KR101815268B1 - 건설 기계의 표시 시스템 및 그 제어 방법 - Google Patents

건설 기계의 표시 시스템 및 그 제어 방법 Download PDF

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Abstract

표시 시스템(28)은, 본체부에 대한 작업기의 위치 정보를 검출하는 스트로크 센서(16∼18)와, 실상 표시부(40)와, 콤바이너(42)와, 표시 컨트롤러(39)를 구비한다. 표시 컨트롤러(39)는, 작업기의 위치 정보에 기초하여, 작업 지원 정보의 콤바이너(42)의 표면을 따른 표시 위치 및 운전실의 전방으로의 안길이 표시 위치를 제어한다. 오퍼레이터가 지각하는 작업 지원 정보의 투영상을 작업기의 주위에 표시한다.

Description

건설 기계의 표시 시스템 및 그 제어 방법{CONSTRUCTION MACHINERY DISPLAY SYSTEM AND CONTROL METHOD FOR SAME}
본 발명은, 건설 기계의 표시 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
유압 셔블(hydraulic shovel) 등의 건설 기계에 있어서, 엔진의 냉각수의 수온 등의 각종 정보를 운전실 내의 모니터 장치에 표시하는 기술이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
또한, 운전실의 모니터 장치에, 작업 대상의 설계면이나 버킷(bucket)의 날끝(blade edge)의 위치를 나타내는 화상을 표시하는 것도 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 2 참조).
일본 공개특허 제2012―136985호 공보 일본 공개특허 제2012―172431호 공보
상기 모니터 장치는, 오퍼레이터의 전방에서 볼 때의 시스템을 방해하지 않도록, 운전실의 전방창과 측방창을 구분하는 세로 프레임의 하부에 설치되어 있었다(특허 문헌 1의 도 2 참조). 오퍼레이터는, 작업기를 보면서 조작하므로, 상기 모니터 장치의 정보를 확인하기 위해서는, 시점을 크게 어긋나게 하여 모니터 장치를 확인할 필요가 있다.
따라서, 조작 작업 중인 시점의 이동이 커져 작업 효율이 향상되지 않는다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 조작 작업 중인 시점(視点)의 이동을 적게 할 수 있어, 작업 효율을 향상시킬 수 있는 건설 기계의 표시 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 것에 있다.
제1 발명에 관한 건설 기계의 표시 시스템은, 작업기와, 상기 작업기가 장착되고 또한 운전실을 구비하는 본체부를 포함하는 건설 기계의 표시 시스템으로서, 상기 본체부에 대한 상기 작업기의 위치 정보를 검출하는 작업기 위치 검출부와, 작업 지원 정보를 실상(實像)으로서 표시하는 실상 표시부와, 상기 실상 표시부에 의해 표시되는 상기 실상을 운전실 내로 반사하여 상기 작업 지원 정보를 허상(虛像)으로서 표시하고, 상기 허상을 운전실의 전방 뷰(front view)에 중첩시켜 표시하는 콤바이너(combiner)와, 상기 실상 표시부를 제어하는 표시 제어부를 구비하고, 상기 표시 제어부는, 작업기의 위치 정보에 기초하여, 상기 작업 지원 정보의 콤바이너 표면을 따른 표시 위치 및 상기 운전실의 전방으로의 안길이 표시 위치(depthwise displayed position)를 제어하고, 상기 운전실의 오퍼레이터가 지각하는 상기 작업 지원 정보의 투영상을, 상기 작업기의 주위에 표시하는 것을 특징으로 한다.
제2 발명에 관한 건설 기계의 표시 시스템은, 제1 발명에 있어서, 상기 본체부의 현재 위치, 방향, 경사 각도를 가지는 3차원 위치 정보를 검출하는 위치 검출부와, 작업 대상의 목표 지형 정보를 기억하는 기억부를 구비하고, 상기 작업 지원 정보는, 상기 작업기의 위치 정보와, 상기 본체부의 3차원 위치 정보와, 상기 목표 지형 정보에 기초하여 작성되는 상기 작업기의 조작 정보인 것을 특징으로 한다.
제3 발명에 관한 건설 기계의 표시 시스템은, 제1 발명 또는 제2 발명에 있어서, 상기 본체부의 현재 위치, 방향, 경사 각도를 가지는 3차원 위치 정보를 검출하는 위치 검출부와, 작업 대상의 목표 지형 정보를 기억하는 기억부를 구비하고, 상기 표시 제어부는, 시공 후의 지형(landform)을 나타내는 시공 설계면 정보를, 작업 대상의 지형 위치에 맞추어 상기 실상 표시부에 의해 표시하고, 상기 시공 설계면 정보는, 상기 본체부의 3차원 위치 정보와, 상기 목표 지형 정보에 기초하여 작성되는 것을 특징으로 한다.
제4 발명에 관한 건설 기계의 표시 시스템은, 제1 발명 내지 제3 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 본체부의 현재 위치, 방향, 경사 각도를 가지는 3차원 위치 정보를 검출하는 위치 검출부와, 작업 대상의 목표 지형 정보 및 상기 작업기의 궤적 정보를 기억하는 기억부를 구비하고, 상기 표시 제어부는, 시공 후 타겟 지형을 나타내는 시공 설계면 정보를, 작업 대상의 지형 위치에 맞추어 상기 실상 표시부에 의해 표시하고, 상기 시공 설계면 정보는, 상기 본체부의 3차원 위치 정보와, 상기 목표 지형 정보와, 상기 작업기의 궤적 정보에 따른 작업 진도 정보에 기초하여 작성되는 것을 특징으로 한다.
제5 발명에 관한 건설 기계의 표시 시스템은, 제1 발명 내지 제4 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 실상 표시부와 콤바이너와의 사이에 배치되는 렌즈 광학계를 구비하고, 상기 렌즈 광학계는, 복수의 렌즈를 구비하고, 또한 적어도 일부의 렌즈는 광축 방향으로 이동 가능하게 설치되고, 상기 표시 제어부는, 상기 렌즈 광학계 중 적어도 일부의 렌즈를 광축 방향으로 이동시켜 상기 작업 지원 정보의 안길이 표시 위치를 제어하는 것을 특징으로 한다.
제6 발명에 관한 건설 기계의 표시 시스템은, 제1 발명 내지 제4 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 실상 표시부는, 상기 콤바이너와의 거리가 가변(可變) 가능하게 설치되고, 상기 표시 제어부는, 상기 실상 표시부와 상기 콤바이너와의 거리를 변경하여 상기 작업 지원 정보의 안길이 표시 위치를 제어하는 것을 특징으로 한다.
제7 발명에 관한 건설 기계의 표시 시스템의 제어 방법은, 작업기와, 상기 작업기가 장착되고 또한 운전실을 구비하는 본체부를 포함하는 건설 기계에 있어서, 작업 지원 정보를 실상으로서 표시하는 실상 표시부와, 상기 실상 표시부에 의해 표시되는 상기 실상을 운전실 내로 반사하여 상기 작업 지원 정보를 허상으로서 표시하고, 상기 허상을 운전실의 전방 뷰(front view)에 중첩시켜 표시하는 콤바이너를 구비한 표시 시스템의 제어 방법으로서, 상기 본체부에 대한 상기 작업기의 위치 정보를 검출하는 단계와, 상기 작업기의 위치 정보에 기초하여, 상기 작업 지원 정보의 콤바이너 표면을 따른 표시 위치 및 상기 운전실의 전방으로의 안길이 표시 위치를 제어하고, 상기 운전실의 오퍼레이터가 지각하는 상기 작업 지원 정보의 투영상을, 상기 작업기의 주위에 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
제1 발명에 의하면, 표시 시스템은, 실상 표시부 및 콤바이너를 구비함으로써, 작업 지원 정보를 운전실의 전방 뷰에 중첩시켜 표시할 수 있다. 그러므로, 오퍼레이터는, 작업기 및 작업 지원 정보를 관찰하는 경우에, 시점의 이동을 적게 할 수 있다. 따라서, 조작 작업 중인 시점의 이동을 적게 할 수 있어, 작업 효율을 향상시킬 수 있다.
