KR20150142031A - 굴삭 기계의 표시 시스템, 굴삭 기계 및 굴삭 기계의 표시 방법 - Google Patents

Abstract

굴삭 기계의 표시 시스템은, 작업기를 포함하는 상부 선회체를 소정의 선회 중심축을 중심으로 하여 선회시킬 수 있는 굴삭 기계에 사용되는 것이며, 상기 굴삭 기계의 현재 위치 및 자세에 관한 정보를 검출하는 차량 상태 검출부와, 작업 대상의 목표 형상을 나타내는 목표면의 위치 정보를 적어도 기억하는 기억부와, 상기 굴삭 기계의 현재 위치 및 자세에 관한 정보에 기초하여 구한 상기 버킷의 날끝의 방향을 포함하는 정보와, 상기 목표면과 직교하는 방향을 포함하는 정보와, 상기 선회 중심축의 방향을 포함하는 정보에 기초하여, 상기 버킷의 날끝이 상기 목표면과 정대하기 위해서 필요한 상기 작업기를 포함하는 상기 상부 선회체의 선회량을 나타내는 목표 선회 정보를 구하여, 얻어진 목표 선회 정보에 대응하는 화상을 표시 장치에 표시하는 처리부를 포함한다.

Description

굴삭 기계의 표시 시스템, 굴삭 기계 및 굴삭 기계의 표시 방법{DISPLAY SYSTEM FOR EXCAVATING MACHINE, EXCAVATING MACHINE, AND DISPLAY METHOD FOR EXCAVATING MACHINE}

본 발명은, 굴삭 기계의 표시 시스템, 굴삭 기계 및 굴삭 기계의 표시 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 유압 셔블은, 운전석 근방에 형성된 조작 레버가 오퍼레이터에 의해 조작됨으로써, 버킷을 포함하는 작업기 또는 상부 선회체가 동작한다. 이 때, 소정 구배의 법면 또는 소정 깊이의 홈 등을 굴삭하는 경우에는, 오퍼레이터가 작업기의 동작을 눈으로 보는 것만으로 목표로 하는 형상대로 정확하게 굴삭되고 있는지 여부를 판단하는 것은 곤란하다. 또, 오퍼레이터가, 그와 같은 소정 구배의 법면을 목표로 하는 형상대로 효율적으로 정확하게 굴삭할 수 있도록 되려면 숙련을 필요로 한다. 이 때문에, 예를 들어, 작업기의 선단에 위치하는 버킷의 위치 정보를 운전석 근방에 형성된 표시 장치에 표시하여, 오퍼레이터에 의한 조작 레버의 조작을 보조하는 기술이 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 에는, 목표면에 대한 정대 (正對) 방향과 유압 셔블을 선회시켜야 할 방향을 나타내는 아이콘으로서 정대 컴퍼스를 표시시키는 것이 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 2012-172431호

특허문헌 1 에는, 정대 컴퍼스를 어떻게 움직일지 등에 대해서는 명확한 기재가 없고, 버킷의 종류, 또는 목표면과 유압 셔블의 위치 관계 등을 고려하여, 오퍼레이터에 대해, 버킷을 목표면에 정대시키기 위한, 보다 적절한 정보를 제시하는 것이 요망된다.

본 발명은, 버킷을 목표면에 정대시키기 위한 적절한 정보를 오퍼레이터에 대해 제시하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 버킷을 가진 작업기를 포함하는 상부 선회체를, 소정의 선회 중심축을 중심으로 하여 선회시킬 수 있는 굴삭 기계에 사용되는 것이며, 상기 굴삭 기계의 현재 위치 및 자세에 관한 정보를 검출하는 차량 상태 검출부와, 작업 대상의 목표 형상을 나타내는 목표면의 위치 정보를 적어도 기억하는 기억부와, 상기 굴삭 기계의 현재 위치 및 자세에 관한 정보에 기초하여 구한 상기 버킷의 날끝의 방향을 포함하는 정보와, 상기 목표면과 직교하는 방향을 포함하는 정보와, 상기 선회 중심축의 방향을 포함하는 정보에 기초하여, 상기 버킷의 날끝이 상기 목표면과 정대하기 위해서 필요한, 상기 작업기를 포함하는 상기 상부 선회체의 선회량을 나타내는 목표 선회 정보를 구하여, 얻어진 목표 선회 정보에 대응하는 화상을 표시 장치에 표시하는 처리부를 포함하는 굴삭 기계의 표시 시스템이다.

상기 처리부는, 상기 목표 선회 정보가 정해지지 않는 경우 또는 상기 목표 선회 정보가 구해지지 않는 경우, 상기 표시 장치에 표시하는 상기 목표 선회 정보에 대응하는 화상의 표시 양태를, 상기 목표 선회 정보가 정해지는 경우 또는 상기 목표 선회 정보가 구해지는 경우와는 다르게 하는 것이 바람직하다.

상기 처리부는, 상기 버킷의 상기 날끝이 상기 목표면에 정대하기 전과, 정대한 후에서, 상기 표시 장치의 화면에 표시하는 상기 화상의 양태를 다르게 하는 것이 바람직하다.

상기 버킷은, 제 1 축을 중심으로 하여 회동 (回動) 하고, 또한 상기 제 1 축과 직교하는 제 2 축을 중심으로 하여 회동함으로써 상기 제 1 축 및 상기 제 2 축과 직교하는 제 3 축에 대해 날끝이 경사지고, 또한, 상기 버킷의 경사 각도를 검출하는 버킷 경사 검출부를 갖고, 상기 처리부는, 상기 버킷의 경사각 검출부가 검출한 상기 버킷의 경사 각도, 상기 굴삭 기계의 현재 위치 및 자세에 관한 정보에 기초하여 상기 버킷의 날끝의 방향을 구하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 버킷을 가진 작업기를 포함하는 상부 선회체를, 소정의 선회 중심축을 중심으로 하여 선회시킬 수 있는 굴삭 기계에 사용되는 것이며, 상기 굴삭 기계의 현재 위치 및 자세에 관한 정보를 검출하는 차량 상태 검출부와, 작업 대상의 목표 형상을 나타내는 목표면의 위치 정보를 적어도 기억하는 기억부와, 상기 굴삭 기계의 현재 위치 및 자세에 관한 정보에 기초하여 구한 상기 버킷의 날끝의 방향을 포함하는 정보와, 상기 목표면과 직교하는 방향을 포함하는 정보와, 상기 선회 중심축의 방향을 포함하는 정보에 기초하여, 상기 버킷의 날끝이 상기 목표면과 평행하게 될 때까지 필요한, 상기 작업기를 포함하는 상기 상부 선회체의 선회량을 목표 선회 정보로서 구하여, 얻어진 목표 선회 정보에 대응하는 화상을, 상기 굴삭 기계에 대응하는 화상 및 상기 목표면에 대응하는 화상과 함께 표시 장치에 표시하는 처리부를 포함하고, 상기 처리부는, 상기 버킷의 상기 날끝이 상기 목표면에 정대하기 전과, 정대한 후에서, 상기 표시 장치의 화면에 표시하는 상기 목표 선회 정보에 대응하는 화상의 양태를 다르게 하는, 굴삭 기계의 표시 시스템이다.

본 발명은, 버킷을 가진 작업기가 장착되어, 소정의 선회 중심축을 중심으로 하여 선회하는 상부 선회체와, 상기 상부 선회체의 아래에 구비된 주행 장치와, 전술한 굴삭 기계의 표시 시스템을 포함하는 굴삭 기계이다.

본 발명은, 버킷을 가진 작업기를 포함하는 상부 선회체를, 소정의 선회 중심축을 중심으로 하여 선회시킬 수 있는 굴삭 기계에 사용되는 것이며, 상기 굴삭 기계의 현재 위치 및 자세에 관한 정보에 기초하여 구한 상기 버킷의 날끝의 방향을 포함하는 정보와, 상기 목표면과 직교하는 방향을 포함하는 정보와, 선회 중심축의 방향을 포함하는 정보에 기초하여, 상기 버킷의 날끝이 상기 목표면과 정대하기 위해서 필요한, 상기 작업기를 포함하는 상기 상부 선회체의 선회량을 나타내는 목표 선회 정보를 구하여, 얻어진 목표 선회 정보에 대응하는 화상을 표시 장치에 표시하는, 굴삭 기계의 표시 방법이다.

상기 목표 선회 정보가 정해지지 않는 경우 또는 상기 목표 선회 정보가 구해지지 않는 경우, 상기 표시 장치에 표시되는 상기 목표 선회 정보에 대응하는 화상의 표시 양태를, 상기 목표 선회 정보가 정해지는 경우 또는 상기 목표 선회 정보가 구해지는 경우와 다르게 하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 버킷을 목표면에 정대시키기 위한 적절한 정보를 오퍼레이터에 대해 제시할 수 있다.

도 1 은, 본 실시형태에 관련된 유압 셔블의 사시도이다.
도 2 는, 본 실시형태에 관련된 유압 셔블이 구비하는 버킷의 정면도이다.
도 3 은, 본 실시형태에 관련된 유압 셔블이 구비하는 다른 예에 관련된 버킷의 사시도이다.
도 4 는, 유압 셔블의 측면도이다.
도 5 는, 유압 셔블의 배면도이다.
도 6 은, 유압 셔블이 구비하는 제어계를 나타내는 블록도이다.
도 7 은, 설계 지형 데이터에 의해 나타내어지는 설계 지형을 나타내는 도면이다.
도 8 은, 안내 화면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9 는, 안내 화면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10 은, 버킷이 목표면에 정대하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 11 은, 버킷이 목표면에 정대하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 는, 날끝 벡터를 설명하기 위한 도면이다.
도 13 은, 목표면의 법선 벡터를 나타내는 도면이다.
도 14 는, 정대 컴퍼스와 목표 회동각의 관계를 나타내는 도면이다.
도 15 는, 자세 정보 표시 제어의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 16 은, 날끝 벡터를 구하는 수법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 17 은, 날끝 벡터를 구하는 수법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 18 은, 날끝 벡터를 구하는 수법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 19 는, 날끝 벡터를 구하는 수법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 20 은, 날끝 벡터를 구하는 수법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 21 은, 목표 회동 각도를 구하는 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 22 는, 차량 본체 좌표에 있어서의 단위 벡터를 설명하기 위한 도면이다.
도 23 은, 날끝 벡터 및 목표 날끝 벡터를 설명하기 위한 도면이다.
도 24 는, 날끝 벡터 및 목표 날끝 벡터를 설명하기 위한 도면이다.
도 25 는, 목표 회동 각도를 설명하기 위한 도면이다.
도 26 은, 정대 컴퍼스의 표시에 사용하는 제 1 목표 회동 각도 또는 제 2 목표 회동 각도를 선택하는 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 27 은, 유압 셔블과 목표면의 관계를 나타내는 도면이다.
도 28 은, 유압 셔블과 목표면의 관계를 나타내는 도면이다.
도 29 는, 유압 셔블과 목표면의 관계를 나타내는 도면이다.
도 30 은, 정대 컴퍼스를 나타내는 도면이다.
도 31 은, 목표면과, 단위 벡터와, 법선 벡터의 관계를 나타내는 도면이다.
도 32 는, 목표 회동 각도가 구해지지 않는 경우 (해 (解) 없음 상태) 의 일례를 나타내는 개념도이다.
도 33 은, 목표 선회 정보가 구해지지 않는 경우에 있어서의 정대 컴퍼스의 표시예를 나타내는 도면이다.
도 34a 는, 목표 회동 각도가 구해지지 않는 경우 또는 정해지지 않는 경우 (부정해 (不定解) 상태) 의 일례를 나타내는 개념도이다.
도 34b 는, 목표 회동 각도가 구해지지 않는 경우 또는 정해지지 않는 경우 (부정해 상태) 의 일례를 나타내는 개념도이다.

본 발명을 실시하기 위한 형태 (실시형태) 에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

＜굴삭 기계의 전체 구성＞

도 1 은, 본 실시형태에 관련된 유압 셔블 (100) 의 사시도이다. 도 2 는, 본 실시형태에 관련된 유압 셔블 (100) 이 구비하는 버킷 (9) 의 정면도이다. 도 3 은, 본 실시형태에 관련된 유압 셔블 (100) 이 구비하는 다른 예에 관련된 버킷 (9a) 의 사시도이다. 도 4 는, 유압 셔블 (100) 의 측면도이다. 도 5 는, 유압 셔블 (100) 의 배면도이다. 도 6 은, 유압 셔블 (100) 이 구비하는 제어계를 나타내는 블록도이다. 도 7 은, 설계 지형 데이터에 의해 나타내어지는 설계 지형을 나타내는 도면이다.

본 실시형태에 있어서, 굴삭 기계로서의 유압 셔블 (100) 은, 본체부로서의 차량 본체 (1) 와 작업기 (2) 를 갖는다. 차량 본체 (1) 는, 선회체로서의 상부 선회체 (3) 와 주행 장치 (5) 를 갖는다. 상부 선회체 (3) 는, 기관실 (3EG) 의 내부에, 도시되지 않은 동력 발생 장치 및 유압 펌프 등의 장치를 수용 하고 있다. 기관실 (3EG) 은, 상부 선회체 (3) 의 일단측에 배치되어 있다.

본 실시형태에 있어서, 유압 셔블 (100) 은, 예를 들어 디젤 엔진 등의 내연 기관을 동력 발생 장치로 하고 있지만, 유압 셔블 (100) 은 이와 같은 것에 한정되지 않는다. 유압 셔블 (100) 은, 예를 들어, 내연 기관과 발전 전동기와 축전 장치를 조합한, 소위 하이브리드 방식의 동력 발생 장치를 구비하는 것 등이어도 된다.

상부 선회체 (3) 는, 운전실 (4) 을 갖는다. 운전실 (4) 은, 상부 선회체 (3) 의 타단측에 재치 (載置) 되어 있다. 즉, 운전실 (4) 은, 기관실 (3EG) 이 배치되어 있는 측과는 반대측에 배치되어 있다. 운전실 (4) 내에는, 도 6 에 나타내는, 표시 입력 장치 (38) 및 조작 장치 (25) 가 배치된다. 이들에 대해서는 후술한다. 상부 선회체 (3) 의 아래에는, 주행 장치 (5) 가 구비되어 있다. 주행 장치 (5) 는, 캐터필러 (5a, 5b) 를 갖고 있다. 주행 장치 (5) 는, 도시되지 않은 유압 모터가 구동하고, 캐터필러 (5a, 5b) 가 회전함으로써 주행하여, 유압 셔블 (100) 을 주행시킨다. 작업기 (2) 는, 상부 선회체 (3) 의 운전실 (4) 의 측방측에 장착되어 있다.

또한, 유압 셔블 (100) 은, 캐터필러 (5a, 5b) 대신에 타이어를 구비하고, 도시되지 않은 디젤 엔진의 구동력을 트랜스미션을 통해서 타이어에 전달하여 주행 가능한 주행 장치를 구비한 것이어도 된다. 예를 들어 이와 같은 형태의 유압 셔블 (100) 로서 휠식 유압 셔블이어도 된다.

상부 선회체 (3) 는, 작업기 (2) 및 운전실 (4) 이 배치되어 있는 측이 앞이고, 기관실 (3EG) 이 배치되어 있는 측이 뒤다. 앞을 향해 좌측이 상부 선회체 (3) 의 왼쪽이고, 앞을 향해 우측이 상부 선회체 (3) 의 오른쪽이다. 또, 유압 셔블 (100) 또는 차량 본체 (1) 는, 상부 선회체 (3) 를 기준으로 하여 주행 장치 (5) 측이 아래이고, 주행 장치 (5) 를 기준으로 하여 상부 선회체 (3) 측이 위다. 유압 셔블 (100) 이 수평면에 설치되어 있는 경우, 아래는 연직 방향, 즉 중력의 작용 방향측이고, 위는 연직 방향과는 반대측이다. 상부 선회체 (3) 의 위에는, 난간 (3G) 이 형성되어 있다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 난간 (3G) 에는, RTK-GNSS (Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite Systems, GNSS 는 전지구 항법 위성 시스템을 말한다) 용의 2 개의 안테나 (21, 22) (이하, 적절히 GNSS 안테나 (21, 22) 라고 한다) 가, 착탈 가능하도록 장착되어 있다.

작업기 (2) 는, 붐 (6) 과 아암 (7) 과 버킷 (9) 과 붐 실린더 (10) 와 아암 실린더 (11) 와 버킷 실린더 (12) 와 틸트 실린더 (13) 를 갖는다. 또한, 도 1 또는 도 2 에 나타내는 화살표 SW 와 화살표 TIL 은, 버킷 (9) 이 회동 (回動) 가능한 방향을 나타내고 있다. 붐 (6) 의 기단부는, 붐 핀 (14) 을 통해서 차량 본체 (1) 의 전부 (前部) 에 회동 가능하게 장착되어 있다. 아암 (7) 의 기단부는, 아암 핀 (15) 을 통해서 붐 (6) 의 선단부에 회동 가능하게 장착되어 있다. 아암 (7) 의 선단부에는, 버킷 핀 (16) 을 통해서 연결 부재 (8) 가 장착되어 있다. 연결 부재 (8) 는, 틸트 핀 (17) 을 통해서 버킷 (9) 에 장착되어 있다. 연결 부재 (8) 는, 도시되지 않은 핀을 통해서 버킷 실린더 (12) 와 연결되어 있고, 버킷 실린더 (12) 가 신축함으로써, 버킷 (9) 이 회동 (도 1 에 나타내는 SW 참조) 한다. 즉, 버킷 (9) 이 아암 (7) 의 연장 방향과 직교하는 축을 중심으로 하여 회동할 수 있도록 장착되어 있다. 붐 핀 (14) 과 아암 핀 (15) 과 버킷 핀 (16) 은, 모두 평행한 위치 관계에 배치되어 있다. 즉, 각각의 핀의 중심축은, 서로 평행한 위치 관계가 되어 있다.

