CN117545898A - 工程机械及工程机械管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明一边在作业现场进行挖掘作业，一边取得土地的土质信息。液压挖掘机(1)包括作业附属装置(20)、驱动部(71)、负载传感器(61)、机械负荷运算部(503)、土压力负荷运算部(504)及土质估计部(505)。机械负荷运算部(503)根据作业附属装置(20)的姿势信息及与驱动部(71)所承受的负荷相关的信息，运算铲斗(23)从砂土承受的负荷即机械负荷。土压力负荷运算部(504)根据被铲斗(23)挖起的土所构成的土块的形状、所述姿势信息、铲斗(23)的形状、土的密度、土与铲斗(23)之间的壁面摩擦角，基于土压力理论来运算所述土块施加于铲斗(23)的负荷即土压力负荷。土质估计部(505)基于所述机械负荷和所述土压力负荷来估计作业现场的土的土质。

Description

工程机械及工程机械管理系统

技术领域

本发明涉及具备铲斗的工程机械及工程机械管理系统。

背景技术

以往，已知有具备铲斗的液压挖掘机(工程机械)，该铲斗用于对作业现场的地面进行挖掘。该液压挖掘机包括：下部行走体，可在地面上行走；上部主体，搭载在该下部行走体上；以及作业附属装置，支撑于该上部主体。在液压挖掘机中，铲斗配置于所述作业附属装置的远端部。能够一边由铲斗接触地面，一边由液压挖掘机对地面进行挖掘。

专利文献1中公开了如下挖掘机，该挖掘机包括：传感器，安装于作业附属装置；以及硬度估计部，基于所述传感器的检测值来估计土地的硬度。硬度估计部基于作业附属装置的远端部(铲斗)进行以规定速度及规定角度接触地面的规定动作时的所述传感器的检测值、和预先存储的数据，估计土地的硬度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开公报特开2019-163621号

发明内容

发明所要解决的问题

专利文献1所记载的技术存在如下问题，即，为了估计土地的硬度，需要使作业附属装置以规定的速度及规定的角度接触地面，因此，作业会因该动作而暂时中断，作业效率下降。

解决问题的方案

本发明的目的在于提供可一边在作业现场进行挖掘作业，一边取得土地的土质信息的工程机械以及工程机械管理系统。

本发明基于如下技术思想，即，根据铲斗在挖掘作业中所实际承受的机械负荷、和由铲斗形成的土块施加于铲斗的土压力负荷，来估计与该土压力负荷关联的土质。基于此种技术思想的本发明提供工程机械。该工程机械包括：机体，包含可在地面上行走的行走部；作业附属装置，具有可相对于所述机体沿起伏方向转动地被支撑于所述机体的起伏体、和可转动地被支撑于所述起伏体的远端部的铲斗；驱动部，能够以使所述铲斗对地面进行挖掘的方式驱动所述作业附属装置；姿势信息取得部，取得与所述作业附属装置相对于地面的相对姿势相关的信息即姿势信息；驱动负荷信息取得部，取得驱动负荷信息，该驱动负荷信息是与伴随着所述铲斗对地面进行挖掘所述驱动部所承受的负荷相关的信息；机械负荷运算部，伴随着所述铲斗对地面进行挖掘，根据由所述姿势信息取得部取得的所述姿势信息、以及由所述驱动负荷信息取得部取得的所述驱动负荷信息，来运算所述铲斗从砂土承受的负荷即机械负荷；土压力负荷运算部，伴随着所述铲斗对地面进行挖掘，根据被所述铲斗挖起的土所构成的土块的形状、由所述姿势信息取得部取得的所述姿势信息、所述铲斗的形状、土的密度、土与所述铲斗之间的壁面摩擦角，基于土压力理论来运算所述土块施加于所述铲斗的负荷即土压力负荷；以及土质估计部，基于由所述机械负荷运算部运算出的所述机械负荷、和由所述土压力负荷运算部运算出的所述土压力负荷，来估计作业现场的土的土质。

本发明提供工程机械管理系统。该工程机械管理系统包括：上述任一个记载的工程机械；以及管理装置，配置于远离所述工程机械的位置，能够与所述工程机械之间接收及发送所述土质的信息。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式所涉及的工程机械的侧视图。

图2是本发明的一个实施方式所涉及的工程机械的框图。

图3是用于说明在本发明的一个实施方式所涉及的工程机械中执行的土质信息取得处理的示意图。

图4是在本发明的一个实施方式所涉及的工程机械中执行的土质信息取得处理的流程图。

图5是表示作用于本发明的一个实施方式所涉及的工程机械的铲斗的机械负荷的示意图。

图6是用于说明在本发明的一个实施方式所涉及的工程机械中执行的土压力负荷运算处理的示意图。

图7是表示土块因挡土壁的移动而发生塑性破坏的情况的示意图。

图8是用于说明基于土质力学的被动土压力的示意图。

图9是用于说明作用于铲斗的挖掘阻力的示意图。

图10是表示滑动面角度与挖掘阻力之间的关系的模式性曲线图。

图11是用于说明本发明的一个实施方式所涉及的土质估计部所执行的分支定界法的示意图。

图12是在本发明的第一变形实施方式所涉及的工程机械中执行的输出控制处理的流程图。

图13是在本发明的第二变形实施方式所涉及的工程机械中执行的输出控制处理的流程图。

图14是本发明的第二变形实施方式所涉及的工程机械及管理装置的示意图。

图15是在本发明的第二变形实施方式所涉及的工程机械中执行的其他输出控制处理的流程图。

图16是在本发明的第三变形实施方式所涉及的工程机械中执行的土质信息取得处理的流程图。

图17是表示在本发明的第三变形实施方式所涉及的工程机械中执行的土质信息取得处理中的显示部的情况的图。

图18是本发明的第四变形实施方式所涉及的工程机械中的土质估计部等所执行的运算处理的示意图。

图19是本发明的第五变形实施方式所涉及的工程机械中的土压力负荷运算部所执行的运算处理的示意图。

图20是在本发明的第五变形实施方式所涉及的工程机械中执行的土质信息取得处理的一部分的流程图。

图21是本发明的第五变形实施方式所涉及的工程机械执行土质信息取得处理时的侧视图。

图22是用于说明在本发明的第五变形实施方式所涉及的工程机械中执行的土质信息取得处理中的土地高度的示意图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的较佳实施方式。

图1表示本发明的一个实施方式所涉及的液压挖掘机1(工程机械)的侧视图。

液压挖掘机1包括可在地面G(行走面)上的下部行走体10及可回转地支撑于下部行走体10的上部回转体12(上部主体)、和搭载于上部回转体12的作业附属装置20。下部行走体10及上部回转体12构成本发明的机体。

下部行走体10能够在地面G上行走。下部行走体10包含履带式的行走部。

上部回转体12具有支撑于所述下部行走体10的回转架121、和搭载于该回转架121上的驾驶舱13。驾驶舱13允许作业人员搭乘，且配置有用于对液压挖掘机1进行操作的各种装置。

作业附属装置20以可相对于上部回转体12相对移动的方式安装于上部回转体12，并对地面G进行规定的作业。作业附属装置20包含：动臂21，以可围绕水平的旋转中心轴沿起伏方向转动的方式，连结于回转架121的前端部；斗杆22，以可围绕水平的旋转中心轴转动的方式，连结于该动臂21的远端部；以及铲斗23，以可围绕水平的旋转中心轴转动的方式，连结于该斗杆22的远端部。在本实施方式中，彼此平行地设定动臂21、斗杆22及铲斗23的旋转中心轴。动臂21及斗杆22构成本发明的起伏体。另外，作业附属装置20还具有以使动臂21起伏(转动)的方式伸缩的动臂工作缸21S(起伏体工作缸)、以使斗杆22转动的方式伸缩的斗杆工作缸22S(起伏体工作缸)、以及以使铲斗23转动的方式伸缩的铲斗工作缸23S。这些工作缸各自由液压式工作缸构成。

驾驶舱13搭载于回转架121的前部，即该回转架121的宽度方向上的与所述动臂21邻接的部位(在图1所示的例子中为动臂21的左侧)，并构成用于操纵液压挖掘机1的驾驶室。即，在该驾驶舱13内，作业人员进行用于下部行走体10的行走、上部回转体12的回转及作业附属装置20的工作的操作。

图2是本实施方式所涉及的液压挖掘机1的方框图。液压挖掘机1还包括操作部51、输入部52、负载传感器61(驱动负荷信息取得部)、工作缸行程传感器62(工作缸长度检测部)、主体位置信息取得部63(位置信息取得部)、土面信息取得部64、IMU(惯性测量装置：惯性测量单元(Inertial Measurement Unit))65(机体倾斜检测部)、驱动部71、显示部72及发送部73。

操作部51配置在驾驶舱13内，并由作业人员操作。即，操作部51受理用于对液压挖掘机1进行操作的操作。该操作包含下部行走体10的行走、上部回转体12的回转、作业附属装置20(动臂21、斗杆22、铲斗23)的驱动等。

输入部52配置在驾驶舱13内，受理各种信息的输入。作为一个例子，输入部52具有各种输入按钮、开关或下述的显示部72所含的触摸屏等。尤其是输入部52能够受理在下述的土质信息取得动作中被参照的信息的输入。

负载传感器61包含设置于铲斗23的两个负载传感器，检测与铲斗23的基端部相关的负荷。负载传感器61所检测出的负荷被下述的机械负荷运算部503参照，被用于运算机械负荷(参照图3)。换句话说，负载传感器61取得驱动负荷信息，该驱动负荷信息是与伴随着铲斗23对地面进行挖掘驱动部71所承受的负荷相关的信息。基于负载传感器61的检测结果，运算由驱动部71承受的负荷，由此，取得所述驱动负荷信息。

工作缸行程传感器62包含分别安装于所述动臂工作缸21S、斗杆工作缸22S及铲斗工作缸23S的三个传感器，检测各工作缸的行程(伸长量、长度)。由工作缸行程传感器62检测出的各工作缸的行程供下述的铲斗位置运算部502、机械负荷运算部503及土压力负荷运算部504运算铲斗23的位置或姿势。

主体位置信息取得部63取得作业现场的液压挖掘机1(机体)的位置信息。作为一个例子，主体位置信息取得部63可取得主体坐标信息，该主体坐标信息是与预先设置于上部回转体12的主体基准点在作业现场的绝对坐标相关的信息。构成主体基准点的主体位置信息取得部63配置于驾驶舱13的上表面部，并作为GNSS(Global Navigation SatelliteSystem，全球导航卫星系统)移动台而发挥功能。另一方面，为了取得上述主体坐标信息，设置有GNSS(全球导航卫星系统/全球定位卫星系统)基准台(未图示)。GNSS基准台是配置于作业现场，或者配置于离作业现场最近的位置的基准台。此外，作为GNSS，除了众所周知的GPS(Global Positioning System，全球定位系统)之外，还可采用GLONASS(全球导航卫星系统)、伽利略(Galileo)、准天顶卫星(QZSS：Quasi-Zenith Satellite System)等卫星定位系统。

