JP2021050551A - 作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】運搬機械から取り出した荷重の計測のための余分な動作を要さずに、積込み作業と取り出し作業を容易に区別し、積込量を正確に計測できる作業機械の提供。【解決手段】油圧ショベルに搭載されたコントローラは、バケットが掘削作業を行っていると判定したときには、バケットが運搬作業を行っていると判定したときの姿勢センサの出力値と、記憶装置内に記憶された表面形状とに基づいて、バケットと表面形状との相対高さである掘削高さを演算し、掘削高さが第１閾値Ｈ１以下の場合には、演算した運搬対象物の荷重を積込量に加算し、掘削高さが第１閾値Ｈ１を超過する場合には、演算した運搬対象物の荷重を積込量から減算する。【選択図】 図５

Description

本発明は、特に運搬作業中に運搬対象物の荷重を計測する作業機械に関する。

土木施工現場や、リサイクル資源処理現場、鉱山現場等では、油圧ショベルに代表される作業機械を用いて、運搬対象物（作業対象物や荷とも称する）をダンプトラックに代表される運搬機械へ積込む作業が行われている。このような作業において、管理者は出来高の管理や鉱物の生産量の管理を行うために、作業機械が運搬機械へ積込んだ運搬対象物の荷重の積算値（積込量）を計測する必要がある。運搬機械への積込量を計測する方法として、作業機械の作業装置で運搬した運搬対象物の荷重を作業機械側で計測しながら運搬機械へ積み込み、計測した荷重を積算することによって運搬機械に積載した積込量を演算する方法が知られている。

ところで、オペレータの経験不足等によって運搬機械に荷を積載する際に目標積載量（目標積込量）より過剰に積載してしまうことがある。その場合は、運搬機械から荷を取り出して作業現場に戻すこととなる。積込量を正しく計測し生産量を管理するためには、積込み作業と取出し作業とを区別し、取り出し作業で運搬機械から取り出した荷重を積込量から減算する必要がある。

積込量を計測する方法として特許文献１には、ダンプトラックの荷台の位置を基準とした放出範囲（放土範囲）をバケットの作業可能範囲に設定し、油圧ショベルが旋回してバケットが放出範囲に入る荷重と放出範囲から出る荷重の差分を積算して積込量を演算する作業量モニタ装置が開示されている。放出範囲から出る荷重が放出範囲に入る荷重より大きい場合には、２つの荷重の差分は負の値となり、その負の値を積算すると積込量が取り出した荷重の分だけ低減されることとなる。

特開２００２−２８５５８９号公報

特許文献１の作業量モニタ装置では、ダンプトラックから取り出した荷重を積込量から減算することは可能であるが、その取り出した荷重を計測するためには、旋回してバケットを放出範囲の枠外に一旦出す必要があり、取り出した荷重の演算に時間を要してしまう。

本発明では、運搬機械から取り出した荷重の計測のための余分な動作を要さずに、積込み作業と取り出し作業を容易に区別し、積込量を正確に計測できる作業機械の提供を目的とする。

本願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、複数の関節と先端に作業具を有する作業装置と、前記作業装置に作用する負荷を検出する負荷センサと、前記作業装置の姿勢を検出する姿勢センサと、前記負荷センサと前記姿勢センサとの出力値に基づき前記作業装置により行われている作業を判定し、前記作業装置による運搬作業が行われていることを判定した場合には、前記負荷センサと前記姿勢センサとの出力値に基づき前記作業装置により運搬されている運搬対象物の荷重を演算し、前記作業装置による運搬作業が終了したことを判定した場合には、演算した前記運搬対象物の荷重を積算して運搬機械への積込量を演算するコントローラと、前記コントローラで演算された前記運搬対象物の荷重と、前記コントローラで演算された前記運搬機械への積込量とを出力する出力装置と、備えた作業機械において、
前記コントローラは、前記作業装置により掘削作業が行われていると判定した場合には、前記作業装置による運搬作業が行われていることを判定した場合の前記姿勢センサの出力値と、記憶装置内に記憶された前記運搬対象物の表面形状とに基づいて、前記作業装置と前記表面形状との相対高さである掘削高さを演算し、前記掘削高さが所定の第１閾値Ｈ１以下の場合には、演算した前記運搬対象物の荷重を前記積込量に加算し、前記掘削高さが前記第１閾値Ｈ１を超過する場合には、演算した前記運搬対象物の荷重を前記積込量から減算することを特徴とする。

本発明によれば、運搬機械から取り出した荷重の計測のための余分な動作を要さずに、積込み作業と取り出し作業を容易に区別でき、積込量を正確に計測できる。

作業機械に係る作業現場の全体構成を示す概略図である。 第１実施形態に係る油圧ショベルの側面図である。 第１実施形態に係る油圧ショベルの油圧回路の概略図である。 第１実施形態に係る荷重計測システムの概略構成図である。 第１実施形態に係るコントローラが行う処理のフローチャートである。 最新の現況表面形状データをサーバ６に格納する方法の一例の説明図である。 現況表面形状取得方法の一例を示す図である 作業判定部の掘削作業の判定方法を示すグラフである。 掘削高さを表す概略図である。 上部旋回体の方位角の演算方法を示す投影図である。 掘削高さの演算方法を示す概略図である。 バケット先端の位置座標の演算方法を示す概略図である。 荷重の演算方法を示す側面図である。 作業判定部の運搬作業終了の判定方法を示す側面図である。 取り出し量の減算の必要性を表す概略図である。 出力装置であるモニタの表示画面の一例を示す図である。 作業機械が作業を行う作業現場の表面形状を生成する方法の一例である。 第２実施形態に係る荷重計測システムの概略構成図である。 第２実施形態に係るコントローラが行う処理のフローチャートである。 出力装置であるモニタの表示画面の一例を示す図である。 管理者用コンピュータのモニタの表示画面の一例を示す図である。 第３実施形態に係る荷重計測システムの概略構成図である。 第３実施形態に係るコントローラが行う処理のフローチャートである。 現況表面形状データ操作部の現況表面形状更新時期を示す概略図である。 第１閾値Ｈ１の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。以下では、作業機械の荷重計測システムを構成する積込機械として油圧ショベルを、運搬機械としてダンプトラックを利用する場合について説明する。

本発明が対象とする作業機械（積込機械）は、アタッチメント（作業具）としてバケットを有する油圧ショベルに限られず、グラップルやリフティングマグネット等、運搬対象物の保持・解放が可能なものを有する油圧ショベルも含まれる。また、油圧ショベルのような旋回機能の無い作業装置を備えるホイールローダ等にも本発明は適用可能である。

（第１実施形態）
以下、本実施形態に係る作業機械（油圧ショベル１）の構成の一例について図１乃至図４を用いて説明する。

図１は本発明を適用した油圧ショベルに係る作業現場の全体構成を示す概略図である。作業現場は、掘削対象３を掘削する作業を行う油圧ショベル（作業機械）１と、運搬路面５を走行して油圧ショベル１により掘削された掘削物４を運搬するダンプトラック（運搬機械）２と、作業現場の事務所などに設置され油圧ショベル１と通信を行うサーバ（コンピュータ）６と、油圧ショベル１の位置座標演算（測位演算）に必要な情報を出力する複数の測位衛星（ＧＮＳＳ衛星）７と、油圧ショベル１の位置座標演算に必要な情報（補正情報）を出力する位置座標が既知の基地局８とによって構成されている。また、油圧ショベル１の上部には、油圧ショベル１以外の機械や基地局８と情報を送受信するための通信アンテナ３３と、油圧ショベル１の位置座標演算に必要な衛星信号を測位衛星７から受信するための２つのＧＮＳＳアンテナ３４（３４ａ、３４ｂ）とを備えている。

