JP2012215070A - 油圧ショベルの作業可能範囲表示装置とその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】油圧ショベルの作業可能範囲表示装置において、演算部は、到達可能範囲から車両下部領域を除いた作業可能範囲を算出する。到達可能範囲は、作業機が届くことができる範囲を示す。車両下部領域は、車両本体の下方に位置する領域である。表示部は、作業可能範囲を表示する。演算部は、車両本体の傾きに応じて作業可能範囲と車両下部領域との境界線を設定する。
【選択図】図12
Description
1−1.油圧ショベルの全体構成
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る油圧ショベルの作業可能範囲表示装置について説明する。図1は、作業可能範囲表示装置が搭載される油圧ショベル100の斜視図である。油圧ショベル100は、車両本体1と作業機2とを有する。車両本体1は、上部旋回体3と運転室4と走行装置5とを有する。上部旋回体3は、図示しないエンジンや油圧ポンプなどの装置を収容している。運転室4は上部旋回体3の前部に載置されている。運転室4内には、後述する表示入力装置38及び操作装置25が配置される(図3参照)。走行装置5は履帯5a,5bを有しており、履帯5a,5bが回転することにより油圧ショベル100が走行する。
作業可能範囲表示装置28は、案内画面上に油圧ショベル2の作業可能範囲76を表示する装置である。案内画面は、作業エリア内の目標作業対象まで油圧ショベル100を誘導するための画面である。作業可能範囲表示装置28は、上述した第1〜第3ストロークセンサ16−18、3次元位置センサ23、傾斜角センサ24のほかに、表示入力装置38と、表示コントローラ39とを有している。
2−1.案内画面の構成
図5に案内画面52を示す。案内画面52は、上面図52aと側面図52bとを含む。
上述したように、目標面線79はバケット8の先端の現在位置から算出される。表示コントローラ39は、3次元位置センサ23、第1〜第3ストロークセンサ16−18、傾斜角センサ24などからの検出結果に基づき、グローバル座標系{X,Y,Z}でのバケット8の先端P3の現在位置を算出する。具体的には、バケット8の先端P3の現在位置は、次のようにして求められる。
Ya=(P1−P2)/|P1−P2|・・・(1)
図6(a)に示すように、YaとZの2つのベクトルで表される平面を通り、Yaと垂直なベクトルZ’を導入すると、以下の関係が成り立つ。
(Z’,Ya)=0・・・(2)
Z’=(1−c)Z+cYa・・・(3)
cは定数である。
(2)式および(3)式より、Z’は以下の(4)式のように表される。
Z’=Z+{(Z,Ya)/((Z,Ya)−1)}(Ya−Z)・・・(4)
さらに、YaおよびZ’と垂直なベクトルをX’とすると、X’は以下の(5)式のようのように表される。
X’=Ya⊥Z’・・・(5)
図6(b)に示すように、車両本体座標系は、これをYa軸周りに上述したロール角θ4だけ回転させたものであるから、以下の(6)式のように示される。
また、第1〜第3ストロークセンサ16−18の検出結果から、上述したブーム6、アーム7、バケット8の現在の傾斜角θ1、θ2、θ3が算出される。車両本体座標系内でのバケット8の先端P3の座標(xat、yat、zat)は、傾斜角θ1、θ2、θ3およびブーム6、アーム7、バケット8の長さL1、L2、L3を用いて、以下の(7)〜(9)式により算出される。
xat=0・・・(7)
yat=Lb1+L1sinθ1+L2sin(θ1+θ2)+L3sin(θ1+θ2+θ3)・・・(8)
zat=−Lb2+L1cosθ1+L2cos(θ1+θ2)+L3cos(θ1+θ2+θ3)・・・(9)
なお、バケット8の先端P3は、車両本体座標系のYa−Za平面上で移動するものとする。
そして、グローバル座標系でのバケット8の先端P3の座標が以下の(10)式から求められる。
P3=xat・Xa+yat・Ya+zat・Za+P1・・・(10)
図4に示すように、表示コントローラ39は、上記のように算出したバケット8の先端P3の現在位置と、記憶部43に記憶された設計地形データとに基づいて、3次元設計地形とバケット8の先端P3を通るYa−Za平面77との交線80を算出する。そして、表示コントローラ39は、この交線のうち目標面70を通る部分を上述した目標面線79として案内画面52に表示する。
