JP5054832B2 - 油圧ショベルの表示システム及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベルの表示システム及びその制御方法に関する。

一般に、油圧ショベルは、オペレータが操作レバーを操作することで、バケットを含む作業機が駆動される。このとき、所定深さの溝又は所定勾配の法面を掘削する場合には、オペレータが作業機の動作を目視するだけで目標とする形状どおりに正確に掘削されているか否かを判断することは困難である。そこで、特許文献１に開示されている油圧ショベルの表示システムでは、目標掘削面とバケットの刃先との相互の位置関係をモニタ上に画像で表示している。また、目標掘削面とバケットの刃先との間の距離を示す数値が、モニタ上に表示される。これにより、オペレータが所定の目標掘削面を適正に掘削できるようにされている。

特開２００４−６８４３３号公報

しかし、バケットの刃先は幅方向に所定の大きさを有するものであるため、バケットの刃先が目標掘削面に対して平行ではない場合には、バケットの刃先と目標掘削面との間の距離は、バケットの刃先の幅方向における全ての位置で同じというわけではない。例えば、バケットの刃先の幅方向における中心部と目標掘削面との間の距離を基準距離とした場合、バケットの刃先の幅方向における端部と目標掘削面との間の距離が、基準距離よりも短くなることがある。逆に、バケットの刃先の幅方向における端部と目標掘削面との間の距離が、基準距離よりも長くなることもありうる。前者の場合、オペレータがモニタ上に表示された基準距離を参考にして掘削作業を行うと、目標掘削面以上に地面を掘削し過ぎる恐れがある。また、後者の場合には、オペレータがモニタ上に表示された基準距離を参考にして掘削作業を行うと、目標掘削面に到達することが困難になる。従って、上記のような従来の表示システムでは、モニタ上に表示されるバケットの刃先と目標掘削面との間の距離を参照しても、掘削作業を精度よく行うことは困難である。

本発明の課題は、掘削作業を精度よく行うことを可能とする油圧ショベルの表示システム及びその制御方法を提供することにある。

本発明の第１の態様に係る油圧ショベルの表示システムは、バケットを含む作業機と、作業機が取り付けられる本体部とを有する油圧ショベルの表示システムである。この表示システムは、位置検出部と、記憶部と、演算部と、表示部とを備える。位置検出部は、油圧ショベルの現在位置に関する情報を検出する。記憶部は、作業対象の目標形状を示す設計面の位置情報を記憶する。演算部は、油圧ショベルの現在位置に関する情報に基づいてバケットの刃先の位置を算出する。演算部は、バケットの刃先の位置と設計面の位置情報とに基づいて、刃先の幅方向における位置の中で設計面への最近接位置と設計面との間の距離を算出する。表示部は案内画面を表示する。案内画面は、設計面とバケットの刃先との位置関係を示す画像と、最近接位置と設計面との間の距離を示す情報とを含む。

本発明の第２の態様に係る油圧ショベルの表示システムは、第１の態様の油圧ショベルの表示システムであって、設計面とバケットの刃先との位置関係を示す画像は、バケットの正面図を含む。そして、最近接位置がバケットの正面図に表示される。

本発明の第３の態様に係る油圧ショベルの表示システムは、第１又は第２の態様の油圧ショベルの表示システムであって、設計面の一部が目標面として選択される。そして、刃先の幅方向における位置の中で目標面への最近接位置と目標面との間の距離を示す情報が案内画面に表示される。

本発明の第４の態様に係る油圧ショベルの表示システムは、第３の態様の油圧ショベルの表示システムであって、設計面のうち目標面を除く非目標面が目標面よりもバケットの刃先に近いときには、刃先の幅方向における位置の中で非目標面への最近接位置と非目標面との間の距離を示す情報が、目標面への最近接位置と目標面との間の距離を示す情報と異なる特徴で表示される。

本発明の第５の態様に係る油圧ショベルの表示システムは、第３又は第４の態様の油圧ショベルの表示システムであって、バケットの刃先が目標面に対して垂直に対向する領域から外れたときは、刃先の幅方向における位置の中で目標面の外周辺への最近接位置と目標面の外周辺との間の距離を示す情報が案内画面に表示される。

本発明の第６の態様に係る油圧ショベルの表示システムは、第５の態様の油圧ショベルの表示システムであって、バケットの刃先の一部が目標面に対して垂直に対向する領域から外れ、且つ、バケットの刃先の他の部分が目標面に対して垂直に対向する領域内に位置するときには、刃先の幅方向における位置の中で目標面の外周辺への最近接位置と目標面の外周辺との間の距離と、刃先の幅方向における位置の中で目標面への最近接位置と目標面との間の距離とのうち、最も小さいものを示す情報が案内画面に表示される。

本発明の第７の態様に係る油圧ショベルの表示システムは、第３又は第４の態様の油圧ショベルの表示システムであって、バケットの刃先が目標面に対して垂直に対向する領域から外れたときは、刃先の幅方向における位置の中で目標面の延長面への最近接位置と目標面の延長面との間の距離を示す情報が案内画面に表示される。

本発明の第８の態様に係る油圧ショベルの表示システムは、第１から第７のいずれかの態様の油圧ショベルの表示システムであって、幅方向に垂直な平面に平行な方向における設計面への最近接位置と設計面との間の距離が、最近接位置と設計面との間の距離として算出される。

本発明の第９の態様に係る油圧ショベルの表示システムは、第１から第７のいずれかの態様の油圧ショベルの表示システムであって、全ての方向における設計面への最近接位置と設計面との間の最短距離が、最近接位置と設計面との間の距離として算出される。

本発明の第１０の態様に係る油圧ショベルの表示システムは、第１から第９のいずれかの態様の油圧ショベルの表示システムであって、設計面とバケットの刃先との位置関係を示す画像は、側面視において設計面の断面を示す線分を含み、線分よりも地中側の領域と、線分よりも空中側の領域とは異なる色で示される。

本発明の第１１の態様に係る油圧ショベルは、第１から第１０のいずれかの態様の油圧ショベルの表示システムを備える。

本発明の第１２の態様に係る油圧ショベルの表示システムの制御方法は、バケットを含む作業機と、作業機が取り付けられる本体部とを有する油圧ショベルの表示システムの制御方法である。この制御方法は次のステップを備える。第１ステップでは、油圧ショベルの現在位置に関する情報を検出する。第２ステップでは、油圧ショベルの現在位置に関する情報に基づいてバケットの刃先の位置を算出する。第３ステップでは、作業対象の目標形状を示す設計面の位置情報と、バケットの刃先の位置とに基づいて、刃先の幅方向における位置の中で設計面への最近接位置と設計面との間の距離を算出する。第４ステップでは、設計面とバケットの刃先との位置関係を示す画像と、最近接位置と設計面との間の距離を示す情報とを含む案内画面を表示する。

