JP2022185846A - 土質情報取得システムおよびこれを備える作業機械 - Google Patents

Abstract

【課題】作業現場において適切なタイミングで土質情報を取得することが可能な土質情報取得システムおよびこれを備える作業機械を提供する。
【解決手段】土質情報取得システム１００は、本体位置検出部３３と、取得タイミング決定部５０３と、土質情報取得部５０２と、記憶部５０６とを有する。本体位置検出部３３は、作業現場における油圧ショベル１の位置情報を取得する。取得タイミング決定部５０３は、作業現場の土質の変化に関連する情報である土質関連情報に基づいて取得タイミングを決定する。土質情報取得部５０２は、取得タイミング決定部５０３から出力された取得信号を受け入れ、当該取得信号に応じて土質情報を取得する。記憶部５０６は、位置情報および土質情報を互いに関連付けて記憶する。
【選択図】図２

Description

本発明は、土質情報取得システムおよびこれを備える作業機械に関する。

従来から、作業現場の地面を掘削する作業機械が知られている。当該作業機械は、地面上を走行可能な下部走行体と、当該下部走行体上に搭載される上部本体と、当該上部本体に支持される作業アタッチメントとを有する。作業機械が油圧ショベルの場合、作業アタッチメントは、その先端部に配置されたバケットを有する。バケットが地面に接触しながら、作業機械が地面を掘削することができる。

特許文献１には、作業アタッチメントに取り付けられたセンサと、前記センサの検出値に基づいて地盤の固さを推定する硬さ推定部とを有するショベルが開示されている。硬さ推定部は、作業アタッチメントの先端部が所定速度および所定角度で地面に接触する所定動作を行ったときの前記センサの検出値と、予め記憶されたデータとに基づいて、地盤の硬さを推定する。

また、特許文献２には、施工機器に搭載される多軸モーションセンサと、前記多軸モーションセンサが検出する施工時の衝撃に伴う反力に基づいて施工対象物の硬度情報を測定する測定部と、前記施工機器の位置情報を取得する位置情報取得部と、前記硬度情報と前記位置情報とを外部に送信する通信部とを備えた測定装置が開示されている。

特開２０１９－１６３６２１号公報 特開２０１８－１１１９５０号公報

特許文献１および２に記載された技術では、作業中に所定の間隔で定期的に周囲の土質情報を検出し続けるため、当該土質情報を記憶する記憶部に大きな容量が必要になるという問題がある。

本発明の目的は、作業現場において適切なタイミングで土質情報を取得することが可能な土質情報取得システムおよびこれを備える作業機械を提供することにある。

本発明によって提供されるのは、地面上を走行可能な走行部を含む機体と前記機体に対して相対移動可能なように前記機体に装着され地面に対する所定の作業を行う作業アタッチメントとを有する作業機械に用いられ、作業現場の土質に関する情報である土質情報を取得する土質情報取得システムである。当該土質情報取得システムは、作業現場における前記作業機械の位置情報を取得する位置情報取得部と、作業現場の土質の変化に関連する情報である土質関連情報に基づいて取得タイミングを決定し当該取得タイミングに対応する取得信号を出力する取得タイミング決定部と、前記取得タイミング決定部から出力された前記取得信号を受け入れ、当該取得信号に応じて前記土質情報を取得する土質情報取得部と、前記位置情報取得部によって取得された前記位置情報と前記土質情報取得部によって取得された前記土質情報とを互いに関連付けて記憶する記憶部とを備える。

本構成によれば、取得タイミング決定部が作業現場の土質の変化に関連する情報である土質関連情報に基づいて取得タイミングを決定し、土質情報取得部が当該取得タイミングに応じて土質情報を取得することができる。このため、作業機械の周辺の土質情報が変化する可能性に応じて適切なタイミングで土質情報が取得されるため、過剰な情報の取得や取得不足を防ぐことができる。この結果、定期的に土質情報を取得し位置情報とともに記憶部に記憶する場合と比較して、記憶部に要求される記憶容量を小さくすることができる。

上記の構成において、前記取得タイミング決定部は、作業現場において一定の土質を有すると推定される仮想的な基準範囲を設定し、前記基準範囲に対する前記作業機械の相対位置を前記土質関連情報として当該相対位置に基づいて前記取得タイミングを決定することが望ましい。

本構成によれば、基準範囲と作業機械との相対位置に基づいて、より適切なタイミングで効率的に土質情報を取得、記憶することができる。

上記の構成において、前記取得タイミング決定部は、所定の基準タイミングにおいて平面視における前記機体を中心とする所定の半径の基準円によって囲まれる範囲を前記基準範囲として設定することが望ましい。

本構成によれば、作業現場において平面視の所定の範囲では土質が近似していることに着目して、基準円と作業機械との相対位置に応じて土質情報の取得タイミングを決定することができる。このため、同じ土質を有する範囲において頻繁に土質情報を取得することを防止することができる。

上記の構成において、前記取得タイミング決定部は、前記基準円に包含されるように前記基準円と同心状に設定された境界円を前記走行部の走行に伴って前記作業機械が超えた場合に前記取得信号を出力することが望ましい。

本構成によれば、予め設定された境界円を作業機械が超えると新たな土質情報を取得することができるため、作業機械が基準円の外側に向かって移動しながら作業をする場合であっても、作業位置に応じた適切な土質情報を取得することができる。

