(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】2022-12-26
(45)【発行日】2023-01-10
(54)【発明の名称】作業機械
(51)【国際特許分類】
E02F 3/43 20060101AFI20221227BHJP
E02F 9/20 20060101ALI20221227BHJP
【ＦＩ】
E02F3/43 E
E02F9/20 Q
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2022509495
(86)(22)【出願日】2021-03-05
(86)【国際出願番号】 JP2021008785
(87)【国際公開番号】W WO2021192932
(87)【国際公開日】2021-09-30
【審査請求日】2022-03-01
(31)【優先権主張番号】P 2020053351
(32)【優先日】2020-03-24
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(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】110001829
【氏名又は名称】弁理士法人開知
(72)【発明者】
【氏名】早川 直樹
(72)【発明者】
【氏名】泉 枝穂
【審査官】石川 信也
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１７／０４７６９５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１８／１７４１５４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０１９／００９３４１（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ０２Ｆ ３／４３
Ｅ０２Ｆ ９／２０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
車体と，前記車体に取り付けられた作業装置と，
前記車体の位置を演算する車体位置演算装置と，
前記作業装置の姿勢を検出する姿勢センサと，
前記作業装置を駆動する複数のアクチュエータの駆動状態を検出する駆動状態センサと，
前記車体位置演算装置で演算された前記車体の位置と，前記姿勢センサの検出データから演算される前記作業装置の位置とに基づいて，前記作業装置に設定されたモニタポイントの位置情報を演算し，前記位置情報を利用して前記作業装置の作業対象の現況形状データを更新するコントローラとを備えた作業機械において，
前記コントローラは，
前記駆動状態センサの検出データと，前記作業装置に作用する力またはモーメントの少なくとも１つのつり合いの関係とを利用して前記作業装置が接地状態にあるか否かを判定し，
前記作業装置が接地状態にあると判定された接地期間中における前記作業装置に設定されたモニタポイントの移動軌跡と前記作業装置の外形形状とに基づいて，前記作業装置によって形成される作業対象の部分形状データを生成し，前記部分形状データに基づいて前記作業対象の現況形状データを更新することを特徴とする作業機械。
【請求項2】
請求項１の作業機械において，前記モニタポイントは，前記作業装置に複数設定されており，
前記外形形状は，前記複数のモニタポイントの位置によって規定されることを特徴とする作業機械。
【請求項3】
請求項２の作業機械において，前記コントローラは，
前記作業装置が接地状態にあると判定された接地期間中の第１時刻における前記複数のモニタポイントの位置によって規定される第１外形形状と，前記接地期間中の前記第１時刻より後の第２時刻における前記複数のモニタポイントの位置によって規定される第２外形形状と，前記第１時刻から前記第２時刻までの間における前記複数のモニタポイントの移動軌跡とに基づいて，前記部分形状データを生成することを特徴とする作業機械。
【請求項4】
請求項２の作業機械において，前記作業装置を操作するための操作レバーをさらに備え，
前記コントローラには，前記作業装置の施工対象の目標形状が規定された目標面が記憶されており，
前記コントローラは，
前記操作レバーに入力される操作量と，前記作業装置から前記目標面までの距離である目標面距離とを含むデータに基づいて前記作業装置の動作判定を行い，前記動作判定の結果から前記作業装置が接地していると推定される接地領域を決定し，
前記移動軌跡は，前記作業装置に複数設定されたモニタポイントのうち前記接地領域に属するモニタポイントの移動軌跡であることを特徴とする作業機械。
【請求項5】
請求項４の作業機械において，前記作業装置の先端はバケットとなっており，
前記複数のモニタポイントは前記バケットに設定された複数の点であり，前記複数の点には前記バケットの爪先に設定された第１点と，前記バケットの底面における後端に設定された第２点とが含まれており，
前記コントローラは，
前記動作判定の結果が掘削動作のときは前記接地領域として前記第１点を含む第１接地領域を選択し，
前記動作判定の結果が締め固め動作のときは前記接地領域として前記第２点を含む第２接地領域を選択し，
前記動作判定の結果が土羽打ち動作のときは前記接地領域として前記第１点及び前記第２点を含む第３接地領域を選択することを特徴とする作業機械。
【請求項6】
請求項５の作業機械において，前記コントローラは，
前記動作判定の結果が前記掘削動作のときは前記移動軌跡に基づいて前記部分形状データを生成し，
前記動作判定の結果が前記締め固め動作のときは前記移動軌跡に基づいて前記部分形状データを生成し，
前記動作判定の結果が前記土羽打ち動作のときは前記作業装置が接地状態にあると判定された接地期間中における前記複数の点の位置によって規定される前記外形形状に基づいて前記部分形状データを生成することを特徴とする作業機械。
【請求項7】
請求項３の作業機械において，前記コントローラは，前記第１外形形状，前記第２外形形状及び前記移動軌跡で囲まれた領域である作業装置通過領域を水平方向において複数の区間に分割し，その分割後の各区間において重力方向下側に位置する線分に基づいて前記部分形状データを生成することを特徴とする作業機械。
【請求項8】
請求項３の作業機械において，前記作業装置の先端はバケットになっており，
前記複数のモニタポイントは前記バケットに設定された複数の点であり，
前記コントローラは，前記第１外形形状，前記第２外形形状及び前記移動軌跡で囲まれた領域である作業装置通過領域を前記バケットの回動中心を通過する複数の放射状の直線で複数の区間に分割し，その分割後の各区間において前記バケットの回動中心から最も遠い線分に基づいて前記部分形状データを生成することを特徴とする作業機械。
【請求項9】
請求項３の作業機械において，前記コントローラには，前記作業装置の施工対象の目標形状が規定された目標面が記憶されており，
前記コントローラは，前記第１外形形状，前記第２外形形状及び前記移動軌跡で囲まれた領域である作業装置通過領域を前記目標面に沿った方向において複数の区間に分割し，その分割後の各区間において前記目標面に最も近い線分に基づいて前記部分形状データを生成することを特徴とする作業機械。
【請求項10】
請求項３の作業機械において，前記コントローラは，前記第１外形形状，前記第２外形形状及び前記移動軌跡で囲まれた領域である作業装置通過領域を前記現況形状データが規定する現況形状に沿った方向において複数の区間に分割し，その分割後の各区間において前記現況形状の下方に位置しかつ前記現況形状から最も遠い線分に基づいて前記部分形状データを生成することを特徴とする作業機械。
【請求項11】
請求項１の作業機械において，前記コントローラは，前記部分形状データに基づいて更新された前記現況形状データを用いて前記作業装置による作業の進捗状況データを生成し，
前記コントローラによって生成された前記進捗状況データを表示するモニタをさらに備える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】
本発明は作業装置を備える油圧ショベルなどの作業機械に関する。
【背景技術】
【0002】
従来，油圧ショベルを代表とする作業機械の分野では，施工対象の完成形状を３次元で定義した目標面データを利用して高効率・高精度な施工を実現する情報化施工対応作業機械が知られている。例えば，情報化施工に対応した油圧ショベルには，作業装置を構成する各フロント部材（ブーム，アーム，バケット）や車体の位置と姿勢を車体の周囲の目標面データとともにモニタに表示するマシンガイダンス機能や，掘削動作時にバケットが目標面に沿って動くように少なくとも１つのアクチュエータを制御するマシンコントロール機能を備えるものがある。
【0003】
