特開 2024-166637 制御装置、掘削装置、制御方法及びプログラム

(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】P2024166637

(43)【公開日】2024-11-29

(54)【発明の名称】制御装置、掘削装置、制御方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/22 20060101AFI20241122BHJP

【ＦＩ】

E02F9/22 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023082853

(22)【出願日】2023-05-19

(71)【出願人】

【識別番号】518317052

【氏名又は名称】株式会社ＤｅｅｐＸ

(74)【代理人】

【識別番号】110004222

【氏名又は名称】弁理士法人創光国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100166006

【弁理士】

【氏名又は名称】泉 通博

(74)【代理人】

【識別番号】100154070

【弁理士】

【氏名又は名称】久恒 京範

(74)【代理人】

【識別番号】100153280

【弁理士】

【氏名又は名称】寺川 賢祐

(72)【発明者】

【氏名】那須野 薫

(72)【発明者】

【氏名】那須野 僚輔

(72)【発明者】

【氏名】ダリー キリアン

(72)【発明者】

【氏名】高橋 将文

(72)【発明者】

【氏名】呂 紹安

(72)【発明者】

【氏名】フランプトン ジャック マーカス

【テーマコード（参考）】

2D003

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB03

2D003AB04

2D003BA02

2D003BB12

2D003CA02

2D003DA02

2D003DA04

2D003DB02

2D003DB04

2D003DB07

2D003FA02

(57)【要約】

【課題】掘削反力の算出値によらず掘削装置を制御する。
【解決手段】制御装置１は、掘削装置２が土を掘削するバケット２１を駆動するための油圧を取得する油圧取得部１３１と、掘削装置２に制御データを送信することにより掘削装置２を制御する制御部１３４と、を有し、制御部１３４は、油圧取得部１３１が取得した油圧が閾値以上の状態が第１所定時間以上継続した場合に、バケット２１の位置を変更するための変更制御データを掘削装置２に送信する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

土を掘削する掘削装置を制御する制御装置であって、
前記掘削装置が土を掘削する掘削部を駆動するための油圧を取得する油圧取得部と、
前記掘削装置に制御データを送信することにより前記掘削装置を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記油圧取得部が取得した油圧が閾値以上の状態が第１所定時間以上継続した場合に、前記掘削部の位置を変更するための変更制御データを前記掘削装置に送信する、
制御装置。

【請求項2】

前記掘削装置の姿勢を示す姿勢データを取得する姿勢データ取得部をさらに有し、
前記制御部は、前記油圧取得部が取得した油圧が閾値以上の状態が第１所定時間以上継続し、かつ前記姿勢データが示す前記掘削装置の姿勢が同一の状態で第２所定時間以上継続した場合に、前記変更制御データを前記掘削装置に送信する、
請求項１に記載の制御装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記掘削部が結合されたアームに対する前記掘削部の角度を変更するための前記変更制御データを送信する、
請求項２に記載の制御装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記掘削部が結合されたアームの角度を変更するための前記変更制御データを送信する、
請求項２又は３に記載の制御装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記姿勢データが示す前記掘削装置の姿勢が同一の状態で第２所定時間以上継続し、かつ前記油圧取得部が取得した油圧が閾値以上の状態が第１所定時間未満の間継続した後に前記閾値未満の状態に変化した場合に、油圧が前記閾値以上の状態になるようにするための前記制御データを出力する、
請求項２に記載の制御装置。

【請求項6】

前記制御部は、前記姿勢データが示す前記掘削装置の姿勢が同一の状態で第２所定時間以上継続し、かつ前記油圧取得部が取得した油圧が閾値以上の状態が第１所定時間未満しか継続していない場合に、前記変更制御データを前記掘削装置に送信することなく前記変更制御データ以外のデータを出力する、
請求項２に記載の制御装置。

【請求項7】

前記掘削装置の油圧と、前記掘削装置の姿勢と、前記掘削装置に実行させる動作内容とが関連付けられた動作内容データを記憶する記憶部をさらに有し、
前記制御部は、前記油圧取得部が取得した油圧と、前記姿勢データ取得部が取得した前記姿勢データに対応する姿勢との組み合わせに前記動作内容データにおいて関連付けられた動作内容に対応する前記変更制御データを前記掘削装置に送信する、
請求項２に記載の制御装置。

【請求項8】

前記動作内容データは、前記掘削装置に実行させる動作内容として、前記掘削部が移動する軌道を含んでおり、
前記制御部は、前記動作内容データにおいて前記組み合わせに関連付けられた軌道で前記掘削部を移動させるための前記変更制御データを前記掘削装置に送信する、
請求項７に記載の制御装置。

【請求項9】

前記掘削部が掘削した土の量を取得する土量取得部をさらに有し、
前記制御部は、前記油圧取得部が取得した油圧が前記閾値未満であり、かつ前記土量取得部が取得した量が基準量未満である場合に、前記変更制御データを前記掘削装置に送信する、
請求項１に記載の制御装置。

【請求項10】

前記制御部は、前記掘削部が目標の掘削深度に到達した場合に、水平方向における前記掘削部の掘削位置を変更するための前記変更制御データを前記掘削装置に送信する、
請求項１に記載の制御装置。

【請求項11】

土を掘削する掘削装置を制御する制御装置であって、
前記掘削装置が土を掘削する掘削部を駆動するための駆動力を発生する電動機が発生している駆動力の大きさを示す駆動力値を取得する取得部と、
前記掘削装置に制御データを送信することにより前記掘削装置を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記取得部が取得した駆動力値が閾値以上の状態が第１所定時間以上継続した場合に、前記掘削部の位置を変更するための変更制御データを前記掘削装置に送信する、
制御装置。

【請求項12】

土を掘削する掘削部と、
前記掘削部を駆動するための油圧を発生する油圧発生部と、
前記油圧発生部に制御データを送信することにより前記掘削部を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記油圧発生部が発生した油圧が閾値以上の状態が第１所定時間以上継続した場合に、前記掘削部の位置を変更するための変更制御データを前記油圧発生部に送信する、
掘削装置。

