掘削機械の表示システム及びその制御方法。
【課題】本発明の課題は、案内画面に表示される表示対象面と掘削機械との位置関係を容易に把握することができる掘削機械の表示システム及びその制御方法を提供することにある。
【解決手段】掘削機械の表示システムでは、上部境界線Ｌａの位置と下部境界線Ｌｂの位置とが算出される。上部境界線Ｌａは、表示対象面７８の断面の上端の高さ位置を示す。下部境界線Ｌｂは、表示対象面７８の断面の下端の高さ位置を示す。掘削機械の現在位置Ｐｏと、上部境界線Ｌａあるいは下部境界線Ｌｂとの上下方向の位置関係によって、表示範囲の基準点Ｐｂが設定される。
【解決手段】掘削機械の表示システムでは、上部境界線Ｌａの位置と下部境界線Ｌｂの位置とが算出される。上部境界線Ｌａは、表示対象面７８の断面の上端の高さ位置を示す。下部境界線Ｌｂは、表示対象面７８の断面の下端の高さ位置を示す。掘削機械の現在位置Ｐｏと、上部境界線Ｌａあるいは下部境界線Ｌｂとの上下方向の位置関係によって、表示範囲の基準点Ｐｂが設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削機械の表示システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベルなどの掘削機械と目標面との位置関係を示す案内画面を表示する表示システムが知られている。目標面は、設計地形を構成する複数の設計面から作業対象として選択された平面である。例えば、特許文献１に開示されている表示システムは、油圧ショベルのバケットの位置及び姿勢と、目標面の位置及び勾配などの検出データから、バケットと目標面との相対位置関係を演算する。そして、表示システムは、側面視におけるバケットと目標面との模式図をモニタ上に表示する。このとき、表示システムは、目標面とバケットの先端との間の距離に応じて、画像の表示スケールを変更する。また、油圧ショベルの車体及び作業機と目標面との全体が同一画面に含まれる程度の縮尺に固定して上記の画像をモニタ上に表示してもよいことも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１２３４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の表示システムのように、目標面と作業機との間の距離に応じて、画像の表示スケールが変更される場合、目標面と作業機とが過度に小さく表示されてしまい、目標面と作業機との位置関係を把握することが困難になる可能性がある。また、掘削機械と目標面との全体が同一画面に含まれる程度の縮尺に固定して画像をモニタ上に表示する場合にも、目標面と作業機とが大きく離れているときには、目標面と掘削機械とが、過度に小さく表示されてしまう。このため、目標面と掘削機械との位置関係を把握することが困難になる。
【０００５】
本発明の課題は、案内画面に表示される表示対象面と掘削機械との位置関係を容易に把握することができる掘削機械の表示システム及びその制御方法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の態様に係る掘削機械の表示システムは、案内画面を表示するシステムである。案内画面は、掘削機械の現在位置と、掘削対象の目標地形の一部を示す表示対象面の側面視における断面とを示す。掘削機械の表示システムは、記憶部と、位置検出部と、演算部と、表示部とを備える。記憶部は、表示対象面の位置を示す地形データを記憶する。位置検出部は、掘削機械の現在位置を検出する。演算部は、地形データに対して案内画面として表示する所定の表示範囲を設定する。演算部は、地形データと掘削機械の現在位置とに基づいて、上部境界線の位置と下部境界線の位置とを算出する。上部境界線は、表示対象面の断面の上端の高さ位置を示す。下部境界線は、表示対象面の断面の下端の高さ位置を示す。演算部は、掘削機械の現在位置と、上部境界線あるいは下部境界線との上下方向の位置関係によって、表示範囲の所定の基準点を設定する。表示部は、表示範囲に含まれる表示対象面の側面視における断面と掘削機械の現在位置とを示す案内画面を表示する。
【０００７】
本発明の第２の態様に係る掘削機械の表示システムは、第１の態様に係る掘削機械の表示システムであって、演算部は、掘削機械の現在位置が上部境界線と下部境界線との間に位置するときには、表示範囲の所定の基準点を上部境界線と下部境界線との間の所定位置に設定する。
【０００８】
本発明の第３の態様に係る掘削機械の表示システムは、第１の態様に係る掘削機械の表示システムであって、演算部は、掘削機械の現在位置が上部境界線よりも上方に位置するときには、基準点を所定位置よりも上方に設定する。演算部は、掘削機械の現在位置が下部境界線よりも下方に位置するときには、基準点を所定位置よりも下方に設定する。
【０００９】
本発明の第４の態様に係る掘削機械の表示システムは、第３の態様の掘削機械の表示システムであって、演算部は、掘削機械の現在位置が上部境界線よりも上方に位置するときには、表示範囲の基準点を所定位置から上方に掘削機械の現在位置と上部境界線との間の距離を追加した位置に設定する。また、演算部は、掘削機械の現在位置が下部境界線よりも下方に位置するときには、表示範囲の基準点を所定位置から下方に掘削機械の現在位置と下部境界線との間の距離を追加した位置に設定する。
【００１０】
本発明の第５の態様に係る掘削機械は、第１から第４の態様のいずれかの掘削機械の表示システムを備える。
【００１１】
本発明の第６の態様に係る掘削機械の表示システムの制御方法は、案内画面を表示する表示システムの制御方法である。案内画面は、掘削機械の現在位置と、掘削対象の目標地形の一部を示す表示対象面の側面視における断面とを示す。この制御方法は以下のステップを備える。第１ステップでは、掘削機械の現在位置を検出する。第２ステップでは、表示対象面の位置を示す地形データに対して案内画面として表示する所定の表示範囲を設定する。第３ステップでは、地形データと掘削機械の現在位置とに基づいて、上部境界線の位置と下部境界線の位置とを算出する。上部境界線は、表示対象面の側面視における断面の上端の高さ位置を示す。下部境界線は、表示対象面の側面視における断面の下端の高さ位置を示す。第４ステップでは、掘削機械の現在位置と、上部境界線あるいは下部境界線との上下方向の位置関係によって、表示範囲の所定の基準点を設定する。第５ステップでは、表示範囲に含まれる表示対象面の側面視における断面と掘削機械の現在位置とを示す案内画面を表示する。
【００１２】
本発明の第７の態様に係る掘削機械の表示システムの制御方法は、第６の態様に係る掘削機械の表示システムの制御方法であって、第４ステップにおいて、掘削機械の現在位置が上部境界線と下部境界線との間に位置するときには、表示範囲の所定の基準点を上部境界線と下部境界線との間の所定位置に設定する。
【００１３】
本発明の第８の態様に係る掘削機械の表示システムの制御方法は、第６の態様に係る掘削機械の表示システムの制御方法であって、第４ステップにおいて、掘削機械の現在位置が上部境界線よりも上方に位置するときには、基準点を所定位置よりも上方に設定し、掘削機械の現在位置が下部境界線よりも下方に位置するときには、基準点を所定位置よりも下方に設定する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、目標面と掘削機械とが過度に小さく表示されることが抑えられる。このため、オペレータは、目標面と掘削機械との位置関係を容易に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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】走行モードの案内画面を示す図。
【図６】バケットの先端の現在位置を求める方法を示す図。
【図７】粗掘削モードの案内画面を示す図。
【図８】繊細掘削モードの案内画面を示す図。
【図９】表示範囲最適化制御の処理を示すフローチャート。
【図１０】表示範囲最適化制御の処理を示すフローチャート。
【図１１】表示部上の表示エリアの例を示す図。
【図１２】表示範囲の短辺の大きさを示す表。
【図１３】作業機のリーチ長さが最大となるときの作業機の姿勢を示す図。
【図１４】表示範囲の例を示す図。
【図１５】始点と終点との位置の一例を示す図。
【図１６】表示対象面線の一例と表示範囲の基準点の設定方法を示す図。
【図１７】始点と終点との位置の一例を示す図。
【図１８】始点と終点との位置の一例を示す図。
【図１９】表示対象面線と表示範囲の基準点の設定方法を示す図。
【図２０】繊細掘削モードの案内画面における表示範囲の基準点の設定方法を示す図。
【図２１】繊細掘削モードの案内画面における画像の変化を示す図。
【図２２】走行モード及び粗掘削モードの案内画面における画像の変化を示す図。
【図２３】走行モード及び粗掘削モードの案内画面における表示範囲の基準点の設定方法を示す図。
【図２４】走行モード及び粗掘削モードの案内画面における画像の変化を示す図。
【図２５】走行モード及び粗掘削モードの案内画面における表示範囲の基準点の設定方法を示す図。
【図２６】走行モード及び粗掘削モードの案内画面における画像の変化を示す図。
【図２７】走行モード及び粗掘削モードの案内画面における画像の変化を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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掘削機械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掘削機械の一例としての油圧ショベル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、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。
【００１７】
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。
【００１８】
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のツースの先端までの長さは、Ｌ３である。
【００１９】
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。
【００２０】
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６参照）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。
【００２１】
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６参照）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の車幅方向の傾斜角θ４（以下、「ロール角θ４」と呼ぶ）を検出する。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
１−２．表示システム２８の構成
