JP2018021351A - 施工管理システム、作業機械、及び施工管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工期の長期化を抑制し高精度な施工を実施できる施工管理システムを提供する。【解決手段】施工管理システムは、施工対象に規定された基準面と平行な２次元設計データと施工対象を掘削可能な作業機の少なくとも一部を示す作業機表示データとを表示装置に表示させる表示制御部と、入力装置が操作されることにより生成された入力掘削深さデータを取得する入力掘削深さデータ取得部と、入力掘削深さデータに基づいて、基準面と直交する施工対象の深さ方向についての作業機の移動を制御する制御信号を出力する作業機制御部と、を備える。【選択図】図８

Description

本発明は、施工管理システム、作業機械、及び施工管理方法に関する。

施工対象の目標形状に基づいて、作業機械の運転者による操作装置の操作よりも優先して作業機を制御する技術が知られている。本明細書においては、作業機械の運転者による操作装置の操作よりも優先して作業機を制御することを、介入制御、と呼ぶこととする。

国際公開第２０１４／１６７７１８号

建築現場の基礎工事において施工を実施する場合、作業者により掘削位置の基準をマーキングする作業及び掘削深さを確認する作業が実施される場合が多い。この場合、多数の作業者及び多大な労力が必要となる。施工対象の３次元設計データが作成され介入制御により施工が実施される場合、作業者の数は削減される。しかし、３次元設計データの作成には多大な労力及び長期の作成期間が必要となる。そのため、施工の開始時期の遅延がもたらされる可能性がある。また、建築現場において設計変更が生じた場合、３次元設計データの再作成が必要となる。この場合も、施工の遅延がもたらされ、工期が長期化してしまう可能性がある。

本発明の態様は、工期の長期化を抑制し高精度な施工を実施できる施工管理システム、作業機械、及び施工管理方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、施工対象に規定された基準面と平行な２次元設計データと前記施工対象を掘削可能な作業機の少なくとも一部を示す作業機表示データとを表示装置に表示させる表示制御部と、入力装置が操作されることにより生成された入力掘削深さデータを取得する入力掘削深さデータ取得部と、前記入力掘削深さデータに基づいて、前記基準面と直交する前記施工対象の深さ方向についての前記作業機の移動を制御する制御信号を出力する作業機制御部と、を備える施工管理システムが提供される。

本発明の第２の態様に従えば、第１の態様の施工管理システムを備える作業機械が提供される。

本発明の第３の態様に従えば、施工対象に規定された基準面と平行な２次元設計データと前記施工対象を掘削可能な作業機の少なくとも一部を示す作業機表示データとを表示装置に表示させることと、入力装置が操作されることにより生成された入力掘削深さデータを取得することと、前記入力掘削深さデータに基づいて、前記基準面と直交する前記施工対象の深さ方向についての前記作業機の移動を制御する制御信号を出力することと、を含む施工管理方法が提供される。

本発明の態様によれば、工期の長期化を抑制し高精度な施工を実施できる施工管理システム、作業機械、及び施工管理方法が提供される。

図１は、本実施形態に係る施工管理システムの一例を模式的に示す図である。 図２は、本実施形態に係る作業機械の一例を示す斜視図である。 図３は、本実施形態に係る作業機械の一例を模式的に示す側面図である。 図４は、本実施形態に係る作業機械の一例を模式的に示す背面図である。 図５は、本実施形態に係る作業機械の一例を模式的に示す平面図である。 図６は、本実施形態に係る油圧システムの一例を示す模式図である。 図７は、本実施形態に係る油圧システムの一例を示す模式図である。 図８は、本実施形態に係る制御システムの一例を示す機能ブロック図である。 図９は、本実施形態に係る作業機械が施工する施工現場の一例を模式的に示す図である。 図１０は、本実施形態に係る施工管理方法の一例を示すフローチャートである。 図１１は、本実施形態に係る表示装置の一例を模式的に示す図である。 図１２は、本実施形態に係る２次元設計データの作成方法の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

以下の説明においては、３次元のグローバル座標系（Ｘｇ，Ｙｇ，Ｚｇ）、及び３次元の車体座標系（Ｘｍ，Ｙｍ，Ｚｍ）を規定して、各部の位置関係について説明する。

グローバル座標系とは、地球に固定された原点を基準とする座標系をいう。グローバル座標系は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）によって規定される座標系である。ＧＮＳＳとは、全地球航法衛星システムをいう。全地球航法衛星システムの一例として、ＧＰＳ（Global Positioning System）が挙げられる。ＧＮＳＳは、複数の測位衛星を有する。ＧＮＳＳは、緯度、経度、及び高度の座標データで規定される位置を検出する。

グローバル座標系は、水平面内のＸｇ軸と、水平面内においてＸｇ軸と直交するＹｇ軸と、Ｘｇ軸及びＹｇ軸と直交するＺｇ軸とによって規定される。Ｘｇ軸と平行な方向をＸｇ軸方向とし、Ｙｇ軸と平行な方向をＹｇ軸方向とし、Ｚｇ軸と平行な方向をＺｇ軸方向とする。また、Ｘｇ軸を中心とする回転又は傾斜方向をθＸｇ方向とし、Ｙｇ軸を中心とする回転又は傾斜方向をθＹｇ方向とし、Ｚｇ軸を中心とする回転又は傾斜方向をθＺｇ方向とする。Ｚｇ軸方向は鉛直方向である。

車体座標系とは、作業機械に固定された原点を基準とする座標系をいう。

車体座標系は、作業機械の車体に固定された原点を基準として一方向に延在するＸｍ軸と、Ｘｍ軸と直交するＹｍ軸と、Ｘｍ軸及びＹｍ軸と直交するＺｍ軸とによって規定される。Ｘｍ軸と平行な方向をＸｍ軸方向とし、Ｙｍ軸と平行な方向をＹｍ軸方向とし、Ｚｍ軸と平行な方向をＺｍ軸方向とする。また、Ｘｍ軸を中心とする回転又は傾斜方向をθＸｍ方向とし、Ｙｍ軸を中心とする回転又は傾斜方向をθＹｍ方向とし、Ｚｍ軸を中心とする回転又は傾斜方向をθＺｍ方向とする。Ｘｍ軸方向は作業機械の前後方向であり、Ｙｍ軸方向は作業機械の車幅方向であり、Ｚｍ軸方向は作業機械の上下方向である。

第１実施形態．
［施工管理システム］
図１は、本実施形態に係る施工管理システム１０００の一例を模式的に示す図である。施工管理システム１０００は、サーバ２０００を含み、施工現場３０００の施工計画及び施工管理を実施する。施工現場３０００において、作業機械１００が稼働する。本実施形態において、施工現場３０００は、建造物を建築する建築現場を含む。

サーバ２０００は、コンピュータシステムを含む。サーバ２０００は、施工現場３０００の作業機械１００及び施工会社４０００に設置されている情報端末４１００とデータ通信可能である。サーバ２０００と、施工現場３０００の作業機械１００と、施工会社４０００の情報端末４１００とは、通信回線５０００を介してデータ通信可能である。通信回線５０００は、インターネット、携帯電話通信網、及びローカルエリアネットワークの少なくとも一つを含む。

施工会社４０００の情報端末４１００は、例えばパーソナルコンピュータを含む。施工会社４０００において、施工現場３０００の設計図面が作成される。施工会社４０００の作業者は、情報端末４１００を使って、設計図面を作成する。施工会社４０００において作成された設計図面を示す設計図面データは、通信回線５０００を介してサーバ２０００に送信される。

［作業機械］
図２は、本実施形態に係る作業機械１００の一例を示す斜視図である。本実施形態においては、作業機械１００が油圧ショベルである例について説明する。以下の説明においては、作業機械１００を適宜、油圧ショベル１００、と称する。

図２に示すように、油圧ショベル１００は、油圧により作動する作業機１と、作業機１を支持する車体２と、車体２を支持する走行装置３と、作業機１を操作するための操作装置４０と、作業機１を制御する制御装置５０とを備える。車体２は、走行装置３に支持された状態で旋回軸ＲＸを中心に旋回可能である。車体２は、走行装置３の上に配置される。以下の説明においては、車体２を適宜、上部旋回体２、と称し、走行装置３を適宜、下部走行体３、と称する。

