JPWO2018164172A1 - ショベル及び建設機械の作業支援システム - Google Patents

Abstract

本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体（１）と、下部走行体（１）に旋回可能に搭載される上部旋回体（３）と、地面に光を投影する投影装置（Ｓ９）を制御するマシンガイダンス装置（５０）とを備える。マシンガイダンス装置（５０）は、上部旋回体（３）に取り付けられ、且つ、投影装置（Ｓ９）を制御して地面の現在の形状と目標面の形状との関係を可視化するように構成されている。

Description

本発明は、ショベル及び建設機械の作業支援システムに関する。

従来、目標面とバケットの刃先との間の距離を示す数値をモニタに表示して操作者による掘削作業を支援する建設機械としてのショベルが知られている（例えば特許文献１参照）。目標面は、目標通りに掘削作業が行われた場合に得られる地面であり、典型的には、現在の地面の下に埋まっている。

モニタは、運転室内で操作者の近くに設置されている。従って、操作者は、運転室の外にある実際のバケットの刃先と、運転室内のモニタに表示される数値とを交互に見ながら、操作レバーを操作して掘削作業を行う。

特開２０１２−１７２４２５号公報

しかしながら、操作者は、モニタを確認するためにバケットの刃先から一時的に目を離す必要があり、操作レバーによる掘削作業を中断させる場合がある。また、ショベルの周囲の作業者は、建設機械が把握している情報を確認することができない。そのため、上述のショベルは、掘削作業の効率を低下させるおそれがある。

上述に鑑み、作業効率を低下させずに、操作者若しくは周囲の作業者を支援できるショベルを提供することが望ましい。

本発明の実施例に係るショベルは、下部走行体と、前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、地面に光を投影する投影装置を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記上部旋回体に取り付けられ、且つ、前記投影装置を制御して前記地面の現在の形状と目標面の形状との関係を可視化するように構成されている。

上述の手段により、作業効率を低下させずに、操作者若しくは周囲の作業者を支援できるショベルを提供することができる。

ショベルの側面図である。 図１のショベルの駆動系の構成例を示す図である。 マシンガイダンス装置の構成例を示すブロック図である。 ショベルが位置する地面の側断面図である。 キャビン内から見たショベルの前方の地面を示す図である。 可視化処理の一例のフローチャートである。 キャビン内から見たショベルの前方の地面を示す図である。 可視化処理の別の一例のフローチャートである。 ショベルと投影装置の関係を示す図である。 ショベルの側面図である。 図１０のショベルの正面図である。 下部走行体の斜視図である。 ステップの斜視図である。 ステップの斜視図である。 ショベルが位置する地面の側断面図である。 ショベルが位置する地面の側断面図である。 ショベルが位置する地面の側断面図である。 キャビン内から見たショベルの前方の空間を示す図である。 ショベルが位置する地面の側断面図である。 キャビン内から見たショベルの前方の空間を示す図である。 ショベルの側面図である。 ショベルの上面図である。 ショベルの上面図である。 ショベルの上面図である。

図１は本発明の実施形態に係るショベル（掘削機）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が旋回可能に搭載されている。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられている。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が取り付けられている。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の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が取り付けられている。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はブーム４の回動角度を検出する。本実施例では、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。本実施例では、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。本実施例では、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。

アタッチメントの姿勢センサに含まれ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が設けられている。キャビン１０内には、運転操縦部としての操作装置２６が設けられている。また、上部旋回体３にはエンジン１１等の動力源が搭載されている。また、上部旋回体３には、機体傾斜センサＳ４、旋回角速度センサＳ５が取り付けられている。また、キャビン１０にはステレオカメラＳ６、通信装置Ｓ７、測位装置Ｓ８、及び投影装置Ｓ９が取り付けられている。投影装置Ｓ９は、上部旋回体３の右前部にある工具箱の中等、他の位置に取り付けられていてもよい。工具箱内に設置された場合、投影装置Ｓ９は、工具箱のカバーに形成されたスリット等を通じて光を投影する。工具箱は施錠可能であるため、盗難防止の効果も有する。また、複数台の投影装置Ｓ９がショベルに取り付けられていてもよい。

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。本実施例では、機体傾斜センサＳ４は上部旋回体３の前後軸及び左右軸回りの傾斜角を検出する２軸加速度センサである。上部旋回体３の前後軸及び左右軸は、例えば、互いに直交してショベルの旋回軸上の一点であるショベル中心点を通る。

旋回角速度センサＳ５は、上部旋回体３の旋回角速度を検出する。旋回角速度センサＳ５は、例えばジャイロセンサである。旋回角速度センサＳ５は、レゾルバ、ロータリエンコーダ等であってもよい。

ステレオカメラＳ６は、ショベルの周辺の画像を取得するステレオ撮影可能な撮像装置である。本実施例では、ステレオカメラＳ６はキャビン１０の前側（進行方向側）の上部に取り付けられている。ステレオカメラＳ６は単眼カメラであってもよい。この場合、ステレオカメラＳ６は、撮像位置を僅かに異ならせて撮像した２つのカメラ画像をステレオペア画像とする。撮像位置の移動は、例えば、上部旋回体３の旋回によって実現され、且つ、ジャイロセンサ、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）等を用いて測定される。

通信装置Ｓ７は、ショベルと外部との間の通信を制御する装置である。通信装置Ｓ７は、例えば、ＧＮＳＳ等の測量システムとショベルとの間の無線通信を制御する。ショベルは、通信装置Ｓ７を用いることで無線通信を介して目標面に関する情報等を含む設計データを取得できる。但し、ショベルは、半導体メモリ等を用いて設計データを取得してもよい。

測位装置Ｓ８は、ショベルの位置及び向きを測定する装置である。本実施例では、測位装置Ｓ８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。

投影装置Ｓ９は、地面に光を投影する装置である。投影装置Ｓ９は、例えば、３Ｄプロジェクションマッピング用の液晶プロジェクタ、ＤＬＰ（登録商標）プロジェクタ等である。本実施例では、投影装置Ｓ９は、１０２４×７６８画素の解像度を有するＤＬＰ（登録商標）プロジェクタである。より高い解像度であってもよく、より低い解像度であってもよい。

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が設置されている。

コントローラ３０は、ショベルの駆動制御を行う制御装置として機能する。本実施例では、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ている。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制御装置である。本実施例では、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面とバケット６の先端（爪先）位置との鉛直距離を視覚的に且つ聴覚的に操作者に知らせる。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できる。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ている。そして、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。また、マシンガイダンス装置５０は、例えば、投影装置Ｓ９を制御し、現在の地面上の各点と目標面上の対応点との鉛直距離に対応する色の光でその地面上の各点を照射してもよい。また、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、或いは、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。本実施例では、入力装置Ｄ１は、表示装置Ｄ３の周囲に取り付けられてい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が用いられてもよい。

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音声情報を出力する。本実施例では、音声出力装置Ｄ２は、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である。音声出力装置Ｄ２は、ブザー等の警報器であってもよい。

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画像情報を出力する。本実施例では、表示装置Ｄ３は、マシンガイダンス装置５０に直接接続される液晶ディスプレイである。

記憶装置Ｄ４は、各種情報を記憶するための装置である。本実施例では、記憶装置Ｄ４は、半導体メモリ等の不揮発性記憶媒体である。記憶装置Ｄ４は、例えば、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。本実施例では、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ている。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例を示す図である。図２において、機械的動力伝達系は二重線、作動油ラインは太実線、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ている。

エンジン１１はショベルの動力源である。本実施例では、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。エンジンコントローラユニット（ＥＣＵ）Ｄ７は、エンジン１１における燃料噴射量、燃料噴射タイミング、ブースト圧等を制御する。

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が接続されている。メインポンプ１４には作動油ラインを介してコントロールバルブ１７が接続されている。

