CN110799708B - 作业机械 - Google Patents

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Abstract

在液压挖掘机(1)的操纵控制器(40)中，具备：第1距离运算部(43f)，其基于铲斗齿尖的位置信息和目标面(700)的位置信息，对从铲斗齿尖铅垂地延伸的假想直线(Lv)上的铲斗齿尖与目标面的距离即第1距离(D1)进行运算；和第2距离运算部(43g)，其基于铲斗齿尖的位置信息、目标面的位置信息和现况地形(800)的位置信息，对假想直线(Lv)上的目标面与现况地形的距离即第2距离(D2)进行运算。在显示装置(53a)上，显示第1距离(D1)和第2距离(D2)。

Description

作业机械
技术领域
本发明涉及作业机械。
背景技术
以液压挖掘机为代表的、具备作业机(前作业机)的作业机械通过操作员对操作杆进行操作而驱动作业机，将成为施工对象的地形整形成所期望的形状。作为以对这样的作业进行支援为目的的技术，具有机械指导(Machine Guidance：MG)。MG是通过将表示所期望的施工对象面的形状的目标面与作业机的位置关系显示到显示装置的画面上来实现利用作业机形成目标面时的操作员的操作支援的技术。
在MG中有如下显示：除了上述的目标面与作业机的位置关系之外，还显示包含利用作业机挖掘而形成的地形(有时也称为“既成形状”)的现况地形。例如在专利文献1中，公开有如下工程机械的既成形状信息处理装置，该工程机械的既成形状信息处理装置基于预先对作业机设定的监视点的三维位置的计测结果，获取与利用作业机挖掘而形成的既成形状相关的信息，上述工程机械的既成形状信息处理装置的特征在于，构成为，设置基于工程机械发出的信号来判定作业机的作业状态是否处于挖掘作业的状态的作业状态的判定机构，在由上述判定机构判定成作业机的作业状态处于挖掘作业的状态时，基于上述监视点所涉及的三维位置的计测结果来获取与上述既成形状相关的信息。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-200185号公报
发明内容
另外，以前由于在现场设置表示目标面的形状的标桩和/或找平绳，所以操作员比较容易掌握目标面相对于实际地形存在于何处、另外要将实际地形挖掘到何种程度才能达到目标面。与此相对在MG中，虽然不需要标桩和找平绳，而只是将表示目标面与作业机的位置关系的信息显示到显示装置的显示器中。在MG的显示器上的信息中包含目标面与铲斗的齿尖的距离，但不包含从现况地形到目标面为止的距离。因此，操作员难以直观地掌握要以何种程度挖掘现况地形后才能达到目标面，另外从提高作业效率和防止目标面损伤的观点考虑要以何种程度的速度对作业机进行操作才好。
专利文献1公开了使用作业机的监视点(例如铲斗的齿尖)的轨迹来更新现况地形(既成形状)的数据的技术，将目标面和现况地形同时显示到显示器上的例子在图7中有所公开。但是，该技术只是通过齿尖的轨迹来更新现况地形的数据，并没有显示目标面与现况地形的距离。因此，操作员难以直观地掌握还要以何种程度挖掘现况地形后才能达到目标面等。
此外，在显示从铲斗的齿尖到目标面为止的距离的以前的MG中，只要在使铲斗的齿尖与现况地形接触的状态下静止则也能够实质地显示现况地形与目标面的距离，但若在每次进行挖掘作业时均进行该操作则作业效率可能会显著降低。即，若从使齿尖与现况地形接触的姿势开始挖掘则挖掘动力可能会不充分，以确保挖掘动力为目的而需要将暂时与现况地形接触的齿尖再次从现况地形分开的操作。
本发明的目的在于提供一种能够将目标面相对于现况地形存在于多远的位置易于理解地报知给操作员的作业机械。
本申请包含解决上述课题的多个方案，若列举其一个例子，则作业机械具备：作业机；控制装置，其具有存储有任意设定的目标面的位置信息的存储部、以及运算对上述作业机任意设定的基准点的位置信息的基准点位置运算部；和显示装置，其基于上述目标面的位置信息和上述基准点的位置信息来显示上述目标面与上述作业机的位置关系，在上述作业机械中，在上述存储部中存储有现况地形的位置信息，上述控制装置还具有：第1距离运算部，其基于上述基准点的位置信息和上述目标面的位置信息，对第1距离进行运算，该第1距离是从上述基准点朝向上述目标面沿规定方向延伸的假想直线上的上述基准点与上述目标面的距离；和第2距离运算部，其基于上述基准点的位置信息、上述目标面的位置信息和上述现况地形的位置信息，对第2距离进行运算，该第2距离是上述假想直线上的上述目标面与上述现况地形的距离，在上述显示装置上显示上述第1距离和上述第2距离。
发明效果
根据本发明，由于通过参照显示在显示装置上的第2距离就能够掌握现况地形与目标面的距离，所以即使在作业机距现况地形远时操作员也能够容易掌握目标面存在于何处，另外要以何种程度的速度对作业机进行操作才好。
附图说明
图1是本发明的实施方式的液压挖掘机的结构图。
图2是将本发明的实施方式的液压挖掘机的操纵控制器与液压驱动装置一起示出的图。
图3是表示图1的液压挖掘机中的坐标系以及目标面的图。
图4是液压挖掘机的操纵控制器40的硬件结构图。
图5是液压挖掘机的操纵控制器40的功能框图。
图6是第1实施方式的MG控制部43的功能框图。
图7是第1实施方式的显示装置53a的显示画面的一个例子。
图8是基于第1实施方式的操纵控制器40进行的MG的流程图。
图9是第2实施方式的MG控制部43的功能框图。
图10是基于第2实施方式的操纵控制器40进行的MG的流程图。
图11是第2实施方式的显示装置53a的显示画面的一个例子。
图12是第3实施方式的MG控制部43的功能框图。
图13是基于第3实施方式的操纵控制器40进行的MG的流程图。