土面信息取得部64配置于驾驶舱13的上表面部的前端。作为一个例子，土面信息取得部64由LiDAR(Light Detection And Ranging，光探测和测距)传感器构成。土面信息取得部64取得与驾驶舱13前方的土面的形状等相关的信息(土面信息)。在本实施方式中，基于由LiDAR检测的三维距离数据，检测所述土面的形状。土面信息取得部64也可以是TOF(Time Of Flight，飞行时间)传感器或立体相机等。另外，在其他实施方式中，液压挖掘机1周围的土面也可被视为水平。

IMU65检测液压挖掘机1的机体(上部回转体12)相对于水平面的角度(机体角度)。此外，不仅可利用IMU来检测所述机体相对于水平面的角度，而且可利用倾斜传感器来检测所述机体相对于水平面的角度。所述倾斜传感器能够采用利用了MEMS(Micro ElectroMechanical Systems，微机电系统)技术的传感器、或利用了液体封装式等各种方式的传感器。

驱动部71是驱动液压挖掘机1的各种构造体的驱动部，驱动由操作部51操作的下部行走体10、上部回转体12、作业附属装置20等。尤其是驱动部71能够以使铲斗23对地面进行挖掘的方式，驱动作业附属装置20。此时，驱动部71可接受规定的指令信号，并基于与该指令信号对应的输出特性来驱动作业附属装置20。驱动部71包含液压泵、液压马达等液压回路。

显示部72配置在驾驶舱13内，接受规定的显示指令信号，并根据该显示指令信号，显示告知给作业人员的各种信息。在该信息中，包含下述的土质信息、液压挖掘机1的位置信息等。详细而言，显示部72可显示作业现场的地图信息，并在该地图信息上，将由土质估计部505估计出的土质、和由主体位置信息取得部63取得的液压挖掘机1的位置信息彼此关联地予以显示。

发送部73将由主体位置信息取得部63取得的液压挖掘机1的位置信息、和由土质估计部505估计出的作业现场的土质信息，发送至配置于远离作业现场的场所的数据中心或远程管理中心等。

控制部50由CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、存储控制程序的ROM(Read Only Memory，只读存储器)、以及被用作CPU的作业区域的RAM(Random AccessMemory，随机存取存储器)等构成。如图2所示，控制部50分别连接着操作部51、输入部52、负载传感器61、工作缸行程传感器62、主体位置信息取得部63、土面信息取得部64、IMU65、驱动部71、显示部72及发送部73。

由所述CPU执行ROM所存储的控制程序，由此，控制部50以包括驱动控制部501、铲斗位置运算部502(姿势信息取得部)、机械负荷运算部503、土压力负荷运算部504、土质估计部505、输出特性设定部506及存储部507的方式发挥功能。这些功能部并不具有实体，相当于由所述程序执行的功能的单元。即，由这些功能部执行的控制实质上，能够由控制部50统一地执行。此外，各功能部也可分开地配置于多个控制部。另外，控制部50的全部或一部分并不限定于设置在液压挖掘机1内，在液压挖掘机1受到远程控制的情况下，也可配置于与液压挖掘机1不同的位置。另外，所述控制程序可以是从远程服务器(管理装置)或云端等发送至液压挖掘机1内的控制部50而被执行的控制程序，也可在所述服务器或云端上执行所述控制程序，并将所产生的各种指令信号发送至液压挖掘机1。

驱动控制部501根据操作部51所受的操作的内容，将驱动指令信号输入至驱动部71。结果是下部行走体10、上部回转体12及作业附属装置20等的动作被控制。

铲斗位置运算部502基于工作缸行程传感器62所检测的各工作缸的行程量(工作缸长度)、IMU65所检测的机体角度或液压挖掘机1的机械规格(mechanicalspecifications)等，运算并取得当前的作业附属装置20的姿势、尤其是铲斗23的位置(坐标)及姿势来作为姿势信息。换句话说，铲斗位置运算部502取得与作业附属装置20相对于地面G的相对姿势相关的信息即姿势信息。

机械负荷运算部503基于伴随着铲斗23对地面进行挖掘而由负载传感器61检测的负荷(驱动负荷信息)、由铲斗位置运算部502运算的铲斗23的位置及姿势(姿势信息)等，运算铲斗23从砂土承受的负荷即下述的挖掘阻力值P_A(机械负荷)。

土压力负荷运算部504基于工作缸行程传感器62检测出的各工作缸的行程量、IMU65检测出的机体角度、土面信息取得部64检测出的土面信息、存储部507存储出的铲斗23的形状、液压挖掘机1的机械规格等，运算下述的挖掘阻力值P_B。更详细而言，土压力负荷运算部504伴随着铲斗23对地面进行挖掘，根据被铲斗23挖起(damme)的土所构成的土块的形状、由铲斗位置运算部502取得的所述姿势信息、铲斗23的形状、土的密度γ_t、土与铲斗23之间的壁面摩擦角δ，基于土压力理论来运算所述土块施加于铲斗23的负荷即土压力负荷。

土质估计部505基于机械负荷运算部503所运算出的挖掘阻力值P_A(机械负荷)及土压力负荷运算部504所运算出的挖掘阻力值P_B(土压力负荷)，估计液压挖掘机1周围的土质信息(作业现场的土的土质)。接着，土质估计部505将与估计出的所述土质对应的显示指令信号输入至显示部72，使该显示部72显示与所述土质对应的信息。而且，土质估计部505将已使估计出的所述土质与由主体位置信息取得部63取得的位置信息彼此关联的显示指令信号输入至显示部72。

尤其是在本实施方式中，土质估计部505假设作用于铲斗23的所述机械负荷和所述土压力负荷彼此一致，并分别估计作业现场的土的内摩擦角φ以及土的粘聚力c来作为所述土质。此外，在粘聚力c为零的情况下，如图8所示，内摩擦角φ相当于滑动面载荷的方向与滑动面(slip plane)的法线之间的角度，该滑动面载荷是因铲斗23推压土块而使所述土块沿着规定的所述滑动面移动时，作用于该滑动面的滑动面载荷。

输出特性设定部506基于土质估计部505所估计出的土质信息，设定(调整)驱动部71的输出特性，并将与该特性对应的指令信号输入至驱动部71。

存储部507预先储存(存储)有液压挖掘机1的工作、或土质信息取得处理所参照的各种阈值、参数等。存储部507将土质估计部505所估计出的所述土质、和由主体位置信息取得部63取得的位置信息彼此关联地予以存储。

接着，说明本实施方式所涉及的液压挖掘机1所执行的土质信息取得处理的详情。图3是用于说明在本实施方式所涉及的液压挖掘机1中执行的土质信息取得处理的示意图。液压挖掘机1能够在作业现场的任意的挖掘作业中，计算并且估计与周围的土地(ground)的土质相关的信息即土质信息。此时，机械负荷运算部503运算铲斗23以机械方式承受的负荷(机械负荷、挖掘阻力值P_A)(图3的运算1)，另一方面，土压力负荷运算部504基于土压力理论，运算因铲斗23所挖掘的土而作用于铲斗23的负荷(土压力负荷、挖掘阻力值P_B)(图3的运算2)。接着，土质估计部505假设上述两个负荷彼此相等，从而运算挖掘阻力值P_B所含的土质信息(图3的运算3)。

如图3所示，在运算1中，使用负载传感器61所检测的铲斗负荷、工作缸行程传感器62所检测的工作缸行程、以及IMU65所检测的机体角度。另外，在运算2中，主要使用工作缸行程传感器62所检测的工作缸行程、IMU65所检测的机体角度、土面信息取得部64所检测的土面信息、预先存储于存储部507的铲斗23的形状(铲斗形状)及各种机械规格(连杆长度等)等。

另外，在运算3中，分别运算并估计粘聚力c和内摩擦角φ来作为本发明所涉及的土质信息取得处理的输出信息。此外，由运算3求出的粘聚力c及内摩擦角φ作为搜索用粘聚力c及搜索用内摩擦角φ，反馈至运算2而被使用。

以下，进一步说明上述土质信息取得处理的流程和详细的运算方法。图4是在本实施方式所涉及的液压挖掘机1中执行的土质信息取得处理的流程图。

若作业人员通过配置在液压挖掘机1的驾驶舱13内的输入部52按下规定的开始开关，则土质信息取得处理开始。此外，然后，作业人员通过对操作部51进行操作，能够同时进行地面的挖掘作业。

若土质信息取得处理开始，则负载传感器61、工作缸行程传感器62、土面信息取得部64及IMU65分别取得铲斗23的基端部所承受的负荷、工作缸行程、土面信息及机体角度(步骤S1)。接着，在运算1中，运算挖掘阻力值P_A(步骤S2)。

图5是表示与本实施方式所涉及的液压挖掘机1的铲斗23相关的机械负荷的示意图。在运算1中，首先，铲斗位置运算部502运算铲斗23的位置、姿势。工作缸行程传感器62取得动臂工作缸21S、斗杆工作缸22S、铲斗工作缸23S的工作缸行程(工作缸的伸长量)，由此，铲斗位置运算部502能够运算出图1中的作业附属装置20处于哪种姿势。结果是铲斗位置运算部502能够取得与图5中的铲斗23的位置、姿势相关的信息。此外，动臂21、斗杆22及铲斗23的长度、形状等预先储存于存储部507。另外，在铲斗23的位置及姿势的运算中，以IMU65所检测的机体角度为基准，分别计算起伏体(动臂21及斗杆22)及铲斗23的角度。

负载传感器61具有图5所示的第一负载传感器611及第二负载传感器612(均为负荷传感器)。第一负载传感器611配置于铲斗23的转动中心轴，即斗杆22与铲斗23之间的连接部分CB1。另一方面，第二负载传感器612配置于如下连杆与铲斗23之间的连接部CB2，该连杆配置于铲斗工作缸23S的远端部。如图5所示，机械负荷运算部503能够运算挖掘阻力值P_A(图5的合力F)作为第一负载传感器611所检测的负荷F2与第二负载传感器612所检测的负荷F1的合力。此时，基于铲斗位置运算部502所运算出的铲斗23的姿势，运算负荷F1、负荷F2起作用的方向(向量)。这样，在运算1中，能够基于负载传感器61(第一负载传感器611、第二负载传感器612)所检测的负荷，计算铲斗23在挖掘中承受的挖掘阻力值P_A。

若在图4的步骤S2中，以上述方式运算出挖掘阻力值P_A，则土压力负荷运算部504将粘聚力c及内摩擦角φ假设为规定的值(步骤S3)。此时，土压力负荷运算部504可根据上一次进行的运算2的结果来假设上述值，也可根据预先存储于存储部507的运算用初始值来假设上述值。

接着，土压力负荷运算部504执行运算2，运算挖掘阻力值P_B(步骤S4)。图6是用于说明在本实施方式所涉及的液压挖掘机1中执行的运算2(土压力负荷运算处理)的概要的示意图。如图6所示，在运算2的挖掘阻力值P_B的运算中，分别使用被预先存储于存储部507的机械规格(连杆长度等)、工作缸行程传感器62所检测的各工作缸的行程、土面信息取得部64所检测的土面信息、IMU65所检测的机体角度、预先存储于存储部507的铲斗23的形状、土的密度γ_t、壁面摩擦角δ、在步骤S3中假设的内摩擦角φ及粘聚力c。

