JP4713600B2

JP4713600B2 - 建設機械用表示システム

Info

Publication number: JP4713600B2
Application number: JP2008015068A
Authority: JP
Inventors: 秀人曲木
Original assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Sumitomo SHI Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2008-01-25
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2028-01-25
Also published as: JP2009173195A

Description

本発明は、建設機械の動作状態を示す画像を操作者に対して表示する建設機械用表示システムに関し、より具体的には、建設機械の運転室内のスペースの節約を実現しながら建設機械の動作状態を示す画像の高い視認性を確保する建設機械用表示システムに関する。

従来、建設機械の運転室上部に設けたプロジェクタの像をフロントウィンドウ上部に設けた透光性反射板に結像し、そのフロントウィンドウ上部に建設機械の動作状態を示す画像を表示させることで、上方を見上げながら建設機械を操作する際に操作者の視線を大きく移動させることなく動作状態を示す画像を操作者に視認させられるようにした建設機械用ヘッドアップディスプレイ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平６−１５６１１９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の建設機械用ヘッドアップディスプレイ装置は、フロントウィンドウ上部の固定位置に動作状態を示す画像を表示させるので、バケットを上昇させながら作業をする際には、その動作状態を示す画像の高い視認性を確保し得るが、バケットで地面を掘削したりバケットを左右に旋回させたりしながら作業をする際には、操作者の視線とその表示位置とが乖離してしまうため、その動作状態を示す画像の高い視認性を確保することができない。

上述の点に鑑み、本発明は、建設機械の運転室内のスペースの節約を実現しながら建設機械の動作状態を示す画像の高い視認性を確保する建設機械用表示システムを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、第一の発明に係る建設機械用表示システムは、建設機械の運転室の周囲に配置される透明ウィンドウ上の複数の表示位置に該建設機械の動作状態を示す画像を表示可能な建設機械用表示システムであって、前記建設機械の運転操作内容を検知する運転操作内容検知手段と、前記運転操作内容検知手段が検知した運転操作内容に基づいて前記建設機械の動作状態を示す画像を表示させる表示位置を選択する表示位置選択手段と、を備えることを特徴とする。

また、第二の発明は、第一の発明に係る建設機械用表示システムであって、前記運転操作内容検知手段が検知した運転操作内容に基づいて表示内容を切り換える表示内容切換手段を更に備えることを特徴とする。

また、第三の発明は、第一又は第二の発明に係る建設機械用表示システムであって、前記建設機械は、下部走行体上に旋回自在に配置される上部旋回体を有し、前記運転操作内容検知手段は、前記建設機械の旋回操作が行われたことを検知し、前記表示位置選択手段は、旋回方向に配置される運転席側部の透明ウィンドウを、前記建設機械の動作状態を示す画像を表示させる表示位置として選択することを特徴とする。

また、第四の発明に係る建設機械用表示システムは、建設機械の運転室の周囲に配置される透明ウィンドウ上の複数の表示位置に該建設機械の動作状態を示す画像を表示可能な建設機械用表示システムであって、前記建設機械の姿勢を検知する姿勢検知手段と、前記姿勢検知手段が検知した前記建設機械の姿勢に基づいて前記建設機械の動作状態を示す画像を表示させる表示位置を選択する表示位置選択手段と、を備えることを特徴とする。

また、第五の発明は、第四の発明に係る建設機械用表示システムであって、前記姿勢検知手段が検知した前記建設機械の姿勢に基づいて表示内容を切り換える表示内容切換手段を更に備えることを特徴とする。

また、第六の発明は、第四又は第五の発明に係る建設機械用表示システムであって、前記姿勢検知手段は、前記建設機械が高所作業又は低所作業に適した姿勢であることを検知し、前記表示位置選択手段は、高所作業に適した姿勢であることを検知した場合、運転席前部の透明ウィンドウの上部を、前記建設機械の動作状態を示す画像を表示させる表示位置として選択し、また、低所作業に適した姿勢であることを検知した場合、運転席前部の透明ウィンドウの下部を、前記建設機械の動作状態を示す画像を表示させる表示位置として選択することを特徴とする。

