JP5173183B2 - 作業機の操舵装置および操舵装置用プログラム - Google Patents

Description

本発明は、トラクタに牽引される作業機の操舵装置に関するものであり、特に、ステアリング機構を用いなくても作業機の旋回性能および追従性能を高められる操舵装置および操舵装置用プログラムに関するものである。

従来より、ビートハーベスタのような牽引式の作業機においては、車輪の蛇角を変更するためのステアリング機構が使用されている。このステアリング機構は、油圧シリンダー等により車輪の蛇角を左最大切れ角・中立位置・右最大切れ角の３ポジションに切り換えるようになっている。これにより、作業機の旋回性能やトラクタへの追従性能が高められるとされている。

前述したステアリング機構に関する技術として、例えば、特開昭６２−８８６７３号公報に記載の車輪舵取り方法が知られている（特許文献１）。この車輪舵取り方法は、作業機のドローバーにヒッチ角センサを取り付けており、このヒッチ角センサによりトラクタの旋回を検知したとき、作業機の車輪をトラクタの旋回方向とは逆方向に操舵する一方、旋回状態から直進状態へ移行するときには、作業機の車輪を中立位置に戻す制御を行うようになっている。

特開昭６２−８８６７３号公報

しかしながら、コスト面の問題から上記のようなステアリング機構を持たない作業機も多く、このような作業機においては、トラクタが旋回状態から直進状態へ戻る場合、追従する作業機の進行方向がトラクタの進行方向に一致するまで多くの時間がかかってしまうという問題がある。そして、この問題はトラクタに対して作業機をオフセットさせて牽引した場合に一層顕著となる。ここでいうオフセットとは、トラクタのタイヤ幅と作業機のタイヤ幅の相違によって、作業機がトラクタに対してその中心線が平行にずれた状態で連結されていることをいう。

また、作業機の追従性を高めるため、作業者が勘や経験に頼ってトラクタを大回りさせる手動操作も行われている。しかしながら、後方を目視しながらの作業であるため危険であるし、作業者の負担が大きく疲労を高める要因となってしまう。また、手動操作の場合、忘れたりタイミングがずれることが多いため、作業機で畦を踏みつけ作物にダメージを与えてしまうという問題がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、ステアリング機構を有しない作業機であっても、トラクタの旋回時には自動的かつ確実に作業機を外向させることができ、トラクタが旋回状態から直進状態へ戻る場合には、作業機を素早くトラクタの後方へと追従させ進行方向を一致させることができる作業機の操舵装置および操舵装置用プログラムを提供することを目的としている。

本発明に係る作業機の操舵装置の特徴は、ヒッチを介してトラクタに牽引される作業機を操舵する操舵装置であって、前記ヒッチに対して前記作業機がなすヒッチ角度を検出するヒッチ角センサと、前記ヒッチおよび前記作業機に連結されて前記ヒッチ角度を増減変更するヒッチ角度増減手段と、前記作業機の進行方向が前記トラクタの進行方向と一致するときの前記ヒッチ角度を基準オフセット値として記憶する記憶手段と、トラクタの操作によって変化する数値に基づいて当該トラクタの旋回状況を検知する旋回状況検知手段と、前記旋回状況検知手段がトラクタの操作により変化する数値に基づいて旋回開始を検知すると、前記ヒッチ角度増減手段を制御して作業機がトラクタの旋回方向に対して外向するようにヒッチ角度を増減し、前記旋回状況検知手段がトラクタの操作により変化する数値に基づいて旋回終了を検知すると、前記ヒッチ角度増減手段を制御して前記ヒッチ角度が基準オフセット値となるように増減させる操舵制御手段とを有する点にある。

また、本発明において、前記操舵制御手段は、前記旋回状況検知手段によって旋回開始を検知すると、前記ヒッチ角度増減手段の動作許容範囲内においてヒッチ角度を最大または最小に増減させることが好ましい。

さらに、本発明において、トラクタに牽引される作業機がその中心線をトラクタの中心線に対して所定の距離だけ平行にずらして連結されている、いわゆるオフセットされている場合、前記旋回状況検知手段が前記作業機のオフセットされている方向への旋回開始を検知したとき、前記操舵制御手段は前記ヒッチ角度を基準オフセット値に保持するように制御し、前記旋回状況検知手段が前記作業機のオフセットされている側と反対方向への旋回開始を検知したとき、前記操舵制御手段は前記ヒッチ角度を当該操舵装置固有の特性および作業条件に基づいて決定される所定値に増減させるように制御することが好ましい。

さらに、本発明において、ヒッチに対してトラクタのドローバーがなすドローバー角度を検出するドローバー角センサを有しており、前記旋回状況検知手段は、前記ドローバー角度および前記ヒッチ角度を取得してこれらの相対角度を算出するとともに、この相対角度が所定時間継続して所定の旋回開始角度以上であったときを旋回開始として検知し、前記操舵制御手段による作業機の外向制御後に前記相対角度が減少したときを旋回終了として検知することが好ましい。

