JP6336251B2

JP6336251B2 - 田植機

Info

Publication number: JP6336251B2
Application number: JP2013124570A
Authority: JP
Inventors: 土井　邦夫; 邦夫土井; 三宅　康司; 康司三宅; 彬石川; 丹生　秀和; 秀和丹生; 敏史平松
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2018-06-06
Anticipated expiration: 2033-06-13
Also published as: JP2015000004A

Description

本発明は田植機に関する。

特許文献１には、フロート角の検出値をフロート角の目標値に近づけるように植付部の昇降制御を行うとともに、フロート角の角加速度（角度の微分値）を制御量としてＰＩＤ制御を行う構成が開示されている。また、植付部のローリング角情報及び旋回前後の車速に応じて推測された土壌状態に基づいて、昇降制御の感度を変更する構成が開示されている。

特開２０１２−２３５７００号公報

本発明は、フロートの沈下量を検出して植付部高さの制御（昇降制御）に用いることで、田面の状況及び田植機の走行状況に応じた植付作業を実現する田植機を提供することを課題とする。

本発明の田植機は、植付部に、リンクを介して高さ変更可能、かつ、ピッチング方向に回動可能に支持されるフロートを備え、前記フロートの回動角が所定の目標角になるように、植付部高さを制御する田植機であって、ピッチング方向に回動自在に支持されるとともに、田面の表面位置を検出する表面検出センサを備え、前記表面検出センサの回動角に基づいて、前記フロートの沈下量を測定し、前記フロートの沈下量が一定となるように、前記フロートの目標角を補正し、前記フロートの回動角及びフロートの沈下量に基づいて、前記フロートの前方の沈下量を算出し、前記フロート前方の沈下量が第一のしきい値よりも大きい場合は、前記フロートの目標角が所定の値よりも大きくならないように制御し、かつ、前記植付部の上昇速度を増加させる。

前記フロート前方の沈下量と前記フロートの沈下量との差が第二のしきい値よりも大きい場合は、前記フロートの目標角を規定値よりも大きい値に補正する。

前記フロートの沈下量はゼロよりも大きい値に設定される。

本発明によれば、田面の状況及び田植機の走行状況に応じて良好な植付作業を実現できる。

田植機の全体図である。植付部の上面図である。植付部の側面図である。整地伝動ケース内部を示す図である。植付部の昇降制御に関するアルゴリズムを示すフローである。植付部の昇降制御のアルゴリズムの別実施形態を示すフローである。フロート表面を鮫肌状に形成した実施形態を示す図である。

図１に示すように、田植機１は、エンジン２、動力伝達部３、植付部４及び昇降部５を備える。植付部４は、昇降部５を介して機体に連結されており、昇降部５の作動を制御することによって上下方向に自動昇降可能である。植付部４には、動力伝達部３を介してエンジン２からの動力が伝達される。田植機１は、エンジン２の駆動によって走行しながら、植付部４によって圃場に苗を植え付ける。本実施形態では、圃場に田面水が張られた状態で、圃場の表面から所定の植え付け深さでの苗の植え付け作業が行われる場合について説明する。なお、圃場に田面水が張られていない状態での植え付け作業についても同様の技術思想を適用できる。

エンジン２からの駆動力は、動力伝達部３においてトランスミッション６を介して、ＰＴＯ軸７に伝達される。ＰＴＯ軸７はトランスミッション６から後方に突出して設けられる。ＰＴＯ軸７からユニバーサルジョイントを介して植付伝動ケース８に動力が伝達されて、植付部４が駆動される。また、トランスミッション６から後方に向けて駆動軸９が設けられ、駆動軸９からリアアクスルケース１０に駆動力が伝達される。

植付部４は、植付アーム１１、植付爪１２、苗載台１３、フロート１４等を備える。植付爪１２は、植付アーム１１に取り付けられている。植付アーム１１は、植付伝動ケース８から伝達される動力によって回転する。植付爪１２には、苗載台１３から苗が供給される。植付アーム１１の回転運動に伴って、植付爪１２が圃場内に挿入され、所定の植深さ（植付爪１２の爪出量）となるように苗が植え付けられる。なお、本実施形態では、ロータリ式の植付爪を採用しているが、クランク式のものを用いても良い。