また、第七の発明は、第一乃至第六の何れかの発明に係る建設機械用表示システムであって、透明有機ＥＬディスプレイ又はヘッドアップディスプレイを用いて透明ウィンドウ上の複数の表示位置に前記建設機械の動作状態を示す画像を表示させることを特徴とする。

上述の手段により、本発明は、建設機械の運転室内のスペースの節約を実現しながら建設機械の動作状態を示す画像の高い視認性を確保する建設機械用表示システムを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明に係る表示システムを備えた油圧ショベルの構成例を示す図であり、油圧ショベル１０は、クローラ式の下部走行体１１の上に配置された旋回機構１２を介して、上部旋回体１３を旋回中心Ｘ周りに旋回自在に搭載している。

また、上部旋回体１３は、その前方側部にキャブ（運転室）１４を備え、かつ、前方中央部に、ブーム１５、アーム１６及びバケット１７、並びに、これらを油圧ポンプが吐出する圧油によってそれぞれ駆動するアクチュエータ（ブームシリンダ１８、アームシリンダ１９及びバケットシリンダ２０）から構成される掘削アタッチメントＥを備える。

図２は、油圧ショベル１０におけるキャブ１４内の構成を説明するための図であり、キャブ１４は、上位フロントウィンドウＵＦＷ、下位フロントウィンドウＬＦＷ、右サイドウィンドウＲＳＷ、左サイドウィンドウＬＳＷ、リアウィンドウ（図示せず。）及びルーフウィンドウ（図示せず。）等の透明ウィンドウに取り囲まれ、下部走行体１１の前進・後進を操作するための一対の下部走行体操作レバー２１、上部旋回体１３の旋回及びアーム１６の曲げ伸ばしを操作するための左操作レバー２２、並びに、ブーム１５の上げ下げ及びバケット１７の掘削・開放を操作するための右操作レバー２３を座席回りに備える。

図３は、本発明に係る表示システムの構成例を示すブロック図であり、表示システムＳＹＳ１は、下部走行体操作レバー２１、左操作レバー２２、右操作レバー２３、メインコントローラ３０及び表示装置３１を含む。

メインコントローラ３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、ＲＯＭ（Read Only Memory）等を備えたコンピュータであって、運転操作内容検知手段３００、表示位置選択手段３０１及び表示内容切換手段３０２のそれぞれに対応するプログラムをＲＯＭに記憶しながら、各手段に対応する処理をＣＰＵに実行させる。

メインコントローラ３０は、下部走行体操作レバー２１、左操作レバー２２及び右操作レバー２３が出力する各種操作量を含む信号を受けて、上述の手段による演算を行い、その演算結果を制御信号として表示装置３１に出力する。

表示装置３１は、油圧ショベル１０の動作状態を示す画像（以下、「動作状態表示画像」とする。）等を上位フロントウィンドウＵＦＷ、下位フロントウィンドウＬＦＷ、右サイドウィンドウＲＳＷ、左サイドウィンドウＬＳＷ、リアウィンドウ及びルーフウィンドウ等の透明ウィンドウに透過的に表示（各透明ウィンドウを通して見えていた外部の景色を視認可能にしたまま動作状態表示画像を各透明ウィンドウ上に表示することを意味する。）するための装置であり、例えば、透明有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイやＨＵＤ（Head-Up Display）等が用いられる。

表示装置３１は、透明有機ＥＬディスプレイの場合には各透明ウィンドウ上の所定位置に貼付或いは一体化され、或いは、ＨＵＤの場合には各透明ウィンドウ上の所定位置に画像が投影されるようその投影ユニットがキャブ内の一箇所又は複数箇所に配置されるので、キャブ１４内に大きな設置スペースを必要としない。

