JP7263287B2 - working machine - Google Patents

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Description

本発明はバケットの姿勢に関する情報を表示可能なモニタを備える作業機械に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a working machine equipped with a monitor capable of displaying information regarding the attitude of a bucket.

油圧ショベルに代表される多関節型の作業装置(フロント作業装置)を備えた作業機械では、オペレータによる操作レバー操作に基づいて作業装置が駆動され、施工対象となる地形が所望の形状に整形される。このような作業の支援を目的とした技術として、マシンガイダンス(Machine Guidance:MG)がある。MGは、最終的に実現したい施工対象面の所望の形状(目標面)を示す目標面データと、作業装置の先端に位置するフロント部材であるバケットの姿勢情報とを運転室内のモニタに表示することで、オペレータの操作支援を実現する技術である。MGにおいて、モニタに表示されるバケットの姿勢情報としては、例えば、バケットの形状を模式化したアイコンや、バケット底面と目標面の傾斜角の差分(すなわちバケットと目標面の角度差)等がある。 In a work machine equipped with a multi-joint type work device (front work device) represented by a hydraulic excavator, the work device is driven based on the operation of the operation lever by the operator, and the terrain to be constructed is shaped into a desired shape. be. As a technique for supporting such work, there is machine guidance (MG). The MG displays target plane data indicating the desired shape (target plane) of the work surface to be finally realized, and posture information of the bucket, which is the front member positioned at the tip of the working device, on the monitor in the operator's cab. This is a technology that realizes operational support for the operator. In the MG, the bucket attitude information displayed on the monitor includes, for example, an icon that schematically represents the shape of the bucket, the difference in the inclination angle between the bottom surface of the bucket and the target plane (that is, the angle difference between the bucket and the target plane), and the like. .

特許文献1には、目標施工面(目標面)の画像を画面に表示し、バケットを側面から見たときの底面に対応する部分を抽出して生成した直線画像を、目標施工面の画像とともに表示する掘削機械の表示システムが開示されている。 In Patent Document 1, an image of a target construction surface (target surface) is displayed on a screen, and a linear image generated by extracting a portion corresponding to the bottom surface when the bucket is viewed from the side is displayed together with the image of the target construction surface. An excavating machine display system for displaying is disclosed.

国際公開第2015/030266号WO2015/030266

特許文献1に記載された技術は、バケットの底面を直線画像で強調して表示することにより、オペレータにバケットの底面と施工目標面の位置関係や角度を分かり易く伝えている。 The technique described in Patent Literature 1 emphasizes and displays the bottom surface of the bucket with a straight line image, so that the operator can easily understand the positional relationship and angle between the bottom surface of the bucket and the construction target surface.

しかしながら、実際のバケットを側面から見たときの底面の形状は直線ではなく複雑な形状をしていることが少なくない。例えば、爪付近の底面と、爪より後ろ側の底面とでは、傾斜角が異なっていることが多い。また、オペレータが掘削作業を進める際にバケット底面上で基準としたい面はオペレータごとに異なる。そのため、例えば、モニタ上でバケット底面を示す面としてメーカが予め決めた面がオペレータの意図する面と異なると、オペレータによるバケットと目標面の位置関係の正確な把握が困難になる可能性がある。 However, when the actual bucket is viewed from the side, the shape of the bottom surface is often complicated rather than straight. For example, the bottom surface near the claw and the bottom surface behind the claw often have different inclination angles. In addition, the surface on the bottom surface of the bucket that the operator wants to use as a reference when proceeding with the excavation work differs from operator to operator. Therefore, for example, if the surface predetermined by the manufacturer as the surface indicating the bottom surface of the bucket on the monitor differs from the surface intended by the operator, it may be difficult for the operator to accurately grasp the positional relationship between the bucket and the target surface. .

なお、バケットの姿勢に関する情報(姿勢情報)をモニタに表示する場合、上記特許文献1のように直線画像を表示するもののほか、バケット底面を実際と異なる形状(例えば直線状)に簡略して表現したバケットの画像(アイコン)を表示するものや、バケット底面における或る基準面と目標面との傾斜角の差分値を表示するもの等があるが、これらの表示方法においても上記と同様の課題が生じ得る。 When displaying information about the attitude of the bucket (orientation information) on the monitor, in addition to displaying a linear image as in Patent Document 1, the bottom surface of the bucket is simply expressed in a shape different from the actual one (for example, linear). There are methods that display an image (icon) of a bucket that has been drawn, and methods that display the difference value of the inclination angle between a certain reference plane and a target plane on the bottom surface of the bucket. can occur.

本発明は、上記事項を鑑みてなされたものであり、バケット底面においてオペレータが意図する面の姿勢情報をモニタに表示できる作業機械を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a working machine capable of displaying on a monitor information about the attitude of the bottom surface of the bucket intended by the operator.

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、バケットを含む複数のフロント部材を連結した作業装置と、前記複数のフロント部材の姿勢を検出する複数の姿勢センサと、前記作業装置を利用した作業に関する地形表面の形状を規定する地形データが記憶された記憶装置と、前記バケットを側面から見たときの前記バケットの底面として表示される線である基準ラインと前記地形表面の2次元形状とが表示されるモニタと、前記複数の姿勢センサにより検出された前記複数のフロント部材の姿勢データと、前記姿勢データから演算される前記バケットの回動中心と爪先の位置データと、前記地形データとに基づいて、前記モニタ上における前記基準ラインと前記地形表面との位置関係を演算し、演算した前記位置関係を前記モニタに表示させるコントローラとを備えた作業機械において、前記基準ラインは、前記モニタ上において、前記バケットを側面から見たときの前記バケットの爪先位置に一端が位置する直線であり、さらに、前記バケットの回動中心と前記バケットの爪先とを接続する第1直線と角度φを成す直線として前記コントローラに記憶されており、前記角度φを設定する際に操作されるスイッチを備え、前記コントローラは、前記スイッチが操作されたときに、前記姿勢データと前記地形データとに基づいて前記バケットの爪先と前記地形表面との距離を演算し、前記モニタ上で、前記地形データにおいて前記距離の演算に利用した部分と同じ傾斜角を有する第2直線が前記第1直線と成す角度を、前記角度φに代わる新たな角度φとして記憶し前記モニタ上において、前記バケットを側面から見たときの前記バケットの爪先位置に一端が位置し、前記第1直線と前記新たな角度φを成す直線を、前記基準ラインに代わる新たな基準ラインとして前記モニタに表示させる。 The present application includes a plurality of means for solving the above problems. To give one example, a working device in which a plurality of front members including buckets are connected, and a plurality of attitude sensors for detecting the attitudes of the plurality of front members. a storage device storing terrain data defining the shape of the terrain surface for work using the work device; and a reference line , which is a line displayed as the bottom surface of the bucket when the bucket is viewed from the side. a monitor on which the two-dimensional shape of the terrain surface is displayed; posture data of the plurality of front members detected by the plurality of posture sensors; and rotation center and toe of the bucket calculated from the posture data . and a controller that calculates the positional relationship between the reference line and the terrain surface on the monitor based on the position data of and the terrain data, and displays the calculated positional relationship on the monitor. , the reference line is a straight line having one end located at the toe position of the bucket when the bucket is viewed from the side on the monitor, and the center of rotation of the bucket and the toe of the bucket are aligned. A switch is stored in the controller as a straight line forming an angle φ with a connecting first straight line and is operated when setting the angle φ , and the controller changes the posture when the switch is operated. calculating the distance between the toe of the bucket and the terrain surface based on the data and the terrain data, and displaying on the monitor a second straight line having the same inclination angle as that of the portion of the terrain data used for computing the distance ; and the first straight line is stored as a new angle φ instead of the angle φ . A straight line forming the new angle φ with the first straight line is displayed on the monitor as a new reference line in place of the reference line .

本発明によれば、バケット底面においてオペレータが意図する面の姿勢情報をモニタに表示できるので、オペレータが目標面とバケットの位置関係を正確に把握できる。 According to the present invention, since the posture information of the bottom surface of the bucket intended by the operator can be displayed on the monitor, the operator can accurately grasp the positional relationship between the target surface and the bucket.

第1実施形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す側面図。1 is a side view schematically showing the appearance of a hydraulic excavator that is an example of a working machine according to a first embodiment; FIG. 第1実施形態に係る表示システムの機能ブロック図。2 is a functional block diagram of the display system according to the first embodiment; FIG. 油圧ショベル100の側面図。FIG. 2 is a side view of the hydraulic excavator 100; 実際のバケット35の姿勢と、バケット35に設定された基準ライン72とを利用して、モニタ69の表示画面81にバケット35の画像85を表示するプロセスの説明図。8 is an explanatory diagram of a process of displaying an image 85 of the bucket 35 on the display screen 81 of the monitor 69 using the actual posture of the bucket 35 and the reference line 72 set on the bucket 35. FIG. 現況地形付近にフロント作業装置30がある場合の形状計測センサ68による形状計測結果を示す図。FIG. 10 is a view showing the shape measurement result by the shape measurement sensor 68 when the front work device 30 is in the vicinity of the current terrain; 現況地形付近にフロント作業装置30が無い場合の形状計測センサ68による形状計測結果を示す図。FIG. 7 is a diagram showing the shape measurement result by the shape measurement sensor 68 when there is no front working device 30 near the current terrain. 第1実施形態に係る基準ライン設定部63の処理の詳細を示すフローチャート。4 is a flowchart showing details of processing of a reference line setting unit 63 according to the first embodiment; 図7のステップS40での具体的事例を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a specific example in step S40 of FIG. 7; 図7のステップS50での具体的事例を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a specific example in step S50 of FIG. 7; 図7のステップS60での具体的事例を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a specific example in step S60 of FIG. 7; 第2実施形態に係る表示システムの機能ブロック図。The functional block diagram of the display system which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る基準ライン設定部63の処理の詳細を示すフローチャート。9 is a flowchart showing details of processing of a reference line setting unit 63 according to the second embodiment;

<第1の実施の形態>
本発明の第1の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
<First embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本実施の形態に係る作業機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す側面図である。なお、以下ではフロント作業装置の先端に位置するアタッチメントとしてバケットを備える油圧ショベルについて説明するが、バケットの他にグラップル、ブレーカ、リフティングマグネットなど種々のアタッチメントに付け替え可能である。 FIG. 1 is a side view schematically showing the appearance of a hydraulic excavator, which is an example of a working machine according to the present embodiment. Although a hydraulic excavator having a bucket as an attachment located at the tip of the front working device will be described below, various attachments such as a grapple, a breaker, and a lifting magnet can be used in addition to the bucket.

