JP6623060B2 - 圃場作業装置 - Google Patents

Description

本発明は、高低差のある圃場の地表面を均一平面にする均平作業機を備えた圃場作業装置に関し、特に、衛星を利用した三次元測位システムいわゆるＧＰＳ受信装置を備え、該ＧＰＳ受信装置で得られた細分された圃場の区画毎の高さ情報等に基づき、圃場の均平基準高さを決めて、この均平基準高さになるように圃場の均平作業を行う圃場作業装置に関する。

従来、凹凸のある圃場の面を均平にするために、圃場外にセットされた発光器の出すレーザ光を基準として均平作業機の均平板を一定の作業基準高さに保ちながら圃場内をくまなく運土し、最終的にレーザ光と平行な均平面とする技術が知られている（特許文献１参照）。

さらに、トラクタと作業機により圃場を均平にするための作業装置であって、特にＧＰＳ衛星からの信号を利用して圃場表面を基準面と平行な面、言い換えると、作業機の作業高さを制御する高さ位置制御装置を装備した圃場用作業装置が知られている（特許文献２参照）。

しかし、レーザ光及びＧＰＳからの信号を利用する均平作業のいずれにしても、均平板を一定の作業基準高さに保持して運土しながら、くまなく区画圃場内を走行し最終的に全体を均平にする場合に、オペレータは常に後方の均平板を目視し土を抱え込んでいるのか、いないのかを確認しながら走行しなければならなかった。

そこで、本出願人は、ＧＰＳ受信機を利用し、最初に圃場の形状と高さを測定し、そのデータで高低マップを作成し、かつ前記区画内全体を運土して均平にしたときの均平基準高さを算出し、前記均平基準高さに比較する高低差を運転席の表示部に表示し、作業中もＧＰＳ受信機を備えかつ前記作業基準高さに保持した均平板で、高い場所の土を低い場所に運土しながらリアルタイムに均平板が通過した後の高さを圃場の均平基準高さと比較して運転席の表示部に表示し高いところの土を最短距離で低いところへ運土できるよう示しながら、圃場全体を均平にする効率的で安全な均平作業機及び均平工法を提案した（特許文献３参照）。

特開平１０−１０８５０８号公報 特開２００１−８５０５号公報 特許第４８９８１３１号公報

上記特許文献３に記載された均平作業機及び均平工法は、均平作業を効率的で安全に行うためにはきわめて有用な技術である。しかし、本発明者は、この技術について次のような改良すべき課題があるという知見を得た。

即ち、ＧＰＳ測位値（ＧＰＳ信号による高さの測定位置）は、測位衛星配置の変化等によって数十分ごとに上下方向にシフトすることが知られている。また、水蒸気分圧の高い地域では、「水蒸気遅延」(ＧＰＳ信号に係る大気中の水蒸気による伝播遅延に基づく誤差要因)の影響からか、基準高さが２０ｃｍ程度ずれた例も見られる。

作業に際しては、初めに、ＧＰＳ受信機を備えた均平作業機のトラクタで圃場を走行してＧＰＳ測位値を取得しそのＧＰＳ測位値に基づき基準高さを設定し、作業中は、ＧＰＳ測位値に基づき圃場の地表面の高さが基準高さになるように均平板を制御する。

従って、ＧＰＳ測位値の誤差、ばらつき、ずれ等は、均平板を正確に制御できなくなる要因となり、均平仕上げ精度に直接に影響を及ぼす。実際の均平作業においても、時間の経過とともにＧＰＳ測位値が上下にシフトするが、とりわけ下方にずれた場合には、長時間かけて仕上がった面を削り込んで荒らしてしまうことがある。

本発明は、上記従来の均平作業機の問題を解決することを目的とし、ＧＰＳ受信装置で取得した測位値が上記測位衛星配置の変化、水蒸気遅延等の要因で変動しても、仕上がった面を不用意に削り込んだりすることなく、均平仕上げ精度に影響させることない均平作業機を備えた圃場作業装置実現することを課題とする。

