JPWO2016148251A1 - ショベル - Google Patents

Abstract

マシンガイダンス機能を有するマシンガイダンス装置を備えるショベルであって、該マシンガイダンス機能は、掘削目標面よりも地表面に近い位置に目安面を設定し、エンドアタッチメントの作業部位の高さと前記目安面の高さを比較し、比較結果に基づいて通報音によるガイダンスを行なうショベルである。

Description

本発明は、マシンガイダンス機能を有するショベルに関する。

建設機械としてのショベルの操作者には、アタッチメントによる掘削などの作業を効率的且つ正確に行うために、熟練した操作技術が要求される。そこで、ショベルの操作経験が少ない操作者でも作業を効率的且つ正確に行うことができるように、ショベルの操作をガイドする機能（マシンガイダンスと称する）が設けられたショベルがある。

例えば、ショベルのマシンガイダンスとして、掘削作業が行なわれている部分の断面と掘削ツールとしてのバケットを画像として表示装置上に表示して、視覚的に作業をガイダンスする表示システムが知られている（例えば、引用文献１参照）。この表示システムでは、例えば、掘削する部分の断面上に、掘削目標面を示す掘削目標線及びバケットの爪先の軌跡が表示される。操作者は、バケットの爪先の軌跡と掘削目標線とを比較することで、どの程度正確に掘削できたかを確認することができる。

特開２０１４−１４８８９３号公報

実際の地表から掘削目標面までの深さは掘削現場によって異なる。掘削目標面が浅い場合には、バケットを低速で動かしながら精度よく掘削目標面に近づけるように掘削する。一方、掘削目標面線が深い場合には、バケットを地中に深く差し込みながら土砂をすくい上げるように粗削りを行なうことがある。

ところが、このような粗削りを行なう際に、誤ってバケットの爪先を掘削目標面より深く差し込んでしまい、掘削目標面より深く掘削してしまうおそれがある。上述の表示システムでは、単に掘削目標面とバケットの爪先位置を表示しているだけであるので、掘削目標面より深く掘削してしまうことを確実に防止することはできない。

そこで、一実施形態は、掘削目標面に対するガイダンスを行なう前に、目安となる掘削深さまで掘削したことを操作者に通報することのできるショベル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、本発明の一実施形態によれば、マシンガイダンス機能を有するマシンガイダンス装置を備えるショベルが提供される。該マシンガイダンス機能は、掘削目標面よりも地表面に近い位置に目安面を設定し、エンドアタッチメントの作業部位の高さと前記目安面の高さを比較し、比較結果に基づいて通報音によるガイダンスを行なう。

開示した実施形態によれば、表示画面上において掘削すべき深さに対して設定した目安線に基づいてガイダンスが行なわれる。これにより、そのときの掘削作業で掘削すべき深さまで掘削したことを操作者に通報することができる。

本発明の一実施形態によるショベルの側面図である。 図１に示すショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。 コントローラ及びマシンガイダンス装置の機能構成を示すブロック図である。 一実施形態によるガイダンス処理を説明するための図である。 掘削目安線が掘削目標線と交差する場合に行なわれるガイダンス処理の一例を説明するための図である。 掘削目安線が掘削目標線と交差する場合に行なわれるガイダンス処理の他の例を説明するための図である。 他の実施形態によるガイダンス処理を説明するための図である。 一実施形態による表示装置の操作画面を例示する図である。 ＧＮＳＳ受信機である測位装置を用いない場合のガイダンス処理を説明するための図である。

図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。

図１は一実施形態によるショベルの側面図である。ショベルの下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載される。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられる。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられる。エンドアタッチメントとして、法面用バケット、浚渫用バケット等が用いられてもよい。

ブーム４、アーム５、及びバケット６は、アタッチメントの一例として掘削アタッチメントを構成し、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。ブーム４にはブーム角度センサＳ１が取り付けられ、アーム５にはアーム角度センサＳ２が取り付けられ、バケット６にはバケット角度センサＳ３が取り付けられる。掘削アタッチメントには、バケットチルト機構が設けられてもよい。ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びバケット角度センサＳ３を「姿勢センサ」と称することもある。

ブーム角度センサＳ１は、ブーム４の回動角度を検出する。本実施形態では、ブーム角度センサＳ１は、水平面に対する傾斜を検出して、上部旋回体３に対するブーム４の回動角度を検出する加速度センサである。アーム角度センサＳ２は、アーム５の回動角度を検出する。本実施形態では、アーム角度センサＳ２は、水平面に対する傾斜を検出して、ブーム４に対するアーム５の回動角度を検出する加速度センサである。バケット角度センサＳ３は、バケット６の回動角度を検出する。本実施形態では、バケット角度センサＳ３は、水平面に対する傾斜を検出して、アーム５に対するバケット６の回動角度を検出する加速度センサである。掘削アタッチメントがバケットチルト機構を備える場合、バケット角度センサＳ３は、チルト軸回りのバケット６の回動角度を追加的に検出する。ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びバケット角度センサＳ３は、可変抵抗器を利用したポテンショメータ、対応する油圧シリンダのストローク量を検出するストロークセンサ、連結ピン回りの回動角度を検出するロータリエンコーダ等であってもよい。