図1において、油圧ショベル100は、垂直方向にそれぞれ回動する複数のフロント部材(ブーム31、アーム33、バケット35)を直列的に連結した多関節型のフロント作業装置(作業装置)30と、車両本体を構成する上部旋回体20及び下部走行体10とを備えている。上部旋回体20は下部走行体10に対して旋回可能に設けられている。上部旋回体20は、旋回フレーム21上に各部材を配置して構成されており、上部旋回体20を構成する旋回フレーム21が下部走行体10に対して旋回可能となっている。また、フロント作業装置30の基端部であるブーム31の基端は車両本体を構成する上部旋回体20の前部に垂直方向に回動可能に取り付けられており、アーム33の基端はブーム31の先端に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム33の先端にはバケット35が垂直方向に回動可能に支持されている。 In FIG. 1, a hydraulic excavator 100 includes a multi-joint type front working device (working device) 30 in which a plurality of front members (boom 31, arm 33, bucket 35) rotating in the vertical direction are connected in series, It has an upper revolving body 20 and a lower running body 10 that constitute a vehicle body. The upper revolving body 20 is provided so as to be able to revolve with respect to the lower traveling body 10 . The upper revolving body 20 is configured by arranging each member on a revolving frame 21 , and the revolving frame 21 constituting the upper revolving body 20 can revolve with respect to the lower traveling body 10 . The base end of the boom 31, which is the base end of the front working device 30, is attached to the front part of the upper revolving body 20 constituting the vehicle body so as to be capable of rotating in the vertical direction, and the base end of the arm 33 is the boom A bucket 35 is supported at the tip of the arm 33 so as to be vertically rotatable.

下部走行体10は、左右一対のクローラフレーム12a(12b)にそれぞれ掛け回された一対のクローラ11a(11b)と、クローラ11a(11b)をそれぞれ駆動する走行油圧モータ13a(13b)(図示しない減速機構を含む)とを備えている。なお、下部走行体10の各構成については、左右一対の構成のうちの一方のみを図示して符号を付し、他方の構成については図中に括弧書きの符号のみを示して図示を省略する。 The lower traveling body 10 includes a pair of crawlers 11a (11b) respectively wound around a pair of left and right crawler frames 12a (12b), and traveling hydraulic motors 13a (13b) (not shown) for driving the crawlers 11a (11b), respectively. mechanism). As for each structure of the lower traveling body 10, only one of the pair of left and right structures is illustrated and denoted by reference numerals, and the other structure is shown only by parenthesized reference numerals in the figure and omitted from illustration. .

ブーム31、アーム33、バケット35、及び下部走行体10は、油圧アクチュエータであるブームシリンダ32、アームシリンダ34、バケットシリンダ36、及び左右の走行油圧モータ13a(13b)によりそれぞれ駆動される。また、上部旋回体20は油圧アクチュエータである旋回油圧モータ23により減速機構24を介して同様に駆動され、下部走行体10に対して左右方向のいずれかに旋回動作を行う。 The boom 31, the arm 33, the bucket 35, and the lower traveling body 10 are driven by hydraulic actuators such as a boom cylinder 32, an arm cylinder 34, a bucket cylinder 36, and left and right traveling hydraulic motors 13a (13b), respectively. In addition, the upper rotating body 20 is similarly driven by a rotating hydraulic motor 23, which is a hydraulic actuator, through a speed reduction mechanism 24, and performs a rotating operation in either the left or right direction with respect to the lower traveling body 10. As shown in FIG.

上部旋回体20を構成する旋回フレーム21上には、フロント作業装置30(複数のフロント部材31、32、35)、上部旋回体20および下部走行体10を含む操作対象を操作するための操作レバー(操作装置)が搭載されたキャブ(運転室)25が配置されているほか、原動機であるエンジン22とともに、ブームシリンダ32、アームシリンダ34、バケットシリンダ36、旋回油圧モータ23及び左右の走行油圧モータ13a(13b)などの複数の油圧アクチュエータに作動油を供給する油圧ポンプを含む油圧回路システム41が搭載されている。 On the revolving frame 21 constituting the upper revolving body 20, operation levers for operating objects including the front working device 30 (a plurality of front members 31, 32, 35), the upper revolving body 20 and the lower traveling body 10 are provided. A cab (operator's cab) 25 in which (operating device) is mounted is arranged, along with an engine 22 which is a prime mover, a boom cylinder 32, an arm cylinder 34, a bucket cylinder 36, a turning hydraulic motor 23, and left and right traveling hydraulic motors. A hydraulic circuit system 41 including a hydraulic pump that supplies hydraulic fluid to a plurality of hydraulic actuators such as 13a (13b) is mounted.

(IMU50(姿勢センサ))
上部旋回体20を構成する旋回フレーム21(車両本体)と、フロント作業装置30を構成する複数のフロント部材(ブーム31、アーム33、及びバケット35)には、それらの姿勢に関するデータ(以降、姿勢データと称する)を検出する姿勢センサとしてのIMU(Inertial Measurement Unit:慣性計測装置)50a~50dが取り付けられている。なお、本実施形態では旋回フレーム21にIMU50dを取り付けたが、上部旋回体20(車両本体)上であればどこに取り付けてもかまわない。また、姿勢センサはIMUに限られるものではなく、例えば、傾斜角センサを姿勢センサとして用いることで各部材(車両本体およびフロント部材)の姿勢データを検出しても良い。以下の説明では、4つのIMU50a、50b、50c、50dをまとめてIMU50と表記することがある。IMU50a~50dには、それぞれ固有の識別情報が割り当てられており、各IMU50が姿勢データの検出結果に当該識別情報を付加して車載ネットワークに出力することにより、車載ネットワーク上を伝達される複数の姿勢データがそれぞれどのIMU50による検出結果であるかを識別することができる。
(IMU50 (attitude sensor))
The revolving frame 21 (vehicle main body) that constitutes the upper revolving body 20 and the plurality of front members (the boom 31, the arm 33, and the bucket 35) that constitute the front working device 30 store data on their attitudes (hereinafter referred to as "orientation IMUs (Inertial Measurement Units) 50a to 50d are attached as attitude sensors for detecting data). Although the IMU 50d is attached to the revolving frame 21 in this embodiment, it may be attached anywhere on the upper revolving body 20 (vehicle body). Also, the attitude sensor is not limited to the IMU. For example, an inclination sensor may be used as the attitude sensor to detect the attitude data of each member (vehicle body and front member). In the following description, the four IMUs 50a, 50b, 50c, and 50d may be collectively referred to as IMU 50. Unique identification information is assigned to each of the IMUs 50a to 50d, and each IMU 50 adds the identification information to the detection result of the posture data and outputs it to the vehicle network, whereby a plurality of data transmitted over the vehicle network are output. It is possible to identify which IMU 50 is the detection result of each posture data.

IMU50は、角速度及び加速度の計測が可能である。例えば、IMU50が配置されたフロント部材31、33、35や上部旋回体20などの被搭載部材が静止している場合を考えると、各IMU50に設定されたIMU座標系における重力加速度の方向(つまり、鉛直下向き方向)と、IMU50の取り付け状態(つまり、IMU50と被搭載部材との相対的な位置関係)とに基づき、姿勢データとしての各被搭載部材の向き(姿勢)を検出することができる。なお、図1においては、アーム33の先端にバケット35を接続するリンク機構の構成部材(バケットリンク部材)にバケット35の姿勢データを取得するためのIMU50cを配置した場合を例示しているが、油圧ショベルの設計データ等に基づいてバケット35の姿勢データを間接的に取得しているため、IMU50cがバケット35に搭載されていると取り扱うことができる。 The IMU 50 is capable of measuring angular velocity and acceleration. For example, if the mounted members such as the front members 31, 33, and 35 on which the IMUs 50 are arranged and the upper rotating body 20 are stationary, the direction of gravitational acceleration in the IMU coordinate system set for each IMU 50 (that is, , vertically downward direction) and the mounting state of the IMU 50 (that is, the relative positional relationship between the IMU 50 and the mounted member), the orientation (orientation) of each mounted member can be detected as orientation data. . Note that FIG. 1 illustrates the case where the IMU 50c for acquiring the attitude data of the bucket 35 is arranged in the component (bucket link member) of the link mechanism that connects the bucket 35 to the tip of the arm 33. Since the attitude data of the bucket 35 is obtained indirectly based on the hydraulic excavator design data, etc., the IMU 50 c can be treated as being mounted on the bucket 35 .

(形状計測センサ68)
形状計測センサ68は、油圧ショベル100の前方又は周囲の掘削対象となる物体の形状を計測可能なセンサである。形状計測センサ68としては、例えば、図1に示すようにキャブ25上部に搭載され、油圧ショベル100の前方の物体の形状を計測できるLiDAR(Light Detection and Ranging または Laser Imaging Detection and Ranging)を利用できる。LiDARは、レーザ光を走査しながら物体に照射し、その散乱光や反射光を観測することで当該物体までの距離を計測でき、それにより当該物体の形状を計測できる。本実施形態のLiDARは上下方向にレーザ光を走査することで現況地形の2次元形状(図3,4参照)を計測する。
(Shape measurement sensor 68)
The shape measurement sensor 68 is a sensor capable of measuring the shape of an object to be excavated in front of or around the excavator 100 . As the shape measurement sensor 68, for example, a LiDAR (Light Detection and Ranging or Laser Imaging Detection and Ranging) that is mounted on the upper part of the cab 25 as shown in FIG. 1 and can measure the shape of an object in front of the hydraulic excavator 100 can be used. . LiDAR can measure the distance to the object by irradiating the object with scanning laser light and observing the scattered light and the reflected light, thereby measuring the shape of the object. The LiDAR of this embodiment measures the two-dimensional shape of the current topography (see FIGS. 3 and 4) by scanning laser light in the vertical direction.

なお、形状計測センサ68は、LiDARの他にも、油圧ショベル100の前方10m程度の形状を2次元または3次元的に計測できるセンサ(例えば、ステレオカメラや超音波距離センサ)であれば種類や方法は問わない。 In addition to the LiDAR, the shape measurement sensor 68 may be a sensor (for example, a stereo camera or an ultrasonic distance sensor) that can two-dimensionally or three-dimensionally measure the shape of about 10 m in front of the hydraulic excavator 100. Any method is acceptable.

キャブ25内には、バケット35と地形表面(現況地形や目標面)との位置関係情報(例えば、両者の相対位置や両者の角度差)が表示されるモニタ69と、当該位置関係情報を演算し、演算した位置関係情報をモニタ69に表示させる処理などを行うコントローラ60とが搭載されている。 Inside the cab 25, there is a monitor 69 that displays positional relationship information (for example, relative position and angle difference between the two) between the bucket 35 and the terrain surface (current terrain and target surface), and a monitor 69 that calculates the positional relationship information. and a controller 60 that performs processing such as displaying the calculated positional relationship information on a monitor 69 .

図2は油圧ショベル100のコントロールシステムのうち、本実施形態に係る表示システムの構成を抜き出して模式的に示した機能ブロック図である。 FIG. 2 is a functional block diagram schematically showing the configuration of the display system according to this embodiment extracted from the control system of the hydraulic excavator 100. As shown in FIG.

図2に示す表示システムは、コントローラ60と、IMU50a~50dと、スイッチ67と、形状計測センサ68と、モニタ69とを備えており、IMU50a~50dと、スイッチ67と、形状計測センサ68と、モニタ69とはコントローラ60に接続されている。 The display system shown in FIG. 2 includes a controller 60, IMUs 50a to 50d, a switch 67, a shape measurement sensor 68, and a monitor 69. The IMUs 50a to 50d, the switch 67, the shape measurement sensor 68, A monitor 69 is connected to the controller 60 .

IMU50a~50dは、その検出結果(姿勢データ)をCAN通信などの車載ネットワークに介してコントローラ60に出力している。 The IMUs 50a to 50d output the detection results (orientation data) to the controller 60 via an in-vehicle network such as CAN communication.