油圧ショベル１０の動作状態表示画像は、エンジン回転数、燃料残量、作業油温度、冷却水温度、旋回半径、各種シリンダ圧、油圧ポンプの圧油吐出量、又は、各種警告表示等を含む。

なお、表示装置３１は、油圧ショベル１０の動作状態表示画像の他に、時刻、気象情報、監視カメラが撮影した画像、又は、通信を利用した取得する外部からの業務連絡メッセージ等を表示するようにしてもよい。

次に、メインコントローラ３０が有する各種手段について説明する。

運転操作内容検知手段３００は、油圧ショベル１０の運転操作の内容を検知するための手段であり、例えば、下部走行体操作レバー２１、左操作レバー２２及び右操作レバー２３が出力する各種操作量を含む信号を受けて、油圧ショベル１０が前進・後進を行っているのか、掘削等の作業を行っているのか、上部旋回体１３を左右に旋回させているのか、或いは、静止しているのか等を検知する。

また、運転操作内容検知手段３００は、アーム１６を操作しながら油圧ショベル１０を後進させたり、或いは、バケット１７を操作しながら上部旋回体１３を旋回させたりといった複合操作が行われていることを検知するようにしてもよい。

表示位置選択手段３０１は、油圧ショベル１０の動作状態表示画像を表示させる位置を選択するための手段であり、例えば、運転操作内容検知手段３００が検知した油圧ショベル１０の運転操作の内容に応じて表示位置を選択する。

表示位置選択手段３０１は、例えば、油圧ショベル１０の前進が検知された場合、上位フロントウィンドウＵＦＷを表示位置として選択し、油圧ショベル１０の後進が検知された場合、リアウィンドウを表示位置として選択する。

また、表示位置選択手段３０１は、上部旋回体１３の左旋回が検知された場合、左サイドウィンドウＬＳＷを表示位置として選択し、上部旋回体１３の右旋回が検知された場合、右サイドウィンドウＲＳＷを表示位置として選択する。

更に、表示位置選択手段３０１は、アーム１６の曲げ操作と下部走行体１１の後進操作との複合操作が検知された場合、上位フロントウィンドウＵＦＷ及びリアウィンドウの双方を表示位置として選択し、内容が共通する動作状態表示画像を表示させるようにしてもよく、内容がそれぞれ相違する動作状態表示画像を表示させるようにしてもよい。

なお、表示位置選択手段３０１は、油圧ショベル１０が所定時間以上に亘って静止状態にあることが検知された場合には、何れのウィンドウをも表示位置とせず、動作状態表示画像の表示を省略するようにしてもよい。無駄な表示を継続させ消費電力を増大させてしまうことがないようにするためである。

表示内容切換手段３０２は、表示位置選択手段３０１が選択した表示位置に表示させる表示内容を切り換えるための手段であり、例えば、運転操作内容検知手段３００が検知した油圧ショベル１０の運転操作の内容に応じて表示内容を切り換える。

表示内容切換手段３０２は、例えば、油圧ショベル１０の前進が検知された場合、前進速度又は前方移動距離等を上位フロントウィンドウＵＦＷに表示させるようにし、上部旋回体１３の左旋回が検知された場合、旋回速度又は旋回角度等を左サイドウィンドウＬＳＷに表示させるようにする。

また、表示内容切換手段３０２は、アーム１６の曲げ操作と下部走行体１１の後進操作との複合操作が検知された場合、後進速度、旋回半径及びアームシリンダ圧等を上位フロントウィンドウＵＦＷ及びリアウィンドウの双方に同時に表示させるようにしてもよく、後方監視カメラが撮影した後方画像を上位フロントウィンドウＵＦＷに表示させ、かつ、前方監視カメラが撮影した前方画像をリアウィンドウに表示させるようにしてもよい。

