WO2014077221A1 - 掘削機械の表示システム及び掘削機械 - Google Patents

掘削機械の表示システム及び掘削機械 Download PDF

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WO2014077221A1
WO2014077221A1 PCT/JP2013/080458 JP2013080458W WO2014077221A1 WO 2014077221 A1 WO2014077221 A1 WO 2014077221A1 JP 2013080458 W JP2013080458 W JP 2013080458W WO 2014077221 A1 WO2014077221 A1 WO 2014077221A1
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bucket
design surface
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measurement reference
reference point
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PCT/JP2013/080458
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栗原　隆
大司 岩永
Original Assignee
株式会社小松製作所
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    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/53—Determining attitude
    • G01S19/54—Determining attitude using carrier phase measurements; using long or short baseline interferometry

Definitions

  • the present invention relates to an excavating machine display system and an excavating machine equipped with the same.
  • Patent Document 1 describes a technique for showing a design difference and a bucket shape on an obtained screen in a backhoe work requiring precision such as slope finishing.
  • Patent Document 2 describes a technology of a display system for a construction machine that can accurately perform an excavation operation by displaying a bucket symbol corresponding to the type of bucket that is actually attached to the machine.
  • Patent Literature 1 and Patent Literature 2 When using a drilling machine such as a hydraulic excavator and setting a part of the design surface of the construction target as the target surface and excavating the ground of the work target according to this, the operator of the drilling machine needs distance information in the vicinity of the design surface. And In the techniques of Patent Literature 1 and Patent Literature 2, since the bucket shape is displayed, it is necessary to proceed with the construction while checking the screen of the display device visually or by monitoring. For this reason, the techniques of Patent Document 1 and Patent Document 2 cannot recognize the information on the shortest distance between the target surface and the bucket when a part of the design surface of the construction target is the target surface. There is a possibility of excavating the ground beyond the design surface.
  • the present invention aims to provide an operator with easy understanding of information on the shortest distance between the design surface and the bucket related to the construction result when the operator of the excavating machine proceeds with the construction according to the design surface.
  • a display system for an excavating machine having a working machine including a bucket and a main body part to which the working machine is attached, the information on the current position of the excavating machine, the information on the attitude of the main body part, and A working machine state detection unit for detecting information on the position of the tip of the bucket; a storage unit for storing position information of a design surface indicating design terrain and outer shape information of the bucket; and information on a current position of the excavating machine, Based on information on the posture of the main body, information on the position of the tip of the bucket, and information on the outer shape of the bucket, a plurality of positions determined in advance along the outer shape of the bottom of the bucket including at least the tip of the bucket A processing system for obtaining a measurement reference point closest to the design surface among measurement reference points for measurement is provided.
  • the processing unit obtains a distance from the measurement reference point to the design surface in the normal direction of the design surface as a design surface distance, and obtains information corresponding to the minimum value of the design surface distance as the shortest distance. Is preferably displayed on the screen of the display device.
  • a plurality of the measurement reference points are determined in advance along a cross section of the bucket cut along a plane parallel to the moving direction of the bucket and a width direction of the bucket, and the processing unit includes the processing unit, A distance from the measurement reference point to the design surface in the normal direction of the design surface is obtained as a design surface distance, and information corresponding to the minimum value of the design surface distance is displayed on the screen of the display device as the shortest distance. preferable.
  • the processing unit obtains a plurality of design surface distances with respect to the measurement reference points.
  • the processing unit issues an alarm based on the shortest distance.
  • the processing unit changes a mode of issuing a sound as the alarm according to the shortest distance.
  • the processing unit displays an image for specifying a measurement reference point closest to the design surface on the screen of the display device.
  • the image specifying the measurement reference point closest to the design surface is an image showing a normal line of the design surface.
  • a display system for an excavating machine having a working machine including a bucket and a main body part to which the working machine is attached, the information on the current position of the excavating machine, the information on the attitude of the main body part, and A working machine state detection unit for detecting information on the position of the tip of the bucket; a storage unit for storing position information of a design surface indicating design terrain and outer shape information of the bucket; and information on a current position of the excavating machine, Based on information on the posture of the main body, information on the position of the tip of the bucket, and information on the outer shape of the bucket, a plurality of positions determined in advance along the outer shape of the bottom of the bucket including at least the tip of the bucket Among the measurement reference points for measurement, the measurement reference point closest to the design surface is obtained, and the closest to the design surface in the normal direction of the design surface A processing unit for obtaining a distance from the measurement reference point to the design surface as a design surface distance; and display of the design surface distance and
  • an excavating machine comprising the excavating machine display system described above.
  • the present invention can provide the operator of the excavating machine with easy understanding of information on the shortest distance between the design surface and the bucket regarding the construction result when the operator of the excavating machine proceeds with the construction according to the design surface.
  • FIG. 1 is a perspective view of a hydraulic excavator 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a side view of the excavator 100.
  • FIG. 3 is a rear view of the excavator 100.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a control system provided in the excavator 100.
  • FIG. 5 is a diagram showing the design terrain indicated by the design terrain data.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a guidance screen.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a guidance screen.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining an example of a method for obtaining the current position of the blade edge P ⁇ b> 3 of the bucket 8.
  • FIG. 1 is a perspective view of a hydraulic excavator 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a side view of the excavator 100.
  • FIG. 3 is a rear view of the excavator 100.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a
  • FIG. 9 is a diagram for explaining an example of a method for obtaining the current position of the blade tip P3 of the bucket 8.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of obtaining the shortest distance of the bucket 8 to the design surface.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a procedure for storing the outer shape information of the bucket 8.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the outer shape information of the bucket 8.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a graphic example of the outer shape information of the bucket 8.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining the shortest distance between the design surface 45 when the blade edge P3 of the bucket 8 is viewed from above and the blade edge P3 of the bucket 8.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of obtaining the shortest distance of the bucket 8 to the design surface.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a procedure for storing the outer shape information of the bucket 8.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the outer
  • FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining the shortest distance between the design surface 45 when the outer shape of the bucket 8 is viewed from above and the bottom portion 8 ⁇ / b> C of the bucket 8.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining the shortest distance between the design surface 45 and the bucket 8 when the bucket 8 is viewed from the side.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining a collision of the design surface 70 caused by the bucket 8.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating an example of displaying the shortest distance between the bucket 8 and the design surface.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating another example of displaying the shortest distance between the bucket 8 and the design surface.
  • Embodiments (embodiments) for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
  • the present invention is not limited by the contents described in the following embodiments.
  • the following embodiment demonstrates a hydraulic excavator as an example of an excavation machine, if the excavation machine made into object is a construction machine which mounts
  • the embodiment may be applied to a backhoe loader as a construction machine, for example.
  • FIG. 1 is a perspective view of a hydraulic excavator 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a side view of the excavator 100.
  • FIG. 3 is a rear view of the excavator 100.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a control system provided in the excavator 100.
  • FIG. 5 is a diagram showing the design terrain indicated by the design terrain data.
  • a hydraulic excavator 100 as an excavating machine has a vehicle main body 1 and a work implement 2 as main body portions.
  • the vehicle main body 1 includes an upper swing body 3 and a traveling device 5.
  • the upper swing body 3 accommodates devices such as a power generation device and a hydraulic pump (not shown) inside the engine room 3EG.
  • the engine room 3EG is disposed on one end side of the upper swing body 3.
  • the excavator 100 uses, for example, an internal combustion engine such as a diesel engine as a power generation device, but the excavator 100 is not limited to this.
  • the hydraulic excavator 100 may include, for example, a so-called hybrid power generation device in which an internal combustion engine, a generator motor, and a power storage device are combined.
  • the upper swing body 3 has a cab 4.
  • the cab 4 is placed on the other end side of the upper swing body 3. That is, the cab 4 is arranged on the side opposite to the side where the engine room 3EG is arranged.
  • a display input device 38 and an operation device 25 shown in FIG. These will be described later.
  • the traveling device 5 has crawler belts 5a and 5b. The traveling device 5 is driven by a hydraulic motor (not shown), and the crawler belts 5a and 5b are rotated to travel the hydraulic excavator 100.
  • the work machine 2 is attached to the side of the cab 4 of the upper swing body 3.
  • the hydraulic excavator 100 may include a tire instead of the crawler belts 5a and 5b, and a traveling device that can travel by transmitting the driving force of a diesel engine (not shown) to the tire via a transmission.
  • a wheel-type hydraulic excavator may be used as the hydraulic excavator 100 having such a configuration.
  • the hydraulic excavator 100 includes a traveling device having such a tire, a work machine is attached to the vehicle main body (main body portion), and the upper swing body and the swing mechanism thereof are not provided as shown in FIG.
  • a backhoe loader may be used. That is, the backhoe loader is provided with a traveling device having a work machine attached to the vehicle body and constituting a part of the vehicle body.
  • the upper revolving unit 3 is on the front side where the work implement 2 and the cab 4 are arranged, and is on the side where the engine room 3EG is arranged.
  • the left side toward the front is the left of the upper swing body 3, and the right side toward the front is the right of the upper swing body 3.
  • the excavator 100 or the vehicle main body 1 is on the lower side of the traveling device 5 with respect to the upper swing body 3, and the upper side of the upper swing body 3 with respect to the traveling device 5.
  • the lower side is the vertical direction, that is, the gravity direction side
  • the upper side is the opposite side of the vertical direction.
  • the work machine 2 includes a boom 6, an arm 7, a bucket 8, a boom cylinder 10, an arm cylinder 11, and a bucket cylinder 12.
  • a base end portion of the boom 6 is swingably attached to a front portion of the vehicle main body 1 via a boom pin 13.
  • a base end portion of the arm 7 is swingably attached to a tip end portion of the boom 6 via an arm pin 14.
  • a bucket 8 is swingably attached to the tip of the arm 7 via a bucket pin 15.
  • the length of the boom 6, that is, the length from the center of the boom pin 13 to the arm pin 14 is L ⁇ b> 1.
  • the length of the arm 7, that is, the length from the center of the arm pin 14 to the center of the bucket pin 15 is L2.
  • the length of the bucket 8, that is, the length from the center of the bucket pin 15 to the cutting edge P3 of the bucket 8 is L3.
  • the blade tip P3 is the tip of the blade 8B attached to the bucket 8 on the side opposite to the bucket pin 15.
  • the tip of the blade 8B is the tip of the bucket 8 where the work machine 2 generates excavation force.
  • the outer shape of the bucket 8 from the bucket pin 15 to the cutting edge P3 normally protrudes and is called the bottom portion 8C.
  • the boom cylinder 10, the arm cylinder 11, and the bucket cylinder 12 shown in FIG. 1 are hydraulic cylinders that are driven by the pressure of hydraulic oil (hereinafter referred to as hydraulic pressure as appropriate).
  • the boom cylinder 10 drives the boom 6 to raise and lower it.
  • the arm cylinder 11 drives the arm 7 to rotate around the arm pin 14.
  • the bucket cylinder 12 drives the bucket 8 to rotate around the bucket pin 15.
  • a proportional control valve 37 shown in FIG. 4 is arranged between hydraulic cylinders such as the boom cylinder 10, the arm cylinder 11, and the bucket cylinder 12 and a hydraulic pump (not shown).
  • the work machine electronic control unit 26 to be described later controls the proportional control valve 37 to control the flow rate of the hydraulic oil supplied to the boom cylinder 10, the arm cylinder 11, and the bucket cylinder 12. As a result, the operations of the boom cylinder 10, the arm cylinder 11, and the bucket cylinder 12 are controlled.
  • the boom 6, the arm 7 and the bucket 8 are provided with a first stroke sensor 16, a second stroke sensor 17 and a third stroke sensor 18, respectively.
  • the first stroke sensor 16 detects the stroke length of the boom cylinder 10.
  • the display control device 39 (see FIG. 4), which will be described later, calculates the tilt angle ⁇ 1 of the boom 6 with respect to the Za axis of the vehicle body coordinate system, which will be described later, from the stroke length of the boom cylinder 10 detected by the first stroke sensor 16.
  • the second stroke sensor 17 detects the stroke length of the arm cylinder 11.
  • the display control device 39 calculates the tilt angle ⁇ 2 of the arm 7 with respect to the boom 6 from the stroke length of the arm cylinder 11 detected by the second stroke sensor 17.
  • the third stroke sensor 18 detects the stroke length of the bucket cylinder 12.
  • the display control device 39 calculates the inclination angle ⁇ 3 of the bucket 8 with respect to the arm 7 from the stroke length of the bucket cylinder 12 detected by the third stroke sensor 18.
  • the vehicle body 1 includes a work machine state detection unit 19.
  • the work machine state detection unit 19 detects the current position of the excavator 100, the posture of the vehicle body 1, and the current position of the blade tip P3.
  • the work machine state detection unit 19 includes two antennas 21 and 22 (hereinafter referred to as GNSS antennas 21 and 22 as appropriate) for RTK-GNSS (Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite Systems, GNSS is a global navigation satellite system). ), A three-dimensional position sensor 23, an inclination angle sensor 24, a first stroke sensor 16, a second stroke sensor 17, and a third stroke sensor 18.
  • the GNSS antennas 21 and 22 are installed in the vehicle main body 1, more specifically, the upper swing body 3.
  • the GNSS antennas 21 and 22 are installed apart from each other by a certain distance along the Ya axis of the vehicle body coordinate system described later.
  • the GNSS antennas 21 and 22 may be separated by a certain distance along the Xa axis of the vehicle body coordinate system, or may be separated by a certain distance in the plane of the Xa axis-Ya axis of the vehicle body coordinate system.
  • the GNSS antennas 21 and 22 are installed on the upper swing body 3 and at both end positions separated from each other in the left-right direction of the excavator 100. Further, it may be installed on the upper swing body 3 and behind the counterweight (not shown) (the rear end of the upper swing body 3) or the cab 4.
  • the GNSS antennas 21 and 22 are installed at positions as far apart as possible, the detection accuracy of the current position of the excavator 100 increases.
