特開 2024-158007 ショベル、およびショベル支援システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024158007

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】ショベル、およびショベル支援システム

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/26 20060101AFI20241031BHJP

   E02F 3/43 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

E02F9/26 B

E02F3/43 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023072780

(22)【出願日】2023-04-26

(71)【出願人】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】佐野 裕介

(72)【発明者】

【氏名】平手 奨二

【テーマコード（参考）】

2D003

2D015

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB04

2D003BA02

2D003CA02

2D003DA04

2D015HA03

(57)【要約】

【課題】掘削作業にかかるコストを抑制しながら、掘削対象の状態およびバケットの状態を容易に検出できる技術を提供する。
【解決手段】ショベル１００は、下部走行体１と、上部旋回体２と、アタッチメントＡＴと、バケット６が掘削する掘削対象を検出する外部センサ２００の検出情報を受信して、当該検出情報を処理するコントローラ９０と、を備える。アタッチメントＡＴは、バケット６の保持状態で、当該バケット６の凹部６ＣがアタッチメントＡＴの内側の空間Ｓｉに向かう第１形態と、当該バケット６の凹部６ＣがアタッチメントＡＴの外側の空間Ｓｏに向かう第２形態と、を選択的にとることが可能である。バケット６は、外部センサ２００の検出範囲内において第２形態となっている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

下部走行体と、
前記下部走行体に旋回可能に設けられる上部旋回体と、
前記上部旋回体に設けられ、バケットを保持するアタッチメントと、
前記バケットが掘削する掘削対象を検出する外部センサの検出情報を受信して、当該検出情報を処理する制御部と、を備え、
前記アタッチメントは、前記バケットの保持状態で、当該バケットの凹部が前記アタッチメントの内側の空間に向かう第１形態と、当該バケットの凹部が前記アタッチメントの外側の空間に向かう第２形態と、を選択的にとることが可能であり、
前記バケットは、前記外部センサの検出範囲内において前記第２形態となっている、
ショベル。

【請求項2】

前記バケットを回転させることで、前記第１形態と前記第２形態とに切り替え可能な駆動機構を備え、
前記制御部は、前記外部センサの位置および前記バケットの位置に基づき、前記駆動機構を制御して前記第１形態および前記第２形態を切り替える、
請求項１に記載のショベル。

【請求項3】

前記制御部は、前記第１形態の前記バケットが前記外部センサの検出範囲内に位置するか否かを判定し、前記バケットが前記外部センサの検出範囲内に位置する場合に、前記第１形態から前記第２形態に移行させる、
請求項２に記載のショベル。

【請求項4】

前記制御部は、前記第２形態の前記バケットが前記外部センサの検出範囲外に位置するか否かを判定し、前記バケットが前記外部センサの検出範囲外に位置する場合に、前記第２形態から前記第１形態に移行させる、
請求項２に記載のショベル。

【請求項5】

前記制御部は、前記バケットの前記第１形態と前記第２形態との切り替えを出力装置に報知する、
請求項２に記載のショベル。

【請求項6】

前記制御部は、前記外部センサの前記検出情報に基づき前記アタッチメントの動作を支援する、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のショベル。

【請求項7】

下部走行体と、
前記下部走行体に旋回可能に設けられる上部旋回体と、
前記上部旋回体に設けられ、バケットを保持するアタッチメントと、を備えるショベルと、
前記バケットが掘削する掘削対象を検出する外部センサと、
前記外部センサの検出情報を受信して、当該検出情報を処理する制御部と、を含むショベル支援システムであって、
前記アタッチメントは、前記バケットの保持状態で、当該バケットの凹部が前記アタッチメントの内側の空間に向かう第１形態と、当該バケットの凹部が前記アタッチメントの外側の空間に向かう第２形態と、を選択的にとることが可能であり、
前記バケットは、前記外部センサの検出範囲内において前記第２形態となっている、
ショベル支援システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ショベル、およびショベル支援システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、機体に搭載したＬｉＤＡＲ等のセンサにより掘削対象の状態（形状、距離、位置等）を検出し、この検出結果を利用して、掘削作業の自動制御やガイド等の運転支援を行うショベルが知られている。

【0003】

例えば、特許文献１には、センサである二次元走査型距離計測装置を、上部旋回体の前端部またはブームに搭載したショベルが開示されている。また、特許文献２には、レーザ測距装置を運転室の屋根部分に搭載したショベルが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－２７８１６号公報

【特許文献2】特許第４６７１３１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、ＬｉＤＡＲ等の高額なセンサを搭載したショベルを、１つの作業現場に複数台用意して掘削作業を行うと、作業全体にかかるコストが高くなる。そこで、ショベルの外部かつ掘削対象の近くに外部センサを設置し、この外部センサにより掘削対象の状態およびバケットの状態を検出するシステムを採ることで、コストの上昇を抑制することが考えられる。

