特開 2024-68558 作業機械の作業状態推定システムおよび作業機械の作業状態推定方法

(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】P2024068558

(43)【公開日】2024-05-20

(54)【発明の名称】作業機械の作業状態推定システムおよび作業機械の作業状態推定方法

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20240513BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022179098

(22)【出願日】2022-11-08

(71)【出願人】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】熊谷 年晃

(72)【発明者】

【氏名】倉松 竜平

(72)【発明者】

【氏名】小山 幹

(72)【発明者】

【氏名】山中 伸好

【テーマコード（参考）】

2D003

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB01

2D003AB02

2D003AB03

2D003AB04

2D003BA08

2D003CA02

2D003DA04

2D003DB04

(57)【要約】

【課題】簡易な方式で作業機械の作業状態を推定することが可能な作業機械の作業状態推定システムを提供する。
【解決手段】作業機械の作業状態推定システムは、作業機械の傾斜角度を取得する傾斜角度取得部と、記傾斜角度の変化に基づいて作業機械の作業状態を推定する作業状態推定部とを備える。傾斜角度は少なくともピッチ角を含む。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業機械の傾斜角度を取得する傾斜角度取得部と、
前記傾斜角度の変化に基づいて前記作業機械の作業状態を推定する作業状態推定部とを備え、
前記傾斜角度は少なくともピッチ角を含む、作業機械の作業状態推定システム。

【請求項2】

前記作業機械は、作業機を含み、
前記作業状態は掘削状態を含む、請求項１に記載の作業機械の作業状態推定システム。

【請求項3】

前記作業状態は積荷状態あるいは空荷状態を含む、請求項２に記載の作業状態推定システム。

【請求項4】

前記作業状態は排土状態を含む、請求項２に記載の作業状態推定システム。

【請求項5】

前記傾斜角度はロール角およびヨー角の少なくとも一方をさらに含む、請求項１に記載の作業機械の作業状態推定システム。

【請求項6】

前記作業機械は、旋回体を含み、
前記作業状態は旋回状態を含む、請求項５に記載の作業機械の作業状態推定システム。

【請求項7】

前記作業状態推定部は、前記作業状態として掘削状態および積荷状態を判定する掘削積荷判定部を含み、
前記掘削積荷判定部は、前記傾斜角度と第１の閾値との比較に基づいて前記掘削状態を判定する、請求項２記載の作業機械の作業状態推定システム。

【請求項8】

前記掘削積荷判定部は、前記傾斜角度と第２の閾値との比較に基づいて前記積荷状態を判定する請求項７記載の作業機械の作業状態推定システム。

【請求項9】

前記掘削積荷判定部は、前記傾斜角度が所定期間前記第２の閾値以上の場合に前記積荷状態を判定する、請求項８記載の作業機械の作業状態推定システム。

【請求項10】

前記作業状態推定部は、前記作業状態として旋回を判定する旋回判定部をさらに含み、
前記旋回判定部は、前記ピッチ角および前記ロール角の変化、あるいは前記ヨー角の変化に基づいて前記旋回を判定する請求項６記載の作業機械の作業状態推定システム。

【請求項11】

前記作業状態推定部は、前記作業状態として排土を判定する排土判定部をさらに含み、
前記排土判定部は、前記傾斜角度が所定の値変化したか否かに基づいて前記排土を判定する請求項４記載の作業機械の作業状態推定システム。

【請求項12】

作業機械の傾斜角度を取得するステップと、
前記傾斜角度の変化に基づいて前記作業機械の作業状態を推定するステップとを備え、
前記傾斜角度は少なくともピッチ角を含む、作業機械の作業状態推定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、作業機械の状態に関し、特に作業状態を推定する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、作業機械の作業状態に関し、種々のセンサーを設けて当該センサー結果に基づいて作業状態を推定する方式が種々提案されている（特許文献１～４参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－７１７４２号公報

【特許文献2】特開２０２１－２１２４５号公報

【特許文献3】特開２０２１－２２１７９号公報

【特許文献4】特開２０２１－５５３６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一方で、上記方式は複雑であり作業状態を推定する点で改善の余地がある。
本開示の目的は、簡易な方式で作業機械の作業状態を推定することが可能な作業機械の作業状態推定システムおよび作業機械の作業状態推定方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示のある局面に基づく作業機械の作業状態推定システムは、作業機械の傾斜角度を取得する傾斜角度取得部と、記傾斜角度の変化に基づいて作業機械の作業状態を推定する作業状態推定部とを備える。傾斜角度は少なくともピッチ角を含む。

【0006】

本開示のある局面に基づく作業機械の作業状態推定方法は、作業機械の傾斜角度を取得するステップと、傾斜角度の変化に基づいて作業機械の作業状態を推定するステップとを備える。傾斜角度は少なくともピッチ角を含む。

【発明の効果】

【0007】

本開示の作業機械の作業状態推定システムおよび作業機械の作業状態推定方法は、簡易な方式で作業機械の作業状態を推定することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に基づく作業機械の外観図である。

