KR20210034064A - 작업 기계 - Google Patents

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히다찌 겐끼 가부시키가이샤
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Abstract

자세 센서로 검출된 프론트 작업 장치의 자세에 기초하여 오퍼레이터의 시선 방향을 추정하고, 그 추정한 오퍼레이터의 시선 방향에 기초하여 투명 디스플레이의 화면 상에 복수의 표시 영역을 설정하고, 그 설정된 복수의 표시 영역 중 표시 화상의 종류에 대응하는 표시 영역에 위치하도록 표시 화상의 표시 위치를 연산한다. 오퍼레이터의 시선 방향의 변화에 따라 표시 장치 상의 표시 영역의 위치가 변화한 경우, 그 변화 후에도 표시 화상의 종류에 대응하는 표시 영역 내에 표시 화상이 위치할 때에는 표시 화상의 표시 위치를 유지하고, 그 변화 후에는 표시 화상의 종류에 대응하는 표시 영역으로부터 표시 화상이 벗어날 때에는 대응하는 표시 영역 내에 다시 들어가도록 표시 화상의 새로운 표시 위치를 연산한다.

Description

작업 기계
본 발명은, 표시 장치를 구비한 작업 기계에 관한 것이다.
근년, 유압 셔블 등의 작업 기계에 있어서는, 모니터 등의 표시 장치로부터 작업 지원 정보를 출력하고, 오퍼레이터가 그 작업 지원 정보를 기초로 조작을 행하는 것이 상정된 기능이 증가되고 있다. 그러한 기능의 일례로서, 오퍼레이터에게 시공 대상의 목표 지형 정보를 제시하는 머신 가이던스 기능을 들 수 있다. 머신 가이던스 기능을 이용하는 작업 중의 오퍼레이터의 시선은, 실제의 작업이 행해지고 있는 작업 장치의 선단부 및 그 주변(구체적으로는 버킷이나 지형 등)과, 운전실 내의 표시 장치의 화면 상에 표시된 목표 지형 정보의 사이를 반복해서 왕복하는 것이 상정된다. 이때, 시선 이동을 행하는 거리가 길어질수록, 목표 지형 정보의 시인에 요하는 시간이 증가되어, 작업 효율의 저하로 이어진다고 생각된다.
작업 지원 정보의 표시에 관한 기술로서, 특허문헌 1에는, 운전실 전방면에 설치된 투명 디스플레이 상에 작업 지원 정보를 표시하고, 표시 장치에 있어서의 작업 지원 정보의 표시 위치를 버킷의 이동에 추종시킴과 함께, 버킷이 운전실에 대하여 전후 방향으로 이동한 경우, 버킷의 위치에 기초하여 표시 장치에 있어서의 작업 지원 정보의 표시 양태를 변경하는 기술이 개시되어 있다. 버킷이 운전실에 근접할수록, 오퍼레이터가 볼 때 작업 지원 정보와 버킷이 겹칠 가능성이 높아지지만, 이 기술은 작업 지원 정보와 버킷의 중복에 의한 작업 차량의 조작성 저하의 방지를 도모한 것이다.
일본 특허 공개 제2017-115492호 공보
그러나, 특허문헌 1의 방법에서는, 버킷의 위치에 추종하도록 작업 지원 정보의 표시 위치도 이동한다. 즉, 버킷의 이동 중에는 항상 작업 지원 정보의 표시 위치도 이동하기 때문에, 그 작업 지원 정보의 이동이 작업 중의 오퍼레이터에게 번거로움을 느끼게 할 가능성이 높다. 또한, 특허문헌 1의 방법에서는, 투명 디스플레이 상에 표시하는 작업 지원 정보의 양이 증가하거나 하여 그 표시 면적이 증가한 경우, 그 작업 지원 정보에 의해 버킷 근방의 시인성이 손상되어, 작업 지원 정보를 표시하는 것이 오히려 작업 효율을 저하시킬 우려가 있다.
본 발명은 상기 문제점에 착안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 표시 장치에 작업 지원 정보를 표시할 때, 오퍼레이터에게 번거로움을 느끼게 하는 것이나, 정보량이 증가한 경우에 작업 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 작업 기계를 제공하는 데 있다.
본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들자면, 작업 기계 본체에 설치된 작업 장치와, 상기 작업 장치의 자세를 검출하는 자세 센서와, 오퍼레이터에게 제공되는 작업 지원 정보를 상기 작업 장치의 실제의 상(像)과 중첩해서 표시 가능한 표시 장치와, 상기 작업 지원 정보를 나타내는 표시 화상의 상기 표시 장치에 있어서의 표시 위치를 결정하고, 그 표시 위치에 상기 표시 화상을 표시하는 표시 제어 장치를 구비한 작업 기계에 있어서, 상기 표시 제어 장치는, 상기 자세 센서로 검출된 상기 작업 장치의 자세에 기초하여 오퍼레이터의 시선 방향을 추정하고, 상기 추정된 오퍼레이터의 시선 방향을 기준으로 하여 상기 표시 장치의 화면 상에 복수의 표시 영역을 설정하고, 상기 복수의 표시 영역 중 상기 표시 화상의 종류에 대응하는 표시 영역에 위치하도록 상기 표시 화상의 표시 위치를 연산하고, 상기 오퍼레이터의 시선 방향의 변화에 따라 상기 표시 장치의 화면 상에 있어서의 상기 복수의 표시 영역의 위치가 변화한 경우에, 그 변화 후에도 상기 표시 화상의 종류에 대응하는 표시 영역 내에 상기 표시 화상이 위치할 때에는 상기 표시 화상의 표시 위치를 유지하고, 그 변화 후에는 상기 표시 화상의 종류에 대응하는 표시 영역으로부터 상기 표시 화상이 벗어날 때에는 상기 표시 화상의 종류에 대응하는 표시 영역 내에 들어가도록 상기 표시 화상의 새로운 표시 위치를 연산하는 것으로 한다.
본 발명에 따르면, 표시 장치에 작업 지원 정보를 표시할 때, 오퍼레이터에게 번거로움을 느끼게 하는 것이나, 정보량이 증가한 경우에 작업 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 작업 기계의 일례인 유압 셔블의 외관을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 운전실의 내관을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 실시 형태에 따른 유압 셔블의 전체 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 투명 디스플레이 C/U의 기능 블록을 나타내는 도면이다.
도 5는 표시 화상의 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 시선 추정부의 처리를 나타내는 도면이다.
도 7은 시선 벡터의 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 시야 범위 리스트(표시 범위 리스트)의 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 시야 범위 외 표시 영역 연산부의 처리를 나타내는 도면이다.
도 10은 표시 위치 연산부의 처리를 나타내는 도면이다.
도 11은 표시 제어부의 처리를 나타내는 도면이다.
도 12는 초기 자세에 있어서의 투명 디스플레이의 표시 상태를 나타내는 도면이다.
도 13은 미세 조작을 행했을 때의 투명 디스플레이의 표시 상태를 나타내는 도면이다.
도 14는 일정량 이상의 조작을 행했을 때의 투명 디스플레이의 표시 상태를 나타내는 도면이다.
도 15는 모니터에 관련 정보가 표시되어 있을 때의 투명 디스플레이의 표시 상태를 나타내는 도면이다.
도 16은 연직 상방향으로 버킷 위치를 일정 이상의 거리만큼 이동시켰을 때의 투명 디스플레이의 표시 상태를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 도면을 이용하여 설명한다.
또한, 이하에서는, 작업 기계로서, 작업 장치의 선단의 작업구(어태치먼트)로서 버킷을 구비하는 유압 셔블을 예시하지만, 버킷 이외의 어태치먼트를 구비하는 작업 기계에 본 발명을 적용해도 된다. 또한, 복수의 링크 부재(어태치먼트, 붐, 암 등)를 연결해서 구성되는 다관절형의 작업 장치를 갖는 것이면, 유압 셔블 이외의 작업 기계에 대한 적용도 가능하다.
본 발명의 실시 형태에 따른 작업 기계의 일례인 유압 셔블의 측면도를 도 1에 나타낸다. 이 도면에 도시한 유압 셔블(1)은, 수직 방향으로 각각 회동하는 복수의 프론트 부재(붐(1a), 암(1b) 및 버킷(1c))를 연결해서 구성되는 다관절형의 프론트 작업 장치(1A)와, 상부 선회체(1d) 및 하부 주행체(1e)로 이루어지는 차체(1B)로 구성된다. 프론트 작업 장치(1A)는 차체(1B)(작업기 본체)에 설치되어 있으며, 상부 선회체(1d)에는 운전실(1f)이 구비되어 있다.
