JP3669947B2

JP3669947B2 - 作業機のローリング制御装置

Info

Publication number: JP3669947B2
Application number: JP2001288908A
Authority: JP
Inventors: 享梅本; 俊也福本
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2021-09-21
Also published as: JP2003092901A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行機体の後部に連結したロータリ耕耘装置などの対地作業装置を所定の左右傾斜姿勢に維持するトラクタのローリング制御や、走行機体の後部に連結した苗植付け装置を左右水平姿勢に維持する田植機のローリング制御などを行う際に利用できるローリング制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
農作業機のローリング制御装置としては、走行機体あるいは対地作業装置に、左右方向の傾斜角を検出する重錘式の傾斜センサと左右方向の角速度を検出する角速度センサとを備え、両センサからの検出情報に基づいて走行機体あるいは対地作業装置の傾斜角を演算することが研究あるいは実施されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
重錘式の傾斜センサと角速度センサを併用することで、傾斜センサのみを用いる旧来のローリング制御に比較して応答性および精度の高い制御を行うことができる利点を有しているのであるが、畦際において機体をＵターン旋回する際や、変形圃場での操向時に、遠心力や慣性力によって重錘式の傾斜センサが検出作動してしまい、制御精度が著しく低下してしまうことがある。
【０００４】
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、機体を旋回あるいは急操向する場合でも制御精度が低下することがないローリング制御装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は以下のような構成を採用した。
【０００６】
すなわち、請求項１に係る発明は、走行機体に対地作業装置をローリング自在に連結し、前記走行機体あるいは前記対地作業装置に、左右方向の傾斜角を検出する重錘式の傾斜センサと左右方向の角速度を検出する角速度センサとを備え、前記角速度センサからの信号に基づいて走行機体の左右傾斜角度を演算するとともに、その誤差を傾斜センサからの信号で補正することにより前記走行機体あるいは前記対地作業装置の左右傾斜角を演算し、この演算結果に基づいて対地作業装置を傾斜検出方向と逆方向に駆動ローリングさせて、対地作業装置を設定傾斜角に維持するよう構成する作業機のローリング制御装置であって、走行機体の旋回作動を検知するセンサと、走行速度を検知するセンサと、これらセンサの出力値に基づいて機体旋回時の遠心力を演算する遠心力演算手段と、演算された遠心力が大きくなるほど前記傾斜センサからの出力に関わる前記誤差を補正するためのゲインを低減するとともに前記遠心力が予め設定された閾値を超えると前記ゲインを零にする手段を備え、得られたゲインを補正係数として前記角速度センサからの信号に基づいて演算された走行機体の左右傾斜角度を補正することを特徴とする。
【０００７】
上記構成によると、直進走行の多い通常の作業走行時には、傾斜センサに遠心力や慣性力が大きく働くことがほとんどなく、傾斜センサと角速度センサからの出力はそれぞれ所定の比率でローリング制御に寄与しているが、走行機体が畦際や変形圃場の湾曲部位などで大きく旋回されて遠心力が働く状態になると、これが検知されて、遠心力が大きくなるほど傾斜センサからの出力値が関係している演算誤差を補正するためのゲインを小さくするとともに遠心力が予め設定された閾値を超えると前記ゲインを零にすることで、傾斜センサからの出力に遠心力に起因する外乱が含まれていても、実際の制御への外乱の影響は少ないもの、あるいは、影響がないものとなる。
【０００８】
従って、請求項１に係る発明によると、遠心力や慣性力の影響を抑制した精度の高い、かつ、応答性に優れたローリング制御を行うことができるようになった。
【０００９】