本発明は上記課題を解決するために、トラクタと、該トラクタにトップリンク及びロアリンクを介して昇降可能に取り付けられた均平作業機と、ＧＰＳ受信装置と、均平制御装置と、コントローラと、油圧装置と、ポテンショメータと、を備え、高低差のある圃場の地表面の均平作業を行う圃場作業装置において、ＧＰＳ受信装置は、測位衛星からの信号を解析し得られた３次元測位値データを均平制御装置に送るものであり、均平制御装置は、ＧＰＳ受信装置で取得された３次元測位値のデータを記憶し、ＧＰＳ均平作業機が圃場内を移動した際に取得した３次元測位値に基づき、圃場内全体を運土して均平にしたときの相対的な均平基準高さを算出して記憶し、圃場の各地点における高さと均平基準高さとの高低差データを生成してコントローラに送るとともに、圃場の各地点における高さの均平基準高さに対する高低を示す高低マップを生成し、表示部に表示するものであり、油圧装置は、油圧シリンダによってリフトアームを介して均平作業機及びその均平板を昇降させ、リフトアームに設けたポテンショメータによってトラクタに対する相対的な均平板の高さデータを取得し、該均平板の高さデータをコントローラに送るとともに、均平制御装置に送りその記憶部に記憶し、コントローラは、ポテンショメータで得られた均平板の高さデータと均平制御装置で得られた高低差データに基づいて、各地点の地表面が均平基準高さとなるように、油圧装置によって均平板の高さを制御し、均平基準高さとなった地点の地表面については、前記高低差データは利用されることなく、ポテンショメータで取得され均平制御装置の記憶部に記憶された当該地点における均平板の最下限の高さのデータに基づいて油圧装置が制御され、均平板は前記最下限の高さより下降しないように制御される構成であることを特徴とする圃場作業装置を提供する。

油圧装置は、油圧制御装置と、油圧シリンダと、前記リフトアームと、前記ポテンショメータを備え、油圧シリンダによってリフトアームを介して均平作業機のフレームを昇降させる構成とすることが好ましい。

均平制御装置は、ＣＰＵ及び記憶部を備え、記憶部に搭載された均平作業機用制御プログラムに従ってＣＰＵが動作し、マップ測位値データ作成手段、均平基準高さ算出手段、測位値と均平基準高さの比較算出手段と、高低マップ生成手段と、深削り防止手段として機能し、マップ測位値データ作成手段は、前記測位値データに基づいて圃場の各地点における前記高さのデータを有するマップ測位値データを作成し、記憶部に記憶させ、均平基準高さ算出手段は、マップ測位値データに基づいて圃場の地表面を均平すべきための均平基準高さを算出し、比較算出手段は、マップ測位値データにおける圃場の各地点毎の高さのデータを均平基準高さと比較し、圃場の各地点毎の測位値の高さと均平基準高さの差を算出し、高低差データを生成するとともに、圃場の各地点毎の高さが均平基準高さに比較し高低を示す高低表示データを生成し、高低マップ生成手段は、高低表示データに基づき、圃場の各地点毎に均平基準高さに比較した高低を示す色分けした高低マップを生成し、表示装置に表示させ、深削り防止手段は、高低マップにおいてすでに均平基準高さに均平された地点については、均平制御装置の記憶部に当該地点について記憶されている最下限の均平板の高さのデータのみを、コントローラに送る構成であることが好ましい。

ＧＰＳ受信装置は、均平作業機のフレームに支柱を介して一体に取り付けられたＧＰＳアンテナと、ＧＰＳアンテナで受信した信号から３次元測位値信号を生成するＧＰＳ受信器とを備えている構成であることを特徴とするコントローラに送る構成であることが好ましい。

本発明によれば、ＧＰＳ受信装置で取得した測位値が測位衛星配置の変化、水蒸気遅延等の要因で変動しても、仕上がった面を不用意に削り込んだりすることなく、均平仕上げ精度に影響させることがなく圃場の均平作業を行うことができる。

本発明の圃場作業装置の実施例の全体構成を示す図である。 上記実施例の均平板の昇降制御を行う均平制御装置、コントローラ及び油圧装置を説明する図である。 上記実施例のＧＰＳ受信装置で取得する圃場のメッシュの相対的な高さデータを説明する模式図であり、（ａ）はＧＰＳ受信装置で取得した相対的な高さを示すメッシュの高低断面図であり、（ｂ）は均平基準高さを説明する図であり、（ｃ）は高低差マップデータを説明する図である。 高低マップデータの一例を示す図である。

本発明に係る圃場作業装置を実施するための形態を実施例に基づき図面を参照して、以下説明する。

本発明に係る圃場作業装置の実施例を、図１〜図４を参照して説明する。この実施例では、本発明の圃場作業装置は、地表面に凹凸のある圃場の全面を往復かつ横幅方向にずらしながら走行移動して、圃場の地表面を均平にするものである。

実施例の圃場作業装置の構成を説明する。この圃場作業装置１は、図１に示すように、トラクタ２と、３点リンク機構３を介して昇降（上下動）可能に連結された均平作業機６と、ＧＰＳ受信装置７と、均平制御装置８と、油圧装置１１と、コントローラ１２と、を備えている。３点リンク機構３は、ロアリンク４とトップリンク５から成る。

均平作業機６は、フレーム１３を備えており、フレーム１３は、３点リンク機構３を介してトラクタ２の後部に昇降可能（上下動可能）に連結されている。フレーム１３には、前方から順次、均平板１６、タイン１７、鎮圧輪１８が、取り付けられている。

油圧装置１１は、トラクタ２に設けられており、図２に示すように、油圧制御装置２１、制御弁２２、油圧シリンダ２３、オイルポンプ２４、リフトアーム２５及びポテンショメータ２６を備えている。