프론트 작업 장치(1A)의 붐(1a)의 기단은 상부 선회체(1d)의 전방부에 있어서 붐 핀을 통해 회동 가능하게 지지되어 있다. 붐(1a)의 선단에는 암 핀을 통해 암(1b)의 기단이 회동 가능하게 연결되어 있으며, 암(1b)의 선단에는 버킷 핀을 통해 버킷(1c)의 기단이 회동 가능하게 연결되어 있다. 붐(1a)은 붐 실린더(2a)에 의해 구동되고, 암(1b)은 암 실린더(2b)에 의해 구동되며, 버킷(1c)은 버킷 실린더(2c)에 의해 구동된다.
상부 선회체(1d)는 선회 모터(3d)(도 3 참조)에 의해 구동되고, 하부 주행체(1e)는 좌우의 주행 모터(3e, 3f)(도 3 참조)에 의해 구동된다. 상부 선회체(1d)에는, 유압 셔블(1)을 동작하기 위한 엔진(4), 펌프(5), 밸브(컨트롤 밸브)(6)(도 3 참조)가 구비되어 있으며, 펌프(5)는 엔진(4)에 의해 회전 구동되어 각 액추에이터(2a, 2b, 2c, 3d, 3e, 3f)로 작동유를 토출한다(도 3 참조). 또한, 밸브(6)는 운전실(1f) 내에 구비된 조작 레버(7a, 7b, 7c, 7d)(도 2 참조)로부터의 조작 입력에 따라서 작동유의 유량 및 유통 방향을 변화시킴으로써, 각 액추에이터(2a, 2b, 2c, 3d, 3e, 3f)의 동작을 제어한다.
도 2는 운전실(1f)의 내관을 나타낸 것이다. 운전실(1f)에는, 각 유압 액추에이터(2a, 2b, 2c, 3d, 3e, 3f)의 동작을 포함하는 차체의 동작을 지시하는 조작 장치로서의 4개의 조작 레버(7a, 7b, 7c, 7d)와, 오퍼레이터에게 제공되는 작업 지원 정보를 표시하기 위한 표시 장치인 투명 디스플레이(11) 및 모니터(12)가 설치되어 있다. 투명 디스플레이(11)는 운전실 전방면에 설치되어 있다. 투명 디스플레이(11)의 액정 화면은 투과하고 있으며, 액정 화면 상의 작업 지원 정보를 프론트 작업 장치(1A)의 실제의 상과 중첩해서 표시하는 것이 가능하게 되어 있다.
조작 레버(7a)(조작 좌측 레버)는 암 실린더(2b)(암(1b)) 및 상부 선회체(1d)(선회 유압 모터(3d))를 조작하기 위한 것이고, 조작 레버(7b)(조작 우측 레버)는 붐 실린더(2a)(붐(1a)) 및 버킷 실린더(2c)(버킷(1c))를 조작하기 위한 것이다. 또한, 조작 레버(7c)(주행 좌측 레버)는 하부 주행체(1e)(좌측 주행 유압 모터(3e)(도 3 참조))를 조작하기 위한 것이고, 조작 레버(7d)(주행 우측 레버)는 하부 주행체(1e)(우측 주행 유압 모터(3f))를 조작하기 위한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 유압 셔블의 시스템 구성도이다. 본 실시 형태에 따른 유압 셔블은, 제어 장치로서, 메인 컨트롤 유닛(이하, 컨트롤 유닛을 「C/U」라고 축약하는 경우가 있음)(20)과, GNSS 신호를 처리하기 위한 GNSS C/U(10)와, 표시 제어 장치로서 사용하는 투명 디스플레이 C/U(30) 및 모니터 C/U(50)를 탑재하고 있다. 이들의 C/U(10, 20, 30, 50)는, 각각, 연산 처리 장치(예를 들어 CPU 등)와, 기억 장치(예를 들어 ROM, RAM 등의 반도체 메모리)를 구비하는 제어 장치(컨트롤러)이며, 기억 장치에 기억된 프로그램을 연산 처리 장치로 실행함으로써 당해 프로그램이 규정하는 각종 처리를 실행 가능하게 구성되어 있다.
프론트 작업 장치(1A)가 구비하는 붐 핀, 암 핀, 버킷 핀에는, 붐(1a), 암(1b), 버킷(1c)의 회동각을 검출하는 각도 센서(8a, 8b, 8c)가 마련되어 있다. 각도 센서(8a, 8b, 8c)의 검출 각도에 의해 프론트 작업 장치(1A)의 자세의 검출이 가능하고, 각도 센서(8a, 8b, 8c)는 프론트 작업 장치(1A)의 자세 센서로서 기능하고 있다. 상부 선회체(1d)에는 유압 셔블(1)의 위치를 연산하기 위한 항법 신호(위성 신호)를 수신하는 2개의 GNSS(Global Navigation Satellite System/전구 측위 위성 시스템) 안테나(9)가 설치되어 있다.
메인 C/U(20)에서는, 엔진 제어나 펌프 제어 등의 유압 셔블의 기본이 되는 시스템의 제어를 행함과 함께, 각종 센서(예를 들어 각도 센서(8a, 8b, 8c))로부터의 입력에 기초하여 작업 지원 정보를 생성하고, 그것을 투명 디스플레이 C/U(30), 모니터 C/U(50)로 출력한다.
GNSS C/U(20)는, GNSS 안테나(9)로 수신된 항법 신호를 기초로 세계 좌표계에 있어서의 상부 선회체(1d)의 위치(좌표값)를 연산하고, 그 연산 결과를 메인 C/U(20)로 출력한다.
각 표시 제어 장치(투명 디스플레이 C/U 및 모니터 C/U)(30, 50)는, 메인 C/U(20)로부터 입력되는 정보에 기초하여 작업 지원 정보가 포함되는 표시 화상과 그 관련 정보의 작성과, 투명 디스플레이(11)와 모니터(12)의 화면 상에 있어서의 당해 표시 화상과 당해 관련 정보의 표시 위치의 결정을 행하고, 각 표시 장치(11, 12)에 대하여 신호(표시 제어 신호)를 출력한다. 그리고, 각 표시 장치(11, 12)는 각 표시 제어 장치(30, 50)로부터의 신호에 기초하여, 오퍼레이터에 대한 작업 지원 정보(표시 화상 및 그 관련 정보)의 표시를 행한다. 또한, 본 실시 형태의 유압 셔블(1)은 머신 가이던스 기능을 탑재하고 있으며, 예를 들어 목표 지형면과 버킷(1c) 선단부(예를 들어 클로 끝)의 거리 정보나, 버킷(1c)의 저면이 목표 지형면과 이루는 각도(각도 정보)를 작업 지원 정보(표시 화상)로서 표시 장치(11, 12)에 표시할 수 있다.
(투명 디스플레이 C/U(30))
도 4는, 투명 디스플레이 C/U(30)의 기능 블록도이며, 투명 디스플레이 C/U(30) 내의 처리의 흐름을 나타내고 있다. 투명 디스플레이 C/U(30)는, 각도 센서(8a, 8b, 8c), 메인 C/U(20) 및 모니터 C/U(50)로부터의 정보를 입력하고, 그들 정보를 기초로 생성한 표시 제어 신호를 투명 디스플레이(10)로 출력하고 있다.
투명 디스플레이 C/U(30)는, 작업 지원 정보로서 투명 디스플레이(표시 장치)(11)에 표시하는 표시 화상을 생성하는 표시 화상 생성부(31)와, 각도 센서(8a, 8b, 8c)로 검출된 프론트 작업 장치(1A)의 자세에 기초하여 오퍼레이터의 시선 방향을 추정하는 시선 추정부(32)와, 오퍼레이터의 시선 방향의 주위에 규정한 상자 구조의 복수의 시야 범위, 및 그 복수의 시야 범위에 대응하는 복수의 표시 영역의 각각에 표시되는 표시 화상의 종류를 설정하는 시야 범위 설정부(33)와, 프론트 작업 장치(1A)의 동작할 수 있는 범위를 기억하는 동작 범위 기억부(34)와, 투명 디스플레이(11)의 화면 상에서 복수의 표시 영역(시야 범위)이 이동할 수 있는 범위를 투명 디스플레이(11)의 화면 상으로부터 제외한 영역을 시야 범위 외 표시 영역으로서 연산하는 시야 범위 외 표시 영역 연산부(35)와, 투명 디스플레이(11) 상의 표시 화상의 관련 정보가 모니터(12) 상에서 표시되는 위치(대표점 위치)를 기억하는 모니터 위치 기억부(36)와, 복수의 표시 영역 중의 하나인 제1 표시 영역에 표시되는 표시 화상(제1 표시 화상)의 표시 위치가 기억되는 제1 현재 표시 위치 기억부(37)와, 복수의 표시 영역 중의 하나인 제2 표시 영역에 표시되는 표시 화상(제2 표시 화상)의 표시 위치가 기억되는 제2 현재 표시 위치 기억부(38)와, 오퍼레이터의 시선 방향과 표시 화상의 종류에 기초하여 당해 표시 화상을 표시하는 표시 영역에 있어서의 당해 표시 화상의 표시 위치를 연산하는 표시 위치 연산부(39)와, 표시 위치 연산부(39)에서 연산된 표시 위치에 당해 표시 화상을 표시하는 표시 제어부(40)를 구비하고 있다. 이하에, 투명 디스플레이 C/U(30)에 있어서의 각 부의 기능(처리)에 대하여 설명한다.