(スイッチ67)
スイッチ67は、油圧ショベル100に搭乗したオペレータ(ユーザ)がバケット35の底面側に設定される基準ライン72(図4等参照)を設定する際にオペレータによって操作されるスイッチであり、キャブ25内に設置されている。スイッチ67のON・OFF状態を示すON・OFF信号(電気信号)はコントローラ60(基準ライン設定部63)に出力されており、コントローラ60は当該信号によりスイッチ67のON・OFF状態を把握する。なお、スイッチ67は、押しボタン式の物理的なスイッチでも、例えばモニタ69に表示されタッチパネル操作で操作できる仮想的なスイッチであってもよい。
(switch 67)
The switch 67 is operated by an operator (user) on the hydraulic excavator 100 when setting a reference line 72 (see FIG. 4 etc.) set on the bottom side of the bucket 35 . is installed in An ON/OFF signal (electrical signal) indicating the ON/OFF state of the switch 67 is output to the controller 60 (reference line setting unit 63), and the controller 60 grasps the ON/OFF state of the switch 67 from the signal. The switch 67 may be a push-button physical switch, or may be a virtual switch that is displayed on the monitor 69 and can be operated by touch panel operation, for example.

(コントローラ60)
コントローラ60は、コントローラ60内の記憶装置(例えばハードディスクドライブやフラッシュメモリ)に記憶されたプログラムを処理装置(例えばCPU)が実行することで、寸法・角度情報記憶部61、姿勢演算部62、基準ライン設定部63、形状計測部64、表示画面生成部65及び目標面生成部66として機能する。
(controller 60)
The controller 60 executes a program stored in a storage device (eg, hard disk drive or flash memory) in the controller 60 by means of a processing device (eg, CPU), thereby obtaining a dimension/angle information storage unit 61, an attitude calculation unit 62, a reference It functions as a line setting unit 63 , a shape measuring unit 64 , a display screen generating unit 65 and a target surface generating unit 66 .

(寸法・角度情報記憶部61)
寸法・角度情報記憶部61は、油圧ショベル100の寸法・角度情報(車体情報)を記憶するために、コントローラ60内の記憶装置に割り当てられた記憶領域である。
(Dimension/angle information storage unit 61)
The dimension/angle information storage unit 61 is a storage area allocated to a storage device within the controller 60 to store dimension/angle information (vehicle body information) of the hydraulic excavator 100 .

図3は油圧ショベル100の側面図である。図3に示すように、ブーム31の長さ、つまり、ブームピンP1からアームピンP2までの長さをL1とする。また、アーム33の長さ、つまり、アームピンP2からバケットピンP3までの長さをL2とする。また、バケット35の長さ、つまり、バケットピンP3からバケット先端(バケット35の爪先)P4までの長さをL3とする。寸法・角度情報記憶部61には、これらの長さL1,L2,L3の数値が予め記憶されている。 FIG. 3 is a side view of the excavator 100. FIG. As shown in FIG. 3, the length of the boom 31, that is, the length from the boom pin P1 to the arm pin P2 is L1. Also, the length of the arm 33, that is, the length from the arm pin P2 to the bucket pin P3 is L2. Also, the length of the bucket 35, that is, the length from the bucket pin P3 to the tip of the bucket (toe of the bucket 35) P4 is L3. Numerical values of these lengths L1, L2, and L3 are stored in the dimension/angle information storage unit 61 in advance.

また、図3における点P0は、上部旋回体20(油圧ショベル100)に設定した車体座標系(ローカル座標系)の原点であり、上部旋回体20の旋回中心軸と下部走行体10の底面(接地面)の交点である。寸法・角度情報記憶部61には、車体座標系におけるブームピンP1の座標が予め記憶されている。 A point P0 in FIG. 3 is the origin of the vehicle body coordinate system (local coordinate system) set in the upper swing structure 20 (hydraulic excavator 100), and ground plane). The dimension/angle information storage unit 61 stores in advance the coordinates of the boom pin P1 in the vehicle body coordinate system.

(姿勢演算部62)
姿勢演算部62は、IMU50で検出された姿勢データと、寸法・角度情報記憶部61に格納された寸法データ(L1,L2,L3の長さ)とに基づいて、油圧ショベル100の姿勢(例えば、車体本体の傾きや、油圧ショベル100に予め設定された座標系(車体座標系)における各フロント部材31、33、35の位置や傾きなど)を演算する。
(Posture calculation unit 62)
The attitude calculation unit 62 calculates the attitude of the hydraulic excavator 100 (for example, , the inclination of the vehicle body, and the positions and inclinations of the front members 31, 33, and 35 in a coordinate system preset in the excavator 100 (the vehicle body coordinate system).

ここで、4つのIMU50を利用して演算されるブーム角θ1,アーム角θ2,バケット角θ3,車体傾斜角θ4について図3を用いて説明する。図3において、地面に設定された座標系(例えばグローバル座標系)に対する上部旋回体20の傾斜、つまり、水平面鉛直方向(水平面に垂直な方向)と車体鉛直方向(旋回体20の旋回中心軸方向)のなす角度(ピッチ角)をθ4とし、これを車体傾斜角θ4とする。車体傾斜角θ4はIMU50dの検出データから演算可能である。なお、上部旋回体20の傾斜角としてはピッチ角の他にロール角もあるが、ここでは説明を簡単にするためにロール角はゼロとする。 The boom angle .theta.1, arm angle .theta.2, bucket angle .theta.3, and vehicle body tilt angle .theta.4 calculated using the four IMUs 50 will now be described with reference to FIG. In FIG. 3, the inclination of the upper revolving structure 20 with respect to a coordinate system (for example, a global coordinate system) set on the ground, that is, the vertical direction of the horizontal plane (the direction perpendicular to the horizontal plane) and the vertical direction of the vehicle body (the direction of the turning center axis of the revolving structure 20) ) is defined as the angle (pitch angle) θ4, which is defined as the vehicle body tilt angle θ4. The vehicle body tilt angle θ4 can be calculated from data detected by the IMU 50d. In addition to the pitch angle, the tilt angle of the upper revolving body 20 also includes the roll angle, but here the roll angle is assumed to be zero for the sake of simplicity of explanation.

また、ブームピンP1とアームピンP2を結んだ線分と車体鉛直方向のなす角度をθ1とし、これをブーム角θ1とする。ブーム角θ1は、例えばIMU50d及びIMU50aの検出データから演算可能である。アームピンP2とバケットピンP3を結んだ線分と、ブームピンP1とアームピンP2からなる直線とのなす角度をθ2とし、これをアーム角θ2とする。アーム角θ2は、例えばIMU50d、IMU50a及びIMU50bの検出データから演算可能である。バケットピンP3とバケット先端P4を結んだ線分と、アームピンP2とバケットピンP3からなる直線とのなす角度をθ3とし、これをバケット角θ3とする。バケット角度θ3は、例えばIMU50d、IMU50a、IMU50b及びIMU50cの検出データから演算可能である。 Also, let θ1 be the angle formed by the line segment connecting the boom pin P1 and the arm pin P2 and the vertical direction of the vehicle body, and let this be the boom angle θ1. The boom angle θ1 can be calculated, for example, from data detected by the IMU 50d and the IMU 50a. The angle between the line segment connecting the arm pin P2 and the bucket pin P3 and the straight line formed by the boom pin P1 and the arm pin P2 is defined as θ2, which is defined as the arm angle θ2. The arm angle θ2 can be calculated from detection data of the IMU 50d, IMU 50a and IMU 50b, for example. The angle between the line segment connecting the bucket pin P3 and the bucket tip P4 and the straight line formed by the arm pin P2 and the bucket pin P3 is defined as θ3, and this is defined as the bucket angle θ3. Bucket angle θ3 can be calculated, for example, from detection data of IMU 50d, IMU 50a, IMU 50b, and IMU 50c.

上記により、姿勢演算部62は、車体座標系におけるバケット爪先P4(図3参照)の座標及びバケット35の姿勢を、IMU50の検出データから演算されるブーム角θ1,アーム角θ2及びバケット角θ3と、予め記憶しておいた長さL1,L2,L3とから演算できる。 As described above, the attitude calculation unit 62 calculates the coordinates of the bucket toe P4 (see FIG. 3) and the attitude of the bucket 35 in the vehicle body coordinate system with the boom angle θ1, the arm angle θ2, and the bucket angle θ3 calculated from the detection data of the IMU 50. , and lengths L1, L2, and L3 stored in advance.

(目標面生成部66)
目標面生成部66は、施工対象の目標形状を3次元で規定した設計データから目標面70を生成する。設計データはコントローラ60内の記憶装置内に予め記憶されている。目標面生成部66は、フロント作業装置30を構成する3つのフロント部材31,33,35の中心を通過する面(フロント作業装置30の動作平面)と設計データとの交線を目標面70として演算し、本実施形態では当該目標面70を車体座標系に配置して目標面データとする。
(Target plane generator 66)
The target surface generation unit 66 generates a target surface 70 from design data that three-dimensionally defines the target shape of the object to be constructed. The design data is pre-stored in the storage device within the controller 60 . The target plane generation unit 66 defines a line of intersection between a plane passing through the centers of the three front members 31, 33, and 35 constituting the front work device 30 (operation plane of the front work device 30) and the design data as a target plane 70. In the present embodiment, the target plane 70 is arranged in the vehicle body coordinate system and used as target plane data.

(表示画面生成部65)
表示画面生成部65は、IMU50(姿勢センサ)の姿勢データと、バケット35に設定された基準ライン72の位置を示すデータ(例えば、点P3,P4の位置及び後述のバケット底面角φ)と、フロント作業装置30を利用した作業に関する地形表面(例えば、目標面70や現況地形)の形状を規定する地形データ(例えば、目標面データや現況地形データ)とに基づいて、基準ライン72と目標面70との位置関係情報を演算し、演算した位置関係情報をモニタ69に表示する。
(Display screen generator 65)
The display screen generation unit 65 generates attitude data of the IMU 50 (attitude sensor), data indicating the position of the reference line 72 set on the bucket 35 (for example, the positions of points P3 and P4 and a bucket bottom angle φ described later), Based on topographical data (for example, target surface data and current topographical data) that define the shape of the topographical surface (for example, target surface 70 and current topographical data) related to work using the front work device 30, the reference line 72 and the target surface are determined. 70 is calculated, and the calculated positional relation information is displayed on the monitor 69 .

図4を用いて基準ライン72と位置関係情報について説明する。図4は、実際のバケット35の姿勢(図4(a)参照)と、バケット35に設定された基準ライン72とを利用して、モニタ69の表示画面81にバケット35の画像(バケットアイコン)85を表示するプロセスの説明図である。 The reference line 72 and positional relationship information will be described with reference to FIG. 4 shows an image (bucket icon) of the bucket 35 on the display screen 81 of the monitor 69 using the actual attitude of the bucket 35 (see FIG. 4(a)) and the reference line 72 set on the bucket 35. 85 is an explanatory diagram of the process of displaying 85. FIG.

(基準ライン)
図4(a)は図3からバケット35を抜き出した図であり(但し、バケット35の姿勢は図3と異なる)、バケット35を側面から見たときのバケット35の底面側に仮想的な直線である基準ライン72が設定されている。
(reference line)
FIG. 4(a) is a view of the bucket 35 extracted from FIG. 3 (however, the posture of the bucket 35 is different from that in FIG. 3). A reference line 72 is set.