上部旋回体２は、運転者が搭乗する運転室４と、エンジン及び油圧ポンプが収容される機械室５と、手すり６とを有する。運転室４は、運転者が着座する運転席４Ｓを有する。機械室５は、運転室４の後方に配置される。手すり６は、機械室５の前方に配置される。

下部走行体３は、一対の履帯７を有する。履帯７の回転により、油圧ショベル１００が走行する。なお、下部走行体３が車輪又はタイヤを有してもよい。

作業機１は、施工対象を掘削可能である。作業機１は、上部旋回体２に支持される。作業機１は、刃先１０を有するバケット１１と、バケット１１に連結されるアーム１２と、アーム１２に連結されるブーム１３とを有する。バケット１１の刃先１０は、バケット１１に設けられた凸形状の刃の先端部でもよい。バケット１１の刃先１０は、バケット１１に設けられたストレート形状の刃の先端部でもよい。

バケット１１とアーム１２とはバケットピンを介して連結される。バケット１１は、回転軸ＡＸ１を中心に回転可能にアーム１２に支持される。アーム１２とブーム１３とはアームピンを介して連結される。アーム１２は、回転軸ＡＸ２を中心に回転可能にブーム１３に支持される。ブーム１３と上部旋回体２とはブームピンを介して連結される。ブーム１３は、回転軸ＡＸ３を中心に回転可能に車体２に支持される。

回転軸ＡＸ１と、回転軸ＡＸ２と、回転軸ＡＸ３とは、平行である。回転軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３と、旋回軸ＲＸと平行な軸とは、直交する。車体座標系のＹｍ軸は、回転軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３と平行である。車体座標系のＸｍ軸は、回転軸ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸ３及び旋回軸ＲＸの両方と直交する。車体座標系のＺｍ軸は、旋回軸ＲＸと平行である。運転席４Ｓに着座した運転者を基準として作業機１が存在する方向が前方である。

なお、バケット１１は、チルトバケットでもよい。チルトバケットとは、バケットチルトシリンダの作動により、車幅方向にチルト傾斜可能なバケットである。傾斜地において油圧ショベル１００が稼働する場合、バケット１１が車幅方向にチルト傾斜することにより、斜面又は平地を自由に成形又は整地することができる。

操作装置４０は、運転室４に配置される。操作装置４０は、油圧ショベル１００の運転者に操作される操作部材を含む。操作部材は、操作レバー又はジョイスティックを含む。操作部材が操作されることにより、作業機１が操作される。

制御装置５０は、コンピュータシステムを含む。制御装置５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサと、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はＲＡＭ（Random Access Memory）のような記憶装置と、入出力インターフェース装置とを有する。

図３は、本実施形態に係る油圧ショベル１００を模式的に示す側面図である。図４は、本実施形態に係る油圧ショベル１００を模式的に示す背面図である。図５は、本実施形態に係る油圧ショベル１００を模式的に示す平面図である。

図２及び図３に示すように、油圧ショベル１００は、作業機１を駆動する油圧シリンダ２０を有する。油圧シリンダ２０は、作動油によって駆動される。油圧シリンダ２０は、バケット１１を駆動するバケットシリンダ２１と、アーム１２を駆動するアームシリンダ２２と、ブーム１３を駆動するブームシリンダ２３とを含む。

図３に示すように、油圧ショベル１００は、バケットシリンダ２１に配置されたバケットシリンダストロークセンサ１４と、アームシリンダ２２に配置されたアームシリンダストロークセンサ１５と、ブームシリンダ２３に配置されたブームシリンダストロークセンサ１６とを有する。バケットシリンダストロークセンサ１４は、バケットシリンダ２１のストローク長であるバケットシリンダ長を検出する。アームシリンダストロークセンサ１５は、アームシリンダ２２のストローク長であるアームシリンダ長を検出する。ブームシリンダストロークセンサ１６は、ブームシリンダ２３のストローク長であるブームシリンダ長を検出する。

本実施形態において、グローバル座標系で規定される上部旋回体２の位置が検出される。また、車体座標系で規定されるバケット１１の位置及びグローバル座標系で規定されるバケット１１の位置が検出される。

本実施形態において、車体座標系の原点は、上部旋回体２に規定される。車体座標系の原点は、例えば上部旋回体２のスイングサークルの中心である。スイングサークルの中心は、上部旋回体２の旋回軸ＲＸに存在する。車体座標系のＺｍ軸は、上部旋回体２の旋回軸ＲＸと一致する。Ｘｍ軸方向は、上部旋回体２の前後方向である。Ｙｍ軸方向は、上部旋回体２の車幅方向である。Ｚｍ軸方向は、上部旋回体２の上下方向である。

図３、図４、及び図５に示すように、油圧ショベル１００は、上部旋回体２の位置を検出する位置検出装置３０を備える。位置検出装置３０は、グローバル座標系で規定される上部旋回体２の位置を検出する車体位置検出器３１と、上部旋回体２の姿勢を検出する姿勢検出器３２と、上部旋回体２の方位を検出する方位検出器３３とを含む。

車体位置検出器３１は、ＧＰＳ受信機を含む。車体位置検出器３１は、グローバル座標系で規定される上部旋回体２の３次元位置を検出する。車体位置検出器３１は、上部旋回体２のＸｇ軸方向の座標データ、Ｙｇ軸方向の座標データ、及びＺｇ軸方向の座標データを検出する。

上部旋回体２に複数のＧＰＳアンテナ３１Ａが設けられる。ＧＰＳアンテナ３１Ａは、上部旋回体２の手すり６に設けられる。なお、ＧＰＳアンテナ３１Ａは、機械室５の後方に配置されたカウンタウェイトに配置されてもよい。ＧＰＳアンテナ３１Ａは、ＧＰＳ衛星から電波を受信して、受信した電波に基づく信号を車体位置検出器３１に出力する。車体位置検出器３１は、ＧＰＳアンテナ３１Ａから供給された信号に基づいて、グローバル座標系で規定されるＧＰＳアンテナ３１Ａの絶対位置を検出する。車体位置検出器３１は、ＧＰＳアンテナ３１Ａの絶対位置に基づいて、上部旋回体２の絶対位置を検出する。

ＧＰＳアンテナ３１Ａは、車幅方向に２つ設けられる。車体位置検出器３１は、一方のＧＰＳアンテナ３１Ａの絶対位置及び他方のＧＰＳアンテナ３１Ａの絶対位置のそれぞれを検出する。車体位置検出器３１Ａは、一方のＧＰＳアンテナ３１Ａの絶対位置と他方のＧＰＳアンテナ３１Ａの絶対位置とに基づいて演算処理を実施して、上部旋回体２の絶対位置及び方位を検出する。本実施形態において、上部旋回体２の絶対位置は、一方のＧＰＳアンテナ３１Ａの絶対位置である。なお、上部旋回体２の絶対位置は、他方のＧＰＳアンテナ３１Ａの絶対位置でもよいし、一方のＧＰＳアンテナ３１Ａの絶対位置と他方のＧＰＳアンテナ３１Ａの絶対位置との間の位置でもよい。

姿勢検出器３２は、慣性計測装置（Inertial Measurement Unit：ＩＭＵ）を含む。姿勢検出器３２は、上部旋回体２に設けられる。姿勢検出器３２は、運転室４の下部に配置される。姿勢検出器３２は、水平面（ＸｇＹｇ平面）に対する上部旋回体２の傾斜角度を検出する。水平面に対する上部旋回体２の傾斜角度は、Ｙｍ軸方向（車幅方向）における上部旋回体２の傾斜角度を示すロール角θａと、Ｘｍ軸方向（前後方向）における上部旋回体２の傾斜角度を示すピッチ角θｂと、を含む。

方位検出器３３は、一方のＧＰＳアンテナ３１Ａの絶対位置と他方のＧＰＳアンテナ３１Ａの絶対位置とに基づいて、グローバル座標系で規定される基準方位に対する上部旋回体２の方位を検出する。基準方位は、例えば北である。方位検出器３３は、一方のＧＰＳアンテナ３１Ａの絶対位置と他方のＧＰＳアンテナ３１Ａの絶対位置とに基づいて演算処理を実施して、基準方位に対する上部旋回体２の方位を検出する。方位検出器３３は、一方のＧＰＳアンテナ３１Ａの絶対位置と他方のＧＰＳアンテナ３１Ａの絶対位置とを結ぶ直線を算出し、算出した直線と基準方位とがなす角度に基づいて、基準方位に対する上部旋回体２の方位を検出する。基準方位に対する上部旋回体２の方位は、基準方位と上部旋回体２の方位とがなす角度を示すヨー角（方位角）θｃを含む。