上部旋回体３にはキャビン１０が設けられ、且つエンジン１１等の動力源が搭載される。また、上部旋回体３には機体傾斜センサＳ４が取り付けられる。機体傾斜センサＳ４は、水平面に対する上部旋回体３の傾斜を検出するセンサである。機体傾斜センサＳ４を「姿勢センサ」と称することもある。

キャビン１０内には、入力装置Ｄ１、音声出力装置Ｄ２、表示装置Ｄ３、記憶装置Ｄ４、ゲートロックレバーＤ５、コントローラ３０、及びマシンガイダンス装置５０が設置される。

コントローラ３０は、ショベルの駆動制御を行う主制御部として機能する。本実施形態では、コントローラ３０は、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置で構成される。コントローラ３０の各種機能は、ＣＰＵが内部メモリに格納されたプログラムを実行することで実現される。

マシンガイダンス装置５０は、ショベルの操作をガイドする。本実施形態では、マシンガイダンス装置５０は、例えば、操作者が設定した目標地形の表面とバケット６の先端（爪先）位置との鉛直方向における距離を視覚的に且つ聴覚的に操作者に報知する。これにより、マシンガイダンス装置５０は操作者によるショベルの操作をガイドする。なお、マシンガイダンス装置５０は、その距離を視覚的に操作者に知らせるのみであってもよく、聴覚的に操作者に知らせるのみであってもよい。具体的には、マシンガイダンス装置５０は、コントローラ３０と同様、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置で構成される。マシンガイダンス装置５０の各種機能はＣＰＵが内部メモリに格納されたプログラムを実行することで実現される。マシンガイダンス装置５０は、コントローラ３０とは別個に設けられてもよく、あるいは、コントローラ３０に組み込まれていてもよい。

入力装置Ｄ１は、ショベルの操作者がマシンガイダンス装置５０に各種情報を入力するための装置である。本実施形態では、入力装置Ｄ１は、表示装置Ｄ３の表面に取り付けられるメンブレンスイッチである。入力装置Ｄ１としてタッチパネル等を用いてもよい。

音声出力装置Ｄ２は、マシンガイダンス装置５０からの音声出力指令に応じて各種音声情報を出力する。本実施形態では、音声出力装置Ｄ２として、マシンガイダンス装置５０に直接接続される車載スピーカが利用される。なお、音声出力装置Ｄ２として、ブザー等の通報器が利用されてもよい。

表示装置Ｄ３は、マシンガイダンス装置５０からの指令に応じて各種画像情報を出力する。本実施形態では、表示装置Ｄ３として、マシンガイダンス装置５０に直接接続される車載液晶ディスプレイが利用される。

記憶装置Ｄ４は、各種情報を記憶するための装置である。本実施形態では、記憶装置Ｄ４として、半導体メモリ等の不揮発性記憶媒体が用いられる。記憶装置Ｄ４は、マシンガイダンス装置５０等が出力する各種情報を記憶する。

ゲートロックレバーＤ５は、ショベルが誤って操作されるのを防止する機構である。本実施形態では、ゲートロックレバーＤ５は、キャビン１０のドアと運転席との間に配置される。キャビン１０から操作者が退出できないようにゲートロックレバーＤ５が引き上げられた場合に、各種操作装置は操作可能となる。一方、キャビン１０から操作者が退出できるようにゲートロックレバーＤ５が押し下げられた場合には、各種操作装置は操作不能となる。

図２は、図１のショベルの駆動系の構成を示すブロック図である。図２において、機械的動力系は二重線、高圧油圧ラインは太実線、パイロットラインは破線、電気駆動・制御系は細実線でそれぞれ示される。

エンジン１１はショベルの動力源である。本実施形態では、エンジン１１は、エンジン負荷の増減にかかわらずエンジン回転数を一定に維持するアイソクロナス制御を採用したディーゼルエンジンである。エンジン１１における燃料噴射量、燃料噴射タイミング、ブースト圧等は、エンジンコントローラＤ７により制御される。

エンジンコントローラＤ７はエンジン１１を制御する装置である。本実施形態では、エンジンコントローラＤ７は、オートアイドル機能、オートアイドルストップ機能等の各種機能を実行する。

オートアイドル機能は、所定の条件が満たされた場合にエンジン回転数を通常回転数（例えば２０００ｒｐｍ）からアイドル回転数（例えば８００ｒｐｍ）に低減させる機能である。本実施形態では、エンジンコントローラＤ７は、コントローラ３０からのオートアイドル指令に応じてオートアイドル機能を作動させてエンジン回転数をアイドル回転数まで低減させる。

オートアイドルストップ機能は、所定の条件が満たされた場合にエンジン１１を停止させる機能である。本実施形態では、エンジンコントローラＤ７は、コントローラ３０からのオートアイドルストップ指令に応じてオートアイドルストップ機能を作動させてエンジン１１を停止させる。

