特開 2024-94162 ショベル、及びショベルの遠隔操作システム

(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】P2024094162

(43)【公開日】2024-07-09

(54)【発明の名称】ショベル、及びショベルの遠隔操作システム

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/22 20060101AFI20240702BHJP

   E02F 9/20 20060101ALI20240702BHJP

【ＦＩ】

E02F9/22 C

E02F9/20 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022210943

(22)【出願日】2022-12-27

(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】原 孝介

【テーマコード（参考）】

2D003

【Ｆターム（参考）】

2D003AA01

2D003AB02

2D003AB04

2D003AC06

2D003BA03

2D003CA02

2D003CA10

2D003DA04

2D003DB04

2D003DB05

2D003DB08

2D003DC07

2D003FA02

(57)【要約】

【課題】作業効率の向上を実現する。
【解決手段】一態様に係るショベルは、下部走行体と、下部走行体に旋回自在の搭載される上部旋回体と、上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、当該ショベルの周辺に存在する第１の土砂形状を取得する周辺監視装置と、を備え、記憶部に記憶された第２の土砂形状と、第１の土砂形状と、に基づいて、第１の土砂形状を形成している土砂の特性を示したパラメータを推定するように構成されている。
【選択図】図３

【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自在の搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
当該ショベルの周辺に存在する第１の土砂形状を取得する周辺監視装置と、を備え、
記憶部に記憶された第２の土砂形状と、前記第１の土砂形状と、に基づいて、前記第１の土砂形状を形成している土砂の特性を示したパラメータを推定するように構成されている、
ショベル。

【請求項2】

前記パラメータに基づいて、前記アタッチメントを移動させる軌跡を生成する、
請求項１に記載のショベル。

【請求項3】

前記パラメータは、前記第１の土砂形状を構成している区画毎に、前記アタッチメントによる掘削が容易か否かの判断の基準が示されている、
請求項１又は２に記載のショベル。

【請求項4】

前記第１の土砂形状を構成している前記区画のうち、前記第２の土砂形状と比べて、土砂が増加した領域については、前記アタッチメントによる掘削が容易であることが示した前記パラメータが推定されている、
請求項３に記載のショベル。

【請求項5】

前記第１の土砂形状を構成している前記区画毎に、前記パラメータが表された情報を、外部の装置に出力する、
請求項３に記載のショベル。

【請求項6】

前記記憶部に記憶された前記第２の土砂形状は、前記ショベルが掘削作業を行う前に、前記周辺監視装置によって取得された前記ショベルの周辺の計測結果を示している、
請求項１に記載のショベル。

【請求項7】

ショベルと、当該ショベルを操作可能な通信端末と、を備えたショベルの遠隔操作システムであって、
前記ショベルは、
下部走行体と、
前記下部走行体に旋回自在の搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
前記ショベルの周辺に存在する第１の土砂形状を取得する周辺監視装置と、
記憶部に記憶された第２の土砂形状と、前記第１の土砂形状と、に基づいて、前記第１の土砂形状を形成している土砂の特性を示したパラメータを推定し、前記パラメータを送信するように構成されている制御部と、を備え、
前記通信端末は、
受信した前記パラメータを用いて処理を行うように構成されている、
ショベルの遠隔操作システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ショベル、及びショベルの遠隔操作システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ショベルによる作業を支援するための技術が提案されている。例えば、ショベルによって掘削作業を自動で行う技術等が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載されているような掘削作業を自動で行う技術の他にも、操作者の操作をアシストする等、ショベルの掘削作業の負担を軽減するために様々な技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６－１３０４０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載された技術は、掘削対象となる土砂の特性を考慮して掘削作業を行う技術ではない。例えば、掘削等によって動きが生じた土砂は空気を多く含んでいるため柔らかいという特性を有していると想定される。土砂の特性によってはショベルのアタッチメントで一度に掘削できる量などに変化が生じる可能性がある。換言すれば土砂の特性を認識した上で作業を行う場合、作業効率を向上させることができると考えられる。

【0005】

上述に鑑み、土砂の特性を表したパラメータを推定することで、当該土砂に対する作業効率の向上を実現する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係るショベルは、下部走行体と、下部走行体に旋回自在の搭載される上部旋回体と、上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、当該ショベルの周辺に存在する第１の土砂形状を取得する周辺監視装置と、を備え、記憶部に記憶された第２の土砂形状と、第１の土砂形状と、に基づいて、第１の土砂形状を形成している土砂の特性を示したパラメータを推定するように構成されている。

【発明の効果】

【0007】

本発明の一態様によれば、土砂の特性を表したパラメータを推定することで、当該土砂に対する作業効率の向上を実現する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、第１の実施形態に係るショベル（掘削機）を示す側面図である。

【図2】図２は、第１の実施形態に係るショベルの駆動系の構成例を示すブロック図である。

【図3】図３は、第１の実施形態に係るショベルのコントローラの構成例を示す機能ブロック図である。

【図4】図４は、第１の実施形態に係る前方空間認識装置の計測結果の概念を示した図である。

【図5】図５は、第１の実施形態に係る補間部による土砂の高さの補間の概念を説明した図である。

【図6】図６は、第１の実施形態に係るコントローラにより特定された固い土砂の高さ及び柔らかい土砂の高さの概念を説明した図である。

【図7】図７は、第１の実施形態に係るショベルによる、施工前と施工後とによる土砂の高さの特定結果の変化を示した図である。

【図8】図８は、本実施形態に係る軌跡生成部によって生成された移動軌跡の第１例を示した図である。

【図9】図９は、第１の実施形態に係る軌跡生成部によって生成された移動軌跡の第２例を示した図である。

【図10】図１０は、第１の実施形態に係る軌跡生成部によって生成された移動軌跡の第３例を示した図である。

【図11】図１１は、第１の実施形態に係る軌跡生成部によって生成された移動軌跡の第４例を示した図である。

【図12】図１２は、第１の実施形態に係るショベルの掘削を行う前の処理の流れの一例を示したフローチャートである。

【図13】図１３は、第１の実施形態に係るショベルの掘削を行う後の処理の流れの一例を示したフローチャートである。

【図14】図１４は、第１の実施形態の変形例２に係る複数のショベルが連携して施工を行う概念を示した図である。

【図15】図１５は、第３の実施形態に係る遠隔操作システムの一例を示す概要図である。

【図16】図１６は、第３の実施形態に係る表示装置に表示された画面例を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。また、以下で説明する実施形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述される全ての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。なお、各図面において同一の又は対応する構成には同一の又は対応する符号を付し、説明を省略することがある。

【0010】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る建設機械としてのショベル１００を示している。ショベル１００の下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が旋回可能に搭載されている。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられている。

【0011】

ブーム４、アーム５、及びバケット６は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントを構成している。ブーム４はブームシリンダ７により駆動され、アーム５はアームシリンダ８により駆動され、バケット６はバケットシリンダ９により駆動される。

【0012】

ブーム４にはブーム角度センサＳ１が取り付けられ、アーム５にはアーム角度センサＳ２が取り付けられ、バケットリンクにはバケット角度センサＳ３が取り付けられている。上部旋回体３には、旋回角速度センサＳ４が取り付けられている。

【0013】

ブーム角度センサＳ１は、姿勢検出センサの１つであり、ブーム４の回動角度を検出するように構成されている。本実施形態では、ブーム角度センサＳ１は、ブームシリンダ７のストローク量を検出するストロークセンサであり、ブームシリンダ７のストローク量に基づいて上部旋回体３とブーム４とを連結するブームフートピン回りのブーム４の回動角度を導き出す。

【0014】

アーム角度センサＳ２は、姿勢検出センサの１つであり、アーム５の回動角度を検出するように構成されている。本実施形態では、アーム角度センサＳ２は、アームシリンダ８のストローク量を検出するストロークセンサであり、アームシリンダ８のストローク量に基づいてブーム４とアーム５とを連結する連結ピン回りのアーム５の回動角度を導き出す。