图14是将第4距离D4显示到显示装置53a上时的显示画面的一个例子。
图15是将第4距离D4显示到显示装置53a上时的显示画面的一个例子。
图16是第4实施方式的MG控制部43的功能框图。
图17是基于第4实施方式的操纵控制器40进行的MG的流程图。
图18是第4实施方式的显示装置53a的显示画面的一个例子。
图19是将从基准点(铲斗齿尖)Ps通过且与目标面700正交的直线设为假想直线Lv’的例子。
图20A是表示由现况地形更新部43a基于铲斗齿尖的位置信息进行现况地形的更新的示意图。
图20B是由现况地形更新部43a基于图20A进行现况地形的更新后的显示装置53a的显示画面的一个例子。
具体实施方式
以下，使用附图来说明本发明的实施方式。此外，以下，例示作为作业机的前端的作业工具(附属装置)而具备铲斗10的液压挖掘机，但也可以在具备铲斗以外的附属装置的作业机械中适用本发明。而且，只要是具有将多个连杆部件(附属装置、斗杆、动臂等)连结而构成的作业机的作业机械，则也能够适用于液压挖掘机以外的作业机械。
另外，在本说明书中，关于与表示某个形状的术语(例如目标面、设计面等)一起使用的“上”、“上方”或“下方”这些词语的意思，“上”表示该某个形状的“表面”，“上方”表示比该某个形状的“表面高的位置”，“下方”表示比该某个形状的“表面低的位置”。另外，在以下的说明中，在存在多个相同的结构要素的情况下，有时会对附图标记(数字)的末尾标注字母，但有时也会省略该字母而统一表述该多个结构要素。例如，在存在三个泵300a、300b、300c时，有时会将它们统一表述为泵300。
＜第1实施方式＞
-液压挖掘机的整体结构-
图1是本发明的第1实施方式的液压挖掘机的结构图，图2是将本发明的第1实施方式的液压挖掘机的操纵控制器与液压驱动装置一起示出的图。
在图1中，液压挖掘机1由多关节型的前作业机1A和车身1B构成。车身1B由通过左右的行驶液压马达3a、3b(关于液压马达3a参照图2)而行驶的下部行驶体11、和安装在下部行驶体11上且通过旋转液压马达4而旋转的上部旋转体12构成。
前作业机1A将沿垂直方向分别转动的多个被驱动部件(动臂8、斗杆9及铲斗10)连结而构成。动臂8的基端在上部旋转体12的前部经由动臂销被能够转动地支承。在动臂8的前端经由斗杆销能够转动地连结有斗杆9，在斗杆9的前端经由铲斗销能够转动地连结有铲斗10。动臂8由动臂缸5驱动，斗杆9由斗杆缸6驱动，铲斗10由铲斗缸7驱动。
为了能够测定动臂8、斗杆9、铲斗10的转动角度α、β、γ(参照图3)，在动臂销上安装有动臂角度传感器30，在斗杆销上安装有斗杆角度传感器31，在铲斗连杆13上安装有铲斗角度传感器32，在上部旋转体12上安装有检测上部旋转体12(车身1B)相对于基准面(例如水平面)的倾斜角θ(参照图3)的车身倾斜角传感器(例如惯性计测装置(IMU))33。此外，角度传感器30、31、32能够分别替换为针对基准面(例如水平面)的角度传感器(例如惯性计测装置(IMU))。
在设于上部旋转体12的驾驶室16内，设置有：操作装置47a(图2)，其具有行驶右杆23a(图2)且用于对行驶右液压马达3a(下部行驶体11)进行操作；操作装置47b(图2)，其具有行驶左杆23b(图2)且用于对行驶左液压马达3b(下部行驶体11)进行操作；操作装置45a、46a(图2)，其共用操作右杆1a(图2)且用于对动臂缸5(动臂8)及铲斗缸7(铲斗10)进行操作；和操作装置45b、46b(图2)，其共用操作左杆1b(图2)且用于对斗杆缸6(斗杆9)及旋转液压马达4(上部旋转体12)进行操作。以下，存在将行驶右杆23a、行驶左杆23b、操作右杆1a以及操作左杆1b总称为操作杆1、23的情况。
搭载于上部旋转体12的作为原动机的发动机18驱动液压泵2和先导泵48。液压泵2是通过调节器2a控制容量的可变容量型泵，先导泵48是固定容量型泵。在本实施方式中，如图2所示，在先导管路144、145、146、147、148、149的中途设有梭阀块(shuttle block)162。从操作装置45、46、47输出的液压信号经由该梭阀块162而也被输入到调节器2a。虽然省略了梭阀块162的详细结构，但液压信号经由梭阀块162被输入到调节器2a，根据该液压信号控制液压泵2的排出流量。
作为先导泵48的排出配管的泵管路170在从液控止回阀39通过后，分支成多条并与操作装置45、46、47、前控制用液压单元160内的各阀连接。液控止回阀39在本例中为电磁切换阀，其电磁驱动部与配置在上部旋转体12的驾驶室16中的门锁杆(gate lock lever)(未图示)的位置检测器电连接。门锁杆的位置由位置检测器检测，从该位置检测器对液控止回阀39输入与门锁杆的位置相应的信号。若门锁杆的位置处于锁定位置则液控止回阀39关闭而将泵管路170切断，若处于锁定解除位置则液控止回阀39打开而泵管路170开通。也就是说，在泵管路170被切断的状态下，基于操作装置45、46、47进行的操作被无效化，而禁止旋转、挖掘等动作。
操作装置45、46、47是液压先导方式，基于从先导泵48排出的液压油，分别产生与由操作员操作的操作杆1、23的操作量(例如杆行程)和操作方向相应的先导压(存在称为操作压的情况)。这样产生的先导压经由先导管路144a～149b(参照图3)被供给到控制阀单元(未图示)内的相对应的流量控制阀15a～15f(参照图2)的液压驱动部150a～155b，用作驱动这些流量控制阀15a～15f的控制信号。