上記の構成において、前記取得タイミング決定部は、前記基準円を前記作業アタッチメントが超えた場合に前記取得信号を出力することが望ましい。

本構成によれば、予め設定された基準円を作業アタッチメントが超えると新たな土質情報を取得することができるため、作業機械が基準円の外側に向かって移動しながら作業をする場合であっても、作業位置に応じた適切な土質情報を取得することができる。

上記の構成において、前記取得タイミング決定部は、所定の基準タイミングにおいて前記機体か地中の所定の深さまでの範囲を前記基準範囲として設定することが望ましい。

本構成によれば、作業現場において地中の深さ方向における所定の範囲では土質が近似していることに着目して、基準範囲と作業機械との相対位置に応じて土質情報の取得タイミングを決定することができる。このため、同じ土質を有する深さ方向の範囲において頻繁に土質情報を取得することを防止することができる。

上記の構成において、前記取得タイミング決定部は、前記土質情報取得部が前記土質情報を前回取得したタイミングからの経過時間を前記土質関連情報として当該経過時間に基づいて前記取得タイミングを決定することが望ましい。

本構成によれば、機体の位置が変わらないような作業を行う場合であっても、時間の推移による土質の変化を踏まえた適切なタイミングで土質情報を取得することができる。

上記の構成において、前記作業現場における気象情報を取得することが可能な気象情報取得部を更に備え、前記取得タイミング決定部は、前記気象情報取得部によって取得された前記気象情報を前記土質関連情報として当該気象情報に基づいて前記取得タイミングを決定することが望ましい。

本構成によれば、機体の位置が変わらないような作業を行う場合であっても、気象による土質の変化を踏まえた適切なタイミングで土質情報を取得することができる。

上記の構成において、前記記憶部は、前記作業機械から離れた場所に配置され、前記位置情報取得部によって取得された前記位置情報と前記土質情報取得部によって取得された前記土質情報とを送信する送信部と、前記送信部から離れた場所に配置され、当該送信部から送信された前記位置情報および前記土質情報を受け付け、前記記憶部に入力する受信部とを更に備えることが望ましい。

本構成によれば、作業現場において取得された位置情報および土質情報を離れた位置に配置された記憶部に記憶することで、土質情報を蓄積することができる。

上記の構成において、前記記憶部に記憶された前記位置情報および前記土質情報を作業現場の他の作業機械に送信する副送信部と、前記他の作業機械に配置され、前記副送信部から送信された前記位置情報および前記土質情報を受け付ける副受信部と、を更に備えることが望ましい。

本構成によれば、同じ作業現場において一の作業機械が取得した土質情報を他の作業機械に送信することで、複数の作業機械で効率的に土質情報を利用することができる。

本発明によって提供されるのは、作業機械であって、当該作業機械は、地面上を走行可能な走行部を含む機体と、前記機体に対して相対移動可能なように前記機体に支持され地面に対する所定の作業を行う作業アタッチメントと、上記の何れかに記載の土質情報取得システムとを備える。

本構成によれば、作業機械において、取得タイミング決定部が作業現場の土質の変化に関連する情報である土質関連情報に基づいて取得タイミングを決定し、土質情報取得部が当該取得タイミングに応じて土質情報を取得することができる。このため、作業機械の周辺の土質情報が変化する可能性に応じて適切なタイミングで土質情報が取得されるため、過剰な情報の取得や取得不足を防ぐことができる。この結果、定期的に土質情報を取得し、位置情報とともに記憶部に記憶する場合と比較して、作業機械の記憶部に要求される記憶容量を低減することができる。

本発明によれば、作業現場において適切なタイミングで土質情報を取得することが可能な土質情報取得システムおよびこれを備える作業機械が提供される。

本発明の第１実施形態に係る土質情報取得システムを備えた作業機械の側面図である。 本発明の第１実施形態に係る土質情報取得システムのブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る作業機械の基準範囲を示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る作業機械の掘削半径を算出するためのパラメータを説明するための側面図である。 本発明の第１実施形態に係る土質情報取得システムの初期設定動作を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る土質情報取得システムの土質情報取得動作を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る土質情報取得システムの土質情報取得動作を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る土質情報取得システムの土質情報取得動作を示すフローチャートである。 本発明の第４実施形態に係る土質情報取得システムのサーバーの模式図である。 本発明の第５実施形態に係る作業機械の基準範囲を示す側面図である。 本発明の第６実施形態に係る作業機械の作業アタッチメントの平面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る土質情報取得システム１００（図２）が搭載された油圧ショベル１（作業機械）の側面図である。

油圧ショベル１は、地面Ｇ（走行面）上を走行可能な下部走行体１０および下部走行体１０に旋回可能に支持される上部旋回体１２（上部本体）と、上部旋回体２に搭載される作業アタッチメント２０とを備える。下部走行体１０および上部旋回体１２は、本発明の機体を構成する。

下部走行体１０は、地面Ｇ上を走行可能である。下部走行体１０は、クローラ式の走行部を含む。

上部旋回体１２は、前記下部走行体１０に支持される旋回フレーム１２１と、当該旋回フレーム１２１上に搭載されるキャブ１３とを有する。キャブ１３は、作業者が搭乗することを許容するものであり、油圧ショベル１を操作するための各種の装置が配置されている。

