(57)【要約】【課題】作業機昇降制御装置の製造コストを低減させる。【解決手段】  作業機昇降制御装置１００は、トラクタ１０に対してプラウ２０を昇降させる油圧シリンダ４０と、プラウ２０の昇降位置を検出するストロークセンサ８０と、牽引力を検出する荷重センサ８２と、油圧シリンダ４０を伸縮制御するコントローラ６０と、を備え、コントローラ６０は、牽引力偏差に基づいて目標プラウ位置を補正する目標プラウ位置補正部６３を有し、目標プラウ位置補正部６３は、ドラフト感度と牽引力偏差とに基づいてドラフト補正量を演算するドラフト補正演算部６６と、荷重センサ８２の検出値が目標牽引力よりも大きいときのみに、回避感度と牽引力偏差とに基づいて回避補正量を演算する回避補正演算部６７と、を有する。【選択図】図１
2018064468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業車両に対して昇降自在に連結される作業機の昇降を制御する作業機昇降制御装置であって、
伸縮することにより前記作業車両に対して前記作業機を昇降させるアクチュエータと、
前記作業車両に対する前記作業機の昇降位置を検出する昇降位置検出器と、
前記作業車両が前記作業機を牽引する牽引力を検出する牽引力検出器と、
予め設定された目標昇降位置と前記昇降位置検出器の検出値との差である昇降位置偏差に基づいて前記アクチュエータを伸縮制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、予め設定された目標牽引力と前記牽引力検出器の検出値との差である牽引力偏差に基づいて前記目標昇降位置を補正する目標昇降位置補正部を有し、
前記目標昇降位置補正部は、
前記牽引力偏差を前記目標昇降位置の補正に反映させる度合である予め設定された第１感度と、前記牽引力偏差と、に基づいて前記目標昇降位置を補正する第１補正量を演算する第１補正演算部と、
前記第１補正量とは別に、前記牽引力検出器の検出値が前記目標牽引力よりも大きいときのみに、前記牽引力偏差を前記目標昇降位置の補正に反映させる度合である予め設定された第２感度と、前記牽引力偏差と、に基づいて前記目標昇降位置を補正する第２補正量を演算する第２補正演算部と、を有することを特徴とする作業機昇降制御装置。
【請求項２】
前記目標昇降位置補正部は、前記第２補正量を初期化するか否かを判定する第２補正量初期化判定部をさらに有し、
前記第２補正量初期化判定部は、前記牽引力検出器の前記検出値が予め設定された許容牽引力よりも小さい場合、または、前記牽引力偏差が予め設定された許容牽引力偏差よりも小さい場合には、前記第２補正量を初期化することを特徴とする請求項１に記載の作業機昇降制御装置。
【請求項３】
前記第１感度及び前記第２感度の大きさは、オペレータによってそれぞれ変更可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の作業機昇降制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機の昇降を制御する作業機昇降制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、作業車両に対して昇降自在に連結される作業機（プラウ）の昇降を制御する作業機昇降制御装置が開示されている。この作業機昇降制御装置では、作業車両が作業機を牽引する牽引力に応じて作業機を昇降させるドラフト制御が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１９１８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載される作業機昇降制御装置では、作業機が障害物に突き当たる等によって作業機を牽引する作業車両がスリップすると、作業機を強制的に上昇させ、障害物を回避する制御が実行される。このような作業車両のスリップを検知するためには、車軸の回転数を検出するセンサや、ＧＰＳ受信機等の作業車両の車速を検出するセンサを設ける必要がある。このため、障害物を回避する制御を実行する作業機昇降制御装置では、製造コストが上昇するおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、作業機昇降制御装置の製造コストの上昇を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、伸縮することにより作業車両に対して作業機を昇降させるアクチュエータと、作業車両に対する作業機の昇降位置を検出する昇降位置検出器と、作業車両が作業機を牽引する牽引力を検出する牽引力検出器と、予め設定された目標昇降位置と昇降位置検出器の検出値との差である昇降位置偏差に基づいてアクチュエータを伸縮制御する制御部と、を備え、制御部は、予め設定された目標牽引力と牽引力検出器の検出値との差である牽引力偏差に基づいて目標昇降位置を補正する目標昇降位置補正部を有し、目標昇降位置補正部は、牽引力偏差を目標昇降位置の補正に反映させる度合である予め設定された第１感度と、牽引力偏差と、に基づいて目標昇降位置を補正する第１補正量を演算する第１補正演算部と、第１補正量とは別に、牽引力検出器の検出値が目標牽引力よりも大きいときのみに、牽引力偏差を目標昇降位置の補正に反映させる度合である予め設定された第２感度と、牽引力偏差と、に基づいて目標昇降位置を補正する第２補正量を演算する第２補正演算部と、を有することを特徴とする。
【０００７】
第１の発明では、牽引力検出器の検出値が目標牽引力よりも大きく、作業機が障害物に衝突するおそれがある状態において、作業機の目標昇降位置は、牽引力偏差に基づいて演算された第１補正量に加えて、第１補正量と同様に牽引力偏差に基づいて演算された第２補正量によって、作業機が障害物を避ける方向へと補正される。このため、作業機は、作業車両のスリップを検出する検出器が設けられていなくとも、障害物を回避することが可能である。
【０００８】
