JPH031681B2

JPH031681B2 -

Info

Publication number: JPH031681B2
Application number: JP58239431A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kishida
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1983-12-19
Filing date: 1983-12-19
Publication date: 1991-01-11
Also published as: JPS60129805A; KR850005105A; US4663712A; KR890000609B1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、非接触距離センサを用いた刈高さ制
御方法、詳しくは、一定周期で駆動される非接触
距離センサの出力に基づく測定高さデータを前記
非接触距離センサの駆動毎に測定順に一定個数記
憶して測定平均高さデータを求め、その測定平均
高さデータと予め設定した目標高さデータとを比
較して偏差を求めるとともにその偏差の大きさに
応じてパルス幅の長くなる駆動パルスを刈取り部
上下移動用アクチエータに与える刈高さ制御方法
に関する。

一般的に、刈高さ自動制御を行うために使用す
る距離センサとしては、通常、大地と接触するア
クチエータを用いた接触型距離センサ、または超
音波発振器および受信器を用いた超音波距離セン
サ等の非接触距離センサが使用される。しかし接
触型の距離センサは、機体の傾斜が急に大きくな
つたとき等にアクチエータを破損する恐れがある
ため、信頼性、安定性等の見地から超音波センサ
等の非接触距離センサが使用されるようになつて
きている。

そして、このような非接触距離センサを用いた
従来の刈高さ制御方法は、予め設定した基準高さ
と一定周期毎に測定した高さデータとを比較し、
その差に応じて一定の速度で刈取り部を上下動さ
せるようにしていた。ところが測定したデータを
そのまま基準高さに対する比較データにすると、
例えば作業中に足跡や切株等がある場合、刈取り
部が急に上昇したり下降したりして目標高さ付近
で安定しないという不都合が生じる。そこでこの
不都合を解消するためには、毎回の測定データを
平均して一つのデータを算出し、そのデータに基
づいて刈取り部の上下駆動を行うようにする制御
方法が考えられる。

しかしながら、平均化するデータを多くする
と、刈取り部が急速に上下動する場合において実
際の距離と平均した距離との差が大きくなるため
にオーバシユートが起きやすくなる。

また、平均化するデータが小数であると、細か
い凹凸に応答しやすくなつて目標高さ付近におい
て安定な追従を行うことが出来なくなる。

また、超音波センサ等の非接触距離センサは非
接触式であるが故に、例えば大地上の柔らかい藁
に対して超音波が発射されたり、或いは切株の中
にデバイダが割つて株間に超音波が発射されたり
すると受信信号が大きく低下するために、センサ
が正常であるにもかかわらず正確な測定が出来な
くなつて、その結果上記測定データを平均化する
際に誤まつたデータによつて平均高さデータの誤
差が増大して刈取部を目標高さに追従させること
が出来なくなるという不都合が有る。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであつ
て、その目的は、刈取り部の高さが目標高さ付近
にある場合には細かな凹凸に追従せず、また刈取
り部の高さが目標高さから大きく掛け離れている
場合にはオーバシユートを起こさずに速やかに目
標高さに接近するとともに、誤まつた測定高さデ
ータによつて刈取り部が誤動作しないように、異
常なデータを自動的に除く手段を備えた刈高さ制
御方法を提供することにある。

上記目的を達成すべく、本発明による非接触距
離センサを用いた刈高さ制御方法は、前記測定平
均高さデータを求めるに、前記測定高さデータが
予め設定してある一定値以上である場合は、その
データを無効データとして捨てるとともに無効デ
ータ連続発生回数を計数する無効データ計数器の
内容をカウントアツプし、前記測定データが前記
一定値以下であるとき前記無効データ計数器をカ
ウントダウンし、且つ前記無効データ計数器の計
数内容が所定の計数値に達したとき非接触距離セ
ンサの異常報告を行うとともに前記所定計数値以
下の場合は異常報知を解除し、前記測定高さデー
タが前記一定値未満の場合であつて、かつ、前記
平均高さデータが予め設定してある所定値以上で
ある場合は、そのデータ値に拘らず前記アクチエ
ータを連続的に駆動する点に特徴を有する。