从液压泵2排出的液压油经由流量控制阀15a、15b、15c、15d、15e、15f而被供给到行驶右液压马达3a、行驶左液压马达3b、旋转液压马达4、动臂缸5、斗杆缸6、铲斗缸7。动臂缸5、斗杆缸6、铲斗缸7通过被供给的液压油而伸缩，由此动臂8、斗杆9、铲斗10分别转动，铲斗10的位置及姿势发生变化。另外，旋转液压马达4通过被供给的液压油而旋转，由此上部旋转体12相对于下部行驶体11旋转。并且，行驶右液压马达3a、行驶左液压马达3b通过被供给的液压油而旋转，由此下部行驶体11行驶。
作业机1A的姿势能够基于图3的挖掘机坐标系(局部坐标系)进行定义。图3的挖掘机坐标系是设定于上部旋转体12的坐标，以动臂8的基底部为原点PO，在上部旋转体12中的垂直方向上设定Z轴，在水平方向上设定X轴。另外，将根据X轴和Z轴在右手坐标系中规定的方向设为Y轴。将动臂8相对于X轴的倾斜角设为动臂角α，将斗杆9相对于动臂的倾斜角设为斗杆角β，将铲斗齿尖相对于斗杆的倾斜角设为铲斗角γ。将车身1B(上部旋转体12)相对于水平面(基准面)的倾斜角设为倾斜角θ。动臂角α由动臂角度传感器30检测，斗杆角β由斗杆角度传感器31检测，铲斗角γ由铲斗角度传感器32检测，倾斜角θ由车身倾斜角传感器33检测。动臂角α在将动臂8抬升至最大(最高)时(在动臂缸5为抬升方向的行程末端时，即动臂缸长最长时)成为最小，在将动臂8下降至最小(最低)时(在动臂缸5为下降方向的行程末端时，即动臂缸长最短时)成为最大。斗杆角β在斗杆缸长最短时成为最小，在斗杆缸长最长时成为最大。铲斗角γ在铲斗缸长最短时(图3时)成为最小，在铲斗缸长最长时成为最大。此时，若将动臂8的从基底部到与斗杆9的连接部为止的长度设为L1、将从斗杆9与动臂8的连接部到斗杆9与铲斗10的连接部为止的长度设为L2、将从斗杆9与铲斗10的连接部到铲斗10的顶端部为止的长度设为L3，则挖掘机坐标系中的铲斗10的顶端位置能够将Xbk设为X方向位置、将Zbk设为Z方向位置并通过以下的算式(1)(2)表示。
Xbk＝L1cos(α)+L2cos(α+β)+L3cos(α+β+γ)…算式(1)
Zbk＝L1sin(α)+L2sin(α+β)+L3sin(α+β+γ)…算式(2)
另外，如图1所示，液压挖掘机1在上部旋转体12具备一对GNSS(GlobalNavigation Satellite System：全球导航卫星系统)天线14A、14B。虽然没有图示，但天线14A、14B内置GNSS接收机，通过使用来自测位卫星的测位信号，而能够确定GNSS天线14A、14B各自的位置。另外，通过使用两根天线14，而能够确定车身的方位。GNSS接收机也可以另行连接。基于来自GNSS天线14的信息，而能够计算出液压挖掘机1在全局坐标系中的位置和方位。另外，通过对其使用算式(1)(2)和倾斜角θ，而能够计算出铲斗10的齿尖在全局坐标系中的位置。在本实施方式中将这些GNSS接收机的功能搭载于操纵控制器40，后述的作业机械位置运算部43e与之相符。
图4是本实施方式的液压挖掘机所具备的MG系统的结构图。作为本系统中的前作业机1A的MG，例如如图7所示，进行将为了基于液压挖掘机1111进行挖掘作业而任意设定的目标面700与作业机1A(例如铲斗10)的位置关系显示到显示装置53a上来支援操作员操作的处理。
图4的系统具备：作业机姿势检测装置50；目标面设定装置51；显示装置53a，其设置在驾驶室16内且能够显示目标面700与作业机1A的位置关系；现况地形获取装置96，其获取成为作业机1A的作业对象的现况地形800的位置信息；GNSS天线14，其用于获取液压挖掘机1在全局坐标系中的位置；操纵控制器(控制装置)40，其统辖MG；和输入装置52，其用于输入信号，其中该信号用于切换在显示装置53a上显示的操作支援信息。
作业机姿势检测装置50由动臂角度传感器30、斗杆角度传感器31、铲斗角度传感器32、车身倾斜角传感器33构成。这些角度传感器30、31、32、33作为作业机1A以及车身即上部旋转体12的姿势传感器而发挥功能。
目标面设定装置51是能够输入与目标面700相关的信息(包含各目标面的位置信息和倾斜角度信息)的接口。目标面700是将设计面以适于施工的形式提取、修正而得到的。目标面设定装置51从外部终端(未图示)经由无线通信或存储装置(例如闪存、USB存储器)获取在全局坐标系(绝对坐标系)上规定的目标面的三维数据。目标面700的位置信息是基于设计面的位置信息而建立的，该设计面是应通过液压挖掘机1的挖掘作业形成的最终目标形状。在挖掘作业的情况下目标面700被设定在设计面上或其上方，在堆土作业的情况下设定在设计面上或其下方。此外，经由目标面设定装置51进行的目标面的输入也可以由操作员手动进行。
作为现况地形获取装置96，例如能够利用挖掘机1所具备的立体摄像头、激光扫描仪或超声波传感器等。这些装置计测从挖掘机1到现况地形上的点为止的距离，由现况地形获取装置96获取到的现况地形以庞大数量的点组的位置数据定义，但若保持原样则数据会过多而难以处理，因此在现况地形获取装置96中，适当转换成容易处理的数据格式。此外，也可以通过搭载了立体摄像头、激光扫描仪或超声波传感器等的无人机(无人飞行器)等预先获取现况地形的三维数据，并作为用于将该三维数据取入到操纵控制器40内的接口而构成现况地形获取装置96。
输入装置52是用于将信号输入到操纵控制器40中的接口，该信号用于切换显示于显示装置53a的操作支援信息。在用于切换操作支援信息的信号中包含后述的指示周边挖掘深度(第4距离)的显示的第4距离显示信号、和后述的指示现况地形距离(第5距离)的显示的第5距离显示信号。作为输入装置52的硬件结构，例如能够利用切换各信号的ON/OFF的开关式的结构、或者与显示装置53a一体或分体的触摸面板式的结构。