表示システム２８は、作業エリア内の目標面と油圧ショベル１００の現在位置との関係を示す案内画面を表示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。
【００２５】
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、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。
【００２６】
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記憶部４７と、設計地形データを記憶する地形データ記憶部４６とを有する。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。地形データ記憶部４６には、作業エリア内の３次元の設計地形の形状及び位置を示す設計地形データが予め作成されて記憶されている。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７４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７４が付されており、他の設計面の符号は省略されている。オペレータは、これらの設計面７４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、油圧ショベル１００の現在位置と目標面７０との位置関係を示す案内画面を表示入力装置３８に表示させる。
【００２７】
２．案内画面
以下、案内画面について詳細に説明する。案内画面には、図５に示す走行モードの案内画面（以下、「走行モード画面５２」と呼ぶ）と、図７及び図８に示す掘削モードの案内画面５３，５４とがある。走行モード画面５２は、油圧ショベル１００を走行させて目標面７０の近くまで誘導するために油圧ショベル１００の現在位置と目標面７０との位置関係を示す画面である。掘削モードの案内画面５３，５４は、掘削作業の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を誘導するために油圧ショベル１００の現在位置と目標面７０との位置関係を示す画面である。掘削モードの案内画面５３，５４は、目標面７０と作業機２との位置関係を、走行モード画面５２よりも詳細に示す。掘削モードの案内画面５３，５４は、図７に示す粗掘削モードの案内画面５３（以下、「粗掘削画面５３」と呼ぶ）と、図８に示す繊細掘削モードの案内画面５４（以下、「繊細掘削画面５４」と呼ぶ）とを有する。
【００２８】
２−１．走行モード画面５２
図５に走行モード画面５２を示す。走行モード画面５２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５２ａと、目標面７０と油圧ショベル１００と作業機２の作業可能範囲７６とを示す側面図５２ｂとを含む。
【００２９】
走行モード画面５２には、複数の操作キーが表示される。操作キーは、画面切換キー６５を含む。画面切換キー６５は、走行モード画面５２と掘削モードの案内画面５３，５４との間の切換を実行させるためのキーである。例えば、画面切換キー６５が一度押されると、走行モード画面５２と、粗掘削画面５３と、繊細掘削画面５４とを選択するためのポップアップ画面が表示される。なお、ポップアップ画面が表示されていない通常の表示状態では、走行モード画面５２と粗掘削画面５３と繊細掘削画面５４とのうち、現在表示されている案内画面に対応するアイコンが画面切換キー６５として案内画面上に表示される。例えば、図５では、走行モード画面５２が表示されているため、走行モード画面５２を示すアイコンが画面切換キー６５として表示されている。また、図７に示すように、粗掘削画面５３が表示されているときには、粗掘削画面５３を示すアイコンが画面切換キー６５として表示される。
【００３０】
走行モード画面５２の上面図５２ａ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５２ａ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。具体的には、上面図５２ａは、グローバル座標系の水平面を投影面として設計地形を表現している。また、目標面７０は、他の設計面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５２ａは、油圧ショベル１００を目標面７０まで誘導するための情報を含む。具体的には、方位インジケータ７１が表示される。方位インジケータ７１は、油圧ショベル１００に対する目標面７０の方向を示すアイコンである。従って、オペレータは、走行モード画面５２によって、油圧ショベル１００を目標面７０の近くまで容易に移動させることができる。
【００３１】
また、走行モード画面５２の上面図５２ａは、目標作業位置を示す情報と、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さらに含んでいる。目標作業位置は、油圧ショベル１００が目標面７０に対して掘削を行うために最適な位置であり、目標面７０の位置と後述する作業可能範囲７６とから算出される。目標作業位置は、上面図５２ａにおいて直線７２で示されている。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。
【００３２】
走行モード画面５２の側面図５２ｂは、設計面線９１と、目標面線９２と、側面視による油圧ショベル１００のアイコン７５と、作業機２の作業可能範囲７６と、目標作業位置を示す情報を含む。設計面線９１は、目標面７０以外の設計面７４の断面を示す。目標面線９２は、目標面７０の断面を示す。設計面線９１及び目標面線９２は、図４に示すように、バケット８の先端Ｐ３の現在位置を通る平面７７と設計地形との交線８０を算出することにより求められる。目標面線９２は、設計面線９１と異なる色で表示される。なお、図５では線種を変えて、目標面線９２と設計面線９１とを表現している。
【００３３】
作業可能範囲７６は、作業機２が実際に届くことができる車両本体１の周囲の範囲を示す。作業可能範囲７６は、記憶部４３に記憶されている作業機データから算出される。側面図５２ｂに示される目標作業位置は、上述した上面図５２ａに示される目標作業位置に相当し、三角形のアイコン８１で示される。また、油圧ショベル１００上の目標点が三角形のアイコン８２によって示される。オペレータは、目標点のアイコン８２が目標作業位置のアイコン８１と合致するように油圧ショベル１００を移動させる。
【００３４】
以上のように、走行モード画面５２は、目標作業位置を示す情報と油圧ショベル１００を目標面７０に対して正対させるための情報とを含む。このため、オペレータは、走行モード画面５２により、目標面７０に対して、作業を行うために最適な位置及び方向に油圧ショベル１００を配置することができる。従って、走行モード画面５２は、油圧ショベル１００の位置決めをするために使用される。
【００３５】
なお、上述したように、目標面線９２はバケット８の先端の現在位置から算出される。表示コントローラ３９は、３次元位置センサ２３、第１〜第３ストロークセンサ１６−１８、傾斜角センサ２４などからの検出結果に基づき、グローバル座標系｛Ｘ，Ｙ，Ｚ｝でのバケット８の先端の現在位置を算出する。具体的には、バケット８の先端の現在位置は、次のようにして求められる。
【００３６】
まず、図６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６（ａ）は油圧ショベル１００の側面図である。図６（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。
【００３７】
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６（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６（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。
【００３８】
・・・（６）
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の先端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の先端Ｐ３は、車両本体座標系のＹａ−Ｚａ平面上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の先端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）
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の先端の現在位置と、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の先端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、この交線のうち目標面７０を通る部分を上述した目標面線９２として案内画面に表示する。
【００３９】
２−２．粗掘削画面５３
図７に粗掘削画面５３を示す。粗掘削画面５３には、上述した走行モード画面５２と同様の画面切換キー６５が表示される。また、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とを示す側面図５３ｂとを含む。
【００４０】
粗掘削画面５３の上面図５３ａは、上述した走行モード画面５２の上面図５２ａと異なり、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が傾くことになる。粗掘削画面５３の側面図５３ｂは、設計面線９１と、目標面線９２と、側面視による油圧ショベル１００のアイコン７５と、バケット８と目標面７０との位置関係を示す情報を含む。バケット８と目標面７０との位置関係を示す情報は、数値情報８３とグラフィック情報８４とを含む。数値情報８３は、バケット８の先端と目標面線９２との最短距離を示す数値である。グラフィック情報８４は、バケット８の先端と目標面線９２との最短距離をグラフィックで示した情報である。具体的には、グラフィック情報８４は、インデックスバー８４ａと、インデックスバー８４ａのうちバケット８の先端と目標面線９２との距離がゼロに相当する位置を示すインデックスマーク８４ｂとを含む。インデックスバー８４ａは、バケット８の先端と目標面線９２との最短距離に応じて、各インデックスバー８４ａが点灯するようになっている。なお、グラフィック情報８４の表示のオン／オフがオペレータの操作により変更可能とされてもよい。
【００４１】
以上のように、粗掘削画面５３では、目標面線９２と油圧ショベル１００との相対位置関係と、バケット８の先端と目標面線９２との最短距離を示す数値が詳細に表示される。オペレータは、目標面線９２を示すラインに沿ってバケット８の先端を移動させることによって、現在の地形が３次元設計地形になるように、容易に掘削することができる。
【００４２】
２−３．繊細掘削画面５４