第２の発明は、目標昇降位置補正部が、第２補正量を初期化するか否かを判定する第２補正量初期化判定部をさらに有し、第２補正量初期化判定部は、牽引力検出器の検出値が予め設定された許容牽引力よりも小さい場合、または、牽引力偏差が予め設定された許容牽引力偏差よりも小さい場合には、第２補正量を初期化することを特徴とする。
【０００９】
第２の発明では、牽引力検出器の検出値が許容牽引力を上回った場合のように作業機が障害物に衝突するおそれが高いときにのみ、作業機の目標昇降位置は第２補正量により補正される。よって、作業機を無駄に変位させることがなくなるため、作業機による作業を安定して実行することができる。
【００１０】
第３の発明は、第１感度及び第２感度の大きさが、オペレータによってそれぞれ変更可能であることを特徴とする。
【００１１】
第３の発明では、作業の状況に応じて第１感度及び第２感度の大きさをオペレータが任意に変更できるため、作業機による作業の安定性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、作業機の昇降制御装置の製造コストの上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る作業機昇降制御装置を備える作業車両の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施形態に係る作業機昇降制御装置を備える作業車両に搭載された操作パネルを示す概略図である。
【図３】本発明の実施形態に係る作業機昇降制御装置における制御部の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態に係る作業機昇降制御装置の変形例における制御部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
本発明の実施形態に係る作業機昇降制御装置１００は、アクチュエータを伸縮させることによってトラクタ等の作業車両に昇降自在に連結された作業機の昇降を制御するものである。
【００１６】
まず、図１を参照して、作業機昇降制御装置１００を備える作業車両であるトラクタ１０の全体構成について説明する。
【００１７】
トラクタ１０は、作業機としてのプラウ２０と、プラウ２０をトラクタ１０の車体に連結させる三点ヒッチ機構３０と、伸縮することによりトラクタ１０に対してプラウ２０を昇降させるアクチュエータとしての油圧シリンダ４０と、油圧シリンダ４０に供給される作動油を吐出するポンプ４１と、トラクタ１０の走行駆動源であるとともにポンプ４１を駆動するエンジン５０と、油圧シリンダ４０に対する作動油の給排を制御する制御弁４５と、制御弁４５の開閉を制御することにより油圧シリンダ４０の伸縮を制御する制御部としてのコントローラ６０と、を備える。作業機昇降制御装置１００は、主として、トラクタ１０に対してプラウ２０を昇降させる油圧シリンダ４０と、油圧シリンダ４０の伸縮を制御するコントローラ６０と、により構成される。
【００１８】
プラウ２０は、圃場を耕起するために用いられる作業機であり、三点ヒッチ機構３０を介してトラクタ１０により牽引されることで圃場の表土を破砕し土壌を柔らかくするものである。なお、作業機としては、プラウ２０に限定されず、トラクタ１０により牽引されることで圃場を耕起することが可能な作業機であればどのような形式のものであってもよい。
【００１９】
三点ヒッチ機構３０は、一端３２ａがトラクタ１０の車体の後方下部に揺動自在に連結される一対のロアリンク３２と、一端３１ａがロアリンク３２よりも上方においてトラクタ１０の車体に揺動自在に連結されるトップリンク３１と、一端３３ａがトラクタ１０の車体の後方に揺動自在に連結され、油圧シリンダ４０の伸縮に応じて揺動する一対のリフトアーム３３と、リフトアーム３３の他端３３ｂとロアリンク３２の中間部とを連結し、リフトアーム３３の揺動をロアリンク３２に伝達するリフトロッド３４と、を有する。トップリンク３１の他端３１ｂと一対のロアリンク３２の他端３２ｂとには、プラウ２０が着脱自在に連結される。
【００２０】
油圧シリンダ４０は、円筒状の本体部４０ａと、本体部４０ａから突出するロッド４０ｂと、を有する単動型のラム式シリンダである。本体部４０ａの基端部はトラクタ１０の車体に連結され、ロッド４０ｂの先端部はリフトアーム３３の中間部に連結される。このため、油圧シリンダ４０が伸長すると、ロッド４０ｂが連結されたリフトアーム３３は、一端３３ａを中心として回動し、他端３３ｂ側が上方へと移動する。これに伴ってリフトロッド３４も上方へと移動するため、リフトロッド３４が連結されたロアリンク３２は、一端３２ａを中心として回動し、他端３２ｂ側が上方へと移動する。この結果、ロアリンク３２の他端３２ｂに連結されたプラウ２０も上方へと移動する。このように、油圧シリンダ４０が伸長するとプラウ２０はトラクタ１０の車体に対して上昇し、油圧シリンダ４０が収縮するとプラウ２０はトラクタ１０の車体に対して下降する。
【００２１】
油圧シリンダ４０は、各リフトアーム３３に対して１つずつ設けられる。なお、油圧シリンダ４０は、ラム式シリンダに限定されず、単動型または複動型のピストン式シリンダであってもよい。また、油圧シリンダ４０は、一対のリフトアーム３３の何れか一方にのみ設けられていてもよい。
【００２２】
ポンプ４１は、タンク４２に貯留された作動油を吸込んで吐出するギヤポンプであり、エンジン５０が運転状態にあるときには常に回転している。ポンプ４１は、制御弁４５を介して油圧シリンダ４０と接続される。なお、ポンプ４１は、ギヤポンプに限定されず、ピストンポンプやベーンポンプ等、どのような形式のポンプであってもよく、また、ポンプ４１の駆動源としては、エンジン５０に代えて、電動モータや液圧モータが用いられてもよい。
【００２３】
制御弁４５は、開弁することでポンプ４１から吐出された作動油を油圧シリンダ４０に供給する伸長側電磁弁４５ａと、開弁することで油圧シリンダ４０内の作動油をタンク４２に排出する収縮側電磁弁４５ｂと、を有する。伸長側電磁弁４５ａ及び収縮側電磁弁４５ｂは、ソレノイドへの通電によって生じる電磁力とスプリングのばね力とが釣り合う位置に弁体が移動して、弁体の位置に応じた開口面積で開弁する比例ソレノイドバルブである。
