JP7076705B2

JP7076705B2 - 草刈機

Info

Publication number: JP7076705B2
Application number: JP2018124698A
Authority: JP
Inventors: 太郎中村; 純一郎瀧口; 佑輔南方; 晃平川口; 宗平若林; 博紀斎藤; 真之金子; 晃志黒見; 伸吾見前; 潤伊藤
Original assignee: Kubota Corp; Saito Agricultural Machinery Co Ltd
Current assignee: Kubota Corp; Saito Agricultural Machinery Co Ltd
Priority date: 2018-06-29
Filing date: 2018-06-29
Publication date: 2022-05-30
Anticipated expiration: 2038-06-29
Also published as: JP2020000158A

Description

本発明は、エンジンの駆動力で自走可能な機体に、エンジンで駆動される刈刃を備え、作業時にエンジンに作用する負荷を軽減する草刈機に関する。

上記構成の草刈機として特許文献１には、負荷検出手段で検出したエンジン負荷が設定値より大きい大負荷である場合には、機体を一端後進させた後に前進させ、エンジン負荷が設定値より小さい小負荷である場合には前進速度を減ずる制御を行う草刈機の技術が記載されている。

特開平０５－２５２８１９号公報

特許文献１に記載される草刈機では、エンジンの回転数からエンジン負荷を検出するエンコーダを備えると共に、車速制御等を行う制御装置を備えている。この構成からエンコーダが検出したエンジンの回転数と、負荷判別用の設定回転数との比較に基づきエンジン負荷が大きい場合に機体を設定距離だけ後進させ、この後に前進させる制御と、エンジン負荷が小さい場合に機体を低速走行させる制御とを自動的に行わせている。

この特許文献１では、制御装置で自動制御状態を選択しておくことにより、前述したように制御を自動的に行い、結果として、エンジン負荷によりエンジンが停止する不都合の抑制を可能にしている。

例えば、無線を用いた遠隔操縦を考えると、機体から離間した位置から操縦を行うため、エンジン音からエンジンに作用する負荷を把握し難いところもあり、過剰な負荷の作用によりエンジンが停止する不都合を招くことも想像できた。

このような不都合に対し、特許文献１に記載される自動制御を行わせることにより負荷を軽減することも考えられるが、刈取量が多い場合には、負荷を減ずる制御が繰り返される現象に繋がり、作業効率の低下を招くことも想像された。

このような理由から、エンジンに作用する負荷が上昇した場合には、作業効率を低下させることなく負荷を軽減できる草刈機が求められる。

本発明の特徴は、エンジンの駆動力により走行する機体と、前記エンジンの駆動力により刈刃を駆動回転して刈り取りを行う刈取装置と、前車輪と後車輪との少なくとも一方を遠隔から操向制御する制御装置とを備える共に、前記エンジンに作用する負荷を取得する負荷取得部を備え、前記制御装置は、前記刈取装置で草を刈り取った既刈領域と、草が刈り取られていない未刈領域との境界を基準に設定された作業ラインに沿って前記機体を走行させつつ、前記刈取装置に前記エンジンからの駆動力を伝えて刈取作業を行い、前記制御装置は、負荷軽減制御部を備え、当該負荷軽減制御部は、前記負荷取得部で取得された負荷が、予め設定された負荷基準値を超えたことを判定した場合に、負荷が軽減されるように前記既刈領域の方向に操向制御する負荷軽減制御を行う点にある。

この特徴構成によると、例えば、機体を直線的に走行させて刈取作業を行う際に、負荷取得部で取得される負荷が負荷基準値を超えたことを判定した場合には、負荷軽減制御部が、負荷が軽減する方向に操向制御を行うことにより、エンジンに作用する負荷を軽減させ、エンジンの停止を招くことなく作業の継続が可能となる。この構成の負荷軽減制御部は機体を前後方向に切り換えて走行させる制御形態や、走行速度を大きく減ずる制御と比較して作業効率を大きく低下させることもない。
従って、エンジンに作用する負荷が上昇した場合には、作業効率を低下させることなく負荷を軽減できる草刈機が構成された。

他の構成として、前記負荷軽減制御部は、前記負荷取得部で取得される負荷が、前記負荷基準値を超えた状態が設定時間を超えて継続する場合に、前記負荷軽減制御を行っても良い。

