JP4596466B2 - 農作業機の耕耘制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、トラクタ等の作業車両に牽引されたロータリ耕耘機の姿勢を制御するための装置に係り、より詳しくは、前記ロータリ耕耘機の耕耘深さを自動制御する農作業機の耕耘制御装置に関するものである。

この種のロータリ耕耘機は、耕耘深さを調節するため、前記作業車両にリンク機構を介して昇降動可能に連結されている。また、前記ロータリ耕耘機における耕耘爪の回転軌跡の上側を耕耘カバーにて覆う。前記耕耘カバーの後端部にはリヤカバーを連結している。そして、特許文献１に示されているように、前記ロータリ耕耘機の対車体高さを検出するリフトアームセンサと、前記ロータリ耕耘機の対地高さを検出する耕深センサとを備え、上下回動可能で所定圧力にて接地するリヤカバーを、前記耕耘爪の耕耘深さの検出手段として利用する。そして、前記ロータリ耕耘機の耕耘深さの検出値が目標耕耘深さと一致するように、前記耕耘爪の耕耘深さを制御していた（耕耘深さ自動制御）。

また、特許文献２に示されているように、耕深検出値を演算するための制御ゲイン（比例定数）を、前記作業車両の機関負荷検出値または車速検出値に応じて変化させ、プラウ等の対地作業機を自動的に昇降させるように制御することも公知である。
特開２０００−４１４１５号公報 特開２０００−９２９１３号公報

ところで、前記耕耘機耕耘深さ制御速度、及び前記耕耘爪の耕耘深さは、予め設定された一定の制御ゲイン（耕耘深さを検出する機構及び電気回路などの特性によって決定された比例定数）と、前記リヤカバーの検出値と、耕耘深さ設定器の耕耘深さ設定値とから演算されていた。そして、前記耕耘機の耕耘深さ制御速度が、演算された耕耘深さの偏差と、一定の制御ゲインとから、前記耕耘機の重量に関係なく、決定されていた。

そのため、前記リヤカバーを利用した耕耘深さ自動制御では、前記耕耘機の重量が変化したときに、前記耕耘機の実際の重量に適応していない前記耕耘機の耕耘深さ制御速度が算出され、その誤った耕耘深さ制御速度に基づいて、前記耕耘爪の耕耘深さ自動制御が実行される等の問題があった。

例えば、前記耕耘爪の耕耘深さ自動制御の偏差が同一であっても、前記耕耘機の重量が異なることによって、前記耕耘機の昇降動の速度が異なるから、前記耕耘機の重量が小さくて昇降動し易いときには、前記耕耘爪の耕耘深さ自動制御が過敏になって、耕耘後の仕上がり土面に凹凸が形成されやすい。一方、前記耕耘機の重量が大きくて昇降動しにくいときには、前記耕耘爪の耕耘深さ自動制御が愚鈍になって、前記耕耘爪の耕耘深さが目標値に到達するまでの時間が長くなり、実際の耕耘深さ変化に対して耕耘深さ自動制御が遅れやすい等の問題があった。その耕耘作業において、効果的な耕耘深さ自動制御を実行するものが無かった。

本発明の目的は、前記耕耘機の耕耘作業を簡単にできるものでありながら、前記耕耘爪の耕耘深さを略一定に維持する耕耘深さ自動制御を、高精度に実行できる農作業機の耕耘制御装置を提供するものである。

前記目的を達成するため、請求項１に係る発明の農作業機の耕耘制御装置は、前車輪及び後車輪にて走行自在に支持された作業車両に、耕耘機をリンク機構を介して昇降可能に装着し、前記耕耘機を昇降動する昇降制御アクチュエータと、前記耕耘機のリヤカバーの回動角度を検出するリヤカバーセンサと、前記耕耘機の耕耘深さを設定する耕耘深さ設定器と、前記昇降制御アクチュエータを作動させる耕耘制御手段と、前記耕耘機の重量を検出する重量センサを備え、前記重量センサ値にて補正された制御ゲインと、前記リヤカバーセンサ値とに基づき、前記耕耘機の耕耘深さ制御速度と、前記耕耘爪の耕耘深さとを演算し、前記昇降制御アクチュエータを作動させる農作業機の耕耘制御装置において、前記作業車両の前後方向の傾斜を検出する姿勢センサを備え、前記姿勢センサ値に基づき前記重量センサ値を補正する一方、前記耕耘機の対本機高さを検出するリフト角センサと、前記作業車両の移動速度を検出する車速センサを備え、前記耕耘機が地上に持上げられて一定高さに維持されているときであって、前記作業車両が一定位置に停止しているときに、前記制御ゲインを前記重量センサ値にて補正するように構成したものである。

