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JP2025033951A - Soil quality discrimination system and soil quality discrimination method - Google Patents

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JP2025033951A
JP2025033951A JP2023140024A JP2023140024A JP2025033951A JP 2025033951 A JP2025033951 A JP 2025033951A JP 2023140024 A JP2023140024 A JP 2023140024A JP 2023140024 A JP2023140024 A JP 2023140024A JP 2025033951 A JP2025033951 A JP 2025033951A
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Japan
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soil type
excavation
bucket
work
cutting edge
Prior art date
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JP2023140024A
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Japanese (ja)
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直樹 森澤
Naoki Morisawa
将也 今西
Masaya Imanishi
正紀 柳下
Masaki Yagishita
貞一郎 千葉
Teiichiro Chiba
弘 山元
Hiroshi Yamamoto
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
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    • E02F9/26Indicating devices
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
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Abstract

To provide a system that can effectively utilize data acquired during work.SOLUTION: A soil property discrimination system includes a work machine having a work device, an acquisition section acquiring operation data related to an operation of the work device during an excavation work in which the work device excavates an excavation target, and a controller 50 discriminating soil property from the operation data based on a correspondence between the operation data and a soil property of the excavation target.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本開示は、土質判別システムおよび土質判別方法に関する。 This disclosure relates to a soil type discrimination system and a soil type discrimination method.

特開2020-173150号公報(特許文献1)には、建設機械に搭載された土質判定装置が開示されている。土質判定装置は、画像に写された土の土質を判定するための、機械学習によって構築された学習モデルを記憶する記憶部と、建設機械に搭載されたカメラが撮影している土のカメラ画像と、学習モデルとを用いて、カメラ画像に写された土の土質を、カメラの撮影中にリアルタイムで判定する判定部と、を備えている。 JP 2020-173150 A (Patent Document 1) discloses a soil quality determination device mounted on a construction machine. The soil quality determination device includes a storage unit that stores a learning model constructed by machine learning for determining the soil quality of soil captured in an image, and a determination unit that uses a camera image of the soil captured by a camera mounted on the construction machine and the learning model to determine the soil quality of the soil captured in the camera image in real time while the camera is capturing the image.

特開2019-163621号公報(特許文献2)には、アタッチメントを所定速度及び所定角度で地面に接触させる所定動作を行ったときのセンサの検出値と、所定動作を行ったときのセンサの検出値と地盤の硬さとが対応付けされたデータとに基づいて、地盤の硬さを推定すると記載されている。 JP 2019-163621 A (Patent Document 2) describes that the hardness of the ground is estimated based on the sensor detection value when a predetermined operation is performed in which the attachment contacts the ground at a predetermined speed and a predetermined angle, and on data in which the sensor detection value when the predetermined operation is performed is associated with the hardness of the ground.

特開2020-173150号公報JP 2020-173150 A 特開2019-163621号公報JP 2019-163621 A

ICT(情報通信技術)機能を有する作業機械の導入が進んでいる。作業機械の作業時に取得可能なデータが増えてきている。そのデータを、作業機械の生産性向上に活用できることが期待されている。 The introduction of work machines equipped with ICT (information and communication technology) functions is progressing. The amount of data that can be acquired while the work machines are operating is increasing. It is hoped that this data can be used to improve the productivity of the work machines.

本開示では、作業時に取得されるデータを有効に利活用できるシステムおよび方法が提案される。 This disclosure proposes a system and method that can effectively utilize data acquired during work.

本開示に従った土質判別システムは、作業機を有する作業機械と、掘削対象を作業機で掘削する掘削作業時に、作業機の動作に関連する動作データを取得する取得部と、動作データと掘削対象の土質との対応関係に基づき、動作データから土質を判別する、コントローラと、を備えている。 The soil type discrimination system according to the present disclosure includes a work machine having a work implement, an acquisition unit that acquires operation data related to the operation of the work implement during an excavation operation in which the work implement is used to excavate an excavation target, and a controller that discriminates the soil type from the operation data based on the correspondence between the operation data and the soil type of the excavation target.

本開示に従った土質判別方法は、以下のステップを備えている。第1のステップは、作業機械の作業機で掘削対象を掘削する掘削作業時に、作業機の動作に関連する動作データを取得することである。第2のステップは、動作データと掘削対象の土質との対応関係に基づき、動作データから土質を判別することである。 The soil type discrimination method according to the present disclosure comprises the following steps. The first step is to acquire operation data related to the operation of the work machine during an excavation operation in which the work machine excavates an excavation target. The second step is to discriminate the soil type from the operation data based on the correspondence between the operation data and the soil type of the excavation target.

本開示によれば、掘削作業時に取得されるデータから掘削対象の土質を簡便に推定できるシステムおよび方法を実現することができる。 The present disclosure makes it possible to realize a system and method that can easily estimate the soil quality of the excavation target from data acquired during excavation work.

作業機械の構成を概略的に示す側面図である。FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of a work machine. 作業機械のシステムの概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a system of a work machine. エンジン回転数とトルクとの関係の例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the relationship between engine speed and torque. メインコントローラ内の機能ブロックを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing functional blocks in a main controller. 簡易N値計の構成を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a simplified N-value meter. 動作データと土質との対応関係の例を示す第1の図である。FIG. 11 is a first diagram showing an example of a correspondence relationship between operation data and soil type. 動作データと土質との対応関係の例を示す第2の図である。FIG. 11 is a second diagram showing an example of the correspondence between operation data and soil type. 動作データと土質との対応関係の例を示す第3の図である。FIG. 13 is a third diagram showing an example of the correspondence between operation data and soil type. 動作データと土質との対応関係の例を示す第4の図である。FIG. 4 is a fourth diagram showing an example of the correspondence between operation data and soil type. 土質判別専用操作を開始するときの姿勢を示す作業機械の側面図である。FIG. 4 is a side view of the work machine showing the posture when starting a dedicated soil type discrimination operation. 動作データと土質との対応関係の例を示す第5の図である。FIG. 5 is a fifth diagram showing an example of the correspondence between operation data and soil type. 掘削作業中の刃先速度の経緯の一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of the progress of cutting edge speed during excavation work. 動作データと土質との対応関係の例を示す第6の図である。FIG. 6 is a sixth diagram showing an example of the correspondence between operation data and soil type. 地中に貫入しているバケットを示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a bucket penetrating into the ground. 動作データと土質との対応関係の例を示す第7の図である。FIG. 7 is a seventh diagram showing an example of the correspondence between operation data and soil type. 動作データと土質との対応関係の例を示す第8の図である。FIG. 8 is an eighth figure showing an example of the correspondence between operation data and soil type. 動作データと土質との対応関係の例を示す第9の図である。FIG. 9 is a ninth diagram showing an example of the correspondence between operation data and soil type. 動作データと土質との対応関係の例を示す第10の図である。FIG. 10 is a tenth diagram showing an example of the correspondence between operation data and soil type.

以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の説明では、同一の部品および構成要素には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、これらについての詳細な説明は繰り返さない。実施形態から任意の構成が抽出され、それらが任意に組み合わされることも、当初から予定されている。 The following describes the embodiments with reference to the drawings. In the following description, identical parts and components are given the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed descriptions of these will not be repeated. It is also intended from the outset that any configuration may be extracted from the embodiments and that they may be combined in any manner.

<作業機械の構成>
図1は、本開示に基づく作業機械の一例としての油圧ショベル100の構成を概略的に示す側面図である。図1に示されるように、本実施の形態の油圧ショベル100は、走行体1と、旋回体2と、作業機3とを主に有している。走行体1と旋回体2とにより、油圧ショベル100の車体が構成されている。
<Configuration of the work machine>
Fig. 1 is a side view showing a schematic configuration of a hydraulic excavator 100 as an example of a work machine based on the present disclosure. As shown in Fig. 1, the hydraulic excavator 100 of this embodiment mainly has a traveling body 1, a rotating body 2, and a work implement 3. The traveling body 1 and the rotating body 2 form the body of the hydraulic excavator 100.

走行体1は左右一対の履帯装置1aを有している。この左右一対の履帯装置1aの各々は、走行モータ1bと履帯とを有している。走行モータ1bは、走行体1の駆動源として設けられている。走行モータ1bは、油圧により駆動する油圧モータである。走行モータ1bが、左右一対の履帯を回転駆動することにより、油圧ショベル100が自走する。 The running body 1 has a pair of left and right track devices 1a. Each of the pair of left and right track devices 1a has a travel motor 1b and tracks. The travel motor 1b is provided as a drive source for the running body 1. The travel motor 1b is a hydraulic motor that is driven by hydraulic pressure. The travel motor 1b drives and rotates the pair of left and right tracks, causing the hydraulic excavator 100 to self-propel.

旋回体2は、走行体1の上に配置され、走行体1により支持されている。旋回体2は、運転室(キャブ)2aと、運転席2bと、エンジンルーム2cと、カウンタウェイト2dと、旋回モータ2eとを主に有している。運転室2aは、旋回体2のたとえば前方左側(車両前側)に配置されている。運転室2aの内部空間には、オペレータが着座するための運転席2bが配置されている。 The rotating body 2 is disposed on top of the running body 1 and is supported by the running body 1. The rotating body 2 mainly has a driver's room (cab) 2a, a driver's seat 2b, an engine room 2c, a counterweight 2d, and a swing motor 2e. The driver's room 2a is disposed, for example, on the front left side (front side of the vehicle) of the rotating body 2. A driver's seat 2b for an operator to sit in is disposed in the internal space of the driver's room 2a.

エンジンルーム2cおよびカウンタウェイト2dの各々は、運転室2aに対して旋回体2の後方側(車両後側)に配置されている。エンジンルーム2cは、エンジンユニット(エンジン、排気処理構造体など)を収納している。エンジンルーム2cの上方はエンジンフードにより覆われている。カウンタウェイト2dは、エンジンルーム2cの後方に配置されている。 The engine room 2c and the counterweight 2d are each located on the rear side of the rotating body 2 (rear side of the vehicle) relative to the driver's cab 2a. The engine room 2c houses the engine unit (engine, exhaust treatment structure, etc.). The upper part of the engine room 2c is covered by an engine hood. The counterweight 2d is located behind the engine room 2c.

旋回体2は、走行体1上に旋回サークル部を介して取り付けられている。旋回サークル部は、円環状の概略形状を有しており、内周面に旋回用の内歯を有している。この内歯と噛み合うピニオンが、旋回モータ2eに装着されている。旋回モータ2eから駆動力が伝達されて旋回サークル部が回転することにより、旋回体2は走行体1に対して相対回転可能とされている。旋回モータ2eは、油圧により駆動する油圧モータである。旋回モータ2eは、電動モータであってもよい。 The swivel body 2 is attached to the running body 1 via a swivel circle section. The swivel circle section has a roughly circular ring shape and has internal teeth for rotation on its inner circumferential surface. A pinion that meshes with these internal teeth is attached to the swivel motor 2e. The swivel body 2 can rotate relative to the running body 1 as the driving force is transmitted from the swivel motor 2e to rotate the swivel circle section. The swivel motor 2e is a hydraulic motor that is driven by hydraulic pressure. The swivel motor 2e may also be an electric motor.

振動センサ2fは、旋回体2のフレーム上に搭載されている。振動センサ2fは、旋回体2に発生する振動を検出する。 The vibration sensor 2f is mounted on the frame of the rotating body 2. The vibration sensor 2f detects vibrations occurring in the rotating body 2.

作業機3は、旋回体2の前方側であって運転室2aのたとえば右側にて軸支されている。作業機3は、たとえばブーム3a、アーム3b、バケット3c、ブームシリンダ4a、アームシリンダ4b、バケットシリンダ4cなどを有している。ブーム3aの基端部(一端)は、ブームボトムピン5aにより旋回体2に回転可能に連結されている。アーム3bの基端部(一端)は、ブームトップピン5bによりブーム3aの先端部(他端)に回転可能に連結されている。バケット3c(の一端)は、アームトップピン5cによりアーム3bの先端部(他端)に回転可能に連結されている。 The working machine 3 is journaled on the front side of the rotating body 2, for example on the right side of the cab 2a. The working machine 3 has, for example, a boom 3a, an arm 3b, a bucket 3c, a boom cylinder 4a, an arm cylinder 4b, a bucket cylinder 4c, etc. The base end (one end) of the boom 3a is rotatably connected to the rotating body 2 by a boom bottom pin 5a. The base end (one end) of the arm 3b is rotatably connected to the tip end (other end) of the boom 3a by a boom top pin 5b. The bucket 3c (one end) is rotatably connected to the tip end (other end) of the arm 3b by an arm top pin 5c.

バケット3cは、作業機3の先端に配置されている。バケット3cの先端部を、刃先3caと称する。底面3cbは、バケット3cの外面の一部である。底面3cbは、平面で形成されている。 The bucket 3c is disposed at the tip of the work machine 3. The tip of the bucket 3c is called the cutting edge 3ca. The bottom surface 3cb is part of the outer surface of the bucket 3c. The bottom surface 3cb is formed as a flat surface.

本実施形態においては、作業機3を基準として、油圧ショベル100の各部の位置関係について説明する。 In this embodiment, the positional relationship of each part of the hydraulic excavator 100 will be explained with reference to the work machine 3.

作業機3のブーム3aは、旋回体2に対して、ブームボトムピン5aを中心に回転移動する。旋回体2に対して回動するブーム3aの特定の部分、たとえばブーム3aの先端部が移動する軌跡は円弧状であり、その円弧を含む平面が特定される。油圧ショベル100を平面視した場合に、当該平面は直線として表される。この直線の延びる方向が、油圧ショベル100の車体の前後方向、または旋回体2の前後方向であり、以下では単に前後方向ともいう。油圧ショベル100の車体の左右方向(車幅方向)、または旋回体2の左右方向とは、平面視において前後方向と直交する方向であり、以下では単に左右方向ともいう。油圧ショベル100の車体の上下方向、または旋回体2の上下方向とは、前後方向および左右方向によって定められる平面に直交する方向であり、以下では単に上下方向ともいう。 The boom 3a of the work machine 3 rotates around the boom bottom pin 5a relative to the revolving body 2. The trajectory of the movement of a specific part of the boom 3a that rotates relative to the revolving body 2, for example the tip of the boom 3a, is an arc, and a plane that includes the arc is specified. When the hydraulic excavator 100 is viewed from above, the plane is expressed as a straight line. The direction in which this straight line extends is the front-rear direction of the body of the hydraulic excavator 100, or the front-rear direction of the revolving body 2, and is also simply referred to as the front-rear direction below. The left-right direction (vehicle width direction) of the body of the hydraulic excavator 100, or the left-right direction of the revolving body 2, is a direction perpendicular to the front-rear direction in a plan view, and is also simply referred to as the left-right direction below. The up-down direction of the body of the hydraulic excavator 100, or the up-down direction of the revolving body 2, is a direction perpendicular to the plane defined by the front-rear direction and the left-right direction, and is also simply referred to as the up-down direction below.

前後方向において、車体から作業機3が突き出している側が前方向であり、前方向と反対方向が後方向である。前方向を視て左右方向の右側、左側がそれぞれ右方向、左方向である。上下方向において地面のある側が下側、空のある側が上側である。 In the front-to-rear direction, the side where the work machine 3 protrudes from the vehicle body is the front direction, and the opposite direction to the front direction is the rear direction. Looking forward, the right and left sides in the left-right direction are the right direction and the left direction, respectively. In the up-down direction, the side with the ground is the bottom side, and the side with the sky is the top side.