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、左側走行用油圧モータ、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、旋回用油圧モータ等の油圧アクチュエータは、作動油ラインを介してコントロールバルブ１７に接続されている。コントロールバルブ１７とブームシリンダ７、アームシリンダ８及びバケットシリンダ９のそれぞれとを接続する作動油ラインには、ブームシリンダ７に掛かる負荷を検出するブームシリンダ圧力センサ、アームシリンダ８に掛かる負荷を検出するアームシリンダ圧力センサ、及び、バケットシリンダ９に掛かる負荷を検出するバケットシリンダ圧力センサが配置されている。また、コントロールバルブ１７と旋回用油圧モータとを接続する作動油ラインには旋回圧力センサが配置されている。なお、旋回用油圧モータは旋回用電動発電機であってもよい。

パイロットポンプ１５にはパイロットライン及びゲートロック弁Ｄ６を介して操作装置２６が接続されている。操作装置２６はレバー及びペダルを含む。

ゲートロック弁Ｄ６は、パイロットポンプ１５と操作装置２６とを接続するパイロットラインの連通・遮断を切り換える。本実施例では、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パイロットラインの連通・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。ゲートロック弁Ｄ６は、連通指令に応じて開状態となり、パイロットラインを連通させる。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。ゲートロック弁Ｄ６は、遮断指令に応じて閉状態となり、パイロットラインを遮断する。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。

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。

また、図２はコントローラ３０と表示装置Ｄ３との接続関係を示す。本実施例では、表示装置Ｄ３はマシンガイダンス装置５０を介してコントローラ３０に接続される。なお、表示装置Ｄ３、マシンガイダンス装置５０、及びコントローラ３０は、ＣＡＮ等の通信ネットワークを介して接続されていてもよく、専用線を介して接続されていてもよい。

表示装置Ｄ３は画像を生成する変換処理部Ｄ３ａを含む。本実施例では、変換処理部Ｄ３ａは、ステレオカメラＳ６の出力に基づいて表示用のカメラ画像を生成する。そのため、表示装置Ｄ３は、マシンガイダンス装置５０を介し、マシンガイダンス装置５０に接続されたステレオカメラＳ６の出力を取得する。但し、ステレオカメラＳ６は、表示装置Ｄ３に接続されてもよく、コントローラ３０に接続されてもよい。

変換処理部Ｄ３ａは、コントローラ３０又はマシンガイダンス装置５０の出力に基づいて表示用の画像を生成する。本実施例では、変換処理部Ｄ３ａは、コントローラ３０又はマシンガイダンス装置５０が出力する各種情報を画像信号に変換する。コントローラ３０が出力する情報は、例えば、エンジン冷却水の温度を示すデータ、作動油の温度を示すデータ、燃料の残量を示すデータ等を含む。また、マシンガイダンス装置５０が出力する情報は、バケット６の爪先位置を示すデータ、作業対象の法面の向きを示すデータ、ショベルの向きを示すデータ、ショベルを法面に正対させるための操作方向を示すデータ等を含む。

変換処理部Ｄ３ａは、表示装置Ｄ３が有する機能としてではなく、コントローラ３０又はマシンガイダンス装置５０が有する機能として実現されてもよい。

表示装置Ｄ３は、蓄電池７０から電力の供給を受けて動作する。蓄電池７０はエンジン１１のオルタネータ１１ａ（発電機）で発電した電力で充電される。蓄電池７０の電力は、コントローラ３０及び表示装置Ｄ３ばかりでなく、ショベルの電装品７２等にも供給される。エンジン１１のスタータ１１ｂは、蓄電池７０からの電力で駆動され、エンジン１１を始動する。

エンジン１１は、エンジンコントローラユニットＤ７により制御される。エンジンコントローラユニットＤ７は、エンジン１１の状態を示す各種データをコントローラ３０に送信する。各種データは、例えば、水温センサ１１ｃで検出される冷却水温等である。コントローラ３０は一時記憶部（メモリ）３０ａにこのデータを蓄積しておき、必要なときに表示装置Ｄ３に送信できる。

また、各種データがコントローラ３０に供給され、一時記憶部３０ａに格納される。例えば、可変容量式油圧ポンプであるメインポンプ１４のレギュレータ１４ａは、斜板傾転角に関するデータをコントローラ３０に供給する。吐出圧力センサ１４ｂは、メインポンプ１４の吐出圧力に関するデータをコントローラ３０に供給する。油温センサ１４ｃは、メインポンプ１４が吸入する作動油が貯蔵されたタンクとメインポンプ１４との間の管路を流れる作動油の温度に関するデータをコントローラ３０に供給する。燃料タンク５５における燃料残量センサ５５ａは、燃料の残量状態に関するデータをコントローラ３０に供給する。圧力センサ２９は、操作装置２６が操作されたときにコントロールバルブ１７に送られるパイロット圧に関するデータをコントローラ３０に供給する。

本実施例では、図２に示すように、ショベルは、キャビン１０内にエンジン回転数調整ダイヤル７５を備える。エンジン回転数調整ダイヤル７５は、エンジン１１の回転数を調整するためのダイヤルであり、本実施例ではエンジン回転数を４段階で切り換えできるようにする。エンジン回転数調整ダイヤル７５は、エンジン回転数の設定状態を示すデータをコントローラ３０に送信する。

次に、図３を参照しながら、マシンガイダンス装置５０の各種機能要素について説明する。図３は、マシンガイダンス装置５０の構成例を示す機能ブロック図である。

本実施例では、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、圧力センサ２９からの検出信号等に基づいてマシンガイダンス装置５０によるガイダンスを行うか否かを制御する。

次に、マシンガイダンス装置５０について説明する。本実施例では、マシンガイダンス装置５０は、例えば、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、旋回角速度センサＳ５、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。そして、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バケット６の爪先位置を算出する。そして、マシンガイダンス装置５０は、バケット６の爪先位置と目標面との距離に応じた情報を視覚的に且つ聴覚的に出力してショベルの操作をガイドする。

マシンガイダンス装置５０は、様々な機能を担う機能部を含む。本実施例では、マシンガイダンス装置５０は、位置算出部５０１、比較部５０２、通知部５０３、ステレオペア画像取得部５０４、地形データ生成部５０５、座標変換部５０６、座標修正部５１０、地形データ表示部５０７、及び地形データ投影部５０８を含む。

位置算出部５０１は、エンドアタッチメントの作業部位の位置を算出する。例えば、ショベルの現在位置、ショベルの向き、及びアタッチメントの姿勢に基づいてバケット６の爪先位置を算出する。ショベルの位置及び向きは、測位装置Ｓ８の出力に基づいて算出される。アタッチメントの姿勢は、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の出力に基づいて算出される。

比較部５０２は、位置算出部５０１が算出したバケット６の爪先位置の高さと目標面の高さとの差を算出する。比較部５０２は、例えば、位置算出部５０１が算出したバケット６の爪先位置の平面座標（例えば、緯度及び経度）を利用し、予め入力された設計データから目標面の高さを導き出す。

通知部５０３は、比較部５０２による比較の結果に基づいて各種情報をショベルの操作者に通知する。例えば、音声出力装置Ｄ２及び表示装置Ｄ３の両方又は一方に通知指令を送信する。音声出力装置Ｄ２は、通知指令を受けると所定の音を発する。表示装置Ｄ３は、通知指令を受けると所定の画像を表示する。通知内容は、バケット６の爪先位置の高さと目標面の高さとの差に応じて多段階に設定されてもよい。

ステレオペア画像取得部５０４はステレオペア画像を取得する。ステレオペア画像は、三角測量の手法を用いてステレオカメラＳ６と測定対象となる点（以下、「測定点」とする。）との距離を導き出すために用いる１対のカメラ画像である。本実施例では、ステレオペア画像取得部５０４は、ステレオカメラＳ６が出力する１対のカメラ画像をステレオペア画像として取得する。また、ステレオカメラＳ６の取り付け位置、取り付け角度、焦点距離等のステレオカメラＳ６に関するパラメータは予め記憶装置Ｄ４等に記憶されている。ステレオペア画像取得部５０４は、それらパラメータを必要に応じて記憶装置Ｄ４等から読み出す。

ステレオペア画像取得部５０４は、ステレオカメラＳ６における１対の撮像部のそれぞれが同時に撮像した１対のカメラ画像をステレオペア画像として取得する。そして、取得した１対のカメラ画像のそれぞれにおける、各測定点に対応する画素の間のズレと、１対の撮像部間の距離とに基づいてステレオカメラＳ６と各測定点との距離を取得する。