【請求項13】

土を掘削する掘削部と、
前記掘削部を駆動するための駆動力を発生する電動機と、
前記電動機に制御データを送信することにより前記掘削部を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記電動機が発生した駆動力が閾値以上の状態が第１所定時間以上継続した場合に、前記掘削部の位置を変更するための変更制御データを前記電動機に送信する、
掘削装置。

【請求項14】

コンピュータが実行する、
土を掘削する掘削装置が土を掘削する掘削部を駆動するための油圧を取得するステップと、
取得した油圧が閾値以上の状態が第１所定時間以上継続した場合に、前記掘削部の位置を変更するための変更制御データを前記掘削装置に送信するステップと、
を有する制御方法。

【請求項15】

コンピュータに、
土を掘削する掘削装置が土を掘削する掘削部を駆動するための油圧を取得するステップと、
取得した油圧が閾値以上の状態が第１所定時間以上継続した場合に、前記掘削部の位置を変更するための変更制御データを前記掘削装置に送信するステップと、
を実行させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、制御装置、掘削装置、制御方法及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、土砂を掘削するための装置が知られている。特許文献１に記載された建設機械は、バケットに作用する土砂の掘削反力が上限値よりも大きい場合に掘削動作の内容の変更の要否を判定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５５１９４１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

掘削反力を算出するためには、各種のパラメータが使用される。これらのパラメータの一部に誤差があると、掘削反力の算出値が不適切な値になってしまう。その結果、建設機械の動作内容が適切に変更されない場合が生じるという問題があった。

【0005】

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、掘削反力の算出値によらず掘削装置を制御できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の態様の制御装置は、土を掘削する掘削装置を制御する制御装置であって、前記掘削装置が土を掘削する掘削部を駆動するための油圧を取得する油圧取得部と、前記掘削装置に制御データを送信することにより前記掘削装置を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記油圧取得部が取得した油圧が閾値以上の状態が第１所定時間以上継続した場合に、前記掘削部の位置を変更するための変更制御データを前記掘削装置に送信する。

【0007】

前記制御装置は、前記掘削装置の姿勢を示す姿勢データを取得する姿勢データ取得部をさらに有し、前記制御部は、前記油圧取得部が取得した油圧が閾値以上の状態が第１所定時間以上継続し、かつ前記姿勢データが示す前記掘削装置の姿勢が同一の状態で第２所定時間以上継続した場合に、前記変更制御データを前記掘削装置に送信してもよい。

【0008】

前記制御部は、前記掘削部が結合されたアームに対する前記掘削部の角度を変更するための前記変更制御データを送信してもよい。前記制御部は、前記掘削部が結合されたアームの角度を変更するための前記変更制御データを送信してもよい。

【0009】

前記制御部は、前記姿勢データが示す前記掘削装置の姿勢が同一の状態で第２所定時間以上継続し、かつ前記油圧取得部が取得した油圧が閾値以上の状態が第１所定時間未満の間継続した後に前記閾値未満の状態に変化した場合に、油圧が前記閾値以上の状態になるようにするための前記制御データを出力してもよい。

【0010】

前記制御部は、前記姿勢データが示す前記掘削装置の姿勢が同一の状態で第２所定時間以上継続し、かつ前記油圧取得部が取得した油圧が閾値以上の状態が第１所定時間未満しか継続していない場合に、前記変更制御データを前記掘削装置に送信することなく前記変更制御データ以外のデータを出力してもよい。

【0011】

前記制御装置は、前記掘削装置の油圧と、前記掘削装置の姿勢と、前記掘削装置に実行させる動作内容とが関連付けられた動作内容データを記憶する記憶部をさらに有し、前記制御部は、前記油圧取得部が取得した油圧と、前記姿勢データ取得部が取得した前記姿勢データに対応する姿勢との組み合わせに前記動作内容データにおいて関連付けられた動作内容に対応する前記変更制御データを前記掘削装置に送信してもよい。

【0012】

前記動作内容データは、前記掘削装置に実行させる動作内容として、前記掘削部が移動する軌道を含んでおり、前記制御部は、前記動作内容データにおいて前記組み合わせに関連付けられた軌道で前記掘削部を移動させるための前記変更制御データを前記掘削装置に送信してもよい。

【0013】

前記制御装置は、前記掘削部が掘削した土の量を取得する土量取得部をさらに有し、前記制御部は、前記油圧取得部が取得した油圧が前記閾値未満であり、かつ前記土量取得部が取得した量が基準量未満である場合に、前記変更制御データを前記掘削装置に送信してもよい。

【0014】

前記制御部は、前記掘削部が目標の掘削深度に到達した場合に、水平方向における前記掘削部の掘削位置を変更するための前記変更制御データを前記掘削装置に送信してもよい。

【0015】

本発明の第２の態様の制御装置は、土を掘削する掘削装置を制御する制御装置であって、前記掘削装置が土を掘削する掘削部を駆動するための駆動力を発生する電動機が発生している駆動力の大きさを示す駆動力値を取得する取得部と、前記掘削装置に制御データを送信することにより前記掘削装置を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記取得部が取得した駆動力値が閾値以上の状態が第１所定時間以上継続した場合に、前記掘削部の位置を変更するための変更制御データを前記掘削装置に送信する。

【0016】

本発明の第３の態様の掘削装置は、土を掘削する掘削部と、前記掘削部を駆動するための油圧を発生する油圧発生部と、前記油圧発生部に制御データを送信することにより前記掘削部を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記油圧発生部が発生した油圧が閾値以上の状態が第１所定時間以上継続した場合に、前記掘削部の位置を変更するための変更制御データを前記油圧発生部に送信する。

