KR101475771B1

KR101475771B1 - 유압 셔블의 표시 시스템 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR101475771B1
Application number: KR1020137004696A
Authority: KR
Inventors: 료 후카노; 아즈미 노무라; 다카시 구리하라; 에쓰오 후지타; 마사오 안도; 도시히로 고이데
Original assignee: 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2012-02-08
Publication date: 2014-12-23
Also published as: US8903604B2; CN103080432A; JP2012172426A; WO2012114872A1; DE112012000113T5; DE112012000113B4; KR20130044338A; CN103080432B; JP5054833B2; US20130158797A1

Abstract

유압 셔블(hydraulic shovel)의 표시 시스템에 있어서, 연산부는, 지형 데이터에 대하여 안내 화면으로서 표시하는 소정의 표시 범위(55)를 설정한다. 안내 화면은, 표시 범위(55)에 포함되는 목표면의 측면에서 볼 때의 단면(斷面)과 유압 셔블의 현재 위치를 나타낸다. 연산부는, 지형 데이터와 작업기 데이터와 차량 본체의 현재 위치에 기초하여, 목표면의 측면에서 볼 때의 단면에 있어서, 차량 본체에 가장 가까운 시점(始点)(Ps)의 위치와, 시점(Ps)으로부터 작업기의 최대 리치 길이가 이격된 종점(終点)(Pe)의 위치를 산출한다. 연산부는, 표시 범위(55)의 소정의 기준점(Pb)의 위치를 시점(Ps)과 종점(Pe)과의 위치에 기초하여 산출한다.

Description

유압 셔블의 표시 시스템 및 그 제어 방법{HYDRAULIC SHOVEL DISPLAY SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING SAME}

본 발명은, 유압 셔블(hydraulic shovel)의 표시 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

유압 셔블과 목표면과의 위치 관계를 나타내는 안내 화면을 표시하는 표시 시스템이 알려져 있다. 목표면은, 설계 지형을 구성하는 복수의 설계면으로부터 작업 대상으로 하여 선택된 평면이다. 예를 들면, 특허 문헌 1에 개시되어 있는 표시 시스템은, 유압 셔블의 버킷(bucket)의 위치 및 자세와 목표면의 위치 및 기울기 등의 검출 데이터로부터, 버킷과 목표면과의 상대 위치 관계를 연산한다. 그리고, 표시 시스템은, 측면에서 볼 때의 버킷과 목표면을 포함하는 화상을 모니터 상에 표시한다. 이 때, 표시 시스템은, 목표면과 버킷의 선단과의 사이의 거리에 따라, 화상의 표시 스케일을 변경한다. 또한, 유압 셔블의 차체 및 작업기와 목표면과의 전체가 동일 화면에 포함될 정도의 축척으로 고정하여 상기한 화상을 모니터 상에 표시해도 되는 것도 개시되어 있다.

일본공개특허 제2001―123476호 공보

특허 문헌 1의 표시 시스템과 같이, 목표면과 작업기와의 사이의 거리에 따라, 화상의 표시 스케일이 변경되는 경우, 목표면과 작업기가 과도하게 크게 표시되어 버려, 목표면의 일부가 표시 화면으로부터 비어져 나올(extend outside) 가능성이 있다. 또는, 목표면과 작업기가 과도하게 작게 표시되어 버려, 목표면과 작업기와의 위치 관계를 파악하는 것이 곤란하게 될 가능성이 있다. 또한, 유압 셔블과 목표면과의 전체가 동일 화면에 포함될 정도의 축척으로 고정하여 화상을 모니터 상에 표시하는 경우, 목표면이 클 때는, 목표면과 유압 셔블이, 과도하게 작게 표시되어 버린다. 그러므로, 목표면과 유압 셔블과의 위치 관계를 파악하는 것이 곤란하게 된다.

본 발명의 과제는, 목표면과 유압 셔블과의 위치 관계를 용이하게 파악할 수 있는 유압 셔블의 표시 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제1 태양에 관한 유압 셔블의 표시 시스템은, 유압 셔블의 현재 위치와 목표면을 나타내는 안내 화면을 표시하는 표시 시스템이다. 유압 셔블은, 차량 본체와, 차량 본체에 장착되는 작업기를 가진다. 목표면은, 설계 지형을 구성하는 복수의 설계면으로부터 선택된다. 표시 시스템은, 지형 데이터 기억부와, 작업기 데이터 기억부와, 위치 검출부와, 연산부와, 표시부를 구비한다. 지형 데이터 기억부는, 목표면의 위치를 나타내는 지형 데이터를 기억한다. 작업기 데이터 기억부는, 작업기의 최대 리치(reach) 길이를 나타내는 작업기 데이터를 기억한다. 위치 검출부는, 차량 본체의 현재 위치를 검출한다. 연산부는, 지형 데이터에 대하여 안내 화면으로서 표시하는 소정의 표시 범위를 설정한다. 연산부는, 지형 데이터와 작업기 데이터와 차량 본체의 현재 위치에 기초하여, 목표면의 측면에서 볼 때의 단면(斷面)에 있어서, 차량 본체에 가장 가까운 시점(始点)의 위치와, 시점으로부터 작업기의 최대 리치 길이가 이격된 종점(終点)의 위치를 산출한다. 연산부는, 표시 범위의 소정 기준점의 위치를 시점과 종점의 위치에 기초하여 산출한다. 표시부는 안내 화면을 표시한다. 안내 화면은, 표시 범위에 포함되는 목표면의 측면에서 볼 때의 단면과 유압 셔블의 현재 위치를 나타낸다.

본 발명의 제2 태양에 관한 유압 셔블의 표시 시스템은, 제1 태양(態樣; aspect)의 유압 셔블의 표시 시스템으로서, 목표면의 단면이 최대 리치 길이보다 작은 경우에는, 종점은 목표면의 외측에 위치한다.

본 발명의 제3 태양에 관한 유압 셔블의 표시 시스템은, 제1 태양의 유압 셔블의 표시 시스템으로서, 표시 범위는 직사각형의 형상을 가진다. 연산부는, 표시부의 안내 화면을 표시하는 부분의 화면 어스펙트비로부터, 표시 범위의 단변(短邊)이 세로의 변과 가로의 변 중 어느 것인지를 구한다. 연산부는, 안내 화면의 소정 범위가 표시 범위의 단변의 범위 내에 들어가도록 표시 범위의 축척을 결정한다.

본 발명의 제4 태양에 관한 유압 셔블은, 제1 내지 제3 태양 중 어느 하나의 유압 셔블의 표시 시스템을 구비한다.

본 발명의 제5 태양에 관한 유압 셔블의 표시 시스템의 제어 방법은, 유압 셔블의 현재 위치와 목표면을 나타내는 안내 화면을 표시하는 표시 시스템의 제어 방법이다. 유압 셔블은, 차량 본체와, 차량 본체에 장착되는 작업기를 가진다. 목표면은, 설계 지형을 구성하는 복수의 설계면으로부터 선택된다. 이 제어 방법은, 이하의 스텝을 포함한다. 제1 스텝에서는, 차량 본체의 현재 위치를 검출한다. 제2 스텝에서는, 목표면의 위치를 나타내는 지형 데이터에 대하여 안내 화면으로서 표시하는 소정의 표시 범위를 설정한다. 제3 스텝에서는, 지형 데이터와 작업기 데이터와 차량 본체의 현재 위치에 기초하여, 시점의 위치와 종점의 위치를 산출한다. 작업기 데이터는, 작업기의 최대 리치 길이를 나타낸다. 시점은, 목표면의 측면에서 볼 때의 단면에 있어서 차량 본체에 가장 가까운 지점(地点)이다. 종점은, 목표면의 측면에서 볼 때의 단면에 있어서 시점으로부터 작업기의 최대 리치 길이가 이격된 지점이다. 제4 스텝에서는, 표시 범위의 소정 기준점의 위치를 시점과 종점의 위치에 기초하여 산출한다. 제5 스텝에서는, 안내 화면을 표시한다. 안내 화면은, 표시 범위에 포함되는 목표면의 측면에서 볼 때의 단면과 유압 셔블의 현재 위치를 나타낸다.

본 발명의 제1 태양에 관한 유압 셔블의 표시 시스템에서는, 표시 범위의 기준점의 좌표를, 시점의 위치와 종점의 위치에 기초하여 결정한다. 그러므로, 반드시 목표면의 전체가 안내 화면에 표시되는 것은 아니고, 목표면 중 시점과 종점과의 사이의 부분이 우선적으로 안내 화면에 표시된다. 그러므로, 목표면과 유압 셔블이 과도하게 크게 표시되거나, 과도하게 작게 표시되거나 하지 않아, 오퍼레이터는, 목표면과 유압 셔블과의 위치 관계를 용이하게 파악할 수 있다. 또한, 유압 셔블은, 작업기의 최대 리치 길이를 넘는 범위를 굴삭할 수는 없으므로, 목표면 중 최대 리치 길이보다 멀리 떨어진 부분이 잘 표시되지 않아도, 작업성에 주는 영향은 적다.