上記特徴故に、下記の如き優れた効果が発揮さ
れるに至つた。

即ち、測定高さデータが一定値以上であると
き、そのデータを無効データとして捨てるととも
に、無効データ連続発生回数を計数する無効デー
タ計数器の内容をカウントアツプし、前記測定高
さデータが一定値より小さいとき前記無効データ
計数器の内容をカウントダウンし、且つその計数
内容が所定の大きさに達したときに非接触距離セ
ンサの異常を報知するようにするとともに前記所
定計数値以下の場合は異常報知を解除する。そし
て、このようにして予め無効データを除外した上
で、一定周期で駆動される非接触距離センサの出
力に基づく測定高さを非接触距離センサの駆動毎
に測定順にｎ（ｎ＞２）個記憶して、その測定平
均高さデータを求め、目標高さに対する偏差の大
きさをチエツクして、所定値以上大きい場合は前
記平均高さデータ値に拘らず刈取部上下移動用ア
クチエータを連続駆動するのである。

つまり、誤動作の原因になる異常なデータを予
め自動的に除外した上で測定値を平均して、その
測定平均高さデータと目標高さとの偏差が大きい
場合は連続的に、偏差が小さい場合は求めた平均
高さデータの大きさに応じてパルス幅の長くなる
駆動パルスを刈取部上下移動用アクチエータに与
えるので、実際の刈取部の高さと目標値との偏差
が大きい場合は急速に、偏差が小さい場合はゆつ
くりと刈取部が上下動されるので、小さな凹凸に
は応答することなくかつ短時間の間にオーバーシ
ユートを起こすことなく目標高さに刈取部を移動
させることができるに至つた。

従つて、大地上の藁や切株等によつて測定デー
タが異常になればそのデータを無効にするために
刈取り部の異常動作を防止することが出来るのみ
ならず、目標高さ付近では刈高さ制御は極めて安
定に行われるとともに、刈り初めや機体が大きく
傾斜したときには刈取り部が速やかに下降して目
標値付近で停止することが出来るため、例えば一
時的に株を割つた場合にも刈取り部は急激に上昇
することなく、また刈り初めや機体が大きく傾斜
したときにはオーバシユートを起こすことなく、
刈取り部が速やかに下降して目標高さで停止す
る。

また、異常データが一定回数連続したときにだ
けセンサ異常の報知を行うようにしているため、
ほぼ確実にセンサの異常があると考えられるとき
にだけ異常報知を行うことになり、センサの動作
管理に対する確実性を高めることが出来る。

以下、本発明の実施例を図面に基いて説明す
る。

第１図はこの発明の方法を実施する刈高さ制御
装置のブロツク図である。

同図において、超音波センサ（以下、U.S.S.と
いう）制御回路１は、60ミリ秒毎に送信器２を駆
動し、バースト信号を発射する。受信器３は反射
波を受信して、U.S.S.制御回路１に受信信号を送
る。このときの受信信号は負論理のパルスであつ
て、パルス幅は送信後に受信する迄の時間、すな
わち刈取り部の高さに対応している。受信信号が
送信後所定時間経過しても無い場合には、U.S.S.
制御回路１は強制的にパルスを立ち上がらせる。
この時間は14ミリ秒に設定されている。受信信号
は波形整形後受信パルスとして他方の入力端子が
接地されたイクスクルーシブオアゲート４に導か
れる。このイクスクルーシブオアゲート４の出力
から、イクスククルーシブオアゲート５と抵抗Ｒ
１、コンデンサＣ１とで構成される微分回路によ
つて微分パルスが形成され、さらにイクスクルー
シブオアゲート６を介してマイクロコンピユータ
７の割り込みポートIRQに導かれる。また、前記
イクスクルーシブオアゲート４の出力はマイクロ
コンピユータ７の入力ポートＲ１１に導かれる。
この入力ポートＲ１１は、ポートIRQに入力した
割り込みパルスがU.S.S.制御回路１に基づくもの
であるかどうかを判定するための信号として使用
される。イクスクルーシブオアゲート６の入力端
子には、前記イクスクルーシブオアゲート５の出
力端子とともにダイナモからの信号を波形整形す
る波形整形回路８の出力端子が接続されている。
マイクロコンピユータ７はこの波形整形回路８か
らの割り込み信号によつて、エンジンの回転数を
測定する。

