JPH1028408A - レーザ均平装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作業機の傾斜によってレーザ受光装置の受光
器の高さが刻々と変化したときに、レーザ検出誤差を抑
止して圃場の均平性を確保する。 【解決手段】 レーザ受光装置の受光器３８が垂直状態
にある場合の上下方向の検出可能領域をＬとし、このと
き、中心位置にあるダイオード４０ａとその上下のダイ
オードを含む領域Ｃを不感帯とする。受光器３８が傾斜
したときは検出可能領域及び不感帯の領域が狭くなるの
で、作業機の傾斜に応じて一時的に不感帯の設定を変更
し、不感帯の幅を広くして作業機のハンチングを防止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーザ均平装置に関
するものであり、特に、作業機の傾斜によるレーザ検出
誤差を抑止したレーザ均平装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
農業の低コスト化を図るために大規模圃場化が進んでい
る。このため、従来のようなリヤカバーによるデプス制
御のみの作業や、或いは作業者の勘に頼った作業では、
圃場の均平性が確保できなくなっている。圃場の均平性
を得る方法として、レーザ均平装置が知られている。

【０００３】このレーザ均平装置は、圃場面上の一定高
さにレーザ光を水平方向へ放射し、このレーザ光がつく
り出す水平面を基準として作業を行うものであり、例え
ば、レーザ受光装置の受光器を作業機上部に設置し、レ
ーザ光と作業機の相対位置に応じてトラクタのリフトア
ームを回動させ、作業機の位置を自動調整して圃場の仕
上げ面を均平制御するものである。

【０００４】前記受光器は、トラクタの影に入らないよ
うに作業機にマストを立てて高い位置に保持されている
ので、トラクタが左右にローリングするとそれに伴って
マストが傾斜し、受光器の高さが刻々と変化してレーザ
検出誤差が生じる。

【０００５】レーザ受光器により基準レーザを受光して
作業機の位置を制御する装置としては、特開昭５８−１
３７０１３号公報が知られている。該公報記載の装置は
車体の傾斜角を検出して受光器の高さ誤差を求め、この
高さ誤差に基づいて作業機の位置を修正する制御量を演
算している。しかし、この演算が複雑であるため、装置
のコストが高くなっている。

【０００６】そこで、作業機の傾斜によってレーザ受光
装置の受光器の高さが刻々と変化したときに、レーザ検
出誤差を抑止して圃場の均平性を確保するために解決す
べき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課
題を解決することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために提案されたものであり、水平方向に放射され
たレーザ光を受けて作業機の高さを検出できるレーザ受
光装置を設け、前記レーザ受光装置の受光器を作業機上
部に設置し、レーザ光と作業機の相対位置に応じてトラ
クタのリフトアームを回動させ、作業機の位置を自動調
整して圃場の仕上げ面を均平制御するレーザ均平装置に
於いて、作業機の傾斜に応じて前記レーザ受光装置の不
感帯の幅を切り替えるレーザ均平装置を提供するもので
ある。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従って詳述する。図１はトラクタ１０を示し、機体の
後部にリンク機構１１を介してロータリ作業機１２が連
結されている。運転席１３の近傍にはコントローラ１４
が設けられており、このコントローラ１４にポジション
レバー１５、耕深設定ダイヤル１６、レーザ切替スイッ
チ１７等を設けて、ロータリ作業機１２の耕深量を設定
する。また、前記運転席１３の下部にはスロープセンサ
１８、車速センサ１９等が設けられている。

【０００９】前記リンク機構１１はトップリンク２０と
左右のロワーリンク２１からなる３点リンク方式であ
り、左右のリフトアーム２２の先端とロワーリンク２１
をリフトロッド２３にて連結し、リフトアーム２２を回
動することにより、ロワーリンク２１が上下動してロー
タリ作業機１２が昇降する。該リフトアーム２２の回動
角度はリフトアームセンサ２４にて検出する。

【００１０】また、左右どちらかのリフトロッド２３の
途中にローリングシリンダ２５を設け、該ローリングシ
リンダ２５を伸縮させてロワーリンク２１のリフト量を
左右で変えることにより、トラクタ１０に対してロータ
リ作業機１２が左右へ傾斜し、ロータリ作業機１２のロ
ーリング調整を行えるようにする。

【００１１】一方、ロータリ作業機１２のメインカバー
２６の後端にリヤカバー２７を回動自在に取り付け、デ
プスセンサ２８によりリヤカバー２７の回動角度を検出
してロータリ作業機１２のデプス調整を行えるように構
成する。