油圧制御装置２１は、コントローラ１２から油圧制御信号を受けて、制御弁２２を制御する電気信号を生成し、電磁弁等から成る制御弁２２を制御するものであり、このように制御弁２２を制御して油圧シリンダ２３を動作させて、リフトアーム２５を上下させロアリンク４を介して、均平板１６のトラクタ２に対する相対的な高さを制御する。

具体的には、リフトアーム２５は、その基端部がトラクタ２に回動可能に取り付けられており、その中間部に油圧シリンダ２３のピストンロッド２９の先端が枢着されており、油圧シリンダ２３によって上下方向に回動される。

リフトアーム２５には連結リンク３０の先端が枢着されており、連結リンク３０の基端はロアリンク４に枢着されている。このような構成であるので、油圧シリンダ２３が動作すると、リフトアーム２５が上下方向に回動し、連結リンク３０及びロアリンク４を介してフレーム１３及び均平板１６が昇降する。

ポテンショメータ２６は、リフトアーム２５の基端部がトラクタ２に回動可能に取り付けられた部分に設けられ、リフトアーム２５が回動した時にその回動角を検出することでリフトアーム２５で上下動する均平板１６の高さ（上下方向）の変位量を計測するものである。その変位量を示す変位データは、後記するコントローラ１２のアナログデジタル変換器によってデジタル変換される。

予め、均平板１６がトラクタ２に対して所定の初期高さ（本実施例では、トラクタ２及び均平板１６が平坦な圃場の地表面３１と接地状態にある時の均平板１６のトラクタ２に対する相対的な高さ）の位置にある時のポテンショメータ２６の計測値を、均平板１６の高さ０と設定しておけば、均平板１６が上下動した時に、初期高さに対する高さの変位量として計測可能である。

この変位量は、均平板１６の初期高さに対する相対的な高さ（トラクタ２に対する高さでもある）であるが、本明細書では「均平板１６の高さ」という。均平板１６が圃場の地表面３１と接地状態にある時の均平板１６の高さを初期高さとした場合は、この「均平板１６の高さ」は、その初期高さに対する相対的な高さである。

従って、均平作業において、地表面３１を削る場合は、均平板１６の地表面から地中への食い込み深さにも相当する。よって、この均平板１６の高さを制御すれば、均平板１６の圃場の地表面３１への切削深さ、或いは切削しない状態にコントロールすることが可能となる。

計測され、後記するメッシュ毎にデジタル化される均平板１６の高さデータは、ＧＰＳ受信装置７とコントローラ１２のＡＤ変換器で高さのデータとして取得され、均平制御装置８に送信される。均平制御装置８に入力された均平板１６の高さデータは、記憶部に逐次書き換えられて記憶される。

コントローラ１２に入力された均平板１６の高さデータは、均平制御装置８からコントローラ１２に入力される後記する均平基準高さデータとともに、コントローラ１２のＣＰＵ５１において、油圧制御信号の生成のために使用される。

ＧＰＳ受信装置７は、ＧＰＳアンテナ３３とＧＰＳ受信器３４を備えている。ＧＰＳアンテナ３３は、フレーム１３に立設された支柱１４の上端に設けられている。ＧＰＳ受信器３４は、ＧＰＳアンテナ３３で受信したＧＰＳ信号を受けて３次元の測位値データを生成し、後記する均平制御装置８に送る。換言すると、ＧＰＳ受信装置７は、測位衛星からの信号をＧＰＳアンテナ３３で受信し、その信号を解析し、得られた３次元測位値データを均平制御装置８に送るものである。

３次元の測位値データは、圃場におけるそれぞれの地点における、ＧＰＳアンテナ３３の２次元方向の位置データ（緯度、経度等）と高さのデータ（より詳細にはＧＰＳアンテナ３３の受信位置の高さに関するデータ）である。なお、地点としては、圃場の緯度、経度で決められる「点」として把握してもよいが、本実施例では、後記するメッシュ（小区画）で把握し、均平作業機６の均平板１６の上下動をにメッシュに対応して制御するものとして説明する。

高さのデータは、ＧＰＳの測位値方式（一般的に知られているＲＴＫ−ＧＰＳ方式、ＶＲＳ方式等）によって得られる具体的なデータは異なるが、この実施例では、高度（平均水面からの高度等）を示すものではなく、圃場の互いに異なるメッシュ位置のアンテナにおける高さが互いに比較して示される高さのデータであり、要するに異なる複数のメッシュの互いに対する相対的な高さのデータとする。

例えば、圃場における均平作業のスタート地点のメッシュ位置（初期位置）におけるＧＰＳ受信装置７により得られた測位値データの高さのデータが仮に１１０という数値で示され、他のメッシュ位置におけるＧＰＳ受信装置７により得られた測位値データの高さのデータ１２０という数値で示され、測位値データの数値が１異なると１ｃｍの高さの差があるとする。

