JPWO2014054354A1 - 掘削機械の表示システム及び掘削機械 - Google Patents

Abstract

掘削機械の表示システムは、掘削機械の現在位置に関する情報及び本体部の姿勢に関する情報を検出する位置検出部と、処理部とを含む。この処理部は、掘削機械の現在位置に関する情報、本体部の姿勢に関する情報及びバケットの外形情報に基づいて、本体部の姿勢に応じたアームが移動する平面と平行な平面のうち、掘削縁部の両端を通る面の位置を示す仮想画像Ｂｒ、Ｂｌを求め、仮想画像Ｂｒ、Ｂｌを掘削機械の上から見たときのバケットとともに表示装置の画面に表示する。

Description

本発明は、掘削機械の表示システム及びこれを備えた掘削機械に関する。

一般に、油圧ショベル等の掘削機械は、操作者である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て、作業対象の地面等を掘削する。例えば、特許文献１には、バケットの刃先位置が検出され、埋設管の絶対位置とバケット刃先の絶対位置との関係が決められ、この関係に基づき、掘削位置・深さ決定手段によりバケットによる掘削位置および掘削深さが決定される技術が記載されている。

特開２００３−０５６０１０号公報

油圧ショベル等の掘削機械を用い、施工対象の設計面の一部を目標面とし、これにしたがって作業対象の地面を掘削する場合、掘削機械のオペレータは、目標面とバケット刃先（掘削縁部）との相対的な位置情報を特に必要とする。特許文献１の技術は、バケット刃先（掘削縁部）の位置を側面視による位置で把握できる。しかしながら、特許文献１の技術を用いると、油圧ショベル等の掘削機械を用いた、溝掘削の作業中、オペレータは、把握できる側面視におけるバケット刃先（掘削縁部）の位置だけで、溝の壁の面とバケット刃先（掘削縁部）との相対的な位置情報を推測する必要がある。このため、特許文献１の技術は、バケットの幅方向の左右の状況を理解しやすく提供できない可能性がある。

本発明は、掘削機械のオペレータが設計面にしたがって溝掘削の施工を進めるにあたって、オペレータに対してバケットの幅方向の左右の状況を理解しやすく提供することを目的とする。

本発明によれば、掘削縁部で掘削力を発生するバケット及び前記バケットを揺動可能に取り付けるアームを含む作業機と、前記作業機が取り付けられる本体部とを有する掘削機械の表示システムであって、前記掘削機械の現在位置に関する情報及び前記本体部の姿勢に関する情報を検出する車両状態検出部と、作業対象の目標形状を示す目標面の位置情報及び前記バケットの外形情報を記憶する記憶部と、前記掘削機械の現在位置に関する情報、前記本体部の姿勢に関する情報及び前記バケットの外形情報に基づいて、前記アームが移動する平面と平行な平面のうち、前記掘削縁部の両端を通る平面の位置を示す仮想画像を求め、当該仮想画像を前記掘削機械の上から見たときの前記バケットとともに表示装置の画面に表示する処理部と、を含む掘削機械の表示システムが提供される。

本発明において、前記処理部は、前記掘削機械の側面から見たときの前記目標面を前記表示装置の画面に表示することが好ましい。

本発明において、前記処理部は、前記掘削機械の現在位置に関する情報、前記本体部の姿勢に関する情報及び前記バケットの外形情報に基づいて、前記アームが移動する平面と平行な平面のうち、前記掘削縁部の両端を通る平面の位置を示す仮想画像を求め、当該仮想画像を前記本体部側から見たときの前記バケットとともに表示装置の画面に表示することが好ましい。

本発明において、前記バケットは、チルトバケットであって、前記掘削縁部の位置を検出する作業機状態検出部をさらに備え、前記処理部は、前記掘削機械の現在位置に関する情報、前記本体部の姿勢に関する情報、前記掘削縁部の位置の情報及び前記バケットの外形情報に基づいて、前記アームが移動する平面と平行な平面のうち、前記掘削縁部の両端を通る平面の位置を示す仮想画像を求め、当該仮想画像を前記本体部側から見たときの前記バケットとともに表示装置の画面に表示することが好ましい。

本発明において、前記処理部は、前記作業対象の目標形状が溝である場合、前記仮想画像と、前記溝の延在方向と直交する断面における前記溝の壁の面を示す線とを表示することが好ましい。

本発明において、前記溝の壁の面を示す線は、前記目標面と直交することが好ましい。

本発明によれば、上述した掘削機械の表示システムを備えたことを特徴とする掘削機械が提供される。

本発明は、掘削機械のオペレータが設計面にしたがって溝掘削の施工を進めるにあたって、オペレータに対してバケットの幅方向の左右の状況を理解しやすく提供することができる。

図１は、本実施形態に係る油圧ショベル１００の斜視図である。 図２は、油圧ショベル１００の側面図である。 図３は、油圧ショベル１００の背面図である。 図４は、油圧ショベル１００が備える制御系を示すブロック図である。 図５は、設計地形データによって示される設計地形を示す図である。 図６は、案内画面の一例を示す図である。 図７は、案内画面の一例を示す図である。 図８は、掘削縁部Ｐ３の現在位置を求める方法の一例を説明するための図である。 図９は、掘削縁部Ｐ３の現在位置を求める方法の一例を説明するための図である。 図１０は、掘削縁部Ｐ３を上面視で表示する手順を示すフローチャートである。 図１１は、バケット８の外形情報を記憶する手順を示すフローチャートである。 図１２は、バケット８の外形情報の例を示す図である。 図１３は、バケット８の外形表示例を示す図である。 図１４は、バケット８の外形表示例を示す図である。 図１５は、バケット８の外形表示例を示す図である。 図１６は、バケット８の外形表示例を示す図である。 図１７は、掘削縁部Ｐ３の表示例を説明する説明図である。 図１８は、掘削縁部Ｐ３の回転を説明するための斜視図である。 図１９は、目標面距離ＤＡｉを説明するための側面図である。 図２０は、上面視でバケット８を表示した例を、表示部の画面に示す図である。 図２１は、上面視及び正面視でバケット８を表示した例を、表示部の画面に示す図である。 図２２は、変形例に係る油圧ショベルのチルトバケット８Ｔの側面図である。 図２３は、変形例に係る油圧ショベルのチルトバケット８Ｔの正面図である。 図２４は、変形例に係る油圧ショベルのチルトバケット８Ｔを表示部の画面に示す図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態は、掘削機械の一例として油圧ショベルを説明するが、掘削機械は対象を掘削又は埋め戻す機能を有していれば油圧ショベルに限定されるものではない。