請求項１に係る発明によれば、前車輪及び後車輪にて走行自在に支持された作業車両に、耕耘機をリンク機構を介して昇降可能に装着し、前記耕耘機を昇降動する昇降制御アクチュエータと、前記耕耘機のリヤカバーの回動角度を検出するリヤカバーセンサと、前記耕耘機の耕耘深さを設定する耕耘深さ設定器と、前記昇降制御アクチュエータを作動させる耕耘制御手段と、前記耕耘機の重量を検出する重量センサを備え、前記重量センサ値にて補正された制御ゲインと、前記リヤカバーセンサ値とに基づき、前記耕耘機の耕耘深さ制御速度と、前記耕耘爪の耕耘深さとを演算し、前記昇降制御アクチュエータを作動させる農作業機の耕耘制御装置において、前記作業車両の前後方向の傾斜を検出する姿勢センサを備え、前記姿勢センサ値に基づき前記重量センサ値を補正する一方、前記耕耘機の対本機高さを検出するリフト角センサと、前記作業車両の移動速度を検出する車速センサを備え、前記耕耘機が地上に持上げられて一定高さに維持されているときであって、前記作業車両が一定位置に停止しているときに、前記制御ゲインを前記重量センサ値にて補正するように構成したものであるから、例えば薬剤散布機または施肥機などが前記耕耘機に配置されてその耕耘機の重量が変化しても、または薬剤及び肥料などが耕耘作業中に増減して前記耕耘機の重量が変化しても、または圃場の泥土及び藁草などが耕耘作業中に前記耕耘機に付着してその耕耘機の重量が変化しても、前記制御ゲインが前記耕耘機の重量の変化に応じて補正され、前記耕耘爪の耕耘深さ制御の動作速度を高精度に算出できる。したがって、前記耕耘機の重量に適応した制御ゲインと、前記リヤカバーセンサにて計測された前記耕耘爪の耕耘深さ検出値と、耕耘深さ設定値とに基づき、前記耕耘機の実際の重量に適応した耕耘深さ制御速度を算出でき、その耕耘深さ制御速度に基づいて、前記耕耘爪の耕耘深さ自動制御を実行できる。前記耕耘爪が圃場を耕耘する深さを所定深さに維持する耕耘深さ自動制御の性能を向上できるものである。

以下、本発明の実施の形態を、作業車両としての農作業用トラクタに適用した場合の図面について説明する。図１はトラクタの側面図、図２は同平面図、図３は油圧式の作業機用昇降機構の側面説明図、図４は同平面説明図、図５は図２のロータリ耕耘機のＶ−Ｖ線矢視側断面図、図６は同背面説明図、図７はトラクタの油圧回路図、図８は制御手段の機能ブロック図、図９は制御ゲイン適応制御のフローチャート、図１０は耕耘深さ自動制御のフローチャート、図１１は耕耘機を上昇させたときの耕耘機の対本機高さと経過時間との関係を表した線図、図１２は耕耘機の耕耘深さ制御速度を演算するための制御ゲインと耕耘機の重量との関係（マップ）を表した線図である。

図１乃至図４に示す如く、作業車両としてのトラクタ１は、走行機体２を左右一対の前車輪３と同じく左右一対の後車輪４とで支持し、前記走行機体２の前部に搭載したエンジン５にて後車輪４及び前車輪３を駆動することにより、前後進走行するように構成される。エンジン５はボンネット６にて覆われる。また、前記走行機体２の上面にはキャビン７が設置され、該キャビン７の内部には、操縦座席８と、かじ取りすることによって前車輪３を左右に動かすようにした操縦ハンドル（丸ハンドル）９とが設置される。キャビン７の外側部には、オペレータが乗降するステップ１０が設けられ、該ステップ１０より内側で且つキャビン７の底部より下側には、エンジン５に燃料を供給する燃料タンク１１が設けられている。

また、図１乃至図４に示されるように、前記走行機体２は、前バンパ１２及び前車軸ケース１３を有するエンジンフレーム１４と、エンジンフレーム１４の後部にボルトにて着脱自在に固定する左右の機体フレーム１６とにより構成される。機体フレーム１６の後部には、前記エンジン５の回転を適宜変速して後車輪４及び前車輪３に伝達するためのミッションケース１７が連結されている。この場合、後車輪４は、前記ミッションケース１７に対して、当該ミッションケース１７の外側面から外向きに突出するように装着された後車軸ケース１８を介して取付けられている。

図３及び図４に示されるように、前記ミッションケース１７の後部における上面には、作業機としてのロータリ耕耘機２４を昇降動するための油圧式の作業機用昇降機構２０が着脱可能に取付けられている。ロータリ耕耘機２４は、ミッションケース１７の後部に、一対の左右ロワーリンク２１及びトップリンク２２からなる３点リンク機構を介して連結される。左右ロワーリンク２１の前端側を、ミッションケース１７の後部の左右側面にロワーリンクピン２５を介して回動可能に連結する。トップリンク２２の前端側は、作業機用昇降機構２０の後部のトップリンクヒッチ２６にトップリンクピン２７を介して連結する。さらに、ミッションケース１７の後側面に、前記ロータリ耕耘機２４にＰＴＯ駆動力を伝達するためのＰＴＯ軸２３が後向きに突出するように設けられている。

図３及び図４及び図７に示されるように、油圧式の作業機用昇降機構２０には、後述する単動形の昇降制御油圧シリンダ２８にて回動させるための１対の左右リフトアーム２９が設置されている。進行方向に向かって左側のロワーリンク２１とリフトアーム２９とが、左リフトロッド３０を介して連結されている。進行方向に向かって右側のロワーリンク２１とリフトアーム２９とは、右リフトロッド３１、及びそのロッド３１の一部を形成する複動形の傾斜制御油圧シリンダ３２、及びそのシリンダ３２のピストンロッド３３とを介して連結されている。

図１に示すように、ロータリ耕耘機２４における下リンクフレーム３４の前端と左右一対のロワーリンク２１とが、下ヒッチピン３５ａを介して連結され、トップリンク２２の各後端側と上リンクフレーム３４の前端側とが、上ヒッチピン３４ａを介して連結されている。

