偏差に応じてリフトロッドシリンダ6を伸縮制御するが、本実施形態の制御部9は、このような傾斜制御を実行するにあたり、傾斜制御ルーチン(傾斜演算処理ルーチンを含む)の他に、傾斜制御の不感帯設定を行う傾き感度操作ルーチン、各種の処理ルーチンを含む角速度処理メインルーチン、タイマ割込みで実行される基準データ処理ルーチン、積算処理ルーチン、平滑処理ルーチン等を備えている。
Then, the
基準データ処理ルーチンは、角速度センサ値の基準データを演算するための処理であり、ここで演算された基準データをもとに角速度センサ値の安定判断等が行われる。積算処理ルーチンは、角速度センサ値を積算(積分)して角度変化量(積算データ)を得るための処理であり、積算フラグのONに応じて積算処理を実行する。平滑処理ルーチンは、直近の傾斜センサ値を所定周期で所定個数サンプリングし、その平均値(平滑データ)を演算するための処理であり、ここで演算された平滑データは、角度演算中の角度基準データとして使用される。 The reference data processing routine is a process for calculating the reference data of the angular velocity sensor value, and the stability determination of the angular velocity sensor value is performed based on the reference data calculated here. The integration process routine is a process for integrating (integrating) the angular velocity sensor values to obtain an angle change amount (integration data), and executes the integration process in response to the ON of the integration flag. The smoothing processing routine is a process for sampling a predetermined number of the latest tilt sensor values in a predetermined cycle and calculating an average value (smooth data). The smoothed data calculated here is an angle reference during angle calculation. Used as data.
次に、角速度処理メインルーチンについて、図3及び図4を参照して説明する。図3に示すように、角速度処理メインルーチンには、初期設定ルーチン(S101)、接続判断ルーチン(S102)、平滑制御ルーチン(S103)、演算不感帯設定ルーチン(S104)、切替制御ルーチン(S105)、角度演算ルーチン(S106)等のサブルーチンが含まれている。 Next, the angular velocity processing main routine will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 3, the angular velocity processing main routine includes an initial setting routine (S101), a connection determination routine (S102), a smoothing control routine (S103), a calculation dead zone setting routine (S104), a switching control routine (S105), A subroutine such as an angle calculation routine (S106) is included.
初期設定ルーチンは、各種フラグ、各種タイマ、各種データ等の初期設定を行う。接続判断ルーチンは、角速度センサ8が制御部9に正しく接続されているか否かを判断するための処理であり、例えば、角速度センサ8からの入力電圧が予め設定された範囲内であるか否かによって角速度センサ8の接続判断を行っている。平滑制御ルーチンは、前述した平滑処理ルーチンにおける傾斜センサ値のサンプリング周期を設定するための処理であり、例えば、作業開始直後などの如く、傾斜センサ値が変動し易いとき、少しでも正確な傾斜データが得られるように、傾斜センサ値のサンプリング周期を短くする。演算不感帯設定ルーチンは、角速度センサ値の演算に用いる不感帯を設定するための処理であり、例えば、車速に応じて演算不感帯データを変更する。ここで設定される演算不感帯データは、角速度センサ値の安定判断等で利用される。
The initial setting routine performs initial setting of various flags, various timers, various data, and the like. The connection determination routine is a process for determining whether or not the
角度演算ルーチンは、傾斜センサ値及び角速度センサ値にもとづいて走行機体1又は作業機3の傾斜角度を演算する処理であり、例えば、傾斜センサ値の平滑データからなる傾斜基準データと、角速度センサ値を積算してなる積算データとを加算して求められる。ただし、この演算処理では、両センサの出力レベルを合わせるために、所定の定数を用いて積算データの補正が行われることが好ましい。切替制御ルーチンは、傾斜制御で用いる傾斜判断データを、角速度センサ値の安定判断等に基づいて切換えるための処理である。以下、本実施形態の切替制御ルーチンについて、図4を参照して説明する。
The angle calculation routine is a process of calculating the tilt angle of the
