JP7371338B2

JP7371338B2 - 地盤強度計測システム

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Publication number: JP7371338B2
Application number: JP2019050741A
Authority: JP
Inventors: 翔藤原; 洋一郎山▲崎▼; 英喜吉原
Original assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Kobelco Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2023-10-31
Anticipated expiration: 2039-03-19
Also published as: JP2020153731A

Description

本発明は、地盤強度を計測する地盤強度計測システムに関する。

特許文献１には、位置追従用フィードバック制御系を備えた建設機械において、作業機作動シリンダにかかるシリンダ負荷圧を検出して、掘削力、転圧力などの作業機負荷を設定された値にフィードバック制御することが開示されている。これにより、本来の位置追従用フィードバック制御系により仕上げ精度の向上を図ることができる。また、作業機負荷フィードバック制御系により転圧力などの作業機負荷を制御することにより、仕上げ面の硬さの均一化を図ることができる。

特開平９－２２８４０４号公報

ところで、一般的に地盤の状態を計測する手法として、「平板載荷試験」や「砂置換法土密度試験」、「ベーン試験」などが用いられている。「平板載荷試験」は、基礎を設置する深さまで掘削を行い、基礎に見立てた小さな鋼板を置いて実際の建物の重量に見合う荷重をかけて沈下量を測定し、地盤が安全に支持する力を判定する試験である。「砂置換法土密度試験」は、試験孔から掘り取った土の質量と、掘った試験孔に充填した砂の質量から求めた体積を利用し、原位置の土の密度を求める試験である。「ベーン試験」は、軟弱な粘土の原位置における剪断強度を測定するための試験法であり、ボーリングシャフトに十字型の翼をつけたものをボーリング孔底に押し込み回転させるものである。しかし、これら試験では、大掛かりな装置が必要であり、計測に手間と時間がかかる。また、計測後に施工手直しが発生した場合、計測をやり直すのにコストや時間がかかる。

本発明の目的は、地盤強度を簡易かつ容易に計測することが可能な地盤強度計測システムを提供することである。

本発明は、機械本体と、上下方向に回動可能に前記機械本体に取り付けられた作業装置と、前記作業装置を油圧で回動させることが可能な回動装置と、前記機械本体の姿勢を検出する機械本体側姿勢検出装置と、前記作業装置の姿勢を検出する作業装置側姿勢検出装置と、前記回動装置の圧力を検出する圧力検出装置と、前記作業装置の寸法を記憶する寸法記憶装置と、を有する作業機械と、計測対象地面に前記作業装置が押し付けられた際に、前記機械本体側姿勢検出装置が検出した前記機械本体の姿勢と、前記作業装置側姿勢検出装置が検出した前記作業装置の姿勢と、前記圧力検出装置が検出した圧力と、前記寸法記憶装置が記憶する前記作業装置の寸法とに基づいて、前記計測対象地面に加えられた転圧力を算出する転圧力算出手段と、前記計測対象地面への前記作業装置の押し付けの開始後に、前記作業装置側姿勢検出装置が検出した前記作業装置の姿勢の変化量に基づいて、前記計測対象地面の地盤の沈下量を算出する地盤沈下量算出手段と、前記転圧力算出手段が算出した前記転圧力と、前記地盤沈下量算出手段が算出した前記沈下量とに基づいて、前記計測対象地面の地盤強度を算出する地盤強度算出手段と、を有し、記憶装置と、前記地盤強度算出手段が算出した前記地盤強度を前記記憶装置に記憶させる記憶制御手段と、をさらに有し、前記作業機械は、前記機械本体の位置を検出する位置検出装置と、前記機械本体の向きを検出する方向検出装置と、前記計測対象地面に前記作業装置が押し付けられた際に、前記機械本体側姿勢検出装置が検出した前記機械本体の姿勢と、前記作業装置側姿勢検出装置が検出した前記作業装置の姿勢と、前記位置検出装置が検出した前記機械本体の位置と、前記方向検出装置が検出した前記機械本体の向きとに基づいて、前記作業装置の位置を算出する位置算出手段と、をさらに有し、前記記憶制御手段は、前記位置算出手段が算出した前記位置を、前記地盤強度算出手段が算出した前記地盤強度に対応付けて、前記記憶装置に記憶させることを特徴とする。
また、本発明は、機械本体と、上下方向に回動可能に前記機械本体に取り付けられた作業装置と、前記作業装置を油圧で回動させることが可能な回動装置と、前記機械本体の姿勢を検出する機械本体側姿勢検出装置と、前記作業装置の姿勢を検出する作業装置側姿勢検出装置と、前記回動装置の圧力を検出する圧力検出装置と、前記作業装置の寸法を記憶する寸法記憶装置と、を有する作業機械と、計測対象地面に前記作業装置が押し付けられた際に、前記機械本体側姿勢検出装置が検出した前記機械本体の姿勢と、前記作業装置側姿勢検出装置が検出した前記作業装置の姿勢と、前記圧力検出装置が検出した圧力と、前記寸法記憶装置が記憶する前記作業装置の寸法とに基づいて、前記計測対象地面に加えられた転圧力を算出する転圧力算出手段と、前記計測対象地面への前記作業装置の押し付けの開始後に、前記作業装置側姿勢検出装置が検出した前記作業装置の姿勢の変化量に基づいて、前記計測対象地面の地盤の沈下量を算出する地盤沈下量算出手段と、前記転圧力算出手段が算出した前記転圧力と、前記地盤沈下量算出手段が算出した前記沈下量とに基づいて、前記計測対象地面の地盤強度を算出する地盤強度算出手段と、を有し、前記作業機械は、前記機械本体の位置を検出する位置検出装置と、前記機械本体の向きを検出する方向検出装置と、前記計測対象地面の設計地形である設計面に前記作業装置を沿わせた際に、前記機械本体側姿勢検出装置が検出した前記機械本体の姿勢と、前記作業装置側姿勢検出装置が検出した前記作業装置の姿勢と、前記位置検出装置が検出した前記機械本体の位置と、前記方向検出装置が検出した前記機械本体の向きとに基づいて、前記作業装置の位置を算出する作業装置位置算出手段と、をさらに有し、前記設計面の設計データを記憶する設計データ記憶装置と、前記作業装置位置算出手段が算出した前記位置において、前記作業装置側姿勢検出装置が検出した前記作業装置の姿勢が、前記設計データに応じた姿勢であるか否かを判定する姿勢判定手段と、をさらに有することを特徴とする。
また、本発明は、機械本体と、上下方向に回動可能に前記機械本体に取り付けられた作業装置と、前記作業装置を油圧で回動させることが可能な回動装置と、前記機械本体の姿勢を検出する機械本体側姿勢検出装置と、前記作業装置の姿勢を検出する作業装置側姿勢検出装置と、前記回動装置の圧力を検出する圧力検出装置と、前記作業装置の寸法を記憶する寸法記憶装置と、を有する作業機械と、計測対象地面に前記作業装置が押し付けられた際に、前記機械本体側姿勢検出装置が検出した前記機械本体の姿勢と、前記作業装置側姿勢検出装置が検出した前記作業装置の姿勢と、前記圧力検出装置が検出した圧力と、前記寸法記憶装置が記憶する前記作業装置の寸法とに基づいて、前記計測対象地面に加えられた転圧力を算出する転圧力算出手段と、前記計測対象地面への前記作業装置の押し付けの開始後に、前記作業装置側姿勢検出装置が検出した前記作業装置の姿勢の変化量に基づいて、前記計測対象地面の地盤の沈下量を算出する地盤沈下量算出手段と、前記転圧力算出手段が算出した前記転圧力と、前記地盤沈下量算出手段が算出した前記沈下量とに基づいて、前記計測対象地面の地盤強度を算出する地盤強度算出手段と、を有し、前記作業機械は、前記機械本体の位置を検出する位置検出装置と、前記機械本体の向きを検出する方向検出装置と、前記計測対象地面の設計地形である設計面に前記作業装置を沿わせた際に、前記機械本体側姿勢検出装置が検出した前記機械本体の姿勢と、前記作業装置側姿勢検出装置が検出した前記作業装置の姿勢と、前記位置検出装置が検出した前記機械本体の位置と、前記方向検出装置が検出した前記機械本体の向きとに基づいて、前記作業装置の位置を算出する作業装置位置算出手段と、をさらに有し、前記設計面の設計データを記憶する設計データ記憶装置と、前記作業装置位置算出手段が算出した前記位置において、前記計測対象地面の形状が、前記設計データに応じた形状であるか否かを判定する形状判定手段と、をさらに有することを特徴とする。