前後方向とは、運転室2a内の運転席2bに着座したオペレータの前後方向である。左右方向とは、運転席2bに着座したオペレータの左右方向である。上下方向とは、運転席2bに着座したオペレータの上下方向である。運転席2bに着座したオペレータに正対する方向が前方向であり、運転席2bに着座したオペレータの背後方向が後方向である。運転席2bに着座したオペレータが正面に正対したときの右側、左側がそれぞれ右方向、左方向である。運転席2bに着座したオペレータの足元側が下側、頭上側が上側である。 The front-to-rear direction refers to the front-to-rear direction of the operator seated in the driver's seat 2b in the driver's cab 2a. The left-to-right direction refers to the left-to-right direction of the operator seated in the driver's seat 2b. The up-to-down direction refers to the up-to-down direction of the operator seated in the driver's seat 2b. The direction facing the operator seated in the driver's seat 2b is the forward direction, and the direction behind the operator seated in the driver's seat 2b is the rearward direction. The right and left sides of the operator seated in the driver's seat 2b when facing directly ahead are the right and left directions, respectively. The side near the feet of the operator seated in the driver's seat 2b is the down side, and the side above the operator's head is the up side.

ブーム3aは、ブームシリンダ(ブーム油圧シリンダ)4aにより駆動可能である。この駆動により、ブーム3aは、ブームボトムピン5aを中心に旋回体2に対して上下方向に回動可能である。アーム3bは、アームシリンダ(アーム油圧シリンダ)4bにより駆動可能である。この駆動により、アーム3bは、ブームトップピン5bを中心にブーム3aに対して上下方向に回動可能である。バケット(アタッチメント)3cは、バケットシリンダ(アタッチメント油圧シリンダ)4cにより駆動可能である。この駆動によりバケット3cは、アームトップピン5cを中心にアーム3bに対して上下方向に回動可能である。このように作業機3は駆動可能である。 The boom 3a can be driven by a boom cylinder (boom hydraulic cylinder) 4a. This drive allows the boom 3a to rotate vertically relative to the rotating body 2 around the boom bottom pin 5a. The arm 3b can be driven by an arm cylinder (arm hydraulic cylinder) 4b. This drive allows the arm 3b to rotate vertically relative to the boom 3a around the boom top pin 5b. The bucket (attachment) 3c can be driven by a bucket cylinder (attachment hydraulic cylinder) 4c. This drive allows the bucket 3c to rotate vertically relative to the arm 3b around the arm top pin 5c. In this manner, the work machine 3 can be driven.

ブームボトムピン5aは、油圧ショベル100の車体に支持されている。ブームボトムピン5aは、旋回体2のフレームの一対の縦板(図示せず)に支持されている。ブームトップピン5bは、ブーム3aの先端に取り付けられている。アームトップピン5cは、アーム3bの先端に取り付けられている。ブームボトムピン5a、ブームトップピン5bおよびアームトップピン5cは、いずれも左右方向に延びている。ブームボトムピン5aはブームフートピンとも呼ばれる。 The boom bottom pin 5a is supported by the body of the hydraulic excavator 100. The boom bottom pin 5a is supported by a pair of vertical plates (not shown) of the frame of the rotating body 2. The boom top pin 5b is attached to the tip of the boom 3a. The arm top pin 5c is attached to the tip of the arm 3b. The boom bottom pin 5a, the boom top pin 5b, and the arm top pin 5c all extend in the left-right direction. The boom bottom pin 5a is also called the boom foot pin.

作業機3は、バケットリンク3dを有している。バケットリンク3dは、第1リンク部材3daと、第2リンク部材3dbとを有している。第1リンク部材3daの先端と第2リンク部材3dbの先端とは、バケットシリンダトップピン3dcを介して、相対回転可能に連結されている。バケットシリンダトップピン3dcは、バケットシリンダ4cの先端に連結されている。したがって第1リンク部材3daおよび第2リンク部材3dbは、バケットシリンダ4cにピン連結されている。 The work machine 3 has a bucket link 3d. The bucket link 3d has a first link member 3da and a second link member 3db. The tip of the first link member 3da and the tip of the second link member 3db are connected via a bucket cylinder top pin 3dc so as to be capable of relative rotation. The bucket cylinder top pin 3dc is connected to the tip of the bucket cylinder 4c. Therefore, the first link member 3da and the second link member 3db are pin-connected to the bucket cylinder 4c.

第1リンク部材3daの基端は、第1リンクピン3ddによりアーム3bに回転可能に連結されている。第2リンク部材3dbの基端は、第2リンクピン3deによりバケット3cの根元部分のブラケットに回転可能に連結されている。 The base end of the first link member 3da is rotatably connected to the arm 3b by the first link pin 3dd. The base end of the second link member 3db is rotatably connected to a bracket at the base of the bucket 3c by the second link pin 3de.

ブームシリンダ4aのヘッド側には、圧力センサ6aが取り付けられている。圧力センサ6aは、ブームシリンダ4aのシリンダヘッド側油室40A内の作動油の圧力(ヘッド圧)を検出することができる。ブームシリンダ4aのボトム側には、圧力センサ6bが取り付けられている。圧力センサ6bは、ブームシリンダ4aのシリンダボトム側油室40B内の作動油の圧力(ボトム圧)を検出することができる。圧力センサ6a,6bは、ヘッド圧とボトム圧とからなる作動油圧力情報を後述のメインコントローラ50に出力する。 A pressure sensor 6a is attached to the head side of the boom cylinder 4a. The pressure sensor 6a can detect the pressure (head pressure) of the hydraulic oil in the cylinder head side oil chamber 40A of the boom cylinder 4a. A pressure sensor 6b is attached to the bottom side of the boom cylinder 4a. The pressure sensor 6b can detect the pressure (bottom pressure) of the hydraulic oil in the cylinder bottom side oil chamber 40B of the boom cylinder 4a. The pressure sensors 6a and 6b output hydraulic oil pressure information consisting of the head pressure and bottom pressure to the main controller 50 described below.

アームシリンダ4bのヘッド側には、圧力センサ6cが取り付けられている。圧力センサ6cは、アームシリンダ4bのシリンダヘッド側油室内の作動油の圧力(ヘッド圧)を検出することができる。アームシリンダ4bのボトム側には、圧力センサ6dが取り付けられている。圧力センサ6dは、アームシリンダ4bのシリンダボトム側油室内の作動油の圧力(ボトム圧)を検出することができる。圧力センサ6c,6dは、ヘッド圧とボトム圧とからなる作動油圧力情報を後述のメインコントローラ50に出力する。 A pressure sensor 6c is attached to the head side of the arm cylinder 4b. The pressure sensor 6c can detect the pressure of hydraulic oil in the cylinder head side oil chamber of the arm cylinder 4b (head pressure). A pressure sensor 6d is attached to the bottom side of the arm cylinder 4b. The pressure sensor 6d can detect the pressure of hydraulic oil in the cylinder bottom side oil chamber of the arm cylinder 4b (bottom pressure). The pressure sensors 6c and 6d output hydraulic oil pressure information consisting of the head pressure and bottom pressure to the main controller 50 described below.

バケットシリンダ4cのヘッド側には、圧力センサ6eが取り付けられている。圧力センサ6eは、バケットシリンダ4cのシリンダヘッド側油室内の作動油の圧力(ヘッド圧)を検出することができる。バケットシリンダ4cのボトム側には、圧力センサ6fが取り付けられている。圧力センサ6fは、バケットシリンダ4cシリンダボトム側油室内の作動油の圧力(ボトム圧)を検出することができる。圧力センサ6e,6fは、ヘッド圧とボトム圧とからなる作動油圧力情報を後述のメインコントローラ50に出力する。 A pressure sensor 6e is attached to the head side of the bucket cylinder 4c. The pressure sensor 6e can detect the pressure of the hydraulic oil in the cylinder head side oil chamber of the bucket cylinder 4c (head pressure). A pressure sensor 6f is attached to the bottom side of the bucket cylinder 4c. The pressure sensor 6f can detect the pressure of the hydraulic oil in the cylinder bottom side oil chamber of the bucket cylinder 4c (bottom pressure). The pressure sensors 6e and 6f output hydraulic oil pressure information consisting of the head pressure and bottom pressure to the main controller 50 described below.

ブーム3a、アーム3bおよびバケット3cには、それぞれの位置および姿勢の情報を得るための位置センサが設けられている。位置センサは、ブーム3a、アーム3bおよびバケット3cのそれぞれの位置を得るためのブーム情報、アーム情報およびアタッチメント情報を、後述のメインコントローラ50に出力する。 The boom 3a, arm 3b and bucket 3c are provided with position sensors to obtain information on their respective positions and attitudes. The position sensors output boom information, arm information and attachment information to obtain the respective positions of the boom 3a, arm 3b and bucket 3c to the main controller 50, which will be described later.

ブームシリンダ4aには、位置センサとして、ストロークセンサ7aが取り付けられている。ストロークセンサ7aは、ブームシリンダ4aにおけるシリンダ4aaに対するシリンダロッド4abの変位量をブーム情報として検出する。アームシリンダ4bには、位置センサとして、ストロークセンサ7bが取り付けられている。ストロークセンサ7bは、アームシリンダ4bにおけるシリンダロッドの変位量をアーム情報として検出する。バケットシリンダ4cには、位置センサとして、ストロークセンサ7cが取り付けられている。ストロークセンサ7cは、バケットシリンダ4cにおけるシリンダロッドの変位量をアタッチメント情報として検出する。 A stroke sensor 7a is attached to the boom cylinder 4a as a position sensor. The stroke sensor 7a detects the amount of displacement of the cylinder rod 4ab relative to the cylinder 4aa in the boom cylinder 4a as boom information. A stroke sensor 7b is attached to the arm cylinder 4b as a position sensor. The stroke sensor 7b detects the amount of displacement of the cylinder rod in the arm cylinder 4b as arm information. A stroke sensor 7c is attached to the bucket cylinder 4c as a position sensor. The stroke sensor 7c detects the amount of displacement of the cylinder rod in the bucket cylinder 4c as attachment information.

位置センサは、角度センサであってもよい。ブームボトムピン5aの周囲には、角度センサ9aが取り付けられている。ブームトップピン5bの周囲には、角度センサ9bが取り付けられている。アームトップピン5cの周囲には、角度センサ9cが取り付けられている。角度センサ9a,9b,9cは、ポテンショメータであってもよく、ロータリーエンコーダであってもよい。角度センサ9a,9b,9cは、ブーム3aなどの回転角情報(ブーム情報、アーム情報およびアタッチメント情報)を、後述のメインコントローラ50に出力する。 The position sensor may be an angle sensor. An angle sensor 9a is attached around the boom bottom pin 5a. An angle sensor 9b is attached around the boom top pin 5b. An angle sensor 9c is attached around the arm top pin 5c. The angle sensors 9a, 9b, and 9c may be potentiometers or rotary encoders. The angle sensors 9a, 9b, and 9c output rotation angle information (boom information, arm information, and attachment information) of the boom 3a and the like to the main controller 50 described below.

図1に示されるように、側方視において、ブームボトムピン5aとブームトップピン5bとを通る直線(図1中に二点鎖線で図示)と、上下方向に延びる直線(図1中に破線で図示)とのなす角度を、ブーム角θbとする。ブーム角θbは、通常、鋭角である。ブーム角θbは、旋回体2に対するブーム3aの角度を表す。ブーム角θbは、ストロークセンサ7aの検出結果から算出することができ、また角度センサ9aの測定値から算出することができる。 As shown in FIG. 1, the angle between a straight line passing through the boom bottom pin 5a and the boom top pin 5b (shown by a two-dot chain line in FIG. 1) and a straight line extending in the vertical direction (shown by a dashed line in FIG. 1) in a side view is the boom angle θb. The boom angle θb is usually an acute angle. The boom angle θb represents the angle of the boom 3a relative to the rotating body 2. The boom angle θb can be calculated from the detection result of the stroke sensor 7a, and can also be calculated from the measurement value of the angle sensor 9a.

側方視において、ブームボトムピン5aとブームトップピン5bとを通る直線と、ブームトップピン5bとアームトップピン5cとを通る直線(図1中に二点鎖線で図示)とのなす角度を、アーム角θaとする。アーム角θaは、側方視でアーム3bが回動する領域におけるブーム3aに対するアーム3bの角度を表す。アーム角θaは、ストロークセンサ7bの検出結果から算出することができ、また角度センサ9bの測定値から算出することができる。 In a side view, the angle between a straight line passing through the boom bottom pin 5a and the boom top pin 5b and a straight line passing through the boom top pin 5b and the arm top pin 5c (shown by a two-dot chain line in Figure 1) is the arm angle θa. The arm angle θa represents the angle of the arm 3b relative to the boom 3a in the area in which the arm 3b rotates in a side view. The arm angle θa can be calculated from the detection result of the stroke sensor 7b, and can also be calculated from the measurement value of the angle sensor 9b.

側方視において、ブームトップピン5bとアームトップピン5cとを通る直線と、アームトップピン5cとバケット3cの刃先とを通る直線(図1中に二点鎖線で図示)とのなす角度を、バケット角θkとする。バケット角θkは、側方視でバケット3cが回動する領域におけるアーム3bに対するバケット3cの角度を表す。バケット角θkは、ストロークセンサ7cの検出結果から算出することができ、また角度センサ9cの測定値から算出することができる。 In a side view, the angle between a line passing through the boom top pin 5b and the arm top pin 5c and a line passing through the arm top pin 5c and the cutting edge of the bucket 3c (shown by a two-dot chain line in Figure 1) is the bucket angle θk. The bucket angle θk represents the angle of the bucket 3c relative to the arm 3b in the area where the bucket 3c rotates in a side view. The bucket angle θk can be calculated from the detection results of the stroke sensor 7c, and can also be calculated from the measurement values of the angle sensor 9c.

位置センサは、IMU(Inertial Measurement Unit:慣性計測装置)であってもよい。旋回体2、ブーム3a、アーム3bおよび第1リンク部材3daのそれぞれには、IMU8a,8b,8c,8dが取り付けられている。IMU8aは、前後方向、左右方向および上下方向における旋回体2の加速度と、前後方向、左右方向および上下方向まわりの旋回体2の角速度とを計測する。IMU8b,8c,8dのそれぞれは、前後方向、左右方向および上下方向におけるブーム3a、アーム3b、第1リンク部材3daの加速度と、前後方向、左右方向および上下方向まわりのブーム3a、アーム3b、第1リンク部材3daの角速度とを計測する。 The position sensor may be an IMU (Inertial Measurement Unit). IMUs 8a, 8b, 8c, and 8d are attached to the rotating body 2, the boom 3a, the arm 3b, and the first link member 3da, respectively. IMU 8a measures the acceleration of the rotating body 2 in the forward/backward, left/right, and up/down directions, and the angular velocity of the rotating body 2 about the forward/backward, left/right, and up/down directions. IMUs 8b, 8c, and 8d measure the acceleration of the boom 3a, the arm 3b, and the first link member 3da in the forward/backward, left/right, and up/down directions, and the angular velocity of the boom 3a, the arm 3b, and the first link member 3da about the forward/backward, left/right, and up/down directions, respectively.

