JP7234398B2 - 動作識別装置 - Google Patents

Description

本開示は、建設機械の動作識別装置に関する。

従来から作業内容および作業環境と、稼働中のショベルとの組み合わせの不適合（ミスマッチ）の検出を支援するショベル支援装置に関する発明が知られている（下記特許文献１を参照）。この従来の発明は、稼働中のショベルが、現在の作業内容や作業環境に適合しているか否かを精度よく判別することが可能となるショベル支援装置を提供することを目的としている。

上記従来の発明の一観点によると、画像を表示する表示画面と、前記表示画面に画像を表示する処理装置とを有するショベル支援装置が提供される（同文献、請求項１、第０００５段落等を参照）。前記処理装置は、評価対象のショベルの部品に蓄積された累積損傷度の評価値の時刻歴を取得する。また、前記処理装置は、累積損傷度の前記評価値を、評価対象の前記ショベルがミスマッチ状態であるか否かを判定するための、稼働時間とともに増加する判定閾値と比較する。そして、前記処理装置は、前記評価値が前記判定閾値を超えている場合に、評価対象の前記ショベルがミスマッチ状態であることを通知する。

この従来のショベル支援装置では、ショベルから稼働情報を受信する管理装置が、アタッチメントの姿勢の時刻歴に基づいて、平地掘削、高所掘削、岩盤掘削、積込み、地面のならし、法面のならし、解体等の作業内容を推定することも可能である（同文献、第００２３段落を参照）。

特開２０１６－００３４６２号公報

前記従来のショベル支援装置では、管理装置がアタッチメントの姿勢の時刻歴に基づいてショベルの作業内容を推定している。そのため、実際にはショベルがその作業を行っていない場合にも、ショベルの作業内容に類似したアタッチメントの姿勢の時刻歴に基づいて、誤った作業内容が推定されるおそれがある。

本開示は、建設機械に取り付けられたセンサの出力に基づいて建設機械の特定の動作を従来よりも精度よく識別することが可能な動作識別装置を提供する。

本開示の一態様は、建設機械に作用する力を検出する力センサの信号に基づく力波形と前記建設機械の姿勢を検出する姿勢センサの信号に基づく姿勢波形とを生成する波形生成部と、前記建設機械の特定の動作に対応する前記力波形および前記姿勢波形の組み合わせである参照波形が記憶された波形記憶部と、前記建設機械の任意の動作に対応する前記力波形および前記姿勢波形の組み合わせである動作波形と前記参照波形とを比較して前記任意の動作に含まれる前記特定の動作を識別する動作識別部と、を備えることを特徴とする動作識別装置である。

本開示の上記一態様によれば、建設機械に取り付けられたセンサの出力に基づいて建設機械の動作の種別を従来よりも精度よく識別することが可能な動作識別装置を提供することができる。

本開示の実施形態１に係る動作識別装置を備えた油圧ショベルの側面図。 図１の油圧ショベルに搭載された動作識別装置のブロック図。 図１の油圧ショベルの油圧駆動装置の構成を示すブロック図。 図２の動作識別装置の処理の一例を示すフロー図。 図２の動作識別装置の波形記憶部に記憶された参照波形の一例を示す図。 図２の動作識別装置の動作識別部による特定の動作の識別の一例を示す図。 図１に示す疲労管理システムのモニタ画像の一例を示す画像図。 図１に示す疲労管理システムのモニタ画像の一例を示す画像図。 図１に示す疲労管理システムのモニタ画像の一例を示す画像図。 複数の建設機械の疲労インデックス値の時系列データの一例を示すグラフ。 本開示の実施形態２に係る動作識別装置を備えたダンプトラックの側面図。 図２の動作識別装置の波形記憶部に記憶された参照波形の一例を示す図。 図２の動作識別装置の動作識別部による特定の動作の識別の一例を示す図。 図１に示す疲労管理システムのモニタ画像の一例を示す画像図。

以下、図面を参照して本開示に係る動作識別装置の一実施形態を説明する。

［実施形態１］
図１は、本開示の実施形態１に係る動作識別装置１００を備えた油圧ショベルの側面図である。図２は、図１の油圧ショベル１０に搭載された動作識別装置１００のブロック図である。図３は、図１の油圧ショベル１０の油圧駆動装置１７の構成の一例を示すブロック図である。

詳細については後述するが、本実施形態に係る動作識別装置１００は、次の構成を主な特徴としている。動作識別装置１００は、波形生成部１１１と、波形記憶部１２１と、動作識別部１１２と、を備える。波形生成部１１１は、建設機械に作用する力を検出する力センサの信号に基づく力波形と、建設機械の姿勢を検出する姿勢センサの信号に基づく姿勢波形とを生成する。波形記憶部１２１には、建設機械の特定の動作に対応する力波形および姿勢波形の組み合わせである参照波形Ｗｒ１，Ｗｒ２，Ｗｒ３（図５参照）が記憶されている。動作識別部１１２は、建設機械の任意の動作に対応する力波形および姿勢波形の組み合わせである動作波形Ｗｍ（図６参照）と、波形記憶部１２１に記憶された参照波形Ｗｒ１，Ｗｒ２，Ｗｒ３とを比較して、建設機械の任意の動作に含まれる特定の動作を識別する。

動作識別装置１００によって特定の動作を識別する建設機械は、特に限定はされないが、たとえば、油圧ショベル１０である。油圧ショベル１０は、たとえば、鉱山で使用される超大型油圧ショベルである。なお、図１に示す油圧ショベル１０はバックホーであるが、動作識別装置１００によって特定の動作を識別する対象の建設機械がローダーであってもよいことは言うまでもない。以下では、まず建設機械の一例である油圧ショベル１０の構成の一例を説明し、次に本実施形態の動作識別装置１００の各部の構成を詳細に説明する。

（油圧ショベル）
油圧ショベル１０は、たとえば、図１に示すように、下部走行体１１と、上部旋回体１２と、キャブ１３と、フロント作業機１４と、コントローラ１５と、を備えている。また、油圧ショベル１０は、図２に示すセンサ１８、送信機１９Ａ、およびモニタ１９Ｂと、図３に示す操作レバー装置１３ａおよび油圧駆動装置１７と、を備えている。以下の説明では、油圧ショベル１０の前後方向に平行なＸ軸、油圧ショベル１０の幅方向平行なＹ軸、油圧ショベル１０の高さ方向に平行なＺ軸からなる三次元の直交座標系を参照しながら、油圧ショベル１０の各部を説明する場合がある。

下部走行体１１は、たとえば、油圧ショベル１０の幅方向（Ｙ方向）に一対のクローラ式の走行装置１１ａを有している。下部走行体１１は、たとえば、油圧駆動装置１７によって駆動され、油圧ショベル１０を走行させる。

上部旋回体１２は、下部走行体１１の上に旋回可能に取り付けられている。上部旋回体１２は、たとえば、図示を省略する油圧モータまたは電動モータによって駆動され、油圧ショベル１０の高さ方向（Ｚ方向）に平行な回転軸を中心に、下部走行体１１に対して旋回する。上部旋回体１２は、たとえば、図示を省略する原動機や、後述する油圧ポンプ、複数の弁等の各種の機器を収容している。

キャブ１３は、たとえば、油圧ショベル１０を操作するオペレータが搭乗する運転席が収容された油圧ショベル１０の車室である。キャブ１３は、たとえば、上部旋回体１２の前側の部分の上部に、フロント作業機１４に隣接して設けられている。

フロント作業機１４は、たとえば、上部旋回体１２の前側に設けられ、油圧駆動装置１７によって駆動されて掘削作業などの作業を行う。フロント作業機１４は、たとえば、ブーム１４ａと、アーム１４ｂと、バケット１４ｃとを有する。

ブーム１４ａの基端部は、たとえば、油圧ショベル１０の幅方向（Ｙ方向）に平行な回転軸を介して、上部旋回体１２に連結されている。ブーム１４ａは、たとえば、アクチュエータによって駆動され、上部旋回体１２に取り付けられた回転軸を中心に所定の角度範囲で回動する。ブーム１４ａを駆動するアクチュエータとしては、たとえば、油圧シリンダ１が用いられる。油圧シリンダ１は、作動油の供給によって駆動される油圧アクチュータである。

油圧シリンダ１は、たとえば、シリンダチューブ１ａと、ピストン１ｂと、ロッド１ｃとを有している。油圧シリンダ１は、たとえば、ロッド１ｃがシリンダチューブ１ａの片側に突出する片ロッド型の油圧シリンダである。ブーム１４ａを駆動する油圧シリンダ１は、たとえば、ブームシリンダ１Ａと称される場合もある。