본 발명의 제2 태양에 관한 유압 셔블의 표시 시스템에서는, 목표면의 단면이 최대 리치 길이보다 작은 경우에는, 목표면의 외측의 부분까지 고려하여 기준점의 좌표가 결정된다. 그러므로, 작업기가 도달하는 범위에 위치하는 목표면 이외의 설계면도 적절히 안내 화면에 표시하게 할 수 있다.

본 발명의 제3 태양에 관한 유압 셔블의 표시 시스템에서는, 표시 범위의 단변이 세로의 변과 가로의 변 중 어느 것인지가 구해진다. 그리고, 안내 화면의 소정 범위가 표시 범위의 단변의 범위 내에 들어가도록, 표시 범위의 축척이 결정된다. 따라서, 표시부의 안내 화면을 표시하는 부분이 세로 길이 형상과 가로로 긴 형상 중 어느 것이라도, 안내 화면의 소정 범위를 적절히 표시부에 표시할 수 있다.

본 발명의 제4 태양에 관한 유압 셔블에서는, 표시 범위의 기준점의 좌표를, 시점의 위치와 종점의 위치에 기초하여 결정한다. 그러므로, 반드시 목표면의 전체가 안내 화면에 표시되는 것은 아니고, 목표면 중 시점과 종점과의 사이의 부분이 우선적으로 안내 화면에 표시된다. 그러므로, 목표면과 유압 셔블이 과도하게 크게 표시되거나, 과도하게 작게 표시되거나 하지 않아, 오퍼레이터는, 목표면과 유압 셔블과의 위치 관계를 용이하게 파악할 수 있다. 또한, 유압 셔블은, 작업기의 최대 리치 길이를 넘는 범위를 굴삭할 수는 없으므로, 목표면 중 최대 리치 길이보다 멀리 떨어진 부분이 잘 표시되지 않아도, 작업성에 주는 영향은 적다.

본 발명의 제5 태양에 관한 유압 셔블의 표시 시스템의 제어 방법에서는, 표시 범위의 기준점의 좌표를, 시점의 위치와 종점의 위치에 기초하여 결정한다. 그러므로, 반드시 목표면의 전체가 안내 화면에 표시되는 것은 아니고, 목표면 중 시점과 종점과의 사이의 부분이 우선적으로 안내 화면에 표시된다. 그러므로, 목표면과 유압 셔블이 과도하게 크게 표시되거나, 과도하게 작게 표시되거나 하지 않아, 오퍼레이터는, 목표면과 유압 셔블과의 위치 관계를 용이하게 파악할 수 있다. 또한, 유압 셔블은, 작업기의 최대 리치 길이를 넘는 범위를 굴삭할 수는 없으므로, 목표면 중 최대 리치 길이보다 멀리 떨어진 부분이 잘 표시되지 않아도, 작업성에 주는 영향은 적다.

도 1은 유압 셔블의 사시도이다.
도 2는 유압 셔블의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 유압 셔블이 구비하는 제어계의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 설계 지형 데이터에 의해 나타내는 설계 지형을 나타낸 도면이다.
도 5는 주행 모드의 안내 화면을 나타낸 도면이다.
도 6은 버킷의 선단의 현재 위치를 구하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 7은 거친 굴삭 모드(rough dipping mode)의 안내 화면을 나타낸 도면이다.
도 8은 섬세 굴삭 모드(fine dipping mode)의 안내 화면을 나타낸 도면이다.
도 9는 표시 범위 최적화 제어의 처리를 나타낸 플로우차트이다.
도 10은 표시 범위 최적화 제어의 처리를 나타낸 플로우차트이다.
도 11은 표시부 상의 표시 영역의 예를 나타낸 도면이다.
도 12는 표시 범위의 단변의 크기를 나타낸 표이다.
도 13은 작업기의 리치 길이가 최대로 될 때의 작업기의 자세를 나타낸 도면이다.
도 14는 표시 범위의 예를 나타낸 도면이다.
도 15는 시점과 종점의 위치의 일례를 나타낸 도면이다.
도 16은 표시 대상면선의 일례와 표시 범위의 기준점의 설정 방법을 나타낸 도면이다.
도 17은 시점과 종점의 위치의 일례를 나타낸 도면이다.
도 18은 시점과 종점의 위치의 일례를 나타낸 도면이다.
도 19은 표시 대상면선과 표시 범위의 기준점의 설정 방법을 나타낸 도면이다.
도 20은 섬세 굴삭 모드의 안내 화면에서의 표시 범위의 기준점의 설정 방법을 나타낸 도면이다.
도 21은 섬세 굴삭 모드의 안내 화면에서의 화상의 변화를 나타낸 도면이다.
도 22는 주행 모드 및 거친 굴삭 모드의 안내 화면에서의 화상의 변화를 나타낸 도면이다.
도 23은 주행 모드 및 거친 굴삭 모드의 안내 화면에서의 표시 범위의 기준점의 설정 방법을 나타낸 도면이다.
도 24는 주행 모드 및 거친 굴삭 모드의 안내 화면에서의 화상의 변화를 나타낸 도면이다.
도 25는 주행 모드 및 거친 굴삭 모드의 안내 화면에서의 표시 범위의 기준점의 설정 방법을 나타낸 도면이다.
도 26은 주행 모드 및 거친 굴삭 모드의 안내 화면에서의 화상의 변화를 나타낸 도면이다.
도 27은 주행 모드 및 거친 굴삭 모드의 안내 화면에서의 화상의 변화를 나타낸 도면이다.

1. 구성

1―1. 유압 셔블의 전체 구성

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시형태에 관한 유압 셔블의 표시 시스템에 대하여 설명한다. 도 1은, 표시 시스템이 탑재되는 유압 셔블(100)의 사시도이다. 유압 셔블(100)은, 차량 본체(1)와 작업기(2)를 가진다. 차량 본체(1)는, 상부 선회체(3)와 운전실(4)과 주행 장치(5)를 가진다. 상부 선회체(3)는, 도시하지 않은 엔진이나 유압 펌프 등의 장치를 수용하고 있다. 운전실(4)은 상부 선회체(3)의 앞부분에 탑재되어 있다. 운전실(4) 내에는, 후술하는 표시 입력 장치(38) 및 조작 장치(25)가 배치된다(도 3 참조). 주행 장치(5)는 크롤러 트랙(crawler track)(5a, 5b)을 가지고 있고, 크롤러 트랙(5a, 5b)이 회전함으로써 유압 셔블(100)이 주행한다.

작업기(2)는, 차량 본체(1)의 앞부분에 장착되어 있고, 붐(boom)(6)과 암(arm)(7)과 버킷(8)과 붐 실린더(10)와 암 실린더(11)와 버킷 실린더(12)를 가진다. 붐(6)의 기단부(基端部)는, 붐 핀(13)을 통하여 차량 본체(1)의 앞부분에 요동(搖動) 가능하게 장착되어 있다. 암(7)의 기단부는, 암 핀(14)을 통하여 붐(6)의 선단부에 요동 가능하게 장착되어 있다. 암(7)의 선단부에는, 버킷 핀(15)을 통하여 버킷(8)이 요동 가능하게 장착되어 있다.

도 2는 유압 셔블(100)의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 2의 (a)는 유압 셔블(100)의 측면도이며, 도 2의 (b)는 유압 셔블(100)의 배면도이다. 도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 붐(6)의 길이, 즉 붐 핀(13)으로부터 암 핀(14)까지의 길이는, L1이다. 암(7)의 길이, 즉 암 핀(14)으로부터 버킷 핀(15)까지의 길이는, L2이다. 버킷(8)의 길이, 즉 버킷 핀(15)으로부터 버킷(8)의 투스(tooth)의 선단까지의 길이는, L3이다.

도 1에 나타낸 붐 실린더(10)와 암 실린더(11)와 버킷 실린더(12)는, 각각 유압에 의해 구동되는 유압 실린더이다. 붐 실린더(10)는 붐(6)을 구동한다. 암 실린더(11)는, 암(7)을 구동한다. 버킷 실린더(12)는, 버킷(8)을 구동한다. 붐 실린더(10), 암 실린더(11), 버킷 실린더(12) 등의 유압 실린더와 도시하지 않은 유압 펌프와의 사이에는, 비례 제어 밸브(37)가 배치되어 있다(도 3 참조). 비례 제어 밸브(37)가 후술하는 작업기 컨트롤러(26)에 의해 제어됨으로써, 유압 실린더(10∼12)에 공급되는 작동유의 유량이 제어된다. 이로써, 유압 실린더(10∼12)의 동작이 제어된다.