＜掘削機械の全体構成＞
図１は、本実施形態に係る油圧ショベル１００の斜視図である。図２は、油圧ショベル１００の側面図である。図３は、油圧ショベル１００の背面図である。図４は、油圧ショベル１００が備える制御系を示すブロック図である。図５は、設計地形データによって示される設計地形を示す図である。本実施形態において、掘削機械としての油圧ショベル１００は、本体部としての車両本体１と作業機２とを有する。車両本体１は、上部旋回体３と走行装置５とを有する。上部旋回体３は、機関室３ＥＧの内部に、図示しない動力発生装置及び油圧ポンプ等の装置を収容している。機関室３ＥＧは、上部旋回体３の一端側に配置されている。

本実施形態において、油圧ショベル１００は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関を動力発生装置としているが、油圧ショベル１００はこのようなものに限定されない。油圧ショベル１００は、例えば、内燃機関と発電電動機と蓄電装置とを組み合わせた、いわゆるハイブリッド方式の動力発生装置を備えるもの等であってもよい。

上部旋回体３は、運転室４を有する。運転室４は、上部旋回体３の他端側に載置されている。すなわち、運転室４は、機関室３ＥＧが配置されている側とは反対側に配置されている。運転室４内には、図４に示す、表示入力装置３８及び操作装置２５が配置される。これらについては後述する。走行装置５は、履帯５ａ、５ｂを有している。走行装置５は、履帯５ａ、５ｂが回転することにより走行して、油圧ショベル１００を走行させる。作業機２は、上部旋回体３の運転室４側に取り付けられている。

上部旋回体３は、作業機２及び運転室４が配置されている側が前であり、機関室３ＥＧが配置されている側が後である。前に向かって左側が上部旋回体３の左であり、前に向かって右側が上部旋回体３の右である。また、油圧ショベル１００又は車両本体１は、上部旋回体３を基準として走行装置５側が下であり、走行装置５を基準として上部旋回体３側が上である。油圧ショベル１００が水平面に設置されている場合、下は鉛直方向、すなわち重力の作用方向側であり、上は鉛直方向とは反対側である。

作業機２は、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。バケット８の凹部の縁部８Ａには、刃（ツース部材）８Ｂが取り付けられている。刃８Ｂの先端は、作業機２が掘削力を発生する掘削縁部Ｐ３である。バケット８の種類によっては、バケット８の凹部の縁部８Ａに刃８Ｂがない場合があり、この場合は、バケット８の凹部の縁部８Ａが掘削力を発生する掘削縁部Ｐ３である。また、バケット８の凹部の底部は尻部８Ｃと呼ばれ、作業機２は、尻部８Ｃを地表に押しつけることで整地することができる。

図２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の中心からバケットピン１５の中心までの長さはＬ２である。バケット８の長さ、すなわち、バケットピン１５の中心からバケット８の掘削縁部Ｐ３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、それぞれ作動油の圧力（以下、適宜油圧という）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を駆動して、これを昇降させる。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動して、アームピン１４の周りを揺動させる。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動して、バケットピン１５の周りを揺動させる。ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２等の油圧シリンダと図示しない油圧ポンプとの間には、図４に示す比例制御弁３７が配置されている。後述する作業機用電子制御装置２６が比例制御弁３７を制御することにより、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２に供給される作動油の流量が制御される。その結果、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２との動作が制御される。

図２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ストロークセンサ１６と第２ストロークセンサ１７と第３ストロークセンサ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。後述する表示制御装置３９（図４参照）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。表示制御装置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。表示制御装置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は、作業機状態検出部１９を備える。作業機状態検出部１９は、油圧ショベル１００の現在位置、車両本体１の姿勢、掘削縁部Ｐ３の現在位置を検出する。作業機状態検出部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個のアンテナ２１、２２（以下、適宜ＧＮＳＳアンテナ２１、２２という）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、車両本体１、より具体的には上部旋回体３に設置される。本実施形態において、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は、後述する車両本体座標系のＹａ軸に沿って一定距離だけ離して設置されている。ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は、車両本体座標系のＸａ軸に沿って一定距離だけ離してもよく、車両本体座標系のＸａ軸−Ｙａ軸の面内で一定距離だけ離してもよい。本実施形態において、車両状態検出部１９Ａは、３次元位置センサ２３及び傾斜角センサ２４を含み、例えば後述する車両本体座標系などの車両本体１の姿勢に関する情報を検出することができる。

ＧＮＳＳアンテナ２１、２２が受信した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３に示すように、傾斜角センサ２４は、重力の作用する方向、すなわち鉛直方向Ｎｇに対する車両本体１の幅方向の傾斜角θ４（以下、適宜ロール角θ４という）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、上部旋回体３の幅方向、すなわち左右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８の幅方向と上部旋回体３の幅方向とが一致しないこともあり得る。

油圧ショベル１００は、操作装置２５と、作業機用電子制御装置２６と、作業機制御装置２７と、掘削機械の表示システム（以下、適宜表示システムという）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、ジョイスティック又は操作レバーである。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用電子制御装置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、ジョイスティック又は操作レバーである。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用電子制御装置２６へ送る。

作業機用電子制御装置２６は、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）の少なくとも一方を含む作業機側記憶部３５及びＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算部３６を有している。作業機用電子制御装置２６は、主として作業機２を制御する。作業機用電子制御装置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、作業機用電子制御装置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。作業機用電子制御装置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から流出し、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２の少なくとも１つに供給される。すると、図１に示すブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ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。その結果、作業機２が動作する。

＜表示システム２８＞
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ストロークセンサ１６、第２ストロークセンサ１７及び第３ストロークセンサ１８、３次元位置センサ２３及び傾斜角センサ２４の他に、表示装置としての表示入力装置３８と、表示制御装置３９と、警報音を報知させるためのスピーカ等を含む音発生装置４６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（Liquid Crystal Display）等の表示部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。操作者であるオペレータ（油圧ショベル１００を点検又は修理する際はサービスマン）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。

