JP7073146B2 - 建設機械、建設機械の表示装置、及び、建設機械の管理装置 - Google Patents

Description

本開示は、建設機械、建設機械の表示装置、及び、建設機械の管理装置に関する。

従来、稼働時間を積算するアワーメータを備えた建設機械としてのショベルが知られている（特許文献１参照）。このショベルは、アワーメータが出力する稼働時間に基づき、ショベルのメンテナンスが行われるべき日を導き出して表示する。そのため、複数台のショベルを管理しているレンタル業者、リース業者等の管理者は、どのショベルをいつメンテナンスするかを一元的に管理できる。

特開２０１３－２２４５６８号公報

しかしながら、管理者が稼働時間だけでショベルの消耗度を正確に把握するのは困難である。そのため、ショベルの物理的な減価を適切に把握できない等、不都合が生じるおそれがある。

そこで、建設機械の管理者が建設機械の消耗度をより正確に把握できるようにすることが望ましい。

本発明の実施形態に係る建設機械は、機体本体と、前記機体本体に取り付けられるアタッチメントと、前記機体本体に搭載され、且つ、前記アタッチメントによって行われる掘削の強度を掘削毎に複数のレベルに分類して判定するように構成されている制御装置と、を備える。

上述の手段により、建設機械の管理者は建設機械の消耗度をより正確に把握できるようになる。

本発明の実施形態に係るショベルが接続される通信ネットワークの構成例を示す図である。 図１のショベルの駆動系の構成例を示すブロック図である。 掘削強度判定処理のフローチャートである。 アームの腹面の伸長ひずみ量の時間的推移を示す図である。 掘削強度テーブルの概念図である。 掘削強度情報の表示例を示す図である。

図１は、本発明の実施形態に係る建設機械である掘削機としてのショベル１００が接続される通信ネットワーク２００を示す概略図である。

ショベル１００の下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が旋回可能に搭載されている。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられている。

ブーム４、アーム５及びバケット６は、アタッチメントの一例としての掘削アタッチメントを構成する。ブーム４はブームシリンダ７により駆動され、アーム５はアームシリンダ８により駆動され、バケット６はバケットシリンダ９により駆動される。ブーム４にはブーム角度センサＳ１が取り付けられ、アーム５にはアーム角度センサＳ２が取り付けられ、バケット６にはバケット角度センサＳ３が取り付けられている。ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２及びバケット角度センサＳ３は、集合的に「姿勢センサ」とも称される。アタッチメントの姿勢を特定する際に利用されるためである。

このように、ショベル１００の機体本体は、下部走行体１と上部旋回体３とで構成されている。そして、機体本体にはアタッチメントが取り付けられている。なお、本発明を用いることができる建設機械には、ショベル（油圧ショベル）、ブルドーザ、及び、ホイールローダ等が含まれる。

ブーム角度センサＳ１はブーム４の回動角度を検出する。本実施形態では、ブーム角度センサＳ１は加速度センサであり、上部旋回体３に対するブーム４の回動角度（以下、「ブーム角度」とする。）を検出できる。ブーム角度は、例えば、ブーム４を最も下げたときに最小角度となり、ブーム４を上げるにつれて大きくなる。

アーム角度センサＳ２はアーム５の回動角度を検出する。本実施形態では、アーム角度センサＳ２は加速度センサであり、ブーム４に対するアーム５の回動角度（以下、「アーム角度」とする。）を検出できる。アーム角度は、例えば、アーム５を最も閉じたときに最小角度となり、アーム５を開くにつれて大きくなる。

バケット角度センサＳ３はバケット６の回動角度を検出する。本実施形態では、バケット角度センサＳ３は加速度センサであり、アーム５に対するバケット６の回動角度（以下、「バケット角度」とする。）を検出できる。バケット角度は、例えば、バケット６を最も閉じたときに最小角度となり、バケット６を開くにつれて大きくなる。バケット角度センサＳ３は、例えば、バケットシリンダ９とバケット６とを連結するバケットリンク部に配置されている。

ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２及びバケット角度センサＳ３はそれぞれ、可変抵抗器を利用したポテンショメータ、対応する油圧シリンダのストローク量を検出するストロークセンサ、連結ピン回りの回動角度を検出するロータリエンコーダ、ジャイロセンサ、加速度センサとジャイロセンサの組み合わせで構成される慣性計測装置等であってもよい。

ブームシリンダ７にはブームロッド圧センサＳ７Ｒ及びブームボトム圧センサＳ７Ｂが取り付けられている。アームシリンダ８にはアームロッド圧センサＳ８Ｒ及びアームボトム圧センサＳ８Ｂが取り付けられている。バケットシリンダ９にはバケットロッド圧センサＳ９Ｒ及びバケットボトム圧センサＳ９Ｂが取り付けられている。ブームロッド圧センサＳ７Ｒ、ブームボトム圧センサＳ７Ｂ、アームロッド圧センサＳ８Ｒ、アームボトム圧センサＳ８Ｂ、バケットロッド圧センサＳ９Ｒ及びバケットボトム圧センサＳ９Ｂは、集合的に「シリンダ圧センサ」とも称される。

