JP6894464B2

JP6894464B2 - 作業機械、作業機械の制御方法、施工管理装置および施工管理装置の制御方法

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Publication number: JP6894464B2
Application number: JP2019081307A
Authority: JP
Inventors: 峰鷹西村
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2019-04-22
Filing date: 2019-04-22
Publication date: 2021-06-30
Anticipated expiration: 2039-04-22
Also published as: CN115839115A; KR102581330B1; US11781292B2; KR20210111297A; US20220064910A1; DE112020000358T5; JP2020176489A; CN113474518B; CN113474518A; US20230392353A1; JP2021131017A; WO2020218120A1

Description

本開示は、作業機械の施工管理に関する。

従来より、作業機械によって施工対象が施工された結果変形された現況地形を求めるために、バケットが通過した位置情報に基づいて現況地形データを生成する技術が開発されている（特許文献１参照）。具体的には、特許文献１に記載の施工管理装置は、バケット刃先の位置データに基づいてバケット刃先の軌跡を特定し、バケットの刃先が通過した位置の高さが現況地形データの高さより低い場合に、現況地形データの高さをバケットの刃先が通過した高さに更新する。

国際公開第２０１４／１６７７４０号

一方で、特許文献１に記載の技術は、バケットの刃先における最下点に基づいて地形データを更新するため、後に盛土作業により最下点よりも上方の位置で施工した場合であっても現況地形データは更新されない。これにより実際の現況地形との乖離が生じてしまう可能性がある。

本開示の目的は、精度の高い現況地形データの記録が可能な作業機械、作業機械の制御方法、施工管理装置および施工管理装置の制御方法を提供することである。

本開示のある局面に従う作業機械は、バケットを有する作業機と、バケットの位置を取得するバケット位置取得部と、バケット位置取得部で取得されたバケットの位置と施工対象の設計地形との距離を算出する距離算出部と、距離算出部により算出された距離に基づいてバケットの位置に応じた現況地形データを記録する記録部とを備える。

本開示のある局面に従う作業機械の制御方法は、バケットを有する作業機を備えた作業機械の制御方法であって、バケットの位置を取得するステップと、取得されたバケットの位置と施工対象の設計地形との距離を算出するステップと、算出された距離に基づいてバケットの位置に応じた現況地形データを記録するステップとを備える。

本開示のある局面に従う施工管理装置は、バケットを有する作業機械から、バケットの位置を取得するバケット位置取得部と、バケット位置取得部で取得されたバケットの位置と施工対象の設計地形との距離を算出する距離算出部と、距離算出部により算出された距離に基づいてバケットの位置に応じた現況地形データを記録する記録部とを備える。

本開示のある局面に従う施工管理装置の制御方法は、バケットを有する作業機械から、バケットの位置を取得するステップと、取得されたバケットの位置と施工対象の設計地形との距離を算出するステップと、算出された距離に基づいてバケットの位置に応じた現況地形データを記録するステップとを備える。

本開示の作業機械、作業機械の制御方法、施工管理装置および施工管理装置の制御方法は、精度の高い現況地形データの記録が可能である。

実施形態１に基づく作業機械１００の外観図である。実施形態１に基づく作業機械１００を模式的に説明する図である。実施形態１に基づく作業機械１００の制御系の構成を示す概要ブロック図について説明する。実施形態１に基づく作業機コントローラ２６の構成を示すブロック図である。実施形態１に従うバケット８の複数の輪郭点と設計地形との関係を示す図である。比較例に従う従来の現況地形データの記録について説明する図である。実施形態１に従う作業機コントローラ２６の現況地形データの記録（その１）について説明する図である。実施形態１に従う作業機コントローラ２６の現況地形データの記録（その２）について説明する図である。実施形態１に従う作業機コントローラ２６の現況地形データの記録について説明するフロー図である。実施形態２に基づく作業機コントローラ２６＃の構成を示すブロック図である。実施形態２に従う作業機コントローラ２６の現況地形データの記録について説明する図である。実施形態２に従う作業機コントローラ２６の現況地形データの記録について説明するフロー図である。実施形態３に従う作業機コントローラ２６の現況地形データの記録について説明する図である。実施形態３に従うに作業機コントローラ２６の現況地形データの記録について説明するフロー図である。実施形態４に従う施工管理システム１０００の構成を説明する図である。

以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明では、同一部品には、同一の符号を付している。それらの名称および機能の同じである。したがって、それらについての詳細な説明については繰り返さない。

（実施形態１）
＜作業機械の全体構成＞
図１は、実施形態１に基づく作業機械１００の外観図である。

図１に示されるように、本開示の思想を適用可能な作業機械として油圧により作動する作業機２を備える油圧ショベルＣＭを例に挙げて説明する。

油圧ショベルＣＭは、車両本体１と、作業機２とを備える。
車両本体１は、旋回体３と、運転室４と、走行装置５とを有する。

旋回体３は、走行装置５の上に配置される。走行装置５は、旋回体３を支持する。旋回体３は、旋回軸ＡＸを中心に旋回可能である。運転室４には、オペレータが着座する運転席４Ｓが設けられる。オペレータは、運転室４において油圧ショベルＣＭを操作する。走行装置５は、一対の履帯５Ｃｒを有する。履帯５Ｃｒの回転により、油圧ショベルＣＭが走行する。走行装置５は、車輪（タイヤ）で構成されていてもよい。

