CN105358771A - 挖掘机械的显示系统、挖掘机械和挖掘机械的显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种挖掘机械的显示系统，其用于能够使包含作业机械的上部回转体以规定的回转中心轴为中心进行回转的挖掘机械，其中包括：车辆状态检测部，其检测与上述挖掘机械的当前位置和姿势相关的信息；存储部，其至少存储表示作业对象的目标形状的目标面的位置信息；以及处理部，其基于包含通过与上述挖掘机械的当前位置和姿势相关的信息而求出的上述铲斗的齿尖的方向的信息、包含与上述目标面正交的方向的信息和包含上述回转中心轴的方向的信息，求取为了使上述铲斗的齿尖与上述目标面正对所需要的、表示包含上述作业机械的上述上部回转体的回转量的目标回转信息，并将与所得到的目标回转信息对应的图像显示在显示装置中。

Description

挖掘机械的显示系统、挖掘机械和挖掘机械的显示方法

技术领域

本发明涉及挖掘机械的显示系统、挖掘机械和挖掘机械的显示方法。

背景技术

一般而言，液压挖掘机通过由操作员对设置于驾驶席附近的操纵杆进行操作，使包含铲斗的作业机械或上部回转体动作。此时，在挖掘规定坡度的斜面或规定深度的槽等的情况下，仅通过操作员目视作业机械的动作，难以判断是否按照设定目标形状精确地挖掘。此外，操作员能够按照设定目标形状高效且精确地挖掘这种规定坡度的斜面需要熟练的经验。因此，例如存在下述技术：在设置于驾驶席附近的显示装置中显示位于作业机械前端的铲斗的位置信息，来辅助操作员对操纵杆的操作。例如在专利文献1中，记载有作为表示与目标面正对的方向和应使液压挖掘机回转的方向的图标而显示正对罗盘的技术。

专利文献1：日本特开2012-172431号公报

发明内容

在专利文献1中没有明确地记载如何使正对罗盘转动等，考虑到铲斗的种类、或者目标面与液压挖掘机的位置关系等，需要对操作员提示用于使铲斗与目标面正对的更适当的信息。

本发明的目的在于对操作员提示用于使铲斗与目标面正对的适当的信息。

本发明涉及的挖掘机械的显示系统，其用于挖掘机械，该挖掘机械能够使包含具有铲斗的作业机械的上部回转体以规定的回转中心轴为中心进行回转，上述挖掘机械的显示系统包括：车辆状态检测部，其检测与上述挖掘机械的当前位置和姿势相关的信息；存储部，其至少存储表示作业对象的目标形状的目标面的位置信息；以及处理部，其基于包含通过与上述挖掘机械的当前位置和姿势相关的信息而求出的上述铲斗的齿尖的方向的信息、包含与上述目标面正交的方向的信息和包含上述回转中心轴的方向的信息，求取为了使上述铲斗的齿尖与上述目标面正对所需要的、表示包含上述作业机械的上述上部回转体的回转量的目标回转信息，并将与所得到的目标回转信息对应的图像显示在显示装置中。

优选的是，上述处理部，在上述目标回转信息不确定的情况或者无法求出上述目标回转信息的情况下，使显示在上述显示装置中的与上述目标回转信息对应的图像的显示形式与上述目标回转信息确定的情况或者能够求出上述目标回转信息的情况不同。

优选的是，上述处理部，在上述铲斗的上述齿尖与上述目标面正对之前和正对之后，使显示在上述显示装置的画面中的上述图像的形式不同。

优选的是，上述铲斗通过以第1轴为中心转动，并且以与上述第1轴正交的第2轴为中心转动，使得齿尖相对于与上述第1轴及上述第2轴正交的第3轴倾斜，进而，具有检测上述铲斗的倾斜角度的铲斗倾斜检测部，上述处理部基于上述铲斗的倾斜角检测部检测出的上述铲斗的倾斜角度、与上述挖掘机械的当前位置和姿势相关的信息，求取上述铲斗的齿尖的方向。

本发明涉及的挖掘机械的显示系统，其用于挖掘机械，该挖掘机械能够使包含具有铲斗的作业机械的上部回转体以规定的回转中心轴为中心进行回转，上述挖掘机械的显示系统包括：车辆状态检测部，其检测与上述挖掘机械的当前位置和姿势相关的信息；存储部，其至少存储表示作业对象的目标形状的目标面的位置信息；以及处理部，其基于包含通过与上述挖掘机械的当前位置和姿势相关的信息而求出的上述铲斗的齿尖的方向的信息、包含与上述目标面正交的方向的信息和包含上述回转中心轴的方向的信息，求取直到上述铲斗的齿尖与上述目标面平行为止所需要的、包含上述作业机械的上述上部回转体的回转量来作为目标回转信息，并将与所得到的目标回转信息对应的图像、以及与上述挖掘机械对应的图像和与上述目标面对应的图像一起显示在显示装置中，上述处理部，在上述铲斗的上述齿尖与上述目标面正对之前和正对之后，使显示在上述显示装置的画面中的与上述目标回转信息对应的图像的形式不同。

本发明涉及的挖掘机械包括：上部回转体，其安装有具有铲斗的作业机械，以规定的回转中心轴为中心进行回转；以及行驶装置，其设置于上述上部回转体的下方。

本发明涉及的挖掘机械的显示方法，其用于挖掘机械，该挖掘机械能够使包含具有铲斗的作业机械的上部回转体以规定的回转中心轴为中心进行回转，其中，基于包含通过与上述挖掘机械的当前位置和姿势相关的信息而求出的上述铲斗的齿尖的方向的信息、包含与上述目标面正交的方向的信息和包含回转中心轴的方向的信息，求取为了使上述铲斗的齿尖与上述目标面正对所需要的、表示包含上述作业机械的上述上部回转体的回转量的目标回转信息，将与所得到的目标回转信息对应的图像显示在显示装置中。

优选的是，在上述目标回转信息不确定的情况或者无法求出上述目标回转信息的情况下，使显示在上述显示装置中的与上述目标回转信息对应的图像的显示形式与上述目标回转信息确定的情况或者能够求出上述目标回转信息的情况不同。

本发明能够对操作员提示用于使铲斗与目标面正对的适当的信息。

附图说明

图1是本实施方式涉及的液压挖掘机的立体图。

图2是本实施方式涉及的液压挖掘机具备的铲斗的正视图。

图3是本实施方式涉及的液压挖掘机具备的另一示例涉及的铲斗的立体图。

图4是液压挖掘机的侧视图。

图5是液压挖掘机的后视图。

图6是表示液压挖掘机具备的控制系统的框图。

图7是表示基于设计地形数据示出的设计地形的图。

图8是表示引导画面的一个示例的图。

图9是表示引导画面的一个示例的图。

图10是用于说明铲斗与目标面正对的图。

图11是用于说明铲斗与目标面正对的图。

图12是用于说明齿尖矢量的图。

图13是表示目标面的法线矢量的图。

图14是表示正对罗盘与目标回转角的关系的图。

图15是表示姿势信息显示控制的一个示例的流程图。

图16是用于说明求取齿尖矢量的方法的一个示例的图。

图17是用于说明求取齿尖矢量的方法的一个示例的图。

图18是用于说明求取齿尖矢量的方法的一个示例的图。

图19是用于说明求取齿尖矢量的方法的一个示例的图。

图20是用于说明求取齿尖矢量的方法的一个示例的图。

图21是用于说明求取目标回转角度的方法的俯视图。

图22是用于说明车辆主体坐标的单位矢量的图。

图23是用于说明齿尖矢量和目标齿尖矢量的图。

图24是用于说明齿尖矢量和目标齿尖矢量的图。

图25是用于说明目标回转角度的图。

图26是用于说明选择用于正对罗盘的显示的第1目标回转角度或第2目标回转角度的方法的俯视图。

图27是表示液压挖掘机与目标面的关系的图。

图28是表示液压挖掘机与目标面的关系的图。

图29是表示液压挖掘机与目标面的关系的图。

图30是表示正对罗盘的图。

图31是表示目标面、单位矢量和法线矢量的关系的图。

图32是表示在无法求出目标回转角度的情况(无解状态)下的一个示例的概念图。

图33是表示在无法求出目标回转信息的情况下的正对罗盘的显示示例的图。

图34a是表示在无法求出目标回转角度的情况或者目标回转角度不确定的情况(不定解状态)下的一个示例的概念图。

图34b是表示在无法求出目标回转角度的情况或者目标回转角度不确定的情况(不定解状态)下的一个示例的概念图。

符号说明

1车辆主体

2作业机械

3上部回转体

4驾驶室

5行驶装置

6动臂

7斗杆

8铲斗

8连接部件

9、9a、9b铲斗

9B、9Ba刃

9T、9Ta、9TC齿尖

9T1第1齿尖

9T2第2齿尖

9TG、9TGa齿尖列

10动臂缸

11斗杆缸

12铲斗缸

13倾斜缸

14动臂销

15斗杆销

16铲斗销

17倾斜销

19位置检测部

21、22天线

25操作装置

26作业机械用电子控制装置

27车辆控制装置

35作业机械侧存储部

36运算部

37比例控制阀

37W作业用控制阀

37D行驶用控制阀

38显示输入装置

39显示控制装置

41输入部

42显示部

43存储部

44处理部

70设计面

70T1一端部

70T2另一端部

73正对罗盘

73I指针

100液压挖掘机

101显示系统

B齿尖矢量

B’目标齿尖矢量

ez单位矢量

LBT齿尖列线

N法线矢量

α第1目标回转角度

β第2目标回转角度

γ1第1方向角

γ2第2方向角

具体实施方式

参照附图，对用于实施本发明的方式(实施方式)进行详细说明。

(挖掘机械的整体结构)

图1是本实施方式涉及的液压挖掘机100的立体图。图2是本实施方式涉及的液压挖掘机100具备的铲斗9的正视图。图3是本实施方式涉及的液压挖掘机100具备的另一示例涉及的铲斗9a的立体图。图4是液压挖掘机100的侧视图。图5是液压挖掘机100的后视图。图6是表示液压挖掘机100具备的控制系统的框图。图7是表示基于设计地形数据示出的设计地形的图。

在本实施方式中，作为挖掘机械的液压挖掘机100具有作为主体部的车辆主体1和作业机械2。车辆主体1具有作为回转体的上部回转体3和行驶装置5。上部回转体3在发动机室3EG的内部收纳有未图示的动力发生装置和液压泵等装置。发动机室3EG配置在上部回转体3的一端侧。

在本实施方式中，液压挖掘机100例如将柴油发动机等内燃机作为动力发生装置，但是液压挖掘机100不限于此。液压挖掘机100例如也可以是将内燃机、发电电动机和蓄电装置组合而构成的、具备所谓混合动力方式的动力发生装置的设备等。

上部回转体3具有驾驶室4。驾驶室4载置于上部回转体3的另一端侧。即，驾驶室4配置在与配置有发动机室3EG的一侧相反的一侧。在驾驶室4内，如图6所示，配置有显示输入装置38和操作装置25。关于它们将在后文中描述。在上部回转体3的下方设置有行驶装置5。行驶装置5具有履带5a、5b。行驶装置5由未图示的液压电动机驱动，通过履带5a、5b旋转而行驶，由此使液压挖掘机100行驶。作业机械2安装于上部回转体3的驾驶室4的侧面一侧。

此外，液压挖掘机100也可以具备轮胎来取代履带5a、5b，其具有通过变速箱将未图示的柴油发动机的驱动力传递给轮胎而能够行驶的行驶装置。作为这种方式的液压挖掘机100，例如可以是轮式液压挖掘机。

在上部回转体3中，配置有作业机械2和驾驶室4的一侧为前方，配置有发动机室3EG的一侧为后方。朝向前方左侧是上部回转体3的左侧，朝向前方右侧是上部回转体3的右侧。此外，液压挖掘机100或车辆主体1如果以上部回转体3为基准，则行驶装置5的一侧为下方，如果以行驶装置5为基准，则上部回转体3的一侧为上方。在液压挖掘机100设置于水平面的情况下，下方是垂直方向、即重力的作用方向侧，上方是与垂直方向相反的一侧。在上部回转体3的上方设置有扶手3G。如图1所示，在扶手3G以能够装卸的方式安装有RTK-GNSS(RealTimeKinematic-GlobalNavigationSatelliteSystems，实时动态-全球导航卫星系统，GNSS称为全球导航卫星系统)用的2个天线21、22(以下，简称为GNSS天线21、22)。

