(57)【要約】【課題】操縦者の経験やスキルに関わらず掘削荷重を目標値に近づけることができる作業機械を提供すること。【解決手段】掘削荷重演算部５３によって演算された掘削荷重と掘削距離演算部５２によって演算された掘削距離とを対応づけて作業結果記憶部５４に記憶する。作業結果記憶部５４に記憶された掘削荷重と掘削距離との対応関係の傾向に基づいて，目標掘削荷重と目標掘削距離との対応関係を対応関係設定部５５で設定する。バケット１５の定格容量情報に基づいて目標掘削荷重を設定する。対応関係設定部５５で設定された対応関係と目標掘削荷重とに基づいて目標掘削距離を目標掘削距離演算部５７で演算する。その目標掘削距離をモニタ２３に表示する。【選択図】  図６
2019173406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バケットを有する作業装置と，
前記作業装置を駆動するアクチュエータと，
前記作業装置の姿勢情報及び前記アクチュエータの負荷情報の少なくとも一方に基づいて前記作業装置によって行われている作業を判定する作業判定部，前記作業装置によって掘削された掘削対象物の荷重値である掘削荷重を演算する掘削荷重演算部を有する制御装置と，
前記掘削荷重演算部により演算された前記掘削荷重を表示する表示装置とを備える作業機械において，
前記制御装置は，
前記作業判定部によって掘削作業が行われていると判定されたときにおける前記作業機械に設定された基準点から前記バケットに設定された基準点までの距離，及び前記作業判定部によって掘削作業が行われていると判定されている間に前記バケットに設定された基準点が移動した距離のいずれか一方を掘削距離として前記作業装置の姿勢情報に基づいて演算する掘削距離演算部と，
前記掘削荷重演算部により演算された前記掘削荷重と前記掘削距離演算部により演算された前記掘削距離とを対応づけて記憶する作業結果記憶部と，
前記作業結果記憶部に記憶された前記掘削荷重と前記掘削距離との対応関係の傾向に基づいて，前記掘削荷重の目標値である目標掘削荷重と前記掘削距離の目標値である目標掘削距離との対応関係を設定する対応関係設定部と，
前記バケットの定格容量情報に基づいて前記目標掘削荷重を設定する目標掘削荷重設定部と，
前記対応関係設定部により設定された前記対応関係と前記目標掘削荷重設定部により設定された前記目標掘削荷重とに基づいて，前記目標掘削距離を演算する目標掘削距離演算部とを備え，
前記表示装置は，前記目標掘削距離演算部により演算された前記目標掘削距離を表示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，
前記掘削距離は，前記作業機械に設定された基準点から掘削作業開始時の前記バケットの爪先位置までの距離情報である第１掘削距離であり，
前記表示装置は，前記基準点から前記目標掘削距離だけ離れた掘削開始位置と前記バケットとの位置関係を表示することを特徴とする作業機械。
【請求項３】
請求項１の作業機械において，
前記制御装置は，前記目標掘削距離演算部により演算された前記目標掘削距離と前記掘削距離演算部により演算された前記掘削距離とに基づいて，前記目標掘削距離に対する前記掘削距離の達成度を判定する目標達成度判定部をさらに備え，
前記表示装置は，前記目標達成度判定部の判定結果である前記達成度を表示することを特徴とする作業機械。
【請求項４】
請求項１の作業機械において，
前記制御装置は，
前記目標掘削距離演算部により演算された前記目標掘削距離と前記掘削距離演算部により演算された前記掘削距離とを対応付けて記憶する掘削距離記憶部と，
前記掘削距離記憶部の記憶情報を用いて前記目標掘削距離に対する前記掘削距離の傾向を判定する掘削距離傾向判定部とをさらに備え，
前記表示装置は，前記掘削距離傾向判定部の判定結果を表示することを特徴とする作業機械。
【請求項５】
請求項１の作業機械において，
前記制御装置は，前記目標掘削荷重設定部により演算された前記目標掘削荷重と前記バケットの定格容量情報とに基づいて前記目標掘削荷重が前記バケットの定格荷重未満か否かを判定する目標掘削距離報知判定部をさらに備え，
前記表示装置は，前記目標掘削距離報知判定部によって前記目標掘削荷重が前記バケットの定格荷重未満であると判定された場合，前記目標掘削距離を表示することを特徴とする作業機械。
【請求項６】
請求項１の作業機械において，
前記制御装置は，
前記作業機械の掘削環境を設定する掘削環境設定部と，
前記掘削環境設定部で設定された掘削環境ごとに前記掘削荷重演算部の演算結果と前記掘削距離演算部の演算結果とを対応付けて記憶する掘削環境別作業結果記憶部とをさらに備え，
前記対応関係設定部は，前記掘削環境別作業結果記憶部に記憶された情報を用いて，前記掘削環境設定部で設定された掘削環境ごとに前記目標掘削荷重と前記目標掘削距離との対応関係を設定し，
前記目標掘削距離演算部は，前記掘削環境設定部で設定された掘削環境と前記対応関係設定部により設定された前記対応関係と前記目標掘削荷重設定部により設定された前記目標掘削荷重とに基づいて，前記目標掘削距離を演算することを特徴とする作業機械。
【請求項７】
請求項１の作業機械において，
前記掘削距離は，前記作業機械に設定された基準点から掘削作業開始時の前記バケットの爪先位置までの距離情報である第１掘削距離と，掘削作業開始時の前記バケットの爪先位置から掘削作業終了時の前記バケットの爪先位置までの距離情報である第２掘削距離とであり，
前記掘削距離演算部は，前記作業判定部によって掘削作業が開始したと判定されたときの前記バケットの制御点の位置を前記第１掘削距離として演算し，前記作業判定部によって掘削作業中であると判定されている間の前記バケットの制御点の位置の履歴に基づいて前記第２掘削距離を演算し，
前記作業結果記憶部は，前記掘削荷重演算部により演算された前記掘削荷重と前記掘削距離演算部により演算された前記第１掘削距離及び前記第２掘削距離とを対応づけて記憶し，
前記対応関係設定部は，前記作業結果記憶部に記憶された前記掘削荷重と前記第１掘削距離及び前記第２掘削距離との対応関係の傾向に基づいて，前記掘削荷重の目標値である目標掘削荷重と前記第１掘削距離及び前記第２掘削距離の目標値である目標第１掘削距離及び目標第２掘削距離との対応関係を設定し，
前記目標掘削距離演算部は，前記対応関係設定部により設定された前記対応関係と前記目標掘削荷重設定部により設定された前記目標掘削荷重とに基づいて，前記目標第１掘削距離及び前記目標第２掘削距離を演算し，
前記表示装置は，前記目標掘削距離演算部により演算された前記目標第１掘削距離及び前記目標第２掘削距離を表示することを特徴とする作業機械。
【請求項８】
請求項７の作業機械において，
前記制御装置は，前記目標掘削距離演算部により演算された前記目標第２掘削距離に対する前記掘削距離演算部により演算された前記第２掘削距離の割合である第２掘削距離進捗度を演算する第２掘削距離進捗度演算部をさらに備え，
前記表示装置は，前記第２掘削距離進捗度演算部により演算された前記第２掘削距離進捗度を表示す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，作業機によって運搬される掘削対象物の荷重値を演算する制御装置を備える作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に露天掘りの鉱山では，油圧ショベルに代表される作業機械とダンプトラックに代表される運搬機械により，鉱物の掘削・運搬作業が連続的に行われる。運搬機械には最大積載量が設定されており，最大積載量を超して掘削対象物である鉱物を積込むと，運搬機械の移動速度が落ち，更に運搬機械に損傷を招く可能性があるため，運搬機械の積載量が最大積載量以下になるように積荷を積み直さなければならない。積み直す場合には，時間の損失が発生するため，鉱山の生産性が落ちる。また，積載量が最大積載量を大きく下回ると運搬機械の能力が十分に発揮できず，鉱山の生産性が落ちることは明らかである。このように鉱山の生産性向上においては運搬機械の積載量を最大積載量に近づけることが重要な要素であり，そのためには作業機械の１回の掘削動作によって得られる掘削荷重を目標値に近づけることが重要となる。
【０００３】
この種の技術に関連して特許文献１には，作業機械の１回の掘削動作による想定掘削量に基づいて，作業機械の１回の掘削動作により掘削対象から想定掘削量が得られる領域を掘削領域として決定し，その掘削領域に基づいて次回の掘削動作を行う際の作業機械の作業位置を算出する制御装置と，その次回の掘削動作を行う際の作業機械の作業位置に関する情報を表示する表示装置とを備える作業機械が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−０１４７２６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の技術は，次回の掘削動作を行う際の作業機械の作業位置，すなわち次回の掘削に適した作業機械の停止位置を作業機械の操縦者に提供するものである。しかし，操縦者の経験やスキルによっては，フロント作業装置を車体前方のどこまで伸ばして掘削作業を開始すれば目標とする掘削荷重が得られるのか分からない場合があり，作業機械の停止位置の情報の提供だけでは不十分な場合がある。すなわち，特許文献１が提供する情報だけでは作業機械による掘削荷重を目標値に近づけることが難しい場合がある。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり，その目的は操縦者の経験やスキルに関わらず掘削荷重を目標値に近づけることが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】
【０００７】
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，バケットを有する作業装置と，前記作業装置を駆動するアクチュエータと，前記作業装置の姿勢情報及び前記アクチュエータの負荷情報の少なくとも一方に基づいて前記作業装置によって行われている作業を判定する作業判定部，前記作業装置によって掘削された掘削対象物の荷重値である掘削荷重を演算する掘削荷重演算部を有する制御装置と，前記掘削荷重演算部により演算された前記掘削荷重を表示する表示装置とを備える作業機械において，前記制御装置は，前記作業判定部によって掘削作業が行われていると判定されたときにおける前記作業機械に設定された基準点から前記バケットに設定された基準点までの距離，及び前記作業判定部によって掘削作業が行われていると判定されている間に前記バケットに設定された基準点が移動した距離のいずれか一方を掘削距離として前記作業装置の姿勢情報に基づいて演算する掘削距離演算部と，前記掘削荷重演算部により演算された前記掘削荷重と前記掘削距離演算部により演算された前記掘削距離とを対応づけて記憶する作業結果記憶部と，前記作業結果記憶部に記憶された前記掘削荷重と前記掘削距離との対応関係の傾向に基づいて，前記掘削荷重の目標値である目標掘削荷重と前記掘削距離の目標値である目標掘削距離との対応関係を設定する対応関係設定部と，前記バケットの定格容量情報に基づいて前記目標掘削荷重を設定する目標掘削荷重設定部と，前記対応関係設定部により設定された前記対応関係と前記目標掘削荷重設定部により設定された前記目標掘削荷重とに基づいて，前記目標掘削距離を演算する目標掘削距離演算部とを備え，前記表示装置は，前記目標掘削距離演算部により演算された前記目標掘削距離を表示する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば操縦者の経験やスキルに関わらず掘削荷重を目標値に近づけることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る油圧ショベルの側面図。
