WO2018179596A1 - 建設機械 - Google Patents

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WO2018179596A1
WO2018179596A1 PCT/JP2017/043607 JP2017043607W WO2018179596A1 WO 2018179596 A1 WO2018179596 A1 WO 2018179596A1 JP 2017043607 W JP2017043607 W JP 2017043607W WO 2018179596 A1 WO2018179596 A1 WO 2018179596A1
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WO
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recommended
boom
arm
main
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PCT/JP2017/043607
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English (en)
French (fr)
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秀一 森木
寿身 中野
坂本　博史
Original Assignee
日立建機株式会社
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Priority to EP17902763.6A priority patent/EP3604693B1/en
Priority to CN201780086042.3A priority patent/CN110300827B/zh
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    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
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    • E02F3/36—Component parts
    • E02F3/42—Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
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    • E02F9/261—Surveying the work-site to be treated
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    • E02F9/261—Surveying the work-site to be treated
    • E02F9/262—Surveying the work-site to be treated with follow-up actions to control the work tool, e.g. controller

Definitions

  • the present invention relates to a construction machine.
  • an operation support system that supports an operator's operation in excavation work when the original terrain is constructed on a three-dimensional target terrain with a construction machine (for example, a hydraulic excavator).
  • a construction machine for example, a hydraulic excavator
  • a machine guidance that displays the positional relationship between a target terrain and a work tool such as a bucket on a monitor instead of the tension used in the conventional construction, or a target terrain
  • a machine control that semi-automatically controls a construction machine according to a deviation between the position of the work tool and the work tool is known.
  • Patent Document 1 for the purpose of enabling excavation work with high accuracy, an image showing a positional relationship between a design surface that is a target landform and a blade edge of a bucket that is a work tool, and a bucket
  • a display system for a hydraulic excavator that displays a guide screen including information indicating the distance between the closest position and the design surface on a display unit.
  • the operator in an operation of constructing a terrain sufficiently below a front device constituted by a boom, an arm, a bucket, etc. of a hydraulic excavator on a horizontal target terrain (a so-called horizontal pulling operation), the operator operates the arm. Adjust the excavation speed in the direction parallel to the design surface, and adjust the excavation height by operating the boom. In such a case, the operator operates the boom by referring to information (hereinafter referred to as distance information) indicating the distance between the closest position of the bucket and the design surface as taught in the prior art. Can be done appropriately.
  • the operator may be difficult for the operator to perform an appropriate operation using only the distance information. That is, for example, when excavating a wall that stands up as the target terrain, if the bucket is moved from the upper side to the lower side along the design surface, the movement direction (the target surface of the target surface) required by the height of the boom fulcrum The speed in the height direction is reversed. That is, the operation direction of the arm by the operator is also reversed, and it is difficult to perform an appropriate operation only with the distance information. Also, when performing horizontal pulling work at a higher position than the front device or excavation work with the wall surface on the lower front side as the target terrain, it is necessary for the arm to operate the boom to adjust the excavation height. The excavation speed changes greatly. That is, the operator has to cope with a change in speed necessary for the arm caused by the operation of the boom, and in this case as well, it is difficult to obtain sufficient excavation accuracy only by the distance information.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a construction machine capable of easily transmitting an appropriate operation to an operator.
  • the present application includes a plurality of means for solving the above-described problems.
  • a boom, an arm, and a work tool are connected to each other so as to be rotatable in the vertical direction.
  • a multi-joint type front work machine supported in a rotatable manner, an operation device that outputs operation signals for operating the boom, arm, and work implement of the front work machine, and the boom, arm,
  • posture information detection device that detects posture information of each of the work tools, posture information detected by the posture information detection device, design surface information that is information of a target shape of an excavation target, and the operation device from the operation device
  • the information processing device is configured to provide the vehicle at a work point set on the work tool based on the posture information.
  • a work point position calculating unit that calculates a relative position with respect to the object, a target surface setting unit that sets a target surface that is a target of excavation work based on the design surface information, and a case where the work point is moved along the target surface
  • a main operation determination unit that determines which operation of the boom and the arm is a main operation, and when performing the excavation work, the main operation among the operations of the boom and the arm Calculates the recommended operation amount and the recommended operation direction of the slave operation, which are different operations, according to the operation amount and the operation direction of the master operation, and displays the recommended operation amount and the recommended operation direction of the slave operation on the teaching device. It is provided with a recommended operation calculation unit.