図１、図２、図５及び図６に示すように、ロータリ耕耘機２４は、横長筒状のメインビーム３６と、メインビーム３６の左右側端部にそれぞれ上端側が連結されたチェンケース３７及び軸受板３８と、チェンケース３７及び軸受板３８の下端側に左右両端部が回転自在に軸支された耕耘爪軸３９と、耕耘爪軸３９に放射状にて着脱可能に取付く複数の耕耘爪４０と、耕耘爪４０の回転軌跡の上方を覆うように配置された耕耘上面カバー４１と、耕耘爪４０の回転軌跡の左右側方を覆うように配置された左右耕耘サイドカバー４２と、耕耘爪４０の回転軌跡の後方を覆うように配置された耕耘リヤカバー４３と、メインビーム３６に前端側が取付けられて後方に長く伸びる耕深調節フレーム４４と、上リンクフレーム３４の後端側と耕深調節フレーム４４の前後方向の中間部とに連結された伸縮調節可能な耕深調節軸４５等からなる。

なお、下リンクフレーム３５はメインビーム３６に一体的に連結され（図２及び図６参照）。トップリンク２２は、ターンバックル２２ａの回転にて伸縮させて、そのリンク２２の長さを変更調節可能となるように構成されている（図３及び図４参照）。上リンクフレーム３４の前後方向の中間部は、耕深調節支点軸３４ｂを介してメインビーム３６に連結されている（図１参照）。耕深調節フレーム４４の前端側をメインビーム３６に連結する。耕深調節ハンドル４５ａの回転操作にて耕深調節軸４５を伸縮させたときには、ロワーリンク２１及びトップリンク２２にて支持されるロータリ耕耘機２４が前傾姿勢または後傾姿勢に変化して、耕耘爪４０による耕耘深さが変更可能に構成されている。

図１、図５及び図６に示されるように、メインビーム３６の左右中央部には、ＰＴＯ軸２３からの駆動力を入力するためのギヤケース４６が配置されている。ＰＴＯ軸２３と、ギヤケース４６の前面側のＰＴＯ入力軸４６ａとを、両端に自在継手が備えられた伸縮自在な伝動軸４６ｂを介して連結する。ＰＴＯ軸２３からの動力が、ギヤケース４６に内蔵したベベルギヤ（図示省略）、メインビーム３６に内蔵した回転軸（図示省略）、チェンケース３７に内蔵したスプロケット及びチェン（図示省略）等を介して耕耘爪軸３９に伝えられ、耕耘爪４０を図１及び図５において反時計方向に回転させることになる。

図５及び図６に示されるように、耕耘上面カバー４１の後端部には、枢着軸４７を介して耕耘リヤカバー４３の前端側が連結されている。走行機体１の幅方向に長い耕耘上面カバー４１の上面の後部には、後傾姿勢の一対の左右ハンガーフレーム４８が立設されている。耕耘リヤカバー４３の上面の後端側と左右ハンガーフレーム４８とは１対の左右ハンガー機構４９を介して上下動可能に連結されている。各ハンガーフレーム４８の上端部には、受圧軸体４８ａが水平軸線（中心線）回りに回動可能に配置されている。

各ハンガー機構４９における細長い丸棒形のハンガーロッド５０は、受圧軸体４８ａに水平軸線（中心線）と直交する方向に摺動可能に貫通しており、図５に示されるように、ハンガーロッド５０の下端部は、支軸５３を介して、耕耘リヤカバー４３の後部上面のブラケット５４に回動自在に連結されている。ハンガーロッド５０の上端側には、下降規制ピン５１が設けられ、受圧軸体４８ａと下降規制ピン５１の間のハンガーロッド５０には、ドーナツ形の下降規制板５２がハンガーロッド５０の軸線方向に摺動可能に被嵌されている。また、ハンガーロッド５０の下部側（支軸５３より上側）には、上昇規制ピン５５が配置され、受圧軸体４８ａと上昇規制ピン５５との間のハンガーロッド５０には、ドーナツ形の上下座板５６，５７を介して、耕耘リヤカバー４３に鎮圧力を付与するための鎮圧用圧縮バネ５８が被嵌されている。

この構成により、ロータリ耕耘機２４が地表面から離れた高さに持上げられたときには、耕耘リヤカバー４３の後端側が枢着軸４７回りに下方側に回動し、下降規制ピン５１が下降規制板５２に当接し、下降規制板５２が受圧軸体４９に当接し、耕耘リヤカバー４３がこの後端側を最下降させた姿勢に維持されることになる。一方、ロータリ耕耘機２４が耕地上面に降ろされて、耕耘爪４０が着地しているときや、耕耘作業中では、耕耘リヤカバー４３の後端側が、耕耘された耕土との接地圧にて枢着軸４７回りに上方に回動することになる。また、耕耘リヤカバー４３の後端側が枢着軸４７回りに上方に回動したときには、上昇規制ピン５５及び下座板５７を介して鎮圧用圧縮バネ５８が圧縮されて、耕耘リヤカバー４３の後端側の上方への回動が鎮圧用圧縮バネ５８の付勢力にて規制されることになる。そのため、耕耘爪４０から耕耘リヤカバー４３の後方に排出される耕土量が制限されたり、耕土表面が耕耘リヤカバー４３の移動にて均平に均されることになる。

図７は本実施形態のトラクタ１の油圧回路１００を示し、エンジン５の回転力により作動する作業機用油圧ポンプ１０１を備える。作業機用油圧ポンプ１０１は、作業機用昇降機構２０における昇降制御油圧シリンダ２８に作動油を供給制御するための電磁比例弁構造の上昇制御電磁弁１０２及び下降制御電磁弁１０３と、傾斜制御油圧シリンダ３２に作動油を供給制御するための傾斜制御電磁弁１０４とに、分流弁１０５を介して接続している。昇降制御油圧シリンダ２８の作動油の圧力を電気的信号に変換して検出するためのダイヤフラム式油圧センサ１０６と、昇降制御油圧シリンダ２８の作動油の温度を電気的信号に変換して検出するための熱電対式油温センサ１０７とを備える。この油圧回路１００には、図７に示すように、リリーフ弁や流量調整弁、チェック弁、オイルクーラ、オイルフィルタ等を備えている。