【図2】実施形態に従う傾斜角検出装置７０について説明する図である。

【図3】実施形態に従う作業機械１００のコントローラ６０の構成について説明する図である。

【図4】実施形態に従う作業機械１００の作業状態の流れについて説明する図である。

【図5】実施形態に従う作業機械１００の作業状態の推定について説明する図である。

【図6】実施形態に従う作業機械１００の作業状態の判定について説明する図である。

【図7】実施形態に従う作業機械１００の作業状態の推定処理のフローについて説明する図である。

【図8】実施形態に従う作業分類部６２による作業状態の推定処理について説明するフロー図である。

【図9】実施形態に従う掘削積荷判定部１６０による掘削積荷判定処理について説明するフロー図である。

【図10】実施形態に従う掘削積荷判定部１６０の掘削積荷判定処理の具体例について説明する図である。

【図11】実施形態に従う旋回判定部１６２の旋回判定処理について説明する図である。

【図12】実施形態に従う旋回判定部１６２の積荷旋回判定処理について説明する図である。

【図13】実施形態に従う旋回判定部１６２の空荷旋回判定処理について説明する図である。

【図14】実施形態に従う旋回判定部１６２の積荷旋回判定処理および空荷旋回判定処理の具体例について説明する図である。

【図15】実施形態に従う排土判定部１６４の排土判定処理について説明する図である。

【図16】実施形態に従う排土判定部１６４の排土判定処理の具体例について説明する図である。

【図17】実施形態の変形例１に従う掘削積荷判定部１６０による掘削積荷判定処理について説明するフロー図である。

【図18】実施形態の変形例２に従う旋回判定部１６２の旋回判定について説明するフロー図である。

【図19】実施形態の変形例２に従う旋回判定部１６２の旋回判定処理の具体例について説明する図である。

【図20】実施形態に従う排土の際のバケット角について説明する図である。

【図21】実施形態の変形例３に従う排土判定部１６４の排土判定処理について説明するフロー図である。

【図22】実施形態の変形例３に従う排土判定部１６４の排土判定処理の具体例について説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。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は同じである。したがって、それらについての詳細な説明については繰り返さない。

【0010】

＜作業機械の全体構成＞
図１は、実施形態に基づく作業機械の外観図である。

【0011】

図１に示されるように、本開示の思想を適用可能な作業機械として油圧により作動する作業機２を備える油圧ショベルを例に挙げて説明する。

【0012】

作業機械１００は、車両本体１と、作業機２とを備える。
車両本体１は、旋回体３と、運転室４と、走行装置５とを有する。

【0013】

旋回体３は、走行装置５の上に配置される。走行装置５は、旋回体３を支持する。旋回体３は、旋回軸ＡＸを中心に旋回可能である。運転室４には、オペレータが着座する運転席４Ｓが設けられる。オペレータは、運転室４において作業機械１００を操作する。走行装置５は、一対の履帯５Ｃｒを有する。履帯５Ｃｒの回転により、作業機械１００が走行する。走行装置５は、車輪（タイヤ）で構成されていてもよい。

【0014】

運転席４Ｓに着座したオペレータを基準として各部の位置関係について説明する。前後方向とは、運転席４Ｓに着座したオペレータの前後方向をいう。左右方向とは、運転席４Ｓに着座したオペレータを基準とした左右方向をいう。左右方向は、車両の幅方向（車幅方向）に一致する。運転席４Ｓに着座したオペレータに正面に正対する方向を前方向とし、前方向とは反対の方向を後方向とする。運転席４Ｓに着座したオペレータが正面に正対したとき右側、左側をそれぞれ右方向、左方向とする。

【0015】

旋回体３は、エンジンが収容されるエンジンルーム９と、旋回体３の後部に設けられるカウンタウェイトとを有する。旋回体３において、エンジンルーム９の前方に手すり１９が設けられる。エンジンルーム９には、エンジン及び油圧ポンプなどが配置されている。

【0016】

作業機２は、旋回体３に支持される。作業機２は、ブーム６と、アーム７と、バケット８と、ブームシリンダ１０と、アームシリンダ１１と、バケットシリンダ１２とを有する。

【0017】

ブーム６は、ブームピン１３を介して旋回体３に接続される。アーム７は、アームピン１４を介してブーム６に接続される。バケット８は、バケットピン１５を介してアーム７に接続される。ブームシリンダ１０は、ブーム６を駆動する。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動する。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動する。ブーム６の基端部（ブームフート）と旋回体３とが接続される。ブーム６の先端部（ブームトップ）とアーム７の基端部（アームフート）とが接続される。アーム７の先端部（アームトップ）とバケット８の基端部とが接続される。ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１およびバケットシリンダ１２はいずれも、作動油によって駆動される油圧シリンダである。

【0018】

ブーム６は、回動軸であるブームピン１３を中心に旋回体３に体して回動可能である。アーム７は、ブームピン１３と平行な回動軸であるアームピン１４を中心にブーム６に対して回転可能である。バケット８は、ブームピン１３およびアームピン１４と平行な回動軸であるバケットピン１５を中心にアーム７に対して回動可能である。

【0019】

ブーム６の基端部はレボフレームと連結されており、レボフレームの先端に傾斜角検出装置７０、本例においては、一例としてＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）センサーが設けられる。

【0020】

図２は、実施形態に従う傾斜角検出装置７０について説明する図である。
図２に示されるように、作業機２を支持するレボフレームの先端に傾斜角検出装置７０の一例であるＩＭＵセンサーが装着される場合が示される。

【0021】

傾斜角検出装置７０は、作業機械１００の傾斜角度を検出するセンサーであり、一例としてピッチ角、ロール角およびヨー角を検出することが可能である。傾斜角検出装置７０は、左右方向の中心に近い位置に装着されている。当該装着位置により、精度良く作業機械１００の傾斜角度を検出することが可能である。

