(57)【要約】【課題】防除ブームの左右ローリング制御を精度良く行なわせることを目的とする。【解決手段】走行車体の前部又は後部に防除ブーム２２，２３を備え、この防除ブーム２２，２３を傾斜センサ４５の検出値に基づいて左右ローリング自在に支持してなる散布作業車１において、前記傾斜センサ４５の検出値に含まれる低周波成分をデジタルフィルタで抽出し、この抽出結果に基づいて前記防除ブーム２２，２３を設定傾斜姿勢に制御させる。さらに、前記デジタルフィルタを用いて傾斜センサ４５の検出値から低周波成分を抽出した後に、一次微分係数と二次微分係数を求め、これらを基に防除ブーム２２，２３の左右傾斜姿勢を制御させ、傾斜センサ４５が検出した信号の振幅の大小に応じて水平基準値算出のための閾値を変更させる。【選択図】　　　　　図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行車体の前部又は後部に防除ブーム２２，２３を備え、この防除ブーム２２，２３を傾斜センサ４５の検出値に基づいて左右ローリング自在に支持してなる散布作業車１において、前記傾斜センサ４５の検出値に含まれる低周波成分をデジタルフィルタで抽出し、この抽出結果に基づいて前記防除ブーム２２，２３を設定傾斜姿勢に制御させてなる散布作業車。
【請求項２】
前記デジタルフィルタを用いて傾斜センサ４５の検出値から低周波成分を抽出した後に、一次微分係数と二次微分係数を求め、これらを基に防除ブーム２２，２３の左右傾斜姿勢を制御させるように構成すると共に、前記傾斜センサ４５が検出した信号の振幅の大小に応じて水平基準値算出のための閾値Ｓを変更させたことを特徴とする前記１項記載の散布作業車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、畑地や水田で管理作業を行なう乗用管理機に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
従来、乗用管理機の前部に防除ブームを装着して防除作業をするものが知られている。このような従来の乗用管理機では、通常、機体前部に設けた前後方向に沿う回動軸に防除ブームを揺動自在に支持すると共に、本機と防除ブームとの間には油圧シリンダのようなアクチュエータを設け、走行車両又はブーム側に取り付けた左右方向の傾きを検出する傾斜センサからの検出信号に基づいて前記防除ブームを設定傾斜姿勢に制御するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来装置の場合、走行中に機体が地面の凹凸部の影響を受けて左右方向に傾くと傾斜センサがその変化を検出して防除ブームを所定の傾斜姿勢（通常は水平状態）に制御させるが、傾斜センサは左右方向の傾き変化だけでなく、車輪が回転しているときのラグの影響等を受けやすく、これが高周波域のノイズとなって傾斜センサの検出値に加算される結果、ローリング制御用のコントローラから油圧シリンダに対して頻繁に制御指令が出されることになって、ブームが激しく揺れてハンチングを起こしたりすることがあった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明は前記問題点に鑑みて提案するものであり、次のような技術的手段を講じた。
即ち、請求項１の発明では、走行車体の前部又は後部に防除ブームを備え、この防除ブームを傾斜センサの検出値に基づいて左右ローリング自在に支持してなる散布作業車において、前記傾斜センサの検出値に含まれる低周波成分をデジタルフィルタで抽出し、この抽出結果に基づいて前記防除ブームを設定傾斜姿勢に制御させてなる散布作業車とした。
【０００５】
請求項２の発明は、前記デジタルフィルタを用いて傾斜センサの検出値から低周波成分を抽出した後に、一次微分係数と二次微分係数を求め、これらを基に防除ブームの左右傾斜姿勢を制御させるように構成すると共に、前記傾斜センサが検出した信号の振幅の大小に応じて水平基準値算出のための閾値を変更させたことを特徴とする前記１項記載の散布作業車とした。
【０００６】
上記構成による作用は次の通りである。
走行車体側に傾斜センサがある場合、走行車体が左右方向に傾くとその変化を傾斜センサが検知し、防除ブームを設定姿勢に維持させるに必要な伸縮量をコントローラが算出してアクチュエータである油圧シリンダに対して制御指令を出す。
【０００７】