더욱이, 표시 제어부는, 작업기의 위치 정보에 기초하여, 상기 작업 지원 정보의 콤바이너 표면을 따른 표시 위치 및 상기 운전실의 전방으로의 안길이 표시 위치를 제어한다. 그러므로, 상기 운전실의 오퍼레이터가 지각하는 상기 작업 지원 정보의 투영상을, 상기 작업기의 주위에 표시할 수 있어, 오퍼레이터의 시선의 동작과 초점 조절을 최소한으로 억제할 수 있다. 그러므로, 오퍼레이터가 작업기 및 작업 지원 정보를 인식하는 경우의 부하도 저감할 수 있다.
제2 발명에 의하면, 상기 작업 지원 정보로서, 상기 작업기의 위치 정보와, 상기 본체부의 3차원 위치 정보와, 상기 목표 지형 정보에 기초하여 작업기의 조작 정보를 작성한다. 그러므로, 조작 정보로서, 작업기의 이동 방향이나 이동량을 표시할 수 있어, 오퍼레이터는 용이하게 작업기를 조작할 수 있다.
제3 발명에 의하면, 본체부의 3차원 위치 정보와, 목표 지형 정보에 기초하여 작성되는 시공 설계면 정보를, 작업 대상의 지형 위치에 맞추어 표시한다. 그러므로, 오퍼레이터는, 표시된 시공 설계면 정보에 맞추어 작업기를 조작하면 되므로, 용이하게 작업기를 조작할 수 있다.
제4 발명에 의하면, 본체부의 3차원 위치 정보와, 목표 지형 정보와, 작업기의 궤적 정보에 따른 작업 진도 정보에 기초하여 작성되는 시공 설계면 정보를, 작업 대상의 지형 위치에 맞추어 표시한다. 그러므로, 오퍼레이터는, 표시된 시공 설계면 정보에 맞추어 작업기를 조작하면 되므로, 용이하게 작업기를 조작할 수 있다. 또한, 시공 후 타겟 지형을 확인할 수 있어 목표 지형 정보대로 정확하게 시공되어 있는지를 용이하게 확인할 수 있다.
제5 발명에 의하면, 상기 실상 표시부와 콤바이너와의 사이에, 복수의 렌즈를 구비하고, 또한 적어도 일부의 렌즈가 광축 방향으로 이동 가능한 렌즈 광학계를 배치하고, 상기 표시 제어부는, 상기 렌즈 광학계 중 적어도 일부의 렌즈를 광축 방향으로 이동한다. 그러므로, 작업 지원 정보의 안길이 표시 위치를 용이하고 또한 신속히 제어할 수 있다.
제6 발명에 의하면, 상기 표시 제어부는, 상기 실상 표시부와 상기 콤바이너와의 거리를 변경하여 상기 작업 지원 정보의 안길이 표시 위치를 제어한다. 그러므로, 일부의 렌즈가 이동 가능한 렌즈 광학계를 필요하지 않도록 할 수 있다.
제7 발명에 의하면, 제1 발명과 마찬가지의 작용 및 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 건설 기계의 사시도이다.
도 2a는 건설 기계의 구성을 모식적으로 나타낸 측면도이다.
도 2b는 건설 기계의 구성을 모식적으로 나타낸 배면도이다.
도 2c는 건설 기계의 구성을 모식적으로 나타낸 상면도이다.
도 3은 건설 기계가 구비하는 제어계의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 건설 기계의 운전실의 사시도이다.
도 5는 건설 기계의 운전실의 측면도이다.
도 6은 건설 기계의 표시 장치에 표시된 안내 화면을 나타낸 도면이다.
도 7은 건설 기계의 표시 장치에 표시된 안내 화면을 나타낸 도면이다.
도 8은 건설 기계의 버킷 위치를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 안내 화면의 표시 제어 방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 10은 경고 정보 표시 처리를 나타낸 플로우차트이다.
도 11은 시공 설계면 정보 표시 처리를 나타낸 플로우차트이다.
도 12는 버킷의 궤적 정보의 산출 방법을 설명하는 도면이다.
도 13은 조작 지원 정보 표시 처리를 나타낸 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다.
[1. 유압 셔블의 전체 구성]
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 건설 기계의 표시 시스템의 일 실시 형태에 관한 유압 셔블의 표시 시스템에 대하여 설명한다.
도 1은, 표시 시스템이 탑재되는 유압 셔블(100)의 사시도이다. 유압 셔블(100)은, 차체(1)와 작업기(2)를 가진다. 차체(1)는, 본 발명의 본체부에 상당한다. 차체(1)는, 선회체(旋回體)(3)와 운전실(4)과 주행 장치(5)를 가진다. 선회체(3)는, 주행 장치(5)에 선회(旋回) 가능하게 장착되어 있다. 선회체(3)는, 도시하지 않은 엔진이나 유압 펌프 등의 장치를 수용하고 있다. 운전실(4)은 선회체(3)의 앞부분에 탑재되어 있다. 운전실(4) 내에는, 후술하는 표시 장치(38) 및 조작 장치(25)가 배치된다(도 3 참조). 주행 장치(5)는 좌우의 크롤러 트랙(crawler track)(5a, 5b)을 가지고 있고, 크롤러 트랙(5a, 5b)이 회전함으로써 유압 셔블(100)이 주행한다.
작업기(2)는, 차체(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 차체(1)의 앞부분에 요동(搖動) 가능하게 장착되어 있다. 즉, 붐 핀(13)은, 붐(6)의 선회체(3)에 대한 요동 중심에 상당한다.
암(7)의 기단부는, 암 핀(14)을 통하여 붐(6)의 선단부에 요동 가능하게 장착되어 있다. 즉, 암 핀(14)은, 암(7)의 붐(6)에 대한 요동 중심에 상당한다.
암(7)의 선단부에는, 버킷 핀(15)을 통하여 버킷(8)이 요동 가능하게 장착되어 있다. 즉, 버킷 핀(15)은, 버킷(8)의 암(7)에 대한 요동 중심에 상당한다.
도 2는, 유압 셔블(100)의 구성을 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 2a는 유압 셔블(100)의 측면도이며, 도 2b는 유압 셔블(100)의 배면도이다. 도 2c는 유압 셔블(100)의 상면도이다. 도 2a에 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 날끝(P)까지의 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)의 기단부는, 붐 실린더 후드핀(10a)을 통하여 선회체(3)에 요동 가능하게 장착되어 있다. 또한, 붐 실린더(10)의 선단부는, 붐 실린더 탑 핀(10b)을 통하여 붐(6)에 요동 가능하게 장착되어 있다. 붐 실린더(10)는, 유압에 의해 신축됨으로써, 붐(6)을 구동한다.
암 실린더(11)의 기단부는, 암 실린더 후드핀(11a)을 통하여 붐(6)에 요동 가능하게 장착되어 있다. 또한, 암 실린더(11)의 선단부는, 암 실린더 탑 핀(11b)을 통하여 암(7)에 요동 가능하게 장착되어 있다. 암 실린더(11)는, 유압에 의해 신축함으로써, 암(7)을 구동한다.
버킷 실린더(12)의 기단부는, 버킷 실린더 후드핀(12a)을 통하여 암(7)에 요동 가능하게 장착되어 있다. 또한, 버킷 실린더(12)의 선단부는, 버킷 실린더 탑 핀(12b)을 통하여 제1 링크 부재(47)의 일단 및 제2 링크 부재(48)의 일단에 요동 가능하게 장착되어 있다. 제1 링크 부재(47)의 타단은, 제1 링크 핀(47a)을 통하여 암(7)의 선단부에 요동 가능하게 장착되어 있다. 제2 링크 부재(48)의 타단은, 제2 링크 핀(48a)을 통하여 버킷(8)에 요동 가능하게 장착되어 있다. 버킷 실린더(12)는, 유압에 의해 신축됨으로써, 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 유량(流量)이 제어된다. 이로써, 유압 실린더(10∼12)의 동작이 제어된다.