【0006】

しかしながら、このシステムの外部センサは、掘削対象の状態やバケットの状態を捉えられない機会が多く存在する。例えば、掘削対象を掘削しているバケット自体が外部センサのオクルージョンとなることで、外部センサは、掘削されるバケットの周辺の掘削対象の状態、およびバケットの内部の状態を検出することができなくなる。

【0007】

本開示は、掘削作業にかかるコストを抑制しながら、掘削対象の状態およびバケットの状態を容易に検出できる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の一態様によれば、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に設けられる上部旋回体と、前記上部旋回体に設けられ、バケットを保持するアタッチメントと、前記バケットが掘削する掘削対象を検出する外部センサの検出情報を受信して、当該検出情報を処理する制御部と、を備え、前記アタッチメントは、前記バケットの保持状態で、当該バケットの凹部が前記アタッチメントの内側の空間に向かう第１形態と、当該バケットの凹部が前記アタッチメントの外側の空間に向かう第２形態と、を選択的にとることが可能であり、前記バケットは、前記外部センサの検出範囲内において前記第２形態となっている、ショベルが提供される。

【発明の効果】

【0009】

一態様によれば、掘削作業にかかるコストを抑制しながら、掘削対象の状態およびバケットの状態を容易に検出できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態に係るショベル支援システムの全体構成を概略的に示す側面図である。

【図2】ショベルのバケットを第２形態とした状態を概略的に示す側面図である。

【図3】ショベル支援を行う際のコントローラの機能ブロックを示すブロック図である。

【図4】図４は、ショベルのバケットの形態と外部センサの検出範囲との関係を示す平面図であり、図４（Ａ）は第１例を示す図、図４（Ｂ）は第２例を示す図、図４（Ｃ）は第３例を示す図、図４（Ｄ）は第４例を示す図である。

【図5】ショベルのバケットの動作方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して本開示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。

【0012】

図１は、実施形態に係るショベル支援システムＳＹＳの全体構成を概略的に示す側面図である。図１に示すように、ショベル支援システムＳＹＳは、掘削作業等を行う作業現場に構築される。ショベル支援システムＳＹＳは、作業現場に適用される１以上のショベル１００と、１以上の外部センサ２００と、を含む。また、ショベル１００は、当該ショベル１００の動作を制御するコントローラ９０を備える。コントローラ９０は、外部センサ２００との間で情報通信可能に構成され、外部センサ２００の検出情報を処理する本開示の制御部として機能する。

【0013】

例えば、ショベル１００は、機体として、下部走行体１と、上部旋回体２と、アタッチメントＡＴと、を備える。

【0014】

下部走行体１は、左右一対のクローラ１Ｃを有する。クローラ１Ｃは、下部走行体１に搭載されている図示しない走行アクチュエータによって駆動される。下部走行体１には、旋回機構３を介して上部旋回体２が旋回可能に搭載される。旋回機構３は、上部旋回体２に搭載されている図示しない旋回アクチュエータにより駆動される。なお、走行アクチュエータおよび旋回アクチュエータは、油圧アクチュエータ、内燃機関、電動アクチュエータのいずれであってもよい。

【0015】

上部旋回体２は、操作者が搭乗してショベル１００を操作するための操作室であるキャビン１０を、前方かつ左側（ブーム４の左側）に備える。また、上部旋回体２は、後部にカウンタウェイトを備えると共に、ショベル１００を動作させる各種の装置を内部に備える。

【0016】

キャビン１０の内部には、操作者が着座するシートの他に、例えば、操作装置１１、出力装置１２、および上記のコントローラ９０等が設けられている。操作装置１１は、操作者がショベル１００の操作を行うための装置である。一例として、操作装置１１は、ショベル１００のアクチュエータの駆動を制御するための操作レバーおよび操作ペダルを有する。さらに、操作装置１１は、ショベル１００の操作者がコントローラ９０に対して情報を入力するための情報入力装置（例えば、右側コンソールボックス、左側コンソールボックス）を有する。情報入力装置は、出力装置１２の表示装置に近接して設置されるスイッチパネル、または表示装置として適用されるタッチパネルでもよく、あるいは音声入力装置でもよい。

【0017】

出力装置１２は、表示装置および音出力装置の少なくとも一方を含む。例えば、表示装置は、キャビン１０内に設置された液晶ディスプレイ、スマートフォン等の携帯端末のディスプレイがあげられる。また、音出力装置は、キャビン１０内の操作者に向けて音を出力する装置、または携帯端末のスピーカがあげられる。