【0017】

本発明の第４の態様の掘削装置は、土を掘削する掘削部と、前記掘削部を駆動するための駆動力を発生する電動機と、前記電動機に制御データを送信することにより前記掘削部を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記電動機が発生した駆動力が閾値以上の状態が第１所定時間以上継続した場合に、前記掘削部の位置を変更するための変更制御データを前記電動機に送信する。

【0018】

本発明の第５の態様の制御方法は、コンピュータが実行する、土を掘削する掘削装置が土を掘削する掘削部を駆動するための油圧を取得するステップと、取得した油圧が閾値以上の状態が第１所定時間以上継続した場合に、前記掘削部の位置を変更するための変更制御データを前記掘削装置に送信するステップと、を有する。

【0019】

本発明の第６の態様のプログラムは、コンピュータに、土を掘削する掘削装置が土を掘削する掘削部を駆動するための油圧を取得するステップと、取得した油圧が閾値以上の状態が第１所定時間以上継続した場合に、前記掘削部の位置を変更するための変更制御データを前記掘削装置に送信するステップと、を実行させる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、掘削反力の算出値によらず掘削装置を制御できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】掘削システムＳの概要を説明するための図である。

【図2】制御装置１の構成を示す図である。

【図3】動作内容データの一例を示す図である。

【図4】動作内容データの他の例を示す図である。

【図5】制御部１３４が油圧と姿勢データとに基づいて掘削装置２を制御する処理のフローチャートである。

【図6】スタック解放処理（Ｓ１５）の流れを示すフローチャートである。

【図7】制御部１３４が油圧と土量とに基づいて掘削装置２を制御する処理のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

［掘削システムＳの概要］
図１は、掘削システムＳの概要を説明するための図である。掘削システムＳは、土砂Ｔを掘削するためのシステムである。土砂Ｔは、非人工的な土砂であってもよく、人工的に作成された盛り土であってもよい。図１（ａ）に示すように、掘削システムＳは、制御装置１と掘削装置２とを有する。掘削システムＳは、例えばニューマチックケーソン工法により構造物Ｂの下方の土砂Ｔを掘削するためのシステムである。

【0023】

制御装置１は、掘削装置２を制御するための装置であり、例えばコンピュータである。制御装置１は掘削装置２に搭載されていてもよいが、本明細書においては、掘削装置２が土砂Ｔを掘削する位置から離れた遠隔制御室に制御装置１が設置されている場合を例にして説明する。

【0024】

掘削装置２は、制御装置１の制御に基づいて土砂Ｔを掘削する。掘削装置２は、ケーブルＣ又は無線通信回線を介して制御装置１との間でデータを送受信する。掘削装置２は、例えば、掘削装置２に加えられている油圧、及び掘削装置２の各部の姿勢を示すデータを制御装置１に送信し、掘削装置２を動作させるための制御データを制御装置１から受信する。掘削装置２は、受信した制御データに基づいて各部の位置を変化させることにより土砂Ｔを掘削する。掘削装置２は、構造物Ｂと土砂Ｔとの間の空間の天井に設けられたレールＲに沿って移動する。

【0025】

掘削装置２は、バケット２１と、アーム２２と、ブーム２３と、バケットシリンダー２４と、アームシリンダー２５と、を有する。バケット２１は、土砂を掘削するための掘削部であり、角度を変えられる状態でアーム２２に結合している。アーム２２は、バケット２１とブーム２３との間に設けられており、角度を変えられる状態でブーム２３に結合されている。アーム２２は伸縮可能に構成されていてもよい。ブーム２３はレールＲに沿って移動可能な状態で、レールＲに結合されている。ブーム２３は、レールＲに対する角度を変えられる状態でレールＲに結合されていてもよい。

【0026】

バケットシリンダー２４は、一端がバケット２１に固定されており、他端がアーム２２に固定されている。アームシリンダー２５は、一端がアーム２２に固定されており、他端がブーム２３に固定されている。バケットシリンダー２４及びアームシリンダー２５は、油圧によって伸縮する。アーム２２は、伸縮するための油圧を発生する油圧発生部を含んでもよい。バケットシリンダー２４及びアームシリンダー２５は、それぞれを伸縮するための油圧を発生する油圧発生部を含んでもよい。

【0027】

油圧発生部は、制御装置１が送信する制御データに基づいて、アーム２２、バケットシリンダー２４及びアームシリンダー２５を伸縮させるための油圧を変化させる。油圧が変化することによりアーム２２、バケットシリンダー２４及びアームシリンダー２５が伸縮し、バケット２１及びアーム２２の角度が変化する。バケット２１の角度又はアーム２２の角度の少なくともいずれかが変化することにより、バケット２１が土砂Ｔを掘削することができる。

【0028】

図１（ｂ）は、掘削装置２の拡大図である。図１（ｂ）における位置Ａは、バケットシリンダー２４の一端がアーム２２に固定されている位置である。位置Ｂは、バケットシリンダー２４の他端がバケット２１に固定されている位置である。位置Ｃは、バケット２１が角度を変化させる際の回転中心の位置である。本明細書においては、レールＲからバケット２１の先端までの鉛直方向（すなわちレールＲの長手方向と直交する方向）の距離ｄを掘削深度という。また、図１（ｂ）における線分ＡＣと線分ＣＢとが成す角度θ（図１（ｃ）を参照）をバケット角度θという。

【0029】

［制御装置１の構成］
図２は、制御装置１の構成を示す図である。制御装置１は、通信部１１と、記憶部１２と、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１３と、を有する。ＣＰＵ１３は、油圧取得部１３１と、姿勢データ取得部１３２と、土量取得部１３３と、制御部１３４と、を有する。

【0030】

通信部１１は、掘削装置２との間でデータを送受信するための通信インターフェースを有する。通信部１１は、掘削装置２から受信した油圧を示すデータを油圧取得部１３１に入力する。通信部１１は、掘削装置２がすくい上げた土の量を示す土量データを土量取得部１３３に入力する。