また、ステレオペア画像取得部５０４は、所定の取得条件が満たされる度にステレオペア画像を取得する。所定の取得条件は、例えば、上部旋回体３の旋回角度、ショベルの移動距離等に基づいて設定される。本実施例では、ステレオペア画像取得部５０４は、上部旋回体３が所定の旋回角度αだけ旋回する毎にステレオペア画像を取得する。旋回角度は、例えば、旋回角速度センサＳ５の出力から導き出される。また、ステレオペア画像取得部５０４は、ショベルが所定の距離だけ移動（走行）する毎にステレオペア画像を取得してもよい。移動距離は、例えば、測位装置Ｓ８の出力から導き出される。或いは、ステレオペア画像取得部５０４は、所望の測定点の画像を含むステレオペア画像が効率的に取得できるように、取得条件となる旋回角度、移動距離等に関する閾値を動的に決定してもよい。また、ステレオペア画像取得部５０４は、所定の時間間隔毎にステレオペア画像を取得してもよく、ショベルの操作者による操作入力（例えばスイッチ操作）に応じて任意のタイミングでステレオペア画像を取得してもよい。マシンガイダンス装置５０は、このように取得したステレオペア画像から、施工の途中、或いは、施工後において、ショベル周辺の地形情報を計測する。

地形データ生成部５０５は、地形データを生成する。地形データは、例えば、ショベル周辺の地面上の各点を表す三次元座標の集合である。三次元座標は、例えば、カメラ座標系における座標である。カメラ座標系は、カメラを基準とする座標系であり、例えば、ステレオカメラＳ６の中心点を原点とし、ステレオカメラＳ６の２つの光軸の中間にＸ軸をとり、それら２つの光軸を含む平面に垂直にＺ軸をとる三次元直交ＸＹＺ座標系である。本実施例では、地形データ生成部５０５は、ステレオペア画像取得部５０４が導き出した各測定点までの距離に基づいてカメラ座標系における各測定点の三次元座標を導き出す。

地形データ生成部５０５は、所定時点における地面の既知の形状とその所定時点以降のエンドアタッチメントの移動軌跡とに基づいて地面の現在の形状を導き出すようにしてもよい。所定時点における地面の既知の形状は、例えば、掘削作業を開始する時点において、記憶装置Ｄ４等に記憶されているその時点における地形を表す地形データである。この場合、地形データは、トータルステーションを用いた測量等、任意の方法で測定され得る。エンドアタッチメントの移動軌跡は、例えば、バケット６の移動軌跡である。バケット６の軌跡は、所定周期で継続的に取得されるブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３、及び機体傾斜センサＳ４のそれぞれの出力から導き出される。地形データ生成部５０５は、掘削作業を開始する時点における地面の既知の形状と、その後のバケット６の軌跡とに基づき、バケット６によって掘削された或いは埋め戻された領域を導き出すことで地面の現在の形状を導き出すことができる。

座標変換部５０６は、カメラ座標系における座標を他の座標系における座標に変換する。例えば、座標変換部５０６は、カメラ座標系における座標をショベル座標系又は基準座標系における座標に変換する。ショベル座標系は、ショベルを基準とする座標系であり、例えば、上部旋回体３の旋回軸と下部走行体１の仮想接地面との交点を原点とし、下部走行体１の前後軸をＸ軸とし、下部走行体１の左右軸をＹ軸とし、旋回軸をＺ軸とする三次元直交ＸＹＺ座標系である。基準座標系は、例えば世界測地系を含む。世界測地系は、地球の重心に原点をおき、Ｘ軸をグリニッジ子午線と赤道との交点の方向に、Ｙ軸を東経９０度の方向に、そしてＺ軸を北極の方向にとる三次元直交ＸＹＺ座標系である。本実施例では、座標変換部５０６は、地形データ生成部５０５が導き出したカメラ座標系における各測定点の三次元座標を世界測地系における座標に変換する。

地形データ表示部５０７は、マシンガイダンス装置５０が生成した地形データを表示する。本実施例では、地形データ表示部５０７は、座標変換部５０６が導き出した変換後の座標の集合である地形データに基づいてショベル周辺の地形の３次元画像（例えばワイヤフレーム、ポリゴンメッシュ等）を生成して表示装置Ｄ３に表示する。また、地形データ表示部５０７は、設計データに基づいて目標面の３次元画像を生成し、ショベル周辺の地形の３次元画像と共にその目標面の３次元画像を表示装置Ｄ３に表示してもよい。更に、地形データ表示部５０７は、ショベル周辺の地形の３次元画像に、ステレオカメラＳ６が現に撮像した画像を合成して表示してもよい。

地形データ投影部５０８は、投影装置Ｓ９を用い、ショベル周辺の地面の現在の形状と目標面の形状との関係を可視化する。本実施例では、地形データ投影部５０８は、投影装置Ｓ９を制御してショベル周辺の地面に光を投影させる。そして、地面と目標面との距離に応じて投影装置Ｓ９が投影する光の色、照度等を変える。

ここで、図４及び図５を参照し、地形データ投影部５０８が投影装置Ｓ９を用いてショベル周辺の地面の現在の形状と目標面の形状との関係を可視化する処理（以下、「可視化処理」とする。）について説明する。図４は、ショベルが位置する地面の側断面図である。図５は、キャビン１０内から見たショベルの前方の地面を示す。

投影装置Ｓ９は、ショベルの前方の地面に光を投影するように構成されている。具体的には、投影装置Ｓ９は、投影画素数に相当する本数の光線をショベルの前方に投影する。図４は、掘削作業が行われる際の可視化処理に関する。掘削作業では、目標面は、現在の地面よりも下方に設定されている。図４のドットハッチング領域ＰＲは投影装置Ｓ９の投影範囲を示す。太実線は現在の地面ＣＰの形状を示し、一点鎖線は目標面ＴＰを示す。光線Ｌ１〜Ｌ３は、投影画素数に相当する本数の光線の一部である。地点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３はそれぞれ、光線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が投影される地面ＣＰ上の点である。地点Ｐ１は目標面ＴＰよりも高い（浅い）位置にあり、目標面ＴＰまでの鉛直距離は距離Ｃ１である。地点Ｐ２は目標面ＴＰ上にある。地点Ｐ３は目標面ＴＰよりも低い（深い）位置にあり、目標面ＴＰまでの鉛直距離は距離Ｃ３である。

地形データ投影部５０８は、投影装置Ｓ９の現在位置及び向き、並びに、投影装置Ｓ９のパラメータ（解像度、投影角等）に基づき、投影装置Ｓ９が投影する光線のそれぞれが当たる地点の３次元座標を導き出す。投影装置Ｓ９の現在位置及び向きは、ショベルの現在位置及び向きから導き出される。投影装置Ｓ９の現在位置及び向きの相対的な変化は、機体傾斜センサＳ４及び旋回角速度センサＳ５の出力に基づいて決定されてもよい。図４の例では、地形データ投影部５０８は、地点Ｐ１〜Ｐ３を含む１０２４×７６８画素のそれぞれに相当する地点の３次元座標を導き出す。

その後、地形データ投影部５０８は、上述のように導き出した各地点の３次元座標と、設計データに含まれる目標面に関する情報とに基づいて各地点と目標面との鉛直距離を導き出す。図４の例では、地形データ投影部５０８は、地点Ｐ１と目標面ＴＰとの鉛直距離Ｃ１、地点Ｐ２と目標面ＴＰとの鉛直距離Ｃ２（＝０）、地点Ｐ３と目標面ＴＰとの鉛直距離Ｃ３等を導き出す。図４で示した目標面ＴＰは、最終的な施工目標面として設定されているが、施工途中の目安線として設定されてもよい。この場合、目標面ＴＰは、現在の地面と最終的な施工目標面との間における所定の深さの面であってもよい。また、現在の地面と最終的な施工目標面との間における所定の深さの面は複数の面であってもよい。例えば、現在の地面から最終的な施工目標面までの深さが５ｍの場合、目標面ＴＰは、１ｍ毎に設定されてもよい。これにより、地面が段階的に掘削されるため、埋設物等が存在する場合であっても埋設物等の損傷を防止できる。