近年では，これらの機能を提供するために演算された作業装置の位置情報（所定の３次元座標情報）を，時刻情報とともに施工履歴データとして記録し，活用する動きが広まっている。その代表的な例として，施工履歴データに記録されたバケットの軌跡情報（位置情報の時系列）から油圧ショベル（作業装置）によって形成された地形（出来形）のデータ（地形データ）を生成し，出来高部分払いや浚渫工における出来高管理に活用する，といった事例がある。
【0004】
このような，施工履歴データを基に地形データを生成する手法として，特許文献１に記載の出来形情報処理装置では，アームクラウド動作をパイロット圧やアームシリンダ圧により検出し，作業装置に予め設定した計測点（モニタポイント）の３次元位置の計測結果に基づいて地形データ（出来形情報）を更新する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２００６－２００１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に記載された手法は，アームクラウド動作が検出されている間のモニタポイント（例えばバケット先端）の位置情報を利用して地形データ（施工対象の現況形状のデータ）を更新しているが，作業装置（バケット）が実際に掘削動作を行っているか否かを判定していない。そのため，例えば空中でアームクラウド動作が行われ実際には掘削動作が行われていない場合にもそのときのモニタポイントの位置情報から地形データを生成してしまう。すなわち実際と異なる形状が地形データとして記録される可能性がある。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり，その目的は，施工履歴データに基づいて実際の施工対象の形状に近い現況形状データを生成できる作業機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが，その一例を挙げるならば，車体と，前記車体に取り付けられた作業装置と，前記車体の位置を演算する車体位置演算装置と，前記作業装置の姿勢を検出する姿勢センサと，前記作業装置を駆動する複数のアクチュエータの駆動状態を検出する駆動状態センサと，前記車体位置演算装置で演算された前記車体の位置と，前記姿勢センサの検出データから演算される前記作業装置の位置とに基づいて，前記作業装置に設定されたモニタポイントの位置情報を演算し，前記位置情報を利用して前記作業装置の作業対象の現況形状データを更新するコントローラとを備えた作業機械において，前記コントローラは，前記駆動状態センサの検出データと，前記作業装置に作用する力またはモーメントの少なくとも１つのつり合いの関係とを利用して前記作業装置が接地状態にあるか否かを判定し，前記作業装置が接地状態にあると判定された接地期間中における前記作業装置に設定されたモニタポイントの移動軌跡と前記作業装置の外形形状とに基づいて，前記作業装置によって形成される作業対象の部分形状データを生成し，前記部分形状データに基づいて前記作業対象の現況形状データを更新する。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば実際の施工対象の形状に近い現況形状データをユーザに提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の実施形態に係る油圧ショベルの構成図。
【図2】各フロント部材の回動角度と上部旋回体の傾斜角と車体座標系の説明図。
【図3】本発明の実施形態に係る油圧ショベルのシステム構成図。
【図4】作業装置に作用する力の説明図。
【図5】作業装置に関する各部の長さや角度の説明図。
【図6】ブームシリンダ周辺部における各部の長さと角度の説明図。
【図7】モニタポイントをバケットに設定した場合の説明図。
【図8】ある時刻ｔ０と，ｔ０の直後に作業装置及び車体の位置データ及び姿勢データが更新された時刻ｔ１におけるバケットの姿勢を示す図。
【図9】第２の生成方法を採用した場合の部分形状データ生成部による部分形状データの生成プロセスの一例を示す図。
【図10】第２の生成方法を採用した場合の部分形状データ生成部による部分形状データの生成プロセスの一例を示す図。
【図11】第２の生成方法を採用した場合の部分形状データ生成部による部分形状データの生成プロセスの一例を示す図。
【図12】第２の生成方法を採用した場合の部分形状データ生成部による部分形状データの生成プロセスの一例を示す図。
【図13】現況地形データ生成部が行う現況地形データの生成処理の一例を示す図。
【図14】現況地形データ生成部が行う現況地形データの生成処理の一例を示す図。
【図15】現況地形データ生成部が行う現況地形データの生成処理の一例を示す図。
【図16】現況地形データ生成部が行う現況地形データの生成処理の一例を示す図。
【図17】第１の生成方法を採用した場合におけるコントローラ（接地状態判定部及び部分形状データ生成部）による具体的な処理のフローチャートの一例。
【図18】部分形状データに重複部分が存在する場合に利用される抽出条件を選択するためのフローチャートの一例。
【図19】第１の生成方法を採用する場合にバケットに設定するモニタポイント及び接地領域の一例を示す図。
【図20】動作判定結果ごとの部分形状データの一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下，本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお，以下では，作業装置の先端のアタッチメントがバケット４になっている油圧ショベルを例示するが，バケット以外のアタッチメントを備える油圧ショベルや，ブルドーザーなどの作業機械に本発明を適用しても構わない。
【0012】
（油圧ショベルの概略構成）
図１は本発明の実施形態に係る油圧ショベルの構成図である。図１に示すように，油圧ショベル１は，垂直方向にそれぞれ回動する複数のフロント部材（ブーム２，アーム３及びバケット４）を連結して構成された多関節型の作業装置（フロント作業装置）１Ａと，上部旋回体１ＢＡ及び下部走行体１ＢＢからなる車体１Ｂとで構成されている。
図１は本発明の実施形態に係る油圧ショベルの構成図である。図１に示すように，油圧ショベル１は，垂直方向にそれぞれ回動する複数のフロント部材（ブーム２，アーム３及びバケット４）を連結して構成された多関節型の作業装置（フロント作業装置）１Ａと，上部旋回体１ＢＡ及び下部走行体１ＢＢからなる車体１Ｂとで構成されている。
【0013】
作業装置１Ａの基端側に位置するブーム２の基端は上部旋回体１ＢＡの前部に上下方向に回動可能に取り付けられている。上部旋回体１ＢＡは下部走行体１ＢＢの上部に旋回可能に取り付けられている。
【0014】
また上部旋回体１ＢＡには，作業装置１Ａに設定された複数のモニタポイントの位置データ（位置情報）を演算し，その位置データを利用することで油圧ショベル１の周囲の現況地形データ（現況形状データとも言う。現況形状データは作業装置１Ａの作業対象（地形）の形状を規定するデータでもある。）を更新する機能を有するコントローラ１００と，現況地形データを取得して油圧ショベル１内のコントローラ１００に入力するための現況地形データ入力装置２２とが取り付けられている。図１に示した油圧ショベル１には現況地形データ入力装置２２の一例としてステレオカメラが取り付けられているが，３次元レーザスキャナなど公知の装置が利用可能である。また，現況地形データが記憶されたフラッシュメモリやリムーバブルメディア等も現況地形データ入力装置２２として利用可能である。
【0015】
ブーム２，アーム３，バケット４，上部旋回体１ＢＡ及び下部走行体１ＢＢは，それぞれ，ブームシリンダ５，アームシリンダ６，バケットシリンダ７，旋回油圧モータ８及び左右の走行油圧モータ９（油圧アクチュエータ）により駆動される被駆動部材を構成する。それら複数の被駆動部材の動作は，上部旋回体１ＢＡ上の運転室内に設置された走行右レバー１０ａ，走行左レバー１０ｂ，操作右レバー１１ａ及び操作左レバー１１ｂ（これらを操作レバー１０，１１と総称することがある）がオペレータにより操作されることにより発生する制御信号（例えばパイロット圧や電気信号）によって制御される。
【0016】
オペレータが操作レバー１０，１１を介して入力する各油圧アクチュエータ５－９に対する操作量は複数の操作量センサ２０によって検出されてコントローラ１００に入力されている（図３参照）。操作レバー１０，１１が出力する制御信号がパイロット圧の場合，操作量センサ２０としては圧力センサが利用できる。
【0017】
ブームシリンダ５にはその駆動状態センサとして，ブームシリンダ５のロッド側及びボトム側の作動油圧Ｐｒ，Ｐｂを検出するための複数の圧力センサ１９が取り付けられている。圧力センサ１９によって検出された作動油圧Ｐｒ，Ｐｂからはブームシリンダ５の駆動状態を判断できる。
【0018】
