JPH0714282B2 - 農用作業車の自動昇降制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ○産業上の利用分野 本発明は、耕耘作業機等の作業機を付設した農用作業車
の自動昇降制御装置に関するものである。

○従来の技術 この種の作業機の自動昇降制御装置としては、特公昭60
-36721号「対地作業車」が公知である。該公知技術にお
いては、作業機の下降速度を二段制御として作業機降下
の作業能率を高め且つ接地時の瞬間的な負荷増大による
ダッシング現象を防止すべく、作業機昇降装置の電磁弁
を間欠駆動するための間欠信号発生装置を備え作業機が
所定位置まで下降したのち間欠信号を供給するよう構成
されている。

○発明が解決しようとする問題点 上記の公知技術においては、非作業時に作業機位置固定
のためのストップバルブ及び作業機の降下速度を調節す
るスローリターンバルブ（以下総称してスローリター
ン、ストップバルブと称する）等の操作は使用者に開放
され、任意の調整が考えられるが、作業時にストップバ
ルブを完全に開にしないで作業を行った場合、あるい
は、作業条件に応じて作業機を緩速降下させるべくスロ
ーリターン・ストップバルブを絞ると、設定位置以後に
おいて間欠信号が無条件に供給されるため必要以上の減
速降下となって降下時間の増大による作業能率の低下を
生じる問題点があった。さらに、圃場の凹凸により本機
が前後方向に傾斜している場合、作業機の降下時減速時
期は本機が水平時に比べると不適切に遅すぎたり、早す
ぎたりし、よしんば、降下時の減速時期を手動操作具に
より調節可能であった場合においても、調節操作そのも
のがわずらわしいという問題点があった。

○問題点を解決するための手段 本発明は、作業機が降下中作業機ポジションセンサ
（１）の検出信号を時間処理することにより作業機の対
本機変位量信号から、作業機動作速度信号を生成し、そ
の降下速度が地中に突入前一定速度以上の高速降下の場
合、作業機が地中に突入したことを作業機の動作速度の
緩急の検出で検出し、検出後直ちに前記作業機昇降用電
磁弁（５）を連続通電よりデュティ比が変更可能なパル
ス通電に切替えかつ所定の動作曲線に対応させるべくデ
ューティ比を徐々に減少させ所定の耕耘深さ位置にて自
動停止するまで緩速降下させるとともに、作業機の降下
速度が地中に突入前一定速度に満たない低速降下の場合
においては、作業機が地中に突入後自動停止するまで前
記緩速降下操作を行わせない制御動作を行う制御装置を
備えたことを特徴とする農用作業車の自動昇降制御装置
提供するものである。

○発明の作用 油圧式昇降装置（７）のスローリターン・ストップバル
ブ（６）の開位置においては、作業機の降下動作は高速
であり、降下中作業機ポジションセンサ信号は、動作速
度検出器により一定時間間隔にてサンプリングの後演
算、時間処理することにより降下速度に変換され、作業
機の降下速度がある一定以上の速度を越えた後、一定の
負極性変化率になったことを作業機が高速にて降下中、
地中に突入した時点と判断し、以降設定器の設定耕深量
に至るまで降下したことを作業機ポジションセンサ信号
により判定し、自動停止を行うまでの降下動作を作業機
降下用電磁弁の駆動を連続通電より、デュティ比の変更
可能なパルス通電に直ちに切換え、かつ所定の動作曲線
に対応させるべくデューティ比を徐々に減少させ減速動
作させる。他方、スローリターンストップバルブが全閉
でない状態でやや開いている状態では作業機の降下速度
は上述の高速に比べ遅いのであるが、一定速度以下の場
合、すなわち、ダッシング、エンジンストップに至らな
い様な低速降下時の場合、上述の一定速度に満たないた
め、上述の減速動作切替えを行わないことにより過度の
緩速降下を防ぐ制御動作を行うものである。この様に作
業機降下速度を検出し、第１にその降下速度のまま接地
後、設定耕深まで降下位置決めさせても良いか悪いかを
一定の速度比較の基準となるしきい値と比較し、比較結
果により緩速降下に切換えるか否かを前もって決定して
おき、第２に作業機降下速度の変化を監視し、作業機の
接地を降下速度の急減が一定以上の時間変化率にて生じ
たことをもとに検出し、緩速降下させる場合は、動作開
始信号とする様、制御回路が構成されている。よって、
いかなるバルブ開閉状態及び作業機の前後方向傾斜状態
にあたつても、最短時間及び最良の作業機降下動作が得
られることとなる。

