JP2011019444A - 農作業機 - Google Patents

Abstract

【課題】方向修正制御が容易に行えるトラクタに装着される農作業機を提供することを目的とする。
【解決手段】トラクタに装着する支持フレーム１１、１２と、支持フレーム１１、１２に対して回動可能に支持され農作業を行う作業部１３と、作業部１３を支持フレーム１１、１２に対して回動させるアクチュエータ２２と、制御部２６と、方向修正スイッチ２７ａ、２７ｂを有する操作部２７と、作業部１３に設置されるセンサ３１とを備え、制御部２６は、センサ３１からの情報から作業部１３の方向が基準の方向に一定になるようにアクチュエータ２２を制御し、方向修正スイッチ２７ａ、２７ｂの操作された場合、アクチュエータ２２を駆動させ、当該操作が終了したときの作業部１３の方向を新たな基準の方向とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、農作業機に関し、特に、方向修正制御が容易に行えるトラクタに装着される農作業機に関する。

トラクタに装着する農作業機の場合、農作業を行う作業部が、トラクタに装着されるフレームに対して水平方向に回動可能なものがある。この場合、作業中は、トラクタの進行方向に平行に固定されているか、もしくは、一定の方向を維持するように方向制御を行なっている。

特許文献１には、オフセット調整機構を制御させるオフセット作業機が記載されている。

特許第４１６４３８７号

しかし、圃場の形状が変化した場合、上述した従来の技術では、対応しきれず連続して安定した作業を行うことが困難であった。

本発明は、上記課題に鑑みて、方向修正制御が容易に行えるトラクタに装着される農作業機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の農作業機は、トラクタに装着され農作業を行う農作業機において、トラクタに装着する支持フレームと、前記支持フレームに対して回動可能に支持され農作業を行う作業部と、前記作業部を前記支持フレームに対して回動させるアクチュエータと、制御部と、方向修正スイッチを有する操作部と、前記作業部に設置されるセンサとを備え、前記制御部は、前記センサからの情報から前記作業部の方向が基準の方向に一定になるように前記アクチュエータを制御し、前記方向修正スイッチが操作された場合、前記アクチュエータを駆動させ、当該操作が終了したときの前記作業部の方向を新たな基準の方向とすることを特徴とする。

さらに本発明の農作業機は、前記センサは、角速度センサ、又は、方位センサであること特徴とする。
さらに本発明の農作業機は、第２のセンサを有し、前記第２のセンサは、前記支持フレームの前記作業部に対する状態を検出し、前記制御部は、前記第２のセンサからの情報も加味して、前記制御を行うことを特徴とする。
さらに本発明の農作業機は、前記第２のセンサは、前記支持フレームの前記作業部に対する角度を検出する角度センサであることを特徴とする。

本発明によれば、トラクタに装着される農作業機において、方向修正制御が容易に行うことができる。

本発明の農作業機の一実施形態を示す平面図である。 本発明の農作業機が有する制御操作システムのブロック図である。 本発明の農作業機の第１の状態を示す平面図である。 本発明の農作業機の第２の状態を示す平面図である。 本発明の農作業機の第３の状態を示す平面図である。 本発明の農作業機の第４の状態を示す平面図である。 本発明の農作業機の第５の状態を示す平面図である。 本発明の農作業機の他の実施形態を示す平面図である。

本発明を実施するための形態を説明する。

図１は、本発明の農作業機の一実施形態を示す平面図である。農作業機２は畦塗り機を例に説明する。農作業機２は、トラクタ１の後部に装着され、トラクタ１の進行方向側面の畦５（６はスソ部、７は肩部を示す。）を形成する。農作業機２は、主として、装着フレーム１１、オフセットフレーム１２、作業部１３、オフセットアクチュエータ２１、方向調整アクチュエータ２２、制御部２６、操作部２７、第１センサ３１を有する。