【図２】第１実施形態の油圧ショベルによる作業の一例を示す概観図。
【図３】掘削距離の説明図。
【図４】掘削距離と掘削荷重との関係性の説明図。
【図５】第１実施形態に係る油圧ショベル１の油圧回路の概略図。
【図６】第１実施形態に係る油圧ショベル１に搭載される掘削積込作業案内システムのシステム構成図である。
【図７】第１実施形態に係るコントローラ２１が行う処理のフローチャート。
【図８】作業結果記憶部５４に保存される掘削荷重と掘削距離（Ｄ１）の対応関係を規定するデータ形式の一例。
【図９】対応関係設定部５５が設定した目標掘削荷重と目標掘削距離の関係の例を示すグラフである。
【図１０】モニタ２３の表示画面の一例を示す図。
【図１１】アームシリンダ推力とバケット角度から掘削作業を判定する方法の説明図。
【図１２】コントローラ２１における掘削荷重演算部５３によるバケット１５内の掘削対象物の荷重値の演算方法の説明図。
【図１３】第２実施形態のシステム構成を示す概略図。
【図１４】第２実施形態に係るコントローラ２１ｂが行う処理のフローチャート。
【図１５】第２実施形態に係るモニタ２３の表示画面の一例を示す図。
【図１６】第３実施形態のシステム構成を示す概略図。
【図１７】第３実施形態に係るコントローラ２１ｃが行う処理のフローチャート。
【図１８】第３実施形態に係るモニタ２３の表示画面の一例を示す図。
【図１９】第４実施形態のシステム構成を示す概略図。
【図２０】第４実施形態に係るコントローラ２１ｄが行う処理のフローチャート。
【図２１】第５実施形態に係る油圧ショベル１の掘削積込作業案内システムの概略図。
【図２２】第５実施形態のシステム構成を示す概略図。
【図２３】第５実施形態に係るコントローラ２１ｅが行う処理のフローチャート。
【図２４】第５実施形態に係るモニタ２３の表示画面の一例を示す図。
【図２５】第６実施形態のシステム構成を示す概略図。
【図２６】第６実施形態に係るコントローラ２１ｇが行う処理のフローチャート。
【図２７】第２掘削距離の説明図。
【図２８】掘削作業中のバケット１５の爪先の軌跡の長さ（掘削軌跡長さ）Ｄ５の説明図。
【図２９】第７実施形態に係るコントローラ２１ｇが行う処理のフローチャート。
【図３０】掘削荷重と第１掘削距離Ｄ１と第２掘削距離Ｄ２とが１組のデータになって作業結果記憶部５４に保存される形態の一例を示す図。
【図３１】作業結果記憶部５４に保存されている情報から抽出した掘削荷重と第１掘削距離のデータを格子の各セルに格納することによって目標掘削荷重と目標第１掘削距離の対応関係を設定する例の説明図。
【図３２】作業結果記憶部５４に保存されている情報から対になっている第１掘削距離Ｄ１がｄ１ｌｏｗｅｒ≦Ｄ１＜ｄ１ｕｐｐｅｒである掘削荷重と第２掘削距離を抽出し，その抽出したデータを格子の各セルに格納することによって目標掘削荷重と目標第２掘削距離の対応関係を設定する例の説明図。
【図３３】第７実施形態に係るモニタ２３の表示画面の一例を示す図。
【図３４】第８実施形態のシステム構成を示す概略図。
【図３５】第８実施形態に係るコントローラ２１ｆが行う処理のフローチャート。
【図３６】第８実施形態に係るモニタ２３の表示画面の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。以下では，作業機械の荷重計測システムを構成する積込機械として油圧ショベルを，運搬機械としてダンプトラックを利用する場合について説明する。
【００１１】
本発明が対象とする作業機械（積込機械）は，フロント作業装置のアタッチメントとしてバケットを有する油圧ショベルに限られず，グラップルやリフティングマグネット等，運搬物の保持・解放が可能なものを有する油圧ショベルも含まれる。また，油圧ショベルのような旋回機能の無い作業腕を備えるホイールローダ等にも本発明は適用可能である。
【００１２】
＜第１実施形態＞
−全体構成−
図１は本実施形態に係る油圧ショベルの側面図である。図１の油圧ショベル１は，下部走行体１０と，下部走行体１０の上部に旋回可能に設けられた上部旋回体１１と，上部旋回体１１の前方に搭載された多関節型の作業腕であるフロント作業装置１２と，上部旋回体１１を回動する油圧モータである旋回モータ１９と，上部旋回体１１に設けられ操作者が乗り込んでショベル１を操作する操作室（運転室）２０と，操作室２０内に設けられ，油圧ショベル１に搭載されたアクチュエータの動作を制御するための操作レバー（操作装置）２２（２２ａ，２２ｂ）と，記憶装置（例えば，ＲＯＭ，ＲＡＭ），演算処理装置（例えばＣＰＵ）及び入出力装置を有し油圧ショベル１の動作を制御するコントローラ２１によって構成されている。
【００１３】
フロント作業装置１２は，上部旋回体１１に回動可能に設けられたブーム１３と，ブーム１３の先端に回動可能に設けられたアーム１４と，アーム１４の先端に回動可能に設けられたバケット（アタッチメント）１５とを備えている。また，フロント作業装置１２はフロント作業装置１２を駆動するアクチュエータとして，ブーム１３を駆動する油圧シリンダであるブームシリンダ１６と，アーム１４を駆動する油圧シリンダであるアームシリンダ１７と，バケット１５を駆動する油圧シリンダであるバケットシリンダ１８を備えている。
【００１４】
ブーム１３，アーム１４，バケット１５の回動軸には夫々ブーム角度センサ２４，アーム角度センサ２５，バケット角度センサ２６が取り付けられている。これら角度センサ２４，２５，２６からはブーム１３，アーム１４，バケット１５夫々の回動角度を取得できる。また，上部旋回体１１には旋回角速度センサ（例えば，ジャイロスコープ）２７と傾斜角度センサ２８が取り付けられており，それぞれ上部旋回体１１の旋回角速度と上部旋回体１１の前後方向の傾斜角度が取得できるように構成されている。角度センサ２４，２５，２６，２７，２８の検出値からはフロント作業装置１２の姿勢を特定する姿勢情報を取得できる。
【００１５】
ブームシリンダ１６およびアームシリンダ１７にはそれぞれブームボトム圧センサ２９，ブームロッド圧センサ３０，アームボトム圧センサ３１，アームロッド圧センサ３２が取り付けられており，各油圧シリンダ内部の圧力が取得できるように構成されている。圧力センサ２９，３０，３１，３２の検出値からは各シリンダ１６，１８の推力，すなわちフロント作業装置１２に与えられる駆動力を特定する駆動力情報や，各シリンダ１６，１８の負荷を特定する負荷情報を取得できる。なおバケットシリンダ１８のボトム側とロッド側にも同様の圧力センサを設けてバケットシリンダ１８の駆動力情報や負荷情報を取得することで各種制御に利用しても良い。
【００１６】
なお，ブーム角度センサ２４，アーム角度センサ２５，バケット角度センサ２６，傾斜角度センサ２８，旋回角速度センサ２７は，フロント作業装置１２の姿勢情報を算出可能な物理量を検出できるものであれば他のセンサに代替可能である。例えば，ブーム角度センサ２４，アーム角度センサ２５及びバケット角度センサ２６はそれぞれ傾斜角センサや慣性計測装置（ＩＭＵ）に代替可能である。また，ブームボトム圧センサ２９，ブームロッド圧センサ３０，アームボトム圧センサ３１，アームロッド圧センサ３２は，ブームシリンダ１６及びアームシリンダ１７が発生する推力，すなわちフロント作業装置１２に与えられる駆動力情報や各シリンダ１６，１７の負荷情報を算出可能な物理量を検出できるものであれば他のセンサに代替可能である。さらに推力，駆動力，負荷の検出に代えて又は加えて，ブームシリンダ１６及びアームシリンダ１７の動作速度をストロークセンサで検出したり，ブーム１３及びアーム１４の動作速度をＩＭＵで検出したりすることでフロント作業装置１２の動作を検出しても良い。
【００１７】
操作室２０の内部には，コントローラ２１での演算結果（例えば，掘削荷重演算部５３に演算されたバケット１５内の掘削対象物４の荷重値である運搬荷重やその積算値である運搬機械の積載量）などを表示するモニタ（表示装置）２３と，フロント作業装置１２と上部旋回体１１の動作を指示するための操作レバー２２（２２ａ，２２ｂ）とが備え付けられている。上部旋回体１１の上面にはコントローラ２１が外部のコンピュータ等（例えば運搬機械であるダンプトラック２（図２参照）に搭載されたコントローラ）と通信するための外部通信機である通信アンテナ３３が取り付けられている。
【００１８】
本実施形態のモニタ２３は，タッチパネルを有しており，操作者がコントローラ２１への情報の入力を行うための入力装置としても機能する。モニタ２３としては例えばタッチパネルを有する液晶ディスプレイが利用可能である。
【００１９】
操作レバー２２ａは，ブーム１３の上げ・下げ（ブームシリンダ１６の伸縮）とバケット１５のダンプ・クラウド（バケットシリンダ１８の伸縮）をそれぞれ指示し，操作レバー２２ｂは，アーム１４のダンプ・クラウド（アームシリンダ１７の伸縮）と上部旋回体１１の左・右旋回（油圧モータ１９の左右回転）をそれぞれ指示する。操作レバー２２ａと操作レバー２２ｂは２複合のマルチ機能操作レバーで，操作レバー２２ａの前後操作がブーム１３の上げ・下げ，左右操作がバケット１５のクラウド・ダンプ，操作レバー２２ｂの前後操作がアーム１４のダンプ・クラウド，左右操作が上部旋回体１１の左・右回転に対応している。レバーを斜め方向に操作すると，該当する２つのアクチュエータが同時に動作する。また，操作レバー２２ａ，２２ｂの操作量はアクチュエータ１６−１９の動作速度を規定する。
【００２０】
図２は油圧ショベル１の作業の一例を示す概観図である。油圧ショベル１は一般に，掘削対象物３を掘削しバケット１５内部に掘削対象物４を積載する「掘削作業」と，掘削作業の後に旋回し走行面５上の運搬機械２の荷台上にバケット１５を移動する「運搬作業」と，運搬作業の後に掘削対象物４を運搬機械２に放出する「積込作業」と，積込作業の後に掘削対象３の位置へバケット１５を移動する「リーチング作業」を繰返し実施し，これにより運搬機械２の荷台を掘削対象物４で満杯にする。一般的に運搬機械２には最大積載量という積載上限が存在し，最大積載量を満たした場合を満杯とする。運搬機械２の荷台に掘削対象物４を過剰に積込むと過積載となり，積み直し作業や運搬機械２の損傷を招く。また積込が過少である場合は運搬量が少なくなり，現場の作業効率が下がる。したがって，運搬機械２への積込量は適正にすることが必要となる。
【００２１】