【００２４】
伸長側電磁弁４５ａ及び収縮側電磁弁４５ｂの開閉は、コントローラ６０によって制御され、伸長側電磁弁４５ａが開弁し収縮側電磁弁４５ｂが閉弁することで油圧シリンダ４０は伸長し、伸長側電磁弁４５ａが閉弁し収縮側電磁弁４５ｂが開弁することで油圧シリンダ４０は収縮する。
【００２５】
コントローラ６０は、油圧シリンダ４０の伸縮制御を実行するＣＰＵ（中央演算処理装置）と、ＣＰＵの処理動作に必要な制御プログラムや設定値等が記憶されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）と、各種センサが検出した情報を一時的に記憶するＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）と、を有する。
【００２６】
コントローラ６０には、トラクタ１０の車体に対するプラウ２０の昇降位置を検出する昇降位置検出器としてのストロークセンサ８０の検出値と、トラクタ１０がプラウ２０を牽引する牽引力を検出する牽引力検出器としての荷重センサ８２の検出値と、が入力される。また、コントローラ６０には、オペレータが操作する操作パネル７０からの信号が入力される。コントローラ６０は、各種センサから入力される検出値や操作パネル７０から入力されるパラメータ等に基づいて、後述のポジション制御、ドラフト制御、及び、障害物回避制御を実行する。
【００２７】
ストロークセンサ８０は、油圧シリンダ４０の本体部４０ａに組み付けられ、本体部４０ａに対して進退するロッド４０ｂの絶対的なストローク量を検出する。ストロークセンサ８０は、ホールＩＣ等の磁気検出部を有し、ストロークセンサ８０からは、ロッド４０ｂの変位に応じて変化する磁界の変化に応じた電気信号が出力される。なお、ストロークセンサ８０としては、上記構成に限定されず、ロッド４０ｂの絶対的なストローク量を検出することができればどのような形式のものであってもよい。
【００２８】
ここで、上述のように、油圧シリンダ４０のロッド４０ｂが連結されるリフトアーム３３は、リフトロッド３４を介してロアリンク３２に連結されている。このため、ロッド４０ｂのストローク量は、トラクタ１０に対するプラウ２０の鉛直方向における変位に相当することとなる。
【００２９】
なお、トラクタ１０に対するプラウ２０の昇降位置を検出する昇降位置検出器としては、油圧シリンダ４０の伸縮量を検出するストロークセンサ８０に限定されず、トラクタ１０に対するプラウ２０の鉛直方向における変位に相当する変位を検出することができるものであればどのようなセンサであってもよい。例えば、昇降位置検出器として、トラクタ１０に対してプラウ２０が昇降する際に変化するリフトアーム３３やロアリンク３２の回転角を検出する回転角センサを設けておくことにより、回転角センサの検出値に基づいて、トラクタ１０に対するプラウ２０の鉛直方向における変位量を把握することができる。また、ストロークセンサ８０と回転角センサとの両方を設けることで、プラウ２０の変位量を精度よく検出することが可能となる。
【００３０】
荷重センサ８２は、円柱状に形成されたロードセルであり、ロアリンク３２の一端３２ａに設けられ、トラクタ１０の車体とロアリンク３２とを連結する連結ピンとして用いられる。荷重センサ８２は、両端部がトラクタ１０の車体によって支持され、中央部がロアリンク３２によって支持される。中央部と両端部との間には、荷重センサ８２に作用する荷重によって歪を生じる起歪部が設けられ、起歪部には歪ゲージが取り付けられる。起歪部における歪量に応じて歪ゲージの抵抗が変化することで、荷重センサ８２からは荷重に比例した電気信号が出力される。なお、荷重センサ８２としては、歪ゲージが用いられるものに限定されず、ピエゾ素子を用いた圧電式や磁歪材料を用いた磁歪式であってもよい。なお、荷重センサ８２の取り付け位置は、ロアリンク３２の一端３２ａに限定されず、ロアリンク３２の一端３２ａと同様に、トラクタ１０がプラウ２０を牽引する力が作用するトップリンク３１の一端３１ａであってもよい。
【００３１】
操作パネル７０には、図２に示すように、トラクタ１０に対するプラウ２０の高さを設定可能な操作レバー７２と、コントローラ６０に入力されるパラメータを設定するための複数のダイヤル７３〜７５と、が設けられる。操作レバー７２及び各ダイヤル７３〜７５により設定されるパラメータについては後述する。
【００３２】
次に、図３を参照して、コントローラ６０の具体的構成について説明する。
【００３３】
コントローラ６０は、トラクタ１０の車体に対するプラウ２０の目標昇降位置としての目標プラウ位置とストロークセンサ８０によって検出された実際のプラウ位置との偏差を算出するプラウ位置偏差算出部６１と、プラウ位置偏差算出部６１で算出された偏差に基づいてプラウ２０を上昇させるか下降させるかを判定する伸縮判定部６２と、トラクタ１０がプラウ２０を牽引する目標牽引力と荷重センサ８２により検出された実際の牽引力との差である牽引力偏差に基づいて目標プラウ位置を補正する目標昇降位置補正部としての目標プラウ位置補正部６３と、を有する。以下では、プラウ２０の深さが浅くなる方向、すなわちプラウ２０が上昇する方向をプラス側とし、プラウ２０の深さが深くなる方向、すなわちプラウ２０が下降する方向をマイナス側として説明する。
【００３４】
プラウ位置偏差算出部６１には、目標プラウ位置が入力されるとともに、耕起作業中に変化するプラウ２０の位置を随時検出するストロークセンサ８０の検出値が実際のプラウ位置として入力される。プラウ位置偏差算出部６１では、入力された目標プラウ位置と実際のプラウ位置との偏差を算出し、算出された偏差は伸縮判定部６２に入力される。
【００３５】
伸縮判定部６２は、プラウ位置偏差算出部６１で算出された偏差に基づいて、目標プラウ位置と実際のプラウ位置とのどちらがどの程度大きいかを判定する。そして、判定結果に応じて、伸長側電磁弁４５ａまたは収縮側電磁弁４５ｂに駆動電流を供給する。
【００３６】
