特許 7022018 作業機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-02-08

(45)【発行日】2022-02-17

(54)【発明の名称】作業機械

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/20 20060101AFI20220209BHJP

   E02F 9/26 20060101ALI20220209BHJP

【ＦＩ】

E02F9/20 M

E02F9/26 B

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018126113

(22)【出願日】2018-07-02

(65)【公開番号】P2020002751

(43)【公開日】2020-01-09

【審査請求日】2021-03-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000442

【氏名又は名称】特許業務法人 武和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】水落 麻里子

(72)【発明者】

【氏名】鳥山 陽平

(72)【発明者】

【氏名】坂本 博史

【審査官】石川 信也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１８３５３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１７２９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１６９５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１３６０９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１０８１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２６５９５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｆ ９／２０

Ｅ０２Ｆ ９／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

走行体を有する車体と、前記車体に対して回動可能に取り付けられた作業機と、を備えた作業機械において、
前記作業機の作業精度に応じた制御を行う制御装置と、
前記制御装置からの指令に基づく通知を行う通知装置と、を有し、
前記制御装置は、
前記車体が設置された地面の状態を表す指標である地面不安定度を算出する地面状態算出部と、
前記地面状態算出部で算出された地面不安定度を用いて前記作業機の先端位置の変動量を算出し、算出された前記作業機の先端位置の変動量に基づいて、前記車体が設置された地面の状態に起因した前記作業機の作業精度を判定する作業精度判定部と、
前記作業精度判定部の判定結果に基づいて、前記通知装置に対する通知指令を生成する通知生成部と、を含む
ことを特徴とする作業機械。

【請求項2】

請求項１に記載の作業機械において、
前記作業精度判定部は、
算出された前記作業機の先端位置の変動量に基づいて前記作業機の作業精度レベルを決定し、前記作業機の作業精度レベルが所定の許容作業精度レベル未満である場合に前記作業機の作業精度が低下していると判定し、
前記通知生成部は、
前記作業精度判定部において前記作業機の作業精度が低下していると判定された場合に、前記作業機の作業精度が低下している旨の通知指令を生成する
ことを特徴とする作業機械。

【請求項3】

請求項２に記載の作業機械において、
前記作業機を操作するための操作装置と、
前記操作装置の操作に伴って動作して前記作業機を駆動させるアクチュエータと、
前記操作装置の操作量を前記操作装置による前記アクチュエータへの動作指令値として検出する操作量検出センサと、を有し、
前記制御装置は、
前記作業精度判定部において決定された作業精度レベルに対応して前記アクチュエータの動作速度の上限値を速度制限値として設定する速度制限値設定部と、
前記操作量検出センサで検出された動作指令値が前記速度制限値設定部において設定された速度制限値を上回る場合に、前記操作量検出センサで検出された動作指令値を前記速度制限値設定部において設定された速度制限値に補正して前記アクチュエータに対する動作指令を生成する動作指令生成部と、を含む
ことを特徴とする作業機械。

【請求項4】

請求項２に記載の作業機械において、
前記作業機を操作するための操作装置と、
前記操作装置の操作に伴って動作して前記作業機を駆動させるアクチュエータと、
前記操作装置の操作量を前記操作装置による前記アクチュエータへの動作指令値として検出する操作量検出センサと、
前記作業機の姿勢を検出する姿勢検出センサと、
作業対象の目標面に関する情報を設定する目標面情報設定装置と、を有し、
前記制御装置は、
前記姿勢検出センサで検出された姿勢及び前記目標面情報設定装置で設定された情報に基づいて、前記作業機の先端から前記目標面までの距離である目標面距離を算出し、算出された目標面距離及び前記作業精度判定部において決定された作業精度レベルに基づいて、前記操作量検出センサで検出された動作指令値を補正して前記アクチュエータに対する動作指令を生成するマシンコントロール部を含む
ことを特徴とする作業機械。

【請求項5】

請求項１に記載の作業機械において、
前記車体の位置を検出する車体位置検出センサと、
外部の現場管理システムとの間で通信を行うための通信装置と、を有し、
前記制御装置は、
前記車体位置検出センサで検出された前記車体の位置に基づいて、前記地面状態算出部で算出された地面不安定度及び前記作業精度判定部で判定された作業精度を、前記車体が設置された位置における地面の状態管理に関する情報として生成する地面状態管理部と、
前記地面状態管理部で生成された情報に基づいて前記現場管理システムに送信する車体情報を生成して前記通信装置に出力する車体情報生成部と、を含む
ことを特徴とする作業機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、土木工事等に使用される作業機械に関する。

【背景技術】

【0002】

土木工事等において作業対象物の掘削や整形等の作業を行う作業機械の一例として、地面を走行する走行体と、走行体の上部に旋回自在に取り付けられた旋回体と、旋回体に上下方向に揺動自在に取り付けられたフロント作業機と、を備えた油圧ショベルが知られている。フロント作業機は、一端が旋回体に揺動自在に連結されたブームと、一端がブームの先端に揺動自在に連結されたアームと、アームの先端に装着されたバケットと、を有する。走行体、旋回体、及びフロント作業機はそれぞれ、オペレータによる操作レバーの操作に応じて作動する油圧アクチュエータによって駆動される。

【0003】

油圧ショベルを用いた作業は様々な場所で行われるものであることから、油圧ショベルが設置される地面は必ずしも平坦かつ強固であるとは限らず、凹凸がある場合や軟弱な場合がある。このような場合には、油圧ショベルの動作に伴って車体が予期せずに傾く、あるいは油圧ショベルの設置位置がずれる可能性があり、作業対象面とフロント作業機との位置関係が予期せずに変化してバケットが作業対象面に接触したり、車体の傾きの変化に伴って車体が不安定になって作業精度が低下したりするおそれがある。

【0004】

そこで、例えば、特許文献１には、「バケットの現在位置と目標位置との偏差の大きさを視覚的に或いは聴覚的に知らせるマシンガイダンス装置が搭載されるショベルは、所定の事象が発生したと判定した場合に正確なガイダンスを継続できないおそれがある旨を通知するコントローラを備える。コントローラは、ショベルの下部走行体の位置又は姿勢に変化が生じたと判定した場合に、所定の事象が発生したと判定し、正確なガイダンスを継続できないおそれがある旨を操作者に通知する（要約抜粋）」といった技術が開示されている。

【0005】

また、特許文献２には、「ショベルは、下部走行体と、下部走行体に搭載される上部旋回体と、上部旋回体に取り付けられる掘削アタッチメントと、操作内容を検出する操作内容検出装置と、ショベルの位置及び向きを測定する測位装置と、掘削アタッチメントの姿勢を検出する姿勢検出装置と、外部演算装置とを備える。外部演算装置は、地面形状情報取得部を有し、掘削アタッチメントの姿勢の推移と、地面形状情報取得部が取得した作業対象の地面の現在の形状に関する情報とショベルの位置とに基づいてショベルが安定な状態か不安定な状態かを判定し、不安定と判定した場合に当該ショベルの動きを制限する（要約抜粋）」といった技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】国際公開第２０１６／０４３２７０号

【文献】特開２０１６－１７２９６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に開示されている技術を用いれば、正確なガイダンスを継続することができないおそれをオペレータへ通知することが可能である。しかしながら、このコントローラでは、下部走行体の位置又は姿勢の変化が、何らかの突発的な事象によって発生したものであるか、あるいは地面の状態に起因した継続的な事象によって発生したものであるかの判定がなされておらず、また、作業に与える影響の大きさについて通知がなされないため、正確なガイダンスを継続できないおそれがある旨の通知を受けたオペレータは、作業を継続しても特に問題がないかどうかの判断ができない。また、特許文献２に記載の外部演算装置では、ショベルの現在位置の地面形状によるショベルの安定度を演算しているだけであることから、オペレータは、作業中における地面の状態変化による車体への影響や作業精度への影響を知ることができない。

【0008】

本発明は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、地面の状態に起因する作業精度への影響の大きさを評価し、オペレータに通知することが可能な作業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】

【0009】

上記の目的を達成するために、本発明は、走行体を有する車体と、前記車体に対して回動可能に取り付けられた作業機と、前記作業機を駆動するアクチュエータと、前記アクチュエータを操作するための操作装置と、を備えた作業機械において、前記作業機の作業精度に応じた制御を行う制御装置と、前記制御装置からの指令に基づく通知を行う通知装置と、を有し、前記制御装置は、前記車体が設置された地面の状態を表す指標である地面不安定度を算出する地面状態算出部と、前記地面状態算出部で算出された地面不安定度を用いて前記作業機の先端位置の変動量を算出し、算出された前記作業機の先端位置の変動量に基づいて、前記車体が設置された地面の状態に起因した前記作業機の作業精度を判定する作業精度判定部と、前記作業精度判定部の判定結果に基づいて、前記通知装置に対する通知指令を生成する通知生成部と、を含むことを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、地面の状態に起因する作業精度への影響の大きさを評価し、オペレータに通知することができる。これにより、オペレータは、地面の状態やフロント作業機の作業精度を認識しながら操作を行うことが可能となり、地面の状態による予期しない作業精度の低下の防止につながる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の各実施形態に係る油圧ショベルの一構成例を示す側面図である。

