CN107923154B - 挖土机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种挖土机。本发明的实施例所涉及的挖土机具备：下部行走体(1)；上部回转体(3)，能够回转地搭载于下部行走体(1)；摄像机(S6)，安装于上部回转体(3)；及设备引导装置(50)，生成包含摄像机(S6)所获取的摄像机图像的输出图像(Gx)。设备引导装置(50)将表示斜坡(WS)的延长方向的双点划线(L1p)重叠显示于摄像机图像。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有设备引导功能的挖土机。
背景技术
为了有效且准确地进行基于附属装置的挖掘等工作，对作为施工机械的挖土机的操作人员要求熟练的操作技术。因此，为了使挖土机的操作经验少的操作人员也能够有效且准确地进行工作，有一种设置有引导挖土机的操作的功能(称为设备引导)的挖土机(例如，参考专利文献1)。
具体而言，专利文献1的挖土机具备显示示出表示工作对象的斜坡的剖面的线段和铲斗的刀尖的位置的图像的显示系统。而且，显示系统显示表示相对于斜坡的正对方向和应使挖土机回转的方向的图标即正对罗盘来作为用于使挖土机相对于斜坡正对的信息。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-148893号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
然而，专利文献1的显示系统仅仅是在由多个三角形多边形表现的设计地形的计算机图像上显示与该计算机图像的表示内容完全独立的作为图标的正对罗盘。因此，观察到该正对罗盘的操作人员有可能无法直观地理解为了使挖土机相对于斜坡正对而应进行的操作。
鉴于上述，期望提供一种能够使操作人员更直观地理解为了使挖土机相对于斜坡等工作对象面正对而应进行的操作的挖土机。
用于解决技术课题的手段
本发明的实施例所涉及的挖土机具备：下部行走体；下部回转体，能够回转地搭载于所述下部行走体；摄像机，安装于所述上部回转体；及运算处理装置，生成包含所述摄像机所获取的摄像机图像的输出图像，其中，所述运算处理装置将表示工作对象面的延长方向或与该延长方向垂直的方向的图像重叠显示于所述摄像机图像。
发明效果
通过上述方法，能够提供一种能够使操作人员更直观地理解为了使挖土机相对于斜坡等工作对象面正对而应进行的操作的挖土机。
附图说明
图1是本发明的实施例所涉及的挖土机的侧视图。
图2是表示图1的挖土机的驱动系统的结构的图。
图3是表示设备引导装置的结构例的框图。
图4是形成斜坡的挖土机的俯视图。
图5A是表示输出图像的一例的图。
图5B是表示输出图像的一例的图。
图6A是表示输出图像的一例的图。
图6B是表示输出图像的一例的图。
图7A是表示输出图像的一例的图。
图7B是表示输出图像的一例的图。
图8A是表示输出图像的一例的图。
图8B是表示输出图像的一例的图。
图9是表示输出图像的一例的图。
具体实施方式
图1是本发明的实施例所涉及的挖土机(挖掘机)的侧视图。挖土机的下部行走体1上经由回转机构2搭载有上部回转体3。上部回转体3上安装有动臂4。在动臂4的前端安装有斗杆5，在斗杆5的前端安装有作为端接附属装置的铲斗6。作为端接附属装置，也可以使用斜坡用铲斗、疏浚用铲斗等。
动臂4、斗杆5及铲斗6构成作为附属装置的一例的挖掘附属装置，通过动臂缸7、斗杆缸8及铲斗缸9分别被液压驱动。动臂4上安装有动臂角度传感器S1，斗杆5上安装有斗杆角度传感器S2，铲斗6上安装有铲斗角度传感器S3。挖掘附属装置上也可以设置有铲斗倾斜机构。
动臂角度传感器S1检测动臂4的转动角度。本实施例中，动臂角度传感器S1为检测相对于水平面的倾斜而检测动臂4相对于上部回转体3的转动角度的加速度传感器。
斗杆角度传感器S2检测斗杆5的转动角度。本实施例中，斗杆角度传感器S2为检测相对于水平面的倾斜而检测斗杆5相对于动臂4的转动角度的加速度传感器。
铲斗角度传感器S3检测铲斗6的转动角度。本实施例中，铲斗角度传感器S3为检测相对于水平面的倾斜而检测铲斗6相对于斗杆5的转动角度的加速度传感器。当挖掘附属装置具备铲斗倾斜机构时，铲斗角度传感器S3追加检测铲斗6围绕倾斜轴的转动角度。
动臂角度传感器S1、斗杆角度传感器S2及铲斗角度传感器S3也可以是利用可变电阻器的电位器、检测对应的液压缸的行程量的行程传感器、检测围绕连结销的转动角度的回转编码器等。
上部回转体3上设置有驾驶室10且搭载有引擎11等动力源。上部回转体3上安装有机体倾斜传感器S4、回转角速度传感器S5及摄像机S6。也可以安装有通信装置S7及定位装置S8。
机体倾斜传感器S4检测上部回转体3相对于水平面的倾斜。本实施例中，机体倾斜传感器S4为检测围绕上部回转体3的前后轴及左右轴的倾斜角的双轴加速度传感器。上部回转体3的前后轴及左右轴例如相互正交并通过作为挖土机的回转轴上的一点的挖土机中心点。
回转角速度传感器S5例如为陀螺仪传感器，检测上部回转体3的回转角速度。回转角速度传感器S5也可以是分解器、回转编码器等。
摄像机S6为获取挖土机的周边的图像的装置。本实施例中，摄像机S6为安装于上部回转体3的1台或多台摄像机。