【0015】

バケット角度センサＳ３は、姿勢検出センサの１つであり、バケット６の回動角度を検出するように構成されている。本実施形態では、バケット角度センサＳ３は、バケットシリンダ９のストローク量を検出するストロークセンサであり、バケットシリンダ９のストローク量に基づいてアーム５とバケット６とを連結する連結ピン回りのバケット６の回動角度を導き出す。

【0016】

なお、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びバケット角度センサＳ３のそれぞれは、ロータリエンコーダ、加速度センサ、ポテンショメータ（可変抵抗器）、傾斜センサ、又は、慣性計測装置等であってもよい。慣性計測装置は、例えば、加速度センサとジャイロセンサとの組み合わせで構成されていてもよい。

【0017】

旋回角速度センサＳ４は、上部旋回体３の旋回角速度を検出するように構成されている。本実施形態では、旋回角速度センサＳ４は、ジャイロセンサである。旋回角速度センサＳ４は、旋回角速度に基づいて旋回角度を算出するように構成されていてもよい。旋回角速度センサＳ４は、ロータリエンコーダ等の他のセンサで構成されていてもよい。

【0018】

上部旋回体３には、運転室としてのキャビン１０、エンジン１１、測位装置Ｓ５、空間認識装置Ｃ１、及び通信装置Ｔ１等が搭載されている。また、キャビン１０内には、コントローラ３０が搭載されている。また、キャビン１０内には、運転席及び操作装置等が設置されている。

【0019】

エンジン１１は、ショベル１００の駆動源の一例である。本実施形態では、エンジン１１は、例えば、ディーゼルエンジンである。エンジン１１の出力軸は、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５のそれぞれの入力軸に連結されている。本実施形態では、エンジン１１を搭載したショベル１００について説明する。しかしながら、本実施形態は、駆動源をエンジン１１に制限するものではない。例えば、ショベルの駆動源として、電動モータを搭載してもよい。つまり、本実施形態を示す技術を、電動ショベルに適用してもよい。

【0020】

測位装置Ｓ５は、ショベル１００の位置を測定するように構成されている。本実施形態では、測位装置Ｓ５は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）コンパスであり、上部旋回体３の位置及び向きを測定できるように構成されている。取得する位置及び向きは、例えば、世界測地系である。世界測地系は、地球の重心に原点をおき、Ｘ軸をグリニッジ子午線と赤道との交点の方向に、Ｙ軸を東経９０度の方向に、そして、Ｚ軸を北極の方向にとる三次元直交ＸＹＺ座標系である。

【0021】

空間認識装置Ｃ１は、ショベル１００の周囲の空間の状態を認識するように構成されている。空間認識装置Ｃ１は、ショベル１００の後方の空間の検知を行う後方空間認識装置Ｃ１Ｂ、ショベル１００の左方の空間の検知を行う左方空間認識装置Ｃ１Ｌ、ショベル１００の右方の空間の検知を行う右方空間認識装置Ｃ１Ｒ、及び、ショベル１００の前方の空間の検知を行う前方空間認識装置Ｃ１Ｆを含む。

【0022】

空間認識装置Ｃ１は、ショベル１００の周辺に存在する物体を検出するためにＬＩＤＡＲを用いてもよい。ＬＩＤＡＲは、例えば、監視範囲内にある１００万点以上の点とＬＩＤＡＲとの間の距離を測定する。なお、本実施形態は、ＬＩＤＡＲを用いる手法に制限するものではなく、物体との間の距離を計測可能な空間認識装置であればよい。例えば、ステレオカメラを用いてもよいし、距離画像カメラ、又はミリ波レーダなどの測距装置を用いてもよい。空間認識装置Ｃ１としてミリ波レーダ等が利用される場合には、空間認識装置Ｃ１から多数の信号（レーザ光等）を物体に向けて発信し、その反射信号を受信することで、反射信号から物体の距離及び方向を導き出してもよい。

【0023】

後方空間認識装置Ｃ１Ｂは、上部旋回体３の上面の後端に取り付けられる。左方空間認識装置Ｃ１Ｌは、上部旋回体３の上面の左端に取り付けられる。右方空間認識装置Ｃ１Ｒは、上部旋回体３の上面の右端に取り付けられる。前方空間認識装置Ｃ１Ｆは、キャビン１０の上面の前端に取り付けられる。

【0024】

通信装置Ｔ１は、ショベル１００の外部にある機器との通信を制御するように構成されている。本実施形態では、通信装置Ｔ１は、無線通信網を介し、通信装置Ｔ１とショベル１００の外部にある機器との間の無線通信を制御するように構成されている。通信装置Ｔ１は、例えば、ＬＴＥ（Long Term Evolution）、４Ｇ（4th Generation）、５Ｇ（5th Generation）等の移動体通信規格に対応する移動体通信モジュールや衛星通信網に接続するための衛星通信モジュール等を含む。

【0025】

表示装置Ｄ１は、コントローラ３０からの指令に応じて各種画像情報を出力する。本実施形態では、表示装置Ｄ１は、コントローラ３０に直接接続される車載液晶ディスプレイである。

【0026】

記憶装置Ｄ２は、各種情報を記憶するための装置である。本実施形態では、記憶装置Ｄ２として、半導体メモリ等の不揮発性記憶媒体が用いられる。記憶装置Ｄ２は、コントローラ３０等が出力する各種情報を記憶してもよい。

【0027】

コントローラ３０は、各種演算を実行する演算装置である。コントローラ３０は、例えば、キャビン１０内に設けられ、ショベル１００の駆動制御を行う。コントローラ３０は、その機能が任意のハードウェア、ソフトウェア、或いは、その組み合わせにより実現されてよい。例えば、コントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ装置、ＲＯＭ（Read Only Memory）等の不揮発性の補助記憶装置、及び各種入出力用のインターフェース装置等を含むマイクロコンピュータを中心に構成される。コントローラ３０は、例えば、不揮発性の補助記憶装置にインストールされる各種プログラムをＣＰＵ上で実行することにより各種機能を実現する。

【0028】

図２は、図１のショベル１００の駆動制御系の構成例を示す図である。図２において、機械的動力伝達系は二重線、作動油ラインは太実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は点線でそれぞれ示される。

【0029】

本実施形態に係るショベル１００の駆動系は、エンジン１１と、レギュレータ１３と、メインポンプ１４と、コントロールバルブ１７を含む。また、本実施形態に係るショベル１００の油圧駆動系は、上述の如く、下部走行体１、上部旋回体３、ブーム４、アーム５、及びバケット６のそれぞれを油圧駆動する走行油圧モータ１Ｌ，１Ｒ、旋回油圧モータ２Ａ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９等の油圧アクチュエータを含む。

【0030】

エンジン１１は、油圧駆動系におけるメイン動力源であり、例えば、上部旋回体３の後部に搭載される。具体的には、エンジン１１は、後述するコントローラ３０による直接或いは間接的な制御下で、予め設定される目標回転数で一定回転し、メインポンプ１４及びパイロットポンプ１５を駆動する。エンジン１１は、例えば、軽油を燃料とするディーゼルエンジンである。

【0031】

レギュレータ１３は、メインポンプ１４の吐出量を制御する。例えば、レギュレータ１３は、コントローラ３０からの制御指令に応じて、メインポンプ１４の斜板の角度（傾転角）を調節する。

【0032】

メインポンプ１４は、例えば、エンジン１１と同様、上部旋回体３の後部に搭載され、高圧油圧ラインを通じてコントロールバルブ１７に作動油を供給する。メインポンプ１４は、上述の如く、エンジン１１により駆動される。メインポンプ１４は、例えば、可変容量式油圧ポンプであり、上述の如く、コントローラ３０による制御下で、レギュレータ１３により斜板の傾転角が調節されることでピストンのストローク長が調整され、吐出流量（吐出圧）が制御される。

