WO2021182285A1 - 操作ガイド装置 - Google Patents

Abstract

作業を行なう際に実際にした操作と、その作業のための規範となる操作との違いを、オペレータに容易に認識させる。作業機械のための操作ガイド装置は、操作装置と、記憶部と、表示部（５０）とを備えている。操作装置は、作業機械のオペレータが作業機械を動作させるために操作する装置である。記憶部は、操作装置を操作する際の規範となる規範データを記憶する。表示部（５０）は、作業機械の動作中のある期間における、オペレータが操作装置を実際に操作した実操作データと規範データとの対比の、時間の経過に対する変化を表示する。

Description

操作ガイド装置

　本開示は、操作ガイド装置に関する。

　操作ガイド装置に関し、特開２０１８－１６９６７５号公報（特許文献１）には、作業機械のオペレータの操作量と、記憶された標準操作量とを比較して、両者間に所定の閾値以上の乖離量がある場合、操作ガイド画像をディスプレイに表示することが開示されている。

特開２０１８－１６９６７５号公報

　上記文献に記載の操作ガイド画像は、オペレータの操作量が標準操作量より所定値以上乖離した時点で、その乖離をなくすための操作を表示している。オペレータが間違った操作をした場合に操作ガイド画像を視認して正しい操作を行えるが、ある作業を行なうための好ましい一連の操作の流れをオペレータに認識させることはできなかった。

　本開示では、作業を行なう際に実際にした操作と、その作業のための規範となる操作との違いを、オペレータが容易に認識できる、操作ガイド装置が提案される。

　本開示に従うと、作業機械のための操作ガイド装置が提供される。操作ガイド装置は、操作装置と、記憶部と、表示部とを備えている。操作装置は、作業機械のオペレータが作業機械を動作させるために操作する装置である。記憶部は、操作装置を操作する際の規範となる規範データを記憶する。表示部は、作業機械の動作中のある期間における、オペレータが操作装置を実際に操作した実操作データと規範データとの対比の、時間の経過に対する変化を表示する。

　本開示の操作ガイド装置によれば、作業を行なう際に実際にした操作と、その作業のための規範となる操作との違いを、オペレータが容易に認識することができる。

実施形態に基づく作業機械の一例としてのホイールローダの側面図である。 実施形態に基づくホイールローダの構成を示す概略ブロック図である。 実施形態に基づくホイールローダによる掘削作業を説明する図である。 掘削作業の生産性について示す概略図である。 掘削土量ごとのブーム角度とブーム圧力との関係の一例を示すグラフである。 あるブーム角度における、ブーム圧力と掘削土量との関係を示すグラフである。 表示部に表示される表示画面の一例を示す図である。 時間軸調整前の実操作データを示す模式図である。 時間軸調整後の実操作データを示す模式図である。

　以下、実施形態について図に基づいて説明する。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も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

　＜全体構成＞
　実施形態においては、作業機械の一例としてホイールローダ１について説明する。図１は、実施形態に基づく作業機械の一例としてのホイールローダ１の側面図である。

　図１に示されるように、ホイールローダ１は、車体フレーム２と、作業機３と、走行装置４と、キャブ５とを備えている。車体フレーム２、キャブ５などからホイールローダ１の車体が構成されている。ホイールローダ１の車体には、作業機３および走行装置４が取り付けられている。

　走行装置４は、ホイールローダ１の車体を走行させるものであり、走行輪４ａ、４ｂを含んでいる。ホイールローダ１は、走行輪４ａ、４ｂが回転駆動されることにより自走可能であり、作業機３を用いて所望の作業を行うことができる。

　車体フレーム２は、前フレーム２ａと後フレーム２ｂとを含んでいる。前フレーム２ａと後フレーム２ｂとは、互いに左右方向に揺動可能に取り付けられている。前フレーム２ａと後フレーム２ｂとに亘って、一対のステアリングシリンダ１１が取り付けられている。ステアリングシリンダ１１は、油圧シリンダである。ステアリングシリンダ１１がステアリングポンプ１２（図２参照）からの作動油によって伸縮することによって、ホイールローダ１の進行方向が左右に変更される。

　本明細書中において、ホイールローダ１が直進走行する方向を、ホイールローダ１の前後方向という。ホイールローダ１の前後方向において、車体フレーム２に対して作業機３が配置されている側を前方向とし、前方向と反対側を後方向とする。ホイールローダ１の左右方向とは、平面視において前後方向と直交する方向である。前方向を見て左右方向の右側、左側が、それぞれ右方向、左方向である。ホイールローダ１の上下方向とは、前後方向および左右方向によって定められる平面に直交する方向である。上下方向において地面のある側が下側、空のある側が上側である。

　前フレーム２ａには、作業機３および一対の走行輪（前輪）４ａが取り付けられている。作業機３は、車体の前方に配設されている。作業機３は、作業機ポンプ１３（図２参照）からの作動油によって駆動される。作業機ポンプ１３は、エンジン２１により駆動され、吐出する作動油によって作業機３を作動させる油圧ポンプである。作業機３は、ブーム１４と、作業具であるバケット６とを含んでいる。バケット６は、作業機３の先端に配置されている。バケット６は、ブーム１４の先端に着脱可能に装着されたアタッチメントの一例である。作業の種類に応じて、アタッチメントが、グラップル、フォーク、またはプラウなどに付け替えられる。

　ブーム１４の基端部は、ブームピン９によって前フレーム２ａに回転自在に取付けられている。バケット６は、ブーム１４の先端に位置するバケットピン１７によって、回転自在にブーム１４に取付けられている。

　前フレーム２ａとブーム１４とは、一対のブームシリンダ１６により連結されている。ブームシリンダ１６は、油圧シリンダである。ブームシリンダ１６の基端は、前フレーム２ａに取り付けられている。ブームシリンダ１６の先端は、ブーム１４に取り付けられている。ブームシリンダ１６が作業機ポンプ１３（図２参照）からの作動油によって伸縮することによって、ブーム１４が昇降する。ブームシリンダ１６は、ブームピン９を中心としてブーム１４を上下に回転駆動する。