【００１２】ここで、前記メインカバー２６の左右位置
にブラケット２９を固設し、夫々のブラケット２９にプ
レッシャロッド３０の上部を装着し、該プレッシャロッ
ド３０の下端をリヤカバー２７のブラケット３１に連結
する。そして、該プレッシャロッド３０にスプリング３
２を介装してリヤカバー２７の動きを規制することによ
り、リヤカバー２７が跳ね上がるのを防止している。
尚、前記メインカバー２６は耕耘爪３３の回転軸３４を
中心に、円弧状の軌跡で前後へ回動可能に形成されてい
る。

【００１３】図２はロータリ作業機１２の背面図であ
り、説明の都合上、前記デプスセンサ２８やプレッシャ
ロッド３０などの部品を省略してある。図１及び図２に
示すように、ロータリ作業機１２のメインビーム３５に
センサマスト３６を立設する。該センサマスト３６は上
下に伸縮自在であり、その基端部のブラケット３７はボ
ルト締めにてメインビーム３５に固定されている。該セ
ンサマスト３５の上端にレーザ受光装置の受光器３８を
装着するとともに、センサマスト３５の途中に傾斜セン
サ３９を設ける。

【００１４】本発明の実施の形態では、センサマスト３
６の取付位置がメインビーム３５上で、且つローリング
シリンダ２５を装着していない側（左側）のロワーリン
ク２１ａの延長線上に取り付けられているが、特にこの
位置に限定されるものではなく、ロータリ作業機１２の
他の位置に取り付けてもよい。また、傾斜センサ３９の
取付位置はセンサマスト３５の途中に限定されず、メイ
ンビーム３５上やロータリ作業機１２の他の位置に取り
付けてもよい。

【００１５】図３（ａ）に示すように、前記受光器３８
には上下方向に複数個のダイオード４０，４０…を配設
してあり、後述する投光器から放射されるレーザ光を何
れかのダイオードで捕捉する。このとき、受光器３８の
中心位置にあるダイオード４０ａでレーザ光を捕捉した
ときは、ロータリ作業機１２が基準高さにあるとして該
受光器３８から検出信号を出力する。また、受光器３８
の中心位置より上下何れかに配設されたダイオードでレ
ーザ光を捕捉したときには、ロータリ作業機１２が基準
高さに対して高位置或いは低位置にあるとして、基準高
さに対する高低差を該受光器３８から検出信号として出
力する。

【００１６】この検出信号は前記コントローラ１４へ入
力され、ロータリ作業機１２が基準高さにある場合は、
前記リンク機構１１のリフトアーム２２を上下させる制
御信号は出力されない。これに対して、ロータリ作業機
１２が基準高さに対して高位置である場合はリフトアー
ム２２を下げるように制御信号が出力され、一方、ロー
タリ作業機１２が基準高さに対して低位置である場合は
リフトアーム２２を上げるように制御信号が出力され
る。

【００１７】また、図３（ａ）に示すように、受光器３
８の上下方向の検出可能領域をＬとすれば、中心位置に
あるダイオード４０ａとその上下のダイオードを含む適
宜領域Ｃを不感帯とし、レーザ光がこの領域Ｃで受光さ
れたときはコントローラ１４からリフトアーム２２を上
下させる制御信号を出力しない。これは、ロータリ作業
機１２の振動などにより受光器３８が細かく上下動する
ときに、その都度リフトアーム２２を上下させるとロー
タリ作業機１２にハンチングが生じるため、不感帯を設
けて圃場の仕上げ面の荒れを防止するためである。

【００１８】図４はレーザの投光器と受光器の位置関係
を示すものであり、圃場の畦畔４１にスタンド４２を設
置し、スタンド４２の上端に投光器４３を取り付ける。
該投光器４１から圃場面上の一定高さの水平方向にレー
ザ光が放射され、このレーザ光を前記受光器３８で受
け、レーザ光とロータリ作業機１２との相対位置を検出
する。

【００１９】ここで、レーザ光の照射に先立ってトラク
タ１０側の調整を行う。先ず、図１に示したポジション
レバー１５により手動操作でリンク機構１１を動かし、
ロータリ作業機１２の高さを調整して耕深量を確定す
る。続いて、センサマスト３６を昇降させ、受光器３８
の中心位置にあるダイオード４０ａでレーザ光を捕捉す
るように、受光器３８の上下位置を調整する。然る後
に、投光器４３のスイッチをオンにしてレーザ光を照射
し、オペレータが前記ポジションレバー１５を少し下げ
てレーザ均平装置による作業を開始する。