【0033】

コントロールバルブ１７は、ショベル１００における油圧システムを制御する油圧制御装置である。本実施形態では、コントロールバルブ１７は、制御弁１７１～１７６を含む。コントロールバルブ１７は、制御弁１７１～１７６を通じ、メインポンプ１４が吐出する作動油を１又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給できるように構成されている。制御弁１７１～１７６は、例えば、メインポンプ１４から油圧アクチュエータに流れる作動油の流量、及び、油圧アクチュエータから作動油タンクに流れる作動油の流量を制御する。油圧アクチュエータは、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、走行油圧モータ１Ｌ、１Ｒ、及び旋回油圧モータ２Ａを含む。より具体的には、制御弁１７１は、左走行油圧モータ１Ｌに対応し、制御弁１７２は、右走行油圧モータ１Ｒに対応し、制御弁１７３は、旋回油圧モータ２Ａに対応する。また、制御弁１７４は、バケットシリンダ９に対応し、制御弁１７５は、ブームシリンダ７に対応し、制御弁１７６は、アームシリンダ８に対応する。

【0034】

パイロットポンプ１５は、パイロット圧生成装置の一例であり、パイロットラインを介して油圧制御機器に作動油を供給できるように構成されている。本実施形態では、パイロットポンプ１５は、固定容量型油圧ポンプである。但し、パイロット圧生成装置は、メインポンプ１４によって実現されてもよい。すなわち、メインポンプ１４は、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブ１７に供給する機能に加え、パイロットラインを介して各種油圧制御機器に作動油を供給する機能を備えていてもよい。この場合、パイロットポンプ１５は、省略されてもよい。

【0035】

操作装置２６は、操作者がアクチュエータの操作のために用いる装置である。アクチュエータは、油圧アクチュエータ及び電動アクチュエータの少なくとも一方を含む。

【0036】

吐出圧センサ２８は、メインポンプ１４の吐出圧を検出するように構成されている。本実施形態では、吐出圧センサ２８は、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。

【0037】

操作センサ２９は、操作装置２６を用いた操作者の操作内容を検出するように構成されている。本実施形態では、操作センサ２９は、アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６の操作方向及び操作量を検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。本実施形態では、コントローラ３０は、操作センサ２９の出力に応じて比例弁３１の開口面積を制御する。そして、コントローラ３０は、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給する。パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力（パイロット圧）は、原則として、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６の操作方向及び操作量に応じた圧力である。このように、操作装置２６は、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、コントロールバルブ１７内の対応する制御弁のパイロットポートに供給できるように構成されている。

【0038】

マシンコントロール用制御弁として機能する比例弁３１は、パイロットポンプ１５とコントロールバルブ１７内の制御弁のパイロットポートとを接続する管路に配置され、その管路の流路面積を変更できるように構成されている。本実施形態では、比例弁３１は、コントローラ３０が出力する制御指令に応じて動作する。

【0039】

本実施形態では、コントローラ３０は、複数の電磁弁のそれぞれの開口面積を個別に制御することで、各制御弁のパイロットポートに作用するパイロット圧を制御することができる。そのため、コントローラ３０は、各油圧アクチュエータに流入する作動油の流量、及び、各油圧アクチュエータから流出する作動油の流量を制御することができ、ひいては、各油圧アクチュエータの動きを制御することができる。

【0040】

コントローラ３０は、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を、比例弁３１を介し、コントロールバルブ１７内の制御弁のパイロットポートに供給できる。つまり、コントローラ３０は、操作装置２６に対応する油圧アクチュエータを動作させることができる。

【0041】

従って、コントローラ３０は、操作装置２６からの操作に応じて、又は、操作者による操作装置２６の操作とは無関係に、ブーム４の上げ下げ、アーム５の開閉、バケット６の開閉、上部旋回体３の旋回、及び下部走行体１の走行等を実現できる。さらには、コントローラ３０は、外部の通信端末から受信した操作信号に応じて、ブーム４の上げ下げ、アーム５の開閉、バケット６の開閉、上部旋回体３の旋回、及び下部走行体１の走行等を実現できる。

【0042】

また、コントローラ３０は、必要に応じてレギュレータ１３に対して制御指令を出力し、メインポンプ１４の吐出量を変化させる。

【0043】

また、コントローラ３０は、例えば、操作者による操作装置２６を通じたショベル１００の手動操作をガイド（案内）するマシンガイダンス機能に関する制御を行ってもよい。また、コントローラ３０は、例えば、操作者による操作装置２６を通じたショベル１００の手動操作を自動的に支援するマシンコントロール機能に関する制御を行ってもよい。

【0044】

なお、コントローラ３０の機能の一部は、他のコントローラ（制御装置）により実現されてもよい。即ち、コントローラ３０の機能は、複数のコントローラにより分散される態様で実現されてもよい。例えば、マシンガイダンス機能及びマシンコントロール機能は、専用のコントローラ（制御装置）により実現されてもよい。

【0045】

＜コントローラのブロック構成＞
ショベル１００に搭載されているコントローラ３０が有する機能について説明する。図３は、本実施形態に係るショベル１００のコントローラ３０の構成例を示す機能ブロック図である。

【0046】

コントローラ３０の各機能ブロックは概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。各機能ブロックの全部または一部を、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することが可能である。各機能ブロックにて行われる各処理機能は、その全部または任意の一部が、コントローラ３０のＣＰＵにて実行されるプログラムにて実現される。または各機能ブロックをワイヤードロジックによるハードウェアとして実現してもよい。図３に示すように、コントローラ３０は、取得部３０１と、補間部３０２と、特定部３０３と、算出部３０４と、軌跡生成部３０５と、制御部３０６と、出力部３０７と、を備える。

【0047】

また、記憶装置Ｄ２は、土砂高さ情報記憶部Ｄ２１と設計情報記憶部Ｄ２２とを備える。土砂高さ情報記憶部Ｄ２１は、施工前のショベル１００周辺の土砂の高さ情報を記憶している。具体的な高さ情報については後述する。設計情報記憶部Ｄ２２は、ショベル１００の施工後の土砂形状を示した情報を記憶している。

【0048】

本実施形態は、設計情報記憶部Ｄ２２に記憶された施工後の土砂形状を形成するように、コントローラ３０が自動制御を行う例とする。なお、本実施形態は、コントローラ３０の制御の一例を示したものであって、自動制御を行う例に制限するものではない。

【0049】

取得部３０１は、ショベル１００内の各種構成の信号を取得する。例えば、取得部３０１は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３の各々から角度の測定結果を取得する。さらには、取得部３０１は、旋回角速度センサＳ４から上部旋回体３の旋回角の測定結果を取得する。

【0050】

取得部３０１は、測位装置Ｓ５から、ショベル１００の現在位置の緯度、経度、及び高度、並びにショベル１００の向きを示した測定結果を取得する。

【0051】

取得部３０１は、記憶装置Ｄ２から情報の読み出しを行う。さらに、取得部３０１は、操作センサ２９から、操作信号を取得する。これにより、コントローラ３０は、操作装置２６を用いた操作者の操作内容を認識できる。また、取得部３０１は、通信装置Ｔ１を介して、外部装置からの通信情報を取得する。

【0052】

さらに、取得部３０１は、空間認識装置Ｃ１からショベル１００の周辺に存在する物体（例えば土砂）の高さの測定結果を取得する。本実施形態に係る物体の高さとは、例えば、ショベル１００が設置している水平面を基準とし、当該水平面からの垂直方向（高さ方向）の長さとする。当該高さは、正の値でも負の値でもよい。以降で示される物体の高さも同様とする。