○実施例 第１図に示す実施例においては、作業機ポジションセン
サ（１）、作業機耕深量設定器（２）、作業機対本機位
置設定器（３）、耕深センサ（４）と、内臓プログラム
によりセンサ信号、操作スイッチ信号の取込み、センサ
信号の内臓データとの比較、センサ信号同志の比較、セ
ンサ信号の演算、電磁弁駆動回路への信号出力等、制御
動作を行うワンチップマイコン（11）、アナログ信号を
デジタル信号に変換するA/Dコンバータ（アナログ→デ
ジタルコンバータ）（13）、ワンチップマイコンのセン
サ選択信号によって各種センサ信号をA/Dコンバータへ
選択接続するアナログスイッチ（アナログマルチプレク
サ）（12）、ワンチップマイコンからの微弱電磁弁駆動
信号を電流増幅する電磁弁駆動回路（８）等にて構成さ
れるコントローラ（14）を作業機の適所に取付ける。

作業機ポジションセンサ（１）は、作業機（耕耘作業
機）の対本機（トラクター）姿勢を検出し、その検出信
号はアナログ電圧信号でありコントローラ（14）内のア
ナログスイッチ（12）を経由してA/Dコンバータ（13）
にてデジタル信号に変換されワンチップマイコン（11）
に取り込まれる。ワンチップマイコン（11）はその制御
プログラムにより内臓のタイマーカウンタにより生成さ
れる一定の時間信号により作業機ポジションセンサの信
号を演算による時間処理［（ｔ＋Δｔ）−（ｔ）の
演算］をすることにより作業機の動作速度が検出でき
る。作業機対本機位置設定器（３）は、作業機の対本機
の相対位置を設定する。作業機耕深量設定器（２）は、
対地昇降位置を設定する。耕深センサ（４）は、作業機
の対地位置を検出する。

油圧式昇降装置（７）は、本機と作業機とを連結すると
ともに本機に対し作業機を昇降操作するためのリフトア
ーム（15）を回動させるためのリフトシリンダ（16）を
有する油圧制御機構を含み、第３図に示すごとく、電磁
弁（５）およびスローリターン・ストップバルブ（６）
の他に、油圧ポンプ（17）、チョーク弁（18）、リリー
フバルブ（19）およびセフティバルブ（20）を含んでい
る。第３図において、（21）はロワーリンクである。

ワンチップマイコン（11）は、ワンチップマイコン内臓
のプログラムにより、作業機ポジションセンサ（１）の
検出信号を時間処理［（ｔ＋Δｔ）−（ｔ）の演
算］して作業機の動作速度を検出するための動作速度検
出手段としての機能と、｛（ｔ＋Δｔ）−（ｔ）｝
／（ｔ）の降下速度変化率の生成を行うとともに、リフ
トアームポジションセンサの信号及び耕深設定機の信号
をモニタし、作業機が一定以上の速度で降下している
か、一定以上の速度で降下中に一定以上の負の速度変化
が生じたか、或いは、作業機の位置が設定耕深位置まで
降下したか等の比較、判定および動作速度変化率を演算
し、プログラムされた動作曲線と対比して、連続通電よ
りパルス通電へ切換えおよびパルスのデュティ比を決定
する電磁弁駆動回路制御手段とを含み、発明作用の項に
記した制御動作を行う信号比較演算制御回路の機能を有
するものである。

前記ワンチップマイコン（11）のセンサ、設定器信号取
込みフローチャートは下図の通りである。

ワンチップマイコン出力ポートのセンサ選択信号をア
ナログスイッチ（アナログマルチプレクサ）へ送ると選
択されたセンサ信号、設定器信号のみがA/Dコンバータ
のアナログ入力端子へ接続される。

ワンチップマイコンはA/Dコンバダータへアナログ・
デジタル変換開始信号ををA/Dコンバータへ出力。

A/Dコンバータはアナログ・デシタル変換を行い（通
常数μsec〜数十μsec）変換完了すれば完了信号をワ
ンチップマイコンへ送る。

ワンチップマイコンは続出信号をA/Dコンバータへ
送る。

続出信号を受けたA/DコンバータはA/D変換データをデ
ータバスへ出力する。

ワンチップマイコンはデータバス上のA/D変換データ
を読み込む。

へ戻り、繰り返す。

電磁弁駆動回路（８）は、電磁弁（５）に対し連続通電
とパルス通電とを切替自在に供電するものであり、ワン
チップマイコン（11）よりのパルス通電制御信号の入来
時には指示されたデュティ比のパルス通電状態とし、連
続通電制御信号の入来時には連続通電状態とするもので
ある。