ブームロッド圧センサＳ７Ｒはブームシリンダ７のロッド側油室の圧力（以下、「ブームロッド圧」とする。）を検出し、ブームボトム圧センサＳ７Ｂはブームシリンダ７のボトム側油室の圧力（以下、「ブームボトム圧」とする。）を検出する。アームロッド圧センサＳ８Ｒはアームシリンダ８のロッド側油室の圧力（以下、「アームロッド圧」とする。）を検出し、アームボトム圧センサＳ８Ｂはアームシリンダ８のボトム側油室の圧力（以下、「アームボトム圧」とする。）を検出する。バケットロッド圧センサＳ９Ｒはバケットシリンダ９のロッド側油室の圧力（以下、「バケットロッド圧」とする。）を検出し、バケットボトム圧センサＳ９Ｂはバケットシリンダ９のボトム側油室の圧力（以下、「バケットボトム圧」とする。）を検出する。

上部旋回体３には運転室であるキャビン１０が設けられ且つエンジン１１等の動力源が搭載されている。また、上部旋回体３には、コントローラ３０、表示装置４０、入力装置４２、音声出力装置４３、記憶装置４７、測位装置Ｐ１、機体傾斜センサＳ４、旋回角速度センサＳ５、撮像装置Ｓ６及び通信装置Ｔ１が取り付けられている。

コントローラ３０は、ショベル１００の駆動制御を行う主制御部として機能する。本実施形態では、コントローラ３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含むコンピュータで構成されている。コントローラ３０における１又は複数の機能は、例えば、ＲＯＭに格納されたプログラムをＣＰＵが実行することで実現される。

表示装置４０は、情報を表示する。表示装置４０は、ＣＡＮ等の通信ネットワークを介してコントローラ３０に接続されていてもよく、専用線を介してコントローラ３０に接続されていてもよい。

入力装置４２は、操作者が情報をコントローラ３０に入力できるようにする。入力装置４２は、キャビン１０内に設置されたタッチパネル、ノブスイッチ、メンブレンスイッチ等を含む。

音声出力装置４３は、音声を出力する装置である。音声出力装置４３は、例えば、コントローラ３０に接続される車載スピーカであってもよく、ブザー等の警報器であってもよい。本実施形態では、音声出力装置４３は、コントローラ３０からの音声出力指令に応じて情報を音声出力する。

記憶装置４７は、情報を記憶するための装置である。記憶装置４７は、例えば、半導体メモリ等の不揮発性記憶媒体である。記憶装置４７は、ショベル１００の動作中に１又は複数の機器が出力する情報を記憶してもよく、ショベル１００の動作が開始される前に１又は複数の機器を介して取得する或いは入力される情報を記憶してもよい。記憶装置４７は、例えば、通信装置Ｔ１等を介して取得される目標施工面に関するデータを記憶していてもよい。目標施工面は、ショベル１００の操作者が設定したものであってもよく、施工管理者等が設定したものであってもよい。

測位装置Ｐ１は、上部旋回体３の位置及び向きを測定する。測位装置Ｐ１は、例えばＧＮＳＳコンパスであり、上部旋回体３の位置及び向きを検出し、検出値をコントローラ３０に対して出力する。そのため、測位装置Ｐ１は、上部旋回体３の向きを検出する向き検出装置として機能し得る。向き検出装置は、上部旋回体３に取り付けられた方位センサであってもよい。

機体傾斜センサＳ４は水平面に対する上部旋回体３の傾斜を検出する。本実施形態では、機体傾斜センサＳ４は上部旋回体３の前後軸回りの前後傾斜角及び左右軸回りの左右傾斜角を検出する加速度センサである。上部旋回体３の前後軸及び左右軸は、例えば、ショベル１００の旋回軸上の一点であるショベル中心点で互いに直交する。機体傾斜センサＳ４は、加速度センサとジャイロセンサの組み合わせで構成される慣性計測装置であってもよい。

旋回角速度センサＳ５は、上部旋回体３の旋回角速度及び旋回角度を検出する。本実施形態では、ジャイロセンサである。レゾルバ、ロータリエンコーダ等であってもよい。

撮像装置Ｓ６はショベル１００の周辺の画像を取得する。本実施形態では、撮像装置Ｓ６は、ショベル１００の前方の空間を撮像する前カメラＳ６Ｆ、ショベル１００の左方の空間を撮像する左カメラＳ６Ｌ、ショベル１００の右方の空間を撮像する右カメラＳ６Ｒ、及び、ショベル１００の後方の空間を撮像する後カメラＳ６Ｂを含む。

撮像装置Ｓ６は、例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳ等の撮像素子を有する単眼カメラであり、撮像した画像を表示装置４０に出力する。撮像装置Ｓ６は、ステレオカメラ、距離画像カメラ等であってもよい。

