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(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】P2025010491
(43)【公開日】2025-01-21
(54)【発明の名称】建設機械
(51)【国際特許分類】
E02F 9/26 20060101AFI20250110BHJP
E02D 1/02 20060101ALI20250110BHJP
【ＦＩ】
E02F9/26 B
E02D1/02
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024087998
(22)【出願日】2024-05-30
(31)【優先権主張番号】P 2023112400
(32)【優先日】2023-07-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000246273
【氏名又は名称】コベルコ建機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110004303
【氏名又は名称】弁理士法人三協国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】沖本 翔
(72)【発明者】
【氏名】島津 泰彦
(72)【発明者】
【氏名】小岩井 一茂
(72)【発明者】
【氏名】洪水 雅俊
【テーマコード（参考）】
2D015
2D043
【Ｆターム（参考）】
2D015HA03
2D015HB01
2D043AA01
2D043AB03
2D043AC01
2D043AC05
2D043BC05
(57)【要約】
【課題】地盤の硬さを高精度で推定可能な建設機械を提供する課題を解決する。
【解決手段】建設機械１は、機体１Ｓと、地盤を構成する土砂を掘削して保持するためのバケット２３を有し、機体１Ｓに取付けられた状態でバケット２３を介して地盤の掘削動作を実行可能な作業アタッチメント２０と、バケット２３に保持された土砂Ｅの重量を検出可能な重量検出部と、地盤の硬さを推定するための硬さ推定部とを備え、硬さ推定部は、地盤の硬さを推定する際には、作業アタッチメント２０が掘削開始姿勢から掘削後の土砂Ｅを保持可能な掘削完了姿勢まで目標速度条件を満たしながら姿勢変化する所定掘削動作が実行された後に、重量検出部により検出される前記土砂Ｅの重量と、当該土砂Ｅの重量と前記地盤の硬さとを対応付けた硬さ対応データとを基に地盤の硬さを推定する推定処理を実行する。
【選択図】図４Ｃ
【解決手段】建設機械１は、機体１Ｓと、地盤を構成する土砂を掘削して保持するためのバケット２３を有し、機体１Ｓに取付けられた状態でバケット２３を介して地盤の掘削動作を実行可能な作業アタッチメント２０と、バケット２３に保持された土砂Ｅの重量を検出可能な重量検出部と、地盤の硬さを推定するための硬さ推定部とを備え、硬さ推定部は、地盤の硬さを推定する際には、作業アタッチメント２０が掘削開始姿勢から掘削後の土砂Ｅを保持可能な掘削完了姿勢まで目標速度条件を満たしながら姿勢変化する所定掘削動作が実行された後に、重量検出部により検出される前記土砂Ｅの重量と、当該土砂Ｅの重量と前記地盤の硬さとを対応付けた硬さ対応データとを基に地盤の硬さを推定する推定処理を実行する。
【選択図】図４Ｃ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
機体と、
前記機体に装着され、地盤を構成する土砂を掘削して保持可能なバケットを有するとともに当該バケットを介して前記地盤の掘削動作を実行可能な作業アタッチメントと、
前記バケットに保持された前記土砂の重量を検出可能な重量検出部と、
前記地盤の硬さを推定する硬さ推定部とを備え、
前記硬さ推定部は、前記作業アタッチメントが掘削開始姿勢から掘削後の土砂を保持可能な掘削完了姿勢まで目標速度条件を満たしながら姿勢変化する所定掘削動作が実行された後に、前記重量検出部により検出される前記土砂の重量と、前記地盤の硬さの違いによる当該土砂の重量の変化を規定した第１硬さ対応データとを基に前記地盤の硬さを推定する推定処理を実行するように構成されている、建設機械。
前記機体に装着され、地盤を構成する土砂を掘削して保持可能なバケットを有するとともに当該バケットを介して前記地盤の掘削動作を実行可能な作業アタッチメントと、
前記バケットに保持された前記土砂の重量を検出可能な重量検出部と、
前記地盤の硬さを推定する硬さ推定部とを備え、
前記硬さ推定部は、前記作業アタッチメントが掘削開始姿勢から掘削後の土砂を保持可能な掘削完了姿勢まで目標速度条件を満たしながら姿勢変化する所定掘削動作が実行された後に、前記重量検出部により検出される前記土砂の重量と、前記地盤の硬さの違いによる当該土砂の重量の変化を規定した第１硬さ対応データとを基に前記地盤の硬さを推定する推定処理を実行するように構成されている、建設機械。
【請求項2】
請求項１記載の建設機械において、
前記掘削動作中における前記作業アタッチメントの稼働状態に関連し且つ当該掘削動作の対象となる地盤の硬さと相関のある稼働データを取得する稼働データ取得部と、を備え、
前記硬さ推定部は、
前記推定処理を実行する際には、前記作業アタッチメントによる前記所定掘削動作の実行後に前記重量検出部により検出される前記土砂の重量と前記第１硬さ対応データとを基に当該土砂の重量に対応する地盤の硬さを第１硬さとして算出する第１算出処理と、
前記所定掘削動作中に前記稼働データ取得部が取得した前記稼働データと、前記地盤の硬さの違いによる前記稼働データの変化を規定した第２硬さ対応データとを基に、前記取得した前記稼働データに対応する前記地盤の硬さを第２硬さとして算出する第２算出処理とを実行し、前記第１算出処理で算出した前記第１硬さと、前記第２算出処理で算出した前記第２硬さとを基に前記地盤の硬さを推定するように構成されている、建設機械。
前記掘削動作中における前記作業アタッチメントの稼働状態に関連し且つ当該掘削動作の対象となる地盤の硬さと相関のある稼働データを取得する稼働データ取得部と、を備え、
前記硬さ推定部は、
前記推定処理を実行する際には、前記作業アタッチメントによる前記所定掘削動作の実行後に前記重量検出部により検出される前記土砂の重量と前記第１硬さ対応データとを基に当該土砂の重量に対応する地盤の硬さを第１硬さとして算出する第１算出処理と、
前記所定掘削動作中に前記稼働データ取得部が取得した前記稼働データと、前記地盤の硬さの違いによる前記稼働データの変化を規定した第２硬さ対応データとを基に、前記取得した前記稼働データに対応する前記地盤の硬さを第２硬さとして算出する第２算出処理とを実行し、前記第１算出処理で算出した前記第１硬さと、前記第２算出処理で算出した前記第２硬さとを基に前記地盤の硬さを推定するように構成されている、建設機械。
【請求項3】
請求項１又は２記載の建設機械において、
前記硬さ推定部は、前記作業アタッチメントによる前記所定掘削動作が実行された場合に、当該所定掘削動作が所定の軌道に沿って正しく実行されたか否かを判定する動作判定処理を実行し、正しく実行されていないと判定した場合には前記推定処理を実行しないように構成されている、建設機械。
前記硬さ推定部は、前記作業アタッチメントによる前記所定掘削動作が実行された場合に、当該所定掘削動作が所定の軌道に沿って正しく実行されたか否かを判定する動作判定処理を実行し、正しく実行されていないと判定した場合には前記推定処理を実行しないように構成されている、建設機械。
【請求項4】
請求項２記載の建設機械において、
前記稼働データは、前記掘削動作中における前記作業アタッチメントの稼働状態に関連し且つ当該掘削動作の対象となる地盤の硬さと相関のある稼働パラメータに関する数値のデータであり、
前記稼働パラメータは、前記作業アタッチメントを駆動するシリンダの負荷、前記作業アタッチメントの重心速度、前記作業アタッチメントの重心加速度、及び前記作業アタッチメントに作用する掘削反力のうち少なくとも１つを含む、建設機械。
前記稼働データは、前記掘削動作中における前記作業アタッチメントの稼働状態に関連し且つ当該掘削動作の対象となる地盤の硬さと相関のある稼働パラメータに関する数値のデータであり、
前記稼働パラメータは、前記作業アタッチメントを駆動するシリンダの負荷、前記作業アタッチメントの重心速度、前記作業アタッチメントの重心加速度、及び前記作業アタッチメントに作用する掘削反力のうち少なくとも１つを含む、建設機械。
【請求項5】
請求項２記載の建設機械において、
前記稼働データは、前記掘削動作中における前記作業アタッチメントの稼働状態に関連し且つ当該掘削動作の対象となる地盤の硬さと相関のある少なくとも１つの稼働パラメータに関する数値のデータであり、
前記硬さ推定部は、前記推定処理の実行に際して、前記少なくとも１つの稼働パラメータに対応する少なくとも一つの前記第２硬さと、前記土砂の重量に対応する前記第１硬さとを算出し、該算出した少なくとも１つの第２硬さ及び前記第１硬さと、該各硬さのそれぞれに対して予め設定された重み係数とを基に前記地盤の硬さを推定するように構成されている、建設機械。
前記稼働データは、前記掘削動作中における前記作業アタッチメントの稼働状態に関連し且つ当該掘削動作の対象となる地盤の硬さと相関のある少なくとも１つの稼働パラメータに関する数値のデータであり、
前記硬さ推定部は、前記推定処理の実行に際して、前記少なくとも１つの稼働パラメータに対応する少なくとも一つの前記第２硬さと、前記土砂の重量に対応する前記第１硬さとを算出し、該算出した少なくとも１つの第２硬さ及び前記第１硬さと、該各硬さのそれぞれに対して予め設定された重み係数とを基に前記地盤の硬さを推定するように構成されている、建設機械。
【請求項6】
請求項１又は２記載の建設機械において、
前記硬さ推定部は、前記所定掘削動作の実行毎に推定した前記地盤の硬さを記憶しておき、記憶した硬さの所定回数分の平均値を前記地盤の硬さとして出力するように構成されている、建設機械。
前記硬さ推定部は、前記所定掘削動作の実行毎に推定した前記地盤の硬さを記憶しておき、記憶した硬さの所定回数分の平均値を前記地盤の硬さとして出力するように構成されている、建設機械。
【請求項7】
請求項５記載の建設機械において、
前記硬さ推定部は、前記作業アタッチメントの前記所定掘削動作時における姿勢、又は、前記稼働データにおける前記数値の時系列変化に基づいて前記重み係数を変更するように構成されている、建設機械。
前記硬さ推定部は、前記作業アタッチメントの前記所定掘削動作時における姿勢、又は、前記稼働データにおける前記数値の時系列変化に基づいて前記重み係数を変更するように構成されている、建設機械。
【請求項8】
請求項３記載の建設機械において、
前記掘削開始姿勢における作業アタッチメントの基端部から前記バケットの先端までの距離と、前記所定掘削動作の開始後における前記作業アタッチメントの操作入力情報とを基に前記動作判定処理を実行するように構成されている、建設機械。
前記掘削開始姿勢における作業アタッチメントの基端部から前記バケットの先端までの距離と、前記所定掘削動作の開始後における前記作業アタッチメントの操作入力情報とを基に前記動作判定処理を実行するように構成されている、建設機械。
【請求項9】
請求項１又は２記載の建設機械において、
前記目標速度条件を設定する速度条件設定部をさらに備え、
前記速度条件設定部は、前記作業アタッチメントが前記目標速度条件を満たしながら所定掘削動作を所定回数実行した後は、当該目標速度条件を再設定するように構成され、
前記速度条件設定部は、前記目標速度条件を再設定する際には、前記所定掘削動作が所定回数実行された時点で前記硬さ推定部によって推定される地盤の硬さを取得し、当該取得した硬さの地盤を前記作業アタッチメントの前記所定掘削動作により掘削した場合に、前記バケットにより掘削される前記土砂の掘削量が、当該バケットが保持可能な最大積載量に対応する量になるように設定される、建設機械。
前記目標速度条件を設定する速度条件設定部をさらに備え、
前記速度条件設定部は、前記作業アタッチメントが前記目標速度条件を満たしながら所定掘削動作を所定回数実行した後は、当該目標速度条件を再設定するように構成され、
前記速度条件設定部は、前記目標速度条件を再設定する際には、前記所定掘削動作が所定回数実行された時点で前記硬さ推定部によって推定される地盤の硬さを取得し、当該取得した硬さの地盤を前記作業アタッチメントの前記所定掘削動作により掘削した場合に、前記バケットにより掘削される前記土砂の掘削量が、当該バケットが保持可能な最大積載量に対応する量になるように設定される、建設機械。
【請求項10】
請求項１記載の建設機械において、
前記作業アタッチメントは、前記バケットを含む互いに相対移動可能な複数の部材を有し、
前記目標速度条件は、前記複数の部材のうちの１つであって前記バケットに連結されるアームの重心の速度又は当該複数の部材の合成重心の速度が一定であるとの条件からなる、建設機械。
前記作業アタッチメントは、前記バケットを含む互いに相対移動可能な複数の部材を有し、
前記目標速度条件は、前記複数の部材のうちの１つであって前記バケットに連結されるアームの重心の速度又は当該複数の部材の合成重心の速度が一定であるとの条件からなる、建設機械。
【請求項11】
請求項１又は２記載の建設機械において、
前記所定掘削動作の実行中における前記作業アタッチメントの速度状態を検出し、検出した速度状態と前記目標速度条件との乖離度に係る情報を算出する乖離度算出部と、
前記乖離度算出部により算出された前記乖離度に係る情報を報知する報知部と、をさらに備えている、建設機械。
前記所定掘削動作の実行中における前記作業アタッチメントの速度状態を検出し、検出した速度状態と前記目標速度条件との乖離度に係る情報を算出する乖離度算出部と、
前記乖離度算出部により算出された前記乖離度に係る情報を報知する報知部と、をさらに備えている、建設機械。
【請求項12】
請求項１又は２記載の建設機械において、
前記所定掘削動作の実行中における前記作業アタッチメントの速度状態を検出する速度状態検出部と、
前記作業アタッチメントを駆動するための駆動部と、
前記作業アタッチメントによる前記所定掘削動作の実行中は、前記速度状態検出部により検出された前記作業アタッチメントの速度状態と、前記目標速度条件との比較を基に、前記速度状態が前記目標速度条件を満たすように、前記駆動部への指令信号を決定し、当該決定した指令信号を前記駆動部に送信する制御を実行する制御部とを備えている、建設機械。
前記所定掘削動作の実行中における前記作業アタッチメントの速度状態を検出する速度状態検出部と、
前記作業アタッチメントを駆動するための駆動部と、
前記作業アタッチメントによる前記所定掘削動作の実行中は、前記速度状態検出部により検出された前記作業アタッチメントの速度状態と、前記目標速度条件との比較を基に、前記速度状態が前記目標速度条件を満たすように、前記駆動部への指令信号を決定し、当該決定した指令信号を前記駆動部に送信する制御を実行する制御部とを備えている、建設機械。
【請求項13】
請求項１又は２記載の建設機械において、
前記目標速度条件は、前記硬さ対応データに規定された地盤の硬さのうち軟らかい側の所定硬さの地盤を前記作業アタッチメントの前記所定掘削動作により掘削した場合に、前記バケットにより掘削される前記土砂の掘削量が、当該バケットが保持可能な最大積載量に対応する量になるように設定される、建設機械。
前記目標速度条件は、前記硬さ対応データに規定された地盤の硬さのうち軟らかい側の所定硬さの地盤を前記作業アタッチメントの前記所定掘削動作により掘削した場合に、前記バケットにより掘削される前記土砂の掘削量が、当該バケットが保持可能な最大積載量に対応する量になるように設定される、建設機械。
【請求項14】
請求項１又は２記載の建設機械において、
前記所定掘削動作に要した時間である掘削時間を検出する掘削時間検出部をさらに備え、
前記硬さ推定部は、前記作業アタッチメントにより前記所定掘削動作が実行された後に、前記重量検出部により検出された前記土砂の重量が所定重量以上であるか否かを判定し、該所定重量未満であると判定した場合に、前記重量検出部により検出される前記土砂の重量と前記硬さ対応データとを基に前記地盤の硬さを推定する前記推定処理を実行する一方、前記所定重量以上であると判定した場合には、前記掘削時間検出部により検出された掘削時間に基づいて前記地盤の硬さを推定する推定処理を実行するように構成されている、建設機械。
前記所定掘削動作に要した時間である掘削時間を検出する掘削時間検出部をさらに備え、
