JP3987777B2

JP3987777B2 - Construction machine excavation work teaching device

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Publication number: JP3987777B2
Application number: JP2002269468A
Authority: JP
Inventors: 一雄藤島; 英人石橋
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2002-09-17
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2022-09-17
Also published as: JP2004107925A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は油圧ショベル等の建設機械の掘削作業教示装置に係り、特に、バケットなどの掘削用作業機を動作させて３次元の目標地形に関する掘削作業を行う際に目標とする掘削作業位置を教示するに好適な建設機械の掘削作業教示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
山間部などの傾斜地に道路を構築する際、まず油圧ショベルやブルドーザなどの建設機械を用いて最初に切土または盛土などの作業を行って必要な地盤を形成し、その周囲には地面の崩壊を防ぐため油圧ショベルなどを用いて法面を形成する。この法面形成作業は高精度な掘削成形作業であり、熟練を要する。特に、目標の掘削面の下まで過剰に掘削を行うと、単なる埋め戻しでは足りず、コンパクタなどの機械を用いて地山と同等の強度となるよう締め固めを行う必要となり、作業効率が大幅に低下する。そこで、オペレータは目標の掘削面を掘りすぎないよう、丁寧に法面の形成作業を行っている。
【０００３】
一方、目標掘削面をオペレータに教示する手段としては、現在原地形の測量を行った結果から、多数の代表位置に掘削の目標となる数値、たとえぱ法面勾配及びその深さに関する数値を記した杭や板を設置する（丁張り作業）。オペレータはこの丁張りを見て、目標の法面を形成するよう油圧ショベルの作業機を動作させる。しかし、山間部などの傾斜地など複雑な地形に法面を形成する場合、複雑な３次元地形に沿って目標となる杭や板を多数設置する必要があり、そのための測量作業や設置作業に多大な時間を必要としていた。
【０００４】
そこで、例えば、特開２００１−９８５８５号公報に記載されているように、油圧ショベルなどの建設機械の３次元位置及び作業機の方向と３次元の目標地形とを比較し、作業機の向いている方向を通過する縦断面の平面と３次元の目標地形との３次元上の交線を演算し、その交線を本体と作業機のイラストとともに運転室内に設置した表示装置に同一画面上に表示することにより、目標の掘削面をガイダンスする装置が知られている。
【０００５】
また、例えば、（株）トプコンの３Ｄ−ＭＣＧＰＳショベルでは、３次元の地形を構成する三角形ポリゴンを運転室内に設置したタッチパネル式の表示装置に表示し、表示された三角形ポリゴンのうち目標の掘削面に相当するポリゴンを表示装置上で直接タッチして教示することにより目標の掘削面の色を変えて表示する装置が知られている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−９８５８５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２００１−９８５８５号公報に記載された装置では、作業機の向いている方向を通過する縦断面の平面と３次元の目標地形との３次元上の交線を演算し、その交線を運転室内に設置した表示装置に本体と作業機のイラストとともに同一画面上に表示することにより、確かにその油圧ショベルが現在いる位置において掘削すべき面はわかるが、作業機の動作する方向が目標の法面の法線方向に向いていないと、バケットの幅の分が目標面に対して食い込んでしまうことになる。そこで、実際に法面形成作業を行う際は、作業機の幅を考慮して作業機の動作する方向を目標の法面の法線方向に向けるという合わせ作業が必要であり、作業が複雑となるという問題があった。
【０００８】
また、（株）トプコンの３Ｄ−ＭＣＧＰＳショベルでは、作業機の動作する方向と目標の法面の法線方向との角度を本体と３次元目標地形との同一画面上に別枠で表示しており、オペレータはこの角度が０となるように本体を旋回または走行させるのであるが、目標掘削面を設定する度にこの合わせ作業が必要であり、特に小さな領域に多数の小平面が存在する場合、最終的にその全てを教示しなければならず、作業が非常に煩雑になるという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、複雑な３次元地形における法面形成作業においても、目標とする適切な掘削面の把握が容易であり、かつ掘削時の作業効率の向上した建設機械の掘削作業教示装置を提供することにある。
【００１０】
なお、本願明細書中において、「３次元空間の絶対位置」とは、走行式建設機械の外部に設定された座標系により表現した位置のことであり、例えば３次元位置計測装置としてＧＰＳを用いる場合は、ＧＰＳで高さの基準として用いる準拠楕円体に固定した座標系により表現した位置のことである。また、本願明細書では、この準拠楕円体に設定した座標系をグローバル座標系と呼ぶ。
【００１１】
また、ローカル平面直角座標系とは、測量法に定められたものであり、日本全土を２０地域に区分し、それぞれの地域内を平面とみなした直角座標系であり、それぞれの分割領域の特定の場所に原点を持つ３次元直角座標系である。本明細書中における３次元の目標地形の画像データはローカル平面直角座標系の値として作成されたものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、掘削用の作業機を動作させて３次元の地形を３次元の目標地形にする掘削作業を行う建設機械の掘削作業教示装置において、前記建設機械は、下部走行体と、前記下部走行体に対して旋回可能である上部旋回体と、ブーム及びアーム及びバケットから構成され、それぞれ上下方向に回転可能である作業機とから構成され、前記建設機械の作業機の３次元位置を計測する位置計測手段と、この位置計測手段の計測結果に応じて前記３次元目標地形と前記作業機の位置関係を表示する表示手段とを備え、前記表示手段は、前記３次元目標地形を構成する多数の小平面と、前記建設機械の本体及び少なくとも前記作業機の先端部を含む前記建設機械の全体または一部分のイラストを第１画面として表示し、かつその第１画面において、前記３次元目標地形を構成する多数の小平面のうちその法線方向の水平面への投影線が前記作業機の上下方向への回転動作に伴い動作する前記バケットの動作方向を真上から見たときの直線と許容誤差の範囲内で平行であるものを目標掘削面として識別表示するものである。
このように建設機械が移動するに応じて掘削すべき地形の形状が変化する複雑な３次元地形であっても、３次元目標地形を構成する多数の小平面のうちその法線方向が前記作業機の動作面と許容誤差の範囲内で平行であるものを目標掘削面として識別表示するため、オペレータは現在の建設機械の位置に応じた前記目標掘削面を容易に把握でき、掘削時の作業効率を向上することができる。
【００１３】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記表示手段は、前記作業機の上下方向への回転動作に伴い動作する前記バケットの動作方向を真上から見たときの直線と前記小平面との交線、及び前記建設機械の全体または一部分であるバケットのイラストを断面図で表示する第２画面を、前記第１画面と同時に表示するようにしている。
【００１４】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記表示手段は、前記目標掘削面が複数あるときは、それらの法線方向が前記作業機の動作面に最も近い距離にあるものを識別表示するようにしている。
【００１５】
（４）上記（１）において、好ましくは、前記表示手段は、前記目標掘削面が複数あるときは、それらの法線方向の水平面への投影線が前記作業機の上下方向への回転動作に伴い動作する前記バケットの動作方向を真上から見たときの直線に最も近い距離にあるものから順番に色調を変えて表示するようにしている。
【００１６】
（５）上記（１）において、好ましくは、前記目標掘削面の選択を自動設定モードから手動設定モードに切り換える切換手段を更に備え、前記表示手段は、前記切換手段により手動設定モードに切り換えられると、オペレータが選択した小平面を識別表示するようにしている。
【００１７】
（６）上記（１）において、好ましくは、前記表示手段は、前記３次元目標地形を構成する多数の小平面のうち前記建設機械から所定距離の範囲内にあるものについて識別表示するようにしている。
【００１８】
（７）上記（１）において、好ましくは、前記表示手段は、前記３次元目標地形を構成する多数の小平面のうちその法線方向の水平面への投影線が前記作業機の上下方向への回転動作に伴い動作する前記バケットの動作方向を真上から見たときの直線と許容誤差の範囲内で平行になるものが存在しない場合は、その旨を表示するようにしている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図１３を用いて本発明の一実施の形態による建設機械の掘削作業教示装置を油圧ショベルに適用した場合の例について説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施の形態による建設機械の掘削作業教示装置を用いた作業位置計測システムの構成を示すブロック図である。
【００２１】
