JP2016205088A

JP2016205088A - 建設機械

Info

Publication number: JP2016205088A
Application number: JP2015091699A
Authority: JP
Inventors: 健太中城; Kenta Nakajo; 舜辻村; Shun Tsujimura; 博司平出; Hiroshi Hirade
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2015-04-28
Publication date: 2016-12-08

Abstract

【課題】運転室内で表示される各種情報の中から、オペレータが必要な情報を得やすく、操作の利便性の高い建設機械を提供する。【解決手段】走行体と、この走行体の前方に設けられた作業装置と、この作業装置を操作する運転室（７）と、を備えた建設機械において、運転室内の前側に設けられ、第１の情報を表示する表示装置（７ｂ）と、運転室内から見て表示装置より前方に第２の情報を虚像（４０）として表示するヘッドアップディスプレイ（３０）と、を有し、虚像の表示位置は、運転室内から見て表示装置の上方かつ近傍の位置に設定される。【選択図】図３

Description

本発明は、建設機械に関し、特に、運転室内に設けられた表示装置に各種情報を表示する技術に関するものである。

従来、油圧ショベル等に代表される建設機械の運転室内には、オペレータにとって必要な各種情報を表示するための表示装置が備えられている。この表示装置は、運転室内の前側に固定されており、オペレータは、いわゆるフロント作業機を操作するために前方へ視線を向けながら、適宜、表示装置に視線を移して必要な情報を得る。

また、特許文献１には、「運転室と、運転室内のオペレータの操作により動作する作業機と、運転室に設けられ所定の画像を表示する表示装置と、表示装置における画像の表示位置を作業機の動きに応じて変更する表示位置変更部と、を備え、表示位置変更部は、表示位置のうち、作業機の先端部と運転室内のオペレータの視点位置とを結ぶ直線と交差する位置に画像を表示させる、作業車両」の構成が記載されている。

特許第５１１３５８６号公報

上記従来技術では、表示装置の画面に表示される画像には各種情報が含まれており、作業内容によっては不要な情報であっても画面に表示される。そのため、オペレータは、表示される画像の中から作業に必要な情報を自ら抽出しなければならず、操作の利便性の面で課題が残る。特許文献１は、作業機の動きに応じて画像の表示位置が変化するので画像の視認性は向上するが、オペレータが画像の中から必要な情報を自ら抽出しなければならない点については従来技術と同様であり、特許文献１においても操作の利便性の面で課題がある。

本発明は、上記した実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、運転室内で表示される各種情報の中から、オペレータが必要な情報を得やすく、操作の利便性の高い建設機械を提供することにある。

上記目的を達成するために、代表的な本発明の１つは、走行体と、この走行体の前方に設けられた作業装置と、この作業装置を操作する運転室と、を備えた建設機械において、前記運転室内の前側に設けられ、第１の情報を表示する表示装置と、前記運転室内から見て前記表示装置より前方に第２の情報を虚像として表示するヘッドアップディスプレイと、を有し、前記虚像の表示位置は、前記運転室内から見て前記表示装置の上方かつ近傍の位置に設定される、ことを特徴とする。

本発明によれば、運転室内で表示される各種情報の中から、オペレータが視線を大きく移すことなく、必要に応じて第１の情報または第２の情報を得ることができるため、操作の利便性が高まる。なお、上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明に係る建設機械の代表例である油圧ショベルの側面図。図１に示す油圧ショベルの運転室を示す図。本実施形態に係るヘッドアップディスプレイの概略構成を示す図。モニタの表示例を示す図。ヘッドアップディスプレイの表示例を示す図。

本発明に係る建設機械の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明に係る建設機械の代表例である油圧ショベルの側面図、図２は図１に示す油圧ショベルの運転室を示す図、図３は本実施形態に係るヘッドアップディスプレイの概略構成を示す図である。なお、以下の説明では、特に断らない限り、運転席７Ａに着座したオペレータＭを基準に前後左右を定めるものとする。

図１に示すように、油圧ショベル１は、走行体２と、この走行体２の上側に旋回可能に取り付けられる旋回体３と、を備える。旋回体３は、ベースとなる旋回フレーム１０と、この旋回フレーム１０の前方左側に配置される運転室７と、旋回フレーム１０の前方中央に上下方向に回動可能に取り付けられるフロント作業機（作業装置）４と、旋回フレーム１０の後方に配置されるカウンタウェイト６と、フロント作業機４とカウンタウェイト６との間に設置されるエンジンルーム５と、を含む。