(표시 화상 생성부(31))
표시 화상 생성부(31)에서는, 작업 지원 정보로서 투명 디스플레이(11)에 표시하는 화상(표시 화상)을 메인 C/U(20)로부터 입력되는 정보에 기초하여 생성하고, 그 생성된 화상을 표시 위치 연산부(39) 및 표시 제어부(40)로 출력한다.
도 5는 표시 화상 생성부(31)가 생성하는 표시 화상(작업 지원 정보)의 예를 나타내는 도면이다. 도 5는 표시 화상의 예로서, 목표 지형면과 버킷(1c) 선단부의 거리와 이루는 각을 나타내는 거리·각도 화상(51)과, 메인 C/U(20)가 엔진(4)의 이상을 검지한 경우에 표시되는 엔진 이상 경고 화상(52)과, 유압 셔블의 연료 잔량을 나타내는 연료 잔량 화상(53)을 나타낸 것이다.
예를 들어 거리·각도 화상(51)의 생성에 관하여, 메인 C/U(20)는, 각도 센서(8a, 8b, 8c)의 검출값과, 붐(1a)의 기단측의 회동축(붐 핀)으로부터 선단측의 회동축(암 핀)까지의 치수 Lbm과, 암(1b)의 기단측의 회동축(암 핀)으로부터 선단측의 회동축(버킷 핀)까지의 치수 Lam과, 버킷(1c)의 기단측의 회동축(버킷 핀)으로부터 선단부(버킷 클로 끝)까지의 치수 Lbk에 기초하여 차체 좌표계에 있어서의 버킷(1c)의 선단부의 좌표를 연산할 수 있다. 또한, 메인 C/U(20)의 기억 장치에는, 유압 셔블의 주변 목표 지형면의 3차원 데이터가 기억되어 있으며, 메인 C/U(20)는 이 3차원 데이터와 버킷(1c) 선단부의 좌표에 기초하여, 목표 지형면과 버킷(1c) 선단부의 거리·각도 정보를 연산하고, 투명 디스플레이 C/U(30)로 출력한다. 투명 디스플레이 C/U(30)의 표시 화상 생성부(31)는, 메인 C/U(20)에서 연산된 그 거리·각도 정보에 기초하여 거리·각도 화상(51)을 생성한다.
(시선 추정부(32))
도 6은 시선 추정부(32)의 처리의 흐름을 나타낸 것이다. 우선, 시선 추정부(32)는, 우선 각도 센서(8a, 8b, 8c)로부터의 출력에 기초하여 프론트 작업 장치(1A)의 각 프론트 부재(1a, 1b, 1c)의 각도를 취득하고(스텝 32a), 그 각도와 각 프론트 부재(1a, 1b, 1c)의 치수(구체적으로는, 상술한 치수 Lbm, Lam, Lbk)에 기초하여 버킷(1c) 선단부에 있어서의 차폭 방향의 중심점의 위치 좌표를 연산한다(스텝 32b). 또한, 이때의 위치 좌표는, 상부 선회체(1d)의 특정된 점(예를 들어 붐 핀의 중심축 중점)을 기준으로 한 차체 좌표계로 표현한다.
다음으로, 시선 추정부(32)는, 스텝 32c에 있어서, 오퍼레이터가 운전실(1f)내의 운전석(좌석)에 착좌했을 때의 헤드부 위치 좌표(헤드부 위치)를 연산한다. 헤드부 위치의 연산 방법으로서는 공지된 방법이 이용 가능하다. 예를 들어, 헤드부 위치는, 특정된 좌석 위치 및 특정된 작업 자세를 가정했을 때 표준적인 체형의 오퍼레이터 헤드부가 위치하는 좌표를 연산하고, 그 값을 헤드부 위치의 초깃값으로서 설정할 수 있다. 또한, 이때, 기준 위치로부터의 좌석 위치의 변위를 계측하는 센서(예를 들어 스트로크 센서)의 검출값을 이용하여 당해 초깃값을 보정함으로써, 보다 정확하게 헤드부 위치의 추정을 행해도 된다. 또한, 마커와 같은 특징적인 표시를 오퍼레이터의 헬멧에 복수 설치하고, 각 마커의 위치 좌표를 모션 캡처 시스템 등에서 취득함으로써, 더욱 고정밀도의 헤드부 위치의 검출을 행하는 것도 가능하다.
스텝 32d에서는, 시선 추정부(32)는, 스텝 S32b에서 연산한 차체 좌표계에 있어서의 버킷(1c) 선단부의 위치 좌표와, 스텝 S32c에서 연산한 차체 좌표계에 있어서의 오퍼레이터의 헤드부 위치 좌표로부터, 도 7에 도시한 오퍼레이터의 시선 벡터(71)를 산출해서 표시 위치 연산부(39)로 출력한다(스텝 32e). 도 7은 스텝 32d에서 연산되는 시선 벡터(71)의 일례를 나타낸 것이다. 유압 셔블(1)과 같이 프론트 작업 장치(1A)를 구비한 작업 기계에서는, 오퍼레이터가 프론트 작업 장치(1A)의 선단, 즉 버킷(1c) 선단부를 주시하면서 조작을 행하는 것이 상정되기 때문에, 스텝 S32c에서 연산한 헤드부 위치로부터 스텝 S32b에서 연산한 버킷(1c) 선단부를 향하는 벡터를 연산함으로써, 작업 시의 오퍼레이터의 시선 벡터(71)를 추정하는 것이 가능하다.
(시야 범위 설정부(33))
시야 범위 설정부(33)에서는, 오퍼레이터의 시선 방향의 주위에 규정되는 상자 구조의 복수의 시야 범위(예를 들어, 유효 시야(제1 시야 범위), 유도 시야(제2 시야 범위), 시야 범위 외)와, 그 복수의 시야 범위의 각각에 대응하여 투명 디스플레이(표시 장치)(11)의 표시 화면 상에 설정되는 복수의 표시 영역(화상 표시 영역)의 각각에 표시되는 표시 화상의 종류를 설정한다. 또한, 복수의 시야 범위의 설정과, 복수의 표시 영역의 각각에 표시하는 표시 화상의 종류의 설정은, 표시 화상의 표시 위치의 연산 처리와는 별도로 미리 행해 두고, 투명 디스플레이 C/U(30)의 기억 장치에 기억해 두어도 된다.
표시 화상(작업 지원 정보)은 그 종류에 따라 오퍼레이터에 참조되는 횟수가 다르다. 예를 들어, 머신 가이던스 기능에 관한 표시 화상(예를 들어, 거리·각도 화상(51))과 같이, 오퍼레이터가 표시된 정보를 빈번하게 시인하는 표시 화상은, 헤드부 동작을 수반하지 않고 시선 이동만으로 대상을 시인 가능한 시야 범위인 유효 시야에 표시하는 화상으로서 분류하는 것이 바람직하다. 한편, 경고 표시에 관한 표시 화상(예를 들어, 엔진 이상 경고 화상(52))은, 머신 가이던스 기능에 관한 표시 화상에 비해서 오퍼레이터가 빈번하게 시인을 행하는 것은 아니지만, 표시가 된 경우에는, 오퍼레이터가 그 존재를 바로 지각하고, 상태에 따라서 적절한 대응을 행할 필요가 있다. 그 때문에, 이들 표시 화상은 오퍼레이터 주시점의 근방에 위치하는 유효 시야에 표시할 필요성은 낮아, 작업 중이어도 그 존재를 지각할 수 있는 유도 시야에 표시하는 화상으로서 분류하는 것이 바람직하다. 또한, 차체 상태나 시각에 관한 표시 화상(예를 들어, 연료 잔량 화상(53))은, 상기 2종의 표시 화상에 비해서 오퍼레이터가 시인을 행하는 빈도는 낮아, 작업 개시 시나 작업 도중과 같이, 한정된 조건하에서 시인하는 것이 상정된다. 따라서, 통상의 작업 중에 시야에 들어가는 번거로움을 저감시키기 위해서, 오퍼레이터의 시야(유효 시야 및 유도 시야)에 들어가지 않는 위치(시야 범위 외)에 표시하는 화상으로서 분류하는 것이 바람직하다. 이러한 점을 근거로 하여, 본 실시 형태에서는, 오퍼레이터가 각 표시 화상을 시인하는 빈도 등을 고려하고, 각 표시 화상이 나타내는 정보의 특성에 따른 시야 범위(표시 영역)에 표시되도록 설정하고 있다. 다음에 도 8을 이용하여 본 실시 형태에 있어서의 시야 범위 분류와 각 시야 범위에 표시되는 표시 화상의 종류에 대하여 설명한다.