本発明の第１の態様に係る油圧ショベルの表示システムでは、バケットの刃先の幅方向における位置の中で設計面への最近接位置と設計面との間の距離を示す情報が算出される。このため、バケットの刃先が設計面に対して平行ではないときでも、オペレータは、バケットの刃先のうち設計面に最も近い位置での設計面までの距離を容易に把握することができる。これにより、オペレータは掘削作業を精度よく行うことができる。

本発明の第２の態様に係る油圧ショベルの表示システムでは、オペレータは、バケットの正面図において設計面への最近接位置の位置を把握することができる。これにより、オペレータは掘削作業をさらに精度よく行うことができる。

本発明の第３の態様に係る油圧ショベルの表示システムでは、オペレータは、選択した目標面に対して掘削作業を精度よく行うことができる。

本発明の第４の態様に係る油圧ショベルの表示システムでは、目標面に隣接する非目標面の方がバケットの刃先に近いことを容易に把握することができる。このため、オペレータが目標面ではなく、隣接する非目標面を誤って掘削することを抑えることができる。

本発明の第５の態様に係る油圧ショベルの表示システムでは、バケットの刃先が目標面に対向する領域から外れたときに、オペレータは、バケットの刃先が目標面からどれだけ離れているかを容易に把握することができる。

本発明の第６の態様に係る油圧ショベルの表示システムでは、バケットの刃先の一部が目標面に対向する領域から外れていても、バケットの刃先の他の部分が目標面に近接しているときには、バケットの刃先と目標面との間の距離が表示される。このため、オペレータが目標面を誤って掘削し過ぎることを抑えることができる。

本発明の第７の態様に係る油圧ショベルの表示システムでは、目標面から外れた位置（例えば、目標面の延長面）から、目標面に対して平行にバケット刃先を操作することにより、目標面を容易に成形することができる。従って、法肩に刃先の位置決めをしてから成形することにより、法肩より上の土が崩れたり、作業機動作開始時のショックできれいな成形ができなかったりすることを抑えることができる。

本発明の第８の態様に係る油圧ショベルの表示システムでは、オペレータは、幅方向に垂直な平面に平行な方向における設計面への最近接位置と設計面との間の距離を、容易に把握することができる。オペレータが作業機を操作する場合、通常、幅方向に垂直な平面に沿ってバケットを移動させる。従って、上記のような距離を示す情報が案内画面に表示されることにより、オペレータは、作業機を操作する際に、バケットの刃先と設計面との間の距離を精度よく把握することができる。

本発明の第９の態様に係る油圧ショベルの表示システムでは、オペレータは、作業機の操作方向に関わらず設計面への最近接位置と設計面との間の最短距離を、容易に把握することができる。例えば、油圧ショベルの本体部が左右に傾いた場合には、バケットは作業機の駆動方向のみに限らず、幅方向にも移動することがある。また、本体部が旋回可能な場合には、本体部が旋回したときにも、バケットは幅方向に移動する。従って、上記のような距離を示す情報が案内画面に表示されることにより、オペレータは、本体部を移動させる際に、バケットの刃先と設計面との間の距離を精度よく把握することができる。

本発明の第１０の態様に係る油圧ショベルの表示システムでは、案内画面上において、設計面の断面を示す線分よりも地中側の領域と空中側の領域とが異なる色で示される。このため、バケットの刃先が設計面から大きく外れたときに、オペレータは、バケットが設計面が存在しない領域に位置していることを容易に把握することができる。

本発明の第１１の態様に係る油圧ショベルでは、バケットの刃先の幅方向における位置の中で設計面への最近接位置と設計面との間の距離を示す情報が算出される。このため、バケットの刃先が設計面に対して平行ではないときでも、オペレータは、バケットの刃先のうち設計面に最も近い位置での設計面までの距離を容易に把握することができる。これにより、オペレータは掘削作業を精度よく行うことができる。

本発明の第１２の態様に係る油圧ショベルの表示システムの制御方法では、バケットの刃先の幅方向における位置の中で設計面への最近接位置と設計面との間の距離を示す情報が算出される。このため、バケットの刃先が設計面に対して平行ではないときでも、オペレータは、バケットの刃先のうち設計面に最も近い位置での設計面までの距離を容易に把握することができる。これにより、オペレータは掘削作業を精度よく行うことができる。

油圧ショベルの斜視図。 油圧ショベルの構成を模式的に示す図。 油圧ショベルが備える制御系の構成を示すブロック図。 設計地形データによって示される設計地形を示す図。 粗掘削モードの案内画面を示す図。 繊細掘削モードの案内画面を示す図。 バケットの刃先の現在位置を求める方法を示す図。 バケット刃先と設計面との間の距離の算出方法を示すフローチャート。 バケットの刃先上の計算点を示す図。 バケットの刃先が目標面と非目標面とに亘って位置している状態を例示する斜視図。 計算点が目標領域内に位置している状態を示す側面図。 計算点が第１非目標領域内に位置している状態を示す側面図。 計算点が目標領域と第１非目標領域との間の隙間の領域内に位置している状態を示す側面図。 計算点が目標領域と第２非目標領域とが重なる領域に位置している状態を示す側面図。 計算点が目標領域と第２非目標領域とが重なる領域に位置している状態を示す側面図。 他の実施形態において、計算点と設計面との最短距離を決定する方法を示す図。 他の実施形態において、目標領域と第１非目標領域との間の隙間の領域内に計算点が位置しているときの最短距離の算出方法を示す図。

１．構成
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、本発明の本体部に相当する。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。

作業機２は、車両本体１の前部に取り付けられており、ブーム６とアーム７とバケット８とブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とを有する。ブーム６の基端部は、ブームピン１３を介して車両本体１の前部に揺動可能に取り付けられている。アーム７の基端部は、アームピン１４を介してブーム６の先端部に揺動可能に取り付けられている。アーム７の先端部には、バケットピン１５を介してバケット８が揺動可能に取り付けられている。

図２は、油圧ショベル１００の構成を模式的に示す図である。図２（ａ）は油圧ショベル１００の側面図であり、図２（ｂ）は油圧ショベル１００の背面図である。図２（ａ）に示すように、ブーム６の長さ、すなわち、ブームピン１３からアームピン１４までの長さは、Ｌ１である。アーム７の長さ、すなわち、アームピン１４からバケットピン１５までの長さは、Ｌ２である。バケット８の長さ、すなわち、バケットピン１５からバケット８の刃先までの長さは、Ｌ３である。

図１に示すブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とは、それぞれ油圧によって駆動される油圧シリンダである。ブームシリンダ１０はブーム６を駆動する。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動する。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動する。ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２などの油圧シリンダと図示しない油圧ポンプとの間には、比例制御弁３７が配置されている（図３参照）。比例制御弁３７が後述する作業機コントローラ２６によって制御されることにより、油圧シリンダ１０−１２に供給される作動油の流量が制御される。これにより、油圧シリンダ１０−１２の動作が制御される。