基準ライン72は、バケット35に設定された座標系(バケット座標系)上に設定され、バケットシリンダ36の伸縮によるバケット35の回動とともに回動する。図4(a)に示した本実施形態のバケット座標系は、バケットピンP3を原点とし、P3からP4に向かう直線をx軸とし、これに直交する直線をz軸とする2次元の座標系である。 The reference line 72 is set on a coordinate system (bucket coordinate system) set for the bucket 35 and rotates as the bucket 35 rotates due to expansion and contraction of the bucket cylinder 36 . The bucket coordinate system of this embodiment shown in FIG. 4(a) is a two-dimensional coordinate system with the bucket pin P3 as the origin, the straight line extending from P3 to P4 as the x-axis, and the straight line orthogonal to this as the z-axis. is.

基準ライン72は、バケットピンP3とバケット先端(バケット爪先)P4とを接続する長さL3の直線P3P4をバケット先端P4を中心にして図4中の左回り(半時計回り)にφ度回転させた直線である。また、基準ライン72は、バケット先端P4を通過し、直線P3P4と角度φを成す直線とも換言できる。角度φの数値はコントローラ60内の記憶装置に記憶されており、本稿ではφをバケット底面角と称することがある。 The reference line 72 is obtained by rotating a straight line P3P4 of length L3 connecting the bucket pin P3 and the bucket tip (bucket toe) P4 counterclockwise (counterclockwise) in FIG. is a straight line. In other words, the reference line 72 is a straight line that passes through the bucket tip P4 and forms an angle φ with the straight line P3P4. The numerical value of the angle φ is stored in a storage device within the controller 60, and φ is sometimes referred to as the bucket bottom angle in this specification.

基準ライン72は、オペレータによるスイッチ67の操作によって設定可能(変更可能)であるが、その手順は後で説明する。 The reference line 72 can be set (changed) by the operator operating the switch 67, and the procedure will be described later.

(位置関係情報)
モニタ69に表示される位置関係情報としては、例えば、フロント作業装置30を利用した作業に関する地形表面(例えば、目標面70や現況地形90)と基準ライン72の位置関係や、地形表面と基準ライン72の角度差(両者の傾斜角の差分)ψがある。図4(b)の例では、目標面70と基準ライン72の位置関係がアイコン85で表示されており、目標面70と基準ライン72の角度差ψが数値で表示されている。
(location information)
The positional relationship information displayed on the monitor 69 includes, for example, the positional relationship between the terrain surface (for example, the target plane 70 and the current terrain 90) and the reference line 72 regarding the work using the front working device 30, the terrain surface and the reference line. There are 72 angle differences (differences between the tilt angles of the two) ψ. In the example of FIG. 4B, the positional relationship between the target plane 70 and the reference line 72 is indicated by an icon 85, and the angle difference ψ between the target plane 70 and the reference line 72 is indicated by a numerical value.

(位置関係情報1(バケットアイコン表示))
図4(b)では目標面70と基準ライン72の位置関係を表示するために、バケット35を模式的に示したバケットアイコン(バケット画像)85が用いられている。バケットアイコン85ではバケット底面がバケット爪先87を通過する直線86によって簡略して表現されている。
(Positional relationship information 1 (bucket icon display))
In FIG. 4B, a bucket icon (bucket image) 85 that schematically shows the bucket 35 is used to display the positional relationship between the target plane 70 and the reference line 72 . In the bucket icon 85, the bottom surface of the bucket is simply represented by a straight line 86 passing through the toe 87 of the bucket.

表示画面生成部65は、モニタ画面81上にバケットアイコン85を表示するに際して、姿勢演算部62で演算される車体座標系におけるバケットピンP3とバケット先端P4の位置を取得し、さらにバケット底面角φを取得する。コントローラ60に予め記憶したバケットアイコン85をモニタ画面81の縮尺に合わせて適宜拡大縮小し、バケットアイコン85の爪先87が点P4に位置するようにバケットアイコン85を表示し、さらに、そのバケットアイコン85の底面86が直線P3P4とバケット底面角φを成すようにバケットアイコン85を点P4を中心にして回転させる。なお、実際のバケット35が回動された際、画面81上のバケットアイコン85もバケットピンP3の座標を中心に回動される。 When displaying the bucket icon 85 on the monitor screen 81, the display screen generation unit 65 acquires the positions of the bucket pin P3 and the bucket tip P4 in the vehicle body coordinate system calculated by the posture calculation unit 62, and further calculates the bucket bottom surface angle φ to get A bucket icon 85 stored in advance in the controller 60 is appropriately enlarged or reduced in accordance with the scale of the monitor screen 81, the bucket icon 85 is displayed so that the toe 87 of the bucket icon 85 is positioned at the point P4, and the bucket icon 85 is displayed. The bucket icon 85 is rotated about the point P4 so that the bottom surface 86 of the line forms an angle φ with the straight line P3P4. Note that when the actual bucket 35 is rotated, the bucket icon 85 on the screen 81 is also rotated around the coordinates of the bucket pin P3.

また、表示画面生成部65は、目標面生成部66で生成された目標面70もモニタ画面81の縮尺に合わせて適宜拡大縮小し、車体座標系において当該目標面70が位置する場所に表示する。 The display screen generator 65 also scales the target plane 70 generated by the target plane generator 66 appropriately according to the scale of the monitor screen 81, and displays the target plane 70 in the vehicle body coordinate system. .

上記により、図4(a)に示した姿勢のバケット35が、図4(b)に示すようにモニタ69の画面81上にバケットアイコン85で表示される。このとき、バケット35に設定された基準ライン72がバケットアイコン85のバケット底面86に一致するようにバケットアイコン85が画面81上に表示される。 As a result, the bucket 35 in the posture shown in FIG. 4(a) is displayed as a bucket icon 85 on the screen 81 of the monitor 69 as shown in FIG. 4(b). At this time, the bucket icon 85 is displayed on the screen 81 so that the reference line 72 set on the bucket 35 matches the bucket bottom surface 86 of the bucket icon 85 .

なお、モニタ画面81の縮尺はバケット35とこれに最も近い目標面70の距離に応じて変更させることで、画面81上に常にバケットアイコン85と目標面70が表示されるようにしても良い。 The scale of the monitor screen 81 may be changed according to the distance between the bucket 35 and the target plane 70 closest thereto, so that the bucket icon 85 and the target plane 70 are always displayed on the screen 81 .

(位置関係情報2(角度差))
表示画面生成部65は、姿勢演算部62で演算される車体座標系におけるバケットピンP3とバケット先端P4の位置と、バケット底面角φとに基づいて、車体座標系における基準ライン72の位置を演算する。次に、表示画面生成部65は、演算した基準ライン72の位置と、目標面生成部66で車体座標系上に生成された目標面70の位置とに基づいて角度差ψを演算し、画面81上の角度差表示部82に表示する。図4(b)の例では角度差ψとして22度が演算されて角度差表示部82に表示されている。
(Positional relationship information 2 (angular difference))
The display screen generation unit 65 calculates the position of the reference line 72 in the vehicle body coordinate system based on the positions of the bucket pin P3 and the bucket tip P4 in the vehicle body coordinate system calculated by the posture calculation unit 62 and the bucket bottom surface angle φ. do. Next, the display screen generator 65 calculates the angle difference ψ based on the calculated position of the reference line 72 and the position of the target plane 70 generated on the vehicle body coordinate system by the target plane generator 66, and It is displayed on the angle difference display section 82 on the 81 . In the example of FIG. 4B, 22 degrees is calculated as the angle difference ψ and displayed on the angle difference display section 82 .

次に形状計測部64と基準ライン設定部63に関する説明をしつつ、基準ライン72の設定手順について触れる。 Next, while describing the shape measuring unit 64 and the reference line setting unit 63, the procedure for setting the reference line 72 will be touched upon.

(形状計測部64)
形状計測部64は、形状計測センサ68によって計測された物体の形状のデータを現況地形データ(地形データ)としてコントローラ60内の記憶装置に記憶する。ただし、形状計測部64は、形状計測センサ68の計測範囲内にフロント作業装置30が含まれるか否かを判定し、フロント作業装置30が含まれると判定した場合には、形状計測センサ68によって計測された物体の形状からフロント作業装置30の形状を除外した形状のデータを現況地形データ(地形データ)としてコントローラ60内の記憶装置に記憶することができる。形状計測センサ68の計測範囲内にフロント作業装置30が含まれるか否かの判定は、例えば、複数のIMU50の姿勢データから演算されるフロント作業装置30の姿勢(後述の例ではバケット35の姿勢)と、形状計測センサ68のレーザ光走査範囲(計測範囲)とに基づいて、レーザ光走査範囲(計測範囲)にフロント作業装置30が位置するか否かを判定することで可能である。
(Shape measurement unit 64)
The shape measurement unit 64 stores data on the shape of the object measured by the shape measurement sensor 68 as current terrain data (topography data) in the storage device within the controller 60 . However, the shape measurement unit 64 determines whether or not the front work device 30 is included in the measurement range of the shape measurement sensor 68. When it is determined that the front work device 30 is included, the shape measurement sensor 68 Shape data obtained by excluding the shape of the front working device 30 from the measured shape of the object can be stored in the storage device in the controller 60 as current terrain data (topography data). The determination of whether or not the front work device 30 is included in the measurement range of the shape measurement sensor 68 is based on, for example, the attitude of the front work device 30 calculated from the attitude data of a plurality of IMUs 50 (the attitude of the bucket 35 in the example described later). ) and the laser beam scanning range (measurement range) of the shape measurement sensor 68, it is possible to determine whether or not the front working device 30 is positioned within the laser beam scanning range (measurement range).

図5及び図6を用いて形状計測部64による処理の詳細について説明する。図5は現況地形付近にフロント作業装置30がある場合を示し、図6は現況地形付近にフロント作業装置30が無い場合を示す。 Details of the processing by the shape measuring unit 64 will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG. FIG. 5 shows the case where the front work device 30 is present near the current topography, and FIG. 6 shows the case where the front work device 30 is not present near the current topography.

図5での現況地形90は、油圧ショベル100が接地する平坦な地面91と、ショベル前方の傾斜のある面(傾斜面)92で形成されている。形状計測センサ68は、例えば図5(a)に示した複数の一点鎖線のうち最も上に位置する線と最も下に位置する線の2つの一点鎖線に挟まれた範囲がレーザ光の走査範囲であり、この範囲内で物体の形状を計測できる。本稿ではこの範囲を計測範囲と称することがある。 A current topography 90 in FIG. 5 is formed by a flat ground 91 on which the hydraulic excavator 100 is grounded and a sloped surface (inclined surface) 92 in front of the excavator. For example, the scanning range of the laser beam is defined by the shape measuring sensor 68, which is the range sandwiched between the uppermost line and the lowermost line among the plurality of single-dot chain lines shown in FIG. 5(a). and the shape of the object can be measured within this range. In this paper, this range is sometimes referred to as the measurement range.