一般に油圧ショベル１は、（１）作業対象３を掘削してバケット１５内部に掘削物４を積載する「掘削作業」と、（２）掘削作業の後に上部旋回体１１を旋回して走行面５上のダンプトラック２の荷台上までバケット１５を移動する「運搬作業」と、（３）運搬作業の後にバケット１５をダンプ操作してバケット１５内の掘削物４をダンプトラック２の荷台（ベッセル）に放出する「放出作業」（積込作業ともいう）と、（４）作業対象３の位置へバケット１５を再び移動する「リーチング作業」とからなる４つの作業を繰返し実施し、目標積込量を満たすまでダンプトラック２の荷台へ掘削物（荷）４を積込む。一般に油圧ショベル１に搭載されたコントローラは、バケット１５で掘削した掘削物４の荷重を運搬作業中に計測し、次の放出作業でダンプトラック２へ荷を積込み、計測した荷重を積算することによってダンプトラック２に積載した積込量を演算する。

ここで、ダンプトラック２に荷を積載する際に、オペレータの経験不足等によって目標積載量より過剰に積載してしまうことがあり、積載量を調整するためにダンプトラック２から荷を取り出し、掘削した場所へ荷を戻す「取り出し作業」が行われることがある。

図２は本発明の実施形態に係る油圧ショベル１の構成例を示す側面図である。油圧ショベル１は、下部走行体１０と、下部走行体１０の上方に左右方向に旋回可能に設けられた上部旋回体１１と、複数の関節を有し先端にバケット（作業具）を有するフロント作業装置（作業装置）１２と、上部旋回体１１を回動する旋回モータ１９と、オペレータが乗り込みショベルを操作する操作室２０と、操作室２０内に設けられた操作レバー２２と、油圧ショベル１の動作を制御するコントローラ２１によって構成されている。

フロント作業装置１２は、上部旋回体１１に回動可能に設けられたブーム１３と、ブーム先端に回動可能に設けられたアーム１４と、アーム先端に回動可能に設けられたバケット１５と、ブーム１３を駆動するブームシリンダ１６と、アーム１４を駆動するアームシリンダ１７と、バケット１５を駆動するバケットシリンダ１８とを備えている。

ブーム１３、アーム１４、バケット１５の回動軸にはそれぞれブーム角度センサ２４、アーム角度センサ２５、バケット角度センサ２６が取り付けられており、これらの角度センサ２４、２５、２６によりブーム１３、アーム１４、バケット１５それぞれの回動角度を取得できる。上部旋回体１１には、上部旋回体１１の旋回角速度が取得できる旋回ジャイロスコープ２７と、上部旋回体１１の前後左右方向の傾斜角度が取得できる傾斜センサ２８とが取り付けられている。これら複数のセンサ２４、２５、２６、２７、２８はフロント作業装置１２の姿勢を検出する姿勢センサとして機能する。

ブームシリンダ１６には、ブームボトム圧センサ２９と、ブームロッド圧センサ３０とが取り付けられており、アームシリンダ１７には、アームボトム圧センサ３１と、アームロッド圧センサ３２とが取り付けられている。これら複数のセンサ２９、３０、３１、３２は、各シリンダ１６、１７内部の圧力を取得することで、フロント作業装置１２に作用する負荷を検出する負荷センサとして機能する。圧力センサ２９、３０、３１、３２の検出値からは各シリンダ１６、１７の推力、すなわちフロント作業装置１２に与えられる駆動力を特定する駆動力情報や、各シリンダ１６、１７の負荷を特定する負荷情報を取得できる。なおバケットシリンダ１８のボトム側とロッド側にも同様の圧力センサを設けてバケットシリンダ１８の駆動力情報や負荷情報を取得することで各種制御に利用しても良い。

操作室２０の内部には油圧ショベル１の車体情報をはじめとする各種情報を出力する出力装置としてのモニタ（出力装置）２３が備え付けられている。モニタ２３には、コントローラ２１で演算されたバケット１５内の掘削物（運搬対象物）４の荷重や、コントローラ２１で演算されたダンプトラック２への積込量が表示される。

図３は本実施形態に係る油圧ショベル１の油圧回路の概略図である。ブームシリンダ１６、アームシリンダ１７、バケットシリンダ１８、及び旋回モータ１９は、メインポンプ３９から吐出される作動油によって駆動される。各油圧アクチュエータ１６−１９へ供給される作動油の流量及び流通方向は、操作レバー２２ａ、２２ｂの操作方向及び操作量に応じてコントローラ２１から出力される駆動信号によって動作するコントロールバルブ３５、３６、３７、３８によって制御される。

操作レバー２２ａ、２２ｂは、その操作方向及び操作量に応じた操作信号を生成してコントローラ２１に出力する。コントローラ２１は、操作信号に対応した駆動信号（電気信号）を生成して、これを電磁比例弁であるコントロールバルブ３５−３８に出力することで、コントロールバルブ３５−３８を動作させる。

操作レバー２２ａ、２２ｂの操作方向は油圧アクチュエータ１６−１９の動作方向を規定する。ブームシリンダ１６を制御するコントロールバルブ３５のスプールは、操作レバー２２ａが前方向に操作されると図２中の左側に移動してブームシリンダ１６のボトム側に作動油を供給し、操作レバー２２ａが後方向に操作されると同右側に移動してブームシリンダ１６のロッド側に作動油を供給する。アームシリンダ１７を制御するコントロールバルブ３６のスプールは、操作レバー２２ｂが前方向に操作されると同左側に移動してアームシリンダ１７のボトム側に作動油を供給し、操作レバー２２ｂが後方向に操作されると同右側に移動してアームシリンダ１７のロッド側に作動油を供給する。バケットシリンダ１８を制御するコントロールバルブ３７のスプールは、操作レバー２２ａが左方向に操作されると同左側に移動してバケットシリンダ１８のボトム側に作動油を供給し、操作レバー２２ａが右方向に操作されると同右側に移動してバケットシリンダ１８のロッド側に作動油を供給する。旋回モータ１９を制御するコントロールバルブ３８のスプールは、操作レバー２２ｂが左方向に操作されると同左側に移動して旋回モータ１９に同左側から作動油を供給し、操作レバー２２ｂが右方向に操作されると同右側に移動して旋回モータ１９に同右側から作動油を供給する。

また、コントロールバルブ３５−３８のバルブの開度は、対応する操作レバー２２ａ、２２ｂの操作量に応じて変化する。すなわち、操作レバー２２ａ、２２ｂの操作量は油圧アクチュエータ１６−１９の動作速度を規定する。例えば、操作レバー２２ａ、２２ｂの或る方向の操作量を増加すると、その方向に対応するコントロールバルブ３５−３８のバルブの開度が増加して、油圧アクチュエータ１６−１９に供給される作動油の流量が増加し、これにより油圧アクチュエータ１６−１９の速度が増加する。このように、操作レバー２２ａ、２２ｂで生成される操作信号は、対象の油圧アクチュエータ１６−１９に対する速度指令の側面を有している。そこで本稿では操作レバー２２ａ、２２ｂが生成する操作信号を、油圧アクチュエータ１６−１９（コントロールバルブ３５−３８）に対する速度指令と称することがある。