実施形態１では、運転席４Ｓに着座したオペレータを基準として各部の位置関係について説明する。前後方向とは、運転席４Ｓに着座したオペレータの前後方向をいう。左右方向とは、運転席４Ｓに着座したオペレータを基準とした左右方向をいう。左右方向は、車両の幅方向（車幅方向）に一致する。運転席４Ｓに着座したオペレータに正面に正対する方向を前方向とし、前方向とは反対の方向を後方向とする。運転席４Ｓに着座したオペレータが正面に正対したとき右側、左側をそれぞれ右方向、左方向とする。

旋回体３は、エンジンが収容されるエンジンルーム９と、旋回体３の後部に設けられるカウンタウェイトとを有する。旋回体３において、エンジンルーム９の前方に手すり１９が設けられる。エンジンルーム９には、エンジン及び油圧ポンプなどが配置されている。

作業機２は、旋回体３に支持される。作業機２は、ブーム６と、アーム７と、バケット８と、ブームシリンダ１０と、アームシリンダ１１と、バケットシリンダ１２とを有する。

ブーム６は、ブームピン１３を介して旋回体３に接続される。アーム７は、アームピン１４を介してブーム６に接続される。バケット８は、バケットピン１５を介してアーム７に接続される。ブームシリンダ１０は、ブーム６を駆動する。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動する。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動する。ブーム６の基端部（ブームフート）と旋回体３とが接続される。ブーム６の先端部（ブームトップ）とアーム７の基端部（アームフート）とが接続される。アーム７の先端部（アームトップ）とバケット８の基端部とが接続される。ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２はいずれも、作動油によって駆動される油圧シリンダである。

ブーム６は、回動軸であるブームピン１３を中心に旋回体３に体して回動可能である。アーム７は、ブームピン１３と平行な回動軸であるアームピン１４を中心にブーム６に体して回転可能である。バケット８は、ブームピン１３およびアームピン１４と平行な回動軸であるバケットピン１５を中心にアーム７に対して回動可能である。

なお、バケット８、作業機２は、本開示の「バケット」、「作業機」の一例である。
図２は、実施形態１に基づく作業機械１００を模式的に説明する図である。

図２（Ａ）には、作業機械１００の側面図が示される。図２（Ｂ）には、作業機械１００の背面図が示される。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示されるように、ブーム６の長さＬ１は、ブームピン１３とアームピン１４との距離である。アーム７の長さＬ２は、アームピン１４とバケットピン１５との距離である。バケット８の長さＬ３は、バケットピン１５とバケット８の刃先８Ａとの距離である。バケット８は、複数の刃を有し、本例においては、バケット８の先端部を刃先８Ａと称する。

なお、バケット８は、刃を有していなくてもよい。バケット８の先端部は、ストレート形状の鋼板で形成されていてもよい。

作業機械１００は、ブームシリンダストロークセンサ１６と、アームシリンダストロークセンサ１７と、バケットシリンダストロークセンサ１８とを有する。ブームシリンダストロークセンサ１６はブームシリンダ１０に配置される。アームシリンダストロークセンサ１７はアームシリンダ１１に配置される。バケットシリンダストロークセンサ１８はバケットシリンダ１２に配置される。なお、ブームシリンダストロークセンサ１６、アームシリンダストロークセンサ１７およびバケットシリンダストロークセンサ１８は総称してシリンダストロークセンサとも称する。

ブームシリンダストロークセンサ１６の検出結果に基づいて、ブームシリンダ１０のストローク長さが求められる。アームシリンダストロークセンサ１７の検出結果に基づいて、アームシリンダ１１のストローク長さが求められる。バケットシリンダストロークセンサ１８の検出結果に基づいて、バケットシリンダ１２のストローク長さが求められる。

なお、本例においては、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２のストローク長さをそれぞれブームシリンダ長、アームシリンダ長およびバケットシリンダ長とも称する。また、本例においては、ブームシリンダ長、アームシリンダ長、及びバケットシリンダ長を総称してシリンダ長データＬとも称する。なお、角度センサを用いてストローク長さを検出する方式を採用することも可能である。

作業機械１００は、作業機械１００の位置を検出可能な位置検出装置２０を備えている。

位置検出装置２０は、アンテナ２１と、グローバル座標演算部２３と、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）２４とを有する。

アンテナ２１は、たとえばＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systems：全地球航法衛星システム）用のアンテナである。アンテナ２１は、たとえばＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite Systems）用アンテナである。

アンテナ２１は、旋回体３に設けられる。本例においては、アンテナ２１は、旋回体３の手すり１９に設けられる。なお、アンテナ２１は、エンジンルーム９の後方向に設けられてもよい。例えば、旋回体３のカウンタウェイトにアンテナ２１が設けられてもよい。アンテナ２１は、受信した電波（ＧＮＳＳ電波）に応じた信号をグローバル座標演算部２３に出力する。