マイクロコンピユータ７のポートＲ１０には、
刈高さ微調整器VRの出力端子が接続されてい
る。マイクロコンピユータ７は、Ａ／Ｄ変換器を
内蔵し、ポートＲ１０を介して上記刈高さ微調整
器から得られたアナログデータをデジタル量に変
換して刈高さ制御のためのデータを得るようにし
ている。

マイクロコンピユータ７は、刈高さ制御プログ
ラムを記憶するROM、および予め設定したデー
タ類を記憶し、さらにフラグ類や各種ワークエリ
アを有するRAMを内蔵している。第２図に
RAMの構成図を示す。領域Ａ１は４種類のフラ
グ領域を含んでいる。フラグＦ０は刈取り部上昇
フラグ、フラグＦ１は刈取り部下降フラグ、フラ
グＦ２はエンジン回転数計測処理時にポートＲ１
０の入力パルスが立ち上がり、または立ち下がつ
た場合、今回の測定データを無効にするためのデ
ータフラグ、フラグＦ３は高さデータ更新フラグ
である。領域Ａ２は測定平均高さを記憶する。す
なわち過去の測定した高さデータの平均高さデー
タを記憶する。平均の対象となるデータは、前回
に平均して得られた高さデータと過去７回のそれ
ぞれの測定データとの合計８個のデータである。
領域Ａ３は、前回に測定した高さデータを記憶す
る。領域Ａ４は前前回に測定した高さデータを記
憶する。同様に、領域Ａ５〜Ａ９は、前前回以前
の測定高さデータを新しい順に５個記憶する。領
域Ａ１０は刈高さ微調整器VRによつて設定され
た微調整高さデータを記憶する。領域Ａ１１は予
め設定された目標高さデータを記憶する。領域Ａ
１２は領域Ａ２の平均高さデータと、領域Ａ１１
の目標高さデータに領域Ａ１０の微調整高さデー
タを加えた値との差、すなわち偏差を記憶する。
領域Ａ１３は使用していない。領域Ａ１４は、算
出した平均高さデータに基づき、刈取り部上下移
動用電磁弁に対して間欠駆動パルスを与えるか、
連続駆動パルスを与えるかの基準高さＨ１以上で
あれば、連続パルスを与える。反対に平均高さデ
ータHaがこの基準高さデータＨ１より小さけれ
ば間欠パルスを与える。領域Ａ１５は、領域Ａ１
２の偏差に対応する駆動パルスのオンタイム時間
を予め決めてある領域Ａ１９のテーブルに基づ
き、今回のアクチエータである電磁弁のオン、オ
フのデユーテイ比を記憶する。第３図に示すよう
に、偏差が260ミリメータ以下であるときには偏
差の大きさに応じてオンタイムが長くなる間欠パ
ルスが与えられる。なおオフタイムは150ミリ秒
の固定値に設定されている。したがつて、例え
ば、偏差が21ミリであればデユーテイ比は16分の
１である。領域Ａ１６は後述するセンシングエラ
ーカウンタを構成する。このカウンタはセンサが
正常であるにかかわらず送信後所定時間（６ミリ
秒）経過しても受信出来ないときにインクリメン
トされ、所定時間（６ミリ秒）経過内に受信した
場合にデクリメントされる16進のアツプダウンカ
ウンタである。領域Ａ１７は、ダイナモからの割
り込みによつて計算されたエンジン回転数を記憶
する。領域Ａ１８は刈高さ制御の基準サイクルで
ある10ミリ秒を記憶する。領域Ａ１９は、前述の
ように偏差と駆動パルスのオンタイムの関係を表
すテーブルを記憶する（第３図参照）。