メインポンプ３９から吐出される作動油の圧力（作動油圧）は、リリーフ圧で作動油タンク４１と連通するリリーフ弁４０によって過大にならないように調整されている。油圧アクチュエータ１６−１９に供給された圧油がコントロールバルブ３５−３８を介して再度作動油タンク４１に戻るように、コントロールバルブ３５−３８の戻り流路は作動油タンク４１と連通している。

（コントローラ２１）
コントローラ２１は、演算処理装置（例えばＣＰＵ）、記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の半導体メモリ）、インタフェース（入出力装置）によって構成されており、記憶装置内に予め保存されているプログラム（ソフトウェア）を演算処理装置で実行し、プログラム内で規定されている設定値とインタフェースから入力された信号等に基づいて演算処理装置が演算処理を行い、インタフェースから信号（演算結果）を出力する。

コントローラ２１は、ブーム角度センサ２４、アーム角度センサ２５、バケット角度センサ２６、旋回角速度センサ２７、傾斜角度センサ２８と、ブームシリンダ１６に取付けられたブームボトム圧センサ２９とブームロッド圧センサ３０と、アームシリンダ１７に取付けられたアームボトム圧センサ３１とアームロッド圧センサ３２の信号が入力されるように構成されており、これらのセンサ信号を基にコントローラ２１はフロント作業装置１２が運搬するバケット一杯分の運搬対象物の荷重値(一杯荷重)と、ダンプトラック２への積込量とを演算し、それらの演算結果をモニタ２３に表示するように構成されている。

図４は本実施形態に係る荷重計測システムの概略構成図であり、コントローラ２１の内部にコントローラ２１の機能ブロック図を示している。コントローラ２１はいくつかのプログラムを組み合わせて実行することで、インタフェースを介してセンサ２４−３２と通信アンテナ３３とＧＮＳＳアンテナ３４の信号を入力し、コントローラ２１内部で運搬対象物の荷重や掘削高さ、積込量の演算を演算処理装置で実行し、モニタ２３に目標積込量と積込量と荷重値を表示するように構成されている。

（コントローラ２１の機能ブロック）
コントローラ２１は、負荷センサ２９−３２と姿勢センサ２４−２８との出力値に基づきバケット１５が行っている作業（フロント作業装置１２により行われている作業）が掘削作業、運搬作業、放出作業、及びリーチング作業のうちいずれの作業であるかを判定する作業判定部５０と、作業判定部５０が運搬作業中であると判定しているときに、負荷センサ２９−３２と姿勢センサ２４−２８との出力値に基づきバケット１５が運搬している運搬対象物の荷重値(一杯荷重)を演算する荷重演算部５１と、油圧ショベル１の周囲に位置する運搬対象物の現況の表面形状データ（現況表面形状データ）を通信アンテナ３３を介して入力してコントローラ２１内の記憶装置内に保持し、その更新時期を管理する現況表面形状データ管理部５２と、作業判定部５０が掘削作業中であると判定したときに、姿勢センサ２４−２８の出力値と現況表面形状データ管理部５２が管理する現況表面形状とに基づいてバケット１５と現況表面形状との相対高さである掘削高さを演算する掘削高さ演算部５３と、掘削高さ演算部５３で演算された掘削高さと予め設定されている取り出し判定高さ閾値Ｈ１（第１閾値Ｈ１）とに基づいて、荷重演算部５１で演算された運搬対象物の荷重値をダンプトラック２への積込量から減算するか否かを判定する減算判定部５４と、作業判定部５０と荷重演算部５１と減算判定部５４の出力に基づいてダンプトラック２への積込量を演算する積込量演算部５５と、荷重演算部５１と減算判定部５４と積込量演算部５５の出力に基づいてモニタ２３に表示する情報を生成する表示制御部５６とによって構成されている。

次に本実施形態の油圧ショベル１が、掘削した運搬対象物の荷重値と掘削高さを演算し、演算した荷重値を積込量から減算するか加算するかを掘削高さによって判定することで、取り出し作業があった場合にも正確に積込量を演算し、演算した荷重値と積込量をオペレータに表示する方法を図５から図１６を用いて説明する。

（コントローラ２１のフローチャート）
図５は、本実施形態に係るコントローラ２１が行う処理のフローチャートである。コントローラ２１に電源が投入された後は、各ステップが予め定められた周期で順番に実行される。

コントローラ２１（現況表面形状データ管理部５２）は、１時間に１回、現況表面形状データを更新するように設定されており、ステップＳ１００では前回の更新時から１時間経過しているか否かを判定し、経過している場合は処理をステップＳ１０１に進め、経過していない場合は処理をステップＳ１０２に進める。なお、現況表面形状データの更新周期（１時間）は任意の値に変更可能である。

ステップＳ１０１では、コントローラ２１（現況表面形状データ管理部５２）は、図７に示すようにサーバ６に対して現況表面形状データの送信を要請し、サーバ６から現況表面形状データを受信してコントローラ２１内の記憶装置に格納する。

図６は最新の現況表面形状データをサーバ６に格納する方法の一例の説明図である。現況表面形状データは運搬対象物の表面形状の３次元データである。例えばカメラ９０と通信装置９１が取り付けられた無人航空機９を作業現場の上空に飛行させ、無人航空機９を移動させながらカメラ９０を用いて多数の写真（画像）を撮影し、通信装置９１を介してサーバ６に写真データを送信する。サーバ６では、ＳｆＭ（Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｒｏｍ Ｍｏｔｉｏｎ）等の手法より、無人航空機９から受信した多数の写真をうち複数枚の写真から特徴点マッチングによって運搬対象物（現況地形）の表面形状を復元する。更に、位置情報が既知の地上参照点（Ｇｒｏｕｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｏｉｎｔ）を参照することによって位置座標情報が含まれた３次元点群データ或いはメッシュデータ生成しサーバ６内に保管する。

ステップＳ１０２では、コントローラ２１（作業判定部５０）は油圧ショベル１が掘削作業を開始したか否かを判定する。図８で示すように作業判定部５０は、センサ２６、３１、３２の出力に基づいて、アームシリンダ１７の推力Ｆａｍｃｙｌと、バケット１５とアーム１４とのなす角であるバケット角度の値に基づき、油圧ショベル１が掘削作業を行っているか否かを判定する。アームシリンダ１７の推力Ｆａｍｃｙｌは、アームボトム圧センサ３１とアームロッド圧センサ３２からの信号から演算されるボトム側とロッド側の圧力をＰ１、Ｐ２とし、ピストンの各々の受圧面積をＡ１、Ａ２とすると、以下の式（１）より求められる。