旋回体2に取り付けられたIMU8aで測定された加速度とブーム3aに取り付けられたIMU8bで測定された加速度との差分に基づいて、ブームシリンダ4aの伸縮の加速度(ブームシリンダ4aの伸縮速度の変化量)を取得することができる。ブーム角θb、アーム角θa、バケット角θkは、それぞれIMU8b,8c,8dの検出結果から算出されてもよい。 The acceleration of the boom cylinder 4a (the change in the extension/retraction speed of the boom cylinder 4a) can be obtained based on the difference between the acceleration measured by the IMU 8a attached to the rotating body 2 and the acceleration measured by the IMU 8b attached to the boom 3a. The boom angle θb, arm angle θa, and bucket angle θk may be calculated from the detection results of the IMUs 8b, 8c, and 8d, respectively.

位置センサとして、各油圧シリンダのストロークセンサ、ブーム3aなどの各リンクの角度センサ、およびIMUを挙げたが、位置センサは六軸加速度センサであってもよい。位置センサは上記センサのいくつかを併用するものであってもよい。位置センサは上記センサに加え、GNSS(Global Navigation Satellite System:衛星測位システム)を併用するものであってもよい。 Although the position sensors mentioned above include stroke sensors for each hydraulic cylinder, angle sensors for each link such as the boom 3a, and an IMU, the position sensor may also be a six-axis acceleration sensor. The position sensor may also be a combination of several of the above sensors. The position sensor may also be a combination of the above sensors and a Global Navigation Satellite System (GNSS).

<作業機械のシステムの概略構成>
次に、作業機械のシステムの概略構成について図2を用いて説明する。図2は、図1に示される作業機械のシステムの概略構成を示すブロック図である。
<Overall configuration of the work machine system>
Next, the schematic configuration of the system of the work machine will be described with reference to Fig. 2. Fig. 2 is a block diagram showing the schematic configuration of the system of the work machine shown in Fig. 1.

図2に示されるように、本実施形態におけるシステムは、図1に示す作業機械の一例としての油圧ショベル100と、図2に示されるメインコントローラ50とを含んでいる。 As shown in FIG. 2, the system in this embodiment includes a hydraulic excavator 100 as an example of a work machine shown in FIG. 1, and a main controller 50 shown in FIG. 2.

エンジン31は、一例としてディーゼルエンジンである。エンジン31の出力軸は、油圧ポンプ34に連結されている。エンジン31は、油圧ポンプ34を回転させる駆動力を発生する。ガバナ32は、エンジン31内の燃料噴射装置による燃料噴射量を調節する。 The engine 31 is, for example, a diesel engine. The output shaft of the engine 31 is connected to the hydraulic pump 34. The engine 31 generates a driving force that rotates the hydraulic pump 34. The governor 32 adjusts the amount of fuel injected by the fuel injection device in the engine 31.

エンジンコントローラ41は、エンジン31の指令回転数に基づく燃料噴射量の指令値をガバナ32に出力して、燃料噴射装置が噴射する燃料量を制御することにより、エンジン31の回転数を調節する。エンジン31の出力軸には、回転センサ33が設けられている。回転センサ33は、エンジン31の回転数を検出する。回転センサ33は、エンジン31の回転数の検出結果を、エンジンコントローラ41に出力する。 The engine controller 41 adjusts the rotation speed of the engine 31 by outputting a command value for the fuel injection amount based on the command rotation speed of the engine 31 to the governor 32 and controlling the amount of fuel injected by the fuel injection device. A rotation sensor 33 is provided on the output shaft of the engine 31. The rotation sensor 33 detects the rotation speed of the engine 31. The rotation sensor 33 outputs the detection result of the rotation speed of the engine 31 to the engine controller 41.

油圧ポンプ34は、エンジン31の回転駆動力が伝達されることにより駆動されて、油圧アクチュエータを駆動する油圧を発生させるための圧油を吐出する。油圧アクチュエータは、図1にも示される油圧シリンダ、すなわちブームシリンダ4a、アームシリンダ4b、およびバケットシリンダ4cと、図1にも示される油圧モータ、すなわち走行モータ1bおよび旋回モータ2eと、を含んでいる。油圧アクチュエータは、操作弁35を介して、油圧ポンプ34と接続されている。 The hydraulic pump 34 is driven by the rotational driving force of the engine 31, and discharges pressurized oil to generate hydraulic pressure to drive the hydraulic actuators. The hydraulic actuators include hydraulic cylinders also shown in FIG. 1, namely, the boom cylinder 4a, the arm cylinder 4b, and the bucket cylinder 4c, and hydraulic motors also shown in FIG. 1, namely, the travel motor 1b and the swing motor 2e. The hydraulic actuators are connected to the hydraulic pump 34 via the operating valve 35.

油圧ポンプ34は、たとえば斜板を有し、斜板の傾転角が変更されることにより吐出容量を変化させる可変容量型の油圧ポンプである。油圧ポンプ34には、斜板駆動装置39が接続されている。斜板駆動装置39は、油圧ポンプ34の斜板の傾斜角度を変更する。圧力センサ36は、油圧ポンプ34から吐出された油の圧力を検出する。圧力センサ36は、油圧の検出結果を、ポンプコントローラ42に出力する。油圧ポンプ34から吐出された油の一部は、作動油として操作弁35に供給される。油圧ポンプ34から吐出された油の一部は、自己圧減圧弁37によって一定の圧力に減圧されて、パイロット油として使用される。 The hydraulic pump 34 is a variable displacement hydraulic pump that has, for example, a swash plate and changes the discharge capacity by changing the tilt angle of the swash plate. A swash plate drive device 39 is connected to the hydraulic pump 34. The swash plate drive device 39 changes the tilt angle of the swash plate of the hydraulic pump 34. The pressure sensor 36 detects the pressure of the oil discharged from the hydraulic pump 34. The pressure sensor 36 outputs the detection result of the hydraulic pressure to the pump controller 42. A portion of the oil discharged from the hydraulic pump 34 is supplied to the operation valve 35 as hydraulic oil. A portion of the oil discharged from the hydraulic pump 34 is reduced to a constant pressure by the self-pressure reducing valve 37 and used as pilot oil.

操作弁35は、たとえばロッド状のスプールを動かして作動油が流れる方向を切り換えるスプール方式の弁である。スプールが軸方向に移動することにより、油圧アクチュエータに対する作動油の供給量が調整される。操作弁35には、スプールの移動距離(スプールストローク)を検出するストロークセンサ35aが設けられる。油圧アクチュエータへの油圧の供給および排出が制御されることにより、作業機3の動作、旋回体2の旋回、および走行体1の走行動作が制御される。 The control valve 35 is, for example, a spool-type valve that moves a rod-shaped spool to switch the direction of hydraulic oil flow. The amount of hydraulic oil supplied to the hydraulic actuator is adjusted by the axial movement of the spool. The control valve 35 is provided with a stroke sensor 35a that detects the movement distance of the spool (spool stroke). By controlling the supply and discharge of hydraulic pressure to the hydraulic actuator, the operation of the work machine 3, the rotation of the revolving body 2, and the traveling operation of the traveling body 1 are controlled.

なお、本例においては、油圧アクチュエータを作動するために油圧アクチュエータに供給される油は、作動油と称される。また、操作弁35のスプールを作動するために操作弁35に供給される油はパイロット油と称される。また、パイロット油の圧力はパイロット油圧と称される。 In this example, the oil supplied to the hydraulic actuator to operate the hydraulic actuator is called hydraulic oil. Also, the oil supplied to the operating valve 35 to operate the spool of the operating valve 35 is called pilot oil. Also, the pressure of the pilot oil is called pilot oil pressure.

油圧ポンプ34は、上記のように作動油とパイロット油との両方を送出するものであってもよい。油圧ポンプ34は、作動油を送出する油圧ポンプ(メイン油圧ポンプ)と、パイロット油を送出する油圧ポンプ(パイロット油圧ポンプ)とを別々に有してもよい。 The hydraulic pump 34 may be one that delivers both hydraulic oil and pilot oil as described above. The hydraulic pump 34 may have a separate hydraulic pump (main hydraulic pump) that delivers hydraulic oil and a separate hydraulic pump (pilot hydraulic pump) that delivers pilot oil.

パイロット油の経路に、EPC(電磁比例制御)弁38が設けられている。EPC弁38は、メインコントローラ50からの指令電流に従って、パイロット油圧を操作弁35に出力する。操作弁35は、パイロット油圧に従って、油圧アクチュエータを制御する。 An EPC (electromagnetic proportional control) valve 38 is provided in the pilot oil path. The EPC valve 38 outputs pilot oil pressure to the control valve 35 according to a command current from the main controller 50. The control valve 35 controls the hydraulic actuator according to the pilot oil pressure.

エンジンコントローラ41とポンプコントローラ42とは、油圧ショベル100に搭載されている。エンジンコントローラ41とポンプコントローラ42とは、電気的に接続されており、互いに情報の送受信が可能である。エンジンコントローラ41とポンプコントローラ42とはまた、メインコントローラ50に電気的に接続されている。 The engine controller 41 and the pump controller 42 are mounted on the hydraulic excavator 100. The engine controller 41 and the pump controller 42 are electrically connected and can transmit and receive information to and from each other. The engine controller 41 and the pump controller 42 are also electrically connected to the main controller 50.

メインコントローラ50は、油圧ショベル100全体を制御するコントローラであり、CPU(Central Processing Unit)、不揮発性メモリ、タイマなどにより構成される。メインコントローラ50は、エンジンコントローラ41およびポンプコントローラ42を制御する。 The main controller 50 is a controller that controls the entire hydraulic excavator 100, and is composed of a CPU (Central Processing Unit), a non-volatile memory, a timer, etc. The main controller 50 controls the engine controller 41 and the pump controller 42.

メインコントローラ50は、油圧ショベル100に搭載されていてもよい。メインコントローラ50は、油圧ショベル100の外部に設置されていてもよい。メインコントローラ50は、油圧ショベル100の作業現場に配置されてもよく、油圧ショベル100の作業現場から離れた遠隔地に配置されてもよい。メインコントローラ50は、たとえばコンピュータ、サーバ、携帯端末などであってもよい。 The main controller 50 may be mounted on the hydraulic excavator 100. The main controller 50 may be installed outside the hydraulic excavator 100. The main controller 50 may be located at the work site of the hydraulic excavator 100, or may be located in a remote location away from the work site of the hydraulic excavator 100. The main controller 50 may be, for example, a computer, a server, a mobile terminal, etc.

操作装置25は、運転室2a(図1)内に配置されている。操作装置25は、オペレータにより操作される。操作装置25は、作業機3を駆動するオペレータ操作を受け付ける。また操作装置25は、旋回体2を旋回させるオペレータ操作を受け付ける。操作装置25は、たとえば電気式の操作装置であって、操作レバー25aと、操作量センサ25bとを有している。 The operating device 25 is disposed in the cab 2a (Figure 1). The operating device 25 is operated by an operator. The operating device 25 accepts an operator operation to drive the work machine 3. The operating device 25 also accepts an operator operation to rotate the rotating body 2. The operating device 25 is, for example, an electric operating device, and has an operating lever 25a and an operation amount sensor 25b.

操作レバー25aは、オペレータにより操作される。操作量センサ25bは、オペレータによる操作レバー25aの操作内容を検出する。操作量センサ25bは、たとえばポテンショメータ、ホール素子などである。操作量センサ25bは、操作レバー25aの操作内容の検出結果を、メインコントローラ50に出力する。メインコントローラ50は、操作装置25からの操作指令に基づいて、EPC弁38を制御して、油圧アクチュエータを駆動する。 The control lever 25a is operated by an operator. The operation amount sensor 25b detects the operation of the control lever 25a by the operator. The operation amount sensor 25b is, for example, a potentiometer or a Hall element. The operation amount sensor 25b outputs the detection result of the operation of the control lever 25a to the main controller 50. The main controller 50 controls the EPC valve 38 based on the operation command from the operating device 25 to drive the hydraulic actuator.

操作装置25は、電気式に限られず、パイロット油圧方式の操作装置であってもよい。操作装置25がパイロット油圧方式である場合には、操作レバー25aの操作内容は、たとえばパイロット油の圧力を検出する圧力センサによって検出される。 The operating device 25 is not limited to an electrical type, and may be a pilot hydraulic operating device. If the operating device 25 is a pilot hydraulic operating device, the operation of the operating lever 25a is detected, for example, by a pressure sensor that detects the pressure of the pilot oil.

メインコントローラ50には、ストロークセンサ7a~7c、IMU8a~8d、角度センサ9a~9c、圧力センサ6a~6fおよび振動センサ2fの検出信号も入力される。メインコントローラ50は、各センサと有線で電気的に接続されていてもよく、また無線で通信可能とされていてもよい。 Detection signals from the stroke sensors 7a-7c, IMUs 8a-8d, angle sensors 9a-9c, pressure sensors 6a-6f, and vibration sensor 2f are also input to the main controller 50. The main controller 50 may be electrically connected to each sensor by wires, or may be capable of wireless communication.

メインコントローラ50は、詳細を後述するように、油圧ショベル100による掘削対象の土質を判別する。メインコントローラ50は、土質の判別結果を、出力部60に出力する。出力部60は、たとえばモニタ、プリンタなどのハードウェアであってもよい。出力部60は、油圧ショベル100に搭載されていてもよい。出力部60は、油圧ショベル100の外部に配置されている外部コントローラであってもよい。外部コントローラは、コンピュータ、サーバ、携帯端末などであってもよい。外部コントローラは、施工管理システムを構成するコンピュータであってもよい。 The main controller 50, as will be described in detail below, determines the soil type of the object to be excavated by the hydraulic excavator 100. The main controller 50 outputs the soil type determination result to the output unit 60. The output unit 60 may be hardware such as a monitor or a printer. The output unit 60 may be mounted on the hydraulic excavator 100. The output unit 60 may be an external controller disposed outside the hydraulic excavator 100. The external controller may be a computer, a server, a mobile terminal, etc. The external controller may be a computer that constitutes a construction management system.

回転センサ33が検出するエンジン31の回転数は、エンジンコントローラ41に入力される。エンジンコントローラ41、ポンプコントローラ42およびメインコントローラ50のいずれかは、エンジン31の回転数に応じたエンジン31の出力トルクと油圧ポンプ34による吸収トルクとを演算する。図3は、エンジン回転数とトルクとの関係の例を示す図である。 The engine 31 speed detected by the rotation sensor 33 is input to the engine controller 41. Either the engine controller 41, the pump controller 42, or the main controller 50 calculates the output torque of the engine 31 according to the engine 31 speed and the torque absorbed by the hydraulic pump 34. Figure 3 shows an example of the relationship between engine speed and torque.

図3に示されるように、エンジン31の回転数が大きいほど、エンジン31の出力トルクは小さくなる。一方、油圧ポンプ34はエンジン31の回転数に応じた吸収トルクを発生し、エンジン31の回転数が大きいほど、油圧ポンプ34が吸収するトルクは大きくなる。 As shown in FIG. 3, the higher the rotation speed of the engine 31, the smaller the output torque of the engine 31. On the other hand, the hydraulic pump 34 generates an absorption torque according to the rotation speed of the engine 31, and the higher the rotation speed of the engine 31, the greater the torque absorbed by the hydraulic pump 34.

