JP2020122371A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】転圧作業において、締固めの仕上がり状態を判定し、正確に管理することのできる作業機械を提供する。【解決手段】コントローラ６０は、作業機械１が転圧作業を行っているか否かを判定し、前記転圧作業の実行中に、車体位置検出装置５０および姿勢検出装置７０の出力に基づいて締固め位置を算出するとともに、負荷検出装置２０の出力に基づいて締固め寄与度を算出し、前記締固め位置における累積締固め寄与度を算出し、前記累積締固め寄与度に基づいて、前記締固め位置における締固め進捗度を判定し、表示装置８１に出力する。【選択図】 図４

Description

本発明は、土木工事等に使用される油圧ショベル等の作業機械に関する。

土木工事等に使用される作業機械として、動力系により走行する走行体の上部に旋回体を旋回自在に取り付けると共に、旋回体に多関節型の作業フロントを上下方向に揺動自在に取り付け、作業フロントを構成する各フロント部材をアクチュエータにて駆動するものが知られている。このような作業機械の一例として、一端が旋回体に揺動自在に連結されたブームと、一端がブームの先端に揺動自在に連結されたアームと、アームの先端に装着されたバケット等の作業具を備え、所望の作業を行えるようにしたショベルがある。一般に、この種のショベルは、オペレータが操作レバーを操作することにより、走行、旋回、作業フロントの各アクチュエータが駆動され、作業対象の地面等に対して掘削、整形等の各種作業を行う。

油圧ショベルを用いた施工の管理を支援するシステムとして、例えば、特許文献１には、施工対象の地形に関する情報とショベルの位置及び動きに関する情報とを取得し、ショベルの動きに関する情報に基づいてショベルの行った作業内容を判別し、施工対象の地形を表す地形情報とショベルが行った作業の内容を表す作業内容画像とを合成して出力するシステムが開示されている。

油圧ショベルを用いた作業の一つとして、地表面を締固める作業（転圧作業）がある。転圧作業は一般に盛土作業や法面等の形成作業の際に行われる。転圧作業においては、むらや過不足なく締固めを行うことが重要である。特許文献２には、締固め状況を管理するシステムとして、締固め板を所定の位置に設置して起振機を起動させて締固め板による締固め作業を行う際に、締固め板の位置及び角度から作業実施範囲を判定し、起振機が起動している時間の累積値が所定の閾値以上となった場合に締固めが完了したと判断する締固め作業管理システムが開示されている。

特開２０１６−９８５３５号公報 特開２０１７−１４１５７９号公報

特許文献１の技術を用いることにより、ショベルを用いた施工の管理が容易となるが、特許文献１のシステムでは、ショベルを用いて行った作業内容のみが管理可能であり、締固めがどの程度完了しているかを把握することはできず、転圧作業の進捗や締固めの品質の管理はできない。

また、特許文献２は、締固めの完了を起振機の起動時間を用いて管理するものであり、起振機を有しないバケットを用いた転圧作業に適用することはできない。

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、転圧作業において締固めの仕上がり状態を判定し、正確に管理することのできる作業機械を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、車体本体と、前記車体本体に対して回動可能に取り付けられた作業機と、前記作業機を駆動するアクチュエータと、前記車体本体の位置を検出する車体位置検出装置と、前記作業機の姿勢を検出する姿勢検出装置と、前記アクチュエータの負荷を検出する負荷検出装置と、演算機能を有するコントローラと、前記コントローラの演算結果を出力する通知装置とを備えた作業機械において、前記コントローラは、前記姿勢検出装置で検出した前記作業機の姿勢と前記負荷検出装置で検出した前記作業機の負荷とに基づいて、前記作業機械が前記作業機を地面に接触させて地面を締め固める作業である転圧作業を行っているか否かを判定し、前記転圧作業の実行中に、前記車体位置検出装置および前記姿勢検出装置の出力に基づいて、前記作業機が地面に接触する位置である締固め位置を算出するとともに、前記負荷検出装置の出力に基づいて、前記作業機が地面の締固めに寄与する度合いである締固め寄与度を算出し、前記締固め位置における前記締固め寄与度の累積である累積締固め寄与度を算出し、前記累積締固め寄与度に基づいて、前記締固め位置における締固め進捗度を判定し、前記通知装置に出力するものとする。

以上のように構成した本発明によれば、作業機械を用いて転圧作業を行う際に、作業機械に搭載したセンサからの情報に基づいて、締固め状態を判定することができる。また、締固め状態を通知装置を介してショベルのオペレータに通知することにより、オペレータは締固めの仕上がり状態を認識して作業を行うことができ、締固めのむらや過不足を防止することができる。その結果、作業機械を用いた施工の管理において、締固め状態を把握することができ、施工状況、進捗をより正確に管理することが可能となる。

本発明によれば、作業機械を用いた転圧作業において、締固めの仕上がり状態を判定し、正確に管理することが可能となる。

本発明の第１の実施例に係るショベルの側面図である。 本発明の第１の実施例に係るショベルの転圧作業の様子を示す図である。 本発明の第１の実施例に係るショベルの締固め位置を示す図である。 本発明の第１の実施例に係るコントローラの機能ブロック図である。 本発明の第１の実施例に係るコントローラの記憶部に保持される情報を示す図である。 本発明の第１の実施例に係るコントローラの演算処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第１の実施例に係るショベルの転圧作業時のブームシリンダ保持力、ならびに作業フロントの重心速度および重心加速度の変化の一例を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る締固めエリアの算出方法を示す図である。 本発明の第１の実施例に係る表示装置の表示例を示す図である。 本発明の第１の実施例の変形例に係る締固め目標情報、累積締固め寄与度情報、および締固め進捗情報の一例を示す図である。 本発明の第１の実施例の変形例に係る締固め進捗情報の更新処理の流れを示すフローチャートである。 本発明の第１の実施例に係るマシンガイダンス機能による表示装置の表示例を示す図である。 本発明の第２の実施例に係るコントローラの機能ブロック図である。 本発明の第３の実施例に係るコントローラの機能ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態に係る建設機械としてショベルを例に挙げ、図面を参照して説明する。なお、各図中、同等の部材には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。