通信装置S7为控制挖土机与外部之间的通信的装置。通信装置S7例如控制GNSS(Global Navigation Satellite System：全球导航卫星系统)测量系统与挖土机之间的无线通信。挖土机能够通过使用通信装置S7并经由无线通信来获取包括与目标施工面有关的信息等的设计数据。但是，挖土机也可以使用半导体存储器等来获取设计数据。
定位装置S8为测定挖土机的位置及朝向的装置。本实施例中，定位装置S8为组装有电子罗盘的GNSS接收机，测定挖土机的存在位置的维度、经度、高度，且测定挖土机的朝向。
驾驶室10内设置有输入装置D1、语音输出装置D2、显示装置D3、存储装置D4、门锁杆D5、控制器30及设备引导装置50。
控制器30作为进行挖土机的驱动控制的主控制部发挥功能。本实施例中，控制器30由包括CPU及内部存储器的运算处理装置构成。控制器30的各种功能通过CPU执行存放于内部存储器的程序来实现。
设备引导装置50引导挖土机的操作。本实施例中，设备引导装置50例如将由操作人员设定的目标施工面与铲斗6的前端(铲尖)位置在铅垂直方向上的距离以视觉和听觉方式通知操作人员。由此，设备引导装置50引导由操作人员进行的挖土机的操作。设备引导装置50可以将该距离仅以视觉方式告知操作人员，也可以仅以听觉方式告知操作人员。具体而言，设备引导装置50与控制器30同样由包括CPU及内部存储器的运算处理装置构成。设备引导装置50的各种功能通过CPU执行存放于内部存储器的程序来实现。设备引导装置50也可以与控制器30单独地设置，或者也可以组装于控制器30。
输入装置D1为用于由挖土机的操作人员将各种信息输入至设备引导装置50的装置。本实施例中，输入装置D1为安装于显示装置D3的周围的膜片开关。作为输入装置D1，也可以使用触摸面板等。
语音输出装置D2根据来自设备引导装置50的语音输出指令来输出各种语音信息。本实施例中，作为语音输出装置D2，利用直接连接于设备引导装置50的车载扬声器。作为语音输出装置D2，也可以使用蜂鸣器等报警器。
显示装置D3根据来自设备引导装置50的指令来输出各种图像信息。本实施例中，作为显示装置D3，利用直接连接于设备引导装置50的车载液晶显示器。显示装置D3显示摄像机图像。
存储装置D4为用于存储各种信息的装置。本实施例中，作为存储装置D4，使用半导体存储器等非易失性存储介质。存储装置D4存储设备引导装置50等所输出的各种信息。
门锁杆D5为防止挖土机被误操作的机构。本实施例中，门锁杆D5配置于驾驶室10的门与驾驶席之间。在门锁杆D5被提拉而无法使操作人员从驾驶室10退出的情况下，能够操作各种操作装置。另一方面，在门锁杆D5被按下而能够使操作人员从驾驶室10退出的情况下，无法操作各种操作装置。
图2是表示图1的挖土机的驱动系统的结构例的图。图2中，用双重线表示机械动力系统，用粗实线表示高压液压管路，用虚线表示先导管路，用细实线表示电力驱动/控制系统。
引擎11为挖土机的动力源。本实施例中，引擎11为采用不受引擎负荷的增减的影响而恒定维持引擎转速的无差控制的柴油引擎。引擎11中的燃料喷射量、燃料喷射定时、增压等通过引擎控制器单元(ECU)D7而被控制。
引擎11上连接有作为液压泵的主泵14及先导泵15。主泵14上经由高压液压管路连接有控制阀17。
控制阀17为进行挖土机的液压系统的控制的液压控制装置。右侧行走用液压马达、左侧行走用液压马达、动臂缸7、斗杆缸8、铲斗缸9、回转用液压马达等液压致动器经由高压液压管路连接于控制阀17。回转用液压马达也可以是回转用电动发电机。
先导泵15上经由先导管路连接有操作装置26。操作装置26包括操纵杆及踏板。操作装置26经由液压管路及门锁阀D6连接于控制阀17。
门锁阀D6切换连接控制阀17和操作装置26的液压管路的连通/阻断。本实施例中，门锁阀D6为根据来自控制器30的指令来切换液压管路的连通/阻断的电磁阀。控制器30根据门锁杆D5所输出的状态信号来判定门锁杆D5的状态。而且，控制器30在判定为门锁杆D5处于被提拉的状态的情况下，对门锁阀D6输出连通指令。若收到连通指令，则门锁阀D6将打开而使液压管路连通。其结果，操作人员对操作装置26的操作变为有效。另一方面，控制器30在判定为门锁杆D5处于拉下的状态的情况下，对门锁阀D6输出阻断指令。若收到阻断指令，则门锁阀D6将关闭而阻断液压管路。其结果，操作人员对操作装置26的操作变为无效。
压力传感器29以压力的形式检测操作装置26的操作内容。压力传感器29对控制器30输出检测值。
图2表示控制器30与显示装置D3之间的连接关系。本实施例中，显示装置D3经由设备引导装置50连接于控制器30。显示装置D3、设备引导装置50及控制器30可以经由CAN等通信网络连接，也可以经由专用线连接。
显示装置D3包括生成图像的转换处理部D3a。本实施例中，转换处理部D3a根据摄像机S6的输出生成显示用的摄像机图像。因此，摄像机S6还可以例如经由专用线连接于显示装置D3。
转换处理部D3a根据控制器30或设备引导装置50的输出生成显示用的图像。本实施例中，转换处理部D3a将控制器30或设备引导装置50所输出的各种信息转换成图像信号。控制器30所输出的信息例如包括表示引擎冷却水的温度的数据、表示工作油的温度的数据、表示燃料的余量的数据等。设备引导装置50所输出的信息包括表示铲斗6的前端(铲尖)位置的数据、表示工作对象的斜坡的朝向的数据、表示挖土机的朝向的数据、表示用于使挖土机与斜坡正对的操作方向的数据等。
