(57)【要約】【課題】  出来形に関する情報を従来の技術よりも正確に取得することができる建設機械の出来形情報処理装置を提供する。【解決手段】  バケット７に予め設定したモニタポイントに係る三次元位置の計測結果に基づいて、フロント作業機４により掘削して形成された地形に関する情報を取得するようにした油圧ショベルの出来形情報処理装置において、油圧ショベル１が発する信号に基づいて、フロント作業機４の作業状態が掘削作業の状態にあるか否を判定する作業状態の判定手段を設け、フロント作業機４の作業状態が掘削作業の状態にあると前記判定手段で判定されたときに、前記モニタポイントに係る三次元位置の計測結果に基づいて前記地形に関する情報を取得するように構成した。【選択図】        図１
2006200185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削動作を行って地中を掘削する掘削用作業具とこの掘削用作業具に掘削動作を行わせる作業具用油圧シリンダと掘削用作業具を支持してクラウド動作を行う作業腕とこの作業腕にクラウド動作を行わせる作業腕用油圧シリンダとを有する作業機を設置した建設機械に使用され、作業機に予め設定したモニタポイントに係る三次元位置の計測結果に基づいて、作業機により掘削して形成された地形に関する情報を取得するようにした建設機械の出来形情報処理装置において、建設機械が発する信号に基づいて、作業機の作業状態が掘削作業の状態にあるか否を判定する作業状態の判定手段を設け、作業機の作業状態が掘削作業の状態にあると前記判定手段で判定されたときに、前記モニタポイントに係る三次元位置の計測結果に基づいて前記地形に関する情報を取得するように構成したことを特徴とする建設機械の出来形情報処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の建設機械の出来形情報処理装置において、掘削用作業具の掘削動作及び作業腕のクラウド動作に関係する信号並びに作業具用油圧シリンダ及び作業腕用油圧シリンダにおける作動油流入側の油圧の検出値に係る信号をそれぞれ検出する検出手段を設けるとともに、これらの検出手段でそれぞれ検出された各信号を作業状態の判定手段へ入力するようにして、掘削用作業具の掘削動作に関係する信号及び作業具用油圧シリンダにおける作動油流入側の油圧の検出値に係る信号に基づいて、掘削用作業具が掘削動作を行う方向に作動しており、かつ、その作動油流入側の油圧の検出値が設定したしきい値以上であると判定されたとき、又は作業腕のクラウド動作に関係する信号及び作業腕用油圧シリンダにおける作動油流入側の油圧の検出値に係る信号に基づいて、作業腕がクラウド動作を行う方向に作動しており、かつ、その作動油流入側の油圧の検出値が設定したしきい値以上であると判定されたときに、作業機の作業状態が掘削作業の状態にあると前記判定手段で判定されるように構成したことを特徴とする建設機械の出来形情報処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の建設機械の出来形情報処理装置において、掘削作業中にオペレータが操作することができ操作時に操作信号を発する掘削作業用の操作手段を設けるとともに、この操作手段が発する操作信号を作業状態の判定手段へ入力するようにして、この操作信号が作業状態の判定手段へ入力されたときに作業機の作業状態が掘削作業の状態にあると前記判定手段で判定されるように構成したことを特徴とする建設機械の出来形情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削用作業具と作業腕とこれらを駆動する油圧シリンダとを有する作業機を設置した建設機械に使用され、掘削して形成された地形に関する情報を取得するようにした建設機械の出来形情報処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベルやブルドーザ等の掘削用の建設機械により掘削作業を行う建設施工現場では、掘削用の建設機械に設置した作業機に計測点としてのモニタポイントを予め設定し、作業機による作業時にこのモニタポイントに係る三次元位置を計測するようにした装置が最近多用されるようになっている。そして、この種の装置では、その三次元位置に関する計測結果に基づいて、作業機により掘削して形成された地形を割り出してこの地形の各点の三次元位置を算出し、これより、掘削して形成された地形に関する情報を取得するようにしている。本明細書では、こうした掘削して形成された地形を「出来形」と称し、この出来形に関する情報を取得する装置を「出来形情報処理装置」と称する。
【０００３】
建設機械で掘削作業を実施する際には、未掘削状態の施工予定区域における多数の計測点について三次元位置を計測して、各計測点の水平位置に対応する高さのデータすなわち原地形の三次元のデータを取得する。また、掘削して最終的に形成することを予定している地形すなわち目標地形について各点の三次元の位置を設定して目標地形のデータを作成する。前記出来形情報処理装置により出来形に関する情報を取得すれば、この情報を逐次関係者に伝達して前記の原地形のデータや目標地形のデータと対比できるようにすることにより、掘削作業の進捗状況を把握して施工の管理を容易に行うことができるとともに、オペレータの掘削作業を支援することもできる。
【０００４】
本発明は、こうした出来形に関する情報を取得する出来形情報処理装置を改良しようとするものである。この種の装置に係る技術は、これまで種々の技術が提案されているが、ここでは、特許文献１に記載の技術を従来の技術として位置付けてその技術内容を以下に概説する。その際、特許文献１で使用している用語や符号を括弧内に付記しながら、本発明と関連する部分の技術内容を中心に説明する。
【０００５】
この従来の技術に係る出来形情報処理装置は、特許文献１では「地形変更機械を操作するための装置」と称している。この従来の技術に係る装置は、実施例では、掘削動作を行って地中を掘削する掘削用作業具としてのバケット（４１２）と、このバケットに掘削動作を行わせる作業具用油圧シリンダとしてのバケットシリンダ（４１２Ａ）と、バケットを支持してクラウド動作を行う作業腕としてのアーム（スティック４１０）と、このアームにクラウド動作を行わせる作業腕用油圧シリンダとしてのアームシリンダ（スティックシリンダ４１０Ａ）と、アームを回動可能に支持するブーム（４０８）と、このブームを回動させるブームシリンダ（４０８Ａ）とを有する作業機（作業具４０４、ただし符号４０４は図示されていない。）を設置した建設機械としての鉱山ショベル（４０２）に使用されるものとして、例示的に説明されている。
【０００６】
この鉱山ショベル（４０２）には、バケット（４１２）のモニタポイント（このモニタポイントは特許文献１の図１０及びその説明に照らしてバケットの先端であると推認できる。）の三次元位置を計測できる位置決めシステムが設けられている。この位置決めシステムは、衛星からの位置情報を受信するＧＰＳレシーバ（３１２）、その位置情報を処理するコンピュータ（３１６）、このコンピュータで処理した位置情報をオペレータに伝達するオペレータディスプレー（３２２）等を備え、バケットの三次元位置の計測結果に基づいて、作業機（作業具４０４）により掘削して形成された地形に関する情報を取得してその地形をオペレータディスプレーに表示できるようにしている。
【特許文献１】特開平１１ー３６３７３号公報（第４−８頁、第３−１０図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この特許文献１に記載の従来の技術では、作業機（作業具４０４）の掘削用作業具（バケット（４１２））が作業現場上を通過したときに作業機が掘削作業を行っているものとみなして、掘削用作業具のモニタポイント（バケット（４１２）の先端）の移動軌跡における各点の三次元位置の計測結果に基づいて掘削用作業具の掘削経路を割り出し、出来形（掘削して形成された地形）に関する情報を取得するようにしている。しかしながら、掘削用作業具が作業現場上を通過している場合であっても、例えば、バケットを地面に接触させないで掘削する「空掘り掘削」を行うことも間々あるから、掘削用作業具が作業現場上を通過しているからといって、作業機が現実に掘削作業を行っているとは限らない。そのため、従来の技術に係る装置により出来形に関する情報を取得すると、実際とはかけ離れた不正確な出来形に関する情報がオペレータや施工の管理者に伝達されてオペレータへの掘削作業の支援や施工の管理を適切に行えなくなる恐れがある。