次に、本実施形態のロータリ耕耘機２４の耕耘制御（左右方向の傾斜角度制御、耕耘爪４０の耕耘深さ制御）について説明する。図８は、ロータリ耕耘機２４の耕耘制御手段の機能ブロック図であり、制御プログラムを記憶したＲＯＭと各種データを記憶したＲＡＭとを備えたマイクロコンピュータ等の耕耘制御コントローラ１１０は、電源印加用キースイッチ１１１を介してバッテリ１１２に接続される。キースイッチ１１１は、エンジン５を始動するためのスタータ１１３に接続される。

また、図８に示されるように、耕耘制御コントローラ１１０には、エンジン５の回転を制御する電子ガバナコントローラ１１４が接続されている。電子ガバナコントローラ１１４には、エンジン５の燃料を調節するガバナ１１５と、エンジン５の回転数を検出するエンジン回転センサ１１６とが接続される。ガバナ１１５に設けた燃料調節ラック（図示省略）が、手動操作するスロットルレバー１１７にて位置調節される。一方、スロットルレバー１１７の回動位置をスロットルポテンショメータ１１８にて検出し、その検出値に基づいて、エンジン５の回転数が設定されたとき、電子ガバナコントローラ１１４からの信号にてスロットルレバー１１７の設定回転数とエンジン５の回転数が一致するように、ガバナ１１５の燃料調節ラックが、スロットルソレノイド１１９を介して自動的に位置調節され、負荷変動などによってエンジン５の回転が変化するのを防ぐ、換言すると、負荷の変動に拘らずエンジン５の回転数が略一定回転を保持するように構成されている。

さらに、耕耘制御コントローラ１１０には、図８に示すように、入力系の各種センサ及びスイッチ類、即ち、トラクタ１の左右方向の傾斜角を検出する振子式のローリングセンサ１２０と、トラクタ１が左右方向に傾動開始したときの角速度を検出するガスレート式のローリングジャイロセンサ１２１と、トラクタ１に対するロータリ耕耘機２４の相対的な左右方向の傾斜角を検出するポテンショメータ型の作業機ポジションセンサ１２２と、トラクタ１に対するロータリ耕耘機２４の左右方向の相対傾斜角をオペレータが設定する傾斜設定ダイヤル１２３と、耕耘爪４０の耕耘深さ変動にて変化する耕耘リヤカバー４３の回動角度を検出するポテンショメータ型のリヤカバーセンサ１２４と、リヤカバーセンサ１２４の出力から限定された帯域の信号出力を取出すローパスフィルタまたはノッチフィルタ等のフィルタ１２５と、耕耘爪４０の耕耘深さをオペレータが設定する耕深設定ダイヤル１２６と、前後車輪３，４の回転速度（走行速度）を検出するための車速センサ１２７と、油圧センサ１０６と、リフトアーム２９の回動角度を検出するポテンショメータ型のリフト角センサ１２９と、ロワーリンク２１の歪を検出する歪ゲージ型のリンク歪センサ１３０と、ロワーリンク２１を本機側に連結するためのロワーリンクピン２５の支持荷重を検出する感圧ダイオード型のピン感圧センサ１３１と、トラクタ１の前後方向の傾斜角を検出する振子式のピッチングセンサ１３２が接続されている。

耕耘制御コントローラ１１０には、図８に示すように、出力系の各種電磁弁、即ち、上昇制御電磁弁１０２と、下降制御電磁弁１０３と、傾斜制御電磁弁１０４とが接続されている。そして、上昇制御電磁弁１０２または下降制御電磁弁１０３のいずれかを切換えて、昇降制御油圧シリンダ２８を作動させ、耕耘爪４０の耕耘深さが耕深設定ダイヤル１２６の耕耘深さ設定値になるように、耕耘爪４０の耕耘深さを自動的に制御するための耕耘深さ自動制御が実行されることになる。一方、ローリングジャイロセンサ１２１の検出結果と、ローリングセンサ１２０の検出結果に基づき、傾斜制御電磁弁１０４を切換えて、ロータリ耕耘機２４の左右方向の傾斜角を自動的に制御する傾斜角自動制御が実行されることになる。

本実施形態では、図１及び図２及び図８に示されるように、運転部（キャビン）７内の操縦座席８の前方の床板５９から突出する操縦コラム６０上に丸ハンドル型の操縦ハンドル９が配置され、操縦コラム６０より右方にスロットルレバー１１７と左右ブレーキペダル６１とが配置されている。また、操縦コラム６０より左方にクラッチペダル６２が配置されている。操縦座席８の右側コラム上には、作業機昇降レバー６３と、ＰＴＯ変速レバー６４と、傾斜設定ダイヤル１２３と、耕深設定ダイヤル１２６とが配置されている。操縦座席８の左側コラム上には走行変速レバー６５が配置されている。操縦座席８の左側コラムの前にはデフロックペダル６６が配置されている。操縦座席８の後方側で、作業機用昇降機構２０の上面側には、ローリングセンサ１２０と、ローリングジャイロセンサ１２１と、ピッチングセンサ１３２とが配置されている。また、図２及び図５に示されるように、耕耘上面カバー４１の後部の上面には、リヤカバーセンサ１２４が配置されている。耕耘リヤカバー４３と、リヤカバーセンサ１２４とを、センサアーム６７及びセンサリンク６８等を介して連結する。図３及び図４に示されるように、リンク歪センサ１３０をロワーリンク２１の側面に貼り付ける。また、ピン感圧センサ１３１を、ミッションケース１７のロワーリンクピン２５設置部に配置する。