グローバル座標演算部２３は、グローバル座標系におけるアンテナ２１の設置位置Ｐ１を検出する。グローバル座標系は、作業エリアに設置した基準位置Ｐｒを元にした３次元座標系（Ｘｇ、Ｙｇ、Ｚｇ）である。本例においては、基準位置Ｐｒは、作業エリアに設定された基準杭の先端の位置である。また、ローカル座標系とは、作業機械１００を基準とした、（Ｘ、Ｙ、Ｚ）で示される３次元座標系である。ローカル座標系の基準位置は、旋回体３の旋回軸（旋回中心）ＡＸに位置する基準位置Ｐ２を示すデータである。

本例においては、アンテナ２１は、車幅方向に互いに離れるように旋回体３に設けられた第１アンテナ２１Ａ及び第２アンテナ２１Ｂを有する。

グローバル座標演算部２３は、第１アンテナ２１Ａの設置位置Ｐ１ａ及び第２アンテナ２１Ｂの設置位置Ｐ１ｂを検出する。グローバル座標演算部２３は、グローバル座標で表される基準位置データＰを取得する。本例においては、基準位置データＰは、旋回体３の旋回軸（旋回中心）ＡＸに位置する基準位置Ｐ２を示すデータである。なお、基準位置データＰは、設置位置Ｐ１を示すデータでもよい。

本例においては、グローバル座標演算部２３は、２つの設置位置Ｐ１ａ及び設置位置Ｐ１ｂに基づいて旋回体方位データＱを生成する。旋回体方位データＱは、設置位置Ｐ１ａと設置位置Ｐ１ｂとで決定される直線がグローバル座標の基準方位（例えば北）に対してなす角に基づいて決定される。旋回体方位データＱは、旋回体３（作業機２）が向いている方位を示す。グローバル座標演算部２３は、後述する作業機コントローラ２６に基準位置データＰ及び旋回体方位データＱを出力する。

ＩＭＵ２４は、旋回体３に設けられる。本例においては、ＩＭＵ２４は、運転室４の下部に配置される。旋回体３において、運転室４の下部に高剛性のフレームが配置される。ＩＭＵ２４は、そのフレーム上に配置される。なお、ＩＭＵ２４は、旋回体３の旋回軸ＡＸ（基準位置Ｐ２）の側方（右側又は左側）に配置されてもよい。ＩＭＵ２４は、車両本体１の左右方向に傾斜する傾斜角θ４と、車両本体１の前後方向に傾斜する傾斜角θ５とを検出する。
＜制御系の構成＞
図３は、実施形態１に基づく作業機械１００の制御系の構成を示す概要ブロック図について説明する。

図３に示されるように、作業機械１００は、ブームシリンダストロークセンサ１６と、アームシリンダストロークセンサ１７と、バケットシリンダストロークセンサ１８と、アンテナ２１と、グローバル座標演算部２３と、ＩＭＵ２４と、操作装置２５と、作業機コントローラ２６と、油圧装置６４とを有する。

操作装置２５は、運転室４に配置される。オペレータにより操作装置２５が操作される。操作装置２５は、作業機２を駆動するオペレータ操作を受け付ける。本例においては、操作装置２５は、パイロット油圧方式の操作装置である。

油圧装置６４は、図示しない作動油タンク、油圧ポンプ、流量制御弁、電磁比例制御弁を備える。油圧ポンプは、図示しないエンジンの動力で駆動し、流量調整弁を介してブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２に作動油を供給する。

操作装置２５は、第１操作レバー２５Ｒと、第２操作レバー２５Ｌとを有する。第１操作レバー２５Ｒは、例えば運転席４Ｓの右側に配置される。第２操作レバー２５Ｌは、例えば運転席４Ｓの左側に配置される。第１操作レバー２５Ｒ及び第２操作レバー２５Ｌでは、前後左右の動作が２軸の動作に対応する。第１操作レバー２５Ｒにより、ブーム６及びバケット８が操作される。第２操作レバー２５Ｌにより、アーム７及び旋回体３が操作される。

センサコントローラ３０は、ブームシリンダストロークセンサ１６の検出結果に基づいて、ブームシリンダ長を算出する。ブームシリンダストロークセンサ１６は、周回動作に伴うパルスをセンサコントローラ３０に出力する。センサコントローラ３０は、ブームシリンダストロークセンサ１６から出力されたパルスに基づいて、ブームシリンダ長を算出する。

同様に、センサコントローラ３０は、アームシリンダストロークセンサ１７の検出結果に基づいて、アームシリンダ長を算出する。センサコントローラ３０は、バケットシリンダストロークセンサ１８の検出結果に基づいて、バケットシリンダ長を算出する。