도 2a에 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 차체 좌표계의 zm축에 대하는 붐(6)의 요동각 α를 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 요동각 β를 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 요동각 γ을 산출한다.
후술하는 바와 같이, 제1∼제3 스트로크 센서(16∼18)에 의해, 차체(1)에 대한 작업기(2)의 버킷(8)의 날끝(P)의 위치 정보를 검출할 수 있다. 따라서, 제1∼제3 스트로크 센서(16∼18)는, 본 발명의 작업기 위치 검출부에 상당한다.
도 2a에 나타낸 바와 같이, 차체(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 전지구 항법 위성 시스템을 말함)용의 2개의 안테나(21, 22)와, 3차원 위치 센서(23)와, 경사각 센서(24)를 가진다.
안테나(21, 22)는, 후술하는 차체 좌표계 xm―ym―zm의 ym축을 따라 일정 거리만큼 이격되어 배치되어 있다. 안테나(21, 22)에 의해 수신된 GNSS 전파에 따른 신호는 3차원 위치 센서(23)에 입력된다. 3차원 위치 센서(23)는, 안테나(21, 22)의 글로벌 좌표계에서의 설치 위치를 검출한다.
그리고, 글로벌 좌표계는, GNSS에 의해 계측되는 좌표계이며, 지구에 고정된 원점을 기준으로 한 좌표계이다. 이에 대하여, 후술하는 차체 좌표계는, 차체(1)[구체적으로는 선회체(3)]에 고정된 원점을 기준으로 하는 좌표계이다. 2개의 안테나(21, 22)는, 차체(1)의 현재 위치 및 차체(1)[구체적으로는 선회체(3)]의 방향을 검출하기 위한 안테나이다. 위치 검출부(19)는, 2개의 안테나(21, 22)의 위치에 따라서, 후술하는 차체 좌표계의 xm축의 글로벌 좌표계에서의 방향각(방위각)을 검출한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 차체(1)에는, 경사각 센서(24)가 구비되어 있다. 경사각 센서(24)는, 도 2b에 나타낸 바와 같이, 중력 방향[연직선(沿直線)]에 대한 차체(1)의 폭 방향(좌우 방향)의 경사각 θ1(이하, 「롤각 θ1」이라고 함)을 검출한다. 또한, 경사각 센서(24)는, 도 2a에 나타낸 바와 같이, 중력 방향에 대한 차체(1)의 전후 방향의 경사각 θ2(이하, 「피치각 θ2」라고 함)을 검출한다. 또한, 경사각 센서(24)는, 선회체(3)의 선회 각도 즉 차체 좌표계의 연직축(zm축) 주위의 경사각(이하, 「요우각(yaw angle) θ3」라고 함)을 검출한다.
그리고, 본 실시형태에 있어서, 차체(1)의 폭 방향이란, 버킷(8)의 폭 방향을 의미하고 있고, 차폭 방향과 일치하고 있다. 단, 작업기(2)가 틸트 버킷(tilt bucket)을 구비하는 경우에는, 버킷(8)의 폭 방향과 차폭 방향이 일치하지 않을 경우가 있다.
위치 검출부(19)는, 안테나(21, 22), 3차원 위치 센서(23), 경사각 센서(24)를 구비하므로, 차체(1)의 글로벌 좌표 상의 현재 위치, 방향, 경사 각도를 가지는 본체부의 3차원 위치 정보를 검출한다. 차체(1)의 글로벌 좌표 상의 현재 위치는, 위도, 경도, 표고(標高)의 데이터로 표현된다. 글로벌 좌표 상의 차체(1)의 방향은, 방위각으로 표현된다. 경사 각도는, 상기 롤각 θ1, 피치각 θ2, 요우각 θ3으로 표현된다.
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(2) 및 선회체(3)를 조작하는 조작 부재(31L, 31R)와, 조작 부재(31L, 31R)의 조작을 검출하는 조작 검출부(32)와, 주행 조작 부재(33)와, 주행 조작 검출부(34)를 가진다. 조작 부재(31L, 31R)는, 오퍼레이터가 작업기(2) 및 선회체(3)를 조작하기 위한 부재이며, 예를 들면, 조작 레버이다.
조작 부재(31R)는 작업기(2)에서의 붐(6)과 버킷(8)의 조작을 행하고, 조작 부재(31R)의 전후 방향의 조작은 붐의 오르내림의 동작에 대응하고, 좌우 방향의 조작은 버킷의 굴삭, 개방의 동작에 대응한다.
조작 부재(31L)는 선회체(3)와 암(7)의 조작을 행하고, 조작 부재(31L)의 전후 방향의 조작은 암의 굴삭, 개방의 동작에 대응하고, 좌우 방향의 조작은 선회체(3)의 좌우 방향의 선회 동작에 대응한다.
조작 검출부(32)는, 조작 부재(31L)의 조작을 검출하는 조작 검출부(32L)와, 조작 부재(31R)의 조작을 검출하는 조작 검출부(32R)를 구비한다. 조작 검출부(32L, 32R)는, 예를 들면, 조작 부재(31L, 31R)에 설치된 도시하지 않은 검출 각을 검출하는 포텐셔미터(potentiometer) 등을 사용한다. 조작 부재(31L, 31R)의 조작 내용에 대응하고, 조작 검출부(32L, 32R)는 경도각(傾倒角; inclination angle)을 전기 신호로서 검출하여, 검출 신호로서 작업기 컨트롤러(26)에 보낸다. 조작 부재(31L, 31R)에서는 조작 신호에 따라 파일럿 유량을 발생시켜, 조작 검출부(32L, 32R)에서는 파일럿압을 검출하고, 검출 신호로 해도 된다.
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 내용에 따라 파일럿 유량을 발생한다. 파일럿압에 따라 주행 모터에 공급하는 유량이 결정되고, 주행 장치(5)가 구동된다.
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 동작 및 선회체(3)의 선회의 제어를 행한다. 작업기 컨트롤러(26)는, 조작 부재(31L, 31R)의 조작에 따라 작업기(2) 및 선회체(3)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)나 도시하지 않은 선회 모터에 공급된다. 유압 실린더(10∼12)나 선회 모터는, 비례 제어 밸브(37)로부터 공급된 작동유에 따라 구동된다. 이로써, 작업기(2)가 동작하고, 선회체(3)가 선회한다.
[2. 표시 시스템의 구성]
표시 시스템(28)은, 경고 정보, 조작 가이던스(guidance), 시공 설계면 정보, 차체 정보 등의 각종 정보를 오퍼레이터에게 제공하기 위한 시스템이다. 표시 시스템(28)은, 표시 장치(38)와, 표시 컨트롤러(39)와, 상기 각종 센서(16, 17, 18, 23, 24)와, 후술하는 감시 장치(60)를 가지고 있다.
표시 장치(38)는, 도 4, 도 5에 나타낸 바와 같이, 실상 표시부(40)와, 렌즈 광학계(41)와, 콤바이너(42)를 가진다. 실상 표시부(40)는, 액정 디스플레이, 유기 EL 디스플레이, 프로젝터 및 스크린 등의 실상을 표시할 수 있는 표시 장치로 구성된다. 그리고, 투과형 스크린을 사용하여 스크린의, 이면측(裏面側)에 배치한 프로젝터로부터, 영상을 투사하여 표시해도 된다.
렌즈 광학계(41)는, 실상 표시부(40)와 콤바이너(42)와의 사이에 배치되고, 복수 개의 렌즈를 구비한다. 그리고, 렌즈 광학계(41)의 렌즈의 일부는 광축 방향으로 이동 가능하게 구성되어 있다. 렌즈의 구동 기구는, 카메라의 줌 렌즈 등으로 이용되고 있는 구동 기구를 이용할 수 있다.
