JP7073151B2 - ショベル、ショベルの制御方法及びプログラム - Google Patents

Description

本開示は、ショベル、ショベルの制御方法及びプログラムに関する。

従来、アウトリガーシリンダやブームシリンダ等のシリンダ圧に基づいて、地盤の強度を算出するショベルが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００－１３６５２４号公報

しかしながら、上記のショベルでは、駆動する際の作動油がシリンダ内に流入する圧力を検出してしまうため、地盤の硬さを精度よく算出することが困難である。

そこで、上記課題に鑑み、地盤の硬さを高い精度で推定することが可能なショベルを提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係るショベルは、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取り付けられる歪みセンサ又は加速度センサを含むセンサと、前記センサの検出値により地盤の硬さを推定する硬さ推定部と、を有し、前記硬さ推定部は、前記アタッチメントを所定速度及び所定角度で地面に接触させる所定動作を行ったときの前記センサの検出値と、前記所定動作を行ったときの前記センサの検出値と前記地盤の硬さとが対応付けされたデータとに基づいて、前記地盤の硬さを推定する硬さ推定部と、を有する。

本発明の実施形態によれば、地盤の硬さを高い精度で推定することが可能なショベルを提供することができる。

本発明の実施形態のショベルの側面図 ショベルの駆動制御系の構成例を示す図 姿勢制御処理の一例のフローチャート アーム閉じ動作を行ったときの歪み量の時間変化を示す図 アーム閉じ動作を行ったときの加速度の時間変化を示す図 表示装置の画像表示部に表示される施工図の一例を示す図

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

最初に、図１を参照して、本発明の実施形態のショベルの全体構成について説明する。図１は、本発明の実施形態のショベルの側面図である。

ショベルＰＳの下部走行体１には、旋回機構２を介して旋回可能に上部旋回体３が搭載されている。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が取り付けられている。アーム５の先端には、エンドアタッチメント（作業部位）としてバケット６が取り付けられている。エンドアタッチメントとしては、法面用バケット、浚渫用バケット、ブレーカ等が取り付けられてもよい。

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掘削アタッチメントを構成し、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。

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を集合的に「姿勢センサ」と称する。また、ブーム４には歪みセンサＳ４が取り付けられている。

ブーム角度センサＳ１は、ブーム４の回動角度を検出する。ブーム角度センサＳ１は、例えば、水平面に対するブーム４の傾斜を検出することで上部旋回体３に対するブーム４の回動角度を検出する加速度センサである。

アーム角度センサＳ２は、アーム５の回動角度を検出する。アーム角度センサＳ２は、例えば、水平面に対するアーム５の傾斜を検出することでブーム４に対するアーム５の回動角度を検出する加速度センサである。

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。バケット角度センサＳ３は、例えば、水平面に対するバケット６の傾斜を検出することでアーム５に対するバケット６の回動角度を検出する加速度センサである。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、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等であってもよく、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ていてもよい。

歪みセンサＳ４は、アタッチメントの歪みを検出する。本実施形態では、歪みセンサＳ４は、ブーム４の内部に取り付けられてブーム４の伸張又は圧縮による歪みを検出する１軸歪みゲージである。但し、歪みセンサＳ４は、３軸歪みゲージであってもよく、アタッチメントの内部の複数箇所に取り付けられる複数の１軸歪みゲージであってもよい。また、歪みセンサＳ４は、複数の３軸歪みゲージであってもよく、１又は複数の１軸歪みゲージと１又は複数の３軸歪みゲージの組み合わせであってもよい。また、歪みセンサＳ４は、アタッチメントの歪みを検出できる位置に取り付けられていればよく、例えば、ブーム４の外面に取り付けられていてもよく、アーム５やバケット６に取り付けられていてもよい。