本発明の第１の実施例に係るショベルについて、図１〜図１２を用いて説明する。
＜対象機械＞
図１は本実施例に係るショベルの側面図である。

図１において、ショベル１は、走行体２と、走行体２の上部に旋回可能に取り付けられた旋回体３と、一端が旋回体３に連結された多関節型のリンク機構よりなる作業フロント６とを備えている。図中の符号３０は地面を表す。

作業フロント６は、一端が旋回体３に連結されたブーム６Ａと、一端がブーム６Ａの他端に連結されたアーム６Ｂと、一端がアーム６Ｂの他端に連結されたバケット６Ｃとを有しており、これらの各部材は、それぞれ上下または前後方向に回動するように構成されている。また、作業フロント６の各部の回動を行うアクチュエータとして、ブームシリンダ１１Ａ、アームシリンダ１１Ｂ、バケットシリンダ１１Ｃが備えられている。

旋回体３は旋回モータ７によって旋回駆動される。旋回体３上には、運転室４が備えられている。また、旋回体３上の所要の部分には、動力系を構成するエンジンやアクチュエータの駆動油圧回路等から構成され、ショベル１の起動停止および動作全般を制御する運転制御装置９と、各種演算処理を行うコントローラ６０とが備えられている。

運転室４内には、エンジンを始動させるためのエンジンキースイッチ、オペレータが各アクチュエータに対する動きの指示を入力するための操作レバー５等が備えられる。オペレータが、操作レバー５を操作することにより、走行、旋回、および作業フロント６を用いた各種作業が行われる。運転室４内には、上記の操作装置の他、オペレータに各種情報を通知するための通知装置として、表示装置８１が備えられる。
＜状態量検出装置＞
ショベル１には、状態量検出装置として機械の状態量を検出するセンサが備えられる。本実施例に係るショベル１には、車体位置検出装置５０、姿勢検出装置７０、負荷検出装置２０が備えられる。

車体位置検出装置５０は、ショベル１の位置及び向きを測定する装置であり、本実施例では、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）による測位を用いる。車体位置検出装置５０は、測位衛星からの電波を受信する１対のＧＮＳＳ受信アンテナと、受信した電波を復調して複数の測位衛星からの信号に基づいてショベル１の３次元位置及び向きを算出する位置情報生成部を備え、ショベル１の３次元位置及び向きを出力する。

姿勢検出装置７０は、作業フロント６の姿勢を検出するものであり、本実施例では、ブーム６Ａに設けられた姿勢センサ７０Ａと、アーム６Ｂに設けられた姿勢センサ７０Ｂと、バケット６Ｃに設けられた姿勢センサ７０Ｃとで構成される。姿勢センサには、例えば、角度（または角速度）と加速度を検出するＩＭＵ（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ：慣性計測装置）が用いられる。

負荷検出装置２０は、ショベル１のバケット６Ｃ用いて転圧作業を行う際に、バケット６Ｃから地面３０に加えられる力を検出するものである。本実施例では、負荷検出装置２０として、ブームシリンダ１１Ａのボトム側とロッド側に圧力センサ２０Ａ、２０Ｂが設けられる。ボトム側の圧力センサ２０Ａはブームシリンダ１１Ａのボトム室内の圧力を検出するものであり、ロッド側の圧力センサ２０Ｂはブームシリンダ１１Ａのロッド室内の圧力を検出するものである。
＜コントローラ＞
コントローラ６０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、およびフラッシュメモリ等からなる記憶部、およびこれらを備えるマイクロコンピュータ並びに図示しない周辺回路などから構成され、例えばＲＯＭに格納されるプログラムにしたがって作動する。コントローラ６０は、ショベル１に取付けられた装置や外部のシステムからの信号を入力し、ショベル１に搭載される他の装置、ショベル１の各アクチュエータ、外部のシステム等へ信号を出力する。

各部の詳細について説明する前に、ショベル１の転圧作業およびコントローラ６０で行われる処理の概要を説明する。コントローラ６０は、車体位置検出装置５０、姿勢検出装置７０、負荷検出装置２０の検出結果および記憶部６０Ｂに保持される情報に基づいて、ショベル１を用いた転圧作業における締固め状態を算出し、出力する。一般に、ショベル１を用いた転圧作業には、バケット６Ｃの底面を地面３０に押し付けて、静的な荷重を加えることによって地面３０を締固める押し付け作業と、バケット６Ｃの底面を地面３０に打ち付けて地面３０に衝撃力を加えることによって地面３０を締固める土羽打ち作業とがある。いずれの場合においても、締固めはバケット６Ｃを地面３０に接地させることよって行われる。

図２は、転圧作業の様子を示す図である。転圧作業における締固め状態の管理方法は種々の方法が考えられるが、以下では、図３（Ａ）に示すように作業現場をグリッド１０１に分割し、それぞれのグリッド１０１において、どの程度の締固めが行われているかを管理する場合を例にとって説明する。転圧作業において締固めがなされるのは、転圧作業においてバケット６Ｃが接地したグリッドである。バケット６Ｃと地面３０との接地部の算出方法は種々の方法が考えられるが、以下では、常に図３（Ｂ）に示すバケット底面の一部（以下、バケット接地面）６Ｃ’が地面３０に接触すると仮定し、バケット接地面６Ｃ’が接触するグリッドを締固め位置として算出する場合を例にとって説明する。

図３（Ａ）に示すグリッド１０１の１つのグリッドは例えば、一辺が２００ｍｍの正方形に対応する。グリッド１０１の辺長は、バケット接地面６Ｃ’の辺長より短くなるように予め設定される。締固めの仕上がりは、締固め対象の土の種類や含水率等によって異なり、地面３０に作用する力の大きさや力の作用時間、作用回数等との相関を持つ。締固めの仕上がり状態の判定方法は種々の方法が考えられるが、以下では、地面３０に作用する力の大きさ、力の作用時間、作用回数と締固めの進捗状況との相関を表す締固め目標情報３２０を用いる場合を例にとって説明する。締固め目標情報３２０は記憶部６０Ｂに保持され、演算部６０Ａにおいて、締固め目標情報３２０を参照することによって締固め状態を判定する。