作業位置計測システムは、基準局からの補正データ（後述）をアンテナ３３，３４を介して受信する無線機４１，４２と、この無線機４１，４２で受信した補正データとＧＰＳアンテナ３１，３２により受信されるＧＰＳ衛星からの信号とに基づいてＧＰＳアンテナ３１，３２の３次元位置をリアルタイムに計測するＧＰＳ受信機４３，４４と、このＧＰＳ受信機４３，４４からの位置データと角度センサ２１，２２，２３や傾斜センサ２４や旋回角センサ２５などの各種センサからの角度データとに基づき、油圧ショベル１のバケット７の先端（モニタポイント）の位置を演算し、さらに後述する３次元目標地形を示すデータが所定のメモリに記憶されているパネルコンピュータ４５と、このパネルコンピュータ４５により演算された位置データや３次元目標地形をイラスト等を交えて表示する表示装置４６と、パネルコンピュータ４５により演算された位置データをアンテナ３５を介して送信するための無線機４７と、パネルコンピュータ４５により選択された小平面が複数のうち、いずれの平面を目標とする掘削面とするかを設定指示する設定器４８とを備えている。ＧＰＳアンテナ３１とＧＰＳ受信機４３，ＧＰＳアンテナ３２とＧＰＳ受信機４４はそれぞれ１セットのＧＰＳ（Groba1 Positioning System）を構成している。
【００２２】
図２は、本発明の実施の形態による建設機械の掘削作業教示装置を用いた油圧ショベルの外観を示す図である。
【００２３】
油圧ショベル１は下部走行体２と、下部走行体２上に旋回可能に設けられ、下部走行体２と共に本体を構成する上部旋回体３と、上部旋回体３に設けられたフロント作業機４とからなる。フロント作業機４は上部旋回体３に上下方向に回転可能に設けられたブーム５と、ブーム５の先端に上下方向に回転可能に設けられたアーム６と、アーム６の先端に上下方向に回転可能に設けられたバケット７とで構成され、それぞれ、ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０を伸縮することにより駆動される。上部旋回体３には運転室１１が設けられている。
【００２４】
また、油圧ショベル１には、上部旋回体３とブーム５との回転角（ブーム角度）を検出する角度センサ２１と、ブーム５とアーム６との回転角（アーム角度）を検出する角度センサ２２と、アーム６とバケット７との回転角（バケット角度）を検出する角度センサ２３と、上部旋回体３の前後方向の傾斜角（ピッチ角度）を検出する傾斜センサ２４、下部走行体２と上部旋回体３との回転角（旋回角）を検出する旋回角センサ２５とが設けられている。
【００２５】
更に、油圧ショベル１には、ＧＰＳ衛星からの信号を受信する２個のＧＰＳアンテナ３１，３２と、基準局からの補正データ（後述）を受信するための無線アンテナ３３，３４と、位置データを送信する無線アンテナ３５が設けられている。２個のＧＰＳアンテナ３１，３２は上部旋回体３の旋回中心から外れた旋回体後部の左右に設置されている。
【００２６】
図３は、ＧＰＳ基準局としての役割を持つ事務所側システムの構成を示すブロック図である。
【００２７】
油圧ショベル１やバケット７等の位置や作業管理を行う事務所５１には、ＧＰＳ衛星からの信号を受信するＧＰＳアンテナ５２と、補正データを油圧ショベル１に送信する無線アンテナ５３と、油圧ショベル１から上述した油圧ショベル１やバケット７等の位置データを受信する無線アンテナ５４と、予め計測された３次元位置データとＧＰＳアンテナ５２により受信されるＧＰＳ衛星からの信号とに基づき、上述した油圧ショベル１のＧＰＳ受信機４３，４４でＲＴＫ（リアルタイムキネマティック）計測を行うための補正データを生成するＧＰＳ基準局としてのＧＰＳ受信機５５，ＧＰＳ受信機５５で生成された補正データをアンテナ５３を介して送信するための無線機５６と、アンテナ５４を介して位置データを受信する無線機５７と、無線機５７により受信した位置データに基づき油圧ショベル１やバケット７の位置を表示・管理したり３次元目標地形を示すデータを表示するための演算を行うコンピュータ５８と、このコンピュータ５８により演算した位置データと管理データ、３次元目標地形をイラスト等を交えて表示する表示装置５９が設置されている。ＧＰＳアンテナ５２とＧＰＳ受信機５５は１セットのＧＰＳを構成する。
【００２８】
次に、本実施の形態に係わる作業位置計測システムの動作の概要を説明する。本実施の形態では高精度での位置計測を行うため、図１に示したＧＰＳ受信機４３，４４でそれぞれＲＴＫ計測を行う。このためには先ず、図３に示した補正データを生成するＧＰＳ基準局５５が必要となる。ＧＰＳ基準局５５は、上記のように予め３次元計測されたアンテナ５２の位置データとアンテナ５２により受信されるＧＰＳ衛星からの信号とに基づいて、ＲＴＫ計測のための補正データを生成し、生成された補正データは、無線機５６によりアンテナ５３を介して一定周期で送信される。
【００２９】
一方、図１に示した車載側のＧＰＳ受信機４３，４４は、アンテナ３３，３４を介して無線機４１，４２により受信される補正データと、アンテナ３１，３２により受信されるＧＰＳ衛星からの信号に基づき、アンテナ３１，３２の３次元位置をＲＴＫ計測する、このＲＴＫ計測によって、アンテナ３１，３２の３次元位置が約±１〜２ｃｍの精度で計測される。そして、計測された３次元位置データはパネルコンピュータ４５に入力される。
【００３０】
また、傾斜センサ２４によって油圧ショベル１のピッチ角度、角度センサ２１〜２３によってそれぞれブーム５、アーム６及びバケット７の各角度が計測され、同様にパネルコンピュータ４５に入力される。
【００３１】
パネルコンピュータ２５はＧＰＳ受信機４３，４４からの位置データと、各種センサ２１〜２４からの各角度データに基づき、一般的なベクトル演算と座標変換を行って、バケット７の先端の３次元位置を演算する。
【００３２】
次に、図４〜図６を用いてパネルコンピュータ４５における３次元位置演算処理について説明する。図４は、バケット７の先端の３次元空間での絶対位置を演算するために使用する座標系を示す図である。図４において、Σ０はＧＰＳの準拠楕円体の中心に原点Ｏ０を持つグローバル座標系、Σ３は油圧ショベル１の上部旋回体３に固定され、旋回べースフレームと旋回中心との交点に原点Ｏ０を持つショベルベース座標系、Σ０はバケット７に固定され、バケット７の先端に中心Ｏ７を持つバケット先端座標系である。
【００３３】
ショベルベース座標系Σ３の原点（旋回べースフレームと旋回中心との交点）Ｏ３に対するＧＰＳアンテナ３１，３２の位置関係Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は既知であるので、グローバル座標系Σ０でのＧＰＳアンテナ３１，３２の３次元位置と油圧ショベル１のピッチ角度θ２が分かれば、グローバル座標系Σ０でのショベルベース座標系Σ３の位置及び姿勢（上部旋回体３の方向）を求めることができる。また、ショベルベース座標系Σ３の原点（旋回べースフレームと旋回中心との交点）Ｏ３とブーム５の基端との位置関係α３、α４及びアーム５、アーム６、バケツト７の寸法α５，α６，α７が既知であるので、ブーム角度θ５、アーム脅度θ６、バケット角度θ７が分かれば、ショベルベース座標系Σ３でのバケット先端座標系Σ７の位置及び姿勢を求めることができる。従って、車載側のＧＰＳ受信機４３，４４で求めたＧＰＳアンテナ３１，３２の３次元位置をグローバル座標系Σ０での値として求め、角度センサ２４で油圧ショベル１のピッチ角度θ２を求め、角度センサ２１〜２３でブーム角度θ５、アーム角度θ６、バケット偶度θ７を求め、座標変換演算を行うことにより、バケット７の先端位置をグローバル座標系Σ０の値で求めることができる。
【００３４】
図５はグローバル座標系の概念を説明する図である。図５において、ＧはＧＰＳで用いる準拠楕円体であり、グローバル座標系Σ０の原点Ｏ０は準拠楕円体Ｇの中心に設定されている。また、グローバル座標系Σ０のｘ０軸方向は赤道Ａと子午線Ｂの交点Ｃと準拠楕円体Ｇの中心とを通る線上に位置し、ｚ０軸方向は準拠楕円体Ｇの中心から南北に延ばした線上に位置し、ｙ０軸方向はｘ０軸とｚ０軸に直交する線上に位置している。ＧＰＳでは、地球上の位置を緯度及び経度と、準拠楕円体Ｇに対する高さ（深さ）で表現するので、このようにグローバル座標系Σ０を設定することで、ＧＰＳの位置情報をグローバル座標系Σ０の値に容易に変換することができる。
【００３５】
図６は３次元位置演算処理手順を示すフローチャートである。図６において、まず、車載側のＧＰＳ受信機４３で求めたＧＰＳアンテナ３１の３次元位置（緯度、経度、高さ）を上記の考えに基づきグローバル座標系Σ０の値ＧＰ１に変換する（ステップＳ１０）、このための演算式は一般的によく知られているものなので、ここでは省略する。同様に、車載側のＧＰＳ受信機４４で求めたＧＰＳアンテナ３２の３次元位置をグローバル座標系Σ０の値ＧＰ２に変換する（ステップＳ２０）。次いで、傾斜センサ２４で計測したピッチ角度θ２を入力し（ステップＳ３０）、ステップＳ１０，２０で求めたＧＰＳアンテナ３１，３２のグローバル座標系Σ０での３次元位置ＧＰ１，ＧＰ２と、そのピッチ角度θ２と、記憶装置に記憶したショベルベース座標系Σ３の原点（旋回べースフレームと旋回中心との交点）Ｏ３に対するＧＰＳアンテナ３１，３２の位置関係Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３とからショベルベース座標系Σ３の位置及び姿勢（上部旋回体３の方向）をグローバル座標系Σ０の値ＧＰＢで求める（ステップＳ４０）。この演算は座標変換であり、一般的な数学的手法により行うことができる。次いで、角度センサ２１〜２３で検出したブーム角度θ５，アーム角度θ６，バケット角度θ７を入力し、これらの値と記憶装置に記憶したショベルベース座標系Σ３の原点（旋回べースフレームと旋回中心との交点）Ｏ３とブーム５の基端との位置関係α３，α４及びアーム５，アーム６，バケット７の寸法α５，α６，α７とからショベルベース座標系Σ３でバケット先端位置ＢＰＢＫを求める（ステップＳ５０）。この演算も座標変換であり、一般的な数学的手法により行うことができる。次いで、ステップＳ４０で求めたグローバル座標系Σ０でのショベルベース座標系Σ３の値ＧＰＢとステップＳ５０で求めたショベルベース座標系Σ３でのバケット先端位置ＢＰＢＫとからグローバル座標系Σ０でのバケット先端位置ＧＰＢＫを求める（ステップＳ６０）。そして、このグローバル座標系Σ０でのバケット先端位置ＧＰＢＫをローカル平面直角座標系に変換する。このための演算式は一般的によく知られているものなので、ここでは省略する。