フロント作業機４は、ブーム４ａ、アーム４ｂ、バケット４ｃ、及び油圧アクチュエータ４ｄ〜４ｆを含んで構成される。このフロント作業機４は、運転室７に搭乗したオペレータＭによって操作される。カウンタウェイト６は、フロント作業機４との重量バランスを取るためのもので、円弧状をした重量物として形成されている。

運転室７は、図２に示すように、オペレータＭが着座する運転席７Ａと、各油圧アクチュエータ４ｄ〜４ｆの動作を含む車体の動作を指示する操作装置としての４本の操作レバー７ａ１〜７ａ４と、油圧ショベル１の動作に関する各種の情報を表示する表示装置７ｂと、を含んでおり、これらの操作レバー７ａ１〜７ａ４、及び表示装置７ｂは制御装置１７（図３参照）に接続されている。この制御装置１７は、運転席７Ａより右側に配置されたコンソールボックス１５内に収納されている。

なお、運転室７には、図示しないが、操作レバー７ａ１〜７ａ４、表示装置７ｂの他に、例えば、エンジンを停止させるエンジン停止ボタン、制御装置１７の電源をＯＮ状態又はＯＦＦ状態に切替える電源スイッチなどが設けられている。また、制御装置１７には、各種センサ２０，２１，２２・・・からのデータが入力され（図３参照）、これらのデータに基づく情報が表示装置７ｂに表示される。

ここで、各種センサ２０，２１，２２・・・とは、例えばブーム４ａ、アーム４ｂ、バケット４ｃの角度を検出するための角度センサ、油圧アクチュエータの圧力を検出するための圧力センサ、エンジンの回転数を検出するための回転数センサ、作動油の温度を検出するための温度センサ、作動油タンク内にある作動油のレベルを検出するためのレベルセンサなどである。

操作レバー７ａ１〜７ａ４は、例えば、運転席７Ａに着座したオペレータＭが把持して車体の動作を手動で操作するものであり、これらの各操作レバー７ａ１〜７ａ４の操作信号は制御装置１７へ送信される。

操作レバー７ａ１は、運転席７Ａの前方左側に配置され、前後方向に操作されることにより、走行体２の左側の履帯を前後方向へ走行させる（左履帯前進／左履帯後退）。操作レバー７ａ２は、運転席７Ａの前方右側に配置され、前後方向に操作されることにより、走行体２の右側の履帯を前後方向へ走行させる（右履帯前進／右履帯後退）。

操作レバー７ａ３は、運転席７Ａの左側方に配置され、前後方向に操作されることにより、旋回体３を旋回させるための旋回装置（図示せず）を左右に旋回させたり（右旋回／左旋回）、左右方向に操作されることにより、アーム４ｂを上下方向に回動させる（アーム伸ばし／アーム曲げ）。操作レバー７ａ４は、運転席７Ａの右側方に配置され、前後方向に操作されることにより、ブーム４ａを上下方向に回動させたり（ブーム下げ／ブーム上げ）、左右方向に操作されることにより、バケット４ｃを上下方向に回動させる（バケット掘削／バケット開放）。

運転室７は複数のピラー１６で支持されており、フロント側の２本のピラー１６の間にフロントガラス１３が埋め込まれている。また、運転席７Ａ側から見て右側のピラー１６の下部（運転席７Ａに着座したオペレータＭの視線より下方の位置）には、以下に述べる表示装置７ｂが取り付けられており、表示装置７ｂの上方近傍の位置には、後述するヘッドアップディスプレイ３０が取り付けられている。そして、このヘッドアップディスプレイ３０から投射される画像がフロントガラス１３を介して前方に虚像４０として表示される。

この虚像４０の表示位置は、オペレータＭが運転席７Ａに着座した状態で、表示装置７ｂのモニタ７ｂ１の位置よりやや上方である。これにより、オペレータＭは、視線を大きく移すことなく容易に虚像４０及びモニタ７ｂ１を視認することができる。