前記硬さ推定部は、前記作業アタッチメントにより前記所定掘削動作が実行された後に、前記重量検出部により検出された前記土砂の重量が所定重量以上であるか否かを判定し、該所定重量未満であると判定した場合に、前記重量検出部により検出される前記土砂の重量と前記硬さ対応データとを基に前記地盤の硬さを推定する前記推定処理を実行する一方、前記所定重量以上であると判定した場合には、前記掘削時間検出部により検出された掘削時間に基づいて前記地盤の硬さを推定する推定処理を実行するように構成されている、建設機械。
【請求項15】
請求項１又は２記載の建設機械において、
前記作業アタッチメントを駆動するための駆動部と、
前記作業アタッチメントに前記目標速度条件を満たす前記所定掘削動作を実行させるための指令信号を生成して、生成した指令信号を前記駆動部に入力する制御を実行可能な制御部とをさらに備えている、建設機械。
前記作業アタッチメントを駆動するための駆動部と、
前記作業アタッチメントに前記目標速度条件を満たす前記所定掘削動作を実行させるための指令信号を生成して、生成した指令信号を前記駆動部に入力する制御を実行可能な制御部とをさらに備えている、建設機械。
【請求項16】
請求項１又は２記載の建設機械において、
前記硬さ推定部により推定された前記地盤の硬さの情報を受け付けて、当該受け付けた硬さの情報を、前記建設機械から離れた場所に設けられた管理装置へ送信する通信部をさらに備えている、建設機械。
前記硬さ推定部により推定された前記地盤の硬さの情報を受け付けて、当該受け付けた硬さの情報を、前記建設機械から離れた場所に設けられた管理装置へ送信する通信部をさらに備えている、建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、建設機械に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、機体と該機体に起伏可能に支持された作業アタッチメントとを有していて地盤の硬さを推定可能に構成された建設機械が知られている。特許文献１には、このような建設機械の一例が開示されている。この建設機械は、作業アタッチメントに取付けられる歪みセンサ又は加速度センサを含むセンサと、当該センサの検出値により地盤の硬さを推定する硬さ推定部とを有している。
【0003】
前記硬さ推定部は、前記作業アタッチメントを所定速度及び所定角度で地面（地盤）に接触させる所定動作を行ったときの前記センサの検出値と、前記所定動作を行ったときの前記センサの検出値と前記地盤の硬さとが対応付けされたデータとに基づいて、前記地盤の硬さを推定するように構成されている。具体的には、硬さ推定部は、センサによる検出値の波形の特徴（例えば、大きい加速度を示した後に短時間で加速度が減少する波形であるか否か等の特徴）を判別して、判別した波形の特徴に応じて前記地盤の硬さを推定するように構成されている（特許文献１の段落［００５４］－［００５５］等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第７０７３１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１に示す建設機械では、硬さ推定部にて地盤の硬さを推定する際に、センサによる検出値の波形の特徴を判別するようにしているため、単に検出値の大小関係を判別する場合に比べて、演算処理が複雑になり誤判別のリスクが高くなる（結果として、地盤硬さの推定精度が低下する）という問題がある。
【0006】
また特許文献１に示す建設機械において、地盤の硬さを高い分解能で推定するためには、地盤の硬さに応じたセンサの検出値の波形の特徴を細かく分類して地盤の硬さと対応付けたデータを準備する必要があるが、波形の特徴を細かく分類すると硬さ推定部における波形の判別精度が低下し、延いては、硬さ推定部における地盤硬さの推定精度が低下するという問題が生じる。
【0007】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、地盤の硬さを高精度で推定可能な建設機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明により提供されるのは、機体と、前記機体に装着され、地盤を構成する土砂を掘削して保持可能なバケットを有するとともに当該バケットを介して前記地盤の掘削動作を実行可能な作業アタッチメントと、前記バケットに保持された前記土砂の重量を検出可能な重量検出部と、前記地盤の硬さを推定する硬さ推定部とを備え、前記硬さ推定部は、前記作業アタッチメントが掘削開始姿勢から掘削後の土砂を保持可能な掘削完了姿勢まで目標速度条件を満たしながら姿勢変化する所定掘削動作が実行された後に、前記重量検出部により検出される前記土砂の重量と、前記地盤の硬さの違いによる当該土砂の重量の変化を規定した第１硬さ対応データとを基に前記地盤の硬さを推定する推定処理を実行するように構成されている。
【0009】
本構成によれば、作業アタッチメントによる所定掘削動作によってバケットに保持された土砂の重量と硬さ対応データとを基に地盤の硬さを推定するようにしたことで、センサによる検出波形を判別するための複雑な演算処理を廃止して地盤硬さを容易に推定することができる。したがって、従来のように複雑な演算処理によってセンサの検出波形の特徴を判別する場合に比べて誤判別のリスクを低減して地盤硬さの推定精度を向上させることができる。また、従来の処理では、地盤硬さを推定する際の分解能（推定可能な地盤硬さのレベルの数）を増やそうとすると、センサによる検出波形を地盤硬さに応じて細かく分類する必要があるため、地盤硬さの推定に際して判別すべき検出波形の種類が増えてしまい、判別精度が低下する（延いては地盤硬さの推定精度が低下する）という問題がある。これに対して、本構成では、地盤硬さの推定をバケットに保持された土砂重量に基づいて行うようにしているため、地盤硬さの分解能を増やしたとしても判別対象が増える訳ではなく土砂の大小を判別するだけでよいので、地盤硬さの推定精度が低下することはない。
【0010】
しかも、本構成によれば、作業アタッチメントが行う通常の掘削作業の中に所定掘削動作を組み入れて硬さ推定部による地盤の硬さ推定を行うことができるので、地盤硬さを推定するためだけの専用動作が不要となり、作業アタッチメントによる掘削作業を効率良く行うことができる。
【0011】
前記建設機械は、前記掘削動作中における前記作業アタッチメントの稼働状態に関連し且つ当該掘削動作の対象となる地盤の硬さと相関のある稼働データを取得する稼働データ取得部とを備え、前記硬さ推定部は、前記推定処理を実行する際には、前記作業アタッチメントによる前記所定掘削動作の実行後に前記重量検出部により検出される前記土砂の重量と前記第１硬さ対応データとを基に当該土砂の重量に対応する地盤の硬さを第１硬さとして算出する第１算出処理と、前記所定掘削動作中に前記稼働データ取得部が取得した前記稼働データと、前記地盤の硬さの違いによる前記稼働データの変化を規定した第２硬さ対応データとを基に、前記取得した前記稼働データに対応する前記地盤の硬さを第２硬さとして算出する第２算出処理とを実行し、前記第１算出処理で算出した前記第１硬さと、前記第２算出処理で算出した前記第２硬さとを基に前記地盤の硬さを推定するように構成されていることが好ましい。
【0012】
この構成によれば、所定掘削動作によりバケットに保持された土砂重量のみでなく、掘削動作中における作業アタッチメントの稼働データに基づいて地盤の硬さを推定するようにしたことで、当該地盤硬さの推定精度を向上させることができる。すなわち、所定掘削動作によってバケットに保持される土砂重量は、掘削動作中にバケットが異物と接触することによる当該バケットの軌道変化や地形の荒れ等に起因して容易に変化する。このため、バケットに保持される土砂重量のみに基づいて地盤硬さを推定するようにした場合には、バケットに保持される土砂重量のばらつきに起因して地盤の硬さ推定精度が低下する虞がある。これに対して、前記構成では、所定掘削動作後にバケットに保持された土砂重量に基づく第１硬さと、所定掘削動作中の作業アタッチメントの稼働パラメータに基づく第２硬さとを基に地盤硬さの推定処理を実行するようにしたことで、土砂重量のみに基づいて地盤硬さを推定する場合に比べてその推定精度を可及的に向上させることができる。
【0013】
前記硬さ推定部は、前記作業アタッチメントによる前記所定掘削動作が実行された場合に、当該所定掘削動作が所定の軌道に沿って正しく実行されたか否かを判定する動作判定処理を実行し、正しく実行されていないと判定した場合には前記推定処理を実行しないように構成されていることが好ましい。
【0014】
この構成によれば、所定掘削動作が正しく実行されていない場合には、硬さ推定部による推定処理は実行されないので、硬さ推定部による地盤硬さの誤推定を防止することができる。ここで、正しく実行されていない場合とは、例えば、所定掘削動作を実行した際の作業アタッチメントの速度状態が目標速度条件を満たしていなかった場合であり、例えばバケットが空中で空回転したり、バケットを溝側面や地面に押し付けながら機体を旋回させることで行う押付け掘削動作を実行している場合等が挙げられる。なお、推定処理を実行しないとは、推定処理自体を実行しない場合及び推定処理を実行するもののその結果を出力しない場合の双方を含む。
【0015】
前記稼働データは、前記掘削動作中における前記作業アタッチメントの稼働状態に関連し且つ当該掘削動作の対象となる地盤の硬さと相関のある稼働パラメータに関する数値のデータであり、前記稼働パラメータは、前記作業アタッチメントを駆動するシリンダの負荷、前記作業アタッチメントの重心速度、前記作業アタッチメントの重心加速度、及び前記作業アタッチメントに作用する掘削反力のうち少なくとも１つを含むことが好ましい。
【0016】
このように、稼働パラメータとして地盤の硬さとの相関性が強いパラメータを設定することで硬さ推定部による地盤の硬さ推定精度を向上させることができる。すなわち、地盤の硬さが堅いほど作業アタッチメントの駆動シリンダの負荷は増加する。また、地盤の硬さが堅いほど前記掘削動作中の作業アタッチメントの振動も大きくなるので、当該作業アタッチメントの重心速度及び重心加速度も振動的に変化する。また、地盤の硬さが堅いほど、作業アタッチメントに作用する掘削反力も増加する。このように、前記４つのパラメータは、地盤の硬さとの相関関係が強いので、これらを稼働パラメータとして設定することで、当該稼働パラメータに基づく第２硬さと実際の地盤の硬さとの一致度が高まり、延いては、当該第２硬さと前記第１硬さとに基づく地盤硬さの推定精度を向上させることができる。
【0017】
前記稼働データは、前記掘削動作中における前記作業アタッチメントの稼働状態に関連し且つ当該掘削動作の対象となる地盤の硬さと相関のある少なくとも１つの稼働パラメータに関する数値のデータであり、前記硬さ推定部は、前記推定処理の実行に際して、前記少なくとも１つの稼働パラメータに対応する少なくとも一つの前記第２硬さと、前記土砂の重量に対応する前記第１硬さとを算出し、該算出した少なくとも１つの第２硬さ及び前記第１硬さと、該各硬さのそれぞれに対して予め設定された重み係数とを基に前記地盤の硬さを推定するように構成されていることが好ましい。
【0018】
この構成によれば、少なくとも１つの稼働パラメータの値に基づく少なくとも１つの第２硬さと、前記バケットに保持された土砂の重量に基づく前記第１硬さとのそれぞれに対し、地盤の硬さとの相関関係が強い指標については重み係数を高く設定し、相関関係が低い指標については重み係数を低く設定することで地盤硬さの推定精度を向上させることができる。
【0019】
前記硬さ推定部は、前記所定掘削動作の実行毎に推定した前記地盤の硬さを記憶しておき、記憶した硬さの所定回数分の平均値を前記地盤の硬さとして推定して出力するように構成されていることが好ましい。
【0020】
この構成によれば、硬さ推定部より出力される地盤硬さの推定値は所定回数分の平均値であるため、地盤硬さの推定値のばらつきが大きい場合であってもそれらの平均値をとることで地盤硬さの推定誤差を低減することができる。
【0021】
また、前記硬さ推定部は、前記作業アタッチメントの前記所定掘削動作時における姿勢、又は、前記稼働データにおける前記数値の時系列変化に基づいて前記重み係数を変更するように構成されていることが好ましい。
【0022】
この構成によれば、作業アタッチメントの姿勢や稼動データにおける数値の時系列変化に基づいて重み係数を変更することで、作業アタッチメントによる掘削動作中の状況に応じて、地盤の硬さの推定精度に与える影響が大きい指標（土砂重量及び稼動パラメータ）の重み係数を相対的に大きく設定するなどして、硬さ推定部による地盤の推定精度を可及的に向上させることができる。
【0023】
前記硬さ推定部は、前記掘削開始姿勢における作業アタッチメントの基端部から前記バケットの先端までの距離と、前記所定掘削動作の開始後における前記作業アタッチメントの操作入力情報とを基に前記動作判定処理を実行するように構成されていることが好ましい。
【0024】
この構成によれば、掘削開始姿勢における作業アタッチメントの基端部から前記バケットの先端までの距離を基に前記動作判定処理を実行するようにしたことで、機体の近くで作業アタッチメントが地均しをする状態等が前記所定掘削動作であると誤判定されるのを防止することができる。また、前記所定掘削動作の開始後における前記作業アタッチメントの操作入力情報を基に前記動作判定処理を実行するようにしたことで、バケットを溝側面や地面に押し付けながら機体を旋回させることで行う押付け掘削状態等が前記所定掘削動作であると誤判定されるのを防止することができる。
【0025】
前記建設機械は、前記目標速度条件を設定する速度条件設定部をさらに備え、前記速度条件設定部は、前記作業アタッチメントが前記目標速度条件を満たしながら所定掘削動作を所定回数実行した後は、当該目標速度条件を再設定するように構成され、前記速度条件設定部は、前記目標速度条件を再度設定する際には、前記所定掘削動作が所定回数実行された時点で前記硬さ推定部によって推定される地盤の硬さを取得し、当該取得した硬さの地盤を前記作業アタッチメントの前記所定掘削動作により掘削した場合に、前記バケットにより掘削される前記土砂の掘削量が、当該バケットが保持可能な最大積載量に対応する量になるように設定されることが好ましい。
【0026】
この構成によれば、所定掘削動作による地盤の掘削が進むにしたがって地盤の硬さが、軟土から堅土に変化したり、堅土から軟土に変化した場合であっても、この変化した地盤の硬さに応じて目標速度条件が変更される。したがって、バケットによる土砂の掘削量を十分に確保することができる。すなわち、掘削対象となる地盤が堅土であるにも拘わらず軟土に対応する目標速度条件で作業アタッチメントが駆動されると、バケットによる土砂の掘削量を十分に確保することができず、地盤の硬さ推定精度が低下するばかりでなく本来の目的である作業アタッチメントによる地盤の掘削効率が低下する虞があるが、前記構成によれば、地盤の硬さに応じた目標速度条件が設定されるので、作業アタッチメントによる掘削効率が低下することもない。
【0027】
前記作業アタッチメントは、前記バケットを含む互いに相対移動可能な複数の部材を有し、前記目標速度条件は、前記複数の部材のうちの１つであって前記バケットに連結されるアームの重心の速度又は当該複数の部材の合成重心の速度が一定であるとの条件からなることが好ましい。
【0028】
この構成によれば、作業アタッチメントに所定掘削動作を実行させる際のバケットによる掘削を安定して実行することができるとともに地盤硬さの違いによる掘削軌跡の差を明確に生じさせることができ、延いては地盤硬さの推定精度を向上させることができる。特に、複数の部材の合成重心の速度を一定にすることで、作業アタッチメント全体の動作を安定させることができる。すなわち、作業アタッチメントによる掘削動作は複数の部材（例えばブームとアームとバケット）の協働により行われるため、硬さ推定部による地盤硬さの推定に際しては、複数の部材の合成重心の速度が一定になるように作業アタッチメントに所定掘削動作を実行させることで、バケットによる地盤の掘削を安定して（むらなく）実行することができる。よって、所定掘削動作後にバケットに保持される土砂重量の再現性（換言すると、同じ硬さの地盤に対して同じ速度条件で掘削動作を実行した場合の土砂重量の再現性）が確保されるので、当該土砂の重量に基づく前記地盤硬さの推定精度を向上させることができる。
【0029】
前記建設機械は、前記所定掘削動作の実行中における前記作業アタッチメントの速度状態を検出し、検出した速度状態と前記目標速度条件との乖離度に係る情報を算出する乖離度算出部と、前記乖離度算出部により算出された前記乖離度に係る情報を報知する報知部と、をさらに備えていることが好ましい。
【0030】
