JPS6233608B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は田植機等の移植機において、機体を直
進させて苗を直線列状に植付けることを可能とす
る自動操向制御方式に関する。

田植機等の移植機においては、苗を整然と直線
列状に植付けることが苗の生育の均一化、収穫作
業の機械化等にとつて極めて重要である。

このために、機体が直進するように自動操向を
行わせる装置が種々提案されているが、操向制御
の入力情報を得るために、光学的手段を用いる方
式のものがある。

本発明は、この光学的手段によつて得られる情
報を有効に利用して、機体の走行速度を加味して
植付済の苗と機体との相対的位置関係を捉えて、
これに基き蛇行の少い直進走行を行わせる、すな
わち直線列状に苗を植付けることを可能にする制
御精度の高い自動操向制御方式を提案したもので
ある。

以下本発明を田植機における実施例を示す図面
に基いて詳述する。

第１図は、本発明に係る方式の自動操向制御装
置を搭載した乗用型田植機の左側面図であつて、
１は前部機体２に装着された前輪、３は後部機体
４に装着された後輪、５は前部機体２に取付けら
れたステアリング装置、６は前輪１の前方に位置
するように前部機体２に取付けられた苗植装置を
夫々示している。

動力装置７は、後部機体４に搭載されており、
その回転はデイフアレンシヤルギヤを含む伝動装
置を介して、左右各一対の前輪１及び後輪３に伝
達され、４輪駆動による機体走行が行われ、この
走行の速度に同期するようにして、苗植装置６が
動作して水田に複数列の苗を植付けるようになつ
ている。

前部機体２と後部機体４とは夫々の後端部、及
び前端部において、ピン８，９を用いて水平回動
し得るように連結されており、ステアリング装置
５の舵輪５ａを左又は右へ回転させると、ピツト
マンアーム１０が前方又は後方へ回動し、一端を
該ピツトマンアーム１０に連結され、他端を後部
機体４に連結されたロツド１５が前方又は後方へ
駆動され、後部機体４は前部機体２に対して折曲
がるように水平回動し、舵輪５ａの回転方向及び
回転角度、すなわち操舵角に従つて、その折曲方
向及び折曲角度が定まり、この折曲方向及び折曲
角度に従つて機体は、左右いずれかの方向に折曲
角度に対応する角度だけ進行方向を変じるように
して手動操舵が行われる。

なお、前部機体２と後部機体４との折曲によつ
て、伝動が損われることのないように伝動軸１
１，１２の中途には、バーフイールド型自在継手
１３，１４を設けている。

次に、センサ２０は、前部機体２と苗植装置６
とを連結する左右一対のロワーリンク１６夫々に
各１個取付けられている。

このセンサ２０は、第２図に示すように各１個
の投光器２１ａ，２２ａ及び、受光器２１ｂ，２
２ｂからなる２組のフオトインタラプタ２１，２
２で構成されている。

投光器２１ａ，２２ａ及び受光器２１ｂ，２２
ｂの取付高さ位置は、いずれも第１図に示した如
く、機体を水田中に位置させた場合に水面より僅
かに高くなるように、すなわち投光器２１ａ，２
２ａ夫々から略水平に発せられる光ビームP₁，P₂
を、苗ｑの水面状にある株元部分が遮り得る高さ
にしている。

而して、上記フオトインタラプタ２１，２２の
平面的配置は、第２図に示すように光ビームP₁，
P₂が夫々の通過経路の略中央で交差するようにし
ている。

すなわち図中、白抜矢符は機体進行方向を示し
ているが、投光器２１ａは左前に、投光器２２ａ
は左後に、また受光器２１ｂは右後に、受光器２
２ｂは右前に配設し、投光器２１ａと受光器２１
ｂとが対向し、また投光器２２ａと受光器２２ｂ
とが対向するようにしている。

なお、両フオトインタラプタ２１，２２は、そ
の光ビームP₁，P₂が必ずしも同一平面内にあつて
交差するよう配置する必要はなく、若干高低にレ
ベルが異つていてもよく、要するに光ビームP₁，
P₂が平面視で交差するようになつていればよい。

