(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部走行体と、
前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
制御装置と、を備えるショベルであって、
前記制御装置は、前記アタッチメントを下方に引き下げようとする向きである掘削反力を導出し、前記下方に引き下げようとする向きである掘削反力が閾値を上回る場合に前記下部走行体の一端を転倒軸としたショベルの後部の浮き上がりを防止するように前記アタッチメントの動きを制限する、
ショベル。
【請求項２】
下部走行体と、
前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、
前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
制御装置と、を備えるショベルであって、
前記制御装置は、前記アタッチメントに加わる掘削反力の向きの変化を求め、
前記アタッチメントに加わる掘削反力の向きの変化は、前記アタッチメントを上方に押し上げようとする向きから、ショベルの後部を浮き上がらせる前記下部走行体の一端における転倒軸回りのモーメントを発生させる、前記アタッチメントを下方に引き下げようとする向きへの変化である、
ショベル。
【請求項３】
前記制御装置は、前記掘削反力が前記閾値を上回る場合に前記アタッチメントの駆動に用いる油圧ポンプの吸収馬力を低減させる、
請求項１に記載のショベル。
【請求項４】
前記アタッチメントの姿勢を検出する姿勢検出装置を備え、
前記閾値は、前記アタッチメントの姿勢に応じて設定される、
請求項１又は３に記載のショベル。
【請求項５】
撮像装置により取得された掘削対象の地面の現在の形状に基づいて前記掘削対象の地面の現在の深さを算出し、
前記閾値は、算出された前記掘削対象の地面の現在の深さに関する情報に基づいて設定される、
請求項１又は３に記載のショベル。
【請求項６】
前記掘削反力は、掘削深さ及び土砂特性の少なくとも一方に応じて補正される、
請求項１乃至５の何れかに記載のショベル。
【請求項７】
前記制御装置は、前記掘削反力のピーク値を導出し、前記ピーク値が前記閾値を上回る場合に前記アタッチメントの動きを制限する、
請求項１、３、４又は５の何れかに記載のショベル。
【請求項８】
更に、測位装置と通信装置とを備える、
請求項１乃至７の何れかに記載のショベル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アタッチメントを備えたショベルに関する。
【背景技術】
【０００２】
走行中に、油圧ポンプから走行装置の状態、車両の傾斜角、又は、油圧ポンプを駆動するエンジンの回転数に基づいて登坂状態又は降坂状態にあるか否かを判定するショベルが知られている（特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−２１２６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述のショベルは車両の状態を検出するために傾斜センサ等を用いている。そして、それらセンサの検出値には、アタッチメントの動きや旋回動作によるノイズが乗ってしまう。このため、ショベルが平坦な地形に存在しているのか或いは傾斜地等の不安定な地形に存在しているかを判断する際に誤った判定をしてしまうおそれがある。
【０００５】
上述に鑑み、ショベルが安定な地形に存在しているか否かの判定精度を向上させ、ショベルが不安定な状態になるのを未然に防止できるショベルを提供することが望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、制御装置と、を備えるショベルであって、前記制御装置は、前記アタッチメントを下方に引き下げようとする向きである掘削反力を導出し、前記下方に引き下げようとする向きである掘削反力が閾値を上回る場合に前記下部走行体の一端を転倒軸としたショベルの後部の浮き上がりを防止するように前記アタッチメントの動きを制限する。
【発明の効果】
【０００７】
上述の手段により、ショベルが安定な地形に存在しているか否かの判定精度を向上させ、ショベルが不安定な状態になるのを未然に防止できるショベルが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例に係るショベルの側面図である。
【図２】図１のショベルに搭載される姿勢検出装置を構成する各種センサの出力内容の一例を示すショベルの側面図である。
【図３】図１のショベルに搭載される基本システムの構成例を示す図である。
【図４】図１のショベルに搭載される駆動系の構成例を示す図である。
【図５】外部演算装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【図６】地面形状情報取得部が取得する掘削対象地面の現在の形状に関する情報の概念図である。
【図７】掘削対象地面の深さと基準面との関係を示す図である。
【図８】バケット角度と掘削反力との関係を示す図である。
【図９】ショベルの後部が浮き上がるときの転倒軸回りのモーメントの説明図である。
【図１０】姿勢自動調整処理の流れを示すフローチャートである。
【図１１】外部演算装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【図１２】外部演算装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【図１３】外部演算装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【図１４】外部演算装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
最初に、図１を参照し、本発明の実施例に係る建設機械としてのショベルについて説明する。なお、図１は、本発明の実施例に係るショベルの側面図である。図１に示すショベルの下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載される。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられる。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはバケット６が取り付けられる。作業要素としてのブーム４、アーム５、及びバケット６は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントを構成する。なお、アタッチメントは、床堀アタッチメント、均しアタッチメント、浚渫アタッチメント等の他のアタッチメントであってもよい。また、ブーム４、アーム５、及びバケット６は、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。また、上部旋回体３にはキャビン１０が設けられ、エンジン１１等の動力源が搭載される。また、上部旋回体３には通信装置Ｍ１、測位装置Ｍ２、及び姿勢検出装置Ｍ３が取り付けられる。