この構成によれば、オペレータは、作業アタッチメントによる所定掘削動作の実行中に、報知部より報知される前記乖離度に係る情報を基に、作業アタッチメントの速度状態が前記目標速度条件と比べてどの程度乖離しているかを認識することができる。そして、オペレータは、当該認識に基づいて、作業アタッチメントの速度状態が前記目標速度条件を満たすように、自身が行う手動操作を補正することができる。したがって、オペレータの手動操作に起因して作業アタッチメントの合成重心の速度がばらつくのを防止することができる。延いては、所定掘削動作後にバケットに保持される土砂の重量の再現性を向上させて、硬さ推定部による地盤硬さの推定精度をより一層向上させることができる。
【0031】
前記建設機械は、前記所定掘削動作の実行中における前記作業アタッチメントの速度状態を検出する速度状態検出部と、前記作業アタッチメントを駆動するための駆動部と、前記作業アタッチメントによる前記所定掘削動作の実行中は、前記速度状態検出部により検出された前記作業アタッチメントの速度状態と、前記目標速度条件との比較を基に、前記速度状態が前記目標速度条件を満たすように、前記駆動部への指令信号を決定し、当該決定した指令信号を前記駆動部に送信する制御を実行する制御部とを備えていることが好ましい。
【0032】
この構成によれば、作業アタッチメントによる所定掘削動作の実行中は、作業アタッチメントの速度状態が目標速度条件を満たすように制御部から駆動部への指令信号が送信される（いわゆるフィードバック制御が実行される）。したがって、例えばオペレータの手動操作によって作業アタッチメントに所定掘削動作を実行させる場合に、オペレータの手動操作のばらつき等に起因して作業アタッチメントの合成重心の速度が目標速度条件から外れるのを防止することができる。なお、作業アタッチメントの所定掘削動作を手動操作によらず、例えばコントローラによる自動制御により実行してもよく、この場合においても同様の作用効果を得ることができる。
【0033】
前記目標速度条件は、前記硬さ対応データに規定された地盤の硬さのうち軟らかい側の所定硬さの地盤を前記作業アタッチメントの前記所定掘削動作により掘削した場合に、前記バケットにより掘削される前記土砂の掘削量が、当該バケットが保持可能な最大積載量に対応する量になるように設定されることが好ましい。
【0034】
この構成によれば、硬さ推定部による地盤硬さの推定精度をより一層向上させることができる。すなわち、地盤の硬さが堅くなるにしたがってバケットによる土砂の掘削量も少なくなるので、軟らかい地盤を掘削した際の掘削量がそもそも少ないと、地盤の硬さが少し堅くなっただけでバケットによる土砂の掘削量が０になるので上述したバケットの土砂の重量に基づく地盤硬さの推定処理を実行することができない。一方、軟らかい地盤を掘削した際のバケットによる土砂の掘削量がバケットの最大積載量（それ以上積載すると土砂がバケットの外側にこぼれるような山積み状態の積載量）を超えるほど多いと、掘削した土砂の一部がバケットからこぼれ落ちるため、バケットに保持される土砂の量は地盤硬さが多少変化しても最大積載量のまま維持される。このため、地盤硬さの変化がバケットに保持される土砂重量に反映されず、地盤硬さを精度良く推定することができないという問題が生じる。そこで、本構成では、硬さ対応データにおける軟らかい側の所定硬さの地盤を掘削した場合のバケットによる土砂の掘削量が、バケットに保持可能な最大積載量に対応する量になるように前記所定掘削動作を実行する際の目標速度条件を設定するようにした。これにより、作業アタッチメントの所定掘削動作によりバケットに保持される土砂の重量を、地盤が軟土である場合と堅土である場合とで大きく異ならせることができ、延いては、硬さ推定部による地盤の硬さの推定精度を向上させることができる。
【0035】
前記建設機械は、前記所定掘削動作に要した時間である掘削時間を検出する掘削時間検出部をさらに備え、前記硬さ推定部は、前記作業アタッチメントにより前記所定掘削動作が実行された後に、前記重量検出部により検出された前記土砂の重量が所定重量以上であるか否かを判定し、該所定重量未満であると判定した場合に、前記重量検出部により検出される前記土砂の重量と前記硬さ対応データとを基に前記地盤の硬さを推定する前記推定処理を実行する一方、前記所定重量以上であると判定した場合には、前記掘削時間検出部により検出された掘削時間に基づいて前記地盤の硬さを推定する推定処理を実行するように構成されていることが好ましい。
【0036】
この構成によれば、地盤硬さが過度に軟らかい場合であっても、地盤硬さの推定精度を十分に確保することができる。すなわち、地盤硬さが過度に軟らかいと、バケットによる土砂の掘削量が、掘削完了姿勢でバケットに保持可能な最大積載量を超えるため、地盤硬さが変化したとしても、バケットに保持される土砂の重量は余剰分がこぼれ落ちるために一定のまま変化しない。このため、上述したバケットに保持された土砂重量に基づく推定処理では地盤硬さを精度良く推定することができない。そこで、本構成では、バケットに保持される土砂の重量が所定重量（例えば、バケットの最大積載量に対応する重量）を越える場合には（つまり、地盤の硬さが変化してもバケットに保持される土砂重量が変化しないほどに地盤の硬さが軟らかいと考えられる場合には）、所定掘削動作に要した時間を基に地盤硬さの推定処理を実行するようにした。所定掘削動作に要した掘削時間は、バケットに保持される土砂重量のように上限値が制限されることがなく、地盤硬さが軟らかいほど掘削時間は長くなる。したがって、地盤硬さが過度に軟らかい場合には、このように掘削時間を基に硬さ推定部による地盤硬さの推定処理を実行することでその推定精度を向上させることができる。
【0037】
前記建設機械は、前記作業アタッチメントを駆動するための駆動部と、前記作業アタッチメントに前記所定掘削動作を実行させるための指令信号を生成して、生成した指令信号を前記駆動部に入力する制御を実行可能な制御部とをさらに備えていてもよい。
【0038】
この構成によれば、制御部により前記制御を実行させることで、作業アタッチメントに所定掘削動作を実行させるための指令信号が駆動部に入力される。したがって、例えば作業アタッチメントに前記所定掘削動作を自動で行わせることが可能となる。このような自動制御を実施した場合には、作業者の操作に影響されることなく作業アタッチメントを動作させることができるので所定掘削動作を実行する際に目標速度条件を確実に満たすことができ、延いては、硬さ推定部による地盤硬さの推定精度を向上させることができる。
【0039】
前記建設機械は、前記硬さ推定部により推定された前記地盤の硬さの情報を受け付けて、当該受け付けた硬さの情報を、前記建設機械から離れた場所に設けられた管理装置へ送信する通信部をさらに備えていることが好ましい。
【0040】
この構成によれば、通信部より管理装置に送信された地盤の硬さの情報を、施工計画の見直しや施工履歴の管理等に活用することができる。
【発明の効果】
【0041】
本発明によれば、地盤の硬さを高精度で推定可能な建設機械が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】第１実施形態に係る建設機械を示す側面図である。
【図2】建設機械の油圧制御回路を示す概略図である。
【図3】建設機械の制御系の構成を示すブロック図である。
【図4A】作業アタッチメントによる所定掘削動作を説明するための説明図であって作業アタッチメントが掘削開始姿勢にある状態を示す図である。
【図4B】建設機械による所定掘削動作を説明するための説明図であって作業アタッチメントのバケットが地盤の土砂を掘削中の状態を示す図である。
【図4C】建設機械による所定掘削動作を説明するための説明図であって作業アタッチメントが掘削完了姿勢にある状態を示す図である。
【図5】バケットに保持された土砂の重量を重量検出部にて算出する際のモーメントの釣り合い式に用いる寸法情報を示す図である。
【図6】作業アタッチメントの所定掘削動作によってバケットに保持される土砂の重量と地盤の硬さとを対応付けた硬さ対応データの一例を示す図である。
【図7A】作業アタッチメントにより所定掘削動作を実行した際に、軟土と堅土とでバケットによる土砂の掘削量が異なることを説明するための説明図であって、軟土を掘削した際の掘削経路を破線で示す図である。
【図7B】作業アタッチメントにより所定掘削動作を実行した際に、軟土と堅土とでバケットによる土砂の掘削量が異なることを説明するための説明図であって、堅土を掘削した際の掘削経路を破線で示す図である。
【図8】作業アタッチメントにより所定掘削動作を実行する際の目標速度条件（本例では合成重心の目標速度）の決め方を説明するための説明図である。
【図9】コントローラにより実行される硬さ推定処理の一例を示すフローチャートである。
【図11】第１実施形態の変形例において、作業アタッチメントの速度状態と目標速度条件との乖離度を報知するための報知画面の一例を示す概略図である。
【図13】作業アタッチメントにより所定掘削動作を実行した際のシリンダ負荷の時間変化を示す概略図である。
【図16】稼働データ取得部により取得される稼働データの一例を示す図である。
【図18A】第２硬さ対応データの一例を示すグラフである。
【図18B】第２硬さ対応データの一例を示すグラフである。
【図18C】第２硬さ対応データの一例を示すグラフである。
【図19】各稼働状態対応硬さ（第２硬さ）に対応する重み係数を規定した重み係数データの一例を示す図である。
【図20】稼働状況対応硬さの取得結果のデータの一例を示す図である。
【図21】情報表示画面の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0043】
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【0044】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る油圧ショベル１（建設機械）を示す側面図である。この油圧ショベル１は、走行面（地面Ｇであって地盤の上面）上を走行可能なクローラ式の下部走行体１０と、前記走行面に対して垂直な旋回中心軸まわりに旋回可能となるように下部走行体１０の上に搭載される上部旋回体１２と、この上部旋回体１２に起伏可能に搭載される作業アタッチメント２０（作業装置）と、を備える。当該作業アタッチメント２０は、前記上部旋回体１２に起伏可能に支持されるブーム２１と、当該ブーム２１の先端に回動可能に連結されるアーム２２と、当該アーム２２の先端に回動可能に連結されるバケット２３（先端部材）とを備える。バケット２３は、側方から見てアーム２２に連結される基端部２３ａと爪部が形成された先端部２３ｂとを有している。また、上部旋回体１２は、旋回フレーム１２１と、キャブ１３とを有する。下部走行体１０及び上部旋回体１２が機体１Ｓを構成している。
図１は、本発明の第１実施形態に係る油圧ショベル１（建設機械）を示す側面図である。この油圧ショベル１は、走行面（地面Ｇであって地盤の上面）上を走行可能なクローラ式の下部走行体１０と、前記走行面に対して垂直な旋回中心軸まわりに旋回可能となるように下部走行体１０の上に搭載される上部旋回体１２と、この上部旋回体１２に起伏可能に搭載される作業アタッチメント２０（作業装置）と、を備える。当該作業アタッチメント２０は、前記上部旋回体１２に起伏可能に支持されるブーム２１と、当該ブーム２１の先端に回動可能に連結されるアーム２２と、当該アーム２２の先端に回動可能に連結されるバケット２３（先端部材）とを備える。バケット２３は、側方から見てアーム２２に連結される基端部２３ａと爪部が形成された先端部２３ｂとを有している。また、上部旋回体１２は、旋回フレーム１２１と、キャブ１３とを有する。下部走行体１０及び上部旋回体１２が機体１Ｓを構成している。
【0045】
前記油圧ショベル１は、前記上部旋回体１２に対して前記ブーム２１を起伏動作させるように作動するブームシリンダ２１Ｓと、当該ブーム２１に対して前記アーム２２を回動動作させるように作動するアームシリンダ２２Ｓと、当該アーム２２に対して前記バケット２３を回動動作させるように作動するバケットシリンダ２３Ｓと、を備える。各シリンダは、油圧ポンプから作動油を受け入れて伸縮するように作動する。
【0046】
【0047】
油圧ショベル１は、更に、エンジン１００と、油圧式の第１ポンプ２Ａ及び第２ポンプ２Ｂと、パイロット圧油用油圧ポンプ３と、操作部４と、電磁比例弁５と、コントロールバルブ７と、コントローラ５０とを備える。
【0048】
エンジン１００は、後記のＥＣＵ３２によって制御され、所定の噴射量の燃料を受け入れて回転する。第１ポンプ２Ａ及び第２ポンプ２Ｂは、エンジン１００の出力軸に接続され、エンジン１００の駆動力を受けて回転する。各ポンプは、油圧式のポンプであり、ブームシリンダ２１Ｓ、アームシリンダ２２Ｓ及びバケットシリンダ２３Ｓを作動させるための作動油を吐出する。
【0049】
前述のブームシリンダ２１Ｓは、第１ポンプ２Ａにより吐出される作動油の供給を受けることによりブーム２１を起伏させる（動かす）ように伸縮する。本実施形態では、ブームシリンダ２１Ｓは、シリンダ本体と、シリンダ本体をヘッド室とロッド室とに仕切るピストン部を含みシリンダ本体に対して相対移動可能なシリンダロッドとを有する。シリンダロッドの先端部は不図示のリンク機構を介してブーム２１に接続されている。ブームシリンダ２１Ｓは、第１ポンプ２Ａにより吐出される作動油をコントロールバルブ７を介してヘッド室に受け入れロッド室から作動油を排出することでブーム２１を起立させるように伸長する（ブーム上げ動作）ことが可能である一方、第１ポンプ２Ａにより吐出される作動油をコントロールバルブ７を介してロッド室に受け入れヘッド室から作動油を排出することで、ブーム２１を倒伏させるように収縮する（ブーム下げ動作）ことが可能である。なお、アームシリンダ２２Ｓ、バケットシリンダ２３Ｓも、ブームシリンダ２１Ｓと同様の構造を有する。
【0050】
操作部４は、オペレータによって操作されるレバーを含み、作業アタッチメント２０のブーム２１、アーム２２及びバケット２３を動かすための手動操作を受け付ける。すなわち、操作部４は、ブーム操作部、アーム操作部、バケット操作部を含む。各手動操作は、操作方向及び操作量が可変とされている。なお、操作部４は、上部旋回体１２の旋回動作、下部走行体１０の走行動作に関する操作なども受け付ける。
【0051】
コントロールバルブ７は、各油圧ポンプとブームシリンダ２１Ｓとの間に介在するように配置され、各油圧ポンプから当該ブームシリンダ２１Ｓに供給される作動油の流量及び流路を変化させるように（制御するように）移動するスプールを有する。具体的に、コントロールバルブ７は、主に、ブーム２１がブーム上げ動作及びブーム下げ動作を行う際に、ブームシリンダ２１Ｓに油圧ポンプの作動油を供給するとともにブームシリンダ２１Ｓから排出された作動油を不図示のタンクに排出するように作動する。コントロールバルブ７は、一対のパイロットポートを有するパイロット操作式の３位置方向切換弁からなる。
【0052】
コントロールバルブ７は、一対のパイロットポートの何れにもパイロット圧が入力されないときは中立位置に保たれ、前記油圧ポンプと前記ブームシリンダ２１Ｓとの間を遮断する。
【0053】
コントロールバルブ７は、一のパイロットポートにブーム下げパイロット圧が入力されると、そのブーム下げパイロット圧の大きさに対応したストロークで前記中立位置からブーム下げ位置に切り換えられる。これにより、コントロールバルブ７は、前記油圧ポンプから前記ブームシリンダ２１Ｓのロッド室に前記ストロークに応じた流量で作動油が供給されることを許容するとともに、当該ブームシリンダ２１Ｓのヘッド室から作動油が排出されることを許容するように、開弁する。これにより、前記ブームシリンダ２１Ｓは前記ブーム下げパイロット圧に対応した速度で前記ブーム下げ方向に駆動される。
【0054】
コントロールバルブ７は、他のパイロットポートにブーム上げパイロット圧が入力されると、そのブーム上げパイロット圧の大きさに対応したストロークで前記中立位置からブーム上げ位置に切り換えられる。これにより、コントロールバルブ７は、前記油圧ポンプから前記ブームシリンダ２１Ｓのヘッド室に前記ストロークに応じた流量で作動油が供給されることを許容するとともに、当該ブームシリンダ２１Ｓのロッド室から作動油が排出されることを許容するように、開弁する。これにより、前記ブームシリンダ２１Ｓは前記ブーム上げパイロット圧に対応した速度で前記ブーム上げ方向に駆動される。
【0055】
なお、前記と同様の動作を行うコントロールバルブ７が、各油圧ポンプと、アームシリンダ２２Ｓ及びバケットシリンダ２３Ｓとの間にそれぞれ配置されている。アームシリンダ２２Ｓに対応するコントロールバルブ７は、アーム押し位置、中立位置、アーム引き位置に切り換え可能とされている。
【0056】