この場合、傾斜センサは走行車体の傾斜だけでなく、回転している車輪のラグによるノイズ成分を同時に検出するが、デジタルフィルタによる信号処理が施されるため、ノイズによる高周波成分はこのデジタルフィルタで取り除かれて走行車体の本来の傾きだけが捉えられることになり、この結果、ローリング制御の精度が著しく向上する。
【０００８】
又、請求項２のように、デジタルフィルタを用いて傾斜センサの検出値から低周波成分を抽出した後に一次微分係数と二次微分係数を求め、信号の振幅の大小、言い換えると防除ブームの揺れの状態に応じて信号の閾値を変更させるように構成したので、安定した水平基準値の算出が可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、この発明の実施例を説明する。まず、構成から説明すると、１は主として畑や水田の中でカルチ作業や防除作業を行う乗用管理機である。この乗用管理機は同径の前輪２と後輪３を備え、機体の前部にエンジン４を搭載している。エンジン４はボンネット５で覆われ、ボンネット５の左右両側部にはマスト７，７が立設され、このマスト７，７には上部リンク８と下部リンク９とからなる昇降リンク１０が枢着されている。上部リンク８と下部リンク９とは長さが略等しく、従って、昇降リンク１０は側面から見ると平行四辺形を構成する。昇降リンク１０はボンネット５の外側方に設けた左右一対の電動シリンダ１１，１１により昇降される。
【００１０】
これら昇降リンク１０の前部には後述する防除ブーム２２，２３を取付けるための取付枠１２が連結される。この取付枠１２は正面から見ると矩形状をなし、取付枠１２の上部中央と下部中央の２ヵ所に前後方向に沿う回動軸１４，１５が設けられている。
【００１１】
上部回動軸１４には正面から見ると水平状のアーム１８が枢支され、このアーム１８上部の突部１８ａと昇降リンク１０の片側前端との間には油圧で動くアクチュエータ２０が取り付けられている（このアクチュエータ２０は油圧でなく電動式でもよい）。
【００１２】
アクチュエータ２０のピストンロッド２０ａが伸縮することにより前記アーム１８が上部回動軸１４廻りに回動する。
また、下部回動軸１５にはセンター防除ブーム２２が回動自在に枢着され、その左右にはサイド防除ブーム２３，２３が上下方向のピン２４，２４を中心として回動自在に枢着されている。
【００１３】
なお、この実施例ではセンター防除ブーム２２は前後に適当間隔をあけて２本配設されており、前側のセンター防除ブーム２２には散布ノズル２６…を取付け、後側のセンター防除ブーム２２には散布ノズル２６…を設けないで左右のサイド防除ブーム２３，２３を支持するだけの構成としている。そして、サイド防除ブーム２３，２３にはその長手方向に沿って複数個の散布ノズル２６…を設けている。
【００１４】
通常の薬液散布作業においては、中央のセンター防除ブーム２２にサイド防除ブーム２３，２３を左右に広げた状態で夫々の散布ノズル２６…から防除タンク２８内の薬液を散布するようにしている。
そして、前記アーム１８の左右両端部には外側が開放された平面視コ字型の受枠２７，２７が固着され、この受枠２７，２７に上下方向の通孔２９ａを有する駒２９を前後方向に沿うピン２５にて枢支し、この駒２９にロッド３０，３０を挿通すると共に、駒２９を挟んでロッド３０，３０の上下に２個のバランススプリング３１，３２を介装し、これらのスプリング３１，３２の上下には円形のカラー３３，３３を介装し、上側のカラー３３をボルト３４で固定するように構成している。
【００１５】
ロッド３０の下端部はセンター防除ブーム２２の上部に取り付けた三角プレート３６にピン３５にて枢着され、アーム１８がアクチュエータ２０によって上部回動軸１４廻りに揺動操作されるとこれらのバランススプリング３１，３２を介してセンター防除ブーム２２が上下方向に所定範囲内だけ回動するように構成している。
【００１６】
このような構成において、例えば、油圧アクチュエータ２０のピストンロッド２０ａが伸長すると正面から見て右側のバランススプリングのうち、下側のスプリング３２が圧縮され、このとき同時に左側バランススプリングのうち、上側のスプリング３１が圧縮されるように構成している。
【００１７】
即ち、アクチュエータ２０のピストンロッド２０ａが伸縮すると左右の分割されたバランススプリングが互いに圧縮作用を受け二重にスプリングの弾性力が効くように構成している。
バランススプリング３１，３２は着脱交換が可能であり、ブームの長さ、重量等に応じて適宜最適なスプリング荷重のものを選択して取り付けることができる。なお、バランススプリング３１，３２のうえにカラーやスペーサを重ねてスプリング荷重を変えるように構成しても良い。