【００３６】
以上のような演算を行うことによって、バケット７の先端位置の３次元空間での絶対位置を求めることができる。
【００３７】
なお、求めたバケット先端の３次元位置は無線機４７によりアンテナ３５を介して送信する。送信されたバケット７の先端の位置データは、アンテナ５４を介して無線機５７により受信され、コンピュータ５８に入力される。コンピュータ５８は入力されたバケット７の先端の位置データを保存すると共に、パネルコンピュータ２５と同様に表示装置５９のモニタ上に油圧ショベルの本体及びバケットのイラストを予め所定のメモリーに記憶された３次元目標地形上の３次元位置に表示する。これにより事務所５１において油圧ショベル１の作業状態を管理することができる。
【００３８】
次に図７〜図１０に表示装置４６の表示部に表示される画面の表示例を示す。
【００３９】
図７は、表示装置４６の表示部に表示される第１の位置表示例を示している。表示装置４６には、第１画面４６ａと、第２画面４６ｂが表示される。第１画面４６ａには、パネルコンピュータ４５における３次元位置演算処理により求められた３次元位置を用いて、図７に示すように油圧ショベルの本体Ｓ及び作業機の先端掘削部であるバケットＢのイラストを予め所定のメモリーに記憶された３次元目標地形Ｇ上の３次元位置に表示する。また、本実施の形態の掘削作業教示装置によって教示される目標掘削面ＴＧ（図中、斜線を施した面）は、他の掘削面に対して色を変えて表示する。表示装置４８に表示される表示画面は、設定器４８を操作して視点を任意に変えることが可能である。
【００４０】
また、パネルコンピュータ４５は、バケットの向いている方向を通過する縦断面の平面（バケットの動作面すなわちフロント作業機の動作に伴いバケットが動作する上部旋回体に固定された平面）と３次元の前記目標掘削面との３次元上の交線を演算し、第２画面４６ｂに、その交線と本体ＳとバケットＢとを表示してオペレータに作業状況を知らせる。
【００４１】
このように３次元位置表示と断面表示を同時に表示することにより、目標掘削面ＴＧに対する本体ＳやバケットＢの位置関係を直感的に表示することができる。
【００４２】
図８は、表示装置４６の表示部に表示される第２の位置表示例を示している。第１画面４６ａには、視点を上面としたときの２次元画像が表示される。パネルコンピュータ２５は、現在向いている油圧ショベルのバケットの動作する方向ＰＬ（バケット動作面を真上から見た直線）と３次元目標地形を構成する各小平面の法線方向とが予め設定されたある範囲の誤差内で、バケットの動作方向ＰＬと小平面の法線方向の水平面への投影線ＧＬとが略平行である小平面を選択し、前記小平面を目標掘削面ＴＧとして自動的に選択設定し、また、表示する。また画面上には、油圧ショベルの本体Ｓの旋回中心Ｏも表示する。
【００４３】
図９は、表示装置４６の表示部に表示される第３の位置表示例を示している。バケット動作面と３次元目標地形を構成する各小平面の法線方向とが予め設定されたある範囲の誤差内で平行である小平面が存在しない場合、パネルコンピュータ２５は掘削できる構成が存在しない旨の表示を表示装置４６の第２画面４６ｂに表示する。また、このとき、目標掘削面は選択できないため、第１画面４６ａには、図７に示したような目標掘削面ＴＧが表示されない。
【００４４】
図１０は、表示装置４６の表示部に表示される第４の位置表示例を示している。バケット動作面と３次元目標地形を構成する各小平面の法線方向とが予め設定されたある範囲の誤差内で平行である小平面が複数存在するとき、第１画面４６ａには、その複数の構成面ＴＧ１，ＴＧ２を色を変えて表示する。このとき、本体の位置からの距離に応じて、色を変え、例えば、一番近い構成面ＴＧ１の色を、それよりも遠い構成面ＴＧ２の色よりも濃くするなど色調を変えて、いずれの構成面が近いかを一目で識別可能に表示する。ここでは、複数の構成面が２個の場合を図示したが、３個以上でも同様に色を変えて識別して表示することができる。
【００４５】
図１１は、表示装置４６の表示部に表示される第５の位置表示例を示している。表示装置４６の表示部は、左右に２分割されており、左側には、第１画面４６ａと、第２画面４６ｂが設けられ、右側には第３画面４６ｃが設けられている。第１画面４６ａには、図７と同様に、パネルコンピュータ４５における３次元位置演算処理により求められた３次元位置を用いて、図７に示すように油圧ショベルの本体Ｓ及びバケットＢのイラストを予め所定のメモリーに記憶された３次元目標地形Ｇ上の３次元位置に表示する。
【００４６】
また、第２画面４６ｂには、図７と同様に、バケットの向いている方向を通過する縦断面の平面と３次元の前記目標掘削面との３次元上の交線と本体ＳとバケットＢとを表示する。
【００４７】
さらに、第３画面４６ｃには、図８と同様に、視点を上面としたときの２次元画像が表示される。
【００４８】
図１２は本実施の形態に用いる設定器４８の外観斜視図である。設定器４８は、表示装置４６への表示開始をＯＮ／ＯＦＦするスイッチ４８ａと、目標掘削面を自動教示するか手動で設定するかを切り替える自動／手動スイッチ４８ｂと、自動教示時においてバケットを掘削したい掘削面に移動してスイッチを押すことによりダイレクトティーチ可能な目標掘削面選択スイッチ４８ｃと、手動設定時に手動で目標掘削面を設定するための手動設定スイッチ４８ｄと、３次元表示の視点を移動するためのジョイスティック４８ｅと、図８に示した上から見た２次元表示に表示装置の画面を切り替えるための２次元表示スイッチ４８ｆとを備えている。自動／手動スイッチ４８ｂは、１回押すと例えば自動教示が選択されＬＥＤ４８ｇが点灯する。さらにもう１回押すと手動設定に切り替わりＬＥＤ４８ｈが点灯する。
【００４９】
次に、図１３〜図１６に示すフローチャートを用いて、本実施の形態による掘削面教示装置としてのパネルコンピュータ４５の処理機能について説明する。
【００５０】
パネルコンピュータ４５は、図７に示した油圧ショベルの本体及びバケットのイラストを予め所定のメモリーに記憶された３次元目標地形上の３次元位置に表示する際に、現在向いている油圧ショベルのバケット動作面と３次元目標地形を構成する各小平面の法線方向とが予め設定されたある範囲の誤差内で平行である小平面を選択し、前記小平面を目標の掘削面として自動的に選択設定する。
【００５１】
ある目標掘削面をバケットを操作して掘削する際、バケットの横幅があるためバケットの動作面と目標掘削面の垂線がほぼ平行の状態でなければバケットのエッジが目標掘削面に食い込んだり、目標掘削面から浮いてしまうことになる。そこで、本発明では現在向いている油圧ショベルのバケット動作面と３次元目標地形を構成する各小平面の法線方向とが予め設定されたある範囲の誤差内で平行である小平面、すなわち現在の油圧ショベルの姿勢において掘削可能な面を自動的に選択することにより、オペレータが目標掘削面を設定する作業を省くことができる。
【００５２】
図１３において、目標掘削面自動設定が選択されているかどうかを判定する（ステップＳ９０）。図１２に示した設定器４８の自動／手動スイッチ４８ｂの操作により、自動設定が選択されている場合には、自動設定処理が実行される（ステップＳ１００）。自動設定処理の詳細については図１４を用いて後述する。手設定が選択されている場合には、手動設定処理が実行される（ステップＳ３００）。手動設定処理の詳細については図１６を用いて後述する。
【００５３】
次に、図１４を用いて目標掘削面の自動設定処理の内容について説明する。図１４において、パネルコンピュータ４５は、３次元表示における視点を初期値に設定する（ステップＳ１０５）。次に設定器４８の３次元表示開始スイッチ４８ａがオンか否かを判定し（ステップＳ１１０）、オンであればステップＳ１１５に進む。パネルコンピュータ４５は、ＧＰＳ受信機４３，４４からアンテナ３１，３２の位置データを取得し、図４〜図６にて説明した方法によりバケット７の先端位置の３次元座標を演算する（ステップＳ１１５）。ステップＳ１０５，Ｓ１００の詳細は、図６のステップＳ１０〜Ｓ７０にて説明したとおりである。
【００５４】
次に設定器４８のジョイスティック４８ｅが操作されて視点が変更されたか否かを判断し（ステップＳ１２０）、変更された場合には変更された視点位置に対して３次元表示における視点の演算を行う（ステップＳ１２５）。そして図７に示したように３次元目標地形Ｇと本体ＳとバケットＢを表示装置４８の表示部に３元表示する（ステップＳ１３０）。
【００５５】
次にバケットの動作方向の演算を行う（ステップＳ１３５）。次にバケット動作方向に対して、ある範囲内に垂線を持つ３次元目標地形の構成面を選択する（ステップＳ１４０）。ステップＳ１４０の処理の詳細については、図１５を用いて後述する。
【００５６】
次にバケット動作方向に対して、ある範囲内に垂線を持つ３次元目標地形の構成面が１個以上あるか否かを判定し（ステップＳ１４５）、対応する構成面が一つの場合にはその構成面を選択し、また対応する構成面が複数ある場合には複数の構成面に対して距離によって優先順位を付け、最も近い構成面を選択し、さらに、選択した構成面を色を変えて表示する。（ステップＳ１５０）。
【００５７】