  • the GNSS antennas 21 and 22 are preferably installed at positions that do not hinder the visual field of the operator as much as possible.
  • the work machine state detection unit 19 can detect a vehicle state such as the current position and posture of the excavating machine (the hydraulic excavator 100 in the present embodiment).
  • a signal corresponding to the GNSS radio wave received by the GNSS antennas 21 and 22 is input to the three-dimensional position sensor 23.
  • the three-dimensional position sensor 23 detects the positions of the installation positions P1 and P2 of the GNSS antennas 21 and 22.
  • the inclination angle sensor 24 detects an inclination angle ⁇ 4 in the width direction of the vehicle body 1 with respect to the direction in which gravity acts, that is, the vertical direction Ng (hereinafter referred to as a roll angle ⁇ 4 as appropriate).
  • the width direction means the width direction of the bucket 8 and coincides with the width direction of the upper swing body 3, that is, the left-right direction.
  • the work implement 2 includes a tilt bucket described later, the width direction of the bucket and the width direction of the upper swing body 3 may not coincide with each other.
  • the hydraulic excavator 100 includes an operating device 25, a work implement electronic control device 26, a work implement control device 27, and a display system (hereinafter referred to as a display system as appropriate) 28 of an excavating machine.
  • the operating device 25 includes a work implement operation member 31, a work implement operation detection unit 32, a travel operation member 33, and a travel operation detection unit 34.
  • the work machine operation member 31 is a member for the operator to operate the work machine 2, and is, for example, a joystick or an operation lever.
  • the work machine operation detection unit 32 detects the operation content of the work machine operation member 31 and sends it as a detection signal to the work machine electronic control device 26.
  • the traveling operation member 33 is a member for an operator to operate traveling of the excavator 100, and is, for example, a joystick or an operation lever.
  • the traveling operation detection unit 34 detects the operation content of the traveling operation member 33 and sends it to the work machine electronic control device 26 as a detection signal.
  • the work machine electronic control device 26 includes a work machine side storage unit 35 including at least one of a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory), and a calculation unit 36 such as a CPU (Central Processing Unit). .
  • the work machine electronic control device 26 mainly controls the work machine 2.
  • the work implement electronic control device 26 generates a control signal for operating the work implement 2 in accordance with the operation of the work implement operating member 31, and outputs the control signal to the work implement control device 27.
  • the work machine control device 27 has a proportional control valve 37, and the proportional control valve 37 is controlled based on a control signal from the work machine electronic control device 26.
  • the hydraulic oil having a flow rate corresponding to the control signal from the work machine electronic control device 26 flows out of the proportional control valve 37 and is supplied to at least one of the boom cylinder 10, the arm cylinder 11, and the bucket cylinder 12. Then, the boom cylinder 10, the arm cylinder 11 and the bucket cylinder 12 shown in FIG. 1 are driven according to the hydraulic oil supplied from the proportional control valve 37. As a result, the work machine 2 operates.
  • the display system 28 is a system for providing an operator with information for excavating the ground in the work area to form a shape like a design surface described later.
  • the display system 28 includes a display input device 38 as a display device, a display A control device 39 and a sound generator 46 including a speaker or the like for issuing an alarm sound are provided.
  • the display input device 38 includes a touch panel type input unit 41 and a display unit 42 such as an LCD (Liquid Crystal Display).
  • the display input device 38 displays a guidance screen for providing information for excavation. Various keys are displayed on the guidance screen.
  • An operator who is an operator can execute various functions of the display system 28 by touching various keys on the guidance screen.
  • the guidance screen will be described in detail later.
  • the display control device 39 executes various functions of the display system 28.
  • the display control device 39 is an electronic control device having a storage unit 43 including at least one of a RAM and a ROM, and a processing unit 44 such as a CPU.
  • the storage unit 43 stores work implement data.
  • the work machine data includes the above-described length L1 of the boom 6, the length L2 of the arm 7, and the length L3 of the bucket 8.
  • the work implement data includes the minimum value and the maximum value of the inclination angle ⁇ 1 of the boom 6, the inclination angle ⁇ 2 of the arm 7, and the inclination angle ⁇ 3 of the bucket 8.
  • the display control device 39 and the work machine electronic control device 26 can communicate with each other via a wireless or wired communication means.
  • the storage unit 43 of the display control device 39 stores design terrain data created in advance.
  • the design terrain data is information regarding the shape and position of the three-dimensional design terrain.
  • the design terrain indicates the target shape of the ground to be worked.
  • the display control device 39 displays a guidance screen on the display input device 38 based on the design terrain data and information such as detection results from the various sensors described above.
  • the design landform is composed of a plurality of design surfaces 45 each represented by a triangular polygon. In FIG. 5, only one of the plurality of design surfaces is denoted by reference numeral 45, and the other design surfaces are omitted.
  • the target work object is one or a plurality of design surfaces among these design surfaces 45.
  • the operator selects one or a plurality of design surfaces of these design surfaces 45 as the target surface.
  • the design surface 70 is a surface to be excavated from now on as a target surface among the plurality of design surfaces 45.
  • the display control device 39 causes the display input device 38 to display a guidance screen for notifying the operator of the position of the design surface 70.
  • ⁇ Guidance screen> 6 and 7 are diagrams illustrating an example of a guidance screen.
  • the guidance screen shows the positional relationship between the design surface 70 and the cutting edge P3 of the bucket 8, and is a screen for guiding the work implement 2 of the excavator 100 so that the ground as the work target has the same shape as the design surface 70. is there.
  • the guide screen includes a rough excavation mode guide screen (hereinafter appropriately referred to as a rough excavation screen 53) and a fine excavation mode guide screen (hereinafter appropriately referred to as a fine excavation screen 54). Including.
  • the rough excavation screen 53 includes a top view 53 a showing the design topography of the work area and the current position of the excavator 100, and a side view 53 b showing the positional relationship between the design surface 70 and the excavator 100.
  • a top view 53a of the rough excavation screen 53 expresses the design topography in a top view by a plurality of triangular polygons. More specifically, the top view 53a expresses the design terrain using a turning plane that is a plane on which the excavator 100 turns as a projection plane. Therefore, the top view 53a is an overhead view seen from directly above the excavator 100, and when the excavator 100 is inclined, the design surface is also inclined.
  • the design surface 70 selected as the target work object from the plurality of design surfaces 45 is displayed in a color different from that of the other design surfaces 45.
  • the current position of the excavator 100 is indicated by the icon 61 of the excavator 100 as viewed from above, but may be indicated by other symbols.
  • the top view 53 a includes information for causing the excavator 100 to face the design surface 70.
  • Information for causing the excavator 100 to face the design surface 70 is displayed as a target surface facing compass 73.
  • the target surface facing compass 73 is, for example, an icon that indicates a facing direction with respect to the design surface 70 and a direction in which the excavator 100 should be swung as the arrow-shaped pointer 73I rotates in the arrow R direction.
  • the operator of the excavator 100 can confirm the degree of confrontation with respect to the design surface 70 by using the target surface confrontation compass 73.
  • the side view 53b of the rough excavation screen 53 includes an image showing the positional relationship between the design surface 70 and the blade tip P3 of the bucket 8, and distance information showing the distance between the design surface 70 and the blade tip P3 of the bucket 8.
  • the side view 53b includes a line 74 indicating a cross section of the design surface, a line 79 indicating a cross section of the design surface, and an icon 75 of the excavator 100 in a side view.
  • a line 74 indicating a cross section of the design surface indicates a cross section of the design surface 45 other than the design surface 70.
  • a line 79 indicating a cross section of the design surface indicates a cross section of the design surface 70.
  • a line 74 indicating the cross section of the design surface and a line 79 indicating the cross section of the design surface calculate an intersection line 80 between the plane 77 passing through the current position of the blade tip P3 of the bucket 8 and the design surface 45, as shown in FIG. Is required.
  • the intersection line 80 is obtained by the processing unit 44 of the display control device 39. A method for obtaining the current position of the blade tip P3 of the bucket 8 will be described later.
  • the line 79 indicating the cross section of the design surface is displayed in a color different from the line 74 indicating the cross section of the design surface.
  • the line type is changed to express a line 79 indicating the cross section of the design surface and a line 74 indicating the cross section of the design surface.
  • the region on the ground side with respect to the line 79 indicating the cross section of the design surface and the line 74 indicating the cross section of the design surface and the region on the air side with respect to these line segments are shown in different colors.
  • the difference in color is expressed by hatching a region on the ground side from the line 79 indicating the cross section of the design surface and the line 74 indicating the cross section of the design surface.
  • the distance information indicating the distance between the design surface 70 and the blade tip P3 of the bucket 8 includes numerical information 83 and graphic information 84.
  • the numerical information 83 is a numerical value indicating the shortest distance between the cutting edge P3 of the bucket 8 and the design surface 70.
  • the graphic information 84 is information that graphically represents the distance between the cutting edge P3 of the bucket 8 and the design surface 70.
  • the graphic information 84 is a guide index for indicating the position of the blade edge P3 of the bucket 8.
  • the graphic information 84 includes an index bar 84a and an index mark 84b indicating a position in the index bar 84a where the distance between the cutting edge P3 of the bucket 8 and the design surface 70 corresponds to zero.
  • Each index bar 84a is turned on according to the shortest distance between the cutting edge P3 of the bucket 8 and the design surface 70. It should be noted that on / off of the display of the graphic information 84 may be changed by operating the input unit 41 by the operator of the excavator 100.
  • the relative positional relationship between the line 79 indicating the cross section of the design surface and the excavator 100, and the numerical value indicating the shortest distance between the blade tip P3 of the bucket 8 and the line 79 indicating the cross section of the design surface. Is displayed.
  • the operator of the excavator 100 can easily excavate the current topography to become the design topography by moving the blade tip P3 of the bucket 8 along the line 79 indicating the cross section of the design surface.
  • the rough excavation screen 53 displays a screen switching key 65 for switching the guide screen. The operator can switch from the rough excavation screen 53 to the fine excavation screen 54 by operating the screen switching key 65.
  • the delicate excavation screen 54 shown in FIG. 7 is displayed on the screen 42P of the display unit 42.
  • the fine excavation screen 54 shows the positional relationship between the design surface 70 and the excavator 100 in more detail than the rough excavation screen 53. That is, the fine excavation screen 54 shows the positional relationship between the design surface 70 and the cutting edge P3 of the bucket 8 in more detail than the rough excavation screen 53.
  • the delicate excavation screen 54 includes a front view 54 a showing the design surface 70 and the bucket 8, and a side view 54 b showing the design surface 70 and the bucket 8.
  • the front view 54a of the delicate excavation screen 54 includes an icon 89 indicating the bucket 8 as viewed from the front, and a line 78 indicating a cross section of the design surface 70 as viewed from the front.
  • the front (front view) means that the bucket 8 shown in FIGS. 1 and 2 is viewed from the vehicle body 1 side, and is viewed in parallel with the Ya axis of the vehicle body coordinate system described later.
  • the side view 54b of the delicate excavation screen 54 includes an icon 90 indicating the bucket 8 in a side view, a line 74 indicating a cross section of the design surface, and a line 79 indicating a cross section of the design surface. Further, the front view 54 a and the side view 54 b of the delicate excavation screen 54 display information indicating the positional relationship between the design surface 70 and the bucket 8, respectively.
  • a side surface (side view) is a view from the extending direction of the bucket pin 15 shown in FIGS. 1 and 2 (the swinging central axis direction of the bucket 8), and is parallel to the Xa axis of the vehicle body coordinate system described later. To see.
  • the information indicating the positional relationship between the design surface 70 and the bucket 8 includes distance information 86a and angle information 86b.
  • the distance information 86a indicates the distance in the Za direction between the cutting edge P3 of the bucket 8 and the design surface 70. This distance is a distance between the design surface 70 and the closest position to the design surface 70 among the positions of the bucket 8 in the width direction of the blade tip P3.
  • a mark 86 c indicating the closest position is displayed over the icon 89 of the front view of the bucket 8.
  • the angle information 86 b is information indicating an angle between the design surface 70 and the bucket 8. Specifically, the angle information 86b is an angle between an imaginary line segment passing through the blade edge P3 of the bucket 8 and a line 78 indicating a cross section of the design surface.
  • information indicating the positional relationship between the design surface 70 and the bucket 8 includes distance information 87a and angle information 87b.
  • the distance information 87a is the shortest distance between the bucket 8 and the design surface 70, that is, the distance between the bucket 8 and the design surface 70 in the normal direction of the design surface 70 (for example, the cutting edge P3 of the bucket 8 and the design surface 70). The distance between the two).
  • the angle information 87b is information indicating an angle between the design surface 70 and the bucket 8. Specifically, the angle information 87b displayed in the side view 54b is an angle between the bottom surface of the bucket 8 and a line 79 indicating a cross section of the design surface.
  • the delicate excavation screen 54 includes graphic information 84 that graphically indicates the distance between the cutting edge P3 of the bucket 8 and the design surface 70 described above. Similar to the graphic information 84 on the rough excavation screen 53, the graphic information 84 includes an index bar 84a and an index mark 84b. As described above, on the delicate excavation screen 54, the relative positional relationship between the lines 78 and 79 indicating the cross section of the design surface and the blade edge P3 of the bucket 8 is displayed in detail. The operator of the excavator 100 moves the cutting edge P3 of the bucket 8 along the lines 78 and 79 indicating the cross section of the design surface, so that the current terrain becomes the same shape as the three-dimensional design terrain. Can be drilled into. Note that a screen switching key 65 is displayed on the fine excavation screen 54 in the same manner as the rough excavation screen 53 described above. The operator can switch from the fine excavation screen 54 to the rough excavation screen 53 by operating the screen switching key 65.
  • a line 79 indicating the cross section of the design surface is calculated from the current position of the blade tip P3 of the bucket 8.
  • the display control device 39 uses the global coordinate system ⁇ X, Y, Z based on the detection results of the three-dimensional position sensor 23, the first stroke sensor 16, the second stroke sensor 17, the third stroke sensor 18, the tilt angle sensor 24, and the like.