  • an appropriate operation can be easily communicated to the operator.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the display content of a teaching apparatus. It is a functional block diagram which shows the detail of the information processing apparatus which concerns on 2nd Embodiment. It is a figure which shows the display content of the teaching apparatus which concerns on 2nd Embodiment. It is a figure which shows schematically the operation assistance system mounted in the hydraulic shovel which concerns on 3rd Embodiment. It is a figure which shows typically the mode in the cab where the teaching apparatus and auxiliary teaching apparatus which concern on 3rd Embodiment are arrange
  • a hydraulic excavator including a bucket as a work tool at the front end of the front working machine will be described as an example.
  • the present invention is applied to a hydraulic excavator including an attachment other than a bucket. It is also possible.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the appearance of a hydraulic excavator that is an example of a construction machine according to the present embodiment.
  • a hydraulic excavator 600 is an articulated front device (front) configured by connecting a plurality of driven members (boom 11, arm 12, bucket (work implement) 8) that rotate in the vertical direction.
  • the base end of the boom 11 of the front device 15 is supported by the front portion of the upper swing body 10 so as to be rotatable in the vertical direction, and one end of the arm 12 is an end (tip) different from the base end of the boom 11.
  • the other end of the arm 12 is supported by the other end of the arm 12 via a bucket link 8a so as to be rotatable in the vertical direction.
  • the boom 11, the arm 12, the bucket 8, the upper swing body 10, and the lower traveling body 9 are a boom cylinder 5, an arm cylinder 6, a bucket cylinder 7, a swing hydraulic motor 4, and left and right traveling hydraulic motors 3b (hydraulic actuators). However, only one traveling hydraulic motor is driven).
  • the boom 11, the arm 12, and the bucket 8 operate on a plane including the front device 15, and hereinafter, this plane may be referred to as an operation plane. That is, the operation plane is a plane orthogonal to the rotation axes of the boom 11, the arm 12, and the bucket 8, and can be set at the center in the width direction of the boom 11, arm 12, and bucket 8.
  • the operator's cab 16 has a right operation which is an operation lever (operation device) that outputs an operation signal for operating the hydraulic actuators 5 to 7 of the front device 15 and the swing hydraulic motor 4 of the upper swing body 10.
  • a lever device 1c and a left operation lever device 1d, and a right operation lever device 1a for traveling and a left operation lever device 1b for traveling that output operation signals for operating the left and right traveling hydraulic motors 3b of the lower traveling body 9 are provided. It has been.
  • the operation levers 1c and 1d can be tilted forward, backward, left and right, respectively, and include a detection device (not shown) that electrically detects the amount of lever tilt, that is, the lever operation amount as an operation signal, and the amount of lever operation detected by the detection device. It outputs to the information processing apparatus 100 (refer FIG. 2) which comprises a part of control apparatus via an electrical wiring. That is, the operations of the hydraulic actuators 4 to 7 are assigned to the operation levers 1c and 1d in the front-rear direction and the left-right direction, respectively.
  • the operation control of the boom cylinder 5, the arm cylinder 6, the bucket cylinder 7, the swing hydraulic motor 4 and the left and right traveling hydraulic motors 3b is driven by a prime mover (engine 14 in this embodiment) such as an engine or an electric motor.
  • the control valve 20 controls the direction and flow rate of the hydraulic oil supplied from the hydraulic pump device 2 to the hydraulic actuators 3b and 4-7.
  • the control valve 20 is performed by a drive signal (pilot pressure) output from a pilot pump (not shown) via an electromagnetic proportional valve.
  • the operation of the hydraulic actuators 3b, 4 to 7 is controlled by controlling the electromagnetic proportional valves with the control device based on the operation signals from the operation levers 1c, 1d.
  • the boom 11 is rotated up and down with respect to the upper swing body 10 by expansion and contraction of the boom cylinder 5
  • the arm 12 is rotated up and down and front and rear with respect to the boom 11 by expansion and contraction of the arm cylinder 6
  • the bucket 8 is a bucket.