Ｆａｍｃｙｌ＝Ａ１・Ｐ１―Ａ２・Ｐ２ ・・・式（１）
コントローラ２１（作業判定部５０）はアームシリンダ１７の推力Ｆａｍｃｙｌが予め設定されている閾値ｆ１を超え、かつバケット１５の角速度が負の値（すなわちバケット角度が時間経過とともに減少しているとき）であるときに掘削作業を開始したと判定する。ただし、掘削作業の開始を判定する方法はこの限りでは無く、推力Ｆａｍｃｙｌとバケット角速度の何れか一方に基づいて判定することも可能である。掘削作業が開始したと判定された場合には処理をステップＳ１０３に進め、掘削作業が開始されなかったと判定された場合にはステップＳ１００に戻る。

（掘削高さＨｄｉｇの演算）
ステップＳ１０３では、コントローラ２１（掘削高さ演算部５３）は掘削高さＨｄｉｇを演算する。掘削高さＨｄｉｇは、作業判定部５０が掘削作業を開始したと判定した時のバケット１５の先端と現況表面形状データ管理部５２がステップＳ１０１で取得した現況表面形状との鉛直方向における距離である。図９で示すようにバケット先端６０の位置座標である経度、緯度、高度をそれぞれ（Ｘｅｎｄ、Ｙｅｎｄ、Ｈｅｎｄ）とし、バケット先端６０を通る鉛直方向直線６１と現況表面形状の交点６２の経度、緯度、高度をそれぞれ（Ｘｅｎｄ、Ｙｅｎｄ、Ｈｓｕｒｆａｃｅ）とすると、Ｈｄｉｇは次の式（２）より求められる。

Ｈｄｉｇ＝Ｈｅｎｄ−Ｈｓｕｒｆａｃｅ ・・・式（２）
バケットの先端６０の位置座標（Ｘｅｎｄ、Ｙｅｎｄ、Ｈｅｎｄ）は、２つのＧＮＳＳアンテナ３４で受信した複数の衛星信号から演算される２つのＧＮＳＳアンテナ３４の位置座標と上部旋回体１１の方位角αと、姿勢センサ２４−２８の出力値から演算されるフロント作業装置１２の姿勢とによって演算できる。

上部旋回体１１の方位角αは、図１０で示すように、上部旋回体１１に取り付けられた２つのＧＮＳＳアンテナ３４の位置情報より求めることができる。図１０（ａ）で示すように、旋回中心７０を原点とし、東方位をｘ軸、北方位をｙ軸とする座標系を設定する。旋回中心７０を通り上部旋回体１１の方位を表す基準線７１を中心にして左右対称に取り付けたＧＮＳＳアンテナ３４ａ、３４ｂの座標を図１０（ｂ）に示すように各々（Ｘａ、Ｙａ）、（Ｘｂ、Ｙｂ）とすると、２つのＧＮＳＳアンテナの中間点７２の座標（Ｘｍ、Ｙｍ）は、以下の式（３）より演算できる。

Ｘｍ＝（Ｘａ＋Ｘｂ）／２
Ｙｍ＝（Ｙａ＋Ｙｂ）／２ ・・・式（３）
次に上部旋回体１１の方位ベクトルＭＯは、ＭＯ（−Ｘｍ、−Ｙｍ）となり、方位角αは、以下の式（４）より演算できる。

α＝ａｒｃｃｏｓ（−Ｙｍ ／（Ｘｍ^２＋Ｙｍ^２）^１／２） ・・・式（４）
但し、０≦α＜π（Ｘｍ≦０のとき）
π≦α＜２π（Ｘｍ＞０のとき）
フロント作業装置１２の姿勢は、図１１（ｂ）に示すようにフロント作業装置１２の設計寸法と姿勢センサ２４−２６の出力より求めることができる。ブーム１３、アーム１４、バケット１５の長さをＬｂｍ、Ｌａｍ、Ｌｂｋとし、姿勢センサ２４−２６を用いて測定したブーム角、アーム角、バケット角をθｂｍ、θａｍ、θｂｋとする。このとき、ブーム１３のフートピン中心であるブーム回転中心７３とバケット先端６０との水平距離Ｄｆｒｏｎｔと、垂直距離Ｈｆｒｏｎｔとは次の式（５）と式（６）より演算できる。

Ｄｆｒｏｎｔ＝Ｌｂｍ・ｃｏｓ（θｂｍ）＋Ｌｂｍ・ｃｏｓ（θｂｍ＋θａｍ）
＋Ｌｂｋ・ｃｏｓ（θｂｍ＋θａｍ＋θｂｋ） ・・・式（５）
Ｈｆｒｏｎｔ＝−Ｌｂｍ・ｓｉｎ（θｂｍ）−Ｌｂｍ・ｓｉｎ（θｂｍ＋θａｍ）
−Ｌｂｋ・ｓｉｎ（θｂｍ＋θａｍ＋θｂｋ） ・・・式（６）
図１１で示すように、旋回中心７０を通り上部旋回体１１の方位を表す基準線７１を中心にして、左右対称に取り付けたＧＮＳＳアンテナ３４ａ、３４ｂの経度、緯度、高度を各々（Ｘａ、Ｙａ、Ｈａ）、（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｈｂ）とすると、ＧＮＳＳアンテナ３４ａ、３４ｂの中間点７２の経度、緯度、高度（Ｘｍ、Ｙｍ、Ｈｍ）は、以下の式（７）より演算できる。

Ｘｍ＝（Ｘａ＋Ｘｂ）／２
Ｙｍ＝（Ｙａ＋Ｙｂ）／２
Ｈｍ＝Ｈａ＝Ｈｂ ・・・式（７）
よって、図１１（ｂ）と図１１（ｃ）で示すように、バケットの先端６０の経度、緯度、高度（Ｘｅｎｄ、Ｙｅｎｄ、Ｈｅｎｄ）は以下の式（８）乃至式（１０）より演算できる。
Ｘｅｎｄ＝Ｘｍ＋（Ｄ１＋Ｄｆｒｏｎｔ）・ｓｉｎ（α） ・・・式（８）
Ｙｅｎｄ＝Ｙｍ＋（Ｄ１＋Ｄｆｒｏｎｔ）・ｃｏｓ（α） ・・・式（９）
Ｈｅｎｄ＝Ｈｍ−Ｈ１−Ｈｆｒｏｎｔ ・・・式（１０）
図１２（ａ）に示すように、掘削対象３の掘削を開始した場合の爪先高さＨｅｎｄは現況表面形状の高さＨｓｕｒｆａｃｅと同一になるので、掘削高さＨｄｉｇは０［ｍ］となる。一方、図１２（ｂ）に示すように、ダンプトラック２から荷を取り出す場合の爪先高さＨｅｎｄは現況表面形状Ｈｓｕｒｆａｃｅの高さより高くなり、掘削高さＨｄｉｇは例えば３．５［ｍ］となる。

（取り出し作業と積込み作業の区別）
図５の説明に戻る。ステップＳ１０４では、コントローラ２１（減算判定部５４）が、ステップＳ１０３で演算した掘削高さＨｄｉｇが予め定められている取り出し判定高さ閾値Ｈ１（以後、第１閾値Ｈ１とする）より大きいか否かを判定する。

図２５に示すように第１閾値Ｈ１は、例えば、ダンプトラック２（運搬機械）が備えるベッセルにおける底面の最低部Ｐｂｖの高さである。すなわち第１閾値Ｈ１はダンプトラック２の接地面（運搬路面５）から最低部Ｐｖｂまでの最短距離である。なお、図２５に示した第１閾値Ｈ１は一例に過ぎず、例えば、ダンプトラック２のタイヤの直径や、半径、または半径から直径までの間に含まれる任意の値としても良い。