前カメラＳ６Ｆは、例えば、キャビン１０の天井、すなわちキャビン１０の内部に取り付けられている。但し、キャビン１０の屋根、ブーム４の側面等、キャビン１０の外部に取り付けられていてもよい。左カメラＳ６Ｌは、上部旋回体３の上面左端に取り付けられ、右カメラＳ６Ｒは、上部旋回体３の上面右端に取り付けられ、後カメラＳ６Ｂは、上部旋回体３の上面後端に取り付けられている。

ひずみゲージＳ１０は、アタッチメントのひずみを検出する。本実施形態では、ひずみゲージＳ１０は、アーム５のひずみを検出する。そのため、アーム５のひずみが発生し易い場所であるアーム５の腹面のうち、アーム近位端部５Ａとアーム連結部５Ｂとの間の部分に取り付けられている。但し、アーム５の背面のうち、アーム近位端部５Ａとバケットシリンダフート部５Ｃとの間の部分に取り付けられていてもよい。また、アーム５の表面（左側面、右側面、腹面及び背面）の別の部分に取り付けられていてもよく、アーム５の内部に取り付けられていてもよい。なお、アーム近位端部５Ａは、アームシリンダ８の遠位端が取り付けられる部分である。アーム連結部５Ｂは、ブーム４の遠位端が取り付けられる部分である。バケットシリンダフート部５Ｃは、バケットシリンダ９の近位端が取り付けられる部分である。また、アーム５の表面に取り付けられるひずみゲージＳ１０は、１つであってもよく複数であってもよい。また、ひずみゲージＳ１０は、ブーム４、アーム５及びバケット６の何れか１つのひずみを検出するように取り付けられていてもよく、ブーム４、アーム５及びバケット６の少なくとも１つのひずみを検出するように取り付けられていてもよい。例えば、ひずみゲージＳ１０は、アーム５の腹面に取り付けられたひずみゲージと、ブーム４の背面に取り付けられたひずみゲージの組み合わせであってもよい。また、ひずみゲージＳ１０は、ブーム４、バケット６、又は、バケットリンク部等に取り付けられていてもよい。例えば、ブーム４、バケット６、又は、バケットリンク部等に貼り付けられていてもよい。

通信装置Ｔ１は、ショベル１００の外部にある外部機器との通信を制御する。本実施形態では、通信装置Ｔ１は、衛星通信網、携帯電話通信網、インターネット網等を介した外部機器との通信を制御する。

通信ネットワーク２００は、主に、ショベル１００、基地局２１、サーバ２２、及び通信端末２３で構成される。通信端末２３は、携帯通信端末２３ａ、固定通信端末２３ｂ等を含む。基地局２１、サーバ２２及び通信端末２３は、例えば、インターネットプロトコル等の通信プロトコルを用いて互いに接続され得る。ショベル１００、基地局２１、サーバ２２及び通信端末２３のそれぞれは１つであってもよく複数であってもよい。携帯通信端末２３ａは、ノートパソコン、携帯電話、スマートフォン等を含む。

基地局２１は、ショベル１００が送信する情報を受信する外部施設であり、例えば、衛星通信網、携帯電話通信網、インターネット網等を通じてショベル１００との間で情報を送受信する。

サーバ２２は、ショベル１００の管理装置として機能する。本実施形態では、サーバ２２は、管理センタ等の外部施設に設置される装置であり、ショベル１００が送信する情報を保存し且つ管理する。サーバ２２は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェース、入力装置、ディスプレイ等を備えたコンピュータである。具体的には、サーバ２２は、通信ネットワーク２００を通じ、基地局２１が受信した情報を取得・保存し、操作者（管理者）が必要に応じてその保存した情報を参照できるように管理する。

サーバ２２は、通信ネットワーク２００を通じてショベル１００に関する１又は複数の設定を行うように構成されていてもよい。具体的には、サーバ２２は、１又は複数の設定に関する値をショベル１００に対して送信し、コントローラ３０に記憶されている１又は複数の設定に関する値を変更してもよい。

サーバ２２は、通信ネットワーク２００を通じてショベル１００に関する情報を通信端末２３に送信してもよい。具体的には、サーバ２２は、所定の条件が満たされた場合に、或いは、通信端末２３からの要求に応じ、ショベル１００に関する情報を通信端末２３に対して送信し、ショベル１００に関する情報を通信端末２３の操作者に伝えるようにしてもよい。

通信端末２３は、ショベル１００の支援装置として機能する。本実施形態では、通信端末２３は、サーバ２２に保存された情報を参照可能な装置であり、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェース、入力装置、ディスプレイ等を備えたコンピュータである。通信端末２３は、例えば、通信ネットワーク２００を通じてサーバ２２に接続され、ショベル１００に関する情報を操作者（管理者）が閲覧できるように構成されていてもよい。すなわち、通信端末２３は、サーバ２２が送信するショベル１００に関する情報を受信し、受信した情報を操作者（管理者）が閲覧できるように構成されていてもよい。

本実施形態では、サーバ２２は、ショベル１００が送信したショベル１００に関する情報を管理する。そのため、操作者（管理者）は、サーバ２２又は通信端末２３に付属するディスプレイを通じてショベル１００に関する情報を任意のタイミングで閲覧できる。