操纵控制器40具有输入接口91、作为处理器的中央处理装置(CPU)92、作为存储装置的只读存储器(ROM)93及随机存取存储器(RAM)94、和输出接口95。在输入接口91中输入有来自作为作业机姿势检测装置50的角度传感器30～32及倾斜角传感器33的信号、来自目标面设定装置51的信号、来自现况地形获取装置96的信号、来自GNSS天线14的信号、和来自输入装置52的信号，并以CPU92能够运算的方式进行转换。ROM93是存储有用于包含后述的流程所涉及的处理在内而执行MG的控制程序、和执行该流程所需的各种信息等的记录介质，CPU92遵照存储在ROM93中的控制程序对从输入接口91及ROM93、RAM94取入的信号进行规定的运算处理。输出接口95生成与CPU92中的运算结果相应的输出用的信号，将该信号输出到显示装置53a。
此外，图4的操纵控制器40作为存储装置而具备ROM93及RAM94这样的半导体存储器，但只要为存储装置则尤其能够替代，例如也可以具备硬盘驱动器等磁存储装置。
图5是操纵控制器40的功能框图。操纵控制器40具备MG控制部43和显示控制部374a。
图6是图5中的MG控制部43的功能框图。MG控制部43具备现况地形更新部43a、存储部43m、基准点位置运算部43d、作业机械位置运算部43e、第1距离运算部43f和第2距离运算部43g。存储部43m具备现况地形存储部43b、初始地形存储部43k、目标面存储部43c和设计面存储部43l。
现况地形存储部43b存储液压挖掘机周围的现况地形800的位置信息(现况地形数据)。例如，由现况地形获取装置96在全局坐标系中在适当的时刻获取现况地形数据。
现况地形更新部43a在适当的时刻以获取到的现况地形的位置信息对存储在现况地形存储部43b中的现况地形的位置信息进行更新。作为现况地形更新部43a的现况地形的位置信息的获取方法的具体例，除了基于现况地形获取装置96获取以外，还具有通过基准点位置运算部43d运算的铲斗齿尖的轨迹信息。关于后者将在后详细叙述。
目标面存储部43c存储基于来自目标面设定装置51的信息运算出的目标面700的位置信息(目标面数据)。在本实施方式中，如图4所示，将由作业机1A所移动的平面(作业机的动作平面)切断三维目标面而得到的截面形状利用为目标面700(二维目标面)。此外，在图4的例子中目标面700为一个，但也具有倾斜的不同的多个目标面连结的情况。在多个目标面连结的情况下，例如具有将距作业机1A最近的面设定为目标面的方法、将位于铲斗齿尖的下方的面设为目标面的方法、将任意选择的面设为目标面的方法等。
初始地形存储部43k存储在施工对象的现场所有作业机械开始作业之前的现况地形(在本说明书中存在称为“初始地形”的情况)的位置信息。即，初始地形的位置信息为一次也没有基于现况地形更新部43a进行更新的现况地形的位置信息的原始数据。
设计面存储部43l存储设计面的位置信息，该设计面是应通过液压挖掘机1的挖掘作业形成的最终目标形状，且为建立目标面700时的基础。设计面的位置信息被从外部输入，存储到存储部43l内。此外，目标面700的位置信息是将设计面的位置信息以适于施工的形式提取、修正而得到的。
作业机械位置运算部43e基于来自一对GNSS天线14的信息而对液压挖掘机1在全局坐标系中的位置信息(作为图3的挖掘机坐标系的原点的车身基准位置P0的坐标)和方位信息进行运算，将该数据输出到基准点位置运算部43d。
基准点位置运算部(铲斗位置运算部)43d运算对作业机1A任意设定的基准点Ps(参照图7)的位置信息。本实施方式的基准点Ps如图7所示那样设为铲斗10的齿尖中的铲斗宽度方向上的中心点，其位置在全局坐标系中进行定义。首先，基准点位置运算部43d基于来自作业机姿势检测装置50的信息，对挖掘机坐标系(局部坐标系)中的前作业机1A的姿势和铲斗10的齿尖位置进行运算。如已述那样，铲斗10的齿尖位置信息(Xbk，Zbk)(铲斗位置数据)能够通过算式(1)及算式(2)而运算。另外，基于全局坐标系中的车身基准位置P0的坐标和车身倾斜角度θ以及局部坐标系中的齿尖位置，而能够将铲斗10的齿尖(基准点Ps)的坐标值从局部坐标转换成全局坐标。以下，作为全局坐标系来说明例子。但是，也可以在局部坐标系中统一进行以下的处理。
第1距离运算部43f基于由基准点位置运算部43d计算出的基准点(铲斗齿尖)Ps的位置信息和存储在目标面存储部43c中的目标面700的位置信息，对第1距离D1(参照图7)进行运算，该第1距离D1是从基准点Ps朝向目标面700沿规定方向延伸的假想直线Lv(参照图7)上的基准点(铲斗齿尖)Ps与目标面700的距离。本实施方式中的假想直线Lv的“规定方向”如图7所示那样为铅垂方向。即，从铲斗齿尖沿铅垂方向延伸的假想直线Lv上的铲斗齿尖与目标面700的距离成为第1距离。由于第1距离D1表示从基准点Ps到目标面700为止的距离，所以也存在被称为“目标面距离”的情况。
第2距离运算部43g基于由基准点位置运算部43d计算出的基准点Ps的位置信息、存储在目标面存储部43c中的目标面700的位置信息和存储在现况地形存储部43b中的现况地形800的位置信息，对第2距离D2(参照图7)进行运算，该第2距离D2是假想直线Lv上的目标面700与现况地形800的距离。此外，第2距离D2能够另称为假想直线Lv与现况地形800和目标面700交叉的两点间距离。由于第2距离D2表示假想直线Lv上的从现况地形800的地表面到目标面700为止的距离(即挖掘深度)，所以也存在被称为“第1挖掘深度”的情况。
