JP5259284B2 - 農作業機 - Google Patents

Description

本発明は、農作業機に関し、特に、トラクタに装着され、トラクタの基本情報及びトラクタの状態情報に基いて適切に制御可能な動作部を有する農作業機に関する。

トラクタは、各メーカーごとに、また型式ごとに車格や旋回性および走行速度の切替段数や変速比が異なっており、オフセット作業機では、作業時のオフセット位置を、手動や油圧及び電動装置を操作して作業者が設定する必要があり、施肥作業機や播種作業機では、散布量や播種量はＰＴＯ駆動型では、作業者が設定する必要があった。

また、特許文献１には、作業機のＩＣタグを読み取り、作業機に応じて、トラクタ側の自動制御機能の自動設定を行うことができる農作業機が記載されている。
特開２００６−２９６２６１号公報

しかし、上記作業機の設定を、作業者が各トラクタごとに車速等に合わせて調整するのは煩雑であり、困難な場合も存在する。

また、特許文献１に記載の農作業機は、トラクタ側の制御に係るものである。

さらに、トラクタの車速等の状態は、作業に応じて変化させる場面はよく存在しこれに対応しなければ的確な作業ができない場合が多い。

本発明は、上記課題に鑑みて、トラクタに装着され、トラクタの基本情報及びトラクタの状態情報に基いて適切に制御可能な動作部を有する農作業機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の農作業機は、トラクタに装着され農作業を行う農作業機において、記憶部を有し現在のトラクタの状態を知らせるトラクタ状態情報をトラクタから取得する制御部と、アクチュエータと、当該アクチュエータの稼動により動作する動作部と、前記アクチュエータの稼動又は前記動作部の動作を検出する検出部とを有し、前記制御部は、あらかじめ前記記憶部に記憶されたトラクタに関する情報であるトラクタ基本情報に基づき計算される基本動作パターンをトラクタから取得したトラクタ状態情報により修正して実動作パターンを計算し、当該実動作パターンに基づいて、前記検出部からの情報により前記動作部で目的の動作をさせるために前記アクチュエータの稼動を制御し、当該農作業機は畦塗り機であって、前記トラクタに装着する装着部と、畦塗り作業をする作業部と、連結フレームと、前記アクチュエータとを有し、前記装着部と前記連結フレームは前記アクチュエータの稼動により動くリンク機構で接続され、前記連結フレームと前記作業部は回動可能に連結されて前記アクチュエータの稼動により回動し、前記制御部は、トラクタの旋回にもかわらず前記作業部が旧畦にそって進行するように前記アクチュエータを制御することを特徴とする。

また、本発明の農作業機は、トラクタに装着され農作業を行う農作業機において、記憶部を有し現在のトラクタの状態を知らせるトラクタ状態情報をトラクタから取得する制御部と、アクチュエータと、当該アクチュエータの稼動により動作する動作部と、前記アクチュエータの稼動又は前記動作部の動作を検出する検出部とを有し、前記制御部は、あらかじめ前記記憶部に記憶されたトラクタに関する情報であるトラクタ基本情報に基づき計算される基本動作パターンをトラクタから取得したトラクタ状態情報により修正して実動作パターンを計算し、当該実動作パターンに基づいて、前記検出部からの情報により前記動作部で目的の動作をさせるために前記アクチュエータの稼動を制御し、当該農作業機は畦塗り機であって、前記トラクタに装着する装着部と、畦塗り作業をする作業部と、中間フレームと、前記アクチュエータとを有し、前記装着部と前記中間フレームは回動可能に連結されて前記アクチュエータの稼動により回動し、前記中間フレームと前記作業部は回動可能に連結されて前記アクチュエータの稼動により回動し、前記制御部は、トラクタの旋回にもかわらず前記作業部が旧畦にそって進行するように前記アクチュエータを制御することを特徴とする。
さらに本発明の農作業機は、操作部を有し、当該操作部の操作により前記アクチュエータを強制的に操作可能であることを特徴とする。
さらに本発明の農作業機は、前記トラクタ基本情報は前記トラクタの全長、回転半径及び走行速度であり、前記トラクタ状態情報がトラクタの現在の旋回による回転半径とトラクタの現在の走行速度の少なくともいずれか一つを含む情報であることを特徴とする。