また、本発明において、ヒッチに対してトラクタのドローバーがなすドローバー角度を検出するドローバー角センサを有しており、前記旋回状況検知手段は、前記ドローバー角度がゼロ点に対して所定の旋回開始角度以上であったときを旋回開始として検知し、前記操舵制御手段によって作業機の外向制御を実行した後に前記ドローバー角度が減少したときを旋回終了として検知することが好ましい。

また、本発明において、前記作業機および前記トラクタを連結するリンクバーが備えられ、このリンクバーにおける前記作業機側の軸心が前記ヒッチ角センサの軸心と異なる場合、前記リンクバーに対して前記作業機がなすヒッチ補正角度を検出するヒッチ補正角センサと、前記リンクバーに対して前記トラクタがなすドローバー補正角度を検出するドローバー補正角センサを設け、前記旋回状況検知手段は、前記ヒッチ補正角度および前記ドローバー補正角度を取得してこれらの相対角度を算出するとともに、この相対角度に基づいて前記トラクタの旋回状況を検知することが好ましい。

また、本発明に係る作業機の操舵装置用プログラムの特徴は、ヒッチを介してトラクタに牽引される作業機を操舵するように操舵装置を実行させる操舵装置用プログラムであって、前記操舵装置は、前記ヒッチに対して前記作業機がなすヒッチ角度を検出するヒッチ角センサと、前記ヒッチおよび前記作業機に連結されて前記ヒッチ角度を増減変更するヒッチ角度増減手段と、前記作業機の進行方向が前記トラクタの進行方向と一致するときの前記ヒッチ角度を基準オフセット値として記憶する記憶手段と、前記トラクタの旋回状況に応じて前記作業機の進行方向を変更させるように前記ヒッチ角度増減手段を制御する操舵制御手段とを備えており、前記操舵制御手段に、前記トラクタの操作によって変化する数値に基づいて当該トラクタの旋回状況を検知する旋回状況検知ステップと、この旋回状況検知ステップにおいて前記トラクタの旋回開始を検知すると、前記ヒッチ角度増減手段を制御して作業機がトラクタの旋回方向に対して外向するように前記ヒッチ角度を増減する旋回開始ステップと、前記旋回状況検知ステップにおいて前記トラクタの旋回終了を検知すると、前記ヒッチ角度増減手段を制御して前記ヒッチ角度が基準オフセット値となるように増減する旋回終了ステップとを実行させる点にある。

また、本発明において、トラクタに牽引される作業機がその中心線をトラクタの中心線に対して所定の距離だけ平行にずらして連結されている、いわゆるオフセットされている場合、前記旋回開始ステップでは、前記操舵制御手段に、前記旋回状況検知ステップにおいて、前記作業機のオフセットされている方向への旋回開始を検知したとき、前記ヒッチ角度を基準オフセット値に保持するように制御するステップと、前記旋回状況検知ステップにおいて、前記作業機のオフセットされている側と反対方向への旋回開始を検知したとき、前記ヒッチ角度を当該操舵装置固有の特性および作業条件に基づいて決定される所定値に増減させるように制御するステップとを操舵装置に実行させることが好ましい。さらに、本発明に係る作業機は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の操舵装置または請求項７若しくは請求項８に記載の操舵装置用プログラムを備えてなるものである。

本発明によれば、ステアリング機構を有しない作業機であっても、トラクタの旋回時には自動的かつ確実に作業機を外向させることができ、トラクタが旋回状態から直進状態へ戻る場合には、作業機を素早くトラクタの後方へと追従させて進行方向を一致させることができる。

以下、本発明に係る作業機の操舵装置１および操舵装置用プログラムの一実施形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る操舵装置１が搭載された作業機２およびこれを牽引するトラクタ３の実施形態を示す全体図であり、図２および図３は、それぞれ本実施形態の操舵装置１を示す斜視図および平面図である。

図１から図３に示すように、本実施形態では、作業機２の前方の左右方向中央位置に連結されたヒッチ４の先端が、トラクタ３の後方の左右方向中央位置に設けられたスイングドローバー５と連結されており、本実施形態の操舵装置１によって作業機２の進行方向を操舵しつつトラクタ３で牽引するように構成されている。

なお、本実施形態では、制御ラインの全てを作業機２側で完結させるため、ヒッチ４の上方にリンクバー６を配置している。このリンクバー６は、軸方向にスライドする等の方法により伸縮自在に構成されており、その一端がトラクタ３のドローバー７に連結され、他端が作業機２に連結されている。そして、それら各連結部における回転軸の軸心がヒッチ４のトラクタ側回転軸および作業機側回転軸の軸心と一致するように設定されている。これにより、ヒッチ４の水平方向への移動に対してリンクバーが追従することができ、トラクタ３および作業機２がヒッチ４に対してなす角度と、トラクタ３および作業機２がリンクバー６に対してなす角度が一致するようになっている。また、リンクバー６の伸縮により作業機２とトラクタ３の間隔変動が吸収される。