콤바이너(42)는, 운전실(4)의 전면(前面)의 프레임(4AF) 내에 상하 2매 설치된 프론트 글래스(4A) 부분에 설치된 일부의 광을 반사하고, 나머지의 광을 투과하는 하프 미러로 구성되어 있다. 이 콤바이너(42)는, 실상 표시부(40)에 표시된 영상을 운전실(4) 내의 오퍼레이터 측에 반사하는 동시에 운전실(4)의 외부로부터의 광을 운전실(4) 내에 투과한다.
그러므로, 오퍼레이터의 시점(視点)에서는, 상기 실상 표시부(40)에 표시된 실상을, 콤바이너(42)로부터 투과하여 육안으로 관찰할 수 있는 운전실(4)의 전방 뷰에 중첩시켜 표시되는 허상(70)으로서 파악할 수 있다. 그러므로, 표시 장치(38)는, 오퍼레이터의 시야에 직접 영상을 비추는 이른바 헤드 업 디스플레이(head-up display)로서 기능한다.
그리고, 콤바이너(42)에 렌즈 효과를 갖게 함으로써, 오퍼레이터가 관찰하는 허상(70)을 확대하거나, 허상(70)의 표시 위치를 변경할 수 있다. 본 실시형태에서는, 콤바이너(42)에 렌즈 효과를 갖게 하기 위해, 콤바이너(42)로서 오목면 하프 미러를 사용하고 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 표시 컨트롤러(39)의 제어에 의해, 렌즈 광학계(41) 중 적어도 일부의 렌즈를 광축 방향으로 이동시킴으로써, 오퍼레이터가 관찰하는 허상(70)의 안길이 표시 위치[오퍼레이터의 시점 위치로부터 운전실의 전방에 표시되는 허상(70)까지의 거리]를 변경할 수 있다. 즉, 렌즈 광학계(41)를 배치한 경우, 이 광학계에 의해, 그 안쪽에 있는 실상 표시부(40)를 확대하여 들여다 보는 것과 같은 형태가 된다. 그리고, 상기 렌즈 광학계(41) 내부의 일부의 렌즈를 광축 방향으로 이동함으로써, 실상 표시부(40)의 안길이[콤바이너(42)로부터 실상 표시부(40)까지의 거리]가 변화된 경우와 마찬가지의 효과를 얻을 수 있어, 결과적으로 허상(70)의 안길이 표시 위치도 변경된다. 도 5는, 점선으로 나타내는 허상(70)과, 실선으로 나타낸 허상(70)에 의해 안길이 표시 위치가 변경되어 있다.
또한, 허상(70)의 크기는 렌즈 광학계(41)의 사출창(射出窓)의 크기에 의존하므로, 허상(70)의 안길이 표시 위치가 변경되어도, 오퍼레이터의 시야각 위의 허상(70)의 크기는 일정하게 유지할 수 있다.
그리고, 상기 허상(70)의 안길이 표시 위치를 변경하기 위해서는, 렌즈 광학계(41)를 배치하지 않고, 리니어 액추에이터 등을 사용하여 상기 실상 표시부(40)를 콤바이너(42)에 대하여 가까워지는 방향 및 멀어지는 방향으로 이동 가능하게 구성하고, 실상 표시부(40) 및 콤바이너(42)의 거리를 변경하는 구성을 채용해도 된다.
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)에는, 3차원의 목표 지형 정보가 기억되어 있다. 목표 지형 정보는, 작업 대상이 되는 지면의 시공 후의 지형(설계 지형)의 형상 및 위치에 관한 정보이며, 삼각형이나 사각형 등의 다각형에 의해 표현된다.
연산부(44)는, 기억부(43)에 기억되어 있는 목표 지형 정보나, 위치 검출부(19)에 의해 검출되는 차체(1)의 3차원 위치 정보, 작업기 위치 검출부인 제1∼제3 스트로크 센서(16∼18)에 의해 검출되는 버킷(8)의 날끝의 위치 정보에 기초하여, 작업 지원 정보를 작성하기 위한 각종 연산을 실행한다. 표시 컨트롤러(39)는, 실상 표시부(40)에 오퍼레이터에 대한 작업 지원 정보를 표시한다. 그러므로, 표시 컨트롤러(39)는, 본 발명의 표시 제어부에 상당한다.
[3. 안내 화면]
이하, 표시 장치(38)에 표시되는 안내 화면에 대하여 상세하게 설명한다. 안내 화면은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 조작 지원 정보(82)를 작업 지원 정보로서 표시하고, 또한 차체 정보(83)나 시공 설계면 정보(84)를 표시한다. 또한, 경고 정보(주의 정보)(81)를 표시하는 경우에는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 작업 지원 정보로서 경고 정보(81)도 표시한다.
경고 정보(81)는, 표시 컨트롤러(39)에 접속된 감시 장치(60)로부터 출력된다. 감시 장치(60)는, 유압 셔블(100)에서의 각종 상태를 검출하는 센서 등을 구비하고, 검출 데이터에 이상(異常)이 있었을 경우에 경고 정보(81)를 표시 컨트롤러(39)에 출력한다. 예를 들면, 감시 장치(60)는, 유압 펌프의 토출압을 검출하는 센서나, 엔진의 냉각수의 수온을 검출하는 센서, 오염 센서 등을 구비한다. 또한, 감시 장치(60)는, 유압 셔블(100)의 주위에 사람 등의 장애물이 근접한 것을 검출하는 근접 센서 등도 구비한다.
감시 장치(60)는, 이들 센서의 데이터에 기초하여, 오퍼레이터에게 경고를 전하기 위한 경고 정보(81)를 작성하고, 표시 컨트롤러(39)에 출력한다. 표시 컨트롤러(39)는, 감시 장치(60)로부터 경고 정보(81)를 수신하면, 즉시 실상 표시부(40)에 표시한다. 즉, 경고 정보(81)는 최우선으로 표시한다.
도 7의 경고 정보(81)는, 유압 셔블(100)의 좌측 방향으로 사람 등의 장애물을 검출한 경우의 경고 정보의 예이다.
조작 지원 정보(82)는, 작업기(2)의 조작을 서포트하는 가이던스 정보이다. 예를 들면, 표시 컨트롤러(39)의 연산부(44)는, 후술하는 바와 같이, 위치 검출부(19)에 의해 검출된 차체(1)의 3차원 위치 정보와, 제1∼제3 스트로크 센서(16∼18)에 의해 검출된 작업기(2)에서의 버킷(8)의 날끝의 위치 정보와, 기억부(43)에 기억된 목표 지형 정보를 참조함으로써, 작업기(2)의 이동 방향 및 이동량을 산출한다. 그리고, 표시 컨트롤러(39)는, 작업기(2)의 이동 방향 및 이동량으로부터 조작 지원 정보(82)를 작성하고, 실상 표시부(40)에 표시한다.
예를 들면, 도 6의 조작 지원 정보(82)는, 도 8에 나타낸 유압 셔블(100)에 있어서, 버킷(8)이 버킷(8A)의 위치에 있는 경우에 표시되는 정보이다. 도 6의 조작 지원 정보(82)에서는, 버킷(8)이 목표 지형으로부터 4m 위쪽에 배치되어 있으므로, 4m 아래쪽으로 이동시킬 필요가 있는 것을 나타내고 있다. 도 7의 조작 지원 정보(82)는, 버킷(8)이 버킷(8B)의 위치에 있는 경우에 표시되는 정보이다. 도 7의 조작 지원 정보(82)에서는, 버킷(8)의 나머지의 이동량을 나타내고 있다.
그리고, 조작 지원 정보(82)는, 버킷(8)의 이동 방향을 나타내는 화살표와 이동 거리를 나타낸 숫자로 표시하는 타입이라도 되고, 이동 목표 위치(높이 레벨)를 나타내는 삼각 마크와 현재의 버킷(8)의 위치를 나타내는 바(bar)로 표시하는 타입이라도 된다. 도 6, 도 7에는 이들 2개의 표시 타입을 병기하고 있지만, 통상은, 어느 한쪽만을 표시하면 된다.