도 2의 (a)에 나타낸 바와 같이, 붐(6)과 암(7)과 버킷(8)에는, 각각 제1 ~ 제3 스트로크 센서(16∼18)가 설치되어 있다. 제1 스트로크 센서(16)는, 붐 실린더(10)의 스트로크 길이를 검출한다. 후술하는 표시 컨트롤러(39)(도 3 참조)는, 제1 스트로크 센서(16)가 검출한 붐 실린더(10)의 스트로크 길이로부터, 후술하는 차량 본체 좌표계의 Za축(도 6 참조)에 대한 붐(6)의 경사각 θ1을 산출한다. 제2 스트로크 센서(17)는, 암 실린더(11)의 스트로크 길이를 검출한다. 표시 컨트롤러(39)는, 제2 스트로크 센서(17)가 검출한 암 실린더(11)의 스트로크 길이로부터, 붐(6)에 대한 암(7)의 경사각 θ2를 산출한다. 제3 스트로크 센서(18)는, 버킷 실린더(12)의 스트로크 길이를 검출한다. 표시 컨트롤러(39)는, 제3 스트로크 센서(18)가 검출한 버킷 실린더(12)의 스트로크 길이로부터, 암(7)에 대한 버킷(8)의 경사각 θ3를 산출한다.

차량 본체(1)에는, 위치 검출부(19)가 구비되어 있다. 위치 검출부(19)는, 유압 셔블(100)의 현재 위치를 검출한다. 위치 검출부(19)는, RTK―GNSS(Real Time Kinematic ― Global Navigation Satellite Systems, GNSS는 전체 지구 항법 위성 시스템을 말함)용의 2개의 안테나(21, 22)[이하, 「GNSS 안테나(21, 22)」라고 함]와, 3차원 위치 센서(23)와 경사각 센서(24)를 가진다. GNSS 안테나(21, 22)는, 후술하는 차량 본체 좌표계 Xa―Ya―Za의 Ya축(도 6 참조)를 따라 일정 거리만큼 이격되어 배치되어 있다. GNSS 안테나(21, 22)에 의해 수신된 GNSS 전파에 따른 신호는 3차원 위치 센서(23)에 입력된다. 3차원 위치 센서(23)는, GNSS 안테나(21, 22)의 설치 위치 P1, P2의 위치를 검출한다. 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 경사각 센서(24)는, 중력 방향[연직선(鉛直線)]에 대한 차량 본체(1)의 차폭 방향의 경사각 θ4(이하, 「롤 각 θ4」이라고 함)를 검출한다.

도 3은 유압 셔블(100)이 구비하는 제어계의 구성을 나타낸 블록도이다. 유압 셔블(100)은, 조작 장치(25)와, 작업기 컨트롤러(26)와, 작업기 제어 장치(27)와, 표시 시스템(28)을 구비한다. 조작 장치(25)는, 작업기 조작 부재(31)와, 작업기 조작 검출부(32)와, 주행 조작 부재(33)와, 주행 조작 검출부(34)를 가진다. 작업기 조작 부재(31)는, 오퍼레이터가 작업기(2)를 조작하기 위한 부재이며, 예를 들면, 조작 레버이다. 작업기 조작 검출부(32)는, 작업기 조작 부재(31)의 조작 내용을 검출하여, 검출 신호로서 작업기 컨트롤러(26)에 보낸다. 주행 조작 부재(33)는, 오퍼레이터가 유압 셔블(100)의 주행을 조작하기 위한 부재이며, 예를 들면, 조작 레버이다. 주행 조작 검출부(34)는, 주행 조작 부재(33)의 조작 내용을 검출하여, 검출 신호로서 작업기 컨트롤러(26)에 보낸다.

작업기 컨트롤러(26)는, RAM이나 ROM 등의 기억부(35)나, CPU 등의 연산부(36)를 가지고 있다. 작업기 컨트롤러(26)는, 주로 작업기(2)의 제어를 행한다. 작업기 컨트롤러(26)는, 작업기 조작 부재(31)의 조작에 따라 작업기(2)를 동작시키기 위한 제어 신호를 생성하여, 작업기 제어 장치(27)에 출력한다. 작업기 제어 장치(27)는 비례 제어 밸브(37)를 가지고 있고, 작업기 컨트롤러(26)로부터의 제어 신호에 기초하여 비례 제어 밸브(37)가 제어된다. 작업기 컨트롤러(26)로부터의 제어 신호에 따라 유량의 작동유가 비례 제어 밸브(37)로부터 유출되어 유압 실린더(10∼12)에 공급된다. 유압 실린더(10∼12)는, 비례 제어 밸브(37)로부터 공급된 작동유에 따라 구동된다. 이로써, 작업기(2)가 동작한다.

1―2. 표시 시스템(28)의 구성

표시 시스템(28)은, 작업 영역 내의 목표면과 유압 셔블(100)의 현재 위치와의 관계를 나타내는 안내 화면을 표시하기 위한 시스템이다. 표시 시스템(28)은, 전술한 제1 ~ 제3 스트로크 센서(16∼18), 3차원 위치 센서(23), 경사각 센서(24)이외에, 표시 입력 장치(38)과 표시 컨트롤러(39)를 가지고 있다.

표시 입력 장치(38)는, 터치 패널식의 입력부(41)와, LCD 등의 표시부(42)를 가진다. 표시 입력 장치(38)는, 안내 화면을 표시한다. 또한, 안내 화면에는, 각종 키가 표시된다. 오퍼레이터는, 안내 화면 상의 각종 키에 접촉함으로써, 표시 시스템(28)의 각종 기능을 실행시킬 수 있다. 안내 화면에 대해서는 후술한다.

표시 컨트롤러(39)는, 표시 시스템(28)의 각종 기능을 실행한다. 표시 컨트롤러(39)와 작업기 컨트롤러(26)는, 무선 또는 유선의 통신 수단에 의해 서로 통신 가능하게 되어 있다. 표시 컨트롤러(39)는, RAM이나 ROM 등의 기억부(43)나, CPU 등의 연산부(44)를 가지고 있다. 기억부(43)는, 작업기 데이터를 기억하고 있는 작업기 데이터 기억부(47)와, 설계 지형 데이터를 기억하는 지형 데이터 기억부(46)를 가진다. 작업기 데이터는, 전술한 붐(6)의 길이 L1, 암(7)의 길이 L2, 버킷(8)의 길이 L3를 포함한다. 또한, 작업기 데이터는, 붐(6)의 경사각 θ1, 암(7)의 경사각 θ2, 버킷(8)의 경사각 θ3의 각각의 최소값 및 최대값을 포함한다. 지형 데이터 기억부(46)에는, 작업 영역 내의 3차원의 설계 지형의 형상 및 위치를 나타내는 설계 지형 데이터가 미리 작성되어 기억되어 있다. 표시 컨트롤러(39)는, 설계 지형 데이터나 전술한 각종 센서로부터의 검출 결과 등의 데이터에 기초하여, 안내 화면을 표시 입력 장치(38)에 표시하게 한다. 구체적으로는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 설계 지형은, 삼각형 폴리곤(polygon)에 의해 각각 표현되는 복수의 설계면(74)에 의해 구성되어 있다. 그리고, 도 4에서는 복수의 설계면 중 1개에만 부호 "74"가 부여되어 있고, 다른 설계면의 부호는 생략되어 있다. 오퍼레이터는, 이들의 설계면(74) 중 1개, 또는 복수의 설계면을 목표면(70)으로서 선택한다. 표시 컨트롤러(39)는, 유압 셔블(100)의 현재 위치와 목표면(70)과의 위치 관계를 나타내는 안내 화면을 표시 입력 장치(38)에 표시하게 한다.

2. 안내 화면

이하, 안내 화면에 대하여 상세하게 설명한다. 안내 화면에는, 도 5에 나타낸 주행 모드의 안내 화면[이하, 「주행 모드 화면(52)」이라고 함]과, 도 7 및 도 8에 나타낸 굴삭 모드의 안내 화면(53, 54)이 있다. 주행 모드 화면(52)은, 유압 셔블(100)을 주행시켜 목표면(70)의 근처까지 유도하기 위해 유압 셔블(100)의 현재 위치와 목표면(70)과의 위치 관계를 나타내는 화면이다. 굴삭 모드의 안내 화면(53, 54)은, 굴삭 작업의 대상인 지면이 목표면(70)과 같은 형상으로 되도록 유압 셔블(100)의 작업기(2)를 유도하기 위해 유압 셔블(100)의 현재 위치와 목표면(70)과의 위치 관계를 나타내는 화면이다. 굴삭 모드의 안내 화면(53, 54)은, 목표면(70)과 작업기(2)와의 위치 관계를, 주행 모드 화면(52)보다 상세하게 나타낸다. 굴삭 모드의 안내 화면(53, 54)은, 도 7에 나타낸 거친 굴삭 모드의 안내 화면(53)[이하, 「거친 굴삭 화면(53)」이라고 함]과 도 8에 나타낸 섬세 굴삭 모드의 안내 화면(54)[이하, 「섬세 굴삭 화면(54)」이라고 함]을 가진다.

