WO2001025549A1

WO2001025549A1 - Dispositif de delimitation de la surface d'excavation cible pour engin excavateur, support d'enregistrement prevu a cet effet et unite d'affichage

Info

Publication number: WO2001025549A1
Application number: PCT/JP2000/006763
Authority: WO
Inventors: Kazuo Fujishima; Hiroshi Watanabe; Hiroshi Ogura; Sadahisa Tomita
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co., Ltd.
Priority date: 1999-10-01
Filing date: 2000-09-29
Publication date: 2001-04-12
Also published as: KR20010080537A; JP4024042B2; EP1186720A4; CN1133782C; US6532409B1; KR100452101B1; EP1186720A1; CN1327498A

Description

掘削機械の目標掘削面設定装置、その記録媒体及び表示装置技術分野

本発明は、油圧ショベル等の掘削機械の作業条件を設定する掘削機械の目標掘削面設定装置、掘削機械の目標掘削面設定プログラムを記録した記録媒体及び目標掘削面設定装置に用いる表示装置に関する。背景技術

油圧ショベルでは、オペレータがブーム等のフロント部材をそれぞれの手動操作レバ一によって操作しているが、フロント動作の目視だけから所定深さの溝もしくは所定勾配の法面を正確に掘削しているか否かを判断することは困難である。そこで、掘削面の深さや法面の勾配を予め設定し、この設定された深さや勾配となるように自動掘削制御するものが知られている。自動掘削制御をするには、目標掘削面を設定する必要がある。目標掘削面の設定のために 2次元の表示装置を用いているものとして、特開昭 6 2 - 1 8 5 9 3 2号公報に記載された掘削機械の監視装置や、特開平 5— 2 8 7 7 8 2号公報に記載された掘削機械がある。特開昭 6 2— 1 8 5 9 3 2号公報や、特開平 5— 2 8 7 7 8 2号公報に記載された掘削機械では、車体と目標掘削面とをモニタに画像表示するとともに、車体から目標掘削面までの深さや勾配を表示するようにしている。

また、車体外部に設置されたレーザ灯台により形成されるレ一ザ基準面、水糸等の外部基準を利用して油圧ショベルと組み合わせて、外部基準から一定の深さ •勾配の面を長距離に渡って連続的に掘削する方式として、例えば、特開平 9 一 5 3 2 5 3号公報に記載された建設機械の領域制限掘削制御の掘削領域設定装置がある。

特開平 9 一 5 3 2 5 3号公報に記載された掘削領域設定装置では、レーザ受光器をフロント部材に設置し、車体の移動に伴う上下方向のズレをレーザで補正して直線状の連続した掘削面を形成する構成となっている。この掘削領域設定装置では、レーザ基準面に対する目標掘削面を設定して、車体と目標掘削面との関係を設定するようにしている。発明の開示

しかしながら、特開昭 6 2 - 1 8 5 9 3 2号公報や、特開平 5— 2 8 7 7 8 2 号公報に記載された掘削機械では、外部基準を用いないものであり、従って、外部基準を表示することもできず、表示するという考えもないものである。

また、特開平 9一 5 3 2 5 3号公報に記載された掘削領域設定装置では、設定器により設定されたレーザ基準面（外部基準）から目標掘削面までの深さは、モ二夕上に数値表示されるだけであるため、設定ミスが生じやすいという問題があつた。

すなわち、レーザ基準面（外部基準）を用いる方式では、レーザ基準面等の外部基準から一定の深さの面について、長距離に亘つて、連続的に掘削を行うが、そのためには外部基準を用いて目標掘削面の設定を繰り返す必要がある。従って、正確な設定をするためには、オペレータは、車体と目標掘削面の位置関係だけでなく、レーザ基準面と目標掘削面の位置関係も把握、認識する必要がある。しかしながら、従来の数値だけ、又は、車体と目標掘削面との位置関係だけ表示する方式では、レーザ基準面と目標掘削面の位置関係を視覚的に認識し難く、設定ミスが生じやすいものである。

本発明の目的は、外部基準を用い、所定の深さの面を長距離に亘つて連続的に掘削する場合の目標掘削面の設定を容易に行え、外部基準に対し設定ミスを起こしにくい掘削機械の目標掘削面設定装置、その記録媒体及び表示装置を提供することにある。

( 1 ) 上記目的を達成するために、本発明は、車体外部に設置される外部基準に対して平行に目標掘削面を設定し、この目標掘削面に対してフロント装置を制御し、目標掘削面に沿って連続的に掘削可能とする掘削機械の目標掘削面設定装置において、前記目標掘削面を設定するための入力手段と、前記フロント装置の位置と姿勢に関する状態量を検出する検出手段と、前記入力手段及び検出手段の信号を用い、前記車体と外部基準と目標掘削面の位置関係を演算する第 1演算手段と、前記第 1演算手段で演算した位置関係を用いて画像演算処理を行い、前記車体と外部基準と目標掘削面の位置関係を表示する画像信号を生成 ·出力する第

2演算手段とを備えるものとする。

かかる構成で画像表示手段に外部基準面と目標掘削面と車体との位置関係を表示することにより、オペレータは、この表示を見ることにより、車体と目標掘削面の位置関係だけでなく、レーザ基準面と目標掘削面の位置関係を視覚的に把握, 認識して、設定状態が適切であるか否かを確認することができるので、外部基準を用いて、所定の深さの面まで長距離に亘つて連続的に掘削する場合の目標掘削面の設定を容易に行え、設定ミスを起こしにくいものとなる。

( 2 ) 上記（1 ) において、好ましくは、前記第 1演算手段は、前記検出手段の信号を用い、前記外部基準に対する車体の位置関係を演算する第 1手段と、少なくとも前記入力手段の信号を用い、前記外部基準と目標掘削面の位置関係を設定する第 2手段とを有する。

( 3 ) また、上記（1 ) において、好ましくは、前記入力手段は、前記外部基準から前記目標掘削面までの深さを入力する数値入力手段を含み、前記第 1演算手段は、前記フロント装置が前記外部基準に対し所定の位置関係にあるときの前記検出手段の信号を用い、前記車体と外部基準の位置関係を演算する第 3演算手段と、前記数値入力手段の信号を用い、前記外部基準と目標掘削面の位置関係を設定する第 1設定手段とを有する。

( 4 ) 上記（3 ) において、好ましくは、前記第 1演算手段は、更に、前記第 3演算手段の演算値と前記第 1設定手段の設定値を用い、前記車体と目標掘削面の位置関係を演算する第 4演算手段を有し、前記第 2演算手段は、前記第 3演算手段の演算値を、前記車体を基準として表示装置の表示部に設定されるモニタ座標系の値に変換し、前記車体と外部基準との位置関係を前記表示部に表示させる処理を行う第 1変換手段と、前記第 4演算手段の演算値を前記車体を基準として前記モニタ座標系の値に変換し、前記車体と目標掘削面との位置関係を前記表示部に表示させる処理を行う第 2変換手段とを有する。

( 5 ) また、上記（1 ) において、前記入力手段は、前記フロント装置に備えられる作業具が目標とする深さにあるときに操作されるダイレクトティーチ指示手段を含むものであってもよく、この場合、前記第 1演算手段は、前記ダイレクトティーチ指示手段が操作されたときの前記検出手段の信号を用い、前記車体と目標掘削面の位置関係を演算する第 4演算手段と、前記フロント装置が前記外部基準に対し所定の位置関係にあるときの前記検出手段の信号を用い、前記車体と外部基準の位置関係を演算する第 5演算手段と、前記第 4及び第 5演算手段の演算値を用い、前記外部基準と目標掘削面の位置関係を演算する第 6演算手段とを有するものとなる。

( 6 ) 上記（5 ) において、好ましくは、前記第 1演算手段は、更に、前記第 5及び第 6演算手段の演算値を用い、前記車体と目標掘削面の位置関係を演算する第 7演算手段を有し、前記第 2演算手段は、前記第 5演算手段の演算値を、前記車体を基準として表示装置の表示部に設定されるモニタ座標系の値に変換し、前記車体と外部基準との位置関係を前記表示部に表示させる処理を行う第 1変換手段と、前記第 4演算手段又は前記第 7演算手段の演算値を前記車体を基準として前記モニタ座標系の値に変換し、前記車体と目標掘削面との位置関係を前記表示部に表示させる処理を行う第 2変換手段とを有する。