另外，在运算2中，使用上述各参数，随时运算铲斗23的位置及姿势(壁面角度a)(图6的计算铲斗姿势)，并进一步基于该运算的结果，计算土地高度H(图6的计算土地高度)。接着，使用根据这些运算导出的壁面角度α及土地高度H，运算挖掘阻力值P_B(图4的步骤S4)。此外，在此情况下，也在铲斗23的位置及姿势的运算中，以IMU65所检测的机体角度为基准，分别计算起伏体(动臂21及斗杆22)及铲斗23的角度。

参照图4，接着，土质估计部505将在步骤S1中计算出的挖掘阻力值P_A、和在步骤S4中计算出的挖掘阻力值P_B分别输入至运算3，并估计土质(步骤S5)。土质估计部505进一步计算两个挖掘阻力值P_A、P_B的残差Δ(步骤S6)。接着，当在步骤S6中计算出的残差Δ小于预先设定的阈值ε的情况下(步骤S7为“是”)，土质估计部505输出所获得的粘聚力c及内摩擦角φ(步骤S8)，并结束土质信息取得处理。在步骤S8中输出的土质信息与主体位置信息取得部63所取得的液压挖掘机1的当前位置一起显示于显示部72。另外，所述信息也可通过发送部73被发送至所述中心。

另一方面，输出特性设定部506(图2)也可根据土质估计部505所计算出的土质信息，将规定的特性指令信号输入至驱动部71。例如，在粘聚力c大的情况下，或在内摩擦角φ大的情况下，也可使驱动部71所含的液压泵的转速提高等，提高驱动部71的输出。

另外，较为理想的是，如图3所示，土质估计部505所计算出的土质信息(粘聚力c及内摩擦角φ)作为搜索用参数(search parameters)而反馈至以后的运算2，提高运算2的精度。此外，在步骤S7中的残差Δ为预先设定的阈值ε以上的情况下(步骤S7为“否”)，反复进行步骤S3以后的步骤。

此外，虽然在图4所示的流程中，以搜索可再现单一的P_A的粘聚力c及内摩擦角φ的方式进行了说明，但是本发明并不限定于此。在实际的作业现场，土质存在不均，因此，也可以是搜索使对于已取得的多个P_A的残差(例如，残差的平方和)变得最小的粘聚力c及内摩擦角φ的方式。

接着，进一步对上述步骤S4中的运算2进行详述。图7是表示土块因挡土壁(retaining wall)的移动而发生塑性破坏的情况的示意图。图8是用于说明基于土质力学的被动土压力的示意图。一般而言，在土质力学中，将与土接触的构造物所承受的压力或在土中产生的压力称为土压力。尤其是在与土接触的构造物发生了移动或倾斜等的情况下，将构造物从土承受的力中的构造物(图7的挡土壁)向土移动而产生的土压力称为被动土压力。此时，根据土块沿着滑动面(塑性破坏面)移动时产生的力的平衡，计算构造物所承受的力。作为上述滑动面的塑性破坏条件，使用图8及式1所示的Mohr-Coulomb(摩尔－库仑)的破坏准则。

[公式1]

τ＝c+σtanφ (式1)

在式1中，τ是抗剪强度，φ是内摩擦角，c是粘聚力，σ是束缚压力(restraintpressure)。在计算图8的被动土压力Qp(土从构造物承受的力)的过程中，图8的以下的参数变得重要。W是土的重量，R是滑动面的载荷，ω是壁体角度，β是地表面倾斜角。另外，H是土地高度，δ是壁面摩擦角，相当于土与壁之间的摩擦系数。另外，θ是滑动面角度。如图8所示，能够根据土的自重W与滑动面载荷R的向量和，求出被动土压力Qp。此处，Qp与W所成的角度相当于π-ω+δ，W与R所成的角度相当于θ+φ。

本发明的发明人等将上述土质力学(土质理论)的想法应用于液压挖掘机1的铲斗23。图9是用于说明作用于铲斗23的挖掘阻力值P_B的示意图。在图9中，土块所承受的力P的反作用力相当于铲斗23从土块承受的力，即挖掘阻力值P_B。另外，在图9中，W是土块重量，T是滑动面上的剪力，N是滑动面上的法向力(normal force)。滑动面载荷R的平方等于剪力T的平方与法向力N的平方之和。另外，与之前同样地，H是土地高度，θ是滑动面角度。图10是表示滑动面角度θ与挖掘阻力值P(P_B)之间的关系的模式性曲线图。在本实施方式中，以dQp/dθ(利用滑动面角度θ对被动土压力Qp(P)进行微分所得的值)＝0的方式求出θ。另外，δ是壁面摩擦角(铲斗23与土之间的摩擦系数)，α是壁面角度(铲斗23的底板面相对于铅垂面的角度)。

此处，若关于图9的纵深方向(铲斗23的宽度方向)的每个单位宽度，考虑对于发生塑性破坏的土块的力的平衡，则以下的式2、式3成立。

[公式2]

[公式3]

另外，根据所述摩尔-库仑的破坏准则，以下的式4成立。

[公式4]

T＝N tanφ (式4)

另外，根据发生塑性破坏的土块的几何条件，以下的式5成立。

[公式5]

通过将上述式2至式5作为联立方程式进行求解，获得以下的式6。作为一个例子，式6对应于c＝0的情况。

[公式6]

即，设上述P＝P_B，计算土块从壁面承受的力，换句话说，计算铲斗的壁面从土块承受的力。此外，能够根据测量及运算，获得式5、式6中d的壁面角度α及土地高度H。另外，土的单位体积重量(密度)γ_t、壁面摩擦角δ(铲斗23与土之间的摩擦系数)作为已知的值而预先储存于存储部507。另外，如上所述，滑动面角度θ如图10所示，设为dP/dθ＝0时的角度，即P为正且变得最小时的角度。

接着，进一步对图4的步骤S7中的运算3进行详述。

获得在步骤S2中计算出的挖掘阻力值P_A作为数值，另一方面，在步骤S6中计算出的挖掘阻力值P_B如式5、式6那样，包含粘聚力c及内摩擦角φ作为变量。此外，式6中也可包含与粘聚力c相关的修正项。因此，土质估计部505对所输入的挖掘阻力值P_A及P_B的值进行比较，使用众所周知的数学规划(mathematical programming)的方法等，计算使挖掘阻力值P_A及P_B的差分变得最小的内摩擦角φ及粘聚力c。此外，如上所述，较为理想的是，在估计开始时，内摩擦角φ及粘聚力c的初始值分别预先存储于存储部507。另外，挖掘阻力值P_A及P_B会在液压挖掘机1的挖掘作业中发生变化，因此，较为理想的是，也将时间轴上的变化考虑在内而进行计算。

此处，作为内摩擦角φ及粘聚力c的搜索方法，可例举如下所述的方法。此外，内摩擦角φ及粘聚力c分别具有如预先设定的0≤φ＜φ_{_UPPER}(φ的上限值)、0≤c＜c_{_UPPER}(c的上限值)这样的范围。

能够使用枚举法(enumeration method)作为第一搜索方法。在该方法中，土质估计部505针对内摩擦角φ及粘聚力c，枚举所有的解的组合，并在这些解的组合中，选择使规定的目标函数最优的组合。

另外，能够使用分支定界法(branch and bound method)作为第二搜索方法。图11是用于说明本实施方式所涉及的土质估计部505所执行的分支定界法的示意图。在该方法中，土质估计部505将整个解分解成若干个部分问题，并通过对这些部分问题全部进行求解，等效地对原问题进行求解。每当对部分问题进行求解时，预先测试该部分问题是否有最优解，或该最优解会否成为原问题的最优解，由此，能够避免对所有的部分问题进行求解。例如，如图11的φ＝50的情况那样，在代入内摩擦角φ时的挖掘阻力值超过机械规格的挖掘力的情况下，或在两个输入值的差分达到一定值以上的情况下，能够不计算其解的组合。

而且，还可使用众所周知的牛顿-拉夫森法(Newton-Raphson method)作为第三搜索方法，该牛顿-拉夫森法将内摩擦角φ及粘聚力c作为变量。

如上所述，本实施方式是基于如下技术思想，即，根据铲斗23在挖掘作业中所实际承受的机械负荷、和由铲斗23形成的土块施加于铲斗23的土压力负荷，估计与该土压力负荷关联的土质。由机械负荷运算部503在铲斗23的挖掘中运算机械负荷，另一方面，由土压力负荷运算部504在所述挖掘中运算土压力负荷，并由土质估计部505基于所述机械负荷及所述土压力负荷，估计作业现场的土的土质。因此，可一边在作业现场进行挖掘作业，一边取得土地的土质信息。

尤其是在本实施方式中，能够基于作用于铲斗23的机械负荷和土压力负荷一致这一技术思想，估计作为土质的内摩擦角φ及土的粘聚力c。此时，因为各种各样的铲斗23的形状的信息已预先存储于存储部507，所以无论被铲斗23挖起的土块的量或分布(形状)如何，均能够稳定地估计土质。此外，本发明并不限定于为了取得土质信息，假设作用于铲斗23的机械负荷和土压力负荷必定一致。也可根据铲斗23的强度或作业现场环境，假设对作用于铲斗23的机械负荷乘以(或者，加上)规定的常数所得的负荷和土压力负荷一致。

另外，在本实施方式中，能够基于工作缸行程传感器62所检测的各工作缸的长度，运算作业附属装置20(铲斗23)的姿势，并高精度地运算机械负荷及土压力负荷。

另外，在本实施方式中，由负载传感器61检测铲斗23的基端部的负荷，由此，能够容易地取得驱动负荷信息。

尤其是在本实施方式中，由配置于斗杆22的远端部的第一负载传感器611、第二负载传感器612(负荷传感器)检测作用于铲斗23的负荷，由此，能够容易地取得驱动负荷信息。

另外，在本实施方式中，通过显示部72将土地的强度等信息告诉作业人员，由此，作业人员能够将所述信息作为液压挖掘机1的输出特性的设定(发动机转速、或输出模式的设定)的基准。另外，即使在由不熟练者进行操作的情况下，或在进行远程操作的情况下，也能够定量地调整输出特性的调整量。

另外，在本实施方式中，通过将机体的位置信息和土质信息组合，作业人员能够掌握土地的强度低的部分。结果是能够预料因土地强度不足引起的液压挖掘机1的翻倒风险。

另外，在本实施方式中，作业人员能够基于显示部72所显示的地图信息，以视觉方式容易地掌握土地的强度。

另外，在本实施方式中，输出特性设定部506能够根据周围土地的强度等，调整液压挖掘机1的输出，因此，能够改善作业人员感受到的挖掘作业的作业性。尤其是与由作业人员配合现场环境来设定液压挖掘机1的输出特性的情况相比，即使在由不熟练者进行操作的情况下，或在进行远程操作的情况下，也能够自动地调整输出特性。