【図2】地面の状態による油圧ショベルへの影響を説明する図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係る制御装置のハードウェア構成図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係る制御装置が有する機能構成を示す図である。

【図5】傾斜変動検出センサから出力された出力信号の一例を示す図であり、（ａ）は地面の凹凸が微小である場合、（ｂ）は地面の凹凸が大きい場合をそれぞれ示している。

【図6】表示装置における表示の一例を示す図である。

【図7】本発明の第１実施形態に係る制御装置内で実行される全体処理の流れを示すフローチャートである。

【図8】本発明の第１実施形態に係る制御装置内で実行される作業精度レベル決定処理の流れを示すフローチャートである。

【図9】表示装置へのマシンガイダンス機能の表示例を示し、（ａ）は一般的なマシンガイダンス機能の表示例、（ｂ）は制御装置の機能を反映させたマシンガイダンス機能の表示例である。

【図10】本発明の第１実施形態の変形例に係る制御装置が有する機能構成を示す図である。

【図11】本発明の第１実施形態の変形例に係る制御装置内で実行される処理の流れを示すフローチャートである。

【図12】本発明の第２実施形態に係る制御装置が有する機能構成を示す図である。

【図13】本発明の第２実施形態に係る制御装置内で実行される処理の流れを示すフローチャートである。

【図14】本発明の第３実施形態に係る制御装置が有する機能構成を示す図である。

【図15】本発明の第３実施形態に係る制御装置内で実行される全体処理の流れを示すフローチャートである。

【図16】本発明の第３実施形態に係る制御装置内で実行される速度制限係数決定処理の流れを示すフローチャートである。

【図17】本発明の第４実施形態に係る制御装置が有する機能構成を示す図である。

【図18】本発明の第４実施形態に係る制御装置内で実行される処理の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の各実施形態に係る作業機械の一態様として、例えば、作業対象の地面に対して掘削や整形等の作業を行う油圧ショベルについて説明する。

【0013】

＜油圧ショベル１の全体構成＞
まず、油圧ショベル１の全体構成について、図１及び図２を参照して説明する。

【0014】

図１は、本発明の各実施形態に係る油圧ショベル１の一構成例を示す側面図である。図２は、地面の状態による油圧ショベル１への影響を説明する図である。

【0015】

油圧ショベル１は、地面を走行するための走行体２と、走行体２の上方に旋回装置１０を介して旋回可能に取り付けられた旋回体３と、旋回体３の前部において俯仰動可能に連結された多関節型のリンク機構により構成される作業機であるフロント作業機４と、を備えている。

【0016】

走行体２は、その左右（車幅方向の両端）にクローラ２１がそれぞれ配置されている。左右のクローラ２１はそれぞれ、走行体２の左右それぞれに設けられた走行モータ２２の駆動力によって独立して回転駆動する。これにより、油圧ショベル１は、左右それぞれのクローラ２１を地面に接触させた状態で前後方向に走行する。なお、図１では、クローラ２１及び走行モータ２２はそれぞれ、左右のうちの一方側（左側）のみを図示している。

【0017】

旋回体３は、旋回装置１０内に設けられた旋回モータによって中心軸Ｃ（図１において一点鎖線で示す）を中心に走行体２に対して旋回駆動される。旋回体３は、オペレータが搭乗する運転室３１と、フロント作業機４とのバランスを保つためのカウンタウェイト３２と、エンジンや油圧ポンプ等の機器類を内部に収容する機械室３３と、を備えている。旋回体３において、運転室３１は前部に、カウンタウェイト３２は後部に、機械室３３は運転室３１とカウンタウェイト３２との間に、それぞれ配置されている。運転室３１には、エンジンを始動させるためのエンジンキースイッチや、フロント作業機４を操作するための操作レバー３１０等の各種の操作装置が設けられている。

【0018】

フロント作業機４は、基端部が旋回体３に回動可能に連結されたブーム４１と、ブーム４１の先端部に回動可能に連結されたアーム４２と、アーム４２の先端部に回動可能に連結されたバケット４３と、を備えている。

【0019】

バケット４３は、例えば土砂等を掘削したり、均したり、あるいは地面を締め固めたりするものである。このバケット４３は、例えば、木材や岩石、廃棄物等を掴むグラップルや、岩盤を掘削するブレーカ等のアタッチメントに変更することが可能である。これにより、油圧ショベル１は、作業内容に適したアタッチメントを用いて、掘削や破砕等を含む様々な作業を行うことができる。

【0020】

また、フロント作業機４は、旋回体３とブーム４１とを連結するブームシリンダ４１０と、ブーム４１とアーム４２とを連結するアームシリンダ４２０と、アーム４２とバケット４３とを連結するバケットシリンダ４３０と、これらの各油圧シリンダ４１０，４２０，４３０へ作動油を導くための複数の配管（不図示）と、を有している。

【0021】

ブームシリンダ４１０、アームシリンダ４２０、及びバケットシリンダ４３０はそれぞれ、油圧ポンプから吐出された作動油によって駆動される油圧アクチュエータの一態様である。なお、以下の説明において、「ブームシリンダ４１０、アームシリンダ４２０、及びバケットシリンダ４３０」を、単に「アクチュエータ４１０，４２０，４３０」とする場合がある。

【0022】

ブームシリンダ４１０は、操作レバー３１０の操作量に応じてロッド４１０Ａが伸縮することによってブーム４１を旋回体３に対して上下方向に回動させる。同様にして、アームシリンダ４２０は、操作レバー３１０の操作量に応じてロッド４２０Ａが伸縮することによってアーム４２をブーム４１に対して前後方向に回動させる。また、同様にして、バケットシリンダ４３０は、操作レバー３１０の操作量に応じてロッド４３０Ａが伸縮することによってバケット４３をアーム４２に対して前後方向に回動させる。すなわち、アクチュエータ４１０，４２０，４３０は、オペレータの操作レバー３１０の操作に伴って動作してフロント作業機４を駆動させる。

【0023】

油圧ショベル１には、油圧ショベル１の状態を検出するための状態検出センサとして、車体の傾きの変動を検出する傾斜変動検出センサ５１と、ブーム４１の姿勢を検出するブーム姿勢検出センサ５２１と、アーム４２の姿勢を検出するアーム姿勢検出センサ５２２と、バケット４３の姿勢を検出するバケット姿勢検出センサ５２３と、が搭載されている。

【0024】

傾斜変動検出センサ５１は、旋回体３の上部に取り付けられており、例えば、車体の傾きを直接的に検出する傾斜センサや、車体の３次元の角速度（角度）及び加速度を検出する慣性計測装置（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ；ＩＭＵ）が用いられる。なお、図１では、傾斜変動検出センサ５１は、機械室３３の上部に取り付けられているが、これに限らず、旋回体３に取り付けられていればその位置については特に制限はない。

【0025】

図２に示すように、油圧ショベル１が凹凸の大きい地面に設置されている場合、油圧ショベル１の動作や姿勢に応じて油圧ショベル１の傾きが変動する。また、油圧ショベル１が設置された地面が軟弱である場合も、油圧ショベル１の重心の変化に伴って地面の形状が変化しやすくなり、油圧ショベル１の傾きが変動する。したがって、傾斜変動検出センサ５１を用いて油圧ショベル１の傾きの変動を検出することにより、油圧ショベル１が設置された地面の状態を推定することができる。

【0026】

ブーム姿勢検出センサ５２１はブーム４１の側部に、アーム姿勢検出センサ５２２はアーム４２の側部に、バケット姿勢検出センサ５２３はバケット４３の側部に、それぞれ取り付けられており、例えば、各リンクの回動角度を検出する角度センサやＩＭＵが用いられる。ブーム姿勢検出センサ５２１、アーム姿勢検出センサ５２２、及びバケット姿勢検出センサ５２３は、フロント作業機４の姿勢を検出する姿勢検出センサ５２の一態様である。なお、以下では、ブーム姿勢検出センサ５２１、アーム姿勢検出センサ５２２、及びバケット姿勢検出センサ５２３のそれぞれを、単に各姿勢検出センサ５２とする場合がある。

