JP3158597B2 - 耕深制御装置 - Google Patents

耕深制御装置

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JP3158597B2
JP3158597B2 JP02043092A JP2043092A JP3158597B2 JP 3158597 B2 JP3158597 B2 JP 3158597B2 JP 02043092 A JP02043092 A JP 02043092A JP 2043092 A JP2043092 A JP 2043092A JP 3158597 B2 JP3158597 B2 JP 3158597B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、トラクタに昇降自在に
装着した耕耘作業機の耕耘深さを制御する耕深制御装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図1は耕耘作業機の1例であるロータリ
耕耘機の使用状態を示す図であって、トラクタ1の作業
機連結装置2にロータリ耕耘機3が装着されている。図
示例の作業機連結装置2は3Pヒッチであり、図中の5
は左右一対のロワリンク、6は左右中央に1本のトップ
リンクで、これらリンク5,5,6の後端部に耕耘作業
機3が取り付けられる。また、7はトラクタ1が具備す
る油圧装置で駆動するリフトアームで、該リフトアーム
の後端部にリフトロッド8,8を介してロワリンク5,
5が吊られており、リフトアーム7,7を上下に回動さ
せることにより、ロータリ耕耘機3が昇降するようにな
っている。
【0003】ロータリ耕耘機3は、回転軸に多数の刃体
を植設した耕耘刃10を所定方向に回転させて圃場を耕
耘するようになっている。耕耘刃10の周囲を覆うロー
タリカバー11の後方部分(リヤカバー)12はロータ
リカバー本体に対して上下に回動自在に取り付けられ、
スプリング等によって下向きに付勢されている。機体の
進行にともないリヤカバー12の下部が圃場面に押し付
けられながら移動することにより、耕耘後の圃場面を均
平化して整地する。
【0004】リヤカバー12は耕耘深さ(以下、耕深と
する)が浅いときは立ちぎみとなり、耕深が深いときは
横向きぎみとなるので、リヤカバー角度を耕深センサ1
5で測定することにより、そのときの耕深を検出するこ
とができる。トラクタ1に設けた耕深設定器16で設定
される耕深の目標値とこの耕深センサ15で検出される
耕深の実測値とを比較し、実測値が目標値の不感帯内に
収まるようにロータリ耕耘機3の高さを制御する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記耕深制御におい
て、従来は、ロータリ耕耘機の昇降速度と不感帯の幅が
一定であったので、実際に耕深制御を行うに際して、以
下に示すように状況の変化に的確に対応できないことが
あった。
【0006】すなわち、例えば、トラクタ1の前輪1a
が圃場の凹部に落ち込むと、トラクタ1の機体が前傾し
てロータリ耕耘機3が圃場面から浮上する。このような
場合、ロータリ耕耘機3をトラクタ1に対して急激に下
降させる必要があるが、従来は対応遅れとなった。
【0007】また、上記のような場合に直面してロータ
リ耕耘機3をトラクタ1に対して下降させる際、前輪1
aが凹部から脱出してトラクタ1の機体が水平に戻る
と、耕深が急に深くなりすぎた。特に、耕深設定が浅い
場合は、リヤカバー12の上下変動が激しいので、その
傾向が大きい。
【0008】さらに、リヤカバー12の裏面に付着して
いた土塊や草の固まりが落下した場合、その落下した土
塊等の上をリヤカバー12が通過するので、耕深センサ
15が耕深が深くなったと誤検出し、ロータリ耕耘機3
が上昇してしまう。その結果、実際の耕深は設定値より
も浅くなった。
【0009】また、耕深センサ値が大きい時にロータリ
耕耘機3を下降させると、エンジン負担が大きくなり過
