特許 5781668 油圧ショベルの表示システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5781668

(24)【登録日】2015年7月24日

(45)【発行日】2015年9月24日

(54)【発明の名称】油圧ショベルの表示システム

(51)【国際特許分類】

   E02F 9/26 20060101AFI20150907BHJP

【ＦＩ】

   E02F9/26 B

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-112728(P2014-112728)

(22)【出願日】2014年5月30日

(62)【分割の表示】特願2011-36203(P2011-36203)の分割

【原出願日】2011年2月22日

(65)【公開番号】特開2014-148893(P2014-148893A)

(43)【公開日】2014年8月21日

【審査請求日】2014年5月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】新樹グローバル・アイピー特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】野村 安曇

(72)【発明者】

【氏名】山村 正男

【審査官】 富山 博喜

(56)【参考文献】

【文献】 特許第５５５５１９０（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 国際公開第２００５／０２４１４４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−１１６６９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０９８５８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｆ ９／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バケットを含む作業機と、前記作業機が取り付けられる本体部とを有する油圧ショベル
の表示システムであって、
前記油圧ショベルの現在位置に関する情報を検出する位置検出部と、
作業対象の目標形状を示す設計面の位置情報を記憶する記憶部と、
前記油圧ショベルの現在位置に関する情報に基づいて前記バケットの刃先の位置を算出し、前記設計面の位置情報に基づく目標面の断面を示す線分である目標面線を算出する演算部と、
前記目標面線と前記目標面線を延長した延長線と前記バケットの刃先の位置とを示す画像を含む案内画面を表示する表示部と、
を備える油圧ショベルの表示システム。

【請求項2】

前記目標面線の延長線は、前記目標面線の上方への延長線を含む、
請求項１に記載の油圧ショベルの表示システム。

【請求項3】

前記目標面線の延長線は、前記目標面線の下方への延長線を含む、
請求項１又は２に記載の油圧ショベルの表示システム。

【請求項4】

前記バケットの刃先が前記目標面線の延長線に対して垂直に対向する領域に位置するときには、前記バケットの刃先と前記目標面線の延長線との間の距離を示す情報が前記案内画面に表示される、
請求項１から３のいずれかに記載の油圧ショベルの表示システム。

【請求項5】

前記案内画面には、前記油圧ショベルの全体が表示される、
請求項1から４のいずれかに記載の油圧ショベルの表示システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、油圧ショベルの表示システムに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、油圧ショベルは、オペレータが操作レバーを操作することで、バケットを含む作業機が駆動される。このとき、所定深さの溝又は所定勾配の法面を掘削する場合には、オペレータが作業機の動作を目視するだけで目標とする形状どおりに正確に掘削されているか否かを判断することは困難である。そこで、特許文献１に開示されている油圧ショベルの表示システムでは、目標面とバケットの刃先との相互の位置関係をモニタ上に画像で表示している。具体的には、作業対象の目標形状を示す設計面から目標面がオペレータの入力によって選択される。そして、目標面の断面を示す線（以下、「目標面線」と呼ぶ）と、目標面以外の設計面の断面を示す線（以下、「設計面線」と呼ぶ）と、バケットの刃先の位置を示す画像とを含む案内画面がモニタ上に表示される。オペレータは、上記のような案内画面を見ながら作業機を操作することにより、バケットの刃先が目標面線に沿って移動するように容易に作業機を操作することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００４−６８４３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

目標面の端部付近が掘削される場合、目標面の端部にバケットの刃先を配置してから掘削を開始すると、目標面の端部の周囲の土が崩れたり、作業機の動作開始時のショックで目標面の端部を精度よく成形することが困難になったりする。そこで、通常、オペレータは目標面から外れた位置（例えば、目標面の上方）から、目標面に対して平行にバケットの刃先が移動するように作業機を操作する。これにより、目標面を精度よく成形することができる。しかし、図１５に示すように、従来の案内画面では、目標面２００とバケット２１０との位置を把握することは容易であるが、案内画面上には何も表示されていない目標面２００に平行な位置とバケット２１０との位置関係を精度よく把握することは容易ではない。従って、オペレータはどこからバケットの刃先を移動させればよいか分かり難い。このため、目標面を精度よく成形することは困難である。