2―1. 주행 모드 화면(52)

도 5에 주행 모드 화면(52)을 나타낸다. 주행 모드 화면(52)은, 작업 영역의 설계 지형과 유압 셔블(100)의 현재 위치를 나타내는 상면도(52a)와, 목표면(70)과 유압 셔블(100)과 작업기(2)의 작업 가능 범위(76)를 나타낸 측면도(52b)를 포함한다.

주행 모드 화면(52)에는, 복수의 조작 키가 표시된다. 조작 키는, 화면 전환 키(65)를 포함한다. 화면 전환 키(65)는, 주행 모드 화면(52)과 굴삭 모드의 안내 화면(53, 54)과의 사이의 전환을 실행하도록 하기 위한 키이다. 예를 들면, 화면 전환 키(65)가 한 번 가압되면, 주행 모드 화면(52)과 거친 굴삭 화면(53)과 섬세 굴삭 화면(54)을 선택하기 위한 팝업 화면이 표시된다. 그리고, 팝업 화면이 표시되어 있지 않은 통상의 표시 상태에서는, 주행 모드 화면(52)과 거친 굴삭 화면(53)과 섬세 굴삭 화면(54) 중, 현재 표시되어 있는 안내 화면에 대응하는 아이콘이 화면 전환 키(65)로서 안내 화면 상에 표시된다. 예를 들면, 도 5에서는, 주행 모드 화면(52)이 표시되어 있으므로, 주행 모드 화면(52)을 나타내는 아이콘이 화면 전환 키(65)로서 표시되어 있다. 또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 거친 굴삭 화면(53)이 표시되어 있을 때는, 거친 굴삭 화면(53)을 나타내는 아이콘이 화면 전환 키(65)로서 표시된다.

주행 모드 화면(52)의 상면도(52a)는, 작업 영역의 설계 지형과 유압 셔블(100)의 현재 위치를 나타낸다. 상면도(52a)는, 복수의 삼각형 폴리곤에 의해 상면에서 볼 때의 설계 지형을 표현하고 있다. 구체적으로는, 상면도(52a)는, 글로벌 좌표계의 수평면을 투영면으로서 설계 지형을 표현하고 있다. 또한, 목표면(70)은, 다른 설계면과 상이한 색으로 표시된다. 그리고, 도 5에서는, 유압 셔블(100)의 현재 위치가 상면에서 볼 때의 유압 셔블의 아이콘(61)으로 나타나 있지만, 다른 심볼로 표시되어도 된다. 또한, 상면도(52a)는, 유압 셔블(100)을 목표면(70)까지 유도하기 위한 정보를 포함한다. 구체적으로는, 방위 인디케이터(71)가 표시된다. 방위 인디케이터(71)는, 유압 셔블(100)에 대한 목표면(70)의 방향을 나타내는 아이콘이다. 따라서, 오퍼레이터는, 주행 모드 화면(52)에 의해, 유압 셔블(100)을 목표면(70)의 근처까지 용이하게 이동시킬 수 있다.

또한, 주행 모드 화면(52)의 상면도(52a)는, 목표 작업 위치를 나타내는 정보와, 유압 셔블(100)을 목표면(70)에 대하여 정대(正對; directly face-to-face)시키기 위한 정보를 더 포함하고 있다. 목표 작업 위치는, 유압 셔블(100)이 목표면(70)에 대하여 굴삭을 행하기 위한 최적의 위치이며, 목표면(70)의 위치와 후술하는 작업 가능 범위(76)로부터 산출된다. 목표 작업 위치는, 상면도(52a)에 있어서 직선(72)으로 나타나 있다. 유압 셔블(100)을 목표면(70)에 대하여 정대시키기 위한 정보는, 정대 컴퍼스(73)로서 표시된다. 정대 컴퍼스(facing compass)(73)는, 목표면(70)에 대한 정대 방향과 유압 셔블(100)을 선회시키려 하는 방향을 나타내는 아이콘이다. 오퍼레이터는, 정대 컴퍼스(73)에 의해, 목표면(70)으로의 정대도를 확인할 수 있다.

주행 모드 화면(52)의 측면도(52b)는, 설계면선(91)과, 목표면선(92)과, 측면에서 볼 때의 유압 셔블(100)의 아이콘(75)과, 작업기(2)의 작업 가능 범위(76)와, 목표 작업 위치를 나타내는 정보를 포함한다. 설계면선(91)은, 목표면(70)이외의 설계면(74)의 단면을 나타낸다. 목표면선(92)은, 목표면(70)의 단면을 나타낸다. 설계면선(91) 및 목표면선(92)은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 버킷(8)의 선단 P3의 현재 위치를 통과하는 평면(77)과 설계 지형과의 교선(80)을 산출함으로써 구해진다. 목표면선(92)은, 설계면선(91)과 상이한 색으로 표시된다. 그리고, 도 5에서는 선의 종류를 바꾸어, 목표면선(92)과 설계면선(91)을 표현하고 있다.

작업 가능 범위(76)는, 작업기(2)가 실제로 도달할 수 있는 차량 본체(1)의 주위의 범위를 나타낸다. 작업 가능 범위(76)는, 기억부(43)에 기억되어 있는 작업기 데이터로부터 산출된다. 측면도(52b)에 나타내는 목표 작업 위치는, 전술한 상면도(52a)에 나타내는 목표 작업 위치에 상당하고, 삼각형의 아이콘(81)으로 나타낸다. 또한, 유압 셔블(100) 상의 목표점을 삼각형의 아이콘(82)에 의해 나타낸다. 오퍼레이터는, 목표점의 아이콘(82)이 목표 작업 위치의 아이콘(81)과 합치하도록 유압 셔블(100)을 이동시킨다.

이상과 같이, 주행 모드 화면(52)은, 목표 작업 위치를 나타내는 정보와 유압 셔블(100)을 목표면(70)에 대하여 정대시키기 위한 정보를 포함한다. 그러므로, 오퍼레이터는, 주행 모드 화면(52)에 의해, 목표면(70)에 대하여, 작업을 행하기 위해 최적의 위치 및 방향으로 유압 셔블(100)을 배치할 수 있다. 따라서, 주행 모드 화면(52)은, 유압 셔블(100)의 위치 결정을 행하기 위해 사용된다.

그리고, 전술한 바와 같이, 목표면선(92)은 버킷(8)의 선단의 현재 위치로부터 산출된다. 표시 컨트롤러(39)는, 3차원 위치 센서(23), 제1 ~ 제3 스트로크 센서(16∼18), 경사각 센서(24) 등으로부터의 검출 결과에 따라, 글로벌 좌표계｛X, Y, Z｝에서의 버킷(8)의 선단의 현재 위치를 산출한다. 구체적으로는, 버킷(8)의 선단의 현재 위치는, 다음과 같이 하여 구해진다.

먼저, 도 6에 나타낸 바와 같이, 전술한 GNSS 안테나(21)의 설치 위치 P1을 원점으로 하는 차량 본체 좌표계｛Xa, Ya, Za｝를 구한다. 도 6의 (a)는 유압 셔블(100)의 측면도이다. 도 6의 (b)는 유압 셔블(100)의 배면도이다. 여기서는, 유압 셔블(100)의 전후 방향 즉 차량 본체 좌표계의 Ya축 방향이 글로벌 좌표계의 Y축 방향에 대하여 경사져 있는 것으로 한다. 또한, 차량 본체 좌표계에서의 붐 핀(13)의 좌표는(0, Lb1, ―Lb2)이며, 미리 표시 컨트롤러(39)의 기억부(43)에 기억되어 있다.

3차원 위치 센서(23)는 GNSS 안테나(21, 22)의 설치 위치 P1, P2를 검출한다. 검출된 좌표 위치 P1, P2로부터 이하의 (1)식에 따라서 Ya축 방향의 단위 벡터가 산출된다.

Ya = P1―P2/｜P1―P2｜ … (1)

도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, Ya와 Z의 2개의 벡터에 의해 표현되는 평면을 지나고(passes through), Ya와 수직인 벡터 Z'를 도입하면 이하의 관계가 성립된다.

(Z', Ya) = 0 … (2)

Z' = (1―c)Z＋cYa … (3)

c는 상수(常數)이다.

(2)식 및 (3)식으로부터, Z'는 이하의 (4)식과 같이 표현된다.

Z' = Z＋｛(Z, Ya)/((Z, Ya)―1)｝(Ya―Z) … (4)

또한, Ya 및 Z'와 수직인 벡터를 X'로 하면, X'는 이하의 (5)식과 같이 표현된다.