本発明によれば、農作業機において、トラクタの基本情報及びトラクタの状態情報に基いて動作部を適切に制御することができる。

本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は、本発明の農作業機が有する動作部制御システムの一実施形態を示すシステム構成図である。図２は、本発明の農作業機が有する動作部制御システムの一実施形態を示すソフト構成図である。

本発明の農作業機が有する動作部制御システムは、制御部３と、操作部５と、作業機アクチュエータ７と、動作検出部８と、作業機位置方向検出部９を有している。

作業機アクチュエータ７は、トラクタに装着される農作業機の動作部を動かすために備えつけられている。そして、作業機アクチュエータ７が動作することにより、農作業機に必要な動作部を動かす構成となっている。作業機アクチュエータ７の例として、モーター、パワーシリンダー、電動油圧シリンダー、油圧バルブとシリンダーなどがある。

動作検出部８は、センサー等で構成されており、作業機アクチュエータ７の直接の稼動状態や、動作部の動作状態を検知することができ、その検知した内容を制御部３に検知信号として出力する。

制御部３は、ＣＰＵ等の本発明の制御に必要な電子デバイスで構成される。作業機アクチュエータ７を稼動させるために、計算した必要な命令を出力する。そして、動作検出部８で検知した情報をもとに実動作パターンにそった制御を行う。実動作パターンによる制御は後述する。制御部３は適した場所に設置される。操作部５と一体であってもよい。

操作部５は、作業者１の操作により制御部に操作信号を送信し、制御部３の制御にかかわらず、作業機アクチュエータ７を強制的に稼動させることを可能とする。作業者が、制御部３の制御にかかわらず強制的に作業機アクチュエータ７を動かしたい場合に対応するものである。また、操作部５では、制御部３からの信号により作業者に動作状況を（例えば、ＬＥＤや、表示パネル、音などで）知らせることができる。

トラクタ１５は、本発明の農作業機を装着するトラクタであって、制御部３はトラクタ１５からのトラクタ状態情報信号を受信する。

作業機位置方向検出部９は、必要に応じて農作業機側に取り付けられ、補助として、検知信号を制御部３に送信する。

制御部３の制御について、図２を中心に説明する。トラクタ基本情報１０１は、作業者等によりあらかじめ制御部３に記憶させておく。制御部３には、このために必要な記憶部を有している。なお、この記憶部は取替え可能な記憶媒体であってもよい。トラクタ基本情報１０１は、例えば、走行性能、車体寸法、旋回性能等のトラクタ側に関する情報であり、制御部３が作業機アクチュエータ７を制御するために必要な情報である。そして、基本動作パターンプログラム２０１は、トラクタ基本情報１０１をもとに、標準舵角・標準車速等の標準値に対する時間毎の農作業機動作パターンを計算する。

トラクタ状態情報１０２は、現在のトラクタの状態を示す信号であって、例えば、トラクタの現在の車速、トラクタの現在の旋回による回転半径に関する情報（舵角）、トラクタが装着する農作業機の上げ下げのポジションに関する情報等があげられる。そして、実動作パターンプログラム２０２は、トラクタ状態情報１０２をもとに、実動作パターンを計算し、それに基づき作業機アクチュエータ７を稼動させる。また、必要があれば、作業機位置方向検出部９の検知信号も考慮し実動作パターンを計算することもできる。

すなわち、トラクタ基本情報１０１のなかで、トラクタ状態情報１０２が得られる場合は、トラクタ状態情報１０２により（トラクタ基本情報から得られる標準値からのずれを計算する等により）実動作パターンを計算させている。これにより、トラクタ基本情報１０１だけの場合は、作業者は基本動作パターンプログラム２０１で定められている標準値にあわせてトラクタを操作（運転）しなければならなかったのに対し、実動作パターンプログラム２０２を考慮すれば、作業者の操作が標準値からずれたとしてもそれを補正することが可能となる。

以上の動作部制御システムを有する具体的な農作業機について以下に述べる。

図３は、本発明の実施例１の畦塗り機を示す平面図である。実施例１の農作業機は、畦塗り機である。この畦塗り機は、装着部２０側をトラクタの後部に装着され、トラクタからの（図示しない）動力はジョイント等を介して、作業部２７側へ送られる。作業部２７では、耕耘部２５で旧畦の土をかき上げ、ディスク部２６で畦を形成する構成となっている。