すると、初期位置の測位値データによる高さのデータに相当する高さを基準（仮に０ｃｍとする。但し、あくまでも海抜等の高さではない。）とした場合は、上記他のメッシュの高さのデータは初期位置に比較すると１０ｃｍとなる。

ここで、本明細書において、「メッシュ」とは、圃場の地表面３１を、例えば４ｍ四方程度に分割した場合に形成される複数の小さな区画をいう。あるメッシュの測位値データは、圃場におけるメッシュ毎の２次元方向の位置のデータ（緯度と経度等）と、上記のような互いに比較した相対的な高さのデータである。

なお、ＧＰＳアンテナは均平作業機に取り付けているので、低い地表面では走行する均平作業機とともにＧＰＳアンテナも同様に低くなる。従って、上記３次元の測位値データのメッシュの高さのデータは、異なるメッシュにおけるＧＰＳアンテナにおける高さの比較データであるが、異なるメッシュの地表面についての互いに比較した相対的な高さのデータでもある。

均平制御装置８は、トラクタ２に搭載されており、図２に示すように、入力部３５、ＣＰＵ３６、記憶部３７、データバス３８及び出力部３９等を備えた、通常のパソコンが使用される。

入力部３５には、ＧＰＳ受信器３４及びコントローラ１２のアナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ）がそれぞれ接続されている。出力部３９には、表示装置（パソコン付設の液晶表示パネル等）４３及びコントローラ１２がそれぞれ接続されている。

均平制御装置８は、記憶部３７に記憶され搭載された専用の均平作業機用制御プログラムに従ってＣＰＵ３６が動作し、次に説明するような手段として機能し、それによって、均平作業機の均平板１６の高さを制御する。均平作業機用制御プログラムに従ってＣＰＵ３６が動作し、均平制御装置８が機能する手段について、次に説明する。

ＣＰＵ３６の動作で生じる均平制御装置８が機能する手段としては、マップ測位値データ作成手段、均平基準高さ算出手段と、測位値と均平基準高さの比較算出手段（以下単に「比較算出手段」という）と、高低マップ生成手段と、深削り防止手段がある。

後記するが、均平作業に際して、その準備作業として、均平作業機６をトラクタ２で牽引して均平作業の対象である圃場の全面についてくまなく走行し、ＧＰＳ受信装置７によって、測位値データを取得する。

マップ測位値データ作成手段は、この取得した測位値データ（２次元方向の位置のデータと該位値における上記のような相対的な高さのデータ）に基づき、圃場の全面について、メッシュの番地番号と該メッシュ高さのデータから成るマップ測位値データを作成し、記憶部３７に記憶させる。

均平基準高さ算出手段は、記憶部３７に記憶されたマップ測位値データを呼び出し、そのデータから運土量を算出し、均平とすべき圃場の地表面３１の均平基準高さを算出する。

ここで「均平基準高さ」とは、圃場の地表面３１の凸部を切り崩して凹部に運んで埋めることにより圃場全面を均平化した場合の地表面３１の平均の高さである。「運土量」とは、圃場の全面を均等な高さに均平化するために、圃場の地表面３１の凸部を切り崩して凹部に運んで埋める土量である。

比較算出手段は、マップ測位値データにおけるメッシュ毎の測位値の高さのデータを均平基準高さと比較し、メッシュ毎の測位値の高さと均平基準高さの差を算出し、高低差データを生成するとともに、メッシュ毎の高さが均平基準高さに比較して「高い」、「低い」及び「同じ」のいずれかを判断し高低表示データを生成する。

その結果、比較算出手段は、「高低差データ」と「高低表示データ」を含む「高低比較データ」を生成する。この高低比較データは、記憶部３７に記憶され、後記する高低マップ生成手段のデータとして使用されるとともに、コントローラ１２に送り、ポテンショメータ２６から得られる均平板１６の高さデータとともに油圧装置１１を制御するデータとして使用される。

トラクタ２によって圃場内を均平作業機６を牽引して均平作業を行うが、実際は、このような均平作業を、繰り返し（圃場の凹凸状態等で異なるが、例えば数十回程度）行っていくと、均平作業毎にマップ測位値データは、変化し、逐次、記憶部３７に書き換えられる。

そのようにマップ測位値データが書き換えられる都度、比較算出手段は、メッシュ毎の高さのデータを均平基準高さと比較し、高低比較データを生成し、逐次、記憶部３７に書き換えられて記憶される。

高低マップ生成手段は、高低比較データの高低表示データに基づき、メッシュ毎に高低を色分で表示可能とする高低マップデータを作成し、高低マップデータを表示装置４３に送り、図４に示すように、メッシュ毎に均平基準高さに比較した高低等示す色分け（或いは濃度分け）した高低マップを表示する。