X' = Ya⊥Z' … (5)

도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, 차량 본체 좌표계는, 이것을 Ya축 주위로 전술한 롤 각 θ4만큼 회전시킨 것이므로, 이하의 (6)식과 같이 표현된다.

… (6)

또한, 제1 ~ 제3 스트로크 센서(16∼18)의 검출 결과로부터, 전술한 붐(6), 암(7), 버킷(8)의 현재의 경사각 θ1, θ2, θ3이 산출된다. 차량 본체 좌표계 내에서의 버킷(8)의 선단 P3의 좌표(xat, yat, zat)는, 경사각 θ1, θ2, θ3 및 붐(6), 암(7), 버킷(8)의 길이 L1, L2, L3를 사용하여, 이하의 (7)식~(9)식에 의해 산출된다.

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)

그리고, 버킷(8)의 선단 P3는, 차량 본체 좌표계의 Ya―Za 평면 상에서 이동하는 것으로 한다.

그리고, 글로벌 좌표계에서의 버킷(8)의 선단 P3의 좌표가 이하의 (10)식으로부터 구해진다.

P3 = xat·Xa＋yat·Ya＋zat·Za＋P1 … (10)

도 4에 나타낸 바와 같이, 표시 컨트롤러(39)는, 상기한 바와 같이 산출한 버킷(8)의 선단의 현재 위치와, 기억부(43)에 기억된 설계 지형 데이터에 따라, 3차원 설계 지형과 버킷(8)의 선단 P3를 통과하는 Ya―Za 평면(77)과의 교선(80)을 산출한다. 그리고, 표시 컨트롤러(39)는, 이 교선 중 목표면(70)을 지나는 부분을 전술한 목표면선(92)으로서 안내 화면에 표시한다.

2―2. 거친 굴삭 화면(53)

도 7에 거친 굴삭 화면(53)을 나타낸다. 거친 굴삭 화면(53)에는, 전술한 주행 모드 화면(52)과 마찬가지의 화면 전환 키(65)가 표시된다. 또한, 거친 굴삭 화면(53)은, 작업 영역의 설계 지형과 유압 셔블(100)의 현재 위치를 나타내는 상면도(53a)와, 목표면(70)과 유압 셔블(100)을 나타내는 측면도(53b)를 포함한다.

거친 굴삭 화면(53)의 상면도(53a)는, 전술한 주행 모드 화면(52)의 상면도(52a)와 달리, 유압 셔블(100)의 선회 평면을 투영면으로 하여 설계 지형을 표현하고 있다. 따라서, 상면도(53a)는, 유압 셔블(100)의 바로 위로부터 본 도면이며, 유압 셔블(100)이 경사질 때는 설계면이 경사지게 된다. 거친 굴삭 화면(53)의 측면도(53b)는, 설계면선(91)과, 목표면선(92)과, 측면에서 볼 때의 유압 셔블(100)의 아이콘(75)과, 버킷(8)과 목표면(70)과의 위치 관계를 나타내는 정보를 포함한다. 버킷(8)과 목표면(70)과의 위치 관계를 나타내는 정보는, 수치 정보(83)와 그래픽 정보(84)를 포함한다. 수치 정보(83)는, 버킷(8)의 선단과 목표면선(92)과의 최단 거리를 나타내는 수치이다. 그래픽 정보(84)는, 버킷(8)의 선단과 목표면선(92)과의 최단 거리를 그래픽으로 나타내는 정보이다. 구체적으로는, 그래픽 정보(84)는, 인덱스 바(84a)와, 인덱스 바(84a) 중 버킷(8)의 선단과 목표면선(92)과의 거리가 제로에 상당하는 위치를 나타내는 인덱스 마크(84b)를 포함한다. 인덱스 바(84a)는, 버킷(8)의 선단과 목표면선(92)과의 최단 거리에 따라, 각 인덱스 바(84a)가 점등하게 되어 있다. 그리고, 그래픽 정보(84)의 표시의 온/오프가 오퍼레이터의 조작에 의해 변경 가능하게 되어도 된다.

이상과 같이, 거친 굴삭 화면(53)에서는, 목표면선(92)과 유압 셔블(100)과의 상대 위치 관계와, 버킷(8)의 선단과 목표면선(92)과의 최단 거리를 나타내는 수치가 상세하게 표시된다. 오퍼레이터는, 목표면선(92)을 나타내는 라인을 따라 버킷(8)의 선단을 이동시킴으로써, 현재의 지형이 3차원 설계 지형으로 되도록, 용이하게 굴삭할 수 있다.

2―3. 섬세 굴삭 화면(54)

도 8에, 섬세 굴삭 화면(54)을 나타낸다. 섬세 굴삭 화면(54)은, 목표면(70)과 유압 셔블(100)과의 위치 관계를 거친 굴삭 화면(53)보다도, 더욱 상세하게 나타낸다. 섬세 굴삭 화면(54)에는, 전술한 주행 모드 화면(52)과 마찬가지의 화면 전환 키(65)가 표시된다. 그리고, 도 8에서는, 섬세 굴삭 화면(54)이 표시되고 있으므로, 섬세 굴삭 화면(54)을 나타내는 아이콘이 화면 전환 키(65)로서 표시되고 있다. 또한, 섬세 굴삭 화면(54)은, 목표면(70)과 버킷(8)을 나타내는 정면도(54a)와, 목표면(70)과 버킷(8)을 나타내는 측면도(54b)를 포함한다. 섬세 굴삭 화면(54)의 정면도(54a)에는, 정면에서 볼 때의 버킷(8)의 아이콘(89)과, 정면에서 볼 때의 목표면(70)의 단면을 나타내는 선[이하, 「목표면선(93)」이라고 함]을 포함한다. 섬세 굴삭 화면(54)의 측면도(54b)에는, 측면에서 볼 때의 버킷(8)의 아이콘(90)과, 설계면선(91)과, 목표면선(92)을 포함한다. 또한, 섬세 굴삭 화면(54)의 정면도(54a)와 측면도(54b)에는, 각각, 목표면(70)과 버킷(8)과의 위치 관계를 나타내는 정보가 표시된다.

정면도(54a)에 있어서 목표면(70)과 버킷(8)과의 위치 관계를 나타내는 정보는, 거리 정보(86a)와 각도 정보(86b)를 포함한다. 거리 정보(86a)는, 버킷(8)의 선단과 목표면선(93)과의 사이의 Za 방향의 거리를 나타낸 것이다. 또한, 각도 정보(86b)는, 목표면선(93)과 버킷(8)과의 사이의 각도를 나타내는 정보이다. 구체적으로는, 각도 정보(86b)는, 버킷(8)의 복수 개의 투스의 선단을 지나는 가상선과 목표면선(93)과의 사이의 각도이다.

측면도(54b)에 있어서 목표면(70)과 버킷(8)과의 위치 관계를 나타내는 정보는, 거리 정보(87a)와 각도 정보(87b)를 포함한다. 거리 정보(87a)는, 버킷(8)의 선단과 목표면선(92)과의 사이의 최단 거리, 즉 목표면선(92)의 수직선 방향에서의 버킷(8)의 선단과 목표면선(92)과의 사이의 거리를 나타낸 것이다. 또한, 각도 정보(87b)는, 목표면선(92)과 버킷(8)과의 사이의 각도를 나타내는 정보이다. 구체적으로는, 측면도(54b)에 표시되는 각도 정보(87b)는, 버킷(8)의 바닥면과 목표면선(92)과의 사이의 각도이다.

그리고, 섬세 굴삭 화면(54)은, 버킷(8)의 선단과 목표면선(92)과의 최단 거리를 그래픽으로 나타내는 그래픽 정보(88)를 포함한다. 그래픽 정보(88)는, 거친 굴삭 화면(53)의 그래픽 정보(84)와 마찬가지로, 인덱스 바(88a)와 인덱스 마크(88b)를 가진다.

이상과 같이, 섬세 굴삭 화면(54)에서는, 목표면선(92, 93)과 버킷(8)과의 상대 위치 관계가 표시된다. 오퍼레이터는, 목표면선(92, 93)을 나타내는 라인을 따라 버킷(8)의 선단을 이동시킴으로써, 현재의 지형이 3차원 설계 지형과 같은 형상으로 되도록, 더욱 용이하게 굴삭할 수 있다.

