(57)【要約】【課題】施工対象物の状態情報を測定しながら施工作業の効率化を図れる測定装置、施工機器及び施工システム等の提供。【解決手段】測定装置１０は、多軸モーションセンサー２０と、施工機器による施工の際の衝撃により生じる反力を特定する反力情報を、多軸モーションセンサー２０を用いて検出することにより、施工対象物の状態情報の測定処理を行う測定部６０と、施工機器の位置情報を取得する位置情報取得部５０と、状態情報及び位置情報を外部に送信する通信部７０を含む。【選択図】図１
2018111950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多軸モーションセンサーと、
施工機器による施工の際の衝撃により生じる反力を特定する反力情報を、前記多軸モーションセンサーを用いて検出することにより、施工対象物の状態情報の測定処理を行う測定部と、
前記施工機器の位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記状態情報及び前記位置情報を外部に送信する通信部と、
を含むことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記測定部は、
前記反力情報として、前記施工対象物の施工面での前記反力の垂直方向成分を、前記多軸モーションセンサーを用いて検出することで、前記施工対象物の前記状態情報の測定処理を行うことを特徴とする測定装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記測定部は、
前記反力情報として、前記施工対象物への施工の際の速度変化情報を、前記多軸モーションセンサーを用いて検出することで、前記施工対象物の前記状態情報の測定処理を行うことを特徴とする測定装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記多軸モーションセンサーは、多軸加速度センサーを含み、
前記測定部は、
前記多軸加速度センサーの検出情報に基づいて、前記施工対象物の前記状態情報の測定処理を行うことを特徴とする測定装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記多軸モーションセンサーは、多軸加速度センサー及び多軸ジャイロセンサーを含み、
前記測定部は、
前記多軸加速度センサー及び前記多軸ジャイロセンサーの検出情報に基づいて、前記施工対象物の前記状態情報の測定処理を行うことを特徴とする測定装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記施工機器は、前記施工対象物への施工の際に前記施工対象物に接触する施工部材を有し、
前記測定部は、
前記施工機器の前記施工部材の位置と測定装置の取り付け位置との位置関係情報と、前記多軸加速度センサー及び前記多軸ジャイロセンサーの検出情報とに基づいて、前記施工対象物の前記状態情報の測定処理を行うことを特徴とする測定装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記測定部は、
前記施工対象物への施工時において、前記施工対象物の前記状態情報の測定処理を行うことを特徴とする測定装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかにおいて、
前記測定部は、
前記施工対象物の前記状態情報として、前記施工対象物の硬度情報を測定することを特徴とする測定装置。
【請求項９】
請求項８において、
前記測定部は、
前記施工対象物の前記状態情報として、前記施工対象物である地盤の前記硬度情報を測定することを特徴とする測定装置。
【請求項１０】
多軸モーションセンサーと、
施工機器による施工の際の衝撃により生じる反力を特定する反力情報を、前記多軸モーションセンサーを用いて検出することにより、施工対象物の状態情報の測定処理を行う測定部と、
前記施工機器の位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記状態情報及び前記位置情報を外部に送信する通信部と、
前記施工対象物への施工の際に前記施工対象物に接触する施工部材と、
を含むことを特徴とする施工機器。
【請求項１１】
各施工機器が測定装置を有する複数の施工機器を含み、
前記施工機器の前記測定装置は、
多軸モーションセンサーと、
施工機器による施工の際の衝撃により生じる反力を特定する反力情報を、前記多軸モーションセンサーを用いて検出することにより、施工対象物の状態情報の測定処理を行う測定部と、
前記施工機器の位置情報を取得する位置情報取得部と、
前記状態情報及び前記位置情報を外部に送信する通信部と、
を含むことを特徴とする施工システム。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記複数の施工機器は、マスター側施工機器と、スレーブ側施工機器を含み、
前記マスター側施工機器は、
前記スレーブ側施工機器から前記施工対象物の前記状態情報を受信して、施工管理処理を行うことを特徴とする施工システム。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記マスター側施工機器の前記測定装置は、
前記施工管理処理として、前記施工対象物の前記状態情報のマッピング情報の作成処理を行うことを特徴とする施工システム。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３のいずれかにおいて、
前記複数の施工機器は、動力によって移動する施工建機と、ユーザーが把持して使用する施工器具の少なくとも一方を含むことを特徴とする施工システム。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記施工建機がマスター側施工機器に設定され、前記施工器具がスレーブ側施工機器に設定され、
前記マスター側施工機器である前記施工建機は、
前記スレーブ側施工機器である前記施工器具から前記施工対象物の前記状態情報を受信して、施工管理処理を行うことを特徴とする施工システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置、施工機器及び施工システム等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、施工対象物の一例である地盤の硬度を測定する手法として、スウェーデン式サウンディング方式やレイリー波探査方式などが知られている。しかしながら、これらの手法では、ドリルを有する大型機械や、超音波を発する大型機械が必要になるため、工事の施工前に、測定を行う必要があった。また、施工領域についての部分的な測定しかできないため、地盤に硬度差がある場合等には、正確な施工計画を出せないという問題点があった。
【０００３】
また特許文献１には、鋼鉄を素材としてなる円柱状体の下端を半球状に構成したランマーを、地表面に自由落下させて衝撃加速度を計測することにより、地盤の硬度（強度）を判定する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２３０８２０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の手法によれば、スウェーデン式サウンディング方式に比べれば、測定装置を、ある程度小型化できるが、施工前に測定を行う必要があるという問題点は改善されていない。また測定場所に三脚を立てて地盤等の施工対象物の測定を行う必要があるため、施工の効率が悪化してしまう。
【０００６】