フロント作業装置30が図5(a)の姿勢の場合、形状計測センサ68では、図5(a)中の太実線91a,92a,92c,93の形状を認識する。この場合、形状計測センサ68の前方にはバケット35が位置するため、バケット35の形状の一部93も認識してしまうことになる。なお、形状計測センサ68の前方にはバケット35は位置するもののブーム31及びアーム33は位置しない(ブーム31及びアーム33は形状計測センサ68の前方よりも右側に位置する)。そのため、ブーム31及びアーム33の形状は認識されない。 When the front work device 30 is in the posture shown in FIG. 5(a), the shape measurement sensor 68 recognizes the shapes of thick solid lines 91a, 92a, 92c, and 93 in FIG. 5(a). In this case, since the bucket 35 is positioned in front of the shape measurement sensor 68, a part 93 of the shape of the bucket 35 is also recognized. Although the bucket 35 is positioned in front of the shape measurement sensor 68, the boom 31 and the arm 33 are not positioned (the boom 31 and the arm 33 are positioned on the right side of the front of the shape measurement sensor 68). Therefore, the shapes of the boom 31 and arm 33 are not recognized.

形状計測部64は、姿勢演算部62で演算されるバケット35の姿勢に基づいて、形状計測センサ68の計測範囲内にバケット35が位置するか否かを判定する。計測範囲内にバケット35が位置する判定した場合には、バケット35の計測結果93(図5(b)中の点線部参照)を全体の計測結果から除外する。 The shape measurement unit 64 determines whether the bucket 35 is positioned within the measurement range of the shape measurement sensor 68 based on the attitude of the bucket 35 calculated by the attitude calculation unit 62 . When it is determined that the bucket 35 is positioned within the measurement range, the measurement results 93 of the bucket 35 (see dotted line in FIG. 5B) are excluded from the overall measurement results.

形状計測センサ68によって計測された全体の形状からバケット35の形状93を除外し、その除外後の形状を現況地形データとしてコントローラ60内の記憶装置に記憶しても良い。ただし、形状計測センサ68の計測結果が当該除外によって1欠落した部分の形状については当該計測結果が得られた部分の形状に基づいて補完することが好ましい。そこで図5(c)の例では、形状計測部64は、欠落部分の両端(すなわち、太実線92aの端と太実線92cの端)を結ぶ直線部94によって形状計測センサ68の計測結果の補完を行っている。本実施形態のように基準ライン72の再設定を行う場面は、現況地形90を目標面70の形状に概ね近づけ終わった後の仕上作業の開始直前であることが予測され、バケット35は図5(a)に示すように現況地形90の近くに位置することが多いと推測される。また、仕上作業の直前では現況地形90は平坦な目標面70に近づいているため上記のように直線で補完しても支障が少ない。そのため、バケット35により現況地形90の計測が不可能だった部分を上記のように補完でき、形状計測センサ68の計測範囲外にバケット35を移動させるためだけのフロント作業装置30の操作が不要になり、仕上作業を速やかに開始できる。 The shape 93 of the bucket 35 may be excluded from the overall shape measured by the shape measurement sensor 68, and the shape after the exclusion may be stored in the storage device within the controller 60 as the current terrain data. However, it is preferable to complement the shape of the portion where the measurement result of the shape measurement sensor 68 is missing by one due to the exclusion based on the shape of the portion from which the measurement result was obtained. Therefore, in the example of FIG. 5C, the shape measurement unit 64 complements the measurement result of the shape measurement sensor 68 with a straight line portion 94 connecting both ends of the missing portion (that is, the end of the thick solid line 92a and the end of the thick solid line 92c). It is carried out. The scene where the reference line 72 is reset as in the present embodiment is predicted to be immediately before the start of the finishing work after the current topography 90 has been brought closer to the shape of the target surface 70, and the bucket 35 is shown in FIG. As shown in (a), it is presumed that they are often located near the current topography 90 . In addition, since the current topography 90 is approaching the flat target surface 70 immediately before the finishing work, there is little problem even if it is supplemented with a straight line as described above. Therefore, the portion where the current topography 90 cannot be measured by the bucket 35 can be supplemented as described above, and the operation of the front work device 30 only for moving the bucket 35 out of the measurement range of the shape measurement sensor 68 is unnecessary. so that finishing work can be started immediately.

ところで、図6に示すように、バケット35が形状計測センサ68の計測範囲外にある場合、つまり、姿勢演算部62で演算されたバケット35の位置姿勢情報によりバケット35が形状計測センサ68の計測範囲外にあると判定された場合には、形状計測部64は形状計測センサ68で計測した形状(図6の太実線部)が現況地形90であると認識し、そのまま記憶装置に現況地形データとして記憶する。 By the way, as shown in FIG. 6 , when the bucket 35 is outside the measurement range of the shape measurement sensor 68 , that is, when the position and orientation information of the bucket 35 calculated by the orientation calculation unit 62 , the bucket 35 is measured by the shape measurement sensor 68 . If it is determined to be out of range, the shape measuring unit 64 recognizes that the shape measured by the shape measuring sensor 68 (thick solid line in FIG. 6) is the current terrain 90, and stores the current terrain data in the storage device as it is. remember as

(基準ライン設定部63)
基準ライン設定部63は、スイッチ67が押下されたとき(OFF状態からON状態に切り替わったとき)のバケット35の姿勢でバケット35の爪先位置P4を通過する直線であって、形状計測センサ68によって計測されコントローラ60内に記憶された現況地形90の地形表面と同じ傾斜角を有する直線を基準ライン72として設定する。
(Reference line setting unit 63)
The reference line setting part 63 is a straight line passing through the toe position P4 of the bucket 35 in the attitude of the bucket 35 when the switch 67 is pressed (when switched from the OFF state to the ON state). A straight line having the same slope angle as the terrain surface of the existing terrain 90 measured and stored in the controller 60 is set as the reference line 72 .

ただし、このように現況地形90の地形表面に基づいて基準ライン72を設定するのは、バケット35の爪先P4と現況地形90との距離Dが所定の距離閾値d0以下の場合であって、スイッチ67が押下されたときの基準ライン72と現況地形90との角度差Δαが所定の角度閾値δ0以下の場合に限っても良い。バケット35の爪先P4と現況地形90との距離は、複数のIMU50の姿勢データと、形状計測部64が記憶した現況地形データとに基づいて演算できる。また、スイッチ67が押下されたときの基準ライン72と現況地形90との角度差Δαは、複数のIMU50の姿勢データと、基準ライン72の位置データと、形状計測部64が記憶した現況地形データとに基づいて演算できる。 However, the reference line 72 is set based on the terrain surface of the current terrain 90 in this way only when the distance D between the toe P4 of the bucket 35 and the current terrain 90 is less than or equal to the predetermined distance threshold value d0, and the switch The angle difference Δα between the reference line 72 and the current terrain 90 when 67 is pressed may be limited to a predetermined angle threshold value δ0 or less. The distance between the toe P4 of the bucket 35 and the current landform 90 can be calculated based on the posture data of the plurality of IMUs 50 and the current landform data stored by the shape measurement unit 64 . Further, the angle difference Δα between the reference line 72 and the current topography 90 when the switch 67 is pressed is obtained from the attitude data of the plurality of IMUs 50, the position data of the reference line 72, and the current topography data stored by the shape measuring unit 64. can be calculated based on

基準ライン設定部63の処理の詳細についてフローチャートを用いて説明する。図7は基準ライン設定部63の処理の詳細を示すフローチャートである。基準ライン設定部63は図7のフローチャートを所定の制御周期(例えば10ミリ秒)で実行する。 Details of the processing of the reference line setting unit 63 will be described using a flowchart. FIG. 7 is a flow chart showing the details of the processing of the reference line setting section 63. As shown in FIG. The reference line setting unit 63 executes the flowchart of FIG. 7 at a predetermined control period (for example, 10 milliseconds).

まず、ステップS10では、基準ライン設定部63(コントローラ60)は、形状計測部64が記憶した現況地形90の形状(地形表面の形状)を取り込む。 First, in step S10, the reference line setting unit 63 (controller 60) takes in the shape of the current terrain 90 (shape of the terrain surface) stored by the shape measuring unit 64. FIG.

つづいてステップS20に進み、基準ライン設定部63(コントローラ60)は、スイッチ67から入力されるON・OFF信号に基づいてスイッチ67が押されたか否かを判定する。スイッチ67が押されていないと判定された場合には処理を終了する。一方、ステップS20でスイッチが押されたと判定された場合は、ステップS40に進む。 Subsequently, in step S20, the reference line setting section 63 (controller 60) determines whether or not the switch 67 has been pressed based on the ON/OFF signal input from the switch 67. FIG. If it is determined that the switch 67 has not been pressed, the process is terminated. On the other hand, if it is determined in step S20 that the switch has been pushed, the process proceeds to step S40.

ステップS40では、基準ライン設定部63(コントローラ60)は、姿勢演算部62で計算されたバケット先端(バケット爪先)P4の位置と、ステップS10で取り込んだ現況地形90との距離Dが所定の距離閾値d0以下であるかを判定する。すなわち、スイッチ67が押されたときの距離Dが距離閾値d0以下か否かを判定する。 In step S40, the reference line setting unit 63 (controller 60) sets the distance D between the position of the bucket tip (bucket toe) P4 calculated by the attitude calculation unit 62 and the current terrain 90 captured in step S10 to a predetermined distance. It is determined whether it is equal to or less than the threshold value d0. That is, it is determined whether or not the distance D when the switch 67 is pressed is equal to or less than the distance threshold value d0.

距離Dは、例えば図8に示すように、バケット先端P4から現況地形90に向かって垂線を下ろしたときの当該垂線の長さとして演算できる。バケット先端P4から鉛直下方に直線を延ばし、当該直線と現況地形90の交点を求め、当該交点とバケット先端P4の距離を距離Dとすることもできる。 For example, as shown in FIG. 8, the distance D can be calculated as the length of a vertical line drawn from the bucket tip P4 toward the current landform 90. As shown in FIG. It is also possible to extend a straight line vertically downward from the bucket tip P4, find the intersection of the straight line and the current topography 90, and set the distance D as the distance between the intersection and the bucket tip P4.

距離閾値d0としては、例えば5cmが選択可能であるが、ある一定の範囲内の値であればユーザが距離閾値d0を変更可能にしてもよい。 For example, 5 cm can be selected as the distance threshold d0, but the user may change the distance threshold d0 within a certain range.

ステップS40で、バケット先端P4と現況地形90の距離Dが距離閾値d0を超える(距離閾値d0以下でない)と判定された場合は、処理を終了する。一方、バケット先端P4と現況地形90の距離Dが距離閾値d0以下であると判定された場合は、ステップS50に進む。 If it is determined in step S40 that the distance D between the bucket tip P4 and the current topography 90 exceeds the distance threshold d0 (not equal to or less than the distance threshold d0), the process ends. On the other hand, if it is determined that the distance D between the bucket tip P4 and the current terrain 90 is equal to or less than the distance threshold d0, the process proceeds to step S50.

ステップS50では、基準ライン設定部63(コントローラ60)は、スイッチ67が押されたときに姿勢演算部62で演算されたバケット姿勢における基準ライン72の対地角(水平面に対する傾斜角)α1と、形状計測部64により記憶された現況地形90の水平面に対する傾斜角α2との差(角度差)が所定の角度閾値δ0以下か否かを判定する。現況地形90の傾斜角α2としては、例えば、現況地形においてバケット先端P4から最も近い点における傾斜角を利用できる。角度閾値δ0は、バケット35の形状や大きさに応じて変化し得るが、例えば10度前後の角度が選択可能である。なお、ある一定の範囲内の値であればユーザが角度閾値δ0を変更可能にしてもよい。 In step S50, the reference line setting unit 63 (controller 60) sets the ground angle (inclination angle with respect to the horizontal plane) α1 of the reference line 72 in the bucket attitude calculated by the attitude calculation unit 62 when the switch 67 is pressed, and the shape It is determined whether or not the difference (angle difference) between the inclination angle α2 with respect to the horizontal plane of the current landform 90 stored by the measurement unit 64 and the angle threshold value δ0 is less than or equal to the predetermined angle threshold value δ0. As the inclination angle α2 of the current terrain 90, for example, the inclination angle at the point closest to the bucket tip P4 in the current terrain can be used. The angle threshold δ0 may vary depending on the shape and size of the bucket 35, but an angle of around 10 degrees can be selected, for example. Note that the angle threshold value δ0 may be changed by the user as long as the value is within a certain range.