作业机械2具有动臂6、斗杆7、铲斗9、动臂缸10、斗杆缸11、铲斗缸12和倾斜缸13。此外，图1或图2所示的箭头SW和箭头TIL表示铲斗9能够转动的方向。动臂6的基端部通过动臂销14能够转动地安装于车辆主体1的前部。斗杆7的基端部通过斗杆销15能够转动地安装于动臂6的前端部。在斗杆7的前端部，通过铲斗销16安装有连接部件8。连接部件8通过倾斜销17安装于铲斗9。连接部件8通过未图示的销与铲斗缸12连接，通过铲斗缸12进行伸缩，铲斗9转动(参照图1所示的SW)。也就是说，铲斗9能够以与斗杆7的延伸方向正交的轴为中心转动地安装。动臂销14、斗杆销15和铲斗销16以彼此都平行的位置关系配置。即，各个销的中心轴为相互平行的位置关系。

此外，以下所示的“正交”是指在空间上2条线(或轴)彼此、线(或轴)与面、或者面与面等2个对象正交的位置关系。例如在包含一条线(或轴)的平面与包含另一条线(或轴)的平面平行并且从与这些面中的某个面垂直的方向观察的情况下，一条线与另一条线正交的状态也表现为一条线与另一条线正交。线(轴)与面、面与面的情况也同样如此。

(铲斗9)

在本实施方式中，铲斗9有时被称为倾斜斗。铲斗9通过连接部件8、进一步通过铲斗销16与斗杆7连接。进而，在连接部件8中，在连接部件8的与安装铲斗销16的一侧相反的铲斗9一侧，通过倾斜销17安装有铲斗9。倾斜销17与铲斗销16正交。即，包含倾斜销17的中心轴的平面与铲斗销16的中心轴正交。这样，铲斗9通过倾斜销17安装于连接部件8，能够以倾斜销17的中心轴为中心转动(参照图1和图2所示的箭头TIL)。通过这样的结构，铲斗9能够以铲斗销16的中心轴(第1轴)为中心转动，并且能够以倾斜销17的中心轴(第2轴)为中心转动。

在铲斗销16的轴向上延伸的中心轴是第1轴AX1，与铲斗销16正交的倾斜销17的延伸方向上的中心轴是与第1轴AX1正交的倾斜中心轴(以下，简称为第2轴AX2)。因此，铲斗9能够以第1轴AX1为中心转动，并且能够以第2轴AX2为中心转动。也就是说，在以处于与第1轴AX1和第2轴AX2两者正交的位置关系的第3轴AX3为基准的情况下，铲斗9能够相对于该基准左右(图2所示的箭头TIL)转动。而且，通过使铲斗9向左右任一方转动，能够使齿尖9T(更具体而言是齿尖列9TG)相对于地面倾斜。

铲斗9具有多个刃9B。在铲斗9中，多个刃9B安装于铲斗9的与安装有倾斜销17的一侧相反一侧的端部。多个刃9B在与倾斜销17正交的方向上、即以与第1轴AX1平行的位置关系配置成1列。齿尖9T是刃9B的前端部。在本实施方式中，齿尖列9TG是指配置成1列排列的多个齿尖9T。齿尖列9TG是齿尖9T的集合体。在表现齿尖列9TG时，在本实施方式中，使用连接多个齿尖9T的直线(以下简称为齿尖列线)LBT。

倾斜缸13连接铲斗9和连接部件8。即，倾斜缸13的缸杆的前端与铲斗9的主体侧连接，倾斜缸13的缸体一侧与连接部件8连接。在本实施方式中，2个倾斜缸13、13在铲斗9和连接部件8的左右两侧将两者连接，但是只要有至少1个倾斜缸13将两者连接即可。通过一个倾斜缸13伸长，另一个倾斜缸13缩短，由此铲斗9绕倾斜销17转动。其结果，倾斜缸13、13能够使齿尖9T更具体而言是齿尖列9TG相对于第3轴AX3倾斜，齿尖列9TG是由齿尖列线LBT表示的齿尖9T的集合体。

倾斜缸13、13的伸缩能够通过驾驶室4内的未图示的滑动式开关或脚踏式开关等操作装置进行。在该操作装置是滑动式开关的情况下，液压挖掘机100的操作员通过操作滑动式开关，将液压油供给到倾斜缸13、13或者将液压油从倾斜缸13、13排出，倾斜缸13、13进行伸缩。其结果，倾斜斗(铲斗9)以第3轴AX3为基准，以与该操作的量对应的量向左右(图2所示的箭头TIL)转动(齿尖9T倾斜)。

图3所示的铲斗9a是倾斜斗的一种，主要用于对斜面进行施工。铲斗9a以倾斜销17的中心轴为中心转动。铲斗9a在与安装倾斜销17的一侧相反一侧的端部设置有1个板状的刃9Ba。作为刃9Ba的前端部的齿尖9Ta是在与倾斜销17的中心轴正交的方向上、即处于与图2所示的第1轴AX1平行的位置关系、朝向铲斗9a的宽度方向延伸的直线状的部分。在铲斗9a具备一个刃9Ba的情况下，齿尖9Ta和齿尖列9TGa表示相同的部位。在表现齿尖9Ta或齿尖列9TGa时，在本实施方式中使用齿尖列线LBT。齿尖列线LBT是齿尖9Ta延伸方向上的直线。

如图4所示，动臂6的长度、即从动臂销14到斗杆销15的长度是L1。斗杆7的长度、即从斗杆销15的中心到铲斗销16的中心的长度是L2。连接部件8的长度、即从铲斗销16的中心到倾斜销17的中心的长度是L3。连接部件8的长度L3是铲斗9以铲斗销16的中心轴为中心转动的半径。铲斗9的长度、即从倾斜销17的中心到铲斗9的齿尖9T的长度是L4。

图1所示的动臂缸10、斗杆缸11、铲斗缸12和倾斜缸13分别是根据液压油的压力(以下简称为液压)或流量来调整伸缩和速度进行驱动的液压缸。动臂缸10用于驱动动臂6，使其上下转动。斗杆缸11用于驱动斗杆7，使斗杆7以斗杆销15的中心轴为中心转动。铲斗缸12用于驱动铲斗9，使铲斗以铲斗销16的中心轴为中心转动。在动臂缸10、斗杆缸11、铲斗缸12和倾斜缸13等液压缸与未图示的液压泵之间，配置有图6所示的比例控制阀37。通过由后述的作业机械用电子控制装置26控制比例控制阀37，对供给到动臂缸10、斗杆缸11、铲斗缸12和倾斜缸13的液压油的流量进行控制。其结果，对动臂缸10、斗杆缸11、铲斗缸12和倾斜缸13的动作进行控制。

如图4所示，在动臂6、斗杆7和铲斗9，分别设置有第1行程传感器18A、第2行程传感器18B、第3行程传感器18C和作为铲斗倾斜检测部的铲斗倾斜传感器18D。第1行程传感器18A、第2行程传感器18B和第3行程传感器18C是检测作业机械2的姿势的姿势检测部。第1行程传感器18A检测动臂缸10的行程长度。后述的显示控制装置39(参照图6)基于第1行程传感器18A检测出的动臂缸10的行程长度，计算动臂6相对于后述的车辆主体坐标系的Za轴的倾斜角度θ1。第2行程传感器18B检测斗杆缸11的行程长度。显示控制装置39基于第2行程传感器18B检测出的斗杆缸11的行程长度，计算斗杆7相对于动臂6的倾斜角度θ2。第3行程传感器18C检测铲斗缸12的行程长度。显示控制装置39基于第3行程传感器18C检测出的铲斗缸12的行程长度，计算铲斗9相对于斗杆7的倾斜角度θ3。铲斗倾斜传感器18D检测铲斗9的倾斜角度θ4、即铲斗9的齿尖9T或齿尖列9TG相对于第3轴AX3的倾斜角度θ4。在本实施方式中，如上所述，由于齿尖列9TG由齿尖列线LBT表示，所以铲斗9的倾斜角度θ4是以第3轴AX3为基准，齿尖列线LBT相对于该基准的倾斜角度。

如图4所示，车辆主体1具有位置检测部19。位置检测部19检测液压挖掘机100的当前位置。位置检测部19具有GNSS天线21、22、三维位置传感器23和倾斜角度传感器24。GNSS天线21、22设置于车辆主体1、更具体而言是上部回转体3的上方。在本实施方式中，GNSS天线21、22沿着与图4和图5所示的车辆主体坐标系Xa-Ya-Za的Ya轴平行的轴线间隔一定距离地设置。

上部回转体3、以及安装于其上的作业机械2和铲斗9以规定的回转中心轴为中心转动。车辆主体坐标系Xa-Ya-Za是车辆主体1的坐标系。车辆主体坐标系Xa-Ya-Za以作业机械2等的回转中心轴为Za轴，以与Za轴正交且与作业机械2的动作平面平行的轴为Xa轴，以与Za轴和Xa轴正交的轴为Ya轴。作业机械2的动作平面是例如与动臂销14正交的平面。Xa轴与上部回转体3的前后方向对应，Ya轴与上部回转体3的宽度方向对应。

GNSS天线21、22优选设置于上部回转体3的上部，并且优选设置在液压挖掘机100的前后方向(图4和图5所示的车辆主体坐标系Xa-Ya-Za的Xa轴方向)或左右方向(图4和图5所示的车辆主体坐标系Xa-Ya-Za的Ya轴方向)上分离的两端位置。如上所述，在本实施方式中，GNSS天线21、22如图1所示那样安装于扶手3G，扶手3G分别安装在上部回转体3的宽度方向的两侧。GNSS天线21、22安装于上部回转体3的位置不限于扶手3G，但是GNSS天线21、22设置在尽可能分离的位置上会提高液压挖掘机100的当前位置的检测精度，故优选。此外，GNSS天线21、22优选设置在尽可能不妨碍操作员的视野的位置上。GNSS天线21、22也可以设置于上部回转体3的上方、未图示的配重(上部回转体3的后端)或驾驶室4的后方。

将GNSS天线21、22接收到的与GNSS电波对应的信号输入到三维位置传感器23。三维位置传感器23检测GNSS天线21、22的设置位置P1、P2的位置。如图5所示，倾斜角度传感器24检测车辆主体1的宽度方向相对于重力作用的方向、即垂直方向Ng的倾斜角度θ5(以下简称为侧倾角(rollangle)θ5)。倾斜角度传感器24例如可以是IMU(InertialMeasurementUnit：惯性测量装置)。在本实施方式中，铲斗9的宽度方向是指与齿尖列线LBT平行的方向。在铲斗9不倾斜时、以及铲斗9没有倾斜功能时，铲斗9的宽度方向与上部回转体3的宽度方向、即左右方向一致。在铲斗9以第3轴AX3为基准转动的情况下，铲斗9的宽度方向与上部回转体3的宽度方向不一致。如上所述，作为车辆状态检测部的位置检测部19和姿势检测部能够检测挖掘机械(在本实施方式中是液压挖掘机100)的当前位置和姿势等车辆状态。

如图6所示，液压挖掘机100具有操作装置25、作业机械用电子控制装置26、车辆控制装置27和挖掘机械的显示系统(以下简称为显示系统)101。操作装置25具有作为操作部的作业机械操作部件31L、31R和行驶操作部件33L、33R、作业机械操作检测部32L、32R和行驶操作检测部34L、34R。在本实施方式中，作业机械操作部件31L、31R和行驶操作部件33L、33R是先导压力式杆，但是不限于此。作业机械操作部件31L、31R和行驶操作部件33L、33R例如也可以是电气式杆。作业机械操作检测部32L、32R和行驶操作检测部34L、34R作为操作检测部发挥功能，其检测对于作为操作部的作业机械操作部件31L、31R和行驶操作部件33L、33R的输入。