以下では、コントローラ６０の演算処理の詳細を説明する。図４および図５にコントローラ６０の機能ブロック図を示す。
＜記憶部＞
記憶部６０Ｂは、演算部６０Ａの行う演算に必要な情報を保持し、演算部６０Ａからの指令に応じて保持している情報を出力する。本実施例では、図５に示すように、グリッド情報３１０、締固め目標情報３２０、車体固有情報３３０、累積締固め寄与度情報３５０、締固め進捗情報３６０が保持される。

グリッド情報３１０は、図３（Ａ）に示すグリッド１０１に関する情報であり、グリッド１０１の辺長や各グリッドの中心座標情報が保持される。

締固め目標情報３２０は、地面３０に作用する力（締固め力）の種別、締固め力の大きさ、作用時間等と締固めの仕上がり状態（すなわち進捗状況）との相関を表す情報である。締固めの仕上がり状態は、同じ大きさの力が同じ時間、同じ回数作用する場合であっても、地面３０を構成する土の種類や含水率等によって異なるため、締固め目標情報３２０は、地面３０の土質に応じて設定される。締固め目標情報３２０は、複数の参照テーブルで構成されても良いし、複数の参照関数で構成されても良い。また、締固め目標情報３２０は、ショベル１で作業を行うエリア全域について単一のテーブルに記憶しても良いし、土質等によって異なる複数のテーブルに記憶し、グリッド１０１ごとに設定しても良い。

車体固有情報３３０は、演算部６０Ａの行う演算に使用するショベル１に固有の情報であり、例えば、作業フロント６のリンク長や各種センサの設定情報等が保持される。

累積締固め寄与度情報３５０は、これまでの転圧作業によってなされた累積の締固め強さを表す情報である。本実施例では、累積締固め寄与度情報３５０はグリッドごとの情報として表され、演算部６０Ａで更新される。

締固め進捗情報３６０は、これまでの転圧作業による締固めの仕上がり状態を表す情報であり、どの程度締固めがなされているかを判定した結果が保持される。判定結果は、締固め目標に対する進捗度で表され、例えば、数段階の進捗や、パーセンテージで表される。また、本実施例では、締固め進捗情報３６０はグリッドごとの情報として表され、演算部６０Ａで更新される。
＜演算部＞
演算部６０Ａは、図４または図５に示すように、バケット６Ｃによる転圧作業が行われているか否かを判定する転圧作業判定部６１と、転圧作業が地面の締固めに寄与する度合い（以下、締固め寄与度）を算出する締固め寄与度算出部６２と、締固め位置を算出する締固め位置算出部６３と、締固めの進捗度を判定する締固め進捗度判定部６４と、出力生成部６５とから構成される。

各部の詳細について説明する前に、演算部６０Ａで行われる処理の流れを説明する。図６は、演算部６０Ａで行われる処理の流れを示すフローチャートである。

演算部６０Ａでは、まず、転圧作業判定部６１が、転圧作業を行っているか否かの判定を行う（ステップＳ１０１）。転圧作業が行われていない（ＮＯ）と判定された場合には、処理を終了する。転圧作業が行われている（ＹＥＳ）と判定された場合には、転圧作業判定部６１は、転圧作業が押し付け作業と土羽打ち作業のいずれであるかを判定する（ステップＳ１０２）。次に、締固め寄与度算出部６２は、転圧作業の種別に応じた演算式を用いて締固め寄与度を算出する（ステップＳ１０３またはステップＳ１０４）。締固め位置算出部６３は、転圧作業における締固め位置を算出する（ステップＳ１０５）。そして、締固め進捗度判定部６４は、ステップＳ１０３またはステップＳ１０４で算出された締固め寄与度とステップＳ１０５で算出された締固め位置とに基づいて、当該締固め位置における累積の締固め寄与度（以下、累積締固め寄与度）を算出し（ステップＳ１０６）、累積締固め寄与度に基づいて締固め進捗度を判定する（ステップＳ１０７）。出力生成部６５は、ステップＳ１０６の判定結果に基づいて出力情報を生成し（ステップＳ１０８）、演算部６０Ａにおける処理を終了する。

以下では、各部の詳細を説明する。
・転圧作業判定部
転圧作業判定部６１は、姿勢検出装置７０および負荷検出装置２０の検出結果に基づいて、ショベル１が転圧作業を行っているか否か、および、どのような転圧作業が行われているかを判定し、判定結果を出力する。

上述のように一般にショベル１を用いた転圧作業には、押し付け作業と土羽打ち作業とがある。転圧作業判定部６１では、このような転圧作業が行われているか否かを判定し、また、転圧作業が押し付け作業と土羽打ち作業とのいずれであるかを判定する。転圧作業の判定方法は、種々考えられるが、本実施例では、姿勢検出装置７０で検出される作業フロント６の加速度と負荷検出装置２０で検出される作業フロント６の負荷に基づいて判定する。

まず、転圧作業判定部６１は、図６のステップＳ１０１において、ショベル１が転圧作業を行っているか否かの判定を行う。図２に示すように、作業フロント６には、作業フロント６の構造物の自重およびバケット６Ｃ内の土砂による荷重により、鉛直方向下向きの負荷が加わる。一方、転圧作業時には、押し付け作業および土羽打ち作業のいずれにおいてもバケット６Ｃは地面３０からの反力により、鉛直方向上向き負荷を受ける。ブームシリンダ１１Ａの保持力をＦｂｍ、ブーム揺動支点からブームシリンダ１１Ａに対して引いた垂線の長さをＬｂｍ、作業フロント６の質量をＭｆ、ブーム回動支点から作業フロント６の重心までの水平距離をＬｆ、バケット６Ｃが地面３０から受ける反力をＦｐ、ブーム回動支点からバケット６Ｃの地面３０との接地箇所までの水平距離をＬｐ、重力加速度をＧとすると、ブームシリンダ１１Ａにおけるモーメントの釣り合いにより、以下の式が成立する。

