JPH0638045B2 - 作業機の傾斜制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） この発明は、トラクタに連結された作業機の横方向の傾
きを制御するための傾斜制御装置に関する。

（従来技術とその問題点） トラクタにリンク装置を介してロータリ耕耘機等の作業
機を連結し使用する場合において、トラクタが横方向に
傾斜しても作業機を常に水平に保って作業を行なうこと
ができるようにするために、横方向の傾きを検出する傾
斜センサを用いて作業機の傾きを検出し、トラクタのリ
フトロッドに設けた油圧シリンダを伸縮させてその傾き
を修正するようにした水平制御装置が知られている。

しかしながら、従来のこの主の制御装置では、傾斜セン
サとして、重力によって錘りが揺動する振子式のセンサ
を用いていたので、作業機が前後方向に傾いたときに誤
差が生じやすく、正確な水平制御を行なうことが難しか
った。

（発明の目的） この発明は、トラクタに連結された作業機の傾斜制御を
より正確に行なうことのできる傾斜制御装置を提供する
ことを目的とするものである。

（発明の構成） 本発明にかかる作業機の傾斜制御装置は、トラクタのリ
フトアームにリンクまたは連結アームを介して作業機を
連結するとともに、前記リフトアームとリンクまたは連
結アームとの間に油圧シリンダを介装し、横方向の傾斜
を検出する傾斜センサの検出結果に基づいて油圧で作業
機の横方向の傾斜を制御するようにした作業機の傾斜制
御装置において、前記傾斜センサとして、極板間を液体
を保持し傾斜時における液体の流動によって生ずる横方
向の静電容量の変化を電気的に検出する静電容量型のセ
ンサを前後に並設したものを用い、両者の組み合わせに
より前後方向の傾斜の影響を消去するようにしたことを
特徴としている。

（実施例） 第１図は本発明の１実施例をあらわすもので、トラクタ
１に作業機（本例ではロータリ耕耘機）２がリンク装置
３を介して連結されている。

リンク装置３は、１本のトップリンク５と左右１対のロ
ワリンク６，６をそなえ、トップリンク５は作業機２の
マスト７に、またロワリンク６，６は作業機２の伝動ケ
ース９の左右両側に設けた連結基板10，10の前端部にそ
れぞれ取り付けられている。ロワリンク６，６の中間部
は、左右１対のリフトロッド12，12′によってトラクタ
１の油圧式リフトアーム13に吊られている。一方のリフ
トロッド（２点リンク装置で作業機を連結する場合は連
結アーム）１２には油圧シリンダ15が介装されており、
これを伸縮させることによって一方のリフトロッドの長
さを自在に調節することができるようになっている。

作業機２の上部には傾斜センサ20が取り付けられてい
る。この傾斜センサ20は、第２図および第３図に示すよ
うに静電容量型の傾斜センサであって、ケース21の内側
に前後３層の電極板23，24，25が互いに間隔をおいて設
けられている。これら３層の電極23，24，25の間隔部と
電極板23の前面部および電極板25の後面部には、透明プ
ラスチック製スペーサ26，26′が介装され、このスペー
サ26，26′によって電極板23，24，25間隔部に正面視円
形の貯液空間28，28′が形成され、その中にシリコンオ
イル27が約半分の深さまで充たされている。中間層の電
極板24は間隔をおいて配置した１対の金属板24a,24b で
形成され、前後各層の電極板23，25は、それぞれ中央部
に縦方向のスリット29を入れた金属板によって構成され
ている。したがって、この傾斜センサ20内には、第１層
23と第２層24によって構成される前側の２つのコンデン
サ、すなわち電極板23と24a とで構成されるコンデンサ
Ａ，Ｂ、および第２層と第３層によって構成される後側
の２つのコンデンサ、すなわち電極板２４ｂと２５とで
構成されるコンデンサＣ，Ｄがそれぞれ設けられ、全体
として、横方向の傾斜を検出する前後二つの傾斜センサ
が並設された状態となっている。そして、これら４つの
コンデンサＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは第４図（Ｃ）に示すように
ブリッジ回路で互いに接続されており、これら４個のコ
ンデンサＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの容量変化をブリッジ回路で測
定して傾斜を求めるようになっている。すなわち、この
傾斜センサ20が横方向（第２図における左右方向）に傾
斜（角α）すると、左側の２つのコンデンサＡ，Ｃと右
側の２つのコンデンサＢ，Ｄのうちのいずれかが低くな
るため、その側の液量が多くなり、その側の静電容量が
大きくなる。逆に傾斜によって高くなった側の前後２つ
のコンデンサは、電極板間の液量が少くなるため、静電
容量が減少する。したがって、ブリッジ回路で両側の電
圧差（Ｖ）を読み取ることによって、傾斜の大きさを知
ることができるのである。

つぎに、この傾斜センサ20は、前後方向にもコンデンサ
が２個づつ設けられている（ＡとＣ，ＢとＤ）ので、こ
れらをブリッジ回路に組み込むことによって前後方向の
傾斜の影響を殆んど消去することができる。

第５図は前後方向の傾き（θ）と出力電圧（Ｖ）の関係
をあらわすもので、同図によれば±45度（θ）の前後方
向の傾きがあっても、横方向の傾きに換算して±１度程
度の誤差しか生じないことがわかる。これは、例えば傾
斜センサ20が前に傾いた場合に、前側のコンデンサＡ，
Ｂの液量が多くなり、後側のコンデンサＣ，Ｄよりもコ
ンデンサ容量が大きくなるが、コンデンサを左右両側に
分けて考えたときは両側が同一条件となるので、ブリッ
ジ回路によってその影響を消去することができるためで
ある。従来の振子式の傾斜センサでは前後方向に20度程
度傾くことによってかなりの誤差が生じていたが、この
傾斜センサ20では、前述の如く前後方向の傾きが45度程
度あっても出力誤差は殆んど問題とならない程度であ
る。