そのため、エンジン31の回転数が上がると、エンジン31の出力トルクが低下し、油圧ポンプ34による吸収トルクが上昇するため、エンジン31の回転数は低下し始める。他方、エンジン31の回転数が下がると、エンジン31の出力トルクが上昇し、油圧ポンプ34による吸収トルクが低下するため、エンジン31の回転数は増加し始める。この繰り返しにより、エンジン31および油圧ポンプ34は、エンジン31の回転数とエンジン31の出力トルクと油圧ポンプ34の回転数および吸収トルクとが一致するマッチング点で安定して動作することとなる。 Therefore, when the rotation speed of the engine 31 increases, the output torque of the engine 31 decreases and the absorption torque by the hydraulic pump 34 increases, so the rotation speed of the engine 31 starts to decrease. On the other hand, when the rotation speed of the engine 31 decreases, the output torque of the engine 31 increases and the absorption torque by the hydraulic pump 34 decreases, so the rotation speed of the engine 31 starts to increase. By repeating this, the engine 31 and the hydraulic pump 34 operate stably at the matching point where the rotation speed of the engine 31, the output torque of the engine 31, and the rotation speed and absorption torque of the hydraulic pump 34 match.

<メインコントローラ50内の機能ブロック>
次に、メインコントローラ50内の機能ブロックについて図4を用いて説明する。図4は、図2に示されるメインコントローラ50内の機能ブロックを示す図である。
<Functional blocks in the main controller 50>
Next, the functional blocks in the main controller 50 will be described with reference to Fig. 4. Fig. 4 is a diagram showing the functional blocks in the main controller 50 shown in Fig. 2.

位置センサを構成するストロークセンサ7a~7c、IMU8a~8d、角度センサ9a~9cなどの検出結果が、メインコントローラ50に入力される。作業機姿勢取得部56は、位置センサの検出結果に基づいて、作業機3の姿勢を取得する。作業機姿勢取得部56は、掘削作業中の各時点における作業機3の姿勢から、掘削作業中のバケット3cの刃先3caの軌跡を取得する。 The detection results of the stroke sensors 7a-7c, IMUs 8a-8d, angle sensors 9a-9c, etc., which make up the position sensor, are input to the main controller 50. The work machine attitude acquisition unit 56 acquires the attitude of the work machine 3 based on the detection results of the position sensors. The work machine attitude acquisition unit 56 acquires the trajectory of the cutting edge 3ca of the bucket 3c during excavation work from the attitude of the work machine 3 at each point in time during excavation work.

土工量算出部51は、圧力センサ6aによって検出されるブームシリンダ4aのヘッド圧と、圧力センサ6bによって検出されるブームシリンダ4aのボトム圧との差に基づいて、バケット3cに積載されている荷L(図1)の重量(ペイロード)を算出する。土工量算出部51は、作業機3の姿勢に対してのブームシリンダ4aのヘッド圧とボトム圧との圧力差の変化を認識し、その作業機3の姿勢でバケット3cがどのくらいの荷重を抱えているかを示すデータテーブルを参照して、バケット3cに載った荷Lの重量を算出する。当該データテーブルは、記憶部59に記憶されている。 The earthwork volume calculation unit 51 calculates the weight (payload) of the load L (FIG. 1) loaded on the bucket 3c based on the difference between the head pressure of the boom cylinder 4a detected by the pressure sensor 6a and the bottom pressure of the boom cylinder 4a detected by the pressure sensor 6b. The earthwork volume calculation unit 51 recognizes the change in the pressure difference between the head pressure and the bottom pressure of the boom cylinder 4a relative to the posture of the work implement 3, and calculates the weight of the load L loaded on the bucket 3c by referring to a data table that indicates the load that the bucket 3c is carrying in that posture of the work implement 3. The data table is stored in the memory unit 59.

掘削時間算出部57は、操作量センサ25bから、操作レバー25aの操作内容の検出結果の入力を受ける。掘削時間算出部57は、アーム3bを掘削方向へ駆動させる指令を開始した時刻と、アーム3bを掘削方向へ駆動させる指令を停止した時刻と、を把握する。掘削時間算出部57は、アーム3bを掘削方向へ駆動させる指令をした時間を算出し、算出した時間を掘削時間としてもよい。 The excavation time calculation unit 57 receives an input of the detection result of the operation content of the operation lever 25a from the operation amount sensor 25b. The excavation time calculation unit 57 grasps the time when the command to drive the arm 3b in the excavation direction is started and the time when the command to drive the arm 3b in the excavation direction is stopped. The excavation time calculation unit 57 may calculate the time when the command to drive the arm 3b in the excavation direction is issued, and the calculated time may be the excavation time.

掘削時間算出部57は、作業機姿勢取得部56が取得した作業機3の姿勢を用いて、予め規定した作業機3の掘削開始の姿勢を検知した時点を起点とし、予め規定した作業機3の掘削終了の姿勢(たとえば、バケット3cが荷Lを抱え込み終えた姿勢)を検知した時点を終点として、作業機3が起点から終点まで移動するのに要した時間を算出し、算出した時間を掘削時間としてもよい。作業機3の、掘削開始の姿勢、および掘削終了の姿勢は、記憶部59に記憶されている。 The excavation time calculation unit 57 may use the posture of the work machine 3 acquired by the work machine posture acquisition unit 56 to calculate the time required for the work machine 3 to move from the starting point to the end point, taking the time when a predefined excavation start posture of the work machine 3 is detected as the starting point and the time when a predefined excavation end posture of the work machine 3 (for example, the posture when the bucket 3c has finished holding the load L) as the end point, and may treat the calculated time as the excavation time. The excavation start posture and excavation end posture of the work machine 3 are stored in the memory unit 59.

掘削時間算出部57は、作業機姿勢取得部56が取得したバケット3cのみの姿勢を用いて、バケット3cの掘削開始姿勢を検知した時点を起点とし、バケット3cの掘削終了姿勢を終点として、バケット3cが起点から終点まで移動するのに要した時間を算出し、算出した時間を掘削時間としてもよい。バケット3cの掘削開始姿勢および掘削終了姿勢は、記憶部59に記憶されている。 The excavation time calculation unit 57 may use the posture of only the bucket 3c acquired by the work machine posture acquisition unit 56 to calculate the time required for the bucket 3c to move from the start point to the end point, with the time when the excavation start posture of the bucket 3c is detected as the start point and the excavation end posture of the bucket 3c as the end point, and may take the calculated time as the excavation time. The excavation start posture and excavation end posture of the bucket 3c are stored in the memory unit 59.

作業機姿勢取得部56は、バケット3cの刃先3caの位置を、位置センサからの入力に基づいて取得する。刃先速度算出部52は、掘削開始から掘削終了までの、時系列の刃先3caの位置を取得する。刃先速度算出部52は、時系列の刃先3caの位置座標の微分より、刃先3caの速度を求めて、その速度の平均を掘削作業時の刃先3caの平均速度として算出する。 The work machine attitude acquisition unit 56 acquires the position of the cutting edge 3ca of the bucket 3c based on input from the position sensor. The cutting edge speed calculation unit 52 acquires the time-series position of the cutting edge 3ca from the start of excavation to the end of excavation. The cutting edge speed calculation unit 52 obtains the speed of the cutting edge 3ca by differentiating the time-series position coordinates of the cutting edge 3ca, and calculates the average of these speeds as the average speed of the cutting edge 3ca during excavation work.

刃先速度算出部52は、掘削開始時点のバケット3cの刃先3caの位置と、掘削終了時点の刃先3caの位置とから、掘削作業中に刃先3caが移動した距離を算出して、刃先3caが移動した距離を掘削時間で割ることにより、掘削作業時の刃先3caの平均速度を算出してもよい。 The cutting edge speed calculation unit 52 may calculate the distance traveled by the cutting edge 3ca during excavation work from the position of the cutting edge 3ca of the bucket 3c at the start of excavation and the position of the cutting edge 3ca at the end of excavation, and may calculate the average speed of the cutting edge 3ca during excavation work by dividing the distance traveled by the excavation time.

効率算出部53は、土工量算出部51が算出したペイロードを、掘削時間算出部57が算出した掘削時間で割ることにより、単位時間あたりの土工量を算出し、これを掘削作業の作業効率とする。効率算出部53はまた、エンジンコントローラ41からガバナ32へ指令される燃料噴射量を取得する。効率算出部53は、土工量算出部51が算出したペイロードを、掘削作業中にエンジン31に供給された燃料量で割ることにより、エンジン31への燃料の単位供給量あたりの土工量を算出し、これを掘削作業の燃費効率とする。 The efficiency calculation unit 53 calculates the amount of earthwork per unit time by dividing the payload calculated by the earthwork amount calculation unit 51 by the excavation time calculated by the excavation time calculation unit 57, and regards this as the work efficiency of the excavation work. The efficiency calculation unit 53 also acquires the fuel injection amount commanded to the governor 32 from the engine controller 41. The efficiency calculation unit 53 calculates the amount of earthwork per unit supply of fuel to the engine 31 by dividing the payload calculated by the earthwork amount calculation unit 51 by the amount of fuel supplied to the engine 31 during the excavation work, and regards this as the fuel efficiency of the excavation work.

刃先負荷算出部54は、圧力センサ6a,6bによって検出されるブームシリンダ4aのヘッド圧とボトム圧とに基づいて、ブームシリンダ4aの推力を算出する。刃先負荷算出部54は、圧力センサ6c,6dによって検出されるアームシリンダ4bのヘッド圧とボトム圧とに基づいて、アームシリンダ4bの推力を算出する。刃先負荷算出部54は、圧力センサ6e,6fによって検出されるバケットシリンダ4cのヘッド圧とボトム圧とに基づいて、バケットシリンダ4cの推力を算出する。 The blade load calculation unit 54 calculates the thrust of the boom cylinder 4a based on the head pressure and bottom pressure of the boom cylinder 4a detected by the pressure sensors 6a and 6b. The blade load calculation unit 54 calculates the thrust of the arm cylinder 4b based on the head pressure and bottom pressure of the arm cylinder 4b detected by the pressure sensors 6c and 6d. The blade load calculation unit 54 calculates the thrust of the bucket cylinder 4c based on the head pressure and bottom pressure of the bucket cylinder 4c detected by the pressure sensors 6e and 6f.

刃先負荷算出部54は、各シリンダの推力と、位置センサの検出結果に基づく作業機3の位置関係のモーメントとから、バケット3cの刃先3caにかかる負荷を算出することができる。 The blade load calculation unit 54 can calculate the load on the blade tip 3ca of the bucket 3c from the thrust of each cylinder and the moment of the positional relationship of the work machine 3 based on the detection results of the position sensor.

作業機姿勢取得部56は、位置センサの検出結果に基づいて、バケット3cの姿勢を取得する。貫入量算出部55は、地表面に対してバケット3cがどのような位置にあるかを認識する。貫入量算出部55は、側方視したバケット3cのうち、地中に貫入している面積を算出する。貫入量算出部55は、バケット3cの地中に貫入している面積と、バケット3cの幅と、を掛け合わせることにより、地中に貫入したバケット3cの体積を算出する。貫入量算出部55は、算出したバケット3cの体積を、バケット3c内に掬い込まれた見かけ上の土量とする。 The work machine attitude acquisition unit 56 acquires the attitude of the bucket 3c based on the detection results of the position sensor. The penetration amount calculation unit 55 recognizes the position of the bucket 3c relative to the ground surface. The penetration amount calculation unit 55 calculates the area of the bucket 3c that has penetrated into the ground when viewed from the side. The penetration amount calculation unit 55 calculates the volume of the bucket 3c that has penetrated into the ground by multiplying the area of the bucket 3c that has penetrated into the ground by the width of the bucket 3c. The penetration amount calculation unit 55 regards the calculated volume of the bucket 3c as the apparent amount of soil scooped into the bucket 3c.

土質判別部58は、刃先3caの速度、刃先3caにかかる負荷、バケット3c内に積載された荷Lの重量、掘削作業の燃費効率、掘削作業の作業効率、刃先3caの軌跡、操作レバー25aの操作内容、地中に貫入したバケット3cの体積、のうちの少なくともいずれか1つから、掘削対象の土質を判別する。 The soil type determination unit 58 determines the soil type of the excavation target from at least one of the following: the speed of the cutting edge 3ca, the load on the cutting edge 3ca, the weight of the load L loaded in the bucket 3c, the fuel efficiency of the excavation work, the work efficiency of the excavation work, the trajectory of the cutting edge 3ca, the operation of the operating lever 25a, and the volume of the bucket 3c penetrated into the ground.

掘削対象を作業機3で掘削する掘削作業時の作業機3の動作に関連する動作データは、位置センサによって検出される作業機3の姿勢、圧力センサ6a~6fによって検出される各シリンダ4a,4b,4cの油圧、操作量センサ25bによって検出される操作レバー25aの操作内容、および、エンジンコントローラ41からガバナ32へ指令される燃料噴射量、を含む。掘削作業時の作業機3の動作に関連する動作データはまた、上記の検出される各データの値を演算させることで得られる、刃先3caの速度、刃先3caにかかる負荷、バケット3c内に積載された荷Lの重量、掘削作業の燃費効率、掘削作業の作業効率、刃先3caの軌跡、および地中に貫入したバケット3cの体積を含む。動作データと土質との対応関係は、記憶部59に記憶されている。 Operation data related to the operation of the work machine 3 during excavation work in which the work machine 3 excavates the excavation target includes the attitude of the work machine 3 detected by the position sensor, the oil pressure of each cylinder 4a, 4b, 4c detected by the pressure sensors 6a to 6f, the operation of the operation lever 25a detected by the operation amount sensor 25b, and the fuel injection amount commanded from the engine controller 41 to the governor 32. Operation data related to the operation of the work machine 3 during excavation work also includes the speed of the cutting edge 3ca, the load on the cutting edge 3ca, the weight of the load L loaded in the bucket 3c, the fuel efficiency of the excavation work, the work efficiency of the excavation work, the trajectory of the cutting edge 3ca, and the volume of the bucket 3c penetrated into the ground, which are obtained by calculating the values of each of the above detected data. The correspondence between the operation data and the soil type is stored in the memory unit 59.

<簡易N値>
実施形態では、掘削作業時に取得される動作データから、土質のパラメータの1つである硬さを推定する。掘削対象である土系材料の硬さの指標として、簡易N値が用いられる。簡易N値は、簡易N値計を使用して計測される。図5は、簡易N値計200の構成を示す模式図である。
<Simple N value>
In the embodiment, hardness, which is one of the parameters of soil quality, is estimated from operation data acquired during excavation work. A simplified N-value is used as an index of hardness of the soil material to be excavated. The simplified N-value is measured using a simplified N-value meter. Fig. 5 is a schematic diagram showing the configuration of a simplified N-value meter 200.

簡易N値計200は、先端コーン201と、ハンマー202と、貫入ロッド203と、ガイドロッド204と、ノッキングヘッド205とを備えている。先端コーン201は、貫入ロッド203の下端に取り付けられている。先端コーン201の下端は、尖った形状を有している。先端コーン201は、全体としてコーン(円錐)形状を有している。ノッキングヘッド205は、貫入ロッド203の上端に取り付けられている。先端コーン201とノッキングヘッド205とは、貫入ロッド203に対して相対移動不能に、貫入ロッド203に固定されている。 The simplified N-value meter 200 comprises a tip cone 201, a hammer 202, a penetration rod 203, a guide rod 204, and a knocking head 205. The tip cone 201 is attached to the lower end of the penetration rod 203. The lower end of the tip cone 201 has a pointed shape. The tip cone 201 has an overall cone (circular cone) shape. The knocking head 205 is attached to the upper end of the penetration rod 203. The tip cone 201 and the knocking head 205 are fixed to the penetration rod 203 so that they cannot move relative to the penetration rod 203.