以上，对本发明的一个实施方式所涉及的液压挖掘机1进行了说明。此外，本发明并不限定于这些方式。本发明例如能够采用如下所述的变形实施方式。

在上述实施方式中，虽然说明了如下方式，即，根据工作缸行程传感器62所检测的各工作缸的长度，运算作业附属装置20(铲斗23)的位置及姿势，但是本发明并不限定于此。还可具备角度检测部(角度传感器)，该角度检测部(角度传感器)可分别检测动臂21及斗杆22(起伏体)相对于上部回转体12的相对角度、以及铲斗23相对于所述起伏体的相对角度。在此情况下，铲斗位置运算部502(姿势信息取得部)只要基于由所述角度检测部检测出的所述起伏体的相对角度及所述铲斗23的相对角度，运算作业附属装置20的姿势，由此取得作业附属装置20(铲斗23)的姿势信息即可。此外，此时也只要将IMU65所检测的机体角度作为基准，运算动臂21及斗杆22(起伏体)相对于上部回转体12的相对角度、以及铲斗23相对于所述起伏体的相对角度即可。

根据此种结构，能够基于起伏体及铲斗23的角度来运算作业附属装置20的姿势，并高精度地运算机械负荷及土压力负荷。尤其是通过使用IMU65的检测结果，即使在机体相对于水平面倾斜的情况下，也能够高精度地运算并取得作业附属装置20的姿势。

另外，在上述实施方式中，虽然说明了如下方式，即，使用负载传感器61来检测铲斗23的基端部的负荷，并基于该检测的结果，计算挖掘阻力值P_A，但是本发明并不限定于此。在图2中，也可设置未图示的工作缸压力传感器(工作缸压力检测部)来代替负载传感器61。该工作缸压力传感器可检测动臂工作缸21S、斗杆工作缸22S、铲斗工作缸23S各自的头压力及杆压力。另一方面，机械负荷运算部503能够根据上述压力检测结果，求出各个致动器的推力(驱动负荷信息)，并且根据该结果和附属装置的尺寸规格及姿势，计算铲斗23所承受的挖掘反作用力(挖掘阻力值P_A)。

<第一变形实施方式>

如上所述，在上述实施方式中，输出特性设定部506(图2)能够基于土质估计部505所估计出的土质信息，设定(调整)驱动部71的输出特性，并将与该特性对应的指令信号输入至驱动部71。以下，针对该输出特性设定部506所执行的输出控制处理，表示多个变形实施方式。图12是在本发明的第一变形实施方式所涉及的液压挖掘机1中执行的输出控制处理的流程图。此外，在以后的各变形实施方式中，以与之前的实施方式之间的不同点为中心进行说明，省略共同点的说明。

在本变形实施方式中，若在液压挖掘机1中执行上述输出控制处理，则输出特性设定部506判定由土质估计部505估计出的土质信息是否已输入至存储部507(步骤S11)。此处，若土质估计部505所估计出的土质信息已输入至存储部507(步骤S11为“是”)，则输出特性设定部506从存储部507取得最新的土质信息I(步骤S12)。例如，在该土质信息I中，包含所述粘聚力c及内摩擦角φ。

接着，输出特性设定部506判定上一次对输出特性进行调整时所参照的土质信息IO和此次取得的土质信息I是否一致(步骤S13)。此处，在I≠IO(步骤S13为“否”)的情况下，输出特性设定部506从存储部507取得与最新的土质信息I对应的输出特性，由此，变更液压挖掘机1的输出特性(步骤S14)。接着，将与该变更后的输出特性对应的输出特性信号(指令信号)输入至驱动部71(步骤S15)。

当在步骤S11中未输入土质信息的情况下(步骤S11为“否”)，当在步骤S13中，I＝1O时(步骤S13为“是”)，输出特性设定部506只要使用上一次的输出特性(步骤S16)，并在步骤S15中，将与该输出特性对应的输出特性信号输入至驱动部71即可。

此外，一般而言，干燥的砾或砂的粘聚力内摩擦角φ占主导。另外，对于粘土质而言，可以说粘聚力c在强度上占主导。因此，在本实施方式中，作为一个例子，对粘聚力c预先设定的阈值ca、对内摩擦角φ预先设定的阈值φa存储于存储部507。

使用上述各阈值来设定第一范围(φ＜φa，c＜ca)、第二范围(φ≥φa，c＜ca)、第三范围(φ＜φa，c≥ca)、第四范围(φ≥φa，c≥ca)这四个范围，并在图16的步骤S14中，由输出特性设定部506判定土质信息I(φ，c)包含于上述四个范围中的哪个范围。接着，输出特性设定部506从存储部507取得预先与各范围对应地设定且储存于存储部507的输出特性。例如，φ越大，则输出特性设定部506将输出设定得越大。另外，c越大，则输出特性设定部506将输出设定得越大。

此外，也可基于土质信息I，根据所述式1来运算抗剪强度τ。在此情况下，也可将预先设定的阈值τa、τb作为基准，设定第一范围(τ≤τa)、第二范围(τa＜τ≤τb)、第三范围(τb＜τ)这三个范围，并与各范围对应地决定输出特性。在此情况下，τ越大，则输出特性设定部506将输出设定得越大。

这样，根据本变形实施方式，能够一边考虑土质信息，一边根据作业场所来变更液压挖掘机1的输出特性，因此，能够改善作业人员的作业性，并提高作业效率。另外，因为根据土地的松软度或硬度，适当地设定液压挖掘机1的输出特性，所以能够抑制多余的燃料消耗。

此外，在上述说明中，虽然说明了如下方式，即，在图12的步骤S14中，根据预先取得的土质信息I来设定输出特性，但是也可按预先设定的土质等级，对土质信息I进行分类，并根据该土质等级来设定输出特性。

<第二变形实施方式>

图13是在本发明的第二变形实施方式所涉及的液压挖掘机1中执行的输出控制处理的流程图。图14是本变形实施方式所涉及的液压挖掘机1及服务器90的示意图。服务器90(管理装置)配置于设置在远离作业现场的场所的数据中心或远程管理中心等。

参照图14，服务器90包括服务器侧接收部901(管理装置侧接收部)、服务器侧输出特性设定部902(管理装置侧输出特性设定部)、服务器侧存储部903(管理装置侧存储部)及服务器侧发送部904(管理装置侧发送部)。

参照图13，在本变形实施方式中，从步骤S21到步骤S25为止的处理(包含步骤S24A)与图12的从步骤S11到步骤S15(包含步骤S16)为止的处理相同。另一方面，若在步骤S25中，输出特性设定部506将输出特性信号输入至驱动部71，则主体位置信息取得部63(图2)取得最新的液压挖掘机1的位置信息(步骤S26)。此外，取得该位置信息的时机并不限定于步骤S26的时机。

接着，发送部73(图2)将液压挖掘机1的位置信息与土质估计部505所估计出的土质信息彼此关联地发送至服务器90(步骤S27)。若在服务器90中，服务器侧接收部901接收该信息(步骤S28)，则服务器侧存储部903将这些信息彼此关联地予以存储(步骤S29)。

这样，在本实施方式中，服务器90能够取得并积累液压挖掘机1所取得的作业现场的位置信息及土质信息。因此，如图14所示，能够由液压挖掘机1B(其他工程机械)利用接收部74，经由服务器90接收液压挖掘机1A(一个工程机械)所取得的信息，并根据接收到的土质信息I来变更其输出特性。

另外，通过以上述方式使用服务器90的服务器侧存储部903，能够由容量比液压挖掘机1的存储部507大的存储部积累多个作业现场、土地的信息。

图15是在本变形实施方式所涉及的液压挖掘机1中执行的其他输出控制处理的流程图。虽然在上述第一变形实施方式中，说明了如下方式，即，由液压挖掘机1的输出特性设定部506设定输出特性，但是在本变形实施方式中，由服务器90内的服务器侧输出特性设定部902设定液压挖掘机1的输出特性。

即，当在图15的步骤S31中，土质估计部505所取得的土质信息已输入至存储部507的情况下(步骤S31为“是”)，主体位置信息取得部63取得液压挖掘机1的位置信息(步骤S32)。接着，发送部73将液压挖掘机1的位置信息及土质估计部505所估计出的土质信息发送至服务器90(步骤S33)。接着，服务器侧输出特性设定部902基于在步骤S34中接收到的位置信息及土质信息，参照服务器侧存储部903所预先储存的信息，选择液压挖掘机1的输出特性信息(步骤S35)。接着，服务器侧发送部904将所选择的输出特性信息发送至液压挖掘机1(步骤S36)。

液压挖掘机1接收上述输出特性信息，并且在驾驶舱13内的显示部72(图2)中显示输出特性的变更内容，征求操作员的同意(步骤S37)。若操作员通过未图示的同意按钮同意输出特性的变更(步骤S37为“是”，步骤S38)，则输出特性设定部506将与变更的输出特性对应的输出特性信号(指令信号)输入至驱动部71(步骤S39)。

另一方面，当在步骤S31中未输入土质信息的情况下(步骤S31为“否”)，当在步骤S37中未获得操作员的同意的情况下(步骤S37为“否”)，输出特性设定部506只要使用上一次的输出特性(步骤s38A)，并在步骤S39中，将与该输出特性对应的输出特性信号输入至驱动部71即可。

另外，在本变形实施方式中，虽然说明了如下方式，即，在图15的步骤S33中，将土质信息及位置信息发送至服务器90，但是也可仅将液压挖掘机1的位置信息发送至服务器90。在此情况下，如图13所说明，只要基于服务器90所预先积累的土质信息及位置信息，取得当前的液压挖掘机1周边的土质信息I，并由服务器侧输出特性设定部902设定与该土质信息对应的输出特性即可。

另外，当在图15的步骤S31中，预先由土质估计部505估计出的土质信息并未输入至存储部507的情况下，也可不在步骤S38A中使用上一次的输出特性，而是将液压挖掘机1的位置信息发送至服务器90，由此，从服务器90获取输出特性信息。

<第三变形实施方式>

图16是在本发明的第三变形实施方式所涉及的工程机械中执行的土质信息取得处理的流程图。图17是表示在本变形实施方式所涉及的工程机械中执行的土质信息取得处理中的显示部的情况的图。

本变形实施方式在如下条件方面具有特征，该条件是用于在作业现场的作业中，执行土质信息取得处理的条件。参照图16，操作员使作业附属装置20从图1所示的状态起倒伏，并在地面G的附近调整铲斗23的姿势(步骤S41)。此时，为了使铲斗23稳定地挖掘地面G的土，土质估计部505要求操作员调整铲斗23的角度，以使铲斗23的角度包含于预先设定的估计用角度(角度范围)。

图17是驾驶舱13(图1)内的显示部72(图2)所显示的画面的一例。在图中左侧的铲斗角度的框内，“Under”(图17中为30度)表示上述估计用角度的下限，“Over”(图17中为120度)表示上述估计用角度的上限。另外，两者之间所图示的角度(deg)(图17中为80度)表示当前的铲斗角度ψ。铲斗角度ψ是如下直线相对于水平面所成的角度，该直线将图5的斗杆22与铲斗23之间的连接部分CB1(支点)、和铲斗23的远端部连结。另外，如图17所示，在“铲斗角度”栏中，以视觉方式图示了当前的铲斗23的角度(姿势)。而且，配置有可以视觉方式对当前的铲斗角度ψ相对于”Over”、“Under”的相对位置进行确认的“刻度”。该刻度中的白三角是指当前的铲斗角度ψ的值。另外，刻度中的最大值(图17中为180度)被设定为比上述”Over”(图17中为120度)大的值，刻度中的最小值(图17中为0度)被设定为比”Under”(图17中为30度)小的值。结果是每当操作员将铲斗角度ψ调整得处于适当的范围时，可从比上限(Over)及下限(Under)大的范围辨认当前的铲斗角度ψ，从而可容易地进行角度调整操作。