図８に、繊細掘削画面５４を示す。繊細掘削画面５４は、目標面７０と油圧ショベル１００との位置関係を粗掘削画面５３よりも、より詳細に示す。繊細掘削画面５４には、上述した走行モード画面５２と同様の画面切換キー６５が表示される。なお、図８では、繊細掘削画面５４が表示されているため、繊細掘削画面５４を示すアイコンが画面切換キー６５として表示されている。また、繊細掘削画面５４は、目標面７０とバケット８とを示す正面図５４ａと、目標面７０とバケット８とを示す側面図５４ｂとを含む。繊細掘削画面５４の正面図５４ａには、正面視によるバケット８のアイコン８９と、正面視による目標面７０の断面を示す線（以下、「目標面線９３」と呼ぶ）とを含む。繊細掘削画面５４の側面図５４ｂには、側面視によるバケット８のアイコン９０と、設計面線９１と、目標面線９２とを含む。また、繊細掘削画面５４の正面図５４ａと側面図５４ｂとには、それぞれ、目標面７０とバケット８との位置関係を示す情報が表示される。
【００４３】
正面図５４ａにおいて目標面７０とバケット８との位置関係を示す情報は、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の先端と、目標面線９３との間のＺａ方向の距離を示したものである。また、角度情報８６ｂは、目標面線９３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の複数のツースの先端を通る仮想線と目標面線９３との間の角度である。
【００４４】
側面図５４ｂにおいて目標面７０とバケット８との位置関係を示す情報は、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の先端と、目標面線９２との間の最短距離、すなわち目標面線９２の垂線方向におけるバケット８の先端と目標面線９２との間の距離を示したものである。また、角度情報８７ｂは、目標面線９２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９２との間の角度である。
【００４５】
なお、繊細掘削画面５４は、バケット８の先端と目標面線９２との最短距離をグラフィックで示すグラフィック情報８８を含む。グラフィック情報８８は、粗掘削画面５３のグラフィック情報８４と同様に、インデックスバー８８ａとインデックスマーク８８ｂとを有する。
【００４６】
以上のように、繊細掘削画面５４では、目標面線９２，９３とバケット８との相対位置関係が表示される。オペレータは、目標面線９２，９３を示すラインに沿ってバケット８の先端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。
【００４７】
３．案内画面の表示範囲最適化制御
次に、表示コントローラ３９の演算部４４によって実行される案内画面の表示範囲最適化制御について説明する。表示範囲最適化制御は、オペレータが目標面７０と作業機２との位置関係を把握することを容易にするために、表示範囲を最適化する制御である。表示範囲は、上述した設計地形データに対して案内画面として表示する範囲を示す。すなわち、設計地形データによって表現される設計地形のうち表示範囲に含まれる部分が案内画面として表示される。なお、上述したように走行モード画面５２および粗掘削画面５３は、それぞれ、上面図５２ａ，５３ａと側面図５２ｂ，５３ｂとを含む。また、繊細掘削画面５４は、正面図５４ａと側面図５４ｂとを含む。本実施形態での表示範囲最適化制御は、各案内画面の側面図に対する表示範囲を最適化するものである。図９及び図１０は、表示範囲最適化制御における処理を示すフローチャートである。
【００４８】
ステップＳ１では、車両本体１の現在位置が検出される。ここでは、上述したように、演算部４４が、位置検出部１９からの検出信号に基づいて車両本体１のグローバル座標系における現在位置を算出する。
【００４９】
ステップＳ２では、表示範囲が設定される。ここでは、演算部４４は、長方形の表示範囲を設定する。演算部４４は、表示部４２の案内画面を表示する部分（以下、「表示エリア」と呼ぶ）の画面アスペクト比から表示範囲の短辺が縦の辺と横の辺とのいずれであるのかを求める。例えば、図１１（ａ）に示すように、表示エリアが縦長の形状である場合には、横の辺が短辺として求められる。また、図１１（ｂ）に示すように、表示エリアが横長の形状である場合には、縦の辺が短辺として求められる。なお、画面アスペクト比は表示入力装置３８の図示しない記憶部に保存されており、表示コントローラ３９によって読み出される。そして、演算部４４は、案内画面の所定範囲が表示範囲の短辺の範囲内に収まるように案内画面を表示エリア内に表示するための縮尺を決定する。具体的には、図１２に示すように、作業機２の最大リーチ長さを基準にして、表示範囲の短辺の長さが設定される。例えば、走行モード画面では、表示範囲の短辺の長さが最大リーチ長さの２倍になるように表示範囲の縮尺が設定される。粗掘削画面では、表示範囲の短辺の長さが最大リーチ長さの１．５倍になるように表示範囲の縮尺が設定される。繊細掘削画面では、表示範囲の短辺の長さが最大リーチ長さの１．２倍になるように表示範囲の縮尺が設定される。
【００５０】
なお、作業機２の最大リーチ長さは作業機データから算出される。図１３に示すように、最大リーチ長さは、作業機２を最大限まで延ばしたときの作業機２の長さ、すなわち、作業機２を最大限まで延ばしたときのブームピン１３とバケット８の先端Ｐ３との間の長さである。図１３は、作業機２の長さが最大リーチ長さＬｍａｘとなるときの作業機２の姿勢（以下、「最大リーチ姿勢」と呼ぶ）を模式的に示している。図１３に示す座標平面Ｙｂ−Ｚｂは、上述した車両本体座標系｛Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ｝においてブームピン１３の位置を原点としたものである。最大リーチ姿勢では、アーム角θ２は最小値となる。また、バケット角θ３は、作業機２のリーチ長さが最大となるように、パラメータ最適化のための数値解析によって算出される。そして、これらの結果から最大リーチ長さＬｍａｘが算出される。
【００５１】
以上の処理により図１４に示すような表示範囲５５が設定される。表示範囲５５の長辺の大きさは、上述した短辺の大きさと画面アスペクト比から算出される。また、表示範囲５５における所定の位置が基準点Ｐｂとして設定される。基準点Ｐｂは、案内画面の種類ごとに固定的に設定されている。具体的には、基準点Ｐｂは、表示範囲５５の１つの角の頂点からのＹ軸方向の距離ａ１と、Ｚ軸方向の距離ｂ１とで表される（以下、「オフセット値」と呼ぶ）。そして、基準点Ｐｂのオフセット値ａ１．ｂ１は、走行モード画面５２と粗掘削画面５３と繊細掘削画面５４とのそれぞれにおいて固有の値が設定されている。
【００５２】
図９に戻り、ステップＳ３では、表示対象面線が決定される。ここでは、図１５に示すように、演算部４４は、地形データと作業機データと車両本体の現在位置とに基づいて、目標面線９２上の側面視における断面において、始点Ｐｓと終点Ｐｅとを演算する。始点Ｐｓは、目標面線９２上において車両本体１に最も近い位置である。終点Ｐｅは、始点Ｐｓから作業機２の最大リーチ長さＬｍａｘ離れた位置である。具体的には、Ｙｂ−Ｚｂ平面と目標面７０との交線上において始点Ｐｓと終点Ｐｅとの座標が演算される。これにより、例えば図１６に示すように、目標面線９２上の始点Ｐｓと終点Ｐｅとの座標が算出され、目標面線９２のうち始点Ｐｓと終点Ｐｅとの間の部分が表示対象面線７８として決定される。ただし、図１７に示すように、車両本体１が目標面７０上に位置している場合には、車両原点Ｐｏの位置（ここではバケットピン１３の現在位置）が始点Ｐｓの位置として決定される。また、図１８に示すように、目標面線９２が最大リーチ長さＬｍａｘよりも小さい場合には、終点Ｐｅは目標面７０の外側に位置する。また、図１７に示すように、始点Ｐｓから最大リーチ距離だけ離れた位置が目標面７０の外側に位置する場合にも、終点Ｐｅは目標面７０の外側に位置する。この場合、図１９に示すように、目標面線９２上の始点Ｐｓと、目標面線９２に隣接する設計面線９１上の終点Ｐｅとの座標が算出され、目標面線９２と設計面線９１とのうち始点Ｐｓと終点Ｐｅとの間の部分が表示対象面線７８として決定される。
【００５３】
図９に戻り、ステップＳ４では、走行モード画面５２又は粗掘削画面５３が表示部４２に表示されているか否かが判断される。走行モード画面５２又は粗掘削画面５３が表示部４２に表示されていない場合には、ステップＳ５へ進む。すなわち、繊細掘削画面５４が表示部４２に表示されている場合には、ステップＳ５へ進む。
【００５４】
ステップＳ５では、表示対象面線７８の始点Ｐｓと終点Ｐｅとの平均位置に基準点Ｐｂを設定する。すなわち、図２０に示すように、基準点Ｐｂが始点Ｐｓと終点Ｐｅとの中点Ｐｍに設定される。そして、図１０に示すステップＳ９において、案内画面すなわち繊細掘削画面５４が表示される。上述したように、基準点Ｐｂが始点Ｐｓと終点Ｐｅとの中点Ｐｍに設定されているため、図２１（ａ）−（ｃ）に示すように、繊細掘削画面５４の側面図５４ｂ上では表示対象面線７８が固定的に表示され、繊細掘削画面５４の側面図５４ｂ上をバケット８のアイコン８９が移動するように表示される。
【００５５】
図９に戻り、ステップＳ４において走行モード画面５２又は粗掘削画面５３が表示部４２に表示されていると判定されたときには、図１０に示すステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、図１６に示すように、基準点ＰｂのＹ座標が車両原点ＰｏのＹ座標に設定される。
【００５６】
次に、ステップＳ７では、車両原点ＰｏのＺ座標が上部境界線と下部境界線の間にあるか否かが判定される。上部境界線は、表示対象面線７８の上端の高さ位置を示す。下部境界線は、表示対象面線７８の下端の高さ位置を示す。例えば、図１６に示すように、上部境界線Ｌａは、表示対象面線７８の終点Ｐｅを通るＹ軸に平行な線である。また、下部境界線Ｌｂは、表示対象面線７８の始点Ｐｓを通るＹ軸に平行な線である。車両原点ＰｏのＺ座標が上部境界線Ｌａと下部境界線Ｌｂの間にあると判定されたときには、ステップＳ８へ進む。
【００５７】
ステップＳ８では、基準点ＰｂのＺ座標を上部境界線Ｌａと下部境界線Ｌｂとの平均位置に設定する。ここでは、図１６に示すように、基準点ＰｂのＺ座標が、上部境界線Ｌａと下部境界線Ｌｂとの中点ＰｍのＺ座標に固定される。そして、ステップＳ９において案内画面が表示される。すなわち、走行モード画面５２又は粗掘削画面５３が表示される。例えば粗掘削画面５３が表示される場合には、図２２（ａ）−（ｃ）に示すように、車両本体１が上部境界線Ｌａと下部境界線Ｌｂとの間で上下に移動すると、粗掘削画面５３の側面図５３ｂ上では表示対象面線７８が固定的に表示され、粗掘削画面５３の側面図５３ｂ上を油圧ショベル１００のアイコン７５が上下に移動するように表示される。走行モード画面５２の側面図５２ｂも、粗掘削画面５３の側面図５３ｂと同様に表示される。
【００５８】
ステップＳ７において車両原点ＰｏのＺ座標が上部境界線Ｌａと下部境界線Ｌｂの間にないと判定された場合は、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、車両原点ＰｏのＺ座標が上部境界線Ｌａより上にあるか否かが判定される。ここで、図２３に示すように、車両原点ＰｏのＺ座標が上部境界線Ｌａより上にある場合には、ステップＳ１１に進む。