作业机械操作部件31L、31R是用于操作员操作作业机械2的部件，例如是操纵杆这样的具有把手部分和杆棒的操作杆。这种结构的作业机械操作部件31L、31R能够通过握住把手部使其向前后左右倾倒。如图4所示，作业机械操作部件31L、31R和作业机械操作检测部32L、32R分别存在2组。在驾驶室4内的未图示的驾驶席的左右各设置有作业机械操作部件31L、31R。例如通过操作设置在左侧的作业机械操作部件31L，能够使斗杆7和上部回转体3动作，通过操作设置在右侧的作业机械操作部件31R，能够使铲斗8和动臂6动作。

作业机械操作检测部32L、32R根据对于作业机械操作部件31L、31R的输入、即操作内容而产生先导压力，并将产生的液压油的先导压力供给到车辆控制装置27具有的作业用控制阀37W。作业用控制阀37W根据该先导压力的大小进行动作，从未图示的液压泵向图1所示的动臂缸10、斗杆缸11和铲斗缸12等供给液压油。在作业机械操作部件31L、31R是电气式杆的情况下，作业机械操作检测部32L、32R例如使用电位器等检测对于作业机械操作部件31L、31R的输入、即操作内容，并将输入转换为电信号(检测信号)传送到作业机械用电子控制装置26。作业机械用电子控制装置26基于该检测信号，控制作业用控制阀37W。

行驶操作部件33L、33R是用于操作员对液压挖掘机100的行驶进行操作的部件。行驶操作部件33L、33R例如是具有把手部和杆棒的操作杆(以下简称为行驶杆)。这样的行驶操作部件33L、33R能够通过操作员握住把手部使其向前后倾倒。关于行驶操作部件33L、33R，如果使2个操作杆同时向前倾倒，则液压挖掘机100前进，如果使2个操作杆同时向后倾倒，则液压挖掘机100后退。此外，行驶操作部件33L、33R是能够通过操作员用脚踩踏来进行操作的未图示的踏板，并且是跷板式踏板。通过踩踏踏板的前侧和后侧中的任一侧，与上述的操作杆同样地产生先导压力，控制行驶用控制阀37D，液压电动机5c进行驱动，能够使液压挖掘机100前进或后退。如果同时踩踏2个踏板的前侧，则液压挖掘机100前进，如果同时踩踏2个踏板的后侧，则液压挖掘机100后退。或者，如果踩踏一个踏板的前侧或后侧，则仅履带5a、5b的一侧旋转，能够使液压挖掘机100回转。这样，在操作员想要使液压挖掘机100行驶的情况下，如果执行用手使操作杆向前后倾倒或者用脚踩踏踏板的前侧或后侧中的任一种方式，则能够使行驶装置5的液压电动机5c驱动。如图4所示，行驶操作部件33L、33R和行驶操作检测部34L、34R存在2组。在驾驶室4内的未图示的驾驶员座位的前方左右并排设置有行驶操作部件33L、33R。通过操作设置在左侧的行驶操作部件33L，能够使左侧的液压电动机5c驱动，使左侧的履带5b动作。通过操作设置在右侧的行驶操作部件33R，能够使右侧的液压电动机5c驱动，使右侧的履带5a动作。

行驶操作检测部34L、34R根据对于行驶操作部件33L、33R的输入、即操作内容而产生先导压力，并将产生的先导压力供给到车辆控制装置27具有的行驶用控制阀37D。行驶用控制阀37D根据该先导压力的大小进行动作，向行驶用液压电动机5c供给液压油。在行驶操作部件33L、33R是电气式杆的情况下，行驶操作检测部34L、34R例如使用电位器等检测对于行驶操作部件33L、33R的输入、即操作内容，并将输入转换为电信号(检测信号)传送到作业机械用电子控制装置26。作业机械用电子控制装置26基于该检测信号，控制行驶用控制阀37D。

如图6所示，作业机械用电子控制装置26具有：包含RAM(RandomAccessMemor，随机访问存储器)和ROM(ReadOnlyMemory，只读存储器)中的至少一方的作业机械侧存储部35；和CPU(CentralProcessingUnit，中央处理单元)等运算部36。作业机械用电子控制装置26主要控制作业机械2和上部回转体3的动作。在作业机械侧存储部35中存储有：用于控制作业机械2的计算机程序、本实施方式涉及的挖掘机械的显示用计算机程序、以及车辆主体坐标系的坐标信息等。在图6所示的显示系统101中，作业机械用电子控制装置26和显示控制装置39分离，但是不限于这样的形态。例如显示系统101也可以是作业机械用电子控制装置26和显示控制装置39不分离而形成为一体的控制装置。

车辆控制装置27是具有液压控制阀等的液压设备，具有行驶用控制阀37D和作业用控制阀37W。它们是比例控制阀，根据来自作业机械操作检测部32L、32R和行驶操作检测部34L、34R的先导压力被控制。在作业机械操作部件31L、31R和行驶操作部件33L、33R是电气式杆的情况下，行驶用控制阀37D和作业用控制阀37W基于来自作业机械用电子控制装置26的控制信号被控制。

在行驶操作部件33L、33R是先导压力式行驶杆的情况下，如果液压挖掘机100的操作员对它们施加输入进行操作，则从行驶用控制阀37D流出流量与来自行驶操作检测部34L、34R的先导压力对应的液压油，供给到行驶用液压电动机5c。如果操作行驶操作部件33L、33R中的一方或双方，则图1所示的左右液压泵5c中的一方或双方驱动。其结果，履带5a、5b中的至少一方旋转，使液压挖掘机100行驶。

车辆控制装置27具有液压传感器37Slf、37Slb、37Srf、37Srb，其检测供给到行驶用控制阀37D的先导压力的大小，生成对应的电信号。液压传感器37Slf检测左前进的先导压力，液压传感器37Slb检测左后退的先导压力，液压传感器37Srf检测右前进的先导压力，液压传感器37Srb检测右后退的先导压力。作业机械用电子控制装置26获取液压传感器37Slf、37Slb、37Srf、37Srb检测并生成的表示液压油的先导压力的大小的电信号。该电信号用于发动机或液压泵的控制、或者后述的施工管理装置的动作等。如上所述，在本实施方式中，作业机械操作部件31L、31R和行驶操作部件33L、33R是先导压力式杆。在这种情况下，液压传感器37Slf、37Slb、37Srf、37Srb和后述的液压传感器37SBM、37SBK、37SAM、37SRM作为操作检测部发挥功能，其检测对于作为操作部的作业机械操作部件31L、31R和行驶操作部件33L、33R的输入。

在作业机械操作部件31L、31R是先导压力式操作杆的情况下，如果液压挖掘机100的操作员操作这些操作杆，则从作业用控制阀37W流出流量与基于作业机械操作部件31L、31R的操作而产生的先导压力对应的液压油。将从作业用控制阀37W流出的液压油供给到动臂缸10、斗杆缸11、铲斗缸12和回转电动机中的至少一方。而且，图1所示的动臂缸10、斗杆缸11、铲斗缸12和回转电动机中的至少一方，根据从作业用控制阀37W供给的液压油，各液压缸进行伸缩动作，回转电动机被回转驱动。其结果，作业机械2和上部回转体3中的至少一方动作。

车辆控制装置27具有液压传感器37SBM、37SBK、37SAM、37SRM，其检测供给到作业用控制阀37W的先导压力的大小，生成电信号。液压传感器37SBM检测与动臂缸10对应的先导压力，液压传感器37SBK检测与斗杆缸11对应的先导压力，液压传感器37SAM检测与铲斗缸12对应的先导压力，液压传感器37SRM检测与回转电动机对应的先导压力。作业机械用电子控制装置26获取液压传感器37SBM、37SBK、37SAM、37SRM检测并生成的表示先导压力的大小的电信号。该电信号用于发动机或液压泵的控制等。

在本实施方式中，作业机械操作部件31L、31R和行驶操作部件33L、33R是先导压力式操作杆，但是它们也可以是电气式杆。在这种情况下，作业机械用电子控制装置26根据作业机械操作部件31L、31R或行驶操作部件33L、33R的操作，生成用于使作业机械2、上部回转体3或行驶装置5动作的控制信号，输出到车辆控制装置27。

车辆控制装置27基于来自作业机械用电子控制装置26的控制信号，对作业用控制阀37W和行驶用控制阀37D进行控制。从作业用控制阀37W流出流量与来自作业机械用电子控制装置26的控制信号对应的液压油，其被供给到动臂缸10、斗杆缸11和铲斗缸12中的至少一方。图1所示的动臂缸10、斗杆缸11、铲斗缸12和倾斜缸13与从作业用控制阀37W供给的液压油相应地被驱动。其结果，作业机械2动作。

(显示系统101)

显示系统101是用于向操作员提供信息的系统，该信息用于通过液压挖掘机100挖掘作业区域内的地面将其施工成后述的设计面那样的形状。显示系统101除了上述的三维位置传感器23和倾斜角度传感器24、铲斗倾斜传感器18D以外，还包括第1行程传感器18A、第2行程传感器18B、第3行程传感器18C等各行程传感器、作为显示装置的显示输入装置38、显示控制装置39、作业机械用电子控制装置26和包含用于发出警报音的扬声器等的声音发生装置46。此外，显示系统101具有图4所示的位置检测部19。为了便于说明，在图6中示出位置检测部19中的三维位置传感器23和倾斜角度传感器24，而省略了2个天线21、22。

显示输入装置38是具有触摸面板式输入部41和LCD(LiquidCrystalDisplay，液晶显示器)等显示部42的显示装置。显示输入装置38显示引导画面，用于对操作员提供用于进行挖掘的信息。此外，在引导画面中显示各种键。作为操作者的操作员(在检查或修理液压挖掘机100时为维修人员)通过触碰引导画面上的各种键，能够执行显示系统101的各种功能。关于引导画面将在后文中描述。

显示控制装置39执行显示系统101的各种功能。显示控制装置39是电子控制装置，其具有：包含RAM和ROM中的至少一方的存储部43、CPU等处理部44。存储部43存储有作业机械数据。作业机械数据包含：上述的动臂6的长度L1、斗杆7的长度L2、连接部件8的长度L3和铲斗9的长度L4。在更换铲斗9的情况下，关于作为作业机械数据的连接部件8的长度L3和铲斗9的长度L4，将与被更换的铲斗9的尺寸对应的值从输入部41输入并存储在存储部43中。此外，作业机械数据包含：动臂6的倾斜角度θ1、斗杆7的倾斜角度θ2和铲斗9的倾斜角度θ3各自的最小值和最大值。在存储部43中存储有液压挖掘机100、即挖掘机械的显示用计算机程序。处理部44通过读取并执行存储在存储部43中的本实施方式涉及的挖掘机械的显示用计算机程序，显示引导画面，或者使用于向液压挖掘机100的操作员引导铲斗9的操作的姿势信息显示在作为显示装置的显示部42。

显示控制装置39和作业机械用电子控制装置26能够通过无线或有线的通信方式相互进行通信。显示控制装置39的存储部43存储有预先制作的设计地形数据。设计地形数据是关于三维设计地形的形状和位置的信息，成为设计面45的信息。设计地形表示作为作业对象的地面的目标形状。显示控制装置39基于设计地形数据和来自上述各种传感器的检测结果等信息，使显示输入装置38显示引导画面。具体而言，如图7所示，设计地形由多个设计面45构成，多个设计面45分别由三角形多边形表现。此外，在图7中，仅对多个设计面中的1个面标注了符号45，而省略了其它设计面的符号。目标作业对象是这些设计面45中的1个或多个设计面。操作员选择这些设计面45中的1个或多个设计面45作为目标面70。目标面70是多个设计面45中的将开始进行挖掘的面。显示控制装置39使显示输入装置38显示用于向操作员通知目标面70的位置的引导画面。

(引导画面)

图8和图9是表示引导画面的一个示例的图。引导画面示出目标面70与铲斗9的齿尖9T的位置关系，是引导液压挖掘机100的操作员操作作业机械2以使作为作业对象的地面成为与目标面70相同的形状的画面。如图8和图9所示，引导画面包含：粗挖掘模式的引导画面(以下简称为粗挖掘画面53)和细挖掘模式的引导画面(以下简称为细挖掘画面54)。

(粗挖掘画面53的一个示例)