装着フレーム１１は、トラクタ１後部の取付部３に取り付けられる。装着フレーム１１は、オフセットフレーム１２と水平方向に回動可能な第１支点１２ａによって連結されている。さらに、オフセットフレーム１２は、水平方向に回動可能な第２支点１２ｂによって作業部１３と連結されている。第１支点１２ａと第２支点１２ｂの間は一定の距離を有する。装着フレーム１１とオフセットフレーム１２は、作業部１３に対する支持フレームとなっている。

トラクタからの回転動力は、オフセットフレーム１２内の伝導機構やジョイント等を介して作業部１３に伝達される。作業部１３は耕耘部１４と整畦部１５、必要に応じ上面削り部１６を有しており、伝達された動力で、耕耘部１４により爪の回転等で旧畦の土をかき出し、かき出した土を整畦部１５によりディスクの回転等で畦形状に成形する。また、上面削り部１６により爪の回転等で旧畦上面の土をいったん削ることにより強固な畦成形を可能としている。

オフセットアクチュエータ２１は、シリンダが伸縮することにより、オフセットフレーム１２が装着フレーム１１に対して第１支点１２ａを中心として回動させるためのアクチュエータである。オフセットアクチュエータ２１は、装着フレーム１１に有する水平方向に回動可能な支点２１ａとオフセットフレーム１２に有する水平方向に回動可能な支点２１ｂ間に連結されている。オフセットアクチュエータ２１により、装着フレーム１１に対してオフセットフレーム１２を回動させるため、作業部１３まで含めたオフセット移動を可能とし、非作業時などは、オフセットフレーム１２を回動させ、トラクタ１の後ろ側に作業部１３等を配置させることが可能となる。

方向調整アクチュエータ２２は、シリンダが伸縮することにより、作業部１３がオフセットフレーム１２に対して第２支点１２ｂを中心として回動させるためのアクチュエータである。方向調整アクチュエータ２２は、オフセットフレーム１２に有する水平方向に回動可能な支点２２ａと作業部１３に有する水平方向に回動可能な支点２２ｂ間に連結されている。方向調整アクチュエータ２２により、オフセットフレーム１２に対して作業部１３を回動させるため、トラクタ１の進行方向に対する作業部１３の角度を調整することができる。

図２は、本発明の農作業機が有する制御操作システムのブロック図である。制御部２６は操作部２７と第１センサ３１からの情報をもとに方向調整アクチュエータ２２（と必要に応じオフセットアクチュエータ２１）を制御するものであり、この制御に必要な電子デバイス等で構成される。また、必要に応じ第２センサ３２が設けられ、第２センサ３２からの情報も制御に反映される。図１において、操作部２７はトラクタの運転席近傍に、制御部２６は装着フレーム１１に、第１センサ３１は作業部１３に設けられている。なお、制御部２６は設置の場所は図１に特定されるものではない。また、これらの情報のやりとりは有線でも無線でも可能である。

図３は、本発明の農作業機の第１の状態を示す平面図である。図３では、農作業機２は、畦５に対して平行に直進している状態を示している。このときの作業部１３は畦５に対して作業に適した的確な作業角度となっている。

図４は、本発明の農作業機の第２の状態を示す平面図である。図５は、本発明の農作業機の第３の状態を示す平面図である。図４では、トラクタ１が旋回したため農作業機２も角度θだけ旋回した状態を示す。この状態では、作業部１３は、畦５に対する的確な作業角度よりθだけずれることになり、きちんとした畦を形成できなくなる可能性がある。そこで、旋回した角度θを第１センサ３１が検知し、その情報は、制御部２６へ送られる。制御部２６では、傾いたθ分だけ戻すために方向調整アクチュエータ２２を動かし（伸ばし）、角度θ分だけ作業部１３を回動させる。これにより、図５に示すように、作業部１３は畦５に対する的確な作業角度に戻ることができる。このような制御を繰り返すことで、作業部１３は常にまっすぐ進む直進制御により、きれいな畦を形成することが可能となる。

図６は、本発明の農作業機の第４の状態を示す平面図である。図７は、本発明の農作業機の第５の状態を示す平面図である。図６の畦５’に示すように、元畦自体が曲がっている場合で、この曲がっている畦にそって新しい畦を形成したい場合でも、上記の直進制御では、まっすぐ進むことしかできない。そこで、操作部２７に有する方向修正スイッチ２７ａ、２７ｂの操作より、基準の方向を修正する制御を操作部２７で行う。