以上において、本実施形態の操舵装置１は、図４に示すように、主として、ヒッチ４に対して作業機２がなすヒッチ角度θＡを検出するヒッチ角センサ１１と、ヒッチ４に対してトラクタ３がなすドローバー角度θＢを検出するドローバー角センサ１２と、ヒッチ角度θＡを増減するヒッチ角度増減手段１３と、後述する基準オフセット値等の各種データや演算式を記憶する記憶手段１４と、トラクタ３の旋回状況を検知する旋回状況検知手段１５と、この旋回状況検知手段１５の検知結果に基づいてヒッチ角度増減手段１３を制御する操舵制御手段１６とから構成されている。

以下、各構成部についてより詳細に説明する。ヒッチ角センサ１１およびドローバー角センサ１２は、ポテンショメータ等の回転角度センサから構成されている。ヒッチ角センサ１１は、作業機２とヒッチ４の連結部分に設けられており、ヒッチ４に対して作業機２がなす角度（ヒッチ角度θＡ）を検出する。また、ドローバー角センサ１２は、トラクタ３のドローバー７とリンクバー６の連結部分に設けられており、ヒッチ４に対してドローバー７がなす角度（ドローバー角度θＢ）を検出する。なお、本実施形態では、図３に示すように、作業機２およびトラクタ３の進行方向に垂直な方向が、ヒッチ４の長手方向に対してなす角度をそれぞれヒッチ角度θＡおよびドローバー角度θＢとしている。

つぎに、ヒッチ角度増減手段１３は、ヒッチ角度θＡを増減変更させるものであり、油圧式シリンダや電動式シリンダ等から構成されている。そして、図２および図３に示すように、一端がヒッチ４の略中間部に連結されるとともに、他端が作業機２とヒッチ４の連結部分から右斜め後方位置に連結されている。このため、本実施形態では、ヒッチ角度増減手段１３を伸長させるとヒッチ角度θＡが増大し、ヒッチ角度増減手段１３を短縮させるとヒッチ角度θＡが減少するようになっている。また、シリンダのストロークを最も短縮させた状態から最も伸長させた状態までが、ヒッチ角度増減手段１３の動作許容範囲として定められる。

記憶手段１４は、メモリやハードディスク等から構成されており、各種のデータや演算式、あるいは本実施形態の操舵装置１を制御するための操舵装置用プログラムが格納されている。本実施形態では、作業機２の進行方向がトラクタ３の進行方向と一致するときのヒッチ角度θＡを基準オフセット値として記憶している。この基準オフセット値は、図５に示すように、トラクタ３に対する作業機２のオフセット量を定めるものであり、圃場の畦幅等に合わせて適宜設定される。したがって、オフセット量が０の場合、基準オフセット値は９０°となる。

また、記憶手段１４は、ヒッチ角度θＡとドローバー角度θＢの相対角度θＣを算出するための下記演算式（１）を記憶している。
θＣ＝θＡ−θＢ ・・・式（１）
この相対角度θＣは、トラクタ３の進行方向と作業機２の進行方向のズレ角を示す値である。したがって、相対角度θＣがゼロの場合、トラクタ３と作業機２が同一方向に直進していることを示す。また、本実施形態では、トラクタ３が左方向に旋回すると、ドローバー角度θＢが小さくなるため相対角度θＣが正の値となる。一方、トラクタ３が右方向に旋回すると、ドローバー角度θＢが大きくなるため相対角度θＣが負の値となる。すなわち、オフセット値を基準として相対角度θＣの正負によって、作業機２の旋回方向を判別し得るようになっている。

また、記憶手段１４には、トラクタ３が直進状態から旋回を開始したことを検知するための旋回開始検知条件と、トラクタ３が旋回を終了したことを検知するための旋回終了検知条件とが設定されている。具体的には、相対角度θＣが所定時間（例えば０．５秒間）継続して所定の旋回開始角度（例えば正・負５°）以上となる条件を旋回開始検知条件として定めている。また、旋回状態における相対角度θＣが減少したときの条件を旋回終了検知条件として定めている。なお、旋回開始検知条件を規定する所定の旋回開始角度および所定時間については、適宜設定することにより誤作動を防止できるが、あまり大きい値に設定すると、必要なときにも動作しなくなるので注意が必要である。

旋回状況検知手段１５は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央処理装置）等から構成されており、トラクタ３の旋回操作によって変化する数値に基づいてトラクタ３の旋回状況を検知するものである。ここで、トラクタ３の旋回操作によって変化する数値とは、例えばドローバー角度θＢやトラクタ３側ハンドルの回転量等であり、本実施形態ではドローバー角度θＢとヒッチ角度θＡの相対角度θＣを使用して旋回状況を検知する。

具体的には、ドローバー角センサ１２からドローバー角度θＢを取得し、ヒッチ角センサ１１からヒッチ角度θＡを取得するとともに、記憶手段１４から上記式（１）を取得して相対角度θＣを算出する。そして、この相対角度θＣが旋回開始検知条件に合致したとき、あるいは旋回終了検知条件に合致したとき、それぞれ旋回開始検知信号および旋回終了検知信号を操舵制御手段１６に発信するようになっている。また、旋回開始を検知したときには、相対角度θＣの正負に基づいて旋回方向信号を生成し、旋回開始検知信号と合わせて発信するようになっている。