上記の複数の被駆動部材を駆動する制御信号には，操作レバー１０，１１の操作によって出力されるものだけでなく，油圧ショベル１に搭載された複数の比例電磁弁（図示せず）の一部（増圧弁）が所定の条件下で操作レバー１０，１１の操作とは無関係に動作して出力するパイロット圧や，複数の比例電磁弁の一部（減圧弁）が動作して操作レバー１０，１１の操作によって出力されたパイロット圧を減圧したものが含まれる。このように複数の比例電磁弁（増圧弁及び減圧弁）から出力されたパイロット圧は，予め定められた条件に従ってブームシリンダ５，アームシリンダ６及びバケットシリンダ７を動作させるいわゆるマシンコントロールを発動できる。
【0019】
作業装置１Ａには，ブーム２，アーム３，バケット４の回動角度α，β，γ（図２参照）を測定可能なように，ブームピンにブーム角度センサ１２が，アームピンにアーム角度センサ１３が，バケットリンク１５にバケット角度センサ１４が取付けられている。上部旋回体１ＢＡには，基準面（例えば水平面）に対する上部旋回体１ＢＡ（車体１Ｂ）の前後方向の傾斜角であるピッチ角θｐ（図２参照）を検出する車体前後傾斜角センサ（ピッチ角センサ）１６ａと，上部旋回体１ＢＡ（車体１Ｂ）の左右方向の傾斜角であるロール角φ（図示せず）を検出する車体左右傾斜角センサ（ロール角センサ）１６ｂとが取付けられている。なお，これらの角度センサはIMU(Inertial Measurement Unit：慣性計測装置)，ポテンショメータ，ロータリエンコーダなどのセンサを用いてもよいし，各シリンダ５，６，７の長さをストロークセンサにより測定して回動角度に換算してもよい。また，バケット角度センサ１４はバケットリンク１５でなくバケット４に取り付けられていてもよい。
【0020】
上部旋回体１ＢＡには第１ＧＮＳＳアンテナ１７ａと第２ＧＮＳＳアンテナ１７ｂが配置されている。第１ＧＮＳＳアンテナ１７ａ及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ｂはＲＴＫ－ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite Systems）用のアンテナであり，複数のＧＮＳＳ衛星（測位衛星）から送信されるされる電波（航法信号）を受信して受信機４０１２（図３参照）に出力する。
【0021】
受信機（車体位置演算装置）４０１２は第１ＧＮＳＳアンテナ１７ａ及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ｂが受信した航法信号に基づいて，作業現場に設定された現場座標系における第１ＧＮＳＳアンテナ１７ａ及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ｂの位置を演算する。演算した第１ＧＮＳＳアンテナ１７ａ及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ｂの位置に基づいて受信機４０１２は上部旋回体１ＢＡや作業装置１Ａの方位角θｙ（図示せず）を演算できる。なお，本実施形態では現場座標系の座標値を出力する受信機４０１２を用いて説明するが，受信機４０１２は地理座標系，平面直角座標系，地心直交座標系または現場座標系の少なくとも１つの座標系の座標値を第１ＧＮＳＳアンテナ１７ａ及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ｂの位置として出力可能なものであればよい。また，地理座標系における座標値は緯度，経度及び楕円体高からなる。平面直角座標系，地心直交座標系及び現場座標系の座標値はＸ，Ｙ，Ｚ座標等からなる３次元直交座標系である。地理座標系座標値はガウス・クリューゲルの等角投影法などを用いて平面直角座標系などの３次元直交座標系に変換可能である。また，平面直角座標系，地心直交座標系及び現場座標系はアフィン変換またはヘルマート変換などを用いることで相互に変換可能である。
【0022】
図２中に記されているＸ軸及びＺ軸は，ブームピンの軸心上の点（例えば中央点）を原点とし，車体上方方向をＺ軸，車体前方方向をＸ軸，車体右方向をＹ軸とする車体座標系を表したものである。
【0023】
車体座標系と現場座標系は公知の方法で求められる座標変換パラメータを用いることで相互に変換可能である。例えばこの座標変換パラメータは，第１ＧＮＳＳアンテナ１７ａの車体座標系における座標値が既知であるとき，傾斜角センサ１６ａ，１６ｂにより取得される車体１Ｂのピッチ角θ及びロール角φと，第１及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ａ，１７ｂの位置関係から受信機４０１２で演算される方位角θｙと，第１ＧＮＳＳアンテナ１７ａの車体座標系における座標値と，第１ＧＮＳＳアンテナ１７ａのＧＮＳＳ測位（好ましくはＲＴＫ－ＧＮＳＳ測位）による現場座標系における座標値から求めることができる。
【0024】
作業装置１Ａ上の任意のモニタポイントの車体座標系における位置データは，ブーム２，アーム３，バケット４の回動角度α，β，γと，各フロント部材２，３，４の寸法値Ｌｂｍ，Ｌａｍ，Ｌｂｋから演算可能であることから，当該任意のモニタポイントの現場座標系における位置データを求めることが可能である。
【0025】
上部旋回体１ＢＡには，作業装置１Ａの施工対象（例えば土砂，岩石等）の目標形状（完成形）が規定された目標面のデータ（目標面データ）を入力するための目標面データ入力装置２１が搭載されている。目標面データ入力装置２１は，例えば，フラッシュメモリなどの半導体メモリや無線通信を介して外部（例えば，設計データが格納されたコンピュータやサーバ）から取得した目標面データをコントローラ１００に入力する。
【0026】
油圧ショベル１の運転室内にはモニタ４０５が設置されている。モニタ４０５の画面上には，各種角度センサ１２，１３，１４，１６の出力から演算された作業装置１Ａの姿勢データや，第１及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ａ，１７ｂの受信信号から演算された上部旋回体１ＢＡの位置データ等を基に作業装置１Ａを側面視した画像及び目標面の断面形状を表示しても良い。
【0027】
（コントローラ１００周辺の構成）
図３は本実施形態に係る油圧ショベル１のシステム構成図である。本実施形態の油圧ショベル１は，図３に示すように，コントローラ１００と，複数の圧力センサ１９と，複数の操作量センサ２０と，目標面データ入力装置２１と，現況地形データ入力装置２２と，角度センサ１２，１３，１４と，第１及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ａ，１７ｂと，車体の傾斜角センサ（ピッチ角センサ，ロール角センサ）１６ａ，１６ｂと，モニタ４５とを備えている。
図３は本実施形態に係る油圧ショベル１のシステム構成図である。本実施形態の油圧ショベル１は，図３に示すように，コントローラ１００と，複数の圧力センサ１９と，複数の操作量センサ２０と，目標面データ入力装置２１と，現況地形データ入力装置２２と，角度センサ１２，１３，１４と，第１及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ａ，１７ｂと，車体の傾斜角センサ（ピッチ角センサ，ロール角センサ）１６ａ，１６ｂと，モニタ４５とを備えている。
【0028】
コントローラ１００としては，例えば，ＣＰＵ等の演算処理装置４０６１と，ＲＡＭ，ＲＯＭ等の半導体記憶装置又はＨＤＤ等の磁気記憶装置からなる記憶装置４０６２と，各種センサやアクチュエータなどとの間で情報をやり取りする入出力インタフェース（図示せず）とを備えたコンピュータが利用可能であり，単体または複数のコンピュータから構成できる。また，コントローラ１００の一部またはすべてを油圧ショベル１上の各種装置とネットワークを介して接続されるサーバ等で構成してもよい。
【0029】
コントローラ１００は，記憶装置４０６２に格納されたプログラムを演算処理装置４０６１に実行させることで，作業機姿勢演算部４０１１，車体角度演算部４０１３，接地状態判定部４０２１，モニタポイント位置演算部４０２２，部分形状データ生成部４０２３，現況地形データ生成部４０３２及び進捗管理情報生成部４０４として機能する。すなわち，図３でコントローラ１００内に矩形で示した各部はコントローラ１００が演算処理を行って発揮する機能をブロックで分類したものである。なお，第１及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ａ，１７ｂを利用したＧＮＳＳ測位を行う受信機４０１２は，図３に示すようにコントローラ１００内の機能の一部である車体位置演算部４０１２としても良いし，上述のようにコントローラ１００から独立した装置としても良い。以下，コントローラ１００内の各部で行われる処理の詳細について説明する。
【0030】
（作業機姿勢演算部４０１１）