ブームシリンダ１Ａにおいて、シリンダチューブ１ａの一端は、たとえばブーム１４ａの中間部に油圧ショベル１０の幅方向（Ｙ方向）に平行な回転軸を介して連結されている。また、ピストン１ｂは、シリンダチューブ１ａに収容され、シリンダチューブ１ａの内周面に沿ってロッド１ｃの軸方向に滑動する。ロッド１ｃの一端は、シリンダチューブ１ａの内部でピストン１ｂに連結されている。ブームシリンダ１Ａにおいて、ロッド１ｃの他端は、シリンダチューブ１ａの内部から外部へ延び、たとえば、油圧ショベル１０の幅方向（Ｙ方向）に平行な回転軸を介して、上部旋回体１２に連結されている。

アーム１４ｂの基端部は、たとえば、油圧ショベル１０の幅方向（Ｙ方向）に平行な回転軸を介してブーム１４ａの先端部に連結されている。アーム１４ｂは、たとえば、アクチュエータによって駆動され、ブーム１４ａに取り付けられた回転軸を中心に所定の角度範囲で回動する。アーム１４ｂを駆動するアクチュエータとしては、たとえば、ブームシリンダ１Ａと同様の油圧シリンダ１が用いられる。アーム１４ｂを駆動する油圧シリンダ１は、たとえば、アームシリンダ１Ｂと称される場合もある。

アームシリンダ１Ｂにおいて、シリンダチューブ１ａの一端は、たとえばブーム１４ａの中間部に油圧ショベル１０の幅方向（Ｙ方向）に平行な回転軸を介して連結されている。アームシリンダ１Ｂにおいて、ピストン１ｂに連結されたロッド１ｃの一端と反対側のロッド１ｃの他端は、油圧ショベル１０の幅方向（Ｙ方向）に平行な回転軸を介して、アーム１４ｂの基端部に連結されている。アームシリンダ１Ｂのロッド１ｃは、たとえば、ブーム１４ａの先端よりも、アーム１４ｂの基端側に連結されている。

バケット１４ｃの基端部は、たとえば、油圧ショベル１０の幅方向（Ｙ方向）に平行な回転軸を介してアーム１４ｂの先端部に連結されている。バケット１４ｃは、たとえば、アクチュエータによって駆動され、アーム１４ｂに取り付けられた回転軸を中心に所定の角度範囲で回動する。バケット１４ｃを駆動するアクチュエータとしては、たとえば、ブームシリンダ１Ａと同様の油圧シリンダ１が用いられる。バケット１４ｃを駆動する油圧シリンダ１は、たとえば、バケットシリンダ１Ｃと称される場合もある。

バケットシリンダ１Ｃにおいて、シリンダチューブ１ａの一端は、たとえばアーム１４ｂの基端部に、油圧ショベル１０の幅方向（Ｙ方向）に平行な回転軸を介して連結されている。バケットシリンダ１Ｃにおいて、ピストン１ｂに連結されたロッド１ｃの一端と反対側のロッド１ｃの他端は、たとえば、リンクを介してバケット１４ｃの基端部に連結されている。リンクは、たとえば、油圧ショベル１０の幅方向（Ｙ方向）に平行な回転軸を介して、ロッド１ｃに連結されている。

コントローラ１５は、たとえば、上部旋回体１２に収容され、キャブ１３に設けられた操作レバー装置１３ａの操作に基づくパイロット圧や、油圧ショベル１０に搭載されたセンサ１８からの信号に基づいて、油圧駆動装置１７を制御する。コントローラ１５は、たとえば、中央演算処理装置などの演算部１５ａ、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部１５ｂ、その記憶部１５ｂに記憶されたプログラム、および信号の入出力を行う入出力部を含むコンピュータユニットである。

コントローラ１５は、たとえば、本実施形態の動作識別装置１００を構成している。動作識別装置１００の詳細については後述する。なお、動作識別装置１００は、たとえば、油圧駆動装置１７を制御するコントローラ１５とは別に設けられていてもよい。動作識別装置１００は、たとえば、コントロールエリアネットワーク（ＣＡＮ）などのネットワークを介して、センサ１８、送信機１９Ａ、およびモニタ１９Ｂに接続されている。

油圧駆動装置１７は、たとえば、油圧シリンダ１と、油圧ポンプ２と、パイロットポンプ３と、ボトム圧センサ４ａと、操作圧センサ４ｂと、作動油タンク５と、エンジン６と、を備えている。また、油圧駆動装置１７は、たとえば、方向制御弁Ｖ１と、可変絞りＶ２と、可変絞り制御弁Ｖ３と、を備えている。なお、油圧ショベル１０は、たとえば、ブームシリンダ１Ａとアームシリンダ１Ｂとバケットシリンダ１Ｃの三つの油圧シリンダ１を備えている。しかし、各油圧シリンダ１の構成は、同様である。そのため、図３では、一つの油圧シリンダ１を図示し、他の二つの油圧シリンダ１の図示を省略する。

油圧シリンダ１は、前述のように、シリンダチューブ１ａと、ピストン１ｂと、ロッド１ｃを備えている。シリンダチューブ１ａの内部は、ピストン１ｂによって、シリンダチューブ１ａの基端側に位置するボトム側油室１ｅと、シリンダチューブ１ａの先端側に位置するロッド側油室１ｆとに区画されている。

油圧シリンダ１は、ボトム側油室１ｅに作動油が供給されることで、ピストン１ｂがシリンダチューブ１ａの先端側に移動し、ロッド側油室１ｆから作動油が排出され、ロッド１ｃが伸長する。また、油圧シリンダ１は、ロッド側油室１ｆに作動油が供給されることで、ピストン１ｂがシリンダチューブ１ａの基端側に移動し、ボトム側油室１ｅから作動油が排出され、ロッド１ｃが収縮する。

より具体的には、ブームシリンダ１Ａは、ロッド１ｃを伸長させることで、ブーム１４ａの基端部に設けられた回転軸を中心にブーム１４ａを回動させ、ブーム１４ａの先端を油圧ショベル１０の高さ方向（Ｚ方向）の上方側へ移動させる。また、ブームシリンダ１Ａは、ロッド１ｃを収縮させることで、ブーム１４ａの基端部に設けられた回転軸を中心にブーム１４ａを回動させ、ブーム１４ａの先端を油圧ショベル１０の高さ方向（Ｚ方向）の下方側へ移動させる。

また、アームシリンダ１Ｂは、ロッド１ｃを伸長させることで、アーム１４ｂの基端部に設けられた回転軸を中心にアーム１４ｂを回動させ、アーム１４ｂの先端を油圧ショベル１０の高さ方向（Ｚ方向）の下方側へ移動させる。また、アームシリンダ１Ｂは、ロッド１ｃを収縮させることで、アーム１４ｂの基端部に設けられた回転軸を中心にアーム１４ｂを回動させ、アーム１４ｂの先端を油圧ショベル１０の高さ方向（Ｚ方向）の上方側へ移動させる。

また、バケットシリンダ１Ｃは、ロッド１ｃを伸長させることで、バケット１４ｃの基端部に設けられた回転軸を中心にバケット１４ｃを回動させ、バケット１４ｃの先端を油圧ショベル１０の高さ方向（Ｚ方向）の上方側へ移動させる。また、バケットシリンダ１Ｃは、ロッド１ｃを収縮させることで、バケット１４ｃの基端部に設けられた回転軸を中心にアーム１４ｂを回動させ、バケット１４ｃの先端を油圧ショベル１０の高さ方向（Ｚ方向）の下方側へ移動させる。

第１油圧ポンプ２は、たとえば、斜板式、ラジアルピストン式または斜軸式の可変容量型の油圧ポンプである。油圧ポンプ２は、エンジン６によって回転駆動される。油圧ポンプ２は、たとえば、斜板または斜軸等からなる容量可変部２ａと、その容量可変部２ａを駆動する容量可変機構２ｂとを有している。容量可変機構２ｂは、コントローラ１５の指令に基づいて容量可変部２ａを駆動する。これにより、容量可変部２ａの傾転角が変化し、油圧ポンプ２のポンプ容量を増減することができる。油圧ポンプ２は、吐出管路に圧油を吐出する。吐出管路は、方向制御弁Ｖ１よりも上流側で、センタバイパス管路と分岐管路とに分岐する。

パイロットポンプ３は、たとえば、固定容量型の油圧ポンプである。パイロットポンプ３も、エンジン６によって回転駆動される。パイロットポンプ３は、作動油タンク５と共にパイロット油圧源を構成する。パイロットポンプ３は、パイロット管路にパイロット圧油を吐出する。パイロット管路は、操作レバー装置１３ａよりも上流側で、可変絞り制御弁Ｖ３側にパイロット圧油を供給するための絞り用パイロット管路が分岐している。