　作業機３は、ベルクランク１８と、バケットシリンダ１９と、リンク１５とをさらに含んでいる。ベルクランク１８は、ブーム１４のほぼ中央に位置する支持ピン１８ａによって、ブーム１４に回転自在に支持されている。バケットシリンダ１９は、ベルクランク１８と前フレーム２ａとを連結している。リンク１５は、ベルクランク１８の先端部に設けられた連結ピン１８ｃに連結されている。リンク１５は、ベルクランク１８とバケット６とを連結している。

　バケットシリンダ１９は、油圧シリンダであり作業具シリンダである。バケットシリンダ１９の基端は、前フレーム２ａに取り付けられている。バケットシリンダ１９の先端は、ベルクランク１８の基端部に設けられた連結ピン１８ｂに取り付けられている。バケットシリンダ１９が作業機ポンプ１３（図２参照）からの作動油によって伸縮することによって、バケット６が上下に回動する。バケットシリンダ１９は、バケットピン１７を中心としてバケット６を回転駆動する。

　後フレーム２ｂには、キャブ５および一対の走行輪（後輪）４ｂが取り付けられている。キャブ５は、ブーム１４の後方に配置されている。キャブ５は、車体フレーム２上に載置されている。キャブ５内には、ホイールローダ１のオペレータが着座するシート、および後述する操作装置８などが配置されている。

　＜システム構成＞
　図２は、実施形態に基づくホイールローダ１の構成を示す概略ブロック図である。図２に示されるように、ホイールローダ１は、駆動源としてのエンジン２１、走行装置４、作業機ポンプ１３、ステアリングポンプ１２、操作装置８、制御装置１０、表示部５０などを備えている。

　エンジン２１は、たとえばディーゼルエンジンである。駆動源として、エンジン２１に代えて、蓄電体により駆動するモータが用いられてもよく、またエンジンとモータとの双方が用いられてもよい。エンジン２１は燃料噴射ポンプ２４を有している。燃料噴射ポンプ２４には、電子ガバナ２５が設けられている。シリンダ内に噴射する燃料量を調整することにより、エンジン２１の出力が制御される。この調整は、電子ガバナ２５が制御装置１０によって制御されることで行われる。

　エンジン回転数は、エンジン回転数センサ９１によって検出される。エンジン回転数センサ９１の検出信号は、制御装置１０に入力される。

　走行装置４は、エンジン２１からの駆動力によりホイールローダ１を走行させる装置である。走行装置４は、動力伝達装置２３、ならびに上述した前輪４ａおよび後輪４ｂなどを有している。

　動力伝達装置２３は、エンジン２１からの駆動力を前輪４ａおよび後輪４ｂに伝達する装置であり、たとえばトランスミッションである。ホイールローダ１においては、前フレーム２ａに取り付けられた前輪４ａと、後フレーム２ｂに取り付けられた後輪４ｂとの両方が、駆動力を受けてホイールローダ１を走行させる駆動輪を構成している。動力伝達装置２３は、入力軸２７の回転を変速して出力軸２８に出力する。

　出力軸２８には、出力回転数センサ９２が設けられている。出力回転数センサ９２は、出力軸２８の回転数を検出する。出力回転数センサ９２からの検出信号は、制御装置１０に入力される。制御装置１０は、出力回転数センサ９２の検出信号に基づいて車速を算出する。

　動力伝達装置２３から出力された駆動力は、シャフト３２などを介して車輪４ａ，４ｂに伝達される。これにより、ホイールローダ１が走行する。エンジン２１からの駆動力の一部が走行装置４に伝達されて、ホイールローダ１が走行する。

　エンジン２１の駆動力の一部は、動力取出部３３を介して、作業機ポンプ１３およびステアリングポンプ１２に伝達される。動力取出部３３は、エンジン２１の出力を、動力伝達装置２３と、作業機ポンプ１３およびステアリングポンプ１２からなるシリンダ駆動部とに振り分ける装置である。

　作業機ポンプ１３およびステアリングポンプ１２は、エンジン２１からの駆動力によって駆動される油圧ポンプである。作業機ポンプ１３から吐出された作動油は、作業機制御弁３４を介してブームシリンダ１６およびバケットシリンダ１９に供給される。ステアリングポンプ１２から吐出された作動油は、ステアリング制御弁３５を介してステアリングシリンダ１１に供給される。作業機３は、エンジン２１からの駆動力の一部によって駆動される。

　第１油圧検出器９５は、ブームシリンダ１６に取り付けられている。第１油圧検出器９５は、ブームシリンダ１６の油室内の作動油の圧力を検出する。第１油圧検出器９５の検出信号は、制御装置１０に入力される。

　第２油圧検出器９６は、バケットシリンダ１９に取り付けられている。第２油圧検出器９６は、バケットシリンダ１９の油室内の作動油の圧力を検出する。第２油圧検出器９６の検出信号は、制御装置１０に入力される。

　第１角度検出器２９は、たとえば、ブームピン９に取り付けられたポテンショメータである。第１角度検出器２９は、車体に対するブーム１４の持ち上がり角度（チルト角度）を表すブーム角度を検出する。第１角度検出器２９は、ブーム角度を示す検出信号を制御装置１０に出力する。

　具体的には、図１に示すように、ブーム基準線Ａは、ブームピン９の中心とバケットピン１７の中心とを通る直線である。ブーム角度θ１は、ブームピン９の中心から前方に延びる水平線Ｈと、ブーム基準線Ａとの成す角度である。ブーム基準線Ａが水平である場合をブーム角度θ１＝０°と定義する。ブーム基準線Ａが水平線Ｈよりも上方にある場合にブーム角度θ１を正とする。ブーム基準線Ａが水平線Ｈよりも下方にある場合にブーム角度θ１を負とする。

　なお第１角度検出器２９は、ブームシリンダ１６に配置されたストロークセンサであってもよい。

　第２角度検出器４８は、たとえば、支持ピン１８ａに取り付けられたポテンショメータである。第２角度検出器４８は、ブーム１４に対するベルクランク１８の角度を表すベルクランク角度を検出する。第２角度検出器４８は、ベルクランク角度を示す検出信号を制御装置１０に出力する。