高低マップにおいて、例えば、黒色に表示されたメッシュの高さは均平基準高さより高いことを示しており、灰色に表示されたメッシュは均平基準高さより低いことを示しており、白色に表示されたメッシュは均平基準高さと同じであることを示している。

なお、本実施例の高低マップにおいては、メッシュ毎の高さと均平基準高さに比較した結果を、黒色、灰色、白色の３色で表示したが、比較算出手段において、高低をよりきめ細かく比較するようにして、例えば、かなり高い、高い、やや高い、同じ、やや低い、かなり低い等と、高低差の程度を細分化して、高低マップにおいて、さらにメッシュ毎の表示色（或いは表示濃度）を増やして、きめ細かい高さ比較表示をする構成としてもよい。

また、表示装置に、色分けによる高低表示だけでなく、メッシュ毎に高低差データ（メッシュ毎の測位値の高さと均平基準高さの差）を表示する構成としてもよい。

作業者は、均平作業に際しては、この高低マップを見ながら均平作業を行えば、圃場において、すでに均平基準高さに達した領域については、均平作業をしなくてよいので、作業効率が上昇する。

コントローラ１２はＡＤ変換器４６によって取得された均平板１６の高さの値を均平制御装置８にデータ送信する。一方、均平制御装置８の記憶部３７は、均平基準高さに均平されたメッシュについて、最下限の均平板１６の高さのデータを記憶しており、均平制御装置８はコントローラ１２から送られる均平板１６の現在の高さと比較することで、均平板１６の高さが最下限の均平板１６の高さを下回らないよう、即ち深削り防止するように、コントローラ１２に対し、均平板１６の高さを制御する信号を送ることができる。本発明の特徴として、このように、均平制御装置８を、ＣＰＵを動作させて深削り防止手段として機能させる構成を備えている。

コントローラ１２は、アナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ）４６、マイコン４７、デジタルアナログ変換器（Ｄ／Ａ）４８を備えている。マイコン４７は、ＣＰＵ５１を備えており、その他、図示は省略するが、入力部、出力部及びメモリも備えており、ＣＰＵ５１が次の動作を行うような専用のプログラムがメモリに記憶搭載されている。

コントローラ１２のＣＰＵ５１は、ポテンショメータ２６からの計測値に基づきアナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ）４６で取得したメッシュ毎の均平板１６の高さデータを、均平制御装置８に送る。均平制御装置８はメッシュ毎の均平基準高さとメッシュ毎の圃場の地表面３１の高低差データに基づき、均平板１６の上下動の指示信号を生成し、その上下動の指示信号をコントローラ１２に送る。コントローラ１２は、その指示信号を受けて、油圧制御信号を生成する。

この油圧制御信号は、当該メッシュの圃場の地表面３１の高さが均平基準高さに近づくために、均平板１６が、「地表面を削る」、「地表面から上方に離れる」、「地表面と同じ高さとする」のいずれかの状態とすべき高さになるように油圧制御装置２１を動作させるための信号である。

なお、前記したとおり、表示装置４３に表示された高低マップにおいて、白色（均平基準高さ）の表示されたメッシュについては、均平制御装置８の記憶部３７において当該メッシュについて記憶されている最下限の均平板１６の高さのデータを、均平制御装置８からコントローラ１２のＣＰＵ５１は受ける。

この場合は、ＣＰＵ５１は、ポテンショメータ２６から受けたメッシュ毎の均平板１６の高さデータを利用することなく、最下限の均平板１６の高さのデータのみに基づき、油圧制御信号を生成し油圧制御装置２１に送る。

コントローラ１２の主な役割は、上記のとおりであるが、他にも、均平制御装置８からの入力データに基づき、油圧シリンダ２３の動作速度を制御する油圧制御信号等を生成し、油圧制御装置２１に送る機能等も奏する。

（作用）
上記構成である実施例の圃場作業装置１の作用を、圃場作業を通して以下説明する。予め、圃場の地表面３１に当接し接地した状態（地中には食い込まない状態）の均平板１６のトラクタ２に対する高さを均平板１６の標準高さとし、ポテンショメータ２６では、この標準高さに対する均平板１６の上下方向への昇降距離（上下変位量）に相当する計測信号を生成するように設定し、アナログデジタル変換器４６でデジタル値として出力するようにしておく。

次に、均平作業機６をトラクタ２で牽引して均平作業の対象である圃場の全面についてくまなく走行し、ＧＰＳ受信装置７によって、圃場のメッシュ毎の測位値データを取得し、均平制御装置８に入力する。均平制御装置８では、ＧＰＳ受信器３４から入力された測位値データに基づいてマップ測位値データ作成手段が、マップ測位値データ（メッシュ毎の番地と該番地における高さのデータ）を作成し、記憶部３７に記憶させる。