装着部２０と、作業部２７の連結について説明する。

装着部２０と連結フレーム２１は、２つの第１アーム１６と、第２アーム１７を介してリンク機構で連結されている。第１アーム１６は、水平方向に回動可能な第１支点３１と第２支点３２で、第２アーム１７は、水平方向に回動可能な第３支点３３と第４支点３４でそれぞれ装着部２０と連結フレーム２１に連結されている。第１アーム１６の長さは、第２アーム１７の長さより短くなっており、そのため、これらにより擬似平行リンクを形成している。そして、装着部２０と連結フレーム２１は、第１のシリンダー１１によりその位置を変えることが可能となっている。

この擬似平行リンクは、図３の状態では、連結フレーム２１が装着部２０に対し横方向にほぼ平行に動き、一方、連結フレーム２１を図３の状態から左側に大きく動かすと連結フレーム２１が右方向に回転する。このことにより、図４から図６に示されるように作業部２７の連結フレーム２１に対する回動が（２つのアームが同じ長さの平行リンクより）少なくてすむようになっている。

一方、連結フレーム２１と作業部２７は、水平方向に回動可能な支点である回動支点３０で連結されており、作業部２７は連結フレーム２１に対して回動可能となり、この回動による角度は、第２のシリンダー１２の稼動により変えることができる。

図４は、本発明の実施例１の畦塗り機の作業の軌跡を示す図であり、図５は、図４におけるＢの状態を示す図である。図６は、図４におけるＣの状態を示す図である。トラクタ１５に装着された畦塗り機が圃場の角に来た場合、トラクタ１５の先端が圃場の際まで来てしまい、トラクタの長さ分だけ畦塗り作業ができない。このため、図４のように、トラクタ１５を旋回させて、畦塗り機の作業部２７をそのトラクタ１５の旋回によっても旧畦にそったまっすぐな畦１３を形成するように制御すれば、圃場の角まで畦塗り作業が可能となる。

畦塗り機は、トラクタ１５が圃場の角近傍に達するＡＡの位置から、トラクタ１５のハンドルを切ってＢＢの位置へ移動し停止する。この間、第１のシリンダー１１と第２のシリンダー１２を制御して、作業部２７がＡの位置からＢの位置まで圃場の旧畦１３にそってまっすぐに塗れるようにする。次に、トラクタ１５がＢＢの位置で停止したまま第１のシリンダー１１と第２のシリンダー１２のみを制御して、作業部２７をＢの位置からＣの位置へ移動させる。これにより、圃場の角まで畦を塗ることがきる。

畦塗り機のＡの位置からＢの位置までの制御について述べる。Ａの位置では、畦塗り機は図３の状態である。そして、第１のシリンダー１１を縮めていく。すると、擬似平行リンクが動き、連結フレーム２１は、装着部２０に対して中側（トラクタ進行方向に対して左側）へ移動し、かつ、連結フレーム２１の角度が外側（右方向）に回転する。あわせて、第２のシリンダー１２を伸ばして、連結フレーム２１に対して、作業部２７を右方向にさらに回転させる。これにより、図３の状態から図５の状態となる。第１のシリンダー１１と第２のシリンダー１２は、トラクタの動きに合わせて制御される。

さらに、ＢからＣの位置までの制御は、第１のシリンダー１１は伸ばしていき、第２のシリンダー１２も伸ばしていく。このことにより、作業部２７をトラクタ１５の全長方向に対して右方向に移動し、かつ、作業部２７が右回転する。これにより、トラクタ１５が止まったまま、旧畦１３にそって圃場の角まで作業部２７を移動させることができる。

また、装着部２０と連結フレーム２１の状態を知るために、第１の回転角度センサー３５を例えば、第３支点３３に有し、連結フレーム２１と作業部２７の状態を知るために、第２の回転角度センサー３６を回動支点３０に有している。

本実施例において、ＡからＣまでの畦塗り作業において、第１のシリンダー１１と第２のシリンダー１２を制御し、まっすぐな畦塗り作業を行うには、少なくとも、トラクタ１５の全長と、旋回時の回転半径と、走行速度を知る必要がある。