【００１０】
通信装置Ｍ１は、ショベルと外部との間の通信を制御する装置である。本実施例では、通信装置Ｍ１は、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）測量システムとショベルとの間の無線通信を制御する。具体的には、通信装置Ｍ１は、例えば１日１回の頻度で、ショベルの作業を開始する際に作業現場の地形情報を取得する。ＧＮＳＳ測量システムは、例えばネットワーク型ＲＴＫ−ＧＮＳＳ測位方式を採用する。
【００１１】
測位装置Ｍ２は、ショベルの位置及び向きを測定する装置である。本実施例では、測位装置Ｍ２は、電子コンパスを組み込んだＧＮＳＳ受信機であり、ショベルの存在位置の緯度、経度、高度を測定し、且つ、ショベルの向きを測定する。
【００１２】
姿勢検出装置Ｍ３は、アタッチメントの姿勢を検出する装置である。本実施例では、姿勢検出装置Ｍ３は、掘削アタッチメントの姿勢を検出する装置である。
【００１３】
図２は、図１のショベルに搭載される姿勢検出装置Ｍ３を構成する各種センサの出力内容の一例を示すショベルの側面図である。具体的には、姿勢検出装置Ｍ３は、ブーム角度センサＭ３ａ、アーム角度センサＭ３ｂ、バケット角度センサＭ３ｃ、及び車体傾斜センサＭ３ｄを含む。
【００１４】
ブーム角度センサＭ３ａは、ブーム角度θ１を取得するセンサであり、例えば、ブームフートピンの回転角度を検出する回転角度センサ、ブームシリンダ７のストローク量を検出するストロークセンサ、ブーム４の傾斜角度を検出する傾斜（加速度）センサ等を含む。ブーム角度θ１は、ＸＺ平面において、ブームフートピン位置Ｐ１とアーム連結ピン位置Ｐ２とを結ぶ線分の水平線に対する角度である。
【００１５】
アーム角度センサＭ３ｂは、アーム角度θ２を取得するセンサであり、例えば、アーム連結ピンの回転角度を検出する回転角度センサ、アームシリンダ８のストローク量を検出するストロークセンサ、アーム５の傾斜角度を検出する傾斜（加速度）センサ等を含む。アーム角度θ２は、ＸＺ平面において、アーム連結ピン位置Ｐ２とバケット連結ピン位置Ｐ３とを結ぶ線分の水平線に対する角度である。
【００１６】
バケット角度センサＭ３ｃは、バケット角度θ３を取得するセンサであり、例えば、バケット連結ピンの回転角度を検出する回転角度センサ、バケットシリンダ９のストローク量を検出するストロークセンサ、バケット６の傾斜角度を検出する傾斜（加速度）センサ等を含む。バケット角度θ３は、ＸＺ平面において、バケット連結ピン位置Ｐ３とバケット爪先位置Ｐ４とを結ぶ線分の水平線に対する角度である。
【００１７】
車体傾斜センサＭ３ｄは、ショベルのＹ軸回りの傾斜角θ４、及び、ショベルのＸ軸回りの傾斜角θ５（図示せず。）を取得するセンサであり、例えば２軸傾斜（加速度）センサ等を含む。なお、図２のＸＹ平面は水平面である。
【００１８】
次に、図４を参照してショベルの基本システムについて説明する。ショベルの基本システムは、主に、エンジン１１、メインポンプ１４、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、操作装置２６、コントローラ３０、及びエンジン制御装置（ＥＣＵ）７４等を含む。
【００１９】
エンジン１１はショベルの駆動源であり、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。エンジン１１の出力軸はメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５の入力軸に接続される。
【００２０】
メインポンプ１４は、高圧油圧ライン１６を介して作動油をコントロールバルブ１７に供給する油圧ポンプであり、例えば、斜板式可変容量型油圧ポンプである。メインポンプ１４は、斜板の角度（傾転角）を変更することでピストンのストローク長を調整し、吐出流量、すなわち、ポンプ出力を変化させることができる。メインポンプ１４の斜板は、レギュレータ１４ａにより制御される。レギュレータ１４ａは、電磁比例弁（不図示）に対する制御電流の変化に対応して、斜板の傾転角を変化させる。例えば、制御電流を増加させることにより、レギュレータ１４ａは、斜板の傾転角を大きくして、メインポンプ１４の吐出流量を多くする。また、制御電流を減少させることにより、レギュレータ１４ａは、斜板の傾転角を小さくして、メインポンプ１４の吐出流量を少なくする。
【００２１】
パイロットポンプ１５は、パイロットライン２５を介して各種油圧制御機器に作動油を供給するための油圧ポンプであり、例えば、固定容量型油圧ポンプである。
【００２２】
コントロールバルブ１７は、林業機械における油圧システムを制御する油圧制御バルブである。コントロールバルブ１７は、後述するレバー又はペダル２６Ａ〜２６Ｃの操作方向及び操作量に応じた圧力変化に応じて、例えば、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、走行用油圧モータ１Ａ（左用）、走行用油圧モータ１Ｂ（右用）、及び旋回用油圧モータ２Ａのうちの一又は複数のものに対し、メインポンプ１４から高圧油圧ライン１６を通じて供給された作動油を選択的に供給する。なお、以下の説明では、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、走行用油圧モータ１Ａ（左用）、走行用油圧モータ１Ｂ（右用）、及び旋回用油圧モータ２Ａを集合的に「油圧アクチュエータ」と称する。
【００２３】
操作装置２６は、操作者が油圧アクチュエータの操作のために用いる装置である。操作装置２６は、パイロットライン２５を介してパイロットポンプ１５から供給された作動油をパイロットライン２５ａを通じて、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する流量制御弁のパイロットポートに供給する。なお、パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応するレバー又はペダル２６Ａ〜２６Ｃの操作方向及び操作量に応じた圧力とされる。
【００２４】
コントローラ３０は、ショベルを制御するための制御装置であり、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えたコンピュータで構成される。コントローラ３０のＣＰＵは、ショベルの動作や機能に対応するプログラムをＲＯＭから読み出してＲＡＭにロードしながらプログラムを実行することで、それらプログラムのそれぞれに対応する処理を実行させる。
