JP2016223201A - 作業機械の操作支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】作業機械の操作者に対して生産性を向上するために必要な情報を適切に提供することが可能な作業機械の操作支援装置を提供する。【解決手段】ブーム操作レバー３０、アーム操作レバー３１、作業具操作レバー３２、旋回操作レバー３３の操作量を検出し、作業フロント１０１の姿勢をブーム角度センサ４０、アーム角度センサ４１、作業具角度センサ４２にて検出し、各圧力センサ４４〜４６にて各シリンダの圧力を検出する。これらの検出値および計測オンオフスイッチ４７のＯＮ・ＯＦＦに基づいて、コントローラ２００内の単位時間作業量演算部６０にて単位時間作業量を演算し、複合操作時間演算部７０にて複合操作時間を演算し、停止時間演算部７１にて停止時間を演算し、高負荷時間演算部７２にて高負荷時間を演算し、これらの演算結果をオペレータ等によって予め設定された影響度とともにモニタ２０１に表示する。【選択図】 図４

Description

本発明は、解体作業、建築作業、土木作業等に使用される作業機械の操作を支援するための操作支援装置に係わる。

操作者の操作入力に従って機体に備えられているアクチュエータの駆動が指示される油圧ショベルのような作業機械では、操作者のスキルに依存して作業機械の生産性が変化する。そのため、操作者の操作スキルの向上は生産性の向上に繋がる重要な課題である。

この種の課題を解決する為の技術の一例として、例えば特許文献１には、建設機械の運転者に効率的な運転操作を行うようにアドバイスするシステムを提供する装置が記載されている。

この特許文献１に記載の技術では、建設機械の運転状況に関する状態値、例えば油圧又はエンジン回転数等が検出され、各状態値の頻度分布が計算される。油圧やエンジン回転数等の状態値は予め複数の領域に分けられており、領域ごとに頻度分布の設定目標値が予め設定されている。そして、領域ごとに、実測された頻度分布と設定目標値とが比較され、この比較結果に応じて、該当のメッセージが出力されるようになっている。

特開２００５−９８０７６号公報

上述した特許文献１に記載の技術では、車体の頻度情報に目標値を設定し、現在値と比較したメッセージを表示することで操作スキルの向上を促すためのシステム及び方法が開示されている。この特許文献１の記載によれば、頻度情報の目標値と現在値に基づいて、操作者は、ショベル操作スキルの改善を図ることが可能となる。しかしながら、頻度情報と生産性の関連が明確になっておらず生産性の向上に十分寄与するかどうか不明である、との問題があった。

本発明は、作業機械の操作者に対して生産性を向上するために必要な情報を適切に提供することが可能な作業機械の操作支援装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、作業機械の関節を駆動する少なくとも１つのアクチュエータと、このアクチュエータの駆動を指示する操作部と、この操作部による指示により駆動した前記アクチュエータの駆動に基づく前記作業機械の運転状況に関わる状態値を検出する複数の検出部とを有する作業機械の操作支援装置において、前記複数の検出部で検出した前記状態値に基づいて前記作業機械の生産性評価値を演算する生産性評価値演算部と、前記複数の検出部で検出した前記状態値に基づいて前記生産性評価値に影響を及ぼす特徴量を演算する特徴量演算部と、前記生産性評価値に対する前記特徴量の影響度を設定する影響度設定部と、前記生産性評価値演算部で演算された前記生産性評価値および前記特徴量演算部で演算された前記特徴量を記憶する記憶部と、前記生産性評価値演算部による前記生産性評価値の演算および前記特徴量演算部による前記特徴量の演算に使用する前記状態値の期間を設定する演算期間設定部と、前記演算期間設定部で設定された期間内の前記生産性評価値および前記特徴量を前記影響度と合わせて出力する出力部とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、生産性評価値と車体の特徴量を影響度と合わせて出力することができ、作業機械の操作者に対して生産性を向上するための特徴量が明示され、操作スキルの向上に寄与し、これに伴う生産性の向上が実現可能となる。

本発明の第１の実施例における作業機械の側面図である。 本発明の第１の実施例における作業機械の制御回路および油圧回路の構成図である。 本発明の第１の実施例における作業機械の操作装置の概略を示す図である。 本発明の第１の実施例における作業機械の操作支援装置の構成図である。 本発明の第１の実施例における駆動信号生成部において行なわれる信号処理に関し、レバー操作量に対するシリンダ速度指令値の関係を示す図である。 本発明の第１の実施例における作業機械の操作支援装置処理のフローチャート図である。 本発明の第１の実施例における作業機械の操作支援装置処理における作業量演算に関する模式図である。 本発明の第１の実施例における作業機械の操作支援装置の複合操作時間の演算処理のフローチャート図である。 本発明の第１の実施例における作業機械の操作支援装置の停止時間の演算処理のフローチャート図である。 本発明の第１の実施例における作業機械の操作支援装置の高負荷時間の演算処理のフローチャート図である。 本発明の第１の実施例における作業機械の操作支援装置のモニタに表示される表示画面の一例を示す図である。 本発明の第２の実施例における作業機械の操作支援装置の構成図である。 本発明の第２の実施例における作業機械の操作支援装置の複合操作時間の演算処理のフローチャート図である。 本発明の第２の実施例における作業機械の操作支援装置の停止時間の演算処理のフローチャート図である。 本発明の第２の実施例における作業機械の操作支援装置の高負荷時間の演算処理のフローチャート図である。 本発明の第２の実施例における作業機械の操作支援装置のモニタに表示される表示画面の一例を示す図である。 本発明の第３の実施例における作業機械の操作支援装置の構成図である。 本発明の第３の実施例における作業機械の操作支援装置のモニタに表示される表示画面の一例を示す図である。 本発明の第４の実施例における作業機械の操作支援装置の構成図である。 本発明の第４の実施例における作業機械の操作支援装置のモニタに表示される表示画面の一例を示す図である。 本発明の第５の実施例における作業機械の制御回路および油圧回路の構成図である。 本発明の第５の実施例における作業機械の操作支援装置の構成図である。 本発明の第５の実施例における作業機械の操作支援装置処理のフローチャート図である。 本発明の第６の実施例における作業機械の操作支援装置のモニタに表示される表示画面の一例を示す図である。 本発明の第６の実施例における作業機械の操作支援装置のモニタに表示される表示画面の一例を示す図である。