図9はステップS50での具体的事例を示す図である。基準ライン72はバケット先端P4を通過する直線として設定されている。ステップS50では、基準ライン72が水平面と成す角度、つまり基準ライン72の対地角α1と、形状計測部64で記憶された現況地形90が水平面と成す角度α2とを比較し、両角度α1,α2の差分が角度閾値δ0以下か否かを判定する。 FIG. 9 is a diagram showing a specific example in step S50. The reference line 72 is set as a straight line passing through the bucket tip P4. In step S50, the angle formed by the reference line 72 with the horizontal plane, that is, the angle α1 of the reference line 72 with respect to the ground, is compared with the angle α2 formed with the horizontal plane by the current landform 90 stored in the shape measuring section 64, and both angles α1 and α2 are compared. is equal to or less than the angle threshold value δ0.

ステップS50で角度差が角度閾値δ0を超えると判断された場合には、処理を終了する。一方、ステップS50で角度差が角度閾値δ0以下であると判定された場合は、ステップS60に進む。 If it is determined in step S50 that the angle difference exceeds the angle threshold value δ0, the process ends. On the other hand, if it is determined in step S50 that the angle difference is equal to or less than the angle threshold value δ0, the process proceeds to step S60.

ステップS60では、基準ライン設定部63(コントローラ60)は、スイッチ67が押下されたときのバケット35の姿勢でバケット先端P4を通過する直線であって、現況地形と同じ傾斜角を有する直線を新たな基準ライン72として設定する。 In step S60, the reference line setting unit 63 (controller 60) newly establishes a straight line that passes through the bucket tip P4 in the attitude of the bucket 35 when the switch 67 is pressed and that has the same inclination angle as the current terrain. set as a reference line 72.

図10はステップS60での具体的事例を示す図である。図中の現況地形90aと現況地形90bは、異なる時刻に形状計測部64で計測された傾斜角(勾配)が異なる現況地形を示す(傾斜角の異なる2つの現況地形が同時に計測されたことを示しているのではない)。例えば、ステップS10で現況地形90aが取得された後にステップS60まで処理が進んだ場合には、基準ライン設定部63(コントローラ60)は、現況地形90aと同じ傾斜角の基準ライン72aを設定する。一方、ステップS10で現況地形90bが取得された場合には、基準ライン設定部63(コントローラ60)は、現況地形90bと同じ傾斜角の基準ライン72bを設定する。 FIG. 10 is a diagram showing a specific example in step S60. The current topography 90a and the current topography 90b in the figure show the current topography with different inclination angles (gradients) measured by the shape measuring unit 64 at different times (it means that two current topography with different inclination angles are measured at the same time). not shown). For example, if the process proceeds to step S60 after the current topography 90a is acquired in step S10, the reference line setting unit 63 (controller 60) sets the reference line 72a having the same inclination angle as the current topography 90a . On the other hand, when the current landform 90b is acquired in step S10, the reference line setting unit 63 (controller 60) sets the reference line 72b having the same inclination angle as the current landform 90b .

コントローラ60への基準ライン72の位置の記憶はバケット底面角φによって行うことができる。図10で基準ライン72aが設定された場合のバケット底面角はφaであり、基準ライン72bが設定された場合のバケット底面角はφbである。 Storing the position of the reference line 72 in the controller 60 can be done in terms of the bucket bottom angle φ. The bucket bottom angle is φa when the reference line 72a is set in FIG. 10, and the bucket bottom angle is φb when the reference line 72b is set.

以上の処理により、スイッチ67が押されたタイミングのバケット35の姿勢でバケット先端P4を通過する直線であって、現況地形と同じ傾斜角を有する直線が新たな基準ライン72として設定される。これによりモニタ69には新たな基準ライン72をバケット底面86に一致させたバケットアイコン85が表示される。 Through the above processing, a straight line passing through the bucket tip P4 in the attitude of the bucket 35 at the timing when the switch 67 is pressed and having the same inclination angle as the current terrain is set as the new reference line 72 . As a result, the monitor 69 displays a bucket icon 85 in which the new reference line 72 is aligned with the bottom surface 86 of the bucket.

なお、ステップS20でスイッチ67が押されているにもかかわらず、ステップS40の判定又はステップS50の判定が否定され、基準ライン72の変更がなされなかった場合には、その旨をモニタ69に表示してもよい。また、ステップS50で判定が肯定されて基準ライン72が変更された場合も、その旨をモニタ69に表示しても良い。 If the determination in step S40 or step S50 is negative even though the switch 67 is pressed in step S20, and the reference line 72 is not changed, a message to that effect is displayed on the monitor 69. You may Also, when the determination in step S50 is affirmative and the reference line 72 is changed, the effect may be displayed on the monitor 69. FIG.

(基準ラインを再設定する場面及び効果)
本実施形態において基準ライン72を再設定する場面として想定している典型的な場面は、現況地形90の形状を目標面70の形状に概ね近づけた後のタイミングであって仕上作業の開始前のタイミングである。仕上作業の直前での現況地形90は、目標面70と多少のズレはあるが概ね平坦であり、その傾斜角は一様になっている。オペレータは、仕上作業の開始前に基準ライン72の再設定作業を行うにあたって、自分が基準としているバケット底面が現況地形と略平行になるようにキャブ25内の操作レバー(図示せず)を利用してフロント作業装置30を操作する。このとき、バケット底面と現況地形が実際に平行である必要はなく、あくまでオペレータが自分の感覚でバケット底面が現況地形と平行になっていると考える姿勢をバケット35にとらせれば足りる。なお、このとき、オペレータが自分でバケット底面と思う部分を現況地形に接触させても良い。
(Situation and effect of resetting the reference line)
A typical scene assumed as a scene for resetting the reference line 72 in the present embodiment is a timing after the shape of the current topography 90 is approximated to the shape of the target surface 70 and before the start of the finishing work. It's timing. The current topography 90 immediately before the finishing work is slightly deviated from the target surface 70, but is generally flat and has a uniform inclination angle. When the operator resets the reference line 72 before starting the finishing work, the operator uses an operation lever (not shown) in the cab 25 so that the bottom surface of the bucket, which he uses as a reference, is substantially parallel to the current topography. to operate the front work device 30. At this time, it is not necessary that the bottom surface of the bucket and the current topography are actually parallel, and it is sufficient for the operator to make the bucket 35 take the attitude that the bottom surface of the bucket is parallel to the current topography. At this time, the operator may bring the portion of the bottom of the bucket that the operator himself/herself thinks to be the bottom of the bucket into contact with the current topography.

オペレータがバケット底面と現況地形が平行になったと認識できた状態でスイッチ67を押下すると、コントローラ60は、形状計測センサ68が計測した現況地形90の形状を取得し、バケット爪先と現況地形の距離Dが閾値d0以下かつ基準ライン72と現況地形の角度差が閾値δ0以下の場合には、そのときのバケット35の姿勢でバケット爪先P4を通過する直線であって、現況地形90と同じ傾斜角を有する直線を新たな基準ライン72として設定する。これによりオペレータが意図するバケット底面を底面としたバケットアイコン85がモニタ69の画面81上に表示される。すなわち、オペレータが意図するバケット底面を基準とした位置関係情報(バケット35と目標面70の位置関係や角度差ψ)がモニタ69に表示されることになるので、オペレータが目標面70とバケット35の位置関係を正確に把握できる。 When the operator presses the switch 67 after recognizing that the bottom surface of the bucket and the current topography are parallel, the controller 60 acquires the shape of the current topography 90 measured by the shape measurement sensor 68, and calculates the distance between the toe of the bucket and the current topography. When D is equal to or less than the threshold d0 and the angle difference between the reference line 72 and the current terrain is equal to or less than the threshold δ0, a straight line passing through the bucket toe P4 in the attitude of the bucket 35 at that time and having the same inclination angle as the current terrain 90 , is set as a new reference line 72 . As a result, a bucket icon 85 whose bottom surface is the bucket bottom surface intended by the operator is displayed on the screen 81 of the monitor 69 . That is, since the positional relationship information (the positional relationship and angle difference ψ between the bucket 35 and the target surface 70) with respect to the bottom surface of the bucket intended by the operator is displayed on the monitor 69, the operator can positional relationship can be accurately grasped.

ただし、上記の実施形態では、基準ライン設定部63の処理にステップS40及びステップS50、すなわちバケット爪先と現況地形の距離が近く(閾値d0以下)、かつ、基準ライン72と現況地形の角度差が小さいこと(閾値δ0以下)が、基準ライン72の再設定される条件とした。このような条件を付加すると、基準ライン72が誤って再設定されることを防止でき、また、実際の現況地形と大きく乖離した基準ライン72が設定されることを防止できる。なお、これらの条件は省略することもできる。 However, in the above embodiment, the processing of the reference line setting unit 63 includes steps S40 and S50. The condition for resetting the reference line 72 is that it is small (threshold δ0 or less). By adding such a condition, it is possible to prevent the reference line 72 from being erroneously set again, and to prevent the setting of the reference line 72 that greatly deviates from the actual current terrain. Note that these conditions can be omitted.

また、上記の実施形態では、形状計測センサ68の計測範囲内にバケット35が含まれるか否かを判定し、含まれていると判定された場合には、バケット35によって計測されなかった現況地形の形状を補完することとした。これによりバケット35を形状計測センサ68の計測範囲外に移動するためだけの操作が不要になるため、基準ライン72の再設定作業を速やかに開始でき、当該再設定作業の完了後は仕上作業を速やかに開始することができるようになる。なお、先述のとおり、基準ライン72が再設定される状態では現況地形90は平坦であることが多いため、補完により現況地形90を特定しても実際の現況地形との乖離は少なく基準ライン72の設定精度への影響は少ない。 In the above embodiment, it is determined whether or not the bucket 35 is included in the measurement range of the shape measurement sensor 68. If it is determined that the bucket 35 is included, It was decided to complement the shape of Since this eliminates the need for an operation only to move the bucket 35 out of the measurement range of the shape measurement sensor 68, the work of resetting the reference line 72 can be started quickly, and the finishing work can be started after the reset work is completed. You will be able to start quickly. As described above, when the reference line 72 is reset, the current terrain 90 is often flat. has little effect on the setting accuracy of

なお、本実施形態が利用可能な場面は上記で触れた仕上作業の開始直前に限られない。例えば、現況地形の上に鉄板等の板部材を置いておき、その板部材を基準にして基準ライン72の再設定を行ってもよい。このようにすると、現況地形を平らにする必要がないので、オペレータの技量が高くない場合や仕上作業の開始直前以外の場合にも基準ライン72を再設定することができるようになる。 It should be noted that the scene in which this embodiment can be used is not limited to just before the start of the finishing work mentioned above. For example, a plate member such as an iron plate may be placed on top of the current landform, and the reference line 72 may be reset with reference to the plate member. In this way, since it is not necessary to flatten the current topography, the reference line 72 can be reset even when the operator's skill is not high or when the finishing work is not just started.