表示制御装置３９は、表示システム２８の各種の機能を実行する。表示制御装置３９は、ＲＡＭ及びＲＯＭの少なくとも一方を含む記憶部４３、ＣＰＵ等の処理部４４を有する電子制御装置である。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と、アーム７の傾斜角θ２と、バケット８の傾斜角θ３とのそれぞれの最小値及び最大値を含む。

表示制御装置３９と作業機用電子制御装置２６とは、無線又は有線の通信手段を介して互いに通信可能となっている。表示制御装置３９の記憶部４３は、予め作成された設計地形データを記憶している。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。表示制御装置３９は、設計地形データ及び上述した各種のセンサからの検出結果等の情報に基づいて、案内画面を表示入力装置３８に表示させる。具体的には、図５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５では、複数の設計面のうち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１つ又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１つ又は複数の設計面を目標面７０として選択する。目標面７０は、複数の設計面４５のうち、これから掘削される面である。表示制御装置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。

＜案内画面＞
図６、図７は、案内画面の一例を示す図である。案内画面は、目標面７０とバケット８の掘削縁部Ｐ３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６及び図７に示すように、案内画面は、粗掘削モードの案内画面（以下、適宜粗掘削画面５３という）と、繊細掘削モードの案内画面（以下、適宜繊細掘削画面５４という）とを含む。

（粗掘削画面５３）
図６に示す粗掘削画面５３は、表示部４２の画面４２Ｐに表示される。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が旋回する平面である旋回平面を投影面として設計地形を表現している。したがって、上面図５３ａは、油圧ショベル１００の真上から見た俯瞰図であり、油圧ショベル１００が傾いたときには設計面も傾くことになる。

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６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、目標面正対コンパス７３として表示される。目標面正対コンパス７３は、例えば、矢印形状の指針７３Ｉが矢印Ｒ方向に回転して、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。油圧ショベル１００のオペレータは、目標面正対コンパス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の掘削縁部Ｐ３との位置関係を示す画像と、目標面７０とバケット８の掘削縁部Ｐ３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、設計面の断面を示す線７４と、目標面の断面を示す線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。設計面の断面を示す線７４は、目標面７０以外の設計面４５の断面を示す。目標面の断面を示す線７９は目標面７０の断面を示す。設計面の断面を示す線７４と目標面の断面を示す線７９とは、図５に示すように、バケット８の掘削縁部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。交線８０は、表示制御装置３９の処理部４４が求める。バケット８の掘削縁部Ｐ３の現在位置を求める方法については後に説明する。

側面図５３ｂにおいて、目標面の断面を示す線７９は、設計面の断面を示す線７４と異なる色で表示される。なお、図６では線種を変えて、目標面の断面を示す線７９と設計面の断面を示す線７４とを表現している。また、側面図５３ｂでは、目標面の断面を示す線７９及び設計面の断面を示す線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６では、目標面の断面を示す線７９及び設計面の断面を示す線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の掘削縁部Ｐ３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の掘削縁部Ｐ３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の掘削縁部Ｐ３と目標面７０との距離をグラフィックで示した情報である。グラフィック情報８４は、バケット８の掘削縁部Ｐ３の位置を示すための案内用の指標である。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の掘削縁部Ｐ３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／オフが油圧ショベル１００のオペレータの操作により変更可能とされてもよい。

上述したように、粗掘削画面５３では、目標面の断面を示す線７９と油圧ショベル１００との相対位置関係及びバケット８の掘削縁部Ｐ３と目標面の断面を示す線７９との最短距離を示す数値が表示される。油圧ショベル１００のオペレータは、目標面の断面を示す線７９に沿ってバケット８の掘削縁部Ｐ３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。

（繊細掘削画面５４）
図７に示す繊細掘削画面５４は、表示部４２の画面４２Ｐに表示される。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している。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の掘削縁部Ｐ３との位置関係を詳細に示している。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を示すアイコン８９と、正面視による目標面の断面を示す線７８とが含まれる。正面（正面視）とは、図１、図２に示すバケット８を車両本体１側から見ることであり、後述する車両本体座標系のＹａ軸と平行に見ることである。

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、設計面の断面を示す線７４と、目標面の断面を示す線７９とが含まれる。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。側面（側面視）とは、図１、図２に示すバケットピン１５の延在方向（バケット８の揺動中心軸方向）から見ることであり、後述する車両本体座標系のＸａ軸と平行に見ることである。

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の掘削縁部Ｐ３と、目標面７０との間のＺａ方向における距離を示したものである。この距離は、バケット８の掘削縁部Ｐ３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の掘削縁部Ｐ３を通る仮想線分と目標面の断面を示す線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の掘削縁部Ｐ３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の底面と目標面の断面を示す線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の掘削縁部Ｐ３と目標面７０との距離をグラフィックで示すグラフィック情報８４を含む。グラフィック情報８４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８４ａとインデックスマーク８４ｂとを有する。上述したように、繊細掘削画面５４では、目標面の断面を示す線７８、７９とバケット８の掘削縁部Ｐ３との相対位置関係が詳細に表示される。油圧ショベル１００のオペレータは、目標面の断面を示す線７８、７９に沿ってバケット８の掘削縁部Ｐ３を移動させることによって、現在の地形が３次元の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。

＜バケット８の掘削縁部Ｐ３の現在位置を求める方法＞
目標面の断面を示す線７９はバケット８の掘削縁部Ｐ３の現在位置から算出される。表示制御装置３９は、３次元位置センサ２３、第１ストロークセンサ１６、第２ストロークセンサ１７、第３ストロークセンサ１８及び傾斜角センサ２４等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の掘削縁部Ｐ３の現在位置を求める。本実施形態において、バケット８の掘削縁部Ｐ３の現在位置は、次のようにして求められる。