図２は、ショベル１００の駆動系の構成例を示すブロック図であり、機械的動力伝達ライン、作動油ライン、パイロットライン及び電気制御ラインをそれぞれ二重線、実線、破線及び点線で示している。

ショベル１００の駆動系は、主に、エンジン１１、レギュレータ１３、メインポンプ１４、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、操作装置２６、吐出圧センサ２８、操作圧センサ２９、コントローラ３０等を含む。

エンジン１１は、ショベルの駆動源である。本実施形態では、エンジン１１は、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。また、エンジン１１の出力軸は、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５の入力軸に連結されている。

メインポンプ１４は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブ１７に供給する。本実施形態では、メインポンプ１４は、斜板式可変容量型油圧ポンプである。

レギュレータ１３は、メインポンプ１４の吐出量を制御する。本実施形態では、レギュレータ１３は、コントローラ３０からの制御指令に応じてメインポンプ１４の斜板傾転角を調節することによってメインポンプ１４の吐出量を制御する。例えば、コントローラ３０は、操作圧センサ２９等の出力を受信し、必要に応じてレギュレータ１３に対して制御指令を出力し、メインポンプ１４の吐出量を変化させる。

パイロットポンプ１５は、パイロットラインを介して操作装置２６を含む１又は複数の油圧機器に作動油を供給する。本実施形態では、パイロットポンプ１５は、固定容量型油圧ポンプである。

コントロールバルブ１７は、ショベルにおける油圧システムを制御する油圧制御装置である。本実施形態では、コントロールバルブ１７は、制御弁１７１～１７６を含むバルブブロックとして構成されている。コントロールバルブ１７は、制御弁１７１～１７６を通じ、メインポンプ１４が吐出する作動油を、１又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給できる。制御弁１７１～１７６は、メインポンプ１４から油圧アクチュエータに流れる作動油の流量、及び、油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する。油圧アクチュエータは、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、左側走行用油圧モータ１Ｌ、右側走行用油圧モータ１Ｒ及び旋回用油圧モータ２Ａを含む。旋回用油圧モータ２Ａは、電動アクチュエータとしての旋回用電動発電機で置き換えられてもよい。

操作装置２６は、操作者がアクチュエータの操作のために用いる装置である。アクチュエータは、油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータの少なくとも一方を含む。本実施形態では、操作装置２６は、パイロットラインを介して、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給する。パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力（パイロット圧）は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６の操作方向及び操作量に応じた圧力である。操作装置２６は、パイロットラインを介し、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できるように構成されている。

吐出圧センサ２８は、メインポンプ１４の吐出圧を検出する。本実施形態では、吐出圧センサ２８は、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

操作圧センサ２９は、操作装置２６を用いた操作者の操作内容を検出する。本実施形態では、操作圧センサ２９は、アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６の操作方向及び操作量を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。操作装置２６の操作内容は、操作圧センサ以外の他のセンサを用いて検出されてもよい。

コントローラ３０は、掘削判定部３５及び掘削強度判定部３６を機能要素として有する。本実施形態では、各機能要素は、ソフトウェアとして実現されているが、ハードウェア、ファームウェア等で実現されていてもよい。

掘削判定部３５は、掘削に関する判定を行うように構成されている。本実施形態では、掘削判定部３５は、情報取得装置が取得する情報に基づき、掘削が開始されたか否か、掘削が完了したか否か等を判定する。情報取得装置が取得する情報は、ブーム角度、アーム角度、バケット角度、前後傾斜角、左右傾斜角、旋回角速度、旋回角度、撮像装置Ｓ６が撮像した画像、ブームロッド圧、ブームボトム圧、アームロッド圧、アームボトム圧、バケットロッド圧、バケットボトム圧、アタッチメントのひずみ量、メインポンプ１４の吐出圧、操作装置２６のそれぞれに関する操作圧等のうちの少なくとも１つを含む。ひずみ量は、伸長ひずみ量及び収縮ひずみ量を含む。情報取得装置は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３、機体傾斜センサＳ４、旋回角速度センサＳ５、撮像装置Ｓ６、ブームロッド圧センサＳ７Ｒ、ブームボトム圧センサＳ７Ｂ、アームロッド圧センサＳ８Ｒ、アームボトム圧センサＳ８Ｂ、バケットロッド圧センサＳ９Ｒ、バケットボトム圧センサＳ９Ｂ、ひずみゲージＳ１０、吐出圧センサ２８、操作圧センサ２９等のうちの少なくとも１つを含む。

掘削判定部３５は、例えば、操作圧センサ２９の出力に基づいてアーム閉じ操作が行われていることを検知し、且つ、アームロッド圧センサＳ８Ｒの出力に基づいてアームロッド圧が所定値を上回ったことを検知した場合に、掘削が開始されたと判定する。或いは、アーム閉じ操作が行われていることを検知し、且つ、アームロッド圧とアームボトム圧との差圧が所定値を上回ったことを検知した場合に、掘削が開始されたと判定してもよい。或いは、アーム閉じ操作が行われていることを検知し、且つ、アーム５の腹面の伸長ひずみ量が所定値を上回ったことを検知した場合に、掘削が開始されたと判定してもよい。