本発明の幾つかの態様によれば、施工対象物の状態情報を測定しながら施工作業の効率化を図れる測定装置、施工機器及び施工システム等を提供できる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、多軸モーションセンサーと、施工機器による施工の際の衝撃により生じる反力を特定する反力情報を、前記多軸モーションセンサーを用いて検出することにより、施工対象物の状態情報の測定処理を行う測定部と、前記施工機器の位置情報を取得する位置情報取得部と、前記状態情報及び前記位置情報を外部に送信する通信部と、を含む測定装置に関係する。
【０００８】
本発明の一態様によれば、施工の際の反力を特定する反力情報が、多軸モーションセンサーを用いて検出されて、施工対象物の状態情報が測定される。このように多軸モーションセンサーを用いることで、測定装置の小型化を実現しながら、施工対象物の状態情報を、より正確に測定できるようになる。そして測定された施工対象物の状態情報とその時の施工機器の位置情報が、通信部により外部に通信される。このようにすれば、施工対象物の状態情報と施工機器の位置情報を情報共有することなどが可能になり、施工作業の効率化を図れるようになる。従って、施工対象物の状態情報を測定しながら施工作業の効率化を図れる測定装置等の提供が可能になる。
【０００９】
また本発明の一態様では、前記測定部は、前記反力情報として、前記施工対象物の施工面での前記反力の垂直方向成分を、前記多軸モーションセンサーを用いて検出することで、前記施工対象物の前記状態情報の測定処理を行ってもよい。
【００１０】
このようにすれば、施工機器や施工部材の方向や位置に依存せずに、より正確に状態情報を測定することが可能になる。
【００１１】
また本発明の一態様では、前記測定部は、前記反力情報として、前記施工対象物への施工の際の速度変化情報を、前記多軸モーションセンサーを用いて検出することで、前記施工対象物の前記状態情報の測定処理を行ってもよい。
【００１２】
このようにすれば、多軸モーションセンサーを有効利用して、速度変化情報を検出し、施工対象物の状態情報を簡素な処理で測定できるようになる。
【００１３】
また本発明の一態様では、前記多軸モーションセンサーは、多軸加速度センサーを含み、前記測定部は、前記多軸加速度センサーの検出情報に基づいて、前記施工対象物の前記状態情報の測定処理を行ってもよい。
【００１４】
このようにすれば、多軸加速度センサーを有効利用して、反力の鉛直方向成分等を特定して、施工対象物の状態情報を測定できるようになる。
【００１５】
また本発明の一態様では、前記多軸モーションセンサーは、多軸加速度センサー及び多軸ジャイロセンサーを含み、前記測定部は、前記多軸加速度センサー及び前記多軸ジャイロセンサーの検出情報に基づいて、前記施工対象物の前記状態情報の測定処理を行ってもよい。
【００１６】
このようにすれば、例えば測定装置の取り付け位置等に依存しない施工対象物の状態情報の測定処理を実現できるようになる。
【００１７】
また本発明の一態様では、前記施工機器は、前記施工対象物への施工の際に前記施工対象物に接触する施工部材を有し、前記測定部は、前記施工機器の前記施工部材の位置と測定装置の取り付け位置との位置関係情報と、前記多軸加速度センサー及び前記多軸ジャイロセンサーの検出情報とに基づいて、前記施工対象物の前記状態情報の測定処理を行ってもよい。
【００１８】
このようにすれば、測定装置の取り付け位置等に依存しない施工対象物の状態情報の測定処理を、より容易に実現できるようになる。
【００１９】
また本発明の一態様では、前記測定部は、前記施工対象物への施工時において、前記施工対象物の前記状態情報の測定処理を行ってもよい。
【００２０】
このようにすれば、施工対象物の状態情報をリアルタイムに把握しながら、施工対象物への施工作業を行うことが可能になり、施工作業の効率化を図れる。
【００２１】
また本発明の一態様では、前記測定部は、前記施工対象物の前記状態情報として、前記施工対象物の硬度情報を測定してもよい。
【００２２】
このようにすれば、多軸ジャイロセンサーを有効利用して、施工対象物の硬度情報を測定できるようになる。
【００２３】
また本発明の一態様では、前記測定部は、前記施工対象物の前記状態情報として、前記施工対象物である地盤の前記硬度情報を測定してもよい。
【００２４】
このようにすれば地盤の硬度情報や施工機器の位置情報を、機器間で情報共有して、地盤に対する施工作業に役立たせることが可能になる。
【００２５】
また本発明の他の態様は、多軸モーションセンサーと、施工機器による施工の際の衝撃により生じる反力を特定する反力情報を、前記多軸モーションセンサーを用いて検出することにより、施工対象物の状態情報の測定処理を行う測定部と、前記施工機器の位置情報を取得する位置情報取得部と、前記状態情報及び前記位置情報を外部に送信する通信部と、前記施工対象物への施工の際に前記施工対象物に接触する施工部材と、を含む施工機器に関係する。
【００２６】
本発明の他の態様によれば、施工対象物の状態情報と施工機器の位置情報を情報共有することなどが可能になり、施工作業の効率化を図れる。従って、施工対象物の状態情報を測定しながら施工作業の効率化を図れる施工機器等の提供が可能になる。
【００２７】
また本発明の他の態様は、各施工機器が測定装置を有する複数の施工機器を含み、前記施工機器の前記測定装置は、多軸モーションセンサーと、施工機器による施工の際の衝撃により生じる反力を特定する反力情報を、前記多軸モーションセンサーを用いて検出することにより、施工対象物の状態情報の測定処理を行う測定部と、前記施工機器の位置情報を取得する位置情報取得部と、前記状態情報及び前記位置情報を外部に送信する通信部と、を含む施工システムに関係する。
【００２８】
本発明の他の態様によれば、複数の施工機器間で、施工機器の位置情報とその位置での施工対象物の状態情報を情報共有できるようになる。従って、例えば施工システムの施工範囲において、施工対象物の状態情報を測定しながら、施工作業の効率化を図れる施工システム等の提供が可能になる。
【００２９】
また本発明の他の態様では、前記複数の施工機器は、マスター側施工機器と、スレーブ側施工機器を含み、前記マスター側施工機器は、前記スレーブ側施工機器から前記施工対象物の前記状態情報を受信して、施工管理処理を行ってもよい。
【００３０】
このようにすれば、マスター側施工機器に、施工対象物の状態情報等を集約して、施工管理処理を実行できるようになるため、より効率的な施工管理処理を実現できる。
【００３１】
また本発明の他の態様では、前記マスター側施工機器の前記測定装置は、前記施工管理処理として、前記施工対象物の前記状態情報のマッピング情報の作成処理を行ってもよい。
【００３２】
このようにすれば、マスター側施工機器に集約された施工対象物の状態情報を用いて、そのマッピング情報を作成し、当該マッピング情報を施工作業の効率化に役立たせることが可能になる。
【００３３】
また本発明の他の態様では、前記複数の施工機器は、動力によって移動する施工建機と、ユーザーが把持して使用する施工器具の少なくとも一方を含んでもよい。
【００３４】
このようにすれば、動力によって移動する施工建機やユーザーが把持して使用する施工器具を用いた施工システムを実現して、効率的な施工作業を実現できるようになる。
【００３５】
また本発明の他の態様では、前記施工建機がマスター側施工機器に設定され、前記施工器具がスレーブ側施工機器に設定され、前記マスター側施工機器である前記施工建機は、前記スレーブ側施工機器である前記施工器具から前記施工対象物の前記状態情報を受信して、施工管理処理を行ってもよい。
【００３６】