作業アタッチメント２０は、上部旋回体１２に対して相対移動可能なように上部旋回体１２に装着され、地面に対する所定の作業を行う。作業アタッチメント２０は、旋回フレーム１２１の前端部に水平な回転中心軸回りに起伏方向に回動可能に連結されるブーム２１と、当該ブーム２１の先端部に水平な回転中心軸回りに回動可能に連結されるアーム２２と、当該アーム２２の先端部に水平な回転中心軸回りに回動可能に連結されるバケット２３とを含む。本実施形態では、ブーム２１、アーム２２およびバケット２３の回転中心軸は互いに平行に設定されている。ブーム２１およびアーム２２は、本発明の起伏体を構成し、バケット２３は、本発明の作業部材を構成する。また。作業アタッチメント２０は、ブーム２１を起伏させるように伸縮するブームシリンダ２１Ｓと、アーム２２を回動させるように伸縮するアームシリンダ２２Ｓと、バケット２３を回動させるように伸縮するバケットシリンダ２３Ｓとを更に有する。これらのシリンダは油圧シリンダから構成される。

キャブ１３は、旋回フレーム１２１の前部であって当該旋回フレーム１２１の幅方向について前記ブーム２１と隣接する部位（図１、図２に示される例ではブーム２１の左側）に搭載され、油圧ショベル１の操縦を行うための運転室を構成する。すなわち、当該キャブ１３内において、作業者は、下部走行体１０の走行、上部旋回体１２の旋回、及び作業アタッチメント２０の作動のための操作を行う。

図２は、本実施形態に係る土質情報取得システム１００を含む油圧ショベル１のブロック図である。土質情報取得システム１００は、作業現場の土質に関する情報である土質情報を取得する。油圧ショベル１は、更に、操作部３１と、入力部３２と、本体位置検出部３３（位置情報取得部）と、アタッチメント位置検出部３４（距離検出部）と、シリンダ圧検出部３５と、撮像装置３６と、気象情報取得部３７と、駆動部４１と、表示部４２と、送信部４３とを備える。

操作部３１は、キャブ１３内に配置され、作業者によって操作される。すなわち、操作部３１は、油圧ショベル１を操作するための操作を受け付ける。当該操作には、下部走行体１０の走行、上部旋回体１２の旋回、作業アタッチメント２０（ブーム２１、アーム２２、バケット２３）の駆動などが含まれる。

入力部３２は、キャブ１３内に配置され、各種の情報の入力を受け付ける。一例として、入力部３２は、各種の入力ボタン、スイッチや後記の表示部４２に含まれるタッチパネルなどを有する。特に、入力部３２は、後記の土質情報取得動作において参照される情報であって、上部旋回体１２（旋回中心軸ＣＬ）から作業アタッチメント２０の先端部（バケット先端部２３Ａ）までの距離の入力を受け付けることが可能とされている。

本体位置検出部３３は、作業現場における油圧ショベル１の位置情報を取得する。一例として、本体位置検出部３３は、予め上部旋回体１２に設けられた本体基準点の作業現場における絶対座標に関する情報である本体座標情報を取得する。本体基準点を構成する本体位置検出部３３は、キャブ１３の上面部に配置されており、ＧＮＳＳ移動局として機能する。一方、上記の本体座標情報を取得するために、土質情報取得システム１００は、ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ／全球測位衛星システム）基準局を有する（不図示）。ＧＮＳＳ基準局は、作業現場に配置された、または、作業現場に最も近い位置に配置された基準局である。なお、ＧＮＳＳとして、公知のＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）に加え、ＧＬＯＮＡＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）、Ｇａｌｉｌｅｏ、準天頂衛星（ＱＺＳＳ：Ｑｕａｓｉ－Ｚｅｎｉｔｈ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）等の衛星測位システムが採用されてもよい。

アタッチメント位置検出部３４は、キャブ１３の上面部の前端に配置されている。一例として、アタッチメント位置検出部３４は、ＬｉＤＡＲ（Ｌｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇ）センサから構成される。アタッチメント位置検出部３４は、上部旋回体１２からバケット２３のバケット先端部２３Ａまでの距離Ｌを検出することが可能である。アタッチメント位置検出部３４は、ＴＯＦ（Ｔｉｍｅ Ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）センサやステレオカメラなどでもよい。

シリンダ圧検出部３５は、作業アタッチメント２０を駆動するための油圧回路中に配置され、前述のブームシリンダ２１Ｓ、アームシリンダ２２Ｓおよびバケットシリンダ２３Ｓのシリンダ圧をそれぞれ検出する。シリンダ圧検出部３５が検出したシリンダ圧は、後記の土質情報取得部５０２によって参照され、作業現場の土質（地盤硬さ）の推定に使用される。

撮像装置３６は、キャブ１３の先端部に配置される。撮像装置３６は、作業アタッチメント２０のバケット２３周辺の地面の画像を撮影する。撮像装置３６によって撮影された画像は、土質情報取得部５０２によって参照され、作業現場の土質の推定に使用される。なお、撮像装置３６が前述のアタッチメント位置検出部３４を兼用してもよい。

気象情報取得部３７は、作業現場における気象情報を取得することが可能である。一例として、気象情報取得部３７は、油圧ショベル１に装着され、周囲の温湿度情報を取得する温湿度計から構成される。また、他の例として、気象情報取得部３７は、インターネットなどに接続されることで、気象庁などが提供する予報情報に基づいて、作業現場の気象情報を取得する。当該気象情報には、降雨量の予測値や朝、日中、夜の気温、湿度などが含まれる。また、気象情報取得部３７は、作業現場に設置された雨量計が計測した一定期間における積算雨量を気象情報として取得してもよい。