차체 정보(83)는, 연료계의 데이터나, 현재 시각, 현재의 연비에서의 남은 가동 시간 등의 정보이다. 차체 정보(83)의 표시의 유무나, 표시하는 데이터의 종류 등은, 오퍼레이터가 설정할 수 있고, 이 설정 정보는 기억부(43)에 기억된다. 표시 컨트롤러(39)는, 차체 정보(83)가 표시 있음으로 설정되어 있는 경우, 지정된 데이터를 표시한다. 그리고, 차체 정보(83)의 표시 위치는, 버킷(8)의 날끝 위치에 연동되지 않고, 고정되어 있다.
시공 설계면 정보(84)는, 상기 목표 지형 정보와, 버킷(8)의 날끝의 궤적 정보를 사용하여 작성된다. 즉, 표시 컨트롤러(39)는, 시공 전에는, 상기 목표 지형 정보나, 위치 검출부(19)에 의해 검출되는 3차원 위치 정보에 기초하여, 목표 지형 정보를 시공 설계면 정보(84)로서 실상 표시부(40)에 표시한다. 그러므로, 오퍼레이터의 시점에서는, 콤바이너(42)를 통해 육안으로 관찰할 수 있는 작업 대상의 지면에, 상기 목표 지형 정보가 중첩되어 보인다.
또한, 표시 컨트롤러(39)는, 시공 도중이나 시공 후에는, 상기 목표 지형 정보에 더하여 버킷(8)의 날끝의 궤적 정보를 중첩하여 시공 설계면 정보(84)를 작성하고, 타겟 지형의 정보도 표시한다.
실상 표시부(40)에 표시된 안내 화면은, 렌즈 광학계(41)를 통하여 콤바이너(42)에 의해 반사되고, 오퍼레이터에게 보여진다. 그러므로, 오퍼레이터는, 콤바이너(42)를 투과하여 볼 수가 있는 프론트 글래스(4A)의 전방 뷰 즉 작업 현장의 광경(光景)에, 상기 안내 화면을 중첩하여 볼 수가 있다.
표시 컨트롤러(39)는, 경고 정보(81), 조작 지원 정보(82)를, 작업기(2)의 버킷(8)의 위치에 맞추어 표시한다. 그러므로, 경고 정보(81) 및 조작 지원 정보(82)는, 버킷(8)의 이동에 따라, 콤바이너(42)의 표면을 따른 표시 위치 및 안길이 표시 위치가 변화한다.
표시 컨트롤러(39)는, 차체 정보(83)를, 실상 표시부(40)의 결정된 위치에 고정하여 표시한다. 단, 경고 정보(81), 조작 지원 정보(82)와 마찬가지로, 차체 정보(83)를 버킷(8)의 위치에 맞추어 표시해도 된다.
표시 컨트롤러(39)는, 시공 설계면 정보(84)를, 작업 대상이 되는 지면에 맞추어 표시한다.
[4. 안내 화면의 표시 제어 방법]
다음에 전술한 안내 화면의 표시 제어 방법에 대해서 도 9의 플로우차트에 기초하여 설명한다. 표시 컨트롤러(39)는, 유압 셔블(100)에 의한 시공 작업 중, 도 9에 나타낸 안내 화면의 표시 제어를, 일정 시간 간격, 예를 들면, 0.1초 간격으로 반복 실행하고, 예를 들면, 1초 정도의 간격으로 표시를 변경한다.
(경고 정보의 표시)
안내 화면의 표시 제어를 개시하면, 표시 컨트롤러(39)의 연산부(44)는, 감시 장치(60)로부터 경고 정보(81)가 출력되어 있는지[경고 정보(81)가 있는지]를 판정한다(단계 S1). 경고 정보(81)가 있는 경우, 연산부(44)는 경고 정보(81)를 표시한다(단계 S2). 표시 제어의 최초에 경고 정보(81)의 표시 처리를 행함으로써, 경고 정보(81)를 최우선으로 표시할 수 있어, 오퍼레이터에게 신속히 경고 정보를 전할 수 있다. 경고 정보의 표시 처리의 자세한 것은 후술한다. 그리고, 다른 정보의 표시 처리 시에, 감시 장치(60)로부터 경고 정보(81)가 출력된 경우에는, 경고 정보(81)의 표시 처리(단계 S2)를 중간개입으로 실행하면 된다.
(시공 설계면 정보의 표시)
연산부(44)는, 단계 S2의 경고 정보(81)의 표시 처리 후, 또는 경고 정보(81)가 없기 때문에 단계 S1에서 No인 것으로 판정된 경우, 시공 설계면 정보(84)가 기억부(43)에 기억되어 있는지를 판정한다(단계 S3). 시공 현장에 따라서는 시공 설계면 정보(84)가 존재하지 않을 경우도 있으므로, 그 유무를 판정하고 있다.
시공 설계면 정보(84)가 있는 경우, 연산부(44)는, 시공 설계면 정보(84)의 표시 처리를 행한다(단계 S4).
(조작 지원 정보의 표시)
연산부(44)는, 단계 S4의 시공 설계면 정보(84)의 표시 처리 후, 또는 시공 설계면 정보(84)가 없기 때문에 단계 S3에서 No인 것으로 판정된 경우, 조작 지원 정보(82)의 표시 설정의 유무를 판정한다(단계 S5).
조작 지원 정보(82)의 표시 설정이 있는 경우, 연산부(44)는, 조작 지원 정보(82)의 표시 처리를 행한다(단계 S6).
그리고, 단계 S2, S4, S6의 각각의 표시 처리의 자세한 것은 후술한다.
(차체 정보의 표시)
연산부(44)는, 단계 S5에서 No인 것으로 판정된 경우, 또는 단계 S6의 표시 처리 후, 차체 정보(83)를 표시하는 설정이 되어 있는지를 판정한다(단계 S7).
그리고, 연산부(44)는, 차체 정보(83)의 표시 설정 있음으로 판정된 경우, 차체 정보(83)의 표시 처리를 행한다(단계 S8). 이 경우, 연산부(44)는 실상 표시부(40)를 제어하고, 도 6, 7에 나타낸 바와 같이, 연료계의 데이터나, 현재 시각 등의 차체 정보를, 결정된 표시 위치에 표시한다.
그리고, 연산부(44)는, 전술한 바와 같이, 시공 작업이 계속하고 있는 동안은, 상기 단계 S1로부터 단계 S8까지의 처리를 소정 시간 간격으로 반복하기 위해, 단계 S1으로 복귀하고, 표시 처리를 속행한다.
[4―1. 경고 정보 표시 처리 S2]
다음에 단계 S2의 경고 정보(81)의 표시 처리에 대하여, 도 10의 플로우차트에 기초하여 설명한다. 그리고, 경고 정보 표시 처리(S2)에서는, 유압 셔블(100)의 차체 좌표계를 이용하여 날끝 위치를 산출하므로, 먼저, 차체 좌표계에 관하여 설명한다.
(차체 좌표계의 설명)
유압 셔블(100)에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 경사각 센서(24)의 검출값을 참조하여, 붐 핀(13)의 축과 작업기(2)의 동작 평면과의 교점(交点)을 원점으로 하여 차체 좌표계 xm―ym―zm을 설정하고 있다. 여기서 작업기(2)의 동작 평면은 xm―zm으로 된다. 또한, 차체 좌표계는, 각 안테나(21, 22)의 위치 데이터를 사용해도 설정할 수 있다. 그리고, 이하의 설명에 있어서 붐 핀(13)의 위치는, 붐 핀(13)의 차폭 방향에서의 중점(中点)의 위치를 의미하는 것으로 한다.
