JP3581405B2 - 作業用走行車における作業部の昇降制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、農業機械、建設機械等の作業用走行車における作業部の昇降制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来技術及び発明が解決しようとする課題】
近来、この種の作業用走行車を用いて整地、均平、耕耘等の作業を行うにあたり、作業現場の所定箇所に、水平方向もしくは任意の傾斜方向にレーザ光を投光する投光器を設置する一方、作業用走行車に、前記レーザ光を受光する受光器を設け、該受光器の検出信号を制御部に入力して作業部の自動昇降制御を行うことが提唱されている。しかるに、このものでは、機体回行や場所換えを行うべく作業部を手動で上昇させる場合に、いちいち自動昇降制御のＯＦＦ操作が必要になる許りか、作業を再開させる場合には、作業部の下降操作および自動昇降制御のＯＦＦ操作を行う必要があり、また、作業部高さを手動操作で一時的に補正する必要が生じた場合でも自動昇降制御の切換操作が必要になるため、操作が煩雑で作業性に劣るのが実状であった。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を一掃することができる作業用走行車における作業部の昇降制御装置を提供することを目的として創作されたものであって、投光器から水平方向もしくは任意の傾斜方向に投光されたレーザ光を、作業部に設けられる受光器で受光すると共に、受光器の検出信号を制御部に入力して作業部の自動昇降制御を行う作業用走行車において、前記制御部に、自動昇降制御開始スイッチをＯＮした時点での作業部高さがレーザ光検出範囲内である場合に自動昇降制御を開始する自動制御開始手段と、自動昇降制御開始スイッチをＯＮした時点での作業部高さがレーザ光検出範囲外である場合に手動昇降操作を優先して自動昇降制御の開始を規制する自動制御開始規制手段とを設けたことを特徴とする作業用走行車における作業部の昇降制御装置である。
そして本発明は、この構成によって、作業中における自動昇降制御のＯＮ−ＯＦＦ操作を殆ど不要にして、オペレータの操作労力を軽減させることができるようにしたものである。
【０００４】
【実施例】
次に、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図面において、１はクローラ走行装置２を備える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３を介して圃場面を耕耘するロータリ等の後部作業機４が昇降自在に連結されている。そして、後部作業機４は、リフトアームシリンダ５の伸縮作動に伴うリフトアーム６の上下揺動に基づいて昇降する一方、リフトアーム６と昇降リンク機構４との間に介在するリフトロッドシリンダ７の伸縮作動に基づいて左右に傾斜するが、これらの基本構成は何れも従来通りである。
【０００５】
８は前記走行機体１の前部に上下揺動自在に枢支される左右一対の支持アームであって、該支持アーム８の前端部には、整地、均平等の作業を行うためのブレード９が設けられている。そして、ブレード９は、リフトシリンダ１０の伸縮作動に伴うリフト動作（昇降動作）、アングルシリンダ１１の伸縮作動に伴うアングル動作（ブレード９の左右何れかを前後に変位させる動作）、チルトシリンダ１２の伸縮作動に伴うチルト動作（ブレード９の左右何れかを上下に変位させる動作）等が可能であるが、前記支持アーム８の枢支部には、リフト角（支持アーム８の揺動角）を検出するためのリフト角センサ１３が設けられている。
【０００６】
１４は前記ブレード９に一体的に立設されるマストであって、該マスト１４の上端部には、上下方向に所定の受光幅を有する受光器１５が設けられている。一方、作業現場や圃場の所定箇所には、水平方向もしくは任意の傾斜方向にレーザ光を回転投光する投光器１６が設置されており、該投光器１６から投光されたレーザ光を前記受光器１５で受光すると共に、受光器１５における受光高さ検出に基づいてレーザ光を基準とするブレード高さを検出するが、前記マスト１４には伸縮作動自在なマストシリンダ１７が介設されるため、運転席１８の近傍に配設されるマストシリンダスイッチ１９の操作に基づいて受光器１５に対するブレード９の高さを調整し、ブレード９の対地作業高さを変更きるようになっている。
【０００７】