作業機姿勢演算部４０１１は，ブーム角度センサ１２，アーム角度センサ１３，バケット角度センサ１４のセンサ値を入力とし，作業装置１Ａの姿勢情報としてブーム２，アーム３，バケット４の回動角度α，β，γ（図２参照）を演算する。ここで演算される角度データは作業装置１Ａの姿勢データとして利用可能である。
作業機姿勢演算部４０１１は，ブーム角度センサ１２，アーム角度センサ１３，バケット角度センサ１４のセンサ値を入力とし，作業装置１Ａの姿勢情報としてブーム２，アーム３，バケット４の回動角度α，β，γ（図２参照）を演算する。ここで演算される角度データは作業装置１Ａの姿勢データとして利用可能である。
【0031】
（車体位置演算部（受信機）４０１２）
車体位置演算部（受信機）４０１２は，第１ＧＮＳＳアンテナ１７ａ及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ｂが受信した航法信号に基づいて，現場座標系における第１ＧＮＳＳアンテナ１７ａ及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ｂの位置座標（位置データ）を演算する。ここで演算される位置データは車体１Ｂの位置データとして利用可能である。
車体位置演算部（受信機）４０１２は，第１ＧＮＳＳアンテナ１７ａ及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ｂが受信した航法信号に基づいて，現場座標系における第１ＧＮＳＳアンテナ１７ａ及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ｂの位置座標（位置データ）を演算する。ここで演算される位置データは車体１Ｂの位置データとして利用可能である。
【0032】
（車体角度演算部４０１３）
車体角度演算部４０１３は，車体位置演算部４０１２で演算された現場座標系における第１ＧＮＳＳアンテナ１７ａ及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ｂの位置座標に基づいて現場座標系における作業装置１Ａ（上部旋回体１ＢＡ）の方位角θｙを演算する。また車体角度演算部４０１３は，車体前後傾斜角センサ（ピッチ角センサ）１６ａ，車体左右傾斜角センサ（ロール角センサ）１６ｂのセンサ値を入力として，上部旋回体１ＢＡのロール角θｒ及びピッチ角θｐを演算する。ここで演算される角度データは車体１Ｂの姿勢データとして利用可能である。
車体角度演算部４０１３は，車体位置演算部４０１２で演算された現場座標系における第１ＧＮＳＳアンテナ１７ａ及び第２ＧＮＳＳアンテナ１７ｂの位置座標に基づいて現場座標系における作業装置１Ａ（上部旋回体１ＢＡ）の方位角θｙを演算する。また車体角度演算部４０１３は，車体前後傾斜角センサ（ピッチ角センサ）１６ａ，車体左右傾斜角センサ（ロール角センサ）１６ｂのセンサ値を入力として，上部旋回体１ＢＡのロール角θｒ及びピッチ角θｐを演算する。ここで演算される角度データは車体１Ｂの姿勢データとして利用可能である。
【0033】
（接地状態判定部４０２１）
接地状態判定部４０２１は，作業機姿勢演算部４０１１，車体位置演算部４０１２及び車体角度演算部４０１３が演算した作業装置１Ａ及び車体１Ｂの位置データ及び姿勢データと，圧力センサ１９が出力するブームシリンダ５の作動油圧Ｐｒ，Ｐｂのデータ（圧力データ）とを入力として，作業装置１Ａが接地状態にあるか否かを判定し，その判定結果（接地状態判定結果）を出力する。
接地状態判定部４０２１は，作業機姿勢演算部４０１１，車体位置演算部４０１２及び車体角度演算部４０１３が演算した作業装置１Ａ及び車体１Ｂの位置データ及び姿勢データと，圧力センサ１９が出力するブームシリンダ５の作動油圧Ｐｒ，Ｐｂのデータ（圧力データ）とを入力として，作業装置１Ａが接地状態にあるか否かを判定し，その判定結果（接地状態判定結果）を出力する。
【0034】
より具体的には，接地状態判定部４０２１，圧力センサ１９が検出した信号と，作業装置１Ａに作用する力またはモーメントの少なくとも１つのつり合いの関係とを利用して，地面の反力または地面の反力によるモーメントの少なくとも１つを演算し，その演算結果が所定の閾値以上であるかどうか判定することにより接地状態を判定する。
【0035】
本実施形態の接地状態判定部４０２１は，まず，作業装置１Ａ及び車体１Ｂの位置データ及び姿勢データから，バケット４の位置情報が更新されたかどうかを確認する。そしてバケット４の位置情報が更新されていた場合，圧力センサ１９が検出した信号と，ブームフートピン周りのモーメントのつり合いの関係とを用いて地面の反力を演算し，演算した反力が所定の閾値以上であるときにバケット４が接地状態であると判定している。
【0036】
【0037】
図４に示すように，作業装置１Ａはブームフートピンによる支持力の他に，ブーム２，アーム３，バケット４の質量に応じた荷重，地面からの反力Ｆ及びブームシリンダ５による力が働いている。地面からの反力ＦによるモーメントをＭＦ，ブームシリンダ５の力ＦｃｙｌによるモーメントをＭｃｙｌ，ブーム２，アーム３，バケット４の荷重によるモーメントをそれぞれＭｂｍ，Ｍａｍ，Ｍｂｋとすると，これらのモーメントは下記式１のように釣り合う。
【0038】
【数1】
【0039】
【数2】
【0040】
ここで，地面からの反力Ｆによるモーメントは上記式２のように表せることから，式１，式２より地面からの反力Ｆは下記式３により求めることができる。地面からの反力Ｆが作用すると推定できる場所の車体座標系Ｘ座標をＸｂｋｍｐとした。地面からの反力が作用すると推定できる場所は後述するモニタポイント位置演算部４０２２により推定したモニタポイントでもよいし，バケットの爪先などの特定の場所に固定してもよい。
【0041】
【数3】
【0042】
Ｘｂｋｍｐは，ブーム長さＬｂｍ，アーム長さＬａｍ，バケットピンからモニタポイントまでの距離Ｌｂｋｍｐ，バケットモニタポイントとバケットピンを結ぶ直線とバケットピンとバケット爪先を結ぶ直線のなす角γｍｐを用いて，下記式４により導出できる。
【0043】
【数4】
【0044】
各部の長さや角度を図５に示す。式３における各モーメントのうち，荷重によるモーメントであるＭｂｍ，Ｍａｍ，Ｍｂｋは下記式５，６，７により求めることができる。ただし，下記式５，６，７中のｍｂｍ，ｍａｍ，ｍｂｋはブーム２，アーム３，バケット４の質量，ｇｚは重力加速度の車体座標系Ｚ軸方向成分，α’，β’，γ’はブーム２，アーム３，バケット４の角速度，fbm，fam，fbkはブーム２，アーム３，バケット４の角速度をもとに慣性力を計算する関数である。なお，fbm，fam，fbkは、ブーム２，アーム３，バケット４の角速度が十分小さいとき，無視してもよい。また，式５－７で使用されている，ブーム２，アーム３，バケット４の重心の車体座標系Ｘ座標Ｘｂｍｇ，Ｘａｍｇ，Ｘｂｋｇは，それぞれ下記式８－１０により導出できる。ただし，式中のＬｂｍｇ，Ｌａｍｇ，Ｌｂｋｇは各部のピンから重心位置までの距離，αｇ，βｇ，γｇは各部の重心位置と各部の根本のピンを結ぶ直線と，各部の先端と根本を結ぶ直線のなす角である（図５参照）。
【0045】
【数5】
【0046】
【数6】
【0047】
【数7】
【0048】
【数8】
【0049】
【数9】
【0050】
【数10】
【0051】
図６にブームシリンダ周辺部の各部の長さと角度を示す。上記式３における各モーメントのうち，ブームシリンダ５によるモーメントＭｃｙｌは下記式１１により導出できる。式１１中の力Ｆｃｙｌは，圧力センサ１９で検出されるブームシリンダ５のロッド側及びボトム側の作動油圧Ｐｒ，Ｐｂと，それぞれの受圧面積Ｓｒ，Ｓｂを用いて下記式１２のように表せる。また，下記式１１におけるＬｒｏｄはブームピンとブームシリンダロッドピン間の距離，φはブームピンとブームシリンダロッドピンを結ぶ直線と，ブームシリンダロッドピンとブームシリンダボトムピンを結ぶ直線のなす角である。このφは，余弦定理を用いてブームシリンダの長さＳｔｃｙｌを下記式１３のようにして求め，下記式１４を用いて導出できる。
【0052】
【数11】
【0053】
【数12】
【0054】
【数13】
【0055】
【数14】
【0056】
本実施形態においてはモーメントのつり合いにより地面の反力Ｆを導出したが，力のつり合いを用いて地面の反力を求めてもよい。その場合，ブームピンにおける支持力を，荷重センサやひずみセンサを用いて検出し，演算に用いてもよい。
【0057】
以上のようにして求めた地面の反力Ｆが所定の閾値以上であるとき，接地状態判定部４０２１はバケット４が接地状態であると判定する。接地状態判定部４０２１によって作業装置１Ａ（バケット４）が接地状態にあると判定された期間を接地期間と称することがある。
【0058】