その後、地形データ投影部５０８は、各地点と目標面との鉛直距離の大きさに応じて各地点を照射する光線の色、照度等を変える。図４の例では、地形データ投影部５０８は、鉛直距離がゼロのときに緑色とする。そして、鉛直距離がプラス側に大きいほど（目標面ＴＰより浅いほど）青色に近づけ、鉛直距離がマイナス側に大きいほど（目標面ＴＰより深いほど）赤色に近づけるようにする。他の色が用いられてもよい。また、地形データ投影部５０８は、鉛直距離の大きさに応じて光線の色を段階的に変化させてもよく、無段階に変化させてもよい。また、地形データ投影部５０８は、鉛直距離の大きさに応じ、地面ＣＰに投影された色の濃淡を変化させてもよい。色の濃淡を網点で表現する場合にはその密度を変化させてもよい。この場合、地面ＣＰに投影される色は単一色であってもよい。

図５のドットハッチング領域ＰＲは投影装置Ｓ９の投影範囲を示す。ドットハッチング領域ＰＲは、鉛直距離の大きさに応じて光線の色を３段階に変化させた状態を示している。具体的には、領域ＰＲ１は、現在の地面ＣＰの高さが目標面ＴＰの高さよりも高い（浅い）状態を示す。地点Ｐ１はこの領域ＰＲ１に含まれている。領域ＰＲ２は、現在の地面ＣＰの高さが目標面ＴＰの高さと等しい状態を示す。地点Ｐ２はこの領域ＰＲ２に含まれている。領域ＰＲ３は、現在の地面ＣＰの高さが目標面ＴＰの高さよりも低い（深い）状態を示す。地点Ｐ３はこの領域ＰＲ３に含まれている。この場合、投影装置Ｓ９は、領域ＰＲ１を青色の光線で照射している。また、投影装置Ｓ９は、領域ＰＲ２を緑色の光線で照射し、領域ＰＲ３を赤色の光線で照射している。投影装置Ｓ９は、領域ＰＲ２の全体を満遍なく照射してもよく、領域ＰＲ２の輪郭が際立つように領域ＰＲ２の内部ばかりでなくその輪郭を照射してもよい。例えば別の色の光線を輪郭部分に照射してもよい。更に、領域ＰＲ２の内部において所定の高さ（深さ）毎に等高線（等深線）が表示されるようにしてもよい。領域ＰＲ３についても同様である。

地形データ投影部５０８は、文字情報を投影させてもよい。図５は、領域ＰＲ１に文字情報「残○○ｍ^３」が投影されている状態を示す。「残○○ｍ^３」は、掘削すべき土量を表す。地形データ投影部５０８は、所定位置に文字情報を投影させてもよく、領域ＰＲ１の比較的平坦な部分を選択して文字情報を投影させてもよい。領域ＰＲ２又は領域ＰＲ３に文字情報を投影させてもよい。また、地形データ投影部５０８は、目標接地位置ＴＣを投影させてもよい。目標接地位置ＴＣは、例えば、バケット６の爪先を接触させるべき地面上の位置を示す。図５は、領域ＰＲ１に目標接地位置ＴＣが投影されている状態を示す。また、地形データ投影部５０８が投影する情報と同じ情報が、キャビン１０内の表示装置Ｄ３に表示されてもよい。

次に、図６を参照し、可視化処理の流れについて説明する。図６は、可視化処理の一例のフローチャートであり、地形データ投影部５０８は、所定の制御周期で繰り返しこの可視化処理を実行する。

最初に、地形データ投影部５０８は、各光線に対応する各地点Ｐの３次元座標を算出する（ステップＳＴ１）。例えば、図４に示すように、地形データ投影部５０８は、光線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に対応する地点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の３次元座標を算出する。

その後、地形データ投影部５０８は、各地点Ｐと目標面との鉛直距離を算出する（ステップＳＴ２）。例えば、図４に示すように、地形データ投影部５０８は、地点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３のそれぞれと目標面ＴＰとの鉛直距離Ｃ１、Ｃ２（＝０）、Ｃ３を算出する。

その後、地形データ投影部５０８は、鉛直距離の大きさに応じて光線の色を決定する（ステップＳＴ３）。例えば、図４に示すように、地形データ投影部５０８は、目標面ＴＰから鉛直距離Ｃ１のところにある地点Ｐ１に当たる光線Ｌ１の色を青色にする。また、目標面ＴＰから鉛直距離Ｃ２のところにある、すなわち、目標面ＴＰと同じ高さにある地点Ｐ２に当たる光線Ｌ２の色を緑色にする。また、目標面ＴＰから鉛直距離Ｃ３のところにある地点Ｐ３に当たる光線Ｌ３の色を赤色にする。

その後、地形データ投影部５０８は、全ての地点Ｐについて光線の色を決定したか否かを判定する（ステップＳＴ４）。

全ての地点Ｐについて光線の色を未だ決定していないと判定した場合（ステップＳＴ４のＮＯ）、地形データ投影部５０８は、処理をステップＳＴ１に戻し、ステップＳＴ１以降の処理を再開させる。

全ての地点Ｐについて光線の色を決定したと判定した場合（ステップＳＴ４のＹＥＳ）、地形データ投影部５０８は、今回の可視化処理を終了させる。

このように、地形データ投影部５０８は、投影装置Ｓ９によるプロジェクションマッピングによって現在の地面ＣＰの形状と目標面ＴＰの形状との関係を可視化する。具体的には、現在の地面ＣＰと目標面ＴＰとの鉛直距離を色分けして可視化する。ショベルの操作者は、バケット６の爪先を視認しながら同時に目標面ＴＰの深さを確認できる。すなわち、目標面ＴＰに対する現在の地面ＣＰの凹凸を確認でき、どの部分をどの程度掘ればよいか或いはどの程度埋め戻せばよいかを判断できる。また、ショベルの操作者は、目標面の深さを確認するためにバケット６の爪先から視線を外す必要がない。表示装置Ｄ３を見ることなく、地面に投影された光（画像）を見ることで目標面ＴＰの深さを確認できるためである。そのため、ショベルは、作業効率の向上及び作業時間の短縮を実現できる。

また、上述の構成は、ショベルの操作者の眼精疲労を軽減する効果を有する。操作者は、バケット６の爪先と表示装置Ｄ３との間で視線を行き来させる必要がないためである。すなわち、比較的遠くにあるバケット６の爪先と比較的近くにある表示装置Ｄ３との間で視線を行き来させる必要がなく、目の焦点距離を頻繁に調節する必要もないためである。但し、キャビン１０内に配置されている表示装置Ｄ３は、投影装置Ｓ９がショベルの前方の地面に投影する画像と同じ画像を表示してもよい。この場合、領域ＰＲ２、領域ＰＲ３を表す画像は、ショベルの前方を撮像する撮像装置が出力するカメラ画像に重畳表示されてもよい。

投影装置Ｓ９は、上述のようにショベルの外にある地面に施工情報を投影する。そのため、ショベルの操作者ばかりでなく、ショベルの周囲にいる作業者も施工情報を把握することができる。

次に、図７及び図８を参照し、可視化処理の別の例について説明する。図７は、キャビン１０内から見たショベルの前方の地面を示し、図５に対応する。図８は、可視化処理の別の例のフローチャートであり、図６に対応する。

図７に示された状態は、主に、ドットハッチング領域ＰＲに埋設物領域ＢＰが含まれる点で、図５に示された状態と異なるがその他の点で共通する。また、図８のフローチャートは、ステップＳＴ１Ａ及びステップＳＴ３Ａを含む点で、図６のフローチャートと異なるがその他の点で共通する。そのため、共通部分の説明を省略し、相違部分を詳説する。

地形データ投影部５０８は、特定の１つの光線に対応する地点の３次元座標を算出した後、その地点の真下に埋設物が存在するか否かを判定する（ステップＳＴ１Ａ）。例えば、地形データ投影部５０８は、設計データに基づいてその地点の真下に埋設物が存在するか否かを判定する。