本発明によると、計測対象地面に加えられた転圧力と、計測対象地面の地盤の沈下量とに基づいて、計測対象地面の地盤強度が算出される。この地盤強度の計測には、大掛かりな装置が不要である。また、計測後に施工手直しが発生した場合でも、計測のやり直しが容易である。よって、地盤強度を簡易かつ容易に計測することができる。

作業機械の側面図である。作業中の作業機械を示す側面図である。地盤強度計測システムの回路図である。図２の要部Ａの拡大図である。ディスプレイに表示される計測管理画面を示す図である。図２の要部Ａの拡大図であり、バケットの姿勢の評価を説明する図である。図２の要部Ａの拡大図であり、計測対象地面の形状の評価を説明する図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

（作業機械の構成）
本発明の実施形態による地盤強度計測システムは、地盤強度を計測するものである。地盤強度計測システムは、作業機械を有している。

作業機械２０の側面図である図１に示すように、作業機械２０は、アタッチメント３０で作業を行う機械であり、例えば油圧ショベルである。作業機械２０は、下部走行体２１と上部旋回体２２とを備えた機械本体２４と、アタッチメント３０と、シリンダ４０と、を有している。

下部走行体２１は、作業機械２０を走行させる部分であり、例えばクローラを備える。上部旋回体２２は、下部走行体２１の上部に旋回装置を介して旋回可能に取り付けられる。上部旋回体２２の前部には、キャブ（運転室）２３が設けられている。

アタッチメント（作業装置）３０は、上下方向に回動可能に上部旋回体２２に取り付けられる。アタッチメント３０は、ブーム３１と、アーム３２と、バケット３３と、を備える。ブーム３１は、上部旋回体２２に回動可能（起伏可能）に取り付けられる。アーム３２は、ブーム３１に回動可能に取り付けられる。バケット３３は、アーム３２に回動可能に取り付けられる。バケット３３は、作業対象（土砂など）の、掘削、ならし、すくい、などの作業を行う部分である。

シリンダ（回動装置）４０は、アタッチメント３０を油圧で回動させることが可能である。シリンダ４０は、油圧式の伸縮シリンダである。シリンダ４０は、ブームシリンダ４１と、アームシリンダ４２と、バケットシリンダ４３と、を備える。