＜第１の実施例＞
本発明の作業機械の操作支援装置の第１の実施例を、図１乃至図１１を用いて説明する。なお、図１乃至図１１においては、作業機械として油圧ショベルに適用した場合を例に挙げて説明する。また、本実施形態では、生産性評価値として単位時間作業量を、特徴量として複合操作時間、停止時間、高負荷時間の３つを用いる場合について説明する。

＜全体構成＞
図１は本発明の第１の実施例に係わる操作支援装置が備えられた油圧ショベルの外観の一例を示す側面図である。

図１において、油圧ショベル１００は、走行体１１Ａを備えた車体１１と、車体１１上に旋回可能に取り付けられた旋回体１２とを有し、その旋回体１２の前部に運転室１３が取り付けられている。旋回体１２の後部には図示しないエンジンやポンプ等が設けられている。また、旋回体１２の前部には上下方向に回動する作業フロント１０１が取り付けられている。

＜フロント構成＞
作業フロント１０１は旋回体１２に対して上下方向に回動するように取り付けられたブーム１４と、このブーム１４に上下方向に回動するように取り付けられたアーム１５と、このアーム１５に上下方向に回動するように取り付けられた作業具１０２を備えている。このうち、ブーム１４は、旋回体１２とブーム１４とに連結されたブームシリンダ１６によって上下方向に回動する。アーム１５は、ブーム１４とアーム１５とに連結されたアームシリンダ１７によって上下方向に回動する。作業具１０２は、アーム１５と作業具１０２とに連結された作業具シリンダ１８によって上下方向に回動する。

ここで、作業具１０２は油圧ショベル１００の作業内容に応じて、図１に示すようなバケットに替えて、カッタ、ブレーカ、グラップル等に任意に交換可能である。

＜制御回路の基本構成＞
図１の油圧ショベル１００が備える制御回路を図２に示す。

図２に示した制御回路において、メインポンプ２２は図示しないエンジンにより駆動される。メインポンプ２２から吐出された圧油は、コントロール弁２４を経て、ブームシリンダ１６、アームシリンダ１７、作業具シリンダ１８、旋回モータ１９に対して各々供給される。これにより、各アクチュエータ１６、１７、１８、１９が動作し、ブーム１４、アーム１５、作業具１０２が上下方向に回動し、旋回体１２が旋回するようになっている。なお、符号２３は作動油を貯蔵する作動油タンクである。

＜操作系＞
コントロール弁２４ａ，２４ｂ，２４ｃは、コントローラ２００によって、ブーム操作レバー３０、アーム操作レバー３１、作業具操作レバー３２の操作量に応じた弁位置（スプール位置）に制御される。図３に、各操作レバーの配置を表す模式図を示す。

図３に示す右操作レバー３００は、ブーム操作レバー３０および作業具操作レバー３２を兼ねている。右操作レバー３００が図３中３０（ａ）の方向へ操作されると、操作量に応じた流量の圧油がブームシリンダ１６のボトム側油室１６ａへ供給される。反対に、右操作レバー３００が図３中３０（ｂ）の方向へ操作されると、操作量に応じた流量の圧油がブームシリンダ１６のロッド側油室１６ｂへ供給される。

右操作レバー３００が図３中３２（ａ）の方向に操作されると、操作量に応じた流量の圧油が作業具シリンダ１８のボトム側油室１８ａへ供給される。反対に、右操作レバー３００が図３中３２（ｂ）の方向に操作されると、操作量に応じた流量の圧油が作業具シリンダ１８のロッド側油室１８ｂへ供給される。

図３に示す左操作レバー３０１は、アーム操作レバー３１および旋回操作レバー３３を兼ねている。左操作レバー３０１が図３中３１（ａ）の方向に操作されると、操作量に応じた流量の圧油がアームシリンダ１７のボトム側油室１７ａへ供給される。反対に、左操作レバー３０１が図３中３１（ｂ）の方向に操作されると、操作量に応じた流量の圧油がアームシリンダ１７のロッド側油室１７ｂへ供給される。

左操作レバー３０１の前後方向の操作については、旋回体１２の車体１１に対する旋回動作に割り当てられている。左操作レバー３０１が図３中「旋回右方向」に操作されると、操作量に応じた流量の圧油が旋回モータ１９のポート１９ａへ供給されて、旋回体１２は車体１１に対して右方向に旋回する。反対に、左操作レバー３０１が図３中「旋回左方向」へ操作されると、操作量に応じた流量の圧油が旋回モータ１９のポート１９ｂへ供給されて、旋回体１２は車体１１に対して左方向に旋回する。

＜制御システム構成（操作系）＞
図４は、図２に示したコントローラ２００の制御システムを表す模式図である。

図４において、ブーム操作レバー３０、アーム操作レバー３１、作業具操作レバー３２、旋回操作レバー３３の操作量に応じた信号を出力するレバー操作量検出器３０１，３１１，３２１，３３１からの信号がコントローラ２００に入力される。コントローラ２００内には、各レバー操作量信号を参照してコントロール弁２４への出力信号を演算するためのブーム駆動信号生成部５０、アーム駆動信号生成部５１、作業具駆動信号生成部５２、旋回駆動信号生成部５３が設けられている。

図５は、各駆動信号生成部５０〜５３において行なわれる信号処理に関わる模式図である。図５に示すように、各駆動信号生成部５０〜５３では、各操作レバー３０〜３３の操作量に比例したシリンダ速度指令値が駆動信号として算出される。なお、レバー操作が有効となる操作量を規定するため、不感帯が設定されている。

＜制御システム構成（センサ系）＞
図２に示すように、作業フロント１０１の姿勢を検出するためのブーム角度センサ４０、アーム角度センサ４１、作業具角度センサ４２が設けられている。作業フロント１０１の姿勢を検出する各角度センサ４０，４１，４２からの各検出信号はコントローラ２００へ入力される。

