JP2014206001A - 油圧ショベルの位置検出システムおよび工法 - Google Patents

Abstract

【課題】油圧ショベルの刃先位置やアーム先端位置を検出するシステムおよび工法の提供。【解決手段】ブーム（１）とアーム（２）とバケット（３）を備えた油圧ショベル（５０）に設けられ、ブームシリンダ（６）の伸縮量を計測する第１の計測装置（ＳＲ１）と、アームシリンダ（７）の伸縮量を計測する第２の計測装置（ＳＲ２）と、バケットシリンダ８の伸縮量を計測する第３の計測装置（ＳＲ３）と、第１〜第３の計測装置（ＳＲ１、ＳＲ２、ＳＲ３）の計測結果が伝送され且つ当該計測結果からブーム先端（１Ｔ）、アーム先端（２Ｔ）、バケット刃先（３Ｔ）の垂直方向位置を決定する機能を有する制御装置（１０）を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、油圧ショベルのバケット刃先の垂直方向位置と、アーム先端あるいはブーム先端の垂直方向位置を検出する技術に関する。

油圧ショベルを用いて掘削作業を行う際、所定の深さに掘るには油圧ショベルを操作するオペレータの技量に負うところが大きい。例えば１ｍの掘削作業を行う時には、先ず、オペレータの勘により７０ｃｍ〜８０ｃｍ程度まで掘削する。
その後、掘削箇所最深部における地面からの深さ（下がり量）を計測員が計測し、必要な掘削深さに到達するまで掘り増しを行なう。そして、堀り増しを完了したならば、再度あるいは再再度、前記下がり量の計測を繰り返し、所定の深さに到達するのである。
これに対して、下がり量の計測、掘り増しの繰返しを行うこと無く、一気に１ｍの深さまで掘削することも考えられる。しかし、埋設されている管（電線管、ガス管、水道管、通信管など）に損傷を与え、重大なトラブルを引き起こす恐れが存在する。
現場作業において最も注意しなければならないのは、このような管路を損傷することなく、安全に作業を進めることである。従って、都市工事における掘削作業を行うに際しては、自ずと慎重にならざるを得ない。そのため、下がり量の計測、掘り増しの繰返しを行うこととなり、掘削機械の能力を十分に引き出すことは困難であり、掘削作業全体の効率も高くすることが困難であった。

例えばバックホウ５０のような油圧ショベルは、その作業装置は、図２１で示すように、人に例えると上腕にあたるブーム１、下腕にあたるアーム２、手にあたるバケット３から構成されている。
ブーム１にはブームシリンダ６、アーム２にはアームシリンダ７、バケット３にはバケットシリンダ８が装着され、各シリンダロッドは運転席にある２本のレバーを操作することにより、独立して伸縮させることが出来る。そして、当該レバー操作により作業装置の各パーツを自在に動かすことにより、掘削作業を行う。

バックホウ５０が作業、例えば掘削作業を行なっている状態が、図２２の符号Ａで示されている。図２２の掘削作業中（Ａ）では、バックホウ５０のオペレータは、各シリンダロッドの伸縮量を意識することは無く、バケット３先端部の刃先３Ｔの位置がどこにあるか、当該刃先３Ｔは現時点ではどの程度の深さに至っているか、ということに神経を集中している。
ここで、オペレータはバケット３の刃先３Ｔ位置に神経を集中するあまり、アーム２あるいはブーム１の位置の把握が疎かになりがちである。そのため、アーム２が図２２のＢで示す位置よりも遥かに上方に位置させてしまい、掘削作業を行なっている作業エリアに架線されている架空線をアームで引っ掛けて切断させてしまう場合がある。
また、掘削作業エリアに移動するためバックホウを走行している最中は、図２２の符号Ｃで示す様にアーム２、バケット３を折り畳んだ様な状態で走行する。その際に、ブーム１或いはアーム２の最上部が架空線を引っ掛けて破断させる恐れもある。

架空線も埋設管と同様、損傷を与えるならば重大なトラブルにつながる。
従って、バックホウ５０による作業（バックホウの走行中も含む）において、架空線をアームで引っ掛けて切断させてしまうことは厳格に防止されるべきである。
バケット刃先３Ｔによる埋設管の損傷を防止し、架空線の切断を防止するためには、ブーム１先端、アーム２先端、バケット刃先３Ｔの垂直方向位置を自動的に認識することができれば、非常に有効である。
しかし、従来技術では、ブーム１先端、アーム２先端、バケット刃先３Ｔの垂直方向位置を自動的に決定し、地中において深すぎる場合や最上方位置が高すぎる場合に自動的に警告を与える技術は提案されていない。

その他の従来技術において、地中に埋設されている異物をバケット接触前に検知するに際してバケットの刃先深さを検出する工程を有する旨が提案されている（特許文献１参照）。しかし、係る従来技術（特許文献１）では、バケットの刃先深さを検出する工程における具体的な制御についてはまったく開示されていない。
また、地下埋設物を掘削するに際して、油圧シャベルの上部旋回体の姿勢とバケットの歯先位置を検出して行う技術も提案されているが（特許文献２参照）、バケット刃先位置を検出する具体的な態様については開示されていない。
さらに、掘削箇所に対応してバケット刃先力を制御する技術も提案されているが（特許文献３参照）、歯先位置を検出する制御については全く開示されていない。

特開平５−３１１６９２号公報 特開２００３−５６０１０号公報 特開平９−１０５１３９号公報

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、油圧ショベルの刃先位置やアーム先端位置を検出するシステムおよび工法の提供を目的としている。

本発明の油圧ショベル（例えば、バックホウ５０）の位置検出システムは、ブーム（１）とアーム（２）とバケット（３）を備えた油圧ショベル（５０）に設けられ、ブームシリンダ（６）の伸縮量を計測する第１の計測装置（ブームシリンダ伸縮量計測装置ＳＲ１）と、アームシリンダ（７）の伸縮量を計測する第２の計測装置（ブームシリンダ伸縮量計測装置ＳＲ２）と、バケットシリンダ８の伸縮量を計測する第３の計測装置（バケットシリンダ伸縮量計測装置ＳＲ３）と、第１〜第３の計測装置（ＳＲ１、ＳＲ２、ＳＲ３）の計測結果が伝送され且つ当該計測結果からブーム先端１Ｔ、アーム先端２Ｔ、バケット刃先３Ｔの垂直方向位置を決定する機能を有する制御装置（１０：コントロールユニットＣ．Ｕ．）を備えたことを特徴としている。

本発明のシステムにおいて、前記制御装置（１０）は、第１の計測装置（ＳＲ１）により計測されたブームシリンダ伸縮量から求めたブームシリンダ６の全長（Ｌｂ：ブームシリンダ本体６１の長さとロッド６２がブームシリンダ本体６１から突出している長さの和）とブーム１の各部材の諸元から、ブーム最下部の第１のピン（Ｐ１）からブーム１とアーム２を回動自在に連結する第２のピン（Ｐ２）までの垂直方向距離（Ｈ１）を計算する機能と、
第２の計測装置（ＳＲ２）により計測されたアームシリンダ伸縮量から求めたアームシリンダ７の全長（Ｌｅ：アームシリンダ本体７１の長さとロッド７２がアームシリンダ本体７１から突出している長さの和）とアーム（２）の各部材の諸元から、前記第２のピン（Ｐ２）からアーム（２）とバケット（３）を回動自在に連結する第３のピン（Ｐ３）までの垂直方向距離（Ｈ２）を計算する機能と、
予め決定されたバケットシリンダ本体(８１)からロッドが突出している長さ（バケットシリンダ伸長量：図６のＡ〜Ｉ）とバケット刃先位置（図６のＶＡ〜ＶＩ）との関係（図表、関数、マップ、その他）を用いて、前記第３のピン（Ｐ３）に対するバケット刃先３Ｔ位置を決定する機能を有しているのが好ましい。

また本発明のシステムにおいて、前記制御装置（１０）は、予め決定された第１の関数（例えば、３次式〜６次式）により、第１の計測装置（ＳＲ１）により計測されたブームシリンダ伸縮量（ロッド６２がブームシリンダ本体６１から突出している長さ：ストローク量ｘ）から、ブーム最下部の第１のピン（Ｐ１）からブーム（１）とアーム（２）を回動自在に連結する第２のピン（Ｐ２）までの垂直方向距離に対応するパラメータ（例えば角度：ｙ）を計算する機能と、
予め決定された第２の関数（例えば、３次式〜６次式）により、第２の計測装置（ＳＲ２）により計測されたアームシリンダ伸縮量（７２ロッドがアームシリンダ本体７１から突出している長さ：ストローク量ｘ）から、前記第２のピン（Ｐ２）からアーム（２）とバケット（３）を回動自在に連結する第３のピ（Ｐ３）までの垂直方向距離に対応するパラメータ（例えば角度：ｙ）を計算する機能と、
予め決定された第３の関数（例えば、３〜６次式）により、予め決定されたバケットシリンダ本体、（８１）からロッド（８２）が突出している長さ（バケットシリンダ伸長量：ストローク量ｘ）から、前記第３のピン（Ｐ３）からバケット刃先（３Ｔ）位置までの垂直方向距離に対応するパラメータ（例えば角度：ｙ）を計算する機能を有しているのが好ましい。