上部旋回体３には、運転室としてのキャビン１０が設けられ、エンジン１１等の動力源及び車体傾斜センサＳ５が搭載されている。エンジン１１等の動力源は、カバー３ａにより覆われている。キャビン１０内には、コントローラ３０、表示装置４０、音声出力装置４３、入力装置４５、記憶装置４７、及びゲートロックレバー４９が設けられている。キャビン１０の頂部には、ＧＰＳ装置（ＧＮＳＳ受信機）Ｐ１、及び送信装置Ｔ１が設けられている。

車体傾斜センサＳ５は、ショベルＰＳの車体の傾斜角度を検出する。本実施形態では、車体傾斜センサＳ５は、水平面に対する車体の傾斜角度を検出する加速度センサである。

コントローラ３０は、ショベルＰＳの駆動制御を行う主制御部として機能する制御装置である。コントローラ３０は、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置で構成されている。コントローラ３０の各種機能は、ＣＰＵが内部メモリに格納されているプログラムを実行することで実現される。

表示装置４０は、コントローラ３０からの指令に応じて各種の作業情報を含む画像を表示する。表示装置４０は、例えば、コントローラ３０に接続される車載液晶ディスプレイである。

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各種音声情報を出力する。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る。音声出力装置４３は、ブザー等の警報器であってもよい。

入力装置４５は、ショベルＰＳの操作者がコントローラ３０に各種情報を入力するための装置である。入力装置４５は、例えば、表示装置４０の表面に設けられるメンブレンスイッチを含む。入力装置４５は、タッチパネル等であってもよい。

記憶装置４７は、各種情報を記憶する。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。本実施形態では、記憶装置４７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、歪みセンサＳ４、車体傾斜センサＳ５等の検出値、コントローラ３０の出力値等を記憶する。

ゲートロックレバー４９は、キャビン１０のドアと運転席との間に設けられ、ショベルＰＳが誤って操作されるのを防止する機構である。操作者が運転席に乗り込んでゲートロックレバー４９を引き上げると、コントローラ３０によりゲートロック弁４９ａが開状態に制御され、操作者はキャビン１０から退出できなくなると共に各種操作装置が操作可能になる。操作者がゲートロックレバー４９を押し下げると、コントローラ３０によりゲートロック弁４９ａが閉状態に制御され、操作者はキャビン１０から退出可能になると共に、各種操作装置は操作不能になる。

ＧＰＳ装置Ｐ１は、ショベルＰＳの位置をＧＰＳ機能により検出し、位置データをコントローラ３０に供給する。

送信装置Ｔ１は、ショベルＰＳの外部に向けて情報を発信する。

撮像装置８０は、上部旋回体３のカバー３ａ上部に設けられている。撮像装置８０は、上部旋回体３からキャビン１０に向かって、左側を撮像する左側カメラ８０Ｌ、右側を撮像する右側カメラ８０Ｒ、後方を撮像する後方カメラ８０Ｂを有する。左側カメラ８０Ｌ、右側カメラ８０Ｒ、及び後方カメラ８０Ｂは、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子を有するデジタルカメラであり、それぞれ撮影した画像をキャビン１０内に設けられている表示装置４０に送る。

次に、図２を参照して、ショベルＰＳの駆動制御系の構成例について説明する。図２は、ショベルＰＳの駆動制御系の構成例を示す図である。図２中、機械的動力系、高圧油圧ライン、パイロットライン、及び電気駆動・制御系をそれぞれ二重線、太実線、破線、及び細実線で示す。

エンジン１１は、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５に接続され、エンジン制御装置（ＥＣＵ）７４により制御される。ＥＣＵ７４からは、エンジン１１の状態を示す各種のデータ（例えば、水温センサ１１ｃで検出される冷却水温（物理量）を示すデータ等）がコントローラ３０に常時送信される。コントローラ３０は内部の記憶部３０ａにこのデータを蓄積し、適宜、表示装置４０に送信できる。

メインポンプ１４は、高圧油圧ラインを介して作動油をコントロールバルブ１７に供給するための油圧ポンプである。メインポンプ１４は、例えば、斜板式可変容量型油圧ポンプである。