【0005】

本発明の課題は、オペレータが目標面を精度よく成形することが容易になる油圧ショベルの表示システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の態様に係る油圧ショベルの表示システムは、バケットを含む作業機と、作業機が取り付けられる本体部とを有する油圧ショベルの表示システムである。この油圧ショベルの表示システムは、位置検出部と、記憶部と、演算部と、表示部とを備える。位置検出部は、油圧ショベルの現在位置に関する情報を検出する。記憶部は、作業対象の目標形状を示す設計面の位置情報を記憶する。演算部は、油圧ショベルの現在位置に関する情報に基づいてバケットの刃先の位置を算出する。演算部は、設計面の位置情報に基づく目標面の断面を示す線分である目標面線の位置を算出する。表示部は、案内画面を表示する。案内画面は、目標面線と目標面線を延長した延長線とバケットの刃先の位置とを示す画像を含む。

【0007】

本発明の第２の態様に係る油圧ショベルの表示システムは、第１の態様の油圧ショベルの表示システムであって、目標面線の延長線は、目標面線の上方への延長線を含む。

【0008】

本発明の第３の態様に係る油圧ショベルの表示システムは、第１又は第２の態様の油圧ショベルの表示システムであって、目標面線の延長線は、目標面線の下方への延長線を含む。

【0009】

本発明の第４の態様に係る油圧ショベルの表示システムは、第１から第３の態様のいずれかの油圧ショベルの表示システムであって、バケットの刃先が目標面線の延長線に対して垂直に対向する領域に位置するときには、バケットの刃先と目標面線の延長線との間の距離を示す情報が案内画面に表示される。

【0010】

本発明の第５の態様に係る油圧ショベルの表示システムは、第１から第４の態様のいずれかの油圧ショベルの表示システムであって、案内画面において、目標面線と延長線とは、異なる線種によって互いに異なる表示態様で表示される。

【0011】

本発明の第６の態様に係る油圧ショベルの表示システムは、第１から第５の態様のいずれかの油圧ショベルの表示システムであって、案内画面には、油圧ショベルの全体が表示される。

【発明の効果】

【0012】

本発明の第１の態様に係る油圧ショベルの表示システムでは、案内画面に目標面線の延長線が表示される。このため、オペレータは目標面を掘削するときに、バケットの刃先を延長線に沿って移動させることにより、バケットの刃先が目標面に対して平行に移動するように、容易に操作することができる。これにより、オペレータは目標面を精度よく容易に成形することができる。

【0013】

本発明の第２の態様に係る油圧ショベルの表示システムでは、案内画面に目標面線の上方への延長線が表示される。このため、目標面を上端部から成形することが容易になる。

【0014】

本発明の第３の態様に係る油圧ショベルの表示システムでは、案内画面に目標面線の下方への延長線が表示される。このため、目標面を下端部から成形することが容易になる。

【0015】

本発明の第４の態様に係る油圧ショベルの表示システムでは、バケットの刃先と目標面線の延長線との間の距離を示す情報が案内画面に表示される。このため、オペレータは、バケットの刃先と目標面との位置関係をさらに容易に把握することができる。

【0016】

本発明の第５の態様に係る油圧ショベルの表示システムでは、案内画面において、目標面線と延長線とは、異なる線種によって互いに異なる表示態様で表示される。このため、オペレータは、案内画面において目標面の位置を容易に把握することができる。

【0017】

本発明の第６の態様に係る油圧ショベルの表示システムでは、案内画面には、油圧ショベルの全体が表示される。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】油圧ショベルの斜視図。

【図2】油圧ショベルの構成を模式的に示す図。

【図3】油圧ショベルが備える制御系の構成を示すブロック図。

【図4】設計地形データによって示される設計地形を示す図。

【図5】粗掘削モードの案内画面を示す図。

【図6】繊細掘削モードの案内画面を示す図。

【図7】案内画面に表示される情報の算出方法を示すフローチャート。

【図8】バケットの刃先の現在位置を求める方法を示す図。

【図9】距離情報の算出方法を示すフローチャート。

【図10】距離情報の算出方法を示す図。

【図11】距離情報の算出方法を示す図。

【図12】距離情報の算出方法を示す図。

【図13】他の実施形態に係る案内画面を示す図。

【図14】さらに他の実施形態に係る案内画面を示す図。

【図15】従来技術に係る案内画面を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0019】

１．構成
１−１．油圧ショベルの全体構成
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る油圧ショベルの表示システムについて説明する。図１は、表示システムが搭載される油圧ショベル１００の斜視図である。油圧ショベル１００は、車両本体１と作業機２とを有する。車両本体１は、本発明の本体部に相当する。車両本体１は、上部旋回体３と運転室４と走行装置５とを有する。上部旋回体３は、図示しないエンジンや油圧ポンプなどの装置を収容している。運転室４は上部旋回体３の前部に載置されている。運転室４内には、後述する表示入力装置３８及び操作装置２５が配置される（図３参照）。走行装置５は履帯５ａ，５ｂを有しており、履帯５ａ，５ｂが回転することにより油圧ショベル１００が走行する。