转换处理部D3a可以不实现显示装置D3所具有的功能，而实现控制器30或设备引导装置50所具有的功能。此时，摄像机S6连接于控制器30或设备引导装置50，而不是连接于显示装置D3。
显示装置D3从蓄电池70受到电力的供给而进行动作。蓄电池70通过在引擎11的交流发电机11a(发电机)中发电的电力进行充电。蓄电池70的电力还供给至除控制器30及显示装置D3以外的挖土机的电气安装件72等。引擎11的启动装置11b通过来自蓄电池70的电力而被驱动，并启动引擎11。
引擎11通过引擎控制器单元D7而被控制。从引擎控制器单元D7始终向控制器30发送表示引擎11的状态的各种数据(例如，表示由水温传感器11c检测的冷却水温度(物理量)的数据)。因此，控制器30能够在临时存储部(存储器)30a中保存该数据，并且在需要时发送至显示装置D3。
如以下那样向控制器30供给各种数据。各种数据存放于控制器30的临时存储部30a。
首先，从作为可变容量式液压泵的主泵14的调整器14a向控制器30供给表示斜板偏转角的数据。表示主泵14的吐出压力的数据从吐出压力传感器14b被送至控制器30。这些数据(表示物理量的数据)存放于临时存储部30a。在储藏主泵14所吸入的工作油的罐与主泵14之间的管路上设置有油温传感器14c。表示流经该管路的工作油的温度的数据从油温传感器14c供给至控制器30。
从燃料容纳部55中的燃料容纳量检测部55a向控制器30供给表示燃料容纳量的数据。本实施例中，从作为燃料容纳部55的燃料罐中的作为燃料容纳量检测部55a的燃料余量传感器向控制器30供给表示燃料的余量状态的数据。
具体而言，燃料余量传感器由追随液面的浮子和将浮子的上下变动量转换成电阻值的可变电阻器(电位器)构成。通过该结构，燃料余量传感器能够用显示装置D3无级显示燃料的余量状态。燃料容纳量检测部55a的检测方式能够根据使用环境等适当选择，也可以采用能够分级显示燃料的余量状态的检测方式。
由压力传感器29检测对操作装置26进行操作时被送至控制阀17的先导压力。压力传感器29将表示所检测的先导压力的数据供给至控制器30。
本实施例中，如图2所示，挖土机在驾驶室10内具备引擎转速调整刻度表75。引擎转速调整刻度表75为用于调整引擎11的转速的刻度表，本实施例中，能够以4个阶段切换引擎转速。从引擎转速调整刻度表75始终向控制器30发送表示引擎转速的设定状态的数据。引擎转速调整刻度表75能够以SP模式、H模式、A模式及怠速模式这4个阶段切换引擎转速。图2表示在引擎转速调整刻度表75中选择H模式的状态。
SP模式为在欲将工作量设为优先的情况下选择的转速模式，利用最高的引擎转速。H模式为欲兼顾工作量和油耗的情况下选择的转速模式，利用第二高的引擎转速。A模式为在欲将油耗设为优先并且以低噪音运行挖土机的情况下选择的转速模式，利用第三高的引擎转速。怠速模式为欲将引擎11设为怠速状态的情况下选择的转速模式，利用最低的引擎转速。而且，引擎11的转速以在引擎转速调整刻度表75中设定的转速模式的引擎转速被控制为恒定。
接着，参考图3对设备引导装置50的各种功能要素进行说明。图3是表示设备引导装置50的结构例的功能框图。
本实施例中，控制器30除了挖土机整体的动作的控制以外，还控制是否通过设备引导装置50进行引导。具体而言，控制器30根据门锁杆D5的状态、来自压力传感器29的检测信号等来控制是否通过设备引导装置50进行引导。
接着，对设备引导装置50进行说明。本实施例中，设备引导装置50例如接收从动臂角度传感器S1、斗杆角度传感器S2、铲斗角度传感器S3、机体倾斜传感器S4、回转角速度传感器S5、输入装置D1及控制器30输出的各种信号及数据。而且，设备引导装置50根据所接收的信号及数据来计算附属装置(例如，铲斗6)的实际位置。而且，设备引导装置50在附属装置的实际位置与目标位置不同的情况下，向语音输出装置D2及显示装置D3发送报警指令而发出报警。
设备引导装置50包括承担各种功能的功能部。本实施例中，设备引导装置50包括倾斜角计算部501、高度计算部503、比较部504、报警控制部505、引导数据输出部506、工作对象设定部507、工作对象面信息显示部508、挖土机朝向显示部509、操作方向显示部510及正对状态显示部511来作为用于对附属装置的动作进行引导的功能部。
倾斜角计算部501根据来自机体倾斜传感器S4的检测信号来计算上部回转体3相对于水平面的倾斜角(挖土机的倾斜角)。即，倾斜角计算部501使用来自机体倾斜传感器S4的检测信号来计算挖土机的倾斜角。
高度计算部503根据倾斜角计算部501所计算出的倾斜角和由传感器S1～S3的检测信号计算出的动臂4、斗杆5、铲斗6的角度来计算铲斗6的前端(铲尖)的高度。本实施例中，以铲斗6的前端进行挖掘，因此铲斗6的前端(铲尖)相当于端接附属装置的工作部位。另一方面，当以铲斗6的背面进行铺平土砂的工作时，铲斗6的背面相当于端接附属装置的工作部位。当使用破碎机作为铲斗6以外的端接附属装置时，破碎机的前端相当于端接附属装置的工作部位。
比较部504对高度计算部503所计算出的铲斗6的前端(铲尖)的高度与以从引导数据输出部506输出的引导数据表示的铲斗6的前端(铲尖)的目标高度进行比较。目标高度也可以根据预先输入的设计图面、挖土机的当前位置及工作姿势来进行计算。也可以根据所设定的过去的挖土机的铲尖位置、所输入的目标深度、挖土机的倾斜角及当前的工作姿势(当前的铲尖位置)来进行计算。