【0018】

実施形態に係るアタッチメントＡＴは、掘削用アタッチメントであり、上部旋回体２に対して俯仰動可能に取り付けられるブーム４と、ブーム４の先端に回動可能に取り付けられるアーム５と、アーム５の先端に回動可能に取り付けられるバケット６と、を含む。バケット６は、土砂等を収容可能な凹部６Ｃを有すると共に、アーム５の連結箇所と反対側の縁部に複数の爪部６Ｎを有するエンドアタッチメントである。なお、バケット６は、法面バケットであってもよい。

【0019】

ブーム４はブームシリンダ７で駆動され、アーム５はアームシリンダ８で駆動され、バケット６はバケットシリンダ９で駆動される。ブームシリンダ７、アームシリンダ８およびバケットシリンダ９は、アタッチメントアクチュエータを構成している。

【0020】

また、実施形態に係るショベル１００は、バケット６をアーム５の延在方向に沿った軸回りに回転させるローテータである駆動機構２０を、アーム５とバケット６の間の連結箇所に備える。駆動機構２０は、例えば、アーム５に取り付けられる基部２１と、バケット６が固定されると共に基部２１と相対的に回転可能なロータ２２と、ロータ２２を回転させるモータ（不図示）と、を含む。すなわち、ショベル１００は、アームシリンダ８の伸縮動作に伴って駆動機構２０の基部２１をピッチ方向に回動させることにより、駆動機構２０全体およびバケット６のバケット角（ピッチ角）を一体的に変動させる。そして、ショベル１００は、駆動機構２０のモータの回転動作に伴って基部２１に対しロータ２２をロール方向に回転させることにより、当該ロータ２２およびバケット６のロール角を一体的に変動させる。

【0021】

駆動機構２０を介してアーム５に支持されたバケット６の姿勢は、機体である下部走行体１および上部旋回体２に凹部６Ｃの開口６Ｃｏが対向可能な第１形態と、この第１形態に対して反転した向きである第２形態と、に変更できる。より詳細には、第１形態とは、ブーム４、アーム５およびバケット６で囲うアタッチメントＡＴの内側の空間Ｓｉをバケット６の凹部６Ｃが臨む姿勢である。第２形態とは、ブーム４、アーム５およびバケット６で囲うアタッチメントＡＴの内側の空間Ｓｉに対してバケット６の凹部６Ｃが臨まない（外側の空間Ｓｏを臨む）姿勢である（図２も参照）。駆動機構２０は、第１形態のロータ２２およびバケット６をロール方向に１８０°回転させることで第２形態に移行させ、逆に第２形態のロータ２２およびバケット６をロール方向に１８０°回転させることで第１形態に移行させる。

【0022】

ショベル支援システムＳＹＳの外部センサ２００は、ショベル１００の外部から掘削対象の状態およびバケット６の状態を検出する検出器である。外部センサ２００としては、例えば、ＬｉＤＡＲ、カメラ（単眼、複眼を含む）、超音波センサ、ミリ波レーダ、距離画像センサ、赤外線センサ等があげられ、これらのセンサのうち１つまたは複数を組み合わせて構成される。実施形態では、外部センサ２００としてＬｉＤＡＲを適用した例について説明する。

【0023】

外部センサ２００は、作業現場に設置される適宜の支持体２１０に固定される。支持体２１０に固定された外部センサ２００の検出部（例えば、検出光を出射すると共に反射光を受光する光学系素子部）は、対向する掘削対象の状態を検出する。検出部の検出範囲は、掘削対象である法面の略全体に設定され、ショベル１００の掘削作業においてバケット６が入り込むように設定される。これにより、ＬｉＤＡＲである外部センサ２００は、掘削対象である法面の形状および位置（外部センサ２００との距離）を検出することが可能となる。なお、作業現場におけるショベル１００の掘削対象は、法面に限定されないことは勿論であり、例えば、平面や壁面であってもよい。また、支持体２１０は、図示しない移動機構を有し、検出部が掘削対象を臨むように外部センサ２００の位置や向きを変更可能としてもよい。この場合の移動機構は、ショベル１００の操作者や他の作業者により操作されてもよく、図示しないセンサコントローラ（コントローラ９０を含む）により、自動的に掘削対象を追跡するように制御されてもよい。

【0024】

外部センサ２００は、検出した検出情報をショベル１００のコントローラ９０に送信する。なお、図１では、ショベル１００と外部センサ２００は、無線通信を行う構成を例示しているが、外部センサ２００とショベル１００は有線通信を行う構成でもよい。また、外部センサ２００とコントローラ９０の間には、情報通信用の中継器が設けられてもよい。コントローラ９０は、受信した外部センサ２００の検出情報について、キャビン１０内の出力装置１２に表示する、または運転支援に用いる等の処理を行う。例えば、コントローラ９０は、外部センサ２００の位置や姿勢、検出範囲等の情報を予め保有している。そして、コントローラ９０は、保有している情報と、外部センサ２００の検出情報に基づき、ショベル１００が掘削する箇所の掘削対象の位置や形状を算出できる。