( 7 ) 更に、上記（1 ) において、好ましくは、前記入力手段は前記外部基準の勾配を設定する手段を含み、前記第 1演算手段は、前記勾配の設定値も含めて前記車体と外部基準と目標掘削面の位置関係を演算し、前記第 2演算手段は、前記勾配に応じた前記外部基準と目標掘削面とを表示するよう前記画像信号を生成する。

( 8 ) また、上記（1 ) において、目標掘削面設定装置は、前記第 2演算手段の画像信号を用い、前記車体を示す画像と前記外部基準及び目標掘削面を示す直線を前記位置関係で表示する表示装置を更に備える。

( 9 ) また、上記（1 ) において、好ましくは、前記第 1演算手段は第 1制御ュニッ卜に備えられ、前記第 2演算手段は前記第 1制御ュニッ卜と別体の第 2制御ュニッ卜に備えられる。

( 1 0 ) また、上記目的を達成するために、本発明は、車体外部に設置される外部基準に対して平行に目標掘削面を設定し、この目標掘削面に対してフロント装置を制御し、目標掘削面に沿って連続的に掘削可能とする掘削機械の目標掘削面設定プログラムを記録した記録媒体であって、このプログラムは、コンビユー夕に、前記目標掘削面を設定するための入力手段からの信号と、前記フロント装置の位置と姿勢に関する状態量を検出する検出手段からの信号とを用い、前記車体と外部基準と目標掘削面の位置関係を演算させ、この演算した位置関係を用いて画像演算処理を行わせ、前記車体と外部基準と目標掘削面の位置関係を表示する画像信号を生成 ·出力させるものとする。

( 1 1 ) 更に、上記目的を達成するために、本発明は、車体外部に設置される外部基準に対して平行に目標掘削面を設定し、この目標掘削面に対してフロント装置を制御し、目標掘削面に沿って連続的に掘削可能とする掘削機械の目標掘削面設定装置の表示装置において、予め演算された前記車体と外部基準と目標掘削面の位置関係を表示する画像信号を取り込み、前記車体を示す画像と前記外部基準及び目標掘削面を示す直線とを前記位置関係で表示する表示部を備えるものとする。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1の実施の形態による掘削機械の目標掘削面設定装置を油圧ショベルの油圧駆動装置と共に示す図である。

図 2は、本発明が適用される油圧ショベルの外観をレーザ燈台及びそれにより形成されるレーザ基準面と共に示す図である。

図 3は、図 1に示した目標掘削面設定装置を制御ュニットのハード構成と共に示す図である。

図 4は、図 1に示した目標掘削面設定装置を制御ュニッ卜の処理機能と共に示す図である。

図 5は、図 1に示した設定器の構成図である。

図 6は、図 4に示した数値入力方式による設定 ·表示処理部の処理機能を示すブロック線図である。

図 7は、本発明の掘削機械の目標掘削面設定装置が適用される油圧ショベルの各部寸法、使用する座標系、及び車体とレーザ基準面と目標掘削面との関係を示す説明図である。図 8は、本発明の第 1の実施の形態による表示装置（モニタ）に用いる座標系の説明図である。

図 9は、本発明の目標掘削面設定装置の表示装置における第 1の表示例の説明図である。

図 1 0は、本発明の目標掘削面設定装置及び表示装置を用いた掘削方法を示す説明図である。

図 1 1は、本発明の第 2の実施の形態による掘削機械の目標掘削面設定装置に用いる、数値入力方式による設定 ·表示処理部の処理機能を示すブロック線図である。

図 1 2は、本発明の第 2の実施の形態による表示装置（モニタ）に用いる座標系の説明図である。

図 1 3は、本発明の第 3の実施の形態による掘削機械の目標掘削面設定装置に用いる、数値入力方式による設定 ·表示処理部の処理機能を示すブロック線図である。

図 1 4は、本発明の第 3の実施の形態による表示装置（モニタ）に用いる座標系の説明図である。

図 1 5は、本発明の第 4の実施の形態による掘削機械の目標掘削面設定装置に用いる、ダイレクトティーチ方式による設定 ·表示処理部の処理機能を示すプロック線図である。

図 1 6は、本発明の第 5の実施の形態による掘削機械の目標掘削面設定装置に用いる、ダイレクトティーチ方式による設定 ·表示処理部の処理機能を示すプロック線図である。

図 1 7は、本発明の第 6の実施の形態による掘削機械の目標掘削面設定装置に用いる、ダイレクトティ一チ方式による設定 ·表示処理部の処理機能を示すプロック線図である。

図 1 8は、本発明の目標掘削面設定装置の表示装置における第 2の表示例の説明図である。

図 1 9は、本発明の目標掘削面設定装置の表示装置における第 3の表示例の説明図である。図 2 0は、本発明の更に他の実施の形態による掘削機械の目標掘削面設定装置を制御ュニットの処理機能と共に示す図である。

図 2 1は、図 2 0に示した制御ュニッ卜の設定処理部及び表示処理ュニッ卜の処理機能を示すブロック線図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図 1〜図 1 0は、本発明の第 1の実施の形態による掘削機械の目標掘削面設定装置及びその表示装置を示すもので、これらは本発明を油圧ショベルに適用した場合のものである。

図 1において、油圧ショベルは、油圧ポンプ 2と、この油圧ポンプ 2からの圧油により駆動されるブ一ムシリンダ 3 a、ァ一ムシリンダ 3 b、バケツトシリンダ 3 c、旋回モー夕 3 d及び左右の走行モータ 3 e， 3 f を含む複数の油圧ァクチユエ一夕と、これら油圧ァクチユエ一夕 3 a〜 3 f のそれぞれに対応して設けられた複数の操作レバ一装置 4 a〜4 f と、これら操作レバー装置 4 a〜4 f によって制御され、油圧ァクチユエ一夕 3 a〜3 f に供給される圧油の流量を制御する複数の流量制御弁 5 a〜 5 f と、油圧ポンプ 2の吐出圧力が設定値以上になつた場合に開くリリーフ弁 6と、操作レバ一装置 4 a〜4 f の操作信号を入力し流量制御弁 5 a〜 5 ίを制御する制御ュニット 9とを有し、これらは油圧ショベルの被駆動部材を駆動する油圧駆動装置を構成している。

本実施の形態では、操作レバー装置 4 a〜4 f は、操作信号として電気信号を出力する電気レバー装置であり、流量制御弁 5 a〜 5 f は電気信号をパイロット圧に変換する電気油圧変換手段、例えば比例電磁弁を両端に備えた電気 ·油圧操作方式の弁である。制御ュニット 9は、操作レバ一装置 4 a〜4 f の操作信号を入力し、入力信号に応じた流量制御弁駆動信号を生成して流量制御弁 5 a〜 5 f を駆動 ·制御する。

また、図 2に示すように、油圧ショベルは、垂直方向にそれぞれ回動するブーム l a、アーム l b及びパケット（作業具） 1 cからなる多関節型のフロント装置 1 Aと、上部旋回体 1 d及び下部走行体 1 eからなる車体 1 Bとで構成され、フロント装置 1 Aのブーム 1 aの基端は上部旋回体 1 dの前部に支持されている。図 2のブーム 1 a、アーム 1 b、バゲット 1 c、上部旋回体 1 d及び下部走行体 l eは、それぞれ、図 1に示すブームシリンダ 3 a、アームシリンダ 3 b、バケットシリンダ 3 c、旋回モータ 3 d及び左右の走行モー夕 3 e， 3 f によりそれぞれ駆動され、それらの動作は操作レバー装置 4 a〜4 f により指示される。以上のような油圧ショベルに本実施の形態に係わる目標掘削面設定装置が設けられている。この目標掘削面設定装置は、直線上に仕上げたい目標掘削面の設定に用いられる設定器 7と、ブーム l a，アーム 1 b及びバゲット 1 cのそれぞれの回動支点に設けられ、フロント装置 1 Aの位置と姿勢に関する状態量としてそれぞれの回動角を検出する角度検出器 8 a, 8 b， 8 cと、車体外部に設置されたレーザ灯台 10 aによって形成されたレーザ光を受光する、アーム 1 bの側面に設置されたレーザ受光器 1 O bと、運転室内の運転席斜め前方のコーナー部に設置された 2次元表示モニタ（表示装置） 12と、上記の制御ュニット 9に含まれる後述する処理機能とで構成されている。レーザ灯台 10 aによって形成されたレーザ光はレーザ基準面（外部基準） Rを提供する。