报警控制部505在根据比较部504中的比较结果判断为需要报警时，向语音输出装置D2及显示装置D3这两个或其中一个发送报警指令。语音输出装置D2及显示装置D3若接收报警指令，则发出规定的报警通报给挖土机的操作人员。
引导数据输出部506从预先存放于设备引导装置50的存储装置的引导数据中抽取铲斗6的目标高度的数据并对比较部504输出。此时，引导数据输出部506也可以输出与挖土机的当前位置、工作姿势、倾斜角等相对应的铲斗6的目标高度的数据。
工作对象设定部507为设定挖土机的工作对象的功能要素。工作对象设定部507例如将输入装置D1的规定的开关被按下时的挖土机的朝向设定为与作为工作对象的斜坡正对的朝向。在二维设备引导的情况下，工作对象设定部507也可以将输入装置D1的规定的开关被按下时的铲斗6的前端(铲尖)位置设定为基准位置。基准位置用于计算铲斗6的前端位置的当前位置并进行显示。
当挖土机具有设计数据且具备定位装置S8时，工作对象设定部507预先设定与斜坡正对的朝向。
工作对象面信息显示部508为将与作为工作对象面的斜坡有关的信息重叠显示于摄像机图像的功能要素。例如，工作对象面信息显示部508在显示装置D3所生成的摄像机图像上重叠显示表示作为工作对象面的斜坡的延长方向或与该延长方向垂直的方向的图像。表示斜坡的延长方向或与该延长方向垂直的方向的图像包括表示斜坡的延长方向的线段、表示与该延长方向垂直的方向的线段等。工作对象面并不限定于斜坡。
挖土机朝向显示部509为将与挖土机的朝向有关的信息显示于输出图像上的功能要素。例如，挖土机朝向显示部509在显示装置D3所生成的摄像机图像上重叠显示表示挖土机的朝向的图像。表示挖土机的朝向的图像包括表示挖土机的朝向的线段。挖土机朝向显示部509也可以在输出图像中的摄像机图像以外的部分显示表示挖土机的朝向的图像。
操作方向显示部510为将表示用于使挖土机相对于作为工作对象的斜坡正对的操作方向的图像显示于输出图像上的功能要素。例如，操作方向显示部510将表示用于使挖土机相对于斜坡正对的操作方向的箭头重叠显示于摄像机图像上。操作方向显示部510也可以在输出图像中的摄像机图像以外的部分显示表示用于使挖土机与斜坡正对的操作方向的图像。操作方向可以包括回转方向或行进方向。
正对状态显示部511为将表示挖土机与作为工作对象的斜坡正对的状态的图像显示于输出图像上的功能要素。例如，正对状态显示部511将表示挖土机与斜坡正对的状态的正对标记重叠显示于摄像机图像上。
参考图4、图5A及图5B，对使用图3的设备引导装置50时显示于显示装置D3的输出图像的例子进行说明。图4表示形成斜坡WS的挖土机的俯视图。斜坡WS为通过工作对象设定部507设定的作为工作对象的斜坡。
图4的挖土机中，将前方摄像机S6F、左侧方摄像机S6L、右侧方摄像机S6R及后方摄像机S6B搭载于上部回转体3。
图4表示在挖土机的右后方存在物体B的情况。单点划线VL1v为与斜坡WS的延长方向垂直且通过挖土机中心点SX的假想线(以说明目的描绘的实际上不存在的线段)。双点划线VL1p为与斜坡WS的延长方向平行且通过挖土机中心点SX的假想线。虚线VL2为与挖土机的前后方向平行且通过挖土机中心点SX的假想线。
图5A及图5B表示包含显示装置D3根据图4的搭载于挖土机的左侧方摄像机S6L、右侧方摄像机S6R及后方摄像机S6B的输出而生成的扇形俯瞰图像的输出图像Gx。具体而言，图5A表示挖土机与斜坡WS未正对时的输出图像Gx，图5B表示挖土机与斜坡WS正对时的输出图像Gx。
在图5A及图5B各自的输出图像Gx中，在扇形区域R1的内部显示有显示装置D3所生成的摄像机图像(扇形俯瞰图像)，在其中心配置有表示挖土机的俯视图的作为图解图像的挖土机图标G1。如图5A与图5B的比较可知，显示于扇形区域R1的内部的摄像机图像例如根据挖土机的回转动作而变化。与图5B的摄像机图像有关的挖土机的状态对应于与图5A的摄像机图像有关的使挖土机左向回转的状态。关于后述的图6A与图6B、图7A与图7B、图8A与图8B也相同。
双点划线L1p为表示斜坡WS的延长方向的图像的一例，对应于图4的双点划线VL1p。双点划线L1p的至少一部分通过工作对象面信息显示部508重叠显示于摄像机图像上。本实施例中，双点划线L1p通过扇形区域R1的中心且具有与扇形区域R1的直径相同的长度。但是，双点划线L1p也可以不通过扇形区域R1的中心。双点划线L1p的长度也可以与扇形区域R1的直径不相同。例如，双点划线L1p可以超出扇形区域R1。
刻度G2为表示挖土机的朝向的图像的一例。本实施例中，刻度G2包括配置于扇形区域R1的左端的左侧刻度G2L和配置于扇形区域R1的右端的右侧刻度G2R。左侧刻度G2L及右侧刻度G2R分别由5条线段构成，作为中心的最长线段的主刻度对应于上部回转体3的左右轴。刻度G2通过挖土机朝向显示部509显示于输出图像Gx上。刻度G2也可以显示于扇形区域R1的外侧。
图5A的箭头G3为表示用于使挖土机与斜坡WS正对的操作方向的图像的一例。本实施例中，箭头G3沿着扇形区域R1的外周从右侧刻度G2R向双点划线L1p延伸。观察到箭头G3的挖土机的操作人员直观地理解能够通过使上部回转体3朝左而使挖土机与斜坡WS正对。例如，操作人员直观地理解能够通过以回转操作使上部回转体3左向回转或者通过以行走操作使下部行走体1左向回转而使挖土机与斜坡WS正对。箭头G3通过操作方向显示部510显示于输出图像Gx上。箭头G3也可以显示于扇形区域R1的外侧。箭头G3也可以闪烁。