【0022】

具体的には、傾斜角検出装置７０は、作業機械１００の左右方向に延びる軸を中心とする車両本体１の傾斜角度を示すピッチ角と、作業機械１００の前後方向に延びる軸を中心とする車両本体１の傾斜角度を示すロール角と、作業機械１００の上下方向に延びる軸を中心とする車両本体１の傾斜角度を示すヨー角とを検出する。

【0023】

図３は、実施形態に従う作業機械１００のコントローラ６０の構成について説明する図である。図３を参照して作業機械１００のコントローラ６０は、演算部６１と、記憶部６４と、出力部６５とを含む。

【0024】

演算部６１は、一例としてＣＰＵ（Central Processing Unit）であり、各種の演算を実行する。記憶部６４は、演算部６１で実行する各種の演算処理を実行するためのプログラムおよびデータを格納する。

【0025】

演算部６１は、作業分類部６２と、取得部６３とを含む。
取得部６３は、傾斜角検出装置７０の検出結果である傾斜角度を取得する。なお、検出結果について取得したデータを補正して用いるようにしてもよい。

【0026】

作業分類部６２は、取得部６３で取得した傾斜角度の変化に基づいて作業機械１００の作業状態を推定する。

【0027】

作業分類部６２は、掘削積荷判定部１６０と、旋回判定部１６２と、排土判定部１６４とを含む。

【0028】

掘削積荷判定部１６０は、取得部６３で取得した傾斜角度の変化に基づいて掘削状態および積荷状態を判定する。具体的には空荷状態の後の掘削状態を判定する。また、掘削状態の後の積荷状態を判定する。

【0029】

旋回判定部１６２は、取得部６３で取得した傾斜角度の変化に基づいて旋回状態を判定する。具体的には積荷状態の後の旋回は積荷旋回状態と判定する。また、排土状態の後の旋回は空荷旋回状態と判定する。

【0030】

排土判定部１６４は、取得部６３で取得した傾斜角度の変化に基づいて排土状態を判定する。具体的には積荷旋回状態の後の排土状態を判定する。

【0031】

出力部６５は、演算部６１で実行した演算結果を出力する。出力部６５は、一例として表示部（図示せず）に演算結果を出力するようにしてもよい。また、出力部６５は、ネットワークを介して演算結果を送信するようにしてもよい。例えば出力部６５は、ネットワークを介して演算部６１で演算した作業機械１００の推定した作業状態を外部のサ－バに送信してもよい。また、出力部６５は、一日の作業機械１００の作業状態をレポートとして記録して紙で出力するようにしてもよい。

【0032】

図４は、実施形態に従う作業機械１００の作業状態の流れについて説明する図である。
図４を参照して、作業機械１００は、作業状態として（１）掘削、（２）積荷、（３）積荷旋回、（４）排土、（５）空荷旋回、（６）空荷の各種の一連の作業状態を繰り返し実行する。

【0033】

実施形態においては、傾斜角検出装置７０で取得した検出結果に基づいて作業機械１００の上記（１）～（６）の作業状態を推定する。

【0034】

図５は、実施形態に従う作業機械１００の作業状態の推定について説明する図である。縦軸はピッチ角を表し、横軸は時間ｔを表す。

【0035】

図５を参照して、本例においては、傾斜角検出装置７０の傾斜角度としてピッチ角のデータが示されている。

【0036】

作業分類部６２は、取得部６３で取得した傾斜角度である少なくともピッチ角の変化に基づいて作業機械１００の作業状態を推定する。

【0037】

具体的には、作業状態として（１）掘削、（２）積荷、（３）積荷旋回、（４）排土、（５）空荷旋回、（６）空荷の各種の一連の作業状態を推定する。

【0038】

図６は、実施形態に従う作業機械１００の作業状態の判定について説明する図である。
図６を参照して、作業分類部６２は、作業状態が空荷状態の際に掘削状態を判定する。次に作業分類部６２は、掘削状態の際に積荷状態を判定する。次に、作業分類部６２は、積荷状態の際に積荷旋回状態を判定する。次に、作業分類部６２は、積荷旋回状態の際に排土状態を判定する。次に、作業分類部６２は、排土状態の際に空荷旋回状態を判定する。次に、作業分類部６２は、空荷旋回状態の際に空荷状態を判定する。そして、再び、最初の処理に戻り、作業分類部６２は、作業状態が空荷状態の際に掘削状態を判定する。

【0039】

図７は、実施形態に従う作業機械１００の作業状態の推定処理のフローについて説明する図である。

【0040】

図７を参照して、取得部６３は、傾斜角検出装置７０からのデータを取得する（ステップＳ２）。

【0041】

次に、作業分類部６２は、取得部６３で取得した傾斜角度の変化に基づいて作業機械１００の作業状態を推定する（ステップＳ４）。作業状態の推定の詳細処理については後述する。

【0042】

次に、出力部６５は、判定結果を出力する（ステップＳ６）。
そして、処理を終了する（エンド）。

【0043】

図８は、実施形態に従う作業分類部６２による作業状態の推定処理について説明するフロー図である。

【0044】

図８を参照して、掘削積荷判定部１６０は、取得部６３で取得した傾斜角度の変化に基づいて作業機械１００の掘削積荷判定処理を実行する（ステップＳ１０）。掘削積荷判定処理の詳細については後述する。