图8所示的粗挖掘画面53显示在显示部42的画面42P中。粗挖掘画面53包含：表示作业区域的设计地形(包含目标面70的设计面45)和液压挖掘机100的当前位置的正视图53a、以及表示目标面70与液压挖掘机100的位置关系的侧视图53b。粗挖掘画面53的正视图53a通过多个三角形多边形来表现基于正视的设计地形。如图8的正视图53a所示，显示控制装置39汇集多个三角形多边形作为设计面45或目标面70显示在显示部42中。图8表示在设计地形是斜面的情况下，液压挖掘机100与斜面正对的状态。因此，在正视图53a中，在液压挖掘机100倾斜时，表示设计地形的设计面45也倾斜。

此外，从多个设计面45(图8中仅对1个面标注了符号)中作为目标作业对象选出的目标面70，以与其它设计面45不同的颜色显示。此外，在图8的正视图53a中，液压挖掘机100的当前位置由从背面观察液压挖掘机100的图标61示出，但是也可以由其它符号表示。此外，正视图53a包含用于使液压挖掘机100与目标面70正对的信息。用于使液压挖掘机100与目标面70正对的信息，作为正对罗盘73显示。正对罗盘73，例如为箭头形状的指针73I如箭头R所示的那样旋转，用于引导与目标面70正对的方向、要使液压挖掘机100回转的方向、或者使铲斗9相对于第3轴AX3倾斜的方向的图案或图标这样的姿势信息。姿势信息是指关于铲斗9的姿势的信息，包含图案、数值或数字等。此外，为了使液压挖掘机100与目标面70正对，也可以使行驶装置5动作来移动液压挖掘机100，使其与目标面70正对。液压挖掘机100的操作员通过正对罗盘73，能够确认与目标面70的正对度。正对罗盘73基于与目标面70的正对度进行旋转，如果液压挖掘机100或铲斗9与目标面70正对，则例如从操作员看来指针73I的指示方向朝向画面42P的上方。例如如图8所示，在指针73I为三角形形状的情况下，三角形的顶点所指的方向越指示上方，表示液压挖掘机100或铲斗9越正对目标面70。因此，操作员基于指针73I的旋转角度操作液压挖掘机100，由此能够容易地使液压挖掘机100或铲斗9与目标面70正对。

粗挖掘画面53的侧视图53b包含：表示目标面70与铲斗9的齿尖9T的位置关系的图像、以及表示目标面70与铲斗9的齿尖9T之间的距离的距离信息。具体而言，侧视图53b包含目标面线79和基于侧视的液压挖掘机100的图标75。目标面线79表示目标面70的截面。目标面线79是通过如图7所示，计算经过铲斗9的齿尖9T的当前位置的平面77与设计面45的交线80来求取的。交线80由显示控制装置39的处理部44求取。关于求取铲斗9的齿尖9T的当前位置的方法，将在后文中进行说明。

在侧视图53b中，表示目标面70与铲斗9的齿尖9T之间的距离的距离信息包含图形信息84。目标面70与铲斗9的齿尖9T之间的距离，是从齿尖9T沿垂直方向(重力方向)朝向目标面70引下的线和目标面70相交的点与齿尖9T的距离。此外，目标面70与铲斗9的齿尖9T之间的距离也可以是从齿尖9T向目标面70引下垂线(该垂线与目标面70正交)时的交点与齿尖9T的距离。图形信息84是用图形表示铲斗9的齿尖9T与目标面70的距离的信息。图形信息84是引导用指标，用于表示铲斗9的齿尖9T的位置。具体而言，图形信息84包含：索引条84a、以及表示索引条84a中的铲斗9的齿尖与目标面70之间的距离相当于0的位置的索引标记84b。索引条84a根据铲斗9的前端与目标面70的最短距离，使各索引条84a亮灯。此外，图形信息84的显示的导通/断开也可以通过液压挖掘机100的操作员对输入部41进行操作而能够变更。

在粗挖掘画面53中，为了表示如上所述的目标面线79与液压挖掘机100的位置关系，也可以显示未图示的距离(数值)。液压挖掘机100的操作员通过使铲斗9的齿尖9T沿着目标面线79移动，能够容易地进行挖掘以使当前的地形成为设计地形。此外，在粗挖掘画面53中显示画面切换键65，用于切换引导画面。操作员通过操作画面切换键65，能够从粗挖掘画面53切换为细挖掘画面54。

(细挖掘画面54的一个示例)

图9所示的细挖掘画面54显示在显示部42的画面42P中。该细挖掘画面54示出铲斗9的齿尖9T与目标面70正对的状态。细挖掘画面54与粗挖掘画面53相比更详细地示出目标面70与液压挖掘机100的位置关系。即，细挖掘画面54与粗挖掘画面53相比更详细地示出目标面70与铲斗9的齿尖9T的位置关系。细挖掘画面54包含：表示目标面70和铲斗9的正视图54a、表示目标面70和铲斗9的侧视图54b。在细挖掘画面54的正视图54a中包含：表示基于正视的铲斗9的图标89、以及表示基于正视的目标面70的截面的线78(以下，简称为正视目标面线78)。正视是指在与图1和图2所示的铲斗销16的中心轴的延伸方向(铲斗9的转动中心轴方向)正交的方向上，从液压挖掘机100的后方观察铲斗9。

正视目标面线78如下述方式那样求取。在从铲斗9的齿尖9T沿垂直方向(重力方向)引下垂线时，包含该垂线的平面与目标面70相交时产生的交线是正视目标面线78。即，成为全局坐标系中的正视目标面线78。另一方面，也可以以是与车辆主体1的上下方向的线平行的位置关系为条件，进而在从铲斗9的齿尖9T朝向目标面70向下引线时，使包含该线的平面与目标面70相交时形成的交线作为正视目标面线78。即，成为车辆主体坐标系中的正视目标面线78。操作员通过操作输入部41的未图示的切换键，能够选择由哪个坐标系显示正视目标面线78。

在细挖掘画面54的侧视图54b中，包含基于侧视的铲斗9的图标90和目标面线79。此外，在细挖掘画面54的正视图54a和侧视图54b中分别显示用于表示接下来要说明的目标面70与铲斗9的位置关系的信息。侧视图是指从图1和图2所示的铲斗销16的中心轴的延伸方向(铲斗9的转动中心轴方向)进行观察时的视图，从液压挖掘机100的左右任一侧进行观察。在本实施方式中，侧视图是从液压挖掘机100的左侧观察的情况。

正视图54a也可以包含距离信息作为表示目标面70与铲斗9的位置关系的信息，该距离信息表示齿尖9T与目标面70之间的车辆主体坐标系的Za(或全局坐标系的Z)方向上的距离。该距离是铲斗9的齿尖9T的宽度方向的位置中和目标面70最接近的位置与目标面70之间的距离。即，如上所述，目标面70与铲斗9的齿尖9T之间的距离，也可以是从齿尖9T沿垂直方向朝向目标面70引下的线和目标面70相交的点与齿尖9T的距离。此外，目标面70与铲斗9的齿尖9T之间的距离也可以是从齿尖9T向目标面70引下垂线(该垂线与目标面70正交)时的交点与齿尖9T的距离。

细挖掘画面54包含图形信息84，其用图形表示上述的铲斗9的齿尖9T与目标面70的距离。图形信息84与粗挖掘画面53的图形信息84同样，具有索引条84a和索引标记84b。如上所述，在细挖掘画面54中，详细显示正视目标面线78及目标面线79与铲斗9的齿尖9T的相对位置关系。液压挖掘机100的操作员通过使铲斗9的齿尖9T沿着正视目标面线78和目标面线79移动，能够以使当前的地形成为与三维设计地形相同的形状，更加精度良好地进行挖掘。此外，在细挖掘画面54中，与上述的粗挖掘画面53同样地显示画面切换键65。操作员通过操作画面切换键65，能够从细挖掘画面54切换为粗挖掘画面53。

接着，对本实施方式涉及的挖掘机械的显示方法进行说明。该显示方法由图6所示的显示系统101具有的显示控制装置39实现。显示控制装置39，执行下述显示的控制作为本实施方式涉及的挖掘机械的显示方法，即，在显示部42的画面42P中显示用于对液压挖掘机100的操作员提供操作的指标的姿势信息(例如图案、数值或数字等)(以下，简称为姿势信息显示控制)。

(姿势信息显示控制的一个示例)

图10和图11是用于说明铲斗9与目标面70正对的图。图10所示的铲斗9具有倾斜功能，图11所示的铲斗9a是没有倾斜功能的通常的铲斗。

姿势信息显示控制用于在使铲斗9的齿尖9T与目标面70正对时，通过使图8和图9所示的正对罗盘73的指标73I转动，来辅助操作员对液压挖掘机100的操作。铲斗9的齿尖9T与目标面70正对，是指将铲斗9的齿尖9T连接所得的直线即齿尖列线LBT与目标面70平行的状态。这意味着在目标面70的表面，能够画出与齿尖列线LBT平行的直线LP。

在图10所示的铲斗9的齿尖9T与目标面70正对的情况下，不限于图1所示的液压挖掘机100的驾驶室4位于目标面70的正面。与此相对，在如图11所示的没有倾斜功能的铲斗9b的齿尖9T与目标面70正对的情况下，液压挖掘机100的驾驶室4位于目标面70的正面。在没有倾斜功能的铲斗9b的齿尖9T与目标面70正对的状态下，如果使动臂6、斗杆7或铲斗9b上下或前后移动，则能够沿着目标面70对挖掘对象进行挖掘。

图12是用于说明齿尖矢量B的图。图13是表示目标面70的法线矢量N的图。图14是表示正对罗盘73与目标回转角度α的关系的图。图12所示的齿尖矢量B是与铲斗9的齿尖列线LBT平行的矢量。即，齿尖矢量B是连接铲斗9的齿尖9T的方向并且具有规定大小的矢量。齿尖矢量B是包含铲斗9的齿尖9T的方向的信息。铲斗9的齿尖9T的方向能够基于与液压挖掘机100的当前位置和姿势相关的信息求取。

图13所示的法线矢量N是与目标面70正交的方向上的、具有规定大小的矢量。法线矢量N是包含与目标面70正交的方向的信息。铲斗9的齿尖9T与目标面70正对，是指铲斗9的齿尖矢量B与目标面70的法线矢量N正交，图11所示的没有倾斜功能的铲斗9b也同样如此。

在姿势信息显示控制中，决定为了使铲斗9的齿尖矢量B与目标面70的法线矢量N正交所需要的、包含具有铲斗9的作业机械2的上部回转体3的回转量(以下，简称为回转量)。在本实施方式中，将该回转量称为目标回转量，将表示目标回转量的信息称为目标回转信息。目标回转量例如是直到铲斗9的齿尖9T与目标面70平行为止所需要的、包含作业机械2的上部回转体3围绕回转中心轴的回转角度(以下，简称为回转角度)。将该回转角度简称为目标回转角度。

在姿势信息显示控制中，基于已决定的目标回转角度，如图14所示那样，使正对罗盘73的指针73I旋转。图14中的角度α是目标回转角度。铲斗9的齿尖矢量B，其方向随着包含作业机械2的上部回转体3回转而变化，因此目标回转角度α也与包含作业机械2的上部回转体3的回转角度相应地变化。其结果，随着包含作业机械2的上部回转体3回转，正对罗盘73的指针73I也旋转。

正对罗盘73例如在上方设置有正对标记73M。如果铲斗9的齿尖9T与目标面70正对，则指针73I旋转，顶部73IT的位置与正对标记73M的位置一致。液压挖掘机的操作员通过使指针73I的顶部73IT的位置与正对标记73M的位置一致，能够把握铲斗9的齿尖9T已与目标面70正对的情况。

在本实施方式中，关于作为姿势信息的正对罗盘73，在铲斗9的齿尖9T与目标面70正对之前和正对之后，显示在图6所示的显示输入装置38的显示部42中的正对罗盘73的形式不同。例如图6所示的显示控制装置39的处理部44对于正对罗盘73的指针73I，在铲斗9与目标面70正对之前和正对之后，使指针73I的颜色不同、或者变更正对罗盘73的深浅、或者使指针73I的显示方式从闪烁变化为亮灯或从亮灯变化为闪烁。