안테나(21, 22)와 차체 좌표계의 원점과의 위치 관계, 즉 안테나(21, 22)와 붐 핀(13)의 차폭 방향에서의 중점과의 위치 관계는 미리 설정된다. 구체적으로는, 도 2b 및 도 2c에 나타낸 바와 같이, 붐 핀(13)과 안테나(21)와의 사이의 차체 좌표계의 xm축 방향의 거리 Lbbx와, 붐 핀(13)과 안테나(21)와의 사이의 차체 좌표계의 ym축 방향의 거리 Lbby와, 붐 핀(13)과 안테나(21)와의 사이의 차체 좌표계의 zm축 방향의 거리 Lbbz에 의해, 차체 좌표계의 원점과 안테나(21)와의 위치 관계가 정해진다.
또한, 붐 핀(13)과 안테나(22)와의 사이의 차체 좌표계의 xm축 방향의 거리 Lbdx와, 붐 핀(13)과 안테나(22)와의 사이의 차체 좌표계의 ym축 방향의 거리 Lbdy와, 붐 핀(13)과 안테나(22)와의 사이의 차체 좌표계의 zm축 방향의 거리 Lbdz에 의해, 차체 좌표계의 원점과 안테나(22)와의 위치 관계가 정해진다.
(차체 좌표계 상의 날끝 위치 산출 S11)
연산부(44)는, 차체 좌표계 상의 버킷(8)의 날끝 위치를 산출한다(단계 S11.연산부(44)는, 제1∼제3 스트로크 센서(16∼18)의 검출 결과로부터, 전술한 붐(6), 암(7), 버킷(8)의 현재의 요동각 α, β, γ를 산출한다.
연산부(44)는, 붐(6), 암(7), 버킷(8)의 요동각 α, β, γ와, 붐(6), 암(7), 버킷(8)의 길이 L1, L2, L3를 사용하여, 이하의 수(1)의 식에 의해, 차체 좌표계에서의 버킷(8)의 날끝의 좌표(x, y, z)를 연산한다.
[수학식 1]
Figure 112015055786595-pct00001
(경고 정보의 생성 S12)
다음에 연산부(44)는, 감시 장치(60)로부터 출력되는 경고 정보(81)의 표시 내용을 생성한다(S12). 예를 들면, 감시 장치(60)의 근접 센서가 좌측 방향으로 장애물이 있는 것을 검출하고, 그 검출 정보를 출력하면, 연산부(44)는, 경고 정보(81)의 표시 내용(표시 화상)으로서, 좌측 방향의 화살표와, 느낌표를 생성한다. 그리고, 경고 정보(81)의 표시 내용(표시 화상)은, 경고 정보의 종류에 따라 설정된다. 즉, 오퍼레이터의 주의 환기가 필요한 경우에 느낌표를 생성한다. 그리고, 상기 장애물의 검출과 같이 주의해야 할 방향을 지시할 필요가 있는 경우에, 그 방향의 화살표를 생성한다. 또한, 유압 펌프의 토출압이나, 엔진 냉각수의 수온의 이상을 경고하는 경우에는, 이들의 경고 대상을 나타내는 아이콘이나 문자 등의 화상을 생성한다.
(경고 정보의 표시 위치 산출 S13)
다음에 연산부(44)는, 버킷(8)의 날끝의 현재 위치에 맞추어 경고 정보(81)의 표시 위치를 산출한다(단계 S13). 콤바이너(42)의 표시면에서의 경고 정보(81)의 표시 위치는, 버킷(8)이나 조작 지원 정보(82)와 중첩되지 않는 위치이며, 또한 버킷(8)에 근접한 위치에 설정된다. 또한, 경고 정보(81)의 내용에 맞추어 표시 위치를 조정한다. 그러므로, 도 7에 나타낸 바와 같이, 좌측 방향의 장애물을 경고하는 경고 정보(81)는, 버킷(8)의 경사 좌측 상부 위치 등에 표시된다. 우측 방향의 장애물을 경고하는 경고 정보이면, 버킷(8)의 경사 우측 상부 위치 등에 표시된다.
또한, 허상으로서 표시되는 경고 정보(81)의 오퍼레이터에서 볼 때 안쪽 방향으로 되는 좌표 x에 상당하는 안길이 표시 위치는, 버킷(8)의 날끝의 콤바이너(42)로부터의 거리 즉 오퍼레이터의 시점에서의 거리에 맞추어 설정된다.
(경고 정보의 표시 S14)
다음에 연산부(44)는, 렌즈 광학계(41) 및 실상 표시부(40)를 제어하고, 단계 S13에서 산출한 표시 위치에, 경고 정보(81)를 표시한다(단계 S14). 이상의 S11∼S14의 처리에 의해, 경고 정보 표시 처리(S2)가 종료한다.
[4―2. 시공 설계면 정보 표시 처리 S4]
다음에 단계 S4의 시공 설계면 정보(84)의 표시 처리에 대하여, 도 11의 플로우차트에 기초하여 설명한다.
(글로벌 좌표계의 차체의 3차원 위치 정보 산출 S21)
시공 설계면 정보(84)를 표시하는 경우, 연산부(44)는, 글로벌 좌표계 상의 차체(1)의 3차원 위치 정보를 산출한다(단계 S21).
구체적으로, 연산부(44)는, 3차원 위치 센서(23) 및 경사각 센서(24)의 검출값을 사용하여, 글로벌 좌표계 상의 차체(1)의 3차원 위치 정보(위도, 경도, 고도, 방위각, 롤각, 피치각, 요우각)를 산출한다(단계 S21).
즉, 3차원 위치 센서(23)는, 안테나(21, 22)의 글로벌 좌표 상의 위치(위도, 경도, 고도)를 검출한다. 그리고, 연산부(44)는, 전술한 차체 좌표계의 원점과 각 안테나(21, 22)와의 위치 관계와 3차원 위치 센서(23)가 검출한 글로벌 좌표계에서의 안테나(21, 22)의 좌표로부터, 차체 좌표계의 원점 위치의 글로벌 좌표(A, B, C)를 연산한다.
또한, 안테나(21, 22)는, 차체 좌표계의 ym축을 따라 배치되므로, 연산부(44)는, 글로벌 좌표계에서의 안테나(21, 22)의 좌표로부터 차체(1)[선회체(3)]의 방향(방위각)을 연산한다.
(차체 좌표계 상의 날끝 위치 산출 S22)
다음에 연산부(44)는, 차체 좌표계 상의 버킷(8)의 날끝의 위치를 산출한다(단계 S22). 이 차체 좌표계 상의 버킷(8)의 날끝 위치의 구체적인 산출 방법은, 상기 경고 정보(81)의 표시 처리에서의 단계 S11와 같기 때문에, 설명을 생략한다.
(글로벌 좌표계 상의 날끝 위치 산출 S23)
다음에 연산부(44)는, 글로벌 좌표계 상의 버킷(8)의 날끝 위치를 산출한다(단계 S23). 연산부(44)는, 수식 1로부터 구해진 차체 좌표계에서의 버킷(8)의 날끝의 좌표(x, y, z)를, 이하의 수식 2의 식에 의해, 글로벌 좌표계에서의 좌표(X, Y, Z)로 변환한다.
[수학식 2]
Figure 112015055786595-pct00002
단, ω, φ, κ는 이하의 수식 3으로 표현된다.
[수학식 3]
Figure 112015055786595-pct00003
여기서, 전술한 바와 같이, θ1은 롤각이다. θ2는 피치각이다. θ3은 요우각이다.
(날끝의 궤적 정보 기억 S24)
다음에, 연산부(44)는, 단계 S23에서 산출된 날끝 위치를 기억부(43)에 기억함으로써, 날끝의 궤적 정보를 기억한다(단계 S24).
이 때, 시공 후 타겟 지형을 계산·표시하기 위해서는, 버킷(8)의 날끝을 버킷(8)의 날끝의 양단에 의해 형성하는 선으로서 파악하고, 그 궤적을 계산할 필요가 있다. 그러므로, 도 12에 나타낸 바와 같이, 차체(1)와 시공면(施工面)(200)이 병행하지 않을 때는, 버킷(8)의 날끝 중 지형에 가장 가까운 점과 지형과의 거리(d1)에 더하여, 글로벌 좌표계에서의 차체(1)의 경사 각도와 시공면(200)의 경사 각도의 정보를 사용하여 버킷(8)의 날끝의 선(201)이 이동했을 때의 궤적 정보를 취득한다.