図３と図４を用いて，掘削距離と，掘削距離と掘削荷重との関係性とについて説明する。本稿では，フロント作業装置１２による掘削作業開始時におけるバケット１５の位置と同掘削作業終了時におけるバケット１５の位置の少なくとも一方を規定する距離情報を「掘削距離」と総称し，フロント作業装置１２によって掘削されてバケット１５内に積載される掘削対象物４の荷重値を「掘削荷重」と称する。
【００２２】
また，掘削距離は，油圧ショベル１の本体（上部旋回体１１及び下部走行体１０）に設定された基準点からバケット１５に設定された基準点までの掘削作業中の或る時刻（例えば掘削開始時または掘削終了時）における距離と，掘削作業中（例えば掘削開始時から掘削終了時までの間）にバケット１５に設定された基準点が移動した距離の少なくとも一方であるともいえる。掘削距離は同時刻又は異なる時刻において空間的に離れた２つの基準点によって規定され得るが，本稿ではこの２つの基準点のうち一方の基準点を掘削作業の開始時と終了時の少なくとも一方におけるバケット１５の爪先位置とする。ただし，バケット側の基準点は必ずしも爪先とする必要はなく，バケット１５上の位置であれば他の点に設定しても良い。なお，本実施形態では掘削距離を規定する他方の基準点を上部旋回体１１の旋回中心に設定するが，下部走行体も含めて油圧ショベルの本体側の点であればその他の点に設定しても構わない。
【００２３】
掘削距離には，（１）油圧ショベル１に設定した所定の基準点から掘削開始位置（掘削作業開始時のバケット爪先位置）までの距離を示す「掘削開始距離」（第１掘削距離）と，（２）掘削開始位置から掘削終了位置（掘削作業終了時のバケット爪先位置）までの距離である「掘削移動距離」と，（３）バケット１５の制御点が掘削開始位置から掘削終了位置に移動するまでの軌跡の長さである「掘削軌跡長さ」が含まれる。これら３種の掘削距離のうち「（１）掘削開始距離」は掘削作業開始時のバケット爪先位置に関する距離情報（“第１掘削距離”と称する）であり，「（２）掘削移動距離」と「（３）掘削軌跡長さ」は掘削作業終了時のバケット爪先位置に関する距離情報（“第２掘削距離”と称する）である。図３はこれら掘削距離のうち掘削開始距離の具体例を示している。
【００２４】
図３では，（１）掘削開始距離（第１掘削距離）の例として，上部旋回体１１の旋回中心から掘削開始位置までの水平距離（水平掘削開始距離）Ｄ１と，上部旋回体１１の底面から掘削開始位置までの垂直距離（垂直掘削開始距離）Ｄ３を挙げている。本実施形態では，上部旋回体１１の旋回中心から掘削開始位置までの水平方向の距離Ｄ１を掘削距離として演算する。例えば，水平掘削開始距離Ｄ１は，アームボトム圧センサ３１とアームロッド圧センサ３２の信号の値から掘削作業が開始したことを検出し，そのときのバケット１５の爪先位置をセンサ２４−２６及び傾斜センサ２８の信号の値から得られる姿勢情報に基づいて演算し，その爪先位置から上部旋回体１１の旋回中心までの水平距離を演算することで演算できる。バケット１５の爪先位置は，上部旋回体１１に設定された座標系であって，上部旋回体１１の旋回中心を垂直軸とする直交座標系上の点として定義できる。例えば，図３に示すように，上部旋回体１１の旋回中心をｚ軸，上部旋回体１１の底面における左右方向をｙ軸（但し左方向を正），上部旋回体１１の底面における前後方向をｘ軸（但し前方向を正）とする直交座標系を車体座標系とした場合，水平掘削開始距離Ｄ１はバケット爪先位置のｘ座標の座標値として演算され，垂直掘削開始距離Ｄ３は同ｚ座標の座標値として演算される。
【００２５】
その他の掘削距離（第２掘削距離）として，（２）掘削移動距離には，掘削開始位置から掘削終了位置までの水平距離（水平掘削移動距離）Ｄ２（例えば図２７参照）と，掘削開始位置から掘削終了位置までの垂直距離（垂直掘削移動距離）Ｄ４（例えば図２７参照）が例として挙げられる。（３）掘削軌跡長さには，バケット１５の爪先が掘削開始位置から掘削終了位置に移動するまでの軌跡の長さである掘削軌跡長さＤ５（例えば図２７参照）がある。
【００２６】
図４は掘削距離と掘削荷重の関係性を示す一例の概略図である。油圧ショベル１の操縦者は，油圧ショベル１のフロント作業装置１２（図４では，ブームシリンダ，アームシリンダ，バケットシリンダの図示を省略）を操作し，掘削対象物３に対して掘削作業を行う。掘削荷重を調整する必要がある場合には，特にベンチの上で掘削積込作業を繰り返して行う現場では，操縦者は掘削距離を調整して掘削荷重を調整できる。例えば，上部旋回体１１の旋回中心から掘削開始位置までの水平方向の距離（水平掘削開始距離）Ｄ１を掘削距離とみなした場合，図４中の上の場面では，掘削距離Ｄ１ａが同図の下の場面の値Ｄ１ｂより長い。すなわちより遠くまでフロント作業装置１２を伸ばしているため，多くの掘削対象物を掘削することが容易となる。
【００２７】
次に，本実施形態に係る油圧ショベル１に搭載される掘削積込作業案内システムの構成について図５と図６を用いて説明する。
【００２８】
図５は本実施形態に係る油圧ショベル１の油圧回路の概略図である。ブームシリンダ１６，アームシリンダ１７，バケットシリンダ１８，及び旋回モータ１９は，メインポンプ３９から吐出される作動油によって駆動される。各油圧アクチュエータ１６−１９へ供給される作動油の流量及び流通方向は，操作レバー２２ａ，２２ｂの操作方向及び操作量に応じてコントローラ２１から出力される駆動信号によって動作するコントロールバルブ３５，３６，３７，３８によって制御される。
【００２９】
操作レバー２２ａ，２２ｂは，その操作方向及び操作量に応じた操作信号を生成してコントローラ２１に出力する。コントローラ２１は，操作信号に対応した駆動信号（電気信号）を生成して，これを電磁比例弁であるコントロールバルブ３５−３８に出力することで，コントロールバルブ３５−３８を動作させる。
【００３０】
操作レバー２２ａ，２２ｂの操作方向は油圧アクチュエータ１６−１９の動作方向を規定する。ブームシリンダ１６を制御するコントロールバルブ３５のスプールは，操作レバー２２ａが前方向に操作されると図５中の左側に移動してブームシリンダ１６のロッド側に作動油を供給し，操作レバー２２ａが後方向に操作されると同右側に移動してブームシリンダ１６のボトム側に作動油を供給する。アームシリンダ１７を制御するコントロールバルブ３６のスプールは，操作レバー２２ｂが前方向に操作されると同左側に移動してアームシリンダ１７のロッド側に作動油を供給し，操作レバー２２ｂが後方向に操作されると同右側に移動してアームシリンダ１７のボトム側に作動油を供給する。バケットシリンダ１８を制御するコントロールバルブ３７のスプールは，操作レバー２２ａが左方向に操作されると同右側に移動してバケットシリンダ１８のボトム側に作動油を供給し，操作レバー２２ａが右方向に操作されると同左側に移動してバケットシリンダ１８のロッド側に作動油を供給する。旋回モータ１９を制御するコントロールバルブ３８のスプールは，操作レバー２２ｂが左方向に操作されると同右側に移動して旋回モータ１９に同左側から作動油を供給し，操作レバー２２ｂが右方向に操作されると同左側に移動して旋回モータ１９に同右側から作動油を供給する。
【００３１】
また，コントロールバルブ３５−３８のバルブの開度は，対応する操作レバー２２ａ，２２ｂの操作量に応じて変化する。すなわち，操作レバー２２ａ，２２ｂの操作量は油圧アクチュエータ１６−１９の動作速度を規定する。例えば，操作レバー２２ａ，２２ｂの或る方向の操作量を増加すると，その方向に対応するコントロールバルブ３５−３８のバルブの開度が増加して，油圧アクチュエータ１６−１９に供給される作動油の流量が増加し，これにより油圧アクチュエータ１６−１９の速度が増加する。このように，操作レバー２２ａ，２２ｂで生成される操作信号は，対象の油圧アクチュエータ１６−１９に対する速度指令の側面を有している。そこで本稿では操作レバー２２ａ，２２ｂが生成する操作信号を，油圧アクチュエータ１６−１９（コントロールバルブ３５−３８）に対する速度指令と称することがある。
【００３２】
メインポンプ３９から吐出される作動油の圧力（作動油圧）は，リリーフ圧で作動油タンク４１と連通するリリーフ弁４０によって過大にならないように調整されている。油圧アクチュエータ１６−１９に供給された圧油がコントロールバルブ３５−３８を介して再度作動油タンク４１に戻るように，コントロールバルブ３５−３８の戻り流路は作動油タンク４１と連通している。
【００３３】
コントローラ２１は，ブーム角度センサ２４，アーム角度センサ２５，バケット角度センサ２６，旋回角速度センサ２７，傾斜角度センサ２８と，ブームシリンダ１６に取付けられたブームボトム圧センサ２９とブームロッド圧センサ３０と，アームシリンダ１７に取付けられたアームボトム圧センサ３１とアームロッド圧センサ３２の信号が入力されるように構成されており，これらのセンサ信号を基にコントローラ２１はフロント作業装置１２が運搬する運搬物の荷重値(運搬荷重)を演算し，その荷重計測結果をモニタ２３に表示するように構成されている。
【００３４】
−システム構成−
図６は本実施形態の油圧ショベル１に搭載される掘削積込作業案内システムのシステム構成図である。本実施形態の掘削積込作業案内システムは，いくつかのソフトウェアの組み合わせとしてコントローラ２１内部に実装されており，センサ２４−３２と通信アンテナ３３の信号を入力し，コントローラ２１内部で運搬物の荷重値やその積算値の演算処理等を実行し，その処理結果を必要に応じてモニタ２３表示するように構成されている。
【００３５】
図６のコントローラ２１の内部にはコントローラ２１が有する機能をブロック図で示している。コントローラ２１は，センサ２４−２８の出力から得られるフロント作業装置１２の姿勢情報とセンサ３１，３２の出力から得られる油圧アクチュエータの負荷情報の少なくとも一方に基づいてフロント作業装置１２によって行われている作業を判定する作業判定部５０と，センサ２４−２８の出力から得られるフロント作業装置１２の姿勢情報に基づいて例えば上部旋回体１１に設定した車体座標系におけるバケット１５の爪先位置（制御点の位置）を演算する爪先位置演算部（制御点位置演算部）５１と，作業判定部５０の判定結果と爪先位置演算部５１のバケット爪先位置に基づいて掘削距離を演算する掘削距離演算部５２と，センサ２４−３０の出力に基づいてフロント作業装置１２によって掘削されたバケット内の掘削対象物の荷重値である掘削荷重を演算する掘削荷重演算部５３と，実際の掘削作業で掘削荷重演算部５３により演算された掘削荷重と掘削距離演算部５２により演算された掘削距離とを対応づけて記憶する作業結果記憶部５４と，作業結果記憶部５４に記憶された掘削荷重と掘削距離との対応関係の傾向に基づいて，掘削荷重の目標値である目標掘削荷重と掘削距離の目標値である目標掘削距離との対応関係を設定する対応関係設定部５５と，バケット１５の定格容量情報に基づいて目標掘削荷重を設定する目標掘削荷重設定部５６と，対応関係設定部５５により設定された対応関係と目標掘削荷重設定部５６により設定された目標掘削荷重とに基づいて，目標掘削距離を演算する目標掘削距離演算部５７と，爪先位置演算部５１と掘削荷重演算部５３と目標掘削荷重設定部５６と目標掘削距離演算部５７の出力に基づいてモニタ２３に表示する情報を生成する表示制御部５８とを備えている。なお，作業結果記憶部５４が記憶する情報はコントローラ２１内の記憶装置に格納され，その他の部分が実行する演算処理はコントローラ２１内の演算処理装置によって実行される。