図８、図９は、掘削縁部Ｐ３の現在位置を求める方法の一例を説明するための図である。図８は、油圧ショベル１００の側面図であり、図９は、油圧ショベル１００の背面図である。バケット８の掘削縁部Ｐ３の現在位置を求めるにあたって、表示制御装置３９は、図８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。本実施形態では、油圧ショベル１００の前後方向、すなわち車両本体１の座標系（車両本体座標系）ＣＯＭのＹａ軸方向が、グローバル座標系ＣＯＧ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ＣＯＭでのブームピン１３の座標は（０、Ｌｂ１、−Ｌｂ２）であり、予め表示制御装置３９の記憶部４３に記憶されている。車両本体座標系ＣＯＭにおいて、油圧ショベル１００は、上部旋回体３がＸａ−Ｙａ平面と平行な平面を旋回する。車両本体座標系ＣＯＭにおいて、油圧ショベル１００の作業機２は、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とにより駆動され、ブーム６とアーム７とバケット８とがＹａ−Ｚａ平面に沿って移動する。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とが駆動すると、車両本体１の姿勢（傾き）に応じて定まる車両本体座標系ＣＯＭにおける、Ｙａ−Ｚａ平面に沿ってアーム７が移動し、バケット８が動くことになる。

図４に示す３次元位置センサ２３は、図２に示すＧＮＳＳアンテナ２１、２２の設置位置Ｐ１、Ｐ２を検出する。検出された設置位置Ｐ１、Ｐ２の座標位置から、式（１）によってＹａ軸方向の単位ベクトルが算出される。

図８に示すように、ＹａとＺとの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、式（２）及び式（３）の関係が成り立つ。式（３）のｃは定数である。式（２）及び式（３）から、Ｚ’は式（４）のように表される。さらに、Ｙａ及びＺ’と垂直なベクトルをＸ’とすると、Ｘ’は式（５）で示すようになる。

図９に示すように、車両本体座標系ＣＯＭ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、式（６）のように表される。

また、第１ストロークセンサ１６、第２ストロークセンサ１７及び第３ストロークセンサ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ＣＯＭ内におけるバケット８の掘削縁部Ｐ３の座標（ｘａｔ、ｙａｔ、ｚａｔ）は、傾斜角θ１、θ２、θ３及びブーム６、アーム７、バケット８の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３を用いて、式（７）、式（８）及び式（９）で求めることができる。バケット８の掘削縁部Ｐ３は、車両本体座標系ＣＯＭのＹａ−Ｚａ平面内を移動するものとする。グローバル座標系ＣＯＧにおけるバケット８の掘削縁部Ｐ３の座標は、式（１０）で求めることができる。グローバル座標系ＣＯＧにおける掘削縁部Ｐ３の座標が掘削縁部Ｐ３の位置である。

表示制御装置３９は、上記のように算出したバケット８の掘削縁部Ｐ３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、図５に示すように、３次元設計地形とバケット８の掘削縁部Ｐ３を通るＹａ−Ｚａ平面７７との交線８０を算出する。そして、表示制御装置３９は、この交線８０のうち目標面７０を通る部分を上述した目標面の断面を示す線７９として案内画面に表示する。次に、図４に示す表示制御装置３９が、バケット８が作業対象となる地面を掘削するときの掘削縁部Ｐ３の現在位置を、上面視で表示入力装置３８の表示部４２の画面４２Ｐに表示させる例について説明する。

＜バケットの掘削縁部の上面視表示＞
図１０は、掘削縁部Ｐ３を上面視で表示する手順を示すフローチャートである。掘削縁部Ｐ３を図４に示す表示部４２の画面４２Ｐに表示させるにあたり、ステップＳ１において、表示制御装置３９、より具体的には処理部４４は、バケット寸法の特定を行う。作業機２は、アーム７にバケット８が脱着自在であり、アーム７に付け替えてバケット８を取り付けることができる。図４に示す表示制御装置３９の記憶部４３には、入力部４１から入力された、バケット８の寸法を特定するバケット外形情報が記憶されている。

ここで、記憶部４３がバケット外形情報を記憶する手順について、図１１から図１６を用いて説明する。図１１は、バケット８の外形情報を記憶する手順を示すフローチャートである。図１２は、バケット８の外形情報の例を示す図である。図１３から図１６は、バケット８の外形表示例を示す図である。図１１に示すように、表示入力装置３８の入力部４１は、入力待ちとなる。ステップＳ１１に示すように、表示入力装置３８は、バケット種類の選択を受け入れ、処理部４４が記憶部４３に、表示入力装置３８が受け付けたバケット種類の選択の情報を記憶する。

例えば、処理部４４は、図１２に示す登録識別コードに紐付けて、種類識別コード１を上述したバケット８のような標準バケットとして記憶する。処理部４４は、登録識別コードに紐付けて、種類識別コード２を後述するチルトバケットとして記憶する。次に図１１に示すステップＳ１２において、表示入力装置３８は、バケット情報を受け入れ、処理部４４が記憶部４３に、表示入力装置３８が入力を受け付けたバケット情報を記憶する。このバケット情報は、例えば図１２に示す、寸法Ａ、寸法Ｂ、寸法Ｃ、寸法Ｄ及び寸法Ｅである。寸法Ａ、寸法Ｂ、寸法Ｃ、寸法Ｄ及び寸法Ｅは、例えば、バケット８のバケット幅、バケット長さ、バケットの凹部深さ、バケット高さ等である。

次に、ステップＳ１３において、処理部４４は、例えば図１２に示すバケットの外形情報に基づいて、図１３から図１６に示す、バケット８のアイコンのグラフィックデータ８ＧＡ、８ＧＢ、８ＧＣ、８ＧＤの形状を算出し、生成する。アイコンのグラフィックデータ８ＧＡ、８ＧＢ、８ＧＣ、８ＧＤとは、図１２に示すバケットの外形情報に示す寸法Ａ、寸法Ｂ、寸法Ｃ、寸法Ｄ及び寸法Ｅ等の情報を満たす形状をグラフィックで示した情報である。次にステップＳ１４において、処理部４４は、ステップＳ１３で生成したバケット８のアイコンのグラフィックデータ８ＧＡ、８ＧＢ、８ＧＣ、８ＧＤを記憶部４３に記憶する。そして、上述したように、ステップＳ１において、処理部４４は、入力部４１の入力に基づいて記憶部４３に記憶するアイコンのグラフィックデータ８ＧＡ、８ＧＢ、８ＧＣ、８ＧＤを読み出し、バケット寸法の特定を行う。

次に、図１０に示すステップＳ２において、処理部４４は、油圧ショベル１００の現在位置を検出する。表示制御装置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。