本発明の油圧ショベルの位置検出工法は、第１の計測装置（ブームシリンダ伸縮量計測装置ＳＲ１）によりブームシリンダ（６）の伸縮量を計測し、第２の計測装置（ブームシリンダ伸縮量計測装置ＳＲ２）によりアームシリンダ（７）の伸縮量を計測し、第３の計測装置（バケットシリンダ伸縮量計測装置ＳＲ３）によりバケットシリンダ（８）の伸縮量を計測する工程と、
制御装置（１０：コントロールユニット）により、第１〜第３の計測装置（ＳＲ１、ＳＲ２、ＳＲ３）の計測結果からブーム先端（１Ｔ）、アーム先端、（２Ｔ）バケット刃先（３Ｔ）の垂直方向位置を決定する工程を有することを特徴としている。

本発明の位置検出工法において、ブーム先端（１Ｔ）の垂直方向位置を決定する工程では、第１の計測装置（ＳＲ１）により計測されたブームシリンダ伸縮量から求めたブームシリンダ（６）の全長（ブームシリンダ本体６１の長さとロッド６２がブームシリンダ本体６１から突出している長さの和）とブーム（１）の各部材の諸元から、ブーム最下部の第１のピン（Ｐ１）からブーム（１）とアーム（２）を回動自在に連結する第２のピン（Ｐ２）までの垂直方向距離（Ｈ１）を計算し、
アーム先端（２Ｔ）の垂直方向位置を決定する工程では、第２の計測装置（ＳＲ２）により計測されたアームシリンダ伸縮量から求めたアームシリンダ（７）の全長（アームシリンダ本体７１の長さとロッド７２がアームシリンダ本体７１から突出している長さの和）とアーム（２）の各部材の諸元から、前記第２のピン（Ｐ２）からアーム（２）とバケット（３）を回動自在に連結する第３のピン（Ｐ３）までの垂直方向距離（Ｈ２）を計算し、
バケット刃先（３Ｔ）の垂直方向位置を決定する工程では、予め決定されたバケットシリンダ本体（８１）からロッド（８２）が突出している長さ（バケットシリンダ伸長量：図６のＡ〜Ｉ）とバケット刃先位置（図６のＶＡ〜ＶＩ）との関係（図表、関数、マップ、その他）を用いて、前記第３のピン（Ｐ３）に対するバケット刃先（３Ｔ）位置を決定するのが好ましい。

また本発明の位置検出工法において、ブーム先端の垂直方向位置を決定する工程では、予め決定された第１の関数（例えば、３次式〜６次式）により、第１の計測装置（ＳＲ１）により計測されたブームシリンダ伸縮量（６２ロッドがブームシリンダ本体６１から突出している長さ：ストローク量ｘ）から、ブーム最下部の第１のピン（Ｐ１）からブーム（１）とアーム（２）を回動自在に連結する第２のピン（Ｐ２）までの垂直方向距離に対応するパラメータ（例えば角度：ｙ）を計算し、
アーム先端（２Ｔ）の垂直方向位置を決定する工程では、予め決定された第２の関数（例えば、３次式〜６次式）により、第２の計測装置（ＳＲ２）により計測されたアームシリンダ伸縮量（ロッド７２がアームシリンダ本体７１から突出している長さ：ストローク量ｘ）から、前記第２のピン（Ｐ２）からアーム（２）とバケット（３）を回動自在に連結する第３のピン（Ｐ３）までの垂直方向距離に対応するパラメータ（例えば角度：ｙ）を計算し、
バケット刃先（３Ｔ）の垂直方向位置を決定する工程では、予め決定された第３の関数（例えば、４次式）により、予め決定されたバケットシリンダ本体（８１）からロッド（８２）が突出している長さ（バケットシリンダ伸長量：ストローク量ｘ）から、前記第３のピン（Ｐ３）からバケット刃先（３Ｔ）位置までの垂直方向距離に対応するパラメータ（例えば角度：ｙ）を計算するのが好ましい。

ここで当該方法では、第１〜第３の計測装置（ＳＲ１、ＳＲ２、ＳＲ３）で計測することに先立って、
第１の計測装置（ＳＲ１）により計測されたブームシリンダ伸縮量（ロッド６２がブームシリンダ本体６１から突出している長さ：ストローク量ｘ）とブーム最下部の第１のピン（Ｐ１）からブーム（１）とアーム（２）を回動自在に連結する第２のピン（Ｐ２）までの垂直方向距離に対応するパラメータ（例えば角度：ｙ）に係る第１の関数（予め決定された第１の関数：例えば、３次式〜６次式）を決定する工程と、
第２の計測装置（ＳＲ２）により計測されたアームシリンダ伸縮量（ロッド７２がアームシリンダ本体７１から突出している長さ：ストローク量ｘ）と前記第２のピン（Ｐ２）からアーム（２）とバケット（３）を回動自在に連結する第３のピン（Ｐ３）までの垂直方向距離に対応するパラメータ（例えば角度：ｙ）に係る第２の関数（予め決定された第２の関数：例えば、３次式〜６次式）を決定する工程と、
バケットシリンダ本体（８１）からロッド（８２）が突出している長さ（バケットシリンダ伸長量：ストローク量ｘ）と前記第３のピン（Ｐ３）からバケット刃先（３Ｔ）位置までの垂直方向距離に対応するパラメータ（例えば角度：ｙ）に係る第３の関数（予め決定された第３の関数：例えば、３〜６次式）を決定する工程を有しているのが好ましい。

ブーム（１）とアーム（２）とバケット（３）を備えた油圧ショベル（例えば、バックホウ５０）では、各部材の動きは各シリンダロッドの伸縮量と完全に同調している。従って、ブームシリンダ（６）、アームシリンダ（７）、バケットシリンダ（８）におけるロッド（６２、７２、８２）の伸縮量が得られれば、幾何学的な計算或いは実測値に基づいて作成された関数等により、バケット刃先（３Ｔ）の垂直方向位置を特定することができる。或いは、ブーム先端（１Ｔ）やアーム先端（２Ｔ）の垂直方向位置を特定することができる。
上述する構成を具備する本発明によれば、ブームシリンダ（６）、アームシリンダ（７）、バケットシリンダ（８）の各々のシリンダロッド（６２、７２、８２）の伸縮量を計測する計測装置（第１〜第３の計測装置：ＳＲ１、ＳＲ２、ＳＲ３）を装着し、計測されたシリンダロッド（６２、７２、８２）の伸縮量の値に基づいて、制御装置（１０）により、ブーム先端（１Ｔ）、アーム先端（２Ｔ）、バケット刃先（３Ｔ）の垂直方向位置を決定するので、当該垂直方向位置をリアルタイムで演算して、例えば油圧ショベル（５０）のオペレータの運転席（３０）における表示装置に表示させることが出来る。

これにより、油圧ショベル（５０）のオペレータは掘削した深さと、アーム端部（２Ｔ）の位置を、リアルタイムで正確に知ることが出来るので、バケット刃先（３Ｔ）による埋設管の損傷を防止し、架空線の破断を防止することが出来る。
そして、バケット刃先（３Ｔ）により埋設管を損傷する恐れがある深度や、アーム（２）等により架空線を破断する恐れがある高さを、しきい値として予め制御装置に入力し、決定されたバケット刃先（３Ｔ）の垂直方向位置（深度）や、アーム先端（２Ｔ）等の垂直方向位置（高さ）をしきい値と比較することにより、埋設管を損傷し、架空線を破断する恐れがある場合に、例えばブザーを吹鳴し、回転灯等を点灯することにより、オペレータに警告することが可能である。
従って本発明によれば、油圧ショベル（５０）のオペレータは、表示装置を確認することなく、刃先（３Ｔ）の地面からの深さ、アーム先端（２Ｔ）の地面からの高さを勘に頼ることなく、正確に知ることができる。

本発明において、ブームシリンダ（６）、アームシリンダ（７）、バケットシリンダ（８）の各々のシリンダロッド（６２、７２、８２）の伸縮量から、ブーム先端（１Ｔ）、アーム先端（２Ｔ）、バケット刃先（３Ｔ）の垂直方向位置を決定する態様については、実施形態により詳細に説明する。

本発明の実施形態に係るバックホウの概要を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態において、ブーム先端の垂直方向位置を決定する態様を示す説明図である。 図２と同様に、第１実施形態でブーム先端の垂直方向位置を決定する態様を示す説明図である。 第１実施形態において、アーム先端の垂直方向位置を決定する態様を示す説明図である。 図４と同様に、第１実施形態でアーム先端の垂直方向位置を決定する態様を示す説明図である。 第１実施形態において、バケット刃先の垂直方向位置を決定する態様を示す説明図である。 第１実施形態におけるコントロールユニットを示すブロック図である。 第１実施形態における制御の概要を示すフローチャートである。 図８のステップＳ３の詳細を示すフローチャートである。 図８のステップＳ４の詳細を示すフローチャートである。 図８のステップＳ５の詳細を示すフローチャートである。 ブームシリンダの伸長量とブーム先端の垂直方向位置の実測値から求めた関係の一例を表として示す図である。 本発明の第２実施形態で用いられ、ブームシリンダの伸長量とブーム先端の垂直方向位置の関係を示す近似式の一例を示す特性図である。 アームシリンダの伸長量とアーム先端の垂直方向位置の実測値から求めた関係の一例を表として示す図である。 第２実施形態で用いられ、アームシリンダの伸長量とアーム先端の垂直方向位置の関係を示す近似式の一例を示す特性図である。 バケットシリンダの伸長量とバケットの角度の実測値から求めた関係の一例を表として示す図である。 第２実施形態で用いられ、バケットシリンダの伸長量とバケット角度の関係を示す近似式の一例を示す特性図である。 第２実施形態におけるコントロールユニットを示すブロック図である。 第２実施形態における予備的段階の制御を示すフローチャートである。 第２実施形態における制御を示すフローチャートである。 油圧ショベルの一例であるバックホウの概要を示す説明図である。 バックホウのブーム、アーム、バケットの位置を示す説明図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
最初に図１〜図１１を参照して、第１実施形態について説明する。
図１で示すように、図示の実施形態はバックホウ５０（油圧ショベルの一例）に適用されている。
図１において、第１実施形態に係る位置検出システム１００は、バックホウ５０と、後述するセンサ群と、制御手段であるコントロールユニット１０と、センサ群とコントロールユニット１０を接続する信号ラインとによって構成されている。