これによると、エンジンに作用する負荷が負荷基準値を超え、この状態が設定時間を超えて継続する場合に負荷軽減制御を実行し、エンジンに作用する負荷が短時間だけ上昇し、その後に低下した場合には、負荷軽減制御で負荷を軽減するために操向制御は行われないため、負荷軽減制御を実行する頻度を低減するだけでなく、機体の操向方向を乱すこともない。

他の構成として、前記刈取装置により刈取対象領域を撮影するカメラと、前記カメラで撮影された画像から、前記刈取装置での草を刈り取った既刈領域と、草が刈り取られていない未刈領域との判別が可能な境界判定部を備えており、前記負荷軽減制御部は、負荷を軽減するため前記既刈領域の方向に操向制御を行わせても良い。

これによると、カメラで撮影した画像から既刈領域と未刈領域との境界を判別し、この境界に沿うように機体を操向させることが可能になると共に、エンジンに作用する負荷を軽減する際には、自動的な制御により既刈領域の方向に操向制御を行うことにより確実な負荷の軽減が可能となる。

草刈機の平面図である。傾斜地面での草刈機の後面図である。草刈機の側面図である。制御構成のブロック回路図である。作業ラインと機体の位置とを示す平面図である。負荷軽減制御時において作業ラインの偏位を示す平面図である。アシスト走行制御のフローチャートである。負荷軽減制御のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１～図３に示すように、左右の前車輪１と左右の後車輪２とで走行自在に構成される機体Ａに刈刃ハウジングＣを備え、この刈刃ハウジングＣの内部に刈刃１４を収容し、左右の前車輪１と左右の後車輪２と刈刃１４とを駆動するエンジン３を備え、このエンジン３の下側に燃料タンク４を備えて草刈機が構成されている。

図１～図３に示すように、図中のＦは「前方向」を示し、Ｂは「後方向」を示し、Ｒは「右方向」を示し、Ｌは「左方向」を示し、Ｕは「上方向」を示し、Ｄは「下方向」を示している。

この草刈機では、下方に開放する椀状の刈刃ハウジングＣと、これに収容された複数の刈刃１４と、複数の刈刃１４を駆動する駆動系とで刈取装置が構成されている。エンジン３と燃料タンク４とは、機体Ａの前後方向で前車輪１と後車輪２との中間で、機体Ａの左右方向での中央より右外方に偏位した位置に配置されている。

図１～図３に示すように、機体Ａは、エンジン３、燃料タンク４、主伝動ケース２１、走行伝動ケース２２等を覆うように、板金材や樹脂で成るボディ５を有しており、このボディ５の前端部と後端部とにバンパー６を備えている。

この草刈機は、左右の前車輪１と左右の後車輪２との操向操作を行い、前進と後進との切換を行い、エンジン３のスロットルの調節等を行う制御装置３０と、無線信号による遠隔操作による情報を制御装置３０に伝える無線通信ユニット３１とを備えている。

この草刈機は、河川の堤防や、道路の盛土部分等の傾斜地面（法面）での刈取作業を行えるように構成されたものであり、傾斜地面で機体Ａの転倒を防止するため機体の左右方向の一方に偏位した位置（この実施形態では右側）で、且つ、機体Ａの低い位置にエンジン３と燃料タンク４とを配置している。更に、左右の前車輪１と後車輪２とのうち、右側のものの幅Ｗ２より左側の幅Ｗ１を広く設定している。

この草刈機では、図２に示すように傾斜地面での転倒の防止性能を向上させるために、機体Ａの右側面から右外方に補助フレーム７を延出し、この補助フレーム７にバランサ８を取り付けている。尚、補助フレーム７は機体Ａに対し分離することが可能である。

この構成から傾斜地面で刈取作業を行う場合には、機体Ａの右側を、常に傾斜地面の高い側に配置して機体Ａを走行させることにより、エンジン３と燃料タンク４とバランサ８とが傾斜地面において高い側に配置され、左側の前車輪１と左側の後車輪２との幅広の接地面から機体Ａの転倒を防止する状態での刈取作業を実現する。