【0027】

油圧ショベル１は、傾斜変動検出センサ５１及び各姿勢検出センサ５２からの検出データに基づいて、地面の状態に伴ったフロント作業機４の作業精度を判定し、判定結果にしたがって所定の制御を行う制御装置を備えている。以下、この制御装置の構成について実施形態ごとに説明する。

【0028】

＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る制御装置６について、図３～８を参照して説明する。

【0029】

（制御装置６のハードウェア構成）
まず、制御装置６のハードウェア構成について、図３を参照して説明する。

【0030】

図３は、第１実施形態に係る制御装置６のハードウェア構成図である。

【0031】

制御装置６は、ＣＰＵ６０１、ＲＡＭ６０２、ＲＯＭ６０３、入力Ｉ／Ｆ６０４、出力Ｉ／Ｆ６０５、及びバス６０６を含み、ＣＰＵ６０１、ＲＡＭ６０２、ＲＯＭ６０３、入力Ｉ／Ｆ６０４、及び出力Ｉ／Ｆ６０５がバス６０６を介して互いに接続されて構成されている。

【0032】

そして、傾斜変動検出センサ５１及び各姿勢検出センサ５２等の各種センサが入力Ｉ／Ｆ６０４に接続され、表示装置７１及び警報装置７２等の各種装置が出力Ｉ／Ｆ６０５に接続されている。表示装置７１及び警報装置７２はそれぞれ、制御装置６からの指令に基づく通知を行う通知装置の一態様である。

【0033】

表示装置７１は、例えば液晶パネル等からなる装置であり、運転室３１（図１参照）内に設けられている。表示装置７１は、油圧ショベル１が設置された地面の状態やフロント作業機４の作業精度に関する情報をオペレータに対して視覚的に通知する。警報装置７２は、音や音声等を発生させる装置であり、表示装置７１と同様に運転室３１内に設けられている。警報装置７２は、油圧ショベル１が設置された地面の状態によるフロント作業機４の作業精度の低下をオペレータに対して聴覚的に通知する。

【0034】

図３に示すようなハードウェア構成において、ＲＯＭ６０３や光学ディスク等の記録媒体に格納された演算プログラム（ソフトウェア）をＣＰＵ６０１が読み出してＲＡＭ６０２上に展開し、展開された演算プログラムを実行することにより、演算プログラムとハードウェアとが協働して、制御装置６の機能を実現する。

【0035】

なお、制御装置６は、必ずしもソフトウェアとハードウェアとの組み合わせによって構成されるコンピュータである必要はなく、例えば他のコンピュータの構成の一例として、油圧ショベル１の側で実行される演算プログラムの機能を実現する集積回路を用いてもよい。

【0036】

（制御装置６の機能構成）
次に、制御装置６の機能構成について、図４～図６を参照して説明する。

【0037】

図４は、制御装置６が有する機能構成を示す図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、傾斜変動検出センサ５１から出力された出力信号の一例を示す図であり、図５（ａ）は地面の凹凸が微小である場合、図５（ｂ）は地面の凹凸が大きい場合をそれぞれ示している。図６（ａ）～（ｃ）は、表示装置７１における表示の一例を示す図である。

【0038】

図４に示すように、制御装置６は、地面状態算出部６１と、作業精度判定部６２と、通知生成部６３と、記憶部６０と、を含む。地面状態算出部６１は、傾斜変動検出センサ５１で検出された車体の傾きの変動データに基づいて車体が設置された地面の不安定度Ｓｇ（以下、「地面不安定度Ｓｇ」とする）を算出する。この「地面不安定度Ｓｇ」とは、凹凸の大きさや軟弱性を考慮した地面の状態を表す指標であり、本実施形態では、油圧ショベル１の所定の作業時間Ｔｄ内における車体の傾きの変動量Ｉｖ（以下、「傾斜変動量Ｉｖ」とする）に相当する。

【0039】

油圧ショベル１が設置された地面が平坦かつ強固である場合には、車体の傾斜角度Ｉの変動は小さく、図５（ａ）に示すように、傾斜変動検出センサ５１で検出される波形データの振幅も小さい。一方、油圧ショベル１が設置された地面の凹凸が大きい場合には、車体の傾斜角度Ｉの変動は大きく、図５（ｂ）に示すように、傾斜変動検出センサ５１で検出される波形データの振幅が大きくなる。車体の傾斜角度Ｉは、地面の凹凸の大きさに応じて変動するが、傾斜角度Ｉの変動量が大きいほど地面の状態に起因したバケット４３（図１参照）の位置の変化が大きくなり、フロント作業機４の作業精度に大きな影響を及ぼす。

【0040】

そこで、地面状態算出部６１は、油圧ショベル１の所定の作業時間Ｔｄ内における車体の傾斜角度Ｉの最大値Ｉｍａｘ及び最小値Ｉｍｉｎを抽出し、最大値Ｉｍａｘと最小値Ｉｍｉｎとの差分である傾斜変動量Ｉｖ（＝Ｉｍａｘ－Ｉｍｉｎ）を地面不安定度Ｓｇとして算出する。なお、「所定の作業時間Ｔｄ」とは、油圧ショベル１が行う作業サイクル（例えば、地面を掘削し、旋回体３を旋回させて放土する作業等）を参考にして定められた時間である。

【0041】

なお、地面不安定度Ｓｇを算出するにあたって、傾斜変動検出センサ５１で検出された傾斜角変動データに加え、各姿勢検出センサ５２で検出された姿勢データを考慮してもよい。例えば、油圧ショベル１の起動時や停止時、急な動作時においては、油圧ショベル１が設置された地面が平坦かつ強固である場合であっても、慣性力の影響によって油圧ショベル１が傾く可能性がある。したがって、油圧ショベル１が設置された地面の状態をより正確に把握するためには、地面不安定度Ｓｇの算出において油圧ショベル１の動作による影響を除外することが望ましい。

【0042】

具体的には、地面状態算出部６１は、各姿勢検出センサ５２で検出されたブーム４１、アーム４２、及びバケット４３の動作加速度が所定の閾値を超えた場合、油圧ショベル１において「起動」、「停止」、及び「急動作」のいずれかが行われていると判断し、その時刻における傾斜変動検出センサ５１からの傾斜角変動データを、傾斜角度Ｉの最大値Ｉｍａｘ及び最小値Ｉｍｉｎの抽出対象から除外する。これにより、地面状態算出部６１は、油圧ショベル１が設置された地面の状態に起因する傾斜角の変動のみに基づく精度の高い地面不安定度Ｓｇを算出することができる。

【0043】

また、例えば、油圧ショベル１が走行等により移動した場合には、走行に伴って車体の傾斜角度が変動し、さらに油圧ショベル１の設置位置も変化する。そのため、地面状態算出部６１で算出される地面不安定度Ｓｇは移動の前後で値が異なる。そこで、制御装置６において油圧ショベル１の移動が検出された場合には、地面状態算出部６１は、移動終了以降における傾斜角変動データのみに基づいて地面不安定度Ｓｇを再度算出するように構成しても良い。

【0044】

また、本実施形態では、地面不安定度Ｓｇとして車体の傾斜変動量Ｉｖを用いたが、これに限らず、地面不安定度Ｓｇは、車体の傾斜角度Ｉの変動周期や繰り返し性といった時間のパラメータ等を含んだ指標としてもよい。このように、車体の傾斜変動量Ｉｖ以外のパラメータを含めた指標を用いることにより、地面の凹凸による特徴と地面の軟弱性による特徴との間の違いが明確になり、地面の凹凸による影響と地面の軟弱性による影響とを分離することが可能となる。これにより、地面状態算出部６１は、地面の状態変化の予測を含めた形で地面不安定度Ｓｇを算出することができる。

【0045】

また、本実施形態では、地面状態算出部６１は、傾斜変動検出センサ５１で検出された変動データに基づいて地面不安定度Ｓｇを算出したが、これに限らず、現場管理等を行う外部システムから与えられる地面の形状及び地盤に関する情報を用いて地面不安定度Ｓｇを算出してもよい。これにより、地面状態算出部６１は、地面の状態をより詳細に把握した形で地面不安定度Ｓｇを算出することができる。

【0046】

作業精度判定部６２は、作業半径算出部６２Ａと、バケット位置変動量算出部６２Ｂと、作業精度レベル決定部６２Ｃと、作業精度低下判定部６２Ｄと、を含み、地面状態算出部６１で算出された地面不安定度Ｓｇに基づいて、油圧ショベル１が設置された地面の状態に起因したフロント作業機４の作業精度を判定する。