【００３６】
掘削距離演算部５２は，作業判定部５０によってフロント作業装置１２による掘削作業が開始されたと判定されたとき，そのときのバケット爪先位置を掘削開始位置とみなして爪先位置演算部５１から入力し，その入力したバケット爪先位置を利用して上部旋回体１１の旋回中心からバケット爪先位置までの水平距離である水平掘削開始距離（掘削距離）Ｄ１を掘削距離として演算する。
【００３７】
作業結果記憶部５４が記憶するデータ形式について説明する。図８は作業結果記憶部５４に保存される掘削荷重と掘削距離（Ｄ１）の対応関係を規定するデータ形式の一例を示す。図８中の（ａ）は油圧ショベル１が掘削作業を行う場面において本実施形態の掘削距離演算部５２が演算する掘削距離Ｄ１を示している。また同図中の（ｂ）は掘削荷重と掘削距離Ｄ１が対になって作業結果記憶部５４に保存されるデータ形態を示す。本実施形態では（ｂ）のテーブルに示すように各掘削作業は掘削ＩＤで特定されており，その各掘削作業で演算された掘削荷重と掘削距離が１組の数値として作業結果記憶部５４に保存される。
【００３８】
本実施形態の対応関係設定部５５は，作業結果記憶部５４に記憶された複数組の掘削距離Ｄ１と掘削荷重のデータを回帰分析することにより目標掘削距離と目標掘削荷重の対応関係を設定している。両者の対応関係を規定する関数（回帰式）は作業結果記憶部５４のデータを良く近似する任意の関数を選択できる。本実施形態では一次の最小二乗法によって目標掘削距離と目標掘削荷重の対応関係を設定しており（図９の（ａ）のグラフ参照），具体的には一次式（Ｄ＝ｍＷ＋ｂ（ただし，ｍとｂは作業結果記憶部５４のデータから決定される係数））を利用して目標掘削荷重Ｗと目標掘削距離Ｄの対応関係を設定している。次に，この一次の最小二乗法による対応関係の設定も含め，対応関係設定部５５による目標掘削荷重と目標掘削距離の対応関係を設定する具体例について図９を用いて説明する。
【００３９】
図９は対応関係設定部５５が設定した目標掘削荷重と目標掘削距離の関係の例を示すグラフである。図９中の（ａ）のグラフは一次の最小二乗法より設定した両者の関係を表すグラフであり，（ｂ）のグラフは二次の最小二乗法より設定した両者の関係を表すグラフである。対応関係設定部５５は，作業結果記憶部５４に保存された情報に基づいて（ａ）または（ｂ）のグラフ内の近似直線（Ｄ＝ｍＷ＋ｂ）または近似曲線（Ｄ＝ａ１Ｗ２＋ａ２Ｗ＋ａ３）に係る各係数（ｍ，ｂ，ａ１，ａ２，ａ３）の値を定めることで目標掘削荷重と目標掘削距離の対応関係を設定できる。例えば本実施形態の対応関係設定部５５によって図９（ａ）の近似直線（Ｄ＝ｍＷ＋ｂ）が設定されたとき，目標掘削距離演算部５７は，その近似直線の式に目標掘削荷重Ｗｄを入力し，そのときの掘削距離Ｄｄ（Ｄｄ＝ｍＷｄ＋ｂ）の値を目標掘削距離として演算できる。
【００４０】
図９（ｃ）−（ｅ）は掘削荷重と掘削距離をそれぞれ等間隔に区切って形成した格子（図９（ｃ）参照）の各セルに作業結果記憶部５４に保存されている情報を格納することによって目標掘削距離と目標掘削荷重の対応関係を設定する例の説明図である。対応関係設定部５５は，（ｃ）の格子の各セルに格納された掘削荷重と掘削距離のデータ組数を計数し，掘削荷重区間毎に最も多くのデータを含むセルＡ（（ｄ）参照）を定める。そして，各掘削荷重区間で最も多くのデータを含むセルＡの掘削距離の代表値Ｄｒｅｐを演算する。代表値Ｄｒｅｐは，例えば，該当する掘削距離区間の中間値Ｄｒｅｐ＝（ｄｕｐｐｅｒ＋ｄｌｏｗｅｒ）／２とすることができる（ただし，ｄｕｐｐｅｒは該当する掘削距離区間の最大値で，ｄｌｏｗｅｒは同最小値とする）。また，代表値Ｄｒｅｐは，該当するセルＡ内に含まれるデータ組に係る掘削距離ｄの平均値Ｄｒｅｐ＝ｍｅａｎ（ｄ｜ｄ∈Ａ）とすることや，該当するセルＡ内に含まれるデータ組に係る掘削距離ｄの中央値Ｄｒｅｐ＝ｍｅｄｉａｎ（ｄ｜ｄ∈Ａ）とすることもできる。そして（ｅ）に示すように，各掘削荷重区間に係るセルＡとそのセルＡにおける掘削距離の代表値Ｄｒｅｐで，目標掘削距離と目標掘削荷重の対応関係を設定する。目標掘削距離演算部５７は，対応関係設定部５５が設定したこの関係に基づいて目標掘削荷重から目標掘削距離を演算する。例えば入力された目標掘削荷重Ｗが（ｅ）の２行目に示した掘削荷重区間ｗｉ≦Ｗ＜ｗｉ＋１に該当する場合は，その行の掘削距離代表値Ｄｒｅｐ ｉを目標掘削距離として出力する。
【００４１】
なお，対応関係設定部５５では，目標掘削距離と目標掘削荷重の対応関係を設定するに足る充分な数のデータ組が作業結果記憶部５４に保存されているか否かを判定しても良い。この判定の方法としては，作業結果記憶部５４に記憶されたデータ組数の閾値を予め設定しておき，作業結果記憶部５４のデータ組数が当該閾値未満の場合には，対応関係を設定する代わりにエラーコードを後述の目標掘削距離演算部５７へ出力するものがある。
【００４２】
目標掘削荷重設定部５６は，バケット１５の定格容量情報から目標掘削荷重を設定するだけでなく，例えば通信アンテナ３３を用いて運搬機械（ダンプトラック）２に追加積載可能な掘削対象物の荷重値（重量）を運搬機械２のコントローラ等から受信し，その受信した荷重値と，バケット１５の定格容量から演算される掘削対象物の荷重値（以下「定格荷重」と称することがある）とに基づいて目標掘削荷重を設定することができる。運搬機械２に積載可能な荷重値がバケット１５の定格荷重を超過する場合は，バケット１５の定格荷重を目標荷重に設定できる。
【００４３】
次に本実施形態に係る作業機械の掘削積込作業案内システムが，掘削距離と掘削荷重を演算し，その掘削距離と掘削荷重を関連付けて記憶し，その記憶情報に基づいて目標掘削距離と目標掘削荷重の関係を設定し，その関係と目標掘削荷重に基づいて目標掘削距離を演算し，その目標掘削距離を操縦者に報知する方法について図７−１２を用いて説明する。
【００４４】
図７は第１実施形態に係るコントローラ２１が行う処理のフローチャートである。コントローラ２１は電源が入れられると図７の処理を開始する。
【００４５】
ステップＳ１００で，コントローラ２１は作業結果記憶部５４に保存されている情報を読出し，対応関係設定部５５で目標掘削荷重と目標掘削距離の関係を設定する。本実施形態の対応関係設定部５５は図９（ａ）に示す一次式（Ｄ＝ｍＷ＋ｂ）で目標掘削荷重と目標掘削距離の関係を設定しており，この一次式中の係数ｍ，ｂは作業結果記憶部５４に保存されている情報から決定される。
【００４６】
ステップＳ１０１で，コントローラ２１は通信アンテナ３３を用いて運搬機械２から積載可能な荷重値の情報を受信し，その受信した情報と予め設定されたバケット１５の定格容量情報に基づいて目標掘削荷重設定部５６にて目標掘削荷重を設定する。油圧ショベル１はバケット１５の定格荷重を超過した掘削積込は困難なため，運搬機械２の積載可能な荷重値がバケット１５の定格荷重を超過する場合はバケット１５の定格荷重を目標荷重とする。受信した運搬機械２の積載可能な荷重値がバケット１５の定格荷重を超過しない場合は，運搬機械２の積載可能な荷重値を目標掘削荷重と設定する。
【００４７】
ステップＳ１０２では，設定された目標掘削荷重と対応関係設定部５５で設定した関係を用いて，目標掘削距離演算部５７を用いて目標掘削距離を演算する。例えば，対応関係設定部５５でＤ＝ｍＷ＋ｂと関係が設定され，目標掘削荷重設定部５６で目標掘削荷重をＷｄと設定された場合，目標掘削距離演算部５７は図９（ａ）で示すように目標掘削距離ＤｄをＤｄ＝ｍＷｄ＋ｂと演算する。
【００４８】
また，設定関係としてエラーコードが入力された場合には，目標掘削距離演算部５７は目標掘削距離の代わりに後述の表示制御部５８へエラーコードを出力する。
【００４９】
ステップＳ１０３では，表示制御部５８はステップＳ１０２で演算した目標掘削距離をモニタ２３を通して操縦者に提示する。モニタ２３の表示画面の一例を図１０に示す。
【００５０】
図１０の表示画面は，ステップＳ１０１で演算される目標掘削荷重の数値が表示される目標掘削荷重表示部８１と，ステップＳ１０７で演算される掘削荷重の数値が表示される掘削荷重表示部８２と，ステップＳ１０２で演算される目標掘削距離に関する掘削開始位置とバケット１５との位置関係が表示される補助図表示部８３と，ステップＳ１０２で演算される目標掘削距離の数値が表示される目標掘削距離表示部８４を備えている。
【００５１】
補助図表示部８３には，油圧ショベル１の下部走行体１０と上部旋回体１１の簡略図と，車体前後方向に一定間隔で配置された複数の補助線８７と，上部旋回体１１の旋回中心（基準点）から目標掘削距離Ｄ１だけ離れた掘削開始位置を通過する直線８５と，爪先位置演算部５１で演算したバケット１５の爪先位置を表す点８６が表示される。この補助図によって，スキル・経験の足りない操縦者でも目標掘削距離（掘削開始位置）が操縦席からどの程度離れているか，目標掘削距離（掘削開始位置）に対してバケット爪先位置は現在どこに位置しているかを容易に把握できるようになる。
【００５２】
また，表示制御部５８はステップＳ１０２での目標掘削距離の演算結果としてエラーコードで出力された場合は，目標掘削距離表示部８４に例えば「情報が不足しています。掘削積込作業を行ってしばらく情報を収集して下さい」というエラーメッセージを表示し，補助図中に掘削開始位置を示す線８５は表示しない。
【００５３】
ステップＳ１０４では，作業判定部５０を用いて油圧ショベル１が掘削作業を開始したか否かを判定する。作業判定部５０は，アームボトム圧とロッド圧の圧力センサ３１，３２の出力に基づいてアームシリンダ１７の推力Ｆａｍｃｙｌを算出し，バケット角度センサ２６の出力からバケット１５とアーム１４とのなす角であるバケット角度の値を算出する。作業判定部５０は，演算したアームシリンダ１７の推力Ｆａｍｃｙｌとバケット角度の値に基づき，油圧ショベル１が掘削作業を行っているか否かを判定する。
【００５４】
アームシリンダ１７の推力Ｆａｍｃｙｌは，アームボトム圧センサ３１とアームロッド圧センサ３２の信号から演算した圧力値をＰ１，Ｐ２とし，各々の受圧面積をＡ１，Ａ２とすると，式（１）より求められる。
【００５５】
Ｆａｍｃｙｌ＝Ａ１・Ｐ１―Ａ２・Ｐ２  …（１）
本実施形態の作業判定部５０は図１１に示すようにアームシリンダ１７の推力Ｆａｍｃｙｌが予め設定されている閾値ｆ１を超えると同時にバケット角度が減少している場合に掘削作業が開始したと判定する。本実施形態では，シリンダ推力とバケット角度を用いて掘削の開始を判定する構成とするが，その限りでは無く，何れか一方を利用して判定することも可能である。掘削作業が開始した場合はステップＳ１０５に処理を進める。掘削作業が開始されなかった場合には，ステップＳ１０１に戻り，再度ステップＳ１０１からステップＳ１０４を繰り返す。
【００５６】