図４は、油圧ショベル１０の動作状態表示画像の表示位置の例を示す図であり、図４（Ａ）が上位フロントウィンドウＵＦＷ上の表示位置Ｇ１に動作状態表示画像を表示させた態様を示し、図４（Ｂ）が左サイドウィンドウＬＳＷの表示位置Ｇ２に動作状態表示画像を表示させた態様を示し、図４（Ｃ）が上位フロントウィンドウＵＦＷ上の表示位置Ｇ１及び右サイドウィンドウＲＳＷ上の表示位置Ｇ３に動作状態表示画像を同時に表示させた態様を示す。

表示位置選択手段３０１は、例えば、下部走行体操作レバー２１の出力に基づいて油圧ショベル１０の前進が検知された場合に表示位置Ｇ１を選択し、左操作レバー２２の出力に基づいて上部旋回体１３の左旋回が検知された場合に表示位置Ｇ２を選択し、また、左操作レバー２２の出力に基づく上部旋回体１３の右旋回及び右操作レバー２３の出力に基づくバケット１７の操作が同時に検知され多場合に表示位置Ｇ１及びＧ３を同時に選択するようにする。

このように、表示システムＳＹＳ１は、キャブ１４を取り囲む透明ウィンドウ上に配置された透明有機ＥＬディスプレイを用い、油圧ショベル１０の運転操作内容に応じて表示位置を変えながら動作状態表示画像を表示させるので、油圧ショベル１０がどのように操作されようとも、油圧ショベル１０のキャブ１４内のスペースの節約（液晶ディスプレイを用いるときのような設置スペースを必要としないことによる。）を実現しながらも動作状態表示画像の高い視認性を確保することができる。

図５は、本発明に係る表示システムの別の構成例を示すブロック図であり、表示システムＳＹＳ２のメインコントローラ３０は、下部走行体操作レバー２１、左操作レバー２２及び右操作レバー２３の出力を受ける代わりに、或いは、加えて、ブーム角度センサ５０、アーム角度センサ５１及び傾斜センサ５２の出力を受け、また、油圧ショベル１０の運転操作内容を検知する運転操作内容検知手段３００の代わりに、或いは、加えて、油圧ショベル１０及び上部旋回体１３の姿勢を検知する姿勢検知手段３０３を有する点において、図３に示す表示システムＳＹＳ１と相違する。

ブーム角度センサ５０、アーム角度センサ５１は、それぞれ、ブーム１５の傾斜角度、又は、アーム１６の傾斜角度を測定するためのセンサであり、例えば、ブーム１５又はアーム１６のそれぞれの旋回軸付近に取り付けられるレゾルバ式角度センサであって、ブーム１５の鉛直方向に対する傾斜角度、又は、アーム１６のブーム１５に対する傾斜角度を測定する。

傾斜センサ５２は、油圧ショベル１０の傾斜角度を測定するためのセンサであり、例えば、センサ内の液体の傾斜による液面変化を静電容量変化として捉える静電容量センサであって、下部走行体１１又は上部旋回体１３に取り付けられ、油圧ショベル１０の水平面に対する傾斜角度を測定する。

姿勢検知手段３０３は、油圧ショベル１０又は上部旋回体１３の姿勢を検知するための手段であり、例えば、ブーム角度センサ５０、アーム角度センサ５１及び傾斜センサ５３が出力する各種傾斜角度を含む信号を受けて、掘削アタッチメントＥが高所作業に適した姿勢にあるのか、若しくは、低所作業に適した姿勢にあるのか、又は、油圧ショベル１０が傾斜面に位置しているのか等を検知する。

表示位置選択手段３０１は、姿勢検知手段３０３が検知した油圧ショベル１０又は掘削アタッチメントＥの姿勢に応じて表示位置を選択する。

表示位置選択手段３０１は、例えば、掘削アタッチメントＥが高所作業に適した姿勢にあることが検知された場合、上位フロントウィンドウＵＦＷ又はルーフウィンドウを表示位置として選択し、掘削アタッチメントＥが低所作業に適した姿勢にあることが検知された場合、下位フロントウィンドウＬＦＷを表示位置として選択する。