方向制御弁Ｖ１は、油圧ポンプ２から油圧シリンダ１に供給する圧油を切換え、油圧シリンダ１に対する圧油の供給と排出を制御する。方向制御弁Ｖ１は、６ポート３位置の油圧パイロット式方向制御弁により構成されている。方向制御弁Ｖ１は、吐出管路を介して油圧ポンプ２と接続され、センタバイパス管路および戻り管路を介して作動油タンク５と接続されている。さらに、方向制御弁Ｖ１は、ボトム側管路を介して油圧シリンダ１のボトム側油室１ｅと接続され、ロッド側管路を介して油圧シリンダ１のロッド側油室１ｆと接続されている。

可変絞りＶ２は、センタバイパス管路の途中で方向制御弁Ｖ１より下流側に設けられている。可変絞りＶ２は、方向制御弁Ｖ１より下流側でセンタバイパス管路の流路面積を可変に絞る。可変絞りＶ２は、可変絞り制御弁Ｖ３から供給されるパイロット圧油によって制御される。可変絞りＶ２は、可変絞り制御弁Ｖ３のパイロット圧が大きくなる程、流路面積が小さくなり、パイロット圧が小さくなる程、流路面積が大きくなる。可変絞り制御弁Ｖ３のパイロット圧は、コントローラ１５によって可変に制御される。

ボトム圧センサ４ａは、油圧シリンダ１のボトム側油室１ｅの圧油の圧力を検出する圧力センサである。ボトム圧センサ４ａは、たとえば、ボトム側油室１ｅまたはボトム側管路の圧力を検出する。ボトム圧センサ４ａは、信号線を介してコントローラ１５と接続され、検出したボトム側油室１ｅの圧力に対応する検出信号をコントローラ１５に出力する。

操作圧センサ４ｂは、操作レバー装置１３ａの操作量を検出する圧力センサである。操作圧センサ４ｂは、たとえば、下げ側パイロット管路に設けられている。操作圧センサ４ｂは、下げ側パイロット管路の油圧、すなわち、ブーム下げのパイロット圧を検出する。操作圧センサ４ｂは、信号線を介してコントローラ１５と接続され、ブーム下げ操作量に対応するブーム下げのパイロット圧を検出する。操作圧センサ４ｂは、ブーム下げのパイロット圧に対応する検出信号をコントローラ１５に出力する。

センサ１８は、油圧ショベル１０の一部に取り付けられ、物理量を検出してコントローラ１５に出力する。より具体的には、センサ１８は、たとえば、建設機械である油圧ショベル１０に作用する力を検出する力センサと、油圧ショベル１０の姿勢を検出する姿勢センサとを含む。図２に示す例において、センサ１８は、力センサとして油圧センサ１８ｂを含み、姿勢センサとして、角度センサ１８ａ、角速度センサ１８ｃ、加速度センサ１８ｄ、および傾斜角センサ１８ｅ、および、不図示のストロークセンサを含む。ストロークセンサは、ブームシリンダ１Ａ、アームシリンダ１Ｂ、バケットシリンダ１Ｃのストロークを検出する。

油圧センサ１８ｂは、たとえば、油圧ショベル１０の油圧シリンダ１の油圧、すなわちボトム側油室１ｅの作動油の圧力を検出する圧力センサである。より具体的には、油圧センサ１８ｂは、ブームシリンダ１Ａと、アームシリンダ１Ｂと、バケットシリンダ１Ｃのそれぞれのボトム側油室１ｅの作動油の圧力を検出する圧力センサである。なお、油圧センサ１８ｂは、たとえば、前述のボトム圧センサ４ａであってもよい。また、油圧センサ１８ｂは、下部走行体１１、上部旋回体１２が油圧モータによって駆動される場合には、その油圧モータの作動油の圧力を検出する。

角度センサ１８ａは、たとえば、建設機械の各部の回転角度を検出するセンサである。具体的には、角度センサ１８ａは、たとえば、油圧ショベル１０の上部旋回体１２と、フロント作業機１４の各部の回転角度を検出するセンサである。より詳細には、角度センサ１８ａは、たとえば、上部旋回体１２の回転軸と、ブーム１４ａの基端部の回転軸と、アーム１４ｂの基端部の回転軸と、およびバケット１４ｃの基端部の回転軸に、それぞれ設けられている。角度センサ１８ａは、たとえば、下部走行体１１に対する上部旋回体１２の回転角と、上部旋回体１２に対するブーム１４ａの回転角と、ブーム１４ａに対するアーム１４ｂの回転角と、アーム１４ｂに対するバケット１４ｃの回転角を検出する。
角速度センサ１８ｃは、たとえば、上部旋回体１２、ブーム１４ａ、アーム１４ｂ、およびバケット１４ｃのそれぞれに取り付けられ、上部旋回体１２、ブーム１４ａ、アーム１４ｂ、およびバケット１４ｃのそれぞれの角速度を検出する。加速度センサ１８ｄは、たとえば、上部旋回体１２、ブーム１４ａ、アーム１４ｂ、およびバケット１４ｃのそれぞれに取り付けられ、上部旋回体１２、ブーム１４ａ、アーム１４ｂ、およびバケット１４ｃのそれぞれの加速度を検出する。傾斜角センサ１８ｅは、たとえば、上部旋回体１２、ブーム１４ａ、アーム１４ｂ、およびバケット１４ｃのそれぞれに取り付けられ、上部旋回体１２、ブーム１４ａ、アーム１４ｂ、およびバケット１４ｃのそれぞれの傾斜角を検出する。

送信機１９Ａは、たとえば、コントローラ１５に接続され、コントローラ１５から出力された油圧ショベル１０の動作と疲労インデックス値に関する情報を外部に送信する。また、送信機１９Ａは、たとえば、油圧ショベル１０の識別情報を送信してもよい。また、油圧ショベル１０が、たとえば全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ）などの測位装置を備える場合、送信機１９Ａは、油圧ショベル１０の位置情報を送信してもよい。

モニタ１９Ｂは、たとえば、キャブ１３内に配置された液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などの表示装置である。モニタ１９Ｂは、たとえば、タッチパネルなどの入力装置を含んでもよい。モニタ１９Ｂは、たとえば、コントローラ１５から出力された油圧ショベル１０の動作と疲労インデックス値に関する情報を表示する。

以上の構成により、油圧ショベル１０は、オペレータが操作レバー装置１３ａを操作すると、パイロットポンプ３からの圧油により方向制御弁Ｖ１が動き、油圧ポンプ２の圧油が油圧シリンダ１のボトム側油室１ｅまたはロッド側油室１ｆに導かれる。これにより、油圧ショベル１０は、前述のように、操作レバー装置１３ａの操作量に応じて、ブームシリンダ１Ａ、アームシリンダ１Ｂ、およびバケットシリンダ１Ｃのそれぞれのロッド１ｃを伸縮させ、ブーム１４ａ、アーム１４ｂ、およびバケット１４ｃの各部を操作することができる。

また、コントローラ１５は、操作レバー装置１３ａからの操作信号に応じて、下部走行体１１と上部旋回体１２との間の油圧モータまたは電動モータを制御する。これにより、油圧ショベル１０は、操作レバー装置１３ａの操作量に応じて、上部旋回体１２を下部走行体１１に対して旋回させることができる。

（動作識別装置）
次に、本実施形態の動作識別装置１００の各部の構成を詳細に説明する。本実施形態の動作識別装置１００は、前述の波形生成部１１１と、動作識別部１１２と、波形記憶部１２１とに加えて、たとえば、動作記憶部１２２を備えている。また、本実施形態の動作識別装置１００は、たとえば、応力演算部１１３と、損傷度演算部１１４と、インデックス値演算部１１５とを備えている。さらに、本実施形態の動作識別装置１００は、たとえば、演算式記憶部１２３と、Ｓ‐Ｎ線図記憶部１２４と、インデックス値記憶部１２５とを備えている。

本実施形態の動作識別装置１００は、図１および図２に示すように、油圧ショベル１０に搭載されたコントローラ１５によって構成することができる。なお、コントローラ１５は、必ずしも建設機械に搭載する必要はなく、建設機械の外部に設けられていてもよい。具体的には、コントローラ１５は、たとえば、油圧ショベル１０から送信機１９Ａを介してセンサ１８の情報を受信可能な情報端末によって構成されていてもよい。

波形生成部１１１は、前述のように、建設機械に作用する力を検出する力センサの信号に基づく力波形と、建設機械の姿勢を検出する姿勢センサの信号に基づく姿勢波形とを生成する。具体的には、波形生成部１１１は、たとえば、油圧ショベル１０の油圧シリンダ１の内部の作動油に作用する圧力を検出する油圧センサ１８ｂの信号に基づいて、圧力の時系列データである力波形を生成する。また、波形生成部１１１は、たとえば、油圧ショベル１０の各部の回転角度を検出する角度センサ１８ａの信号に基づいて、各部の回転角度の時系列データである姿勢波形を生成する。