センサコントローラ３０は、ブームシリンダストロークセンサ１６の検出結果に基づいて取得されたブームシリンダ長から、旋回体３の垂直方向に対するブーム６の傾斜角θ１を算出する。センサコントローラ３０は、アームシリンダストロークセンサ１７の検出結果に基づいて取得されたアームシリンダ長から、ブーム６に対するアーム７の傾斜角θ２を算出する。センサコントローラ３０は、バケットシリンダストロークセンサ１８の検出結果に基づいて取得されたバケットシリンダ長から、アーム７に対するバケット８の刃先８Ａの傾斜角θ３を算出する。

上記算出結果である傾斜角θ１、θ２、θ３と、車両本体１の左右方向に傾斜する傾斜角θ４と、車両本体１の前後方向に傾斜する傾斜角θ５と、基準位置データＰ、旋回体方位データＱとに基づいて、作業機械１００のブーム６、アーム７およびバケット８の位置を特定することが可能となり、バケット８の３次元位置を示すバケット位置データを生成することが可能である。

なお、ブーム６の傾斜角θ１、アーム７の傾斜角θ２、及びバケット８の傾斜角θ３は、シリンダストロークセンサで検出されなくてもよい。ロータリーエンコーダのような角度検出器でブーム６の傾斜角θ１が検出されてもよい。角度検出器は、旋回体３に対するブーム６の屈曲角度を検出して、傾斜角θ１を検出する。同様に、アーム７の傾斜角θ２がアーム７に取り付けられた角度検出器で検出されてもよい。バケット８の傾斜角θ３がバケット８に取り付けられた角度検出器で検出されてもよい。

＜作業機コントローラの構成＞
図４は、実施形態１に基づく作業機コントローラ２６の構成を示すブロック図である。

図４に示されるように、作業機コントローラ２６は、検出情報取得部１０２と、バケット位置取得部１０４と、目標施工データ記憶部１０６と、距離算出部１０８と、バケット位置記録部１１０とを含む。

検出情報取得部１０２は、センサコントローラ３０からの傾斜角θ１、θ２、θ３、θ４、θ５と、グローバル座標演算部２３からの基準位置データＰ、旋回体方位データＱとを取得する。

バケット位置取得部１０４は、検出情報取得部１０２で取得した情報に基づいて、作業機械１００のブーム６、アーム７およびバケット８の位置を特定することが可能となり、バケット８の３次元位置を示すバケット位置データを算出（取得）する。

目標施工データ記憶部１０６は、施工現場の設計地形を表す目標施工データを記憶する。目標施工データは、グローバル座標系で表される３次元データであって、設計地形を表す複数の３角形ポリゴンからなる立体地形データ等を含む。目標施工データを構成する３角形ポリゴンは、それぞれ隣接する他の三角形ポリゴンと共通の辺を有する。目標施工データは、複数の平面から構成される連続した平面を表す。目標施工データは、外部記憶媒体から読み込まれることより目標施工データ記憶部１０６に格納される。目標施工データは、外部記憶媒体に限らず、ネットワークを介して外部サーバから取得し、格納されるようにしても良い。

距離算出部１０８は、バケット８の位置と施工対象の設計地形との距離を算出する。距離算出部１０８は、一例として、バケット８の刃先位置と施工対象の設計地形との距離を算出する。距離算出部１０８は、バケット８の刃先位置から施工対象の設計地形に対する垂線方向の距離を算出する。距離算出部１０８は、刃先位置に限られず、バケット８の複数の輪郭点それぞれと、施工対象の設計地形との距離を算出してもよい。輪郭点は、複数の輪郭点のうちの１つの点であつても良い。

図５は、実施形態１に従うバケット８の複数の輪郭点と設計地形との関係を示す図である。

図５に示されるように、バケット８の複数の輪郭点Ｅは、バケット８の複数の横断線と複数の横断面との交点である。バケット８の複数の横断線は、バケット８の刃先８Ａが並ぶ刃先線と、当該刃先線と平行な線であってバケットの底面８Ｂおよび尻部８Ｃ等の領域における複数の線とからなる。バケット８の複数の縦断面は、バケット８の両側面と、両側面に平行な面であって両側面の間を分割する面とからなる。

再び図４を参照して、距離算出部１０８は、複数の輪郭点Ｅのうち設計地形に対して垂直方向の距離をそれぞれ算出する。距離算出部１０８は、複数の輪郭点Ｅのうち最も短い距離に対応する輪郭点Ｅと設計地形との距離をバケット８の位置と施工対象の設計地形との距離として算出する。

バケット位置記録部１１０は、距離算出部１０８により算出された距離に基づいてバケット８の位置に応じた現況地形データをメモリに記録する。バケット位置記録部１１０は、距離算出部１０８により算出された距離が所定範囲内であるか否かを判断する。バケット位置記録部１１０は、算出された距離が所定範囲内であると判断した場合にバケット位置データを現況地形データとしてメモリに記録する。バケット位置記録部１１０は、距離算出部１０８により算出された距離が所定範囲内でないと判断した場合にバケット位置データを現況地形データとしてメモリに記録しない。バケット位置データは、バケット８の刃先を示す位置データとしても良いし、バケット８の複数の輪郭点Ｅのうちの１つの点であってもよい。

