JPH0146082B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は移植機の自動操向装置に関し、更に詳
述すれば操向制御の基本情報となる既植苗と機体
との相対的位置関係を既植苗に接触して所定の信
号を発する苗センサにて捉えるようにした移植機
の自動操向装置を提案したものである。 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
の機械化にとつて極めて重要である。このために
従来から種々の自動操向装置が提案されている
が、その操向制御方式は大別すると地下に埋設し
たケーブルから発せしめた電磁波等、特別に設け
た案内手段に追随させるものと、既植苗列に倣わ
せるものとが在る。後者の方式においては既植苗
と機体との相対的位置関係を捉える必要があり、
この為に光学的センサが主として採用されてき
た。ところが光学的センサは、受光面へ泥等が付
着して誤動作し易いという難点があり、実用化す
る上での隘路となつていた。 本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであ
つて、苗の電気抵抗を利用して苗の存在を電気的
に検出することとして、正確に既植苗列と機体と
の相対的位置関係を捉え、これにより誤動作なく
操向制御を行えるようにした移植機の自動操向装
置を提供することを目的とする。 本発明に係る移植機の自動操向装置は、既植苗
と機体との相対的位置関係を捉えて、既植苗列に
倣う走行を行わせるようにした移植機の自動操向
装置において、機体走行方向に延設され、既植苗
に接触させて得るように機体走行方向と直交する
方向に複数本取付けられている導電性の触杆と、
各触杆に対応して設けられた比較器とを具備し、
各比較器の入力端子は、各触杆に直接又は間接的
に接続し、また高抵抗値の抵抗体を用いて、その
基準電圧端子と僅かに異る電位にバイアスしてお
き触杆が既植苗に接触した場合には比較器出力が
反転するように構成してあり、更にこれらの比較
器出力を入力とし、複数の比較器出力からなるデ
ータパターンに基き前記相対的位置関係を認識し
て操向量を決定するデータ処理装置を具備するこ
とを特徴とする。 以下に本発明をその実施例を示す図面に基いて
詳述する。第１図は本発明に係る自動操向装置を
搭載してなる田植機の左側面図であつて、走行駆
動・変速は静油圧駆動装置によつて行われるよう
にしており、操向は左右前輪夫々に取付けた油圧
モータのうちの一方への圧油供給を断つことによ
つて行われるようにしており、圧油供給停止は操
舵輪１０１の回転操作によつて手動的に、また電
磁弁２ｌ，２ｒ（第８図参照）のソレノイドへの
通電により自動的に行えるようになつている。植
付部１０３は１本のトツプリンク１０４及び左右
一対のロワーリンク１０５（図には左側のものの
み現れている）にて機体本体の前部に連結され、
更に左右のロワーリンク１０５夫々に連結された
リフトアーム１０６（図には左側のもののみ現れ
ている）の上下回動によつて昇降されるようにな
つている。 而して左右のロワーリンク１０５には夫々４組
の苗センサが取付けられている。即ち左側の苗セ
ンサについて第２図に示すようにロワーリンク１
０５から機体外方へ張出させたパイプ製のアーム
１０７の先端部にはセンサボツクス１０８が取付
けられており、このセンサボツクス１０８からは
４本の触杆８１，８２，８３，８４を突出配設さ
せている。 触杆８１〜８４は細い導体からなり、前後側の
端部が上方に湾曲されており、中間の直線部分は
約150mmとしてあり、前側の端部はセンサボツク
ス１０８内で固定され、夫々に内部の電子回路に
接続されている。触杆８１〜８４は機体の左右方
向に夫々約50mm離隔するように８１，８２，８