ブームシリンダ４１は、上部旋回体２２に対してブーム３１を回転駆動させる。ブームシリンダ４１の基端部は、上部旋回体２２に回動可能に取り付けられる。ブームシリンダ４１の先端部は、ブーム３１に回動可能に取り付けられる。

アームシリンダ４２は、ブーム３１に対してアーム３２を回転駆動させる。アームシリンダ４２の基端部は、ブーム３１に回動可能に取り付けられる。アームシリンダ４２の先端部は、アーム３２に回動可能に取り付けられる。

バケットシリンダ４３は、アーム３２に対してバケット３３を回転駆動させる。バケットシリンダ４３の基端部は、アーム３２に回動可能に取り付けられる。バケットシリンダ４３の先端部は、バケット３３に回動可能に取り付けられたリンク部材３４に、回動可能に取り付けられる。

また、作業機械２０は、傾斜角センサ５０と、本体傾斜角センサ５５と、圧力センサ６０と、ＧＮＳＳ装置７０と、を有している。

傾斜角センサ（作業装置側姿勢検出装置）５０は、アタッチメント３０の姿勢を検出する。傾斜角センサ５０は、ブーム傾斜角センサ５１と、アーム傾斜角センサ５２と、バケット傾斜角センサ５３と、を備える。

ブーム傾斜角センサ５１は、ブーム３１に取り付けられ、ブーム３１の姿勢を検出する。ブーム傾斜角センサ５１は、水平線に対するブーム３１の傾斜角度を取得するセンサであり、例えば傾斜（加速度）センサ等である。なお、ブーム傾斜角センサ５１は、ブームフットピン（ブーム基端）の回転角度を検出する回転角度センサや、ブームシリンダ４１のストローク量を検出するストロークセンサであってもよい。

アーム傾斜角センサ５２は、アーム３２に取り付けられ、アーム３２の姿勢を検出する。アーム傾斜角センサ５２は、水平線に対するアーム３２の傾斜角度を取得するセンサであり、例えば傾斜（加速度）センサ等である。なお、アーム傾斜角センサ５２は、アーム連結ピン（アーム基端）の回転角度を検出する回転角度センサや、アームシリンダ４２のストローク量を検出するストロークセンサであってもよい。

バケット傾斜角センサ５３は、リンク部材３４に取り付けられ、バケット３３の姿勢を検出する。バケット傾斜角センサ５３は、水平線に対するバケット３３の傾斜角度を取得するセンサであり、例えば傾斜（加速度）センサ等である。なお、バケット傾斜角センサ５３は、バケット連結ピン（バケット基端）の回転角度を検出する回転角度センサや、バケットシリンダ４３のストローク量を検出するストロークセンサであってもよい。

本体傾斜角センサ（機械本体側姿勢検出装置）５５は、上部旋回体２２に取り付けられ、機械本体２４の姿勢を検出する。本体傾斜角センサ５５は、水平面に対する機械本体２４の傾斜角度を取得するセンサであり、例えば２軸傾斜（加速度）センサ等である。

圧力センサ（圧力検出装置）６０は、シリンダ４０の圧力を検出する。圧力センサ６０は、ブームシリンダ圧センサ６１と、アームシリンダ圧センサ６２と、バケットシリンダ圧センサ６３と、を備える。

ブームシリンダ圧センサ６１は、ブームシリンダ４１に取り付けられ、ブームシリンダ４１のボトム側の圧力を検出する。アームシリンダ圧センサ６２は、アームシリンダ４２に取り付けられ、アームシリンダ４２のボトム側の圧力を検出する。バケットシリンダ圧センサ６３は、バケットシリンダ４３に取り付けられ、バケットシリンダ４３のボトム側の圧力を検出する。

ＧＮＳＳ装置（位置検出装置、方向検出装置）７０は、機械本体２４に少なくとも２個設けられている。ＧＮＳＳ装置７０は、上部旋回体２２に互いに離隔されて取り付けられている。ＧＮＳＳ装置７０の各々は、全地球測位衛星システム（ＧＮＳＳ）から送信される信号を受信する。ＧＮＳＳ装置７０は、受信した信号から、信号が送信された時刻を検出し、電波速度と電波伝達時間（送信時刻と到達時刻との差）とを用いて、機械本体２４の位置を検出する。また、ＧＮＳＳ装置７０は、それぞれが受信した信号のずれから、上部旋回体２２の向き、ひいては、アタッチメント３０の向きを検出する。

作業中の作業機械２０を示す側面図である図２に示すように、作業機械２０は、バケット３３で計測対象地面９０をならす作業を行う。また、作業機械２０は、計測対象地面９０の地盤強度を計測する作業を行う。計測対象地面９０の地盤強度を計測する際、バケット３３の底面が、計測対象地面９０に押し付けられる。これにより、計測対象地面９０におけるバケット３３が押し付けられた箇所に、転圧力が加えられる。

（地盤強度計測システムの構成）
地盤強度計測システム１の回路図である図３に示すように、地盤強度計測システム１は、記憶装置２と、コントローラ３と、送受信装置４と、計測開始スイッチ９と、を有している。記憶装置２、コントローラ３、送受信装置４、および、計測開始スイッチ９は、作業機械２０に設けられている。

記憶装置（寸法記憶装置）２は、アタッチメント３０の寸法を記憶している。コントローラ（転圧力算出手段）３は、計測対象地面９０にバケット３３が押し付けられた際に、本体傾斜角センサ５５が検出した機械本体２４の姿勢と、傾斜角センサ５０が検出したアタッチメント３０の姿勢と、圧力センサ６０が検出した圧力と、記憶装置２が記憶するアタッチメント３０の寸法とに基づいて、計測対象地面９０に加えられた転圧力を算出する。