　具体的には、図１に示すように、ベルクランク基準線Ｂは、支持ピン１８ａの中心と連結ピン１８ｂの中心とを通る直線である。ベルクランク角度θ２は、ブーム基準線Ａとベルクランク基準線Ｂとの成す角度である。バケット６を接地した状態でバケット６の背面６ｂが地上において水平となる場合をベルクランク角度θ２＝０°と定義する。バケット６を掘削方向（上向き）に移動した場合にベルクランク角度θ２を正とする。バケット６をダンプ方向（下向き）に移動した場合にベルクランク角度θ２を負とする。

　第２角度検出器４８は、ブーム１４に対するバケット６の角度（バケット角度）を検出してもよい。バケット角度は、バケットピン１７の中心とバケット６の刃先６ａとを通る直線と、ブーム基準線Ａとの成す角度である。第２角度検出器４８は、バケットピン１７に取り付けられたポテンショメータまたは近接スイッチであってもよい。または第２角度検出器４８は、バケットシリンダ１９に配置されたストロークセンサであってもよい。

　操作装置８は、オペレータによって操作される。操作装置８は、オペレータがホイールローダ１を動作させるために操作する、複数種類の操作部材を備えている。具体的には操作装置８は、アクセル操作部材８１ａと、ステアリング操作部材８２ａと、ブーム操作部材８３ａと、バケット操作部材８４ａと、変速操作部材８５ａと、ＦＲ操作部材８６ａとを備えている。

　アクセル操作部材８１ａは、エンジン２１の目標回転数を設定するために操作される。アクセル操作部材８１ａは、たとえばアクセルペダルである。アクセル操作部材８１ａの操作量（アクセルペダルの場合、踏み込み量。以下ではアクセル開度とも称する）を増大すると、車体は加速する。アクセル操作部材８１ａの操作量を減少すると、車体は減速する。アクセル操作部材８１ａは、ホイールローダ１を走行させるために操作される、実施形態の走行操作部材に相当する。アクセル操作検出部８１ｂは、アクセル操作部材８１ａの操作量を検出する。アクセル操作検出部８１ｂは、検出信号を制御装置１０へ出力する。制御装置１０は、アクセル操作検出部８１ｂからの検出信号に基づいてエンジン２１の出力を制御する。

　ステアリング操作部材８２ａは、車両の移動方向を操作するために操作される。ステアリング操作部材８２ａは、たとえばステアリングハンドルである。ステアリング操作検出部８２ｂは、ステアリング操作部材８２ａの位置を検出し、検出信号を制御装置１０に出力する。制御装置１０は、ステアリング操作検出部８２ｂからの検出信号に基づいてステアリング制御弁３５を制御する。ステアリングシリンダ１１が伸縮して、車両の進行方向が変更される。

　ブーム操作部材８３ａは、ブーム１４を動作させるために操作される。ブーム操作部材８３ａは、たとえば操作レバーである。ブーム操作検出部８３ｂは、ブーム操作部材８３ａの位置を検出する。ブーム操作検出部８３ｂは、検出信号を制御装置１０に出力する。制御装置１０は、ブーム操作検出部８３ｂからの検出信号に基づいて、作業機制御弁３４を制御する。ブームシリンダ１６が伸縮して、ブーム１４が動作する。

　バケット操作部材８４ａは、バケット６を動作させるために操作される。バケット操作部材８４ａは、たとえば操作レバーである。バケット操作検出部８４ｂは、バケット操作部材８４ａの位置を検出する。バケット操作検出部８４ｂは、検出信号を制御装置１０に出力する。制御装置１０は、バケット操作検出部８４ｂからの検出信号に基づいて、作業機制御弁３４を制御する。バケットシリンダ１９が伸縮して、バケット６が動作する。

　変速操作部材８５ａは、動力伝達装置２３による変速を設定するために操作される。変速操作部材８５ａは、たとえばシフトレバーである。変速操作検出部８５ｂは、変速操作部材８５ａの位置を検出する。変速操作検出部８５ｂは、検出信号を制御装置１０に出力する。制御装置１０は、変速操作検出部８５ｂからの検出信号に基づいて、動力伝達装置２３を制御する。

　ＦＲ操作部材８６ａは、車両の前進と後進とを切り換えるために操作される。ＦＲ操作部材８６ａは、前進、中立および後進の各位置に切り換えられる。ＦＲ操作検出部８６ｂは、ＦＲ操作部材８６ａの位置を検出する。ＦＲ操作検出部８６ｂは、検出信号を制御装置１０に出力する。制御装置１０は、ＦＲ操作検出部８６ｂからの検出信号に基づいて動力伝達装置２３を制御して、車両の前進と後進と中立状態とを切り換える。

　表示部５０は、制御装置１０から指令信号の入力を受けて、各種情報を表示する。表示部５０に表示される各種情報は、たとえば、ホイールローダ１により実行される作業に関する情報、燃料残量、冷却水温度および作動油温度などの車体情報、ホイールローダ１の周辺を撮像した周辺画像などであってもよい。表示部５０はタッチパネルであってもよく、この場合、オペレータが表示部５０の一部に触れることにより生成される信号が、表示部５０から制御装置１０に出力される。

　制御装置１０は、一般的にＣＰＵ（Central　Processing　Unit）により各種のプログラムを読み込むことにより実現される。制御装置１０は、メモリ１０Ｍと、タイマ１０Ｔとを有している。メモリ１０Ｍは、ワークメモリとして機能するとともに、ホイールローダの機能を実現するための各種のプログラムを格納する。制御装置１０は、タイマ１０Ｔから現在時刻を読み出す。制御装置１０は、たとえば、ホイールローダ１が掘削作業を実行しているときの、掘削作業開始からの経過時間を演算する。

　制御装置１０は、アクセル操作部材８１ａの操作量に応じた目標回転数が得られるように、エンジン指令信号を電子ガバナ２５に送る。制御装置１０は、電子ガバナ２５の制御に従って変動するエンジン２１への燃料供給量に基づいて、エンジン２１の単位稼働時間あたりの燃料消費量、ホイールローダ１の単位走行距離あたりの燃料消費量、および、バケット６内の単位積載重量あたりの燃料消費量を、算出可能である。

　制御装置１０は、出力回転数センサ９２の検出信号に基づいて、ホイールローダ１の車速を算出する。制御装置１０は、ホイールローダ１の車速と牽引力との関係を規定するマップをメモリ１０Ｍから読み出し、当該マップに基づいて、牽引力を算出する。