図２（ａ）に示すように、ブーム６とアーム７とバケット８には、それぞれ第１〜第３ストロークセンサ１６−１８が設けられている。第１ストロークセンサ１６は、ブームシリンダ１０のストローク長さを検出する。後述する表示コントローラ３９（図３参照）は、第１ストロークセンサ１６が検出したブームシリンダ１０のストローク長さから、後述する車両本体座標系のＺａ軸（図７参照）に対するブーム６の傾斜角θ１を算出する。第２ストロークセンサ１７は、アームシリンダ１１のストローク長さを検出する。表示コントローラ３９は、第２ストロークセンサ１７が検出したアームシリンダ１１のストローク長さから、ブーム６に対するアーム７の傾斜角θ２を算出する。第３ストロークセンサ１８は、バケットシリンダ１２のストローク長さを検出する。表示コントローラ３９は、第３ストロークセンサ１８が検出したバケットシリンダ１２のストローク長さから、アーム７に対するバケット８の傾斜角θ３を算出する。

車両本体１には、位置検出部１９が備えられている。位置検出部１９は、油圧ショベル１００の現在位置を検出する。位置検出部１９は、ＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite Systems、ＧＮＳＳは全地球航法衛星システムをいう。）用の２つのアンテナ２１，２２（以下、「ＧＮＳＳアンテナ２１，２２」と呼ぶ）と、３次元位置センサ２３と、傾斜角センサ２４とを有する。ＧＮＳＳアンテナ２１，２２は、後述する車両本体座標系Ｘａ−Ｙａ−ＺａのＹａ軸（図７参照）に沿って一定距離だけ離間して配置されている。ＧＮＳＳアンテナ２１，２２で受信されたＧＮＳＳ電波に応じた信号は３次元位置センサ２３に入力される。３次元位置センサ２３は、ＧＮＳＳアンテナ２１，２２の設置位置Ｐ１，Ｐ２の位置を検出する。図２（ｂ）に示すように、傾斜角センサ２４は、重力方向（鉛直線）に対する車両本体１の幅方向の傾斜角θ４（以下、「ロール角θ４」と呼ぶ）を検出する。なお、本実施形態において、幅方向とは、バケット８の幅方向を意味しており、車幅方向と一致している。ただし、作業機２が後述するチルトバケットを備える場合には、バケットの幅方向と車幅方向とが一致しないことがあり得る。

図３は、油圧ショベル１００が備える制御系の構成を示すブロック図である。油圧ショベル１００は、操作装置２５と、作業機コントローラ２６と、作業機制御装置２７と、表示システム２８を備える。操作装置２５は、作業機操作部材３１と、作業機操作検出部３２と、走行操作部材３３と、走行操作検出部３４とを有する。作業機操作部材３１は、オペレータが作業機２を操作するための部材であり、例えば操作レバーである。作業機操作検出部３２は、作業機操作部材３１の操作内容を検出して、検出信号として作業機コントローラ２６へ送る。走行操作部材３３は、オペレータが油圧ショベル１００の走行を操作するための部材であり、例えば操作レバーである。走行操作検出部３４は、走行操作部材３３の操作内容を検出して、検出信号として作業機コントローラ２６へ送る。

作業機コントローラ２６は、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部３５や、ＣＰＵなどの演算部３６を有している。作業機コントローラ２６は、主として作業機２の制御を行う。作業機コントローラ２６は、作業機操作部材３１の操作に応じて作業機２を動作させるための制御信号を生成して、作業機制御装置２７に出力する。作業機制御装置２７は比例制御弁３７を有しており、作業機コントローラ２６からの制御信号に基づいて比例制御弁３７が制御される。作業機コントローラ２６からの制御信号に応じた流量の作動油が比例制御弁３７から流出され、油圧シリンダ１０−１２に供給される。油圧シリンダ１０−１２は、比例制御弁３７から供給された作動油に応じて駆動される。これにより、作業機２が動作する。

１−２．表示システム２８の構成
表示システム２８は、作業エリア内の地面を掘削して後述する設計面のような形状に形成するための情報をオペレータに提供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。

表示入力装置３８は、タッチパネル式の入力部４１と、ＬＣＤなどの表示部４２とを有する。表示入力装置３８は、掘削を行うための情報を提供するための案内画面を表示する。また、案内画面には、各種のキーが表示される。オペレータは、案内画面上の各種のキーに触れることにより、表示システム２８の各種の機能を実行させることができる。案内画面については後に詳細に説明する。

表示コントローラ３９は、表示システム２８の各種の機能を実行する。表示コントローラ３９は、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部４３や、ＣＰＵなどの演算部４４を有している。記憶部４３は、作業機データを記憶している。作業機データは、上述したブーム６の長さＬ１、アーム７の長さＬ２、バケット８の長さＬ３を含む。また、作業機データは、ブーム６の傾斜角θ１、アーム７の傾斜角θ２、バケット８の傾斜角θ３のそれぞれの最小値及び最大値を含む。表示コントローラ３９と作業機コントローラ２６とは、無線あるいは有線の通信手段により互いに通信可能となっている。表示コントローラ３９の記憶部４３には、設計地形データが予め作成されて記憶されている。設計地形データは、３次元の設計地形の形状及び位置に関する情報である。設計地形は、作業対象となる地面の目標形状を示す。表示コントローラ３９は、設計地形データや上述した各種のセンサからの検出結果などのデータに基づいて、案内画面を表示入力装置３８に表示させる。具体的には、図４に示すように、設計地形は、三角形ポリゴンによってそれぞれ表現される複数の設計面４５によって構成されている。なお、図４では複数の設計面のうちの１つのみに符号４５が付されており、他の設計面の符号は省略されている。目標作業対象は、これらの設計面４５のうちの１つ、或いは、複数の設計面である。オペレータは、これらの設計面４５のうちの１つ、或いは、複数の設計面を目標面７０として選択する。表示コントローラ３９は、目標面７０の位置をオペレータに知らせるための案内画面を表示入力装置３８に表示させる。

２．案内画面
以下、案内画面について詳細に説明する。案内画面は、目標面７０とバケット８の刃先との位置関係を示し、作業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を誘導するための画面である。図５及び図６に示すように、案内画面は、粗掘削モードの案内画面（以下、「粗掘削画面５３」と呼ぶ）と、繊細掘削モードの案内画面（以下、「繊細掘削画面５４」と呼ぶ）とを有する。

２−１．粗掘削画面５３
図５に粗掘削画面５３を示す。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との位置関係を示す側面図５３ｂとを含む。