埋設物が存在しないと判定した場合（ステップＳＴ１ＡのＮＯ）、地形データ投影部５０８は、ステップＳＴ２以降の処理を実行する。

埋設物が存在すると判定した場合（ステップＳＴ１ＡのＹＥＳ）、地形データ投影部５０８は、その地点を照射する光線の色を所定の色に設定する（ステップＳＴ３Ａ）。例えば、地形データ投影部５０８は、その地点と目標面ＴＰとの鉛直距離にかかわらず、その地点を照射する光線の色として地中埋設物を表す色（例えば灰色）を選択する。図７の埋設物領域ＢＰは、地中埋設物を表す色が地面に投影された状態を示す。

地形データ投影部５０８は、地中埋設物を表す色（画像）と共に、文字情報を投影させてもよい。図７は、ドットハッチング領域ＰＲに文字情報「地中○○ｍ」及び「残り○○ｍ」が投影されている状態を示す。「地中○○ｍ」は地中埋設物の埋設深さを表す。「残り○○ｍ」は、埋設深さまでの距離、すなわち、現在の地面と埋設深さとの距離を表す。地形データ投影部５０８は、所定位置に文字情報を投影させてもよく、ドットハッチング領域ＰＲの比較的平坦な部分を選択して文字情報を投影させてもよい。地中埋設物を表す画像のできるだけ近い位置に文字情報を投影させるようにしてもよい。

このように、地形データ投影部５０８は、地中埋設物を可視化することで、ショベルの操作者にその存在を気付かせることができる。ショベルの操作者は、バケット６の爪先から視線を外すことなく、地中埋設物の位置を認識できる。そのため、ショベルの操作者は、地中埋設物の損傷を回避しながら掘削作業を継続できる。

次に、図９を参照し、可視化処理の更に別の例について説明する。図９は、ショベルＰＳと投影装置Ｓ９の関係を示す図である。図９のショベルＰＳは、投影装置Ｓ９がショベルＰＳの外部に設置されている点で図１のショベルと異なるがその他の点で共通する。そのため、共通部分の説明を省略し、相違部分を詳説する。

図９の例では、投影装置Ｓ９は、工事現場に設置された鉄塔に取り付けられている。ショベルＰＳは、通信装置Ｓ７を用い、通信ネットワークＣＮを通じて投影装置Ｓ９との間で情報を無線で送受信する。通信ネットワークＣＮを介さずに投影装置Ｓ９との間で直接的に情報を送受信してもよい。

ショベルＰＳは、工事現場の鉄塔等に取り付けられている複数台の投影装置Ｓ９を同時に制御してもよい。反対に、投影装置Ｓ９は、複数台のショベルＰＳによって制御されてもよい。

この構成により、ショベルＰＳは、図１〜図８を参照して説明したショベルと同様の効果を実現できる。また、ショベルＰＳは、ショベルＰＳの外部に設置された１又は複数台の投影装置Ｓ９を制御して地面の現在の形状と目標面の形状との関係を可視化できる。そのため、より広範囲の地面の現在の形状と目標面の形状との関係を可視化できる。

次に、図１０及び図１１を参照し、本発明の実施例に係るショベル（掘削機）について更に説明する。図１０はショベルＰＳの側面図である。図１１はショベルＰＳの正面図である。ショベルＰＳは図１０と図１１で姿勢が異なる。

ショベルＰＳは、クローラ式の下部走行体１を備えている。

従来、クローラのフレームにステップが取り付けられているショベルが知られている（実用新案登録第２５８３６６６号公報参照。）。

ステップは、一般的に、フレームと同じ塗料で塗装されている。そのため、フレームとの見分けがつきにくい。

そのため、クローラ式の下部走行体のフレームとの見分けがつきやすいステップを備えたショベルを提供することが望まれる。

ショベルＰＳの下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載されている。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはバケット６が取り付けられている。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である掘削アタッチメントを構成している。ブーム４、アーム５、バケット６は、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によりそれぞれ油圧駆動される。上部旋回体３にはエンジン１１等の動力源が搭載されている。図１１では、明瞭化のため、アーム５、バケット６、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等の図示が省略されている。

上部旋回体３の左側（−Ｙ側）の前端（＋Ｘ側端）にはキャビン１０が設置されている。キャビン１０の前面（＋Ｘ側面）は下部フロントウィンドウ１０ａ及び上部フロントウィンドウ１０ｂで覆われている。上部フロントウィンドウ１０ｂは開閉可能に構成されていてもよい。キャビン１０の頂面（＋Ｚ側面）は頂部ウィンドウ１０ｃで覆われている。キャビン１０の左前側のピラーの外側には手摺り１０ｄが取り付けられている。

上部旋回体３の右側（＋Ｙ側）の前端（＋Ｘ側端）には工具箱３ａが設置されている。工具箱３ａの後側（−Ｘ側）には尿素水タンク３ｂが設置され、尿素水タンク３ｂの後側には燃料タンク３ｃが設置されている。図１１では、尿素水タンク３ｂは隠れ線で示されている。上部旋回体３のハウスカバー内に収納されているためである。工具箱３ａと、尿素水タンク３ｂを覆うハウスカバーと、燃料タンク３ｃとは階段を形成し、作業者が昇降できるように構成されている。そのため、階段の外側（＋Ｙ側）にはハンドレール３ｄが取り付けられている。また、燃料タンク３ｃの上面にはガードレール３ｅが取り付けられている。ガードレールは、キャビン１０の後側に設置されているハウスカバーの上面に取り付けられていてもよい。

下部走行体１は、主に、フレーム１ａ、クローラベルト１ｂ、キャリアローラ１ｃ、トラックローラ１ｄ、ステップ１ｅ、走行用油圧モータ１Ｍ等で構成されている。図１１は、下部走行体１に関しては、図１０の一点鎖線Ｌ４を含む平面を＋Ｘ側から見たときの主要構成要素の状態を示している。

フレーム１ａは、下部走行体１の骨格を形成する部材である。フレーム１ａは、左フレーム部１ａ−Ｌ、右フレーム部１ａ−Ｒ、及び、左フレーム部１ａ−Ｌと右フレーム部１ａ−Ｒを連結する中央フレーム部１ａ−Ｃを有する。

クローラベルト１ｂは、走行用油圧モータ１Ｍによって回転駆動される無限軌道（履帯）である。クローラベルト１ｂは、左クローラベルト１ｂ−Ｌ及び右クローラベルト１ｂ−Ｒを含む。

キャリアローラ１ｃは、フレーム１ａの上側でフレーム１ａとクローラベルト１ｂとの間に配置される従動ローラである。トラックローラ１ｄは、フレーム１ａの下側でフレーム１ａとクローラベルト１ｂとの間に配置される従動ローラである。

ステップ１ｅは、作業者が下部走行体１を登り降りする際に利用する部材である。本実施例では、ステップ１ｅは、左前ステップ１ｅ−ＦＬ、左後ステップ１ｅ−ＢＬ、右前ステップ１ｅ−ＦＲ、及び、右後ステップ１ｅ−ＢＲ（図示せず。）を含む。

左前ステップ１ｅ−ＦＬ及び左後ステップ１ｅ−ＢＬは、左フレーム部１ａ−Ｌの左側の側面に溶接されている。左前ステップ１ｅ−ＦＬは、図１１に示すように、左クローラベルト１ｂ−Ｌの幅Ｗｃからはみ出ないように、すなわち、左クローラベルト１ｂ−Ｌの左端から突出しないように構成されている。左前ステップ１ｅ−ＦＬの高さＨｓは、例えば、左クローラベルト１ｂ−Ｌの高さＨｃのほぼ半分である。左後ステップ１ｅ−ＢＬ、右前ステップ１ｅ−ＦＲ及び右後ステップ１ｅ−ＢＲについても同様である。