(목표 지형에 대한 작업 진도 정보 산출 S25)
다음에 연산부(44)는, 기억부(43)에 기억한 버킷(8)의 날끝의 궤적 정보와, 기억부(43)에 기억되어 있는 목표 지형 정보에 기초하여, 목표 지형에 대한 작업 진도 정보를 산출한다(단계 S25).
(시공 설계면 정보 생성 & 표시 위치 산출 S26)
다음에 연산부(44)는, 상기 목표 지형 정보 및 작업 진도 정보에 기초하여 시공 설계면 정보(84)의 표시 내용을 생성한다(단계 S26). 또한, 차체(1)의 3차원 위치 정보에 기초하여, 시공 설계면 정보(84)를 표시하는 위치를 산출한다(단계 S26).
(시공 설계면 정보 표시 S27)
그리고, 연산부(44)는, 렌즈 광학계(41) 및 실상 표시부(40)를 제어하고, 단계 S26에서 산출한 표시 위치에, 시공 설계면 정보(84)를 표시한다(단계 S27).
그러므로, 오퍼레이터는, 작업 대상의 지면에, 시공 설계면 정보(84)를 중첩하여 육안으로 관찰할 수 있다. 예를 들면, 시공 작업 전이면, 시공 설계면 정보(84)는, 작업 목표로 하는 지형이 표시되므로, 오퍼레이터는 이들로부터의 작업해야 할 목표면을 용이하게 파악할 수 있다.
또한, 작업 중이면, 시공 설계면 정보(84)는 작업 진도 정보도 포함하고 있으므로, 오퍼레이터는, 실제로 육안으로 관찰할 수 있는 버킷(8)의 날끝 위치와, 굴삭 등의 작업의 목표면의 위치 관계를 시점 및 초점을 변경하지 않고 용이하게 파악할 수 있고, 또한 목표대로 시공되어 있는지도 용이하게 확인할 수 있다.
그리고, 시공 설계면 정보(84)과, 경고 정보(81)나 조작 지원 정보(82)를 동시에 표시하는 경우, 표시 컨트롤러(39)는, 경고 정보(81)나 조작 지원 정보(82)의 안길이 표시 위치가, 버킷(8)의 위치로 되는 것을 우선적으로 렌즈 광학계(41)를 제어한다. 즉, 경고 정보(81)나 조작 지원 정보(82)의 안길이 표시 위치와, 시공 설계면 정보(84)의 안길이 표시 위치가 상이한 경우, 렌즈 광학계(41)는, 경고 정보(81)나 조작 지원 정보(82)의 안길이 표시 위치를 설정하기 위해 제어된다.
또한, 버킷(8)의 날끝 위치에 맞추어 표시 위치를 변경하는 작업 지원 정보인 경고 정보(81)나 조작 지원 정보(82)를 표시하는 실상 표시부(40) 및 렌즈 광학계(41)와, 버킷(8)의 날끝 위치에 맞추어 표시 위치를 변경시키지 않는 정보인 차체 정보(83)나 시공 설계면 정보(84)를 표시하는 실상 표시부(40) 및 렌즈 광학계(41)를 별개로 설치해도 된다.
[4―3. 조작 지원 정보 표시 처리 S6]
다음에 단계 S6의 시공 설계면 정보(84)를 이용한 조작 지원 정보(82)의 표시 처리에 대해서 도 13의 플로우차트에 기초하여 설명한다.
조작 지원 정보(82)를 표시하는 경우도, 연산부(44)는, 글로벌 좌표계 상의 차체(1)의 3차원 위치 정보를 산출한다(단계 S31). 다음에 연산부(44)는, 차체 좌표계 상의 날끝의 위치를 산출한다(단계 S32). 다음에 연산부(44)는, 글로벌 좌표 상의 날끝 위치를 산출한다(단계 S33). 이들 단계 S31∼S33의 구체적인 산출 방법은, 상기 시공 설계면 정보(84)의 표시 처리에서의 단계 S21∼S23와 같기 때문에, 설명을 생략한다. 그리고, 단계 S6의 조작 지원 정보(82)의 표시 처리가, 단계 S4의 시공 설계면 정보(84)의 표시 처리에 이어서 행해진 경우, 단계 S31∼S33을 생략하고, 단계 S21∼S23에서 산출한 데이터를 이용해도 된다.
다음에, 연산부(44)는, 상기한 바와 같이 연산한 버킷(8)의 날끝의 글로벌 좌표에서의 현재 위치와, 기억부(43)에 기억되어 있는 목표 지형 정보에 기초하여, 목표 지점(地点)으로의 도달에 필요한 날끝의 이동량 정보를 산출한다(단계 S34).
다음에, 연산부(44)는, 단계 S34에서 산출한 이동량 정보에 기초하여 조작 지원 정보(82)의 표시 내용을 생성하고, 버킷(8)의 날끝의 현재 위치에 맞추어 표시 위치를 산출한다(단계 S35). 콤바이너(42)의 표시면에서의 조작 지원 정보(82)의 표시 위치는, 버킷(8)이나 경고 정보(81)에 중첩되지 않는 위치이며, 또한 버킷(8)에 근접한 위치에 설정된다. 그러므로, 도 6, 도 7에서는, 버킷(8)의 측방 위치에 표시된다. 또한, 허상으로서 표시되는 조작 지원 정보(82)의 오퍼레이터에서 볼 때 안길이 방향으로 되는 좌표 x에 상당하는 안길이 표시 위치는, 버킷(8)의 날끝의 위치에 맞추어 설정된다.
다음에, 연산부(44)는, 렌즈 광학계(41) 및 실상 표시부(40)를 제어하고, 단계 S35에서 산출한 표시 위치에, 조작 지원 정보(82)를 표시한다(단계 S36).
이와 같은 본 실시형태에 의하면, 표시 장치(38)를, 실상 표시부(40), 렌즈 광학계(41), 콤바이너(42)를 구비하여 구성하였으므로, 작업 지원 정보를 운전실(4)의 전방 뷰에 중첩시켜 표시할 수 있다. 그러므로, 오퍼레이터는, 작업기(2)의 버킷(8) 및 작업 지원 정보인 경고 정보(81)나 조작 지원 정보(82)를 관찰하는 경우에, 시점 및 초점의 이동을 적게 할 수 있어, 작업 효율을 향상시킬 수 있다.
표시 컨트롤러(39)는, 버킷(8)의 위치 정보에 기초하여, 경고 정보(81), 조작 지원 정보(82)의 콤바이너(42)의 표면을 따른 표시 위치 및 안길이 표시 위치를 제어한다. 그러므로, 오퍼레이터가 지각하는 경고 정보(81)나 조작 지원 정보(82)의 투영상을, 버킷(8)의 주위에 표시할 수 있어, 오퍼레이터의 시선의 동작과 초점 조절을 최소한으로 억제할 수 있다. 그러므로, 오퍼레이터가 버킷(8) 및 작업 지원 정보를 인식하는 경우의 부하를 저감할 수 있다.
콤바이너(42)는, 프론트 글래스(4A)의 크기에 맞추어 설정할 수 있으므로, 종래의 모니터 장치와 비교하여 각종 정보의 표시 영역을 크게 할 수 있다. 그러므로, 종래에는, 모니터 장치의 화면을 전환하지 않으면 표시할 수 없는 복수의 정보를, 콤바이너(42)의 영역 내에 이음매 없이 표시할 수 있다. 또한, 정보화에 의한 다양한 작업 지원 정보를 제공하는 경우에, 운전실(4) 내의 모니터 장치를 증가시킬 필요가 없어, 운전실(4) 내의 스페이스를 확보할 수 있어, 오퍼레이터의 작업성이나 시야성을 유지할 수 있다.