また、掘削判定部３５は、例えば、掘削が開始されたと判定した後で、アームロッド圧が所定値を下回ったことを検知した場合に、掘削が完了したと判定する。或いは、掘削が開始されたと判定した後で、操作圧センサ２９の出力に基づいてアーム閉じ操作が行われていないことを検知した場合に、掘削が完了したと判定してもよい。或いは、掘削が開始されたと判定した後で、アーム５の腹面の伸長ひずみ量が所定値を下回ったことを検知した場合に、掘削が完了したと判定してもよい。

掘削強度判定部３６は、掘削アタッチメントによって行われる掘削の強度を掘削毎に判定するように構成されている。１回の掘削は、例えば、掘削が開始されたと判定してから掘削が完了したと判定するまでのショベル１００の動作である。本実施形態では、掘削強度判定部３６は、ひずみゲージＳ１０の出力に基づいて掘削の強度を９つのレベルに分類するように構成されている。例えば、ひずみゲージＳ１０の出力に基づいて検出した１回の掘削中におけるアーム５の腹面の最大伸長ひずみ量が第１閾値Ｌｖ１以上でかつ第２閾値Ｌｖ２（＞Ｌｖ１）未満の場合に第１レベル（最小レベル）にあると判定し、最大伸長ひずみ量が第２閾値Ｌｖ２以上でかつ第３閾値Ｌｖ３（＞Ｌｖ２）未満の場合に第２レベルにあると判定する。第３レベルから第９レベル（最大レベル）についても同様である。なお、掘削強度のレベル（以下、「掘削強度レベル」とする。）の数は、８つ以下であってもよく、１０個以上であってもよい。

第１閾値Ｌｖ１から第９閾値Ｌｖ９等の掘削強度レベル別の閾値は、予め記憶されている固定値であってもよく、動的に調整されてもよい。本実施形態では、掘削強度判定部３６は、掘削中のアタッチメントの姿勢に基づいて掘削強度レベル毎に設定されている閾値のそれぞれを調整する。具体的には、最大伸長ひずみ量が検出された時のアタッチメントの姿勢に応じて掘削強度レベル毎に設定されている閾値のそれぞれを調整する。なお、アタッチメントの姿勢は、姿勢センサの出力に基づいて導き出される。

掘削強度判定部３６は、シリンダ圧センサ、吐出圧センサ２８等の出力に基づいてアタッチメントのひずみ量を推定してもよい。例えば、ブームロッド圧、アームボトム圧、バケットボトム圧、メインポンプ１４の吐出圧等に基づいてアーム５の腹面の伸長ひずみ量を推定してもよい。この場合、ひずみゲージＳ１０は省略されてもよい。

また、掘削強度判定部３６は、掘削が行われた回数（掘削回数）を掘削強度レベル毎にカウントするように構成されている。本実施形態では、９つの掘削強度レベルのそれぞれに関して掘削回数をカウントするように構成されている。

次に、図３を参照し、コントローラ３０がアタッチメントによって行われる掘削の強度を掘削毎に判定する処理（以下、「掘削強度判定処理」とする。）について説明する。図３は、掘削強度判定処理のフローチャートである。本実施形態では、コントローラ３０は、所定の制御周期で繰り返しこの掘削強度判定処理を実行する。

最初に、コントローラ３０は、掘削が開始されたか否かを判定する（ステップＳＴ１）。本実施形態では、コントローラ３０における掘削判定部３５は、アーム閉じ操作が行われているときに、アーム５の腹面の伸長ひずみ量が所定の閾値ＴＨｓを上回った場合に掘削が開始されたと判定する。具体的には、コントローラ３０は、操作圧センサ２９の出力に基づいてアーム閉じ操作が行われているか否かを判定する。アーム５の腹面の伸長ひずみ量は、ひずみゲージＳ１０が検出した値であってもよく、シリンダ圧センサ、吐出圧センサ２８等の出力に基づいて推定された値であってもよい。また、所定の閾値ＴＨｓは、アタッチメントの姿勢に応じて調整されてもよい。

掘削が開始されていないと判定した場合（ステップＳＴ１のＮＯ）、コントローラ３０は、今回の掘削強度判定処理を終了させる。

掘削が開始されたと判定した場合（ステップＳＴ１のＹＥＳ）、コントローラ３０は、掘削に関する情報（以下、「掘削情報」とする。）を記録する（ステップＳＴ２）。掘削情報の記録は、揮発性記憶媒体への記憶（書き込み）であってもよく、不揮発性記憶媒体への記憶（書き込み）であってもよい。揮発性記憶媒体への記憶の場合、掘削情報は、所定時間だけ消去されないよう或いは上書きされないように記憶される。本実施形態では、コントローラ３０における掘削強度判定部３６は、姿勢センサ、シリンダ圧センサ、ひずみゲージＳ１０、吐出圧センサ２８等の出力を同期して時系列で記録する。但し、コントローラ３０は、掘削が開始されたか否かにかかわらず、姿勢センサ、シリンダ圧センサ、ひずみゲージＳ１０、吐出圧センサ２８等の出力を継続的に記録するように構成されていてもよい。この場合、コントローラ３０は、掘削が開始されたと判定した時点に記録したデータを特定できるように構成されていてもよい。