エンジン１１には油圧ポンプとしてのメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５が接続される。メインポンプ１４には高圧油圧ライン１６を介してコントロールバルブ１７が接続される。

コントロールバルブ１７は、ショベルの油圧系の制御を行う油圧制御装置である。右側走行用油圧モータ１Ａ、左側走行用油圧モータ１Ｂ、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、旋回用油圧モータ２１等の油圧アクチュエータは、高圧油圧ラインを介してコントロールバルブ１７に接続される。

パイロットポンプ１５にはパイロットライン２５を介して操作装置２６が接続される。

操作装置２６は、レバー２６Ａ、レバー２６Ｂ、ペダル２６Ｃを含む。本実施形態では、操作装置２６は、油圧ライン２７及びゲートロック弁Ｄ６を介してコントロールバルブ１７に接続される。また、操作装置２６は、油圧ライン２８を介して圧力センサ２９に接続される。

ゲートロック弁Ｄ６は、コントロールバルブ１７と操作装置２６とを接続する油圧ライン２７の連通・遮断を切り換える。本実施形態では、ゲートロック弁Ｄ６は、コントローラ３０からの指令に応じて油圧ライン２７の連通・遮断を切り換える電磁弁である。コントローラ３０は、ゲートロックレバーＤ５が出力する状態信号に基づいてゲートロックレバーＤ５の状態を判定する。そして、コントローラ３０は、ゲートロックレバーＤ５が引き上げられた状態にあると判定した場合に、ゲートロック弁Ｄ６に対して連通指令を出力する。連通指令を受けると、ゲートロック弁Ｄ６は開いて油圧ライン２７を連通させる。その結果、操作装置２６に対する操作者の操作が有効となる。一方、コントローラ３０は、ゲートロックレバーＤ５が引き下げられた状態にあると判定した場合に、ゲートロック弁Ｄ６に対して遮断指令を出力する。遮断指令を受けると、ゲートロック弁Ｄ６は閉じて油圧ライン２７を遮断する。その結果、操作装置２６に対する操作者の操作が無効となる。また、ゲートロック弁Ｄ６とコントロールバルブ１７との間には、減圧弁６０が設けらている。この減圧弁６０により、コントロールバルブ１７へのパイロット圧を調整することができる。これにより、バケット６の爪先が後述する所定の目安線を越えた場合には、レバー操作量に対するブーム４、アーム５、バケット６等のアタッチメントの動きを遅くすることができる。

圧力センサ２９は、操作装置２６の操作内容を圧力の形で検出する。圧力センサ２９は、検出値をコントローラ３０に対して出力する。

次に、図３を参照しながら、コントローラ３０及びマシンガイダンス装置５０に設けられた各種機能要素について説明する。図３は、コントローラ３０及びマシンガイダンス装置５０の構成を示す機能ブロック図である。

本実施形態では、コントローラ３０は、ショベル全体の動作の制御に加えて、マシンガイダンス装置５０によるガイダンスを行なうか否かを制御する。具体的には、コントローラ３０は、ゲートロックレバーＤ５の状態と圧力センサ２９からの検出信号等に基づいて、ショベルが休止中か否かを判定する。そして、コントローラ３０は、ショベルが休止中であると判定したときは、マシンガイダンス装置５０によるガイダンスを中止するように、マシンガイダンス装置５０にガイダンス中止指令を送る。

また、コントローラ３０は、オートアイドルストップ指令をエンジンコントローラＤ７に対して出力する際に、ガイダンス中止指令をマシンガイダンス装置５０に対して出力してもよい。あるいは、コントローラ３０は、ゲートロックレバーＤ５が押し下げられた状態にあると判定した場合に、ガイダンス中止指令をマシンガイダンス装置５０に対して出力してもよい。

次に、マシンガイダンス装置５０について説明する。本実施形態では、マシンガイダンス装置５０は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３、機体傾斜センサＳ４、入力装置Ｄ１、及びコントローラ３０から出力される各種信号及びやデータを受信する。マシンガイダンス装置５０は、受信した信号及びデータに基づいてアタッチメント（例えば、バケット６）の実際の動作位置を算出する。そして、マシンガイダンス装置５０は、アタッチメントの実際の動作位置が目標動作位置とは異なる場合に、音声出力装置Ｄ２及び表示装置Ｄ３に通報指令を送信し、通報を発令させる。マシンガイダンス装置５０とコントローラ３０とは、ＣＡＮ（Controller Area Network）を通じて互いに通信可能に接続される。

マシンガイダンス装置５０は、ショベルの操作をガイドするマシンガイダンス機能など様々な機能を行なう機能部を含む。本実施形態では、マシンガイダンス装置５０は、アタッチメントの動作をガイダンスするための機能部として、高さ算出部５０３、比較部５０４、通報制御部５０５、ガイダンスデータ出力部５０６、及び目安線設定部５０８を含む。