도 8은 본 실시 형태에 따른 시야 범위 설정부(33)에 의해 설정되는 시야 범위와, 각 시야 범위의 크기(수평 각도, 수직 각도)와, 각 시야 범위에 대응하여 투명 디스플레이(11)의 표시 화면 상에 설정되는 복수의 표시 영역과, 각 표시 영역에 표시되는 표시 화상의 종류(표시 화상명)의 관계를 나타내는 리스트이다. 본 실시 형태에서는, 시야 범위로서, 제1 시야 범위, 제2 시야 범위, 시야 범위 외에 3개의 범위가 설정되어 있다. 제1 시야 범위, 제2 시야 범위 및 시야 범위 외에는, 상자 구조로 되어 있으며, 시야 범위 외에는 제2 시야 범위를 내포하고, 제2 시야 범위는 제1 시야 범위를 내포하고 있다. 단, 각 범위는 중복 영역이 존재하지 않도록 설정되어 있으며, 어떤 범위에 내포되어 있는 범위는 당해 어떤 범위로부터 제외하는 것으로 한다. 예를 들어, 제2 시야 범위에 표시 화상이 표시되는 영역은, 제2 시야 범위 내의 영역 중 제1 시야 범위를 제외한 영역으로 된다. 투명 디스플레이(11)의 표시 화면 상에 설정되는 복수의 표시 영역은, 제1 시야 범위, 제2 시야 범위 및 시야 범위 외에 대응하고 있으며, 제1 시야 범위에 대응하는 표시 영역을 제1 표시 영역, 제2 시야 범위에 대응하는 표시 영역을 제2 표시 영역, 시야 범위 외에 대응하는 표시 영역을 시야 범위 외 표시 영역이라고 칭한다.
제1 시야 범위는, 오퍼레이터의 시선 방향을 중심으로 한 가장 좁은 시야 범위이며, 그 크기는 유효 시야를 고려하여 결정되어 있다. 구체적으로는, 오퍼레이터의 시선 방향을 기준(0도)으로 하여, 수평면상에서 -10도의 위치와 +10도의 위치를 통과하며, 또한, 수직면상에서 -5도의 위치와 +5도의 위치를 통과하는 타원의 내부를 제1 시야 범위로 하고 있다. 제1 시야 범위에 대응하는 제1 표시 영역에는, 목표 지형면과 버킷(1c) 선단부의 거리와, 목표 지형면과 버킷(1c) 선단부가 이루는 각도를 표시하는 거리·각도 화상(51)이 표시된다.
제2 시야 범위는, 제1 시야 범위를 내포하는 시야 범위이며, 제1 시야 범위와 마찬가지로 오퍼레이터의 시선 방향을 중심으로 하는 시야 범위이다. 단, 제2 시야 범위로부터는 제1 시야 범위를 제외하는 것으로 한다. 제2 시야 범위의 크기(외측의 윤곽선)는 유도 시야를 고려하여 결정되어 있으며, 구체적으로는, 오퍼레이터의 시선 방향을 기준(0도)으로 하여, 수평면상에서 -40도의 위치와 +40도의 위치를 통과하며, 또한, 수직면상에서 -30도의 위치와 +30도의 위치를 통과하는 타원의 내부로부터 제1 시야 범위를 제외한 영역을 제2 시야 범위로 하고 있다. 제2 시야 범위에 대응하는 제2 표시 영역에는, 경고 표시에 관한 표시 화상이 표시되고, 예를 들어 엔진 이상 경고 화상(52), 차체 이상 경고 아이콘, 주위 작업자 접근 경고 화상 등이 표시된다.
시야 범위 외에는, 제2 시야 범위의 외측에 설정되는 시야 범위이며, 제1 시야 범위 및 제2 시야 범위 중 어느 것에도 속하지 않는 시야 범위이다. 예를 들어, 투명 디스플레이(11)의 화면 상에서 오퍼레이터의 시선 방향에 기초하여 제1 시야 범위와 제2 시야 범위를 결정한 경우, 제1 시야 범위와 제2 시야 범위 중 어느 것에도 속하지 않는 화면 상의 영역이 시야 범위 외로 된다. 시야 범위 외에 대응하는 시야 범위 외 표시 영역에는, 차체 상태나 시각에 따른 표시 화상이 표시되며, 예를 들어 연료 잔량 화상(53)을 포함해 각종 차체에 관한 상태를 나타내는 차체 상태 아이콘, 현재 시각을 나타내는 시각 화상, 유압 셔블의 가동 시간의 적산값을 나타내는 아워미터 화상, 엔진 냉각수의 온도를 나타내는 수온(수온계) 화상, 작동유의 온도를 나타내는 유온(유온계) 화상 등이 표시된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 시야 범위를 2개 설정하는 방법에 대하여 나타내었지만, 정보의 특성을 근거로 하여, 3개 이상의 시야 범위를 설정하는 것도 가능하다. 이 경우에도 각 시야 범위는 상자 구조로 하고, 복수의 시야 범위에 있어서 각 시야 범위의 외연(외측의 윤곽)이 규정하는 면적이 좁은 시야 범위일수록 작업 중에 오퍼레이터에 참조되는 횟수(빈도)가 많은 표시 화상이 표시되는 표시 영역으로 설정한다. 즉, 오퍼레이터의 시선 방향에 가까운 표시 영역(시야 범위)일수록 참조 빈도가 많은 표시 화상이 표시되도록 설정한다. 또한, 오퍼레이터가 작업에 집중하고 있는 경우에는, 유도 시야 내로의 표시여도 표시 화상을 지각하는 것이 곤란한 케이스가 있다. 그 때문에, 시야 범위의 크기의 설정도 본 실시 형태에 나타내는 것만이 아니라, 표시 화상이 나타내는 정보의 중요도 등도 고려하여, 적절한 크기로 하는 것이 바람직하다.
(동작 범위 기억부(34))
동작 범위 기억부(34)는, 프론트 작업 장치(1A)의 동작할 수 있는 범위(동작 범위)를 기억한다. 유압 셔블(1)에서는, 붐(1a), 암(1b), 버킷(1c)이 각각 회동을 함으로써, 프론트 작업 장치(1A)가 동작하는 구성으로 되어 있다. 또한, 붐(1a), 암(1b), 버킷(1c)은 각각 기계적인 구속으로 되어 있으며, 회동하는 범위가 미리 정해져 있기 때문에, 프론트 작업 장치(1A)의 동작 범위를 산출할 수 있다. 동작 범위 기억부(34)에서는, 붐(1a), 암(1b), 버킷(1c)의 회동 범위를 나타내는 각도를 기억하고, 그 값을 시야 범위 외 표시 영역 연산부(35)로 출력한다.
(시야 범위 외 표시 영역 연산부(35))
시야 범위 외 표시 영역 연산부(35)는, 동작 범위 기억부(34)에 기억된 프론트 작업 장치(1A)의 동작 범위에 기초하여 운전석에 착좌한 오퍼레이터의 시선 방향(71)이 변화할 수 있는 범위를 연산하고, 그 오퍼레이터의 시선 방향이 변화할 수 있는 범위와, 복수의 시야 범위(제1 시야 범위, 제2 시야 범위) 중에서 가장 면적이 넓은 시야 범위(제2 시야 범위)에 기초하여 투명 디스플레이(11)의 화면 상에서 당해 시야 범위(제2 시야 범위)가 이동할 수 있는 범위를 연산하고, 투명 디스플레이(11)의 화면 상으로부터 그 화면 상에서 당해 시야 범위(제2 시야 범위)가 이동할 수 있는 범위를 제외한 영역을 시야 범위 외 표시 영역으로서 연산한다.
본 실시 형태의 시야 범위 외 표시 영역 연산부(35)에서는, 프론트 작업 장치(1A)의 동작 범위를 기초로 하여 오퍼레이터의 시야 범위 외로 되는 표시 위치(시야 범위 외 표시 영역)를 연산하고, 그것을 표시 위치 연산부(39)로 출력한다. 다음에 시야 범위 외 표시 영역 연산부(35)에 의한 구체적인 처리에 대하여 도 9를 이용하여 설명한다.
도 9는 시야 범위 외 표시 영역 연산부(35)에 의한 구체적인 처리를 나타낸 것이다. 우선, 스텝 35a에 있어서, 시야 범위 외 표시 영역 연산부(35)는, 동작 범위 기억부(34)로부터 출력되는 프론트 작업 장치(1A)의 동작 범위의 정보에 기초하여, 그 동작 범위 내에서 앙각이 최소로 되는 경우(환언하면, 버킷(1c)의 선단부(클로 끝)가 가장 하방에 위치하는 경우)의 오퍼레이터의 시선 벡터(71)를 연산한다. 또한, 시선 벡터(71)가 수평면보다 아래를 향하는 경우(즉 부각이 되는 경우)에는 부의 앙각으로서 정의하고, 앙각의 부호를 부로 한다. 이때, 시선 벡터(71)의 연산은, 도 6에 도시한 시선 추정부(32)에 의한 스텝 32b 내지 32d의 처리에 기초하여 행하고, 버킷(1c) 선단부를 프론트 작업 장치(1A)의 동작 범위 내에서 앙각이 최소로 되는 위치에 설정하여 시선 벡터(71)의 앙각을 연산한다.