粗掘削画面５３の上面図５３ａは、複数の三角形ポリゴンによって上面視による設計地形を表現している。より具体的には、上面図５３ａは、油圧ショベル１００の旋回平面を投影面として設計地形を表現している。従って、上面図５３ａは、油圧ショベル１００の真上から見た図であり、油圧ショベル１００が傾いたときには設計面が傾くことになる。また、複数の設計面４５から目標作業対象として選択された目標面７０は、他の設計面４５と異なる色で表示される。なお、図５では、油圧ショベル１００の現在位置が上面視による油圧ショベルのアイコン６１で示されているが、他のシンボルによって示されてもよい。また、上面図５３ａは、油圧ショベル１００を目標面７０に対して正対させるための情報を含んでいる。油圧ショベル１００を目標面７０に対して正対させるための情報は、正対コンパス７３として表示される。正対コンパス７３は、目標面７０に対する正対方向と油圧ショベル１００を旋回させるべき方向とを示すアイコンである。オペレータは、正対コンパス７３により、目標面７０への正対度を確認することができる。

粗掘削画面５３の側面図５３ｂは、目標面７０とバケット８の刃先との位置関係を示す画像と、目標面７０とバケット８の刃先との間の距離を示す距離情報とを含む。具体的には、側面図５３ｂは、設計面線７４と、目標面線７９と、側面視による油圧ショベル１００のアイコン７５とを含む。設計面線７４は、目標面７０以外の設計面４５の断面を示す。目標面線７９は目標面７０の断面を示す。設計面線８１と目標面線８２とは、図４に示すように、バケット８の刃先Ｐ３の現在位置を通る平面７７と設計面４５との交線８０を算出することにより求められる。バケット８の刃先Ｐ３の現在位置を算出する方法については後に説明する。側面図５３ｂにおいて、目標面線７９は、設計面線７４と異なる色で表示される。なお、図５では線種を変えて、目標面線７９と設計面線７４とを表現している。また、側面図５３ｂでは、目標面線７９及び設計面線７４よりも地中側の領域と、これらの線分よりも空中側の領域とは異なる色で示される。図５では、目標面線７９及び設計面線７４よりも地中側の領域にハッチングを付することにより、色の違いを表現している。

目標面７０とバケット８の刃先との間の距離を示す距離情報は、数値情報８３とグラフィック情報８４とを含む。数値情報８３は、バケット８の刃先と目標面７０との間の最短距離を示す数値である。グラフィック情報８４は、バケット８の刃先と目標面７０との間の距離をグラフィックで示した情報である。具体的には、グラフィック情報８４は、インデックスバー８４ａと、インデックスバー８４ａのうちバケット８の刃先と目標面７０との間の距離がゼロに相当する位置を示すインデックスマーク８４ｂとを含む。インデックスバー８４ａは、バケット８の先端と目標面７０との最短距離に応じて、各インデックスバー８４ａが点灯するようになっている。なお、グラフィック情報８４の表示のオン／オフがオペレータの操作により変更可能とされてもよい。バケット８の刃先と目標面７０との間の距離の算出方法については後に詳細に説明する。

以上のように、粗掘削画面５３では、目標面線７９と油圧ショベル１００との相対位置関係と、バケット８の先端と目標面線７９との最短距離を示す数値が表示される。オペレータは、目標面線７９に沿ってバケット８の刃先を移動させることによって、現在の地形が設計地形になるように、容易に掘削することができる。

なお、粗掘削画面５３には案内画面を切り換えるための画面切換キー６５が表示されるオペレータは、画面切換キー６５を操作することにより、粗掘削画面５３から繊細掘削画面５４へ切り換えることができる。

２−２．繊細掘削画面５４
図６に、繊細掘削画面５４を示す。繊細掘削画面５４は、粗掘削画面５３よりも目標面７０と油圧ショベル１００との位置関係を詳細に示す。すなわち、繊細掘削画面５４は、粗掘削画面５３よりも目標面７０とバケット８の刃先との位置関係を詳細に示す。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７８（以下、「目標面線７８」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７４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。

正面図５４ａにおいて目標面７０とバケット８との位置関係を示す情報は、距離情報８６ａと角度情報８６ｂとを含む。距離情報８６ａは、バケット８の刃先と、目標面７０との間のＺａ方向の距離を示したものである。この距離は、後述するように、バケット８の刃先の幅方向における位置のうち目標面７０に対する最近接位置と、目標面７０との間の距離である。正面図５４ａには、最近接位置を示すマーク８６ｃがバケット８の正面図のアイコン８９に重ねて表示される。角度情報８６ｂは、目標面７０とバケット８との間の角度を示す情報である。具体的には、角度情報８６ｂは、バケット８の刃先を通る仮想線分と目標面線７８との間の角度である。

側面図５４ｂにおいて目標面７０とバケット８との位置関係を示す情報は、距離情報８７ａと角度情報８７ｂとを含む。距離情報８７ａは、バケット８の刃先と目標面７０との間の最短距離、すなわち目標面７０の垂線方向におけるバケット８の先端と目標面７０との間の距離を示したものである。また、角度情報８７ｂは、目標面７０とバケット８との間の角度を示す情報である。具体的には、側面図５４ｂに表示される角度情報８７ｂは、バケット８の底面と目標面線７９との間の角度である。

繊細掘削画面５４は、上述したバケット８の刃先と目標面７０との間の距離をグラフィックで示すグラフィック情報８８を含む。グラフィック情報８８は、粗掘削画面５３のグラフィック情報８４と同様に、インデックスバー８８ａとインデックスマーク８８ｂとを有する。

以上のように、繊細掘削画面５４では、目標面線７８，７９とバケット８の刃先との相対位置関係が詳細に表示される。オペレータは、目標面線７８，７９に沿ってバケット８の刃先を移動させることによって、現在の地形が３次元設計地形と同じ形状になるように、さらに容易に掘削することができる。なお、繊細掘削画面５４には、上述した粗掘削画面５３と同様に画面切換キー６５が表示される。オペレータは、画面切換キー６５を操作することにより、繊細掘削画面５４から粗掘削画面５３へ切り換えることができる。

２−３．バケット８の刃先の現在位置の算出方法
上述したように、目標面線７９はバケット８の刃先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の刃先の現在位置を算出する。具体的には、バケット８の刃先の現在位置は、次のようにして求められる。

まず、図７に示すように、上述したＧＮＳＳアンテナ２１の設置位置Ｐ１を原点とする車両本体座標系｛Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ｝を求める。図７（ａ）は油圧ショベル１００の側面図である。図７（ｂ）は油圧ショベル１００の背面図である。ここでは、油圧ショベル１００の前後方向すなわち車両本体座標系のＹａ軸方向がグローバル座標系のＹ軸方向に対して傾斜しているものとする。また、車両本体座標系でのブームピン１３の座標は（０，Ｌｂ１，−Ｌｂ２）であり、予め表示コントローラ３９の記憶部４３に記憶されている。

３次元位置センサ２３はＧＮＳＳアンテナ２１，２２の設置位置Ｐ１，Ｐ２を検出する。検出された座標位置Ｐ１、Ｐ２から以下の（１）式よってＹａ軸方向の単位ベクトルが算出される。
Ｙａ＝（Ｐ１−Ｐ２）／｜Ｐ１−Ｐ２｜・・・（１）
図７（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７（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。
・・・（６）