在本变形实施方式中，显示部72(铲斗角度显示部)可以上述方式显示所述估计用角度及当前的铲斗23的角度ψ，因此，操作员能够一边观察显示部72，一边容易地调整铲斗23的角度。

若操作员确认铲斗23的角度ψ包含在从下限值到上限值为止之间(图16的步骤S42为“是”)，则稍微降下作业附属装置20，使铲斗23的远端部接触地面G(步骤S43)。

接着，操作员按下未图示的选项用按钮，该未图示的选项用按钮配置于驾驶舱13内的未图示的收斗杆操纵杆的握持部。该选项用按钮作为铲斗角度维持控制的启动开关而发挥功能。若该铲斗角度维持控制已工作，则当通过操作员的操作进行收斗杆动作时，驱动控制部501(图2)会自动地调整动臂21及斗杆22的角度，由此，将铲斗23的角度ψ维持在一定的角度。因此，能够使铲斗23相对于地面G的相对角度保持一定的角度，并且进行挖掘作业。而且，若操作员按下上述选项用按钮，则土质估计部505开始土质估计处理(步骤S45)。此时，在上一次的土质信息取得处理中储存于存储部507(图2)的各数据被重置。

若铲斗23通过操作员的操作而靠近上部回转体12，并且对地面G进行挖掘，则操作员马上重新按下所述选项用按钮。结果，铲斗角度维持控制被关闭，土质估计部505的土质估计处理(运算)结束(步骤S46)。此外，在土质估计部505对土质进行估计期间，在图17的画面显示的右侧的土质估计的区域，“估计中”的灯会点亮。

此处，在本变形实施方式中，土质估计部505判定上述土质信息取得处理的精度是否为预期的精度(步骤S47)。具体而言，土质估计部505判定由土压力负荷运算部504运算的土量V(m³)是否为预先设定的土量阈值Vmin以上。土量V是在上述挖掘作业中，铲斗23内所含的土的量。在本变形实施方式中，土压力负荷运算部504根据铲斗23的形状和土块的形状来运算土量V。铲斗23的形状已知，且储存于存储部507。另外，土块的形状由土面信息取得部64(图1)取得。在土量V小于土量阈值Vmin的情况下，土块并未以足够大的土压力负荷作用于铲斗23，因此，所估计的土质的精度有可能会下降。在本变形实施方式中，根据此种观点，判定土量V的大小。

而且，在图16的步骤S47中，土质估计部505判定在从步骤S44到步骤S46为止之间所取得的数据数M是否为规定的阈值Mmin以上。在本变形实施方式中，使用在铲斗23的挖掘中时刻发生变化的各参数，由土质估计部505以规定的时间间隔(作为一个例子，该时间间隔为每秒(sec)10次)依次估计土质。数据数M相当于在该过程中取得的土质的数据数。阈值Mmin例如被设定为50。在如由操作员以短时间间隔按下选项用按钮的情况这样，数据数M小于阈值Mmin的情况下，所估计的土质的精度有可能会下降。在本变形实施方式中，根据此种观点，判定数据数M。此外，数据数M也可以是土质信息取得处理所使用的其他参数的数量。

当在图16的步骤S47中，满足上述条件的情况下(步骤S47为“是”)，在图17的画面显示的右侧的土质估计的区域，“成功”这一灯会点亮。土质估计部505将最终估计出的土质的信息显示于显示部72(图2)。具体而言，在图17的土质估计的区域中的由“此次的值”表示的部分，显示与所估计出的土质相关的信息。该信息可以是数值，也可以是特性，还可以是消息。此外，在本变形实施方式中，在“此次的值”(最新的土质)的下方，显示有上一次估计出的土质信息(过去的土质)作为“上一次的值”。因此，操作员能够容易地掌握作业现场的土质的变化。此外，“此次的值”、“上一次的值”的显示也可以是曲线图等的历史信息。

另外，当在图16的步骤S47中，不满足上述条件的情况下(步骤S47为“否”)，在图17的画面显示的右侧的土质估计的区域，“失败”这一灯会点亮。操作员根据该显示，认识到重新测量的必要性(步骤S49)。在此情况下，操作员只要在下一个挖掘作业中，反复进行图16的步骤S41以后的步骤即可。

如上所述，在本变形实施方式中，土质估计部505基于铲斗23内的土量V，判定可否估计土质。根据此种结构，仅在某程度的土量处于铲斗23内的情况下，才显示最终的土质，由此，能够提高估计精度。此外，上述土压力的估计是指估计用于显示于显示部72的最终的土质。在判定为无法估计土质的情况下，只要中止到土质的显示为止的任一个处理即可。

另外，在本变形实施方式中，土质估计部505基于土块的形状及铲斗23的形状来运算所述土量，因此，能够容易地估计铲斗23内的土量V。

此外，在其他实施方式中，土质估计部505也可基于与土压力负荷的大小关联的其他的特性值，判定可否估计土质。作为一个例子，所述特性值也可以是图9的土地高度H。即使在此种情况下，也仅在所获得的土压力负荷大到某程度时，才执行土压力估计处理，由此，能够提高估计精度。这些特征着眼于所述土压力负荷的大小与铲斗23的远端相对于地面G的深度关联这一点。

另外，在本变形实施方式中，土质估计部505以铲斗23的角度ψ包含于预先设定的估计用角度为条件来判定土质。根据此种结构，在将铲斗23的角度设定为规定的估计用角度之后，执行土质估计处理，由此，能够提高估计精度。

此外，每当执行图16所示的流程时，图2的输入部52也可受理用于切换有效状态和无效状态的指令。在此情况下，所述有效状态是允许土质估计部505估计土质的状态，所述无效状态是禁止土质估计部505估计土质的状态。上述指令可由操作员输入，也可由包含土质估计部505的控制部50基于规定的条件而自动地输入。根据此种结构，可仅在必要的情况下，才执行土质估计处理，能够防止多余的运算处理。

另外，显示部72(图2)(状态显示部)也可显示所述有效状态及所述无效状态。根据此种结构，能够将可估计当前土质这一状态告知作业人员。

而且，若根据输入至输入部52的所述指令来切换所述有效状态和所述无效状态，则存储部507(土质存储部)也可存储与上一次估计出的土质相关的信息。根据此种结构，能够在状态切换时，可靠地保存必需的土质的信息。如上所述的输入部52、显示部72、存储部507的功能也可应用于其他实施方式。

此外，在本变形实施方式中，虽然说明了如下方式，即，当在图16的步骤S41、S42中，由操作员对铲斗23的姿势进行调整之后，在步骤S44以后执行土质的估计处理，但是也可以是如下方式，即，只要不满足步骤S42的角度条件，就不允许土质的估计处理。作为一个例子，土质估计部505(状态切换部)也可以铲斗23的角度包含于预先设定的估计用角度为条件，将与所述有效状态对应的指令输入至输入部52。根据此种结构，在将铲斗23的角度设定为规定的估计用角度之后，执行土质估计处理，由此，能够提高估计精度。另外，能够避免如下结果，该结果是指在想要以高精度估计土质的情况下，操作员在估计用角度外，开始土质估计处理，导致无法获得所期望的精度的土质。

另外，土质估计部505(角度要求部)也可具备如下功能，即，主动要求操作员进行如图17的左侧所示的角度设定，来作为用于执行土质估计的条件。根据此种结构，由土质估计部505要求调整铲斗23的角度，由此，能够可靠地执行精度高的土质估计处理。

另外，在本变形实施方式中，土质估计部505接受规定的估计开始信号(选项用按钮被按下)，并以规定的时间间隔反复估计土质，由此，取得多个土质，基于上述多个土质来估计最终的土质。另一方面，所述估计开始信号被输入后，在所述多个土质的数量(M)小于预先设定的阈值(Mmin)的情况下，土质估计部505不执行所述最终的土质估计(图16的步骤S47)。根据此种结构，能够防止在未获得估计所需的数据数的情况下，输出错误的估计结果。

另外，在本变形实施方式中，如图17的右侧所示，显示部72(完成显示部)显示与土质估计部505对于土质的估计是否已完成相关的信息(成功灯、失败灯)。根据此种结构，作业人员通过对显示部72进行确认，能够容易地确认土质估计处理是完成还是未完成。

<第四变形实施方式>

图18是本发明的第四变形实施方式所涉及的工程机械中的土质估计部所执行的运算处理的示意图。在之前的实施方式中，说明了如下方式，该方式指示如图3所示，机械负荷运算部503运算铲斗23以机械方式承受的负荷(机械负荷、挖掘阻力值PA)(图3的运算1)，另一方面，土压力负荷运算部504基于土压力理论，运算因铲斗23所挖掘的土而作用于铲斗23的负荷(土压力负荷、挖掘阻力值PB)(图3的运算2)，土质估计部505通过假设上述两个负荷彼此相等，运算挖掘阻力值PB所含的土质信息(图3的运算3)。接着，作为所述运算3的方法，对三个搜索方法进行详述。在本变形实施方式中，与上述同样地，机械负荷运算部503运算铲斗23以机械方式承受的负荷(机械负荷、挖掘阻力值PA)(图3、图18的运算1)。

另一方面，每当土压力负荷运算部504基于土压力理论，运算因铲斗23所挖掘的土而作用于铲斗23的负荷(土压力负荷、挖掘阻力值PB)时，使用预先准备的三个候选土质(土质1、土质2、土质3)来执行运算2。将参照了各个候选土质的运算称为运算2-1、2-2、2-3，并将所获得的挖掘阻力值称为PB1、PB2、PB3。如之前的实施方式中的运算2所说明，作为一个例子，在土质信息中，包含内摩擦角φ及粘聚力c。因此，在土质1、土质2、土质3各自的信息中，准备了内摩擦角φ及粘聚力c的大小不同的值。此处，土质估计部505求出在运算1中计算出的PA与各PB之间的偏差的绝对值，从土质1、土质2、土质3中，选择该绝对值的值最小的土质，换句话说，选择输出与PA最接近的PB的土质，并将该土质决定为最终的估计土质X。

此外，在如之前的第三变形实施方式那样，在铲斗23进行挖掘期间，以规定的时间间隔取得数据的情况下，也能够分别针对图18的PB1、PB2、PB3获得多个运算结果。在此情况下，土质估计部505也可从土质1、土质2、土质3中，选择对多个|PA-PB1|进行积分所得的土质、对多个|PA-PB2|进行积分所得的土质、对多个|PA-PB3|进行积分所得的土质中的最小的土质，并将该土质决定为最终的估计土质X。此时，可与执行图16的铲斗角度维持控制的时间对应地设定时间性的积分范围(积分区间)，也可基于各传感器(检测部)的检测结果与对应于该检测结果而设定的阈值之间的大小关系，设定时间性的积分范围(积分区间)。

