(57)【要約】【課題】  走行機体に作業装置を電動モータにより駆動ローリング自在に連結し、傾斜検出手段によって作業装置における左右方向の傾斜角度を検出し、その検出傾斜角度に基づいて電動モータを通電作動させて、作業装置の左右傾斜角度を目標傾斜角度に近づけるよう構成した農作業機のローリング制御装置において、電動モータやそのドライバーの熱保護や過負荷保護を図るとともに、負荷が軽減した後のローリング制御を遅れなく速やかに行えるようにする【解決手段】  検出傾斜角度θと目標傾斜角度θ0との偏差に基づいて電動モータ５３の駆動電流を制御するよう構成するとともに、電動モータ５３の駆動負荷を検知する負荷検知手段を備え、検知された駆動負荷が設定範囲内に維持されるように電動モータ５３の駆動電流を制御する保護手段を備えてある。【選択図】        図７
2008035752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行機体に作業装置を電動モータにより駆動ローリング自在に連結し、傾斜検出手段によって作業装置における左右方向の傾斜角度を検出し、その検出傾斜角度に基づいて前記電動モータを通電作動させて、作業装置の左右傾斜角度を目標傾斜角度に近づけるよう構成した農作業機のローリング制御装置であって、
前記検出傾斜角度と目標傾斜角度との偏差に基づいて前記電動モータの駆動電流を制御するよう構成するとともに、電動モータの駆動負荷を検知する負荷検知手段を備え、検知された駆動負荷が設定範囲内に維持されるように電動モータを通電制御する保護手段を備えてあることを特徴とする農作業機のローリング制御装置。
【請求項２】
前記電動モータの駆動電流をデューティ制御するよう構成するとともに、電動モータによって作動されるローリング駆動部材の作動位置を検出するセンサを備え、電動モータの駆動電流を制御する駆動出力デューティと前記ローリング駆動部材の位置変動に基づいて電動モータの駆動負荷を推定するよう前記負荷検知手段を構成してある請求項１記載の農作業機のローリング制御装置。
【請求項３】
前記ローリング駆動部材の作動範囲を設定し、ローリング駆動部材が前記作動範囲の限界に到達したことが前記センサで検出されると、作動範囲内に戻す方向のローリング作動指令が出されるまでローリング駆動部材を限界位置に維持するよう電動モータを通電制御するよう構成してある請求項２記載の農作業機のローリング制御装置。
【請求項４】
前記駆動出力デューティの最大値を制限するよう構成してある請求項２または３に記載の農作業機のローリング制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、田植機や農用トラクタなどの農作業機に利用されるローリング制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
農作業機の一例である乗用型の田植機では、例えば特許文献１に示されているように、作業装置として苗植付け装置を走行機体の後部に駆動ローリング自在に連結し、苗植付け装置の傾斜角検出情報に基づいてローリング用の電動モータ14を通電制御して、苗植付け装置3の左右方向での傾斜角度を目標傾斜角度に安定維持するよう構成するとともに、電動モータによって強制ローリング駆動される中間フレーム11の左右ローリング限界位置をリミットスイッチ21R，21Lで検出するよう構成したものが知られている。
【特許文献１】特開平９−９７４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
リミットスイッチなどで左右ローリング限界位置を検出する構造においては、ローリング限界位置に到達したことが検出されたり、電動モータに設定以上の電流が流れたことが検知されると、自動的に電動モータへの通電が遮断されて、電動モータやそのドライバーの熱保護や過負荷保護がなされるのが一般的である。この場合、電動モータへの通電が遮断されることでローリング方向での保持力がなくなり、ローリング駆動される作業装置（苗植付け装置）が重量バランスの崩れによって傾斜したり、負荷が軽減してローリング制御が復帰された場合の作動遅れが発生することがあった。
【０００４】