電磁比例弁５は、操作部４に入力される操作に対応するパイロット圧（二次圧）がパイロット圧油用油圧ポンプ３から供給されるパイロット油によってコントロールバルブ７の各パイロットポートに作用するように開弁する。電磁比例弁５の開度は、コントローラ５０から入力される比例信号によって調整される。なお、他の実施形態において、操作部４のレバーの角度に応じて開弁する不図示のリモコン弁が二次圧としてコントロールバルブ７に圧力を伝えるものでもよい。この場合、前記レバーとコントロールバルブ７との間に比例弁が設けられ、前記二次圧がコントロールバルブ７に到達する前に前記比例弁によって調整されればよい。
【0057】
図２に示すように、ブームシリンダ２１Ｓ、アームシリンダ２２Ｓ及びバケットシリンダ２３Ｓは、操作部４が受ける操作の大きさである操作量に応じてポンプ２Ａ、２Ｂから作動油の供給を受けることで伸縮する。ブームシリンダ２１Ｓ、アームシリンダ２２Ｓ及びバケットシリンダ２３Ｓには、供給油の方向を切り替えるコントロールバルブ７を通じてポンプ２Ａ、２Ｂから作動油が供給される。なお、図２では、作業アタッチメント２０を動かすための油圧回路及びエンジン１００をまとめて駆動部３０として定義している。コントローラ５０は、前記操作量に応じて駆動部３０に指令信号を入力する。コントローラ５０は、図２に示す油圧系統を制御することにより作業アタッチメント２０の駆動を制御する。駆動部３０は、作業アタッチメント２０を動かすために電磁比例弁５に入力される指令信号（比例信号）に応じた速度で、作業アタッチメント２０の各部材を動かす機能を有している。
【0058】
本実施形態では、コントローラ５０が、作業アタッチメント２０を構成するブーム２１、アーム２２及びバケット２３の合成重心の速度を測定もしくは算出し、当該速度が所定の目標値に追従するように（目標速度条件を満たすように）、駆動部３０の一部である電磁比例弁５に対する指令信号をフィードバック制御を用いて決定（調整）する。
【0059】
図３は、前記油圧ショベル１の制御系の構成を示すブロック図である。本実施形態において、コントローラ５０は、例えば、上部旋回体１２上の運転室内に搭載されていて、油圧ショベル１の全体動作を制御する。コントローラ５０は、コンピュータを備えており、当該コンピュータがプログラムを実行することによって、各機能が実施される。コンピュータは、プログラムに従って動作するプロセッサを主なハードウェア構成として備える。プロセッサは、プログラムを実行することによって機能を実現することができれば、その種類は問わないが、例えば半導体集積回路（ＩＣ）又はＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を含む一つ又は複数の電子回路により構成されていてもよい。複数の電子回路は、一つのチップに集積されてもよいし、複数のチップに設けられてもよい。複数のチップは一つの装置に集約されていてもよいし、複数の装置に備えられていてもよい。プログラムは、コンピュータが読み取り可能なＲＯＭ、光ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録される。プログラムは、記録媒体に予め格納されていてもよいし、インターネット等を含む広域通信網を介して記録媒体に供給されてもよい。コントローラ５０によって実現される機能の詳細は後述する。
【0060】
前記コントローラ５０には、前記操作部４と、入力部６と、姿勢検出部３１と、ＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３２と、ＩＭＵ（慣性計測装置：ｉｎｅｒｔｉａｌ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｕｎｉｔ）３３と、表示部３４と、前記電磁比例弁５とが信号の授受可能に接続されている。
【0061】
前記入力部６は、キャブ１３内に設けられており、コントローラ５０が実行する制御に必要な情報の入力を受け付ける。入力部６は、モード設定入力部６ａを含んでいる。モード設定入力部６ａは、オペレータが手動操作可能なスイッチ等を含んでいて、当該スイッチを操作により現時点の運転モードを、通常運転モードと地盤の硬さを推定するための硬さ推定モードとのいずれかに設定可能に構成されている。モード設定入力部６ａは、設定されたモード情報をコントローラ５０に送信する。
【0062】
姿勢検出部３１は、作業アタッチメント２０の姿勢に関する情報を検出する。詳しくは、姿勢検出部３１は、上部旋回体１２に対する作業アタッチメント２０の相対的な姿勢情報を取得する。一例として、姿勢検出部３１は、前述のブームシリンダ２１Ｓ、アームシリンダ２２Ｓ及びバケットシリンダ２３Ｓにそれぞれ装着される３つのセンサを含み、各シリンダのストローク（伸長量、長さ）を検出する。各センサによって検出された各シリンダのストロークは、ブーム２１、アーム２２及びバケット２３の位置や姿勢を演算するために使用され、更に、作業アタッチメント２０の合成重心ｇの位置、速度Ｖｇ（図２参照）を算出するために用いられる。なお、ブーム２１、アーム２２及びバケット２３の位置や姿勢を演算するために、シリンダストロークセンサに代えて、ブーム２１、アーム２２及びバケット２３の回動角度をそれぞれ検出するアングルセンサが用いられても良い。
【0063】
ＥＣＵ３２は、コントローラ５０から回転数指令信号を受け入れ当該回転数指令信号に応じた燃料噴射量でエンジン１００を回転させるように、エンジン１００を制御する。
【0064】
ＩＭＵ３３は、地面Ｇに対する上部旋回体１２の姿勢に関する情報を検出する。すなわち、ＩＭＵ３３は、油圧ショベル１の機体１Ｓの姿勢角度（傾き）を検出する。一例として、ＩＭＵ３３は、キャブ１３の上面部に装着されている。
【0065】
表示部３４は、キャブ１３内に設けられた液晶ディスプレイであり、油圧ショベル１の作動状態や硬さ推定モードにて推定された地盤の硬さ等の各種情報を表示してオペレータに報知する。
【0066】
前記コントローラ５０は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等から構成されている。コントローラ５０は、アタッチメント制御部５０１と、重量検出部５０２と、硬さ推定部５０３と、記憶部５０４と、通信部５０５とを有している。アタッチメント制御部５０１、重量検出部５０２及び硬さ推定部５０３は、ＣＰＵが前記制御プログラムを実行することにより実現される機能部であり、記憶部５０４は、例えばＲＯＭやハードディスク等の非一時的記録媒体により実現される機能部であり、通信部５０５は、例えば無線ＬＡＮチップ等を有する無線通信装置によって実現される機能部である。コントローラ５０のすべてまたは一部は、油圧ショベル１内に設けられるものに限定されず、油圧ショベル１がリモート制御される場合には、油圧ショベル１とは異なる位置に配置されても良い。また、前記制御プログラムは遠隔地のサーバ（後述するサーバ３５であってもよい）やクラウドなどから油圧ショベル１内のコントローラ５０に送信され実行されるものでもよいし、前記サーバやクラウド上で前記制御プログラムが実行され、生成された各種の指令信号が油圧ショベル１に送信されるものでもよい。
【0067】
アタッチメント制御部５０１は、オペレータが操作部４を操作して作業アタッチメント２０に所定掘削動作を実行させる際に、姿勢検出部３１からの情報を基に作業アタッチメント２０の合成重心速度Ｖｇを算出し、算出した合成重心速度Ｖｇが目標重心速度ｒに追従する（近づく）ように、電磁比例弁５へのブーム入力を調整するフィードバック制御を実行する。アタッチメント制御部５０１は、本発明の速度状態検出部及び制御部として機能する。
【0068】
具体的に、図１、図２に示すように、作業アタッチメント２０のブーム２１の回動基端部を原点０として、鉛直方向にＹ座標、水平方向にＸ座標をとり、ブーム２１の質量をｍ１、ブーム２１の重心ｇ１の座標を（ｘ１（ｔ）、ｙ１（ｔ））、アーム２２の質量をｍ２、アーム２２の重心ｇ２の座標を（ｘ２（ｔ）、ｙ２（ｔ））、バケット２３の質量をｍ３、バケット２３の重心ｇ３の座標を（ｘ３（ｔ）、ｙ３（ｔ））と定義する。なお、各座標は、作業アタッチメント２０が動作することに伴って変化するため、時間ｔの変数として表記している。この場合、作業アタッチメント２０の合成重心ｇの座標（ｘｇ（ｔ）、ｙｇ（ｔ））は、以下の式１によって表すことができる。
【0069】
【数1】
【0070】
更に、式１を用いると、合成重心ｇの速度Ｖｇ（ｔ）は、以下の式２によって表すことができる。
【0071】
【数2】
【0072】
アタッチメント制御部５０１は、この合成重心速度Ｖｇ（ｔ）を目標重心速度ｒ（ｔ）に追従させるように、所定掘削動作時におけるブーム操作の入力ｕ（ｔ）を調整する。なお、入力ｕ（ｔ）は、電磁比例弁５に入力される比例信号に対応する。ここで、入力ｕ（ｔ）の調整則には、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御則を用いることができる。なお、ｕｈ（ｔ）は、オペレータによるブーム操作量であり、ｕｃ（ｔ）はコントローラ５０のアタッチメント制御部５０１が設定するブーム操作量である。
【0073】
【数3】
【0074】
【数4】
【0075】
【数5】
【0076】
ここで、式４で示されるＰＩＤ制御則では、Ｋｐ１は比例ゲイン、Ｋｉ１は積分ゲイン、Ｋｄ１は微分ゲインを示しており、制御偏差ｅ（ｔ）に応じて入力ｕｃ（ｔ）すなわちブーム操作量が調整される。
【0077】
前記所定掘削動作とは、目標速度条件（本例では作業アタッチメント２０の合成重心速度Ｖｇが一定（＝目標重心速度ｒ）との条件）を満たすように作業アタッチメント２０を予め定めた掘削開始姿勢から掘削完了姿勢まで姿勢変化させる掘削動作である。図４Ａ～図４Ｃは、この所定掘削動作を説明するための説明図であり、図４Ａは、作業アタッチメント２０が掘削開始姿勢にある状態を示し、図４Ｂは、作業アタッチメント２０のバケット２３が地盤の土砂を掘削中の状態を示し、図４Ｃは、作業アタッチメント２０が掘削完了姿勢にある状態を示している。
【0078】
掘削開始姿勢は、例えばブーム２１及びがアーム２２の水平方向の長さが最も長くなる最大リーチ姿勢（ブームシリンダ２１Ｓ及びアームシリンダ２２Ｓが最も伸びた状態）で且つバケット２３の対地角（バケット２３の先端部２３ｂ（爪）と地面Ｇとのなす角度）が例えば７０°～１２０°になるような姿勢とされている（図４Ａ参照）。掘削開始姿勢から所定掘削動作が開始すると、ブーム２１の傾動角が増加するとともにアーム２２がブーム２１に近づくように回転し、バケット２３がその基端部２３ａを支点として図の反時計回り方向に回転する（図４Ｂ参照）。これにより、バケット２３の先端部２３ｂが地面に貫入（侵入）しながらバケット２３全体が基端部２３ａを支点に回動し、バケット２３の先端部２３ｂにて掘削された地盤を構成する土砂がバケット２３内に導かれる。このとき、作業アタッチメント２０の合成重心ｇの速度Ｖｇが目標重心速度ｒに維持されるようにブーム２１の動作がコントローラ５０により制御される（図４Ｂの黒矢印参照）。そして、バケット２３が回転してその先端部２３ｂが地面を抜け出た後は、掘削完了姿勢（図４Ｃ参照）に移行する。掘削完了姿勢では、バケット２３の開口が上側を向いて、掘削後の土砂Ｅが当該バケット２３に保持される。
【0079】
重量検出部５０２は、姿勢検出部３１による検出情報を基にバケット２３に保持された土砂の重量を検出（算出）する。この「重量」には、「質量」という意味と「荷重」という意味との双方を含み、いずれの意味であってもよい。すなわち、重量検出部５０２は、土砂の質量を検出するものであってもよいし、荷重を検出するものであってもよい。なお、本実施形態の後述の（式６）では一例として土砂の質量を算出している。
【0080】
重量検出部５０２は、予め記憶された作業アタッチメント２０の寸法情報及び重量情報と、不図示のセンサ（例えばロードセルや圧力センサ）により測定されるブームシリンダ２１Ｓの負荷と、姿勢検出部３１により検出された作業アタッチメント２０の姿勢とを基に、ブーム２１の基端部の回転支点Ｓ回りのモーメントの釣り合い式から土砂の重量を算出する。図５は、このモーメントの釣り合い式に用いる寸法情報を示す図であり、掘削完了姿勢における作業アタッチメント２０の合成重心ｇと回転支点Ｓとの水平距離をＬ１とし、土砂の重心位置（バケット２３の前後の中央位置と仮定）と回転支点Ｓとの水平距離をＬ２とし、ブームシリンダ２１Ｓの軸線と回転支点Ｓとの距離をＬ３として示している。ここで、ブームシリンダ２１Ｓの推力をＦ１（Ｎ）とし、作業アタッチメント２０（ここでは一例としてシリンダ重量等は無視し得るため含めない）の重量をＦ２（ｋｇ）とし、バケット２３に保持された土砂Ｅの重量をＸ（ｋｇ）としたとき、モーメントの釣り合いを基に土砂の重量Ｘ（ｋｇ）は次の式６で表される。重量検出部５０２は、この式６を基に演算を行うことでバケット２３に保持されている土砂の重量（この例では質量）を算出する。
【0081】
Ｘ＝（Ｆ１＊Ｌ３－Ｆ２＊ｇ＊Ｌ１）／（ｇ＊Ｌ２）…………（式６）
なお、この式６に含まれる「ｇ」は重力加速度であり上述の合成重心を意味するものではない。
なお、この式６に含まれる「ｇ」は重力加速度であり上述の合成重心を意味するものではない。
【0082】
硬さ推定部５０３は、モード設定入力部６ａにより硬さ推定モードが設定された場合には、作業アタッチメント２０による上述の所定掘削動作が実行された後に、前記重量検出部５０２により検出されたバケット２３上の土砂Ｅの重量と、当該土砂Ｅの重量と地盤の硬さとを対応付けた硬さ対応データＤ（後述する図６参照）とを基に地盤の硬さを推定する。
【0083】
記憶部５０４は、コントローラ５０が実行する各種の処理において必要とされるパラメータや閾値を記憶する。また、記憶部５０４は、作業アタッチメント２０による所定掘削動作の実行によって、バケット２３により掘削されて保持された土砂Ｅの重量と地盤の硬さとを対応付けた硬さ対応データＤを記憶する。
【0084】
図６は、硬さ対応データＤの一例を示す図である。この硬さ対応データＤでは、バケット２３に保持される土砂Ｅの重量と地盤の硬さとの関係が線形な一次の近似直線Ｉで規定されている。本例では、硬さ対応データＤは、横軸に、バケット２３に保持された土砂Ｅの重量を取り、縦軸に地盤の硬さを取ったグラフデータとされているが、データの形式はこれに限ったものではなく、例えばテーブルデータであってもよい。硬さ対応データＤは、地盤の硬さの違いによる前記土砂Ｅの重量の変化を規定するデータであるとも言える。
【0085】
縦軸の地盤の硬さは、例えばコーンペネトロメータを用いた貫入試験による貫入抵抗値や、サウンディングテストによって測定されるＮ値で表すことができるが、これに限ったものではなく、例えばせん断強度試験で得られるせん断強度で表してもよいし、後述の他の実施形態で説明するように段階的に区切られた硬さレベルで表してもよい。
【0086】
この硬さ対応データＤは、例えば製造者が油圧ショベル１の市場出荷前に事前に行う掘削試験に基づいて作成される。この掘削試験では、例えば、硬さが異なる複数種類の地盤に対して作業アタッチメント２０による上述の所定掘削動作を実行する。このとき、油圧ショベル１を配置する地面は傾きのない水平な地面であることが好ましい。作業アタッチメント２０による所定掘削動作は、目標速度条件を満たすように（本例では作業アタッチメント２０の合成重心速度Ｖｇが一定（＝目標重心速度ｒ）になるように）、オペレータが操作部４を操作することで行う。このとき、上述したアタッチメント制御部５０１によるフィードバック制御機能（電磁比例弁５へのブーム入力の調整機能）をオン（有効化）にしておくことが好ましい。そうして、硬さが異なる複数種類（本例では図６の３つのデータポイントＰ１～Ｐ３に対応する３種類）の地盤に対して所定掘削動作を実行した場合に、バケット２３にて掘削保持される土砂Ｅの重量を重量検出部５０２により検出する。そして、この検出した土砂Ｅの重量と地盤の硬さとを対応付けた複数のデータポイントＰ１～Ｐ３を座標平面上にプロットし、例えば最小二乗法等の近似手法を用いてこれら複数のデータポイントＰ１～３に最も適合する近似直線Ｉを算出することで図６に示す硬さ対応データＤを得ることができる。なお、本例では、３つのデータポイントＰ１～Ｐ３を基にしているがその数は３つに限ったものではなく、２つ以上であればよい。また、データポイントの近似は必ずしも直線である必要はなく２次以上の近似曲線であってもよい。
【0087】
通信部５０５は、硬さ推定部５０３にて推定された前記地盤の硬さの情報を前記サーバ３５（管理装置の一例）に送信する。サーバ３５に送信された地盤の硬さの情報は、例えば、サーバ３５と通信可能に構成された他の外部端末（例えば、パソコンやスマートフォン等）から閲覧可能とすることで、施工計画の見直しや施工履歴の管理等に活用される。
【0088】