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の刃先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の刃先Ｐ３は、車両本体座標系のＹａ−Ｚａ平面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の刃先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の刃先の現在位置と、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の刃先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として案内画面に表示する。

２−４．バケット８の刃先と目標面７０との間の距離の算出方法
上述したように、案内画面に表示されるバケット８の刃先と目標面７０との間の距離は、刃先の幅方向における位置の中で目標面７０への最近接位置と目標面７０との間の距離である。バケット８の刃先と目標面７０との間の距離を算出するために表示コントローラ３９によって実行される処理について図８に基づいて説明する。

まず、ステップＳ１では、油圧ショベル１００の現在位置を検出する。ここでは、上述したように、表示コントローラ３９は、３次元位置センサ２３からの検出信号に基づいて、車両本体１の現在位置を検出する。

ステップＳ２では、バケット８の刃先上の複数の計算点を設定する。図９に示すように、バケット８は複数の刃８ａ−８ｅを有している。このため、複数の刃８ａ−８ｅの先端を通りバケット８の幅方向寸法に一致する仮想線分ＬＳ１を想定する。そして、仮想線分ＬＳ１を４つの範囲に均等に分け、各範囲の境界及び両端を示す５つの点がそれぞれ第１〜第５計算点Ｃ１−Ｃ５として設定される。すなわち、第１〜第５計算点Ｃ１−Ｃ５は、バケット８の刃先の幅方向における複数の位置を示す。そして、ステップＳ１で検出された油圧ショベル１００の現在位置に基づいて、第１〜第５計算点Ｃ１−Ｃ５の現在位置が算出される。具体的には、上述したバケット８の刃先の現在位置の算出方法によって、中央の計算点Ｃ３の現在位置が算出される。そして、中央の計算点Ｃ３の現在位置とバケット８の幅方向寸法から他の計算点Ｃ１，Ｃ２，Ｃ４，Ｃ５の現在位置が算出される。なお、バケット８の幅方向寸法は、上述した作業機データとして予め記憶されている。

次に、ステップＳ３〜ステップＳ９において、設計面４５の位置情報と第１〜第５計算点Ｃ１−Ｃ５の現在位置とに基づいて、第１〜第５計算点Ｃ１−Ｃ５の中で設計面４５に最も近い計算点と設計面４５との間の距離が算出される。具体的な処理は以下の通りである。

ステップＳ３では、第ｉ計算点Ｃｉを通るＹａ−Ｚａ平面と、設計面４５との交線Ｍｉが算出される。なお、ｉは変数であり、図８に示すフローの開始時には、第ｉ計算点Ｃｉのｉ値は１に設定されている。ここでは、上述したように図４に示す交線８０を求めた方法と同様の方法により、第ｉ計算点Ｃｉを通るＹａ−Ｚａ平面と、設計面４５との交線Ｍｉが算出される。例えば、図１０に示すように、設計面４５のうちオペレータによって選択された目標面７０と、選択されていない非目標面７１，７２とに亘って、バケット８の刃先が配置されている場合を想定する。非目標面７１，７２は、第１非目標面７１と第２非目標面７２とを有しており、目標面７０は第１非目標面７１と第２非目標面７２との間に位置している。この場合、図１１に示すように、第ｉ計算点Ｃｉを通るＹａ−Ｚａ平面と設計面４５との交線Ｍｉは、目標線ＭＡｉと第１非目標線ＭＢｉと、第２非目標線ＭＣｉとを含む。目標線ＭＡｉは、第ｉ計算点Ｃｉを通るＹａ−Ｚａ平面と目標面７０との交線であり、目標面７０の断面を示す直線である。第１非目標線ＭＢｉは、第ｉ計算点Ｃｉを通るＹａ−Ｚａ平面と第１非目標面７１との交線であり、第１非目標面７１の断面を示す直線である。第２非目標線ＭＣｉは、第ｉ計算点Ｃｉを通るＹａ−Ｚａ平面と第２非目標面７２との交線であり、第２非目標面７２の断面を示す直線である。

ステップＳ４では、バケット８の刃先の第ｉ計算点Ｃｉが交線Ｍｉの垂線方向にあるか否かが判定される。例えば、図１１に示すように第ｉ計算点Ｃｉが、目標線ＭＡｉに垂直に対向する領域（以下、「目標領域Ａ１」と呼ぶ）内に位置している場合には、第ｉ計算点Ｃｉが交線Ｍｉの垂線方向にあると判定される。また、図１２に示すように第ｉ計算点Ｃｉが、第１非目標線ＭＢｉに垂直に対向する領域（以下、「第１非目標領域Ａ２」と呼ぶ）内に位置している場合にも、バケット８の刃先の第ｉ計算点Ｃｉが交線Ｍｉの垂線方向にあると判定される。しかし、図１３に示すように第ｉ計算点Ｃｉが、目標領域Ａ１と第１非目標領域Ａ２との間の隙間の領域に位置しているときには、バケット８の刃先の第ｉ計算点Ｃｉが交線Ｍｉの垂線方向にないと判定される。

ステップＳ４においてバケット８の刃先の第ｉ計算点Ｃｉが交線Ｍｉの垂線方向にあると判定されたときには、ステップＳ５に進む。ステップ５では、交線Ｍｉに含まれる各直線ＭＡｉ−ＭＣｉと第ｉ計算点Ｃｉとの間の距離が算出される。ここでは、交線Ｍｉに含まれる各直線ＭＡｉ−ＭＣｉについて第ｉ計算点Ｃｉを通る垂線を算出し、各直線ＭＡｉ−ＭＣｉと第ｉ計算点Ｃｉとの間の距離が算出される。例えば、図１１に示すように、第ｉ計算点Ｃｉが目標領域Ａ１内に位置しているときには、第ｉ計算点Ｃｉを通る目標線ＭＡｉの垂線が算出され、第ｉ計算点Ｃｉと目標線ＭＡｉとの間の最短距離（以下、「目標面距離ＤＡｉ」と呼ぶ）が算出される。図１２に示すように、第ｉ計算点Ｃｉが第１非目標領域Ａ２内に位置しているときには、第ｉ計算点Ｃｉを通る第１非目標線ＭＢｉの垂線が算出され、第ｉ計算点Ｃｉと第１非目標線ＭＢｉとの間の最短距離（以下、「第１非目標面距離ＤＢｉ」と呼ぶ）が算出される。ただし、図１４及び図１５に示すように、第ｉ計算点Ｃｉが、第２非目標線ＭＣｉに垂直に対向する領域（以下、「第２非目標領域Ａ３」と呼ぶ）と目標領域Ａ１とが重なる領域内に位置している場合には、二つの垂線が算出される。すなわち、第ｉ計算点Ｃｉを通る目標線ＭＡｉの垂線と、第ｉ計算点Ｃｉを通る第２非目標線ＭＣｉの垂線とが算出される。そして、第ｉ計算点Ｃｉでの目標面距離ＤＡｉと、第ｉ計算点Ｃｉと第２非目標線ＭＣｉとの間の最短距離（以下、「第２非目標面距離ＤＣｉ」と呼ぶ）とが算出される。