制御は、方向修正スイッチ２７ａ、２７ｂを作業者が操作すると、方向調整アクチュエータ２２が動き、作業部１３の角度を変える。このとき、方向調整アクチュエータ２２が停止した後の角度を第１センサ３１から読み取り、この角度を基準として、上述した直進制御を新たに行うものである。

操作部２７の方向修正スイッチ２７ａ、２７ｂの具体例として、方向修正スイッチ（縮）２７ａを押している間は、方向調整アクチュエータ２２が縮み、方向修正スイッチ（伸）２７ｂを押している間は、方向調整アクチュエータ２２が伸び、各スイッチを離すと動きが止まる方式があげられる。

図６の状態では、作業者が、トラクタ１に乗ったまま、操作部２７の方向修正スイッチ（縮）２７ａを押す。すると、方向修正スイッチ（縮）２７ａを押している間だけ作業部１３が第２支点１２ｂを中心に左側へ回動し方向が修正される。そして、方向修正スイッチ（縮）２７ａからの信号が終了すると、制御部２６は、そのときの第１センサ３１からの情報により新たな基準の方向（イ’）を決定する。これにより、基準の方向（イ）から新たな基準の方向（イ’）に方向が修正されたことになる。その状態が図７である。その後は、新たな基準の方向（イ’）に直進するように図３〜５で説明した直進制御を行う。

図８は、本発明の農作業機の他の実施形態を示す平面図である。図８では、第２センサ３２も追加した例である。第２センサ３２を追加することで上述した制御の正確性を増すことができる。

第１センサ３１、又は、第１センサ３１と第２センサ３２を使用した具体的な例として以下に述べる。

〈具体例１〉
具体例１は、第１センサ３１のみ使用し、第１センサ３１が角速度センサ（ジャイロスコープ）の場合である。
作業部１３の回動角度はジャイロの検出した角速度出力を積分することで算出する。
図３〜５で説明した直進制御は、ａ）トラクタ１が直進作業状態のときの作業部１３の方向を基準の方向（イ）として設定（図３）し、ｂ）トラクタ等の旋回により作業機全体の方向が変化するとその角速度変化をジャイロにて検出し、ｃ）検出した角速度出力に基づき、回動角度（θ：方向変化量）を算出（図４）し、ｄ）基準の方向からの変化量を修正するように方向調整アクチュエータ２２を駆動（図５）する。以後上記ｂ→ｄの繰返しで自動的にイの方向を向くように作業部１３の方向を制御する。
一方、図６、７で説明した方向修正制御は、上記ｂ→ｄの繰返しによる自動制御中に、ｅ）作業者が操作部２７で、方向修正スイッチ２７ａ、２７ｂを押す。ｆ）方向修正スイッチ２７ａ、２７ｂを押している間のみ、方向調整アクチュエータ２２を操作通りに駆動（図６）し、ｇ）方向修正スイッチ２７ａ、２７ｂが押されている間の回動角度（α：方向修正量）をジャイロで検出し算出（図７）し、ｈ）それまでの基準の方向に対し方向修正量を加算（イ＋α）して、新た基準の方向（イ´）を再設定する（図７）。以後、上記ｂ→ｄの繰返しに戻り、新たな基準の方向イ´に作業部１３の方向を制御する。

〈具体例２〉
具体例２は、第１センサ３１及び第２センサ３２を使用し、第１センサ３１が角速度センサ（ジャイロスコープ）で、第２センサ３２が角度センサ（ポテンショメータ）の場合である。
図３〜５で説明した直進制御は、具体例１と同様である。
図６、７で説明した方向修正制御は、具体例１のｂ→ｄの繰返しによる自動制御中に、ｅ）作業者が操作部２７で、方向修正スイッチ２７ａ、２７ｂを押す。ｆ）方向修正スイッチ２７ａ、２７ｂを押している間のみ、方向調整アクチュエータ２２を操作通りに駆動し、ｇ）方向修正スイッチ２７ａ、２７ｂが押されている間の回動角度（α：方向修正量）をポテンショで検出し、ｈ）それまでの基準の方向に対し方向修正量を加算（イ＋α）して、新た基準の方向（イ´）に再設定する。以後は、具体例１のｂ→ｄの繰返しに戻り、新たな基準の方向イ´に作業部１３の方向を制御する。