다음에 스텝 35b에서는, 시야 범위 외 표시 영역 연산부(35)는, 시야 범위 설정부(33)로부터의 정보를 기초로 하여, 시야 범위 설정부(33)에 의해 설정되는 시야 범위 내에서 가장 큰 시야 범위(본 실시 형태에서는 제2 시야 범위)를 선택하고, 스텝 35c로 진행한다. 또한, 스텝 35b에서 선택되는 시야 범위는 시야 범위 설정부(33)에 의해 설정되는 시야 범위 내에서 가장 외측에 위치하는 시야 범위라고 환언할 수 있다.
스텝 35c에서는, 시야 범위 외 표시 영역 연산부(35)는, 투명 디스플레이(11)의 표시 화면을 포함하는 평면과 시선 벡터(71)의 교점을 주시점으로서 산출하고, 또한, 스텝 S35b에서 선택한 시야 범위의 크기에 기초하여, 표시 화면을 포함하는 평면상에서 주시점을 중심으로 한 당해 시야 범위를 나타내는 타원을 구한다. 즉, 이 타원이 현재의 시선 벡터(71)에 있어서의 제2 표시 범위의 윤곽선에 해당한다. 또한, 이 타원은 차체 좌표계에서 정의된다.
스텝 35d에서는, 시야 범위 외 표시 영역 연산부(35)는, 스텝 S35c에서 구한 차체 좌표계의 타원을 투명 디스플레이(11)의 위치나 화소 사이즈를 이용하여 화면 좌표계로 변환한다. 화면 좌표계는, 투명 디스플레이(11) 상에서 묘화를 행하기 위해서 사용되는 좌표계이며, 일반적인 디스플레이에서는 화소의 위치를 나타내는 좌표값이 이용된다. 이 때 얻어진 타원 내의 영역(제2 표시 영역)은 오퍼레이터의 시야 범위가 될 수 있기 때문에, 시야 범위 외 표시 영역 연산부(35)는, 당해 영역을 스텝 35e에서 시야 내 표시 영역으로서 기억한다.
스텝 35f에서는, 시야 범위 외 표시 영역 연산부(35)는, 스텝 35c 내지 35e의 처리에 이용한 시선 벡터(71)의 앙각(첫회의 시선 벡터(71)의 앙각은 스텝 S35a에서 연산한 최솟값)이 프론트 작업 장치(1A)의 동작 범위 내에서의 최댓값인지 여부를 판정한다. 또한, 프론트 작업 장치(1A)의 동작 범위 내에서의 시선 벡터(71)의 앙각의 최댓값은 플로의 개시 후 처음으로 스텝 S35f에 도달했을 때 연산해도 되고, 스텝 35f에 도달하기 전의 임의의 스텝이나 도 9의 플로 개시 전에 연산해 두어도 된다.
스텝 35f에서 시선 벡터(71)의 앙각이 최댓값이 아니라고 판정된 경우에는, 스텝 35g에서 앙각에 1[deg] 가산했을 때의 시선 벡터(71)를 연산하고, 다시 스텝 35c 내지 35e를 실시한다. 이때, 스텝 35e에서는, 지금까지 기억된 시야 내 표시 영역을 유지한 채로, 새롭게 연산된 시야 내 표시 영역을 가산하도록 기억한다. 또한, 스텝 35g에서 가산하는 단위 각도는 1[deg]로 한정되지는 않고, 처리에 의한 부하 등을 고려하여 적절히 다른 값을 설정할 수 있다.
한편, 스텝 35f에서 시선 벡터(71)의 앙각이 최댓값이라고 판정된 경우에는, 스텝 35h에 있어서, 시야 범위 외 표시 영역을 연산한다. 시야 범위 외 표시 영역은, 투명 디스플레이(11)의 표시 화면의 전역으로부터 시야 내 표시 영역을 감산함으로써 얻어진다.
스텝 35i에서는, 시야 범위 외 표시 영역 연산부(35)는, 스텝 35h까지의 처리에 의해 얻어진 시야 범위 외 표시 영역을 표시 위치 연산부(39)로 출력하고, 일련의 처리를 종료한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 유압 셔블(1)을 상정하고, 버킷(1c) 선단부의 이동 방향을 수직 방향으로 한정한 처리에 대하여 설명을 행하였지만, 수평 방향으로의 가동역을 갖는 프론트 작업 장치(1A)를 갖는 작업 기계에서는, 수평 방향으로의 동작을 고려한 반복 처리를 행하는 것으로 한다. 또한, 시야 범위 설정부(33)에서 설정된 시야 범위의 설정값이 변경되지 않는 한, 시야 범위 외 표시 영역은 불변하기 때문에, 상기 처리의 결과를 투명 디스플레이 C/U 내의 기억 장치나 외부의 기억 장치에 기억해 두고, 필요할 때는 그 기억한 결과를 참조하도록 하여, 투명 디스플레이 C/U(30)의 처리 주기마다 연산을 행하지 않는 구성으로 해도 된다.
(모니터 위치 기억부(36))
모니터 위치 기억부(36)는, 투명 디스플레이(11)에 표시되어 있는 표시 화상의 상세나 관련된 정보(관련 정보)가 모니터(12) 상에서 표시되는 점(「대표점」이라고 칭하는 경우가 있음)의 위치(대표점 위치)를 차체 좌표계의 좌표에서 기억한다. 본 실시 형태에서 모니터(12)는, 표시 화상이 표시되는 투명 디스플레이(11)(제1 표시 장치)와 함께 그 관련 정보를 작업 지원 정보로써 표시하는 제2 표시 장치(다른 표시 장치)로서 이용된다. 또한, 모니터(12) 상의 대표점은 1점으로 한정되지는 않고, 모니터(12)에 복수의 관련 정보가 표시되는 경우에는 각 관련 정보와 대응하도록 대표점을 복수 마련해도 된다. 또한, 모니터(12) 상의 대표점은 고정값으로 하지 않고, 예를 들어 모니터 C/U(50)로부터의 출력에 따라서 적절히 변경을 행해도 된다.
(제1 현재 표시 위치 기억부(37)·제2 현재 표시 위치 기억부(38))
제1 현재 표시 위치 기억부(37) 및 제2 현재 표시 위치 기억부(38)는, 후술하는 표시 위치 연산부(39)가 연산한 제1 표시 영역(제1 시야 범위) 및 제2 표시 영역(제2 시야 범위)에 있어서의 모든 표시 화상의 표시 위치가 기억되는 부분이며, 투명 디스플레이 C/U(30)의 기억 장치 내에 그 기억 영역이 확보되어 있다. 표시 화상의 표시 위치는, 투명 디스플레이(11)의 표시 화면 상에 설정되는 화면 좌표계에 있어서의 좌표값으로 기억된다. 표시 위치 연산부(39)에서 연산되는 각 표시 화상의 표시 위치가 변화한 경우에는, 변화 전의 좌표값을 변화 후의 좌표값으로 갱신함으로써, 기억부(37, 38)에 기억된 각 표시 화상의 좌표값은 항상 최신의 것으로 유지된다.
(표시 위치 연산부(39))
표시 위치 연산부(39)는, 시선 추정부(32)에서 추정된 오퍼레이터의 시선 벡터(시선 방향)(71)에 기초하여, 시야 범위 설정부(33)가 설정한 복수의 시야 범위에 대응하는 복수의 표시 영역을 투명 디스플레이(11)의 화면 상에 설정하고, 투명 디스플레이(11)의 화면 상에 설정된 그 복수의 표시 영역 중 표시 화상의 종류에 대응하는 표시 영역에 위치하도록 표시 화상의 표시 위치를 연산한다. 표시 위치 연산부(39)에서 연산된 표시 화상의 표시 위치는 표시 제어부(40)로 출력된다. 다음에 본 실시 형태에 따른 표시 위치 연산부(39)가 실행하는 처리에 대하여 도 10을 이용하여 설명한다.
도 10은 본 실시 형태에 따른 표시 위치 연산부(39)에 의한 처리를 나타내는 흐름도이다. 우선 스텝 39a에서는, 표시 위치 연산부(39)는, 투명 디스플레이(11)에 표시하는 1 이상의 표시 화상 중에서 1개의 표시 화상을 선택하고, 그 선택된 표시 화상(이하, 「선택 표시 화상」이라고 칭하는 경우가 있음)의 종류가 제1 표시 영역(제1 시야 범위), 제2 표시 영역(제2 시야 범위), 시야 범위 외 표시 영역(시야 범위 외) 중 어느 표시 영역에 표시되는 화상인지를 판정한다. 또한, 투명 디스플레이(11)에 복수의 표시 화상을 표시하는 경우에는, 그 모든 표시 화상의 표시 위치를 도 10의 흐름도에 의해 결정하는 것으로 한다.