また、図２に示すように、ブームシリンダ１６は、ブームシリンダ１６内のボトム側の圧力を計測する圧力センサ４４ａ、ロッド側の圧力を計測する圧力センサ４４ｂを備えている。同様に、アームシリンダ１７は、アームシリンダ１７内のボトム側の圧力を計測する圧力センサ４５ａ、ロッド側の圧力を計測する圧力センサ４５ｂを備えている。同様に、作業具シリンダ１８は、作業具シリンダ１８内のボトム側の圧力を計測する圧力センサ４６ａ、ロッド側の圧力を計測する圧力センサ４６ｂを備えている。各シリンダの油室の圧力を検出する圧力センサ４４ａ，４４ｂ，４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂからの各検出信号はコントローラ２００へ入力される。

また、コントローラ２００には、計測オンオフスイッチ４７とモニタ２０１が各々接続されている。計測オンオフスイッチ４７とモニタ２０１の作用効果については後述する。

＜生産性評価演算部＞
図４に示す単位時間作業量演算部６０は、本発明の生産性評価値演算部に該当する。単位時間作業量演算部６０による演算処理について図６に示す。図６のフローチャートはコントローラ２００において予め定められたサンプリングタイム毎に処理が実行される。例えば、サンプリングタイムが０．１［ｓ］の場合、０．１［ｓ］毎に図６の処理が１回実行される。

図６の手順６００では、計測オンオフスイッチ４７がオンであるかの判定が行われる。オンと判定された場合は手順６０１へ処理が移行する。これに対し、オフと判定された場合は手順６０８へ処理が移行する。

手順６０１では、計測オンオフスイッチ４７がオンとなっている時間を積算する処理が行われる。

手順６０２では、各センサ情報の取得が行われる。具体的には、ブーム操作レバー操作量検出器３０１、アーム操作レバー操作量検出器３１１、作業具操作レバー操作量検出器３２１、旋回操作レバー操作量検出器３３１、ブーム角度センサ４０、アーム角度センサ４１、作業具角度センサ４２、ブームシリンダ圧力センサ４４の各センサの情報が取得される。

手順６０３では、旋回操作時間判定が行われる。具体的には、旋回操作レバー３３の合計操作時間が予め定めた値以上であったと判定された場合、処理は手順６０４へ移行する。例えば、当該値を５［ｓ］とした場合、旋回操作レバー３３の操作時間の積算が５［ｓ］以上となった場合、手順６０４へ処理が移行する。これに対し、予め定めた値未満であったと判定された場合、処理は終了する。

手順６０４では、作業フロント１０１の動作により掘削された作業具１０２内の土量を演算する、作業量演算処理が行われる。図７は作業量演算に関る模式図である。

図７において、Ｆは作業具１０２内の土量に応じて変動し、重力方向に作用する力であるが、本説明では、この作用力を便宜的に「作業量」と記す。この作業量Ｆはブーム回動中心のモーメントＭの釣り合い式を解くことで演算される。作業量Ｆに伴って発生するモーメントＭは、荷重点とブーム回動中心の水平距離Ｌを用いて、Ｍ＝Ｆ・Ｌで表される。一方、ブームシリンダ１６の推力ｆに伴って発生するモーメントＭは、ブーム回動中心までの水平距離ｌを用いて、Ｍ＝ｆ・ｌで表される。水平距離Ｌ及びｌは、ブーム角度センサ４０、アーム角度センサ４１、作業具角度センサ４２の検出値を用いて演算可能である。また推力ｆは、ブームシリンダ圧力センサ４４の検出値を用いて演算可能である。これらより、未知数である作業量Ｆは、Ｆ＝ｆ・ｌ／Ｌにより算出される。

手順６０５では、作業具操作レバー３２の操作により作業具シリンダ１８が縮短しているか判定する、作業具操作判定が行われる。作業具操作レバー３２の操作により、作業具シリンダが縮短したと判定された場合は、処理は手順６０６に移行する。これに対し、縮短しなかったと判定された場合は、処理は終了する。

手順６０６では、作業量積算が行われる。具体的には、手順６０４の演算結果である作業量を現在の作業量に積算する処理が行われる。この作業量積算値は一時的に単位時間作業量演算部６０内にて記憶しておく。

手順６０７では、旋回操作時間をリセットする処理が行われる。

一般に、油圧ショベル１００のように作業具がバケットである場合は、掘削、旋回、放土のサイクルを繰り返すことで作業を遂行する。所定の時間の旋回操作、及び、放土操作を検出するステップである手順６０２〜６０７の処理により、作業量（掘削した土量）の合計を演算することができる。

手順６０８では、計測オンオフスイッチ４７の前回値がオンであったか否かの判定が行われる。計測オンオフスイッチ４７がオンからオフに切り替わったと判定された場合、すなわち、手順６０８においてオンオフスイッチの前回値がオンであった場合は、処理は手順６０９に移行する。これに対し、オフに切り替わらなかったと判定された場合は、処理は手順６１０に移行する。

手順６０９では単位時間作業量の演算が行われる。単位時間作業量は、手順６０６の演算結果であり、単位時間作業量演算部６０内にて一時的に記憶されている作業量の積算値を手順６０１の演算結果である計測オン時間の積算値で除することで演算される。その後の手順６１１では、手順６０９における単位時間作業量の演算結果を、図４に示した演算データ記憶部８１に記憶する処理が行われる。

手順６１０では、計測オン時間の積算値と作業量の積算値をゼロにリセットする処理が行われる。

＜特徴量演算部（複合操作時間）＞
図４の複合操作時間演算部７０、停止時間演算部７１、高負荷時間演算部７２は、本発明の特徴量演算部に該当する。以下、特徴量のうち、複合操作時間を演算する複合操作時間演算部７０の作用について図８に示す。

図８の手順７００では、計測オンオフスイッチ４７がオンであるか否かの判定が行われる。オンと判定された場合は手順７０１へ処理が移行する。これに対しオフと判定された場合は手順７０４へ処理が移行する。

手順７０１では、ブーム操作レバー３０、アーム操作レバー３１、作業具操作レバー３２、旋回操作レバー３３の操作情報が取得される。

手順７０２では、複合操作が行われているか否かについての判定が行われる。具体的には、ブーム操作レバー３０、アーム操作レバー３１、作業具操作レバー３２、旋回操作レバー３３の何れか２つ以上の操作レバーが同時に、図５に示した不感帯を超えて操作されていると判定された場合には、複合操作有りと見なして手順７０３へ処理が移行する。これに対し、不感帯を超えて操作されていないと判定された場合、処理は終了する。