なお、波形生成部１１１は、センサ１８に含まれる角度センサ１８ａと油圧センサ１８ｂ以外のセンサの信号に基づいて力波形および姿勢波形を生成してもよい。また、波形生成部１１１は、たとえば、生成した力波形および姿勢波形に対し、たとえばノイズ除去やゲイン調整などの適当な前処理を行ってもよい。

図５は、波形記憶部１２１に記憶された参照波形Ｗｒ１，Ｗｒ２，Ｗｒ３の一例を示す図である。図５中、実線、破線、および一点鎖線の線種の異なる三つの波形は、少なくとも一つの力センサと少なくとも一つの姿勢センサを含む、異なる複数のセンサの信号に基づく力波形および姿勢波形の波形のデータである。なお、図５では、油圧ショベル１０の各動作につき、力波形と姿勢波形を組み合わせた複数の波形データからなる、一つの参照波形Ｗｒ１，Ｗｒ２，Ｗｒ３を示している。しかし、実際には、油圧ショベル１０の各動作の参照波形は、たとえば、油圧ショベル１０の各関節や各部品に対応する複数の参照波形を含んでいる。

波形記憶部１２１には、前述のように、建設機械の特定の動作に対応する力波形および姿勢波形の組み合わせである参照波形Ｗｒ１，Ｗｒ２，Ｗｒ３が記憶されている。また、波形記憶部１２１には、たとえば、異なる複数の特定の動作に対応する異なる複数の参照波形Ｗｒ１，Ｗｒ２，Ｗｒ３が記憶されている。具体的には、波形記憶部１２１には、参照波形Ｗｒ１，Ｗｒ２，Ｗｒ３として、たとえば、油圧ショベル１０の動作ごとの参照波形として下方掘削動作に対応する参照波形Ｗｒ１と、上方掘削動作に対応する参照波形Ｗｒ２と、ならし動作に対応する参照波形Ｗｒ３と、が記憶されている。

図５において丸囲みの番号１で示す、下方掘削動作の参照波形Ｗｒ１は、たとえば、油圧ショベル１０がキャブ１３の下方を掘削する動作の参照波形である。図５において丸囲みの番号２で示す、上方掘削動作の参照波形Ｗｒ２は、たとえば、油圧ショベル１０がキャブ１３の上方を掘削する動作の参照波形である。図５において丸囲みの番号３で示す、ならし動作の参照波形Ｗｒ３は、たとえば、油圧ショベル１０が土砂や砕石を平坦にならす動作の参照波形である。なお、波形記憶部１２１に記憶させる参照波形に対応する動作は、特に限定されず、任意の数の任意の動作に対応する参照波形を波形記憶部１２１に記憶させることができる。

図６は、動作識別部１１２による特定の動作の識別結果の一例を示す図である。図６において、実線で示すセンサ信号Ａと、破線で示すセンサ信号Ｂと、一点鎖線で示すセンサ信号Ｃの波形の組み合わせが、油圧ショベル１０を動作させたときの動作波形Ｗｍである。動作波形Ｗｍは、油圧ショベル１０を動作させたときの任意の動作に対応する少なくとも一つの力波形と少なくとも一つの姿勢波形との組み合わせである。

動作識別部１１２は、前述のように、建設機械の任意の動作に対応する力波形および姿勢波形の組み合わせである動作波形Ｗｍと、波形記憶部１２１に記憶された参照波形Ｗｒ１，Ｗｒ２，Ｗｒ３とを比較して、任意の動作に含まれる特定の動作を識別する。具体的には、動作識別部１１２は、たとえば、油圧ショベル１０の任意の動作に対応する動作波形Ｗｍと、図５において丸囲みの番号１から３で示す特定の動作の参照波形Ｗｒ１，Ｗｒ２，Ｗｒ３とを比較して、任意の動作に含まれる特定の動作を識別する。

動作識別部１１２は、たとえば、動作波形Ｗｍの一部と、参照波形Ｗｒ１，Ｗｒ２，Ｗｒ３とを、順次、比較していくパターンマッチングによって、動作波形Ｗｍに含まれる特定の動作、すなわち、図５に示す丸囲みの番号１から３の各動作を識別する。図６に示す例において、動作識別部１１２は、所定の期間の油圧ショベル１０の動作波形Ｗｍから、丸囲みの番号１で示される二回の下方掘削動作と、丸囲みの番号２で示される一回の上方掘削動作と、丸囲みの番号３で示される一回のならし動作と、を識別している。

動作識別部１１２は、たとえば、下方掘削動作、上方掘削動作、およびならし動作など、動作波形Ｗｍから識別した特定の動作を、モニタ１９Ｂおよび動作記憶部１２２へ出力する。また、動作識別部１１２は、たとえば、動作波形Ｗｍに基づいて、油圧ショベル１０の稼働時間と、その稼働時間内に識別した特定の動作の回数を、モニタ１９Ｂおよび動作記憶部１２２へ出力する。また、動作記憶部１２２は、たとえば、動作波形Ｗｍに基づいて、単位時間あたりの特定の動作の回数を、モニタ１９Ｂおよび動作記憶部１２２へ出力する。

動作記憶部１２２は、たとえば、動作識別部１１２から出力された油圧ショベル１０の特定の動作を記憶する。また、動作記憶部１２２は、たとえば、動作識別部１１２から出力された油圧ショベル１０の稼働時間と、その稼働時間内に識別した特定の動作の回数を記憶する。また、動作記憶部１２２は、たとえば、動作識別部１１２から出力された単位時間あたりの特定の動作の回数を記憶する。

応力演算部１１３は、建設機械に作用する力を検出する力センサおよび建設機械の姿勢を検出する姿勢センサの出力に基づいて、建設機械の複数の部位に作用する応力を算出する。より具体的には、応力演算部１１３は、たとえば、油圧ショベル１０のブーム１４ａ、アーム１４ｂ、およびバケット１４ｃに取り付けられたセンサ１８の出力に基づいて、ブーム１４ａ、アーム１４ｂ、およびバケット１４ｃのそれぞれの複数の部位に作用する応力を算出する。特に限定されないが、たとえば、各部品に対して数十点から数百点の部位を設定することができる。

応力演算部１１３による応力の算出方法の一例は、次のとおりである。図２に示すように、応力演算部１１３は、たとえば、演算式記憶部１２３にあらかじめ記憶された応力演算式を用いて、油圧ショベル１０を構成する各々の部品の複数の部位の各々に作用する応力を算出する。応力演算式は、たとえば、センサ１８の出力と、油圧ショベル１０を構成する部品の複数の部位の各々に作用する応力との関係を示す式である。応力演算式は、たとえば、重回帰式や機械学習を使った回帰式等を用いて、油圧ショベル１０を構成する部品の各々の部位についてあらかじめ求め、演算式記憶部１２３に記憶させておく。

応力演算式の一例を、以下の式（１）～（３）に示す。式（１）～（３）において、σ₁、σ₂、…は、油圧ショベル１０を構成する部品の複数の部位の各々に作用する応力である。また、式（１）～（３）において、ｓ_１、ｓ₂、…は、センサ１８の出力であり、Ｍ、ＮおよびＡは、各々の部位の特性に基づく定数であり、ｔは時刻である。このように、あらかじめ応力演算式を求めておくことで、センサ１８の出力に基づいて、油圧ショベル１０を構成する部品の多数の部位の各々に作用する応力および時刻歴応力波形を、単純な演算によって容易に求めることができる。

損傷度演算部１１４は、応力演算部１１３によって算出された各々の部位に作用する応力に基づいて各々の部位の累積損傷度を算出する。より具体的には、損傷度演算部１１４は、油圧ショベル１０の各部品の各々の部位に作用する時刻歴応力波形と、Ｓ‐Ｎ線図記憶部１２４にあらかじめ記憶された応力振幅と繰り返し数のＳ‐Ｎ線図とに基づいて、各部品の各々の部位の累積損傷度Ｄを算出する。累積損傷度は、たとえば、レンジペア法、ピークバレー法、レインフロー法などによる時刻歴応力波形の頻度解析の後に、以下の式（４）に示すマイナー則や、修正マイナー則によって算出することができる。

インデックス値演算部１１５は、損傷度演算部１１４によって算出された累積損傷度に重み付けがされた疲労インデックス値を、油圧ショベル１０の各部品の各々の部位に対して算出する。疲労インデックス値は、たとえば、油圧ショベル１０の各部品の各々の部位について算出された累積損傷度に対し、各々の油圧ショベル１０、各部品および各々の部位についての使用環境、材料特性、およびその他の条件に応じた重み付けを行うことで得られる、疲労度を示す指数であり、例えば１から増加する整数で表される。