【0053】

図４は、本実施形態に係る前方空間認識装置Ｃ１Ｆの計測結果の概念を示した図である。図４に示されるように、前方空間認識装置Ｃ１Ｆは、ショベル１００の前方領域１４０１について所定の区画（例えば、０．０５ｍ×０．０５ｍ）毎に、当該区画に存在する物体の高さを測定する。本実施形態は、空間認識装置Ｃ１が物体（例えば土砂）の高さを測定する領域（例えば、前方領域１４０１）の広さを制限するものではなく、空間認識装置Ｃ１の性能等に基づいて定められれば良い。なお、本実施形態は、区画のサイズを制限するものではなく、任意のサイズでよい。図４に示される例では、前方空間認識装置Ｃ１Ｆの計測結果について説明するが、他の空間認識装置Ｃ１Ｒ、Ｃ１Ｌ、Ｃ１Ｂの測定結果を用いて同様の処理を行ってもよい。

【0054】

図３に戻り、取得部３０１は、ショベル１００が施工を行う前に、ショベル１００の周辺に存在する物体（例えば土砂）の高さの測定結果を取得する。

【0055】

一般的に、ショベル１００がバケット６で土砂の掘削を行う際、バケット６で掘削された土砂、バケット６から零れ落ちた土砂、ショベル１００によって積み上げられた土砂、バケット６で掘削された近傍に存在する土砂等は、掘削される前の土砂と比べて柔らかくなる。これは、土砂の掘削によって土砂に対する空気の含有率や土砂に含まれている水分が変化することで生じるものである。つまり、本実施形態においては、施工前の土砂は、固いという特性を有しているものとみなし、施工によって移動した土砂は柔らかいという特性を有しているとみなす。

【0056】

そこで、取得部３０１は、ショベル１００が施工を行う前に、ショベル１００の周辺の区画毎に固い土砂の高さの測定結果を取得する。

【0057】

補間部３０２は、空間認識装置Ｃ１による検出対象である領域のうち、土砂（物体）の高さが検出できなかった区画について、物体の高さを補間する。

【0058】

図５は、補間部３０２による土砂の高さの補間の概念を説明した図である。図５に示される例では、施工前に、固い土砂形状１５０１Ａに対して空間認識装置Ｃ１が測定を行う例とする。なお、本実施形態で示される測定は、空間認識装置Ｃ１Ｆ、Ｃ１Ｒ、Ｃ１Ｌ、Ｃ１Ｂのうちいずれか一つ以上が行えばよい。

【0059】

図５に示される例では、区画Ｒ１１～Ｒ１７が固い土砂の高さの特定対象となる。空間認識装置Ｃ１が発信する信号（レーザ光等）１５１１～１５１５を示している。空間認識装置Ｃ１が発信する信号１５１１～１５１５によって、区画Ｒ１１の高さｈ１、区画Ｒ１２の高さｈ２、区画Ｒ１４の高さｈ４、区画Ｒ１５の高さｈ５、区画Ｒ１７の高さｈ７が測定されている。そして、区画Ｒ１３及び区画Ｒ１６が、土砂の高さを測定できなかった区画である。つまり、空間認識装置Ｃ１が区画毎に土砂の高さを検出する際に発信する信号の間隔、又は周辺の土砂の高さによって、空間認識装置Ｃ１が土砂の高さが検出できない場合がある。この場合、補間部３０２が土砂の高さを補間する。

【0060】

図５に示される例では、補間部３０２が、区画Ｒ１３及び区画Ｒ１６に対して、土砂の高さを補間する。具体的には、空間認識装置Ｃ１の信号１５１３が、区画Ｒ１３で土砂に当たらなかったので、補間部３０２は、信号１５１３が区画Ｒ１３を通る際に最も低い位置１５２１までの高さｈ３を、区画Ｒ１３の高さとみなす。図５に示されるように、補間された高さｈ３と、実際の土砂形状１５０１Ａの区画Ｒ１３の高さと、は異なる。しかしながら、補間された高さｈ３まで土砂が存在するものみなして施工を行うことで、推定された固い土砂の高さが、実際の固い土砂の高さよりも高くなることを抑制する。これにより、コントローラ３０は、固い土砂が推定よりも多いことに基づいたアタッチメントの動作の低下を抑制できるので、ショベル１００の掘削効率の低減を抑制できる。

【0061】

同様に、空間認識装置Ｃ１の信号１５１５が、区画Ｒ１６で土砂に当たらなかったので、補間部３０２は、信号１５１６が区画Ｒ１６を通る際に最も低い位置１５２２までの高さｈ６を、区画Ｒ１６の高さとみなす。

【0062】

補間部３０２は、空間認識装置Ｃ１で物体の高さの測定対象となっている領域のうち、高さを測定できなかった区画全てについて、高さを補間する。これによって、コントローラ３０は、施工前のショベル１００の周辺について区画単位で土砂の高さを認識できる。

【0063】

図３に戻り、特定部３０３は、取得部３０１が取得した空間認識装置Ｃ１の測定結果と、補間部３０２による区画の高さの補間結果と、に基づいて、ショベル１００の周辺の区画毎に、固い土砂の高さを特定し、特定結果を、土砂高さ情報記憶部Ｄ２１に登録する。これにより、施工前の固い土砂の高さの情報が保存される。

【0064】

このように、土砂高さ情報記憶部Ｄ２１は、ショベル１００が掘削作業を行う前に、空間認識装置Ｃ１（周辺監視装置の一例）によって取得されたショベル１００の周辺の計測結果、及び補間部３０２による補間結果に基づいた、施工前の土砂形状（第２の土砂形状の一例）を記憶している。本実施形態は、空間認識装置Ｃ１による計測結果、及び補間部３０２による補間結果を記憶する例について説明するが、空間認識装置Ｃ１による計測結果による土砂形状のみを記憶してもよい。

【0065】

本実施形態においては、ショベル１００の施工が開始された後も、コントローラ３０が、空間認識装置Ｃ１の測定結果に基づいて、ショベル１００の周辺の区画毎の高さを特定する。その際、施工前と比べて高くなっている区画は、ショベル１００の施工によって土砂が積み上げられた区画、又は土砂が零れ落ちた区画などと考えられる。そこで、本実施形態では、施工が開始された後、施工前と比べて高くなった区画については、柔らかい土砂が配置された区画とみなす。

【0066】

このように、本実施形態に係るコントローラ３０は、土砂高さ情報記憶部Ｄ２１に記憶された区画毎の土砂の高さを表した土砂形状（第２の土砂形状の一例）と、取得部３０１及び補間部３０２により導出された区画毎の現在の土砂の高さを表した土砂形状（第１の土砂形状の一例）と、に基づいて、現在の土砂形状の形成している土砂の特性を示したパラメータを推定する。推定される土砂の特性を示したパラメータは、例えば、当該土砂が固い又は柔らかいとする。本実施形態において、固いとは、例えば、施工前の土砂であること又は締固められた土砂であることを示し、柔らかいとは、例えば、締固められた土砂と比べて柔らかい土砂であること（掘削又は崩れたことによって柔らかくなった）を示している。

【0067】

本実施形態は、推定する土砂の特性のパラメータの一例を示したものであって、固い又は柔らかいに制限するものではない。土砂の特性を示したパラメータは、取得結果及び補間結果による土砂形状を構成している区画毎に、バケット６による掘削が容易か否かを判断する基準となるパラメータであればよい。例えば、土砂の特性を示したパラメータとして、土砂の空気の含有率を推定してもよい。コントローラ３０が、推定された土砂の特性のパラメータを用いることで、バケット６の適切な移動軌跡の生成が容易になる。次に、区画毎の土砂の特性の推定手順について説明する。

【0068】

図６は、本実施形態に係るコントローラ３０により特定された固い土砂の高さ及び柔らかい土砂の高さの概念を説明した図である。図６に示される例では、施工中に、土砂形状１６０１Ａに対して空間認識装置Ｃ１が測定を行う例とする。土砂形状１６０１Ａは、施工前の土砂形状１５０１Ａと比べて、区画Ｒ１３、Ｒ１４で土砂の高さが高くなり、区画Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７で土砂の高さが低くなっている。図６で示される領域では、ショベル１００による施工によって固い土砂１６０１Ｈと、柔らかい土砂１６０１Ｓと、が存在している。そこで、本実施形態に係るコントローラ３０は、区画毎に、固い土砂１６０１Ｈと、柔らかい土砂１６０１Ｓの各々の高さを導出する。