次に以上の構成からなる刈高さ制御装置の動作
を第４図Ａ〜Ｄのフローチヤートを参照して説明
する。

第４図Ａは刈高さ制御を行うためのメインルー
チンのフローチヤートである。

ステツプｎ１（以下ステツプniを単にniとい
う）は、各種レジスタ、フラグ類の初期設定を行
う。ｎ２はフラグＦ３のセツト状態をチエツクす
る。このフラグＦ３がセツトされるのは、後述の
ようにU.S.S.制御回路１からの受信パルスによつ
て割り込みがあつたときである。フラグＦ３がセ
ツトされていれば、ｎ３へ進んでフラグＦ３をリ
セツトし、さらにｎ４へ進んで高さデータ更新サ
ブルーチンへ進む。この高さデータ更新サブルー
チンにおいて、領域Ａ２の平均高さデータHaが
求められるとともに、領域Ａ３〜Ａ９のデータお
よびＡ１６のセンシングエラーカウンタがアツプ
デートされる。続いてｎ５へ進み、刈高さ制御サ
ブル−チンでは、ｎ４の高さデータ更新サブルー
チンで求めた平均高さデータに基づいて、電磁弁
の駆動パルスのデユーテイ比を決定し、刈取り部
の上下駆動制御を行う。ｎ６はセンシングエラー
カウンタのカウンタ値の判定ステツプである。も
し、このカウンタ値がオーバーフローしていれ
ば、すなわち測定した高さデータが一定の大きさ
以上である場合が16回連続したときには、ｎ７に
おいてU.S.S.不良のアラームを駆動する。センシ
ングエラーカウンタがオーバーフロー状態でなけ
れば、ｎ６→ｎ８へと進む。ｎ８において基準サ
イクルがタイムアツプすれば、ｎ２へ戻つて再度
フラグＦ３の状態を判定する。以上のようにして
高さデータ更新、刈高さ制御、およびセンシング
エラーカウンタのチエツクを基準サイクル毎に実
行していく。

上記メインルーチンにおいて、ｎ２→ｎ３へと
進む場合は、前述のようにU.S.S.制御回路１から
割り込みがあつたときである。割り込みにはこの
U.S.S.制御回路１からの割り込みと、さらに時計
割り込みおよびダイナモからの割り込みの３種類
がある。第４図Ｂに割り込みがあつたときに実行
される割り込みルーチンを示す。

U.S.S.制御回路１、ダイナモまたは内部時計の
割り込みがあつたときは最初にｎ１０において各
種レジスタの内容を退避する。割り込みが時計割
り込みである場合はｎ１１→ｎ１２へ進み、そう
でない場合はｎ１１→ｎ１３へと進む。ｎ１３に
おいては、マイクロコンピユータ７のポートＲ１
１の信号状態をチエツクする。そしてU.S.S.制御
回路１の出力の立ち下がりであればその割り込み
は受信パルスの初めにあつたものであるから、高
さデータを測定する内部タイマデータを初期化し
（ｎ１４）、さらにｎ１５において同タイマを起動
する。一方、割り込みがU.S.S.制御回路出力の立
ち上がりのときに行われたものであれば、ｎ１３
→ｎ１７→ｎ１８へと進み、ｎ１５において起動
した内部タイマを停止させ、さらにｎ１９におい
てフラグＦ３をセツトする。そしてｎ２０でレジ
スタの内容を復帰させてメインルーチンへと戻
る。以上の動作により、内部タイマは刈取り部の
高さに比例する受信パルスのパルス幅を記憶する
ことになる。すなわち、内部タイマデータは、通
常の場合測定高さに対応することになる。所定時
間（６ミリ秒）内に受信信号が来なかつた場合に
は、この内部タイマデータはオーバーフローして
いる。このオーバーフロー状態は後述の高さデー
タ更新サブルーチンでチエツクされ、オーバーフ
ローしているときにはそのデータは無効データと
して捨てられる。なお、割り込みがエンジンのダ
イナモから行われたものであれば、ｎ１７→ｎ２
１へと進み、ここでエンジン回転数の計測処理を
行う。さらにこの場合には、エンジン回転数計測
処理を行つたときにポートＲ１１にU.S.S.制御回
路１の出力の立ち下がりまたは立ち上がりタイミ
ングが来るときがあるので、この場合には次回の
測定高さデータに誤差が生じることになるから、
ｎ２４においてデータ無効フラグＦ２をセツトす
る。したがつて今回の測定高さデータは、フラグ
Ｆ２がセツトされているために後述するように無
効データとして捨てられる。