　制御装置１０は、エンジン回転数センサ９１から、エンジン回転数の検出信号の入力を受ける。制御装置１０は、エンジン回転数とエンジントルクとの関係を規定するマップをメモリ１０Ｍから読み出し、当該マップに基づいて、エンジントルクを算出する。

　牽引力およびエンジントルクは、マップの参照とは異なる形態で算出されてもよい。たとえば、テーブルの参照または数式による演算などによって、牽引力およびエンジントルクを算出してもよい。

　＜掘削作業＞
　本実施形態のホイールローダ１は、土砂などの掘削対象物を掬い取る掘削作業を実行する。図３は、実施形態に基づくホイールローダ１による掘削作業を説明する図である。

　図３に示されるように、ホイールローダ１は、バケット６の刃先６ａを掘削対象物１００に食い込ませた後に、図３中の曲線矢印のように、バケット軌跡Ｌに沿ってバケット６を上昇させる。これにより、バケット６に掘削対象物１００を掬い取る掘削作業が実行される。

　本実施形態のホイールローダ１は、掘削対象物１００をバケット６に掬い取る掘削動作と、バケット６内の荷（掘削対象物１００）をダンプトラックなどの運搬機械に積み込む積込動作とを実行する。

　より具体的には、ホイールローダ１は、次のような複数の作業工程を順次に行うことを繰り返して、掘削対象物１００を掘削し、ダンプトラックなどの運搬機械に掘削対象物１００を積み込む。

　第一の工程は、掘削対象物１００に向かって前進する空荷前進工程である。第二の工程は、バケット６の刃先６ａが掘削対象物１００に食い込むまでホイールローダ１を前進させる掘削（突込み）工程である。第三の工程は、ブームシリンダ１６を操作してバケット６を上昇させるとともにバケットシリンダ１９を操作してバケット６をチルトバックさせる掘削（掬込み）工程である。第四の工程は、バケット６に掘削対象物１００が掬い込まれた後にホイールローダ１を後進させる積荷後進工程である。

　第五の工程は、バケット６を上昇させた状態を維持しながら、またはバケット６を上昇させながら、ホイールローダ１を前進させてダンプトラックに接近させる、積荷前進工程である。第六の工程は、所定位置でバケット６をダンプして掘削対象物１００をダンプトラック荷台上に積み込む排土工程である。第七の工程は、ホイールローダ１を後進させながらブーム１４を下げ、バケット６を掘削姿勢に戻す、後進・ブーム下げ工程である。以上が、掘削積込作業の１サイクルをなす典型的な作業工程である。

　ホイールローダ１の現在の作業工程が掘削工程であり作業機３が掘削作業中であるか、現在の作業工程が掘削工程ではなく作業機が掘削作業中でないかは、たとえば、ホイールローダ１を前後進させるオペレータの操作、作業機３に対するオペレータの操作、および作業機３のシリンダの現在の油圧についての判定条件の組み合わせを用いることにより、判定することができる。

　＜掘削作業の生産性＞
　図４は、ホイールローダ１による掘削作業の生産性について示す概略図である。図４に示されるグラフの横軸は、掘削作業の開始から終了までの所要時間（以下では掘削時間と称する）を示す。掘削作業を開始した時刻を時刻０とする。図４の縦軸は、掘削作業によってバケット６内に掬い取られた掘削対象物の量（以下では掘削土量と称する）を示す。実際の掘削作業が行なわれたときの掘削時間と掘削土量とが、図４に示されるグラフにプロットされる。複数のオペレータによる掘削作業、望ましくは数万回以上の掘削作業が、図４にプロットされる。

　掘削時間と掘削土量とによって、掘削作業の生産性が判定される。掘削時間が同じ２回の掘削作業を比較した場合、掘削土量の大きい方が生産性が高いと判定される。掘削土量が同じ２回の掘削作業を比較した場合、掘削時間の短い方が生産性が高いと判定される。掘削時間と燃料消費量とには強い相関があり、図４の横軸は燃料消費量を示すものといえる。燃料消費量が少なくかつ掘削土量が多い掘削作業が、生産性の高い掘削であると判定される。複数回の掘削作業から、生産性の高さに基づいていくつかの掘削作業が抽出される。たとえば図４中に楕円で囲って示す、比較的燃料消費量が少なくかつ掘削土量が多い掘削作業を、生産性が高い掘削作業であると判定して抽出する。

　抽出された掘削作業のデータに基づいて、掘削作業のためにオペレータが操作装置８を操作する際の規範となる規範データが生成される。抽出された複数の掘削作業のデータの加重平均を取ることで、規範データを生成することができる。制御装置１０は、抽出された掘削作業時における、アクセル開度と、ブーム角度θ１と、ベルクランク角度θ２とから、規範データを生成する。生成された規範データは、メモリ１０Ｍに記憶される。メモリ１０Ｍは、規範データを記憶する、実施形態の記憶部に相当する。

　メモリ１０Ｍは、アクセル操作部材８１ａを操作する際の規範となる規範データを記憶する。メモリ１０Ｍは、ブーム操作部材８３ａを操作する際の規範となる規範データを記憶する。メモリ１０Ｍは、バケット操作部材８４ａを操作する際の規範となる規範データを記憶する。メモリ１０Ｍは、複数種類の操作部材を操作する際の規範となる規範データを、操作部材の種類毎に記憶する。

　掘削土量の算出方法の一例について説明する。図５は、掘削土量ごとのブーム角度θ１とブーム圧力Ｐτとの関係の一例を示すグラフである。図５のグラフにおける横軸はブーム角度θ１、縦軸はブーム圧力Ｐτである。ブーム圧力Ｐτは、第１油圧検出器９５により検出されるブームシリンダ１６の油室内の作動油の圧力をいう。図５において、カーブＡ、Ｂ、Ｃはそれぞれ、バケット６が空、１／２積載、満杯積載の場合を示している。予め計測された２個以上の掘削土量におけるブーム角度θ１とブーム圧力Ｐτとの関係のグラフに基づき、図５に示すように、ブーム角度θ１ごとの掘削土量とブーム圧力Ｐτとの関係のグラフを求めることができる。