転圧作業時には、通常、地面３０に対して比較的大きな力が加えられるため、ブームシリンダ１１Ａの保持力Ｆｂｍは負となる。そこで、本実施例では、ブームシリンダ１１Ａの保持力Ｆｂｍを算出し、Ｆｂｍが負である場合に、転圧作業中と判定する。ブームシリンダ１１Ａの保持力Ｆｂｍは、ブームシリンダ１１Ａのボトム側受圧面積をＡｂ、ロッド側受圧面積Ａｒとすると、負荷検出装置２０で検出されるブームシリンダ１１Ａのボトム側圧力Ｐｂ、ロッド側圧力Ｐｒを用いて以下のように算出される。

次に、転圧作業判定部６１は、図６のステップＳ１０２において、転圧作業が押し付け作業であるか土羽打ち作業であるかの判定を行う。作業フロント６の重心速度Ｖｆ、重心加速度Ａｆおよびブームシリンダ保持力Ｆｂｍは、押し付け作業時には図７（Ａ）に示す例のように変化し、土羽打ち作業時には図７（Ｂ）に示す例のように変化する。押し付け作業時中は、作業フロント６の重心加速度Ａｆはほぼゼロである。一方、土羽打ち作業では、バケット６Ｃを地面３０に打ち付けるため、作業フロント６の重心速度Ｖｆが急激に変化し、大きな加速度が発生する。また、土羽打ち作業においては、ブーム６Ａの回動が行われるため、ブーム６Ａの速度Ｖｂｍおよび加速度Ａｂｍは、作業フロント６の重心速度Ｖｆおよび重心加速度Ａｆと同様に変化する。そこで、本実施例では、ブーム加速度Ａｂｍに閾値Ａｌを設け、ブーム加速度Ａｂｍが閾値Ａｌを下回る場合には、押し付け作業と判定し、ブーム加速度Ａｂｍが閾値Ａｌを上回る場合には土羽打ち作業と判定する。
・締固め寄与度算出部
締固め寄与度算出部６２は、転圧作業判定部６１において、転圧作業中と判定された場合に、転圧作業判定部６１の判定結果と姿勢検出装置７０および負荷検出装置２０の検出結果に基づいて、転圧作業による締固め寄与度を算出する。

本実施例では、転圧作業が押し付け作業である場合には、バケット６Ｃから地面３０に加えられる力の大きさを締固め寄与度とし、転圧作業が土羽打ち作業である場合には、地面３０に加えられる衝撃力（力積）による運動量を締固め寄与度とする。

転圧作業判定部６１において押し付け作業と判定された場合には、式（１）のモーメントの釣り合いに基づいて、バケット６Ｃから地面３０に加えられる力の大きさＦｐを締固め寄与度として算出する。Ｆｐは、式（１）、（２）より、以下のように算出される。

ここで、Ａｂ、Ａｒは記憶部６０Ｂに保持される車体固有情報３３０に含まれる値であり、Ｐｂ、Ｐｒは負荷検出装置２０で検出される値である。Ｍｆ、Ｌｆ、Ｌｂｍ、Ｌｐは姿勢検出装置７１の検出結果および記憶部６０Ｂに保持される車体固有情報３３０を用いて算出される。

転圧作業判定部６１において土羽打ち作業と判定された場合には、作業フロント６の質量Ｍｆおよび作業フロント６の重心の動作速度Ｖｆを用いて、地面３０に加えられる衝撃力による運動量を算出する。衝撃力による運動量Ｐｐは、地面３０への接触前の速度Ｖｆ０を用いて以下のように算出される。

・締固め位置算出部
締固め位置算出部６３は、車体位置検出装置５０と姿勢検出装置７０の検出結果に基づいて、ショベル１の転圧作業における締固め位置を算出する。締固め位置の算出方法は種々の方法が考えられるが、以下では、上述のように、バケット接地面６Ｃ’に対応するグリッドを算出し、締固めエリア１５０（図８に示す）として出力する場合を例にとって説明する。

締固め位置算出部６３では、まず、車体位置検出装置５０から出力されるショベル１の位置情報と、姿勢検出装置７０から出力される作業フロント６の姿勢情報と、記憶部６０Ｂに保持される車体固有情報３３０を用いてリンク演算を行い、バケット接地面６Ｃ’の端点Ｐ６ａ、Ｐ６ｂ、Ｐ６ｃ、Ｐ６ｄの座標を算出する。記憶部６０Ｂに保持されたグリッド情報３１０と端点Ｐ６ａ、Ｐ６ｂ、Ｐ６ｃ、Ｐ６ｄの座標の算出結果に基づいて、端点Ｐ６ａ、Ｐ６ｂ、Ｐ６ｃ、Ｐ６ｄを有する四角形６Ｃ’に含まれるグリッドを抽出し、締固めエリア１５０として出力する。各グリッドが四角形６Ｃ’に含まれるか否かの判定は、例えば、図８に示すように、グリッド１０１の中心座標が四角形６Ｃ’内であるか否かによって判定すればよい。具体的には、グリッド１０１の中心座標が四角形６Ｃ’内である場合に、当該グリッドを締固めエリア１５０を形成するグリッドと判定する。全てのグリッド１０１について、四角形６Ｃ’内であるかの判定を行い、抽出されたグリッドのリストを締固めエリア１５０として出力する。
・締固め進捗度判定部
締固め進捗度判定部６４は、締固め寄与度算出部６２の算出結果と締固め位置算出部６３の算出結果と記憶部６０Ｂに保持される締固め目標情報３２０とに基づいて、累積締固め寄与度情報３５０を更新するとともに、締固め進捗度を判定し、締固め進捗情報３６０を更新する。