【００２０】前記受光器３８は投光器４３から照射され
るレーザ光を受けて検出信号を出力し、コントローラ１
４でロータリ作業機１２の高さを演算する。そして、ロ
ータリ作業機１２の高さに応じてリフトアーム２２の回
動角度を調整し、前記レーザ光の照射面を基準としてロ
ータリ作業機１２の耕深量を一定に維持するように制御
する。この後、耕耘土壌面の仕上がり具合をみてセンサ
マスト３６を僅かに昇降させ、受光器３８の上下位置を
再調整する。

【００２１】前述したように受光器３８には不感帯が設
けられているが、圃場の凹凸やロータリ作業機１２の振
動などによりセンサマスト３６が傾斜した場合は、不感
帯の幅が狭くなる。例えば、図３（ｂ）に示すように、
検出可能領域がＬの受光器３８が角度θ傾斜したとき
は、上下方向の検出可能領域が（Ｌ× cosθ）と短くな
り、不感帯の領域も（Ｃ× cosθ）と狭くなる。

【００２２】センサマスト３６が瞬間的に傾斜する度に
不感帯の幅が狭くなるとロータリ作業機１２にハンチン
グが生じるので、前記傾斜センサ３９でセンサマスト３
６の傾斜を検出したときは、コントローラ１４の指令に
より一時的に不感帯の設定を切り替えてその幅を広くす
る。不感帯の設定はセンサマスト３６の傾斜角度に応じ
て変えていく。

【００２３】即ち、ロータリ作業機１２が傾斜したとき
は一時的に不感帯の幅を変更し、更にロータリ作業機１
２の傾斜が続くときはローリングシリンダ２５を駆動し
て水平に戻す。このように不感帯の設定を切り替える制
御は、作業機の修正量を高さ誤差に応じて補正する従来
の制御に比べて演算が単純であるため、装置を安価に形
成することができる。

【００２４】ここで、前記投光器４３はその内部に設け
た回転体にレーザ発光部が取り付けられており、水平方
向に回転しながらレーザ光が放射される。従って、受光
器３８はレーザ光を連続的に受光する訳ではなく、レー
ザ光が回転して該受光器３８を照射したときだけレーザ
光を受光する。即ち、受光器３８はレーザ光をパルス的
に受光する。例えば、投光器４３の回転数が毎分３００
回転であるときは、受光機３８は１秒間にレーザ光のパ
ルスを５回受光することになり、パルスのサイクルタイ
ムが０．２秒となる。

【００２５】いま、近接圃場で他のトラクタがレーザ均
平装置を使用している場合、当該レーザ受光装置の受光
器３８が近接圃場からのレーザ光を受けると、外乱とな
ってレーザ均平装置が誤動作を起こす。そこで、投光器
４３の回転数をディップスイッチなどにより切り替え可
能にし、作業者がレーザ光のパルスのサイクルタイムを
複数個設定された中から選択できるようにする。

【００２６】例えば、表１に示すようにディップスイッ
チをからまで切り替えることにより、投光器４３の
回転数を３００ｒｐｍから６００ｒｐｍまで変化させれ
ば、パルスのサイクルタイムを０．２秒から０．１秒ま
での４段階設定することができる。

【００２７】

【表１】

【００２８】従って、近接圃場で使用されているレーザ
光とは異なるサイクルタイムを選択して投光器４３と受
光器３８のディップスイッチを切り替えれば、当該レー
ザ受光装置の受光器３８が近接圃場からのレーザ光を受
けてもサイクルタイムが異なるので、こちらの投光器４
３から照射されたレーザ光のみを基準光として検出し、
正常なレーザ均平制御が行われる。

【００２９】図５はレーザ均平装置のブロック図を示
し、ポジションレバー１５、耕深設定ダイヤル１６、レ
ーザ切替スイッチ１７等の設定信号はコントローラ１４
へ入力される。このレーザ切替スイッチ１７は「レーザ
均平制御」と「リヤカバーによるデプス制御」とを切り
替えるスイッチであり、「レーザ均平制御」にした場合
は、レーザ光がつくり出す水平面を基準としてロータリ
作業機１２の位置を自動調整して作業が行われ、「リヤ
カバーによるデプス制御」にした場合は、リヤカバーの
角度を読み取って通常のデプス制御が行われる。