高さ算出部５０３は、センサＳ１〜Ｓ４の検出信号から算出されたブーム４、アーム５、バケット６の角度とから、バケット６の先端（爪先）の高さを算出する。ここでは、バケット６の先端で掘削を行なうため、バケット６の先端（爪先）はエンドアタッチメントの作業部位に相当する。例えば、バケット６の背面で土砂をならすような作業をするときは、バケット６の背面がエンドアタッチメントの作業部位に相当する。また、バケット６以外のエンドアタッチメントとして、ブレーカを用いた場合には、ブレーカの先端がエンドアタッチメントの作業部位に相当する。

測位装置Ｓ５は、ショベルの位置及び向きを測定する装置である。本実施形態では、測位装置Ｓ５は、電子コンパスを組み込んだＧＮＳＳ受信機であり、ショベルの存在位置の緯度、経度、高度を測定し、且つショベルの向きを測定する。これにより、バケット６の先端（爪先）の緯度、経度、高度も算出できる。

比較部５０４は、高さ算出部５０３が算出したバケット６の先端（爪先）の高さと、目安線設定部５０８から出力されるガイダンスデータ中に示される掘削目標面とを比較する。

通報制御部５０５は、比較部５０４での比較結果に基づいて、通報が必要と判断した場合には通報指令を、音声出力装置Ｄ２及び表示装置Ｄ３の両方又は一方に送信する。音声出力装置Ｄ２及び表示装置Ｄ３は、通報指令を受けると所定の通報を発してショベルの操作者に通報する。

ガイダンスデータ出力部５０６は、上述のように、マシンガイダンス装置５０の記憶装置に予め格納されていたガイダンスデータから、バケット６の目標高さのデータを抽出して、比較部５０４に対して出力する。この際、ガイダンスデータ出力部５０６は、機体傾斜センサＳ４が検出したショベルの傾斜角に対応するバケットの目標高さのデータを出力する。

目安線設定部５０８は、ガイダンスデータ出力部５０６が出力するデータにおいて、掘削目標線に対する掘削目安線を設定し、掘削目安線を含むガイダンスデータを比較部５０４に出力する。比較部５０４は、算出されたバケット６の先端の緯度、経度、高度に関する各座標を算出し、バケット６の先端の高さと掘削目標線ＴＬの座標との対比を行なう。掘削目安線ＲＴＬについては後述する。

次に、マシンガイダンス装置５０によるガイダンス処理の一例について、図４を参照しながら説明する。図４は、バケット６による作業をガイドする際のガイダンス処理の一例を説明するための図である。図４に示すガイダンス処理は、掘削目標面に対して掘削目安面を設定し、その掘削目安面に基づいてガイダンスを行なうガイダンス処理である。

粗掘削における掘削目安面は、図４に示す表示画面上の掘削目安線ＲＴＬで示される面である。掘削目安線ＲＴＬは、掘削する場所の地表面を示す地表線ＧＬと掘削目標面を示す掘削目標線ＴＬとの間に設定される。掘削目標線ＴＬは、施工面の緯度、経度、高度に関するそれぞれの座標に対応した目標地形面の地形データとして設定されている。すなわち、掘削目安線ＲＴＬで示される掘削目安面は、掘削目標線ＴＬで示される掘削目標面より浅い位置に設定される。このようにして、掘削目安線ＲＴＬの座標も、掘削目標線ＴＬに基づいて設定される。

本ガイダンス処理は、掘削目標面（掘削目標線ＴＬ）が地中の深い場所にあり、図４に示すように、最初にバケット６で多量の土砂を削ってすくい上げる必要がある場合に行なわれる。この掘削作業を粗掘削と称することもある。本ガイダンス処理では、ガイダンス用の表示画面において、粗掘削を行なう際の掘削深さの基準として上述の掘削目安線ＲＴＬを設定し、粗掘削作業時にバケット６の爪先が掘削目安線ＲＴＬを越えると通報音を発して操作者に通報する。

掘削目安線ＲＴＬは、ガイダンスデータ出力部５０６が出力するガイダンスデータ中において、図３に示す目安線設定部５０８により設定される。掘削目安線ＲＴＬは、例えば、掘削目標線ＴＬから所定距離だけ地表面に近い線として設定される。すなわち、掘削目安線ＲＴＬで示される掘削目安面は、掘削目標線ＴＬで示される掘削目標面より距離ｄだけ上にある（地表面に近い）面である。

具体的には、本ガイダンス処理では、バケット６の爪先が掘削目安線ＲＴＬを越えると、その旨を示す通報音が発せられて（音声ガイダンス）、操作者の注意を喚起する。操作者はこの通報音を聞くことで、粗掘削作業中にバケット６の爪先を地中に深く入れすぎていることを認識し、掘削目標面まで削り込まないように注意して粗掘削を行なうことができる。

バケット６の爪先が掘削目安線ＲＴＬを越えことを示す通報音は、掘削目標線ＴＬに関する通報音とは異なる音として、掘削目安線ＲＴＬに関する通報であることが容易に分るようにすることが好ましい。例えば、音色、音程、発音パターン、発音間隔などを換えることで、通報音を異ならせることができる。