手順７０３では、複合操作時間の積算が行われる。コントローラ２００において予め定められたサンプリングタイムが０．１［ｓ］の場合には、手順７０３の通過毎に複合操作時間が０．１［ｓ］だけ積算される。複合操作時間積算値は一時的に複合操作時間演算部７０内に記憶される。

次いで、手順７０４では、計測オンオフスイッチ４７の前回値がオンであったか否かの判定が行われる。計測オンオフスイッチ４７がオンからオフに切り替わったと判定された場合、すなわち、手順７０４においてオンオフスイッチの前回値がオンであった場合は、処理は手順７０６に移行する。これに対し切り替わっていないと判定された場合、すなわち、手順７０４において、オンオフスイッチの前回値がオフであった場合は、手順７０５に処理が移行する。

手順７０６では、一時的に記憶されていた手順７０３の演算結果である複合操作時間の積算値を、図４に示した演算データ記憶部８１に記憶する処理が行われる。手順７０５では、一時的に複合操作時間演算部７０内に記憶された複合操作時間の積算値をゼロにリセットする処理が行われる。

＜特徴量演算部（停止時間）＞
次に、特徴量のうち、停止時間を演算する停止時間演算部７１の作用について図９に示す。

図９の手順７１０では、計測オンオフスイッチ４７がオンであるか否かの判定が行われる。オンと判定された場合は手順７１１へ処理が移行する。これに対しオフと判定された場合は手順７１４へ処理が移行する。

手順７１１では、ブーム操作レバー３０、アーム操作レバー３１、作業具操作レバー３２、旋回操作レバー３３の操作情報が取得される。

手順７１２では、停止状態であるか否かの判定が行われる。具体的には、ブーム操作レバー３０、アーム操作レバー３１、作業具操作レバー３２、旋回操作レバー３３の全ての操作レバーが、図５に示した不感帯を超えて操作されていないと判定された場合には、停止状態と見なして手順７１３へ処理が移行する。これに対し、図５に示した不感帯を超えて操作されていると判定された場合、処理は終了する。

手順７１３では、停止時間の積算が行われる。コントローラ２００において予め定められたサンプリングタイムが０．１［ｓ］の場合には、手順７１３の通過毎に停止時間が０．１［ｓ］だけ積算される。この停止時間積算値は一時的に停止時間演算部７１内に記憶される。

次いで、手順７１４では、計測オンオフスイッチ４７の前回値がオンであったか否かの判定が行われる。計測オンオフスイッチ４７がオンからオフに切り替わったと判定された場合、すなわち、手順７１４においてオンオフスイッチの前回値がオンであった場合は、処理は手順７１６に移行する。これに対し切り替わっていないと判定された場合、すなわち、手順７１４において、オンオフスイッチの前回値がオフであった場合は、処理は手順７１５に移行する。

手順７１６では、一時的に記憶されていた手順７１３の演算結果である停止時間の積算値を、図４に示した演算データ記憶部８１に記憶する処理が行われる。手順７１５では、一時的に停止時間演算部７１内に記憶された停止時間の積算値をゼロにリセットする処理が行われる。

＜特徴量演算部（高負荷時間）＞
次に、特徴量のうち、高負荷時間を演算する高負荷時間演算部７２の作用について図１０に示す。

図１０の手順７２０では、計測オンオフスイッチ４７がオンであるか否かの判定が行われる。オンと判定された場合は手順７２１へ処理が移行する。これに対しオフと判定された場合は手順７２４へ処理が移行する。

手順７２１では、ブームシリンダ圧力センサ４４、アームシリンダ圧力センサ４５、作業具シリンダ圧力センサ４６の各圧力センサ情報が取得される。

手順７２２では、高負荷状態であるか否かの判定が行われる。具体的には各圧力センサの何れか１つの検出値が、コントローラ２００内で予め定めた閾値を超えたと判定された場合には、高負荷状態と見なして手順７２３へ処理が移行する。例えば、図示しないメインリリーフ弁の設定値が３０［ＭＰａ］の場合、例えば当該閾値を２８［ＭＰａ］程度とすることで、高負荷状態であるかの判定を行うことができる。これに対し、各圧力センサの検出値が予め定めた閾値をいずれも超えていないと判定された場合、処理は終了する。

手順７２３では、高負荷時間の積算が行われる。コントローラ２００において予め定められたサンプリングタイムが０．１［ｓ］の場合には、手順７２３の通過毎に高負荷時間が０．１［ｓ］だけ積算される。この高負荷時間積算値を一時的に高負荷時間演算部７２内にて記憶しておく。

次いで、手順７２４では、計測オンオフスイッチ４７の前回値がオンであったか否かの判定が行われる。計測オンオフスイッチ４７がオンからオフに切り替わったと判定された場合、すなわち、手順７２４においてオンオフスイッチの前回値がオンであった場合は、処理は手順７２６に移行する。これに対し切り替わっていないと判定された場合、すなわち、手順７２４において、オンオフスイッチの前回値がオフであった場合は、処理は手順７２５に移行する。

手順７２６では、一時的に記憶されていた手順７２３の演算結果である高負荷時間の積算値を、図４に示した演算データ記憶部８１に記憶する処理が行われる。手順７２５では、一時的に記憶した高負荷時間演算部７２の高負荷時間の積算値をゼロにリセットする処理が行われる。

＜記憶装置＞
図４の影響度設定部８０には、生産性評価値（単位時間作業量）に対する各特徴量（複合操作時間、停止時間、高負荷時間）の影響度が予めオペレータ等によって設定され、記憶されている。影響度は、生産性評価値と特徴量の結び付きの強さを相対的に表現可能な数値であれば良く、任意の方法で決定することができる。例えば、設計者やユーザが経験に基づいて主観的に決定しても良く、あるいは実験データの統計的分析に基づいて客観的に決定しても良い。影響度設定部８０にて設定された各特徴量（複合操作時間、停止時間、高負荷時間）の影響度は出力部９２を介してモニタ２０１に対して出力される。