ところで、上述した硬さ対応データＤ（図６参照）では、地盤の硬さが堅いと、バケット２３により掘削保持される土砂Ｅの重量は少なくなり、地盤の硬さが軟らかいと、バケット２３により掘削保持される土砂Ｅの重量は多くなる特性が示されているが、このような特性は発明等の鋭意研究により得た知見であり、以下、図７Ａ及び図７Ｂを参照しながら、このような特性が得られる理由を説明する。
【0089】
【0090】
図７Ｂに示す堅土に対する所定掘削動作では、図７Ａの軟土に対する所定掘削動作に比べて、バケット２３による掘削経路（破線で示す経路）の地面からの深さＡが浅いことが分かる。すなわち、本実施形態のように、地盤の硬さに拘わらず、作業アタッチメント２０の合成重心速度Ｖｇを一定に保って掘削を行う場合（目標速度条件を満たす所定掘削動作を実行する場合）、堅土では軟土に比べてバケット２３に作用する掘削抵抗が高くなるためアーム２２の速度が早期に低下する。このため、このアーム２２の速度低下に起因する作業アタッチメント２０の合成重心速度Ｖｇの低下を補うために（当該合成重心速度Ｖｇを目標重心速度ｒに追従させるために）、ブーム２１を図の時計回り方向に回動させてブーム２１の先端を上方に引き上げる（上述の図４Ｂの黒矢印参照）。これにより、バケット２３に作用する掘削抵抗が低下して合成重心速度Ｖｇが目標重心速度ｒに追従するが、このとき、バケット２３の掘削軌跡が全体的に上方にシフトする。この結果、堅土では、軟土に比べてバケット２３による掘削深さＡが浅くなるとともに前後方向（図７Ａ及び図７Ｂの左右方向）の掘削距離Ｂが短くなるので、バケット２３に保持される土砂Ｅの重量も少なくなる（図７Ｂ参照）。
【0091】
本実施形態では、このように作業アタッチメント２０の合成重心速度Ｖｇを一定（＝目標重心速度ｒ）に維持するように所定掘削動作を行うことで、掘削動作完了後にバケット２３に保持される土砂Ｅの重量が変化することに着目し、当該土砂Ｅの重量と地盤の硬さとを対応付けた上述の硬さ対応データＤに基づいて地盤の硬さを推定するようにしている。そして、発明者等は、このようにバケット２３に保持された土砂Ｅの重量に基づいて地盤の硬さを推定する場合、推定精度の向上を図る観点から、堅い地盤を掘削した場合と軟らかい地盤を掘削した場合とでバケット２３に保持される土砂の重量が明確に異なっていることが好ましいとの考えに到達し、これを可能にするべく目標重心速度ｒの設定に工夫を凝らすようにしている。
【0092】
図８は、この目標重心速度ｒの設定手順を説明するための説明図である。目標重心速度ｒを設定する際には、例えば、硬さ対応データＤに規定された硬さ範囲（図６のｈ１～ｈ２の範囲）のうち最も軟らかい硬さｈ１（所定硬さの一例）に対応する地盤を準備し、当該地盤に対して、目標重心速度ｒを複数段階（図８の例では一例として高速、中速、低速の３段階）に変化させて、各目標重心速度ごとに、作業アタッチメント２０による所定掘削動作を実行する。図８では、破線Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３がそれぞれ、目標重心速度ｒが高速、中速、低速の場合のバケット２３の掘削軌跡を示している。図８から分かるように、各目標重心速度ｒごとにバケット２３による掘削軌跡が変化する。具体的に、図８の例では、目標重心速度ｒが高速に対応する掘削軌跡Ｋ１では、バケット２３により掘削される土砂の掘削量がバケット２３に保持可能な最大積載量を下回り、目標重心速度ｒが低速に対応する掘削軌跡Ｋ３では、バケット２３により掘削される土砂の掘削量がバケット２３の最大積載量を上回る（土砂の一部がバケット２３からこぼれ落ちる）のに対し、目標重心速度ｒが中速に対応する掘削軌跡Ｋ２では、バケット２３により掘削される土砂の掘削量がバケット２３の最大積載量に対応する量になる。ここで、「最大積載量に対応する量」とは、土砂の掘削量が最大積載量と全く同じ値である場合に限らず上下に誤差を含んでいてもよい。本実施形態では、このように実際に掘削試験を行うことにより、バケット２３により掘削される土砂の掘削量が、最大積載量に対応する量になるような目標重心速度ｒを見つけて、この目標重心速度ｒを硬さ推定モードの設定時における作業アタッチメント２０の目標重心速度ｒとして設定している。そうして設定した目標重心速度ｒは、記憶部５０４に記憶されて、上述した作業アタッチメント２０の目標重心速度ｒとして使用される。これによれば、作業アタッチメント２０に所定掘削動作を実行させて軟土の地盤と堅土の地盤とをそれぞれ掘削した際に、バケット２３に掘削保持される土砂Ｅの重量を軟土と堅土とで大きく異ならせることができる。よって、バケット２３に掘削保持された土砂Ｅの重量を基にした本実施形態の硬さ推定処理を高精度で実行することができる。
【0093】
図９は、コントローラ５０により実行される硬さ推定処理の内容を示すフローチャートである。
【0094】
ステップＳＡ１では、モード設定入力部６ａからのモード設定情報を基に、現時点における油圧ショベル１の運転モードとして硬さ推定モードが設定されているか否かを硬さ推定部５０３にて判定する。そして、硬さ推定部５０３にて硬さ推定モードが設定されていないと判定した場合には（ステップＳＡ１でＮＯ）リターンする一方、硬さ推定モードが設定されていると判定した場合には（ステップＳＡ１でＹＥＳ）、ステップＳＡ２に進む。
【0095】
ステップＳＡ２では、前記姿勢検出部３１にて検出された作業アタッチメント２０の姿勢情報を基に、作業アタッチメント２０が前記掘削開始姿勢（図４Ａ参照）にあるか否かを硬さ推定部５０３にて判定し、掘削開始姿勢にないと判定した場合には（ステップＳＡ２でＮＯ）、オペレータによる所定掘削動作のための操作が行われていないと推定されるためリターンする。一方、硬さ推定部５０３にて作業アタッチメント２０が掘削開始姿勢にあると判定された場合には（ステップＳＡ２でＹＥＳ）、オペレータによる所定掘削動作のための操作が開始していると推定されるためステップＳＡ３に進む。
【0096】
ステップＳＡ３では、前記姿勢検出部３１にて検出された作業アタッチメント２０の姿勢情報を基に、作業アタッチメント２０が前記掘削完了姿勢（図４Ｃ参照）にあるか否かを硬さ推定部５０３にて判定し、作業アタッチメント２０の姿勢が掘削完了姿勢にないと判定した場合には（ステップＳＡ３でＮＯ）、作業アタッチメント２０が前記所定掘削動作を実行途中の状態であると推定して、所定掘削動作が完了するまで本ステップＳＡ３の判定処理を繰り返し実行する一方、作業アタッチメント２０が掘削完了姿勢にあると判定した場合には（ステップＳＡ３でＹＥＳ）、前記所定掘削動作が完了したものと推定してステップＳＡ４に進む。
【0097】
ステップＳＡ４では、バケット２３に保持されている土砂Ｅの重量を重量検出部５０２が検出する。
【0098】
ステップＳＡ５では、作業アタッチメント２０による所定掘削動作が正しく実行されたか否か硬さ推定部５０３が判定する。すなわち、例えば、オペレータの操作ミス等により、作業アタッチメント２０が前記目標速度条件を満たさずに変位した場合、バケット２３により掘削保持される土砂Ｅの重量（つまりステップＳＡ４で検出された土砂Ｅの重量）が想定される土砂Ｅの重量範囲（例えば、硬さ対応データＤ（図６参照）の最小土砂重量ｗ１～最大土砂重量ｗ２の範囲）を満たさない場合があり、このような場合には、所定掘削動作が正しく実行されていないと判定する。所定掘削動作が正しくない例として、例えばバケット２３が空中で回転するような空掘削状態等が挙げられる。なお、所定掘削動作が正しく行われたか否かの判定は、必ずしもバケット２３に保持された土砂Ｅの重量を基に行う必要はなく、例えば、掘削動作開始後のシリンダ負荷（例えばバケットシリンダ２３Ｓの負荷）の時間波形が、予め定めた基準波形と比べて所定以上ずれているか否かを基に判定するようにしてもよい。そして、本ステップＳＡ５の判定処理で、作業アタッチメント２０による所定掘削動作が正しく行われなかったと硬さ推定部５０３が判定した場合にはリターンする一方、所定掘削動作が正しく行われたと硬さ推定部５０３が判定した場合にはステップＳＡ６に進む。
【0099】
ステップＳＡ６では、ステップＳＡ４にて重量検出部５０２により検出されたバケット２３上の土砂Ｅの重量と、記憶部５０４に記憶された前記硬さ対応データＤ（図６参照）とを基に地盤の硬さを推定する。一例として、例えば重量検出部５０２により検出された土砂Ｅの重量がｗ３（図６参照）であった場合には、硬さ推定部５０３は、硬さ対応データＤの前記近似直線Ｉを表す近似式に重量ｗ３を代入して得られる硬さｈ３を地盤の硬さとして算出（推定）する。
【0100】
［第１実施形態の作用効果］
以上説明したように本実施形態では、油圧ショベル１は、バケット２３に保持された土砂Ｅの重量を検出可能な重量検出部５０２と、地盤の硬さを推定するための硬さ推定部５０３とを備え、硬さ推定部５０３は、地盤の硬さを推定する際には、作業アタッチメント２０が掘削開始姿勢から掘削後の土砂Ｅを保持可能な掘削完了姿勢まで目標速度条件を満たしながら姿勢変化する所定掘削動作が実行された後に、重量検出部５０２により検出される前記土砂Ｅの重量と、地盤の硬さの違いによる前記土砂Ｅの重量の変化を規定した硬さ対応データＤとを基に前記地盤の硬さを推定するように構成されている。
以上説明したように本実施形態では、油圧ショベル１は、バケット２３に保持された土砂Ｅの重量を検出可能な重量検出部５０２と、地盤の硬さを推定するための硬さ推定部５０３とを備え、硬さ推定部５０３は、地盤の硬さを推定する際には、作業アタッチメント２０が掘削開始姿勢から掘削後の土砂Ｅを保持可能な掘削完了姿勢まで目標速度条件を満たしながら姿勢変化する所定掘削動作が実行された後に、重量検出部５０２により検出される前記土砂Ｅの重量と、地盤の硬さの違いによる前記土砂Ｅの重量の変化を規定した硬さ対応データＤとを基に前記地盤の硬さを推定するように構成されている。
【0101】
この構成によれば、従来のように複雑な演算処理によってセンサの検出波形の特徴を判別する場合に比べて、誤判別のリスクを低減して地盤の推定精度を向上させることができる。また、本構成によれば、硬さ対応データＤに規定される土砂重量と地盤の硬さとを近似直線Ｉを用いて対応付けることで高い分解能で地盤の硬さを推定することができる。しかも、本構成によれば、作業アタッチメント２０が行う通常の掘削作業の中に、前記所定掘削動作を組み入れて硬さ推定部５０３による地盤硬さの推定を行うことができるので、地盤硬さを推定するためだけの専用動作が不要となり、作業アタッチメント２０による掘削作業を効率良く行うことができる。
【0102】
本実施形態では、前記作業アタッチメント２０が所定掘削動作を実行する際の目標速度条件は、作業アタッチメント２０を構成するブーム２１とアーム２２とバケット２３との合成重心速度が一定（＝目標重心速度）であるとの条件とされている。
【0103】
この構成では、作業アタッチメント２０による掘削動作がブーム２１とアーム２２とバケット２３との協働により行われることに着目し、硬さ推定部５０３による地盤の硬さ推定を行う際には、ブーム２１とアーム２２とバケット２３との合成重心速度Ｖｇが一定になるように作業アタッチメント２０に所定掘削動作を実行させることで、バケット２３による地盤の掘削を安定して（むらなく）実行することができる。よって、所定掘削動作後にバケット２３に保持される土砂重量の再現性（同じ硬さの地盤に対して同じ速度条件で掘削動作を実行した場合の土砂重量の再現性）が確保されるので、硬さ推定部５０３による地盤硬さの推定精度を向上させることができる。
【0104】
本実施形態では、コントローラ５０は、作業アタッチメント２０による前記所定掘削動作の実行中は、作業アタッチメント２０を構成するブーム２１、アーム２２及びバケット２３の合成重心速度Ｖｇを算出（検出）し、当該速度Ｖｇが目標重心速度ｒに追従するように（目標速度条件を満たすように）、駆動部３０（詳しくは駆動部３０の電磁比例弁５）への指令信号を決定し、決定した指令信号を当該駆動部３０に送信するように構成されている。
【0105】
この構成によれば、オペレータの手動操作のばらつき等に起因して作業アタッチメント２０の合成重心速度Ｖｇが目標重心速度ｒから離れるのを防止して作業アタッチメント２０の動作を安定させることができる。
【0106】
本実施形態では、作業アタッチメント２０の目標重心速度ｒ（目標速度条件の一例）は、前記硬さ対応データＤに規定された最も軟らかい地盤（所定硬さの一例）を前記作業アタッチメント２０の前記所定掘削動作により掘削した場合に、前記バケット２３により掘削される土砂の掘削量が、バケット２３に保持可能な最大積載量に対応する量になるように設定される。
【0107】
この構成によれば、作業アタッチメント２０の所定掘削動作によりバケット２３に保持される土砂Ｅの重量を、地盤が軟土である場合と堅土である場合とで大きく異ならせることができ、延いては、硬さ推定部５０３による地盤硬さの推定精度を向上させることができる。
【0108】
また、本実施形態では、硬さ推定部５０３は、作業アタッチメント２０による前記所定掘削動作が実行された場合には、当該所定掘削動作が正しく実行されたか否かを判定し、正しく実行されていないと判定した場合には地盤硬さの推定処理を実行しないように構成されている。
【0109】
この構成によれば、作業アタッチメント２０による所定掘削動作が正しく実行されなかった場合には、硬さ推定部５０３による推定処理は実行されないので、該硬さ推定部５０３による地盤硬さの誤推定を防止することができる。
【0110】
また、本実施形態では、油圧ショベル１は通信部５０５を有し、通信部５０５は、硬さ推定部５０３により推定された地盤の硬さの情報を受け付けて、当該受け付けた硬さの情報を、前記油圧ショベル１から離れた場所に設けられたサーバ３５へ送信するように構成されている。
【0111】
この構成によれば、通信部５０５よりサーバ３５に送信された地盤の硬さの情報を、施工計画の見直しや施工履歴の管理等に活用することができる。
【0112】
（第１実施形態の変形例）
図１０は、第１実施形態の変形例を示す図３相当図である。この変形例では、コントローラ５０が乖離度算出部５０６をさらに有しており、乖離度算出部５０６により算出された作業アタッチメント２０の合成重心速度Ｖｇと目標重心速度ｒとの乖離度を表示部３４に表示させる点で前記第１実施形態とは異なる。なお、以下の変形例及び実施形態において、前記第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
図１０は、第１実施形態の変形例を示す図３相当図である。この変形例では、コントローラ５０が乖離度算出部５０６をさらに有しており、乖離度算出部５０６により算出された作業アタッチメント２０の合成重心速度Ｖｇと目標重心速度ｒとの乖離度を表示部３４に表示させる点で前記第１実施形態とは異なる。なお、以下の変形例及び実施形態において、前記第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付してその詳細な説明を省略する。
【0113】
前記乖離度算出部５０６は、作業アタッチメント２０による所定掘削動作の実行中における作業アタッチメント２０の合成重心速度Ｖｇを算出し、算出した合成重心速度Ｖｇと目標重心速度ｒとの乖離度を算出する。ここで、乖離度とは、例えば、合成重心速度Ｖｇと目標重心速度ｒとの差分速度の値であってもよいし、目標重心速度を基準とする前記合成重心速度Ｖｇの大小のレベル等であってもよい。本変形例では、乖離度算出部５０６は、後者を採用し、目標速度を基準とする合成重心速度の大小のレベルを前記乖離度として算出する。
【0114】
そして、乖離度算出部５０６は、算出した前記乖離度に係る情報を報知するための報知画面３４ａを表示部３４に表示させることで、オペレータに対して視覚を通じて前記乖離度を報知する。表示部３４は報知部として機能する。
【0115】
図１１は、表示部３４に表示される前記報知画面３４ａの一例を示す概略図である。この報知画面３４ａには、乖離度表示メータ３４ｂと操作メッセージ領域３４ｃとが表示されている。
【0116】
乖離度表示メータ３４ｂは、上下方向に長い矩形状のレベルメータであって、目標重心速度に対応する基準ライン３４ｄよりも上側の領域と下側の領域とに区切られている。乖離度表示メータ３４ｂにおける基準ライン３４ｄよりも上側の領域は、作業アタッチメント２０の合成重心速度Ｖｇが目標重心速度ｒよりも速いことを意味し、上側ほど合成重心速度Ｖｇが速い（つまり目標重心速度ｒからの乖離度が大きい）ことを意味する。また、乖離度表示メータ３４ｂにおける基準ライン３４ｄよりも下側の領域は、作業アタッチメント２０の合成重心速度Ｖｇが目標重心速度ｒよりも遅いことを意味し、下側ほど合成重心速度Ｖｇが遅い（つまり目標重心速度ｒからの乖離度が大きい）ことを意味する。
【0117】