バケット位置記録部１１０は、距離算出部１０８により算出された距離が所定範囲内であると判断した場合に最新のバケット位置データを現況地形データとして更新する。例えば、バケット位置記録部１１０は、バケット８が３次元データのＸ、Ｙ座標が同じ地点を繰り返し移動する場合に、距離算出部１０８により算出された距離が所定範囲内である場合には、現況地形データとして、最新のＺ座標のバケット位置データを現況地形データとして更新する。

なお、バケット位置取得部１０４、距離算出部１０８およびバケット位置記録部１１０は、本開示の「バケット位置取得部」、「距離算出部」および「記録部」の一例である。

図６は、比較例に従う従来の現況地形データの記録について説明する図である。
図６（Ａ）に示されるように、施工現場において設計地形Ｒに近づくようにバケットを含む作業機を操作して作業面Ｌ０の施工作業が行われた場合が示されている。ここで、一部分において、設計地形Ｒよりも掘り過ぎた場合が示されている。

図６（Ｂ）に示されるように、施工現場において設計地形Ｒに近づくようにバケットを含む作業機を操作して盛土作業とともに作業面Ｌ１の施工作業が行われた場合が示されている。

一方で、従来の方式は、バケット８の刃先における最下点に基づいて現況地形データを更新する。したがって、設計地形Ｒよりも掘り過ぎた後に盛土作業とともに施工作業をした場合、最下点よりも上方の位置で作業する。それゆえ、現況地形データは更新されずに、作業面Ｌ０の状態が現況地形データとして維持される。したがって、実際の現況地形との乖離が生じてしまう可能性がある。

図７は、実施形態１に従う作業機コントローラ２６の現況地形データの記録（その１）について説明する図である。

図７に示されるように、施工現場において設計地形Ｒに近づくようにバケットを含む作業機を操作して作業面Ｌ１の施工作業が行われた場合が示されている。ここで、一部分において、設計地形Ｒよりも掘り過ぎた場合が示されている。

実施形態１においては、設計地形Ｒよりも上側ｄ１と、設計地形Ｒよりも下側ｄ２の幅の領域が所定範囲として予め設定されている。上側ｄ１と、下側ｄ２の幅は、同じ値でも良いし、異なる値でも良い。

距離算出部１０８は、設計地形Ｒとバケット８との距離を算出する。
バケット位置記録部１１０は、距離算出部１０８により算出された距離が所定範囲内であると判断した場合にバケット位置データを現況地形データとしてメモリに記録する。

バケット位置記録部１１０は、距離算出部１０８により算出された距離が所定範囲内である場合の作業面Ｌ１に対応するバケット位置データを現況地形データとしてメモリに記録する。バケット位置記録部１１０は、距離算出部１０８により算出された距離が所定範囲外である場合には、バケット位置データを現況地形データとしてメモリに記録しない。

図８は、実施形態１に従う作業機コントローラ２６の現況地形データの記録（その２）について説明する図である。

図８に示されるように、施工現場において設計地形Ｒに近づくようにバケットを含む作業機を操作して盛土作業とともに作業面Ｌ２の施工作業が行われた場合が示されている。

バケット位置記録部１１０は、距離算出部１０８により算出された距離が所定範囲内であると判断した場合にバケット位置データを現況地形データとしてメモリに記録する。

バケット位置記録部１１０は、距離算出部１０８により算出された距離が所定範囲内である場合の作業面Ｌ２に対応するバケット位置データを現況地形データとしてメモリに記録する。それゆえ、最新の作業面Ｌ２に対応するバケット位置データが現況地形データとして記録される。したがって、実際の現況地形との乖離は生じず、最新の精度の高い現況地形データの記録が可能である。

図９は、実施形態１に従う作業機コントローラ２６の現況地形データの記録について説明するフロー図である。

図９を参照して、作業機コントローラ２６は、検出情報を取得する（ステップＳ２）。
検出情報取得部１０２は、センサコントローラ３０からの傾斜角θ１、θ２、θ３、θ４、θ５と、グローバル座標演算部２３からの基準位置データＰ、旋回体方位データＱとを取得する。

次に、作業機コントローラ２６は、バケット位置を取得する（ステップＳ４）。
バケット位置取得部１０４は、検出情報取得部１０２で取得した情報に基づいて、作業機械１００のブーム６、アーム７およびバケット８の位置を特定することが可能となり、バケット８の３次元位置を示すバケット位置データを算出（取得）する。

次に、作業機コントローラ２６は、設計地形との距離を算出する（ステップＳ６）。
距離算出部１０８は、バケット位置取得部１０４で算出されたバケット８の位置と施工対象の設計地形との距離を算出する。バケット８の位置と設計地形との距離は、バケット８の刃先位置と設計地形との距離でも良いし、あるいは、図５で説明したように、バケット８の複数の輪郭点Ｅのうち設計地形に対して垂直方向の距離をそれぞれ算出し、最も短い距離にかかる輪郭点Ｅと設計地形との距離をバケットの位置と施工対象の設計地形との距離として算出しても良い。

次に、作業機コントローラ２６は、距離が所定範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ８）。バケット位置記録部１１０は、距離算出部１０８により算出された距離が所定範囲内であるか否かを判断する。