図 3に、制御ユニット 9のハード構成を示す。制御ユニット 9は、入力部 91 と、マイクロコンピュー夕で構成される中央処理装置（CPU) 92と、リードオンリーメモリ（ROM) 93と、ランダムアクセスメモリ（RAM) 94と、出力部 95とを有している。入力部 91は、操作レバー装置 4 a〜4 fからの操作信号、設定器 7からの指示信号（設定信号及びメインスィッチ信号）、角度検出器 8 a, 8 b, 8 cからの角度信号、レーザ受光器 10 bからのレーザ受光信号を入力し、 AZD変換を行う。 ROM93は、制御プログラム（後述）が記憶された記録媒体であり、 CPU92は、 ROM93に記憶された制御プログラムに従って入力部 91から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。 RAM 94は、演算途中の数値を一時的に記憶する。出力部 95は、 CPU 92での演算結果に応じた出力用の信号を作成し、流量制御弁 5 a〜5 ： Πこその信号を出力し、また、モニタ 12に車体 1 Bやレーザ基準面 Rや目標掘削面を表示させる。図 4に、制御ュニット 9の ROM 93に記憶された制御プログラムの概要を機能ブロック図を示す。制御ユニット 9は、目標掘削面を設定すると共にモニタ 1 2への表示処理を行う設定 ·表示処理部 1 1と、領域制限掘削制御を行う掘削制御部 1 4とを有している。

設定 ·表示処理部 1 1は、角度検出器 8 a , 8 b , 8 cの検出信号、設定器 7 からの信号、レーザ受光器 1 0 bからの信号を入力し、油圧ショベルの車体 1 B に関して設定された x _ z座標系（後述）により目標掘削面及びレーザ基準面を演算し、目標掘削面を設定すると共に、 2次元表示モニタ 1 2上に表示される油圧ショベルの模式図に関して固定的に設定された x _m— z _m座標系（後述）の値に目標掘削面及びレーザ基準面を座標変換し、それらを油圧ショベルの模式図に重ねて表示する合成処理を行う。また、レーザ基準面と目標掘削面との距離及び勾配データ、バケツ卜とレーザ基準面との深さ方向の距離等の数値を表示する合成処理を行う。

掘削制御部 1 4は、設定 ·表示処理部 1 1で設定された目標掘削面に基づき、公知の領域制限掘削制御を行うよう流量制御弁 5 a〜5 ： f に対する指令信号を生成する処理を行う。

設定器 7は、図 5に示すように、操作パネルあるいはグリップ上に設けられたスィッチ等の操作手段から構成され、レーザ基準面 Rからの深さを設定するアツプキー 7 a，ダウンキー 7 bと、勾配を設定するアップキー 7 c , ダウンキー 7 dと、ダイレクトティーチボタン 7 eと、表示部 7 f ， 7 gとから構成される。数値入力方式の場合には、アップキー 7 a，ダウンキ一7 bを操作することにより、レーザ基準面 Rからの深さを設定することができ、設定結果は、表示部 7 f に表示される。また、ダイレクトティーチ方式の場合には、ダイレクトティーチボタン 7 eが操作されると、そのときの車体 1 Bに対する目標掘削面が演算され、設定されるとともに、レーザ基準面 Rに対するバケツ卜の位置がレーザ基準面からの深さとして演算され、設定される。また、いずれの場合も、アップキー 7 ダウンキー 7 dを操作することにより、レーザ基準面及び目標掘削面の勾配を設定することができ、設定結果は、表示部 7 gに表示される。設定器 7は、ォペレ一夕によって入力された掘削面のダイレクトティーチ信号或いは掘削深さ信号、及び勾配信号を設定 ·表示処理部 1 1に出力する。

次に、図 6を用いて、設定 '表示処理部 1 1の処理機能について説明する。この処理機能は、数値入力方式による場合のもので、モニタ座標への変換を油圧ショベルの車体 1 Bを基準として行うものである。

図 6は、設定 ·表示処理部 1 1の処理機能をブロック線図で表したものであり、設定 ·表示処理部 1 1は、バケツト爪先の座標演算部 1 1 aと、車体とレーザ基準面の位置関係演算部 1 1 bと、レーザ基準面と目標掘削面の位置関係（深さ）記憶部 1 1 cと、車体と目標掘削面の位置関係演算 ·記憶部 1 1 dと、車体とレ一ザ基準面の位置関係をモニタ座標に変換する演算部 1 1 eと、車体と目標掘削面の位置関係をモニタ座標に変換する演算部 1 1 f と、レーザ基準面の画像生成演算部 1 l gと、目標掘削面の画像生成演算部 1 l hと、設定値の表示演算部 1 1 i と、車体の画像生成演算部 1 1 jの各機能を有している。

バケツト爪先の座標演算部 1 1 aは、図 7に示す車体 1 Bに関して設定された X— z座標系及び各部寸法と角度検出器 8 a, 8 b， 8 cの検出信号に基づいて、パケット爪先の X— z座標系の座標値（Pvx， Pvz) を、以下の式（1 ) 及び式 (2) より演算する。

Pvx=LVXcos (αΒ+ αΑ+ aV) +LAXcos (αΒ+ ah)

-f LBXcos αΒ+LFl … （1)

Pvz=-LVXsin (ひ B+ aA+ aV) - LAXsin (αΒ+ αΑ)

-LBXsinaB + LF2 … (2)

LV：バケツト長さ（バケツト回動中心とバケツト爪先間距離） LA：アーム長さ（アーム回動中心とバケツト回動中心間距離） LB：ブーム長さ（ブーム回動中心とアーム回動中心間距離）

LF1 ： X— z座標系におけるブーム回動中心の X座標値

LF2： X— z座標系におけるブーム回動中心の z座標値

ひ B：ブーム回動角

αΑ：アーム回動角

«V：バケツト回動角

ここで、 X— z座標系は油圧ショベルの車体 1 Bの所定位置、例えば車体 1 B の底面中央部を原点とした直交座標系である。また、図 7には、目標掘削面が符号 Tにて示されている。車体とレーザ基準面の位置関係演算部 1 1 bは、レーザ受光器 1 0 bによってレーザ光を受光した際のレーザ受光器 1 0 bの X— z座標系の座標値（PLx, P Lz) と、設定器 7によって設定された勾配 /3とから、 X— z座標系におけるレーザ基準面 Rの一次式を演算する。

ここで、レーザ受光器 1 0 bによってレーザ光を受光した際のレ一ザ受光器 1 0 bの X— z座標系の座標値（PLx, PLz) は、各部寸法と角度検出器 8 a， 8 bの検出信号に基づいて、上記式（1) 及び式（2) と同様に以下の式（1A) 及び式（2A) より演算する。

PLx=LFXcos (αΒ+ αΑ— «L) + LBXcos αΒ+ LF1 … ( 1 A)

PLz=-LFXsin (ひ B+ aA— a L) - LBXsinaB + LF2 ·■· ( 2 A)

LF：アーム回動中心とレーザ受光器 1 0 b間の距離

ah アーム回動中心とバケツト回動中心間直線に対するレーザ受光器の取り付け角度

また、 X— z座標系におけるレーザ基準面 Rの一次式は、座標値（PLx, PL z) を通過する勾配 ;3の直線なので、以下の式（3) となる。

z =tan 3 · x+ (PLz— tan/3 · PLx) … (3)