駆動部４１は、油圧ショベル１の各種構造体を駆動するものであり、操作部３１によって操作される下部走行体１０、上部旋回体１２、作業アタッチメント２０などを駆動する。駆動部４１は、油圧ポンプ、油圧モータなどの油圧回路を含む。

表示部４２は、キャブ１３内に配置され、各種の情報を表示することで、作業者に当該情報を報知する。当該情報には、土質情報取得システム１００によって取得された土質情報、油圧ショベル１の位置情報などが含まれる。

送信部４３は、本体位置検出部３３によって取得された油圧ショベル１の位置情報と土質情報取得部５０２によって取得された作業現場の土質情報とを後記のサーバー９０に送信する。

制御部５０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成されている。制御部５０には、図２に示すように、操作部３１、入力部３２、本体位置検出部３３、アタッチメント位置検出部３４、シリンダ圧検出部３５、撮像装置３６、気象情報取得部３７、駆動部４１、表示部４２および送信部４３が接続されている。制御部５０は、前記ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、駆動制御部５０１、土質情報取得部５０２、取得タイミング決定部５０３、判定部５０４、入力指令部５０５および記憶部５０６を備えるように機能する。

駆動制御部５０１は、操作部３１が受ける操作の内容に応じて、駆動部４１に駆動指令信号を入力する。この結果、下部走行体１０、上部旋回体１２および作業アタッチメント２０などの動作が制御される。

土質情報取得部５０２は、取得タイミング決定部５０３から出力された取得信号を受け入れ、当該取得信号に応じて作業現場の土質情報を取得する。土質情報取得部５０２が土質情報を取得する方法は、公知の方法を採用すればよい。一例として、土質情報取得部５０２は、作業アタッチメント２０のバケット先端部２３Ａが地面Ｇに接触する際の反力の大きさに応じて、地面Ｇの土質情報（地盤硬さ）を取得することができる。前記反力は、シリンダ圧検出部３５が検出する各シリンダ圧によって推定することができる。この際、作業アタッチメント２０の姿勢は予め設定された基準姿勢とされても良いし、任意の姿勢において前記反力が検出される場合はブーム２１、アーム２２およびバケット２３の姿勢（回動角度、対地角）に応じて検出された反力が補正されてもよい。

取得タイミング決定部５０３は、作業現場の土質の変化に関連する情報である土質関連情報に基づいて土質情報を取得するための取得タイミングを決定し、当該取得タイミングに対応する取得信号を出力する。

判定部５０４は、土質情報取得部５０２、取得タイミング決定部５０３が実行する土質情報取得動作における各種の判定動作を実行する。

入力指令部５０５は、取得された土質情報をサーバー９０に送信する場合に、送信部４３に対して前記土質情報に対応する指令信号を入力する。

記憶部５０６は、本体位置検出部３３によって取得された油圧ショベル１の位置情報と土質情報取得部５０２によって取得された土質情報とを互いに関連付けて記憶する。

上記の構成のうち、入力部３２、本体位置検出部３３、アタッチメント位置検出部３４、シリンダ圧検出部３５、撮像装置３６、気象情報取得部３７、送信部４３、制御部５０は、土質情報取得システム１００の一部を構成する。また、土質情報取得システム１００は、サーバー９０を備える。

サーバー９０は、油圧ショベル１が作業を行う作業現場から離れた位置に配置されており、たとえば複数の油圧ショベル１の作業を統括的に管理するデータ管理センター、遠隔操作センターなどに配置されている。サーバー９０は、サーバー受信部９０１と、サーバー記憶部９０２とを有する。

サーバー受信部９０１は、送信部４３から離れた場所に配置され、当該送信部４３から送信された前記位置情報および前記土質情報を受け付け、サーバー記憶部９０２に入力し記憶させる。

サーバー記憶部９０２は、送信部４３が受け付けた前記位置情報および前記土質情報を互いに関連付けて記憶する。

図３は、本実施形態に係る油圧ショベル１の基準範囲を示す平面図である。図４は、本実施形態に係る油圧ショベル１のアタッチメント長さ（掘削半径）を算出するためのパラメータを説明するための側面図である。図５は、土質情報取得システム１００の初期設定動作を示すフローチャートである。図６は、土質情報取得システム１００の土質情報取得動作を示すフローチャートである。

本実施形態では、土質情報取得システム１００の取得タイミング決定部５０３が土質情報を取得する適切な取得タイミングを決定し、そのタイミングに応じて土質情報取得部５０２が土質情報を取得する。

取得タイミング決定部５０３は、作業現場において一定の土質を有すると推定される仮想的な基準範囲Ｐ（土質情報の適用範囲ともいう）を設定し、当該基準範囲Ｐに対する油圧ショベル１の相対位置を土質関連情報として当該相対位置に基づいて取得タイミングを決定する。本実施形態では、図３に示すように、取得タイミング決定部５０３は、所定の基準タイミング（初期設定時）において平面視における上部旋回体１２の旋回中心軸ＣＬを中心とする所定の半径の基準円によって囲まれる範囲を前記基準範囲Ｐとして設定する。すなわち、土質情報取得システム１００が実行する土質情報取得動作は、図３の基準範囲Ｐの範囲内では土質は一定であると仮定し、基準範囲Ｐの外側では土質が異なるため更なる土質情報の取得が必要であるという技術思想に基づいている。