本発明は、このような点に着目してなされたものであって、電動モータやそのドライバーの熱保護や過負荷保護を図るとともに、負荷が軽減した後のローリング制御を遅れなく速やかに行えるようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１の発明は、走行機体に作業装置を電動モータにより駆動ローリング自在に連結し、傾斜検出手段によって作業装置における左右方向の傾斜角度を検出し、その検出傾斜角度に基づいて電動モータを通電作動させて、作業装置の左右傾斜角度を目標傾斜角度に近づけるよう構成した農作業機のローリング制御装置であって、
前記検出傾斜角度と目標傾斜角度との偏差に基づいて前記電動モータの駆動電流を制御するよう構成するとともに、電動モータの駆動負荷を検知する負荷検知手段を備え、検知された駆動負荷が設定範囲内に維持されるように電動モータを通電制御する保護手段を備えてあることを特徴とする。
【０００６】
上記構成によると、作業装置のローリング作動抵抗が大きくなる、等して電動モータの駆動負荷が設定範囲の限界に到達したことが検出されると、その時点の電流量以上の電流が電動モータに流されることが抑制され、電動モータの駆動負荷が設定範囲から外れることがないように電動モータの駆動電流が抑制制御される。つまり、電動モータには駆動電が供給され続けられることになり、通電遮断された場合のように自由ローリング状態になることはなく、作業装置が検出傾斜角度に関係なく重量バランスの崩れなどによって勝手に傾斜してしまうことはない。
【０００７】
駆動負荷が軽減されて設定範囲内に戻ったことが検知されると、通常の制御状態に復帰し、検出傾斜角度に基づいて割り出された電流量で電動モータが通電制御され、作業装置の傾斜角度が速やかに目標傾斜角度に近づけられる。
【０００８】
従って、第１の発明によると、電動モータやそのドライバーの熱保護や過負荷保護を図りながら、通電遮断によって作業装置が勝手に傾斜してしまうようなことがないために、次に負荷が軽減した後のローリング制御を遅れなく速やかに行うことが可能となる。
【０００９】
第２の発明は、上記第１の発明において、
前記電動モータの駆動電流をデューティ制御するよう構成するとともに、電動モータによって作動されるローリング駆動部材の作動位置を検出するセンサを備え、電動モータの駆動電流を制御する駆動出力デューティと前記ローリング駆動部材の位置変動に基づいて電動モータの駆動負荷を推定するよう前記負荷検知手段を構成してあるものである。
【００１０】
上記構成によると、或る電流量に対してローリング駆動部材の位置変動速度が小さいほど駆動負荷が大きいものとなるので、電流量を決める駆動出力デューティとローリング駆動部材の位置変動の速度とを予め入力したマップデータ等に基づいて対比することで電動モータの駆動負荷を推定することができる。この場合、ローリング駆動部材の位置はポテンショメータなどの安価なセンサで簡単に検出できるので、トルクセンサなどの負荷検出センサを用いない安価な構成で電動モータの駆動負荷を取得して、過負荷を防止した好適な通電制御を行うことができる。
【００１１】
第３の発明は、上記第２の発明において、
前記ローリング駆動部材の作動範囲を設定し、ローリング駆動部材が前記作動範囲の限界に到達したことが前記センサで検出されると、作動範囲内に戻す方向のローリング作動指令が出されるまでローリング駆動部材を限界位置に維持するよう電動モータを通電制御するよう構成してあるものである。
【００１２】
上記構成によると、駆動負荷を推定するデータとしてのローリング駆動部材の位置情報を利用してローリング駆動部材の作動範囲を制限することができ、ローリング駆動部材の作動範囲を決めるリミットスイッチなどが不要となり、センサ類の数を少なくして安価に実施することができる。
【００１３】
第４の発明は、上記第２または３の発明において、
前記駆動出力デューティの最大値を制限するよう構成してあるものである。
【００１４】
上記構成によると、検出傾斜角度と目標傾斜角度との偏差が大きくなるに連れて、電動モータへの電流量を増すために駆動出力デューティが大きいものとなるが、駆動出力デューティの最大値が制限されることで電動モータへ過大な電流がながされることがなく、電動モータやそのドライバーの熱保護が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１に、本発明に係る農作業機の一例として施肥装置付きの乗用型田植機の側面図が、図２にその平面図が示されている。この乗用型田植機は、前輪１および後輪２を備えて４輪駆動走行可能に構成された走行機体３の後部に、平行四連リンク構造のリンク機構４を介して８条植え仕様の苗植付け装置（作業装置）５が昇降自在に連結され、機体後部に施肥装置６が装備されるとともに機体前部の左右に予備苗のせ台７を備えた構造となっており、前記リンク機構４を油圧シリンダ８で上下に駆動揺動することで苗植付け装置５を昇降制御することができるようになっている。苗植付け装置５は、リンク機構４の後端部に前後方向支点Ｘ周りにローリング自在に連結されるとともに、リンク機構４の後端上部に備えたローリング駆動機構９によって苗植付け装置５が後述のようにローリング制御される。