このようにすれば、処理能力を必要とする測定装置を、マスター側施工機器である施工建機に組み込んで、処理負荷が高い施工管理処理等を実行できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施形態の測定装置の構成例。
【図２】本実施形態の測定装置の他の構成例。
【図３】本実施形態の施工システムの一例。
【図４】本実施形態の施工システムの他の例。
【図５】本実施形態の施工システムの他の例。
【図６】施工システムの構成例。
【図７】施工システムの他の構成例。
【図８】マッピング情報の一例。
【図９】本実施形態の比較例の測定装置の例。
【図１０】多軸モーションセンサーを用いて反力の垂直方向成分を検出する手法の説明図。
【図１１】多軸加速度センサーを有する多軸モーションセンサーの構成例。
【図１２】多軸加速度センサー及び多軸ジャイロセンサーを有する多軸モーションセンサーの構成例。
【図１３】速度変化情報を用いた地盤の硬度情報の測定手法の説明図。
【図１４】速度変化情報を用いた地盤の硬度情報の測定手法の説明図。
【図１５】多軸加速度センサーを用いた測定手法の説明図。
【図１６】多軸加速度センサー及び多軸ジャイロセンサーを用いた測定手法の説明図。
【図１７】本実施形態の測定処理の詳細を説明するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、本実施形態について説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。また以下では、施工対象物が地盤であり、施工対象物の状態情報が硬度情報である場合を主に例にとり説明するが、本実施形態はこれに限定されない。例えば施工対象物は地盤には限定されず、建造物、構造物、設備等の種々の施工対象物を想定でき、これらの施工対象物の種々の状態情報の測定に本実施形態の手法は適用できる。
【００３９】
１．測定装置
地盤の硬度の測定手法として、スウェーデン式サウンディング方式等のように大型機械を用いる手法があるが、工事の施工前に測定を行う必要があり、施行時におけるリアルタイムな測定を実現できないという課題がある。また施工領域についての部分的な測定しかできないため、地盤の硬度等についてのマッピング情報を作成することは困難である。またランマーと呼ばれる部材を、地表面に自由落下させて衝撃加速度を計測することにより、地盤の強度を判定する手法もあるが、測定場所に三脚を立てる必要がある。このため、広範囲に亘って地盤の硬度を測定することは難しい。また施工を行いながらリアルタイムに硬度を測定することはできず、施工作業の効率化を図れないという課題がある。またインパルスハンマーで物体を叩き、その衝撃値を測定して、物体の応答性をみることでその状態情報を測定する手法もあるが、施工機器での測定手法としては適切な手法とは言えない。また地盤の硬度等を施行時にリアルタイムに測定し、広範囲に亘ったマッピング情報を作成することも実現できないという課題がある。
【００４０】
このような課題を解決できる本実施形態の測定装置１０の構成例を図１に示す。この測定装置１０は、多軸モーションセンサー２０、位置情報取得部５０、測定部６０、通信部７０を含む。なお測定装置１０は図１の構成に限定されず、これらの一部の構成要素（例えば位置情報取得部、通信部等）を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
【００４１】
多軸モーションセンサー２０（広義にはモーションセンサー）は、２軸以上のモーションセンサーにより構成されるものであり、例えば施工機器や、施工機器の施工部材の動き（動き情報）を検出する。施工部材は、例えば施工時に接触対象物に接触する部材であり、ショベルカーのバケット（ショベル）やツルハシの頭部（鉄部）などである。具体的には多軸モーションセンサー２０（動きセンサー）は、施工機器や施工部材（バケット、頭部）の動きに応じた物理量情報（動きに応じて変化する物理量）を検出する。物理量情報は、例えば加速度、角加速度、速度、加速度、変位又は角度などの情報である。例えば多軸モーションセンサー２０は、加速度センサー及びジャイロセンサーの少なくとも１つにより構成される。但し多軸モーションセンサー２０は、加速度センサーやジャイロセンサー以外の動き検出センサーにより構成されていてもよい。
【００４２】
測定部６０（測定モジュール）は、施工対象物（広義には対象物）の状態情報（物理的な状態情報）の測定処理を行う。例えば測定部６０は、施工機器による施工の際の衝撃により生じる反力（衝撃力）を特定する反力情報を、多軸モーションセンサー２０を用いて検出することにより、施工対象物の状態情報の測定処理を行う。例えば施工機器により施工対象物に対する施工を行うと、施工対象機器やその施工部材が接触した施工対象物から反力を受けるが、この反力を特定する反力情報を、多軸モーションセンサー２０により検出（測定）する。例えば測定部６０は、多軸モーションセンサー２０により検出された物理量情報（加速度、角速度等）を反力情報として取得する。そして反力情報に基づいて、施工対象物の硬度情報等の状態情報を測定する。
【００４３】
ここで施工機器は、施工に使用される施工建機や施工器具などである。施工建機は、例えばショベルカー、ブルドーザー又はクレーンなど、建設や土木作業や農作業などの施工作業に用いられる機械（重機）である。この施工建機は、例えば移動するための動力を有している。施工器具は、例えばツルハシ、スコップ又はハンマーなど、建設や土木作業や農作業などの施工作業に用いられる道具や器機である。施工対象物は、施工機器の施工対象となる物体であり、例えば地盤、建造物（壁等）、構造物又は設備（配管等）などである。施工対象物の状態情報は、施工対象物の物理的な状態を表す情報であり、例えば施工対象物の硬度情報、強度情報、弾性情報、湿潤密度情報又は乾燥密度情報などである。また反力情報は、反力そのものである必要はなく、反力の大きさや方向等を特定できる情報であればよい。例えば反力情報は、反力を特定する加速度情報、角速度情報、速度情報又は速度変化情報などであってもよい。
【００４４】
位置情報取得部５０（位置情報取得モジュール）は、施工機器の位置情報を取得する。例えば、位置情報取得部５０は位置検出デバイスにより実現でき、この位置検出デバイスにより検出された位置情報を取得する。位置情報取得部５０を設けることで、施工時にリアルタイムに施工機器の位置情報を取得できるようになる。
【００４５】
ここで位置情報は、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）やＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）などにより検出できる。但し、位置情報の検出手法としては、ＧＰＳ測位以外にも、アクセスポイント測位、セルベース測位、或いはビーコン測位などの種々の測位手法がある。或いはこれらの測位手法を組み合わせて位置情報を取得してもよい。ＧＰＳ測位は、ＧＰＳやＧＮＳＳを用いる測位手法であり、ＧＰＳ衛星からの電波を受信することで位置を特定する。アクセスポイント測位は、ワイファイ（Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標））などのアクセスポイントを用いる測位手法である。セルベース測位（基地局測位）では、携帯型通信端末の周囲にある基地局等を利用して位置を特定する。ビーコン測位は、ブルートゥース（登録商標）（ＢＬＥ）のビーコン（iBeacon（登録商標））などを用いる測位手法である。なお外部機器や外部システムで検出した施工機器の位置情報を通信部７０等を介して受信することで、位置情報を取得してもよい。
【００４６】