その後、コントローラ３０は、掘削が完了したか否かを判定する（ステップＳＴ３）。本実施形態では、コントローラ３０における掘削判定部３５は、アーム５の腹面の伸長ひずみ量が所定の閾値ＴＨｅを下回った場合に掘削が完了したと判定する。アーム５の腹面の伸長ひずみ量は、ひずみゲージＳ１０が検出した値であってもよく、シリンダ圧センサ、吐出圧センサ２８等の出力に基づいて推定された値であってもよい。また、所定の閾値ＴＨｅは、アタッチメントの姿勢に応じて調整されてもよい。

掘削が完了していないと判定した場合（ステップＳＴ３のＮＯ）、コントローラ３０は、ステップＳＴ２に戻る。

掘削が完了したと判定した場合（ステップＳＴ３のＹＥＳ）、コントローラ３０は、掘削強度を判定する（ステップＳＴ４）。本実施形態では、コントローラ３０における掘削強度判定部３６は、掘削が開始されたと判定してからその掘削が完了したと判定するまでの期間におけるアーム５の腹面の最大伸長ひずみ量を導き出す。そして、その最大伸長ひずみ量が第１閾値Ｌｖ１以上でかつ第２閾値Ｌｖ２未満の場合に第１レベルにあると判定し、最大伸長ひずみ量が第２閾値Ｌｖ２以上でかつ第３閾値Ｌｖ３未満の場合に第２レベルにあると判定する。第３レベルから第９レベルについても同様である。

本実施形態では、掘削が完了したと判定した場合、コントローラ３０は、掘削情報の記録を停止させる。掘削情報を継続的に記録するように構成されている場合には、コントローラ３０は、掘削が開始されたと判定した時点に記録したデータの場合と同様に、掘削が完了したと判定した時点に記録したデータを特定できるように構成されていてもよい。掘削開始時点から掘削完了時点までに記録された掘削情報の時系列データを特定できるようにするためである。

ここで図４を参照し、ステップＳＴ１からステップＳＴ４までの処理の流れについて説明する。図４は、アーム５の腹面の伸長ひずみ量の時間的推移を示す。縦軸は伸長ひずみ量に対応し、横軸は経過時間に対応する。

図４に示すように、時刻ｔ１において伸長ひずみ量が閾値ＴＨｓを上回ると、コントローラ３０は、掘削が開始されたと判定し、掘削情報の記録を開始する。そして、時刻ｔ２において伸長ひずみ量が閾値ＴＨｅを下回ると、コントローラ３０は、掘削が完了したと判定し、記録した情報に基づいて時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間における最大伸長ひずみ量を導き出す。図４の例では、時刻ｔａにおける伸長ひずみ量を最大伸長ひずみ量として導き出す。そして、コントローラ３０は、その最大伸長ひずみ量が第４閾値Ｌｖ４以上でかつ第５閾値Ｌｖ５未満にあるとし、今回の掘削の強度が第４レベルであると判定する。

同様に、時刻ｔ３において伸長ひずみ量が閾値ＴＨｓを上回ると、コントローラ３０は、掘削が開始されたと判定し、掘削情報の記録を開始する。そして、時刻ｔ４において伸長ひずみ量が閾値ＴＨｅを下回ると、コントローラ３０は、掘削が完了したと判定し、記録した情報に基づいて時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間における最大伸長ひずみ量を導き出す。図４の例では、時刻ｔｂにおける伸長ひずみ量を最大伸長ひずみ量として導き出す。そして、コントローラ３０は、その最大伸長ひずみ量が第８閾値Ｌｖ８以上でかつ第９閾値Ｌｖ９未満にあるとし、今回の掘削の強度が第８レベルであると判定する。

掘削強度を判定した後、コントローラ３０は、掘削強度レベル毎に掘削回数をカウントする（ステップＳＴ５）。本実施形態では、コントローラ３０における掘削強度判定部３６は、ＮＶＲＡＭ等の不揮発性記憶媒体に用意されている掘削強度テーブルを更新する。

掘削強度テーブルは、掘削強度レベル毎の掘削回数を管理するための参照テーブルである。掘削強度テーブルは、掘削強度レベル毎に掘削回数を記憶する電子的カウンタを含む。掘削強度判定部３６は、例えば、今回の掘削の強度が第１レベルであると判定した場合、第１レベルに関する電子的カウンタを１だけインクリメントし、今回の掘削の強度が第２レベルであると判定した場合、第２レベルに関する電子的カウンタを１だけインクリメントする。他の掘削強度レベルについても同様である。