３，８４の順で左方から右方に並設され、この離
隔寸法を確保し得るように直線部分の前方湾曲部
と、後端部とにおいて電気絶縁物よりなる横杆１
０９，１０９に適当な方法で固定されて全体とし
て橇状に構成されている。そして４本の触杆８１
〜８４よりなる触杆群は、植付部１０３が下降さ
れてそのフロート１１０が着水している状態で既
植苗群のうち最も機体寄りの既植苗列を構成する
苗の上部に接触し得るようにアーム１０７の長さ
及び触杆自体の長さが定められている。 次に本発明の要部である触杆８１〜８４に連な
る電子回路につき説明する。第３図はその基本的
構成を示す略示回路図であつて、各触杆につきこ
の回路が設けられている。１１は比較器、１２，
１３は分圧抵抗、１４は高抵抗値（例えば
10MΩ）を有するバイアス抵抗である。正電位
Vccのラインと機体のボデイアースとの間には抵
抗１２，１３が並列接続され、また比較器１１の
正負各電源端子は上記ラインとボデイアースとに
夫々接続されている。比較器１１の＋入力端子は
抵抗１２の中間端子に接続され、−入力端子は触
杆、例えば８１に接続されると共に抵抗１４を介
して抵抗１３の中間端子に接続されている。そし
て抵抗１２，１３の中間端子の位置を適宜に定め
ることによつてこの場合に比較対象信号の入力端
子となる−入力端子が、基準電圧端子となる＋入
力端子より僅かに高くなるようにバイアスしてあ
る。さて触杆８１等に接触する既植苗Ｚの株元か
ら先端迄の表面抵抗値はその吸湿状態又は水分付
着状態にもよるが凡そ50MΩ〜100MΩの範囲に
あり、一般的には80MΩ程度となつている。既植
苗の株元は圃場の水中に在りその電位はボデイア
ースと同一であるから、その先端部が触杆８１等
に接触すると、該触杆は高抵抗の既植苗Ｚを介し
て接地されたことになり、比較器１１の−入力端
子の電位は＋入力端子の電位よりも僅かに低くな
り、比較器１１の出力端子OUTは既植苗Ｚが非
接触の場合のローレベルからハイレベルに転じる
ことになる。なお抵抗１４の値は上述の苗の抵抗
値と回路の安定性を考慮して前述の如く10MΩ程
度に定めておくのがよい。 第４図は比較器１１の＋−両入力端子間に高抵
抗値のバイアス抵抗１４を接続し、正電位Vccの
ラインとボデイアースとの間に直列接続された２
つの抵抗１３ａ，１３ｂの中間接続点を比較器１
１の＋入力端子に接続したものであつて、抵抗１
４にて−入力端子を＋入力端子よりも僅かに高電
位とするようにバイアスをかけておく点及び触杆
８１等と既植苗Ｚとの接触により両入力端子の電
位の高低が反転し、これに伴い比較器１１の出力
端子OUTの出力が反転する点は第３図の回路と
全く同様である。 第５図の回路は第４図の回路に比較器１１の保
護の為に抵抗１５及びダイオード１６，１６を付
加したものである。即ちバイアス抵抗１４には逆
並列としたダイオード１６，１６を並列的に接続
し、また触杆８１等と比較器１１の−入力端子と
の間に100KΩの抵抗１５を介在させてある。こ
れにより過大な電流の流入、及び過大な電圧の印
加が防止される。 第６図の回路は第５図の回路をより高感度とす
るように変形したものである。即ち抵抗１３ａ，
１３ｂの間に抵抗１３ｃを介在させ、比較器１１
の＋入力端子は抵抗１３ａと１３ｃとの中間接続
点に接続するのに対し、一端を−入力端子に接続
したバイアス抵抗１４の他端を抵抗１３ｃと１３
ｂとの中間接続点に接続したものである。これに
よりバイアス抵抗１４の前記一端、即ち−入力端
子の電位は＋入力端子の電位により接近させ得、
既植苗Ｚの畜抗値が高い場合にも触杆との接触に
より比較器出力を確実に反転させ得る。 第７図は本発明装置の電子回路の要部を略示す
るブロツク図であり、この実施例では前記苗セン
サの回路としては第５図の回路を簡略化し、バイ
アス抵抗１４と逆並列にした保護ダイオード１