　ある時刻におけるブーム角度θ１とブーム圧力Ｐτとが判明すると、その時刻での掘削土量を求めることができる。たとえば、図５に示されるように、ある時刻ｍｋにおいてブーム角度θ１＝θｋ、ブーム圧力Ｐτ＝Ｐτｋであったとすると、図６からその時刻ｍｋにおける掘削土量ＷＮを求めることが可能となる。図６は、ブーム角度θ１＝θｋにおける、ブーム圧力Ｐτと荷重Ｗとの関係を示すグラフである。図６のグラフにおける横軸はブーム圧力Ｐτ、縦軸は掘削土量Ｗである。

　図５に示されるように、ＰτＡとは、ブーム角度θ１＝θｋにおける、バケット６が空の場合のブーム圧力である。ＰτＣとは、ブーム角度θ１＝θｋにおける、バケット６が満杯積載の場合のブーム圧力である。図６に示されるＷＡとは、ブーム角度θ１＝θｋにおける、バケット６が空の場合の荷重である。またＷＣとは、ブーム角度θ１＝θｋにおける、バケット６が満杯積載の場合の荷重である。

　図５に示されるように、ＰτｋがＰτＡとＰτＣとの間に位置する場合、線形補間を行うことにより、時刻ｍｋにおける掘削土量ＷＮを決定することができる。または、このような関係を予め記憶した数値テーブルに基づいて、掘削土量ＷＮを求めることも可能である。

　バケット６内の掘削土量の算出方法は、図５，６に示される例に限られない。ブーム圧力およびブーム角度θ１に加えて、またはこれらに代えて、バケットシリンダ１９のヘッド圧とボトム圧との差圧、バケット角度、作業機３の寸法などを、バケット６内の掘削土量を算出するためのパラメータとして考慮することができる。これらのパラメータを考慮して算出することにより、より精度の高い掘削土量の算出が可能になる。

　＜表示画面＞
　図７は、表示部５０に表示される表示画面の一例を示す図である。図７に示されるように、表示部５０には、差分データ５１と、バケット角度対比部５５と、シリンダ圧対比部５６と、掘削土量６１と、掘削時間６２と、選択部６３と、スコア６４と、スコア履歴６５とが、一例として表示される。表示部５０に表示される表示画面は、１回の掘削作業が終了したときに、更新される。

　バケット６の刃先６ａが掘削作業物に突っ込むと、ブームシリンダ１６の油室内の作動油の圧力が上昇する。たとえば、ホイールローダ１の前進走行中にブームシリンダ１６の油室内の作動油の圧力が上昇したことを検出することにより、掘削作業が開始したと判定することができる。たとえば、掘削作業中には前進走行しているホイールローダ１が後進へと切り替えられたことを検出することにより、掘削作業が終了したと判定することができる。

　差分データ５１は、ベルクランク操作差分データ５２と、ブーム操作差分データ５３と、アクセル開度差分データ５４とを含む。

　ベルクランク操作差分データ５２は、規範データのベルクランク角度θ２と、オペレータによるバケット操作部材８４ａの実際の操作に従って動作したベルクランク１８の成すベルクランク角度θ２との対比を示す。より具体的には、ベルクランク操作差分データ５２は、規範データのベルクランク角度θ２に対する、オペレータの実際の操作に従う実操作データのベルクランク角度θ２の差分を示す。

　ベルクランク操作差分データ５２は、掘削作業中のある期間、具体的には掘削作業の開始から終了までの期間における、実操作データのベルクランク角度θ２と規範データのベルクランク角度θ２との対比の、時間の経過に対する変化を表示するものである。表示部５０は、実操作データのベルクランク角度θ２と規範データのベルクランク角度θ２との対比を、時系列的に表示する。

　ブーム操作差分データ５３は、規範データのブーム角度θ１と、オペレータによるブーム操作部材８３ａの実際の操作に従って動作したブーム１４の成すブーム角度θ１との対比を示す。より具体的には、ブーム操作差分データ５３は、規範データのブーム角度θ１に対する、オペレータの実際の操作に従う実操作データのブーム角度θ１との差分を示す。

　ブーム操作差分データ５３は、掘削作業中のある期間、具体的には掘削作業の開始から終了までの期間における、実操作データのブーム角度θ１と規範データのブーム角度θ１との対比の、時間の経過に対する変化を表示するものである。表示部５０は、実操作データのブーム角度θ１と規範データのブーム角度θ１との対比を、時系列的に表示する。

　アクセル開度差分データ５４は、規範データのアクセル開度と、オペレータによるアクセル操作部材８１ａの実際の操作に従ってアクセル操作検出部８１ｂで検出されるアクセル開度との対比を示す。より具体的には、アクセル開度差分データ５４は、規範データのアクセル開度に対する、オペレータの実際の操作に従う実操作データのアクセル開度の差分を示す。

　アクセル開度差分データ５４は、掘削作業中のある期間、具体的には掘削作業の開始から終了までの期間における、実操作データのアクセル開度と規範データのアクセル開度との対比の、時間の経過に対する変化を表示するものである。表示部５０は、実操作データのアクセル開度と規範データのアクセル開度との対比を、時系列的に表示する。

　バケット角度対比部５５は、掘削作業中のある期間、具体的には掘削作業の開始から終了までの期間における、実操作データのベルクランク角度θ２と規範データのベルクランク角度θ２とを重畳表示する。図中の実線が実操作データのベルクランク角度θ２を示し、図中の破線が規範データのベルクランク角度θ２を示す。バケット角度対比部５５は、実操作データのベルクランク角度θ２と規範データのベルクランク角度θ２との、時間の経過に対する変化を表示する。表示部５０は、実操作データのベルクランク角度θ２と規範データのベルクランク角度θ２との対比を、時系列的に表示する。

　シリンダ圧対比部５６は、掘削作業中のある期間、具体的には掘削作業の開始から終了までの期間における、実操作データのブーム圧力Ｐτと規範データのブーム圧力Ｐτとを重畳表示する。図中の実線が実操作データのブーム圧力Ｐτを示し、図中の破線が規範データのブーム圧力Ｐτを示す。シリンダ圧対比部５６は、実操作データのブーム圧力Ｐτと規範データのブーム圧力Ｐτとの、時間の経過に対する変化を表示する。表示部５０は、実操作データのブーム圧力Ｐτと規範データのブーム圧力Ｐτとの対比を、時系列的に表示する。