作業者は、例えば、右前ステップ１ｅ−ＦＲ、右クローラベルト１ｂ−Ｒの上面、ステップ３ｆ、工具箱３ａの上面、尿素水タンク３ｂを覆うハウスカバーの上面、及び、燃料タンク３ｃの上面を順番に利用して上部旋回体３の頂部に至ることができる。ステップ３ｆは、工具箱３ａの前方で旋回フレームのところに取り付けられた踏み台である。順番が逆であることを除き、上部旋回体３の頂部から地面に降りるときも同様である。また、作業者は、例えば、左前ステップ１ｅ−ＦＬ、及び、左クローラベルト１ｂ−Ｌの上面を順番に利用してキャビン１０内に至ることができる。順番が逆であることを除き、キャビン１０内から地面に降りるときも同様である。

走行用油圧モータ１Ｍは、フレーム１ａの後端（−Ｘ側端）に取り付けられている。走行用油圧モータ１Ｍは、左走行用油圧モータ１Ｍ−Ｌ及び右走行用油圧モータ１Ｍ−Ｒ（図示せず。）を含む。左走行用油圧モータ１Ｍ−Ｌは、左フレーム部１ａ−Ｌの後端に取り付けられている。左クローラベルト１ｂ−Ｌは、左走行用油圧モータ１Ｍ−Ｌの回転軸に結合された駆動スプロケット、及び、左フレーム部１ａ−Ｌの前端に回転可能に取り付けられた左従動スプロケット１Ｓ−Ｌのそれぞれと噛み合っている。この構成により、図１０において走行用油圧モータ１Ｍが反時計回りに回転するとクローラベルト１ｂも反時計回りに回転してショベルＰＳが前進する。反対に、走行用油圧モータ１Ｍが時計回りに回転するとクローラベルト１ｂも時計回りに回転してショベルＰＳが後退する。

次に、図１２を参照し、ステップ１ｅの詳細について説明する。図１２は、下部走行体１を左斜め上前方から見たときの下部走行体１の斜視図である。

図１２の例では、ステップ１ｅは、１枚の金属板をＵ字状に折り曲げて形成されている。そして、その両端がフレーム１ａに溶接されている。ステップ１ｅは、複数の金属板を組み合わせて形成されていてもよい。ステップ１ｅは、ボルトでフレーム１ａに締結されていてもよい。

ステップ１ｅは、作業者（特に下部走行体１の上からステップ１ｅを用いて地面に降りようとする作業者）がフレーム１ａとステップ１ｅとを見分けられるよう、フレーム１ａとは色の性質が異なるように塗装されている。色の性質は、例えば、色相、明度及び彩度の三属性で表される。「色の性質が異なる」とは、例えば、色を定量的に表す表色系において各属性の段階が異なることを意味する。例えば、マンセル表色系では、色相が１００段階で表され、明度が１１段階で表され、彩度が１４段階で表される。

ステップ１ｅは、例えば、その色が色相、明度及び彩度の少なくとも１つにおいてフレーム１ａの色と異なるように塗装されている。ステップ１ｅは、無彩色塗料で塗装されていてもよく、有彩色塗料で塗装されていてもよい。ステップ１ｅは、蛍光塗料、反射塗料、反射防止塗料、蓄光塗料等で塗装されていてもよい。フレーム１ａについても同様である。

ステップ１ｅの色の明度は、望ましくは、フレーム１ａの色の明度より高い。フレーム１ａの色の明度とステップ１ｅの色の明度は、望ましくは２段階以上異なり、更に望ましくは４段階以上異なる。

フレーム１ａの色が所定の明度（例えば明度「５」）以下の場合、ステップ１ｅはその色が所定の明度（例えば明度「６」）以上となるように塗装されてもよい。或いは、フレーム１ａの色が所定の明度（例えば明度「６」）以上の場合、ステップ１ｅはその色が所定の明度（例えば明度「５」）以下となるように塗装されてもよい。このように、明度に差をつけることでフレーム１ａからステップ１ｅを見分けやすくすることができる。

ステップ１ｅの色の色相は、上部旋回体３の色の色相と同じであってもよく、上部旋回体３の色の色相と異なっていてもよい。ステップ１ｅの色の色相が上部旋回体３の色の色相と同じである場合、上部旋回体３及びステップ１ｅの塗装には同じ塗料が使用され得る。すなわち、ステップ１ｅの色は、色相、明度及び彩度の全てにおいて、上部旋回体３の色と同じであってもよい。

ステップ１ｅの色の色相は、望ましくは識別性の高い色であり、例えば、黄色又は黄緑色である。ステップ１ｅの色は、フレーム１ａの色の補色であってもよく、上部旋回体３の色の補色であってもよい。ステップ１ｅの色は、ショベルの使用環境に応じて決められてもよい。ショベルの使用環境は、例えば、スクラップヤード、道路、森林地帯、山岳地帯等を含む。

ステップ１ｅの色は、ステップ１ｅの側面及び上面の塗装色の少なくとも一方を含む。すなわち、ステップ１ｅは、その側面及び上面の少なくとも一方において、フレーム１ａとは色の性質が異なるように塗装されている。下部走行体１を登り降りする作業者がステップ１ｅを容易に見つけられるようにするためである。ステップ１ｅの側面の色は、色相、明度及び彩度の少なくとも１つにおいてステップ１ｅの上面の色と異なっていてもよい。図１２は、左前ステップ１ｅ−ＦＬの上面ＵＰ及び側面ＳＰのそれぞれが異なる色で塗装されている状態を示している。

ステップ１ｅの側面は、基本的に１色で塗られるが、色相、明度及び彩度の少なくとも１つが異なる複数の色で塗られていてもよい。例えば、夜間に目立つ色と昼間に目立つ色の２色で塗り分けられていてもよい。ステップ１ｅの上面についても同様である。

左前ステップ１ｅ−ＦＬの色は、基本的に左後ステップ１ｅ−ＢＬの色と同じであるが、色相、明度及び彩度の少なくとも１つにおいて左後ステップ１ｅ−ＢＬの色と異なるように塗装されていてもよい。また、左前ステップ１ｅ−ＦＬ及び左後ステップ１ｅ−ＢＬの色は、基本的に右前ステップ１ｅ−ＦＲ及び右後ステップ１ｅ−ＢＲの色と同じであるが、色相、明度及び彩度の少なくとも１つにおいて右前ステップ１ｅ−ＦＲ及び右後ステップ１ｅ−ＢＲの色と異なるように塗装されていてもよい。この配色により、作業者は下部走行体１の向きをより容易に判別できる。

ステップ１ｅの色は、基本的に、ステップ１ｅ自体の色を意味するが、ステップ１ｅに貼付されるシールの色、ステップ１ｅに固定される別部材の色等を意味する場合もある。フレーム１ａについても同様である。

次に、図１３Ａ及び図１３Ｂを参照し、ステップ１ｅの別の構成例について説明する。図１３Ａ及び図１３Ｂはステップ１ｅの別の構成例の斜視図である。具体的には、左前ステップ１ｅ−ＦＬの斜視図である。

図１３Ａの左前ステップ１ｅ−ＦＬは、その上面ＵＰａに滑り止め加工が施されている点で図１２の左前ステップ１ｅ−ＦＬと異なる。具体的には、表面が波状面となるように構成されている。

図１３Ｂの左前ステップ１ｅ−ＦＬは、フレーム１ａと左前ステップ１ｅ−ＦＬとの間に形成されている穴が金属板ＵＰｂで塞がれている点で図１２の左前ステップ１ｅ−ＦＬと異なる。金属板ＵＰｂは、図１３Ａの場合と同様に、滑り止め加工が施されていてもよい。

以上のように、ショベルＰＳは、フレーム１ａとは異なる色のステップ１ｅを備えている。そのため、フレーム１ａとの見分けがつきやすいステップ１ｅを提供できている。作業者は、例えばキャビン１０から出て降車する際にステップ１ｅを容易に見分けることができ、ステップ１ｅを踏み外すこともない。

以上、本発明の好ましい実施例が説明された。しかしながら、本発明は、上述した実施例に限定されることはない。上述した実施例は、本発明の範囲を逸脱することなしに、種々の変形、置換等が適用され得る。また、上述の実施例を参照して説明された特徴のそれぞれは、技術的に矛盾しない限り、適宜に組み合わされてもよい。