如上所述，在本变形实施方式中，土质估计部505参照预先准备的多个候选土质(土质1、土质2、土质3)，并基于由机械负荷运算部503运算出的所述机械负荷、和由土压力负荷运算部504运算出的所述土压力负荷，将所述多个候选土质中的一个候选土质决定为作业现场的所述土质。根据此种结构，通过将作为解的土质限定于多个候选土质，能够减小运算负荷。

尤其是在本变形实施方式中，土压力负荷运算部504分别使用所述多个候选土质来运算多个所述土压力负荷，土质估计部505从所述多个土压力负荷中，将对应于与由机械负荷运算部503运算的所述机械负荷最接近的土压力负荷的所述候选土质决定为作业现场的所述土质。根据此种结构，能够高精度地从多个候选土质中决定最合适的土质。

<第五变形实施方式>

图19是本发明的第五变形实施方式所涉及的工程机械中的土压力负荷运算部所执行的运算处理的示意图。图20是在本变形实施方式所涉及的工程机械中执行的土质信息取得处理的一部分的流程图。图21是本变形实施方式所涉及的工程机械执行土质信息取得处理时的侧视图。图22是用于说明在本变形实施方式所涉及的工程机械中执行的土质信息取得处理中的土地高度的示意图。

本变形实施方式在运算2所参照的土地高度H(铲斗23的尖端与土面之间的在铅垂方向上的距离：参照图9)的计算方法方面具有特征。具体而言，即使在液压挖掘机1的机体如图21所示，相对于水平面倾斜的情况下，也能够高精度地计算土地高度H。

每当执行运算2时，土压力负荷运算部504与图4的步骤S1同样地取得各工作缸行程、机体角度、土面信息等(图20的步骤S51)。此时，假设所取得的土面信息不依赖于机体角度而将土面作为基准。在图22中，由LIDAR构成的土面信息取得部64(图1)所取得的土面的信息由多个测量点Dg图示。

接着，铲斗位置运算部502分别计算铲斗23的尖端位置(铲斗尖端位置)、斗杆22的远端位置(斗杆远端位置：图22的连接部分CBl)(步骤S52)。而且，铲斗位置运算部502以斗杆22的远端位置为中心，描绘通过铲斗23的尖端的圆弧RC(计算圆弧的式子)(步骤S53)。接着，铲斗位置运算部502计算所述圆弧RC与土面(多个Dg)之间的交点Pi的位置(步骤S54)。而且，铲斗位置运算部502计算通过铲斗23的尖端的水平线与交点Pi之间的距离作为土地高度H(步骤S55)。

如上所述，在本变形实施方式中，即使在液压挖掘机1的机体相对于水平面倾斜的情况下，根据圆弧RC来关联土面信息与铲斗23之间的相对位置关系，由此，也能够高精度地取得土地高度H。

<其他变形实施方式>

此外，在上述各实施方式中，在土质估计部505因某些情形而暂时无法估计、取得土质信息的情况下，也可使用与在作业现场预先由穿透测试机等测量出的土地硬度相关的信息，设定液压挖掘机1的输出特性。在此情况下，与上述土地硬度相关的信息存储于存储部507，输出特性设定部506只要参照该信息即可。根据此种结构，能够运用在作业现场预先实施的土地检查结果等，适当地设定液压挖掘机1的输出特性。

而且，也可以是，存储部507预先存储多个土地材料，与上述多个土地材料相关的信息显示于显示部72，若操作员选择与当前的作业现场对应的土地材料，则输出特性设定部506选择、设定与所选择的土地材料关联的液压挖掘机1的输出特性。根据此种结构，能够容易地设定如原材料的开采现场那样不进行土地调查而开始挖掘作业的现场中的输出特性。此外，所述土地材料例如可列举砂、砂质土、砾、粘性土等。

另外，也可以是，在土面信息取得部64(图2)包含相机的情况下，输出特性设定部506基于该相机所拍摄的图像等来辨别周边的土地材料，并选择、设定与该土地材料关联的液压挖掘机1的输出特性。在此情况下，可对应于根据所述图像所含的土颗粒的大小或土的颜色而估计的含水量等，估计土地材料或土质，也可根据与存储部507所预先储存的比较图像之间的相似性，估计土地材料或土质。根据此种结构，能够省去由操作员选择土地材料的工夫，并且能够防止由误选择引起的输出特性的误设定。另外，即使在由液压挖掘机1自动驾驶等无操作员的作业现场，也能够适当地设定液压挖掘机1的输出特性。

此外，可如上述各实施方式那样，在液压挖掘机1的存储部507或服务器90的服务器侧存储部903中存储有土质信息的情况下，使用该信息来设定液压挖掘机1的输出特性，也可在该土质信息是时间上较旧的信息的情况下，由土质估计部505估计最新的土质信息。另外，当在各存储部所存储的位置信息及土质信息的关系(地图信息)所不包含的位置进行作业的情况下，能够通过取得最新的土质信息(新增地图信息)来设定适当的输出特性。

另外，服务器90的服务器侧存储部903中也可储存如下输出特性信息，即使土质信息相同，该输出特性信息也会根据液压挖掘机1的种类或特性而不同。在此情况下，若将图14的液压挖掘机1A所取得的土质信息发送至服务器90，则在服务器90中，能够对应于该土质信息，选择适合于液压挖掘机1B的输出特性，并将该输出特性发送至液压挖掘机1B。因此，即使当在相同的作业现场，种类不同的多个液压挖掘机1进行作业的情况下，也能够一边共享土质信息，一边对各个液压挖掘机1设定适当的输出特性。

此外，如上所述的液压挖掘机1及服务器90构成本发明的工程机械管理系统。此处，工程机械管理系统能够具备如下所述的方式。

第一、工程机械管理系统包括：上述所记载的液压挖掘机1；以及服务器90，配置于远离液压挖掘机1的位置，能够在其与液压挖掘机1之间接收及发送所述土质的信息。

根据此种结构，服务器90对液压挖掘机1所取得的土质的信息进行管理，由此，能够与其他液压挖掘机共享所述土质的信息。此时，即使在其他液压挖掘机并未如液压挖掘机1那样具有土质估计部505的情况下，也能够利用所述土质的信息来进行高效的作业。

另外，第二、在上述工程机械管理系统中，液压挖掘机1还包括：主体位置信息取得部63，取得作业现场的机体的位置信息；以及发送部73(机体侧发送部)，可将所述位置信息及所述土质的信息发送至服务器90。另外，服务器90包括：服务器侧接收部901，可接收发送部73所发送的所述位置信息及所述土质的信息；以及服务器侧存储部903，将所述位置信息及所述土质的信息彼此关联地予以存储。

根据此种结构，服务器90彼此关联地对液压挖掘机1所取得的土质的信息及位置信息进行管理，由此，其他液压挖掘机能够共享所述土质的信息及位置信息。

另外，第三、在上述工程机械管理系统中，驱动部71可接受规定的指令信号，并基于与该指令信号对应的输出特性来驱动作业附属装置20。另外，液压挖掘机1还包括：主体位置信息取得部63，取得作业现场的机体的位置信息；发送部73，可将所述位置信息发送至服务器90；以及接收部74(机体侧接收部)，可接收从服务器90发送的信息。另外，服务器90包括：服务器侧存储部903，将所述位置信息、所述土质的信息及所述输出特性的信息彼此关联地予以存储；服务器侧接收部901，可接收发送部73所发送的所述位置信息；服务器侧输出特性设定部902，根据所述服务器侧接收部901接收到的所述位置信息，基于服务器侧存储部903来设定规定的输出特性；以及服务器侧发送部904，将与所述设定的输出特性对应的所述指令信号发送至液压挖掘机1。

根据此种结构，若液压挖掘机1在作业中取得位置信息及土质的信息，则服务器90能够根据该信息来设定适当的输出特性，并将指令信号发送至液压挖掘机1。因此，液压挖掘机1一边进行作业现场的作业，一边根据周围的土质的信息，调整为适当的输出特性。

另外，第四、在上述工程机械管理系统中，驱动部71可接受规定的指令信号，并基于与该指令信号对应的输出特性来驱动作业附属装置20。另外，液压挖掘机1还包括：发送部73，可将所述土质的信息发送至服务器90；以及接收部74，可接收从服务器90发送的信息。另外，服务器90包括：服务器侧存储部903，将所述土质的信息及所述输出特性的信息彼此关联地存储；服务器侧接收部901，可接收所述发送部73所发送的所述土质的信息；服务器侧输出特性设定部902，根据所述服务器侧接收部901接收到的所述土质的信息，基于服务器侧存储部903来设定规定的输出特性；以及服务器侧发送部904，将与所述设定的输出特性对应的所述指令信号发送至液压挖掘机1。

根据此种结构，若液压挖掘机1在作业中取得土质的信息，则服务器90能够根据该信息来设定适当的输出特性，并将指令信号发送至液压挖掘机1。因此，液压挖掘机1一边进行作业现场的作业，一边根据周围的土质的信息，调整为适当的输出特性。

此外，在上述各实施方式的说明中，一个实施方式所示的构造、功能也可应用于其他实施方式。

本发明是基于如下技术思想，即，根据铲斗在挖掘作业中所实际承受的机械负荷、和由铲斗形成的土块施加于铲斗的土压力负荷，估计与该土压力负荷关联的土质。基于此种技术思想的本发明提供工程机械。该工程机械包括：机体，包含可在地面上行走的行走部；作业附属装置，具有可相对于所述机体沿起伏方向转动地被支撑于所述机体的起伏体、和可转动地被支撑于所述起伏体的远端部的铲斗；驱动部，能够以使所述铲斗对地面进行挖掘的方式驱动所述作业附属装置；姿势信息取得部，取得与所述作业附属装置相对于地面的相对姿势相关的信息即姿势信息；驱动负荷信息取得部，取得驱动负荷信息，该驱动负荷信息是与伴随着所述铲斗对地面进行挖掘所述驱动部所承受的负荷相关的信息；机械负荷运算部，伴随着所述铲斗对地面进行挖掘，根据由所述姿势信息取得部取得的所述姿势信息、以及由所述驱动负荷信息取得部取得的所述驱动负荷信息，来运算所述铲斗从砂土承受的负荷即机械负荷；土压力负荷运算部，伴随着所述铲斗对地面进行挖掘，根据被所述铲斗挖起的土所构成的土块的形状、由所述姿势信息取得部取得的所述姿势信息、所述铲斗的形状、土的密度、土与所述铲斗之间的壁面摩擦角，基于土压力理论来运算所述土块施加于所述铲斗的负荷即土压力负荷；以及土质估计部，基于由所述机械负荷运算部运算出的所述机械负荷、和由所述土压力负荷运算部运算出的所述土压力负荷，估计作业现场的土的土质。

根据本结构，若由机械负荷运算部运算铲斗在该铲斗的挖掘中所承受的机械负荷，另一方面，由土压力负荷运算部运算土块在所述挖掘中作用于铲斗的土压力负荷，则土质估计部能够基于所述机械负荷及所述土压力负荷，估计作业现场的土的土质。因此，可一边在作业现场进行挖掘作业，一边取得土的土质信息。