ガイドロッド204の下端が、ノッキングヘッド205に取り付けられている。ノッキングヘッド205とガイドロッド204とは、相対移動不能に固定されている。貫入ロッド203とガイドロッド204とは、同一直線上に延びている。ハンマー202は、ガイドロッド204に対して相対移動可能に、ガイドロッド204に取り付けられている。ハンマー202は、ガイドロッド204に沿って、ノッキングヘッド205に対して相対移動可能である。ハンマー202の下面は平坦であり、ノッキングヘッド205の上面も平坦である。 The lower end of the guide rod 204 is attached to the knocking head 205. The knocking head 205 and the guide rod 204 are fixed so that they cannot move relative to each other. The penetration rod 203 and the guide rod 204 extend in the same straight line. The hammer 202 is attached to the guide rod 204 so that it can move relative to the guide rod 204. The hammer 202 can move relative to the knocking head 205 along the guide rod 204. The lower surface of the hammer 202 is flat, and the upper surface of the knocking head 205 is also flat.

先端コーン201、貫入ロッド203、およびノッキングヘッド205からなるアセンブリは、「先端がコーン形状の部品」の一例に対応する。先端コーン201は、「先端がコーン形状の部品」の先端に対応し、ノッキングヘッド205は、「先端がコーン形状の部品」の先端の反対側の他端に対応する。 The assembly consisting of the tip cone 201, the penetration rod 203, and the knocking head 205 corresponds to an example of a "part with a cone-shaped tip". The tip cone 201 corresponds to the tip of the "part with a cone-shaped tip", and the knocking head 205 corresponds to the other end opposite the tip of the "part with a cone-shaped tip".

簡易N値は、以下のようにして計測される。先端コーン201の下端を地表面GLに突き当てた状態で、貫入ロッド203およびガイドロッド204が地表面GLに対して垂直な方向に延びるように、簡易N値計200を配置する。この状態で、ハンマー202をノッキングヘッド205から規定高さだけ持ち上げて、ガイドロッド204に沿わせてハンマー202を自由落下させる。 The simplified N value is measured as follows. The simplified N value meter 200 is positioned so that the penetration rod 203 and guide rod 204 extend in a direction perpendicular to the ground surface GL, with the lower end of the tip cone 201 abutting the ground surface GL. In this state, the hammer 202 is lifted a specified height from the knocking head 205, and the hammer 202 is allowed to fall freely along the guide rod 204.

ハンマー202は、ガイドロッド204に沿って落下して、ノッキングヘッド205に衝突する。ノッキングヘッド205がハンマー202の打撃を受けて、ノッキングヘッド205に衝撃が与えられると、ノッキングヘッド205は、地表面GLに向かって下方へ移動しようとする。ノッキングヘッド205と一体的に、先端コーン201と貫入ロッド203とが下方へ移動しようとする。下方へ移動した先端コーン201が、地中に貫入する。先端コーン201が所定の深さ(たとえば、地表面GLから10cmの深さ)まで貫入するまでの、ハンマー202を落下させる回数を計測し、この回数を簡易N値とする。 The hammer 202 falls along the guide rod 204 and collides with the knocking head 205. When the knocking head 205 is struck by the hammer 202 and an impact is applied to the knocking head 205, the knocking head 205 tries to move downward toward the ground surface GL. The tip cone 201 and the penetration rod 203 try to move downward together with the knocking head 205. The tip cone 201 that has moved downward penetrates into the ground. The number of times the hammer 202 is dropped until the tip cone 201 penetrates to a specified depth (for example, a depth of 10 cm from the ground surface GL) is measured, and this number is taken as the simplified N value.

<掘削対象の土質判別>
実施形態では、土質判別部58は、掘削作業時に取得した動作データに対応する、動作データと掘削対象の土質との対応関係を、記憶部59から読み出す。土質判別部58は、読み出した対応関係に基づき、動作データから掘削対象の土質を判別する。具体的に、土質判別部58は、読み出した対応関係に、取得した動作データを当てはめることにより、掘削対象の土質を判別する。
<Determining the soil type of the excavation target>
In the embodiment, the soil type discrimination unit 58 reads out a correspondence between the operation data acquired during the excavation work and the soil type of the excavation target from the storage unit 59. The soil type discrimination unit 58 discriminates the soil type of the excavation target from the operation data based on the read-out correspondence. Specifically, the soil type discrimination unit 58 discriminates the soil type of the excavation target by applying the acquired operation data to the read-out correspondence.

図6は、動作データと土質との対応関係の例を示す第1の図である。図6に示されるグラフの横軸は上述した簡易N値であり、縦軸は掘削作業時の刃先3caの速度(単位:mm/sec)である。図6に示されるように、掘削作業中の刃先3caの速度と簡易N値との間にはよい相関がある。図6に示される、刃先3caの速度と簡易N値とを関連付けたデータテーブルは、記憶部59に記憶されている。 Figure 6 is a first diagram showing an example of the correspondence between operation data and soil type. The horizontal axis of the graph shown in Figure 6 is the simplified N value described above, and the vertical axis is the speed of the cutting edge 3ca during excavation work (unit: mm/sec). As shown in Figure 6, there is a good correlation between the speed of the cutting edge 3ca during excavation work and the simplified N value. The data table shown in Figure 6, which associates the speed of the cutting edge 3ca with the simplified N value, is stored in the memory unit 59.

掘削作業時に、作業機姿勢取得部56は、作業機3の姿勢を取得し、刃先速度算出部52は、掘削作業時の刃先3caの平均速度を算出する。土質判別部58は、図6に示されるデータテーブルを記憶部59から読み出し、算出された刃先3caの速度に対応する簡易N値を求める。このようにして土質判別部58は、刃先3caの速度から、掘削対象の硬さの指標である簡易N値を求めることができる。土質判別部58は、刃先3caの速度が小さいほど、掘削対象が硬いと判別することができる。簡易N値は土質のパラメータの1つであるので、土質判別部58は、刃先3caの速度から、掘削対象の土質を判別することができるといえる。 During excavation work, the work machine attitude acquisition unit 56 acquires the attitude of the work machine 3, and the cutting edge speed calculation unit 52 calculates the average speed of the cutting edge 3ca during excavation work. The soil type discrimination unit 58 reads the data table shown in FIG. 6 from the memory unit 59 and calculates the simplified N value corresponding to the calculated cutting edge 3ca speed. In this way, the soil type discrimination unit 58 can calculate the simplified N value, which is an index of the hardness of the excavation target, from the speed of the cutting edge 3ca. The soil type discrimination unit 58 can determine that the lower the speed of the cutting edge 3ca, the harder the excavation target is. Since the simplified N value is one of the parameters of soil type, it can be said that the soil type discrimination unit 58 can determine the soil type of the excavation target from the speed of the cutting edge 3ca.

図7は、動作データと土質との対応関係の例を示す第2の図である。図7に示されるグラフの横軸は簡易N値であり、縦軸は掘削作業の作業効率(単位:ton/h)である。図7に示されるように、掘削作業の作業効率と簡易N値との間にはよい相関がある。図7に示される、作業効率と簡易N値とを関連付けたデータテーブルは、記憶部59に記憶されている。 Figure 7 is a second diagram showing an example of the correspondence between operation data and soil type. The horizontal axis of the graph shown in Figure 7 is the simplified N value, and the vertical axis is the work efficiency of excavation work (unit: ton/h). As shown in Figure 7, there is a good correlation between the work efficiency of excavation work and the simplified N value. The data table shown in Figure 7, which associates work efficiency with the simplified N value, is stored in the memory unit 59.

掘削作業時に、作業機姿勢取得部56は、作業機3の姿勢を取得し、土工量算出部51は、ブームシリンダ4aのシリンダ圧を取得して、バケット3c内に積載された荷Lの重量(ペイロード)を算出する。効率算出部53は、ペイロードに基づいて、作業効率を算出する。土質判別部58は、図7に示されるデータテーブルを記憶部59から読み出し、算出された作業効率に対応する簡易N値を求める。このようにして土質判別部58は、作業効率から、掘削対象の硬さの指標である簡易N値を求めることができる。土質判別部58は、作業効率が低いほど、掘削対象が硬いと判別することができる。簡易N値は土質のパラメータの1つであるので、土質判別部58は、作業効率から、掘削対象の土質を判別することができるといえる。 During excavation work, the work machine attitude acquisition unit 56 acquires the attitude of the work machine 3, and the earthwork volume calculation unit 51 acquires the cylinder pressure of the boom cylinder 4a and calculates the weight (payload) of the load L loaded in the bucket 3c. The efficiency calculation unit 53 calculates the work efficiency based on the payload. The soil type discrimination unit 58 reads the data table shown in FIG. 7 from the storage unit 59 and calculates the simplified N value corresponding to the calculated work efficiency. In this way, the soil type discrimination unit 58 can determine the simplified N value, which is an index of the hardness of the excavation target, from the work efficiency. The soil type discrimination unit 58 can determine that the lower the work efficiency, the harder the excavation target is. Since the simplified N value is one of the parameters of soil type, it can be said that the soil type discrimination unit 58 can determine the soil type of the excavation target from the work efficiency.

図8は、動作データと土質との対応関係の例を示す第3の図である。図8に示されるグラフの横軸は掘削作業時の刃先3caの速度(単位:mm/sec)であり、縦軸は掘削作業時に地中に貫入した刃先3caにかかる負荷(単位:kN)である。図8に示されるように、刃先3caにかかる負荷と刃先3caの速度との間にはよい相関がある。図8に示される、刃先3caにかかる負荷と刃先3caの速度とを関連付けたデータテーブルは、記憶部59に記憶されている。 Figure 8 is a third diagram showing an example of the correspondence between operation data and soil type. The horizontal axis of the graph shown in Figure 8 is the speed (unit: mm/sec) of the cutting edge 3ca during excavation work, and the vertical axis is the load (unit: kN) on the cutting edge 3ca that has penetrated into the ground during excavation work. As shown in Figure 8, there is a good correlation between the load on the cutting edge 3ca and the speed of the cutting edge 3ca. The data table shown in Figure 8 that associates the load on the cutting edge 3ca with the speed of the cutting edge 3ca is stored in the memory unit 59.

図9は、動作データと土質との対応関係の例を示す第4の図である。図9に示されるグラフの横軸は簡易N値であり、縦軸は刃先3caにかかる負荷(単位:kN)である。図6に示されるように刃先3caの速度と簡易N値との間にはよい相関があり、図8に示されるように刃先3caにかかる負荷と刃先3caの速度との間にはよい相関がある。そのため、図9に示されるように、刃先3caにかかる負荷から簡易N値を推定することが可能である。図9に示される、刃先3caにかかる負荷と簡易N値とを関連付けたデータテーブルは、記憶部59に記憶されている。 Figure 9 is a fourth diagram showing an example of the correspondence between operation data and soil type. The horizontal axis of the graph shown in Figure 9 is the simplified N value, and the vertical axis is the load (unit: kN) on the cutting edge 3ca. As shown in Figure 6, there is a good correlation between the speed of the cutting edge 3ca and the simplified N value, and as shown in Figure 8, there is a good correlation between the load on the cutting edge 3ca and the speed of the cutting edge 3ca. Therefore, as shown in Figure 9, it is possible to estimate the simplified N value from the load on the cutting edge 3ca. The data table shown in Figure 9, which associates the load on the cutting edge 3ca with the simplified N value, is stored in the memory unit 59.

掘削作業時に、作業機姿勢取得部56は、作業機3の姿勢を取得し、刃先負荷算出部54は、圧力センサ6a~6fによって検出される各シリンダの圧力を取得して、バケット3cの刃先3caにかかる負荷を算出する。土質判別部58は、図9に示されるデータテーブルを記憶部59から読み出し、算出された刃先3caにかかる負荷に対応する簡易N値を求める。このようにして土質判別部58は、刃先3caにかかる負荷から、掘削対象の硬さの指標である簡易N値を求めることができる。土質判別部58は、刃先3caにかかる負荷が大きいほど、掘削対象が硬いと判別することができる。簡易N値は土質のパラメータの1つであるので、土質判別部58は、地中に貫入した刃先3caにかかる負荷から、掘削対象の土質を判別することができるといえる。 During excavation work, the work machine attitude acquisition unit 56 acquires the attitude of the work machine 3, and the cutting edge load calculation unit 54 acquires the pressure of each cylinder detected by the pressure sensors 6a to 6f to calculate the load on the cutting edge 3ca of the bucket 3c. The soil type determination unit 58 reads the data table shown in FIG. 9 from the storage unit 59 and calculates the simplified N value corresponding to the calculated load on the cutting edge 3ca. In this way, the soil type determination unit 58 can determine the simplified N value, which is an index of the hardness of the excavation target, from the load on the cutting edge 3ca. The soil type determination unit 58 can determine that the greater the load on the cutting edge 3ca, the harder the excavation target is. Since the simplified N value is one of the parameters of soil type, it can be said that the soil type determination unit 58 can determine the soil type of the excavation target from the load on the cutting edge 3ca that has penetrated into the ground.

油圧ショベル100が、刃先3caの速度を算出するための動作データを取得できるセンサを備えていない場合でも、シリンダの圧力を取得できれば、簡易N値を推定することができる。シリンダの圧力を検出する圧力センサを外付けすることで、簡易N値の推定を可能にすることもできる。したがって、実施形態の土質の判別を適用可能な作業車両の範囲を広げることが可能になる。 Even if the hydraulic excavator 100 is not equipped with a sensor capable of acquiring operation data for calculating the speed of the cutting edge 3ca, the simplified N value can be estimated if the cylinder pressure can be acquired. By attaching an external pressure sensor that detects the cylinder pressure, it is also possible to make it possible to estimate the simplified N value. This makes it possible to expand the range of work vehicles to which the soil type discrimination of the embodiment can be applied.

図15は、動作データと土質との対応関係の例を示す第7の図である。図15に示されるグラフの横軸は簡易N値であり、縦軸は掘削作業の燃費効率(単位:t/L)である。図15に示されるように、掘削作業の燃費効率と簡易N値との間にはよい相関がある。図15に示される、燃費効率と簡易N値とを関連付けたデータテーブルは、記憶部59に記憶されている。 Figure 15 is the seventh diagram showing an example of the correspondence between operation data and soil type. The horizontal axis of the graph shown in Figure 15 is the simplified N value, and the vertical axis is the fuel efficiency of excavation work (unit: t/L). As shown in Figure 15, there is a good correlation between the fuel efficiency of excavation work and the simplified N value. The data table shown in Figure 15, which associates fuel efficiency with the simplified N value, is stored in the memory unit 59.