【００２５】
コントローラ３０は、メインポンプ１４の吐出流量の制御を行う。例えば、ネガコン弁（不図示）のネガコン圧に応じて上記制御電流を変化させ、レギュレータ１４ａを介してメインポンプ１４の吐出流量を制御する。
【００２６】
エンジン制御装置（ＥＣＵ）７４は、エンジン１１を制御する装置である。例えば、コントローラ３０からの指令に基づき、後述するエンジン回転数調整ダイヤル７５により操作者が設定したエンジン回転数（モード）に応じてエンジン１１の回転数を制御するための燃料噴射量等をエンジン１１に出力する。
【００２７】
エンジン回転数調整ダイヤル７５は、キャビン１０内に設けられるエンジンの回転数を調整するためのダイヤルであり、本実施形態ではエンジン回転数を５段階で切り換えできるようにする。即ち、エンジン回転数調整ダイヤル７５により、Ｒｍａｘ、Ｒ４、Ｒ３、Ｒ２及びＲ１の５段階でエンジン回転数を切り換えることができるようにする。なお、図４は、エンジン回転数調整ダイヤル７５でＲ４が選択された状態を示す。
【００２８】
Ｒｍａｘは、エンジン１１の最高回転数であり、作業量を優先したい場合に選択される。Ｒ４は、二番目に高いエンジン回転数であり、作業量と燃費を両立させたい場合に選択される。Ｒ３及びＲ２は、三番目及び四番目に高いエンジン回転数であり、燃費を優先させながら低騒音でショベルを稼働させたい場合に選択される。Ｒ１は、最も低いエンジン回転数（アイドリング回転数）であり、エンジン１１をアイドリング状態にしたい場合に選択されるアイドリングモードにおけるエンジン回転数である。例えば、Ｒｍａｘ（最高回転数）を２０００ｒｐｍ、Ｒ１（アイドリング回転数）を１０００ｒｐｍとし、その間を２５０ｒｐｍ毎に、Ｒ４（１７５０ｒｐｍ）、Ｒ３（１５００ｒｐｍ）、Ｒ２（１２５０ｒｐｍ）と多段階に設定してよい。そして、エンジン１１は、エンジン回転数調整ダイヤル７５で設定されたエンジン回転数で一定に回転数制御される。なお、ここでは、エンジン回転数調整ダイヤル７５による５段階でのエンジン回転数調整の事例を示したが、５段階には限られず何段階であってもよい。
【００２９】
また、ショベルには、運転者による運転を補助するために画像表示装置４０をキャビン１０の運転席の近傍に配置する。運転者は画像表示装置４０の入力部４２を利用して情報や指令をコントローラ３０に入力できる。また、ショベルの運転状況や制御情報を画像表示装置４０の画像表示部４１に表示させることで、運転者に情報を提供できる。
【００３０】
画像表示装置４０は、画像表示部４１及び入力部４２を含む。画像表示装置４０は、運転席内のコンソールに固定される。なお、一般的に、運転席に着座した運転者からみて右側にブーム４が配置されており、運転者はブーム４の先端に取り付けられたアーム５、バケット６を視認しながらショベルを運転することが多い。キャビン１０の右側前方のフレームは運転者の視界の妨げとなる部分であるが、本実施形態では、この部分を利用して画像表示装置４０を設けている。これにより、もともと視界の妨げとなっていた部分に画像表示装置４０が配置されるので、画像表示装置４０自体が運転者の視界を大きく妨げることは無い。フレームの幅にもよるが、画像表示装置４０全体がフレームの幅に入るように、画像表示装置４０は、画像表示部４１が縦長となるように構成されてもよい。
【００３１】
本実施形態では、画像表示装置４０は、ＣＡＮ、ＬＩＮ等の通信ネットワークを介してコントローラ３０に接続される。なお、画像表示装置４０は、専用線を介してコントローラ３０に接続されてもよい。
【００３２】
また、画像表示装置４０は、画像表示部４１上に表示する画像を生成する変換処理部４０ａを含む。本実施形態では、変換処理部４０ａは、撮像装置Ｍ５の出力に基づいて画像表示部４１上に表示するカメラ画像を生成する。そのため、撮像装置Ｍ５は、例えば専用線を介して画像表示装置４０に接続される。また、変換処理部４０ａは、コントローラ３０の出力に基づいて画像表示部４１上に表示する画像を生成する。
【００３３】
なお、変換処理部４０ａは、画像表示装置４０が有する機能としてではなく、コントローラ３０が有する機能として実現されてもよい。この場合、撮像装置Ｍ５は、画像表示装置４０ではなく、コントローラ３０に接続される。
【００３４】
また、画像表示装置４０は、入力部４２としてのスイッチパネルを含む。スイッチパネルは、各種ハードウェアスイッチを含むパネルである。本実施形態では、スイッチパネルは、ハードウェアボタンとしてのライトスイッチ４２ａ、ワイパースイッチ４２ｂ、及びウインドウォッシャスイッチ４２ｃを含む。ライトスイッチ４２ａは、キャビン１０の外部に取り付けられるライトの点灯・消灯を切り換えるためのスイッチである。ワイパースイッチ４２ｂは、ワイパーの作動・停止を切り換えるためのスイッチである。また、ウインドウォッシャスイッチ４２ｃは、ウインドウォッシャ液を噴射するためのスイッチである。
【００３５】
また、画像表示装置４０は、蓄電池７０から電力の供給を受けて動作する。なお、蓄電池７０はエンジン１１のオルタネータ１１ａ（発電機）で発電した電力で充電される。蓄電池７０の電力は、コントローラ３０及び画像表示装置４０以外のショベルの電装品７２等にも供給される。また、エンジン１１のスタータ１１ｂは、蓄電池７０からの電力で駆動され、エンジン１１を始動する。
【００３６】
エンジン１１は、上述のとおり、エンジン制御装置（ＥＣＵ）７４により制御される。ＥＣＵ７４からは、エンジン１１の状態を示す各種データ（例えば、水温センサ１１ｃで検出される冷却水温（物理量）を示すデータ）がコントローラ３０に常時送信される。したがって、コントローラ３０は一時記憶部（メモリ）３０ａにこのデータを蓄積しておき、必要なときに画像表示装置４０に送信することができる。
【００３７】
また、コントローラ３０には以下のように各種のデータが供給され、コントローラ３０の一時記憶部３０ａに格納される。
【００３８】
まず、可変容量式油圧ポンプであるメインポンプ１４のレギュレータ１４ａから斜板の傾転角を示すデータがコントローラ３０に供給される。また、メインポンプ１４の吐出圧力を示すデータが、吐出圧力センサ１４ｂからコントローラ３０に送られる。これらのデータ（物理量を表すデータ）は一時記憶部３０ａに格納される。また、メインポンプ１４が吸入する作動油が貯蔵されたタンクとメインポンプ１４との間の管路には、油温センサ１４ｃが設けられており、その管路を流れる作動油の温度を表すデータが、油温センサ１４ｃからコントローラ３０に供給される。
【００３９】
また、レバー又はペダル２６Ａ〜２６Ｃを操作した際に、パイロットライン２５ａを通じてコントロールバルブ１７に送られるパイロット圧が、油圧センサ１５ａ、１５ｂで検出され、検出したパイロット圧を示すデータがコントローラ３０に供給される。