例えば、上述の実施例では、地形データ投影部５０８は、地中埋設物を灰色一色で可視化しているが、地中埋設物までの鉛直距離の大きさに応じて色、照度等を変えてもよい。

また、上述の実施例では、投影装置Ｓ９は、ショベルＰＳに取り付けられている。しかしながら、投影装置Ｓ９は、図１４に示すように、ショベルＰＳの上空を飛行する飛行体ＤＲに取り付けられている投影装置Ｓ９Ｄであってもよい。飛行体ＤＲは、例えば、遠隔操作又は自動操縦により飛行させることができる自律式飛行体であり、例えば、マルチコプタ（ドローン）、飛行船等を含む。図１４の例では、飛行体ＤＲは、通信装置Ｓ７Ｄ、測位装置Ｓ８Ｄ及び投影装置Ｓ９Ｄを搭載したクワッドコプタである。図１４のドットハッチング領域ＰＲは投影装置Ｓ９Ｄの投影範囲を示す。

投影装置Ｓ９は、図１５に示すように、ショベルＰＳの外部に設置された支持台ＴＲに取り付けられている投影装置Ｓ９Ｔであってもよい。支持台ＴＲは、例えば、地面に固定された支柱、又は、持ち運び可能な三脚等である。図１５の例では、支持台ＴＲは、通信装置Ｓ７Ｔ、測位装置Ｓ８Ｔ及び投影装置Ｓ９Ｔが取り付けられた三脚である。図１５のドットハッチング領域ＰＲは投影装置Ｓ９Ｔの投影範囲を示す。

図１４及び図１５は、投影装置Ｓ９がショベルＰＳから離れた位置に設置される事例を示している。この場合、投影装置Ｓ９を制御して地面で可視化する情報を変化させる制御装置は、投影装置Ｓ９内に配置されていてもよい。また、投影装置Ｓ９内に通信手段が配置されていてもよい。この場合、投影装置Ｓ９の制御装置は、通信手段を介して、ショベルＰＳ等の建設機械内に配置されたコントローラ３０（制御装置）から、施工に関する情報、及び、操作状態に関する情報等を受信してもよい。なお、本発明を用いることができる建設機械には、ショベル（油圧ショベル）、ブルドーザ、ホイールローダ等が含まれる。

投影装置Ｓ９は、アタッチメントに光を投影できるように構成されていてもよい。投影装置Ｓ９は、例えば図１６に示すように、掘削アタッチメントの腹側にある投影面に光を投影できるように構成されていてもよい。投影面は、例えば、バケット６の背面、バケット６に取り込まれた土砂等の被掘削物ＥＸの表面、及び、アーム５の腹面等の少なくとも１つを含む。ショベルＰＳの操作者は、例えば、掘削アタッチメントを動かして被掘削物ＥＸをダンプトラックの荷台に積み込む際に、運転席から掘削アタッチメントの腹側を見ることで、投影面に投影された情報を視認できる。この場合、マシンガイダンス装置５０は、掘削アタッチメントの姿勢の変化に応じて投影面の配置を変更してもよい。投影面に投影される情報は、例えば図１７に示すように、バケット取り込み重量、又は、積み込み残量等の少なくとも１つを含む。バケット取り込み重量は、バケット６に取り込まれた被掘削物ＥＸの重量である。バケット取り込み重量は、例えば、ブームシリンダ圧力センサ、アームシリンダ圧力センサ及びバケットシリンダ圧力センサのそれぞれが検出する負荷に基づいて算出されてもよい。積み込み残量は、ダンプトラックの最大積載量からダンプトラックの荷台に既に積み込まれている被掘削物ＥＸの重量を差し引いた値である。図１７は、バケット６内に取り込まれた被掘削物ＥＸの表面とアーム５の腹面のそれぞれに、バケット取り込み重量及び積み込み残量が投影された状態を示している。また、図１７は、バケット取り込み重量が１５０ｋｇであり、積み込み残量が±０ｋｇであることを示している。バケット取り込み重量は、例えば、掘削終了後にブーム上げ旋回操作が行われている際に算出され、その後、投影されてもよい。また、積み込み残量は、例えば、ダンプトラック毎に計算される、積み込み開始からのバケット取り込み重量の累計とダンプトラックの最大積載重量との差に基づいて算出されてもよい。

また、投影装置Ｓ９は、掘削作業以外の作業を支援するために利用されてもよい。例えば、投影装置Ｓ９は、図１８に示すように、道路敷設作業を支援するために利用されてもよい。図１８は、道路敷設作業が行われる際の可視化処理に関する。道路敷設作業では、目標面ＴＰは、現在の地面ＣＰよりも上方に設定されている。図１８の例では、道路は、上層路盤、下層路盤、路床及び路体の４層を含むように構成されている。そのため、目標面ＴＰは、上層路盤の目標面ＴＰ１、下層路盤の目標面ＴＰ２、路床の目標面ＴＰ３、及び、路体の目標面ＴＰ４を含む。図１８の例では、ショベルＰＳは、上層路盤の目標面ＴＰ１を形成するための盛土作業と、下層路盤の目標面ＴＰ２を仕上げるための転圧作業とを行っている。すなわち、路床及び路体のそれぞれのための盛土作業と転圧作業は既に完了している。図１８における地点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、図４の場合と同様に、光線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が投影される地面ＣＰ上の点であり、何れも目標面ＴＰ２上にある。また、ドットハッチング領域ＰＲは投影装置Ｓ９の投影範囲を示す。

この場合、投影装置Ｓ９が投影する情報は、例えば図１９に示すように、転圧力、層の目標厚さ、層を形成するために必要な土量を含む。図１９は、上層路盤の目標厚さが３０ｃｍであること、上層路盤を完成させるために必要な土量が「△△ｍ^３」であること、及び、下層路盤の形成に必要な転圧力が「○トン」であることを示している。領域ＰＲ１は、現在の地面ＣＰの高さが下層路盤の目標面ＴＰ２の高さよりも高い（浅い）状態を示している。領域ＰＲ２は、現在の地面ＣＰの高さが下層路盤の目標面ＴＰ２の高さと等しい状態を示している。また、領域ＰＲ４は、下層路盤のうちの転圧が不足している範囲を示している。このようにして、マシンガイダンス装置５０は、下層路盤の形成に必要な転圧力の値ばかりでなく、転圧が不十分な範囲をも操作者に知らせることができる。また、マシンガイダンス装置５０は、下層路盤に関する転圧作業が完了したとき（例えば転圧が不十分な範囲が消失したとき）に、上層路盤に関する盛土作業を開始すべき旨を操作者に知らせるようにしてもよい。或いは、マシンガイダンス装置５０は、道路の補強のために丸太等の補強材が埋設される場合には、投影装置Ｓ９を用いて埋設位置を地面に投影するように構成されていてもよい。このように、マシンガイダンス装置５０は、作業毎に異なる有用な情報を地面に投影させることができる。作業毎に異なる有用な情報は、例えば、作業の進捗に応じて変化する指示情報又は数値情報等の少なくとも１つを含んでいてもよい。

投影装置Ｓ９は、ショベルＰＳの機体の前方ばかりでなく、機体の側方及び後方等の少なくとも１つを含む複数の方向に向けても光を投影できるように構成されていてもよい。投影装置Ｓ９は、例えば図２０及び図２１に示すように、前方投影装置Ｓ９Ｆ、左方投影装置Ｓ９Ｌ、右方投影装置Ｓ９Ｒ及び後方投影装置Ｓ９Ｂを含んでいてもよい。そして、投影装置Ｓ９は、ショベルＰＳの周囲で作業している作業者等が、機体から第１距離の範囲内にある進入禁止領域と、機体から第１距離より大きい第２距離の範囲内にある注意領域と、注意領域の外側にある作業領域とを区別できるように地面に光を照射してもよい。