つぎに、操舵制御手段１６は、ＣＰＵ等から構成されており、旋回状況検知手段１５の検知結果に基づきヒッチ角度増減手段１３を制御するものである。本実施形態の操舵制御手段１６は、旋回状況検知手段１５から旋回開始検知信号および旋回方向信号を取得すると、作業機２がトラクタ３の旋回方向に対して外向するようにヒッチ角度増減手段１３を伸縮させる。このとき、その旋回方向が左右いずれかによって、ヒッチ角度増減手段１３の動作許容範囲内においてヒッチ角度θＡを最大または最小に増減させる。一方、旋回状況検知手段１５から旋回終了検知信号を取得すると、操舵制御手段１６は記憶手段１４から基準オフセット値を取得し、ヒッチ角度θＡが当該基準オフセット値となるようにヒッチ角度増減手段１３を伸縮制御するようになっている。

つぎに、本実施形態の操舵装置用プログラムによって制御される操舵装置１の作用について図面を用いて説明する。図６は、本実施形態の操舵装置１によって行われる操舵処理のフローチャート図であり、図７は、本実施形態の操舵装置１を搭載したトラクタ３および作業機２の旋回動作を示す平面図である。

まず、本実施形態の操舵装置１を用いてトラクタ３により作業機２を牽引する場合、ヒッチ角度増減手段１３によりヒッチ角度θＡを増減させ、圃場の畦幅に合わせて作業機２のオフセット位置を決定する（ステップＳ１）。そして、このときのヒッチ角度θＡが、基準オフセット値として記憶手段１４に設定される（ステップＳ２）。なお、図７（ａ）に示すように、本実施形態における基準オフセット値は９０°に設定されている。

トラクタ３が作業機２の牽引を開始すると、旋回状況検知手段１５が、ドローバー角センサ１２およびヒッチ角センサ１１からそれぞれドローバー角度θＢおよびヒッチ角度θＡを取得し、上記式（１）に基づいて相対角度θＣを算出する（ステップＳ３）。なお、本実施形態の旋回状況検知手段１５は、トラクタ３が作業機２を牽引している間、毎秒数回の割合で相対角度θＣを算出している。

ステップＳ４では、旋回状況検知手段１５が、算出した相対角度θＣに基づき旋回開始検知条件に合致するかどうかを判別する。そして、算出した相対角度θＣが旋回開始検知条件に合致した場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、すなわち、相対角度θＣが所定時間継続して所定の旋回開始角度以上であった場合、図７（ｂ）に示すように、トラクタ３が旋回を開始したと判断し、旋回開始検知信号および旋回方向信号を操舵制御手段１６へ発信する（ステップＳ５）。これにより、仮に一時的に相対角度θＣが変動したとしても、所定時間以下を切り捨てて旋回開始検知信号を発信しないため、ヒッチ角度増減手段１３の誤作動が防止される。

一方、算出した相対角度θＣが旋回開始検知条件に合致しない限り（ステップＳ４：ＮＯ）、旋回状況検知手段１５は、トラクタ３が直進作業中であると判断し、相対角度θＣの監視を続行する。このように、旋回状況の検知には相対角度θＣを用いるため、ドローバー角度θＢのみで旋回状況を検知する場合と比較して、作業機２のオフセット位置を変更する度にドローバー角センサ１２のゼロ点を設定変更する必要がないというメリットがある。

つづいて、ステップＳ６では、操舵制御手段１６が旋回方向信号によってトラクタ３の旋回方向を判別し、この旋回方向に対して作業機２が外向するようにヒッチ角度増減手段１３を最大または最小に伸縮させる。本実施形態では、図２および図３に示すように、ヒッチ角度増減手段１３がヒッチ４の右側に取り付けられているため、図７（ｃ）に示すように、トラクタ３が右回りに旋回する場合、ヒッチ角度増減手段１３を最小ストロークにまで短縮させて作業機２の進行方向を左方向に変更する。一方、トラクタ３が左回りに旋回する場合には、ヒッチ角度増減手段１３を最大ストロークにまで伸長させて作業機２の進行方向を右方向に変更する。

以上の制御によって、トラクタ３の旋回動作に合わせて作業機２が外側に膨らみながら牽引されるため、作業機２のタイヤ軌跡がトラクタ３のタイヤ軌跡に近くなり追従性が向上する。また、ヒッチ角度増減手段１３を最大または最小に伸縮させることで作業機２に大きな蛇角が付与され、旋回性が向上する。

ステップＳ７では、旋回状況検知手段１５が、算出した相対角度θＣに基づき旋回終了検知条件に合致するかどうかを判別する。そして、算出した相対角度θＣが旋回終了検知条件に合致した場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、すなわち、ステップＳ６における外向制御後に相対角度θＣが減少した場合、図７（ｄ）に示すように、トラクタ３が直進状態へ戻るハンドル操作がなされたと判断し、旋回終了検知信号を操舵制御手段１６へ発信する（ステップＳ８）。一方、相対角度θＣが旋回終了検知条件に合致しない限り（ステップＳ７：ＮＯ）、トラクタ３が旋回を継続しているものと判断され、ヒッチ角度増減手段１３がステップＳ６で定めたヒッチ角度θＡを保持する。