또한, 이하에 나타내는 「직교」 란, 공간상에서, 2 개의 선 (또는 축) 끼리, 선 (또는 축) 과 면 또는 면과 면과 같은 2 개의 대상이 직교하는 위치 관계를 의미한다. 예를 들어, 하나의 선 (또는 축) 이 포함되는 평면과, 다른 선 (또는 축) 이 포함되는 평면이 평행이고, 그들 면 중 어느 쪽의 면에 대해 수직 방향에서 본 경우, 하나의 선과 다른 선이 직교하고 있는 상태도, 하나의 선과 다른 선은 직교하고 있다고 표현한다. 선 (축) 과 면, 면과 면의 경우도 동일하다.

(버킷 (9))

본 실시형태에 있어서, 버킷 (9) 은, 틸트 버킷이라 불리는 것이다. 버킷 (9) 은, 연결 부재 (8) 를 통해서, 또한 버킷 핀 (16) 을 통해서 아암 (7) 에 연결되어 있다. 또한, 연결 부재 (8) 에 있어서, 연결 부재 (8) 의 버킷 핀 (16) 이 장착되는 측과는 반대의 버킷 (9) 측에는, 틸트 핀 (17) 을 통해서 버킷 (9) 이 장착되어 있다. 틸트 핀 (17) 은, 버킷 핀 (16) 과 직교하고 있다. 즉, 틸트 핀 (17) 의 중심축을 포함하는 평면은, 버킷 핀 (16) 의 중심축과 직교한다. 이와 같이, 버킷 (9) 은, 틸트 핀 (17) 을 통해서, 틸트 핀 (17) 의 중심축을 중심으로 하여 회동 (도 1 및 도 2 에 나타내는 화살표 (TIL) 참조) 할 수 있도록 연결 부재 (8) 에 장착되어 있다. 이와 같은 구조에 의해, 버킷 (9) 은, 버킷 핀 (16) 의 중심축 (제 1 축) 을 중심으로 하여 회동할 수 있고, 또한 틸트 핀 (17) 의 중심축 (제 2 축) 을 중심으로 하여 회동할 수 있도록 되어 있다.

버킷 핀 (16) 의 축 방향으로 연장되는 중심축은 제 1 축 (AX1) 이고, 버킷 핀 (16) 과 직교하는 틸트 핀 (17) 의 연장 방향에 있어서의 중심축은, 제 1 축 (AX1) 과 직교하는 틸트 중심축 (이하, 적절히) 제 2 축 (AX2) 이라고 칭한다) 이다. 이 때문에, 버킷 (9) 은, 제 1 축 (AX1) 을 중심으로 하여 회동하고, 또한 제 2 축 (AX2) 을 중심으로 하여 회동할 수 있다. 즉, 버킷 (9) 은, 제 1 축 (AX1) 및 제 2 축 (AX2) 의 양자와 직교하는 위치 관계에 있는 제 3 축 (AX3) 을 기준으로 한 경우, 그 기준에 대해 좌우 (도 2 에 나타내는 화살표 (TIL)) 로 회동하는 것이 가능하다. 그리고, 버킷 (9) 을 좌우 중 어느 것으로 회동시킴으로써, 날끝 (9T) (보다 구체적으로는 날끝열 (9TG)) 을 지면에 대해 경사시킬 수 있다.

버킷 (9) 은, 복수의 날 (9B) 을 구비하고 있다. 버킷 (9) 에 있어서 복수의 날 (9B) 은, 버킷 (9) 의 틸트 핀 (17) 이 장착되는 측과는 반대측의 단부에 장착되어 있다. 복수의 날 (9B) 은, 틸트 핀 (17) 과 직교하는 방향, 즉, 제 1 축 (AX1) 과 평행한 위치 관계로 1 열로 배열되어 있다. 날끝 (9T) 은, 날 (9B) 의 선단부이다. 본 실시형태에 있어서, 날끝열 (9TG) 이란, 1 열로 배열되어 늘어서 있는 복수의 날끝 (9T) 을 말한다. 날끝열 (9TG) 은, 날끝 (9T) 의 집합체이다. 날끝열 (9TG) 을 표현하는 데에 있어서, 본 실시형태에서는, 복수의 날끝 (9T) 을 이은 직선 (이하, 적절히 날끝열 라인이라고 한다) (LBT) 을 사용한다.

틸트 실린더 (13) 는, 버킷 (9) 과 연결 부재 (8) 를 연결하고 있다. 즉, 틸트 실린더 (13) 의 실린더 로드의 선단이 버킷 (9) 의 본체측에 연결되고, 틸트 실린더 (13) 의 실린더 튜브측이 연결 부재 (8) 에 연결되어 있다. 본 실시형태에 있어서는, 2 개의 틸트 실린더 (13, 13) 가 버킷 (9) 및 연결 부재 (8) 의 좌우 양측에서 양자를 연결하고 있지만, 적어도 1 개의 틸트 실린더 (13) 가 양자를 연결하고 있으면 된다. 일방의 틸트 실린더 (13) 가 신장하면, 타방의 틸트 실린더 (13) 가 줄어듦으로써, 버킷 (9) 은, 틸트 핀 (17) 의 둘레를 회동한다. 그 결과, 틸트 실린더 (13, 13) 는, 날끝 (9T), 보다 구체적으로는, 날끝열 라인 (LBT) 으로 나타내는 날끝 (9T) 의 집합체인 날끝열 (9TG) 을, 제 3 축 (AX3) 에 대해 경사시킬 수 있다.

틸트 실린더 (13, 13) 의 신축은, 운전실 (4) 내의 도시되지 않은 슬라이드식 스위치 또는 족답식 (足踏式) 페달과 같은 조작 장치에 의해 실시할 수 있다. 그 조작 장치가 슬라이드식 스위치인 경우, 유압 셔블 (100) 의 오퍼레이터가 슬라이드식 스위치를 조작함으로써, 작동유가 틸트 실린더 (13, 13) 에 공급 또는 틸트 실린더 (13, 13) 로부터 배출되고, 틸트 실린더 (13, 13) 가 신축한다. 그 결과, 틸트 버킷 (버킷 (9)) 은, 제 3 축 (AX3) 을 기준으로 하여, 그 조작의 양에 따른 양만큼 좌우 (도 2 에 나타내는 화살표 (TIL)) 로 회동 (날끝 (9T) 이 경사) 한다.

도 3 에 나타내는 버킷 (9a) 은, 틸트 버킷의 일종으로서, 주로 법선을 시공하기 위해서 사용된다. 버킷 (9a) 은, 틸트 핀 (17) 의 중심축을 중심으로 하여 회동한다. 버킷 (9a) 은, 틸트 핀 (17) 이 장착되는 측과는 반대측의 단부에, 1 매의 판상의 날 (9Ba) 을 구비하고 있다. 날 (9Ba) 의 선단부인 날끝 (9Ta) 은, 틸트 핀 (17) 의 중심축과 직교하는 방향, 즉, 도 2 에 나타내는 제 1 축 (AX1) 과 평행한 위치 관계에 있으며, 버킷 (9a) 의 폭 방향을 향해 연장된 직선상의 부분이다. 버킷 (9a) 이 1 매의 날 (9Ba) 을 구비하는 경우, 날끝 (9Ta) 과 날끝열 (9TGa) 은 동일한 장소를 나타낸다. 날끝 (9Ta) 또는 날끝열 (9TGa) 을 표현하는 데에 있어서, 본 실시형태에서는, 날끝열 라인 (LBT) 을 사용한다. 날끝열 라인 (LBT) 은, 날끝 (9Ta) 이 연장되는 방향의 직선이다.

도 4 에 나타내는 바와 같이, 붐 (6) 의 길이, 즉, 붐 핀 (14) 으로부터 아암 핀 (15) 까지의 길이는 L1 이다. 아암 (7) 의 길이, 즉, 아암 핀 (15) 의 중심으로부터 버킷 핀 (16) 의 중심까지의 길이는 L2 이다. 연결 부재 (8) 의 길이, 즉, 버킷 핀 (16) 의 중심으로부터 틸트 핀 (17) 의 중심까지의 길이는 L3 이다. 연결 부재 (8) 의 길이 (L3) 는, 버킷 (9) 이 버킷 핀 (16) 의 중심축을 중심으로 하여 회동하는 반경이다. 버킷 (9) 의 길이, 즉, 틸트 핀 (17) 의 중심으로부터 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 까지의 길이는 L4 이다.

도 1 에 나타내는 붐 실린더 (10) 와 아암 실린더 (11) 와 버킷 실린더 (12) 와 틸트 실린더 (13) 는, 각각 작동유의 압력 (이하, 적절히 유압이라고 한다) 또는 유량에 따라 신축과 속도가 조정되어 구동하는 유압 실린더이다. 붐 실린더 (10) 는 붐 (6) 을 구동시키는 것이고, 이것을 상하로 회동시킨다. 아암 실린더 (11) 는, 아암 (7) 을 구동시키는 것이고, 아암 핀 (15) 의 중심축을 중심으로 하여 아암 (7) 을 회동시킨다. 버킷 실린더 (12) 는, 버킷 (9) 을 구동시키는 것이고, 버킷 핀 (16) 의 중심축을 중심으로 하여 버킷 (9) 을 회동시킨다. 붐 실린더 (10), 아암 실린더 (11), 버킷 실린더 (12) 및 틸트 실린더 (13) 등의 유압 실린더와 도시되지 않은 유압 펌프 사이에는, 도 6 에 나타내는 비례 제어 밸브 (37) 가 배치되어 있다. 후술하는 작업기용 전자 제어 장치 (26) 가 비례 제어 밸브 (37) 를 제어함으로써, 붐 실린더 (10), 아암 실린더 (11), 버킷 실린더 (12) 및 틸트 실린더 (13) 에 공급되는 작동유의 유량이 제어된다. 그 결과, 붐 실린더 (10), 아암 실린더 (11), 버킷 실린더 (12) 및 틸트 실린더 (13) 의 동작이 제어된다.

도 4 에 나타내는 바와 같이, 붐 (6) 과 아암 (7) 과 버킷 (9) 에는, 각각 제 1 스트로크 센서 (18A) 와 제 2 스트로크 센서 (18B) 와 제 3 스트로크 센서 (18C) 와 버킷 경사 검출부로서의 버킷 경사 센서 (18D) 가 형성되어 있다. 이들 제 1 스트로크 센서 (18A), 제 2 스트로크 센서 (18B) 및 제 3 스트로크 센서 (18C) 는, 작업기 (2) 의 자세를 검출하는 자세 검출부이다. 제 1 스트로크 센서 (18A) 는, 붐 실린더 (10) 의 스트로크 길이를 검출한다. 후술하는 표시 제어 장치 (39) (도 6 참조) 는, 제 1 스트로크 센서 (18A) 가 검출한 붐 실린더 (10) 의 스트로크 길이로부터, 후술하는 차량 본체 좌표계의 Za 축에 대한 붐 (6) 의 경사 각도 (θ1) 를 산출한다. 제 2 스트로크 센서 (18B) 는, 아암 실린더 (11) 의 스트로크 길이를 검출한다. 표시 제어 장치 (39) 는, 제 2 스트로크 센서 (18B) 가 검출한 아암 실린더 (11) 의 스트로크 길이로부터, 붐 (6) 에 대한 아암 (7) 의 경사 각도 (θ2) 를 산출한다. 제 3 스트로크 센서 (18C) 는, 버킷 실린더 (12) 의 스트로크 길이를 검출한다. 표시 제어 장치 (39) 는, 제 3 스트로크 센서 (18C) 가 검출한 버킷 실린더 (12) 의 스트로크 길이로부터, 아암 (7) 에 대한 버킷 (9) 의 경사 각도 (θ3) 를 산출한다. 버킷 경사 센서 (18D) 는, 버킷 (9) 의 경사 각도 (θ4), 즉, 제 3 축 (AX3) 에 대한 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 또는 날끝열 (9TG) 의 경사 각도 (θ4) 를 검출한다. 본 실시형태에 있어서, 전술한 바와 같이 날끝열 (9TG) 은, 날끝열 라인 (LBT) 으로 나타내므로, 버킷 (9) 의 경사 각도 (θ4) 는, 제 3 축 (AX3) 을 기준으로 하여, 그 기준에 대한 날끝열 라인 (LBT) 의 경사 각도이다.

도 4 에 나타내는 바와 같이, 차량 본체 (1) 는 위치 검출부 (19) 를 구비한다. 위치 검출부 (19) 는, 유압 셔블 (100) 의 현재 위치를 검출한다. 위치 검출부 (19) 는, GNSS 안테나 (21, 22) 와, 3 차원 위치 센서 (23) 와, 경사 각도 센서 (24) 를 갖는다. GNSS 안테나 (21, 22) 는, 차량 본체 (1), 보다 구체적으로는 상부 선회체 (3) 상에 설치된다. 본 실시형태에 있어서, GNSS 안테나 (21, 22) 는, 도 4 및 도 5 에 나타내는 차량 본체 좌표계 Xa-Ya-Za 의 Ya 축과 평행한 축선을 따라 일정 거리만큼 사이를 두고 설치되어 있다.

상부 선회체 (3) 그리고 이것에 장착된 작업기 (2) 및 버킷 (9) 은, 소정의 선회 중심축을 중심으로 하여 회동한다. 차량 본체 좌표계 Xa-Ya-Za 는, 차량 본체 (1) 의 좌표계이다. 차량 본체 좌표계 Xa-Ya-Za 는, 작업기 (2) 등의 선회 중심축을 Za 축으로 하고, Za 축과 직교하고, 또한 작업기 (2) 의 동작 평면과 평행한 축을 Xa 축으로 하고, Za 축과 Xa 축에 직교하는 축을 Ya 축으로 한다. 작업기 (2) 의 동작 평면이란, 예를 들어, 붐 핀 (14) 과 직교하는 평면이다. Xa 축은 상부 선회체 (3) 의 전후 방향에 대응하고, Ya 축은 상부 선회체 (3) 의 폭 방향에 대응한다.

GNSS 안테나 (21, 22) 는, 상부 선회체 (3) 위로서, 유압 셔블 (100) 의 전후 방향 (도 4 및 도 5 에 나타내는 차량 본체 좌표계 Xa-Ya-Za 의 Xa 축의 방향) 또는 좌우 방향 (도 4 및 도 5 에 나타내는 차량 본체 좌표계 Xa-Ya-Za 의 Ya 축의 방향) 으로 떨어진 양단 위치에 설치되는 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서, GNS 안테나 (21, 22) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 상부 선회체 (3) 의 폭 방향 양측에 각각 장착된 난간 (3G) 에 장착된다. GNSS 안테나 (21, 22) 가 상부 선회체 (3) 에 장착되는 위치는 난간 (3G) 에 한정되는 것은 아니지만, GNSS 안테나 (21, 22) 는, 가능한 한 떨어진 위치에 설치되는 쪽이, 유압 셔블 (100) 의 현재 위치의 검출 정밀도는 향상되므로 바람직하다. 또, GNSS 안테나 (21, 22) 는, 오퍼레이터의 시야를 최대한 방해하지 않는 위치에 설치되는 것이 바람직하다. GNSS 안테나 (21, 22) 는, 상부 선회체 (3) 위로서, 도시되지 않은 카운터 웨이트 (상부 선회체 (3) 의 후단) 또는 운전실 (4) 의 후방에 설치되어도 된다.

GNSS 안테나 (21, 22) 가 수신한 GNSS 전파에 따른 신호는 3 차원 위치 센서 (23) 에 입력된다. 3 차원 위치 센서 (23) 는, GNSS 안테나 (21, 22) 의 설치 위치 (P1, P2) 의 위치를 검출한다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 경사 각도 센서 (24) 는, 중력이 작용하는 방향, 즉 연직 방향 (Ng) 에 대한 차량 본체 (1) 의 폭 방향의 경사 각도 (θ5) (이하, 적절히 롤 각도 (θ5) 라고 한다) 를 검출한다. 경사 각도 센서 (24) 는, 예를 들어, IMU (Inertial Measurement Unit：관성 계측 장치) 여도 된다. 본 실시형태에 있어서, 버킷 (9) 의 폭 방향이란, 날끝열 라인 (LBT) 과 평행한 방향이다. 버킷 (9) 이 경사져 있지 않을 때 및 버킷 (9) 이 틸트 기능을 갖고 있지 않을 때에 있어서, 버킷 (9) 의 폭 방향은, 상부 선회체 (3) 의 폭 방향, 즉 좌우 방향과 일치한다. 버킷 (9) 이 제 3 축 (AX3) 을 기준으로 하여 회동한 경우, 버킷 (9) 의 폭 방향과 상부 선회체 (3) 의 폭 방향은 일치하지 않는다. 이상과 같이, 차량 상태 검출부로서의 위치 검출부 (19) 및 자세 검출부는, 굴삭 기계 (본 실시형태에서는 유압 셔블 (100)) 의 현재 위치 및 자세와 같은 차량 상태를 검출할 수 있다.

도 6 에 나타내는 바와 같이, 유압 셔블 (100) 은, 조작 장치 (25) 와, 작업기용 전자 제어 장치 (26) 와, 차량 제어 장치 (27) 와, 굴삭 기계의 표시 시스템 (이하, 적절히 표시 시스템이라고 한다) (101) 을 구비한다. 조작 장치 (25) 는, 조작부로서의 작업기 조작 부재 (31L, 31R) 및 주행 조작 부재 (33L, 33R) 와, 작업기 조작 검출부 (32L, 32R) 및 주행 조작 검출부 (34L, 34R) 를 갖는다. 본 실시형태에 있어서, 작업기 조작 부재 (31L, 31R) 및 주행 조작 부재 (33L, 33R) 는, 파일럿압 방식의 레버이지만, 이것에 한정되지 않는다. 작업기 조작 부재 (31L, 31R) 및 주행 조작 부재 (33L, 33R) 는, 예를 들어, 전기 방식의 레버여도 된다. 작업기 조작 검출부 (32L, 32R) 및 주행 조작 검출부 (34L, 34R) 는, 조작부로서의 작업기 조작 부재 (31L, 31R) 및 주행 조작 부재 (33L, 33R) 에 대한 입력을 검출하는 조작 검출부로서 기능한다.