【００１８】
また、後側のセンター防除ブーム２２の回動軸１５近傍であってこの後側のセンター防除ブーム２２上には図１に示すようにプレート３８を介してポテンショメータ３７を取り付け、このポテンショメータ３７の軸芯を回動させる二股アーム３７ａを上方へ向けて突設している。この二股アーム３７ａの中に取付枠１２側から前方へ向けて突設したピン３９を遊嵌させ、センター防除ブーム２２の左右揺動量を検出するようにしている。センター防除ブーム２２はアクチュエータ２０によって作動させられる構成のため、前記ポテンショメータ３７はセンター防除ブーム２２の左右揺動量だけでなくアクチュエータ２０の伸縮量をも検出することになる。
【００１９】
また、本機自体の左右傾斜角度を検出する傾斜センサ４５は座席４６横に設けられている。この傾斜センサ４６は昇降リンクの上部でもよいが、座席４６横のように機体の中心に近く振動が少ない場所の方が誤作動を起こさない点からも望ましい。
【００２０】
符号４７はサイド防除ブーム２３を内外に回動させる電動シリンダー、４８はサイド防除ブーム２３を上下動させる電動シリンダーである。
次に図３の制御ブロック図について説明する。
座席４６の右横に設けた操作ボックスには、水平切換スイッチ５７と傾き調整ダイヤル５８と手動スイッチ５９が設けられている。
【００２１】
水平切換スイッチ５７は、傾斜制御のモードを設定するもので、「手動位置」と「平行位置」と「水平位置」の３位置の設定が可能である。「手動位置」にするとポテンショメータ３７や傾斜センサ４５からの信号は無視され、作業者が手動スイッチ５９を押したときだけアクチュエータ２０に対する傾斜調節信号が出されるように構成している。この手動スイッチ５９を右下げ方向に倒すとアクチュエータ２０のピストンロッド２０ａは縮小し、反対に左下げ方向に操作するとアクチュエータ２０のピストンロッド２０ａは伸長してブーム全体２３を左側が下方となるように押し下げる。
【００２２】
水平切換スイッチ５７を「平行位置」に設定すると本機と作業機である防除ブームとは常に同じ平行関係（本機が水平姿勢にあるときにブームも水平姿勢となる関係）を維持した状態になる。この平行モードの場合、本機が右に傾くとブームも右に同じ角度だけ傾くように制御が働く。一方、水平切換スイッチ５７を「水平位置」に設定すると本機が地面の凹部に入り込んだり凸部に乗り上げて本機が左右に傾いても防除ブーム２２，２３全体は常に水平姿勢に制御されるものである。
【００２３】
傾き調整ダイヤル５８は防除ブーム２２，２３の左右ローリング量を設定するものであり、防除ブーム２２，２３を水平姿勢に維持したい場合はこの傾き調整ダイヤル５８を「水平」位置に設定しておく。「水平」位置から右に回すほど傾き調整は右下げ姿勢となり、反対に左に回すと左下がりの姿勢が設定される。
【００２４】
前述の水平切換スイッチ５７、傾き調整ダイヤル５８、手動スイッチ５９は本機に搭載したコントローラ６０に接続されており、コントローラ６０側からの指令によって前記アクチュエータ２０が制御される。
上述のような構成において、水平切換スイッチ５７を「水平位置」に設定して防除ブーム２２，２３を常に水平姿勢を維持させるように制御させる場合、走行車体の傾きは座席４６横に設けた傾斜センサ４５によって検出される。
【００２５】
作業中に後輪３が凹部に落ちたり、凸部に乗り上げると走行車体は左右に傾くため傾斜センサ４５がその傾斜を検知することになる。
この傾きを修正する方向に油圧アクチュエータ２０のピストンロッド２０ａが伸縮して防除ブーム２２，２３の姿勢をこれが水平になるように修正する。
【００２６】
この場合、本機に対する防除ブーム２２，２３の相対的傾きはポテンショメータ３７で検出されるため、防除ブーム２２，２３を常に水平に制御することができるものである。
水平切換スイッチ５７を「水平位置」に設定した状態で傾き調整ダイヤル５８を水平位置（０点）から左右いずれかの方向に回動すると、ブームは右下がりの状態、若しくは左下がりの状態に設定されることになり、その設定された角度を基準としてローリング制御が続行される。
【００２７】
従って、傾き調整ダイヤル５８を握って右下がり３度の状態に設定すれば、走行車体が左右方向に如何に傾いても防除ブーム２２，２３は常に右下がり３度の傾き姿勢を維持することができる。