ステップＳ９では、ステップＳ８によって操舵制御手段１６が旋回終了検知信号を受信すると記憶手段１４から基準オフセット値を取得し、ヒッチ角度θＡが当該基準オフセット値となるようにヒッチ角度増減手段１３を制御してヒッチ角度θＡを増減する。本実施形態では、図７（ｅ）に示すように、ヒッチ角度増減手段１３を伸長させヒッチ角度θＡが基準オフセット値の９０°となるように作業機２の進行方向を変更する。これにより、トラクタ３が旋回状態から直進状態へと復帰するタイミングに合わせて、外方に膨らんだ作業機２が強制的に初期のオフセット位置に戻されるため、作業機２がトラクタ３の後方へと素早く回り込むことができ追従性および旋回性が向上する。

ステップＳ９の処理が終わると、本操舵処理フローチャートは、ステップＳ４へと戻り、旋回状況検知手段１５が再びトラクタ３の旋回状況を監視するようになっている。

ここで、本実施形態の操舵装置１による操舵制御の有無によってどのような旋回軌道を描くかを実測したので図示する。図８（ａ）は操舵装置１により操舵制御した作業機２の旋回軌道を示し、図８（ｂ）は操舵装置１による操舵制御を行わない作業機２の旋回軌道を示す。

図８（ａ）に示すように、本実施形態の操舵装置１により操舵制御した作業機２の旋回軌道は、外側に膨らんでおりトラクタ３の旋回軌道に近くなっていることがわかる。また、旋回後、速やかに直進状態に復帰しておりトラクタ３の後方に素早く追従していることがわかる。

一方、図８（ｂ）に示すように、本実施形態の操舵装置１による操舵制御をしない作業機２の旋回軌道は、トラクタ３の旋回軌道よりも内側を通過していることがわかる。また、旋回後、トラクタ３の後方に回り込むまでの距離が、制御した場合に比較して約２倍になっており遅延して追従していることがわかる。

以上のような本実施形態によれば、
１．トラクタ３が旋回する際、その旋回方向に対し作業機２の進行方向を自動的かつ確実に外向させることができる。
２．ステアリング機構を持たない作業機２であっても、作業機２の旋回性能および追従性能を向上することができる。
３．畦合わせにより基準オフセット値が変化しても、ドローバー角センサ１２等を設定変更することなくトラクタ３の旋回状況を検知することができる。
４．作業機２が畦を踏みつけて作物にダメージを与えてしまうのを防止することができる。
５．経験の浅い者であっても簡単に操縦することができ、操縦者の労力を低減することができる
等の効果を奏する。

なお、本発明に係る作業機の操舵装置１は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更することができる。例えば、上述した実施形態では、ステアリング機構を持たない作業機２について説明したが、ステアリング機構付作業機８を牽引する際に、本実施形態の操舵装置１を合わせて使用するようにしてもよい。

この場合のトラクタ３とステアリング機構付作業機８による旋回動作を示す平面図を図９に示す。図９（ａ）に示す直進状態から、図９（ｂ）に示すように、トラクタ３が右回りの旋回を開始すると、ステアリング機構が相対角度θＣに応じてステアリング機構付作業機８の車輪の蛇角を左側（逆方向）へと徐々に変更する。そして、図９（ｃ）に示すように、旋回状況検知手段１５により旋回開始が検知されたとき、図９（ｄ）に示すように、ヒッチ角度増減手段１３により作業機２の進行方向が左側へと変更される。その後、図９（ｅ）に示すように、トラクタ３が直進状態へと戻るにつれて、ヒッチ角度増減手段１３がヒッチ角度θＡを基準オフセット値に復帰させるとともに、図９（ｆ）に示すように、ステアリング機構が車輪の蛇角を徐々に中立位置へ戻す。これにより、図９（ｇ）に示すように、迅速に直進状態へと復帰するようになっている。上記のように操舵装置１およびステアリング機構を制御することにより、ステアリング機構付作業機８の旋回性能および追従性能をより一層向上させることができる。

なお、ヒッチ角度増減手段１３の動作速度が速い場合には、ヒッチ角度θＡを基準オフセット値に復帰させてから車輪を中立位置に戻すことが合理的である。しかしながら、実際にはヒッチ角度θＡの変化による牽引軌道の変化は小さいため、高速で旋回する場合にはステアリング制御が遅れてしまうという問題がある。このため、ヒッチ角度増減手段１３の動作速度が遅い場合には、車輪を中立位置に戻すステアリング制御をしてからヒッチ角度θＡを基準オフセット値に復帰させる制御を行うことにより旋回性能を確保することができる。

また、上述した実施形態では、トラクタ３と作業機２の連結手段としてヒッチ４を使用しているが、これに限られるものではない。例えば、図１０に示すように、トラクタ３の後方に延出されたロワーリンク９に設けたドローバー７と、作業機２の前方に設けられた牽引幹１０を連結し、この牽引幹１０の基端部にヒッチ角センサ１１を設けるとともに、牽引幹１０とドローバー７の連結部にドローバー角センサ１２を設けるようにしてもよい。