図５は、掘削強度テーブルの概念図を示す。具体的には、図５（Ａ）は、図４における時刻ｔ１より前の時点における掘削強度テーブルの状態、すなわち、掘削強度テーブルの初期状態を示す。図５（Ｂ）は、図４の時刻ｔ２の直後、すなわち、１回目の掘削が完了した直後の掘削強度テーブルの状態を示す。図５（Ｃ）は、図４の時刻ｔ４の直後、すなわち、２回目の掘削が完了した直後の掘削強度テーブルの状態を示す。図４及び図５に示す例では、コントローラ３０は、時刻ｔ２において１回目の掘削の強度が第４レベルであると判定した場合、第４レベルに関する電子的カウンタを１だけインクリメントしている。また、時刻ｔ４において２回目の掘削の強度が第８レベルであると判定した場合、第８レベルに関する電子的カウンタを１だけインクリメントしている。

コントローラ３０は、所定の条件が満たされたときに掘削強度テーブルに記憶されている掘削強度情報を外部に送信してもよい。所定の条件は、例えば、所定時刻になったとき、掘削回数のカウントを開始してから所定時間が経過したとき、所定の操作が行われたとき等を含む。所定の操作は、例えば、所定のボタンの押下、エンジンスイッチのオフ操作等を含む。また、コントローラ３０は、掘削強度テーブルに記憶されている掘削強度情報が外部に送信された後で掘削強度テーブルの電子的カウンタをリセットしてもよい。

次に、図６を参照し、掘削強度情報の表示例について説明する。図６は、サーバ２２に付属のディスプレイに表示される掘削強度情報の一例を示す。

本実施形態では、コントローラ３０は、所定の時刻になったときに、掘削強度テーブルに記憶されている掘削強度情報をサーバ２２に向けて送信する。掘削強度情報を受信したサーバ２２は、サーバ２２又は通信端末２３に付属のディスプレイで掘削強度情報が閲覧可能となるように、所定の記憶領域にその情報を記憶する。その結果、管理者は、サーバ２２又は通信端末２３に付属のディスプレイで掘削強度情報を閲覧できるようになる。

具体的には、図６は、同程度の回数（例えば数百回）の掘削を行った２台のショベルに関する掘削強度レベル毎の頻度を示すヒストグラムである。横軸は９段階の掘削強度レベルに対応する。縦軸は掘削強度レベル毎の掘削回数に対応する。また、白のビン（棒）は第１ショベルに関し、黒のビン（棒）は第２ショベルに関する。

図６に示すように、第１ショベルでは、掘削強度レベルが第３レベル～第５レベルである掘削の回数が比較的多く、第４レベルの掘削の回数が最も多くなっている。一方で、第２ショベルでは、掘削強度レベルが第６レベル～第８レベルである掘削の回数が比較的多く、第７レベルの掘削の回数が最も多くなっている。図６に示すような掘削強度情報を閲覧した管理者は、第１ショベルの消耗度よりも第２ショベルの消耗度が高くなっていることを認識できる。ショベルの消耗度は、例えば、エンジン、アタッチメント、フレーム等の疲労度合い、バケット爪先、油圧シリンダにおけるシール部材等の消耗品の摩耗度合いを含む。このように、管理者は、ディスプレイ上で掘削強度情報を閲覧することで、ショベルの消耗度をより正確に把握できる。

上述のように、本発明の実施形態に係るショベル１００は、下部走行体１と、下部走行体１に旋回可能に搭載される上部旋回体３と、上部旋回体３に取り付けられるアタッチメントと、上部旋回体３に搭載され、且つ、アタッチメントによって行われる掘削の強度を掘削毎に判定するように構成されている制御装置としてのコントローラ３０と、を備えている。掘削毎に判定された掘削の強度に関する情報である掘削強度情報を受けることで、ショベル１００の管理者は、ショベル１００の消耗度をより正確に把握できるようになる。この場合、ショベル１００の管理者は、スピーカを通じて掘削強度情報を聴覚情報として受けてもよく、ディスプレイを通じて掘削強度情報を視覚情報として受けてもよい。

コントローラ３０は、望ましくは、掘削の強度を複数のレベルに分類し、且つ、レベル毎に掘削回数をカウントするように構成されている。この構成により、ショベルの管理者は、特定のショベルがどのように使用されたかをより詳細に把握できる。

また、掘削の強度は、望ましくは、ひずみゲージＳ１０、シリンダ圧センサ及び吐出圧センサ２８のうちの少なくとも１つの出力に基づいて算出される。この構成により、ショベル１００は、例えば既存のセンサを用いて掘削の強度を容易に導き出すことができる。

また、本発明の実施形態に係るショベル１００の管理装置としてのサーバ２２は、ショベル１００に接続され、レベル毎にカウントされた掘削回数を保存し且つ管理するように構成されている。ショベル１００は、例えば、下部走行体１と、下部走行体１に旋回可能に搭載される上部旋回体３と、上部旋回体３に取り付けられるアタッチメントと、アタッチメントによって行われる掘削の強度を複数のレベルに分類し、且つ、レベル毎に掘削回数をカウントするように構成されている制御装置としてのコントローラ３０と、を備えている。サーバ２２が管理しているレベル毎にカウントされた掘削回数に関する情報を受けることで、ショベル１００の管理者は、ショベル１００の消耗度をより正確に把握できるようになる。この場合、ショベル１００の管理者は、スピーカを通じて掘削回数に関する情報を聴覚情報として受けてもよく、ディスプレイを通じて掘削回数に関する情報を視覚情報として受けてもよい。