通信部７０（通信モジュール、通信インターフェース）は、施工対象物の状態情報や施工機器の位置情報を外部（外部機器、外部システム）に送信する。例えば無線通信により状態情報及び位置情報を外部に送信する。無線通信としては例えばブルートゥース（登録商標）などの近距離無線通信を採用できる。但し通信部７０の通信方式はこれに限定されず。無線ＬＡＮ等の種々の通信方式を採用できる。また場合によっては例えばＵＳＢなどの有線による通信により状態情報や位置情報を外部に送信してもよい。通信部７０は、例えば通信用のＡＳＩＣやプロセッサーなどにより実現できる。
【００４７】
なお測定部６０が行う測定処理などの本実施形態の処理は、プロセッサー（ハードウェアーを含むプロセッサー）により実現できる。例えば本実施形態の処理は、プログラム等の情報に基づき動作するプロセッサーと、プログラム等の情報を記憶するメモリーにより実現できる。プロセッサーは、例えば各部の機能が個別のハードウェアーで実現されてもよいし、或いは各部の機能が一体のハードウェアーで実現されてもよい。例えば、プロセッサーはハードウェアーを含み、そのハードウェアーは、デジタル信号を処理する回路及びアナログ信号を処理する回路の少なくとも一方を含むことができる。例えば、プロセッサーは、回路基板に実装された１又は複数の回路装置（例えばＩＣ等）や、１又は複数の回路素子（例えば抵抗、キャパシター等）で構成することもできる。プロセッサーは、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）であってもよい。但し、プロセッサーはＣＰＵに限定されるものではなく、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、或いはＤＳＰ（Digital Signal Processor）等、各種のプロセッサーを用いることが可能である。またプロセッサーはＡＳＩＣによるハードウェアー回路であってもよい。またプロセッサーは、アナログ信号を処理するアンプ回路やフィルター回路等を含んでもよい。メモリーは、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ等の半導体メモリーであってもよいし、レジスターであってもよい。或いはハードディスク装置（ＨＤＤ）等の磁気記憶装置であってもよいし、光学ディスク装置等の光学式記憶装置であってもよい。例えば、メモリーはコンピューターにより読み取り可能な命令を格納しており、当該命令がプロセッサーにより実行されることで、本実施形態の処理（機能）が実現されることになる。ここでの命令は、プログラムを構成する命令セットでもよいし、プロセッサーのハードウェアー回路に対して動作を指示する命令であってもよい。
【００４８】
図２に本実施形態の測定装置１０の他の構成例を示す。図２では、図１の構成要素に加えて、電源供給部８０が設けられている。電源供給部８０（電源モジュール）は、例えば多軸モーションセンサー２０、位置情報取得部５０、測定部６０、通信部７０に電源を供給する。例えば電源供給部８０は、バッテリー（二次電池）を有しており、このバッテリーからの電源を測定装置１０の各部に供給する。このような電源供給部８０を測定装置１０に設けることで、測定装置１０は、外部からの電源供給を受けることなく動作できるようになる。これにより、ショベルカーなどの、大電力のバッテリーを有する施工建機だけではなく、ツルハシ、スコップ等などの、人が作業に用いる施工器具に対しても、測定装置１０を装着できるようになる。そして施工対象物の状態情報や施工機器の位置情報を検出して、外部に送信できるようになる。
【００４９】
以上のように本実施形態の測定装置１０によれば、多軸モーションセンサー２０を利用して、施工の際の衝撃による反力を検出して、施工対象物の硬度情報等の状態情報を測定できる。そして、測定された施工対象物の状態情報と、その時の施工機器の位置情報を、通信部７０を介して外部に送信できるようになる。このようにすれば、施工対象物の状態情報や施工機器の位置情報を、施工システムの機器間において相互に情報共有して、施工作業に役立たせることが可能になる。例えばこれらの情報を機器間でリアルタイムに通信することで、施工対象物の状態情報をリアルタイムに把握して、施工作業を進めることが可能になり、施工作業の大幅な効率化等を図れるようになる。
【００５０】
また本実施形態では、後述の図１０等で詳細に説明するように、測定部６０は、反力情報として、施工対象物の施工面での反力の垂直方向成分を、多軸モーションセンサー２０を用いて検出することで、施工対象物の状態情報の測定処理を行う。反力の垂直方向成分は、例えば施工対象物の施工面の法線方向成分である。例えば施工対象物の施工面が地面である場合には、垂直方向成分は鉛直方向成分である。施工対象物の施工面が建造物、構造物等の壁面である場合には、垂直方向成分は壁面の法線方向成分である。多軸モーションセンサー２０を用いることで、反力の各方向成分のうちの垂直方向成分を反力情報として抽出し、当該反力情報を用いて、施工対象物の硬度情報等の状態情報を測定できるようになる。従って、施工機器や施工部材の方向や位置に依存せずに、より正確に状態情報を測定することが可能になる。
【００５１】
また後述の図１３、図１４で詳細に説明するように、測定部６０は、反力情報として、施工対象物への施工の際の速度変化情報を、多軸モーションセンサー２０を用いて検出することで、施工対象物の状態情報の測定処理を行う。例えば施工機器や施工部材が施工対象物に衝突（接触）する際の速度変化情報（速度の減衰情報）を、反力情報として検出して、施工対象物の状態情報を測定する。例えば状態情報が硬度情報である場合には、衝突時の速度変化が大きいほど（速度の減衰率が大きいほど）、施工対象物の硬度が硬いと判定できる。また衝突時の速度変化が小さいほど（速度の減衰率が小さいほど）、施工対象物の硬度が柔らかいと判定できる。このようにすれば、多軸モーションセンサー２０を有効利用して、速度変化情報を検出し、この速度変化情報を用いて、施工対象物の硬度情報等の状態情報を簡素な処理で測定することが可能になる。
【００５２】
また後述の図１１で詳細に説明するように、多軸モーションセンサー２０は多軸加速度センサー３０を含むことができる。そして測定部６０は、多軸加速度センサー３０の検出情報に基づいて、施工対象物の状態情報の測定処理を行う。例えば多軸加速度センサー３０の検出情報として、施工機器や施工部材の加速度情報を検出し、この加速度情報を用いた積分処理等の演算処理を行うことで、施工対象物の状態情報を測定する。この場合に、多軸加速度センサー３０を用いて、加速度の垂直方向成分（施工面の法線方向成分）を求めて、積分処理などの演算処理を行うことで、反力の垂直方向成分を特定できる。このようにすることで、多軸加速度センサー３０を有効利用して、反力の垂直方向成分等を特定して、施工対象物の状態情報を測定できるようになる。
【００５３】
また後述の図１２で詳細に説明するように、多軸モーションセンサー２０は、多軸加速度センサー３０及び多軸ジャイロセンサー４０を含むことができる。この場合には、測定装置１０として、例えばＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）と呼ばれる慣性センサー装置（物理量測定装置）を用いることができる。そして測定部６０は、多軸加速度センサー３０及び多軸ジャイロセンサー４０の検出情報に基づいて、施工対象物の状態情報の測定処理を行う。多軸加速度センサー３０の検出情報として、施工機器や施工部材の加速度情報を検出し、多軸ジャイロセンサー４０の検出情報として、施工機器や施工部材の角速度情報を検出する。そして、加速度情報や角速度情報を用いた積分処理等の演算処理を行うことで、施工対象物の状態情報を測定する。このように、多軸加速度センサー３０に加えて、多軸ジャイロセンサー４０を用いて反力情報を検出すれば、例えば測定装置１０の取り付け位置等に依存しない施工対象物の状態情報の測定処理を実現できるようになる。
