JP6270677B2

JP6270677B2 - 水田作業機

Info

Publication number: JP6270677B2
Application number: JP2014195576A
Authority: JP
Inventors: 石見　憲一; 憲一石見
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 2014-09-25
Filing date: 2014-09-25
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2034-09-25
Also published as: JP2016063792A

Description

本発明は、乗用型の田植機や乗用型の直播機等、走行機体に姿勢変更自在に作業装置が支持された水田作業機に関する。

水田作業機の一例としての田植機では、走行機体の後部にリンク機構を介して苗植付け用の作業装置が昇降自在に連結され、姿勢変更操作手段としての油圧シリンダにより作業装置の昇降位置を変更できるように構成され、作業装置に備えられた姿勢検出センサとしてのフロートセンサにより検出される対地高さが設定値になるように、油圧シリンダの作動を制御して苗植え付け深さが設定値に維持されるように姿勢変更制御としての昇降制御を行うようになっている。そして、走行機体に上下方向の加速度を検出する加速度センサを備え、この加速度センサにて検出される上下方向の加速度が設定値を超えると、フロートセンサの検出結果にかかわらず、一時的に作業装置を下降させる方向に油圧シリンダを作動させるようにしたものがあった（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２４８３２５号公報

圃場を走行しながら作業装置により苗植付け作業を行っているときに、走行機体に備えられた走行装置が、圃場に形成された凸部に乗り上げて急激に走行機体が上昇したり、凹部に走行装置が入り込んで急激に走行機体が下降したような場合に、そのことに起因して、作業装置の対地高さが変動することがある。

上記従来構成は、このように圃場の凹凸に起因して走行機体の上下方向への急激な変位があっても、そのことにより、作業装置が圃場面から浮き上がって苗が植えられることなく放出される等の不都合が生じないように、作業装置を下降させる方向に油圧シリンダを作動させるものである。

しかし、姿勢変化に伴って油圧シリンダを作動させる場合、走行機体の姿勢変化は短時間で急激に行われるのに対して、制御情報が指令されてから油圧シリンダが作動して作業装置が下降操作を開始するまでの間には所定の遅れ時間がある。その結果、走行装置が凸部や凹部を通過しているときには、作業装置の下降操作が間に合わず、走行装置が凸部や凹部を通過してしまった後に、姿勢検出センサの検出結果にかかわらず、作業装置が強制的に下降することになる。つまり、走行装置が凸部や凹部を通過する短かい時間の間だけでなく、その後においても、適切な姿勢変更制御が行えない状態が長く続くおそれがあり、しかも、そのときの作業状況によっては、作業装置が下降し過ぎて泥内に入り込み、作業装置の動作に悪影響を与えるおそれもある。

そこで、圃場の凹凸等に起因して走行機体や作業装置の急激な姿勢変化があっても、適切な姿勢変更制御が行えない状態が長く続いたり、作業装置が泥による悪影響を受ける等の不利を回避できるようにすることが望まれていた。

本発明に係る水田作業機の特徴構成は、走行機体と、前記走行機体に対する対機体姿勢を変更自在に支持された作業装置と、前記作業装置の対機体姿勢を変更操作する姿勢変更操作手段と、前記作業装置の対機体姿勢を検出する姿勢検出センサと、前記姿勢検出センサにて検出される前記作業装置の対機体姿勢が目標姿勢になるように前記姿勢変更操作手段の作動を制御する姿勢変更制御を実行する姿勢制御手段と、前記走行機体又は前記作業装置の姿勢変化の加速度を検出する加速度センサとを備え、
前記姿勢変更操作手段が、前記作業装置の対機体姿勢として、前記走行機体に対する前記作業装置の上下位置を変更するものであり、
前記加速度センサが、前記姿勢変化として、前記走行機体又は前記作業装置の上下方向に移動するときの加速度を検出するものであり、
前記姿勢制御手段が、前記加速度センサにて検出される姿勢変化の加速度が設定値以上であれば、所定条件が成立するまでの間、前記姿勢変更制御を停止し、且つ、前記加速度センサにて検出される姿勢変化の加速度が前記設定値未満であれば、前記姿勢検出センサ及び前記加速度センサの夫々の検出情報に基づいて、前記姿勢変更操作手段の作動出力を求めて、その作動出力にて前記姿勢変更操作手段を作動させるように、前記姿勢変更制御を実行する点にある。

