JP2012233404A - 掘削機械の表示システム及びその制御方法。 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】掘削機械の表示システムでは、上部境界線Laの位置と下部境界線Lbの位置とが算出される。上部境界線Laは、表示対象面78の断面の上端の高さ位置を示す。下部境界線Lbは、表示対象面78の断面の下端の高さ位置を示す。掘削機械の現在位置Poと、上部境界線Laあるいは下部境界線Lbとの上下方向の位置関係によって、表示範囲の基準点Pbが設定される。
【選択図】図23
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掘削機械の表示システムについて説明する。図1は、表示システムが搭載される掘削機械の一例としての油圧ショベル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。
表示システム28は、作業エリア内の目標面と油圧ショベル100の現在位置との関係を示す案内画面を表示するためのシステムである。表示システム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。
以下、案内画面について詳細に説明する。案内画面には、図5に示す走行モードの案内画面(以下、「走行モード画面52」と呼ぶ)と、図7及び図8に示す掘削モードの案内画面53,54とがある。走行モード画面52は、油圧ショベル100を走行させて目標面70の近くまで誘導するために油圧ショベル100の現在位置と目標面70との位置関係を示す画面である。掘削モードの案内画面53,54は、掘削作業の対象である地面が目標面70と同じ形状になるように油圧ショベル100の作業機2を誘導するために油圧ショベル100の現在位置と目標面70との位置関係を示す画面である。掘削モードの案内画面53,54は、目標面70と作業機2との位置関係を、走行モード画面52よりも詳細に示す。掘削モードの案内画面53,54は、図7に示す粗掘削モードの案内画面53(以下、「粗掘削画面53」と呼ぶ)と、図8に示す繊細掘削モードの案内画面54(以下、「繊細掘削画面54」と呼ぶ)とを有する。
図5に走行モード画面52を示す。走行モード画面52は、作業エリアの設計地形と油圧ショベル100の現在位置とを示す上面図52aと、目標面70と油圧ショベル100と作業機2の作業可能範囲76とを示す側面図52bとを含む。
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92として案内画面に表示する。
図7に粗掘削画面53を示す。粗掘削画面53には、上述した走行モード画面52と同様の画面切換キー65が表示される。また、粗掘削画面53は、作業エリアの設計地形と油圧ショベル100の現在位置とを示す上面図53aと、目標面70と油圧ショベル100とを示す側面図53bとを含む。
図8に、繊細掘削画面54を示す。繊細掘削画面54は、目標面70と油圧ショベル100との位置関係を粗掘削画面53よりも、より詳細に示す。繊細掘削画面54には、上述した走行モード画面52と同様の画面切換キー65が表示される。なお、図8では、繊細掘削画面54が表示されているため、繊細掘削画面54を示すアイコンが画面切換キー65として表示されている。また、繊細掘削画面54は、目標面70とバケット8とを示す正面図54aと、目標面70とバケット8とを示す側面図54bとを含む。繊細掘削画面54の正面図54aには、正面視によるバケット8のアイコン89と、正面視による目標面70の断面を示す線(以下、「目標面線93」と呼ぶ)とを含む。繊細掘削画面54の側面図54bには、側面視によるバケット8のアイコン90と、設計面線91と、目標面線92とを含む。また、繊細掘削画面54の正面図54aと側面図54bとには、それぞれ、目標面70とバケット8との位置関係を示す情報が表示される。
次に、表示コントローラ39の演算部44によって実行される案内画面の表示範囲最適化制御について説明する。表示範囲最適化制御は、オペレータが目標面70と作業機2との位置関係を把握することを容易にするために、表示範囲を最適化する制御である。表示範囲は、上述した設計地形データに対して案内画面として表示する範囲を示す。すなわち、設計地形データによって表現される設計地形のうち表示範囲に含まれる部分が案内画面として表示される。なお、上述したように走行モード画面52および粗掘削画面53は、それぞれ、上面図52a,53aと側面図52b,53bとを含む。また、繊細掘削画面54は、正面図54aと側面図54bとを含む。本実施形態での表示範囲最適化制御は、各案内画面の側面図に対する表示範囲を最適化するものである。図9及び図10は、表示範囲最適化制御における処理を示すフローチャートである。