【００３０】また、「レーザ均平制御」にした場合と
「リヤカバーによるデプス制御」にした場合とでは、ロ
ーリング制御の感度を変える。即ち、傾斜を検出してか
らローリングシリンダ２５を駆動するまでのオンディレ
ータイムを切り替えたり、或いは、傾斜を検出する際の
不感帯の幅を切り替えることにより、レーザ均平制御時
のローリング制御とリヤカバーによるデプス制御時のロ
ーリング制御とを独自に設定することができる。

【００３１】更に、耕深作業終了後に前記レーザ切替ス
イッチ１７を「走行」位置へ切り替えれば、トラクタ１
０が走行モードになる。また、スロープセンサ１８、車
速センサ１９、リフトアームセンサ２４、デプスセンサ
２８、並びに傾斜センサ３９などの検出信号もコントロ
ーラ１４へ入力される。

【００３２】一方、投光器４３から放射されるレーザ光
を受光器３８で受け、ロータリ作業機１２の基準高さと
の高低差が検出信号としてコントローラ１４へ入力され
る。「レーザ均平制御」が行われている場合は、コント
ローラ１４では受光器３８からの検出信号に基づいてロ
ータリ作業機１２の高さを演算し、レーザ光が受光器３
８の不感帯を超えているときは、基準高さとの高低差に
応じてリフトシリンダ４４を駆動すべく電磁弁へ制御信
号を出力し、リフトアーム２２を回動させてロータリ作
業機１２の位置を調整する。また、傾斜センサ３９の検
出値に基づいてローリングシリンダ２５を伸縮すべく電
磁弁へ制御信号を出力し、ロータリ作業機１２のローリ
ング調整を行う。

【００３３】図６はトラクタ１０が左側へローリングし
た状態を示し、このときは、二点鎖線で示すようにロー
タリ作業機１２も左側へ傾斜する。そして、ローリング
制御により、ローリングシリンダ２５を伸長して右側の
ロワーリンク２１ｂの位置を下降させ、実線で示すよう
にロータリ作業機１２が水平に戻される。

【００３４】図７はトラクタ１０が右側へローリングし
た状態を示し、このときは、二点鎖線で示すようにロー
タリ作業機１２も右側へ傾斜する。そして、ローリング
制御により、ローリングシリンダ２５を収縮して右側の
ロワーリンク２１ｂの位置を上昇させ、実線で示すよう
にロータリ作業機１２が水平に戻される。

【００３５】このように、ローリング制御を行う場合は
左側のロワーリンク２１ａの高さは略一定で、右側のロ
ワーリンク２１ｂの高さが上下動する。前述したよう
に、センサマスト３６は左側のロワーリンク２１ａの延
長線上のメインビーム３５に取り付けられているので、
ローリングシリンダ２５の収縮によりロータリ作業機１
２を水平に戻す際には、センサマスト３６の基端部は殆
ど上下動しない。従って、該センサマスト３６はブラケ
ット３７を中心に左右へ揺動し、前記受光器３８の高さ
はΔＨ₁ またはΔＨ₂ だけ変位する。

【００３６】これに対して、センサマスト３６を他の位
置に取り付けた場合、例えば図８に示すように、メイン
ビーム３５の右側にブラケット３７を固着したときは、
ローリング制御によりロータリ作業機１２を水平に戻す
際には、左側のロワーリンク２１ａからの距離が遠くな
るのに伴って、ブラケット３７の上下移動が大きくな
る。従って、受光器３８の高さの変位はΔＨ₃ またはΔ
Ｈ₄ となり、前記ΔＨ₁またはΔＨ₂ より大きくなるた
めレーザ検出誤差が大となる。

【００３７】図９はセンサマスト３６が収納された状態
を示し、マスト下段部４５の背面側にヒンジ４６を設け
てマスト上段部４７を接続し、センサマスト３６の中間
部位で後方向（同図で右方向）へ折り曲げ自在に形成し
てある。そして、マスト下段部４５及びマスト上段部４
７に夫々プレート４８，４９を固設し、このプレート４
８，４９間に直動型のアクチュエータ５０を装着する。
該アクチュエータ５０にはリニア形モータを使用する
が、直線的に伸縮するものであれば油圧シリンダなどで
もよい。尚、ヒンジピン４６ａの斜め後側に引張コイル
バネ５１を介装して、マスト上段部４７を図中時計方向
へ付勢する。