スローリターン・ストップバルブ（６）の開状態で、作
業機の降下にあたり、耕耘部（ロータリ耕耘爪）が接地
までは降下速度を増加し接地（ａ）点で降下速度N1は最
高である。［第３図の動作曲線Ｐ部分］。接地による負
荷抵抗の増大により降下速度は低下し速度の増加率は負
に反転するが、本発明は以後の動作曲線が第３図Ｑとな
るように電磁弁（５）を制御するものである。即ち、ワ
ンチップマイコン（11）は耕深センサ（４）から得られ
た耕深値と、作業機ポジッションセンサ（１）により検
出信号の演算結果の降下速度およびプログラムにもとづ
き演算して動作曲線Ｑが得られるように、連続通電［第
４図Q1に対応する第４図（イ）の駆動波形］→パルス通
電［Q2に対応する（ロ）の駆動波形］→デュティ比の小
なるパルス通電［Q3に対応する（ハ）の駆動波形］デュ
ティ比より小なるパルス通電［Q4に対応する（ニ）の駆
動波形］と変化させるべく自動制御する。

スローリターン・ストップバルブ（６）の開状態では、
接地以後も連続通電が続行され、第３図Ｒに示すごと
く、ほぼ直線の動作特性で常に緩速降下する。

なお、いずれの場合においても、コントローラ起動スイ
ッチ（図示省略）の操作により作業機の降下は開始し、
耕深センサ（４）による耕深値が、設定器（２）の設定
値と一致したときワンチップマイコン（11）による演算
による両者の一致判断により、電磁弁駆動回路（８）を
停止させ、電磁弁（５）を閉じリフトシリンダ（15）の
降下を停止、所定の耕深値に維持する。

つぎに、ワンチップマイコン（11）について、第５図乃
至第10図を参照して説明する。

第６図は、ワンチップマイコン（11）の大要を示し、そ
のプログラムフローチャートは、第７図のメインプログ
ラム、第８図のサブルーチンプログラム、第９図（ａ）
（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）のタイマー割込プログラムの
通りであり、制御プログラム動作はつぎの通りである。

タイマー割込プログラムを、ワンチップマイコン内臓の
タイマーカウンタを利用し5msec間隔にて実行する様プ
ロクグラムしておく。そうすることにより5msec間隔に
て割り込みがかかりタイマー割り込みが実行される。

タイマー割り込みルーチンは、各種センサ、設定器のア
ナログ信号をA/D変換、取込みと演算により速度、速度
変化をデータ生成し、データの比較により作業機の接地
の検出、接地時の作業機の位置の記憶より、現時点の接
地後の位置をゾーン分けし、ゾーンに合わせてパルス駆
動のデュティを自動セットし実行する。プログラムの流
れはRAM内ワーキングエリアの各種スイッチ、カウンタ
により制御される。

第５図は、本発明の実施例にあたっての、ワンチップマ
イコン（11）の機能を示し、動作速度検出手段（ａ）、
動作速度変化率検出手段（ｂ）、および電磁弁駆動回路
制御手段（ｃ）は下記の通りである。

○動作速度検出手段（ａ） ワンチップマイコン内臓のタイマーカウンタを用いて5m
secの微小時間間隔でタイマー割り込みを発生させ、タ
イマー割り込みルーチンの中で作業機ポジションセンサ
の信号をA/D変換後取込み、5msec時間間隔での新旧デー
タの引き算を行うと （新データ−旧データ）/5msec＝速度 が得られる。

○動作速度変化率検出手段（ｂ） 動作速度検出手段（ａ）により得られた降下速度データ
を同様にして5msec時間間隔での新旧データの引き算に
より変化量が得られる（プログラム例では一定以上負の
変化量が発生した回数をカウントし、何回か発生したら
接地スイッチを「１」にしてプログラムの流れを変える
様にした）。