작업기 조작 부재 (31L, 31R) 는, 오퍼레이터가 작업기 (2) 를 조작하기 위한 부재이며, 예를 들어, 조이스틱과 같은 그립 부분과 봉재 (棒材) 를 구비한 조작 레버이다. 이와 같은 구조의 작업기 조작 부재 (31L, 31R) 는, 그립부를 잡아 전후 좌우로 경도 (傾倒) 시키는 것이 가능하다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 작업기 조작 부재 (31L, 31R) 및 작업기 조작 검출부 (32L, 32R) 는, 각각 2 세트 존재한다. 운전실 (4) 내의 도시되지 않은 운전석의 좌우 각각에 작업기 조작 부재 (31L, 31R) 가 설치되어 있다. 예를 들어 왼쪽에 설치된 작업기 조작 부재 (31L) 를 조작함으로써, 아암 (7) 및 상부 선회체 (3) 를 동작시킬 수 있고, 오른쪽에 설치된 작업기 조작 부재 (31R) 를 조작함으로써, 버킷 (8) 및 붐 (6) 을 동작시킬 수 있다.

작업기 조작 검출부 (32L, 32R) 는, 작업기 조작 부재 (31L, 31R) 에 대한 입력, 즉 조작 내용에 따라 파일럿압을 발생시키고, 차량 제어 장치 (27) 가 구비하는 작업용 제어 밸브 (37W) 에 발생한 작동유의 파일럿압을 공급한다. 이 파일럿압의 크기에 따라, 작업용 제어 밸브 (37W) 가 동작하여, 도 1 에 나타내는 붐 실린더 (10), 아암 실린더 (11) 및 버킷 실린더 (12) 등에, 도시되지 않은 유압 펌프로부터 작동유가 공급된다. 작업기 조작 부재 (31L, 31R) 가 전기 방식의 레버인 경우, 작업기 조작 검출부 (32L, 32R) 는, 작업기 조작 부재 (31L, 31R) 에 대한 입력, 즉 조작 내용을, 예를 들어, 포텐셔미터 등을 이용하여 검출하고, 입력을 전기 신호 (검출 신호) 로 변환하여 작업기용 전자 제어 장치 (26) 로 보낸다. 작업기용 전자 제어 장치 (26) 는, 이 검출 신호에 기초하여, 작업용 제어 밸브 (37W) 를 제어한다.

주행 조작 부재 (33L, 33R) 는, 오퍼레이터가 유압 셔블 (100) 의 주행을 조작하기 위한 부재이다. 주행 조작 부재 (33L, 33R) 는, 예를 들어, 그립부와 봉재를 구비한 조작 레버 (이하, 적절히 주행 레버라고 호칭한다) 이다. 이와 같은 주행 조작 부재 (33L, 33R) 는, 오퍼레이터가 그립부를 잡아 전후로 경도시키는 것이 가능하다. 주행 조작 부재 (33L, 33R) 는, 2 개의 조작 레버를 동시에 앞으로 경도하면 유압 셔블 (100) 이 전진하고, 뒤로 경도하면 유압 셔블 (100) 은 후진한다. 또, 주행 조작 부재 (33L, 33R) 는, 오퍼레이터가 발로 밟음으로써 조작이 가능한 도시되지 않은 페달로서, 시소식 페달이다. 페달의 전측 또는 후측 중 어느 것을 밟음으로써 전술한 조작 레버와 마찬가지로 파일럿압이 발생하고, 주행용 제어 밸브 (37D) 가 제어되고, 유압 모터 (5c) 가 구동하여 유압 셔블 (100) 을 전진 또는 후진시킬 수 있다. 2 개의 페달을 동시에, 또한 전측을 밟으면 유압 셔블 (100) 은 전진하고, 후측을 밟으면 유압 셔블 (100) 은 후진한다. 혹은, 편방의 페달의 전측 또는 후측을 밟으면, 캐터필러 (5a, 5b) 의 편측만이 회전하여, 유압 셔블 (100) 을 선회시킬 수 있다. 이와 같이, 오퍼레이터는, 유압 셔블 (100) 을 주행시키고자 하는 경우, 손으로 조작 레버를 전후로 경도시키거나 또는 발로 페달의 전측 또는 후측을 밟거나 중 어느 일방을 실행하면, 주행 장치 (5) 의 유압 모터 (5c) 를 구동시킬 수 있다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 주행 조작 부재 (33L, 33R) 및 주행 조작 검출부 (34L, 34R) 는, 2 세트 존재한다. 운전실 (4) 내의 도시되지 않은 오퍼레이션 시트의 전방에 좌우로 늘어서 주행 조작 부재 (33L, 33R) 가 설치되어 있다. 좌측에 설치된 주행 조작 부재 (33L) 를 조작함으로써, 좌측의 유압 모터 (5c) 를 구동시켜 좌측의 캐터필러 (5b) 를 동작시킬 수 있다. 우측에 설치된 주행 조작 부재 (33R) 를 조작함으로써, 우측의 유압 모터 (5c) 를 구동시켜 우측의 캐터필러 (5a) 를 동작시킬 수 있다.

주행 조작 검출부 (34L, 34R) 는, 주행 조작 부재 (33L, 33R) 에 대한 입력, 즉 조작 내용에 따라 파일럿압을 발생시키고, 차량 제어 장치 (27) 가 구비하는 주행용 제어 밸브 (37D) 에 발생한 파일럿압을 공급한다. 이 파일럿압의 크기에 따라, 주행용 제어 밸브 (37D) 가 동작하여, 주행용 유압 모터 (5c) 에 작동유가 공급된다. 주행 조작 부재 (33L, 33R) 가 전기 방식의 레버인 경우, 주행 조작 검출부 (34L, 34R) 는, 주행 조작 부재 (33L, 33R) 에 대한 입력, 즉 조작 내용을, 예를 들어 포텐셔미터 등을 이용하여 검출하고, 입력을 전기 신호 (검출 신호) 로 변환하여 작업기용 전자 제어 장치 (26) 로 보낸다. 작업기용 전자 제어 장치 (26) 는, 이 검출 신호에 기초하여, 주행용 제어 밸브 (37D) 를 제어한다.

도 6 에 나타내는 바와 같이, 작업기용 전자 제어 장치 (26) 는, RAM (Random Access Memory) 및 ROM (Read Only Memory) 중 적어도 일방을 포함하는 작업기측 기억부 (35) 및 CPU (Central Processing Unit) 등의 연산부 (36) 를 갖고 있다. 작업기용 전자 제어 장치 (26) 는, 주로 작업기 (2) 및 상부 선회체 (3) 의 동작을 제어한다. 작업기측 기억부 (35) 에는, 작업기 (2) 를 제어하기 위한 컴퓨터 프로그램, 본 실시형태에 관련된 굴삭 기계의 표시용 컴퓨터 프로그램 및 차량 본체 좌표계의 좌표의 정보 등이 기억되어 있다. 도 6 에 나타내는 표시 시스템 (101) 은, 작업기용 전자 제어 장치 (26) 와 표시 제어 장치 (39) 가 분리되어 있지만, 이와 같은 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 표시 시스템 (101) 은, 작업기용 전자 제어 장치 (26) 와 표시 제어 장치 (39) 가 분리되지 않고 일체가 된 제어 장치여도 된다.

차량 제어 장치 (27) 는, 유압 제어 밸브 등을 구비한 유압 기기로서, 주행용 제어 밸브 (37D) 및 작업용 제어 밸브 (37W) 를 갖고 있다. 이들은, 비례 제어 밸브로서, 작업기 조작 검출부 (32L, 32R) 및 주행 조작 검출부 (34L, 34R) 로부터의 파일럿압에 의해 제어된다. 작업기 조작 부재 (31L, 31R) 및 주행 조작 부재 (33L, 33R) 가 전기 방식의 레버인 경우, 주행용 제어 밸브 (37D) 및 작업용 제어 밸브 (37W) 는, 작업기용 전자 제어 장치 (26) 로부터의 제어 신호에 기초하여 제어된다.

주행 조작 부재 (33L, 33R) 가 파일럿압 방식의 주행 레버인 경우, 유압 셔블 (100) 의 오퍼레이터가 이들에 입력을 주어 조작하면, 주행 조작 검출부 (34L, 34R) 로부터의 파일럿압에 따른 유량의 작동유가 주행용 제어 밸브 (37D) 로부터 유출되어, 주행용의 유압 모터 (5c) 에 공급된다. 주행 조작 부재 (33L, 33R) 의 편방 또는 양방이 조작되면, 도 1 에 나타내는 좌우의 유압 모터 (5c) 의 편방 또는 양방이 구동한다. 그 결과, 캐터필러 (5a, 5b) 의 적어도 일방이 회전하여, 유압 셔블 (100) 이 주행한다.

차량 제어 장치 (27) 는, 주행용 제어 밸브 (37D) 에 공급되는 파일럿압의 크기를 검출하여 대응하는 전기 신호를 생성하는 유압 센서 (37Slf, 37Slb, 37Srf, 37Srb) 를 구비하고 있다. 유압 센서 37Slf 는 좌전진의 파일럿압을 검출하고, 유압 센서 37Slb 는 좌후진의 파일럿압을 검출하고, 유압 센서 37Srf 는 우전진의 파일럿압을 검출하고, 유압 센서 37Srb 는 우후진의 파일럿압을 검출한다. 작업기용 전자 제어 장치 (26) 는, 유압 센서 (37Slf, 37Slb, 37Srf, 37Srb) 가 검출하고, 생성한 작동유의 파일럿압의 크기를 나타내는 전기 신호를 취득한다. 이 전기 신호는, 엔진 또는 유압 펌프의 제어 또는 후술하는 시공 관리 장치의 동작 등에 사용된다. 전술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 작업기 조작 부재 (31L, 31R) 및 주행 조작 부재 (33L, 33R) 는, 파일럿압 방식의 레버이다. 이 경우, 유압 센서 (37Slf, 37Slb, 37Srf, 37Srb) 및 후술하는 유압 센서 (37SBM, 37SBK, 37SAM, 37SRM) 가, 조작부로서의 작업기 조작 부재 (31L, 31R) 및 주행 조작 부재 (33L, 33R) 에 대한 입력을 검출하는 조작 검출부로서 기능한다.

작업기 조작 부재 (31L, 31R) 가 파일럿압 방식의 조작 레버인 경우, 유압 셔블 (100) 의 오퍼레이터가 이들 조작 레버를 조작하면, 작업기 조작 부재 (31L, 31R) 의 조작에 따라 발생한 파일럿압에 대응한 유량의 작동유가 작업용 제어 밸브 (37W) 로부터 유출된다. 작업용 제어 밸브 (37W) 로부터 유출된 작동유는, 붐 실린더 (10), 아암 실린더 (11), 버킷 실린더 (12) 및 선회 모터 중 적어도 1 개에 공급된다. 그리고, 도 1 에 나타내는 붐 실린더 (10), 아암 실린더 (11), 버킷 실린더 (12) 및 선회 모터 중 적어도 1 개는, 작업용 제어 밸브 (37W) 로부터 공급된 작동유에 따라, 각 실린더는 신축 동작하고, 선회 모터는 선회 구동된다. 그 결과, 작업기 (2) 및 상부 선회체 (3) 중 적어도 일방이 동작한다.

차량 제어 장치 (27) 는, 작업용 제어 밸브 (37W) 에 공급되는 파일럿압의 크기를 검출하여 전기 신호를 생성하는 유압 센서 (37SBM, 37SBK, 37SAM, 37SRM) 를 구비하고 있다. 유압 센서 37SBM 은 붐 실린더 (10) 에 대응하는 파일럿압을 검출하고, 유압 센서 37SBK 는 아암 실린더 (11) 에 대응하는 파일럿압을 검출하고, 유압 센서 37SAM 은 버킷 실린더 (12) 에 대응하는 파일럿압을 검출하고, 유압 센서 37SRM 은 선회 모터에 대응하는 파일럿압을 검출한다. 작업기용 전자 제어 장치 (26) 는, 유압 센서 (37SBM, 37SBK, 37SAM, 37SRM) 가 검출하고, 생성한 파일럿압의 크기를 나타내는 전기 신호를 취득한다. 이 전기 신호는, 엔진 또는 유압 펌프의 제어 등에 사용된다.

본 실시형태에 있어서, 작업기 조작 부재 (31L, 31R) 및 주행 조작 부재 (33L, 33R) 는 파일럿압 방식의 조작 레버이지만, 이들은 전기 방식의 레버여도 된다. 이 경우, 작업기용 전자 제어 장치 (26) 는, 작업기 조작 부재 (31L, 31R) 또는 주행 조작 부재 (33L, 33R) 의 조작에 따라 작업기 (2), 상부 선회체 (3) 또는 주행 장치 (5) 를 동작시키기 위한 제어 신호를 생성하여, 차량 제어 장치 (27) 에 출력한다.

차량 제어 장치 (27) 는, 작업기용 전자 제어 장치 (26) 로부터의 제어 신호에 기초하여 작업용 제어 밸브 (37W) 및 주행용 제어 밸브 (37D) 가 제어된다. 작업기용 전자 제어 장치 (26) 로부터의 제어 신호에 따른 유량의 작동유가 작업용 제어 밸브 (37W) 로부터 유출되고, 붐 실린더 (10), 아암 실린더 (11) 및 버킷 실린더 (12) 중 적어도 1 개에 공급된다. 도 1 에 나타내는 붐 실린더 (10), 아암 실린더 (11), 버킷 실린더 (12) 및 틸트 실린더 (13) 는, 작업용 제어 밸브 (37W) 로부터 공급된 작동유에 따라 구동된다. 그 결과, 작업기 (2) 가 동작한다.

＜표시 시스템 (101)＞

표시 시스템 (101) 은, 작업 에어리어 내의 지면을 유압 셔블 (100) 에 의해 굴삭하여 후술하는 설계면과 같은 형상으로 시공하기 위한 정보를 오퍼레이터에게 제공하기 위한 시스템이다. 표시 시스템 (101) 은, 전술한 3 차원 위치 센서 (23) 및 경사 각도 센서 (24), 버킷 경사 센서 (18D) 외에, 제 1 스트로크 센서 (18A), 제 2 스트로크 센서 (18B), 제 3 스트로크 센서 (18C) 와 같은 각 스트로크 센서와, 표시 장치로서의 표시 입력 장치 (38) 와, 표시 제어 장치 (39) 와, 작업기용 전자 제어 장치 (26) 와, 경보음을 알림시키기 위한 스피커 등을 포함하는 소리 발생 장치 (46) 를 포함한다. 또, 표시 시스템 (101) 은, 도 4 에 나타내는 위치 검출부 (19) 를 구비하고 있다. 편의상, 도 6 에는, 위치 검출부 (19) 중 3 차원 위치 센서 (23) 및 경사 각도 센서 (24) 를 나타내고 있으며, 2 개의 안테나 (21, 22) 는 생략하고 있다.

표시 입력 장치 (38) 는, 터치 패널식 입력부 (41) 와, LCD (Liquid Crystal Display) 등의 표시부 (42) 를 갖는 표시 장치이다. 표시 입력 장치 (38) 는, 굴삭을 실시하기 위한 정보를 오퍼레이터에게 제공하기 위한 안내 화면을 표시한다. 또, 안내 화면에는, 각종 키가 표시된다. 조작자로서의 오퍼레이터 (유압 셔블 (100) 을 점검 또는 수리할 때는 서비스 맨) 는, 안내 화면 상의 각종 키에 접촉함으로써, 표시 시스템 (101) 의 각종 기능을 실행시킬 수 있다. 안내 화면에 대해서는 후술한다.

표시 제어 장치 (39) 는, 표시 시스템 (101) 의 각종 기능을 실행한다. 표시 제어 장치 (39) 는, RAM 및 ROM 중 적어도 일방을 포함하는 기억부 (43), CPU 등의 처리부 (44) 를 갖는 전자 제어 장치이다. 기억부 (43) 는, 작업기 데이터를 기억하고 있다. 작업기 데이터는, 전술한 붐 (6) 의 길이 (L1), 아암 (7) 의 길이 (L2), 연결 부재 (8) 의 길이 (L3) 및 버킷 (9) 의 길이 (L4) 를 포함한다. 버킷 (9) 이 교환된 경우, 작업기 데이터로서의 연결 부재 (8) 의 길이 (L3), 버킷 (9) 의 길이 (L4) 는, 교환된 버킷 (9) 의 치수에 따른 값이 입력부 (41) 로부터 입력되고 기억부 (43) 에 기억된다. 또, 작업기 데이터는, 붐 (6) 의 경사 각도 (θ1) 와, 아암 (7) 의 경사 각도 (θ2) 와, 버킷 (9) 의 경사 각도 (θ3) 의 각각의 최소값 및 최대값을 포함한다. 기억부 (43) 에는, 유압 셔블 (100), 즉 굴삭 기계의 표시용 컴퓨터 프로그램이 기억되어 있다. 처리부 (44) 는, 기억부 (43) 에 기억된 본 실시형태에 관련된 굴삭 기계의 표시용 컴퓨터 프로그램을 읽어내어 실행함으로써, 안내 화면을 표시하거나, 유압 셔블 (100) 의 오퍼레이터에게 버킷 (9) 의 조작을 안내하기 위한 자세 정보를, 표시 장치로서의 표시부 (42) 에 표시시키거나 한다.