なお、方位検出器３３は、位置検出装置３０とは別の装置でもよい。方位検出器３３は、磁気センサを用いて上部旋回体２の方位を検出してもよい。

油圧ショベル１００は、車体座標系における作業機１の位置を検出する作業機位置検出器３４を備える。作業機位置検出器３４は、車体座標系における上部旋回体２の原点に対するバケット１１の刃先１０の相対位置を検出する。

本実施形態において、作業機位置検出器３４は、バケットシリンダストロークセンサ１４の検出結果と、アームシリンダストロークセンサ１５の検出結果と、ブームシリンダストロークセンサ１６の検出結果と、バケット１１の長さＬ１と、アーム１２の長さＬ２と、ブーム１３の長さＬ３とに基づいて、上部旋回体２の原点に対するバケット１１の刃先１０の相対位置を算出する。

作業機位置検出器３４は、バケットシリンダストロークセンサ１４で検出されたバケットシリンダ長に基づいて、アーム１２に対するバケット１１の刃先１０の傾斜角αを算出する。作業機位置検出器３４は、アームシリンダストロークセンサ１５で検出されたアームシリンダ長に基づいて、ブーム１３に対するアーム１２の傾斜角βを算出する。作業機位置検出器３４は、ブームシリンダストロークセンサ１６で検出されたブームシリンダ長に基づいて、上部旋回体２のＺ軸に対するブーム１３の傾斜角γを算出する。

バケット１１の長さＬ１は、バケット１１の刃先１０と回転軸ＡＸ１（バケットピン）との距離である。アーム１２の長さＬ２は、回転軸ＡＸ１（バケットピン）と回転軸ＡＸ２（アームピン）との距離である。ブーム１３の長さＬ３は、回転軸ＡＸ２（アームピン）と回転軸ＡＸ３（ブームピン）との距離である。

作業機位置検出器３４は、傾斜角α、傾斜角β、傾斜角γ、長さＬ１、長さＬ２、及び長さＬ３に基づいて、上部旋回体２の原点に対するバケット１１の刃先１０の相対位置を算出する。

また、作業機位置検出器３４は、グローバル座標系における作業機１１の位置を検出する。作業機位置検出器３４は、グローバル座標系におけるバケット１１の刃先１０の位置を検出する。刃先検出器３４は、位置検出装置３０で検出された上部旋回体２の絶対位置と、上部旋回体２の原点とバケット１１の刃先１０との相対位置とに基づいて、バケット１１の刃先１０の絶対位置を算出する。上部旋回体２の絶対位置と上部旋回体２の原点との相対位置は、油圧ショベル１００の諸元データから導出される既知データである。したがって、作業機位置検出器３４は、上部旋回体２の絶対位置と、上部旋回体２の原点とバケット１１の刃先１０との相対位置と、油圧ショベル１００の諸元データとに基づいて、バケット１１の刃先１０の絶対位置を算出可能である。

なお、作業機位置検出器３４は、ポテンショメータ傾斜計のような角度センサを含んでもよい。その角度センサが、バケット１１の傾斜角α、アーム１２の傾斜角β、及びブーム１３の傾斜角γを検出してもよい。

［介入制御］
本実施形態において、制御装置５０は、油圧ショベル１００の運転者による操作装置４０の操作よりも優先して作業機１を制御する介入制御を実施する。制御装置５０は、例えばＰＩ制御（proportional-integral control）によって作業機１を介入制御する。介入制御においてはバケット１１の位置が制御される。

操作装置４０が操作されることにより、バケット１１のダンプ動作、バケット１１の掘削動作、アーム１２のダンプ動作、アーム１２の掘削動作、ブーム１３の上げ動作、及びブーム１３の下げ動作が実行される。

本実施形態において、操作装置４０は、運転席４Ｓに着座した運転者の右側に配置される右操作レバーと、左側に配置される左操作レバーとを含む。右操作レバーが前後方向に動かされると、ブーム１３は下げ動作及び上げ動作を行う。右操作レバーが左右方向（車幅方向）に動かされると、バケット１１は掘削動作及びダンプ動作を行う。左操作レバーが前後方向に動かされると、アーム１２はダンプ動作及び掘削動作を行う。左操作レバーが左右方向に動かされると、上部旋回体２は左旋回及び右旋回する。なお、左操作レバーが前後方向に動かされた場合に上部旋回体２が右旋回及び左旋回し、左操作レバーが左右方向に動かされた場合にアーム１２がダンプ動作及び掘削動作を行ってもよい。

介入制御においては、バケット１１及びアーム１２は、運転者による操作装置４０の操作に基づいて駆動される。ブーム１３は、運転者による操作装置４０の操作及び制御装置５０による制御の少なくとも一方に基づいて駆動される。

施工対象を掘削する場合、バケット１１及びアーム１２は掘削動作される。制御装置５０は、操作装置４０の操作によりバケット１１及びアーム１２が掘削動作されている状態で、バケット１１の刃先１０が目標位置に配置されるように、ブーム１０の動きに介入する制御を行う。例えば、制御装置５０は、バケット１１及びアーム１２が掘削動作されている状態で、ブーム１３が上げ動作するように、ブームシリンダ２３を制御する。

［油圧システム］
次に、本実施形態に係る油圧システム３００の一例について説明する。バケットシリンダ２１、アームシリンダ２２、及びブームシリンダ２３を含む油圧シリンダ２０は、油圧システム３００により作動する。油圧シリンダ２０は、操作装置４０により操作される。

本実施形態において、操作装置４０は、パイロット圧方式の操作装置である。以下の説明においては、油圧シリンダ２０（バケットシリンダ２１、アームシリンダ２２、及びブームムシリンダ２３）を作動するためにその油圧シリンダ２０に供給される油を適宜、作動油、と称する。方向制御弁４１により、油圧シリンダ２０に対する作動油の供給量が調整される。方向制御弁４１は、供給される油によって作動する。以下の説明においては、方向制御弁４１を作動するためにその方向制御弁４１に供給される油を適宜、パイロット油、と称する。また、パイロット油の圧力を適宜、パイロット圧、と称する。

図６は、アームシリンダ２２を作動する油圧システム３００の一例を示す模式図である。操作装置４０の操作により、アーム１２は、掘削動作及びダンプ動作の２種類の動作を実行する。アームシリンダ２２が伸びることにより、アーム１２が掘削動作し、アームシリンダ２２が縮むことにより、アーム１２がダンプ動作する。

油圧システム３００は、方向制御弁４１を介してアームシリンダ２２に作動油を供給する可変容量型のメイン油圧ポンプ４２と、パイロット油を供給するパイロット圧ポンプ４３と、方向制御弁４１に対するパイロット圧を調整する操作装置４０と、パイロット油が流れる油路４４Ａ，４４Ｂと、油路４４Ａ，４４Ｂに配置された圧力センサ４６Ａ，４６Ｂと、制御装置５０とを備える。メイン油圧ポンプ４２は、図示しないエンジン等の原動機により駆動する。

方向制御弁４１は、作動油が流れる方向を制御する。メイン油圧ポンプ４２から供給された作動油は、方向制御弁４１を介して、アームシリンダ２２に供給される。方向制御弁４１は、ロッド状のスプールを動かして作動油が流れる方向を切り替えるスプール方式である。スプールが軸方向に移動することにより、アームシリンダ２２のキャップ側油室２０Ａ（油路４７Ａ）に対する作動油の供給と、ロッド側油室２０Ｂ（油路４７Ｂ）に対する作動油の供給とが切り替わる。なお、キャップ側油室２０Ａとは、シリンダヘッドカバーとピストンとの間の空間である。ロッド側油室２０Ｂとは、ピストンロッドが配置される空間である。また、スプールが軸方向に移動することにより、アームシリンダ２２に対する作動油の供給量（単位時間当たりの供給量）が調整される。アームシリンダ２２に対する作動油の供給量が調整されることにより、シリンダ速度が調整される。

方向制御弁４１は、操作装置４０によって操作される。パイロット圧ポンプ４３から送出されたパイロット油が操作装置４０に供給される。なお、メイン油圧ポンプ４２から送出され、減圧弁によって減圧されたパイロット油が操作装置４０に供給されてもよい。操作装置４０は、パイロット圧調整弁を含む。操作装置４０の操作量に基づいて、パイロット圧が調整される。そのパイロット圧によって、方向制御弁４１が駆動される。操作装置４０によりパイロット圧が調整されることによって、軸方向に関するスプールの移動量及び移動速度が調整される。