【0047】

作業半径算出部６２Ａは、各姿勢検出センサ５２で検出された姿勢に基づいてフロント作業機４の作業半径ｒｂ（以下、単に「作業半径ｒｂ」とする）を算出する。具体的には、作業半径算出部６２Ａは、油圧ショベル１を構成する各部の寸法情報と、各姿勢検出センサ５２で検出された姿勢とを用いてリンク演算を行い、油圧ショベルの原点Ｏからバケット４３（フロント作業機４）の先端までの距離（図１参照）を作業半径ｒｂとして算出する。すなわち、作業半径ｒｂは、ブーム４１、アーム４２、及びバケット４３それぞれの姿勢によって時々刻々と変化する値である。

【0048】

バケット位置変動量算出部６２Ｂは、作業半径算出部６２Ａで算出されたフロント作業機４の作業半径ｒｂ及び地面状態算出部６１で算出された地面不安定度Ｓｇを用いて、油圧ショベル１が設置された地面の状態によるバケット４３の先端位置の変動量ΔＬｂ（以下、「バケット位置変動量ΔＬｂ」とする）を算出する。

【0049】

具体的には、バケット位置変動量算出部６２Ｂは、まず、油圧ショベル１の所定の作業時間Ｔｄ内における作業半径ｒｂの最大値ｒｂｍａｘを抽出し、続いて、抽出した最大値ｒｂｍａｘ及び地面不安定度Ｓｇを以下の数式（１）に代入することによりバケット位置変動量ΔＬｂを算出する。

【数1】

【0050】

本実施形態では、バケット位置変動量算出部６２Ｂは、バケット位置変動量ΔＬｂの算出に、油圧ショベル１の所定の作業時間Ｔｄ内における作業半径ｒｂの最大値ｒｂｍａｘを抽出して用いたが、これに限らず、例えば、フロント作業機４の取り得る最大の作業半径を用いてもよい。

【0051】

本実施形態のように、所定の作業時間Ｔｄ内における作業半径ｒｂの最大値ｒｂｍａｘを用いた場合には、実作業に即したバケット位置変動量ΔＬｂを算出することができ、他方、フロント作業機４の取り得る最大の作業半径を用いた場合には、油圧ショベル１のあらゆる姿勢において発生し得るバケット位置変動量ΔＬｂの最大値を算出することができる。所定の作業時間Ｔｄ内における作業半径ｒｂの最大値ｒｂｍａｘを用いるか、フロント作業機４の取り得る最大の作業半径を用いるかについては、バケット位置の変動によって作業全体に与える影響の度合いを考慮して決定すればよい。なお、フロント作業機４の取り得る最大の作業半径を用いる場合には、各姿勢検出センサ５２で姿勢を検出する構成を省略することが可能となる。

【0052】

作業精度レベル決定部６２Ｃは、バケット位置変動量算出部６２Ｂで算出されたバケット位置変動量ΔＬｂに基づいてフロント作業機４の作業精度のレベルを決定する。

【0053】

本実施形態では、作業精度レベル決定部６２Ｃは、バケット位置変動量ΔＬｂが１０ｍｍ未満である場合に作業精度レベルを「５」とし、バケット位置変動量ΔＬｂが１０ｍｍ以上１００ｍｍ未満である場合に作業精度レベルを「４」とし、バケット位置変動量ΔＬｂが１００ｍｍ以上２００ｍｍ未満である場合に作業精度レベルを「３」とし、バケット位置変動量ΔＬｂが２００ｍｍ以上４００ｍｍ未満である場合に作業精度レベルを「２」とし、バケット位置変動量ΔＬｂが４００ｍｍ以上である場合に作業精度レベルを「１」として、フロント作業機４の作業精度のレベルを決定する。この場合、作業精度レベルは、「５」、「４」、「３」、「２」、「１」の順で低下する。

【0054】

フロント作業機４の作業精度レベルは、本実施形態のように数段階で表してもよいし、０～１００までの数値で表してもよいし、バケット位置変動量ΔＬｂをそのまま用いて表してもよい。したがって、フロント作業機４の作業精度レベルの表し方は、油圧ショベル１の作業内容やオペレータの使い勝手等に応じて適宜変更可能である。

【0055】

作業精度低下判定部６２Ｄは、作業精度レベル決定部６２Ｃで決定された作業精度レベルと所定の許容作業精度レベル（以下、単に「許容作業精度レベル」とする）とを比較し、作業精度レベル決定部６２Ｃで決定された作業精度レベルが許容作業精度レベルを下回っている場合に「作業精度低下」と判定する。許容作業精度レベルは、油圧ショベル１が行う全ての作業に共通するものとして設定してもよいし、作業内容ごとに設定しておき油圧ショベル１の作業状態に応じて切り替えてもよい。

【0056】

通知生成部６３は、作業精度レベル決定部６２Ｃで決定された作業精度レベル、及び作業精度低下判定部６２Ｄで判定された判定結果に基づいて、表示装置７１に対して表示指令（通知指令）を、警報装置７２に対して警報指令（通知指令）を、それぞれ生成する。なお、通知生成部６３は、作業精度低下判定部６２Ｄで「作業精度低下」と判定された場合に警報装置７２に対して警報指令を生成し、作業精度低下判定部６２Ｄで「作業精度低下」と判定されなかった場合には警報指令を生成しない。

【0057】

そして、表示装置７１は、通知生成部６３で生成された表示指令にしたがった表示を行い、警報装置７２は、通知生成部６３で警報指令が生成された場合に警報を行う。表示装置７１は、具体的には、図６（ａ）～（ｃ）に示すように、作業精度レベル決定部６２Ｃで決定された作業精度レベルをバー７１Ａに表示し、作業精度低下判定部６２Ｄで「作業精度低下」と判定された場合には、図６（ｂ）に示すように、「作業精度低下」の表示を行う。また、作業精度低下判定部６２Ｄで「作業精度低下」と判定された場合には、図６（ｃ）に示すように、「作業精度低下」の表示に加えて、地面の整備を指示する表示を行ってもよい。

【0058】

記憶部６０は、油圧ショベル１の所定の作業時間Ｔｄ、油圧ショベル１を構成する各部の寸法情報、フロント作業機４の作業精度レベルを決定するためのバケット位置変動量ΔＬｂに関する所定の閾値、及び所定の許容作業精度レベル等を記憶する。

【0059】

（制御装置６における処理）
次に、制御装置６内で実行される具体的な処理の流れについて、図７及び図８を参照して説明する。

【0060】

図７は、制御装置６内で実行される全体処理の流れを示すフローチャートである。図８は、制御装置６内で実行される作業精度レベル決定処理の流れを示すフローチャートである。

【0061】

図７に示すように、制御装置６では、まず、地面状態算出部６１が、傾斜変動検出センサ５１で検出された傾斜角変動データ（図５（ｂ）参照）に基づいて地面不安定度Ｓｇを算出する（ステップＳ８０１）。

【0062】

次に、作業精度判定部６２のバケット位置変動量算出部６２Ｂが、作業半径算出部６２Ａで算出されたフロント作業機４の作業半径ｒｂの中から、所定の作業時間Ｔｄ内での最大値ｒｂｍａｘを抽出する（ステップＳ８０２）。続いて、バケット位置変動量算出部６２Ｂは、ステップＳ８０１で算出された地面不安定度Ｓｇ、及びステップＳ８０２で抽出された作業半径の最大値ｒｂｍａｘに基づいて、バケット位置変動量ΔＬｂを算出する（ステップＳ８０３）。

【0063】

次に、作業精度レベル決定部６２Ｃは、ステップＳ８０３で算出されたバケット位置変動量ΔＬｂに基づいて作業精度レベル決定処理を実行する（ステップＳ８０４）。作業精度レベル決定処理では、図８に示すように、まず、ステップＳ８０３で算出されたバケット位置変動量ΔＬｂが１０ｍｍ未満であるか否かを判定する（ステップＳ８４０）。

【0064】

ステップＳ８４０においてバケット位置変動量ΔＬｂが１０ｍｍ未満である（ΔＬｂ＜１０ｍｍ）と判定された場合（ステップＳ８４０／ＹＥＳ）、作業精度レベル決定部６２Ｃは、フロント作業機４の作業精度レベルを「５」に決定する（ステップＳ８４１）。

【0065】

ステップＳ８４０においてバケット位置変動量ΔＬｂが１０ｍｍ以上である（ΔＬｂ≧１０ｍｍ）と判定された場合（ステップＳ８４０／ＮＯ）、さらにバケット位置変動量ΔＬｂが１００ｍｍ未満であるか否かを判定する（ステップＳ８４２）。

【0066】

ステップＳ８４２においてバケット位置変動量ΔＬｂが１００ｍｍ未満である（ΔＬｂ＜１００ｍｍ）と判定された場合（ステップＳ８４２／ＹＥＳ）、作業精度レベル決定部６２Ｃは、フロント作業機４の作業精度レベルを「４」に決定する（ステップＳ８４３）。