さらに、上述した実施形態では、ヒッチ４とリンクバー６の各軸心を一致させているが、図１１および図１２に示すように、リンクバー６における作業機側の軸心がヒッチ４の作業機２側の軸心と異なる場合でも適用可能である。この場合、リンクバー６に対して作業機２がなすヒッチ補正角度を検出するヒッチ補正角センサ１７と、リンクバー６に対してトラクタ３がなすドローバー補正角度を検出するドローバー補正角センサ１８が設けられている。そして、旋回状況検知手段１５は、ヒッチ補正角度とドローバー補正角度の相対角度を用いてトラクタ３の旋回状況を検知するようになっている。一方、ヒッチ角センサ１１は、ヒッチ角度増減手段１３の伸縮限界や基準オフセット値を検出するために使用される。この構成によれば、リンクバー６とヒッチ４の軸心が異なる場合でも作業機２を操舵制御することができる。

また、上述した実施形態では、制御ラインを全て作業機２側で完結させるため、ヒッチ４の上方にリンクバー６を配置し、このリンクバー６とドローバー７の連結部にドローバー角センサ１２を設けているが、これに限られるものではなく、ヒッチ４とスイングドローバー５の連結部にドローバー角センサ１２を設けるようにしてもよい。

さらに、上述した実施形態では、旋回時にヒッチ角度増減手段１３の動作許容範囲内において、ヒッチ角度θＡを最大または最小に増減させているが、これに限られるものではない。例えば、相対角度θＣの値に比例するようにヒッチ角度θＡをアナログ的に増減制御するようにしてもよい。また、図５に示すように、作業機２の中心線がトラクタ３の中心線に対して所定距離（オフセット量）だけ平行にずらして連結されている場合、すなわち、作業機２がトラクタ３に対してオフセット牽引される場合には、旋回方向によって旋回の容易さとリスクが異なる。そこで、トラクタ３の旋回方向に応じて、操舵制御手段１６によるヒッチ角度θＡの増減量を異ならせるように制御するのが好ましい。

具体的には、旋回状況検知手段１５によって、作業機２の旋回が容易なオフセット方向（図５の左方向）への旋回開始が検知されたとき、ヒッチ角度θＡを基準オフセット値に保持させる。このとき、自動畦合わせ機能等により、ヒッチ４が基準オフセット値よりも内側に移動されている場合には、基準オフセット値に復帰させる動作を行う。

一方、オフセット方向と反対方向（図５の右方向）への旋回開始が検知されたとき、ヒッチ角度θＡを必要最小限の所定値に増減させる。これにより、ヒッチ角度θＡを必要以上に増減させることがないため、基準オフセット値に戻すためのタイムラグが減少し、動作速度の遅いヒッチ角度増減手段１３を使用した場合でも迅速に旋回状態から直進状態へ復帰させることができる。

なお、上記の制御方法は、作業機２とトラクタ３との間に動力伝達ジョイント１９が設けられている場合にも効果的である。具体的には、図１３に示すように、オフセット方向への旋回時には、動力伝達ジョイント１９の切れ角に余裕があり、この動力伝達ジョイント１９がドローバー７やトラクタ３のタイヤに接触するおそれはない。したがって、基準オフセット値に保持した状態（図１３の点線）でも、ステアリング機構によってある程度の旋回が可能となる。また、ヒッチ角度増減手段１３の動作速度が十分に早ければ、別途、外向制御させることにより（図１３の実線）、旋回性能を向上させられる。

一方、図１４に示すように、オフセット方向と反対方向へ旋回する際に、基準オフセット値に保持したままだと（図１４の点線）、動力伝達ジョイント１９に過大な負荷がかかるし、この動力伝達ジョイント１９がドローバー７やトラクタ３のタイヤに接触するおそれがある。したがって、上記所定値の範囲内でのみヒッチ角度θＡを増減させれば（図１４の実線）、動力伝達ジョイント１９が破損したり、ドローバー７等に接触してしまうのを防止することができる。

また、図１４で示す例において、ヒッチ角度θＡを増減させる所定値は、操舵装置固有の特性（例えばヒッチ長）や作業条件（例えば作業速度、ヒッチシリンダ動作速度、走行速度等）に基づいて定めることが好ましい。例えば、ヒッチ４の長さが短いほど、あるいは作業速度や走行速度に比べてヒッチ角度増減手段１３の動作速度が遅いほど、ヒッチ角度θＡを増減させる値を小さい値に設定することで、動力伝達ジョイント１９への負荷が低減され、基準オフセット値に復帰する際のタイムラグが短縮される。

ここで、以上の図１３および図１４に示す動作制御を実行する場合における操舵処理の制御フローを図１５に示す。なお、本制御フローのうち、上述した図６の制御フローと同一若しくは相当するステップについては同一の符号を付して再度の説明を省略する。