接地判定に用いる閾値は，地面の固さや作業内容等を勘案して適切な値を設定する。たとえば軟らかい地面の掘削作業を行う場合，掘削作業中の地面からの反力Ｆは相対的に小さくなるため当該閾値を相対的に小さな値に，逆に固い地面を掘削する場合は閾値を相対的に大きな値とする。また，ここで設定する閾値は固定の値でなくてもよい。例えば，バケット４を地面に押し付ける力の最大値は，バケットの位置に応じて変動するため，閾値を車体座標系Ｘ座標の関数などで設定してもよい。その際，閾値の関数ｆ（Ｘｋｍｐ）が下記式１５のように，ある定数ＣｏｎｓｔにＸｂｋｍｐの逆数をかけたものに設定した場合，下記式１６に示すように地面からの反力ＦによるモーメントＭＦと定数Ｃｏｎｓｔを比較することによって接地状態を判定することができることから，閾値の設定条件によっては，地面からの反力を求めず，地面からの反力によるモーメントと閾値の比較で接地状態を判定してもよい。なお，ここで設定する閾値は，地面からの反力及び地面からの反力によるモーメントの両方を組み合わせて設定してもよい。
【0059】
【数15】
【0060】
【数16】
【0061】
（モニタポイント位置演算部４０２２）
モニタポイント位置演算部４０２２は，作業機姿勢演算部４０１１，車体位置演算部４０１２及び車体角度演算部４０１３が演算した作業装置１Ａ及び車体１Ｂの位置データ及び姿勢データに基づいて，作業装置１Ａの動作平面４１（図７参照）上かつ作業装置１Ａに設定された複数のモニタポイントＭｐｍ（図７参照）の位置を演算して記憶装置４０６２に記憶する。モニタポイントＭｐｍの位置演算は例えば所定の間隔で行っても良いし，作業装置１Ａの動作が確認されている間に所定の間隔で行っても良い。これら各条件に対して，接地状態判定部４０２１によって作業装置１Ａが接地状態にあると判定されている間という条件を加えても良い。
モニタポイント位置演算部４０２２は，作業機姿勢演算部４０１１，車体位置演算部４０１２及び車体角度演算部４０１３が演算した作業装置１Ａ及び車体１Ｂの位置データ及び姿勢データに基づいて，作業装置１Ａの動作平面４１（図７参照）上かつ作業装置１Ａに設定された複数のモニタポイントＭｐｍ（図７参照）の位置を演算して記憶装置４０６２に記憶する。モニタポイントＭｐｍの位置演算は例えば所定の間隔で行っても良いし，作業装置１Ａの動作が確認されている間に所定の間隔で行っても良い。これら各条件に対して，接地状態判定部４０２１によって作業装置１Ａが接地状態にあると判定されている間という条件を加えても良い。
【0062】
図７はモニタポイントをバケット４に設定した場合の説明図である。バケット４の左右側面の外形上にそれぞれｋ個（ｋは正の整数）のモニタポイントを設定し，左側面側のモニタポイントＰｌｍ（ｍ＝１～ｋ）（図示せず）と，右側面側のモニタポイントＰｒｍ（ｍ＝１～ｋ）（図示せず）とにおいてｍが同じ値の２つのモニタポイントを結んだ線分をＬｍ（ｍ＝１～ｋ）とする。そして線分Ｌｍが作業装置１Ａの動作平面４１と交差する点にモニタポイントＭｐｍ（ｍ＝１～ｋ）を設定し，時刻ｔにおけるモニタポイントをＭｐｍ（ｔ）とおく。例えばバケット４に設定した座標系におけるモニタポイントＰｌｍ，Ｐｒｍの位置を予め計測しておけば，作業装置１Ａ及び車体１Ｂの位置データ及び姿勢データから時刻ｔにおけるモニタポイントＭｐｍ（ｔ）の位置を演算できる。
【0063】
（部分形状データ生成部４０２３）
部分形状データ生成部４０２３は，接地状態判定部４０２１によって作業装置１Ａが接地状態にあると判定された接地期間中における少なくとも１つのモニタポイントＭｐｍの移動軌跡６３（図８参照）と作業装置１Ａの外形形状６１，６２とに基づいて，作業装置１Ａによって形成される作業対象の部分形状データ６５を生成する。部分形状データ６５は，現況地形の一部を接地期間中のモニタポイントＭｐｍの時系列データを利用して近似したデータとも言える。モニタポイントは作業装置１Ａに複数設定することが好ましく，その場合，作業装置１Ａの外形形状６１，６２は当該複数のモニタポイントの位置によって規定される。
部分形状データ生成部４０２３は，接地状態判定部４０２１によって作業装置１Ａが接地状態にあると判定された接地期間中における少なくとも１つのモニタポイントＭｐｍの移動軌跡６３（図８参照）と作業装置１Ａの外形形状６１，６２とに基づいて，作業装置１Ａによって形成される作業対象の部分形状データ６５を生成する。部分形状データ６５は，現況地形の一部を接地期間中のモニタポイントＭｐｍの時系列データを利用して近似したデータとも言える。モニタポイントは作業装置１Ａに複数設定することが好ましく，その場合，作業装置１Ａの外形形状６１，６２は当該複数のモニタポイントの位置によって規定される。
【0064】
より具体的に説明すると，部分形状データ生成部４０２３は，接地状態判定部４０２１によって作業装置１Ａが接地状態にあると判定された接地期間中の第１時刻（ｔ０）における複数のモニタポイントＭｐｍ（ｔ０）の位置によって規定される第１外形形状６１（図８参照）と，接地期間中の第１時刻より後の第２時刻（ｔ１）における前記複数のモニタポイントＭｐｍ（ｔ１）の位置によって規定される第２外形形状６２（図８参照）と，第１時刻（ｔ０）から第２時刻（ｔ１）までの間における前記複数のモニタポイントの移動軌跡６３（図８参照）とに基づいて，第１時刻（ｔ０）から第２時刻（ｔ１）までに間に作業装置１Ａによって形成される作業対象の部分形状データ６５（図９－１２，２０参照）を生成する。
【0065】
図８は，ある時刻ｔ０と，ｔ０の直後に作業装置１Ａ及び車体１Ｂの位置データ及び姿勢データが更新された時刻ｔ１におけるバケット４の姿勢を表している。図の例では３つのモニタポイントＭｐ１，Ｍｐ２，Ｍｐ３がバケット４に設定されている。図８（Ｂ）に示すように，第１外形形状６１は時刻ｔ０（第１時刻）における３つのモニタポイントＭｐ１，Ｍｐ２，Ｍｐ３によって規定されるバケット４の外形形状である。第２外形形状６２は時刻ｔ１（第２時刻）における３つのモニタポイントＭｐ１，Ｍｐ２，Ｍｐ３によって規定されるバケット４の外形形状である。移動軌跡６３は，各モニタポイントについてｔ０の時の位置とｔ１の時の位置とを接続した線によって規定される各モニタポイントの軌跡である。また，図８（Ｃ）に示すように，第１外形形状６１，第２外形形状６２及び移動軌跡６３で囲まれる領域（ドットを付した領域）をバケット通過領域（作業装置通過領域）６４と称する。
【0066】
次に部分形状データ生成部４０２３による部分形状データ６５の生成例として主要な２つの方法を説明する。
【0067】
（部分形状データの第１の生成方法）
図１９－２０を用いて第１の生成方法について説明する。
図１９－２０を用いて第１の生成方法について説明する。
【0068】
部分形状データ生成部４０２３は，記憶装置４０６２に格納された目標面データを用いて，バケットモニタポイントＭｐｍから目標面までの距離（目標面距離）を求める。目標面距離の演算は目標面から最も近いバケットモニタポイントＭｐだけでも良い。部分形状データ生成部４０２３は，複数の操作量センサ２０の検出値に基づいて，各フロント部材２，３，４（各油圧シリンダ５，６，７）に対する各操作レバー１１ａ，１１ｂの操作量を演算する。なお，操作量は，操作量センサ２０により操作される際のパイロット圧や電圧，操作レバー１１ａ，１１ｂの傾斜角度など，各操作レバー１１ａ，１１ｂを操作した際の操作内容に応じて変化する物理量を指す。
【0069】
次に部分形状データ生成部４０２３は，演算した目標面距離と操作量とに基づいて作業装置１Ａの動作判定を行う。判定される動作としては図２０に示すように，バケット４で施工対象を掘削する（ａ）掘削動作と，バケット底面を接地させた状態でアーム押し動作またはアーム引き動作をすることで施工対象を目標面の形状に近づける（ｂ）締め固め動作と，ブーム下げ操作によりバケット底面を施工対象に打ち付けることで施工対象を目標面の形状に近づける（ｃ）土羽打ち動作がある。なお，動作判定には目標面距離と操作量以外の他の情報（データ）を利用しても良い。
【0070】
本実施形態での動作判定は，例えば「操作レバー１１のアーム引き操作量が所定の閾値以上」かつ「目標面距離が最小となるバケットモニタポイントＭｐｍがバケット爪先」のときに掘削動作と判定し，「操作レバー１１のブーム下げ操作量が所定の閾値以上」かつ「操作レバー１１のアーム・バケット操作量が所定の閾値未満」のときに土羽打ち動作と判定し，それ以外のときを締固め動作と判定する。なお，ここで利用される各種閾値は，オペレータの操作の癖などによって適切な値が異なることが考えられる。そのため，例えば掘削，土羽打ち，締固めと言った動作を実際に少なくとも一定回数行い，その際の操作量を基に設定しても良い。
【0071】
部分形状データ生成部４０２３は，作業装置１Ａが施工対象に接触（接地）していると推定される作業装置１Ａ上の領域（接地領域）を上記の動作判定結果に基づいて決定する。
【0072】
ここでは図１９のようにバケット４の側面における外形に沿って５つのモニタポイントＭｐ１－Ｍｐ５が設定されているとする。このうちＭｐ１はバケット４の爪先に設定されたモニタポイント（第１点）であり，Ｍｐ２はバケット底面における後端に設定されたモニタポイント（第２点）である。なお，本稿における「バケット底面」とはモニタポイントＭｐ１からモニタポイントＭｐ２までの領域とする。