次に、画面表示モードとして２次元表示モードが選択されているか否かを判定する（ステップＳ１５５）。図１２に示した操作器４８の２次元表示スイッチ４８ｆが押されると、図８に示した２次元表示モードで表示する（ステップＳ１６０）。そうでないときはステップＳ１６５に進む。
【００５８】
そして、バケット動作方向と選択された構成面の３次元上の交線を演算し（ステップＳ１６５）、図１０に示したように表示装置４６のサブ画面４６ｂに本体側面から見た３次元上の交線，本体Ｓ及びバケットＢを表示する（ステップＳ７６０）。
【００５９】
一方、ステップＳ１４５において目標構成面が無い場合には、図９に示したように現在の姿勢において掘削できる目標掘削地形の構成面は存在しない旨を表示装置４６に表示する（ステップＳ１７５）。
【００６０】
図１５はステップＳ１４０における目標構成面の選択処理の詳細を示すフローチャートである。
【００６１】
図１５において、最初に、本体中心から所定の距離（例えば、バケットが届いて掘削可能な距離（１０ｍ））の範囲内にある構成面に対して、変数ｎとして、「１」〜「Ｎ」の番号を付与する。次に、変数ｎに初期値として「１」を設定する（ステップＳ２１０）。次にバケットの動作方向と複数の構成面の内ｎ番目の構成面Ａｎの法線方向とを比較して、両者の角度がある範囲内にあるか否かを判定する（ステップＳ２２０）。ある範囲内にあるときは、この構成面が目標構成面に該当するとしてメモリー内部に一時記憶する（ステップＳ２３０）。その後、変数ｎを一つ増やす（ステップＳ２４０）。変数ｎの値が構成面の総数Ｎよりも大きいか否かを判定し（ステップＳ２５０）、小さい場合にはステップＳ２１０に戻りステップＳ２２０〜Ｓ２５０の処理を繰り返し、大きくなるとメモリーに記憶されている構成面が該当する構成面とする（ステップＳ２６０）。
【００６２】
次に、図１６を用いて目標掘削面の手動設定処理の内容について説明する。ステップＳ３０５〜Ｓ３３５及びＳ３５０〜Ｓ３６５の処理内容は、図１４のステップＳ１０５〜Ｓ１３５及びＳ１５５〜Ｓ１７０の処理内容と同様である。
【００６３】
オペレータが目標としたい掘削面の付近にバケット先端を操作してもっていき、設定器４８の手動選択スイッチ４８ｄを押下することにより目標の掘削面をダイレクトティーチすると（ステップＳ３４０）、この選択された掘削面を目標掘削面として、表示色を変更する（ステップＳ３４５）。
【００６４】
なお、以上の説明では、通常表示装置４６には、図７に示したように、バケットの向いている方向を通過する縦断面の平面と３次元の目標地形との３次元上の交線を演算し、その交線を前記表示装置に本体とバケットとを同一画面上に表示するようにしている。このとき、オペレータが設定器４８のスイッチ４８ｆを押下げることにより、図８に示したように、３次元の目標地形と本体、バケットを同一画面上に上面から見下ろした表示を行うこともできる。すなわち、オペレータは、表示選択スイッチを適宜切り換えて目標掘削面の確認を行い作業を行う。
【００６５】
目標掘削面を設定したらオペレータは、図７に示したバケットの向いている方向を通過する縦断面の平面と３次元の目標掘削面との３次元上の交線と本体及びバケットとを表示した画面を確認しながら、目標掘削面を掘削作業することにより、複雑な３次元地形であっても精度よく掘削することができる。
【００６６】
図１４のステップＳ１７５において現在の姿勢において掘削できる目標掘削地形の構成面は存在しない旨が表示装置４６に表示された場合には、オペレータが上部旋回体３を適宜旋回することにより、パネルコンピュータ４５は、改めて図１４の処理を実行して新らしく向いている油圧ショベルのバケット動作面と３次元目標地形を構成する各小平面の法線方向とが予め設定されたある範囲の誤差内で平行である構成面を選択して表示する。もし適当な構成面が選択・表示されない場合には、オペレータは、下部走行体を適当な方向に移動し、さらに、上部旋回体を旋回することを繰り返すことにより、目標掘削面を選択して表示することができる。
【００６７】
なお、上記実施の形態はその詳細が上述の例に限定されず、種々の変形が可能である。一例として、上記実施の形態ではバケットと車体を表示したが、少なくともバケット先端の掘削部を表示すれば油圧ショベルの全体またはその一部分を表示してもよい。また、現在向いている油圧ショベルのバケット動作面と３次元目標地形を構成する各小平面の法線方向とが予め設定されたある範囲の誤差内で平行である小平面が複数存在する場合、目標掘削面の教示方法としてタッチパネルを採用し、指で直接画面上に表示される三角ポリゴンを指定してもよい。また、現在向いている油圧ショベルのバケット動作面と３次元目標地形を構成する各小平面の法線方向とが予め設定されたある範囲の誤差内で平行である小平面を自動的に選択・設定するモードと、最初からオペレータが自分で目標掘削面を選択・設定するための設定切換モードスイッチを設けてもよい。また、フロント装置の各部材間の相対角度を検出する手段として回動角を検出する角度計を用いたが、シリンダのストロークを検出してもよい。また、検出したバケット先端の３次元位置を事務所のコンピュータ５８に送信しているが、特に事務所側での管理が必要なければ３次元位置データを送信しなくてもよい。
【００６８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、油圧ショベルが移動するに応じてまたバケットが移動するに応じて、そのバケットの下方の掘削すべき地形形状が変化する複雑な３次元地形であっても、現在の建設機械の位置に応じて目標掘削面を教示することにより作業機の向いている方向を通過する縦断面の平面とこの目標掘削面との３次元上の交線を演算し、その交線を前記表示装置に本体と作業機とを同一画面上に表示するため、オペレータは現在の建設機械の位置に応じた目標掘削面を把握でき、表示器に表示される目標掘削面と作業機を見ながら目標掘削面に沿って作業機を動作させれば３次元の目標地形を掘削できる。また、小平面の法線方向線と建設機械の作業機の向く方向線とが予め設定されたある範囲の誤差内で平行である小平面を選択し、この小平面を目標の掘削面として設定し、かつ上面から見下ろした画面を同一画面内に表示することによりオペレータが現在いずれの平面を掘削できるのかを容易に把握することが可能なため、複雑な３次元地形における法面形成作業に於いても目標とする掘削面の把握が容易でかつ実際の掘削における作業効率を向上することができる。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、複雑な３次元地形における法面形成作業においても、目標とする適切な掘削面の把握が容易であり、かつ掘削時の作業効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による建設機械の掘削作業教示装置を用いた作業位置計測システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係わる作業位置計測システムを搭載した油圧ショベルの外観を示す図である。
【図３】ＧＰＳ基準局としての役割を持つ事務所側システムの構成を示すブロック図である。
【図４】バケットの先端の３次元空間での絶対位置を演算するために使用する座標系を示す図である。
【図５】グローバル座標系の概要を説明する図である。
【図６】３次元位置演算処理手順を示すフローチャートである。
【図７】表示装置の表示部に表示される第１の位置表示例を示している。
【図８】表示装置の表示部に表示される第２の位置表示例を示している。
【図９】表示装置の表示部に表示される第３の位置表示例を示している。
【図１０】表示装置の表示部に表示される第４の位置表示例を示している。
【図１１】表示装置の表示部に表示される第５の位置表示例を示している。
【図１２】本実施の形態に用いる設定器の外観斜視図である。
【図１３】本実施の形態による掘削面教示装置としてのパネルコンピュータの処理機能を示すフローチャートである。
【図１４】本実施の形態による掘削面教示装置としてのパネルコンピュータの処理機能を示すフローチャートである。
【図１５】本実施の形態による掘削面教示装置としてのパネルコンピュータの処理機能を示すフローチャートである。
【図１６】本実施の形態による掘削面教示装置としてのパネルコンピュータの処理機能を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１油圧ショベル
２下部走行体
３上部旋回体
４フロント作業機
５ブーム
６アーム
７バケット
２１〜２３角度センサ
２４傾斜センサ
２５旋回角センサ
３１，３２，５２ＧＰＳアンテナ
３３，３４，３５，５３，５４，無線アンテナ
４１，４２，４７，５６，５７無線機
４３，４４，５５ＧＰＳ受信機
４５パネルコンピュータ
４６，５９表示装置
４６ａ第１画面
４６ｂ第２画面
４６ｃ第３画面
４８設定器
５１事務所
５８コンピュータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an excavation work teaching device for a construction machine such as a hydraulic excavator, and in particular, teaches a target excavation work position when a excavation work machine such as a bucket is operated to perform excavation work on a three-dimensional target landform. The present invention relates to an excavation work teaching apparatus suitable for a construction machine.