バックホウ５０は、エンジンルーム２０と運転席３０を有し、ブーム１と、アーム２と、バケット３と、第１のリンク４と、第２のリンク５と、ブームシリンダ６と、アームシリンダ７と、バケットシリンダとを備えている。
ブームシリンダ６はシリンダ本体６１とロッド６２を有し、アームシリンダ７はシリンダ本体７１とロッド７２を有し、バケットシリンダ８はシリンダ本体８１とロッド８２を有している。

図１では、ブーム１の一方の端部（エンジンルーム側端部：図１では右端部）は、エンジンルーム２０のヒンジピン（以下、「第１のピン」と言う）Ｐ１を中心に回動自在に軸支されている。
アーム２のブーム側端部（図１では左端部）は、ブーム１の他端（エンジンルーム２０から離隔した側の端部：図１では左端部：以下、「ブーム先端」と言う）１Ｔに対して、ヒンジピン（以下、「第２のピン」と言う）Ｐ２を中心に回動自在に連結されている。

バケット３における開放部３ｅの先端部には、バケット刃先３Tが取り付けられている。バケット３におけるバケット刃先３Ｔとは反対側には、ブラケットＢ３が固設されている。ブラケットＢ３には、図示しないピン支持孔が形成されている。
一方、アーム先端２Ｔにはヒンジピン（以下、「第３のピン」という）Ｐ３が固設されており、第３のピンＰ３は、前記ブラケットＢ３に形成されたピン支持孔と回動自在に係合している。換言すれば、バケット３は、アーム先端２Ｔと第３のピンＰ３によって回動自在に連結されている。

アーム先端２Ｔ（図１では右端部）において、第３のピンＰ３近傍で且つアーム２とブーム１の連結箇所側（図１では左側）には、ヒンジピンＰ４が設けられている。ヒンジピンＰ４は、第１のリンク４の一端を回動自在に軸支している。
ブラケットＢ３にはヒンジピンＰ５が固設されており、ヒンジピンＰ５は第２のリンク５の一端を回動自在に軸支している。
第１のリンク４の他端と、第２のリンク５の他端（ヒンジピンＰ５の反対側）と、バケットシリンダ８のロッド先端８２ｔは、ロッド先端８２ｔに設けた接続ピンＰ８２により回動自在に接続されている。

ブームシリンダ本体６１の一端（エンジンルーム２０側の端部：図１では右端）は、エンジンルーム２０側に設けられたヒンジピンＰ６１を中心に回動自在に軸支されている。
ブームシリンダ６のロッド６２の先端（エンジンルーム２０から離隔した側の端部：図１では左端）は、ブーム１の中ほどに設けられたヒンジピンＰ６２を中心に回動自在に軸支されている。
シリンダロッド６２が伸張することにより、ブーム１は第１のピンＰ１を中心に図１における時計回りに回動する。そして、シリンダロッド６２が収縮することにより、ブーム１は第１のピンＰ１を中心に図１における反時計回りに回動する。

アームシリンダ本体７１の一端（エンジンルーム２０側の端部：図１では右側端部）はヒンジピンＰ７１を中心に回動自在に軸支されており、ヒンジピンＰ７１は、ブーム１の中ほど（ヒンジピンＰ６２よりもエンジンルーム２０から離隔した側：図１では左側）に設けたブラケットＢ７１に設けられている。
シリンダロッド７２の先端はヒンジピンＰ７２を中心に回動自在に軸支されており、ヒンジピンＰ７２は、アーム２の一端（ブーム１と接続している箇所側端部：図１では左側端部）に設けたブラケットＢ７２に固設されている。
シリンダロッド７２が伸張することにより、アーム２はヒンジピンＰ７２回りで図１における反時計回りに回動し、シリンダロッド７２が収縮することにより、アーム２はヒンジピンＰ７２回りで図１における時計回りに回動する。

バケットシリンダ本体８１の一端はヒンジピンＰ８１回りに回動自在に軸支されており、ヒンジピンＰ８１は、アーム２のブーム１側端部の近傍に設けたブラケットＢ８に固設されている。
シリンダロッド８２の先端は接続ピンＰ８２周りに回動自在に軸支されており、接続ピンＰ８２は第１のリンク４の端部（ヒンジピンＰ４で軸支されているのとは反対側）に固設されている。

バケットシリンダ８のシリンダロッド８２が伸張することにより、第１のリンク４がヒンジピンＰ４回りで図１の反時計回りに回動し、第２のリンク５を介して、バケット３をアーム２先端の第３のピンＰ３周りに反時計回りに回動せしめる。
一方、シリンダロッド８２が収縮することにより、第１のリンク４がヒンジピンＰ４回りで図１の時計回りに回動し、第２のリンク５を介して、バケット３をアーム２先端の第３のピンＰ３周りに時計回りに回動せしめる。

図１において、符号Ｃｐ１は第１のピンＰ１の中心点を示し、符号Ｃｐ２は第２のピンＰ２の中心点を示し、符号Ｃｐ３は第３のピンＰ３の中心点を示している。
また、符号Ｃｐ４はヒンジピンＰ４の中心点を示し、符号Ｃｐ５はヒンジピンＰ５の中心点を示し、符号Ｃｐ６１はヒンジピンＰ６１の中心点を示し、符号Ｃｐ６２はヒンジピンＰ６２の中心点を示し、符号Ｃｐ７１はヒンジピンＰ７１の中心点を示し、符号Ｃｐ７２はヒンジピンＰ７２の中心点を示し、符号Ｃｐ８１はヒンジピンＰ８１の中心点を示し符号Ｃｐ８２は、接続ピンＰ８２の中心点を示している。

第１実施形態では、ブーム先端１Ｔの位置、アーム先端２Ｔの位置を幾何学的に演算し、バケット刃先３Ｔの位置は図表から求めている。
図１において、ブームシリンダ６には、シリンダロッド６２の伸縮量を計測するブームシリンダ伸縮量計測装置（以下、「第１の計測装置」と言う）ＳＲ１が設けられている。
アームシリンダ７には、シリンダロッド７２の伸縮量を計測するアームシリンダ伸縮量計測装置（以下、「第２の計測装置」と言う）ＳＲ２が設けられている。
バケットシリンダ８には、バケットシリンダ８の伸縮量を計測するバケットシリンダ伸縮量計測装置（以下、「第３の計測装置」と言う）ＳＲ３が設けられている。
バックホウ５０の操縦席には、ブーム先端１Ｔの位置、アーム先端２Ｔの位置、バケット刃先３Ｔ位置を決定する機能を有するコントロールユニット１０が設けられている。

第１の計測装置ＳＲ１が計測したブームシリンダ伸縮量は、信号ラインＳＬ１を介してコントロールユニット１０に伝送される。第２の計測装置ＳＲ２が計測したアームシリンダ伸縮量は、信号伝送ラインＳＬ２を介してコントロールユニット１０に伝送される。第３の計測装置ＳＲ３が計測したバケットシリンダ伸縮量は、信号伝送ラインＳＬ３を介してコントロールユニット１０に伝送される。
図示はされていないが、第１の計測装置ＳＲ１、第２の計測装置ＳＲ２、第３の計測装置ＳＲ３の計測結果は、信号伝達ラインを経由せずに、無線でコントロールユニット１０に送信することも可能である。
なお図２〜図５において、時計方向の角度を「＋」、反時計方向の角度を「−」としている。

最初に、図２、図３を参照して、ブーム先端１Ｔの垂直方向位置（ブーム先端高さＨｂｔ：図２参照）を決定する態様について説明する。
ここで「ブーム先端」とは第２のピンＰ２の中心点Ｃｐ２を意味している。第２のピンＰ２は、ブーム１とアーム２を回動可能に接続している。