　差分データ５１、バケット角度対比部５５、およびシリンダ圧対比部５６においては、図中の左右方向が時間の経過を示している。表示の左端が掘削開始時点に対応し、表示の右端が掘削終了時点に対応する。各々の実操作データは、表示部５０にそのまま表示されるのではなく、表示部５０に表示される期間の開始時点と終了時点とが揃うように時間軸を調整する処理を施された上で、表示部５０に表示される。

　図８は、時間軸調整前の実操作データを示す模式図である。図８の横軸は時間を示す。掘削作業開始時点を時刻０とする。図８に示される取得データ７１は、掘削作業が終了した時刻＝ｋ１、すなわち掘削時間ｋ１の掘削作業が行なわれたときに取得された実操作データの生データを示す。同様に、取得データ７２は、掘削時間ｋ２の掘削作業が行なわれたときに取得された実操作データの生データを示す。取得データ７３は、掘削時間ｋ３の掘削作業が行なわれたときに取得された実操作データの生データを示す。

　このように、各掘削作業毎に掘削時間が異なるので、実操作データを生データのまま規範データと対比させるのではなく、時間軸を揃える処理を生データに施した上で、規範データとの対比を表示部５０に表示させるようにする。

　図９は、時間軸調整後の実操作データを示す模式図である。図９の横軸は時間を示す。実際の掘削時間ｋ１の取得データ７１を、掘削時間ｎとなるように時間軸を調整して、図９に示される正規化データ７１Ｎとする。取得データ７２，７３についても同様に、掘削時間ｎの正規化データ７２Ｎ，７３Ｎとする。規範データもまた、掘削時間ｎとなるように調整されている。このようにして、各掘削作業における掘削時間の時間軸が揃えられ、実操作データと規範データとを対比できるようになる。

　掘削時間ｎを等分割する複数の時刻を設定し、その時刻における実操作データを求めることで、規範データとの対比を容易にすることができる。たとえば、９８個の時刻を設定し、時刻０および時刻ｎを含めた計１００個の時刻における実操作データを求めてもよい。実操作データの生データが、設定された時刻に検出された検出結果を含まない場合には、その時刻より前の最も近い時刻に検出された検出結果と、その時刻より後の最も近い時刻に検出された検出結果と、を線形補間することにより、設定された時刻における実操作データを求めることができる。

　図７に戻って、差分データ５１に示される右上から左下に延びるハッチングは、実操作データにより示されるオペレータの実際の操作装置８の操作量が、規範データにより示される手本となる操作量よりも、小さいことを示す。差分データ５１に示される左上から右下に延びるハッチングは、実操作データにより示されるオペレータの実際の操作装置８の操作量が、規範データにより示される手本となる操作量よりも、大きいことを示す。ハッチングの細かさが規範データからの解離の大きさを表す。差分データ５１に示される空白の領域は、実操作データにより示されるオペレータの実際の操作装置８の操作量が、規範データにより示される手本となる操作量に近く、規範データに対する実操作データの差分が十分に小さいことを示す。

　差分データ５１は、規範データに対する実操作データの差分を色分けして表示することができる。たとえば図７に示される、差分データ５１中の空白の領域を緑色、右上から左下に延びるハッチングが付された領域を黄色、左上から右下に延びるハッチングが付された領域を赤色で表示してもよい。

　図７に示される例では、ベルクランク操作差分データ５２に示されるバケット操作部材８４ａの操作量が、掘削作業の開始時点から掘削作業の半ば頃まで、規範データの操作量よりも小さくなっている。掘削作業の半ば過ぎに、バケット操作部材８４ａの操作量が規範データの操作量とほぼ一致する。掘削作業の終了間際には、バケット操作部材８４ａの操作量が規範データの操作量よりも大きくなっている。

　ブーム操作差分データ５３に示されるブーム操作部材８３ａの操作量が、掘削作業を開始した時点で、規範データの操作量よりも小さくなっている。ブーム操作部材８３ａの操作量は、掘削作業開始してから短時間経過後に、規範データの操作量とほぼ一致する。掘削作業の終了間際には、ブーム操作部材８３ａの操作量が規範データの操作量よりも大きくなっている。

　アクセル開度差分データ５４に示されるアクセル操作部材８１ａの操作量が、掘削作業を開始してから掘削作業の後半まで、規範データの操作量とほぼ一致する。掘削作業の終了間際には、アクセル開度が規範データよりも大きくなっている。

　メモリ１０Ｍには、アクセル操作部材８１ａ、ブーム操作部材８３ａおよびバケット操作部材８４ａの操作に対する規範データの、時間の経過に対する変化が記憶されている。制御装置１０は、時間が経過するに従って変化する規範データと実操作データとの時間軸を調整した上で、規範データと実操作データとを各時刻毎に対比することにより、各時刻における規範データに対する実操作データの差分を求める。表示部５０は、その差分を色分けして表示する。表示部５０に表示された差分データ５１は、規範データに関連する表示データの一例である。

　掘削土量６１は、表示画面を更新した際の掘削作業においてバケット６内に掬い取られた掘削対象物の量を示す。掘削時間６２は、表示画面を更新した際の掘削作業における掘削開始から終了までの所要時間を示す。

　選択部６３は、一例として選択バーの形状に表示されている。オペレータは、選択部６３を操作する、たとえば図７中の左右方向に延びるバー上で選択子を左右に動かして選択子の位置を変更することにより、掘削土量と掘削時間とのいずれを優先するかを選択可能である。図７に示される例の場合、選択子を左方向へ動かして「土量」の表示に近づけることにより、掘削土量を優先するとの選択になる。選択子を右方向へ動かして「時間」の表示に近づけることにより、掘削時間を優先するとの選択になる。選択子を左右方向に動かす程度によって、掘削土量または掘削時間をどの程度優先する選択とするのかを調節可能である。

　オペレータの選択に従って、規範データを生成する際に、異なる掘削作業が抽出される。掘削土量を優先すると選択した場合には、掘削時間が長くても掘削土量のより多い掘削作業が抽出される。掘削時間を優先すると選択した場合には、掘削土量が小さくても掘削時間のより短い掘削作業が抽出される。