図４を参照して、アタッチメント位置検出部３４は、キャブ１３の上端部に設定された基準点（ｘ１、ｚ１）に対する作業アタッチメント２０の最大長さｌ１を検出する。なお、基準点のｘ座標は、旋回中心軸ＣＬから基準点までの水平方向における距離に相当する。基準点のｚ座標は、たとえば地面からの高さである。この結果、下記の式１、式２に基づいて、旋回中心軸ＣＬからバケット先端部２３Ａまでの距離Ｌ（最大掘削半径）が算出される。

図３では、上部旋回体１２が旋回中心軸ＣＬ回りに旋回した場合に現在の作業アタッチメント２０のバケット先端部２３Ａが描く、距離Ｌを半径とする円（内側の円）と、その外側に距離２Ｌを半径とする円とがそれぞれ図示されている。すなわち、図３の基準範囲Ｐは、旋回中心軸ＣＬを中心とした距離２Ｌを半径とする円である。なお、基準範囲Ｐの半径は、距離Ｌを超える任意の値に設定されてもよい。

なお、上記の基準範囲Ｐの設定は、油圧ショベル１に代表される作業機械（建設機械）の用途に応じて、工場出荷時に設定されてもよい。また、作業現場において作業者が入力部３２から入力してもよい。

特に、基準範囲Ｐの大きさ（半径）は、以下のように設定することができる。（ｉ）工場出荷時に基準範囲Ｐ（適用範囲）と紐づけして予め記憶されている値を採用する。（ｉｉ）記憶部５０６に記憶され表示部４２に表示される複数の作業アタッチメント２０の長さから作業者が適切なものを選択すると、当該長さに応じた半径が自動的に設定される。（ｉｉｉ）基準範囲Ｐの半径を演算するために必要な機械諸元情報を作業者が入力部３２から入力し、作業アタッチメント２０が予め設定された基準姿勢とされた場合の距離Ｌを算出し、距離２Ｌを基準範囲Ｐの半径とする。当該機械諸元情報には、ブーム２１、アーム２２、バケット２３の長さなどの情報が含まれている。また、前記基準姿勢では、上部旋回体１２に対するブーム２１、アーム２２、バケット２３の姿勢が予め設定されている。

図５を参照して、作業現場において作業が開始されるにあたって、作業者が入力部３２から所定の作業開始信号を入力すると、土質情報取得システム１００が初期設定動作を実行する。この際、本体位置検出部３３が作業現場における油圧ショベル１の位置情報を取得する（ステップＳ１）。次に、駆動制御部５０１が作業アタッチメント２０を駆動し、バケット先端部２３Ａを所定の速度で地面Ｇに接触させる。この際のシリンダ圧検出部３５が検出するシリンダ圧に基づいて、土質情報取得部５０２が土質情報を取得する（ステップＳ２）。なお、前述のように、撮像装置３６が撮影する地面Ｇの画像に基づいて土質情報が推定されてもよい。次に、記憶部５０６が、取得された位置情報および土質情報を互いに紐づけて（関連付けて）記憶する（ステップＳ３）。

図６を参照して、油圧ショベル１による作業が開始されると、判定部５０４は、本体位置検出部３３が検出する位置情報を参照して油圧ショベル１が初期設定動作時から距離Ｑ以上移動したか否かを判定する（ステップＳ１１）。なお、一例として、距離Ｑは、距離Ｌに設定されている。ここで、油圧ショベル１が距離Ｑ以上移動している場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）、取得タイミング決定部５０３は土質情報を新たに取得するために取得信号を土質情報取得部５０２に入力する。この結果、土質情報取得部５０２が土質情報を取得する（ステップＳ１２）。そして、記憶部５０６は、取得された土質情報と現在の油圧ショベル１の位置情報とを互いに関連付けて記憶する（ステップＳ１３）。

表１は、記憶部５０６に記憶される位置情報および土質情報の関係を示す表である。

このように、現在の作業現場について、複数の情報（土質情報および位置情報の組み合わせ）が記憶部５０６に記憶される。なお、最新の情報のみを利用する場合は、ステップＳ１３において、初期設定時の情報が上書きされてもよい。

なお、記憶部５０６が上記の情報を記憶する一方、入力指令部５０５がこれらの情報に対応する入力信号を表示部４２に表示することで、作業者に周囲の土質情報を報知してもよい。また、入力指令部５０５が前記入力信号を送信部４３に入力することで、サーバー受信部９０１を介してサーバー記憶部９０２に同情報が記憶されてもよい。

また、図６のステップＳ１１において、油圧ショベル１が距離Ｑ以上移動していない場合（ステップＳ１１でＮＯ）、土質情報取得部５０２は新たな土質情報を取得することなく図６のフローを終了する。図６のステップＳ１１は、油圧ショベル１の作業中に繰り返し実行される。

以上のように、本実施形態では、取得タイミング決定部５０３が作業現場の土質の変化に関連する情報である土質関連情報に基づいて取得タイミングを決定し、土質情報取得部５０２が当該取得タイミングに応じて土質情報を取得することができる。このため、油圧ショベル１の周辺の土質情報が変化する可能性に応じて適切なタイミングで土質情報が取得されるため、過剰な情報の取得や取得不足を防ぐことができる。この結果、定期的に土質情報を取得し位置情報とともに記憶部に記憶する場合と比較して、記憶部５０６に要求される記憶容量を小さくすることができる。