本実施例では、各特徴量の影響度が合計１００［％］となるように数値配分を行う。影響度の設定を、複合操作時間（６０［％］）、停止時間（３０［％］）、高負荷時間（１０［％］）とした場合、単位時間作業量に最も影響を及ぼす特徴量は複合操作時間であることが、モニタ２０１によって操作者に明示される。

演算データ記憶部８１は、単位時間作業量演算部６０で演算された単位時間作業量の演算結果、複合操作時間演算部７０で演算された複合操作時間の演算結果、停止時間演算部７１で演算された停止時間の演算結果、高負荷時間演算部７２で演算された高負荷時間の演算結果が格納されており、各演算結果は出力部９２を介してモニタ２０１に対して出力される。

＜モニタ＞
図１１にモニタ２０１の外観を示す。図１１に示すように、モニタ２０１の画面上には、単位時間作業量表示部２１０、複合操作時間表示部２１１、停止時間表示部２１２、高負荷時間表示部２１３、複合操作時間影響度表示部２１４、停止時間影響度表示部２１５、高負荷時間影響度表示部２１６が各々配置されている。

単位時間作業量表示部２１０、複合操作時間表示部２１１、停止時間表示部２１２、高負荷時間表示部２１３の表示値は、図４の演算データ記憶部８１からの出力値であり、複合操作時間影響度表示部２１４、停止時間影響度表示部２１５、高負荷時間影響度表示部２１６の表示値は影響度設定部８０からの出力値である。

各表示部の表示値は、図６及び図８〜１０のフローチャートに従って更新される。すなわち、計測オンオフスイッチ４７のオンオフに伴って、最新の各演算結果が表示されることとなる。

＜第１の実施例のメリット＞
上記の構成によれば、生産性評価値と車体の特徴量を影響度と合わせて出力する作業機械の操作支援装置が提供される。従って、生産性を向上するための特徴量が操作者に明示されることとなり、操作者の操作改善を促すことによる操作スキル向上に伴う生産性の向上が容易に実現可能となる。

＜第２の実施例＞
本発明の作業機械の操作支援装置の第２の実施例を図１２乃至図１６を用いて説明する。以下に記述する内容以外の第２の実施例における構成及び作用は、第１の実施例におけるものと同様である。

＜特徴量基準値演算部＞
図１２は、第２の実施例における制御システムを表す模式図である。図４に示す構成との相違は、特徴量基準値設定部８２が新たに備えられている点である。

図１２において、特徴量基準値設定部８２には、複合操作時間演算部７０によって演算される複合操作時間、停止時間演算部７１によって演算される停止時間、高負荷時間演算部７２によって演算される高負荷時間の各特徴量を基準化するための数値（特徴量基準値）をオペレータが設定でき、記憶している。また、設定された数値は、図１２の複合操作時間演算部７０、停止時間演算部７１、高負荷時間演算部７２へ入力される。

＜特徴量演算部（複合操作時間）＞
本実施例の複合操作時間演算部７０の作用について図１３に示す。手順７００〜手順７０５の処理は図８に示す第１の実施例における処理と同じであり、図８に示すフローチャートとの相違は手順７０７における複合操作時間基準化処理が追加された点と、手順７０６Ａにおける基準化した複合操作時間を記憶することである。

図１３において、手順７０４で、計測オンオフスイッチ４７がオンからオフに切り替わったと判定された場合、すなわち、手順７０４においてオンオフスイッチの前回値がオンであった場合は、処理は手順７０７に移行する。これに対し切り替わっていないと判定された場合、すなわち、手順７０４において、オンオフスイッチの前回値がオフであった場合は、手順７０５に処理が移行する。

手順７０７では、一時的に記憶されていた手順７０３の演算結果である複合操作時間を特徴量基準値設定部８２において設定されている基準値で基準化する演算が行われる。複合操作時間は増加により単位時間作業量が増加することが予測されるため、複合操作時間を基準値で除することで基準化を行う。その後、手順７０６Ａに処理が移行する。換言すると、複合操作時間の基準値、すなわち、オペレータの定めた目標値に対する実際の複合操作の割合を演算する。

手順７０６Ａでは、一時的に記憶されていた手順７０３の演算結果である複合操作時間の積算値に加えて、手順７０７で演算された基準化された複合操作時間を、図１２に示した演算データ記憶部８１に記憶する処理が行われる。

＜特徴量演算部（停止時間）＞
停止時間演算部７１の作用について図１４に示す。手順７１０〜手順７１５の処理は図９に示す第１の実施例における処理と同じであり、図９に示すフローチャートとの相違は手順７１７における停止時間基準化処理が追加された点と、手順７１６Ａにおける基準化した停止時間を記憶することである。

図１４において、手順７１４で、計測オンオフスイッチ４７がオンからオフに切り替わったと判定された場合、すなわち、手順７１４においてオンオフスイッチの前回値がオンであった場合は、処理は手順７１７に移行する。これに対し切り替わっていないと判定された場合、すなわち、手順７１４において、オンオフスイッチの前回値がオフであった場合は、手順７１５に処理が移行する。

手順７１７では、一時的に記憶されていた手順７１３の演算結果である停止時間を特徴量基準値設定部８２において設定されている基準値で基準化する演算が行われる。停止時間は減少により単位時間作業量が増加することが予測されるため、基準値を停止時間で除することで基準化を行う。その後、手順７１６Ａに処理が移行する。

手順７１６Ａでは、一時的に記憶されていた手順７１３の演算結果である停止時間の積算値に加えて、手順７１７で演算された基準化された停止時間を、図１２に示した演算データ記憶部８１に記憶する処理が行われる。

＜特徴量演算部（高負荷時間）＞
高負荷時間演算部７２の作用について図１５に示す。手順７２０〜手順７２５の処理は図１０に示す第１の実施例における処理と同じであり、図１０に示すフローチャートとの相違は手順７２７における高負荷時間基準化処理が追加された点と、手順７２６Ａにおける基準化した高負荷時間を記憶することである。

図１５において、手順７２４で、計測オンオフスイッチ４７がオンからオフに切り替わったと判定された場合、すなわち、手順７２４においてオンオフスイッチの前回値がオンであった場合は、処理は手順７２７に移行する。これに対し切り替わっていないと判定された場合、すなわち、手順７２４において、オンオフスイッチの前回値がオフであった場合は、手順７２５に処理が移行する。

