JP2008035752A - Rolling controller of agricultural working machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、田植機や農用トラクタなどの農作業機に利用されるローリング制御装置に関する。 The present invention relates to a rolling control device used for farm work machines such as rice transplanters and agricultural tractors.
農作業機の一例である乗用型の田植機では、例えば特許文献1に示されているように、作業装置として苗植付け装置を走行機体の後部に駆動ローリング自在に連結し、苗植付け装置の傾斜角検出情報に基づいてローリング用の電動モータ14を通電制御して、苗植付け装置3の左右方向での傾斜角度を目標傾斜角度に安定維持するよう構成するとともに、電動モータによって強制ローリング駆動される中間フレーム11の左右ローリング限界位置をリミットスイッチ21R,21Lで検出するよう構成したものが知られている。
リミットスイッチなどで左右ローリング限界位置を検出する構造においては、ローリング限界位置に到達したことが検出されたり、電動モータに設定以上の電流が流れたことが検知されると、自動的に電動モータへの通電が遮断されて、電動モータやそのドライバーの熱保護や過負荷保護がなされるのが一般的である。この場合、電動モータへの通電が遮断されることでローリング方向での保持力がなくなり、ローリング駆動される作業装置(苗植付け装置)が重量バランスの崩れによって傾斜したり、負荷が軽減してローリング制御が復帰された場合の作動遅れが発生することがあった。 In a structure that detects the left and right rolling limit positions with a limit switch, etc., when it is detected that the rolling limit position has been reached, or when a current exceeding the set value has been detected in the electric motor, it is automatically sent to the electric motor. In general, the electric current is cut off, and the electric motor and its driver are protected against heat and overload. In this case, the energization of the electric motor is cut off, so that the holding force in the rolling direction is lost, and the rolling-driven work device (seed planting device) is tilted due to the loss of weight balance, and the load is reduced to reduce the rolling. There was a case that an operation delay occurs when the control is restored.
本発明は、このような点に着目してなされたものであって、電動モータやそのドライバーの熱保護や過負荷保護を図るとともに、負荷が軽減した後のローリング制御を遅れなく速やかに行えるようにすることを目的としている。 The present invention has been made paying attention to such points, and is intended to provide thermal protection and overload protection for the electric motor and its driver, and to perform rolling control immediately after the load is reduced without delay. The purpose is to be.
第1の発明は、走行機体に作業装置を電動モータにより駆動ローリング自在に連結し、傾斜検出手段によって作業装置における左右方向の傾斜角度を検出し、その検出傾斜角度に基づいて電動モータを通電作動させて、作業装置の左右傾斜角度を目標傾斜角度に近づけるよう構成した農作業機のローリング制御装置であって、
前記検出傾斜角度と目標傾斜角度との偏差に基づいて前記電動モータの駆動電流を制御するよう構成するとともに、電動モータの駆動負荷を検知する負荷検知手段を備え、検知された駆動負荷が設定範囲内に維持されるように電動モータを通電制御する保護手段を備えてあることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, a work device is connected to a traveling machine body by an electric motor so as to be capable of being driven and rolled, and a tilt angle detecting means detects a tilt angle in the left-right direction of the work device and energizes the electric motor based on the detected tilt angle. A rolling control device for a farm machine configured to bring the right and left tilt angle of the work device closer to the target tilt angle,
The driving current of the electric motor is controlled based on the deviation between the detected inclination angle and the target inclination angle, and load detecting means for detecting the driving load of the electric motor is provided, and the detected driving load is within a set range. It is characterized by having a protection means for controlling energization of the electric motor so as to be maintained inside.
上記構成によると、作業装置のローリング作動抵抗が大きくなる、等して電動モータの駆動負荷が設定範囲の限界に到達したことが検出されると、その時点の電流量以上の電流が電動モータに流されることが抑制され、電動モータの駆動負荷が設定範囲から外れることがないように電動モータの駆動電流が抑制制御される。つまり、電動モータには駆動電が供給され続けられることになり、通電遮断された場合のように自由ローリング状態になることはなく、作業装置が検出傾斜角度に関係なく重量バランスの崩れなどによって勝手に傾斜してしまうことはない。 According to the above configuration, when it is detected that the driving load of the electric motor has reached the limit of the setting range, for example, the rolling operation resistance of the work device is increased, a current greater than the current amount is supplied to the electric motor. The driving current of the electric motor is suppressed and controlled so that the driving load of the electric motor is not deviated from the set range. In other words, the electric motor continues to be supplied with drive power, and does not enter the free rolling state as when the power supply is cut off. It will never tilt.