図２０及び図２１のそれぞれにおける濃い梨地模様は進入禁止領域ＰＲａを表し、薄い梨地模様は注意領域ＰＲｂを表す。作業領域は、注意領域ＰＲｂの外側の範囲に相当する。図２０及び図２１の例では、第１距離及び第２距離は何れも旋回軸からの距離である。但し、第１距離及び第２距離は何れも上部旋回体３の側端面からの距離等であってもよい。また、図２０及び図２１の例では、進入禁止領域ＰＲａは赤色の光線で照射され、注意領域ＰＲｂは緑色の光線で照射され、作業領域は照射されない。但し、注意領域ＰＲｂは、黄色の光線で照射されてもよい。投影装置Ｓ９は、例えば、エンジン１１がＯＮのときに、進入禁止領域ＰＲａ及び注意領域ＰＲｂを照射するように構成されている。そのため、作業者等は、周囲の騒音のためにエンジン音が聞こえないような作業現場であっても、ショベルＰＳの接近度合いを容易に把握できる。但し、投影装置Ｓ９は、ゲートロック弁Ｄ６が開状態のときに、進入禁止領域ＰＲａ及び注意領域ＰＲｂを照射するように構成されていてもよい。また、投影装置Ｓ９は、ショベルＰＳが操作状態であることを知らせる文字情報又は図形情報を地面に投影するように構成されていてもよい。

投影装置Ｓ９は、操作装置２６の操作内容に応じてショベルＰＳの周囲の地面の所定領域を照射するように構成されていてもよい。例えば、投影装置Ｓ９は、旋回操作レバーが右旋回方向に操作された場合、図２２に示すように、右前領域ＰＲｃ及び左後領域ＰＲｄを所定の色の光で照射するように構成されていてもよい。右前領域ＰＲｃは、右旋回操作が行われた場合に掘削アタッチメントと接触する物体が存在するおそれがある範囲に対応する。左後領域ＰＲｄは、右旋回操作が行われた場合にカウンタウェイトと接触する物体が存在するおそれがある範囲に対応する。なお、図２２の破線で示す図形は、右旋回中の上部旋回体３を表している。また、右前領域ＰＲｃのサイズは、掘削アタッチメントの姿勢、旋回操作レバーの傾倒角度等の変化に応じて変化するように構成されていてもよい。左後領域ＰＲｄについても同様である。

投影装置Ｓ９は、ショベルＰＳの走行の際に、下部走行体１の前方及び後方のそれぞれにおける地面に光を投影するように構成されていてもよい。例えば、投影装置Ｓ９は、走行レバーが操作された場合、図２３に示すように、前領域ＰＲｅ及び後領域ＰＲｆを照射するように構成されていてもよい。前領域ＰＲｅは、前進操作が行われた場合に下部走行体１と接触する物体が存在するおそれがある範囲に対応する。後領域ＰＲｆは、後進操作が行われた場合に下部走行体１と接触する物体が存在するおそれがある範囲に対応する。投影装置Ｓ９は、後進操作が行われた場合に限り、後領域ＰＲｆを照射するように構成されていてもよい。また、前領域ＰＲｅのサイズは、走行レバーの傾倒角度等の変化に応じて変化するように構成されていてもよい。後領域ＰＲｆについても同様である。なお、投影装置Ｓ９を構成する後方投影装置Ｓ９Ｂ及び前方投影装置Ｓ９Ｆは、電気回路で直列に接続されていてもよい。この場合、ショベルＰＳの操作者は、例えば、前方投影装置Ｓ９Ｆが投影する光を視認することで、後方投影装置Ｓ９Ｂが正常に動作していることを確認できる。後方投影装置Ｓ９Ｂで電気回路が遮断された場合、前方投影装置Ｓ９Ｆは、光を投影できないためである。

本願は、２０１７年３月７日に出願した日本国特許出願２０１７−０４３２４８号、及び、２０１７年３月２７日に出願した日本国特許出願２０１７−０６１９５７号に基づく優先権を主張するものであり、これらの日本国特許出願の全内容を本願に参照により援用する。

１・・・下部走行体 １ａ・・・フレーム １ｂ・・・クローラベルト １ｃ・・・キャリアローラ １ｄ・・・トラックローラ １ｅ・・・ステップ １Ｍ・・・走行用油圧モータ ２・・・旋回機構 ３・・・上部旋回体 ３ａ・・・工具箱 ３ｂ・・・尿素水タンク ３ｃ・・・燃料タンク ３ｄ・・・ハンドレール ３ｅ・・・ガードレール ３ｆ・・・ステップ 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 １０ａ・・・下部フロントウィンドウ １０ｂ・・・上部フロントウィンドウ １０ｃ・・・頂部ウィンドウ １０ｄ・・・手摺り １１・・・エンジン １４・・・メインポンプ １５・・・パイロットポンプ 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 ３０ａ・・・一時記憶部 ５０・・・マシンガイダンス装置 ５５・・・燃料タンク５５ ５５ａ・・・燃料残量センサ ７０・・・蓄電池 ７２・・・電装品 ７５・・・エンジン回転数調整ダイヤル ５０１・・・位置算出部 ５０２・・・比較部 ５０３・・・通知部 ５０４・・・ステレオペア画像取得部 ５０５・・・地形データ生成部 ５０６・・・座標変換部 ５０７・・・地形データ表示部 ５０８・・・地形データ投影部 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 Ｓ５・・・旋回角速度センサ Ｓ６・・・ステレオカメラ Ｓ７、Ｓ７Ｄ、Ｓ７Ｔ・・・通信装置 Ｓ８、Ｓ８Ｄ、Ｓ８Ｔ・・・測位装置 Ｓ９、Ｓ９Ｄ、Ｓ９Ｔ・・・投影装置 Ｄ１・・・入力装置 Ｄ２・・・音声出力装置 Ｄ３・・・表示装置 Ｄ３ａ・・・変換処理部 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ユニット ＤＲ・・・飛行体 ＰＳ・・・ショベル ＴＲ・・・支持台

Claims (14)

1. 下部走行体と、
   前記下部走行体に旋回可能に搭載される上部旋回体と、
   地面に光を投影する投影装置を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記上部旋回体に取り付けられ、且つ、前記投影装置を制御して前記地面で可視化する情報を変化させる、
   ショベル。
2. 前記制御装置は、前記地面と目標面との距離に応じて前記投影装置が投影する光の色又は照度を変えるように構成されている、
   請求項１に記載のショベル。
3. 前記制御装置は、所定時点における前記地面の既知の形状と前記所定時点以降のエンドアタッチメントの移動軌跡とに基づいて前記地面の現在の形状を導き出すように構成されている、
   請求項１に記載のショベル。
4. 前記制御装置は、前記地面を撮像するステレオカメラの出力に基づいて前記地面の現在の形状を導き出すように構成されている、
   請求項１に記載のショベル。
5. 前記制御装置は、前記投影装置を制御して地中埋設物を可視化するように構成されている、
   請求項１に記載のショベル。
6. クローラ式の下部走行体と、
   前記下部走行体に搭載される上部旋回体と、
   前記上部旋回体に取り付けられるアタッチメントと、
   前記下部走行体の履帯の幅内に収まるように前記下部走行体のフレームに取り付けられるステップと、を備え、
   前記ステップの色は、色相、明度及び彩度の少なくとも１つにおいて、前記フレームの色と異なる、
   を備えるショベル。
7. 前記ステップの色の明度は、前記フレームの色の明度より高い、
   請求項６に記載のショベル。
8. 前記フレームの色の明度と前記ステップの色の明度は２段階以上異なる、
   請求項６に記載のショベル。
9. 前記ステップの色の色相は、前記上部旋回体の色の色相と同じである、
   請求項６に記載のショベル。
10. 前記ステップの色の色相は、前記上部旋回体の色の色相と異なる、
    請求項６に記載のショベル。
11. 前記ステップの色の色相は、黄色又は黄緑色である、
    請求項６に記載のショベル。
12. 前記ステップの色は、前記ステップの側面及び上面の塗装色の少なくとも一方を含む、
    請求項６に記載のショベル。
13. 前記制御装置は、前記投影装置を制御して前記地面で可視化する情報と同じ情報をキャビン内の表示装置で表示させる、
    請求項１に記載のショベル。
14. 建設機械の周囲に光を投影する建設機械の作業支援システムであって、
    制御装置と、
    前記制御装置からの信号に基づいて、前記建設機械の周囲の地面で可視化する情報を変化させる投影装置と、を有する、
    建設機械の作業支援システム。

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