〔刈刃ハウジング〕
図１～図３に示すように、刈刃ハウジングＣは、平坦な上壁１０の外周部を取り囲む部位に縦向き姿勢の縦壁１１を有している。この刈刃ハウジングＣの上壁１０の中央部を上下方向に貫通する駆動シャフト１２の下端に回転ディスク１３を備え、この回転ディスク１３の外周に複数のプレート状の刈刃１４を備えている。

このような構成から駆動シャフト１２が駆動回転することにより回転ディスク１３と複数の刈刃１４とが一体的に回転し、地面の草木等の切断が可能となる。

〔駆動構造〕
ボディ５の内部にはメインフレーム（図示せず）を備えており、このメインフレームにエンジン３と燃料タンク４とが支持されている。機体Ａの左右方向での中央には、メインフレームに主伝動ケース２１が支持されている。

主伝動ケース２１を基準にエンジン３と反対側に走行伝動ケース２２が配置され、機体Ａの前部位置に前部駆動ケース２３が配置され、機体Ａの後部位置に後部駆動ケース２４が配置されている。

この草刈機では、エンジン３の駆動力を主伝動ケース２１に伝え、この主伝動ケース２１からの駆動力を駆動シャフト１２から回転ディスク１３を介して刈刃１４に伝えることにより草木等の刈取作業を可能にする。また、主伝動ケース２１からの駆動力を走行伝動ケース２２に伝え、更に、前部駆動ケース２３から左右の前車輪１に伝え、後部駆動ケース２４から左右の後車輪２に伝えることで機体Ａの走行を可能にしている。

尚、図面には示していないが、エンジン３の駆動力を主伝動ケース２１に伝える伝動部に遠心クラッチと、駆動系の全体に制動力を作用させるブレーキとを備えている。主伝動ケース２１には、駆動シャフト１２に伝える駆動力を断続する作業クラッチ機構と、走行伝動ケース２２に伝えられる駆動力の回転方向を正逆に切り換える前後進切換機構とを内蔵している。

〔操向操作構造等〕
左右の前車輪１と、左右の後車輪２とは、機体Ａに対して操向作動自在に支持されている。左右の前車輪１は、タイロッド等により連係され、前部操向モータ２５の駆動力により操向作動自在に構成されている。これと同様に左右の後車輪２は、タイロッドにより連係され、後部操向モータ２６の駆動力により操向作動自在に構成されている。

この走行操作構造による前後車輪の操向操作と、前述した前後進切換機構による前後進の切換と、作業クラッチ機構による駆動力の断続等は、前述した無線信号により遠隔から操作される。

〔制御構成〕
この草刈機では、機体Ａから離間した位置のオペレータが遠隔操縦装置を操作することにより無線による遠隔制御を実現するものであり、オペレータの操作を補助するため、機体Ａの前方を撮影する前部カメラ１６と、機体Ａの後方を撮影する後部カメラ１７とを備えている。また、エンジン３の単位時間あたりの回転数を取得する回転数センサ１８（負荷取得部の一例）を備えている。

この回転数センサ１８としては、主伝動ケース２１に内蔵されているギヤの歯部に近接するピックアップ型のセンサが用いられ、ギヤが回転する際に回転数センサ１８の近傍を通過する歯部の数をカウントすることで、単位時間あたりの回転数を取得できるように構成している。

図１～図３に示すように、ボディ５の内部には、変速制御、操向制御等を実現する制御装置３０を備えると共に、無線信号を受信して制御装置３０に与える無線通信ユニット３１とを備えている。

制御装置３０は、前部カメラ１６で撮影された画像情報と、後部カメラ１７で撮影された画像情報と、エンジン３の回転数を取得する回転数センサ１８からの情報とが入力する。この制御装置は、前部操向モータ２５と、後部操向モータ２６と、主伝動ケース２１での変速を行う変速制御部３３と、エンジン３の回転数を制御するスロットル制御部３４とに制御信号を出力する。

また、制御装置３０は、情報を処理するためにマイクロプロセッサやＤＳＰ（digital signal processor）等と、処理に必要なメモリとを備えると共に、図４に示すようにマニュアル走行制御部３０ａと、アシスト走行制御部３０ｂと、境界判定部３０ｃと、終端判定部３０ｄと、負荷軽減制御部３０ｅとを備えている。