上記では形状計測センサ68を油圧ショベル100に搭載して現況地形データを取得したが、現況地形データは油圧ショベル100の外部から取得しても良い。具体的には、現況地形を記憶しているサーバや、形状計測センサ68を搭載したトータルステーションやドローンから通信により現況地形データを取得しても良い。その他の取得方法としては、複数のIMU50の検出データに基づいてバケット35の爪先P4の移動軌跡を演算し、演算した移動軌跡を現況地形データとしてコントローラ60内の記憶装置に記憶するものがある。この方法によれば油圧ショベル以外に特別なハードウェアを用意する必要が無く、油圧ショベル100単独で現況地形データを取得できる。 In the above description, the shape measurement sensor 68 is mounted on the excavator 100 to acquire the current terrain data, but the current terrain data may be acquired from outside the excavator 100 . Specifically, the current topography data may be obtained by communication from a server storing the current topography, a total station equipped with the shape measurement sensor 68, or a drone. Another acquisition method is to calculate the movement trajectory of the toe P4 of the bucket 35 based on the detection data of the plurality of IMUs 50 and store the calculated movement trajectory in the storage device in the controller 60 as the current terrain data. According to this method, there is no need to prepare special hardware other than the hydraulic excavator, and the current terrain data can be acquired by the hydraulic excavator 100 alone.

現況地形データの取得が難しい場合には、目標面70の傾斜角を基準にして基準ライン72の再設定を行うこともできる。次にこの方法について説明する。 If it is difficult to acquire the current terrain data, the reference line 72 can be reset based on the inclination angle of the target surface 70. FIG. Next, this method will be explained.

<第2実施形態>
本発明の第2の実施の形態について図11を用いて説明する。図11は油圧ショベル100のコントロールシステムのうち、第2実施形態に係る表示システムの構成を抜き出して模式的に示した機能ブロック図である。本実施形態では主に第1実施形態との相違点について説明するものとし、本実施形態で用いる図面において第1実施形態と同じ部材には同じ符号を付して説明を省略する。なお、図11に示した部分を以外は第1実施形態と同じである。
<Second embodiment>
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a functional block diagram schematically showing the configuration of the display system according to the second embodiment extracted from the control system of the hydraulic excavator 100. As shown in FIG. In this embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described, and in the drawings used in this embodiment, the same members as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. The configuration is the same as the first embodiment except for the portion shown in FIG.

本実施形態では、第1実施形態の構成から形状計測センサ68とコントローラ60内の形状計測部64を省略しており、基準ライン72の再設定に現況地形90ではなく目標面生成部66で生成される目標面70を利用している点に特徴がある。 In this embodiment, the shape measurement sensor 68 and the shape measurement unit 64 in the controller 60 are omitted from the configuration of the first embodiment, and the reference line 72 is reset by the target surface generation unit 66 instead of the current terrain 90. It is characterized in that it utilizes the target surface 70 to be measured.

第2実施形態における基準ライン設定部63の処理の詳細についてフローチャートを用いて説明する。図12は第2実施形態における基準ライン設定部63の処理の詳細を示すフローチャートである。基準ライン設定部63は図12のフローチャートを所定の制御周期(例えば10ミリ秒)で実行する。 Details of the processing of the reference line setting unit 63 in the second embodiment will be described using a flowchart. FIG. 12 is a flow chart showing details of processing of the reference line setting unit 63 in the second embodiment. The reference line setting unit 63 executes the flowchart of FIG. 12 at a predetermined control period (for example, 10 milliseconds).

まず、ステップS11では、基準ライン設定部63(コントローラ60)は、目標面生成部66が記憶した目標面70の形状(地形表面の形状)を取り込む。 First, in step S11, the reference line setting unit 63 (controller 60) acquires the shape of the target surface 70 (the shape of the terrain surface) stored by the target surface generating unit 66. FIG.

つづいてステップS20に進み、基準ライン設定部63(コントローラ60)は、スイッチ67から入力されるON・OFF信号に基づいてスイッチ67が押されたか否かを判定する。スイッチ67が押されていないと判定された場合には処理を終了する。一方、ステップS20でスイッチが押されたと判定された場合は、ステップS41に進む。 Subsequently, in step S20, the reference line setting section 63 (controller 60) determines whether or not the switch 67 has been pressed based on the ON/OFF signal input from the switch 67. FIG. If it is determined that the switch 67 has not been pressed, the process is terminated. On the other hand, if it is determined in step S20 that the switch has been pressed, the process proceeds to step S41.

ステップS41では、基準ライン設定部63(コントローラ60)は、姿勢演算部62で計算されたバケット先端(バケット爪先)P4の位置と、ステップS11で取り込んだ目標面70との距離Dtが所定の距離閾値dt0以下であるかを判定する。すなわち、スイッチ67が押されたときの距離Dが距離閾値dt0以下か否かを判定する。なお、距離Dtは、第1実施形態の距離Dと同様に演算できる。距離閾値dt0も第1実施形態のd0と同様に設定できる。 In step S41, the reference line setting unit 63 (controller 60) sets the distance Dt between the position of the bucket tip (bucket toe) P4 calculated by the posture calculation unit 62 and the target plane 70 acquired in step S11 to a predetermined distance. It is determined whether it is equal to or less than the threshold value dt0. That is, it is determined whether or not the distance D when the switch 67 is pressed is equal to or less than the distance threshold dt0. Note that the distance Dt can be calculated in the same manner as the distance D in the first embodiment. The distance threshold dt0 can also be set similarly to d0 in the first embodiment.

ステップS41で、バケット先端P4と目標面70の距離Dtが距離閾値dt0を超える(距離閾値dt0以下でない)と判定された場合は、処理を終了する。一方、バケット先端P4と目標面70の距離Dtが距離閾値dt0以下であると判定された場合は、ステップS51に進む。
If it is determined in step S41 that the distance Dt between the bucket tip P4 and the target surface 70 exceeds the distance threshold dt0 (not equal to or less than the distance threshold dt0), the process ends. On the other hand, if it is determined that the distance Dt between the bucket tip P4 and the target surface 70 is equal to or less than the distance threshold dt0, the process proceeds to step S51.

ステップS51では、基準ライン設定部63(コントローラ60)は、スイッチ67が押されたときに姿勢演算部62で演算されたバケット姿勢における基準ライン72の対地角(水平面に対する傾斜角)α1と、目標面生成部66により生成された目標面70の水平面に対する傾斜角α3との差(角度差)が所定の角度閾値δt0以下か否かを判定する。目標面70の傾斜角α3としては、例えば、目標面においてバケット先端P4から最も近い点における傾斜角を利用できる。角度閾値δt0は、第1実施形態のδ0と同様に設定できる。 In step S51, the reference line setting unit 63 (controller 60) sets the ground angle (inclination angle with respect to the horizontal plane) α1 of the reference line 72 in the bucket attitude calculated by the attitude calculation unit 62 when the switch 67 is pressed, and the target It is determined whether or not the difference (angle difference) between the target surface 70 generated by the surface generation unit 66 and the inclination angle α3 with respect to the horizontal plane is equal to or less than a predetermined angle threshold value δt0. As the tilt angle α3 of the target plane 70, for example, the tilt angle at the point closest to the bucket tip P4 on the target plane can be used. The angle threshold δt0 can be set similarly to δ0 in the first embodiment.

ステップS51で角度差が角度閾値δt0を超えると判断された場合には、処理を終了する。一方、ステップS51で角度差が角度閾値δt0以下であると判定された場合は、ステップS61に進む。 If it is determined in step S51 that the angle difference exceeds the angle threshold value δt0, the process ends. On the other hand, if it is determined in step S51 that the angle difference is equal to or less than the angle threshold δt0, the process proceeds to step S61.

ステップS61では、基準ライン設定部63(コントローラ60)は、スイッチ67が押下されたときのバケット35の姿勢でバケット先端P4を通過する直線であって、目標面70と同じ傾斜角を有する直線を新たな基準ライン72として設定する。 In step S61, the reference line setting unit 63 (controller 60) selects a straight line that passes through the bucket tip P4 in the attitude of the bucket 35 when the switch 67 is pressed and that has the same inclination angle as the target plane 70. A new reference line 72 is set.

以上の処理により、スイッチ67が押されたタイミングのバケット35の姿勢でバケット先端P4を通過する直線であって、目標面70と同じ傾斜角を有する直線が新たな基準ライン72として設定される。これによりモニタ69には新たな基準ライン72をバケット底面86に一致させたバケットアイコン85が表示される。 Through the above processing, a straight line passing through the bucket tip P4 in the attitude of the bucket 35 at the timing when the switch 67 is pressed and having the same inclination angle as the target plane 70 is set as a new reference line 72 . As a result, the monitor 69 displays a bucket icon 85 in which the new reference line 72 is aligned with the bottom surface 86 of the bucket.

本実施形態において基準ライン72を再設定する場面として想定しているのは、第1実施形態と同様に仕上作業の開始前のタイミングである。仕上作業の直前での現況地形90は、多少のズレはあるが概ね目標面70と一致している。そこで本実施形態では、オペレータの操作は第1実施形態と同様に自分が基準としているバケット底面を現況地形90と略平行にする操作とするが、コントローラ60での処理は現況地形90の代わりに目標面70を利用し、スイッチ67を押したときのバケット35の姿勢でバケット爪先P4を通過する直線であって、目標面70と同じ傾斜角を有する直線を新たな基準ライン72として設定する。これにより形状計測センサ68を利用しなくても、オペレータが意図するバケット底面を基準とした位置関係情報(バケット35と目標面70の位置関係や角度差ψ)がモニタ69に表示され、それによりオペレータが目標面70とバケット35の位置関係を正確に把握できるので、第1実施形態よりもコストを抑えることができる。 In the present embodiment, it is assumed that the reference line 72 is reset at the timing before starting the finishing work, as in the first embodiment. The current topography 90 immediately before the finishing work roughly matches the target surface 70 although there is some deviation. Therefore, in the present embodiment, the operator's operation is to make the bottom surface of the bucket, which is his reference, substantially parallel to the current topography 90, as in the first embodiment, but the controller 60 performs the processing instead of the current topography 90. Using the target plane 70, a straight line passing through the bucket toe P4 in the attitude of the bucket 35 when the switch 67 is pressed and having the same inclination angle as the target plane 70 is set as a new reference line 72. As a result, even without using the shape measurement sensor 68, the positional relationship information (the positional relationship and the angle difference ψ between the bucket 35 and the target surface 70) with respect to the bottom surface of the bucket intended by the operator is displayed on the monitor 69. Since the operator can accurately grasp the positional relationship between the target surface 70 and the bucket 35, the cost can be kept lower than in the first embodiment.

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications within a scope that does not depart from the spirit of the present invention. For example, the present invention is not limited to those having all the configurations described in the above embodiments, and includes those having some of the configurations omitted. Also, part of the configuration according to one embodiment can be added to or replaced with the configuration according to another embodiment.