より具体的には、締固め進捗度判定部６４は、締固めエリア１５０に含まれるグリッドについて、累積締固め寄与度情報３５０と締固め進捗情報３６０を更新し、締固め進捗情報３６０を更新する。上述のように、累積締固め寄与度情報３５０は、各グリッド１０１におけるこれまでの転圧作業による累積の締固め寄与度を表す情報であり、記憶部６０Ｂに保持される。締固め進捗度判定部６４では、締固めエリア１５０に含まれるグリッドそれぞれについて、記憶部６０Ｂから累積締固め寄与度情報３５０を読み出し、累積締固め寄与度情報３５０における当該グリッドの累積締固め寄与度に締固め寄与度算出部６２の出力する締固め寄与度を追加する。続いて、締固め目標情報３２０を参照し、更新された累積累積締固め寄与度情報に対応する締固め進捗度を導出し、これを当該グリッドの締固め進捗度として締固め進捗情報３６０に格納する。締固め進捗度としては、例えば、所望の累積締固め寄与度に対する進捗をパーセンテージで表したものが格納される。締固め進捗度判定部６４は、上記の処理を締固めエリア１５０に含まれる全てのグリッドについて行い、更新された累積締固め寄与度情報３５０と締固め進捗情報３６０を記憶部６０Ｂに保存し、締固め進捗情報３６０を出力生成部６５に出力する。
・出力生成部
出力生成部６５は、締固め進捗度判定部６４の判定結果に基づいて出力情報を生成する。締固め進捗度判定部６４の出力する締固め進捗情報３６０の出力方法および利用方法は種々考えられるが、本実施例では、締固め進捗情報３６０を表示装置８１を用いてオペレータに通知する場合を例にとって説明する。

出力生成部６５は、締固め進捗度判定部６４から出力される締固め進捗情報３６０を用いて表示装置８１への表示指令を生成する。表示装置８１に対しては、図９の表示例に示すように、例えば、ショベル１の上面図とショベル１周囲のグリッド１０１を表示し、締固め進捗度判定部６４の出力する締固め進捗情報３６０に応じて、色やパターンでグリッドを塗りつぶして表示することにより、ショベル１周囲の締固め仕上がり状態を表示するように表示指令を行う。

以上のように、本実施例では、車体本体３と、車体本体３に対して回動可能に取り付けられた作業機６と、作業機６を駆動するアクチュエータ１１Ａと、車体本体３の位置を検出する車体位置検出装置５０と、作業機６の姿勢を検出する姿勢検出装置７０と、アクチュエータ１１Ａの負荷を検出する負荷検出装置２０と、演算機能を有するコントローラ６０と、コントローラ６０の演算結果を出力する通知装置８０とを備えたショベル１において、コントローラ６０は、姿勢検出装置７０で検出した作業機６の姿勢と負荷検出装置２０で検出した作業機６の負荷とに基づいて、作業機械１が作業機６を地面に接触させて地面３０を締め固める作業である転圧作業を行っているか否かを判定し、前記転圧作業の実行中に、車体位置検出装置５０および姿勢検出装置７０の出力に基づいて、作業機６が地面３０に接触する位置である締固め位置を算出するとともに、負荷検出装置２０の出力に基づいて、作業機６が地面３０の締固めに寄与する度合いである締固め寄与度を算出し、前記締固め位置における前記締固め寄与度の累積である累積締固め寄与度を算出し、前記累積締固め寄与度に基づいて、前記締固め位置における締固め進捗度を判定し、通知装置８０に出力する。

また、通知装置８０は、前記作業機械の運転室に設けられた表示装置８１であり、表示装置８１は、ショベル１の位置と締固め位置ごとの締固め進捗度とを表示する。

また、コントローラ６０は、累積締固め寄与度と締固め進捗度との相関を表す締固め目標情報３２０を記憶しており、締固め目標情報３２０から累積締固め寄与度に対応する締固め進捗度を導出する。

本実施例によれば、ショベル１を用いて転圧作業を行う際に、ショベル１に搭載したセンサからの情報に基づいて、締固め状態を判定することができる。また、締固め状態を表示装置８１を介してショベル１のオペレータに通知することにより、オペレータは締固めの仕上がり状態を認識して作業を行うことができ、締固めのむらや過不足を防止することができる。その結果、ショベル１を用いた施工の管理において、締固め状態を把握することができ、施工状況、進捗をより正確に管理することが可能となる。

以下では、第１の実施例の変形例について説明する。
＜転圧作業判定部の変形例＞
上記の実施例では、転圧作業判定部６１において、転圧作業が行われているかの判定をブームシリンダ１１Ａの保持力に基づいて行う例を示したが、転圧作業の判定は、他の方法で行っても良い。他の方法としては、例えば、圧力センサ２０Ａ、２０Ｂの出力値であるブームボトム圧Ｐｂとブームロット圧Ｐｒを比較し、ブームボトム圧Ｐｂがブームロッド圧Ｐｒよりも低い場合に、転圧作業と判定する方法があげられる。このような方法で行うことにより、転圧作業の判定をより簡易に実施することが可能となる。また、その他の例としては、バケット６Ｃの押し付け力Ｆｐを算出し、押し付け力が所定値Ｆ１を超えた場合に転圧作業と判定する方法があげられる。押し付け力を判定に用いることにより、より小さな力で転圧を行う場合についても漏れなく転圧作業と判定することができる。