표시 제어 장치 (39) 와 작업기용 전자 제어 장치 (26) 는, 무선 또는 유선의 통신 수단을 통해서 서로 통신 가능하게 되어 있다. 표시 제어 장치 (39) 의 기억부 (43) 는, 미리 작성된 설계 지형 데이터를 기억하고 있다. 설계 지형 데이터는, 3 차원의 설계 지형의 형상 및 위치에 관한 정보이며, 설계면 (45) 의 정보가 된다. 설계 지형은, 작업 대상이 되는 지면의 목표 형상을 나타낸다. 표시 제어 장치 (39) 는, 설계 지형 데이터 및 전술한 각종 센서로부터의 검출 결과 등의 정보에 기초하여, 안내 화면을 표시 입력 장치 (38) 에 표시시킨다. 구체적으로는, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 설계 지형은, 삼각형 폴리곤에 의해 각각 표현되는 복수의 설계면 (45) 에 의해 구성되어 있다. 또한, 도 7 에서는, 복수의 설계면 중 1 개에만 부호 45 가 붙어 있고, 다른 설계면의 부호는 생략되어 있다. 목표 작업 대상은, 이들 설계면 (45) 중 1 개 또는 복수의 설계면이다. 오퍼레이터는, 이들 설계면 (45) 중 1 개 또는 복수의 설계면 (45) 을 목표면 (70) 으로서 선택한다. 목표면 (70) 은, 복수의 설계면 (45) 중, 이제부터 굴삭될 면이다. 표시 제어 장치 (39) 는, 목표면 (70) 의 위치를 오퍼레이터에게 알리기 위한 안내 화면을 표시 입력 장치 (38) 에 표시시킨다.

＜안내 화면＞

도 8 및 도 9 는, 안내 화면의 일례를 나타내는 도면이다. 안내 화면은, 목표면 (70) 과 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 의 위치 관계를 나타내며, 작업 대상인 지면이 목표면 (70) 과 동일한 형상이 되도록 유압 셔블 (100) 의 오퍼레이터에 대해 작업기 (2) 의 조작을 안내시키기 위한 화면이다. 도 8 및 도 9 에 나타내는 바와 같이, 안내 화면은, 조(粗)굴삭 모드의 안내 화면 (이하, 적절히 조굴삭 화면 (53) 이라고 한다) 과, 섬세 굴삭 모드의 안내 화면 (이하, 적절히 섬세 굴삭 화면 (54) 이라고 한다) 을 포함한다.

(조굴삭 화면 (53) 의 일례)

도 8 에 나타내는 조굴삭 화면 (53) 은, 표시부 (42) 의 화면 (42P) 에 표시된다. 조굴삭 화면 (53) 은, 작업 에어리어의 설계 지형 (목표면 (70) 을 포함하는 설계면 (45)) 과 유압 셔블 (100) 의 현재 위치를 나타내는 정면도 (53a) 와, 목표면 (70) 과 유압 셔블 (100) 의 위치 관계를 나타내는 측면도 (53b) 를 포함한다. 조굴삭 화면 (53) 의 정면도 (53a) 는, 복수의 삼각형 폴리곤에 의해 정면에서 본 설계 지형을 표현하고 있다. 도 8 의 정면도 (53a) 에 나타내는 바와 같이, 표시 제어 장치 (39) 는, 복수의 삼각형 폴리곤을 정리하여 설계면 (45) 또는 목표면 (70) 으로서 표시부 (42) 에 표시시킨다. 도 8 은, 설계 지형이 법면인 경우에, 유압 셔블 (100) 이 법면을 마주 본 상태를 나타내고 있다. 따라서, 정면도 (53a) 는, 유압 셔블 (100) 이 기울었을 때에는 설계 지형을 나타내는 설계면 (45) 도 기울게 된다.

또, 복수의 설계면 (45) (도 8 에서는 1 개에만 부호를 붙이고 있다) 으로부터 목표 작업 대상으로서 선택된 목표면 (70) 은, 다른 설계면 (45) 과 다른 색으로 표시된다. 또한, 도 8 의 정면도 (53a) 에서는, 유압 셔블 (100) 의 현재 위치가, 유압 셔블 (100) 을 배면에서 본 아이콘 (61) 으로 나타내고 있지만, 다른 심볼에 의해 나타내도 된다. 또, 정면도 (53a) 는, 유압 셔블 (100) 을 목표면 (70) 에 대해 정대 (正對) 시키기 위한 정보를 포함하고 있다. 유압 셔블 (100) 을 목표면 (70) 에 대해 정대시키기 위한 정보는, 정대 컴퍼스 (73) 로서 표시된다. 정대 컴퍼스 (73) 는, 예를 들어, 화살표 형상의 지침 (73I) 이 화살표 (R) 로 나타내는 바와 같이 회전하여, 목표면 (70) 에 대한 정대 방향과 유압 셔블 (100) 을 선회시켜야 할 방향 또는 버킷 (9) 을 제 3 축 (AX3) 에 대해 경사시키는 방향을 안내하기 위한 그림 또는 아이콘과 같은 자세 정보이다. 자세 정보란, 버킷 (9) 의 자세에 관한 정보이며, 그림, 수치 또는 숫자 등을 포함한다. 또한, 유압 셔블 (100) 을 목표면 (70) 에 정대시키기 위해서, 주행 장치 (5) 를 동작시켜 유압 셔블 (100) 을 이동하여 목표면 (70) 에 정대시켜도 된다. 유압 셔블 (100) 의 오퍼레이터는, 정대 컴퍼스 (73) 에 의해, 목표면 (70) 에 대한 정대도를 확인할 수 있다. 정대 컴퍼스 (73) 는, 목표면 (70) 에 대한 정대도에 따라 회전하고, 유압 셔블 (100) 또는 버킷 (9) 이 목표면 (70) 과 정대하면, 예를 들어, 오퍼레이터로부터 보아 지침 (73I) 의 지시 방향이 화면 (42P) 의 상방을 향하도록 되어 있다. 예를 들어, 도 8 에 나타내는 바와 같이 지침 (73I) 이 삼각형 형상인 경우, 삼각형의 정점이 나타내고 있는 방향이, 보다 상방을 나타낼수록 유압 셔블 (100) 또는 버킷 (9) 이 목표면 (70) 에 보다 정대하고 있는 것을 나타낸다. 이 때문에, 오퍼레이터는, 지침 (73I) 의 회전 각도에 기초하여 유압 셔블 (100) 을 조작함으로써, 용이하게 유압 셔블 (100) 또는 버킷 (9) 을 목표면 (70) 에 대해 정대시킬 수 있다.

조굴삭 화면 (53) 의 측면도 (53b) 는, 목표면 (70) 과 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 의 위치 관계를 나타내는 화상과, 목표면 (70) 과 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 사이의 거리를 나타내는 거리 정보를 포함한다. 구체적으로는, 측면도 (53b) 는, 목표면 선 (79) 과, 측면에서 본 유압 셔블 (100) 의 아이콘 (75) 을 포함한다. 목표면 선 (79) 은 목표면 (70) 의 단면 (斷面) 을 나타낸다. 목표면 선 (79) 은, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 의 현재 위치를 지나는 평면 (77) 과 설계면 (45) 의 교선 (80) 을 산출함으로써 구해진다. 교선 (80) 은, 표시 제어 장치 (39) 의 처리부 (44) 가 구한다. 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 의 현재 위치를 구하는 방법에 대해서는 나중에 설명한다.

측면도 (53b) 에 있어서, 목표면 (70) 과 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 사이의 거리를 나타내는 거리 정보는, 그래픽 정보 (84) 를 포함한다. 목표면 (70) 과 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 사이의 거리는, 날끝 (9T) 으로부터 연직 방향 (중력 방향) 으로 목표면 (70) 을 향해 내린 선이 목표면 (70) 과 교차하는 점과 날끝 (9T) 의 거리이다. 또, 목표면 (70) 과 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 사이의 거리를, 날끝 (9T) 으로부터 목표면 (70) 에 수선 (그 수선과 목표면 (70) 과는 직교한다) 을 내렸을 때의 교점과 날끝 (9T) 의 거리여도 된다. 그래픽 정보 (84) 는, 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 과 목표면 (70) 의 거리를 그래픽으로 나타낸 정보이다. 그래픽 정보 (84) 는, 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 의 위치를 나타내기 위한 안내용 지표이다. 구체적으로는, 그래픽 정보 (84) 는, 인덱스 바 (84a) 와, 인덱스 바 (84a) 중 버킷 (9) 의 날끝과 목표면 (70) 사이의 거리가 제로에 상당하는 위치를 나타내는 인덱스 마크 (84b) 를 포함한다. 인덱스 바 (84a) 는, 버킷 (9) 의 선단과 목표면 (70) 의 최단 거리에 따라, 각 인덱스 바 (84a) 가 점등하도록 되어 있다. 또한, 그래픽 정보 (84) 의 표시의 온/오프가 유압 셔블 (100) 의 오퍼레이터에 의한 입력부 (41) 의 조작에 의해 변경 가능하게 되어도 된다.

조굴삭 화면 (53) 에, 전술한 바와 같은 목표면 선 (79) 과 유압 셔블 (100) 의 위치 관계를 나타내기 위해서 도시되지 않은 거리 (수치) 를 표시해도 된다. 유압 셔블 (100) 의 오퍼레이터는, 목표면 선 (79) 을 따라 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 을 이동시킴으로써, 현재의 지형이 설계 지형이 되도록, 용이하게 굴삭할 수 있다. 또한, 조굴삭 화면 (53) 에는 안내 화면을 전환하기 위한 화면 전환 키 (65) 가 표시된다. 오퍼레이터는, 화면 전환 키 (65) 를 조작함으로써, 조굴삭 화면 (53) 으로부터 섬세 굴삭 화면 (54) 으로 전환할 수 있다.

(섬세 굴삭 화면 (54) 의 일례)

도 9 에 나타내는 섬세 굴삭 화면 (54) 은, 표시부 (42) 의 화면 (42P) 에 표시된다. 이 섬세 굴삭 화면 (54) 은, 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 이, 목표면 (70) 에 정대하고 있는 상태를 나타내고 있다. 섬세 굴삭 화면 (54) 은, 조굴삭 화면 (53) 보다 목표면 (70) 과 유압 셔블 (100) 의 위치 관계를 상세하게 나타내고 있다. 즉, 섬세 굴삭 화면 (54) 은, 조굴삭 화면 (53) 보다 목표면 (70) 과 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 의 위치 관계를 상세하게 나타내고 있다. 섬세 굴삭 화면 (54) 은, 목표면 (70) 과 버킷 (9) 을 나타내는 정면도 (54a) 와, 목표면 (70) 과 버킷 (9) 을 나타내는 측면도 (54b) 를 포함한다. 섬세 굴삭 화면 (54) 의 정면도 (54a) 에는, 정면에서 본 버킷 (9) 을 나타내는 아이콘 (89) 과, 정면에서 본 목표면 (70) 의 단면을 나타내는 선 (78) (이하, 적절히, 정면에서 보았을 때의 목표면 선 (78) 이라고 한다) 이 포함된다. 정면에서 본다는 것은, 도 1 및 도 2 에 나타내는 버킷 핀 (16) 의 중심축의 연장 방향 (버킷 (9) 의 회동 중심축 방향) 과 직교하는 방향으로서, 유압 셔블 (100) 의 후방으로부터 버킷 (9) 을 보는 것이다.

정면에서 보았을 때의 목표면 선 (78) 은, 다음과 같이 하여 구해진다. 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 으로부터, 연직 방향 (중력 방향) 으로 수선을 내렸을 때, 그 수선을 포함하는 평면이 목표면 (70) 과 교차했을 때에 생기는 교선이 정면에서 보았을 때의 목표면 선 (78) 이다. 즉, 글로벌 좌표계에 있어서의 정면에서 보았을 때의 목표면 선 (78) 이 된다. 한편, 차량 본체 (1) 의 상하 방향의 선과 평행한 위치 관계인 것을 조건으로 하여, 또한 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 으로부터 목표면 (70) 을 향해 선을 내렸을 때에, 그 선을 포함하는 평면이 목표면 (70) 과 교차했을 때에 생기는 교선을 정면에서 보았을 때의 목표면 선 (78) 이라고 해도 된다. 즉, 차량 본체 좌표계에 있어서의, 정면에서 보았을 때의 목표면 선 (78) 이 된다. 어느 쪽의 좌표계에서 정면에서 보았을 때의 목표면 선 (78) 을 표시시킬지는, 오퍼레이터가 입력부 (41) 의 도시되지 않은 전환 키를 조작함으로써 선택할 수 있다.

섬세 굴삭 화면 (54) 의 측면도 (54b) 에는, 측면에서 본 버킷 (9) 의 아이콘 (90) 과, 목표면 선 (79) 이 포함된다. 또, 섬세 굴삭 화면 (54) 의 정면도 (54a) 및 측면도 (54b) 에는, 각각, 다음에 설명하는 바와 같은 목표면 (70) 과 버킷 (9) 의 위치 관계를 나타내는 정보가 표시된다. 측면에서 본다는 것은, 도 1 및 도 2 에 나타내는 버킷 핀 (16) 의 중심축의 연장 방향 (버킷 (9) 의 회동 중심축 방향) 에서 본 것으로서, 유압 셔블 (100) 의 좌우 어느 일방측에서 보는 것이다. 본 실시형태에 있어서, 측면에서 본 것은, 유압 셔블 (100) 의 좌측에서 본 경우로 하고 있다.

정면도 (54a) 는, 목표면 (70) 과 버킷 (9) 의 위치 관계를 나타내는 정보로서, 날끝 (9T) 과 목표면 (70) 사이의 차량 본체 좌표계의 Za (또는 글로벌 좌표계의 Z) 방향에 있어서의 거리를 나타내는 거리 정보를 포함하고 있어도 된다. 이 거리는, 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 의 폭 방향에 있어서의 위치 중 목표면 (70) 에 대한 최근접 위치와, 목표면 (70) 사이의 거리이다. 즉, 전술한 바와 같이, 목표면 (70) 과 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 사이의 거리는, 날끝 (9T) 으로부터 연직 방향으로 목표면 (70) 을 향해 내린 선이 목표면 (70) 과 교차하는 점과, 날끝 (9T) 의 거리여도 된다. 또, 목표면 (70) 과 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 사이의 거리를, 날끝 (9T) 으로부터 목표면 (70) 에 수선 (그 수선과 목표면 (70) 은 직교) 을 내렸을 때의 교점과, 날끝 (9T) 의 거리여도 된다.

섬세 굴삭 화면 (54) 은, 전술한 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 과 목표면 (70) 의 거리를 그래픽으로 나타내는 그래픽 정보 (84) 를 포함한다. 그래픽 정보 (84) 는, 조굴삭 화면 (53) 의 그래픽 정보 (84) 와 마찬가지로, 인덱스 바 (84a) 와 인덱스 마크 (84b) 를 갖는다. 전술한 바와 같이, 섬세 굴삭 화면 (54) 에서는, 정면에서 보았을 때의 목표면 선 (78) 및 목표면 선 (79) 과 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 의 상대 위치 관계가 상세하게 표시된다. 유압 셔블 (100) 의 오퍼레이터는, 정면에서 보았을 때의 목표면 선 (78) 및 목표면 선 (79) 을 따라 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 을 이동시킴으로써, 현재의 지형이 3 차원의 설계 지형과 동일한 형상이 되도록, 더욱 용이하게 양호한 정밀도로 굴삭할 수 있다. 또한, 섬세 굴삭 화면 (54) 에는, 전술한 조굴삭 화면 (53) 과 마찬가지로 화면 전환 키 (65) 가 표시된다. 오퍼레이터는, 화면 전환 키 (65) 를 조작함으로써, 섬세 굴삭 화면 (54) 으로부터 조굴삭 화면 (53) 으로 전환할 수 있다.

다음으로, 본 실시형태에 관련된 굴삭 기계의 표시 방법을 설명한다. 이 표시 방법은, 도 6 에 나타내는 표시 시스템 (101) 이 갖는 표시 제어 장치 (39) 가 실현된다. 표시 제어 장치 (39) 는, 본 실시형태에 관련된 굴삭 기계의 표시 방법으로서, 표시부 (42) 의 화면 (42P) 에, 유압 셔블 (100) 의 오퍼레이터에 대해 조작의 지표를 주기 위한 자세 정보 (예를 들어 그림, 수치 또는 숫자 등) 를 표시하는 제어 (이하, 적절히 자세 정보 표시 제어라고 한다) 를 실행한다.

＜자세 정보 표시 제어의 일례＞

도 10 및 도 11 은, 버킷 (9) 이 목표면 (70) 에 정대하는 것을 설명하기 위한 도면이다. 도 10 에 나타내는 버킷 (9) 은 틸트 기능을 갖는 것이며, 도 11 에 나타내는 버킷 (9a) 은 틸트 기능을 갖지 않는, 통상적인 버킷이다.

자세 정보 표시 제어는, 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 을 목표면 (70) 에 대해 정대시킬 때에, 도 8 및 도 9 에 나타내는 정대 컴퍼스 (73) 의 지표 (73I) 를 움직임으로써 오퍼레이터의 유압 셔블 (100) 에 대한 조작을 보조하기 위한 제어이다. 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 이 목표면 (70) 에 대해 정대한다는 것은, 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 을 이은 직선인 날끝열 라인 (LBT) 이, 목표면 (70) 과 평행하게 되어 있는 상태를 말한다. 이것은, 목표면 (70) 의 표면에, 날끝열 라인 (LBT) 과 평행한 직선 (LP) 을 그릴 수 있는 것을 의미한다.

도 10 에 나타내는 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 이 목표면 (70) 에 대해 정대하는 경우, 도 1 에 나타내는 유압 셔블 (100) 의 운전실 (4) 이 목표면 (70) 의 정면에 위치한다고는 할 수 없다. 이에 대해, 도 11 에 나타내는, 틸트 기능을 갖지 않는 버킷 (9b) 의 날끝 (9T) 이 목표면 (70) 에 대해 정대하는 경우, 유압 셔블 (100) 의 운전실 (4) 이 목표면 (70) 의 정면에 위치한다. 틸트 기능을 갖지 않는 버킷 (9b) 의 날끝 (9T) 이 목표면 (70) 에 대해 정대하고 있는 상태로 붐 (6), 아암 (7) 또는 버킷 (9b) 을 상하 또는 전후로 이동시키면, 목표면 (70) 을 따라 굴삭 대상을 굴삭할 수 있다.