ステップＳ１０５では，コントローラ２１は掘削距離演算部５２を用いて掘削距離Ｄ１を演算する。本実施形態における掘削距離Ｄ１は上部旋回体１１の旋回中心から掘削作業が開始した際のバケット爪先位置までの水平距離である。そこで，本実施形態ではステップＳ１０４で掘削作業が開始したと判定された時点でバケット爪先が掘削開始位置に存在しているとみなし，ステップＳ１０４で掘削作業が開始したと判定されたことをトリガーにして掘削距離演算部５２を用いてバケット爪先位置を演算する。そしてこのとき演算したバケット爪先位置と旋回中心の水平距離を演算して掘削距離Ｄ１の値を演算する。掘削作業開始時のバケット１５の爪先位置は，予め設定されている油圧ショベル１の寸法とセンサ２４−２９，３１，３２の信号を用いると容易に演算できる。この演算に利用される油圧ショベル１の寸法としては，例えば，フロント作業装置１２の動作平面におけるブーム回動軸からアーム回動軸までの距離，同平面におけるアーム回動軸からバケット回動軸までの距離，同平面におけるバケット回動軸からバケット先端までの距離，車体座標系の原点から同平面におけるブーム回動軸までの距離がある。
【００５７】
ステップＳ１０６では，コントローラ２１は作業判定部５０を用いて油圧ショベル１が掘削作業を終了したか否かを判定する。本実施形態の作業判定部５０は，油圧ショベル１が掘削作業を開始した後にアームシリンダ１７の推力Ｆａｍｃｙｌが予め設定されている閾値ｆ２未満になった場合に掘削作業が終了したと判定する。油圧ショベル１の掘削作業が終了するまでステップＳ１０６を繰り返し，掘削作業が終了したと判定されたらステップＳ１０７に処理を進める。
【００５８】
ステップＳ１０７では，コントローラ２１は掘削荷重演算部５３を用いてバケット１５の中に入っている掘削対象物の荷重値（重量）である掘削荷重を演算する。図１２はコントローラ２１における掘削荷重演算部５３によるバケット１５内の掘削対象物の荷重値の演算方法の説明図である。この図に示すように，掘削荷重は油圧ショベル１の寸法及び重量とセンサ２４−３０の信号値を用いて，油圧ショベル１のブーム１３の回転軸まわりのトルクの釣合いによって演算できる。本実施形態では演算荷重の正確度向上の観点から掘削作業後の運搬作業で行われる旋回ブーム上げ中（すなわち上部旋回体１１の旋回動作とブームシリンダ１６の伸び動作が行われている間）に掘削荷重を演算することとしているが，他の場面で掘削荷重を演算しても構わない。なお，油圧ショベル１が運搬作業に従事しているか否かは作業判定部５０で判定できる。
【００５９】
ブーム１３の回転軸まわりに作用するトルクは，ブームシリンダ１６の推力によって発生するトルクτｂｍｃｙｌと，フロント作業装置１２の重心に作用する重力によって発生するトルクτｆｒｇと，上部旋回体１１の旋回によって発生する遠心力がフロント作業装置１２の重心に発生するトルクτｆｒｃと，バケット１５の中に入っている掘削対象物の重心に作用する重力よって発生するトルクτｌｏａｄｇと，上部旋回体１１の旋回によって発生する遠心力がバケット１５の中に入っている掘削対象物の重心に発生するトルクτｌｏａｄｃがある。
【００６０】
ブーム１３の回転軸まわりでブームシリンダ１６の推力Ｆｂｍｃｙｌにより発生するトルクτｂｍｃｙｌは，ブームシリンダ１６の後述の推力Ｆｂｍｃｙｌと，ブーム１３の回転軸とブームシリンダ１６とブームの接続部の中心とを結んだ直線の長さＬｂｍｃｙｌと，その直線とブームシリンダ１６のなす角θｂｍｃｙｌを用いて，式（２）より求められる。
【００６１】
τｂｍｃｙｌ＝Ｆｂｍｃｙｌ・Ｌｂｍｃｙｌ・ｓｉｎ（θｂｍｃｙｌ）  …（２）
ブームシリンダ１６の推力Ｆｂｍｃｙｌは，ブームボトム圧センサ２９とブームロッド圧センサ３０の信号から得られる圧力をＰ３，Ｐ４とし，各々の受圧面積をＡ３，Ａ４とすると，式（３）より求められる。
【００６２】
Ｆａｍｃｙｌ＝Ａ３・Ｐ３―Ａ４・Ｐ４  …（３）
ブーム１３の回転軸まわりでフロント作業装置１２の重心に作用する重力によって発生するトルクτｆｒｇは，ブーム１３の回転中心とフロント作業装置１２の重心を結ぶ直線の長さＬｆｒと，その直線と水平線のなす角θｆｒを用いて式（４）で求められる。
【００６３】
τｆｒｇ＝ｍｆｒ・ｇ・Ｌｆｒ・ｃｏｓ（θｆｒ）  …（４）
上部旋回体１１が角速度ωで旋回する際に，フロント作業装置１２に作用する遠心力によってブーム１３の回転軸まわりに発生するトルクτｆｒｃは，式（５）で求められる。
【００６４】
τｆｒｃ＝ｍｆｒ・Ｌｆｒ２・ω２・ｓｉｎ（θｆｒ）・ｃｏｓ（θｆｒ）  …（５）
掘削対象物の重量である掘削荷重をｍｌｏａｄ，ブーム１３の回転中心とバケット１５の中に入っている掘削対象物の重心を結ぶ直線の長さをＬｌｏａｄ，その直線と水平線とのなす角をθｌｏａｄとすると，掘削対象物に作用する重力によってブーム１３の回転軸まわりに発生するトルクτｌｏａｄｇは式（６）で，荷に作用する遠心力によってブーム１３の回転軸まわりに発生するトルクτｌｏａｄｃは式（７）で求められる。
【００６５】
τｌｏａｄｇ＝ｍｌｏａｄ・ｇ・Ｌｌｏａｄ・ｃｏｓ（θｌｏａｄ）  …（６）
τｌｏａｄｃ＝ｍｌｏａｄ・Ｌｌｏａｄ２・ω２・ｓｉｎ（θｌｏａｄ）・ｃｏｓ（θｌｏａｄ）…（７）
ブーム１３の回転軸まわりのトルクの釣合いの式（８）を利用することで掘削対象物の重量である掘削荷重ｍｌｏａｄは式（９）で演算できる。
【００６６】
τｂｍｃｙｌ＋τｌｏａｄｃ＝τｆｒｇ＋τｆｒｃ＋τｌｏａｄｇ  …（８）
ｍｌｏａｄ＝｛Ｆｂｍｃｙｌ・Ｌｂｍｃｙｌ・ｓｉｎ（θｂｍｃｙｌ）−ｍｆｒ・ｇ・Ｌｆｒ・ｃｏｓ（θｆｒ）−ｍｆｒ・Ｌｆｒ２・ω２・ｓｉｎ（θｆｒ）・ｃｏｓ（θｆｒ）｝／｛ｇ・Ｌｌｏａｄ・ｃｏｓ（θｌｏａｄ）−Ｌｌｏａｄ２・ω２・ｓｉｎ（θｌｏａｄ）・ｃｏｓ（θｌｏａｄ）｝  …（９）
このように演算された掘削荷重ｍｌｏａｄは表示制御部５８によりモニタ２３を介して操縦者に報知される。
【００６７】
ステップＳ１０８では，掘削作業の開始時にステップＳ１０５で演算した掘削距離Ｄ１と，その掘削作業の終了時にステップＳ１０７で演算した掘削荷重ｍｌｏａｄとを１組のデータにして作業結果記憶部５４に保存する。具体的には図８（ｂ）で示したように，実際に行った掘削作業における掘削荷重ｍｌｏａｄと掘削距離Ｄ１を対にして，作業結果記憶部５４に保存する。
【００６８】
ステップＳ１０９では，コントローラ２１は対応関係設定部５５を用いて目標掘削荷重と目標掘削距離の対応関係を更新（再設定）する。対応関係設定部５５は，ステップＳ１０８で新たに追加した掘削荷重−掘削距離の情報を含めた作業結果記憶部５４の情報を用いて，ステップＳ１００で行った目標掘削荷重と掘目標削距離の対応関係の設定処理と同様の処理を行う。本実施形態では，式Ｄ＝ｍＷ＋ｂのｍとｂの値を再演算し，更新することで，目標掘削荷重と目標掘削距離の対応関係を再設定する。
【００６９】
−第１実施形態で得られる効果−
上記のように構成された油圧ショベル１において，油圧ショベル１の操縦者がフロント作業装置１２で掘削作業を行うと，そのときの掘削距離と掘削荷重が１組のデータとなって作業結果記憶部５４にその都度記憶される。そして，掘削距離と掘削荷重の対応関係の導出に必要な量のデータが作業結果記憶部５４に蓄積されると，コントローラ２１は対応関係設定部５５を利用してその蓄積データから把握される掘削距離と掘削荷重の対応関係の傾向に基づいて目標掘削荷重と目標掘削距離の対応関係を設定する。対応関係が設定された後は，目標掘削距離演算部５７がその対応関係を利用して目標掘削荷重設定部５６で設定された目標掘削荷重に対応する目標掘削距離を演算し，その目標掘削距離に関する情報が掘削作業時にモニタ２３上に表示される。すなわち本実施形態では掘削距離（第１掘削距離）と掘削荷重の実績値から両者の対応関係を推定し，その対応関係を基に，目標掘削荷重が得られる掘削作業開始時のバケット爪先位置の指標となる目標掘削距離（第１掘削距離の目標値）を演算し，その目標掘削距離を油圧ショベル１の操縦者にモニタ２３を介して提供することとした。これにより油圧ショベル１の操縦者がモニタ２３の目標掘削距離を参照すれば技量や経験に関わらず容易にバケット爪先を掘削開始位置に移動でき，そこからアームクラウド操作で掘削作業を開始することで目標掘削荷重に近い荷重値の掘削対象物をバケット１５内に積み込むことができる。これによりダンプトラック（運搬機械）に対する掘削対象物の積み込み重量をそのダンプトラックの最大積載量に近づけることが容易になるので掘削作業及び積込作業の効率を向上できる。
【００７０】
本実施形態では対応関係設定部５５が目標掘削荷重と目標掘削距離の対応関係を掘削作業の都度設定するので，常に最新の対応関係が利用できる。これにより作業環境が変化した場合にも変化後の作業環境に即した目標掘削距離を速やかに演算できる。
【００７１】
本実施形態ではモニタ画面上の補助図表示部８３にバケット爪先位置（点８６）と掘削開始位置（直線８５）が表示されており，油圧ショベル１の操縦者はこれを見ながらフロント作業装置１２を操作することで容易にバケット爪先を掘削開始位置に到達させることができる。これによりダンプトラックの過積載や積載不足が発生することを防止でき適量の積み込みが容易になる。
【００７２】
なお，図７のフローチャートでは処理の開始時にステップＳ１００で目標掘削荷重と目標掘削距離の対応関係を必ず設定する例を挙げたが，過去に設定処理を実行している場合はステップＳ１００の処理は省略可能である。また図７のフローチャートでは掘削作業の都度にステップＳ１０９で目標掘削荷重と目標掘削距離の対応関係を必ず設定することとしているがステップＳ１０９を実行する頻度は任意に変更可能である。例えば精度の良い対応関係が設定されている場合には省略が可能である。
【００７３】
また，上記では目標掘削荷重を目標掘削荷重設定部によって設定したが，油圧ショベル１の操縦者が入力したり，油圧ショベル１の管理者が入力したりして，予め設定した数値を目標掘削荷重として利用しても良い。
【００７４】
また，上記では掘削距離として，水平掘削開始距離Ｄ１を演算する場合について説明したが，上部旋回体１１の底面から掘削開始位置までの垂直距離（垂直掘削開始距離）Ｄ３を掘削距離とする場合にも，上記と同様の処理を行えば良い。
【００７５】
＜第２実施形態＞
本実施形態は，目標掘削距離に対する実際の掘削距離の達成度を演算し，その達成度をモニタ２３に表示する点に特徴がある。
【００７６】
図１３は第２実施形態のシステム構成を示す概略図である。図１３のコントローラ２１ｂは図６に示した第１実施形態のコントローラ２１に目標達成度判定部６１を追加した構成となる。目標達成度判定部６１は，目標掘削距離演算部５７により演算された目標掘削距離と掘削距離演算部５２により演算された掘削距離とに基づいて，目標掘削距離に対する掘削距離の達成度を判定する。目標達成度判定部６１はその判定結果である達成度を表示制御部５８に出力し，表示制御部５８は入力された達成度をモニタ２３に表示する。
【００７７】
図１４は第２実施形態に係るコントローラ２１ｂが行う処理のフローチャートであり，第１実施形態のフローチャート（図７参照）にステップＳ２００とステップＳ２０１が追加されている。