  • ⁇ The current position of the blade edge P3 of the bucket 8 is obtained.
  • the current position of the blade tip P3 of the bucket 8 is obtained as follows.
  • FIG. 8 and 9 are diagrams for explaining an example of a method for obtaining the current position of the blade tip P3 of the bucket 8.
  • FIG. FIG. 8 is a side view of the excavator 100
  • FIG. 9 is a rear view of the excavator 100.
  • the display control device 39 uses a vehicle body coordinate system ⁇ Xa, Ya, Za ⁇ with the installation position P1 of the GNSS antenna 21 as an origin as shown in FIG. Ask.
  • the longitudinal direction of the hydraulic excavator 100 that is, the Ya axis direction of the coordinate system (vehicle body coordinate system) COM of the vehicle main body 1 is inclined with respect to the Y axis direction of the global coordinate system COG.
  • the coordinates of the boom pin 13 in the vehicle main body coordinate system COM are (0, Lb1, -Lb2), and are stored in the storage unit 43 of the display control device 39 in advance.
  • the vehicle main body coordinate system COM is obtained by rotating the vehicle body coordinate system COM about the Ya axis by the roll angle ⁇ 4 described above, and is expressed by the following equation (6).
  • the coordinates (xat, yat, zat) of the cutting edge P3 of the bucket 8 in the vehicle body coordinate system COM are determined by using the inclination angles ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3 and the lengths L1, L2, L3 of the boom 6, the arm 7, and the bucket 8. (7), (8), and (9).
  • the blade edge P3 of the bucket 8 is assumed to move in the Ya-Za plane of the vehicle body coordinate system COM.
  • the coordinates of the cutting edge P3 of the bucket 8 in the global coordinate system COG can be obtained by Expression (10).
  • the coordinates of the cutting edge P3 in the global coordinate system COG are the positions of the cutting edge P3.
  • the display control device 39 Based on the current position of the cutting edge P3 of the bucket 8 calculated as described above and the design terrain data stored in the storage unit 43, the display control device 39, as shown in FIG. The intersection line 80 with the Ya-Za plane 77 passing through the eight cutting edges P3 is calculated. And the display control apparatus 39 displays the part which passes along the design surface 70 among this intersection 80 on the guidance screen as the line 79 which shows the cross section of the design surface mentioned above. Next, an example will be described in which the display control device 39 shown in FIG. 4 displays the locus of the cutting edge P3 when excavating the ground on which the bucket 8 is a work target on the screen 42P of the display unit 42 of the display input device 38. .
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of obtaining the shortest distance of the bucket 8 to the design surface.
  • the display control device 39 more specifically, the processing unit 44 specifies the bucket size.
  • the bucket 8 can be attached to and detached from the arm 7, and the bucket 8 can be attached to the arm 7.
  • the storage unit 43 of the display control device 39 shown in FIG. 4 stores bucket outer shape information that is input from the input unit 41 and that specifies the dimensions of the bucket 8.
  • FIG. 11 is a flowchart showing a procedure for storing the outer shape information of the bucket 8.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the outer shape information of the bucket 8.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a graphic example of the outer shape information of the bucket 8.
  • the input unit 41 of the display input device 38 waits for input.
  • the display input device 38 accepts the selection of the bucket type, and the processing unit 44 stores the bucket type selection information received by the display input device 38 in the storage unit 43.
  • the processing unit 44 stores the type identification code 1 as a standard bucket like the bucket 8 described above in association with the registration identification code shown in FIG.
  • the processing unit 44 stores the type identification code 2 as a tilt bucket described later in association with the registration identification code.
  • step S ⁇ b> 12 shown in FIG. 11 the display input device 38 receives the bucket information, and the processing unit 44 stores the bucket information received by the display input device 38 in the storage unit 43.
  • the bucket information includes, for example, a bucket width, a bucket length, a bucket recess depth, a bucket height, and the like of the bucket 8, a bottom part A, a bottom part B, a bottom part C, a bottom part D, and the like. Includes information with the bottom E as the measurement reference point.
  • the bucket information includes the lengths of the bottom part A, the bottom part B, the bottom part C, the bottom part D, and the bottom part E of the bucket 8, as shown in FIG. 1 and FIG. 2. It includes the length connecting the rotation center axis AX1 and the measurement reference point Pen as viewed from the extending direction (the direction of the rotation center axis AX1 of the bucket 8).
  • the bucket information is the rotation center axis when viewed from the extending direction of the bucket pin 15 as each angle of the bottom part A, the bottom part B, the bottom part C, the bottom part D, and the bottom part E of the bucket 8. It includes an angle formed by a straight line connecting AX1 and the measurement reference point Pen and a straight line connecting the rotation center axis AX1 and the blade tip P3 of the bucket 8.
  • step S13 the processing unit 44 calculates and generates the shape of the graphic data 8GA of the icon of the bucket 8 shown in FIG. 13 based on, for example, the outer shape information of the bucket shown in FIG.
  • the icon graphic data 8GA is information that graphically represents a shape that satisfies the outer shape information of the bucket shown in FIG.
  • step S14 the processing unit 44 stores the graphic data 8GA of the icon of the bucket 8 generated in step S13 in the storage unit 43.
  • step S ⁇ b> 1 the processing unit 44 reads bucket information and icon graphic data 8 ⁇ / b> GA stored in the storage unit 43 based on an input from the input unit 41, and specifies a bucket size.
  • step S ⁇ b> 2 shown in FIG. 10 the processing unit 44 detects the current position of the excavator 100 and the attitude of the vehicle body 1.
  • the display control device 39 detects the current position of the vehicle main body 1 based on the detection signal from the three-dimensional position sensor 23.
  • the working machine 2 of the excavator 100 includes the boom cylinder 10, the arm cylinder 11, and the bucket cylinder 12 with the boom 6, the arm 7, and the bucket 8 along the Ya-Za plane. And driven by.
  • the processing unit 44 detects the posture state of the work implement 2 based on the detection results of the three-dimensional position sensor 23, the first stroke sensor 16, the second stroke sensor 17, the third stroke sensor 18, the inclination angle sensor 24, and the like. To do.
  • step S3 the processing unit 44 obtains the current position of the measurement reference point Pen on the outer periphery of the bucket 8 including the cutting edge P3 of the bucket 8.
  • the measurement reference point Pen of the bucket 8 is assumed to move within the Ya-Za plane of the vehicle body coordinate system COM.
  • the coordinates of the cutting edge P3 of the bucket 8 in the global coordinate system COG can be obtained by Expression (14).
  • Each coordinate of the measurement reference point Pen in the global coordinate system COG is the position of the measurement reference point Pen of the bucket 8.
  • the display control device 39 Based on the current position of the measurement reference point Pen of the bucket 8 calculated as described above and the design terrain data stored in the storage unit 43, the display control device 39, as shown in FIG. And an intersection line 80 with the Ya-Za plane 77 passing through the measurement reference point Pen of the bucket 8 is calculated. Then, the display control device 39 displays a portion passing through the design surface 70 in the intersection line 80 on the guide screen as the line 79 indicating the cross section of the design surface and the line 74 indicating the cross section of the design surface.
  • step S4 the processing unit 44 obtains the distance (design surface distance) between the bucket 8 and the design surface, and measures the bucket 8 that is the shortest distance among the measurement reference points Pen of the bucket 8 including the cutting edge P3.
  • the reference point Pen or the blade edge P3 is obtained.
  • FIG. 14 is an explanatory diagram for explaining the shortest distance between the design surface 45 and the cutting edge P3 of the bucket 8 when the outer shape of the bucket 8 is viewed from above.
  • the processing unit 44 calculates an imaginary line segment LS1 that passes through the tips of the plurality of blades 8B of the bucket 8 and matches the widthwise dimension of the bucket 8.
  • the process part 44 reads the width direction dimension of the bucket 8 from the bucket external shape information specified in step S1, and calculates the virtual line segment LS1.
  • the processing unit 44 equally divides the virtual line segment LS1 into a plurality of (for example, four) ranges, and designates five points indicating the boundary and both ends of each range as Ci, and the first measurement reference point C1,
  • the second measurement reference point C2, the third measurement reference point C3, the fourth measurement reference point C4, and the fifth measurement reference point C5 are set.
  • the division number i is a natural number, and i is 1, 2, 3, 4, 5 in this embodiment.
  • the first measurement reference point C1, the second measurement reference point C2, the third measurement reference point C3, the fourth measurement reference point C4, and the fifth measurement reference point C5 are specified in the width direction of the blade tip P3 of the bucket 8. Indicates the position.
  • the processing unit 44 performs the first measurement reference point C1, the second measurement reference point C2, the third measurement reference point C3, and the fourth measurement reference point C4.
  • the current position of the fifth measurement reference point C5 is calculated.
  • the processing unit 44 calculates the current position of the third measurement reference point C3 at the center by the method for calculating the current position of the blade tip P3 of the bucket 8 described above.
  • the processing unit 44 determines another first measurement reference point C1 and second measurement reference point C2 from the current position of the third measurement reference point C3 at the center, the width direction dimension of the bucket 8, and the extending direction of the virtual line segment LS1.
  • the current positions of the fourth measurement reference point C4 and the fifth measurement reference point C5 are calculated.
  • FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining the shortest distance between the design surface 45 and the bottom portion 8C of the bucket 8 when the outer shape of the bucket 8 is viewed from above.
  • the processing unit 44 calculates a virtual line segment Lsen that passes through the measurement reference point Pen of the bucket 8 and matches the width direction dimension of the bucket 8.
  • the processing unit 44 reads the dimension in the width direction of the bucket 8 from the bucket outer shape information specified in step S1, and calculates the virtual line segment Lsen.
  • the processing unit 44 equally divides the virtual line segment Lsen into a plurality of (for example, four) ranges, sets five points indicating the boundaries and both ends of each range as Ceni, and sets the first measurement reference points Cen1, The second measurement reference point Cen2, the third measurement reference point Cen3, the fourth measurement reference point Cen4, and the fifth measurement reference point Cen5 are set.
  • the division number i is a natural number and is easy to compare with the cutting edge P3 because it is the same as the value of i described above. That is, the first measurement reference point Cen1, the second measurement reference point Cen2, the third measurement reference point Cen3, the fourth measurement reference point Cen4, and the fifth measurement reference point Cen5 are specified in the width direction of the measurement reference point Pen of the bucket 8.
  • the processing unit 44 uses the first measurement reference point Cen1, the second measurement reference point Cen2, the third measurement reference point Cen3, The current positions of the fourth measurement reference point Cen4 and the fifth measurement reference point Cen5 are calculated. Specifically, the processing unit 44 calculates the current position of the center third measurement reference point Cen3. Then, the processing unit 44 determines the first measurement reference point Cen1 and the second measurement reference point Cen2 from the current position of the center third measurement reference point Cen3, the width direction dimension of the bucket 8, and the extending direction of the virtual line segment Lsen.
  • the current positions of the fourth measurement reference point Cen4 and the fifth measurement reference point Cen5 are calculated.
  • the plurality of measurement reference points are a plane parallel to the moving direction of the bucket 8, that is, a plane parallel to the above-described Ya-Za plane, and a cross section obtained by cutting the outer shape of the bucket 8 and the width direction of the bucket 8. Are determined in advance along each line.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining the shortest distance between the design surface 45 and the bucket 8 when the bucket 8 is viewed from the side.
  • the processing unit 44 determines each intersection line MAi included in the intersection line Mi. , MBi, MCi and the i-th measurement reference point Ci, Ceni are calculated.
  • intersection line MAi, MBi, MCi included in the intersection line Mi a perpendicular passing through the i-th measurement reference point Ci, Ceni is calculated, and the intersection line MAi, MBi, MCi and the i-th measurement reference point Ci, Ceni are calculated.
  • the distance between is calculated.
  • the i th measurement reference point Ci is located in the target area A1 among the target areas A1, A2, and A3, and passes through the i th measurement reference point Ci.
  • a perpendicular line of the line MAi is calculated, and design surface distances DAi and Deni between the i-th measurement reference points Ci and Ceni and the intersection line MAi are calculated.
  • the processing unit 44 obtains the shortest distance that is the minimum distance from the calculable distances shown in FIGS. 14, 15, and 16.
  • the processing unit 44 When the same measurement reference point Pe1 and blade edge P3 are located in the normal direction of the plurality of intersection lines MAi and intersection line MCi, the processing unit 44 has a plurality of design surface distances De1i with respect to the measurement reference point Pe1 and the blade edge P3. , DAi is obtained. Thereby, since the shortest distance which becomes the minimum distance can be obtained in consideration of a plurality of design surfaces, the bucket 8 is moved with reference to one design surface (intersection line MAi), and the other unintended design surface. A collision between (intersection line MCi) and the bucket 8 can be avoided.
  • step S5 the processing unit 44 displays information corresponding to the shortest distance obtained in step S4 as the numerical information 83 shown in FIG. 6 or the distance information 87a shown in FIG. Further, the processing unit 44 displays an image SD1 or SD2 described later as a graphic display. Further, the processing unit 44 may display information corresponding to the shortest distance obtained in step S4 by turning on the index bar 84a.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining the collision of the design surface by the bucket 8.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating an example of displaying the shortest distance between the bucket 8 and the design surface.
  • the bottom portion 8C is closer to the design surface than the tip of the blade 8B of the bucket 8. It cannot be determined.
  • the operator may excavate the ground at the bottom portion 8 ⁇ / b> C of the bucket 8 beyond the line 79 indicating the cross section of the design surface. Therefore, for example, as illustrated in FIG.
  • the processing unit 44 of the present embodiment displays an image SD1 together with the icon 90 of the bucket 8 in a side view on the side view 54b of the delicate excavation screen 54 described above.