显示控制部374a基于从MG控制部43输入的信息以及从输入装置52输入的信号来控制显示装置53。在显示控制装置374中具备保存有包含作业装置1A的图像及图标的大量显示关联数据的显示ROM，显示控制装置374基于来自MG控制部43的输入信息而读出规定的程序，并且进行显示装置53中的显示控制。本实施方式的显示控制部374a基于从MG控制部43输入的基准点Ps(铲斗齿尖)的位置信息及前作业机1A的姿势信息、从现况地形存储部43b输入的现况地形800的位置信息、从目标面存储部43c输入的目标面700的位置信息、从第1距离运算部43f输入的第1距离和从第2距离运算部43g输入的第2距离来控制显示装置53。由此如图7所示在显示装置53a的显示画面上显示目标面700与作业机1A(铲斗10的齿尖)的位置关系，并且在该显示画面上显示第1距离D1和第2距离D2。
图7是本实施方式的显示装置53a的显示画面的一个例子。在图7的显示画面上显示有铲斗10、铲斗10附近的目标面700及现况地形800、第1距离D1和第2距离D2。第1距离D1及第2距离D2显示于距离显示部80，第1距离(目标面距离)D1在图中显示为“距离”，第2距离(第1挖掘深度)D2在图中显示为“挖掘深度”。此外，在图中，虽然记载了基准点Ps、假想直线Lv和第1距离D1以及第2距离D2的尺寸线，但它们为图的说明，并不显示在实际的显示画面上(关于其他显示画面的图也是同样的)。显示在显示画面上的目标面700及现况地形800的范围能够任意设定。例如，具有显示以基准点Ps的位置(即铲斗齿尖的位置)为基准而存在于距基准点Ps的规定范围内的目标面700和现况地形800的方法。
-动作-
使用流程图来说明如以上那样构成的实施方式的动作。图8是基于本实施方式的操纵控制器40进行的MG的流程图。操纵控制器40以规定的控制周期反复执行图8的流程。
在步骤S1中，现况地形更新部43a从现况地形获取装置96获取最新的现况地形的位置信息，利用该最新的现况地形的位置信息对存储在现况地形存储部43b中的现况地形的位置信息进行更新。
在步骤S2中，基准点位置运算部43d基于作业机姿势检测装置50和作业机位置运算部43e的输出来运算全局坐标系中的铲斗齿尖的坐标。
在步骤S3中，第1距离运算部43f基于由基准点位置运算部43d计算出的铲斗齿尖的坐标和存储在目标面存储部43c中的目标面700的位置信息，运算假想直线Lv上的铲斗齿尖与目标面700的距离即第1距离D1。
在步骤S4中，第2距离运算部43g基于由基准点位置运算部43d计算出的铲斗齿尖的坐标、存储在目标面存储部43c中的目标面700的位置信息和存储在现况地形存储部43b中的现况地形800的位置信息，运算假想直线Lv上的目标面700与现况地形800的距离即第2距离D2。
在步骤S5中，显示控制部374a将在步骤S3中运算出的第1距离D1和在步骤S4中运算出的第2距离D2同时显示到显示装置53a的画面上的显示部80。
-效果-
根据如上述那样构成的本实施方式，由于将从铲斗齿尖(基准点)起的铅垂方向上的现况地形800与目标面700的距离即第2距离(第1挖掘深度)显示到显示装置53a上，所以操作员能够掌握现况地形800与目标面700的距离。由此即使在铲斗10处于从现况地形800分开的位置时，也能够客观地掌握目标面700存在于距现况地形700何种程度的下方，能够掌握要以何种程度的速度对前作业机1A进行操作才好。
＜第2实施方式＞
说明本发明的第2实施方式。在此，关于与第1实施方式共通的部分，省略说明，主要说明不同的部分。
图9是第2实施方式的MG控制部43的功能框图。MG控制部43具备第3距离运算部43h。
第3距离运算部43h在基准点(铲斗齿尖)Ps处于现况地形800的下方的情况下，基于由基准点位置运算部43d计算出的基准点Ps的位置信息和存储在目标面存储部43c中的目标面700的位置信息，对第3距离D3(参照图11)进行运算，该第3距离D3是假想直线Lv上的基准点Ps与目标面700的距离。此外，第3距离D3能够另称为假想直线Lv与目标面700的交点距基准点Ps的距离。在基准点(铲斗齿尖)Ps处于现况地形800的下方的情况下，第3距离D3表示假想直线Lv上的从基准点Ps到目标面700为止的距离(即挖掘深度)，因此也存在被称为“第2挖掘深度”的情况。但是，作为数值，第3距离D3通常与第1距离D1一致。
使用流程图来说明本实施方式的动作。图10是基于本实施方式的操纵控制器40进行的MG的流程图。操纵控制器40以规定的控制周期反复执行图10的流程。此外，存在对与图8的流程相同的处理标注相同的附图标记并省略说明的情况。
首先，在接着步骤S4的步骤S11中，第3距离运算部43h基于由基准点位置运算部43d计算出的铲斗齿尖的坐标和存储在目标面存储部43c中的目标面700的位置信息，对假想直线Lv上的铲斗齿尖与目标面700的距离即第3距离D3进行运算。
在步骤S12中，显示控制部374a对在步骤S3中运算出的第1距离D1和在步骤S4中运算出的第2距离D2的大小关系进行比较。在第1距离D1比第2距离D2大的情况下，显示控制部374a视为基准点(铲斗齿尖)Ps处于现况地形800的上方，而如图7那样将第1距离D1和第2距离D2同时显示到显示装置53a上(步骤S5)。另一方面，在第2距离D2为第1距离D1以上的情况下，显示控制部374a视为基准点(铲斗齿尖)Ps处于现况地形800的下方，而如图11那样将第1距离D1和第3距离D3同时显示到显示装置53a的显示部80上(步骤S13)。即，在该情况下，将两个相同的数值显示到显示部80上。
-效果-
现实中，在挖掘作业中铲斗齿尖不会位于现况地形800的下方。但是，在显示装置53a的显示画面上，若基于现况地形更新部43a的现况地形800的位置信息的更新时刻和基于第2距离算出部43g的第2距离D2的计算时刻偏离，则如图11那样铲斗齿尖可能会显示在现况地形800的下方。在该情况下若也如第1实施方式那样显示第2距离D2，则第2距离D2的数值会成为比实际的挖掘深度大的值，因此担心给操作员带来不协调感。但是，根据本实施方式，即使在发生了这样的事态的情况下，操作员也能够正确地掌握现况地形800与目标面700的距离。由此即使现况地形800的位置信息的更新时刻和第2距离D2的计算时刻偏离，也能够客观地掌握目标面700存在于距现况地形700(铲斗齿尖)何种程度的下方。