图5B的正对标记G4为表示挖土机与斜坡WS已正对的图像的一例。本实施例中，正对标记G4包括配置于左侧刻度G2L的附近的左侧正对标记G4L和配置于右侧刻度G2R的附近的右侧正对标记G4R。左侧正对标记G4L及右侧正对标记G4R分别由2个三角形构成，且以2个三角形的对置的顶点隔着双点划线L1p的方式配置。此时，双点划线L1p与左侧刻度G2L及右侧刻度G2R各自的主刻度平行且一致。箭头G3被消除。观察到正对标记G4的挖土机的操作人员直观地理解挖土机与斜坡WS已正对。正对标记G4通过正对状态显示部511显示于输出图像Gx上。正对标记G4也可以显示于扇形区域R1的外侧。正对标记G4也可以闪烁。
接着，参考图6A及图6B，对使用图3的设备引导装置50时显示于显示装置D3的输出图像的另一例进行说明。
图6A及图6B表示包含显示装置D3根据图4的搭载于挖土机的后方摄像机S6B的输出而生成的后方图像的输出图像Gx。具体而言，图6A表示挖土机与斜坡WS未正对时的输出图像Gx，图6B表示挖土机与斜坡WS正对时的输出图像Gx。
在图6A及图6B各自的输出图像Gx中，在矩形区域R2的内部显示有显示装置D3所生成的摄像机图像(后方图像)。显示于后方图像的影像与映在后视镜的影像同样为反射像。因此，如图4所示实际上存在于挖土机的右后方的物体B如图6A所示显示于矩形区域R2的右侧部分。
单点划线L1v为表示与斜坡WS的延长方向垂直的方向的图像的一例，对应于图4的单点划线VL1v。单点划线L1v的至少一部分通过工作对象面信息显示部508重叠显示于摄像机图像上。本实施例中，单点划线L1v以与矩形区域R2的纵轴平行的方式显示，且具有与矩形区域R2的高度相同的长度。但是，单点划线L1v也可以不与该纵轴平行。单点划线L1v的长度也可以不与矩形区域R2的高度相同。例如，单点划线L1v可以超出矩形区域R2。
刻度G2为表示挖土机的朝向的图像的一例。本实施例中，刻度G2配置于矩形区域R2的下部中央。刻度G2由5条线段构成，作为中心的最长线段的主刻度对应于上部回转体3的前后轴。显示于矩形区域R2的下端部分的是上部回转体3的后端部分。刻度G2通过挖土机朝向显示部509显示于输出图像Gx上。刻度G2也可以显示于矩形区域R2的外侧。
图6A的箭头G3为表示用于使挖土机与斜坡WS正对的操作方向的图像的一例。本实施例中，箭头G3与矩形区域R2的横轴平行地从单点划线L1v向刻度G2的主刻度延伸。观察到箭头G3的挖土机的操作人员直观地理解能够通过使上部回转体3朝左而使挖土机与斜坡WS正对。例如，操作人员直观地理解能够通过以回转操作使上部回转体3左向回转或者通过以行走操作使下部行走体1左向回转而使挖土机与斜坡WS正对。箭头G3通过操作方向显示部510显示于输出图像Gx上。箭头G3也可以显示于矩形区域R2的外侧。箭头G3也可以闪烁。
图6B的正对标记G4为表示挖土机与斜坡WS已正对的图像的一例。本实施例中，正对标记G4配置于刻度G2的主刻度处。正对标记G4由2个三角形构成，且以2个三角形的对置的顶点隔着主刻度的方式配置。此时，单点划线L1v与主刻度一致。箭头G3被消除。观察到正对标记G4的挖土机的操作人员直观地理解挖土机与斜坡WS已正对。正对标记G4通过正对状态显示部511显示于输出图像Gx上。正对标记G4也可以显示于矩形区域R2的外侧。正对标记G4也可以闪烁。
接着，参考图7A及图7B，对使用图3的设备引导装置50时显示于显示装置D3的输出图像的又一例进行说明。
图7A及图7B表示包含显示装置D3根据图4的搭载于挖土机的前方摄像机S6F、左侧方摄像机S6L、右侧方摄像机S6R及后方摄像机S6B各自的输出而生成的全方位俯瞰图像的输出图像Gx。具体而言，图7A表示挖土机与斜坡WS未正对时的输出图像Gx，图7B表示挖土机与斜坡WS正对时的输出图像Gx。
在图7A及图7B各自的输出图像Gx中，在圆形区域R3的内部显示有显示装置D3所生成的摄像机图像(全方位俯瞰图像)，且在其中心配置有表示挖土机的俯视图的作为图解图像的挖土机图标G1。
单点划线L1v为表示与斜坡WS的延长方向垂直的方向的图像的一例，对应于图4的单点划线VL1v。单点划线L1v的至少一部分通过工作对象面信息显示部508重叠显示于摄像机图像上。本实施例中，单点划线L1v通过圆形区域R3的中心且具有与圆形区域R3的直径相同的长度。但是，单点划线L1v也可以不通过圆形区域R3的中心。单点划线L1v的长度也可以不与圆形区域R3的直径相同。例如，单点划线L1v可以超出圆形区域R3。
虚线L2为表示挖土机的朝向的图像的一例，对应于挖土机的前后轴及图4的虚线VL2。虚线L2通过挖土机朝向显示部509显示于输出图像Gx上。本实施例中，虚线L2通过圆形区域R3的中心且具有与圆形区域R3的直径相同的长度。但是，虚线L2也可以不通过圆形区域R3的中心。虚线L2的长度也可以不与圆形区域R3的直径相同。例如，虚线L2可以超出圆形区域R3，也可以显示于圆形区域R3的外部。
刻度G2为表示挖土机的朝向的图像的一例。本实施例中，刻度G2包括配置于圆形区域R3的上端的上侧刻度G2T和配置于圆形区域R3的下端的下侧刻度G2B。上侧刻度G2T及下侧刻度G2B分别由5条线段构成，且作为中心的最长线段的主刻度对应于上部回转体3的上下轴。刻度G2通过挖土机朝向显示部509显示于输出图像Gx上。刻度G2也可以显示于圆形区域R3的外侧。也可以省略刻度G2。