ステップＳ４においてバケット８の刃先の第ｉ計算点Ｃｉが設計面４５の垂線方向にないと判定されたときには、ステップＳ６に進む。ステップＳ６では、交線Ｍｉの各直線ＭＡｉ−ＭＣｉについて、バケット８の刃先の第ｉ計算点Ｃｉと、各直線ＭＡｉ−ＭＣｉの端点との間の距離が算出される。例えば、図１３に示すように、第ｉ計算点Ｃｉと、目標線ＭＡｉの端点ＰＡｉとの間の距離（以下、「仮目標面距離ＤＤｉ」と呼ぶ）が算出される。

ステップＳ７では、全ての計算点Ｃ１〜Ｃ５について距離の計算が完了したか否かが判定される。本実施形態では５つの計算点Ｃ１〜Ｃ５が設定されているので、第１〜第５計算点Ｃ１−Ｃ５について、ステップＳ３〜ステップＳ６の距離の計算が完了したか否かが判定される。全ての計算点について距離の計算が完了していないときには、ステップＳ８において第ｉ計算点Ｃｉのｉ値が１だけ増大されてステップＳ３へ戻る。そして、ステップＳ３からステップＳ６の処理が繰り返されて、全ての計算点Ｃ１〜Ｃ５について距離の計算が完了すると、ステップＳ９へ進む。

ステップＳ９では、算出された複数の距離のうち最も小さいものが「最短距離」として設定される。従って、バケット８の刃先上の複数の計算点Ｃ１−Ｃ５のうち設計面４５に最も近接する計算点が最近接位置として決定される。そして、最近接位置に相当する計算点と設計面４５との間の距離が、「最短距離」として設定される。

ステップＳ１０では、「最短距離」が目標面７０に対して計算された値か否かが判定される。すなわち、「最短距離」として設定された距離が、端点ＰＡｉも含めた目標線ＭＡｉに対して計算されたものか否かが判定される。「最短距離」が目標面７０に対して計算された値であるときにはステップＳ１１に進む。「最短距離」が目標面７０に対して計算された値ではないと判定されたときにはステップＳ１２に進む。

ステップＳ１１及びステップＳ１２では、「最短距離」が案内画面に表示される。具体的には、ステップＳ１１では、ステップＳ９において選択された「最短距離」を示す情報が、設計面４５とバケット８の刃先との位置関係を示す画像と共に、粗掘削画面５３と繊細掘削画面５４とに表示される。また、上述したように、最近接位置に相当する計算点の位置を示すマーク８６ｃが、繊細掘削画面５４の正面図５４ａに重ねて表示される。なお、このステップＳ１１での「最短距離」を示す情報の表示の態様を以下、「通常の表示態様」と呼ぶ。すなわち、ステップＳ１０において、「最短距離」が目標面７０に対して計算された値であると判定されたときには、「最短距離」が通常の表示態様で案内画面に表示される。

ステップＳ１２では、「最短距離」が特定の特徴を付けて案内画面に表示される。ここでは、「最短距離」示す情報が通常の表示態様と異なる特徴を付けられて粗掘削画面５３と繊細掘削画面５４とに表示される。例えば、「最短距離」を示す情報の文字やグラフィックの色、或いは、大きさなどの視覚的な要素が通常の表示態様と異なる。すなわち、「最短距離」が第１非目標面７１又は第２非目標面７２に対して計算された値であるときには、「最短距離」が特定の特徴を付けて案内画面に表示される。

以上のように、「最短距離」が算出されて、案内画面に表示される。以下、最短距離の算出の具体例を示す。

第１〜第５計算点Ｃ１−Ｃ５の全てが、図１１に示すように目標領域Ａ１内に位置している場合には、第１〜第５計算点Ｃ１−Ｃ５に対して、それぞれ目標面距離ＤＡｉが算出される。そして、５つの目標面距離ＤＡｉのうち最も小さいものが「最短距離」として選択される。すなわち、目標面７０に最も近接する計算点での目標面距離ＤＡｉが「最短距離」として設定される。そして、「最短距離」が通常の表示態様で案内画面に表示される。

第１〜第５計算点Ｃ１−Ｃ５の全てが、図１２に示すように第１非目標領域Ａ２内に位置している場合には、第１〜第５計算点Ｃ１−Ｃ５に対して、それぞれ第１非目標面距離ＤＢｉが算出される。そして、５つの第１非目標面距離ＤＢｉのうち最も小さいものが「最短距離」として選択される。すなわち、第１〜第５計算点Ｃ１−Ｃ５のうち第１非目標面７１に最も近接する計算点での第１非目標面距離ＤＢｉが、「最短距離」として設定される。そして、「最短距離」が特定の特徴を付けられて案内画面に表示される。

第１〜第５計算点Ｃ１−Ｃ５の全てが、図１３に示すように目標領域Ａ１と第１非目標領域Ａ２との間の隙間の領域内に位置している場合には、第１〜第５計算点Ｃ１−Ｃ５に対して、それぞれ仮目標面距離ＤＤｉが算出される。そして、５つの仮目標面距離ＤＤｉのうち最も小さいものが「最短距離」として選択される。すなわち、第１〜第５計算点Ｃ１−Ｃ５のうち目標面７０の外周辺に最も近接する計算点の仮目標面距離ＤＤｉが、「最短距離」として設定される。そして、「最短距離」が通常の表示態様で案内画面に表示される。

第１〜第５計算点Ｃ１−Ｃ５の一部が図１１に示すように目標領域Ａ１内に位置しており、且つ、第１〜第５計算点Ｃ１−Ｃ５の他の部分が図１３に示すように第１非目標領域Ａ２内に位置している場合には、第１〜第５計算点Ｃ１−Ｃ５の目標面距離ＤＡｉと仮目標面距離ＤＤｉとのうち最も小さいものが、「最短距離」として設定される。そして、「最短距離」が通常の表示態様で案内画面に表示される。

第１〜第５計算点Ｃ１−Ｃ５の全てが図１４又は図１５に示すように目標領域Ａ１と第２非目標領域Ａ３とが重なる領域内に位置している場合には、第１〜第５計算点Ｃ１−Ｃ５の目標面距離ＤＡｉと第２非目標面距離ＤＣｉとのうち最も小さいものが、「最短距離」として設定される。従って、第２非目標面７２が目標面７０よりもバケット８の刃先に近いときには、第２非目標面７２への最近接位置となる計算点での第２非目標面距離ＤＣｉが、特定の特徴を付けられて案内画面に表示される。また、目標面７０が第２非目標面７２よりもバケット８の刃先に近いときには、目標面７０への最近接位置となる計算点での目標面距離ＤＡｉが通常の表示態様で案内画面に表示される。