[0002]
[Prior art]
When constructing roads on slopes such as mountainous areas, first of all, using a construction machine such as a hydraulic excavator or bulldozer, work such as cutting or embankment is performed to form the necessary ground, and the ground collapses around it. In order to prevent this, a slope is formed using a hydraulic excavator or the like. This slope forming operation is a highly accurate excavation forming operation and requires skill. In particular, when excavating excessively below the target excavation surface, mere backfilling is not enough, and compaction using a machine such as a compactor is necessary to achieve the same strength as the natural ground, greatly improving work efficiency. To drop. Therefore, the operator carefully performs the slope forming operation so as not to dig too much the target excavation surface.
[0003]
On the other hand, as means for teaching the target excavation surface to the operator, numerical values related to the excavation target, such as slope gradient and depth, are recorded at a number of representative positions from the results of surveying the current original topography. Installed piles and plates (tightening work). The operator looks at this tightness and operates the excavator working machine to form the target slope. However, when slopes are formed on complex terrain such as slopes in mountainous areas, it is necessary to install many target piles and plates along complicated 3D terrain. Needed a lot of time.
[0004]
Therefore, for example, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-98585, the three-dimensional position and the direction of the work machine of a construction machine such as a hydraulic excavator are compared with the three-dimensional target landform, and the work machine is directed. The 3D intersection line between the plane of the longitudinal section passing through the direction and the 3D target landform is calculated, and the intersection line is displayed on the same screen on the display device installed in the cab along with the illustrations of the main body and work implement. Devices for guiding a target excavation surface by displaying are known.
[0005]
For example, in the 3D-MC GPS excavator manufactured by Topcon Corporation, the triangle polygons constituting the three-dimensional terrain are displayed on a touch panel display device installed in the cab, and the target excavation among the displayed triangle polygons is displayed. There is known an apparatus that displays a target excavation surface in a different color by directly touching and teaching a polygon corresponding to the surface on a display device.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-98585 A
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the apparatus described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-98585, a three-dimensional intersection line between a plane of a longitudinal section passing through a direction in which the work machine is facing and a three-dimensional target landform is calculated, and the intersection is calculated. By displaying the line on the same screen together with illustrations of the main unit and the work implement on the display device installed in the cab, you can certainly see the surface to be excavated at the current position of the excavator, but the direction in which the work implement operates If it is not oriented in the normal direction of the target slope, the amount of the bucket width will bite into the target face. Therefore, when actually performing the slope forming work, it is necessary to perform a matching work in which the working machine is directed in the normal direction of the target slope in consideration of the width of the working machine, and the work is complicated. There was a problem of becoming.
[0008]
In addition, the Topcon 3D-MC GPS excavator displays the angle between the direction in which the work implement operates and the normal direction of the target slope in a separate frame on the same screen of the main body and the three-dimensional target landform. The operator turns or travels the main body so that this angle becomes 0, but this alignment work is necessary every time the target excavation surface is set, especially when there are many small planes in a small area. In the end, all of them had to be taught, and the work was very complicated.
[0009]
An object of the present invention is to provide an excavation work teaching device for a construction machine that makes it easy to grasp a target appropriate excavation surface and improves work efficiency at the time of excavation even in a slope forming operation on complicated three-dimensional terrain. It is to provide.
[0010]
In the present specification, the “absolute position in the three-dimensional space” is a position expressed by a coordinate system set outside the traveling construction machine. For example, GPS is used as a three-dimensional position measuring device. The case is a position expressed by a coordinate system fixed to a reference ellipsoid used as a height reference in GPS. In the present specification, the coordinate system set to the reference ellipsoid is referred to as a global coordinate system.
[0011]
The local plane Cartesian coordinate system is defined by the survey method, and is a Cartesian coordinate system that divides the whole of Japan into 20 regions and regards each region as a plane. It is a three-dimensional rectangular coordinate system with the origin at the location. The image data of the three-dimensional target landform in this specification is created as values in the local plane rectangular coordinate system.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
(1) In order to achieve the above object, the present invention provides an excavation work teaching apparatus for a construction machine that performs excavation work by operating a work machine for excavation to change a three-dimensional landform into a three-dimensional target landform. The construction machine is composed of a lower traveling body, an upper revolving body that can swivel with respect to the lower traveling body, a boom, an arm, and a bucket, and a work machine that can rotate in the vertical direction. Position measuring means for measuring the three-dimensional position of the work machine of the construction machine, and display means for displaying the positional relationship between the three-dimensional target landform and the work machine according to the measurement result of the position measuring means, The display means displays, as a first screen, an illustration of the whole or a part of the construction machine including a plurality of small planes constituting the three-dimensional target landform, the main body of the construction machine and at least the tip of the working machine, And, on the first screen, the normal direction of many small planes constituting the three-dimensional target landform Projection line to the horizontal plane Of the working machine Rotate up and down Action A straight line when the direction of operation of the bucket that operates with And those that are parallel within the tolerance range are identified and displayed as the target excavation surface.
As described above, even if the shape of the terrain to be excavated changes as the construction machine moves, the normal direction among the many small planes constituting the three-dimensional target terrain is the work direction. As the target excavation plane is identified and displayed as the target excavation plane that is parallel to the machine's operating plane and within the allowable error range, the operator can easily grasp the target excavation plane according to the current position of the construction machine. Efficiency can be improved.
[0013]
(2) In the above (1), preferably, the display means is provided on the work implement. Rotate up and down Action A straight line when the direction of operation of the bucket that operates with Line of intersection with the small plane, as well as All or part of the construction machine Bucket Illustration of Refuse Area Display with Second screen The Are displayed simultaneously with the first screen.
[0014]
(3) In the above (1), preferably, when there are a plurality of the target excavation surfaces, the display means identifies and displays those whose normal directions are closest to the operation surface of the work implement. I am doing so.
[0015]
(4) In the above (1), preferably, when there are a plurality of the target excavation surfaces, the display means is in the normal direction thereof. Projection line to the horizontal plane Of the working machine Rotate up and down Action A straight line when the direction of operation of the bucket that operates with The color tone is changed in order from the one closest to.
[0016]
(5) In the above (1), preferably, further comprising switching means for switching the selection of the target excavation surface from the automatic setting mode to the manual setting mode, and the display means is switched to the manual setting mode by the switching means. The small plane selected by the operator is identified and displayed.
[0017]
(6) In the above (1), preferably, the display means identifies and displays a number of small planes constituting the three-dimensional target landform within a predetermined distance from the construction machine. Yes.
[0018]
(7) In the above (1), preferably, the display means is in a normal direction among a plurality of small planes constituting the three-dimensional target landform. Projection line to the horizontal plane Of the working machine Rotate up and down Action A straight line when the direction of operation of the bucket that operates with If there is no parallel object within the allowable error range, that fact is displayed.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example in which a construction machine excavation work teaching apparatus according to an embodiment of the present invention is applied to a hydraulic excavator will be described with reference to FIGS.
[0020]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a work position measuring system using a construction machine excavation work teaching apparatus according to an embodiment of the present invention.
[0021]
The work position measurement system receives correction data (described later) from the reference station via the antennas 33 and 34, and the correction data received by the radios 41 and 42 and the GPS antennas 31 and 32. GPS receivers 43 and 44 that measure the three-dimensional positions of the GPS antennas 31 and 32 in real time based on the signals from the GPS satellites, and position data and angle sensors 21 and 22 from the GPS receivers 43 and 44. , 23, the inclination sensor 24, and the angle data from various sensors such as the turning angle sensor 25, the position of the tip (monitor point) of the bucket 7 of the excavator 1 is calculated, and a three-dimensional target landform to be described later is shown. Panel computer 45 in which data is stored in a predetermined memory, and a position calculated by the panel computer 45 A display device 46 for displaying data and a three-dimensional target landform with illustrations, a radio 47 for transmitting position data calculated by the panel computer 45 via the antenna 35, and a panel computer 45. A setting device 48 is provided for setting and instructing which of the plurality of small planes is the target excavation surface. The GPS antenna 31 and the GPS receiver 43, and the GPS antenna 32 and the GPS receiver 44 each constitute one set of GPS (Groba1 Positioning System).
[0022]
FIG. 2 is a diagram showing the external appearance of a hydraulic excavator using the excavation work teaching apparatus for construction machines according to the embodiment of the present invention.
[0023]
The excavator 1 is provided with a lower traveling body 2, a lower traveling body 2, and an upper revolving body 3 that constitutes a main body together with the lower traveling body 2, and a front work machine 4 provided on the upper revolving body 3. Consists of. The front work machine 4 is provided with a boom 5 provided on the upper swing body 3 so as to be rotatable in the vertical direction, an arm 6 provided at the tip of the boom 5 so as to be rotatable in the vertical direction, and rotated at the tip of the arm 6 in the vertical direction. It is comprised by the bucket 7 provided so that it was possible, and it drives by expanding / contracting the boom cylinder 8, the arm cylinder 9, and the bucket cylinder 10, respectively. The upper swing body 3 is provided with a cab 11.
[0024]
The hydraulic excavator 1 includes an angle sensor 21 that detects a rotation angle (boom angle) between the upper swing body 3 and the boom 5, and an angle sensor 22 that detects a rotation angle (arm angle) between the boom 5 and the arm 6. An angle sensor 23 that detects a rotation angle (bucket angle) between the arm 6 and the bucket 7, an inclination sensor 24 that detects an inclination angle (pitch angle) in the front-rear direction of the upper swing body 3, the lower traveling body 2 and the upper part A turning angle sensor 25 that detects a rotation angle (turning angle) with respect to the turning body 3 is provided.
