JP3932864B2 - 農作業装置の姿勢制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、農作業装置の左右傾斜を制御するローリング制御と、農作業装置の前後傾斜を制御するピッチング制御とを行う農作業装置の姿勢制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走行車体に対し農作業装置である苗植付部を昇降可能に連結した田植機では、農作業装置に土壌面の整地を兼ねるセンサーフロートを上下に揺動可能に設け、このセンサーフロートの上下揺動に応じて苗植付部を昇降させることにより、苗の植付深さを一定に維持する昇降制御を行っている。
【０００３】
また、上記構成の田植機の多くは、走行車体に対して苗植付部が左右傾動（ローリング）可能に連結されており、走行車体や苗植付部の左右傾斜に応じて走行車体に対して苗植付部をローリングさせることにより、苗植付部を左右水平に維持し、各条の苗の植付深さを同じにさせるローリング制御を行っている。
【０００４】
さらに、前記昇降制御の感度はセンサーフロートの迎え角によって異なるので、苗植付部を前後傾動（ピッチング）可能に設け、作業状況や圃場状況に応じて苗植付部をピッチングさせてセンサーフロートの迎え角を変更することにより、、常に適正な昇降制御の感度となるように制御するピッチング制御を行う田植機も知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、上述のローリング制御及びピッチング制御はそれぞれ個別に行われていた。このため、両者が互いに影響し合うことにより農作業装置の姿勢が不安定になることがあるという問題点が指摘されていた。また、ピッチングによって接地時にハンチングが発生したり、急激な後傾動作が行われるという問題点もあった。これらの問題点を解決することが本発明の課題である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる農作業装置の姿勢制御装置は、農作業装置の左右傾斜を制御するローリング制御と、農作業装置の前後傾斜を制御するピッチング制御とを行う農作業装置の姿勢制御装置において、農作業装置をピッチングさせるピッチング油圧シリンダ（３３）のシリンダ室（３３ａ）に接続する絞り弁Ｔを設け、農作業装置が前傾するときは前記シリンダ室（３３ａ）へ作動油が全開状態で流入し、農作業装置が後傾するときには作動油が前記絞り弁Ｔを通過してすこしづつ前記シリンダ室（３３ａ）から排出されるように構成するとともに、農作業装置を手動で下げ操作すると、農作業装置がピッチングの基準位置で保持され、それから所定時間が経過するまではピッチング制御を行わず、さらに、前記ローリング制御による農作業装置の左右傾斜の変動が所定値よりも大きいときは、前記ピッチング制御の出力を抑制もしくは停止するように構成したことを特徴としている。
【０００７】
上記のとおり、ピッチング動作は、農作業装置が前傾するときには急速で作動し、後傾するときはゆっくりと作動する。農作業機を手動で下げ操作すると、農作業装置がピッチング基準位置で所定時間保持され、その間ピッチング制御が行われない。また、ローリング制御による農作業装置の左右傾斜の変動が所定値よりも大きいときは、前記ピッチング制御の出力を抑制もしくは停止する。
【０００８】
【発明の効果】
この発明のように構成すると、農作業装置を後傾させるときは、前傾動作は迅速に行われるが、該農作業装置の自重で後傾動作が急激にならないようにできる。また、手動で下げ操作すると農作業装置が基準位置で保持され所定時間はピッチング制御を行わないので、農作業装置の接地直後のハンチングを防止できる。さらに、ローリング制御及びピッチング制御が互いに影響し合って両制御が不安定になることを防止でき、常に農作業装置の姿勢を適正に保った良好な状態で農作業を行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に表された実施の形態に基づき本発明を具体的に説明する。