［フロート］
図２に示すように、植付部４は、左右方向に配置される複数のフロート（本実施形態ではセンターフロート１４Ａ及び二つのサイドフロート１４Ｂ）を備える。各フロートは、植付部４を構成する植付フレーム１５に取り付けられる。より具体的には、各フロートの前端は植付フレーム１５に対して上下方向に揺動可能に支持され、各フロートの後端は植付フレーム１５に設けられる回動支軸１６にリンク機構１７を介して昇降可能に取り付けられる。図３に示すように、回動支軸１６又はリンク機構１７には、ポテンショメータ等の適宜のセンサが取り付けられており、該センサによりリンク高さｈ０が検出される。このリンク高さｈ０は、植付爪１２の爪出量（植付爪１２の先端部とフロート底面との距離）として検出される。そして、後述のようにセンターフロート１４Ａの沈下量ｄを用いて、実植付深さｈ（ｈ＝ｈ０＋ｄ）として検出される。

中央に配置されるセンターフロート１４Ａは、田面検知用のフロート検知体として利用される。具体的には、田面の凹凸に応じて変化するセンターフロート１４Ａの揺動角（フロート前面で受ける抵抗に応じたピッチング方向の回動角度：フロート角α）に基づいてフロートの目標角βを決定し、フロート角αが目標角βに近付くように植付部高さ（植深さ）が制御されている。

［表面検出センサ］
図２及び図３に示すように、センターフロート１４Ａにおいて、植付部４の植え付け位置Ｐの直前方には、表面検出センサ２０が設けられる。表面検出センサ２０は、前方から後方に向けて延出される。表面検出センサ２０は、植付フレーム１５にピッチング方向に回動自在に支持され、その回動支点を中心として重力によって垂れ下がるため、先端部が圃場の表面に接触した状態が維持される。つまり、表面検出センサ２０の先端部が常に圃場の表面をなぞるように田植機１が進行する。表面検出センサ２０の回動角度θを計測することによって、表面検出センサ２０と圃場の位置関係を検出することができ、圃場の実高さ（苗を植え付ける田面高さ）を検出することができる。このように、表面検出センサ２０によって圃場の実高さを検出することによって、センターフロート１４Ａの沈下量ｄ（泥状の圃場への沈み込み量）を計測できる。

表面検出センサ２０の先端部には、検知部２１として、小径の棒体が複数平行に延出されている。また、検知部２１の先端は、上方側に折り曲げられている。このように、検知部２１を細長く構成することによって、圃場及び田面水との接触面積を小さくして水流による揚力を低減し、検知部２１が圃場から離れ難くなるようにしている。これとともに、検知部２１を複数の棒体で構成して熊手形状に形成することによって、検知部２１に夾雑物が噛み込むことを防いでいる。検知部２１を構成する材料としては針金等、所望の長さに対して形状を保持できる程度の強度を有するものが適している。検知部２１の長さは、例えば表面検出センサ２０が圃場に接触した状態で、田面水よりも上方に延出される程度が適している。

以上のように、田面検知用に用いられるセンターフロート１４Ａとは別に表面検出センサ２０を設けて、表面検出センサ２０によって植え付け位置Ｐの近傍で田面位置を検知している。このように、表面検出センサ２０によって苗の植え付け直前でのセンシングを実現することで、センシング精度の向上を図ることができる。本実施形態において、植え付け位置Ｐは、リンク機構１７を介して回動するフロートの後端部の側方である。また、植え付け位置Ｐの直前方位置とは、苗を植え付けるためにフロートで整地された後の圃場であり、そのような安定した状態の圃場をセンシングするため、圃場の表面に現れる凹凸形状が表面検出センサ２０に与える影響及びフロートによって生じる泥水流が表面検出センサ２０に与える影響を低減できる。

図２に示すように、表面検出センサ２０は、検知部２１がセンターフロート１４Ａの最外幅よりも内側に位置するように配置されている。つまり、走行中にセンターフロート１４Ａが起こす水流の発生源の端部よりも内側に検知部２１を配置することで、フロートの泥流の影響を受けないようにしている。また、センターフロート１４Ａによって圃場を整地することで、夾雑物の影響が検知部２１に及ばないようにしている。すなわち、センターフロート１４Ａの先端には、両側方に突出する傘部２２が設けられる。傘部２２の後方に表面検出センサ２０が配置される。これにより、検知部２１が受けるセンターフロート１４Ａの引き波の影響を最小限に留めることができる。

［整地装置］
図２に示すように、植付部４の前部であって、フロート１４（１４Ａ・１４Ｂ）の前方には、枕地整地用の整地装置３０が設けられている。整地装置３０は、植付フレーム１５に対して高さ変更可能に支持される。なお、整地装置３０の高さ（ロータ高さＨ）は、適宜のセンサによって検出されている。駆動軸９からの動力の一部がリアアクスルケース１０を介して整地伝動軸３１に分岐され、整地伝動軸３１からユニバーサルジョイント３２、入力軸３３及び整地伝動ケース３４を介して、両側方に向けて延出される駆動軸３５に伝達される。各駆動軸３５には、複数のロータ３６が固定され、駆動軸３５の回転駆動によってロータ３６が回転して圃場が整地される。