これらマニュアル走行制御部３０ａと、アシスト走行制御部３０ｂと、境界判定部３０ｃと、終端判定部３０ｄと、負荷軽減制御部３０ｅとは、ソフトウエアで構成されるものを想定しているが、一部をロジック回路等のハードウエアとソフトウエアとの組み合わせで構成しても良い。

マニュアル走行制御部３０ａは、遠隔操縦装置の操作に基づいて機体Ａの各部の制御を実現する。アシスト走行制御部３０ｂは、境界判定部３０ｃで判定された既刈領域Ｐと未刈領域Ｑとの境界Ｒを基準にした機体Ａの走行を実現する。境界判定部３０ｃは、前部カメラ１６と後部カメラ１７とで撮影した画像情報から、既刈領域Ｐと未刈領域Ｑとの境界Ｒを判別する処理を行う。終端判定部３０ｄは、前部カメラ１６と後部カメラ１７とのうち走行方向を撮影した画像情報から作業領域の終端を判別する。負荷軽減制御部３０ｅは、エンジン３に作用する負荷を取得し、この負荷が負荷基準値を超えた場合にエンジン３に作用する負荷を軽減する方向に前車輪１と後車輪２との操向方向の制御を行う。

図５に示すように、刈取作業を行う場合には人為的な遠隔操作により最初の第１作業ラインＬ１に沿って刈り取りを行う。同図において最初の第１作業ラインＬ１に沿って刈り取りを行う場合に機体Ａを後進させて作業を行う状況を示している。

このように第１作業ラインＬ１に沿って機体Ａを走行させて刈り取りを行う場合には、マニュアル走行制御部３０ａが、操向操作を行う形態での刈取作業が行われる。

次の第２作業ラインＬ２に沿って刈り取り作業を行う場合には、前車輪１と後車輪２とを同時に操向制御することにより機体Ａをスイッチバックにより平行移動させる形態で第２作業ラインＬ２に移行し、機体Ａを前進させることになる。

特に、前述したように第１作業ラインＬ１に沿って刈取作業を行った後には、既刈領域Ｐと未刈領域Ｑとの境界Ｒを明確に区別できる状態にある。従って、前部カメラ１６で刈取対象領域からの既刈領域Ｐと未刈領域Ｑとの境界Ｒを抽出し、この境界Ｒを基準にして第２作業ラインＬ２を設定し、画像処理を継続して走行を行う形態で自動的な刈取作業が行われる。このように自動的な刈取作業形態をアシスト走行制御と称しており、その制御形態を図７のフローチャートに示している。

アシスト走行制御へ移行するタイミングは、人為的な遠隔操作が行われた時点を想定しているが、例えば、第１作業ラインＬ１から第２作業ラインＬ２に移行した直後のタイミングで良く、任意にスイッチ等を操作したタイミングであっても良い。

図７のフローチャートに示すように、アシスト走行制御部３０ｂによるアシスト走行制御では、前部カメラ１６と後部カメラ１７とのうち機体Ａが走行する方向を撮影するものから撮影画像を取得し、既刈領域Ｐと未刈領域Ｑとの境界Ｒを判定し、刈取幅を設定し、境界Ｒを基準に刈取幅に対応する距離だけ境界Ｒから未刈領域Ｑの方向に離間する位置に作業ラインを設定する（＃１０１～＃１０４ステップ）。

＃１０２ステップでは、取得した撮影画像から輪郭を抽出し、ハフ変換を行う等の処理により、境界Ｒを判定する。前部カメラ１６と後部カメラ１７との何れも１秒間に設定数を超えるフレームを取得するムービーカメラが用いられ、各々のフレームにおいて境界Ｒが判定される。

また、＃１０４ステップにおいて作業ライン（例えば、図５に示す第２作業ラインＬ２）を設定する際には、予め設定された刈取幅での刈取を実現するように境界Ｒを基準にした作業ラインの位置が設定される。

次に、刈取走行と、負荷軽減制御とが行われる（＃１０５ステップ、＃２００ステップ）。更に、遠隔操作により作業を終了する選択が行われない限り、終端判定部３０ｄにおいて、機体Ａが作業対象領域の外部領域Ｔに達したことを判定するまで＃１０５ステップからの制御を反復して行う。そして、機体Ａが外部領域Ｔに達したことが判定された場合には走行を停止し、操向操作を行い逆方向への走行を開始し、＃１０１ステップからの制御に移行する（＃１０６～＃１０８ステップ）。