通过采用上述的正对罗盘73的显示形式，液压挖掘机100的操作员能够可靠且直观地识别铲斗9的齿尖9T已与目标面70正对的情况，因此作业的效率提高。例如在液压挖掘机100位于倾斜地等的情况下，操作员在自身倾斜的状态下观察显示部42或外界的地形，仅靠观察指针73I的顶部73IT指示的方向，难以直观地识别铲斗9的齿尖9T已与目标面70正对的情况。此外，在显示部42设置成远离操作员的驾驶席的情况下，观察正对罗盘73时，有时难以精确地从视觉上确认指针73I的顶部73IT的位置已与正对标记73M的位置一致的情况。因此，在铲斗9的齿尖9T与目标面70正对的前后，通过使正对罗盘73的显示形式不同，操作员能够直观地把握铲斗9的齿尖9T的正对情况。

在铲斗9的齿尖9T已与目标面70正对的情况下，处理部44可以使正对罗盘73的设计形态与正对之前相比发生变化地显示。例如在铲斗9的齿尖9T已与目标面70正对的情况下，可以将作为姿势信息的正对罗盘73变成意思为“正对完成”这样的文字显示，或者使能够直观地识别正对完成的规定标记作为姿势信息显示。此外，作为姿势信息，也可以用目标回转角度来取代正对罗盘73或者与正对罗盘73一起显示在显示部42中。操作员能够以使所显示的目标回转角度的大小接近于0的方式操作液压挖掘机100，而使铲斗9与目标面70正对。接着，对本实施方式涉及的姿势信息显示控制进行更详细的说明。

图15是表示姿势信息显示控制的一个示例的流程图。在执行姿势信息显示控制时，在步骤S1中，显示控制装置39、更具体而言是处理部44，获取铲斗9的倾斜角度(以下，简称为铲斗倾斜角度)θ4和液压挖掘机100的当前位置。铲斗倾斜角度θ4由图4和图6所示的铲斗倾斜传感器18D检测。液压挖掘机100的当前位置由图6所示的GNSS天线21、22和三维位置传感器23检测。处理部44从铲斗倾斜传感器18D获取表示铲斗倾斜角度θ4的信息，从GNSS天线21、22、倾斜角度传感器24和三维位置传感器23获取表示液压挖掘机100的当前位置的信息。

接着，前进到步骤S2，处理部44求取铲斗9的齿尖矢量B。在铲斗9具有多个刃9的情况下，齿尖矢量B是与连接各个齿尖9T的齿尖列线LBT(参照图2)相同方向的矢量。在如图3所示的铲斗9a那样具有一个刃9Ba的情况下，齿尖矢量B是在与齿尖9Ta延伸的方向垂直的方向上延伸的矢量。齿尖矢量B基于图2或图4中所示的铲斗9相对于第3轴AX3的倾斜角度即铲斗倾斜角度θ4、以及与液压挖掘机100的当前位置和姿势相关的信息求取。以下，对求取齿尖矢量B的方法的一个示例进行说明。

(求取齿尖矢量B的方法的一个示例)

图16～图20是用于说明求取齿尖矢量B的方法的一个示例的图。图16是液压挖掘机100的侧视图，图17是液压挖掘机100的后视图，图18是表示倾斜的铲斗9的图，图19和图20是表示车辆主体坐标系的Ya-Za平面内的当前的齿尖矢量B的图。在本方法中，当前的齿尖矢量B是铲斗9的宽度方向中心的齿尖9T的位置。

在求取齿尖矢量B时，显示控制装置39如图16所示，求取以上述GNSS天线21的设置位置P1为原点的车辆主体坐标系[Xa、Ya、Za]。在本示例中，液压挖掘机100的前后方向、即车辆主体坐标系COM的Xa轴方向相对于全局坐标系COG的X轴方向倾斜。此外，车辆主体坐标系COM中的动臂销14的坐标是(Lb1，0，-Lb2)，预先存储在显示控制装置39的存储部43中。动臂销14的Ya坐标也可以不是0而是规定的值。

图4和图6所示的三维位置传感器23检测(计算)GNSS天线21、22的设置位置P1、P2。处理部44获取被检测出的设置位置P1、P2的坐标，用式(1)计算Xa轴方向的单位矢量。在式(1)中，P1、P2表示各自的设置位置P1、P2的坐标。

(数学式1)

Xa＝(P1-P2)/|P1-P2|…(1)

如图16所示，如果导入穿过由Xa和Za这两个矢量表示的平面并且与矢量Xa在空间上垂直的矢量Z’，则式(2)和式(3)的关系成立。式(3)中的c是常数。基于式(2)和式(3)，Z’由式(4)表示。进而，将图17所示的与Xa和Z’垂直的矢量设为Y’，则Y’由式(5)表示。

(数学式2)

(Z′，Xa)＝0…(2)

(数学式3)

Z′＝(1-c)×Z+c×Xa…(3)

(数学式4)

Z′＝Z+{(Z,Xa)/((Z,Xa)-1)}×(Xa-Z)…(4)

(数学式5)

Y′＝Xa⊥Z′…(5)

如图17所示，车辆主体坐标系COM是使坐标系[Xa、Y’、Z’]围绕Xa轴旋转上述的侧倾角θ5而得到的，因此由式(6)表示。

(数学式6)

$\left[\begin{array}{ccc}\mathrm{Xa}& \mathrm{Ya}& \mathrm{Za}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}\mathrm{Xa}& Y^{\′}& Z^{\′}\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\θ}5& \sin \mathrm{\θ}5\\ 0& -\sin \mathrm{\θ}5& \cos \mathrm{\θ}5\end{array}\right]\·\·\·\left(6\right)$

此外，处理部44获取第1行程传感器18A、第2行程传感器18B、第3行程传感器18C的检测结果，并使用所获取的检测结果，求取上述的动臂6、斗杆7、铲斗9的当前的倾斜角度θ1、θ2、θ3。车辆主体坐标系COM内的第2轴AX2上的坐标P3(xa3，ya3，za3)能够使用倾斜角度θ1、θ2、θ3、以及动臂6、斗杆7、连接部件8各自的长度L1、L2、L3，通过式(7)、式(8)和式(9)来求取。坐标P3是第2轴AX2上且倾斜销17的轴向中心上的坐标。

(数学式7)

xa3＝Lb1+L1×sinθ1+L2×sin(θ1+θ2)+L3×sin(θ1+θ2+θ3)…(7)

(数学式8)

ya3＝0…(8)

(数学式9)

za3＝-Lb2+L1×cosθ1+L2×cos(θ1+θ2)+L3×cos(θ1+θ2+θ3)…(9)

图18所示的齿尖矢量B能够基于铲斗9的宽度方向的一端侧的第1齿尖9T1(第1齿尖9T1)的坐标P4A(第1齿尖坐标P4A)、以及另一端侧的第2齿尖9T(第2齿尖9T2)的坐标P4B(第2齿尖坐标P4B)来求取。第1齿尖坐标P4A和第2齿尖坐标P4B，能够基于车辆主体坐标系COM内的、以坐标P3(xa3，ya3，za3)为基准的第1齿尖坐标P4A’(xa4A，ya4A，za4A)和第2齿尖坐标P4B’(xa4B，ya4B，za4B)来求取。

第1齿尖坐标P4A’(xa4A，ya4A，za4A)，能够使用由铲斗倾斜传感器18D检测出的铲斗倾斜角度θ4、铲斗9的长度L4、以及铲斗9的宽度方向上的第1齿尖9T1与第2齿尖9T2的距离(以下，简称为最大齿尖间距离)W，通过式(10)、式(11)和式(12)来求取。第2齿尖坐标P4B’(xa4B，ya4B，za4B)，能够使用由铲斗倾斜传感器18D检测出的铲斗倾斜角度θ4、铲斗9的长度L4、以及铲斗9的宽度方向上的第1齿尖9T1与第2齿尖9T2的距离W，通过式(13)、式(14)和式(15)来求取。

式(10)是求取图19所示的、坐标xa3A与xa4A’的距离(xa4A)的数学式。距离(xa4A)，以铲斗9的宽度方向中心轴CLb、即最大齿尖间距离的一半(W×(1/2)＝W/2)的位置上的齿尖9TC的坐标P4C’为基准来求取。式(11)是求取图18所示的距离(ya4A)的数学式。距离(ya4A)是与第3轴AX3正交的方向上的第3轴AX3与第1齿尖9T1的距离。式(12)是求取图19所示的、坐标za3A与za4A’的距离(za4A)的数学式。

(数学式10)

$\mathrm{xa}4A=\{L4\×\sin (\mathrm{\π}-\mathrm{\θ}4)+\frac{W}{2}\×\cos (\mathrm{\π}-\mathrm{\θ}4)\}\×\sin (\mathrm{\θ}1+\mathrm{\θ}2+\mathrm{\θ}3-\mathrm{\π})\·\·\·\left(10\right)$

(数学式11)

$\mathrm{ya}4A=L4\×\cos (\mathrm{\π}-\mathrm{\θ}4)-\frac{W}{2}\×\sin (\mathrm{\π}-\mathrm{\θ}4)\·\·\·\left(11\right)$

(数学式12)

$\mathrm{za}4A=\{L4\×\sin (\mathrm{\π}-\mathrm{\θ}4)+\frac{W}{2}\×\cos (\mathrm{\π}-\mathrm{\θ}4)\}\×\cos (\mathrm{\θ}1+\mathrm{\θ}2+\mathrm{\θ}3-\mathrm{\π})\·\·\·\left(12\right)$

式(13)是求取图20所示的、坐标xa3B与xa4B’的距离(xa4B)的数学式。距离(xa4B)以上述的齿尖9TC的坐标P4C’为基准进行求取。式(14)是求取图18所示的距离(ya4B)的数学式。距离(ya4B)是与第3轴AX3正交的方向上的第3轴AX3与第2齿尖9T2的距离。式(15)是求取图20所示的、坐标za3B与za4B’的距离(za4B)的数学式。

(数学式13)

$\mathrm{xa}4B=\{L4/\sin (\mathrm{\π}-\mathrm{\θ}4)-\frac{W}{2}\×\cos (\mathrm{\π}-\mathrm{\θ}4)\}\×\sin (\mathrm{\θ}1+\mathrm{\θ}2+\mathrm{\θ}3-\mathrm{\π})\·\·\·\left(13\right)$

(数学式14)

$\mathrm{ya}4B=L4\×\cos (\mathrm{\π}-\mathrm{\θ}4)+\frac{W}{2}\×\sin (\mathrm{\π}-\mathrm{\θ}4)\·\·\·\left(14\right)$

(数学式15)

$\mathrm{za}4B=\{L4/\sin (\mathrm{\π}-\mathrm{\θ}4)-\frac{W}{2}\×\cos (\mathrm{\π}-\mathrm{\θ}4)\}\×\cos (\mathrm{\θ}1+\mathrm{\θ}2+\mathrm{\θ}3-\mathrm{\π})\·\·\·\left(15\right)$

如图18所示，第1齿尖坐标P4A’(xa4A，ya4A，za4A)和第2齿尖坐标P4B’(xa4B，ya4B，za4B)是铲斗9相对于第3轴AX3倾斜了倾斜角度θ4时的、铲斗9的宽度方向中心的第1齿尖9T1和第2齿尖9T2的位置。铲斗倾斜角度θ4是以第3轴AX3为基准的、将多个刃9B的齿尖9T连接所得的直线即齿尖列线LBT的角度。铲斗倾斜角度θ4在从液压挖掘机100的上部回转体3一侧观察的情况下以顺时针旋转为正。

从图18可知，距离(ya4A)和距离(ya4B)能够使用铲斗倾斜角度θ4、铲斗9的长度L4和最大齿尖间距离W，如式(11)和式(14)那样来求取。

从图19可知，距离(xa4A)和距离(za4A)能够使用倾斜角度θ1、θ2、θ3、θ4和铲斗9的长度L4，如式(10)和式(11)那样来求取。如图18所示，通过运算L4×sin(π-θ4)+(W/2)×cos(π-θ4)求取的距离L4aA，成为图19所示的距离L4aA。