掘削作業時に、土工量算出部51は、ペイロードを算出し、効率算出部53は、エンジン31への燃料の供給量を取得する。効率算出部53は、ペイロードと燃料供給量とに基づいて、燃費効率を算出する。土質判別部58は、図15に示されるデータテーブルを記憶部59から読み出し、算出された燃費効率に対応する簡易N値を求める。このようにして土質判別部58は、燃費効率から、掘削対象の硬さの指標である簡易N値を求めることができる。土質判別部58は、燃費効率が低いほど、掘削対象が硬いと判別することができる。簡易N値は土質のパラメータの1つであるので、土質判別部58は、燃費効率から、掘削対象の土質を判別することができるといえる。 During excavation work, the earthwork volume calculation unit 51 calculates the payload, and the efficiency calculation unit 53 obtains the amount of fuel supplied to the engine 31. The efficiency calculation unit 53 calculates the fuel efficiency based on the payload and the amount of fuel supplied. The soil type discrimination unit 58 reads the data table shown in FIG. 15 from the storage unit 59, and calculates the simplified N value corresponding to the calculated fuel efficiency. In this way, the soil type discrimination unit 58 can calculate the simplified N value, which is an index of the hardness of the excavation target, from the fuel efficiency. The soil type discrimination unit 58 can determine that the lower the fuel efficiency, the harder the excavation target is. Since the simplified N value is one of the parameters of soil type, it can be said that the soil type discrimination unit 58 can discriminate the soil type of the excavation target from the fuel efficiency.

図16は、動作データと土質との対応関係の例を示す第8の図である。図16に示されるグラフの横軸は、掘削開始点を座標ゼロとしたときの、バケット3cの刃先3caの水平方向の移動距離である。図16に示されるグラフの縦軸は、掘削開始点を座標ゼロとしたときの、バケット3cの刃先3caの深さ方向の掘削距離である。つまり、縦軸の座標がゼロの地点が地表面であり、縦軸の座標がゼロから離れるほど、地中のより深くにまで刃先3caが到達していることになる。図16には、掘削対象の硬さの指標である簡易N値=3のときの掘削中の刃先3caの軌跡を太線で示し、簡易N値=49のときの掘削中の刃先3caの軌跡を細線で示している。 Figure 16 is the eighth diagram showing an example of the correspondence between operation data and soil type. The horizontal axis of the graph shown in Figure 16 is the horizontal movement distance of the blade tip 3ca of the bucket 3c when the excavation start point is set to coordinate zero. The vertical axis of the graph shown in Figure 16 is the excavation distance in the depth direction of the blade tip 3ca of the bucket 3c when the excavation start point is set to coordinate zero. In other words, the point where the coordinate on the vertical axis is zero is the ground surface, and the further away from zero the coordinate on the vertical axis is, the deeper the blade tip 3ca has reached into the ground. In Figure 16, the trajectory of the blade tip 3ca during excavation when the simplified N value, which is an index of the hardness of the excavation target, is 3 is shown by a thick line, and the trajectory of the blade tip 3ca during excavation when the simplified N value is 49 is shown by a thin line.

図16に示されるように、掘削作業中の刃先3caの軌跡には、掘削対象の硬さによる差がある。掘削対象が硬いと、刃先3caが地中に貫入しにくいため、刃先3caは地中の浅い位置を長い距離移動し、地表面を削り取るような刃先3caの軌跡になる。バケット3c内により多くの荷Lを積載するために、オペレータは刃先3caの角度を細かく調整したり刃先3caにかかる負荷を細かく調整したりするので、刃先3caの軌跡には凹凸が多く見られるようになる。一方、掘削対象が軟らかいと、刃先3caが地中に容易に貫入するため、深さ方向の掘削距離が大きくなる。バケット3cの姿勢を細かく調整しなくてもバケット3c内に多くの荷Lを容易に積載することが可能なので、刃先3caの軌跡に凹凸は少なく、滑らかな軌跡となる。 As shown in FIG. 16, the trajectory of the cutting edge 3ca during excavation work varies depending on the hardness of the excavation target. If the excavation target is hard, the cutting edge 3ca has difficulty penetrating the ground, so the cutting edge 3ca moves a long distance at a shallow position in the ground, resulting in a trajectory of the cutting edge 3ca that scrapes away the ground surface. In order to load more load L into the bucket 3c, the operator finely adjusts the angle of the cutting edge 3ca and the load on the cutting edge 3ca, so the trajectory of the cutting edge 3ca becomes more uneven. On the other hand, if the excavation target is soft, the cutting edge 3ca easily penetrates the ground, so the excavation distance in the depth direction becomes larger. Since it is possible to easily load a large load L into the bucket 3c without finely adjusting the attitude of the bucket 3c, the trajectory of the cutting edge 3ca has fewer unevenness and is a smooth trajectory.

掘削作業時に、作業機姿勢取得部56は、作業機3の姿勢を取得し、掘削開始点から掘削終了点までの刃先3caの軌跡を取得する。作業機姿勢取得部56は、刃先3caの軌跡から、刃先3caが地中の最も深い位置に到達したときの深さ方向の掘削距離を求め、求めた深さ方向の掘削距離を、最大深さとする。最大深さを平均化して比較すれば、簡易N値との相関が現れる。記憶部59には、最大深さと簡易N値とを関連付けたデータテーブルが記憶されている。 During excavation work, the work machine attitude acquisition unit 56 acquires the attitude of the work machine 3 and acquires the trajectory of the cutting edge 3ca from the excavation start point to the excavation end point. From the trajectory of the cutting edge 3ca, the work machine attitude acquisition unit 56 determines the excavation distance in the depth direction when the cutting edge 3ca reaches the deepest position underground, and the determined excavation distance in the depth direction is set as the maximum depth. If the maximum depths are averaged and compared, a correlation with the simplified N value appears. A data table correlating the maximum depth with the simplified N value is stored in the memory unit 59.

土質判別部58は、最大深さと簡易N値とを関連付けたデータテーブルを記憶部59から読み出し、最大深さに対応する簡易N値を求める。このようにして土質判別部58は、地中に貫入したバケット3cの刃先3caから、掘削対象の硬さの指標である簡易N値を求めることができる。土質判別部58は、最大深さが小さいほど、掘削対象が硬いと判別することができる。簡易N値は土質のパラメータの1つであるので、土質判別部58は、刃先3caの軌跡から、掘削対象の土質を判別することができるといえる。 The soil type discrimination unit 58 reads from the memory unit 59 a data table associating maximum depth with the simplified N value, and determines the simplified N value corresponding to the maximum depth. In this way, the soil type discrimination unit 58 can determine the simplified N value, which is an index of the hardness of the excavation target, from the cutting edge 3ca of the bucket 3c that has penetrated into the ground. The soil type discrimination unit 58 can determine that the smaller the maximum depth, the harder the excavation target is. Since the simplified N value is one of the parameters of soil type, it can be said that the soil type discrimination unit 58 can determine the soil type of the excavation target from the trajectory of the cutting edge 3ca.

図17は、動作データと土質との対応関係の例を示す第9の図である。図18は、動作データと土質との対応関係の例を示す第10の図である。図17,18に示されるグラフの横軸は、掘削開始時点を時刻ゼロとしたときの、掘削中の時間の経過を示す。 Figure 17 is a ninth diagram showing an example of the correspondence between operation data and soil type. Figure 18 is a tenth diagram showing an example of the correspondence between operation data and soil type. The horizontal axis of the graphs shown in Figures 17 and 18 indicates the passage of time during excavation, with the start of excavation being time zero.

図17,18に示されるグラフの縦軸は、掘削作業時の刃先3caの速度(単位:mm/sec)、および、掘削作業時の操作レバー25aの操作内容を示す。操作レバー25aが中立のときの入力を0%とし、操作レバー25aを最大に傾斜させたときの入力を100%とする。ブーム3aを操作するための操作レバー25aの操作が、ブームレバー入力である。アーム3bを操作するための操作レバー25aの操作が、アームレバー入力である。バケット3cを操作するための操作レバー25aの操作が、バケットレバー入力である。 The vertical axis of the graphs shown in Figures 17 and 18 indicates the speed (unit: mm/sec) of the cutting edge 3ca during excavation work, and the operation of the control lever 25a during excavation work. The input when the control lever 25a is neutral is 0%, and the input when the control lever 25a is fully tilted is 100%. The operation of the control lever 25a to operate the boom 3a is the boom lever input. The operation of the control lever 25a to operate the arm 3b is the arm lever input. The operation of the control lever 25a to operate the bucket 3c is the bucket lever input.

図17には、掘削対象の硬さの指標である簡易N値=3のときの、掘削中の刃先速度およびレバー入力を示す。図17に示されるように、掘削対象が軟らかいと、バケット3cが地中に容易に貫入するため、車体の掘削力を最大限使用しなくても容易にバケット3cを満杯にすることが可能である。バケット3cを地中に深く貫入させすぎて荷Lを積載しすぎたことによる掘削速度の低下に注意をしておけば、操作レバー25aの細かい操作による調整がなくとも、掘削速度が低下することはない。 Figure 17 shows the cutting edge speed and lever input during excavation when the simplified N value, an index of the hardness of the excavation target, is 3. As shown in Figure 17, if the excavation target is soft, the bucket 3c penetrates the ground easily, so it is possible to easily fill the bucket 3c without using the maximum excavation force of the vehicle body. If attention is paid to the decrease in excavation speed caused by the bucket 3c penetrating too deeply into the ground and loading too much load L, the excavation speed will not decrease even without fine adjustments made to the operating lever 25a.

図18には、掘削対象の硬さの指標である簡易N値=70のときの、掘削中の刃先速度およびレバー入力を示す。図18に示されるように、掘削対象が硬いと、バケット3cが地中に貫入しにくく、掘削対象から受ける反力も高いため、作業機3が停止しやすい。掘削対象が軟らかいときと同じ操作レバー25aの操作で、バケット3c内に掘削対象を多く積載することができない。オペレータは、掘削速度を犠牲にしても、少しでもバケット3cの積載量を多くするため、掘削中の刃先3caの速度および作業機3の姿勢を、操作レバー25aの細かい操作により調整し、負荷を適切に逃がしながら時間をかけて掘削を行うことになる。 Figure 18 shows the cutting edge speed and lever input during excavation when the simplified N value, an index of the hardness of the excavation target, is 70. As shown in Figure 18, if the excavation target is hard, the bucket 3c has difficulty penetrating the ground, and the reaction force from the excavation target is also high, making it easy for the work machine 3 to stop. It is not possible to load a large amount of the excavation target into the bucket 3c by operating the control lever 25a in the same way as when the excavation target is soft. To increase the load of the bucket 3c even if it means sacrificing the excavation speed, the operator adjusts the speed of the cutting edge 3ca during excavation and the attitude of the work machine 3 by finely operating the control lever 25a, and excavates over a long period of time while appropriately releasing the load.

掘削作業時に、掘削時間算出部57は、操作量センサ25bから、操作レバー25aの操作内容の検出結果の入力を受ける。作業機姿勢取得部56は、作業機3の姿勢を取得し、刃先速度算出部52は、掘削作業時の刃先3caの速度を算出する。掘削時間と簡易N値との間の相関、および、掘削作業時の操作レバー25aの操作内容と簡易N値との間の相関が現れる。記憶部59には、掘削時間と簡易N値とを関連付けたデータテーブル、および、操作レバー25aの操作内容と簡易N値とを関連付けたデータテーブルが記憶されている。 During excavation work, the excavation time calculation unit 57 receives an input of the detection result of the operation content of the operating lever 25a from the operation amount sensor 25b. The work machine attitude acquisition unit 56 acquires the attitude of the work machine 3, and the cutting edge speed calculation unit 52 calculates the speed of the cutting edge 3ca during excavation work. A correlation appears between the excavation time and the simplified N value, and a correlation appears between the operation content of the operating lever 25a during excavation work and the simplified N value. The memory unit 59 stores a data table correlating the excavation time with the simplified N value, and a data table correlating the operation content of the operating lever 25a with the simplified N value.

土質判別部58は、操作レバー25aの操作内容と簡易N値とを関連付けたデータテーブルを記憶部59から読み出し、掘削作業時の操作レバー25aの操作内容に対応する簡易N値を求める。このようにして土質判別部58は、掘削作業時の操作レバー25aの操作内容から、掘削対象の硬さの指標である簡易N値を求めることができる。土質判別部58は、掘削作業時に操作レバー25aが細かく操作されているほど、掘削対象が硬いと判別することができる。簡易N値は土質のパラメータの1つであるので、土質判別部58は、掘削作業時の操作レバー25aの操作内容から、掘削対象の土質を判別することができるといえる。 The soil type discrimination unit 58 reads out from the memory unit 59 a data table that associates the operation of the control lever 25a with the simplified N value, and determines the simplified N value that corresponds to the operation of the control lever 25a during excavation work. In this way, the soil type discrimination unit 58 can determine the simplified N value, which is an index of the hardness of the excavation target, from the operation of the control lever 25a during excavation work. The soil type discrimination unit 58 can determine that the harder the excavation target is, the more finely the control lever 25a is operated during excavation work. Since the simplified N value is one of the parameters of soil type, it can be said that the soil type discrimination unit 58 can determine the soil type of the excavation target from the operation of the control lever 25a during excavation work.

図10は、土質判別専用操作を開始するときの姿勢を示す作業機械の側面図である。油圧ショベル100を操作するオペレータ毎に、技量の差があったり、操作の癖があることで、掘削作業に取得できる動作データにばらつきが存在することがある。このばらつきを低減するため、油圧ショベル100に土質判別専用操作を設定して、掘削作業時に予め決められた動作をするように作業機3を制御することができる。 Figure 10 is a side view of the work machine showing the posture when starting a dedicated soil type discrimination operation. Due to differences in skill and operating habits between operators who operate the hydraulic excavator 100, there may be variation in the operation data that can be acquired during excavation work. To reduce this variation, a dedicated soil type discrimination operation can be set in the hydraulic excavator 100, and the work machine 3 can be controlled to perform a predetermined operation during excavation work.

具体的には、図10に示されるように、作業機3を、油圧ショベル100を側方から見た場合に、ブームトップピン5bとアームトップピン5cとを通る直線と、バケット3cの底面3cbとが垂直になるような姿勢にする。そのアーム3bとバケット3cとの相対姿勢を維持しながら、アームシリンダ4bの長さを最小にして、アーム3bを最も伸ばした姿勢にする。この姿勢で、アーム角θa(図1)が最小になる。またブーム3aを動作させて、バケット3cの刃先3caを地表面に接触させる。この姿勢から、アーム3bを掘削方向に操作する。典型的に、アーム3bを掘削方向に最大速度で動作させる。このアーム3bの動作によって、バケット3cの刃先3caは円弧運動をし、刃先3caは地中に貫入する。地中で掘削対象が刃先3caの移動の抵抗となって刃先3caが停止するまでの、動作データを取得する。 Specifically, as shown in FIG. 10, the working machine 3 is oriented so that, when the hydraulic excavator 100 is viewed from the side, the straight line passing through the boom top pin 5b and the arm top pin 5c is perpendicular to the bottom surface 3cb of the bucket 3c. While maintaining the relative orientation of the arm 3b and the bucket 3c, the length of the arm cylinder 4b is minimized to make the arm 3b in the most extended position. In this position, the arm angle θa (FIG. 1) is minimized. The boom 3a is also operated to bring the blade tip 3ca of the bucket 3c into contact with the ground surface. From this position, the arm 3b is operated in the excavation direction. Typically, the arm 3b is operated at maximum speed in the excavation direction. This operation of the arm 3b causes the blade tip 3ca of the bucket 3c to perform an arc motion, and the blade tip 3ca penetrates into the ground. Operation data is acquired until the blade tip 3ca stops when the excavation target in the ground becomes a resistance to the movement of the blade tip 3ca.