また、水平切換スイッチ５７を「平行位置」に設定した状態で作業を行うと、走行車体と防除ブーム２２，２３とは常に平行な関係を維持しながら制御され、車体が左に傾くと防除ブーム２２，２３も同じ位置関係を維持したまま傾く。
【００２８】
この場合、走行車体に対する防除ブーム２２，２３の相対的な位置関係はポテンショメータ３７によって検出されており、防除ブーム２２，２３は左右のバランススプリング３１，３２がほとんど効かないフリーに近い状態で制御される。水平切換スイッチ５７を「手動位置」にすると、防除ブーム２２，２３の左右傾斜制御は全く働かず、手動スイッチ５９による操作だけが有効になる。手動スイッチ５９を右下げ方向、または左下げ方向に操作することによってブームを任意の傾斜姿勢に維持することができる。
【００２９】
次にデジタルフィルタを用いて低周波成分を抽出する方法について説明する。デジタルフィルタのサンプリング周波数を例えばＦｓ、カットオフ周波数をＦｃ（これ以上の周波数をカットする）とする。
例えば、フィルター段数を７７段に設定し、フィルター係数をｈ０，ｈ１，…ｈ３７，ｈ３８と３９個を取ると、デジタルフィルター（ＤＦＴ）の算出値Ｈは次のとおりになる。ここでＸｎ−７６，Ｘｎ−７５、…はサンプリングされた傾斜センサの測定値である。
【００３０】
Ｈ＝ｈ３８＊Ｘｎ−７６＋ｈ３７＊Ｘｎ−７５＋…ｈ３７＊Ｘｎ−１＋ｈ３８＊Ｘｎ
このようにして求められたデジタルフィルター（ＤＦＴ）値Ｈと、傾斜センサ４５が検出した生のデータ（検出値）との関係を図示したものが図４のグラフである。傾斜センサ４５が検出した生のデータに対してデジタルフィルター値は僅かに時間的遅れを伴うものの、小刻みに振動するノイズ（高周波成分）は取り除かれているので、制御が安定し、精度の高いローリング制御が行なえる特徴を有する。
【００３１】
また、防除ブームを用いて薬剤散布作業を行なう場合、ブームの長さが１５ｍ近くもあって非常に長いため、作業中にこの防除ブームが上下に大きく揺動することがある。
図５のグラフは傾斜センサ４５の検出値（生データ）と、デジタルフィルターで処理をしたデジタルフィルター算出値と、揺れの中心（有効データを移動平均したもの）をグラフ表示したものである。縦軸に傾斜センサの検出値（測定電圧）を取り、横軸には時間を取っている。揺れの中心（太い実線部分）に対して傾斜信号の振幅が大きい領域では二次微分係数Ｑｎを大きくし、反対に振幅が小さい領域では二次微分係数Ｑｎを小さくするようにしている。ここで一次微分係数Ｐｎは（Ｈｎ―Ｈｎ−１）／ｔで定義付けられ、二次微分係数Ｑｎは（Ｐｎ−Ｐｎ−１）／ｔで定義される。
【００３２】
図６はその制御フローチャートである。
簡単に説明すると、傾斜センサ４５からの信号を検出してこれにデジタルフィルタ処理を掛け、高周波成分を取り除く。
そして得られたデータから二次微分係数Ｑｎを算出する。さらに得られた二次微分係数Ｑｎが設定範囲内の有効データであるかどうかを判定し、有効データであるなら水平基準算出用のデータとし、設定範囲外であれば水平基準算出用のデータとしない。換言すれば、二次微分係数Ｑｎから波形上のピークとボトムを判断してこれらのピーク、ボトムを除去したＤＦＴ値を水平基準算出データとするのである。
【００３３】
そして、この場合において、防除ブームの揺れが大きい場合には制御の閾値Ｓを広げ、言い換えると有効データが取れる領域を大きくし、そうでない場合は閾値Ｓを小さくするものである。このように防除ブームの揺れの大小に応じて水平基準算出のためのデータの閾値Ｓを変更するように構成したので、閾値Ｓを固定する方式に比べて精度の高いローリング制御が可能となるものである。
【００３４】
なお、上記のように防除ブームの揺れが大きく変化しているときに、設定傾斜姿勢に復帰させるべく油圧シリンダに対して制御出力を出すと油圧シリンダの速度が遅くて制御が間に合わない場合が出てくることがある。
このため、傾斜が設定以上で揺れが激しく、しかも、その振幅が大きい領域では最初に閾値を越えた側に対してだけ制御出力を出すようにし、ブームの傾斜方向が変わったときには反対出力を出さないようにすると制御が安定する。
【００３５】
最後に図７及び図８に基づいて傾斜センサ信号の遅れを補正する予測制御方法について説明する。
ノイズ除去のためにデジタルフィルター処理をかけると実時間に対して幾分の遅れが生じることは先に述べた通りである。
【００３６】
そこで、ここで述べる遅れ補正の方法は、その遅れの影響を受けないように簡単な二次関数を用いて現時点における傾斜センサ４５の信号値を予測し、それを制御に利用するものである。