3. 안내 화면의 표시 범위 최적화 제어

다음에, 표시 컨트롤러(39)의 연산부(44)에 의해 실행되는 안내 화면의 표시 범위 최적화 제어에 대하여 설명한다. 표시 범위 최적화 제어는, 오퍼레이터가 목표면(70)과 작업기(2)와의 위치 관계를 파악하는 것을 용이하게 하기 위해, 표시 범위를 최적화하는 제어이다. 표시 범위는, 전술한 설계 지형 데이터에 대하여 안내 화면으로서 표시하는 범위를 나타낸다. 즉, 설계 지형 데이터에 의해 표현되는 설계 지형 중 표시 범위에 포함되는 부분이 안내 화면으로서 표시된다. 그리고, 전술한 바와 같이 주행 모드 화면(52) 및 거친 굴삭 화면(53)은, 각각, 상면도(52a, 53a)와 측면도(52b, 53b)를 포함한다. 또한, 섬세 굴삭 화면(54)은, 정면도(54a)와 측면도(54b)를 포함한다. 본 실시형태에 있어서의 표시 범위 최적화 제어는, 각 안내 화면의 측면도에 대한 표시 범위를 최적화하는 것이다. 도 9 및 도 10은, 표시 범위 최적화 제어에서의 처리를 나타낸 플로우차트이다.

스텝 S1에서는, 차량 본체(1)의 현재 위치가 검출된다. 여기서는, 전술한 바와 같이, 연산부(44)가, 위치 검출부(19)로부터의 검출 신호에 기초하여 차량 본체(1)의 글로벌 좌표계에서의 현재 위치를 산출한다.

스텝 S2에서는, 표시 범위가 설정된다. 여기서는, 연산부(44)는, 직사각형의 표시 범위를 설정한다. 연산부(44)는, 표시부(42)의 안내 화면을 표시하는 부분[이하, 「표시 영역」이라고 함]의 화면 어스펙트비로부터 표시 범위의 단변이 세로의 변과 가로의 변 중 어느 것인지를 구한다. 예를 들면, 도 11의 (a)에 나타낸 바와 같이, 표시 영역이 세로 길이 형상인 경우에는, 가로의 변이 단변으로서 구해진다. 또한, 도 11의 (b)에 나타낸 바와 같이, 표시 영역이 가로로 긴 형상인 경우에는, 세로의 변이 단변으로서 구해진다. 그리고, 화면 어스펙트비는 표시 입력 장치(38)의 도시하지 않은 기억부에 보존되어 있고, 표시 컨트롤러(39)에 의해 판독된다. 그리고, 연산부(44)는, 안내 화면의 소정 범위가 표시 범위의 단변의 범위 내에 들어가도록 안내 화면을 표시 영역 내에 표시하기 위한 축척을 결정한다. 구체적으로는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 작업기(2)의 최대 리치 길이를 기준으로 하여, 표시 범위의 단변의 길이가 설정된다. 예를 들면, 주행 모드 화면에서는, 표시 범위의 단변의 길이가 최대 리치 길이의 2배가 되도록 표시 범위의 축척이 설정된다. 거친 굴삭 화면에서는, 표시 범위의 단변의 길이가 최대 리치 길이의 1.5배가 되도록 표시 범위의 축척이 설정된다. 섬세 굴삭 화면에서는, 표시 범위의 단변의 길이가 최대 리치 길이의 1.2배가 되도록 표시 범위의 축척이 설정된다.

그리고, 작업기(2)의 최대 리치 길이는 작업기 데이터로부터 산출된다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 최대 리치 길이는, 작업기(2)를 최대한까지 신장시켰을 때의 작업기(2)의 길이, 즉 작업기(2)를 최대한까지 신장시켰을 때의 붐 핀(13)과 버킷(8)의 선단 P3와의 사이의 길이이다. 도 13은, 작업기(2)의 길이가 최대 리치 길이 Lmax로 될 때의 작업기(2)의 자세(이하, 「최대 리치 자세」라고 함)를 모식적으로 나타내고 있다. 도 13에 나타낸 좌표 평면 Yb―Zb는, 전술한 차량 본체 좌표계｛Xa, Ya, Za｝에 있어서 붐 핀(13)의 위치를 원점으로 한 것이다. 최대 리치 자세에서는, 암 각 θ2는 최소값으로 된다. 또한, 버킷 각 θ3은, 작업기(2)의 리치 길이가 최대가 되도록, 파라미터 최적화를 위한 수치 해석에 의해 산출된다. 그리고, 이들 결과로부터 최대 리치 길이 Lmax가 산출된다.

이상의 처리에 의해 도 14에 나타낸 바와 같은 표시 범위(55)가 설정된다. 표시 범위(55)의 장변(長邊)의 크기는, 전술한 단변의 크기와 화면 어스펙트비로부터 산출된다. 또한, 표시 범위(55)에서의 소정의 위치가 기준점 Pb로서 설정된다. 기준점 Pb는, 안내 화면의 종류마다 고정적으로 설정되어 있다. 구체적으로는, 기준점 Pb는, 표시 범위(55)의 하나의 각의 정점(頂点)으로부터의 Y축 방향의 거리 a1과, Z축 방향의 거리 b1으로 표현된다(이하, 「오프셋 값」이라고 한다). 그리고, 기준점 Pb의 오프셋 값 a1. b1은, 주행 모드 화면(52)와 거친 굴삭 화면(53)과 섬세 굴삭 화면(54)과의 각각에 있어서 고유의 값이 설정되어 있다.

도 9로 복귀하여, 스텝 S3에서는, 표시 대상면선이 결정된다. 여기서는, 도 15에 나타낸 바와 같이, 연산부(44)는, 지형 데이터와 작업기 데이터와 차량 본체의 현재 위치에 기초하여, 목표면선(92) 상의 측면에서 볼 때의 단면에 있어서, 시점 Ps와 종점 Pe를 연산한다. 시점 Ps는, 목표면선(92) 상에 있어서 차량 본체(1)에 가장 가까운 위치이다. 종점 Pe는, 시점 Ps보다 작업기(2)의 최대 리치 길이 Lmax 이격된 위치이다. 구체적으로는, Yb―Zb 평면과 목표면(70)과의 교선 상에 있어서 시점 Ps와 종점 Pe와의 좌표가 연산된다. 이로써, 예를 들면, 도 16에 나타낸 바와 같이, 목표면선(92) 상의 시점 Ps와 종점 Pe와의 좌표가 산출되고, 목표면선(92) 중 시점 Ps와 종점 Pe와의 사이의 부분이 표시 대상면선(78)으로서 결정된다. 단, 도 17에 나타낸 바와 같이, 차량 본체(1)가 목표면(70) 상에 위치하고 있는 경우에는, 차량 원점 Po의 위치[여기서는 버킷 핀(13)의 현재 위치]가 시점 Ps의 위치로서 결정된다. 또한, 도 18에 나타낸 바와 같이, 목표면선(92)이 최대 리치 길이 Lmax보다 작은 경우에는, 종점 Pe는 목표면(70)의 외측에 위치한다. 또한, 도 17에 나타낸 바와 같이, 시점 Ps로부터 최대 리치 거리만큼 이격된 위치가 목표면(70)의 외측에 위치하는 경우에도, 종점 Pe는 목표면(70)의 외측에 위치한다. 이 경우, 도 19에 나타낸 바와 같이, 목표면선(92) 상의 시점 Ps와 목표면선(92)에 인접하는 설계면선(91) 상의 종점 Pe와의 좌표가 산출되고, 목표면선(92)과 설계면선(91) 중 시점 Ps와 종점 Pe와의 사이의 부분이 표시 대상면선(78)으로서 결정된다.

도 9로 복귀하여, 스텝 S4에서는, 주행 모드 화면(52) 또는 거친 굴삭 화면(53)이 표시부(42)에 표시되고 있는지의 여부가 판단된다. 주행 모드 화면(52) 또는 거친 굴삭 화면(53)이 표시부(42)에 표시되고 있지 않은 경우에는, 스텝 S5로 진행된다. 즉, 섬세 굴삭 화면(54)이 표시부(42)에 표시되고 있는 경우에는, 스텝 S5로 진행된다.

스텝 S5에서는, 표시 대상면선(78)의 시점 Ps와 종점 Pe와의 평균 위치에 기준점 Pb를 설정한다. 즉, 도 20에 나타낸 바와 같이, 기준점 Pb가 시점 Ps와 종점 Pe와의 중점(中点) Pm으로 설정된다. 그리고, 도 10에 나타낸 스텝 S9에 있어서, 안내 화면 즉 섬세 굴삭 화면(54)이 표시된다. 전술한 바와 같이, 기준점 Pb가 시점 Ps와 종점 Pe와의 중점 Pm으로 설정되어 있으므로, 도 21의 (a)∼(c)에 나타낸 바와 같이, 섬세 굴삭 화면(54)의 측면도(54b) 상에서는 표시 대상면선(78)이 고정적으로 표시되고, 섬세 굴삭 화면(54)의 측면도(54b) 상을 버킷(8)의 아이콘(89)이 이동하도록 표시된다.