具体的には、目標プラウ位置よりも実際のプラウ位置が低い場合、すなわち、プラウ２０の深さが目標よりも深い場合には、プラウ２０を上昇させなければならないため、伸縮判定部６２は、伸長側電磁弁４５ａに電流を供給し、油圧シリンダ４０を伸長させる。一方、目標プラウ位置よりも実際のプラウ位置が高い場合、すなわち、プラウ２０の深さが目標よりも浅い場合には、プラウ２０を下降させなければならないため、伸縮判定部６２は、収縮側電磁弁４５ｂに電流を供給し、油圧シリンダ４０を収縮させる。なお、実際のプラウ位置が目標プラウ位置へ早く収束するように、各電磁弁４５ａ，４５ｂに供給される電流値は、実際のプラウ位置と目標プラウ位置との差分に基づくＰＩ制御によって設定されることが好ましい。
【００３７】
目標プラウ位置補正部６３は、オペレータにより設定された目標牽引力と荷重センサ８２により検出された実際の牽引力との差である牽引力偏差を算出する牽引力偏差算出部６５と、牽引力偏差算出部６５で算出された牽引力偏差に基づいて目標プラウ位置を補正する第１補正量としてのドラフト補正量を演算する第１補正演算部としてのドラフト補正演算部６６と、牽引力偏差算出部６５で算出された牽引力偏差に基づいて目標プラウ位置を補正する第２補正量としての回避補正量を演算する第２補正演算部としての回避補正演算部６７と、回避補正演算部６７において回避補正量の演算を実行すべき状況であるか否かを判定する回避補正適用判定部６８と、を有する。
【００３８】
牽引力偏差算出部６５には、荷重センサ８２の検出値、すなわち、トラクタ１０がプラウ２０を牽引する実際の牽引力が入力されるとともに、後述のドラフト制御時に操作パネル７０の操作レバー７２を介してオペレータにより設定される目標牽引力が入力される。牽引力偏差算出部６５では、目標牽引力から実際の牽引力を差し引くことにより牽引力偏差が算出され、算出された牽引力偏差の絶対値は、ドラフト補正演算部６６と回避補正適用判定部６８とに入力される。牽引力偏差は、目標牽引力の方が実際の牽引力よりも大きい場合には、プラスの値となり、目標牽引力の方が実際の牽引力よりも小さい場合には、マイナスの値となる。
【００３９】
ドラフト補正演算部６６には、牽引力偏差算出部６５で算出された牽引力偏差が入力されるとともに、操作パネル７０のドラフト感度ダイヤル７３を介してオペレータにより設定された第１感度としてのドラフト感度が入力される。ドラフト感度は、目標プラウ位置を補正する際に牽引力偏差をどの程度反映させるかを示す度合である。ドラフト補正演算部６６では、牽引力偏差の大きさとドラフト感度の大きさとに基づいて、目標プラウ位置を補正するドラフト補正量が演算される。
【００４０】
具体的には、ドラフト補正演算部６６では、入力されたドラフト感度が積分ゲインＫｉとして用いられ、所定の制御ステップごとに算出された牽引力偏差に対して掛け合わされる。そして、牽引力偏差と積分ゲインＫｉとの乗算値を加算し続けることにより得られた積算値がドラフト補正量として出力される。ドラフト補正量は、目標牽引力が実際の牽引力よりも大きい状態が続くとプラスの値となり、目標牽引力が実際の牽引力よりも小さい状態が続くとマイナスの値となる。なお、ドラフト感度は比例ゲインＫｐとして用いられてもよい。この場合、牽引力偏差と比例ゲインＫｐとの乗算値がドラフト補正量となる。
【００４１】
このようにドラフト補正演算部６６で演算されたドラフト補正量は、目標プラウ位置に対して出力され、目標プラウ位置を減算補正する。このため、ドラフト補正量がプラスである場合、すなわち、目標牽引力の方が実際の牽引力よりも大きい場合、目標プラウ位置は、ドラフト補正量の大きさに応じて低くなるように、すなわち圃場に対するプラウ２０の深さが深くなる方向に補正される。一方、ドラフト補正量がマイナスである場合、すなわち、実際の牽引力の方が目標牽引力よりも大きい場合、目標プラウ位置は、ドラフト補正量の大きさに応じて高くなるように、すなわち圃場に対するプラウ２０の深さが浅くなる方向に補正される。
【００４２】
また、ドラフト補正演算部６６に入力されるドラフト感度の大きさは、オペレータがドラフト感度ダイヤル７３を操作することにより変更可能である。ドラフト感度が大きくされると、目標プラウ位置の補正に対する牽引力偏差の反映度合が大きくなり、例えば、牽引力偏差が小さい場合であっても目標プラウ位置は大幅に補正され、実際の牽引力を目標牽引力に収束させることが優先される。一方で、ドラフト感度が小さくされると、目標プラウ位置の補正に対する牽引力偏差の反映度合が小さくなり、例えば、牽引力偏差が大きい場合であっても目標プラウ位置はあまり補正されず、実際のプラウ位置を目標プラウ位置に収束させることが優先される。
【００４３】
回避補正演算部６７には、牽引力偏差算出部６５で算出された牽引力偏差が回避補正適用判定部６８を介して入力されるとともに、操作パネル７０の回避感度ダイヤル７４を介してオペレータにより設定された第２感度としての回避感度が入力される。回避感度は、目標プラウ位置を補正する際に牽引力偏差をどの程度反映させるかを示す度合である。回避補正演算部６７では、牽引力偏差の大きさと回避感度の大きさとに基づいて、目標プラウ位置を補正する回避補正量が演算される。
【００４４】
具体的には、回避補正演算部６７では、入力された回避感度が積分ゲインＫｉとして用いられ、所定の制御ステップごとに算出された牽引力偏差に対して掛け合わされる。そして、牽引力偏差と積分ゲインＫｉとの乗算値を加算し続けることにより得られた積算値が回避補正量として出力される。なお、回避感度は比例ゲインＫｐとして用いられてもよい。この場合、牽引力偏差と比例ゲインＫｐとの乗算値が回避補正量となる。回避補正演算部６７における演算は、回避補正適用判定部６８において回避補正量の演算を実行すべき状況にあると判定された場合にのみ行われる。
【００４５】
回避補正適用判定部６８では、入力された牽引力偏差の絶対値がマイナスであるか否か、すなわち、実際の牽引力が目標牽引力よりも大きいか否かが判定される。そして、回避補正適用判定部６８は、実際の牽引力が目標牽引力よりも大きいと判定された場合のみ回避補正演算部６７に牽引力偏差を出力し、それ以外の場合は、回避補正演算部６７に牽引力偏差を出力しない。つまり、上述の回避補正演算部６７では、プラウ２０が障害物に突き当たる等によって、実際の牽引力が目標牽引力を上回った場合にのみ、回避補正量が演算される。このため、回避補正演算部６７で演算される回避補正量は、常にマイナスの値となる。