図２において、第１のピンＰ１の中心点Ｃｐ１と第２のピンＰ２の中心点Ｃｐ２を結ぶ直線Ｌｊ１の長さをＬ１とし、第１のピンＰ１の中心点Ｃｐ１とヒンジピンＰ６１の中心点Ｃｐ６１を結ぶ直線Ｌｊ１６の長さをＬ１６とする。そして、第１のピンＰ１の中心点Ｃｐ１とヒンジピンＰ６２の中心点Ｃｐ６２を結ぶ直線をＬｊ６とする。
また、直線Ｌｊ１と、第１のピンＰ１の中心点Ｃｐ１を通過する水平線Ｌｈ１とでなす角をαとし、
直線Ｌｊ１６と、第１のピンＰ１の中心点Ｃｐ１を通過する水平線Ｌｈとでなす角をβとし、
直線Ｌｊ１と直線Ｌｊ６とでなす角をγとし、
直線Ｌｊ１６と直線Ｌｊ６とでなす角をλとし、
地表Ｆｇから第１のピンＰ１の中心点Ｃｐ１間での高さをＨｇとする。
決定するべき高さは地表Ｆｇから「ブーム先端」までの垂直方向の高さＨｂｔであり、高さＨｂｔは、第１のピンＰ１の中心点Ｃｐ１から第２のピンＰ２の中心点Ｃｐ２までの高さＨ１と高さＨｇの和である（Ｈｂｔ＝Ｈ１＋Ｈｇ）。
α＝λ−β−γであるので、地表Ｆｇから「ブーム先端」までの垂直方向の高さＨｂｔは式１で表される。
Ｈｂｔ＝Ｈ１＋Ｈｇ
＝Ｌ１Ｓｉｎα＋Ｈｇ＝Ｌ１Ｓｉｎ（λ−β−γ）＋Ｈｇ・・・式１
ここで、図２から明らかなように角度λのみが未知数であり、Ｈｇ、β、γはバックホウ５０における定数であり既知である。

図３を参照して、角度λを求める式２を導く。
図３において、第１のピンＰ１の中心点Ｃｐ１と、ヒンジピンP６２の中心点Ｃｐ６２と、ヒンジピンＰ６１の中心点Ｃｐ６１を頂点とし、中心点Ｃｐ１と中心点Ｃｐ６２とを結ぶ辺を辺Ａ、中心点Ｃｐ６２と中心点Ｃｐ６１とを結ぶ辺を辺Ｂ、中心点Ｃｐ６１と中心点Ｃｐ１を結ぶ辺を辺Ｃとする三角形を想定する。
当該三角形において、辺Ａの長さをＬａ、辺Ｂの長さをＬｂ、辺Ｃの長さをＬｃとし、辺Ａと辺Ｃとでなす角度をλ（図２におけるλと同じ）とすれば、三角形の余弦定理より、
ｃｏＳλ＝（Ｌａ^２−Ｌｂ^２＋Ｌｃ^２）／２Ｌａ・Ｌｃ であるので、
λは、式２で表される。
λ＝ｃｏＳ^−１［（Ｌａ^２−Ｌｂ^２＋Ｌｃ^２）／２Ｌａ・Ｌｃ］ ・・・式２

式２のλを式１に代入すると、式３が得られる。
Ｈｂｔ＝Ｌ１Ｓｉｎα＋Ｈｇ
＝Ｌ１Ｓｉｎ{ｃｏＳ^−１［（Ｌａ^２−Ｌｂ^２＋Ｌｃ^２）／２Ｌａ・Ｌｃ］−β−γ}＋Ｈｇ ・・・式３
ここで、長さＬａ、Ｌｃはバックホウ５０における定数であり固定値である。
一方、長さＬｂは、コントロールユニット１０が受信した第１の計測装置ＳＲ１の計測値であるブームシリンダ１の伸縮量に関る信号を処理して求められる。
すなわち、コントロールユニット１０は、第１の計測装置ＳＲ１が計測したブームシリンダ伸縮量に関る信号を受信して、当該信号から上式（３）によって、地表Ｆｇから「ブーム先端」までの垂直方向の高さＨｂｔを演算することができる。

次に図４、図５を参照して、アーム先端２Ｔの垂直方向位置（地表Ｆｇからのアーム先端高さＨａｔ）を決定する態様について説明する。
ここで、垂直方向位置の決定に際して、「アーム先端」とは、第３のピンＰ３の中心点Ｃｐ３を示すものとする。第３のピンＰ３は、アーム２とバケット３とを回動可能に接続している。

図４において、第２のピンＰ２の中心点Ｃｐ２と第３のピンＰ３の中心点Ｃｐ３を結ぶ直線Ｌｊ２の長さをＬ２とする。
そして図５において、第２のピンＰ２の中心点Ｃｐ２とヒンジピンＰ７１の中心点Ｃｐ７１を結ぶ直線Ｄの長さをＬｄとし（図４では符号Ｄのみを表示）、
ヒンジピンＰ７１の中心点Ｃｐ７１とヒンジピンＰ７２の中心点Ｃｐ７２を結ぶ直線Ｅの長さをＬｅとし（図４では符号Ｅのみを表示）、
ヒンジピンＰ７２の中心点Ｃｐ７２と第２のピンＰ２の中心点Ｃｐ２を結ぶ直線Ｆの長さをＬｆとする（図４では符号Ｆのみを表示）。
図４において、直線Ｌｊ２（点Ｃｐ２と点Ｃｐ３を結ぶ直線）と、第２のピンＰ２の中心点Ｃｐ２を通過する水平線Ｌｈ２が為す角をθとし、
直線Ｌｊ１（点Ｃｐ１と点Ｃｐ２を結ぶ直線：図２、図３参照）におけるアーム２側の延長線Ｌｊ１１と、前記水平線Ｌｈ２が為す角α（図２の角αの同位角：図２の角αと同値）から角θを減算した角度をωとし、
直線Ｄ（点Ｃｐ２と点Ｃｐ７１を結ぶ直線）と、直線Ｆ（点Ｃｐ２と点Ｃｐ７２を結ぶ直線）が為す角度をψとし、
前記直線Ｌｊ２と前記直線Ｆが為す角度をεとし、
前記延長線Ｌｊ１１と前記直線Ｄが為す角度をδとする。
図４において、第２のピンＰ２から「アーム先端」２Ｔまでの垂直方向の高さＨ２は式４で表される。
Ｈ２＝Ｌ２Ｓｉｎθ＝Ｌ２Ｓｉｎ（α−｜ω｜）・・・式４
ここで、ω＝−ψ＋δ−εであるので、式４は式５に書き換えられる
Ｈ２＝Ｌ２Ｓｉｎθ＝Ｌ２Ｓｉｎ（α−｜−ψ＋δ−ε｜）・・・式５
角度δ、εは、図４から明らかなように既知である。また、角度αもすでに図２、図３で説明された様に決定されているので、未知な角度は角度ψのみである。

図５を参照して、角度ψを決定する式６を誘導する。
第２のピンP２の中心点Ｃｐ２と、ヒンジピンP７１の中心点Ｃｐ７１と、ヒンジピンＰ７２の中心点Ｃｐ７２を頂点とする三角形において、
上述した様に、辺Ｄ（点Ｃｐ２と点Ｃｐ７１を結ぶ辺）の長さはＬｄ、辺Ｅ（点Ｃｐ７１と点Ｃｐ７２を結ぶ辺）の長さはＬｅ、辺Ｆ（点Ｃｐ７２と点Ｃｐ２を結ぶ辺）の長さはＬｆなので、三角形の余弦定理より、
ｃｏＳψ＝（Ｌｄ^２−Ｌｅ^２＋Ｌｆ^２）／２Ｌｄ・Ｌｆ
従って、角度ψは、下式６で表される。
ψ＝ｃｏＳ^−１［（Ｌｄ^２−Ｌｅ^２＋Ｌｆ^２）／２Ｌｄ・Ｌｆ］ ・・・式６

式６のψを式５に代入すると、式７が得られる。
Ｈ２
＝Ｌ２Ｓｉｎ［α−｜ｃｏＳ^−１［（Ｌｄ^２−Ｌｅ^２＋Ｌｆ^２）／２Ｌｄ・Ｌｆ＋δ−ε］｜］ ・・・式７

したがって、アーム先端２Ｔの地表Ｆｇからの高さＨａｔは、式８で表される。
Ｈａｔ＝Ｈｂｔ＋Ｈ２
＝Ｈｂｔ＋Ｌ２Ｓｉｎ［α−｜−ｃｏＳ^−１［（Ｌｄ^２−Ｌｅ^２＋Ｌｆ^２）／２Ｌｄ・Ｌｆ＋δ−ε］｜］ ・・・式８
上述した様に、式７、式８における角度の正負は回転方向の違いであり、時計回りが＋、反時計回りが−である。
ここで、δ、ε、Ｌｄ、Ｌｆはバックホウ５０の仕様による定数（固定値）である。そして、αの値も図２、図３を参照して上述した通り、既に決定している。
一方、長さＬｅはアームシリンダ２の伸縮量により決定され、コントロールユニット１０が受信した第2の計測装置ＳＲ２の計測値（アームシリンダ２の伸縮量に関る信号）を処理して決定することが出来る。

次いで、図６を参照して、バケット刃先３Ｔの垂直方向位置を決定する態様について説明する。
バケット刃先３Ｔの垂直方向位置は、バケットシリンダの伸縮量（図６におけるバケットシリンダ先端位置Ａ〜Ｉ）と、当該伸縮量に対応するバケット刃先３Ｔの垂直方向位置（ＶＡ〜ＶＩ）を示す図表を用いて決定される。