【００５９】
ステップＳ１１では、基準点ＰｂのＹ座標を上部境界線Ｌａと下部境界線Ｌｂとの平均位置に車両原点Ｐｏと上部境界線Ｌａとの間の距離を加えた位置に設定する。すなわち、図２３に示すように、始点Ｐｓと終点Ｐｅとの中点ＰｍのＺ座標に、車両原点Ｐｏと上部境界線Ｌａとの間のＺ軸方向の距離Ｄａを加えた値を、基準点ＰｂのＺ座標に設定する。なお、図２３において、「Ｐｂ’」は、車両原点ＰｏのＺ座標が上部境界線Ｌａと下部境界線Ｌｂとの間にある場合の基準点の位置を示している。
【００６０】
そして、ステップＳ９において案内画面が表示される。すなわち、走行モード画面５２又は粗掘削画面５３が表示される。例えば粗掘削画面５３が表示される場合には、図２４（ａ）−（ｃ）に示すように、車両本体１が上部境界線Ｌａから上方へ移動するほど、粗掘削画面５３の側面図５３ｂ上では表示対象面線７８が徐々に下方へ移動するように表示される。また、粗掘削画面５３の側面図５３ｂ上では油圧ショベル１００のアイコン７５は、上下方向の位置が固定されているように表示される（図２４（ｂ），（ｃ）参照）。走行モード画面５２の側面図５２ｂも、粗掘削画面５３の側面図５３ｂと同様に表示される。
【００６１】
ステップＳ１０において車両原点ＰｏのＺ座標が上部境界線Ｌａより上にないと判定された場合にはステップＳ１２に進む。すなわち、図２５に示すように、車両原点ＰｏのＺ座標が下部境界線Ｌｂより下方にあると判定された場合にはステップＳ１２に進む。
【００６２】
ステップＳ１２では、基準点ＰｂのＺ座標を上部境界線Ｌａと下部境界線Ｌｂとの平均位置から車両原点Ｐｏと下部境界線Ｌｂとの間の距離を引いた位置に設定する。すなわち、図２５に示すように、始点Ｐｓと終点Ｐｅとの中点ＰｍのＺ座標から、車両原点Ｐｏと下部境界線Ｌｂとの間のＺ軸方向の距離Ｄｂを引いた値を、基準点ＰｂのＺ座標に設定する。
【００６３】
そして、ステップＳ９において案内画面が表示される。すなわち、走行モード画面５２又は粗掘削画面５３が表示される。例えば粗掘削画面５３が表示される場合には、図２６（ａ）−（ｃ）に示すように、車両本体１が下部境界線Ｌｂから下方へ移動するほど、粗掘削画面５３の側面図５３ｂ上では表示対象面線７８が徐々に上方へ移動するように表示される。また、粗掘削画面５３の側面図５３ｂ上では油圧ショベル１００のアイコン７５は、上下方向の位置が固定されているように表示される（図２６（ｂ），（ｃ）参照）。走行モード画面５２の側面図５２ｂも、粗掘削画面５３の側面図５３ｂと同様に表示される。
【００６４】
なお、上述したように、走行モード画面５２又は粗掘削画面５３が表示されているときには、基準点ＰｂのＹ座標は車両原点ＰｏのＹ座標に設定される（図１６参照）。従って、車両本体１がＹ軸方向に移動する場合には、図２７（ａ）−（ｃ）に示すように、案内画面上では油圧ショベル１００のアイコン７５が固定され、表示対象面線７８がＹ軸方向に移動するように表示される。
【００６５】
４．特徴
本実施形態に係る表示システム２８では、走行モード画面５２及び粗掘削画面５３では、図１６に示すように、車両原点Ｐｏが上部境界線Ｌａと下部境界線Ｌｂとの間に位置するときには、表示範囲５５の基準点ＰｂのＺ座標が上部境界線Ｌａと下部境界線Ｌｂとの間の中点ＰｍのＺ座標に固定される。このため、図２２に示すように、車両原点Ｐｏが上部境界線Ｌａと下部境界線Ｌｂとの間で上方又は下方へ移動しても、案内画面において表示対象面線７８は移動せずに、油圧ショベル１００のアイコン７５が上方又は下方へ移動するように表示される。そして、図２４に示すように、車両原点Ｐｏが上部境界線Ｌａよりも上方に移動すると、表示範囲５５の基準点ＰｂのＺ座標が中点ＰｍのＺ座標よりも上方の位置に変更される。これにより、案内画面において表示対象面線７８は下方に移動し、表示範囲５５が車両本体１を追って上方へ移動するように表示される。また、図２６に示すように、車両原点Ｐｏが下部境界線Ｌｂよりも下方に移動すると、表示範囲５５の基準点ＰｂのＺ座標が中点ＰｍのＺ座標よりも下方の位置に変更される。これにより、案内画面において表示対象面線７８は上方に移動し、表示範囲５５が車両本体１を追って下方へ移動するように表示される。これにより、目標面線９２と車両本体１とが過度に小さく表示されることが抑えられる。このため、オペレータは、目標面７０と車両本体１との位置関係を容易に把握することができる。
【００６６】
さらに、車両原点Ｐｏの現在位置が上部境界線Ｌａから上方に離れた距離に応じて、表示範囲５５の基準点ＰｂのＺ座標が、中点ＰｍのＺ座標より上方の位置に変更される。また、車両本体１の現在位置が下部境界線Ｌｂから下方に離れた距離に応じて、表示範囲５５の基準点ＰｂのＺ座標が、中点ＰｍのＺ座標より下方の位置に変更される。これにより、案内画面をスムーズにスクロールさせることができる。
【００６７】
５．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、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。例えば、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。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ない。
【００６８】
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。
【００６９】
繊細掘削画面５４での基準点Ｐｂの座標は、始点Ｐｓと終点Ｐｅとの中点Ｐｍに限らず他の所定の位置に設定されてもよい。同様に、走行モード画面５２及び粗掘削画面５３において、車両原点Ｐｏが上部境界線Ｌａと下部境界線Ｌｂとの間に位置するときの基準点ＰｂのＺ座標は、始点Ｐｓと終点Ｐｅとの中点ＰｍのＺ座標に限らず他の位置のＺ座標に設定されてもよい。
【００７０】
上記の実施形態では、車両本体１の現在位置を示す車両原点Ｐｏがバケットピン１５の位置に設定されているが、車両本体１の他の位置に設定されてもよい。
【００７１】
上記の実施形態では、目標面７０において始点Ｐｓと終点Ｐｅとの間の部分が表示対象面線として設定されているが、目標面７０の全体が表示対象面線として設定されてもよい。
【００７２】
各案内画面に含まれる画面は、上記のものに限られない。例えば、繊細掘削画面５４において、上述した正面図５４ａに代えて油圧ショベル１００の上面図が表示されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、案内画面に表示される表示対象面と掘削機械との位置関係を容易に把握することができる効果を有し、掘削機械の表示システム及びその制御方法として有用である。
【符号の説明】
【００７４】
１９ 位置検出部
２８ 表示システム
４２ 表示部
４４ 演算部
４６ 地形データ記憶部
５５ 表示範囲
７８ 表示対象面線
Ｌａ 上部境界線
Ｌｂ 下部境界線
Ｐｂ 基準点
１００ 油圧ショベル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削機械の表示システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベルなどの掘削機械と目標面との位置関係を示す案内画面を表示する表示システムが知られている。目標面は、設計地形を構成する複数の設計面から作業対象として選択された平面である。例えば、特許文献１に開示されている表示システムは、油圧ショベルのバケットの位置及び姿勢と、目標面の位置及び勾配などの検出データから、バケットと目標面との相対位置関係を演算する。そして、表示システムは、側面視におけるバケットと目標面との模式図をモニタ上に表示する。このとき、表示システムは、目標面とバケットの先端との間の距離に応じて、画像の表示スケールを変更する。また、油圧ショベルの車体及び作業機と目標面との全体が同一画面に含まれる程度の縮尺に固定して上記の画像をモニタ上に表示してもよいことも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１２３４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の表示システムのように、目標面と作業機との間の距離に応じて、画像の表示スケールが変更される場合、目標面と作業機とが過度に小さく表示されてしまい、目標面と作業機との位置関係を把握することが困難になる可能性がある。また、掘削機械と目標面との全体が同一画面に含まれる程度の縮尺に固定して画像をモニタ上に表示する場合にも、目標面と作業機とが大きく離れているときには、目標面と掘削機械とが、過度に小さく表示されてしまう。このため、目標面と掘削機械との位置関係を把握することが困難になる。
【０００５】
本発明の課題は、案内画面に表示される表示対象面と掘削機械との位置関係を容易に把握することができる掘削機械の表示システム及びその制御方法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の態様に係る掘削機械の表示システムは、案内画面を表示するシステムである。案内画面は、掘削機械の現在位置と、掘削対象の目標地形の一部を示す表示対象面の側面視における断面とを示す。掘削機械の表示システムは、記憶部と、位置検出部と、演算部と、表示部とを備える。記憶部は、表示対象面の位置を示す地形データを記憶する。位置検出部は、掘削機械の現在位置を検出する。演算部は、地形データに対して案内画面として表示する所定の表示範囲を設定する。演算部は、地形データと掘削機械の現在位置とに基づいて、上部境界線の位置と下部境界線の位置とを算出する。上部境界線は、表示対象面の断面の上端の高さ位置を示す。下部境界線は、表示対象面の断面の下端の高さ位置を示す。演算部は、掘削機械の現在位置と、上部境界線あるいは下部境界線との上下方向の位置関係によって、表示範囲の所定の基準点を設定する。表示部は、表示範囲に含まれる表示対象面の側面視における断面と掘削機械の現在位置とを示す案内画面を表示する。
【０００７】
本発明の第２の態様に係る掘削機械の表示システムは、第１の態様に係る掘削機械の表示システムであって、演算部は、掘削機械の現在位置が上部境界線と下部境界線との間に位置するときには、表示範囲の所定の基準点を上部境界線と下部境界線との間の所定位置に設定する。
【０００８】
本発明の第３の態様に係る掘削機械の表示システムは、第１の態様に係る掘削機械の表示システムであって、演算部は、掘削機械の現在位置が上部境界線よりも上方に位置するときには、基準点を所定位置よりも上方に設定する。演算部は、掘削機械の現在位置が下部境界線よりも下方に位置するときには、基準点を所定位置よりも下方に設定する。
【０００９】
本発明の第４の態様に係る掘削機械の表示システムは、第３の態様の掘削機械の表示システムであって、演算部は、掘削機械の現在位置が上部境界線よりも上方に位置するときには、表示範囲の基準点を所定位置から上方に掘削機械の現在位置と上部境界線との間の距離を追加した位置に設定する。また、演算部は、掘削機械の現在位置が下部境界線よりも下方に位置するときには、表示範囲の基準点を所定位置から下方に掘削機械の現在位置と下部境界線との間の距離を追加した位置に設定する。