手順７２７では、一時的に記憶された手順７２３の演算結果である高負荷時間を特徴量基準値設定部８２において設定されている基準値で基準化する演算（基準値で実際の値を除する）が行われる。高負荷時間は増加により単位時間作業量が増加することが予測されるため、高負荷時間を基準値で除することで基準化を行う。その後、手順７２６Ａに処理が移行する。

手順７２６Ａでは、一時的に記憶されていた手順７２３の演算結果である高負荷時間の積算値に加えて、手順７２７で演算された基準化された高負荷時間を、図１２に示した演算データ記憶部８１に記憶する処理が行われる。

＜モニタ＞
図１６にモニタ２０１の外観を示す。図１１に示す第１の実施例における表示との相違は、複合操作時間表示部２２１、停止時間表示部２２２、高負荷時間表示部２２３において、特徴量基準値設定部８２の設定値により基準化された特徴量（基準値で実際の値を除した割合）が更に表示される点である。

＜効果＞
上記の構成によれば、第１の実施例において得られた効果の他に、基準化された特徴量が操作者に提示されるといった効果が得られる。これにより、当該特徴量の基準に対する割合を把握することができるため、生産性向上のために優先して改善すべき特徴量を知ることが可能となる。例えば、熟練操作者の特徴量を基準値として用いることで、操作スキル向上に伴う生産性の向上が容易に実現可能となる。

なお、本実施例では、モニタ２０１に基準化された特徴量が表示される態様について説明したが、モニタ２０１に表示するのは基準化された特徴量に限られず、特徴量基準値もしくは特徴量基準値によって基準化された基準化特徴量のうち少なくともいずれか一方が表示されればよい。

＜第３の実施例＞
本発明の作業機械の操作支援装置の第３の実施例を図１７および図１８を用いて説明する。以下に記述する内容以外の第３の実施例における構成及び作用は、第２の実施例におけるものと同様である。

＜優先順位判定部、モニタ＞
図１７は、第３の実施例における制御システムを表す模式図である。図１２に示す構成との相違は、優先順位判定部９０が新たに備えられている点である。

図１７に示す優先順位判定部９０では、基準化された特徴量と特徴量基準値との差分に対して影響度を乗算した結果を大小比較することで、優先して改善すべき特徴量の順位付けを行う。優先順位判定部９０の判定結果は、出力部９２を介してモニタ２０１に出力される。

図１８にモニタ２０１の外観を示す。図１６に示す第２の実施例における表示との相違点は、優先順位表示部２３０が追加された点である。

図１８に表示される優先順位は、優先順位判定部９０において、例えば以下の演算式（１）〜（３）の結果を大小比較して決定されたものである。
複合操作時間：
影響度（６０［％］）×｛（基準値（１００［％］）−基準化特徴量（９０［％］）｝＝６００…（１）
停止時間：
影響度（３０［％］）×｛（基準値（１００［％］）−基準化特徴量（３０［％］）｝＝２１００…（２）
高負荷時間：
影響度（１０［％］）×｛（基準値（１００［％］）−基準化特徴量（８０［％］）｝＝２００…（３）
この例の場合には、基準値に対し停止時間が３倍強となっており（停止時間の場合には、基準値を実際の停止時間で除した値が特徴量）、影響度３０％を考慮しても複合操作時間及び高負荷時間に比べ生産性評価（単位時間作業量）に大きく影響している事がわかる。

＜第３の実施例に固有のメリット＞
上記の構成によれば、影響度と各特徴量の伸び代を踏まえた優先順位が操作者に提示される。生産性向上のために優先して改善すべき特徴量が順位付けされて操作者に明示されるため、前述の実施例以上に、操作スキル向上に伴う生産性の向上が容易となる。

＜第４の実施例＞
本発明の作業機械の操作支援装置の第４の実施例を図１９および図２０を用いて説明する。以下に記述する内容以外の第４の実施例における構成及び作用は、第３の実施例におけるものと同様である。

＜メッセージ設定部、モニタ＞
図１９は、第４の実施例における制御システムを表す模式図である。図１７に示す第３の実施例との相違点は、メッセージ設定部８３が新たに備えられている点である。

図１９において、メッセージ設定部８３には、各特徴量に応じた改善メッセージが予め設定されている。優先順位判定部９０で最も優先順位が高かった特徴量に対する改善メッセージが選択され、出力部９２を介してモニタ２０１に対して出力される。

図２０にモニタ２０１の外観を示す。図１８に示す第３の実施例における表示との相違は、改善メッセージ表示部２４０が追加された点である。

＜第４の実施例に固有のメリット＞
上記の構成によれば、操作者に具体的な特徴量の改善メッセージが提示されるため、前述の実施例以上に、操作スキル向上に伴う生産性の向上が容易となる。

＜第５の実施例＞
本発明の作業機械の操作支援装置の第５の実施例を図２１乃至図２３を用いて説明する。以下に記述する内容以外の第５の実施例における構成および作用は、第４の実施例におけるものと同様である。

＜制御回路の構成＞
本実施例の作業機械の制御回路を図２１に示す。図２に示す第１の実施例との相違は、影響度更新スイッチ４８が追加された点である。

＜近似式演算部＞
図２２は、第５の実施例における制御システムを表す模式図である。図１９に示す構成との相違は、近似式演算部９１が新たに備えられている点である。

近似式演算部９１は、演算データ記憶部８１に記憶されている複数組の単位時間作業量と複合操作時間、停止時間、高負荷時間とから、単位時間作業量に対する複合操作時間、停止時間、高負荷時間の近似式を演算する。また、この近似式の傾きについても演算する。近似式演算部９１は、演算結果を基にして求めた影響度更新値を影響度設定部８０に出力し、影響度設定部８０は入力された新たな影響度として記憶する。