　スコア６４は、掘削土量６１と掘削時間６２とに基づいて算出される。掘削土量６１が多いほど、また掘削時間６２が短いほど、スコア６４として表される数値が大きくなる。スコア６４によって、掘削作業の生産性が評価される。オペレータは、スコア６４を参照することで、今回の掘削作業の生産性がどの程度であったかを認識することができる。

　スコア履歴６５は、複数回の掘削作業におけるスコア６４の履歴を表示する。スコア履歴６５によって、複数回の掘削作業における生産性の履歴が評価される。オペレータは、スコア履歴６５を参照することで、一連の掘削作業の生産性がどの程度であったかを認識することができる。

　＜作用および効果＞
　次に、上述した実施形態の作用および効果について説明する。

　実施形態の操作ガイド装置は、図７に示される表示部５０を備えている。表示部５０は、ホイールローダ１の動作中のある期間における、オペレータが操作装置８を実際に操作した実操作データと、操作装置８を操作する際の規範となる規範データとの対比の、時間の経過に対する変化を表示する。

　オペレータは、表示部５０の表示を見ることで、掘削作業を行なう際に実際にした操作を示す実操作データと、その掘削作業のための規範となる操作を示す規範データとの対比を認識することができる。規範となる操作に対してオペレータの実際の操作がどのように違ったのかを、オペレータは容易に認識できる。オペレータは、規範データとの違いを認識することで、次回の掘削作業の際には規範データにより近い操作をすることができ、これによりオペレータは自分の作業を改善することができる。

　図７に示されるように、表示部５０は、規範データに対する実操作データの差分を表示する。オペレータは、表示部５０に表示された差分を見ることで、規範となる操作に対して実際の操作量が多かったのか少なかったのかを容易に認識できる。オペレータは、規範データに対する差分を認識することで、次回の掘削作業の際には規範データにより近い操作をすることができ、これによりオペレータは自分の作業を改善することができる。

　図７に示されるように、表示部５０は、規範データに対する実操作データの差分を色分けして表示する。オペレータは、表示部５０に表示された色分けを見ることで、差分をより容易に認識することができる。

　図２に示されるように、操作装置８は、ホイールローダ１を走行させるために操作されるアクセル操作部材８１ａを有している。規範データと実操作データとは、アクセル操作部材８１ａの操作量を含んでいる。オペレータは、表示部５０の表示を見ることで、ホイールローダ１を走行させるためのアクセル操作部材８１ａの操作が、規範となる操作に対してどのように違ったのかを、容易に認識することができる。

　図１に示されるように、ホイールローダ１は、ブーム１４とバケット６とを有する作業機３を有している。図２に示されるように、操作装置８は、ブーム１４を動作させるために操作されるブーム操作部材８３ａと、バケット６を動作させるために操作されるバケット操作部材８４ａとを有している。規範データと実操作データとは、ブーム操作部材８３ａの操作量と、バケット操作部材８４ａの操作量とを含んでいる。オペレータは、表示部５０の表示を見ることで、ブーム１４およびバケット６を動作させるためのブーム操作部材８３ａおよびバケット操作部材８４ａのそれぞれの操作が、規範となる操作に対してどのように違ったのかを、容易に認識することができる。

　図４に示されるように、掘削時間と掘削土量とによって、掘削作業の生産性が判定される。規範データは、複数回の掘削作業から、生産性の高さに基づいて掘削作業を抽出することにより、生成される。複数回の掘削作業から、掘削時間が短くかつ掘削土量が多く、したがって生産性の高い掘削作業を抽出して規範データとする。これにより、オペレータが自分の操作を規範データに近づけようとする改善で、掘削作業の生産性を向上することができる。

　図７に示されるように、表示部５０は、選択部６３をさらに有している。オペレータは、選択部６３を操作することにより、掘削時間と掘削土量とのいずれを優先するかを選択可能である。規範データを生成するときに、オペレータの選択に従って異なる掘削作業が抽出される。掘削時間の短縮と掘削土量の増大との優先度をオペレータが選択して、その選択に対応した掘削作業が抽出されて規範データが生成される。これにより、オペレータの選択に合わせた規範データを生成することができる。

　図７に示されるように、表示部５０は、掘削作業の開始から終了までの期間における実操作データと規範データとの対比の時間の経過に対する変化を表示する。これにより、オペレータは、実操作データと規範データとの対比を掘削作業の全期間に亘って認識できる。オペレータは、次回の掘削作業の際に、掘削作業の開始から終了までの全期間の操作装置８の操作を改善することができる。

　図７～９に示されるように、表示部５０に表示される期間の開始時点と終了時点とが揃うように、規範データと実操作データとの時間軸が調整される。実操作データを取得した際の掘削時間が規範データと異なっていても、時間軸を揃えるように調整することで、実操作データと規範データとをより正確に対比することができる。

　実施形態の操作システムは、ホイールローダ１のための操作システムであって、図２に示されるように、オペレータがホイールローダ１を動作させるために操作する複数種類の操作部材と、記憶部とを備えている。記憶部は、操作部材を操作する際の規範となる規範データを、操作部材の種類毎に記憶する。

　操作部材の種類毎の規範データを用いて、各操作部材毎に、オペレータが操作部材を実際に操作した操作量と規範データとを対比することができる。この対比の結果に基づいて、オペレータは、各操作部材毎に、規範となる操作に対して実際の操作がどのように違ったのかを容易に認識できる。オペレータは、規範データとの違いを認識することで、次回の掘削作業の際には操作部材の操作量を規範データにより近づけることができる。したがって、実施形態の操作システムを、オペレータに操作部材の操作を指導するために好適に用いることができる。

　記憶部が、ホイールローダ１の動作中のある期間、たとえば掘削作業の開始から終了までの期間における、時間の経過に対する規範データの変化を記憶していることにより、オペレータは、作業のどの時点で規範となる操作に対して実際の操作がどのように違ったのかを、各操作部材毎に容易に認識することができる。

　図７に示されるように、操作システムが規範データに関連する表示データを表示する表示部５０をさらに備えることにより、オペレータは、表示部５０の表示を見ることで、規範となる操作に対して実際の操作がどのように違ったのかを、各操作部材毎に容易に認識することができる。