図１乃至図５は本発明を適用した農作業機を表している。この農作業機１は田植機であって、走行車体２の後側に昇降リンク装置３を介して作業装置としての水稲用苗植付部４が装着されている。
【００１０】
走行車体２は、左右一対の前輪６，６及び後輪７，７を備えた四輪駆動車両であり、機体の前後中央部に搭載されたエンジン８の回転動力が、機体前部のミッションケース９内のトランスミッションで変速されてから、前輪６，６及び後輪７，７に伝達されると共に、植付クラッチ１０を経由するＰＴＯ軸１１を介して苗植付部４へ伝動されるようになっている。エンジン８の上側に運転座席１３を設け、その前方に前輪６，６を操向するステアリングハンドル１４を配設している。走行車体の左右傾斜の変化速度は、機体のほぼ中央に設けた左右角速度センサ１５で検出される。１７は予備苗載台で、補給用のマット苗を載せる複数段の苗枠１７ａ，…を有している。
【００１１】
昇降リンク装置３は平行リンク構成であって、走行車体２のリンクベースフレーム２０に回動自在に枢支された左右一対の上リンク２１，２１及び下リンク２２，２２を備え、これらリンクの後端部に縦枠２３を連結し、その縦枠２３の下端部に苗植付部４から前方に突出するローリング軸２４を挿入連結している。走行車体２に基部が枢着された昇降油圧シリンダ２６のピストンロッドが下リンク２２，２２と一体のスイングアーム２７に連結されており、該シリンダを油圧で伸縮させることにより、各リンクが上下に回動し、苗植付部４がほぼ一定姿勢のまま昇降する。昇降油圧シリンダ２６は、苗植付部４に設けた油圧バルブ２７によって制御される。
【００１２】
前記上リンク２１，２１の後端部には下リンクと縦枠との連結点を中心とする円弧状の長穴３０，３０を形成し、上リンクと縦リンクとを連結する連結ピン３１をこの長穴３０，３０に摺動自在に嵌合させている。したがって、縦枠２３は下リンク２２，２２との連結ピン３２を支点にして回動可能である。左右の上リンク２１，２１の間に設けられた両ロッド型のピッチング油圧シリンダ３３の一方のピストンロッドが縦枠２３に連結されており、該シリンダ３３を伸縮作動させて縦枠２３を回動させることにより、苗植付部４が前後傾動（ピッチング）する。苗植付部４の前後傾斜は、縦枠２３に設けたピッチングセンサ３４で検出される。
【００１３】
前記ローリング軸２４は若干後ろ下がりの略前後方向を向いており、苗植付部４はこのローリング軸２４を支点にして左右傾動（ローリング）自在に支持されている。縦枠２３の上部には、両ロッド型のローリング油圧シリンダ３５が取付ピン３６により取り付けられている。そして、そのシリンダ３５の左右両ロッドと苗植付部の後記苗載台フレーム５６の左右支柱部５６ａ，５６ａとをリンク３７，３７を介して連結している。ローリング油圧シリンダ３５が作動してロッドが左右にスライドすると、苗植付部４がローリング軸２４回りにローリングする。走行車体２に対する苗植付部４の左右傾斜は左右傾斜センサ３８に検出される。
【００１４】
図６は各油圧シリンダを作動させる油圧装置の油圧回路図で、油タンク４０内の作動油が油圧ポンプ４１によって送り出され、昇降油圧シリンダ２６の回路部と、ピッチング油圧シリンダ３３の回路部と、ローリング油圧シリンダ３５の回路部とにそれぞれ供給される。ピッチング油圧シリンダ３３の制御弁４２及びローリング油圧シリンダ３５の制御弁４３はいずれも比例ソレノイド弁で、それぞれパイロットチェック弁４２ａ，４２ｂ，４３ａ，４３ｂと組み合わされている。また、ローリング油圧シリンダ３５及びピッチング油圧シリンダ３３のシリンダポートには、油圧力を検出する圧力センサ４４Ａ，４４Ｂ，４５Ｌ，４５Ｒが設けられている。