レーザ基準面と目標掘削面の位置関係（深さ）記憶部 1 l cは、設定器 7によつて設定されたレーザ基準面 Rに対する深さ設定値 L dを記憶する。

車体と目標掘削面の位置関係演算 ·記憶部 1 1 dは演算部 1 1 bによって演算された車体とレーザ基準面との位置関係と、記憶部 1 1 cに記憶された深さ設定値 L dとから、 X— z座標系における目標掘削面 Tの一次式を、以下の式（4) より演算する。例えば、レーザ基準面 Rの一次式が z =tan 3 · x+ (PLz— tan β · PLx) 、深さ設定値が L dならば、目標掘削面 Tの一次式は、

z =tani3 · X + (PLz— tan/3 · PLx) +L d -- (4)

となる。

車体とレーザ基準面の位置関係をモニタ座標に変換する演算部 1 l eは、レ一ザ基準面 Rの一次式、例えば z =tani3 · x+ (PLz— tan/3 · PLx) を図 8に示すモニタ 1 2の表示部 2 0上の x„，一 z_m座標系の座標値に変換する。図 8において、 x_m— z_m座標系の座標面は 2次元のドットマトリクスで構成されており、座標（X_ml， Z ml) , (Xm2, Z _m2) で囲まれた領域を表示範囲とする。また、表示部 20には油圧ショベルの模式図 12 cが固定的に表示され、 χ_m— Zπ₁座標系の原点 O_mは、車体 1 Bの X— z座標系の原点 Oに合わせてその模式図 1 2 cで示される油圧ショベルの底面中央に設定される。

ここで、 x_mlが X— z座標系における X,に相当すると仮定すると、スケールニ ^ ，となる。よって、レーザ基準面の一次式 z = tan /3 · x+ (PLz-ta n3 · PLx) は、 x_m_ z_m座標系においては、

z_m=tan 3 · x_m+ (PLz-tan/3 · PLx) ΧΚ··· (6)

となる。

車体と目標掘削面の位置関係をモニタ座標に変換する演算部 1 1 ίは、演算部 1 1 eと同様に、目標掘削面 Tの一次式、例えば前述の式（4) 、 z=tan/3 · x + (PLz-tan/3 - PLx) +Ldを、図 8に示す表示部 20上の x _m— z _m座標系の座標値に変換する。この場合、演算部 1 1 eと同様にスケール K=x_mlZ_{X l}とすると、目標掘削面 Tの一次式は、 x_m— z_m座標系においては、

z _m=tan 3 · x_m+ { (PLz-tani3 · PLx) +L d } ΧΚ··· (7)

となる。

レーザ基準面の画像生成演算部 1 1 gは、演算部 1 1 eにより得られたレーザ基準面 Rの一次式を、表示部 20の x_m— z_m座標面上に直線として表示する画像信号を生成 ·出力する処理を行い、レーザ基準面 Rの直線を図 9に破線 12 aとして示すようにモニタ 1 2の表示部 20に表示させる。

目標掘削面の画像生成演算部 1 l hは、演算部 1 1 f により得られた目標掘削面 Tの直線を、表示部 20の x_m— z_m座標面上に表示する画像信号を生成 ·出力する処理を行い、目標掘削面 Tの直線を図 9に実線 1 2 bとして示すようにモニ夕 1 2の表示部 20に表示させる。

油圧ショベルの車体の画像生成演算部 1 1 jは、油圧ショベルの車体 1 Bの画像を模式図で生成し、生成された模式図を表示部 20の x_m— z_m座標面上に、油圧ショベルの底面中央が原点〇_mに一致するよう固定的に表示する画像信号を生成 -出力する処理を行い、その模式図を図 9に 1 2 cで示すように、モニタ 1 2の表示部 20に表示させる。設定値の表示演算部 1 1 iは、目標掘削面 Tの勾配 3、レーザ基準面 Rと目標掘削面 Tとの深さ方向の距離 L d及びレーザ基準面 Rからバケツト爪先までの距離 LPvなどのデータを入力及び演算する。ここで、距離 LPvの演算式は、以下の式（8) のようになる。

LPv=Pvz-tan 3 · Pvx- (PLz-tan^ · PLx) … (8)

そして、表示演算部 1 1 iは、目標掘削面 Tの勾配（設定勾配） β、レーザ基準面 Rと目標掘削面 Τとの深さ方向の距離（設定深さ） Ld及びレーザ基準面 R からバケツト爪先までの距離（爪先深さ） LPvを、表示部 20の x_m— z_m座標面上に数値で表示する画像信号を生成 ·出力する処理を行い、それらを図 9に示すように、例えば、モニタ 12の表示部 20の左上に表示させる。

以上のようにして、車体 1 Bと目標掘削面 Tとレーザ基準面 Rの位置関係及びそれに付属する数値が、モニタ 12の表示部 20上に、図 9に示すように表示される。

次に、図 6及び図 10を用いて、本実施の形態による目標掘削面の数値入力方式による設定手順及びその目標掘削面に基づきレーザ基準面（外部基準）尺から所定深さ ·勾配の面を連続的に掘削する操作手順について説明する。

最初に、掘削開始位置での目標掘削面の設定作業及び掘削作業について説明する。

(手順 1 )

最初に、図 10に示すように、ォペレ一夕は、レーザ灯台 10 aを操作して、設定しょうとする目標掘削面に対して平行になるようにレーザ基準面 Rを設定する。

(手順 2)

次に、オペレータは、図 5に示した設定器 7のキ一 7 a， 7 bを用いて、レ一ザ基準面 Rから目標掘削面 Tまでの深さ（高さ） Ldを入力し設定する。この設定操作によって、記憶部 1 1 cは、設定器 7によって設定されたレーザ基準面 R に対する目標掘削面 Tの深さ設定値 Ldを記憶する。オペレータは、更に、設定器 7のキ一 7 c, 7 dを用いて、勾配 i3を設定する。

(手順 3 ) 次に、オペレータは、図 1 0に示すように、アーム 1 bに取り付けられたレーザ受光器 1 0 bがレーザ光を受光するように、フロント装置 1 Aを動かす。この設定操作により、演算部 l i bは、レーザ受光器 1 0 bによってレーザ光を受光した際のレーザ受光器 1 0 bの X— z座標系の座標値（P Lx， P Lz) と、設定器 7によって設定された勾配 0とから、車体 1 Bの X— z座標系におけるレーザ基準面 Rの一次式を、式（3 ) より演算する。また、演算 ·記憶部 1 I dは、演算部 1 1 bによって演算された車体 1 Bとレーザ基準面 Rとの位置関係と、記憶部 1 1 cに記憶された深さ設定値 L dとから、車体 1 Bの X— z座標系における目標掘削面 Tの一次式を、式（4 ) より演算し、記憶する。

なお、手順 2の操作と手順 3のレーザ基準面 Rの一次式を演算するまでの操作は、手順 3の後、手順 2を行うようにしてもよい。

(手順 4 )

手順 2及び手順 3の操作設定の結果、更に演算部 1 1 e〜l 1 jによる演算処理が行われ、図 9に示したように、モニタ 1 2の表示部 2 0には、車体 1 Bとレ一ザ基準面 Rと目標掘削面 Tがそれぞれ模式図 1 2 cと破線 1 2 a及び実線 1 2 bで表示されると共に、目標掘削面 Tの勾配 i3、レーザ基準面 Rに対する目標掘削面 Tの設定深さ L d及びレーザ基準面 Rからバケツト爪先までの距離 L Pvが表示部 2 0の左上に表示される。

オペレータは、モニタ 1 2の表示を見ることにより、車体と目標掘削面の位置関係、及びレーザ基準面と目標掘削面の位置関係を視覚的に把握、認識して、設定状態が適切であるか否かを確認することができる。

(手順 5 )

オペレータは、フロント装置 1 Aを操作し、領域制限掘削制御により演算 -記憶部 1 1 dに記憶された目標掘削面 Tを自動掘削する。

(手順 6 )

所定範囲の目標掘削面の掘削が終了すると、図 1 0に示すように、車体 1 Bを移動する。

次に、移動後の目標掘削面の設定作業及び掘削作業について説明する。

(手順 7 ) 車体の移動後、オペレータは、図 1 0に示すように、アーム l bに取り付けられたレーザ受光器 1 0 bがレーザ光を受光するように、フロント装置 1 Aを動かす。この操作により、演算部 l i bは、車体 1 Bとレーザ基準面 Rの位置関係を演算して、車体 1 Bの移動によって生じる車体位置の変化を補正する。