스텝 39b에서는, 표시 위치 연산부(39)는, 스텝 39a의 선택 표시 화상이 시야 범위 외 영역에 표시하는 표시 화상인지 여부를 판정한다. 여기서 시야 범위 외 표시 영역으로의 표시 화상이라고 판정된 경우에는 스텝 39c로 진행되고, 그 표시 화상의 시야 범위 외 표시 영역 내에서의 표시 위치(화면 좌표계의 좌표값)를 결정한다(스텝 39c). 또한, 이때의 시야 범위 외 표시 영역에서의 표시 위치는 항상 동일한 좌표값이어도 되고, 주시점의 위치 등에 따라서 그 때마다 연산되는 좌표값이어도 된다. 스텝 39c에서 결정한 좌표값은 스텝 39d에 있어서, 그 선택 표시 화상의 표시 위치로서 표시 제어부(40)로 출력된다.
한편, 스텝 39b에서 시야 범위 외 표시 영역으로의 표시 화상이 아니라고 판정된 경우(즉, 제1 표시 영역과 제2 표시 영역 중 어느 것에 표시되는 표시 화상이라고 판정된 경우)에는, 스텝 39e로 진행한다.
스텝 39e 및 스텝 39f에서는, 표시 위치 연산부(39)는, 상술의 시야 범위 외 표시 영역 연산부(35)의 스텝 35c 및 스텝 35d(도 9 참조)와 마찬가지로, 현재의 시선 벡터(71)에 대한 투명 디스플레이(11)의 표시 화면 상의 표시 영역을 연산한다. 즉, 오퍼레이터의 시선 벡터(71)의 방향이 변화한 경우에는, 스텝 39a의 판정 결과에 관한 표시 영역에 대응하는 표시 영역의 투명 디스플레이(11)의 표시 화면 상에서의 위치는 시선 벡터(71)의 변화에 따라 변경된다. 또한, 도 9의 예에서는 제2 표시 영역(제2 시야 범위)만이 연산 대상이었지만, 여기에서는 스텝 39a에서의 판정 결과에 따라서 제1 표시 영역(제1 시야 범위) 및 제2 표시 영역(제2 시야 범위) 중 어느 한쪽의 표시 영역이 연산 대상으로 된다.
그 후, 스텝 39g에서는, 표시 위치 연산부(39)는, 선택 표시 화상의 현재의 표시 위치(전회의 표시 위치 연산 시의 표시 위치)가 스텝 39f에서 연산된 선택 표시 화상의 종류에 대응하는 표시 영역 외에 있는지 여부를 판정한다. 여기에서 대응하는 표시 영역 내라고 판정된 경우에는, 스텝 39h에 있어서, 현재의 표시 위치를 그대로 출력한다. 즉, 시선 벡터(71)의 방향 이동에 의한 시야 범위의 변화 후에도, 선택 표시 화상의 종류에 대응하는 표시 영역 내에 당해 선택 표시 화상이 위치할 때에는, 표시 위치 연산부(39)는, 당해 선택 표시 화상의 표시 위치를 유지한다.
한편, 스텝 39g의 판정에서 대응하는 표시 영역 외라고 판정된 경우에는, 스텝 39i로 진행하고, 선택 표시 화상의 상세나 관련된 정보(「선택 표시 화상의 관련 정보」라고 칭함)가 모니터(12) 상에 표시되어 있는지 여부의 판정을 행한다.
스텝 39i에서, 선택 표시 화상의 관련 정보가 모니터(12)에 표시되어 있지 않은 경우에는, 스텝 39j에 있어서, 표시 위치 연산부(39)는, 선택 표시 화상에 대응하는 표시 영역 내로 되도록 새로운 표시 위치를 결정하고, 표시 제어부(40)로 출력한다(스텝 39k). 즉, 시선 벡터(71)의 방향 이동에 의한 표시 영역의 위치의 변화 후에는, 선택 표시 화상의 종류에 대응하는 표시 영역으로부터 당해 선택 표시 화상이 벗어날 때에는, 표시 위치 연산부(39)는, 당해 선택 표시 화상의 종류에 대응하는 표시 영역 내에 들어가도록 당해 선택 표시 화상의 새로운 표시 위치를 연산한다. 또한, 새로운 표시 위치의 연산 방법으로서는, 예를 들어, 대응하는 표시 영역 내에 표시되는 초기 표시 위치를, 주시점 위치를 기준으로 한 상대 위치로서 미리 설정해 두고, 현재의 주시점 위치로부터 초기 표시 위치를 연산함으로써 새로운 표시 위치를 연산하는 방법이 있다. 또한, 버킷(1c)의 크기를 투명 디스플레이 C/U(30) 내의 기억 장치에 미리 기억해 두고, 버킷(1c)의 현재 위치와 크기로부터, 대응하는 표시 영역 내에서 선택 표시 화상과 현실의 버킷(1c)의 상이 중첩하지 않도록 새로운 표시 위치를 연산하는 알고리즘을 이용해도 된다.
한편, 스텝 39i에서, 선택 표시 화상의 관련 정보가 모니터(12)에 표시되어 있는 경우에는, 스텝 39l로 진행한다. 스텝 39l에서는, 표시 위치 연산부(39)는, 모니터(12) 상에 있어서 선택 표시 화상의 관련 정보가 표시되는 대표점 위치(모니터(12)에 설정된 좌표계에 있어서의 좌표값)를 모니터 위치 기억부(36)로부터 호출하고, 그 대표점 위치를 투명 디스플레이(11)의 표시 화면을 포함하는 평면상에 대하여 투영(정사영)한다. 또한 스텝 39m에서, 표시 위치 연산부(39)는, 화면 좌표계에 있어서, 스텝 39l에서 투영된 대표점과 주시점(시선 벡터(71)와 대표점을 투영한 평면과의 교점)을 연결하는 직선을 구한다. 그리고, 표시 위치 연산부(39)는, 선택 표시 화상의 종류에 대응하는 표시 영역 내이고 또한 스텝 39m에서 얻어진 직선 상이 되도록 당해 선택 표시 화상의 새로운 표시 위치를 결정하고(스텝 39n), 그 새로운 표시 위치를 표시 제어부(40)로 출력한다(스텝 39o). 이와 같이, 모니터(12) 상에 표시 화상의 상세나 관련된 정보가 표시되어 있는 경우에는, 주시점과 모니터(12) 상의 대표점 위치를 연결하는 직선 상에 표시 화상을 배치함으로써, 표시 화상으로부터 모니터(12)로의 시선 이동 시간을 단축하는 것이 가능하게 된다.
이상 설명한 바와 같이 스텝 39d, 39o, 39k, 39h가 완료되면, 표시 위치 연산부(39)는 도 10에 도시한 일련의 처리를 종료하고, 해당되는 선택 표시 화상의 표시 위치 연산에 대해서는 다음의 제어 주기까지 대기한다. 단, 스텝 39o, 39k, 39h에서 표시 제어부(40)로 출력되는 선택 표시 화상의 표시 위치는, 제1 현재 표시 위치 기억부(37) 및 제2 현재 표시 위치 기억부(38) 중 대응하는 기억부에 기억된다. 이 표시 위치의 기억 타이밍은 표시 위치의 연산 시 이후이고 또한 표시 제어부(40)로의 출력 시 이전이면 언제라도 좋다. 또한, 투명 디스플레이(11) 상에 복수의 표시 화상이 표시되는 경우에는, 모든 표시 화상의 표시 위치의 연산을 병렬 처리해도 된다.
(표시 제어부(40))
표시 제어부(40)는, 표시 화상 생성부(31)에서 생성된 표시 화상을, 표시 위치 연산부(39)에서 연산된 그 표시 화상의 표시 위치에 기초하여, 투명 디스플레이(11)로 출력하는 신호를 생성한다. 이에 의해 표시 화상이 투명 디스플레이(11) 상의 결정된 표시 위치에 표시된다.
도 11은 본 실시 형태에 따른 표시 제어부(40)가 실행하는 처리의 흐름도이다. 우선, 표시 제어부(40)는, 스텝 40a에 있어서, 표시 화상 생성부(31)에서 생성된 표시 화상과, 그 표시 화상의 표시 위치로서 표시 위치 연산부(39)에서 연산된 좌표값을 취득한다.
스텝 40b에서는, 표시 제어부(40)는, 스텝 40a에서 취득한 표시 위치가 전회의 위치로부터 변경되었는지 여부를 판정한다. 이때, 표시 위치의 변경이 없다고 판정된 경우에는, 스텝 40c에 있어서, 현재 표시 위치(전회의 표시 위치) 그대로 표시 화상을 출력한다. 한편, 표시 위치의 변경이 있다고 판정된 경우에는, 스텝 40d로 진행한다.