【0031】

また、通信部１１は、掘削装置２から受信した掘削装置２の姿勢を示すデータを姿勢データ取得部１３２に入力する。姿勢を示すデータは、例えばアーム２２に対するバケット２１の角度、ブーム２３に対するアーム２２の角度、アーム２２の長さ、バケットシリンダー２４の長さ、又はアームシリンダー２５の長さの少なくともいずれかにより表される。

【0032】

通信部１１は、制御部１３４から入力された制御データを掘削装置２に送信する。制御データは、例えば、アーム２２、バケットシリンダー２４及びアームシリンダー２５を駆動するための油圧を増加させたり減少させたりするためのデータである。制御データは、油圧の目標値を示すデータであってもよい。

【0033】

記憶部１２は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶媒体を有する。記憶部１２は、ＣＰＵ１３が実行するプログラムを記憶する。また、記憶部１２は、ＣＰＵ１３が掘削装置２を制御するために使用する各種のデータを記憶する。

【0034】

記憶部１２は、例えば掘削装置２の油圧と、掘削装置２の姿勢と、掘削装置２に実行させる動作内容とが関連付けられた動作内容データを記憶する。記憶部１２は、油圧とバケット２１がすくった土の量と、掘削装置２に実行させる動作内容とが関連付けられた動作内容データを記憶してもよい。動作内容データは、プログラムにより記述されたデータであってもよい。動作内容データは、掘削装置２に実行させる動作内容として、バケット２１が移動する軌道を含んでいてもよい。

【0035】

図３は、動作内容データの一例を示す図である。図３に示す動作内容データにおいては、油圧と、同じ油圧が継続した時間と、掘削装置２の姿勢と、同じ姿勢が継続した時間と、動作内容とが関連付けられている。本明細書における「同じ姿勢」は、完全に同一の姿勢に限られず、バケット２１が振動していたり、バケット２１が微量しか動いていなかったり、バケット２１が土砂Ｔの反力に押し負けてアーム２２が伸びるにつれてバケット２１が回転してしまったりすることで、土をすくい取れない状態が継続している状態も含む。

【0036】

図４は、動作内容データの他の例を示す図である。図４に示す動作内容データにおいては、油圧と、バケット２１がすくった土の量と、バケット２１の角度と、動作内容とが関連付けられている。動作内容データにおいて、アーム２２の長さがさらに関連付けられていてもよい。ＣＰＵ１３がこれらの動作内容データを参照して実行する動作の詳細については後述する。

【0037】

記憶部１２は、掘削装置２が掘削するための動作の目標を示すデータをさらに記憶してもよい。目標を示すデータは、例えば、掘削装置２が作業をする空間における水平方向の目標位置を示すデータ、又は水平方向の位置それぞれにおいて目標とする掘削深度を示すデータである。

【0038】

続いてＣＰＵ１３について説明する。ＣＰＵ１３は、記憶部１２に記憶されたプログラムを実行することにより、油圧取得部１３１、姿勢データ取得部１３２、土量取得部１３３及び制御部１３４として機能する。

【0039】

油圧取得部１３１は、通信部１１を介して、掘削装置２のバケット２１を駆動するための油圧を取得する。油圧取得部１３１は、取得した油圧を制御部１３４に通知する。

【0040】

姿勢データ取得部１３２は、通信部１１を介して、掘削装置２の姿勢を示す姿勢データを取得する。姿勢データは、例えば、ブーム２３に対するアーム２２の角度、アーム２２の長さ又はバケットシリンダー２４の長さの少なくともいずれかを含む。姿勢データ取得部１３２は、取得した姿勢データを制御部１３４に通知する。

【0041】

土量取得部１３３は、バケット２１が掘削した土の量を取得する。土量取得部１３３は、例えば掘削装置２に設けられた重量センサにより計測された土の量、又は掘削装置２若しくは掘削装置２が動作する空間内に設けられたＬｉＤＡＲによって取得された点群データを処理することにより計測された土の量を示すデータを取得する。土量取得部１３３は、取得した土の量を制御部１３４に通知する。なお、土の量の計測には、ＬｉＤＡＲ以外の手段が用いられてもよく、ＬｉＤＡＲとＬｉＤＡＲ以外の手段の両方が用いられてもよい。

【0042】

制御部１３４は、掘削装置２に制御データを送信することにより掘削装置２を制御する。制御部１３４は、油圧取得部１３１から通知された油圧、姿勢データ取得部１３２から通知された掘削装置２の姿勢、及び土量取得部１３３から通知された土の量の少なくともいずれかに基づいて、掘削装置２の動作内容を決定する。

【0043】

制御部１３４は、油圧取得部１３１が取得した油圧が閾値以上の状態が第１所定時間以上継続した場合に、バケット２１の位置を変更するための変更制御データを掘削装置２に送信する。閾値は、例えば図３におけるＦ１であり、スタックが発生していない状態では発生しないと想定される油圧である。スタックは、バケット２１を駆動するための油圧を大きくしてもバケット２１が動かない状態である。第1所定時間は、スタックが発生していない場合には油圧が閾値以上の状態が継続しないと想定される時間であり、例えば２秒である。

【0044】

制御部１３４は、油圧が閾値以上の状態が第１所定時間以上継続した場合にスタックが発生したと判定する。この場合、制御部１３４は、スタックが発生した状態を解放するための動作を実行するようにバケット２１を制御する。具体的には、制御部１３４は、バケット２１の位置を浅くしたり、バケット２１が掘削する水平方向の位置を変更したりするための変更制御データを掘削装置２に送信する。

【0045】

より具体的には、制御部１３４は、バケット２１が結合されたアーム２２に対するバケット２１の角度であるバケット角度θを変更するための変更制御データを送信したり、バケット２１が結合されたアーム２２の角度又は長さを変更するための変更制御データを送信したりする。図１に示す例の場合、制御部１３４は、バケット角度θを小さくしたり、アーム２２がレールＲに近づくようにアーム２２の角度又は長さを変更したりする。