図１５に示すように、ステップＳ１０では、操舵制御手段１６が旋回方向信号によってトラクタ３の旋回方向を判別し、この旋回方向に応じてヒッチ角度θＡの増減量を異ならせるように制御する。具体的には、旋回方向がオフセット方向の場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、ヒッチ角度θＡを基準オフセット値に保持する（ステップＳ１１）。一方、旋回方向がオフセット方向と反対方向の場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、ヒッチ角度θＡを操舵装置固有の特性および作業条件に基づいて決定される所定値に増減する（ステップＳ１２）。このような制御によって、動力伝達ジョイント１９への負荷を低減できるとともに、基準オフセット値に復帰する際のタイムラグを短縮することができる。

また、上述した実施形態では、旋回状況検知手段１５が、ドローバー角度θＢとヒッチ角度θＡとの相対角度θＣに基づいて旋回状況を検知しているが、ドローバー角度θＢのみに基づいて旋回状況を検知してもよい。この場合、旋回開始検知条件は、ドローバー角度がゼロ点（ドローバー７とヒッチ４とが９０度の状態）に対して所定の旋回開始角度以上となる条件に設定し、旋回終了検知条件は、操舵制御手段１６による作業機２の外向制御後にドローバー角度が減少したときの条件に設定する。

これにより、ドローバー角センサ１２のゼロ点に対する旋回角度および旋回方向に基づいて旋回状況を検知でき、相対角度θＣを用いる場合と同等の作用効果を奏することができる。しかしながら、畦に合わせて作業機２のオフセット量を変更する度に、ドローバー角センサ１２のゼロ点を再設定し直さなければならないという不便が伴う。

また、上述したドローバー角度θＢのみによる検知方法によれば、基準オフセット値が固定されている作業機２についても本発明にかかる操舵制御が可能となる。しかしながら、このような作業機２のオフセット量を調節したり、タイヤ幅が異なるトラクタ３に適用する場合には、図１６に示すように、ドローバー７に複数個の回転軸用穴７１を形成し、いずれかの回転軸用穴７１に切り換えて連結しなければならないし、正確な位置調節ができないという不便さがある。

本発明に係る操舵装置を搭載した作業機およびトラクタの実施形態を示す全体図である。 本実施形態の操舵装置を示す斜視図である。 本実施形態の操舵装置を示す平面図である。 本実施形態の操舵装置の構成を示すブロック図である。 本実施形態における基準オフセット値を説明する図である。 本実施形態の操舵装置によって行われる操舵処理のフローチャート図である。 本実施形態の操舵装置を搭載したトラクタおよび作業機の旋回動作を示す平面図である。 本実施形態の操舵装置により、（ａ）操舵制御した場合と（ｂ）操舵制御しない場合における作業機の旋回軌道を示す図である。 本実施形態の操舵装置を搭載したトラクタおよびステアリング機構付作業機の旋回動作を示す平面図である。 本実施形態の操舵装置を搭載したトラクタおよび作業機の他の実施形態を示す斜視図である。 本発明に係る操舵装置の他の実施形態を示す斜視図である。 本発明に係る操舵装置の他の実施形態を示す平面図である。 動力伝達ジョイントを備えたトラクタおよび作業機がオフセット方向へ旋回する際の平面図である。 動力伝達ジョイントを備えたトラクタおよび作業機がオフセット方向と反対方向へ旋回する際の平面図である。 本実施形態の操舵装置によって行われる操舵処理の他の実施例を示すフローチャート図である。 基準オフセット値が固定されている作業機およびトラクタの実施形態を示す平面図である。

符号の説明

１ 操舵装置
２ 作業機
３ トラクタ
４ ヒッチ
５ スイングドローバー
６ リンクバー
７ ドローバー
８ ステアリング機構付作業機
９ ロワーリンク
１０ 牽引幹
１１ ヒッチ角センサ
１２ ドローバー角センサ
１３ ヒッチ角度増減手段
１４ 記憶手段
１５ 旋回状況検知手段
１６ 操舵制御手段
１７ ヒッチ補正角センサ
１８ ドローバー補正角センサ
１９ 動力伝達ジョイント
７１ 回転軸用穴
θＡ ヒッチ角度
θＢ ドローバー角度
θＣ 相対角度

Claims (9)