方向制御弁４１は、第１受圧室及び第２受圧室を有する。油路４４Ａのパイロット圧によってスプールが駆動し、第１受圧室がメイン油圧ポンプ４２と接続され、第１受圧室に作動油が供給される。油路４４Ｂのパイロット圧によってスプールが駆動し、第２受圧室がメイン油圧ポンプ４２と接続され、第２受圧室に作動油が供給される。

圧力センサ４６Ａは、油路４４Ａのパイロット圧を検出する。圧力センサ４６Ｂは、油路４４Ｂのパイロット圧を検出する。圧力センサ４６Ａ，４６Ｂの検出信号は、制御装置５０に出力される。

操作装置４０の操作レバーが中立位置より一方側に動かされると、その操作レバーの操作量に応じたパイロット圧が方向制御弁４１のスプールの第１受圧室に作用する。操作装置４０の操作レバーが中立位置より他方側に動かされると、その操作レバーの操作量に応じたパイロット圧が方向制御弁４１のスプールの第２受圧室に作用する。

方向制御弁４１のスプールは、操作装置４０によって調整されたパイロット圧に応じた距離だけ動く。例えば、第１受圧室にパイロット圧が作用することにより、アームシリンダ２２のキャップ側油室２０Ａにメイン油圧ポンプ４２からの作動油が供給され、アームシリンダ２２が伸びる。アームシリンダ２２が伸びると、アーム１２は掘削動作する。第２受圧室にパイロット圧が作用することにより、アームシリンダ２２のロッド側油室２０Ｂに、メイン油圧ポンプ４２からの作動油が供給され、アームシリンダ２２が縮む。アームシリンダ２２が縮むと、アーム１２はダンプ動作する。方向制御弁４１のスプールの移動量に基づいて、メイン油圧ポンプ４２から方向制御弁４１を介してアームシリンダ２２に供給される単位時間当たりの作動油の供給量が調整される。単位時間当たりの作動油の供給量が調整されることによって、シリンダ速度が調整される。

バケットシリンダ２１を作動する油圧システム３００は、アームシリンダ２２を作動する油圧システム３００と同様の構成である。操作装置４０の操作により、バケット１１は、掘削動作及びダンプ動作の２種類の動作を実行する。バケットシリンダ２１が伸びることにより、バケット１１が掘削動作し、バケットシリンダ２１が縮むことにより、バケット１１がダンプ動作する。バケットシリンダ２１を作動する油圧システム３００についての詳細な説明は省略する。

図７は、ブームシリンダ２３を作動する油圧システム３００の一例を示す模式図である。操作装置４０の操作により、ブーム１３は、上げ動作及び下げ動作の２種類の動作を実行する。方向制御弁４１は、第１受圧室及び第２受圧室を有する。油路４４Ａのパイロット圧によってスプールが駆動し、第１受圧室がメイン油圧ポンプ４２と接続され、第１受圧室に作動油が供給される。油路４４Ｂのパイロット圧によってスプールが駆動し、第２受圧室がメイン油圧ポンプ４２と接続され、第２受圧室に作動油が供給される。メイン油圧ポンプ４２から供給された作動油は、方向制御弁４１を介して、ブームシリンダ２３に供給される。方向制御弁４１のスプールが軸方向に移動することにより、ブームシリンダ２３のキャップ側油室２０Ａ（油路４７Ｂ）に対する作動油の供給と、ロッド側油室２０Ｂ（油路４７Ａ）に対する作動油の供給とが切り替わる。第１受圧室に作動油が供給された場合、油路４７Ａを介してロッド側油室２０Ｂに作動油が供給されてブームシリンダ１３が縮むことにより、ブーム１３が下げ動作する。第２受圧室に作動油が供給された場合、油路４７Ｂを介してキャップ側油室２０Ａに作動油が供給されてブームシリンダ１３が伸びることにより、ブーム１３が上げ動作する。

図７に示すように、ブームシリンダ２３を作動する油圧システム３００は、メイン油圧ポンプ４２と、パイロット圧ポンプ４３と、方向制御弁４１と、方向制御弁４１に対するパイロット圧を調整する操作装置４０と、パイロット油が流れる油路４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃと、油路４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃに配置された制御弁４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃと、油路４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃに配置された圧力センサ４６Ａ，４６Ｂと、制御弁４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃを制御する制御装置５０とを備える。

制御弁４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃは、電磁比例制御弁である。制御弁４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃは、制御装置５０からの制御信号に基づいて、パイロット圧を調整する。制御弁４５Ａは、油路４４Ａのパイロット圧を調整する。制御弁４５Ｂは、油路４４Ｂのパイロット圧を調整する。制御弁４５Ｃは、油路４４Ｃのパイロット圧を調整する。

図６を参照して説明したように、操作装置４０が操作されることにより、操作装置４０の操作量に応じたパイロット圧が方向制御弁４１に作用する。方向制御弁４１のスプールは、パイロット圧に応じて移動する。スプールの移動量に基づいて、メイン油圧ポンプ４２から方向制御弁４１を介してブームシリンダ２３に供給される単位時間当たりの作動油の供給量が調整される。

制御装置５０は、制御弁４５Ａを制御して、第１受圧室に作用するパイロット圧を減圧調整可能である。制御装置５０は、制御弁４５Ｂを制御して、第２受圧室に作用するパイロット圧を減圧調整可能である。図７に示す例では、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット圧が制御弁４５Ａによって減圧されることによって、方向制御弁４１に供給されるパイロット油が制限される。方向制御弁４１に作用するパイロット圧が制御弁４５Ａによって減圧されることによって、ブーム１３の下げ動作が制限される。同様に、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット圧が制御弁４５Ｂによって減圧されることによって、方向制御弁４１に供給されるパイロット油が制限される。方向制御弁４１に作用するパイロット圧が制御弁４５Ｂによって減圧されることによって、ブーム１３の上げ動作が制限される。制御装置５０は、圧力センサ４６Ａの検出信号に基づいて、制御弁４５Ａを制御する。制御装置５０は、圧力センサ４６Ｂの検出信号に基づいて、制御弁４５Ｂを制御する。

本実施形態においては、介入制御のために、制御装置５０から出力された、介入制御するための制御信号に基づいて作動する制御弁４５Ｃが油路４４Ｃに設けられる。油路４４Ｃに、パイロット圧ポンプ４３から送出されたパイロット油が流れる。油路４４Ｃ及び油路４４Ｂは、シャトル弁４８と接続される。シャトル弁４８は、油路４４Ｂ及び油路４４Ｃのうち、パイロット圧が高い方の油路のパイロット油を、方向制御弁４１に供給する。

制御弁４５Ｃは、介入制御を実行するために制御装置５０から出力された制御信号に基づいて制御される。

介入制御を実行しないとき、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット圧に基づいて方向制御弁４１が駆動されるように、制御装置５０は、制御弁４５Ｃに制御信号を出力しない。例えば、制御装置５０は、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット圧に基づいて方向制御弁４１が駆動されるように、制御弁４５Ｂを全開にするとともに、制御弁４５Ｃで油路４４Ｃを閉じる。

介入制御を実行するとき、制御装置５０は、制御弁４５Ｃによって調整されたパイロット圧に基づいて方向制御弁４１が駆動されるように、制御弁４５Ｂ，４５Ｃに制御信号を出力する。例えば、ブーム１３の移動を制限する介入制御を実行する場合、制御装置５０は、ブーム目標速度に応じたパイロット圧となるように、制御弁４５Ｃに制御信号を出力する。例えば、制御装置５０は、制御弁４５Ｃによって調整されたパイロット圧が、操作装置４０によって調整されるパイロット圧よりも高くなるように、制御弁４５Ｃに制御信号を出力する。油路４４Ｃのパイロット圧が油路４４Ｂのパイロット圧より大きくなると、制御弁４５Ｃからのパイロット油がシャトル弁４８を介して方向制御弁４１に供給される。

油路４４Ｂ及び油路４４Ｃの少なくとも一方を介して方向制御弁４１にパイロット油が供給されることにより、作動油が油路４７Ｂを介してキャップ側油室２０Ａに供給される。これにより、ブームシリンダ２３が伸び、ブーム１３が上げ動作する。

