JP4974550B2 - コンバイン - Google Patents

Description

本発明は、穀稈を刈取る刈取部の高さを制御する手段を備えたコンバインに関する。

従来、コンバインの刈取部は、その支持フレームを走行機体に立設した回動支持部に軸支し、この回動支持部を中心に支持フレームの下方を油圧シリンダの伸縮動作で上下動することにより、刈取部を昇降させて刈高さを調節するように構成されている。

刈高さの調節では、圃場面に対する刈取部の高さを超音波センサなどの非接触型のセンサを用いて検出し、検出した高さに応じて刈取部の昇降移動を制御する手法が公知となっている（例えば、特許文献１）。
特開昭５８−１０１６１０号公報

しかしながら、１つのセンサのみを用いて刈取部の高さを検出する場合、センサの検出値には、地面の凹凸と走行機体自体の揺れとが含まれ、地面の凹凸に対する追従性能が劣化するという問題点を有していた。すなわち、刈取作業中には走行機体が振動しているため、超音波センサで求めた圃場面の高さには誤差が含まれることとなり、真の圃場面の高さを算出することが困難であるという問題点を有していた。

また、走行しながら刈取作業を行うことが一般的であるため、刈株間（例えば、１２０ｍｍ）での高さの変化率を求め、その変化率に応じて刈取部を昇降移動させることにより刈高さが適切になるように制御を行うが、走行速度が極めて遅い場合には高さの変化率を求めることができないため、刈高さの調節が困難になるという問題点を有していた。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、所定の基準面からの刈取部の高さを検出する第１センサと、圃場面からの刈取部の高さを検出する第２センサとを備え、第１及び第２センサにより検出した２種類の高さに基づいて刈取部の昇降移動を制御する構成とすることにより、真の圃場面の高さを算出することができ、しかも、走行機体の走行速度がゼロに近い場合であっても刈高さを適切に調節することができるコンバインを提供することを目的とする。

本発明に係るコンバインは、走行機体と、圃場に植立する穀稈を刈取る刈取部と、穀稈の刈高さを調節すべく前記刈取部を前記走行機体に対して昇降させる昇降手段とを備えるコンバインにおいて、所定の基準面からの前記刈取部の高さを検出する第１センサと、圃場面からの前記刈取部の高さを検出する第２センサと、前記第１及び第２センサにより検出した２種類の高さの差を算出する手段と、該手段により算出した差に基づいて前記昇降手段による前記刈取部の昇降移動を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明にあっては、所定の基準面からの刈取部の高さを検出する第１センサと、圃場面からの刈取部の高さを検出する第２センサとを備え、第１及び第２センサにより検出した２種類の高さに基づいて刈取部の昇降移動を制御するようにしているため、基準面に対する圃場面の高さ、すなわち、真の圃場面の高さを求めることができ、刈取部の昇降移動は真の圃場面の高さに基づいて制御されることとなる。

また、本発明にあっては、第１及び第２センサにより検出した２種類の高さの差を算出するようにしているため、基準面に対する圃場面の高さが求まり、刈取部の昇降移動は、真の圃場面の高さによって制御されることとなる。

本発明に係るコンバインは、前記走行機体の走行距離を計測する手段と、前記走行機体が所定距離を走行した際の前記２種類の高さの差の変化量を算出する手段とを備え、前記制御手段は、算出した変化量に基づいて前記昇降手段による前記刈取部の昇降移動を制御するようにしてあることを特徴とする。

本発明にあっては、走行機体が所定距離を走行した際の２種類の高さの変化量を算出し、算出した変化量に基づいて刈取部の昇降移動を制御するようにしているため、刈取作業時の刈高さを適切に調節することが可能となる。

本発明に係るコンバインは、前記第１センサは、所定の時間間隔で前記刈取部の高さを検出するようにしてあり、前記第１センサが検出する前記刈取部の高さの時間変化を算出する手段を備え、前記制御手段は、算出した時間変化に基づいて前記昇降手段による前記刈取部の昇降移動を制御するようにしてあることを特徴とする。