また、本実施形態では、取得タイミング決定部５０３は、作業現場において一定の土質を有すると推定される仮想的な基準範囲を設定し、前記基準範囲に対する油圧ショベル１の相対位置を前記土質関連情報として前記取得タイミングを決定する。このような構成によれば、作業現場の様子や油圧ショベルのサイズ、用途などに応じて基準範囲を設定し、より適切なタイミングで効率的に土質情報を取得、記憶することができる。

特に、本実施形態では、取得タイミング決定部５０３は、所定の基準タイミングにおいて平面視における上部旋回体１２（旋回中心軸ＣＬ）を中心とする所定の半径の基準円によって囲まれる範囲を前記基準範囲として設定する。このような構成によれば、作業現場において平面視の所定の範囲では土質が近似していることに着目して、基準円と油圧ショベル１との相対位置に応じて土質情報の取得タイミングを決定することができる。このため、同じ土質を有する範囲において頻繁に土質情報を取得することを防止することができる。

また、本実施形態では、取得タイミング決定部５０３は、前記基準円に包含されるように前記基準円と同心状に設定された境界円（距離Ｌを半径とする円）によって囲まれる領域を下部走行体１０（走行部）の走行に伴って油圧ショベル１が超えた場合に取得タイミングに対応する取得信号を出力する。このような構成によれば、予め設定された境界円を油圧ショベル１が超えると新たな土質情報を取得することができるため、油圧ショベル１が基準円の外側に向かって移動しながら作業をする場合であっても、作業位置に応じた適切な土質情報を取得することができる。

この際、取得タイミング決定部５０３は、前記基準円（距離２Ｌを半径とする円）を作業アタッチメント２０が超えた場合に前記取得信号を出力するものでもよい。このような構成においても、作業アタッチメント２０が基準円を超えると新たな土質情報を取得することができるため、油圧ショベル１が基準円の外側に向かって移動しながら作業をする場合であっても、作業位置に応じた適切な土質情報を取得することができる。

一方、取得タイミング決定部５０３は、アタッチメント位置検出部３４または撮像装置３６（距離検出部）によって検出された上部旋回体１２とバケット先端部２３Ａとの距離に基づいて前記基準円の半径を設定してもよい。一例として、前記距離の２倍の値を前記基準円の半径としてもよい。このような構成によれば、上部旋回体１２に装着された作業アタッチメント２０の仕様に関わらず、前記距離検出部によって検出される作業アタッチメント２０の実際の長さに応じて基準円を適切に設定することができる。なお、基準円の半径は、前記距離を超える任意の値に設定されてもよい。

また、取得タイミング決定部５０３は、入力部３２に入力された前記上部旋回体１２とバケット先端部２３Ａとの距離に基づいて前記基準円の半径を設定してもよい。この場合も、一例として、前記距離の２倍の値を前記基準円の半径としてもよい。このような構成によっても、上部旋回体１２に装着された作業アタッチメント２０の仕様に関わらず、作業者によって入力される作業アタッチメント２０の長さに応じて基準円を適切に設定することができる。また、この場合も、基準円の半径は、前記距離を超える任意の値に設定されてもよい。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、本実施形態では、先の第１実施形態と比較して相違する点について説明し、共通する点の説明を省略する。以後の他の実施形態についても同様である。

図７は、本実施形態に係る土質情報取得システム１００の土質情報取得動作を示すフローチャートである。本実施形態では、先の第１実施形態（図６）のステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３に対応するように、ステップＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２３が順次実行される。更に、本実施形態では、ステップＳ２１において油圧ショベル１が距離Ｑ以上移動していない場合（ステップＳ２１でＮＯ）、判定部５０４は前回の土質情報取得時刻から時間Ｔ以上経過しているか否かを判定する（ステップＳ２４）。ここで、時間Ｔ以上経過している場合には、ステップＳ２２において土質情報が新たに取得されるとともに、ステップＳ２３において、記憶部５０６が土質情報および位置情報を互いに関連付けて記憶する。この結果、油圧ショベル１が大きく移動していない条件、換言すれば、作業現場におけるほぼ同じ位置において時刻の違いを変数として複数の土質情報を取得することができる。

なお、ステップＳ２４において時間Ｔ以上経過していない場合（ステップＳ２４でＮＯ）には、土質情報取得部５０２は新たな土質情報を取得することなく図７のフローを終了する。

本実施形態では、朝と昼とでは気温変化によって地盤の水分量が変わり土質が変化する可能性を考慮している。すなわち、たとえ油圧ショベル１が大きく移動していない場合でも、所定時間（たとえば４時間）経過すれば、土質情報取得部５０２が新たな土質情報を取得する。なお、前記所定時間は４時間に限定されず、作業現場の気候などに応じて設定することができる。

また、他の実施形態において、工場出荷時に油圧ショベル１の出荷先の気候に応じて、前記所定時間が設定されてもよい。また、油圧ショベル１の位置情報に応じて、作業現場が含まれる地域の気象情報から、日中の寒暖差情報を取得し、当該寒暖差が大きい場合には所定時間を短くし、寒暖差が小さい場合には所定時間を大きく設定してもよい。

以上のように、本実施形態では、取得タイミング決定部５０３は、土質情報取得部５０２が土質情報を前回取得したタイミングからの経過時間を土質関連情報として取得タイミングを決定する。このため、油圧ショベル１の機体の位置が変わらないような作業を行う場合であっても、時間の推移による土質の変化を適切なタイミングで取得することができる。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。図８は、本実施形態に係る土質情報取得システム１００の土質情報取得動作を示すフローチャートである。