図２の要部Ａの拡大図である図４に示すように、転圧力Ｆ（ｋＮ／ｍ²）は、バケット３３の底面の法線方向にかかる押し付け力演算値（ｋＮ）を、バケット３３の底面の面積（ｍ²）で割ることにより算出される。

計測開始スイッチ９は、計測対象地面９０の地盤の沈下量の計測を開始する際に、作業機械２０を操作する作業者により操作される。計測対象地面９０の地盤の沈下量の計測を開始する際には、バケット３３の底面が計測対象地面９０に当接される。この状態で、計測開始スイッチ９が操作される。計測開始スイッチ９が操作されたタイミングにおけるバケット３３の位置が、初期位置となる。

コントローラ（地盤沈下量算出手段）３は、計測対象地面９０へのバケット３３の押し付けの開始後に、傾斜角センサ５０が検出したアタッチメント３０の姿勢の変化量に基づいて、計測対象地面９０の地盤の沈下量を算出する。具体的には、コントローラ３は、計測開始スイッチ９が操作されたときのバケット３３の位置を初期位置とし、その後、計測対象地面９０にバケット３３が押し付けられていったときのバケット３３の位置の初期位置からの変化量に基づいて、計測対象地面９０の地盤の沈下量を算出する。

図４に示すように、地盤の沈下量Ｓ（ｍｍ）は、バケット３３の初期位置からの変化量（ｍｍ）から算出される。

なお、転圧力の算出と、地盤の沈下量の算出とは、同時に行われる。すなわち、バケット３３の底面が計測対象地面９０に当接された状態で、計測開始スイッチ９が操作された後に、計測対象地面９０にバケット３３が押し付けられ、転圧力と地盤の沈下量とがそれぞれ算出される。

コントローラ（地盤強度算出手段）３は、自身が算出した転圧力と、自身が算出した沈下量とに基づいて、計測対象地面９０の地盤強度を算出する。この地盤強度の計測では、「平板載荷試験」や「砂置換法土密度試験」、「ベーン試験」などと比べて、大掛かりな装置が不要である。また、計測後に施工手直しが発生した場合でも、計測のやり直しが容易である。よって、地盤強度を簡易かつ容易に計測することができる。

本実施形態では、コントローラ３は、計測対象地面９０にバケット３３が押し付けられている時に、自身が算出した地盤の沈下量が一定値に達した際に自身が算出した転圧力を、地盤強度として算出する。本実施形態では、一定値は数ｃｍである。これにより、従来の地盤強度を計測する手法に比べて、地盤強度を簡易に計測することができる。

なお、コントローラ３が算出する地盤強度には、見かけの地盤強度が含まれる。計測対象地面９０にバケット３３が押し付けられた後の地盤の沈下量がゼロの場合、算出した転圧力程度の地盤強度があると推定される。

送受信装置４は、外部に対して情報を送受信可能である。

また、地盤強度計測システム１は、外部管理装置８０を有している。外部管理装置８０は、作業機械２０の外部に設けられている。外部管理装置８０は、サーバやクラウドなどである。外部管理装置８０は、送受信装置５と、外部コントローラ６と、外部記憶装置７と、を有している。送受信装置５は、外部に対して情報を送受信可能である。

コントローラ（記憶制御手段）３は、自身が算出した地盤強度を外部管理装置８０の外部記憶装置（記憶装置）７に記憶させる。具体的には、コントローラ３は、地盤強度を送受信装置４から外部管理装置８０に送信させ、外部コントローラ６は、受信した地盤強度を外部記憶装置７に記憶させる。これにより、計測対象地面９０の地盤強度を管理することができる。

ここで、ＧＮＳＳ装置（時刻検出装置）７０は、計測対象地面９０にバケット３３が押し付けられた時刻を検出する。コントローラ３は、計測対象地面９０にバケット３３が押し付けられた時刻を、地盤強度を算出した時刻として、自身が算出した地盤強度に対応付けて、外部記憶装置７に記憶させる。この時刻から作業効率を把握しやすい。

また、コントローラ（位置算出手段）３は、計測対象地面９０にバケット３３が押し付けられた際に、本体傾斜角センサ５５が検出した機械本体２４の姿勢と、傾斜角センサ５０が検出したアタッチメント３０の姿勢と、ＧＮＳＳ装置７０が検出した機械本体２４の位置および向きとに基づいて、バケット３３の位置を算出する。

コントローラ３は、自身が算出したバケット３３の位置を、自身が算出した地盤強度に対応付けて、外部記憶装置７に記憶させる。よって、この位置から、算出された地盤強度がどの位置の地盤強度であるかを把握することができる。

ここで、外部記憶装置７が、作業機械２０の外部に設けられている。これにより、作業機械２０と切り離して地盤強度を管理することができる。よって、計測対象地面９０の地盤強度を外部で一元管理することができる。

また、地盤強度計測システム１は、ディスプレイ（表示装置、判定結果表示装置）８を有している。ディスプレイ８は、作業機械２０のキャブ２３に設けられている。

コントローラ（表示制御手段）３は、自身が算出した地盤強度をディスプレイ８に表示させる。これにより、作業機械２０を操作する作業者は、計測対象地面９０の地盤強度を把握することができる。