【0067】

ステップＳ８４２においてバケット位置変動量ΔＬｂが１００ｍｍ以上である（ΔＬｂ≧１００ｍｍ）と判定された場合（ステップＳ８４２／ＮＯ）、さらにバケット位置変動量ΔＬｂが２００ｍｍ未満であるか否かを判定する（ステップＳ８４４）。

【0068】

ステップＳ８４４においてバケット位置変動量ΔＬｂが２００ｍｍ未満である（ΔＬｂ＜２００ｍｍ）と判定された場合（ステップＳ８４４／ＹＥＳ）、作業精度レベル決定部６２Ｃは、フロント作業機４の作業精度レベルを「３」に決定する（ステップＳ８４５）。

【0069】

ステップＳ８４４においてバケット位置変動量ΔＬｂが２００ｍｍ以上である（ΔＬｂ≧２００ｍｍ）と判定された場合（ステップＳ８４４／ＮＯ）、さらにバケット位置変動量ΔＬｂが４００ｍｍ未満であるか否かを判定する（ステップＳ８４６）。

【0070】

ステップＳ８４６においてバケット位置変動量ΔＬｂが４００ｍｍ未満である（ΔＬｂ＜４００ｍｍ）と判定された場合（ステップＳ８４６／ＹＥＳ）、作業精度レベル決定部６２Ｃは、フロント作業機４の作業精度レベルを「２」に決定する（ステップＳ８４７）。

【0071】

ステップＳ８４６においてバケット位置変動量ΔＬｂが４００ｍｍ以上である（ΔＬｂ≧４００ｍｍ）と判定された場合（ステップＳ８４６／ＮＯ）、作業精度レベル決定部６２Ｃは、フロント作業機４の作業精度レベルを「１」に決定する（ステップＳ８４８）。

【0072】

そして、作業精度レベル決定部６２Ｃは、ステップＳ８４１、ステップＳ８４３、ステップ８４５、ステップＳ８４７、及びステップＳ８４８のいずれかにおいて決定されたフロント作業機４の作業精度レベルを作業精度低下判定部６２Ｄ及び通知生成部６３に出力し（ステップＳ８４９）、作業精度レベル決定処理が終了する。

【0073】

次に、図７に示すように、作業精度低下判定部６２Ｄは、ステップＳ８０４において決定された作業精度レベルが許容作業精度レベル未満であるか否かを判定する（ステップＳ８０５）。

【0074】

ステップＳ８０５において、決定された作業精度レベルが許容作業精度レベル未満である（作業精度レベル＜許容作業精度レベル）と判定された場合（ステップＳ８０５／ＹＥＳ）、作業精度低下判定部６２Ｄは、フロント作業機４の作業精度が低下している（「作業精度低下」＝ＯＮ）と判定する（ステップＳ８０６）。

【0075】

そして、通知生成部６３は、ステップＳ８０６における「作業精度低下」＝ＯＮの判定を受けて、表示装置７１に対して作業精度レベル及び作業精度の低下に関する表示指令を生成すると共に、警報装置７２に対して警報指令を生成し（ステップＳ８０７）、制御装置６における処理が終了する。

【0076】

一方、ステップＳ８０５において、決定された作業精度レベルが許容作業精度レベル以上である（作業精度レベル≧許容作業精度レベル）と判定された場合（ステップＳ８０５／ＮＯ）、作業精度低下判定部６２Ｄは、フロント作業機４の作業精度が低下していない（「作業精度低下」＝ＯＦＦ）と判定する（ステップＳ８０８）。

【0077】

そして、通知生成部６３は、ステップＳ８０８における「作業精度低下」＝ＯＦＦの判定を受けて、表示装置７１に対して作業精度レベルに関する表示指令を生成し（ステップＳ８０９）、制御装置６における処理が終了する。なお、ステップＳ８０８において「作業精度低下」＝ＯＦＦと判定された場合には、警報装置７２で警報を鳴らす必要がないため、ステップＳ８０９では警報装置７２に対して警報指令を行わない。

【0078】

このように、制御装置６において、油圧ショベル１が設置された地面の凹凸や軟弱性といった地面の状態に起因する作業精度への影響の大きさを評価し、その評価結果を表示装置７１や警報装置７２を介してオペレータに通知することにより、オペレータは地面の状態及びその状態によるフロント作業機４の作業精度レベルを認識しながら操作を行うことができる。これにより、地面の状態による予期しない作業精度の低下の防止を図れる。

【0079】

（マシンガイダンス機能搭載機への適用）
次に、マシンガイダンス機能を搭載した油圧ショベル１に、本実施形態に係る制御装置６の機能を適用した場合について、図９（ａ）及び図９（ｂ）を参照して説明する。

【0080】

図９（ａ）及び図９（ｂ）は、表示装置７１へのマシンガイダンス機能の表示例を示し、図９（ａ）は一般的なマシンガイダンス機能の表示例、図９（ｂ）は制御装置６の機能を反映させたマシンガイダンス機能の表示例である。

【0081】

一般に、「マシンガイダンス機能」とは、作業機械が設置される地面が平坦かつ強固であることを前提として、図９（ａ）に示すように、作業対象の目標面１００とバケット４３との位置関係を算出し、表示装置７１に表示させる機能である。

【0082】

しかしながら、地面の状態により車体が傾くような場合には、目標面１００とバケット４３との位置関係が変化して正確なマシンガイダンスを行うことができなくなり、バケット４３が予期せずに目標面１００の下方に侵入し、掘削してはいけない領域まで掘削してしまうおそれがある。

【0083】

そこで、制御装置６のバケット位置変動量算出部６２Ｂで算出されるバケット位置変動量ΔＬｂを用いたマシンガイダンスを行うことにより、油圧ショベル１が設置された地面の状態を考慮したガイダンスを行うことが可能となる。

【0084】

具体的には、制御装置６において、バケット位置変動量ΔＬｂを考慮した上で、目標面１００とバケット４３との距離を算出する。そして、図９（ｂ）に示すように、表示装置７１は、目標面１００に対するバケット４３の現在位置（実線で示す）に加え、バケット位置変動量ΔＬｂを考慮したバケット４３の位置（破線で示す）を表示する。

【0085】

このように、表示装置７１が、地面の状態を考慮したバケット４３の取り得る位置の範囲を表示することにより、オペレータは、地面の状態によるフロント作業機４の作業精度への影響の大きさを認識して操作を行うことができるため、予期せずバケット４３を目標面１００の下方に侵入させてしまうことを防止することが可能となる。

【0086】

＜第１実施形態の変形例＞
次に、第１実施形態の変形例に係る油圧ショベル１について、図１０及び図１１を参照して説明する。なお、図１０及び図１１において、第１実施形態に係る油圧ショベル１について説明したものと共通する構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略する。以下、第２～４実施形態においても同様とする。

【0087】

本変形例に係る油圧ショベル１は、前述したマシンガイダンス機能に用いられる目標面情報設定装置５３と、この目標面情報設定装置５３と対で用いられる地形情報設定装置５４と、をさらに備える。

【0088】

目標面情報設定装置５３は、作業対象の３次元目標面データが格納された外部の現場管理システム等と通信を行うことにより作業対象の目標面情報を取得して設定するものである。なお、目標面情報設定装置５３は、作業対象の目標面情報をオペレータが直接的に入力して設定するものであってもよい。

【0089】

地形情報設定装置５４は、作業対象の地面の現在の形状（以下、「現況地形」とする）に関する情報を設定するものであり、例えば、バケット姿勢検出センサ５２３で検出されたバケット４３の位置の過去の推移や、ステレオカメラ等の外部認識センサによる作業対象の地面の撮影データに基づいて、現況地形情報を取得する。

【0090】

図１０に示すように、本変形例に係る制御装置６Ａでは、作業精度判定部６２が作業対象距離算出部６２Ｅを含んで構成されている。図１１に示すように、作業対象距離算出部６２Ｅは、ステップＳ８０４においてフロント作業機４の作業精度レベルが決定されると、目標面情報設定装置５３からの目標面情報、及び地形情報設定装置５４からの現況地形情報に基づいて、現在の作業対象面から目標面までの距離Ｌ（以下、「作業対象距離Ｌ」とする）を算出する（ステップＳ８１１）。

【0091】

そして、本変形例では、作業精度低下判定部６２Ｄは、ステップＳ８０３で算出されたバケット位置変動量ΔＬｂが、作業対象距離Ｌに所定のマージンＬｍａｒｇｉｎを加えた値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ８１２）。