  • the image SD1 is an image of a normal line 79 indicating a cross section of the design surface, and the measurement reference point Pen or the blade edge P3 (for example, Pe3) of the bucket 8 where the design surface distance obtained in step S4 is the shortest distance. pass. For this reason, the operator can grasp the shortest distance between the bucket 8 and the design surface including the bottom portion 8C of the bucket 8 by visually recognizing the image SD1 in the side view 54b. It is possible to reduce the possibility of excavating the ground with the bottom portion 8C.
  • FIG. 19 is a diagram illustrating another example of displaying the shortest distance between the bucket 8 and the design surface.
  • the processing unit 44 of the present embodiment displays an image SD ⁇ b> 2 together with the icon 90 of the bucket 8 in a side view on the side view 54 b of the delicate excavation screen 54 described above.
  • the image SD2 includes a triangular symbol that specifies the measurement reference point Pen or the blade edge P3 (for example, Pe3) of the bucket 8 where the design surface distance obtained in step S4 is the shortest distance.
  • the image SD2 includes this triangular symbol and a triangular symbol that is in the normal direction of the line 79 indicating the cross section of the design surface and is in contact with the line 79 indicating the cross section of the design surface.
  • the shortest distance from the surface 70 may be represented. Thereby, the operator can grasp the shortest distance between the design surface and the bucket 8 sandwiched between the triangular symbols of the image SD2, including the bottom portion 8C of the bucket 8, by visually recognizing the image SD2 in the side view 54b. It is possible to reduce the possibility of excavating the ground at the bottom 8C of the bucket 8 beyond the design surface.
  • the operator can easily recognize the measurement reference point Pen or the blade edge P3 of the bucket 8 closest to the design surface among the measurement reference points Pen or the blade edge P3 of the bucket 8 by visually recognizing the image SD1 or SD2. Therefore, the operator can minimize the possibility that the boom cylinder 10, the arm cylinder 11, and the bucket cylinder 12 are adjusted to perform unintentional excavation on the design surface with the bottom portion 8C of the bucket 8 or the like.
  • the display control device 39 issues a sound as an alarm based on the shortest distance between the bucket 8 and the design surface obtained in step S4.
  • the display control apparatus 39 can make an operator recognize the possibility of the collision between the bucket 8 and the design surface. For example, when the shortest distance between the bucket 8 obtained in step S4 and the design surface exceeds a predetermined threshold (step S6, Yes), the processing unit 44 determines that an alarm should be issued, and the display control device 39 issues an alarm sound from the sound generator 46 shown in FIG. 4 (step S7).
  • the processing unit 44 approaches the operator of the excavator 100 closer to the design surface by changing the manner in which a warning sound is issued based on the distance between the bucket 8 and the design surface. It can be recognized that it has passed. For example, as an example of changing the mode of issuing a sound as an alarm, the frequency of the sound is increased as the shortest distance that the bucket 8 approaches the design surface becomes shorter. Alternatively, as an example of changing the mode of issuing a sound as an alarm, the volume is increased as the shortest distance that the bucket 8 approaches the design surface becomes shorter. Alternatively, as an example of changing the mode of issuing a sound as an alarm, the intermittent ringing period is shortened as the shortest distance that the bucket 8 approaches the design surface becomes shorter.
  • step S6 If the shortest distance between the bucket 8 and the design surface obtained in step S4 does not exceed the predetermined threshold (No in step S6), the processing unit 44 advances the process to step S8.
  • step S8 if the bucket 8 has not finished operating (No in step S8), the processing unit 44 returns the processing to step S2, and the processing unit 44 determines the current position of the excavator 100 and the vehicle body. 1 posture is detected.
  • step S8 Yes
  • the processing unit 44 ends the process.
  • the excavating machine display system 28 is a system for operating the working machine 2 including the bucket 8 that generates excavating force at the cutting edge P3 and the vehicle body 1 to which the working machine 2 is attached.
  • the excavating machine display system 28 includes a work machine state detection unit 19, a storage unit 43, and a processing unit 44.
  • the work machine state detection unit 19 detects the current position of the excavator 100, the posture of the vehicle body 1, and the current position of the blade tip P3.
  • the storage unit 43 stores design surface position information indicating the target shape to be worked and outer shape information of the bucket 8.
  • the processing unit 44 includes at least the blade edge P3 of the bucket 8 based on the information on the current position of the excavator 100, the attitude of the vehicle body 1, the current position of the blade edge P3, and the outer shape information of the bucket 8, and the Among the measurement reference points Pen for measuring a plurality of predetermined positions along the outer shape, the position of the measurement reference point closest to the design surface is obtained.
  • the display system 28 of the excavating machine allows the operator to recognize the shortest distance between the bucket 8 including the bottom portion 8C of the bucket 8 and the design surface, and the bottom portion of the bucket 8 exceeds the design surface. The possibility of excavating the ground at 8C can be reduced.
  • the processing unit 44 obtains the distance from the measurement reference point Pen to the design surface in the direction orthogonal to the design surface as the design surface distance, and displays information corresponding to the minimum value of the design surface distance on the screen 42P as the shortest distance. indicate. Thereby, the processing unit 44 can provide the operator with easy understanding of information on the shortest distance between the design surface and the bucket 8 regarding the construction result when the operator proceeds with the construction according to the design surface.
  • the processing unit 44 obtains the distance from the measurement reference point Pen to the design surface in the direction orthogonal to the design surface as the design surface distance, and based on the information corresponding to the minimum value of the design surface distance, As the design surface approaches, the proximity speed at which the bucket 8 approaches the design surface is reduced.
  • the processing unit 44 Based on information corresponding to the minimum value of the design surface distance, the processing unit 44 sets a predetermined distance between the bucket 8 and the design surface as a threshold, and stops the work implement 2 when the threshold is exceeded. For this reason, the process part 44 can suppress the possibility of excavating the ground beyond a design surface.