【0073】
・掘削動作の場合
動作判定の結果が掘削動作のとき，部分形状データ生成部４０２３は，バケット爪先を少なくとも含む所定の領域である第１接地領域Ｇａ１（図１９参照）を接地領域として選択する。図１９に示した５つのモニタポイントＭｐ１－Ｍｐ５のうち第１接地領域Ｇａ１に属するものはモニタポイントＭｐ１のみであり，部分形状データ生成部４０２３は，図２０（ａ）に示すようにモニタポイントＭｐ１の時刻ｔ０からｔ１までの移動軌跡６３を部分形状データ６５として生成する。なお，第１接地領域Ｇａ１に複数のモニタポイントが含まれている場合には，上記の移動軌跡６３に第１外形形状６１をさらに追加したものを部分形状データ６５としても良い。
動作判定の結果が掘削動作のとき，部分形状データ生成部４０２３は，バケット爪先を少なくとも含む所定の領域である第１接地領域Ｇａ１（図１９参照）を接地領域として選択する。図１９に示した５つのモニタポイントＭｐ１－Ｍｐ５のうち第１接地領域Ｇａ１に属するものはモニタポイントＭｐ１のみであり，部分形状データ生成部４０２３は，図２０（ａ）に示すようにモニタポイントＭｐ１の時刻ｔ０からｔ１までの移動軌跡６３を部分形状データ６５として生成する。なお，第１接地領域Ｇａ１に複数のモニタポイントが含まれている場合には，上記の移動軌跡６３に第１外形形状６１をさらに追加したものを部分形状データ６５としても良い。
【0074】
・締め固め動作の場合
動作判定の結果が締め固め動作のとき，部分形状データ生成部４０２３は，バケット底面の後端を少なくとも含む所定の領域である第２接地領域Ｇａ２（図１９参照）を接地領域として選択する。図１９に示した５つのモニタポイントＭｐ１－Ｍｐ５のうち第２接地領域Ｇａ２に属するものはモニタポイントＭｐ２のみであり，部分形状データ生成部４０２３は，図２０（ｂ）に示すようにモニタポイントＭｐ２の時刻ｔ０からｔ１までの移動軌跡６３を部分形状データ６５として生成する。なお，第２接地領域Ｇａ２に複数のモニタポイントが含まれている場合には，上記の移動軌跡６３に第２外形形状６２をさらに追加したものを部分形状データ６５としても良い。
動作判定の結果が締め固め動作のとき，部分形状データ生成部４０２３は，バケット底面の後端を少なくとも含む所定の領域である第２接地領域Ｇａ２（図１９参照）を接地領域として選択する。図１９に示した５つのモニタポイントＭｐ１－Ｍｐ５のうち第２接地領域Ｇａ２に属するものはモニタポイントＭｐ２のみであり，部分形状データ生成部４０２３は，図２０（ｂ）に示すようにモニタポイントＭｐ２の時刻ｔ０からｔ１までの移動軌跡６３を部分形状データ６５として生成する。なお，第２接地領域Ｇａ２に複数のモニタポイントが含まれている場合には，上記の移動軌跡６３に第２外形形状６２をさらに追加したものを部分形状データ６５としても良い。
【0075】
・土羽打ち動作の場合
動作判定の結果が土羽打ち動作のとき，部分形状データ生成部４０２３は，バケット爪先とバケット底面の後端を少なくとも含む所定の領域である第３接地領域Ｇａ３（図１９参照）を接地領域として選択する。図１９に示した５つのモニタポイントＭｐ１－Ｍｐ５のうち第３接地領域Ｇａ３に属するものは２つのモニタポイントＭｐ１，Ｍｐ２であり，部分形状データ生成部４０２３は，図２０（ｃ）に示すように時刻ｔ１（第２時刻）において２つのモニタポイントＭｐ１，Ｍｐ２を接続した線分（すなわち第２外形形状６２）を部分形状データ６５として生成する。
動作判定の結果が土羽打ち動作のとき，部分形状データ生成部４０２３は，バケット爪先とバケット底面の後端を少なくとも含む所定の領域である第３接地領域Ｇａ３（図１９参照）を接地領域として選択する。図１９に示した５つのモニタポイントＭｐ１－Ｍｐ５のうち第３接地領域Ｇａ３に属するものは２つのモニタポイントＭｐ１，Ｍｐ２であり，部分形状データ生成部４０２３は，図２０（ｃ）に示すように時刻ｔ１（第２時刻）において２つのモニタポイントＭｐ１，Ｍｐ２を接続した線分（すなわち第２外形形状６２）を部分形状データ６５として生成する。
【0076】
・処理フローの具体例
ここで部分形状データ生成部４０２３が第１の生成方法を採用した場合における接地状態判定部４０２１及び部分形状データ生成部４０２３による具体的な処理の流れの１つを図１７のフローチャートを用いて説明する。なお，各処理の詳細については上記の説明を参照されたい。
ここで部分形状データ生成部４０２３が第１の生成方法を採用した場合における接地状態判定部４０２１及び部分形状データ生成部４０２３による具体的な処理の流れの１つを図１７のフローチャートを用いて説明する。なお，各処理の詳細については上記の説明を参照されたい。
【0077】
まず，接地状態判定部４０２１は，作業機姿勢演算部４０１１，車体位置演算部４０１２及び車体角度演算部４０１３が演算した作業装置１Ａ及び車体１Ｂの位置データ及び姿勢データを取得する（Ｓ１７０）。次に接地状態判定部４０２１は，Ｓ１７０で取得したデータに基づいてバケット４の位置に変化があるか否かを判定する（Ｓ１７１）。Ｓ１７１においてバケット位置に変化があったと判定された場合にはＳ１７２へ進み，反対にバケット位置に変化が無いと判定された場合にはＳ１７０に戻る。
【0078】
Ｓ１７２において，接地状態判定部４０２１は，Ｓ１７０で取得した作業装置１Ａ及び車体１Ｂの位置データ及び姿勢データと，圧力センサ１９から出力されるブームシリンダ５の作動油圧Ｐｒ，Ｐｂのデータ（圧力データ）とを用いて地面からの反力Ｆを演算する。演算した反力Ｆが所定の閾値以上の場合にはバケット４が接地状態にあると判断してＳ１７４に進み，逆に反力Ｆが閾値未満の場合にはバケット４は接地していないと判断してＳ１７０に戻る。
【0079】
Ｓ１７４では，部分形状データ生成部４０２３は，バケット４に設定された複数のモニタポイントＭｐｍ（図１９参照）の位置データをモニタポイント位置演算部４０２２から入力する。
【0080】
Ｓ１７５では，部分形状データ生成部４０２３は，Ｓ１７４で入力した各モニタポイントＭｐｍの位置データと，記憶装置４０６２に格納された目標面データとに基づいて，各モニタポイントＭｐｍと目標面との距離（目標面距離）を演算する。
【0081】
Ｓ１７６では，部分形状データ生成部４０２３は，操作量センサ２０の検出データから演算される操作レバー１１ａ，１１ｂと，Ｓ１７５で演算した目標面距離とに基づいて，作業装置１Ａの動作が掘削動作，締め固め動作，土羽打ち動作のいずれであるかを判定する。
【0082】
Ｓ１７７では，部分形状データ生成部４０２３は，バケット４に設定された３つの接地領域Ｇａ１，Ｇａ２，Ｇａ３（図２０参照）の中から１つの接地領域をＳ１７６で判定された動作に基づいて決定する。
【0083】
Ｓ１７８では，部分形状データ生成部４０２３は，Ｓ１７７で決定された接地領域に属するモニタポイントの移動軌跡６３または第２外形形状６２に基づいて部分形状データ６５を生成し（図２０参照），生成した部分形状データ６５を記憶装置４０６２に出力してコントローラ１００に記憶させる。Ｓ１７８が完了したらＳ１７０に戻る。
【0084】
なお，図１７のフローでは，Ｓ１７３でバケット４が接地状態にあると判断された場合にバケット４に設定されたモニタポイントＭｐｍの位置情報を取得することとしたが，バケット４の接地状態に関わらずモニタポイントＭｐｍの位置情報を取得しておき，それと並行してバケット４の接地状態を判定する処理を行っておき，接地状態にあると判断された時刻情報を格納しておき，
なお，図１７のフローでは，Ｓ１７３でバケット４が接地状態にあると判断された場合にＳ１７４－Ｓ１７８の処理を行うものとして説明したが，Ｓ１７１の完了後は接地状態を判定する処理（Ｓ１７２，Ｓ１７３）を飛ばしてＳ１７４－Ｓ１７８の処理を実行し，例えば接地状態を判定する処理（Ｓ１７２，Ｓ１７３）は別途独立したフローで所定の間隔で実行しておき，接地状態にない状態で生成された部分形状データは記憶装置４０６２から削除する処理を行っても良い。また，Ｓ１７０，Ｓ１７１の処理についても同様に独立させ，バケット位置に変化がない状態で生成された部分形状データは記憶装置４０６２から削除する処理を行っても良い。
なお，図１７のフローでは，Ｓ１７３でバケット４が接地状態にあると判断された場合にＳ１７４－Ｓ１７８の処理を行うものとして説明したが，Ｓ１７１の完了後は接地状態を判定する処理（Ｓ１７２，Ｓ１７３）を飛ばしてＳ１７４－Ｓ１７８の処理を実行し，例えば接地状態を判定する処理（Ｓ１７２，Ｓ１７３）は別途独立したフローで所定の間隔で実行しておき，接地状態にない状態で生成された部分形状データは記憶装置４０６２から削除する処理を行っても良い。また，Ｓ１７０，Ｓ１７１の処理についても同様に独立させ，バケット位置に変化がない状態で生成された部分形状データは記憶装置４０６２から削除する処理を行っても良い。