駆動負荷が軽減されて設定範囲内に戻ったことが検知されると、通常の制御状態に復帰し、検出傾斜角度に基づいて割り出された電流量で電動モータが通電制御され、作業装置の傾斜角度が速やかに目標傾斜角度に近づけられる。 When it is detected that the driving load has been reduced and returned to the set range, the normal control state is restored, and the electric motor is energized and controlled with the amount of current determined based on the detected inclination angle. The inclination angle is quickly brought close to the target inclination angle.
従って、第1の発明によると、電動モータやそのドライバーの熱保護や過負荷保護を図りながら、通電遮断によって作業装置が勝手に傾斜してしまうようなことがないために、次に負荷が軽減した後のローリング制御を遅れなく速やかに行うことが可能となる。 Therefore, according to the first aspect of the present invention, the work device is not tilted spontaneously by cutting off the power supply while protecting the electric motor and its driver against heat and overload. After that, the rolling control can be performed promptly without delay.
第2の発明は、上記第1の発明において、
前記電動モータの駆動電流をデューティ制御するよう構成するとともに、電動モータによって作動されるローリング駆動部材の作動位置を検出するセンサを備え、電動モータの駆動電流を制御する駆動出力デューティと前記ローリング駆動部材の位置変動に基づいて電動モータの駆動負荷を推定するよう前記負荷検知手段を構成してあるものである。
According to a second invention, in the first invention,
The drive current of the electric motor is configured to perform duty control, and includes a sensor that detects an operating position of a rolling drive member that is operated by the electric motor, and a drive output duty that controls the drive current of the electric motor and the rolling drive member The load detecting means is configured to estimate the driving load of the electric motor based on the position fluctuation.
上記構成によると、或る電流量に対してローリング駆動部材の位置変動速度が小さいほど駆動負荷が大きいものとなるので、電流量を決める駆動出力デューティとローリング駆動部材の位置変動の速度とを予め入力したマップデータ等に基づいて対比することで電動モータの駆動負荷を推定することができる。この場合、ローリング駆動部材の位置はポテンショメータなどの安価なセンサで簡単に検出できるので、トルクセンサなどの負荷検出センサを用いない安価な構成で電動モータの駆動負荷を取得して、過負荷を防止した好適な通電制御を行うことができる。 According to the above configuration, the smaller the position fluctuation speed of the rolling drive member with respect to a certain amount of current, the greater the driving load. The drive load of the electric motor can be estimated by comparison based on the input map data and the like. In this case, the position of the rolling drive member can be easily detected by an inexpensive sensor such as a potentiometer. Therefore, an overload can be prevented by acquiring the drive load of the electric motor with an inexpensive configuration that does not use a load detection sensor such as a torque sensor. The suitable energization control can be performed.
第3の発明は、上記第2の発明において、
前記ローリング駆動部材の作動範囲を設定し、ローリング駆動部材が前記作動範囲の限界に到達したことが前記センサで検出されると、作動範囲内に戻す方向のローリング作動指令が出されるまでローリング駆動部材を限界位置に維持するよう電動モータを通電制御するよう構成してあるものである。
According to a third invention, in the second invention,
The operation range of the rolling drive member is set, and when the sensor detects that the rolling drive member has reached the limit of the operation range, the rolling drive member is issued until a rolling operation command is issued to return the operation range to the operation range. Is configured to control the energization of the electric motor so as to be maintained at the limit position.