【0046】

制御部１３４は、アーム２２を短くするための変更制御データを送信してもよい。制御部１３４は、掘削装置２の水平方向の位置を変更するために、ブーム２３に対するアーム２２の角度を変更するための変更制御データを送信したり、レールＲにおけるブーム２３の位置を変更するための変更制御データを送信したりしてもよい。

【0047】

［油圧及び姿勢に基づく制御］
制御部１３４は、油圧取得部１３１が取得した油圧と掘削装置２の姿勢とに基づいて掘削装置２を制御してもよい。制御部１３４は、例えば、予め定められたバケットシリンダー２４の長さとバケット角度θとの関係を示すデータを参照し、姿勢データが示すバケットシリンダー２４の長さに対応するバケット角度θを特定することにより、掘削装置２の姿勢を特定する。

【0048】

一例として、制御部１３４は、油圧取得部１３１が取得した油圧が閾値以上の状態が第１所定時間以上継続し、かつ姿勢データが示す掘削装置２の姿勢が同一の状態で第２所定時間以上継続した場合に、スタックが発生したと判定し、バケット２１の位置を変更するための変更制御データを掘削装置２に送信する。第２所定時間は、スタックが発生していない場合、又は掘削装置２が故障していない場合に掘削装置２の姿勢が同一の状態が継続しないと想定される時間であり、例えば第１所定時間よりも長い３秒である。制御部１３４がこのように掘削装置２の姿勢を用いてスタックが発生したか否かを判定することで、油圧が閾値以上の状態でありながらも、少しずつ掘削方向にバケット２１が動いている場合に、スタックが発生したと誤判定することを防げる。

【0049】

第２所定時間は、第１所定時間以下の１秒であってもよい。第２所定時間がこのように設定されていることで、バケット２１が掘削している場所の土砂が硬いことによりバケット２１の移動速度が徐々に低下し、油圧が閾値以上になってからバケット２１が動かなくなった場合に、第1所定時間が経過した時点で、制御部１３４が速やかに掘削装置２をスタック状態から解放することができる。第２所定時間は、固定された時間であってもよく、掘削装置２が掘削する土砂Ｔの特性に基づいて掘削装置２のユーザにより設定された時間であってもよい。

【0050】

制御部１３４は、油圧取得部１３１が取得した油圧が閾値以上の状態が第１所定時間以上継続し、かつ姿勢データが示す掘削装置２の姿勢が同一の状態で第２所定時間以上継続したことに加えて、鉛直方向におけるバケット２１の掘削位置が基準位置よりも浅いことを条件として、スタックが発生したと判定してもよい。この場合、制御部１３４は、バケット２１が掘削する水平方向の位置を変更したり、掘削装置２の動作を停止させたりするための変更制御データを掘削装置２に送信する。制御部１３４は、異常な状態が発生したことをディスプレイに表示したり、掘削装置２の管理者が使用する情報端末に警報データを送信したりしてもよい。

【0051】

掘削装置２の姿勢が同一の状態で第２所定時間以上継続したとしても、スタックの状態が解放されて油圧が下がるという場合がある。このような場合に掘削装置２が土砂Ｔを掘削することができるように、制御部１３４は、姿勢データが示す掘削装置２の姿勢が同一の状態で第２所定時間以上継続し、かつ油圧取得部１３１が取得した油圧が閾値以上の状態が第１所定時間未満の間継続した後に閾値未満の状態に変化した場合に、油圧が閾値以上の状態（例えば、許容される最大値）になるようにするための制御データを出力してもよい。

【0052】

ただし、油圧が閾値以上に達していないにもかかわらず掘削装置２の姿勢が長時間にわたって変化していないという場合、掘削装置２に故障が発生しているというおそれがある。そこで、制御部１３４は、姿勢データが示す掘削装置２の姿勢が同一の状態で第２所定時間以上継続し、かつ油圧取得部１３１が取得した油圧が閾値以上の状態が第１所定時間未満しか継続していない場合に、変更制御データを掘削装置２に送信することなく変更制御データ以外のデータを出力してもよい。変更制御データ以外のデータは、例えば掘削装置２の管理者に通知する警告データ、又は掘削装置２に搭載された警告灯を点滅させるためのデータである。

【0053】

制御部１３４は、油圧が閾値以上の状態が第１所定時間未満の間継続した後に閾値未満の状態に変化した場合、油圧を閾値以上の状態になるようにするための変更制御データを出力した後にも掘削装置２の姿勢が変化しないことを条件として、変更制御データ以外の警告データ等を出力してもよい。制御部１３４がこのように動作することで、油圧が閾値未満になった後に油圧を変化させることに応じて掘削装置２の姿勢が変化するかどうかを試してから故障しているか否かを判定できるので、故障していると誤判定する確率を下げることができる。

【0054】

制御部１３４は、図３に示す動作内容データを参照して、通知された油圧及び姿勢に対応する動作内容を決定してもよい。すなわち、制御部１３４は、油圧取得部１３１が取得した油圧と、姿勢データ取得部が取得した姿勢データに対応する姿勢との組み合わせに動作内容データにおいて関連付けられた動作内容に対応する変更制御データを掘削装置２に送信する。動作内容データに、掘削装置２に実行させる動作内容として、バケット２１が移動する軌道を示すデータが含まれている場合、制御部１３４は、動作内容データにおいて組み合わせに関連付けられた軌道でバケット２１を移動させるための変更制御データを掘削装置２に送信してもよい。

【0055】

具体的には、制御部１３４は、油圧が油圧閾値（Ｆ１）以上でありながらも、掘削装置２の姿勢が第２所定時間（Ｔ２）以内に変化している場合には、掘削装置２が正常に動作していると判定して、掘削装置２に動作を継続させる。この場合、制御部１３４は、例えば掘削装置２に土砂Ｔを掘削させるための制御データを定期的に送信する。制御部１３４は、油圧が油圧閾値（Ｆ１）以上の状態が第１所定時間（Ｔ１）以内しか継続していないながらも、姿勢が変化していない状態が第２所定時間（Ｔ２）以上継続している場合、警告データを出力する。