【0025】

コントローラ９０は、１以上のプロセッサ、メモリ（揮発性メモリ、不揮発性メモリ）等を備えたコンピュータにより構成され、各種の情報に基づきショベル１００を制御する。１以上のプロセッサは、ショベル１００を制御する各機能のプログラムをメモリから読み出して実行する。例えば、各機能は、操作者によるショベル１００の手動操作をガイド（案内）するマシンガイダンス機能、あるいはショベル１００を自動的（または自律的）に動作さるマシンコントロール機能を含む。また、コントローラ９０は、ショベル１００の周囲に存在する物体とショベル１００との接触を回避するためにショベル１００を自動的に動作させたり、あるいは制動させたりする接触回避機能を含んでもよい。換言すれば、運転支援とは、ショベル１００を操作者に代わって自動的に動作させること、ショベル１００の操作者の操作を補助すること、およびショベル１００の操作者に操作の情報を提供することを含む概念である。

【0026】

ショベル支援システムＳＹＳは、ショベル１００内に設けられる複数種類のセンサおよび外部センサ２００と、各センサの情報を処理して運転支援の各機能を実行するコントローラ９０と、を含んで構成される。例えば、ショベル１００内に設けられる複数種類のセンサとしては、ＬｉＤＡＲ、カメラ（単眼、複眼を含む）、超音波センサ、ミリ波レーダ、距離画像センサ、赤外線センサ等の空間認識センサ、ブーム角度センサ、アーム角度センサ、バケット角度センサ、機体傾斜センサおよび旋回角速度センサ等の姿勢検出センサ、ＧＮＳＳセンサ等の測位センサ、各種のアクチュエータの状態を検出する状態検出センサがあげられる。

【0027】

あるいは、ショベル支援システムＳＹＳは、ショベル１００のコントローラ９０を使用する他にも、ショベル１００の外部に設置した管理装置３００を使用する構成でもよい。管理装置３００は、外部センサ２００の検出情報を処理してコントローラ９０に制御指令を送信する。管理装置３００を適用することで、ショベル支援システムＳＹＳは、複数台のショベル１００（または他の作業機械）が連動するように動作を支援することも可能となる。さらにショベル支援システムＳＹＳは、ショベル１００を遠隔操作する構成でもよく、ショベル１００の外部に当該ショベル１００と情報通信可能な図示しない遠隔室を備える構成でもよい。遠隔室は、コントローラ９０と同様の機能を有する遠隔コントローラを備え、この遠隔コントローラにより外部センサ２００の検出情報を処理することができる。

【0028】

以上のショベル１００は、通常、図１に示すようにバケット６の凹部６Ｃを内側に向けた第１形態として、掘削対象である法面を掘削する。外部センサ２００は、掘削対象を臨む（対向する）位置に配置されていることで、バケット６により掘削対象が遮蔽されたオクルージョンの状態を検出することになる。しかも、外部センサ２００は、バケット６の凹部６Ｃの状態が見えないまま、掘削対象の検出を継続する。換言すれば、外部センサ２００を用いて掘削対象を検出するショベル支援システムＳＹＳでは、ショベル１００の掘削作業において、バケット６の周辺の掘削対象の状態、およびバケット６自体の状態が認識し難くなる。

【0029】

図２は、ショベル１００のバケット６を第２形態とした状態を概略的に示す側面図である。このため図２に示すように、ショベル支援システムＳＹＳは、外部センサ２００の検出範囲において、バケット６の凹部６Ｃが外側の空間Ｓｏを臨む第２形態とする。これにより、外部センサ２００は、掘削作業において、バケット６の凹部６Ｃに対向するようになり、バケット６の凹部６Ｃに収容された土砂を良好に検出できる。そして、コントローラ９０は、外部センサ２００のバケット６の土砂の検出情報に基づき、バケット６に収容された土砂の量や形状を推定して、さらにバケット６に遮蔽された箇所の掘削状態を推定することが可能となる。

【0030】

例えば、コントローラ９０は、バケット６の第１形態から第２形態への移行動作について、バケット６により掘削対象の土砂を掘削した後に実行する。すなわち、コントローラ９０は、凹部６Ｃが内側の空間Ｓｉを臨んだ第１形態で土砂を掘削して凹部６Ｃに土砂を収容した後に、駆動機構２０によりバケット６を反転させる。これにより、ショベル支援システムＳＹＳは、第１形態で掘削したバケット６の凹部６Ｃの土砂を、第２形態において外部センサ２００に検出させることができる。以下、第１形態での掘削後にバケット６を第２形態に移行させるパターンを、掘削後回転パターンともいう。