６，１６を比較器１１の＋、−入力端子間に並列
接続し、−入力端子と触杆との間に保護抵抗１５
を介在させた構成としている。斯かる構成にても
実用上支障のない感度が得られることは勿論であ
る。 このように一つの苗センサは１本の触杆とこれ
に接続された比較器１１及びバイアス抵抗１４等
の電子回路からなるが、第７図では機体左側に設
けられる触杆群を８ｌ、右側に設けられる触杆群
を８ｒとし、左側の触杆群８ｌを構成する触杆８
１，８２，８３，８４夫々に係る苗センサを夫々
８１ｌ，８２ｌ，８３ｌ，８４ｌとして表わして
ある。一方右側の触杆群８ｒの構成は左側のもの
と同様に各触杆を左から右に８１，８２，８３，
８４の順に並設してある。そして右側の触杆８
１，８２，８３，８４夫々に係る苗センサと夫々
８１ｒ，８２ｒ，８３ｒ，８４ｒと表わしてお
り、これら左右に計８個の苗センサの出力、即ち
夫々の比較器１１の出力端子OUTから得られる
信号は８１ｌと８１ｒ、８２ｌと８２ｒ、８３ｌ
と８３ｒ及び８４ｌと８４ｒを夫々ペアとして一
括して本発明装置の制御中枢となるデータ処理装
置１の入力ポートP₁₀〜P₁₃へペア別に入力される
ようにしてある。 苗センサ８１ｌ〜８４ｌにて構成されるセンサ
ユニツト８０ｌ及び苗センサ８１ｒ〜８４ｒにて
構成されるセンサユニツト８０ｒは夫々前述した
如く左右のロワーリンク１０５夫々に取付けられ
ているがデータ処理装置１の機体本体の適所、例
えば操作コラム１１１内に格納されている。苗セ
ンサは触杆に高抵抗の既植苗が接触するとその存
在を検出する高感度のものであるから触杆のセン
サボツクス側端部はシールド線の如く、被覆と接
地外部導体を設けた構造とし、また比較器１１、
バイアス抵抗１４等への接続のために用いる導体
もシールド線を用いることとして外雑による誤動
作の防止を図るのがよく、また同趣旨で触杆と比
較器１１との距離を短くするのがよいが、比較器
１１からデータ処理装置１に至る間の配線（セン
サユニツト１個につき電源用２本、苗センサ１個
につき出力用１本）は、比較器１１の出力インピ
ーダンスが低いので出力用配線についてもシール
ド等の必要はなく、また長くとも何ら支障はな
い。この配線にはパイプ状のアーム１０７が利用
される。なおセンサユニツト取付位置は前述のロ
ワーリンクに限らず、それより前方の植付部バン
パー１０３′の側部として、操向のための情報を
より早く得るように構成してもよい。 データ処理装置１は所謂マイクロコンピユータ
であつて、この実施例ではメモリ装置も備えた米
国インテル社製のワンチツプマイクロコンピユー
タ8748−８を使用している。而してこのデータ処
理装置１は次のようにして既植苗と機体との相対
的位置関係を認識するようにプログラムが組まれ
ている。即ち、植付行程によつて左右いずれかの
センサユニツト８０ｌ又は８０ｒの触杆群８ｌ又
は８ｒに既植苗Ｚが接触することになるが、いず
れの場合においても、最左端の触杆８１のみに苗
が接触した場合（即ちこの触杆８１に連なる比較
器１１の出力のみが反転してこれがデータ処理装
置１に検知された場合）は機体が右方に大きく片
寄つた状態にあると認識する。換言すれば既植苗
列が機体左方（又は右方）に在る場合には機体が
既植苗列に対して離隔（又は接近）し過ぎている
と認識する。 次に触杆８１，８２に既植苗が接触した場合は
機体が右方に若干片寄つた状態にあると認識す
る。また触杆８２，８３に既植苗が接触している
場合は機体が既植苗列と望ましい離隔距離を保つ
て機体の位置が正常であると認識する。更に触杆
８３，８４に既植苗が接触した場合は機体が左方
に若干片寄つた状態にあり、更にまた触杆８４に
のみ既植苗が接触した場合は機体が左方に大きく
片寄つた状態にあると認識する。そして各状況に
応じて既植苗列に倣う走行を行わせるのに必要と