また、操作レバー５の操作量を検出するレバー操作量検出装置を設け、転圧作業の判定および転圧作業の種類の判定に、レバー操作情報を用いても良い。レバー操作情報を用いることにより、ブームシリンダ保持圧の変化や作業フロント重心加速度の変化が、オペレータの操作によるものなのか否かを判定することができ、より正確に作業を判定することが可能となる。
＜負荷検出装置の変形例＞
上記の実施例では、負荷検出装置２０としてブームシリンダ１１Ａに圧力センサ２０Ａ、２０Ｂを設ける例を示したが、負荷検出装置２０は、ショベル１のバケット６Ｃ用いて転圧作業を行う際に、バケット６Ｃから地面３０に加えられる力を検出するものであればよい。例えば、圧力センサ２０Ａ、２０Ｂの代わりに、アーム６Ｂとバケット６Ｃとの連結部にピン力センサを設けても良い。
＜締固め位置算出部の変形例＞
上記の実施例では、締固め位置算出部６３において、転圧作業時には常にバケット接地面６Ｃ’が地面３０に接触すると仮定し、バケット接地面６Ｃ’に接触するグリッドを締固めエリア１５０として算出する例を示した。転圧作業で締固めを行う地面３０の形状等によっては、バケット接地面６Ｃ’の一部のみ接地させる、あるいは、バケット接地面６Ｃ’以外の箇所を接地させる可能性が考えられる。目標形状を示す目標面情報や現在の地形を表す現況地形情報と、バケット６Ｃの姿勢情報に基づいて、バケット６Ｃと地面３０との接地箇所を算出し、接地箇所に該当するグリッドを締固めエリア１５０として算出するように構成しても良い。
＜締固め進捗度判定方法の変形例＞
上記の実施例では、締固めの仕上がり状態の判定方法として、地面３０に作用する力（締固め力）の種別、締固め力の大きさ、作用時間等と締固めの仕上がり状態の相関を表す締固め目標情報３２０を用いる例を示した。より簡易に締固めの仕上がりを判定する方法としては、例えば、地面３０に加えられた力の大きさおよび回数と締固めの仕上がり状態の相関を用いて判定する方法が考えられる。この方法を採用する場合の締固め目標情報３２０、累積締固め寄与度情報３５０、締固め進捗情報３６０の一例を図１０に示す。図１０において、累積締固め寄与度情報３５０は、各グリッドに加えられた締固め寄与度のリストを含んでいる。締固め目標情報３２０は、締固め回数および締固め寄与度範囲のリストに対する締固め進捗度を含んでいる。締固め進捗情報３６０は、各グリッドの締固め進捗度を含んでいる。図１０に示すように、あるグリッドの締固め寄与度リストが与えられると、締固め目標情報３２０の該当レコードが参照され、当該グリッドの締固め進捗度が導出される。図６は、締固め進捗度判定部６４で行われる処理の流れを示すフローチャートである。

図１１において、締固め進捗度判定部６４は、まず、締固めエリア１５０の１番目のグリッドを選択する（ステップＳ２０１）。累積締固め寄与度情報３５０から当該グリッドの締固め寄与度リストを読み出し（ステップＳ２０２）、締固め寄与度リストに締固め寄与度を追加する（ステップＳ２０３）。締固め寄与度リストに対応する締固め目標情報３２０のレコードを検索する（ステップＳ２０４）。締固め進捗情報３６０における当該グリッドの進捗度を検索レコードの進捗度で更新する（ステップＳ２０５）。当該グリッドが締固めエリア１５０の最終グリッドであるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。当該グリッドが最終グリッドである（ＹＥＳ）と判定された場合は、処理を終了する。当該グリッドが最終グリッドでない（ＮＯ）と判定された場合は、締固めエリア１５０の次のグリッドを選択し（ステップＳ２０７）、ステップＳ２０２に戻る。

また、締固め寄与度算出部６２は、締固め寄与度として締固め力を算出するように構成する。具体的には、転圧作業が押し付け作業である場合には、上記の実施形態と同様に式（３）を用いて、バケット６Ｃから地面３０に加えられる力Ｆｐを算出し、締固め力として出力する。転圧作業が土羽打ち作業である場合には、作業フロント６の質量Ｍｆおよび作業フロント６の重心加速度の最大値Ａｆｍａｘを用いて、地面３０に加えられる衝撃力の最大値Ｆｍａｘを算出し、締固め力として出力する。作業フロント６の重心加速度の最大値Ａｆｍａｘは、姿勢検出装置７０の検出結果から算出されるものであり、衝撃力の最大値Ｆｍａｘは以下のように算出される。

締固め進捗度判定部６４は、締固め位置算出部６３の出力する締固めエリア１５０の各グリッドについて、累積締固め寄与度情報３５０における累積締固め寄与度に締固め寄与度算出部６２の出力する締固め寄与度を追加する。また、累積締固め寄与度情報３５０および締固め目標情報３２０を基に、各グリッドの締固め進捗度を判定し、締固め進捗情報３６０を更新する。

締固め進捗度の判定をさらに簡易に行う方法としては、例えば、地面３０の受けた力積と締固め進捗度の相関を用いて判定する方法があげられる。力積を用いることによって、押し付け作業と土羽打ち作業とを同じ指標を用いて判定することが可能となる。この方法を採用する場合には、累積締固め寄与度情報３５０には、累積締固め寄与度として各グリッドに加えられた力積の積算値が格納される。締固め目標情報３２０は、力積と締固め進捗度との相関を表し、例えば、グリッドごとの力積の目標値を含んでいる。

また、締固め寄与度算出部６２は、締固め寄与度として力積を算出するように構成する。具体的には、転圧作業が押し付け作業である場合には、式（３）を用いて算出される締固め力Ｆｐに演算周期ΔＴを乗じたものを力積Ｐｐとして出力する。転圧作業が土羽打ち作業である場合には、上記の実施例と同様に、式（４）を用いて運動量Ｐｐを算出し、力積として出力する。