도 12 는, 날끝 벡터 (B) 를 설명하기 위한 도면이다. 도 13 은, 목표면 (70) 의 법선 벡터 (N) 를 나타내는 도면이다. 도 14 는, 정대 컴퍼스 (73) 와 목표 회동 각도 (α) 의 관계를 나타내는 도면이다. 도 12 에 나타내는 날끝 벡터 (B) 는, 버킷 (9) 의 날끝열 라인 (LBT) 과 평행한 벡터이다. 즉, 날끝 벡터 (B) 는, 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 을 잇는 방향, 또한 소정의 크기를 갖는 벡터이다. 날끝 벡터 (B) 는, 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 의 방향을 포함하는 정보이다. 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 의 방향은, 유압 셔블 (100) 의 현재 위치 및 자세에 관한 정보에 기초하여 구할 수 있다.

도 13 에 나타내는 법선 벡터 (N) 는, 목표면 (70) 과 직교하는 방향으로서, 소정의 크기를 갖는 벡터이다. 법선 벡터 (N) 는, 목표면 (70) 과 직교하는 방향을 포함하는 정보이다. 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 이 목표면 (70) 에 대해 정대한다는 것은, 버킷 (9) 의 날끝 벡터 (B) 가 목표면 (70) 의 법선 벡터 (N) 와 직교하는 것을 의미하며, 도 11 에 나타내는 틸트 기능을 갖지 않는 버킷 (9b) 도 동일하다.

자세 정보 표시 제어에서는, 버킷 (9) 의 날끝 벡터 (B) 가 목표면 (70) 의 법선 벡터 (N) 와 직교하기 위해서 필요한, 버킷 (9) 을 구비한 작업기 (2) 를 포함하는 상부 선회체 (3) 의 선회량 (이하, 적절히 회동량이라고 칭한다) 이 결정된다. 본 실시형태에 있어서, 이 회동량을 목표 회동량이라고 하고, 목표 회동량을 나타내는 정보를 목표 선회 정보라고 한다. 목표 회동량은, 예를 들어, 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 이 목표면 (70) 과 평행하게 될 때까지 필요한, 작업기 (2) 를 포함하는 상부 선회체 (3) 의 선회 중심축 둘레에 있어서의 선회 각도 (이하, 적절히 회동 각도라고 칭한다) 이다. 이 회동 각도를, 적절히 목표 회동 각도라고 칭한다.

자세 정보 표시 제어에서는, 결정된 목표 회동 각도에 기초하여, 도 14 에 나타내는 바와 같이, 정대 컴퍼스 (73) 의 지침 (73I) 을 회전시킨다. 도 14 중의 각도 (α) 는 목표 회동 각도이다. 버킷 (9) 의 날끝 벡터 (B) 는, 작업기 (2) 를 포함하는 상부 선회체 (3) 가 선회함에 따라서 그 방향이 변화하므로, 목표 회동 각도 (α) 도 작업기 (2) 를 포함하는 상부 선회체 (3) 의 회동 각도에 따라 변화한다. 그 결과, 작업기 (2) 를 포함하는 상부 선회체 (3) 가 선회함과 함께, 정대 컴퍼스 (73) 의 지침 (73I) 도 회전한다.

정대 컴퍼스 (73) 는, 예를 들어, 상방에 정대 마크 (73M) 가 형성되어 있다. 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 이 목표면 (70) 에 정대하면, 지침 (73I) 이 회전하고, 정부 (頂部) (73IT) 의 위치가 정대 마크 (73M) 의 위치와 합치한다. 유압 셔블의 오퍼레이터는, 지침 (73I) 의 정부 (73IT) 의 위치가 정대 마크 (73M) 의 위치에 합치함으로써, 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 이 목표면 (70) 에 정대한 것을 파악할 수 있다.

본 실시형태에 있어서, 자세 정보로서의 정대 컴퍼스 (73) 는, 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 이 목표면 (70) 에 정대하기 전과, 정대한 후에서, 도 6 에 나타내는 표시 입력 장치 (38) 의 표시부 (42) 에 표시되는 정대 컴퍼스 (73) 의 양태가 다르다. 예를 들어, 도 6 에 나타내는 표시 제어 장치 (39) 의 처리부 (44) 는, 정대 컴퍼스 (73) 의 지침 (73I) 은, 버킷 (9) 이 목표면 (70) 에 정대하기 전과 후에서 지침 (73I) 의 색을 다르게 하거나, 정대 컴퍼스 (73) 의 농담을 변경하거나, 지침 (73I) 의 표시의 양태를 점멸로부터 점등 또는 점등으로부터 점멸로 변화시키거나 한다.

이와 같은 정대 컴퍼스 (73) 의 표시 양태로 함으로써, 유압 셔블 (100) 의 오퍼레이터는, 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 과 목표면 (70) 이 정대한 것을 확실하게 또한 직감적으로 인식할 수 있으므로, 작업 효율이 향상된다. 예를 들어, 경사지 등에 유압 셔블 (100) 이 있는 경우, 오퍼레이터는, 자기 자신이 기운 상태로 표시부 (42) 또는 외계의 지형을 보게 되어, 지침 (73I) 의 정부 (73IT) 가 나타내는 방향을 본 것만으로는, 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 과 목표면 (70) 이 정대한 것이 직관적으로 잘 인식되지 않는다. 또, 오퍼레이터의 운전석으로부터 표시부 (42) 가 떨어져 설치되어 있는 경우, 정대 컴퍼스 (73) 를 보면, 지침 (73I) 의 정부 (73IT) 의 위치가 정대 마크 (73M) 의 위치에 합치한 것이 정확하게 잘 시인되지 않는 경우가 있다. 그래서, 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 이 목표면 (70) 에 정대하는 전후에서, 정대 컴퍼스 (73) 의 표시의 양태를 다르게 함으로써, 오퍼레이터는 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 의 정대를 직감적으로 파악할 수 있다.

버킷 (9) 의 날끝 (9T) 이 목표면 (70) 에 정대한 경우, 처리부 (44) 는, 정대 컴퍼스 (73) 의 디자인의 양태를 정대 전과 바꾸어 표시해도 된다. 예를 들어 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 이 목표면 (70) 에 정대한 경우, 자세 정보로서의 정대 컴퍼스 (73) 를, 「정대 완료」 를 의미하는 문자로 바꾸어 표시하거나, 정대 완료를 직관할 수 있는 소정의 마크를 자세 정보로서 표시시키거나 해도 된다. 또, 자세 정보로서, 정대 컴퍼스 (73) 대신에 또는 정대 컴퍼스 (73) 와 함께, 목표 회동 각도를 표시부 (42) 에 표시시켜도 된다. 오퍼레이터는, 표시된 목표 회동 각도의 크기가 제로에 가까워지도록, 유압 셔블 (100) 을 조작하여 버킷 (9) 을 목표면 (70) 에 대해 정대시킬 수 있다. 다음으로, 본 실시형태에 관련된 자세 정보 표시 제어에 대하여, 보다 상세하게 설명한다.

도 15 는, 자세 정보 표시 제어의 일례를 나타내는 플로우 차트이다. 자세 정보 표시 제어를 실행하는 데에 있어서, 스텝 S1 에 있어서, 표시 제어 장치 (39), 보다 구체적으로는 처리부 (44) 는, 버킷 (9) 의 경사 각도 (이하, 적절히 버킷 경사 각도라고 한다) (θ4) 및 유압 셔블 (100) 의 현재 위치를 취득한다. 버킷 경사 각도 (θ4) 는, 도 4 및 도 6 에 나타내는 버킷 경사 센서 (18D) 가 검출한다. 유압 셔블 (100) 의 현재 위치는, 도 6 에 나타내는 GNSS 안테나 (21, 22) 및 3 차원 위치 센서 (23) 가 검출한다. 처리부 (44) 는, 버킷 경사 센서 (18D) 로부터 버킷 경사 각도 (θ4) 를 나타내는 정보를 취득하고, GNSS 안테나 (21, 22), 경사 각도 센서 (24) 및 3 차원 위치 센서 (23) 로부터 유압 셔블 (100) 의 현재 위치를 나타내는 정보를 취득한다.

다음으로, 스텝 S2 로 진행하고, 처리부 (44) 는, 버킷 (9) 의 날끝 벡터 (B) 를 구한다. 날끝 벡터 (B) 는, 버킷 (9) 이 복수의 날 (9) 을 갖는 경우에는, 각각의 날끝 (9T) 을 이은 날끝열 라인 (LBT) (도 2 참조) 과 동일 방향의 벡터이다. 도 3 에 나타내는 버킷 (9a) 과 같이, 1 매의 날 (9Ba) 을 구비하는 경우, 날끝 벡터 (B) 는, 날끝 (9Ta) 이 연장되는 방향에 수직인 방향으로 연장되는 벡터이다. 날끝 벡터 (B) 는, 도 2 또는 도 4 에 나타내는 제 3 축 (AX3) 에 대한 버킷 (9) 의 경사 각도인 버킷 경사 각도 (θ4) 그리고 유압 셔블 (100) 의 현재 위치 및 자세에 관한 정보에 기초하여 구해진다. 다음으로, 날끝 벡터 (B) 를 구하는 수법의 일례를 설명한다.

(날끝 벡터 (B) 를 구하는 수법의 일례)

도 16 내지 도 20 은, 날끝 벡터 (B) 를 구하는 수법의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 16 은 유압 셔블 (100) 의 측면도이고, 도 17 은 유압 셔블 (100) 의 배면도이고, 도 18 은 경사진 버킷 (9) 을 나타내는 도면이며, 도 19 및 도 20 은 차량 본체 좌표계의 Ya-Za 평면 내에 있어서의 현재의 날끝 벡터 (B) 를 나타내는 도면이다. 본 수법에 있어서, 현재의 날끝 벡터 (B) 는, 버킷 (9) 의 폭 방향 중심에 있어서의 날끝 (9T) 의 위치이다.

날끝 벡터 (B) 를 구하는 데에 있어서, 표시 제어 장치 (39) 는, 도 16 에 나타내는 바와 같이, 전술한 GNSS 안테나 (21) 의 설치 위치 (P1) 를 원점으로 하는 차량 본체 좌표계［Xa, Ya, Za］를 구한다. 본 예에서는, 유압 셔블 (100) 의 전후 방향, 즉 차량 본체 좌표계 (COM) 의 Xa 축 방향이, 글로벌 좌표계 (COG) 의 X 축 방향에 대해 경사져 있는 것으로 한다. 또, 차량 본체 좌표계 (COM) 에서의 붐 핀 (14) 의 좌표는 (Lb1, 0, －Lb2) 이고, 미리 표시 제어 장치 (39) 의 기억부 (43) 에 기억되어 있다. 붐 핀 (14) 의 Ya 좌표는, 0 이 아니어도 되고 소정의 값을 가진 것이어도 된다.

도 4 및 도 6 에 나타내는 3 차원 위치 센서 (23) 는, GNSS 안테나 (21, 22) 의 설치 위치 (P1, P2) 를 검출 (연산) 한다. 처리부 (44) 는, 검출된 설치 위치 (P1, P2) 의 좌표를 취득하고, 식 (1) 을 이용하여 Xa 축 방향의 단위 벡터를 산출한다. 식 (1) 에 있어서, P1, P2 는, 각각의 설치 위치 (P1, P2) 의 좌표를 나타내고 있다.

도 16 에 나타내는 바와 같이, Xa 와 Za 의 2 개의 벡터로 나타내는 평면을 지나, 벡터 Xa 에 대해 공간 상에서 수직인 벡터 (Z') 를 도입하면, 식 (2) 및 식 (3) 의 관계가 성립된다. 식 (3) 의 c 는 상수이다. 식 (2) 및 식 (3) 으로부터, Z' 는 식 (4) 식과 같이 나타내어진다. 또한, 도 17 에 나타내는, Xa 및 Z' 와 수직인 벡터를 Y' 로 하면, Y' 는 식 (5) 식으로 나타내는 바와 같이 된다.

도 17 에 나타내는 바와 같이, 차량 본체 좌표계 (COM) 는, 좌표계［Xa, Y', Z'］를 Xa 축 둘레에, 전술한 롤 각도 (θ5) 만큼 회전시킨 것이기 때문에, 식 (6) 과 같이 나타내어진다.

또, 처리부 (44) 는, 제 1 스트로크 센서 (18A), 제 2 스트로크 센서 (18B), 제 3 스트로크 센서 (18C) 의 검출 결과를 취득하고, 취득한 검출 결과를 이용하여, 전술한 붐 (6), 아암 (7), 버킷 (9) 의 현재의 경사 각도 (θ1, θ2, θ3) 를 구한다. 차량 본체 좌표계 (COM) 내에 있어서의 제 2 축 (AX2) 상의 좌표 (P3) (xa3, ya3, za3) 는, 경사 각도 (θ1, θ2, θ3) 및 붐 (6), 아암 (7), 연결 부재 (8) 의 각각의 길이 (L1, L2, L3) 를 이용하여, 식 (7), 식 (8) 및 식 (9) 로 구할 수 있다. 좌표 (P3) 는, 제 2 축 (AX2) 으로서, 틸트 핀 (17) 의 축 방향 중심에 있어서의 좌표이다.

도 18 에 나타내는 날끝 벡터 (B) 는, 버킷 (9) 의 폭 방향의 일단측에 있어서의 제 1 날끝 (9T1) (제 1 날끝 (9T1)) 의 좌표 (P4A) (제 1 날끝 좌표 (P4A)) 와, 타단측에 있어서의 제 2 날끝 (9T) (제 2 날끝 (9T2)) 의 좌표 (P4B) (제 2 날끝 좌표 (P4B)) 로부터 구할 수 있다. 제 1 날끝 좌표 (P4A) 와 제 2 날끝 좌표 (P4B) 는, 차량 본체 좌표계 (COM) 내에 있어서의, 좌표 (P3) (xa3, ya3, za3) 를 기준으로 한 제 1 날끝 좌표 (P4A') (xa4A, ya4A, za4A) 와 제 2 날끝 좌표 (P4B') (xa4B, ya4B, za4B) 로부터 구할 수 있다.

제 1 날끝 좌표 (P4A') (xa4A, ya4A, za4A) 는, 버킷 경사 센서 (18D) 가 검출한 버킷 경사 각도 (θ4) 와, 버킷 (9) 의 길이 (L4) 와, 버킷 (9) 의 폭 방향에 있어서의 제 1 날끝 (9T1) 과 제 2 날끝 (9T2) 의 거리 (이하, 적절히 최대 날끝간 거리라고 칭한다) (W) 를 이용하여, 식 (10), 식 (11) 및 식 (12) 로 구할 수 있다. 제 2 날끝 좌표 (P4B') (xa4B, ya4B, za4B) 는, 버킷 경사 센서 (18D) 가 검출한 버킷 경사 각도 (θ4) 와, 버킷 (9) 의 길이 (L4) 와, 버킷 (9) 의 폭 방향에 있어서의 제 1 날끝 (9T1) 과 제 2 날끝 (9T2) 의 거리 (W) 를 이용하여, 식 (13), 식 (14) 및 식 (15) 로 구할 수 있다.

식 (10) 은, 도 19 에 나타내는, 좌표 xa3A 와 xa4A' 의 거리 (xa4A) 를 구하는 식이다. 거리 (xa4A) 는, 버킷 (9) 의 폭 방향 중심축 (CLb), 즉, 최대 날끝간 거리의 절반 (W × (1/2) = W/2) 의 위치에 있어서의 날끝 (9TC) 의 좌표 (P4C') 를 기준으로 하여 구하고 있다. 식 (11) 은, 도 18 에 나타내는 거리 (ya4A) 를 구하는 식이다. 거리 (ya4A) 는, 제 3 축 (AX3) 과 직교하는 방향에 있어서의 제 3 축 (AX3) 과 제 1 날끝 (9T1) 의 거리이다. 식 (12) 는, 도 19 에 나타내는, 좌표 za3A 와 za4A' 의 거리 (za4A) 를 구하는 식이다.

식 (13) 은, 도 20 에 나타내는, 좌표 xa3B 와 xa4B' 의 거리 (xa4B) 를 구하는 식이다. 거리 (xa4B) 는, 전술한 날끝 (9TC) 의 좌표 (P4C') 를 기준으로 하여 구하고 있다. 식 (14) 는, 도 18 에 나타내는 거리 (ya4B) 를 구하는 식이다. 거리 (ya4B) 는, 제 3 축 (AX3) 과 직교하는 방향에 있어서의 제 3 축 (AX3) 과 제 2 날끝 (9T2) 의 거리이다. 식 (15) 는, 도 20 에 나타내는, 좌표 za3B 와 za4B' 의 거리 (za4B) 를 구하는 식이다.

제 1 날끝 좌표 (P4A') (xa4A, ya4A, za4A) 및 제 2 날끝 좌표 (P4B') (xa4B, ya4B, za4B) 는, 도 18 에 나타내는 바와 같이, 버킷 (9) 이 제 3 축 (AX3) 에 대해 경사 각도 (θ4) 만큼 경사졌을 때의, 버킷 (9) 의 폭 방향 중심에 있어서의 제 1 날끝 (9T1) 및 제 2 날끝 (9T2) 의 위치이다. 버킷 경사 각도 (θ4) 는, 제 3 축 (AX3) 을 기준으로 한, 복수의 날 (9B) 의 날끝 (9T) 을 이은 직선인 날끝열 라인 (LBT) 의 각도이다. 버킷 경사 각도 (θ4) 는, 유압 셔블 (100) 의 상부 선회체 (3) 측에서 본 경우에 시계 방향 회전을 정 (正) 으로 한다.

도 18 로부터 알 수 있는 바와 같이, 거리 (ya4A) 및 거리 (ya4B) 는, 버킷 경사 각도 (θ4), 버킷 (9) 의 길이 (L4) 및 최대 날끝간 거리 (W) 를 이용하여 식 (11) 및 식 (14) 와 같이 구할 수 있다.