この実施例１の場合は、具体的には、作業機が図３〜図６で示されている畦塗り機であり、トラクタの基本情報が「全長、回転半径、走行速度」であり、作業機アクチュエータ７が第１のシリンダー１１及び第２のシリンダー１２であり、動作検出部８が第１の回転角度センサー３５及び第２の回転角度センサー３６であり、動作部が作業部２７となる。そして、トラクタ状態情報が、「トラクタの現在の旋回による回転半径に関する情報（舵角）、トラクタの現在の車速」であれば、上記、トラクタ基本情報の「回転半径」をトラクタ状態情報の「舵角」に、トラクタ基本情報の「走行速度」をトラクタ状態情報の「現在の車速」で修正して実動作パターンを計算し制御を行う。この修正は、例えば、「現在の車速」が標準値より遅くなればその分シリンダーの動きを遅くする制御をすれば、図４で示した軌跡をたどれることになる。

これにより、実施例１では、制御部３は、計算された実動作パターンから、Ａの位置からトラクタ１５を旋回し始めてから、旧畦にそったまっすぐな畦を塗るために、時間ごとの第１の回転角度センサー３５及び第２の回転角度センサー３６の角度を計算し、その角度になるように第１のシリンダー１１及び第２のシリンダー１２を制御することで、たとえ途中のトラクタの操作で走行速度や舵角が標準値からずれても、まっすぐな畦を塗ることが可能となる。そして、トラクタ１５の停止位置ＢＢは、例えば、速度と時間を計算した結果、制御部３からの指令により操作部５の音や光のサインで停止するタイミングを知らせることが可能となる。トラクタの停止位置ＢＢでは、ＢからＣのように第１のシリンダー１１と第２のシリンダー１２を制御して畦塗り作業を行う。なお、動作検出部８は回転角度センサーでなくとも、装着部２０と連結フレーム２１の位置関係、連結フレーム２１と作業部２７の角度が直接又は間接的に分かるセンサー類であればよい。すなわち、第１のシリンダー１１及び第２のシリンダー１２の状態が直接わかるセンサーであってもよい。

なお、トラクタ状態情報が、「トラクタの現在の旋回による回転半径に関する情報（舵角）」か「トラクタの現在の車速」のいずれかののみの場合であっても、トラクタ基本情報のみの場合より正確性の向上した制御が可能となる。

図７は、本発明の実施例２の畦塗り機を示す平面図である。この畦塗り機はトラクタ１５の後部に装着フレーム４０により装着される。トラクタ１５からの動力は、中間フレーム４１内を通じ、軸、ギア、チェーン、歯車などにより、耕耘部２５とディスク部２６の作業部２７に伝達される。そして、耕耘部２５で旧畦の土をかき上げ、ディスク部２６で畦を形成する構成である。

装着フレーム４０と作業部２７の間は、水平方向に回動可能な装着フレーム４０側の第１支点４２と作業部２７側の第２支点４３により連結された中間フレーム４１で構成さる。第１シリンダー４４は、装着フレーム４０側の第１の支点４５と、中間フレーム４１側の第２の支点４６に水平回動可能に装着され、第１シリンダー４４の稼動により、中間フレーム４１を装着フレーム４０に対して第１支点４２を中心として回動させることができる。また第２シリンダー４７は、中間フレーム４１側の第３の支点４８と、作業部２７側の第４の支点４９に水平回動可能に装着され、第２シリンダー４７の稼動により、作業部２７を中間フレーム４１に対して第２支点４３を中心として回動させることができる。

第１支点４２には、第１回転角度センサー５３を有し、中間フレーム４１が、装着フレーム４０に対して第１支点４２を中心としてどれだけの角度、回転しているかを測定することができる。また、第２支点４３には、第２回転角度センサー５４を有し、作業部２７が、中間フレーム４１に対して第２支点４３を中心としてどれだけの角度、回転しているかを測定することができる。