また、請求項２に係る発明は、走行機体に対地作業装置をローリング自在に連結し、前記走行機体あるいは前記対地作業装置に、左右方向の傾斜角を検出する重錘式の傾斜センサと左右方向の角速度を検出する角速度センサとを備え、前記角速度センサからの信号に基づいて走行機体の左右傾斜角度を演算するとともに、その誤差を傾斜センサからの信号で補正することにより前記走行機体あるいは前記対地作業装置の左右傾斜角を演算し、この演算結果に基づいて対地作業装置を傾斜検出方向と逆方向に駆動ローリングさせて、対地作業装置を設定傾斜角に維持するよう構成する作業機のローリング制御装置であって、走行機体の旋回作動を検知するセンサと、走行速度を検知するセンサと、これらセンサの出力値に基づいて機体旋回時の遠心力を演算する遠心力演算手段と、遠心力が前記傾斜センサの出力に及ぼす外乱値を演算する手段と、演算した外乱値を傾斜センサの出力値から減ずる外乱除去手段とを備え、この外乱除去手段で傾斜センサの出力値から前記外乱値を除去した値を基に前記角速度センサからの信号に基づいて演算された走行機体の左右傾斜角度を補正することを特徴とする。
【００１０】
上記構成によると、直進走行の多い通常の作業走行時には、傾斜センサに遠心力や慣性力が大きく働くことがなく、傾斜センサからの出力に外乱が含まれることはほとんどないが、走行機体が畦際や変形圃場の湾曲部位などで大きく旋回されて遠心力が働く状態になると、これが検知されて、この遠心力に基づく傾斜センサの出力に及ぼす外乱値が演算され、演算された外乱値を傾斜センサの出力から減ずる処理を行うことで、処理後のセンサ出力は外乱が除去されたものとなり、この補正より角速度センサからの信号に基づいて行われる走行機体の左右傾斜角度を設定傾斜角に維持するローリング制御も精度の高いものとなる。
【００１１】
従って、請求項２に係る発明によると、遠心力や慣性力の影響を抑制した精度の高い、かつ、応答性に優れたローリング制御を行うことができるようになった。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に、作業機の一例である農用トラクタの全体側面が、また、図２にその後部が示されている。走行機体であるトラクタ本機Ａは前車輪１および後車輪２を駆動輪とした４輪駆動型に構成されており、後車輪２軸支したミッションケース３に、トップリンク４ａと左右一対のロアーリンク４ｂからなる３点リンク機構４を介して、ロータリ耕耘装置（対地作業装置の一例）５が連結されている。ミッションケース３の上部には、リフトシリンダ６により上下に揺動駆動される一対のリフトアーム７が備えられ、これらリフトアーム７とロアーリンク４ｂとがリフトロッド８、及び複動型の油圧シリンダからなるローリングシリンダ９を介して連結されている。
【００１３】
図２に示すように、リフトシリンダ６に接続された電磁制御弁１１が制御装置１０により操作されて、リフトシリンダ６及びリフトアーム７によりロータリ耕耘装置５が昇降駆動される。また、ローリングシリンダ９に接続された電磁制御弁１２が制御装置１０により操作されて、ローリングシリンダ９の伸縮作動によりロータリ耕耘装置５が、ローリングシリンダ９とは反対側のロアーリンク４ｂとの連結点周りにローリング駆動される。
【００１４】
この農用トラクタは、ロータリ耕耘装置５の耕深を設定値に維持する昇降制御、トラクタ本機１に対するロータリ耕耘装置５の高さを任意に調節するポジション制御、および、水平面に対するロータリ耕耘装置５の左右方向の傾斜角度を設定角度に維持するローリング制御が可能となっている。
【００１５】
ロータリ耕耘装置５の後部には、耕耘跡を鎮圧整地する後カバー１５が上下揺動自在かつ下方付勢状態に備えられ、この後カバー１５の上下揺動角度を検出する耕深センサ１６が備えられて、その検出信号が制御装置１０に入力されている。他方、制御装置１０には、ダイヤル操作式のポテンショメータからなる耕深設定器１７と自動耕深制御を入り切りするオンオフスイッチ１８が接続されており、このオンオフスイッチ１８を「入り」にしておくと、耕深センサ１６の検出値が耕深設定器１７の設定値とバランスするように電磁制御弁１１が操作されて、リフトシリンダ６によりロータリ耕耘装置５が自動的に昇降駆動されることで、実耕深が耕深設定器１７の設定値に対応した深さに安定維持されるようになっている。
【００１６】