疲労インデックス値の計算式の一例を、以下の式（５）に示す。式（５）において、ｉ_１、ｉ₂、…は、各部品の各々の部位の疲労インデックス値である。ａは、任意の係数である。ｗ_ａ１、ｗ_ａ２、…およびｗ_ｂ１、ｗ_ｂ２、…およびｂ_１、ｂ₂、…は、油圧ショベル１０の各部品の各々の部位に特有の重み付けのための数値である。ｄ_１、ｄ₂、…は、各部品の各々の部位の累積損傷度である。

各々の油圧ショベル１０、各部品および各々の部位についての使用環境、材料特性、およびその他の条件に応じた重み付けｗ_ａ１、ｗ_ａ２、…およびｗ_ｂ１、ｗ_ｂ２、…およびｂ_１、ｂ₂、…は、たとえば、式（５）のような演算式とともに、記憶部１５ｂに記憶される。これらの重み付けは、たとえば、油圧ショベル１０のユーザや販売者が、個別の要求や環境に応じて、モニタ１９Ｂの入力装置や、図示を省略する情報端末の入力装置に情報を入力することで、任意に変更可能である。インデックス値演算部１１５は、たとえば、式（５）に示すような演算式を用い、損傷度演算部１１４によって算出された累積損傷度ｄ_１、ｄ₂、…から、疲労インデックス値ｉ_１、ｉ₂、…を算出する。

本実施形態の動作識別装置１００は、たとえば、疲労インデックス値の時系列データに基づいて疲労度を比較する比較部を備えてもよい。比較部は、たとえば、インデックス値演算部１１５の一部であってもよい。すなわち、インデックス値演算部１１５は、たとえば、疲労インデックス値の時系列データに基づいて疲労度を比較する比較部としても機能する。比較部としてのインデックス値演算部１１５は、たとえば、疲労度の比較結果をモニタ１９Ｂおよびインデックス値記憶部１２５に出力する。

以下、図４から図８を参照して、本実施形態の動作識別装置１００の作用を説明する。図４は、図２の動作識別装置１００の処理の一例を示すフロー図である。

動作識別装置１００は、たとえば、オペレータが油圧ショベル１０を始動させると、波形生成部１１１による力波形および姿勢波形の生成と、応力演算部１１３による疲労インデックス値の算出を開始する。まず、波形生成部１１１および応力演算部１１３は、センサ１８から取得したデータのうち、未演算のデータの有無の判定Ｐ１を行う。具体的には、判定Ｐ１において、波形生成部１１１および応力演算部１１３は、センサ１８から取得されたデータを検索し、過去に処理をしていない新規のデータが存在する場合（ＹＥＳ）、データを読み込む処理Ｐ２を行う。一方、判定Ｐ１において、過去に処理をしていない新規のデータが存在しない場合（ＮＯ）、波形生成部１１１および応力演算部１１３は、一定時間待機する処理Ｐ３を行った後、判定Ｐ１に戻る。

波形生成部１１１は、処理Ｐ２においてデータを読み込むと、波形記憶部１２１から図５に示すような参照波形Ｗｒ１，Ｗｒ２，Ｗｒ３を読み込む処理Ｐ４を行う。一方、応力演算部１１３は、処理Ｐ２においてデータを読み込むと、油圧ショベル１０の各部品の複数の部位に対応する複数の評価点の中から、未演算の評価点を一点選択する処理を行う。この処理において、すべての評価点には個別の番号が割り振られており、応力演算部１１３は、番号の小さい未演算の評価点から一点ずつ昇順に選択する。

処理Ｐ４の終了後、波形生成部１１１は、処理Ｐ２で読み込んだデータに基づいて、力波形と姿勢波形を生成して油圧ショベル１０の任意の動作に対応する動作波形Ｗｍを生成する処理Ｐ５を行う。一方、応力演算部１１３は、たとえば前記式（１）から（３）のような演算式と処理Ｐ２で読み込んだデータを用い、選択された評価点における時系列の応力波形、すなわち、時刻歴応力波形を算出する処理を行う。

その後、動作識別部１１２は、処理Ｐ５で生成された動作波形Ｗｍと、処理Ｐ４で読み込んだ参照波形Ｗｒ１，Ｗｒ２，Ｗｒ３とを比較する。そして、図５および図６に示すように、油圧ショベル１０の任意の動作に対応する動作波形Ｗｍの中から、たとえば、丸囲みの番号１の下方掘削動作、丸囲みの番号２の上方掘削動作、丸囲みの番号３のならし動作など、油圧ショベル１０の特定の動作を識別する処理Ｐ６を行う。

一方、損傷度演算部１１４は、前述のように、応力演算部１１３が算出した時刻歴応力波形に基づいて、選択された評価点における累積損傷度を算出する処理を行う。さらに、インデックス値演算部１１５は、前述のように、損傷度演算部１１４が算出した累積損傷度を用いて、選択された評価点の疲労インデックス値を算出する処理を行う。

動作識別部１１２は、処理Ｐ６の終了後、たとえば、動作波形Ｗｍから識別した特定の動作をモニタ１９Ｂおよび動作記憶部１２２へ出力する処理Ｐ７を行う。また、動作識別部１１２は、処理Ｐ７において、たとえば、特定の動作とともに、油圧ショベル１０の稼働時間、その稼働時間内に識別した特定の動作の回数、単位時間あたりの特定の動作の回数を、モニタ１９Ｂおよび動作記憶部１２２へ出力する。判定Ｐ１から処理Ｐ７までは、たとえば、油圧ショベル１０の起動スイッチがオンにされてからオフにされるまで、繰り返し行うことができる。以下の表１および表２に、モニタ１９Ｂに表示された情報の一例を示す。なお、自機がＡ号機である場合には、自機のモニタ１９Ｂには、Ａ号機の情報のみ表示され、自機が他の車体情報を入手可能であれば下記のようにＡ号機～Ｄ号機までの情報を表示できる。なお、各機械の情報は、それぞれ送信機１９Ｂによって外部の管理装置等に送信されて、下記表１、２のように複数の油圧ショベルの状態を確認することもできる。

このように、油圧ショベル１０の任意の動作から特定の動作を識別することで、各々の油圧ショベル１０における動作の偏りを明確にすることができる。また、特定の作業が一定の回数を超えたり、短時間当たりの特定の動作の回数がしきい値を超えたりした場合に、点検を推奨する警報などを発することが可能になる。

一方、インデックス値演算部１１５は、すべての評価点に対して、疲労インデックス値が算出されたか否かの判定を行う。この判定の結果、すべての評価点の演算が終了していない場合、インデックス値演算部１１５は、未演算の評価点を一点選択する処理へ戻る。一方、判定の結果、すべての評価点の演算が終了している場合、インデックス値演算部１１５は、たとえば、疲労インデックス値が、記憶部１５ｂに記憶された各評価点のしきい値を超えているか否かの判定を行う。

この判定において、インデックス値演算部１１５は、すべての評価点の各々の疲労インデックス値を、各評価点のしきい値と比較してもよいし、あらかじめ選定された複数の評価点の各々の疲労インデックス値を、選定された各評価点のしきい値と比較してもよい。この判定の結果、いずれかの評価点において、疲労インデックス値がしきい値を超えていた場合、たとえば、インデックス値演算部１１５は、その評価点に対応する部位の点検を推奨する警報を、送信機１９Ａを介して情報端末に送信したり、モニタ１９Ｂに表示させたりすることができる。

その後、インデックス値演算部１１５は、たとえば、すべての評価点の疲労インデックス値をモニタ１９Ｂおよび記憶部１５ｂに出力する処理を行って、判定Ｐ１へ戻る。判定Ｐ１から疲労インデックス値を出力する処理までは、たとえば、油圧ショベル１０の起動スイッチがオンにされてからオフにされるまで、繰り返し行うことができる。

以上のように、本実施形態の動作識別装置１００は、波形生成部１１１と、波形記憶部１２１と、動作識別部１１２と、を備える。波形生成部１１１は、建設機械に作用する力を検出する力センサの信号に基づく力波形と、建設機械の姿勢を検出する姿勢センサの信号に基づく姿勢波形とを生成する。波形記憶部１２１には、建設機械の特定の動作に対応する力波形および姿勢波形の組み合わせである参照波形Ｗｒ１，Ｗｒ２，Ｗｒ３が記憶されている。動作認識部１１２は、建設機械の任意の動作に対応する力波形および姿勢波形の組み合わせである動作波形Ｗｍと、波形記憶部１２１に記憶された参照波形Ｗｒ１，Ｗｒ２，Ｗｒ３とを比較して、油圧ショベル１０の任意の動作に含まれる特定の動作を識別する。