さらに、２０は運転席１８の近傍に設けられる表示器であって、該表示器２０は、前記受光器１５から入力した検出信号に基づいてレーザ光を基準とするブレード９の高さ表示を行うものである。つまり、表示器２０の表示面２０ａには、上下方向に所定間隔を存して複数の発光表示部２０ｂ〜２０ｆが並設されており、そして、レーザ光に対するズレ量が許容範囲内（例えば、−５ｍｍ〜＋５ｍｍ）である場合には、表示面２０ａの中央に位置する中央発光表示部２０ｂを点灯作動（もしくは点滅作動）させ、また、ズレ量が許容範囲を越え、かつレーザー光検出範囲内（例えば、−５ｍｍ〜−９５ｍｍ、＋５ｍｍ〜＋９５ｍｍ）である場合には、前記中央発光表示部２０ｂの上下に隣接する発光表示部２０ｃ、２０ｄのうち、ズレ方向に対応するものを点灯作動（もしくは点滅作動）させ、さらに、ズレ量がレーザー光検出範囲を越える場合には、表示面２０ａの上下両端部に位置する発光表示部２０ｅ、２０ｆのうち、ズレ方向に対応するものを点灯作動（もしくは点滅作動）させるように構成されている。
【０００８】
またさらに、２１は前記表示器２０の表示面２０ａに装着され、表示面２０ａに表示される高さ表示状態を判別する読取器（判別器）であって、該読取器２１の読取面２１ａには、前記発光表示部２０ｂ〜２０ｆにそれぞれ対向すべく複数の受光素子２１ｂが並設されている。そして、各受光素子２１ｂは、各発光表示部２０ｂ〜２０ｆの発光表示を読取検出すると共に、その検出信号を所定のインタフェース回路を介して後述する第一制御部２２に入力するようになっている。尚、読取器の別実施例としては、図４の如く、表示器２０の各発光表示部２０ｂ〜２０ｆの表示作動をトランジスタ回路に取り込んでそれぞれの表示作動信号を第一制御部２２に入力するようにしてもよい。
【０００９】
一方、２３は前記運転席１８の側方に配設されるサイドパネルであって、該サイドパネル２３の前部には、後部作業機４を昇降操作するためのポジションレバー２４が配設される一方、後部には、後述する耕深自動制御をＯＮ−ＯＦＦ操作するための耕深自動スイッチ２５、後述する傾斜自動制御をＯＮ−ＯＦＦ操作するための傾斜自動スイッチ２６、傾斜自動制御の目標傾斜を設定するための傾斜設定ボリューム２７等の操作具類が開閉自在な透明カバー２８に覆蓋される状態で配設されるが、さらに、サイドパネル２３の中間部には、後部作業機４をワンタッチ操作で昇降させるための昇降操作スイッチ２９と、他の操作具に比べて大型な摘み部を有する耕深設定ボリューム３０とが配設されている。そして、前記各操作具の操作信号は、後部作業機４専用の第二制御部２３Ａに入力されるが、これらサイドパネル２３の構成、機能については、実開平４−４２４２５号公報のものを援用している。
【００１０】
さらに、３１はブレード操作パネルであって、該ブレード操作パネル３１には、ブレード９を昇降操作するためのブレードリフトレバー３２、後述するブレード制御をＯＮ−ＯＦＦ操作するためのブレード自動スイッチ３３、後述するロータリ制御とブレード制御とを切換えるための制御切換スイッチ３４、ブレード制御の制御感度を切換えるための感度切換スイッチ３５、ブレード制御の作動速度を調整するための速度調整ボリューム３６、前述したマストシリンダスイッチ１９等の操作具が設けられるが、本実施例のブレード操作パネル３１は、前記運転席１８とサイドパネル２３との間のスペースを利用してサイドパネル２３前部の内方近傍に設けられるため、後部作業機４の操作具とブレード９の操作具とが明確に区分された状態で運転席１８の一側方に集中配置されるようになっている。
【００１１】
また、３７〜４０は前述のアングル動作およびチルト動作を行うためのスイッチであるが、各スイッチ３７〜４０は、前記ブレードリフトレバー３２の握り部に設けられるため、単一のブレードリフトレバー３２においてスイッチＯＮ操作することにより、ブレード９のリフト動作、アングル動作およびチルト動作を行うことができるようになっている。尚、本実施例では、ブレードリフトレバー３２の操作量に応じてブレード９の昇降速度が変化し、手を離すと中立位置Ｎに復帰してブレード９の昇降が停止する。また、スイッチ３７、３８でアングル姿勢を右前、左前に切換えることができ、スイッチ３９、４０でチルト姿勢を右上、右下に切換操作できる。
【００１２】
ところで、前記第一制御部２２は、所謂マイクロコンピュータを用いて構成されるものであるが、このものは、前述したリフト角センサ１３および読取器２１、ブレードリフトレバー３２のレバー角を検出するレバー角センサ４６、前記ブレード操作パネル３１に設けられる手動操作具等から信号を入力し、これらの入力信号に基づく判断により、前述したリフトシリンダ１０、アングルシリンダ１１、チルトシリンダ１２、マストシリンダ１７等を作動制御する油圧バルブ（図示せず）に対して作動信号を出力するようになっている。