また、制御装置１０には、リフトアーム７の上下角度を検出する角度センサ１９と、ポジションレバー２０によって操作されるポジション設定器２１が接続されており、前記オンオフスイッチ１８を「切り」にして自動耕深制御を停止した状態では、ポジション制御のみが実行され、角度センサ１９の検出値がポジション設定器２１の設定値とバランスするまで電磁制御弁１１が操作されて、リフトシリンダ６がその位置に保持される。
【００１７】
また、オンオフスイッチ１８を「入り」にしての自動耕深制御中にポジションレバー２０を大きく上昇方向に操作すると、耕深設定器１７の設定耕深に対応する角度センサ１９の検出値と、ポジション設定器２１の目標値とが比較されて、ポジション設定器２１の目標値の方が高い場合、ポジション制御が優先作動するようになっている。従って、自動耕深制御による耕耘作業において、畦際における機体方向転換時には、ポジションレバー２０を上限にまで操作することにより、ロータリ耕耘装置４を地上に持上げることができ、また、機体方向転換後にポジションレバー２０を下限まで操作することで、耕深設定器１７で設定されている耕深での自動耕深制御を再開することができる。
【００１８】
この農用トラクタでは、ロータリ耕耘装置５の水平面に対する左右方向の傾斜角度を設定角度に維持するようにローリング駆動するローリング制御手段が備えられており、制御装置１０に接続したダイヤル操作式のポテンショメータからなる傾斜設定器２５を調節操作することで、ロータリ耕耘装置５の左右方向の設定角度を任意に変更することができるようになっている。
【００１９】
このローリング制御には、前記傾斜設定器２５の他に、トラクタ本機（走行機体）１の左右傾斜角度を検出する重錘式の傾斜センサ２６と、トラクタ本機１の左右傾斜方向の角速度を検出する振動ジャイロ型の角速度センサ２７と、ローリングシリンダ９の作動長さを検出するストロークセンサ２８とが利用される。つまり、図４のブロック図に示すように、傾斜センサ２６と角速度センサ２７からの情報に基づいてトラクタ本機１の左右方向での傾斜角度θが演算され、トラクタ本機１がこの傾斜角度θにある時にロータリ耕耘装置５を傾斜設定器２５による設定角度にするために必要なローリングシリンダ９の目標シリンダ長さＬ0 が割り出され、ローリングシリンダ９の長さＬをこの目標シリンダ長さＬ0 に近づけるようにフィードバック制御がなされて、電磁制御弁１２が作動されるのである。
【００２０】
図４及び図５に、傾斜センサ２６と角速度センサ２７からの情報に基づいてトラクタ本機１の左右傾斜角度θを演算する制御ブロック図が示されている。図から判るように、ここでは、角速度センサ２７からの信号を積分することで傾斜角度を演算するとともに、その誤差を傾斜センサ２６からの信号で補正する形態が採用されている。
【００２１】
つまり、温度等の諸条件によってドリフトする角速度センサ２７の零点を時間経過に伴って更新して補正するセンサ零点補正処理がなされる。即ち、角速度センサ２７によって検出されるサンプリング出力値の複数が記憶され、記憶された所定複数のサンプリングデータが平均処理されるとともに、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）を用いて平滑化処理されて零点が割り出され、この零点と実検出値との差をゲインＫ1 で積分分処理することで傾斜角度θが演算されるのである。また、このようにして算出された演算傾斜角度θと傾斜センサ２６から得られる検出傾斜角度θｒとの偏差にゲインＫ2 を乗じた値をフィードバックすることで、積分処理による誤差の集積を消去している。
【００２２】
前記傾斜センサ２６は重錘を利用する構成上、遠心力による影響を受けるものであり、急激な機体旋回時には遠心力に起因する外乱がセンサ出力に含まれてしまう。このような機体旋回時における遠心力による悪影響を回避するための手段を備えることが望ましく、以下のその手段のいくつかを例示する。
【００２３】
〔第１例〕
【００２４】
図３および図５に示すように、トラクタ本機Ａにおける前車輪１あるいはステアリング操作系に、直進位置からの左右への車輪切れ角αを検出する角度センサ３１が装備されるとともに、後車輪２の回転速度ｎを検出する回転センサ３２が備えられて制御装置１０に接続されており、後輪回転速度ｎから割り出される走行速度と前輪切れ角αとから、機体旋回に伴う遠心力ｆが算出される。そして、この算出された遠心力ｆが大きくなるほど前記ゲインＫ2 を次第に小さくなるようゲイン修正をかけることで、遠心力による悪影響を抑制している。そして、演算された遠心力ｆが予め設定した閾値を越えると前記ゲインＫ2 を零にして傾斜センサ２６の検出結果を傾斜角度演算に関与しなくする。