【００１０】
本発明の第５の態様に係る掘削機械は、第１から第４の態様のいずれかの掘削機械の表示システムを備える。
【００１１】
本発明の第６の態様に係る掘削機械の表示システムの制御方法は、案内画面を表示する表示システムの制御方法である。案内画面は、掘削機械の現在位置と、掘削対象の目標地形の一部を示す表示対象面の側面視における断面とを示す。この制御方法は以下のステップを備える。第１ステップでは、掘削機械の現在位置を検出する。第２ステップでは、表示対象面の位置を示す地形データに対して案内画面として表示する所定の表示範囲を設定する。第３ステップでは、地形データと掘削機械の現在位置とに基づいて、上部境界線の位置と下部境界線の位置とを算出する。上部境界線は、表示対象面の側面視における断面の上端の高さ位置を示す。下部境界線は、表示対象面の側面視における断面の下端の高さ位置を示す。第４ステップでは、掘削機械の現在位置と、上部境界線あるいは下部境界線との上下方向の位置関係によって、表示範囲の所定の基準点を設定する。第５ステップでは、表示範囲に含まれる表示対象面の側面視における断面と掘削機械の現在位置とを示す案内画面を表示する。
【００１２】
本発明の第７の態様に係る掘削機械の表示システムの制御方法は、第６の態様に係る掘削機械の表示システムの制御方法であって、第４ステップにおいて、掘削機械の現在位置が上部境界線と下部境界線との間に位置するときには、表示範囲の所定の基準点を上部境界線と下部境界線との間の所定位置に設定する。
【００１３】
本発明の第８の態様に係る掘削機械の表示システムの制御方法は、第６の態様に係る掘削機械の表示システムの制御方法であって、第４ステップにおいて、掘削機械の現在位置が上部境界線よりも上方に位置するときには、基準点を所定位置よりも上方に設定し、掘削機械の現在位置が下部境界線よりも下方に位置するときには、基準点を所定位置よりも下方に設定する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、目標面と掘削機械とが過度に小さく表示されることが抑えられる。このため、オペレータは、目標面と掘削機械との位置関係を容易に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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】走行モードの案内画面を示す図。
【図６】バケットの先端の現在位置を求める方法を示す図。
【図７】粗掘削モードの案内画面を示す図。
【図８】繊細掘削モードの案内画面を示す図。
【図９】表示範囲最適化制御の処理を示すフローチャート。
【図１０】表示範囲最適化制御の処理を示すフローチャート。
【図１１】表示部上の表示エリアの例を示す図。
【図１２】表示範囲の短辺の大きさを示す表。
【図１３】作業機のリーチ長さが最大となるときの作業機の姿勢を示す図。
【図１４】表示範囲の例を示す図。
【図１５】始点と終点との位置の一例を示す図。
【図１６】表示対象面線の一例と表示範囲の基準点の設定方法を示す図。
【図１７】始点と終点との位置の一例を示す図。
【図１８】始点と終点との位置の一例を示す図。
【図１９】表示対象面線と表示範囲の基準点の設定方法を示す図。
【図２０】繊細掘削モードの案内画面における表示範囲の基準点の設定方法を示す図。
【図２１】繊細掘削モードの案内画面における画像の変化を示す図。
【図２２】走行モード及び粗掘削モードの案内画面における画像の変化を示す図。
【図２３】走行モード及び粗掘削モードの案内画面における表示範囲の基準点の設定方法を示す図。
【図２４】走行モード及び粗掘削モードの案内画面における画像の変化を示す図。
【図２５】走行モード及び粗掘削モードの案内画面における表示範囲の基準点の設定方法を示す図。
【図２６】走行モード及び粗掘削モードの案内画面における画像の変化を示す図。
【図２７】走行モード及び粗掘削モードの案内画面における画像の変化を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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掘削機械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掘削機械の一例としての油圧ショベル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、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。
【００１７】
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。
【００１８】
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のツースの先端までの長さは、Ｌ３である。
【００１９】
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。
【００２０】
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６参照）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。
【００２１】
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６参照）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の車幅方向の傾斜角θ４（以下、「ロール角θ４」と呼ぶ）を検出する。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
１−２．表示システム２８の構成
表示システム２８は、作業エリア内の目標面と油圧ショベル１００の現在位置との関係を示す案内画面を表示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。
【００２５】
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、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。
【００２６】
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記憶部４７と、設計地形データを記憶する地形データ記憶部４６とを有する。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。地形データ記憶部４６には、作業エリア内の３次元の設計地形の形状及び位置を示す設計地形データが予め作成されて記憶されている。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７４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７４が付されており、他の設計面の符号は省略されている。オペレータは、これらの設計面７４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、油圧ショベル１００の現在位置と目標面７０との位置関係を示す案内画面を表示入力装置３８に表示させる。
【００２７】
２．案内画面
以下、案内画面について詳細に説明する。案内画面には、図５に示す走行モードの案内画面（以下、「走行モード画面５２」と呼ぶ）と、図７及び図８に示す掘削モードの案内画面５３，５４とがある。走行モード画面５２は、油圧ショベル１００を走行させて目標面７０の近くまで誘導するために油圧ショベル１００の現在位置と目標面７０との位置関係を示す画面である。掘削モードの案内画面５３，５４は、掘削作業の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を誘導するために油圧ショベル１００の現在位置と目標面７０との位置関係を示す画面である。掘削モードの案内画面５３，５４は、目標面７０と作業機２との位置関係を、走行モード画面５２よりも詳細に示す。掘削モードの案内画面５３，５４は、図７に示す粗掘削モードの案内画面５３（以下、「粗掘削画面５３」と呼ぶ）と、図８に示す繊細掘削モードの案内画面５４（以下、「繊細掘削画面５４」と呼ぶ）とを有する。
【００２８】
２−１．走行モード画面５２
図５に走行モード画面５２を示す。走行モード画面５２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５２ａと、目標面７０と油圧ショベル１００と作業機２の作業可能範囲７６とを示す側面図５２ｂとを含む。
【００２９】
走行モード画面５２には、複数の操作キーが表示される。操作キーは、画面切換キー６５を含む。画面切換キー６５は、走行モード画面５２と掘削モードの案内画面５３，５４との間の切換を実行させるためのキーである。例えば、画面切換キー６５が一度押されると、走行モード画面５２と、粗掘削画面５３と、繊細掘削画面５４とを選択するためのポップアップ画面が表示される。なお、ポップアップ画面が表示されていない通常の表示状態では、走行モード画面５２と粗掘削画面５３と繊細掘削画面５４とのうち、現在表示されている案内画面に対応するアイコンが画面切換キー６５として案内画面上に表示される。例えば、図５では、走行モード画面５２が表示されているため、走行モード画面５２を示すアイコンが画面切換キー６５として表示されている。また、図７に示すように、粗掘削画面５３が表示されているときには、粗掘削画面５３を示すアイコンが画面切換キー６５として表示される。
【００３０】
走行モード画面５２の上面図５２ａ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５２ａ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。具体的には、上面図５２ａは、グローバル座標系の水平面を投影面として設計地形を表現している。また、目標面７０は、他の設計面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５２ａは、油圧ショベル１００を目標面７０まで誘導するための情報を含む。具体的には、方位インジケータ７１が表示される。方位インジケータ７１は、油圧ショベル１００に対する目標面７０の方向を示すアイコンである。従って、オペレータは、走行モード画面５２によって、油圧ショベル１００を目標面７０の近くまで容易に移動させることができる。
【００３１】
また、走行モード画面５２の上面図５２ａは、目標作業位置を示す情報と、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さらに含んでいる。目標作業位置は、油圧ショベル１００が目標面７０に対して掘削を行うために最適な位置であり、目標面７０の位置と後述する作業可能範囲７６とから算出される。目標作業位置は、上面図５２ａにおいて直線７２で示されている。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。