【0092】

ステップＳ８１２において、バケット位置変動量ΔＬｂが、作業対象距離Ｌに所定のマージンＬｍａｒｇｉｎを加えた値よりも大きい（ΔＬｂ＞Ｌ＋Ｌｍａｒｇｉｎ）と判定された場合（ステップＳ８１２／ＹＥＳ）、作業精度低下判定部６２Ｄは、フロント作業機４の作業精度が低下している（「作業精度低下」＝ＯＮ）と判定する（ステップＳ８０６）。

【0093】

一方、ステップＳ８１２において、バケット位置変動量ΔＬｂが、作業対象距離Ｌに所定のマージンＬｍａｒｇｉｎを加えた値以下（ΔＬｂ≦Ｌ＋Ｌｍａｒｇｉｎ）と判定された場合（ステップＳ８１２／ＮＯ）、作業精度低下判定部６２Ｄは、フロント作業機４の作業精度が低下していない（「作業精度低下」＝ＯＦＦ）と判定する（ステップＳ８０８）。

【0094】

第１実施形態では、作業精度低下判定部６２Ｄは、記憶部６０に予め記憶された許容作業精度レベルを用いてフロント作業機４の作業精度低下に関する判定を行っていたが、本変形例では、作業対象距離算出部６２Ｅで算出された作業対象距離Ｌを用いてフロント作業機４の作業精度低下に関する判定を行っている。

【0095】

例えば、油圧ショベル１における現在の作業対象面が目標面から遠く離れた位置である場合には、フロント作業機４の作業精度による影響を気にする必要はないが、現在の作業対象面が目標面に近い位置である場合には、フロント作業機４の作業精度の高さが求められる。したがって、作業対象距離Ｌを用いてフロント作業機４の作業精度低下に関する判定を行うことにより、状況に即したフロント作業機４の作業精度低下の判定が可能となるため、表示装置７１及び警報装置７２はオペレータに対して過度な作業低下の通知を行うことなく、適切なタイミングで通知を行うことができる。

【0096】

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る油圧ショベル１について、図１２及び図１３を参照して説明する。

【0097】

図１２は、第２実施形態に係る制御装置６Ｂが有する機能構成を示す図である。図１３は、第２実施形態に係る制御装置６Ｂ内で実行される処理の流れを示すフローチャートである。

【0098】

本実施形態に係る制御装置６Ｂは、速度制限値設定部６４と、動作指令生成部６５と、をさらに含んで構成されており、作業精度判定部６２における判定結果に基づいてフロント作業機４の動作速度の制限を行う。

【0099】

油圧ショベル１は、アクチュエータ４１０，４２０，４３０を操作するための操作レバー３１０（図１参照）の操作量を、操作レバー３１０によるアクチュエータ４１０，４２０，４３０への動作指令値として検出するレバー操作量検出センサ５５を備えている。制御装置６Ｂは、このレバー操作量検出センサ５５で検出されたレバー操作量（操作レバー３１０による動作指令値）に対して制限をかけることにより、アクチュエータ４１０，４２０，４３０の各ロッド４１０Ａ，４２０Ａ，４３０Ａは制限された速度で駆動する。

【0100】

具体的には、速度制限値設定部６４は、作業精度レベル決定部６２Ｃで決定された作業精度レベルに対応する速度制限値を選択して設定する。ここで、「作業精度レベルに対応する速度制限値」とは、各アクチュエータ４１０，４２０，４３０について作業精度レベルごとに予め定められた速度制限値であり、記憶部６０に記憶されている。

【0101】

例えば、ブームシリンダ４１０に対する速度制限値ＰＭｂｍについては、作業精度レベルが「１」の場合には対応する速度制限値を「ＰＭｂｍＬｖ１」とし、作業精度レベルが「２」の場合には対応する速度制限値を「ＰＭｂｍＬｖ２」とし、作業精度レベルが「３」の場合には対応する速度制限値を「ＰＭｂｍＬｖ３」とし、作業精度レベルが「４」の場合には対応する速度制限値を「ＰＭｂｍＬｖ４」とし、作業精度レベルが「５」の場合には対応する速度制限値を「ＰＭｂｍＬｖ５」として定める。なお、各速度制限値の関係は、ＰＭｂｍＬｖ１≦ＰＭｂｍＬｖ２≦ＰＭｂｍＬｖ３≦ＰＭｂｍＬｖ４≦ＰＭｂｍＬｖ５を満たす。

【0102】

同様にして、アームシリンダ４２０に対する速度制限値ＰＭａｍを「ＰＭａｍＬｖ１」、「ＰＭａｍＬｖ２」、「ＰＭａｍＬｖ３」、「ＰＭａｍＬｖ４」、「ＰＭａｍＬｖ５」とし、バケットシリンダ４３０に対する速度制限値ＰＭｂｋを「ＰＭｂｋＬｖ１」、「ＰＭｂｋＬｖ２」、「ＰＭｂｋＬｖ３」、「ＰＭｂｋＬｖ４」、「ＰＭｂｋＬｖ５」として、それぞれ定める。

【0103】

図１３に示すように、ステップＳ８０４においてフロント作業機４の作業精度レベルが決定されると、速度制限値設定部６４は、アクチュエータ４１０，４２０，４３０の速度制限値（ＰＭｂｍ，ＰＭａｍ，ＰＭｂｋ）をステップＳ８０４において決定された作業精度レベルに対応した速度制限値に設定する（ステップＳ８２１）。

【0104】

例えば、ステップＳ８２１においてフロント作業機４の作業精度レベルが「２」に決定された場合、速度制限値設定部６４は、ブームシリンダ４１０の速度制限値を「ＰＭｂｍＬｖ２」に、アームシリンダ４２０の速度制限値を「ＰＭａｍＬｖ２」に、バケットシリンダ４３０の速度制限値を「ＰＭｂｋＬｖ２」に、それぞれ設定する。

【0105】

なお、速度制限値設定部６４は、各アクチュエータ４１０，４２０，４３０に対する速度制限値として、必ずしも作業精度レベルごとに予め定められた速度制限値を用いて設定する必要はなく、例えば、フロント作業機４の動作速度による油圧ショベル１の安定性や作業精度への影響に関する試算を行い、試算結果に基づいた速度制限値を用いて設定してもよい。

【0106】

具体的には、速度制限値設定部６４は、ステップＳ８０１で算出された地面不安定度Ｓｇを考慮した油圧ショベル１の重心位置や動的な重心位置を算出して、算出結果に基づく油圧ショベル１の安定性の判定を行い、油圧ショベル１が安定するフロント作業機４の動作速度の上限値を速度制限値として用いて設定してもよい。

【0107】

また、速度制限値設定部６４は、本実施形態のようにアクチュエータ４１０，４２０，４３０ごとに速度制限値を設定してもよいし、ロッドが縮む方向と伸びる方向とで別個の速度制限値を設定してもよいし、アクチュエータ４１０，４２０，４３０全てに共通の速度制限値を設定してもよい。

【0108】

動作指令生成部６５は、レバー操作量検出センサ５５で検出された操作レバー３１０による動作指令値、及び速度制限値設定部６４で設定されたアクチュエータ４１０，４２０，４３０の速度制限値（ＰＭｂｍ，ＰＭａｍ，ＰＭｂｋ）に基づいて、各アクチュエータ４１０，４２０，４３０の動作指令値を補正する。

【0109】

具体的には、動作指令生成部６５は、レバー操作量検出センサ５５で検出された操作レバー３１０による動作指令値（Ｐｌｂｍ，Ｐｌａｍ，Ｐｌｂｋ）と、速度制限値設定部６４で設定された速度制限値（ＰＭｂｍ，ＰＭａｍ，ＰＭｂｋ）とを比較し、小さい方の値を採用して補正後動作指令値（Ｐｂｍ，Ｐａｍ，Ｐｂｋ）を生成する（ステップＳ８２２）。すなわち、以下の数式（２）に基づいて、アクチュエータ４１０，４２０，４３０の動作指令値（補正後動作指令値）を生成する。

【数2】

【0110】

したがって、ステップＳ８２１において速度制限値設定部６４で設定された速度制限値（ＰＭｂｍ，ＰＭａｍ，ＰＭｂｋ）は、アクチュエータ４１０，４２０，４３０の動作指令値に対して上限を設けるものであり、動作指令生成部６５は、操作レバー３１０による動作指令値（Ｐｌｂｍ，Ｐｌａｍ，Ｐｌｂｋ）が速度制限値（ＰＭｂｍ，ＰＭａｍ，ＰＭｂｋ）を上回る場合に限り、操作レバー３１０による動作指令値（Ｐｌｂｍ，Ｐｌａｍ，Ｐｌｂｋ）を速度制限値（ＰＭｂｍ，ＰＭａｍ，ＰＭｂｋ）に補正する。