具体的信号処理の方法としては、直流成分抽出用のデジタルフィルタＤＦＴ１と平滑用のデジタルフィルタＤＦＴ２の２つを用いる。両デジタルフィルタのサンプリング周波数ｆｓとカットオフ周波数、及びフィルター係数を決め、例えば、直流成分抽出用のサンプリング周波数を１０Ｈｚ、フィルター係数をｈ０からｈ３８まで取り、同じように現在値推定用のサンプリング周波数を１００Ｈｚ、フィルター係数をｈ０からｈ３８まで取る。現在値の推定は、平滑用デジタルフィルタＤＦＴ２上の任意の２点から二次関数（ｙ＝ａｘ２＋ｂ）を決定し、この関数の任意の時間後（例では２．５秒後とした）の値と直流成分抽出用のデジタルフィルタＤＦＴ１の差に定数を掛け、ＤＦＴ１の値を加算するようにしている。
【００３７】
図８が上記二次関数の２点の関係を示したものである。ある時間のＤＦＴ２と１００ｍｓｅｃ後のＤＦＴ２を求め、これを１０ｍｓｅｃ間隔でサンプリングする。
この場合、定数ａ，ｂは次のように求められる。
【００３８】
ａ＝（Ｖｎ−Ｖｎ−１）／（ｔｎ２−ｔｎ−１０２）
ｂ＝Ｖｎ−ａ＊ｔｎ２
補正量は、求めた二次関数の２．５秒後の値を算出し、これを現在値とする方式を採用しているので、
遅れ補正値（Ｖｒｅｖ）は次のように求められる。
【００３９】
Ｖｒｅｖ＝ａ＊（ｔｎ＋２．５）２＋ｂ
このようにして求めた補正値（Ｖｒｅｖ）を利用して予測値（Ｖｆｏｒ）を算出する。
Ｖｆｏｒ＝（Ｖｒｅｖ―ＶＨ）＊α＋ＶＨ
ここでＶＨは直流成分であり、減衰率αは０．１としている。
【００４０】
図７を用いてグラフの特徴を説明すると、傾斜センサ４５が検出した生のデータ（細い実線）に対してＤＦＴ２値（１点鎖線）は時間的にやや遅れている。
ここで求めた二次関数に２．５秒後の値を入れてこれを現在値としたものがグラフの（イ）で示す波形であり、上下に激しく揺動している箇所である。
【００４１】
そして、直流部分（太い実線部分）からの偏位を考慮して減衰率（１０％）を掛けたものが点線で記載したもので、これが予測値である。この予測値を用いてローリング制御を行なわせるため、制御の遅れがなく防除ブームのローリング制御の精度が一段と向上する。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は、前記の如く構成したので、以下の効果を奏する。
即ち、請求項１記載の発明では、走行車体の前部又は後部に防除ブーム２２，２３を備え、この防除ブーム２２，２３を傾斜センサ４５の検出値に基づいて左右ローリング自在に支持してなる散布作業車１において、前記傾斜センサ４５の検出値に含まれる低周波成分をデジタルフィルタで抽出し、この抽出結果に基づいて前記防除ブーム２２，２３を設定傾斜姿勢に制御させてなる散布作業車としたので、車輪による高周波成分の影響を受けずに防除ブーム２２，２３のローリング制御を精度良く行なえる。
【００４３】
請求項２の発明は、前記デジタルフィルタを用いて傾斜センサ４５の検出値から低周波成分を抽出した後に、一次微分係数と二次微分係数を求め、これらを基に防除ブームの左右傾斜姿勢を制御させるように構成すると共に、前記傾斜センサが検出した信号の振幅の大小に応じて水平基準値算出のための閾値を変更させたことを特徴とする前記１項記載の散布作業車としたので、防除ブーム２２，２３の揺れの大きさに応じた細かいローリング制御が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】乗用管理機の正面図である。
【図２】乗用管理機の側面図である。
【図３】制御ブロック図である。
【図４】傾斜センサのＤＦＴ処理のグラフである。
【図５】図４のグラフに有効データと防除ブームの揺れの中心を書き加えたグラフである。
【図６】閾値Ｓを変更する制御のフローチャートである。
【図７】センサ信号の遅れ補正予測に関するグラフである。
【図８】予測値算出方法における２点間の関係について説明した図である。
【符号の説明】
１　　　乗用管理機
２　　　前輪
３　　　後輪
４　　　エンジン
５　　ボンネット
１５　下部回動軸
２０　油圧アクチュエータ
２２　センター防除ブーム
２３　サイド防除ブーム
４５　傾斜センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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