この構成により、建設機械に取り付けられたセンサ１８の出力に基づいて、建設機械の動作の種別を従来よりも精度よく認識することが可能になる。したがって、本実施形態によれば、たとえば、油圧ショベル１０の角度センサ１８ａおよび油圧センサ１８ｂの出力に基づいて、油圧ショベル１０の任意の動作から、下方掘削動作、上方掘削動作、およびならし動作などの特定の動作を、従来よりも精度よく認識することが可能な動作識別装置１００を提供することができる。

より詳細には、前記従来のショベル支援装置では、管理装置がアタッチメントの姿勢の時刻歴に基づいてショベルの作業内容を推定している。そのため、実際にはショベルがその作業を行っていない場合にも、ショベルの作業内容に類似したアタッチメントの姿勢の時刻歴に基づいて、誤った作業内容が推定されるおそれがある。

これに対し、本実施形態の動作識別装置１００では、波形生成部１１１によって、油圧ショベル１０の油圧シリンダ１に作用する油圧を検出する油圧センサ１８ｂの信号に基づく力波形と油圧ショベル１０の各部の回転角度を検出する角度センサ１８ａの信号に基づく姿勢波形とを生成する。そして、波形記憶部１２１には、油圧ショベル１０の特定の動作に対応する力波形および姿勢波形の組み合わせである参照波形Ｗｒ１，Ｗｒ２，Ｗｒ３が記憶されている。さらに、動作認識部１１２は、油圧ショベル１０の任意の動作に対応する力波形および姿勢波形の組み合わせである動作波形Ｗｍと、波形記憶部１２１に記憶された参照波形Ｗｒ１，Ｗｒ２，Ｗｒ３とを比較して、油圧ショベル１０の任意の動作に含まれる特定の動作を識別する。

この構成により、油圧ショベル１０が特定の動作を行っていない場合には、油圧ショベル１０の動作波形Ｗｍに含まれる油圧センサ１８ｂの信号に基づく力波形が、参照波形Ｗｒ１，Ｗｒ２，Ｗｒ３に含まれる力波形と異なる波形になる。そのため、油圧ショベル１０が特定の作業を行っていない場合に、動作波形Ｗｍに含まれる角度センサ１８ａ等の信号に基づく姿勢波形が、参照波形Ｗｒ１，Ｗｒ２，Ｗｒ３に含まれる姿勢波形と類似または同一であったとしても、誤って特定の動作が識別されるのを防止できる。したがって、本実施形態の動作識別装置１００によれば、油圧ショベル１０に取り付けられたセンサ１８の出力に基づいて、油圧ショベル１０の動作の種別を従来よりも精度よく識別することができる。

また、本実施形態の動作識別装置１００は、波形記憶部１２１に異なる複数の特定の動作に対応する異なる複数の参照波形Ｗｒ１，Ｗｒ２，Ｗｒ３が記憶されている。この構成により、油圧ショベル１０の任意の動作の中から複数の参照波形Ｗｒ１，Ｗｒ２，Ｗｒ３に対応する複数の特定の動作を識別することが可能になる。また、波形記憶部１２１に新たな特定の動作に対応する参照波形を記憶させるだけで、油圧ショベル１０の任意の動作の中から、新たな特定の動作を容易に識別することが可能になる。

また、本実施形態の動作識別装置１００において、建設機械に作用する力を検出する力センサは、建設機械の油圧シリンダ１の油圧を測定する油圧センサ１８ｂである。この構成により、たとえば、油圧ショベル１０の油圧駆動装置１７に従来から設けられているボトム圧センサ４ａなどを油圧センサ１８ｂとして用いることができる。したがって、たとえばひずみゲージなど、新たに力を測定するためだけのセンサを追加する必要がなく、油圧ショベル１０などの建設機械に対する動作識別装置１００の適用が容易になる。さらに、油圧センサ１８ｂの出力に基づいて、油圧ショベル１０の各部に作用する応力を、より精度よく算出することが可能になる。

また、本実施形態の動作識別装置１００において、建設機械の姿勢を検出する姿勢センサは、建設機械の各部の回転角度を検出する角度センサ１８ａである。より具体的には、本実施形態の動作識別装置１００において、油圧ショベル１０の姿勢を検出する姿勢センサは、下部走行体１１と上部旋回体１２との間、上部旋回体１２とブーム１４ａとの間、ブーム１４ａとアーム１４ｂとの間、およびアーム１４ｂとバケット１４ｃとの間のそれぞれの相対的な回転角度を検出する角度センサ１８ａである。

この構成により、たとえば、油圧ショベル１０に従来から設けられている角度センサ１８ａを姿勢センサとして用いることができる。したがって、油圧ショベル１０などの建設機械に対する動作識別装置１００の適用が容易になる。さらに、角度センサ１８ａの出力に基づいて、油圧ショベル１０の各部に作用する応力を、より精度よく算出することが可能になる。

また、本実施形態の動作識別装置１００において、建設機械の姿勢を検出する姿勢センサは、加速度センサ１８ｄ等を含む。この構成により、建設機械の姿勢をより正確に測定することが可能になり、建設機械の動作の種別をより精度よく識別することが可能になる。

また、本実施形態の動作識別装置１００は、応力演算部１１３と、損傷度演算部１１４と、インデックス値演算部１１５と、を備えている。応力演算部１１３は、力センサおよび姿勢センサの出力に基づいて建設機械の複数の部位に作用する応力を算出する。損傷度演算部１１４は、応力演算部１１３が算出した応力に基づいて各々の部位の累積損傷度を算出する。インデックス値演算部１１５は、累積損傷度に重み付けがされた疲労インデックス値を各々の部位に対して算出する。

この構成により、動作識別装置１００は、たとえば、各々の建設機械、その建設機械の各部品、および、その各部品の複数の部位の各々に特有の条件に応じて、建設機械の部位ごとの疲労を、従来よりも精度よく管理することが可能になる。

より具体的には、前記従来のショベル支援装置において直接的に用いられている累積損傷度は、経験則である線形累積損傷則に基づくものであり、１に達したときに物体が疲労破壊に至ると仮定するものである。しかし、累積損傷度は本質的にばらつきを含む値であり、実際には、累積損傷度が１に達する前に物体が疲労破壊に至ったり、累積損傷度が１を超えても物体が疲労破壊に至らなかったりする。そのため、前記従来のショベル支援装置のように、累積損傷度をそのまま用いると、ショベルの部位ごとの点検のタイミングを適切に定められなくなるおそれがある。

これに対し、本実施形態の動作識別装置１００は、インデックス値演算部１１５によって累積損傷度に重み付けがされた疲労インデックス値を、各々の部位に対して算出する。これにより、たとえば、各々の油圧ショベル１０、その油圧ショベル１０の上部旋回体１２、ブーム１４ａ、アーム１４ｂ、バケット１４ｃ、およびこれらの部品の複数の部位の各々に特有の条件に応じて、各々の部位の疲労を管理することができる。

より詳細には、たとえば、油圧ショベル１０の各部品のうち、破壊を生じるリスクが高い部品やその部品の特定の部位の疲労インデックス値が、他の部品や他の部位の疲労インデックス値よりも高くなるように、累積損傷度に重み付けをすることができる。そのため、インデックス値演算部１１５によって算出された疲労インデックス値を用いることで、破壊を生じるリスクが高い部品および特定の部位の疲労を、より高精度かつ安全に管理することができる。

図７Ａから図７Ｃは、図２に示す動作識別装置１００によってモニタ１９Ｂに表示させる画像Ｇの一例を示す画像図である。本実施形態の動作識別装置１００は、たとえば、インデックス値演算部１１５によって算出した疲労インデックス値をモニタ１９Ｂに表示させることができる。

図７Ａに示す例において、モニタ１９Ｂは、油圧ショベル１０のアーム１４ｂの複数の部位の各々と、疲労インデックス値を関連付けた画像Ｇを表示している。画像Ｇでは、アーム１４ｂの複数の部位の中から、たとえば、任意の点ａから点ｊまでの１０点が選択されている。疲労インデックス値は、指数であり、例えば１から増加する整数で表されるが、ここでは、その指数をたとえば、アーム１４ｂの点ａから点ｊまでの部位の各々に対して、レベルＬｖ．１からレベルＬｖ．５までの５段階の「インデックス」として表示するものである。レベルＬｖ．１は、疲労インデックス値が５段階で最も小さく、レベルＬｖ．５は、疲労インデックス値が５段階で最も大きい。