上述したように、影響度は、生産性評価値と特徴量の結び付きの強さを相対的に表現可能な数値である。例えば、単位時間作業量に対する複合操作時間、停止時間、高負荷時間の近似式を演算する場合、近似式の傾きが大きいほど当該複合操作時間、停止時間、高負荷時間の増加に対して単位時間作業量が大きく増加することになる。すなわち、当該特徴量（複合操作時間、停止時間、高負荷時間）の変化が生産性評価値（単位時間作業量）に与える影響が大きいことになる。逆に、近似式の傾きが小さいほど当該特徴量が増加しても生産性評価値はさほど増加しない、すなわち当該特徴量の変化が生産性評価値に与える影響は小さいことになる。これらのことから、演算した近似式の傾きを用いることによって、蓄積データに基づいた新たな影響度を求めることができる。

近似式演算部９１の作用について図２３に示す。

図２３において、手順９１０では、影響度更新スイッチ４８の押下判定が行われる。影響度更新スイッチ４８が押下されたと判定された場合には、処理は手順９１１へ移行する。これに対し、影響度更新スイッチ４８が押下されなかったと判定された場合には、処理は終了する。

手順９１１では、演算データ記憶部８１に記憶されている、複数組の単位時間作業量と各特徴量の演算結果情報を取得する。

手順９１２では、最小二乗法を適用し、単位時間作業量と複合操作時間、単位時間作業量と停止時間、単位時間作業量と高負荷時間の各近似式を導出する。

手順９１３では、手順９１２で導出された各近似式の傾きの絶対値を参照し、影響度の更新値を演算する。例えば、各近似式の傾きａの絶対値が以下の通り導出されたとする。
単位時間作業量と複合操作時間：ａ＝２．５
単位時間作業量と停止時間：ａ＝２．０
単位時間作業量と高負荷時間：ａ＝０．５
各特徴量の影響度が合計１００［％］となるように比例配分を行うと、各影響度の演算結果は、複合操作時間（２．５／（２．５＋２．０＋０．５）＝５０［％］）、停止時間（２．０／（２．５＋２．０＋０．５）＝４０［％］）、高負荷時間（０．５／（２．５＋２．０＋０．５）＝１０［％］）となる。

手順９１４では、影響度設定部８０で予め設定されている影響度を、手順９１３で演算された更新値で上書きする処理が行われる。

＜第５の実施例に固有のメリット＞
上記の構成によれば、作業機械の使用に伴って蓄積される生産性評価値と特徴量を使用して、影響度の更新が可能となる。作業機械の実用に則した影響度が導出可能となることから、前述の実施例以上に、操作スキル向上に伴う生産性の向上が容易となる。

なお、本実施例では、近似式演算に最小二乗法を用いたが、近似式の演算方法はこれに限られず、あらゆる手法が該当する。例えば最大と最小２点で近似式を導出することもできる。

＜第６の実施例＞
本発明の作業機械の操作支援装置の第６の実施例を図２４および図２５を用いて説明する。以下に記述する内容以外の第６の実施例における構成および作用は、第５の実施例におけるものと同様である。

＜モニタ＞
図２４にモニタ２０１の外観を示す。図２０に示す第４の実施例における表示との相違は、時間履歴表示スイッチ２５０が追加された点である。時間履歴表示スイッチ２５０が押下されると、モニタ２０１の画面が図２５に示した表示に切り替わる。

図２５には、時間履歴表示部２５１および図２４に示した初期画面に復帰するための復帰スイッチ２５２が各々配置されている。

時間履歴表示スイッチ２５０の押下に伴い、図２２の演算データ記憶部８１から過去複数組の単位時間作業量と各特徴量の演算結果がモニタ２０１に出力され、時間履歴表示部２５１にグラフ表示される。

＜第６の実施例に固有のメリット＞
上記の構成によれば、過去複数組の生産性評価値と各特徴量の演算結果が操作者に提示される。前述の実施例の効果に加えて、特徴量の改善に伴う生産性の向上を操作者が容易に確認可能となり、ユーザビリティが向上する。

＜その他＞
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

例えば、上記の実施例では作業機械を図１に示した油圧ショベルの構成としたが、作業機械は最低限１つのアクチュエータを有する構成であればよく、フロント数やフロント関節数、作業具の種類など、その構成は任意である。また、作業機械としては、油圧ショベルの他にはホイールローダやダンプトラック、ブルドーザーなどが挙げられる。

また、上記の実施例では操作装置を図３に示した構成としたが、本発明の適用はこの限りではない。操作装置は各アクチュエータの駆動を指示可能な操作デバイスであれば良く、その幾何配置も任意である。また、操作レバーの操作方向と作業フロントの動作アクチュエータの関係についても任意の構成が取りうる。

更に、上記の実施例では、検出部として操作レバー、角度センサ、圧力センサにより作業機械の運転状況を検出したが、本発明の適用はこの限りでない。検出部は、生産性評価値と特徴量を演算可能なあらゆる検出機構が該当する。

また、上記の実施例では、演算期間設定部として、計測オンオフスイッチ４７のオンオフにより演算期間の設定を行ったが、本発明の適用はこの限りではない。演算期間設定部は、例えば、図示しないエンジンの始動後、一定時間毎に自動的に演算が行われるように構成しても良い。

更に、上記の実施例では出力部９２の出力先としてモニタ２０１を使用したが、本発明の適用はこの限りではない。例えば、出力先をプリンタに置き換えることでも、同様の情報を操作者に提供可能である。また、出力部９２を演算結果を外部送信できるよう構成し、モニタ２０１と同様の情報を、操作者が作業機械外で確認できるよう構成しても良い。更には、モニタ２０１と同様の情報を、作業機械が稼働する現場の現場監督の所有する表示端末や現場事務所内の表示装置、遠隔地に存在する管理センターの表示装置などに出力する構成としても良い。

また、上記の実施例では生産性評価値を単位時間作業量としたが、本発明の適用はこの限りではなく、作業機械の生産性を評価可能なあらゆる評価値が該当する。例えば、単純に作業所要時間あるいは作業量としても良い。また、作業機械の燃料消費量を検出することで、燃料消費量、単位燃料あたりの作業量とすることもできる。

更に、上記の実施例では特徴量を、複合操作時間、停止時間、高負荷時間としたが、本発明の適用はこの限りではなく、作業機械の生産性に関るあらゆる車体の特徴量が該当する。例えば、作業フロントの移動距離や移動速度、操作レバーが不感帯を超えて操作された回数など、任意の選択・設定が可能である。