【0045】

次に、旋回判定部１６２は、取得部６３で取得した傾斜角度の変化に基づいて作業機械１００の積荷旋回判定処理を実行する（ステップＳ１２）。積荷旋回判定処理の詳細については後述する。

【0046】

次に、排土判定部１６４は、取得部６３で取得した傾斜角度の変化に基づいて作業機械１００の排土判定処理を実行する（ステップＳ１４）。排土判定処理の詳細については後述する。

【0047】

次に、旋回判定部１６２は、取得部６３で取得した傾斜角度の変化に基づいて作業機械１００の空荷旋回判定処理を実行する（ステップＳ１６）。空荷旋回判定処理の詳細については後述する。

【0048】

そして、作業機械１００の作業が終了したか否かを判断する（ステップＳ１８）。
ステップＳ１８において、作業機械１００の作業が終了していないと判断した場合（ステップＳ１８においてＮＯ）には、ステップＳ１０に戻り、上記処理を繰り返す。

【0049】

一方、ステップＳ１８において、作業機械１００の作業が終了したと判断した場合（ステップＳ１８においてＹＥＳ）には、処理を終了する（リターン）。

【0050】

＜掘削積荷判定処理＞
図９は、実施形態に従う掘削積荷判定部１６０による掘削積荷判定処理について説明するフロー図である。

【0051】

図９を参照して、掘削積荷判定部１６０は、掘削積荷判定処理を開始した際のピッチ角に対して掘削閾値および積荷閾値を設定する（ステップＳ２０）。掘削積荷判定処理を開始した際のピッチ角は、初期値として予め設定されたピッチ角を用いても良いし、一例として前回の空荷旋回処理が終了した際のピッチ角を用いても良い。

【0052】

具体的には、掘削積荷判定部１６０は、初期値あるいは前回の空荷旋回処理が終了した際のピッチ角から所定の値低いピッチ角を掘削閾値（負側）（第１の閾値の例）に設定する。また、掘削積荷判定部１６０は、初期値あるいは前回の空荷旋回処理が終了した際のピッチ角から所定の値高いピッチ角を積荷閾値（正側）（第２の閾値の例）に設定する。

【0053】

次に、掘削積荷判定部１６０は、ピッチ角が掘削閾値（負側）以下か否かを判断する（ステップＳ２２）。掘削積荷判定部１６０は、所定期間のピッチ角の時間平均値を算出して利用する。所定期間の長さは適宜調整することが可能である。

【0054】

ステップＳ２２において、掘削積荷判定部１６０は、ピッチ角が掘削閾値以下ではないと判断した場合（ステップＳ２２においてＮＯ）には、前の状態を維持する。

【0055】

一方、ステップＳ２２において、掘削積荷判定部１６０は、ピッチ角が掘削閾値以下と判断した場合（ステップＳ２２においてＹＥＳ）には、掘削状態と判定する（ステップＳ２４）。

【0056】

次に、掘削積荷判定部１６０は、ピッチ角が積荷閾値（正側）以上か否かを判断する（ステップＳ２６）。

【0057】

ステップＳ２６において、掘削積荷判定部１６０は、ピッチ角が積荷閾値（正側）以上ではないと判断した場合（ステップＳ２６においてＮＯ）には、前の状態を維持する。

【0058】

一方、ステップＳ２６において、掘削積荷判定部１６０は、ピッチ角が積荷閾値（正側）以上と判断した場合（ステップＳ２６においてＹＥＳ）には、掘削積荷判定部１６０は、積荷状態と判定する（ステップＳ２８）。

【0059】

そして、処理を終了する（リターン）。そして、次の積荷旋回判定処理に進む。
図１０は、実施形態に従う掘削積荷判定部１６０の掘削積荷判定処理の具体例について説明する図である。縦軸はピッチ角を表し、横軸は時間ｔを表す。