次に、作業機コントローラ２６は、距離が所定範囲内であると判断した場合（ステップＳ８においてＹＥＳ）には、バケット８の位置に応じた現況地形データをメモリに記録する。バケット位置記録部１１０は、算出された距離が所定範囲内であると判断した場合にバケット位置取得部１０４で算出したバケット位置データを現況地形データとしてメモリに記録する。

次に、作業機コントローラ２６は作業が終了したか否かを判断する（ステップＳ１２）。作業機コントローラ２６は、操作装置２５からのオペレータ操作を所定期間受け付けないと判断した場合には作業が終了したと判断する。あるいは、作業機コントローラ２６は、作業機械１００のエンジンの停止指示が有った場合に作業が終了したと判断するようにしても良い。

ステップＳ１２において、作業機コントローラ２６は、作業が終了していないと判断した場合（ステップＳ１２においてＮＯ）には、ステップＳ２に戻り、上記処理を繰り返す。

一方、ステップＳ１２において、作業機コントローラ２６は、作業が終了したと判断した場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）には、処理を終了する（エンド）。

一方、ステップＳ８において、作業機コントローラ２６は、距離が所定範囲内でないと判断した場合（ステップＳ８においてＮＯ）には、ステップＳ１０をスキップしてステップＳ１２に進む。バケット位置記録部１１０は、算出された距離が所定範囲内で無いと判断した場合にバケット位置取得部１０４で算出したバケット位置データを現況地形データとしてメモリに記録しない。

当該処理により、作業機コントローラ２６は、設計地形Ｒ付近における施工作業において、設計地形Ｒとバケット８の位置との距離が所定範囲内である場合に、バケット位置データを現況地形データとして記録する。したがって、設計地形Ｒ付近における施工作業において、精度の高い現況地形データの記録が可能である。

（実施形態２）
実施形態１においては、設計地形Ｒとバケットの位置との距離が所定範囲内である場合にバケット位置データを現況地形データとして記録する場合について説明した。

実施形態２においては、作業者の意図を直接反映して現況地形データを記録する方式について説明する。

図１０は、実施形態２に基づく作業機コントローラ２６＃の構成を示すブロック図である。

図１０に示されるように、作業機コントローラ２６＃は、検出情報取得部１０２と、バケット位置取得部１０４と、目標施工データ記憶部１０６と、バケット位置記録部１１０＃と、記録ボタン入力受付部１１２とを含む。

操作装置２５は、現況地形データを記録するための記録ボタン２５Ｐをさらに含む。
作業機コントローラ２６＃は、作業機コントローラ２６と比較して、距離算出部１０８を削除するとともに、バケット位置記録部１１０をバケット位置記録部１１０＃に置換し、記録ボタン入力受付部１１２をさらに設けた点で異なる。その他の構成については同一であるのでその詳細な説明については繰り返さない。

記録ボタン入力受付部１１２は、記録ボタン２５Ｐの入力を受け付ける。
バケット位置記録部１１０＃は、記録ボタン入力受付部１１２において受け付けた記録ボタン２５Ｐの入力に従ってバケット位置データを現況地形データとして記録する。したがって、ユーザによる記録ボタン２５Ｐの入力に従ってユーザが所望する位置でのバケット位置データを現況地形データとして記録することが可能である。

なお、記録ボタン２５Ｐは、本開示の「操作部材」の一例である。
図１１は、実施形態２に従う作業機コントローラ２６の現況地形データの記録について説明する図である。

図１１（Ａ）に示されるように、施工現場においてバケットを含む作業機を操作して作業面Ｌ３の施工作業が行われた場合が示されている。ここで、一部分において、掘り過ぎた場合が示されている。

実施形態２においては、バケット位置記録部１１０＃は、作業者の記録ボタン２５Ｐの入力に従ってバケット位置データを設計地形データとして記録する。

本例においては、バケット位置記録部１１０＃は、作業面Ｌ３に対応するバケット位置データを現況地形データとして記録する。

図１１（Ｂ）に示されるように、施工現場においてバケットを含む作業機を操作して盛土作業とともに作業面Ｌ４の施工作業が行われた場合が示されている。

それゆえ、作業者の意図に応じた最新の作業面Ｌ４に対応するバケット位置データが現況地形データとして記録される。したがって、実際の現況地形との乖離は生じず、最新の精度の高い現況地形データの記録が可能である。

図１２は、実施形態２に従う作業機コントローラ２６の現況地形データの記録について説明するフロー図である。

図１２を参照して、作業機コントローラ２６は、検出情報を取得する（ステップＳ２）。

検出情報取得部１０２は、検出情報取得部１０２は、センサコントローラ３０からの傾斜角θ１、θ２、θ３、θ４、θ５と、グローバル座標演算部２３からの基準位置データＰ、旋回体方位データＱとを取得する。

次に、作業機コントローラ２６は、記録ボタン２５Ｐの入力を受け付けているか否かを判断する（ステップＳ９）。記録ボタン入力受付部１１２は、記録ボタン２５Ｐの入力があるか否かを判断する。