【0031】

掘削後回転パターンでは、第１形態で掘削した土砂をこぼさないようにバケット６を回転させる。一例として、ショベル１００は、アーム５を鉛直方向に略平行な姿勢としつつ、バケット６の開口６Ｃｏが略水平となるバケット角とした後に、駆動機構２０によりバケット６を回転させる。なお、ショベル支援システムＳＹＳは、外部センサ２００により第２形態のバケット６の土砂を検出した後、バケット６を第１形態に戻して堆積場所（トラックの荷台等）に土砂を搬送してもよく、または第２形態のまま堆積場所に土砂を搬送してもよい。あるいは、ショベル支援システムＳＹＳは、土砂の搬送中にバケット６を第２形態から第１形態に戻してもよい。これにより、堆積場所において第１形態のバケット６から土砂をスムーズに排出することができる。

【0032】

また例えば、コントローラ９０は、バケット６の第１形態から第２形態への移行動作について、外部センサ２００が検出している掘削対象の土砂を掘削する前に実行してもよい。以下、第１形態のバケット６を掘削前に第２形態に移行するパターンを掘削前回転パターンという。

【0033】

掘削前回転パターンの一例として、コントローラ９０は、外部センサ２００の検出範囲内にバケット６が入ったか否かを判定し、検出範囲内にバケット６が入った場合に第１形態から第２形態へ移行することがあげられる。これにより、ショベル１００は、第２形態のバケット６を用いて掘削対象の土砂を掘削する一方で、外部センサ２００は、バケット６の周辺の掘削対象およびバケット６の凹部６Ｃ内の土砂を安定的に検出することが可能となる。よって、ショベル支援システムＳＹＳは、外部センサ２００により適切に検出を行いながら、運転支援（ショベル１００の掘削作業の支援）を継続できる。

【0034】

また掘削前回転パターンを実施した場合に、例えば、コントローラ９０は、外部センサ２００の検出範囲外にバケット６が移動すると、第２形態から第１形態に戻す動作を行ってもよい。これにより、堆積場所において第１形態のバケット６から土砂をスムーズに排出することができる。

【0035】

図３は、運転支援を行う際のコントローラ９０の機能ブロックを示すブロック図である。上記の動作を実行するために、コントローラ９０の内部には、検出情報取得部９１、掘削状態認識部９２、バケット形態認識部９３、支援制御部９４等が構築される。さらに、支援制御部９４の内部には、機体動作制御部９５、バケット切替判定部９６、バケット形態制御部９７、報知部９８が形成される。

【0036】

検出情報取得部９１は、外部センサ２００から検出情報を取得して、この検出情報をメモリに記憶すると共に、掘削状態認識部９２に出力する。

【0037】

掘削状態認識部９２は、取得した外部センサ２００の検出情報を処理して、掘削対象の状態、および／またはバケット６の凹部６Ｃの状態を認識する。掘削対象の状態としては、掘削対象の形状、位置（外部センサ２００からの距離、あるいはショベル１００からの距離）等があげられる。バケット６の凹部６Ｃの状態としては、凹部６Ｃに収容された土砂の量、形状等があげられる。また例えば、掘削前回転パターンを実行する場合に、掘削状態認識部９２は、外部センサ２００の検出範囲内にバケット６が入り込んだか否かを識別（判定）する機能を有してもよい。

【0038】

バケット形態認識部９３は、ショベル１００の適宜のセンサの情報を取得して、バケット６の形態（第１形態、第２形態、または他のロール角）を認識する。なお、バケット形態認識部９３は、バケット６の形態について外部センサ２００が検出する検出情報を利用してもよい。

【0039】

支援制御部９４は、掘削状態認識部９２やバケット形態認識部９３が認識した情報に基づき、ショベル１００における運転支援を実行する。運転支援において、支援制御部９４は、バケット６の第１形態から第２形態への移行動作、またはバケット６の第２形態から第１形態への移行動作を制御または案内する。

【0040】

機体動作制御部９５は、運転支援における下部走行体１、上部旋回体２およびアタッチメントＡＴ等の動作内容を設定し、設定した動作内容について出力装置１２に表示する、あるいは動作内容に基づき各種のアクチュエータを制御する等の処理を行う。なお、ショベル１００の運転支援では、種々のセンサの情報を利用して動作内容を設定し得ることは勿論である。