【００４０】
また、エンジン回転数調整ダイヤル７５からは、エンジン回転数の設定状態を示すデータがコントローラ３０に常時送信される。
【００４１】
外部演算装置３０Ｅは、通信装置Ｍ１、測位装置Ｍ２、姿勢検出装置Ｍ３、撮像装置Ｍ５等の出力に基づいて各種演算を行い、演算結果をコントローラ３０に対して出力する制御装置である。本実施例では、外部演算装置３０Ｅは蓄電池７０から電力の供給を受けて動作する。
【００４２】
図４は、図１のショベルに搭載される駆動系の構成例を示す図であり、機械的動力伝達ライン、高圧油圧ライン、パイロットライン、及び電気制御ラインをそれぞれ二重線、実線、破線、及び点線で示す。
【００４３】
ショベルの駆動系は、主に、エンジン１１、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒ、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、操作装置２６、操作内容検出装置２９、コントローラ３０、外部演算装置３０Ｅ、及び吐出量調整装置５０Ｌ、５０Ｒを含む。
【００４４】
コントロールバルブ１７は、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油の流れを制御する流量制御弁１７１〜１７６を含む。そして、コントロールバルブ１７は、流量制御弁１７１〜１７６を通じ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、走行用油圧モータ１Ａ（左用）、走行用油圧モータ１Ｂ（右用）、及び旋回用油圧モータ２Ａのうちの１又は複数のものに対しメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒが吐出する作動油を選択的に供給する。
【００４５】
操作装置２６は、操作者が油圧アクチュエータの操作のために用いる装置である。本実施例では、操作装置２６は、パイロットライン２５を通じ、パイロットポンプ１５が吐出する作動油を油圧アクチュエータのそれぞれに対応する流量制御弁のパイロットポートに供給する。
【００４６】
操作内容検出装置２９は、操作装置２６を用いた操作者の操作内容を検出する装置である。本実施例では、操作内容検出装置２９は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する操作装置２６のレバー又はペダルの操作方向及び操作量を圧力の形で検出し、検出した値をコントローラ３０に対して出力する。なお、操作装置２６の操作内容は、ポテンショメータ等、圧力センサ以外の他のセンサの出力を用いて導き出されてもよい。
【００４７】
エンジン１１によって駆動されるメインポンプ１４Ｌ、１４Ｒは、センターバイパス管路４０Ｌ、４０Ｒのそれぞれを経て作動油タンクまで作動油を循環させる。
【００４８】
センターバイパス管路４０Ｌは、コントロールバルブ１７内に配置された流量制御弁１７１、１７３、及び１７５を通る高圧油圧ラインであり、センターバイパス管路４０Ｒは、コントロールバルブ１７内に配置された流量制御弁１７２、１７４、及び１７６を通る高圧油圧ラインである。
【００４９】
流量制御弁１７１、１７２、１７３は、走行用油圧モータ１Ａ（左用）、走行用油圧モータ１Ｂ（右用）、旋回用油圧モータ２Ａに流出入する作動油の流量及び流れ方向を制御するスプール弁である。
【００５０】
また、流量制御弁１７４、１７５、１７６は、バケットシリンダ９、アームシリンダ８、ブームシリンダ７に流出入する作動油の流量及び流れ方向を制御するスプール弁である。
【００５１】
吐出量調整装置５０Ｌ、５０Ｒは、メインポンプ１４Ｌ、１４Ｒの吐出量を調整する機能要素である。本実施例では、吐出量調整装置５０Ｌはレギュレータであり、コントローラ３０からの制御指令に応じてメインポンプ１４Ｌの斜板傾転角を増減させてメインポンプ１４Ｌの押し退け容積を増減させることでメインポンプ１４Ｌの吐出量を調整する。具体的には、吐出量調整装置５０Ｌは、コントローラ３０が出力するポンプ電流が大きくなるにつれて斜板傾転角を増大させて押し退け容積を増大させることでメインポンプ１４Ｌの吐出量を増大させる。吐出量調整装置５０Ｒによるメインポンプ１４Ｒの吐出量の調整についても同様である。
【００５２】
次に、図５を参照して外部演算装置３０Ｅの機能について説明する。なお、図５は、外部演算装置３０Ｅの構成例を示す機能ブロック図である。本実施例では、外部演算装置３０Ｅは、通信装置Ｍ１、測位装置Ｍ２、姿勢検出装置Ｍ３の出力を受けて各種演算を実行し、その演算結果をコントローラ３０に対して出力する。コントローラ３０は、例えば、その演算結果に応じた制御指令を動作制限部Ｅ１に対して出力する。
【００５３】
動作制限部Ｅ１はアタッチメントの動きを制限するための機能要素であり、例えば、パイロット圧を調整する減圧弁、メインポンプ１４の吐出量を調整する吐出量調整装置５０を含む。本実施例では、動作制限部Ｅ１は吐出量調整装置５０を含む。
【００５４】
また、動作制限部Ｅ１は、ショベルの操作者に対して警告を出力する警告出力装置を含む。警告出力装置は、例えば、音声出力装置、警告ランプ等を含む。
【００５５】
具体的には、外部演算装置３０Ｅは、主に、地形データベース更新部３１、位置座標更新部３２、地面形状情報取得部３３、及び掘削反力導出部３４を含む。
【００５６】
地形データベース更新部３１は、作業現場の地形情報を参照可能に体系的に記憶する地形データベースを更新する機能要素である。本実施例では、地形データベース更新部３１は、例えばショベルの起動時に通信装置Ｍ１を通じて作業現場の地形情報を取得して地形データベースを更新する。地形データベースは不揮発性メモリ等に記憶される。また、作業現場の地形情報は、例えば世界測位系に基づく３次元地形モデルで記述される。
【００５７】
位置座標更新部３２は、ショベルの現在位置を表す座標及び向きを更新する機能要素である。本実施例では、位置座標更新部３２は、測位装置Ｍ２の出力に基づいて世界測位系におけるショベルの位置座標及び向きを取得し、不揮発性メモリ等に記憶されるショベルの現在位置を表す座標及び向きに関するデータを更新する。
【００５８】
地面形状情報取得部３３は、作業対象の地面の現在の形状に関する情報を取得する機能要素である。本実施例では、地面形状情報取得部３３は、地形データベース更新部３１が更新した地形情報と、位置座標更新部３２が更新したショベルの現在位置を表す座標及び向きと、姿勢検出装置Ｍ３が検出した掘削アタッチメントの姿勢の過去の推移とに基づいて掘削対象地面の現在の形状に関する情報を取得する。また、上述の実施例では、外部演算装置３０Ｅはコントローラ３０の外部にある別の演算装置として説明されたが、コントローラ３０に一体的に統合されてもよい。
【００５９】