次に、作業機コントローラ２６は、記録ボタン２５Ｐの入力を受け付けていると判断した場合（ステップＳ９においてＹＥＳ）には、バケット８の位置に応じた現況地形データをメモリに記録する。記録ボタン入力受付部１１２は、記録ボタン２５Ｐの入力が有る場合には、その旨をバケット位置記録部１１０に通知する。バケット位置記録部１１０は、記録ボタン入力受付部１１２の通知に従ってバケット位置取得部１０４で算出したバケット位置データを現況地形データとしてメモリに記録する。

一方、ステップＳ９において、作業機コントローラ２６は、記録ボタン２５Ｐの入力を受け付けていないと判断した場合（ステップＳ９においてＮＯ）には、ステップＳ１０をスキップして、ステップＳ１２に進む。バケット位置記録部１１０は、記録ボタン入力受付部１１２からの通知が無い場合には、バケット位置取得部１０４で算出したバケット位置データを現況地形データとしてメモリに記録しない。

当該処理により、作業機コントローラ２６は、施工作業において、記録ボタン２５Ｐの入力に従ってバケット位置データを現況地形データとして記録する。したがって、ユーザの意図に応じた最新の精度の高い現況地形データの記録が可能である。

本例においては、操作装置２５において、記録ボタン２５Ｐが設けられ、記録ボタン入力受付部１１２が記録ボタンの入力を受け付ける方式について説明したが、特に記録ボタンに限られず、記録スイッチでも良いし、記録するための操作の受付が可能な操作部材であればどのような手段を用いても良い。

（実施形態３）
実施形態３においては、実施形態１の方式と実施形態２の方式とを組み合わせる方式について説明する。

図１３は、実施形態３に従う作業機コントローラ２６の現況地形データの記録について説明する図である。

図１３に示されるように、施工現場において設計地形Ｒに近づくようにバケットを含む作業機を操作する施工作業が行われる場合が示されている。具体的には、設計地形Ｒよりも離れた位置において、作業面Ｌ５の施工作業が行われた場合が示されている。

実施形態１の方式では、設計地形Ｒとバケット８の位置との距離が所定範囲内に含まれる場合には、バケット位置データを現況地形データとして記録する。したがって、当該場合のように設計地形Ｒよりも離れた位置において、バケットを含む作業機を操作する施工作業が行われる場合には、バケット位置データを現況地形データとして記録しない。

しかしながら、掘削作業の進行途中の作業状況を現況地形データとして記録することが可能であれば施工作業する際の利便性が向上する。

実施形態３においては、設計地形Ｒとバケットの位置との距離が所定範囲内に含まれる場合には、バケット位置データを現況地形データとして記録する。また、設計地形Ｒとバケットの位置との距離が所定範囲内で無い場合であっても、記録ボタン２５Ｐの入力を受け付けた場合には、バケット位置データを現況地形データとして記録する。

当該処理により、作業機コントローラ２６は、掘削作業の進行途中の状況を現況地形データとして記録することが可能であり、実際の現況地形に合わせた現況地形データの記録が可能である。

図１４は、実施形態３に従うに作業機コントローラ２６の現況地形データの記録について説明するフロー図である。

図１４を参照して、図９のフロー図と比較して、ステップＳ１４を追加した点が異なる。その他のフローについては図９で説明したのと同様であるのでその詳細な説明については繰り返さない。

ステップＳ１４において、作業機コントローラ２６は、距離が所定範囲内でないと判断した場合（ステップＳ８においてＮＯ）には、記録ボタン２５Ｐの入力が有るか否かを判断する（ステップＳ１４）。記録ボタン入力受付部１１２は、記録ボタン２５Ｐの入力を受け付けてその旨をバケット位置記録部１１０に出力する。

ステップＳ１４において、作業機コントローラ２６は、記録ボタン２５Ｐの入力が有ると判断した場合には、ステップＳ１０に進み、バケットの位置に応じた現況地形データをメモリに記録する。バケット位置記録部１１０は、算出された距離が所定範囲内である場合にバケット位置取得部１０４で算出したバケット位置データを現況地形データとしてメモリに記録する。

一方、ステップＳ１４において、作業機コントローラ２６は、記録ボタン２５Ｐの入力が無いと判断した場合には、ステップＳ１０をスキップしてステップＳ１２に進む。バケット位置記録部１１０は、記録ボタン２５Ｐの入力を受け付けていないと判断した場合には、バケット位置取得部１０４で算出したバケット位置データを現況地形データとしてメモリに記録しない。

当該方式により、設計地形Ｒ付近において設計地形Ｒとバケットの位置との距離が所定範囲内であるバケット位置データは、現況地形データとして記録される。また、設計地形Ｒとバケットの位置との距離が所定範囲内で無い場合であっても、記録ボタン２５Ｐの入力に従ってバケット位置データを現況地形データとして記録する。したがって、ユーザの意図に応じた現況地形に合わせた最新の精度の高い現況地形データの記録が可能である。