【００７８】
ステップＳ２００では，ステップＳ１０２とステップＳ１０５で演算した目標掘削距離と掘削距離を用いて，目標達成度判定部６１で目標達成度を判定する。本実施形態における目標達成度は目標掘削距離に対する掘削距離の割合を百分率で示した値で判定する。
【００７９】
ステップＳ２０１では，表示制御部５８はステップＳ２００で判定した目標達成度をモニタ２３に表示して油圧ショベル１の操縦者に提示する。図１５で示すように，目標達成度を示す数値はモニタ画面上の目標掘削距離表示部８４の下に設けられた目標達成度表示部８８に表示される。
【００８０】
−第２実施形態で得られる効果−
本実施形態によれば，第１実施形態の効果に加えて，目標達成度を通して操縦者のフロント作業装置１２の操作の適否が可視化されるので，操縦者のフロント操作能力の更なる上達が期待できる。その結果，より過積載と積載不足が防止できる。
【００８１】
＜第３実施形態＞
本実施形態は，目標掘削距離と実際の掘削距離とを対応付けて記憶し，その記憶情報を用いて目標掘削距離に対する実際の掘削距離の傾向を判定して数値化し，その判定結果に関する数値（例えば平均値や分散）をモニタ２３に表示する点に特徴がある。
【００８２】
図１６は第３実施形態のシステム構成を示す概略図である。図１６のコントローラ２１ｃは，図６に示した第１実施形態のコントローラ２１に対して，目標掘削距離演算部５７により演算された目標掘削距離と掘削距離演算部５２により演算された掘削距離とを対応付けて記憶する掘削距離記憶部６２と，掘削距離記憶部６２の記憶情報を用いて目標掘削距離に対する掘削距離の傾向を判定する掘削距離傾向判定部６３とが追加されている。掘削距離傾向判定部６３の判定値は表示制御部５８へ出力され，表示制御部５８は掘削距離傾向判定部６３の判定結果をモニタ２３に表示する。
【００８３】
図１７は第３実施形態に係るコントローラ２１ｃが行う処理のフローチャートであり，第１実施形態のフローチャート（図７参照）にステップＳ３００，Ｓ３０１，Ｓ３０２が追加されている。
【００８４】
ステップＳ３００では，コントローラ２１ｃはステップＳ１０２で演算した目標掘削距離とステップＳ１０５で演算した掘削距離を１組のデータにして掘削距離記憶部６２に保存する。保存される形態は作業結果記憶部５４における掘削荷重と掘削距離の保存形態と同様で，目標掘削距離と掘削距離が対になって保存される。
【００８５】
ステップＳ３０１では，掘削距離傾向判定部６３は，掘削距離記憶部６２に保存されている情報を用い，掘削距離の傾向判定を行う。掘削距離傾向判定部６３で判定する傾向は，例えば目標掘削距離に対する実際の掘削距離の割合を百分率で示しその平均値と分散を用いて判定される。平均値が１００％を超過する場合は操縦者によるフロント作業装置１２の操作が目標掘削距離に対して長い掘削距離となる傾向があり，平均が１００％未満の場合は操縦者によるフロント作業装置１２の操作が目標掘削距離に対して短い掘削距離となる傾向があることになる。また，標準偏差が大きいほど，操縦者によるフロント作業装置１２の操作の掘削距離が目標掘削距離に対してばらつきがあることになる。
【００８６】
ステップＳ３０２では，表示制御部５８はステップＳ３０１で演算した平均値と標準偏差の値をモニタ２３に表示し操縦者に提示する。図１８で示すように平均値と標準偏差の値はモニタ画面上の目標掘削距離表示部８４の下に設けられた掘削距離傾向判定結果表示部８９に表示される。
【００８７】
−第３実施形態で得られる効果−
本実施形態によれば，第１実施形態の効果に加え，操縦者が目標掘削距離に対するフロント作業装置１２の操作傾向が把握できる。これによりその傾向を操作方法の改善に活用することで操縦者の操作の上達が期待できる。
【００８８】
＜第４実施形態＞
本実施形態は，目標掘削荷重がバケットの定格荷重未満か否かを判定し，目標掘削荷重がバケットの定格荷重未満であると判定された場合には目標掘削距離をモニタ画面上に表示するが，目標掘削荷重がバケットの定格荷重以上であると判定された場合には目標掘削距離をモニタ画面上に表示しない点に特徴がある。
【００８９】
図１９は第４実施形態のシステム構成を示す概略図である。図１９のコントローラ２１ｄは，図６に示した第１実施形態のコントローラ２１に対して，目標掘削荷重設定部５６により演算された目標掘削荷重とバケット１５の定格容量情報とに基づいて目標掘削荷重がバケット１５の定格荷重未満か否かを判定する目標掘削距離報知判定部６４が追加されている。目標掘削距離報知判定部６４の判定結果は表示制御部５８に入力され，モニタ２３には，目標掘削距離報知判定部６４によって目標掘削荷重がバケット１５の定格荷重未満であると判定された場合に目標掘削距離が表示される。
【００９０】
図２０は第４実施形態に係るコントローラ２１ｄが行う処理のフローチャートであり，第１実施形態のフローチャート（図７参照）にステップＳ４００とＳ４０１が追加されている。
【００９１】
ステップＳ４００では，コントローラ２１ｄは目標掘削距離報知判定部６４を用いて，目標掘削荷重を表示するか否かの判定を行う。目標掘削距離報知判定部６４は，ステップＳ１０１で演算した目標掘削荷重と，予めコントローラ２１ｄの記憶装置に記憶されているバケット１５の定格容量から演算される掘削対象物の荷重値（定格荷重）とを比較し，目標掘削荷重がバケット１５の定格荷重未満である場合はステップＳ１０２に移る。それ以外の場合，即ちダンプトラック２に積載可能な荷重がバケット１５の定格荷重以上の場合にはステップＳ４０１に移る。
【００９２】
ステップＳ４０１では，表示制御部５８は図１０のモニタ画面における目標掘削距離表示部８４の目標掘削距離と，補助図表示部８３内の掘削開始位置を示す線８５とを非表示にする。このとき補助線８７や爪先位置８６も非表示にしても良い。
【００９３】
−第４実施形態で得られる効果−
本実施形態では，ダンプトラックが過積載になり得ない場合には油圧ショベル１の操縦者に対して目標掘削距離の提示がされないので，フロント作業装置１２の操作で目標掘削距離を狙う必要がなくなり，操縦者の心理的負担を低減できる。
【００９４】
＜第５実施形態＞
本実施形態は，入力装置等からの外部入力に基づいて油圧ショベル１の掘削環境を設定可能とし，その設定された掘削環境ごとに掘削荷重と掘削距離を対応付けて記憶し，その記憶した情報を利用して目標掘削荷重と目標掘削距離との対応関係を掘削環境ごとに設定し，その設定された対応関係と掘削環境と目標掘削荷重とに基づいて目標掘削距離を演算する点に特徴がある。
【００９５】
図２１は第５実施形態に係る油圧ショベル１の掘削積込作業案内システムの概略図である。本実施形態は，第１実施形態のシステム構成において，油圧ショベル１の掘削環境を設定するための入力装置であるスイッチ３４を有するモニタ２３ｅにモニタ２３を変更したものに相当する。本実施形態のスイッチ３４は，ロータリースイッチであり，つまみが存在して回転ができる構造である。スイッチ３４の信号はコントローラ２１ｅに入力されるように構成されている。
【００９６】
図２２は第５実施形態のシステム構成を示す概略図である。図２２のコントローラ２１ｅは，図６に示した第１実施形態のコントローラ２１に対して，スイッチ３４から出力される信号に基づいて油圧ショベル１の掘削環境を設定する掘削環境設定部５９が追加されており，作業結果記憶部５４が掘削環境設定部５９で設定された掘削環境ごとに掘削荷重演算部５３の演算結果と掘削距離演算部５２の演算結果とを対応付けて記憶する掘削環境別作業結果記憶部６０に変更されている。対応関係設定部５５は，掘削環境別作業結果記憶部６０に記憶された情報を用いて，掘削環境設定部５９で設定された掘削環境ごとに目標掘削荷重と目標掘削距離との対応関係を設定する。また目標掘削距離演算部５７は，掘削環境設定部５９で設定された掘削環境と対応関係設定部５５により設定された対応関係と目標掘削荷重設定部５６により設定された目標掘削荷重とに基づいて目標掘削距離を演算する。掘削環境設定部５９の出力は掘削距離演算部５７と表示制御部５８にも入力される。
【００９７】
図２３は第５実施形態に係るコントローラ２１ｅが行う処理のフローチャートであり，第１実施形態のフローチャート（図７参照）にステップＳ５００が追加されている。また，掘削荷重と掘削距離を記憶装置に保存しているステップＳ１０８が，掘削環境別に掘削荷重と掘削距離を記憶装置に保存するステップＳ５０１に変更されている。
【００９８】
ステップＳ５００でコントローラ２１ｅは掘削環境設定部５９を用いて，スイッチ３４から信号を読取って掘削環境の設定を行う。モニタ２３ｅは図２４のように構成されており，操縦者はスイッチ３４を回転させることによって任意に掘削環境に設定できる。本実施形態では掘削環境として掘削対象物の種類が鉄鉱石か石炭かを選択可能にスイッチ３４が構成されており，選択された掘削対象物がモニタ画面上の掘削環境表示部９０に表示されている。掘削対象物はその種類によって密度や粘性が異なるためバケット定格荷重が変化する可能性があり，その結果，目標掘削荷重も掘削対象物に応じて変化する可能性がある。
【００９９】
その他の掘削環境の分類としては，例えば，下部走行体１０に対する掘削対象物３の位置による分類（未掘削の掘削対象物３が下部走行体１０の底面よりも上方に位置する上堀りか，同底面よりも下方に位置する下堀りか），操縦者による分類，油圧ショベルの車格による分類，天候による分類，これら複数の分類の組合せなどがある。なお掘削環境の入力はスイッチ３４のみに限られず，複数のボタンを有する入力装置やタッチパネル式のモニタ等，種々の入力装置の利用が可能である。
【０１００】
ステップＳ５０１では，コントローラ２１ｅは，掘削環境設定部５９で設定された掘削環境で分けて掘削荷重と掘削距離を掘削環境別作業結果記憶部６０に記憶する。スイッチ３４によって掘削対象物として鉄鉱石が選択されている場合（掘削環境Ａの場合）にはデータは作業結果記憶部６０ａに記憶され，石炭が選択されている場合（掘削環境Ｂの場合）にはデータは作業結果記憶部６０ｂに記憶される。
【０１０１】
−第５実施形態で得られる効果−
掘削荷重と掘削距離の関係は掘削環境に大きく依存するが，本実施形態によれば掘削環境ごとに両者の関係を記憶するので掘削環境ごとに目標掘削荷重と目標掘削距離の対応関係を設定することが可能となる。そして掘削環境に合わせた目標掘削距離を操縦者に提示することによって，操縦者は掘削環境に合わせたフロント作業装置１２の操作が可能となり，掘削環境に合わせた適量な掘削積込が容易になる。
【０１０２】
＜第６実施形態＞
本実施形態は，掘削距離として第２掘削距離，すなわち，掘削開始位置から掘削終了位置までの距離である掘削移動距離，または，バケット爪先が掘削開始位置から掘削終了位置に移動するまでの軌跡の長さである掘削軌跡長さを演算し，その掘削距離（第２掘削距離）と掘削荷重のデータから目標掘削荷重と目標掘削距離（第２掘削距離の目標値）の対応関係を設定する点に特徴がある。
【０１０３】