なお、バケット６の爪先が掘削目安線ＲＴＬを越えたことを表示画面上で通報してもよい（画面表示ガイダンス）。例えば、ガイダンス用の表示画面上に、掘削目標線ＴＬに加えて掘削目安線ＲＴＬを表示すればよい。また、バケット６の爪先が掘削目安線ＲＴＬを越えると掘削目安線ＲＴＬの色が変わったり、明滅したりして、操作者の注意を喚起してもよい。また、画面表示ガイダンスと音声ガイダンスとが同時に行なわれてもよい。

このように、掘削目標線ＴＬに対するガイダンスに加えて掘削目安線ＲＴＬに対してガイダンスを行なうことにより、バケット６の爪先が所定距離ｄまで掘削目標線ＴＬに近づいた段階で、掘削目標線ＴＬに到達する前に、事前に通報を発することができる。これにより、粗掘削作業中に掘削目標面より深い部分まで掘削してしまうことを確実に防止することができる。

図５は図４を参照して説明したガイダンス処理において、掘削目標線が屈曲している場合の処理を説明するための図である。

例えば、図５に示すように、掘削目標線が傾斜面を示す掘削目標線ＴＬ１と水平面を示す掘削目標線ＴＬ２を含む場合がある。この場合、掘削目標線ＴＬ１に対して設けられる掘削目安線ＲＴＬ１が、掘削目標線ＴＬ２と交差する交差点Ｐ１が存在する。同様に、掘削目標線ＴＬ２に対して設けられる掘削目安線ＲＴＬ２が、掘削目標線ＴＬ１と交差する交差点Ｐ２が存在する。

この場合、交差点Ｐ１において、掘削目安線ＲＴＬ１に対するガイダンスと、掘削目標線ＴＬ２に対するガイダンスとが競合するおそれがある。同様に、交差点Ｐ２において、掘削目安線ＲＴＬ２に対するガイダンスと、掘削目標線ＴＬ１に対するガイダンスとが競合するおそれがある。

そこで、本ガイダンス処理では、掘削目安線ＲＴＬ１，ＲＴＬ２と掘削目標線ＴＬ１，ＴＬ２が交差する点Ｐ１，Ｐ２では、掘削目標線ＴＬ１，ＴＬ２に対するガイダンスを優先することとする。すなわち、バケット６の爪先が交差点Ｐ１に到達したということは、既に掘削目標線ＴＬ２まで掘削していることを意味するので、これを優先的に操作者に通知すべきであるからである。同様に、バケット６の爪先が交差点Ｐ２に到達したということは、既に掘削目標線ＴＬ１まで掘削していることを意味するので、これを優先的に操作者に通知すべきであるからである。この場合において、交差する異なる掘削目安線ＲＴＬ１，ＲＴＬ２ごとに、通報音を異ならせてもよい。

あるいは、図６に示すように、一方の掘削目安線ＲＴＬ１と他方の掘削目安線ＲＴＬ２とが交差したときには、その交差点Ｐ３を越えて掘削目安線ＲＴＬ１と掘削目安線ＲＴＬ２を延長しないように設定することとしてもよい。このように掘削目安線ＲＴＬ１と掘削目安線ＲＴＬ２を設定することにより、ガイダンスの競合は生じない。なお、この場合においても、交差する異なる掘削目安線ＲＴＬ１，ＲＴＬ２ごとに、通報音を異ならせてもよい。

次に、図７を参照しながら、他の実施形態によるガイダンス処理について説明する。上述のガイダンス処理では、粗掘削作業時に設定する目安線として掘削目安線を設定しているが、本ガイダンス処理では、例えば一日の作業量を示す目安線を作業量目安線ＷＴＬ１，ＷＴＬ２として設定する。作業量目安線ＷＴＬ１，ＷＴＬ２は、所定時間の作業毎（例えば一日の作業）で、掘削目標面まで掘削できないような深い掘削作業を、複数回の掘削作業（例えば数日にわたる掘削作業）で行なう場合に、図３に示す目安線設定部５０８により設定される。なお、図７において、掘削目標線ＴＬは屈曲した目標面（水平面と傾斜面が繋がった面）を示すものとし、作業量目安線ＷＴＬ１，ＷＴＬ２も屈曲した目安面を示すものとする。

図７において、作業量目安線ＷＴＬ１は、例えば一日目の掘削作業でどこまで掘削すればよいかを示す目安線である。操作者は、一日目の作業として、作業量目安線ＷＴＬ１が示す面まで掘削を行なう。作業量目安線ＷＴＬ１が画面に表示されるので、操作者は、一日の作業量に相当する掘削深さを容易に把握することができ、効率的且つ計画的に掘削作業を行なうことができる。

なお、作業量目安線ＷＴＬ２は、二日目にどこまで掘削すればよいかを示す目安線である。作業量目安線ＷＴＬ２は、掘削作業が三日間以上にわたる場合に設定される。作業量目安線ＷＴＬ１及びＷＴＬ２を同時に表示してもよいが、一日目の掘削作業では作業量目安線ＷＴＬ１を表示し、二日目の掘削作業において、作業量目安線ＷＴＬ２を表示することとしてもよい。