図６において、バケットシリンダの伸縮量は、図示の例では、シリンダ６のフルストロークを８等分して、各ピッチ（シリンダロッドの先端位置Ｃｐ８２の各点Ａ〜Ｉ）に対応するバケット刃先３Ｔの垂直方向位置が垂直座標（ＶＡ〜ＶＩ）で示されている。
バケットシリンダ先端位置Ｃｐ８２が符号Ａ〜Ｉで示す位置にない場合には、例えば、バケット刃先の垂直方向位置ＶＡ〜ＶＩの間において比例配分することにより決定する。
バケットシリンダ先端位置Ａ〜Ｉからバケット刃先の垂直方向位置ＶＡ〜ＶＩを求める態様としては、図６で説明した様に図表を用いることに代えて、関数、マップ、その他の手段を用いてり行うことが出来る。

第１実施形態の制御を実行するコントロールユニット１０について、図７を参照して説明する。
図７において、コントロールユニット１０は、ブーム先端位置決定ブロック１１と、アーム先端位置決定ブロック１２と、バケット刃先位置決定ブロック１３と、判断ブロック１４と、記憶ブロック１５と第１比較ブロック１６と、第２比較ブロック１７を備えている。

ブーム先端位置決定ブロック１１は、ブームシリンダ用センサＳＲ１とラインＬ１１で接続し、アーム先端位置決定ブロック１２とラインＬ１２で接続し、判断ブロック１４とラインＬ１４で接続している。
そして、ブーム先端位置決定ブロック１１は、ブームシリンダ用センサＳＲ１からブームシリンダ６（図１参照）の伸縮量を受信し、受信した情報及び記憶ブロック１５から与えられた各種定数によってブーム先端位置を決定する機能を有している。また、決定されたブーム先端位置情報をアーム先端位置決定ブロック１２及び判断ブロック１４に送信する機能を有している。

アーム先端位置決定ブロック１２は、アームシリンダ用センサＳＲ２とラインＬ２２で接続し、バケット刃先位置決定ブロック１３とラインＬ２３で接続し、判断ブロック１４とラインＬ２４で接続している。
そして、アーム先端位置決定ブロック１２は、アームシリンダ用センサＳＲ２からアームシリンダ７（図１参照）の伸縮量を受信し、受信した情報とブーム先端位置決定ブロック１１から送信されたブーム先端位置情報と記憶ブロック１５から与えられた各種定数によって、アーム先端位置を決定する機能を有している。また、決定されたアーム先端位置情報をバケット刃先位置決定ブロック１３及び判断ブロック１４に送信する機能を有している。

バケット刃先位置決定ブロック１３は、バケットシリンダ用センサＳＲ３とラインＬ３３で接続し、判断ブロック１４とラインＬ３４で接続している。
そして、バケット刃先位置決定ブロック１３は、バケットシリンダ用センサＳＲ３からバケットシリンダ８（図１参照）の伸縮量を受信し、受信した情報とアーム先端位置決定ブロック１２から送信されたアーム先端位置情報と記憶ブロック１５から与えられた各種定数によって、バケット刃先位置を決定する機能を有している。また、決定されたバケット刃先位置情報を判断ブロック１４に送信する機能を有している。

判断ブロック１４は、第１比較ブロック１６とラインＬ４６で接続し、第２比較ブロックとラインＬ４７で接続し、表示装置４２とラインＬ４２で接続している。
そして判断ブロック１４は、ブーム先端位置決定ブロック１１から受信したブーム先端位置情報と、アーム先端位置決定ブロック１２から受信したアーム先端位置情報と、バケット刃先位置決定ブロック１３から受信したバケット刃先位置情報によって刃先位置を演算して、どの部位の垂直方向位置が最も高い位置（最上方位置）であるのかを判断する機能を有している。また、演算した刃先位置を第１比較ブロック１６に送信し、あるいは、最上方位置を表示装置４２に送信する。

記憶ブロック１５は、ラインＬ４５で入力装置４０（例えば、キーボードあるいはタッチパネルスイッチ等）と接続し、入力装置４０は各種定数を記憶ブロック１５に入力する機能を有している。
記憶ブロック１５は、ブーム先端位置決定ブロック１１とラインＬ５１で接続し、アーム先端位置決定ブロック１２とラインＬ５２で接続し、バケット刃先位置決定ブロック１３とラインＬ５３で接続し、バックホウ５０の仕様による各種定数を位置決定ブロック１１、１２、１３に送信する機能を有する様に構成されている。
さらに、記憶ブロック１５は第１比較ブロック１６とラインＬ５６で接続して、第１比較ブロック１６に対して第１の閾値（第１のしきい値）を送信する機能を有し、第２比較ブロック１７とラインＬ５７で接続して、第２比較ブロック１７に第２の閾値を与える機能を有する様に構成されている。

第１比較ブロック１６は、判断ブロック１４から受信した刃先位置情報（バケット刃先３Ｔの垂直方向位置情報）と記憶ブロック１５から与えられた第１の閾値とを比較して、刃先位置が第１の閾値よりも下方である場合に、バケット刃先３Ｔが深過ぎると判断して、警告装置４４にその旨を送信する機能を有するように構成されている。

第２比較ブロック１７は、判断ブロック１４から受信した最上方位置に関する情報と記憶ブロック１５から与えられた第２の閾値（第２のしきい値）とを比較して、最上方位置が第２の閾値よりも上方である場合に、ブーム１、アーム２、バケット３の何れかの垂直方向位置が高過ぎると判断して、警告装置４４にその旨を送信する機能を有するように構成されている。

次に第１実施形態における制御について、図８〜図１１を参照して説明する。
最初に図８を参照して、第１実施形態における制御の概要を説明する。
図８のステップＳ１において、コントロールユニット１０は、バックホウ５０が作業中であるのか、あるいは作業を終了しているのかについて判断する。作業中であるか作業を終了するのかの判断の具体的態様は、従来技術と同様である。
ステップＳ１において、「作業中である」と判断されればステップＳ２に進み、「終了」と判断されれば制御を終了する。

ステップＳ２では、コントロールユニット１０のブーム先端位置決定ブロック１１がブームシリンダ用センサＳＲ１の出力信号を読み込み、アーム先端位置決定ブロック１２がアームシリンダ用センサＳＲ２の出力信号を読み込み、バケット刃先位置決定ブロック１３がバケットシリンダ用センサＳＲ３の出力を読み込む。そしてステップＳ３に進む。
ステップＳ３では、ブーム先端位置決定ブロック１１は、ブーム１の作動角α（図２参照）とブーム先端１Ｔの垂直方向位置を決定する。そしてステップＳ４に進む。
ステップＳ４では、アーム先端位置決定ブロック１２は、角度ω（図４参照）とアーム先端２Ｔの垂直方向位置を決定する。そしてステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、コントロールユニット１０におけるバケット刃先位置決定ブロック１３は、バケット刃先３Ｔの垂直方向位置を決定して、ステップＳ６に進む。
ステップＳ６では、コントロールユニット１０は、バックホウ５０が掘削作業中であるか否かを判断する。
バックホウ５０が掘削作業中であれば（ステップＳ６がＹＥＳ）ステップＳ７に進み、バックホウ５０が掘削作業中でなければ（ステップＳ６がＮＯ）ステップＳ１０に進む。

バックホウ５０が掘削作業中であれば、バケット刃先３Ｔが深過ぎて埋設されている管（電線管、ガス管、水道管、通信管など）に損傷を与えることがないように、警告を行う。
そのため、ステップＳ７では、例えば、オペレーションルームのインスツルメントパネルに装備された表示装置４２にバケット刃先３Ｔの垂直方向位置が表示される。そしてステップＳ８では、コントロールユニット１０における第１比較ブロック１６が、バケット刃先３Ｔの垂直方向位置が第１の閾値よりも下方であるか否かを判断する。
バケット刃先３Ｔの垂直方向位置が第１の閾値よりも下方であれば（ステップＳ８がＹＥＳ）バケット刃先３Ｔが深過ぎると判断して、ステップＳ９に進む。ステップＳ９では、バケット刃先３Ｔが深過ぎる旨の情報を警告装置４４に送信する。当該情報を受信した警告装置４４は、警告音発生等によってオペレータにバケット刃先３Ｔが深過ぎる旨を警告する。
一方、バケット刃先３Ｔの垂直方向位置が第１の閾値よりも上方であれば（ステップＳ８がＮＯ）、バケット刃先３Ｔが深過ぎることはないと判断し、ステップＳ１まで戻り、ステップＳ１以降を繰り返す。

バックホウ５０が掘削作業でなければ、ブーム１、アーム２、バケット３の何れかの垂直方向位置が高過ぎて、架空線を引っ掛けて破断させることがない様に警告を行なう。
そのためステップＳ１０では、ブーム先端１Ｔ、アーム先端２Ｔ、バケット刃先３Ｔの内、最上方に位置する垂直方向位置（最上方位置）を表示する。そしてステップＳ１１に進む。
ステップＳ１０において、ブーム先端１Ｔがアーム先端２Ｔ、バケット刃先３Ｔよりも上方に位置するのは、図２２において符号（Ｃ）で示すように、バックホウ５０が走行中でアーム２、バケット３を折り畳んだ状態である。ここで、ブーム先端１Ｔ位置と折り曲げられたアーム２のブーム側端部で最も高い位置２ｔとの距離は定数であり、符号δで表示されている。
図８のステップＳ１０でブーム先端１Ｔ、アーム先端２Ｔ、バケット刃先３Ｔの内、最上方の垂直方向位置を決定する際には、ブーム先端１Ｔについては距離δを付加して判断する必要がある。
ステップＳ１１では、ブーム先端１Ｔ、アーム先端２Ｔ、バケット刃先３Ｔの内、最上方に位置する垂直方向位置（最上方位置）と第２の閾値を比較する。最上方位置が第２の閾値よりも上方であればステップＳ１２に進み、最上方位置が第２の閾値よりも上方である旨を警告装置４４に送信する。警告装置４４は、警告音発生等によってオペレータに最上方位置が高過ぎる旨を警告する。
ブーム先端１Ｔが最上方に位置する場合には、ステップＳ１１で第２のしきい値と比較するに際しても、距離δを付加した垂直方向位置と第２のしきい値とを比較する必要がある。