ここで、記憶部 1 1 cに記憶されている設定時に設定器 7によって設定されたレーザ基準面に対する深さ設定値 L dは変更がないため、演算 ·記憶部 1 I dは、演算部 1 1 bによって演算された車体 1 Bとレーザ基準面 Rとの位置関係と、記憶部 1 1 cに記憶された深さ設定値 L dとから、車体 1 Bの X— z座標系における目標掘削面 Tの一次式を、上述の式（4 ) より演算して、更新記憶する。これによって、車体 1 Bが移動した後も、車体 1 Bの移動によるレーザ基準面 Rに対する車体 1 Bの位置の変化は補正され、レーザ基準面 Rに対して所定の位置関係にある目標掘削面 Tに対して、領域制限掘削制御を継続して行うことができる。 (手順 8 )

オペレータは、フロント装置 1 Aを操作し、領域制限掘削制御により演算 ·記憶部 1 1 dに記憶された目標掘削面 Tを自動掘削する。

(手順 9 )

以後、手順 6〜手順 8を繰り返すことにより、車体 1 Bを移動しながら、レーザ基準面 Rを基準として、レーザ基準面 Rに対して所定の深さ、勾配の面を自動掘削する。

以上のように構成した本実施の形態によれば、運転室内に設置されたモニタ 1 2上に、目標掘削面 Tとレーザ基準面 Rを示す線 1 2 a， 1 2 bを、車体 I Bの模式図 1 2 cに重ねて表示するので、車体 1 Bと目標掘削面 Tの位置関係だけでなく、レーザ基準面 Rと目標掘削面 Tの位置関係も視覚的に認識できるようになり、所定の深さの面まで長距離に亘つて連続的に掘削する場合の目標掘削面丁の設定ミスをすることなく、目標掘削面 Tの設定を容易に行える。

また、外部基準面 Rと目標掘削面 Tとの距離及び勾配データ、作業具とレーザ基準面 Rとの距離等を数値で表示することにより、車体 1 Bと目標掘削面 Τ · レ一ザ基準面 Rとの位置関係を分かり易くオペレータに表示し、目標掘削面 Τの設定ミスを更に確実に防ぐことができる。次に、図 1 1及び図 12を用いて、本発明の第 2の実施の形態による設定 '表示処理部 1 1 Aの処理機能について説明する。この処理機能は、数値入力方式による場合のもので、モニタ座標への変換を目標掘削面を基準として行うものである。なお、図 1 1において、図 6と同一符号は、同一部分を示している。

本実施の形態に係わる油圧ショベルの構成は図 1及び図 2に示すものと同様であり、本実施の形態に係わる制御ュニットのハード構成も図 3に示すものと同様である。

図 1 1において、設定，表示処理部 1 1A力図 6に示した設定 ·表示処理部 1 1と異なる点は、図 6における演算部 1 1 e〜l 1 h, 1 1 jに代えて、レーザ基準面と目標掘削面の位置関係をモニタ座標に変換する演算部 1 l kと、車体と目標掘削面の位置関係をモニタ座標に変換する演算部 1 lA f と、レーザ基準面の画像生成演算部 1 1 Agと、目標掘削面の画像生成演算部 1 1 Ahと、車体の画像生成演算部 1 lAj とを備えていることである。

レーザ基準面と目標掘削面の位置関係をモニタ座標に変換する演算部 1 1 kは、記憶部 1 1 cに記憶されたレーザ基準面 Rに対する目標掘削面 Tの深さ設定値 L dを用い、目標掘削面 T上の所定位置（例えば X— z座標系の X軸と目標掘削面 Tとの交点）を原点として設定した中間の直交座標系におけるレーザ基準面尺の一次式を演算する。次いで、この一次式を、図 12に示すモニタ 12の表示部 2 0上の x_m— z_m座標系の座標値に変換する。図 12において、表示部 20には目標掘削面 Tの線 12 bが表示され、 x_m— z_m座標系の原点〇_mは、目標掘削面 T上の上記所定位置に対応する線 12 b上の位置に固定的に設定される。 Xm— z_m座標系へ座標変換する方法は、第 1の実施の形態における演算部 1 1 eで説明したのと同様である。

車体と目標掘削面の位置関係をモニタ座標に変換する演算部 1 ΙΑίは、演算部 1 1 dで演算した車体 1 Βの χ_ζ座標系における目標掘削面 Τの一次式を用い、上記中間の座標系における車体 1 Βの位置を演算し、その値を図 12に示す表示部 20上の Xm— z_m座標系の座標値に変換する。車体 1 Bの位置としては X 一 z座標系の原点〇の位置を用いる。

レーザ基準面の画像生成演算部 1 1 Agは、演算部 1 1 kにより得られたレーザ基準面 Rの一次式を、表示部 2 0の X m— Z m座標面上に直線として表示する画像信号を生成 ·出力する処理を行い、レーザ基準面 Rの直線をモニタ 1 2の表示部 2 0に表示させる。

車体の画像生成演算部 1 l A jは、油圧ショベルの車体 1 Bの画像を模式図で生成し、生成された模式図を表示部 2 0の x _m— z _m座標面上の演算部 1 l A fで演算された座標位置に表示する画像信号を生成 ·出力する処理を行い、その模式図をモニタ 1 2の表示部 2 0に表示させる。

目標掘削面の画像生成演算部 1 l A hは、設定器 7によって設定された勾配 /3 を用い、表示部 2 0の x _m— z _m座標の原点〇_mを通る傾き) 3の直線の画像信号を生成 ·出力する処理を行い、目標掘削面 Tの直線をモニタ 1 2の表示部 2 0に表示させる。

以上のようにして、車体 1 Bと目標掘削面 Tとレーザ基準面 Rの位置関係が、モニタ 1 2の表示部 2 0上に、図 9に示すように表示される。

本実施の形態によっても、第 1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。次に、図 1 3及び図 1 4を用いて、本発明の第 3の実施の形態による設定 ·表示処理部 1 1 Bの処理機能について説明する。この処理機能は、数値入力方式による場合のもので、モニタ座標への変換をレーザ基準面を基準として行うものである。なお、図 1 3において、図 6と同一符号は、同一部分を示している。

本実施の形態に係わる油圧ショベルの構成は図 1及び図 2に示すものと同様であり、本実施の形態に係わる制御ュニッ卜のハード構成も図 3に示すものと同様である。

図 1 3において、設定 ·表示処理部 1 1 Bが、図 6に示した設定 ·表示処理部 1 1と異なる点は、図 6における演算部 1 1 e〜l 1 h , 1 1 jに代えて、車体とレーザ基準面の位置関係をモニタ座標に変換する演算部 1 I B eと、レーザ基準面と目標掘削面の位置関係をモニタ座標に変換する演算部 1 l B kと、車体の画像生成演算部 1 1 B jと、目標掘削面の画像生成演算部 1 1 B hと、レーザ基準面の画像生成演算部 1 1 B gを備えていることである。

車体とレーザ基準面の位置関係をモニタ座標に変換する演算部 1 1 B eは、演算部 1 1 bで演算した車体 1 Bの X — z座標系におけるレーザ基準面 Rの一次式を用い、レーザ基準面 R上の所定位置（例えば X— z座標系の X軸とレーザ基準面 Rとの交点）を原点として設定した中間の直交座標系における車体 1 Bの位置を演算し、その値を図 14に示す表示部 20上の x_m— z_m座標系の座標値に変換する。車体 1 Bの位置としては X— z座標系の原点〇の位置を用いる。また、図 14において、表示部 20にはレーザ基準面 Rの線 12 aが表示され、 x_m— z_m 座標系の原点〇_mは、レーザ基準面 R上の上記所定位置に対応する線 12 a上の位置に固定的に設定される。 x_m— z_m座標系へ座標変換する方法は、第 1の実施の形態における演算部 11 eで説明したのと同様である。