【0085】
【0086】
図９の例では，部分形状データ生成部４０２３は，第１外形形状６１，第２外形形状６２及び移動軌跡６３で囲まれた領域であるバケット通過領域６４を水平方向において複数の区間に分割する（図９の例では３つの区間Ｓｃｔ１，Ｓｃｔ２，Ｓｃｔ３）。通常，このような複数の区間でバケット通過領域６４を分割すると，各区間に複数の線分が存在することとなるが，その場合に各区間でどの線分を選択して部分形状データを生成すべきなのかが問題となる。そこで図９の例では，部分形状データ生成部４０２３は，分割後の各区間Ｓｃｔ１，Ｓｃｔ２，Ｓｃｔ３において重力方向下側に位置する線分に基づいて部分形状データ６５を生成している。
【0087】
図１０の例では，部分形状データ生成部４０２３は，第１外形形状６１，第２外形形状６２及び移動軌跡６３で囲まれた領域であるバケット通過領域６４をバケット４の回動中心（バケットピン）を通過する複数の放射状の直線で複数の区間に分割し（図１０の例では４つの区間Ｓｃｔ１，Ｓｃｔ２，Ｓｃｔ３，Ｓｃｔ４），その分割後の各区間Ｓｃｔ１，Ｓｃｔ２，Ｓｃｔ３，Ｓｃｔ４においてバケット４の回動中心から最も遠い線分に基づいて部分形状データ６５を生成する。このように部分形状データ６５を生成すると，目標面が鉛直に近い傾斜や鉛直を超えた傾斜（オーバーハング状態）を持っている場合にも適切な形状の部分形状データを生成できる。なお，ここではバケット４の回動中心を基準点としたが，アーム３の回動中心（アームピン）を基準点としても良い。
【0088】
図１１の例では，部分形状データ生成部４０２３は，第１外形形状６１，第２外形形状６２及び移動軌跡６３で囲まれた領域であるバケット通過領域６４を目標面の延在方向に沿った方向において複数の区間に分割し（図１１の例では３つの区間Ｓｃｔ１，Ｓｃｔ２，Ｓｃｔ３），その分割後の各区間Ｓｃｔ１，Ｓｃｔ２，Ｓｃｔ３において目標面に最も近い線分に基づいて部分形状データ６５を生成する。
【0089】
図１２の例では，部分形状データ生成部４０２３は，第１外形形状６１，第２外形形状６２及び移動軌跡６３で囲まれた領域であるバケット通過領域６４を，記憶装置４０６２の現況地形データが規定する現況地形（コントローラ１００上の現況地形）の延在方向に沿った方向において複数の区間に分割し（図１２の例では３つの区間Ｓｃｔ１，Ｓｃｔ２，Ｓｃｔ３），その分割後の各区間Ｓｃｔ１，Ｓｃｔ２，Ｓｃｔ３において，記憶装置４０６２の現況地形データが規定する現況地形の下方に位置しかつ当該現況地形から最も遠い線分に基づいて部分形状データ６５を生成する。
【0090】
上記のように部分形状データ生成部４０２３が生成した部分形状データ６５は，コントローラ１００内の記憶装置４０６２に格納される。
【0091】
なお，上記では第１の生成方法と第２の生成方法を分けて説明したが，双方を行うことで部分形状データ６５を生成しても良い。その場合の順番はいずれの方法が先でも構わない。また，上記のようにして得られた部分形状データ６５は，例えば，面の方程式，頂点の座標と頂点を結ぶ辺の順番などの面情報，または部分形状データ６５が規定する面上の点群の座標などの形式で現況地形データ生成部４０３２に出力できる。
【0092】
（現況地形データ生成部４０３２）
現況地形データ生成部４０３２は，部分形状データ生成部４０２３によって生成された複数の部分形状データ６５に基づいて，記憶装置４０６２に記憶されている作業対象の現況地形データ（現況形状データ）を更新する。以下では現況地形データ生成部４０３２による現況地形データの生成方法のいくつかについて説明するが，以下に説明する以外の生成方法を利用しても構わない。
現況地形データ生成部４０３２は，部分形状データ生成部４０２３によって生成された複数の部分形状データ６５に基づいて，記憶装置４０６２に記憶されている作業対象の現況地形データ（現況形状データ）を更新する。以下では現況地形データ生成部４０３２による現況地形データの生成方法のいくつかについて説明するが，以下に説明する以外の生成方法を利用しても構わない。
【0093】
現況地形データ生成部４０３２は，まず記憶装置４０６２に記録された複数の部分形状データ６５に対し，各部分形状データ６５の生成時刻（各部分形状データ６５を構成するモニタポイントの位置の演算時刻でも良い），動作判定結果，接地領域の選択結果及び目標面距離などを用いて，現況地形データを生成する処理である地形化処理を行う対象のフィルタリングを行う。次に，このフィルタリングにより地形化処理の対象となった複数の部分地形データ（バケット軌跡）６５について，重複する部分が存在するか否かを判定する。この重複判定は，各部分形状データ６５Ａ，６５Ｂを水平面に投影し（図１３），または各部分形状データ６５Ａ，６５Ｂを目標面の法線方向に投影し（図１４），投影後の各形状６６Ａ，６６Ｂに重複する領域があるかどうかにより判定する。他の部分形状データ６５と一切重複しない部分形状データ６５はその全部を現況地形データとして採用する。一方，他の部分形状データ６５と重複する部分形状データ６５については，以下に説明する所定の抽出条件（部分形状抽出条件）を充足する部分形状データの一部または全部を抽出し，その抽出した一部または全部の部分形状データを現況地形データとして採用する。
【0094】
上記の抽出条件としては，例えば，各部分形状データ６５の位置情報を比較して，鉛直方向の位置が最低の部分，鉛直方向の位置が最高の部分，目標面との鉛直方向の距離（目標面距離）が最小の部分，目標面の法線方向の距離が最低の部分，または目標面の法線方向の距離が最高の部分を現況地形データとして採用するものがある。あるいは，各部分形状データ６５の生成時刻（すなわちバケット４による施工が行われた推定時刻）を比較して，時刻が最も古いもの，または時刻が最も新しいものを現況地形データとして採用するものがある。
【0095】
抽出条件の具体例の１つを図１８に示す。まず，コントローラ１００（現況地形データ生成部４０３２）は，抽出条件を充足するか否かの確認対象となっている全ての部分形状データ６５に目標面距離のデータが含まれているか否かを判定する（Ｓ１８１）。目標面距離データが含まれている場合には，現況地形は目標面に漸近すると考えられるため，目標面の法線方向において目標面との距離が最小の部分を現況地形データとして採用する（Ｓ１８２）。
【0096】
Ｓ１８１の判定で目標面距離データが含まれていない部分形状データ６５が存在する場合には，コントローラ１００（現況地形データ生成部４０３２）は，抽出条件を充足するか否かの確認対象となっている部分形状データ６５に盛り土部分が含まれているか否かを判定する（Ｓ１８３）。盛り土部分が含まれている場合には，現況地形の高さは高くなったり低くなったりを繰り返し得るため，高さ方向の条件ではなく生成時刻の条件，すなわち重複部分で生成時刻が最新のものを現況地形データとして採用する（Ｓ１８４）。
【0097】
Ｓ１８３の判定で盛り土部分が一切無いと判定された場合（すなわち切り土部分のみが存在すると判定された場合）には，現況地形の高さは常に低くなる方向に変化すると考えられるため，鉛直方向の位置が最低の部分を現況地形データとして採用する（Ｓ１８５）。
【0098】
なお，上記では２つの部分形状データ６５で重複している部分（すなわち抽出条件の充足を確認した部分）の取り扱いについて触れたが，当該２つの部分形状データ６５で重複していない部分（抽出条件の充足を確認していない残りの部分）の取り扱いは次のようにできる。すなわち，図１５に示すように，２つの部分形状データ６５Ａ，６５Ｂのうち抽出条件を充足した部分が属するものの全体（すなわち図１５では部分形状データ６５Ｂの全体）を地形データとして採用することができる。また，図１６に示すように，２つの部分形状データ６５Ａ，６５Ｂのうち抽出条件を充足した部分が属するものの全体（すなわち図１６では部分形状データ６５Ｂの全体）を地形データとして採用した上で，抽出条件を充足しなかった部分が属するもの（すなわち図１６では部分形状データ６５Ａ）については，重複が発生していない部分（図１６の部分形状データ６５Ａの実線部分）を地形データとして採用することもできる。
【0099】
現況地形データ生成部４０３２は，上記のように生成した現況地形データを記憶装置４０６２に出力してコントローラ１００内に記憶させることで現況地形データを更新する。記憶装置４０６２への出力の際，例えば点群データまたはＴＩＮ（ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｅｄ ｉｒｒｅｇｕｌａｒ ｎｅｔｗｏｒｋ， 不整三角形網）データに変換しても良い。現況地形データは油圧ショベル１内のコントローラ１００だけでなく，油圧ショベル１の外部のデバイス（例えばサーバなど）に出力しても良い。
【0100】
（進捗管理情報生成部４０４）