さらに、第１〜第５計算点Ｃ１−Ｃ５が図１１〜図１５に示す各領域に位置している場合を想定する。すなわち、第１計算点Ｃ１は図１２に示す第１非目標領域Ａ２内に位置している。第２計算点Ｃ２は図１３に示す隙間の領域内に位置している。第３計算点Ｃ３は図１１に示す目標領域Ａ１内に位置している。第４計算点Ｃ４は図１４に示す目標領域Ａ１と第２非目標領域Ａ３とが重なる領域内に位置している。第５計算点Ｃ５は図１５に示す目標領域Ａ１と第２非目標領域Ａ３とが重なる領域内に位置している。この場合、第１計算点Ｃ１について図１２に示す第１非目標面距離ＤＢｉが算出される。第２計算点Ｃ２について図１３に示す仮目標面距離ＤＤｉが算出される。第３計算点Ｃ３について、図１１に示す目標面距離ＤＡｉが算出される。第４計算点Ｃ４について図１４に示す目標面距離ＤＡｉが算出される。そして、第５計算点Ｃ５について図１５に示す第２非目標面距離ＤＣｉが算出される。そして、第１計算点Ｃ１の第１非目標面距離ＤＢｉと、第２計算点Ｃ２の仮目標面距離ＤＤｉと、第３計算点Ｃ３の目標面距離ＤＡｉと、第４計算点Ｃ４の目標面距離ＤＡｉと、第５計算点Ｃ５の第２非目標面距離ＤＣｉとのうち、最も小さいものが「最短距離」として選択される。第２計算点Ｃ２の仮目標面距離ＤＤｉと、第３計算点Ｃ３の目標面距離ＤＡｉと、第４計算点Ｃ４の目標面距離ＤＡｉとのうちのいずれかが「最短距離」として選択されたときには、通常の表示態様で「最短距離」を示す情報が案内画面に表示される。また、第１計算点Ｃ１の第１非目標面距離ＤＢｉと第５計算点Ｃ５の第２非目標面距離ＤＣｉとのうちのいずれかが「最短距離」として選択されたときには、特定の特徴を付けて「最短距離」を示す情報が案内画面に表示される。

４．特徴
本実施形態に係る油圧ショベルの表示システム２８は、以下のような特徴を有する。

表示コントローラ３９は、バケット８の刃先の第１計算点Ｃ１から第５計算点Ｃ５の中で設計面４５への最近接位置と設計面４５との間の距離を「最短距離」として算出して、「最短距離」を示す距離情報を案内画面に表示する。このため、図９に示すように、バケット８の刃先が設計面４５に対して平行ではないときでも、オペレータは、バケット８の刃先の最近接位置から設計面４５までの距離を容易に把握することができる。これにより、オペレータは掘削作業を精度よく行うことができる。

図６に示すように、繊細掘削画面５４に含まれるバケット８の正面図に、設計面４５への最近接位置を示すマーク８６ｃが表示される。このため、オペレータは、バケット８の正面図において設計面４５への最近接位置の位置を把握することができる。これにより、オペレータは掘削作業をさらに精度よく行うことができる。

非目標面への最近接位置からの距離が最短距離として算出されたときには、最短距離を示す情報が、通常の表示態様とは異なる特徴で表示される。このため、オペレータは、目標面７０に隣接する非目標面の方がバケット８の刃先に近いことを容易に把握することができる。このため、オペレータが目標面７０ではなく、隣接する非目標面を誤って掘削することを抑えることができる。

図１３に示すように、バケット８の刃先が、目標領域Ａ１から外れた隙間の領域に位置するときには、目標面７０の外周辺からの距離が算出される。従って、バケット８の刃先が目標面７０に対向する領域から外れたときには、オペレータは、バケット８の刃先が目標面７０からどれだけ離れているかを容易に把握することができる。

一部の計算点が目標領域Ａ１内に位置しており、他の計算点が目標領域Ａ１から外れた隙間の領域内に位置しているときには、各計算点からの距離のうち最も小さいものが最短距離として選択される。従って、バケット８の刃先の一部が目標領域Ａ１から外れていても、バケット８の刃先の他の部分が目標面７０に近接しているときには、バケット８の刃先と目標面７０との間の距離が表示される。このため、オペレータが目標面７０を誤って掘削し過ぎることを抑えることができる。

図９に示すように、各計算点Ｃ１−Ｃ５を通るＹａ−Ｚａ平面上において各計算点Ｃ１−Ｃ５と設計面４５との距離Ｄ１−Ｄ５が算出される。従って、オペレータは、Ｙａ−Ｚａ平面に平行な方向における最短距離を、容易に把握することができる。オペレータが作業機２を操作する場合、通常、Ｙａ−Ｚａ平面に平行な方向にバケット８を移動させる。従って、上記のような距離を示す情報が案内画面に表示されることにより、オペレータは、作業機２を操作する際に、バケット８の刃先と設計面４５との間の距離を精度よく把握することができる。

粗掘削画面５３の側面図５３ｂ及び繊細掘削画面５４の側面図５４ｂでは、設計面線７４及び目標面線７９よりも地中側の領域と、この線分よりも空中側の領域とは異なる色で示される。このため、バケット８の刃先が設計面４５から大きく外れたときに、オペレータは、設計面４５が存在しない領域にバケット８が位置していることを容易に把握することができる。

５．他の実施形態
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。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、オペレータが作業機操作部材３１を操作することにより、手動で掘削を行う場合が説明されているが、自動掘削モードがさらに備えられてもよい。自動掘削モードが選択されているときには、上述した目標面線７９がバケット８の刃先を移動させるべき目標移動経路となる。表示コントローラ３９は、目標移動経路に沿ってバケット８の刃先を自動的に移動させるための制御信号を作業機制御装置２７に出力する。これにより、作業機２による掘削が自動的に実行される。

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ず、少なくともバケット８を有するものであればよい。

上記の実施形態では、第１〜第３ストロークセンサ１６−１８によって、ブーム６、アーム７、バケット８の傾斜角を検出しているが、傾斜角の検出手段はこれらに限られない。例えば、ブーム６、アーム７、バケット８の傾斜角を検出する角度センサが備えられてもよい。

上記の実施形態では、バケット８を有しているが、バケットはこれに限られず、チルトバケットであってもよい。チルトバケットとは、バケットチルトシリンダを備え、バケットが左右にチルト傾斜することで油圧ショベルが傾斜地にあっても、斜面、平地を自由な形に成形、整地をすることができ、低板プレートによる転圧作業もできるバケットである。