【００３２】
走行モード画面５２の側面図５２ｂは、設計面線９１と、目標面線９２と、側面視による油圧ショベル１００のアイコン７５と、作業機２の作業可能範囲７６と、目標作業位置を示す情報を含む。設計面線９１は、目標面７０以外の設計面７４の断面を示す。目標面線９２は、目標面７０の断面を示す。設計面線９１及び目標面線９２は、図４に示すように、バケット８の先端Ｐ３の現在位置を通る平面７７と設計地形との交線８０を算出することにより求められる。目標面線９２は、設計面線９１と異なる色で表示される。なお、図５では線種を変えて、目標面線９２と設計面線９１とを表現している。
【００３３】
作業可能範囲７６は、作業機２が実際に届くことができる車両本体１の周囲の範囲を示す。作業可能範囲７６は、記憶部４３に記憶されている作業機データから算出される。側面図５２ｂに示される目標作業位置は、上述した上面図５２ａに示される目標作業位置に相当し、三角形のアイコン８１で示される。また、油圧ショベル１００上の目標点が三角形のアイコン８２によって示される。オペレータは、目標点のアイコン８２が目標作業位置のアイコン８１と合致するように油圧ショベル１００を移動させる。
【００３４】
以上のように、走行モード画面５２は、目標作業位置を示す情報と油圧ショベル１００を目標面７０に対して正対させるための情報とを含む。このため、オペレータは、走行モード画面５２により、目標面７０に対して、作業を行うために最適な位置及び方向に油圧ショベル１００を配置することができる。従って、走行モード画面５２は、油圧ショベル１００の位置決めをするために使用される。
【００３５】
なお、上述したように、目標面線９２はバケット８の先端の現在位置から算出される。表示コントローラ３９は、３次元位置センサ２３、第１〜第３ストロークセンサ１６−１８、傾斜角センサ２４などからの検出結果に基づき、グローバル座標系｛Ｘ，Ｙ，Ｚ｝でのバケット８の先端の現在位置を算出する。具体的には、バケット８の先端の現在位置は、次のようにして求められる。
【００３６】
まず、図６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６（ａ）は油圧ショベル１００の側面図である。図６（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。
【００３７】
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６（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６（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。
【００３８】
・・・（６）
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の先端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の先端Ｐ３は、車両本体座標系のＹａ−Ｚａ平面上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の先端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）
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の先端の現在位置と、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の先端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、この交線のうち目標面７０を通る部分を上述した目標面線９２として案内画面に表示する。
【００３９】
２−２．粗掘削画面５３
図７に粗掘削画面５３を示す。粗掘削画面５３には、上述した走行モード画面５２と同様の画面切換キー６５が表示される。また、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とを示す側面図５３ｂとを含む。
【００４０】
粗掘削画面５３の上面図５３ａは、上述した走行モード画面５２の上面図５２ａと異なり、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が傾くことになる。粗掘削画面５３の側面図５３ｂは、設計面線９１と、目標面線９２と、側面視による油圧ショベル１００のアイコン７５と、バケット８と目標面７０との位置関係を示す情報を含む。バケット８と目標面７０との位置関係を示す情報は、数値情報８３とグラフィック情報８４とを含む。数値情報８３は、バケット８の先端と目標面線９２との最短距離を示す数値である。グラフィック情報８４は、バケット８の先端と目標面線９２との最短距離をグラフィックで示した情報である。具体的には、グラフィック情報８４は、インデックスバー８４ａと、インデックスバー８４ａのうちバケット８の先端と目標面線９２との距離がゼロに相当する位置を示すインデックスマーク８４ｂとを含む。インデックスバー８４ａは、バケット８の先端と目標面線９２との最短距離に応じて、各インデックスバー８４ａが点灯するようになっている。なお、グラフィック情報８４の表示のオン／オフがオペレータの操作により変更可能とされてもよい。
【００４１】
以上のように、粗掘削画面５３では、目標面線９２と油圧ショベル１００との相対位置関係と、バケット８の先端と目標面線９２との最短距離を示す数値が詳細に表示される。オペレータは、目標面線９２を示すラインに沿ってバケット８の先端を移動させることによって、現在の地形が３次元設計地形になるように、容易に掘削することができる。
【００４２】
２−３．繊細掘削画面５４
図８に、繊細掘削画面５４を示す。繊細掘削画面５４は、目標面７０と油圧ショベル１００との位置関係を粗掘削画面５３よりも、より詳細に示す。繊細掘削画面５４には、上述した走行モード画面５２と同様の画面切換キー６５が表示される。なお、図８では、繊細掘削画面５４が表示されているため、繊細掘削画面５４を示すアイコンが画面切換キー６５として表示されている。また、繊細掘削画面５４は、目標面７０とバケット８とを示す正面図５４ａと、目標面７０とバケット８とを示す側面図５４ｂとを含む。繊細掘削画面５４の正面図５４ａには、正面視によるバケット８のアイコン８９と、正面視による目標面７０の断面を示す線（以下、「目標面線９３」と呼ぶ）とを含む。繊細掘削画面５４の側面図５４ｂには、側面視によるバケット８のアイコン９０と、設計面線９１と、目標面線９２とを含む。また、繊細掘削画面５４の正面図５４ａと側面図５４ｂとには、それぞれ、目標面７０とバケット８との位置関係を示す情報が表示される。
【００４３】
正面図５４ａにおいて目標面７０とバケット８との位置関係を示す情報は、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の先端と、目標面線９３との間のＺａ方向の距離を示したものである。また、角度情報８６ｂは、目標面線９３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の複数のツースの先端を通る仮想線と目標面線９３との間の角度である。
【００４４】
側面図５４ｂにおいて目標面７０とバケット８との位置関係を示す情報は、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の先端と、目標面線９２との間の最短距離、すなわち目標面線９２の垂線方向におけるバケット８の先端と目標面線９２との間の距離を示したものである。また、角度情報８７ｂは、目標面線９２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９２との間の角度である。
【００４５】
なお、繊細掘削画面５４は、バケット８の先端と目標面線９２との最短距離をグラフィックで示すグラフィック情報８８を含む。グラフィック情報８８は、粗掘削画面５３のグラフィック情報８４と同様に、インデックスバー８８ａとインデックスマーク８８ｂとを有する。
【００４６】
以上のように、繊細掘削画面５４では、目標面線９２，９３とバケット８との相対位置関係が表示される。オペレータは、目標面線９２，９３を示すラインに沿ってバケット８の先端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。
【００４７】
３．案内画面の表示範囲最適化制御
次に、表示コントローラ３９の演算部４４によって実行される案内画面の表示範囲最適化制御について説明する。表示範囲最適化制御は、オペレータが目標面７０と作業機２との位置関係を把握することを容易にするために、表示範囲を最適化する制御である。表示範囲は、上述した設計地形データに対して案内画面として表示する範囲を示す。すなわち、設計地形データによって表現される設計地形のうち表示範囲に含まれる部分が案内画面として表示される。なお、上述したように走行モード画面５２および粗掘削画面５３は、それぞれ、上面図５２ａ，５３ａと側面図５２ｂ，５３ｂとを含む。また、繊細掘削画面５４は、正面図５４ａと側面図５４ｂとを含む。本実施形態での表示範囲最適化制御は、各案内画面の側面図に対する表示範囲を最適化するものである。図９及び図１０は、表示範囲最適化制御における処理を示すフローチャートである。
【００４８】
ステップＳ１では、車両本体１の現在位置が検出される。ここでは、上述したように、演算部４４が、位置検出部１９からの検出信号に基づいて車両本体１のグローバル座標系における現在位置を算出する。
【００４９】
ステップＳ２では、表示範囲が設定される。ここでは、演算部４４は、長方形の表示範囲を設定する。演算部４４は、表示部４２の案内画面を表示する部分（以下、「表示エリア」と呼ぶ）の画面アスペクト比から表示範囲の短辺が縦の辺と横の辺とのいずれであるのかを求める。例えば、図１１（ａ）に示すように、表示エリアが縦長の形状である場合には、横の辺が短辺として求められる。また、図１１（ｂ）に示すように、表示エリアが横長の形状である場合には、縦の辺が短辺として求められる。なお、画面アスペクト比は表示入力装置３８の図示しない記憶部に保存されており、表示コントローラ３９によって読み出される。そして、演算部４４は、案内画面の所定範囲が表示範囲の短辺の範囲内に収まるように案内画面を表示エリア内に表示するための縮尺を決定する。具体的には、図１２に示すように、作業機２の最大リーチ長さを基準にして、表示範囲の短辺の長さが設定される。例えば、走行モード画面では、表示範囲の短辺の長さが最大リーチ長さの２倍になるように表示範囲の縮尺が設定される。粗掘削画面では、表示範囲の短辺の長さが最大リーチ長さの１．５倍になるように表示範囲の縮尺が設定される。繊細掘削画面では、表示範囲の短辺の長さが最大リーチ長さの１．２倍になるように表示範囲の縮尺が設定される。
【００５０】