ここで、実際の機器における制御では、ステップＳ６におけるバックホウ５０が掘削作業中であるか否かの判断を、省略することが可能である。
制御においてステップＳ６の判断を省略する場合には、予め作業者が掘削中であるか否かをコントロールユニット１０に入力する。そして、バックホウ５０が掘削作業中であれば、ステップＳ５でバケット刃先３Ｔの垂直方向位置を決定した後、ステップＳ７に進み、バケット刃先３Ｔが深過ぎて埋設されている管（電線管、ガス管、水道管、通信管など）に損傷を与えることがないように、例えば、オペレーションルームのインスツルメントパネルに装備された表示装置４２にバケット刃先３Ｔの垂直方向位置が表示され、ステップＳ８に進む。
一方、バックホウ５０が掘削作業を行っていない場合には、ブーム１、アーム２、バケット３の何れかが架空線を引っ掛けて破断させることがない様に、ステップＳ５の後にステップＳ１０に進み、ブーム先端１Ｔ、アーム先端２Ｔ、バケット刃先３Ｔの内、最上方に位置する垂直方向位置（最上方位置）を表示する。そしてステップＳ１１に進む。
ステップＳ６の判断を省略するにおいて、上述した以外の制御については、図８を参照して説明したのと同様である。

図８のステップＳ３の詳細について、図９を参照して説明する。
図９において、ステップＳ３Ａでは、ブームシリンダ用センサＳＲ１で検出したブームシリンダ長さＬ６（図３ではＬｂ）を、制御装置１０におけるブーム先端位置決定ブロック１１に入力する（送信する）。例えば、ブームシリンダ６が最も収縮している状態の長さは定数なので、当該定数にセンサＳＲ１で検出されたロッド６２の伸長量を加算すれば、ブームシリンダ長さＬ６（図３ではＬｂ）が決定される。
次のステップＳ３Ｂでは、ブーム先端位置決定ブロック１１は、ブームシリンダ６の両端のヒンジピン中心点Ｃｐ６１、中心点Ｃｐ６２と第１のピンＰ１の中心点Ｃｐ１を頂点とする三角形において（図３参照）、余弦定理を用いて角λの値を演算する（式２）。そしてステップＳ３Ｃでは、演算された角λを用いてブーム作動角αを求め（図２、図３の説明参照）、 Ｈ１＝Ｌ１Ｓｉｎα なる式（式１参照）で、第１のピンＰ１の中心点Ｃｐ１からのブーム先端１Ｔの（垂直）高さＨ１を決定する。
地表Ｆｇから第１のピンＰ１の中心点Ｃｐ１までの高さＨｇは定数である。従って、ブーム先端１ｔの地表からの高さ（ブーム先端の垂直方向位置）Ｈｂｔは、
Ｈｂｔ＝Ｈ１＋Ｈｇ なる式によって求められる（ステップＳ３Ｄ）。

次に、図８のステップＳ４の詳細を、図１０を参照して説明する。
図１０において、ステップＳ４Ａでは、アームシリンダ用センサＳＲ２で検出したアームシリンダ長さＬ７（図５ではＬｅ）を、制御装置１０におけるアーム先端位置決定ブロック１２に入力する（送信する）。例えば、アームシリンダ７が最も収縮している状態の長さは定数なので、当該定数にセンサＳＲ２で検出されたロッド７２の伸長量を加算すれば、アームシリンダ長さＬ７（図５ではＬｅ）が決定される。
次のステップＳ４Ｂでは、アーム先端位置決定ブロック１２は、アームシリンダ７の両端のヒンジピン中心点Ｃｐ７１、中心点Ｃｐ７２と第２のピンＰ２の中心点Ｃｐ２を頂点とする三角形において（図５参照）、余弦定理を用いてψを演算する（式６参照）。
ステップＳ４Ｃでは、演算したψを用いてアーム作動角θを求め（図４、図５の説明参照）、第２のピンＰ２の中心点Ｃｐ２からのアーム先端２Ｔの（垂直）高さＨ２を、 Ｈ２＝Ｌ２Ｓｉｎθ なる式（式４参照）から決定する。
地表Ｆｇから第２のピンＰ２の中心点Ｃｐ２までの高さは既にＨｂｔとして求めている。従って、アーム先端２ｔの地表からの高さ（アーム先端の垂直方向位置）Ｈａｔは、
Ｈａｔ＝Ｈ２＋Ｈｂｔ なる式によって求められる（ステップＳ４Ｄ）。

図８のステップＳ５の詳細を、図１１を参照して説明する。
図１１において、ステップＳ５Ａでは、コントロールユニット１０におけるバケット刃先位置決定ブロック１３は、バケットシリンダ用センサＳＲ３の出力と、予め作成された図表(例えば、図６参照)から、アーム先端２Ｔに対するバケット刃先３Ｔの垂直方向位置を決定する。なお、図表にない数値（シリンダストローク）については、例えば図６において比例配分で決定する。
ステップＳ５Ｂでは、図８のステップＳ４（図１０の制御フローチャート）で求めたアーム先端の垂直方向位置Ｈａｔに、ステップＳ５Ａで決定したアーム先端２Ｔに対するバケット刃先３Ｔの垂直方向位置を加えることにより、地表Ｆｇからのバケット刃先３Ｔの垂直方向位置を求める。

上述した構成を具備する第１実施形態によれば、ブームシリンダ６のシリンダロッド６２の伸縮量を計測する計測装置ＳＲ１、アームシリンダ７のシリンダロッド７２の伸縮量を計測する計測装置ＳＲ２、バケットシリンダ８のシリンダロッド８２の伸縮量を計測する計測装置ＳＲ３を設け、計測されたシリンダロッド６２、７２、８２の伸縮量の値に基づいて、コントロールユニット１０により、ブーム先端１Ｔ、アーム先端２Ｔ、バケット刃先３Ｔの垂直方向位置を決定するので、当該垂直方向位置をリアルタイムで演算して、バックホウ５０のオペレータの運転席３０における表示装置４２に表示させることが出来る。

これにより、バックホウ５０のオペレータは、バケット刃先３Ｔで掘削している深さ、及び／又は、ブーム先端１Ｔ、アーム先端２Ｔ、バケット刃先３Ｔの中で最上方に位置する部材の当該最上方垂直方向位置をリアルタイムで正確に知ることが出来るので、バケット刃先３Ｔによる埋設管の損傷を防止し、最上方に位置する部材による架空線の破断を防止することが出来る。
そして、バケット刃先３Ｔにより埋設管を損傷する恐れがある深度や、アーム２等により架空線を破断する恐れがある高さを、第１のしきい値あるいは第２のしきい値として予めコントロールユニット１０に入力し、決定されたバケット刃先３Ｔの垂直方向位置（深度）や、アーム先端２Ｔ等の垂直方向位置（高さ）を第１あるいは第２のしきい値と比較することにより、埋設管を損傷する恐れがある場合や、架空線を破断する恐れがある場合に、警告装置４４で警告して（例えばブザーを吹鳴し、回転灯を点灯して）、オペレータの注意を喚起することが出来る。
従って第１実施形態によれば、油圧ショベル５０のオペレータは、表示装置を確認することなく、バケット刃先３Ｔの地面からの深さや、最上方に位置する部材の垂直方向位置を、勘に頼ることなく正確に把握することができる。

次に、図１２〜図２０を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。
第２実施形態では、ブーム先端１Ｔの位置を決定するに際しては、ブームシリンダ６の伸長量とブーム先端１Ｔの垂直方向位置の関係を示す近似式を用いている。
アーム先端２Ｔの位置を決定するに際しては、アームシリンダ７の伸長量とアーム先端２Ｔの垂直方向位置（ブーム先端に対するアーム先端の垂直方向位置）の関係を示す近似式を利用する。
バケット刃先３Ｔの垂直方向位置を決定するには、バケットシリンダ８の伸長量とバケット刃先３Ｔの垂直方向位置（アーム先端に対するバケット刃先の垂直方向位置）の関係を示す近似式を用いる。