  • the processing unit 44 includes at least the blade edge P3 of the bucket 8 based on the information on the current position of the excavator 100, the attitude of the vehicle body 1, the current position of the blade edge P3, and the outer shape information of the bucket 8, and the bottom of the bucket 8 Of the measurement reference points Pen for measuring a plurality of predetermined positions along the outer shape of 8C, the position of the measurement reference point closest to the design surface is obtained. Then, the processing unit 44 obtains the distance from the measurement reference point Pen closest to the design surface to the design surface in the normal direction of the design surface as the shortest design surface distance.
  • the display input device 38 displays at least one of the display of the shortest design surface distance obtained or the display of the image SD1 indicating the normal of the design surface passing through the measurement reference point Pen closest to the design surface on the display unit 42. .
  • the display system 28 of the excavating machine of the present embodiment allows the operator to recognize the shortest distance between the bucket 8 including the bottom portion 8C of the bucket 8 and the design surface by visually recognizing the image SD1. The possibility of excavating the ground with the bottom portion 8C of the bucket 8 can be reduced.
  • the processing unit 44 of the present embodiment includes the front view 54a and the side view 54b described above, which are a front view (a view seen in parallel with the Ya axis) and a side view (a view seen in parallel with the Xa axis) in the vehicle body coordinate system COM. ).
  • the processing unit 44 may display at least one of the front view 54a and the side view 54b as a top view (viewed parallel to the Y axis) and a side view (view viewed parallel to the X axis) in the global coordinate system. Good.
  • each guidance screen is not limited to the above, and may be changed as appropriate.
  • some or all of the functions of the display control device 39 may be executed by a computer arranged outside the excavator 100.
  • the target work target is not limited to the plane as described above, but may be a point, a line, or a three-dimensional shape.
  • the input unit 41 of the display input device 38 is not limited to a touch panel type, and may be configured by operation members such as hard keys and switches.
  • the work machine 2 has the boom 6, the arm 7, and the bucket 8, but the work machine 2 is not limited to this, and any work machine having at least the bucket 8 may be used.
  • the first stroke sensor 16, the second stroke sensor 17, and the third stroke sensor 18 detect the inclination angles of the boom 6, the arm 7, and the bucket 8. Is not limited to these.
  • an angle sensor that detects the inclination angles of the boom 6, the arm 7, and the bucket 8 may be provided.
  • the bucket 8 is provided, but the bucket is not limited to this.
  • the work machine 2 may be mounted with other attachments such as a tilt bucket and a slope bucket.
  • a tilt bucket is equipped with a bucket tilt cylinder. By tilting the bucket to the left and right, even if the excavator is on a sloping ground, the slope and flat ground can be freely shaped and leveled. It is a bucket that can also be rolled by a plate.
  • the slope bucket is a bucket that has a flat bottom and is suitable for a flat or slope consolidation work.

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Abstract

　掘削機械のオペレータが設計面にしたがって施工を進めるにあたって、オペレータに対して施工結果に関する情報を理解しやすく提供すること。掘削機械の表示システム２８は、バケットを含む作業機を備える掘削機械の現在位置に関する情報を検出する作業機状態検出部と、作業対象の目標形状を示す設計面の位置情報を記憶する記憶部４３と、掘削機械の現在位置に関する情報に基づいてバケットの先端の位置を求め、設計面の法線方向における設計面の周囲の所定範囲にバケットの少なくとも一部が進入したときに、先端の位置に基づいて求めた、所定範囲内に存在する先端の軌跡を表示部４２の画面に表示する処理部４４と、を含む。

Description

掘削機械の表示システム及び掘削機械
　本発明は、掘削機械の表示システム及びこれを備えた掘削機械に関する。
　一般に、油圧ショベル等の掘削機械は、操作者であるオペレータが操作レバーを操作することで、バケットを含む作業機が駆動されて、作業対象の地面等を掘削する。例えば、特許文献１には、法面仕上げ等の精密を要するバックホウの作業において、得られる画面上に設計差異とバケット形状を示す技術が記載されている。また、特許文献２には、現在実際に機械についているバケットの種類に応じたバケットシンボルを表示することで掘削動作を正確に行えるようにした建設機械の表示システムの技術が記載されている。
特開２００６－２１４２４６号公報 特開２００１－１３２０２１号公報
　油圧ショベル等の掘削機械を用い、施工対象の設計面の一部を目標面とし、これにしたがって作業対象の地面を掘削する場合、掘削機械のオペレータは、設計面の近傍における距離情報を特に必要とする。特許文献１及び特許文献２の技術は、バケット形状が表示されるので、表示装置の画面を見ながら目視又は監視により確認しながら施工を進める必要がある。このため、特許文献１及び特許文献２の技術は、施工対象の設計面の一部を目標面とした場合、目標面とバケットとの最短距離の情報を認識できず、特にバケットの尻部で設計面を超えた地面を掘削する可能性がある。
　本発明は、掘削機械のオペレータが設計面にしたがって施工を進めるにあたって、オペレータに対して施工結果に関する設計面とバケットとの最短距離の情報を理解しやすく提供することを目的とする。
　本発明によれば、バケットを含む作業機と、前記作業機が取り付けられる本体部とを有する掘削機械の表示システムであって、前記掘削機械の現在位置に関する情報、前記本体部の姿勢に関する情報及び前記バケットの先端の位置の情報を検出する作業機状態検出部と、設計地形を示す設計面の位置情報及び前記バケットの外形情報を記憶する記憶部と、前記掘削機械の現在位置に関する情報、前記本体部の姿勢に関する情報、前記バケットの先端の位置の情報及び前記バケットの外形情報に基づいて、前記バケットの先端を少なくとも含み前記バケットの尻部の外形に沿って予め複数定められた、位置を計測するための計測基準点のうち、前記設計面に最も近い計測基準点を求める処理部と、を含む掘削機械の表示システムが提供される。
　本発明において、前記処理部は、前記設計面の法線方向における、前記計測基準点から前記設計面までの距離を設計面距離として求め、前記設計面距離の最小値に対応した情報を最短距離として表示装置の画面に表示することが好ましい。
　本発明において、前記計測基準点は、前記バケットの移動方向と平行な面で前記バケットの前記外形を切った断面及び前記バケットの幅方向に沿ってそれぞれ予め複数定められ、前記処理部は、前記設計面の法線方向における、前記計測基準点から前記設計面までの距離を設計面距離として求め、前記設計面距離の最小値に対応した情報を最短距離として表示装置の画面に表示することが好ましい。
　本発明において、前記処理部は、複数の前記設計面の法線方向に同一の前記計測基準点がある場合、当該計測基準点に対して複数の設計面距離を求めることが好ましい。
　本発明において、前記処理部は、前記最短距離に基づき、警報を発報することが好ましい。
　本発明において、前記処理部は、前記最短距離に応じて、前記警報として音を発報する態様を変更することが好ましい。
　本発明において、前記処理部は、前記表示装置の画面に、前記設計面に最も近い計測基準点を特定する画像を表示することが好ましい。
　本発明において、前記設計面に最も近い計測基準点を特定する画像が、前記設計面の法線を示す画像であることが好ましい。
　本発明によれば、バケットを含む作業機と、前記作業機が取り付けられる本体部とを有する掘削機械の表示システムであって、前記掘削機械の現在位置に関する情報、前記本体部の姿勢に関する情報及び前記バケットの先端の位置の情報を検出する作業機状態検出部と、設計地形を示す設計面の位置情報及び前記バケットの外形情報を記憶する記憶部と、前記掘削機械の現在位置に関する情報、前記本体部の姿勢に関する情報、前記バケットの先端の位置の情報及び前記バケットの外形情報に基づいて、前記バケットの先端を少なくとも含み前記バケットの尻部の外形に沿って予め複数定められた、位置を計測するための計測基準点のうち、前記設計面に最も近い計測基準点を求め、前記設計面の法線方向における、前記設計面に最も近い計測基準点から前記設計面までの距離を設計面距離として求める処理部と、前記設計面距離の表示及び前記設計面に最も近い計測基準点を通る前記設計面の法線を示す画像の表示の少なくとも１つを表示する表示装置と、を含む掘削機械の表示システムが提供される。
　本発明によれば、上述した掘削機械の表示システムを備えたことを特徴とする掘削機械が提供される。
　本発明は、掘削機械のオペレータが設計面にしたがって施工を進めるにあたって、オペレータに対して施工結果に関する設計面とバケットとの最短距離の情報を理解しやすく提供することができる。
図１は、本実施形態に係る油圧ショベル１００の斜視図である。 図２は、油圧ショベル１００の側面図である。 図３は、油圧ショベル１００の背面図である。 図４は、油圧ショベル１００が備える制御系を示すブロック図である。 図５は、設計地形データによって示される設計地形を示す図である。 図６は、案内画面の一例を示す図である。 図７は、案内画面の一例を示す図である。 図８は、バケット８の刃先Ｐ３の現在位置を求める方法の一例を説明するための図である。 図９は、バケット８の刃先Ｐ３の現在位置を求める方法の一例を説明するための図である。 図１０は、設計面へのバケット８の最短距離を求める例を示すフローチャートである。 図１１は、バケット８の外形情報を記憶する手順を示すフローチャートである。 図１２は、バケット８の外形情報の例を示す図である。 図１３は、バケット８の外形情報のグラフィック例を示す図である。 図１４は、バケット８の刃先Ｐ３を上面からみた設計面４５とバケット８の刃先Ｐ３との最短距離を説明するための説明図である。 図１５は、バケット８の外形を上面からみた設計面４５とバケット８の尻部８Ｃとの最短距離を説明するための説明図である。 図１６は、バケット８を側面からみた設計面４５とバケット８との最短距離を説明するための説明図である。 図１７は、バケット８による設計面７０の衝突を説明するための図である。 図１８は、バケット８と設計面との最短距離を表示する例を示す図である。 図１９は、バケット８と設計面との最短距離を表示する他の例を示す図である。
　本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態は、掘削機械の一例として油圧ショベルを説明するが、対象とする掘削機械は、バケットなどのアタッチメントを装着して作業を行う建設機械であれば、油圧ショベルに限定されるものではない。実施形態は、建設機械として、例えばバックホウローダに適用してもよい。
＜掘削機械の全体構成＞
　図１は、本実施形態に係る油圧ショベル１００の斜視図である。図２は、油圧ショベル１００の側面図である。図３は、油圧ショベル１００の背面図である。図４は、油圧ショベル１００が備える制御系を示すブロック図である。図５は、設計地形データによって示される設計地形を示す図である。本実施形態において、掘削機械としての油圧ショベル１００は、本体部としての車両本体１と作業機２とを有する。車両本体１は、上部旋回体３と走行装置５とを有する。上部旋回体３は、機関室３ＥＧの内部に、図示しない動力発生装置及び油圧ポンプ等の装置を収容している。機関室３ＥＧは、上部旋回体３の一端側に配置されている。
　本実施形態において、油圧ショベル１００は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関を動力発生装置としているが、油圧ショベル１００はこのようなものに限定されない。油圧ショベル１００は、例えば、内燃機関と発電電動機と蓄電装置とを組み合わせた、いわゆるハイブリッド方式の動力発生装置を備えるもの等であってもよい。
　上部旋回体３は、運転室４を有する。運転室４は、上部旋回体３の他端側に載置されている。すなわち、運転室４は、機関室３ＥＧが配置されている側とは反対側に配置されている。運転室４内には、図４に示す、表示入力装置３８及び操作装置２５が配置される。これらについては後述する。走行装置５は、履帯５ａ、５ｂを有している。走行装置５は図示しない油圧モータが駆動し、履帯５ａ、５ｂが回転することにより走行して、油圧ショベル１００を走行させる。作業機２は、上部旋回体３の運転室４の側方側に取り付けられている。なお、油圧ショベル１００は、履帯５ａ、５ｂの代わりにタイヤを備え、図示しないディーゼルエンジンの駆動力を、トランスミッションを介してタイヤへ伝達し走行可能な走行装置を備えたものであってもよい。例えばこのような形態の油圧ショベル１００としてホイール式油圧ショベルであってもよい。また、油圧ショベル１００は、このようなタイヤを有した走行装置を備え、さらに車両本体（本体部）に作業機が取り付けられ、図１のような上部旋回体及びその旋回機構を備えていない構造を有する、例えばバックホウローダであってもよい。すなわち、バックホウローダは、車両本体に作業機が取り付けられ、車両本体の一部を構成する走行装置を備えたものである。