【0060】

図１０を参照して、本例においては、初期値あるいは前回の空荷旋回処理が終了した際のピッチ角Ｐ１～Ｐ３が示されている。

【0061】

掘削積荷判定部１６０は、初期値のピッチ角Ｐ１に対して掘削閾値ＰＤｔｈ１（負側）と積荷閾値ＰＵｔｈ１（正側）とを設定する。

【0062】

掘削積荷判定部１６０は、ピッチ角が掘削閾値ＰＤｔｈ１（負側）以下の場合に掘削と判定する。

【0063】

掘削積荷判定部１６０は、ピッチ角が積荷閾値ＰＵｔｈ１（正側）以上の場合に積荷と判定する。

【0064】

同様に、掘削積荷判定部１６０は、前回の空荷旋回処理が終了した際のピッチ角Ｐ２に対して掘削閾値ＰＤｔｈ２（負側）と積荷閾値ＰＵｔｈ２（正側）とを設定する。

【0065】

掘削積荷判定部１６０は、ピッチ角が掘削閾値ＰＤｔｈ２（負側）以下の場合に掘削状態と判定する。

【0066】

掘削積荷判定部１６０は、ピッチ角が積荷閾値ＰＵｔｈ２（正側）以上の場合に積荷状態と判定する。

【0067】

同様に、掘削積荷判定部１６０は、前回の空荷旋回処理が終了した際のピッチ角Ｐ３に対して掘削閾値ＰＤｔｈ３（負側）と積荷閾値ＰＵｔｈ３（正側）とを設定する。

【0068】

掘削積荷判定部１６０は、ピッチ角が掘削閾値ＰＤｔｈ３（負側）以下の場合に掘削状態と判定する。

【0069】

掘削積荷判定部１６０は、ピッチ角が積荷閾値ＰＵｔｈ３（正側）以上の場合に積荷状態と判定する。

【0070】

当該処理により、傾斜角度のピッチ角の変化に基づいて掘削状態および積荷状態を判定するため簡易な方式で作業機械の作業状態を推定することが可能である。

【0071】

通常、バケットの先端を地面に挿した状態で、ブーム・アーム・バケット、またはそのいずれかを後方に引き込むような動きをすることで掘削をおこない、バケット内に土砂を抱え込む。バケット内に土砂を抱え込んで引き上げようとする際、地面からの反力を受けることで車体全体は前方に引っ張られ、前のめりになる。土砂を地面から引き上げると、掘削時の反動もあり、車体全体は掘削前の状態よりも、後方に傾くことになる。このように掘削作業において、車体前後方向の角度（ピッチ角）が特徴的な変化をするため、掘削状態・積荷状態を判定することが可能である。

【0072】

発明者らは掘削作業におけるピッチ角の微細な変化から、作業状態を判定できることに着目し、種々の試験を実施した結果その有効性を確認し、本開示の考案に至った。

【0073】

作業状態の判定に用いる閾値には、予め決められた固定の値を用いることも可能である。しかし、作業現場や作業内容、作業車両の個体差等によって、その値を調節するようにしてもよい。そのため、初期値あるいは前回の空荷旋回処理が終了した際のピッチ角に基づいて閾値を設定することで、より精度高く作業状態を判定することが可能である。

【0074】

本例においてはピッチ角のみに基づいた作業状態の推定方法について説明したが、作業状態の推定にピッチ角およびロール角を用いても良い。後述するが、ピッチ角およびロール角に基づいて、旋回状態を判定することが可能である。つまり、ロール角の変化を組み合わせることで、ピッチ角が旋回に伴って変化したものなのか、そうでないかを判断することが可能である。このようにピッチ角とロール角とを用いることで、より精度よく掘削状態および積荷状態を判定することが可能である。

【0075】

＜旋回判定処理＞
図１１は、実施形態に従う旋回判定部１６２の旋回判定処理について説明する図である。縦軸はピッチ角またはロール角を表し、横軸は時間ｔを表す。

【0076】

図１１を参照して、実施形態に従う旋回判定部１６２は、ピッチ角およびロール角の変化を利用する。具体的には、当該図に示されるように作業機械１００の旋回動作中は、ピッチ角およびロール角は位相が異なるsin波形およびcos波形になる。すなわち、ピッチ角およびロール角は連動した類似の波形となる。作業機械１００が位置する地面が仮に完全な水平面であれば、旋回をしてもピッチ角およびロール角は変化しないため、ピッチ角およびロール角から旋回状態を判定することは難しい。一方、作業機械１００が位置する地面は一般的に完全な水平面ではなく旋回によってピッチ角およびロール角が変化する。そのため、ピッチ角およびロール角の変化から、旋回状態を判定することが可能である。

【0077】

したがって、旋回判定部１６２は、ピッチ角およびロール角の波形を比較して連動した波形を検出した場合には旋回状態と判定する。

【0078】

図１２は、実施形態に従う旋回判定部１６２の積荷旋回判定処理について説明する図である。

【0079】

図１２を参照して、旋回判定部１６２は、積荷状態の後の旋回状態を積荷旋回と判定する。具体的には、旋回判定部１６２は、ピッチ角およびロール角が連動して変化しているか否かを判断する（ステップＳ３０）。旋回判定部１６２は、所定期間のピッチ角およびロール角の時間平均値を算出して利用する。所定期間の長さは適宜調整することが可能である。

【0080】

ステップＳ３０において、旋回判定部１６２は、ピッチ角およびロール角が連動して変化していないと判断した場合（ステップＳ３０においてＮＯ）には、前の状態を維持する。

【0081】

一方、旋回判定部１６２は、ピッチ角およびロール角が連動して変化していると判断した場合（ステップＳ３０においてＹＥＳ）には、積荷旋回状態と判定する（ステップＳ３２）。

【0082】

次に、旋回判定部１６２は、ピッチ角およびロール角が連動して変化する状態が終了したか否かを判断する（ステップＳ３４）。

【0083】

ステップＳ３４において、旋回判定部１６２は、ピッチ角およびロール角が連動して変化する状態が終了しないと判断した場合（ステップＳ３４においてＮＯ）には、ステップＳ３２に戻り、当該状態を維持する。

【0084】

一方、ステップＳ３４において、旋回判定部１６２は、ピッチ角およびロール角が連動して変化する状態が終了したと判断した場合（ステップＳ３４においてＹＥＳ）には、処理を終了する（リターン）。そして、次の排土判定処理に進む。

【0085】

図１３は、実施形態に従う旋回判定部１６２の空荷旋回判定処理について説明する図である。

【0086】

図１３を参照して、旋回判定部１６２は、排土状態の後の旋回状態を空荷旋回と判定する。具体的には、旋回判定部１６２は、ピッチ角およびロール角が連動して変化しているか否かを判断する（ステップＳ４０）。旋回判定部１６２は、所定期間のピッチ角およびロール角の時間平均値を算出して利用する。所定期間の長さは適宜調整することが可能である。