オペレータが任意に掘削作業をするか、土質判別専用操作による掘削作業をするかを、求められる土質判別の精度に従って、使い分けることができる。たとえば、掘削対象の土質が極端に変わりそうなときなどに、土質判別専用操作による掘削作業をすることができる。土質判別専用操作による掘削作業をすることで、オペレータの影響を除いて、土質判別の精度を向上することができる。 The operator can choose whether to perform excavation work at will or to perform excavation work using dedicated soil type discrimination operations, depending on the required accuracy of soil type discrimination. For example, excavation work using dedicated soil type discrimination operations can be performed when the soil quality of the excavation target is likely to change drastically. By performing excavation work using dedicated soil type discrimination operations, the accuracy of soil type discrimination can be improved without the influence of the operator.

図11は、動作データと土質との対応関係の例を示す第5の図である。図11に示されるグラフの横軸は簡易N値であり、縦軸は最大刃先速度(単位:mm/sec)である。図11に示されるように、土質判別専用操作で掘削作業をするときに地中に貫入した刃先3caの最大速度と、簡易N値との間には、よい相関がある。図11に示される、刃先3caの最大速度と簡易N値とを関連付けたデータテーブルは、記憶部59に記憶されている。 Figure 11 is a fifth diagram showing an example of the correspondence between operation data and soil type. The horizontal axis of the graph shown in Figure 11 is the simplified N value, and the vertical axis is the maximum cutting edge speed (unit: mm/sec). As shown in Figure 11, there is a good correlation between the maximum speed of the cutting edge 3ca that penetrates into the ground when performing excavation work using the soil type discrimination dedicated operation, and the simplified N value. The data table shown in Figure 11 that associates the maximum speed of the cutting edge 3ca with the simplified N value is stored in the memory unit 59.

刃先速度算出部52は、土質判別専用操作による掘削作業時に、作業機3の姿勢を取得して、刃先3caの位置座標の微分より刃先3caの速度を算出する。刃先速度算出部52は、土質判別専用操作による掘削作業の開始から終了までの時間を等分割した単位時間における、時系列での刃先3caの速度を算出する。刃先速度算出部52は、時間の経過に対する刃先3caの速度の変化を算出する。刃先速度算出部52は、各単位時間における刃先3caの速度のうちの最大値を求めて、刃先3caの最大速度とする。 The cutting edge speed calculation unit 52 acquires the posture of the work machine 3 during excavation work using the dedicated soil type discrimination operation, and calculates the speed of the cutting edge 3ca by differentiating the position coordinates of the cutting edge 3ca. The cutting edge speed calculation unit 52 calculates the speed of the cutting edge 3ca in a time series for unit times that are equal divisions of the time from the start to the end of excavation work using the dedicated soil type discrimination operation. The cutting edge speed calculation unit 52 calculates the change in the speed of the cutting edge 3ca over time. The cutting edge speed calculation unit 52 obtains the maximum value of the speeds of the cutting edge 3ca in each unit time, and sets this as the maximum speed of the cutting edge 3ca.

土質判別部58は、図11に示されるデータテーブルを記憶部59から読み出し、算出された刃先3caの最大速度に対応する簡易N値を求める。このようにして土質判別部58は、土質判別専用操作をするときの刃先3caの最大速度から、掘削対象の硬さの指標である簡易N値を求めることができる。土質判別部58は、最大刃先速度が小さいほど、掘削対象が硬いと判別することができる。簡易N値は土質のパラメータの1つであるので、土質判別部58は、土質判別専用操作をするときに地中に貫入した刃先3caの最大速度から、掘削対象の土質を判別することができるといえる。 The soil type discrimination unit 58 reads the data table shown in FIG. 11 from the memory unit 59 and determines the simplified N value corresponding to the calculated maximum speed of the cutting edge 3ca. In this way, the soil type discrimination unit 58 can determine the simplified N value, which is an index of the hardness of the excavation target, from the maximum speed of the cutting edge 3ca when performing dedicated soil type discrimination operations. The soil type discrimination unit 58 can determine that the harder the excavation target is, the smaller the maximum cutting edge speed is. Since the simplified N value is one of the parameters of soil type, it can be said that the soil type discrimination unit 58 can determine the soil type of the excavation target from the maximum speed of the cutting edge 3ca that penetrates into the ground when performing dedicated soil type discrimination operations.

図12は、掘削作業中の刃先速度の経緯の一例を示す図である。図12に示されるグラフの横軸は時間であり、縦軸は刃先速度である。時刻ゼロで、土質判別専用操作による掘削作業が開始されている。図12には、簡易N値が比較的小さい掘削対象を掘削するときの例が示されている。 Figure 12 shows an example of the progress of the cutting edge speed during excavation work. The horizontal axis of the graph shown in Figure 12 is time, and the vertical axis is the cutting edge speed. At time zero, excavation work is started using an operation dedicated to soil type discrimination. Figure 12 shows an example of excavating an excavation target with a relatively small simplified N value.

掘削対象の硬さが小さいと、図12に示されるように、刃先3caの速度は、掘削作業を開始してから直ぐに、ピークの値をとる。ピークを越えてから、掘削作業を終了するまで、すなわち刃先3caの移動が停止するまで、刃先3caは低速で動き続ける。ピークを越えてから停止するまでの刃先3caの速度は、刃先3caの速度の最大値と比較して遙かに小さくなっている。図6に示されるように刃先3caの平均速度を算出すると、刃先速度のピークが隠れてしまい、土質の特徴が判別しにくくなる。そのため、土質判別専用操作をするときには、刃先3caの最大速度で土質を特徴付けるようにしている。これにより、掘削対象の土質を精度よく判別することができる。 When the hardness of the excavation target is low, as shown in FIG. 12, the speed of the cutting edge 3ca reaches a peak value immediately after the excavation work begins. After passing the peak, the cutting edge 3ca continues to move at a low speed until the excavation work ends, i.e., until the movement of the cutting edge 3ca stops. The speed of the cutting edge 3ca from passing the peak until it stops is much smaller than the maximum speed of the cutting edge 3ca. If the average speed of the cutting edge 3ca is calculated as shown in FIG. 6, the peak of the cutting edge speed is hidden, making it difficult to distinguish the characteristics of the soil type. For this reason, when performing operations dedicated to soil type discrimination, the soil type is characterized by the maximum speed of the cutting edge 3ca. This makes it possible to accurately distinguish the soil type of the excavation target.

刃先3caの最大速度を取得するには、掘削作業中の全工程において動作データを必ずしも取得しなくてもよい。掘削作業を開始してから一定の時間帯のみの、掘削作業中の一部分の動作データによって、地中に貫入した刃先3caの最大速度を取得し、取得した刃先3caの最大速度から掘削対象の土質を判別することができる。掘削作業中の全工程における動作データから土質を判別する必要はない。掘削開始時の動作データのみから土質を判別することができるので、動作データを取得する処理を簡素化でき、土質を迅速に判別することが可能になる。 To obtain the maximum speed of the cutting edge 3ca, it is not necessary to obtain operation data for the entire excavation process. The maximum speed at which the cutting edge 3ca penetrates into the ground can be obtained from operation data for only a portion of the excavation process during a certain period of time after the excavation process begins, and the soil type of the excavation target can be determined from the obtained maximum speed of the cutting edge 3ca. It is not necessary to determine the soil type from operation data for all steps during the excavation process. Because the soil type can be determined only from operation data at the start of excavation, the process of obtaining operation data can be simplified, and the soil type can be determined quickly.

図13は、動作データと土質との対応関係の例を示す第6の図である。図13に示されるグラフの横軸は簡易N値であり、縦軸はバケット3cの地中への貫入量(単位:m)である。バケット3cの地中への貫入量とは、位置センサの検出結果から取得されるバケット3cの姿勢を用いて算出される、地表面GLから地中に貫入しているバケット3cの体積を示す。 Fig. 13 is a sixth diagram showing an example of the correspondence between operation data and soil type. The horizontal axis of the graph shown in Fig. 13 is the simplified N value, and the vertical axis is the penetration amount of the bucket 3c into the ground (unit: m3 ). The penetration amount of the bucket 3c into the ground indicates the volume of the bucket 3c that has penetrated into the ground from the ground surface GL, which is calculated using the attitude of the bucket 3c acquired from the detection result of the position sensor.

図14は、地中に貫入しているバケット3cを示す概略図である。図14に示されるバケット3cは、刃先3caを含む一部分が地中に存在しており、一部分が地表面GLよりも上方に存在している。上述した通り、側方視したバケット3cのうち、地中に貫入している面積と、バケット3cの幅と、を掛け合わせることにより、地中に貫入したバケット3cの体積を算出することができる。簡易的には、バケット3cの刃先3caの地表面GLからの深さとバケット3cの幅との積を、バケット3cの体積としてもよい。 Figure 14 is a schematic diagram showing a bucket 3c that has penetrated into the ground. The bucket 3c shown in Figure 14 has a portion, including the cutting edge 3ca, that is in the ground, and a portion that is above the ground surface GL. As described above, the volume of the bucket 3c that has penetrated into the ground can be calculated by multiplying the area of the bucket 3c that has penetrated into the ground when viewed from the side by the width of the bucket 3c. For simplicity, the volume of the bucket 3c may be calculated as the product of the depth of the cutting edge 3ca of the bucket 3c from the ground surface GL and the width of the bucket 3c.

土質判別専用操作で掘削作業をするときには、刃先3caの移動が停止したときのバケット3cの地中への貫入量を算出することができる。図13に示されるように、土質判別専用操作をするときのバケット3cの貫入量と簡易N値との間にはよい相関がある。図13に示される、バケット3cの地中への貫入量と簡易N値とを関連付けたデータテーブルは、記憶部59に記憶されている。 When performing excavation work using the dedicated soil type discrimination operation, it is possible to calculate the amount of penetration of the bucket 3c into the ground when the movement of the cutting edge 3ca stops. As shown in FIG. 13, there is a good correlation between the amount of penetration of the bucket 3c when performing the dedicated soil type discrimination operation and the simplified N value. The data table shown in FIG. 13, which associates the amount of penetration of the bucket 3c into the ground with the simplified N value, is stored in the memory unit 59.

貫入量算出部55は、土質判別専用操作による掘削作業時に、作業機3の姿勢を取得して、バケット3cの地中への貫入量を算出する。土質判別部58は、図13に示されるデータテーブルを記憶部59から読み出し、算出された貫入量に対応する簡易N値を求める。このようにして土質判別部58は、土質判別専用操作をするときに地中に貫入したバケット3cの体積から、掘削対象の硬さの指標である簡易N値を求めることができる。土質判別部58は、地中に貫入したバケット3cの体積が小さいほど、掘削対象が硬いと判別することができる。簡易N値は土質のパラメータの1つであるので、土質判別部58は、土質判別専用操作をするときに地中に貫入したバケット3cの体積から、掘削対象の土質を判別することができるといえる。 The penetration amount calculation unit 55 acquires the posture of the work machine 3 during excavation work by the dedicated soil type discrimination operation, and calculates the penetration amount of the bucket 3c into the ground. The soil type discrimination unit 58 reads the data table shown in FIG. 13 from the storage unit 59, and calculates the simplified N value corresponding to the calculated penetration amount. In this way, the soil type discrimination unit 58 can calculate the simplified N value, which is an index of the hardness of the excavation target, from the volume of the bucket 3c that penetrated into the ground when performing the dedicated soil type discrimination operation. The soil type discrimination unit 58 can determine that the excavation target is harder when the volume of the bucket 3c that penetrated into the ground is smaller. Since the simplified N value is one of the parameters of soil type, it can be said that the soil type discrimination unit 58 can determine the soil type of the excavation target from the volume of the bucket 3c that penetrated into the ground when performing the dedicated soil type discrimination operation.

<その他>
掘削作業時の作業機3の動作に関連する動作データは、上記の実施形態で説明した例に限られるものではない。図2,3に示される、ストロークセンサ35aで検出される操作弁35のスプールストローク、圧力センサ36で検出される油圧ポンプ34の吐出圧、回転センサ33で検出されるエンジン31の回転数、エンジン31の回転数に応じて演算されるエンジン31の出力トルクおよび油圧ポンプ34の吸収トルク、振動センサ2fで検出される旋回体2の振動、IMU8aで検出される車体(旋回体2)の角度、などが動作データに含まれてもよい。動作データは、掘削作業時に作業機3を動作させるための動力に関連するデータであってもよく、作業機3の動作に付随して取得できるデータであってもよい。
<Other>
The operation data related to the operation of the working machine 3 during excavation work is not limited to the examples described in the above embodiment. The operation data may include the spool stroke of the operating valve 35 detected by the stroke sensor 35a, the discharge pressure of the hydraulic pump 34 detected by the pressure sensor 36, the rotation speed of the engine 31 detected by the rotation sensor 33, the output torque of the engine 31 and the absorption torque of the hydraulic pump 34 calculated according to the rotation speed of the engine 31, the vibration of the rotating body 2 detected by the vibration sensor 2f, the angle of the vehicle body (rotating body 2) detected by the IMU 8a, and the like, as shown in Figures 2 and 3. The operation data may be data related to the power for operating the working machine 3 during excavation work, or may be data that can be acquired in association with the operation of the working machine 3.

動作データを取得するセンサは、油圧ショベル100の出荷時に油圧ショベル100に装備されているセンサであってもよい。センサは、油圧ショベル100の出荷後に油圧ショベル100に後付けされたセンサであってもよい。 The sensor that acquires the operation data may be a sensor that is equipped on the hydraulic excavator 100 at the time of shipment of the hydraulic excavator 100. The sensor may be a sensor that is retrofitted to the hydraulic excavator 100 after shipment of the hydraulic excavator 100.

動作データは、オペレータが油圧ショベル100を手動で操作して掘削作業をするときに取得されるデータに限られない。自動掘削装置などを用いた掘削作業時に取得されたデータが、動作データに含まれてもよい。動作データは、掘削開始時のデータ、掘削途中のデータなど、掘削工程の一部分のデータであってもよい。 The operation data is not limited to data acquired when an operator manually operates the hydraulic excavator 100 to perform excavation work. Data acquired during excavation work using an automatic excavator or the like may be included in the operation data. The operation data may be data for only a part of the excavation process, such as data at the start of excavation or data during excavation.

動作データは、リアルタイムで取得されたデータに限られない。作業機械が過去に作業したときの稼働データから、掘削作業時のデータのみを抜き出してもよい。過去の掘削作業時に取得された動作データから、その掘削作業時の掘削対象の土質を判別してもよい。 Operation data is not limited to data acquired in real time. Only data from excavation work may be extracted from operational data from when the work machine worked in the past. The type of soil to be excavated during the excavation work may be determined from operation data acquired during the past excavation work.

土質判別部58は、記憶部59に記憶されているデータテーブルを読み出して土質を判別する例に限られない。動作データと掘削対象の土質との対応関係を表すデータテーブルは、メインコントローラ50の内部の記憶部59ではなく、外部の記憶装置に記憶されてもよい。 The soil type determination unit 58 is not limited to the example of determining the soil type by reading out the data table stored in the memory unit 59. The data table showing the correspondence between the operation data and the soil type of the excavation target may be stored in an external storage device, not in the memory unit 59 inside the main controller 50.

土質判別部58は、機械学習によって学習済みの土質判別モデルを有してもよい。学習済みの土質判別モデルは、掘削対象を掘削作業したときの動作データに対して、その掘削対象を簡易N値計200で計測した簡易N値をラベル付けした学習用データを用いた学習処理により生成されてもよい。学習済みの土質判別モデルは、作業機の動作に関連する動作データが入力されると、動作データから簡易N値を出力するように、学習用データセットを用いた学習処理がなされていてもよい。 The soil type discrimination unit 58 may have a soil type discrimination model that has been trained by machine learning. The trained soil type discrimination model may be generated by a learning process using learning data in which operation data when an excavation operation is performed on an excavation target is labeled with a simplified N value measured by a simplified N value meter 200 for the excavation target. The trained soil type discrimination model may be trained using a learning data set so that when operation data related to the operation of the work machine is input, a simplified N value is output from the operation data.