バケット１１の刃先１０が目標掘削地形を掘り込まないように操作装置４０によるブーム１３の上げ操作量が大きい場合、介入制御は実行されない。ブーム１３がブーム目標速度よりも速い速度で上げ動作されるように操作装置４０が操作され、その操作量に基づいてパイロット圧が調整されることにより、操作装置４０の操作によって調整されるパイロット圧は、制御弁４５Ｃによって調整されるパイロット圧よりも高くなる。これにより、制御装置５０の制御弁４５Ｃの操作によって調整されたパイロット圧のパイロット油がシャトル弁４８で選択され、方向制御弁４１に供給される。また、制御装置５０から制御弁４５Ｃに出力される制御信号に基づくパイロット圧が、ブーム操作量に基づくパイロット圧より小さい場合、操作装置４０の操作によって調整されたパイロット油がシャトル弁４８で選択され、ブーム１３が操作される。

［制御システム］
次に、本実施形態に係る油圧ショベル１００の制御システム２００について説明する。図８は、本実施形態に係る制御システム２００の一例を示す機能ブロック図である。

図８に示すように、制御システム２００は、作業機１を制御する制御装置５０と、位置検出装置３０と、作業機位置検出器３４と、制御弁４５（４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ）と、圧力センサ４６（４６Ａ，４６Ｂ）と、表示装置７１と、入力装置７２とを備える。

上述したように、車体位置検出器３１、姿勢検出器３２、及び方位検出器３３を含む位置検出装置３０は、上部旋回体２の絶対位置を検出する。以下の説明においては、上部旋回体２の絶対位置を適宜、車体位置、と称する。

制御弁４５（４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ）は、油圧シリンダ２０に対する作動油の供給量を調整する。制御弁４５は、制御装置５０からの制御信号に基づいて作動する。圧力センサ４６（４６Ａ，４６Ｂ）は、油路４４（４４Ａ，４４Ｂ）のパイロット圧を検出する。圧力センサ４６の検出信号は、制御装置５０に出力される。

表示装置７１は、運転室４に配置される。表示装置７１は、液晶ディスプレイ（Liquid Crystal Display：ＬＣＤ）又は有機ＥＬディスプレイ（Organic Electroluminescence Display：ＯＥＬＤ）のようなフラットパネルディスプレイを含む。表示装置７１は、制御装置５０から出力される制御信号に基づいて、表示データを表示する。運転室４の運転者は、表示装置７１の表示画面を視認することができる。

入力装置７２は、運転室４に配置される。入力装置７２は、例えばコンピュータ用のキーボード、マウス、及びタッチパネルの少なくとも一つを含む。運転室４の運転者は、入力装置７２を操作することができる。入力装置７２が操作されることにより生成された入力データは、制御装置５０に供給される。

上述のように、油圧ショベル１００とサーバ２０００とは通信回線５０００を介してデータ通信可能である。制御装置５０は、通信回線５０００を介してサーバ２０００とデータ通信可能である。本実施形態においてサーバ２０００と制御装置５０とは、無線でデータ通信する。

なお、サーバ２０００と制御装置５０とが有線で接続され、サーバ２０００から制御装置５０に２次元設計データが送信されてもよい。なお、制御装置５０がフラッシュメモリのような記録媒体に記録されているデータを読込可能な読込装置を有し、サーバ２０００で生成されたデータが記録媒体を介して制御装置５０に供給されてもよい。

制御装置５０は、車体位置データ取得部５１と、作業機位置データ取得部５２と、２次元設計データ取得部５３と、入力掘削深さデータ取得部５４と、表示制御部５５と、作業機制御部５６と、記憶部５７と、入出力部５８とを有する。

制御装置５０のプロセッサは、車体位置データ取得部５１、作業機位置データ取得部５２、２次元設計データ取得部５３、入力掘削深さデータ取得部５４、表示制御部５５、及び作業機制御部５６を含む。制御装置５０の記憶装置は、記憶部５７を含む。制御装置５０の入出力インターフェース装置は、入出力部５８を含む。

車体位置データ取得部５１は、位置検出装置３０から、入出力部５８を介して、グローバル座標系における上部旋回体２の絶対位置を示す車体位置データを取得する。

作業機位置データ取得部５２は、作業機位置検出器３４から、入出力部５８を介して、車体座標系における作業機１の位置を示す作業機位置データ、及びグローバル座標系における作業機１の位置を示す作業機位置データを取得する。

作業機位置データ取得部５２は、作業機位置データとして、作業機位置検出器３４から、入出力部５８を介して、車体座標系における上部旋回体２の原点に対するバケット１１の刃先１０の相対位置データを取得する。また、作業機位置データ取得部５２は、作業機位置データとして、作業機位置検出器３４から、入出力部５８を介して、グローバル座標系におけるバケット１１の刃先１０の相対位置データを取得する。

２次元設計データ取得部５３は、サーバ２０００から、入出力部５８を介して、施工現場３０００の施工対象の２次元設計データを取得する。本実施形態においては、サーバ２０００において、２次元設計データが作成される。２次元設計データは、施工現場３０００の施工対象に規定された基準面ＦＬと平行な設計データである。

入力掘削深さデータ取得部５４は、入力装置７２から、入出力部５８を介して、入力装置７２が操作されることにより生成された入力掘削深さデータを取得する。

表示制御部５５は、施工対象に規定された基準面ＦＬと平行な２次元設計データと、施工対象を掘削可能な作業機１の少なくとも一部を示す作業機表示データとを表示装置７１に表示させる。また、本実施形態において、表示制御部５５は、基準面ＦＬからの目標掘削深さデータを表示装置７１に表示させる。

作業機制御部５６は、入力掘削深さデータ取得部５４に取得された入力掘削深さデータに基づいて、基準面ＦＬと直交する施工対象の深さ方向についての作業機１の移動を介入制御する制御信号を制御弁４５に出力する。作業機制御部５６は、刃先１０と入力掘削深さデータにより規定された施工対象の目標深さ面との距離に基づいて、ブーム目標速度を算出し、算出したブーム目標速度に基づいて、ブーム１３を駆動するブームシリンダ２３を制御する。

記憶部５７は、油圧ショベル１００の諸元データを記憶する。

［施工対象の施工］
図９は、本実施形態に係る油圧ショベル１００が施工する施工現場３０００の一例を模式的に示す図である。本実施形態１において、油圧ショベル１００の施工対象ＯＢＰは、建造物が建築される建築現場の地面である。油圧ショベル１００は、建築現場の基礎工事を実施する。

建造物の建築現場においては、水平面と平行な基準面ＦＬが規定される。基準面ＦＬは、例えばフロアレベルと呼ばれる、建築後の建造物の床仕上げの高さに規定される場合が多い。

本実施形態においては、基準面ＦＬ及び基準面ＦＬからの掘削深さΔＤＰが規定される。油圧ショベル１００は、掘削深さΔＤＰだけ施工対象ＯＢＰを掘削する。

本実施形態において、作業機制御部５６は、施工対象の深さ方向における作業機１の移動を介入制御する。すなわち、作業機制御部５６は、バケット１１の刃先１０が基準面ＦＬから掘削深さΔＤＰよりも下方に移動しないように、作業機１を介入制御する。これにより、施工対象ＯＢＰが掘り込まれ過ぎることが抑制される。

一方、水平方向における作業機１の移動は介入制御されない。作業機１は、運転者による操作装置４０の操作により基準面ＦＬと平行な水平方向に移動する。運転者は、操作装置４０を操作して、上部旋回体２を旋回させたり、作業機１を伸縮させたり、下部走行体３を走行させたりすることによって、作業機１のバケット１１を基準面ＦＬと平行な水平方向に移動することができる。

すなわち、本実施形態においては、基準面ＦＬと直交する深さ方向についてのバケット１１の移動は介入制御され、基準面ＦＬと平行な水平方向についてのバケット１１の移動は介入制御されない。換言すれば、基準面ＦＬと直交する掘削深さについて作業機１の介入制御は実施されるものの、基準面ＦＬと平行な掘削範囲について作業機１の介入制御は実施されない。