また、記憶装置（目標値記憶装置）２は、地盤強度の目標値を記憶している。コントローラ（判定手段）３は、自身が算出した地盤強度が目標値に達しているか否かを判定する。そして、コントローラ（判定結果表示制御手段）３は、自身による判定結果をディスプレイ８に表示させる。これにより、地盤強度が目標値に達しているか否かを容易に把握することができる。

ディスプレイ８に表示される計測管理画面１００を図５に示す。計測管理画面１００では、計測対象地面９０を模した地面画像９２が表示される。地面画像９２には、地盤強度の計測が行われた個所（計測対象地面９０に押し当てられたバケット３３の位置）を示す位置画像９３が重ねて表示される。これにより、地盤強度の計測が行われた個所が一目でわかるようにされている。また、計測管理画面１００には、施工日の情報、地盤強度の計測値、基準地盤強度（目標値）、および、判定結果が含む情報画像９４が表示される。これにより、計測した地盤強度が目標値に達しているか否かを容易に判断できる。

なお、計測管理画面１００は、図５に示すものに限定されない。例えば、計測管理画面１００は、バケット３３の位置データ、その位置での地盤強度の計測値、基準地盤強度（目標値）、および、判定結果などがテキストで表示されるものであってもよい。

ここで、本実施形態では、図２の要部Ａの拡大図である図６に示すように、地盤強度を算出する際に、設計面９１に対するバケット３３の姿勢が妥当であるか否かを判定する。設計面９１は、計測対象地面９０の設計地形である。計測対象地面９０にバケット３３が押し付けられる前に、バケット３３の底面が設計面９１に沿わせられる。本実施形態において、沿わせるとは、バケット３３の底面を設計面９１に一致させるだけでなく、バケット３３の底面が設計面９１から多少離隔した状態も含む。設計面９１にバケット３３の底面を沿わせた際に、設計面９１に対してバケット３３が傾いていると、計測対象地面９０にバケット３３が押し付けられた際に、計測対象地面９０に当接するバケット３３の底面の面積が変わり、転圧力を正しく算出できない。

そこで、コントローラ（作業装置位置算出手段）３は、設計面９１にバケット３３の底面を沿わせた際に、本体傾斜角センサ５５が検出した機械本体２４の姿勢と、傾斜角センサ５０が検出したバケット３３の姿勢と、ＧＮＳＳ装置７０が検出した機械本体２４の位置及び向きとに基づいて、バケット３３の位置を算出する。

記憶装置（設計データ記憶装置）２は、設計面９１の設計データを記憶している。具体的には、記憶装置２は、設計面９１の傾斜角度を記憶している。なお、本実施形態において、傾斜角度とは、水平面に対する傾斜角度である。

コントローラ（姿勢判定手段）３は、自身が算出したバケット３３の位置において、傾斜角センサ５０が検出したバケット３３の姿勢が、設計データに応じた姿勢であるか否かを判定する。具体的には、コントローラ３は、設計面９１にバケット３３の底面を沿わせた状態で、計測開始スイッチ９が押されたタイミングで、バケット３３の底面の傾斜角度θ２が、設計面９１の傾斜角度θ１と平行であるか否かを判定する。

このように、設計面９１に対するバケット３３の姿勢が妥当であるか否かを判定することで、算出された地盤強度の妥当性を判断することができる。

また、本実施形態では、図２の要部Ａの拡大図である図７に示すように、地盤強度を算出する際に、設計面９１の形状に対して計測対象地面９０の形状が妥当であるか否かを判定する。計測対象地面９０が設計通りに施工されておらず、設計面９１に対して出っ張ったり、凹んでいたりすると、設計面９１にバケット３３の底面を沿わせた際に、バケット３３の底面に対して計測対象地面９０の位置がずれる。計測対象地面９０が設計面９１に対して出っ張っている場合には、設計面９１にバケット３３の底面を沿わせた際に計測対象地面９０にバケット３３が当接する。その結果、計測対象地面９０にバケット３３が押し付けられる前に計測対象地面９０に転圧力が加えられることになり、転圧力を正しく算出できない。計測対象地面９０が設計面９１に対して凹んでいる場合には、設計面９１にバケット３３の底面を沿わせた際に計測対象地面９０とバケット３３の底面との間に隙間が生じる。その結果、計測対象地面９０から離隔した位置が初期位置となり、地盤の沈下量を正しく計測できない。

そこで、コントローラ（作業装置位置算出手段）３は、設計面９１にバケット３３の底面を沿わせた際に、本体傾斜角センサ５５が検出した機械本体２４の姿勢と、傾斜角センサ５０が検出したバケット３３の姿勢と、ＧＮＳＳ装置７０が検出した機械本体２４の位置とに基づいて、バケット３３の位置を算出する。

記憶装置２は、設計面９１の形状を記憶している。

コントローラ（形状判定手段）３は、自身が算出したバケット３３の位置において、計測対象地面９０の形状が、設計データに応じた形状であるか否かを判定する。具体的には、コントローラ３は、設計面９１にバケット３３の底面を沿わせた状態で、計測開始スイッチ９が押されたタイミングで、計測対象地面９０とバケット３３の底面との間の偏差Ｌ（ｍｍ）が精度公差の範囲内であるか否かを判定する。計測対象地面９０が設計通りに施工されていれば、偏差Ｌ（ｍｍ）は精度公差の範囲内に収まる。