また、表示位置選択手段３０１は、油圧ショベル１０が前傾姿勢にあることが検知された場合、上位フロントウィンドウＵＦＷを表示位置として選択し、油圧ショベル１０が後傾姿勢にあることが検知された場合、下位フロントウィンドウＬＦＷを表示位置として選択するようにしてもよい。

更に、表示位置選択手段３０１は、油圧ショベル１０が右傾姿勢にあることが検知された場合、上位フロントウィンドウＵＦＷの左寄りの位置を表示位置として選択し、油圧ショベル１０が左傾姿勢にあることが検知された場合、上位フロントウィンドウＵＦＷの右寄りの位置を表示位置として選択するようにしてもよい。

図６は、動作状態表示画像の別の表示位置の例を示す図であり、図６（Ａ）は、掘削アタッチメントＥが低所作業に適した位置にあるときに下位フロントウィンドウＬＦＷ上の表示位置Ｇ４に動作状態表示画像を表示させた態様を示し、図６（Ｂ）は、掘削アタッチメントＥが高所作業に適した位置にあるときに上位フロントウィンドウＬＳＷの上部における表示位置Ｇ５に動作状態表示画像を表示させた態様を示す。

表示位置選択手段３０１は、例えば、ブーム角度センサ５０及びアーム角度センサ５１の出力に基づいて掘削アタッチメントＥが低所作業に適した姿勢であることが検知された場合に表示位置Ｇ４を選択し、掘削アタッチメントＥが高所作業に適した姿勢であることが検知された場合に表示位置Ｇ５を選択する。

また、図７は、動作状態表示画像の更に別の表示位置の例を示す図であり、上位フロントウィンドウＬＳＷの左寄りの位置における表示位置Ｇ６に、水平面に対して平行になるよう動作状態表示画像をθ°だけ反時計回り方向に回転させながら表示させた態様を示す。

表示位置選択手段３０１は、例えば、傾斜センサ５２の出力に基づいて油圧ショベル１０が右傾姿勢であることが検知された場合に表示位置Ｇ６を選択し、油圧ショベル１０の傾斜角度に応じて動作状態表示画像の左への寄せ幅や反時計回り方向への回転角度を決定する。

このように、表示システムＳＹＳ２は、キャブ１４を取り囲む透明ウィンドウ上に配置された透明有機ＥＬディスプレイを用い、油圧ショベル１０又は上部旋回体１３の姿勢に応じて表示位置を変えながら動作状態表示画像を表示させるので、油圧ショベル１０又は上部旋回体１３が如何なる姿勢を採ろうとも、油圧ショベル１０のキャブ１４内のスペースの節約を実現しながらも動作状態表示画像の高い視認性を確保することができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明はこれら特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

例えば、上述の実施例において、表示位置選択手段３０１は、油圧ショベル１０の運転操作内容、又は、油圧ショベル１０若しくは上部旋回体１３の姿勢に基づいて動作状態表示画像の表示位置を選択するが、照度センサの出力に基づいて太陽又は外部照明の向きを判断しながら表示位置を選択するようにしてもよい。外部からの強い光で動作状態表示画像の視認性が低下するのを防止するためである。

また、表示位置選択手段３０１は、シート位置を前後方向に調節可能な運転席の前後シート位置やリクライニング状態に応じて表示位置を選択するようにしてもよい。操作者の着座姿勢に適応させるためである。

また、表示内容切換手段３０２は、表示色や表示の大きさを変更したり、点滅等の表示効果を加えたりしてもよい。動作状態表示画像の視認性を更に高めるためである。

また、表示装置３１は、油圧ショベル１０の運転操作内容、又は、油圧ショベル１０若しくは上部旋回体１３の姿勢に基づいて選択された表示位置に動作状態表示画像を表示した後、所定のタイミングで動作状態表示画像の表示を消去したり、その表示位置を別の表示位置に切り換えたりすることで、透明ウィンドウを通して見られる景色の視認性を高めるようにしてもよい。