本発明によれば、作業装置が姿勢変更操作手段の操作により対機体姿勢を変更自在に走行機体に支持される。姿勢検出センサにて作業装置の対機体姿勢が検出され、その検出結果に基づいて姿勢制御手段が姿勢変更制御を実行する。すなわち、姿勢検出センサにて検出した対機体姿勢が目標姿勢になるように姿勢変更操作手段の作動を制御する。加速度センサにより走行機体又は作業装置の姿勢変化の加速度が検出される。姿勢制御手段は、加速度センサにより検出される姿勢変化の加速度が設定値以上であれば、例えば、加速度が設定値以上になってから設定時間が経過する等の、所定条件が成立するまでの間、姿勢変更制御を停止する。

すなわち、圃場の凹凸等に起因して走行機体や作業装置が急激に姿勢変化したような場合には、走行機体や作業装置の急激に姿勢変化に追従して姿勢変更操作手段を作動させるのではなく、急激に姿勢変化しているときは姿勢変更操作手段を遅れのない状態で追従させるのは難しいので、姿勢変更制御を停止して姿勢変更操作手段を作動させないようにしている。このようにすることで、走行機体や作業装置が急激に姿勢変化しているときには、姿勢変更制御を行うことはできないが、その後、所定条件が成立して走行機体や作業装置の姿勢が安定すると、姿勢変更制御を再開する。その結果、走行機体や作業装置の姿勢が安定してからも適切な姿勢変更制御が行えない状態が長く続くといった不利がなく、できるだけ早く、適切な姿勢変更制御が行える状態に復帰することができる。

従って、圃場の凹凸等に起因して走行機体や作業装置の急激な姿勢変化があっても、適切な姿勢変更制御が行えない状態が長く続いたり、作業装置が泥による悪影響を受ける等の不利を回避できるようにすることが可能な水田作業機を提供できるに至った。
また、本構成によれば、作業装置は走行機体に対する上下位置を変更自在に支持され、姿勢変更操作手段は作業装置の上下位置を変更操作する。そして、姿勢検出センサにて検出される作業装置の走行機体に対する上下位置が目標位置になるように姿勢変更操作手段の作動が制御される。その結果、作業装置の対地高さが適正な状態に維持され、良好な水田作業を行える。

又、加速度センサにて検出される姿勢変化の加速度が前記設定値未満であって、走行機体や作業装置の姿勢変化が安定して急激な姿勢変化がない状態では、姿勢制御手段は、姿勢検出センサだけの情報ではなく、加速度センサの検出情報も用いて、姿勢変更制御を実行する。

このように構成することで、例えば走行機体や作業装置の姿勢変化が急激ではないものの速めに変化している場合には、そのことを考慮して、遅めに変化する場合に比べて、姿勢変更操作手段の動作速度を速めにすることで迅速な対応を採ることができる等の利点がある。

本発明においては、前記所定条件が、前記加速度センサにて検出される姿勢変化の加速度が前記設定値以上であることが検出されてから設定時間が経過することであると好適である。

本構成によれば、加速度センサにて検出される姿勢変化の加速度が設定値以上であることが検出されると、姿勢制御手段は姿勢変更制御を停止するが、姿勢変化の加速度が設定値以上であることが検出されてから設定時間が経過すると、姿勢変更制御を再開する。

ところで、加速度が設定値未満になると直ちに姿勢変更制御を実行することも考えられるが、この構成では、急激な姿勢変化が一旦収まり、再度、急激な姿勢変化が開始するような場合には、対応できない。走行装置が凸部を乗り越えるような場合には、ピーク通過時に急激な姿勢変化が一旦収まることも考えられるので、適正な姿勢変更制御が行えないおそれがある。又、圃場の凹凸等に起因する走行機体や作業装置の急激な姿勢変化は、長時間続くことはなく短時間であることが多い。