次に、ステップＳ３において、処理部４４は、バケット８の掘削縁部Ｐ３上の複数の計算点を設定する。図１７は、掘削縁部Ｐ３の表示例を説明する説明図である。図１７に示すように、バケット８は複数の刃８Ｂ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を演算する。なお、処理部４４は、バケット８の幅方向寸法をステップＳ１において特定したバケット外形情報から読み出して、仮想線分ＬＳ１を演算している。この仮想線分ＬＳ１は、掘削縁部Ｐ３の位置を示す線分８ＡＬとなる。

次に、処理部４４は、仮想線分ＬＳ１を、複数（例えば、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つの点を、それぞれ第１計算点Ｃ１、第２計算点Ｃ２、第３計算点Ｃ３、第４計算点Ｃ４、第５計算点Ｃ５として設定する。分割数ｉは、自然数であり、本実施例ではｉは１、２、３、４、５である。すなわち、第１計算点Ｃ１、第２計算点Ｃ２、第３計算点Ｃ３、第４計算点Ｃ４、第５計算点Ｃ５は、バケット８の掘削縁部Ｐ３の幅方向における特定の複数の位置を示す。そして、ステップＳ２で検出された油圧ショベル１００の現在位置に基づいて、処理部４４は、第１計算点Ｃ１、第２計算点Ｃ２、第３計算点Ｃ３、第４計算点Ｃ４、第５計算点Ｃ５の現在位置を算出する。具体的には、処理部４４は、上述したバケット８の掘削縁部Ｐ３の現在位置の算出方法によって、中央の第３計算点Ｃ３の現在位置を算出する。そして、処理部４４は、中央の第３計算点Ｃ３の現在位置、バケット８の幅方向寸法及び仮想線分ＬＳ１の延在方向から他の第１計算点Ｃ１、第２計算点Ｃ２、第４計算点Ｃ４、第５計算点Ｃ５の現在位置を算出する。

図１８は、掘削縁部Ｐ３の回転を説明するための斜視図である。図１９は、目標面距離ＤＡｉを説明するための側面図である。上述したように、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。バケット８は、例えば、目標面７０の法面の最上端（法肩）７１から目標面の最下端（法尻）７２に向かうに従って、バケット８のバケットピン１５を中心に刃８Ｂの先端が円弧を描くように回転することがある。これにより、掘削縁部Ｐ３の位置を示す線分８ＡＬも円弧を描くように回転する。そして上述したバケット８の長さＬ３は、この回転の円弧の半径となる。

第ｉ計算点Ｃｉを通るＹａ−Ｚａ平面と、設計面４５との交線を交線Ｍｉとした場合、ステップＳ４において、処理部４４は、交線Ｍｉに含まれる各直線ＭＡｉ−ＭＣｉと第ｉ計算点Ｃｉとの間の距離を算出する。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１９に示すように、第ｉ計算点Ｃｉが目標領域Ａ１、Ａ２、Ａ３のうち目標領域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。このようにして、処理部４４は、図１７に示す距離ＤＡ１からＤＡ５を算出し、最短距離を目標面距離ＤＡ１とする。

図２０は、上面視でバケットを表示した例を、表示部の画面に示す図である。ステップＳ５において、処理部４４は、上面表示の入力待ちを行う。処理部４４は、上面表示の入力がある場合（ステップＳ５、Ｙｅｓ）、記憶部４３に記憶するバケット外形情報を読み出す処理を行い、バケット幅のライン設定を行う。そして処理部４４は、表示部４２の画面４２Ｐに上面図５５ａを表示する、上面表示を行う（ステップＳ６）。

図２０に示す繊細掘削画面５５は、設計地形（作業対象の目標形状）とバケット８とを示す上面図５５ａと、目標面７９とバケット８とを示す側面図５５ｂとを含む。繊細掘削画面５５の上面図５５ａには、設計地形が溝の場合、上面視による溝の壁の面を示す線７８ｄが含まれる。上面（上面視）とは、図１、図２に示すバケット８を、上述した車両本体座標系のＺａ軸と平行な方向で上から見ることである。これにより、オペレータは、図１、図２に示す作業機２の姿勢を直感的に把握しやすくなる。例えば、処理部４４は、バケット８の幅方向寸法をステップＳ１において特定したバケット外形情報から読み出して、鉛直方向に投影したバケット８の外形の情報に基づいて、上面視での輪郭８ＢＬを求める。次に、処理部４４は、上面視での掘削縁部Ｐ３の両端を通る、Ｙａ−Ｚａ平面に平行な面の位置を示す仮想画像Ｂｒ、Ｂｌを求める。

上述したように、車両本体座標系ＣＯＭにおいて、油圧ショベル１００の作業機２は、ブーム６とアーム７とバケット８とがＹａ−Ｚａ平面に沿って、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とにより駆動される。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とが駆動すると、車両本体１の姿勢（傾き）に応じて定まる車両本体座標系ＣＯＭにおける、Ｙａ−Ｚａ平面に沿ってアーム７が移動し、バケット８が動くことになる。処理部４４は、記憶部４３から、車両本体１の姿勢（傾き）に応じて定まる車両本体座標系ＣＯＭ及びバケット８の幅寸法、つまり掘削縁部Ｐ３の長さの情報を得て、掘削縁部Ｐ３の両端を通る、Ｙａ−Ｚａ平面に平行な平面の位置を算出することができる。これにより、処理部４４は、油圧ショベル１００の現在位置に関する情報、車両本体１の姿勢に関する情報及びバケット８の外形情報に基づいて、掘削縁部Ｐ３の両端を通る、Ｙａ−Ｚａ平面に平行な面の位置を示す仮想画像Ｂｒ、Ｂｌを表示する。このように、仮想画像Ｂｒ、Ｂｌは、油圧ショベル１００をＺａ軸と平行な方向に上からみたとき、掘削縁部Ｐ３の両端を通る、Ｙａ−Ｚａ平面に平行な面を示す。そして、処理部４４は、仮想画像Ｂｒ、Ｂｌを、油圧ショベル１００をＺａ軸と平行な方向に上からみたときのバケット８の輪郭８ＢＬとともに表示する。仮想画像Ｂｒ、Ｂｌは、バケット８が掘削縁部Ｐ３で掘削する方向（掘削方向）を示している。本実施形態では、仮想画像Ｂｒ、Ｂｌは、点線の仮想線で示したが、これに限られない。例えば、仮想画像Ｂｒ、Ｂｌは、実線、波線、一点鎖線、二点鎖線等の仮想線であってもよい。また、仮想画像Ｂｒ、Ｂｌは、点、文字、線画等の絵柄が連続、または点在し、一見して掘削縁部Ｐ３の両端を通る、Ｙａ−Ｚａ平面に平行な面の位置が判別できるものを含む。