刈取走行（＃１０５ステップ）は、回転ディスク１３を駆動回転することにより複数の刈刃１４での刈取を可能にする状態で作業ラインに沿って機体Ａを走行させる制御である。この制御では、短いインターバルで画像情報から境界Ｒを取得することにより、機体Ａと境界Ｒとの位置関係を取得し、走行方向を補正するように操向制御が行われる。

負荷軽減制御（＃２００ステップ）は、エンジン３に作用する負荷を軽減するために負荷軽減制御部３０ｅによって実行されるものであり、サブルーチンの形で示している。この負荷軽減制御の詳細は後述する。

＃１０７ステップの制御では、前部カメラ１６と後部カメラ１７とのうち機体Ａが走行する方向を撮影するものから撮影画像を取得し、機体Ａが作業対象の外部領域Ｔに達したか否かの判定を行い、外部領域Ｔに達していない場合には、刈取走行以降の制御を行うために＃１０５ステップからの制御を行う。

また、＃１０８ステップでは、機体Ａが作業対象の外部領域Ｔに達した後に、機体Ａの走行方向を逆向きに設定して再び刈取を可能にするための準備の制御である。これにより、機体Ａが作業対象の外部領域Ｔに達したことを判定した場合には、機体Ａの走行を停止させ、次の作業ラインの方向に向けて設定量だけ操向操作を行い、変速制御部３３の制御により操向方向を逆向きに設定し、この逆方向に向けて走行を開始し、この後に、＃１０１ステップからの制御に移行することで刈取を可能にする。

尚、前述したように遠隔操作により作業を終了する選択が行われたことを＃１０６ステップの制御で判定した場合には、このアシスト走行制御を終了する。

負荷軽減制御（＃２００ステップ）は、図８に示すように設定時間内におけるエンジン３の回転数を取得し、取得した回転数と、予め設定されている基準回転数（負荷基準値の具体例）値とを比較し、エンジン３の回転数が基準回転数未満まで低下した状態が設定時間を超えた場合には、エンジン３に作用する負荷が負荷基準値を超えて継続すると判断できるため、刈取幅を低減し、このように新たに設定された刈取幅での刈取を実現するように境界Ｒを基準にした作業ラインの位置が設定される（＃２０１～＃２０４ステップ）。

例えば、第２作業ラインＬ２を走行する過程において負荷軽減制御（＃２００ステップ）がエンジン３に作用する負荷の増大を認めた場合には、刈取幅を低減することでエンジン３に作用する負荷を軽減する。このように刈取幅を低減した後の第２作業ラインＬ２を図６においてＬ２ａとして示している。同図に示すように、変更後の作業ラインＬ２ａは既刈領域Ｐの方向に偏位するため、刈取時にエンジン３に作用する負荷を軽減し、エンジン３の停止を招くことなく作業の継続を実現している。また、刈取量を低減するために操向制御する際には前部操向モータ２５と、後部操向モータ２６とが制御される。

このように構成された草刈機では、前部カメラ１６または後部カメラ１７からの撮影画像に基づいて既刈領域Ｐと未刈領域Ｑとの境界Ｒを判定し、この境界Ｒを基準に刈取幅だけ偏位させた領域に作業ラインを設定して操向するため、遠隔から人為的な操作を行わずに、境界Ｒに倣う自動操向の継続が可能となる。

更に、前部カメラ１６または後部カメラ１７からの撮影画像に基づいて、機体Ａが作業対象領域の外部領域Ｔに達したことを判定した場合に、自動制御により走行を停止し、走行方向を逆向きに設定し、新たに、走行ラインを設定して走行を行うためオペレータの負担を極めて小さくし、刈り残しを発生させることのない作業を可能にする。

エンジン３に作用する負荷を自動的に軽減できるため、例えば、オペレータがエンジン音からエンジン３に作用する負荷を判断するものと比較して、対応が迅速で負荷の軽減を確実に行える。また、エンジン３に作用する負荷を軽減することにより遠心クラッチ等の滑りを抑制し、摩耗の抑制も可能となる。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い（実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している）。