【００４６】
このように回避補正演算部６７で演算された回避補正量は、目標プラウ位置に対して出力され、目標プラウ位置を減算補正する。回避補正量は、常にマイナスの値であるため、目標プラウ位置は、回避補正量の大きさに応じて高くなるように、すなわち圃場に対するプラウ２０の深さが浅くなり、プラウ２０が障害物を回避する方向に補正される。
【００４７】
また、回避補正演算部６７に入力される回避感度の大きさは、オペレータが回避感度ダイヤル７４を操作することにより変更可能である。回避感度が大きくされると、目標プラウ位置の補正に対する牽引力偏差の反映度合が大きくなり、例えば、実際の牽引力が目標牽引力をわずかに上回った場合でも目標プラウ位置はプラウ２０が障害物を回避する方向に大幅に補正されることになる。回避感度が小さくされると、目標プラウ位置の補正に対する牽引力偏差の反映度合が小さくなり、例えば、実際の牽引力が目標牽引力を大幅に上回った場合でも目標プラウ位置はプラウ２０が障害物を回避する方向にあまり補正されないことになる。
【００４８】
目標プラウ位置補正部６３は、回避補正演算部６７において演算された回避補正量を初期化するか否かを判定する第２補正量初期化判定部としての回避補正初期化判定部６９をさらに有する。
【００４９】
回避補正初期化判定部６９には、荷重センサ８２の検出値、すなわち、トラクタ１０がプラウ２０を牽引する実際の牽引力が入力されるとともに、操作パネル７０の許容牽引力ダイヤル７５を介してオペレータにより設定された許容牽引力が入力される。回避補正初期化判定部６９は、入力された実際の牽引力と許容牽引力とを比較し、実際の牽引力が許容牽引力よりも小さい場合には、回避補正演算部６７で演算された回避補正量を初期化する初期化信号を回避補正演算部６７に出力する。
【００５０】
回避補正演算部６７に初期化信号が入力されると、回避補正演算部６７では、牽引力偏差と積分ゲインＫｉとの乗算値が積算された積算値である回避補正量がリセットされゼロとなる。つまり、実際の牽引力が許容牽引力を上回らない限り、回避補正量はリセットされ続け、回避補正演算部６７では実質的に回避補正量が演算されない状態となる。このように、回避補正初期化判定部６９は、実際の牽引力がある程度上昇し、許容牽引力を上回った場合にのみ、目標プラウ位置が回避補正量によって補正されるように機能する。なお、回避補正演算部６７に初期化信号が入力された場合、回避補正量をリセットすることに代えて、初期化信号が入力されている間は、積分ゲインＫｉである回避感度がゼロとなるようにしてもよい。
【００５１】
回避補正初期化判定部６９に入力される許容牽引力の大きさは、オペレータが許容牽引力ダイヤル７５を操作することにより変更可能である。許容牽引力が大きめに設定されると、目標プラウ位置はプラウ２０が障害物を回避する方向に補正されにくくなる。このため、圃場に石等の障害物が多く、石等を避けて頻繁にプラウ２０が上昇し、耕起深さが浅くなってしまうことを避けたい場合、許容牽引力は大きめに設定される。一方、許容牽引力が小さ目に設定されると、目標プラウ位置はプラウ２０が障害物を回避する方向に補正され易くなる。このため、圃場に石等の障害物が少なく、たまに存在する石等の障害物により耕起作業が阻害されることを避けたい場合、許容牽引力は小さめに設定される。
【００５２】
続いて、図３を参照して、コントローラ６０で実行される制御について説明する。
【００５３】
まず、圃場に対するプラウ２０の深さが目標の深さとなるように制御するポジション制御について説明する。
【００５４】
ポジション制御は、ドラフト感度ダイヤル７３及び回避感度ダイヤル７４がオフの位置に操作されているときに実行される。ドラフト感度ダイヤル７３及び回避感度ダイヤル７４がオフの位置にあり、ドラフト感度および回避感度がコントローラ６０に入力されない状態では、目標プラウ位置補正部６３においてドラフト補正量及び回避補正量が演算されない。このため、目標プラウ位置は、補正されることなくプラウ位置偏差算出部６１に入力される。なお、図示しない制御モード切替スイッチを設け、制御モード切替スイッチを切り替えることによって、ポジション制御と後述のドラフト制御とを切り替えてもよい。
【００５５】
したがって、ポジション制御では、トラクタ１０がプラウ２０を牽引する牽引力の大きさに関わらず、オペレータが操作パネル７０の操作レバー７２を操作することによって設定されたトラクタ１０の車体に対するプラウ２０の位置が維持される。
【００５６】
具体的には、まず、オペレータによる操作レバー７２の操作位置に応じて目標プラウ位置が設定される。操作レバー７２の操作位置と目標プラウ位置との関係は、コントローラ６０内に予め記憶されている。このように、ポジション制御において、目標プラウ位置は、オペレータによる操作レバー７２の操作に基づいて決定される。また、目標プラウ位置の設定と同時に、ストロークセンサ８０によって実際のプラウ位置が検出される。目標プラウ位置と実際のプラウ位置とは、コントローラ６０内において、プラウ位置偏差算出部６１に入力される。
【００５７】
プラウ位置偏差算出部６１では、入力された目標プラウ位置と実際のプラウ位置との偏差が算出され、算出された偏差は伸縮判定部６２に入力される。伸縮判定部６２は、プラウ位置偏差算出部６１で算出された偏差に基づいて、目標プラウ位置と実際のプラウ位置とのどちらがどの程度大きいかを判定し、判定結果に応じて、伸長側電磁弁４５ａまたは収縮側電磁弁４５ｂに駆動電流を供給する。
【００５８】
目標プラウ位置よりも実際のプラウ位置が低い場合、すなわち、圃場に対するプラウ２０の深さが目標よりも深い状態になった場合には、プラウ２０を上昇させなければならないため、伸縮判定部６２は、伸長側電磁弁４５ａに電流を供給し、油圧シリンダ４０を伸長させる。油圧シリンダ４０が伸長することでプラウ２０は、三点ヒッチ機構３０を介して上方に移動し目標プラウ位置へと近づいていく。