【００５４】
また施工機器は、施工対象物への施工の際に施工対象物に接触する施工部材を有している。例えば施工建機であるショベルカーは、施工部材であるバケットを有し、施工器具であるツルハシは、施工部材である頭部（鉄部）を有する。この施工部材を用いることで施工対象物への施工が可能になる。そして測定部６０は、後述の図１５、図１６で詳細に説明するように、施工機器の施工部材の位置と測定装置１０（多軸モーションセンサー２０）の取り付け位置との位置関係情報と、多軸加速度センサー３０及び多軸ジャイロセンサー４０の検出情報とに基づいて、施工対象物の状態情報の測定処理を行う。この位置関係情報は、例えば施工部材の位置（代表位置）と測定装置１０の取り付け位置を結ぶベクトルの情報などにより表すことができる。このように施工部材の位置と測定装置１０の取り付け位置との位置関係情報を用いれば、測定装置１０の取り付け位置等に依存しない施工対象物の状態情報の測定処理を、より容易に実現できるようになる。
【００５５】
また測定部６０は、施工対象物への施工時においてリアルタイムに、施工対象物の状態情報の測定処理を行う。例えば施工対象物の施工前に施工対象物の状態情報を測定するのではなく、施工対象への施工作業（工事）の際に、施工対象物の状態情報を測定する。このようにすることで、施工対象物の状態情報をリアルタイムに把握しながら、施工対象物への施工作業を行うことが可能になり、より効率的な施工作業等を実現できるようになる。
【００５６】
また測定部６０は、施工対象物の状態情報として、施工対象物の硬度情報を測定する。具体的には、測定部６０は、施工対象物の状態情報として、施工対象物である地盤の硬度情報を測定する。例えば施工機器による施工の際に地面からの反力を特定する反力情報を、多軸モーションセンサー２０を用いて検出することにより、地盤の硬度情報を測定する。例えば施工対象物から受ける反力情報（衝撃加速度）と地盤定数との相関関係を利用して、ＣＢＲ（California Bearing Ratio）、粘着力、内部摩擦角、コーン指数、或いは地盤反力係数等の硬度情報の測定を可能にする。このようにすれば地盤の硬度情報や施工機器の位置情報を、施工システムの機器間において相互に情報共有して、地盤に対する施工作業に役立たせることが可能になる。例えばこれらの情報を機器間でリアルタイムに通信することで、地盤の硬度情報をリアルタイムに把握して、地盤への施工作業を進めることが可能になり、施工作業の大幅な効率化等を図れるようになる。
【００５７】
２．施工システム
次に本実施形態の施工システム９０について図３〜図９を用いて詳細に説明する。本実施形態の施工システム９０は複数の施工機器を含み、各施工機器は図１等で説明した測定装置１０を有する。そして各施工機器の測定装置１０は、図１に示すように、多軸モーションセンサー２０、位置情報取得部５０、測定部６０、通信部７０を含む。また図２に示すように測定装置１０は更に電源供給部８０を含んでもよい。
【００５８】
図３は施工システム９０の一例である。本実施形態の施工システム９０は、複数の施工機器として、動力によって移動する施工建機であるショベルカー１００と、作業者が把持して使用する施工器具であるツルハシ１１０の少なくとも一方を含む。図３の施工システム９０は、施工建機であるショベルカー１００と施工器具であるツルハシ１１０の両方を含んでいる。
【００５９】
ショベルカー１００は、バケット１０２（広義には施工部材）、アーム１０３、ブーム１０４、本体部１０５（上部旋回体）、下部走行体１０６、１０７を有する。ショベルカー１００は、エンジンなどの動力によって地面を移動可能な施工建機である。施工部材であるバケット１０２により、施工対象物である地盤２００を掘削するなどの施工作業が可能になる。なお動力は内燃機関による動力であってもよいし、電動やハイブリッドによる動力であってもよい。
【００６０】
ツルハシ１１０は、ハンドル部１１２と、ハンドル部１１２の先端に取り付けられた頭部１１４を有する。ハンドル部１１２は作業者が把持するための木製等の部材である。頭部１１４は、先端を尖らせて左右に長く張り出した形状の金属製の部材である。頭部１１４の一方は尖っており、他方が平たく広がっている。施工部材である頭部１１４により、施工対象物である地盤２００を掘削するなどの施工作業が可能になる。
【００６１】
そしてショベルカー１００では、例えばアーム１０３（広義には可動部）に本実施形態の測定装置１０-1が取り付けられている。例えばアーム１０３の内部に図１等で説明した構成の測定装置１０-1が取り付けられている。なおバケット１０２やブーム１０４などに測定装置１０を取り付ける変形実施も可能である。ツルハシ１１０では、例えばハンドル部１１２に図１等で説明した構成の測定装置１０-2が取り付けられている。なお頭部１１４などに測定装置１０-2を取り付ける変形実施も可能である。
【００６２】
そして、後述するように施工機器にはマスター側とスレーブ側の施工機器があるが、図３では、施工建機であるショベルカー１００が、マスター側施工機器に設定され、施工器具であるツルハシ１１０が、スレーブ側施工機器に設定されている。そしてマスター側施工機器であるショベルカー１００（測定装置１０-1の通信部７０）は、スレーブ側施工機器であるツルハシ１１０（測定装置１０-2の通信部７０）から、施工対象物である地盤２００の硬度情報等の状態情報を受信して、施工管理処理を行う。例えば施工管理処理として、後述する硬度情報のマッピング情報の作成処理を行う。或いは、施工を管理するための種々の管理処理を行う。例えばマッピング情報は、施工対象物の状態情報を位置（測定位置）に対応づけてマッピングした情報である。
【００６３】
このように図３の施工システム９０では、施工建機であるショベルカー１００がマスター側に設定され、施工器具であるツルハシ１１０がスレーブ側に設定され、マスター側が、スレーブ側の硬度情報を受信して、マッピング情報の作成処理などの施工管理処理を行う構成となっている。例えばマスター側のショベルカー１００は、高い電源供給能力のバッテリーを有しており、測定装置１０-1の設置スペースとしても広いスペースを確保できる。従って、施工建機であるショベルカー１００には、処理能力が高い測定装置１０-1を組み込むことができ、この測定装置１０-1により、高い処理能力が要求される施工管理処理等を実行できるようになる。これにより、高い電源供給能力のバッテリー等を組み込むことが困難なツルハシ１１０の測定装置１０-2の処理負荷の軽減等も図れるようになり、施工システム９０の処理効率を最適化できる。
【００６４】
なお施工システム９０のシステム構成は図３に限定されず、種々の変形実施が可能である。例えば図４の施工システム９０は、施工機器として、施工建機である複数のショベルカー１００-1〜１００-4を有している。図４のシステム構成によれば、例えば広大なエリアでの地盤の掘削等の施工作業を、複数のショベルカー１００-1〜１００-4を用いて、より効率的に実現することが可能になる。一方、図５の施工システム９０は、施工機器として、施工器具である複数のツルハシ１１０-1〜１１０-4を有している。図５のシステム構成によれば、例えば比較的狭いエリアでの地盤の掘削等の施工作業を、ツルハシ１１０-1〜１１０-4を所持する複数の作業員により、より綿密な作業で実現することが可能になる。
【００６５】