【0041】

バケット切替判定部９６は、認識したショベル１００の形態や外部センサ２００の検出情報に基づき、バケット６の姿勢について判定する。そして、バケット切替判定部９６は、第１形態において第１切替条件の成立を判定すると、第１形態から第２形態への移行を決定する。例えば、掘削後回転パターンを実施する場合の第１切替条件としては、第１形態のバケット６をアームイン側に移動させて掘削対象を掘削する動作を１回以上行う、重量センサによりバケット６の土砂の重量変化を検出する等があげられる。一方、掘削前回転パターンを実施する場合の第１切替条件としては、第１形態のバケット６を外部センサ２００により検出する（外部センサ２００の検出範囲内にバケット６が進入する）ことがあげられる。

【0042】

掘削前回転パターンの上記の判定を行うため、バケット切替判定部９６は、例えば、バケット６と外部センサ２００との相対的な位置を監視する位置監視部９６ａを備える。位置監視部９６ａは、予め保有する外部センサ２００の位置、ショベル１００の測位センサによるショベル１００の位置、ショベル１００の姿勢検出センサの検出情報に基づき、外部センサ２００とバケット６の相対位置を監視する。

【0043】

図４は、ショベル１００のバケット６の形態と外部センサ２００の検出範囲との関係を示す平面図であり、図４（Ａ）は第１例を示す図、図４（Ｂ）は第２例を示す図、図４（Ｃ）は第３例を示す図、図４（Ｄ）は第４例を示す図である。例えば図４（Ａ）に示すように、ショベル１００が外部センサ２００の検出部に対向する位置にあり、また外部センサ２００の検出範囲内にバケット６がある場合、第１形態のバケット６では掘削対象の状態およびバケット６の凹部６Ｃの状態が分からなくなる。このため、ショベル１００は、バケット６を第２形態とすることで、外部センサ２００の検出を良好に実施させることができる

【0044】

一方、図４（Ｂ）に示すように、ショベル１００が外部センサ２００の検出部に対向する位置にある一方で、アタッチメントＡＴが掘削対象から離れた角度になった場合、外部センサ２００は、掘削対象を良好に検出できる。したがって、ショベル１００は、バケット６を第１形態とすることで、掘削作業を効率的に進めることができる。なお、図４（Ｂ）の状態で、仮に外部センサ２００の検出範囲にバケット６が入ったとしても、ショベル１００は、バケット６の第１形態を継続する。したがって、バケット６の第１切替条件の判定では、ショベル１００と外部センサ２００の相対位置を判定すると共に、平面視における外部センサ２００の検出軸（光軸）に対するアタッチメントＡＴの角度を判定することが好ましい。

【0045】

これにより、図４（Ｃ）に示すように、ショベル１００が外部センサ２００の検出部に対向する位置にある一方で、外部センサの検出軸に対してアタッチメントＡＴの角度が傾斜した場合でも、バケット６を第２形態として掘削を行うことができる。また、図４（Ｄ）に示すように、ショベル１００の上部旋回体２が外部センサ２００の検出範囲外にある一方で、バケット６が検出範囲内にある場合でも、バケット６を第２形態として掘削を行うことができる。

【0046】

図３に戻り、バケット切替判定部９６は、第２形態において第２切替条件の成立を判定すると、第２形態から第１形態への移行を決定する。例えば、掘削後回転パターンを実施する場合の第２切替条件としては、第２形態のバケット６の凹部６Ｃの土砂について外部センサ２００の検出が終了する、バケット６の土砂を排出する移動を開始する（または移動中となる）等があげられる。一方、掘削前回転パターンを実施する場合の第２切替条件としては、外部センサ２００において第２形態のバケット６が非検出となる（外部センサ２００の検出範囲外にバケット６が移動する）ことがあげられる。なお、第１切替条件や第２切替条件としては、この他にも操作者による切替操作を採用してよい。

【0047】

バケット形態制御部９７は、バケット切替判定部９６の判定結果に基づき駆動機構２０の動作を制御することで、バケット６の姿勢（第１形態、第２形態）を設定する。バケット形態制御部９７は、バケット６の凹部６Ｃ内に土砂がある場合に、機体動作制御部９５による上部旋回体２の旋回やアタッチメントＡＴの動作と連動することで、バケット６を回転させて第１姿勢および第２姿勢を切り替える。これにより、バケット６に収容された土砂がこぼれることを防止できる。

【0048】

報知部９８は、バケット６の第１形態および第２形態を切り替える場合に、その旨の情報を出力装置１２に送信することで、操作者にバケット６の姿勢の切り替えを報知する。これにより、操作者は、バケット６の姿勢の切り替えを迅速に認識できる。例えば、第１形態から第２形態への移行が報知された場合に、操作者は、バケット６の姿勢の切替停止操作（あるいは、第１形態に戻す操作）を行うことで、第１形態のまま掘削を継続することができる。

【0049】

実施形態に係るショベル支援システムＳＹＳおよびショベル１００は、基本的には以上のように構成され、以下その動作方法について図５を参照しながら説明する。図５は、ショベル１００のバケット６の動作方法を示すフローチャートである。なお、以下では、ショベル１００により掘削前回転パターンを行い、かつ掘削作業を自動制御する場合について説明する。