表示装置７ｂは、制御装置１７から受信した情報を映し出すモニタ７ｂ１と、このモニタ７ｂ１の電源をＯＮ状態又はＯＦＦ状態に切替える電源スイッチ、及びこの電源スイッチがＯＮ状態のときにモニタ７ｂ１に映し出される映像を切替える切替スイッチ等の操作スイッチ７ｂ２とから構成されている。詳しくは後述するが、この表示装置７ｂのモニタ７ｂ１には、オペレータＭが作業を行うのに必要な全体情報（詳細情報、第１の情報）が表示される。一方、虚像４０として表示される情報は、全体情報の一部を要約した部分情報（第２の情報）である。

また、ヘッドアップディスプレイ３０は、その構成自体は公知であるため詳細な説明は省略するが、図３に示すように、実像を表示するための実像表示部３１と、実像表示部３１から投射された画像を反射させてフロントガラス１３の前方に当該画像の虚像４０を表示するためのコンバイナ３６と、を備えて構成されている。

実像表示部３１は、画像を投射するプロジェクタ３２と、このプロジェクタ３２から投射される画像をスクリーン３４に反射させるミラー３３と、プロジェクタ３２からミラー３３を介してスクリーン３４に投射された画像をコンバイナ３６へ拡大して投射するためのレンズ３５と、を含む。また、コンバイナ３６は、凹面形状のハーフミラーで構成されている。

なお、図２に示すように、本実施形態において、実像表示部３１及びコンバイナ３６はピラー１６に取り付けられているが、例えば、実像表示部３１をコンソールボックス１５に収納しても良い。すなわち、ヘッドアップディスプレイ３０の取付場所は、オペレータＭの視界の妨げにならない位置であれば、どこでも良い。なお、コンバイナ３６は、虚像４０をモニタ７ｂ１のやや上方かつやや左側に表示するために、右側（ブーム４ａ側）のピラー１６に取り付けられている。これにより、オペレータＭは視線を大きく移すことなく、必要に応じて適宜、情報を得ることができる。なお、コンバイナ３６の位置は、虚像４０を表示する位置に応じて、適宜、変更可能である。

ヘッドアップディスプレイ３０は、表示制御部１８を介して制御装置１７と電気的に接続されており、制御装置１７からの指令に基づき、表示制御部１８によって画像の表示が制御されている。なお、図３において点線は電気信号を示している。

次に、表示装置７ｂのモニタ７ｂ１に表示される第１の情報としての全体情報と、ヘッドアップディスプレイ３０から虚像４０として表示される第２の情報としての部分情報との違いについて図を用いて具体的に説明する。図４はモニタの表示例を示す図、図５はヘッドアップディスプレイの表示例を示す図である。

図４に示すように、モニタ７ｂ１には、作業全体の情報が含まれた作業図面が表示され、その下部に、油圧ショベル１と掘削後の目標仕上げ形状との関係を示す詳細図が表示される。オペレータＭは、このモニタ７ｂ１を見て、作業全体の詳細情報を確認することができる。ただし、オペレータＭは作業中に常にこのような全体情報を知る必要はない。むしろ、掘削等の作業中は、必要最小限の情報を知れば足りる。

そこで、図５に示すように、本実施形態ではフロントガラス１３の前方にヘッドアップディスプレイ３０からの画像情報の虚像４０を表示するようにしている。虚像４０にて表示される部分情報とは、全体情報で示した作業に関係する情報であって、例えば、目標掘削面から現在のバケット４ｃの高さを示す距離表示と、現在のバケット位置から目標掘削面までの距離目盛の画像である。この画像を見れば、オペレータＭは、バケット４ｃと目標掘削面との距離関係を簡単に（かつ、場合によっては瞬時に）把握でき、しかも、距離目盛を見ながらバケット４ｃを目標掘削面に向けて徐々に下げていくことができるため、作業性が高まる。

このように、本実施形態において、モニタ７ｂ１に表示される全体情報は、作業図面と目標仕上げ形状を含んだ多くの情報量で構成されているのに対して、虚像４０として表示される部分情報は、全体情報と関係する情報ではあるものの、全体情報より少ない情報量（バケット４ｃの目標掘削面との距離情報等）、すなわち実際の掘削作業で最低限必要な情報を抽出した情報量で構成されている。そのため、モニタ７ｂ１に表示される詳細情報の内、必要な情報を抽出する手間をかけることなく、作業に必要な情報を得ることができる。

