JPH04211305A - 刈高さ制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はコンバインにおける刈
取り部の高さを測定し、その測定高さに基づいて刈高さ
を自動的に制御する刈高さ制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】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ュエー
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ったとき等にアクチュエータを破損
する恐れがあるため、信頼性，安定性等の検知から超音
波センサ等の非接触距離センサが使用されるようになっ
てきている。

【０００３】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。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに刈取り部の上下動制御に対するゲインを一定にした
場合、刈り初めにおける刈取り部の下降時や、機体が大
きく傾斜したとき等の基準高さとを高さデータとの偏差
が非常に大きいとき、適正な速度で追従しない不都合が
あり、速応性に欠けるという欠点があった。

【０００５】この発明の目的は、刈取り部の高さが目標
値付近にあるときには比較的小さいゲインで安定に追従
し、且つ測定平均高さと目標高さとの偏差が非常に大き
いときには、大きなゲインで速やかに目標高さに追従す
る刈高さ制御方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明の刈高さ制御装
置は、予め設定された刈取り部の目標高さと刈取り部の
移動中における測定平均高さとの偏差の大小に応じて、
刈取り部の移動速度を増減する事を特徴とする。

【０００７】

【作用】この発明においては、刈取り部の移動中におい
て刈取り部の対地距離を逐次測定し、この測定結果を用
いて求めた測定平均高さと予め設定した目標高さとを順
次比較して偏差を求める。測定平均高さは今回の測定高
さと過去の何回かの測定高さとの平均値である。この偏
差の大きさに応じて刈取り部の上下移動速度が増減され
る。即ち、偏差が大きい時には刈取り部の移動速度が速
くされ、偏差が小さい時には遅くされる。このようにす
ることによって、刈取り部が目標高さ付近或いはそれを
ある程度越えた範囲にあるときには、安定に追従し、ま
た刈り初めの刈取り部下降時や、或いは機体が大きく傾
斜したとき等においては、速やかに目標高さに接近する
。この場合、目標高さに近づくにしたがって移動速度が
遅くなり、オーバーシュートを起こすことなく、素早く
且つ正確に目標高さに刈取り部を移動させることが可能
になる。

【０００８】

【実施例】図１はこの発明の方法を実施する刈高さ制御
装置のブロック図である。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
あって、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。

【０００９】受信信号は波形整形後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Ｒ１，Ｃ１とで
構成される微分回路によっ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
ンピュータ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
コンピュータ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。

【００１０】イクスクルーシブアオゲート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。マイクロコンピュータ
７はこの波形整形回路８からの割り込み信号によって、
エンジンの回転数を測定する。

【００１１】マイクロコンピュータ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。 マイクロコンピュータ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。

【００１２】マイクロコンピュータ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ジタ
ル類を記憶し、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。図２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Ｒ１０の入力パルスが立ち上がり、または立ち下が
った場合、今回の測定データを無効にするためのデータ
無効フラグ、フラグＦ３は高さデータ更新フラグである
。

【００１３】領域Ａ２は測定平均高さを記憶する。すな
わち過去に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、または前回に平均して得られた高さ
データと過去１回の測定データとの合計２個のデータで
ある。この区別は後述のように今回の測定データが一定
以上の高さであるか否かで決定される。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〜Ａ
９は、前前前回の測定高さデータを新しい順に５個記憶
する。

【００１４】領域Ａ１０は刈高さ微調整器ＶＲによって
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Ａ１２
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、領域Ａ２
にストアする平均高さデータを算出するのに８個のデー
タを用いるか、２個のデータを用いるかを決める基準高
さを記憶する。後述するように、測定したデータがこの
高さより小さければ、領域Ａ２〜Ａ９の８個のデータか
ら平均高さデータを求める一方、測定データがＨ０以上
である場合には領域Ａ２とＡ３とに記憶されている２個
のデータのみから平均高さデータを求めるようにする。 この基準高さＨ０は５２２ｍｍである。

【００１５】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
を記憶する。算出した平均高さデータＨａがこの基準高
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。