作業機3の動作に関連する動作データを取得する取得部は、油圧ショベル100に搭載された各種センサに限られない。動作データを取得する取得部は、油圧ショベル100の外部に配置されてもよい。たとえば、油圧ショベル100を外部から撮像する撮像装置が、動作データを取得する取得部に含まれてもよい。撮像装置は、作業機3の静止画像を取得してもよく、作業機3の動画を取得してもよい。取得された画像を解析することにより、作業機3の動作に関連する動作データが取得されてもよい。 The acquisition unit that acquires operation data related to the operation of the work machine 3 is not limited to various sensors mounted on the hydraulic excavator 100. The acquisition unit that acquires operation data may be disposed outside the hydraulic excavator 100. For example, an imaging device that captures images of the hydraulic excavator 100 from outside may be included in the acquisition unit that acquires operation data. The imaging device may acquire still images of the work machine 3, or may acquire video of the work machine 3. Operation data related to the operation of the work machine 3 may be acquired by analyzing the acquired images.

上述した通り、メインコントローラ50は、油圧ショベル100に搭載されていてもよく、油圧ショベル100の外部に設置されていてもよい。したがって、掘削対象の土質の判別は、油圧ショベル100内で実行されてもよく、油圧ショベル100の外部のサーバ、タブレットコンピュータなどで実行されてもよい。 As described above, the main controller 50 may be mounted on the hydraulic excavator 100, or may be installed outside the hydraulic excavator 100. Therefore, the determination of the soil type of the excavation target may be performed within the hydraulic excavator 100, or may be performed on a server, tablet computer, or the like external to the hydraulic excavator 100.

実施形態では、作業機械の一例として油圧ショベル100について説明したが、油圧ショベル100に限らず、たとえばホイールローダなどの、他の種類の掘削作業を行う作業機械に、本開示の思想を適用してもよい。作業機械は、履帯装置1aを有する装軌式の走行体1に限られず、装輪式の走行体を備えてもよい。また、作業機械は、遠隔から無線を介して操作可能な遠隔操作対応のものであってもよい。 In the embodiment, a hydraulic excavator 100 has been described as an example of a work machine, but the concept of the present disclosure may be applied to other types of work machines that perform excavation work, such as a wheel loader, without being limited to the hydraulic excavator 100. The work machine is not limited to a tracked vehicle 1 having a track device 1a, but may also include a wheeled vehicle. In addition, the work machine may be a remote-operated type that can be operated remotely via wireless communication.

<付記>
以上の説明は、以下に付記する特徴を含む。
<Additional Notes>
The above description includes the following additional features.

(付記1)
作業機を有する作業機械と、
掘削対象を前記作業機で掘削する掘削作業時に、前記作業機の動作に関連する動作データを取得する取得部と、
前記動作データと前記掘削対象の土質との対応関係に基づき、前記動作データから前記土質を判別する、コントローラと、を備える、土質判別システム。
(Appendix 1)
A work machine having a work implement;
an acquisition unit that acquires operation data related to an operation of the work machine during an excavation operation of excavating an excavation target with the work machine;
A soil type discrimination system comprising: a controller that discriminates the soil type from the operation data based on a correspondence between the operation data and the soil type of the excavation target.

(付記2)
前記作業機は、刃先を有するバケットを含み、
前記動作データは、前記刃先の速度を含む、付記1に記載の土質判別システム。
(Appendix 2)
The work machine includes a bucket having a cutting edge,
2. The soil type discrimination system of claim 1, wherein the operational data includes a speed of the cutting edge.

(付記3)
前記動作データは、地中に貫入した前記刃先の最大速度を含む、付記2に記載の土質判別システム。
(Appendix 3)
3. The soil type discrimination system of claim 2, wherein the operational data includes a maximum speed at which the cutting edge penetrates into the ground.

(付記4)
前記コントローラは、掘削作業中の一部分の前記動作データから前記土質を判別する、付記1から付記3のいずれか1つに記載の土質判別システム。
(Appendix 4)
4. The soil type discrimination system according to claim 1, wherein the controller discriminates the soil type from the operational data of a portion during an excavation operation.

(付記5)
前記作業機は、刃先を有するバケットを含み、
前記動作データは、地中に貫入した前記刃先にかかる負荷を含む、付記1から付記4のいずれか1つに記載の土質判別システム。
(Appendix 5)
The work machine includes a bucket having a cutting edge,
The soil type discrimination system according to any one of claims 1 to 4, wherein the operational data includes a load applied to the cutting edge that has penetrated into the ground.

(付記6)
前記作業機は、バケットを有し、
前記動作データは、前記バケット内に積載された荷の重量を含む、付記1から付記5のいずれか1つに記載の土質判別システム。
(Appendix 6)
The work machine has a bucket,
6. The soil type discrimination system of claim 1, wherein the operational data includes a weight of a load loaded in the bucket.

(付記7)
前記作業機を動作させる駆動力を発生するエンジンをさらに備え、
前記動作データは、前記荷の単位重量あたりの、前記エンジンへの燃料の供給量を含む、付記6に記載の土質判別システム。
(Appendix 7)
The working machine further includes an engine that generates a driving force for operating the working machine,
7. The soil type discrimination system of claim 6, wherein the operational data includes an amount of fuel supplied to the engine per unit weight of the load.

(付記8)
前記動作データは、前記バケットによる掘削作業の作業効率を含む、付記6または付記7に記載の土質判別システム。
(Appendix 8)
8. The soil type discrimination system according to claim 6, wherein the operational data includes a work efficiency of an excavation work performed by the bucket.

(付記9)
前記作業機は、バケットを有し、
前記動作データは、前記バケットの姿勢を含む、付記1から付記8のいずれか1つに記載の土質判別システム。
(Appendix 9)
The work machine has a bucket,
9. The soil type discrimination system according to claim 1, wherein the operational data includes an attitude of the bucket.

(付記10)
前記動作データは、地中に貫入した前記バケットの体積を含む、付記9に記載の土質判別システム。
(Appendix 10)
10. The soil type discrimination system of claim 9, wherein the operational data includes a volume of the bucket penetrated into the ground.

(付記11)
前記バケットは、刃先を有し、
前記動作データは、地中に貫入した前記刃先の軌跡を含む、付記9または付記10に記載の土質判別システム。
(Appendix 11)
The bucket has a cutting edge,
11. The soil type discrimination system of claim 9 or 10, wherein the operational data includes a trajectory of the cutting edge penetrating into the ground.

(付記12)
前記作業機を駆動する操作を受け付ける操作装置をさらに備え、
前記動作データは、前記操作装置の操作内容を含む、付記1から付記11のいずれか1つに記載の土質判別システム。
(Appendix 12)
The work machine further includes an operating device that receives an operation to drive the work machine,
The soil type discrimination system according to any one of claims 1 to 11, wherein the operation data includes operation content of the operating device.

(付記13)
前記作業機は、掘削作業時に、予め決められた動作をするように制御される、付記1から付記12のいずれか1つに記載の土質判別システム。
(Appendix 13)
13. The soil type discrimination system according to any one of claims 1 to 12, wherein the work machine is controlled to perform a predetermined operation during excavation work.

(付記14)
前記取得部は、前記作業機械に搭載される、付記1から付記13のいずれか1つに記載の土質判別システム。
(Appendix 14)
14. The soil type discrimination system according to claim 1, wherein the acquisition unit is mounted on the work machine.

(付記15)
前記土質は、先端がコーン形状の部品を地面にあてて、前記先端の反対側から前記部品に衝撃を与え、前記先端が所定の深さまで貫入するまでの回数に基づき得られた指標である、付記1から付記14のいずれか1つに記載の土質判別システム。
(Appendix 15)
The soil type discrimination system according to any one of appendices 1 to 14, wherein the soil type is an index obtained based on the number of times a cone-shaped tip part is placed against the ground and an impact is applied to the part from the opposite side of the tip until the tip penetrates to a predetermined depth.

以上のように実施形態について説明を行ったが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiments have been described above, the embodiments disclosed herein are illustrative in all respects and should not be considered as limiting. The scope of the present invention is indicated by the claims, not by the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.

1 走行体、2 旋回体、2f 振動センサ、3 作業機、3a ブーム、3b アーム、3c バケット、3ca 刃先、3cb 底面、4a ブームシリンダ、4b アームシリンダ、4c バケットシリンダ、6a,6b,6c,6d,6e,6f,36 圧力センサ、7a,7b,7c,35a ストロークセンサ、8a,8b,8c,8d IMU、9a,9b,9c 角度センサ、25 操作装置、25a 操作レバー、25b 操作量センサ、31 エンジン、33 回転センサ、34 油圧ポンプ、35 操作弁、50 メインコントローラ、51 土工量算出部、52 刃先速度算出部、53 効率算出部、54 刃先負荷算出部、55 貫入量算出部、56 作業機姿勢取得部、57 掘削時間算出部、58 土質判別部、59 記憶部、60 出力部、100 油圧ショベル、200 簡易N値計、GL 地表面、L 荷。 1 Traveling body, 2 Swivel body, 2f Vibration sensor, 3 Work machine, 3a Boom, 3b Arm, 3c Bucket, 3ca Cutting edge, 3cb Bottom surface, 4a Boom cylinder, 4b Arm cylinder, 4c Bucket cylinder, 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 36 Pressure sensor, 7a, 7b, 7c, 35a Stroke sensor, 8a, 8b, 8c, 8d IMU, 9a, 9b, 9c Angle sensor, 25 Operation device, 25a Operation lever, 25b Operation amount sensor, 31 Engine, 33 Rotation sensor, 34 Hydraulic pump, 35 Operation valve, 50 Main controller, 51 Earthwork amount calculation unit, 52 Cutting edge speed calculation unit, 53 Efficiency calculation unit, 54 Cutting edge load calculation unit, 55 Penetration amount calculation unit, 56 Work machine attitude acquisition unit, 57 Excavation time calculation unit, 58 soil type determination unit, 59 memory unit, 60 output unit, 100 hydraulic excavator, 200 simple N value meter, GL ground surface, L load.

Claims (16)

作業機を有する作業機械と、
掘削対象を前記作業機で掘削する掘削作業時に、前記作業機の動作に関連する動作データを取得する取得部と、
前記動作データと前記掘削対象の土質との対応関係に基づき、前記動作データから前記土質を判別する、コントローラと、を備える、土質判別システム。
A work machine having a work implement;
an acquisition unit that acquires operation data related to an operation of the work machine during an excavation operation of excavating an excavation target with the work machine;
A soil type discrimination system comprising: a controller that discriminates the soil type from the operation data based on a correspondence between the operation data and the soil type of the excavation target.
前記作業機は、刃先を有するバケットを含み、
前記動作データは、前記刃先の速度を含む、請求項1に記載の土質判別システム。
The work machine includes a bucket having a cutting edge,
The soil type discrimination system of claim 1 , wherein the operational data includes a speed of the cutting edge.
前記動作データは、地中に貫入した前記刃先の最大速度を含む、請求項2に記載の土質判別システム。 The soil type discrimination system of claim 2, wherein the operational data includes a maximum speed at which the cutting edge penetrates into the ground. 前記コントローラは、掘削作業中の一部分の前記動作データから前記土質を判別する、請求項3に記載の土質判別システム。 The soil type discrimination system according to claim 3, wherein the controller discriminates the soil type from the operation data of a portion during excavation work. 前記作業機は、刃先を有するバケットを含み、
前記動作データは、地中に貫入した前記刃先にかかる負荷を含む、請求項1に記載の土質判別システム。
The work machine includes a bucket having a cutting edge,
The soil type discrimination system according to claim 1 , wherein the operational data includes a load applied to the cutting edge that has penetrated into the ground.
前記作業機は、バケットを有し、
前記動作データは、前記バケット内に積載された荷の重量を含む、請求項1に記載の土質判別システム。
The work machine has a bucket,
The soil type determination system of claim 1 , wherein the operational data includes a weight of a load placed in the bucket.
前記作業機を動作させる駆動力を発生するエンジンをさらに備え、
前記動作データは、前記荷の単位重量あたりの、前記エンジンへの燃料の供給量を含む、請求項6に記載の土質判別システム。
The working machine further includes an engine that generates a driving force for operating the working machine,
The soil type discrimination system of claim 6 , wherein the operational data includes an amount of fuel supplied to the engine per unit weight of the load.
前記動作データは、前記バケットによる掘削作業の作業効率を含む、請求項6に記載の土質判別システム。 The soil type discrimination system according to claim 6, wherein the operational data includes the work efficiency of the excavation work performed by the bucket. 前記作業機は、バケットを有し、
前記動作データは、前記バケットの姿勢を含む、請求項1に記載の土質判別システム。
The work machine has a bucket,
The soil type discrimination system of claim 1 , wherein the operational data includes an attitude of the bucket.
前記動作データは、地中に貫入した前記バケットの体積を含む、請求項9に記載の土質判別システム。 The soil type discrimination system according to claim 9, wherein the operational data includes a volume of the bucket penetrated into the ground. 前記バケットは、刃先を有し、
前記動作データは、地中に貫入した前記刃先の軌跡を含む、請求項9に記載の土質判別システム。
The bucket has a cutting edge,
The soil type discrimination system according to claim 9 , wherein the operational data includes a trajectory of the cutting edge as it penetrates into the ground.
前記作業機を駆動する操作を受け付ける操作装置をさらに備え、
前記動作データは、前記操作装置の操作内容を含む、請求項1に記載の土質判別システム。
The work machine further includes an operating device that receives an operation to drive the work machine,
The soil type discrimination system according to claim 1 , wherein the operation data includes operation details of the operation device.
前記作業機は、掘削作業時に、予め決められた動作をするように制御される、請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の土質判別システム。 The soil type discrimination system according to any one of claims 1 to 12, wherein the work machine is controlled to perform a predetermined operation during excavation work. 前記取得部は、前記作業機械に搭載される、請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の土質判別システム。 The soil type discrimination system according to any one of claims 1 to 12, wherein the acquisition unit is mounted on the work machine. 前記土質は、先端がコーン形状の部品を地面にあてて、前記先端の反対側から前記部品に衝撃を与え、前記先端が所定の深さまで貫入するまでの回数に基づき得られた指標である、請求項1から請求項12のいずれか1項に記載の土質判別システム。 The soil type discrimination system according to any one of claims 1 to 12, wherein the soil type is an index obtained by applying an impact to a part with a cone-shaped tip from the opposite side of the tip when the part is placed on the ground and the impact is applied to the part from the opposite side of the tip, based on the number of times the tip penetrates to a predetermined depth. 作業機械の作業機で掘削対象を掘削する掘削作業時に、前記作業機の動作に関連する動作データを取得することと、
前記動作データと前記掘削対象の土質との対応関係に基づき、前記動作データから前記土質を判別することと、を備える、土質判別方法。
Acquiring operation data related to an operation of a work implement of a work machine during an excavation operation of excavating an excavation target with the work implement;
and determining the soil type from the operation data based on a correspondence between the operation data and the soil type of the excavation target.
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