また、二日間で終わる掘削作業であれば、作業量目安線ＷＴＬ２は設定することなく、作業量目安線ＷＴＬ１のみが設定され、表示される。

また、目標面から異なる高さの異なる作業量目安線ごとに、通報音を異ならせてもよい。

なお、本ガイダンス処理においても、上述の粗掘削作業時の掘削目安線と同様に、バケット６の爪先の位置を音声ガイダンスで通報してもよい。

次に、表示装置Ｄ４に表示される画面構成について説明する。

図８は、実施形態における表示装置Ｄ４の画像表示部４１に表示される非操作中画面４１Ｖ１を例示する図である。

図８に示すように、非操作中画面４１Ｖ１は、時刻表示部４１１、回転数モード表示部４１２、走行モード表示部４１３、アタッチメント表示部４１４、エンジン制御状態表示部４１５、尿素水残量表示部４１６、燃料残量表示部４１７、冷却水温表示部４１８、エンジン稼働時間表示部４１９、撮影画像表示部４２０、作業ガイダンス表示部４３０を有する。各部に表示される画像は、表示装置Ｄ４の変換処理部４０ａによって、コントローラ３０から送信される各種データ及び撮像装置８０から送信される撮影画像から生成される。

時刻表示部４１１は、現在の時刻を表示する。図８に示す例では、デジタル表示が採用され、現在時刻（１０時５分）が示されている。

回転数モード表示部４１２は、エンジン回転数調整ダイヤル７５によって設定されている回転数モードを画像表示する。回転数モードは、例えば、上記したＳＰモード、Ｈモード、Ａモード及びアイドリングモードの４つを含む。図８に示す例では、ＳＰモードを表す記号「ＳＰ」が表示されている。

走行モード表示部４１３は、走行モードを表示する。走行モードは、可変容量ポンプを用いた走行油圧モータの設定状態を表す。例えば、走行モードは、低速モード及び高速モードを有し、低速モードでは「亀」を象ったマークが表示され、高速モードでは「兎」を象ったマークが表示される。図８に示す例では、「亀」を象ったマークが表示されており、操作者は低速モードが設定されていることを認識できる。

アタッチメント表示部４１４は、装着されているアタッチメントを表す画像を表示する。ショベルには、バケット６、削岩機、グラップル、リフティングマグネット等の様々なエンドアタッチメントが装着される。アタッチメント表示部４１４は、例えば、これらのエンドアタッチメントを象ったマーク及びアタッチメントに対応する番号を表示する。本実施形態では、エンドアタッチメントとしてバケット６が装着されており、図８に示すように、アタッチメント表示部４１４は空欄となっている。エンドアタッチメントとして削岩機が装着されている場合には、例えば、アタッチメント表示部４１４には削岩機を象ったマークが、削岩機の出力の大きさを示す数字と共に表示される。

エンジン制御状態表示部４１５は、エンジン１１の制御状態を表示する。図８に示す例では、エンジン１１の制御状態として「自動減速・自動停止モード」が選択されている。なお、「自動減速・自動停止モード」は、エンジン負荷が小さい状態の継続時間に応じて、エンジン回転数を自動的に低減し、さらにはエンジン１１を自動的に停止させる制御状態を意味する。その他、エンジン１１の制御状態には、「自動減速モード」、「自動停止モード」、「手動減速モード」等がある。

尿素水残量表示部４１６は、尿素水タンクに貯蔵されている尿素水の残量状態を画像表示する。図８に示す例では、現在の尿素水の残量状態を表すバーグラフが表示されている。なお、尿素水の残量は、尿素水タンクに設けられている尿素水残量センサが出力するデータに基づいて表示される。

燃料残量表示部４１７は、燃料タンクに貯蔵されている燃料の残量状態を表示する。図８に示す例では、現在の燃料の残量状態を表すバーグラフが表示されている。なお、燃料の残量は、燃料タンクに設けられている燃料残量センサが出力するデータに基づいて表示される。

冷却水温表示部４１８は、エンジン冷却水の温度状態を表示する。図８に示す例では、エンジン冷却水の温度状態を表すバーグラフが表示されている。なお、エンジン冷却水の温度は、エンジン１１に設けられている水温センサ１１ｃが出力するデータに基づいて表示される。

エンジン稼働時間表示部４１９は、エンジン１１の累積稼働時間を表示する。図８に示す例では、運転者によりカウントがリスタートされてからの稼働時間の累積が、単位「ｈｒ（時間）」と共に表示されている。エンジン稼働時間表示部４１９には、ショベルが製造されてから全期間の生涯稼働時間又は操作者によりカウントがリスタートされてからの区間稼働時間が表示される。