ＧＰＳ受信装置７によって得られるメッシュ毎の圃場の測位値データのうち高さのデータは、前記したとおり海抜からの高さ等を示すものでなく、複数のメッシュの高さが比較して示される相対的な高さのデータのデータである。

このような比較して示す複数のメッシュの高さのデータは、それらの中で一番低いメッシュの高さを０とすれば、それに対する相対的な高さとして示される。これを、図３（互いに高さの異なるメッシュの断面を模式的に示す図）で説明する。

例えば、圃場がメッシュＡ〜Ｅから成り、それぞれの高さに応じて、ＧＰＳ受信装置７によって、測位値データとして、１１０、１２０、１００、８０、９０（数値が１異なると１ｃｍの差があるとする。）というメッシュそれぞれについての相対的な高さについての変位のデータが得られたとする。これらの高さは、平均水面からの高さではないが、互いの高さの比較や高さの差は算出可能である。

例えば、一番低いメッシュＤからみると（メッシュＤの高さ仮に０とすると）、図３（ｂ）に示すように、メッシュＡ〜Ｅは、それぞれ３０、４０、２０、０、１０（ｃｍ）となる。このようなメッシュ毎の相対的な高さのデータが、前記のとおり均平制御装置８の記憶部３７にマップ測位値データとして記憶される。

なお、このように一番低いメッシュＤから見た相対的な高さのデータではなく、圃場の初期位置（例えば、均平作業のスタート位置）について、ＧＰＳ受信装置７で取得される高さのデータと、メッシュ毎に、ＧＰＳ受信装置７で取得される高さのデータを比較して生成される初期位置に対する相対的な高さのデータとしてもよい。

均平作業では、圃場をトラクタ２で均平作業機６を牽引走行し、均平板１６を圃場のうち凸状のメッシュの地表面３１を削り取り、その土を凹部のメッシュに運土して埋める。この均平作業中、ＧＰＳ受信装置７で計測した測位値データを、逐次、均平制御装置８に入力する。

そして、均平基準高さ算出手段が、記憶部３７に記憶されたマップ測位値データを呼び出し、そのメッシュ毎の相対的な高さのデータから運土量を算出し、均平とすべき圃場の地表面３１の均平基準高さを算出する。

例えば、地表面の高低が図３（ａ）で模式的に示さえるような圃場については、前記のとおり、図３（ｂ）に示すように、一番最低のメッシュからの高さが記憶部３７に記憶されているが、この相対的な高さから、均平基準高さ算出手段において、均平基準高さは２０ｃｍ（メッシュＣの相対的な高さに相当する）と算出される。このように算出された均平基準高さの地表面を均平基準面４０として、図３（ｂ）に示す。

次に、比較算出手段が、マップ測位値データにおけるメッシュ毎の相対的な高さを均平基準高さと比較し、高低差データ（メッシュ毎（番地毎）の高さと均平基準高さの差のデータ）と高低表示データ（均平基準高さに比較したメッシュ毎の高い、低い又は同じを示すデータ）と、を含む高低比較データを生成し記憶部３７に記憶するとともに、コントローラ１２に送る。

図３（ａ）に模式的に示す高低状態を示す圃場については、図３（ｂ）に示すように、均平基準高さは、最低メッシュからの相対的な高さ２０ｃｍ上方と算出されたが、図３（ｃ）は、この均平基準高さに対する各メッシュの高低差データを、模式的に示している。この高低差データでは、メッシュＡ〜Ｅの高低差データは、１０、２０、０−２０、−１０（ｃｍ）である。

高低マップ生成手段が、高低比較データの高低表示データに基づき、メッシュ毎に高低を色分で表示可能とする高低マップデータを作成し、高低マップデータを表示装置４３に送り、図４に示すように、メッシュ毎に均平基準高さに比較した高低等示す黒色、灰色、白色を示す色分け（或いは濃度分け）した高低マップを表示する。

一方、ポテンショメータ２６からの均平板１６の高さデータが、コントローラ１２のアナログデジタル変換器４６を介して、均平制御装置８に逐次入力される。均平制御装置８では、均平板１６の高さデータは記憶部３７に逐次、書き換えられて記憶される。

コントローラ１２のＣＰＵ５１では、均平制御装置８から入力される上下動の指示信号に基づいて、表示装置４３に黒色の表示されたメッシュについては、当該メッシュの圃場の地表面３１をさらに数ｃｍ程度削るために油圧装置１１によって均平板１６を下方に降下するために油圧を制御する信号を生成し、油圧制御装置２１に送信する。