また、上記の実施例では生産性評価値を１つ、特徴量を３つとしたが、本発明の適用はこの限りではない。各々の個数、その組合せは任意の構成を取り得る。

更に、上記の実施例では、第５の実施例を除いて、影響度がコントローラ２００内で予め設定されている構成としたが、本発明の適用はこの限りではない。例えば、コントローラ２００に外部入力装置を新たに接続し、影響度をユーザが任意に変更可能な構成としても良い。

また、上記の実施例の影響度は合計１００［％］を各特徴量に配分する手法としたが、本発明の適用はこの限りでなく、特徴量間の相対比較が可能なあらゆる手法が該当する。例えば、大・中・小のように影響度を定性的に提示することも可能である。第３の実施例のように優先順位を決定する際には、定性的傾向に合わせて、大（３．０）・中（２．０）・小（１．０）のように数値を割り振れば良い。

更に、上記の実施例では操作者の個人を特定する装置は備えられていないが、本発明の適用はこの限りではない。コントローラ２００に個人認証装置を新たに接続し、演算データ記憶部８１において、個人毎にデータ記憶を行っても良い。

また、単位時間作業量の演算は図６、図７の通りとしたが、本発明の適用はこの限りではない。当然ではあるが、単位時間作業量が演算可能なあらゆる演算方法が該当する。

更に、複合操作時間、停止時間、高負荷時間の演算は図８〜図１０の通りとしたが、本発明の適用はこの限りではない。当然ではあるが、当該特徴量が演算可能なあらゆる演算方法が該当する。

また、モニタ表示画面は図１１、図１６、図１８、図２０、図２４、図２５に示した通りとしたが、本発明の適用はこの限りではない。レイアウト、数値表現方法など、当然ながら任意の構成構成を取り得る。

更に、上記の実施例では、特徴量基準値がコントローラ２００内で予め設定されている構成としたが、本発明の適用はこの限りではない。例えば、コントローラ２００に外部入力装置を新たに接続し、ユーザが任意に変更可能な構成としても良い。

１６…ブームシリンダ（アクチュエータ）
１７…アームシリンダ（アクチュエータ）
１８…作業具シリンダ（アクチュエータ）
１９…旋回モータ（アクチュエータ）
３０…ブーム操作レバー（操作部）
３１…アーム操作レバー（操作部）
３２…作業具操作レバー（操作部）
３３…旋回操作レバー（操作部）
４０…ブーム角度センサ（検出部）
４１…アーム角度センサ（検出部）
４２…作業具角度センサ（検出部）
４４…ブームシリンダ圧力センサ（検出部）
４５…アームシリンダ圧力センサ（検出部）
４６…作業具シリンダ圧力センサ（検出部）
４７…計測オンオフスイッチ（演算期間設定部）
６０…単位時間作業量演算部（生産性評価値演算部）
７０…複合操作時間演算部（特徴量演算部）
７１…停止時間演算部（特徴量演算部）
７２…高負荷時間演算部（特徴量演算部）
８０…影響度設定部
８１…演算データ記憶部（記憶部）
８２…特徴量基準値設定部
８３…メッセージ設定部（メッセージ出力部）
９０…優先順位判定部
９１…近似式演算部
９２…出力部
１００…油圧ショベル（作業機械）

Claims (6)

1. 作業機械の関節を駆動する少なくとも１つのアクチュエータと、
   このアクチュエータの駆動を指示する操作部と、
   この操作部による指示により駆動した前記アクチュエータの駆動に基づく前記作業機械の運転状況に関わる状態値を検出する複数の検出部とを有する作業機械の操作支援装置において、
   前記複数の検出部で検出した前記状態値に基づいて前記作業機械の生産性評価値を演算する生産性評価値演算部と、
   前記複数の検出部で検出した前記状態値に基づいて前記生産性評価値に影響を及ぼす特徴量を演算する特徴量演算部と、
   前記生産性評価値に対する前記特徴量の影響度を設定する影響度設定部と、
   前記生産性評価値演算部で演算された前記生産性評価値および前記特徴量演算部で演算された前記特徴量を記憶する記憶部と、
   前記生産性評価値演算部による前記生産性評価値の演算および前記特徴量演算部による前記特徴量の演算に使用する前記状態値の期間を設定する演算期間設定部と、
   前記演算期間設定部で設定された期間内の前記生産性評価値および前記特徴量を前記影響度と合わせて出力する出力部とを備えた
   ことを特徴とする作業機械の操作支援装置。
2. 請求項１に記載の作業機械の操作支援装置において、
   前記特徴量演算部によって演算される前記特徴量の基準となる特徴量基準値を設定する特徴量基準値設定部を更に備え、
   前記出力部は、前記特徴量基準値設定部により設定された前記特徴量基準値もしくは前記特徴量基準値によって基準化された基準化特徴量のうち少なくともいずれか一方を更に出力する
   ことを特徴とする作業機械の操作支援装置。
3. 請求項２に記載の作業機械の操作支援装置において、
   前記特徴量基準値設定部で設定された前記特徴量基準値と前記特徴量との差分に前記影響度を乗算することで前記特徴量の優先順位を判定する優先順位判定部を更に備え、
   前記出力部は、前記優先順位判定部によって判定された前記優先順位を更に出力する
   ことを特徴とする作業機械の操作支援装置。
4. 請求項３に記載の作業機械の操作支援装置において、
   前記優先順位判定部によって判定された優先順位に応じて予め用意されたメッセージを前記出力部に対して出力するメッセージ出力部を更に備えた
   ことを特徴とする作業機械の操作支援装置。
5. 請求項１に記載の作業機械の操作支援装置において、
   前記記憶部に記憶されている複数組の前記生産性評価値と前記特徴量とから、前記生産性評価値に対する前記特徴量の近似式およびこの近似式の傾きを演算する近似式演算部を更に備え、
   前記影響度設定部は、前記近似式演算部によって演算された前記近似式の傾きに基づいて前記影響度を更新する
   ことを特徴とする作業機械の操作支援装置。
6. 請求項１に記載の作業機械の操作支援装置において、
   前記出力部は、前記記憶部に記憶されている複数組の前記生産性評価値と前記特徴量の時間履歴を更に出力する
   ことを特徴とする作業機械の操作支援装置。

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