【0020】

作業機２は、車両本体１の前部に取り付けられており、ブーム６とアーム７とバケット８とブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とを有する。ブーム６の基端部は、ブームピン１３を介して車両本体１の前部に揺動可能に取り付けられている。アーム７の基端部は、アームピン１４を介してブーム６の先端部に揺動可能に取り付けられている。アーム７の先端部には、バケットピン１５を介してバケット８が揺動可能に取り付けられている。

【0021】

図２は、油圧ショベル１００の構成を模式的に示す図である。図２（ａ）は油圧ショベル１００の側面図であり、図２（ｂ）は油圧ショベル１００の背面図である。図２（ａ）に示すように、ブーム６の長さ、すなわち、ブームピン１３からアームピン１４までの長さは、Ｌ１である。アーム７の長さ、すなわち、アームピン１４からバケットピン１５までの長さは、Ｌ２である。バケット８の長さ、すなわち、バケットピン１５からバケット８の刃先までの長さは、Ｌ３である。

【0022】

図１に示すブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とは、それぞれ油圧によって駆動される油圧シリンダである。ブームシリンダ１０はブーム６を駆動する。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動する。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動する。ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２などの油圧シリンダと図示しない油圧ポンプとの間には、比例制御弁３７が配置されている（図３参照）。比例制御弁３７が後述する作業機コントローラ２６によって制御されることにより、油圧シリンダ１０−１２に供給される作動油の流量が制御される。これにより、油圧シリンダ１０−１２の動作が制御される。

【0023】

図２（ａ）に示すように、ブーム６とアーム７とバケット８には、それぞれ第１〜第３ストロークセンサ１６−１８が設けられている。第１ストロークセンサ１６は、ブームシリンダ１０のストローク長さを検出する。後述する表示コントローラ３９（図３参照）は、第１ストロークセンサ１６が検出したブームシリンダ１０のストローク長さから、後述する車両本体座標系のＺａ軸（図８参照）に対するブーム６の傾斜角θ１を算出する。第２ストロークセンサ１７は、アームシリンダ１１のストローク長さを検出する。表示コントローラ３９は、第２ストロークセンサ１７が検出したアームシリンダ１１のストローク長さから、ブーム６に対するアーム７の傾斜角θ２を算出する。第３ストロークセンサ１８は、バケットシリンダ１２のストローク長さを検出する。表示コントローラ３９は、第３ストロークセンサ１８が検出したバケットシリンダ１２のストローク長さから、アーム７に対するバケット８の傾斜角θ３を算出する。

【0024】

車両本体１には、位置検出部１９が備えられている。位置検出部１９は、油圧ショベル１００の現在位置を検出する。位置検出部１９は、ＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite Systems、ＧＮＳＳは全地球航法衛星システムをいう。）用の２つのアンテナ２１，２２（以下、「ＧＮＳＳアンテナ２１，２２」と呼ぶ）と、３次元位置センサ２３と、傾斜角センサ２４とを有する。ＧＮＳＳアンテナ２１，２２は、後述する車両本体座標系Ｘａ−Ｙａ−ＺａのＹａ軸（図８参照）に沿って一定距離だけ離間して配置されている。ＧＮＳＳアンテナ２１，２２で受信されたＧＮＳＳ電波に応じた信号は３次元位置センサ２３に入力される。３次元位置センサ２３は、ＧＮＳＳアンテナ２１，２２の設置位置Ｐ１，Ｐ２の位置を検出する。図２（ｂ）に示すように、傾斜角センサ２４は、重力方向（鉛直線）に対する車両本体１の幅方向の傾斜角θ４（以下、「ロール角θ４」と呼ぶ）を検出する。なお、本実施形態において、幅方向とは、バケット８の幅方向を意味しており、車幅方向と一致している。ただし、作業機２が後述するチルトバケットを備える場合には、バケットの幅方向と車幅方向とが一致しないことがあり得る。