【０００８】
本発明は、こうした従来の技術にみられる問題を解決するために創作されたものであって、その目的は、出来形に関する情報を従来の技術よりも正確に取得することができる建設機械の出来形情報処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、こうした目的を達成するため、次のように構成した。
【００１０】
掘削動作を行って地中を掘削する掘削用作業具とこの掘削用作業具に掘削動作を行わせる作業具用油圧シリンダと掘削用作業具を支持してクラウド動作を行う作業腕とこの作業腕にクラウド動作を行わせる作業腕用油圧シリンダとを有する作業機を設置した建設機械に使用され、作業機に予め設定したモニタポイントに係る三次元位置の計測結果に基づいて、作業機により掘削して形成された地形に関する情報を取得するようにした建設機械の出来形情報処理装置において、
建設機械が発する信号に基づいて、作業機の作業状態が掘削作業の状態にあるか否を判定する作業状態の判定手段を設け、作業機の作業状態が掘削作業の状態にあると前記判定手段で判定されたときに、前記モニタポイントに係る三次元位置の計測結果に基づいて前記地形に関する情報を取得するように構成した。
【００１１】
本発明に係る建設機械の出来形情報処理装置は、特に、作業状態の判定手段を設けて、この判定手段により作業機の作業状態が掘削作業の状態にあると判定されたときに、作業機に設定したモニタポイントに係る三次元位置の計測結果に基づいて、出来形（掘削して形成された地形）に関する情報を取得するように構成したので、従来の技術とは異なり、作業機が現実に掘削作業を行っているときにだけ、出来形に関する情報を取得することが可能となる。したがって、本建設機械の出来形情報処理装置によれば、出来形に関する情報を従来の技術よりも正確に取得することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以下の説明から明らかなように、本発明に係る建設機械の出来形情報処理装置にあっては、前記の「課題を解決するための手段」の項に示したように構成しているので、出来形に関する情報を従来の技術よりも正確に取得することができる。その結果、実際とはかけ離れた不正確な出来形に関する情報がオペレータや施工の管理者に伝達されるという従来の技術にみられる問題は解消されて、オペレータへの掘削作業の支援や施工の管理を適切に行うことができる。
【００１３】
本発明に係る建設機械の出来形情報処理装置を具体化する場合に、特に、特許請求の範囲の請求項２に記載のように具体化すれば、作業機の作業状態が実際に掘削作業の状態にあるか否かの判定をきわめて確実に行うことができる。すなわち、作業状態の判定手段では、作業具用油圧シリンダや作業腕用油圧シリンダおける作動油流入側の油圧の検出値がしきい値以上であるか否かを判定することにより、その作動油流入側の油圧が掘削作業を行うときの負荷圧にまで上昇しているか否か検知することに加え、掘削用作業具や作業腕が掘削動作やクラウド動作を行う方向に作動しているか否かを判定することにより、その負荷圧の上昇が掘削作業に起因するものであるか否かを確認して、作業機の作業状態が実際に掘削作業の状態にあるか否かを二重の判定条件により確認するようにしているので、作業状態の判定手段での作業状態の判定をきわめて確実に行うことができる。
【００１４】
また、こうした判定を行うために作業状態の判定手段へ入力する各種信号は、作業機の操作時に検出手段から自ずと得られる信号であるので、出来形に関する情報を、オペレータに格別の負担をかけることなく自動的に取得することができる。さらに、出来形に関する情報を、このように自動的に取得することができて掘削作業中に絶え間なく取得することができるので、この取得した情報を、掘削作業をしているオペレータにリアルタイムに伝達することにより、オペレータの掘削作業を支援することもできる。
【００１５】
本発明に係る建設機械の出来形情報処理装置を具体化する場合に、特に、特許請求の範囲の請求項３に記載のように具体化しても、作業機の作業状態が実際に掘削作業の状態にあるか否かの判定をきわめて確実に行うことができる。すなわち、作業状態の判定手段では、作業機の作業状態が掘削作業の状態にあることを判定する場合、掘削作業の当事者であるオペレータが実際に掘削作業を行ったときに操作する掘削作業用の操作手段の操作信号により判定するようにしているので、作業機の作業状態が実際に掘削作業の状態にあるか否かの判定をきわめて確実に行うことができる。
【００１６】
また、出来形に関する情報を取得する場合、例えば、当該個所の掘削作業が一段落したときに取得する等、掘削作業の実施者であるオペレータが合理的な判断により適切なタイミングで取得することが可能となるので、出来形に関する情報について、究極的に有用な情報を選択して無駄なく取得することができる。さらに、本建設機械の出来形情報処理装置では、格別の検出手段を設けることを要せず、掘削作業用の操作手段を設ければ済み、作業状態の判定手段では、この操作手段からの操作信号の入力の有無だけを判定すれば足るので、きわめてシンプルに構成することができる。
【００１７】
施工現場の地勢や土質によっては、掘削部位へ周辺土砂が流入して、出来形が経時的に変化することもあるが、掘削作業用の操作手段を設けた本建設機械の出来形情報処理装置では、こうした出来形の経時的変化の有無を確認することもできる。すなわち、地山を掘削してから適当な時間が経過した後に、オペレータが掘削用作業具を掘削後の地山に押し付けて掘削作業用の操作手段を操作することにより、作業機のモニタポイントに係る三次元位置の計測結果に基づく出来形に関するデータを取得して出来形の経時的変化の有無を確認することができる。掘削作業の終了後、こうした作業を要所要所で実施することにより、当該施工現場での出来形の経時的変化の有無を確認して、実際の出来形に関する三次元位置の情報を一層正確に取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明が実際上どのように具体化されるのかを図１乃至図１１に基づいて説明することにより、本発明を実施するための望ましい形態を明らかにする。
【００１９】
まず、図１乃至図３に基づき、本発明に係る建設機械の出来形情報処理装置を具現するためのシステムの一例について説明する。図１は、本発明に係る建設機械の出来形情報処理装置を使用した建設機械の一例を示す斜視図、図２は、本発明を具体化して構成した建設機械の出来形情報処理装置の一例を示すブロック図、図３は、図２の建設機械の出来形情報処理装置に関連して設置された管理事務所内に配備されたシステムの一例を示すブロック図である。
【００２０】
本発明を具体化して構成した以下に述べる建設機械の出来形情報処理装置は、すでに述べた従来の技術に係る装置と同様、掘削動作を行って地中を掘削する掘削用作業具と、この掘削用作業具に掘削動作を行わせる作業具用油圧シリンダと、掘削用作業具を支持してクラウド動作を行う作業腕と、この作業腕にクラウド動作を行わせる作業腕用油圧シリンダとを有する作業機を設置した建設機械に使用される。そして、こうした掘削用作業具及び作業腕やこれらを駆動する油圧シリンダを有する作業機を設置した建設機械に使用することにより、従来の技術に係る装置と同様、作業機に予め設定したモニタポイントに係る三次元位置の計測結果に基づいて、作業機により掘削して形成された地形すなわち出来形に関する情報を取得する。ここでは、こうした出来形情報処理装置を使用する建設機械が油圧ショベルである場合を例にして、以下の説明を行う。
【００２１】