【００５９】
一方、目標プラウ位置よりも実際のプラウ位置が高い場合、すなわち、圃場に対するプラウ２０の深さが目標よりも浅い状態になった場合には、プラウ２０を下降させなければならないため、伸縮判定部６２は、収縮側電磁弁４５ｂに電流を供給し、油圧シリンダ４０を収縮させる。油圧シリンダ４０が収縮することでプラウ２０は、三点ヒッチ機構３０を介して下方に移動し目標プラウ位置へと近づいていく。
【００６０】
油圧シリンダ４０の伸縮量を変化させることで推移するプラウ２０の位置は、ストロークセンサ８０によって常時検出され、実際のプラウ位置としてプラウ位置偏差算出部６１に入力される。このようにポジション制御においてコントローラ６０は、検出された実際のプラウ位置に基づいて、プラウ２０の位置が所定の目標位置に収束するように油圧シリンダ４０の伸縮量をフィードバック制御する。
【００６１】
次に、トラクタ１０がプラウ２０を牽引する牽引力が耕起作業中において目標牽引力に収束するようにプラウ２０の目標位置を変化させるドラフト制御について説明する。
【００６２】
上述のポジション制御では、トラクタ１０がプラウ２０を牽引する牽引力の大きさに関わらず、トラクタ１０に対するプラウ２０の位置が一定となるように制御される。プラウ２０は、構造上、牽引されることで圃場に対して徐々に深く入り込んでいくため、ポジション制御によりトラクタ１０に対するプラウ２０の位置を一定に保つことで、一定の深さで耕起することが可能となる。しかしながら、圃場は、深さが同じであっても硬さが同じであるとは限らず、トラクタ１０に対するプラウ２０の位置を強制的に一定に保とうとすると、圃場の硬さの変化に応じて耕起抵抗が変化し、プラウ２０を牽引するトラクタ１０の車速が大きく変動してしまうおそれがある。
【００６３】
これに対してドラフト制御では、トラクタ１０がプラウ２０を牽引する牽引力が目標牽引力より大きくなったときにはプラウ２０の目標の深さを浅くし、牽引力が目標牽引力より小さくなったときにはプラウ２０の目標の深さを深くすることにより、牽引力を目標牽引力に収束させている。この結果、耕起深さが一定の範囲に保たれ、トラクタ１０の車速が変動することなく安定した耕起作業を行うことが可能となる。
【００６４】
ドラフト制御は、ポジション制御により、プラウ２０が耕起状態にあるときに、ドラフト感度ダイヤル７３がオフ以外の位置に操作されることで実行される。ポジション制御からドラフト制御に切り替わったことで目標プラウ位置は、ドラフト制御に切り替わった際にストロークセンサ８０によって検出された実際のプラウ位置に変更される。また、ポジション制御からドラフト制御に切り替わったことで操作レバー７２により目標牽引力を設定することが可能となる。なお、図示しない制御モード切替スイッチを切り替えることによって、ポジション制御からドラフト制御に切り替えてもよい。また、操作レバー７２とは別に目標牽引力を設定するためのレバー等が設けられてもよい。
【００６５】
このように、ドラフト感度ダイヤル７３がオフ以外の位置にあり、ドラフト感度がコントローラ６０に入力される状態では、目標プラウ位置補正部６３においてドラフト補正量が演算される。このため、目標プラウ位置は、ドラフト補正量に応じて補正された後にプラウ位置偏差算出部６１に入力される。つまり、ドラフト制御では、目標プラウ位置は、トラクタ１０がプラウ２０を牽引する牽引力の変化に応じて変化することになる。
【００６６】
具体的には、トラクタ１０がプラウ２０を牽引する牽引力は荷重センサ８２によって検出され、検出された値は、実際の牽引力としてコントローラ６０の牽引力偏差算出部６５に入力される。牽引力偏差算出部６５では、操作レバー７２で設定された目標牽引力から荷重センサ８２で検出された実際の牽引力を差し引くことにより牽引力偏差が算出され、算出された牽引力偏差の絶対値は、ドラフト補正演算部６６に入力される。そして、ドラフト補正演算部６６において、牽引力偏差の大きさとドラフト感度ダイヤル７３で設定されたドラフト感度の大きさとに基づいてドラフト補正量が演算され、演算されたドラフト補正量によって目標プラウ位置は補正される。
【００６７】
目標牽引力の方が実際の牽引力よりも大きく、ドラフト補正量がプラスの値である場合、目標プラウ位置からドラフト補正量が差し引かれ、補正後の目標プラウ位置は、ドラフト補正量の大きさに応じて低くなる。つまり、実際の牽引力が目標牽引力となるまでにはまだ余裕があるので、目標プラウ位置は、圃場に対するプラウ２０の深さが深くなる方向、すなわち、耕起抵抗が大きくなる方向に補正される。一方、実際の牽引力の方が目標牽引力よりも大きく、ドラフト補正量がマイナスの値である場合、目標プラウ位置にドラフト補正量が足し合わされ、補正後の目標プラウ位置は、ドラフト補正量の大きさに応じて高くなる。つまり、実際の牽引力が目標牽引力を超えているので、目標プラウ位置は、圃場に対するプラウ２０の深さが浅くなる方向、すなわち、耕起抵抗が小さくなる方向に補正される。
【００６８】
また、オペレータによってドラフト感度が大きくされると、目標プラウ位置の補正に対する牽引力偏差の反映度合が大きくなるため、実際の牽引力が目標牽引力に収束しやすくなり、圃場の硬さの変化に応じて耕起深さも変動するようになる。一方、オペレータによってドラフト感度が小さくされると、目標プラウ位置の補正に対する牽引力偏差の反映度合が小さくなるため、実際のプラウ位置が目標プラウ位置に収束しやすくなり、圃場の硬さの変化に反応しにくくなり、耕起深さはほぼ一定となる。このため、オペレータは、圃場が軟らかく耕起抵抗の変化が小さい圃場であれば、ドラフト感度を高めに設定し、圃場が硬く耕起抵抗の変化が大きい圃場であれば、ドラフト感度を低めに設定する。この結果、圃場の硬さに関わらず、一定の深さで耕起することが可能となる。
【００６９】
ドラフト制御において補正された目標プラウ位置は、プラウ位置偏差算出部６１に入力され、プラウ位置偏差算出部６１において実際のプラウ位置と補正された目標プラウ位置との偏差が算出される。以降の制御はポジション制御と同様であるため説明を省略する。
【００７０】