進捗管理情報生成部４０４は，現況地形データ生成部４０３２によって更新された記憶装置４０６２内の現況地形データを入力して，最新の現況地形，指定日や指定期間の現場出来高や各ショベルの出来高，現場全体の作業進捗率や各ショベル（各オペレータ）の作業進捗率，施工が完了した部分（出来形）の位置情報などを含む進捗管理情報を生成し，生成した情報をモニタ４０５等を介して油圧ショベル１のオペレータを含むユーザに提示する。なお，進捗管理情報生成部４０４による情報処理や情報提示の一部は，油圧ショベル１上に設置されたモニタ４０５だけでなく，油圧ショベル１の外に存在するスマートフォン，タブレットまたはパーソナルコンピュータなどのデバイスに表示しても良い。
進捗管理情報生成部４０４は，現況地形データ生成部４０３２によって更新された記憶装置４０６２内の現況地形データを入力して，最新の現況地形，指定日や指定期間の現場出来高や各ショベルの出来高，現場全体の作業進捗率や各ショベル（各オペレータ）の作業進捗率，施工が完了した部分（出来形）の位置情報などを含む進捗管理情報を生成し，生成した情報をモニタ４０５等を介して油圧ショベル１のオペレータを含むユーザに提示する。なお，進捗管理情報生成部４０４による情報処理や情報提示の一部は，油圧ショベル１上に設置されたモニタ４０５だけでなく，油圧ショベル１の外に存在するスマートフォン，タブレットまたはパーソナルコンピュータなどのデバイスに表示しても良い。
【0101】
（効果）
（１）以上のように構成された油圧ショベル１によれば，作業装置１Ａが接地している期間（接地期間中）のモニタポイントＭｐｍの位置によって規定される外形形状６１，６２，及び移動軌跡６３に基づいて部分形状データ６５が生成されるので，作業装置１Ａを空中で動作させたときのモニタポイントＭｐｍの軌跡が現況地形データとして記録されることがなくなり，従前よりも実際の地形に近い正確な現況地形データを生成できる。
（１）以上のように構成された油圧ショベル１によれば，作業装置１Ａが接地している期間（接地期間中）のモニタポイントＭｐｍの位置によって規定される外形形状６１，６２，及び移動軌跡６３に基づいて部分形状データ６５が生成されるので，作業装置１Ａを空中で動作させたときのモニタポイントＭｐｍの軌跡が現況地形データとして記録されることがなくなり，従前よりも実際の地形に近い正確な現況地形データを生成できる。
【0102】
（２）上記の油圧ショベル１では，操作量と目標面距離に基づいて作業装置１Ａの動作判定を行い，その動作判定に応じて決定される接地領域によって部分形状データの生成に利用するモニタポイントＭｐｍを選択しているので，従前よりも正確な現況地形データを生成できる。この点に関して，上記の特許文献１の技術では，掘削動作のみが検出可能であり，アームダンプ動作やブーム下げ動作を用いた締固め動作などは検出できない。また，同じアームクラウド動作をする場面であっても，掘削動作ではバケット爪先，締固め動作ではバケット背面と言ったように，記録されるべきモニタポイントが異なるが，特許文献１にはモニタポイントの設定方法について特に記載がない。
【0103】
（３）上記の油圧ショベル１では，作業装置１Ａによる動作が掘削動作，締め固め動作および土羽打ち動作のうちいずれかであるかを判定し，その判定結果に応じた接地領域を利用することで，部分形状データの生成に利用するモニタポイントＭｐｍを選択しているので，従前よりも正確な現況地形データを生成できる。
【0104】
（４）上記の油圧ショベル１では，作業装置１Ａの動作が掘削動作と判定された場合には少なくとも移動軌跡６３に基づいて部分形状データ６５を生成し，締め固め動作と判定された場合には少なくとも移動軌跡６３に基づいて部分形状データ６５を生成し，土羽打ち動作と判定された場合には第２外形形状６２に基づいて部分形状データ６５を生成することとしたので，各動作で不要なモニタポイントＭｐｍに基づく演算が実行されことが防止され，部分形状データ６５の生成効率を向上できる。
【0105】
（５）部分形状データ６５の候補が複数存在する場合には，図９に示す例のように重力方向下側に位置する線分に基づいて部分形状データ６５が生成されるので，従前よりも正確な現況地形データを生成できる。
【0106】
（６）部分形状データ６５の候補が複数存在する場合には，図１０に示す例のようにバケット４やアーム３の回動中心から最も遠い線分に基づいて部分形状データ６５が生成されるので，従前よりも正確な現況地形データを生成できる。特に目標面の角度が鉛直（９０度）に近い場合や９０度以上の場合にこの方法は顕著な効果を発揮する。
【0107】
（７）部分形状データ６５の候補が複数存在する場合には，図１１に示す例のように目標面の法線方向において最も目標面に近い線分に基づいて部分形状データ６５が生成されるので，従前よりも正確な現況地形データを生成できる。
【0108】
（８）部分形状データ６５の候補が複数存在する場合には，図１２に示す例のようにコントローラ１００上の現況地形の下方に位置し，かつ，コントローラ１００上の現況地形から最も遠い線分に基づいて部分形状データ６５が生成されるので，従前よりも正確な現況地形データを生成できる。
【0109】
（その他）
上記では車体１Ｂの位置を演算するための車体位置演算装置として，複数の測位衛星から送信される複数の航法信号に基づいて車体１Ｂの位置を演算する受信機４０１２を利用したが，例えば車体１Ｂに複数のターゲット（プリズム）を取り付け，当該複数のターゲットまでの距離をトータルステーションで測定することで車体１Ｂの位置を演算しても良い。すなわち，車体位置演算装置としてはトータルステーションも利用可能である。
上記では車体１Ｂの位置を演算するための車体位置演算装置として，複数の測位衛星から送信される複数の航法信号に基づいて車体１Ｂの位置を演算する受信機４０１２を利用したが，例えば車体１Ｂに複数のターゲット（プリズム）を取り付け，当該複数のターゲットまでの距離をトータルステーションで測定することで車体１Ｂの位置を演算しても良い。すなわち，車体位置演算装置としてはトータルステーションも利用可能である。
【0110】
なお，本発明は，上記の実施の形態に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば，本発明は，上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず，その構成の一部を削除したものも含まれる。また，ある実施の形態に係る構成の一部を，他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。
【0111】
また，上記のコントローラ１００に係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は，それらの一部又は全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現しても良い。また，上記のコントローラ１００に係る構成は，演算処理装置（例えばＣＰＵ）４０６１によって読み出し・実行されることでコントローラ１００の構成に係る各機能が実現されるプログラム（ソフトウェア）としてもよい。当該プログラムに係る情報は，例えば，半導体メモリ（フラッシュメモリ，ＳＳＤ等），磁気記憶装置（ハードディスクドライブ等）及び記録媒体（磁気ディスク，光ディスク等）等に記憶することができる。
【0112】
また，上記の実施の形態の説明では，制御線や情報線は，当該実施の形態の説明に必要であると解されるものを示したが，必ずしも製品に係る全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。
【符号の説明】
【0113】
１…油圧ショベル，１Ａ…作業装置（フロント作業装置），１Ｂ…車体，１ＢＡ…上部旋回体，１ＢＢ…下部走行体，２…ブーム，３…アーム，４…バケット，５…ブームシリンダ，６…アームシリンダ，７…バケットシリンダ，１１ａ…操作レバー，１１ｂ…操作左レバー，１２…ブーム角度センサ，１３…アーム角度センサ，１４…バケット角度センサ，１６ａ…車体前後傾斜角センサ（ピッチ角センサ），１６ｂ…車体左右傾斜角センサ（ロール角センサ），１７ａ…第１ＧＮＳＳアンテナ，１７ｂ…第２ＧＮＳＳアンテナ，１９…圧力センサ，２０…操作量センサ，２１…目標面データ入力装置，２２…現況地形データ入力装置，４１…動作平面，４５…モニタ，６１…第１外形形状，６２…第２外形形状，６３…移動軌跡，６４…バケット通過領域（作業装置通過領域），６５…部分形状データ，１００…コントローラ，４０４…進捗管理情報生成部，４０５…モニタ，４０１１…作業機姿勢演算部，４０１２…車体位置演算部（受信機），４０１３…車体角度演算部，４０２１…接地状態判定部，４０２２…モニタポイント位置演算部，４０２３…部分形状データ生成部，４０３２…現況地形データ生成部，４０６１…演算処理装置（例えばＣＰＵ），４０６２…記憶装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】