図１の建設機械について説明すると、１は掘削作業等を行う自走式の建設機械としての油圧ショベル、２は上部旋回体３を設置するための基台となり作業現場を走行することが可能な下部走行体、３はこの下部走行体２上に旋回可能に搭載された旋回フレームとこの旋回フレームの上部に設置された諸装置とからなる上部旋回体、４は土砂の掘削作業や積載作業等を行うための油圧ショベル１のフロント作業機、５は後端部が上部旋回体３の前部に垂直方向に回動（傾動）可能に軸着されて設置されたブーム、６は後端部がこのブーム５の前端部に垂直方向に回動（揺動）可能に軸着されたアーム、７はこのアーム６の前端部に垂直方向に回動可能にかつ着脱可能に軸着されたバケット、８は伸縮させてブーム５を垂直方向に回動させるように駆動するブームシリンダ、９は同じく伸縮させてアーム６を回動させるように駆動するアームシリンダ、１０は同じく伸縮させてバケット７を回動させるように駆動するバケットシリンダである。
【００２２】
油圧ショベル１は、大別すると、エンドレスチェーン状のクローラベルトにより走行する一対のクローラ式走行体を左右に備えた下部走行体２と、運転室１１や油圧駆動・制御用の機器等の諸装置を旋回フレーム上に設置して構成された上部旋回体３と、フロント作業機４とからなり、種々の作業を行うが、主たる作業として地山の掘削作業を行う。フロント作業機４は、ブーム５、アーム６及びバケット７と、これらをそれぞれ回動させるように駆動するためのブームシリンダ８、アームシリンダ９及びバケットシリンダ１０とを設けて構成され、運転室の右側に設置されている。
【００２３】
油圧ショベル１を掘削作業用の建設機械としてみると、バケット７は、掘削動作を行って地中を掘削する掘削用作業具としての働きをし、アーム６は、この掘削用作業具としてのバケット７を支持してクラウド動作を行う作業腕としての働きをする。また、バケットシリンダ１０は、掘削用作業具に掘削動作を行わせる作業具用油圧シリンダとしての働きをし、アームシリンダ９は作業腕にクラウド動作を行わせる作業腕用油圧シリンダとしての働きをする。ここで、「クラウド動作」とは、アーム６を回動させてバケット７に掘削土砂を詰め込むためのアームの回動動作（押出し動作）を意味する。
【００２４】
１１は下部走行体２やフロント作業機４の操縦等、油圧ショベルの操縦を行うための運転室、２１はブーム５の回動角度（ブーム角度）を検出するブーム角度センサ、２２はブーム５に対するアーム６の回動角度（アーム角度）を検出するアーム角度センサ、２３はアーム６に対するバケット７の回動角度（バケット角度）を検出するバケット角度センサ、２４は上部旋回体３のピッチ方向（前後方向）の傾斜角度（ピッチ角度）を検出する傾斜角度センサ、２５は下部走行体２に対する上部旋回体３の回動角度（旋回角度）を検出する旋回角度センサ、３１，３２は後述する建設機械側（出来形情報処理装置２００側、図２参照）のＧＰＳ受信機４３，４４の無線アンテナ、３３は後述するＧＰＳ受信機５５（図３参照）で作成した補正データに係る信号を受信する建設機械側の無線機４１の無線アンテナ、３４は後述する建設機械側の送信用の無線機４７（図２参照）の無線アンテナである。
【００２５】
ブーム角度センサ２１、アーム角度センサ２２、バケット角度センサ２３及び傾斜角度センサ２４は、後述するように、フロント作業機４に設定したモニタポイントに係る三次元位置を計測するために設けている。旋回角度センサ２５は、上部旋回体３に対する下部走行体２の向きを計測するために設けたものであって、こうしたモニタポイントに係る三次元位置の計測には関係しない。図１には図示していないが、油圧ショベル１には、以上述べた計器のほか、掘削作業中にオペレータにより操作されて作業機の作業状態が掘削作業の状態にあることを伝える掘削スイッチ３５（図２参照）を運転室１１に設けている。また、図２に示す出来形情報処理装置２００が設置されることと関連して、こうした掘削スイッチ３５に加えて種々の圧力センサを設けている。これらについては、出来形情報処理装置２００について説明をする際に詳述する。
【００２６】
そこで、図２に基づき、出来形情報処理装置２００の具体的な仕組みについて説明をする。
【００２７】
図２において、２１，２２，２３は既述のフロント角度センサ（ブーム角度センサ、アーム角度センサ、バケット角度センサ）、２４は上部旋回体３のピッチ角度を検出する既述の傾斜角度センサ、２５は上部旋回体３の旋回角度を検出する既述の旋回角度センサ、２６はアームシリンダ９のボトム側の圧力の値を検出するアームシリンダの圧力センサ、２７はバケットシリンダ１０のボトム側の圧力の値を検出するバケットシリンダの圧力センサ、２８はアームシリンダ９のボトム側に圧油を供給するようにアームシリンダ用の方向切換弁を切り換えるためのパイロット圧力の値を検出するクラウド動作検出用のパイロット圧力センサ、２９はバケットシリンダ１０のボトム側に圧油を供給するようにバケットシリンダ用の方向切換弁を切り換えるためのパイロット圧力の値を検出する掘削動作検出用のパイロット圧力センサである。
【００２８】
クラウド動作は、バケット７に掘削土砂を詰め込むようにアーム６を回動させる動作であって、アームシリンダ９のボトム側に圧油を供給してアームシリンダ９を伸長させることにより初めて果たすことができるから、少なくとも、アームシリンダ９のボトム側に圧油を供給するようにアームシリンダ用の方向切換弁が切り換えられていないと、クラウド動作を行うことはできない。こうしたことから、クラウド動作検出用のパイロット圧力センサ２８は、アームシリンダ用の方向切換弁を切り換えるためのパイロット圧力を検出することにより、この方向切換弁の切り換え状態がクラウド動作を行い得る状態にあるか否かの判定をするために設けられたものである。こうした判定をする場合、後述する図１０の例では、前記パイロット圧力が所定値以上であるか否かも加味するようにしている。
【００２９】
掘削動作は、地中を掘削するようにバケット７を回動させる動作であって、バケットシリンダ１０のボトム側に圧油を供給してバケットシリンダ１０を伸長させることにより初めて果たすことができるから、少なくとも、バケットシリンダ１０のボトム側に圧油を供給するようにバケットシリンダ用の方向切換弁が切り換えられていないと、掘削動作を行うことはできない。こうしたことから、掘削動作検出用のパイロット圧力センサ２９は、バケットシリンダ用の方向切換弁を切り換えるためのパイロット圧力を検出することにより、この方向切換弁の切り換え状態が掘削動作を行い得る状態にあるか否かの判定をするために設けられたものである。こうした判定をする場合、後述する図１０の例では、前記パイロット圧力が所定値以上であるか否かも加味するようにしている。
【００３０】
掘削土砂が実際にバケット７に詰め込まれているときには、アーム６がクラウド動作を行った状態でアーム６に負荷がかかって、アームシリンダ９にある程度の負荷圧が発生する。アームシリンダの圧力センサ２６は、アームシリンダ９のボトム側の圧力値を検出することにより、こうしたアームシリンダ９の負荷圧の値を検出して、掘削土砂が実際にバケット７に詰め込まれているか否かを判定するために設けられたものである。バケット７で実際に地中を掘削しているときには、バケット７が掘削動作を行った状態でバケット７に負荷がかかって、バケットシリンダ１０にある程度の負荷圧が発生する。バケットシリンダの圧力センサ２７は、バケットシリンダ１０のボトム側の圧力値を検出することにより、こうしたバケットシリンダ１０の負荷圧の値を検出して、バケット７で実際に地中を掘削しているか否かを判定するために設けられたものである。
【００３１】
４１は無線アンテナ３３が付設され管理事務所５１（図３参照）で生成された補正データに係る信号を受信する無線機、４２は無線機４１で受信した補正データを一対のＧＰＳ受信機４３，４４に分配する分配機、４３，４４はＧＰＳアンテナ３１，３２がそれぞれ付設され各ＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置をそれぞれ計測するＧＰＳ受信機（図２ではＧＰＳ−Ａ，ＧＰＳ−Ｂと略記）である。
【００３２】