図２５は第６実施形態のシステム構成を示す概略図である。図２５のコントローラ２１ｇは，図６に示した第１実施形態のコントローラ２１に対して，掘削中爪先位置記憶部６５を追加した構成となる。掘削中爪先位置記憶部６５は，作業判定部５０の判定結果と爪先位置演算部５１の演算結果に基づいて掘削開始位置から掘削終了位置に移動するまでのバケット爪先位置の履歴（すなわちバケット爪先の軌跡）を記憶する。掘削距離演算部５２は，掘削距離として，掘削中爪先位置記憶部６５に記憶されている位置履歴からバケット爪先の軌跡の長さを演算し，作業結果記憶部５４へ出力する。
【０１０４】
図２６は第６実施形態に係るコントローラ２１ｇが行う処理のフローチャートであり，第１実施形態のフローチャート（図７参照）にステップＳ６００が追加され，ステップＳ１０３からステップＳ１０６が変更されている。
【０１０５】
ステップＳ１０４では作業判定部５０は掘削作業が開始したか否かを判定し，掘削作業が開始したと判定した場合にはステップＳ６００に進む。
【０１０６】
ステップＳ６００ではコントローラ２１ｇは爪先位置演算部５１の演算結果を掘削中爪先位置記憶部６５に記憶しステップＳ１０６に進む。ステップＳ１０６では作業判定部５０は掘削作業が終了したか否かを判定し，掘削作業が継続中であると判定した場合にはステップＳ６００に戻って掘削中爪先位置記憶部６５への爪先位置の記憶を継続する。一方，掘削作業が終了したと判定した場合にはステップＳ６０１に進む。このステップＳ１０４，Ｓ６００，Ｓ１０６の処理により掘削作業の開始時から終了時までのバケット爪先位置の履歴が掘削中爪先位置記憶部６５に記憶される。
【０１０７】
ステップＳ６０１では，掘削中爪先位置記憶部６５に記憶された掘削中爪先位置履歴より掘削距離を求める。この掘削中爪先位置の履歴から求められる掘削距離としては，図２７に示すように，掘削開始位置から掘削終了位置までの水平掘削移動距離Ｄ２と，掘削開始位置から掘削終了位置までの垂直掘削移動距離Ｄ４と，掘削作業中のバケット１５の爪先の軌跡の長さ（掘削軌跡長さ）Ｄ５等が挙げられる。本実施形態では水平掘削移動距離Ｄ２を掘削距離とする。水平掘削移動距離Ｄ２は掘削中爪先位置記憶部６５に記憶された掘削開始時の爪先位置と掘削終了時の爪先位置とによって容易に演算できる。
【０１０８】
なお，爪先の軌跡の長さＤ５は，図２８に示すように，掘削中爪先位置記憶部６５に記憶されている掘削作業中の爪先位置ＰｎとＰｎ＋１からなる直線Ｌｎの長さを積算することによって演算できる。
【０１０９】
本実施形態のモニタ２３は第１実施形態の図１０と同様の画面を表示する。但し，補助図中の掘削開始位置を表す直線８５は，掘削中爪先位置記憶部６５に記憶されている履歴から演算するものとし，掘削作業開始後に表示するものとする。さらに表示期間を限定すれば，掘削作業開始から掘削作業終了までの間，すなわち図２６のステップ６００が実行されている間，直線８５を表示することが好ましい。このように表示される直線８５は実際の掘削開始位置を表示するため操縦者が掘削移動距離を認識する際の基準として役に立つ。ところで，掘削作業中における油圧ショベル１のバケット１５の爪先の軌跡の長さＤ５を掘削距離として用いる場合，補助図中の直線８５の表示は省略しても良い。
【０１１０】
−第６実施形態で得られる効果−
油圧ショベル１の操縦者は，スキル・経験が不足しても，モニタ２３に表示される情報を参考にすることで，油圧ショベル１のフロント作業装置１２の操作に際し，掘削作業が開始した時点から油圧ショベル１のフロント作業装置１２の操作方法が分からなく過積載や積載不足になることがなくなり，適量の積込が容易になる。
【０１１１】
＜第７実施形態＞
本実施形態は，掘削作業の開始前には第１掘削距離の目標値（目標第１掘削距離）をモニタ２３に表示し，掘削作業の開始後には第２掘削距離の目標値（目標第２掘削距離）をモニタ２３に表示することを特徴とする。「第１掘削距離」は掘削作業開始時のバケット１５の爪先の位置を示す距離情報であって，本稿では油圧ショベル１の本体（上部旋回体１１または下部走行体１０）に設定された基準点から掘削開始時のバケット爪先位置までの距離で定義されており，例えばＤ１，Ｄ３（図３参照）が該当する。「第２掘削距離」は掘削作業終了時のバケット１５の爪先の位置を示す距離情報であって，本稿では掘削開始時のバケット爪先位置から掘削終了時のバケット爪先位置までの距離で定義されており，例えばＤ２，Ｄ４，Ｄ５（図２７参照）が該当する。本実施形態では，第１掘削距離として水平掘削開始距離Ｄ１を，第２掘削距離として水平掘削移動距離Ｄ２を用いる。
【０１１２】
本実施形態のシステム構成は第６実施形態と同じであり，本実施形態のコントローラ２１ｇは図６に示した第１実施形態のコントローラ２１に対して掘削中爪先位置記憶部６５を追加した構成となる。掘削距離演算部５２は，作業判定部５０によって掘削作業が開始したと判定されたときのバケット１５の爪先位置を第１掘削距離として演算し，作業判定部５０によって掘削作業中であると判定されている間のバケット１５の爪先位置の履歴（この情報は掘削中爪先位置記憶部６５から取得する）に基づいて第２掘削距離を演算する。作業結果記憶部５４は，掘削荷重演算部５３により演算された掘削荷重と掘削距離演算部５２により演算された第１掘削距離及び第２掘削距離とを対応づけて記憶する。対応関係設定部５５は，作業結果記憶部５４に記憶された掘削荷重と第１掘削距離及び第２掘削距離との対応関係の傾向に基づいて，掘削荷重の目標値である目標掘削荷重と第１掘削距離及び第２掘削距離の目標値である目標第１掘削距離及び目標第２掘削距離との対応関係を設定する。目標掘削距離演算部５７は，対応関係設定部５５により設定された対応関係と目標掘削荷重設定部５６により設定された目標掘削荷重とに基づいて，前標第1掘削距離及び目標第２掘削距離を演算する。モニタ２３は，目標掘削距離演算部５７により演算された目標第1掘削距離及び目標第2掘削距離を表示する。
【０１１３】
図２９は第７実施形態に係るコントローラ２１ｇが行う処理のフローチャートであり，第６実施形態のフローチャート（図２６参照）にステップＳ７００からステップＳ７０８が追加されている。
【０１１４】
ステップＳ７００で，コントローラ２１ｇは，図３０のように作業結果記憶部５４に保存されている掘削荷重と第１掘削距離と第２掘削距離の情報を読出し，対応関係設定部５５を用いて図３１と図３２で示すように掘削荷重と第１掘削距離及び第２掘削距離の対応関係を設定する。
【０１１５】
図３０は掘削荷重と第１掘削距離Ｄ１と第２掘削距離Ｄ２が１組のデータになって作業結果記憶部５４に保存される形態を示す。各掘削作業は掘削ＩＤで特定されており，その各掘削作業で演算された掘削荷重と第１掘削距離と第２掘削距離が１組のデータになって作業結果記憶部５４に保存される。
【０１１６】
図３１と図３２は対応関係設定部５５より設定される対応関係の例を示す。図３１は，掘削荷重と第１掘削距離の関係を示す。図３１は，作業結果記憶部５４に保存されている情報から抽出した掘削荷重と第１掘削距離のデータを，掘削荷重と第１掘削距離をそれぞれ等間隔に区切って形成した格子の各セルに格納することによって目標掘削荷重と目標第１掘削距離の対応関係を設定する例の説明図である。対応関係設定部５５は，格子の各セルに格納された掘削荷重と第１掘削距離のデータ組数を計数し，掘削荷重区間毎に最も多くのデータを含むセルＡを定める。そして，各掘削荷重区間で最も多くのデータを含むセルＡの第１掘削距離の代表値Ｄ１ｒｅｐを演算し，掘削荷重区間と第１掘削距離の代表値Ｄ１ｒｅｐで，目標掘削荷重と目標第１掘削距離の対応関係を設定する。第１掘削距離の代表値Ｄ１ｒｅｐは，区間の中間値Ｄ１ｒｅｐ＝（ｄ１ｕｐｐｅｒ＋ｄ１ｌｏｗｅｒ）／２でも，格子内データの第１掘削距離の平均値Ｄ１ｒｅｐ＝ｍｅａｎ（ｄ１｜ｄ１∈Ａ）でも，格子内データの第１掘削距離の中央値Ｄ１ｒｅｐ＝ｍｅｄｉａｎ（ｄ１｜ｄ１∈Ａ）でも良い。目標掘削距離演算部５７は，対応関係設定部５５が築いた目標掘削荷重と目標第１掘削距離の対応関係に基づいて，例えば入力された目標掘削荷重Ｗが掘削荷重区間ｗｉ≦Ｗ＜ｗｉ＋１に該当する場合は第１掘削距離代表値Ｄ１ｒｅｐ ｉを目標第１掘削距離として出力する。
【０１１７】
なお，第１実施形態と同様に，対応関係設定部５５は，掘削荷重区間ｗｉ≦Ｗ＜ｗｉ＋１において作業結果記憶部５４に保存されている情報の数が予め設定されている閾値を満たさない場合は，第１掘削距離代表値Ｄ１ｒｅｐ ｉの代わりにエラーコードを目標掘削距離演算部５７へ出力しても良い。
【０１１８】
図３２は，作業結果記憶部５４に保存されている情報から対になっている第１掘削距離Ｄ１がｄ１ｌｏｗｅｒ≦Ｄ１＜ｄ１ｕｐｐｅｒである掘削荷重と第２掘削距離を抽出し，その抽出したデータを，掘削荷重と第２掘削距離をそれぞれ等間隔に区切って形成した格子の各セルに格納することによって目標掘削荷重と目標第２掘削距離の対応関係を設定する例の説明図である。対応関係設定部５５は，格子の各セルに格納された掘削荷重と第２掘削距離のデータ組数を計数し，掘削荷重区間毎に最も多くのデータを含むセルＢを定める。そして，各掘削荷重区間で最も多くのデータを含むセルＢの第２掘削距離の代表値Ｄ２ｒｅｐを演算し，第２掘削距離の代表値Ｄ２ｒｅｐで，第１掘削距離Ｄ１がｄ１ｌｏｗｅｒ≦Ｄ１＜ｄ１ｕｐｐｅｒの場合の目標掘削荷重と目標第２掘削距離の対応関係を設定する。第１掘削距離Ｄ１がｄ１ｌｏｗｅｒ≦Ｄ１＜ｄ１ｕｐｐｅｒの場合の第２掘削距離の代表値Ｄ２ｒｅｐは，区間の中間値Ｄ２ｒｅｐ＝（ｄ２ｕｐｐｅｒ＋ｄ２ｌｏｗｅｒ）／２でも，格子内データの第２掘削距離の平均値Ｄ２ｒｅｐ＝ｍｅａｎ（ｄ２｜ｄ２∈Ｂ）でも，格子内データの第１掘削距離の中央値Ｄ２ｒｅｐ＝ｍｅｄｉａｎ（ｄ２｜ｄ２∈Ｂ）でも良い。対応関係設定部５５は，第１掘削距離Ｄ１の全範囲にかけて同様に目標掘削荷重と目標第２掘削距離の対応関係を設定する。
【０１１９】
なお，第１掘削距離と同様に，対応関係設定部５５は，第１掘削距離Ｄ１がｄ１ｌｏｗｅｒ≦Ｄ１＜ｄ１ｕｐｐｅｒの場合の掘削荷重区間ｗｉ≦Ｗ＜ｗｉ＋１において作業結果記憶部５４に保存されている情報の数が予め設定されている閾値を満たさない場合は，第２掘削距離代表値Ｄ２ｒｅｐ ｉの代わりにエラーコードを目標掘削距離演算部５７へ出力しても良い。
【０１２０】
ステップＳ７０１では，設定された目標掘削荷重と対応関係設定部５５で設定した掘削荷重−第１掘削距離の関係を用いて，目標掘削距離演算部５７を用いて目標第１掘削距離を演算する。また，設定関係としてエラーコードが入力された場合には，目標掘削距離演算部５７は目標掘削距離の代わりに号術の表示制御部５８へエラーコードを出力する。
【０１２１】