ステップＳ１０４で掘削高さＨｄｉｇが第１閾値Ｈ１より大きいと判定された場合には、続くステップＳ１０５でコントローラ２１（減算判定部５４）は、油圧ショベル１によってダンプトラック２のベッセルから運搬対象物（荷）が取り出されると判定し、積込量演算部５５に対して一杯荷重（後述）の減算指示を出力する。一方、掘削高さＨｄｉｇが第１閾値Ｈ１以下であると判定された場合には、ステップＳ１０６でコントローラ２１（減算判定部５４）は、油圧ショベル１によってダンプトラック２のベッセルに運搬対象物（荷）が積み込まれると判定し、積込量演算部５５に対して一杯荷重（後述）の加算指示を出力する。

ステップＳ１０７で、コントローラ２１（作業判定部５０）は油圧ショベル１が掘削作業を終了したか否かを判定する。図８で示すように、コントローラ２１（作業判定部５０）は油圧ショベル１が掘削作業を開始した後にアームシリンダ１７の推力Ｆａｍｃｙｌが予め設定されている閾値ｆ２未満になった場合、掘削作業が終了した（換言すると、運搬作業が開始した）と判定する。油圧ショベル１の掘削作業が終了するまでステップＳ１０７の判定 を繰り返し、掘削作業が終了したと判定した場合は処理をステップＳ１０８に進める。

（一杯荷重の演算）
運搬作業が開始すると（掘削作業が終了すると）コントローラ２１（荷重演算部５１）は、ステップＳ１０８において、バケット１５が運搬中のバケット一杯分の運搬対象物の荷重値(「一杯荷重（ｍｌｏａｄ）」と称する)を演算する。一杯荷重は、図１３に示すように油圧ショベル１の寸法と重量とセンサ２４−３０の信号値を用いて、油圧ショベル１のブーム１３の回転軸まわりのトルクの釣合いにより演算できる。次に一杯荷重の演算の詳細について説明する。

ブーム１３の回転軸まわりに作用するトルクは、ブームシリンダ１６の推力によって発生するトルクτｂｍｃｙｌと、フロント作業装置の重心に作用する重力よって発生するトルクτｆｒｇと、上部旋回体１１の旋回によってフロント作業装置の重心に作用する遠心力よって発生するトルクτｆｒｃと、バケット１５の中に入っている荷の重心に作用する重力よって発生するトルクτｌｏａｄｇと、上部旋回体１１の旋回によってバケット１５の中に入っている荷の重心に作用する遠心力よって発生するトルクτｌｏａｄｃとがある。

ブーム１３の回転軸まわりでブームシリンダ１６の推力Ｆｂｍｃｙｌにより発生するトルクτｂｍｃｙｌは、ブームシリンダ１６の後述の推力Ｆｂｍｃｙｌと、ブーム１３の回転軸とブームシリンダ１６とブームの接続部の中心とを結んだ直線の長さＬｂｍｃｙｌと、その直線とブームシリンダのなす角θｂｍｃｙｌとを用いて、以下の式（１１）より求められる。

τｂｍｃｙｌ＝Ｆｂｍｃｙｌ・Ｌｂｍｃｙｌ・ｓｉｎ（θｂｍｃｙｌ）
・・・式（１１）
ブームシリンダ１６の推力Ｆｂｍｃｙｌは、ブームボトム圧センサ２９とブームロッド圧センサ３０の信号から演算されるボトム側とロッド側の圧力をＰ３、Ｐ４とし、ピストンの各々の受圧面積をＡ３、Ａ４とすると、以下の式（１２）より求められる。

Ｆａｍｃｙｌ＝Ａ３・Ｐ３―Ａ４・Ｐ４ ・・・式（１２）
ブーム１３の回転軸まわりでフロント作業装置１２の重心に作用する重力によって発生するトルクτｆｒｇは、ブーム１３の回転中心とフロント作業装置１２の重心を結ぶ直線の長さＬｆｒと、その直線と水平線のなす角θｆｒを用いて以下の式（１３）で求められる。

τｆｒｇ＝ｍｆｒ・ｇ・Ｌｆｒ・ｃｏｓ（θｆｒ） ・・・式（１３）
上部旋回体１１が角速度ωで旋回する際に、フロント作業装置１２に作用する遠心力によってブーム１３の回転軸まわりに発生するトルクτｆｒｃは、以下の式（１４）で求められる。

τｆｒｃ＝ｍｆｒ・Ｌｆｒ^２・ω^２・ｓｉｎ（θｆｒ）・ｃｏｓ（θｆｒ）
・・・式（１４）
一杯荷重をｍｌｏａｄ、ブーム１３の回転中心とバケット１５の中に入っている荷の重心を結ぶ直線の長さをＬｌｏａｄ、その直線と水平線とのなす角をθｌｏａｄとすると、荷に作用する重力によってブーム１３の回転軸まわりに発生するトルクτｌｏａｄｇは以下の式（１５）で、荷に作用する遠心力によってブーム１３の回転軸まわりに発生するトルクτｌｏａｄｃは以下の式（１６）で求められる。

τｌｏａｄｇ＝ｍｌｏａｄ・ｇ・Ｌｌｏａｄ・ｃｏｓ（θｌｏａｄ）・・・式（１５）
τｌｏａｄｃ＝ｍｌｏａｄ・Ｌｌｏａｄ^２・ω^２・ｓｉｎ（θｌｏａｄ）
・ｃｏｓ（θｌｏａｄ） ・・・式（１６）
ブーム１３の回転軸まわりのトルクの釣合いの式（１７）によって、一杯荷重ｍｌｏａｄは以下の式（１８）で演算できる。一杯荷重ｍｌｏａｄの演算が完了したらコントローラ２１はステップＳ１０９に処理を進める。

τｂｍｃｙｌ＋τｌｏａｄｃ＝τｆｒｇ＋τｆｒｃ＋τｌｏａｄｇ ・・・式（１７）
ｍｌｏａｄ＝｛Ｆｂｍｃｙｌ・Ｌｂｍｃｙｌ・ｓｉｎ（θｂｍｃｙｌ）
−ｍｆｒ・ｇ・Ｌｆｒ・ｃｏｓ（θｆｒ）
−ｍｆｒ・Ｌｆｒ^２・ω^２・ｓｉｎ（θｆｒ）
・ｃｏｓ（θｆｒ）｝／｛ｇ・Ｌｌｏａｄ・ｃｏｓ（θｌｏａｄ）
−Ｌｌｏａｄ^２・ω^２・ｓｉｎ（θｌｏａｄ）・ｃｏｓ（θｌｏａｄ）｝
・・・式（１８）
ステップＳ１０９では、コントローラ２１（作業判定部５０）が、図１４で示すようにバケット絶対角θｂｇを演算し、油圧ショベル１が運搬作業を終了したか否か（換言すると、放出作業を開始したか否か）を判定する。コントローラ２１（作業判定部５０）は、図１４（ａ）で示すように、姿勢センサ２４−２６、２８の出力を用いて、水平方向に対するバケット１５の角度（絶対角度）θｂｇを演算する。コントローラ２１（作業判定部５０）は、先のステップＳ１０７で掘削作業が終了したと判定した後に、バケット絶対角θｂｇが予め定められている閾値より大きくなった場合には運搬作業が終了したと判定する（すなわち、放出作業が開始したと判定する）。本実施形態では閾値をπ／２と設定し、図１４（ｃ）で示すようにθｂｇ≦π／２である場合には運搬作業が終了していないと判定してステップＳ１０９を繰り返す。一方、図１４（ｂ）で示すようにθｂｇ＞π／２の場合には運搬作業が終了したと判定して処理をステップＳ１１０へ進める。