本実施形態においても、先の第１実施形態（図６）のステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３に対応するように、ステップＳ３１、Ｓ３２、Ｓ３３が順次実行される。更に、本実施形態では、ステップＳ３１において油圧ショベル１が距離Ｑ以上移動していない場合（ステップＳ３１でＮＯ）、判定部５０４は前回の土質情報取得時から気象が変化したか否かを判定する（ステップＳ３４）。なお、当該判定には、前述の気象情報取得部３７の取得情報が参照される。ここで、作業現場における気象が変化している、または、変化していると推定される場合には、ステップＳ３２において土質情報が新たに取得されるとともに、ステップＳ３３において、記憶部５０６が土質情報および位置情報を互いに関連付けて記憶する。この結果、油圧ショベル１が大きく移動していない条件、換言すれば、作業現場におけるほぼ同じ位置において気象情報の違いを変数として複数の土質情報を取得することができる。

なお、ステップＳ３４において周囲の気象が変化していない場合（ステップＳ３４でＮＯ）には、土質情報取得部５０２は新たな土質情報を取得することなく図８のフローを終了する。

以上のように、本実施形態では、取得タイミング決定部５０３は、気象情報取得部３７によって取得された気象情報を土質関連情報として取得タイミングを決定する。このような構成によれば、油圧ショベル１の機体の位置が変わらないような作業を行う場合であっても、気象による土質の変化を適切なタイミングで取得することができる。

次に、本発明の第４実施形態について説明する。図９は、本実施形態に係る土質情報取得システム１００のサーバー９０の模式図である。先の第１実施形態では、制御部５０の記憶部５０６に加え、サーバー９０が油圧ショベル１（図９の油圧ショベル１Ａ）において取得された土質情報および油圧ショベル１の位置情報を互いに関連付けて記憶する態様にて説明した。この場合、作業現場において取得された位置情報および土質情報を離れた位置に配置されたサーバー記憶部９０２に記憶することで、土質情報を蓄積することができる。この結果、以後の作業において、上記の情報を有効利用しながら、油圧ショベル１の自動制御などを行うことができる。

一方、本実施形態では、サーバー９０が更に副送信部９０３を有する。副送信部９０３は、サーバー記憶部９０２に記憶された前記位置情報および前記土質情報を、作業現場の油圧ショベル１Ｂ（他の作業機械）に送信する。また、土質情報取得システム１００は、副受信部４４を更に備える。副受信部４４は、油圧ショベル１Ｂに配置され、副送信部９０３から送信された前記位置情報および前記土質情報を受け付けるとともに、油圧ショベル１Ｂ内の記憶部５０６に入力し記憶させる。

このように、本実施形態では、同じ作業現場において一の油圧ショベル１Ａが取得した土質情報を他の油圧ショベル１Ｂに送信することで、複数の油圧ショベルにおいて効率的に土質情報を利用、共有することができる。特に、油圧ショベル１Ｂにおいて土質情報を取得する頻度を低減することができる。

次に、本発明の第５実施形態について説明する。図１０は、本実施形態に係る油圧ショベル１の基準範囲を示す側面図である。本実施形態では、取得タイミング決定部５０３は、所定の基準タイミング（初期設定時）において下部走行体１０から地中の所定の深さまでの範囲を基準範囲Ｄとして設定する。本実施形態は、地中において所定の深さの範囲では土質がほぼ一定であるという仮定に基づくものである。

このように本実施形態では、作業現場において地中の深さ方向における所定の範囲では土質が近似していることに着目して、基準範囲と作業機械との相対位置に応じて土質情報の取得タイミングを決定することができる。このため、同じ土質を有する深さ方向の範囲において頻繁に土質情報を取得することを防止することができる。

次に、本発明の第６実施形態について説明する。図１１は、本実施形態に係る油圧ショベル１の作業アタッチメント２０の平面図である。先の第１実施形態では、ブーム２１、アーム２２およびバケット２３がそれぞれ水平な回動中心軸回りに回動（揺動）する態様にて説明した。本実施形態では、作業アタッチメント２０が、揺動ブーム２２Ａを有し、揺動ブーム２２Ａは、ブーム２１とアーム２２Ｂとを互いに接続する。揺動ブームは、ブーム２１の長手方向に沿って延びる回転中心軸回りに揺動可能とされている（オフセットブーム仕様）。

すなわち、本実施形態では、平面視においてブーム２１と揺動ブーム２２Ａとがなす角度θが可変とされている。なお、図１１では、揺動ブーム２２Ａが右側に揺動する態様にて示しているが、揺動ブーム２２Ａは左側にも揺動可能である。したがって、左右それぞれにおいてオフセット量（揺動角度）を最大とした場合に、床面最大掘削半径が小さくなる場合に基づいて、基準範囲Ｐが設定されることが望ましい。また、本実施形態においても、上部旋回体１２に対するブーム２１の長さおよび相対角度、ブーム２１に対する揺動ブーム２２Ａの長さおよび相対角度、揺動ブーム２２Ａに対するアーム２２Ｂの長さおよび相対角度、アーム２２Ｂに対するバケット２３の長さおよび相対角度の情報から、上部旋回体１２に対するバケット２３（バケット先端部２３Ａ）の相対位置を幾何学的に演算してもよい。

このように本実施形態においては、作業アタッチメント２０が特徴的な構造を有する場合であっても、その構造に応じて基準範囲Ｐを設定することで、適切なタイミングで土質情報を取得することができる。