ＧＰＳ受信機４３，４４は、ＧＰＳ衛星の信号を受信して、その信号に基づいてＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置をそれぞれリアルタイムに計測する。そして、これらの計測結果に基づいて上部旋回体３の三次元の位置（例えば旋回フレーム上面と旋回中心軸線との交点（後述する図５中の原点Ｏ３）のような基準点となる上部旋回体３の位置）が演算により計測される。ＧＰＳアンテナ３１とＧＰＳ受信機４３、ＧＰＳアンテナ３２とＧＰＳ受信機４４は、それぞれ１セットのＧＰＳを構成し、各ＧＰＳアンテナ３１，３２は、図１に示すように、上部旋回体３の旋回中心から外れた上部旋回体３後部の左右に配置される。ところで、ＧＰＳ衛星の信号に基づいて計測されたＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測値には、ある程度の誤差が不可避的に生じるため、ここでは、こうした誤差を補正して高精度の計測を行い得るようにしている。そのため、管理事務所５１から送られた補正データを無線機４１で受信してＧＰＳ受信機４３，４４に入力するようにしていが、この点の詳細については後述する。
【００３３】
４５は各種センサの検出結果等に関する種々のデータや掘削スイッチ３５の操作信号が入力されて集約されるコントローラ、４６はこのコントローラ４５から送られた種々のデータに基づいてフロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置を演算により計測しその計測結果に基づいて出来形に関する情報を取得したり、その情報に基づいて種々の資料を作成したりする運転室１１内の車載コンピュータ、４６ａは出来形に関する情報等に基づいて作成された掘削作業の支援資料等の種々の資料を表示する車載コンピュータ４６のモニタ、４７は無線アンテナ３４が付設され車載コンピュータ４６での演算により得られた種々のデータを管理事務所５１へ送信する無線機、４８はオペレータにより携帯され運転室１１内の車載コンピュータ４６や管理事務所５１内のサーバコンピュータ５８（図３参照）とのデータの授受を行うＩＣカードである。
【００３４】
コントローラ４５は、フロント角度センサ２１，２２，２３、傾斜角度センサ２４及び旋回角度センサ２５の角度の検出値に関するデータ、アームシリンダの圧力センサ２６、バケットシリンダの圧力センサ２７、クラウド動作検出用のパイロット圧力センサ２８及び掘削動作検出用のパイロット圧力センサ２９の圧力の検出値に関するデータ、掘削スイッチ３５の操作信号並びにＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測値に関するデータを整理して、順次、車載コンピュータ４６に送る働きをする。この車載コンピュータ４６は、これらのデータや操作信号に基づいて種々の演算を行い、これに伴って種々の演算手段を備えているが、そのうち、本発明に直接関係する手段は、フロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置の計測手段（以下「モニタポイントの計測手段」という。）及びフロント作業機４の作業状態の判定手段（以下「作業状態の判定手段」という。）である。
【００３５】
モニタポイントの計測手段は、フロント角度センサ２１，２２，２３、傾斜角度センサ２４の角度の検出値及びＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測値に関するデータに基づいて、フロント作業機４に予め設定したモニタポイント（ここに示す例では、後述するようにバケット７に設定している。）に係る三次元位置を演算する。作業状態の判定手段は、フロント作業機４の作業状態が掘削作業の状態にあるか否を判定する。車載コンピュータ４６では、この作業状態の判定手段によりフロント作業機４の作業状態が掘削作業の状態にあると判定されたときに、モニタポイントの計測手段による前記モニタポイントに係る三次元位置の演算結果に基づいて、フロント作業機４により掘削して形成された地形すなわち出来形を割り出してこの出来形の各点の三次元位置を算出する。出来形情報処理装置２００は、こうして出来形に関する情報を取得するように構成しているが、これらの点の詳細については後述する。
【００３６】
車載コンピュータ４６は、こうした演算を行うほか、ＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の各計測値に関するデータに基づいて油圧ショベル１の位置を演算する。また、これらの計測値に関するデータや傾斜角度センサ２４や旋回角度センサ２５の角度の検出値に関するデータに基づいて油圧ショベル１の姿勢を演算する。無線機４７は、以上述べたフロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置や油圧ショベル１の位置や姿勢に関するデータ等、車載コンピュータ４６での演算により得られた所定のデータを管理事務所５１へ送信する。
【００３７】
ＩＣカード４８には、施工予定区域における原地形のデータや最終的な出来形である目標地形のデータが記憶されており、オペレータは、作業を開始するに際し、ＩＣカード４８を車載コンピュータ４６に接続してこれらのデータを入力する。この車載コンピュータ４６では、フロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置の計測結果から割り出した出来形に関するデータと油圧ショベル１の位置や姿勢に関するデータとＩＣカード４８から入力した原地形及び目標地形に関するデータとに基づき、現在の作業状況をオペレータに伝達するための適宜の支援情報を作り出して車載コンピュータ４６のモニタ４６ａに表示する。オペレータは、作業が終了したときには、このＩＣカード４８を車載コンピュータ４６に接続して、車載コンピュータ４６で得られた出来形に関するデータや所定のデータをＩＣカード４８に記録する。
【００３８】
図３に基づき、こうした出来形情報処理装置２００に付帯して設置された管理事務所５１について説明する。
【００３９】
図３において、５１はＧＰＳによる位置計測の精度を高めるための補正データや掘削作業の管理や支援に役立つ資料等の種々の情報を生成する管理事務所、５５はＧＰＳアンテナ５２が付設されＧＰＳ衛星の信号を受信して補正データを生成するＧＰＳ受信機、５６は無線アンテナ５３が付設されこのＧＰＳ受信機５５で生成された補正データを出来形情報処理装置２００の無線機４１へ送信する無線機、５７は無線アンテナ５４が付設され出来形情報処理装置２００の無線機４７からのデータを受信する無線機、５８はこの無線機５７で受信したデータを記憶し同データに基づいて油圧ショベル１やフロント作業機４の位置を表示したり掘削作業を管理したりするためのデータ等を演算してモニタ画面に表示することができるサーバコンピュータである。
【００４０】
管理事務所５１は、例えば、当該建設工事に係る施工会社の管理者等が管理し、ＧＰＳ衛星の信号を受信して、ＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置を高精度で計測できるようにするための補正データを生成する。また、出来形情報処理装置２００で生成された基礎的な各種データや原地形及び目標地形に関するデータを保存し、これらのデータに基づいて、施工を管理するための管理データやオペレータの掘削作業の遂行に役立つデータ等、種々の資料を作成する。無線アンテナ５２とＧＰＳ受信機５５は、１セットのＧＰＳを構成し、補正データを生成するために設置される。
【００４１】
すでに述べたように、ＧＰＳ衛星の信号に基づいてＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置をＧＰＳ受信機４３，４４で計測したときに若干の誤差が生じるため、管理事務所５１では、周知の手法で補正データを生成する。その手法について概説すると、管理事務所５１では、ＧＰＳ受信機５５の無線アンテナ５２の実際の地球上の三次元位置（緯度、経度、高度）を予め正確に測定して確定した上で、別途、ＧＰＳ衛星の信号に基づいてこの無線アンテナ５２の三次元位置をＧＰＳ受信機５５により計測する。そうすると、ＧＰＳ受信機５５による無線アンテナ５２の位置の計測結果が同アンテナ５２の実際の正確な位置に対してどの程度の誤差があるのかを求めることができるので、この誤差に基づいて補正データを生成することができる。
【００４２】