【0050】

ショベル１００は、掘削作業において、第１形態に設定したバケット６により掘削対象を掘削しようとしている。ショベル支援システムＳＹＳは、この掘削作業時において、図５に示すようなバケット６の動作方法を行う。バケット６の動作方法のステップＳ１０１～Ｓ１０８は、コントローラ９０の制御下に実行される。

【0051】

具体的には、コントローラ９０は、掘削作業時に、位置監視部９６ａによりショベル１００と外部センサ２００との相対位置を監視している（ステップＳ１０１）。

【0052】

そして、バケット切替判定部９６は、第１切替条件が成立したか否か、例えば外部センサ２００の検出範囲内にバケット６が入ったか否かを判定する（ステップＳ１０２）。バケット６が外部センサ２００の検出範囲外にある場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、コントローラ９０は、バケット６の第１形態を継続する（ステップＳ１０３）。そしてステップＳ１０１に戻り、位置監視部９６ａによりショベル１００と外部センサ２００との相対位置の監視を継続する。一方、外部センサ２００の検出範囲内にバケット６が配置された場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）には、ステップＳ１０４に進む。

【0053】

ステップＳ１０４において、コントローラ９０のバケット形態制御部９７は、駆動機構２０の動作を制御してバケット６を回転させて、第１形態から第２形態に移行させる。これにより、バケット６の凹部６Ｃが外部センサ２００を臨むような姿勢となる。

【0054】

コントローラ９０の機体動作制御部９５は、第２形態のバケット６により掘削対象の掘削を制御する（ステップＳ１０５）。この際、コントローラ９０は、検出情報取得部９１によりバケット６の周辺の掘削対象の地形、およびバケット６の凹部６Ｃ内の土砂を検出した外部センサ２００の検出情報を取得することで、この検出情報に基づきバケット６の動作を適切に制御できる。

【0055】

コントローラ９０の位置監視部９６ａは、第２形態のバケット６による掘削時も、バケット６と外部センサ２００との相対位置を監視する（ステップＳ１０６）。そして、バケット切替判定部９６は、第２切替条件が成立したか否か、すなわち第２形態のバケット６を第１形態に移行するか否かを判定する（ステップＳ１０７）。例えば、外部センサ２００の検出範囲内にバケット６がある場合、バケット切替判定部９６は、第２形態の継続を判定し（ステップＳ１０７：ＮＯ）、ステップＳ１０５に戻る。

【0056】

一方、バケット６が外部センサ２００の検出範囲外の掘削を行う等の場合、バケット切替判定部９６は、第２形態から第１形態に戻すことを判定する（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）。これにより、コントローラ９０のバケット形態制御部９７は、駆動機構２０の動作を制御してバケット６を回転させて、第２形態から第２形態に移行させる（ステップＳ１０８）。その結果、外部センサ２００の検出範囲外では、第１形態のバケット６により掘削をスムーズに進めることができる。

【0057】

以上のように、実施形態に係るショベル１００、およびショベル支援システムＳＹＳは、外部センサ２００の検出範囲内においてバケット６を第２形態として、外部センサ２００の検出情報に基づきショベル１００を適切に制御できる。これにより、作業現場のショベル１００の各々に高額なセンサを適用する必要がなくなり、掘削作業全体にかかるコストを抑制できる。しかも、外部センサ２００がバケット６の周辺の掘削対象の状態およびバケット６の凹部６Ｃの状態を検出することで、ショベル１００による掘削対象の掘削を効率的に行うことができる。

【0058】

なお、ショベル１００、およびショベル支援システムＳＹＳは、上記の実施形態に限定されず、種々の変形例をとり得る。例えば、ショベル１００は、駆動機構２０を備えずに、作業者によるアーム５へのバケット６の取り付けにおいて、当該バケット６の第１形態および第２形態を切り替えてもよい（ローテータに代えてクイックカプラを搭載した構成でもよい）。この場合でも、外部センサ２００の検出範囲内においてバケット６が第２形態となっていることで、外部センサ２００は、バケット６の周辺の掘削対象の状態およびバケット６の凹部６Ｃの状態を良好に検出できる。コントローラ９０は、この外部センサ２００の検出情報を処理することで、ショベル１００の運転支援を適切に実行することが可能となる。

【0059】

また例えば、ショベル１００、およびショベル支援システムＳＹＳは、掘削作業時のバケット６の姿勢について１８０°反転させる構成に限定されない。例えば、外部センサ２００の検出軸に対してアタッチメントＡＴの角度が傾斜している場合に、コントローラ９０および駆動機構２０は、第２形態において外部センサ２００の検出部に対向するようにバケット６のロール角を調整してもよい。