【0087】

ステップＳ４０において、旋回判定部１６２は、ピッチ角およびロール角が連動して変化していないと判断した場合（ステップＳ４０においてＮＯ）には、前の状態を維持する。

【0088】

一方、旋回判定部１６２は、ピッチ角およびロール角が連動して変化していると判断した場合（ステップＳ４０においてＹＥＳ）には、空荷旋回状態と判定する（ステップＳ４２）。

【0089】

次に、旋回判定部１６２は、ピッチ角およびロール角が連動して変化する状態が終了したか否かを判断する（ステップＳ４４）。

【0090】

ステップＳ４４において、旋回判定部１６２は、ピッチ角およびロール角が連動して変化する状態が終了しないと判断した場合（ステップＳ４４においてＮＯ）には、ステップＳ４２に戻り、当該状態を維持する。

【0091】

一方、ステップＳ４４において、旋回判定部１６２は、ピッチ角およびロール角が連動して変化する状態が終了したと判断した場合（ステップＳ４４においてＹＥＳ）には、空荷状態と判定する（ステップＳ４６）。そして、処理を終了する（リターン）。そして、作業が継続される場合には、最初の掘削積荷判定処理に戻る。

【0092】

また、空荷旋回判定処理が終了した際のピッチ角を記憶する。当該ピッチ角は、掘削積荷判定処理の掘削閾値および積荷閾値に用いられる。

【0093】

図１４は、実施形態に従う旋回判定部１６２の積荷旋回判定処理および空荷旋回判定処理の具体例について説明する図である。縦軸はピッチ角またはロール角を表し、横軸は時間ｔを表す。

【0094】

図１４を参照して、実施形態に従う旋回判定部１６２は、ピッチ角とロール角の変化を利用してピッチ角およびロール角が連動して変化しているか否かを判定する。具体的には、旋回時にはロール角とピッチ角とが同じ方向に変化するため、それぞれの変化量を求め、変化量の正負が同じ場合に旋回状態と判断することが可能である。

【0095】

本例における斜線部においては、ピッチ角の大きな変化に伴って、ロール角の値が大きく変化している。例えば、一番左側の斜線部においては、ロール角が大きく減少しており、その少し前に、ピッチ角も大きく減少していることが分かる。このように、ピッチ角の変化のみでは旋回状態を判定することは難しいが、ロール角の変化も組み合わせることにより、旋回状態を判定することが可能である。

【0096】

当該図に示されるように、積荷後の旋回状態について積荷旋回状態と判定し、排土後の旋回状態について空荷旋回状態と判定する場合が示されている。

【0097】

当該処理により、傾斜角度のピッチ角およびロール角の変化に基づいて積荷旋回状態および空荷積荷状態を判定するため簡易な方式で作業機械の作業状態を推定することが可能である。

【0098】

＜排土判定処理＞
図１５は、実施形態に従う排土判定部１６４の排土判定処理について説明する図である。

【0099】

図１５を参照して、排土判定部１６４は、旋回終了の後、所定期間のピッチ角が所定の値以上降下したか否かを判定する（ステップＳ５０）。これは、排土作業をおこなうことで、作業車両が僅かに前方に傾き、ピッチ角が変化することに基づいて判定することが可能である。所定の値は、予め決められた初期値でも良い。所定の値は定量値ではなく、割合値を用いても良い。排土に伴うピッチ角の変化は、作業車両の種類や、対象物等によっても変動する可能性があるため、所定の値は状況に応じて調整しても良い。なお、所定の値は手動で調整しても良いし、作業中のピッチ角の変化に推移に基づいて自動で算出して調整しても良い。排土判定部１６４は、所定期間のピッチ角の時間平均値を算出して利用する。所定期間の長さは適宜調整することが可能である。

【0100】

ステップＳ５０において、排土判定部１６４は、旋回終了の後、所定期間のピッチ角が所定の値以上降下しないと判断した場合（ステップＳ５０においてＮＯ）には、前回の状態を維持する。

【0101】

一方、ステップＳ５０において、排土判定部１６４は、旋回終了の後、所定期間のピッチ角が所定の値以上降下したと判断した場合（ステップＳ５０においてＹＥＳ）には、排土状態と判定する（ステップＳ５２）。

【0102】

そして、処理を終了する（リターン）。そして、次の空荷旋回判定処理に進む。
図１６は、実施形態に従う排土判定部１６４の排土判定処理の具体例について説明する図である。縦軸はピッチ角を表し、横軸は時間ｔを表す。

【0103】

図１６を参照して、実施形態に従う排土判定部１６４は、所定期間のピッチ角が所定の値以上降下するか否かを判断して、所定の値以上降下したと判断した場合に排土と判定する場合が示されている。

【0104】

当該処理により、傾斜角度のピッチ角の変化に基づいて排土状態を判定するため簡易な方式で作業機械の作業状態を推定することが可能である。

【0105】

上記処理により実施形態に従う作業分類部６２は、傾斜角度として少なくともピッチ角を用いることにより簡易な方式で掘削、積荷、積荷旋回、排土、空荷旋回、空荷の各種の一連の作業状態を推定することが可能である。

【0106】

（変形例１）
実施形態の変形例１においては、精度の高い掘削積荷判定処理について説明する。

【0107】

図１７は、実施形態の変形例１に従う掘削積荷判定部１６０による掘削積荷判定処理について説明するフロー図である。

【0108】

図１７を参照して、図９のフロー図と比較して、ステップＳ２３およびＳ２７を追加した点が異なる。他の部分については同様であるのでその詳細な説明については繰り返さない。