[실시형태의 변형]
그리고, 본 발명은 전술한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위에서의 변형, 개량 등은 본 발명에 포함되는 것이다.
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.
상기한 실시형태에서는, 버킷(8)을 가지고 있지만, 버킷(8)은 이에 한정되지 않고, 틸트 버킷이라도 된다. 틸트 버킷이란, 버킷 틸트 실린더를 구비하고, 버킷이 좌우로 틸트 경사짐으로써 유압 셔블이 경사지에 있어도, 경사면, 평지를 자유로운 형태로 성형, 정지(整地)를 행할 수 있어, 저판(低板) 플레이트에 의한 전압(轉壓) 작업도 할 수 있는 버킷이다.
또한, 작업기(2)는, 버킷(8)을 가지는 것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 작업기(2)로서는, 유압 브레이커 등의 버킷(8) 이외의 부속품(attachment)을 장착한 것이라도 된다.
또한, 건설 기계로서는, 유압 셔블(100)에 한정되지 않고, 불도저(bulldozer), 휠 로더(wheel loader), 모터 그레이더(grader) 등의 작업기를 가지는 각종 건설 기계라도 된다.
실상 표시부(40)에 표시되는 안내 화면의 내용은, 상기한 것에 한정되지 않고, 부속품의 종류나 건설 기계의 종류 등에 따라 설정하면 된다. 또한, 표시 컨트롤러(39)의 기능의 일부, 또는 모두가, 건설 기계의 외부의 기지국에 배치된 컴퓨터에 의해 실행되어 배신되어(performed and delivered)도 된다.
조작 지원 정보(82)로서는, 목표 지점까지의 이동량 정보에 한정되지 않는다. 예를 들면, 굴삭 후에 버킷(8)을 위쪽으로 이동하는 경우에는, 버킷(8)의 위쪽으로의 이동량을 조작 지원 정보(82)로서 표시해도 된다. 조작 지원 정보(82)의 내용은, 작업기의 종류나, 오퍼레이터의 조작에 따라 설정하면 된다.
건설 기계로서는, 안테나(21, 22) 등의 글로벌 좌표계 상의 현재 위치를 검출하는 기구(機構)를 구비하지 않는 것이라도 된다. 이 경우에는, 차체 좌표계 상에서의 정보에 기초하여 경고 정보(81) 등을 작성하여 표시하면 된다.
또한, 작업기(2)의 위치에 맞추어 표시하는 작업 지원 정보의 안길이 표시 위치는, 렌즈 광학계(41)의 렌즈를 이동시키거나, 실상 표시부(40)를 이동시키는 것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 작업 지원 정보의 표시 화상을 처리하여, 오퍼레이터가 지각하는 투영상의 안길이 표시 위치를 조정해도 된다.
[산업 상의 이용 가능성]
본 발명은, 유압 셔블에 이용할 수 있는 것 외에, 휠 로더, 불도저, 모터 그레이더등, 오퍼레이터가 작업기를 육안으로 관찰할 수 있는 각종 건설 기계에도 이용할 수 있다.
1…차체, 3…선회체, 4…운전실, 4A…프론트 글래스, 5…주행 장치, 6…붐, 7…암, 8…버킷, 16…제1 스트로크 센서, 17…제2 스트로크 센서, 18…제3 스트로크 센서, 19…위치 검출부, 21, 22…안테나, 23…3차원 위치 센서, 24…경사각 센서, 25…조작 장치, 26…작업기 컨트롤러, 27…작업기 제어 장치, 28…표시 시스템, 38…표시 장치, 39…표시 컨트롤러, 40…실상 표시부, 41…렌즈 광학계, 42…콤바이너, 43…기억부, 44…연산부, 60…감시 장치, 70…허상, 81…경고 정보, 82…조작 지원 정보, 83…차체 정보, 84…시공 설계면 정보, 100…유압 셔블

Claims (8)

  1. 작업기와, 상기 작업기가 장착되고 또한 운전실을 구비하는 본체부를 포함하는 건설 기계의 표시 시스템으로서,
    상기 작업기의 위치 정보를 검출하는 작업기 위치 검출부;
    실상(實像)을 표시하는 실상 표시부;
    상기 실상을 상기 운전실 내로 반사함으로써 상기 운전실의 외부에 허상(虛像)을 형성하는 동시에, 상기 운전실의 외부로부터의 광을 투과하는 콤바이너(combiner); 및
    상기 작업기의 위치 정보에 기초하여, 상기 허상의 표시 위치를 변경하는 제어를 행하는 표시 제어부;
    를 포함하는 건설 기계의 표시 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 허상은, 상기 작업기의 위치 정보와, 작업 대상의 목표 지형 정보에 기초하여 작성되는 상기 작업기의 조작 정보를 포함하는, 건설 기계의 표시 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 본체부의 현재 위치, 방향, 경사 각도를 가지는 3차원 위치 정보를 검출하는 위치 검출부;
    작업 대상의 목표 지형 정보를 기억하는 기억부;를 더 포함하고,
    상기 표시 제어부는, 시공 후의 타겟 지형(landform)을 나타내는 시공 설계면 정보를 나타내는 상기 허상이, 상기 작업 대상의 지형 위치에 표시되도록 제어를 행하고,
    상기 시공 설계면 정보는, 상기 본체부의 3차원 위치 정보와, 상기 목표 지형 정보에 기초하여 작성되는, 건설 기계의 표시 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 본체부의 현재 위치, 방향, 경사 각도를 가지는 3차원 위치 정보를 검출하는 위치 검출부; 및
    작업 대상의 목표 지형 정보 및 상기 작업기의 궤적 정보를 기억하는 기억부;를 더 포함하고,
    상기 표시 제어부는, 시공 후의 타겟 지형을 나타내는 시공 설계면 정보를 나타내는 상기 허상이, 상기 작업 대상의 지형 위치에 표시되도록 제어를 행하고,
    상기 시공 설계면 정보는, 상기 본체부의 3차원 위치 정보와, 상기 목표 지형 정보와, 상기 작업기의 궤적 정보에 따른 작업 진도 정보에 기초하여 작성되는, 건설 기계의 표시 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시 제어부는, 상기 작업기의 위치 정보에 기초하여, 상기 허상의 상기 콤바이너의 표면을 따른 표시 위치 및 상기 운전실의 전방으로의 안길이 표시 위치를 변경하는 제어를 행하는, 건설 기계의 표시 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 실상 표시부와 상기 콤바이너의 사이에 배치되는 렌즈 광학계를 구비하고,
    상기 렌즈 광학계는, 복수의 렌즈를 구비하고, 또한 적어도 일부의 렌즈는 광축 방향으로 이동가능하게 설치되고,
    상기 표시 제어부는, 상기 렌즈 광학계의 적어도 일부의 렌즈를 광축 방향으로 이동시켜 상기 허상의 안길이 표시 위치를 제어하는, 건설 기계의 표시 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 실상 표시부는, 상기 콤바이너와의 거리를 변경 가능하게 설치하고,
    상기 표시 제어부는, 상기 실상 표시부와 상기 콤바이너와의 거리를 변경하여 상기 허상의 안길이 표시 위치를 제어하는, 건설 기계의 표시 시스템.
  8. 작업기와, 상기 작업기가 장착되고 또한 운전실을 구비하는 본체부를 포함하는 건설 기계에 있어서, 실상을 표시하는 실상 표시부와, 상기 실상을 상기 운전실 내로 반사함으로써 상기 운전실의 외부에 허상을 형성하는 동시에, 상기 운전실의 외부로부터의 광을 투과하는 콤바이너를 포함하는 건설 기계의 표시 시스템의 제어 방법으로서,
    상기 작업기의 위치 정보를 검출하는 단계; 및
    상기 작업기의 위치 정보에 기초하여, 상기 콤바이너에 의한 상기 허상의 표시 위치를 변경하는 제어를 행하는 단계
    를 포함하는 건설 기계의 표시 시스템의 제어 방법.
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