図１２はブームシリンダ６の伸長量とブーム先端１Ｔの垂直方向位置の実測値から求めた関係（特性）の一例を表として示しており、図１３はブームシリンダ６の伸長量とブーム先端１Ｔの垂直方向位置に関連する角度との関係を示す近似式の一例を示している。当該「角度」はブームシリンダ６の全ストロークを量を８分割したときに、それぞれの分割量におけるブームが動いた角度とその累積であり、ブームシリンダ６を最も伸長した状態におけるブームの位置に対するブームの角度であり、右回り（時計方向）の角度である。
図１３において、横軸はブームシリンダ６のストロークであり、縦軸はブーム１における前記角度を示している。
発明者のシミュレーションでは、図１３で例示する線図の近似式は図１２で例示する実測値と高い精度で合致した。
図１３で例示する線図の近似式は、「ｘ」をブームシリンダ６のストローク、「ｙ」を前記角度とすると、
ｙ＝−０．０００００００００００００００５１９２９ｘ^６
＋０．０００００００００００４３６７８２２２６ｘ^５
−０．００００００００５３０９６４２５５２０２ｘ^４
＋０．０００００２９２５１８４３１８７６９４２ｘ^３
−０．０００８３５８６９６０６４１９２３７ｘ^２
＋０．２９７７７１６０７９６０３８５ｘ
＋０．００１１１９１６２４８７１５７１５
である。

図１３で例示する線図の近似式はブームシリンダ６のストローク「ｘ」の６次式で表現されるが、発明者のシミュレーションでは、当該「ｘ」の５次式〜３次式でも、図１２の実測値と高い精度で合致した。
５次式の近似式は、例えば
ｙ＝０．０００００００００００３５０９１１９９８ｘ^５
−０．００００００００４７７７３８５３７６９５ｘ^４
＋０．０００００２７７３２４４２８４１５９９３ｘ^３
−０．０００８１６３８５５４２８９０４３ｘ^２
＋０．２９６９０２５４１０４５０２９ｘ
＋０．００２３３１０１５３１３７５７２３
であり、４次式の近似式は、例えば
ｙ＝０．００００００００００５８１８１９５９９５ｘ^４
＋０．００００００４５０３０４８９６０２２４２ｘ^３
−０．０００３６４９２８２８８３８１５２７ｘ^２
＋０．２６７４１３９１４３６５２５ｘ
＋０．１４７６３０１４７７９３２７９
であり、３次式の近似式は、例えば
ｙ＝０．００００００５１４４４４６８８６５３ｘ^３
−０．０００３８６９０６０７４６６７９０３ｘ^２
＋０．２６９７８４５４８０８６４２７ｘ
＋０．１１６１６１６１６１６２１１７
である。

図１４はアームシリンダ７の伸長量とアーム先端２Ｔの垂直方向位置の実測値から求めた関係の一例を表として示しており、図１５はアームシリンダ７の伸長量とアーム先端２Ｔの垂直方向位置の関係を示す線図の近似式の一例を示している。
図１５において、横軸はアームシリンダ７のストロークであり、縦軸はアーム２の角度を示している。当該「角度」はアームシリンダ７の全ストロークを量を８分割したときに、それぞれの分割量におけるアームが動いた角度とその累積であり、アームシリンダ７を最も伸長した状態におけるアーム２の位置に対するアームの角度であり、左回り（反時計方向）の角度である。
発明者のシミュレーションでは、図１５で例示する線図の近似式は図１４で例示する実測値と高い精度で合致した。
図１５で例示する線図の近似式は、「ｘ」をアームシリンダ７のストローク、「ｙ」を前記角度とすると、
ｙ＝０．００００００００００００００２４４１２ｘ^６
−０．０００００００００００００４７０９６４１ｘ^５
−０．００００００００２７７４７９０５７７８６ｘ^４
＋０．０００００２２４８５３０１８３８２３７６ｘ^３
−０．０００７５１０８３３１４４１２４２６ｘ^２
＋０．２９５９２５８２４４２６３７６ｘ
＋０．００１９５７９９５０６７６４１６
である。

図１５で例示する線図の近似式はアームシリンダ７のストローク「ｘ」の６次式で表現されるが、発明者のシミュレーションでは、当該「ｘ」の５次式〜３次式でも、図１４の実測値と高い精度で合致した。
５次式の近似式は、例えば
ｙ＝０．０００００００００００３９６０３７７８８ｘ^５
−０．００００００００５２４０７５３４４７２６ｘ^４
＋０．０００００２９４７３６４３３００６９２６ｘ^３
−０．０００８４００４８１３８１７６２８６ｘ^２
＋０．２９９８６５２１７６３５６７ｘ
−０．００３４９６５０２３７１４９０３５
であり、４次式の近似式は、例えば
ｙ＝０．０００００００００１７７０４３４８７０７ｘ^４
＋０．００００００３６３６１６９７２１２２４５ｘ^３
−０．０００３４１５４７５４０３６２９７４ｘ^２
＋０．２６７５４００７３０９４６０８ｘ
＋０．１５４６２３１５４９１１８６
であり、３次式の近似式は、例えば
ｙ＝０．００００００５５７３７３３６４３６５８９ｘ^３
−０．０００４０７４５７２３７１２２８４９ｘ^２
＋０．２７４５９７８３０１５３３８２ｘ
＋０．０６１６１６１６１６１６７１１９
である。

さらに、図１６はバケットシリンダ８の伸長量とバケット３の角度の実測値から求めた関係の一例を示し、図１７でバケットシリンダ８の伸長量とバケット角度の関係を示す線図の近似式の一例を示している。ここで、「バケット角度」はバケットシリンダ８の全ストロークを量を８分割したときに、それぞれの分割量におけるバケットが動いた角度とその累積であり、バケットシリンダ８を最も伸長した状態におけるバケット３の位置に対するバケット３の角度であり、左回り（反時計方向）の角度である。
発明者のシミュレーションでは、図１７で例示する線図の近似式は図１６で例示する実測値と高い精度で合致した。
図１７で例示する線図の近似式は、「ｘ」をバケットシリンダ８のストローク、「ｙ」を前記バケット角度とすると、
ｙ＝０．００００００００４４７４８５９５２３９１ｘ^４
−０．０００００１５３３１５１２６９４７０６５ｘ^３
−０．０００１２６９９５５５４２１３１３８ｘ^２
＋０．３６６５０９５２８７３２８７７ｘ
＋０．３６６８２２０６７０４９７２５
である（４次式）。

上述した各種関数は、市販のソフト（例えば、マイクロソフト社のソフトウェア「Ｅｘｃｅｌ」：登録商標）を用いて決定することが出来た。
上述した市販のソフトは例示であり、その他の市販ソフトでも適用することは可能である。

次に図１８を参照して、第２実施形態の制御を実行するコントロールユニットについて説明する。
第２実施形態の制御を実行するコントロールユニット１０Ａは、コントロールユニット１０と可動部近似式作成ユニット１１０を有している。
可動部なる文言は、ブーム１、アーム２、バケット３を総称している。
図１８において、可動部近似式作成ユニット１１０は、ブーム近似式作成ブロック１１１と、アーム近似式作成ブロック１１２と、バケット近似式作成ブロック１１３を備えている。

ブーム近似式作成ブロック１１１は、入力装置４０とラインＬ４１１で接続され、記憶ブロック１５とはラインＬ１１５で接続されている。
そして、ブーム近似式作成ブロック１１１は、入力装置４０によってブーム１、アーム２、バケット３の諸元値、特にブーム１の緒元値を入力することにより、ブームシリンダ６の伸張量及びブーム先端１Ｔ（図１参照）の位置を演算する近似式を作成し、作成した近似式を記憶ブロック１５に記憶（登録）する機能を有するように構成されている。

アーム近似式作成ブロック１１２は、入力装置４０とラインＬ４１２で接続され、記憶ブロック１５とはラインＬ１２５で接続されている。
そして、アーム近似式作成ブロック１１２は、入力装置４０によってブーム１、アーム２、バケット３の諸元値、特にアーム２の諸元値を入力することにより、アームシリンダ７の伸張量及びブーム先端１Ｔ（図１参照）の位置に対するアーム先端２Ｔ（図１参照）の位置を算出する近似式を作成し、作成した近似式を記憶ブロック１５に登録するように構成されている。

バケット近似式作成ブロック１１３は、入力装置４０とラインＬ４１３で接続され、記憶ブロック１５とはラインＬ１３５で接続されている。
そして、バケット近似式作成ブロック１１３は、入力装置４０によってブーム１、アーム２、バケット３の諸元値、特にバケット３の諸元値を入力することにより、バケットシリンダ８の伸張量及びアーム先端２Ｔ（図１参照）の位置に対するバケット刃先３Ｔ（図１参照）の位置を算出する近似式を作成し、作成した近似式を記憶ブロック１５に登録する機能を有するように構成されている。

次に、図１９を参照して、第２実施形態における予備的段階の制御について説明する。
図１９で示す予備的段階の制御においては、上述したような近似式、すなわち、ブームシリンダ６の伸長量とブーム先端１Ｔの垂直方向位置の関係を示す近似式、アームシリンダ７の伸長量とアーム先端２Ｔの垂直方向位置（ブーム先端１Ｔに対するアーム先端２Ｔの垂直方向位置）の関係を示す近似式、バケットシリンダ８の伸長量とバケット刃先３Ｔの垂直方向位置（アーム先端２Ｔに対するバケット刃先３Ｔの垂直方向位置）の関係を示す近似式を決定する

図１９のステップＳ２１において、ブームシリンダ６を稼動させて、ブームシリンダ伸長量を変化させ、各伸長量において、ブーム先端１Ｔの垂直方向位置（あるいは、前記角度の様にブーム先端１Ｔの垂直方向位置と関連するパラメータ）を図示しない公知の手段によって計測する。
次のステップＳ２２では、ブーム近似値作成ブロック１１１は、ブームシリンダ７の伸長量と、ブーム先端１Ｔの垂直方向位置の関係の近似式を作成し、作成した近似式を記憶ブロック１５に記憶させて、ステップＳ２３に進む。
近似式を作成するに際しては、上述した様に、例えば公知のソフトウェアを活用する。