整地装置３０は、中央が前方に配置され、中央から両側方に向かうに従ってそれぞれ前方から後方に向けて傾斜するように配置される。つまり、中央部が他の部位よりも前方に位置するように設けられている。上面視では、整地装置３０はハの字状に配置される。整地装置３０の中央には整地伝動ケース３４が配置され、中央から両側方に動力が伝達される。

図４に示すように、整地伝動ケース３４内には、入力軸３３、アイドラ軸４０及び駆動軸３５が配置される。入力軸３３の端部には、傘歯車４１が固定される。この傘歯車４１は、アイドラ軸４０の中途部に固定される傘歯車４２と噛み合う。アイドラ軸４０の両端部には、テーパ歯車４３が配置される。テーパ歯車４３は、駆動軸３５の端部に設けられる平歯車４４と噛み合う。なお、平歯車４４はテーパ歯車でも良い。このように、整地装置３０の駆動系においては、整地伝動ケース３４を中央に配置して、それを基点に左右両側方の駆動軸３５を後方に傾斜させている。そこで、整地伝動ケース３４では、入力軸３３を中心として側方に駆動軸３５が配置され、入力軸３３と駆動軸３５の間にアイドラ軸４０を配置することによって、両側方に駆動軸３５の回転方向を同一方向にしている。

アイドラ軸４０は、入力軸３３の後方に配置され、アイドラ軸４０は駆動軸３５に対して後方側から噛み合っている。このように、アイドラ軸４０を配置することにより、入力軸３３の位置を後方に寄せることができる。これにより、整地伝動ケース３４をコンパクトに構成でき、不整地区間を小さくできる。すなわち、図４に示すように、整地伝動ケース３４内において、左右に配置される駆動軸３５の中心軸の交点Ｑが入力軸３３の中途部に位置する。このため、交点Ｑよりも後ろ側で入力軸３３の傘歯車４１とアイドラ軸４０の傘歯車４２とが噛み合うこととなり、整地伝動ケース３４の前後方向の大きさをコンパクトにできる。また、アイドラ軸４０を入力軸３３及び駆動軸３５・３５の後方にオフセットさせて配置することで、整地伝動ケース３４の左右方向の幅が大きくなることを防いでいる。このように、整地伝動ケース３４は、前後方向の幅を小さくしつつ、左右方向の幅も小さくなるように構成されている。

以上のように、整地装置３０をハの字状に配置することで、ロータ３６によって発生する水流の流れを内側に向けることができ、田植機１の側方（隣接苗）への泥流の流れ出しを抑制することができる。これにより、すでに植え付けた隣接苗の横を通過する際に泥流で倒してしまう不具合を抑制できる。また、整地装置３０を傾斜状に配置することにより、進行方向と整地装置３０の回転方向に傾斜を持たせることができ、夾雑物等のロータ３６への噛み込みを抑制できる。さらに、田植機１の進行方向に対して傾斜した方向に整地することとなり、進行方向から見ると隣接するロータ３６が一部重なった状態で整地作業が行われるため、不整地区間を少なくできる。なお、整地伝動ケース３４の後方に整地用のレーキを別体として取り付けることで不整地区間が生じないようにすることも可能である。

整地装置３０を上面視ハの字状に配置することで、センターフロート１４Ａの前方にスペースを確保することができる。このスペースを利用して、センターフロート１４Ａの形状は、整地装置３０を備える田植機で、センターフロート１４Ａの均平部と植付苗の間に表面検出センサ２０を配置し、センターフロート１４Ａの回動支軸１６の位置をサイドフロート１４Ｂと同一側面位置に配置しても、センターフロート１４Ａを極力長くすることができる。

若しくは、整地装置３０によって形成されるスペースを利用して、センターフロート１４Ａの後端面の位置はそのままで前端面を前方に延出することも可能であり、係る場合も同様にフロートによるセンシング精度の向上を図ることができる。また、センターフロート１４Ａの面積を長くすることで、センシング能力が上がり、植付部４の昇降を最適に制御できる。さらに、センターフロート１４Ａのフロート形状を変更する際に、泥流の流れ及び形状バランス等を最適に設計することができ、植付部４の昇降制御の精度をより向上できる。