均平作業において、均平基準高さに達するために均平板１６で圃場の地表面３１を削る場合は、通常、数ｃｍ程度ずつ削っていく。例えば、均平制御装置８から入力されるメッシュ毎の高低比較データの高低差データでは、高低差が１０ｃｍである場合は、均平板１６を地表面３１から一挙に１０ｃｍ程度降下して、地中内に食い込ますのではなく、均平基準高さになるまで油圧シリンダ２３をフリー（油圧シリンダ２３によりリフトアーム２５を押上げまたは引下げを行わない状態）とし、均平作業機６の重量により地表面３１を徐々に削る。

このような均平板１６の昇降動作の制御は、コントローラ１２で次のように行う。今、均平作業機６があるメッシュに移動した際のポテンショメータ２６で計測されコントローラ１２に入力された均平板１６の高さが、地表面（当初の標準面）から８ｃｍ上方であり、均平制御装置８から入力される当該メッシュの高低差が上記のとおり１０ｃｍであったとする。

その場合は、コントローラ１２のＣＰＵ５１は、高さ８ｃｍ上方にある均平板１６を、上記高低差１０ｃｍのデータを受けて、地表面３１から５ｃｍ地中内の位置まで降下させるために、１３ｃｍ降下させるための油圧信号を生成し、油圧制御装置２１に送る。

しかし、例えば、均平制御装置８から入力されるメッシュ毎の高低比較データの高低差データでは、高低差が３ｃｍである場合は、均平板１６を地表面３１から５ｃｍ程度降下すると、深く削りすぎとなる。

従って、コントローラ１２のＣＰＵ５１は、均平制御装置８から入力される上下動の指示信号に基づく指示内容が、下降３ｃｍのように小さい場合は、均平板１６が必要以上に降下しないように、均平制御装置８はその記憶部３７に保存された高低差データとポテンショメータ２６からの均平板１６の高さデータに基づいて、油圧制御信号を生成し、油圧制御装置２１に送信する。

また、コントローラ１２のＣＰＵ５１は、表示装置４３に灰色の表示されたメッシュについては、削った運土を運び込むために、均平板１６が少なくとも均平基準高さより下方にならないような位置に制御する油圧制御信号生成し、油圧制御装置２１に送信する。

ところで、本発明の特徴とする構成は、次のような作用が可能な点にある。均平作業が進み、表示装置４３で白色で表示され、すでに均平基準高さに達し、均平がすでに仕上がったメッシュについては、均平制御装置８の深削り防止手段が、ポテンショメータ２６から入力され記憶部３７に記憶された均平板１６の高さデータのうち、当該メッシュについて均平基準高さに達した際の均平板１６の高さデータを記憶部から呼び出して、コントローラ１２に送るように制御する。

ちなみに、この呼び出される均平板１６の高さデータは、当該メッシュに対してそれまで書き換えられて記憶された均平板１６の最下限の高さデータであり、しかも、通常は当該メッシュに対して直近に書き換えられた均平板１６の高さデータでもある。

コントローラ１２において、ＣＰＵ５１は、上記入力された最下限の均平板１６の高さデータのみに基づいて、油圧制御信号を生成し、油圧制御装置２１に送る。その結果、油圧シリンダ２３は、均平基準高さに達したメッシュについては、均平板１６が当該メッシュが均平基準高さに達した際の高さになるように制御される。

要するに、均平基準高さに達したメッシュについては、ＧＰＳ受信装置７で取得された測位値データに基づいて算出される高低差データは使用されることなく、当該メッシュについてポテンショメータ２６によって計測された最下限の均平板１６の高さのデータのみに基づいて、均平板１６の高さが均平基準高さより低くなり圃場の地表面３１をそれ以上深く削り込まないように制御される。

このような構成としたので、ＧＰＳ測位値が測位衛星配置の変化、水蒸気遅延等の要因で変動しても、すでに仕上がったメッシュの面をについて不用意にさらに削り込んだりすることなく、均平仕上げ精度に悪影響を与えることがなく、地表面の均一性において精度の高い圃場の均平作業を行うことができる。

なお、本実施例では、均平板１６の標準高さを均平板１６が地表面に接地した状態としたが、均平板１６がトラクタ２に対して最上限の高さの位置にある時の高さを標準高さとし、そこから下降距離（下方への変位量）に相当する計測信号を生成するように、ポテンショメータ２６を設定してもよい。

その場合は、地表面３１に接地した状態の均平板１６の高さに対する均平板１６の昇降距離は、均平板１６の接地した状態でのポテンショメータ２６の計測データと昇降時のポテンショメータ２６の計測データの差で出力される。

以上、本発明に係る圃場作業装置を実施するための形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内でいろいろな実施例があることは言うまでもない。

本発明に係る圃場作業装置は上記のような構成であるから、圃場の均平作業だけでなく、その他の地表面に凹凸のある各種の不整地（例えば、建物、工場等の建設用の造成地等）の均平作業にも適用可能である。