【0109】

ステップＳ２２において、掘削積荷判定部１６０は、ピッチ角が掘削閾値以下と判断した場合（ステップＳ２２においてＹＥＳ）には、所定期間以上、掘削閾値以下か否かを判断する（ステップＳ２３）。

【0110】

ステップＳ２３において、掘削積荷判定部１６０は、所定期間以上、掘削閾値以下と判断した場合（ステップＳ２３においてＹＥＳ）には、掘削状態と判定する（ステップＳ２４）。

【0111】

一方、ステップＳ２３において、掘削積荷判定部１６０は、所定期間以上、掘削閾値以下ではないと判断した場合（ステップＳ２３においてＮＯ）には、ステップＳ２２に戻る。

【0112】

また、ステップＳ２６において、掘削積荷判定部１６０は、ピッチ角が積荷閾値（正側）以上と判断した場合（ステップＳ２６においてＹＥＳ）には、所定期間以上、積荷閾以上か否かを判断する（ステップＳ２７）。

【0113】

ステップＳ２７において、掘削積荷判定部１６０は、所定期間以上、積荷閾値以上と判断した場合（ステップＳ２７においてＹＥＳ）には、積荷状態と判定する（ステップＳ２８）。

【0114】

一方、ステップＳ２７において、掘削積荷判定部１６０は、所定期間以上、積荷閾値以上ではないと判断した場合（ステップＳ２７においてＮＯ）には、ステップＳ２６に戻る。

【0115】

当該処理により所定期間以上、掘削閾値以下あるいは積荷閾値以上か否かを判断して所定期間以上、掘削閾値以下あるいは積荷閾値以上の場合に掘削状態あるいは積荷状態と判定する。

【0116】

当該処理により傾斜角度としてピッチ角のノイズの影響による誤判定を回避してピッチ角の変化に基づいて掘削状態および積荷状態を判定するため精度の高い掘削あるいは積荷の判定処理を実行することが可能である。

【0117】

（変形例２）
図１８は、実施形態の変形例２に従う旋回判定部１６２の旋回判定について説明するフロー図である。

【0118】

図１８を参照して、旋回判定部１６２は、ヨー角が所定の閾値以上あるいは閾値以下か否かを判断する（ステップＳ６０）。

【0119】

ステップＳ６０において、旋回判定部１６２は、ヨー角が所定の閾値以上あるいは閾値以下と判断した場合（ステップＳ６０においてＹＥＳ）には、旋回状態と判定する。

【0120】

そして、処理を終了する（リターン）。
一方、ステップＳ６０において、旋回判定部１６２は、ヨー角が所定の閾値以上あるいは閾値以下ではないと判断した場合（ステップＳ６０においてＮＯ）には、前の状態を維持する。

【0121】

例えば、旋回判定部１６２は、積荷の後の旋回の場合には積荷旋回状態と判定する。また、旋回判定部１６２は、排土の後の旋回の場合には空荷旋回状態と判定する。

【0122】

図１９は、実施形態の変形例２に従う旋回判定部１６２の旋回判定処理の具体例について説明する図である。縦軸はヨー角を表し、横軸は時間ｔを表す。

【0123】

図１９を参照して、実施形態に従う旋回判定部１６２は、所定の閾値以上あるいは閾値以下か否かを判断して、所定の閾値以上あるいは閾値以下と判断した場合に旋回状態と判定する場合が示されている。

【0124】

当該図に示されるように、積荷後の旋回状態について積荷旋回状態と判定し、排土後の旋回状態について空荷旋回状態と判定する場合が示されている。

【0125】

当該処理により傾斜角度としてピッチ角およびロール角の代わりにヨー角の変化に基づいて旋回状態を判定するため簡易な方式で作業機械の作業状態を推定することが可能である。

【0126】

図２に示されるように、ヨー角は旋回方向そのものを示す角度のため、ピッチ角およびロール角の代わりにヨー角の変化を利用することで、より精度よく旋回状態を推定することが可能である。

【0127】

（変形例３）
図２０は、実施形態に従う排土の際のバケット角について説明する図である。

【0128】

図２０を参照して、バケット角が所定の角度以下になったときには排土と判定することが可能である。バケット角は、作業機械１００のバケット８に装着された基準線からの傾斜角度であるバケット角を検出する図示しないセンサーを用いて取得する。

【0129】

図２１は、実施形態の変形例３に従う排土判定部１６４の排土判定処理について説明するフロー図である。

【0130】

図２１を参照して、排土判定部１６４は、バケット角が所定の閾値以下か否かを判断する（ステップＳ７０）。

【0131】

ステップＳ７０において、排土判定部１６４は、バケット角が所定の閾値以下と判断した場合（ステップＳ７０においてＹＥＳ）には、排土状態と判定する（ステップＳ７２）。そして、処理を終了する（リターン）。

【0132】

一方、ステップＳ７０において、排土判定部１６４は、バケット角が所定の閾値以下ではないと判断した場合（ステップＳ７０においてＮＯ）には、前の状態を維持する。

【0133】

図２２は、実施形態の変形例３に従う排土判定部１６４の排土判定処理の具体例について説明する図である。縦軸はバケット角を表し、横軸は時間ｔを表す。

【0134】

図２２を参照して、実施形態の変形例３に従う排土判定部１６４は、バケット角が所定の閾値以下か否かを判断して、バケット角が所定の閾値以下と判断した場合に排土状態と判定する場合が示されている。