上記構成によると、駆動負荷を推定するデータとしてのローリング駆動部材の位置情報を利用してローリング駆動部材の作動範囲を制限することができ、ローリング駆動部材の作動範囲を決めるリミットスイッチなどが不要となり、センサ類の数を少なくして安価に実施することができる。 According to the above configuration, the operating range of the rolling drive member can be limited by using the position information of the rolling drive member as data for estimating the drive load, and a limit switch for determining the operating range of the rolling drive member becomes unnecessary. Therefore, the number of sensors can be reduced and implemented at low cost.
第4の発明は、上記第2または3の発明において、
前記駆動出力デューティの最大値を制限するよう構成してあるものである。
4th invention is the said 2nd or 3rd invention,
The maximum value of the drive output duty is limited.
上記構成によると、検出傾斜角度と目標傾斜角度との偏差が大きくなるに連れて、電動モータへの電流量を増すために駆動出力デューティが大きいものとなるが、駆動出力デューティの最大値が制限されることで電動モータへ過大な電流がながされることがなく、電動モータやそのドライバーの熱保護が図られる。 According to the above configuration, as the deviation between the detected tilt angle and the target tilt angle increases, the drive output duty increases to increase the amount of current to the electric motor, but the maximum value of the drive output duty is limited. As a result, an excessive current is not applied to the electric motor, and the electric motor and its driver can be protected from heat.
図1に、本発明に係る農作業機の一例として施肥装置付きの乗用型田植機の側面図が、図2にその平面図が示されている。この乗用型田植機は、前輪1および後輪2を備えて4輪駆動走行可能に構成された走行機体3の後部に、平行四連リンク構造のリンク機構4を介して8条植え仕様の苗植付け装置(作業装置)5が昇降自在に連結され、機体後部に施肥装置6が装備されるとともに機体前部の左右に予備苗のせ台7を備えた構造となっており、前記リンク機構4を油圧シリンダ8で上下に駆動揺動することで苗植付け装置5を昇降制御することができるようになっている。苗植付け装置5は、リンク機構4の後端部に前後方向支点X周りにローリング自在に連結されるとともに、リンク機構4の後端上部に備えたローリング駆動機構9によって苗植付け装置5が後述のようにローリング制御される。
FIG. 1 shows a side view of a riding type rice transplanter with a fertilizer device as an example of a farm working machine according to the present invention, and FIG. 2 shows a plan view thereof. This riding type rice transplanter has a front-wheel 1 and a rear-wheel 2 and a seedling of an eight-row planting specification via a
前記走行機体3の前部にはエンジン10が搭載され、その出力が前後進の無段変速が可能な油圧式無段変速装置(HST)11に伝達され、その変速出力がミッションケース12に入力され、図示されない副変速装置でギヤ変速された後、ミッションケース12に支持された左右の前輪1に伝達されるとともに、ミッションケース12から後方に取出された走行系動力が伝動軸13を介して後部伝動ケース14に伝達され、後部伝動ケース14に支持された左右の後輪2に伝達されるようになっている。油圧式無段変速装置11からミッションケース12に伝達された変速出力の内の正転動力が作業用動力として分岐され、ミッションケース12に内装された図示されない株間変速装置でギヤ変速された後、ミッションケース12の後方から取り出され、伝動軸15および伸縮伝動軸16を介して苗植付け装置5に伝達されるようになっている。
An
図2,図3に示すように、前記苗植付け装置5は、横長角筒状の植付けフレーム21、走行機体3から取り出された作業用動力を受けるフィードケース22、一定ストロークで左右に往復横移動する苗のせ台23、8組の回転式の植付け機構24、および、後部左右に2条分づつの前記植付け機構24を備えた4個の植付けケース25、田面Tの植付け箇所を均平整地する5個の整地フロート26、等を備えている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the seedling planting device 5 includes a horizontally long rectangular