次に、図１１及び図１２を参照して、耕耘機２４の昇降態様を説明する。例えば往復移動する耕耘作業での１行程が終わって圃場の枕地に到達した場合、または耕耘作業が完了した場合、または圃場間の移動に際して路上走行を開始する場合、作業機昇降レバー６３をオペレータが上げ操作したときに、上昇制御電磁弁１０２が切換わり、昇降制御油圧シリンダ２８に作動油が供給されて、昇降制御油圧シリンダ２８が上昇側に作動し、耕耘機２４を地上（圃場の枕地で方向転換が可能な旋回高さ、または路上走行が可能な高さ等）に持上げることになる。

一方、例えばトラクタ１が耕耘作業を開始する位置に移動した場合、作業機昇降レバー６３をオペレータが下げ操作したときに、下降制御電磁弁１０３が切換わり、昇降制御油圧シリンダ２８内の作動油をミッションケース１７に戻し、昇降制御油圧シリンダ２８を下降側に作動させ、耕耘機２４を耕耘高さに下ろして、耕耘爪４０を地面に着地させることになる。そして、耕耘爪４０がＰＴＯ軸２３からの動力によって駆動され、耕耘作業を開始した場合、リヤカバーセンサ１２４を耕耘制御コントローラ１１０に読み込み、耕耘爪４０の耕耘深さを耕深設定ダイヤル１２６値と一致させるように、耕耘深さ自動制御が実行される。

耕耘深さ自動制御が実行された場合、図１１に示されるように、耕耘機２４を上昇させたときの耕耘機２４の対本機高さＨｖと経過時間Ｔとの関係は、耕耘機２４の対本機高さＨｖを縦軸に採り、経過時間Ｔを横軸に採ってみると、図１０に実線で示される細長い（幅狭）Ｓ字形の曲線であり、且つ時間Ｔの経過につれて対本機高さＨｖの増大の割合（二次曲線に対する接線の角度）が大きくなるように比例変化する二次曲線と、時間Ｔの経過につれて対本機高さＨｖが比例して増大する一次直線（最も上昇速度が速い区間）と、時間Ｔの経過につれて対本機高さＨｖの増大の割合（二次曲線に対する接線の角度）が小さくなるように比例変化する二次曲線とで表される。即ち、耕耘機２４の対本機高さが低い現在高さ付近と、耕耘機２４の対本機高さが高い目標高さ（耕深設定ダイヤル１２６値）付近のときには、上昇作動時間Ｔの経過に対して耕耘機２４の対本機高さＨｖの変化率が小さい。一方、耕耘機２４が現在高さから目標高さ（耕深設定ダイヤル１２６値）に上昇する途中の耕耘機２４の対本機高さＨｖのときには、上昇作動時間Ｔの経過に対して耕耘機２４の対本機高さＨｖの変化率が大きい。

一方、耕耘制御コントローラ１１０からの上昇指令に対して上昇制御電磁弁１０２の開度が同一の場合、図１１の実線で表されたときの耕耘機２４の重量に比べて、耕耘機２４の重量が大きいときには、図１１の二点鎖線で表されるように、経過時間Ｔに対して耕耘機２４の対本機高さＨｖの変化率が低くなり（二点鎖線の傾斜角が、実線で表した中間の重さの傾斜角θよりも小さい）、図１１の実線のときに比べて耕耘機２４の上昇動作が愚鈍になる（下降動作が愚鈍になる）。また、図１１の実線で表されたときの耕耘機２４の重量に比べて、耕耘機２４の重量が小さいときには、図１１の一点鎖線で表されるように、経過時間Ｔに対して耕耘機２４の対本機高さＨｖの変化率が高くなり（一点鎖線の傾斜角が、実線で表した中間の重さの傾斜角θよりも大きい）、図１１の実線のときに比べて耕耘機２４の上昇動作が過敏になる（下降動作が愚鈍になる）。

上述のように、耕耘機２４の上昇動作速度は、上昇制御電磁弁１０２を増速側または減速側に作動制御するから、耕耘機２４の重量変化に関係なく、略一定に維持できることになる。これに対し、昇降制御油圧シリンダ２８が単動構造であるから、耕耘機２４の下降動作速度を制御する場合、耕耘機２４が最軽量（下降動作が愚鈍になる）のときの耕耘機２４の下降速度を基準にすることにより、下降制御電磁弁１０３を減速側に作動制御して、耕耘機２４の下降動作速度を略一定に維持できることになる。

そこで、その耕耘機２４の重量変化の影響を打ち消すため、図１２に示されるように、耕耘機２４の重量の増大につれて制御ゲインＧｖ（耕耘爪４０の耕耘深さ制御の作動速度を演算するための比例定数）が比例して増大するように、耕耘機２４の重量Ｄｖに比例して変化する一次直線にて表される制御ゲインＧｖのパターン（マップ）または数式の少なくともいずれか一方または両方を耕耘制御コントローラ１１０のＲＡＭに記憶させる。

次に、制御速度適応制御のフローチャート（図９）を参照しながら、ロータリ耕耘機２４の耕耘深さ制御を実行するための昇降制御油圧シリンダ２８の作動速度を決定する制御態様を説明する。

ロータリ耕耘機２４を、ロワーリンク２１及びトップリンク２２を介してトラクタ１の後側に昇降可能に連結し、トラクタ１のエンジン５が始動され、自動制御作動（図示しない自動制御スイッチのＯＮ操作）中は、車速センサ１２７とリフト角センサ１２９値とが読み込まれる（Ｓ１）。そして、トラクタ１が一定場所に停止し、且つ耕耘機２４が地上に大きく持上げられた上昇位置（少なくとも耕耘爪４０が地面から離れた高さ）に上昇しているか否かを判断する（Ｓ２）。