本発明にあっては、第１センサが検出する刈取部の高さの時間変化を算出し、算出した時間変化に基づいて刈取部の昇降移動を制御するようにしているため、走行機体が走行していない状況下であっても刈高さを適切に調節することが可能となる。

本発明に係るコンバインは、目標とする刈高さを設定する手段と、設定した刈高さ及び前記第２センサが検出した前記刈取部の高さの差を算出する手段とを備え、前記制御手段は、算出した差を用いて前記刈取部の昇降移動を制御するようにしてあることを特徴とする。

本発明にあっては、目標とする刈高さを設定し、設定した刈高さ及び前記第２センサが検出した前記刈取部の高さを算出するようにしているため、刈取部の高さが設定した刈高さに調節される。

本発明に係るコンバインは、前記第１センサは、ポテンショメータを備えることを特徴とする。

本発明にあっては、走行機体に対する刈取部の相対高さが検出される。

本発明に係るコンバインは、前記第２センサは、非接触型のセンサであることを特徴とする。

本発明にあっては、例えば、超音波センサ等を用いることにより、圃場面からの刈取部の絶対高さが検出される。

本発明による場合は、所定の基準面からの刈取部の高さを検出する第１センサと、圃場面からの刈取部の高さを検出する第２センサとを備え、第１及び第２センサにより検出した２種類の高さに基づいて刈取部の昇降移動を制御するようにしている。したがって、基準面に対する圃場面の高さ、すなわち、真の圃場面の高さを求めることができ、刈取部の昇降移動を真の圃場面の高さに基づいて制御することができる。

また、本発明による場合は、第１及び第２センサにより検出した２種類の高さの差を算出するようにしている。したがって、基準面に対する圃場面の高さを求めることができ、刈取部の昇降移動を、検出した真の圃場面の高さに応じて制御することができる。

本発明による場合は、走行機体が所定距離を走行した際の２種類の高さの変化量を算出し、算出した変化量に基づいて刈取部の昇降移動を制御するようにしているため、刈取作業時の刈高さを適切に調節することができる。

本発明による場合は、第１センサが検出する刈取部の高さの時間変化を算出し、算出した時間変化に基づいて刈取部の昇降移動を制御するようにしている。走行機体が走行していない場合には、走行距離に対する刈取部の高さの変化量を求めることは出来ないが、本発明では、刈取部の高さの時間変化も求めるようにしているため、走行速度がゼロに近い場合であっても刈高さを適切に調節することが可能となる。

本発明による場合は、目標とする刈高さを設定し、設定した刈高さ及び前記第２センサが検出した前記刈取部の高さを算出するようにしているため、刈取部の高さを設定した刈高さに調節することができる。

本発明による場合は、走行機体に対する刈取部の相対高さを検出することができ、検出した相対高さに基づいて刈取部の昇降移動の制御が可能となる。

本発明による場合は、例えば、超音波センサ等を用いることにより、圃場面からの刈取部の絶対高さを検出することができ、検出した絶対高さに基づいて刈取部の昇降移動の制御が可能となる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本実施の形態に係るコンバインの平面図であり、図２は同じく左側側面図である。図中１は左右一対の走行クローラ２にて支持された走行機体であり、走行機体１の進行方向右側には、操縦座席、走行機体１を操向操作するための操向ハンドル、刈取作業、脱穀作業、排出作業等を指示するための各種コントローラ１２０（図４参照）を備える操縦室３が設けられている。また、その後方には収穫した穀物を貯留するための穀物タンク７が設けられている。更に、操縦室３の下部にはエンジンが設けられており、エンジンの動力を走行用ミッションケースを介して走行クローラ２に伝達させることにより、走行機体１を走行させるように構成されている。