【0025】

図３は、油圧ショベル１００が備える制御系の構成を示すブロック図である。油圧ショベル１００は、操作装置２５と、作業機コントローラ２６と、作業機制御装置２７と、表示システム２８とを備える。操作装置２５は、作業機操作部材３１と、作業機操作検出部３２と、走行操作部材３３と、走行操作検出部３４とを有する。作業機操作部材３１は、オペレータが作業機２を操作するための部材であり、例えば操作レバーである。作業機操作検出部３２は、作業機操作部材３１の操作内容を検出して、検出信号として作業機コントローラ２６へ送る。走行操作部材３３は、オペレータが油圧ショベル１００の走行を操作するための部材であり、例えば操作レバーである。走行操作検出部３４は、走行操作部材３３の操作内容を検出して、検出信号として作業機コントローラ２６へ送る。

【0026】

作業機コントローラ２６は、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部３５や、ＣＰＵなどの演算部３６を有している。作業機コントローラ２６は、主として作業機２の制御を行う。作業機コントローラ２６は、作業機操作部材３１の操作に応じて作業機２を動作させるための制御信号を生成して、作業機制御装置２７に出力する。作業機制御装置２７は比例制御弁３７を有しており、作業機コントローラ２６からの制御信号に基づいて比例制御弁３７が制御される。作業機コントローラ２６からの制御信号に応じた流量の作動油が比例制御弁３７から流出され、油圧シリンダ１０−１２に供給される。油圧シリンダ１０−１２は、比例制御弁３７から供給された作動油に応じて駆動される。これにより、作業機２が動作する。

【0027】

１−２．表示システム２８の構成
表示システム２８は、作業エリア内の地面を掘削して後述する設計面のような形状に形成するための情報をオペレータに提供するためのシステムである。表示システム２８は、上述した第１〜第３ストロークセンサ１６−１８、３次元位置センサ２３、傾斜角センサ２４のほかに、表示入力装置３８と、表示コントローラ３９とを有している。

【0028】

表示入力装置３８は、タッチパネル式の入力部４１と、ＬＣＤなどの表示部４２とを有する。表示入力装置３８は、掘削を行うための情報を提供するための案内画面を表示する。また、案内画面には、各種のキーが表示される。オペレータは、案内画面上の各種のキーに触れることにより、表示システム２８の各種の機能を実行させることができる。案内画面については後に詳細に説明する。

【0029】

表示コントローラ３９は、表示システム２８の各種の機能を実行する。表示コントローラ３９は、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部４３や、ＣＰＵなどの演算部４４を有している。記憶部４３は、作業機データを記憶している。作業機データは、上述したブーム６の長さＬ１、アーム７の長さＬ２、バケット８の長さＬ３を含む。また、作業機データは、ブーム６の傾斜角θ１、アーム７の傾斜角θ２、バケット８の傾斜角θ３のそれぞれの最小値及び最大値を含む。表示コントローラ３９と作業機コントローラ２６とは、無線あるいは有線の通信手段により互いに通信可能となっている。表示コントローラ３９の記憶部４３には、設計地形データが予め作成されて記憶されている。設計地形データは、３次元の設計地形の形状及び位置に関する情報である。設計地形は、作業対象となる地面の目標形状を示す。表示コントローラ３９は、設計地形データや上述した各種のセンサからの検出結果などのデータに基づいて、案内画面を表示入力装置３８に表示させる。具体的には、図４に示すように、設計地形は、三角形ポリゴンによってそれぞれ表現される複数の設計面４５によって構成されている。なお、図４では複数の設計面のうちの１つのみに符号４５が付されており、他の設計面の符号は省略されている。目標作業対象は、これらの設計面４５のうちの１つ、或いは、複数の設計面である。オペレータは、これらの設計面４５のうちの１つ、或いは、複数の設計面を目標面７０として選択する。表示コントローラ３９は、目標面７０の位置をオペレータに知らせるための案内画面を表示入力装置３８に表示させる。

【0030】

２．案内画面
以下、案内画面について詳細に説明する。案内画面は、目標面７０とバケット８の刃先との位置関係を示し、作業対象である地面が目標面７０と同じ形状になるように油圧ショベル１００の作業機２を誘導するための画面である。図５及び図６に示すように、案内画面は、粗掘削モードの案内画面（以下、「粗掘削画面５３」と呼ぶ）と、繊細掘削モードの案内画面（以下、「繊細掘削画面５４」と呼ぶ）とを有する。