从图20可知，距离(xa4B)和距离(za4B)能够使用倾斜角度θ1、θ2、θ3、θ4和铲斗9的长度L4，如式(13)和式(15)那样来求取。如图18所示，从通过运算L4×sin(π-θ4)+(W/2)×cos(π-θ4)求取的距离L4aA减去W×cos(π-θ4)而求出的值、即L4aA-W×cos(π-θ4)，成为图20所示的距离L4aB。

如上所述，第1齿尖坐标P4A’(xa4A，ya4A，za4A)和第2齿尖坐标P4B’(xa4B，ya4B，za4B)以第2轴AX2的坐标P3(xa3，ya3，za3)为基准。从图19可知，车辆主体坐标系COM中的第1齿尖9T1的第1齿尖坐标P4A(xatA，yatA，zatA)，能够使用坐标P3(xa3，ya3，za3)和第1齿尖坐标P4A’(xa4A，ya4A，za4A)，并且使用式(16)、式(17)、和式(18)来求取。

(数学式16)

xatA＝xa3-xa4A…(16)

(数学式17)

yatA＝ya3-ya4A…(17)

(数学式18)

zatA＝za3-za4A…(18)

从图20可知，车辆主体坐标系COM中的第2齿尖9T2的第2齿尖坐标P4B(xatB，yatB，zatB)，能够使用坐标P3(xa3，ya3，za3)和第2齿尖坐标P4A’(xa4B，ya4B，za4B)，并且使用式(19)、式(20)和式(21)来求取。如果得到第1齿尖坐标P4A(xatA，yatA，zatA)和第2齿尖坐标P4B(xatB，yatB，zatB)，则能够基于上述坐标求取齿尖矢量B。

(数学式19)

xatB＝xa3-xa4B…(19)

(数学式20)

yatB＝ya3-ya4B…(20)

(数学式21)

zatB＝za3-za4B…(21)

在步骤S2中，处理部44基于上述方法求出齿尖矢量B之后，使处理前进至步骤S3。在步骤S3中，处理部44使用在步骤S2中求出的齿尖矢量B和目标面70的法线矢量N，求取作为目标回转信息的目标回转角度α。接着，对求取目标回转角度α的方法进行说明。

图21是用于说明求取目标回转角度α的方法的俯视图。图22是用于说明车辆主体坐标系COM中的单位矢量的图。图23和图24是用于说明齿尖矢量B和目标齿尖矢量B’的图。图25是用于说明目标回转角度α、β的图。

在图23、图24和图25中，圆C表示在使上部回转体3以回转中心轴为中心回转的情况下铲斗9的任意点的轨迹。圆C上的虚线表示铲斗9进入目标面70的内侧的情况下的轨迹。圆C上的黑色圆点表示轨迹与目标面70相交的点。图24中，矢量ez的始点位于目标面70的线上，但这是说明上的图示，实际上液压挖掘机100的Za轴、即矢量ez的始点位于远离目标面70的位置。此外，齿尖矢量B的始点和目标齿尖矢量B’的始点也位于目标面70的线上，但这是说明上的图示，实际上两个矢量的始点也可以位于远离目标面70的位置。在图24中，图示了虽然齿尖矢量B没有与目标面70正对，但是根据规定的目标回转角度使包含作业机械2的上部回转体3回转时，目标齿尖矢量B’与目标面70正对的情况。

在求取目标回转角度α的情况下，在本实施方式中，使用齿尖矢量B和目标齿尖矢量B’。在作业机械2和安装于其上的铲斗9通过使上部回转体3回转而从当前的位置回转了角度-α时，目标面70的法线矢量N与齿尖矢量B正交。该目标面70作为液压挖掘机100的目标作业对象，由操作员预先选择。

使目标面70的法线矢量N与齿尖矢量B正交时的齿尖矢量B为目标齿尖矢量B’。图21所示的单位矢量ez是图22所示的车辆主体坐标系COM的Za轴方向上的单位矢量。单位矢量ez与车辆主体坐标系COM的Xa轴方向上的单位矢量ex及Ya轴方向上的单位矢量ey之间成立︱ex︳＝︱ey︳＝︱ez︳＝1的关系。车辆主体坐标系COM的Za轴是包含具有铲斗9的作业机械2的上部回转体3的回转中心轴。因此，单位矢量ez是包含回转中心轴的方向的信息。图21所示的圆C表示在从Za轴方向观察液压挖掘机100和目标面70并且使上部回转体3以回转中心轴为中心回转的情况下的铲斗9的任意点的轨迹。圆C上的虚线表示铲斗9进入目标面70的内侧的情况下的轨迹。圆C上的黑色圆点表示轨迹与目标面70相交的点。

如果目标齿尖矢量B’与目标面70的法线矢量N正交，则式(22)成立。即，目标齿尖矢量B’与法线矢量N的内积为0。此时，在目标面70中，齿尖矢量B、目标齿尖矢量B’、法线矢量N和单位矢量ex的关系如图23和图24所示。此外，基于关于矢量旋转的罗德里格斯旋转公式，齿尖矢量B、目标齿尖矢量B’和单位矢量ex的关系能够如式(23)那样表示。

(数学式22)

$\stackrel{\→}{B^{\′}}\⊥\stackrel{\→}{N}\⇔\stackrel{\→}{B^{\′}}\·\stackrel{\→}{N}=0\·\·\·\left(22\right)$

(数学式23)

$\stackrel{\→}{B^{\′}}=\stackrel{\→}{e_z}(\stackrel{\→}{e_z}\·\stackrel{\→}{B})+[\stackrel{\→}{B}-\stackrel{\→}{e_z}(\stackrel{\→}{e_z}\·\stackrel{\→}{B})]\cos (-\mathrm{\α})-(\stackrel{\→}{B}\×\stackrel{\→}{e_z})\sin (-\mathrm{\α})$

基于式(22)和式(23)，能够得到式(24)。整理式(24)，则得到式(25)。式(25)中的P、Q和R分别如式(26)所示，为了能够基于式(25)求取目标回转角度α，P、Q、R需要满足式(27)的关系式。式(25)能够通过三角函数的合成公式而改写成式(28)所示的形式。在这种情况下，由式(27)所示的关系成立。也就是说，满足式(27)的情况表示作为实数解能够得到目标回转角度α。式(28)中的φ满足 $\cos \mathrm{\φ}=P/\sqrt{\mathrm{}}(P^2+{(Q+R)}^2)$ 和 $\sin \mathrm{\φ}=(Q+R)/\sqrt{\mathrm{}}(P^2$ $+{(Q+R)}^2)$ 。基于式(28)，能够如式(29)所示那样求出目标回转角度α。

(数学式24)

$\begin{array}{c}0=(\stackrel{\→}{e_z}\·\stackrel{\→}{N})(\stackrel{\→}{e_z}\·\stackrel{\→}{B})+[\stackrel{\→}{B}\·\stackrel{\→}{N}-(\stackrel{\→}{e_z}\·\stackrel{\→}{N})(\stackrel{\→}{e_z}\·\stackrel{\→}{B})]\cos \mathrm{\α}+(\stackrel{\→}{B}\×\stackrel{\→}{e_z})\·\stackrel{\→}{N}\sin \mathrm{\α}\\ \stackrel{\→}{e_z}\·(\stackrel{\→}{N}\×\stackrel{\→}{B})\sin \mathrm{\α}+[\stackrel{\→}{N}\·\stackrel{\→}{B}-(\stackrel{\→}{e_z}\·\stackrel{\→}{N})(\stackrel{\→}{e_z}\·\stackrel{\→}{B})]\cos \mathrm{\α}=-(\stackrel{\→}{e_z}\·\stackrel{\→}{N})(\stackrel{\→}{e_z}\·\stackrel{\→}{B})\end{array}\·\·\·\left(24\right)$

(数学式25)Psinα+(Q+R)cosα＝R…(25)

(数学式26)

$\left\{\begin{array}{c}P=\stackrel{\→}{e_z}\·(\stackrel{\→}{N}\×\stackrel{\→}{B})\\ Q=\stackrel{\→}{N}\·\stackrel{\→}{B}\\ R=-(\stackrel{\→}{e_z}\·\stackrel{\→}{N})(\stackrel{\→}{e_z}\·\stackrel{\→}{B})\end{array}\right.\·\·\·\left(26\right)$

(数学式27)

$\left|\frac{R}{\sqrt{P^2+{(Q+R)}^2}}\right|\≤1\·\·\·\left(27\right)$

(数学式28)

$\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\φ})=\frac{R}{\sqrt{P^2+{(Q+R)}^2}}\·\·\·\left(28\right)$

(数学式29)

$\mathrm{\α}=\arcsin \frac{R}{\sqrt{P^2+{(Q+R)}^2}}-\mathrm{\φ}\·\·\·\left(29\right)$

目标回转角度α在P为0以上的情况下能够由式(30)求取，在P小于0的情况下能够由式(31)求取。进而，通过置换为β＝－α，能够得到式(32)和式(33)。式(32)是P为0以上的情况下的β，式(33)是P小于0的情况下的β。此外，β也能够作为目标回转量的候选，是目标回转角度并且是目标回转信息。在本实施方式中，以下相应地将目标回转角度α称为第1目标回转角度α，将目标回转角度β称为第2目标回转角度β。第1目标回转角度α是第1目标回转信息，第2目标回转角度β是第2目标回转信息。如图25所示，第1目标回转角度α和第2目标回转角度β是以当前的齿尖矢量B的方向为中心分成两部分的关系。

(数学式30)

$\mathrm{\α}=\arcsin \frac{R}{\sqrt{P^2+{(Q+R)}^2}}-\arcsin \frac{Q+R}{\sqrt{P^2+{(Q+R)}^2}},P\≥0\·\·\·\left(30\right)$

(数学式31)

$\mathrm{\&alpha;}=\arcsin \frac{R}{\sqrt{P^2+{(Q+R)}^2}}+\arcsin \frac{Q+R}{\sqrt{P^2+{(Q+R)}^2}}-\mathrm{\&pi;},P<0\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(31\right)$

(数学式32)

$\mathrm{\&beta;}=-\arcsin \frac{R}{\sqrt{P^2+{(Q+R)}^2}}-\arcsin \frac{Q+R}{\sqrt{P^2+{(Q+R)}^2}}-\mathrm{\&pi;},P\&GreaterEqual;0\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(32\right)$

(数学式33)

$\mathrm{\&beta;}=-\arcsin \frac{R}{\sqrt{P^2+{(Q+R)}^2}}+\arcsin \frac{Q+R}{\sqrt{P^2+{(Q+R)}^2}},P<0\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(33\right)$

处理部44使用单位矢量ez、目标面70的法线矢量N和在步骤S2中求出的齿尖矢量B，使用上述式(26)和式(30)～式(33)来求取第1目标回转角度α和第2目标回转角度β。单位矢量ez、目标面70的法线矢量N存储在图6所示的显示控制装置39的存储部43中。求出第1目标回转角度α和第2目标回转角度β之后，处理部44决定使用哪个来控制正对罗盘73的显示状态。

图26是用于说明选择用于正对罗盘73的显示的第1目标回转角度α或第2目标回转角度β的方法的俯视图。图27～图29是表示液压挖掘机100与目标面70的关系的图。图30是表示正对罗盘73的图。

图26所示的圆C表示在从Za轴方向观察液压挖掘机100和目标面70并且使上部回转体3以回转中心轴为中心回转的情况下的铲斗9的任意点的轨迹。此外，相对于Xa轴由第1目标回转角度α形成的方向用箭头表示。同样，相对于Xa轴由第2目标回转角度β形成的方向用箭头表示。此外，对于图26将在后文中进行详细描述。

处理部44在选择用于正对罗盘73的显示的第1目标回转角度α或第2目标回转角度β时，决定第1角度γ1和第2角度γ2。首先，从回转中心轴(Za轴)上的任意的点(任意点)向目标面70的多个(在本实施方式中是4个)端部70T1、70T2、70T3、70T4，以与任意点相同是Za轴方向的坐标为条件引出4条虚拟线LN1、LN2、LN3、LN4。也就是说，在将目标面70和液压挖掘机100作为二维平面从Za轴方向观察的状态下，从Za轴向目标面70的多个端部70T1、70T2、70T3、70T4引出虚拟线LN1、LN2、LN3、LN4。在图26所示的示例中，目标面70是四边形，该四边形的顶点是端部。目标面70是，对于多个三角形多边形，将各三角形多边形的面的倾斜大致视为相同而合成一个来形成四边形的目标面70，但是目标面70也可以是三角形或五边形等多边形。即使目标面70是三角形或五边形，也如上述那样，向端部引出虚拟线LN1、LN2、LN3、LN4。