도 9로 복귀하여, 스텝 S4에 있어서 주행 모드 화면(52) 또는 거친 굴삭 화면(53)이 표시부(42)에 표시되고 있는 것으로 판정되었을 때는, 도 10에 나타낸 스텝 S6로 진행된다. 스텝 S6에서는, 도 16에 나타낸 바와 같이, 기준점 Pb의 Y좌표가 차량 원점 Po의 Y좌표로 설정된다.

다음에, 스텝 S7에서는, 차량 원점 Po의 Z좌표가 상부 경계선과 하부 경계선의 사이에 있는지의 여부가 판정된다. 상부 경계선은, 표시 대상면선(78) 상단의 높이 위치를 나타낸다. 하부 경계선은, 표시 대상면선(78) 하단의 높이 위치를 나타낸다. 예를 들면, 도 16에 나타낸 바와 같이, 상부 경계선 La는, 표시 대상면선(78)의 종점 Pe를 지나는 Y축과 평행한 선이다. 또한, 하부 경계선 Lb는, 표시 대상면선(78)의 시점 Ps를 지나는 Y축과 평행한 선이다. 차량 원점 Po의 Z좌표가 상부 경계선 La와 하부 경계선 Lb의 사이에 있는 것으로 판정되었을 때는, 스텝 S8로 진행한다.

스텝 S8에서는, 기준점 Pb의 Z좌표를 상부 경계선 La와 하부 경계선 Lb와의 평균 위치로 설정한다. 여기서는, 도 16에 나타낸 바와 같이, 기준점 Pb의 Z좌표가, 상부 경계선 La와 하부 경계선 Lb와의 중점 Pm의 Z좌표로 고정된다. 그리고, 스텝 S9에 있어서 안내 화면이 표시된다. 즉, 주행 모드 화면(52) 또는 거친 굴삭 화면(53)이 표시된다. 예를 들면, 거친 굴삭 화면(53)이 표시되는 경우에는, 도 22의 (a)∼(c)에 나타낸 바와 같이, 차량 본체(1)가 상부 경계선 La와 하부 경계선 Lb와의 사이에서 상하로 이동하면, 거친 굴삭 화면(53)의 측면도(53b) 상에서는 표시 대상면선(78)이 고정적으로 표시되고, 거친 굴삭 화면(53)의 측면도(53b) 상을 유압 셔블(100)의 아이콘(75)이 상하로 이동하도록 표시된다. 주행 모드 화면(52)의 측면도(52b)도, 거친 굴삭 화면(53)의 측면도(53b)와 마찬가지로 표시된다.

스텝 S7에 있어서 차량 원점 Po의 Z좌표가 상부 경계선 La와 하부 경계선 Lb의 사이에 없는 것으로 판정된 경우에는, 스텝 S10으로 진행한다. 스텝 S10에서는, 차량 원점 Po의 Z좌표가 상부 경계선 La보다 위에 있는지의 여부가 판정된다. 여기서, 도 23에 나타낸 바와 같이, 차량 원점 Po의 Z좌표가 상부 경계선 La보다 위에 있는 경우에는, 스텝 S11로 진행한다.

스텝 S11에서는, 기준점 Pb의 Y좌표를 상부 경계선 La와 하부 경계선 Lb와의 평균 위치에 차량 원점 Po와 상부 경계선 La와의 사이의 거리를 부가한 위치에 설정한다. 즉, 도 23에 나타낸 바와 같이, 시점 Ps와 종점 Pe와의 중점 Pm의 Z좌표에, 차량 원점 Po와 상부 경계선 La와의 사이의 Z축 방향의 거리 Da를 부가한 값을, 기준점 Pb의 Z좌표로 설정한다. 그리고, 도 23에 있어서, 「Pb'」는, 차량 원점 Po의 Z좌표가 상부 경계선 La와 하부 경계선 Lb와의 사이에 있는 경우의 기준점의 위치를 나타내고 있다.

그리고, 스텝 S9에 있어서 안내 화면이 표시된다. 즉, 주행 모드 화면(52) 또는 거친 굴삭 화면(53)이 표시된다. 예를 들면, 거친 굴삭 화면(53)이 표시되는 경우에는, 도 24의 (a)∼(c)에 나타낸 바와 같이, 차량 본체(1)가 상부 경계선 La로부터 위쪽으로 이동할수록, 거친 굴삭 화면(53)의 측면도(53b) 상에서는 표시 대상면선(78)이 서서히 아래쪽으로 이동하도록 표시된다. 또한, 거친 굴삭 화면(53)의 측면도(53b) 상에서는 유압 셔블(100)의 아이콘(75)은, 상하 방향의 위치가 고정되어 있도록 표시된다[도 24의 (b), (c) 참조]. 주행 모드 화면(52)의 측면도(52b)도, 거친 굴삭 화면(53)의 측면도(53b)와 마찬가지로 표시된다.

스텝 S10에 있어서 차량 원점 Po의 Z좌표가 상부 경계선 La보다 위에 없는 것으로 판정된 경우에는 스텝 S12로 진행한다. 즉, 도 25에 나타낸 바와 같이, 차량 원점 Po의 Z좌표가 하부 경계선 Lb보다 아래쪽에 있는 것으로 판정된 경우에는 스텝 S12로 진행한다.

스텝 S12에서는, 기준점 Pb의 Z좌표를 상부 경계선 La와 하부 경계선 Lb와의 평균 위치로부터 차량 원점 Po와 하부 경계선 Lb와의 사이의 거리를 뺀 위치로 설정한다. 즉, 도 25에 나타낸 바와 같이, 시점 Ps와 종점 Pe와의 중점 Pm의 Z좌표로부터, 차량 원점 Po와 하부 경계선 Lb와의 사이의 Z축 방향의 거리 Db를 제한 값을, 기준점 Pb의 Z좌표로 설정한다.

그리고, 스텝 S9에 있어서 안내 화면이 표시된다. 즉, 주행 모드 화면(52) 또는 거친 굴삭 화면(53)이 표시된다. 예를 들면, 거친 굴삭 화면(53)이 표시되는 경우에는, 도 26의 (a)∼(c)에 나타낸 바와 같이, 차량 본체(1)가 하부 경계선 Lb로부터 아래쪽으로 이동할수록, 거친 굴삭 화면(53)의 측면도(53b) 상에서는 표시 대상면선(78)이 서서히 위쪽으로 이동하도록 표시된다. 또한, 거친 굴삭 화면(53)의 측면도(53b) 상에서는 유압 셔블(100)의 아이콘(75)은, 상하 방향의 위치가 고정되어 있도록 표시된다[도 26의 (b), (c) 참조]. 주행 모드 화면(52)의 측면도(52b)도, 거친 굴삭 화면(53)의 측면도(53b)와 마찬가지로 표시된다.

그리고, 전술한 바와 같이, 주행 모드 화면(52) 또는 거친 굴삭 화면(53)이 표시되고 있을 때는, 기준점 Pb의 Y좌표는 차량 원점 Po의 Y좌표로 설정된다(도 16 참조). 따라서, 차량 본체(1)가 Y축 방향으로 이동하는 경우에는, 도 27의 (a)∼(c)에 나타낸 바와 같이, 안내 화면 상에서는 유압 셔블(100)의 아이콘(75)이 고정되고, 표시 대상면선(78)이 Y축 방향으로 이동하도록 표시된다.

4. 특징

본 실시형태에 관한 표시 시스템(28)에서는, 연산부(44)는, 표시 범위(55)의 기준점 Pb의 좌표를, 시점 Ps와 종점 Pe와의 좌표에 기초하여 결정한다. 그러므로, 반드시 목표면선(92)의 전체가 안내 화면에 표시되는 것은 아니고, 목표면선(92) 중 시점 Ps와 종점 Pe와의 사이의 부분 즉 표시 대상면선(78)이 우선적으로 안내 화면에 표시된다. 그러므로, 목표면선(92)의 전체를 표시하는 경우와 비교하여, 목표면선(92)과 차량 본체(1)가 과도하게 크게 표시되거나, 과도하게 작게 표시되거나 하지 않아, 오퍼레이터는, 목표면선(92)과 차량 본체(1)과의 위치 관계를 용이하게 파악할 수 있다. 또한, 차량 본체(1)는, 작업기(2)의 최대 리치 길이 Lmax를 넘는 범위를 굴삭할 수는 없으므로, 목표면선(92) 중 최대 리치 길이 Lmax보다 멀리 떨어진 부분이 잘 표시되지 않아도, 작업성에 주는 영향은 적다.

도 18에 나타낸 바와 같이, 목표면선(92)이 최대 리치 길이 Lmax보다 작은 경우에는, 목표면(70)의 외측의 부분까지 고려하여 기준점 Pb의 좌표가 결정된다. 그러므로, 작업기(2)가 도달하는 범위에 위치하는 목표면선(92) 이외의 설계면선(91)도 적절히 안내 화면에 표시하게 할 수 있다.