ぎ、油圧ポンプの出力が低下する。すると、ロータリ耕
耘機3の上昇速度が遅くなり、さらにエンジン負担が大
きくなるという悪循環が生じた。
【0010】本発明は、上記各問題点を解決し、精度の
良い安定した耕深制御を行わせることを課題としてい
る。
【0011】
【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、本発明
にかかる耕深制御装置は、トラクタに耕耘作業機を昇降
自在に装着した農作業機の耕深制御装置において、耕耘
作業機の目標とする耕耘深さを設定する耕深設定器と、
実際の耕耘深さを検出する耕深センサを設けて、耕深設
定器による目標値の不感帯内に耕深センサによる実測値
が収まるように耕耘作業機を昇降させるように構成す
とともに、前記耕深設定器による目標値、前記耕深セン
サによる実測値および該実測値の変化量の中の異なる2
変数を条件部メンバーシップ関数としてファジィ推論に
基づいて前記不感帯の幅もしくは耕耘作業機の昇降速度
を決定する決定手段を設けたことを特徴としている。
【0012】
【作用】耕深設定器により耕深の目標値が設定され、耕
深センサにより耕深の実測値が検出される。これら目標
値と実測値を比較して、実測値が目標値の不感帯内に収
まるように耕耘作業機を昇降させる。これら目標値、実
測値および該実測値の変化量の中の異なる2変数を条件
部メンバーシップ関数としてファジィ推論に基づいて前
記不感帯の幅もしくは耕耘作業機の昇降速度を決定す
る。
【0013】具体的には、耕深センサ値が大きく、該耕
深センサ値が大きくなる方向に速く動作している時ほ
上昇側の不感帯を広く、かつ下降側の不感帯を狭くする
と共に、耕深センサ値が小さく、該耕深センサ値が小さ
くなる方向に速く動作している時ほど上昇側の不感帯を
狭くし、かつ下降側の不感帯を広くするとよい。また、
耕深設定値が大きく、耕深センサ値が小さい時ほど耕耘
作業機の上昇速度を遅く、かつ下降速度を速くすると共
に、耕深設定値が小さく、該耕深センサ値が大きい時ほ
ど耕耘作業機の上昇速度を速く、かつ下降速度を遅くす
るとよい。
【0014】ファジィ推論に基づいて異なる2変数を処
理するので、その時の状況に応じて不感帯の幅もしくは
耕耘作業機の昇降速度を適切に決定することができ、精
度のよい安定した制御を行うことができる。
【0015】
【実施例1】以下、前掲図1に示す農作業機の耕深制御
装置について説明する。ロータリ耕耘機の昇降制御に関
しては、トラクタ1機体に対してロータリ耕耘機3を昇
降するポジション制御と地面に対してロータリ耕耘機3
を昇降させる耕深制御の2通りの制御を行うが、ここで
は耕深制御について説明する。
【0016】耕深制御装置は図2のブロック図に示す如
く構成されている。すなはち、前記耕深設定器16で設
定される耕深目標値と、前記耕深センサ15で検出され
る耕深実測値とが入力インターフェイス18を介してC
PU19に入力される。CPU19でこれらのデータに
基づいて後述する処理を行い、出力インターフェイス2
0を介してリフトアーム上下動用の上昇バルブ21およ
び下降バルブ22にバルブ開閉信号を出力する。
【0017】CPU19におけるデータ処理は図3のフ
ローチャートに示す順序で行われる。まず、耕深設定器
16および耕深センサ15の値を読み込み、耕深センサ
値の変化量を算出する。次に、リヤカバー12が最下限
位置もしくは最上限位置にないかを判断し、上記位置に
ない場合は次に進み、上記位置にある場合は、前回の変
化量を今回の変化量として流用する。そして、耕深セン
サ値Dおよびその変化量△Dを入力変数(条件部メンバ
ーシップ関数)、不感帯幅補正量Cを出力変数としてフ
ァジイ推論を行う。
【0018】ファジィ推論を行うに際しては、表1に示
すファジィ制御規則を採用する。横の並びを耕深センサ
値D、縦の並びをその変化量△Dとし、表の中を上昇側
および下降側の不感帯補正量Cとする。なお、上が上昇
側不感帯補正量C(U)、下が下降側不感帯補正量C
(D)である。ここでNBは負で大きい、NSは負で小