（ａ）負荷取得部として、エンジン３から駆動力が伝えられる駆動軸の歪をストレインゲージ等で取得するトルクセンサを用いる。このようにトルクセンサを用いることにより、回転数を計測して積算する等の処理を行わずに済む。

（ｂ）エンジン３に作用する負荷が大きいほど、刈取量を小さくするように負荷軽減制御の制御形態を設定する。その一例として、回転数センサ１８（負荷取得部）で取得される負荷と比例して刈取量を減ずるように前車輪１と後車輪２との操向角度を設定することや、異なる値となる複数の負荷基準値を設定しておき、複数の負荷基準値に対応して異なる値の刈取量を設定する制御形態を想定できる。このように制御形態を設定することにより、エンジン３に作用する負荷が小さい場合には、操向操作量を小さくして刈取量を大きく減ずることにない作業を行える。

（ｃ）負荷軽減制御として、エンジン３に作用する負荷が過剰に増大した場合には、操向操作による負荷軽減と併せて、機体Ａの走行速度を減ずる制御を行うように制御形態を設定する。このように制御形態を設定することにより、エンジン停止を招くことのない作業を可能にする。

（ｄ）例えば、前車輪１だけ操向操作自在に構成する、あるいは、後車輪２だけ操向操作自在に構成する。このように操向操作の形態を設定したものであっても、作業ラインに沿って機体Ａを走行させることも可能となる。

本発明は、エンジンで刈刃を駆動して刈取を行う草刈機に利用できる。

３エンジン
１６前部カメラ
１７後部カメラ
１８回転数センサ（負荷取得部）
３０制御装置
３０ｃ境界判定部
３０ｅ負荷軽減制御部
Ａ機体
Ｐ既刈領域
Ｑ未刈領域
Ｒ境界

Claims

エンジンの駆動力により走行する機体と、前記エンジンの駆動力により刈刃を駆動回転して刈り取りを行う刈取装置と、前車輪と後車輪との少なくとも一方を遠隔から操向制御する制御装置とを備える共に、
前記エンジンに作用する負荷を取得する負荷取得部を備え、
前記制御装置は、前記刈取装置で草を刈り取った既刈領域と、草が刈り取られていない未刈領域との境界を基準に設定された作業ラインに沿って前記機体を走行させつつ、前記刈取装置に前記エンジンからの駆動力を伝えて刈取作業を行い、
前記制御装置は、負荷軽減制御部を備え、当該負荷軽減制御部は、前記負荷取得部で取得された負荷が、予め設定された負荷基準値を超えたことを判定した場合に、負荷が軽減されるように前記既刈領域の方向に操向制御する負荷軽減制御を行う草刈機。
前記負荷軽減制御部は、前記負荷取得部で取得される負荷が、前記負荷基準値を超えた状態が設定時間を超えて継続する場合に、前記負荷軽減制御を行う請求項１に記載の草刈機。
前記刈取装置による刈取対象領域を撮影するカメラと、前記カメラで撮影された画像から、前記既刈領域と、前記未刈領域との境界の判別が可能な境界判定部を備えている請求項１又は２に記載の草刈機。
エンジンの駆動力により走行する機体と、前記エンジンの駆動力により刈刃を駆動回転して刈り取りを行う刈取装置と、前車輪と後車輪との少なくとも一方を遠隔から操向制御する制御装置とを備える共に、
前記エンジンに作用する負荷を取得する負荷取得部を備え、前記制御装置は、前記刈取装置に前記エンジンからの駆動力を伝えて刈取作業を行う際に、前記負荷取得部で取得された負荷が、予め設定された負荷基準値を超えたことを判定した場合に、負荷軽減制御により負荷が軽減する方向に操向制御を行う負荷軽減制御部を備え、
前記刈取装置による刈取対象領域を撮影するカメラと、前記カメラで撮影された画像から、前記刈取装置での草を刈り取った既刈領域と、草が刈り取られていない未刈領域との判別が可能な境界判定部を備えており、
前記負荷軽減制御部は、負荷を軽減するため前記既刈領域の方向に操向制御を行わせる草刈機。