そこで、姿勢変化が安定していることが想定される設定時間を設定し、姿勢変化の加速度が設定値以上であることが検出されてから設定時間が経過すると、姿勢変更制御を再開することにより、適正な姿勢変更制御を行うことが可能となる。

乗用型田植機の側面図である。制御ブロック図である。制御動作のフローチャートである。

以下、本発明に係る水田作業機の実施形態を水田作業機の一例である乗用型の田植機に適用した場合について図面に基づいて説明する。

図１に示すように、乗用型の田植機は、操向自在な左右一対の前輪１と操向不能な左右一対の後輪２とを備えた四輪駆動型の走行機体３の後部に、６条植え仕様に構成された苗植付装置（作業装置）４が、姿勢変更操作手段としての油圧シリンダ５によって駆動される平行四連リンク構造のリンク機構６を介して昇降自在に連結されている。又、走行機体３の後部に施肥装置７が装備されるとともに、走行機体３の前部左右に予備苗のせ台８が配備されている。つまり、この田植機では、油圧シリンダ５は、作業装置としての苗植付装置４の走行機体３に対する対機体姿勢として、苗植付装置４の上下位置を変更するものである。

苗植付装置４は、走行機体３から取り出された作業用動力を受けるフィードケース９、一定ストロークで左右に往復横移動する苗のせ台１０、回転式の植付機構１１、後部左右に２条分ずつの植付機構１１を備えた複数の植付ケース１２、田面の植付け箇所を均平整地する複数の接地フロート１３等を備えている。

苗植付装置４は、リンク機構６の後端部に前後方向支点Ｐ１周りにローリング自在に連結されるとともに、リンク機構６の後端上部に備えたローリング用電動モータ１４（以下、ローリングモータという）を利用したローリング作動機構１５によって左右傾斜角を変更操作自在に構成されている。ローリング作動機構１５については、詳細な説明は省略するが、リンク機構６の後端上部に備えたローリングモータ１４の作動部と苗植付装置４の固定部材とにわたってワイヤを介して連動連結されて、ローリングモータ１４を作動することで、前後方向支点Ｐ１周りでの苗植付装置４の左右傾斜角を変更操作できるように構成されている。

図２に示すように、走行機体３にローリングモータ１４の作動を制御する姿勢制御手段としてのマイクロコンピュータ利用の制御装置１６が備えられ、苗植付装置４の左右傾斜角を検出する重錘式の傾斜センサ１７と、目標左右傾斜角を手動操作によって設定自在なポテンショメータ式の目標傾斜姿勢設定器１８とが備えられ、これらの検出情報が制御装置１６に入力されている。そして、制御装置１６は、傾斜センサ１７にて検出される苗植付装置４の左右傾斜角が、目標傾斜姿勢設定器１８にて設定された目標左右傾斜角になるようにローリングモータ１４を作動させる自動ローリング制御を実行するように構成されている。

次に、苗植付装置４を自動昇降制御するための構成について説明する。
図２に示すように、苗植付装置４に並列配備された接地フロート１３は、それぞれ後部支点Ｐ２を中心に上下揺動自在に支持されており、中央の接地フロート１３は、田面Ｇに対する苗植付装置４の対地高さを検知する接地体として利用されている。この接地フロート１３の前部と苗植付装置４の適所に位置固定に配備された回転式ポテンショメータからなる高さ検出センサ１９（姿勢検出センサの一例）とがリンク連係され、接地フロート１３の後部支点Ｐ２周りの揺動角度が検出値Ｔｘとして電気的に検出されるようになっている。

機体の進行に伴って中央の接地フロート１３が田面Ｇに接地追従するのであり、高さ検出センサ１９の検出値により、田面Ｇ（中央の接地フロート１３）から高さ検出センサ１９までの高さを検出することができ、その検出値は田面Ｇに対する苗植付装置４の高さに対応する。中央の接地フロート１３が田面Ｇに接地追従するのに対して、走行により機体が上下動するのに伴って苗植付装置４が上下動すると、これに伴って田面Ｇ（中央の接地フロート１３）から苗植付装置４までの高さ（苗の植付深さ）が変化して、高さ検出センサ１９の検出値が変化する。