图7A的箭头G3为表示用于使挖土机与斜坡WS正对的操作方向的图像的一例。本实施例中，箭头G3沿着圆形区域R3的外周从虚线L2向单点划线L1v延伸。观察到箭头G3的挖土机的操作人员直观地理解能够通过使上部回转体3朝左而使挖土机与斜坡WS正对。例如，操作人员直观地理解能够通过以回转操作使上部回转体3左向回转或者通过以行走操作使下部行走体1左向回转而使挖土机与斜坡WS正对。箭头G3通过操作方向显示部510显示于输出图像Gx上。箭头G3也可以显示于圆形区域R3的外侧。箭头G3也可以闪烁。
图7B的正对标记G4为表示挖土机与斜坡WS已正对的图像的一例。本实施例中，正对标记G4配置于虚线L2处。正对标记G4由2个三角形构成，且以2个三角形的对置的顶点隔着虚线L2的方式配置。此时，单点划线L1v与虚线L2平行且一致。单点划线L1v及箭头G3被消除。单点划线L1v也可以以该状态被显示。观察到正对标记G4的挖土机的操作人员直观地理解挖土机与斜坡WS已正对。正对标记G4通过正对状态显示部511显示于输出图像Gx上。正对标记G4也可以显示于圆形区域R3的外侧。正对标记G4也可以闪烁。
接着，参考图8A及图8B，对使用图3的设备引导装置50时显示于显示装置D3的输出图像的又一例进行说明。
图8A及图8B表示包含显示装置D3根据图4的搭载于挖土机的前方摄像机S6F的输出而生成的前方图像的输出图像Gx。具体而言，图8A表示挖土机与斜坡WS未正对时的输出图像Gx，图8B表示挖土机与斜坡WS已正对时的输出图像Gx。
在图8A及图8B各自的输出图像Gx中，在矩形区域R4的内部显示有显示装置D3所生成的摄像机图像(前方图像)。
单点划线L1v为表示与斜坡WS的延长方向垂直的方向的图像的一例，对应于图4的单点划线VL1v。单点划线L1v的至少一部分通过工作对象面信息显示部508重叠显示于摄像机图像上。本实施例中，单点划线L1v以与矩形区域R4的纵轴平行的方式显示，且具有矩形区域R4的高度的大致一半的长度。但是，单点划线L1v也可以不与该纵轴平行。单点划线L1v的长度也可以更长或更短。例如，单点划线L1v可以超出矩形区域R4。
刻度G2为表示挖土机的朝向的图像的一例。本实施例中，刻度G2配置于矩形区域R4的下部中央。刻度G2由5条线段构成，且作为中心的最长线段的主刻度对应于上部回转体3的前后轴。刻度G2通过挖土机朝向显示部509显示于输出图像Gx上。刻度G2也可以显示于矩形区域R4的外侧。
图8A的箭头G3为表示用于使挖土机与斜坡WS正对的操作方向的图像的一例。本实施例中，箭头G3与矩形区域R4的横轴平行地从刻度G2的主刻度向单点划线L1v延伸。观察到箭头G3的挖土机的操作人员直观地理解能够通过使上部回转体3朝左而使挖土机与斜坡WS正对。例如，操作人员直观地理解能够通过以回转操作使上部回转体3左向回转或者通过以行走操作使下部行走体1左向回转而使挖土机与斜坡WS正对。箭头G3通过操作方向显示部510显示于输出图像Gx上。箭头G3也可以显示于矩形区域R4的外侧。箭头G3也可以闪烁。
图8B的正对标记G4为表示挖土机与斜坡WS已正对的图像的一例。本实施例中，正对标记G4配置于刻度G2的主刻度处。正对标记G4由2个三角形构成，且以2个三角形的对置的顶点隔着主刻度的方式配置。此时，单点划线L1v与主刻度一致。箭头G3被消除。观察到正对标记G4的挖土机的操作人员直观地理解挖土机与斜坡WS已正对。正对标记G4通过正对状态显示部511显示于输出图像Gx上。正对标记G4也可以显示于矩形区域R4的外侧。正对标记G4也可以闪烁。
接着，参考图9，对使用图3的设备引导装置50时显示于显示装置D3的输出图像的又一例进行说明。
图9表示包括包含图5A、图5B的扇形俯瞰图像的摄像机图像区域Gy的输出图像Gx。图5A、图5B的扇形俯瞰图像也可以被图6A、图6B的后方图像、图7A、图7B的全方位俯瞰图像、图8A、图8B的前方图像等其他摄像机图像置换。
图9的输出图像Gx包含铲斗高度显示区域Ga、冷却水温度显示区域Gb、燃料余量显示区域Gc、尿素水余量显示区域Gd、移动高度显示区域Ge、移动距离显示区域Gf、横向斜坡角度显示区域Gg、纵向斜坡角度显示区域Gh、引擎工作时间显示区域Gi及脱离角度显示区域Gj。显示于铲斗高度显示区域Ga、移动高度显示区域Ge、移动距离显示区域Gf、横向斜坡角度显示区域Gg、纵向斜坡角度显示区域Gh及脱离角度显示区域Gj的信息构成引导信息，显示于冷却水温度显示区域Gb、燃料余量显示区域Gc、尿素水余量显示区域Gd及引擎工作时间显示区域Gi的信息构成车辆信息。如图9所示，设备引导装置50将引导信息及车辆信息中的至少一个与摄像机图像同时显示。