도 19 로부터 알 수 있는 바와 같이, 거리 (xa4A) 및 거리 (za4A) 는, 경사 각도 (θ1, θ2, θ3, θ4) 및 버킷 (9) 의 길이 (L4) 를 이용하여 식 (10) 및 식 (11) 과 같이 구할 수 있다. 도 18 에 나타내는 바와 같이, L4 × sin (π － θ4) ＋ (W/2) × cos (π － θ4) 를 연산함으로써 구해지는 거리 (L4aA) 는, 도 19 에 나타내는 거리 (L4aA) 가 된다.

도 20 으로부터 알 수 있는 바와 같이, 거리 (xa4B) 및 거리 (za4B) 는, 경사 각도 (θ1, θ2, θ3, θ4) 및 버킷 (9) 의 길이 (L4) 를 이용하여 식 (13) 및 식 (15) 와 같이 구할 수 있다. 도 18 에 나타내는 바와 같이, L4 × sin (π － θ4) ＋ (W/2) × cos (π － θ4) 를 연산함으로써 구해지는 거리 (L4aA) 로부터 W × cos (π － θ4) 를 감산함으로써 구해진 값, 즉 L4aA － W × cos (π － θ4) 는, 도 20 에 나타내는 거리 (L4aB) 가 된다.

전술한 바와 같이, 제 1 날끝 좌표 (P4A') (xa4A, ya4A, za4A) 및 제 2 날끝 좌표 (P4B') (xa4B, ya4B, za4B) 는, 제 2 축 (AX2) 의 좌표 (P3) (xa3, ya3, za3) 를 기준으로 한 것이다. 차량 본체 좌표계 (COM) 에 있어서의 제 1 날끝 (9T1) 의 제 1 날끝 좌표 (P4A) (xatA, yatA, zatA) 는, 도 19 로부터 알 수 있는 바와 같이, 좌표 (P3) (xa3, ya3, za3) 와 제 1 날끝 좌표 (P4A') (xa4A, ya4A, za4A) 를 이용하여, 식 (16), 식 (17) 및 식 (18) 을 이용하여 구할 수 있다.

차량 본체 좌표계 (COM) 에 있어서의 제 2 날끝 (9T2) 의 제 2 날끝 좌표 (P4B) (xatB, yatB, zatB) 는, 도 20 으로부터 알 수 있는 바와 같이, 좌표 (P3) (xa3, ya3, za3) 와 제 2 날끝 좌표 (P4A') (xa4B, ya4B, za4B) 를 이용하여, 식 (19), 식 (20) 및 식 (21) 을 이용하여 구할 수 있다. 제 1 날끝 좌표 (P4A) (xatA, yatA, zatA) 및 제 2 날끝 좌표 (P4B) (xatB, yatB, zatB) 가 얻어지면, 이들 좌표로부터 날끝 벡터 (B) 를 구할 수 있다.

처리부 (44) 는, 스텝 S2 에 있어서, 전술한 수법에 기초하여 날끝 벡터 (B) 를 구하면, 처리를 스텝 S3 으로 진행한다. 스텝 S3 에 있어서, 처리부 (44) 는, 스텝 S2 에서 구한 날끝 벡터 (B) 와 목표면 (70) 의 법선 벡터 (N) 를 이용하여, 목표 선회 정보로서의 목표 회동 각도 (α) 를 구한다. 다음으로, 목표 회동 각도 (α) 를 구하는 수법에 대하여 설명한다.

도 21 은, 목표 회동 각도 (α) 를 구하는 방법을 설명하기 위한 평면도이다. 도 22 는, 차량 본체 좌표계 (COM) 에 있어서의 단위 벡터를 설명하기 위한 도면이다. 도 23 및 도 24 는, 날끝 벡터 (B) 및 목표 날끝 벡터 (B') 를 설명하기 위한 도면이다. 도 25 는, 목표 회동 각도 (α, β) 를 설명하기 위한 도면이다.

도 23, 도 24 및 도 25 에 있어서, 원 (C) 은, 선회 중심축을 중심으로 하여 상부 선회체 (3) 를 선회시킨 경우에 있어서의 버킷 (9) 의 임의의 점의 궤적을 나타낸다. 원 (C) 상의 파선은, 목표면 (70) 의 내측에 버킷 (9) 이 들어간 경우의 궤적을 나타내고 있다. 원 (C) 상의 흑색 동그라미는, 궤적과 목표면 (70) 이 교차하는 점을 나타내고 있다. 도 24 는, 벡터 (ez) 의 시점이 목표면 (70) 의 선 상에 있지만, 이것은 설명상의 도시로서, 실제로는, 유압 셔블 (100) 의 Za 축, 즉 벡터 (ez) 의 시점은, 목표면 (70) 으로부터 떨어진 위치에 있다. 또, 날끝 벡터 (B) 의 시점 및 목표 날끝 벡터 (B') 의 시점도 목표면 (70) 의 선 상에 있지만, 설명상의 도시로서, 양 벡터의 시점은, 목표면 (70) 으로부터 떨어진 위치에 있어도 된다. 도 24 에서는, 날끝 벡터 (B) 가 목표면 (70) 에 정대하고 있지 않지만, 소정의 목표 회동 각도에 의해 작업기 (2) 를 포함하는 상부 선회체 (3) 를 선회시켰을 때에 목표 날끝 벡터 (B') 가 목표면 (70) 에 정대하는 것을 도시하고 있다.

목표 회동 각도 (α) 를 구하는 경우, 본 실시형태에 있어서는, 날끝 벡터 (B) 와 목표 날끝 벡터 (B') 를 이용한다. 작업기 (2) 및 이것에 장착되어 있는 버킷 (9) 이 현재의 위치로부터, 상부 선회체 (3) 를 선회시킴으로써 각도 －α 선회했을 때에, 목표면 (70) 의 법선 벡터 (N) 와 날끝 벡터 (B) 가 직교했다고 한다. 이 목표면 (70) 은, 유압 셔블 (100) 의 목표 작업 대상으로서 미리 오퍼레이터에게 선택된 것이다.

목표면 (70) 의 법선 벡터 (N) 와 날끝 벡터 (B) 가 직교했을 때의 날끝 벡터 (B) 를, 목표 날끝 벡터 (B') 로 한다. 도 21 에 나타내는 단위 벡터 (ez) 는, 도 22 에 나타내는 차량 본체 좌표계 (COM) 의 Za 축 방향에 있어서의 단위 벡터이다. 단위 벡터 (ez) 는, 차량 본체 좌표계 (COM) 의 Xa 축 방향에 있어서의 단위 벡터 (ex) 및 Ya 축 방향에 있어서의 단위 벡터 (ey) 와, ｜ex｜ = ｜ey｜ = ｜ez｜ = 1 의 관계가 성립한다. 차량 본체 좌표계 (COM) 의 Za 축은, 버킷 (9) 을 구비한 작업기 (2) 를 포함하는 상부 선회체 (3) 의 선회 중심축이다. 이 때문에, 단위 벡터 (ez) 는, 선회 중심축의 방향을 포함하는 정보이다. 도 21 에 나타내는 원 (C) 은, Za 축 방향으로부터 유압 셔블 (100) 및 목표면 (70) 을 본 경우로서, 선회 중심축을 중심으로 하여 상부 선회체 (3) 를 선회시킨 경우에 있어서의, 버킷 (9) 의 임의의 점의 궤적을 나타낸다. 원 (C) 상의 파선은, 목표면 (70) 의 내측에 버킷 (9) 이 들어간 경우의 궤적을 나타내고 있다. 원 (C) 상의 흑색 동그라미는, 궤적과 목표면 (70) 이 교차하는 점을 나타내고 있다.

목표 날끝 벡터 (B') 와 목표면 (70) 의 법선 벡터 (N) 가 직교하면, 식 (22) 가 성립한다. 즉, 목표 날끝 벡터 (B') 와 법선 벡터 (N) 의 내적은 0 이 된다. 이 때, 목표면 (70) 에 있어서, 날끝 벡터 (B) 와, 목표 날끝 벡터 (B') 와, 법선 벡터 (N) 와, 단위 벡터 (ex) 의 관계는, 도 23 및 도 24 에서 나타내는 바와 같이 된다. 또, 벡터의 회전에 관한 로드리게스 회전 공식으로부터, 날끝 벡터 (B), 목표 날끝 벡터 (B') 와 단위 벡터 (ex) 의 관계는, 식 (23) 과 같이 나타낼 수 있다.

식 (22) 및 식 (23) 으로부터 식 (24) 가 얻어진다. 식 (24) 를 정리하면, 식 (25) 가 얻어진다. 식 (25) 중의 P, Q 및 R 은, 각각 식 (26) 에 나타내는 바와 같이 되어 있고, 식 (25) 로부터 목표 회동 각도 (α) 가 구해지기 위해서는, P, Q, R 은 식 (27) 의 관계식을 만족할 필요가 있다. 식 (25) 는, 삼각함수의 합성 공식에 의해, 식 (28) 에 나타내는 바와 같은 형태로 바꿔 쓸 수 있다. 이 경우, 식 (27) 로 나타내는 관계가 성립하고 있다. 즉, 식 (27) 이 만족된다는 것은, 목표 회동 각도 (α) 가 실근으로서 얻어지는 것을 나타낸다. 식 (28) 중의 φ 는, cosφ = P/√(P² ＋ (Q＋R)²) 및 sinφ = (Q＋R)/√(P² ＋ (Q＋R)²) 를 만족한다. 식 (28) 로부터, 식 (29) 에 나타내는 바와 같이 목표 회동 각도 (α) 가 구해진다.

목표 회동 각도 (α) 는, P 가 0 이상인 경우에는 식 (30) 으로, P 가 0 보다 작은 경우에는 식 (31) 로 구할 수 있다. 또한, β = －α 로 치환함으로써, 식 (32) 및 식 (33) 이 얻어진다. 식 (32) 는 P 가 0 이상인 경우의 β 이고, 식 (33) 은, P 가 0 보다 작은 경우의 β 이다. 또한, β 도, 목표 회동량의 후보가 될 수 있는 것이고, 목표 회동 각도이며 목표 선회 정보이다. 본 실시형태에 있어서는, 이하에 있어서, 적절히, 목표 회동 각도 (α) 를 제 1 목표 회동 각도 (α), 목표 회동 각도 (β) 를 제 2 목표 회동 각도 (β) 라고 칭한다. 제 1 목표 회동 각도 (α) 는 제 1 목표 선회 정보이며, 제 2 목표 회동 각도 (β) 는 제 2 목표 선회 정보이다. 도 25 에 나타내는 바와 같이, 제 1 목표 회동 각도 (α) 와 제 2 목표 회동 각도 (β) 는, 현재의 날끝 벡터 (B) 의 방향을 중심으로 하여, 배분된 관계에 있다.

처리부 (44) 는, 단위 벡터 (ez), 목표면 (70) 의 법선 벡터 (N) 및 스텝 S2 에서 구한 날끝 벡터 (B) 를 이용하여, 전술한 식 (26) 및 식 (30) 으로부터 식 (33) 을 이용하여, 제 1 목표 회동 각도 (α) 및 제 2 목표 회동 각도 (β) 를 구한다. 단위 벡터 (ez), 목표면 (70) 의 법선 벡터 (N) 는, 도 6 에 나타내는 표시 제어 장치 (39) 의 기억부 (43) 에 기억되어 있다. 제 1 목표 회동 각도 (α) 및 제 2 목표 회동 각도 (β) 가 구해지면, 처리부 (44) 는, 어느 것을 이용하여 정대 컴퍼스 (73) 의 표시 상태를 제어할지를 결정한다.

도 26 은, 정대 컴퍼스 (73) 의 표시에 사용하는 제 1 목표 회동 각도 (α) 또는 제 2 목표 회동 각도 (β) 를 선택하는 방법을 설명하기 위한 평면도이다. 도 27 내지 도 29 는, 유압 셔블 (100) 과 목표면 (70) 의 관계를 나타내는 도면이다. 도 30 은, 정대 컴퍼스 (73) 를 나타내는 도면이다.

도 26 에 나타내는 원 (C) 은, Za 축 방향에서 유압 셔블 (100) 과 목표면 (70) 을 본 경우로서, 선회 중심축을 중심으로 하여 상부 선회체 (3) 를 선회시킨 경우에 있어서의 버킷 (9) 의 임의의 점의 궤적을 나타낸다. 또, Xa 축에 대해, 제 1 목표 회동 각도 (α) 에 의해 형성되는 방향을 화살표로 나타낸다. 마찬가지로 Xa 축에 대해, 제 2 목표 회동 각도 (β) 에 의해 형성되는 방향을 화살표로 나타낸다. 그 외, 도 26 에 대한 상세한 내용은 후술한다.

처리부 (44) 는, 정대 컴퍼스 (73) 의 표시에 사용하는 제 1 목표 회동 각도 (α) 또는 제 2 목표 회동 각도 (β) 를 선택하는 데에 있어서, 제 1 각도 (γ1) 및 제 2 각도 (γ2) 를 결정한다. 먼저, 선회 중심축 (Za 축) 상의 임의의 점 (임의점) 으로부터 목표면 (70) 의 복수 (본 실시형태에서는 4 개) 의 단부 (70T1, 70T2, 70T3, 70T4) 에 대해, 임의점과 동일한 Za 축 방향의 좌표인 것을 조건으로 4 개의 가상선 (LN1, LN2, LN3, LN4) 을 늘린다. 즉, Za 축 방향으로부터 목표면 (70) 과 유압 셔블 (100) 을 2 차원 평면으로서 본 상태로, Za 축으로부터 목표면 (70) 의 복수의 단부 (70T1, 70T2, 70T3, 70T4) 에 가상선 (LN1, LN2, LN3, LN4) 을 늘린다. 도 26 에 나타내는 예에서는, 목표면 (70) 은 사각형이지만, 그 사각형의 정점이 단부이다. 목표면 (70) 은, 복수의 삼각형 폴리곤에 대해, 각각의 삼각형 폴리곤의 면의 기울기가 거의 동일하다고 간주할 수 있는 것을 하나로 정리하여 사각형의 목표면 (70) 으로 하고 있지만, 목표면 (70) 은, 삼각형 또는 오각형과 같은 다각형이어도 된다. 목표면 (70) 이 삼각형 또는 오화형이더라도, 전술한 바와 같이, 단부에 대해 가상선 (LN1, LN2, LN3, LN4) 을 늘린다.

또한, 선회 중심축 (Za 축) 에 대해 수직으로서, 유압 셔블 (100) 의 전방으로 늘린 전방선을 정한다. 전방선은, 유압 셔블 (100) 의 로컬 좌표계 (Xa-Ya-Za) 에 있어서의 전후 방향축인 Xa 축의 전방, 즉 Xa 축의 작업기 (2) 측의 부분이다. 선회 중심축 (Za 축) 측에서 보아, 4 개의 가상선 (LN1, LN2, LN3, LN4) 의 각각과 전방선 (Xa 축) 으로 형성되는 각도를 각각 구한다. 여기서, 유압 셔블 (100) 을 위에서 보아, 또한, Xa 축을 기준으로, Za 축을 중심으로 하여 반시계 방향을 정의 방향으로 하고 시계 방향을 부 (負) 의 방향으로 정의한다.

구해진 복수 (본 실시형태에서는 4 개) 의 각도 중, 최대값과 최소값을 채택한다. 최대값이 제 1 각도 (γ1) 이고, 최소값이 제 2 각도 (γ2) 이다. 도 26 에 나타내는 경우에는, 전술한 바와 같이, Xa 축을 기준으로, Za 축을 중심으로 하여 반시계 방향을 정의 방향으로 하고 시계 방향을 부의 방향으로 정의하고 있기 때문에, 제 1 각도 (γ1) 의 쪽이 제 2 각도 (γ2) 에 비해 각도의 절대값은 크지만, 대소 관계에서는, 제 1 각도 (γ1) 의 쪽이 제 2 각도 (γ2) 보다 작아진다. 즉, 도 26 에 나타내는 예는, 최소값이 제 1 각도 (γ1) 이고, 최대값이 제 2 각도 (γ2) 인 경우에 있어서, 제 1 각도 (γ1) 가 형성되는 경우의 목표면 (70) 의 단부가 단부 70T1 이다. 또, 최소값이 제 1 각도 (γ1) 이고, 최대값이 제 2 각도 (γ2) 인 경우에 있어서, 제 2 각도 (γ2) 가 형성되는 경우의 목표면 (70) 의 단부가 단부 70T2 이다. 도 26 에 나타내는 예는, 단부 70T1, 70T2 가 선택된 경우를 나타내고 있다. 단부 70T1 과 70T2 를 이은 변 (70La) 은, 목표면 (70) 을 구성하는 하나의 변이다.

제 1 각도 (이하, 적절히 제 1 방향각이라고 칭한다) (γ1) 를, 도 26 을 이용하여 더욱 설명한다. 제 1 방향각 (γ1) 은, 선회 중심축, 즉 Za 축과 직교하고, 또한 작업기 (2) 의 동작 평면과 평행한 방향인 Xa 축과, 목표면 (70) 을 Za 축 측에서 보았을 때의 일단부 (70T1) 로부터 Za 축을 잇는 가상선 (이하, 적절히 제 1 직선이라고 칭한다) (LN1) 이 이루는 각도이다. 본 실시형태에 있어서, 작업기 (2) 의 동작 평면은, 유압 셔블 (100) 의 차량 본체 좌표계의 Xa 축과 Za 축으로 형성되는 평면이다. 이 때문에, 본 실시형태에 있어서, Za 축과 직교하고, 또한 작업기 (2) 의 동작 평면과 평행한 방향은, 유압 셔블 (100) 의 차량 본체 좌표계의 Xa 축 방향이다. 제 2 각도 (이하, 적절히 제 2 방향각이라고 칭한다) (γ2) 는, Xa 축과, 목표면 (70) 을 Za 축 측에서 보았을 때 타단부 (70T2) 로부터 Za 축을 잇는 가상선 (이하, 적절히 제 2 직선이라고 칭한다) 직선 (LN2) 이 이루는 각도이다.