この補正データは、無線機５６を通じて出来形情報処理装置２００の無線機４１へ一定周期で送信されてＧＰＳ受信機４３，４４にそれぞれ入力される。ＧＰＳ受信機４３，４４では、同受信機４３，４４での計測結果を補正データで補正してＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置を高精度でリアルタイムに計測するＲＴＫ（リアルタイム・キネマティック）計測を行う。こうしたＲＴＫ計測により、ＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置を約±１〜２ｃｍの精度で計測することができる。
【００４３】
無線機５７には、出来形情報処理装置２００からのフロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置や油圧ショベル１の位置や姿勢に関するデータを受信してサーバコンピュータ５８に入力されるが、サーバコンピュータ５８では、これらのデータを保存するとともに、これらのデータに基づいて種々の資料を作成して同コンピュータ５８のモニタ画面に表示し、これにより、油圧ショベル１による掘削作業の状態を管理事務所５１で看視することができる。また、サーバコンピュータ５８には、予め計測された原地形に関するデータや予め設定された目標地形に関するデータが記憶されている。このサーバコンピュータ５８には、ＩＣカード４８が接続できるようになっており、原地形及び目標地形に関するデータをＩＣカード４８へ入力したり、車載コンピュータ４６からＩＣカード４８へ入力された当該オペレータの施工領域に係る出来形等に関する所定のデータを出力したりすることができるようになっている。
【００４４】
次に、フロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置を演算するためのモニタポイントの計測手段や油圧ショベル１の位置及び姿勢を演算するための計測手段について、図４乃至図９を用いて説明する。
【００４５】
図４は、グローバル座標系の概要を示す斜視図、図５は、フロント作業機のモニタポイントと油圧ショベルの位置及び姿勢とを演算するために使用する座標系を示す斜視図、図６は、フロント作業機のモニタポイントの位置と油圧ショベルの位置及び姿勢とを演算する手順を示す流れ図、図７は、車載コンピュータ及びサーバコンピュータのモニタ画面に表示される画像の一例を示す鳥瞰図、図８は、地形に関するデータを表現する方法の一例を示す斜視図、図９は、フロント作業機に設定するモニタポイントの設定例を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【００４６】
フロント作業機４のモニタポイントの位置と油圧ショベル１の位置及び姿勢に関する計測値は、グローバル座標系で算出し、最終的には、その算出結果をローカル平面直角座標系の値に変換して求める。ローカル平面直角座標系とは、測量法で定められた座標系である。すなわち、日本全土を１９区域に区分して各区域内を平面とみなした直角座標系であり、それぞれの分割区域の特定の個所に原点を有する三次元直交座標であって、位置を東西方向、南北方向及び高さ方向の三次元データで表すものである。最終的な位置や姿勢の計測値は、ローカル平面直角座標系で表す代わりにＵＴＭ座標系で表してもよく、施工区域が狭い場合には、緯度、経度及び高さで表すこともできる。
【００４７】
グローバル座標系は、ＧＰＳにおいて高さの基準として用いている準拠楕円体に設定した座標系である。このグローバル座標系の概念を図４に基づいて概説する。
【００４８】
同図において、ＧはＧＰＳで用いている準拠楕円体であり、グローバル座標系Σ０（後述する図５でこの座標系に符号Σ０を付している。）の原点Ｏ０は、準拠楕円体Ｇの中心に設定されている。このグローバル座標系Σ０のｘ０軸方向は、赤道Ａ及び子午線Ｂの交点Ｃと準拠楕円体Ｇの中心とを通る線上に位置し、ｚ０軸方向は、準拠楕円体Ｇの中心から南北に延ばした線上に位置し、ｙ０軸方向は、ｘ０軸とｚ０軸とに直交する線上に位置している。ＧＰＳでは、地球上の位置を緯度と経度と準拠楕円体Ｇに対する高さとで表すので、こうしたグローバル座標系Σ０を使用することにより、ＧＰＳでの三次元位置の計測値に関するデータをグローバル座標系Σ０の値に簡単に変換することができる。こうした変換を行うための演算式は、よく知られているので、ここでは説明を省略する。
【００４９】
以上を確認の上、出来形情報処理装置２００の車載コンピュータ４６により、フロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置を演算したり、油圧ショベル１の位置及び姿勢を演算したりする手法を図５及び図６に基づいて説明する。
【００５０】
フロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置を演算する手法について以下に説明する際に、ここでは、そのモニタポイントをバケット７の先端に一個所設定した場合を例にして説明するが、モニタポイントは、後述するように、バケット７の先端以外のフロント作業機４の個所や複数個所に設定することもできる。その場合にも、以下に説明する手法に準じてモニタポイントに係る三次元位置を演算することができる。
【００５１】
図５において、Σ０は、準拠楕円体Ｇの中心に原点Ｏ０を有するグローバル座標系、Σ３は、油圧ショベル１の上部旋回体３に固定され、上部旋回体３の基盤をなす旋回フレームにおける上面と上部旋回体３の旋回中心軸線との交点に原点Ｏ３を有する上部旋回体座標系、Σ７は、バケット７に固定され、バケット７の先端（フロント作業機４のモニタポイント）に中心Ｏ７を有するバケット先端座標系である。図５中、Ｏｃは、下部走行体２が接地している地面と上部旋回体３の旋回中心軸線との交点である。なお、フロント作業機４に複数のモニタポイントを設定して各モニタポイントに係る三次元位置を演算する場合には、各モニタポイントをそれぞれ中心とするバケット先端座標系Σ７に準じた座標系を複数設定して、以下の手法に準じて演算すればよい。
【００５２】
各ＧＰＳアンテナ３１，３２に対する上部旋回体座標系Σ３の原点Ｏ３の位置関係は、距離ｘｇａ，ｘｇｂ，ｙｇａ，ｙｇｂ，ｚｇａ，ｚｇｂが定まっていて既知であることから、グローバル座標系Σ０での上部旋回体座標系Σ３の位置及び姿勢（上部旋回体３の方向）は、グローバル座標系Σ０でのＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置と油圧ショベル１（上部旋回体３）のピッチ角度θ２とが分かれば、演算により求めることができる。また、上部旋回体座標系Σ３の原点Ｏ３に対する前記の交点Ｏｃの位置関係は、距離αｃが定まっていて既知であることから、上部旋回体座標系Σ３での下部走行体２の位置及び姿勢は、下部走行体２に対する上部旋回体３の回動角度すなわち旋回角度θｓｗが分かれば、演算により求めることができる。これらのことから、ＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測値と傾斜角度センサ２４によるピッチ角度θ２の検出値と旋回角度センサ２５による旋回角度θｓｗの検出値とが得られれば、油圧ショベル１の位置及び姿勢（上部旋回体３の位置及び姿勢と下部走行体２の姿勢、下部走行体２の位置は上部旋回体３の位置と同じ。）を演算により求めることができる。
【００５３】
一方、上部旋回体座標系Σ３の原点Ｏ３に対するブーム５の基端の位置関係は、距離α３，α４，β４、ブーム５の寸法α５、アーム６の寸法α６及びバケット７の寸法α７が定まっていて既知であることから、上部旋回体座標系Σ３でのバケット先端座標系Σ７の位置及び姿勢は、ブーム角度θ５とアーム角度θ６とバケット角度θ７とが分かれば、演算により求めることができる。そして、前記したように、グローバル座標系Σ０での上部旋回体座標系Σ３の位置及び姿勢は、グローバル座標系Σ０でのＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置と油圧ショベル１のピッチ角度θ２に基づいて求めることができるので、結局、ＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測値と傾斜角度センサ２４によるピッチ角度θ２の検出値とフロント角度センサ２１，２２，２３によるブーム角度θ５、アーム角度θ６及びバケット角度θ７の各検出値とが得られれば、モニタポイントとしてのバケット７の先端位置を演算により求めることができる。