作業機昇降レバー６３が上昇位置に維持され、耕耘機２４が地上に大きく持上げられた上昇位置にある場合（Ｓ２；ｙｅｓ）、油圧センサ１０６値と、リンク歪センサ１３０値と、ピン感圧センサ１３１値と、ピッチングセンサ１３２値とを読み込む（Ｓ３）。そして、耕耘機２４の重量センサとしての、油圧センサ１０６、またはリンク歪センサ１３０、またはピン感圧センサ１３１の少なくともいずれか１つまたは全部の検出値に基づき、現在の耕耘機２４の重量を演算する。また、その演算から求められた現在の耕耘機２４の重量を、ピッチングセンサ１３２値に基づき補正する。そして、ピッチングセンサ１３２値に基づき補正された現在の耕耘機２４の補正重量Ｄｖと、図１２の制御ゲインＧｖのパターン（または数式）とから、耕耘深さ自動制御における昇降制御油圧シリンダ２８の上昇側の作動速度を決定する制御ゲインＧｖを演算する（Ｓ４）。

一方、耕耘機２４が下降した位置にあるか否かを、リフト角センサ１２９値の変動に基づき判断する（Ｓ５）。作業機昇降レバー６３がオペレータによって下降位置に操作され、耕耘機２４が下降した位置のときには（Ｓ５；ｙｅｓ）、耕耘深さ自動制御が開始される（Ｓ６）。耕耘機２４が下降していないときには（Ｓ５；ｎｏ）、耕耘深さ自動制御が停止状態に維持される（Ｓ７）。

次に、耕耘深さ自動制御のフローチャート（図１０）を参照しながら、ロータリ耕耘機２４の耕耘制御態様を説明する。

上述のステップ６における耕耘深さ自動制御が開始された場合、耕深設定ダイヤル１２６値が読み込まれる（Ｓ８）。また、リヤカバーセンサ１２４値と、重量センサとしての油圧センサ１０６値、またはリンク歪センサ１３０値、またはピン感圧センサ１３１値と、ピッチングセンサ１３２値とを読み込む（Ｓ９）。そして、耕耘機２４が上昇し、リヤカバー４３が全閉位置（リヤカバー４３が耕耘爪４０に最接近した位置）に移動したか否かを判断する（Ｓ１０）。

リヤカバー４３が全閉位置（リヤカバー４３が耕耘爪４０に最接近した位置）に移動していない場合（Ｓ１０；ｎｏ）、即ち、耕耘作業が続行されている場合、現在の耕耘爪４０の耕耘深さを、リヤカバーセンサ１２４値から演算する（Ｓ１１）。そして、耕耘爪４０の耕耘深さが、耕深設定ダイヤル１２６の耕耘深さ設定値と一致するか否かを判断する（Ｓ１２）。

上述のステップ１１にて演算された耕耘爪４０の耕耘深さが、耕深設定ダイヤル１２６の耕耘深さ設定値と一致していないときには（Ｓ１２；ｎｏ）、耕耘深さ制御を実行する（Ｓ１３）。上昇制御電磁弁１０２、または下降制御電磁弁１０３のいずれかを、耕耘爪４０の耕耘深さを修正する方向に作動させ、昇降制御油圧シリンダ２８を上昇動作または下降動作させ、耕耘爪４０の耕耘深さを修正する。

そのときの昇降制御油圧シリンダ２８の上昇または下降の動作速度は、上述のステップ４で補正された制御ゲインと、リヤカバーセンサ１２４値から求めた偏差値（リヤカバーセンサ１２４値と耕深設定ダイヤル１２６値との差）とから演算される。したがって、耕耘機２４の重量が機種または仕様の変更などによって変化しても、耕耘機２４の重量変化に影響されることなく、昇降制御油圧シリンダ２８の上昇または下降の動作速度が、リヤカバーセンサ１２４値から求められた同一の偏差値に対して略一定になる。例えば、薬剤散布機または施肥機などが耕耘機２４に配置されて、その耕耘機２４の重量が変化しても、また耕耘機２４が仕様が異なる耕耘機または対地作業機と交換されても、昇降制御油圧シリンダ２８の上昇または下降の動作速度は、その支持荷重（耕耘機２４重量）またはトラクタ１のピッチングによって変化しない。

なお、昇降制御油圧シリンダ２８の上昇または下降の動作速度は、その偏差値に比例して変化するように決定される。例えば、その偏差値が大きいときには、昇降制御油圧シリンダ２８の上昇または下降の動作速度が速くなる。一方、例えば、その偏差値が小さいときには、昇降制御油圧シリンダ２８の上昇または下降の動作速度が遅くなる。したがって、上述のステップ１３における耕耘深さ制御が、大きな耕耘深さ変化のときに遅れるのを防止でき、且つ小さな耕耘深さ変化のときにハンチングするのを防止できることになる。

そして、上述のステップ１１にて演算された耕耘爪４０の耕耘深さが、耕深設定ダイヤル１２６の耕耘深さ設定値と一致した場合（Ｓ１２；ｙｅｓ）、上昇制御電磁弁１０２及び下降制御電磁弁１０３を中立位置に維持して（Ｓ１４）、昇降制御油圧シリンダ２８を停止させる。