스텝 40d에서는, 표시 제어부(40)는, 투명 디스플레이(11)의 해상도에 기초하여 표시 화상의 새로운 표시 위치가 투명 디스플레이(11) 상에 표시 가능한 위치 인지 여부의 판정을 행한다. 여기서, 표시 가능하다고 판정된 경우에는 새로운 표시 위치에 표시 화상을 출력하고, 표시 불가능하다고 판정된 경우에는 현재 표시 위치(전회의 표시 위치) 그대로 표시 화상을 출력하고(스텝 40e), 일련의 처리를 종료한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 표시 위치의 변경 유무 판정 처리(스텝 40b)와, 새로운 표시 위치의 표시 가부의 판정 처리(스텝 40d)를 표시 제어부(40)에서 실행하는 경우에 대하여 설명하였지만, 이들 처리는 표시 위치 연산부(39)에서 행해도 무방하다. 이 경우에는, 표시 제어부(40)는, 표시 위치 연산부(39)에서 연산된 표시 위치에 대상의 표시 화상을 표시하는 처리만을 실행하게 된다.
(작용·효과)
상기와 같이 구성된 본 실시 형태에 따른 유압 셔블의 작용·효과에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 여기에서는 일례로서, 도 5에 도시한 목표 지형면-버킷(1c) 선단부의 거리·각도 화상(51)(이하에서는 「거리·각도 화상(51)」이라고 축약하는 경우가 있음), 엔진 이상 경고 화상(52) 및 연료 잔량 화상(53)을 표시 화상으로 한 경우의 동작에 대하여 설명한다. 이미 설명한 바와 같이, 거리·각도 화상(51)은 제1 표시 영역에, 엔진 이상 경고 화상(52)은 제2 표시 영역에, 연료 잔량 화상(53)은 시야 범위 외 표시 영역에 표시되는 표시 화상이다.
1. 초기 자세
도 12는 붐(1a), 암(1b), 버킷(1c)의 회동각이 어떤 상태에서 정지하고 있을(이하, 「초기 자세」라고 칭함) 때의 투명 디스플레이(11)의 표시 상태를 나타낸 것이다. 거리·각도 화상(51) 및 엔진 이상 경고 화상(52)은, 표시 위치 연산부(39)에 있어서, 각각 시야 범위 설정부(33)에서 설정된 각 표시 화상에 대응하는 시야 범위(주시점(121)을 중심으로 하는 타원으로 규정되는 제1 표시 영역(122) 및 제2 표시 영역(123)) 내가 되도록 표시 위치가 결정되고, 표시되어 있다. 한편, 연료 잔량 화상(53)은, 시야 범위 외 표시 영역 연산부(35)에 의해 연산된 시야 범위 외 표시 영역 내로 되는 위치에 표시 위치가 설정되어 있다(시야 범위 외 표시 영역은 투명 디스플레이(11)의 표시 화면으로부터 제1 표시 영역(122), 제2 표시 영역(123)을 제외한 영역임). 또한, 이때 거리·각도 화상(51)과 엔진 이상 경고 화상(52)은, 그들의 상세 또는 관련된 정보가 모니터(12) 상에 표시되어 있지 않기 때문에, 각각의 표시 영역(122, 123) 내에서 표시 위치를 임의로 결정할 수 있다(즉, 모니터(12) 상의 관련 정보의 표시 위치에 의한 표시 위치의 구속을 받지 않음).
2. 초기 자세로부터 버킷을 0.25[m] 내렸을 때
도 13은, 도 12의 초기 자세 상태로부터, 버킷(1c) 위치를 연직 방향으로 0.25[m] 내렸을 때의 투명 디스플레이(11)의 표시 상태를 나타낸 것이다. 이 경우, 초기 자세에서의 주시점(131)의 위치를 기준으로 하면, 그 위치(131)로부터의 버킷(1c) 선단부(주시점)의 이동 변위는 작기 때문에, 거리·각도 화상(51)과 엔진 이상 경고 화상(52)의 표시 위치는, 모두 여전히 각각의 표시 영역(제1 표시 영역(122) 및 제2 표시 영역(123)) 내에 표시되어 있으며, 표시 위치의 변경은 되지 않는다. 이와 같이, 본 실시 형태에서는 버킷(1c) 위치의 미소한 변위에 대해서는 표시 화상의 표시 위치의 변경이 행해지지 않기 때문에, 표시 화상의 빈번한 표시 위치의 변경에 의해 오퍼레이터가 번거로움을 느끼는 것을 방지할 수 있다.
3. 초기 자세로부터 버킷을 1.45[m] 내렸을 때
도 14는, 도 12의 초기 자세 상태로부터, 버킷(1c) 위치를 연직 방향으로 1.45[m] 내렸을 때의 투명 디스플레이(11)의 표시 상태를 나타낸 것이다. 이 경우, 초기 자세에서의 주시점(131)의 위치로부터 변위가 커서, 초기 자세에서의 거리·각도 화상(51)의 표시 위치(141)는, 대응하는 표시 영역인 제1 표시 영역(122)으로부터 벗어나버린다. 그 때문에, 표시 위치 연산부(39)는, 최신의 주시점(버킷(1c))(121)의 위치를 기준으로 한 제1 표시 영역(122) 내에 배치되도록 거리·각도 화상(51)의 새로운 표시 위치를 연산한다. 한편, 엔진 이상 경고 화상(52)은, 주시점(121)의 이동 후에도 제2 표시 영역(123) 내에 들어가 있는 점에서, 표시 위치는 변경되지 않는다. 이렇게 해서, 표시 화상이 그 종류에 따라 설정된 표시 영역으로부터 벗어난 경우에만, 그 표시 위치의 변경을 행함으로써, 표시 화상의 종류에 따른 적절한 표시 위치를 유지한 채 작업을 행할 수 있다.
4. 초기 자세로 모니터(12)에 관련 정보가 표시되어 있을 때
도 15는, 도 12의 초기 자세 상태에 있어서, 모니터(12) 상에 엔진 이상 경고 화상(52)의 관련 정보인 엔진 이상 경고의 상세를 나타내는 정보가 표시되어 있는 경우의 표시 상태를 나타낸 것이다. 이때, 오퍼레이터는 투명 디스플레이(11) 상에서 엔진 이상 상태에 있음을 인지하고, 보다 상세한 정보를 모니터(12) 상에서 확인하는 것이 상정된다. 그 때문에, 표시 위치 연산부(39)의 스텝 39l 내지 39o의 처리에 따라서, 주시점(121)과 모니터(12) 상의 대표점을 연결하는 직선(152)상이고 또한 제2 표시 영역(123) 내에 엔진 이상 경고 화상(52)을 표시한다. 이에 의해 투명 디스플레이(11)에서 엔진 이상 경고 화상(52)을 인식한 후에 모니터(12) 상의 관련 정보를 확인할 때의 시선 이동의 시간을 단축하는 것이 가능하다.
5. 새로운 표시 위치가 투명 디스플레이(11)의 표시 화면 외일 때
도 16은, 도 12의 초기 자세 상태로부터, 연직 상방향으로 버킷(1c)의 위치를 일정 이상의 거리만큼 이동시켰을 때의 표시 상태를 나타낸 것이다. 이때, 거리·각도 화상(51)은 제1 표시 영역(122)으로부터 벗어나기 때문에, 전술한 처리에 따라서, 표시 위치 연산부(39)는, 거리·각도 화상(51)의 새로운 표시 위치(161)로서 제1 표시 영역(122) 내의 초기 표시 위치를 연산한다. 그러나, 그 새로운 표시 위치(161)는 투명 디스플레이(11)의 표시 화면 외에 위치하기 때문에, 표시 제어부(40)의 스텝 40c의 처리에 따라서, 거리·각도 화상(51)은, 초기 자세 시의 표시 위치를 유지한다. 이와 같이, 주시점(121)의 이동에 의해 표시 화상의 새로운 표시 위치(161)가 투명 디스플레이(11)의 표시 화면 외로 된 경우에, 예를 들어 표시 화면 내로 되는 범위에서 새로운 표시 위치(161)를 축차 연산하려고 하면(예를 들어, 투명 디스플레이(11)의 표시 화면 내, 또한, 버킷(1c) 선단부와의 거리가 최소로 되는 표시 위치를 새로운 표시 위치로서 연산하는 등), 버킷(1c)의 동작에 따라서 투명 디스플레이(11)에서의 표시 위치가 빈번하게 전환되어, 번거로움을 초래할 우려가 있다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 새로운 표시 위치(161)가, 대응하는 표시 영역 내, 또한, 투명 디스플레이(11)의 표시 화면 내가 될 때까지의 동안에는, 바로 근처의 표시 위치를 계속하기 때문에, 버킷(1c) 위치가 투명 디스플레이(11)의 상방에 위치하는 작업에 있어서도 표시 위치의 전환이 빈번하게 일어나는 것을 방지할 수 있어, 표시 위치의 빈번한 전환에 의해 오퍼레이터가 번거로움을 느끼는 것을 방지할 수 있으므로 작업 효율을 향상시킬 수 있다.