レーザ基準面と目標掘削面の位置関係をモニタ座標に変換する演算部 1 1 B k は、記憶部 1 1 cに記憶されたレーザ基準面 Rに対する目標掘削面 Tの深さ設定値 Ldを用い、上記中間の直交座標系における目標掘削面 Tの一次式を演算し、更にこの一次式を、図 14に示すモニタ 12の表示部 20上の x_m— z_m座標系の座標値に変換する。

車体の画像生成演算部 B jは、油圧ショベルの車体 1 Bの画像を模式図で生成し、生成された模式図を表示部 20の x_m— z_m座標面上の演算部 1 1 Beで演算された座標位置に表示する画像信号を生成 ·出力する処理を行い、その模式図をモニタ 12の表示部 20に表示させる。

目標掘削面の画像生成演算部 1 l Bhは、演算部 1 l Bkにより得られた目標掘削面 Tの一次式を、表示部 20の Xm— z_m座標面上に直線として表示する画像信号を生成 ·出力する処理を行い、目標掘削面 Tの直線をモニタ 12の表示部 2 0に表示させる。

レーザ基準面の画像生成演算部 1 l Bgは、設定器 7によって設定された勾配 ]3を用い、表示部 20の x_m_ z_m座標の原点 O_mを通る傾き) 3の直線の画像信号を生成 ·出力する処理を行い、レーザ基準面 Rの直線をモニタ 12の表示部 20に表示させる。

以上のようにして、車体 1 Bと目標掘削面 Tとレーザ基準面 Rの位置関係が、モニタ 12の表示部 20上に、図 9に示すように表示される。

本実施の形態によっても、第 1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。次に、図 7及び図 1 5を用いて、本発明の第 4の実施の形態による設定 '表示処理部 1 1 cの処理機能について説明する。この処理機能は、ダイレクトティ一チ方式による場合のものである。なお、図 15において、図 6と同一符号は、同一部分を示している。

図 15において、設定 ·表示処理部 1 1 Cが、図 6に示した設定 ·表示処理部 1 1と異なる点は、図 6におけるレーザ基準面と目標掘削面の位置関係（深さ）記憶部 1 1 cと、車体と目標掘削面の位置関係演算 ·記憶部 1 1 dとに代えて、車体と目標掘削面の位置関係演算 ·記憶部 1 1 sと、レーザ基準面と目標掘削面の位置関係（深さ）演算 ·記憶部 1 1 tを備えていることである。

目標掘削面の位置関係演算 ·記憶部 1 1 sは、設定器 7からダイレクトティーチ信号が入力されたときにバケツト爪先の座標演算部 1 1 aによって演算されたバゲット爪先の X— z座標系の座標値（Pcx， Pcz) と、設定器 7により設定されたレーザ基準面 Rの勾配 0とから、車体 1 Bの X— z座標系における目標掘削面 Tの一次式を、以下の式（9) より演算し、記憶する。

z =taniS · X + (Pcz-tani3 · Pcx) … (9)

レーザ基準面と目標掘削面の位置関係（深さ）演算 ·記憶部 1 1 tは、演算部 1 1 bによって演算された車体 1 Bとレーザ基準面 Rとの位置関係（レーザ受光器 10 bによってレーザ光を受光した際のレーザ受光器 10 bの X— z座標系の座標値（PLx， PLz) と、設定器 7によって設定された勾配 )3とから計算された、前述した式（3) で表される X— z座標系におけるレーザ基準面 Rの一次式）と、演算 ·記憶部 1 1 sに記憶された車体 1 Bの X— z座標系における目標掘削面 T の上記式（9) の一次式とから、レーザ基準面 Rと目標掘削面 Tとの深さ方向の距離 Ldを演算し、記憶する。ここで、深さ方向の距離 Ldの演算式は、以下の式（10) のようになる。

L d = (目標掘削面の一次式の切片）一（レーザ基準面の一次式の切片）… （ 1 0)

また、図中破線は、車体移動後の処理の流れを示しており、車体の移動後は、演算部 1 l bによって演算された車体 1 Bの x— z座標系におけるレーザ基準面 Rの一次式（前述の式（3) ) と、演算，記憶部 1 1 tに記憶されたレーザ基準面 Rと目標掘削面 Tの深さ方向の距離 L dと力ら、車体 1 Bの X— z座標系における目標掘削面 Tの一次式を、前述の式（4) より演算する。

z =tan/3 · X + (PLz-tani3 - PLx) +L d- (4)

演算部 1 1 e〜l 1 iの処理機能は図 6に示す第 1の実施の形態におけるものと同じである。ただし、演算部 1 1 f は、車体 1 Bの X— z座標系における目標掘削面 Tの一次式として、車体移動前の最初の掘削位置では上記式（9) を用い、車体移動後は上記（4) 式を用い、目標掘削面 Tの一次式をモニタ 12上の座標系 x_m— z_m座標に変換する。

以上のように処理された結果、車体と目標掘削面とレーザ基準面の位置関係及びそれに付属する数値が、モニタ 12上に、図 9に示すように表示される。

次に、図 15及び図 10を用いて、本実施の形態による目標掘削面のダイレクトティーチ方式による設定手順及びその目標掘削面に基づきレーザ基準面（外部基準） Rから所定深さ ·勾配の面を連続的に掘削する処理手順について説明する。最初に、掘削開始位置での目標掘削面の設定作業及び掘削作業について説明する。

(手順 1 )

最初に、図 10に示すように、オペレータは、レーザ灯台 10 aを操作して、設定しょうとする目標掘削面に対して平行になるようにレーザ基準面 Rを設定する。

(手順 2)

次に、オペレータは、図 7で二点鎖線で示すように、フロント装置 1 Aを動かして、パケット 1 cの爪先を掘削したい点に移動し、図 5に示したダイレクトティーチキー 7 eを押す。また、この前後に、オペレータは、設定器 7のキー 7 c, 7 dを用いて、勾配 i3を設定する。

この設定操作によって、演算部 1 1 aは、図 7に示す車体 1 Bの X— z座標系及び各部寸法に基づいて、パケット爪先の X— z座標系の座標値（Pcx， Pcz) を、式（1) 及び式（2) を用いて演算する。また、演算 '記憶部 1 1 sは、そのバゲット爪先の x— z座標系の座標値（P cx， P cz) と、レーザ基準面の勾配 /3とから、車体 1 Bの X— z座標系における目標掘削面 Tの一次式を、式（9 ) により演算し、記憶する。

(手順 3 )

次に、オペレータは、図 1 0に示すように、アーム 1 bに取り付けられたレ一ザ受光器 1 0 bがレーザ光を受光するように、フロント装置 1 Aを動かす。この設定操作により、演算部 l i bは、レーザ受光器 1 0 bによってレーザ光を受光した際のレーザ受光器 1 0 bの X— z座標系の座標値（P Lx, P Lz) と、設定器 7によって設定された勾配 /3とから、車体 1 Bの X— z座標系におけるレーザ基準面 Rの一次式を、式（3 ) より演算する。また、演算 ·記憶部 1 1 tは、演算部 1 1 bによって演算された車体 1 Bとレーザ基準面 Rとの位置関係と、演算 ' 記憶部 1 1 sに記憶された車体 1 Bの X— z座標系における目標掘削面 Tの一次式とから、深さ設定値 L dを式（1 0 ) より演算し、記憶する。

なお、手順 2と手順 3のレーザ基準面 Rの一次式を演算するまでの操作は、手順 3の後、手順 2を行うようにしてもよい。

(手順 4 )

手順 2及び手順 3の操作設定の結果、更に演算部 1 1 e〜l 1 j による演算処理が行われ、図 9に示したように、モニタ 1 2の表示部 2 0には、車体 1 Bとレ —ザ基準面 Rと目標掘削面 Tがそれぞれ模式図 1 2 cと破線 1 2 a及び実線 1 2 bで表示されると共に、目標掘削面 Tの勾配 /3、レーザ基準面 Rに対する目標掘削面 Tの設定深さ L d及びレーザ基準面 Rからバケツト爪先までの距離 L Pvが表示部 2 0の左上に表示される。

(手順 5 )