なお、作業機２の最大リーチ長さは作業機データから算出される。図１３に示すように、最大リーチ長さは、作業機２を最大限まで延ばしたときの作業機２の長さ、すなわち、作業機２を最大限まで延ばしたときのブームピン１３とバケット８の先端Ｐ３との間の長さである。図１３は、作業機２の長さが最大リーチ長さＬｍａｘとなるときの作業機２の姿勢（以下、「最大リーチ姿勢」と呼ぶ）を模式的に示している。図１３に示す座標平面Ｙｂ−Ｚｂは、上述した車両本体座標系｛Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ｝においてブームピン１３の位置を原点としたものである。最大リーチ姿勢では、アーム角θ２は最小値となる。また、バケット角θ３は、作業機２のリーチ長さが最大となるように、パラメータ最適化のための数値解析によって算出される。そして、これらの結果から最大リーチ長さＬｍａｘが算出される。
【００５１】
以上の処理により図１４に示すような表示範囲５５が設定される。表示範囲５５の長辺の大きさは、上述した短辺の大きさと画面アスペクト比から算出される。また、表示範囲５５における所定の位置が基準点Ｐｂとして設定される。基準点Ｐｂは、案内画面の種類ごとに固定的に設定されている。具体的には、基準点Ｐｂは、表示範囲５５の１つの角の頂点からのＹ軸方向の距離ａ１と、Ｚ軸方向の距離ｂ１とで表される（以下、「オフセット値」と呼ぶ）。そして、基準点Ｐｂのオフセット値ａ１．ｂ１は、走行モード画面５２と粗掘削画面５３と繊細掘削画面５４とのそれぞれにおいて固有の値が設定されている。
【００５２】
図９に戻り、ステップＳ３では、表示対象面線が決定される。ここでは、図１５に示すように、演算部４４は、地形データと作業機データと車両本体の現在位置とに基づいて、目標面線９２上の側面視における断面において、始点Ｐｓと終点Ｐｅとを演算する。始点Ｐｓは、目標面線９２上において車両本体１に最も近い位置である。終点Ｐｅは、始点Ｐｓから作業機２の最大リーチ長さＬｍａｘ離れた位置である。具体的には、Ｙｂ−Ｚｂ平面と目標面７０との交線上において始点Ｐｓと終点Ｐｅとの座標が演算される。これにより、例えば図１６に示すように、目標面線９２上の始点Ｐｓと終点Ｐｅとの座標が算出され、目標面線９２のうち始点Ｐｓと終点Ｐｅとの間の部分が表示対象面線７８として決定される。ただし、図１７に示すように、車両本体１が目標面７０上に位置している場合には、車両原点Ｐｏの位置（ここではバケットピン１３の現在位置）が始点Ｐｓの位置として決定される。また、図１８に示すように、目標面線９２が最大リーチ長さＬｍａｘよりも小さい場合には、終点Ｐｅは目標面７０の外側に位置する。また、図１７に示すように、始点Ｐｓから最大リーチ距離だけ離れた位置が目標面７０の外側に位置する場合にも、終点Ｐｅは目標面７０の外側に位置する。この場合、図１９に示すように、目標面線９２上の始点Ｐｓと、目標面線９２に隣接する設計面線９１上の終点Ｐｅとの座標が算出され、目標面線９２と設計面線９１とのうち始点Ｐｓと終点Ｐｅとの間の部分が表示対象面線７８として決定される。
【００５３】
図９に戻り、ステップＳ４では、走行モード画面５２又は粗掘削画面５３が表示部４２に表示されているか否かが判断される。走行モード画面５２又は粗掘削画面５３が表示部４２に表示されていない場合には、ステップＳ５へ進む。すなわち、繊細掘削画面５４が表示部４２に表示されている場合には、ステップＳ５へ進む。
【００５４】
ステップＳ５では、表示対象面線７８の始点Ｐｓと終点Ｐｅとの平均位置に基準点Ｐｂを設定する。すなわち、図２０に示すように、基準点Ｐｂが始点Ｐｓと終点Ｐｅとの中点Ｐｍに設定される。そして、図１０に示すステップＳ９において、案内画面すなわち繊細掘削画面５４が表示される。上述したように、基準点Ｐｂが始点Ｐｓと終点Ｐｅとの中点Ｐｍに設定されているため、図２１（ａ）−（ｃ）に示すように、繊細掘削画面５４の側面図５４ｂ上では表示対象面線７８が固定的に表示され、繊細掘削画面５４の側面図５４ｂ上をバケット８のアイコン８９が移動するように表示される。
【００５５】
図９に戻り、ステップＳ４において走行モード画面５２又は粗掘削画面５３が表示部４２に表示されていると判定されたときには、図１０に示すステップＳ６へ進む。ステップＳ６では、図１６に示すように、基準点ＰｂのＹ座標が車両原点ＰｏのＹ座標に設定される。
【００５６】
次に、ステップＳ７では、車両原点ＰｏのＺ座標が上部境界線と下部境界線の間にあるか否かが判定される。上部境界線は、表示対象面線７８の上端の高さ位置を示す。下部境界線は、表示対象面線７８の下端の高さ位置を示す。例えば、図１６に示すように、上部境界線Ｌａは、表示対象面線７８の終点Ｐｅを通るＹ軸に平行な線である。また、下部境界線Ｌｂは、表示対象面線７８の始点Ｐｓを通るＹ軸に平行な線である。車両原点ＰｏのＺ座標が上部境界線Ｌａと下部境界線Ｌｂの間にあると判定されたときには、ステップＳ８へ進む。
【００５７】
ステップＳ８では、基準点ＰｂのＺ座標を上部境界線Ｌａと下部境界線Ｌｂとの平均位置に設定する。ここでは、図１６に示すように、基準点ＰｂのＺ座標が、上部境界線Ｌａと下部境界線Ｌｂとの中点ＰｍのＺ座標に固定される。そして、ステップＳ９において案内画面が表示される。すなわち、走行モード画面５２又は粗掘削画面５３が表示される。例えば粗掘削画面５３が表示される場合には、図２２（ａ）−（ｃ）に示すように、車両本体１が上部境界線Ｌａと下部境界線Ｌｂとの間で上下に移動すると、粗掘削画面５３の側面図５３ｂ上では表示対象面線７８が固定的に表示され、粗掘削画面５３の側面図５３ｂ上を油圧ショベル１００のアイコン７５が上下に移動するように表示される。走行モード画面５２の側面図５２ｂも、粗掘削画面５３の側面図５３ｂと同様に表示される。
【００５８】
ステップＳ７において車両原点ＰｏのＺ座標が上部境界線Ｌａと下部境界線Ｌｂの間にないと判定された場合は、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、車両原点ＰｏのＺ座標が上部境界線Ｌａより上にあるか否かが判定される。ここで、図２３に示すように、車両原点ＰｏのＺ座標が上部境界線Ｌａより上にある場合には、ステップＳ１１に進む。
【００５９】
ステップＳ１１では、基準点ＰｂのＹ座標を上部境界線Ｌａと下部境界線Ｌｂとの平均位置に車両原点Ｐｏと上部境界線Ｌａとの間の距離を加えた位置に設定する。すなわち、図２３に示すように、始点Ｐｓと終点Ｐｅとの中点ＰｍのＺ座標に、車両原点Ｐｏと上部境界線Ｌａとの間のＺ軸方向の距離Ｄａを加えた値を、基準点ＰｂのＺ座標に設定する。なお、図２３において、「Ｐｂ’」は、車両原点ＰｏのＺ座標が上部境界線Ｌａと下部境界線Ｌｂとの間にある場合の基準点の位置を示している。
【００６０】
そして、ステップＳ９において案内画面が表示される。すなわち、走行モード画面５２又は粗掘削画面５３が表示される。例えば粗掘削画面５３が表示される場合には、図２４（ａ）−（ｃ）に示すように、車両本体１が上部境界線Ｌａから上方へ移動するほど、粗掘削画面５３の側面図５３ｂ上では表示対象面線７８が徐々に下方へ移動するように表示される。また、粗掘削画面５３の側面図５３ｂ上では油圧ショベル１００のアイコン７５は、上下方向の位置が固定されているように表示される（図２４（ｂ），（ｃ）参照）。走行モード画面５２の側面図５２ｂも、粗掘削画面５３の側面図５３ｂと同様に表示される。
【００６１】
ステップＳ１０において車両原点ＰｏのＺ座標が上部境界線Ｌａより上にないと判定された場合にはステップＳ１２に進む。すなわち、図２５に示すように、車両原点ＰｏのＺ座標が下部境界線Ｌｂより下方にあると判定された場合にはステップＳ１２に進む。
【００６２】
ステップＳ１２では、基準点ＰｂのＺ座標を上部境界線Ｌａと下部境界線Ｌｂとの平均位置から車両原点Ｐｏと下部境界線Ｌｂとの間の距離を引いた位置に設定する。すなわち、図２５に示すように、始点Ｐｓと終点Ｐｅとの中点ＰｍのＺ座標から、車両原点Ｐｏと下部境界線Ｌｂとの間のＺ軸方向の距離Ｄｂを引いた値を、基準点ＰｂのＺ座標に設定する。
【００６３】
そして、ステップＳ９において案内画面が表示される。すなわち、走行モード画面５２又は粗掘削画面５３が表示される。例えば粗掘削画面５３が表示される場合には、図２６（ａ）−（ｃ）に示すように、車両本体１が下部境界線Ｌｂから下方へ移動するほど、粗掘削画面５３の側面図５３ｂ上では表示対象面線７８が徐々に上方へ移動するように表示される。また、粗掘削画面５３の側面図５３ｂ上では油圧ショベル１００のアイコン７５は、上下方向の位置が固定されているように表示される（図２６（ｂ），（ｃ）参照）。走行モード画面５２の側面図５２ｂも、粗掘削画面５３の側面図５３ｂと同様に表示される。
【００６４】
なお、上述したように、走行モード画面５２又は粗掘削画面５３が表示されているときには、基準点ＰｂのＹ座標は車両原点ＰｏのＹ座標に設定される（図１６参照）。従って、車両本体１がＹ軸方向に移動する場合には、図２７（ａ）−（ｃ）に示すように、案内画面上では油圧ショベル１００のアイコン７５が固定され、表示対象面線７８がＹ軸方向に移動するように表示される。
【００６５】
４．特徴
本実施形態に係る表示システム２８では、走行モード画面５２及び粗掘削画面５３では、図１６に示すように、車両原点Ｐｏが上部境界線Ｌａと下部境界線Ｌｂとの間に位置するときには、表示範囲５５の基準点ＰｂのＺ座標が上部境界線Ｌａと下部境界線Ｌｂとの間の中点ＰｍのＺ座標に固定される。このため、図２２に示すように、車両原点Ｐｏが上部境界線Ｌａと下部境界線Ｌｂとの間で上方又は下方へ移動しても、案内画面において表示対象面線７８は移動せずに、油圧ショベル１００のアイコン７５が上方又は下方へ移動するように表示される。そして、図２４に示すように、車両原点Ｐｏが上部境界線Ｌａよりも上方に移動すると、表示範囲５５の基準点ＰｂのＺ座標が中点ＰｍのＺ座標よりも上方の位置に変更される。これにより、案内画面において表示対象面線７８は下方に移動し、表示範囲５５が車両本体１を追って上方へ移動するように表示される。また、図２６に示すように、車両原点Ｐｏが下部境界線Ｌｂよりも下方に移動すると、表示範囲５５の基準点ＰｂのＺ座標が中点ＰｍのＺ座標よりも下方の位置に変更される。これにより、案内画面において表示対象面線７８は上方に移動し、表示範囲５５が車両本体１を追って下方へ移動するように表示される。これにより、目標面線９２と車両本体１とが過度に小さく表示されることが抑えられる。このため、オペレータは、目標面７０と車両本体１との位置関係を容易に把握することができる。
【００６６】
さらに、車両原点Ｐｏの現在位置が上部境界線Ｌａから上方に離れた距離に応じて、表示範囲５５の基準点ＰｂのＺ座標が、中点ＰｍのＺ座標より上方の位置に変更される。また、車両本体１の現在位置が下部境界線Ｌｂから下方に離れた距離に応じて、表示範囲５５の基準点ＰｂのＺ座標が、中点ＰｍのＺ座標より下方の位置に変更される。これにより、案内画面をスムーズにスクロールさせることができる。
【００６７】