可変容量式油圧ポンプであるメインポンプ１４のレギュレータ１４ａは、斜板角度を示すデータをコントローラ３０に送る。また、吐出圧力センサ１４ｂは、メインポンプ１４の吐出圧力を示すデータをコントローラ３０に送る。これらのデータ（物理量を表すデータ）は記憶部３０ａに格納される。また、メインポンプ１４が吸入する作動油が貯蔵されたタンクとメインポンプ１４との間の管路に設けられている油温センサ１４ｃは、管路を流れる作動油の温度を表すデータをコントローラ３０に送る。

パイロットポンプ１５は、パイロットラインを介して各種油圧制御機器に作動油を供給するための油圧ポンプである。パイロットポンプ１５は、例えば、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ＰＳにおける油圧システムを制御する油圧制御装置である。コントロールバルブ１７は、例えば、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、走行用油圧モータ、及び旋回用油圧モータ等に、メインポンプ１４が吐出する作動油を選択的に供給する。なお、以下では、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、走行用油圧モータ、及び旋回用油圧モータを、「油圧アクチュエータ」という場合がある。

操作レバー２６Ａ～２６Ｃは、キャビン１０内に設けられ、操作者によって油圧アクチュエータの操作に用いられる。操作レバー２６Ａ～２６Ｃが操作されると、パイロットポンプ１５から油圧アクチュエータのそれぞれに対応する流量制御弁のパイロットポートに作動油が供給される。各パイロットポートには、対応する操作レバー２６Ａ～２６Ｃの操作方向及び操作量に応じた圧力の作動油が供給される。

本実施形態では、操作レバー２６Ａは、ブーム操作レバーである。操作者が操作レバー２６Ａを操作すると、ブームシリンダ７を油圧駆動させて、ブーム４を操作できる。操作レバー２６Ｂは、アーム操作レバーである。操作者が操作レバー２６Ｂを操作すると、アームシリンダ８を油圧駆動させて、アーム５を操作できる。操作レバー２６Ｃは、バケット操作レバーである。操作者が操作レバー２６Ｃを操作すると、バケットシリンダ９を油圧駆動させて、バケット６を操作できる。なお、ショベルＰＳには、操作レバー２６Ａ～２６Ｃの他に、走行用油圧モータや旋回用油圧モータ等を駆動させる操作レバー、操作ペダル等が設けられてもよい。

圧力センサ１５ａ，１５ｂは、操作レバー２６Ａ～２６Ｃが操作された際にコントロールバルブ１７に送られるパイロット圧を検出し、検出したパイロット圧を示すデータをコントローラ３０に送る。操作レバー２６Ａ～２６Ｃには、スイッチボタン２７が設けられている。操作者は、操作レバー２６Ａ～２６Ｃを操作しながらスイッチボタン２７を操作することで、コントローラ３０に指令信号を送ることができる。

コントローラ３０は、各種のデータを取得する。コントローラ３０が取得したデータは、記憶部３０ａに格納される。

表示装置４０は、コントローラ３０から供給される作業情報等を含む画像を表示する。表示装置４０は、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）等の通信ネットワーク、専用線等を介してコントローラ３０に接続されている。また、表示装置４０は、画像表示部４１に表示する画像を生成する変換処理部４０ａと、入力部としてのスイッチパネル４２とを有する。

変換処理部４０ａは、撮像装置８０から得られる画像データに基づいて画像表示部４１上に表示する撮影画像を含む画像を生成する。表示装置４０には、左側カメラ８０Ｌ、右側カメラ８０Ｒ、及び後方カメラ８０Ｂのそれぞれから画像データが入力される。また、変換処理部４０ａは、コントローラ３０から表示装置４０に入力される各種のデータのうち画像表示部４１に表示させるデータを画像信号に変換する。コントローラ３０から表示装置４０に入力されるデータは、例えば、エンジン冷却水の温度を示すデータ、作動油の温度を示すデータ、尿素水の残量を示すデータ、燃料の残量を示すデータ等を含む。変換処理部４０ａは、変換した画像信号を画像表示部４１に出力し、撮影画像や各種のデータに基づいて生成した画像を画像表示部４１に表示させる。なお、変換処理部４０ａは、表示装置４０ではなく、例えば、コントローラ３０に設けられてもよい。