ここで、図６を参照し、地面形状情報取得部３３が掘削動作後の地面形状に関する情報を取得する処理について説明する。図６は、掘削動作後の地面形状に関する情報の概念図である。なお、図６の破線で示す複数のバケット形状は、前回の掘削動作の際のバケット６の軌跡を表す。バケット６の軌跡は、姿勢検出装置Ｍ３が過去に検出した掘削アタッチメントの姿勢の推移から導き出される。また、図６の太実線は、地面形状情報取得部３３が把握している掘削対象地面の現在の断面形状を表し、太点線は、地面形状情報取得部３３が把握している前回の掘削動作が行われる前の掘削対象地面の断面形状を表す。すなわち、地面形状情報取得部３３は、前回の掘削動作が行われる前の掘削対象地面の形状から、前回の掘削動作の際にバケット６が通過した空間に対応する部分を取り除くことで掘削対象地面の現在の形状を導き出す。このようにして、地面形状情報取得部３３は、掘削動作後の地面形状を推定できる。また、図６の一点鎖線で示すＺ軸方向に伸びる各ブロックは３次元地形モデルの各要素を表す。各要素は例えばＸＹ平面に平行な単位面積の上面と−Ｚ方向に無限大の長さを有するモデルで表現される。なお、３次元地形モデルは３次元メッシュモデルで表現されてもよい。
【００６０】
掘削反力導出部３４は、バケット６と地面とが接触しているかを判定し、接触していると判定した場合にその接触状態に基づいて掘削反力を導き出す。そして、導出した掘削反力に基づいて動作制限部Ｅ１を制御する。本実施例では、掘削反力導出部３４は、掘削反力と許容最大掘削反力を導出し、導出した掘削反力と許容最大掘削反力に基づく閾値とを用いてコントローラ３０を介して動作制限部Ｅ１を制御する。また、掘削反力導出部３４は、地面形状情報取得部３３により更新された最新の地面形状からショベル本体の傾きを推定し、推定されたショベル本体の傾きと掘削アタッチメントの姿勢とに基づいてそれぞれの重心位置を導き出す。
【００６１】
許容最大掘削反力は、ショベルの姿勢バランスを安定した状態で維持できる範囲内の掘削反力の最大値であり、掘削アタッチメントの姿勢に基づいて導出される。また、掘削反力が許容最大掘削反力を上回った状態はショベルの姿勢バランスが不安定な状態にあることを表し、例えば、ショベルの後部が浮き上がってショベルが前のめりに転倒するおそれがある状態を表す。
【００６２】
具体的には、掘削反力導出部３４は、掘削アタッチメントの姿勢と、作業対象地面の現在の形状に関する情報とに基づいて掘削反力と許容最大掘削反力の推移を導出する。掘削アタッチメントの姿勢は姿勢検出装置Ｍ３によって検出され、作業対象地面の現在の形状に関する情報は地面形状情報取得部３３によって取得される。そして、所定時間後（例えば１秒後）の掘削反力と所定の閾値とを比較して掘削反力が閾値を上回るか否かを判定する。所定の閾値はショベルの姿勢バランスが不安定であるかを判定するための値である。本実施例では、所定の閾値は許容最大掘削反力に基づいて設定され、例えば、許容最大掘削反力から予め登録された値を差し引いた値に設定される。なお、所定の閾値は許容最大掘削反力であってもよい。そして、掘削反力が閾値を上回ると判定した場合に、動作制限部Ｅ１としての吐出量調整装置５０に対するポンプ電流を低減させる。吐出量調整装置５０はポンプ電流の低減にしたがってメインポンプ１４の吐出量を低減させることで掘削アタッチメントの動きを鈍化させる。その結果、掘削反力が許容最大掘削反力を上回る状況が発生するのを防止し、ショベルの後部が浮き上がるのを防止する。
【００６３】
ここで、図７〜図１０を参照し、掘削反力導出部３４が掘削反力を導出し、導出した掘削反力に基づいてショベルの後部が浮き上がるおそれがあると判定した場合に掘削アタッチメントの動きを制限する処理（以下、「動作制限処理」）について説明する。なお、図７は、掘削対象地面の深さと基準面との関係を示す図である。基準面は、掘削対象地面の深さを定める基準となる平面である。本実施例では、基準面はショベルの中心点Ｒが位置する水平面であり、中心点Ｒはショベルの旋回軸と下部走行体１の接地面との交点である。
【００６４】
具体的には、図７の一点鎖線で示す掘削アタッチメントは、一点鎖線で示す基準面と同じ深さの掘削対象地面を掘削する際の掘削アタッチメントの姿勢を表す。この場合、掘削対象地面の深さＤは基準面の深さＤ０（＝０）と同じである。なお、掘削対象地面の深さＤは、地面形状情報取得部３３が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報に基づいて導き出される。また、掘削対象地面の深さＤは、姿勢検出装置Ｍ３が検出した掘削アタッチメントの現在の姿勢に基づいて導き出されてもよい。
【００６５】
また、図７の破線で示す掘削アタッチメントは、破線で示す掘削対象地面を掘削する際の掘削アタッチメントの姿勢を表す。この場合、掘削対象地面の深さＤは深さＤ１（＞Ｄ０）で表される。
【００６６】
また、図７の実線で示す掘削アタッチメントは、実線で示す掘削対象地面を掘削する際の掘削アタッチメントの姿勢を表す。この場合、掘削対象地面の深さＤは深さＤ２（＞Ｄ１）で表される。
【００６７】
なお、掘削対象地面は基準面よりも高い位置にあってもよい。この場合、掘削対象地面の深さＤは負の値で表されてもよい。
【００６８】
図８は、バケット角度θ３と掘削反力Ｆとの関係を示す図である。具体的には、図８（Ａ）は、バケット６をバケット角度３０°からバケット角度１８０°まで閉じる際のバケット６の姿勢の推移を示す。なお、図８（Ａ）の破線で示すバケット６はバケット角度３０°のときの姿勢を表し、図８（Ａ）の実線で示すバケット６はバケット角度１８０°のときの姿勢を表す。
【００６９】
図８（Ｂ）は、掘削対象地面の深さＤと所定のバケット閉じ操作が行われる場合の掘削反力Ｆの大きさの推移又はピーク値との対応関係を予め記憶する対応テーブルの内容の一例を示す。具体的には、図８（Ｂ）は、バケット角度３０°からバケット角度１８０°までバケット６を閉じる際のバケット角度θ３に対する掘削反力Ｆの大きさの推移を示す。なお、対応テーブルは、実測データの分析に基づいて生成されるデータテーブルであり、例えば不揮発性メモリに予め登録されている。
【００７０】
また、図８（Ｂ）の線分ＬＳは、掘削反力Ｆの鉛直成分が上向きから下向きに切り替わるときの境界を表す。具体的には、線分ＬＳは、バケット角度θ３が略９０°未満のところでは掘削反力Ｆの鉛直成分が上向き（掘削アタッチメントを上方に押し上げようとする向き）であり、バケット角度θ３が略９０°のところでゼロとなり、バケット角度θ３が略９０°を超えると掘削反力Ｆの鉛直成分が下向き（掘削アタッチメントを下方に引き下げようとする向き）になることを表す。
【００７１】
また、図８（Ｃ）はバケット角度θ３の時間的推移を示し、図８（Ｄ）は図８（Ｂ）の対応テーブルを用いて導出される掘削反力Ｆの大きさの時間的推移を示す。なお、図８（Ｃ）及び図８（Ｄ）のそれぞれの時間軸（横軸）は共通である。