図８と図９は、本発明の実施例２の畦塗り機の作業の軌跡を示す各図である。トラクター１５に装着された畦塗り機が圃場の角に来た場合、トラクタ１５の先端が圃場の際まで来てしまい、トラクタの長さ分だけ畦塗り作業ができない。このため、図８のように、トラクタ１５をＲ１〜Ｒ２へと旋回させて、畦塗り機の作業部２７をそのトラクタ１５の旋回によっても旧畦にそったまっすぐな畦１３を形成するように制御すれば、圃場の角まで畦塗り作業が可能となる。なお、６０は、トラクタ旋回時の前輪外端軌跡の円であり、６１は、トラクタの走行軌跡（後車軸中心位置）である。

図９において、Ｐ１〜Ｐ１２は、トラクタ１５の旋回し始めから、圃場の角までの畦塗り作業が終わるまでの第１支点４２の軌跡を示したものである。一方、Ｑ１〜Ｑ１２は、同じく第２支点４３の軌跡を示したものである。Ｑ１〜Ｑ１０までは、トラクタ１５を旋回走行しながら、第１シリンダー４４と第２シリンダー４７を制御して、旧畦にそったまっすぐな畦１３を形成していく。そして、Ｑ１０〜Ｑ１２は、トラクタ１５は停止した状態で、第１シリンダー４４と第２シリンダー４７を制御して、畦塗り作業を行う。これにより、圃場の角までの畦塗り作業が可能となる。

本実施例において、Ｑ１〜Ｑ１２までの畦塗り作業において、第１シリンダー４４と第２シリンダー４７を制御し、まっすぐな畦塗り作業を行うには、少なくとも、トラクタ１５の全長と、旋回時の回転半径と、走行速度を知る必要がある。

この実施例２の場合は、具体的には、作業機が図７で示された畦塗り機であり、トラクタの基本情報が「全長、回転半径、走行速度」であり、作業機アクチュエータ７が第１シリンダー４４及び第２シリンダー４７であり、動作検出部８が第１回転角度センサー５３及び第２回転角度センサー５４であり、動作部が作業部２７となる。そして、トラクタ状態情報が、「トラクタの現在の旋回による回転半径に関する情報（舵角）、トラクタの現在の車速」であれば、上記、トラクタ基本情報の「回転半径」をトラクタ状態情報の「舵角」に、トラクタ基本情報の「走行速度」をトラクタ状態情報の「現在の車速」で修正して実動作パターンを計算し制御を行う。この修正は、例えば、「現在の車速」が標準値より遅くなればその分シリンダーの動きを遅くする制御をすれば、図８、９で示した軌跡をたどれることになる。

これにより、実施例２では、制御部３は、計算された実動作パターンから、図８のＲ１の位置からトラクタ１５を旋回し始めてから、旧畦にそったまっすぐな畦を塗るために、時間ごとの第１回転角度センサー５３及び第２回転角度センサー５４の角度を計算し、その角度になるように第１シリンダー４４及び第２シリンダー４７を制御することで、たとえ途中のトラクタの操作で走行速度や舵角が標準値からずれても、まっすぐな畦を塗ることが可能となる。そして、トラクタ１５の停止位置Ｒ２は、例えば、速度と時間を計算した結果、制御部３からの指令により操作部５の音や光のサインで停止するタイミングを知らせることが可能となる。トラクタの停止位置では、Ｑ１０〜Ｑ１２のように第１シリンダー４４と第２シリンダー４７を制御して畦塗り作業を行う。なお、動作検出部８は回転角度センサーでなくとも、装着フレーム４０と中間フレーム４１の角度、中間フレーム４１と作業部２７の角度が直接又は間接的に分かるセンサー類であればよい。すなわち、第１シリンダー４４及び第２シリンダー４７の状態が直接わかるセンサーであってもよい。

なお、トラクタ状態情報が、「トラクタの現在の旋回による回転半径に関する情報（舵角）」か「トラクタの現在の車速」のいずれかの場合であっても、トラクタ基本情報のみの場合より正確性の向上した制御が可能となる。

上記実施例１と実施例２では、畦塗り機について述べたが、これ以外に、トラクタに装着され容器内の内容物を散布する散布機も適用できる。この場合、トラクタの基本情報が「走行速度」であり、トラクタ状態情報の「現在の車速」で修正し、それの車速に応じ、作業機アクチュエータ７によるシャッターの開度（内容物排出路の開閉度）や排出のためのモーターの回転数を決定する等で散布量を制御部３で制御することが可能となる。