进而，确定与回转中心轴(Za轴)垂直并且引至液压挖掘机100的前方的前方线。前方线是液压挖掘机100的局部坐标系(Xa-Ya-Za)中的前后方向轴即Xa轴的前方、也就是Xa轴的作业机械2一侧的部分。分别求取从回转中心轴(Za轴)一侧观察由4条虚拟线LN1、LN2、LN3、LN4中的每条线与前方线(Xa轴)形成的角度。这里，从上方观察液压挖掘机100并且以Xa轴为基准，将以Za轴为中心逆时针旋转定义为正方向、顺时针旋转定义为负方向。

采用求出的多个(在本实施方式中为4个)角度中的最大值和最小值。最大值是第1角度γ1，最小值是第2角度γ2。在图26所示的情况下，如上所述，以Xa轴为基准，将以Za轴为中心逆时针旋转定义为正方向、顺时针旋转定义为负方向，因此第1角度γ1与第2角度γ2相比其角度的绝对值较大，但是在大小关系上，第1角度γ1小于第2角度γ2。也就是说，图26所示的示例中，在最小值是第1角度γ1、最大值是第2角度γ2时，形成第1角度γ1的情况下的目标面70的端部是端部70T1。此外，在最小值是第1角度γ1、最大值是第2角度γ2时，形成第2角度γ2的情况下的目标面70的端部是端部70T2。图26所示的示例示出了选择端部70T1、70T2的情况。连接端部70T1和70T2的边70La是构成目标面70的一条边。

使用图26进一步说明第1角度(以下，简称为第1方向角)γ1。第1方向角γ1是由Xa轴与虚拟线(以下，简称为第1直线)LN1构成的角度，Xa轴是与回转中心轴、即Za轴正交并且与作业机械2的动作平面平行的方向，虚拟线LN1是在从Za轴一侧观察目标面70时从一端部70T1连接至Za轴。在本实施方式中，作业机械2的动作平面是由液压挖掘机100的车辆主体坐标系的Xa轴和Za轴形成的平面。因此，在本实施方式中，与Za轴正交并且与作业机械2的动作平面平行的方向是液压挖掘机100的车辆主体坐标系的Xa轴方向。第2角度(以下，简称为第2方向角)γ2是由Xa轴与虚拟线(以下，简称为第2直线)直线LN2构成的角度，虚拟线直线LN2是在从Za轴一侧观察目标面70时从另一端部70T2连接至Za轴。

这样，在考虑由Xa轴与经过Za轴及目标面70的各端部70T1、70T2、70T3、70T4的各条虚拟线LN1、LN2、LN3、LN4构成的角度中的角度的正负来进行比较时，第1角度γ1是为最小值的角度。在考虑由Xa轴与各条虚拟线LN1、LN2、LN3、LN4构成的角度中的角度的正负来进行比较时，第2角度是为最大值的角度。在本实施方式中，第1角度γ1的绝对值大于第2角度γ2的绝对值。在本实施方式中，由Xa轴与经过Za轴及目标面70的各端部70T1、70T2、70T3、70T4的各条虚拟线LN1、LN2、LN3、LN4构成的角度中的、绝对值最大的角度可以是第1角度γ1和第2角度γ2中的任一方，而绝对值最小的角度是另一方。

图27所示的3个示例中的一个示例，是液压挖掘机100位于位置a的情况。如果从Za轴一侧观察目标面70，则通过上述方法选择出的端部为端部70T1b和端部70T2，前者是第1端部，后者是第2端部。与此相对，在液压挖掘机100位于位置b的情况下，如果从Za轴一侧观察目标面70，则通过上述方法选择出的端部为端部70T1a和端部70T2，前者是第1端部，后者是第2端部。

图28所示的示例示出了设计面70包围液压挖掘机100的三面的情况。在这种情况下，液压挖掘机100位于被设计面70包围的位置d，与上述的液压挖掘机100位于位置a的情况同样，在从Za轴一侧观察目标面70的情况下，从回转中心轴(Za轴)上的任意的点(任意点)向目标面70的端部(图28中所示的黑色圆点)，以与任意点相同是Za轴方向的坐标为条件，引出作为虚拟线的第1直线LN1和第2直线LN2，求取第1角度γ1或第2角度γ2。其结果，以Xa轴(矢量ex)为基准，在引出以第1角度γ1或第2角度γ2形成的第1直线LN1或第2直线LN2处，端部70T1和端部70T2存在。端部70T1为第1端部，端部70T2为第2端部。图28所示的示例并非示出第1角度γ1与第2角度γ2相同的情况，只是示出了设计面70包围液压挖掘机100的三面的情况。

图27所示的3个示例中的一个示例，是压挖掘机100位于位置c的情况，也就是说，是液压挖掘机100位于目标面70上的情况。此外，图29所示的示例示出了设计面70包围液压挖掘机100的四周的情况。此外，在液压挖掘机100位于位置d或e的情况下，处理部44进行下述处理:判断液压挖掘机100的周围被目标面70包围的情况。

处理部44基于液压挖掘机100的Za轴的位置信息和Xa轴的位置信息、以及目标面70的位置信息，求取第1方向角γ1和第2方向角γ2。然后，处理部44基于第1方向角γ1和第2方向角γ2，选择第1目标回转角度α和第2目标回转角度β中的任一方作为用于显示正对罗盘73的信息。显示正对罗盘73包含：变更正对罗盘73的显示形式、决定指针73I的倾斜度、以及使指针73I转动等。接着，对该方法进行说明。

首先，定义由第1方向角γ1和第2方向角γ2决定的朝向目标面70的方向角范围。如图26所示，方向角范围是由第2方向角γ2和第1方向角γ1形成的角度内的范围。在第1目标回转角度α和第2目标回转角度β这两者进入该方向角范围内的情况下，处理部44对第1目标回转角度α和第2目标回转角度β的绝对值的大小进行比较。例如如果第2目标回转角度β的绝对值大于第1目标回转角度α的绝对值、即︱α︱≤︱β︱的关系成立，则处理部44选择第1目标回转角度α。如果第2目标回转角度β的绝对值小于第1目标回转角度α的绝对值、即︱α︱＞︱β︱的关系成立，则处理部44选择第2目标回转角度β。处理部44将所选择的目标回转角度作为目标回转量即目标回转信息，用于正对罗盘73的显示。

在仅第1目标回转角度α进入上述方向角范围内的情况下，处理部44选择第1目标回转角度α作为目标回转信息，用于正对罗盘73的显示。图26所示的示例相当于此。也就是说，在由第1方向角γ1和第2方向角γ2决定的朝向目标面70的方向角范围内，仅第1目标回转角度α进入，而第2目标回转角度β位于方向角范围之外。另一方面，在仅第2目标回转角度β进入上述方向角范围内的情况下，处理部44选择第2目标回转角度β用于正对罗盘73的显示。

在第1目标回转角度α和第2目标回转角度β这两者都没有进入上述方向角范围内的情况下，处理部44基于式(34)，选择第1目标回转角度α和第2目标回转角度β中的任一方。在式(34)中，θ1是第1方向角γ1，θ2是第2方向角γ2。处理部44求取第1方向角γ1与第1目标回转角度α的差，进而求取第2方向角γ2与第1目标回转角度α的差。进一步，处理部44比较求出的2个差的大小，选择较小的一方。这里，使所选择的一方为第1选择。进一步，处理部44求取第1方向角γ1与第2目标回转角度β的差，进而求取第2方向角γ2与第2目标回转角度β的差。处理部44比较求出的2个差的大小，选择较小的一方。这里，使所选择的一方为第2选择。进一步，处理部44比较第1选择和第2选择的大小。

也就是说，对(θ1－α)和(θ2－α)中较小的一方与(θ1－β)和(θ2－β)中较小的一方进行比较。比较的结果，如果式(34)成立，则处理部44选择第1目标回转角度α，如果式(34)不成立，则处理部44选择第2目标回转角度β，将其作为目标回转信息用于正对罗盘73的显示。

(数学式34)

$\underset{i=\mathrm{1,2}}{\min }|\mathrm{\&theta;i}-\mathrm{\&alpha;}|\&le;\underset{i=\mathrm{1,2}}{\min }|\mathrm{\&theta;i}-\mathrm{\&beta;}|\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(34\right)$

图27所示的3个示例中的一个示例，是液压挖掘机100位于由c表示的位置的情况。即，是液压挖掘机100位于目标面70之上的情况，相对于目标面70的方向角范围被视为全方向。在这种情况下，处理部44执行与第1目标回转角度α和第2目标回转角度β这两者进入上述的方向角范围内的情况同样的处理，选择第1目标回转角度α和第2目标回转角度β中的任一方，将其作为目标回转信息用于正对罗盘73的显示。如图29所示，在目标面70包围液压挖掘机100的周围的情况下，也与液压挖掘机100位于目标面70之上的情况同样地进行处理。也就是说，处理部44进行与第1目标回转角度α和第2目标回转角度β这两者进入上述的方向角范围内的情况同样的处理，选择第1目标回转角度α和第2目标回转角度β中的任一方。其结果，处理部44选择第1目标回转角度α和第2目标回转角度β中的任一方，将其作为目标回转信息用于正对罗盘73的显示。

选择第1目标回转角度α和第2目标回转角度β中的任一方作为用于显示正对罗盘73的目标回转信息之后，处理部44前进至步骤S4，将与选择的目标回转信息对应的图像、具体而言是将正对罗盘73显示在图6所示的显示部42中。在这种情况下，处理部44，以目标齿尖矢量B’的朝向相当于正对罗盘73的正对标记73M的位置，并且显示与当前的齿尖矢量B的朝向对应的指针73I的顶部73IT的位置的方式使指针73I旋转的状态下进行显示。例如在选择第1目标回转角度α作为目标回转信息的情况下，如图30所示，指针73I相对于正对标记73M倾斜第1目标回转角度α。在选择第2目标回转角度β作为目标回转信息的情况下，如图30所示，指针73I相对于正对标记73M旋转第2目标回转角度β。

图31是表示目标面70、单位矢量ez和法线矢量N的关系的图。图32是表示在无法求出目标回转角度的情况(无解状态)下的一个示例的概念图。图32示出了从横向观察在使包含作业机械2的上部回转体3回转时铲斗9的任意位置所画出的轨迹时的回转平面TCV与目标面70的关系。如后文所述，图33是表示在无法求出目标回转信息的情况下的正对罗盘73的显示示例的图。图34b和图34b是表示在无法求出目标回转角度的情况或者目标回转角度不确定的情况(不定解状态)下的一个示例的概念图。

在本实施方式中，在单位矢量ez与法线矢量N的关系没有满足上述的式(27)的情况下，数学上无法求出目标回转信息(无解状态)。这种无解状态是下述状态：铲斗9为倾斜斗，并且铲斗9围绕倾斜销17大幅转动，在这种状态下，即使使上部回转体3回转，齿尖9T的齿尖矢量B与目标面70的法线矢量N也不会正交。图32示出了这种状态。图32是表示在无法求出第1目标回转角度和第2目标回转角度的情况(无解状态)下的一个示例的概念图，对从横向观察在使包含作业机械2的上部回转体3回转时铲斗9的任意位置所画出的轨迹时的回转平面与目标面的关系进行说明。从图32可知，在无解状态下，齿尖矢量B与目标面70不平行。换言之，在无解状态下，齿尖矢量B与目标面70的法线矢量不正交，在图32所示的情况下数学上无法求出目标回转信息。

此外，在没有满足由式(35)决定的关系的情况下，目标回转信息不确定为固定值(不定解状态)。图31示出了X、Za轴(矢量ez)和目标面70的法线矢量N的关系。式(35)中的X预先确定。X是将包含作业机械2的上部回转体3的回转中心轴即Za轴与目标面70的法线矢量N视为平行的程度的大小。

(数学式35)