이와 같이, 제 1 각도 (γ1) 는, Xa 축과, Za 축 및 목표면 (70) 의 각각의 단부 (70T1, 70T2, 70T3, 70T4) 를 지나는 각각의 가상선 (LN1, LN2, LN3, LN4) 이 이루는 각도 중 각도의 정부 (正負) 를 고려하여 비교했을 때에, 최소값이 되는 각도이다. 제 2 각도는, Xa 축과, 각각의 가상선 (LN1, LN2, LN3, LN4) 이 이루는 각도 중 각도의 정부를 고려하여 비교했을 때에, 최대값이 되는 각도이다. 본 실시형태에 있어서, 제 1 각도 (γ1) 의 절대값은 제 2 각도 (γ2) 의 절대값보다 크다. 본 실시형태에 있어서, Xa 축과, Za 축 및 목표면 (70) 의 각각의 단부 (70T1, 70T2, 70T3, 70T4) 를 지나는 각각의 가상선 (LN1, LN2, LN3, LN4) 이 이루는 각도 중, 절대값이 최대인 것이 제 1 각도 (γ1) 또는 제 2 각도 (γ2) 중 어느 일방이고, 절대값이 최소인 것이 타방이라고 해도 된다.

도 27 에 나타내는 세 가지 예 중 하나는, 유압 셔블 (100) 이 a 의 위치에 있는 경우이다. 목표면 (70) 을 Za 축 측에서 보면, 전술한 방법에 의해 선택된 단부가 단부 70T1b 및 단부 70T2 가 되고, 전자가 제 1 단부, 후자가 제 2 단부가 된다. 이에 반해, 유압 셔블 (100) 이 b 의 위치에 있는 경우, 목표면 (70) 을 Za 축 측에서 보면, 전술한 방법에 의해 선택된 단부가 단부 70T1a 및 단부 70T2 가 되고, 전자가 제 1 단부, 후자가 제 2 단부가 된다.

도 28 에 나타내는 예는, 유압 셔블 (100) 의 삼방을 설계면 (70) 이 둘러싸는 경우를 나타내고 있다. 이 경우, 유압 셔블 (100) 은 설계면 (70) 에 둘러싸인 d 의 위치에 있지만, 전술한 유압 셔블 (100) 이 a 의 위치에 있는 경우와 마찬가지로, 목표면 (70) 을 Za 축 측에서 본 경우, 선회 중심축 (Za 축) 상의 임의의 점 (임의점) 으로부터 목표면 (70) 의 단부 (도 28 중에 나타내는 흑색 동그라미) 에 대해, 임의점과 동일한 Za 축 방향의 좌표인 것을 조건으로 가상선으로서의 제 1 직선 (LN1) 및 제 2 직선 (LN2) 을 늘리고, 제 1 각도 (γ1) 또는 제 2 각도 (γ2) 를 구한다. 그 결과, Xa 축 (벡터 (ex)) 을 기준으로, 제 1 각도 (γ1) 또는 제 2 각도 (γ2) 로 형성된 제 1 직선 (LN1) 또는 제 2 직선 (LN2) 을 늘린 곳에, 단부 70T1 및 단부 70T2 가 존재하게 된다. 단부 70T1 이 제 1 단부, 단부 70T2 가 제 2 단부가 된다. 도 28 에 나타내는 예는, 제 1 각도 (γ1) 와 제 2 각도 (γ2) 가 동일한 경우인 것을 나타낸 것이 아니라, 어디까지나 유압 셔블 (100) 의 삼방을 설계면 (70) 이 둘러싸는 경우를 나타내고 있다.

도 27 에 나타내는 세 가지 예 중 하나는, 압 셔블 (100) 이 c 의 위치에 있는 경우, 즉, 목표면 (70) 상에 유압 셔블 (100) 이 있는 경우이다. 또, 도 29 에 나타내는 예는, 유압 셔블 (100) 의 전체 둘레를 설계면 (70) 이 둘러싸는 경우를 나타내고 있다. 또한, 유압 셔블 (100) 이 d 또는 e 의 위치에 있는 경우, 처리부 (44) 는, 유압 셔블 (100) 의 주위가 목표면 (70) 에 둘러싸여 있는 것을 판단하는 처리를 실시한다.

처리부 (44) 는, 유압 셔블 (100) 의 Za 축의 위치 정보 및 Xa 축의 위치 정보 그리고 목표면 (70) 의 위치 정보에 기초하여, 제 1 방향각 (γ1) 및 제 2 방향각 (γ2) 을 구한다. 그리고, 처리부 (44) 는, 제 1 방향각 (γ1) 및 제 2 방향각 (γ2) 에 기초하여, 제 1 목표 회동 각도 (α) 또는 제 2 목표 회동 각도 (β) 중 어느 일방을, 정대 컴퍼스 (73) 를 표시하기 위한 정보로서 선택한다. 정대 컴퍼스 (73) 를 표시하는 것에는, 정대 컴퍼스 (73) 의 표시의 양태를 변경하는 것, 지침 (73I) 의 기울기를 결정하는 것 및 지침 (73I) 을 움직이는 것 등이 포함된다. 다음으로, 이 수법을 설명한다.

먼저, 제 1 방향각 (γ1) 및 제 2 방향각 (γ2) 으로 정해지는 목표면 (70) 에 대한 방향각 범위를 정의한다. 도 26 에 나타내는 바와 같이, 방향각 범위는, 제 2 방향각 (γ2) 및 제 1 방향각 (γ1) 에 의해 형성되는 각도 중의 범위이다. 이 방향각 범위에 제 1 목표 회동 각도 (α) 및 제 2 목표 회동 각도 (β) 의 양방이 들어가 있는 경우, 처리부 (44) 는, 제 1 목표 회동 각도 (α) 및 제 2 목표 회동 각도 (β) 의 절대값의 크기를 비교한다. 예를 들어, 처리부 (44) 는, 제 1 목표 회동 각도 (α) 의 절대값보다 제 2 목표 회동 각도 (β) 의 절대값이 크다면, 즉, ｜α｜≤｜β｜ 의 관계가 성립한다면 제 1 목표 회동 각도 (α) 를 선택한다. 처리부 (44) 는, 제 1 목표 회동 각도 (α) 의 절대값보다 제 2 목표 회동 각도 (β) 의 절대값이 작다면, 즉, ｜α｜＞｜β｜ 의 관계가 성립한다면 제 2 목표 회동 각도 (β) 를 선택한다. 처리부 (44) 는, 선택된 목표 회동 각도를 목표 회동량, 즉 목표 선회 정보로서, 정대 컴퍼스 (73) 의 표시에 사용한다.

전술한 방향각 범위에 제 1 목표 회동 각도 (α) 만이 들어가 있는 경우, 처리부 (44) 는, 제 1 목표 회동 각도 (α) 를 선택하여, 목표 선회 정보로서 정대 컴퍼스 (73) 의 표시에 사용한다. 도 26 에 나타내는 예는, 이것에 상당한다. 즉, 제 1 방향각 (γ1) 및 제 2 방향각 (γ2) 으로 정해지는 목표면 (70) 에 대한 방향각 범위에, 제 1 목표 회동 각도 (α) 만이 들어가 있고, 제 2 목표 회동 각도 (β) 는 방향각 범위 밖에 있다. 한편, 전술한 방향각 범위에 제 2 목표 회동 각도 (β) 만이 들어가 있는 경우, 처리부 (44) 는, 제 2 목표 회동 각도 (β) 를 선택하여, 정대 컴퍼스 (73) 의 표시에 사용한다.

전술한 방향각 범위에 제 1 목표 회동 각도 (α) 및 제 2 목표 회동 각도 (β) 의 양방이 함께 들어가 있지 않은 경우, 처리부 (44) 는, 식 (34) 에 기초하여, 제 1 목표 회동 각도 (α) 또는 제 2 목표 회동 각도 (β) 중 어느 일방을 선택한다. 식 (34) 에 있어서, θ1 은 제 1 방향각 (γ1) 이고, θ2 는 제 2 방향각 (γ2) 이다. 처리부 (44) 는, 제 1 방향각 (γ1) 과 제 1 목표 회동 각도 (α) 의 차를 구하고, 또한, 제 2 방향각 (γ2) 과 제 1 목표 회동 각도 (α) 의 차를 구한다. 또한, 처리부 (44) 는, 구해진 2 개의 차의 대소를 비교하여, 작은 쪽을 선택한다. 여기서, 선택된 것을 제 1 선택으로 한다. 또한 처리부 (44) 는, 제 1 방향각 (γ1) 과 제 2 목표 회동 각도 (β) 의 차를 구하고, 또한, 제 2 방향각 (γ2) 과 제 2 목표 회동 각도 (β) 의 차를 구한다. 처리부 (44) 는, 구해진 2 개의 차의 대소를 비교하고, 작은 쪽을 선택한다. 여기서, 선택된 것을 제 2 선택으로 한다. 또한, 처리부 (44) 는, 제 1 선택과 제 2 선택의 대소를 비교한다.

즉, (θ1-α) 와 (θ2-α) 중 작은 쪽과, (θ1-β) 와 (θ2-β) 중 작은 쪽을 비교한다. 처리부 (44) 는, 비교 결과, 식 (34) 가 성립하면 제 1 목표 회동 각도 (α) 를 선택하고, 식 (34) 가 성립하지 않으면 제 2 목표 회동 각도 (β) 를 선택하여, 목표 선회 정보로서 정대 컴퍼스 (73) 의 표시에 사용한다.

도 27 에 나타내는 세 가지 예 중 하나는, 유압 셔블 (100) 이 c 로 나타내는 위치에 있는 경우이다. 즉, 목표면 (70) 상에 유압 셔블 (100) 이 있는 경우, 목표면 (70) 에 대한 방향각 범위가 전체 방향으로 간주된다. 이 경우, 처리부 (44) 는, 전술한 방향각 범위에 제 1 목표 회동 각도 (α) 및 제 2 목표 회동 각도 (β) 의 양방이 들어가 있는 경우와 동일한 처리를 실행하고, 제 1 목표 회동 각도 (α) 또는 제 2 목표 회동 각도 (β) 중 어느 일방을 선택하여, 목표 선회 정보로서 정대 컴퍼스 (73) 의 표시에 사용한다. 도 29 에 나타내는 바와 같이, 유압 셔블 (100) 의 주위를 목표면 (70) 이 둘러싸는 경우도, 목표면 (70) 상에 유압 셔블 (100) 이 있는 경우와 동일하게 취급된다. 즉, 처리부 (44) 는, 전술한 방향각 범위에 제 1 목표 회동 각도 (α) 및 제 2 목표 회동 각도 (β) 의 양방이 들어가 있는 경우와 동일한 처리를 실시하고, 제 1 목표 회동 각도 (α) 또는 제 2 목표 회동 각도 (β) 중 어느 일방을 선택한다. 그 결과, 처리부 (44) 는, 제 1 목표 회동 각도 (α) 또는 제 2 목표 회동 각도 (β) 중 어느 일방을 선택하여, 목표 선회 정보로서 정대 컴퍼스 (73) 의 표시에 사용한다.

제 1 목표 회동 각도 (α) 또는 제 2 목표 회동 각도 (β) 중 어느 일방이, 정대 컴퍼스 (73) 를 표시하기 위한 목표 선회 정보로서 선택되면, 처리부 (44) 는, 스텝 S4 로 진행하고, 선택된 목표 선회 정보에 대응하는 화상, 구체적으로는 정대 컴퍼스 (73) 를 도 6 에 나타내는 표시부 (42) 에 표시한다. 이 경우, 처리부 (44) 는, 목표 날끝 벡터 (B') 의 방향이 정대 컴퍼스 (73) 의 정대 마크 (73M) 의 위치에 상당하고, 또한 현재의 날끝 벡터 (B) 의 방향을 따른 지침 (73I) 의 정부 (73IT) 의 위치가 표시되도록 지침 (73I) 을 회전시킨 상태로 표시한다. 예를 들어, 목표 선회 정보로서 제 1 목표 회동 각도 (α) 가 선택된 경우, 도 30 에 나타내는 바와 같이, 지침 (73I) 은, 정대 마크 (73M) 에 대해 제 1 목표 회동 각도 (α) 만큼 경사진다. 목표 선회 정보로서 제 2 목표 회동 각도 (β) 가 선택된 경우, 도 30 에 나타내는 바와 같이, 지침 (73I) 은, 정대 마크 (73M) 에 대해 제 2 목표 회동 각도 (β) 만큼 회전한다.

도 31 은, 목표면 (70) 과, 단위 벡터 (ez) 와, 법선 벡터 (N) 의 관계를 나타내는 도면이다. 도 32 는, 목표 회동 각도가 구해지지 않는 경우 (해 없음 상태) 의 일례를 나타내는 개념도이다. 도 32 는, 작업기 (2) 를 포함하는 상부 선회체 (3) 를 선회시켰을 때에 버킷 (9) 의 임의의 위치가 그리는 궤적을 옆에서 보았을 때의 선회 평면 (TCV) 과 목표면 (70) 의 관계를 나타내고 있다. 후술하는 바와 같이, 도 33 은, 목표 선회 정보가 구해지지 않는 경우에 있어서의 정대 컴퍼스 (73) 의 표시예를 나타내는 도면이다. 도 34b 및 도 34b 는, 목표 회동 각도가 구해지지 않는 경우 또는 정해지지 않는 경우 (부정해 (不定解) 상태) 의 일례를 나타내는 개념도이다.

본 실시형태에 있어서, 단위 벡터 (ez) 와 법선 벡터 (N) 의 관계가, 전술한 식 (27) 을 만족하지 않는 경우, 목표 선회 정보가 수학적으로 구해지지 않는다 (해 없음 상태). 이 해 없음 상태는, 버킷 (9) 이 틸트 버킷으로서, 버킷 (9) 이 틸트 핀 (17) 의 둘레를 크게 회동하여, 그 상태로 상부 선회체 (3) 를 선회시켰다고 해도, 날끝 (9T) 의 날끝 벡터 (B) 와 목표면 (70) 의 법선 벡터 (N) 가 직교하지 않는 상태이다. 도 32 는, 이와 같은 상태를 나타내고 있다. 도 32 는, 제 1 목표 회동 각도 및 제 2 목표 회동 각도가 구해지지 않는 경우 (해 없음 상태) 의 일례를 나타내는 개념도로서, 작업기 (2) 를 포함하는 상부 선회체 (3) 를 선회시켰을 때에 버킷 (9) 의 임의의 위치가 그리는 궤적을 옆에서 보았을 때의 선회 평면과 목표면의 관계를 설명하고 있다. 도 32 로부터 알 수 있는 바와 같이, 해 없음 상태에 있어서, 날끝 벡터 (B) 는, 목표면 (70) 과는 평행이 되지 않는다. 바꿔 말하면, 해 없음 상태에 있어서, 날끝 벡터 (B) 와 목표면 (70) 의 법선 벡터는 직교하지 않고, 도 32 와 같은 경우에는, 목표 선회 정보가 수학적으로 구해지지 않는다.

또, 식 (35) 로 정해지는 관계를 만족하지 않는 경우, 목표 선회 정보가 일정값으로 정해지지 않는다 (부정해 상태). 도 31 은, X 와 Za 축 (벡터 (ez)) 과 목표면 (70) 의 법선 벡터 (N) 의 관계를 나타내고 있다. 식 (35) 중의 X 는 미리 정해져 있다. X 는, 작업기 (2) 를 포함하는 상부 선회체 (3) 의 선회 중심축인 Za 축과 목표면 (70) 의 법선 벡터 (N) 가 평행이라고 간주할 수 있을 정도의 크기이다.

목표 선회 정보가 부정해 상태인 경우, 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 은 항상 목표면 (70) 에 정대하기 때문에, 지침 (73I) 을 나타내어 작업기 (2) 를 포함하는 상부 선회체 (3) 등의 조작의 안내 자체가 의미를 형성하지 않게 된다. 도 34a 및 도 34b 는, 제 1 목표 회동 각도 및 제 2 목표 회동 각도가 구해지지 않는 경우 (부정해 상태) 의 일례를 나타내는 개념도이다. 도 34a 에 나타내는 바와 같이, 유압 셔블 (100) 은, 목표면 (70) 상에 있고, 버킷 (9) 의 날끝 벡터 (B) 는, 목표면 (70) 에 평행이다. 바꿔 말하면, 날끝 벡터 (B) 는, 목표면 (70) 의 법선 벡터 (N) 에 직교하고 있다. 이와 같은 경우, 목표 선회 정보는 부정해 상태가 되므로 구해지지 않는다.

버킷 (9) 이 틸트 버킷인 경우에 있어서, 도 34a 상태 내지 도 34b 에 나타내는 바와 같이, 버킷 (9) 을 틸트 핀 (17) 의 둘레에 회동시켜, 날끝 벡터 (B) 가 목표면 (70) 에 평행이 되지 않도록 했다고 하자. 이 상태로, 상부 선회체 (3) 를 선회시켰다고 해도, 날끝 벡터 (B) 는, 목표면 (70) 의 법선 벡터 (N) 와 직교하는 일은 없고, 역시 목표 선회 정보는 부정해 상태로서 구해지지 않는다.

이 때문에, 처리부 (44) 는, 표시 입력 장치 (38) 의 표시부 (42) 에 표시되는 목표 선회 정보에 대응하는 화상의 표시 양태를, 목표 선회 정보가 일정값으로 정해지는 경우와는 다르게 한다. 본 실시형태에서는, 도 33 에 나타내는 바와 같이, 처리부 (44) 는, 정대 컴퍼스 (73) 를 그레이 아웃시킨다. 이와 같이 함으로써, 정대 컴퍼스 (73) 가 본래의 정보인 목표 선회 정보를 표시하고 있지 않는 것을, 오퍼레이터는 직관적으로 인식할 수 있다. 즉, 도 33 에 나타내는 바와 같이, 처리부 (44) 가 정대 컴퍼스 (73) 를 그레이 아웃시킴으로써, 오퍼레이터는, 작업기 (2) 를 포함하는 상부 선회체 (3) 가 선회해야 할 각도를 정대 컴퍼스 (73) 가 표시하고 있지 않는 것을 파악할 수 있다. 이 때, 지침 (73I) 의 움직임을 정지시켜도 된다. 이와 같이 하면, 오퍼레이터가 보다 작업에 집중하기 쉬워진다.