される舵取角を第１表の如くに決定する。

【表】 但し、舵取角の正負符号は正で左方への舵取
を、負で右方への舵取を示すものとし、またθ₂＞
θ₁とする。 なお不要の操行が行われて制御系がハンチング
を起したり、乗心地が悪化するのを防止するため
に第１表の１〜５の各ケースに当てはまらない苗
と触杆との接触状態が現れた場合はより小さい舵
取角となるように（実施例の如く触杆が４本であ
る場合は０となるように）決定される。例えば触
杆８２又は８３のみに接触した場合は０、８１，
８２，８３又は８２，８３，８４の３本に接触し
た場合は０とする。 このように苗センサ８１ｌ〜８４ｌ又は８１ｒ
〜８４ｒの出力の組合せ、即ち出力パターンに基
き舵取角が決定されると、データ処理装置１はこ
の舵取角を実現すべく出力ポートP₁₄，P₁₅から操
向制御信号を発する。 この出力ポートP₁₄，P₁₅に連なる電子回路は第
８図に示す操向駆動用の油圧回路中の電磁弁２
ｌ，２ｒ及び２ｃ夫々のソレノイド２ls，２rs及
び２csに対する通電を制御するためのドライブ回
路であり、比較器２１ｌ，２１ｒ夫々にダーリン
トン接続された２個のPNPトランジスタ２２ｌ，
２３ｌ及び２２ｒ，２３ｒ等からなる。出力ポー
トP₁₄（又はP₁₅）は決定された舵取角が０である
場合にはハイレベルであり、舵取角が＋θ₂、＋θ₁
（又は−θ₂、−θ₁）となつた場合にローレベルとな
る。この出力ポートP₁₄（又はP₁₅）から発せられ
る操向制御信号は比較器２１ｌ（又は２１ｒ）の
＋入力端子に加えられるようにしてあり、その出
力端子からは出力ポートのレベルのハイ・ローに
一致する信号が発せられることになる。そしてこ
の信号はダーリントン接続された一方のトランジ
スタ２２ｌ（又は２２ｒ）のベースに入力される
ようにしてある。該信号がハイレベルにある間は
トランジスタ２２ｌ（又は２２ｒ）はオフしてい
るが、ローレベルに転じるとオンになり、これに
伴つて他方のトランジスタ２３ｌ（又は２３ｒ）
もオンに転じることになる。このように出力ポー
トP₁₄（又はP₁₅）がローレベルになつたときにオ
ンとなるトランジスタ２３ｌ（又は２３ｒ）のエ
ミツタは正電位＋Vccとしてあり、コレクタはソ
レノイド２ls（又は２rs）を経てボデイアースさ
れている。一方ソレノイド２csの一端はボデイア
ースされ、他端はダイオード２４，２５のカソー
ド及びダイオード２６のアノードに接続されてい
る。ダイオード２４，２５のアノードは夫々トラ
ンジスタ２３ｌ，２３ｒのコレクタに接続され、
また、ダイオード２６のカソードは＋Vccのライ
ンに接続されている。更に今一つのダイオード２
７のカソードを＋Vccのラインに、またアノード
をトランジスタ２３ｌのコレクタに接続してあ
る。従つてトランジスタ２３ｌ（又は２３ｒ）が
オンとなつた場合にはソレノイド２ls，２cs（又
は２rs，２cs）の双方に通電が行われることにな
る。 次に第８図の油圧回路について説明する。３０
は可変容量型の油圧ポンプであつて、電磁弁２ｃ
と２ｌ及び２ｒ夫々とを介して左及び右の前論３
２ｌ，３２ｒ夫々に直装された油圧モータ３１ｌ
及び３１ｒに、また電磁弁２ｃを介して左及び右
の後輪３２′ｌ，３２′ｒに直装された油圧モータ
３１′ｌ及び３１′ｒへ圧油を供給し、これらを回
転させることによつて左の前後輪３２ｌ，３２′
ｌ及び右の前後輪３２ｒ，３２′ｒを駆動するよ
うにしてあり、油流方向及び圧油供給量を変速レ
バ１１２（第１図参照）に連動する油圧ポンプ３
０の可動斜板にて調整操作し、これによつて前後
進の選択及び走行速度の調節を行うようにしてあ
る。 電磁弁２ｃは３ポート２位置切換型の方向制御
弁であり、ソレノイド２csの消磁時には図示の位
置にあつて、油圧モータ３１ｌ等側と、植付部１
０３の昇降制御用の電磁弁２ｄへ圧油を供給する