【００１５】
図７及び図８はピッチング油圧シリンダの制御弁４２の具体的構造を示す図である。ピッチング油圧シリンダ３３の前側シリンダ室３３ａに接続するパイロットチェック弁４２ａには、該シリンダ室から作動油が排出するときだけ機能する絞りＴが設けられている。このため、苗植付部４が前傾するときには、前側シリンダ室３３ａへ作動油が全開で流入し（図８ａ）、苗植付部４が後傾するときには作動油が絞りＴを通過して少しづつ前側シリンダ室３３ａから排出される（図８ｂ）。これは、苗植付部４を後傾させるときに苗植付部４の自重で後傾動作が急激にならないようにするための措置である。
【００１６】
苗植付部４は６条植の構成で、フレームを兼ねる伝動ケース５０、苗を載せて左右往復動し苗を一株分づつ各条の苗取出口５１ａ，…に供給する苗載台５１、苗取出口５１ａ，…に供給された一株分の苗を分割して取り出して圃場に植付ける苗植付装置５２，…、左右中央に１個とその両側各１個づつの整地フロート５３，５４，５４等を備えている。各フロートを圃場の泥面に接地させた状態で機体を進行させると、フロートが泥面を整地しつつ滑走し、その整地跡に苗植付装置５２，…により苗が植付けられる。各フロート５３，５４，５４は圃場表土面の凹凸に応じて前端側が上下動するように回動自在に取り付けられている。
【００１７】
中央の整地フロート５３は圃場表土面の凹凸を検出するセンサフロートであり、植付作業時にはこのセンサフロート５３の上下動に応じて前記油圧バルブ２７が切り替えられて苗植付部４が昇降する。これにより、苗の植付深さを常に一定に維持する。
【００１８】
苗載台５１は、前側が上位となるよう傾斜して設けられており、伝動ケース５０の上側に横向きに配した支持レール５５と、伝動ケース５０に基部が固着された苗載台フレーム５６の上端部に設けたローラ５７，５７とによって左右にスライド自在に支持されている。伝動ケース５０内の作動機構により苗載台５１が左右往復動させて、苗載台上の苗を苗取出口５１ａ，…に一株分づつ供給する。苗載台５１が左右行程の端部まで移動すると、各条ごとに設けた苗送りベルト５１ｂ，…が作動し、苗を下方に移送する。
【００１９】
苗載台５１には、苗の残量を検出する苗検出センサ５８（１，２）が設けられている。これらの苗検出センサ５８（１，２）は、図９に示すように、ポテンショメータの検出片５８ａを苗載台の苗載せ面よりも上に突出する側にスプリングで付勢した形態をしたものであり、両者は苗移送方向に並べて配置されている。センサ５８（１，２）の上にマット苗Ｍがある時は、検出片５８ａが押し込まれていて検出信号が出力されない。しかし、マット苗Ｍ，Ｍの合わせ面がセンサ５８（１，２）の上を通過する時には、検出片５８ａを押し込む力が弱くなり、検出信号が出力される（図１０参照）。
【００２０】
このように苗検出センサを二つ設けるのは次の理由による。すなわち、この田植機１にはマット苗が使用されるが、マット苗は、苗の成育状態、培土の種類、培土中の水分量等によって、同じ出力で苗送りベルト５１ｂを作動させても苗の送り量が違っている。したがって、現在の苗量により植付可能な距離を正確に知るには、作業時ごとに苗の減少率を測定する必要がある。そこで、両苗検出センサ５８（１，２）の検出信号の時間差Ｔを測定すると共に、エンジン回転数等から苗載台５１の１左右行程当たりの苗取り回数を求め、両者から苗の減少率を算出するのである。
【００２１】
また、予備苗載台１７には、各苗枠１７ａごとに補給苗の有無を検出する補給苗検出センサ５９が設けられている。そして、圃場を片道もしくは往復するのに必要な苗の量を予め測定しておき、上記のようにして算出された苗の減少率に基づき苗載台５１及び予備苗載台１５，１５の苗の残量で植付可能な距離を算出し、植付行程の途中で苗切れになると判断される場合には苗補給指令の報知を行うようにしている。図１１はその制御のフローチャートである。