＜第3实施方式＞
说明本发明的第3实施方式。在此，关于与第1、2实施方式共通的部分，省略说明，主要说明不同的部分。
图12是第3实施方式的MG控制部43的功能框图。MG控制部43具备第4距离运算部43i。
第4距离运算部43i基于存储在目标面存储部43c中的目标面700的位置信息、和存储在现况地形存储部43b中的现况地形800的位置信息，对第4距离D4进行运算，该第4距离D4是从现况地形800上的多个点朝向目标面700沿与第1实施方式相同的铅垂方向延伸的多条假想直线Ls上的目标面700与现况地形800的多个距离。即，第4距离D4是与设定在现况地形800上的多个点相同数量的距离的集合，包含在该集合中的各距离表示从现况地形800上的任意点到目标面700为止的在铅垂方向(规定方向)上的距离。由于第4距离D4表示作业机械周边的、与假想直线Lv的倾斜相同的方向上的现况地形800与目标面700的距离(即挖掘深度)的集合，所以也存在被称为“周边挖掘深度”的情况。
本实施方式的输入装置52构成为，能够对操纵控制器40内的显示控制部374a，代替第1及第2实施方式的图7、11的显示而输出指示周边挖掘深度(第4距离)的显示的信号(存在被称为“第4距离显示信号”的情况)。本实施方式的显示控制部374a在没有从输入装置52输入第4距离显示信号的情况下，遵照第2实施方式的流程、即图10来控制显示装置53a的显示画面。
使用流程图来说明本实施方式的动作。图13是基于本实施方式的操纵控制器40进行的MG的流程图。操纵控制器40以规定的控制周期反复执行图13的流程。此外，存在对与图8、10的流程相同的处理标注相同的附图标记并省略说明的情况。
在步骤S21中，显示控制部374a进行是否从输入装置52输入了第4距离显示信号的判定。在此在判定成没有输入第4距离显示信号的情况下，从步骤S1开始图10的流程，执行直至步骤S5或步骤S13的处理。即，在该情况下执行与第2实施方式相同的显示处理。另一方面，在步骤S21中判定成输入了第4距离显示信号的情况下进入步骤S22。
在步骤S22中，现况地形更新部43a从现况地形获取装置96获取最新的现况地形的位置信息，并利用该最新的现况地形的位置信息对存储在现况地形存储部43b中的现况地形的位置信息进行更新。
在步骤S23中，第4距离运算部43i获取存储在现况地形存储部43b中的现况地形800的位置信息、和存储在目标面存储部43c中的目标面700的位置信息。
在步骤S24中，第4距离运算部43i获取由作业机械位置运算部43e运算出的液压挖掘机1在全局坐标系中的位置信息和方位信息。
在步骤S25中，第4距离运算部43i通过针对以在步骤S24中获取到的液压挖掘机的位置信息为基准并包含在规定范围内的现况地形800上的多个点计算出挖掘深度，而运算第4距离D4。也可以限定运算第4距离D4的范围。在限定运算范围的情况下，该范围例如能够在包含液压挖掘机1的位置的规定闭合区域中进行定义。该规定闭合区域例如能够以将液压挖掘机1的位置设为中心的具有规定半径的圆进行定义。另外，能够任意设定对该规定闭合区域所包含的哪个点运算挖掘深度。例如，能够以在现况地形800上定义方形网格、并运算各网格的中心点的挖掘深度的方式进行设定。
图14是将第4距离D4显示到显示装置53a上时的显示画面的一个例子。在该图的例子中以方形网格分割现况地形800，由第4距离运算部43i运算各方形网格的中心点的挖掘深度，使将该运算值的个位四舍五入后得到的数值显示到俯视图上。图14的各方形网格内的数值的单位与图7、11同样地为厘米。但是，在显示第4距离D4时无需四舍五入。另外，在图14的例子中，从容易视觉上理解挖掘深度的观点考虑，与挖掘深度的数值相应地变更各网格的背景图案。但是，也可以不进行与深度的数值相应的背景图案的变更。
-效果-
根据如上述那样构成的本实施方式，操作员能够容易掌握液压挖掘机1周围的挖掘深度。由此能够客观地掌握在液压挖掘机1的周边目标面700存在于距现况地形700何种程度的下方，能够掌握要以何种程度的速度对前作业机1A进行操作才好。
-变形例-
图15是将第4距离D4显示到显示装置53a上时的显示画面的一个例子。在该图的例子中，在现况地形800上的各点处由第4距离运算部43i运算挖掘深度，将其运算值描绘到现况地形800上，通过以线(等深度线)连结相同的挖掘深度的点而显示第4距离D4。被插入在图中的线之间的数值表示挖掘深度，数值的单位为厘米。即使像这样显示第4距离D4也能够得到与图14相同的效果。
＜第4实施方式＞
说明本发明的第4实施方式。在此，关于与第1、第2、第3实施方式共通的部分，省略说明，主要说明不同的部分。
图16是第4实施方式的MG控制部43的功能框图。MG控制部43具备第5距离运算部43j。
第5距离运算部43j在由基准点位置运算部43d计算出的基准点(铲斗齿尖)Ps处于现况地形800的上方的情况下，基于由基准点位置运算部43d计算出的基准点Ps的位置信息、存储在目标面存储部43c中的目标面700的位置信息和存储在现况地形存储部43b中的现况地形800的位置信息，对第5距离D5进行运算，该第5距离D5是假想直线Lv上的基准点(铲斗齿尖)Ps与现况地形800的距离。即，从铲斗齿尖沿铅垂方向延伸的假想直线Lv上的铲斗齿尖与现况地形800的距离成为第5距离。由于第5距离D5表示从基准点Ps到现况地形800为止的距离，所以也存在被称为“现况地形距离”的情况。由于作为数值，第5距离D5为从第1距离D1减去第2距离D2而得到的值，所以也可以将从第1距离D1减去第2距离D2而得到的值计算为第5距离D5。