［施工管理方法］
次に、本実施形態に係る施工管理方法の一例について説明する。図１０は、本実施形態に係る施工管理方法の一例を示すフローチャートである。

本実施形態において、施工管理方法は、施工対象に規定される基準面ＦＬと平行な２次元設計データを作成する工程（ステップＳ１００）と、２次元設計データを油圧ショベル１にアップロードする工程（ステップＳ２００）と、施工現場３０００において基準面ＦＬを設定する工程（ステップＳ３００）と、バケット１１の刃先１０を含む作業機１の位置を示す作業機位置データを取得する工程（ステップＳ４００）と、施工対象に規定された基準面ＦＬと平行な２次元設計データ、施工対象を掘削可能な作業機１の少なくとも一部を示す作業機表示データ、及び基準面ＦＬからの目標掘削深さデータを表示装置７１に表示させる工程（ステップＳ５００）と、入力装置７２が操作されることにより生成された入力掘削深さデータを取得する工程（ステップＳ６００）と、入力掘削深さデータに基づいて、基準面ＦＬと直交する施工対象の深さ方向についての作業機１の移動を介入制御する制御信号を出力して施工を実施する工程（ステップＳ７００）と、を含む。

（ステップＳ１００：２次元設計データの作成）
２次元設計データを作成する工程について説明する。施工会社４０００において作成された設計図面を示す設計図面データがサーバ２０００に供給される。また、施工現場３０００において、現場座標系における施工対象の基準点の位置が計測される。基準点の位置は、設計図面に表記されており、作業者は、３次元の現場座標系における基準点の位置を計測する。

基準点は、施工対象を囲むように複数規定されている。本実施形において、基準点は、施工対象を囲むように４箇所に存在する。なお、基準点は少なくとも３箇所に存在すればよい。

基準点の計測により現場座標系が規定された後、現場座標系とグローバル座標系とを関連付ける処理が実施される。上述のように、位置検出装置３０によってグローバル座標系における油圧ショベル１００の位置が検出される。現場座標系とグローバル座標系とが関連付けられることにより、設計図面と油圧ショベル１００との相対位置が規定される。

サーバ２０００は、設計図面データを編集して２次元設計データを作成する。設計図面には、多数の線、記号、文字、及び数字が記載されている場合が多い。サーバ２０００は、例えば油圧ショベル１００の運転者が見やすいように設計図面データを簡素化し、簡素化された設計図面データである２次元設計データを作成する。また、サーバ２０００は、油圧ショベル１００の制御装置５０が読込可能なファイル形式に設計図面データをファイル変換して２次元設計データを作成する。

サーバ２０００は、掘削範囲を規定するガイドデータと、基準面ＦＬからの目標掘削深さを示す目標掘削深さデータとを含む２次元設計データを作成する。本実施形態において、掘削範囲を規定するガイドデータは、ガイドラインＧＬである。基準面ＦＬからの目標掘削深さを示す目標掘削深さデータは、目標掘削深さの数値データである。

（ステップＳ２００：２次元設計データのアップロード）
２次元設計データが作成された後、サーバ２０００から油圧ショベル１００に２次元設計データが送信される。油圧ショベル１００の制御装置５０の２次元設計データ取得部５３は、２次元設計データを取得する。

（ステップＳ３００：基準面の設定）
施工の開始前に、基準面ＦＬが規定される。施工現場３０００には、基準面ＦＬを示す基準部材が設けられているか、又は基準面ＦＬを示す表示がなされている。油圧ショベル１００の運転者は、操作装置４０を操作して、基準部材等に、バケット１１の刃先１０を接触させる。作業機位置検出器３４は、バケット１１の刃先１０の絶対位置を検出可能である。作業機位置データ取得部５２は、基準部材等に接触させたバケット１１の刃先１０の位置データを取得する。作業機制御部５６は、グローバル座標系における基準面ＦＬのＺｇ軸方向の位置データが取得される。グローバル座標系における基準面ＦＬの高さ方向の位置データは、記憶部５７に記憶される。

なお、基準面ＦＬの位置データは、運転者による入力装置７２の操作により記憶部５７に記憶されてもよい。運転者は、例えば既存の施工データに登録されているポイントからデータを選択し、入力装置７２を操作して基準面ＦＬの位置データを入力してもよい。

（ステップＳ４００：作業機位置データの取得）
作業機位置データ取得部５２は、作業機位置検出器３４から作業機位置データを取得する。作業機位置データに基づいて、後述するインジケータ１０Ｄが作成される。

（ステップＳ５００：表示）
表示制御部５５は、施工対象に規定された基準面ＦＬと平行な２次元設計データと、施工対象を掘削可能な作業機１の少なくとも一部を示す作業機表示データと、基準面ＦＬからの目標掘削深さデータとを表示装置７１に表示させる。

図１１は、本実施形態に係る表示装置７１の一例を模式的に示す図である。図１１に示すように、表示制御部５５は、２次元設計データとして、作業機１による掘削範囲を規定するガイドデータであるガイドラインＧＬを表示装置７１に表示させる。また、表示制御部５５は、作業機表示データとして、作業機１のバケット１１の刃先１０を示すインジケータ１０Ｄを表示装置７１に表示させる。また、表示制御部５は、目標掘削深さデータとして、目標掘削深さを示す数値データを表示させる。図１１に示す例では、第１の掘削範囲における目標掘削深さを示す数値データとして「ＩＦＬ−２１００」が表示され、第２の掘削範囲における目標掘削深さを示す数値データとして「ＩＦＬ−２７００」が表示される。「ＩＦＬ−２１００」は、第１の掘削範囲において基準面ＦＬから２１００［ｍｍ］だけ深さ方向に掘削すべきことを示す。「ＩＦＬ−２７００」は、第２の掘削範囲において基準面ＦＬから２７００［ｍｍ］だけ深さ方向に掘削すべきことを示す。

図１１に示すように、表示制御部５５は、２次元設計データ及び作業機表示データを同一座標系において同一縮尺で同時に表示装置７１に表示させる。

（ステップＳ６００：入力掘削深さデータの取得）
運転者は、作業機１を使って第１の掘削範囲を掘削するとき、入力装置７２を操作して、第１の掘削範囲における掘削深さを入力する。運転者は、作業機１を使って第１の掘削範囲を掘削するとき、表示装置７１に表示されている「−２１００」の数値を見て、入力装置７２を操作して、「−２１００」の数値を入力する。

入力装置７２が操作されることにより生成された入力掘削深さデータは、入力掘削深さデータ取得部５４に取得される。本実施形態において、作業機制御部５６は、入力掘削深さデータ取得部５４に取得された入力掘削深さデータに基づいて、基準面ＦＬと直交する施工対象の深さ方向についての作業機１の移動を介入制御する制御信号を制御弁４５に出力する。

なお、運転者は、表示装置７１に表示されている目標掘削深さを示す数値と同一の数値を入力装置７２に入力してもよいし、表示装置７１に表示されている目標掘削深さを示す数値とは異なる数値を入力装置７２に入力してもよい。表示装置７１に表示されている目標掘削深さを示す数値と同一の数値が入力装置７２に入力されることにより、元々の設計図面データに示されている掘削深さに基づいて介入制御が実施される。表示装置７１に表示されている目標掘削深さを示す数値とは異なる数値が入力装置７２に入力されることにより、元々の設計図面データで示されている掘削深さが運転者によって微調整され、微調整された掘削深さに基づいて介入制御が実施される。

（ステップＳ７００：施工）
第１の掘削範囲に対する施工が開始される。運転者は、表示装置７１に表示されているガイドラインＧＬ及びインジケータ１０Ｄを見ながら操作装置４０を操作して、基準面ＦＬに平行な水平方向におけるバケット１１の位置を調整する。表示装置７１には、２次元設計データ及び作業機表示データを示すインジケータ１０Ｄが同一座標系において同一縮尺で同時に表示されている。したがって、運転者は、表示装置７１に表示されているガイドラインＧＬ及びインジケータ１０Ｄを見ながら、掘削すべき第１の掘削範囲にバケット１１が位置付けられるように、操作装置４０を操作することができる。

水平方向において第１の掘削範囲にバケット１１が位置付けられた後、運転者は、操作装置４０を操作して、バケット１１を深さ方向に移動し、第１の掘削範囲の掘削を開始する。本実施形態においては、入力装置７２が操作されることにより生成された入力掘削深さデータに基づいて、基準面ＦＬと直交する施工対象の深さ方向についてのバケット１１の移動が介入制御される。作業機制御部５６は、入力装置７２を介して入力された掘削深さよりもバケット１１の刃先１０が下方に移動しないように、すなわち、入力装置７２を介して入力された掘削深さよりもバケット１１が施工対象を掘り込まないように、制御弁４５に制御信号を出力する。