また、コントローラ３は、設計面９１にバケット３３の底面を沿わせた状態で、計測開始スイッチ９が押されたタイミングで、計測対象地面９０への転圧力Ｆが、下限値Ｆｍｉｎ以上で、上限値Ｆｍａｘ以下であるか否かを判定する。ここで、下限値Ｆｍｉｎは、バケット３３が計測対象地面９０に当接したことがわかる転圧力で、上限値Ｆｍａｘは、バケット３３が計測対象地面９０に押し付けられていないときの転圧力の最大値である。

このように、設計面９１の形状に対して計測対象地面９０の形状が妥当であるか否かを判定することで、算出された地盤強度の妥当性を判断することができる。

（変形例）
なお、作業機械２０のコントローラ３が、計測対象地面９０に加えられた転圧力および計測対象地面９０の地盤の沈下量をそれぞれ算出する構成に限定されず、外部管理装置８０の外部コントローラ６が、これらを算出する構成であってもよい。具体的には、コントローラ３は、本体傾斜角センサ５５が検出した機械本体２４の姿勢と、傾斜角センサ５０が検出したアタッチメント３０の姿勢と、圧力センサ６０が検出した圧力と、記憶装置２が記憶するアタッチメント３０の寸法とを送受信装置４から外部管理装置８０に送信させ、外部コントローラ６が、これらに基づいて計測対象地面９０に加えられた転圧力を算出する。また、コントローラ３は、傾斜角センサ５０が検出したアタッチメント３０の姿勢を送受信装置４から外部管理装置８０に送信させ、外部コントローラ６が、アタッチメント３０の姿勢の変化量に基づいて、計測対象地面９０の地盤の沈下量を算出する。

また、作業機械２０のコントローラ３が、計測対象地面９０の地盤強度を算出する構成に限定されず、外部管理装置８０の外部コントローラ６が、計測対象地面９０の地盤強度を算出する構成であってもよい。具体的には、コントローラ３は、算出した転圧力および地盤の沈下量を送受信装置４から外部管理装置８０に送信させ、外部コントローラ６が、これらに基づいて計測対象地面９０の地盤強度を算出する。この場合、外部コントローラ６は、算出した地盤強度を外部記憶装置７に記憶させてよい。

また、作業機械２０のコントローラ３が、算出した地盤強度が目標値に達しているか否かを判定する構成に限定されず、外部管理装置８０の外部コントローラ６が、算出した地盤強度が目標値に達しているか否かを判定する構成であってもよい。この場合、外部管理装置８０の外部記憶装置７が、地盤強度の目標値を記憶していてよい。

また、ディスプレイ８が、作業機械２０に設けられている構成に限定されず、外部管理装置８０に設けられていてもよい。

また、作業機械２０のコントローラ３が、地盤強度の計測開始時に、バケット３３の姿勢や計測対象地面９０の形状が、設計面９１の設計データに応じたものであるか否かを判定する構成に限定されず、外部管理装置８０の外部コントローラ６が、地盤強度の計測開始時に、バケット３３の姿勢や計測対象地面９０の形状が、設計面９１の設計データに応じたものであるか否かを判定する構成であってもよい。この場合、外部管理装置８０の外部記憶装置７が、設計面９１の設計データを記憶していてよい。

（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る地盤強度計測システム１によれば、計測対象地面９０に加えられた転圧力と、計測対象地面９０の地盤の沈下量とに基づいて、計測対象地面９０の地盤強度が算出される。この地盤強度の計測には、大掛かりな装置が不要である。また、計測後に施工手直しが発生した場合でも、計測のやり直しが容易である。よって、地盤強度を簡易かつ容易に計測することができる。

また、地盤の沈下量が一定値に達した際に算出された転圧力が、計測対象地面９０の地盤強度として算出される。よって、従来の地盤強度を計測する手法に比べて、地盤強度を簡易に計測することができる。

また、算出された地盤強度が外部記憶装置７に記憶される。これにより、計測対象地面９０の地盤強度を管理することができる。

また、計測対象地面９０にバケット３３が押し付けられた時刻が、地盤強度に対応付けられて外部記憶装置７に記憶される。よって、この時刻から作業効率を把握しやすい。

また、計測対象地面９０にバケット３３が押し付けられた際のバケット３３の位置が、地盤強度に対応付けられて外部記憶装置７に記憶される。よって、この位置から、算出された地盤強度がどの位置の地盤強度であるかを把握することができる。

また、外部記憶装置７が、作業機械２０の外部に設けられている。これにより、作業機械２０と切り離して地盤強度を管理することができる。よって、計測対象地面９０の地盤強度を外部で一元管理することができる。

また、ディスプレイ８に地盤強度が表示される。これにより、計測対象地面９０の地盤強度を把握することができる。

また、算出された地盤強度が目標値に達しているか否かが判定される。これにより、例えば、施工手直しが必要か否かなどを容易に判断することができる。

また、算出された地盤強度が目標値に達しているか否かの判定結果がディスプレイ８に表示される。これにより、地盤強度が目標値に達しているか否かを容易に把握することができる。

また、設計面９１にバケット３３を沿わせた際に、バケット３３の姿勢が、設計面９１の設計データに応じた姿勢であるか否かが判定される。例えば、設計面９１にバケット３３を沿わせた際に、設計面９１に対してバケット３３が傾いていると、計測対象地面９０にバケット３３が押し付けられた際に、計測対象地面９０に当接するバケット３３の底面の面積が変わり、転圧力を正しく算出できない。そこで、設計面９１に対するバケット３３の姿勢が妥当であるか否かを判定することで、算出された地盤強度の妥当性を判断することができる。