【００１３】
また、前記第二制御部２３Ａは、マイクロコンピュータを用いて構成される既婚のものであるが、このものは、リヤカバー４ａの揺動角に基づいて後部作業機４の耕深を検出する耕深センサ４１、リフトアーム６の上下揺動角を検出するアーム角センサ４２、リフトロッドシリンダ７のロッド長を検出するロッド長センサ４３、機体の左右傾斜を検出する傾斜センサ４４、ポジションレバー２４のレバー角を検出するポジションセンサ４５、前記サイドパネル２３に設けられる操作具等から信号を入力する一方、これらの入力信号に基づく判断により、前述したリフトアームシリンダ５、リフトロッドシリンダ７等を作動制御する油圧バルブ（図示せず）に対して作動信号を出力するようになっている。即ち、第二制御部２３Ａでは、ポジションレバー２４の設定高さを維持するよう後部作業機４を昇降制御するポジション制御、耕深設定ボリューム３０で設定された設定耕深を維持するよう後部作業機４を自動的に昇降制御する耕深自動制御、傾斜設定ボリューム２７で設定された設定傾斜を維持するよう後部作業機４を自動的に傾斜制御する傾斜自動制御等の制御が実行されるようになっている。
【００１４】
この様に、本実施例では、前部作業機（ブレード９）を制御する第一制御部２２と、後部作業機４を制御する第二制御部２３Ａとが設けられているが、本実施例の第一制御部２２に設けられるメモリ（ＲＯＭ）には、図１１に示す如く、レーザ光に基づいてブレード９を自動的に昇降制御するブレード制御、該ブレード制御のＯＮ−ＯＦＦ制御をする手動−自動切換制御、ブレード制御の制御感度を調整する感度調整制御、ブレード制御の作動速度を調整する速度調整制御等の制御ソフトが追加されており、以下、第一制御部２２に追加された制御ソフトの内容をフローチャートに基づいて説明する。尚、前記マスト１４および受光器１５をブレード９から取り外して後部作業機４に装着することも可能であり、この場合には、詳細な説明は省略するが、後部作業機４は、第一制御部２２と第二制御部２３Ａとの併用で制御されるものであり、受光器１５をブレード９に装着した場合のブレード制御と、受光器１５を後部作業機４に装着した場合の制御態様との切換えを前記制御切換スイッチ３４で行うものである。例えば、制御切換スイッチ３４を前方に倒せばブレード制御となり、後方に倒せば後部作業機４の制御となる。
【００１５】
前記手動−自動切換制御では、まず、ブレード自動スイッチ３３のＯＮ−ＯＦＦを判断し、該判断がＯＦＦである場合は、ブレードリフトレバー３２、アングルスイッチ３７、３８およびチルトスイッチ３９、４０の操作を判断すると共に、対応する油圧アクチュエータを作動させるが、この状態では、ブレード制御フラグをリセット状態に維持するようになっている。
【００１６】
一方、ブレード自動スイッチ３３がＯＮである場合は、続いてブレードリフトレバー３２が操作中か否かを判断する。そして、この判断がＹＥＳの場合は、仮令ブレード制御の実行中であっても、ブレード制御フラグをリセットしてブレードリフトレバー３２の手動昇降操作を優先するが、ブレードリフトレバー３２の操作と同時にアングルスイッチ３７、３８もしくはチルトスイッチ３９、４０の操作を判断した場合には、スイッチ３７〜４０の指令を優先しブレードリフトレバー３２の操作に基づく昇降作動を規制するようになっており、スイッチ３７〜４０の操作時にブレードリフトレバー３２を誤って昇降操作方向にブレ動作させても、ブレード９が昇降しないようになっている。
【００１７】
また、ブレード自動スイッチ３３がＯＮで、かつブレードリフトレバー３２の操作判断がＮＯである場合も、アングルスイッチ３７、３８およびチルトスイッチ３９、４０の操作を判断して対応する油圧アクチュエータを作動させることになるが、ここでブレード制御フラグがリセット状態である場合には、前記読取器２１の検出信号に基づき、ブレード高さがレーザ光検出範囲内であるか否かを判断するようになっている。そして、この判断がＮＯである場合は、ブレード９の昇降動作を停止する一方、ＹＥＳと判断した場合には、ブレード制御フラグをセットしてブレード制御の実行を許容するようになっている。
【００１８】