【００２２】
植付作業時には、前述したセンサーフロート５３の上下揺動に基づく昇降制御の他に、センサーフロート５３の迎え角を適正に保つために苗植付部４の前後傾斜姿勢を制御するピッチング制御と、苗植付部４のローリング軸２４回りの左右傾斜姿勢を制御するローリング制御とを行う。図１２はローリング制御とピッチング制御とを併せて行う姿勢制御装置のブロック図で、コントローラ６０の入力側に左右角速度センサ１５、ピッチングセンサ３４、左右傾斜センサ３８、及び圧力センサ４４Ａ，４４Ｂ，４５Ｌ，４５Ｒが接続され、出力側にピッチング油圧シリンダの制御弁４２及びローリング油圧シリンダの制御弁４３が接続されている。
【００２３】
ローリング制御は、左右傾斜センサ３８、左右角速度センサ１５及び圧力センサ４５Ｌ，４５Ｒの検出値に基づき、苗植付部４が左右水平になるようにローリング油圧シリンダの制御弁４３に出力する。
【００２４】
一方、ピッチング制御は、ピッチングセンサ３４及び圧力センサ４４Ａ，４４Ｂの検出値に基づき、センサフロート５３の接地圧が一定に保たれるように、ピッチング油圧シリンダの制御弁４２に出力する。
【００２５】
このピッチング制御では、図１３のフローチャートに示すように、ピッチングセンサ３４の検出値をそのままセンサ値として用いるのではなく、センサ値の上下限値を設定してこれを不揮発メモリ６１に記憶させておき、ピッチングセンサの検出値がこの上下限値を超えた場合は、上下限値をセンサ値として用いるようにしている。これにより、極端なセンサ値でピッチング制御するのを防ぎ、昇降制御に悪影響が出ないようにしている。
【００２６】
上記ピッチング制御及びローリング制御は通常それぞれ独立して行われるが、図１４のフローチャートに示すように、苗植付部４の傾斜の変動が所定値（規定値）よりも大きいときはピッチング制御を停止させる。ここで、規定値は例えば±１．２度程度とする。苗植付部４の傾斜の変動が大きいときにはローリング制御に大きな出力が出されるので、このときにピッチング制御の出力を行うと、作動油の流量が不足しどちらの制御も不安定になる。これを避けるのがこの制御の目的である。ピッチング制御を停止させる代わりに、ピッチング制御の出力を抑制するようにしてもよい。
【００２７】
苗植付部４を手動で下げ操作した際には、図１５のフローチャートに示すように、苗植付部４がピッチング範囲の基準位置になるように保持し、それから所定時間が経過するまではピッチング制御を行わないようして、接地直後のハンチングを防止する。所定時間は４秒程度が好ましい。この時間は、苗植付部４の下動に要する時間が２〜３秒、下降停止してから昇降制御が安定するまでが１秒として割り出している。
【００２８】
図１６のフローチャートに示すように、ピッチングセンサが断線していると判断される場合には、苗植付部４の前後傾斜姿勢が前後傾斜範囲の標準位置Ｎになるようにして、昇降制御の感度が極端に敏感もしくは鈍感になるのを避けて作業の安定化を図っている。
【００２９】
また、フロートを接地させながら旋回するフローティングターンを行う場合については、図１７のフローチャートに示すように、通常は苗植付部４を前傾させるようにピッチング制御を行うが、ピッチングセンサが断線していると判断されたなら、苗植付部４を上昇させてフローティングターンを中止する。
【００３０】
次に、車速制御について説明する。図１８はその装置のブロック図で、コントローラ５０の入力側にエンジン回転数センサ６２、前後傾斜センサ６３、植付クラッチＯＮ・ＯＦＦセンサ６４、硬軟センサ６５が接続され、出力側にエンジンスロットル６６が接続されている。図１９〜図２１の各フローチャートに示されているように、エンジン負荷が適正に保たれるように増減速を行う。
【００３１】