【0111】

そして、動作指令生成部６５は、生成された補正後動作指令値（Ｐｂｍ，Ｐａｍ，Ｐｂｋ）に基づいて、各アクチュエータ４１０，４２０，４３０に対して動作指令を行う（ステップＳ８２３）。また、ステップＳ８２３において、通知生成部６３は、表示装置７１に対して作業精度レベルに関する表示指令を行う。

【0112】

油圧ショベル１は、フロント作業機４の動作速度が速いほど、動作切り替え時に大きな慣性力が発生する。仮に、油圧ショベル１が設置された地面が平坦かつ強固な場合であっても、フロント作業機４の動作速度に伴って発生する慣性力の影響により、車体の傾きが変動することがある。したがって、油圧ショベル１が設置された地面に凹凸がある場合や地面が軟弱である場合には、フロント作業機４が速い速度で動作を行うと、発生する慣性力や重心位置の変化に対して地面の状態が大きく影響し、油圧ショベル１が設置された地面が平坦かつ強固な場合と比べて車体の傾きの変動がより大きくなる。他方、フロント作業機４の動作速度が遅い場合には、比較的に地面の状態の影響を受けにくい。

【0113】

そこで、本実施形態では、地面の状態に起因してフロント作業機４の作業精度が低下している場合に、制御装置６Ｂによりアクチュエータ４１０，４２０，４３０の動作速度を制限することで、作業精度レベルが所定のレベル以下とならないように調整し、作業精度を向上させることができる。

【0114】

なお、本実施形態に係る制御装置６Ｂでは、アクチュエータ４１０，４２０，４３０の動作速度を制限することにより作業精度の低下を防止していることから、通知生成部６３は、作業精度低下判定部６２Ｄによって作業精度が低下していると判定された場合であっても、ステップＳ８２３において警報装置７２に対して警報指令は行わない。

【0115】

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る油圧ショベル１について、図１４～１６を参照して説明する。

【0116】

図１４は、第３実施形態に係る制御装置６Ｃが有する機能構成を示す図である。図１５は、第３実施形態に係る制御装置６Ｃ内で実行される全体処理の流れを示すフローチャートである。図１６は、第３実施形態に係る制御装置６Ｃ内で実行される速度制限係数決定処理の流れを示すフローチャートである。

【0117】

本実施形態に係る油圧ショベル１には、マシンコントロール機能が搭載されている。「マシンコントロール機能」とは、作業対象の目標形状を示す目標面情報とフロント作業機４の先端（本実施形態ではバケット４３の先端）との位置関係に基づいて各アクチュエータ４１０，４２０，４３０の制御を行うことにより、油圧ショベル１を用いて所定の目標形状を形成する作業を支援するものである。

【0118】

一般的なマシンコントロール機能では、オペレータにより操作レバー３１０の操作が行われた際、フロント作業機４の先端位置が目標面上あるいは目標面よりも上方の領域に保持されるように各アクチュエータ４１０，４２０，４３０への動作指令を生成する。これにより、バケット４３が目標面の下方に侵入することを防止することができ、オペレータの技量によらず目標面に沿った掘削作業が可能となる。

【0119】

図１４に示すように、本実施形態に係る制御装置６Ｃは、バケット先端位置算出部６６Ａと、目標面距離算出部６６Ｂと、マシンコントロール動作指令値算出部６６Ｃと、を含んで構成されるマシンコントロール部６６を有している。

【0120】

バケット先端位置算出部６６Ａは、油圧ショベル１を構成する各部の寸法情報と、各姿勢検出センサ５２で検出された姿勢とを用いてリンク演算を行い、バケット４３の先端位置を算出する。

【0121】

目標面距離算出部６６Ｂは、図１５に示すステップＳ８０４においてフロント作業機４の作業精度レベルが決定されると、バケット先端位置算出部６６Ａで算出されたバケット４３の先端位置、及び目標面情報設定装置５３からの目標面情報に基づいて、バケット４３の先端から作業対象の目標面までの距離を目標面距離Ｌｔとして算出する（ステップＳ８３１）。

【0122】

マシンコントロール動作指令値算出部６６Ｃは、ステップＳ８３１において目標面距離算出部６６Ｂにより算出された目標面距離Ｌｔ、及びレバー操作量検出センサ５５で検出された操作レバー３１０による動作指令値Ｐｌに基づいて、各アクチュエータ４１０，４２０，４３０に対するマシンコントロール動作指令値Ｐｍｃを算出する（ステップＳ８３２）。なお、以下の説明において、「マシンコントロール動作指令値」を「ＭＣ動作指令値」とする。

【0123】

このＭＣ動作指令値Ｐｍｃは、バケット４３の先端が目標面の下方に侵入しないように、目標面距離算出部６６Ｂで算出された目標面距離Ｌｔに応じて、操作レバー３１０による動作指令値Ｐｌを補正したものである。例えば、目標面距離算出部６６Ｂで算出された目標面距離Ｌｔが小さい場合には、バケット４３が目標面に接近する方向への動作速度を遅くし、バケット４３が目標面上に位置している場合（目標面距離Ｌｔ＝０の場合）には、目標面の下方へのバケット４３の動作を停止するように、操作レバー３１０による動作指令値Ｐｌをそれぞれ補正する。

【0124】

ここで、油圧ショベル１が設置された地面の状態により油圧ショベル１が傾く場合には、バケット４３の先端位置と目標面との位置関係が変化し、バケット４３が予期せず目標面の下方に侵入する可能性がある。そこで、本実施形態に係るＭＣ動作指令値算出部６６Ｃは、ステップＳ８３２で算出されたＭＣ動作指令値Ｐｍｃに対してさらに補正を行い、補正後ＭＣ動作指令値を生成する（ステップＳ８３４）。

【0125】

具体的には、ステップＳ８３４において、ＭＣ動作指令値算出部６６Ｃは、ステップＳ８３２で算出されたＭＣ動作指令値Ｐｍｃに速度制限係数βを乗じた値を補正後ＭＣ動作指令値として生成する（補正後ＭＣ動作指令値＝ＭＣ動作指令値Ｐｍｃ×速度制限係数β）。

【0126】

この「速度制限係数β」は、図１５に示す速度制限係数β決定処理（ステップＳ８３３）において、作業精度レベル決定部６２Ｃで決定された作業精度レベル、及び目標面距離算出部６６Ｂで算出された目標面距離Ｌｔに基づいて決定される１以下の数である。

【0127】

図１６に示すように、制御装置６Ｃにおける速度制限係数β決定処理では、まず、ステップＳ８３１で算出された目標面距離Ｌｔが所定の第１閾値Ｌｔｈ１（以下、単に「第１閾値Ｌｔｈ１」とする）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ８３３Ａ）。なお、第１閾値Ｌｔｈ１は、例えば２０００ｍｍといった値である。

【0128】

ステップＳ８３３Ａにおいて目標面距離Ｌｔが第１閾値Ｌｔｈ１よりも大きい（Ｌｔ＞Ｌｔｈ１）と判定された場合（ステップＳ８３３Ａ／ＹＥＳ）、ステップＳ８０４で決定された作業精度レベルによらず、速度制限係数βを「１」とする（ステップＳ８３３Ｂ）。

【0129】

一方、ステップＳ８３３Ａにおいて目標面距離Ｌｔが第１閾値Ｌｔｈ１以下（Ｌｔ≦Ｌｔｈ１）と判定された場合（ステップＳ８３３Ａ／ＮＯ）、目標面距離Ｌｔが所定の第２閾値Ｌｔｈ２（以下、単に「第２閾値Ｌｔｈ２」とする）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ８３３Ｃ）。なお、第２閾値Ｌｔｈ２は、例えば１００ｍｍといった値である。

【0130】

ステップＳ８３３Ｃにおいて目標面距離Ｌｔが第２閾値Ｌｔｈ２よりも大きい（Ｌｔ＞Ｌｔｈ２）と判定された場合（ステップＳ８３３Ｃ／ＹＥＳ）、目標面距離Ｌｔが短くなるほど小さい値になるように、かつ作業精度レベルに対応させて速度制限係数β（＝ｆ）を定める（ステップＳ８３３Ｄ）。

【0131】

ステップ８３３Ｃにおいて目標面距離Ｌｔが第２閾値Ｌｔｈ２以下（Ｌｔ≦Ｌｔｈ２）と判定された場合（ステップＳ８３３Ｃ／ＮＯ）、作業精度レベルが高い場合を除いて低速でフロント作業機４が動作するように、速度制限係数βを例えば０．１といった十分小さな値（固定値βｍｉｎ）とする（ステップＳ８３３Ｅ）。