ステップＳ２３では、アームシリンダ７を稼動させてアームシリンダ伸長量を変化させ、各伸長量において、ブーム先端１Ｔに対するアーム先端２Ｔの垂直方向位置（あるいは、前記角度の様にアーム先端２Ｔの垂直方向位置と関連するパラメータ）を図示しない公知の手段によって計測する。ステップＳ２４では、アームシリンダ伸長量と、ブーム先端１Ｔに対するアーム先端２Ｔの垂直方向位置の関係の近似式を作成し、作成した近似式を記憶ブロック１５に記憶させて、ステップＳ２５に進む。
ステップＳ２５では、バケットシリンダ８を稼動させて、バケットシリンダ伸長量を変化させ、各伸長量において、アーム先端２Ｔに対するバケット刃先３Ｔの垂直方向位置（あるいは、前記角度の様にバケット刃先３Ｔの垂直方向位置と関連するパラメータ）を計測する。ステップＳ２６では、バケットシリンダ伸長量と、アーム先端２Ｔに対するバケット刃先３Ｔの垂直方向位置の関係の近似式を作成し、作成した近似式を記憶ブロック１５に記憶させる。

次に図２０を参照して、第２実施形態においてブーム１、アーム２、バケット３の高さを演算する制御について説明する。
図２０のステップＳ３１において、コントロールユニット１０Ａは、作業中なのか、それとも作業が終了したのかを判断する。作業中であればステップＳ３２に進み、作業が終了していれば制御を終了する。

ステップＳ３２では、コントロールユニット１０Ａのブーム先端位置決定ブロック１１はブームシリンダ用センサＳＲ１の出力を読み込み、アーム先端位置決定ブロック１２はアームシリンダ用センサＳＲ２の出力を読み込み、バケット刃先位置決定ブロック１３はバケットシリンダ用センサＳＲ３の出力を読み込む。
ステップＳ３３に進み、コントロールユニット１０Ａにおけるブーム先端位置決定ブロック１１は、ステップＳ３２で読み込んだセンサＳＲ１の出力と、記憶ブロック１５に記憶されたブーム先端位置１Ｔの近似式を利用して、ブーム先端１Ｔの垂直方向位置を決定する。

次のステップＳ３４では、コントロールユニット１０Ａにおけるアーム先端位置決定ブロック１２は、ステップＳ３２で読み込んだセンサＳＲ２の出力と、記憶ブロック１５に記憶されたアーム先端位置２Ｔの近似式を利用して、アーム先端２Ｔの垂直方向位置を決定する。
ステップＳ３５では、コントロールユニット１０Ａにおけるバケット刃先位置決定ブロック１３は、ステップＳ３２で読み込んだセンサＳＲ３の出力と、記憶ブロック１５に記憶されたバケット刃先位置３Ｔの近似式を利用して、バケット刃先３Ｔの垂直方向位置を決定し、次のステップＳ３６に進む。

ステップＳ３６以降の処理に関しては、図８（第１実施形態の制御を示すフローチャート）におけるステップＳ６以降の処理と同様であるため、ステップＳ３６以降の説明は省略する。
そして図８において説明したように、実機の制御において、ステップＳ３６におけるバックホウ５０が掘削作業中であるか否かの判断を、省略することが可能である。
ステップＳ３６の判断を省略する場合には、予め作業者が掘削中であるか否かをコントロールユニット１０に入力する。バックホウ５０が掘削作業中であれば、ステップＳ３５でバケット刃先３Ｔの垂直方向位置を決定した後、ステップＳ３７に進む。
バックホウ５０が掘削作業を行っていない場合には、ステップＳ３５の後にステップＳ４０に進み、ブーム１、アーム２、バケット３の何れかが架空線を引っ掛けて破断させることがない様に制御或いは警告をする。
図１２〜図２０の第２実施形態におけるその他の構成及び作用効果については、図１〜図１１の第１実施形態と同様である。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。

１・・・ブーム
２・・・アーム
３・・・バケット
６・・・ブームシリンダ
７・・・アームシリンダ
８・・・バケットシリンダ
１０・・・制御手段／コントロールユニット
２０・・・エンジンルーム
５０・・・バックホウ

Claims (7)

1. ブームとアームとバケットを備えた油圧ショベルに設けられ、ブームシリンダの伸縮量を計測する第１の計測装置と、アームシリンダの伸縮量を計測する第２の計測装置と、バケットシリンダの伸縮量を計測する第３の計測装置と、第１〜第３の計測装置の計測結果が伝送され且つ当該計測結果からブーム先端、アーム先端、バケット刃先の垂直方向位置を決定する機能を有する制御装置を備えたことを特徴とする油圧ショベルの位置検出システム。
2. 前記制御装置は、第１の計測装置により計測されたブームシリンダ伸縮量から求めたブームシリンダの全長とブームの各部材の諸元から、ブーム最下部の第１のピンからブームとアームを回動自在に連結する第２のピンまでの垂直方向距離を計算する機能と、
   第２の計測装置により計測されたアームシリンダ伸縮量から求めたアームシリンダの全長とアームの各部材の諸元から、前記第２のピンからアームとバケットを回動自在に連結する第３のピンまでの垂直方向距離を計算する機能と、
   予め決定されたバケットシリンダからロッドが突出している長さとバケット刃先位置との関係を用いて、前記第３のピンに対するバケット刃先位置を決定する機能を有している請求項１の油圧ショベルの位置検出システム。
3. 前記制御装置は、予め決定された第１の関数により、第１の計測装置により計測されたブームシリンダ伸縮量から、ブーム最下部の第１のピンからブームとアームを回動自在に連結する第２のピンまでの垂直方向距離に対応するパラメータを計算する機能と、
   予め決定された第２の関数により、第２の計測装置により計測されたアームシリンダ伸縮量から、前記第２のピンからアームとバケットを回動自在に連結する第３のピンまでの垂直方向距離に対応するパラメータを計算する機能と、
   予め決定された第３の関数により、予め決定されたバケットシリンダからロッドが突出している長さから、前記第３のピンからバケット刃先位置までの垂直方向距離に対応するパラメータを計算する機能を有している請求項１の油圧ショベルの位置検出システム。
4. 第１の計測装置によりブームシリンダの伸縮量を計測し、第２の計測装置によりアームシリンダの伸縮量を計測し、第３の計測装置によりバケットシリンダの伸縮量を計測する工程と、
   制御装置により、第１〜第３の計測装置の計測結果からブーム先端、アーム先端、バケット刃先の垂直方向位置を決定する工程を有することを特徴とする油圧ショベルの位置検出工法。
5. ブーム先端の垂直方向位置を決定する工程では、第１の計測装置により計測されたブームシリンダ伸縮量から求めたブームシリンダの全長とブームの各部材の諸元から、ブーム最下部の第１のピンからブームとアームを回動自在に連結する第２のピンまでの垂直方向距離を計算し、
   アーム先端の垂直方向位置を決定する工程では、第２の計測装置により計測されたアームシリンダ伸縮量から求めたアームシリンダの全長とアームの各部材の諸元から、前記第２のピンからアームとバケットを回動自在に連結する第３のピンまでの垂直方向距離を計算し、
   バケット刃先の垂直方向位置を決定する工程では、予め決定されたバケットシリンダからロッドが突出している長さとバケット刃先位置との関係を用いて、前記第３のピンに対するバケット刃先位置を決定する請求項４の油圧ショベルの位置検出工法。
6. ブーム先端の垂直方向位置を決定する工程では、予め決定された第１の関数により、第１の計測装置により計測されたブームシリンダ伸縮量から、ブーム最下部の第１のピンからブームとアームを回動自在に連結する第２のピンまでの垂直方向距離に対応するパラメータを計算し、
   アーム先端の垂直方向位置を決定する工程では、予め決定された第２の関数により、第２の計測装置により計測されたアームシリンダ伸縮量から、前記第２のピンからアームとバケットを回動自在に連結する第３のピンまでの垂直方向距離に対応するパラメータを計算し、
   バケット刃先の垂直方向位置を決定する工程では、予め決定された第３の関数により、予め決定されたバケットシリンダからロッドが突出している長さから、前記第３のピンからバケット刃先位置までの垂直方向距離に対応するパラメータを計算する請求項４の油圧ショベルの位置検出工法。
7. 第１〜第３の計測装置で計測することに先立って、
   第１の計測装置により計測されたブームシリンダ伸縮量とブーム最下部の第１のピンからブームとアームを回動自在に連結する第２のピンまでの垂直方向距離に対応するパラメータに係る第１の関数を決定する工程と、
   第２の計測装置により計測されたアームシリンダ伸縮量と前記第２のピンからアームとバケットを回動自在に連結する第３のピンまでの垂直方向距離に対応するパラメータに係る第２の関数を決定する工程と、
   バケットシリンダからロッドが突出している長さと前記第３のピンからバケット刃先位置までの垂直方向距離に対応するパラメータに係る第３の関数を決定する工程を有している請求項６の油圧ショベルの位置検出工法。

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