本实施方式的输入装置52构成为，除了第1及第2实施方式的图7、11的显示以外，还能够对操纵控制器40内的显示控制部374a输出指示第5距离D5的显示的信号(存在被称为“第5距离显示信号”的情况)。本实施方式的显示控制部374a在没有从输入装置52输入第5距离显示信号的情况下，遵照第3实施方式的流程、即图13来控制显示装置53a的显示画面。
使用流程图来说明本实施方式的动作。图17是基于本实施方式的操纵控制器40进行的MG的流程图。操纵控制器40以规定的控制周期反复执行图17的流程。此外，存在对与图8、10、13的流程相同的处理标注相同的附图标记并省略说明的情况。
在步骤S31中，显示控制部374a进行是否从输入装置52输入了第5距离显示信号的判定。在此在判定成没有输入第5距离显示信号的情况下，从步骤S21开始图13的流程，执行直至步骤S5(图10)或步骤S13(图10)或步骤S25(图13)的处理。即，在该情况下执行与第3实施方式相同的显示处理。另一方面，当在步骤S31中判定成输入了第5距离显示信号的情况下进入步骤S1。此外，省略步骤S1～S11的说明。
在步骤S32中，第5距离运算部43j基于由基准点位置运算部43d计算出的铲斗齿尖的坐标和存储在现况地形存储部43b中的现况地形800的位置信息，对假想直线Lv上的铲斗齿尖与现况地形800的距离即第5距离D5进行运算。
在步骤S12中，显示控制部374a对在步骤S3中运算出的第1距离D1和在步骤S4中运算出的第2距离D2的大小关系进行比较。在第1距离D1比第2距离D2大的情况下，显示控制部374a视为基准点(铲斗齿尖)Ps处于现况地形800的上方，而如图18那样将第1距离D1、第2距离D2和第5距离D5同时显示到显示装置53a上(步骤S33)。另一方面，在第2距离D2为第1距离D1以上的情况下，显示控制部374a视为基准点(铲斗齿尖)Ps处于现况地形800的下方，而如图11那样将第1距离D1和第3距离D3显示到显示装置53a的显示部80上(步骤S13)。
-效果-
根据如上述那样构成的本实施方式，由于将铅垂方向上的从铲斗齿尖(基准点)到现况地形800为止的距离即第5距离(现况地形距离)显示在显示装置53a上，所以操作员能够掌握铲斗齿尖与现况地形800的距离。由此，能够客观地掌握现况地形800存在于距铲斗齿尖何种程度的下方，能够掌握要以何种程度的速度对前作业机1A进行操作才好。
-变形例-
此外，在上述的例子中，在进入到步骤S33的情况下，将第1距离D1、第2距离D2、第5距离D5全部显示，但也可以不显示第2距离D2。另外，还可以为能够通过输入装置52选择是否不显示第2距离D2的结构。
＜其他＞
-基准点-
在上述的各实施方式中，将计算第1距离、第2距离、第3距离、第5距离时的作业机械侧的基准点(基准点位置运算部43d的基准点)Ps设定于铲斗10的齿尖(作业机1A的前端)，但基准点Ps能够任意地设定于作业机1A。另外，基准点不需要常时设定成相同的点，例如也能够为基准点Ps根据作业机1A的姿势而移动那样的结构。例如，也能够选择铲斗10的底面或铲斗连杆13的最外部，还可以采用适当将距目标面700距离最近的铲斗10上的点设为控制点的结构。-假想直线的方向(倾斜)-
另外，在上述的各实施方式中，将从基准点(铲斗齿尖)Ps沿铅垂方向延伸的直线定义为假想直线Lv，但能够任意设定从基准点Ps延伸直线的方向，也可以将沿铅垂方向以外的方向延伸的直线设为假想直线。例如，在图19的例子中，将从基准点(铲斗齿尖)Ps通过并与目标面700正交的直线设为假想直线Lv’。即使本发明像这样设定各距离D1-D5也能够发挥其效果。
-基于基准点的轨迹对现况地形的位置信息的更新-
另外，在上述的各实施方式中，在更新现况地形800的位置信息时，从现况地形获取装置96的输出获取最新的信息，但也可以利用由基准点位置运算部43d运算的铲斗齿尖的位置信息来更新现况地形800的位置信息。在该情况下，在现况地形更新部43a中，输入存储在现况地形存储部43b中的现况地形800的位置信息和由基准点位置运算部43d运算的铲斗齿尖的位置信息。然后，现况地形更新部43a对铲斗齿尖的位置与现况地形的上下关系进行比较。在判定成由基准点位置运算部43d运算出的铲斗齿尖的位置比存储在现况地形存储部43b中的现况地形的位置处于下方的情况下，根据由基准点位置运算部43d运算出的铲斗齿尖的位置信息对存储在现况地形存储部43b中的现况地形的位置信息进行更新。另一方面，在判定成由基准点位置运算部43d运算出的铲斗齿尖的位置比存储在现况地形存储部43b中的现况地形的位置处于上方的情况下，不进行存储在现况地形存储部43b中的现况地形的位置信息的更新。即，在此，将在挖掘现况地形800时的铲斗齿尖的轨迹视为挖掘后的现况地形800而更新现况地形数据。
在图20A中示出表示由现况地形更新部43a基于铲斗齿尖的位置信息进行现况地形的更新的示意图。对某个水平方向坐标x’下的铲斗高度方向上的坐标z1和现况地形的高度方向上的坐标z0进行比较，在z1比z0处于下方的情况下将z1更新为新的现况地形数据。图20B是由现况地形更新部43a基于图20A进行现况地形的更新后的显示装置53a的显示画面的一个例子。
通过像这样将铲斗齿尖位置信息利用于现况地形的更新，而无需在每次进行挖掘时由现况地形获取装置96获取现况地形数据，能够缩短现况地形数据的获取所需的时间。另外，只要曾获取到现况地形数据，以后就会通过现况地形更新部43a的更新功能逐次更新现况地形数据，因此也能够省略将现况地形获取装置96搭载于液压挖掘机1的结构。