スイッチパネル４２は、各種ハードウェアスイッチを含むパネルである。スイッチパネル４２は、ライトスイッチ４２ａ、ワイパースイッチ４２ｂ、及びウィンドウォッシャスイッチ４２ｃを有する。

ライトスイッチ４２ａは、キャビン１０の外部に取り付けられるライトの点灯・消灯を切り替えるためのスイッチである。ワイパースイッチ４２ｂは、ワイパーの作動・停止を切り替えるためのスイッチである。ウィンドウォッシャスイッチ４２ｃは、ウィンドウォッシャ液を噴射するためのスイッチである。

表示装置４０は、蓄電池７０から電力の供給を受けて動作する。蓄電池７０は、エンジン１１のオルタネータ１１ａ（発電機）で発電した電力で充電される。蓄電池７０の電力は、コントローラ３０及び表示装置４０以外のショベルＰＳの電装品７２等にも供給される。また、エンジン１１のスタータ１１ｂは、蓄電池７０からの電力で駆動されてエンジン１１を始動させる。

ショベルＰＳのキャビン１０内には、エンジン回転数調整ダイヤル７５が設けられている。エンジン回転数調整ダイヤル７５は、エンジン回転数を調整するためのダイヤルであり、例えば、エンジン回転数を段階的に切り替えることができる。本実施形態では、エンジン回転数調整ダイヤル７５は、ＳＰモード、Ｈモード、Ａモード、及びアイドリング（ＩＤＬＥ）モードの４段階にエンジン回転数を切り替えることができるように設けられている。エンジン回転数調整ダイヤル７５は、エンジン回転数の設定状態を示すデータをコントローラ３０に送る。なお、図２には、エンジン回転数調整ダイヤル７５によりＨモードが選択された状態が示されている。

ＳＰモードは、作業量を優先したい場合に選択される回転数モードであり、最も高いエンジン回転数を利用する。Ｈモードは、作業量と燃費を両立させたい場合に選択される回転数モードであり、２番目に高いエンジン回転数を利用する。Ａモードは、燃費を優先させながら低騒音でショベルＰＳを稼働させたい場合に選択される回転数モードであり、３番目に高いエンジン回転数を利用する。アイドリングモードは、エンジンをアイドリング状態にしたい場合に選択される回転数モードであり、最も低いエンジン回転数を利用する。エンジン１１は、エンジン回転数調整ダイヤル７５で設定された回転数モードのエンジン回転数で一定回転数に制御される。

次に、コントローラ３０の機能構成について説明する。図２に示されるように、コントローラ３０は、硬さ推定部３１と、推奨姿勢推定部３２と、動作制御部３３とを有する。

硬さ推定部３１は、アタッチメントを所定速度及び所定角度で地面に接触させる所定動作を行ったときのセンサの検出値と、所定動作を行ったときのセンサの検出値と地盤の硬さとが対応付けされたデータとに基づいて、地盤の硬さを推定する。センサは、アタッチメントに取り付けられる歪みセンサＳ４又は加速度センサ（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）を含む。センサの検出値と地盤の硬さとが対応付けされたデータは、所定動作ごとに記憶部３０ａに格納されている。本実施形態では、所定動作として、バケット６の爪先を垂直に立てた状態で地面に接触させた位置からアーム閉じ動作を行う。そして、硬さ推定部３１は、アーム閉じ動作を行ったときのセンサの検出値と、アーム閉じ動作を行ったときのセンサの検出値と地盤の硬さとが対応付けされたデータとに基づいて、地盤の硬さを推定する。例えば、硬さ推定部３１は、アーム閉じ動作を行ったときの歪みセンサＳ４により検出される歪み量が大きいほど、地盤が硬いと推定する。また例えば、硬さ推定部３１は、アーム閉じ動作を行ったときの歪みセンサＳ４により検出される歪み量の最大値近傍の歪み量の微小変動の頻度が多いほど、地盤が硬いと推定する。また例えば、硬さ推定部は、アーム閉じ動作を行ったときの歪みセンサＳ４により検出される歪み量の最大値近傍の歪み量が継続する時間が長いほど、地盤が硬いと推定する。また、例えば硬さ推定部３１は、アーム閉じ動作を行ったときの加速度センサにより検出される加速度が収束する時間が長いほど、地盤が硬いと推定する。