オペレータは、溝の壁の面を示す線７８ｄと、仮想画像Ｂｒ、Ｂｌとが同時表示されることで、油圧ショベル１００が溝掘削の作業中に容易に、溝と掘削縁部Ｐ３の位置とを合わせることができる。つまり、仮想画像Ｂｒ、Ｂｌは、バケット８で溝掘削する場合に、将来溝になる部分を示唆しているので、溝と掘削縁部Ｐ３の位置とを合わせることが容易となる。

なお、処理部４４は、上面視でバケット８の輪郭８ＢＬの内側と掘削縁部Ｐ３を示す線分８ＡＬの位置とが重なり合う場合、表示されているバケット８の輪郭８ＢＬの一部よりも掘削縁部Ｐ３の位置を示す線分８ＡＬを優先して上面図５５ａに表示する。このため、図２０に示す上面図５５ａにおいて、掘削縁部Ｐ３の位置を示す線分８ＡＬは、バケット８の輪郭８ＢＬによって本来は見えない位置にくるが、オペレータは、掘削縁部Ｐ３の位置を示す線分８ＡＬを視認することができる。その結果、掘削機械の表示システム２８は、オペレータが設計面にしたがって施工を進めるにあたって、オペレータに対してバケット８の揺動に伴う掘削縁部Ｐ３の位置を理解しやすく提供することができる。

また、処理部４４は、バケット８の輪郭８ＢＬを表示する色とは異なる色で線分８ＡＬを表示し、線分８ＡＬを周囲から目立たせた強調表示をしてもよい。また、処理部４４は、バケット８の輪郭８ＢＬを表示する線幅よりも太い幅で表示した線分８ＡＬとして、線分８ＡＬを周囲から目立たせた強調表示をしてもよい。あるいは、処理部４４は、バケット８の輪郭８ＢＬを表示する輝度よりも明るい輝度で表示した線分８ＡＬとし、線分８ＡＬを周囲から目立たせた強調表示をしてもよい。

処理部４４は、線分８ＡＬを、掘削縁部Ｐ３を示す指標として使用したがこれに限られず、例えば上述した第１計算点Ｃ１、第２計算点Ｃ２、第３計算点Ｃ３、第４計算点Ｃ４、第５計算点Ｃ５を示す三角印または矢印などを使用してもよい。

処理部４４は、上面表示の入力がない場合（ステップＳ５、Ｎｏ）、上面図５５ａは非表示となり、ステップＳ７を処理する。次に、ステップＳ７において、処理部４４は、正面表示の入力待ちを行う。図２１は、上面視及び正面視でバケットを表示した例を、表示部の画面に示す図である。処理部４４は、正面表示の入力がある場合（ステップＳ７、Ｙｅｓ）、記憶部４３に記憶するバケット外形情報を読み出す処理を行い、バケット幅のライン設定を行う。そして処理部４４は、表示部４２の画面４２Ｐに正面図５５ｃを表示する、正面表示を行う（ステップＳ８）。

図２１に示す繊細掘削画面５５は、目標面の断面を示す線７８とバケット８とを示す上面図５５ａと、目標面７９とバケット８とを示す側面図５５ｂと、バケット８で掘られる溝の壁の面を示す線７８ｄと正面視によるバケット８を示すアイコン８９を示す正面図５５ｃとを含む。上面図５５ａと、正面図５５ｃとを同時表示する場合、上面図５５ａの縮尺を小さくして、正面図５５ｃの縮尺を大きくすることができる。これにより、オペレータは、上面図５５ａで溝と掘削縁部Ｐ３の位置とを合わせながら、正面図５５ｃで溝の深さの詳細を認識することができる。また、処理部４４は、アイコン８９とともに、バケット８の幅方向の中心を示す三角シンボル８９Ｍも同時表示している。処理部４４は、正面図５５ｃにおいて、掘削縁部Ｐ３の両端を通る、Ｙａ−Ｚａ平面に平行な面の位置を示す仮想画像Ｂｒ、Ｂｌを表示する。処理部４４は、記憶部４３から、車両本体１の姿勢（傾き）に応じて定まる車両本体座標系ＣＯＭ及びバケット８の幅寸法、つまり掘削縁部Ｐ３の長さの情報を得て、掘削縁部Ｐ３の両端を通る、Ｙａ−Ｚａ平面に平行な面の位置を算出することができる。これにより、車両本体１からバケット８を見たとき、掘削縁部Ｐ３の両端を通る、Ｙａ−Ｚａ平面に平行な面の位置を示す仮想画像Ｂｒ、Ｂｌを表示することができる。このように、仮想画像Ｂｒ、Ｂｌは、車両本体１からバケット８を見たとき掘削縁部Ｐ３の両端を通る、Ｙａ−Ｚａ平面に平行な面を示す。そして、処理部４４は、仮想画像Ｂｒ、Ｂｌを、バケット８をＹａ軸と平行な方向に車両本体１からみたときのバケット８を示すアイコン８９とともに表示する。

作業対象の目標形状、つまり設計面４５の目標面が溝である場合、正面から見たとき、溝の壁の面を示す線７８ｄ、７８ｄは、溝の延在方向と直交する断面に現れる。そして、処理部４４は、仮想画像Ｂｒ、Ｂｌとともに、バケット８で掘られる溝の壁の面を示す線７８ｄ、７８ｄを表示するので、オペレータは、図１、図２に示す作業機２の姿勢を直感的に把握しやすくなる。なお、処理部４４は、正面表示の入力がない場合（ステップＳ７、Ｎｏ）、正面図５５ｃは非表示として、ステップＳ９を処理する。