【0031】

２−１．粗掘削画面５３
図５に粗掘削画面５３を示す。粗掘削画面５３は、作業エリアの設計地形と油圧ショベル１００の現在位置とを示す上面図５３ａと、目標面７０と油圧ショベル１００との位置関係を示す側面図５３ｂとを含む。

【0032】

粗掘削画面５３の上面図５３ａは、複数の三角形ポリゴンによって上面視による設計地形を表現している。より具体的には、上面図５３ａは、油圧ショベル１００の旋回平面を投影面として設計地形を表現している。従って、上面図５３ａは、油圧ショベル１００の真上から見た図であり、油圧ショベル１００が傾いたときには設計面４５が傾くことになる。また、複数の設計面４５から目標作業対象として選択された目標面７０は、他の設計面４５と異なる色で表示される。なお、図５では、油圧ショベル１００の現在位置が上面視による油圧ショベルのアイコン６１で示されているが、他のシンボルによって示されてもよい。また、上面図５３ａは、油圧ショベル１００を目標面７０に対して正対させるための情報を含んでいる。油圧ショベル１００を目標面７０に対して正対させるための情報は、正対コンパス７３として表示される。正対コンパス７３は、目標面７０に対する正対方向と油圧ショベル１００を旋回させるべき方向とを示すアイコンである。オペレータは、正対コンパス７３により、目標面７０への正対度を確認することができる。

【0033】

粗掘削画面５３の側面図５３ｂは、目標面７０とバケット８の刃先との位置関係を示す画像と、目標面７０とバケット８の刃先との間の距離を示す距離情報８８とを含む。具体的には、側面図５３ｂは、設計面線８１と、目標面線８２と、目標面線８２の延長線８３と、側面視による油圧ショベル１００のアイコン７５とを含む。設計面線８１は、目標面７０以外の設計面４５の断面を示す。目標面線８２は目標面７０の断面を示す。設計面線８１と目標面線８２とは、図４に示すように、バケット８の刃先Ｐ３の現在位置を通る平面７７と設計面４５との交線８０を算出することにより求められる。バケット８の刃先Ｐ３の現在位置を算出する方法については後に説明する。目標面線８２の延長線８３は、目標面線８２の上方への延長線である。側面図５３ｂにおいて、設計面線８１と目標面線８２と延長線８３とは、互いに異なる表示態様で表示される。具体的には、目標面線８２と設計面線８１とは互いに異なる色で表示される。なお、図５では、設計面線８１にハッチングを付することによって色の違いを表現している。また、延長線８３は、目標面線８２及び設計面線８１と異なる線種で表示される。例えば、設計面線８１及び目標面線８２は実線で表示され、延長線８３は破線で表示される。また、側面図５３ｂでは、設計面線８１及び目標面線８２よりも地中側の領域と、これらの線分よりも空中側の領域とは異なる色で示される。なお、図５では、設計面線８１及び目標面線８２よりも地中側の領域にハッチングを付することにより、色の違いを表現している。また、粗掘削画面５３の側面図５３ｂには、バケット８の刃先の軌跡を示す線９１が表示される。目標面７０とバケット８の刃先との間の距離を示す距離情報８８は、バケット８の刃先と目標面７０との間の距離を示す数値である。距離情報８８については後に詳細に説明する。

【0034】

以上のように、粗掘削画面５３では、設計面線８１と、目標面線８２と、目標面線８２の延長線８３と、バケット８を含む油圧ショベル１００と、の相対位置関係が画像によって表示される。オペレータは、目標面線８２に沿ってバケット８の刃先を移動させることによって、現在の地形が設計地形になるように、容易に掘削することができる。

【0035】

なお、粗掘削画面５３には案内画面を切り換えるための画面切換キー６５が表示されるオペレータは、画面切換キー６５を操作することにより、粗掘削画面５３から繊細掘削画面５４へ切り換えることができる。

【0036】

２−２．繊細掘削画面５４
図６に、繊細掘削画面５４を示す。繊細掘削画面５４は、粗掘削画面５３よりも目標面７０と油圧ショベル１００との位置関係を詳細に示す。すなわち、繊細掘削画面５４は、粗掘削画面５３よりも目標面７０とバケット８の刃先との位置関係を詳細に示す。繊細掘削画面５４は、目標面７０とバケット８との位置関係を示す正面図５４ａと、目標面７０とバケット８との位置関係を示す側面図５４ｂとを含む。繊細掘削画面５４の正面図５４ａは、正面視によるバケット８のアイコン８９と、目標面７０の断面を示す線８４とを含む。繊細掘削画面５４の側面図５４ｂは、側面視によるバケット８のアイコン９０と、設計面線８１と、目標面線８２と、目標面線８２の延長線８３とを含む。