また、硬さ推定部３１は、推定した地盤の硬さを地図情報に対応付けて記憶部３０ａに格納する。本実施形態では、硬さ推定部３１は、推定した地盤の硬さと、ＧＰＳ装置Ｐ１が検出したショベルＰＳの位置とに基づいて、推定した地盤の硬さを記憶部３０ａに記憶された地図情報である施工図に対応付けて格納する。

また、硬さ推定部３１は、推定した地盤の硬さが所定の硬さよりも硬い場合、採石仕様の爪先への交換を促す警告等を表示装置４０の画像表示部４１に表示するようにしてもよい。

推奨姿勢推定部３２は、硬さ推定部３１が推定した地盤の硬さと、地盤の硬さと対応付けされたアタッチメントの推奨姿勢とに基づいて、推定された地盤の硬さに応じたアタッチメントの推奨姿勢を推定する。本実施形態では、推奨姿勢推定部３２は、硬さ推定部３１が推定した地盤の硬さと、地盤の硬さと対応付けされたバケット６の推奨角度とに基づいて、推定された地盤の硬さに応じたバケット６の推奨角度を推定する。また、推奨姿勢推定部３２が推定した推奨姿勢は、表示装置４０の画像表示部４１に表示される。これにより、ショベルＰＳの操作者は、表示装置４０に表示される推奨姿勢を確認することで、地盤の硬さに推奨される推奨姿勢で地盤の掘削を行うことができる。そのため、作業効率やアタッチメントの使用寿命を向上させることができる。

動作制御部３３は、推奨姿勢推定部３２が推定したアタッチメントの推奨姿勢となるようにアタッチメントの姿勢を制御する。本実施形態では、動作制御部３３は、推奨姿勢推定部３２が推定したバケット６の推奨角度となるようにバケット６の角度を制御する。

次に、図３を参照して、コントローラ３０が、地盤の硬さを推定し、アタッチメントの姿勢を、推定した地盤の硬さに応じた推奨姿勢に制御する処理（以下「姿勢制御処理」という。）の一例について説明する。図３は、姿勢制御処理の一例のフローチャートである。

ステップＳＴ１では、硬さ推定部３１は、アタッチメントを所定速度及び所定角度で地面に接触させる所定動作を行ったときのセンサの検出値と、所定動作を行ったときのセンサの検出値と地盤の硬さとが対応付けされたデータとに基づいて、地盤の硬さを推定する。

本実施形態では、硬さ推定部３１は、バケット６の爪先を垂直に立てた状態で地面に接した位置からアーム閉じ動作を行ったときの歪みセンサＳ４が検出した歪み量と、アーム閉じ動作を行ったときの歪み量と地盤の硬さとが対応付けされたデータとに基づいて、地盤の硬さを推定する。図４は、アーム閉じ動作を行ったときの歪み量の時間変化を示す図である。図４中、時間を横軸で示し、歪み量を縦軸で示す。図４（ａ）から図４（ｄ）に示されるように、アーム閉じ動作を行った場合、地盤の硬さの違いによって歪み量の時間変化の波形が異なる形状を示す。例えば図４（ａ）に示されるように、大きい歪み量を示した後に徐々に歪み量が減少する波形の場合、硬さ推定部３１は、表面は硬いが地中へ入り込める地盤（例えば、かれき、砂利）であると推定する。また、例えば図４（ｂ）に示されるように、大きい歪み量を維持する波形の場合、硬さ推定部３１は、表面が硬くてはがれやすい地盤（例えば、アスファルト）であると推定する。また、例えば図４（ｃ）に示されるように、歪み量が凸型であり最大歪み量が大きい波形の場合、硬さ推定部３１は、表面が柔らかく高密度の地盤（例えば、粘土層）であると推定する。また、例えば図４（ｄ）に示されるように、歪み量が凸型であり最大歪み量が小さい波形の場合、硬さ推定部３１は、表面が柔らかく低密度の地盤（例えば、土砂）であると推定する。