1. ヒッチを介してトラクタに牽引される作業機を操舵する操舵装置であって、
   前記ヒッチに対して前記作業機がなすヒッチ角度を検出するヒッチ角センサと、
   前記ヒッチおよび前記作業機に連結されて前記ヒッチ角度を増減変更するヒッチ角度増減手段と、
   前記作業機の進行方向が前記トラクタの進行方向と一致するときの前記ヒッチ角度を基準オフセット値として記憶する記憶手段と、
   トラクタの操作によって変化する数値に基づいて当該トラクタの旋回状況を検知する旋回状況検知手段と、
   前記旋回状況検知手段がトラクタの操作により変化する数値に基づいて旋回開始を検知すると、前記ヒッチ角度増減手段を制御して作業機がトラクタの旋回方向に対して外向するようにヒッチ角度を増減し、前記旋回状況検知手段がトラクタの操作により変化する数値に基づいて旋回終了を検知すると、前記ヒッチ角度増減手段を制御して前記ヒッチ角度が基準オフセット値となるように増減させる操舵制御手段と
   を有することを特徴とする作業機の操舵装置。
2. 請求項１において、前記操舵制御手段は、前記旋回状況検知手段によって旋回開始を検知すると、前記ヒッチ角度増減手段の動作許容範囲内においてヒッチ角度を最大または最小に増減させることを特徴とする作業機の操舵装置。
3. 請求項１において、トラクタに牽引される作業機がその中心線をトラクタの中心線に対して所定の距離だけ平行にずらして連結されている、いわゆるオフセットされている場合、前記旋回状況検知手段が前記作業機のオフセットされている方向への旋回開始を検知したとき、前記操舵制御手段は前記ヒッチ角度を基準オフセット値に保持するように制御し、前記旋回状況検知手段が前記作業機のオフセットされている側と反対方向への旋回開始を検知したとき、前記操舵制御手段は前記ヒッチ角度を当該操舵装置固有の特性および作業条件に基づいて決定される所定値に増減させるように制御することを特徴とする作業機の操舵装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかにおいて、ヒッチに対してトラクタのドローバーがなすドローバー角度を検出するドローバー角センサを有しており、
   前記旋回状況検知手段は、前記ドローバー角度および前記ヒッチ角度を取得してこれらの相対角度を算出するとともに、この相対角度が所定時間継続して所定の旋回開始角度以上であったときを旋回開始として検知し、前記操舵制御手段による作業機の外向制御後に前記相対角度が減少したときを旋回終了として検知することを特徴とする作業機の操舵装置。
5. 請求項１から請求項３のいずれかにおいて、ヒッチに対してトラクタのドローバーがなすドローバー角度を検出するドローバー角センサを有しており、
   前記旋回状況検知手段は、前記ドローバー角度がゼロ点に対して所定の旋回開始角度以上であったときを旋回開始として検知し、前記操舵制御手段によって作業機の外向制御を実行した後に前記ドローバー角度が減少したときを旋回終了として検知することを特徴とする作業機の操舵装置。
6. 請求項１から請求項３のいずれかにおいて、前記作業機および前記トラクタを連結するリンクバーが備えられ、このリンクバーにおける前記作業機側の軸心が前記ヒッチ角センサの軸心と異なる場合、前記リンクバーに対して前記作業機がなすヒッチ補正角度を検出するヒッチ補正角センサと、前記リンクバーに対して前記トラクタがなすドローバー補正角度を検出するドローバー補正角センサを設け、
   前記旋回状況検知手段は、前記ヒッチ補正角度および前記ドローバー補正角度を取得してこれらの相対角度を算出するとともに、この相対角度に基づいて前記トラクタの旋回状況を検知することを特徴とする作業機の操舵装置。
7. ヒッチを介してトラクタに牽引される作業機を操舵するように操舵装置を実行させる操舵装置用プログラムであって、
   前記操舵装置は、
   前記ヒッチに対して前記作業機がなすヒッチ角度を検出するヒッチ角センサと、
   前記ヒッチおよび前記作業機に連結されて前記ヒッチ角度を増減変更するヒッチ角度増減手段と、
   前記作業機の進行方向が前記トラクタの進行方向と一致するときの前記ヒッチ角度を基準オフセット値として記憶する記憶手段と、
   前記トラクタの旋回状況に応じて前記作業機の進行方向を変更させるように前記ヒッチ角度増減手段を制御する操舵制御手段と
   を備えており、
   前記操舵制御手段に、
   前記トラクタの操作によって変化する数値に基づいて当該トラクタの旋回状況を検知する旋回状況検知ステップと、
   この旋回状況検知ステップにおいて前記トラクタの旋回開始を検知すると、前記ヒッチ角度増減手段を制御して作業機がトラクタの旋回方向に対して外向するように前記ヒッチ角度を増減する旋回開始ステップと、
   前記旋回状況検知ステップにおいて前記トラクタの旋回終了を検知すると、前記ヒッチ角度増減手段を制御して前記ヒッチ角度が基準オフセット値となるように増減する旋回終了ステップと
   を実行させることを特徴とする作業機の操舵装置用プログラム。
8. 請求項７において、トラクタに牽引される作業機がその中心線をトラクタの中心線に対して所定の距離だけ平行にずらして連結されている、いわゆるオフセットされている場合、
   前記旋回開始ステップでは、前記操舵制御手段に、
   前記旋回状況検知ステップにおいて、前記作業機のオフセットされている方向への旋回開始を検知したとき、前記ヒッチ角度を基準オフセット値に保持するように制御するステップと、
   前記旋回状況検知ステップにおいて、前記作業機のオフセットされている側と反対方向への旋回開始を検知したとき、前記ヒッチ角度を当該操舵装置固有の特性および作業条件に基づいて決定される所定値に増減させるように制御するステップと
   を操舵装置に実行させることを特徴とする作業機の操舵装置用プログラム。
9. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の操舵装置または請求項７若しくは請求項８に記載の操舵装置用プログラムを備えてなる作業機。

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