[0025]
Further, the excavator 1 transmits two GPS antennas 31 and 32 for receiving signals from GPS satellites, radio antennas 33 and 34 for receiving correction data (described later) from a reference station, and position data. A wireless antenna 35 is provided. The two GPS antennas 31 and 32 are installed on the left and right of the rear part of the revolving unit that is off the turning center of the upper revolving unit 3.
[0026]
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an office side system having a role as a GPS reference station.
[0027]
The office 51 that manages the position and work of the excavator 1 and the bucket 7 includes a GPS antenna 52 that receives signals from GPS satellites, a radio antenna 53 that transmits correction data to the excavator 1, and the excavator 1. The above-described hydraulic excavator is based on the wireless antenna 54 that receives the position data of the hydraulic excavator 1 and the bucket 7 described above, the three-dimensional position data measured in advance, and the signal from the GPS satellite received by the GPS antenna 52. The GPS receiver 55 as a GPS reference station that generates correction data for performing RTK (real-time kinematic) measurement by one GPS receiver 43, 44, and the correction data generated by the GPS receiver 55 via the antenna 53 A radio 56 for transmitting, and a radio 57 for receiving position data via an antenna 54; A computer 58 that performs calculations for displaying and managing the positions of the hydraulic excavator 1 and the bucket 7 based on the position data received by the wireless device 57 and displaying data indicating the three-dimensional target landform, and the positions calculated by the computer 58 A display device 59 for displaying data, management data, and three-dimensional target terrain with illustrations is installed. The GPS antenna 52 and the GPS receiver 55 constitute one set of GPS.
[0028]
Next, an outline of the operation of the work position measurement system according to the present embodiment will be described. In the present embodiment, in order to perform position measurement with high accuracy, RTK measurement is performed by the GPS receivers 43 and 44 shown in FIG. For this purpose, first, the GPS reference station 55 for generating the correction data shown in FIG. 3 is required. The GPS reference station 55 generates and generates correction data for RTK measurement based on the position data of the antenna 52 measured in advance three-dimensionally as described above and the signal from the GPS satellite received by the antenna 52. The correction data is transmitted by the wireless device 56 through the antenna 53 at a constant cycle.
[0029]
On the other hand, the on-vehicle side GPS receivers 43 and 44 shown in FIG. 1 receive correction data received by the radios 41 and 42 via the antennas 33 and 34 and GPS satellites received by the antennas 31 and 32, respectively. Based on the signal, the three-dimensional positions of the antennas 31 and 32 are measured by RTK. By this RTK measurement, the three-dimensional positions of the antennas 31 and 32 are measured with an accuracy of about ± 1 to 2 cm. The measured three-dimensional position data is input to the panel computer 45.
[0030]
Further, the pitch angle of the hydraulic excavator 1 is measured by the tilt sensor 24, and the angles of the boom 5, the arm 6, and the bucket 7 are respectively measured by the angle sensors 21 to 23, and are similarly input to the panel computer 45.
[0031]
The panel computer 25 performs general vector calculation and coordinate conversion based on the position data from the GPS receivers 43 and 44 and the angle data from the various sensors 21 to 24, and determines the three-dimensional position of the tip of the bucket 7. Calculate.
[0032]
Next, the three-dimensional position calculation process in the panel computer 45 will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram showing a coordinate system used for calculating the absolute position of the tip of the bucket 7 in the three-dimensional space. In FIG. 4, Σ0 is a global coordinate system having an origin O0 at the center of a GPS-compliant ellipsoid, Σ3 is fixed to the upper swing body 3 of the excavator 1, and has an origin O0 at the intersection of the swing base frame and the swing center. The shovel base coordinate system, Σ0, is a bucket tip coordinate system fixed to the bucket 7 and having a center O7 at the tip of the bucket 7.
[0033]
Since the positional relationships L1, L2, and L3 of the GPS antennas 31 and 32 with respect to the origin (intersection of the turning base frame and the turning center) O3 of the excavator base coordinate system Σ3 are known, the GPS antennas 31 and 32 in the global coordinate system Σ0 are known. If the three-dimensional position and the pitch angle θ2 of the hydraulic shovel 1 are known, the position and orientation of the shovel base coordinate system Σ3 in the global coordinate system Σ0 (the direction of the upper swing body 3) can be obtained. Further, the positional relationship α3, α4 between the origin (the intersection of the turning base frame and the turning center) O3 of the shovel base coordinate system Σ3 and the base end of the boom 5, and the dimensions α5, α6, α7 of the arm 5, arm 6, and bucket 7. Since the boom angle θ5, the arm threatness θ6, and the bucket angle θ7 are known, the position and orientation of the bucket tip coordinate system Σ7 in the shovel base coordinate system Σ3 can be obtained. Accordingly, the three-dimensional positions of the GPS antennas 31 and 32 obtained by the GPS receivers 43 and 44 on the vehicle side are obtained as values in the global coordinate system Σ0, the pitch angle θ2 of the hydraulic excavator 1 is obtained by the angle sensor 24, and the angle sensor By calculating the boom angle θ5, the arm angle θ6, and the bucket couple θ7 from 21 to 23 and performing coordinate conversion calculation, the tip position of the bucket 7 can be obtained by the value of the global coordinate system Σ0.
[0034]
FIG. 5 is a diagram for explaining the concept of the global coordinate system. In FIG. 5, G is a compliant ellipsoid used in GPS, and the origin O0 of the global coordinate system Σ0 is set at the center of the compliant ellipsoid G. Further, the x0 axis direction of the global coordinate system Σ0 is located on a line passing through the intersection C of the equator A and the meridian B and the center of the reference ellipsoid G, and the z0 axis direction is a line extending from the center of the reference ellipsoid G to the north and south. The y0 axis direction is located on a line orthogonal to the x0 axis and the z0 axis. In GPS, the position on the earth is expressed by latitude and longitude, and the height (depth) with respect to the reference ellipsoid G. By setting the global coordinate system Σ0 in this way, the GPS position information is expressed in the global coordinate system. It can be easily converted to a value of Σ0.
[0035]
FIG. 6 is a flowchart showing a three-dimensional position calculation processing procedure. In FIG. 6, first, the three-dimensional position (latitude, longitude, height) of the GPS antenna 31 obtained by the GPS receiver 43 on the vehicle-mounted side is converted into a value GP1 of the global coordinate system Σ0 based on the above idea (step S10). ), The arithmetic expression for this is generally well known, and is omitted here. Similarly, the three-dimensional position of the GPS antenna 32 obtained by the in-vehicle side GPS receiver 44 is converted into a value GP2 of the global coordinate system Σ0 (step S20). Next, measurement was performed with the tilt sensor 24. pitch The angle θ2 is input (step S30), the three-dimensional positions GP1 and GP2 in the global coordinate system Σ0 of the GPS antennas 31 and 32 obtained in steps S10 and 20, the pitch angle θ2, and the shovel base stored in the storage device The position and orientation of the shovel base coordinate system Σ3 (the direction of the upper swing body 3) from the positional relationships L1, L2, and L3 of the GPS antennas 31 and 32 with respect to the origin (intersection of the turning base frame and the turning center) O3 of the coordinate system Σ3 Is obtained by the value GPB of the global coordinate system Σ0 (step S40). This calculation is coordinate transformation and can be performed by a general mathematical method. Next, the boom angle θ5, the arm angle θ6, and the bucket angle θ7 detected by the angle sensors 21 to 23 are input, and these values and the origin of the shovel base coordinate system Σ3 stored in the storage device (the rotation base frame and the rotation center) (Intersection) The bucket tip position BPBK is obtained by the shovel base coordinate system Σ3 from the positional relationship α3, α4 between O3 and the base end of the boom 5 and the dimensions α5, α6, α7 of the arm 5, arm 6, and bucket 7 (step S50). . This calculation is also coordinate transformation and can be performed by a general mathematical method. Next, the bucket tip position GPBK in the global coordinate system Σ0 from the value GPB of the shovel base coordinate system Σ3 in the global coordinate system Σ0 obtained in step S40 and the bucket tip position BPBK in the shovel base coordinate system Σ3 obtained in step S50. Is obtained (step S60). Then, the bucket tip position GPBK in the global coordinate system Σ0 is converted into a local plane rectangular coordinate system. An arithmetic expression for this is generally well known and is omitted here.
[0036]
By performing the above calculation, the absolute position of the tip position of the bucket 7 in the three-dimensional space can be obtained.
[0037]
Note that the obtained three-dimensional position of the bucket tip is transmitted via the antenna 35 by the wireless device 47. The transmitted position data of the tip of the bucket 7 is received by the radio 57 via the antenna 54, Computer 58. The computer 58 stores the input position data of the tip of the bucket 7 and, similarly to the panel computer 25, a three-dimensional image in which the main body of the hydraulic excavator and the illustration of the bucket are stored in advance in a predetermined memory on the monitor of the display device 59. Display in the 3D position on the target terrain. Thereby, the working state of the excavator 1 can be managed in the office 51.
[0038]
Next, FIGS. 7 to 10 show display examples of screens displayed on the display unit of the display device 46. FIG.