また、設計面９１にバケット３３を沿わせた際に、計測対象地面９０の形状が、設計面９１の設計データに応じた形状であるか否かが判定される。例えば、計測対象地面９０が設計通りに施工されておらず、設計面９１に対して出っ張ったり、凹んでいたりすると、設計面９１にバケット３３を沿わせた際に、バケット３３に対して計測対象地面９０の位置がずれる。計測対象地面９０が設計面９１に対して出っ張っている場合には、設計面９１にバケット３３の底面を沿わせた際に計測対象地面９０にバケット３３が当接する。その結果、計測対象地面９０にバケット３３が押し付けられる前に計測対象地面９０に転圧力が加えられることになり、転圧力を正しく算出できない。計測対象地面９０が設計面９１に対して凹んでいる場合には、設計面９１にバケット３３の底面を沿わせた際に計測対象地面９０とバケット３３の底面との間に隙間が生じる。その結果、計測対象地面９０から離隔した位置が初期位置となり、地盤の沈下量を正しく計測できない。そこで、設計面９１の形状に対して計測対象地面９０の形状が妥当であるか否かを判定することで、算出された地盤強度の妥当性を判断することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１地盤強度計測システム
２記憶装置（寸法記憶装置、目標値記憶装置、設計データ記憶装置）
３コントローラ（転圧力算出手段、地盤沈下量算出手段、地盤強度算出手段、記憶制御手段、位置算出手段、表示制御手段、判定手段、判定結果表示制御手段、作業装置位置算出手段、姿勢判定手段、形状判定手段）
４送受信装置
５送受信装置
６外部コントローラ
７外部記憶装置（記憶装置）
８ディスプレイ（表示装置、判定結果表示装置）
９計測開始スイッチ
２０作業機械
２１下部走行体
２２上部旋回体
２３キャブ
２４機械本体
３０アタッチメント（作業装置）
３１ブーム
３２アーム
３３バケット
３４リンク部材
４０シリンダ（回動装置）
４１ブームシリンダ
４２アームシリンダ
４３バケットシリンダ
５０傾斜角センサ（作業装置側姿勢検出装置）
５１ブーム傾斜角センサ
５２アーム傾斜角センサ
５３バケット傾斜角センサ
５５本体傾斜角センサ（機械本体側姿勢検出装置）
６０圧力センサ（圧力検出装置）
６１ブームシリンダ圧センサ
６２アームシリンダ圧センサ
６３バケットシリンダ圧センサ
７０ＧＮＳＳ装置（時刻検出装置、位置検出装置、方向検出装置）
８０外部管理装置
９０計測対象地面
９１設計面
９２地面画像
９３位置画像
９４情報画像
１００計測管理画面