【００５４】
以上のことから、ＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測値とフロント角度センサ２１，２２，２３によるブーム角度θ５、アーム角度θ６及びバケット角度θ７の各検出値と傾斜角度センサ２４及び旋回角度センサ２５によるピッチ角度θ２及び旋回角度θｓｗの各検出値とを車載コンピュータ４６に入力して、これらの計測値や検出値を取捨選択しながら用いて車載コンピュータ４６で座標変換演算を行うことにより、油圧ショベル１の位置及び姿勢やバケット７の先端位置をグローバル座標系Σ０の値で求めることができる。これらの値は、前述したように、最終的にはローカル平面直角座標系の値に変換される。
【００５５】
図６に基づき、バケット７の先端位置（モニタポイントの位置）と油圧ショベル１の位置及び姿勢とを演算する手順について説明する。
【００５６】
油圧ショベル１で作業を開始すると、ＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測値が車載コンピュータ４６に入力される。そして、車載コンピュータ４６では、まず、ステップＳ１０において、ＧＰＳアンテナ３１の三次元位置の計測値をグローバル座標系Σ０の値０Ｐ１に変換する。同様にして、ステップＳ２０において、ＧＰＳアンテナ３２の三次元位置の計測結果もグローバル座標系Σ０の値０Ｐ２に変換する。次いで、ステップＳ３０において、傾斜角度センサ２４によるピッチ角度θ２の検出値を車載コンピュータ４６に入力する。
【００５７】
しかる後、ステップＳ４０において、車載コンピュータ４６では、記憶装置に予め記憶されている、各ＧＰＳアンテナ３１，３２に対する上部旋回体座標系Σ３の原点Ｏ３の位置関係を特定するための距離ｘｇａ，ｘｇｂ，ｙｇａ，ｙｇｂ，ｚｇａ，ｚｇｂのデータを使用しながら、ステップＳ１０，Ｓ２０でそれぞれ求めたグローバル座標系Σ０でのＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の値０Ｐ１，０Ｐ２とステップＳ３０で入力したピッチ角度θ２の検出値とに基づいて、上部旋回体座標系Σ３の位置及び姿勢を演算によりグローバル座標系Σ０の値０Σ３で求める。この演算は、座標変換であって、一般的な数学的手法により行うことができる。以上により、油圧ショベル１の位置や姿勢の一つである上部旋回体３の位置や姿勢をグローバル座標系Σ０で求めることができる。また、こうして求めた前記のグローバル座標系Σ０の値０Σ３は、後述するように、油圧ショベル１の位置や姿勢の他の一つである下部走行体２の姿勢とバケット７の先端位置とを演算するためのデータとしても利用される。
【００５８】
次に、ステップＳ５０において、旋回角度センサ２５による旋回角度θｓｗの検出値を車載コンピュータ４６に入力し、この旋回角度θｓｗの検出値とステップＳ４０で求めたグローバル座標系Σ０の値０Σ３とに基づいて、下部走行体２の姿勢３Ｐ４を演算によりグローバル座標系Σ０で求める。また、ステップＳ６０において、フロント角度センサ２１，２２，２３によるブーム角度θ５、アーム角度θ６及びバケット角度θ７の各検出値を車載コンピュータ４６に入力する。そして、記憶装置に予め記憶されている、上部旋回体座標系Σ３の原点Ｏ３に対するブーム５の基端の位置関係を特定するための距離α３，α４，β４及び寸法α５，α６，α７のデータを使用しながら、そのブーム角度θ５、アーム角度θ６及びバケット角度θ７の各検出値に基づいて、バケット７の先端位置３Ｐ７を演算により上部旋回体座標系Σ３で求める。この演算は、座標変換であって、一般的な数学的手法により行うことができる。
【００５９】
しかる後、ステップＳ７０に移行し、前段のステップＳ６０において上部旋回体座標系Σ３で求めたバケット７の先端位置３Ｐ７とステップＳ４０で求めたグローバル座標系Σ０の値０Σ３とに基づいて、グローバル座標系Σ０でのバケット７の先端位置０Ｐ７を演算によりで求める。次いで、ステップＳ８０に移行し、グローバル座標系Σ０で求めた上部旋回体座標系Σ３の位置及び姿勢とバケット７の先端位置０Ｐ７とを前述のローカル平面直角座標系で求める。その結果、油圧ショベル１の位置及び姿勢とバケット７の先端位置に係る計測結果を、わが国で慣用されているローカル平面直角座標系での三次元位置のデータの形式で得ることができる。
【００６０】
こうして得られた油圧ショベル１の位置及び姿勢とバケット７の先端位置に係る計測結果に基づいて、油圧ショベル１の操縦時の外観と出来形に関するデータをそれぞれ割り出し、まず、ステップＳ９０において、車載コンピュータ４６の記憶装置に記憶されている過去の出来形に関するデータを更新する（書き換える）。次いで、Ｓ１００において、油圧ショベル１の操縦時の外観及び出来形に関するデータに基づいて油圧ショベル１及び出来形を画像化し、更新された出来形を含む地形に係る画像を、油圧ショベル１に係る画像と重ね合わせて車載コンピュータ４６のモニタ４６ａに表示する。
【００６１】
図７は、目標地形１０１や出来形１０２等の地形１００に油圧ショベル１を併せて表示したモニタ画面の画像の一例を示し、こうした画像は、車載コンピュータ４６やサーバコンピュータ５８のモニタ画面に表示する。図７では、地形１００と油圧ショベル１との位置関係を分かりやすくするために鳥瞰図で表示しており、これにより、効率的かつ安全に作業を遂行することができる。なお、必要に応じて平面図や側面図を選択的に表示できるようにしてもよく、地図データを表示できるようにしてもよい。また、地形１００は、ＴＩＮ（不規則三角網）や矩形格子等の形態で立体的に表現することもできる。
【００６２】
図８は、目標地形１０１、出来形１０２、原地形のような地形１００に関する三次元データを表現する手法を例示したものである。地形を構成する各点は、既述のローカル平面直角座標系で求められており、東西方向Ｅ、南北方向Ｎ及び高さ方向Ｈの三次元の座標点で表されている。こうして表現された地形１００の地山が掘削されると、掘削された地山の地形１００を構成する各点における高さ方向Ｈを、掘削された深さ分だけ削減して表示することにより地形１００を更新することとする。
【００６３】
図９は、モニタポイントをバケット７に設定する場合の例を示したもので、ここに示す例では、バケット７の先端部の両端にモニタポイントＰ１ａ，Ｐ１ｂを設定し、バケット７の後部の両端にＰ２ａ，Ｐ２ｂを設定している。このようにモニタポイントをバケット７の要所に数多く設定すると、掘削動作時におけるバケット７の掘削経路を正確に割り出すことができて、油圧ショベル１での出来形に関する情報を精度良く取得することができる。モニタポイントの数を増減すると、車載コンピュータ４６で処理すべきデータの容量も増減するので、モニタポイントの設定数は、経済性も考慮しながら適宜選択する。
【００６４】
モニタポイントは、バケット７だけに限らずアーム６に設定することもでき、特にアーム６の先端部に設定すると良い。この場合でも、フロント作業機４による掘削作業時のアーム６の先端部の三次元位置を計測すると、地中を掘削しているときのバケット７の掘削動作を推定することができるので、バケット７による掘削深さを概算で算定することができる。モニタポイントは、アーム６に設定すると、掘削作業時に地山の障害物に接触して損傷しやすいバケット角度センサ２３を用いないで出来形に関する情報を取得することができるので、バケット角度センサ２３の故障に備えて、予備として付加的にアーム６に設定しておくこともできる。
【００６５】
最後に、フロント作業機４の作業状態が掘削作業の状態にあるか否を判定する車載コンピュータ４６の作業状態の判定手段について、図１０及び図１１を用いて説明する。図１０は、作業状態の判定手段に関する第１の例の作用を説明するための流れ図、図１１は、作業状態の判定手段に関する第２の例の作用を説明するための流れ図である。
【００６６】