また図３〜図５のショベルカー１００やツルハシ１１０などの施工機器は、図１等で説明した多軸モーションセンサー２０、位置情報取得部５０、測定部６０、通信部７０を有する。また施工機器は、施工対象物への施工の際に施工対象物に接触する施工部材を有する。この施工部材は、ショベルカー１００の場合はバケット１０２であり、ツルハシ１１０の場合には頭部１１４である。この場合に、例えば位置情報取得部５０、通信部７０等の構成要素を、測定装置１０の外部に設ける変形実施も可能である。
【００６６】
図６は、本実施形態の施工システム９０の構成例を示す図である。図６の施工システム９０は、複数の施工機器として、マスター側の施工機器１２０とスレーブ側の施工機器１２０-1〜１２０-nを有する。例えば図３ではショベルカー１００がマスター側の施工機器に設定され、ツルハシ１１０がスレーブ側の施工機器に設定される。なお図６では複数のスレーブ側の施工機器を設ける場合を示しているが、スレーブ側の施工機器は１つであってもよい。
【００６７】
マスター側の施工機器１２０と、スレーブ側の施工機器１２０-1〜１２０-nは、例えば無線通信（ブルートゥース（登録商標）、無線ＬＡＮ等）などにより通信接続されている。そしてマスター側の施工機器１２０（マスター側の測定装置）は、スレーブ側の施工機器１２０-1〜１２０-n（スレーブ側の測定装置）から施工対象物の状態情報を受信して、施工管理処理を実行する。具体的には、施工管理処理として、施工対象物の状態情報のマッピング情報の作成処理などを行う。例えば施工機器１２０の測定装置１０の通信部７０が、状態情報を受信し、その測定装置１０の測定部６０（処理部）が、施工管理処理を実行する。このようにすれば、スレーブ側の施工機器１２０-1〜１２０-nにより、地盤の硬度情報等の状態情報を測定し、マスター側の施工機器１２０が、測定された状態情報を収集して集約し、施工管理処理などの各種処理を実行できるようになる。
【００６８】
図７に施工システム９０の他の構成例を示す。図７ではマスター側やスレーブ側の設定は行われておらず、施工機器１２０-1〜１２０-nがネットワーク３１０を介して、サーバー３００（広義には管理装置）に通信接続されている。ネットワーク３１０（配信網、通信回線）は、例えば無線ＬＡＮやインターネット等を利用した通信路である。通信方法については有線／無線を問わない。そして図７では、管理装置であるサーバー３００が、施工機器１２０-1〜１２０-nから施工対象物の状態情報を受信して、状態情報のマッピング情報の作成処理等の施工管理処理を実行する。
【００６９】
図８に、地盤の硬度情報（広義には施工対象物の状態情報）のマッピング情報の一例を示す。このマッピング情報では、施工機器の位置に対して、その位置で測定された地盤の硬度が関連づけられている。また施工機器の位置に対して、測定を行った施工機器のＩＤや測定の日時情報であるタイムスタンプなども関連づけられている。このマッピング情報を用いて、施工機器や測定装置の表示部に対して、硬度のマッピング情報の画面を表示することなどにより、施工作業の更なる効率化を図れるようになる。
【００７０】
以上のように本実施形態によれば、地盤の硬度情報と施工機器の位置情報を取得可能な測定装置を有する複数の施工機器が、相互に情報共有が可能なリアルタイム・マルチセンサーの施工システムを実現できる。例えばリアルタイム通信で情報を共有して、施工しながら施工計画を修正できるような施工システムの実現が可能になる。また位置情報と地盤硬度をリアルタイムで把握できるため、例えば、ある閾値を超える硬度の地盤が判明した際に、その位置に、ショベルカー等の重機である施工機器を移動できるようになる。また軟弱な地盤であれば、ショベルカー等の重機を入れない箇所としてマッピングすることが可能になる。即ち、地盤の硬度に応じて、最適な施工機器を選定可能になり、施工作業の効率化を図れるようになる。また測定装置にジャイロセンサーを持たせることで、施工機器の動き（スイング等）の測定が取り付け位置に依存せず高精度で可能になる。これにより、施工機器の様々な場所に測定装置を取り付けて、地盤硬度の測定を行うことなどが可能になり、例えばツルハシ、スコップ等の施工器具だけではなく、ショベルカー等の施工建機にも測定装置の搭載が可能になる。
【００７１】
３．測定手法
次に施工対象物の状態情報の測定手法の一例について詳細に説明する。以下では、施工対象物の状態情報が地盤の硬度情報である場合を例にとり説明する。
【００７２】
図９は本実施形態の比較例の測定装置５００の構成例である。この測定装置５００は、三脚５１０、ハンドル５２０、スイッチレバー５３０、ランマー５４０を有する。この測定装置５００によれば、ランマー５４０（重錘）を、所定条件で地盤上に自由落下させた時の衝撃加速度を高精度に測定できる。そして衝撃加速度と地盤定数との相関関係を利用して、地盤反力係数等の地盤の硬度情報の測定が可能になる。
【００７３】
しかしながら、この比較例では、施工対象物である地盤の上に三脚５１０を立てて、測定装置５００を設置する必要がある。このため、施工作業を行いながらリアルタイムに地盤の硬度情報を測定することは困難である。また図９の測定装置５００は、スウェーデン式サウンディング方式等に比べれば、装置は小型化されているが、当該測定装置５００をショベルカーやツルハシ等に装着することは現実的ではない。
【００７４】
これに対して図１等の本実施形態の測定装置１０は、多軸モーションセンサー２０、位置情報取得部５０、測定部６０、通信部７０等を内蔵した小型の装置であるため、図３〜図５に示すようにショベルカー１００等の施工建機やツルハシ１１０等の施工器具に装着することが可能になる。そうして、ショベルカー１００やツルハシ１１０により施工作業を行いながら、リアルタイムに地盤の硬度情報を測定できるという利点がある。
【００７５】
更に本実施形態では、測定装置１０に設けられた多軸モーションセンサー２０を用いて、地盤の硬度情報を測定している。こうすることで、図９のような三脚５１０等の設置部材を必要とすることなく、地盤の硬度情報を、より正確に測定できるようになる。
【００７６】
即ち本実施形態では、施工機器による施工の際の衝撃により生じる反力を特定する反力情報を、多軸モーションセンサー２０を用いて検出することにより、地盤の硬度情報を測定する。具体的には反力情報として、地盤の施工面である地面での反力の垂直方向成分を、多軸モーションセンサー２０を用いて検出することで、地盤の硬度情報を測定する。
【００７７】
例えば図１０では、施工機器であるツルハシ１１０には測定装置１０が取り付けられている。そしてこのツルハシ１１０により、地盤２００の地面ＳＦの掘削を行うと、その掘削の際の衝撃により地面ＳＦからの反力を受ける。本実施形態では、この反力の垂直方向成分ＲＦＣを、多軸モーションセンサー２０を用いて検出することで、地盤の硬度情報を測定する。即ち、多軸モーションセンサー２０を用いれば、施工の際にツルハシ１１０がどのような方向を向いていても、地面ＳＦ（広義には施工面）の法線方向成分に対応する反力の垂直方向成分ＲＦＣを求めることが可能になり、この垂直方向成分ＲＦＣにより地盤の硬度情報を測定できる。従って、図９のような三脚５１０等の設置部材を用いることなく、地盤の硬度情報を、より正確に測定できるようになる。即ち、小型な測定装置１０を、ツルハシ１１０やショベルカー１００などの施工機器に取り付けて、施工作業を行いながらリアルタイムに、地盤の硬度情報を測定できるようになる。
【００７８】
図１１に、多軸加速度センサー３０を有する多軸モーションセンサー２０の構成例を示す。この多軸モーションセンサー２０は、多軸加速度センサー３０、マルチプレクサー４７、Ａ／Ｄ変換回路４８を含む。
【００７９】