○電磁弁駆動回路制御手段（ｃ） 動作曲線記憶手段（ｄ）、動作曲線との比較手段（ｅ）
およびパルスデュティ比算出パス駆動信号発生手段
（ｆ）を含み、接地時の作業機ポジションセンサの位置
を接地位置データに記憶しておき現時点の作業機ポジシ
ョンセンサよりの引き算により第３図において、（イ）
〜（ニ）（（ホ））ゾーン分けして、ゾーン別にパルス
デュティを決定しておいて、パルス駆動を実行するため
の電磁弁駆動信号を発生する パルスデュティ比算出、信号発生手段（ｅ）は、上述の
様にタイマー割り込みを5msec間隔にて発生させ、所定
のデュティ比のパルス駆動を行う（第10図は1/5デュテ
ィのパルス駆動例を示す）。

○発明の効果 本発明は、公知技術と同様に、本機ダッシング防止、作
業機の爪その他の部材の損傷防止、作業機の接地ショッ
クの軽減等の効果を奏するものでありながら、デュティ
比の変更により所望の動作特性（漸減速曲線）で降下さ
せて作業能率を低下させることなく接地ショックを軽減
し、スローリターン・ストップバルブを絞って降下速度
を遅くした場合には、パルス通電への切替を行うことな
く連続通電を続行し、公知技術に比し、常に最適の動作
特性として作業能率の向上をはかる効果がある。

また、本発明は、デュティ比の変更による動作曲線への
対応にあたり、中央処理装置（C.P.U）として機能する
ワンチップマイコンを用いることができ、マイコン制御
により制御機構の量産化によるコスト低減をはかり得る
とともに、圃場条件、作業条件の変化による最適の動作
曲線の変化にもマイコンプログラムの変更により簡単に
対応できる効果がある。

更に、本発明は、作業機が降下中作業機ポジションセン
サ（１）の検出信号を時間処理して作業機の動作速度を
検出し動作速度の変化を検出することで、作業機が降下
中に地中に突入した時点が検出されるものであるから、
設定下降位置を設定するための設定器は不用であり制御
機構を簡素化できる効果がある。また、動作速度の変化
を検出して制御タイミイングを決定するものであるか
ら、速度切替えのタイミィングが間違いなく行われる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の農用作業車の自動昇降制御装置の大要
を示すブロック図である。第２図は油圧式昇降装置の油
圧回路図である。 第３図は、作業機の接地高さと下降速度との関係を示す
グラフでる。第４図は電磁弁駆動波形図である。 第５図は、ワンチップマイコン（C.P.U）の機能を示す
ブロック図。第６図は、同じく部品配置お呼びメモリ配
置を示す説明図。第７図乃至第９図は同じくプログラム
フローチャートを示し、第７図はメインプログラム、第
９図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）はタイマー割込プログラ
ムである。 第10図は、デュティ比1/5のパルス駆動の説明図であ
る。 １……作業機ポジションセンサ ２……設定器 ４……耕深センサ ５……電磁弁 ６……スローリターン・ストップバルブ ７……油圧式昇降装置 ８……電磁弁駆動回路 11……ワンチップマイコン（C.P.U）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】作業機・昇降用リフトアーム（15）を駆動
   する油圧シリンダ（16）とスローリターン・ストップバ
   ルブ（６）とを含む油圧式昇降装置（７）と、油圧シリ
   ンダ（16）を駆動する作業機昇降用電磁弁（５）とを備
   え、作業機を上昇位置から下降させ地中の任意の位置に
   て自動停止させる様、前記作業機昇降用電磁弁（５）を
   自動操作する作業深さ制御装置（14）を備えた農用作業
   車であって、 作業機を地中任意の耕深深さ位置まで降下位置決めする
   動作において、その降下速度が地中に突入前一定速度以
   上の場合、作業機が地中に突入したことを作業機の動作
   速度の緩急の検出で検出し、検出後、前記作業機昇降用
   電磁弁（５）を連続通電よりデュティ比が変更可能なパ
   ルス通電に切替えかつ所定の動作曲線に対応させるべく
   デューティ比を徐々に減少させ所定の耕耘深さ位置にて
   自動停止するまで緩速降下させるとともに、作業機の降
   下速度が地中に突入前一定速度以下の場合においては、
   作業機が地中に突入後自動停止するまで前記緩速降下操
   作を行わせない制御動作を行う制御装置を備えたことを
   特徴とする農用作業車の自動昇降制御装置。