図１０に基づき、作業状態の判定手段の第１の例について説明すると、まず、ステップＳ１００１において、出来形更新フラグをオフにしてリセットする。そうすると、ステップＳ１００２に移行して、車載コンピュータ４６では、クラウド動作検出用のパイロット圧力センサ２８によるパイロット圧力の検出値が予め設定したしきい値（閾値）以上であるか否かの判定を行って、アームシリンダ用の方向切換弁の切り換え状態がクラウド動作を行い得る状態にあるか否かを判別する。また、こうした判定と並行して、クラウド動作時におけるアームシリンダ９の作動油流入側すなわちアームシリンダ９のボトム側の圧力についてのアームシリンダの圧力センサ２６での検出値が予め設定したしきい値以上であるか否かの判定を行って、掘削土砂が実際にバケット７に詰め込まれているか否かを判別する。その結果、これらの判定結果が何れもしきい値以上であってＹＥＳのときには、作業状態が掘削作業の状態にあるものと判断してステップＳ１００５に移行する。
【００６７】
ステップＳ１００５では、出来形更新フラグがオンの状態になっているか否か、すなわち、フロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置の計測結果に基づいて出来形に関するデータを取得して出来形に関するデータを更新し得るような状態になっているか否かの判定をして、その判定結果がＹＥＳのときには、ステップＳ１００７に移行して過去の出来形に関するデータを更新する。また、その判定結果がＮＯのときには、ステップＳ１００６に移行して出来形更新フラグをオンにする。そうすると、再度、当初のステップＳ１００２に移行して同ステップでの判定が行われるが、その判定結果は、特段の事情でもない限り、当然ＹＥＳとなるので、ステップＳ１００５に移行する。このとき、出来形更新フラグは、前記ステップＳ１００６での処理によりすでにオンにされているので、ステップＳ１００７に移行して過去の出来形に関するデータを更新する。
【００６８】
一方、ステップＳ１００２での判定結果がＮＯのときには、ステップＳ１００３に移行して、車載コンピュータ４６では、掘削動作検出用のパイロット圧力センサ２９によるパイロット圧力の検出値が予め設定したしきい値以上であるか否かの判定を行って、バケットシリンダ用の方向切換弁の切り換え状態が掘削動作を行い得る状態にあるか否かを判別する。また、こうした判定と並行して、掘削動作時におけるバケットシリンダ１０の作動油流入側すなわちバケットシリンダ１０のボトム側の圧力についてのバケットシリンダの圧力センサ２７での検出値が予め設定したしきい値以上であるか否かの判定を行って、バケット７により実際に地中の掘削が行われているか否かを判別する。
【００６９】
その結果、これらの判定結果が何れもしきい値以上であってＹＥＳのときには、フロント作業機４の作業状態が掘削作業の状態にあるものと判断してステップＳ１００５に移行し、以後、ステップＳ１００６又はステップＳ１００７に移行して、すでに述べた過程と同様の過程をたどる。また、ステップＳ１００３での判定結果がＮＯのときには、ステップＳ１００４に移行して出来形更新フラグをオフにし、しかる後、再度、当初のステップＳ１００２に移行して、以後、以上述べた手順を繰り返す。以上述べた処理は、短い周期で周期的に実行される。
【００７０】
アームシリンダ用の方向切換弁の切り換え状態がクラウド動作を行い得る状態にあるか否かを判別するためのパイロット圧力センサ２８の検出値によるステップＳ１００２での判定は、帰するところ、アーム６がクラウド動作を行う方向に作動しているか否かを判別するためのものである。また、バケットシリンダ用の方向切換弁の切り換え状態が掘削動作を行い得る状態にあるか否かを判別するためのパイロット圧力センサ２９の検出値によるステップＳ１００３での判定は、帰するところ、バケット７が掘削動作を行う方向に作動しているか否かを判別するためのものである。したがって、ステップＳ１００２での判定やステップＳ１００３での判定を行う代わりに、アーム角度センサ２２やバケット角度センサ２３の検出値に基づいて、アーム角度θ６やバケット角度θ７がクラウド動作や掘削動作を行う方向に変化しているか否かの判定を行うようにしてもよい。
【００７１】
アームシリンダ９やバケットシリンダ１０のボトム側の油圧がしきい値以上であるか否かの圧力センサ２６や圧力センサ２７の検出値によるステップＳ１００２やステップＳ１００３での判定は、その各シリンダ９，１０のボトム側の油圧が掘削作業を行うときの負荷圧にまで上昇しているか否か検知するためのものである。フロント作業機４の作業状態が掘削作業の状態にあるか否かの判定の目的は、基本的には、こうした圧力センサ２６，２７の検出値のしきい値との比較による判定により達成される。
【００７２】
図１０の例では、アーム６やバケット７がクラウド動作や掘削動作を行う方向に作動しているか否かを判別するためのパイロット圧力による判定を行う場合に、パイロット圧力がしきい値以上であるか否かも加味するようにしているが、こうしたことは、本発明にとって有用ではあっても、不可欠のことではない。なぜならば、アーム６やバケット７がクラウド動作や掘削動作を行う方向に作動しているか否かは、アームシリンダ用の方向切換弁やバケットシリンダ用の方向切換弁に、クラウド動作方向や掘削動作方向に切り換えるためのパイロット圧力が出力されている否かを検出することにより概ね判別することができ、このことに加えて、フロント作業機４の作業状態が掘削作業の状態にあるか否かの判定の目的は、前記したように、圧力センサ２６，２７の検出値のしきい値との比較による判定により基本的に達成されるからである。
【００７３】
図１１に基づき、作業状態の判定手段の第２の例について説明する。フロント作業機４の作業状態が掘削作業の状態にあるか否を判定するための作業状態の判定手段を構成するため、掘削作業中にオペレータが操作することができ操作時に操作信号を発する掘削作業用の操作手段を運転室１１に設けたものである。ここに示す例では、こうした掘削作業用の操作手段として、掘削作業中にオペレータにより操作されてフロント作業機４の作業状態が掘削作業の状態にあることを車載コンピュータ４６に伝達する掘削スイッチ３５を設けている。
【００７４】
この第２の例の作用について説明すると、まず、ステップＳ１１０１において、出来形更新フラグをオフにしてリセットする。そうすると、ステップＳ１１０２に移行して、車載コンピュータ４６では、掘削スイッチ３５がオンになっているか否かの判定を行う。その結果、掘削スイッチ３５がオンになっていて、ＹＥＳであると判定されたときには、フロント作業機４の作業状態が掘削作業の状態にあるものと判断して、ステップＳ１１０４に移行し、ステップＳ１１０４では、出来形更新フラグがオンになっているか否かの判定をする。その結果、出来形更新フラグがオンになっていて、ＹＥＳであると判定されたときには、ステップＳ１１０６に移行して過去の出来形に関するデータを更新する。
【００７５】
また、ステップＳ１１０４での判定結果がＮＯのときには、ステップＳ１１０５に移行して出来形更新フラグをオンにする。そうすると、再度、当初のステップＳ１１０２に移行して同ステップでの判定が行われるが、その判定結果は、通常はＹＥＳとなるので、ステップＳ１１０４に移行する。このとき、出来形更新フラグは、前記ステップＳ１１０５での処理によりすでにオンにされているので、ステップＳ１１０６に移行して過去の出来形に関するデータを更新する。一方、ステップＳ１１０２での判定結果がＮＯであるときには、ステップＳ１１０３に移行して出来形更新フラグをオフにし、しかる後、再度、当初のステップＳ１１０２に移行して、以後、以上述べた手順を繰り返す。
【００７６】
以上述べた作業状態の判定手段の第１の例及び第２の例は、何れも、油圧ショベル１が発する信号に基づいて、フロント作業機４の作業状態が掘削作業の状態にあるか否を判定する判定手段である。そして、本出来形情報処理装置２００は、こうした作業状態の判定手段を設け、フロント作業機４の作業状態が掘削作業の状態にあると前記判定手段で判定されたときに、フロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置の計測結果に基づいて出来形に関する情報を取得するように構成したので、従来の技術とは異なり、フロント作業機４が現実に掘削作業を行っているときにだけ、出来形に関する情報を取得することが可能となる。したがって、本出来形情報処理装置２００によれば、出来形に関する情報を従来の技術よりも正確に取得することができる。その結果、実際とはかけ離れた不正確な出来形に関する情報がオペレータや施工の管理者に伝達されるという従来の技術にみられる問題は解消されて、オペレータへの掘削作業の支援や施工の管理を適切に行うことができる。