$\frac{|\stackrel{\&RightArrow;}{e_z}\&CenterDot;\stackrel{\&RightArrow;}{N}|}{\left|\stackrel{\&RightArrow;}{N}\right|}>\cos \left(X\right)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(35\right)$

在目标回转信息为不定解状态的情况下，铲斗9的齿尖9T一直与目标面70正对，因此示出指针73I进行包含作业机械2的上部回转体3等的操作引导本身没有意义。图34a和图34b是表示在无法求出第1目标回转角度和第2目标回转角度的情况(不定解状态)下的一个示例的概念图。如图34a所示，液压挖掘机100位于目标面70之上，铲斗9的齿尖矢量B与目标面70平行。换言之，齿尖矢量B与目标面70的法线矢量N正交。在这种情况下，目标回转信息因成为不定解状态而无法求出。

在铲斗9是倾斜斗的情况下，从图34a的状态至图34b所示，使铲斗9围绕倾斜销17转动，齿尖矢量B不再与目标面70平行。在这种状态下，即使使上部回转体3回转，齿尖矢量B也不会与目标面70的法线矢量N正交，目标回转信息仍然为不定解状态而无法求出。

因此，处理部44使显示在显示输入装置38的显示部42中的与目标回转信息对应的图像的显示形式与目标回转信息确定为固定值的情况不同。在本实施方式中，如图33所示，处理部44使正对罗盘73变灰。这样，操作员能够直观地识别正对罗盘73没有显示作为本来信息的目标回转信息。即，如图33所示，通过处理部44使正对罗盘73变灰，操作员能够把握正对罗盘73没有显示包含作业机械2的上部回转体3应该回转的角度。此时，也可以使指针73I的转动停止。这样，操作员更容易集中于作业。

接着，对数学上无法求出目标回转信息、即无解状态进行详细说明。在无法求出目标回转信息的情况下，不能基于指针73I的旋转进行包含作业机械2的上部回转体3等的操作引导。无法求出目标回转信息的情况，例如如图32所示那样，是从横向观察齿尖矢量B的前端所画出的轨迹时的回转平面TCV与目标面70不交叉的情况。例如通过铲斗9的倾斜功能使铲斗9倾斜的结果是，铲斗倾斜角度θ4过大的情况下，成为如图32那样的状态，不能得到目标回转信息。在这种情况下，与目标回转信息不确定为固定值的不定解状态同样地，处理部44使显示在显示部42中的正对罗盘73的显示形式与能够求出目标回转信息的情况不同。在本实施方式中，正对罗盘73变灰。这样，操作员能够直观地识别正对罗盘73没有显示作为本来信息的目标回转信息。即，如图33所示，通过使正对罗盘73变灰，能够把握正对罗盘73没有显示包含作业机械2的上部回转体3应该回转的角度。此时，也可以使指针73I的转动停止。这样，操作员更容易集中于作业。

在本实施方式中，处理部44也可以在变更显示在显示部42的画面42P中的正对罗盘73的形式时，例如一并使用声音进行通知。在这种情况下，例如处理部44在铲斗9的齿尖9T与目标面70正对之前，从图6所示的声音发生装置46以规定的间隔用声音进行通知，随着齿尖矢量B与目标面70逐渐接近平行，缩短声音的间隔。然后，在铲斗9的齿尖9T与目标面70正对之后，处理部44用声音连续地通知规定时间后停止声音通知。这样，液压挖掘机100的操作员能够不仅基于正对罗盘73在视觉上，而且还基于声音在听觉上这两个方面来识别铲斗9的齿尖9T与目标面70正对的情况，因此作业效率进一步提高。

在铲斗9是倾斜斗的情况下，铲斗9的齿尖列线LBT的朝向的自由度增加，用于显示正对罗盘73的指针73I的计算变得复杂。在本实施方式中，显示系统101基于齿尖矢量B、目标面70的法线矢量N、以及包含作业机械2的上部回转体3的回转中心轴即Za轴方向的单位矢量ez，求取作为目标回转信息的第1目标回转角度α和第2目标回转角度β。这样，通过使用铲斗9的齿尖矢量B，由此即使铲斗9是倾斜斗，显示系统101也能够容易地计算使齿尖9T与目标面70正对所需要的目标回转角度。

此外，通过使用铲斗9的齿尖矢量B，无论是铲斗9是具有倾斜功能的倾斜斗且以第2轴AX2为中心转动倾斜的情况下，还是铲斗9没有倾斜功能，显示系统101都能够将使齿尖9T与目标面70正对所需要的目标回转角度正确地显示在正对罗盘73中。其结果，显示系统101能够以操作员可直观地容易理解的形态提供用于辅助作业机械2的操作的信息。因此，例如即使是不习惯操作倾斜斗的操作员，也能够跟随正对罗盘73的显示，仅通过对上部回转体3进行回转操作，就能够容易地使铲斗9的齿尖9T与目标面70正对。这样，显示系统101能够对液压挖掘机100的操作员提示用于使铲斗9的齿尖9T与目标面正对的合适的信息。

在仅考虑目标面70的朝向(倾斜)的情况下，如果基于铲斗9的齿尖列线LBT的朝向、即齿尖矢量B的朝向求取使铲斗9的齿尖9T与目标面70正对的目标回转角度，则通常其实数解包含重根在内可求出2个。这是第1目标回转角度α和第2目标回转角度β。显示系统101基于由第1方向角γ1和第2方向角γ2决定的朝向目标面70的方向角范围，选择第1目标回转角度α和第2目标回转角度β中的任一方作为目标回转信息。这样，显示系统101对于具有有限区域的目标面70能够选出表示正确且较少的回转量的目标回转信息，因此操作员通过跟随正对罗盘73所示出的指针73I，能够用没有无用回转量的最小回转量使铲斗9的齿尖9T与目标面70正对。这样，显示系统101能够对液压挖掘机100的操作员提示用于使铲斗9的齿尖9T与目标面正对的合适的信息。

以上，对本实施方式进行了说明，但是本实施方式不限于上述内容。此外，在上述的结构要素中，包含本领域技术人员能够容易想到的结构要素、实质上相同的结构要素等所谓的等同范围的结构要素。进而，上述的结构要素能够适当组合。进而，在不脱离本实施方式的要旨的范围内，能够进行结构要素的各种省略、置换或变更。

例如，各引导画面的内容也可以不限于上述的内容，而适当地进行变更。此外，显示控制装置39的一部分或全部的功能，也可以由配置在液压挖掘机100的外部的计算机执行。显示输入装置38的输入部41也可以不限于触摸面板式输入部，而是由硬按钮或开关等操作部件构成的输入部。即，显示输入装置38也可以是显示部42与输入部41分离的结构。

在上述的实施方式中，作业机械2具有动臂6、斗杆7和铲斗9，但是作业机械2不限于这样的机构。例如动臂6也可以是偏置动臂。此外，铲斗9不限于倾斜斗，也可以是不具有倾斜功能的铲斗。

在上述的实施方式中，通过第1行程传感器18A、第2行程传感器18B和第3行程传感器18C等检测单元检测出动臂6、斗杆7和铲斗9的姿势和位置，但是检测单元不限于此。例如，作为检测单元，也可以具有检测动臂6、斗杆7、铲斗9的倾斜角度的角度传感器。

在上述的实施方式中，是如图16所示的第3轴AX3与第2轴AX2正交的结构的作业机械2的情况，但是也可以是第3轴AX3与第2轴AX2不正交的结构的作业机械2。在这种情况下，如果在存储部43中存储必要的作业机械数据，则能够对液压挖掘机100的操作员提示用于使铲斗9的齿尖9T与目标面正对的合适的信息。

此外，在本实施方式中，使用图4、图6所示的铲斗倾斜传感器18D检测铲斗倾斜角度θ4，但是不限于此。例如也可以使用检测倾斜缸13的行程长度的行程传感器取代铲斗倾斜传感器18D来检测铲斗倾斜角度θ4。在这种情况下，显示控制装置39、更具体而言是处理部44，基于该行程传感器检测出的倾斜缸13、13的行程长度，求取铲斗9的齿尖9T或齿尖列9TG相对于第3轴AX3的倾斜角度作为铲斗倾斜角度θ4。

Claims (8)

1.一种挖掘机械的显示系统，其用于能够使包含具有铲斗的作业机械的上部回转体以规定的回转中心轴为中心进行回转的挖掘机械，所述挖掘机械的显示系统的特征在于，包括：

车辆状态检测部，其检测与所述挖掘机械的当前位置和姿势相关的信息；

存储部，其至少存储表示作业对象的目标形状的目标面的位置信息；以及

处理部，其基于包含通过与所述挖掘机械的当前位置和姿势相关的信息而求出的所述铲斗的齿尖的方向的信息、包含与所述目标面正交的方向的信息和包含所述回转中心轴的方向的信息，求取为了使所述铲斗的齿尖与所述目标面正对所需要的、表示包含所述作业机械的所述上部回转体的回转量的目标回转信息，并将与所得到的目标回转信息对应的图像显示在显示装置中。

2.根据权利要求1所述的挖掘机械的显示系统，其特征在于：

所述处理部，在所述目标回转信息不确定的情况或者无法求出所述目标回转信息的情况下，使显示在所述显示装置中的与所述目标回转信息对应的图像的显示形式与所述目标回转信息确定的情况或者能够求出所述目标回转信息的情况不同。

3.根据权利要求1或2所述的挖掘机械的显示系统，其特征在于：

所述处理部，在所述铲斗的所述齿尖与所述目标面正对之前和正对之后，使显示在所述显示装置的画面中的所述图像的形式不同。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的挖掘机械的显示系统，其特征在于：

所述铲斗通过以第1轴为中心转动，并且以与所述第1轴正交的第2轴为中心转动，使得齿尖相对于与所述第1轴及所述第2轴正交的第3轴倾斜，

还具有检测所述铲斗的倾斜角度的铲斗倾斜检测部，

所述处理部基于所述铲斗的倾斜角检测部检测出的所述铲斗的倾斜角度、与所述挖掘机械的当前位置和姿势相关的信息，求取所述铲斗的齿尖的方向。

5.一种挖掘机械的显示系统，其用于能够使包含具有铲斗的作业机械的上部回转体以规定的回转中心轴为中心进行回转的挖掘机械，所述挖掘机械的显示系统的特征在于，包括：

车辆状态检测部，其检测与所述挖掘机械的当前位置和姿势相关的信息；

存储部，其至少存储表示作业对象的目标形状的目标面的位置信息；以及

处理部，其基于包含通过与所述挖掘机械的当前位置和姿势相关的信息而求出的所述铲斗的齿尖的方向的信息、包含与所述目标面正交的方向的信息和包含所述回转中心轴的方向的信息，求取直到所述铲斗的齿尖与所述目标面平行为止所需要的、包含所述作业机械的所述上部回转体的回转量来作为目标回转信息，并将与所得到的目标回转信息对应的图像、以及与所述挖掘机械对应的图像和与所述目标面对应的图像一起显示在显示装置中，

所述处理部，在所述铲斗的所述齿尖与所述目标面正对之前和正对之后，使显示在所述显示装置的画面中的与所述目标回转信息对应的图像的形式不同。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的挖掘机械的显示系统，其特征在于，包括：

上部回转体，其安装有具有铲斗的作业机械，以规定的回转中心轴为中心进行回转；以及

行驶装置，其设置于所述上部回转体的下方。

7.一种挖掘机械的显示方法，其用于能够使包含具有铲斗的作业机械的上部回转体以规定的回转中心轴为中心进行回转的挖掘机械，所述挖掘机械的显示方法的特征在于：

基于包含通过与所述挖掘机械的当前位置和姿势相关的信息而求出的所述铲斗的齿尖的方向的信息、包含与所述目标面正交的方向的信息和包含回转中心轴的方向的信息，求取为了使所述铲斗的齿尖与所述目标面正对所需要的、表示包含所述作业机械的所述上部回转体的回转量的目标回转信息，

将与所得到的目标回转信息对应的图像显示在显示装置中。

8.根据权利要求7所述的挖掘机械的显示方法，其特征在于：

在所述目标回转信息不确定的情况或者无法求出所述目标回转信息的情况下，使显示在所述显示装置中的与所述目标回转信息对应的图像的显示形式与所述目标回转信息确定的情况或者能够求出所述目标回转信息的情况不同。