次に、処理部４４は、側面図５５ｂを表示する（ステップＳ９）。繊細掘削画面５５の側面図５５ｂには、側面視によるバケット８のアイコン９０と、設計面の断面を示す線７４と、目標面の断面を示す線７９とが含まれる。また、繊細掘削画面５５の上面図５５ａと側面図５５ｂ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。側面視とは、図１、図２に示すバケットピン１５の延在方向（バケット８の揺動中心軸方向）から見ることである。本実施形態の表示制御装置３９は、側面図５５ｂを、上面図５５ａと同時表示することで、オペレータが設計面にしたがって施工を進めるにあたって、バケット８で溝掘削する場合に、オペレータは、将来溝になる部分の傾斜を的確に把握できるようになる。

側面図５５ｂには、側面視による目標面の断面を示す線７９及びバケット８のアイコン９０が表示されている。目標面の断面を示す線７９の傾斜が判別できればよいので、側面図５５ｂにおいてアイコン９０が表示されていなくてもよい。表示制御装置３９は、側面図５５ｂを非表示として、上面図５５ａを表示するようにしてもよい。

以上説明したように、掘削機械の表示システム２８は、掘削縁部Ｐ３で掘削力を発生するバケット８を含む作業機２と、この作業機２が取り付けられる車両本体１とを動作させるためのシステムである。掘削機械の表示システム２８は、作業機状態検出部１９と、記憶部４３と、処理部４４と、を含む。作業機状態検出部１９は、掘削機械である油圧ショベル１００の現在位置に関する情報を、検出する。記憶部４３は、作業対象の目標形状を示す目標面の位置情報及びバケット８の外形情報を記憶する。

処理部４４は、油圧ショベル１００の現在位置に関する情報及びバケット８の外形情報に基づいて、油圧ショベル１００の上面から見たときの掘削縁部Ｐ３の位置を求めて、掘削縁部Ｐ３の両端を通りアームが移動する面（Ｙａ−Ｚａ平面）に平行な仮想画像Ｂｒ、Ｂｌを表示装置の画面４２Ｐに表示する。ここで、掘削縁部Ｐ３の位置は、線分８ＡＬで示される。このようにすることで、油圧ショベル１００のオペレータは、溝の壁の面を示す線７８ｄと、仮想画像Ｂｒ、Ｂｌとが同時表示されることで、油圧ショベル１００が溝掘削の作業中に容易に、溝と掘削縁部Ｐ３の位置とを合わせることができる。その結果、オペレータは、仮想画像Ｂｒ、Ｂｌを視認することで、掘削縁部Ｐ３の位置を予測しながら施工を行うことができるので、作業効率が向上する。

処理部４４は、側面図５５ｂのように油圧ショベル１００の側面から見たときの目標面７９を表示する。これにより、オペレータが設計面にしたがって施工を進めるにあたって、バケット８で溝掘削する場合に、オペレータは、将来溝になる部分の傾斜を的確に把握できるようになる。例えば、溝内に土管などを埋設する場合、オペレータは、土管の傾斜を精度よく調整できるようになる。

また、処理部４４は、油圧ショベル１００の現在位置に関する情報及びバケット８の外形情報に基づいて、正面図５５ｃのように、バケット８の正面から見たとき、掘削縁部Ｐ３の両端を通りアームが移動する面（Ｙａ−Ｚａ平面）に平行な仮想画像Ｂｒ、Ｂｌを表示装置の画面４２Ｐに表示する。そして、作業対象の目標形状、つまり設計面４５の目標面が溝である場合、仮想画像Ｂｒ、Ｂｌとともに、バケット８で掘られる溝の壁の面を示す線７８ｄ、７８ｄを表示するので、オペレータは、図１、図２に示す作業機２の姿勢を直感的に把握しやすくなる。

本実施形態においては、上述した繊細掘削画面５５に上面図５５ａを表示する例を説明したが、粗掘削画面５３にこれを表示してもよい。なお、本実施形態の処理部４４は、上述した上面図５５ａ、側面図５５ｂ、正面図５５ｃは、車両本体座標系ＣＯＭにおける上面図（Ｚａ軸と平行にみた図）、側面図（Ｘａ軸と平行にみた図）、正面図（Ｙａ軸と平行にみた図）として表示した。処理部４４は、上面図５５ａ、側面図５５ｂ、正面図５５ｃの少なくとも１つを、グローバル座標系における上面図（Ｚ軸と平行にみた図）、側面図（Ｘ軸と平行にみた図）、正面図（Ｙ軸と平行にみた図）として表示してもよい。

（変形例）
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。図２２は、変形例に係る油圧ショベルのチルトバケットの側面図である。図２３は、変形例に係る油圧ショベルのチルトバケットの正面図である。図２３は、図２２に示すチルトピン１５Ｔの延在方向における中心軸である第２軸ＡＸ２と平行な方向ＶＡで、チルトバケット８Ｔをみた図である。図２４は、変形例に係る油圧ショベルのチルトバケットを表示部の画面に示す図である。

バケット８Ｔは、チルトバケットと呼ばれるものである。チルトバケットとは、バケットチルトシリンダ１２Ｔ、１２Ｔ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１００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。

図２２及び図２３に示すように、バケット８Ｔは、連結部材９を介してバケットピン１５に連結されている。バケット８Ｔは、バケット８が連結部材９のバケットピン１５とは反対側に、チルトピン１５Ｔを介して取り付けられている。このように、バケット８Ｔは、バケット８がチルトピン１５Ｔを介して、チルトピン１５Ｔの周りを揺動できるように連結部材９に取り付けられている。このような構造により、バケット８Ｔは、バケット８がバケットピン１５の周りを揺動でき、かつチルトピン１５Ｔの周りをＴＲ方向に揺動できるようになっている。