【００１６】領域Ａ１５は、領域Ａ１２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Ａ
１９のテーブルに基づき、今回の電磁弁のオン，オフの
デューティ比を記憶する。図３に示すように、偏差が２
６０ｍｍ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
って、例えば、偏差が２１ｍｍであればデューティ比は
１６分の１である。

【００１７】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
にも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１
６進のアッ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っ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（図３参照）。

【００１８】次に以上の構成からなる刈高さ制御装置の
動作を図４〜図７のフローチャートを参照して説明する
。

【００１９】図４は刈高さ制御を行う行うためのメイン
ルーチンのフローチャートである。

【００２０】ステップｎ１（以下ステップｎｉを単にｎ
ｉ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のセット状態をチェックする。こ
のフラグＦ３がセットされるのは、後述のようにＵ．Ｓ
．Ｓ．制御回路１からの受信パルスによって割り込みが
あったときである。フラグＦ３がセットされていれば、
ｎ３へ進んでフラグＦ３をリセットし、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ップデー
トされる。

【００２１】続いてｎ５へ進み、刈高さ制御サブルーチ
ンを実行する。この刈高さ制御サブルーチンでは、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ューティ比を決定
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ップである。

【００２２】もし、このカンウ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
ップすれば、ｎ２へ戻って再度フラグ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ェックを基準サイ
クル毎に実行していく。

【００２３】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
から割り込みがあったときである。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。 図５に割り込みがあったときに実行される割り込みルー
チンを示す。

【００２４】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ったときは最初に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
クロコンピュータ７のポートＲ１１の信号状態をチェッ
クする。そしてＵ．Ｓ．Ｓ．制御回路出力の立ち下がり
であればその割り込みは受信パルスの初めにあったもの
であるから、高さデータを測定する内部のタイマデータ
を初期化し（ｎ１４）、さらにｎ１５において同タイマ
を起動する。

【００２５】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
セットする。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。

【００２６】所定時間（６ミリ秒）内に受信信号が来な
かった場合には、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ェックされ、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→ｎ２１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ったときにポートＲ１１にＵ．
Ｓ．Ｓ．制御回路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をセットする。したがって
今回の測定高さデータは、フラグＦ２がセットされてい
るために後述するように無効データとして捨てられる。

【００２７】上記のようにｎ１９においてフラグＦ３が
セットされると、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。

【００２８】図６はこの高さデータ更新サブルーチンの
フローチャートである。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ったときに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がセットさ
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。

【００２９】データ無効フラグＦ２がセットされていな
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ビッ
トで構成され、最大スケールで１０４４ｍｍまで計測可
能となるようにクロックのパルス幅が決定されている。 したがって内部タイマがオーバーフローするのは、測定
データが１０４４ｍｍ以上になったときである。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
信信号が無かったときに対応する。この場合は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。

【００３０】内部タイマがオーバフローをしていない場
合には、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。続いてそ
のストアされた測定高さデータと領域Ａ１３の所定の基
準高さデータＨ０とを比較する。データＨｎがデータＨ
０より大きい場合にはｎ３４を実行する。またそうでな
い場合には、ｎ３５を実行する。ｎ３４においては、前
回に算出した領域Ａ２の平均高さデータＨａと前回に測
定した測定高さデータＨｎとの２個のデータの平均値を
今回の平均高さデータＨａとして算出する。

【００３１】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Ｈ
ａとする。すなわち、今回の測定データが基準高さデー
タＨ０以上である場合には２個のデータの平均を取り、
データＨｎがデータＨ０より小さい場合には８個のデー
タの平均を取るようにしている。