本実施形態においては、ステップＳ３００において基準面ＦＬが設定され、基準面ＦＬが設定された後、入力装置７２が操作され、掘削深さが指定される。したがって、作業機制御部５６は、設定された基準面ＦＬと入力掘削深さデータとに基づいて、入力掘削深さよりもバケット１１が施工対象を掘り込まないように作業機１を制御することができる。

水平方向におけるバケット１１の位置は、運転者による操作装置４０の操作により調整される。運転者は、表示装置７１に表示されているガイドラインＧＬ及びインジケータ１０Ｄを見ながら、水平方向においてガイドラインＧＬにインジケータ１０Ｄが位置合わせされるように、操作装置４０を操作することができる。

以上、第１の施工範囲が施工される例について説明した。第２の施工範囲の施工は、第１の施工範囲の施工と同様に実施される。

［作用及び効果］
以上説明したように、本実施形態によれば、施工対象の２次元設計データが作成され、２次元設計データに基づいて施工対象の施工が実施される。２次元設計データの作成期間は、３次元設計データの作成期間よりも十分に短い。そのため、施工の開始時期の遅延が抑制される。また、施工現場３０００において設計変更が生じ、２次元設計データの再作成が必要になっても、２次元設計データの作成期間は短いので、施工の遅延は抑制される。そのため、工期の長期化が抑制される。

また、本実施形態において、作業機制御部５６は、入力掘削深さデータに基づいて、施工対象の深さ方向における作業機１の移動を介入制御する。そのため、油圧ショベル１００は、深さ方向において高精度な施工を実施することができる。

また、本実施形態において、介入制御は、運転者の手入力による入力掘削深さデータに基づいて実施される。そのため、運転者は、元々の設計図面データで指定された掘削深さに基づいて介入制御を実施したい場合、表示装置７１に表示された目標掘削深さを示す数値と同一の数値を入力装置７２に入力すればよい。一方、運転者は、介入制御のための掘削深さを微調整したい場合、表示装置７１に表示された目標掘削深さを示す数値とは異なる数値を入力装置７２に入力することができる。

また、本実施形態においては、表示制御部５５は、施工対象に規定された基準面ＦＬと平行な２次元設計データと、作業機１の刃先１０を示す作業機表示データであるインジケータ１０Ｄと、目標掘削深さデータとを、油圧ショベル１００の運転室４に設けられている表示装置７１に表示させる。したがって、油圧ショベル１００の運転者は、表示装置７１に表示された２次元設計データとインジケータ１０Ｄとに基づいて、施工対象において掘削すべき施工範囲を特定することができる。また、油圧ショベル１００の運転者は、表示装置７１に表示された２次元設計データとインジケータ１０Ｄとに基づいて、操作装置４０を操作して、掘削すべき施工範囲にバケット１１の刃先１０を位置付けることができる。

また、油圧ショベル１００の運転者は、表示装置７１に表示された目標掘削深さデータに基づいて、入力装置７２を操作して、深さ方向の介入制御のための目標値を示す入力掘削深さデータを入力することができる。深さ方向の介入制御のための目標値が運転者により手入力されることにより、２次元設計データの複雑化が抑制され、制御装置５０におけるデータ処理の負担が抑制される。例えば、深さ方向の介入制御の目標値を含む２次元設計データが作成される場合、２次元設計データは複雑化し、２次元設計データの作成期間の短期化の効果が低減する。また、複雑化した２次元設計データに基づいて介入制御が実施される場合、制御装置５０におけるデータ処理の負担が増大する。本実施形態においては、深さ方向の介入制御のための目標値を示す入力掘削深さデータが入力装置７２を介して運転者により手入力されるため、２次元設計データの複雑化及び制御装置５０におけるデータ処理の負担を抑制しつつ、深さ方向における作業機１の介入制御を実施することができる。また、本実施形態においては、掘削深さについて僅かな設計変更が生じた場合、入力装置７２を介して入力掘削深さデータが再入力されるだけで、設計変更に対応することができる。

また、本実施形態においては、作業機１は、油圧ショベル１００の運転者による操作装置４０の操作により基準面ＦＬと平行な方向に移動する。すなわち、本実施形態においては、掘削深さについて作業機１の介入制御は実施されるものの、掘削範囲について作業機１の介入制御は実施されない。これにより、水平方向における施工の自由度が確保される。また、掘削深さについて介入制御が実施され、掘削範囲については介入制御が実施されないので、制御装置５０における制御の負担が低減される。

建築現場においては、掘削深さには高い精度が要求されるものの、掘削範囲に要求される精度は比較的低い場合が多い。例えば、建造物の基礎のためのコンクリートの厚さには高い精度が要求されるものの、コンクリートの範囲は、元々の設計図面で指定された範囲よりも僅かに広くても許容される。また、建築現場においては、掘削範囲が運転者により微調整される場合が多い。本実施形態においては、掘削深さについて介入制御が実施され、掘削範囲については介入制御が実施されないので、制御装置５０における制御の負担を低減しつつ、建築現場の要求に則した施工を実施することができる。

また、本実施形態においては、表示制御部５５は、２次元設計データ及び作業機表示データを同一のグローバル座標系において同時に表示装置７１に表示させる。そのため、油圧ショベル１００の運転者は、掘削すべき掘削範囲と作業機１との相対位置を直感的に把握することができ、作業機１による掘削作業を円滑に実施することができる。

また、本実施形態においては、２次元設計データは、施工範囲を規定するガイドデータであるガイドラインＧＬを含み、表示制御部５５は、ガイドラインＧＬを表示装置７１に表示させる。したがって、油圧ショベル１００の運転者は、表示装置７１に表示されたガイドラインＧＬを見ながら操作装置４０を操作して、掘削すべき施工範囲にバケット１１の刃先１０を位置付けることができる。

第２実施形態．
第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

本実施形態においては、上述の２次元設計データの作成（ステップＳ１００）の変形例について説明する。

上述の実施形態においては、ステップＳ１００において、施工現場３０００に設けられている４箇所の基準点を計測して、現場座標系とグローバル座標系とを関連付けることとした。

建築現場においては、４箇所の基準点が設けられない場合がある。特に、狭い建築現場においては、４箇所の基準点が設けられない場合が多い。

本実施形態においては、施工現場３０００に基準点が無い場合、日本の平面直角座標系とジオイドファイルとに基づいて、現場座標系とグローバル座標系とを関連付ける処理について説明する。

平面直角座標系とは、日本国内を測量するために策定された平面直交座標系をいう。平面直角座標系は、予め定められている。平面直角座標系が示す平面直角座標系データは、緯度及び経度を示す。国土交通省から日本の平面直角座標系における原点を示す緯度及び経度が公開されている。日本国内において、原点は１９箇所に存在する。

ジオイドとは、地球上のある地点の重力の方向に直角な面のうち海上での平均水準面と一致するものをいう。ジオイドファイルは、予め定められている。ジオイドファイルが示すジオイドデータは、高度を示す。地磁気、地球の自転、及び地球の形状などの影響により、Ｚｇ軸方向における平面直角座標系の原点の位置がずれたり、緯度及び経度に応じてＺｇ軸方向における位置の誤差が発生したり、ＧＰＳ受信機のＺｇ軸方向の検出データが誤差を含んだりする可能性がある。本実施形態において、作業機位置データ取得部５２は、平面直角座標系データとジオイドデータとに基づいて、作業機位置検出器３４から取得した作業機位置データを補正する。

図１２は、本実施形態に係る２次元設計データの作成方法の一例を示すフローチャートである。

国土交通省から公開されている１９箇所の原点のうち施工現場３０００に最も近い原点を示すデータが油圧ショベル１００の制御装置５０に入力される。作業機位置データ取得部５３は、平面直角座標系データを取得する（ステップＳ１１０）。

ジオイドファイルが油圧ショベル１００の制御装置５０に入力される。作業機位置データ取得部５３は、ジオイドファイルに含まれている複数の緯度及び経度のそれぞれについての複数のジオイドデータのうち、ステップＳ１１０で取得された平面直角座標系の原点の緯度及び経度についてのジオイドデータを取得する（ステップＳ１２０）。