（積込量への一杯荷重の加算又は減算）
ステップＳ１１０で、コントローラ２１（積込量演算部）５５は、減算判定部５４がステップＳ１０５において減算判定を出力した場合には、記憶装置内に保持している積込量からステップＳ１０８で荷重演算部５１が出力した一杯荷重を減算する。一方、減算判定部５４がステップＳ１０６において加算判定を出力した場合には、記憶装置内に保持している積込量にステップＳ１０８で荷重演算部５１が出力した一杯荷重を加算する。

図１５（ａ）に示すように、ダンプトラック２への積込量が過大である場合（例えば、ダンプトラック２の最大積載量（最大積込量）が１０．０トンの場合に実際の積込量が１０．３トンのとき）、図１５（ｂ）に示すように運搬対象物をダンプトラック２のベッセルから取り出す（例えば０．４トン）。ここで、取出した荷重をコントローラ２１の記憶装置内に保持している積込量に誤って加算してしまうと、ダンプトラック２への積込量を正しく計測することができないが、本実施形態では図１５（ｃ）に示すように取出した荷重が積込量から減算されるのでダンプトラック２への積込量を正しく計測することができる。

ステップＳ１１１では、コントローラ２１（表示制御部５６）がステップＳ１０４の判定結果と、ステップＳ１０８で演算した荷重（一杯荷重）と、ステップＳ１１０で演算した積込量を図１６で示すようにモニタ２３に表示する。ステップＳ１０４で取り出し作業が行われたと判定された場合には、図１６（ａ）に示すよう減算判定結果を出力し、オペレータに一杯荷重を積込量から減算したことを通知する。一方、ステップＳ１０４で積込作業が行われたと判定された場合には図１６（ｂ）に示すように加算判定結果を出力し、オペレータに一杯荷重を積込量に加算したことを通知する。モニタ２３への情報表示後はステップＳ１００に戻り、既に説明した各種処理をコントローラ２１は再度実行する。

（その他）
なお、ステップＳ１０１で更新する現況表面形状の取得方法は、上記で説明した無人航空機及びサーバ６を利用した方法に限定しない。例えば図１７で示すように、表面形状取得装置としてレーザスキャナ４２を油圧ショベル１の周囲に取り付け、レーザスキャナ４２の出力値に基づいて現況表面形状データを取得してコントローラ２１内の記憶装置に格納（記憶）しても良い。

（第１実施形態で得られる作用・効果）
以上のように構成した油圧ショベル１において、油圧ショベル１のオペレータが、ダンプトラック２への積込量が最大積載量（例えば１０．０トン）を超えたことをモニタ２３の画面を介して認識した場合、ダンプトラック２のベッセルから運搬対象物の一部を取り出して積込量を最大積載量以下まで減らす取り出し作業を開始する。取り出し作業では、通常の掘削作業と同じ要領でベッセル内の運搬対象物の一部をバケット１５内に積み込む操作がフロント作業装置１２に対して行われる。従前、このタイミングで掘削作業と取り出し作業を判別することは行われていなかったが、本実施形態では掘削作業が開始したと判定された直後のタイミング（図５のステップＳ１０３）で、バケット１５と現況表面形状との相対高さである掘削高さＨｄｉｇが演算される。そして、演算した掘削高さＨｄｉｇが第１閾値Ｈ１（例えばベッセル底面の最低部の高さ）を超過する場合には取り出し作業に伴う掘削作業であると判定し、第１閾値Ｈ１以下の場合には通常の掘削作業（積込作業を伴う掘削作業）であると判定することとした（図５のステップＳ１０４−１０６）。その後、運搬作業が終了したと判定されたタイミングにおいて、前者の場合（取り出し作業が行われた場合）にはステップＳ１０８で運搬作業中に演算した一杯荷重値（バケット１５内の運搬対象物の荷重）を積込量から減算し、後者の場合（積込作業が行われた場合）には当該一杯荷重値を積込量に加算（積算）することとした。このように掘削高さにＨｄｉｇ基づいて取り出し作業の有無を判定するとともに、その判定結果に応じて一杯荷重値の減算・加算を選択することで、ダンプトラック２から取り出した余分な運搬対象物の荷重計測のために特許文献１のような余分な動作を行わずとも、積込み作業と取り出し作業を容易に区別でき、積込量を正確に計測できる。

（第２実施形態）
次に、取り出し作業の頻度を演算し、それをオペレータにモニタ２３を介して提示する例を図１８−図２１を用いて説明する。

図１８は本実施形態に係る荷重計測システムの概略構成図であり、コントローラ２１の内部にコントローラ２１の機能ブロック図を示している。本実施形態のコントローラ２１は、図４のコントローラ２１に対して取出し作業頻度演算部５７を新たに追加した構成となる。

取出し作業頻度演算部５７は、減算判定部５４から出力される信号に基づいて、所定の時間内にバケット１５が積込作業を行ったと判定された回数（フロント作業装置１２により積込作業が行われたと判定された回数）と、当該所定の時間内にバケット１５が取り出し作業を行ったと判定された回数（フロント作業装置１２により取り出し作業が行われたと判定された回数）とを計数し、計数した２種類の回数に基づいてバケット１５が取り出し作業を行った頻度（フロント作業装置１２により取り出し作業が行われた頻度）を演算する。なお、第１実施形態の図４と同じ部分については説明を省略する。

図１９は本実施形態に係るコントローラ２１が行う処理のフローチャートであり、図５に示した第１実施形態のフローチャートにステップＳ２００が新たに追加されている。また、積込量をモニタ２３に表示するステップＳ１１１が、積込量と取り出し作業頻度をモニタ２３に表示するステップＳ２０１に変更されている。なお、以下では主として図５と異なる処理について説明し、図５と同じ処理については説明を適宜省略することがある。

ステップＳ１０４では、コントローラ２１（減算判定部５４）が、ステップＳ１０３で演算した掘削高さＨｄｉｇが予め定められている取り出し判定高さ閾値Ｈ１（第１閾値Ｈ１）より大きいか否かを判定する。ここで掘削高さＨｄｉｇが第１閾値Ｈ１より大きいと判定された場合には、続くステップＳ１０５でコントローラ２１（減算判定部５４）は、油圧ショベル１によってダンプトラック２のベッセルから運搬対象物（荷）が取り出されると判定し、積込量演算部５５に対して一杯荷重の減算指示を出力しつつ、取出し作業頻度演算部５７に対して取り出し作業回数Ｎｔａｋｅを１回追加する指示を出力する。これにより取出し作業頻度演算部５７はコントローラ２１内部の記憶装置内に記憶されている取り出し作業回数Ｎｔａｋｅを１つカウントアップする。