図７Ａに示す例において、画像Ｇは、アーム１４ｂの画像と、アーム１４ｂの点ａから点ｊまでの部位から引き出された引き出し線と、その引き出し線の先端に表示されて各部位を示す文字を含む円を表示している。この円は、たとえば、インデックスのレベルに応じた直径と色で表示される。具体的には、たとえば、インデックスのレベルが高く疲労インデックス値が高い場合には、各部位に対応する円の直径が大きく表示され、インデックスのレベルが低く疲労インデックス値が低い場合には、各部位に対応する円の直径が小さく表示される。また、たとえば、インデックスのレベルが高く疲労インデックス値が高い場合には、各部位に対応する円および表のセルが濃色になり、インデックスのレベルが低く疲労インデックス値が低い場合には、各部位に対応する円および表のセルが淡色になる。これにより、油圧ショベル１０の各部品の各々の部位の疲労インデックス値を視覚的に示すことができる。

図７Ｂに示す例において、モニタ１９Ｂは、油圧ショベル１０の上部旋回体１２を構成する構造体の複数の部位の各々と、疲労インデックス値を関連付けた画像Ｇを表示している。また、図７Ｃに示す例において、モニタ１９Ｂは、油圧ショベル１０の下部走行体１１を構成する構造体の複数の部位の各々と、疲労インデックス値を関連付けた画像Ｇを表示している。これらの例においても、図７Ａに示す例と同様に、油圧ショベル１０の各部品の各々の部位の疲労インデックス値を視覚的に示すことができる。

また、本実施形態の動作識別装置１００は、たとえば、僻地の鉱山などのアクセスが困難な現場では、アクセスが容易な現場よりも疲労インデックス値が大きくなるように、応力演算部１１３による累積損傷度の重み付けを設定することも可能である。これにより、アクセスが困難な現場では、アクセスが容易な現場よりも早い時期に建設機械の点検を要請することが可能になり、現場の環境に応じた精度の高い建設機械の疲労管理が可能になる。

また、本実施形態の動作識別装置１００は、たとえば、建設機械において、交換や修理に時間のかかる部品や、メンテナンスが困難な部位において、他の部品や部位よりも疲労インデックス値が大きくなるように、応力演算部１１３による累積損傷度の重み付けを設定することも可能である。これにより、建設機械の各部品の特性や各部位のメンテナンスの容易性に応じた精度の高い建設機械の疲労管理が可能になる。

また、本実施形態の動作識別装置１００において、センサ１８は、建設機械に作用する力を検出する力センサと、建設機械の姿勢を検出する姿勢センサとを含む。このような力センサや姿勢センサは、たとえば、建設機械の稼働状況把握や事故抑止など、建設機械の複数の部位に作用する応力を算出する目的とは異なる目的で従来から建設機械に取り付けられている。そのため、たとえばひずみゲージなど、応力を算出するためだけのセンサを建設機械に取り付ける必要がなくなる。

また、本実施形態の動作識別装置１００は、疲労インデックス値の時系列データに基づいて疲労度を比較する比較部として機能するインデックス値演算部１１５を備えている。この構成により、たとえば、建設機械の特定の部位の疲労度とそのしきい値を比較して、建設機械の特定の部位の疲労度をより精度よく管理することができる。また、複数の建設機械の間で、疲労度を比較することができる。

図８は、複数の建設機械の疲労インデックス値の時系列データの一例を示すグラフである。より具体的には、図８は、たとえば、複数の油圧ショベル１０のうち、Ａ号機からＤ号機までの４台の油圧ショベル１０のそれぞれのブーム１４ａにおける特定の部位の疲労インデックス値の時系列データである。図８に示す例において、比較部であるインデックス値演算部１１５は、Ａ号機からＤ号機までの４台の油圧ショベル１０の疲労インデックス値の時系列データに基づいて、各油圧ショベル１０の疲労度を比較する。これにより、Ｂ号機の疲労度が最も高く、Ｃ号機の疲労度が最も低いことが分かる。

また、本実施形態の動作識別装置１００は、たとえば、特定の動作と、疲労インデックス値との相関を明確にすることができる。これにより、たとえば、疲労度の高い油圧ショベル１０を負荷の低い作業に配置し、疲労度の低い油圧ショベル１０を負荷の高い作業に配置するなど、各油圧ショベル１０の疲労度に応じた適切な作業計画を立てることが可能になる。

以上説明したように、本実施形態によれば、建設機械に取り付けられたセンサの出力に基づいて建設機械の動作の種別を従来よりも精度よく識別することが可能な動作識別装置１００を提供することができる。また、本実施形態によれば、疲労インデックス値を用いることで、建設機械の部位ごとの疲労を従来よりも精度よく管理することが可能な動作識別装置１００を提供することができる。

［実施形態２］
次に、図２を援用し、図９から図１２を参照して、本開示に係る動作識別装置の実施形態２について説明する。図９は、本開示の実施形態２に係る動作識別装置１００を備えたダンプトラック２０の側面図である。

本実施形態の動作識別装置１００は、管理対象の建設機械がダンプトラック２０である点で、前述の実施形態１の動作識別装置１００と異なっている。本実施形態の動作識別装置１００のその他の点は、前述の実施形態１の動作識別装置１００と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。以下では、まずダンプトラック２０の構成の一例を説明し、次に本実施形態の動作識別装置１００の作用を説明する。

（ダンプトラック）
図９に示すダンプトラック２０は、たとえば、鉱山で採掘した砕石物等の運搬対象物を運搬する大型の運搬車両である。ダンプトラック２０は、たとえば、車体フレーム２１と、左右の前輪２２Ｆと、左右の後輪２２Ｒと、左右の前輪側サスペンション装置２３Ｆと、左右の後輪側サスペンション装置２３Ｒと、荷台２４と、左右のホイストシリンダ２５と、キャブ２６と、走行駆動装置２７と、建屋２８と、を有している。

車体フレーム２１は、たとえば、前輪２２Ｆ、後輪２２Ｒ、前輪側サスペンション装置２３Ｆ、後輪側サスペンション装置２３Ｒ、荷台２４、ホイストシリンダ２５、キャブ２６、走行駆動装置２７、および建屋２８を支持する枠状の構造体である。

左右の前輪２２Ｆは、車体フレーム２１の前部に回転可能に支持された操舵輪である。左右の後輪２２Ｒは、車体フレーム２１の後部に回転可能支持された駆動輪である。左右の前輪側サスペンション装置２３Ｆは、車体フレーム２１の前部に取り付けられ、左右の前輪２２Ｆを弾性的に支持している。

左右の後輪側サスペンション装置２３Ｒは、車体フレーム２１の後部に設けられ、左右の後輪２２Ｒを弾性的に支持している。左右の後輪側サスペンション装置２３Ｒの上端は、車体フレーム２１の後部に設けられた左右のブラケット２１ｂに取り付けられている。左右の後輪側サスペンション装置２３Ｒの下端は、走行駆動装置２７のアクスルハウジング２７ａに取り付けられている。

また、ダンプトラック２０の前輪側サスペンション装置２３Ｆおよび後輪側サスペンション装置２３Ｒのシリンダには、油圧ショベル１０の油圧センサ１８ｂと同様の油圧センサが設けられている。ダンプトラック２０の油圧センサは、たとえば、前輪側サスペンション装置２３Ｆおよび後輪側サスペンション装置２３Ｒに作用する力を検出する力センサである。

荷台２４は、車体フレーム２１の上に傾動可能に取り付けられ、たとえばダンプトラック２０の前後方向における長さが１０メートルを超えるような大型の容器であり、採掘された大量の砕石等を積載する。荷台２４は、たとえば、底部の後方側の部分が車体フレーム２１の左右のブラケット２１ｂに連結ピン２１ｐを介して連結され、底部の前方側の部分がホイストシリンダ２５の上端に連結されている。

左右のホイストシリンダ２５は、下端が車体フレーム２１に回動可能に連結され、上端が荷台２４に回動可能に連結されている。ホイストシリンダ８は、たとえば油圧シリンダである。これにより、荷台２４は、ホイストシリンダ２５が伸長すると、連結ピン２１ｐを中心に回動して、前部が上方に位置し、後部が下方に位置する排出位置に傾動する。またこの状態からホイストシリンダ２５が収縮すると、荷台２４は、連結ピン２１ｐを中心に逆方向に回動して、図９に示す積載位置に戻る。

走行駆動装置２７は、左右の後輪２２Ｒに接続されてこれらを回転駆動する。走行駆動装置２７は、たとえば、アクスルハウジング２７ａと、ブラケット２７ｂとを有している。アクスルハウジング２７ａは、たとえば、図示を省略する走行モータおよび減速装置等を収容して左右に延びる円筒状に設けられている。ブラケット２７ｂは、たとえば、アクスルハウジング２７ａから前方に突出するように設けられている。ブラケット２７ｂの前端部は、車体フレーム２１のマウント部材２１ｍに対して回動可能に取り付けられている。