乖離度表示メータ３４ｂの右側には、三角形状の指示マーク３４ｅが表示されており、この指示マーク３４ｅの頂点によって現時点の合成重心速度Ｖｇのレベルを指し示すことでオペレータに対して現時点の合成重心速度Ｖｇと目標重心速度ｒとの乖離度が報知される。
【0118】
操作メッセージ領域３４ｃは、作業アタッチメント２０の合成重心速度Ｖｇと目標重心速度ｒとの乖離度を低減するために（合成重心速度を目標重心速度に近づけるために）オペレータに求められる操作をメッセージ形式で報知するための領域である。
【0119】
具体的には、操作メッセージ領域３４ｃには、「アームとバケットのみで掘削して下さい」という指示メッセージと、「ブームを上げて下さい」という指示メッセージとが上下２段に並んで表示されている。各メッセージの左側にはそれぞれチェックボックス３４ｆ，３４ｇが表示されており、２つのチェックボックス３４ｆ，３４ｇのうち、オペレータに求められる操作に対応するチェックボックスが黒丸で表示されるようになっている。
【0120】
図１１の例では、指示マーク３４ｅは乖離度表示メータ３４ｂにおける基準ライン３４ｄよりも下側の領域を指していることから、作業アタッチメント２０の合成重心速度Ｖｇは目標重心速度ｒを下回っていることが分かる。そして、このように合成重心速度Ｖｇが目標重心速度ｒを下回る状況では、上述の図７Ａ及び図７Ｂの説明で言及したようにブーム２１を上げて（傾動角度を増加させて）合成重心速度Ｖｇを目標重心速度ｒに近づける必要がある。そこで、報知画面３４ａの操作メッセージ領域３４ｃでは、この「ブームを上げて下さい」との指示メッセージに対応するチェックボックス３４ｇが黒丸で表示されている。したがって、オペレータは、このチェックボックス３４ｇが黒丸で表示されている状態（チェックされている状態）を見て、ブーム２１を上げるための操作が必要であると認識することができる。
【0121】
（第１実施形態の変形例の作用効果）
以上説明したように、本変形例では、油圧ショベル１は、作業アタッチメント２０の所定掘削動作の実行中における合成重心速度Ｖｇ（速度状態の一例）を検出し、検出した合成重心速度Ｖｇと前記目標重心速度ｒとの乖離度に係る情報を算出する乖離度算出部５０６と、乖離度算出部５０６により算出された前記乖離度に係る情報を表示する表示部３４（報知部の一例）とを備えている。表示部３４には、当該乖離度に係る情報を含む報知画面３４ａが表示される。
以上説明したように、本変形例では、油圧ショベル１は、作業アタッチメント２０の所定掘削動作の実行中における合成重心速度Ｖｇ（速度状態の一例）を検出し、検出した合成重心速度Ｖｇと前記目標重心速度ｒとの乖離度に係る情報を算出する乖離度算出部５０６と、乖離度算出部５０６により算出された前記乖離度に係る情報を表示する表示部３４（報知部の一例）とを備えている。表示部３４には、当該乖離度に係る情報を含む報知画面３４ａが表示される。
【0122】
この構成によれば、オペレータは、作業アタッチメント２０による所定掘削動作の実行中に、表示部３４に表示された報知画面３４ａを見て、作業アタッチメント２０の合成重心速度Ｖｇが目標重心速度ｒと比べてどの程度乖離しているかを認識することができる。そして、オペレータは、当該認識に基づいて、作業アタッチメント２０の合成重心速度Ｖｇが前記目標重心速度ｒになるように自身のマニュアル操作を補正することができる。したがって、オペレータの手動操作に起因して作業アタッチメント２０の合成重心速度Ｖｇがばらつくのを防止することができる。延いては、作業アタッチメント２０による所定掘削動作によりバケット２３に掘削保持される土砂Ｅの重量の再現性を向上させて、硬さ推定部５０３による地盤硬さの推定精度をより一層向上させることができる。
【0123】
なお、本変形例では、乖離度算出部５０６が、作業アタッチメント２０の合成重心速度Ｖｇを算出する処理を実行するように構成されているが、これに限ったものではなく、例えば、アタッチメント制御部５０１にて算出された作業アタッチメント２０の合成重心速度の情報を受け取って、受け取った合成重心速度Ｖｇと目標重心速度ｒとの乖離度を算出するように構成されていてもよい。この場合、アタッチメント制御部５０１が乖離度算出部５０６の一部の機能（合成重心速度の算出機能）を担うが、そのような実施形態であってもよい。
【0124】
また、本変形例では、報知部は、乖離度算出部５０６にて算出された乖離度に係る情報を視覚を通じて報知する表示部３４により構成されているが、これに限ったものではなく、例えば、前記乖離度に係る情報をスピーカ等により聴覚を通じてオペレータに報知するように構成されていてもよい。
【0125】
（第２実施形態）
図１２は、第２実施形態を示す図３相当図である。この実施形態では、コントローラ５０が掘削時間検出部５０７をさらに有しており、重量検出部５０２により検出された土砂Ｅの重量に基づく地盤硬さの推定処理と、掘削時間検出部５０７により検出された掘削時間に基づく地盤硬さの推定処理とを併用する点で前記第１実施形態とは異なる。
図１２は、第２実施形態を示す図３相当図である。この実施形態では、コントローラ５０が掘削時間検出部５０７をさらに有しており、重量検出部５０２により検出された土砂Ｅの重量に基づく地盤硬さの推定処理と、掘削時間検出部５０７により検出された掘削時間に基づく地盤硬さの推定処理とを併用する点で前記第１実施形態とは異なる。
【0126】
掘削時間検出部５０７は、前記作業アタッチメント２０が前記所定掘削動作に要した時間（つまり前記掘削開始姿勢から掘削動作を開始後、掘削完了姿勢になるまでの時間）を検出する。掘削時間検出部５０７は、一例として、シリンダ負荷の時間変化を基に前記所定掘削動作に要した時間を検出する。このシリンダ負荷は、ブームシリンダ２１Ｓの負荷、アームシリンダ２２Ｓの負荷、及びバケットシリンダ２３Ｓの負荷のいずれかを採用することができる。本実施形態では、シリンダ負荷として、例えばアームシリンダ２２Ｓの負荷を検出する。
【0127】
図１３は、作業アタッチメント２０よる所定掘削動作の実行に伴うシリンダ負荷（本実施形態ではアームシリンダ２２Ｓの負荷）の時間変化の一例を示すグラフである。
【0128】
時刻Ｔ１では、作業アタッチメント２０が掘削開始姿勢を取るためにバケット２３の先端部２３ｂが地面Ｇに接触し、これにより、アームシリンダ２２Ｓのシリンダ負荷がＵ１まで一気に上昇する。次いで、掘削開始姿勢から作業アタッチメント２０が前記所定掘削動作を開始すると、バケット２３が基端部２３ａを支点に回動するにしたがってバケット２３に作用する掘削抵抗が次第に増加するので、シリンダ負荷がＵ１からＵ２まで次第に増加する。その後、バケット２３全体が地面Ｇよりも上側に抜け出て作業アタッチメント２０が掘削完了姿勢になると同時に、シリンダ負荷が一気にＵ３まで低下し、その後は、バケット２３に保持された土砂Ｅの重量とバランスするシリンダ負荷で一定に維持される。
【0129】
掘削時間検出部５０７は、不図示のセンサ（例えばロードセルや圧力センサ）によりアーム２２のシリンダ負荷を監視することで、上述した図１３に示すシリンダ負荷の時間波形を取得する。そして、掘削時間検出部５０７は、取得したシリンダ負荷の時間波形を基に、前記時刻Ｔ１から前記時刻Ｔ２までの時間（＝Ｔ２－Ｔ１）を作業アタッチメント２０の所定掘削動作に要した時間である掘削時間として検出（算出）する。
【0130】
図１４は、第２実施形態におけるコントローラ５０により実行される硬さ推定処理の一例を示すフローチャートである。
【0131】
ステップＳＢ１～ステップＳＢ５までの処理は、第１実施形態におけるステップＳＡ１～ステップＳＡ５までの処理と同様であり、ステップＳＢ６以降の処理が前記第１実施形態とは異なる。以下では、ステップＳＢ６以降の処理についてのみ説明し、それ以前のステップＳＢ１～ＳＢ５の説明は省略する。
【0132】
すなわち、ステップＳＢ６では、ステップＳＢ４の処理で重量検出部５０２により検出されたバケット２３の土砂Ｅの重量が所定重量未満であるか否かを硬さ推定部５０３が判定する。ここで、所定重量とは、例えば、バケット２３に対する土砂Ｅの最大積載量（それ以上積載すると土砂がバケット２３の外にこぼれるような山積み状態）に対応する重量であって、本実施形態では、例えば、硬さ対応データＤに規定される最大土砂重量ｗ２に相当する。
【0133】
そして、重量検出部５０２により検出されたバケット２３の土砂Ｅの重量が前記所定重量未満であると硬さ推定部５０３にて判定された場合には（ステップＳＢ６でＹＥＳの場合）にステップＳＢ７に進み、第１実施形態と同様に、硬さ推定部５０３が、重量検出部５０２にて検出された前記土砂Ｅの重量と前記硬さ対応データＤとを基に地盤の硬さを推定し（ステップＳＢ７）、しかる後にリターンする。
【0134】
一方、重量検出部５０２により検出されたバケット２３の土砂Ｅの重量が前記所定重量以上であると硬さ推定部５０３にて判定された場合には（ステップＳＢ６でＮＯの場合）、ステップＳＢ８に進み、作業アタッチメント２０よる所定掘削動作の実行に要した掘削時間を掘削時間検出部５０７が検出し、当該検出後は、ステップＳＢ９に進み、掘削時間検出部５０７により検出された掘削時間を基に硬さ推定部５０３が地盤の硬さを推定する。
【0135】
このステップＳＢ９の地盤の硬さ推定処理の一例を説明すると、例えば、所定掘削動作によりバケット２３に掘削保持される土砂Ｅの重量が、前記最大積載量に対応する重量になるような地盤（本例では、図６の硬さ対応データＤにて規定される最大土砂重量ｗ２に対応する硬さｈ１の地盤）に対して所定掘削動作を実行した際の掘削時間をＴｍａｘとし、前記掘削時間検出部５０７により検出された所定掘削動作の実行時間をＴｒｅａｌとしたとき、地盤硬さＨは次の式７により推定することができる。
【0136】
Ｈ＝ｈ１＊（Ｔｍａｘ／Ｔｒｅａｌ）………（式７）
なお、前記Ｔｍａｘは、硬さ対応データＤを作成する際の掘削試験の際に測定して記憶部５０４に記憶しておけばよい。
なお、前記Ｔｍａｘは、硬さ対応データＤを作成する際の掘削試験の際に測定して記憶部５０４に記憶しておけばよい。
【0137】
（第２実施形態の作用効果）
本実施形態では、油圧ショベル１は、作業アタッチメント２０の所定掘削動作に要した時間である掘削時間を検出する掘削時間検出部５０７をさらに備え、硬さ推定部５０３、地盤の硬さを推定する際には、作業アタッチメント２０により前記所定掘削動作が実行された後に、重量検出部５０２により検出された土砂Ｅの重量が前記所定重量以上であるか否かを判定し、前記所定重量以上であると判定した場合には、掘削時間検出部５０７により検出された前記掘削時間に基づいて前記地盤の硬さを推定するように構成されている。
本実施形態では、油圧ショベル１は、作業アタッチメント２０の所定掘削動作に要した時間である掘削時間を検出する掘削時間検出部５０７をさらに備え、硬さ推定部５０３、地盤の硬さを推定する際には、作業アタッチメント２０により前記所定掘削動作が実行された後に、重量検出部５０２により検出された土砂Ｅの重量が前記所定重量以上であるか否かを判定し、前記所定重量以上であると判定した場合には、掘削時間検出部５０７により検出された前記掘削時間に基づいて前記地盤の硬さを推定するように構成されている。
【0138】
この構成によれば、地盤の硬さが過度に軟らかい場合であっても、地盤硬さの推定精度を十分に確保することができる。すなわち、地盤硬さが過度に軟らかいと、バケット２３により掘削される土砂の量が、掘削完了姿勢でバケット２３に保持可能な最大積載量を超えるため、地盤硬さが変化したとしても、バケット２３に保持される土砂Ｅの重量は余剰分がこぼれ落ちるために一定のまま変化せず、地盤硬さの推定精度を十分に確保することができない。これに対して前記構成では、バケット２３に保持される土砂Ｅの重量が前記所定重量を越える場合（つまり、地盤の硬さが変化してもバケット２３に保持される土砂重量が変化しないほどに地盤の硬さが軟らかいと考えられる場合）には、所定掘削動作に要した掘削時間を基に地盤硬さの推定処理を実行するようにした。この所定掘削動作に要した掘削時間は、バケット２３に保持される土砂重量のように上限値が制限されることがなく、地盤の硬さが軟らかいほど掘削時間は長くなる。したがって、地盤の硬さが過度に軟らかい場合には、掘削時間を基に硬さ推定部５０３による地盤硬さの推定処理を実行することでその推定精度を向上させることができる。
【0139】
（第３実施形態）
図１５は、第３実施形態を示す図３相当図である。この実施形態では、硬さ推定部５０３が、所定掘削動作によりバケット２３に保持された土砂の重量と、稼働データ取得部５０８により取得された掘削動作中の作業アタッチメント２０の稼働データＪとに基づいて地盤の硬さを推定する点が前記実施形態１とは異なる。
図１５は、第３実施形態を示す図３相当図である。この実施形態では、硬さ推定部５０３が、所定掘削動作によりバケット２３に保持された土砂の重量と、稼働データ取得部５０８により取得された掘削動作中の作業アタッチメント２０の稼働データＪとに基づいて地盤の硬さを推定する点が前記実施形態１とは異なる。
【0140】
具体的には、コントローラ５０は、稼働データ取得部５０８をさらに備えている。また、コントローラ５０は、シリンダ負荷検出部３６に信号の授受可能に接続されている。
【0141】
前記シリンダ負荷検出部３６は、一例として、ブームシリンダ２１Ｓに取付けられた差圧センサを含んでいる。差圧センサは、ブームシリンダ２１Ｓにおけるロッド室内の圧力とシリンダ室内の圧力との差圧をシリンダ負荷として検出する。シリンダ負荷検出部３６は、検出したシリンダ負荷の情報をコントローラ５０に送信する。なお、シリンダ負荷は、ロッド室とシリンダ室との差圧に限ったものではなく、ロッド室の圧力であってもよいし、シリンダ室の圧力であってもよい。また、対象とするシリンダは、ブームシリンダ２１Ｓに限ったものではなく、アームシリンダ２２Ｓやバケットシリンダ２３Ｓ等であってもよい。
【0142】
前記稼働データ取得部５０８は、作業アタッチメント２０の稼働状態に関連し且つ当該掘削動作の対象となる地盤の硬さと相関のある稼働パラメータと、当該稼働パラメータに関する数値とを含む稼働データＪを取得し、取得した稼働データＪを記憶部５０４に記憶させる。
【0143】
図１６は、稼働データ取得部５０８により取得される稼働データＪの一例を示す図である。この図の例では、前記稼働パラメータの一例として、シリンダ負荷と、作業アタッチメント２０の重心加速度と、作業アタッチメント２０に作用する掘削反力とが例示されている。また、各稼働パラメータに関する数値として、シリンダ負荷の最大値と、作業アタッチメント２０の重心加速度の分散値と、前記掘削反力の積分値とが例示されている。なお、ここで挙げた稼働パラメータはあくまでも一例であり、例えば、作業アタッチメント２０の重心躍度（重心加速度の時間変化率）や、アーム２２の重心加速度、アーム２２の重心速度、アーム２２の重心躍度等を含んでいてもよい。
【0144】
稼働データ取得部５０８は、前記シリンダ負荷の一例として、ブームシリンダ２１Ｓのロッド室とシリンダ室との間の差圧を取得する。このシリンダ負荷は、シリンダ負荷検出部３６により検出される。稼働データ取得部５０８は、作業アタッチメント２０の掘削動作中は、シリンダ負荷検出部３６により受信したブームシリンダ２１Ｓの前記差圧の現時点までの最大値を保持し、当該差圧が現時点の最大値を超える度に当該最大値を更新する。そうして、稼働データ取得部５０８は、作業アタッチメント２０の掘削動作中におけるシリンダ負荷の最大値を取得する。
【0145】
さらに稼働データ取得部５０８は、姿勢検出部３１からの情報を基に、作業アタッチメント２０の重心加速度を取得（算出）する。具体的には、稼働データ取得部５０８は、オペレータが操作部４を操作して作業アタッチメント２０に所定掘削動作を実行させる際に、姿勢検出部３１からの情報を基に作業アタッチメント２０の合成重心速度Ｖｇを算出するとともに、当該合成重心速度Ｖｇの時間変化率を重心加速度として算出する。そして、稼働データ取得部５０８は、作業アタッチメント２０の掘削動作中、現時点までの重心加速度の時間履歴を取得し、取得した時間履歴を基に前記重心加速度の分散値を算出する。そうして、稼働データ取得部５０８は、作業アタッチメント２０の掘削動作中における作業アタッチメント２０の重心加速度の分散値を取得する。
【0146】
さらに稼働データ取得部５０８は、作業アタッチメント２０による所定掘削動作の実行中にバケット２３に作用する掘削反力の積分値を取得（算出）する。ここで、掘削反力とは、掘削中にバケット２３が地面から受ける反力である。具体的には、稼働データ取得部５０８は、シリンダ負荷検出部３６によって検出される３つのシリンダ２１Ｓ～２３の負荷と、前記姿勢検出部３１により検出される作業アタッチメント２０の姿勢に関する情報とを基に各時刻における掘削反力を算出し、算出した掘削反力を前記所定掘削動作の開始時から終了時までの時間で積分した値を算出する。なお、前記掘削反力を取得するために、例えばバケット２３に取付けたロードセル等の荷重検出センサを使用するようにしてもよい。