バケットピン１５の延在方向における中心軸は第１軸ＡＸ１であり、チルトピン１５Ｔの延在方向における中心軸は、第１軸ＡＸ１を含む面と直交する第２軸ＡＸ２である。このため、バケット８Ｔは、第１軸ＡＸ１を中心として揺動し、かつ第２軸ＡＸ２を中心として揺動することにより第１軸ＡＸ１及び第２軸ＡＸ２と直交する第３軸ＡＸ３に対して刃８Ｂの先端である掘削縁部Ｐ３が傾斜角θ５だけ傾斜する。例えば、連結部材９には、上述した第３ストロークセンサ１８と同様の、第４ストロークセンサ１８Ｔが取り付けられる。そして、上述した作業機状態検出部１９は、第３ストロークセンサ１８と同様の、第４ストロークセンサ１８Ｔを含み、バケットチルトシリンダ１２Ｔ、１２Ｔのストローク長さを検出し、表示制御装置３９に検出値を送出する。これにより、表示制御装置３９は、第４ストロークセンサ１８Ｔが検出したバケットチルトシリンダ１２Ｔのストローク長さから、第３軸ＡＸ３に対する掘削縁部Ｐ３の傾斜角θ５を算出する。そして、記憶部４３は、掘削縁部Ｐ３の位置の情報として、車両本体座標系ＣＯＭ内におけるバケット８の掘削縁部Ｐ３の座標（ｘａｔ、ｙａｔ、ｚａｔ）及び掘削縁部Ｐ３の傾斜角θ５を記憶することができる。

変形例においても、処理部４４は、図２４に示すように、正面視によるバケット８を示すアイコン８９を示す正面図５５ｃを表示する。アイコン８９は、バケット８の幅方向の中心を示す三角シンボル８９Ｍも同時表示している。処理部４４は、正面図５５ｃにおいて、掘削縁部Ｐ３の両端を通る、Ｙａ−Ｚａ平面に平行な面の位置を示す仮想画像Ｂｒ、Ｂｌを表示する。図２３に示すバケット８のチルト傾斜角となるθ５に沿って、処理部４４は、図２４に示すようにアイコン８９を傾けるように表示する。このため、オペレータは、バケット８のアイコン８９における三角シンボル８９Ｍと、仮想画像Ｂｒ、Ｂｌとを同時表示させることで、図２３に示すチルトの傾斜角θ５を直感的に把握することができる。

変形例のように、油圧ショベル１００がチルトバケット８Ｔを備えていなくても、アイコン８９を傾けるように表示する場合がある。例えば、図３に示す車両本体１の幅方向の傾斜角θ４に沿って、処理部４４は、図２４に示すようにアイコン８９を傾けるように表示する。このため、オペレータは、バケット８のアイコン８９における三角シンボル８９Ｍと、仮想画像Ｂｒ、Ｂｌとを同時表示させることで、図３に示す車両本体１の幅方向の傾斜角θ４を直感的に把握することができる。

以上、本実施形態を説明したが、上述した内容により本実施形態が限定されるものではない。また、上述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、上述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

例えば、各案内画面の内容は上記のものに限られず、適宜、変更されてもよい。また、表示制御装置３９の機能の一部又はすべてが、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、線又は３次元の形状であってもよい。表示入力装置３８の入力部４１は、タッチパネル式のものに限られず、ハードキーやスイッチなどの操作部材によって構成されてもよい。

上記の実施形態では、作業機２は、ブーム６、アーム７、バケット８を有しているが、作業機２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。また、上記の実施形態では、第１ストロークセンサ１６、第２ストロークセンサ１７及び第３ストロークセンサ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。また、変形例の作業機２も、変形例の第４ストロークセンサ１８Ｔの傾斜角の検出手段の代わりに、角度センサとしてもよい。

１ 車両本体
２ 作業機
３ 上部旋回体
４ 運転室
５ 走行装置
８ バケット
８Ｂ 刃
１９ 作業機状態検出部
１９Ａ 車両状態検出部
２１ アンテナ
２３ ３次元位置センサ
２４ 傾斜角センサ
２８ 掘削機械の表示システム（表示システム）
３８ 表示入力装置
３９ 表示制御装置
４１ 入力部
４２ 表示部
４２Ｐ 画面
４３ 記憶部
４４ 処理部
４５ 設計面
４６ 音発生装置
７０ 目標面
７８、７９ 目標面の断面を示す線
８４ グラフィック情報
１００ 油圧ショベル
Ｐ３ 掘削縁部

Claims (7)

1. 掘削縁部で掘削力を発生するバケット及び前記バケットを揺動可能に取り付けるアームを含む作業機と、前記作業機が取り付けられる本体部とを有する掘削機械の表示システムであって、
   前記掘削機械の現在位置に関する情報及び前記本体部の姿勢に関する情報を検出する車両状態検出部と、
   作業対象の目標形状を示す目標面の位置情報及び前記バケットの外形情報を記憶する記憶部と、
   前記掘削機械の現在位置に関する情報、前記本体部の姿勢に関する情報及び前記バケットの外形情報に基づいて、前記アームが移動する平面と平行な平面のうち、前記掘削縁部の両端を通る平面の位置を示す仮想画像を求め、当該仮想画像を前記掘削機械の上から見たときの前記バケットとともに表示装置の画面に表示する処理部と、
   を含む掘削機械の表示システム。
2. 前記処理部は、
   前記掘削機械の側面から見たときの前記目標面を前記表示装置の画面に表示する、請求項１に記載の掘削機械の表示システム。
3. 前記処理部は、
   前記掘削機械の現在位置に関する情報、前記本体部の姿勢に関する情報及び前記バケットの外形情報に基づいて、前記アームが移動する平面と平行な平面のうち、前記掘削縁部の両端を通る平面の位置を示す仮想画像を求め、当該仮想画像を前記本体部側から見たときの前記バケットとともに表示装置の画面に表示する、請求項１又は２に記載の掘削機械の表示システム。
4. 前記バケットは、チルトバケットであって、前記掘削縁部の位置を検出する作業機状態検出部をさらに備え、
   前記処理部は、
   前記掘削機械の現在位置に関する情報、前記本体部の姿勢に関する情報、前記掘削縁部の位置の情報及び前記バケットの外形情報に基づいて、前記アームが移動する平面と平行な平面のうち、前記掘削縁部の両端を通る平面の位置を示す仮想画像を求め、当該仮想画像を前記本体部側から見たときの前記バケットとともに表示装置の画面に表示する、請求項１に記載の掘削機械の表示システム。
5. 前記処理部は、
   前記作業対象の目標形状が溝である場合、前記仮想画像と、前記溝の延在方向と直交する断面における前記溝の壁の面を示す線とを表示する、請求項３又は４に記載の掘削機械の表示システム。
6. 前記溝の壁の面を示す線は、前記目標面と直交する、請求項５に記載の掘削機械の表示システム。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の掘削機械の表示システムを備えたことを特徴とする掘削機械。

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