【0069】

図６に示される例では、区画Ｒ１１～Ｒ１７が土砂の高さの特定対象となる。空間認識装置Ｃ１が発信する信号（レーザ光等）１６１１～１６１５を示している。空間認識装置Ｃ１が発信する信号１６１１～１６１５によって、区画Ｒ１１の高さｈ１'（高さｈ１と略同一）、区画Ｒ１２の高さｈ２'（高さｈ１と略同一）、区画Ｒ１３の高さｈ３'、区画Ｒ１６の高さｈ６'が計測されている。そして、区画Ｒ１４、区画Ｒ１５及び区画Ｒ１７は、土砂の高さを測定できなかった区画である。

【0070】

そこで、補間部３０２が、区画Ｒ１４、区画Ｒ１５及び区画Ｒ１７に対して、土砂の高さを補間する。具体的には、空間認識装置Ｃ１の信号１５１４が、区画Ｒ１４で土砂に当たらなかったので、補間部３０２は、信号１５１４が区画Ｒ１４を通る際に最も低い位置１６２１までの高さｈ４'を、区画Ｒ１４の高さとみなす。

【0071】

同様に、空間認識装置Ｃ１の信号１５１４が、区画Ｒ１５で土砂に当たらなかったので、補間部３０２は、信号１５１４が区画Ｒ１５を通る際に最も低い位置１６２２までの高さｈ５'を、区画Ｒ１５の高さとみなす。

【0072】

同様に、空間認識装置Ｃ１の信号１５１５が、区画Ｒ１７で土砂に当たらなかったので、補間部３０２は、信号１５１５が区画Ｒ１７を通る際に最も低い位置１６２３までの高さｈ７'を、区画Ｒ１７の高さとみなす。

【0073】

図３に戻り、特定部３０３は、土砂高さ情報記憶部Ｄ２１に登録された施工前の固い土砂の高さの情報と、取得部３０１が取得した空間認識装置Ｃ１の測定結果と、補間部３０２による区画の高さの補間結果と、に基づいて、ショベル１００の周辺の区画毎に、固い土砂の高さを特定する。

【0074】

特定部３０３は、土砂の高さの変化を考慮して、固い土砂の高さを特定する。

【0075】

例えば、特定部３０３は、（土砂高さ情報記憶部Ｄ２１に登録された）施工前の土砂の高さと比べて土砂の高さが変化していない区画Ｒ１１、Ｒ１２に対して、検出結果である、区画Ｒ１１の高さｈ１'、区画Ｒ１２の高さｈ２'が固い土砂の高さと特定する。

【0076】

また、特定部３０３は、（土砂高さ情報記憶部Ｄ２１に登録された）施工前の土砂の高さと比べて土砂の高さが減少した区画Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７に対して、区画Ｒ１５の高さｈ５'、区画Ｒ１６の高さｈ６'、区画Ｒ１７の高さｈ７'が固い土砂の高さと特定する。つまり、区画Ｒ１５、Ｒ１６、Ｒ１７は、掘削によって固い土砂が減少したにとどまり、現在も固い土砂が存在する区画とみなす。

【0077】

また、特定部３０３は、（土砂高さ情報記憶部Ｄ２１に登録された）施工前の土砂の高さと比べて土砂の高さが増加した区画Ｒ１３、Ｒ１４に対して、（土砂高さ情報記憶部Ｄ２１に登録された）施工前の区画Ｒ１３の高さｈ３及び区画Ｒ１４の高さｈ４が、固い土砂の高さとして特定する。つまり、区画Ｒ１３、Ｒ１４は、ショベル１００の施工によって土砂が増加したが、増加した土砂は施工によって積み上げられた（又はバケット６から零れ落ちた）土砂のため柔らかいとみなされ、施工前に登録された土砂の高さが、固い土砂の高さとして特定される。

【0078】

算出部３０４は、特定部３０３により特定された区画毎の固い土砂の高さと、取得部３０１及び補間部３０２によって導出された区画毎の現在の土砂の高さと、に基づいて、区画毎に柔らかい土砂の高さを算出する。

【0079】

図６に示される例では、算出部３０４は、区画Ｒ１３、Ｒ１４について柔らかい土砂の高さを算出する。具体的には、算出部３０４は、区画Ｒ１３の高さｈ３'と、硬い土砂の高さｈ３と、の減算結果を、区画Ｒ１３の柔らかい土砂の高さ（ｈ３'－ｈ３）として算出する。同様に、算出部３０４は、区画Ｒ１４の高さｈ４'と、硬い土砂の高さｈ４と、の減算結果を、柔らかい土砂の高さ（ｈ４'－ｈ４）として算出する。なお、図６に示されるように、固い土砂の高さｈ３が実際の固い土砂の高さよりも高いので、区画Ｒ１３の柔らかい土砂の高さ（ｈ３'－ｈ３）は、実際の柔らかい土砂の高さよりも低くなる。

【0080】

実際にショベル１００が自動制御で施工する際、土砂が柔らかいと推定しているのにもかかわらず固い場合と比べて、土砂が固いと推定しているにもかかわらず柔らかい方が好ましい。これは、土砂が固いと推定してバケット６の動作させた場合、土砂が柔らかくても施工可能であるが、土砂が柔らかいと推定してバケット６の動作させた場合に、土砂が固いとバケット６の動作が難しくなる可能性があるためである。つまり、本実施形態においては、上述した推定手法を行うことで、バケット６による動作の確実性を向上させて、作業効率の向上を実現できる。

【0081】

図７は、本実施形態に係るショベル１００による、施工前と施工後とによる土砂の高さの特定結果の変化を示した図である。図７の領域１７０１は施工前に特定された土砂の高さを示し、図７の領域１７０２は施工後に特定された土砂の高さを示している。

【0082】

図７に示される例では、施工後の領域１７０２は、施工前の領域１７０１と比べて、領域１７２１において土砂の高さが増加している。このため、算出部３０４は、領域１７２１において、施工前と比べて増加した土砂を、柔らかい土砂として、土砂の高さを算出する。このように、本実施形態のコントローラ３０は、柔らかい土砂が存在する範囲及び当該範囲における柔らかい土砂の高さを推定できる。

【0083】

このように、算出部３０４は、施工後の領域１７０２の土砂形状のうち、施工前の領域１７０１の土砂形状と比べて、土砂が増加した領域１７２１については、バケット６による掘削が容易であることを示したパラメータ、換言すれば土砂が柔らかいと推定する。

【0084】

つまり、本実施形態においては、特定部３０３及び算出部３０４が、土砂の高さ情報の変化に基づいて、土砂の特性を推定する。具体的には、特定部３０３及び算出部３０４が、土砂の高さ情報の変化に基づいて、特性の異なる土砂（例えば、固い土砂、柔らかい土砂）毎に、当該土砂の高さを特定する。例えば、特定部３０３及び算出部３０４は、施工前の土砂形状と、現在の土砂形状と、を比較し、施工前と比べて増加した土砂について、所定の特性（例えば柔らかい）を割り当てる。また、特定部３０３及び算出部３０４は、掘削前の土砂形状と、掘削後の土砂形状と、を比較し、掘削前と比べて増加した土砂について、所定の特性（例えば柔らかい）を割り当ててもよい。

【0085】

本実施形態に係るコントローラ３０は、ショベル１００の施工による土砂形状の変化に基づいて、土砂に対して特性を割り当てる。本実施形態においては、特性を割り当てる際に、空間認識装置Ｃ１の測定結果等を用いるので、ショベル１００のバケット６が直接接触した土砂に特性を割り当てるだけではなく、ショベル１００の施工で間接的に変化が生じた土砂、例えば施工によって崩れた土砂等についても特性を割り当てることができる。