ステップＳ７０２では，表示制御部５８はステップＳ７０１で演算した目標第１掘削距離を操縦者にモニタ２３を介して提示する。図３３は本実施形態のモニタ画面上に表示される情報例を示す図である。図３３の表示画面は，ステップＳ７０１と後述のステップＳ７０４で演算される目標第１掘削距離と目標第２掘削距離の数値が表示される目標掘削距離表示部８４ａを備えている。目標掘削距離表示部８４ａの左側には，第一と第二と書かれた２つの表示があり，その２つの表示のいずれか一方を囲む矩形は目標掘削距離表示部８４ａに表示されている目標掘削距離が目標第１掘削距離と目標第２掘削距離のいずれであるかを示す。目標第１掘削距離が表示されている場合，その数値と共に補助図表示部８３内に第１実施形態と同様に補助図を表示する。すなわち，油圧ショベル１の簡略図と，補助線８７と，掘削開始位置を表す直線８５と，爪先位置演算部５１で演算したバケット爪先位置を表す点８６を表示する。補助図によって，スキル・経験の足りない操縦者でも目標第１掘削距離が操縦席からどの程度離れているか，バケット爪先位置は現在どこに位置しているかを容易に把握できる。
【０１２２】
また，ステップＳ７０１での目標第１掘削距離の演算結果がエラーコードで出力された場合は，目標掘削距離表示部８４ａに第１実施形態同様にエラーメッセージを表示し，補助図として直線８５は表示しないようにしても良い。
【０１２３】
ステップＳ７０３では，コントローラ２１は第１掘削距離Ｄ１を演算する。掘削作業開始直後のステップＳ６００で掘削中爪先位置記憶部６５に保存されている位置履歴データから第１掘削距離Ｄ１を演算できる。
【０１２４】
ステップＳ７０４では，目標掘削距離演算部５７は，ステップＳ１０１で設定された目標荷重と，ステップＳ７０３で演算した第１掘削距離と，ステップＳ７００またはＳ７０８で対応関係設定部５５が設定した目標掘削荷重と目標第１掘削距離との対応関係を用いて，目標第２掘削距離を演算する。例えば，目標掘削荷重Ｗｇｏａｌがｗｉ≦Ｗｇｏａｌ＜ｗｉ＋１で，ステップＳ７０３で演算した第１掘削距離Ｄ１ｃｕｒがｄ１ｌｏｗｅｒ≦Ｄ１ｃｕｒ＜ｄ１ｕｐｐｅｒである場合，ｄ１ｌｏｗｅｒ≦Ｄ１＜ｄ１ｕｐｐｅｒの場合の掘削荷重区間ｗｉ≦Ｗ＜ｗｉ＋１における第２掘削距離代表値Ｄ２ｒｅｐ ｉを目標第２掘削距離として出力する。また，設定関係としてエラーコードが入力された場合には，目標掘削距離演算部５７は目標第２掘削距離の代わりに表示制御部５８へエラーコードを出力する。
【０１２５】
ステップＳ７０５では，表示制御部５８はステップＳ７０４で演算した目標第２掘削距離を操縦者にモニタ２３を介して提示する。このとき，ステップＳ７０２で表示された目標第１掘削距離および補助図は更新される。すなわち，目標掘削距離表示部８４ａの左側に表示されている“第一”と“第二”のうち，“第二”が矩形で選択され，目標掘削距離表示部８４ａに表示されている目標掘削距離が目標第２掘削距離であることを示す。このとき，補助図表示部８３に表示される直線８５は掘削終了位置を示すものに変更される。この補助図によって，スキル・経験の足りない操縦者でも目標第２掘削距離が操縦席からどの程度離れているか，バケット爪先位置は現在どこに位置しているかを容易に把握できるようになる。但し，第２掘削距離として油圧ショベル１のバケット爪先の軌跡の長さＤ５を利用する場合は，掘削終了位置を表す線８５の表示を省略するものとする。
【０１２６】
また，ステップＳ７０４での目標第２掘削距離の演算結果がエラーコードで出力された場合は，目標掘削距離表示部８４ａに第１実施形態同様にエラーメッセージを表示し，補助図として直線８５は表示しないようにしても良い。
【０１２７】
ステップＳ１０５で掘削作業が終了したと判定されたら，コントローラ２１はステップＳ７０６において，掘削中爪先位置記憶部６５に記憶された掘削中爪先位置履歴を利用して第２掘削距離Ｄ２を演算する。第２掘削距離Ｄ２は第６実施形態のステップＳ６０１の掘削距離の演算と同様の方法で演算することができる。
【０１２８】
ステップＳ７０７では，コントローラ２１はステップＳ７０３とステップＳ７０６とステップＳ１０７で演算した第１掘削距離と第２掘削距離と掘削荷重を作業結果記憶部５４に追加保存する。すなわち，図３０で示したように実際に行った掘削作業における掘削荷重と第１掘削距離と第２掘削距離を対にして作業結果記憶部５４に保存する。
【０１２９】
ステップＳ７０８でコントローラ２１ｇは対応関係設定部５５を用いて目標掘削荷重と目標１掘削距離及び目標第２掘削距離の対応関係を更新する。対応関係設定部５５は，ステップＳ７０７で新たに追加された掘削荷重と第１及び第２掘削距離の情報を含む作業結果記憶部５４の情報を用いて，ステップＳ７００と同様に目標掘削荷重と目標第１掘削距離と目標第２掘削距離の対応関係を設定する。
【０１３０】
なお，第1掘削距離と第２掘削距離の組合せは，上記のＤ１とＤ２の組合せ以外にも例えば，垂直掘削開始距離Ｄ３と垂直掘削移動距離Ｄ４の組合せ，水平掘削開始距離Ｄ１と掘削軌跡長さＤ５の組合せ，垂直掘削開始距離Ｄ３と掘削軌跡長さＤ５の組合せがある。
【０１３１】
−第７実施形態で得られる効果−
本実施形態によれば，第１実施形態のように掘削作業の開始前に第１掘削距離の目標値がモニタ２３に表示されるだけでなく，掘削作業の開始後には第２掘削距離の目標値も速やかにモニタ２３に表示される。すなわち目標掘削荷重を得るためのフロント操作をアシストする情報として掘削開始位置だけでなく掘削終了位置も操縦者に提示することができるので，実際の掘削荷重を目標掘削荷重に近づけることがさらに容易になる。
【０１３２】
＜第８実施形態＞
本実施形態は，掘削作業開始後（すなわち通常はアームクラウド操作中）に目標第２掘削距離に対する現在の第２掘削距離の割合を進捗度として演算してモニタ２３に表示する点に特徴がある。
【０１３３】
図３４は第８実施形態のシステム構成を示す概略図である。図３４のコントローラ２１ｆは，図２５に示した第７実施形態のコントローラ２１ｇに対して，第２掘削距離進捗度演算部６６を追加した構成となる。第２掘削距離進捗度演算部６６は，目標掘削距離演算部５７により演算された目標第２掘削距離に対する掘削距離演算部５２により演算された第２掘削距離の割合である第２掘削距離進捗度を演算する。第２掘削距離進捗度は表示制御部５８に出力され，モニタ画面上に第２掘削距離進捗度が表示される。
【０１３４】
図３５は第８実施形態に係るコントローラ２１ｆが行う処理のフローチャートであり，第７実施形態のフローチャート（図２９参照）にステップＳ８００とステップＳ８０１が追加されている。
【０１３５】
ステップＳ８００では，第２掘削距離進捗度演算部６６は，第２掘削距離進捗度を演算する。目標掘削距離演算部５７から演算された目標第２掘削距離と，掘削中爪先位置記憶部６５に保存されているバケット爪先位置の履歴とに基づいて，目標第２掘削距離に対する第２掘削距離の割合である第２掘削距離進捗度が演算される。本実施形態では第２掘削距離進捗度を百分率で示している。本実施形態も第７実施形態と同様に，第１掘削距離として上部旋回体１１の旋回中心から掘削開始位置までの水平方向の距離Ｄ１を，第２掘削距離として掘削開始位置から掘削終了位置までの水平距離Ｄ２を用いるとする。例えば，目標第２掘削距離１０ｍに対し，掘削中爪先位置記憶部６５に保存されているバケット爪先位置の履歴より，掘削開始位置から現在のバケット爪先位置までの水平距離が４ｍの場合，第２掘削距離進捗度は４ｍ／１０ｍ×１００＝４０％である。
【０１３６】
ステップＳ８０１では，表示制御部５８はモニタ２３を通してステップＳ８００で演算した第２掘削距離進捗度を操縦者に提示する。図３６で示すように，モニタ２３の画面上には第２掘削距離進捗度が表示される進捗度表示部９１が設けられている。進捗度表示部９１は，進捗度表示部９１の右端を基準（進捗度０％）としており，第２掘削距離進捗度の増加とともに同左端（進捗度１００％）に向かって目標掘削距離ゲージ９２が伸びるように第２掘削距離進捗度を表示している。図３６は第２掘削距離進捗度が４０％の場合を示している。なお，表示部８４ａに目標第１掘削距離が表示されている場合には，目標掘削距離ゲージ９２を非表示にしても良い。
【０１３７】
−第８実施形態で得られる効果−
第７実施形態のモニタ画面に第２掘削距離に関する目標掘削距離ゲージ９２を追加して表示することによって，操縦者は第２掘削距離の進捗度を直感的に把握しやすくなる。特に，第２掘削距離のうちバケット１５の爪先軌跡の長さＤ５の表示に関しては，補助図表示部８３内の補助図での表示が困難であるが，本実施形態のように目標掘削距離ゲージ９２を用いることで容易に表示できる。これにより掘削荷重を目標値に近づけることがさらに容易になる。
【０１３８】
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。
【０１３９】
上記では第１掘削距離を上部旋回体１１の旋回中心（油圧ショベルに設定した所定の基準点）から掘削開始時のバケット爪先位置までの距離としたが，現在（すなわちバケット爪先位置算出時）のバケット爪先位置から掘削開始時のバケット爪先位置までの距離（すなわち現在位置から掘削開始位置までのバケット爪先の移動距離）を第１掘削距離としてもよい。また，同様に，上記では第２掘削距離を掘削開始時のバケット爪先位置から掘削終了時のバケット爪先位置までの距離としたが，油圧ショベルの本体（上部旋回体１１及び下部走行体１０）に設定した所定の基準点から掘削終了時のバケット爪先位置までの距離を第２掘削距離としても良い。
【０１４０】
また，掘削距離の演算に際し，ＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）等の測位衛星システムを利用してバケット側の基準点（爪先位置）や油圧ショベル本体側の基準点（旋回中心位置）を演算しても良いことはいうまでもない。
【０１４１】
また，上記のコントローラ２１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２１に係る構成は，演算処理装置（例えばＣＰＵ）によって読み出し・実行されることでコントローラ２１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。
【０１４２】
また，上記の各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】
【０１４３】
１…油圧ショベル，２…運搬機械（ダンプトラック），１２…フロント作業装置（作業装置），１６，１７，１８…油圧シリンダ（アクチュエータ），２１…コントローラ（制御装置），２３…モニタ（表示装置），５０…作業判定部，５１…爪先位置演算部，５２…掘削距離演算部，５３…掘削荷重演算部，５４…作業結果記憶部，５５…対応関係設定部，５６…目標掘削荷重設定部５６…目標掘削距離演算部，５８…表示制御部，５９…掘削環境設定部，６０…掘削環境別作業結果記憶部，６１…目標達成度判定部，６２…掘削距離記憶部，６３…掘削距離傾向判定部，６４…目標掘削距離報知判定部，６５…掘削中爪先位置記憶部，６６…第２掘削距離進捗度演算部
【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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【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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