【0060】

以上の実施形態で説明した本開示の技術的思想および効果について以下に記載する。

【0061】

本開示の第１の態様に係るショベル１００は、下部走行体１と、下部走行体１に旋回可能に設けられる上部旋回体２と、上部旋回体２に設けられ、バケット６を保持するアタッチメントＡＴと、バケット６が掘削する掘削対象を検出する外部センサ２００の検出情報を受信して、当該検出情報を処理する制御部（コントローラ９０）と、を備え、アタッチメントＡＴは、バケット６の保持状態で、当該バケット６の凹部６ＣがアタッチメントＡＴの内側の空間Ｓｉに向かう第１形態と、当該バケット６の凹部６ＣがアタッチメントＡＴの外側の空間Ｓｏに向かう第２形態と、を選択的にとることが可能であり、バケット６は、外部センサ２００の検出範囲内において第２形態となっている。

【0062】

上記によれば、ショベル１００は、外部センサ２００の検出範囲において第２形態となっていることで、掘削作業にかかるコストを抑制しながら、掘削対象の状態およびバケット６の状態を容易に検出できる。すなわち、外部センサ２００を適用することで、作業現場の複数のショベル１００毎に高額なセンサを搭載しなくてもよくなり、コストを低減できる。また、外部センサ２００を用いた場合に生じるバケット６によるオクルージョンは、バケット６を第２形態とすることで解消できる。これにより、ショベル１００は、外部センサ２００の正確な検出情報を用いて、掘削作業を進める（例えば、運転支援を行う）ことができる。

【0063】

また、バケット６を回転させることで、第１形態と第２形態とに切り替え可能な駆動機構２０を備え、制御部（コントローラ９０）は、外部センサ２００の位置およびバケット６の位置に基づき、駆動機構２０を制御して第１形態および第２形態を切り替える。これにより、ショベル１００は、バケット６の姿勢を容易に切り替えることが可能となる。

【0064】

また、制御部（コントローラ９０）は、第１形態のバケット６が外部センサ２００の検出範囲内に位置するか否かを判定し、バケット６が外部センサ２００の検出範囲内に位置する場合に、第１形態から第２形態に移行させる。これにより、ショベル１００は、外部センサ２００の検出範囲内においてバケット６を確実に第２形態とすることができ、外部センサ２００による検出を良好に行うことができる。

【0065】

また、制御部（コントローラ９０）は、第２形態のバケット６が外部センサ２００の検出範囲外に位置するか否かを判定し、バケット６が外部センサ２００の検出範囲外に位置する場合に、第２形態から第１形態に移行させる。これにより、ショベル１００は、外部センサ２００の検出範囲外においてバケット６を第１形態に円滑に戻すことができる。

【0066】

また、制御部（コントローラ９０）は、バケット６の第１形態と第２形態との切り替えを出力装置１２に報知する。これにより、ショベル１００の操作者は、バケット６の姿勢の切り替えを迅速に認識できる。

【0067】

また、制御部（コントローラ９０）は、外部センサ２００の検出情報に基づきアタッチメントＡＴの動作を支援する。これにより制御部の運転支援において、ショベル１００は、第２形態のバケット６に対する外部センサ２００の検出情報を利用でき、掘削作業を精度よく実行することができる。

【0068】

また、本開示の第２の態様は、下部走行体１と、下部走行体１に旋回可能に設けられる上部旋回体２と、上部旋回体２に設けられ、バケット６を保持するアタッチメントＡＴと、を備えるショベル１００と、バケット６が掘削する掘削対象を検出する外部センサ２００と、外部センサ２００の検出情報を受信して、当該検出情報を処理する制御部（コントローラ９０）と、を含むショベル支援システムＳＹＳであって、アタッチメントＡＴは、バケット６の保持状態で、当該バケット６の凹部６ＣがアタッチメントＡＴの内側の空間Ｓｉに向かう第１形態と、当該バケット６の凹部６ＣがアタッチメントＡＴの外側の空間Ｓｏに向かう第２形態と、を選択的にとることが可能であり、バケット６は、外部センサ２００の検出範囲内において第２形態となっている。この場合でもショベル支援システムＳＹＳは、掘削作業にかかるコストを抑制しながら、掘削対象の状態およびバケット６の状態を容易に検出できる。

【0069】

今回開示された実施形態に係るショベル１００、およびショベル支援システムＳＹＳは、すべての点において例示であって制限的なものではない。実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形および改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0070】

１ 下部走行体
２ 上部旋回体
６ バケット
６Ｃ 凹部
１２ 出力装置
２０ 駆動機構
９０ コントローラ
１００ ショベル
２００ 外部センサ
ＡＴ アタッチメント

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】