なお、バケット画像は表示制御部１８の図示しない記憶部に予め記憶されている。また、バケット４ｃと目標掘削面との距離は、上記した角度センサからのデータ、作業現場の地図データ等を用いて算出することができる。すなわち、油圧ショベル１が配置されている作業現場の位置情報及び目標掘削面の位置情報と、角度センサからのデータに基づき演算したフロント作業機４の姿勢情報とを少なくとも用いれば、バケット４ｃと目標掘削面との距離を演算することができる。この演算結果を距離表示（例えば、０．８ｍ）として表示すれば良い。

このように、本実施形態では、モニタ７ｂ１には、作業図面と目標仕上げ形状に関する作業全体の情報（第１の情報）が表示されるのに対して、虚像４０として表示される情報は、オペレータＭが目標仕上げ形状に仕上げるための必要最小限の情報（第２の情報）、すなわち、バケットの高さ情報である。よって、オペレータＭは、モニタ７ｂ１を見なくても、虚像４０を見ながらバケット高さを調整して掘削作業を行うことができる。また、虚像４０は運転室７から見える外界に溶け込んだ形で表示されるため、視認性は良好である。そして、作業全体の詳細情報を得たい場合にだけ、モニタ７ｂ１を操作して目標仕上げ形状等の情報を確認すれば良い。

以上説明したように、本実施形態によれば、虚像４０として表示される情報は、実際の掘削作業に最低限必要な情報のみに限定している（情報量を少なくしている）ため、オペレータＭはモニタ７ｂ１に表示される詳細情報の中から必要な情報を抽出する手間がなくなり、作業に必要な情報を得やすくなる。その結果、フロント作業機４の操作の利便性が高まる。また、詳細情報を知りたい場面では、視線を少しだけ右にずらせば、モニタ７ｂ１を視認することができる。よって、オペレータＭは、前方の掘削対象物から視線を逸らすことなく虚像４０とモニタ７ｂ１とから必要な情報を適宜選択して得ることができる。

なお、上述した実施形態は、本発明の説明のための例示であり、本発明の範囲をそれらの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱することなしに、他の様々な態様で本発明を実施することができる。モニタ７ｂ１に表示する情報量より、虚像４０に表示する情報量が少ない構成であれば、表示内容の種類は問わない。例えば、油圧ショベル１の状態に応じて警報を発する必要が生じた場合に、モニタ７ｂ１には警報の詳細（例えば、作動油タンクの残量）が表示される一方で、虚像４０には単に警告文字のみが表示されるようにしても良い。この構成によれば、オペレータＭはモニタ７ｂ１を確認する必要があると判断したときだけモニタ７ｂ１を操作して油圧ショベル１の状態を詳細に把握することができるため、作業性の低下を防止できる。

また、油圧ショベル１に周囲を監視するためのカメラを設置し、カメラで撮像した画像をそのままモニタ７ｂ１に表示する一方、虚像４０にはカメラの画像を解析して障害物の位置情報など必要な情報のみを表示するようにしても良い。この構成によれば、オペレータＭは周囲の詳細を見る必要があるときだけモニタ７ｂ１を操作すれば良く、通常は虚像４０から必要な情報を得て作業を行えば良いため、操作の利便性が高い。

なお、本実施形態では、表示装置７ｂがフロントガラス１３の右側の中央よりやや下側に位置していたので、運転室７内から見て、虚像４０の表示位置をモニタ７ｂ１よりやや上方かつやや左側になるよう設定したが、虚像４０の表示位置は、モニタ７ｂ１の取付位置との関係でオペレータＭが視線を大きく移さなくて良い範囲で適宜、モニタ７ｂ１の上方かつ近傍に設定すれば良い。

１油圧ショベル（建設機械）
２走行体
４フロント作業機（作業装置）
７運転室
７ｂ表示装置
７ｂ１モニタ
３０ヘッドアップディスプレイ
４０虚像

Claims

走行体と、この走行体の前方に設けられた作業装置と、この作業装置を操作する運転室と、を備えた建設機械において、
前記運転室内の前側に設けられ、第１の情報を表示する表示装置と、
前記運転室内から見て前記表示装置より前方に第２の情報を虚像として表示するヘッドアップディスプレイと、を有し、
前記虚像の表示位置は、前記運転室内から見て前記表示装置の上方かつ近傍の位置に設定される、ことを特徴とする建設機械。
請求項１において、
前記第２の情報は、前記第１の情報より少ない情報量で構成される、ことを特徴とする建設機械。