〈具体例３〉
具体例３は、第１センサ３１及び第２センサ３２を使用し、第１センサ３１が角速度センサ（ジャイロスコープ）、第２センサ３２が角度センサ（ポテンショメータ）の場合である。
図３〜５で説明した直進制御は、ａ）トラクタ１が直進作業状態のときの作業部１３の方向を基準の方向（イ）として設定し、ｂ）トラクタ１等の旋回により農作業機２全体の方向が変化するとその角速度変化をジャイロにて検出し、ｃ）検出した角速度出力に基づき、回動角度（θ：方向変化量）を算出し、ｄ）基準の方向からの変化量分をポテンショ検出値に合算し、回動目標値として方向調整アクチュエータ２２を駆動する。以後は、ｂ→ｄの繰返しで自動的にイの方向を向くように作業部１３の方向を制御する。
図６、７で説明した方向修正制御は、上記の直進制御中に、具体例２の方向修正制御を行うものである。

〈具体例４〉
具体例４は、第１センサ３１及び第２センサ３２を使用し、第１センサ３１が角速度センサ（ジャイロスコープ）、第２センサ３２が角度センサ（ポテンショメータ）の場合である。
図３〜５で説明した直進制御は、具体例３と同様である。
図６、７で説明した方向修正制御は、具体例３の直進制御中に、具体例１の方向修正制御を行うものである。

〈具体例５〉
具体例５では、第１センサ３１のみ使用し、第１センサ３１が方位センサのみの場合である。
図３〜５で説明した直進制御は、作業部１３の回動角度を方位センサの検出値より算出するもので、ａ）トラクタ１が直進作業状態のときの作業部１３の方向を基準の方向（イ）として設定し、ｂ）トラクタ１等の旋回により農作業機２全体の方向が変化すると変化後の方向を方位センサにて検出し、ｃ）検出した方向と基準の方向の差から回動角度（θ：方向変化量）を算出し、ｄ）基準の方向からの変化量を修正するように方向調整アクチュエータ２２を駆動する。以後は、上記ｂ→ｄの繰返しで自動的にイの方向を向くように作業部１３の方向を制御する。
図６、７で説明した方向修正制御は、上記ｂ→ｄの繰返しによる自動制御中に、ｅ）作業者が操作部２７で、方向修正スイッチ２７ａ、２７ｂを押し、ｆ）方向修正スイッチ２７ａ、２７ｂを押している間のみ、方向調整アクチュエータ２２を操作通りに駆動し、ｇ）方向修正スイッチ２７ａ、２７ｂが押されている間の回動角度（α：方向修正量）を方位センサで検出し、ｈ）方向修正分（α）の直進制御はキャンセルして、方位センサが検出した修正後の方向を新たな基準の方向（イ´）に再設定する。以後は、上記ｂ→ｄの繰返しに戻り、新たな基準の方向イ´に作業部１３の方向を制御する。

〈具体例６〉
具体例６では、第１センサ３１のみ使用し、第１センサ３１が方位センサの場合である。
図３〜５で説明した直進制御は、作業部１３の向いている方向を方位センサで検出するもので、ａ）トラクタ１が直進作業状態のときの作業部１３の方向を基準の方向（イ）として設定し、ｂ）トラクタ１等の旋回による農作業機２全体の方向変化を方位センサにて検出し、ｃ）方位センサの検出値が基準の方向を向くように、方向調整アクチュエータ２２を駆動し、以後は、上記ｂ→ｃの繰返しで自動的にイの方向を向くように作業部１３の方向を制御する。
図６〜８で説明した方向修正制御は、上記ｂ→ｃの繰返しによる自動制御中に、ｅ）作業者が操作部２７で、方向修正スイッチ２７ａ、２７ｂを押す。ｆ）方向修正スイッチ２７ａ、２７ｂを押している間のみ、方向調整アクチュエータを操作通りに駆動し、ｇ）方向修正スイッチ２７ａ、２７ｂが離れた瞬間の方位センサが検出した修正後の方向を新たな基準の方向（イ´）に再設定する。以後は、上記ｂ→ｃの繰返しに戻り、新たな基準の方向イ´に作業部１３の方向を制御する。