上述结构也可以是，所述土质估计部假设作用于所述铲斗的所述机械负荷和所述土压力负荷彼此一致，并分别估计作业现场的土的内摩擦角及土的粘聚力来作为所述土质。

根据本结构，能够基于作用于铲斗的机械负荷和土压力负荷一致这一技术思想，估计作为土质的内摩擦角及土的粘聚力。

上述结构也可以是，所述驱动部包含：液压式的起伏体工作缸，以使所述起伏体转动的方式伸缩；以及液压式的铲斗工作缸，以使所述铲斗转动的方式伸缩，所述工程机械还包括工作缸长度检测部，可分别检测所述起伏体工作缸的长度及所述铲斗工作缸的长度，所述姿势信息取得部基于由所述工作缸长度检测部检测出的所述起伏体工作缸及所述铲斗工作缸的长度，运算所述作业附属装置的姿势，来取得所述姿势信息。

根据本结构，能够基于各工作缸的长度来运算作业附属装置的姿势，并运算机械负荷及土压力负荷。

上述结构也可以是，还包括：角度检测部，可分别检测所述起伏体相对于所述机体的相对角度及所述铲斗相对于所述起伏体的相对角度，所述姿势信息取得部至少基于由所述角度检测部检测出的所述起伏体的相对角度及所述铲斗的相对角度，运算所述作业附属装置的姿势，来取得所述姿势信息。

根据本结构，能够基于起伏体及铲斗的角度来运算作业附属装置的姿势，并高精度地运算机械负荷及土压力负荷。

上述结构也可以是，还包括：机体倾斜检测部，可检测所述机体相对于水平面的倾斜，所述姿势信息取得部，基于由所述角度检测部检测出的所述起伏体的相对角度、所述铲斗的相对角度及由所述机体倾斜检测部检测出的所述机体的倾斜，运算所述作业附属装置的姿势，来取得所述姿势信息。

根据本结构，即使在机体相对于水平面倾斜的情况下，也能够高精度地运算并取得作业附属装置的姿势。

上述结构也可以是，所述驱动部包含：液压式的起伏体工作缸，以使所述起伏体转动的方式伸缩；以及液压式的铲斗工作缸，以使所述铲斗转动的方式伸缩，所述工程机械还包括工作缸压力检测部，能够检测所述铲斗工作缸的压力，所述驱动负荷信息取得部，基于由所述工作缸压力检测部检测出的所述铲斗工作缸的压力，运算所述驱动部所承受的负荷，来取得所述驱动负荷信息。

根据本结构，通过检测各工作缸的压力，能够容易地取得驱动负荷信息。

上述结构也可以是，还包括：负荷传感器，配置于所述起伏体的远端部，能够检测作用于所述铲斗的负荷，所述驱动负荷信息取得部，基于由所述负荷传感器检测出的作用于所述铲斗的所述负荷，运算所述驱动部所承受的负荷，来取得所述驱动负荷信息。

根据本结构，由配置于起伏体的远端部的负荷传感器来检测作用于铲斗的负荷，由此，能够容易地取得驱动负荷信息。

上述结构也可以是，还包括：显示部，接受规定的显示指令信号，并根据所述显示指令信号，显示告知给作业人员的信息，所述土质估计部，将与估计出的所述土质对应的所述显示指令信号输入至所述显示部。

根据本结构，通过显示部将土地的强度等信息告诉作业人员，由此，作业人员能够将所述信息作为工程机械的输出特性的设定的基准。

上述结构也可以是，所述显示部能够显示由所述土质估计部估计出的最新的土质和过去的土质。

根据本结构，作业人员能够容易地掌握作业现场的土质的变化。

上述结构也可以是，还包括：位置信息取得部，取得作业现场的所述机体的位置信息，所述土质估计部，将使估计出的所述土质与由所述位置信息取得部取得的所述位置信息彼此关联的所述显示指令信号输入至所述显示部。

根据本结构，通过将机体的位置信息和土质信息组合，作业人员能够掌握土地的强度低的部分。结果是能够预料因土地强度不足引起的机械的翻倒风险。

上述结构也可以是，所述显示部还可显示作业现场的地图信息，在该地图信息上，将由所述土质估计部估计出的所述土质、和由所述位置信息取得部取得的所述位置信息彼此关联地予以显示。

根据本结构，作业人员能够基于显示部所显示的地图信息，以视觉方式容易地掌握土地的强度。

上述结构也可以是，所述驱动部能够接受规定的指令信号，并基于与所述指令信号对应的输出特性来驱动所述作业附属装置，所述工程机械还包括输出特性设定部，将指令信号输入至所述驱动部，以根据由所述土质估计部取得的所述土质来调整所述输出特性。

根据本结构，因为能够根据周围的土地的强度等土质的信息，调整工程机械的输出，所以能够改善作业人员感受到的挖掘作业的作业性，并且能够提高作业效率。另外，因为根据土地的松软度或硬度，适当地设定工程机械的输出特性，所以能够抑制多余的燃料消耗。

上述结构也可以是，所述土质估计部基于与所述土压力负荷的大小关联的特性值，来判定可否估计所述土质。

根据本结构，仅在所获得的土压力负荷大到某程度的情况下，才执行土压力估计处理，由此，能够提高估计精度。

在上述结构中，所述特性值也可以是所述铲斗内的土量。

根据本结构，仅在某程度的土量处于铲斗内的情况下，才执行土压力估计处理，由此，能够提高估计精度。

上述结构也可以是，所述土质估计部基于所述土块的形状及所述铲斗的形状来运算所述土量。

根据本结构，能够基于土块的形状及铲斗的形状来容易地估计土量。

上述结构也可以是，所述土质估计部以所述铲斗的角度包含于被预先设定的估计用角度为条件来判定所述土质。

根据本结构，在将铲斗的角度设定为规定的估计用角度之后，执行土质估计处理，由此，能够提高估计精度。

上述结构也可以是，所述土质估计部参照预先准备的多个候选土质，并基于由所述机械负荷运算部运算出的所述机械负荷、和由所述土压力负荷运算部运算出的所述土压力负荷，将所述多个候选土质中的一个候选土质决定为作业现场的所述土质。

根据本结构，通过将作为解的土质限定于多个候选土质，能够减小运算负荷。

上述结构也可以是，所述土压力负荷运算部，分别使用所述多个候选土质来运算多个所述土压力负荷，所述土质估计部，从多个所述土压力负荷中，将对应于与由所述机械负荷运算部运算的所述机械负荷最接近的土压力负荷的所述候选土质决定为作业现场的所述土质。

根据本结构，能够高精度地从多个候选土质中决定最合适的土质。

上述结构也可以是，还包括：输入部，受理用于切换有效状态和无效状态的指令，所述有效状态是允许所述土质估计部估计所述土质的状态，所述无效状态是禁止所述土质估计部估计所述土质的状态。

根据本结构，可仅在必要的情况下，才执行土质估计处理，能够防止多余的运算处理。

上述结构也可以是，还包括：土质存储部，若根据输入至所述输入部的所述指令来切换所述有效状态和所述无效状态，存储与上一次估计出的所述土质相关的信息。

根据本结构，能够可靠地保存必需的土质的信息。

上述结构也可以是，还包括：状态显示部，能够显示所述有效状态及所述无效状态。

根据本结构，能够将可估计当前土质这一状态告知作业人员。

上述结构也可以是，还包括：状态切换部，以所述铲斗的角度包含于被预先设定的估计用角度为条件，将与所述有效状态对应的指令输入至所述输入部。

根据本结构，在将铲斗的角度设定为规定的估计用角度之后，执行土质估计处理，由此，能够提高估计精度。

上述结构也可以是，还包括：角度要求部，要求所述铲斗的角度包含于所述估计用角度，来作为所述土质估计部执行所述土质的估计的条件。

根据本结构，由角度要求部要求调整铲斗的角度，由此，能够可靠地执行精度高的土质估计处理。

上述结构也可以是，还包括：铲斗角度显示部，能够显示所述估计用角度以及当前的所述铲斗的角度。

根据本结构，作业人员能够一边观察铲斗角度显示部，一边容易地调整铲斗的角度。

上述结构也可以是，所述土质估计部，接受规定的估计开始信号，以规定的时间间隔反复估计所述土质，来取得多个土质，基于所述多个土质来估计最终的土质，所述估计开始信号被输入后，在所述多个土质的数量小于预先设定的阈值的情况下，不执行所述最终的土质的估计。

根据本结构，能够防止在未获得估计所需的数据数的情况下，输出错误的估计结果。

上述结构也可以是，还包括：完成显示部，显示与所述土质估计部对于所述土质的估计是否已完成相关的信息。

根据本结构，作业人员通过对完成显示部进行确认，能够容易地确认土质估计处理是完成还是未完成。

本发明提供工程机械管理系统。该工程机械管理系统包括：上述任一个记载的工程机械；以及管理装置，配置于远离所述工程机械的位置，能够与所述工程机械之间接收及发送所述土质的信息。

根据本结构，管理装置对工程机械所取得的土质的信息进行管理，由此，能够与其他的工程机械共享所述土质的信息。此时，即使在其他的工程机械不具有土质估计部的情况下，也能够利用所述土质的信息来进行高效的作业。

上述结构也可以是，所述工程机械还包括：位置信息取得部，取得作业现场的所述机体的位置信息；以及机体侧发送部，能够将所述位置信息及所述土质的信息发送至所述管理装置，所述管理装置包括：管理装置侧接收部，能够接收所述机体侧发送部所发送的所述位置信息及所述土质的信息；以及管理装置侧存储部，将所述位置信息及所述土质的信息彼此关联地予以存储。

根据本结构，管理装置彼此关联地对工程机械所取得的土质的信息及位置信息进行管理，由此，其他的工程机械能够共享所述土质的信息及位置信息。

上述结构也可以是，所述驱动部能够接受规定的指令信号，并基于与所述指令信号对应的输出特性来驱动所述作业附属装置，所述工程机械还包括：位置信息取得部，取得作业现场的所述机体的位置信息；机体侧发送部，能够将所述位置信息发送至所述管理装置；以及机体侧接收部，能够接收从所述管理装置发送的信息，所述管理装置包括：管理装置侧存储部，将所述位置信息、所述土质的信息及所述输出特性的信息彼此关联地予以存储；管理装置侧接收部，能够接收所述机体侧发送部所发送的所述位置信息；管理装置侧输出特性设定部，根据所述管理装置侧接收部接收到的所述位置信息，基于所述管理装置侧存储部来设定规定的输出特性；以及管理装置侧发送部，将与所述被设定的输出特性对应的所述指令信号发送至所述工程机械。

根据本结构，若工程机械在作业中取得位置信息及土质的信息，则管理装置能够根据该信息来设定适当的输出特性，并将指令信号发送至工程机械。因此，工程机械一边进行作业现场的作业，一边根据周围的土质的信息，调整为适当的输出特性。

上述结构也可以是，所述驱动部能够接受规定的指令信号，并基于与所述指令信号对应的输出特性来驱动所述作业附属装置，所述工程机械还包括：机体侧发送部，能够将所述土质的信息发送至所述管理装置；以及机体侧接收部，能够接收从所述管理装置发送的信息，所述管理装置包括：管理装置侧存储部，将所述土质的信息及所述输出特性的信息彼此关联地予以存储；管理装置侧接收部，能够接收所述机体侧发送部所发送的所述土质的信息；管理装置侧输出特性设定部，根据所述管理装置侧接收部接收到的所述土质的信息，基于所述管理装置侧存储部来设定规定的输出特性；以及管理装置侧发送部，将与所述被设定的输出特性对应的所述指令信号发送至所述工程机械。