铲斗高度显示区域Ga为表示铲斗6的当前高度与目标高度之间的关系的显示区域，例如包括条形显示。条形显示例如由7个段Ga1～Ga7构成。铲斗6的目标高度例如包括使铲斗6的前端(铲尖)与作为目标施工面的斜坡的表面接触时的铲斗6的前端(铲尖)的高度。本实施例中，在铲斗6的当前高度低于目标高度且铲斗6的当前高度与目标高度之差为25cm以上时，段Ga1成为点亮状态。在铲斗6的当前高度低于目标高度且其差为1cm以上且小于25cm时段Ga2成为点亮状态。在铲斗6的当前高度与目标高度一致时，例如其差小于±1cm时，段Ga3成为点亮状态。在铲斗6的当前高度高于目标高度且其差为1cm以上且小于25cm时，段Ga4成为点亮状态。同样地，分别在铲斗6的当前高度高于目标高度且其差为25cm以上且小于50cm时、50cm以上且小于75cm时、75cm以上时，段Ga5、Ga6、Ga7分别成为点亮状态。以斜线阴影表示的段Ga3不受铲斗6的当前高度的影响并以能够与其他段区分地被显示。这是为了能够使操作人员直观地理解铲斗6的当前高度与目标高度之差。图9中示出段Ga7为点亮状态且其他段Ga1至Ga6为熄灭状态的情况。
冷却水温度显示区域Gb为图像显示当前的引擎冷却水的温度状态的区域。图9所示的例子中，显示有表示引擎冷却水的温度状态的条形图。引擎冷却水的温度基于安装于引擎11的水温传感器11c所输出的数据。
具体而言，冷却水温度显示区域Gb包括注意范围显示Gb1、正常范围显示Gb2、段显示Gb3及图标显示Gb4。
注意范围显示Gb1、正常范围显示Gb2分别为用于通知操作人员引擎冷却水的温度处于需要注意的状态、正常状态的显示。段显示Gb3为用于告知操作人员引擎冷却水的温度高低的显示。图标显示Gb4为表示注意范围显示Gb1、正常范围显示Gb2及段显示Gb3为与引擎冷却水的温度有关的显示的记号图形等图标。图标显示Gb4也可以是表示与引擎冷却水的温度有关的显示的文字信息。
图9所示的例子中，段显示Gb3由能够单独控制点亮/熄灭状态的8个段构成，冷却水温度越高，点亮状态的段数越增加。图9的例子中，3个段成为点亮状态。
图9所示的例子中，注意范围显示Gb1、正常范围显示Gb2分别为以沿段显示Gb3的伸缩方向的方式排列配置的图形，以黄色(斜线阴影)、绿色(点阴影)始终被点亮。段显示Gb3中，左右两端的2个段属于注意范围，中央的6个段属于正常范围。
包括注意范围显示、正常范围显示、段显示及图标显示的上述结构在燃料余量显示区域Gc及尿素水余量显示区域Gd中也同样能够采用。
燃料余量显示区域Gc为图像显示燃料的余量状态的区域。燃料的余量基于燃料余量传感器所输出的数据。
尿素水余量显示区域Gd为图像显示在选择催化还原系统中所使用的尿素水的余量状态的区域。尿素水的余量基于未图示的尿素水余量传感器所输出的数据。
移动高度显示区域Ge为显示铲斗6的基准位置与当前位置在铅垂方向上的差作为移动高度的区域。关于移动高度，例如铲斗6的当前位置低于基准位置时成为正值，铲斗6的当前位置高于基准位置时成为负值。图9的例子中，移动高度成为1.00m。
移动距离显示区域Gf为显示铲斗6的基准位置与当前位置在水平方向上的差作为移动距离的区域。关于移动距离，例如铲斗6的当前位置比基准位置更靠近上部回转体3时成为正值，铲斗6的当前位置比基准位置更远离上部回转体3时成为负值。图9的例子中，移动距离成为3.50m。
横向斜坡角度显示区域Gg为显示横向斜坡角度的值和表示横向斜坡角度的图解图像的区域。横向斜坡角度为在将铲斗6横切的铅垂面上形成于表示工作对象的斜坡的表面的线段与水平线之间的角度。图9的例子中，横向斜坡角度从挖土机观察向右下方成为15°。具体而言，在横向斜坡角度显示区域Gg显示有示意地表示铲斗6与目标施工面之间的位置关系的第1目标施工面图像。在第1目标施工面显示图像上，以铲斗图像及目标施工面图像示意地显示有操作人员乘坐在驾驶室10内并观察挖土机的前方时的铲斗6与目标施工面。铲斗图像为表示铲斗6的图形，以从驾驶室10观察铲斗6时的形态表示。目标施工面图像为表示作为目标施工面的地面的图形，与铲斗图像同样以从驾驶室10观察时的形态表示。铲斗图像与目标施工面图像之间的间隔以根据实际的铲斗6的前端与目标施工面之间的位置关系(距离)的变化而变化的方式显示。并且，铲斗图像与目标施工面图像的相对倾斜角也同样以根据实际的铲斗6与目标施工面之间的位置关系(相对倾斜角)的变化而变化的方式显示。操作人员能够通过观察第1目标施工面显示图像来掌握铲斗6与目标施工面之间的位置关系及横向斜坡角度。在第1目标施工面显示图像上，为了提高操作人员的视觉辨认性，也可以以大于实际的横向斜坡角度的方式显示有目标施工面图像。操作人员能够从显示于第1目标施工面显示图像的目标施工面图像识别大体的横向斜坡角度。并且，操作人员想知道准确的横向斜坡角度的值时，只要观察数值显示于目标施工面图像的下方的横向斜坡角度的值即可。
纵向斜坡角度显示区域Gh为显示纵向斜坡角度和表示纵向斜坡角度的图解图像的区域。纵向斜坡角度为在将铲斗6纵切的铅垂面上形成于表示工作对象的斜坡的表面的线段与水平线之间的角度。图9的例子中，从挖土机观察时上坡的斜坡的纵向斜坡角度成为35°。具体而言，在纵向斜坡角度显示区域Gh中显示有示意地表示铲斗6与目标施工面之间的位置关系的第2目标施工面图像。在第2目标施工面显示图像中，以铲斗图像及目标施工面图像示意地显示有从侧方观察时的铲斗6和目标施工面。铲斗图像以从侧方观察铲斗6时的形态表示。目标施工面图像与铲斗图像同样以从侧方观察时的形态表示。铲斗图像与目标施工面图像之间的间隔以根据实际的铲斗6的前端与目标施工面之间的位置关系(距离)的变化而变化的方式显示。并且，铲斗图像与目标施工面图像的相对倾斜角也同样以根据实际的铲斗6与目标施工面之间的位置关系(相对倾斜角)的变化而变化的方式显示。操作人员能够通过观察第2目标施工面显示图像来掌握铲斗6与目标施工面之间的位置关系及纵向斜坡角度。在第2目标施工面显示图像上，为了提高操作人员的视觉辨认性，也可以以大于实际的倾斜角的方式显示有目标施工面图像。操作人员能够从显示于第2目标施工面显示图像的目标施工面图像识别大体的纵向斜坡角度。并且，操作人员想知道准确的纵向斜坡角度的值时，只要观察数值显示于目标施工面图像的下方的纵向斜坡角度的值即可。