作業機位置データ取得部５２は、作業機位置検出器３４から作業機位置データを習得する。作業機位置データ取得部５２は、ステップＳ１１０で取得した平面直角座標系データとステップＳ１２０で取得したジオイドデータとに基づいて、作業機位置検出器３４から取得した作業機位置データのＺｇ軸方向のデータを補正する（ステップＳ１３０）。

次に、現場座標系とグローバル座標系との関連付けが実施される。施工対象の設計図面に規定されている少なくとも２箇所の基準点に対応する施工対象の２箇所の基準点の位置が作業機１を使って検出される。運転者は、操作装置４０を操作して、施工対象の２箇所の基準点のそれぞれにバケット１１の刃先１０を接触させる。これにより、グローバル座標系における施工対象の少なくとも２箇所の基準点の位置が作業機１を使って検出される。バケット１１の刃先１０を使って検出された施工対象の少なくとも２箇所の基準点の位置データは、作業機位置データ取得部５２に取得される。施工対象の少なくとも２箇所の基準点の位置データは、サーバ２０００に送信される。

サーバ２０００は、作業機１を使って検出された施工対象の少なくとも２箇所の基準点の位置と、施工対象の設計図面の少なくとも２箇所の基準点の位置とに基づいて、グローバル座標系と現場座標系とを関連付ける。サーバ２０００は、作業機１を使って検出された施工対象の少なくとも２箇所の基準点の位置と、施工対象の設計図面の少なくとも２箇所の基準点の位置とが一致するように、２次元設計データの縮尺を調整する。これにより、グローバル座標系と関連付けられ縮尺が調整された、表示装置７１に表示される２次元設計データが生成される（ステップＳ１４０）。

以上により、２次元設計データが作成される。作成された２次元設計データは、サーバ２０００から油圧ショベル１００にアップロードされる。以降の処理は、上述の実施形態で説明したステップＳ２００からステップＳ７００と同様である。

その他の実施形態．
なお、上述の実施形態において、サーバ２０００が油圧ショベル１００の制御装置５０の一部又は全部の機能を有してもよい。すなわち、サーバ２０００が、車体位置データ取得部５１、作業機位置データ取得部５２、２次元設計データ取得部５３、入力掘削深さデータ取得部５４、表示制御部５５、作業機制御部５６、記憶部５７、及び入出力部５８の少なくとも一つを有してもよい。例えば、位置検出装置３０で検出された車体位置データ及び作業機位置検出器３４で検出された作業機位置データが通信回線５０００を介してサーバ２０００に供給され、サーバ２０００に設けられている車体位置データ取得部５１及び作業機位置データ取得部５２が車体位置データ及び作業機位置データを取得してもよい。また、サーバ２０００に設けられている表示制御部５５が、２次元設計データ、インジケータ１０Ｄ、及び目標掘削深さデータを含む表示データを生成し、通信回線５０００を介して、生成した表示データを油圧ショベル１００の表示装置７１に送信してもよい。また、油圧ショベル１００の入力装置７２が運転者に操作されることにより生成された入力掘削深さデータが通信回線５０００を介してサーバ２０００に供給され、サーバ２０００に設けられている入力掘削深さデータ取得部５４が入力掘削深さデータを取得してもよい。また、サーバ２０００に設けられている作業機制御部５６が、入力掘削深さデータに基づいて作業機１を介入制御するための制御信号を生成し、通信回線５０００を介して、生成した制御信号を油圧ショベル１００の制御弁４５に送信してもよい。

なお、上述の実施形態においては、操作装置４０がパイロット圧方式の操作装置であることとした。操作装置４０は、電気方式でもよい。

なお、上述の実施形態においては、操作装置４０が油圧ショベル１００に設けられることとした。操作装置４０が油圧ショベル１００から離れた遠隔地に設けられ、油圧ショベル１００が遠隔操作されてもよい。作業機１が遠隔操作される場合、遠隔地に設けられた操作装置４０から作業機１を操作するための制御信号が油圧ショベル１００に無線送信される。

なお、上述の実施形態においては、作業機械１００が油圧ショベルであることとした。上述の実施形態で説明した施工管理システム１０００は、ブルドーザ又はホイールローダのような、作業機を有する作業機械全般に適用可能である。

１ 作業機、２ 車体（上部旋回体）、３ 走行装置（下部走行体）、４ 運転室、４Ｓ 運転席、５ 機械室、６ 手すり、７ 履帯、１０ 刃先、１０Ｄ インジケータ、１１ バケット、１２ アーム、１３ ブーム、１４ バケットシリンダストロークセンサ、１５ アームシリンダストロークセンサ、１６ ブームシリンダストロークセンサ、２０ 油圧シリンダ、２０Ａ キャップ側油室、２０Ｂ ロッド側油室、２１ バケットシリンダ、２２ アームシリンダ、２３ ブームシリンダ、３０ 位置検出装置、３１ 車体位置検出器、３１Ａ ＧＰＳアンテナ、３２ 姿勢検出器、３３ 方位検出器、３４ 作業機位置検出器、４０ 操作装置、４１ 方向制御弁、４２ メイン油圧ポンプ、４３ パイロット圧ポンプ、４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃ 油路、４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ 制御弁、４６Ａ，４６Ｂ 圧力センサ、４７Ａ，４７Ｂ 油路、４８ シャトル弁、５０ 制御装置、５１ 車体位置データ取得部、５２ 作業機位置データ取得部、５３ ２次元設計データ取得部、５４ 入力深さデータ取得部、５５ 表示制御部、５６ 作業機制御部、５７ 記憶部、５８ 入出力部、７１ 表示装置、７２ 入力装置、１００ 油圧ショベル（作業機械）、２００ 制御システム、３００ 油圧システム、１０００ 施工管理システム、２０００ サーバ、３０００ 施工現場、４０００ 施工会社、４１００ 情報端末、５０００ 通信回線、ＡＸ１ 回転軸、ＡＸ２ 回転軸、ＡＸ３ 回転軸、ＦＬ 基準面、ＧＬ ガイドライン、Ｌ１ 長さ、Ｌ２ 長さ、Ｌ３ 長さ、ＲＸ 旋回軸、α 傾斜角、β 傾斜角、γ 傾斜角。

Claims (8)

1. 施工対象に規定された基準面と平行な２次元設計データと前記施工対象を掘削可能な作業機の少なくとも一部を示す作業機表示データとを表示装置に表示させる表示制御部と、
   入力装置が操作されることにより生成された入力掘削深さデータを取得する入力掘削深さデータ取得部と、
   前記入力掘削深さデータに基づいて、前記基準面と直交する前記施工対象の深さ方向についての前記作業機の移動を制御する制御信号を出力する作業機制御部と、
   を備える施工管理システム。
2. 前記作業機は、操作装置の操作により前記基準面と平行な方向に移動する、
   請求項１に記載の施工管理システム。
3. 前記作業機表示データは、前記作業機の刃先を示すインジケータを含み、
   前記表示制御部は、前記２次元設計データ及び前記作業機表示データを同一座標系において同一縮尺で同時に前記表示装置に表示させる、
   請求項１又は請求項２に記載の施工管理システム。
4. 前記２次元設計データは、掘削範囲を規定するガイドデータを含む、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の施工管理システム。
5. 前記表示制御部は、前記基準面からの目標掘削深さデータを前記表示装置に表示させる、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の施工管理システム。
6. 前記作業機の位置を示す作業機位置データを作業機位置検出器から取得する作業機位置データ取得部を備え、
   前記作業機位置データ取得部は、予め定められている緯度及び経度を示す平面直角座標系データと高度を示すジオイドデータとに基づいて、前記作業機位置データを補正し、
   前記作業機を使って検出された前記施工対象の少なくとも２箇所の基準点の位置と、前記施工対象の設計図面の少なくとも２箇所の基準点の位置とに基づいて、前記表示装置に表示される前記２次元設計データの縮尺を調整する、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の施工管理システム。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の施工管理システムを備える作業機械。
8. 施工対象に規定された基準面と平行な２次元設計データと前記施工対象を掘削可能な作業機の少なくとも一部を示す作業機表示データとを表示装置に表示させることと、
   入力装置が操作されることにより生成された入力掘削深さデータを取得することと、
   前記入力掘削深さデータに基づいて、前記基準面と直交する前記施工対象の深さ方向についての前記作業機の移動を制御する制御信号を出力することと、
   を含む施工管理方法。

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