다음으로, 목표 선회 정보가 수학적으로 구해지지 않는, 즉, 해 없음 상태에 대하여 상세하게 설명한다. 목표 선회 정보가 구해지지 않는 경우에는, 지침 (73I) 의 회전에 의한 작업기 (2) 를 포함하는 상부 선회체 (3) 등의 조작의 안내를 할 수 없다. 목표 선회 정보가 구해지지 않는 경우에는, 예를 들어, 도 32 에 나타내는 바와 같이, 날끝 벡터 (B) 의 선단이 그리는 궤적을 옆에서 보았을 때의 선회 평면 (TCV) 과 목표면 (70) 이 교차하지 않는 경우이다. 예를 들어, 버킷 (9) 의 틸트 기능에 의해 버킷 (9) 을 기울인 결과, 버킷 경사 각도 (θ4) 가 과대하게 되었을 경우에, 도 32 와 같은 상태가 되어 목표 선회 정보가 얻어지지 않게 된다. 이와 같은 경우, 처리부 (44) 는, 목표 선회 정보가 일정값으로 정해지지 않는 부정해 상태와 마찬가지로, 표시부 (42) 에 표시되는 정대 컴퍼스 (73) 의 표시 양태를, 목표 선회 정보가 구해지는 경우와는 다르게 한다. 본 실시형태에서는, 정대 컴퍼스 (73) 가 그레이 아웃된다. 이와 같이 함으로써, 정대 컴퍼스 (73) 가 본래의 정보인 목표 선회 정보를 표시하고 있지 않는 것을, 오퍼레이터는 직관적으로 인식할 수 있다. 즉, 도 33 과 같이 정대 컴퍼스 (73) 를 그레이 아웃시킴으로써, 작업기 (2) 를 포함하는 상부 선회체 (3) 가 선회해야 할 각도를 정대 컴퍼스 (73) 는 표시하고 있지 않는 것을 파악할 수 있다. 이 때, 지침 (73I) 의 움직임을 정지시켜도 된다. 이와 같이 하면, 오퍼레이터가 보다 작업에 집중하기 쉬워진다.

본 실시형태에 있어서, 처리부 (44) 는, 표시부 (42) 의 화면 (42P) 에 표시하는 정대 컴퍼스 (73) 의 양태를 변경시킬 때에, 예를 들어, 소리에 의한 알림을 병용해도 된다. 이 경우, 예를 들어, 처리부 (44) 는, 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 이 목표면 (70) 에 정대하기 전에는, 도 6 에 나타내는 소리 발생 장치 (46) 로부터 소정의 간격으로 소리를 알리고, 날끝 벡터 (B) 와 목표면 (70) 이 평행에 가까워짐에 따라 소리의 간격을 짧게 한다. 그리고, 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 이 목표면 (70) 에 정대하면, 처리부 (44) 는, 소리를 연속하여 소정 시간 알린 후, 소리의 알림을 정지한다. 이와 같이 하면, 유압 셔블 (100) 의 오퍼레이터는, 정대 컴퍼스 (73) 에 의한 시각 뿐만 아니라, 소리에 의한 청각의 양방으로 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 과 목표면 (70) 의 정대를 인식할 수 있으므로, 작업 효율이 더욱 향상된다.

버킷 (9) 이 틸트 버킷인 경우, 버킷 (9) 의 날끝열 라인 (LBT) 의 방향의 자유도가 증가하여, 정대 컴퍼스 (73) 의 지침 (73I) 을 표시하기 위한 계산이 번잡해진다. 본 실시형태에 있어서, 표시 시스템 (101) 은, 날끝 벡터 (B) 와, 목표면 (70) 의 법선 벡터 (N) 와, 작업기 (2) 를 포함하는 상부 선회체 (3) 의 선회 중심축인 Za 축 방향의 단위 벡터 (ez) 에 기초하여, 목표 선회 정보로서의 제 1 목표 회동 각도 (α) 및 제 2 목표 회동 각도 (β) 를 구한다. 이와 같이, 버킷 (9) 의 날끝 벡터 (B) 를 사용함으로써, 표시 시스템 (101) 은, 버킷 (9) 이 틸트 버킷이더라도, 목표면 (70) 에 대해 날끝 (9T) 을 정대시키기 위해서 필요한 목표 회동 각도를 용이하게 계산할 수 있다.

또, 표시 시스템 (101) 은, 버킷 (9) 의 날끝 벡터 (B) 를 사용함으로써, 버킷 (9) 이 틸트 기능을 가진 틸트 버킷으로서, 제 2 축 (AX2) 을 중심으로 하여 회동하여 기울어 있는 경우에도, 버킷 (9) 이 틸트 기능을 갖지 않는 것이더라도, 목표면 (70) 에 대해 날끝 (9T) 을 정대시키기 위해서 필요한 목표 회동 각도를, 정대 컴퍼스 (73) 에 올바르게 표시할 수 있다. 그 결과, 표시 시스템 (101) 은, 작업기 (2) 의 조작을 보조하기 위한 정보를, 오퍼레이터가 직감적으로 이해하기 쉬운 형태에 의해 제공할 수 있다. 이 때문에, 예를 들어, 틸트 버킷의 취급에 서투른 오퍼레이터라도, 정대 컴퍼스 (73) 의 표시에 따라 상부 선회체 (3) 를 선회 조작하는 것만으로 용이하게 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 을 목표면 (70) 에 정대시킬 수 있다. 이와 같이, 표시 시스템 (101) 은, 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 을 목표면에 정대시키기 위한 적절한 정보를, 유압 셔블 (100) 의 오퍼레이터에 대해 제시할 수 있다.

목표면 (70) 의 방향 (기울기) 만을 생각한 경우, 버킷 (9) 의 날끝열 라인 (LBT) 의 방향, 즉 날끝 벡터 (B) 의 방향으로부터 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 이 목표면 (70) 에 정대가 되는 목표 회동 각도를 구하면, 일반적으로, 그 실근은 중근도 포함하여 2 개 구해진다. 이것이 제 1 목표 회동 각도 (α) 및 제 2 목표 회동 각도 (β) 이다. 표시 시스템 (101) 은, 제 1 방향각 (γ1) 및 제 2 방향각 (γ2) 으로 정해지는 목표면 (70) 에 대한 방향각 범위에 기초하여, 제 1 목표 회동 각도 (α) 또는 제 2 목표 회동 각도 (β) 중 어느 것을 목표 선회 정보로서 선택한다. 이와 같이 함으로써, 표시 시스템 (101) 은, 유한 영역을 갖는 목표면 (70) 에 올바르게, 또한 보다 적은 회동량을 나타내는 목표 선회 정보를 선별할 수 있기 때문에, 오퍼레이터는 정대 컴퍼스 (73) 가 나타내는 지침 (73I) 에 따름으로써, 헛됨이 없는 최소의 선회량에 의해 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 을 목표면 (70) 에 정대시킬 수 있다. 이와 같이, 표시 시스템 (101) 은, 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 을 목표면에 정대시키기 위한 적절한 정보를, 유압 셔블 (100) 의 오퍼레이터에 대해 제시할 수 있다.

이상, 본 실시형태를 설명했지만, 전술한 내용에 의해 본 실시형태가 한정되는 것은 아니다. 또, 전술한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것, 이른바 균등한 범위의 것이 포함된다. 또한, 전술한 구성 요소는 적절히 조합하는 것이 가능하다. 또한, 본 실시형태의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소의 각종 생략, 치환 또는 변경을 실시할 수 있다.

예를 들어, 각 안내 화면의 내용은 전술한 것에는 한정되지 않고, 적절히 변경되어도 된다. 또, 표시 제어 장치 (39) 의 기능의 일부 또는 전부가, 유압 셔블 (100) 의 외부에 배치된 컴퓨터에 의해 실행되어도 된다. 표시 입력 장치 (38) 의 입력부 (41) 는, 터치 패널식의 것에 한정되지 않고, 하드 키 또는 스위치 등의 조작 부재에 의한 것이어도 된다. 즉, 표시 입력 장치 (38) 는, 표시부 (42) 와 입력부 (41) 가 분리된 구조여도 된다.

전술한 실시형태에서는, 작업기 (2) 는, 붐 (6), 아암 (7) 및 버킷 (9) 을 갖고 있지만, 작업기 (2) 는 이와 같은 것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 붐 (6) 은 오프셋 붐이어도 된다. 또, 버킷 (9) 은 틸트 버킷에 한정되지 않고, 틸트 기능을 갖지 않는 버킷이어도 된다.

전술한 실시형태에서는, 제 1 스트로크 센서 (18A), 제 2 스트로크 센서 (18B) 및 제 3 스트로크 센서 (18C) 와 같은 검출 수단에 의해, 붐 (6), 아암 (7), 버킷 (9) 의 자세 및 위치를 검출하고 있지만, 검출 수단은 이들에 한정되지 않는다. 예를 들어, 검출 수단으로서, 붐 (6), 아암 (7), 버킷 (9) 의 경사 각도를 검출하는 각도 센서가 구비되어도 된다.

전술한 실시형태에서는, 도 16 에 나타내는 바와 같이, 제 3 축 (AX3) 과 제 2 축 (AX2) 이 직교하고 있는 구조의 작업기 (2) 의 경우였지만, 제 3 축 (AX3) 과 제 2 축 (AX2) 이 직교하지 않는 구조의 작업기 (2) 여도 된다. 이 경우, 필요한 작업기 데이터를 기억부 (43) 에 기억시켜 두면, 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 을 목표면에 정대시키기 위한 적절한 정보를, 유압 셔블 (100) 의 오퍼레이터에 대해 제시할 수 있다.

또, 본 실시형태에서는, 도 4, 도 6 에 나타내는 버킷 경사 센서 (18D) 를 이용하여 버킷 경사 각도 (θ4) 를 검출했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 버킷 경사 센서 (18D) 대신에, 예를 들어, 틸트 실린더 (13) 의 스트로크 길이를 검출하는 스트로크 센서를 이용하여 버킷 경사 각도 (θ4) 를 검출해도 된다. 이 경우, 표시 제어 장치 (39), 보다 구체적으로는 처리부 (44) 는, 이 스트로크 센서가 검출한 틸트 실린더 (13, 13) 의 스트로크 길이로부터, 버킷 경사 각도 (θ4) 로서, 제 3 축 (AX3) 에 대한 버킷 (9) 의 날끝 (9T) 또는 날끝열 (9TG) 의 경사 각도를 구한다.

1 : 차량 본체
2 : 작업기
3 : 상부 선회체
4 : 운전실
5 : 주행 장치
6 : 붐
7 : 아암
8 : 버킷
8 : 연결 부재
9, 9a, 9b : 버킷
9B, 9Ba : 날
9T, 9Ta, 9TC : 날끝
9T1 : 제 1 날끝
9T2 : 제 2 날끝
9TG, 9TGa : 날끝열
10 : 붐 실린더
11 : 아암 실린더
12 : 버킷 실린더
13 : 틸트 실린더
14 : 붐 핀
15 : 아암 핀
16 : 버킷 핀
17 : 틸트 핀
19 : 위치 검출부
21, 22 : 안테나
25 : 조작 장치
26 : 작업기용 전자 제어 장치
27 : 차량 제어 장치
35 : 작업기측 기억부
36 : 연산부
37 : 비례 제어 밸브
37W : 작업용 제어 밸브
37D : 주행용 제어 밸브
38 : 표시 입력 장치
39 : 표시 제어 장치
41 : 입력부
42 : 표시부
43 : 기억부
44 : 처리부
70 : 설계면
70T1 : 일단부
70T2 : 타단부
73 : 정대 컴퍼스
73I : 지침
100 : 유압 셔블
101 : 표시 시스템
B : 날끝 벡터
B' : 목표 날끝 벡터
ez : 단위 벡터
LBT : 날끝열 라인
N : 법선 벡터
α : 제 1 목표 회동 각도
β : 제 2 목표 회동 각도
γ1 : 제 1 방향각
γ2 : 제 2 방향각

Claims (8)

1. 버킷을 가진 작업기를 포함하는 상부 선회체를, 소정의 선회 중심축을 중심으로 하여 선회시킬 수 있는 굴삭 기계에 사용되는 것이며,
   상기 굴삭 기계의 현재 위치 및 자세에 관한 정보를 검출하는 차량 상태 검출부와,
   작업 대상의 목표 형상을 나타내는 목표면의 위치 정보를 적어도 기억하는 기억부와,
   상기 굴삭 기계의 현재 위치 및 자세에 관한 정보에 기초하여 구한 상기 버킷의 날끝의 방향을 포함하는 정보와, 상기 목표면과 직교하는 방향을 포함하는 정보와, 상기 선회 중심축의 방향을 포함하는 정보에 기초하여, 상기 버킷의 날끝이 상기 목표면과 정대 (正對) 하기 위해서 필요한, 상기 작업기를 포함하는 상기 상부 선회체의 선회량을 나타내는 목표 선회 정보를 구하여, 얻어진 목표 선회 정보에 대응하는 화상을 표시 장치에 표시하는 처리부
   를 포함하는, 굴삭 기계의 표시 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 처리부는,
   상기 목표 선회 정보가 정해지지 않는 경우 또는 상기 목표 선회 정보가 구해지지 않는 경우, 상기 표시 장치에 표시하는 상기 목표 선회 정보에 대응하는 화상의 표시 양태를, 상기 목표 선회 정보가 정해지는 경우 또는 상기 목표 선회 정보가 구해지는 경우와는 다르게 하는, 굴삭 기계의 표시 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 처리부는,
   상기 버킷의 상기 날끝이 상기 목표면에 정대하기 전과, 정대한 후에서, 상기 표시 장치의 화면에 표시하는 상기 화상의 양태를 다르게 하는, 굴삭 기계의 표시 시스템.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 버킷은, 제 1 축을 중심으로 하여 회동 (回動) 하고, 또한 상기 제 1 축과 직교하는 제 2 축을 중심으로 하여 회동함으로써 상기 제 1 축 및 상기 제 2 축과 직교하는 제 3 축에 대해 날끝이 경사지고,
   또한, 상기 버킷의 경사 각도를 검출하는 버킷 경사 검출부를 갖고,
   상기 처리부는, 상기 버킷의 경사각 검출부가 검출한 상기 버킷의 경사 각도, 상기 굴삭 기계의 현재 위치 및 자세에 관한 정보에 기초하여 상기 버킷의 날끝의 방향을 구하는, 굴삭 기계의 표시 시스템.
5. 버킷을 가진 작업기를 포함하는 상부 선회체를, 소정의 선회 중심축을 중심으로 하여 선회시킬 수 있는 굴삭 기계에 사용되는 것이며,
   상기 굴삭 기계의 현재 위치 및 자세에 관한 정보를 검출하는 차량 상태 검출부와,
   작업 대상의 목표 형상을 나타내는 목표면의 위치 정보를 적어도 기억하는 기억부와,
   상기 굴삭 기계의 현재 위치 및 자세에 관한 정보에 기초하여 구한 상기 버킷의 날끝의 방향을 포함하는 정보와, 상기 목표면과 직교하는 방향을 포함하는 정보와, 상기 선회 중심축의 방향을 포함하는 정보에 기초하여, 상기 버킷의 날끝이 상기 목표면과 평행하게 될 때까지 필요한, 상기 작업기를 포함하는 상기 상부 선회체의 선회량을 목표 선회 정보로서 구하여, 얻어진 목표 선회 정보에 대응하는 화상을, 상기 굴삭 기계에 대응하는 화상 및 상기 목표면에 대응하는 화상과 함께 표시 장치에 표시하는 처리부를 포함하고,
   상기 처리부는,
   상기 버킷의 상기 날끝이 상기 목표면에 정대하기 전과, 정대한 후에서, 상기 표시 장치의 화면에 표시하는 상기 목표 선회 정보에 대응하는 화상의 양태를 다르게 하는, 굴삭 기계의 표시 시스템.
6. 버킷을 가진 작업기가 장착되어, 소정의 선회 중심축을 중심으로 하여 선회하는 상부 선회체와,
   상기 상부 선회체의 아래에 구비된 주행 장치와,
   제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 굴삭 기계의 표시 시스템
   을 포함하는, 굴삭 기계.
7. 버킷을 가진 작업기를 포함하는 상부 선회체를, 소정의 선회 중심축을 중심으로 하여 선회시킬 수 있는 굴삭 기계에 사용되는 것이며,
   상기 굴삭 기계의 현재 위치 및 자세에 관한 정보에 기초하여 구한 상기 버킷의 날끝의 방향을 포함하는 정보와, 상기 목표면과 직교하는 방향을 포함하는 정보와, 선회 중심축의 방향을 포함하는 정보에 기초하여, 상기 버킷의 날끝이 상기 목표면과 정대하기 위해서 필요한, 상기 작업기를 포함하는 상기 상부 선회체의 선회량을 나타내는 목표 선회 정보를 구하고,
   얻어진 목표 선회 정보에 대응하는 화상을 표시 장치에 표시하는, 굴삭 기계의 표시 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 목표 선회 정보가 정해지지 않는 경우 또는 상기 목표 선회 정보가 구해지지 않는 경우, 상기 표시 장치에 표시되는 상기 목표 선회 정보에 대응하는 화상의 표시 양태를, 상기 목표 선회 정보가 정해지는 경우 또는 상기 목표 선회 정보가 구해지는 경우와 다르게 하는, 굴삭 기계의 표시 방법.

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