図4に示すように、切替制御ルーチンでは、まず、ステアリング切れ角検出スイッチ18の検出信号に基づく旋回判断(S201)と、ポジションセンサ15の検出信号に基づくポジション上昇操作中判断(S202)と、リフトアームセンサ13の検出信号に基づくリフトアーム上昇中判断(S203)とを行う。ここで、いずれかの判断がYESの場合は、角速度センサ値による傾斜制御の開始を遅延させるために開始遅延タイマ(図5のTAに相当)の設定を行う(S204)。次に、開始遅延タイマに基づいて開始遅延時間の未経過を判断し(S205)、この判断がYESの間は、開始遅延タイマのカウント(S206)と、積算フラグのリセット(S207)と、傾斜基準データに対する平滑データのセット(S208)と、積算データのクリア(S209)と、作業開始フラグのセット(S210)と、タイムアウトの設定(S211)とを行う。
As shown in FIG. 4, in the switching control routine, first, a turning determination based on the detection signal of the steering angle detection switch 18 (S201), a determination during a position raising operation based on the detection signal of the position sensor 15 (S202), Based on the detection signal of the
一方、開始遅延時間が経過したら、作業開始フラグのリセット(S212)と、タイムアウト(角速度センサ値による傾斜制御の継続タイマ)のカウント(S213)を行うと共に、差分データを演算する(S214)。ここで演算する差分データは、前述した基準データに対する角速度センサ値の差分であり、具体的には、その絶対値から演算不感帯データを減算して求められる。次に、差分データにより演算判断を行う(S215)。この判断は、前述した角速度センサ値の安定判断に相当するものであり、角速度センサ値が不安定なときは、YESと判断され、安定しているときは、NOと判断される。 On the other hand, when the start delay time elapses, the work start flag is reset (S212), the timeout (inclination control continuation timer based on the angular velocity sensor value) is counted (S213), and the difference data is calculated (S214). The difference data calculated here is a difference of the angular velocity sensor value with respect to the reference data described above, and specifically, is obtained by subtracting the calculation dead zone data from the absolute value. Next, a calculation determination is made based on the difference data (S215). This determination corresponds to the above-described determination of the stability of the angular velocity sensor value. When the angular velocity sensor value is unstable, it is determined as YES, and when it is stable, it is determined as NO.
上記判断がNOの場合は、傾斜センサ値による傾斜制御を行うために、演算開始フラグのリセット(S216)と、積算フラグのリセット(S217)と、タイムアウトの設定(S218)と、傾斜基準データに対する平滑データのセット(S219)と、積算データのクリア(S220)を行う。ただし、角速度センサ値が安定状態になった直後は、傾斜センサ値の応答遅れ(図5のtlに相当)を考慮し、所定時間(図5のTBに相当)だけ角速度センサ値による傾斜制御を維持するようになっている。具体的には、角速度センサ値が安定したら、更新確認タイマ(TB)の経過を判断しつつ(S221)、更新確認タイマのカウント(S222)及び積算フラグのセット(S223)を行い、更新確認タイマが経過したら、S217〜S220を実行する。 If the determination is NO, in order to perform tilt control using the tilt sensor value, the calculation start flag is reset (S216), the integration flag is reset (S217), the timeout is set (S218), and the tilt reference data is set. Smooth data is set (S219) and accumulated data is cleared (S220). However, immediately after the angular velocity sensor value becomes stable, the inclination control by the angular velocity sensor value is performed for a predetermined time (equivalent to TB in FIG. 5) in consideration of the response delay of the inclination sensor value (corresponding to tl in FIG. 5). To maintain. Specifically, when the angular velocity sensor value is stabilized, the update confirmation timer (TB) is judged to have elapsed (S221), the update confirmation timer is counted (S222), and the integration flag is set (S223). When elapses, S217 to S220 are executed.