【００２５】
〔第２例〕
【００２６】
図６に示すように、上記と同様にして遠心力ｆを算出し、予め認識している傾斜センサ２６の対遠心力特性から、算出した上記遠心力ｆによってもたらされる外乱値θｇを算出し、算出された外乱値θｇを傾斜センサ２６の出力θｒから減算し、外乱を含まない出力を傾斜角演算に利用する。
【００２７】
なお、機体旋回の検出手段としては、圃場脇に設置したレーザ発信器から発信スキャンされるレーザ光をトラクタ本機Ａに装備した受信器で受け、その入射角度とレーザ発信器までの距離との演算によってトラクタ本機Ａの現在位置を連続的に計測して移動軌跡を割り出す手段や、ＧＰＳの受信による位置検出によって移動軌跡を割り出す手段、などを利用することが考えられる。
【００２８】
また、上記実施形態では、走行機体（トラクタ本機）Ａに傾斜センサ２６および角速度センサ２７を備えて走行機体Ａの傾斜を検出し、この検出結果に基づいて対地作業装置（ロータリ耕耘装置）５のローリング制御を行う場合を示したが、対地作業装置５に傾斜センサ２６および角速度センサ２７を備えて直接に対地作業装置５の傾斜角を検出してローリング制御を行う形態で実施することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】農用トラクタの後部を示す斜視図
【図２】制御装置の概略構成を示すブロック図
【図３】ローリング制御装置のブロック図
【図４】傾斜角演算用の制御ブロック図
【図５】傾斜角演算用の制御ブロック図
【図６】別の実施形態における傾斜角演算用の制御ブロック図
【符号の説明】
５対地作業装置
２６傾斜センサ
２７角速度センサ
Ａ走行機体
ｆ遠心力
θｒ傾斜センサの出力
θｇ外乱値
Ｋ2 ゲイン

Claims

走行機体（Ａ）に対地作業装置（５）をローリング自在に連結し、前記走行機体（Ａ）あるいは前記対地作業装置（５）に、左右方向の傾斜角を検出する重錘式の傾斜センサ（２６）と左右方向の角速度を検出する角速度センサ（２７）とを備え、前記角速度センサ（２７）からの信号に基づいて走行機体（Ａ）の左右傾斜角度を演算するとともに、その誤差を傾斜センサ（２６）からの信号で補正することにより前記走行機体（Ａ）あるいは前記対地作業装置（５）の左右傾斜角を演算し、この演算結果に基づいて対地作業装置（５）を傾斜検出方向と逆方向に駆動ローリングさせて、対地作業装置（５）を設定傾斜角に維持するよう構成する作業機のローリング制御装置であって、
走行機体（Ａ）の旋回作動を検知するセンサ（３１）と、走行速度を検知するセンサ（３２）と、これらセンサ（３１）（３２）の出力値に基づいて機体旋回時の遠心力を演算する遠心力演算手段と、演算された遠心力が大きくなるほど前記傾斜センサ（２６）からの出力に関わる前記誤差を補正するためのゲイン（Ｋ２）を低減するとともに前記遠心力が予め設定された閾値を超えると前記ゲイン（Ｋ２）を零にする手段を備え、得られたゲイン（Ｋ２）を補正係数として前記角速度センサ（２７）からの信号に基づいて演算された走行機体（Ａ）の左右傾斜角度を補正することを特徴とする作業機のローリング制御装置。
走行機体（Ａ）に対地作業装置（５）をローリング自在に連結し、前記走行機体（Ａ）あるいは前記対地作業装置（５）に、左右方向の傾斜角を検出する重錘式の傾斜センサ（２６）と左右方向の角速度を検出する角速度センサ（２７）とを備え、前記角速度センサ（２７）からの信号に基づいて走行機体（Ａ）の左右傾斜角度を演算するとともに、その誤差を傾斜センサ（２６）からの信号で補正することにより前記走行機体（Ａ）あるいは前記対地作業装置（５）の左右傾斜角を演算し、この演算結果に基づいて対地作業装置（５）を傾斜検出方向と逆方向に駆動ローリングさせて、対地作業装置（５）を設定傾斜角に維持するよう構成する作業機のローリング制御装置であって、
走行機体（Ａ）の旋回作動を検知するセンサ（３１）と、走行速度を検知するセンサ（３２）と、これらセンサ（３１）（３２）の出力値に基づいて機体旋回時の遠心力を演算する遠心力演算手段と、遠心力が前記傾斜センサ（２６）の出力に及ぼす外乱値を演算する手段と、演算した外乱値を傾斜センサ（２６）の出力値から減ずる外乱除去手段とを備え、この外乱除去手段で傾斜センサ（２６）の出力値から前記外乱値を除去した値を基に前記角速度センサ（２７）からの信号に基づいて演算された走行機体（２７）の左右傾斜角度を補正することを特徴とする作業機のローリング制御装置。