　図２に示されるように、操作部材は、ホイールローダ１を走行させるために操作されるアクセル操作部材８１ａを有している。オペレータは、ホイールローダ１を走行させるためのアクセル操作部材８１ａの実際の操作が、規範となる操作に対してどのように違ったのかを、容易に認識することができる。

　図１に示されるように、ホイールローダ１は、ブーム１４とバケット６とを有する作業機３を有している。図２に示されるように、操作部材は、ブーム１４を動作させるために操作されるブーム操作部材８３ａと、バケット６を動作させるために操作されるバケット操作部材８４ａとを有している。オペレータは、ブーム１４およびバケット６を動作させるためのブーム操作部材８３ａおよびバケット操作部材８４ａのそれぞれの実際の操作が、規範となる操作に対してどのように違ったのかを、容易に認識することができる。

　これまでの実施形態の説明では、バケット６に掘削対象物を掬い取る掘削作業を行なうための規範データがメモリ１０Ｍに記憶され、掘削作業中のある期間における実操作データと規範データとが対比される例について説明した。上述した実施形態の思想は、作業機械が掘削作業を行なう場合に限られず、作業機械がたとえば走行などの他の動作を行なう場合にも、適用することが可能である。表示部５０に表示される実操作データと前記規範データとの対比は、上述した差分データ５１に限られず、たとえば三次元モデル化した作業機械の実際の動作と規範となる動作との重畳表示であってもよい。

　実施形態では、ホイールローダ１が制御装置１０を備えており、ホイールローダ１に搭載されている表示部５０に実操作データと規範データとの対比を表示する例について説明した。制御装置１０および表示部５０は、必ずしもホイールローダ１に搭載されていなくてもよい。ホイールローダ１に搭載された制御装置１０とは別に設けられた外部のコントローラおよびディスプレイが、実操作データと規範データとの対比を表示するシステムを構成してもよい。外部のコントローラおよびディスプレイは、ホイールローダ１の作業現場に配置されてもよく、ホイールローダ１の作業現場から離れた遠隔地に配置されてもよい。

　実施形態では、ホイールローダ１はキャブ５を備えており、オペレータがキャブ５に搭乗する有人車両である例について説明した。ホイールローダ１は、無人車両であってもよい。ホイールローダ１は、オペレータが搭乗してホイールローダ１を操作するためのキャブを備えていなくてもよい。ホイールローダ１は、搭乗したオペレータによる操縦機能を搭載していなくてもよい。ホイールローダ１は、遠隔操縦専用の作業機械であってもよい。ホイールローダ１の操縦は、遠隔操縦装置からの無線信号により行なわれてもよい。

　今回開示された実施形態はすべ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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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すべての変更が含まれることが意図される。

　１　ホイールローダ、２　車体フレーム、３　作業機、４　走行装置、５　キャブ、６　バケット、６ａ　刃先、６ｂ　背面、８　操作装置、１０　制御装置、１０Ｍ　メモリ、１０Ｔ　タイマ、１１　ステアリングシリンダ、１２　ステアリングポンプ、１３　作業機ポンプ、１４　ブーム、１６　ブームシリンダ、１８　ベルクランク、１９　バケットシリンダ、２１　エンジン、２９　第１角度検出器、３４　作業機制御弁、３５　ステアリング制御弁、４８　第２角度検出器、５０　表示部、５１　差分データ、５２　ベルクランク操作差分データ、５３　ブーム操作差分データ、５４　アクセル開度差分データ、５５　バケット角度対比部、５６　シリンダ圧対比部、６１　掘削土量、６２　掘削時間、６３　選択部、６４　スコア、６５　スコア履歴、８１ａ　アクセル操作部材、８３ａ　ブーム操作部材、８４ａ　バケット操作部材、９５　第１油圧検出器、９６　第２油圧検出器、１００　掘削対象物。

Claims (9)

1. 　作業機械のための操作ガイド装置であって、
   　前記作業機械のオペレータが前記作業機械を動作させるために操作する操作装置と、
   　前記操作装置を操作する際の規範となる規範データを記憶する記憶部と、
   　前記作業機械の動作中のある期間における、前記オペレータが前記操作装置を実際に操作した実操作データと前記規範データとの対比の、時間の経過に対する変化を表示する表示部と、を備える、操作ガイド装置。
2. 　前記表示部は、前記規範データに対する前記実操作データの差分を表示する、請求項１に記載の操作ガイド装置。
3. 　前記表示部は、前記差分を色分けして表示する、請求項２に記載の操作ガイド装置。
4. 　前記操作装置は、前記作業機械を走行させるために操作される走行操作部材を有し、
   　前記規範データと前記実操作データとは、前記走行操作部材の操作量を含む、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の操作ガイド装置。
5. 　前記作業機械は、ブームとバケットとを有する作業機を有し、
   　前記操作装置は、前記ブームを動作させるために操作されるブーム操作部材と、前記バケットを動作させるために操作されるバケット操作部材とを有し、
   　前記規範データと前記実操作データとは、前記ブーム操作部材の操作量と、前記バケット操作部材の操作量とを含む、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の操作ガイド装置。
6. 　前記バケットに掘削対象物を掬い取る掘削作業の所要時間と、前記バケットに掬い取られた前記掘削対象物の量と、によって、掘削作業の生産性が判定され、
   　前記規範データは、複数回の掘削作業から、前記生産性の高さに基づいて掘削作業を抽出することにより、生成される、請求項５に記載の操作ガイド装置。
7. 　前記オペレータが、前記掘削作業の前記所要時間と、前記バケットに掬い取る前記掘削対象物の量と、のいずれを優先するかを選択可能な、選択部をさらに備え、
   　前記オペレータの選択に従って、異なる掘削作業が抽出される、請求項６に記載の操作ガイド装置。
8. 　前記期間は、前記バケットに掘削対象物を掬い取る掘削作業の開始から終了までの期間である、請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の操作ガイド装置。
9. 　前記表示部に表示される前記期間の開始時点と終了時点とが揃うように、前記規範データと前記実操作データとの時間軸が調整される、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の操作ガイド装置。

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