【0037】

また、正面図５４ａは、距離情報８６ａと角度情報８６ｂとを含む。距離情報８６ａは、バケット８の刃先と、目標面線８２との間のＺａ方向の距離を示したものである。角度情報８６ｂは、目標面７０とバケット８との間の角度を示す情報である。具体的には、角度情報８６ｂは、バケット８の刃先を通る仮想線分と目標面７０の断面を示す線８４との間の角度である。

【0038】

側面図５４ｂは、距離情報８７ａと角度情報８７ｂとを含む。距離情報８７ａは、バケット８の刃先と目標面７０との間の距離を示す情報である。距離情報８７ａについては後に詳細に説明する。また、角度情報８７ｂは、目標面線８２とバケット８との間の角度を示す情報である。具体的には、側面図５４ｂに表示される角度情報８７ｂは、バケット８の底面と目標面線８２との間の角度である。

【0039】

以上のように、繊細掘削画面５４では、設計面線８１と目標面線８２と目標面線８２の延長線８３とバケット８の刃先との相対位置関係が詳細に表示される。オペレータは、目標面線８２に沿ってバケット８の刃先を移動させることによって、現在の地形が３次元設計地形と同じ形状になるように、さらに容易に掘削することができる。なお、繊細掘削画面５４には、上述した粗掘削画面５３と同様に画面切換キー６５が表示される。オペレータは、画面切換キー６５を操作することにより、繊細掘削画面５４から粗掘削画面５３へ切り換えることができる。

【0040】

２−３．案内画面に表示される情報の算出方法
次に、上述した案内画面に表示される情報の算出方法について図７に示すフローチャートに基づいて詳細に説明する。

【0041】

まず、ステップＳ１において、車両の現在位置が検出される。ここでは、位置検出部１９からの検出信号によって、車両本体１の現在位置が検出される。

【0042】

ステップＳ２において、バケット８の刃先の位置が算出される。ここでは、表示コントローラ３９は、ステップＳ１で検出された車両本体１の現在位置と、第１〜第３ストロークセンサ１６−１８、傾斜角センサ２４からの検出結果に基づいてグローバル座標系｛Ｘ，Ｙ，Ｚ｝でのバケット８の刃先の現在位置を算出する。具体的には、バケット８の刃先の現在位置は、次のようにして求められる。

【0043】

まず、図８に示すように、上述したＧＮＳＳアンテナ２１の設置位置Ｐ１を原点とする車両本体座標系｛Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ｝を求める。図８（ａ）は油圧ショベル１００の側面図である。図８（ｂ）は油圧ショベル１００の背面図である。ここでは、油圧ショベル１００の前後方向すなわち車両本体座標系のＹａ軸方向がグローバル座標系のＹ軸方向に対して傾斜しているものとする。また、車両本体座標系でのブームピン１３の座標は（０，Ｌｂ１，−Ｌｂ２）であり、予め表示コントローラ３９の記憶部４３に記憶されている。

【0044】

３次元位置センサ２３はＧＮＳＳアンテナ２１，２２の設置位置Ｐ１，Ｐ２を検出する。検出された座標位置Ｐ１、Ｐ２から以下の（１）式よってＹａ軸方向の単位ベクトルが算出される。
Ｙａ＝（Ｐ１−Ｐ２）／｜Ｐ１−Ｐ２｜・・・（１）
図８（ａ）に示すように、ＹａとＺの２つのベクトルで表される平面を通り、Ｙａと垂直なベクトルＺ’を導入すると、以下の関係が成り立つ。
（Ｚ’，Ｙａ）＝０・・・（２）
Ｚ’＝（１−ｃ）Ｚ＋ｃＹａ・・・（３）
ｃは定数である。
（２）式および（３）式より、Ｚ’は以下の（４）式のように表される。
Ｚ’＝Ｚ＋｛（Ｚ，Ｙａ）／（（Ｚ，Ｙａ）−１）｝（Ｙａ−Ｚ）・・・（４）
さらに、ＹａおよびＺ’と垂直なベクトルをＸ’とすると、Ｘ’は以下の（５）式のようのように表される。
Ｘ’＝Ｙａ⊥Ｚ’・・・（５）
図８（ｂ）に示すように、車両本体座標系は、これをＹａ軸周りに上述したロール角θ４だけ回転させたものであるから、以下の（６）式のように示される。