以上、本発明の実施形態に係る土質情報取得システムおよびこれを備えた作業機械について説明した。なお、本発明はこれらの形態に限定されるものではない。本発明は、例えば以下のような変形実施形態を取ることができる。

上記の実施形態では、作業機械として油圧ショベル１を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明に係る作業機械は油圧ショベル以外の構造からなるものでもよい。特に、作業アタッチメント２０の先端部に配置される作業部材はバケット２３に限定されるものではない。また、本発明に係る上部本体は下部走行体１０に対して旋回しない態様でもよい。この場合、上部本体の前後方向と下部走行体１０の前後方向とは互いに合致する。

１ 油圧ショベル
１０ 下部走行体（機体）
１００ 土質情報取得システム
１２ 上部旋回体（機体）
１２１ 旋回フレーム
１３ キャブ
２０ 作業アタッチメント
２１ ブーム
２１Ｓ ブームシリンダ
２２ アーム
２２Ａ 揺動ブーム
２１Ｓ アームシリンダ
２３ バケット
２３Ａ バケット先端部
２３Ｓ バケットシリンダ
３１ 操作部
３２ 入力部
３３ 本体位置検出部（位置情報取得部）
３４ アタッチメント位置検出部
３５ シリンダ圧検出部
３６ 撮像装置
３７ 気象情報取得部
４１ 駆動部
４２ 表示部
４３ 送信部
５０ 制御部
５０１ 駆動制御部
５０２ 土質情報取得部
５０３ 取得タイミング決定部
５０４ 判定部
５０５ 入力指令部
５０６ 記憶部
９０ サーバー
９０１ サーバー受信部（受信部）
９０２ サーバー記憶部（記憶部）
ＣＬ 旋回中心軸
Ｄ 基準範囲
Ｐ 基準範囲
Ｇ 地面

Claims (11)

1. 地面上を走行可能な走行部を含む機体と前記機体に対して相対移動可能なように前記機体に装着され地面に対する所定の作業を行う作業アタッチメントとを有する作業機械に用いられ、作業現場の土質に関する情報である土質情報を取得する土質情報取得システムであって、
   作業現場における前記作業機械の位置情報を取得する位置情報取得部と、
   作業現場の土質の変化に関連する情報である土質関連情報に基づいて取得タイミングを決定し当該取得タイミングに対応する取得信号を出力する取得タイミング決定部と、
   前記取得タイミング決定部から出力された前記取得信号を受け入れ、当該取得信号に応じて前記土質情報を取得する土質情報取得部と、
   前記位置情報取得部によって取得された前記位置情報と前記土質情報取得部によって取得された前記土質情報とを互いに関連付けて記憶する記憶部と、
   を備える、土質情報取得システム。
2. 前記取得タイミング決定部は、作業現場において一定の土質を有すると推定される仮想的な基準範囲を設定し、前記基準範囲に対する前記作業機械の相対位置を前記土質関連情報として当該相対位置に基づいて前記取得タイミングを決定する、請求項１に記載の土質情報取得システム。
3. 前記取得タイミング決定部は、所定の基準タイミングにおいて平面視における前記機体を中心とする所定の半径の基準円によって囲まれる範囲を前記基準範囲として設定する、請求項２に記載の土質情報取得システム。
4. 前記取得タイミング決定部は、前記基準円に包含されるように前記基準円と同心状に設定された境界円を前記走行部の走行に伴って前記作業機械が超えた場合に前記取得信号を出力する、請求項３に記載の土質情報取得システム。
5. 前記取得タイミング決定部は、前記基準円を前記作業アタッチメントが超えた場合に前記取得信号を出力する、請求項３に記載の土質情報取得システム。
6. 前記取得タイミング決定部は、所定の基準タイミングにおいて前記機体から地中の所定の深さまでの範囲を前記基準範囲として設定する、請求項２に記載の土質情報取得システム。
7. 前記取得タイミング決定部は、前記土質情報取得部が前記土質情報を前回取得したタイミングからの経過時間を前記土質関連情報として当該経過時間に基づいて前記取得タイミングを決定する、請求項１乃至６の何れか１項に記載の土質情報取得システム。
8. 前記作業現場における気象情報を取得することが可能な気象情報取得部を更に備え、
   前記取得タイミング決定部は、前記気象情報取得部によって取得された前記気象情報を前記土質関連情報として当該気象情報に基づいて前記取得タイミングを決定する、請求項１乃至７の何れか１項に記載の土質情報取得システム。
9. 前記記憶部は、前記作業機械から離れた場所に配置され、
   前記位置情報取得部によって取得された前記位置情報と前記土質情報取得部によって取得された前記土質情報とを送信する送信部と、
   前記送信部から離れた場所に配置され、当該送信部から送信された前記位置情報および前記土質情報を受け付け、前記記憶部に入力する受信部と、
   を更に備える、請求項１乃至８の何れか１項に記載の土質情報取得システム。
10. 前記記憶部に記憶された前記位置情報および前記土質情報を作業現場の他の作業機械に送信する副送信部と、
    前記他の作業機械に配置され、前記副送信部から送信された前記位置情報および前記土質情報を受け付ける副受信部と、
    を更に備える、請求項９に記載の土質情報取得システム。
11. 地面上を走行可能な走行部を含む機体と、
    前記機体に対して相対移動可能なように前記機体に支持され地面に対する所定の作業を行う作業アタッチメントと、
    請求項１乃至９の何れか１項に記載の土質情報取得システムと、
    を備える、作業機械。

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