ようにしてある。一方ソレノイド２csの励磁時に
は電磁弁２ｄ側への圧油供給を断ち、油圧モータ
３１ｌ等側へ圧油供給を行うようになつている。
電磁弁２ｄは３ポート３位置切換型の方向制御弁
であつてソレノイド２ds₁，２ds₂の消磁時には図
示の位置にあつて油圧ポンプ３０からの圧油を封
じると共に単動型の油圧シリンダ３４の油室を封
じ、この油圧シリンダ３４のピストンロツドに連
なる植付部１０３をその時の位置に保持させる。
一方ソレノイド２ds₁を励磁した場合には矢符方
向に位置切換が行われ、油圧シリンダ３４に圧油
を供給してピストンロツドを進出させてリフトア
ーム１０６を上昇回動させて植付部１０３を上昇
させる。これに対して他方のソレノイド２ds₂を
励磁した場合には矢符と反対方向に位置切換が行
われ、油圧シリンダ３４の油室内の圧油をタンク
へ還流させ得るようにしてある。これにより植付
部１０３はその自重によつて下降する。 一方電磁弁２ｌ（又は２ｒ）は２位置切換型の
止め弁であつて、ソレノイド２ls（又は２rs）が
消磁されている場合には図示の位置にあつて油圧
モータ３１ｌ（又は３１ｒ）へ圧油を供給し、こ
れを回転させる。これに対してソレノイド２ls
（又は２rs）が励磁された場合は位置切換されて
油圧モータ３１ｌ（又は３１ｒ）への圧油供給が
断たれ、その回転駆動が停止されると共に制動が
かかることになる。従つてソレノイド２ls（又は
２rs）を励磁した場合には左（又は右）の前輪３
２ｌ（又は３２ｒ）は回転が停止して機体は左
（又は右）へ旋回されることになるが、前述の如
くソレノイド２ls（又は２rs）が通電励磁される
時にはソレノイド２csにも通電が行われるので植
付部１０３昇降の為の油圧系即ち電磁弁２ｄ側へ
の圧油供給が断たれるので、圧油は総て油圧モー
タ３１ｒ等（又は３１ｌ等）の側へ供給されその
回転速度を高めるので結果として左（又は右）へ
の旋回が強力に行われることになる。なおこのよ
うな操向が行われる間油圧シリンダ３４へは圧油
が供給されないので植付部１０３を上昇駆動して
いる場合は、一時的にその上昇が停止されるが、
自動操向を行つている間は植付を実行中であり、
植付部１０３を上昇駆動する必要がないので実質
的には何ら支障はない。その他３５は放圧弁、３
６はチヤージポンプである。 さて再び第７図に戻つて、比較器２１ｌ，２１
ｒ夫々の出力端子とボデイアースとの間にはスイ
ツチ２８ｌ，２８ｒを夫々介在させてある。スイ
ツチ２８ｌ（又は２８ｒ）は操舵輪１０１を適当
量左方（又は右方）へ回動させた場合に閉路する
ように配したものであつて、その閉路により比較
器２１ｌ（又は２１ｒ）の出力端子をローレベル
として、トランジスタ２２ｌ，２３ｌ（又は２２
ｒ，２３ｒ）をオンさせ、これによつてソレノイ
ド２ls（又は２rs）への通電が行われ、手動で操
向操作が行えるようになつている。このように手
動操向は単にスイツチ２８ｌ，２８ｒを閉路させ
るだけで足りるので操舵輪１０１を設けるまでも
なく操作コラム１１１に押ボタンスイツチとして
上記スイツチ２８ｌ，２８ｒを設けることとして
もよい。 さて４１は舵取センサであつて、この田植機の
実際の舵取角を検出する為のものである。即ちこ
の田植機の機体は胴折型となつており、前部機体
Ｆと後部機体Ｒとの枢支連結部１１３において旋
回時に行われる後部機体Ｒに対する前部機体Ｆの
水平回動の角度を捉えるように、前部機体Ｆの水
平回動量に応じて出力電圧を変じるポテンシオメ
ータで構成されている。この舵取センサ４１の出
力電圧はタイマ用のIC（555型）よりなるＶ／Ｆ
（電圧／周波数）変換器４２へ入力され、ここで
Ｖ／Ｆ変換された信号がデータ処理装置の入力ポ
ートT₁へ入力されるようにしてある。この入力
信号によりデータ処理装置１は出力ポートP₁₄，