一方、ブレード制御においては、まず、ブレード制御フラグがセット状態であるか否かを判断し、該判断がＹＥＳである場合は、後述するブレード停止フラグがリセット状態であることを確認した後、読取器２１の検出信号に基づいてブレード９のレーザ光に対するズレ量を演算する。つまり、所定時間毎にサンプリングしたｎ個の読取データを平均化してズレ量を求めるが、ズレ量を演算した後は、ズレ方向を判断すると共に、前記ズレ量に基づいてブレード９の目標リフト角を演算する。例えば、図１６において、ブレード９を支持する支持アーム８のリフト角が水平姿勢より−１５度にあるＡの状態で作業をしていた場合に、受光器１５のズレ量がＬ（例えば５ｃｍ）と判別された時には、そのズレ量から目標リフト角としてＢの状態となるズレ角θ（例えば５度）を演算で求め、目標リフト角を−１０度と設定する。また、ズレ方向は、表示器２０の発光表示部２０ｂ〜２０ｆのいずれのものが表示作動しているかで容易に判断できるものである。そして、目標リフト角を演算した後は、目標リフト角までの必要流量を定めた流量関数を用いてリフトシリンダ１０を作動制御するようになっている。即ち、図１７に示す様にズレ角がθであり、かつ速度調整ボリューム３６が標準にセットされている場合には、流量関数から必要流量をＱ１とするものである。
【００１９】
さらに、前記作動信号を出力した後は、所定時間の監視タイマをセットすると共に、タイマ終了を判断するが、この判断がＹＥＳになると、読取器２１の検出信号が前記作動信号に対応する方向に変化したか否かを判断するようになっている。そして、該判断がＮＯである場合には、故障、調整不良等の異常があると判断してブレード９の昇降作動を停止すると共に、ブレード停止フラグをセットして停止状態を維持するようになっており、その後適宜に報知作動をするか、あるいは、機体走行停止、エンジン停止等の作業停止作動を行うものである。
【００２０】
また、前記感度調整制御においては、ブレード制御フラグのセット状態を確認した後、感度切換スイッチ３５の切換位置を判断する。そして、切換位置が「鋭」である場合には、前述した平均サンプル数ｎに小さい値ａをセットする一方、切換位置が「鈍」である場合には、平均サンプル数ｎに大きな値ｃをセットし、また、切換位置が「標準」である場合には、平均サンプル数ｎに中間値ｂをセットするようになっている。
【００２１】
さらに、前記速度調整制御では、ブレード制御フラグのセット状態を確認した後、速度調整ボリューム３６のボリューム値に変化があったか否かを判断する。そして、該判断がＹＥＳの場合には、図１７に示す様にボリューム値に基づいて前記流量関数の傾きを変更してブレード制御の作動速度を調整するようになっている。
【００２２】
叙述の如く構成された本発明の実施例において、ブレード制御の実行中にブレードリフトレバー３２が人為的に手動操作された場合には、ブレード制御を解除してブレードリフトレバー３２による手動昇降操作を優先するが、手動昇降操作後のブレード高さがレーザ光検出範囲内である場合には、直ちにブレード制御を再開させる一方、レーザ光検出範囲外である場合には、ブレード制御を解除状態に保持することになる。従って、機体回行や作業場所の変更移動を行う場合には、ブレード自動スイッチ３３をＯＦＦ操作することなく、ブレード９がレーザ光検出範囲から外れるまでブレードリフトレバー３２を上昇操作すれば、ブレード９が上昇位置に保持されて機体回行や作業場所の変更移動が可能になり、一方、作業を再開する際には、上昇したブレード９がレーザ光検出範囲に入るまでブレードリフトレバー３２を下降操作すれば、ブレード制御が自動的に再開されることになる。また、ブレード制御中にブレード高さを一時的に補正する場合も、ブレード自動スイッチ３３をＯＦＦ操作することなく、単にブレードリフトレバー３２を人為的に操作すればよく、しかも、補正した高さがレーザ光検出範囲内である場合には、手動昇降操作後、ブレード制御が自動的に再開されることになる。この結果、機体回行、作業場所の変更移動、手動補正操作等におけるブレード自動スイッチ３３の操作を不要にして作業性の向上を計ることができる。
【００２３】
また、作業始めにおいてブレード自動スイッチ３３をＯＮしても、ブレード高さがレーザ光検出範囲から外れた状態ではブレードリフトレバー３２の手動操作が優先されてブレード制御の実行が規制されるため、ブレード自動スイッチ３３のＯＮ操作と同時にブレード９が大きく動作することを防止できる許りか、レーザー光検出範囲に対するズレ方向を判断できずに制御不能状態に陥るような不都合も解消することができる。
【００２４】