根据本结构，若工程机械在作业中取得土质的信息，则管理装置能够根据该信息来设定适当的输出特性，并将指令信号发送至所述工程机械。因此，工程机械一边进行作业现场的作业，一边根据周围的土质的信息，调整为适当的输出特性。

根据本发明，提供可一边在作业现场进行挖掘作业，一边取得土地的土质信息的^工程机械及工程机械管理系统。

Claims (30)

1.一种工程机械，其特征在于包括：

机体，包含可在地面上行走的行走部；

作业附属装置，具有可相对于所述机体沿起伏方向转动地被支撑于所述机体的起伏体、和可转动地被支撑于所述起伏体的远端部的铲斗；

驱动部，能够以使所述铲斗对地面进行挖掘的方式驱动所述作业附属装置；

姿势信息取得部，取得与所述作业附属装置相对于地面的相对姿势相关的信息即姿势信息；

驱动负荷信息取得部，取得驱动负荷信息，所述驱动负荷信息是与伴随着所述铲斗对地面进行挖掘所述驱动部所承受的负荷相关的信息；

机械负荷运算部，伴随着所述铲斗对地面进行挖掘，根据由所述姿势信息取得部取得的所述姿势信息、以及由所述驱动负荷信息取得部取得的所述驱动负荷信息，来运算所述铲斗从砂土承受的负荷即机械负荷；

土压力负荷运算部，伴随着所述铲斗对地面进行挖掘，根据被所述铲斗挖起的土所构成的土块的形状、由所述姿势信息取得部取得的所述姿势信息、所述铲斗的形状、土的密度、土与所述铲斗之间的壁面摩擦角，基于土压力理论来运算所述土块施加于所述铲斗的负荷即土压力负荷；以及

土质估计部，基于由所述机械负荷运算部运算出的所述机械负荷、和由所述土压力负荷运算部运算出的所述土压力负荷，来估计作业现场的土的土质。

2.根据权利要求1所述的工程机械，其特征在于：

所述土质估计部，假设作用于所述铲斗的所述机械负荷和所述土压力负荷彼此一致，分别估计作业现场的土的内摩擦角及土的粘聚力来作为所述土质。

3.根据权利要求1或2所述的工程机械，其特征在于：

所述驱动部包含：

液压式的起伏体工作缸，以使所述起伏体转动的方式伸缩；以及

液压式的铲斗工作缸，以使所述铲斗转动的方式伸缩，

所述工程机械还包括工作缸长度检测部，可分别检测所述起伏体工作缸的长度及所述铲斗工作缸的长度，

所述姿势信息取得部，基于由所述工作缸长度检测部检测出的所述起伏体工作缸及所述铲斗工作缸的长度，运算所述作业附属装置的姿势，来取得所述姿势信息。

4.根据权利要求1或2所述的工程机械，其特征在于还包括：

角度检测部，可分别检测所述起伏体相对于所述机体的相对角度及所述铲斗相对于所述起伏体的相对角度，

所述姿势信息取得部，至少基于由所述角度检测部检测出的所述起伏体的相对角度及所述铲斗的相对角度，运算所述作业附属装置的姿势，来取得所述姿势信息。

5.根据权利要求4所述的工程机械，其特征在于还包括：

机体倾斜检测部，可检测所述机体相对于水平面的倾斜，

所述姿势信息取得部，基于由所述角度检测部检测出的所述起伏体的相对角度、所述铲斗的相对角度以及由所述机体倾斜检测部检测出的所述机体的倾斜，运算所述作业附属装置的姿势，来取得所述姿势信息。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的工程机械，其特征在于：

所述驱动部包含：

液压式的起伏体工作缸，以使所述起伏体转动的方式伸缩；以及

液压式的铲斗工作缸，以使所述铲斗转动的方式伸缩，

所述工程机械还包括工作缸压力检测部，能够检测所述铲斗工作缸的压力，

所述驱动负荷信息取得部，基于由所述工作缸压力检测部检测出的所述铲斗工作缸的压力，运算所述驱动部所承受的负荷，来取得所述驱动负荷信息。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的工程机械，其特征在于还包括：

负荷传感器，配置于所述起伏体的远端部，能够检测作用于所述铲斗的负荷，

所述驱动负荷信息取得部，基于由所述负荷传感器检测出的作用于所述铲斗的所述负荷，运算所述驱动部所承受的负荷，来取得所述驱动负荷信息。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的工程机械，其特征在于还包括：

显示部，接受规定的显示指令信号，并根据所述显示指令信号，显示告知给作业人员的信息，

所述土质估计部，将与估计出的所述土质对应的所述显示指令信号输入至所述显示部。

9.根据权利要求8所述的工程机械，其特征在于：

所述显示部，能够显示由所述土质估计部估计出的最新的土质和过去的土质。

10.根据权利要求8或9所述的工程机械，其特征在于还包括：

位置信息取得部，取得作业现场的所述机体的位置信息，

所述土质估计部，将使估计出的所述土质与由所述位置信息取得部取得的所述位置信息彼此关联的所述显示指令信号输入至所述显示部。

11.根据权利要求10所述的工程机械，其特征在于：

所述显示部还能够显示作业现场的地图信息，在所述地图信息上，将由所述土质估计部估计出的所述土质、和由所述位置信息取得部取得的所述位置信息彼此关联地予以显示。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的工程机械，其特征在于：

所述驱动部能够接受规定的指令信号，并基于与所述指令信号对应的输出特性来驱动所述作业附属装置，

所述工程机械还包括输出特性设定部，将指令信号输入至所述驱动部，以根据由所述土质估计部取得的所述土质来调整所述输出特性。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的工程机械，其特征在于：

所述土质估计部，基于与所述土压力负荷的大小关联的特性值，来判定可否估计所述土质。

14.根据权利要求13所述的工程机械，其特征在于：

所述特性值是所述铲斗内的土量。

15.根据权利要求14所述的工程机械，其特征在于：

所述土质估计部，基于所述土块的形状及所述铲斗的形状，来运算所述土量。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的工程机械，其特征在于：

所述土质估计部，以所述铲斗的角度包含于被预先设定的估计用角度为条件，来判定所述土质。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的工程机械，其特征在于：

所述土质估计部，参照预先准备的多个候选土质，并基于由所述机械负荷运算部运算出的所述机械负荷、和由所述土压力负荷运算部运算出的所述土压力负荷，将所述多个候选土质中的一个候选土质决定为作业现场的所述土质。

18.根据权利要求17所述的工程机械，其特征在于：

所述土压力负荷运算部，分别使用所述多个候选土质来运算多个所述土压力负荷，

所述土质估计部，从多个所述土压力负荷中，将对应于与由所述机械负荷运算部运算的所述机械负荷最接近的土压力负荷的所述候选土质决定为作业现场的所述土质。

19.根据权利要求1至18中任一项所述的工程机械，其特征在于还包括：

输入部，受理用于切换有效状态和无效状态的指令，

所述有效状态是允许所述土质估计部估计所述土质的状态，所述无效状态是禁止所述土质估计部估计所述土质的状态。

20.根据权利要求19所述的工程机械，其特征在于还包括：

土质存储部，若根据输入至所述输入部的所述指令来切换所述有效状态和所述无效状态，存储与上一次估计出的所述土质相关的信息。

21.根据权利要求19或20所述的工程机械，其特征在于还包括：

状态显示部，能够显示所述有效状态及所述无效状态。

22.根据权利要求19至21中任一项所述的工程机械，其特征在于还包括：

状态切换部，以所述铲斗的角度包含于被预先设定的估计用角度为条件，将与所述有效状态对应的指令输入至所述输入部。

23.根据权利要求22所述的工程机械，其特征在于还包括：

角度要求部，要求所述铲斗的角度包含于所述估计用角度，来作为所述土质估计部执行所述土质的估计的条件。

24.根据权利要求22或23所述的工程机械，其特征在于还包括：

铲斗角度显示部，能够显示所述估计用角度以及当前的所述铲斗的角度。

25.根据权利要求1至24中任一项所述的工程机械，其特征在于：

所述土质估计部，接受规定的估计开始信号，以规定的时间间隔反复估计所述土质，来取得多个土质，基于所述多个土质来估计最终的土质，所述估计开始信号被输入后，在所述多个土质的数量小于预先设定的阈值的情况下，不执行所述最终的土质的估计。

26.根据权利要求1至25中任一项所述的工程机械，其特征在于还包括：

完成显示部，显示与所述土质估计部对于所述土质的估计是否已完成相关的信息。

27.一种工程机械管理系统，其特征在于包括：

根据权利要求1至26中任一项所述的工程机械；以及

管理装置，配置于远离所述工程机械的位置，能够与所述工程机械之间接收及发送所述土质的信息。

28.根据权利要求27所述的工程机械管理系统，其特征在于：

所述工程机械还包括：

位置信息取得部，取得作业现场的所述机体的位置信息；以及

机体侧发送部，能够将所述位置信息及所述土质的信息发送至所述管理装置，

所述管理装置包括：

管理装置侧接收部，能够接收所述机体侧发送部所发送的所述位置信息及所述土质的信息；以及

管理装置侧存储部，将所述位置信息及所述土质的信息彼此关联地予以存储。

29.根据权利要求27所述的工程机械管理系统，其特征在于：

所述驱动部能够接受规定的指令信号，并基于与所述指令信号对应的输出特性来驱动所述作业附属装置，

所述工程机械还包括：

位置信息取得部，取得作业现场的所述机体的位置信息；

机体侧发送部，能够将所述位置信息发送至所述管理装置；以及

机体侧接收部，能够接收从所述管理装置发送的信息，

所述管理装置包括：

管理装置侧存储部，将所述位置信息、所述土质的信息及所述输出特性的信息彼此关联地予以存储；

管理装置侧接收部，能够接收所述机体侧发送部所发送的所述位置信息；

管理装置侧输出特性设定部，根据所述管理装置侧接收部接收到的所述位置信息，基于所述管理装置侧存储部来设定规定的输出特性；以及

管理装置侧发送部，将与所述被设定的输出特性对应的所述指令信号发送至所述工程机械。

30.根据权利要求27所述的工程机械管理系统，其特征在于：

所述驱动部能够接受规定的指令信号，并基于与所述指令信号对应的输出特性来驱动所述作业附属装置，

所述工程机械还包括：

机体侧发送部，能够将所述土质的信息发送至所述管理装置；以及

机体侧接收部，能够接收从所述管理装置发送的信息，

所述管理装置包括：

管理装置侧存储部，将所述土质的信息及所述输出特性的信息彼此关联地予以存储；

管理装置侧接收部，能够接收所述机体侧发送部所发送的所述土质的信息；

管理装置侧输出特性设定部，根据所述管理装置侧接收部接收到的所述土质的信息，基于所述管理装置侧存储部来设定规定的输出特性；以及

管理装置侧发送部，将与所述被设定的输出特性对应的所述指令信号发送至所述工程机械。