このようにドラフト制御では、実際の牽引力が目標牽引力に収束するように、油圧シリンダ４０の伸縮量をフィードバック制御する。
【００７１】
次に、プラウ２０が障害物に衝突することを回避する障害物回避制御について説明する。
【００７２】
上述のドラフト制御では、トラクタ１０がプラウ２０を牽引する牽引力の変化に応じてプラウ２０の目標の深さを変化させている。しかし、圃場には、プラウ２０によって粉砕されない石等の障害物があることがある。このような障害物にプラウ２０が近づいた場合、早急にプラウ２０を上昇させないと、プラウ２０が障害物に突き当たってプラウ２０が破損したり、トラクタ１０が急停車したりしてしまうおそれがある。特に、圃場が硬くドラフト感度を低めに設定しているような場合には、プラウ２０の目標の深さの変化が鈍いため、プラウ２０が障害物に突き当たりやすくなる。
【００７３】
そこで障害物回避制御では、プラウ２０が障害物に接近することで実際の牽引力が上昇した場合、プラウ２０の目標の深さを浅くする方向に補正することによって、プラウ２０が障害物に衝突することを回避し、結果としてトラクタ１０が急停車することを防止している。
【００７４】
障害物回避制御は、上述のドラフト制御が実行されている状態で、回避感度ダイヤル７４がオフ以外の位置に操作されているときに実行される。回避感度ダイヤル７４がオフ以外の位置にあり、回避感度がコントローラ６０に入力される状態では、目標プラウ位置補正部６３では、ドラフト補正量に加えて、回避補正量が演算される。このため、目標プラウ位置は、ドラフト補正量及び回避補正量に応じて補正された後にプラウ位置偏差算出部６１に入力される。
【００７５】
つまり、障害物回避制御では、トラクタ１０がプラウ２０を牽引する牽引力が目標牽引力より大きくなると目標プラウ位置が上方、すなわち、圃場に対するプラウ２０の深さが浅くなる方向に変更されるため、プラウ２０は障害物を容易に回避することが可能となる。
【００７６】
具体的には、まず、牽引力偏差算出部６５で算出された牽引力偏差の絶対値がマイナスであるか否か、すなわち、実際の牽引力が目標牽引力よりも大きいか否かが回避補正適用判定部６８で判定される。回避補正適用判定部６８で実際の牽引力が目標牽引力よりも大きいと判定された場合には、回避補正演算部６７において牽引力偏差の大きさと回避感度ダイヤル７４で設定された回避感度の大きさとに基づいて回避補正量が演算され、演算された回避補正量により目標プラウ位置は補正される。
【００７７】
回避補正演算部６７で演算される回避補正量は、常にマイナスの値であるため、回避補正量は目標プラウ位置に対して足し合わされ、補正後の目標プラウ位置は、回避補正量の大きさに応じて高くなる。また、目標プラウ位置には、回避補正量に加えてドラフト補正量が足し合わされるため、目標プラウ位置は、より障害物を避ける方向へと補正される。
【００７８】
このように、実際の牽引力が目標牽引力を超え、プラウ２０が障害物に衝突するおそれがある状態において、目標プラウ位置は、圃場に対するプラウ２０の深さが浅くなる方向、すなわち、障害物を避ける方向に補正されるため、プラウ２０が障害物に衝突することを確実に回避することが可能となる。また、障害物回避制御は、ドラフト制御にも用いられている荷重センサ８２を用いて行われているため、トラクタ１０のスリップを検出するためのセンサ類を別途設ける必要がない。このため、作業機昇降制御装置１００の製造コストの上昇を抑制することができる。
【００７９】
また、圃場の状態によっては、石等の障害物が多々あったとしても、プラウ２０によって粉砕される程度のものであれば、あえてプラウ２０を上昇させてこれらを回避する必要性はない。つまり、実際の牽引力が目標牽引力より高くなる度に回避補正量によって目標プラウ位置を圃場に対するプラウ２０の深さが浅くなる方向に補正してしまうと十分な深さの耕起作業が安定して行われなくおそれがある。
【００８０】
このため、障害物回避制御では、許容牽引力ダイヤル７５で許容牽引力が設定されている場合、実際の牽引力が許容牽引力を上回るまでは、回避補正演算部６７において、目標プラウ位置を補正する回避補正量の演算を実行しないようにしている。
【００８１】
具体的には、実際の牽引力が許容牽引力ダイヤル７５を介してオペレータにより設定された許容牽引力よりも小さい場合には、回避補正初期化判定部６９が回避補正演算部６７に対して初期化信号を出力する。回避補正演算部６７に初期化信号が入力されると、回避補正演算部６７では、回避補正量がリセットされゼロとなる。つまり、実際の牽引力が許容牽引力を上回らない限り、回避補正演算部６７では実質的に回避補正量が演算されない状態となる。
【００８２】
このように、実際の牽引力がある程度上昇し、許容牽引力を上回った場合にのみ、回避補正演算部６７において回避補正量が演算されるようにすることで、プラウ２０を無駄に急速上昇させることなく、障害物に衝突するおそれがあるときのみプラウ２０を急速上昇させることが可能となる。なお、許容牽引力としては、プラウ２０によって粉砕されないような障害物にプラウ２０が突き当たったときの牽引力よりもやや小さい値がオペレータによって経験的に設定される。
【００８３】
障害物回避制御において、補正された目標プラウ位置はプラウ位置偏差算出部６１に入力され、プラウ位置偏差算出部６１において実際のプラウ位置と補正された目標プラウ位置との偏差が算出される。以降の制御はポジション制御と同様であるため説明を省略する。
【００８４】
このように障害物回避制御では、目標プラウ位置をドラフト補正量に加えて回避補正量によって補正することによりプラウ２０が障害物に衝突することを回避するように、油圧シリンダ４０の伸縮量をフィードバック制御する。
【００８５】
なお、回避感度ダイヤル７４をオフ以外の位置に設定し、ドラフト感度ダイヤル７３をオフの位置に設定することで、ドラフト制御を停止し、障害物回避制御のみをポジション制御に追加させることも可能である。この場合、実際の牽引力が目標牽引力を超えた場合にのみ、目標プラウ位置は回避補正量によって補正されることになる。
【００８６】