6. 결론
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시 형태에 따른 유압 셔블에서는, 버킷(1c) 선단부(오퍼레이터의 시선 방향)의 이동과 함께 변화하는 표시 영역을 투명 디스플레이(11) 상에 설정하고, 버킷(1c) 선단부의 이동에 의해 작업 지원 정보(표시 화상)의 표시 위치가 대응하는 표시 영역으로부터 벗어난 경우에만, 그 표시 위치를 대응하는 표시 영역 내로 변경하도록 하였다. 이에 의해, 작업 지원 정보의 시인에 요하는 시선 이동의 시간을 단축함과 함께, 빈번하게 표시 위치가 변경됨으로써 발생하는 번거로움을 저감시키는 것이 가능하다. 또한, 시야 범위(표시 영역)를 복수 설정하고, 표시하는 작업 지원 정보의 특성에 적합한 시야 범위(표시 영역)를 선택함으로써, 버킷 근방에 표시하는 작업 지원 정보의 수를 최소한으로 그칠 수 있어, 표시되는 정보의 증가에 수반되는 버킷 근방의 시인성 저하를 완화하는 것이 가능하다. 또한, 투명 디스플레이(11)에 있어서의 특정된 표시 화상을, 주시점(121)과 모니터(12)의 직선 상에 표시함으로써, 투명 디스플레이(11)로부터 모니터(12)로의 시선 이동 시간을 단축하여, 작업 효율을 향상시키는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내의 다양한 변형예가 포함된다. 예를 들어, 본 발명은, 상기 실시 형태에서 설명한 모든 구성을 구비하는 것으로 한정되지는 않고, 그 구성의 일부를 삭제한 것도 포함된다. 또한, 어떤 실시 형태에 따른 구성의 일부를, 다른 실시 형태에 따른 구성에 추가 또는 치환하는 것이 가능하다.
또한, 상기 제어 장치(C/U(10, 20, 30, 50))에 따른 각 구성이나 당해 각 구성의 기능 및 실행 처리 등은, 그들의 일부 또는 전부를 하드웨어(예를 들어 각 기능을 실행하는 로직을 집적 회로에서 설계하는 등)로 실현해도 된다. 또한, 상기 제어 장치에 따른 구성은, 연산 처리 장치(예를 들어 CPU)에 의해 판독·실행됨으로써 당해 제어 장치의 구성에 따른 각 기능이 실현되는 프로그램(소프트웨어)으로 해도 된다. 당해 프로그램에 따른 정보는, 예를 들어 반도체 메모리(플래시 메모리, SSD 등), 자기 기억 장치(하드디스크 드라이브 등) 및 기록 매체(자기 디스크, 광 디스크 등) 등에 기억할 수 있다.
또한, 상기 각 실시 형태의 설명에서는, 제어선이나 정보선은, 당해 실시 형태의 설명에 필요하다고 이해되는 것을 나타내었지만, 반드시 제품에 따른 모든 제어선이나 정보선을 나타내고 있다고는 할 수 없다. 실제로는 거의 모든 구성이 서로 접속되어 있다고 생각해도 된다.
1A: 프론트 작업 장치
1B: 차체
1a: 붐
1b: 암
1c: 버킷
1d: 상부 선회체
1e: 하부 주행체
1f: 운전실
8a, 8b, 8c: 각도 센서(자세 센서)
11: 투명 디스플레이(표시 장치(제1 표시 장치))
12: 모니터(다른 표시 장치(제2 표시 장치))
20: 메인 C/U
30: 투명 디스플레이 C/U(표시 제어 장치)
31: 표시 화상 생성부
32: 시선 추정부
33: 시야 범위 설정부
34: 동작 범위 기억부
35: 시야 범위 외 표시 영역 연산부
36: 모니터 위치 기억부
37: 제1 현재 표시 위치 기억부
38: 제2 현재 표시 위치 기억부
39: 표시 위치 연산부
40: 표시 제어부
50: 모니터 C/U
71: 시선 벡터
81: 시야 범위 리스트
121: 주시점
122: 제1 표시 영역
123: 제2 표시 영역
121: 현재의 버킷 선단부(주시점)의 위치
131: 초기 자세 시의 버킷 선단부(주시점)의 위치
141: 초기 자세 시의 목표 지형면-버킷 선단부의 거리·각도 표시의 위치

Claims (5)

  1. 작업 기계 본체에 설치된 작업 장치와,
    상기 작업 장치의 자세를 검출하는 자세 센서와,
    오퍼레이터에게 제공되는 작업 지원 정보를 상기 작업 장치의 실제의 상(像)과 중첩해서 표시 가능한 표시 장치와,
    상기 작업 지원 정보를 나타내는 표시 화상의 상기 표시 장치에 있어서의 표시 위치를 결정하고, 그 표시 위치에 상기 표시 화상을 표시하는 표시 제어 장치를 구비한 작업 기계에 있어서,
    상기 표시 제어 장치는,
    상기 자세 센서로 검출된 상기 작업 장치의 자세에 기초하여 오퍼레이터의 시선 방향을 추정하고,
    상기 추정된 오퍼레이터의 시선 방향을 기준으로 하여 상기 표시 장치의 화면 상에 복수의 표시 영역을 설정하고, 상기 복수의 표시 영역 중 상기 표시 화상의 종류에 대응하는 표시 영역에 위치하도록 상기 표시 화상의 표시 위치를 연산하고,
    상기 오퍼레이터의 시선 방향의 변화에 따라 상기 표시 장치의 화면 상에 있어서의 상기 복수의 표시 영역의 위치가 변화한 경우에, 그 변화 후에도 상기 표시 화상의 종류에 대응하는 표시 영역 내에 상기 표시 화상이 위치할 때에는 상기 표시 화상의 표시 위치를 유지하고, 그 변화 후에는 상기 표시 화상의 종류에 대응하는 표시 영역으로부터 상기 표시 화상이 벗어날 때에는 상기 표시 화상의 종류에 대응하는 표시 영역 내에 들어가도록 상기 표시 화상의 새로운 표시 위치를 연산하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 표시 영역에는, 상기 오퍼레이터의 시선 방향의 주위에 규정되는 제1 시야 범위에 대응하는 제1 표시 영역과, 상기 제1 시야 범위를 내포하는 제2 시야 범위에 대응하는 제2 표시 영역이 포함되어 있으며,
    상기 제1 표시 영역에는 제1 종류의 표시 화상이 표시되고, 상기 제2 표시 영역 내의 영역 중 상기 제1 표시 영역을 제외한 영역에는 제2 종류의 표시 화상이 표시되는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 표시 제어 장치는, 상기 작업 장치의 동작할 수 있는 범위와 상기 복수의 표시 영역에 기초하여 상기 표시 장치의 화면 상에서 상기 복수의 표시 영역이 이동할 수 있는 범위를 연산하고, 상기 표시 장치의 화면 상으로부터 상기 표시 장치의 화면 상에서 상기 복수의 표시 영역이 이동할 수 있는 범위를 제외한 영역을 시야 범위 외 표시 영역으로서 연산하고,
    상기 시야 범위 외 표시 영역에는, 제3 종류의 표시 화상이 표시되도록 설정되어 있으며,
    상기 표시 제어 장치는, 상기 시야 범위 외 표시 영역 내에 위치하도록 상기 제3 종류의 표시 화상의 표시 위치를 연산하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 표시 영역마다 상기 표시 화상의 표시 위치가 미리 결정되어 있으며,
    상기 표시 제어 장치는, 상기 오퍼레이터의 시선 방향의 변화에 따라 상기 표시 장치의 표시 화면 상에서 상기 복수의 표시 영역의 위치가 변화한 경우에, 상기 표시 화상의 종류에 대응하는 표시 영역으로부터 상기 표시 화면이 벗어날 때이며, 상기 표시 화상의 상기 새로운 표시 위치로서 연산되는 상기 미리 결정된 표시 위치가 상기 표시 화면의 표시 영역 외일 때에는, 상기 표시 화상의 표시 위치를 유지하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 표시 화상의 관련 정보를 표시하는 다른 표시 장치를 더 구비하고,
    상기 표시 제어 장치는, 상기 다른 표시 장치 상에 있어서 상기 관련 정보가 표시되는 위치와, 상기 오퍼레이터의 시선 방향과 상기 표시 장치의 표시 화면과의 교점을 연결하는 직선 상에 위치하도록 상기 표시 화상의 표시 위치를 연산하는 것을 특징으로 하는, 작업 기계.
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