図示例のように、内部のコンデンサを４個とせず、左右
に１個づつ形成しておくだけでも容量変化を読み取るこ
とによって横方向の傾きを検出することができるが、前
後方向の傾きがある場合は液面が斜めになるので誤差が
生じやすい。また、コンデンサを２個だけとすると、温
度が変わったときに誘電率が変化するので検出結果に誤
差が生じるが、図示例のように４個のコンデンサを設け
ておくと、対向するコンデンサによって互いに誘電率の
変化が消去されるので誤差が生じにくい。

なお、シリコンオイルは粘度が高すぎると感度が悪く、
粘度が低すぎると振動の影響を受けやすくなるので、＃
30度のものが好ましい。

第６図は、この傾斜センサ20をトラクタ１に取り付けた
例をあらわす。傾斜センサ20はこのようにトラクタ側に
設置してもよく、作業機側に設置してもよい。第７図は
傾斜制御装置40のブロック図をあらわす。この制御装置
40には、作業機の傾斜角を設定することができる手動式
の傾斜補正ダイヤル41が設けられており、このダイヤル
41の設定値と傾斜センサ20の出力を比較して、油圧シリ
ンダ用のバルブのソレノイドＳＬを動作させることにな
っている。これによって、油圧シリンダ15の伸縮が制御
され、作業機を任意の傾斜状態とすることができるので
ある。

第８図は、傾斜角のトータル制御を行なう場合の制御装
置40′のブロック図で、傾斜センサ２０の出力、リフト
アーム13の回動角を検出するリフトアーム角センサ42の
出力、リフトロッド12に設けられている油圧シリンダ15
の伸縮量を検出するリフトロッドシリンダストロークセ
ンサ43の出力等がコントロールボックスに供給される。
この制御装置40′のスイッチボックスには、作業機の傾
斜角を設定する基準設定ボリューム、各種切換スイッチ
および直接電磁バルブを切換操作するための手動スイッ
チ等が設けられており、上記切換スイッチには、機体の
大きさ（大，中，小）を設定するための大・中・小切換
スイッチ、リンク装置３におけるリンク接続穴の選択ス
イッチ（接続穴によって上下動のスケールが異なる）、
トラクタに対して作業機を平行にするか、作業機を独立
に水平に維持するかを選択するための平行・水平切換ス
イッチ、自動・手動切換スイッチ等が含まれている。

つぎに、静電容量型の傾斜センサの場合、内部の液体が
振動によって波打ち、出力に誤差が生じる。この様子を
第９図に（ａ）に示す。同図は高さ90mmの台を置いて走
行したときの傾斜センサの出力をあらわすもので、オー
バーシュートＳとアンダーシュートＳ′とが発生してい
る。これらオーバーシュートＳとアンダーシュートＳ′
の発生・収束状態は、液（シリコンオイル）の粘度や容
器（液が充たされる空間）の形状・寸法等によって決ま
るものである。したがって、所定時間内（ｔ）の傾斜セ
ンサの出力の移動平均をとれば、波打ちの影響を消去す
ることができる。第９図（ｂ）はこの様子を示すもの
で、ｔ秒間の出力を細分して取り出し、マイコンで平均
を取って傾斜センサの本当の出力とするのである。時間
ｔは、大型のトラクタでは短かくし、小型のトラクタで
は長くするのが好ましく、通常はｔ＝80〜150msec 程度
とすればよい。そして、この時間ｔを例えば32等分して
ｔ秒間に32回の平均を取るようにすればよい。

このように、傾斜センサからの検出出力の移動平均を取
りながら制御するようにすれば、トラクタ等の振動によ
る誤差を少なくすることができるのである。

（発明の効果） 以上に説明した如く、本発明による作業機の傾斜制御装
置は、前後に並設した静電容量式の横向の傾斜センサで
前後方向の傾きの影響を消去しつつ横方向の傾斜を検出
し、この検出結果に基づいて油圧装置を差動させて作業
機の横方向の傾斜制御を行なうものであるから、機体の
後方向の傾きによる誤差の発生を効果的に防止し、精度
の高い傾斜制御を行なうことが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例をあらわす側面図、第２図と
第３図は傾斜センサの正面断面図と側面断面図、第４図
(a),(b) はコンデンサの説明図であって(a) は正面図、
(b) は側面図、第４図(c) は傾斜センサのブリッジ回路
図、第５図は前後方向の傾きの影響をあらわすグラフ、
第６図は傾斜センサをトラクタ側につけた例をあらわす
側面図、第７図は制御装置のブロック図、第８図は異な
る実施例をあらわすブロック図、第９図(a),(b) は振動
の影響をあらわすグラフである。 １……トラクタ、２……作業機、３……リンク装置、12
……リフトロッド、13……リフトアーム、15……油圧シ
リンダ、20……傾斜センサ、23，24，25……電極板、27
……シリコンオイル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トラクタのリフトアームにリンクまたは連
   結アームを介して作業機を連結するとともに、前記リフ
   トアームとリンクまたは連結アームとの間に油圧シリン
   ダを介装し、横方向の傾斜を検出する傾斜センサの検出
   結果に基づいて油圧で作業機の横方向の傾斜を制御する
   ようにした作業機の傾斜制御装置において、前記傾斜セ
   ンサとして、極板間に液体を保持し傾斜時における液体
   の流動によって生ずる横方向の静電容量の変化を電気的
   に検出する静電容量型のセンサを前後に並設したものを
   用い、両者の組み合わせにより前後方向の傾斜の影響を
   消去するようにしたことを特徴とする作業機の傾斜制御
   装置。