オペレータは、フロント装置 1 Aを操作し、領域制限掘削制御により演算 ·記憶部 1 1 sに記憶された目標掘削面を自動掘削する。

(手順 6 ) 所定範囲の目標掘削面の掘削が終了すると、図 1 0に示すように、車体 1 Bを移動する。

(手順 7 )

車体の移動後、オペレータは、図 1 0に示すように、アーム l bに取り付けられたレーザ受光器 1 0 bがレーザ光を受光するように、フロント装置 1 Aを動かす。この操作により、演算部 1 l bは、車体 1 Bとレーザ基準面 Rの位置関係を演算して、車体 1 Bの移動によって生じる車体位置の変化を補正する。

ここで、演算 ·記憶部 1 1 tに記憶されているレーザ基準面に対する深さ設定値 dは変更がないため、演算 ·記憶部 1 1 sは、演算部 1 1 bによって演算された車体 1 Bとレーザ基準面 Rとの位置関係と、演算 ·記憶部 1 1 tに記憶された深さ設定値 L dとから、車体 1 Bの X— z座標系における目標掘削面 Tの一次式を、上述の式（4 ) より演算して、更新記憶する。これによつて、車体 1 Bが移動した後も、車体 1 Bの移動によるレーザ基準面 Rに対する車体 1 Bの位置の変化は補正され、レーザ基準面 Rに対して所定の位置関係にある目標掘削面丁に対して、領域制限掘削制御を継続して行うことができる。

(手順 8 )

オペレータは、フロント装置 1 Aを操作し、領域制限掘削制御により演算 .記憶部 1 1 sに記憶された目標掘削面 Tを自動掘削する。

(手順 9 )

以上のように構成した本実施の形態によれば、ダイレクトティーチ方式においても、第 1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

図 1 5に示した実施の形態においては、演算部 1 l b、演算 '記憶部 1 1 s， 1 1 tで車体 1 Bとレーザ基準面 Rと目標掘削面 Tの位置関係を演算した後のモ二夕座標への変換を行い画像信号を生成 ·出力する処理は、図 6に示す第 1の実施の形態における演算部 1 1 e〜l 1 h , 1 1 j と同じであるとした。演算部 1 l e〜 l l h , 1 1 jは車体基準でモニタ座標への変換を行う場合のものである。しかし、モニタ座標への変換は、第 2及び第 3の実施の形態と同様、目標掘削面或いはレーザ基準面を基準として行ってもよい。

図 1 6及び図 1 7はそのような場合の設定 ·表示処理部の処理機能を示すプロック図である。つまり、図 1 6は、本発明の第 5の実施の形態として、モニタ座標への変換を目標掘削面を基準として行う場合の設定 ·表示処理部 1 1 Dの処理機能を示し、図 1 7は、本発明の第 6の実施の形態として、モニタ座標への変換をレーザ基準面を基準として行う場合の設定 ·表示処理部 1 1 Eの処理機能を示す。図 1 6において、図 1 1及び図 1 5と同一符号は、同一部分を示している。図 1 7において、図 1 3及び図 1 5と同一符号は、同一部分を示している。

これら実施の形態によっても、ダイレクトティーチ方式において、第 1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

次に、図 1 8を用いて、本発明の目標掘削面設定装置の表示装置における第 2 の表示例について説明する。

図 9において説明したように、モニタ 1 2の表示部 2 0には、レーザ基準面 R の直線 1 2 aと、目標掘削面 Tの直線 1 2 bと、油圧ショベルの車体 1 Bの模式図 1 2 cとが表示されているが、本例においては、さらに、目標掘削面とバケツト先端の位置関係を明確にするために、表示部 2 0の画面上に現在のバケツト先端位置 1 2 dを重ねて表示し、かつ表示部 2 0の画面上の補助線として、車体 1 Bの下部走行体に沿って地面を表す線 1 2 eを表示するようにしている。これにより、現在の作業具の位置や地面との関係を含め、現状をさらに正確に把握することができる。

次に、図 1 9を用いて、本発明の目標掘削面設定装置の表示装置における第 3 の表示例について説明する。

本例においては、図 1 8の表示例に対し、パケット等の作業具の位置をバケツトの模式図 1 2 dで表示し、かつ車体前後方向の傾斜を検出する傾斜計を備えることにより、車体 1 Bの下部走行体に沿って地面を表す線 1 2 e及び車体 1 Bの模式図 1 2 aを、検出された傾斜に応じて傾けて表示するようにしている。従つて、現在の作業具の位置や車体の傾斜、地面の状態を含め、現状をさらに正確に把握することができる。

本発明の更に他の実施の形態を図 2 0及び図 2 1により説明する。本実施の形態は、制御ユニットに設けられる設定 '表示処理部から表示処理部を分離し、表示処理部を制御ュニットと別体の表示処理ュニットに設けたものである。図 2 0 及び図 2 1において、それぞれ図 4及び図 6と同等の部材には同じ符号を付している。

図 2 0において、制御ユニット 9 Fは、目標掘削面 Tを設定すると共に、車体 1 Bとレーザ基準面 Rと目標掘削面 Tの位置関係を演算する設定処理部 1 1 F a と、領域制限掘削制御を行う掘削制御部 1 4とを有している。また、制御ュニット 9 Fと別体の表示処理ュニット 1 1 F bが備えられている。

図 2 1において、設定処理部 1 1 F aは、バケツト爪先の座標演算部 1 1 aと、車体とレーザ基準面の位置関係演算部 1 l bと、レーザ基準面と目標掘削面の位置関係（深さ）記憶部 1 1 cと、車体と目標掘削面の位置関係演算 ·記憶部 1 1 dの角機能を有している。表示処理ユニット 1 l F bは、車体とレーザ基準面の位置関係をモニタ座標に変換する演算部 1 1 eと、車体と目標掘削面の位置関係をモニタ座標に変換する演算部 1 1 f と、レーザ基準面の画像生成演算部 1 1 g と、目標掘削面の画像生成演算部 1 l hと、設定値の表示演算部 1 1 iと、車体の画像生成演算部 1 1 jの各機能を有している。

モニタ 1 2は運転室内の運転席斜め前方のコーナー部に設置され、制御ュニット 9 F aは例えば運転室内の運転席後方下部に設置され、表示処理ュニット 9 b は例えば運転席側方のコンソールボックスに設置される。

本実施の形態によっても、第 1の実施の形態と同様の効果が得られる。

また、本実施の形態によれば、画像信号を生成 ·出力する処理を専用の処理ュニット 1 1 F bで行うようにしたので、表示処理ユニット 1 1 F bに、通信衛星を介した保守 ·点検情報等、他の情報の画像信号を生成 ·出力する処理機能を持たせることが容易となり、表示装置の多目的使用が可能となる。

なお、本発明の目標掘削面設定装置及び表示装置は、その詳細が上述の例に限定されず、種々の変形が可能である。一例として、上記の実施の形態では、外部基準としてレーザ光によるレーザ基準面を用いたが、水糸等、それ以外の外部基準であってもよい。水糸を外部基準とする場合は、パケットの爪先が水糸に接触するようフロント装置を動かし、その状態でトリガスィッチを押し、そのときの角度検出器 8 a， 8 b , 8 cの検出値を用いて演算部 1 1 bで車体とレーザ基準面の位置関係を演算させればよい。また、レーザ基準面を用いる場合も、アーム側面にレーザ受光器 1 0 bを設置したが、レーザ受光器 1 0 bに代え、アーム側面にパネル、ペイント等でフロント基準の印を付け、その印にレーザ光が当たつたときにトリガスィッチを押すことで、水糸の場合と同様に、演算部 l i bで車体とレーザ基準面の位置関係を演算させることができる。

また、本発明は、目標掘削面の設定後の掘削に際しては、領域制限掘削制御に限らず、他の掘削制御を行うようにしてもよいものである。また、表示装置への表示例としては、図 9、図 1 8若しくは図 1 9に示したものにおいて、目標掘削面と外部基準面を描画する際に表示色や線種を変えて視覚的に区別しやすくしてもよいものである。

更に、上記実施の形態では操作レバ一は電気レバーとしたが、油圧パイロットレバーでもよい。また、フロント装置 1 Aの位置と姿勢に関する状態量を検出する手段として回動角を検出する角度計を用いたが、シリンダのストロークを検出してもよい。産業上の利用可能性