［昇降制御のアルゴリズム］
次に、図５を用いて、植付部４の昇降制御に関するアルゴリズムについて説明する。本実施形態では、フロート角α、表面検出センサ２０の回動角θ、及び、リンク高さｈ０を入力値として、フロート目標角β、昇降速度、及び、植深さを出力値としてそれぞれ扱う。

ステップＳ０１において、フロート角α、表面検出センサ２０の回動角θ、及び、リンク高さｈ０がそれぞれ検出される。ステップＳ０２において、回動角θをフィルタリングすることで、検出値のノイズを除去する。表面検出センサ２０による検出値θをフィルターにかけることで植付部高さ制御におけるハンチングを抑制している。ステップＳ０３において、表面検出センサ２０の回動角θに基づいて、センターフロート１４Ａの沈下量ｄを計測する。

ステップＳ１０において、フロート沈下量ｄからセンターフロート１４Ａの目標角βを決定し、フロート角αが目標角βとなるようにフィードバックしつつ植付部高さを修正する。具体的には、下記のステップＳ１１〜Ｓ１６に基づいて昇降制御が行われる。このとき、フロート沈下量ｄがゼロより大きく、かつ、一定値となるように、フロート目標角βが補正され、該目標角βに基づいてフロートを介して植付部４の昇降制御が行われる。フロート沈下量ｄがゼロより大きくなるように設定することで、フロートによる均し効果を維持しつつ、フロート後方の回動支点側を接地させて安定させている。

ステップＳ１１において、フロート沈下量ｄを用いてフロート目標角βを決定する際、フロート沈下量ｄが一定値となるように、フロート目標角βを随時補正してフロートの高さ、つまり植付部高さを補正することで、一定の植深さで植付作業を継続することが可能である。このように、本実施形態の昇降制御アルゴリズムでは、フロート目標角βを補正する際に、フロート沈下量ｄを基準として感度設定を行うことで、田面の状況及び走行状況に応じて良好な植付作業を実現することが可能である。

ステップＳ１２において、フロート角α、回動角θ、及び、リンク高さｈ０に基づいてフロート前方の沈下量ｄ１を算出する。つまり、回動角θから計測されるフロート後方の沈下量ｄに対して、フロートの揺動角α及びリンク高さｈ０とを用いて、フロート前方のフロート後方に対する傾斜角度等からフロート前方での沈下量ｄ１を算出する。このように算出される前方沈下量ｄ１は、これ以降のステップで田面の表面硬度と水深に関する変数として利用される。言い換えれば、フロート前方の沈下量ｄ１を算出して、感度設定及び植深さ設定に用いることで、表面硬度と水深を考慮することが可能となる。

ステップＳ１３において、フロート前方の沈下量ｄ１と第一のしきい値ｄｔ１とを比較し、ｄ１の方が大きい場合は（ｄ１＞ｄｔ１）、目標角βが所定値β１よりも大きくならないように設定するとともに、植付部４の上昇速度を増加させる（ステップＳ１４）。さらに、植深さをやや深くする。ここでの第一のしきい値ｄｔ１は、フロートが沈没し始める条件となる値であり、第一のしきい値ｄｔ１を超えた状態が続くとフロートが沈没してしまう値である。つまり、フロート前方の沈下量ｄ１が所定値よりも大きく、フロートが前下がりとなった場合は、田面の表面硬度が非常に柔らかいと判断し、フロートの潜りを防止するために、目標角βを小さめに設定し（β＜β１）、かつ、上昇速度を大きくして、昇降制御の感度を敏感側にするとともに、植深さをやや深めに変更する。

ステップＳ１３において、前方沈下量ｄ１が第一のしきい値ｄｔ１以下の場合は、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、フロート沈下量ｄとフロート前方の沈下量ｄ１との差（ｄ−ｄ１）が第二のしきい値ｄｔ２より大きいかどうかを判定する。つまり、フロート前方の沈下量ｄ１と後方の沈下量ｄを比較することで、フロートの前後方向の傾斜を把握して前上がりの状態を検出している。ステップＳ１５において、フロートが前上がりと判断された場合は（ｄ−ｄ１＞ｄｔ２）、目標角βを規定値よりも大きい値に設定し、かつ、植付部４の下降速度を増加させる（ステップＳ１６）。さらに、植深さを深くする。ここでの第二のしきい値ｄｔ２は、田面水の水深が深く、かつ、田植機１が高速走行していると認識される程度の値である。つまり、フロートが所定以上の前上がりとなった場合は、田面水の水深が深く、かつ、高速走行であると判断し、浮き苗を防止するために、目標角βを前上がり気味（規定値よりもやや大きい値）に設定し、かつ、下降速度を大きくして、昇降制御の感度を敏感側にするとともに、植深さを深めに変更する。