また、本実施形態では、硬さ推定部３１は、バケット６の爪先を垂直に立てた状態で地面に接した位置からアーム閉じ動作を行ったときの加速度センサが検出した加速度と、アーム閉じ動作を行ったときの加速度と地盤の硬さとが対応付けされたデータとに基づいて、地盤の硬さを推定する。図５は、所定動作であるアーム閉じ動作を行ったときの加速度の時間変化を示す図である。図５中、時間を横軸で示し、加速度を縦軸で示す。また、図５中、所定動作であるアーム閉じ動作により地面に接触した時点を時刻ｔ１で示す。図５（ａ）から図５（ｃ）に示されるように、アーム閉じ動作を行った場合、地盤の硬さの違いによって加速度の時間変化の波形が異なる形状を示す。例えば図５（ａ）に示されるように、大きい加速度を示した後に短時間で加速度が減少する波形の場合、硬さ推定部３１は、表面は硬いが地中へ入り込める地盤（例えば、かれき、砂利）であると推定する。また、例えば図５（ｂ）に示されるように、大きい加速度を示した後に徐々に加速度が減少する波形の場合、硬さ推定部３１は、表面が硬くてはがれやすい地盤（例えば、アスファルト）であると推定する。また、例えば図５（ｃ）に示されるように、衝撃的な急激な立ち上がりはなく、上記図５（ａ）よりは小さいが比較的大きい加速度を示した後に短時間で加速度が減少する波形の場合、硬さ推定部３１は、表面が柔らかく高密度の地盤（例えば、粘土層）又は表面が柔らかく低密度の地盤（例えば、土砂）であると推定する。

ステップＳＴ２では、硬さ推定部３１は、推定した地盤の硬さを地図情報に対応付けて記憶部３０ａに格納する。本実施形態では、硬さ推定部３１は、推定した地盤の硬さと、ＧＰＳ装置Ｐ１が検出したショベルＰＳの位置とに基づいて、推定した地盤の硬さを記憶部３０ａに記憶された施工図に対応付けて格納する。また、硬さ推定部３１は、地盤の硬さが対応付けされた施工図を表示装置４０に表示してもよい。

図６は、表示装置４０の画像表示部４１に表示される施工図の一例を示す図である。図６に示されるように、表示装置４０の画像表示部４１には施工図４１ａが表示されている。施工図４１ａには、等高線４１ｂ、道路４１ｃ、切土法面４１ｄ、法肩４１ｅ、法尻４１ｆ等が示されている。道路４１ｃ及び切土法面４１ｄは、等高線４１ｂで示される斜面の一部を切り取ることによって形成されている。また、道路４１ｃの一部及び切土法面４１ｄの一部には、推定した地盤の硬さ（例えば、比較的硬い地盤であること）を示すハッチング４１ｇが付されている。操作者は、画像表示部４１に表示される施工図４１ａを見ることで、道路４１ｃの一部及び切土法面４１ｄの一部が比較的硬い地盤であることを容易に確認できる。