走行機体１の前部には、複数組の分草体４１、穀稈引起装置４２、及び刈刃４３、並びに穀稈搬送装置４４を備えた刈取部４が昇降シリンダ４５を介して昇降可能に装着されている。また、走行機体１の左側には、フィードチェーン５１が装備された脱穀装置５が配設されており、刈取部４から搬送された穀稈の根元部をフィードチェーン５１にて受け継いで挟持搬送すると共に、その穀稈の穂先部を脱穀装置５内の扱胴５２及び処理胴５３にて脱穀するようにしている。なお、排藁は、フィードチェーン５１の後端で排藁チェーン５５に受け継がれ、走行機体１の後端から圃場に排出される。扱胴５２の下方には、チャフシーブ等による搖動選別と唐箕ファンの風による風選別とを行うための選別装置５６が設けられている。選別装置５６にて選別されて集積された穀粒は、図示しない揚穀コンベアによって穀物タンク７内に集められる。穀物タンク７内に集められた穀粒は、エンジンの動力にて回転するスクリューコンベアを装備した底コンベア７１から、排出オーガ８を介して、穀物搬送用のトラックの荷台等に排出される。

本実施の形態に係るコンバインは、走行機体１と刈取部４との相対高さを検出するセンサ（第１センサ）として回動ポテンショメータ式の昇降ポジションセンサ１１１を備えている。昇降ポジションセンサ１１１は、走行機体１に立設された軸受ブラケット１１に固定されており、その感知回動アームを軸受ブラケット１１に回動自在に支持された水平筒１２に当接させ、水平筒１２の回動角度を検出する。昇降ポジションセンサ１１１により検出される回動角度は、昇降筒フレーム１３の回動角度に相当するため、この回動角度に基づいて走行機体１に対する刈取部４の昇降位置を検出できるように構成されている。より具体的には、昇降ポジションセンサ１１１が検出した回動角度に基づいて後述する中央処理装置１０１（図４参照）が演算処理を行うことにより、走行クローラ２の底面を基準面として刈取部４のデバイダ先端の高さを算出する。

また、コンバインは、圃場面に対する刈取部４の高さを検出するセンサ（第２センサ）として超音波センサ１１２を備えている。超音波センサ１１２は、前述した穀稈引起装置４２の裏面側に設けたブラケットに配置され、圃場面に向けて超音波を発信する発信部と圃場面から反射される超音波を受信する受信部とを備えている。超音波センサ１１２の設置高さと刈刃４３の設置高さとが異なる場合には、超音波センサ１１２の検出値から所定の演算により、刈高さを求めるようにしている。

なお、本実施の形態では、圃場面に対する刈取部４の高さを検出するために超音波センサ１１２を用いる構成としたが、光学センサなどの他の非接触型センサを用いる構成としてもよい。

本実施の形態では、昇降ポジションセンサ１１１及び超音波センサ１１２によって検出される２種類の高さに基づいて圃場面の真の高さを算出し、算出した圃場面の真の高さに従って刈り高さを調整することを特徴としている。図３は昇降ポジションセンサ１１１及び超音波センサ１１２が検出する高さを説明する説明図である。前述したように、昇降ポジションセンサ１１１の検出値に基づいて走行クローラ２の底面を基準面とした刈取部４の相対高さｐを求めることができる。また、超音波センサ１１２の検出値に基づいて圃場面からの刈取部４の高さｈを求めることができる。したがって、刈取部４の同一箇所の高さをこれらのセンサ１１１，１１２により求めるようにしておけば、圃場面の真の高さはｈ−ｐ（≡Ｍ）を演算により求めることで検出される。なお、圃場面の高さＭが０より大きな値をとる場合、圃場面は基準面より低く、圃場面の高さＭが０より小さな値をとる場合、圃場面は基準面より高くなる。