本発明に係る表示システムを備えた油圧ショベルの構成例を示す図である。図１の油圧ショベルにおけるキャブ内の構成を説明するための図である。本発明に係る表示システムの構成例を示すブロック図（その１）である。動作状態表示画像の表示位置の例を示す図（その１）である。本発明に係る表示システムの構成例を示すブロック図（その２）である。動作状態表示画像の表示位置の例を示す図（その２）である。動作状態表示画像の表示位置の例を示す図（その３）である。

符号の説明

１０・・・油圧ショベル、１１・・・下部走行体、１２・・・旋回機構、１３・・・上部旋回体、１４・・・キャブ、１５・・・ブーム、１６・・・アーム、１７・・・バケット、１８・・・ブームシリンダ、１９・・・アームシリンダ、２０・・・バケットシリンダ、２１・・・下部走行体操作レバー、２２・・・左操作レバー、２３・・・右操作レバー、３０・・・メインコントローラ、３１・・・表示装置、５０・・・ブーム角度センサ、５１・・・アーム角度センサ、５２・・・傾斜センサ、３００・・・運転操作内容検知手段、３０１・・・表示位置選択手段、３０２・・・表示内容切換手段、３０３・・・姿勢検知手段、Ｅ・・・掘削アタッチメント、Ｇ１〜Ｇ５・・・表示位置、ＬＦＷ・・・下位フロントウィンドウ、ＬＳＷ・・・左サイドウィンドウ、ＲＳＷ・・・右サイドウィンドウ、ＳＹＳ１、ＳＹＳ２・・・建設機械用表示システム、ＵＦＷ・・・上位フロントウィンドウ、Ｘ・・・旋回中心

Claims

建設機械の運転室の周囲に配置される透明ウィンドウ上の複数の表示位置に該建設機械の動作状態を示す画像を表示可能な建設機械用表示システムであって、
前記建設機械の運転操作内容を検知する運転操作内容検知手段と、
前記建設機械の水平面に対する傾斜角度を検知する姿勢検知手段と、
前記運転操作内容検知手段が検知した運転操作内容と前記姿勢検知手段が検知した前記建設機械の水平面に対する傾斜角度とに基づいて前記建設機械の動作状態を示す画像を表示させる表示位置を選択する表示位置選択手段と、
前記運転操作内容検知手段が検知した運転操作内容に基づいて表示内容を切り換える表示内容切換手段と、
を備えることを特徴とする建設機械用表示システム。
前記表示位置選択手段は、前記建設機械の水平面に対する傾斜角度に応じて前記建設機械の動作状態を示す画像を回転させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の建設機械用表示システム。
前記建設機械は、下部走行体上に旋回自在に配置される上部旋回体を有し、
前記運転操作内容検知手段は、前記上部旋回体の旋回操作が行われたことを検知し、
前記表示位置選択手段は、旋回方向に配置される運転席側部の透明ウィンドウを、前記建設機械の動作状態を示す画像を表示させる表示位置として選択する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の建設機械用表示システム。
前記姿勢検知手段は、前記建設機械が高所作業又は低所作業に適した姿勢であることを検知し、
前記表示位置選択手段は、高所作業に適した姿勢であることを検知した場合、運転席前部の透明ウィンドウの上部を、前記建設機械の動作状態を示す画像を表示させる表示位置として選択し、また、低所作業に適した姿勢であることを検知した場合、運転席前部の透明ウィンドウの下部を、前記建設機械の動作状態を示す画像を表示させる表示位置として選択する、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の建設機械用表示システム。
透明有機ＥＬディスプレイ又はヘッドアップディスプレイを用いて透明ウィンドウ上の複数の表示位置に前記建設機械の動作状態を示す画像を表示させる、
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の建設機械用表示システム。