本発明によれば、外部基準を用いて、所定の深さの面まで長距離に亘つて連続的に掘削する場合の目標掘削面の設定を容易に行うことができるものとなる。

Claims

請求の範囲

1. 車体（IB) 外部に設置される外部基準（R) に対して平行に目標掘削面（T) を設定し、この目標掘削面に対してフロント装置（1A) を制御し、目標掘削面に沿って連続的に掘削可能とする掘削機械の目標掘削面設定装置において、

前記目標掘削面（T) を設定するための入力手段（7) と、

前記フロント装置（1A) の位置と姿勢に関する状態量を検出する検出手段（8a， 8b) と、

前記入力手段及び検出手段の信号を用い、前記車体（1B) と外部基準（R) と目標掘削面（T) の位置関係を演算する第 1演算手段（llb，llc;llb，lls，llt) と、前記第 1演算手段で演算した位置関係を用いて画像演算処理を行い、前記車体と外部基準と目標掘削面の位置関係を表示する画像信号を生成 ·出力する第 2演算手段（lie- llh，llj) とを備えることを特徴とする掘削機械の目標掘削面設定装

2. 請求項 1記載の掘削機械の目標掘削面設定装置において、

前記第 1演算手段は、

前記検出手段（8a，8b) の信号を用い、前記外部基準（R) に対する車体（1B) の位置関係を演算する第 1手段（lib) と、

少なくとも前記入力手段（7) の信号を用い、前記外部基準（R) と目標掘削面 (T) の位置関係を設定する第 2手段（llc:lls，llt) とを有することを特徴とする掘削機械の目標掘削面設定装置。

3. 請求項 1記載の掘削機械の目標掘削面設定装置において、

前記入力手段（7) は、前記外部基準（R) から前記目標掘削面（T) までの深さを入力する数値入力手段（7a，7b) を含み、

前記第 1演算手段は、

前記フロント装置（1A) が前記外部基準に対し所定の位置関係にあるときの前記検出手段（8a，8b) の信号を用い、前記車体（1B) と外部基準（R) の位置関係を演算する第 3演算手段（lib) と、

前記数値入力手段（7a, 7b) の信号を用い、前記外部基準と目標掘削面の位置関係を設定する第 1設定手段（11c) とを有することを特徴とする掘削機械の目標掘削面設定装置。

4 · 請求項 3記載の掘削機械の目標掘削面設定装置において、

前記第 1演算手段は、更に、前記第 3演算手段（lib) の演算値と前記第 1設定手段（11c) の設定値を用い、前記車体（1B) と目標掘削面（T) の位置関係を演算する第 4演算手段（lid) を有し、

前記第 2演算手段は、

前記第 3演算手段（lib) の演算値を、前記車体（1B) を基準として表示装置 (12) の表示部（20) に設定されるモニタ座標系の値に変換し、前記車体と外部基準（R) との位置関係を前記表示部に表示させる処理を行う第 1変換手段（lie, llg) と、

前記第 4演算手段（lid) の演算値を前記車体（1B) を基準として前記モニタ座標系の値に変換し、前記車体と目標掘削面との位置関係を前記表示部に表示させる処理を行う第 2変換手段（llf,llh) とを有することを特徴とする掘削機械の目標掘削面設定装置。

5. 請求項 1記載の掘削機械の目標掘削面設定装置において、

前記入力手段（7) は、前記フロント装置（1A) に備えられる作業具（lc) が目標とする深さにあるときに操作されるダイレクトティーチ指示手段（7e) を含み、前記第 1演算手段は、

前記ダイレクトティーチ指示手段（7e) が操作されたときの前記検出手段（8a， 8b, 8c) の信号を用い、前記車体（1B) と目標掘削面（T) の位置関係を演算する第 4演算手段（11a, lis) と、

前記フロント装置が前記外部基準（R) に対し所定の位置関係にあるときの前記検出手段（8a，8b) の信号を用い、前記車体と外部基準の位置関係を演算する第 5 演算手段（lib) と、前記第 4及び第 5演算手段の演算値を用い、前記外部基準と目標掘削面の位置関係を演算する第 6演算手段（lit) とを有することを特徴とする掘削機械の目標掘削面設定装置。

6. 請求項 5記載の捆削機械の目標掘削面設定装置において、

前記第 1演算手段は、更に、前記第 5及び第 6演算手段（lib, lit) の演算値を用い、前記車体（1B) と目標掘削面（T) の位置関係を演算する第 7演算手段（1 Is) を有し、

前記第 2演算手段は、

前記第 5演算手段（lib) の演算値を、前記車体（1B) を基準として表示装置 (12) の表示部（20) に設定されるモニタ座標系の値に変換し、前記車体と外部基準（R) との位置関係を前記表示部に表示させる処理を行う第 1変換手段（lie, llg) と、

前記第 4演算手段（11a, lis) 又は前記第 7演算手段（lis) の演算値を前記車体を基準として前記モニタ座標系の値に変換し、前記車体（1B) と目標掘削面との位置関係を前記表示部に表示させる処理を行う第 2変換手段（llf,llh) とを有することを特徴とする掘削機械の目標掘削面設定装置。

7. 請求項 1記載の掘削機械の目標掘削面設定装置において、

前記入力手段（7) は前記外部基準（R) の勾配を設定する手段（7c, 7d) を含み、前記第 1演算手段（lib, llc;llb，lls，llt) は、前記勾配の設定値も含めて前記車体（1B) と外部基準（R) と目標掘削面（T) の位置関係を演算し、

前記第 2演算手段（lle-llh，llj) は、前記勾配に応じた前記外部基準と目標掘削面とを表示するよう前記画像信号を生成することを特徴とする掘削機械の目標掘削面設定装置。

8. 請求項 1記載の掘削機械の目標掘削面設定装置において、

前記第 2演算手段（lle-llh，llj) の画像信号を用い、前記車体（1B) を示す画像（12c) と前記外部基準（R) 及び目標掘削面（T) を示す直線（12， 12b) を前記位置関係で表示する表示装置（12, 20) を更に備えることを特徴とする掘削機械の目標掘削面設定装置。

9 . 請求項 1記載の掘削機械の目標掘削面設定装置において、

前記第 1演算手段（l lb，l l c ; l lFa) は第 1制御ユニット（9F) に備えられ、前記第 2演算手段（l i e- l lh，l l j ) は前記第 1制御ユニットと別体の第 2制御ュニット（l lFb) に備えられることを特徴とする掘削機械の目標掘削面設定装置。

1 0 . 車体（1B) 外部に設置される外部基準（R) に対して平行に目標掘削面

(T) を設定し、この目標掘削面に対してフロント装置（1A) を制御し、目標掘削面に沿って連続的に掘削可能とする掘削機械の目標掘削面設定プログラムを記録した記録媒体（93) であって、

このプログラムは、コンピュータ（92) に、

前記目標掘削面（T) を設定するための入力手段（7) からの信号と、前記フロント装置（1A) の位置と姿勢に関する状態量を検出する検出手段（8a, 8b) からの信号とを用い、前記車体（1B) と外部基準（R) と目標掘削面（T) の位置関係を演算させ、

この演算した位置関係を用いて画像演算処理を行わせ、前記車体と外部基準と目標掘削面の位置関係を表示する画像信号を生成 ·出力させることを特徴とする掘削機械の目標掘削面設定プログラムを記録した記録媒体。

1 1 . 車体（1B) 外部に設置される外部基準（R) に対して平行に目標掘削面 (T) を設定し、この目標掘削面に対してフロント装置（1A) を制御し、目標掘削面に沿って連続的に掘削可能とする掘削機械の目標掘削面設定装置の表示装置 (12) において、

予め演算された前記車体（1B) と外部基準（R) と目標掘削面（T) の位置関係を表示する画像信号を取り込み、前記車体を示す画像 G 2c) と前記外部基準及び目標掘削面を示す直線（12a，12b) とを前記位置関係で表示する表示部（20) を備えることを特徴とする掘削機械の目標掘削面設定装置の表示装置。