ステップＳ１５において、フロート沈下量ｄとフロート前方の沈下量ｄ１との差が第二のしきい値以下の場合は、ステップを進めて再度ステップＳ０１に返し、上述のステップを繰り返す。

図６に示すように、ステップＳ０１において、整地装置３０のロータ高さＨを検出し、そのロータ高さＨを入力値として、さらに、ロータの目標深さを出力値として利用することで、感度設定及び植深さ設定に加えて、ロータ深さ設定を自動化しても良い。つまり、ステップＳ１７において、ロータ高さＨを検出し、そのロータ高さＨに基づいて、目標角βの補正、昇降速度の変更、及び、植深さの修正に連動するようにロータ目標深さを修正しても良い。例えば、深水の高速走行時はロータ目標深さを深めに修正する（ステップＳ１６に連動）、田面が柔らかい場合はロータ目標深さを深くする（ステップＳ１４に連動）という制御が可能である。若しくは、ロータ高さＨに基づいてロータ目標深さを変更する際に、その変更に連動して、目標角βの補正、昇降速度の変更、及び、植深さの修正を行う制御を行うことも可能である。また、図５に示すように、ステップＳ１５をステップＳ１３の前に実行しても良い。

さらに、田植機１のヘッドアップ情報（本機ピッチング）、田面水の水深情報、夾雑物情報等を入力値として、より厳密な昇降制御を実現することも可能である。

図７に示すように、フロート１４の表面（特に田面水と接触する機会が多い側面）に細かい突起５０を多数設けることで、フロート１４表面をサメの肌状に形成しても良い。「サメの肌状に形成する」とは、前方から後方に向けて滑らかな鱗状の突起５０群を形成することを意味する。図７（ａ）には、各突起５０を後方に向けたＶ状の尖端を有する薄板によって構成して、多数の突起５０が重ね合わさるようにしてフロート１４の表面に固定した実施形態を示す。この場合、後方に位置する突起５０の前端を、その前方に位置する突起５０の後端の下側（内側）に差し込むようにフロート１４の表面にそれぞれ固定することで、フロート１４の表面をサメのうろこ状に形成している。なお、予めシート上に突起５０を重ね合わせてフロート１４の所望位置に取り付けても良い。図７（ｂ）には、フロート１４の表面に加工をすることにより多数の突起５０を設けた実施形態を示す。例えば、フロート１４の所望位置における表面に後方から前方に向けて順に切れ込みを設けることで、フロート１４の表面に前方から後方に向けては滑らかに流れ、逆に後方から前方に向けては抵抗を与えるようなうろこ状の表面を形成している。このように、田面水に接触するフロート１４の表面をサメ肌状にすることで、フロート１４回りの水の流れを整流することができるとともに、水流が突起５０と衝突する際に突起５０の背面側に空気層が形成されることで、フロート１４からの水離れを良くすることができる。

１：田植機、４：植付部、１１：植付アーム、１２：植付爪、１４：フロート、１４Ａ：センターフロート、１４Ｂ：サイドフロート、１５：植付フレーム、１７：リンク機構、２０：表面検出センサ、３０：整地装置、ｄ：フロート沈下量、ｄ１：フロート前方の沈下量、α：フロート角（フロートの回動角）、β：フロート目標角、θ：表面検出センサの回動角、ｈ０：リンク高さ、Ｈ：ロータ高さ

Claims

植付部に、リンクを介して高さ変更可能、かつ、ピッチング方向に回動可能に支持されるフロートを備え、前記フロートの回動角が所定の目標角になるように、植付部高さを制御する田植機であって、
ピッチング方向に回動自在に支持されるとともに、田面の表面位置を検出する表面検出センサを備え、
前記表面検出センサの回動角に基づいて、前記フロートの沈下量を測定し、
前記フロートの沈下量が一定となるように、前記フロートの目標角を補正し、
前記フロートの回動角及びフロートの沈下量に基づいて、前記フロートの前方の沈下量を算出し、
前記フロート前方の沈下量が第一のしきい値よりも大きい場合は、前記フロートの目標角が所定の値よりも大きくならないように制御し、かつ、前記植付部の上昇速度を増加させる
ことを特徴とする田植機。
前記フロート前方の沈下量と前記フロートの沈下量との差が第二のしきい値よりも大きい場合は、前記フロートの目標角を規定値よりも大きい値に補正する請求項１に記載の田植機。
前記フロートの沈下量はゼロよりも大きい値に設定される請求項１または２に記載の田植機。