本発明の農作業機が有する動作部制御システムの一実施形態を示すシステム構成図である。 本発明の農作業機が有する動作部制御システムの一実施形態を示すソフト構成図である。 本発明の実施例１の畦塗り機を示す平面図である。 本発明の実施例１の畦塗り機の作業の軌跡を示す図である。 図４におけるＢの状態を示す図である。 図４におけるＣの状態を示す図である。 本発明の実施例２の畦塗り機を示す平面図である。 本発明の実施例２の畦塗り機の作業の軌跡を示す第１の図である。 本発明の実施例２の畦塗り機の作業の軌跡を示す第２の図である。

符号の説明

３ 制御部
５ 操作部
７ 作業機アクチュエータ
８ 動作検出部
９ 作業機位置方向検出部
１１ 第１のシリンダー
１２ 第２のシリンダー
１５ トラクタ
１６ 第１アーム
１７ 第２アーム
２０ 装着部
２１ 連結フレーム
２７ 作業部
３０ 回動支点
４０ 装着フレーム
４１ 中間フレーム
４４ 第１シリンダー
４７ 第２シリンダー

Claims (4)

1. トラクタに装着され農作業を行う農作業機において、
   記憶部を有し現在のトラクタの状態を知らせるトラクタ状態情報をトラクタから取得する制御部と、アクチュエータと、当該アクチュエータの稼動により動作する動作部と、前記アクチュエータの稼動又は前記動作部の動作を検出する検出部とを有し、
   前記制御部は、あらかじめ前記記憶部に記憶されたトラクタに関する情報であるトラクタ基本情報に基づき計算される基本動作パターンをトラクタから取得したトラクタ状態情報により修正して実動作パターンを計算し、当該実動作パターンに基づいて、前記検出部からの情報により前記動作部で目的の動作をさせるために前記アクチュエータの稼動を制御し、
   当該農作業機は畦塗り機であって、前記トラクタに装着する装着部と、畦塗り作業をする作業部と、連結フレームと、前記アクチュエータとを有し、前記装着部と前記連結フレームは前記アクチュエータの稼動により動くリンク機構で接続され、前記連結フレームと前記作業部は回動可能に連結されて前記アクチュエータの稼動により回動し、
   前記制御部は、トラクタの旋回にもかわらず前記作業部が旧畦にそって進行するように前記アクチュエータを制御することを特徴とする農作業機。
2. トラクタに装着され農作業を行う農作業機において、
   記憶部を有し現在のトラクタの状態を知らせるトラクタ状態情報をトラクタから取得する制御部と、アクチュエータと、当該アクチュエータの稼動により動作する動作部と、前記アクチュエータの稼動又は前記動作部の動作を検出する検出部とを有し、
   前記制御部は、あらかじめ前記記憶部に記憶されたトラクタに関する情報であるトラクタ基本情報に基づき計算される基本動作パターンをトラクタから取得したトラクタ状態情報により修正して実動作パターンを計算し、当該実動作パターンに基づいて、前記検出部からの情報により前記動作部で目的の動作をさせるために前記アクチュエータの稼動を制御し、
   当該農作業機は畦塗り機であって、前記トラクタに装着する装着部と、畦塗り作業をする作業部と、中間フレームと、前記アクチュエータとを有し、前記装着部と前記中間フレームは回動可能に連結されて前記アクチュエータの稼動により回動し、前記中間フレームと前記作業部は回動可能に連結されて前記アクチュエータの稼動により回動し、
   前記制御部は、トラクタの旋回にもかわらず前記作業部が旧畦にそって進行するように前記アクチュエータを制御することを特徴とする農作業機。
3. 請求項１又は請求項２に記載の農作業機において、
   操作部を有し、当該操作部の操作により前記アクチュエータを強制的に操作可能であることを特徴とする農作業機。
4. 請求項１又は請求項２に記載の農作業機において、
   前記トラクタ基本情報は前記トラクタの全長、回転半径及び走行速度であり、前記トラクタ状態情報がトラクタの現在の旋回による回転半径とトラクタの現在の走行速度の少なくともいずれか一つを含む情報であることを特徴とする農作業機。

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