一方、ステップＳ１０４で掘削高さＨｄｉｇが第１閾値Ｈ１以下であると判定された場合には、ステップＳ１０６でコントローラ２１（減算判定部５４）は、油圧ショベル１によってダンプトラック２のベッセルに運搬対象物（荷）が積み込まれると判定し、積込量演算部５５に対して一杯荷重（後述）の加算指示を出力しつつ、取出し作業頻度演算部５７に対して積込作業回数Ｎｌｏａｄを１回追加する指示を出力する。これにより取出し作業頻度演算部５７はコントローラ２１内部の記憶装置内に記憶されている積込作業回数Ｎｌｏａｄを１つカウントアップする。

ステップＳ２００では、コントローラ２１（取出し作業頻度演算部５７）は、記憶装置に保持している積込作業回数Ｎｌｏａｄと取出し作業回数Ｎｔａｋｅとから、積込作業回数Ｎｌｏａｄと取出し作業回数Ｎｔａｋｅの合計に対する取出し作業回数Ｎｔａｋｅの割合を示す取り出し作業頻度Ｎｔａｋｅ／（Ｎｌｏａｄ＋Ｎｔａｋｅ）を演算し、表示制御部５６へ出力する。

ステップＳ２０１では、コントローラ２１（表示制御部５６）は、図５のステップＳ１１１の表示に取り出し作業頻度を追加表示する。具体的には図２０に示すように第１実施形態に係る図１６（ａ）の表示例に取り出し頻度を追加してオペレータに提示する。

（サーバへの取り出し作業頻度の送信）
なお、演算した取り出し作業頻度は、上記例のように油圧ショベル１のオペレータに提示するだけではなく、通信アンテナ３３を用いてサーバ６に送信し、サーバ６を経由して作業現場の管理者に提示しても良い。その場合、コントローラ２１は、ステップＳ２００で演算した取り出し作業頻度と、コントローラ２１に予め記憶されている油圧ショベル１の固有番号（ＩＤ）とを通信アンテナ３３を介してサーバ６に送信するように構成すれば良い。

このようにコントローラ２１からサーバ６に対して取り出し作業頻度を送信すると、作業現場の管理者は、例えば図２１で示すようにサーバ６と接続したモニタ４３付きの管理者用コンピュータを利用して、当該サーバ６が提供するウェブサービスによりモニタ４３で作業現場中継画面８０を見ることができる。サーバ６には、作業現場で作業中のオペレータの連絡先データ及び同作業現場の作業日程データが登録されており、サーバ６は油圧ショベル１から取出し作業頻度と固有番号を受信した時間に基づいて当該油圧ショベルに搭乗するオペレータの連絡先を呼び出すことが出来る。

サーバ６は作業現場内の各油圧ショベル１から受信した取り出し作業頻度を監視し、取り出し作業頻度が予め設定された値、例えば５［％］、以上となった油圧ショベルが存在する場合には、その油圧ショベルに係るオペレータ情報と取り出し作業頻度の情報を含むポップアップウィンドウ８１を管理者用コンピュータのモニタ４３に表示する。管理者は、ポップアップウィンドウ８１の枠内に表示される通話開始ボタン８２を押下することで当該油圧ショベルを運転するオペレータに電話をかけることができ、当該オペレータに積込作業の精度を高めるように指示できる。なお、電話による通話に代えて、運転室内に設けた警告灯の明滅や、スピーカによる警告音声を介して取り出し作業頻度が増加している旨をオペレータに報知するようにしても良い。

（第２実施形態で得られる作用・効果）
作業現場における生産性を向上するためには取り出し作業が無いことが望ましい。本実施の形態では、オペレータがモニタ２３に表示される取り出し作業頻度を意識することで、取り出し作業の発生頻度低下に努め、目標積込量より過大に積込むことを減らそうと操作を調整する。その結果、取り出し作業が減少し、作業現場における時間当りの生産量が増加し得る。

また、モニタ４３を介して取り出し作業頻度等の情報を管理者に提示する場合には、例えば、油圧ショベル１の操作に集中するあまり、モニタ２３の表示内容（一杯荷重、積込量、取り出し作業頻度等）に充分な注意を払わなかった結果、積込量の調整が疎かになって取り出し作業が多くなっているオペレータが存在することも考えられる。この場合、管理者が当該オペレータに直接電話で注意することで、取り出し作業の頻度低下に努めるように指示できる。すなわち管理者が取り出し作業を低減するように現場を管理することによって、作業現場における生産量の向上が期待できる。

（第３実施形態）
次に、第１実施形態の機能に加えて、掘削高さによって現況表面形状を更新する機能を備えたコントローラ２１を備えるシステムの例を図２２−図２４を用いて説明する。

図２２は本実施形態に係る荷重計測システムの概略構成図であり、コントローラ２１の内部にコントローラ２１の機能ブロック図を示している。本実施形態のコントローラ２１は、図４の掘削高さ演算部５３の演算結果を現況表面形状データ管理部５２に入力するような構成となっており、現況表面形状データ管理部５２は掘削高さＨｄｉｇに基づいて現況表面形状データの更新タイミングを管理している。具体的には、本実施形態のコントローラ２１（現況表面形状データ管理部５２）は、掘削高さ演算部５３で演算した掘削高さＨｄｉｇと所定の第２閾値Ｈ２とを比較することによってコントローラ２１の記憶装置内に記憶した現況表面形状データを更新するか否かを判定し、現況表面形状データを更新すると判定した場合には、サーバ６を介して最新の現況表面形状データを取得し、当該最新の現況表面形状データをコントローラ２１内の記憶装置に記憶している。具体的には掘削高さＨｄｉｇが第２閾値Ｈ２より小さい場合には現況表面形状データを更新し、掘削高さＨｄｉｇが第２閾値Ｈ２以上の場合には現況表面形状データの更新は行わない。

第２閾値Ｈ２は、第１閾値Ｈ１より小さい所定の負の値であり、マイナス数メートル程度とすることが好ましい。また、第２閾値Ｈ２は、例えば、第１閾値Ｈ１（取り出し判定高さ閾値）と大きさが同じで符号が異なる値、すなわち、Ｈ２＝−Ｈ１と設定することができる。すなわち、ダンプトラック２（運搬機械）のベッセル底面の最低部Ｐｂｖの高さ（図２５参照）と同じ大きさに設定できる。

図２３は本実施形態に係るコントローラ２１が行う処理のフローチャートであり、図５に示した第１実施形態のフローチャートからステップＳ１００が省略され、ステップＳ１０３の後に、ステップＳ３００とステップＳ３０１が追加されている。なお、以下では主として図５と異なる処理について説明し、図５と同じ処理については説明を適宜省略することがある。

ステップＳ３００では、コントローラ２１（現況表面形状データ管理部５２）は、掘削高さ演算部５３が演算した掘削高さＨｄｉｇを用いて現況表面形状データを更新するか否かを判定する。例えば図２４（ａ）で示すように、現況表面形状データ管理部５２が記憶装置内に保持している現況表面形状８５と掘削などにより変形した実際の表面形状８６の乖離によって、掘削高さＨｄｉｇが予め設定された第２閾値Ｈ２（例えば−２［ｍ］）より小さい場合には、現況表面形状データ管理部５２は油圧ショベル１の掘削作業などにより表面形状が変形したと判定し、ステップＳ３０１へ処理を進める。掘削高さＨｄｉｇが第２閾値Ｈ２以上の場合には、現況表面形状データ管理部５２は現況表面形状データの更新をしないと判定し、処理をステップＳ１０４に進める。