ステップＳＴ３では、推奨姿勢推定部３２は、硬さ推定部３１が推定した地盤の硬さと、地盤の硬さと対応付けされて記憶されたアタッチメントの推奨姿勢とに基づいて、推定された地盤の硬さに推奨されるアタッチメントの推奨姿勢を推定する。本実施形態では、推奨姿勢推定部３２は、硬さ推定部３１が推定した地盤の硬さと、地盤の硬さと対応付けされて記憶されたバケット６の推奨角度とに基づいて、推定された地盤の硬さに推奨されるバケット６の推奨角度を推定する。例えば、硬さ推定部３１が、表面は硬いが地中へ入り込める地盤（例えば、かれき、砂利）であると推定した場合、推奨姿勢推定部３２は、バケット６の爪先を垂直に立てた状態の角度をバケット６の推奨角度と推定する。また、例えば硬さ推定部３１が、表面が硬くてはがれやすい地盤（例えば、アスファルト）であると推定した場合、推奨姿勢推定部３２は、バケット６の爪先を寝かせた角度をバケット６の推奨角度と推定する。また、例えば硬さ推定部３１は、表面が柔らかく高密度の地盤（例えば、粘土層）である、又は表面が柔らかく低密度の地盤（例えば、土砂）であると推定した場合、バケット６の爪先を垂直に立てた状態の角度をバケット６の推奨角度と推定する。また、推奨姿勢推定部３２は、推定した推奨姿勢を表示装置４０に表示させてもよい。これにより、ショベルＰＳの操作者は、表示装置４０に表示される推奨姿勢を確認することで、地盤の硬さに推奨される推奨姿勢で地盤の掘削を行うことができる。そのため、作業効率やアタッチメントの使用寿命を向上させることができる。

ステップＳＴ４では、動作制御部３３は、推奨姿勢推定部３２が推定したアタッチメントの推奨姿勢となるようにアタッチメントの姿勢を制御し、処理を終了させる。本実施形態では、動作制御部３３は、推奨姿勢推定部３２が推定した推奨角度となるように、バケット６の角度を制御し、処理を終了させる。

以上のように構成されるショベルＰＳでは、アタッチメントを所定速度及び所定角度で地面に接触させる所定動作を行ったときのセンサの検出値と、所定動作を行ったときのセンサの検出値と地盤の硬さとが対応付けされたデータとに基づいて、地盤の硬さが推定される。そのため、アタッチメントが駆動する際の作動油がシリンダ内に流入する圧力を検出してしまうことがないため、地盤の硬さを精度よく推定できる。

また、地盤の硬さを精度よく推定できるので、地盤の硬さによって摩耗状況が異なるバケット６の爪先の交換時期を予測することが容易になる。そのため、交換用の爪先を適切な交換時期に用意することができるので、交換用の爪先が用意できていないことを理由とするショベルＰＳのダウンタイムを抑制できる。

また、硬さ推定部３１が推定した地盤の硬さと、地盤の硬さに対応付けされたアタッチメントの推奨姿勢とに基づいて、地盤の硬さに応じたアタッチメントの推奨姿勢が推定され、表示装置４０の画像表示部４１に表示される。そのため、ショベルＰＳの操作者は、画像表示部４１に表示されるアタッチメントの推奨姿勢を確認することで、地盤の硬さに適したアタッチメントの姿勢で地盤を掘削できるので、作業効率が向上する。また、地盤の硬さに適していないアタッチメントの姿勢で地盤を掘削することによるアタッチメントの使用寿命の低下を抑制できる。

また、硬さ推定部３１が推定した地盤の硬さが地図情報に対応付けて記憶部３０ａに格納される。そのため、操作者は記憶部３０ａに格納された地図情報を確認することで、硬い地盤の位置や柔らかい地盤の位置を容易に把握できるので、例えば柔らかい地盤の上で作業する際、通常の硬さの地盤の上で作業する場合よりも注意力を高めて作業できる。また、施工計画（例えば、工数、必要機種、機械台数）を速く精度よく予測できる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。

１ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
３０ コントローラ
３０ａ 記憶部
３１ 硬さ推定部
３２ 推奨姿勢推定部
３３ 動作制御部
４０ 表示装置
４１ 画像表示部
ＰＳ ショベル
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 歪みセンサ