・・・（６）

【0045】

また、第１〜第３ストロークセンサ１６−１８の検出結果から、上述したブーム６、アーム７、バケット８の現在の傾斜角θ１、θ２、θ３が算出される。車両本体座標系内でのバケット８の刃先Ｐ３の座標（ｘａｔ、ｙａｔ、ｚａｔ）は、傾斜角θ１、θ２、θ３およびブーム６、アーム７、バケット８の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３を用いて、以下の（７）〜（９）式により算出される。
ｘａｔ＝０・・・（７）
ｙａｔ＝Ｌｂ１＋Ｌ１ｓｉｎθ１＋Ｌ２ｓｉｎ（θ１＋θ２）＋Ｌ３ｓｉｎ（θ１＋θ２＋θ３）・・・（８）
ｚａｔ＝−Ｌｂ２＋Ｌ１ｃｏｓθ１＋Ｌ２ｃｏｓ（θ１＋θ２）＋Ｌ３ｃｏｓ（θ１＋θ２＋θ３）・・・（９）
なお、バケット８の刃先Ｐ３は、車両本体座標系のＹａ−Ｚａ平面で移動するものとする。
そして、グローバル座標系でのバケット８の刃先Ｐ３の座標が以下の（１０）式から求められる。
Ｐ３＝ｘａｔ・Ｘａ＋ｙａｔ・Ｙａ＋ｚａｔ・Ｚａ＋Ｐ１・・・（１０）

【0046】

図７に戻り、次にステップＳ３において、設計面線８１と、目標面線８２と、目標面線８２の延長線８３と、の位置が算出される。ここでは、図４に示すように、表示コントローラ３９は、上記のように算出したバケット８の刃先の現在位置と、記憶部４３に記憶された設計地形データとに基づいて、３次元設計地形とバケット８の刃先Ｐ３を通るＹａ−Ｚａ平面７７との交線８０を算出する。そして、表示コントローラ３９は、この交線８０のうち目標面７０を通る部分を上述した目標面線８２として算出する。この交線８０のうち目標面線８２以外の部分を設計面線８１として算出する。また、算出された目標面線８２の位置に基づいて、目標面線８２の延長線８３の位置が算出される。

【0047】

ステップＳ４において、距離情報が算出される。距離情報は、上述したように、目標面７０とバケット８の刃先との間の距離を示す。ただし、バケット８の刃先が目標面線８２から大きく外れて目標面線８２の延長線８３に近い位置にある場合には、延長線８３とバケット８の刃先との間の距離が距離情報として算出される。以下、距離情報の算出方法について、図９に示すフローチャートに基づいて説明する。

【0048】

まず、ステップＳ１１において、バケット８の刃先が延長面領域内に位置しているか否かが判定される。図１０に示すように、延長面領域Ａ１は、バケット８の刃先Ｐ３が目標面線８２の延長線８３に対して垂直に対向する領域である。バケット８の刃先Ｐ３が延長面領域Ａ１内に位置しているときには、ステップＳ１２において、目標面線８２の延長線８３とバケット８の刃先Ｐ３との間の最短距離Ｄ１が距離情報として算出される。

【0049】

一方、バケット８の刃先Ｐ３が延長面領域Ａ１内に位置していないときには、ステップＳ１３において、目標面線８２とバケット８の刃先Ｐ３との間の距離が距離情報として算出される。例えば、図１１に示すように、バケット８の刃先Ｐ３が目標面線８２に対して垂直に対向する領域Ａ２内に位置しているときには、バケット８の刃先Ｐ３と目標面線８２との間の最短距離Ｄ２が距離情報として算出される。また、図１２に示すように、バケット８の刃先Ｐ３が目標面線８２に対して垂直に対向する領域Ａ２外に位置しているときには、目標面線８２の端点Ｐ４とバケット８の刃先Ｐ３との間の距離Ｄ３が距離情報として算出される。なお、この場合、バケット８の刃先Ｐ３が近接する設計面線８１とバケット８の刃先Ｐ３との間の最短距離が算出されてもよい。