【0086】

図３に戻り、軌跡生成部３０５は、算出部３０４により算出されたパラメータ（区画毎の柔らかい土砂の高さ）に基づいて、設計情報記憶部Ｄ２２で示される施工後の土砂形状を形成するためのバケット６の移動軌跡を生成する。次に、算出部３０４により算出されたパラメータ（区画毎の柔らかい土砂の高さ）に基づいて生成されるバケット６の移動軌跡について説明する。

【0087】

制御部３０６は、軌跡生成部３０５によって生成された移動軌跡に従って、バケット６を移動させるために、アタッチメントを動作させるためのシリンダ（例えば、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９）の制御を行う。

【0088】

出力部３０７は、算出部３０４により算出されたパラメータに関する情報を、通信装置Ｔ１を介して、外部の装置に送信してもよい。また、出力部３０７は、算出部３０４により算出されたパラメータに関する情報を示した画面を、表示装置Ｄ１に出力してもよい。

【0089】

＜土砂の特性を考慮した移動軌跡の説明＞
図８は、本実施形態に係る軌跡生成部３０５によって生成された移動軌跡の第１例を示した図である。図８に示される例では、上述した処理を行うことで、固い土砂１８０２の区画毎の高さ、及び柔らかい土砂１８０１の区画毎の高さに基づいて、固い土砂１８０２の表面を沿うように移動軌跡１８１１が生成された例とする。本実施形態に係る制御部３０６は、当該移動軌跡１８１１に沿ってバケット６を移動させることで、エンジン１１の駆動力を所定の基準と比べて低い状態で、大量の土砂を掘削できる。これにより、作業効率の向上を実現できる。

【0090】

図９は、本実施形態に係る軌跡生成部３０５によって生成された移動軌跡の第２例を示した図である。図９に示される例では、上述した処理を行うことで、固い土砂１９０２の区画毎の高さ、及び柔らかい土砂１９０１の区画毎の高さに基づいて、移動軌跡１９１１、１９１２が生成された例とする。図９で示される例は、図８で示された例と比べて、柔らかい若い土砂が少ないため、柔らかい土砂を掘削した後に、固い土砂の掘削を行うような移動軌跡１９１１、１９１２が生成されたものとする。移動軌跡１９１２に従ってバケット６を移動させる時のエンジン１１の駆動力は、移動軌跡１９１１に従ってバケット６を移動させる時の駆動力と比べて大きくしてもよい。

【0091】

本実施形態においては、柔らかい土砂形状と、固い土砂形状と、を考慮した移動軌跡の生成を実現できる。換言すれば、現在の土砂の特性を考慮した掘削を実現しているので、作業効率の向上を実現できる。

【0092】

図１０は、本実施形態に係る軌跡生成部３０５によって生成された移動軌跡の第３例を示した図である。図１０に示される例では、固い土砂２００１と、柔らかい土砂２００２と、が推定された状態であって、面２０００Ａを形成するためにショベル１００が施工を行っている状態とする。この場合、面２０００Ａより下に柔らかい土砂が存在することが推定されているので、軌跡生成部３０５は、バケット６で転圧を行うための移動軌跡２０１１を生成する。制御部３０６は、移動軌跡２０１１に沿ってバケット６を駆動させることで、柔らかい土砂を下方向に転圧することで、面２０００Ａを形成できる。

【0093】

図１１は、本実施形態に係る軌跡生成部３０５によって生成された移動軌跡の第４例を示した図である。図１１に示される例では、固い土砂２１０１が推定された状態であって、面２１００Ａを形成するためにショベル１００が施工を行っている状態とする。この場合、図１１に示される状況では、土砂２１０１に対して転圧しても、面２１００Ａを形成するのは難しい。そこで、２１００Ａより上の土砂を掘削する必要がある。そこで、軌跡生成部３０５は、面２１００Ａより上の土砂を削り取るような移動軌跡２１１１を生成する。そして、制御部３０６は、移動軌跡２１１１に沿ってバケット６を駆動させることで、面２１００Ａより上の土砂を削り取って面２１００Ａを形成できる。

【0094】

本実施形態に係る軌跡生成部３０５には、上述したように、施工前と施工後の土砂形状が同一であっても、土砂の特性を考慮することで、生成されるバケット６の移動軌跡を異ならせている。つまり、現在の土砂の特性を考慮することで、より現在の状況に応じた施工が可能になるので、作業効率の向上を実現できる。

【0095】

＜ショベルにより実行される制御を示したフローチャート＞
次に、ショベル１００が行う制御の流れについて説明する。図１２は、本実施形態に係るショベル１００の掘削を行う前の処理の流れの一例を示したフローチャートである。

【0096】

取得部３０１は、空間認識装置Ｃ１によるショベル１００の周辺の土砂形状（区画毎の土砂の高さ）の計測結果を取得する（Ｓ２２０１）。

【0097】

補間部３０２は、空間認識装置Ｃ１による検出対象である領域のうち、土砂の高さが検出できなかった区画について、土砂の高さを補間する（Ｓ２２０２）。

【0098】

特定部３０３は、取得部３０１が取得した空間認識装置Ｃ１の測定結果と、補間部３０２による区画の高さの補間結果と、に基づいて、ショベル１００の周辺の区画毎に、固い土砂の高さを特定し、特定結果を、土砂高さ情報記憶部Ｄ２１に登録する（Ｓ２２０３）。

【0099】

図１３は、本実施形態に係るショベル１００の掘削を行う後の処理の流れの一例を示したフローチャートである。

【0100】

取得部３０１は、空間認識装置Ｃ１によるショベル１００の周辺の土砂形状（区画毎の土砂の高さ）の計測結果を取得する（Ｓ２３０１）。

【0101】

補間部３０２は、空間認識装置Ｃ１による検出対象である領域のうち、土砂の高さが検出できなかった区画について、土砂の高さを補間する（Ｓ２３０２）。

【0102】

次に、特定部３０３は、取得部３０１が取得した空間認識装置Ｃ１の測定結果と、補間部３０２による区画の高さの補間結果と、土砂高さ情報記憶部Ｄ２１に記憶された土砂の高さと、に基づいて、ショベル１００の周辺の区画毎に、固い土砂の高さを特定する（Ｓ２３０３）。例えば、特定部３０３は、土砂高さ情報記憶部Ｄ２１に記憶された土砂の高さより現在の土砂の方が高い区画については、土砂高さ情報記憶部Ｄ２１に記憶された土砂の高さを、固い土砂の高さとする。一方、特定部３０３は、土砂高さ情報記憶部Ｄ２１に記憶された土砂の高さと比べて、現在の土砂が低い又は同じ区画については、現在の土砂の高さを、固い土砂の高さとする。

【0103】

そして、算出部３０４が、特定部３０３により特定された区画毎の固い土砂の高さと、取得部３０１及び補間部３０２によって導出された区画毎の現在の土砂の高さと、に基づいて、区画毎に柔らかい土砂の高さを算出する（Ｓ２３０４）。算出手法は、上述したので説明を省略する。

【0104】

軌跡生成部３０５は、区画毎における、固い土砂の高さと、柔らかい土砂の高さと、に基づいて、設計情報記憶部Ｄ２２に記憶されている施工後の土砂形状を形成するためのバケット６の移動軌跡を生成する（Ｓ２３０５）。

【0105】

制御部３０６は、生成された移動軌跡に従って、バケット６を移動させるために各種シリンダの制御を行う（Ｓ２３０６）。

【0106】

上述した処理手順によって、本実施形態に係るコントローラ３０は、土砂の特性を考慮したアタッチメントの制御を実現できる。

【0107】

上述した実施形態においては、施工前との変化によって、土砂が柔らかいか否かを判定する例について説明した。しかしながら、当該施工前は、一日の作業開始時を示すものではなく、日々の作業を積算する際の作業開始時であってもよい。さらには、施工前か否かは、作業場所における環境の変化に基づいて初期化してもよい。例えば、雨が降った場合には雨が降った後の作業開始時を、施工前としてもよい。