本実施形態に係る表示システム28では、走行モード画面52及び粗掘削画面53では、図16に示すように、車両原点Poが上部境界線Laと下部境界線Lbとの間に位置するときには、表示範囲55の基準点PbのZ座標が上部境界線Laと下部境界線Lbとの間の中点PmのZ座標に固定される。このため、図22に示すように、車両原点Poが上部境界線Laと下部境界線Lbとの間で上方又は下方へ移動しても、案内画面において表示対象面線78は移動せずに、油圧ショベル100のアイコン75が上方又は下方へ移動するように表示される。そして、図24に示すように、車両原点Poが上部境界線Laよりも上方に移動すると、表示範囲55の基準点PbのZ座標が中点PmのZ座標よりも上方の位置に変更される。これにより、案内画面において表示対象面線78は下方に移動し、表示範囲55が車両本体1を追って上方へ移動するように表示される。また、図26に示すように、車両原点Poが下部境界線Lbよりも下方に移動すると、表示範囲55の基準点PbのZ座標が中点PmのZ座標よりも下方の位置に変更される。これにより、案内画面において表示対象面線78は上方に移動し、表示範囲55が車両本体1を追って下方へ移動するように表示される。これにより、目標面線92と車両本体1とが過度に小さく表示されることが抑えられる。このため、オペレータは、目標面70と車両本体1との位置関係を容易に把握することができる。
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、各案内画面の内容は上記のものに限られず、適宜、変更されてもよい。また、表示コントローラ39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。また、目標作業対象は、上述したような平面に限らず、点、線、或いは3次元の形状であってもよい。表示入力装置38の入力部41は、タッチパネル式のものに限られず、ハードキーやスイッチなどの操作部材によって構成されてもよい。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。
28 表示システム
42 表示部
44 演算部
46 地形データ記憶部
55 表示範囲
78 表示対象面線
La 上部境界線
Lb 下部境界線
Pb 基準点
100 油圧ショベル
Claims (8)
- 掘削機械の現在位置と、掘削対象の目標地形の一部を示す表示対象面とを示す案内画面を表示する掘削機械の表示システムであって、
前記表示対象面の位置を示す地形データを記憶する記憶部と、
前記掘削機械の現在位置を検出する位置検出部と、
前記地形データに対して前記案内画面として表示する所定の表示範囲を設定し、前記地形データと前記掘削機械の現在位置とに基づいて、前記表示対象面の断面の上端の高さ位置を示す上部境界線の位置と、前記表示対象面の断面の下端の高さ位置を示す下部境界線の位置を算出し、前記掘削機械の現在位置と、前記上部境界線あるいは前記下部境界線との上下方向の位置関係によって、前記表示範囲の所定の基準点を設定する演算部と、
前記表示範囲に含まれる前記表示対象面の側面視における断面と前記掘削機械の現在位置とを示す前記案内画面を表示する表示部と、
を備える掘削機械の表示システム。 - 前記演算部は、前記掘削機械の現在位置が前記上部境界線と前記下部境界線との間に位置するときには前記表示範囲の所定の基準点を前記上部境界線と前記下部境界線との間の所定位置に設定する、
請求項1に記載の掘削機械の表示システム。 - 前記演算部は、前記掘削機械の現在位置が前記上部境界線よりも上方に位置するときには前記基準点を前記所定位置よりも上方に設定し、前記掘削機械の現在位置が前記下部境界線よりも下方に位置するときには前記基準点を前記所定位置よりも下方に設定する、
請求項1に記載の掘削機械の表示システム。 - 前記演算部は、前記掘削機械の現在位置が前記上部境界線よりも上方に位置するときには、前記基準点を前記所定位置から上方に前記掘削機械の現在位置と前記上部境界線との間の距離を追加した位置に設定し、前記掘削機械の現在位置が前記下部境界線よりも下方に位置するときには前記基準点を前記所定位置から下方に前記掘削機械の現在位置と前記下部境界線との間の距離を追加した位置に設定する、
請求項3に記載の掘削機械の表示システム。 - 請求項1から4のいずれかに記載の掘削機械の表示システムを備える掘削機械。
- 掘削機械の現在位置と、掘削対象の目標地形の一部を示す表示対象面とを示す案内画面を表示する掘削機械の表示システムの制御方法であって、
前記掘削機械の現在位置を検出するステップと、
前記表示対象面の位置を示す地形データに対して前記案内画面として表示する所定の表示範囲を設定するステップと、
前記地形データと前記掘削機械の現在位置とに基づいて、前記表示対象面の側面視における断面の上端の高さ位置を示す上部境界線の位置と、前記表示対象面の側面視における断面の下端の高さ位置を示す下部境界線の位置を算出するステップと、
前記掘削機械の現在位置と、前記上部境界線あるいは前記下部境界線との上下方向の位置関係によって、前記表示範囲の所定の基準点を設定するステップと、
前記表示範囲に含まれる前記表示対象面の側面視における断面と前記掘削機械の現在位置とを示す前記案内画面を表示するステップと、
を備える掘削機械の表示システムの制御方法。 - 前記表示範囲の所定の基準点を設定するステップにおいて、前記掘削機械の現在位置が前記上部境界線と前記下部境界線との間に位置するときには前記表示範囲の所定の基準点を前記上部境界線と前記下部境界線との間の所定位置に設定する、
請求項6に記載の掘削機械の表示システムの制御方法。 - 前記表示範囲の所定の基準点を設定するステップにおいて、前記掘削機械の現在位置が前記上部境界線よりも上方に位置するときには前記基準点を前記所定位置よりも上方に設定し、前記掘削機械の現在位置が前記下部境界線よりも下方に位置するときには前記基準点を前記所定位置よりも下方に設定する、
請求項6に記載の掘削機械の表示システムの制御方法。
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