並列配備された5個の整地フロート26のうちの中央のものは、苗植付け装置5の田面Tに対する高さを検知する接地センサSFとして利用されている。図5に示すように、前記接地センサSFの後部部支点q周りの上下揺動変位がポテンショメータ27によって電気的に検知され、その検知情報が制御装置28に入力されて演算処理され、接地センサSFの上下揺動姿勢が設定姿勢となるように前記油圧シリンダ8の作動を司る電磁式の制御弁29を作動させることで、苗植付け装置5の田面Tに対する高さを一定に維持して、植付け深さを安定維持する自動植付け深さ制御が実行されるようになている。
The central one of the five
図4に示すように、ローリング駆動機構9は、リンク機構4の後端上部に連結したブラケット50に前後向き支点a周りに左右揺動可能に支持されたローリング駆動部材51と、これをギヤ減速機構52を介して揺動駆動する電動モータ53とから構成されている。図3に示すように、前記植付けフレーム21の左右から立設された支柱54の上端に亘って支持枠55が横架され、この支持枠55の左右箇所に装着されたガイド部材56が、苗のせ台23の背部に補強枠を兼ねて横架連結された案内レール57に係合されて、苗のせ台23の上部が左右移動可能に係合案内されている。前記ローリング駆動部材51の上方遊端部と前記支持枠55の左右箇所とが融通バネ58を介して連結されている。
As shown in FIG. 4, the rolling drive mechanism 9 includes a
この構成によると、苗植付け装置5はローリング駆動部材51に対して融通バネ58を介して所定小範囲で自由ローリング可能に弾性支持されることになり、苗植付け装置5が整地フロート26を介して田面Tに接地している状態では、走行機体3が多少左右傾斜しても弾性融通の範囲内で苗植付け装置5は田面Tに接地追従するようになっている。
According to this configuration, the seedling planting device 5 is elastically supported by the
ローリング駆動機構9の電動モータ53は、苗植付け装置5に装備された後述する傾斜角検出手段からの検出情報に基づいて作動制御され、走行機体3が耕盤の凹凸等によって左右に傾斜して苗植付け装置5が傾斜しかかっても、その傾斜を復元させる方向に苗植付け装置5がローリング制御されて、常に設定されたローリング姿勢(一般に水平)に安定維持され、もって、各植付け機構24による植付け深さに差異の少ない植付けが行われるようになっている。前記ローリング駆動部材51の揺動位置がポテンショメータ60で検出され、ローリング駆動部材51が設定された揺動位置に至ると、その揺動位置に維持されるように電動モータ53が通電制御されて、ローリング駆動部材51の揺動範囲が制限されるようになっている。
The
リンク機構4の後端上部に連結した前記ブラケット50と苗のせ台23の背面における前記案内レール57の左右箇所とに亘って復帰用バネ59が張設されており、苗のせ台23の横移動によって移動方向側の復帰用バネ59が伸ばされることで、苗のせ台横移動に伴うローリング用の支点X周りの重量バランスの崩れを是正する方向の回動力が、伸長された復帰用バネ59によってもたらされるようになっている。
A
苗植付け装置5の左右方向の傾斜角度を検知する手段としては、重力式の角度センサ61と、左右方向の角速度を検知する振動ジャイロ型の角速度センサ62とが利用されて、ローリング用の支点X近くにおいて植付けフレーム21に取付けられている。図6の制御ブロック図に示すように、両センサ61,62からの検出信号は前記制御装置28に入力され、苗植付け装置5をローリング制御するための検出傾斜角度θが以下のようにして算出され、ローリング制御が実行される。
As means for detecting the lateral inclination angle of the seedling planting device 5, a gravity
前記角度センサ61の検出値θgは、ローパスフィルタ63に通されてその低周波成分だけが取得され、また、角速度センサ62の検出値eは、ローカットフィルタ64を通されたのち積分処理されて傾斜角が算出され、この演算値が更にローカットフィルタ65に通されてその高周波成分だけが取得され、次に角度センサ61の検出値θgに基づいて取得された低周波成分の傾斜角度θ1と、角速度センサ62からの検出値eに基づいて取得された高周波成分の傾斜角度θ2とが加算されて、この値が検出傾斜角度θとされる。
The detected value θg of the
なお、角度センサ61からの検出値θgは重力式センサ自体の平滑特性によって検出信号の高周波成分の一部が外乱とともに除去されているので、この除去された高周波成分を補うために角度センサ61の特性に対応した特性のローカットフィルタ64が導入されている。また、ローパスフィルタ63で除去された高周波成分を補うようにローカットフィルタ65の特性が設定される。
Note that the detected value θg from the
つまり、苗植付け装置5が急速に傾斜すると、角度センサ61からの検出値θgには振動等による外乱が含まれるとともに、慣性の影響で逆方向の信号が出力されることがあるので、これらを含む高周波成分を除去した値が基本的な傾斜角度θ1として取得される。そして、傾斜角変動の除去された高周波成分を補うために、角速度センサ62の検出値eに基づいて演算取得された高周波成分の傾斜角度θ2が加算され、全体として優れた応答性および高い精度で検出傾斜角度θが算出されるのである。
That is, when the seedling planting device 5 is rapidly tilted, the detected value θg from the