ステップＳ３０１で現況表面形状データ管理部５２はステップＳ１０１と同様に現況表面形状データの更新を行う。

（第３実施形態３で得られる作用・効果）
本実施形態では、掘削高さＨｄｉｇが非現実的な数値である場合は現況表面形状が変化していると判定し、現況表面形状を新たに取得している。これにより、第１実施形態の効果に加えて、表面形状に変形があった場合でも掘削高さＨｄｉｇを正確に演算することができ、取り出し作業をより正確に判定できる。例えば、図２４（ｂ）に示すように表面形状の更新が遅れてしまい、実際の表面形状８６とコントローラ２１（現況表面形状データ管理部５２）の内部に保存されている表面形状８５の間にダンプトラック２が停止した場合には、ダンプトラック２からの取り出し作業時の掘削高さＨｄｉｇが０［ｍ］（すなわちＨｄｉｇが第１閾値Ｈ１以下）となり得るため、取り出し作業を判別できないおそれがある。しかし、本実施形態では、図２４（ａ）に示すように通常の掘削作業時の掘削高さＨｄｉｇが第２閾値Ｈ２より小さい値（−２．５［ｍ］）になった場合には、コントローラ２１に格納されている現況表面形状データに誤りがあると判定でき、現況表面形状データを更新することで掘削高さＨｄｉｇを正確に演算でき、取り出し作業と積込作業とが区別不可となることを防止できる。なお、図２４は図を分かりやすくするためにダンプトラック２のサイズに対してフロント作業装置１２のサイズを拡大表示している。

（その他）
なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。

上記の各実施形態では、現況表面形状データを主として外部端末であるサーバ６を介して取得してコントローラ２１内の記憶装置に記憶する場合について説明したが、図１７に示した表面形状取得装置４２を介して取得した現況表面形状をコントローラ２１内に記憶する構成を採用しても良い。

また、上記のコントローラ２１に係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は、それらの一部又は全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現しても良い。また、上記のコントローラ２１に係る構成は、演算処理装置（例えばＣＰＵ）によって読み出し・実行されることで当該コントローラ２１の構成に係る各機能が実現されるプログラム（ソフトウェア）としてもよい。当該プログラムに係る情報は、例えば、半導体メモリ（フラッシュメモリ、ＳＳＤ等）、磁気記憶装置（ハードディスクドライブ等）及び記録媒体（磁気ディスク、光ディスク等）等に記憶することができる。

また、上記の各実施の形態の説明では、制御線や情報線は、当該実施の形態の説明に必要であると解されるものを示したが、必ずしも製品に係る全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。

１…油圧ショベル（作業機械）、２…ダンプトラック（運搬機械）、６…サーバ（コンピュータ）、７…測位衛星（ＧＮＳＳ衛星）、９…無人航空機、１０…下部走行体、１１…上部旋回体、１２…フロント作業装置（作業装置）、１３…ブーム、１４…アーム、１５…バケット、１６…ブームシリンダ、１７…アームシリンダ、１８…バケットシリンダ、１９…旋回モータ、２０…操作室、２１…コントローラ、２３…モニタ（出力装置）、２４…ブーム角度センサ、２５…アーム角度センサ、２６…バケット角度センサ、２７…旋回角速度センサ、２７…旋回ジャイロスコープ、２８…傾斜角度センサ、２９…ブームボトム圧センサ、３０…ブームロッド圧センサ、３１…アームボトム圧センサ、３２…アームロッド圧センサ、３３…通信アンテナ、３４…ＧＮＳＳアンテナ、４２…表面形状取得装置（レーザスキャナ）、４３…モニタ（出力装置）、５０…作業判定部、５１…荷重演算部、５２…現況表面形状データ管理部、５３…掘削高さ演算部、５４…減算判定部、５５…積込量演算部、５６…表示制御部、５７…作業頻度演算部、６０…バケット先端、８２…通話開始ボタン、８５…現況表面形状、８６…表面形状、９０…カメラ、９１…通信装置

Claims (6)

1. 複数の関節と先端に作業具を有する作業装置と、
   前記作業装置に作用する負荷を検出する負荷センサと、
   前記作業装置の姿勢を検出する姿勢センサと、
   前記負荷センサと前記姿勢センサとの出力値に基づき前記作業装置により行われている作業を判定し、前記作業装置による運搬作業が行われていることを判定した場合には、前記負荷センサと前記姿勢センサとの出力値に基づき前記作業装置により運搬されている運搬対象物の荷重を演算し、前記作業装置による運搬作業が終了したことを判定した場合には、演算した前記運搬対象物の荷重を積算して運搬機械への積込量を演算するコントローラと、
   前記コントローラで演算された前記運搬対象物の荷重と、前記コントローラで演算された前記運搬機械への積込量とを出力する出力装置と、
   を備えた作業機械において、
   前記コントローラは、
   前記作業装置により掘削作業が行われていると判定した場合には、前記作業装置による運搬作業が行われていることを判定した場合の前記姿勢センサの出力値と、記憶装置内に記憶された前記運搬対象物の表面形状とに基づいて、前記作業装置と前記表面形状との相対高さである掘削高さを演算し、
   前記掘削高さが所定の第１閾値Ｈ１以下の場合には、演算した前記運搬対象物の荷重を前記積込量に加算し、前記掘削高さが前記第１閾値Ｈ１を超過する場合には、演算した前記運搬対象物の荷重を前記積込量から減算する、
   ことを特徴とする作業機械。
2. 請求項１の作業機械において、
   前記コントローラは、所定の時間内に前記作業装置により積込作業が行われたと判定した回数と、前記所定の時間内に前記作業装置により取り出し作業が行われた回数とを計数し、前記作業装置により取り出し作業が行われた頻度を演算し、
   前記出力装置は、前記コントローラで演算された前記取り出し作業が行われた頻度をさらに出力する、
   ことを特徴とする作業機械。
3. 請求項１の作業機械において、
   前記コントローラは、演算した前記掘削高さが前記第１閾値Ｈ１より小さい所定の第２閾値Ｈ２より小さい場合には、前記記憶装置内に記憶された表面形状を最新の表面形状に更新する、
   ことを特徴とする作業機械。
4. 請求項１の作業機械において、
   前記第１閾値Ｈ１は、前記運搬機械が備えるベッセルにおける底面の最低部の高さである、
   ことを特徴とする作業機械。
5. 請求項１の作業機械において、
   前記運搬対象物の表面形状を取得する表面形状取得装置をさらに備え、
   前記コントローラは、前記表面形状取得装置を介して取得された表面形状を前記記憶装置に記憶する、
   ことを特徴とする作業機械。
6. 請求項３の作業機械において、
   前記運搬対象物の表面形状を取得する表面形状取得装置をさらに備え、
   前記コントローラは、演算した前記掘削高さが前記第２閾値Ｈ２より小さい場合には、前記表面形状取得装置を介して取得された表面形状を前記最新の表面形状として前記記憶装置に記憶する、
   ことを特徴とする作業機械。

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