【００７７】
本発明に係る油圧ショベルの出来形情報処理装置に、特に、第１の例の作業状態の判定手段を設けると、フロント作業機４の作業状態が実際に掘削作業の状態にあるか否かの判定をきわめて確実に行うことができる。すなわち、第１の例の作業状態の判定手段では、アームシリンダ９やバケットシリンダ１０のボトム側の油圧の検出値がしきい値以上であるか否かを判定することにより、そのボトム側の油圧が掘削作業を行うときの負荷圧にまで上昇しているか否か検知することに加え、アーム６やバケット７がクラウド動作や掘削動作を行う方向に作動しているか否かを判定することにより、その負荷圧の上昇が掘削作業に起因するものであるか否かを確認して、フロント作業機４の作業状態が実際に掘削作業の状態にあるか否かを二重の判定条件により確認するようにしているので、フロント作業機４の作業状態の判定をきわめて確実に行うことができる。
【００７８】
また、こうした判定を行うために作業状態の判定手段へ入力する圧力センサ２６，２７やパイロット圧力センサ２８，２９の検出値に係る各種信号は、フロント作業機４の操作時にこれらのセンサ２６，２７，２８，２９から自ずと得られる信号であるので、出来形に関する情報を、オペレータに格別の負担をかけることなく自動的に取得することができる。さらに、出来形に関する情報を、このように自動的に取得することができて掘削作業中に絶え間なく取得することができるので、この取得した情報を、掘削作業をしているオペレータにリアルタイムに伝達することにより、オペレータの掘削作業を支援することもできる。
【００７９】
本発明に係る油圧ショベルの出来形情報処理装置に、特に、第２の例の作業状態の判定手段を設けても、フロント作業機４の作業状態が実際に掘削作業の状態にあるか否かの判定をきわめて確実に行うことができる。すなわち、第２の例の作業状態の判定手段では、フロント作業機４の作業状態が掘削作業の状態にあることを判定する場合、掘削作業の当事者であるオペレータが実際に掘削作業を行ったときに操作する掘削スイッチ３５の操作信号により判定するようにしているので、フロント作業機４の作業状態が実際に掘削作業の状態にあるか否かの判定をきわめて確実に行うことができる。
【００８０】
また、出来形に関する情報を取得する場合、例えば、当該個所の掘削作業が一段落したときに取得する等、掘削作業の実施者であるオペレータが合理的な判断により適切なタイミングで取得することが可能となるので、出来形に関する情報について、究極的に有用な情報を選択して無駄なく取得することができる。さらに、本油圧ショベルの出来形情報処理装置では、圧力センサ２６，２７やパイロット圧力センサ２８，２９のような格別の検出手段を設けることを要せず、オペレータがオン・オフ操作するための掘削スイッチ３５を設ければ済み、作業状態の判定手段では、この掘削スイッチ３５からの操作信号の入力の有無だけを判定すれば足るので、きわめてシンプルに構成することができる。
【００８１】
ところで、地山が傾斜していたり崩落や流動しやすかったりする等、施工現場の地勢や土質によっては、地山を掘削した後に掘削した部位に周辺の土砂が流入することがあるため、掘削直後の出来形が掘削作業の終了時に変化することがある。本油圧ショベルの出来形情報処理装置に第２の例の作業状態の判定手段を設けると、こうした出来形の経時的変化の有無を確認することもできる。すなわち、地山を掘削してから適当な時間が経過した後に、オペレータがフロント作業機４を操作してバケット７を掘削後の地山に押し付けてから掘削スイッチ３５をオン操作することにより、バケット７のモニタポイントに係る三次元位置の計測結果に基づく出来形に関するデータを取得して出来形の経時的変化の有無を確認することができる。
【００８２】
したがって、掘削作業の終了後に、こうした出来形の確認作業を、傾斜地や崩落しやすい個所等、当該施工区域の要所要所で実施することにより、出来形が掘削作業後に変化したか否かを確認して、実際の出来形に関する三次元位置の情報を一層正確に取得することができる。また、その過程で出来形の変化を発見したときには、フロント作業機４を操作してその場で出来形を修正することができる。こうした出来形の確認作業は、モニタポイントをアーム６に設定したときでも、アーム６付近のバケット７の個所を掘削後の地山に押し付けるようにすれば、同様にして取得することができる。
【００８３】
本出来形情報処理装置２００には、第１の例の作業状態の判定手段のほか、第２の例の作業状態の判定手段を設けているので、第１の例の作業状態の判定手段を使用することにより、出来形に関する情報をリアルタイムに取得してオペレータへの掘削作業の支援や施工の管理が適時適切に行えるとともに、第２の例の作業状態の判定手段を使用することにより掘削後の出来形を適宜修正して精度よく仕上げることができる。また、このように作業状態の判定手段を二種類設けているので、万一、一方の判定手段が故障したときでも、他方の判定手段を使用することにより出来形の計測を滞りなく進めることができる。以上の結果、本出来形情報処理装置２００によれば、掘削工事を効率的かつ適切に実施して、依頼主の注文に適った正確な出来形を迅速に施工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明に係る建設機械の出来形情報処理装置を使用した建設機械の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明を具体化して構成した建設機械の出来形情報処理装置の一例を示すブロック図である。
【図３】図２の建設機械の出来形情報処理装置に関連して設置された管理事務所内に配備されたシステムの一例を示すブロック図である。
【図４】グローバル座標系の概要を示す斜視図である。
【図５】フロント作業機のモニタポイントと油圧ショベルの位置及び姿勢とを演算するために使用する座標系を示す斜視図である。
【図６】フロント作業機のモニタポイントの位置と油圧ショベルの位置及び姿勢とを演算する手順を示す流れ図である。
【図７】車載コンピュータ及びサーバコンピュータのモニタ画面に表示される画像の一例を示す鳥瞰図である。
【図８】地形に関するデータを表現する方法の一例を示す斜視図である。
【図９】フロント作業機に設定するモニタポイントの設定例を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図１０】作業状態の判定手段に関する第１の例の作用を説明するための流れ図である。
【図１１】作業状態の判定手段に関する第２の例の作用を説明するための流れ図である。
【符号の説明】
【００８５】
１    油圧ショベル
２    下部走行体
３    上部旋回体
４    フロント作業機
５    ブーム
６    アーム
７    バケット
８    ブームシリンダ
９    アームシリンダ
１０    バケットシリンダ
１１  運転室
２１    ブーム角度センサ
２２    アーム角度センサ
２３    バケット角度センサ
２４    傾斜角度センサ
２６    アームシリンダの圧力センサ
２７    バケットシリンダの圧力センサ
２８    クラウド動作検出用のパイロット圧力センサ
２９    掘削動作検出用のパイロット圧力センサ
４１    （補正データ受信用の）無線機
４３，４４  ＧＰＳ受信機
４６    車載コンピュータ
５１    管理事務所
５５    ＧＰＳ受信機
５６    （補正データ送信用の）無線機
２００    出来形情報処理装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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