【0050】

そして、図７に戻り、ステップＳ５において案内画面が表示される。ここでは、上述した粗掘削画面５３や繊細掘削画面５４が表示部４２に表示される。粗掘削画面５３や繊細掘削画面５４の上面図及び側面図は、ステップＳ１〜Ｓ３において算出された、車両の現在位置、バケット８の刃先の位置、設計面線８１、目標面線８２、目標面線８２の延長線８３の位置に基づいて作成される。また、ステップＳ４において算出された距離情報が、粗掘削画面５３や繊細掘削画面５４の側面図に含まれる距離情報８８，８７ａとして表示される。

【0051】

３．特徴
本実施形態に係る油圧ショベル１００の表示システム２８は、以下のような特徴を有する。

【0052】

案内画面に目標面線８２の延長線８３が表示されるため、オペレータは目標面７０を掘削するときに、バケット８の刃先を延長線８３に沿って移動させることにより、バケット８の刃先が目標面７０に対して平行に移動するように、容易に操作することができる。これにより、オペレータは目標面７０を精度よく容易に成形することができる。特に、案内画面に目標面線８２の上方への延長線８３が表示されるため、目標面７０を上端部から成形することが容易である。

【0053】

バケット８の刃先と目標面線８２の延長線８３との間の距離が案内画面に表示される。このため、オペレータは、バケット８の刃先と目標面７０との位置関係を容易に把握することができる。

【0054】

目標面線８２と延長線８３と設計面線８１とは、互いに異なる表示態様で表示される。具体的には、目標面線８２と設計面線８１とが実線で表示され、延長線８３が異なる線種（破線）で表示される。また、目標面線８２と設計面線８１とは互いに異なる色で表示される。従って、オペレータは、案内画面において目標面線８２と他の線とを容易に識別することができる。このため、オペレータは、案内画面において目標面７０の位置を容易に把握することができる。

【0055】

４．他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

【0056】

各案内画面の内容は上記のものに限られず、適宜、変更されてもよい。また、表示コントローラ３９の機能の一部、或いは、全てが、油圧ショベル１００の外部に配置されたコンピュータによって実行されてもよい。また、目標作業対象は、上述したような平面に限らず、点、線、或いは３次元の形状であってもよい。表示入力装置３８の入力部４１は、タッチパネル式のものに限られず、ハードキーやスイッチなどの操作部材によって構成されてもよい。

【0057】

上記の実施形態では、作業機２は、ブーム６、アーム７、バケット８を有しているが、作業機２の構成はこれに限られず、少なくともバケット８を有するものであればよい。上記の実施形態では、第１〜第３ストロークセンサ１６−１８によって、ブーム６、アーム７、バケット８の傾斜角を検出しているが、傾斜角の検出手段はこれらに限られない。例えば、ブーム６、アーム７、バケット８の傾斜角を検出する角度センサが備えられてもよい。

【0058】

上記の実施形態では、バケット８を有しているが、バケット８はこれに限られず、チルトバケットであってもよい。チルトバケットとは、バケットチルトシリンダを備え、バケットが左右にチルト傾斜することで油圧ショベルが傾斜地にあっても、斜面、平地を自由な形に成形、整地をすることができ、低板プレートによる転圧作業もできるバケットである。

【0059】

距離情報は、上記のように数値に限らず、グラフィックなど他の表示態様により表現されてもよい。目標面線８２と延長線８３と設計面線８１との表示態様は上記の実施形態のものに限られない。例えば、目標面線８２と延長線８３とが異なる色で示されてもよい。また、目標面線８２と設計面線８１とが異なる線種で示されてもよい。

【0060】

目標面線８２の延長線８３は、上記の実施形態のような上方への延長線８３ではなく、図１３に示すような下方への延長線８３であってもよい。また、図１４に示すように、目標面線８２の延長線８３は、上方と下方との両方への延長線８３であってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0061】

本発明は、掘削作業を精度よく行うことを可能とする効果を有し、油圧ショベルの表示システムとして有用である。

【符号の説明】

【0062】

１ 車両本体（本体部）
２ 作業機
８ バケット
１９ 位置検出部
２８ 表示システム
４２ 表示部
４３ 記憶部
４４ 演算部
４５ 設計面
５３ 粗掘削画面（案内画面）
５４ 繊細掘削画面（案内画面）
７０ 目標面
８２ 目標面線
８１ 設計面線
８３ 延長線
１００ 油圧ショベル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】