　上部旋回体３は、作業機２及び運転室４が配置されている側が前であり、機関室３ＥＧが配置されている側が後である。前に向かって左側が上部旋回体３の左であり、前に向かって右側が上部旋回体３の右である。また、油圧ショベル１００又は車両本体１は、上部旋回体３を基準として走行装置５側が下であり、走行装置５を基準として上部旋回体３側が上である。油圧ショベル１００が水平面に設置されている場合、下は鉛直方向、すなわち重力の作用方向側であり、上は鉛直方向とは反対側である。
　作業機２は、ブーム６とアーム７とバケット８とブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とを有する。ブーム６の基端部は、ブームピン１３を介して車両本体１の前部に揺動可能に取り付けられている。アーム７の基端部は、アームピン１４を介してブーム６の先端部に揺動可能に取り付けられている。アーム７の先端部には、バケットピン１５を介してバケット８が揺動可能に取り付けられている。
　図２に示すように、ブーム６の長さ、すなわち、ブームピン１３の中心からアームピン１４までの長さは、Ｌ１である。アーム７の長さ、すなわち、アームピン１４の中心からバケットピン１５の中心までの長さはＬ２である。バケット８の長さ、すなわち、バケットピン１５の中心からバケット８の刃先Ｐ３までの長さはＬ３である。刃先Ｐ３は、バケット８のバケットピン１５とは反対側に取り付けられた刃８Ｂの先端である。刃８Ｂの先端は、作業機２が掘削力を発生するバケット８の先端である。バケット８のバケットピン１５から刃先Ｐ３までの外側形状は通常突出しており、尻部８Ｃと呼ばれる。
　図１に示すブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とは、それぞれ作動油の圧力（以下、適宜油圧という）によって駆動される油圧シリンダである。ブームシリンダ１０はブーム６を駆動して、これを昇降させる。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動して、アームピン１４の周りを回動させる。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動して、バケットピン１５の周りを回動させる。ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２等の油圧シリンダと図示しない油圧ポンプとの間には、図４に示す比例制御弁３７が配置されている。後述する作業機用電子制御装置２６が比例制御弁３７を制御することにより、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２に供給される作動油の流量が制御される。その結果、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２との動作が制御される。
　図２に示すように、ブーム６とアーム７とバケット８には、それぞれ第１ストロークセンサ１６と第２ストロークセンサ１７と第３ストロークセンサ１８とが設けられている。第１ストロークセンサ１６は、ブームシリンダ１０のストローク長さを検出する。後述する表示制御装置３９（図４参照）は、第１ストロークセンサ１６が検出したブームシリンダ１０のストローク長さから、後述する車両本体座標系のＺａ軸に対するブーム６の傾斜角θ１を算出する。第２ストロークセンサ１７は、アームシリンダ１１のストローク長さを検出する。表示制御装置３９は、第２ストロークセンサ１７が検出したアームシリンダ１１のストローク長さから、ブーム６に対するアーム７の傾斜角θ２を算出する。第３ストロークセンサ１８は、バケットシリンダ１２のストローク長さを検出する。表示制御装置３９は、第３ストロークセンサ１８が検出したバケットシリンダ１２のストローク長さから、アーム７に対するバケット８の傾斜角θ３を算出する。
　車両本体１は、作業機状態検出部１９を備える。作業機状態検出部１９は、油圧ショベル１００の現在位置、車両本体１の姿勢、刃先Ｐ３の現在位置を検出する。作業機状態検出部１９は、ＲＴＫ－ＧＮＳＳ（Real　Time　Kinematic　-　Global　Navigation　Satellite　Systems、ＧＮＳＳは全地球航法衛星システムをいう）用の２個のアンテナ２１、２２（以下、適宜ＧＮＳＳアンテナ２１、２２という）と、３次元位置センサ２３と、傾斜角センサ２４と、第１ストロークセンサ１６、第２ストロークセンサ１７及び第３ストロークセンサ１８とを有する。ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は、車両本体１、より具体的には上部旋回体３に設置される。本実施形態において、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は、後述する車両本体座標系のＹａ軸に沿って一定距離だけ離して設置されている。ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は、車両本体座標系のＸａ軸に沿って一定距離だけ離してもよく、車両本体座標系のＸａ軸－Ｙａ軸の面内で一定距離だけ離してもよい。なお、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は上部旋回体３の上であって、油圧ショベル１００の左右方向に離れた両端位置に設置されることが好ましい。また、上部旋回体３の上であって、図示しないカウンタウエイト（上部旋回体３の後端）あるいは運転室４の後方に設置されてもよい。いずれにしてもＧＮＳＳアンテナ２１、２２は可能な限り離れた位置に設置されるほうが、油圧ショベル１００の現在位置の検出精度は上がる。また、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は、オペレータの視界を極力妨げない位置に設置されることが好ましい。また、作業機状態検出部１９は、掘削機械（本実施形態では油圧ショベル１００）の現在位置や姿勢といった車両状態を検出することができる。
　ＧＮＳＳアンテナ２１、２２が受信したＧＮＳＳ電波に応じた信号は、３次元位置センサ２３に入力される。３次元位置センサ２３は、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２の設置位置Ｐ１、Ｐ２の位置を検出する。図３に示すように、傾斜角センサ２４は、重力の作用する方向、すなわち鉛直方向Ｎｇに対する車両本体１の幅方向の傾斜角θ４（以下、適宜ロール角θ４という）を検出する。なお、本実施形態において、幅方向とは、バケット８の幅方向を意味しており、上部旋回体３の幅方向、すなわち左右方向と一致している。ただし、作業機２が後述するチルトバケットを備える場合には、バケットの幅方向と上部旋回体３の幅方向とが一致しないこともあり得る。
　油圧ショベル１００は、操作装置２５と、作業機用電子制御装置２６と、作業機制御装置２７と、掘削機械の表示システム（以下、適宜表示システムという）２８を備える。操作装置２５は、作業機操作部材３１と、作業機操作検出部３２と、走行操作部材３３と、走行操作検出部３４とを有する。作業機操作部材３１は、オペレータが作業機２を操作するための部材であり、例えば、ジョイスティック又は操作レバーである。作業機操作検出部３２は、作業機操作部材３１の操作内容を検出して、検出信号として作業機用電子制御装置２６へ送る。走行操作部材３３は、オペレータが油圧ショベル１００の走行を操作するための部材であり、例えば、ジョイスティック又は操作レバーである。走行操作検出部３４は、走行操作部材３３の操作内容を検出して、検出信号として作業機用電子制御装置２６へ送る。
　作業機用電子制御装置２６は、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）及びＲＯＭ（Read　Only　Memory）の少なくとも一方を含む作業機側記憶部３５及びＣＰＵ（Central　Processing　Unit）等の演算部３６を有している。作業機用電子制御装置２６は、主として作業機２を制御する。作業機用電子制御装置２６は、作業機操作部材３１の操作に応じて作業機２を動作させるための制御信号を生成して、作業機制御装置２７に出力する。作業機制御装置２７は比例制御弁３７を有しており、作業機用電子制御装置２６からの制御信号に基づいて比例制御弁３７が制御される。作業機用電子制御装置２６からの制御信号に応じた流量の作動油が比例制御弁３７から流出し、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２の少なくとも１つに供給される。すると、図１に示すブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２は、比例制御弁３７から供給された作動油に応じて駆動される。その結果、作業機２が動作する。
＜表示システム２８＞
　表示システム２８は、作業エリア内の地面を掘削して後述する設計面のような形状に形成するための情報をオペレータに提供するためのシステムである。表示システム２８は、上述した第１ストロークセンサ１６、第２ストロークセンサ１７及び第３ストロークセンサ１８、３次元位置センサ２３及び傾斜角センサ２４の他に、表示装置としての表示入力装置３８と、表示制御装置３９と、警報音を発報させるためのスピーカ等を含む音発生装置４６とを有している。
　表示入力装置３８は、タッチパネル式の入力部４１と、ＬＣＤ（Liquid　Crystal　Display）等の表示部４２とを有する。表示入力装置３８は、掘削を行うための情報を提供するための案内画面を表示する。また、案内画面には、各種のキーが表示される。操作者であるオペレータ（油圧ショベル１００を点検又は修理する際はサービスマン）は、案内画面上の各種のキーに触れることにより、表示システム２８の各種の機能を実行させることができる。案内画面については後に詳細に説明する。
　表示制御装置３９は、表示システム２８の各種の機能を実行する。表示制御装置３９は、ＲＡＭ及びＲＯＭの少なくとも一方を含む記憶部４３、ＣＰＵ等の処理部４４を有する電子制御装置である。記憶部４３は、作業機データを記憶している。作業機データは、上述したブーム６の長さＬ１、アーム７の長さＬ２、バケット８の長さＬ３を含む。また、作業機データは、ブーム６の傾斜角θ１と、アーム７の傾斜角θ２と、バケット８の傾斜角θ３とのそれぞれの最小値及び最大値を含む。
　表示制御装置３９と作業機用電子制御装置２６とは、無線又は有線の通信手段を介して互いに通信可能となっている。表示制御装置３９の記憶部４３は、予め作成された設計地形データを記憶している。設計地形データは、３次元の設計地形の形状及び位置に関する情報である。設計地形は、作業対象となる地面の目標形状を示す。表示制御装置３９は、設計地形データ及び上述した各種のセンサからの検出結果等の情報に基づいて、案内画面を表示入力装置３８に表示させる。具体的には、図５に示すように、設計地形は、三角形ポリゴンによってそれぞれ表現される複数の設計面４５によって構成されている。なお、図５では、複数の設計面のうち１つのみに符号４５が付されており、他の設計面の符号は省略されている。目標作業対象は、これらの設計面４５のうち１つ又は複数の設計面である。オペレータは、これらの設計面４５のうち１つ又は複数の設計面を目標面として選択する。設計面７０は、複数の設計面４５のうち、目標面としてこれから掘削する面である。表示制御装置３９は、設計面７０の位置をオペレータに知らせるための案内画面を表示入力装置３８に表示させる。
＜案内画面＞
　図６、図７は、案内画面の一例を示す図である。案内画面は、設計面７０とバケット８の刃先Ｐ３との位置関係を示し、作業対象である地面が設計面７０と同じ形状になるように油圧ショベル１００の作業機２を誘導するための画面である。図６及び図７に示すように、案内画面は、粗掘削モードの案内画面（以下、適宜粗掘削画面５３という）と、繊細掘削モードの案内画面（以下、適宜繊細掘削画面５４という）とを含む。
（粗掘削画面５３）
　図６に示す粗掘削画面５３は、表示部４２の画面４２Ｐに表示される。粗掘削画面５３は、作業エリアの設計地形と油圧ショベル１００の現在位置とを示す上面図５３ａと、設計面７０と油圧ショベル１００との位置関係を示す側面図５３ｂとを含む。粗掘削画面５３の上面図５３ａは、複数の三角形ポリゴンによって上面視による設計地形を表現している。より具体的には、上面図５３ａは、油圧ショベル１００が旋回する平面である旋回平面を投影面として設計地形を表現している。したがって、上面図５３ａは、油圧ショベル１００の真上から見た俯瞰図であり、油圧ショベル１００が傾いたときには設計面も傾くことになる。
　また、複数の設計面４５から目標作業対象として選択された設計面７０は、他の設計面４５と異なる色で表示される。なお、図６では、油圧ショベル１００の現在位置が上面視による油圧ショベル１００のアイコン６１で示されているが、他のシンボルによって示されてもよい。また、上面図５３ａは、油圧ショベル１００を設計面７０に対して正対させるための情報を含んでいる。油圧ショベル１００を設計面７０に対して正対させるための情報は、目標面正対コンパス７３として表示される。目標面正対コンパス７３は、例えば、矢印形状の指針７３Ｉが矢印Ｒ方向に回転して、設計面７０に対する正対方向と油圧ショベル１００を旋回させるべき方向とを示すアイコンである。油圧ショベル１００のオペレータは、目標面正対コンパス７３により、設計面７０への正対度を確認することができる。
　粗掘削画面５３の側面図５３ｂは、設計面７０とバケット８の刃先Ｐ３との位置関係を示す画像と、設計面７０とバケット８の刃先Ｐ３との間の距離を示す距離情報とを含む。具体的には、側面図５３ｂは、設計面の断面を示す線７４と、設計面の断面を示す線７９と、側面視による油圧ショベル１００のアイコン７５とを含む。設計面の断面を示す線７４は、設計面７０以外の設計面４５の断面を示す。設計面の断面を示す線７９は設計面７０の断面を示す。設計面の断面を示す線７４と設計面の断面を示す線７９とは、図５に示すように、バケット８の刃先Ｐ３の現在位置を通る平面７７と設計面４５との交線８０を算出することにより求められる。交線８０は、表示制御装置３９の処理部４４が求める。バケット８の刃先Ｐ３の現在位置を求める方法については後に説明する。
　側面図５３ｂにおいて、設計面の断面を示す線７９は、設計面の断面を示す線７４と異なる色で表示される。なお、図６では線種を変えて、設計面の断面を示す線７９と設計面の断面を示す線７４とを表現している。また、側面図５３ｂでは、設計面の断面を示す線７９及び設計面の断面を示す線７４よりも地中側の領域と、これらの線分よりも空中側の領域とは異なる色で示される。図６では、設計面の断面を示す線７９及び設計面の断面を示す線７４よりも地中側の領域にハッチングを付することにより、色の違いを表現している。
　設計面７０とバケット８の刃先Ｐ３との間の距離を示す距離情報は、数値情報８３とグラフィック情報８４とを含む。数値情報８３は、バケット８の刃先Ｐ３と設計面７０との間の最短距離を示す数値である。グラフィック情報８４は、バケット８の刃先Ｐ３と設計面７０との距離をグラフィックで示した情報である。グラフィック情報８４は、バケット８の刃先Ｐ３の位置を示すための案内用の指標である。具体的には、グラフィック情報８４は、インデックスバー８４ａと、インデックスバー８４ａのうちバケット８の刃先Ｐ３と設計面７０との間の距離がゼロに相当する位置を示すインデックスマーク８４ｂとを含む。インデックスバー８４ａは、バケット８の刃先Ｐ３と設計面７０との最短距離に応じて、各インデックスバー８４ａが点灯するようになっている。なお、グラフィック情報８４の表示のオン／オフが油圧ショベル１００のオペレータによる入力部４１の操作により変更可能とされてもよい。
　上述したように、粗掘削画面５３では、設計面の断面を示す線７９と油圧ショベル１００との相対位置関係及びバケット８の刃先Ｐ３と設計面の断面を示す線７９との最短距離を示す数値が表示される。油圧ショベル１００のオペレータは、設計面の断面を示す線７９に沿ってバケット８の刃先Ｐ３を移動させることによって、現在の地形が設計地形になるように、容易に掘削することができる。なお、粗掘削画面５３には案内画面を切り換えるための画面切換キー６５が表示される。オペレータは、画面切換キー６５を操作することにより、粗掘削画面５３から繊細掘削画面５４へ切り換えることができる。
（繊細掘削画面５４）