【0132】

制御装置６Ｃは、ステップＳ８３３Ｂ、ステップＳ８３３Ｄ、及びステップＳ８３３Ｅのいずれかにおいて決定された速度制限係数βを出力して（ステップＳ８３３Ｆ）、速度制限係数β決定処理（ステップＳ８３３）を終了する。

【0133】

そして、図１５に示すように、ＭＣ動作指令値算出部６６Ｃは、ステップＳ８３４において生成した補正後ＭＣ動作指令値に基づき、各アクチュエータ４１０，４２０，４３０に対して動作指令を行う（ステップＳ８３５）。また、ステップＳ８３５において、通知生成部６３は、表示装置７１に対して表示指令を行うと共に、警報装置７２に対して警報指令を行う。

【0134】

なお、油圧ショベル１が設置された地面の状態を考慮したＭＣ動作指令値の算出方法の他の例としては、目標面距離Ｌｔからバケット位置変動量ΔＬｂを減じた値を仮目標面距離Ｌｔｅ（＝Ｌｔ－ΔＬｂ）とし、この仮目標面距離Ｌｔｅに基づいてＭＣ動作指令値を算出する方法が挙げられる。

【0135】

このように、マシンコントロール機能が搭載された油圧ショベル１においても、地面の状態に起因する車体への影響によってバケット４３が予期せず目標面の下方に侵入してしまうことを防止することができるため、油圧ショベル１が設置された地面に凹凸がある場合や地面が軟弱である場合であっても、適切なマシンコントロールを行うことが可能となる。

【0136】

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る油圧ショベル１について、図１７及び図１８を参照して説明する。

【0137】

図１７は、第４実施形態に係る制御装置６Ｄが有する機能構成を示す図である。図１８は、第４実施形態に係る制御装置６Ｄ内で実行される処理の流れを示すフローチャートである。

【0138】

本実施形態では、制御装置６Ｄで算出された地面不安定度Ｓｇやフロント作業機４の作業精度レベルを作業現場管理に用いる場合について説明する。油圧ショベル１は、油圧ショベル１の位置を検出する車体位置検出センサ５０と、外部に設けられた現場管理システム７３Ａとの間で通信を行うための通信装置７３と、をさらに備えている。

【0139】

車体位置検出センサ５０は、複数個の測位衛星から送信される信号に基づいて油圧ショベル１の３次元位置（緯度、経度、及び高度）及び向きを測定する全地球航法衛星システム（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ；ＧＮＳＳ）を用いたセンサであり、旋回体３の上部に設けられている（図１参照）。

【0140】

通信装置７３は、油圧ショベル１の作業現場内の無線ネットワークや携帯電話網等の無線通信に接続されており、これらを介して現場管理システム７３Ａからの情報の受信、及び油圧ショベル１で取得した情報の現場管理システム７３Ａへの送信を行う。

【0141】

現場管理システム７３Ａは、油圧ショベル１の作業現場内の情報に基づいて現場の管理や施工の管理を行うシステムであり、例えば作業現場内の管理事務所等の油圧ショベル１の外部に設けられる。具体的には、現場管理システム７３Ａは、施工目標や作業工程等の情報を保管すると共に、作業現場内の情報を収集することによって、現場内における油圧ショベル１を含んだ複数の作業機械の位置及び作業員の位置や、作業の状況、現場内の作業環境、地形情報、作業の進捗等を管理する。

【0142】

なお、現場管理システム７３Ａは、単一の現場管理サーバとして構成してもよいし、クラウド上に構成されるシステムとクラウドに接続されるコンピュータ等との組合せにより構成してもよい。

【0143】

図１７に示すように、本実施形態に係る制御装置６Ｄは、地面状態管理部６７と、車体情報生成部６８と、を含んで構成されている。地面状態管理部６７は、油圧ショベル１が設置された位置における地面状態情報及び作業精度情報、すなわち油圧ショベル１が設置された位置における地面の状態管理に関する情報を生成する。

【0144】

具体的には、図１８に示すように、地面状態管理部６７は、まず、車体位置検出センサ５０で検出された油圧ショベル１の車体位置情報を取得する（ステップＳ８４１）。続いて、地面状態管理部６７は、ステップＳ８４１で取得した車体位置情報と、地面状態算出部６１で算出された地面不安定度Ｓｇ及び作業精度判定部６２で判定された作業精度に関する情報と、をそれぞれ紐付ける。これにより、地面状態算出部６１で算出された地面不安定度Ｓｇ及び作業精度判定部６２で判定された作業精度に関する情報を、油圧ショベル１が設置された位置における地面状態情報及び作業精度情報として生成する（ステップＳ８４２）。

【0145】

なお、現場管理システム７３Ａでは、作業現場内の全域における情報の収集及び管理が行われており、地面不安定度Ｓｇや作業精度については作業現場内の各地点の情報として管理される。したがって、油圧ショベル１で取得した情報を作業現場管理向け情報として現場管理システム７３Ａに提供する際には、それぞれの情報と油圧ショベル１の位置情報とを紐付けた上で提供する必要がある。

【0146】

車体情報生成部６８は、地面状態管理部６７で生成された油圧ショベル１が設置された位置における地面状態情報及び作業精度情報に基づいて、現場管理システム７３Ａに送信する車体情報を生成して通信装置７３に出力する。

【0147】

具体的には、図１８に示すように、車体情報生成部６８は、現場管理システム７３Ａとの通信周期Ｔｃの間、地面状態管理部６７で生成された油圧ショベル１が設置された位置における地面状態情報及び作業精度情報を保管し、経過時間が通信周期Ｔｃ以上（経過時間≧Ｔｃ）になると（ステップＳ８４３／ＹＥＳ）、車体情報として生成する（ステップＳ８４４）。なお、現場管理システム７３Ａとの通信周期Ｔｃは、制御装置６Ｄ内における演算周期よりも長い周期に設定される。

【0148】

続いて、車体情報生成部６８は、経過時間をリセットし（ステップＳ８４５）、ステップＳ８４４において生成した車体情報を通信装置７３に出力する（ステップＳ８４６）。一方、経過時間が通信周期Ｔｃに達していない（経過時間＜Ｔｃ）場合（ステップＳ８４３／ＮＯ）には、ステップＳ８０１に戻る。

【0149】

なお、車体情報生成部６８は、車体情報を生成するにあたり、車体情報を送信する際の通信量を削減するために、作業現場内における同一の位置に関する情報を集約した形で生成してもよい。例えば、通信周期Ｔｃの間に同一の位置に関する地面状態情報及び作業精度情報が複数存在する場合には、複数のうちいずれか１つの時点の情報を代表情報として抽出し、抽出した代表情報のみを車体情報に含める。

【0150】

また、代表情報の抽出方法としては、例えば、最新の情報を代表情報とする方法や、複数の地面不安定度Ｓｇのうち最も値の大きいものを地面不安定度Ｓｇの代表情報とすると共に、複数の作業精度情報のうち最も作業精度の低いものを作業精度情報の代表情報とする方法が挙げられる。

【0151】

このように、地面不安定度Ｓｇや作業精度レベルをオペレータに通知するだけでなく、車体情報として外部の現場管理システム７３Ａに提供することにより、油圧ショベル１が作業を行う現場の状態をより詳細に管理することができる。

【0152】

以上、本発明の実施形態について説明した。なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、本実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、本実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。またさらに、本実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

【0153】

例えば、上記実施形態では、作業機械が油圧ショベル１である場合について説明したが、他の作業機械に適用してもよい。

【0154】

また、上記実施形態では、操作レバー３１０は油圧式の操作レバーであり、操作レバー３１０の操作量に応じて油圧ポンプから吐出された作動油によりアクチュエータ４１０，４２０，４３０がそれぞれ動作したが、これに限らず、電気式のものであってもよい。

【符号の説明】

【0155】

１：油圧ショベル（作業機械）
２：走行体
４：フロント作業機（作業機）
６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ，６Ｄ：制御装置
５０：車体位置検出センサ
５２：姿勢検出センサ
５３：目標面情報設定装置
５５：レバー操作量検出センサ（操作量検出センサ）
６１：地面状態算出部
６２：作業精度判定部
６３：通知生成部
６４：速度制限値設定部
６５：動作指令生成部
６６：マシンコントロール部
６７：地面状態管理部
６８：車体情報生成部
７１：表示装置（通知装置）
７２：警報装置（通知装置）
７３：通信装置
３１０：操作レバー（操作装置）
４１０：ブームシリンダ（アクチュエータ）
４２０：アームシリンダ（アクチュエータ）
４３０：バケットシリンダ（アクチュエータ）
５２１：ブーム姿勢検出センサ
５２２：アーム姿勢検出センサ
５２３：バケット姿勢検出センサ
Ｓｇ：地面不安定度

【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】