P₁₅からの操向制御信号による実際の舵取状態を
検知することができる。そして前述の如くして決
定され、適宜のレジスタに格納されている舵取角
±θ₁、±θ₂のデータと、Ｖ／Ｆ変換器４２経由で
舵取センサ４１から入力される実際の舵取角のデ
ータとが一致すると出力ポートP₁₄，P₁₅の出力を
ハイレベルに復帰させ、直進状態に戻すこととし
てある。なおデータ処理装置１に対して、適宜に
設けたスイツチにより入力される信号AUTOは
この移植機の運転を自動モードで行う場合にこれ
を指令する信号であつて、前記ソレノイド２ds₂
への通電による植付部１０３の下降を初め所定の
イニシヤル動作が行われ次いで前述の如き自動操
向が行われていく。 以上詳述したように本発明による場合は苗セン
サの触杆が既植苗に接触することによりその存在
を検知し、これにより機体と既植苗との相対的位
置関係を認識するようにしたものであり、光学的
センサを用いた場合の如く泥の付着による影響を
受けず、更に本発明の苗センサにおいては苗との
接触を検知したことを出力とする比較器の入力端
子を基準電圧端子と僅かに異る電圧に高抵抗値の
抵抗体を用いてバイアスすることとしてあるの
で、高抵抗の既植苗の存在を確実に検知し得て誤
操向の虞れがなくなる。そして光学的センサを用
いる場合又は既植苗列に替えて前述の如き特別の
案内手段を設ける方式を採る場合は極めて高価に
なるのに対し本発明による場合は苗センサが低廉
であるので安価に自動操向装置を提供できる利点
がある。そして苗センサの触杆は機体走行方向に
延設してあるので、走行中に苗に接触する時間が
ある程度確保されるから、その接触による信号を
確実に捉えることができる。また走行方向と直交
する方向に触杆を複数本設けているのでこの方向
に苗が散在したとしても触杆が苗を見失うことな
く自動操向を行うことが可能となる。そして比較
器出力のパターンにより操向量を決定するので、
前記実施例では片側２とおりであつたが、より多
様な操向量の決定が可能である。これにより一層
きめの細かい操向量を決定する等の制御が可能に
なる。また前述のようにある種のパターンは操向
量を０として不要の操向を禁じてハンチングの防
止を図ることができる。 なお上述の実施例では左右夫々に各４個の苗セ
ンサを設けることとしたが、その数は４個に限定
されるものではない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものであつて、第
１図は本発明装置を搭載してなる田植機の左側面
図、第２図は触杆群の斜視図、第３図〜第６図は
苗センサの回路図、第７図は本発明装置の電子回
路要部を略示するブロツク図、第８図はその油圧
系要部を略示する回路図である。 １１…比較器、１４…バイアス抵抗、８１〜８
４…触杆、８１ｌ〜８４ｌ，８１ｒ〜８４ｒ…苗
センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 既植苗と機体との相対的位置関係を捉えて、
   既植苗列に倣う走行を行わせるようにした移植機
   の自動操向装置において、機体走行方向に延設さ
   れ、既植苗に接触させ得るように機体走行方向と
   直交する方向に複数本取付けられている導電性の
   触杆と、各触杆に対応して設けられた比較器とを
   具備し、各比較器の入力端子は、各触杆に直接又
   は間接的に接続し、また高抵抗値の抵抗体を用い
   て、その基準電圧端子と僅かに異る電位にバイア
   スしておき触杆が既植苗に接触した場合には比較
   器出力が反転するように構成してあり、更にこれ
   らの比較器出力を入力とし、複数の比較器出力か
   らなるデータパターンに基き前記相対的位置関係
   を認識して操向量を決定するデータ処理装置を具
   備することを特徴とする移植機の自動操向装置。