【0147】
硬さ推定部５０３は、掘削動作後にバケット２３に保持されている土砂の重量に対応する土砂重量対応硬さＨ０（第１硬さに相当）を算出する第１算出処理と、掘削動作中に稼働データ取得部５０８が取得した稼働データＪ中の前記３つの稼働パラメータの数値に対応する３つの稼働状況対応硬さＨ１，Ｈ２，Ｈ３（第２硬さに相当）を算出する第２算出処理とを実行する。そして、硬さ推定部５０３は、前記土砂重量対応硬さＨ０と、３つの稼働状況対応硬さＨ１，Ｈ２，Ｈ３とを基に前記地盤の硬さを推定する。
【0148】
硬さ推定部５０３は、推定した前記地盤の硬さを記憶しておき、推定した所定回数分の硬さの平均値を前記地盤の硬さとして出力し、前記表示部３４に表示させる。
【0149】
次に、図１７は、本実施形態の硬さ推定部５０３により実行される前記地盤硬さの推定処理の一例を示すフローチャートであって実施形態１の図９相当図である。尚、以下の説明において、実施形態１の図９と同様の処理内容については適宜説明を省略する。
【0150】
ステップＳＣ１では、実施形態１のステップＳＡ１と同様の処理を実行する。
【0151】
ステップＳＣ２では、作業アタッチメント２０が前記掘削開始姿勢（図４Ａ）を取った状態から実際に掘削を開始したか否かを判定する。ここで、作業アタッチメント２０が掘削開始姿勢にあるか否かは、ステップＳＡ２と同様に前記姿勢検出部３１にて検出された作業アタッチメント２０の姿勢情報を基に推定し、作業アタッチメント２０が前記掘削開始姿勢から実際に掘削を開始したか否かは、操作部４より入力される操作用レバー等の操作信号を基に推定すればよい。そして、本ステップＳＣ２の判定がＮＯである場合（つまり、作業アタッチメント２０が初期姿勢である前記掘削開始姿勢を取っているものの掘削が開始されない場合、又は、作業アタッチメント２０による掘削は開始されたがその初期姿勢が前記掘削開始姿勢でなかった場合）にはリターンする一方、この判定がＹＥＳである場合にはステップＳＣ３に進む。
【0152】
ステップＳＣ３では、前記稼働データＪの取得を開始する。具体的には、上述したシリンダ負荷の最大値、作業アタッチメント２０の重心加速度の分散値、及び作業アタッチメント２０に作用する掘削反力の積分値の取得を開始する。
【0153】
ステップＳＣ４では、作業アタッチメント２０による所定掘削動作が終了したか否かを判定し、この判定がＮＯである場合には、当該ステップＳＣ４の処理を継続する。一方、この判定がＹＥＳである場合にはステップＳＣ５に進む。
【0154】
ステップＳＣ５では、前記稼働データＪの取得を終了する。
【0155】
ステップＳＣ６及びステップＳＣ７では、実施形態１のステップＳＡ４及びＳＡ５と同様の処理を実行する。
【0156】
ステップＳＣ８では、前記第１算出処理を実行することでバケット２３に保持された土砂重量に対応する土砂重量対応硬さを算出する。この土砂重量対応硬さの算出は、実施形態１と同様に、重量検出部５０２により検出されたバケット２３上の土砂Ｅの重量と、図６に示す硬さ対応データＤ（以下、第１硬さ対応データＤという）とを基に算出する。
【0157】
ステップＳＣ９では、前記第２算出処理を実行することで稼働状況対応硬さを算出する。この稼働状況対応硬さは、稼働データ取得部５０８が取得した稼働データＪに含まれるシリンダ負荷の最大値、作業アタッチメント２０の重心加速度の分散値、及び作業アタッチメント２０の掘削反力の積分値と、予め記憶部５０４に記憶された第２硬さ対応データＦ１，Ｆ２，Ｆ３（図１８Ａ～図１８Ｃ参照）とを基に算出される。第２硬さ対応データＦ１，Ｆ２，Ｆ３は、前記３つの稼働パラメータに関する数値と、地盤硬さとを対応付けたデータであって予め実験等により取得されて記憶部５０４に記憶されている。第２硬さ対応データＦ１，Ｆ２，Ｆ３は、地盤の硬さの違いによる稼働データＪの変化を規定するデータであるともいえる。図１６に示すように、本例では、稼働データＪに示されたシリンダ負荷の最大値はＸ１であり、作業アタッチメント２０の重心加速度はＸ２であり、掘削反力の積分値はＸ３であるから、図１８Ａ～図１８Ｃに示す第２硬さ対応データＦ１～Ｆ３を基に、シリンダ負荷の最大値Ｘ１に対応する稼働状況対応硬さはＨ１として算出され、作業アタッチメント２０の重心加速度はＸ２に対応する稼働状況対応硬さはＨ２として算出され、掘削反力Ｘ３に対応する稼働状況対応硬さはＨ３として算出される。図２０はこの稼働状況対応硬さの取得結果を示すデータであり、当該データは記憶部５０４に記憶される。
【0158】
ステップＳＣ１０では、ステップＳＣ８で算出した重量対応硬さＨ０と、ステップＳＣ９で算出した各稼働パラメータに対応する３つの稼働状況対応硬さＨ１，Ｈ２，Ｈ３と、土砂重量及び各稼働パラメータのそれぞれに対して予め付与された重み係数Ｗ０，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３とを基に地盤の硬さを推定する。具体的には、地盤の推定硬さをＩｈとしたとき、Ｉｈ＝Ｈ０＊Ｗ０＋Ｈ１＊Ｗ１＋Ｈ２＊Ｗ２＋Ｈ３＊Ｗ３として算出される。図１９は、前記重み係数Ｗ０，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を規定した重み係数データＭであって予め記憶部５０４に記憶されている。重み係数Ｗ０，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３は、地盤硬さの推定に際して影響が大きい稼働パラメータほど高く設定される。なお、Ｗ０＋Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３＝１の関係を満たしている。そうして、本ステップＳＣ１０の処理が終了した後はステップＳＣ１１に進む。
【0159】
ステップＳＣ１１では、ステップＳＣ３で取得した稼働データＪを削除するとともに、ステップＳＣ１０で推定した地盤硬さｈ１の情報を表示部３４に出力し、しかる後にステップＳＣ１に戻る。そうして、ステップＳＣ１～ステップＳＣ１１までの処理を繰り返す。
【0160】
硬さ推定部５０３は、前記所定掘削動作が実行される度に、前記推定した前記地盤硬さＩｈを前記表示部３４に出力する。また、前記硬さ推定部５０３は、前記所定掘削動作が実行される度に、前記推定した前記地盤硬さＩｈを記憶しておき、記憶した地盤硬さＩｈが所定回数（所定回数は２以上）に達すると、当該記憶した地盤硬さＩｈの所定回数分の平均値Ｉａｖｅを算出し、該算出した平均値Ｉａｖｅを表示部３４に出力する。
【0161】
表示部３４は、硬さ推定部５０３により前記地盤硬さＩｈが推定される度に（つまり前記所定掘削動作が実行される度に）当該硬さ推定部５０３より受信した直近の地盤硬さＩｈを情報表示画面Ｑに表示する。また、表示部３４は、前記硬さ推定部５０３にて前記平均値Ｉａｖｅ（＝ΣＩｈ／ｎ）が算出される度に（つまり前記所定掘削動作が前記所定回数実行される度に）当該硬さ推定部５０３より受信した直近の平均値Ｉａｖｅを情報表示画面Ｑに表示する。
【0162】
図２１は、表示部３４に表示される情報表示画面Ｑの一例を示す図である。
【0163】
この情報表示画面Ｑは、運転モード表示領域ｑ１と硬さ情報表示領域ｑ２とを含んでいる。
【0164】
運転モード表示領域ｑ１は、現時点において通常運転モードが設定されているか否か表示するモード表示部ｑ１１と、上述した掘削アシスト制御に関する情報を表示するアシスト情報表示部ｑ１２とからなる。モード表示部ｑ１１は、通常運転モードが設定されている場合には表示マークを白丸で表示し、硬さ推定モードが設定されている場合には表示マークを黒丸で表示する。アシスト情報表示部ｑ１２は、アシスト制御が有効化されている場合には、表示マークを黒丸で表示し、アシスト制御が無効化されている場合には、表示マークを白丸で表示する。
【0165】
硬さ情報表示領域ｑ２は、硬さ推定部５０３が推定した上述の直近の地盤硬さＩｈを表示する表示部ｑ２１と、地盤硬さの平均値Ｉａｖｅを表示する表示部ｑ２２とを有している。硬さ情報表示領域ｑ２の右上には、硬さ推定部５０３にて算出された地盤硬さの平均化処理を実行する際のデータ数（前記所定回数）を入力するための入力ボックスｑ２３が設けられ、その右側には、現時点における地盤硬さの取得回収（硬さ推定部５０３における推定回数）を表示する表示部ｑ２４が設けられている。
【0166】
（作用効果）
以上説明したように本実施形態では、硬さ推定部５０３は、前記地盤硬さの推定処理を実行する際には、作業アタッチメント２０による前記所定掘削動作の実行後に重量検出部５０２により検出される前記土砂重量と第１硬さ対応データＤとを基に当該土砂重量に対応する地盤の硬さを土砂重量対応硬さＨ０として算出する第１算出処理と、所定掘削動作中に稼働データ取得部５０８が取得した稼働データＪと、地盤硬さの違いによる前記稼働データＪの変化を規定した第２硬さ対応データＦ１，Ｆ２，Ｆ３とを基に、前記取得した前記稼働データＪに対応する前記地盤の硬さを稼働状況対応硬さＨ１，Ｈ２，Ｈ３として算出する第２算出処理とを実行する。そして、硬さ推定部５０３は、前記第１算出処理で算出した前記土砂重量対応硬さＨ０と、前記第２算出処理で算出した前記第２硬さＨ１，Ｈ２，Ｈ３とを基に前記地盤の硬さを推定するように構成されている。
以上説明したように本実施形態では、硬さ推定部５０３は、前記地盤硬さの推定処理を実行する際には、作業アタッチメント２０による前記所定掘削動作の実行後に重量検出部５０２により検出される前記土砂重量と第１硬さ対応データＤとを基に当該土砂重量に対応する地盤の硬さを土砂重量対応硬さＨ０として算出する第１算出処理と、所定掘削動作中に稼働データ取得部５０８が取得した稼働データＪと、地盤硬さの違いによる前記稼働データＪの変化を規定した第２硬さ対応データＦ１，Ｆ２，Ｆ３とを基に、前記取得した前記稼働データＪに対応する前記地盤の硬さを稼働状況対応硬さＨ１，Ｈ２，Ｈ３として算出する第２算出処理とを実行する。そして、硬さ推定部５０３は、前記第１算出処理で算出した前記土砂重量対応硬さＨ０と、前記第２算出処理で算出した前記第２硬さＨ１，Ｈ２，Ｈ３とを基に前記地盤の硬さを推定するように構成されている。
【0167】
この構成によれば、所定掘削動作によりバケット２３に保持された土砂Ｅの重量のみでなく、掘削動作中における作業アタッチメント２０の稼働データＪに基づいて地盤の硬さを推定するようにしたことで、当該地盤硬さの推定精度を向上させることができる。すなわち、所定掘削動作によってバケット２３に保持される土砂重量は、掘削動作中にバケット２３が異物と接触することによる当該バケット２３の軌道変化や地形の荒れ等に起因して容易に変化する。このため、バケット２３に保持される土砂重量のみに基づいて地盤硬さを推定するようにした場合には、バケット２３に保持される土砂重量のばらつきに起因して地盤の硬さ推定精度が低下する虞がある。これに対して、前記構成では、所定掘削動作後にバケット２３に保持された土砂重量に基づく土砂重量対応硬さＨ０と、所定掘削動作中の作業アタッチメント２０の稼働パラメータに基づく稼働状況対応硬さとを基に地盤硬さの推定処理を実行するようにしたことで、土砂重量のみに基づいて地盤硬さを推定する場合に比べてその推定精度を可及的に向上させることができる。
【0168】
前記稼働データＪは、掘削動作中における作業アタッチメント２０の稼働状態に関連し且つ当該掘削動作の対象となる地盤の硬さと相関のある稼働パラメータに関する数値を含むデータである。本実施形態では、一例として、前記稼働パラメータは、作業アタッチメント２０のシリンダ負荷、作業アタッチメント２０の重心加速度、及び作業アタッチメント２０に作用する掘削反力との３つからなり、それぞれに関する数値として最大値、分散値、積分値を取得するようにしている。
【0169】
このように、稼働パラメータとして地盤の硬さとの相関性が強いパラメータを設定することで硬さ推定部５０３による地盤の硬さ推定精度を向上させることができる。すなわち、地盤の硬さが堅いほど作業アタッチメント２０のシリンダ負荷は増加する。また、地盤の硬さが堅いほど前記掘削動作中の作業アタッチメント２０の振動も大きくなるので、当該作業アタッチメント２０の重心加速度も振動的に変化する。また、地盤の硬さが堅いほど、作業アタッチメント２０に作用する掘削反力も増加する。このように、前記３つのパラメータは、地盤の硬さとの相関関係が強いので、これらを稼働パラメータとして設定することで、当該稼働パラメータに基づく稼動状況対応硬さと実際の地盤の硬さとの一致度が高まり、延いては、当該稼動状況対応硬さと前記重量対応硬さとに基づく地盤硬さの推定精度を向上させることができる。
【0170】
また本実施形態では、前記硬さ推定部５０３は、前記推定処理の実行に際して、シリンダ負荷と作業アタッチメント２０の重心加速度と前記掘削反力との３つの稼動パラメータに対応する３つの稼動状態対応硬さＨ１，Ｈ２，Ｈ３と、前記土砂重量対応硬さＨ０とを取得し、該各硬さＨ０，Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３のそれぞれに対して予め設定された重み係数Ｗ０，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３とを基に前記地盤の硬さを推定するように構成されている。
【0171】
この構成によれば、地盤の硬さとの相関関係が強い指標については重み係数を高く設定し、相関関係が低い指標については重み係数を低く設定することで地盤硬さの推定精度を向上させることができる。なお、重み係数Ｗ０，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３がいずれも同じ値であってもよく、この場合、推定硬さＩｈ＝（Ｈ１＋Ｈ２＋Ｈ３＋Ｈ４）／４として算出することができる。
【0172】
また、本実施形態では、硬さ推定部５０３は、前記所定掘削動作が実行される度に、前記地盤の硬さを記憶しておき、記憶した地盤の硬さが所定回数（所定回数は２以上）に達すると、当該記憶した地盤硬さの所定回数分の平均値Ｉａｖｅを算出し、算出した平均値の情報を表示部３４に出力する。
【0173】
この構成によれば、硬さ推定部５０３より所定回数分の地盤硬さの平均値が地盤硬さの推定結果として出力される。これにより、硬さ推定部５０３により推定される地盤硬さのばらつきを平均化することができる。よって、作業者は、例えばこの平均化された地盤硬さを基に掘削作業を行うことで、地盤硬さに応じた適切な掘削作業を行うことができる。
【0174】
（第３実施形態の変形例１）
前記第３実施形態では、稼動パラメータの一例として、シリンダ負荷、作業アタッチメント２０の重心加速度、及び作業アタッチメント２０に作用する掘削反力を挙げるとともに、それらに関連する数値としてそれぞれ最大値、分散値及び積分値を挙げて説明したが、これに限ったものではない。
前記第３実施形態では、稼動パラメータの一例として、シリンダ負荷、作業アタッチメント２０の重心加速度、及び作業アタッチメント２０に作用する掘削反力を挙げるとともに、それらに関連する数値としてそれぞれ最大値、分散値及び積分値を挙げて説明したが、これに限ったものではない。
【0175】
すなわち、稼動パラメータは、例えば、シリンダ負荷、作業アタッチメント２０の重心加速度、及び作業アタッチメント２０のうちいずれか１つであってもよい。また、稼動パラメータは、作業アタッチメント２０の重心速度を含んでいてもよい。すなわち、稼動パラメータは、前記掘削動作中における前記作業アタッチメント２０の稼働状態に関連し且つ当該掘削動作の対象となる地盤の硬さと相関がありさえすれば如何なるパラメータであってもよく、その数も複数に限らず、１つであってもよい。
【0176】
また、前記実施形態では、前記３つの稼動パラメータ（指標）に関連する数値としてそれぞれ最大値、分散値及び積分値を挙げて説明したが、これに限ったものではなく、各稼動パラメータの数値そのものであってもよい。また、前記関連する数値は定数に限らず、時間履歴（つまり時間変化を示す波形データ）であってもよい。
【0177】
（第３実施形態の変形例２）
前記第３実施形態では、グラフ形式の第１硬さ対応データＤ及び第２硬さ対応データＦ１，Ｆ２，Ｆ３を用いて各指標に対応する硬さを算出し、各硬さに重み係数を乗算して地盤の硬さＩｈを推定するようにしているが、これに限ったものではなく、第１硬さ対応データＤ及び第２硬さ対応データＦ１，Ｆ２，Ｆ３として、後述する図２２に示すようにレベル分けした硬さ対応データを使用するようにしてもよい。この場合、例えば、各指標に対応する硬さがどのレベルの硬さに属するかを判別し、最も多い硬さレベルを特定して当該特定した硬さを地盤の硬さであると推定するようにしてもよい。