[0039]
FIG. 7 shows a first position display example displayed on the display unit of the display device 46. The display device 46 displays a first screen 46a and a second screen 46b. On the first screen 46a, using the three-dimensional position obtained by the three-dimensional position calculation processing in the panel computer 45, as shown in FIG. 7, the main body S of the excavator and the bucket B which is the tip excavating part of the working machine are displayed. The illustration is displayed at a three-dimensional position on the three-dimensional target landform G stored in a predetermined memory in advance. In addition, the target excavation surface TG (the hatched surface in the figure) taught by the excavation work teaching apparatus of the present embodiment is displayed in a different color from the other excavation surfaces. The display screen displayed on the display device 48 can change the viewpoint arbitrarily by operating the setting device 48.
[0040]
Further, the panel computer 45 has a plane with a vertical cross section that passes in the direction in which the bucket is facing (the plane of movement of the bucket, that is, the plane that is fixed to the upper swing body on which the bucket operates in accordance with the operation of the front work machine) and the three-dimensional plane. A three-dimensional intersection line with the target excavation surface is calculated, and the intersection line, the main body S, and the bucket B are displayed on the second screen 46b to notify the operator of the work status.
[0041]
By simultaneously displaying the three-dimensional position display and the cross-section display in this manner, the positional relationship of the main body S and the bucket B with respect to the target excavation surface TG can be intuitively displayed.
[0042]
FIG. 8 shows a second position display example displayed on the display unit of the display device 46. On the first screen 46a, a two-dimensional image with the viewpoint as the top surface is displayed. In the panel computer 25, a direction PL (a straight line when the bucket operation surface is viewed from directly above) in which the bucket of the hydraulic excavator currently facing and a normal direction of each small plane constituting the three-dimensional target landform are set in advance. Within a certain range of errors, a small plane in which the bucket movement direction PL and the projection line GL on the horizontal plane in the normal direction of the small plane are substantially parallel is selected, and the small plane is automatically set as the target excavation surface TG. Select and set to. Further, the turning center O of the main body S of the excavator is also displayed on the screen.
[0043]
FIG. 9 shows a third position display example displayed on the display unit of the display device 46. If there is no small plane in which the bucket motion plane and the normal direction of each small plane constituting the three-dimensional target landform are parallel within a predetermined range of error, the panel computer 25 has no configuration for excavation. A display to that effect is displayed on the second screen 46 b of the display device 46. At this time, since the target excavation surface cannot be selected, the target excavation surface TG as shown in FIG. 7 is not displayed on the first screen 46a.
[0044]
FIG. 10 shows a fourth position display example displayed on the display unit of the display device 46. When there are a plurality of small planes in which the bucket movement plane and the normal direction of each small plane constituting the three-dimensional target landform are parallel within a predetermined range of error, the first screen 46a includes the plurality of small planes. The constituent surfaces TG1 and TG2 are displayed in different colors. At this time, the color is changed in accordance with the distance from the position of the main body, for example, the color of the closest component surface TG1 is changed to a color tone such as darker than the color of the component surface TG2 farther than that, It is displayed at a glance whether the constituent surfaces are close. Here, the case where the number of the plurality of constituent surfaces is two is shown, but three or more components can be similarly identified and displayed with different colors.
[0045]
FIG. 11 shows a fifth position display example displayed on the display unit of the display device 46. The display unit of the display device 46 is divided into left and right parts, a first screen 46a and a second screen 46b are provided on the left side, and a third screen 46c is provided on the right side. In the first screen 46a, as in FIG. 7, using the three-dimensional position obtained by the three-dimensional position calculation process in the panel computer 45, an illustration of the main body S and the bucket B of the excavator as shown in FIG. It is displayed at a three-dimensional position on the three-dimensional target landform G stored in a predetermined memory in advance.
[0046]
Similarly to FIG. 7, the second screen 46 b has a three-dimensional intersection line between the plane of the longitudinal section passing through the direction in which the bucket faces and the three-dimensional target excavation surface, the main body S, and the bucket B. Is displayed.
[0047]
Further, as in FIG. 8, a two-dimensional image with the viewpoint as the top surface is displayed on the third screen 46c.
[0048]
FIG. 12 is an external perspective view of the setting device 48 used in the present embodiment. The setting device 48 is a switch 48a for turning ON / OFF the display start on the display device 46, an automatic / manual switch 48b for switching whether the target excavation surface is automatically taught or manually set, and excavating the bucket during automatic teaching. The target excavation surface selection switch 48c that can be directly taught by moving to the desired excavation surface and pressing the switch, the manual setting switch 48d for manually setting the target excavation surface during manual setting, and the viewpoint of the three-dimensional display are moved And a two-dimensional display switch 48f for switching the screen of the display device to the two-dimensional display seen from above shown in FIG. When the automatic / manual switch 48b is pressed once, for example, automatic teaching is selected and the LED 48g is turned on. When the button is pressed again, the setting is switched to manual setting and the LED 48h is lit.
[0049]
Next, processing functions of the panel computer 45 as the excavation surface teaching device according to the present embodiment will be described using the flowcharts shown in FIGS.
[0050]
When the panel computer 45 displays the illustration of the main body and bucket of the excavator shown in FIG. 7 at a three-dimensional position on the three-dimensional target terrain stored in a predetermined memory in advance, the bucket of the excavator that is currently facing is displayed. A small plane in which the motion plane and the normal direction of each small plane constituting the three-dimensional target landform are parallel within a predetermined range of error is selected, and the small plane is automatically set as a target excavation plane. Select and set.
[0051]
When excavating a target excavation surface by operating the bucket, the bucket's edge will bite into the target excavation surface unless the bucket's lateral width is approximately parallel to the bucket's operating surface and the target excavation surface's normal. It will float from the excavation surface. Accordingly, in the present invention, the bucket surface of the hydraulic excavator that is currently facing and the normal direction of each of the small planes constituting the three-dimensional target landform are parallel to each other within a predetermined range of error, that is, the current plane. By automatically selecting the excavable surface in the hydraulic excavator posture, the operator can omit the work of setting the target excavation surface.
[0052]
In FIG. 13, it is determined whether or not the target excavation surface automatic setting is selected (step S90). FIG. When the automatic setting is selected by the operation of the automatic / manual switch 48b of the setting device 48 shown in FIG. 4, an automatic setting process is executed (step S100). Details of the automatic setting process will be described later with reference to FIG. If manual setting is selected, manual setting processing is executed (step S300). Details of the manual setting process will be described later with reference to FIG.
[0053]
Next, the contents of the target excavation surface automatic setting process will be described with reference to FIG. In FIG. 14, the panel computer 45 sets the viewpoint in the three-dimensional display to an initial value (step S105). Next, it is determined whether or not the three-dimensional display start switch 48a of the setting device 48 is on (step S110). If it is on, the process proceeds to step S115. The panel computer 45 acquires the position data of the antennas 31 and 32 from the GPS receivers 43 and 44, and calculates the three-dimensional coordinates of the tip position of the bucket 7 by the method described in FIGS. 4 to 6 (step S115). . Details of steps S105 and S100 are as described in steps S10 to S70 of FIG.
[0054]
Next, it is determined whether or not the viewpoint has been changed by operating the joystick 48e of the setting device 48 (step S120). When the viewpoint has been changed, the viewpoint in the three-dimensional display is calculated for the changed viewpoint position. (Step S125). Then, as shown in FIG. 7, the three-dimensional target landform G, the main body S, and the bucket B are displayed in a three-way manner on the display unit of the display device 48 (step S130).
[0055]
Next, the operation direction of the bucket is calculated (step S135). Next, a constituent surface of the three-dimensional target landform having a perpendicular line within a certain range with respect to the bucket motion direction is selected (step S140). Details of the processing in step S140 will be described later with reference to FIG.
[0056]
Next, it is determined whether or not there are one or more three-dimensional target terrain constituent surfaces having a vertical line within a certain range with respect to the bucket movement direction (step S145). Select a component plane, and if there are multiple corresponding component planes, prioritize multiple component planes by distance, select the closest component plane, and change the color of the selected component plane. indicate. (Step S150).
[0057]
Next, it is determined whether or not the two-dimensional display mode is selected as the screen display mode (step S155). When the two-dimensional display switch 48f of the operation device 48 shown in FIG. 12 is pressed, the display is performed in the two-dimensional display mode shown in FIG. 8 (step S160). Otherwise, the process proceeds to step S165.
[0058]
Then, a three-dimensional intersection line between the bucket movement direction and the selected component surface is calculated (step S165), and the three-dimensional line viewed from the side of the main body is displayed on the sub-screen 46b of the display device 46 as shown in FIG. The intersection line, the main body S, and the bucket B are displayed (step S760).
[0059]
On the other hand, if there is no target construction surface in step S145, the display device 46 displays that there is no construction surface of the target excavation landform that can be excavated in the current posture as shown in FIG. 9 (step S175).
[0060]
FIG. 15 is a flowchart showing details of the target component plane selection processing in step S140.
[0061]
In FIG. 15, first, as a variable n, “1” to “N” are set as variables n within a predetermined distance from the center of the main body (for example, a distance (10 m) where the bucket can reach and excavate). Is assigned. Next, “1” is set to the variable n as an initial value (step S210). Next, the operation direction of the bucket is compared with the normal direction of the nth component surface An among the plurality of component surfaces, and it is determined whether or not the angle between the two is within a certain range (step S220). When within a certain range, this component plane becomes the target component plane. Applicable Is temporarily stored in the memory (step S230). Thereafter, the variable n is incremented by one (step S240). It is determined whether or not the value of the variable n is larger than the total number N of constituent surfaces (step S250). If the value is smaller, the process returns to step S210 and the processes of steps S220 to S250 are repeated. Face Applicable (S260).