締固め進捗度判定部６４は、締固め位置算出部６３の出力する締固めエリア１５０の各グリッドについて、累積締固め寄与度情報３５０に保持される力積積算値（累積締固め寄与度）に締固め寄与度算出部６２の出力する力積Ｐｐを加算する。また、累積締固め寄与度情報３５０に保持される累積締固め寄与度と締固め目標情報３２０に保持される力積目標値と比較することによって、各グリッドの締固め進捗度を判定し、締固め進捗情報３６０を更新する。このように構成することによって、締固め進捗度の判定精度は低下するものの、締固め目標情報３２０をより簡易に構築することが可能となる。
＜マシンガイダンス機能搭載機＞
上記の実施例は、マシンガイダンス機能を搭載したショベル１にも適用可能である。マシンガイダンス機能は、目標形状を示す目標面情報とバケット６Ｃの画像を表示装置８１に表示し、その位置関係を明示することにより、ショベル１を用いて所定の目標形状を形成する作業を支援するものである。一般的なマシンガイダンス機能による表示装置８１の表示例を図１２（Ａ）に示した。一般的なマシンガイダンス機能では、目標面３５とバケット６Ｃの位置関係を算出し、表示することにより、掘削作業時に、目標面３５の下方へバケット６Ｃを侵入することを防止する。本発明を適用することにより、転圧作業においてもマシンガイダンス機能を活用することが可能となる。具体的には、表示装置８１にマシンガイダンスの表示を行う際に、図１２（Ｂ）に示すように、目標面３５、バケット６Ｃの現在位置に加え、各グリッドの締固め進捗度を表示する。このような表示を行うことにより、オペレータは、目標面３５との位置関係と締固めの仕上がり状態とを同時に認識することができ、目標とする締固めの仕上がり状態で目標形状を形成することが容易となる。

本発明の第２の実施例に係るショベル１について、第１の実施例との相違点を中心に説明する。図１３に本実施例に係るコントローラ６０の機能ブロック図を示す。

本実施例では、累積締固め寄与度情報３５０および締固め進捗情報３６０を作業現場管理に用いる。本実施例に係るショベル１は、第１の実施例の表示装置８１の変わりに、通信装置８５を備える。また、ショベル１は、通信装置８５を介してショベル外に設けられる現場管理システム２００と情報の授受を行う。
＜通信装置＞
通信装置８５は、ショベル１外に設けられる現場管理システム２００との通信を行うための装置であり、作業現場内無線ネットワークや携帯電話網等の無線通信を介して現場管理システム２００からの情報の受信及びショベル１で取得した情報の送信を行う。
＜現場管理システム＞
現場管理システム２００は、作業現場内の情報に基づいて、現場の管理や施工の管理を行うシステムであり、例えば、作業現場内の管理事務所等のショベル外に設けられる。現場管理システム２００は、単一の現場管理サーバとして構成される場合やクラウド上に構成されるシステムとクラウドに接続するコンピュータ等の組合せで構成される場合がある。現場管理システム２００は、施工目標や作業工程等の情報を保管し、また、作業現場内の情報を収集することによって、ショベル１を含む現場内の複数の作業機械および作業員の位置や作業状況、現場内の作業環境、地形情報、作業の進捗等を管理する。
＜コントローラ＞
本実施例では、コントローラ６０は第１の実施例と同様の構成（図４に示す）を有するが、演算部６０Ａの出力生成部６５は、表示装置８１への出力情報に代えて現場管理システム２００に送信する情報を生成し、通信装置８５へ出力する。以下では、本実施例における出力生成部６５の詳細を説明する。
・出力生成部
本実施例の出力生成部６５は、締固め進捗度判定部６４から出力される締固め進捗情報３６０に基づいて現場管理システム２００に送信する情報を生成し、通信装置８５へ出力する。現場管理システム２００に送信する情報は、締固め進捗情報３６０そのものであっても良いし、締固め進捗情報３６０のうち前回の送信から更新があったグリッドに関する情報のみであっても良い。現場管理システム２００との通信周期は、一般に、演算部６０Ａの演算周期よりも長い周期に設定される。出力生成部６５における車体情報の生成および出力は、あらかじめ設定された通信周期ごとに行っても良いし、ショベル１の周囲の締固め進捗情報３６０が予め定められた条件を満たした場合にのみ行っても良い。予め定められた条件としては、例えば、締固め進捗情報３６０において進捗度が所定値を上回るグリッドが所定の割合を超えた場合や、前回の出力結果からの締固め進捗情報３６０の変化度合いが所定以上である場合などが考えられる。このように条件を定めることにより、適切なタイミングにおいてのみ通信を行うことができ、通信量を削減することが可能となる。

以上のように、本実施例では、通知装置８０は、ショベル１の外部に設けられた現場管理システムと通信を行う通信装置８５であり、コントローラ６０は、現場管理向け情報として締固め進捗度を含む車体情報を生成し、通信装置８５に出力し、通信装置８５は、コントローラ６０から出力された車体情報を現場管理システムへ送信する。

本実施例によれば、現場管理システム２００において転圧作業の状況を把握し、管理することができ、転圧作業の品質管理が容易となる。また、より正確に作業の進捗を把握し、管理することが可能となる。

本発明の第３の実施例に係るショベル１について、第２の実施例との相違点を中心に説明する。図１４に本実施例に係るコントローラ６０の機能ブロック図を示す。

第２の実施例では、ショベル１から現場管理システム２００に締固め進捗情報３６０を送信する例を示したが、本実施例に係るショベル１は、現場管理システム２００に情報を送信するだけでなく、現場管理システム２００から他の作業機械の行った転圧作業による累積締固め寄与度情報３５０を受け取るように構成しても良い。このような構成においては、ショベル１は、締固め進捗情報３６０に加えて、累積締固め寄与度情報３５０を現場管理システム２００に送信する。

現場管理システム２００は、ショベル１を含む複数の作業機械から累積締固め寄与度情報３５０を受信し、これを統合し、統合版累積締固め寄与度情報３５１を生成する。また、統合版累積締固め寄与度情報３５１に基づいて、締固め進捗度判定部６４と同様の処理を行い、統合版締固め進捗情報３６１を生成する。さらに、現場管理システム２００は、統合版累積締固め寄与度情報３５１および統合版締固め進捗情報３６１をショベル１を含む作業現場内の複数の作業機械に送信する。