更に、このセンサ２０は前行程において、既に
植付けられた苗ｑで形成される最外側の、すなわ
ち未植側の苗列Ｑの列中心にその中心位置（光ビ
ームP₁，P₂の交点部分）を位置させ得るように、
機体外側方に取付けられている。

受光器２１ｂ又は２２ｂは、光ビームP₁又はP₂
を受光している場合には出力信号に変化はない
が、光ビームP₁又はP₂が苗列Ｑを構成する各苗ｑ
によつて遮られた場合には、第２図に示す如く矩
形波パルス状の検出信号R₁又はR₂を出力する。

このような検出信号は、左右各１個のセンサ２
０のうち既植苗側に位置する方のセンサ２０か
ら、前部機体２の適宜部位に設けた制御回路３１
へ機体の進行に伴つて遂次入力されていく。

この制御回路３１は、マイクロコンピユータ等
よりなり、２つの検出信号R₁，R₂に基いて、セ
ンサ２０が臨む既植苗と機体の相対的位置関係、
すなわち光ビームP₁，P₂の交点と、各苗又は苗列
との機体左右方向に関する偏位量を検出し、検出
値に応じた操舵角をモータ駆動回路３２に指令す
る等の機能を果すものである。

ステアリング装置５においては、舵輪５ａと一
体的に回転し、その回転を前記ピツトマンアーム
１０に伝えるステアリングシヤフト５ｂに自動操
向のための被動ギヤ３５が嵌着されており、また
ステアリング装置５に近接配置されたパルスモー
タ３３の回転軸には、駆動ギヤ３４が嵌着されて
おり、両ギヤ３４，３５は噛合している。

そして、モータ駆動回路３２は、制御回路３１
からの入力データに基き、パルスモータ３３を所
要ステツプ回転させるためのパルス状信号を発
し、この回転がギヤ３４，３５を経てステアリン
グ装置５に伝えられ、機体の自動操舵が行われる
ようになつている。

次に、制御回路３１による本発明の制御方式に
ついて説明する。

この制御回路３１は、第３図に示す検出信号
R₁，R₂の発生タイミングの時間差t₁、すなわち両
者の立上り時点の時間差、及びいずれか一方の検
出信号、例えばR₁の発生周期t₂を監視している。

而して、第４図に示すようにセンサ２０が臨む
既植苗列Ｑの苗間隔Ｄは、機体の走行速度の高低
に拘らず略一定である。

ところが、苗ｑによる光ビームP₁の遮光タイミ
ングの周期、すなわち検出信号R₁の発生周期t₂
は、走行速度の高低に反比例するように短長変化
する。

制御回路３１は、このような原理に基き機体の
走行速度Ｖを Ｖ＝ｆ（t₂） …(1) として算出する。

ｆ（t₂）は、苗間隔Ｄ等によつて定まり、予め
制御回路３１中のメモリに格納された関数であ
り、制御回路３１は、センサ２０から検出信号
R₁が入力される都度t₂の値を読みとり、この値を
(1)式に代入して、そのときの走行速度Ｖを算出す
る。

なお、(1)式の演算に用いるt₂の値は、複数回分
の平均値を用いることとしてもよい。

さて、第４図に実線で示す如く光ビームP₁，P₂
の交点が苗列Ｑに治つて移動し、苗ｑが両光ビー
ムP₁，P₂を同時的に遮る場合、すなわちセンサ２
０が苗列Ｑに治うように機体が直進している場合
は、t₁＝０となるが、第４図に２点鎖線で示す如
く光ビームP₁，P₂の交点が苗ｑからずれた場合
は、t₁≠０となる。

この場合におけるt₁の値は、光ビームP₁，P₂の
交点と苗ｑとの偏位量ｌの大小に比例して長短変
化し、また機体の走行速度Ｖの高低に反比例して
短長変化する。

従つて、偏位量ｌは ｌ＝ｑ（t₁，Ｖ） …(2) のようにt₁とＶの関数として表わされることにな
る。

一方、(1)式よりＶ＝ｆ（t₂）であるので、ｌは ｌ＝ｈ（t₁，t₂） …(3) 但し、ｌ_t1=0＝ｈ（０，t₂）＝０ のようにt₁とt₂の関数として表わされる。