[0062]
Next, the contents of the target excavation surface manual setting process will be described with reference to FIG. The processing contents of steps S305 to S335 and S350 to S365 are the same as the processing contents of steps S105 to S135 and S155 to S170 in FIG.
[0063]
When the operator operates the tip of the bucket in the vicinity of the excavation surface to be targeted and directly teaches the target excavation surface by pressing the manual selection switch 48d of the setting device 48 (step S340), this selected excavation is performed. The display color is changed using the surface as the target excavation surface (step S345).
[0064]
In the above description, as shown in FIG. 7, the normal display device 46 shows a three-dimensional intersection line between the plane of the longitudinal section passing through the direction in which the bucket faces and the three-dimensional target landform. The intersection is calculated and the main body and the bucket are displayed on the same screen on the display device. At this time, when the operator depresses the switch 48f of the setting device 48, the three-dimensional target landform, the main body, and the bucket can be displayed on the same screen as viewed from above, as shown in FIG. That is, the operator switches the display selection switch as appropriate to confirm the target excavation surface and perform the work.
[0065]
After setting the target excavation surface, the operator displayed the three-dimensional intersection line between the plane of the longitudinal section passing through the direction of the bucket shown in FIG. 7 and the three-dimensional target excavation surface, the main body, and the bucket. By excavating the target excavation surface while checking the screen, it is possible to excavate accurately even in complex three-dimensional terrain.
[0066]
When it is displayed on the display device 46 that there is no component surface of the target excavation landform that can be excavated in the current posture in step S175 in FIG. 14, the operator turns the upper swing body 3 as appropriate so that the panel computer 45 14 is executed again by executing the processing of FIG. 14 and the bucket operation surface of the hydraulic excavator which is newly oriented and the normal direction of each small plane constituting the three-dimensional target landform are parallel within a predetermined range of error. Is selected and displayed. If an appropriate component surface is not selected / displayed, the operator selects and displays the target excavation surface by moving the lower traveling body in an appropriate direction and further turning the upper rotating body repeatedly. can do.
[0067]
The details of the above embodiment are not limited to the above examples, and various modifications are possible. As an example, in the above embodiment, the bucket and the vehicle body are displayed. Less In both cases, if the excavation part at the tip of the bucket is displayed, the entire hydraulic excavator or a part thereof may be displayed. In addition, when there are a plurality of small planes in which the bucket operating surface of the hydraulic excavator currently facing and the normal direction of each small plane constituting the three-dimensional target landform are parallel within a predetermined error range, A touch panel may be employed as a target excavation surface teaching method, and a triangular polygon displayed directly on the screen may be designated with a finger. It also automatically selects a small plane that is parallel to the bucket operating surface of the hydraulic excavator that is currently facing and the normal direction of each small plane that constitutes the three-dimensional target landform within a predetermined range of error. You may provide the mode to set and the setting switching mode switch for an operator to select and set a target excavation surface by himself from the beginning. Further, although an angle meter that detects a rotation angle is used as a means for detecting a relative angle between each member of the front device, a stroke of a cylinder may be detected. Also, the detected 3D position of the bucket tip Computer However, if the management at the office side is not particularly necessary, the three-dimensional position data need not be transmitted.
[0068]
As described above, according to the present embodiment, in the complicated three-dimensional terrain where the terrain shape to be excavated under the bucket changes as the excavator moves and as the bucket moves. Even if there is, the target excavation surface is taught according to the current position of the construction machine, and the three-dimensional intersection line between the plane of the longitudinal section passing through the direction in which the work machine is facing and the target excavation surface is calculated. Since the main body and the work machine are displayed on the same screen on the display device, the operator can grasp the target excavation surface according to the current position of the construction machine and can display the target excavation displayed on the display unit. A three-dimensional target landform can be excavated by operating the work implement along the target excavation surface while looking at the surface and the work implement. In addition, a small plane in which the normal direction line of the small plane and the direction line facing the work machine of the construction machine are parallel within a predetermined range of error is selected, and this small plane is set as the target excavation plane. In addition, since the operator can easily grasp which plane is currently excavated by displaying a screen looking down from the upper surface in the same screen, the slope can be formed in complex three-dimensional terrain. However, it is easy to grasp the target excavation surface, and the work efficiency in actual excavation can be improved.
[0069]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, also in the slope formation operation | work in complicated three-dimensional landform, the grasp of the target suitable excavation surface is easy, and the work efficiency at the time of excavation can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a work position measurement system using a construction machine excavation work teaching apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the external appearance of a hydraulic excavator equipped with a work position measurement system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an office system having a role as a GPS reference station.
FIG. 4 is a diagram showing a coordinate system used for calculating an absolute position in a three-dimensional space of a tip of a bucket.
FIG. 5 is a diagram illustrating an outline of a global coordinate system.
FIG. 6 is a flowchart showing a three-dimensional position calculation processing procedure.
FIG. 7 shows a first position display example displayed on the display unit of the display device.
FIG. 8 shows a second position display example displayed on the display unit of the display device.
FIG. 9 shows a third position display example displayed on the display unit of the display device.
FIG. 10 shows a fourth position display example displayed on the display unit of the display device.
FIG. 11 shows a fifth position display example displayed on the display unit of the display device.
FIG. 12 is an external perspective view of a setting device used in the present embodiment.
FIG. 13 is a flowchart showing processing functions of a panel computer as an excavation surface teaching apparatus according to the present embodiment.
FIG. 14 is a flowchart showing processing functions of a panel computer as an excavation surface teaching apparatus according to the present embodiment.
FIG. 15 is a flowchart showing processing functions of a panel computer as an excavation surface teaching apparatus according to the present embodiment;
FIG. 16 is a flowchart showing processing functions of a panel computer as an excavation surface teaching device according to the present embodiment;
[Explanation of symbols]
1 Excavator
2 Lower body
3 Upper swing body
4 Front work machine
5 Boom
6 Arm
7 buckets
21-23 Angle sensor
24 Tilt sensor
25 Turning angle sensor
31, 32, 52 GPS antenna
33, 34, 35, 53, 54, wireless antenna
41, 42, 47, 56, 57 Radio
43, 44, 55 GPS receiver
45 Panel computer
46,59 display device
46a First screen
46b 2nd screen
46c 3rd screen
48 setting device
51 office
58 computer

Claims

In an excavation work teaching device for a construction machine that performs excavation work by operating a work machine for excavation to change a 3D terrain into a 3D target terrain,
The construction machine is composed of a lower traveling body, an upper revolving body that can swivel with respect to the lower traveling body, a boom, an arm, and a bucket, and a work machine that can rotate in the vertical direction.
Position measuring means for measuring the three-dimensional position of the work machine of the construction machine;
Display means for displaying the positional relationship between the three-dimensional target landform and the work implement according to the measurement result of the position measuring means;
The display means displays, as a first screen, an illustration of the whole or a part of the construction machine including a number of small planes constituting the three-dimensional target landform, and the construction machine main body and at least the tip of the work implement. In the first screen, the projection line onto the horizontal plane in the normal direction among the large number of small planes constituting the three-dimensional target landform of the bucket that operates in accordance with the vertical movement of the work implement An excavation work teaching device for a construction machine, characterized in that a straight line when viewed from directly above and a parallel object within a tolerance range are identified and displayed as a target excavation surface.

The construction machine excavation work teaching device according to claim 1,
The display means includes a line of intersection between a straight line and the small plane when the operation direction of the bucket that is operated in accordance with the rotation operation of the work machine in the vertical direction is seen from directly above , and the whole or a part of the construction machine. the second screen displaying a bucket illustration is the cross-sectional view, excavation work teaching device for a construction machine wherein the simultaneously displaying the first screen.

The construction machine excavation work teaching device according to claim 1,
The display means, when there are a plurality of target excavation surfaces, identifies and displays the one that is closest to the work machine.

The construction machine excavation work teaching device according to claim 1,
When there are a plurality of the target excavation planes, the display unit projects the normal direction of the bucket from which the projection line onto the horizontal plane is operated in accordance with the vertical movement of the work implement. An excavation work teaching device for a construction machine, characterized in that the color tone is changed in order from the one closest to the straight line when viewed .

The construction machine excavation work teaching device according to claim 1,
Further comprising switching means for switching the selection of the target excavation surface from the automatic setting mode to the manual setting mode,
An excavation work teaching apparatus for a construction machine, wherein the display means identifies and displays a small plane selected by an operator when switched to the manual setting mode by the switching means.

The construction machine excavation work teaching device according to claim 1,
2. The construction machine excavation work teaching apparatus according to claim 1, wherein the display means identifies and displays a plurality of small planes constituting the three-dimensional target landform within a predetermined distance from the construction machine.

The construction machine excavation work teaching device according to claim 1,
The display means indicates an operation direction of the bucket in which a projection line on a horizontal plane in a normal direction among a plurality of small planes constituting the three-dimensional target landform is operated in accordance with a rotation operation of the work implement in the vertical direction. An excavation work teaching apparatus for a construction machine, characterized in that, when there is no parallel object within a range of tolerance and a straight line when viewed from directly above , that fact is displayed.