Claims (10)

1. 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取り付けられる歪みセンサ又は加速度センサを含むセンサと、
   前記センサの検出値により地盤の硬さを推定する硬さ推定部と、
   を有し、
   前記硬さ推定部は、前記アタッチメントを所定速度及び所定角度で地面に接触させる所定動作を行ったときの前記センサの検出値と、前記所定動作を行ったときの前記センサの検出値と前記地盤の硬さとが対応付けされたデータとに基づいて、前記地盤の硬さを推定する硬さ推定部と、
   を有する、
   ショベル。
2. 前記硬さ推定部が推定した前記地盤の硬さと、前記地盤の硬さごとに対応付けされた前記アタッチメントの推奨姿勢とに基づいて、前記地盤の硬さに応じた前記アタッチメントの推奨姿勢を推定する推奨姿勢推定部と、
   前記推奨姿勢推定部が推定した前記アタッチメントの推奨姿勢を表示する表示部と、
   を有する、
   請求項１に記載のショベル。
3. 前記硬さ推定部が推定した前記地盤の硬さと、前記地盤の硬さごとに対応付けされた前記アタッチメントの推奨姿勢とに基づいて、前記地盤の硬さに推奨される前記アタッチメントの推奨姿勢を推定する推奨姿勢推定部と、
   前記推奨姿勢推定部が推定した前記アタッチメントの推奨姿勢となるように前記アタッチメントの姿勢を制御する動作制御部と、
   を有する、
   請求項１に記載のショベル。
4. 前記硬さ推定部が推定した前記地盤の硬さを地図情報に対応付けて格納する記憶部を有する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載のショベル。
5. 前記センサは、歪みセンサを含み、
   前記硬さ推定部は、前記アタッチメントを所定速度及び所定角度で地面に接触させたときの前記歪みセンサにより検出される歪み量が大きいほど、前記地盤が硬いと推定する、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載のショベル。
6. 前記センサは、歪みセンサを含み、
   前記硬さ推定部は、前記アタッチメントを所定速度及び所定角度で地面に接触させたときの前記歪みセンサにより検出される歪み量の最大値近傍の歪み量の微小変動の頻度が多いほど、前記地盤が硬いと推定する、
   請求項１乃至５のいずれか一項に記載のショベル。
7. 前記センサは、歪みセンサを含み、
   前記硬さ推定部は、前記アタッチメントを所定速度及び所定角度で地面に接触させたときの前記歪みセンサにより検出される歪み量の最大値近傍の歪み量が継続する時間が長いほど、前記地盤が硬いと推定する、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載のショベル。
8. 前記センサは、加速度センサを含み、
   前記硬さ推定部は、前記アタッチメントを所定速度及び所定角度で地面に接触させたときの前記加速度センサにより検出される加速度が収束する時間が長いほど、前記地盤が硬いと推定する、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載のショベル。
9. 歪みセンサ又は加速度センサを含むセンサが取り付けられたアタッチメントを有するショベルの前記アタッチメントを所定速度及び所定角度で地面に接触させる所定動作を行ったときに、前記センサの検出値を取得するステップと、
   前記取得するステップで取得された前記検出値と、前記所定動作を行ったときの前記センサの検出値と地盤の硬さとが対応付けされたデータとに基づいて、前記地盤の硬さを推定するステップと、
   を含む、ショベルの制御方法。
10. 制御装置に、
    歪みセンサ又は加速度センサを含むセンサが取り付けられたアタッチメントを有するショベルの前記アタッチメントを所定速度及び所定角度で地面に接触させる所定動作を行ったときに、前記センサの検出値を取得するステップと、
    前記取得するステップで取得された前記検出値と、前記所定動作を行ったときの前記センサの検出値と地盤の硬さとが対応付けされたデータとに基づいて、前記地盤の硬さを推定するステップと、
    を実行させる、プログラム。

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