５．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、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。例えば、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。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ない。
【００６８】
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。
【００６９】
繊細掘削画面５４での基準点Ｐｂの座標は、始点Ｐｓと終点Ｐｅとの中点Ｐｍに限らず他の所定の位置に設定されてもよい。同様に、走行モード画面５２及び粗掘削画面５３において、車両原点Ｐｏが上部境界線Ｌａと下部境界線Ｌｂとの間に位置するときの基準点ＰｂのＺ座標は、始点Ｐｓと終点Ｐｅとの中点ＰｍのＺ座標に限らず他の位置のＺ座標に設定されてもよい。
【００７０】
上記の実施形態では、車両本体１の現在位置を示す車両原点Ｐｏがバケットピン１５の位置に設定されているが、車両本体１の他の位置に設定されてもよい。
【００７１】
上記の実施形態では、目標面７０において始点Ｐｓと終点Ｐｅとの間の部分が表示対象面線として設定されているが、目標面７０の全体が表示対象面線として設定されてもよい。
【００７２】
各案内画面に含まれる画面は、上記のものに限られない。例えば、繊細掘削画面５４において、上述した正面図５４ａに代えて油圧ショベル１００の上面図が表示されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、案内画面に表示される表示対象面と掘削機械との位置関係を容易に把握することができる効果を有し、掘削機械の表示システム及びその制御方法として有用である。
【符号の説明】
【００７４】
１９ 位置検出部
２８ 表示システム
４２ 表示部
４４ 演算部
４６ 地形データ記憶部
５５ 表示範囲
７８ 表示対象面線
Ｌａ 上部境界線
Ｌｂ 下部境界線
Ｐｂ 基準点
１００ 油圧ショベル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機械の現在位置と、掘削対象の目標地形の一部を示す表示対象面とを示す案内画面を表示する掘削機械の表示システムであって、
前記表示対象面の位置を示す地形データを記憶する記憶部と、
前記掘削機械の現在位置を検出する位置検出部と、
前記地形データに対して前記案内画面として表示する所定の表示範囲を設定し、前記地形データと前記掘削機械の現在位置とに基づいて、前記表示対象面の断面の上端の高さ位置を示す上部境界線の位置と、前記表示対象面の断面の下端の高さ位置を示す下部境界線の位置を算出し、前記掘削機械の現在位置と、前記上部境界線あるいは前記下部境界線との上下方向の位置関係によって、前記表示範囲の所定の基準点を設定する演算部と、
前記表示範囲に含まれる前記表示対象面の側面視における断面と前記掘削機械の現在位置とを示す前記案内画面を表示する表示部と、
を備える掘削機械の表示システム。
【請求項２】
前記演算部は、前記掘削機械の現在位置が前記上部境界線と前記下部境界線との間に位置するときには前記表示範囲の所定の基準点を前記上部境界線と前記下部境界線との間の所定位置に設定する、
請求項１に記載の掘削機械の表示システム。
【請求項３】
前記演算部は、前記掘削機械の現在位置が前記上部境界線よりも上方に位置するときには前記基準点を前記所定位置よりも上方に設定し、前記掘削機械の現在位置が前記下部境界線よりも下方に位置するときには前記基準点を前記所定位置よりも下方に設定する、
請求項１に記載の掘削機械の表示システム。
【請求項４】
前記演算部は、前記掘削機械の現在位置が前記上部境界線よりも上方に位置するときには、前記基準点を前記所定位置から上方に前記掘削機械の現在位置と前記上部境界線との間の距離を追加した位置に設定し、前記掘削機械の現在位置が前記下部境界線よりも下方に位置するときには前記基準点を前記所定位置から下方に前記掘削機械の現在位置と前記下部境界線との間の距離を追加した位置に設定する、
請求項３に記載の掘削機械の表示システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の掘削機械の表示システムを備える掘削機械。
【請求項６】
掘削機械の現在位置と、掘削対象の目標地形の一部を示す表示対象面とを示す案内画面を表示する掘削機械の表示システムの制御方法であって、
前記掘削機械の現在位置を検出するステップと、
前記表示対象面の位置を示す地形データに対して前記案内画面として表示する所定の表示範囲を設定するステップと、
前記地形データと前記掘削機械の現在位置とに基づいて、前記表示対象面の側面視における断面の上端の高さ位置を示す上部境界線の位置と、前記表示対象面の側面視における断面の下端の高さ位置を示す下部境界線の位置を算出するステップと、
前記掘削機械の現在位置と、前記上部境界線あるいは前記下部境界線との上下方向の位置関係によって、前記表示範囲の所定の基準点を設定するステップと、
前記表示範囲に含まれる前記表示対象面の側面視における断面と前記掘削機械の現在位置とを示す前記案内画面を表示するステップと、
を備える掘削機械の表示システムの制御方法。
【請求項７】
前記表示範囲の所定の基準点を設定するステップにおいて、前記掘削機械の現在位置が前記上部境界線と前記下部境界線との間に位置するときには前記表示範囲の所定の基準点を前記上部境界線と前記下部境界線との間の所定位置に設定する、
請求項６に記載の掘削機械の表示システムの制御方法。
【請求項８】
前記表示範囲の所定の基準点を設定するステップにおいて、前記掘削機械の現在位置が前記上部境界線よりも上方に位置するときには前記基準点を前記所定位置よりも上方に設定し、前記掘削機械の現在位置が前記下部境界線よりも下方に位置するときには前記基準点を前記所定位置よりも下方に設定する、
請求項６に記載の掘削機械の表示システムの制御方法。
【請求項１】
掘削機械の現在位置と、掘削対象の目標地形の一部を示す表示対象面とを示す案内画面を表示する掘削機械の表示システムであって、
前記表示対象面の位置を示す地形データを記憶する記憶部と、
前記掘削機械の現在位置を検出する位置検出部と、
前記地形データに対して前記案内画面として表示する所定の表示範囲を設定し、前記地形データと前記掘削機械の現在位置とに基づいて、前記表示対象面の断面の上端の高さ位置を示す上部境界線の位置と、前記表示対象面の断面の下端の高さ位置を示す下部境界線の位置を算出し、前記掘削機械の現在位置と、前記上部境界線あるいは前記下部境界線との上下方向の位置関係によって、前記表示範囲の所定の基準点を設定する演算部と、
前記表示範囲に含まれる前記表示対象面の側面視における断面と前記掘削機械の現在位置とを示す前記案内画面を表示する表示部と、
を備える掘削機械の表示システム。
【請求項２】
前記演算部は、前記掘削機械の現在位置が前記上部境界線と前記下部境界線との間に位置するときには前記表示範囲の所定の基準点を前記上部境界線と前記下部境界線との間の所定位置に設定する、
請求項１に記載の掘削機械の表示システム。
【請求項３】
前記演算部は、前記掘削機械の現在位置が前記上部境界線よりも上方に位置するときには前記基準点を前記所定位置よりも上方に設定し、前記掘削機械の現在位置が前記下部境界線よりも下方に位置するときには前記基準点を前記所定位置よりも下方に設定する、
請求項１に記載の掘削機械の表示システム。
【請求項４】
前記演算部は、前記掘削機械の現在位置が前記上部境界線よりも上方に位置するときには、前記基準点を前記所定位置から上方に前記掘削機械の現在位置と前記上部境界線との間の距離を追加した位置に設定し、前記掘削機械の現在位置が前記下部境界線よりも下方に位置するときには前記基準点を前記所定位置から下方に前記掘削機械の現在位置と前記下部境界線との間の距離を追加した位置に設定する、
請求項３に記載の掘削機械の表示システム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の掘削機械の表示システムを備える掘削機械。
【請求項６】
掘削機械の現在位置と、掘削対象の目標地形の一部を示す表示対象面とを示す案内画面を表示する掘削機械の表示システムの制御方法であって、
前記掘削機械の現在位置を検出するステップと、
前記表示対象面の位置を示す地形データに対して前記案内画面として表示する所定の表示範囲を設定するステップと、
前記地形データと前記掘削機械の現在位置とに基づいて、前記表示対象面の側面視における断面の上端の高さ位置を示す上部境界線の位置と、前記表示対象面の側面視における断面の下端の高さ位置を示す下部境界線の位置を算出するステップと、
前記掘削機械の現在位置と、前記上部境界線あるいは前記下部境界線との上下方向の位置関係によって、前記表示範囲の所定の基準点を設定するステップと、
前記表示範囲に含まれる前記表示対象面の側面視における断面と前記掘削機械の現在位置とを示す前記案内画面を表示するステップと、
を備える掘削機械の表示システムの制御方法。
【請求項７】
前記表示範囲の所定の基準点を設定するステップにおいて、前記掘削機械の現在位置が前記上部境界線と前記下部境界線との間に位置するときには前記表示範囲の所定の基準点を前記上部境界線と前記下部境界線との間の所定位置に設定する、
請求項６に記載の掘削機械の表示システムの制御方法。
【請求項８】
前記表示範囲の所定の基準点を設定するステップにおいて、前記掘削機械の現在位置が前記上部境界線よりも上方に位置するときには前記基準点を前記所定位置よりも上方に設定し、前記掘削機械の現在位置が前記下部境界線よりも下方に位置するときには前記基準点を前記所定位置よりも下方に設定する、
請求項６に記載の掘削機械の表示システムの制御方法。
【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】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【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】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【公開番号】特開２０１２−２３３４０４（Ｐ２０１２−２３３４０４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１７１８０２（Ｐ２０１２−１７１８０２）
【出願日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【分割の表示】特願２０１１−３６２０１（Ｐ２０１１−３６２０１）の分割
【原出願日】平成２３年２月２２日（２０１１．２．２２）
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【分割の表示】特願２０１１−３６２０１（Ｐ２０１１−３６２０１）の分割
【原出願日】平成２３年２月２２日（２０１１．２．２２）
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【Ｆターム（参考）】
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