上記のようにして算出された検出傾斜角度θは、傾斜角度設定器66によって設定された目標傾斜角度θ0と比較演算され、両者の偏差|θ0-θ|が予め入力設定されている不感帯εより大きいと、その偏差が不感帯内に収まる方向に電動モータ53が通電制御されることで、苗植付け装置5が目標傾斜角度θ0に安定維持されるのである。
The detected tilt angle θ calculated as described above is compared with the target tilt angle θ0 set by the tilt
なお、田植機においては、ほとんどの田面Tが水平であるので、前記目標傾斜角度θ0を水平に設定することで、苗植付け装置5を田面Tと平行な水平姿勢に維持して全条での植付け深さを均一にすることができるが、畦際において田面Tが左右に傾斜しているような水田における畦際での植付け作業においては、傾斜角度設定器66を調節して目標傾斜角度θ0を田面Tの傾斜に合わせて調整することで、傾斜した田面Tと平行な植付けを行って植付け深さを均一化を図ることができるものとなる。
Since most of the rice field T is horizontal in the rice transplanter, the seedling planting device 5 is maintained in a horizontal posture parallel to the rice field T by setting the target inclination angle θ0 to be horizontal. Although the planting depth can be made uniform, in the planting operation at the paddy field where the field surface T is tilted to the left and right at the paddy field, the target tilt angle θ0 is adjusted by adjusting the tilt
前記電動モータ53のドライバー70は、制御装置28からの指令に基づいて電動モータ53の駆動電流をデューティ制御するよう構成されている。図7のフロー図に示すように、上記のようにして演算された検出傾斜角度θと目標傾斜角度θ0との偏差|θ0-θ|の大きさに応じて駆動出力デューティDが演算され(♯01,♯02)、駆動出力デューティDが大きいほど電動モータ53に流す電流量が大きくなる。ただし、駆動出力デューティDの最大値が予め制限設定されており、電動モータ53やドライバー70に過大な電流が流れないようになっている。
The
演算された駆動出力デューティDに対する前記ポテンシュメータ60からの検出値の変動速度から電動モータ53の駆動負荷(負荷トルク)が推定される(♯03)。つまり、或る電流量での駆動においてローリング駆動部材51の移動速度が小さいほど駆動負荷が大きいものであり、ポテンショメータ60からの検出値の変動速度と駆動出力デューティDとをマップデータに基づいて対比することで電動モータ53の駆動負荷を推定するのである。
The drive load (load torque) of the
推定された駆動負荷が予め設定された許容範囲にあるか否かが判別され(♯04)、許容範囲の限界に到達すると、目標傾斜角度θ0と検出傾斜角度θとの偏差|θ0-θ|の大きさに応じて演算された前記駆動出力デューティDに優先して、駆動負荷の限界値を維持する駆動出力デューティD’で電動モータ53が通電制御される(♯05,♯06)。推定された駆動負荷が許容範囲の限界より所定量(ヒステリシス量)を下回ったことが認識されると(♯07)、目標傾斜角度θ0と検出傾斜角度θとの偏差|θ0-θ|の大きさに応じて演算された駆動出力デューティDで電動モータ53が通電される通常の制御状態に復帰する。
It is determined whether or not the estimated driving load is within a preset allowable range (# 04). When the limit of the allowable range is reached, the deviation | θ0−θ | between the target inclination angle θ0 and the detected inclination angle θ The
図8のフロー図に示すように、ローリング駆動部材51が予め設定されている作動範囲における左方あるいは右方の限界に到達すると、これがポテンショメータ60からの情報に基づいて検知され、作動範囲内に戻す方向のローリング作動指令が出されるまでローリング駆動部材51を限界位置に維持するよう電動モータ53が通電制御される。
As shown in the flowchart of FIG. 8, when the rolling
図9のフロー図に示すように、上限まで上昇されている苗植付け装置5を田面Tまで下降させる場合、運転作業者によって下降指令が出されて下降が開始されてもローリング制御が直ちに実行されることはなく、接地センサSFが田面Tに接触したことがポテンショメータ27の出力変化によって検知されるまでは、ローリング駆動部材51が下降開始時の位置に維持され、苗植付け装置5が下降開始時の姿勢に維持されながら下降される。接地センサSFが田面Tに接触してポテンショメータ27に出力変化が発生すると、苗植付け装置5が接地したとが判断され、これ以降は通常のローリング制御が行われる。