以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【００８７】
作業機昇降制御装置１００では、実際の牽引力が目標牽引力よりも大きく、プラウ２０が障害物に衝突するおそれがある状態において、目標プラウ位置は、ドラフト補正量と回避補正量とによって、圃場に対するプラウ２０の深さが浅くなる方向、すなわち、障害物を避ける方向に補正される。このため、プラウ２０が障害物に衝突することが回避され、トラクタ１０が急停車することが防止されることで安定した耕起作業を行うことが可能となる。
【００８８】
また、回避補正量の演算には、ドラフト補正量の演算にも用いられている荷重センサ８２の検出値が用いられているため、プラウ２０が障害物に衝突することを回避する制御を実行するためにトラクタ１０のスリップを検出するセンサ類を別途設ける必要がない。このため、作業機昇降制御装置１００の製造コストの上昇を抑制することができる。
【００８９】
次に、図４を参照し、本実施形態の変形例について説明する。
【００９０】
上記実施形態では、回避補正初期化判定部６９には、荷重センサ８２の検出値が入力されるとともに、操作パネル７０の許容牽引力ダイヤル７５を介してオペレータにより設定された許容牽引力が入力される。これに代えて、図４に示すように、牽引力偏差算出部６５で算出された牽引力偏差と、図示しない許容牽引力偏差ダイヤルを介してオペレータにより設定された許容牽引力偏差と、が回避補正初期化判定部６９に入力される構成としてもよい。この場合、回避補正初期化判定部６９は、入力された牽引力偏差と許容牽引力偏差とを比較し、牽引力偏差が許容牽引力偏差よりも小さい場合には、回避補正演算部６７で演算された回避補正量を初期化する初期化信号を回避補正演算部６７に出力する。
【００９１】
以下、本発明の実施形態の構成、作用、及び効果をまとめて説明する。
【００９２】
作業機昇降制御装置１００は、伸縮することによりトラクタ１０に対してプラウ２０を昇降させる油圧シリンダ４０と、トラクタ１０に対するプラウ２０の昇降位置を検出するストロークセンサ８０と、トラクタ１０がプラウ２０を牽引する牽引力を検出する荷重センサ８２と、予め設定された目標プラウ位置とストロークセンサ８０の検出値との差である昇降位置偏差に基づいて油圧シリンダ４０を伸縮制御するコントローラ６０と、を備え、コントローラ６０は、予め設定された目標牽引力と荷重センサ８２の検出値との差である牽引力偏差に基づいて目標プラウ位置を補正する目標プラウ位置補正部６３を有し、目標プラウ位置補正部６３は、牽引力偏差を目標プラウ位置の補正に反映させる度合である予め設定されたドラフト感度と、牽引力偏差と、に基づいて目標プラウ位置を補正するドラフト補正量を演算するドラフト補正演算部６６と、ドラフト補正量とは別に、荷重センサ８２の検出値が目標牽引力よりも大きいときのみに、牽引力偏差を目標プラウ位置の補正に反映させる度合である予め設定された回避感度と、牽引力偏差と、に基づいて目標プラウ位置を補正する回避補正量を演算する回避補正演算部６７と、を有する。
【００９３】
この構成では、実際の牽引力が目標牽引力よりも大きく、プラウ２０が障害物に衝突するおそれがある状態において、目標プラウ位置は、ドラフト補正量と回避補正量とによって、圃場に対するプラウ２０の深さが浅くなる方向、すなわち、障害物を避ける方向に補正される。このため、プラウ２０が障害物に衝突することが回避され、トラクタ１０が急停車することが防止されることで安定した耕起作業を行うことが可能となる。また、回避補正量の演算には、ドラフト補正量の演算にも用いられている荷重センサ８２の検出値が用いられているため、プラウ２０が障害物に衝突することを回避する制御を実行するためにトラクタ１０のスリップを検出するセンサ類を別途設ける必要がない。このため、作業機昇降制御装置１００の製造コストの上昇を抑制することができる。
【００９４】
また、目標プラウ位置補正部６３は、回避補正量を初期化するか否かを判定する回避補正初期化判定部６９をさらに有し、回避補正初期化判定部６９は、荷重センサ８２の検出値が予め設定された許容牽引力よりも小さい場合、または、牽引力偏差が予め設定された許容牽引力偏差よりも小さい場合には、回避補正量を初期化する。
【００９５】
この構成では、実際の牽引力が許容牽引力を上回った場合にのみ、回避補正演算部６７において回避補正量が演算され、目標プラウ位置が補正される。このため、プラウ２０が障害物に衝突するおそれがあるときのみプラウ２０を急速上昇させることが可能となり、プラウ２０を無駄に上昇させることがなくなる。この結果、安定した耕起作業を行うことができる。
【００９６】
また、ドラフト感度及び回避感度の大きさは、オペレータによってそれぞれ変更可能である。
【００９７】
この構成では、オペレータがドラフト感度及び回避感度の大きさをそれぞれ任意に変更することが可能である。このため、ドラフト感度及び回避感度の大きさを圃場の状況に応じて変更することにより、ポジション制御、ドラフト制御、及び、障害物回避制御の何れの制御をどの程度優先的に実行させるかを自由に設定することができる。この結果、耕起作業の安定性を向上させることができる。
【００９８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００９９】
例えば、上記実施形態では、アクチュエータとして油圧シリンダが用いられているが、これに限定されず、アクチュエータは電動アクチュエータであってもよい。
【符号の説明】
【０１００】
１００・・・作業機昇降制御装置、１０・・・トラクタ（作業車両）、２０・・・プラウ（作業機）、３０・・・三点ヒッチ機構、４０・・・油圧シリンダ（アクチュエータ）、５０・・・エンジン、６０・・・コントローラ（制御部）、７０・・・操作パネル、８０・・・ストロークセンサ（昇降位置検出器）、８２・・・荷重センサ（牽引力検出器）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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