【0056】

制御部１３４は、油圧が油圧閾値（Ｆ１）以上の状態が第１所定時間（Ｔ１）以上継続し、かつ姿勢が変化しない状態が第２所定時間（Ｔ２）以上継続している場合、スタックが発生したと判定し、例えばバケット２１が移動する軌道を浅くするための変更制御データを掘削装置２に送信する。動作内容データに、油圧と姿勢の状態によって異なる軌道が関連付けられている場合、制御部１３４は、油圧と姿勢の状態に対応する軌道でバケット２１を移動させるための変更制御データを掘削装置２に送信する。

【0057】

制御部１３４は、油圧が油圧閾値（Ｆ１）未満であり、かつ姿勢に変化が生じている間は、正常な状態であると判定して、掘削装置２に動作を継続させる。制御部１３４は、油圧が油圧閾値（Ｆ１）未満でありながらも、姿勢が変化していない状態が第２所定時間（Ｔ２）以上継続している場合、警告データを出力する。

【0058】

［油圧及び土量に基づく制御］
スタックが発生しておらず、バケット２１がすくった土の量が少ないという場合がある。このような場合には、掘削できる土砂がある位置に掘削装置２がないという状況、又は掘削装置２が故障している状況が発生した可能性がある。そこで、制御部１３４は、油圧取得部１３１が取得した油圧が油圧閾値（Ｆ１）未満であり、かつ土量取得部１３３が取得した量が土量基準量未満である場合に、変更制御データを掘削装置２に送信する。基準量は、土を掘削できる位置で掘削装置２が掘削動作をしている場合にバケット２１がすくうことができると想定される土の量である。

【0059】

制御部１３４は、例えば記憶部１２に記憶された、図４に示す動作内容データに基づいて、油圧及び土量に基づく掘削装置２の制御を実行する。油圧が油圧閾値（Ｆ１）未満であり、土量が土量基準値（Ｖ１）以上である場合、制御部１３４は、掘削装置２が正常に土砂Ｔを掘削できていると判定して、掘削装置２に掘削動作を継続させる。油圧が油圧閾値（Ｆ１）未満であり、土量が土量基準値（Ｖ１）未満であり、バケット角度θが角度限界値（Ａ１）に達していない場合、より深くバケット２１を土砂Ｔに差し込むことができるように、制御部１３４は、バケット角度θを小さくするための変更制御データを掘削装置２に送信する。角度限界値（Ａ１）は、例えば図１に示すバケット角度θの最小値である。制御部１３４は、より深くバケット２１を土砂Ｔに差し込むことができるように、アーム２２を長くするための変更制御データを掘削装置２に送信してもよい。

【0060】

油圧が油圧閾値（Ｆ１）未満であり、土量が土量基準値（Ｖ１）未満であり、バケット角度θが角度限界値（Ａ１）に達している場合、制御部１３４は、掘削装置２の位置においてバケット２１がこれ以上土砂Ｔを掘削することができないと判定して、掘削装置２の水平方向の掘削位置を変更するための変更制御データを掘削装置２に送信する。制御部１３４は、バケット角度θ及びアーム２２の長さが限界値に達していることを条件として、掘削装置２の水平方向の掘削位置を変更するための変更制御データを掘削装置２に送信してもよい。

【0061】

油圧が油圧閾値（Ｆ１）以上であり、土量が土量基準値（Ｖ１）以上である場合、制御部１３４は掘削装置２が正常に動作していると判定して、掘削装置２に掘削動作を継続させる。ただし、制御部１３４は、掘削装置２の姿勢と図３に示した動作内容データとに基づいて掘削動作を継続させるべきでないと判定した場合、油圧と姿勢との組み合わせに対応する動作を実行してもよい。

【0062】

油圧が油圧閾値（Ｆ１）以上であり、土量が土量基準値（Ｖ１）未満である場合、バケット２１が掘削している深さに硬い岩盤があると判定して、バケット２１の軌道が浅くなるようにするための変更制御データを掘削装置２に送信する。制御部１３４は、バケット２１の角度を変更してもよく、バケットシリンダー２４又はアームシリンダー２５のいずれかを短くすることによりバケット２１の軌道が浅くなるようにしてもよい。

【0063】

［油圧、姿勢及び土量に基づく制御］
制御部１３４は、油圧と、掘削装置２の姿勢と、土量とに基づいて掘削装置２を制御してもよい。制御部１３４は、例えば、土量が土量基準値（Ｖ１）未満であり、かつ油圧及び姿勢の継続時間に基づいてスタックが発生しないと判定した場合に、次の掘削軌道を深くしてもよい。

【0064】

すなわち、制御部１３４は、土量が土量基準値（Ｖ１）未満であり、かつ油圧取得部１３１が取得した油圧が閾値以上の状態が第１所定時間以上継続していない場合、又は姿勢データが示す掘削装置２の姿勢が同一の状態で第２所定時間以上継続していない場合に、バケット角度θを小さくすることにより掘削軌道を深くする。制御部１３４は、アーム２２の角度を変更することにより掘削軌道を深くしてもよい。逆に、制御部１３４は、アーム２２の角度を変えて掘削軌道を浅くしてもよい。このように制御部１３４が動作することで、スタックが発生していない状態における掘削効率を高めることができる。

【0065】

［掘削深度に基づく制御］
制御部１３４は、バケット２１が掘削している深さ（すなわち掘削深度）に基づいて掘削装置２を制御してもよい。一例として、制御部１３４は、バケット２１が目標の掘削深度に到達した場合に、水平方向におけるバケット２１の掘削位置を変更するための変更制御データを掘削装置２に送信する。