さい、Z0はゼロ、PSは正で小さい、PBは正で大き
いを意味する。耕深センサ値Dはリヤカバ−12の角度
で表され、リヤカバー回動角度の中間点をZOとし、P
S、PBとなるほどリヤカバーが横向きぎみになり、N
S、NBとなるほどリヤカバーが立ちぎみとなる。
【0019】
【表1】
【0020】表1より、例えば1行1列については、
「もしリヤカバーが立って(NB)いて、かつリヤカバ
ーが大きな速度で下向きに回動している(NB)なら
ば、上昇用の不感帯幅を広く(PB)すると共に、下降
側の不感帯幅をやや狭く(NS)せよ。」となる。
【0021】2行1列については、「もしリヤカバーが
立って(NB)いて、かつリヤカバーが小さな速度で下
向きに回動している(NS)ならば、上昇側の不感帯幅
も下降側の不感帯幅もやや広く(PS)せよ。」とな
る。
【0022】5行1列については、「もしリヤカバーが
立って(NB)いて、かつリヤカバーが大きな速度で上
向きに回動している(PB)ならば、上昇側の不感帯幅
も下降側の不感帯幅も広く(PB)せよ。」となる。
【0023】1行5列については、「もしリヤカバーが
横向き(PB)で、かつリヤカバーが大きな速度で下向
きに回動している(NB)ならば、上昇側および下降側
の不感帯幅を基準幅のまま維持(ZO)せよ。」とな
る。
【0024】5行5列については、「もしリヤカバーが
横向き(PB)で、かつリヤカバーが大きな速度で上向
きに回動している(PB)ならば、上昇側の不感帯幅を
狭く(NB)すると共に、下降側の不感帯幅を広く(P
B)せよ。」となる。
【0025】また、これら耕深センサ値D、変化量△D
および不感帯幅補正量Cは、図4乃至図6に示すように
その大きさによって分類され、メンバーシップ関数とし
て表される。
【0026】仮に耕深設定値Dがd、変化量△Dが△d
であると想定し、この場合の上昇側の不感帯補正量Cを
求めることにする(図7参照)。このときの耕深センサ
値Dのメンバーシップ値は、NSより与えられるa1
ZOより与えられるa2 であり、変化量ΔDのメンバー
シップ値は、PSより与えられるb1 とZOより与えら
れるb2 である。ファジィ規則に従って不感帯補正量C
のメンバーシップ領域U1 ,U2 を求め、これら領域の
横軸方向の重心位置を補正量Cとする。同様にして下降
側の不感帯幅補正量も求めることができる。
【0027】このようにして不感帯幅を調整した後、耕
深設定値と耕深実測値に基づいてバルブ21,22の開
閉出力を決定し、出力指令を出す。
【0028】実施例1の耕深制御の特徴は次の点にあ
る。
【0029】第1の点は、リヤカバー12が立ち気味
で、さらに立ち上がり方向に速く動作している時は、下
降側の不感帯幅を狭くすることである。すなわち、耕深
が浅くさらに耕深が浅くなろうとしている時はロータリ
耕耘機3を下降させる方向に速く反応するようにし、ピ
ッチングに対する追従性を向上させているのである。ま
た、リヤカバー12の動作速度がやや遅くなると下降側
の不感帯幅を広げるので、ロータリ耕耘機3が下降し過
ぎるのが防止されている。
【0030】第2の点は、リヤカバー12の傾斜が大き
く、さらにその傾向が増大している時は、上昇側の不感
帯幅を狭くしてロータリ耕耘機3を上昇し易くすると共
に、下降側の不感帯幅を広くしてロータリ耕耘機3を下
降しにくくしていることである。これによって、耕耘負
荷変動に良好に対応でき、均平精度を向上させることが
できるようになる。
【0031】
【実施例2】この耕深制御では、耕深設定値Tおよび耕
深センサ値Dを入力変数(条件部メンバーシップ関
数)、ロータリ耕耘機の昇降速度Sを出力変数としてフ
ァジィ推論を行うようにしている。この場合、表2に示
すファジィ制御規則を採用する。横の並びを耕深設定値
T、縦の並びを耕深センサ値Dとし、表の中を昇降速度
Sとする。
【0032】
【表2】
【0033】1行2列については、「もし耕深設定値が
大きく(PB)、かつ耕深センサ値が小さければ(N
B)、上昇速度は小さく(NB)、下降速度は大きく