前記第３実施形態では、グラフ形式の第１硬さ対応データＤ及び第２硬さ対応データＦ１，Ｆ２，Ｆ３を用いて各指標に対応する硬さを算出し、各硬さに重み係数を乗算して地盤の硬さＩｈを推定するようにしているが、これに限ったものではなく、第１硬さ対応データＤ及び第２硬さ対応データＦ１，Ｆ２，Ｆ３として、後述する図２２に示すようにレベル分けした硬さ対応データを使用するようにしてもよい。この場合、例えば、各指標に対応する硬さがどのレベルの硬さに属するかを判別し、最も多い硬さレベルを特定して当該特定した硬さを地盤の硬さであると推定するようにしてもよい。
【0178】
（第３実施形態の変形例３）
前記第３実施形態では、硬さ推定部５０３は、重み係数を予め定めた定数として設定しているが、これに限ったものではなく、作業アタッチメント２０の所定掘削動作時における姿勢、又は、稼働データＪにおける数値の時系列変化に基づいて重み係数を変更するように構成されていてもよい。この構成によれば、推定精度が落ちると予測される指標の重みを低くすることで、硬さ推定部５０３による地盤の硬さの推定精度を可及的に向上させることができる。
前記第３実施形態では、硬さ推定部５０３は、重み係数を予め定めた定数として設定しているが、これに限ったものではなく、作業アタッチメント２０の所定掘削動作時における姿勢、又は、稼働データＪにおける数値の時系列変化に基づいて重み係数を変更するように構成されていてもよい。この構成によれば、推定精度が落ちると予測される指標の重みを低くすることで、硬さ推定部５０３による地盤の硬さの推定精度を可及的に向上させることができる。
【0179】
例えば、前下がりの斜面や溝を掘削する際には、前記掘削開始姿勢におけるバケット２３の位置は、油圧ショベル１が位置する地面よりも下方に位置することとなるが、このバケット２３が地面から下方に位置するほど、平坦な地面を掘削する場合と比べて、掘削動作中にバケット２３内に土砂が流入し易くなるので、地盤の硬さの違いによる土砂重量の差が表れにくくなる。そこで、硬さ推定部５０３は、例えば姿勢検出部３１により検出される作業アタッチメント２０の姿勢を基に、前下がりの斜面や溝を掘削中の状態にあると判定した場合には、前記砂重量対応硬さＨ０に対応する重み係数Ｗ０を相対的に小さく設定し、他の重み係数Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３を相対的に大きく設定するように構成されていてもよい。これにより、硬さ推定部５０３による地盤の硬さ推定精度を可及的に向上させることができる。
【0180】
また他の例として、全体的には柔らかい地盤であっても局所的に存在する石等の剛体にバケット２３の先端が引っ掛かる等した場合には、作業アタッチメント２０の重心加速度が局所的に高くなる可能性がある。そこで、硬さ推定部５０３において、作業アタッチメント２０の重心加速度の時間変化を示す波形データを取得し、当該波形データの中にこのようなバケット２３と剛体との接触を示す特徴（例えば重心加速度が急激に垂直増加するような波形特徴）が存在するか否かを判定し、存在すると判定した場合には、当該指標（重心加速度）に対する重み係数を相対的に小さく設定し、他の重み係数を相対的に大きく設定するようにしてもよい。これにより、硬さ推定部５０３による地盤の硬さ推定精度を可及的に向上させることができる。
【0181】
（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態に係る建設機械の一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば次のような変形実施形態を採用することができる。
以上、本発明の実施形態に係る建設機械の一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば次のような変形実施形態を採用することができる。
【0182】
（１）前記各実施形態及び変形例では、アーム２２及びバケット２３を駆動するための指令信号は、操作部４の操作量に応じた指令信号であり、ブーム２１を駆動するための指令信号は、操作部４の操作量に応じた指令信号とコントローラ５０より電磁比例弁５に入力される調整用の指令信号とで構成されるが、これに限ったものではない。すなわち、油圧ショベル１は、前記作業アタッチメント２０に前記所定掘削動作を実行させるための指令信号を生成して、生成した指令信号を前記駆動部に入力する制御を実行可能なコントローラ（制御部）を備えていてもよい。この構成によれば、例えば、自動運転スイッチを設けて、当該スイッチがオンされた場合に前記制御を実行することで、作業アタッチメント２０に目標速度条件を満たす前記所定掘削動作を自動的に実行させることができる。これにより、オペレータの手動操作に起因する作業アタッチメント２０の動作のばらつきを抑制することができ、延いては、硬さ推定部５０３による地盤硬さの推定精度を向上させることができる。
【0183】
（２）前記各実施形態及び変形例では、硬さ対応データＤは、掘削試験により取得したバケット２３の土砂重量と地盤硬さとを近似直線Ｉにより対応付けたグラフデータとされているが、これに限ったものではなく、例えば、地盤の硬さを土砂重量に応じて複数段階にレベル分けしたデータであってもよい。図２２は、このレベル分けによる硬さ対応データの一例を示す図（前記第１実施形態の図６相当図）である。この図の例では、地盤の硬さを、堅土レベル、中間レベル、軟土レベルという３つのレベルに区分けし、各硬さレベルに対応する土砂の重量が横軸に示されている。この図の例では、堅土レベルと中間レベルとを区画する第１閾値と、軟土レベルと中間レベルとを区画する第２閾値とが設定されており、仮に所定掘削動作後にバケット２３に保持された土砂重量が第１閾値未満である場合には、地盤硬さを堅土レベルと推定し、土砂重量が第１閾値～第２閾値の範囲内である場合には、地盤硬さを中間レベルと推定し、土砂重量が第２閾値を超える場合には、地盤硬さを軟土レベルと推定することができる。
【0184】
（３）前記各実施形態及び変形例では、作業アタッチメント２０による所定掘削動作の実行時における目標速度条件として、作業アタッチメント２０の合成重心速度Ｖｇが一定（＝目標重心速度ｒ）であるとの条件を設定するようにしているが、これに限ったものではない。すなわち、先ず、目標速度条件にて規定される目標対象速度については、必ずしも前記各実施形態のように作業アタッチメント２０の合成重心速度Ｖｇである必要はなく、アーム２２の重心の速度であってもよい。また、目標速度条件にて規定される目標速度（前記実施形態の例では目標重心速度ｒ）についても、必ずしも前記各実施形態のように一定値である必要はなく、例えば、時間経過と共に直線的に増加するような速度プロフィールを目標としてもよいし、直線的に増加した後に一定値になるような速度プロフィールを目標としてもよい。なお、目標速度条件をどのように設定するかは限定されないが、硬さ対応データＤを作成する際の、作業アタッチメント２０の所定掘削動作の目標速度条件と、実際に地盤硬さを推定する際の、作業アタッチメント２０の所定掘削動作の目標速度条件とは同じにしておく必要がある。
【0185】
（４）前記各実施形態及び各変形例では、ブーム２１とアーム２２とバケット２３とはそれぞれ、操作部４の操作量に応じた回転角速度で動作するようになっているが、これに限ったものではなく、例えば、ブーム２１とアーム２２との相対角速度（ブーム２１に対するアーム２２の相対的な回転の角速度）を基準にバケット２３の回転角速度を決定する制御（以下、掘削アシスト制御という）をコントローラ５０により実行してもよい。これにより、作業アタッチメント２０の動作が安定するので、バケット２３による土砂の掘削量の再現性を向上させて、延いては、地盤硬さの推定精度を向上させることができる。ここで、掘削アシスト制御は前記硬さ推定モードにおいてのみ実行し、通常運転モードではその機能をオフにするようにしてもよい。また、コントローラ５０は、硬さ推定部５０３における地盤硬さの推定結果を基に、掘削アシスト制御を実行する際の制御パラメータ（例えば回転角速度の変化度合等）を推定した地盤硬さに対応した値に変更する処理を実行してもよい。
【0186】
（５）前記各実施形態及び各変形例では、作業アタッチメント２０による所定掘削動作の掘削開始姿勢は、バケット２３の先端部２３ｂが地面Ｇに接した状態とされているが、これに限らなく、例えば、バケット２３の先端部２３ｂが地面に貫入した状態であってもよい。バケット２３の先端部２３ｂを地面Ｇに貫入させるために、例えば、シリンダ負荷を監視し、シリンダ負荷（例えばブームシリンダ２１Ｓの負荷）が所定負荷に達するまでブーム２１を下降させて、シリンダ負荷が所定負荷に達すると同時にブーム２１の下降を停止して、当該停止時の作業アタッチメント２０の姿勢を掘削開始姿勢としてもよい。これにより、バケット２３の先端部２３ｂをしっかりと地面Ｇに食い込ませた状態から所定掘削動作を開始できるので、バケット２３の空振りを防止し、バケット２３にて土砂を確実に掘削することができる。よって、バケット２３による土砂の掘削量を十分に確保し、延いては、硬さ推定部５０３による地盤硬さの推定処理を精度良く行うことができる。
【0187】
（６）前記各実施形態及び変形例では、重量検出部５０２は、ブーム２１の基端部の回転支点Ｓ回りのモーメントの釣り合いを基にバケット２３に保持された土砂Ｅの重量を検出するように構成されているが、これに限ったものではなく、例えば、バケット２３の底面に配置した重量センサ（ロードセル等）により構成されていてもよい。
【0188】
（７）前記各実施形態及び変形例では、前記硬さ対応データＤは、前記作業アタッチメント２０に前記所定掘削動作を実際に実行させて行う掘削試験に基づいて作成されるが、これに限ったものではなく、例えば、作業アタッチメント２０の所定掘削動作を模擬したコンピュータシミュレーションに基づいて作成するようにしてもよい。この場合、実際に掘削試験を行う場合に比べて安価に且つ短時間で硬さ対応データＤを作成することができる。
【0189】
（８）前記各実施形態及び変形例では、作業アタッチメント２０に所定掘削動作を実行させる際の掘削開始姿勢の一例として、最大リーチ姿勢で且つバケット２３の対地角が７０°～１２０°となるような姿勢（図４Ａ参照）を挙げて説明したが、必ずしも最大リーチ姿勢である必要はなく、またバケット２３の対地角も必ずしも７０°～１２０°である必要はない。すなわち、掘削開始姿勢は、硬さ対応データＤの作成時と当該硬さ対応データＤに基づく実際の地盤硬さの推定時とで同様の姿勢であればよく、上述の図４Ａに示す姿勢に限定されない。同様に、掘削完了姿勢についても、図４Ｃに示す姿勢に限定されず、硬さ対応データＤの作成時と該硬さ対応データＤに基づく実際の地盤硬さの推定時とで同様の姿勢であればよい。
【0190】
（９）前記各実施形態及び各変形例では、ステップＳＡ５，ＳＢ５，ＳＣ７において、硬さ推定部５０３は、作業アタッチメント２０による所定掘削動作が正しく行われたか否かの判定処理（動作判定処理）を、バケット２３に保持された土砂重量が最小土砂重量ｗ１～最大土砂重量ｗ２の範囲にあるか否かに基づいて実行するようにしているが、これに限ったものではない。すなわち、硬さ推定部５０３は、前記掘削開始時における作業アタッチメント２０の基端部から前記バケット２３の先端までの距離と前記所定掘削動作の開始後における前記作業アタッチメント２０の操作入力情報とを基に前記動作判定処理を実行するように構成されていてもよい。具体的には、硬さ推定部５０３は、所定掘削動作の開始時（掘削開始姿勢）におけるバケット２３の先端からブーム２１の基端までの距離であるブームフット間距離が所定閾値以上であり、且つ、前記作業アタッチメント２０の前記所定掘削動作中における前記アーム２２の引き操作入力が所定時間以上である場合に前記所定掘削動作が正しく実行されたと判定するように構成されていてもよい。これにより、機体１Ｓの周囲を地均しする作業等が所定掘削動作として誤判別されるのを防止することができる。作業アタッチメント２０による所定掘削動作の実行中における旋回操作入力を判定条件に追加するようにしてもよい。これによれば、硬さ推定部５０３において、例えば溝側面や地面にバケット２３を押し付けながら作業アタッチメント２０を旋回させる押付け掘削動作を前記所定掘削動作であると誤判定するのを防止することができる。
【0191】
（１０）前記各実施形態及び各変形例において、コントローラ５０（速度条件設定部の一例）は、前記作業アタッチメント２０が前記目標速度条件を満たしながら所定掘削動作を所定回数実行した後は、当該目標速度条件を再設定するように構成されていてもよい。この所定回数は、硬さ推定部５０３にて地盤の硬さの平均値を算出する際のサンプリング回数である前記所定回数と同じであってもよいし、異なっていてもよい。前記コントローラ５０は、目標速度条件を設定する際には、前記所定掘削動作が所定回数実行された時点で硬さ推定部５０３によって推定される地盤の硬さを取得し、当該取得した硬さの地盤を前記作業アタッチメント２０の前記所定掘削動作により掘削した場合に、前記バケット２３により掘削される前記土砂Ｅの掘削量が、当該バケット２３の保持可能な最大積載量に対応する量になるように前記目標速度条件を設定する。この目標速度条件の設定は、前記第１実施形態の図８で説明したのと同様の手法により設定される。前記取得した硬さと、前記バケット２３の土砂が最大積載量に対応する量になるような目標速度条件との対応関係は予め実験等により取得して記憶部５０４に目標速度設定用データとして記憶しておけばよい。硬さ推定部５０３は、この目標速度設定用データと前記取得した硬さとを基に前記目標速度条件を設定することができる。
【0192】
この構成によれば、所定掘削動作による地盤の掘削が進むにしたがって地盤の硬さが、軟土から堅土に変化したり、堅土から軟土に変化したりした場合であっても、この変化した地盤の硬さに応じて目標速度条件が変更される。したがって、バケット２３による土砂Ｅの掘削量を十分に確保することができる。すなわち、例えば掘削対象となる地盤が堅土であるにも拘わらず軟土に対応する目標速度条件で作業アタッチメント２０が駆動されると、土砂Ｅの掘削量を十分に確保することができない。この結果、地盤の硬さ推定精度が低下するばかりでなく本来の目的である作業アタッチメント２０による地盤の掘削効率が低下する虞がある。これに対して、前記構成によれば、地盤の硬さに応じた目標速度条件が設定されるので上述した掘削効率の低下の問題を回避することができる。
【0193】
（１１）前記各実施形態及び変形例では、前記作業アタッチメント２０を構成する複数の部材は、ブーム２１とアーム２２とバケット２３との３つの部材より構成されるが、これに限ったものではなく、例えばバケット２３を含む２つの部材で構成されていてもよいし、４つ以上の部材で構成されていてもよい。
【0194】
（１２）前記各実施形態及び変形例では、建設機械の一例として、地面を走行可能な油圧ショベル１を挙げて説明したが、これに限ったものではなく、地面に固定された建設機械であってもよい。また、建設機械の駆動方式も油圧駆動式に限らず、例えば電動式であってもよい。
【0195】
（１３）本発明は、前記各実施形態及び各変形例及び他の実施形態の任意の組み合わせを含む。
【符号の説明】
【0196】
Ｄ 硬さ対応データ
Ｅ バケットに保持された土砂
Ｇ 地面
Ｖｇ 合成重心速度
ｇ 合成重心
ｒ 目標重心速度
１ 油圧ショベル（建設機械）
１Ｓ 機体
４ 操作部
２０ 作業アタッチメント
２１ ブーム（複数の部材）
２２ アーム（複数の部材）
２３ バケット（複数の部材）
３０ 駆動部
３５ サーバ（管理装置）
５０ コントローラ（制御部、速度条件設定部）
５０１ アタッチメント制御部（速度状態検出部、制御部）
５０２ 重量検出部
５０３ 推定部
５０４ 記憶部
５０５ 通信部
５０６ 乖離度算出部
５０７ 掘削時間検出部
Ｅ バケットに保持された土砂
Ｇ 地面
Ｖｇ 合成重心速度
ｇ 合成重心
ｒ 目標重心速度
１ 油圧ショベル（建設機械）
１Ｓ 機体
４ 操作部
２０ 作業アタッチメント
２１ ブーム（複数の部材）
２２ アーム（複数の部材）
２３ バケット（複数の部材）
３０ 駆動部
３５ サーバ（管理装置）
５０ コントローラ（制御部、速度条件設定部）
５０１ アタッチメント制御部（速度状態検出部、制御部）
５０２ 重量検出部
５０３ 推定部
５０４ 記憶部
５０５ 通信部
５０６ 乖離度算出部
５０７ 掘削時間検出部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18A】
【図18B】
【図18C】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