一方、角速度センサ値が不安定な状態では、演算開始フラグのセット(S224)と、更新確認タイマのクリア(S225)と、積算フラグのセット(S226)を行い、角速度センサ値による傾斜制御を可能にするが、この状態では、常にタイムアウト時間の経過を判断する(S227)。そして、タイムアウト時間が経過した場合は、積算データの累積誤差を一旦解消するために、積算フラグのリセット(S228)と、傾斜基準データに対する平滑データのセット(S229)と、積算データのクリア(S230)を行う。つまり、角速度センサ値がいつまでも安定しない状況が続いた場合には、角速度センサ8の積算データを強制的にクリアすることにより、累積誤差による制御精度の低下を抑制するようにしてある。
On the other hand, when the angular velocity sensor value is unstable, the calculation start flag is set (S224), the update confirmation timer is cleared (S225), and the integration flag is set (S226), so that the inclination control by the angular velocity sensor value is possible. However, in this state, the elapse of the timeout time is always determined (S227). When the time-out period has elapsed, in order to temporarily eliminate the accumulated error of the accumulated data, the accumulated flag is reset (S228), the smooth data is set for the inclination reference data (S229), and the accumulated data is cleared (S230). )I do. That is, when a situation where the angular velocity sensor value is not stable indefinitely continues, the accumulated data of the
次に、傾斜制御ルーチン(傾斜演算処理ルーチンを含む)及び傾き感度操作ルーチンについて、図6〜図8を参照して説明する。図6に示すように、傾斜制御ルーチンでは、まず、角速度センサ制御であるか否かを判断する(S301)。この判断は、例えば、前述した接続判断ルーチン(S102)において、角速度センサ8が正しく接続されていると判断した場合にYESとなる。そして、この判断がNOの場合は、傾斜データ(傾斜制御が傾斜判断に用いるデータ)に傾斜センサ値をセットすると共に(S302)、広い不感帯を設定し(S303)、傾斜センサ値による傾斜制御を実行する。
Next, an inclination control routine (including an inclination calculation processing routine) and an inclination sensitivity operation routine will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 6, in the tilt control routine, first, it is determined whether or not the angular velocity sensor control is performed (S301). This determination is YES when, for example, it is determined that the
一方、角速度センサ8が正しく接続されている場合は、積算データを演算中であるか否かを判断する(S304)。この判断は、例えば、前述した積算フラグの状態を参照し、積算フラグがセットならばYES(切替制御ルーチンでS224〜S226、又はS222〜S223が実行されている状態)、リセットならばNO(切替制御ルーチンでS206〜S211、S228〜S230、又はS217〜S220が実行されている状態)と判断することができる。そして、この判断がYESの場合は、角速度センサ値からなる演算データ(平滑データ+積算データ)を傾斜データにセットし(S305)、NOの場合は、傾斜センサ値からなる演算データ(平滑データ)を傾斜データにセットする(S306)。また、それと共に不感帯の設定を行うが、角速度センサ値による傾斜制御の場合は狭い不感帯を設定し(S307)、傾斜センサ値による傾斜制御の場合は広い不感帯を設定した後(S308)、傾斜演算処理ルーチン(S309)を実行する。つまり、応答性能の高い角速度センサ8の検出値に基づいて傾斜制御する場合は、その性能を生かすために狭い不感帯を適用する。これにより、角速度センサ値による傾斜制御時の不感帯を適正化し、角速度センサ8の性能を生かした高精度な傾斜制御を行うことができる。
On the other hand, if the
図7に示すように、傾斜演算処理ルーチンでは、まず、傾斜データをリフトロッド位置に変換し、リフトロッド目標値を設定する(S401)。次に、リフトロッド目標値に対するリフトロッドセンサ値の差分を求めると共に(S402)、その差分が縮み側であるか否かを判断する(S403)。そして、差分が縮み側で、かつ、差分が不感帯外の場合には(S404)、リフトロッドシリンダ6を縮小させ(S405)、差分が伸び側で、かつ、差分が不感帯外の場合には(S406)、リフトロッドシリンダ6を伸長させ(S407)、更に、差分が不感帯内の場合は、リフトロッドシリンダ6を停止させる(S408)。
As shown in FIG. 7, in the tilt calculation processing routine, first, tilt data is converted into a lift rod position, and a lift rod target value is set (S401). Next, a difference between the lift rod sensor value and the lift rod target value is obtained (S402), and it is determined whether the difference is on the contraction side (S403). If the difference is on the contraction side and the difference is outside the dead zone (S404), the
図8に示すように、傾き感度操作ルーチンでは、まず、傾き感度処理であるか否かを判断する(S501)。この判断は、例えば、メニュー画面で傾き感度設定の項目が選択操作された場合にYESとなる。上記判断がYESになると、モニタ操作スイッチ12の操作を判断する。例えば、データSWアップの場合は(S502)、感度データをアップ処理し(S503)、データSWダウンの場合は(S504)、感度データをダウン処理し(S505)、更に、決定SWダウンの場合は(S506)、感度データを確定する(S507)。ただし、感度データは、予め決められた範囲(0〜10)から逸脱しないように、データリミット処理が行われる(S508)。そして、これらの処理(S501〜S508)を、感度データをモニタ表示する表示処理ルーチン(S509)と共に実行することにより、モニタ画面での傾き感度設定が可能になる。 As shown in FIG. 8, in the tilt sensitivity operation routine, it is first determined whether or not tilt sensitivity processing is being performed (S501). This determination is YES when, for example, an item for setting the tilt sensitivity is selected on the menu screen. When the determination is YES, the operation of the monitor operation switch 12 is determined. For example, when the data SW is up (S502), the sensitivity data is up-processed (S503), when the data SW is down (S504), the sensitivity data is down-processed (S505), and when the decision SW is down (S506), sensitivity data is determined (S507). However, the sensitivity data is subjected to data limit processing so as not to deviate from a predetermined range (0 to 10) (S508). Then, by executing these processes (S501 to S508) together with a display processing routine (S509) for displaying the sensitivity data on a monitor, the tilt sensitivity can be set on the monitor screen.