【００３２】刈取り部の高さが非常に高い状態から適当
な間隔でサンプリングしながら測定データを得る場合、
平均高さデータを求めるために使用するデータが多くな
ると古いデータの重みが大きくなって実際の高さと平均
高さデータの差が大きくなる。このためにオーバシュー
トが生じやすくなる。一方、刈取り部の高さが比較的高
くない状態から目標高さに接近する場合においては、平
均高さデータを求めるのに多くの測定データを用いても
、古いデータの重みが大きくならず、むしろ平均高さデ
ータの変動がなくなって安定性を増す。したがって、こ
のように今回の測定データが一定の基準高さデータ以上
である場合にｎ３４において２個のデータのみの平均を
取り、同測定高さデータが同基準高さデータよりも小さ
い場合には８個のデータの平均を取るようにすることに
よって、オーバーシュートの防止と目標高さ付近での刈
取り部の安定性を実現することが出来る。

【００３３】以上のｎ３４または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ｎ３６
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
高さ以下であったから、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。

【００３４】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。図７はこの刈高さ制御サブルーチン
のフローチャートである。

【００３５】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ΔＨ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
ΔＨ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し引
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をセットし、負である場合刈取り部上昇フラグＦ０
をセットする（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、すなわちデューティ比を決定
する（ｎ４５）。

【００３６】ｎ４６では偏差が不感帯幅、すなわち０〜
２０．４ｍｍ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へ移って電磁弁を
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、２６１ｍｍに設定されている。図３のテー
ブルに示すように、偏差が２６１ｍｍ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。したがってｎ４
４で偏差が基準高さデータＨ１より大きい場合には、ｎ
４８，ｎ４９においてフラグＦ０，Ｆ１をチェックし、
フラグＦ０がセット状態であれば刈取り部を連続上昇さ
せ、フラグＦ１がセット状態であれば刈取り部を連続下
降させる。

【００３７】また、偏差が基準高さデータＨ１より小さ
ければ、ｎ５２，ｎ５３でフラグＦ０，Ｆ１の状態をチ
ェックし、フラグＦ０がセット状態にあれば刈取り部を
間欠上昇させ、（ｎ５４）、フラグＦ５４）、フラグＦ
１がセット状態であれば刈取り部を間欠下降させる（ｎ
５５）。この場合の刈取り部の間欠駆動に対する駆動パ
ルスのデューティ比は図３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って決定される
。

【００３８】こうして偏差が基準高さデータＨ１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
に応じて適正なデューティ比の駆動パルスによって刈取
り部を目標高さに接近させることが出来る。

【００３９】なお、ｎ２４においてフラグＦ２がセット
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。以上の動作によって偏差が２
０〜４０ｍｍ程度の比較的小さい場合、オンタイムの非
常に小さな駆動パルスによって刈取り部の上下駆動がさ
れるために、刈取り部の目標高さへの追従は緩やかにな
って安定性を増す。そして偏差の大きさが２６１ｍｍ以
上の非常に大きな場合には、刈取り部は目標高さに向か
って急速に接近し、目標高さ付近きで追従が緩やかにな
って上記と同様な安定な状態に移行する。このように、
偏差が非常に大きい場合には自動的に制御ゲインが大き
くなって目標高さに高速に追従し、偏差が小さい場合に
のみ自動的に制御ゲインが小さくなって追従の安定性を
高めることが出来る。

【００４０】

【発明の効果】この発明によれば、目標高さ付近では刈
高さ制御が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
して目標高さ付近で停止することが出来るため、湿田で
作業を行う場合や、或いはクローラの下にしずく藁が入
ったりした場合等にも優れた応答性で刈高さの制御を行
うことが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施する刈高さ制御装置のブロック
図である。

【図２】同制御装置のマイクロコンピュータに含まれる
ＲＡＭの構成図である。

【図３】同ＲＡＭに記憶されるテーブルの内容を示す図
である。

【図４】同制御装置の動作を示すフローチャートである
。

【図５】同制御装置の動作を示すフローチャートである
。

【図６】同制御装置の動作を示すフローチャートである
。

【図７】同制御装置の動作を示すフローチャートである
。

【符号の説明】

１−超音波センサ制御回路 ２−送信器 ３−受信器 ７−マイクロコンピュータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】予め設定された刈取り部の目標高さと刈取
   り部の移動中における測定平均高さとの偏差の大小に応
   じて、刈取り部の移動速度を増減する事を特徴とする刈
   高さ制御装置。