【００１６】
前記走行機体３の前部にはエンジン１０が搭載され、その出力が前後進の無段変速が可能な油圧式無段変速装置（ＨＳＴ）１１に伝達され、その変速出力がミッションケース１２に入力され、図示されない副変速装置でギヤ変速された後、ミッションケース１２に支持された左右の前輪１に伝達されるとともに、ミッションケース１２から後方に取出された走行系動力が伝動軸１３を介して後部伝動ケース１４に伝達され、後部伝動ケース１４に支持された左右の後輪２に伝達されるようになっている。油圧式無段変速装置１１からミッションケース１２に伝達された変速出力の内の正転動力が作業用動力として分岐され、ミッションケース１２に内装された図示されない株間変速装置でギヤ変速された後、ミッションケース１２の後方から取り出され、伝動軸１５および伸縮伝動軸１６を介して苗植付け装置５に伝達されるようになっている。
【００１７】
図２，図３に示すように、前記苗植付け装置５は、横長角筒状の植付けフレーム２１、走行機体３から取り出された作業用動力を受けるフィードケース２２、一定ストロークで左右に往復横移動する苗のせ台２３、８組の回転式の植付け機構２４、および、後部左右に２条分づつの前記植付け機構２４を備えた４個の植付けケース２５、田面Ｔの植付け箇所を均平整地する５個の整地フロート２６、等を備えている。
【００１８】
並列配備された５個の整地フロート２６のうちの中央のものは、苗植付け装置５の田面Ｔに対する高さを検知する接地センサＳＦとして利用されている。図５に示すように、前記接地センサＳＦの後部部支点ｑ周りの上下揺動変位がポテンショメータ２７によって電気的に検知され、その検知情報が制御装置２８に入力されて演算処理され、接地センサＳＦの上下揺動姿勢が設定姿勢となるように前記油圧シリンダ８の作動を司る電磁式の制御弁２９を作動させることで、苗植付け装置５の田面Ｔに対する高さを一定に維持して、植付け深さを安定維持する自動植付け深さ制御が実行されるようになている。
【００１９】
図４に示すように、ローリング駆動機構９は、リンク機構４の後端上部に連結したブラケット５０に前後向き支点ａ周りに左右揺動可能に支持されたローリング駆動部材５１と、これをギヤ減速機構５２を介して揺動駆動する電動モータ５３とから構成されている。図３に示すように、前記植付けフレーム２１の左右から立設された支柱５４の上端に亘って支持枠５５が横架され、この支持枠５５の左右箇所に装着されたガイド部材５６が、苗のせ台２３の背部に補強枠を兼ねて横架連結された案内レール５７に係合されて、苗のせ台２３の上部が左右移動可能に係合案内されている。前記ローリング駆動部材５１の上方遊端部と前記支持枠５５の左右箇所とが融通バネ５８を介して連結されている。
【００２０】
この構成によると、苗植付け装置５はローリング駆動部材５１に対して融通バネ５８を介して所定小範囲で自由ローリング可能に弾性支持されることになり、苗植付け装置５が整地フロート２６を介して田面Ｔに接地している状態では、走行機体３が多少左右傾斜しても弾性融通の範囲内で苗植付け装置５は田面Ｔに接地追従するようになっている。
【００２１】
ローリング駆動機構９の電動モータ５３は、苗植付け装置５に装備された後述する傾斜角検出手段からの検出情報に基づいて作動制御され、走行機体３が耕盤の凹凸等によって左右に傾斜して苗植付け装置５が傾斜しかかっても、その傾斜を復元させる方向に苗植付け装置５がローリング制御されて、常に設定されたローリング姿勢（一般に水平）に安定維持され、もって、各植付け機構２４による植付け深さに差異の少ない植付けが行われるようになっている。前記ローリング駆動部材５１の揺動位置がポテンショメータ６０で検出され、ローリング駆動部材５１が設定された揺動位置に至ると、その揺動位置に維持されるように電動モータ５３が通電制御されて、ローリング駆動部材５１の揺動範囲が制限されるようになっている。
【００２２】