  • the cylinder 7 is rotated up and down and back and forth with respect to the arm 12 by expansion and contraction.
  • the operation levers 1c and 1d may be of a hydraulic pilot type, and supply pilot pressures corresponding to the operation directions and operation amounts of the operation levers 1c and 1d operated by the operator to the control valve 20 as drive signals,
  • the hydraulic actuators 3b, 4 to 7 may be driven.
  • the boom cylinder 5 is provided with a boom bottom pressure sensor 17a for detecting the bottom side pressure of the boom cylinder 5 and a boom rod pressure sensor 17b for detecting the rod side pressure of the boom cylinder 5.
  • the arm cylinder 6 is provided with an arm bottom pressure sensor 17 c that detects the bottom side pressure of the arm cylinder 6.
  • the boom cylinder 5 and the arm cylinder 6 are provided with pressure sensors 17a to 17c.
  • the control valve 20 or the control valve 20 and the hydraulic actuators 5 and 6 are connected. You may comprise so that a pressure sensor may be provided in the middle of piping to connect.
  • an inertial measurement device IMU: Inertial Measurement Unit 13a to 13d are arranged.
  • the inertial measurement device 13a is a boom posture sensor that detects the angle (boom angle) of the boom 11 with respect to the horizontal plane
  • the inertial measurement device 13b is an arm posture sensor that detects the angle (arm angle) of the arm 12 with respect to the horizontal plane.
  • the device 13c is a bucket attitude sensor that detects an angle of the bucket link 8a with respect to a horizontal plane.
  • the inertial measurement device 13d is a vehicle body posture sensor that detects an inclination angle (roll angle, pitch angle) of the upper swing body 10 with respect to a horizontal plane.
  • Inertial measuring devices 13a to 13d measure angular velocity and acceleration. Considering the case where the upper swing body 10 where the inertial measurement devices 13a to 13d are arranged and the driven members 8, 11, and 12 are stationary, the gravity in the IMU coordinate system set for each inertial measurement device 13a to 13d. The direction of acceleration (that is, the vertically downward direction) and the attachment state of each of the inertial measurement devices 13a to 13d (that is, relative to each of the inertial measurement devices 13a to 13d and the upper swing body 10 and each driven member 8, 11, 12) The angle of the upper swing body 10 and each of the driven members 8, 11, 12 with respect to the horizontal plane can be detected based on the positional relationship).
  • the inertial measurement devices 13a to 13c constitute posture information detection devices that detect posture information (angle signals) of the boom 11, the arm 12, and the bucket (working tool) 8.
  • the posture information detection unit is not limited to the inertial measurement device, and for example, an inclination angle sensor may be used.
  • a potentiometer is arranged at the connecting portion of each driven member 8, 11, 12 to detect the relative orientation (posture information) of the upper swing body 10 and each driven member 8, 11, 12 from the detection result. You may obtain
  • stroke sensors are arranged in the boom cylinder 5, the arm cylinder 6, and the bucket cylinder 7, respectively, and the relative orientations at the connection portions of the upper swing body 10 and the driven members 8, 11, 12 are determined based on the stroke change amount ( (Positioning information) may be calculated, and the posture (angle with respect to the horizontal plane) of each driven member 8, 11, 12 may be obtained from the result.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing an operation support system mounted on a hydraulic excavator
  • FIG. 3 is a functional block diagram showing details of the information processing apparatus.
  • an operation support system 500 mounted on the hydraulic excavator 600 constitutes a part of a control device having various functions for controlling the operation of the hydraulic excavator 600, and supports an operator's excavation work. It has an information processing apparatus 100 that generates information (support information), and a teaching apparatus (display device) 200 such as a liquid crystal panel that is disposed in the cab 16 and teaches support information for excavation work to an operator.
  • the information processing apparatus 100 includes operation signals from the left and right operation lever apparatuses 1c and 1d, detection signals (angle signals: attitude information) from the inertial measurement apparatuses 13a to 13d, and a design from the design surface information input apparatus 18. Surface information is input, and information processing is performed based on these inputs.
  • the design surface information input device 18 inputs design surface information, which is information (target shape information) of the target shape of the excavation target set by connecting a plurality of target surfaces (line segments) to the information processing device 100. .