【0108】

（第１の実施形態の変形例１）
上述した実施形態は、変化した土砂の高さに基づいて土砂の特性を推定する例について説明した。しかしながら、土砂の特性が変化するのは、高さが変化した領域に制限するものではない。例えば、バケット６で土砂の掘削が行われた場合に、掘削された周辺領域について空気の含有率が変化することで、高さが変化していなくとも、土砂の特性が変化することがある。

【0109】

そこで変形例では、機械学習を用いて土砂の特性を推定する例とする。まずは、ショベルが作業を行う前に学習モデルを用意する必要がある。本変形例では、ショベルが実際の掘削を行って実験データを導き出す。そして、学習モデルを生成するための情報処理装置が、実験データから、実際のショベルによる動作と、当該動作が行われた後の土砂形状と、当該土砂形状の区画毎に特性毎の土砂の高さ（例えば、区画毎に柔らかい土砂の高さ及び固い土砂の高さを示した情報）と、を表した教師データを生成する。そして、当該情報処理装置が、当該教師データを用いて機械学習を行うことで、学習モデルを生成する。当該機械学習は、ディープラーニング等を用いてよく、具体的には、ニューラルネットワークを用いてバックプロパゲーションにより学習を行う。そして、当該学習モデルをコントローラ３０に搭載する。

【0110】

そして、コントローラ３０は、空間認識装置Ｃ１の計測結果と、ショベル１００が行った動作とを、学習モデルに入力することで、当該学習モデルから、バケット６が作業後における、各区画に土砂の特性毎の高さ（例えば固い土砂の高さ及び柔らかい土砂の高さ）を受け取る。

【0111】

これによりコントローラ３０は、区画毎の土砂の特性毎の高さを考慮して、バケット６の動作制御を実現できる。したがって、上述した実施形態と同様に作業効率の向上を実現できる。

【0112】

（第１の実施形態の変形例２）
次に、複数のショベル１００を連携する例について説明する。図１４は、第１の実施形態の変形例２に係るショベル１００ａとショベル１００ｂとが連携して施工を行う概念を示した図である。図１４に示される、ショベル１００ａ及びショベル１００ｂの各々が自動制御を行う。

【0113】

ショベル１００（１００ａ）は、設計情報記憶部Ｄ２２で示された土砂形状になるように、土砂の傾斜２４１１に対して、バケット６によって法面２４１２を形成している。法面２４１２を形成するために削り取られた土砂は、土砂２４２１の表面上に土砂２４２２として積み上げられる。

【0114】

ショベル１００（１００ｂ）は、空間認識装置Ｃ１による測定結果から、施工前に検出された土砂２４２１から土砂形状が変化していることを認識できる。そこで、ショベル１００（１００ｂ）のコントローラ３０は、積み上げられた土砂２４２２が柔らかいことを推定できる。

【0115】

なお、本実施形態では、土砂の特性の推定は、ショベル１００ｂが行う手法に制限するものではない。例えば、当該土砂の特性の推定結果を、ショベル１００ａからショベル１００ｂに送信してもよい。

【0116】

そして、ショベル１００（１００ｂ）は、土砂２４２２は柔らかいことを考慮した掘削と、トラック２４０１に積み込みと、を行う。換言すれば、ショベル１００ｂは、土砂２４２２が柔らかいことを認識しているので、土砂が固い場合と比べて多くの土砂を書き取るように自動制御を行うことができる。例えば、ショベル１００（１００ｂ）は、バケット６が固い土砂２４２１に沿うように、柔らかい土砂２４２２をかき取ってもよい。このように、本変形例では、ショベル１００ｂが、土砂の特質を考慮した上で、土砂２４２２のかき取りを行うことで、作業効率の向上を実現できる。

【0117】

（第２の実施形態）
上述した実施形態は、ショベル１００が全自動制御を行う場合について説明した。しかしながら、上述した実施形態はショベル１００が全自動制御を行う場合に制限するものではない。そこで第２の実施形態は、操作者の操作に従って、コントローラ３０が半自動制御を行う例である。

【0118】

本実施形態においては、コントローラ３０が、バケット６の移動軌跡を生成する。当該移動軌跡を生成するまでの手順は、上述した実施形態と同様として説明を省略する。つまり、本実施形態においても、土砂の特性を考慮した移動軌跡の生成が行われる。

【0119】

そして、操作者が操作装置２６を用いて操作が行われた場合に、コントローラ３０が、当該操作に対応するように、移動軌跡に沿ってバケット６が移動するように制御を行う。

【0120】

例えば、図９に示されるような柔らかい土砂をかき取った後に、固い土砂をかき取るような移動軌跡の場合に、コントローラ３０は、土砂の特性に応じてエンジン１１の出力を切り替えるよう制御を行ってもよい。これにより、操作者は、土砂の特性を意識することなく、作業を行うことができる。したがって、本実施形態に係るショベル１００を用いることで、操作性の向上を実現できる。

【0121】

（第３の実施形態）
上述した実施形態及び変形例は、ショベル１００の各々が推定した結果に基づいて、制御を行う例について説明した。そこで、第３の実施形態では、複数のショベル１００の各々の推定結果を共有する場合について説明する。本実施形態においては、複数のショベル１００を制御可能な遠隔操作システムを適用した場合について説明する。

【0122】

図１５は、第３の実施形態に係る遠隔操作システムＳＹＳの一例を示す概要図である。図１５に示すように、第３の実施形態に係る遠隔操作システムＳＹＳは、３台のショベル１００と、管理サーバ２５０１と、遠隔操作室ＲＣと、を含んでいる。

【0123】

管理サーバ２５０１は、３台のショベル１００によって特定された土砂の高さ情報を管理する。

【0124】

３台のショベル１００は、同じ作業現場に存在している。本実施形態で示したショベル１００の台数は、一例として示したものであって、ショベル１００の台数は２台でもよいし、４台以上でもよい。

【0125】

そして、３台のショベル１００は、作業現場に関する情報を、遠隔操作室ＲＣに送信できる。これにより、遠隔操作室ＲＣは、作業現場を多角的に確認することができる。

【0126】

また、３台のショベル１００の各々に設けられた撮像装置で撮像された画像データを、遠隔操作室ＲＣに送信する。

【0127】

遠隔操作室ＲＣには、通信装置Ｔ２、遠隔コントローラ２５１３、操作装置２５１１、操作センサ２５１２、及び表示装置Ｄ１１を備えている。また、遠隔操作室ＲＣには、ショベル１００を遠隔操作する操作者ＯＰが座る操作席ＤＳが設置されている。遠隔操作室ＲＣは、ショベル１００ａ～ショベル１００ｃのうち少なくとも一つ以上の制御を行う。遠隔操作室ＲＣの制御対象は、ショベル１００ａ～ショベル１００ｃのうち、どのショベルであってもよく、本実施形態では制御対象をショベル１００と示す。遠隔操作室ＲＣが操作するショベル１００以外のショベルは、上述した実施形態と同様に自動制御であってもよい。

【0128】

通信装置Ｔ２は、ショベル１００に取り付けられた通信装置Ｔ１（図１参照）との間で通信を制御するように構成されている。

【0129】

遠隔コントローラ２５１３は、各種演算を実行する演算装置である。本実施形態では、遠隔コントローラ２５１３は、ＣＰＵ及びメモリを含むマイクロコンピュータで構成されている。そして、遠隔コントローラ２５１３の各種機能は、ＣＰＵがメモリに格納されたプログラムを実行することで実現される。

【0130】

表示装置Ｄ１１は、遠隔操作室ＲＣにいる操作者ＯＰがショベル１００の周囲を視認するために、ショベル１００の各々から送信された情報に基づいた画面を表示する。表示装置Ｄ１１は、操作者が遠隔操作室ＲＣにいるにもかかわらず、ショベル１００の周囲を含む作業現場の状況を確認できる。