リンク機構４の後端上部に連結した前記ブラケット５０と苗のせ台２３の背面における前記案内レール５７の左右箇所とに亘って復帰用バネ５９が張設されており、苗のせ台２３の横移動によって移動方向側の復帰用バネ５９が伸ばされることで、苗のせ台横移動に伴うローリング用の支点Ｘ周りの重量バランスの崩れを是正する方向の回動力が、伸長された復帰用バネ５９によってもたらされるようになっている。
【００２３】
苗植付け装置５の左右方向の傾斜角度を検知する手段としては、重力式の角度センサ６１と、左右方向の角速度を検知する振動ジャイロ型の角速度センサ６２とが利用されて、ローリング用の支点Ｘ近くにおいて植付けフレーム２１に取付けられている。図６の制御ブロック図に示すように、両センサ６１，６２からの検出信号は前記制御装置２８に入力され、苗植付け装置５をローリング制御するための検出傾斜角度θが以下のようにして算出され、ローリング制御が実行される。
【００２４】
前記角度センサ６１の検出値θgは、ローパスフィルタ６３に通されてその低周波成分だけが取得され、また、角速度センサ６２の検出値ｅは、ローカットフィルタ６４を通されたのち積分処理されて傾斜角が算出され、この演算値が更にローカットフィルタ６５に通されてその高周波成分だけが取得され、次に角度センサ６１の検出値θgに基づいて取得された低周波成分の傾斜角度θ1と、角速度センサ６２からの検出値ｅに基づいて取得された高周波成分の傾斜角度θ2とが加算されて、この値が検出傾斜角度θとされる。
【００２５】
なお、角度センサ６１からの検出値θgは重力式センサ自体の平滑特性によって検出信号の高周波成分の一部が外乱とともに除去されているので、この除去された高周波成分を補うために角度センサ６１の特性に対応した特性のローカットフィルタ６４が導入されている。また、ローパスフィルタ６３で除去された高周波成分を補うようにローカットフィルタ６５の特性が設定される。
【００２６】
つまり、苗植付け装置５が急速に傾斜すると、角度センサ６１からの検出値θgには振動等による外乱が含まれるとともに、慣性の影響で逆方向の信号が出力されることがあるので、これらを含む高周波成分を除去した値が基本的な傾斜角度θ1として取得される。そして、傾斜角変動の除去された高周波成分を補うために、角速度センサ６２の検出値ｅに基づいて演算取得された高周波成分の傾斜角度θ2が加算され、全体として優れた応答性および高い精度で検出傾斜角度θが算出されるのである。
【００２７】
上記のようにして算出された検出傾斜角度θは、傾斜角度設定器６６によって設定された目標傾斜角度θ0と比較演算され、両者の偏差｜θ0-θ｜が予め入力設定されている不感帯εより大きいと、その偏差が不感帯内に収まる方向に電動モータ５３が通電制御されることで、苗植付け装置５が目標傾斜角度θ0に安定維持されるのである。
【００２８】
なお、田植機においては、ほとんどの田面Ｔが水平であるので、前記目標傾斜角度θ0を水平に設定することで、苗植付け装置５を田面Ｔと平行な水平姿勢に維持して全条での植付け深さを均一にすることができるが、畦際において田面Ｔが左右に傾斜しているような水田における畦際での植付け作業においては、傾斜角度設定器６６を調節して目標傾斜角度θ0を田面Ｔの傾斜に合わせて調整することで、傾斜した田面Ｔと平行な植付けを行って植付け深さを均一化を図ることができるものとなる。
【００２９】
前記電動モータ５３のドライバー７０は、制御装置２８からの指令に基づいて電動モータ５３の駆動電流をデューティ制御するよう構成されている。図７のフロー図に示すように、上記のようにして演算された検出傾斜角度θと目標傾斜角度θ0との偏差｜θ0-θ｜の大きさに応じて駆動出力デューティＤが演算され（♯01，♯02）、駆動出力デューティＤが大きいほど電動モータ５３に流す電流量が大きくなる。ただし、駆動出力デューティＤの最大値が予め制限設定されており、電動モータ５３やドライバー７０に過大な電流が流れないようになっている。
【００３０】
演算された駆動出力デューティＤに対する前記ポテンシュメータ６０からの検出値の変動速度から電動モータ５３の駆動負荷（負荷トルク）が推定される（♯03）。つまり、或る電流量での駆動においてローリング駆動部材５１の移動速度が小さいほど駆動負荷が大きいものであり、ポテンショメータ６０からの検出値の変動速度と駆動出力デューティＤとをマップデータに基づいて対比することで電動モータ５３の駆動負荷を推定するのである。
【００３１】