【0066】

具体的には、制御部１３４は、まず、姿勢データが示すアーム２２に対するバケット２１の角度、及びブーム２３に対するアーム２２の角度と、バケット２１のサイズと、アーム２２の長さと、ブーム２３のサイズと、に基づいて、レールＲからバケット２１の先端までの鉛直方向の距離ｄを掘削深度として特定する。制御部１３４は、特定した掘削深度が、記憶部１２に記憶されている目標深度未満である場合は、掘削深度を大きくするための変更制御データを掘削装置２に送信する。制御部１３４は、特定した掘削深度が、記憶部１２に記憶されている目標深度に達している場合、同じ位置で掘削を継続するべきではないと判定し、レールＲに沿ってブーム２３の位置を変更するための変更制御データを掘削装置２に送信する。

【0067】

制御部１３４は、油圧と掘削装置２の姿勢とに基づいてスタックが発生していないと判定した場合には、目標の掘削深度に達するまで同じ位置でバケット２１に掘削を継続させてもよい。また、制御部１３４は、油圧と掘削装置２の姿勢とに基づいてスタックが発生していると判定した時点でバケット２１が目標深度に達していることを条件として、掘削装置２の水平方向の位置を変更するようにしてもよい。制御部１３４がこのように動作することで、スタックが発生していない状態においてはバケット２１ができるだけ深く掘り下げて、スタックが発生した状態においては掘削装置２が掘削する水平方向の位置を変更することができるので、掘削効率が向上する。

【0068】

［制御装置１における処理の流れ］
図５から図７は、制御装置１における処理の流れを示すフローチャートである。図５は、制御部１３４が油圧と姿勢データとに基づいて掘削装置２を制御する処理のフローチャートである。図５に示すフローチャートは、掘削装置２が掘削を開始する時点から開始している。

【0069】

油圧取得部１３１は、例えばバケットシリンダー２４及びアームシリンダー２５を駆動するための油圧を定期的に取得する（Ｓ１１）。また、姿勢データ取得部１３２は、例えば掘削装置２の各部の姿勢を示す姿勢データを定期的に取得する（Ｓ１２）。

【0070】

制御部１３４は、油圧取得部１３１が油圧を取得するたびに、油圧が油圧閾値（Ｆ１）以上の状態が第１所定時間（Ｔ１）以上継続しているか否かを判定する（Ｓ１３）。制御部１３４は、油圧が油圧閾値（Ｆ１）以上の状態が第１所定時間（Ｔ１）以上継続していると判定した場合（Ｓ１３においてＹＥＳ）、同じ姿勢が第２所定時間（Ｔ２）以上継続しているか否かを判定する（Ｓ１４）。制御部１３４は、同じ姿勢が第２所定時間（Ｔ２）以上継続していると判定した場合（Ｓ１４においてＹＥＳ）、スタック状態を解放するための処理を実行する（Ｓ１５）。制御部１３４は、同じ姿勢が第２所定時間（Ｔ２）以上継続していないと判定した場合（Ｓ１４においてＮＯ）、Ｓ１３に戻る。

【0071】

スタック解放処理を実行した結果、油圧又は掘削装置２の姿勢の少なくともいずれかの状況に変化があった場合（Ｓ１６においてＹＥＳ）、制御部１３４は、スタック状態が解放されたと判定してＳ１１に戻る。油圧及び掘削装置２の姿勢のいずれの状態も変化していない場合（Ｓ１６においてＮＯ）、制御部１３４は、警告データを出力してから（Ｓ１７）、掘削装置２の水平位置を変更するための変更制御データを掘削装置２に送信する（Ｓ１８）。

【0072】

制御部１３４は、Ｓ１３において油圧が油圧閾値（Ｆ１）未満であると判定した場合（Ｓ１３においてＮＯ）、同じ姿勢が第２所定時間（Ｔ２）以上継続しているか否かを判定する（Ｓ１９）。同じ姿勢が第２所定時間（Ｔ２）以上継続している場合（Ｓ１９においてＹＥＳ）、制御部１３４は、油圧を大きくするように油圧の指示値を変更してＳ１３に戻る（Ｓ２０）。同じ姿勢が第２所定時間（Ｔ２）以上継続していない場合（Ｓ１９においてＮＯ）、制御部１３４は、同じ姿勢が第２所定時間（Ｔ２）以上継続するまで待機する。制御装置１は、掘削装置２の制御を終了する指示を受けるまでの間（Ｓ２１においてＮＯ）、Ｓ１１からＳ２０までの処理を繰り返す。

【0073】

図６は、スタック解放処理（Ｓ１５）の流れを示すフローチャートである。制御部１３４は、バケット角度θを小さくするように変更可能か否かを判定する（Ｓ１５１）。制御部１３４は、例えば、バケット角度θが角度限界値（Ａ１）（図１の例では最小値）に達していない場合に、バケット角度θを小さくすることができると判定する。

【0074】

制御部１３４は、バケット角度θを小さくするように変更できると判定した場合（Ｓ１５１においてＹＥＳ）、バケット２１を土砂Ｔから引き抜けるようにバケット角度θを小さくするための変更制御データを送信する（Ｓ１５２）。続いて、制御部１３４は、バケット角度θを大きくするための変更制御データを送信することにより、バケット２１を再度土砂Ｔに差し込む（Ｓ１５３）。

【0075】

制御部１３４は、バケット角度θを小さくすることができないと判定した場合（Ｓ１５１においてＮＯ）、アームシリンダー２５を短くしてアーム２２の角度を変更することが可能であるか否かを判定する（Ｓ１５４）。制御部１３４は、アーム２２の角度を変更できると判定した場合（Ｓ１５４においてＹＥＳ）、浅い軌道でバケット２１が土砂Ｔに差し込まれるように、アームシリンダー２５を短くすることでアーム２２の角度を変更する（Ｓ１５５）。Ｓ１５４において、アーム２２の角度を変更することができないと判定した場合（Ｓ１５４においてＮＯ）、処理を終了してＳ１６に進む。