上記では、説明を簡単にするために車体座標系上に目標面70や現況地形90を設定する場合を例示して説明したが、作業現場に座標を設定した現場座標系や、地球に座標を設定したグローバル座標系(地理座標系)などの任意の座標系に目標面70や現況地形90を設定しても良い。但し、この場合には、油圧ショベル100(上部旋回体20)のグローバル座標を取得する必要があるため、GNSSアンテナと受信機を油圧ショベル100に搭載する必要がある。 In the above description, the case where the target surface 70 and the current topography 90 are set on the vehicle body coordinate system has been exemplified for the sake of simplicity of explanation. The target surface 70 and the current terrain 90 may be set in any coordinate system such as the set global coordinate system (geographical coordinate system). However, in this case, it is necessary to acquire the global coordinates of the hydraulic excavator 100 (upper revolving body 20 ), so it is necessary to mount the GNSS antenna and the receiver on the hydraulic excavator 100 .

上記では、図4に示したようにモニタ画面81に目標面70を表示したが、現況地形90を表示しても良い。 In the above description, the target surface 70 is displayed on the monitor screen 81 as shown in FIG. 4, but the current terrain 90 may be displayed.

また、上記のコントローラ60に係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は、それらの一部又は全部をハードウェア(例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等)で実現しても良い。また、上記のコントローラ60に係る構成は、演算処理装置(例えばCPU)によって読み出し・実行されることで当該コントローラ60の構成に係る各機能が実現されるプログラム(ソフトウェア)としてもよい。当該プログラムに係る情報は、例えば、半導体メモリ(フラッシュメモリ、SSD等)、磁気記憶装置(ハードディスクドライブ等)及び記録媒体(磁気ディスク、光ディスク等)等に記憶することができる。 Further, each configuration related to the controller 60, the function and execution processing of each configuration, etc. are realized partially or entirely by hardware (for example, logic for executing each function is designed by an integrated circuit). can be Further, the configuration related to the controller 60 may be a program (software) that realizes each function related to the configuration of the controller 60 by being read and executed by an arithmetic processing device (for example, a CPU). Information related to the program can be stored, for example, in a semiconductor memory (flash memory, SSD, etc.), a magnetic storage device (hard disk drive, etc.), a recording medium (magnetic disk, optical disk, etc.), or the like.

また、上記の各実施の形態の説明では、制御線や情報線は、当該実施の形態の説明に必要であると解されるものを示したが、必ずしも製品に係る全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。 In addition, in the description of each of the above embodiments, the control lines and information lines are understood to be necessary for the description of the embodiments. does not necessarily indicate In reality, it can be considered that almost all configurations are interconnected.

10…下部走行体,20…上部旋回体,21…旋回フレーム,25…キャブ(運転室),30…フロント作業装置(作業装置),31…ブーム,32…ブームシリンダ,33…アーム,34…アームシリンダ,35…バケット,36…バケットシリンダ,41…油圧回路システム,60…コントローラ,61…寸法・角度情報記憶部,62…姿勢演算部,63…基準ライン設定部,64…形状計測部,65…表示画面生成部,66…目標面生成部,67…スイッチ,68…形状計測センサ,69…モニタ,70…目標面,72…基準ライン,81…モニタ画面,82…角度差表示部,85…バケット画像(バケットアイコン),86…アイコンにおけるバケット底面,87…アイコンにおけるバケット爪先,90…現況地形,100…油圧ショベル DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Lower traveling body 20... Upper revolving body 21... Revolving frame 25... Cab (cab) 30... Front working device (working device) 31... Boom 32... Boom cylinder 33... Arm 34... Arm cylinder 35 Bucket 36 Bucket cylinder 41 Hydraulic circuit system 60 Controller 61 Dimension/angle information storage unit 62 Attitude calculation unit 63 Reference line setting unit 64 Shape measurement unit 65 Display screen generator 66 Target surface generator 67 Switch 68 Shape measurement sensor 69 Monitor 70 Target surface 72 Reference line 81 Monitor screen 82 Angle difference display unit 85... Bucket image (bucket icon), 86... Bucket bottom in icon, 87... Bucket toe in icon, 90... Current topography, 100... Hydraulic excavator

Claims (8)

バケットを含む複数のフロント部材を連結した作業装置と、
前記複数のフロント部材の姿勢を検出する複数の姿勢センサと、
前記作業装置を利用した作業に関する地形表面の形状を規定する地形データが記憶された記憶装置と、
前記バケットを側面から見たときの前記バケットの底面として表示される線である基準ラインと前記地形表面の2次元形状とが表示されるモニタと、
前記複数の姿勢センサにより検出された前記複数のフロント部材の姿勢データと、前記姿勢データから演算される前記バケットの回動中心と爪先の位置データと、前記地形データとに基づいて、前記モニタ上における前記基準ラインと前記地形表面との位置関係を演算し、演算した前記位置関係前記モニタに表示させるコントローラとを備えた作業機械において、
前記基準ラインは、前記モニタ上において、前記バケットを側面から見たときの前記バケットの爪先位置に一端が位置する直線であり、さらに、前記バケットの回動中心と前記バケットの爪先とを接続する第1直線と角度φを成す直線として前記コントローラに記憶されており、
前記角度φを設定する際に操作されるスイッチを備え、
前記コントローラは、
前記スイッチが操作されたときに、前記姿勢データと前記地形データとに基づいて前記バケットの爪先と前記地形表面との距離を演算し、
前記モニタ上で、前記地形データにおいて前記距離の演算に利用した部分と同じ傾斜角を有する第2直線が前記第1直線と成す角度を、前記角度φに代わる新たな角度φとして記憶し
前記モニタ上において、前記バケットを側面から見たときの前記バケットの爪先位置に一端が位置し、前記第1直線と前記新たな角度φを成す直線を、前記基準ラインに代わる新たな基準ラインとして前記モニタに表示させる
ことを特徴とする作業機械。
a working device connecting a plurality of front members including buckets;
a plurality of attitude sensors for detecting the attitudes of the plurality of front members;
a storage device storing topographical data defining a shape of a topographical surface related to work using the working device;
a monitor displaying a reference line, which is a line displayed as the bottom surface of the bucket when the bucket is viewed from the side , and a two-dimensional shape of the terrain surface;
Based on the posture data of the plurality of front members detected by the plurality of posture sensors, the position data of the rotation center and toe of the bucket calculated from the posture data , and the terrain data , A working machine comprising a controller that calculates the positional relationship between the reference line and the terrain surface in and displays the calculated positional relationship on the monitor,
The reference line is a straight line whose one end is located at the toe position of the bucket when the bucket is viewed from the side on the monitor, and which connects the center of rotation of the bucket and the toe of the bucket. is stored in the controller as a straight line forming an angle φ with the first straight line,
A switch operated when setting the angle φ is provided,
The controller is
calculating the distance between the toe of the bucket and the terrain surface based on the attitude data and the terrain data when the switch is operated;
storing, on the monitor, an angle between the first straight line and the second straight line having the same inclination angle as that of the portion of the terrain data used to calculate the distance , as a new angle φ in place of the angle φ;
On the monitor, a straight line having one end positioned at the toe position of the bucket when the bucket is viewed from the side and forming the new angle φ with the first straight line is used as a new reference line to replace the reference line. A working machine characterized by being displayed on the monitor.
請求項1の作業機械において、
前記地形データによって規定される前記地形表面の形状は、現況地形の形状であり、
前記作業機械の周囲の物体の形状を計測可能な形状計測センサをさらに備え、
前記コントローラは、前記形状計測センサによって計測された前記物体の形状のデータを前記地形データとして前記記憶装置に記憶する
ことを特徴とする作業機械。
The work machine of claim 1,
the shape of the terrain surface defined by the terrain data is the shape of the existing terrain;
further comprising a shape measurement sensor capable of measuring the shape of an object around the working machine;
A working machine, wherein the controller stores shape data of the object measured by the shape measuring sensor as the terrain data in the storage device.
請求項2の作業機械において、
前記コントローラは、
前記形状計測センサの計測範囲内に前記作業装置が含まれるか否かを判定し、
前記計測範囲内に前記作業装置が含まれると判定された場合には、前記形状計測センサによって計測された前記物体の形状から前記作業装置の形状を除外した形状のデータを前記地形データとして前記記憶装置に記憶する
ことを特徴とする作業機械。
The work machine of claim 2,
The controller is
determining whether or not the working device is included within the measurement range of the shape measuring sensor;
When it is determined that the working device is included in the measurement range, the shape data obtained by excluding the shape of the working device from the shape of the object measured by the shape measuring sensor is stored as the terrain data. A working machine characterized by memorizing in a device.
請求項3の作業機械において、
前記コントローラは、前記姿勢データから演算される前記作業装置の姿勢と前記計測範囲とに基づいて、前記計測範囲内に前記作業装置が含まれるか否かを判定する
ことを特徴とする作業機械。
The work machine of claim 3,
A working machine, wherein the controller determines whether or not the working device is included in the measuring range based on the attitude of the working device calculated from the attitude data and the measuring range.
請求項4の作業機械において、
前記コントローラは、前記計測範囲内に前記作業装置が含まれると判定された場合には、前記作業装置の形状の除外によって前記形状計測センサの計測結果が欠落した部分の形状のデータを前記形状計測センサの計測結果が得られた部分の形状に基づいて補完する
ことを特徴とする作業機械。
The work machine of claim 4,
When it is determined that the work device is included in the measurement range, the controller measures the shape data of the portion where the measurement result of the shape measurement sensor is missing due to the exclusion of the shape of the work device. A working machine characterized in that complementation is performed based on the shape of the portion from which the measurement result of the sensor is obtained.
請求項1の作業機械において、
前記地形データによって規定される前記地形表面の形状は現況地形の形状であり、
前記コントローラは、前記姿勢データに基づいて前記バケットの爪先の移動軌跡を演算し、演算した前記移動軌跡を前記地形データとして前記記憶装置に記憶する
ことを特徴とする作業機械。
The work machine of claim 1,
the shape of the terrain surface defined by the terrain data is the shape of the existing terrain;
The working machine, wherein the controller calculates a movement trajectory of the toe of the bucket based on the attitude data, and stores the calculated movement trajectory in the storage device as the landform data.
請求項1の作業機械において、
前記地形データによって規定される前記地形表面の形状は、施工対象の目標形状を示す目標面の形状である
ことを特徴とする作業機械。
The work machine of claim 1,
A working machine, wherein the shape of the terrain surface defined by the terrain data is a shape of a target surface indicating a target shape of a construction target.
請求項1の作業機械において、
前記コントローラは、さらに、
前記姿勢データと、前記基準ラインの位置データと、前記地形データとに基づいて、前記スイッチが操作されたとき前記基準ラインと前記地形表面との角度差を演算し、
前記距離が所定の距離閾値以下の場合であって、前記角度差が所定の角度閾値以下の場合に、前記角度φに代えて前記新たな角度φを記憶し、
記憶した前記新たな角度φに基づいて前記新たな基準ラインを前記モニタに表示させる
ことを特徴とする作業機械。
The work machine of claim 1,
The controller further
calculating an angular difference between the reference line and the terrain surface when the switch is operated based on the attitude data, the position data of the reference line, and the terrain data;
storing the new angle φ instead of the angle φ when the distance is less than or equal to a predetermined distance threshold and the angle difference is less than or equal to the predetermined angle threshold;
causing the monitor to display the new reference line based on the stored new angle φ;
A working machine characterized by:
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