推定された駆動負荷が予め設定された許容範囲にあるか否かが判別され（♯04）、許容範囲の限界に到達すると、目標傾斜角度θ0と検出傾斜角度θとの偏差｜θ0-θ｜の大きさに応じて演算された前記駆動出力デューティＤに優先して、駆動負荷の限界値を維持する駆動出力デューティＤ’で電動モータ５３が通電制御される（♯05，♯06）。推定された駆動負荷が許容範囲の限界より所定量（ヒステリシス量）を下回ったことが認識されると（♯07）、目標傾斜角度θ0と検出傾斜角度θとの偏差｜θ0-θ｜の大きさに応じて演算された駆動出力デューティＤで電動モータ５３が通電される通常の制御状態に復帰する。
【００３２】
図８のフロー図に示すように、ローリング駆動部材５１が予め設定されている作動範囲における左方あるいは右方の限界に到達すると、これがポテンショメータ６０からの情報に基づいて検知され、作動範囲内に戻す方向のローリング作動指令が出されるまでローリング駆動部材５１を限界位置に維持するよう電動モータ５３が通電制御される。
【００３３】
図９のフロー図に示すように、上限まで上昇されている苗植付け装置５を田面Ｔまで下降させる場合、運転作業者によって下降指令が出されて下降が開始されてもローリング制御が直ちに実行されることはなく、接地センサＳＦが田面Ｔに接触したことがポテンショメータ２７の出力変化によって検知されるまでは、ローリング駆動部材５１が下降開始時の位置に維持され、苗植付け装置５が下降開始時の姿勢に維持されながら下降される。接地センサＳＦが田面Ｔに接触してポテンショメータ２７に出力変化が発生すると、苗植付け装置５が接地したとが判断され、これ以降は通常のローリング制御が行われる。
【００３４】
畦際での機体方向転換などにおいて、運転作業者によってだされた上昇指令に基づいて苗植付け装置５が強制上昇される際、リンク機構４が上限まで上昇して上限リミットスイッチ３０がオン操作されるまではローリング制御が実行され、苗のせ台２３に載置された苗の消費具合などによって苗植付け装置５の左右重量バランスが崩れていても、苗植付け装置５は水平姿勢に維持されながら上昇されることになる。上限に到達したことが上限リミットスイッチ３０によって検知されると、制御弁２９が自動的に中立復帰制御されて苗植付け装置５の上昇が停止されるとともに、ローリング制御も停止される。なお、上限に到達した苗植付け装置５は、リンク機構４との接当によって機械的に走行機体３に対して平行な姿勢に固定され、走行中に勝手にローリングすることが阻止される。
【００３５】
〔他の実施例〕
（１）電動モータ５３の駆動負荷を検出する手段としては、電動モータ５３の出力軸などにトルクセンサを装備して、直接に駆動負荷トルクを検出することもできる。
（３）本発明は、乗用型の田植機の他に、走行機体に水田直播装置や水田除草装置などの作業装置を昇降およびローリング自在に連結した農作業機や、ロータリ耕耘装置を昇降およびローリング自在に連結した農用トラクタに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】田植機の全体側面図
【図２】田植機の全体平面図
【図３】苗植付け装置を機体前方から見た背面図
【図４】ローリング駆動機構の縦断側面図
【図５】制御系全体の概略を示すブロック図
【図６】ローリング制御系のブロック図
【図７】ローリング制御系のフロー図
【図８】ローリング限界制御のフロー図
【図９】昇降とローリング制御との関連作動を示すフロー図
【符号の説明】
【００３７】
１                走行機体
３                作業装置（苗植付け装置）
５１              ローリング駆動部材
５３              電動モータ
θ0               目標傾斜角度
Ｄ                駆動出力デューティ
θ                検出傾斜角度
【図１】
2008035752.tif 000003
【図２】
2008035752.tif 000004
【図３】
2008035752.tif 000005
【図４】
2008035752.tif 000006
【図５】
2008035752.tif 000007
【図６】
2008035752.tif 000008
【図７】
2008035752.tif 000009
【図８】
2008035752.tif 000010
【図９】
2008035752.tif 000011