上記の実施形態では、図９に示すように、５つの計算点Ｃ１−Ｃ５が設定されているが、計算点の数はこれに限らず、複数の計算点が設定されればよい。

上記の実施形態では、図９に示すように、各計算点Ｃ１−Ｃ５を通るＹａ−Ｚａ平面上において各計算点Ｃ１−Ｃ５と設計面４５との距離Ｄ１−Ｄ５が算出される。しかし、方向に関係なく、各計算点Ｃ１−Ｃ５と設計面４５との間の最短距離が算出されてもよい。例えば、図１６に示すように、計算点Ｃ５について、計算点Ｃ５を通るＹａ−Ｚａ平面上の最短距離Ｄ５ではなく、全ての方向についての設計面４５への最短距離Ｄ５’が算出されてもよい。この場合、オペレータは、作業機２の操作方向に関わらず設計面４５への最近接位置と設計面４５との間の最短距離を、容易に把握することができる。例えば油圧ショベル１００の車両本体１が左右に傾いた場合には、バケット８は作業機２の駆動方向のみに限らず、幅方向にも移動することがある。また、上部旋回体３が旋回したときにも、バケット８は幅方向に移動する。従って、全ての方向についての最短距離が案内画面に表示されることにより、オペレータは、車両本体１を移動させる際に、バケット８の刃先と設計面４５との間の距離を精度よく把握することができる。

上記の実施形態では、バケット８の刃先が目標領域Ａ１から外れた隙間の領域に位置するときには、第ｉ計算点Ｃｉと目標面７０の外周辺を示す端点ＰＡｉとの間の距離が算出されている。しかし、第ｉ計算点Ｃｉと目標面７０の延長面との間の距離が算出されてもよい。すなわち、図１７に示すように、第ｉ計算点Ｃｉと目標線ＭＡｉの延長線ＭＡｉ’の間の距離が仮目標面距離ＤＤｉとして算出されてもよい。この場合、目標面７０から外れた位置（例えば、目標面７０の延長面）から、目標面７０に対して平行にバケット８の刃先を操作することにより、目標面７０を容易に成形することができる。従って、法肩に刃先の位置決めをしてから成形することにより、法肩より上の土が崩れたり、作業機２の動作開始時のショックできれいな成形ができなかったりすることを抑えることができる。

本発明は、掘削作業を精度よく行うことを可能とする効果を有し、油圧ショベルの表示システム及びその制御方法として有用である。

１ 車両本体（本体部）
２ 作業機
８ バケット
１９ 位置検出部
２８ 表示システム
４２ 表示部
４３ 記憶部
４４ 演算部
４５ 設計面
５３ 粗掘削画面（案内画面）
５４ 繊細掘削画面（案内画面）
７０ 目標面
７１ 第１非目標面
７２ 第２非目標面
１００ 油圧ショベル

Claims (12)

1. バケットを含む作業機と、前記作業機が取り付けられる本体部とを有する油圧ショベルの表示システムであって、
   前記油圧ショベルの現在位置に関する情報を検出する位置検出部と、
   作業対象の目標形状を示す設計面の位置情報を記憶する記憶部と、
   前記油圧ショベルの現在位置に関する情報に基づいて前記バケットの刃先の位置を算出し、前記バケットの刃先の位置と前記設計面の位置情報とに基づいて前記刃先の幅方向における位置の中で前記設計面への最近接位置と前記設計面との間の距離を算出する演算部と、
   前記設計面と前記バケットの刃先との位置関係を示す画像と、前記最近接位置と前記設計面との間の距離を示す情報とを含む案内画面を表示する表示部と、
   を備える油圧ショベルの表示システム。
2. 前記設計面と前記バケットの刃先との位置関係を示す画像は、前記バケットの正面図を含み、
   前記最近接位置が、前記バケットの正面図に表示される、
   請求項１に記載の油圧ショベルの表示システム。
3. 前記設計面の一部が目標面として選択され、前記刃先の幅方向における位置の中で前記目標面への最近接位置と前記目標面との間の距離を示す情報が前記案内画面に表示される、
   請求項１又は２に記載の油圧ショベルの表示システム。
4. 前記設計面のうち前記目標面を除く非目標面が前記目標面よりも前記バケットの刃先に近いときには、前記刃先の幅方向における位置の中で前記非目標面への最近接位置と前記非目標面との間の距離を示す情報が、前記目標面への最近接位置と前記目標面との間の距離を示す情報と異なる特徴で表示される、
   請求項３に記載の油圧ショベルの表示システム。
5. 前記バケットの刃先が前記目標面に対して垂直に対向する領域から外れたときは、前記刃先の幅方向における位置の中で前記目標面の外周辺への最近接位置と前記目標面の外周辺との間の距離を示す情報が前記案内画面に表示される、
   請求項３又は４に記載の油圧ショベルの表示システム。
6. 前記バケットの刃先の一部が前記目標面に対して垂直に対向する領域から外れ、且つ、前記バケットの刃先の他の部分が前記目標面に対して垂直に対向する領域内に位置するときには、前記刃先の幅方向における位置の中で前記目標面の外周辺への最近接位置と前記目標面の外周辺との間の距離と、前記刃先の幅方向における位置の中で前記目標面への最近接位置と前記目標面との間の距離とのうち、最も小さいものを示す情報が前記案内画面に表示される、
   請求項５に記載の油圧ショベルの表示システム。
7. 前記バケットの刃先が前記目標面に対して垂直に対向する領域から外れたときは、前記刃先の幅方向における位置の中で前記目標面の延長面への最近接位置と前記目標面の延長面との間の距離を示す情報が前記案内画面に表示される、
   請求項３又は４に記載の油圧ショベルの表示システム。
8. 前記幅方向に垂直な平面に平行な方向における前記設計面への最近接位置と前記設計面との間の距離が、前記最近接位置と前記設計面との間の距離として算出される、
   請求項１から７のいずれかに記載の油圧ショベルの表示システム。
9. 全ての方向における前記設計面への最近接位置と前記設計面との間の最短距離が、前記最近接位置と前記設計面との間の距離として算出される、
   請求項１から７のいずれかに記載の油圧ショベルの表示システム。
10. 前記設計面と前記バケットの刃先との位置関係を示す画像は、側面視において前記設計面の断面を示す線分を含み、前記線分よりも地中側の領域と、前記線分よりも空中側の領域とは異なる色で示される、
    請求項１から９のいずれかに記載の油圧ショベルの表示システム。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の油圧ショベルの表示システムを備える油圧ショベル。
12. バケットを含む作業機と、前記作業機が取り付けられる本体部とを有する油圧ショベルの表示システムの制御方法であって、
    前記油圧ショベルの現在位置に関する情報を検出するステップと、
    前記油圧ショベルの現在位置に関する情報に基づいて前記バケットの刃先の位置を算出するステップと、
    作業対象の目標形状を示す設計面の位置情報と、前記バケットの刃先の位置とに基づいて、前記刃先の幅方向における位置の中で前記設計面への最近接位置と前記設計面との間の距離を算出するステップと、
    前記設計面と前記バケットの刃先との位置関係を示す画像と、前記最近接位置と前記設計面との間の距離を示す情報とを含む案内画面を表示するステップと、
    を備える油圧ショベルの表示システムの制御方法。