【００３８】図５にて説明したレーザ切替スイッチ１７
が「走行」位置に切り替えられたときは、コントローラ
１４の指令によりアクチュエータ５０が収縮するため、
図９に示すように、マスト上段部４７が後方へ倒回して
センサマスト３６が折り畳まれる。即ち、トラクタ１０
を走行するときは、自動的にセンサマスト３６が収納状
態になる。

【００３９】一方、前記レーザ切替スイッチ１７が「レ
ーザ均平制御」に切り替えられたときは、コントローラ
１４の指令により該アクチュエータ５０が伸長してマス
ト上段部４７を押し上げるため、ヒンジピン４６ａを中
心にマスト上段部４７が上方へ回動し、同図の二点鎖線
で示すように、センサマスト３６が起立する。このと
き、引張コイルバネ５１の上端は死点越えしてヒンジピ
ン４６ａの斜め前側へ移動するので、マスト上段部４７
は図中反時計方向に付勢されて起立状態を保持する。

【００４０】続いて、図１０に示すようにアクチュエー
タ５０が更に伸長し、スライド部５２からマスト上段部
４７が上方へスライドする。スライド部５２の上下スト
ロークをＳとすれば、レーザ切替スイッチ１７が「レー
ザ均平制御」に切り替えられたときは、該上下ストロー
クの１／２までマスト上段部４７がスライドし、受光器
３８がＰ_C の位置まで上昇する。

【００４１】前記アクチュエータ５０の伸縮量は内部の
ポテンショメータで検出される。アクチュエータ５０を
伸縮してスライド部５２をフルストロークさせれば、受
光器３８は最下位置Ｐ₁ から最上位置Ｐ₂ まで昇降可能
であるが、レーザ光の初期調整時には受光器３８を自動
的にＰ_C の位置にして、レーザ受光調整作業の簡素化を
図るとともに受光器３８の上下調整範囲を十分に確保す
る。

【００４２】そして、前記レーザ切替スイッチ１７が
「リヤカバーによるデプス制御」に切り替えられたとき
は、アクチュエータ５０が収縮してマスト上段部４７が
下方へスライドし、受光器３８が最下位置Ｐ₁ まで下降
するので、機体の高さを最低に抑えることができる。更
に、レーザ切替スイッチ１７が「走行」位置に切り替え
られたときは、図９にて前述したように、センサマスト
３６が折り畳まれて収納状態になる。或いは、レーザ切
替スイッチ１７が「レーザ均平制御」から「走行」位置
に切り替えられたときに、受光器３８を最下位置Ｐ₁ ま
で下降させた状態に保持して、トラクタ１０を走行させ
るようにしてもよい。

【００４３】尚、本発明は、本発明の精神を逸脱しない
限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該
改変されたものに及ぶことは当然である。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では作業機
の傾斜に応じてレーザ受光装置の不感帯の幅を切り替え
るため、作業機が瞬間的に傾斜した場合に作業機のハン
チングを防止できる。

【００４５】斯くして、作業機の傾斜や振動によるレー
ザ検出誤差を低減でき、圃場の均平性を確保することが
可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示し、レーザ均平装置を
設けたトラクタとロータリ作業機の側面図。

【図２】レーザ均平装置を設けたトラクタとロータリ作
業機の背面図。

【図３】（ａ）垂直状態にある受光器の正面図。 （ａ）傾斜状態にある受光器の正面図。

【図４】レーザの投光器と受光器の位置関係を示す解説
図。

【図５】レーザ均平装置のブロック図。

【図６】トラクタが左側へローリングしたときの受光器
の高さ変位を示す図。

【図７】トラクタが右側へローリングしたときの受光器
の高さ変位を示す図。

【図８】センサマストの取付位置を変えた場合のローリ
ング時に於ける受光器の高さ変位を示す図。

【図９】収納状態のセンサマストの側面図。

【図１０】起立状態のセンサマストの側面図。

【符号の説明】

１０ トラクタ １２ ロータリ作業機 ２２ リフトアーム ３８ 受光器 ４０ ダイオード ４３ 投光器 Ｌ 検出可能領域 Ｃ 不感帯の領域

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平方向に放射されたレーザ光を受けて
   作業機の高さを検出できるレーザ受光装置を設け、前記
   レーザ受光装置の受光器を作業機上部に設置し、レーザ
   光と作業機の相対位置に応じてトラクタのリフトアーム
   を回動させ、作業機の位置を自動調整して圃場の仕上げ
   面を均平制御するレーザ均平装置に於いて、作業機の傾
   斜に応じて前記レーザ受光装置の不感帯の幅を切り替え
   ることを特徴とするレーザ均平装置。