制御回路３１は、この(3)式に基く演算を行い、
光ビームの交点と苗ｑとの偏位、換言すれば光ビ
ームの遮光に与つた苗に対する機体の左右方向に
関する偏位量ｌを求める。

而して、検出信号R₁とR₂との前後関係によ
り、交点が苗ｑの左右いずれに存在するかが識別
される。

すなわち、例えば第３図に示す如く検出信号
R₂が遅れている場合は、第４図に示す如く交点
が苗列Ｑの左方に偏位したことになる。

従つて、t₁に正負の符号を与えることによつて
ｌが正又は負として得られ、これにより偏位の方
向性も認識される。

なお、走行速度Ｖを求めるためには検出信号
R₂の発生周期を利用してもよく、またR₁，R₂双
方の発生周期を用いて、これらの平均値を求める
ようにしてもよいことは勿論である。

さて、制御回路３１はこのようにして求めた偏
位量ｌに基いて、偏位量ｌを減少するために操蛇
すべき角度の情報をモータ駆動回路３２へ出力す
る。

これによりモータ駆動回路３２は、光ビーム
P₁，P₂の交点が苗ｑの右方（又は左方）にある場
合は、機体の進行方向を左方（又は右方）へ修正
させる方向へパルスモータ３３が回転するよう
に、偏位量ｌの大小に応じた個数のパルスをパル
スモータ３３へ発する。

これにより機体は偏位量ｌを減少させるよう
に、又は零とするようにその進行方向を左方（又
は右方）へ修正することになる。

本発明方式は、叙上の如く２組のフオトインタ
ラプタ２１，２２が夫々苗の遮光作用により出力
するパルス状の検出信号R₁，R₂の少くとも一方
の発生周期から機体の走行速度を求めると共に、
検出信号R₁，R₂の発生タイミングの時間差を捉
え、該時間差と走行速度とにより、遮光に与る苗
に対する機体の偏位量を求め、この偏位を減少さ
せるべく操舵を行わせるものであるから、偏位量
の算出精度が高く、従つて、また操舵角が正確に
指令され、制御系のハンチング、機体の蛇行現象
が回避され、安定且つ正確な自動操向が行われ、
植付ける苗が正しく直線列をなす利点がある。

また、前記走行速度Ｖを適宜手段により表示さ
せることとする場合は、植付作業中の走行速度の
監視も可能になる。

また、走行速度Ｖに関するデータもモータ駆動
回路３２へ入力し、モータ駆動回路３２がパルス
モータ３３を回転駆動するために発するパルス信
号の周波数を、走行速度Ｖの高低に応じて高低変
化せしめることも可能であり、この場合には走行
速度の高低に応じて進行方向修正速度が高低変化
し、より望ましい自動操向が行われる。

なお、上述の実施例ではセンサ２０を前行程で
植付けられた苗列に臨ませることとしたが、これ
に替えて操向制御を行つている行程において植付
けられていく苗により、形成される苗列にセンサ
２０を臨ませることとしてもよく、この場合には
センサ数が１個で済み、また最初の行程から自動
操向を行わせ得る利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方式に係る自動操向制御装置
を搭載した乗用型田植機の左側面図、第２図は、
ステアリング装置等と共に示すフオトインタラプ
タの配置説明図、第３図は検出信号R₁，R₂の波
形図、第４図は光ビームの交点と苗との位置関係
を示す説明図である。 ５……ステアリング装置、２０……センサ、２
１，２２……フオトインタラプタ、３１……制御
回路、３２……モータ駆動回路、３３……パルス
モータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 機体の走行に伴つて苗を列状に植付ける移植
   機における自動操向制御方式において、既に植付
   けられた苗にその側方から投射されるべき夫々の
   光ビームが平面視で交差するように機体に取付け
   られた２組のフオトインタラプタが苗の遮光作用
   により夫々に出力する各パルス信号のうちの少く
   とも一方のパルス信号の発生周期から機体の走行
   速度を求めると共に、前記各パルス信号の発生タ
   イミングの時間差を捉え、該時間差と前記走行速
   度とにより遮光に与る苗に対する機体の偏位量を
   求め、該偏位量を減少させるべく操舵を行わせる
   ことを特徴とする自動操向制御方式。