特に、図１９に示す制御では、植付クラッチがＯＮであるときしか車速制御を行わないようにし、路上走行時に不意に増減速することを防止している。
【００３２】
また、図２０に示す制御では、前後傾斜センサ６３によって検出される走行車体２の機体の前後傾斜が予め設定した傾斜角度以上である場合、車速制御を停止又は牽制する。植付クラッチセンサ５４の断線等により植付状態であることを判断できなくなった場合、機体が前傾姿勢になったとき、エンジン回転数が上昇し負荷が軽いと判断して増速するおそれがある。この制御によれば、機体姿勢に基づき車速制御の停止や牽制を行うので、極端な増速を防止することができ安全である。なお、機体の前後傾斜値の代わりに左右傾斜値を用いてもよい。
【００３３】
さらに、図２１に示す制御では、硬軟センサ６５によって検出される圃場の硬軟に応じて車速制御における増減速率を変更する。例えば、減速時の増減速率はａ２＜ａ１＜ａ３である。圃場の硬軟によって走行に要するエンジン負荷は異なるから、車速の増減を一律に行うとエンスト等の不都合が発生する可能性がある。これを防止するのがこの制御の目的である。なお、圃場の硬軟の代わりに、圃場の深さやエンジン負荷を検出しこれを制御に利用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】苗移植機の側面図である。
【図２】苗移植機の平面図である。
【図３】昇降リンク装置の側面図である。
【図４】昇降リンク装置の平面図である。
【図５】苗植付部の正面図である。
【図６】油圧回路図である。
【図７】ピッチング油圧シリンダの制御弁の断面図である。
【図８】パイロットチェック弁の（ａ）シリンダ室に油が供給されるときの状態を示す要部の断面図、及び（ｂ）シリンダ室から油が排出されるときの状態を示す要部の断面図である。
【図９】苗検出センサ取付部の側面図である。
【図１０】苗検出センサの検出信号のグラフである。
【図１１】苗補給報知制御のフローチャートである。
【図１２】姿勢制御装置のブロック図である。
【図１３】ピッチング制御のフローチャートその１である。
【図１４】ピッチング制御のフローチャートその２である。
【図１５】ピッチング制御のフローチャートその３である。
【図１６】ピッチング制御のフローチャートその４である。
【図１７】ピッチング制御のフローチャートその５である。
【図１８】車速制御装置のブロック図である。
【図１９】車速制御のフローチャートその１である。
【図２０】車速制御のフローチャートその２である。
【図２１】車速制御のフローチャートその３である。
【符号の説明】
１ 苗移植機
２ 走行車体
３ 昇降リンク装置
４ 苗植付部（農作業装置）
５ 施肥装置
８ エンジン
２４ ローリング軸
３３ ピッチング油圧シリンダ
３５ ローリング油圧シリンダ
５１ 苗載台
５３ センサーフロート

Claims (1)

1. 農作業装置の左右傾斜を制御するローリング制御と、農作業装置の前後傾斜を制御するピッチング制御とを行う農作業装置の姿勢制御装置において、農作業装置をピッチングさせるピッチング油圧シリンダ（３３）のシリンダ室（３３ａ）に接続する絞り弁Ｔを設け、農作業装置が前傾するときは前記シリンダ室（３３ａ）へ作動油が全開状態で流入し、農作業装置が後傾するときには作動油が前記絞り弁Ｔを通過してすこしづつ前記シリンダ室（３３ａ）から排出されるように構成するとともに、農作業装置を手動で下げ操作すると、農作業装置がピッチングの基準位置で保持され、それから所定時間が経過するまではピッチング制御を行わず、さらに、前記ローリング制御による農作業装置の左右傾斜の変動が所定値よりも大きいときは、前記ピッチング制御の出力を抑制もしくは停止するように構成したことを特徴とする農作業装置の姿勢制御装置。

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