１ 圃場作業装置
２ トラクタ
３ ３点リンク機構
４ ロアリンク
５ トップリンク
６ 均平作業機
７ ＧＰＳ受信装置
８ 均平制御装置
１１ 油圧装置
１２ コントローラ
１３ フレーム
１４ 支柱
１６ 均平板
１７ タイン
１８ 鎮圧輪
２１ 油圧制御装置
２２ 制御弁
２３ 油圧シリンダ
２４ オイルポンプ
２５ リフトアーム
２６ ポテンショメータ
２９ ピストンロッド
３０ 連結リンク
３１ 圃場の地表面
３３ ＧＰＳアンテナ
３４ ＧＰＳ受信器
３５ 入力部
３６ 均平制御装置のＣＰＵ
３７ 記憶部３７
３８ データバス
３９ 出力部
４０ 均平基準面
４３ 表示装置
４６ アナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ）
４７ コントローラのマイコン
４８ デジタルアナログ変換器（Ｄ／Ａ）
５１ マイコンのＣＰＵ

Claims (4)

1. トラクタと、該トラクタにトップリンク及びロアリンクを介して昇降可能に取り付けられた均平作業機と、ＧＰＳ受信装置と、均平制御装置と、コントローラと、油圧装置と、ポテンショメータと、を備え、高低差のある圃場の地表面の均平作業を行う圃場作業装置において、
   ＧＰＳ受信装置は、測位衛星からの信号を解析し得られた３次元測位値データを均平制御装置に送るものであり、
   均平制御装置は、ＧＰＳ受信装置で取得された３次元測位値のデータを記憶し、均平作業機が圃場内を移動した際に取得した３次元測位値に基づき、圃場内全体を運土して均平にしたときの相対的な均平基準高さを算出して記憶し、圃場の各地点における高さと均平基準高さとの高低差データを生成してコントローラに送るとともに、圃場の各地点における高さの均平基準高さに対する高低を示す高低マップを生成し、表示部に表示するものであり、
   油圧装置は、油圧シリンダによって、リフトアームと、リフトアームに先端が枢着された連結リンクと、連結リンクの基端に枢着されたロアリンクとを順次介して均平作業機及びその均平板を昇降させ、リフトアームに設けたポテンショメータによってトラクタに対する相対的な均平板の高さデータを取得し、該均平板の高さデータをコントローラに送るとともに、均平制御装置に送りその記憶部に記憶し、
   コントローラは、ポテンショメータで得られた均平板の高さデータと均平制御装置で得られた高低差データに基づいて、各地点の地表面が均平基準高さとなるように、油圧装置によって均平板の高さを制御し、
   均平基準高さとなった地点の地表面については、前記高低差データは利用されることなく、均平基準高さに達した際の均平板の高さである、ポテンショメータで取得され均平制御装置の記憶部に記憶された当該地点における均平板の最下限の高さのデータに基づいて油圧装置が制御され、均平板は前記最下限の高さより下降しないように制御される構成であることを特徴とする圃場作業装置。
2. 油圧装置は、油圧制御装置と、油圧シリンダと、前記リフトアームと、前記ポテンショメータを備え、油圧シリンダによってリフトアームを介して均平作業機のフレームを昇降させる構成であることを特徴とする請求項１に記載の圃場作業装置。
3. 均平制御装置は、ＣＰＵ及び記憶部を備え、記憶部に搭載された均平作業機用制御プログラムに従ってＣＰＵが動作し、マップ測位値データ作成手段、均平基準高さ算出手段、測位値と均平基準高さの比較算出手段と、高低マップ生成手段と、深削り防止手段として機能し、
   マップ測位値データ作成手段は、前記測位値データに基づいて圃場の各地点における前記高さのデータを有するマップ測位値データを作成し、記憶部に記憶させ、
   均平基準高さ算出手段は、マップ測位値データに基づいて圃場の地表面を均平すべきための均平基準高さを算出し、
   比較算出手段は、マップ測位値データにおける圃場の各地点毎の高さのデータを均平基準高さと比較し、圃場の各地点毎の測位値の高さと均平基準高さの差を算出し、高低差データを生成するとともに、圃場の各地点毎の高さが均平基準高さに比較し高低を示す高低表示データを生成し、
   高低マップ生成手段は、高低表示データに基づき、圃場の各地点毎に均平基準高さに比較した高低を示す色分けした高低マップを生成し、表示装置に表示させ、
   深削り防止手段は、高低マップにおいてすでに均平基準高さに均平された地点については、均平制御装置の記憶部に当該地点について記憶されている最下限の均平板の高さのデータのみを、コントローラに送る構成であることを特徴とする請求項１又は２に記載の圃場作業装置。
4. ＧＰＳ受信装置は、均平作業機のフレームに支柱を介して一体に取り付けられたＧＰＳ
   アンテナと、ＧＰＳアンテナで受信した信号から３次元測位値信号を生成するＧＰＳ受信器とを備えている構成であることを特徴とするコントローラに送る構成であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の圃場作業装置。

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