-初始地形的显示-
另外在图20B的例子中，显示控制部374a从初始地形存储部43k读出初始地形850的位置信息并与更新后的现况地形800的位置信息一起显示。若像这样同时显示初始地形850和现况地形800，则能够容易掌握从作业开始之初的作业进度。此外，当然能够在上述的各实施方式中适用初始地形850和现况地形800的同时显示。
-补充-
上述的操纵控制器40所涉及的各结构和该各结构的功能及执行处理等也可以通过硬件(例如通过集成电路设计执行各功能的逻辑等)来实现它们的一部分或全部。另外，上述的操纵控制器40所涉及的结构也可以为通过被运算处理装置(例如CPU)读出、执行而实现该操纵控制器40的结构所涉及的各功能的程序(软件)。该程序所涉及的信息例如能够存储在半导体存储器(闪存、SSD等)、磁存储装置(硬盘驱动器等)及记录介质(磁盘、光盘等)等中。
此外，本发明并不限定于上述的实施方式，包含不脱离其要旨的范围内的各种变形例。例如，本发明并不限定于具备在上述实施方式中所说明的所有结构的发明，也包含删除了其结构的一部分的发明。
附图标记说明
1A…前作业机、8…动臂、9…斗杆、10…铲斗、14…GNSS天线、30…动臂角度传感器、31…斗杆角度传感器、32…铲斗角度传感器、40…操纵控制器(控制装置)、43…MG控制部、43a…现况地形更新部、43b…现况地形存储部(存储部)、43c…目标面存储部(存储部)、43d…基准点位置运算部、43e…作业机械位置运算部、43f…第1距离运算部、43g…第2距离运算部、43h…第3距离运算部、43i…第4距离运算部、43j…第5距离运算部、43k…初始地形存储部(存储部)、43l…设计面存储部(存储部)、43m…存储部、50…作业装置姿势检测装置、51…目标面设定装置、52…输入装置、53a…显示装置、96…现况地形获取装置、374a…显示控制部。

Claims (7)

1.一种作业机械，具备：
作业机；
控制装置，其具有存储有任意设定的目标面的位置信息的存储部、以及运算对所述作业机任意设定的基准点的位置信息的基准点位置运算部；和
显示装置，其基于所述目标面的位置信息和所述基准点的位置信息来显示所述目标面与所述作业机的位置关系，所述作业机械的特征在于，
具备获取现况地形的位置信息的现况地形获取装置，
在所述存储部中存储有所述现况地形的位置信息，
所述控制装置还具有：
现况地形更新部，其在规定的时刻以由所述现况地形获取装置获取到的所述现况地形的位置信息对存储在所述存储部中的所述现况地形的位置信息进行更新；
第1距离运算部，其基于所述基准点的位置信息和所述目标面的位置信息，对第1距离进行运算，该第1距离是从所述基准点朝向所述目标面沿规定方向延伸的假想直线上的所述基准点与所述目标面的距离；和
第2距离运算部，其基于所述基准点的位置信息、所述目标面的位置信息和存储在所述存储部中的所述现况地形的位置信息，对第2距离进行运算，该第2距离是所述假想直线上的所述目标面与所述现况地形的距离，
在所述显示装置上显示所述第1距离和所述第2距离。
2.如权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述控制装置还具有第3距离运算部，该第3距离运算部在所述基准点处于所述现况地形的下方的情况下，基于所述基准点的位置信息和所述目标面的位置信息，对第3距离进行运算，该第3距离是所述假想直线上的所述基准点与所述目标面的距离，
在所述基准点处于所述现况地形的上方的情况下，在所述显示装置上显示所述第1距离和所述第2距离，在所述基准点处于所述现况地形的下方的情况下，在所述显示装置上显示所述第1距离和所述第3距离。
3.如权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述控制装置还具有第4距离运算部，该第4距离运算部基于所述目标面的位置信息和所述现况地形的位置信息，对第4距离进行运算，该第4距离是从所述现况地形上的多个点朝向所述目标面沿所述规定方向延伸的多条假想直线上的所述目标面与所述现况地形的多个距离，
在所述显示装置上显示所述第4距离。
4.如权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述控制装置还具备现况地形更新部，该现况地形更新部对由所述基准点位置运算部运算出的所述基准点的位置信息与所述现况地形的位置信息的上下关系进行比较，在所述基准点的位置信息比所述现况地形的位置信息处于下方的情况下，以由所述基准点位置运算部运算出的所述基准点的位置信息对存储在所述存储部中的所述现况地形的位置信息进行更新。
5.如权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
在所述存储部中还存储有初始地形的位置信息，
在所述显示装置上显示所述现况地形和所述初始地形。
6.如权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
在所述存储部中存储有设计面的位置信息，
所述目标面的位置信息是基于所述设计面的位置信息而建立的。
7.如权利要求1所述的作业机械，其特征在于，
所述控制装置具有第5距离运算部，该第5距离运算部在所述基准点处于所述现况地形的上方的情况下，基于所述基准点的位置信息、所述目标面的位置信息和所述现况地形的位置信息，对第5距离进行运算，该第5距离是所述假想直线上的所述基准点与所述现况地形的距离，
在所述基准点处于所述现况地形的上方的情况下，在所述显示装置上显示所述第1距离和所述第5距离。
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