上記の傾き感度操作によれば、傾斜制御の不感帯を図9のように変更することができる。ここで、広いテーブル不感帯データは、前述した傾斜制御ルーチンのS303、S308で設定される不感帯データであり、狭いテーブル不感帯データは、S307で設定される不感帯データである。そして、角速度センサ値による傾斜制御時に適用される狭い不感帯は、傾斜センサ値による傾斜制御時に適用される広い不感帯よりも常に小さくなるように設定されると共に、傾き感度操作に応じて任意に変更することができる。これにより、角速度センサ値による傾斜制御時に適用される不感帯を設定により最適化し、更なる精度の向上を図ることが可能になる。 According to the tilt sensitivity operation described above, the dead zone for tilt control can be changed as shown in FIG. Here, the wide table dead zone data is the dead zone data set in S303 and S308 of the tilt control routine described above, and the narrow table dead zone data is the dead zone data set in S307. The narrow dead zone applied during tilt control using the angular velocity sensor value is set to be always smaller than the wide dead zone applied during tilt control using the tilt sensor value, and is arbitrarily changed according to the tilt sensitivity operation. be able to. As a result, it is possible to optimize the dead zone applied at the time of tilt control by the angular velocity sensor value by setting and further improve the accuracy.
叙述の如く構成された本実施形態のトラクタは、作業機3の左右傾斜を、傾斜センサ7及び角速度センサ8の検出値に基づいて自動的に制御するにあたり、角速度センサ8の検出値が変動状態のときは、角速度センサ8の検出値を積算して傾斜データとすると共に、角速度センサ8の検出値が安定状態のときは、傾斜センサ7の検出値を傾斜データとして作業機3の左右傾斜角を判断し、更に、角速度センサ8の検出値を傾斜データとする状態が所定時間以上継続したとき、角速度センサ8の積算データをクリアするので、積算データの累積誤差を抑制し、傾斜制御の精度を向上させることができる。
The tractor according to the present embodiment configured as described above is in a state in which the detection value of the
また、角速度センサ8に基づく傾斜データを用いる場合は、傾斜センサ7の傾斜データを用いる場合よりも狭い不感帯を適用して作業機3の傾斜制御を行うので、角速度センサ8による傾斜制御時の不感帯を適正化し、角速度センサ8の性能を生かした高精度な傾斜制御を行うことができる。さらに、本実施形態では、上記の狭い不感帯を更に任意に変更できるようにしたので、不感帯を最適化して更なる精度の向上が図れる。
In addition, when using the tilt data based on the
1 走行機体
3 作業機
7 傾斜センサ
8 角速度センサ
9 制御部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記角速度センサの検出値が変動状態のときは、主に、角速度センサの検出値を積算して傾斜データとすると共に、角速度センサの検出値が安定状態のときは、傾斜センサの検出値を傾斜データとして作業機の左右傾斜角を判断し、更に、角速度センサに基づく傾斜データを用いる場合は、傾斜センサの傾斜データを用いる場合よりも狭い不感帯を適用して作業機の左右傾斜制御を行うことを特徴とする移動農機。 In a mobile agricultural machine that automatically controls the left and right inclination of the work machine based on the detection values of the inclination sensor and the angular velocity sensor,
When the detection value of the angular velocity sensor is in a fluctuating state, the detection value of the inclination sensor is mainly inclined when the detection value of the angular velocity sensor is stable. The left and right tilt angle of the work implement is determined as data, and when using the tilt data based on the angular velocity sensor, the left and right tilt control of the work implement is performed by applying a narrower dead band than when using the tilt data of the tilt sensor. A mobile agricultural machine characterized by
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