上記のようにｎ１９においてフラグＦ３がセツ
トされると、メインルーチンにおいてｎ２→ｎ３
→ｎ４へと進んで、高さデータ更新サブルーチン
が実行される。

第４図Ｃはこの高さデータ更新サブルーチンの
フローチヤートである。

まずｎ３０において、データ無効フラグＦ２の
状態を判定する。前述のようにエンジン回転数計
測処理を行つたときにU.S.S.制御回路出力の立ち
上がりまたは立ち下がりのタイミングが一致すれ
ば、ｎ２４においてデータ無効フラグＦ２がセツ
トされる。このため、次にこの高さデータ更新サ
ブルーチンが実行されると、ｎ３０→ｎ３８へと
進み、このサブルーチンが実行されずにメインル
ーチンにリターンする。すなわち高さデータは更
新されなくなる。データ無効フラグＦ２がセツト
されていないときは、次にｎ３１へ進み、内部タ
イマがオーバーフローしているかどうかを判定す
る。内部タイマは８ビツトで構成され、最大スケ
ールで1044ミリメータまで計測可能となるように
クロツクのパルス幅が決定されている。したがつ
て内部タイマがオーバーフローするのは、測定デ
ータが1044ミリメータ以上になつたときである。
この状態は実際には上述したように、送信後６ミ
リ秒以内に受信信号が無かつたときに対応する。
この場合ｎ３９へと進み、領域Ａ１６のセンシン
グエラーカウンタをインクリメントしてメインル
ーチンへリターンする。内部タイマがオーバーフ
ローをしていない場合は、ｎ３２へ進み、内部タ
イマデータ、すなわち測定高さデータを領域Ａ３
のHnにストアする。ｎ３５においては、前回算
出した平均高さデータ（Ha）とデータ（Hn）か
らデータ（Hn−６）までの過去７回の測定デー
タとの平均値を今回の平均高さデータ（Ha）と
する。

以上のｎ３５において平均高さデータ（Ha）
を領域Ａ２にストアすると、続いてｎ３８におい
て領域Ａ４〜Ａ９のデータを一つずつ古いデータ
に更新する。さらにｎ３１において測定データが
一定の高さ以下であつたから、センシングエラー
カウンタをデクリメントし、メインルーチンへ戻
る。こうして高さデータ更新サブルーチンでは、
次に刈高さ制御を行うための参照データとなる平
均高さデータ（Ha）を求める動作をする。

メインルーチンのｎ４において高さデータ更新
サブルーチンを実行すると、次に刈高さ制御サブ
ルーチンを実行する。第４図Ｄはこの刈高さ制御
サブルーチンのフローチヤートである。