一方、例えばトラクタ１が圃場内を往復移動する耕耘作業において、トラクタ１が圃場の枕地に到達し、トラクタ１が方向転換可能な高さ（旋回高さ）に耕耘機２４を上昇させる。リヤカバー４３が、耕耘機２４の上昇によって、全閉位置（リヤカバー４３が耕耘爪４０に最接近した位置）に移動した場合（Ｓ１０；ｙｅｓ）、耕耘機２４の重量センサとしての、油圧センサ１０６、またはリンク歪センサ１３０、またはピン感圧センサ１３１の少なくともいずれか１つまたは全部の検出値に基づき、現在の耕耘機２４の重量を演算する。また、その演算から求められた現在の耕耘機２４の重量を、ピッチングセンサ１３２値に基づき補正する。そして、ピッチングセンサ１３２値に基づき補正された現在の耕耘機２４の補正重量Ｄｖと、図１２の制御ゲインＧｖのパターン（または数式）とから、耕耘深さ自動制御における昇降制御油圧シリンダ２８の上昇側の作動速度を決定する制御ゲインＧｖを演算する（Ｓ１５）。

したがって、トラクタ１が方向転換して次行程位置に移動し、耕耘作業を再開し、上述したステップ１３の耕耘深さ制御が再び実行された場合、圃場の泥土及び藁草などが耕耘作業中に耕耘機２４に付着してその耕耘機２４の重量が変化しても、または薬剤及び肥料などが耕耘作業中の散布によって増減して耕耘機２４の重量が変化しても、そのときの昇降制御油圧シリンダ２８の上昇または下降の動作速度は、上述のステップ１５で補正された制御ゲインと、リヤカバーセンサ１２４値から求めた偏差値（リヤカバーセンサ１２４値と耕深設定ダイヤル１２６値との差）とから演算されることになる。そのため、耕耘機２４の重量が泥土の付着などによって変化しても、耕耘機２４の重量変化に影響されることなく、昇降制御油圧シリンダ２８の上昇または下降の動作速度が、リヤカバーセンサ１２４値から求められた同一の偏差値に対して略一定になる。例えば、薬剤散布機または施肥機などが前記耕耘機に配置されてその耕耘機の重量が変化しても、また耕耘機２４が仕様が異なる耕耘機または対地作業機と交換されても、昇降制御油圧シリンダ２８の上昇または下降の動作速度は、その支持荷重（耕耘機２４重量）またはトラクタ１のピッチングによって変化しない。

上記の記載並びに図８などから明らかなように、前車輪３及び後車輪４にて走行自在に支持された作業車両としてのトラクタ１に、耕耘機２４をリンク機構としてのロワーリンク２１及びトップリンク２２を介して昇降可能に装着し、前記耕耘機２４を昇降動する昇降制御アクチュエータとしての昇降制御油圧シリンダ２８と、前記耕耘機２４のリヤカバー４３の回動角度を検出するリヤカバーセンサ１２４と、前記耕耘機２４の耕耘深さを設定する耕耘深さ設定器としての耕深設定ダイヤル１２６と、前記昇降制御アクチュエータ２８を作動させる耕耘制御手段としての耕耘制御コントローラ１１０とを備えてなる農作業機の耕耘制御装置において、前記耕耘機２４の重量を検出する重量センサ１０６，１３０，１３１を備え、前記耕耘制御手段１１０は、前記耕耘機２４の耕耘爪４０の耕耘深さ制御の作動速度を演算するための制御ゲインを、前記重量センサ１０６，１３０，１３１値にて補正し、前記重量センサ１０６，１３０，１３１値にて補正された制御ゲインと、前記リヤカバーセンサ１２４値とに基づき、前記耕耘機２４の耕耘深さ制御速度と、前記耕耘爪４０の耕耘深さとを演算し、前記昇降制御アクチュエータ２８を作動させるように制御するものであるから、例えば薬剤散布機または施肥機などが前記耕耘機２４に配置されてその耕耘機２４の重量が変化しても、または薬剤及び肥料などが耕耘作業中に増減して前記耕耘機２４の重量が変化しても、または圃場の泥土及び藁草などが耕耘作業中に前記耕耘機２４に付着してその耕耘機２４の重量が変化しても、前記制御ゲインが前記耕耘機２４の重量の変化に応じて補正され、前記耕耘爪４０の耕耘深さ制御の動作速度を高精度に算出できる。したがって、前記耕耘機２４の重量に適応した制御ゲインと、前記リヤカバーセンサ１２４にて計測された前記耕耘爪４０の耕耘深さ検出値と、耕耘深さ設定値とに基づき、前記耕耘機２４の実際の重量に適応した耕耘深さ制御速度を算出でき、その耕耘深さ制御速度に基づいて、前記耕耘爪４０の耕耘深さ自動制御を実行できる。前記耕耘爪４０が圃場を耕耘する深さを所定深さに維持する耕耘深さ自動制御の性能を向上できるものである。

上記の記載並びに図８などから明らかなように、前記重量センサとしての油圧センサ１０６は、前記昇降制御アクチュエータ２８（油圧シリンダ）の油圧（静止油圧）を計測して前記耕耘機２４の重量を検出するように構成されているものであるから、前記耕耘機２４の重量が変化しても、前記制御ゲインを、前記耕耘機２４の重量変化に応じて高精度に補正できる。前記耕耘爪４０が圃場を耕耘する深さを略一定に維持する耕耘深さ自動制御の性能を向上できるものである。

上記の記載並びに図８などから明らかなように、前記リンク機構は、ロワーリンク２１及びトップリンク２２からなり、前記重量センサとしてのリンク歪センサ１３０は、前記ロワーリンク２１の歪を計測して前記耕耘機２４の重量を検出するように構成されているものであるから、前記耕耘機２４の重量が変化しても、前記制御ゲインを、前記耕耘機２４の重量変化に応じて高精度に補正できる。前記耕耘爪４０が圃場を耕耘する深さを略一定に維持する耕耘深さ自動制御の性能を向上できるものである。