多軸加速度センサー３０は、Ｘ軸用、Ｙ軸用、Ｚ軸用の加速度センサー素子３１、３２、３３と、これらの各々に接続される検出回路３４、３５、３６を含む。Ｘ軸用の加速度センサー素子３１からのセンサー信号ＳＡＸが検出回路３４に入力され、検出回路３４は、Ｘ軸方向の加速度信号ＡＸを検出して出力する。Ｙ軸用の加速度センサー素子３２からのセンサー信号ＳＡＹが検出回路３５に入力され、検出回路３５は、Ｙ軸方向の加速度信号ＡＹを検出して出力する。Ｚ軸用の加速度センサー素子３３からのセンサー信号ＳＡＺが検出回路３６に入力され、検出回路３６は、Ｚ軸方向の加速度信号ＡＺを検出して出力する。
【００８０】
マルチプレクサー４７は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向のアナログの加速度信号ＡＸ、ＡＹ、ＡＺを時分割に選択して、Ａ／Ｄ変換回路４８に出力する。Ａ／Ｄ変換回路４８は、これらの加速度信号ＡＸ、ＡＹ、ＡＺを時分割にＡ／Ｄ変換して、デジタルデータＡＤＱを出力する。このデジタルデータＡＤＱは測定部６０に入力される。
【００８１】
加速度センサー素子３１、３２、３３は、例えば静電容量型のセンサー素子により実現できる。但し、加速度センサー素子３１、３２、３３は、これには限定されず、ピエゾ抵抗型や熱検知型などのセンサー素子を用いてもよい。
【００８２】
図１１の多軸モーションセンサー２０によれば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向での加速度情報を検出できるようになる。そして本実施形態の測定装置１０の測定部６０は、多軸加速度センサー３０の検出情報であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向での加速度情報に基づいて、地盤の硬度情報の測定処理を行う。なお、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向は、例えば施工機器への測定装置１０の取り付け方向や取り付け位置により特定されることになる。
【００８３】
図１２に、多軸加速度センサー３０及び多軸ジャイロセンサー４０を有する多軸モーションセンサー２０の構成例を示す。この多軸モーションセンサー２０は、多軸加速度センサー３０、多軸ジャイロセンサー４０、マルチプレクサー４７、Ａ／Ｄ変換回路４８を含む。
【００８４】
多軸加速度センサー３０の構成は図１１と同様であるため説明を省略する。多軸ジャイロセンサー４０は、Ｘ軸回り用、Ｙ軸回り用、Ｚ軸回り用のジャイロセンサー素子４１、４２、４３と、これらの各々に接続される検出回路４４、４５、４６を含む。Ｘ軸回り用のジャイロセンサー素子４１からのセンサー信号ＳωＸが検出回路４４に入力され、検出回路４４は、Ｘ軸回りの角速度信号ωＸを検出して出力する。Ｙ軸回り用のジャイロセンサー素子４２からのセンサー信号ＳωＹが検出回路４５に入力され、検出回路４５は、Ｙ軸回りの角速度信号ωＹを検出して出力する。Ｚ軸回り用のジャイロセンサー素子４３からのセンサー信号ＳωＺが検出回路４６に入力され、検出回路４６は、Ｚ軸回りの角速度信号ωＺを検出して出力する。
【００８５】
マルチプレクサー４７は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向でのアナログの加速度信号ＡＸ、ＡＹ、ＡＺと、Ｘ軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回りのアナログの角速度信号ωＸ、ωＹ、ωＺを時分割に選択して、Ａ／Ｄ変換回路４８に出力する。Ａ／Ｄ変換回路４８は、これらの加速度信号ＡＸ、ＡＹ、ＡＺ、角速度信号ωＸ、ωＹ、ωＺを時分割にＡ／Ｄ変換して、デジタルデータＡＤＱを出力する。このデジタルデータＡＤＱは測定部６０に入力される。
【００８６】
ジャイロセンサー素子４１、４２、４３（角速度センサー素子）は、例えばＡＴカットタイプやＳＣカットタイプなどの厚みすべり振動タイプの水晶振動子等や屈曲振動タイプなどの圧電振動子などにより実現できる。なお、振動子として、圧電振動子としてのＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）共振子、シリコン製振動子としてのＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動子等を採用してもよい。
【００８７】
図１２の多軸モーションセンサー２０によれば、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向での加速度情報に加えて、Ｘ軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回りでの角速度情報も検出できるようになる。そして本実施形態の測定装置１０の測定部６０は、多軸加速度センサー３０の検出情報であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の方向での加速度情報と、多軸ジャイロセンサー４０の検出情報であるＸ軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回りで角速度情報に基づいて、地盤の硬度情報の測定処理を行う。
【００８８】
次に地盤の硬度情報の測定処理の具体例について説明する。本実施形態では、地盤への施工の際の速度変化情報を、多軸モーションセンサー２０を用いて検出することで、地盤の硬度情報を測定する。
【００８９】
例えば図１３、図１４では、施工機器であるツルハシ１１０の例えばハンドル部１１２に、本実施形態の測定装置１０が取り付けられている。そしてツルハシ１１０を用いて、地盤２００の掘削（施工）を行う際の速度変化情報を、測定装置１０が有する多軸モーションセンサー２０を用いて検出する。
【００９０】
例えば図１３のＡ１では、ツルハシ１１０を振るスイングの速度が一定になっており、Ａ２のタイミングＴ１で、ツルハシ１１０の頭部１１４が地盤２００に接触している。これにより、Ａ３に示すようにスイングの速度が減少して行く。同様に図１４のＢ１では、スイングの速度が一定になっており、Ｂ２のタイミングＴ３で頭部１１４が地盤２００に接触し、Ｂ３に示すようにスイングの速度が減少して行く。
【００９１】
そして図１３では地盤２００が柔らかいため、Ａ３に示すように速度の変化（減衰）が小さく、タイミングＴ１と速度がゼロになるタイミングＴ２の間の期間が長い。一方、図１４では地盤２００が硬いため、Ｂ３に示すように速度の変化（減衰）が大きく、タイミングＴ３と速度がゼロになるタイミングＴ４の間の期間が短い。従って、ツルハシ１１０のスイングの速度変化情報（減衰率）を、多軸モーションセンサー２０を用いて検出することで、地盤反力係数等等の硬度情報を測定できるようになる。例えば速度変化情報（減衰率）と硬度情報を対応づけたデータテーブルを用意しておく。そして多軸モーションセンサー２０を用いて速度変化情報を求め、求められた速度変化情報とデータテーブルとに基づいて、硬度情報を求めればよい。なお、多軸モーションセンサー２０を用いた硬度情報の測定手法としては種々の変形実施が可能であり、多軸モーションセンサー２０の検出情報である物理量情報に対して周波数解析処理等を行って、硬度情報を測定してもよい。
【００９２】
次に多軸モーションセンサー２０の検出情報に基づいて、地盤の硬度情報を求める演算処理の具体例について説明する。
【００９３】
例えば図１１に示すように多軸モーションセンサー２０が多軸加速度センサー３０を有しており、多軸ジャイロセンサー４０を有していない構成の場合には、図１５に示すように、ツルハシ１１０の例えば頭部１１４に測定装置１０を取り付ける。そして下式（１）により速度ＶＴを求める。
【００９４】