　図７に示す繊細掘削画面５４は、表示部４２の画面４２Ｐに表示される。繊細掘削画面５４は、粗掘削画面５３よりも設計面７０と油圧ショベル１００との位置関係を詳細に示している。すなわち、繊細掘削画面５４は、粗掘削画面５３よりも設計面７０とバケット８の刃先Ｐ３との位置関係を詳細に示している。繊細掘削画面５４は、設計面７０とバケット８とを示す正面図５４ａと、設計面７０とバケット８とを示す側面図５４ｂとを含む。繊細掘削画面５４の正面図５４ａには、正面視によるバケット８を示すアイコン８９と、正面視による設計面７０の断面を示す線７８とが含まれる。正面（正面視）とは、図１、図２に示すバケット８を車両本体１側から見ることであり、後述する車両本体座標系のＹａ軸と平行に見ることである。
　繊細掘削画面５４の側面図５４ｂには、側面視によるバケット８を示すアイコン９０と、設計面の断面を示す線７４と、設計面の断面を示す線７９とが含まれる。また、繊細掘削画面５４の正面図５４ａと側面図５４ｂとには、それぞれ、設計面７０とバケット８との位置関係を示す情報が表示される。側面（側面視）とは、図１、図２に示すバケットピン１５の延在方向（バケット８の揺動中心軸方向）から見ることであり、後述する車両本体座標系のＸａ軸と平行に見ることである。
　正面図５４ａにおいて設計面７０とバケット８との位置関係を示す情報は、距離情報８６ａと角度情報８６ｂとを含む。距離情報８６ａは、バケット８の刃先Ｐ３と、設計面７０との間のＺａ方向における距離を示したものである。この距離は、バケット８の刃先Ｐ３の幅方向における位置のうち設計面７０に対する最近接位置と、設計面７０との間の距離である。正面図５４ａには、最近接位置を示すマーク８６ｃがバケット８の正面図のアイコン８９に重ねて表示される。角度情報８６ｂは、設計面７０とバケット８との間の角度を示す情報である。具体的には、角度情報８６ｂは、バケット８の刃先Ｐ３を通る仮想線分と設計面の断面を示す線７８との間の角度である。
　側面図５４ｂにおいて、設計面７０とバケット８との位置関係を示す情報は、距離情報８７ａと角度情報８７ｂとを含む。距離情報８７ａは、バケット８と設計面７０との間の最短距離、すなわち設計面７０の法線方向におけるバケット８と設計面７０との間の距離（例えば、バケット８の刃先Ｐ３と設計面７０との間の距離）を示したものである。また、角度情報８７ｂは、設計面７０とバケット８との間の角度を示す情報である。具体的には、側面図５４ｂに表示される角度情報８７ｂは、バケット８の底面と設計面の断面を示す線７９との間の角度である。
　繊細掘削画面５４は、上述したバケット８の刃先Ｐ３と設計面７０との距離をグラフィックで示すグラフィック情報８４を含む。グラフィック情報８４は、粗掘削画面５３のグラフィック情報８４と同様に、インデックスバー８４ａとインデックスマーク８４ｂとを有する。上述したように、繊細掘削画面５４では、設計面の断面を示す線７８、７９とバケット８の刃先Ｐ３との相対位置関係が詳細に表示される。油圧ショベル１００のオペレータは、設計面の断面を示す線７８、７９に沿ってバケット８の刃先Ｐ３を移動させることによって、現在の地形が３次元の設計地形と同じ形状になるように、さらに容易に掘削することができる。なお、繊細掘削画面５４には、上述した粗掘削画面５３と同様に画面切換キー６５が表示される。オペレータは、画面切換キー６５を操作することにより、繊細掘削画面５４から粗掘削画面５３へ切り換えることができる。
＜バケット８の刃先Ｐ３の現在位置を求める方法＞
　設計面の断面を示す線７９はバケット８の刃先Ｐ３の現在位置から算出される。表示制御装置３９は、３次元位置センサ２３、第１ストロークセンサ１６、第２ストロークセンサ１７、第３ストロークセンサ１８及び傾斜角センサ２４等の検出結果に基づき、グローバル座標系｛Ｘ、Ｙ、Ｚ｝でのバケット８の刃先Ｐ３の現在位置を求める。本実施形態において、バケット８の刃先Ｐ３の現在位置は、次のようにして求められる。
　図８及び図９は、バケット８の刃先Ｐ３の現在位置を求める方法の一例説明するための図である。図８は、油圧ショベル１００の側面図であり、図９は、油圧ショベル１００の背面図である。バケット８の刃先Ｐ３の現在位置を求めるにあたって、表示制御装置３９は、図８に示すように、上述したＧＮＳＳアンテナ２１の設置位置Ｐ１を原点とする車両本体座標系｛Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ｝を求める。本例では、油圧ショベル１００の前後方向、すなわち車両本体１の座標系（車両本体座標系）ＣＯＭのＹａ軸方向が、グローバル座標系ＣＯＧのＹ軸方向に対して傾斜しているものとする。また、車両本体座標系ＣＯＭでのブームピン１３の座標は（０、Ｌｂ１、－Ｌｂ２）であり、予め表示制御装置３９の記憶部４３に記憶されている。
　図２及び図４に示す３次元位置センサ２３は、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２の設置位置Ｐ１、Ｐ２を検出する。検出された設置位置Ｐ１、Ｐ２の座標位置から、式（１）によってＹａ軸方向の単位ベクトルが算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　図８に示すように、ＹａとＺとの２つのベクトルで表される平面を通り、Ｙａと垂直なベクトルＺ’を導入すると、式（２）及び式（３）の関係が成り立つ。式（３）のｃは定数である。式（２）及び式（３）から、Ｚ’は式（４）のように表される。さらに、Ｙａ及びＺ’と垂直なベクトルをＸ’とすると、Ｘ’は式（５）で示すようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　図９に示すように、車両本体座標系ＣＯＭは、これをＹａ軸周りに、上述したロール角θ４だけ回転させたものであるから、式（６）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　また、第１ストロークセンサ１６、第２ストロークセンサ１７及び第３ストロークセンサ１８の検出結果から、上述したブーム６、アーム７、バケット８の現在の傾斜角θ１、θ２、θ３が算出される。車両本体座標系ＣＯＭ内におけるバケット８の刃先Ｐ３の座標（ｘａｔ、ｙａｔ、ｚａｔ）は、傾斜角θ１、θ２、θ３及びブーム６、アーム７、バケット８の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３を用いて、式（７）、式（８）及び式（９）で求めることができる。バケット８の刃先Ｐ３は、車両本体座標系ＣＯＭのＹａ－Ｚａ平面内を移動するものとする。グローバル座標系ＣＯＧにおけるバケット８の刃先Ｐ３の座標は、式（１０）で求めることができる。グローバル座標系ＣＯＧにおける刃先Ｐ３の座標が刃先Ｐ３の位置である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　表示制御装置３９は、上記のように算出したバケット８の刃先Ｐ３の現在位置と、記憶部４３に記憶された設計地形データとに基づいて、図５に示すように、３次元設計地形とバケット８の刃先Ｐ３を通るＹａ－Ｚａ平面７７との交線８０を算出する。そして、表示制御装置３９は、この交線８０のうち設計面７０を通る部分を上述した設計面の断面を示す線７９として案内画面に表示する。次に、図４に示す表示制御装置３９が、バケット８が作業対象となる地面を掘削するときの刃先Ｐ３の軌跡を、表示入力装置３８の表示部４２の画面４２Ｐに表示させる例について説明する。
＜設計面への最短距離の算出＞
　図１０は、設計面へのバケット８の最短距離を求める例を示すフローチャートである。バケット８を図４に示す表示部４２の画面４２Ｐに表示させるにあたり、ステップＳ１において、表示制御装置３９、より具体的には処理部４４は、バケット寸法の特定を行う。作業機２は、アーム７にバケット８が脱着自在であり、アーム７に付け替えてバケット８を取り付けることができる。図４に示す表示制御装置３９の記憶部４３には、入力部４１から入力された、バケット８の寸法を特定するバケット外形情報が記憶されている。
　ここで、記憶部４３がバケット外形情報を記憶する手順について、図１１、図１２及び図１３を用いて説明する。図１１は、バケット８の外形情報を記憶する手順を示すフローチャートである。図１２は、バケット８の外形情報の例を示す図である。図１３は、バケット８の外形情報のグラフィック例を示す図である。図１１に示すように、表示入力装置３８の入力部４１は、入力待ちとなる。ステップＳ１１に示すように、表示入力装置３８は、バケット種類の選択を受け入れ、処理部４４が記憶部４３に、表示入力装置３８が受け付けたバケット種類の選択の情報を記憶する。
　例えば、処理部４４は、図１２に示す登録識別コードに紐付けて、種類識別コード１を上述したバケット８のような標準バケットとして記憶する。処理部４４は、登録識別コードに紐付けて、種類識別コード２を後述するチルトバケットとして記憶する。次に図１１に示すステップＳ１２において、表示入力装置３８は、バケット情報を受け入れ、処理部４４が記憶部４３に、表示入力装置３８が入力を受け付けたバケット情報を記憶する。このバケット情報は、例えば、バケット８のバケット幅、バケット長さ、バケットの凹部深さ、バケット高さ等の他に、バケット８の尻部Ａ、尻部Ｂ、尻部Ｃ、尻部Ｄ及び尻部Ｅを計測基準点とした情報を含む。計測基準点Ｐｅｎ（ｎは、自然数、例えばｎ＝１、２、３、４、５）は、図１３に示すように、バケット８の尻部８Ｃの外形に沿って異なる場所であって、かつ予め複数定められている。図１２に示すように、バケット情報は、バケット８の尻部Ａ、尻部Ｂ、尻部Ｃ、尻部Ｄ及び尻部Ｅの各長さとして、図１、図２に示すバケットピン１５の延在方向（バケット８の回動中心軸ＡＸ１方向）から見た、回動中心軸ＡＸ１と計測基準点Ｐｅｎとを結んだ長さを含む。また、バケット情報は、バケット８の尻部Ａ、尻部Ｂ、尻部Ｃ、尻部Ｄ及び尻部Ｅの各角度として、バケットピン１５の延在方向から見たときに、回動中心軸ＡＸ１と計測基準点Ｐｅｎとを結んだ直線と、回動中心軸ＡＸ１とバケット８の刃先Ｐ３を結んだ直線とのなす角度を含む。
　次に、ステップＳ１３において、処理部４４は、例えば図１２に示すバケットの外形情報に基づいて、図１３に示す、バケット８のアイコンのグラフィックデータ８ＧＡの形状を算出し、生成する。アイコンのグラフィックデータ８ＧＡは、図１２に示すバケットの外形情報を満たす形状をグラフィックで示した情報である。次にステップＳ１４において、処理部４４は、ステップＳ１３で生成したバケット８のアイコンのグラフィックデータ８ＧＡを記憶部４３に記憶する。そして、上述したように、ステップＳ１において、処理部４４は、入力部４１の入力に基づいて記憶部４３に記憶するバケット情報及びアイコンのグラフィックデータ８ＧＡを読み出し、バケット寸法の特定を行う。
　次に、図１０に示すステップＳ２において、処理部４４は、油圧ショベル１００の現在位置及び車両本体１の姿勢を検出する。表示制御装置３９は、３次元位置センサ２３からの検出信号に基づいて、車両本体１の現在位置を検出する。上述したように、車両本体座標系ＣＯＭにおいて、油圧ショベル１００の作業機２は、ブーム６とアーム７とバケット８とがＹａ－Ｚａ平面に沿って、ブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とにより駆動される。ブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とが駆動すると、車両本体１の姿勢（傾き）に応じて定まる車両本体座標系ＣＯＭにおける、Ｙａ－Ｚａ平面に沿ってアーム７が移動し、バケット８が動くことになる。そこで、処理部４４は、３次元位置センサ２３、第１ストロークセンサ１６、第２ストロークセンサ１７、第３ストロークセンサ１８及び傾斜角センサ２４等の検出結果に基づき、作業機２の姿勢状態を検出する。
　次に、ステップＳ３において、処理部４４は、バケット８の刃先Ｐ３を含むバケット８の外周の計測基準点Ｐｅｎの現在位置を求める。表示制御装置３９は、上述した式（１０）に従って算出したバケット８の刃先の現在位置を求めることができる。上述したブーム６、アーム７、バケット８の現在の傾斜角θ１、θ２、θ３を用いて、車両本体座標系ＣＯＭ内におけるバケット８の計測基準点Ｐｅｎ（例えば、ｎ＝１、２、３、４、５）の座標（ｘａｅｎ、ｙａｅｎ、ｚａｅｎ）は、傾斜角θ１、θ２、θ３及びブーム６、アーム７、バケット８の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３、バケット情報（長さＥｎ、角度ψｎ、但しｎは自然数であって、例えば、ｎ＝１、２、３、４、５）を用いて、式（１１）、式（１２）及び式（１３）で求めることができる。そして、バケット８の計測基準点Ｐｅｎは、車両本体座標系ＣＯＭのＹａ－Ｚａ平面内を移動するものとする。グローバル座標系ＣＯＧにおけるバケット８の刃先Ｐ３の座標は、式（１４）で求めることができる。グローバル座標系ＣＯＧにおける計測基準点Ｐｅｎの各座標がバケット８の計測基準点Ｐｅｎの位置である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　表示制御装置３９は、上記のように算出したバケット８の計測基準点Ｐｅｎの現在位置と、記憶部４３に記憶された設計地形データとに基づいて、図５に示すように、３次元設計地形とバケット８の計測基準点Ｐｅｎを通るＹａ－Ｚａ平面７７との交線８０を算出する。そして、表示制御装置３９は、この交線８０のうち設計面７０を通る部分を上述した設計面の断面を示す線７９及び設計面の断面を示す線７４として案内画面に表示する。
　次に、ステップＳ４において、処理部４４は、バケット８と設計面との距離（設計面距離）を求め、刃先Ｐ３を含むバケット８の計測基準点Ｐｅｎのうち、最短距離となるバケット８の計測基準点Ｐｅｎまたは刃先Ｐ３を求める。
　この場合、処理部４４は、バケット８の幅方向（Ｘａ軸と平行な方向）の複数の計測基準点を考慮すると、より処理部４４は、バケット８と設計面との距離の精度を高めることができる。図１４は、バケット８の外形を上面からみた設計面４５とバケット８の刃先Ｐ３との最短距離を説明するための説明図である。図１４に示すように、処理部４４は、バケット８の複数の刃８Ｂの先端を通りバケット８の幅方向寸法に一致する仮想線分ＬＳ１を演算する。なお、処理部４４は、バケット８の幅方向寸法をステップＳ１において特定したバケット外形情報から読み出して、仮想線分ＬＳ１を演算している。
　例えば、処理部４４は、仮想線分ＬＳ１を、複数（例えば、４つ）の範囲に均等に分け、各範囲の境界及び両端を示す５つの点をＣｉとし、それぞれ第１計測基準点Ｃ１、第２計測基準点Ｃ２、第３計測基準点Ｃ３、第４計測基準点Ｃ４、第５計測基準点Ｃ５として設定する。分割数ｉは、自然数であり、本実施例ではｉは１、２、３、４、５である。すなわち、第１計測基準点Ｃ１、第２計測基準点Ｃ２、第３計測基準点Ｃ３、第４計測基準点Ｃ４、第５計測基準点Ｃ５は、バケット８の刃先Ｐ３の幅方向における特定の複数の位置を示す。そして、ステップＳ２で検出された油圧ショベル１００の現在位置に基づいて、処理部４４は、第１計測基準点Ｃ１、第２計測基準点Ｃ２、第３計測基準点Ｃ３、第４計測基準点Ｃ４、第５計測基準点Ｃ５の現在位置を算出する。具体的には、処理部４４は、上述したバケット８の刃先Ｐ３の現在位置の算出方法によって、中央の第３計測基準点Ｃ３の現在位置を算出する。そして、処理部４４は、中央の第３計測基準点Ｃ３の現在位置、バケット８の幅方向寸法及び仮想線分ＬＳ１の延在方向から他の第１計測基準点Ｃ１、第２計測基準点Ｃ２、第４計測基準点Ｃ４、第５計測基準点Ｃ５の現在位置を算出する。
　図１５は、バケット８の外形を上面からみた設計面４５とバケット８の尻部８Ｃとの最短距離を説明するための説明図である。図１５に示すように、処理部４４は、バケット８の計測基準点Ｐｅｎを通りバケット８の幅方向寸法に一致する仮想線分ＬＳｅｎを演算する。なお、処理部４４は、バケット８の幅方向寸法をステップＳ１において特定したバケット外形情報から読み出して、仮想線分ＬＳｅｎを演算している。
　例えば、処理部４４は、仮想線分ＬＳｅｎを、複数（例えば、４つ）の範囲に均等に分け、各範囲の境界及び両端を示す５つの点をＣｅｎｉとし、それぞれ第１計測基準点Ｃｅｎ１、第２計測基準点Ｃｅｎ２、第３計測基準点Ｃｅｎ３、第４計測基準点Ｃｅｎ４、第５計測基準点Ｃｅｎ５として設定する。分割数ｉは、自然数であり、上述したｉの値と同じであることで、刃先Ｐ３と比較しやすい。すなわち、第１計測基準点Ｃｅｎ１、第２計測基準点Ｃｅｎ２、第３計測基準点Ｃｅｎ３、第４計測基準点Ｃｅｎ４、第５計測基準点Ｃｅｎ５は、バケット８の計測基準点Ｐｅｎの幅方向における特定の複数の位置を示す。そして、ステップＳ３で検出されたバケット８の計測基準点Ｐｅｎの現在位置の情報に基づいて、処理部４４は、第１計測基準点Ｃｅｎ１、第２計測基準点Ｃｅｎ２、第３計測基準点Ｃｅｎ３、第４計測基準点Ｃｅｎ４、第５計測基準点Ｃｅｎ５の現在位置を算出する。具体的には、処理部４４は、中央の第３計測基準点Ｃｅｎ３の現在位置を算出する。そして、処理部４４は、中央の第３計測基準点Ｃｅｎ３の現在位置、バケット８の幅方向寸法及び仮想線分ＬＳｅｎの延在方向から他の第１計測基準点Ｃｅｎ１、第２計測基準点Ｃｅｎ２、第４計測基準点Ｃｅｎ４、第５計測基準点Ｃｅｎ５の現在位置を算出する。以上説明したように、複数の計測基準点は、バケット８の移動方向と平行な面、つまり上述したＹａ－Ｚａ平面と平行な平面で、バケット８の外形を切った断面及びバケット８の幅方向に沿ってそれぞれ予め複数定められている。