まず、作業可能範囲76の算出方法について説明する前に、作業機2の最大リーチ長さLmaxと最小リーチ長さLminについて説明する。最大リーチ長さLmaxは、作業機2を最大に伸ばした状態での作業機2のリーチ長さである。なお、作業機2のリーチ長さは、ブームピン13とバケット8の先端P3との間の距離である。図7に、作業機2の長さが最大リーチ長さLmaxとなるときの作業機2の姿勢(以下、「最大リーチ姿勢」と呼ぶ)を模式的に示す。図7に示す座標平面Yb−Zbは、上述した車両本体座標系{Xa,Ya,Za}においてブームピン13の位置を原点としたものである。最大リーチ姿勢では、アーム角θ2は最小値となる。また、バケット角θ3は、作業機2のリーチ長さが最大となるように、パラメータ最適化のための数値解析によって算出される。このときのバケット角θ3の値を以下、「最大リーチ角」と呼ぶ。
本実施形態に係る油圧ショベル100では、図11に示すように、車両本体1が水平である場合には、作業可能範囲76と車両下部領域86との境界線84がグローバル座標系における鉛直方向すなわちZ軸に平行な方向に設定される。また、図12に示すように、車両本体1が前傾している場合にも、境界線84がグローバル座標系における鉛直方向に維持するように設定される。このため、車両本体1が前傾していても、車両本体1の下方に位置する領域が、作業可能範囲76に含まれることが抑えられる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、作業可能範囲表示装置28の機能の一部、或いは、全てが、油圧ショベル100の外部に配置されたコンピュータによって実行されてもよい。上記の実施形態では作業機2は、ブーム6、アーム7、バケット8を有しているが、作業機2の構成はこれに限られない。
2 作業機
28 作業可能範囲表示装置
42 表示部
44 演算部
76 作業可能範囲
84 境界線
86 車両下部領域
100 油圧ショベル
Claims (10)
- 作業機と車両本体とを有する油圧ショベルの作業可能範囲表示装置であって、
前記作業機が届くことができる範囲を示す到達可能範囲から前記車両本体の下方に位置する車両下部領域を除いた作業可能範囲を算出する演算部と、
前記作業可能範囲を表示する表示部と、
を備え、
前記演算部は、前記車両本体の傾きに応じて前記作業可能範囲と前記車両下部領域との境界線を設定する、
油圧ショベルの作業可能範囲表示装置。 - 前記演算部は、前記車両本体が水平な場合には、前記作業可能範囲と前記車両下部領域との境界線をグローバル座標系における鉛直方向に設定する、
請求項1に記載の油圧ショベルの作業可能範囲表示装置。 - 前記演算部は、前記車両本体が前傾している場合には、前記作業可能範囲と前記車両下部領域との境界線をグローバル座標系における鉛直方向に維持するように設定する、
請求項1に記載の油圧ショベルの作業可能範囲表示装置。 - 前記演算部は、前記車両本体が後傾している場合には、前記車両本体が載置される地盤面と前記境界線とのなす角が90度以上になるように、前記作業可能範囲と前記車両下部領域との境界線を補正する、
請求項1に記載の油圧ショベルの作業可能範囲表示装置。 - 前記境界線は、前記車両本体の走行装置の履帯の前端を通る、
請求項1から4のいずれかに記載の油圧ショベルの作業可能範囲表示装置。 - 前記境界線は、前記車両本体の走行装置の履帯の前端から所定距離だけ前方の位置を通る、
請求項1から4のいずれかに記載の油圧ショベルの作業可能範囲表示装置。 - 作業機と車両本体とを有する油圧ショベルの作業可能範囲表示装置の制御方法であって、
前記作業機が届くことができる範囲を示す到達可能範囲から前記車両本体の下方に位置する車両下部領域を除いた作業可能範囲を算出するステップと、
前記作業可能範囲を表示するステップと、
を備え、
前記作業可能範囲を算出するステップにおいて、前期車両本体の傾きに応じて前記作業可能範囲と前記車両下部領域との境界線を設定する、
油圧ショベルの作業可能範囲表示装置の制御方法。 - 前記作業可能範囲を算出するステップにおいて、前記車両本体が水平な場合には、前記作業可能範囲と前記車両下部領域との境界線をグローバル座標系における鉛直方向に設定する、
請求項7に記載の油圧ショベルの作業可能範囲表示装置の制御方法。 - 前記作業可能範囲を算出するステップにおいて、前記車両本体が前傾している場合には、前記作業可能範囲と前記車両下部領域との境界線をグローバル座標系における鉛直方向に維持するように設定する、
請求項7に記載の油圧ショベルの作業可能範囲表示装置の制御方法。 - 前記作業可能範囲を算出するステップにおいて、前記車両本体が後傾している場合には、前記車両本体が載置される地盤面と前記境界線とのなす角が90度以上になるように、前記作業可能範囲と前記車両下部領域との境界線を補正する、
請求項7に記載の油圧ショベルの作業可能範囲表示装置の制御方法。
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