ショベル１のコントローラ６０は、図１４に示すように、第２の実施例の構成（図１３に示す）に加え、締固め進捗情報更新部６６を備える。締固め進捗情報更新部６６は、各グリッドについて記憶部６０Ｂに保持された締固め進捗情報３６０と現場管理システム２００から受信した統合版締固め進捗情報３６１とを比較し、累積締固め寄与度情報３５０と締固め進捗情報３６０の更新を行う。他の作業機械によって転圧作業がなされている場合には現場管理システム２００から受信した統合版締固め進捗情報３６１は、記憶部６０Ｂに保持された締固め進捗情報３６０よりも締固めが進行した状態を示す。したがって、締固め進捗情報更新部６６では、各グリッドについて、締固め進捗情報３６０と統合版締固め進捗情報３６１を比較し、統合版締固め進捗情報３６１の方が締固めが進行している場合には、累積締固め寄与度情報３５０における該当グリッドの累積寄与度を統合版累積締固め寄与度情報３５１における該当グリッドの累積寄与度に置き換え、締固め進捗情報３６０における該当グリッドの進捗度を統合版締固め進捗情報３６１における該当グリッドの進捗度に置き換える。記憶部６０Ｂには、締固め進捗情報更新部６６で更新された累積締固め寄与度情報３５０および締固め進捗情報３６０が保持されるため、締固め進捗情報更新部６６は、第２の実施例と同様の処理を行えばよい。

以上のように、本実施例では、通信装置８５は、累積締固め寄与度情報３５０および締固め進捗情報３６０を現場管理システム２００へ送信するとともに、現場管理システム２００から他の作業機械の転圧作業による統合版累積締固め寄与度情報３５１および統合版締固め進捗情報３６１を受信し、コントローラ６０は、統合版累積締固め寄与度情報３５１および統合版締固め進捗情報３６１を用いて、累積締固め寄与度情報３５０および締固め進捗情報３６０を更新する。

本実施例によれば、ショベル１は他の作業機械の行った転圧作業の状況を考慮した判定を行うことができ、より正確に転圧作業の状況を把握することが可能となる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、上記した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。例えば、上記した実施例は、本発明を分かり易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。さらに、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。

１…ショベル（作業機械）、２…走行体、３…旋回体（車体本体）、４…運転室、５…操作レバー、６…作業フロント（作業機）、６Ａ…ブーム、６Ｂ…アーム、６Ｃ…バケット、６Ｃ’…バケット接地面、９…運転制御装置、１１Ａ…ブームシリンダ（アクチュエータ）、１１Ｂ…アームシリンダ（アクチュエータ）、１１Ｃ…バケットシリンダ（アクチュエータ）、２０…負荷検出装置、２０Ａ，２０Ｂ…圧力センサ、３０…地面、３５…目標面、５０…車体位置検出装置、６０…コントローラ、６０Ａ…演算部、６０Ｂ…記憶部、６１…転圧作業判定部、６２…締固め寄与度算出部、６３…締固め位置算出部、６４…締固め進捗度判定部、６５…出力生成部、６６…締固め進捗情報更新部、７０…姿勢検出装置、７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ…姿勢センサ、８１…表示装置（通知装置）、８５…通信装置（通知装置）、１０１…グリッド、１５０…締固めエリア、２００…現場管理システム、３１０…グリッド情報、３２０…締固め目標情報、３３０…車体固有情報、３５０…累積締固め寄与度情報、３５１…統合版累積締固め寄与度情報、３６０…締固め進捗情報、３６１…統合版締固め進捗情報。

Claims (6)

1. 車体本体と、
   前記車体本体に対して回動可能に取り付けられた作業機と、
   前記作業機を駆動するアクチュエータと、
   前記車体本体の位置を検出する車体位置検出装置と、
   前記作業機の姿勢を検出する姿勢検出装置と、
   前記アクチュエータの負荷を検出する負荷検出装置と、
   演算機能を有するコントローラと、
   前記コントローラの演算結果を出力する通知装置とを備えた作業機械において、
   前記コントローラは、前記姿勢検出装置で検出した前記作業機の姿勢と前記負荷検出装置で検出した前記作業機の負荷とに基づいて、前記作業機械が前記作業機を地面に接触させて地面を締め固める作業である転圧作業を行っているか否かを判定し、
   前記転圧作業の実行中に、前記車体位置検出装置および前記姿勢検出装置の出力に基づいて、前記作業機が地面に接触する位置である締固め位置を算出するとともに、前記負荷検出装置の出力に基づいて、前記作業機が地面の締固めに寄与する度合いである締固め寄与度を算出し、
   前記締固め位置における前記締固め寄与度の累積である累積締固め寄与度を算出し、
   前記累積締固め寄与度に基づいて、前記締固め位置における締固め進捗度を判定し、前記通知装置に出力する
   ことを特徴とする作業機械。
2. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記通知装置は、前記作業機械の運転室に設けられた表示装置であり、
   前記表示装置は、前記作業機械の位置と前記締固め位置ごとの前記締固め進捗度とを表示する
   ことを特徴とする作業機械。
3. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記コントローラは、前記累積締固め寄与度と前記締固め進捗度との相関を表す締固め目標情報を記憶しており、前記締固め目標情報から前記累積締固め寄与度に対応する前記締固め進捗度を導出する
   ことを特徴とする作業機械。
4. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記コントローラは、前記姿勢検出装置および前記負荷検出装置の出力に基づいて、前記作業機を介して前記地面に加えられる力の大きさおよび力積の少なくとも一方を前記締固め寄与度として算出する
   ことを特徴とする作業機械。
5. 請求項１に記載の作業機械において、
   前記通知装置は、前記作業機械の外部に設けられた現場管理システムと通信を行う通信装置であり、
   前記コントローラは、現場管理向け情報として前記締固め進捗度を含む車体情報を生成し、前記通信装置に出力し、
   前記通信装置は、前記コントローラから出力された前記車体情報を前記現場管理システムへ送信する
   ことを特徴とする作業機械。
6. 請求項５に記載の作業機械において、
   前記通信装置は、前記累積締固め寄与度情報および前記締固め進捗情報を前記現場管理システムへ送信するとともに、前記現場管理システムから他の作業機械の転圧作業による統合版累積締固め寄与度情報および統合版締固め進捗情報を受信し、
   前記コントローラは、前記統合版累積締固め寄与度情報および前記統合版締固め進捗情報を用いて、前記累積締固め寄与度情報および前記締固め進捗情報を更新する
   ことを特徴とする作業機械。

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