　図１６は、バケット８を側面からみた設計面４５とバケット８との最短距離を説明するための説明図である。第ｉ計測基準点Ｃｉ、Ｃｅｎｉを通るＹａ－Ｚａ平面と、設計面４５との交線を交線Ｍｉとした場合、ステップＳ４において、処理部４４は、交線Ｍｉに含まれる各交線ＭＡｉ、ＭＢｉ、ＭＣｉと第ｉ計測基準点Ｃｉ、Ｃｅｎｉとの間の距離を算出する。ここでは、交線Ｍｉに含まれる各交線ＭＡｉ、ＭＢｉ、ＭＣｉについて第ｉ計測基準点Ｃｉ、Ｃｅｎｉを通る垂線を算出し、交線ＭＡｉ、ＭＢｉ、ＭＣｉと第ｉ計測基準点Ｃｉ、Ｃｅｎｉとの間の距離が算出される。例えば、図１４、図１５及び図１６に示すように、第ｉ計測基準点Ｃｉが目標領域Ａ１、Ａ２、Ａ３のうち目標領域Ａ１内に位置している、第ｉ計測基準点Ｃｉを通る交線ＭＡｉの垂線が算出され、第ｉ計測基準点Ｃｉ、Ｃｅｎｉと交線ＭＡｉとの間の設計面距離ＤＡｉ、Ｄｅｎｉが算出される。また、図１４、図１５及び図１６に示すように、第ｉ計測基準点Ｃｉ、Ｃｅｎｉが目標領域Ａ１、Ａ２、Ａ３のうち目標領域Ａ３内に位置している、第ｉ計測基準点Ｃｉ、Ｃｅｎｉを通る交線ＭＣｉの垂線が算出され、第ｉ計測基準点Ｃｉ、Ｃｅｎｉと交線ＭＣｉとの間の設計面距離ＤＡｉｃ、Ｄｅｎｉｃが算出される。このようにして、処理部４４は、図１４、図１５及び図１６に示す算出可能な距離から、最小の距離となる最短距離を求める。処理部４４は、複数の交線ＭＡｉ及び交線ＭＣｉの法線方向に同一の計測基準点Ｐｅ１、刃先Ｐ３の位置がある場合、計測基準点Ｐｅ１、刃先Ｐ３に対して複数の設計面距離Ｄｅ１ｉ、ＤＡｉを求める。これにより、複数の設計面を考慮して最小の距離となる最短距離を求めることができるので、一方の設計面（交線ＭＡｉ）を基準にしてバケット８を移動させ、意図しない他方の設計面（交線ＭＣｉ）とバケット８との衝突を避けることができる。
　次に、ステップＳ５において、処理部４４は、ステップＳ４で求めた最短距離に対応した情報を、上述した図６に示す数値情報８３または図７に示す距離情報８７ａとして表示する。また、処理部４４は、グラフィック表示として、後述する画像ＳＤ１又はＳＤ２を表示する。さらに、処理部４４は、ステップＳ４で求めた最短距離に対応した情報をインデックスバー８４ａの点灯により表示してもよい。
　図１７は、バケット８による設計面の衝突を説明するための図である。図１８は、バケット８と設計面との最短距離を表示する例を示す図である。例えば、バケット８の刃先Ｐ３と設計面との距離だけをもとに、オペレータが作業機２を操作した場合、バケット８の刃８Ｂの先端よりも尻部８Ｃの方が設計面に近いことを判別することができない。図１７に示すように、オペレータは、設計面の断面を示す線７９を超えてバケット８の尻部８Ｃで地面の掘削をする可能性がある。そこで、本実施形態の処理部４４は、例えば、図１８に示すように、上述した繊細掘削画面５４の側面図５４ｂに、側面視によるバケット８のアイコン９０とともに、画像ＳＤ１を表示する。画像ＳＤ１は、設計面の断面を示す線７９の法線の画像であり、ステップＳ４で求めた設計面距離が最短距離となる、バケット８の計測基準点Ｐｅｎ又は刃先Ｐ３（例えば、Ｐｅ３）を通過する。このため、オペレータは、側面図５４ｂで画像ＳＤ１を視認することで、バケット８の尻部８Ｃを含め、バケット８と設計面との最短距離を把握することができ、設計面を超えてバケット８の尻部８Ｃで地面の掘削をする可能性を低減することができる。
　なお、画像ＳＤ１は、点線で表示したがこれに限られない。画像ＳＤ１は、実線、波線、一点鎖線、二点鎖線等の仮想線であってもよく、点、文字、線画等の絵柄が連続又は点在し、一見して最短距離となるバケット８の計測基準点Ｐｅｎ又は刃先Ｐ３の位置が判別できるシンボルを含む。例えば、図１９は、バケット８と設計面との最短距離を表示する他の例を示す図である。本実施形態の処理部４４は、例えば、図１９に示すように、上述した繊細掘削画面５４の側面図５４ｂに、側面視によるバケット８のアイコン９０とともに、画像ＳＤ２を表示する。画像ＳＤ２は、ステップＳ４で求めた設計面距離が最短距離となる、バケット８の計測基準点Ｐｅｎ又は刃先Ｐ３（例えば、Ｐｅ３）を特定する三角シンボルを含む。画像ＳＤ２は、この三角シンボルと、設計面の断面を示す線７９の法線方向にあって、設計面の断面を示す線７９に接する三角シンボルとを含み、三角シンボル間で、バケット８と設計面７０との最短距離を表してもよい。これにより、オペレータは、側面図５４ｂで画像ＳＤ２を視認することで、バケット８の尻部８Ｃを含め、画像ＳＤ２の三角シンボルで挟まれたバケット８と設計面との最短距離を把握することができ、設計面を超えてバケット８の尻部８Ｃで地面の掘削をする可能性を低減することができる。
　オペレータは、画像ＳＤ１又はＳＤ２を視認することで、バケット８の計測基準点Ｐｅｎ又は刃先Ｐ３のうち、設計面に最も近いバケット８の計測基準点Ｐｅｎ又は刃先Ｐ３を認識することが容易となる。したがって、オペレータは、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２を調整してバケット８の尻部８Ｃ等で設計面に意図しない掘削をする可能性を最小限に抑えることができる。
　本実施形態において、表示制御装置３９は、ステップＳ４で求めたバケット８と設計面との最短距離に基づき、警報として音を発報する。これにより、表示制御装置３９は、バケット８と設計面との衝突の可能性をオペレータに認識させることができる。例えば、ステップＳ４で求めたバケット８と設計面との最短距離が所定の閾値を超えた場合（ステップＳ６、Ｙｅｓ）、処理部４４は、警報の発報が必要と判断して、表示制御装置３９が図４に示す音発生装置４６から警報音を発報させる（ステップＳ７）。
　この場合、バケット８と設計面との距離に基づき、警報としての音を発報する態様を変更することで、処理部４４は、油圧ショベル１００のオペレータに、設計面に対してバケット８が近づき過ぎていることを認識させることができる。例えば、警報としての音を発報する態様を変更する例として、設計面にバケット８が近づく最短距離が短くなるにしたがって、音の周波数を高くする。又は、警報としての音を発報する態様を変更する例として、設計面にバケット８が近づく最短距離が短くなるにしたがって、音量を大きくする。あるいは、警報としての音を発報する態様を変更する例として、設計面にバケット８が近づく最短距離が短くなるにしたがって、断続鳴動の周期を短くする。そして、バケット８と設計面との衝突の可能性を認識したオペレータは、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２を調整してバケット８で設計面に意図しない掘削をする可能性を最小限に抑えることができる。なお、ステップＳ４で求めたバケット８と設計面との最短距離が所定の閾値を超えない場合（ステップＳ６、Ｎｏ）、処理部４４は、処理をステップＳ８に進める。
　次に、ステップＳ８において、処理部４４は、バケット８が動作を終了していない場合（ステップＳ８、Ｎｏ）、処理をステップＳ２へ戻し、処理部４４は、油圧ショベル１００の現在位置及び車両本体１の姿勢を検出する。処理部４４は、バケット８が動作を終了している場合（ステップＳ８、Ｙｅｓ）、処理を終了する。
　以上説明したように、掘削機械の表示システム２８は、刃先Ｐ３で掘削力を発生するバケット８を含む作業機２と、この作業機２が取り付けられる車両本体１とを動作させるためのシステムである。掘削機械の表示システム２８は、作業機状態検出部１９と、記憶部４３と、処理部４４と、を含む。作業機状態検出部１９は、油圧ショベル１００の現在位置、車両本体１の姿勢、刃先Ｐ３の現在位置を検出する。記憶部４３は、作業対象の目標形状を示す設計面の位置情報及びバケット８の外形情報を記憶する。
　処理部４４は、油圧ショベル１００の現在位置に関する情報、車両本体１の姿勢、刃先Ｐ３の現在位置及びバケット８の外形情報に基づいて、バケット８の刃先Ｐ３を少なくとも含みバケット８の尻部８Ｃの外形に沿って予め複数定められた位置を計測するための計測基準点Ｐｅｎのうち、設計面に最も近い計測基準点の位置を求める。
　バケット８の刃先Ｐ３と設計面との距離だけをもとに、オペレータが作業機２を操作した場合、バケット８の刃８Ｂの先端よりも尻部８Ｃの方が設計面に近いことを判別することができない可能性がある。本実施形態の掘削機械の表示システム２８は、オペレータに、バケット８の尻部８Ｃを含めたバケット８と設計面との最短距離を認識させることができ、設計面を超えてバケット８の尻部８Ｃで地面の掘削をする可能性を低減することができる。
　また、処理部４４は、設計面と直交する方向における、計測基準点Ｐｅｎから設計面までの距離を設計面距離として求め、この設計面距離の最小値に対応した情報を最短距離として画面４２Ｐに表示する。これにより、処理部４４は、オペレータが設計面にしたがって施工を進めるにあたって、オペレータに対して施工結果に関する設計面とバケット８との最短距離の情報を理解しやすく提供することができる。なお、処理部４４は、設計面と直交する方向における、計測基準点Ｐｅｎから設計面までの距離を設計面距離として求め、この設計面距離の最小値に対応した情報に基づいて、バケット８と設計面とが近づくにつれて、バケット８と設計面とが近づく近接速度を減速させる。処理部４４は、設計面距離の最小値に対応した情報に基づいて、予め定められたバケット８と設計面との距離を閾値として、この閾値を超えた場合に、作業機２を停止する。このため、処理部４４は、設計面を超えた地面を掘削する可能性を抑制することができる。
　また、処理部４４は、油圧ショベル１００の現在位置に関する情報、車両本体１の姿勢、刃先Ｐ３の現在位置及びバケット８の外形情報に基づいて、バケット８の刃先Ｐ３を少なくとも含みバケット８の尻部８Ｃの外形に沿って予め複数定められた位置を計測するための計測基準点Ｐｅｎのうち、設計面に最も近い計測基準点の位置を求める。そして、処理部４４は、設計面の法線方向における、設計面に最も近い計測基準点Ｐｅｎから設計面までの距離を最短の設計面距離として求める。表示入力装置３８は、求められた最短の設計面距離の表示又は設計面に最も近い計測基準点Ｐｅｎを通る設計面の法線を示す画像ＳＤ１の表示の少なくとも１つを表示部４２に表示する。
　本実施形態の掘削機械の表示システム２８は、画像ＳＤ１を視認させることで、オペレータに、バケット８の尻部８Ｃを含めたバケット８と設計面との最短距離を認識させることができ、設計面を超えてバケット８の尻部８Ｃで地面の掘削をする可能性を低減することができる。
　本実施形態においては、上述した繊細掘削画面５４に側面図５４ｂを表示する例を説明したが、粗掘削画面５３にこれを表示してもよい。なお、本実施形態の処理部４４は、上述した正面図５４ａ、側面図５４ｂは、車両本体座標系ＣＯＭにおける正面図（Ｙａ軸と平行にみた図）、側面図（Ｘａ軸と平行にみた図）として表示した。処理部４４は、正面図５４ａ、側面図５４ｂの少なくとも１つを、グローバル座標系における上面図（Ｙ軸と平行にみた図）、側面図（Ｘ軸と平行にみた図）として表示してもよい。
　以上、本実施形態を説明したが、上述した内容により本実施形態が限定されるものではない。また、上述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、上述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
　例えば、各案内画面の内容は上記のものに限られず、適宜、変更されてもよい。また、表示制御装置３９の機能の一部又はすべてが、油圧ショベル１００の外部に配置されたコンピュータによって実行されてもよい。また、目標作業対象は、上述したような平面に限らず、点、線又は３次元の形状であってもよい。表示入力装置３８の入力部４１は、タッチパネル式のものに限られず、ハードキーやスイッチなどの操作部材によって構成されてもよい。
　上記の実施形態では、作業機２は、ブーム６、アーム７、バケット８を有しているが、作業機２はこれに限られず、少なくともバケット８を有するものであればよい。また、上記の実施形態では、第１ストロークセンサ１６、第２ストロークセンサ１７及び第３ストロークセンサ１８によって、ブーム６、アーム７、バケット８の傾斜角を検出しているが、傾斜角の検出手段はこれらに限られない。例えば、ブーム６、アーム７、バケット８の傾斜角を検出する角度センサが備えられてもよい。
　上記の実施形態では、バケット８を有しているが、バケットはこれに限られない。例えば、作業機２は、チルトバケット、法面バケットなどの他のアタッチメントを装着してもよい。なお、チルトバケットとは、バケットチルトシリンダを備え、バケットが左右にチルト傾斜することで油圧ショベルが傾斜地にあっても、斜面、平地を自由な形に成形、整地をすることができ、低板プレートによる転圧作業もできるバケットである。また、法面バケットとは、底が平らで、平面又は法面の地固め作業に適したバケットである。
１　車両本体
２　作業機
３　上部旋回体
４　運転室
５　走行装置
８　バケット
８Ｂ　刃
８Ｃ　尻部
１９　作業機状態検出部
２１、２２　アンテナ
２３　３次元位置センサ
２４　傾斜角センサ
２８　掘削機械の表示システム（表示システム）
３８　表示入力装置
３９　表示制御装置
４１　入力部
４２　表示部
４２Ｐ　画面
４３　記憶部
４４　処理部
４５　設計面
４６　音発生装置
７０　設計面
７８、７９　設計面の断面を示す線
８４　グラフィック情報
１００　油圧ショベル

Claims (10)

  1. 　バケットを含む作業機と、前記作業機が取り付けられる本体部とを有する掘削機械の表示システムであって、
    　前記掘削機械の現在位置に関する情報、前記本体部の姿勢に関する情報及び前記バケットの先端の位置の情報を検出する作業機状態検出部と、
    　設計地形を示す設計面の位置情報及び前記バケットの外形情報を記憶する記憶部と、
    　前記掘削機械の現在位置に関する情報、前記本体部の姿勢に関する情報、前記バケットの先端の位置の情報及び前記バケットの外形情報に基づいて、前記バケットの先端を少なくとも含み前記バケットの尻部の外形に沿って予め複数定められた、位置を計測するための計測基準点のうち、前記設計面に最も近い計測基準点を求める処理部と、
    　を含む掘削機械の表示システム。
  2. 　前記処理部は、
    　前記設計面の法線方向における、前記計測基準点から前記設計面までの距離を設計面距離として求め、前記設計面距離の最小値に対応した情報を最短距離として表示装置の画面に表示する、請求項１に記載の掘削機械の表示システム。
  3. 　前記計測基準点は、前記バケットの移動方向と平行な面で前記バケットの前記外形を切った断面及び前記バケットの幅方向に沿ってそれぞれ予め複数定められ、
    　前記処理部は、
    　前記設計面の法線方向における、前記計測基準点から前記設計面までの距離を設計面距離として求め、前記設計面距離の最小値に対応した情報を最短距離として表示装置の画面に表示する、請求項１に記載の掘削機械の表示システム。
  4. 　前記処理部は、
    　複数の前記設計面の法線方向に同一の前記計測基準点がある場合、当該計測基準点に対して複数の設計面距離を求める、請求項２又は３に記載の掘削機械の表示システム。
  5. 　前記処理部は、
    　前記最短距離に基づき、警報を発報する、請求項２から４のいずれか１項に記載の掘削機械の表示システム。
  6. 　前記処理部は、
    　前記最短距離に応じて、前記警報として音を発報する態様を変更する、請求項５に記載の掘削機械の表示システム。
  7. 　前記処理部は、前記表示装置の画面に、前記設計面に最も近い計測基準点を特定する画像を表示する、請求項１から６のいずれか１項に記載の掘削機械の表示システム。
  8. 　前記設計面に最も近い計測基準点を特定する画像が、前記設計面の法線を示す画像である、請求項７に記載の掘削機械の表示システム。
  9. 　バケットを含む作業機と、前記作業機が取り付けられる本体部とを有する掘削機械の表示システムであって、
    　前記掘削機械の現在位置に関する情報、前記本体部の姿勢に関する情報及び前記バケットの先端の位置の情報を検出する作業機状態検出部と、
    　設計地形を示す設計面の位置情報及び前記バケットの外形情報を記憶する記憶部と、
    　前記掘削機械の現在位置に関する情報、前記本体部の姿勢に関する情報、前記バケットの先端の位置の情報及び前記バケットの外形情報に基づいて、前記バケットの先端を少なくとも含み前記バケットの尻部の外形に沿って予め複数定められた、位置を計測するための計測基準点のうち、前記設計面に最も近い計測基準点を求め、前記設計面の法線方向における、前記設計面に最も近い計測基準点から前記設計面までの距離を設計面距離として求める処理部と、
    　前記設計面距離の表示及び前記設計面に最も近い計測基準点を通る前記設計面の法線を示す画像の表示の少なくとも１つを表示する表示装置と、
    　を含む掘削機械の表示システム。
  10. 　請求項１から９のいずれか１項に記載の掘削機械の表示システムを備えたことを特徴とする掘削機械。
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