【0135】

当該図に示されるように、所定の角度を閾値として当該バケット角が所定の閾値以下の場合に排土状態と判定することが可能である。

【0136】

当該処理により傾斜角度としてピッチ角の代わりにバケット角の変化に基づいて排土状態を判定するため簡易な方式で作業機械の作業状態を推定することが可能である。

【0137】

なお、本例においては、バケット角を利用する場合について説明したが例えばピッチ角と併用してバケット角を用いて作業機械の作業状態を推定するようにしてもよい。

【0138】

また、バケット角の算出にあたり傾斜角検出装置７０で取得した傾斜角度を用いて補正した値を用いて作業機械の排土状態を判定するようにしてもよい。

【0139】

（他の実施形態）
上記の傾斜角度のデータと、正解データとして作業状態の判定結果とを組み合わせた教師データを作成し、機械学習のアルゴリズムを用いて学習させることにより作業状態を推定する学習モデルを作成するようにしてもよい。

【0140】

また、上記のコントローラは、図示しないネットワークと接続され、外部装置（例えば、サーバ）との間でのデータ通信処理を実行してもよい。

【0141】

コントローラにおいて実行される機能の少なくとも一部が、ネットワーク（広域ネットワークおよび／またはローカルネットワーク）によって通信可能な複数の装置によって分散して実行されてもよい。具体的には、コントローラにおいて実行される各種機能の少なくとも一部をサーバに実行させるようにしてもよい。

【0142】

上記の実施形態では、作業機械の一例として油圧ショベルを挙げているが油圧ショベルに限られず、ホイールローダ、ブルドーザ、モータグレーダ等の他の種類の作業機械にも適用可能である。

【0143】

＜付記＞
上述したような本実施の形態は、以下のような技術思想を含む。

【0144】

＜付記１＞
作業機械（１００）の傾斜角度を取得する傾斜角度取得部（６３）と、
前記傾斜角度の変化に基づいて前記作業機械の作業状態を推定する作業状態推定部（６２）とを備え、
前記傾斜角度は少なくともピッチ角を含む、作業機械の作業状態推定システム。

【0145】

＜付記２＞
前記作業機械は、作業機（２）を含み、
前記作業状態は掘削状態を含む、付記１に記載の作業機械の作業状態推定システム。

【0146】

＜付記３＞
前記作業状態は積荷状態あるいは空荷状態を含む、付記２に記載の作業状態推定システム。

【0147】

＜付記４＞
前記作業状態は排土状態を含む、付記２～３のいずれか１項に記載の作業状態推定システム。

【0148】

＜付記５＞
前記傾斜角度はロール角およびヨー角の少なくとも一方をさらに含む、付記１～４のいずれか１項に記載の作業機械の作業状態推定システム。

【0149】

＜付記６＞
前記作業機械は、旋回体（３）を含み、
前記作業状態は旋回状態を含む、付記５に記載の作業機械の作業状態推定システム。

【0150】

＜付記７＞
前記作業状態推定部は、前記作業状態として掘削状態および積荷状態を判定する掘削積荷判定部（１６０）を含み、
前記掘削積荷判定部は、前記傾斜角度と第１の閾値との比較に基づいて前記掘削状態を判定する、付記２～６のいずれか１項に記載の作業機械の作業状態推定システム。

【0151】

＜付記８＞
前記掘削積荷判定部は、前記傾斜角度と第２の閾値との比較に基づいて前記積荷状態を判定する付記７記載の作業機械の作業状態推定システム。

【0152】

＜付記９＞
前記掘削積荷判定部は、前記傾斜角度が所定期間前記第２の閾値以上の場合に前記積荷状態を判定する、付記８記載の作業機械の作業状態推定システム。

【0153】

＜付記１０＞
前記作業状態推定部は、前記作業状態として旋回を判定する旋回判定部（１６２）をさらに含み、
前記旋回判定部は、前記ピッチ角および前記ロール角あるいは前記ヨー角の変化に基づいて前記旋回を判定する付記６記載の作業機械の作業状態推定システム。

【0154】

＜付記１１＞
前記作業状態推定部は、前記作業状態として排土を判定する排土判定部（１６４）をさらに含み、
前記排土判定部は、前記傾斜角度と所定の閾値との比較に基づいて前記排土を判定する付記４記載の作業機械の作業状態推定システム。

【0155】

＜付記１２＞
作業機械の傾斜角度を取得するステップ（Ｓ２）と、
前記傾斜角度の変化に基づいて前記作業機械の作業状態を推定するステップ（Ｓ４）とを備え、
前記傾斜角度は少なくともピッチ角を含む、作業機械の作業状態推定方法。

【0156】

以上、本開示の実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は全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。本開示の範囲は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全ての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0157】

１ 車両本体、２ 作業機、３ 旋回体、４ 運転室、４Ｓ 運転席、５ 走行装置、５Ｃｒ 履帯、６ ブーム、７ アーム、８ バケット、９ エンジンルーム、１０ ブームシリンダ、１１ アームシリンダ、１２ バケットシリンダ、１３ ブームピン、１４ アームピン、１５ バケットピン、１９ 手すり、６０ コントローラ、６１ 演算部、６２ 作業分類部、６３ 取得部、６４ 記憶部、６５ 出力部、７０ 傾斜角検出装置、１００ 作業機械、１６０ 掘削積荷判定部、１６２ 旋回判定部、１６４ 排土判定部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】