〈具体例７〉
具体例７では、第１センサ３１のみ使用し、第１センサ３１が方位センサの場合である。
図３〜５で説明した直進制御は、具体例５と同様である。
図６、７で説明した方向修正制御は、具体例５の直進制御中に、具体例６の方向修正制御を行うものである。

〈具体例８〉
具体例８では、第１センサ３１のみ使用し、第１センサ３１が方位センサのみの場合である。
図３〜５で説明した直進制御は、具体例６と同様である。
図６、７で説明した方向修正制御は、具体例６の直進制御中に、具体例５の方向修正制御を行うものである。

〈具体例９〉
具体例９は、第１センサ３１及び第２センサ３２を使用し、第１センサ３１が方位センサで、第２センサ３２が角度センサの場合（ポテンショメータ）である。作業部１３の向いている方向は方位センサの検出結果から算出し、方向調整アクチュエータ２２による支持フレーム１１，１２（オフセットフレーム１２）に対する作業部１３の回動角度はポテンショで検出するものである。
図３〜５で説明した直進制御は、作業部１３の回動角度を方位センサの検出値より算出するもので、ａ）トラクタ１が直進作業状態のときの作業部１３の方向を基準の方向（イ）として設定し、ｂ）トラクタ１等の旋回により農作業機２全体の方向が変化すると変化後の方向を方位センサにて検出し、ｃ）検出した方向と基準の方向の差から回動角度（θ：方向変化量）を算出し、ｄ）基準の方向からの変化量分をポテンショ検出値に合算し、回動目標値として方向調整アクチュエータ２２を駆動する。以後は、上記ｂ→ｄの繰返しで自動的にイの方向を向くように作業部１３の方向を制御する。
図６、７で説明した方向修正制御は、上記の直進制御中に、具体例２の方向修正制御を行うものである。

〈具体例１０〉
具体例１０は、第１センサ３１及び第２センサ３２を使用し、第１センサ３１が方位センサで、第２センサ３２が角度センサの場合（ポテンショメータ）である。
図３〜５で説明した直進制御は、具体例９と同様である。
図６、７で説明した方向修正制御は、具体例９の直進制御中に、具体例５の方向修正制御を行うものである。

〈具体例１１〉
具体例１１は、第１センサ３１及び第２センサ３２を使用し、第１センサ３１が方位センサで、第２センサ３２が角度センサの場合（ポテンショメータ）である。
図３〜５で説明した直進制御は、具体例９と同様である。
図６、７で説明した方向修正制御は、具体例９の直進制御中に、具体例６の方向修正制御を行うものである。

〈具体例１２〉
具体例１２は、第１センサ３１及び第２センサ３２を使用し、第１センサ３１が方位センサで、第２センサ３２が角度センサの場合（ポテンショメータ）である。
図３〜５で説明した直進制御は、具体例５と同様である。
図６、７で説明した方向修正制御は、具体例５の直進制御中に、具体例２の方向修正制御を行うものである。

〈具体例１３〉
具体例１３は、第１センサ３１及び第２センサ３２を使用し、第１センサ３１が方位センサで、第２センサ３２が角度センサの場合（ポテンショメータ）である。
図３〜５で説明した直進制御は、具体例６と同様である。
図６、７で説明した方向修正制御は、具体例６の直進制御中に、具体例２の方向修正制御を行うものである。