撮影画像表示部４２０は、撮像装置８０によって撮影された画像を表示する。図８に示す例では、撮影画像表示部４２０に、後方カメラ８０Ｂによって撮影された画像が表示されている。撮影画像表示部４２０には、左側カメラ８０Ｌ又は右側カメラ８０Ｒによって撮像された撮像画像が表示されてもよい。また、撮影画像表示部４２０には、左側カメラ８０Ｌ、右側カメラ８０Ｒ、及び後方カメラ８０Ｂのうち複数のカメラによって撮影された画像が並ぶように表示されてもよい。さらに、撮影画像表示部４２０には、左側カメラ８０Ｌ、右側カメラ８０Ｒ、及び後方カメラ８０Ｂによってそれぞれ撮像された撮像画像が合成された俯瞰画像等が表示されてもよい。

なお、各カメラは、撮影する画像に、上部旋回体３のカバー３ａの一部が含まれるように設置されている。表示される画像にカバー３ａの一部が含まれることで、操作者は、撮影画像表示部４２０に表示される物体とショベルとの間の距離感を把握し易くなる。

撮影画像表示部４２０には、表示中の撮影画像を撮影した撮像装置８０の向きを表す撮像装置アイコン４２１が表示されている。撮像装置アイコン４２１は、ショベルの上面視の形状を表すショベルアイコン４２１ａと、表示中の撮像画像を撮像した撮像装置８０の向きを表す帯状の方向表示アイコン４２１ｂとで構成されている。

図８に示す例では、ショベルアイコン４２１ａの下側（アタッチメントの反対側）に方向表示アイコン４２１ｂが表示されており、撮影画像表示部４２０には、後方カメラ８０Ｂによって撮影されたショベルの後方の画像が表示されていることが表されている。例えば、撮影画像表示部４２０に右側カメラ８０Ｒによって撮影された画像が表示されている場合には、ショベルアイコン４２１ａの右側に方向表示アイコン４２１ｂが表示される。また、例えば撮影画像表示部４２０に左側カメラ８０Ｌによって撮影された画像が表示されている場合には、ショベルアイコン４２１ａの左側に方向表示アイコン４２１ｂが表示される。

操作者は、例えばキャビン１０内に設けられている画像切替スイッチを押下することで、撮影画像表示部４２０に表示する画像を他のカメラにより撮影された画像等に切り替えることができる。

なお、ショベルに撮像装置８０が設けられていない場合には、撮影画像表示部４２０の代わりに、異なる情報が表示されてもよい。

作業ガイダンス表示部４３０は、位置表示画像４３１、数値情報画像４３４を含み、各種作業情報を表示する。

位置表示画像４３１は、複数のバー４３１ａが上下に配列されたバーグラフであり、アタッチメントの作業部位（例えばバケット６の先端）から目標面までの距離を表示する。本実施形態では、バケット６の先端から目標面までの距離に応じて、７つのバーのうち一つが、他のバーとは異なる色で表示されるバケット位置表示バー（図８では上から１つ目のバー）となる。なお、位置表示画像４３１は、バケット６の先端から目標面までの距離をより高精度に表示できるように、多数のバーで構成されてもよい。また、図８では、掘削目標線ＴＬに近い作業量目安線ＷＴＬ２のみを複数のバー４３１ａに表示したが、作業量目安線ＷＴＬ２と作業量目安線ＷＴＬ１との両方を表示してもよい。

例えば、バケット６の先端から目標面までの距離が大きいほど、上側のバーがバケット位置表示バーとして他のバーとは異なる色で表示される。また、バケット６の先端から目標面までの距離が小さいほど、下側のバーがバケット位置表示バーとして他のバーとは異なる色で表示される。このように、バケット位置表示バーは、バケット６の先端から目標面までの距離に応じて上下に動くように表示される。操作者は、位置表示画像４３１を見ることで、バケット６の先端から目標面までの距離を把握できる。

数値情報画像４３４は、バケット６の先端と目標面との位置関係等を示す各種数値を表示する。数値情報画像４３４には、上部旋回体３の基準に対する旋回角度（図８に示す例では１２０．０°）がショベルを示すアイコンと共に表示されている。また、数値情報画像４３４には、目標面からバケット６の先端までの高さ（バケット６の先端と目標面との垂直方向の距離であり、図８に示す例では０．２３ｍ）が、目標面との位置関係を示すアイコンと共に表示されている。

次に、ＧＮＳＳ受信機である測位装置Ｓ５を用いない場合のガイダンス処理について、図９を参照しながら説明する。

まず、掘削作業を行なう施行場所において、基準高さを決定するための測定用の基準杭６００を打ち込んで固定する。基準杭６００の上端面が地表面から僅かに突出した位置になるように基準杭６００を埋め込む。基準杭６００の上端面が基準面ＲＬとなる。

掘削目標線ＴＬで示す掘削目標線面は、基準面からの深さで設定される。図９に示す例では、基準面ＲＬから深さＨ_１の位置に掘削目標面（掘削目標線ＴＬ）が設定されている。また、掘削目安面を示す掘削目安線ＲＴＬは、掘削目標線ＴＬからの高さで設定される。図９に示す例では、掘削目安線ＲＴＬは、掘削目標線ＴＬから高さＨ_２だけ上方の位置に設定されている。