また、本実施例では、ブレード９の操作具をブレード操作パネル３１に設けているが、該ブレード操作パネル３１は、後部作業機４の操作具が設けられるサイドパネル２３前部の内方近傍に設けられるため、後部作業機４の操作具とブレード９の操作具とが明確に区分された状態で運転席１８の一側方に集中配置され、この結果、誤操作を生じることなく効率の良い操作が可能になる許りか、ブレード９と後部作業機４とで同時作業を行う場合でも良好な操作性を確保することができる。
【００２５】
また、ブレード９のアングル動作およびチルト動作を行うためのスイッチ群３７〜４０を、ブレードリフトレバー３２の握り部に設けたため、単一のブレードリフトレバー３２において、ブレード９のリフト操作、アングル操作およびチルト操作を可能にし、もって、ブレード９の複合操作を可能にする許りでなく、操作効率も向上させることができる。
【００２６】
また、ブレード制御中においては、前記アングルスイッチ３７、３８もしくはチルトスイッチ３９、４０の操作中に、ブレードリフトレバー３２の操作を判断した場合、ブレードリフトレバー３２の操作を無視するため、アングルスイッチ３７、３８もしくはチルトスイッチ３９、４０を操作する際に、仮令誤ってブレードリフトレバー３２を動かしたとしても、ブレード９が昇降動作することを防止することができ、この結果、慎重にスイッチ操作することを不要にして操作性の向上を計ることができる。
【００２７】
【作用効果】
【００２８】
以上要するに、本発明は叙述の如く構成されたものであって、前記制御部に、作業始めを判断する作業始め判断手段と、自動昇降制御開始スイッチをＯＮした時点での作業始めの作業部高さがレーザ光検出範囲内である場合に自動昇降制御を開始する自動制御開始手段と、自動昇降制御開始スイッチをＯＮした時点での作業始めの作業部高さがレーザ光検出範囲外である場合に自動昇降制御の開始を規制する自動制御開始規制手段とを設けているから、レーザ光検出範囲から外れた状態で作業を開始しようとした場合に、レーザー光検出範囲に入るまで作業部を手動操作することを要求するため、作業始めに作業部が大きく動作することを防止できる許りでなく、レーザー光検出範囲に対するズレ方向を判断できずに制御不能状態に陥るような不都合も解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トラクタの側面図である。
【図２】表示器および読取器の斜視図である。
【図３】読取器を装着した表示器の側面図である。
【図４】読取器（判別器）の他例を示す回路図である。
【図５】運転スペースの平面図である。
【図６】サイドパネルおよびブレード操作パネルを示す斜視図である。
【図７】同上側面図である。
【図８】ブレード操作パネルの側面図である。
【図９】制御作動の概念を示すブロック図である。
【図１０】第一制御部および第二制御部の入出力を示すブロック図である。
【図１１】メインルーチンを示すフローチャートである。
【図１２】手動−自動切換制御を示すフローチャートである。
【図１３】ブレード制御を示すフローチャートである。
【図１４】感度調整制御を示すフローチャートである。
【図１５】速度調整制御を示すフローチャートである。
【図１６】ブレード変位量とリフト角の関係（流量関数）を示すグラフ図である。
【図１７】リフトシリンダ流量とズレ量の関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１ 走行機体
４ 後部作業機
８ 支持アーム
９ ブレード
１０ リフトシリンダ
１３ リフト角センサ
１５ 受光器
１６ 投光器
２０ 表示器
２１ 読取器
２２ 第一制御部
２３Ａ 第二制御部
３１ ブレード操作パネル
３２ ブレードリフトレバー

Claims (1)

1. 投光器から水平方向もしくは任意の傾斜方向に投光されたレーザ光を、作業部に設けられる受光器で受光すると共に、受光器の検出信号を制御部に入力して作業部の自動昇降制御を行う作業用走行車において、前記制御部に、自動昇降制御開始スイッチをＯＮした時点での作業部高さがレーザ光検出範囲内である場合に自動昇降制御を開始する自動制御開始手段と、自動昇降制御開始スイッチをＯＮした時点での作業部高さがレーザ光検出範囲外である場合に手動昇降操作を優先して自動昇降制御の開始を規制する自動制御開始規制手段とを設けたことを特徴とする作業用走行車における作業部の昇降制御装置。

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