以下、本実施の形態に係るコンバインの制御系の構成について説明する。図４は本実施の形態に係るコンバインの制御系の構成を示すブロック図である。コンバインは、ハードウェア各部の動作を制御するために制御装置１００を備えている。制御装置１００が制御するハードウェアには、刈取部４の昇降移動を制御するために、前述した昇降シリンダ４５を制御する電磁制御弁１３０が含まれる。

制御装置１００は、昇降ポジションセンサ１１１、超音波センサ１１２、車速センサ１１３などの各種センサ、及びコントローラ１２０から入力される各種信号に基づいて演算処理を実行する中央処理装置１０１（以下、ＣＰＵという）、ハードウェア各部を制御するための制御プログラムを格納したＲＯＭ１０２、及びＣＰＵ１０１の演算中に生成されるデータを一時的に保持するＲＡＭ１０３により構成される。ＣＰＵ１０１は、ＲＯＭ１０２に格納された制御プログラムを必要に応じてＲＡＭ１０３にロードして実行し、制御装置１００に接続されたハードウェア各部の動作を制御することにより全体として本発明に係るコンバインとして動作させるように構成されている。

図５は昇降シリンダ４５の動作を制御する油圧回路を示すブロック図である。前述した制御装置１００は、刈取部４を昇降移動させる際に制御信号を出力し、電磁制御弁１３０のソレノイド１３０ａ，１３０ｂを作動させ、刈取部４の昇降移動のための昇降シリンダ４５を作動させる。図５に示すように、電磁制御弁１３０の出力ポートから昇降シリンダ４５に至る油圧管の途中には、逆止弁１３２及びスローリターンチェック弁１３３が接続されており、昇降シリンダ４５を伸長させる場合、これらを介して油圧ポンプ１３１からの油圧が昇降シリンダ４５に供給される。なお、この油圧回路の適宜箇所にリリーフ弁１３４，１３４，１３４が接続されており、油圧が過剰にかかることを防止するようにしている。

次に、刈取部４の高さ制御について説明する。図６は制御装置１００が刈高さ制御を行う際の処理手順を説明するフローチャートである。制御装置１００のＣＰＵ１０１は、まず、目標とする刈高さを設定する（ステップＳ１１）。設定すべき刈高さの目標値は、コントローラ１２０を通じてコンバインの操縦者により入力される値であってもよく、また、ＲＯＭ１０２に刈高さの目標値を格納させておき、必要に応じてＣＰＵ１０１が格納されている目標値を読出して設定する構成であってもよい。

そして、ＣＰＵ１０１は、超音波センサ１１２により検出される検出値を取込み（ステップＳ１２）、圃場面からの刈取部４の高さｈを検出する（ステップＳ１３）。具体的には、超音波を圃場面に向けて発してから、圃場面で反射された超音波を受信するまでの時間を超音波センサ１１２で検出し、検出した時間に基づいて圃場面と刈取部４に取付けられた超音波センサ１１２との間の距離を算出する。すなわち、超音波センサ１１２と圃場面との間の距離を、圃場面に対する刈取部４の高さｈとして検出する。なお、超音波センサ１１２は適宜の周期（例えば、２５ｍｓｅｃ）でサンプリングを行っており、この周期で圃場面に対する刈取部４の高さｈを検出できるようにしている。検出した高さは制御装置１００内のＲＡＭ１０３により保持される。実際には、５０個のバッファを用意しておき、最大４９×２５ｍｓｅｃ前までのデータを保存するようにしている。

次いで、ＣＰＵ１０１は、ステップＳ１１で設定された刈高さの目標値とステップＳ１３で検出した圃場面からの刈取部４の高さとの差を算出し、目標値からの偏差Δを求める（ステップＳ１４）。求めた偏差Δは、制御装置１００のＲＡＭ１０３に記憶される。