上記の記載並びに図８などから明らかなように、前記リンク機構は、ロワーリンク２１及びトップリンク２２からなり、前記重量センサとしてのピン感圧センサ１３１は、前記ロワーリンク２１を本機側に連結するためのロワーリンクピン２５の支持荷重を計測して前記耕耘機２４の重量を検出するように構成されているものであるから、前記耕耘機２４の重量が変化しても、前記制御ゲインを、前記耕耘機２４の重量変化に応じて高精度に補正できる。前記耕耘爪４０が圃場を耕耘する深さを略一定に維持する耕耘深さ自動制御の性能を向上できるものである。

上記の記載並びに図８などから明らかなように、前記作業車両１の前後方向の傾斜を検出する姿勢センサとしてのピッチングセンサ１３２を備え、前記耕耘制御手段１１０は、前記重量センサ１０６，１３０，１３１値を、前記姿勢センサ１３２値に基づき補正し、前記姿勢センサ１３２値にて補正された前記重量センサ１０６，１３０，１３１値に基づき、前記耕耘機２４の耕耘爪４０の耕耘深さを演算するための制御ゲインを補正するように制御するものであるから、前記耕耘機２４の前後方向の傾斜角度が変化して前記昇降制御アクチュエータ２８の支持荷重が変化しても、前記制御ゲインを、前記昇降制御アクチュエータ２８の支持荷重の変化に応じて高精度に補正できる。前記耕耘爪４０が圃場を耕耘する深さを略一定に維持する耕耘深さ自動制御の性能を向上できるものである。

上記の記載並びに図８などから明らかなように、前記作業車両１の移動速度を検出する車速センサ１２７を備え、前記耕耘制御手段１１０は、前記作業車両１が略一定位置に停止しているときに、前記制御ゲインを前記重量センサ１０６，１３０，１３１値にて補正するように制御するものであるから、例えば薬剤散布機または施肥機などが前記耕耘機２４に配置されてその耕耘機２４の重量が変化しても、前記制御ゲインを、前記耕耘機２４の重量変化に応じて高精度に補正できる。前記耕耘爪４０が圃場を耕耘する深さを略一定に維持する耕耘深さ自動制御の性能を向上できるものである。

上記の記載並びに図８などから明らかなように、前記耕耘機２４の対本機高さを検出するリフト角センサ１２９を備え、前記耕耘制御手段１１０は、前記耕耘機２４が大きく地上に持上げられて略一定高さに維持されているときに、前記制御ゲインを前記重量センサ１０６，１３０，１３１値にて補正するように制御するものであるから、例えば薬剤及び肥料などが耕耘作業中に増減して前記耕耘機２４の重量が変化しても、または圃場の泥土及び藁草などが耕耘作業中に前記耕耘機２４に付着してその耕耘機２４の重量が変化しても、前記制御ゲインを、前記耕耘機２４の重量変化に応じて高精度に補正できる。前記耕耘爪４０が圃場を耕耘する深さを略一定に維持する耕耘深さ自動制御の性能を向上できるものである。

トラクタの側面図である。 同平面図である。 油圧式の作業機用昇降機構の側面説明図である。 同平面説明図である。 図２のロータリ耕耘機のＶ−Ｖ線矢視側断面図である。 同背面説明図である。 トラクタの油圧回路図である。 制御手段の機能ブロック図である。 制御速度適応制御のフローチャートである。 耕耘深さ自動制御のフローチャートである。 耕耘機を上昇させたときの耕耘機の対本機高さと経過時間との関係を表した線図である。 耕耘機の耕耘深さ制御速度を演算するための制御ゲインと耕耘機の重量との関係を表した線図である。

１トラクタ（作業車両）
３前車輪
４後車輪
２１ロワーリンク（リンク機構）
２２トップリンク（リンク機構）
２４ロータリ耕耘機
２８昇降制御油圧シリンダ（昇降制御アクチュエータ）
４０耕耘爪
４３リヤカバー
１０６（重量センサ）
１１０耕耘制御コントローラ（耕耘制御手段）
１２４リヤカバーセンサ
１２６耕深設定ダイヤル（耕耘深さ設定器）
１２７車速センサ
１２９リフト角センサ
１３０リンク歪センサ（重量センサ）
１３１ピン感圧センサ（重量センサ）
１３２ピッチングセンサ

Claims (1)

1. 前車輪及び後車輪にて走行自在に支持された作業車両に、耕耘機をリンク機構を介して昇降可能に装着し、
   前記耕耘機を昇降動する昇降制御アクチュエータと、前記耕耘機のリヤカバーの回動角度を検出するリヤカバーセンサと、前記耕耘機の耕耘深さを設定する耕耘深さ設定器と、前記昇降制御アクチュエータを作動させる耕耘制御手段と、前記耕耘機の重量を検出する重量センサを備え、前記重量センサ値にて補正された制御ゲインと、前記リヤカバーセンサ値とに基づき、前記耕耘機の耕耘深さ制御速度と、前記耕耘爪の耕耘深さとを演算し、前記昇降制御アクチュエータを作動させる農作業機の耕耘制御装置において、
   前記作業車両の前後方向の傾斜を検出する姿勢センサを備え、前記姿勢センサ値に基づき前記重量センサ値を補正する一方、
   前記耕耘機の対本機高さを検出するリフト角センサと、前記作業車両の移動速度を検出する車速センサを備え、前記耕耘機が地上に持上げられて一定高さに維持されているときであって、前記作業車両が一定位置に停止しているときに、前記制御ゲインを前記重量センサ値にて補正するように構成したことを特徴とする農作業機の耕耘制御装置。

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