走行機体３の運転部にポテンショメータからなる手動操作式の制御感度調節器２０が備えられている。この制御感度調節器２０は、接地フロート１３の後部支点Ｐ２周りでの目標揺動角度（目標姿勢）を変更設定することができるようになっている。

高さ検出センサ１９は、接地フロート１３が上方に揺動するほど検出値Ｔｘが増大するように設定されている。制御感度調節器２０は、昇降制御の中立状態をもたらす接地フロート１３の目標姿勢を複数段階の目標値として変更調節するものであり、例えば、中間調節位置では接地フロート１３の目標姿勢が略前後水平に設定され、それより段数が小さくなるほど目標値が減少変更されて、接地フロート１３の目標姿勢が前下がり方向に変更され、段数が大きくなるほど、目標値が増大変更されて、接地フロート１３の目標姿勢が前上り方向に変更されるようになっている。

制御装置１６は、高さ検出センサ１９の検出値Ｔｘ（接地フロート１３の上下揺動角度）が、制御感度調節器２０にて設定された目標揺動角度（目標姿勢）になるように、油圧シリンダ５を作動させる姿勢変更制御としての自動昇降制御を実行するように構成されている。

図２に示すように、苗植付装置４の上下方向に移動するときの加速度を検出する加速度センサ２１が備えられている。そして、制御装置１６は、加速度センサ２１にて検出される苗植付装置４の上下方向の加速度Ｋｘが設定値Ｋｓ以上であれば、所定条件が成立するまでの間、自動昇降制御を停止し、且つ、加速度センサ２１にて検出される苗植付装置４の上下方向の加速度Ｋｘが設定値Ｋｓ未満であれば、高さ検出センサ１９及び加速度センサ２１の夫々の検出情報に基づいて自動昇降制御を実行するように構成されている。前記所定条件は、加速度センサ２１にて検出される姿勢変化の加速度Ｋｘが設定値Ｋｓ以上であることが検出されてから設定時間が経過することである。

次に、フローチャートに基づいて、制御装置１６による自動昇降制御の作動について説明する。
図３に示すように、先ず、苗植付装置４の対地高さを検出する情報として、高さ検出センサ１９からの検出値Ｔｘ及び加速度センサ２１の検出値Ｋｘが読み込まれる（ステップ１）。加速度センサ２１の検出値Ｋｘが予め設定されている設定値Ｋｓ以上であるか設定値Ｋｓ未満であるかが判断される（ステップ２）。加速度センサ２１の検出値Ｋｘが設定値Ｋｓ未満であれば、高さ検出センサ１９の検出値Ｔｘが目標値Ｔｓと比較され、それら検出値Ｔｘと目標値Ｔｓとの差（偏差）が不感帯の幅を越えて大であるときは、その偏差と、加速度センサ２１の検出値Ｋｘとに基づいて、油圧シリンダ５の作動方向及び作動出力を求め（ステップ３，４）、その求めた作動出力で求めた作動方向に向けて油圧シリンダ５を作動させる（ステップ５）。ステップ３において、高さ検出センサ１９の検出値Ｋｘと目標値Ｔｓとの差（偏差）が不感帯の幅内の小さい値であるときは、油圧シリンダ５の作動を停止させる（ステップ６）。

作動出力を求める演算の仕方について簡単に説明すると、上記偏差に第１制御ゲインを掛けた第１出力値、検出値Ｔｘを微分して得られた接地フロート１３の角度の変化率（角速度）に第２制御ゲインを掛けた第２出力値、加速度センサ２１の検出値Ｋｘに第３制御ゲインを掛けた第３出力値の夫々を合算して作動出力を求める。

このように構成することで、単に偏差の大きさに比例した大きさの作動出力だけで制御する場合に比べて、制御の応答性が向上して、苗植付装置４の泥面追従性能が向上することになる。例えば、苗植付装置４の上下方向の変化が速めである場合には、遅めに変化する場合に比べて、出力を高めることで油圧シリンダ５の動作速度を速めにすることで迅速な対応を採ることができ、応答遅れにより、苗植付装置４が田面Ｇから大きく離れることを回避できる。