As shown in the flowchart of FIG. 9, when the seedling planting device 5 that has been raised to the upper limit is lowered to the surface T, the rolling control is immediately executed even if the descent command is issued by the operator and the descent is started. The rolling
畦際での機体方向転換などにおいて、運転作業者によってだされた上昇指令に基づいて苗植付け装置5が強制上昇される際、リンク機構4が上限まで上昇して上限リミットスイッチ30がオン操作されるまではローリング制御が実行され、苗のせ台23に載置された苗の消費具合などによって苗植付け装置5の左右重量バランスが崩れていても、苗植付け装置5は水平姿勢に維持されながら上昇されることになる。上限に到達したことが上限リミットスイッチ30によって検知されると、制御弁29が自動的に中立復帰制御されて苗植付け装置5の上昇が停止されるとともに、ローリング制御も停止される。なお、上限に到達した苗植付け装置5は、リンク機構4との接当によって機械的に走行機体3に対して平行な姿勢に固定され、走行中に勝手にローリングすることが阻止される。
When the seedling planting device 5 is forcibly raised based on the ascent command issued by the operator, such as when turning the aircraft at the shore, the
〔他の実施例〕
(1)電動モータ53の駆動負荷を検出する手段としては、電動モータ53の出力軸などにトルクセンサを装備して、直接に駆動負荷トルクを検出することもできる。
(3)本発明は、乗用型の田植機の他に、走行機体に水田直播装置や水田除草装置などの作業装置を昇降およびローリング自在に連結した農作業機や、ロータリ耕耘装置を昇降およびローリング自在に連結した農用トラクタに適用することもできる。
[Other Examples]
(1) As a means for detecting the driving load of the
(3) In addition to the riding-type rice transplanter, the present invention is a farming machine in which working devices such as a paddy direct sowing device and a paddy weeding device are connected to a traveling machine body so as to be able to move up and down freely and a rotary tiller device can be raised and lowered freely. It can also be applied to agricultural tractors connected to the
1 走行機体
3 作業装置(苗植付け装置)
51 ローリング駆動部材
53 電動モータ
θ0 目標傾斜角度
D 駆動出力デューティ
θ 検出傾斜角度
1 traveling
51
Claims (4)
前記検出傾斜角度と目標傾斜角度との偏差に基づいて前記電動モータの駆動電流を制御するよう構成するとともに、電動モータの駆動負荷を検知する負荷検知手段を備え、検知された駆動負荷が設定範囲内に維持されるように電動モータを通電制御する保護手段を備えてあることを特徴とする農作業機のローリング制御装置。 A work device is connected to the traveling machine body by an electric motor so as to be capable of being driven and rolled, a tilt angle detecting means detects a tilt angle in the left-right direction of the work device, and energizes the electric motor on the basis of the detected tilt angle. A rolling control device for a farm machine configured to bring the right and left tilt angle closer to the target tilt angle,
The driving current of the electric motor is controlled based on the deviation between the detected inclination angle and the target inclination angle, and load detecting means for detecting the driving load of the electric motor is provided, and the detected driving load is within a set range. A rolling control device for a farm working machine, comprising a protection means for controlling energization of an electric motor so as to be maintained inside.
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2006
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