【0076】

図７は、制御部１３４が油圧と土量とに基づいて掘削装置２を制御する処理のフローチャートである。油圧取得部１３１は、例えば定期的にバケットシリンダー２４及びアームシリンダー２５を駆動するための油圧を取得する（Ｓ３１）。また、土量取得部１３３は、例えば定期的に土量データを取得する（Ｓ３２）。

【0077】

制御部１３４は、油圧が油圧閾値（Ｆ１）未満であると判定した場合（Ｓ３３においてＹＥＳ）、土量が土量基準値（Ｖ１）未満であるか否かを判定する（Ｓ３４）。制御部１３４は、土量が土量基準値（Ｖ１）未満であると判定した場合（Ｓ３４においてＹＥＳ）、バケット２１、アーム２２及びブーム２３の角度（以下、「各部の角度」という）が限界値に達しているか否かを判定する（Ｓ３５）。制御部１３４は、例えば、バケット角度θが角度限界値（Ａ１）（図１の例では最小値）に達しているとともに、アーム２２及びブーム２３の関節の角度も限界値に達しているか否かを判定する。制御部１３４は、土量が土量基準値（Ｖ１）以上であると判定した場合（Ｓ３４においてＮＯ）、Ｓ３１に戻る。

【0078】

各部の角度が限界値に達している場合（Ｓ３５においてＹＥＳ）、制御部１３４は、掘削装置２の水平方向における位置を変更するための変更制御データを掘削装置２に送信する（Ｓ３６）。各部の角度のうちいずれかの角度が限界値に達していない場合（Ｓ３５においてＮＯ）、制御部１３４は、より深く掘削できるように各部の角度の少なくともいずれかを変更するための変更制御データを掘削装置２に送信する（Ｓ３７）。制御部１３４は、例えば管理者から掘削を終了する指示を受けるまでの間（Ｓ３８においてＮＯ）、Ｓ３１からＳ３９までを繰り返す。

【0079】

制御部１３４は、Ｓ３３において油圧が油圧閾値（Ｆ１）以上であると判定した場合（Ｓ３３においてＮＯ）、土量が土量基準値（Ｖ１）未満であるか否かを判定する（Ｓ３９）。制御部１３４は、土量が土量基準値（Ｖ１）未満であると判定した場合（Ｓ３９においてＹＥＳ）、図５のＳ１４に処理を進める。制御部１３４は、土量が土量基準値（Ｖ１）以上であると判定した場合（Ｓ３９においてＮＯ）、Ｓ３１に戻る。

【0080】

［制御装置１による効果］
以上説明したように、制御部１３４は、油圧取得部１３１が取得した油圧が閾値以上の状態が第１所定時間以上継続した場合に、スタックが発生したと判定し、バケット２１の位置を変更するための変更制御データを掘削装置２に送信する。制御部１３４がこのように動作することで、制御装置１は、掘削反力の算出値によらず掘削装置２を制御することができるようになる。

【0081】

さらに、制御部１３４は、掘削装置２の姿勢が第２所定時間以上継続していることを条件としてスタックが発生したと判定することで、誤判定の確率を下げることができる。このように掘削装置２の姿勢を利用する制御装置１は、掘削反力を受けても掘削装置２の傾きが変化しないケーソンショベルタイプの掘削装置２に好適である。

【0082】

［変形例］
以上の説明においては、制御装置１が掘削装置２と異なる場所に設けられたコンピュータである場合を例示したが、掘削装置２が制御装置１の機能を内蔵しており、掘削装置２が自動制御により土砂Ｔを掘削してもよい。すなわち、掘削装置２が有するプロセッサは、油圧発生部に制御データを送信することによりバケット２１を制御する制御部１３４と同等の処理を実行する。一例として、掘削装置２が有するプロセッサは、油圧発生部が発生した油圧が閾値以上の状態が第１所定時間以上継続した場合に、掘削部の位置を変更するための変更制御データを油圧発生部に送信する。

【0083】

また、以上の説明においては、制御装置１が掘削装置２を自動制御する場合を例示したが、オペレータが制御装置１を操作することができ、制御装置１が制御の一部をオペレータの操作に基づいて実行してもよい。

【0084】

また、以上の説明においては、掘削装置２が油圧により動作したが、掘削装置２は油圧に代えて、又は油圧とともに、電動機が発生した駆動力により動作するように構成されていてもよい。この場合、制御装置１は、油圧取得部１３１に代えて、掘削装置が土を掘削する掘削部を駆動するための駆動力を発生する電動機が発生している駆動力の大きさを示す駆動力値を取得する取得部を有し、制御部１３４は、取得部が取得した駆動力値が閾値以上の状態が第１所定時間以上継続した場合に、掘削部の位置を変更するための変更制御データを掘削装置２に送信する。そして、制御装置１は、以上の説明における油圧を駆動力値に代えて同等の方法により掘削装置２を制御することができる。なお、駆動力値は、例えば電動機に与えられている電圧又は電流を示す値であってもよく、電動機から出力される駆動力を示す値であってもよい。

【0085】

また、掘削装置２は、油圧発生部に代えて、掘削部を駆動するための電動機と、電動機に制御データを送信することにより掘削部を制御する制御部と、を有しており、当該制御部は、電動機が発生した駆動力が閾値以上の状態が第１所定時間以上継続した場合に、掘削部の位置を変更するための変更制御データを電動機に送信してもよい。

【0086】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、装置の全部又は一部は、任意の単位で機能的又は物理的に分散・統合して構成することができる。また、複数の実施の形態の任意の組み合わせによって生じる新たな実施の形態も、本発明の実施の形態に含まれる。組み合わせによって生じる新たな実施の形態の効果は、もとの実施の形態の効果を併せ持つ。

【符号の説明】

【0087】

１ 制御装置
２ 掘削装置
１１ 通信部
１２ 記憶部
２１ バケット
２２ アーム
２３ ブーム
２４ バケットシリンダー
２５ アームシリンダー
１３１ 油圧取得部
１３２ 姿勢データ取得部
１３３ 土量取得部
１３４ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】