また、ＣＰＵ１０１は、昇降ポジションセンサ１１１により検出される検出値を取込み（ステップＳ１５）、走行機体１の所定の基準面からの刈取部４の高さｐを検出する（ステップＳ１６）。基準面としては走行クローラ２の底面が選択される。昇降ポジションセンサ１１１は、水平筒１２の外面に当接させた感知回動アームにより水平筒１２の回動角度を検出する。そして、昇降筒フレーム１３の長さと検出した回動角度とに基づいて所定の基準面からの刈取部４の高さを検出する。なお、昇降ポジションセンサ１１１は適宜の周期（例えば、１０ｍｓｅｃ）でサンプリングを行っており、この周期で所定の基準面からの刈取部４の高さを検出できるようにしている。検出した高さは制御装置１００内のＲＡＭ１０３に保持される。

次いで、ＣＰＵ１０１は、超音波センサ１１２の検出値から求めた圃場面から刈取部４の高さ（ｈ）と、昇降ポジションセンサ１１１の検出値から求めた基準面からの刈取部４の高さ（ｐ）との差（ｈ−ｐ）を算出する（ステップＳ１７）。これら２種類の高さの差は、基準面を基準とした圃場面の高さ（低さ）を表す。

次いで、ＣＰＵ１０１は、走行機体１が所定の走行距離を走行したときの圃場面の高さの変化量ｄＭを算出する（ステップＳ１８）。例えば、刈株間の距離に相当した０．１２（ｍ）を走行したときの圃場面の高さの変化を算出する場合、コンバインの車速ｖ（ｍ／ｓ）が車速センサ１１３の出力から求まるため、現時点の超音波センサ１１２及び昇降ポジションセンサ１１１の出力から求めた圃場面の高さと、０．１２／ｖ×１００（ｍｓ）前の超音波センサ１１２及び昇降ポジションセンサ１１１の出力から求めた圃場面の高さとを用いて変化量を算出することができる。なお、車速が極めて遅い場合には、前述したバッファ内の一番古いデータと最新のデータとを用いて高さの変化量を求める。

また、ＣＰＵ１０１は、走行機体１に対する刈取部４の相対高さの時間変化を算出する（ステップＳ１９）。昇降ポジションセンサ１１１は、適宜の周期でサンプリングを行っているため、例えば、２００ｍｓ前の刈取部４の高さと現時点の刈取部４の高さとの差を算出することによって、相対高さの時間変化を算出することができる。

次いで、ＣＰＵ１０１は、走行距離に対する圃場面の高さの変化量と刈取部４の高さの時間変化とを用いて、総合的な高さの変化量を算出する（ステップＳ２０）。具体的には、ステップＳ１８で算出される走行距離に対する圃場面の高さの変化量をｄＭ、ステップＳ１９で算出される刈取部４の高さの時間変化をｄｐとした場合、ａ×ｄＭ＋ｂ×ｄｐ（≡ｄＨ）を総合的な高さの変化量として算出する。ここで、ａ，ｂは適宜の定数である。

次いで、ＣＰＵ１０１は、ステップＳ１４で求めた偏差Δと、ステップＳ２０で算出した総合的な高さの変化量ｄＨとを用いて、刈取部４の上昇下降力を決定する（ステップＳ２１）。上昇下降力は、偏差Δ及び変化量ｄＨを上昇下降力に換算する換算テーブルを用いて決定する。換算テーブルは、例えば制御装置１００内のＲＯＭ１０２に記憶される。

図７は換算テーブルの一例を示す概念図である。この換算テーブルは、偏差Δ及び総合的な高さの変化量ｄＨの２つの値によって上昇下降力を決定する２次元マップを示している。そのため、ＣＰＵ１０１は、ステップＳ１４で求めた偏差Δ、及びステップＳ２０で算出した総合的な高さの変化量ｄＨを、適当なスケールファクターを用いて−７〜７の１５段階の離散的な値にそれぞれ置換する処理を行う。そして、−７〜７の値に置換した偏差Δと総合的な高さの変化量ｄＨを用いて上昇下降力を決定する。負の値は下降力を意味し、正の値は上昇力を意味している。また、その絶対値は上昇下降力の大きさを示す。なお、「…」には適宜の数値が設定される。例えば、（Δ，ｄＨ）＝（−７，−５）である場合、刈取部４の高さが目標とする刈高さよりかなり高い位置にあるため大きな下降力「１０」を与える。一方、（Δ，ｄＨ）＝（７，−５）である場合、刈取部４の高さが目標とする刈高さよりかなり低い位置にあるため大きな上昇力「１０」を与える。