掘削作業を行なう前に、ショベルの操作者は、まずバケット６を基準杭６００の上に移動し、バケット６の先端（爪先）を基準杭６００の上端面に当接させる。このときのアタッチメントの姿勢に基づいて、上部旋回体３とブーム４との結合部であるブームピンの位置と、基準面ＲＬとの間の相対高さを求める。基準面ＲＬの高さは、測位装置Ｓ５（ＧＮＳＳ受信機）からの測位データにより決定することができる。

ここで、ショベルを移動しないでアタッチメントの操作だけで、掘削作業を行なうものとする。この場合、上部旋回体３上の固定位置としてブームピンの高さを求めておくことで、アタッチメントの姿勢を変更しても、上部旋回体３に対するバケット６の先端の高さを求めることができる。その結果、基準面ＲＬに対するバケット６の先端の相対的な高さ（深さ）を求めることができる。したがって、掘削目安線ＲＴＬ、掘削目標線ＴＬのそれぞれに対するバケット６の先端の相対的な高さを算出することができる。

上記に記載した実施形態ではバケット６の先端に対するガイダンスについて説明したが、必ずしもバケット６の先端に限定されない。バケット６の任意の位置をガイダンスの基準にしてもよい。例えば、法面を施工する場合には、バケット６の背面を用いて作業を行うため、この場合は、バケット６の背面の任意の位置をガイダンスの基準とする方が望ましい。

以上、ショベルを含む本発明の好ましい実施形態及び実施例について説明したが、本発明は、上述した実施形態及び実施例に制限されるものではない。また、本発明は、添付の特許請求の範囲に照らし、種々に変形又は変更することが可能である。

本国際出願は２０１５年３月１９日に出願された日本国特許出願第２０１５−０５６８７２号に基づく優先権を主張するものであり、２０１５−０５６８７２号の全内容をここ本国際出願に援用する。

１ 下部走行体
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ 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 キャビン
１１ エンジン
１４ メインポンプ
１５ パイロットポンプ
１６ 高圧油圧ライン
１７ コントロールバルブ
２６ 操作装置
２９ 圧力センサ
３０ コントローラ
５０ マシンガイダンス装置
５０３ 高さ算出部
５０４ 比較部
５０５ 通報制御部
５０６ ガイダンスデータ出力部
５０８ 目安線設定部
６００ 基準杭
Ｓ１ ブーム角度センサ
Ｓ２ アーム角度センサ
Ｓ３ バケット角度センサ
Ｓ４ 機体傾斜センサ
Ｄ１ 入力装置
Ｄ２ 音声出力装置
Ｄ３ 表示装置
Ｄ４ 記憶装置
Ｄ５ ゲートロックレバー
Ｄ６ ゲートロック弁
Ｄ７ エンジンコントローラ

Claims (11)

1. マシンガイダンス機能を有するマシンガイダンス装置を備えるショベルであって、
   該マシンガイダンス機能は、
   掘削目標面よりも地表面に近い位置に目安面を設定し、
   エンドアタッチメントの作業部位の高さと前記目安面の高さを比較し、
   比較結果に基づいて通報音によるガイダンスを行なうショベル。
2. 請求項１記載のショベルであって、
   前記掘削目標面に関する通報音は、前記目安面に関する通報音とは異なる音であるショベル。
3. 請求項１記載のショベルであって、
   前記目安面に関するガイダンスより前記掘削目標面に関するガイダンスを優先させるショベル。
4. 請求項１記載のショベルであって、
   前記目安面は、所定の作業時間毎に設定されるショベル。
5. 請求項１記載のショベルであって、
   前記目安面を示す目安線が、ガイダンス用の表示画面に表示されるショベル。
6. 請求項１記載のショベルであって、
   前記目安面を示す目安線が前記掘削目標面を示す掘削目標線と交差する場合に、前記目安線と前記掘削目標線が交差する点では、前記掘削目標線に対するガイダンスを優先させるショベル。
7. 請求項１記載のショベルであって、
   一方の目安面を示す一方の目安線と他方の目安面を示す他方の目安線とが交差する場合に、前記一方の目安線と前記他方の目安線との交差点を越えて、前記一方の目安線と前記他方の目安線とを延長しないように設定するショベル。
8. 請求項７記載のショベルであって、
   前記一方の目安線と前記他方の目安線ごとに、通報音が異なるショベル。
9. 請求項１記載のショベルであって、
   前記目安面から異なる高さに複数の作業量目安線を設定し、前記作業量目安線が示す面までの掘削のガイダンスを行なうショベル。
10. 請求項９記載のショベルであって、
    前記作業量目安線ごとに、通報音が異なるショベル。
11. 請求項１記載のショベルであって、前記エンドアタッチメントが前記目安面を越えた場合に、前記エンドアタッチメントの動きを遅くすることができる減圧弁を更に有する、ショベル。
    

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