建屋２８は、車体フレーム２１の前部に機械室を画定する。建屋２８は、その内部に図示を省略するエンジン、油圧ポンプ等を収容している。キャブ２６は、建屋２８の上部に位置する平坦なフロアの上に設けられている。キャブ２６は、ボックス状に設けられオペレータが搭乗する運転室を画定する。図示を省略するが、キャブ２６内には、オペレータが着座する運転席、ステアリングホイール、操作ペダル等が設けられている。

ダンプトラック２０は、たとえば、図２に示す油圧ショベル１０のコントローラ１５と同様のコントローラを備えている。ダンプトラック２０のコントローラは、たとえば波形生成部１１１と動作識別部１１２と、波形記憶部１２１とを構成する。また、ダンプトラック２０は、そのダンプトラック２０の姿勢を検出する姿勢センサを備えている。姿勢センサは、たとえば、加速度センサなどによって構成することができる。また、ダンプトラック２０は、たとえば、図２に示す送信機１９Ａおよびモニタ１９Ｂを備えている。

図１０は、図２の動作識別装置１００の波形記憶部１２１に動作ごとの参照波形として記憶された力波形と姿勢波形を組み合わせた複数の波形データからなる参照波形Ｗｒ１’，Ｗｒ２’，Ｗｒ３’の一例を示す図である。図１０において丸囲みの番号１で示す、段差乗り越え動作の参照波形Ｗｒ１’は、たとえば、ダンプトラック２０の前輪２２Ｆおよび後輪２２Ｒが段差に乗り上げ、その段差を乗り越える動作の参照波形である。図１０において丸囲みの番号２で示す、旋回動作の参照波形Ｗｒ２’は、たとえば、ダンプトラック２０が操舵輪である前輪２２Ｆを切って方向を転換する動作の参照波形である。図１０において丸囲みの番号３で示す、ブレーキ動作の参照波形Ｗｒ３’は、たとえば、ダンプトラック２０が減速する動作の参照波形である。なお、波形記憶部１２１に記憶させる参照波形に対応する動作は、特に限定されず、任意の動作に対応する参照波形を波形記憶部１２１に記憶させることができる。

図１１は、図２の動作識別装置１００の動作識別部１１２による特定の動作の識別の一例を示す図である。図１１において、実線で示すセンサ信号Ａと、破線で示すセンサ信号Ｂと、一点鎖線で示すセンサ信号Ｃの波形の組み合わせが、ダンプトラック２０を動作させたときの動作波形Ｗｍ’である。動作波形Ｗｍ’は、ダンプトラック２０の任意の動作に対応する少なくとも一つの力波形と少なくとも一つの姿勢波形との組み合わせである。

動作識別部１１２は、実施形態１と同様に、動作波形Ｗｍ’に含まれる特定の動作、すなわち、図１０に示す丸囲みの番号１から３の各動作を識別する。図１１に示す例において、動作識別部１１２は、所定の期間のダンプトラック２０の動作波形Ｗｍ’から、丸囲みの番号１で示される二回の段差乗り越え動作と、丸囲みの番号２で示される一回の旋回動作と、丸囲みの番号３で示される一回のブレーキ動作と、を識別している。

（動作識別装置）
次に、本実施形態の動作識別装置１００の作用を説明する。本実施形態の動作識別装置１００によれば、前述の油圧ショベル１０と同様に、ダンプトラック２０についても、動作の種別を従来よりも精度よく識別することができる。

より詳細には、本実施形態の動作識別装置１００は、前述のように、波形生成部１１１と、動作識別部１１２と、波形記憶部１２１と、を備えている。動作識別装置１００は、波形生成部１１１によって、ダンプトラック２０の前輪側サスペンション装置２３Ｆおよび後輪側サスペンション装置２３Ｒに作用する油圧を検出する油圧センサ１８ｂの信号に基づく力波形とダンプトラック２０の姿勢を検出する姿勢センサの信号に基づく姿勢波形とを生成する。そして、動作識別部１１２には、ダンプトラック２０の特定の動作に対応する力波形および姿勢波形の組み合わせである参照波形Ｗｒ１’，Ｗｒ２’，Ｗｒ３’が記憶されている。さらに、応力演算部１１３は、ダンプトラック２０の任意の動作に対応する力波形および姿勢波形の組み合わせである動作波形Ｗｍ’と、波形記憶部１２０に記憶された参照波形Ｗｒ１’，Ｗｒ２’，Ｗｒ３’とを比較して、ダンプトラック２０の任意の動作に含まれる特定の動作を識別する。

この構成により、ダンプトラック２０が特定の動作を行っていない場合には、ダンプトラック２０の動作波形Ｗｍ’に含まれる油圧センサ１８ｂの信号に基づく力波形が、参照波形Ｗｒ１’，Ｗｒ２’，Ｗｒ３’に含まれる力波形と異なる波形になる。そのため、ダンプトラック２０が特定の作業を行っていない場合に、動作波形Ｗｍ’に含まれる加速度センサ等の信号に基づく姿勢波形が、参照波形Ｗｒ１’，Ｗｒ２’，Ｗｒ３’に含まれる姿勢波形と類似または同一であったとしても、誤って特定の動作が識別されるのを防止できる。したがって、本実施形態の動作識別装置１００によれば、ダンプトラック２０に取り付けられたセンサ１８の出力に基づいて、ダンプトラック２０の動作の種別を従来よりも精度よく識別することができる。

さらに、動作識別装置１００は、応力演算部１１３と、損傷度演算部１１４と、インデックス値演算部１１５とを備えている。したがって、本実施形態の動作識別装置１００によれば、前述の油圧ショベル１０と同様に、たとえば、各々のダンプトラック２０、そのダンプトラック２０の各部品、および、その各部品の複数の部位の各々に特有の条件に応じて、ダンプトラック２０の部位ごとの疲労を、従来よりも精度よく管理することが可能になる。

図１２は、本実施形態の動作識別装置１００のモニタ画像の一例を示す画像図である。図１２に示す例において、モニタ１９Ｂは、ダンプトラック２０の車体フレーム２１の複数の部位の各々と、疲労インデックス値を関連付けた画像Ｇを表示している。本実施形態の動作識別装置１００においても、図７Ａから図７Ｃに示す例と同様に、ダンプトラック２０の各部品の各々の部位の疲労インデックス値を視覚的に示すことができる。

以上、図面を用いて本開示に係る動作識別装置の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。

１ 油圧シリンダ
１０ 油圧ショベル（建設機械）
１８ａ 角度センサ（姿勢センサ）
１８ｂ 油圧センサ（力センサ）
１８ｃ 角速度センサ（姿勢センサ）
１８ｄ 加速度センサ（姿勢センサ）
１８ｅ 傾斜角センサ（姿勢センサ）
２０ ダンプトラック（建設機械）
１００ 動作識別装置
１１１ 波形生成部
１１２ 動作識別部
１１３ 応力演算部
１１４ 損傷度演算部
１１５ インデックス値演算部（比較部）
１２１ 波形記憶部
Ｗｍ 動作波形
Ｗｍ’ 動作波形
Ｗｒ１ 参照波形
Ｗｒ１’ 参照波形
Ｗｒ２ 参照波形
Ｗｒ２’ 参照波形
Ｗｒ３ 参照波形
Ｗｒ３’ 参照波形

Claims (4)

1. 建設機械の動作に対応して前記建設機械を構成する部材に作用する力を検出する力センサの信号の時系列データである力波形と前記建設機械の姿勢を検出する姿勢センサの信号の時系列データである姿勢波形とを生成する波形生成部と、
   前記建設機械の特定の動作に対応する少なくとも一つの前記力波形および少なくとも一つの前記姿勢波形の組み合わせである参照波形が前記動作ごとに記憶された波形記憶部と、
   所定の期間の前記建設機械の任意の動作に対応する前記力波形および前記姿勢波形の複数の組み合わせである動作波形と前記参照波形とを比較して前記任意の動作に含まれる前記特定の動作を識別する動作識別部と、
   を備えることを特徴とする動作識別装置。
2. 前記波形記憶部に異なる複数の前記特定の動作に対応する異なる複数の前記参照波形が記憶されていることを特徴とする請求項１に記載の動作識別装置。
3. 前記力センサおよび前記姿勢センサの出力に基づいて前記建設機械の複数の部位に作用する応力を算出する応力演算部と、
   前記応力に基づいて各々の前記部位の累積損傷度を算出する損傷度演算部と、
   前記累積損傷度に重み付けがされた疲労インデックス値を各々の前記部位に対して算出するインデックス値演算部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の動作識別装置。
4. 複数の前記建設機械の前記疲労インデックス値の時系列データ同士を比較する比較部を備えることを特徴とする請求項３に記載の動作識別装置。

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