（実施形態４）
上記の実施形態においては、作業機械において現況地形データを生成する場合について説明したが、特に作業機械に限られず、外部装置において現況地形データを生成するようにしても良い。

図１５は、実施形態４に従う施工管理システム１０００の構成を説明する図である。
図１５を参照して、施工管理システム１０００は、作業機械１００と、施工管理装置２００とを備える。

作業機械１００と施工管理装置２００とはネットワークＮを介して接続される。
作業機械１００は、ネットワークＮを介してセンサコントローラ３０およびグローバル座標演算部２３からの情報を施工管理装置２００に送信する。

施工管理装置２００は、図４で説明した作業機コントローラ２６の各機能ブロックを有し、施工管理装置２００は、バケット位置データを算出（取得）し、現況地形データとしてメモリに記録する。

実施形態４に従う方式により、外部装置である施工管理装置２００において、バケット位置データを算出して、現況地形データとしてメモリに記録することにより作業機械１００の処理負荷を軽減することが可能である。

なお、本例においては、施工管理装置２００においてバケット位置データを算出して、現況地形データとしてメモリに記録する場合について説明するが、特にこれに限らず一部の処理を作業機械１００側で実行し、残りの処理を施工管理装置２００側で実行するようにしてもよい。

上記の実施形態では、作業機械の一例として油圧ショベルを挙げているが油圧ショベルに限らず、ブルドーザ、ホイールローダ等の他の種類の作業機械にも適用可能である。

以上、本開示の実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１車両本体、２作業機、３旋回体、４運転室、４Ｓ運転席、５走行装置、５Ｃｒ履帯、６ブーム、７アーム、８バケット、８Ａ刃先、８Ｂ底面、９エンジンルーム、１０ブームシリンダ、１１アームシリンダ、１２バケットシリンダ、１３ブームピン、１４アームピン、１５バケットピン、１６ブームシリンダストロークセンサ、１７アームシリンダストロークセンサ、１８バケットシリンダストロークセンサ、１９手すり、２０位置検出装置、２１アンテナ、２１Ａ第１アンテナ、２１Ｂ第２アンテナ、２３グローバル座標演算部、２５操作装置、２５Ｌ第２操作レバー、２５Ｐ記録ボタン、２５Ｒ第１操作レバー、２６，２６＃作業機コントローラ、３０センサコントローラ、６４油圧装置、１００作業機械、１０２検出情報取得部、１０４バケット位置取得部、１０６目標施工データ記憶部、１０８距離算出部、１１０，１１０＃バケット位置記録部、１１２記録ボタン入力受付部、２００施工管理装置、１０００施工管理システム。

Claims

バケットを有する作業機と、
前記バケットの位置を取得するバケット位置取得部と、
前記バケット位置取得部で取得された前記バケットの位置と施工対象の設計地形との距離を算出する距離算出部と、
前記距離算出部により算出された距離に基づいて前記バケットの位置に応じた現況地形データを記録する記録部とを備える、作業機械。
前記記録部は、
前記距離算出部により算出された距離が所定範囲内である場合に前記バケットの位置に応じた現況地形データを記録し、
前記距離算出部により算出された距離が前記所定範囲内でない場合に前記バケットの位置に応じた現況地形データを記録しない、請求項１記載の作業機械。
前記記録部は、前記距離算出部により算出された距離が所定範囲内である場合に最新の前記バケットの位置に応じた現況地形データとして更新する、請求項２記載の作業機械。
オペレータの操作を受付可能に設けられた操作部材をさらに備え、
前記記録部は、前記距離算出部により算出された距離が前記所定範囲内でない場合に前記操作部材に対するオペレータの操作を受付けている場合には、前記バケットの位置に応じた現況地形データを記録する、請求項２記載の作業機械。
前記距離算出部は、前記バケット位置取得部で取得された前記バケットの刃先位置と前記施工対象の設計地形との距離を算出する、請求項１記載の作業機械。
前記バケット位置取得部は、前記バケットの複数の輪郭点それぞれの位置を取得し、
前記距離算出部は、前記複数の輪郭点のうち最も前記設計地形の近い点の位置と前記設計地形との距離を算出する、請求項１記載の作業機械。
バケットを有する作業機を備えた作業機械の制御方法であって、
前記バケットの位置を取得するステップと、
取得された前記バケットの位置と施工対象の設計地形との距離を算出するステップと、
算出された距離に基づいて前記バケットの位置に応じた現況地形データを記録するステップとを備える、作業機械の制御方法。
バケットを有する作業機械から、前記バケットの位置を取得するバケット位置取得部と、
前記バケット位置取得部で取得された前記バケットの位置と施工対象の設計地形との距離を算出する距離算出部と、
前記距離算出部により算出された距離に基づいて前記バケットの位置に応じた現況地形データを記録する記録部とを備える、施工管理装置。
バケットを有する作業機械から、前記バケットの位置を取得するステップと、
取得された前記バケットの位置と施工対象の設計地形との距離を算出するステップと、
算出された距離に基づいて前記バケットの位置に応じた現況地形データを記録するステップとを備える、施工管理装置の制御方法。