【数１】
2018111950.tif 000003
上式（１）においてＶＴは、図１５の測定装置１０の位置での速度である。一例としてはＶＴは、図１０の地盤２００の地面ＳＦの垂直方向での速度である。即ち、ツルハシ１１０のスイングの速度ベクトルの垂直方向成分（地面ＳＦの法線方向成分）である。スイングの速度ベクトルは、例えばツルハシ１１０のハンドル部１１２に直交する方向のベクトルである。ＸＴは地面ＳＦの例えば垂直方向での変位であり、ＸＴを微分したものがＶＴになる。ＡＳは、多軸加速度センサー３０で検出された加速度ベクトルの例えば垂直方向成分であり、Ｇは重力加速度である。例えば、多軸加速度センサー３０を用いれば重力方向を特定でき、多軸加速度センサー３０で検出された加速度ベクトルの重力方向成分（鉛直方向成分）を、ＡＳとして求めればよい。そして上式（１）に示すように、ＡＳ＋Ｇの積分処理を行うことで、垂直方向での速度ＶＴを求め、図１３、図１４で説明したように、速度変化情報に基づいて、地盤の硬度情報を求める。
【００９５】
なお、ＶＴとして、垂直方向での速度ではなく、スイングの速度ベクトルの方向での速度を求め、その速度変化情報に基づいて、地盤の硬度情報を求めてもよい。
【００９６】
さて、多軸モーションセンサー２０に多軸加速度センサー３０だけを設ける構成の場合には、正確な硬度情報を測定するためには、図１５のように測定装置１０をツルハシ１１０の頭部１１４に取り付ける必要がある。このように多軸加速度センサー３０だけを用いる手法では、施工機器での測定装置１０の取り付け位置に制約が生じてしまう。
【００９７】
これに対して、図１２に示すように多軸モーションセンサー２０が多軸加速度センサー３０及び多軸ジャイロセンサー４０を有する構成の場合（ＩＭＵの場合）には、測定装置１０を様々な位置に取り付けることが可能になり、取り付け位置の自由度が向上する。
【００９８】
例えば図１６では、ツルハシ１１０の頭部１１４の位置Ｐ２から離れたハンドル部１１２の位置Ｐ１に、測定装置１０を取り付けている。このような位置Ｐ１に測定装置１０を取り付ければ、掘削の際に測定装置１０に対して直接に石や土砂がぶつかるのを抑制できる。これにより、製品の信頼性が向上し、製品の長寿命化を図れるようになる。
【００９９】
そして、このように多軸ジャイロセンサー４０を用いる場合には、下式（２）により加速度ＡＴを求め、このＡＴを用いて下式（３）により速度ＶＴを求める。
【０１００】
【数２】
2018111950.tif 000004
上式（２）、（３）において、ＡＴは、図１６の位置Ｐ２での加速度であり、一例としては図１０の地盤２００の地面ＳＦの垂直方向での加速度である。ωＳは角速度であり、ＡＳは多軸加速度センサー３０により求められた加速度である。またαＳは角加速度であり、ωＳの微分により求めることができる。（ＬＸ、ＬＹ、ＬＺ）は、図１６の位置Ｐ１と位置Ｐ２を結ぶベクトルである。位置Ｐ２での加速度には、上式（２）の第二項に示すように、このベクトル（ＬＸ、ＬＹ、ＬＺ）に角加速度αＳを乗算したものが加えられる。また上式（２）の第三項は遠心力に対応する。上式（２）により、図１６の位置Ｐ２での加速度ＡＴを求め、上式（３）に示すように、ＡＴに対して積分処理を行うことで、速度ＶＴを求める。そして図１３、図１４で説明したように速度変化情報に基づいて、地盤の硬度情報を求める。
【０１０１】
このように上式（２）、（３）では、ツルハシ１１０（施工機器）の頭部１１４（施工部材）の位置Ｐ２と測定装置１０の取り付け位置Ｐ１との位置関係情報である（ＬＸ、ＬＹ、ＬＺ）と、多軸加速度センサー３０及び多軸ジャイロセンサー４０の検出情報とに基づいて、地盤の硬度情報の測定処理を行っている。
【０１０２】
例えばスコップ等のように施工時に直線運動を行う施工機器の場合には、多軸加速度センサーだけを用いる手法でも、それほど問題はない。これに対して、ツルハシやショベルカー等のように頭部やバケット等の施工部材が回転運動する施工機器の場合には、多軸ジャイロセンサーを更に加えることで、取り付け位置の変更が可能になり、取り付け位置の自由度が上がる。例えばツルハシの頭部やショベルカーのバケットではなく、ツルハシのハンドル部やショベルカーのアームなどに測定装置を取り付けても、地盤の硬度情報を、より正確に測定でき、製品の信頼性の向上や長寿命化等を図れるようになる。
【０１０３】
図１７は本実施形態の測定処理の詳細を説明するフローチャートである。施工機器による施工を開始すると、施工時の地盤からの反力情報（衝撃情報）を、多軸モーションセンサーを用いて検出する（ステップＳ１、Ｓ２）。例えば図１１、図１２に示すような多軸モーションセンサーを用いて、反力情報に対応する物理量情報（加速度、角加速度等）を検出する。そして検出された反力情報に基づいて、地盤の硬度情報を測定する（ステップＳ３）。例えば図１３〜図１６で説明した手法により硬度情報を測定する。また施工機器の位置情報を取得する（ステップＳ４）。例えばＧＰＳやＧＮＳＳなどを用いて位置情報を取得する。そして、測定された硬度情報及び取得された位置情報を外部に送信する（ステップＳ５）。例えば通信部を用いた無線通信等により、硬度情報と、その硬度情報が測定された地盤の位置情報を送信する。そして、施工が終了したかを判断して（ステップＳ６）、終了していなかった場合にはステップＳ２に戻る。このようにして、施工機器による施工時にリアルタイムに地盤の硬度情報を測定できるようになる。
【０１０４】
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語（施工対象物、状態情報、施工部材、施工面等）と共に記載された用語（地盤、硬度情報、頭部・バケット、地面等）は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。また測定装置、施工機器、施工システムの構成・動作や、状態情報の測定処理、多軸モーションセンサーの検出処理、位置情報の取得処理、通信処理等も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【０１０５】
１０…測定装置、２０…多軸モーションセンサー、３０…多軸加速度センサー、
３１、３２、３３…加速度センサー素子、
４０…多軸ジャイロセンサー、４１、４２、４３…ジャイロセンサー素子、
４７…マルチプレクサー、４８…Ａ／Ｄ変換回路、
５０…位置情報取得部、６０…測定部、７０…通信部、
８０…電源供給部、９０…施工システム、
１００…ショベルカー、１０２…バケット、１０３…アーム、１０４…ブーム、
１０５…本体部、１０６、１０７…下部走行体、
１１０…ツルハシ、１１２…ハンドル部、１１４…頭部、
１２０、１２０-1〜１２０-4…施工機器、２００…地盤、
３００…サーバー、３１０…ネットワーク
【図１】
2018111950.tif 000005
【図２】
2018111950.tif 000006
【図３】
2018111950.tif 000007
【図４】
2018111950.tif 000008
【図５】
2018111950.tif 000009
【図６】
2018111950.tif 000010
【図７】
2018111950.tif 000011
【図８】
2018111950.tif 000012
【図９】
2018111950.tif 000013
【図１０】
2018111950.tif 000014
【図１１】
2018111950.tif 000015
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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