引擎工作时间显示区域Gi为图像显示引擎11的累计工作时间的区域。图9所示的例子中，显示有使用单位“hr(小时)”的值。
脱离角度显示区域Gj为显示脱离角度的区域。脱离角度为表示从挖土机与工作对象的斜坡正对的状态脱离的大小的角度，例如为形成于挖土机的前后轴和与工作对象的斜坡的延长方向垂直的方向之间的角度。关于脱离角度，例如在挖土机与工作对象的斜坡正对的状态下成为0°，随着挖土机的上部回转体3右向回转而增大。图9的例子中，脱离角度成为30°。
如上所述，设备引导装置50将表示工作对象的斜坡WS的延长方向或与该延长方向垂直的方向的图像重叠显示于摄像机图像。例如，将表示与斜坡WS的延长方向垂直的方向的单点划线L1v或表示斜坡WS的延长方向的双点划线L1p重叠显示于扇形俯瞰图像、后方图像、全方位俯瞰图像、前方图像等摄像机图像上。因此，观察输出图像Gx的挖土机的操作人员例如能够直观地理解通过什么程度的回转操作能够使挖土机与斜坡正对。其结果，设备引导装置50能够提高挖土机的操作性。
设备引导装置50将表示挖土机的朝向的图像显示于输出图像Gx。例如，将对应于挖土机的前后轴的虚线L2、对应于挖土机的左右轴的刻度G2重叠显示于摄像机图像上。因此，观察输出图像Gx的挖土机的操作人员例如能够直观地理解挖土机的朝向以什么程度偏离了正对状态下的挖土机的朝向。
设备引导装置50将表示用于使挖土机与斜坡WS正对的操作方向的箭头G3显示于输出图像Gx。因此，观察输出图像Gx的挖土机的操作人员例如能够直观地理解为了使挖土机与斜坡WS正对，沿左右方向中的哪个方向进行什么程度的回转操作或行走操作即可。
当挖土机与斜坡WS已正对时，设备引导装置50将表示已正对的图像显示于输出图像Gx。例如，当挖土机与斜坡WS已正对时，设备引导装置50使正对标记G4闪烁。因此，观察输出图像Gx的挖土机的操作人员例如能够直观地理解挖土机与斜坡WS已正对。
以上，详细说明了本发明的优选实施例。但是，本发明并不限于上述实施例。在不脱离本发明的范围的前提下，能够对上述实施例施加各种变形及置换。
例如，上述的实施例中，当挖土机与斜坡WS已正对时，设备引导装置50将正对标记G4显示于输出图像Gx，但也可以通过语音信息告知操作人员挖土机与斜坡WS已正对。
设备引导装置50也可以将用于使挖土机与斜坡WS正对的操作方向、脱离角度等通过语音信息传达给操作人员。
本申请主张基于2015年8月10日申请的日本专利申请2015-158332号的优先权，并将该日本专利申请的全部内容通过参考而援用于本申请中。
符号说明
1-下部行走体，2-回转机构，3-上部回转体，4-动臂，5-斗杆，6-铲斗，7-动臂缸，8-斗杆缸，9-铲斗缸，10-驾驶室，11-引擎，11a-交流发电机，11b-启动装置，11c-水温传感器，14-主泵，14a-调整器，14b-吐出压力传感器，14c-油温传感器，15-先导泵，17-控制阀，26-操作装置，29-压力传感器，30-控制器，30a-临时存储部，50-设备引导装置，55-燃料容纳部，55a-燃料容纳量检测部，70-蓄电池，72-电气安装件，75-引擎转速调整刻度表，501-倾斜角计算部，503-高度计算部，504-比较部，505-报警控制部，506-引导数据输出部，507-工作对象设定部，508-工作对象面信息显示部，509-挖土机朝向显示部，510-操作方向显示部，511-正对状态显示部，S1-动臂角度传感器，S2-斗杆角度传感器，S3-铲斗角度传感器，S4-机体倾斜传感器，S5-回转角速度传感器，S6-摄像机，S6B-后方摄像机，S6F-前方摄像机，S6L-左侧方摄像机，S6R-右侧方摄像机，S7-通信装置，S8-定位装置，D1-输入装置，D2-语音输出装置，D3-显示装置，D3a-转换处理部，D4-存储装置，D5-门锁杆，D6-门锁阀，D7-引擎控制器单元。
Claims (1)
1.一种挖土机，其具备：
下部行走体；
上部回转体，能够回转地搭载于所述下部行走体；
摄像机，配置于所述上部回转体，且被安装成拍摄到所述上部回转体的后端部分；及
运算处理装置，生成所述摄像机所获取的拍摄到所述后端部分的后方图像，
在所述挖土机中，
所述运算处理装置将表示与工作对象面垂直的方向的第一图像(L1v)以及与所述上部回转体的朝向对应的第二图像(G2)重叠显示于拍摄到所述后端部分的后方图像，
所述第一图像(L1v)在挖土机与所述工作对象面正对时在所述后方图像上沿与所述工作对象面垂直的方向被显示，以表示挖土机与所述工作对象面正对的朝向的关系，
所述重叠显示的方式为，伴随着回转动作或行走动作，所述后方图像的显示发生变化，并且所述第一图像(L1v)的显示位置发生变化，而所述第二图像(G2)的显示位置不变化，在所述挖土机与所述工作对象面正对时所述第一图像(L1v)的位置和所述第二图像(G2)的位置一致，
所述第二图像(G2)在拍摄到所述后端部分的后方图像的下部中央显示于与所述后端部分重叠的位置。
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