【0131】

操作装置２５１１（操作部の一例）には、操作装置２５１１の操作内容を検出するための操作センサ２５１２が設置されている。操作センサ２５１２は、例えば、操作レバーの傾斜角度を検出する傾斜センサ、又は、操作レバーの揺動軸回りの揺動角度を検出する角度センサ等である。操作センサ２５１２は、圧力センサ、電流センサ、電圧センサ、又は距離センサ等の他のセンサで構成されていてもよい。操作センサ２５１２は、検出した操作装置２５１１の操作内容に関する情報を遠隔コントローラ２５１３に対して出力する。遠隔コントローラ２５１３は、受信した情報に基づいて操作信号を生成し、生成した操作信号をショベル１００に向けて送信する。操作センサ２５１２は、操作信号を生成するように構成されていてもよい。この場合、操作センサ２５１２は、遠隔コントローラ２５１３を経由せずに、操作信号を通信装置Ｔ２に出力してもよい。これにより、遠隔操作室ＲＣから、ショベル１００の遠隔操作を実現できる。

【0132】

３台のショベル１００は、上述した実施形態と同様に、施工前に当該ショベル１００が作業を行う領域内の固い土砂形状を特定し、領域内の固い土砂の高さを示す情報を、管理サーバ２５０１に送信する。

【0133】

本実施形態に係る管理サーバ２５０１は、３台のショベル１００から送信された、ショベル１００が測定を行った領域毎の固い土砂の高さ情報を記憶装置２５０２に保存する。そして、管理サーバ２５０１は、記憶装置２５０２に保存された、領域毎の固い土砂の高さ情報を、３台のショベル１００の各々に送信する。これにより、３台のショベル１００のコントローラ３０は、施工前の土砂形状及び土砂の特性を認識できる。

【0134】

その後も、３台のショベル１００のコントローラ３０が、固い土砂の高さと柔らかい土砂の高さとを特定する毎に、固い土砂の高さ情報と、柔らかい土砂の高さ情報と、を管理サーバ２５０１に送信する。

【0135】

管理サーバ２５０１は、受信する毎に、記憶装置２５０２に記憶された、固い土砂の高さ情報と、柔らかい土砂の高さ情報とを更新していく。そして、管理サーバ２５０１は、更新結果を、３台のショベル１００の各々に送信する。

【0136】

これにより、３台のショベル１００のコントローラ３０は、３台のショベル１００の作業領域において、区画単位で、固い土砂の高さと、柔らかい土砂の高さと、を認識できる。

【0137】

また、本実施形態においては、固い土砂の高さ、及び柔らかい土砂の高さの情報は、バケット６の移動軌跡の生成以外にも用いてもよい。そこで、本実施形態においては、遠隔操作室ＲＣの表示に用いる例について説明する。

【0138】

そして、本実施形態に係る遠隔コントローラ２５１３は、管理サーバ２５０１から、記憶装置２５０２に記憶された、区画毎の固い土砂の高さ、及び柔らかい土砂の高さの情報を受信する。

【0139】

そして、遠隔コントローラ２５１３は、遠隔操作室ＲＣで遠隔操作しているショベル１００の現在のバケット６が移動可能な軌跡上に存在する各区画の土砂の高さを表した画面を生成する。そして、遠隔コントローラ２５１３は、生成した画面を、表示装置Ｄ１１に表示する。

【0140】

図１６は、表示装置Ｄ１１に表示された画面例を示した図である。図１６に示される画面２６００では、遠隔操作しているショベル１００の俯瞰画像２６０１が表されている。当該俯瞰画像２６０１は、例えばショベル１００に設けられた撮像装置が撮像した画像データに基づいて生成されてもよいし、ショベル１００の周辺に存在する（図示しない）ドローン又は（図示しない）定点計測装置の計測結果に基づいて生成されてもよい。

【0141】

俯瞰画像２６０１では、遠隔操作しているショベル１００のアイコン２６０３と共に、ショベル１００の周囲が表されている。さらに、俯瞰画像２６０１には、バケット６の移動可能な軌跡２６０２を表している。

【0142】

そして、画面２６００の領域２６１０には、軌跡２６０２上に存在する区画毎の固い土砂の高さ２６１１～２６１７と、柔らかい土砂の高さ２６２１～２６２２と、が示されている。

【0143】

画面２６００の領域２６１０に示された固い土砂の高さ、及び柔らかい土砂の高さは、ショベル１００のコントローラ３０によって特定された情報である。

【0144】

つまり、コントローラ３０が、空間認識装置Ｃ１によって計測された土砂形状を構成している区画毎に、土砂の特性（例えば、柔らかい土砂の高さ及び固い土砂の高さ）が示された情報を、管理サーバ２５０１に送信する。そして、管理サーバ２５０１が、遠隔コントローラ２５１３に当該情報を送信する。

【0145】

これにより、遠隔コントローラ２５１３は、表示装置Ｄ１１に、図１６に示される画面を表示できる。

【0146】

なお、本実施形態においては、遠隔操作室ＲＣに図１６に示される画面を表示する例について説明したが、当該画面を表示するのを遠隔操作室ＲＣに制限するものではない。例えば、ショベル１００のキャビン１０に設けられた表示装置Ｄ１に表示してもよい。

【0147】

本実施形態においては、遠隔操作室ＲＣで操作者ＯＰが操作を行う際に、ショベル１００周辺の土砂の特性を考慮して、作業を行うことができるので、作業効率の向上を実現できる。

【0148】

＜作用＞
上述した実施形態及び変形例においては、土砂高さ情報記憶部Ｄ２１に記憶された、施工前の土砂形状と、空間認識装置Ｃ１で計測された土砂形状と、に基づいて、現在の土砂形状を形成している土砂の特性を推定している。推定された土砂の特性は、画面の表示又はショベル１００の制御に用いられる。例えば土砂が柔らかいため大量にかき取るなど、土砂の特性を考慮して作業を行うことができるので、作業効率の向上を実現できる。

【0149】

土砂の特性は、ショベル１００が行った作業で土砂が動いたか否かによって、土砂が柔らかいか否かを保持している。土砂が柔らかいか否かは、土砂の空気の含有率や水分の変化であり、土砂の比重の変化とも考えられる。このように土砂の比重の変化によって、バケット６で大量に掘削可能か否かの判断が可能となる。したがって、上述した実施形態及び変形例では、バケット６による掘削が容易か否かの判断基準を考慮して移動軌跡の生成が可能になるので、作業効率の向上を実現できる。

【0150】

以上、作業機械の一例としてショベルを用いた場合の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されない。特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更、修正、置換、付加、削除、および組み合わせが可能である。それらについても当然に本発明の技術的範囲に属する。

【0151】

つまり、上述した遠隔操作システムは、ショベルを含む作業機械の操作を行うシステムに適用した場合について説明したが、他の態様のシステムに適用してもよい。例えば、道路を走行している車両の遠隔監視、又は当該車両の遠隔操作するためのシステムに適用してもよい。さらには、多くの人が存在する領域における防犯監視システム（人及び人の所持物の３次元モデルの表示）に適用してもよい。このように、遠隔地において、物体の監視又は操作を行うシステムであれば適用できる。

【符号の説明】

【0152】

１００ ショベル
Ｃ１ 空間認識装置
Ｔ１、Ｔ２ 通信装置
１ 下部走行体
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１１ エンジン
３０ コントローラ
３０１ 取得部
３０２ 補間部
３０３ 特定部
３０４ 算出部
３０５ 軌跡生成部
３０６ 制御部
３０７ 出力部
Ｄ１ 表示装置
Ｄ２ 記憶装置
Ｄ２１ 土砂高さ情報記憶部
Ｄ２２ 設計情報記憶部

【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】