Claims

機械本体と、
上下方向に回動可能に前記機械本体に取り付けられた作業装置と、
前記作業装置を油圧で回動させることが可能な回動装置と、
前記機械本体の姿勢を検出する機械本体側姿勢検出装置と、
前記作業装置の姿勢を検出する作業装置側姿勢検出装置と、
前記回動装置の圧力を検出する圧力検出装置と、
前記作業装置の寸法を記憶する寸法記憶装置と、
を有する作業機械と、
計測対象地面に前記作業装置が押し付けられた際に、前記機械本体側姿勢検出装置が検出した前記機械本体の姿勢と、前記作業装置側姿勢検出装置が検出した前記作業装置の姿勢と、前記圧力検出装置が検出した圧力と、前記寸法記憶装置が記憶する前記作業装置の寸法とに基づいて、前記計測対象地面に加えられた転圧力を算出する転圧力算出手段と、
前記計測対象地面への前記作業装置の押し付けの開始後に、前記作業装置側姿勢検出装置が検出した前記作業装置の姿勢の変化量に基づいて、前記計測対象地面の地盤の沈下量を算出する地盤沈下量算出手段と、
前記転圧力算出手段が算出した前記転圧力と、前記地盤沈下量算出手段が算出した前記沈下量とに基づいて、前記計測対象地面の地盤強度を算出する地盤強度算出手段と、
を有し、
記憶装置と、
前記地盤強度算出手段が算出した前記地盤強度を前記記憶装置に記憶させる記憶制御手段と、
をさらに有し、
前記作業機械は、
前記機械本体の位置を検出する位置検出装置と、
前記機械本体の向きを検出する方向検出装置と、
前記計測対象地面に前記作業装置が押し付けられた際に、前記機械本体側姿勢検出装置が検出した前記機械本体の姿勢と、前記作業装置側姿勢検出装置が検出した前記作業装置の姿勢と、前記位置検出装置が検出した前記機械本体の位置と、前記方向検出装置が検出した前記機械本体の向きとに基づいて、前記作業装置の位置を算出する位置算出手段と、
をさらに有し、
前記記憶制御手段は、前記位置算出手段が算出した前記位置を、前記地盤強度算出手段が算出した前記地盤強度に対応付けて、前記記憶装置に記憶させることを特徴とする地盤強度計測システム。
機械本体と、
上下方向に回動可能に前記機械本体に取り付けられた作業装置と、
前記作業装置を油圧で回動させることが可能な回動装置と、
前記機械本体の姿勢を検出する機械本体側姿勢検出装置と、
前記作業装置の姿勢を検出する作業装置側姿勢検出装置と、
前記回動装置の圧力を検出する圧力検出装置と、
前記作業装置の寸法を記憶する寸法記憶装置と、
を有する作業機械と、
計測対象地面に前記作業装置が押し付けられた際に、前記機械本体側姿勢検出装置が検出した前記機械本体の姿勢と、前記作業装置側姿勢検出装置が検出した前記作業装置の姿勢と、前記圧力検出装置が検出した圧力と、前記寸法記憶装置が記憶する前記作業装置の寸法とに基づいて、前記計測対象地面に加えられた転圧力を算出する転圧力算出手段と、
前記計測対象地面への前記作業装置の押し付けの開始後に、前記作業装置側姿勢検出装置が検出した前記作業装置の姿勢の変化量に基づいて、前記計測対象地面の地盤の沈下量を算出する地盤沈下量算出手段と、
前記転圧力算出手段が算出した前記転圧力と、前記地盤沈下量算出手段が算出した前記沈下量とに基づいて、前記計測対象地面の地盤強度を算出する地盤強度算出手段と、
を有し、
前記作業機械は、
前記機械本体の位置を検出する位置検出装置と、
前記機械本体の向きを検出する方向検出装置と、
前記計測対象地面の設計地形である設計面に前記作業装置を沿わせた際に、前記機械本体側姿勢検出装置が検出した前記機械本体の姿勢と、前記作業装置側姿勢検出装置が検出した前記作業装置の姿勢と、前記位置検出装置が検出した前記機械本体の位置と、前記方向検出装置が検出した前記機械本体の向きとに基づいて、前記作業装置の位置を算出する作業装置位置算出手段と、
をさらに有し、
前記設計面の設計データを記憶する設計データ記憶装置と、
前記作業装置位置算出手段が算出した前記位置において、前記作業装置側姿勢検出装置が検出した前記作業装置の姿勢が、前記設計データに応じた姿勢であるか否かを判定する姿勢判定手段と、
をさらに有することを特徴とする地盤強度計測システム。
機械本体と、
上下方向に回動可能に前記機械本体に取り付けられた作業装置と、
前記作業装置を油圧で回動させることが可能な回動装置と、
前記機械本体の姿勢を検出する機械本体側姿勢検出装置と、
前記作業装置の姿勢を検出する作業装置側姿勢検出装置と、
前記回動装置の圧力を検出する圧力検出装置と、
前記作業装置の寸法を記憶する寸法記憶装置と、
を有する作業機械と、
計測対象地面に前記作業装置が押し付けられた際に、前記機械本体側姿勢検出装置が検出した前記機械本体の姿勢と、前記作業装置側姿勢検出装置が検出した前記作業装置の姿勢と、前記圧力検出装置が検出した圧力と、前記寸法記憶装置が記憶する前記作業装置の寸法とに基づいて、前記計測対象地面に加えられた転圧力を算出する転圧力算出手段と、
前記計測対象地面への前記作業装置の押し付けの開始後に、前記作業装置側姿勢検出装置が検出した前記作業装置の姿勢の変化量に基づいて、前記計測対象地面の地盤の沈下量を算出する地盤沈下量算出手段と、
前記転圧力算出手段が算出した前記転圧力と、前記地盤沈下量算出手段が算出した前記沈下量とに基づいて、前記計測対象地面の地盤強度を算出する地盤強度算出手段と、
を有し、
前記作業機械は、
前記機械本体の位置を検出する位置検出装置と、
前記機械本体の向きを検出する方向検出装置と、
前記計測対象地面の設計地形である設計面に前記作業装置を沿わせた際に、前記機械本体側姿勢検出装置が検出した前記機械本体の姿勢と、前記作業装置側姿勢検出装置が検出した前記作業装置の姿勢と、前記位置検出装置が検出した前記機械本体の位置と、前記方向検出装置が検出した前記機械本体の向きとに基づいて、前記作業装置の位置を算出する作業装置位置算出手段と、
をさらに有し、
前記設計面の設計データを記憶する設計データ記憶装置と、
前記作業装置位置算出手段が算出した前記位置において、前記計測対象地面の形状が、前記設計データに応じた形状であるか否かを判定する形状判定手段と、
をさらに有することを特徴とする地盤強度計測システム。
記憶装置と、
前記地盤強度算出手段が算出した前記地盤強度を前記記憶装置に記憶させる記憶制御手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項２又は３に記載の地盤強度計測システム。
前記作業機械は、前記計測対象地面に前記作業装置が押し付けられた時刻を検出する時刻検出装置をさらに有し、
前記記憶制御手段は、前記時刻検出装置が検出した前記時刻を、前記地盤強度算出手段が算出した前記地盤強度に対応付けて、前記記憶装置に記憶させることを特徴とする請求項１又は４に記載の地盤強度計測システム。
前記記憶装置が、前記作業機械の外部に設けられていることを特徴とする請求項１，４，５のいずれか１項に記載の地盤強度計測システム。
前記地盤強度算出手段は、前記計測対象地面に前記作業装置が押し付けられている時に、前記地盤沈下量算出手段が算出した前記沈下量が一定値に達した際に前記転圧力算出手段が算出した前記転圧力を、前記地盤強度として算出することを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の地盤強度計測システム。
表示装置と、
前記地盤強度算出手段が算出した前記地盤強度を前記表示装置に表示させる表示制御手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の地盤強度計測システム。
前記地盤強度の目標値を記憶する目標値記憶装置と、
前記地盤強度算出手段が算出した前記地盤強度が前記目標値に達しているか否かを判定する判定手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の地盤強度計測システム。
前記判定手段による判定結果を表示可能な判定結果表示装置と、
前記判定手段による判定結果を前記判定結果表示装置に表示させる判定結果表示制御手段と、
をさらに有することを特徴とする請求項９に記載の地盤強度計測システム。