以下に、上述した以外の他の具体例について説明する。

〈他の具体例１〉
方向調整アクチュエータ２２のストロークを検出するストロークセンサを使用し、方向調整アクチュエータ２２の動作量から、作業部１３の姿勢（支持フレーム１１、１２に対する回動角度など）を検出する。また、回動モータによって、作業部１３が回動するときは、回動モータに角度センサ（ロータリエンコーダ）を使用してもよい。

〈他の具体例２〉
距離センサを使用し、支持フレーム１１、１２の所定箇所と作業部１３の所定箇所間の距離を検出して作業部１３の回動角度を算出する。距離センサの例として、ストロークセンサ、超音波距離センサ、電磁波距離センサ、それぞれのＧＰＳ情報から距離を算出するシステム、があげられる。

〈他の具体例３〉
作業部１３の所定箇所の加速度を検出して、作業部１３の回動角度を算出することができる。

〈他の具体例４〉
トラクタ１または農作業機２の本体側の角速度をジャイロで検出し、農作業機２の回動角度を算出。作業部１３の支持フレーム１１、１２に対する回動角度の検出も同時に行い自動で方向制御を行う。

〈他の具体例５〉
トラクタ１または農作業機２本体にＧＰＳシステムを搭載しその位置情報を得て農作業機２の回動角度を算出する。作業部１３の支持フレーム１１、１２に対する回動角度の検出も同時に行い自動で方向制御を行う。

〈他の具体例６〉
トラクタ１から得る情報（車速情報＋舵角情報）から農作業機２の回動角度を算出。作業部１３の支持フレーム１１、１２に対する回動角度の検出も同時に行い自動で方向制御を行う。

以上説明したように、本発明は、簡単に方向修正制御をすることができるので、様々な圃場の形に合わせた対応をすることができる。なお、図６、７では内側に曲がっている畦を示したが、外側に曲がっている畦でも作業部１３の回動を逆に操作することで簡単に方向修正し、その後、直進制御させることができる。また、上述した角度センサ（第２センサ３２）は、支持フレーム１１、１２に対する作業部１３の角度を直接検出するため、上述した制御の正確性をあげることができる。さらに、作業部１３の姿勢の状態を検知するセンサとしても併用可能である。

また上記の本発明を実施するための形態は、農作業機２は畦塗り機を例に示したが、これ以外に、フレームに対して農作業を行う作業部が回動する機構が適用できる農作業機であれば適用可能である。

１ トラクタ
２ 農作業機
５、５’ 畦
１１ 装着フレーム
１２ オフセットフレーム
１２ａ 第１支点
１２ｂ 第２支点
１３ 作業部
１４ 耕耘部
１５ 整畦部
１６ 上面削り部
２１ オフセットアクチュエータ
２２ 方向調整アクチュエータ
２６ 制御部
２７ 操作部
２７ａ 方向修正スイッチ（縮）
２７ｂ 方向修正スイッチ（伸）
３１ 第１センサ
３２ 第２センサ

Claims (4)

1. トラクタに装着され農作業を行う農作業機において、
   トラクタに装着する支持フレームと、前記支持フレームに対して回動可能に支持され農作業を行う作業部と、前記作業部を前記支持フレームに対して回動させるアクチュエータと、制御部と、方向修正スイッチを有する操作部と、前記作業部に設置されるセンサとを備え、
   前記制御部は、前記センサからの情報から前記作業部の方向が基準の方向に一定になるように前記アクチュエータを制御し、前記方向修正スイッチが操作された場合、前記アクチュエータを駆動させ、当該操作が終了したときの前記作業部の方向を新たな基準の方向とすることを特徴とする農作業機。
2. 請求項１に記載の農作業機において、
   前記センサは、角速度センサ、又は、方位センサであること特徴とする農作業機。
3. 請求項１又は請求項２に記載の農作業機において、
   第２のセンサを有し、前記第２のセンサは、前記支持フレームの前記作業部に対する状態を検出し、前記制御部は、前記第２のセンサからの情報も加味して、前記制御を行うことを特徴とする農作業機。
4. 請求項３に記載の農作業機において、
   前記第２のセンサは、前記支持フレームの前記作業部に対する角度を検出する角度センサであることを特徴とする農作業機。

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