【００７２】
また、図８（Ｃ）は時刻ｔ１においてバケット角度θ３が略９０°に達することを表し、図８（Ｄ）は時刻ｔ１において掘削反力Ｆの鉛直成分が上向きから下向きに切り替わることを表す。
【００７３】
また、図８（Ｂ）及び図８（Ｄ）の一点鎖線で示す推移は、掘削対象地面の深さＤが深さＤ０のときの推移を表す。また、破線で示す推移は、掘削対象地面の深さＤが深さＤ１のときの推移を表し、実線で示す推移は、掘削対象地面の深さＤが深さＤ２のときの推移を表す。
【００７４】
図８（Ａ）及び図８（Ｃ）に示すようなバケット角度３０°から１８０°までのバケット閉じ操作が行われた場合、掘削反力Ｆの大きさは、図８（Ｂ）及び図８（Ｄ）に示すように、バケット角度θ３がある角度（例えば１００°）に至るまで増大した後で減少に転じ、バケット角度θ３が１８０°に達したときにゼロに至る。この傾向は、掘削対象地面の深さＤにかかわらず同じである。但し、掘削反力Ｆの大きさのピーク値は、掘削対象地面の深さＤの変化に応じて変化する。図８（Ｂ）及び図８（Ｄ）は、掘削対象地面の深さＤが深くなるほど掘削反力Ｆの大きさのピーク値が大きくなる傾向を一例として示す。
【００７５】
そこで、掘削反力導出部３４は、地面形状情報取得部３３が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報に基づいて掘削対象地面の現在の深さＤを導き出す。そして、掘削反力導出部３４は、掘削対象地面の現在の深さＤに応じて、所定のバケット閉じ操作が行われる場合の掘削反力Ｆの大きさのピーク値を推定する。その後、掘削反力導出部３４は、推定した掘削反力Ｆの大きさのピーク値がその瞬間の許容最大掘削反力を上回るかを判定する。そして、上回ると判定した場合には、掘削アタッチメントの動きを制御してそのピーク値がその瞬間の許容最大掘削反力を超えないようにする。掘削アタッチメントを鉛直下方に引き下げようとする掘削反力Ｆの鉛直下向きの成分が大きくなり過ぎてショベルが前のめりになってショベルの後部が浮き上がるのを防止するためである。例えば、掘削反力導出部３４は、メインポンプ１４の吐出量を低減させることで掘削アタッチメントの動きを鈍化させ或いは停止させて掘削反力Ｆの大きさのピーク値がその瞬間の許容最大掘削反力を超えないようにする。具体的には、掘削反力導出部３４は、吐出量調整装置５０に対するポンプ電流を低減させてメインポンプ１４の斜板傾転角（押し退け容積）を低減させることでメインポンプ１４の吐出量を低減させて掘削アタッチメントの動きを鈍化させ或いは停止させる。
【００７６】
或いは、掘削反力導出部３４は、操作者によるブーム上げ操作の有無にかかわらず、バケット閉じ動作中にブーム４を自動的に上昇させることで掘削反力Ｆの大きさのピーク値がその瞬間の許容最大掘削反力を超えないようにしてもよい。具体的には、掘削反力導出部３４は、操作者が気付かない程度の上昇率（単位時間当たりのブーム４の回動角度）でブーム４を自動的に上昇させる。そのため、掘削反力導出部３４は、ブーム４が自動的に上昇したことを操作者に気付かせずに掘削アタッチメントの動きを滑らかにすることができ、操作感を向上させることができる。なお、この場合の掘削反力導出部３４の制御対象は、吐出量調整装置５０ではなく流量制御弁１７６である。例えば、掘削反力導出部３４は、推定した掘削反力Ｆのピーク値がその瞬間の許容最大掘削反力を上回るとの判定結果をコントローラ３０に対して出力する。この判定結果を受けたコントローラ３０は、流量制御弁１７６のパイロット圧を増減させる動作制限部Ｅ１としての電磁減圧弁（図示せず。）に対して制御指令を出力して流量制御弁１７６を自動的に移動させる。
【００７７】
なお、上述の実施例では、バケット閉じ操作が行われる場合の掘削反力Ｆの導出について説明したが、バケット開き操作、アーム操作、ブーム操作等が行われる場合の掘削反力Ｆの導出も同様に実行される。また、バケット操作、アーム操作、及びブーム操作のうちの少なくとも２つを含む所定の複合操作が行われる場合の掘削反力Ｆの導出も同様に実行される。
【００７８】
次に、図９を参照し、掘削反力導出部３４が許容最大掘削反力に基づく閾値を導出する処理について説明する。なお、図９は、ショベルの後部が浮き上がるときの回転軸（転倒軸TA）回りのモーメントの説明図である。
【００７９】
掘削反力導出部３４は、姿勢検出装置Ｍ３が検出した掘削アタッチメントの姿勢に基づいて許容最大掘削反力を導出する。本実施例では、掘削反力導出部３４は、ショベルの後部が浮き上がるときの転倒軸TA回りのモーメントのつり合い式（以下の式（１）参照。）に基づいて許容最大掘削反力F0を導出する。なお、転倒軸TAの位置は地面形状情報取得部３３が更新した地面形状の更新情報から導き出される。また、FEは掘削力を表し、Fは掘削反力を表し、LFはバケット６に作用する掘削反力Fの作用線の転倒軸TAからの距離を表す。また、m0は掘削アタッチメントを除くショベルの質量を表し、gは重力加速度を表し、L0は掘削アタッチメントを除くショベルの重心GC0に作用する重力m0・gの作用線の転倒軸TAからの距離を表す。また、m1、m2、m3は、ブーム４、アーム５、バケット６の質量を表し、L1、L2、L3はブーム４、アーム５、バケット６の重心GC1、GC2、GC3に作用する重力m1・g、m2・g、m3・gの作用線の転倒軸TAからの距離を表す。
【００８０】
【数１】
0006462435.tif 000002
式（１）は図９のショベルを転倒軸TAに関して時計回りに回転させようとする力のモーメント（トルク）の合計を左辺に記述し、ショベルを転倒軸TAに関して反時計回りに回転させようとする力のモーメント（トルク）の合計を右辺に記述する。そして、式（１）は左辺の大きさが右辺の大きさ以下の場合にショベルの姿勢バランスが安定した状態（ショベルの後部が浮き上がらない状態）にあることを表す。また、式（１）は左辺の大きさが右辺の大きさより大きい場合にショベルの姿勢バランスが不安定な状態（ショベルの後部が浮き上がる状態）にあることを表す。
【００８１】
そこで、掘削反力導出部３４は、以下の式（２）に示すように、式（１）の左辺の合計トルクが右辺の合計トルクと等しくなるときの掘削反力Fを許容最大掘削反力F0として導き出す。
【００８２】
【数２】
0006462435.tif 000003
なお、閾値は許容最大掘削反力F0に基づいて設定される。このように、閾値は、ショベルの姿勢、転倒軸TA、重心位置GC0、GC1、GC2、GC3に基づいて求められる。掘削反力導出部３４は、図８で説明したように導出される掘削反力と図９で説明したように求められる閾値とを比較してショベルの後部が浮き上がるおそれがあるか否かを判定する。