サーバ２２は、望ましくは、レベル毎にカウントされた掘削回数を表示するように構成されている。ショベル１００の管理者は、例えば、サーバ２２に付属のディスプレイに表示された掘削強度情報を見ることで、ショベル１００の消耗度をより正確に把握できるようになる。また、管理者は、複数台のショベルのそれぞれに関する掘削強度情報を同時に見ることで、複数台のショベルの消耗度を容易に比較できる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説した。しかしながら、本発明は、上述した実施形態に制限されることはない。上述した実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形、置換等が適用され得る。また、別々に説明された特徴は、技術的な矛盾が生じない限り、組み合わせが可能である。

例えば、上述の実施形態では、掘削強度情報は、サーバ２２又は通信端末２３に付属のディスプレイに表示されているが、キャビン１０内に設置された表示装置４０に表示されてもよい。また、掘削強度情報は、建設機械としてのショベル、支援装置としての通信端末２３、及び、管理装置としてのサーバ２２のそれぞれにおける表示装置に表示されてもよい。なお、掘削強度情報は、サーバ２２又は通信端末２３に付属のスピーカを通じ、音声情報として出力されてもよい。

また、コントローラ３０は、基地局２１を介さずに、支援装置としての通信端末２３に掘削強度情報を直接送信してもよい。

１・・・下部走行体 １Ｌ・・・左側走行用油圧モータ １Ｒ・・・右側走行用油圧モータ ２・・・旋回機構 ２Ａ・・・旋回用油圧モータ ３・・・上部旋回体 ４・・・ブーム ５・・・アーム ６・・・バケット ７・・・ブームシリンダ ８・・・アームシリンダ ９・・・バケットシリンダ １０・・・キャビン １１・・・エンジン １３・・・レギュレータ １４・・・メインポンプ １５・・・パイロットポンプ １７・・・コントロールバルブ ２１・・・基地局 ２２・・・サーバ ２３・・・通信端末 ２３ａ・・・携帯通信端末 ２３ｂ・・・固定通信端末 ２６・・・操作装置 ２８・・・吐出圧センサ ２９・・・操作圧センサ ３０・・・コントローラ ３５・・・掘削判定部 ３６・・・掘削強度判定部 ４０・・・表示装置 ４２・・・入力装置 ４３・・・音声出力装置 ４７・・・記憶装置 １００・・・ショベル １７１～１７６・・・制御弁 ２００・・・通信ネットワーク Ｓ１・・・ブーム角度センサ Ｓ２・・・アーム角度センサ Ｓ３・・・バケット角度センサ Ｓ４・・・機体傾斜センサ Ｓ５・・・旋回角速度センサ Ｓ６・・・撮像装置 Ｓ６Ｂ・・・後カメラ Ｓ６Ｆ・・・前カメラ Ｓ６Ｌ・・・左カメラ Ｓ６Ｒ・・・右カメラ Ｓ７Ｂ・・・ブームボトム圧センサ Ｓ７Ｒ・・・ブームロッド圧センサ Ｓ８Ｂ・・・アームボトム圧センサ Ｓ８Ｒ・・・アームロッド圧センサ Ｓ９Ｂ・・・バケットボトム圧センサ Ｓ９Ｒ・・・バケットロッド圧センサ Ｓ１０・・・ひずみゲージ Ｐ１、Ｐ２・・・測位装置 Ｔ１、Ｔ２・・・通信装置

Claims (6)

1. 機体本体と、
   前記機体本体に取り付けられるアタッチメントと、
   前記機体本体に搭載され、且つ、前記アタッチメントによって行われる掘削の強度を掘削毎に複数のレベルに分類して判定するように構成されている制御装置と、を備える、
   建設機械。
2. 前記制御装置は、掘削の強度を複数のレベルに分類し、且つ、レベル毎に掘削回数をカウントするように構成されている、
   請求項１に記載の建設機械。
3. 掘削の強度は、ひずみゲージ、シリンダ圧センサ及び吐出圧センサのうちの少なくとも１つの出力に基づいて算出される、
   請求項１又は２に記載の建設機械。
4. 機体本体と、前記機体本体に取り付けられるアタッチメントと、前記アタッチメントによって行われる掘削毎の掘削の強度に関する算出結果を表示する建設機械の表示装置であって、
   前記掘削の強度を複数のレベルに分類し、且つ、レベル毎にカウントされた掘削回数を表示する、
   建設機械の表示装置。
5. 下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、前記アタッチメントによって行われる掘削の強度を掘削毎に複数のレベルに分類し、且つ、レベル毎に掘削回数をカウントするように構成されている制御装置と、を備えるショベルに接続されるショベルの管理装置であって、
   レベル毎にカウントされた掘削回数を保存し且つ管理するように構成されている、
   建設機械の管理装置。
6. レベル毎にカウントされた掘削回数を表示するように構成されている、
   請求項５に記載の建設機械の管理装置。

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