도 11에 나타낸 바와 같이, 화면 어스펙트비로부터 표시 범위(55)의 단변이 세로의 변과 가로의 변 중 어느 것인지가 판정된다. 그리고, 안내 화면의 소정 범위가 표시 범위(55)의 단변의 범위 내에 들어가도록, 표시 범위(55)의 축척이 결정된다. 또한, 안내 화면의 소정 범위는, 표시되는 안내 화면의 종류에 따라 상이하다. 구체적으로는, 도 12에 나타낸 바와 같이, 안내 화면의 소정 범위는, 작업기(2)의 최대 리치 길이 Lmax에 소정의 배율을 곱한 값에 의해 나타낸다. 그리고, 소정의 배율이 표시되는 안내 화면의 종류에 따라 상이하다. 예를 들면, 주행 모드 화면(52)의 경우에는, 다른 안내 화면과 비교하여, 비교적 넓은 범위가 표시 범위(55)의 단변의 범위에 들어가도록 축척이 결정된다. 또한, 섬세 굴삭 화면(54)의 경우에는, 다른 안내 화면과 비교하여, 비교적 좁은 범위가 표시 범위(55)의 단변의 범위에 들어가도록 축척이 결정된다. 따라서, 표시부(42) 중 안내 화면이 표시되는 표시 영역의 형상이 세로 길이와 가로 길이 중 어느 것이라도, 안내 화면의 원하는 범위를 적절히 표시할 수 있다.

5. 다른 실시형태

이상, 본 발명의 일실시형태에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 각종 변경이 가능하다. 예를 들면, 각 안내 화면의 내용은 상기한 것에 한정되지 않고, 적절히, 변경되어도 된다. 또한, 표시 컨트롤러(39)의 기능의 일부, 또는 모두가, 유압 셔블(100)의 외부에 배치된 컴퓨터에 의해 실행되어도 된다. 또한, 목표 작업 대상은, 전술한 바와 같은 평면에 한정되지 않고, 점, 선, 또는 3차원의 형상이라도 된다. 표시 입력 장치(38)의 입력부(41)는 터치 패널식의 것에 한정되지 않고, 하드 키(hard key)나 스위치 등의 조작 부재에 의해 구성해도 된다. 상기한 실시형태에서는, 작업기(2)는, 붐(6), 암(7), 버킷(8)을 가지고 있지만, 작업기(2)의 구성은 이에 한정되지 않는다.

상기한 실시형태에서는, 제1 ~ 제3 스트로크 센서(16∼18)에 의해, 붐(6), 암(7), 버킷(8)의 경사각을 검출하고 있지만, 경사각의 검출 수단은 이들에 한정되지 않는다. 예를 들면, 붐(6), 암(7), 버킷(8)의 경사각을 검출하는 각도 센서가 구비되어도 된다.

표시 범위의 단변에 대응하는 안내 화면의 소정 범위는, 도 12에 나타낸 것에 한정되지 않고, 최대 리치 길이에 대한 배율이 다른 값으로 적절히 변경되어도 된다. 또한, 최대 리치 길이 Lmax가 아니고 다른 기준에 기초하여 표시 범위의 단변에 대응하는 안내 화면의 소정 범위가 정의되어도 된다.

섬세 굴삭 화면(54)에서의 기준점 Pb의 좌표는, 시점 Ps와 종점 Pe와의 중점(中点) Pm에 한정되지 않고 다른 소정의 위치로 설정되어도 된다. 마찬가지로, 주행 모드 화면(52) 및 거친 굴삭 화면(53)에 있어서, 차량 원점 Po가 상부 경계선 La와 하부 경계선 Lb와의 사이에 위치할 때의 기준점 Pb의 Z 좌표는, 시점 Ps와 종점 Pe와의 중점 Pm의 Z 좌표에 한정되지 않고 다른 위치의 Z 좌표로 설정되어도 된다.

상기한 실시형태에서는, 차량 본체(1)의 현재 위치를 나타내는 차량 원점 Po가 버킷 핀(15)의 위치에 설정되어 있지만, 차량 본체(1)의 다른 위치에 설정되어도 된다.

각 안내 화면에 포함되는 화면은, 상기한 것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 섬세 굴삭 화면(54)에 있어서, 전술한 정면도(54a) 대신에 유압 셔블(100)의 상면도가 표시되어도 된다.

[산업 상의 이용 가능성]

본 발명은, 목표면과 유압 셔블과의 위치 관계를 용이하게 파악할 수 있는 효과를 가지고, 유압 셔블의 표시 시스템 및 그 제어 방법으로서 유용하다.

1: 차량 본체
2: 작업기
19: 위치 검출부
28: 표시 시스템
42: 표시부
44: 연산부
46: 지형 데이터 기억부
47: 작업기 데이터 기억부
55: 표시 범위
70: 목표면
74: 설계면
100:유압 셔블
Lmax: 작업기의 최대 리치 길이
Pb: 기준점
Ps: 시점
Pe: 종점

Claims

차량 본체와 상기 차량 본체에 장착되는 작업기를 가지는 유압 셔블(hydraulic shovel)의 현재 위치와, 설계 지형을 구성하는 복수의 설계면으로부터 선택된 목표면을 나타내는 안내 화면을 표시하는 표시 시스템으로서,
상기 목표면의 위치를 나타내는 지형 데이터를 기억하는 지형 데이터 기억부;
상기 작업기의 최대 리치(reach) 길이를 나타내는 작업기 데이터를 기억하는 작업기 데이터 기억부;
상기 차량 본체의 현재 위치를 검출하는 위치 검출부;
상기 지형 데이터에 대하여 상기 안내 화면으로서 표시하는 소정의 표시 범위를 설정하고, 상기 지형 데이터와 상기 작업기 데이터와 상기 차량 본체의 현재 위치에 기초하여, 상기 목표면의 측면에서 볼 때의 단면(斷面)을 구성하는 점(点)중, 상기 차량 본체에 가장 가까운 시점(始点)의 위치와, 상기 시점으로부터 상기 작업기의 최대 리치 길이가 이격된 종점(終点)의 위치를 산출하고, 상기 차량 본체의 현재 위치에 대한, 상기 시점 또는 상기 종점의 상대 위치에 기초하여, 상기 표시 범위에서의 소정 기준점의 위치를 산출하는 연산부;
상기 기준점에 기초하여, 상기 표시 범위에 포함되는 상기 목표면의 측면에서 볼 때의 단면과 상기 유압 셔블의 현재 위치를 나타내는 상기 안내 화면을 표시하는 표시부;
를 포함하는 유압 셔블의 표시 시스템.
제1항에 있어서,
상기 목표면의 단면이 상기 최대 리치 길이보다 작은 경우에는, 상기 종점은 상기 목표면의 외측에 위치하는, 유압 셔블의 표시 시스템.
제1항에 있어서,
상기 표시 범위는 직사각형의 형상을 가지고,
상기 연산부는, 상기 표시부의 상기 안내 화면을 표시하는 부분의 화면 어스펙트비로부터 상기 표시 범위의 단변(短邊)이 세로의 변과 가로의 변 중 어느 것인지를 구하고, 상기 안내 화면의 소정 범위가 상기 표시 범위의 단변의 범위 내에 들어가도록 상기 표시 범위의 축척을 결정하는, 유압 셔블의 표시 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 유압 셔블의 표시 시스템을 포함하는, 유압 셔블.
차량 본체와 상기 차량 본체에 장착되는 작업기를 가지는 유압 셔블의 현재 위치와, 설계 지형을 구성하는 복수의 설계면으로부터 선택된 목표면을 나타내는 안내 화면을 표시하는 표시 시스템의 제어 방법으로서,
상기 차량 본체의 현재 위치를 검출하는 스텝;
상기 목표면의 위치를 나타내는 지형 데이터에 대하여 상기 안내 화면으로서 표시하는 소정의 표시 범위를 설정하는 스텝;
상기 지형 데이터와, 상기 작업기의 최대 리치 길이를 나타내는 작업기 데이터와, 상기 차량 본체의 현재 위치에 기초하여, 상기 목표면의 측면에서 볼 때의 단면을 구성하는 점 중, 상기 차량 본체에 가장 가까운 시점의 위치와, 상기 시점으로부터 상기 작업기의 최대 리치 길이가 이격된 종점의 위치를 산출하는 스텝;
상기 차량 본체의 현재 위치에 대한, 상기 시점 또는 상기 종점의 상대 위치에 기초하여, 상기 표시 범위에서의 소정 기준점의 위치를 산출하는 스텝;
상기 기준점에 기초하여, 상기 표시 범위에 포함되는 상기 목표면의 측면에서 볼 때의 단면과 상기 유압 셔블의 현재 위치를 나타내는 상기 안내 화면을 표시하는 스텝;
을 포함하는 유압 셔블의 표시 시스템의 제어 방법.