まずｎ４０において、刈高さ微調整器（VR）
の設定位置のデータを領域Ａ１０の△Ｈにストア
する。領域Ａ１１に予め設定されている目標高さ
データにこの△Ｈのデータを加算し、その加算結
果を上記刈高さデータ更新サブルーチンで求めた
平均高さデータから差引く。そしてその減算結果
を偏差として領域Ａ１２にストアする。その偏差
が正である場合、刈取り部下降フラグＦ１をセツ
トし、負である場合刈取り部上昇フラグＦ０をセ
ツトする（ｎ４３，ｎ４４）。続いてｎ４１で求
めた偏差に基づき、第３図に示すテーブルから電
磁弁駆動パルスのオンタイム時間、すなわちデユ
ーテイ比を決定する（ｎ４５）。ｎ４６では偏差
が不感帯幅、すなわち０〜20.4ミリメータ以内に
あるかどうかを判定する。もし、その不感帯幅内
にある場合には、ｎ５６へ移つて電磁弁をオフし
て終了する。偏差が不感帯幅を越える場合にはｎ
４７でその偏差が領域Ａ１４に記憶する基準高さ
データＨ１より大きいか小さいかを判定する。こ
の基準高さデータＨ１は、261ミリメータに設定
されている。第３図のテーブルに示すように、偏
差が261ミリメータ以上である場合にはオンタイ
ムは連続となり、それより小さい場合には電磁弁
の駆動パルスが間欠パルスとなる。したがつてｎ
４４で偏差が基準高さデータＨ１より大きい場合
には、ｎ４８，ｎ４９においてフラグＦ０、Ｆ１
をチエツクし、フラグＦ０がセツト状態であれば
刈取り部を連続上昇させ、フラグＦ１がセツト状
態であれば刈取り部を連続下降させる。また、偏
差が基準高さデータＨ１より小さければ、ｎ５
２，ｎ５３でフラグＦ０，Ｆ１の状態をチエツク
し、フラグＦ０がセツト状態にあれば刈取り部を
間欠上昇させ（ｎ５４）、フラグＦ１がセツト状
態であれば刈取り部を間欠下降させる（ｎ５５）。
この場合の刈取り部の間欠駆動に対する駆動パル
スのデユーテイ比は第３図のテーブルに示すよう
に、偏差に対応するオンタイムの時間長さによつ
て決定される。こうして偏差が基準高さデータＨ
１よりも大きい場合には、刈取り部を連続上昇、
または連続下降させ、次のサンプル時において基
準高さデータＨ１より小さくなればその偏差の大
きさに応じて間欠下降または間欠上昇させ、以下
サンプル毎に得られる偏差の大きさに応じて適正
なデユーテイ比の駆動パルスによつて刈取り部を
目標高さに接近させることが出来る。なお、ｎ２
４においてフラグＦ２がセツトされた場合、また
はｎ１８で内部タイマが停止したときそのタイマ
がオーバーフローしているときは高さデータ更新
サブルーチンが実行されないために、刈取り部の
上下動作もないことになる。

以上の動作によつて、測定高さデータの大きさ
が1044ミリメータを越える場合、すなわち内部タ
イマがオーバーフローした場合にはそのデータを
無効にするとともに、無効データ計数器であるセ
ンシングエラーカウンタをカウントアツプし、ま
たデータが1044ミリメータ以下のときはそのデー
タを有効としてセンシングエラーカウンタをカウ
ントダウンするとともに、そのカウント値が16に
なつたときにだけ、すなわち異常データが16回連
続したときにだけセンサ異常を報知することが出
来る。

そして、このようにして異常データを自動的に
除いた正常な測定データに基いて平均化するとと
もに、測定高さが目標高さに近い場合は駆動パル
スを短くして刈取部の上下動作の応答時間を遅く
して安定性を実現し、目標高さより遠い場合は連
続駆動して前記上下作作の応対時間を速くして目
標高さへの接近を精度良く速やかに行なうのであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施する刈高さ制御装置の
ブロツク図である。第２図は同制御装置のマイク
ロコンピユータに含まれるRAMの構成図であ
る。第３図は同RAMに記憶されるテーブルの内
容を示す図である。第４図Ａ〜Ｄは同制御装置の
動作を示すフローチヤートである。１……超音波センサ制御回路、２……送信器、
３……受信器、７……マイクロコンピユータ。

Claims

【特許請求の範囲】

１一定周期で駆動される非接触距離センサの出
力に基づく測定高さデータを前記非接触距離セン
サの駆動毎に測定順に一定個数記憶して測定平均
高さデータを求め、その測定平均高さデータと予
め設定した目標高さデータとを比較して偏差を求
めるとともにその偏差の大きさに応じてパルス幅
の長くなる駆動パルスを刈取り部上下移動用アク
チエータに与える刈高さ制御方法であつて、前記
測定平均高さデータを求めるに、前記測定高さデ
ータが予め設定してある一定値以上である場合
は、そのデータを無効データとして捨てるととも
に無効データ連続発生回数を計数する無効データ
計数器の内容をカウントアツプし、前記測定デー
タが前記一定値以下であるとき前記無効データ計
数器をカウントダウンし、且つ前記無効データ計
数器の計数内容が所定の計数値に達したとき非接
触距離センサの異常報知を行うとともに前記所定
計数値以下の場合は異常報知を解除し、前記測定
高さデータが前記一定値未満の場合であつて、か
つ、前記平均高さデータと目標高さとの偏差が予
め設定してある所定値以上である場合は、そのデ
ータ値に拘らず前記アクチエータを連続的に駆動
することを特徴とする非接触距離センサを用いた
刈高さ制御方法。