そして、ステップ２において、加速度センサ２１の検出値Ｋｘが設定値Ｋｓ以上であると判別すると、油圧シリンダ５の作動を停止する（ステップ７）。このように加速度センサ２１の検出値に基づいて油圧シリンダ５の作動を停止させたときは、加速度センサ２１にて検出される加速度Ｋｘが設定値Ｋｓ以上であることが検出されてから設定時間が経過するまでは、停止状態を維持する（ステップ８）。

上記設定時間が長過ぎると、走行状態が安定しているにもかかわらず、自動昇降制御が行われない状態が長く続くので好ましくない。そこで、この設定時間としては、圃場において前輪１や後輪２が凹部や凸部を乗り越えて走行が安定すると想定される時間、例えば数百ｍｓ〜数秒程度であることが好ましい。そして、前記設定時間が経過すると、ステップ１に戻り、高さ検出センサ１９からの検出値Ｔｘ及び加速度センサ２１の検出値Ｋｘの読み込みが再開され、その後はステップ２以降の処理を実行する。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、加速度センサ２１にて検出される加速度が設定値以上であり、自動昇降制御を停止したのちに、自動昇降制御を再開するための所定条件として、加速度が設定値以上であることが検出されてから設定時間が経過することとしたが、この構成に代えて、所定条件としては、例えば、加速度センサ２１の検出値が設定値以下に戻ったことであってもよく、加速度センサ２１の検出値が設定値以下に戻ってから設定時間経過すること等であってもよい。

（２）上記実施形態では、姿勢変更操作手段として油圧シリンダ５を用いたが、油圧シリンダ５に代えて、電動モータや油圧モータ等の種々の駆動手段を用いることができる。

（３）上記実施形態では、加速度センサ２１が作業装置（苗植付装置４）に備えられる構成としたが、加速度センサ２１が走行機体に備えられる構成としてもよい。

（４）上記実施形態では、水田作業機として乗用型田植機を示したが、乗用型の直播機等の他の種類の水田作業機であってもよい。

本発明は、乗用型の田植機や乗用型の直播機等、走行機体に姿勢変更自在に作業装置が支持された水田作業機に適用できる。

３走行機体
４作業装置
５姿勢変更操作手段
１６姿勢制御手段
１９姿勢検出センサ
２１加速度センサ
Ｋｘ加速度
Ｋｓ設定値

Claims

走行機体と、前記走行機体に対する対機体姿勢を変更自在に支持された作業装置と、前記作業装置の対機体姿勢を変更操作する姿勢変更操作手段と、前記作業装置の対機体姿勢を検出する姿勢検出センサと、前記姿勢検出センサにて検出される前記作業装置の対機体姿勢が目標姿勢になるように前記姿勢変更操作手段の作動を制御する姿勢変更制御を実行する姿勢制御手段と、前記走行機体又は前記作業装置の姿勢変化の加速度を検出する加速度センサとを備え、
前記姿勢変更操作手段が、前記作業装置の対機体姿勢として、前記走行機体に対する前記作業装置の上下位置を変更するものであり、
前記加速度センサが、前記姿勢変化として、前記走行機体又は前記作業装置の上下方向に移動するときの加速度を検出するものであり、
前記姿勢制御手段が、前記加速度センサにて検出される姿勢変化の加速度が設定値以上であれば、所定条件が成立するまでの間、前記姿勢変更制御を停止し、且つ、前記加速度センサにて検出される姿勢変化の加速度が前記設定値未満であれば、前記姿勢検出センサ及び前記加速度センサの夫々の検出情報に基づいて、前記姿勢変更操作手段の作動出力を求めて、その作動出力にて前記姿勢変更操作手段を作動させるように、前記姿勢変更制御を実行する水田作業機。
前記所定条件が、前記加速度センサにて検出される姿勢変化の加速度が前記設定値以上であることが検出されてから設定時間が経過することである請求項１に記載の水田作業機。