このようにしてＣＰＵ１０１は上昇下降力を決定し、刈取部４の昇降移動を制御する（ステップＳ２２）。すなわち、ステップＳ２１で決定した上昇下降力に応じて、電磁制御弁１３０のソレノイド１３０ａ，１３０ｂに適宜の制御信号を与え、昇降シリンダ４５を伸長又は縮小させる。

なお、本実施の形態では、ステップＳ２０で総合的な高さの変化量を算出する際、定数ａ，ｂにより重み付けを行ったが、これらの定数は圃場によって変更できるようにしてもよい。また、ａ，ｂの値は必ずしも定数である必要はない。例えば、車速が極めて遅く、走行距離に対する圃場面の高さの変化量ｄＭを求めることができない場合、ａの値を０に設定し、それ以外の場合、ａを有限の大きさを持つ値に設定するようにしてもよい。

本実施の形態に係るコンバインの平面図である。 本実施の形態に係るコンバインの左側側面図である。 昇降ポジションセンサ及び超音波センサが検出する高さを説明する説明図である。 本実施の形態に係るコンバインの制御系の構成を示すブロック図である。 昇降シリンダの動作を制御する油圧回路を示すブロック図である。 制御装置が刈高さ制御を行う際の処理手順を説明するフローチャートである。 換算テーブルの一例を示す概念図である。

符号の説明

１ 走行機体
２ 走行クローラ
４ 刈取部
１００ 制御装置
１０１ 中央処理装置（ＣＰＵ）
１０２ ＲＯＭ
１０３ ＲＡＭ
１１１ 昇降ポジションセンサ
１１２ 超音波センサ
１２０ コントローラ
１３０ 電磁制御弁

Claims (6)

1. 走行機体と、圃場に植立する穀稈を刈取る刈取部と、穀稈の刈高さを調節すべく前記刈取部を前記走行機体に対して昇降させる昇降手段とを備えるコンバインにおいて、
   所定の基準面からの前記刈取部の高さを検出する第１センサと、圃場面からの前記刈取部の高さを検出する第２センサと、前記第１及び第２センサにより検出した２種類の高さの差を算出する手段と、該手段により算出した差に基づいて前記昇降手段による前記刈取部の昇降移動を制御する制御手段とを備えることを特徴とするコンバイン。
2. 前記走行機体の走行距離を計測する手段と、前記走行機体が所定距離を走行した際の前記２種類の高さの差の変化量を算出する手段とを備え、前記制御手段は、算出した変化量に基づいて前記昇降手段による前記刈取部の昇降移動を制御するようにしてあることを特徴とする請求項１に記載のコンバイン。
3. 前記第１センサは、所定の時間間隔で前記刈取部の高さを検出するようにしてあり、前記第１センサが検出する前記刈取部の高さの時間変化を算出する手段を備え、前記制御手段は、算出した時間変化に基づいて前記昇降手段による前記刈取部の昇降移動を制御するようにしてあることを特徴とする請求項２に記載のコンバイン。
4. 目標とする刈高さを設定する手段と、設定した刈高さ及び前記第２センサが検出した前記刈取部の高さの差を算出する手段とを備え、前記制御手段は、算出した差を用いて前記刈取部の昇降移動を制御するようにしてあることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載のコンバイン。
5. 前記第１センサは、ポテンショメータを備えることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載のコンバイン。
6. 前記第２センサは、非接触型のセンサであることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載のコンバイン。

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