(PB)せよ。」となる。
【0034】2行2列については、「もし耕深設定値が
大きく(PB)、かつ耕深センサ値がやや小さければ
(NS)、上昇速度はやや小さく(NS)、下降速度は
やや大きく(PS)せよ。」となる。
【0035】4行1列については、「もし耕深設定値が
小さく(NB)、かつリ耕深センサ値がやや大きい(P
S)ならば、上昇速度はやや大きく(PS)、下降速度
は大きく(PB)せよ。」となる。
【0036】5行1列については、「もし耕深設定値が
小さく(NB)、かつ耕深センサ値が大きければ(P
B)、上昇速度も下降速度も大きく(PB)せよ。」と
なる。
【0037】耕深設定値T、耕深センサ値Dおよび昇降
速度Sのメンバーシップ関数は、図8乃至図10の如く
あらわされる。そして、実施例1における場合と同様の
方法で昇降速度Sを決定する(図11参照)。なお、昇
降速度はバルブ開閉信号のデューティ出力オンタイムで
あらわされる。
【0038】実施例2の制御の特徴は、耕耘の浅い時は
ロータリ耕耘機の上昇速度は遅く、かつ下降速度は速く
し、耕耘の深い時はロータリ耕耘機の上昇速度は速く、
かつ下降速度は遅くするということである。これは従来
より経験的に知られていたルールであり、ファジイ制御
を採用することによりこのルールを的確に耕耘制御に取
り入れることが可能となった。これにより、耕耘後の圃
場面の均平精度が向上する。
【0039】
【発明の効果】以上に説明した如く、本発明にかかる耕
深制御装置は、ファジィ推論に基づいて異なる2変数を
条件部メンバーシップ関数としてファジイ推論に基づい
て不感帯の幅もしくは耕耘作業機の昇降速度を決定する
ようにしたものであり、そのときの状況に応じて適切な
アクチュエータの駆動量が決定され、衝撃等が少なく、
迅速な作業機の昇降を行えると共に、過敏な昇降制御を
防止できるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1実施例である農作業機の側面図であ
る。
【図2】耕深制御装置のブロック図である。
【図3】実施例1に示す耕深制御装置のフローチャート
である。
【図4】耕深センサ値のメンバ−シップ関数を表す図で
ある。
【図5】耕深センサ値の変化量のメンバーシップ関数を
示す図である。
【図6】不感帯補正量のメンバーシップ関数を示す図で
ある。
【図7】ファジイ推論の手順を説明する図である。
【図8】耕深設定値のメンバ−シップ関数を示す図であ
る。
【図9】耕深センサ値のメンバ−シップ関数を示す図で
ある。
【図10】昇降速度補正量のメンバ−シップ関数を示す
図である。
【図11】ファジイ推論の手順を説明する図である。
【図12】不感帯の説明図である。
【符号の説明】
1 トラクタ 2 作業機連結装置 3 ロータリ耕耘機(耕耘作業機) 7 リフトアーム 12 リヤカバ− 15 耕深センサ 16 耕深設定器 19 CPU(決定手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A01B 63/114 G05B 13/02

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トラクタに耕耘作業機を昇降自在に装着
    した農作業機の耕深制御装置において、耕耘作業機の目
    標とする耕耘深さを設定する耕深設定器と、実際の耕耘
    深さを検出する耕深センサを設けて、耕深設定器による
    目標値の不感帯内に耕深センサによる実測値が収まるよ
    うに耕耘作業機を昇降させるように構成するとともに、
    前記耕深設定器による目標値、前記耕深センサによる実
    測値および該実測値の変化量の中の異なる2変数を条件
    部メンバーシップ関数としてファジィ推論に基づいて前
    記不感帯の幅もしくは耕耘作業機の昇降速度を決定する
    決定手段を設けたことを特徴とする耕深制御装置。
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