次に、図１０を参照し、動作制限処理の流れについて説明する。図１０は、動作制限処理の流れを示すフローチャートである。コントローラ３０は、ショベル稼働中、所定の制御周期で繰り返しこの動作制限処理を実行する。
【００８３】
最初に、コントローラ３０は、掘削操作が行われたかを判定する（ステップＳ１１）。本実施例では、コントローラ３０は、操作内容検出装置２９の出力に基づいてブーム操作、アーム操作、及びバケット操作の少なくとも１つが行われたかを判定する。
【００８４】
そして、掘削操作が行われたと判定した場合（ステップＳ１１のＹＥＳ）、コントローラ３０は、外部演算装置３０Ｅの演算結果に基づいて掘削アタッチメントと地面が接触しているかを判定する（ステップＳ１２）。本実施例では、外部演算装置３０Ｅは、姿勢検出装置Ｍ３の出力から導き出されるバケット６の爪先の現在位置と、地面形状情報取得部３３が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報とに基づいてバケット６の爪先が地面に接触しているか否かを判定する。
【００８５】
そして、掘削アタッチメントと地面が接触していると判定した場合（ステップＳ１２のＹＥＳ）、外部演算装置３０Ｅの掘削反力導出部３４は、掘削反力Ｆを導出する（ステップＳ１３）。本実施例では、掘削反力導出部３４は、地面形状情報取得部３３が取得した掘削対象地面の現在の形状に関する情報に基づいて掘削対象地面の現在の深さＤを導き出す。そして、掘削反力導出部３４は、掘削対象地面の現在の深さＤに応じて所定の掘削操作（例えばバケット閉じ操作）が行われる場合の掘削反力Ｆのピーク値を推定する。具体的には、掘削反力導出部３４は、図８（Ｂ）のところで説明したような対応テーブルを参照して掘削対象地面の現在の深さＤに対応する掘削反力Ｆのピーク値を導き出す。また、掘削反力導出部３４は、掘削対象地面の現在の深さＤに基づいて所定の掘削操作が行われる場合の掘削反力Ｆのピーク値をリアルタイムで算出してもよい。
【００８６】
また、掘削反力導出部３４は、掘削反力Ｆを導出する際に掘削深さを考慮してもよい。掘削深さは掘削の際の掘削アタッチメントの地中進入深さに相当する。本実施例では、掘削反力導出部３４は、掘削アタッチメントと地面が接触したと判定したときのバケット６の爪先の高さ（掘削開始深さ）と掘削作業中のバケット６の爪先の高さ（掘削途中深さ）との差として掘削深さを算出する。そして、掘削反力導出部３４は、掘削深さと補正係数Ｋ１とを対応付ける掘削深さ補正テーブルを参照し、掘削深さから補正係数Ｋ１を導き出す。そして、その補正係数Ｋ１を掘削反力Ｆに乗じて最終的な掘削反力Ｆを導出する。
【００８７】
また、掘削反力導出部３４は、掘削反力Ｆを導出する際に土砂密度等の土砂特性を考慮してもよい。土砂特性は、車載入力装置（図示せず。）を通じて操作者が入力する値であってもよく、シリンダ圧センサ等の各種センサの出力に基づいて自動的に算出される値であってもよい。具体的には、掘削反力導出部３４は、土砂特性と補正係数Ｋ２とを対応付ける土砂特性テーブルを参照し、土砂特性から補正係数Ｋ２を導き出す。そして、その補正係数Ｋ２を掘削反力Ｆに乗じて最終的な掘削反力Ｆを導出する。
【００８８】
その後、掘削反力導出部３４は許容最大掘削反力を導出する（ステップＳ１４）。本実施例では、掘削反力導出部３４は姿勢検出装置Ｍ３が検出した掘削アタッチメントの姿勢に基づいて許容最大掘削反力を導出する。具体的には、上述の式（２）を用いて深さＤのところで所定の掘削操作（バケット閉じ操作）が行われる場合の許容最大掘削反力のピーク値を導出する。
【００８９】
その後、掘削反力導出部３４は閾値Ｆ０を設定する（ステップＳ１５）。閾値Ｆ０は、ショベルの後部が浮き上がるおそれがあるか否かを判定するための閾値である。本実施例では、導出した許容最大掘削反力のピーク値を閾値Ｆ０として設定する。なお、掘削反力導出部３４は許容最大掘削反力とは無関係に閾値Ｆ０を設定してもよい。例えば、掘削反力導出部３４は、掘削対象地面の現在の深さＤに基づいて閾値Ｆ０を設定してもよい。
【００９０】
その後、掘削反力導出部３４は、導出した掘削反力Ｆが閾値Ｆ０を上回るかを判定する（ステップＳ１６）。本実施例では、掘削反力導出部３４は、掘削反力Ｆのピーク値が閾値Ｆ０を上回るか否かを判定する。
【００９１】
そして、掘削反力Ｆが閾値Ｆ０を上回ると判定した場合（ステップＳ１６のＹＥＳ）、掘削反力導出部３４は、メインポンプ１４のポンプ吸収馬力を制限する（ステップＳ１７）。本実施例では、掘削反力導出部３４は、掘削反力Ｆのピーク値が閾値Ｆ０を上回ると判定した場合、コントローラ３０に対してその判定結果を出力する。その判定結果を受けたコントローラ３０は、吐出量調整装置５０に対するポンプ電流を低減させる。吐出量調整装置５０はポンプ電流の低減にしたがってメインポンプ１４の吐出量を低減させることでメインポンプ１４のポンプ吸収馬力を低減させる。その結果、掘削アタッチメントの動きが鈍化し、掘削反力が許容最大掘削反力を上回る状況が発生するのを防止し、ショベルの後部が浮き上がるのを防止する。
【００９２】
なお、掘削反力導出部３４は、掘削反力Ｆのピーク値が閾値Ｆ０を上回ると判定した場合、バケット閉じ動作中に掘削アタッチメントの姿勢を自動的に調整してもよい。例えば、掘削反力導出部３４は、操作者によるブーム上げ操作の有無にかかわらず、バケット閉じ動作中に自動的にアーム５を開きブーム４を下降させる。具体的には、バケット角度θ３の変化に応じた所定の動作パターンでアーム５を自動的に開き、且つ、ブーム４を自動的に下降させてもよい。また、バケット閉じ動作を中断させ、所定の角度だけ開くようにしてもよい。
【００９３】
また、掘削反力導出部３４は、掘削反力Ｆのピーク値が所定値（＜閾値Ｆ０）を上回ると判定した場合、警告出力装置で警報を出力させてもよい。ショベルの後部が浮き上がるおそれがあることを操作者に知らせるためである。
【００９４】
なお、掘削反力導出部３４は、コントローラ３０により掘削操作が行われていないと判定された場合（ステップＳ１１のＮＯ）、掘削アタッチメントと地面が接触していないと判定した場合（ステップＳ１２のＮＯ）、或いは、掘削反力Ｆのピーク値が閾値Ｆ０以下であると判定した場合には（ステップＳ１６のＮＯ）、ポンプ吸収馬力を制限することなく、今回の動作制限処理を終了する。
【００９５】
以上の構成により、外部演算装置３０Ｅは、掘削動作後の地面形状に関する情報に基づいて作業対象の地面の現在の形状に関する情報を取得する。そして、取得した作業対象の地面の現在の形状に関する情報に基づいて掘削アタッチメントの動きを制限する。本実施例では、外部演算装置３０Ｅは、バケット閉じ動作中に掘削反力Ｆのピーク値が閾値Ｆ０を超えないようにすることができる。そのため、掘削反力Ｆが過度に増大してショベルの後部が浮き上がるのを防止することができ、ショベルの操作性及び作業効率を向上させることができる。また、ショベルの転落、転倒を防止することができる。
【００９６】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００９７】
例えば、コントローラ３０は、リモート運転又は自動掘削運転（無人運転）の場合であっても、外部演算装置３０Ｅにより掘削反力Ｆのピーク値が閾値Ｆ０を上回ると判定されたときにブーム４を自動的に上昇させてもよい。掘削反力Ｆを小さくして円滑な掘削作業を継続させるためである。
【００９８】
また、上述の実施例では、地形データベース更新部３１は、ショベルの起動時に通信装置Ｍ１を通じて作業現場の地形情報を取得して地形データベースを更新する。しかしながら、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、地形データベース更新部３１は、アタッチメントの姿勢の推移に関する情報を用いることなく、撮像装置が撮像したショベル周辺の画像に基づいて作業現場の地形情報を取得して地形データベースを更新してもよい。
【００９９】
図１１は、撮像装置Ｍ５に接続される外部演算装置３０Ｅの構成例を示す機能ブロック図である。図１１の構成は、通信装置Ｍ１の代わりに撮像装置Ｍ５が接続される点で、図５の構成と相違するがその他の点で共通する。そのため、共通部分の説明を省略し、相違部分を詳細に説明する。
【０１００】
撮像装置Ｍ５はショベルの周辺の画像を取得する装置である。本実施例では、撮像装置Ｍ５は、ショベルの上部旋回体３に取り付けられるカメラであり、撮像した画像に基づいてショベルの周囲の地面までの距離を認識して作業現場の地形情報を取得する。なお、撮像装置Ｍ５はステレオカメラ、距離画像カメラ、３次元レーザスキャナ等であってもよい。
【０１０１】
また、撮像装置Ｍ５はショベルの外部に取り付けられていてもよい。この場合、外部演算装置３０Ｅは、通信装置Ｍ１を介して撮像装置Ｍ５が出力する地形情報を取得してもよい。具体的には、撮像装置Ｍ５は、空撮用マルチコプタ、作業現場に設置された鉄塔等に取り付けられ、作業現場を上から見た画像に基づいて作業現場の地形情報を取得してもよい。また、撮像装置Ｍ５は、空撮用マルチコプタに取り付けられた場合、１時間に１回程度の頻度で或いはリアルタイムで、作業現場を上から見た画像を撮像して作業現場の地形情報を取得してもよい。撮像装置Ｍ５が取得した地形情報は地形データベースの更新に用いられる。その更新間隔は、地形情報の所得間隔が１時間以上の場合には、姿勢検出装置Ｍ３からの信号に基づく地形データベースの更新間隔よりも長い。
【０１０２】
図１２〜図１４は、撮像装置Ｍ５に接続される外部演算装置３０Ｅの別の構成例を示す機能ブロック図である。図１２の構成は、地形データベース更新部３１及び位置座標更新部３２のそれぞれが撮像装置Ｍ５（特にショベルの外部にある撮像装置Ｍ５）の出力を利用する点で、図５の構成と相違するがその他の点で共通する。図１２の実施例では、地形データベース更新部３１は、例えば、１日１回の頻度で通信装置Ｍ１を通じて作業現場の地形情報を取得し、且つ、１時間に１回の頻度で或いはリアルタイムで撮像装置Ｍ５を通じて作業現場の地形情報を取得して地形データベースを更新する。また、位置座標更新部３２は、測位装置Ｍ２の出力と撮像装置Ｍ５の出力を併用してショベルの現在位置を表す座標及び向きに関するデータをリアルタイムで更新する。なお、位置座標更新部３２は、撮像装置Ｍ５の出力のみに基づいてショベルの現在位置を表す座標及び向きに関するデータをリアルタイムで更新してもよい。
【０１０３】
図１３の構成は、位置座標更新部３２が撮像装置Ｍ５の出力のみを利用し且つ測位装置Ｍ２が省略された点で図５の構成と相違するがその他の点で共通する。また、図１４の構成は、地形データベース更新部３１及び位置座標更新部３２のそれぞれが撮像装置Ｍ５の出力のみを利用し且つ通信装置Ｍ１及び測位装置Ｍ２が省略された点で図５の構成と相違するがその他の点で共通する。
【０１０４】
このように、外部演算装置３０Ｅは、撮像装置Ｍ５の出力に基づいて作業現場の地形情報を取得して地形データベースを更新してもよく、ショベルの現在位置を表す座標及び向きに関するデータをリアルタイムで更新してもよい。
【０１０５】
また、上述の実施例では、外部演算装置３０Ｅはコントローラ３０の外部にある別の演算装置として説明されたが、コントローラ３０に一体的に統合されてもよい。
【符号の説明】
【０１０６】
１・・・下部走行体  １Ａ・・・走行用油圧モータ（左用）  １Ｂ・・・走行用油圧モータ（右用）  ２・・・旋回機構  ２Ａ・・・旋回用油圧モータ  ３・・・上部旋回体  ４・・・ブーム  ５・・・アーム  ６・・・バケット  ７・・・ブームシリンダ  ８・・・アームシリンダ  ９・・・バケットシリンダ  １０・・・キャビン  １１・・・エンジン  １１ａ・・・オルタネータ  １１ｂ・・・スタータ  １１ｃ・・・水温センサ  １４Ｌ、１４Ｒ・・・メインポンプ  １４ａ・・・レギュレータ  １４ｂ・・・吐出圧力センサ  １４ｃ・・・油温センサ  １５・・・パイロットポンプ  １５ａ、１５ｂ・・・油圧センサ  １６・・・高圧油圧ライン  １７・・・コントロールバルブ  ２５、２５ａ・・・パイロットライン  ２６・・・操作装置  ２６Ａ〜２６Ｃ・・・レバー又はペダル  ２９・・・操作内容検出装置  ３０・・・コントローラ  ３０ａ・・・一時記憶部  ３０Ｅ・・・外部演算装置  ３１・・・地形データベース更新部  ３２・・・位置座標更新部  ３３・・・地面形状情報取得部  ３４・・・掘削反力導出部  ４０・・・画像表示装置  ４０ａ・・・変換処理部  ４０Ｌ、４０Ｒ・・・センターバイパス管路  ４１・・・画像表示部  ４２・・・入力部  ４２ａ・・・ライトスイッチ  ４２ｂ・・・ワイパースイッチ  ４２ｃ・・・ウインドウォッシャスイッチ  ５０・・・吐出量調整装置  ７０・・・蓄電池  ７２・・・電装品  ７４・・・エンジン制御装置（ＥＣＵ）  ７５・・・エンジン回転数調整ダイヤル  １７１〜１７６・・・流量制御弁  Ｅ１・・・動作制限部  Ｍ１・・・通信装置  Ｍ２・・・測位装置  Ｍ３・・・姿勢検出装置  Ｍ３ａ・・・ブーム角度センサ  Ｍ３ｂ・・・アーム角度センサ  Ｍ３ｃ・・・バケット角度センサ  Ｍ３ｄ・・・車体傾斜センサ  Ｍ５・・・撮像装置
【図１】
0006462435.tif 000004
【図２】
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【図３】
0006462435.tif 000006
【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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