  • the design surface information input device 18 is, for example, a storage device, and is calculated using position information of the work machine and a 3D construction drawing in which a 3D shape of a target shape (for example, a slope shape) to be excavated is defined by polygons.
  • the target shape information is stored.
  • the information processing apparatus 100 includes, for example, a CPU (Central Processing Unit) (not shown) and a storage device such as a ROM (Read Only Memory) or an HDD (Hard Disc Drive) that stores various programs for executing processing by the CPU. And RAM (Random Access Memory) that is a work area when the CPU executes the program.
  • a CPU Central Processing Unit
  • ROM Read Only Memory
  • HDD Hard Disc Drive
  • RAM Random Access Memory
  • the information processing apparatus 100 includes a work point position calculation unit 110, a target surface setting unit 120, a target surface distance calculation unit 130, a main operation determination unit 140, and a recommended operation calculation unit 150.
  • the work point position calculation unit 110 is configured to determine the relative position of the work point set on the bucket (work tool) 8 with respect to the vehicle body (upper swing body 10) based on the angle signals (posture information) from the inertial measurement devices 13a to 13d. Is transmitted to the teaching device 200 as a work point position, and is output to the target surface setting unit 120 and the target surface distance calculation unit 130.
  • the work point set on the bucket (work implement) 8 is, for example, the center of the nail of the bucket 8.
  • a coordinate system representing the work point position a front coordinate system is used in which the pivot center of the boom 11 is fixed to the vehicle body as the origin O, and the x-axis is set in front of the upper swing body 10 and the z-axis is set upward.
  • the target plane setting unit 120 extracts a target plane as a work target from the design plane information input from the design plane information input device 18 based on the work point position calculated by the work point position calculation unit 110, and teach 200 and output to the target surface distance calculation unit 130 and the main operation determination unit 140.
  • Various methods can be applied to the extraction of the target surface from the design surface information. For example, a design surface vertically below the work point may be used as the target surface. In addition, when a design surface does not exist vertically below the work point, a design surface in front of or behind the work point may be set as the target surface.
  • FIG. 4 is a side view schematically showing the positional relationship between the target surface and the vehicle body.
  • the hydraulic actuators 5 to 7 are not shown for simplicity of illustration.
  • the inclination of the target surface with respect to the front of the vehicle body of the target surface set by the target surface setting unit 120 that is, the angle formed with the x axis of the target surface is the target surface angle.
  • the vertical distance from the rotation center of the boom 11 of the target plane that is, the distance between the target plane and the origin O of the front coordinate system is defined as the target plane height.
  • the target surface angle and the target surface height are each 0 (zero).
  • the target surface angle is positive on a target surface that is inclined so that the front side of the vehicle body (x-axis positive side) is lower than the target surface example, and the target surface is target that is inclined so that the front side of the vehicle body is higher than the target surface example.
  • the face angle becomes negative.
  • the target surface height is positive at a target surface that is above the target surface example (that is, when the origin O of the front coordinate system is not on the surface side of the target surface), and is below the target surface example. On a certain target surface (that is, when the origin O of the front coordinate system is on the surface side of the target surface), the target surface height is negative.
  • the target surface distance calculation unit 130 calculates a target surface distance that is a distance from the target surface set by the target surface setting unit 120 to the work point position calculated by the work point position calculation unit 110 and transmits the target surface distance to the teaching device 200. At the same time, it is output to the recommended operation calculation unit 150.
  • the main operation determination unit 140 is a main operation in which any operation of the boom 11 and the arm 12 is a main operation when the front device 15 performs excavation work on the target surface set by the target surface setting unit 120. This is a judgment.
  • the main operation determination unit 140 determines a main operation according to the target surface angle and target surface height of the target surface set by the target surface setting unit 120, and outputs the main operation to the recommended operation calculation unit 150 as main operation determination.
  • the main operation (main operation) in the excavation work corresponds to a driven member (the boom 11 or the arm 12 in the present embodiment) that moves as a main component in the operation direction when the front device 15 is operated. It is an operation to do. That is, when excavation work is performed so as to move the work point along a certain target surface, the boom 11 or the arm 12 having the larger operation speed or operation amount is set as the main operation.
  • This main operation differs depending on the position of the work point or the movement direction, which operation of the boom 11 or the arm 12 corresponds, but once the target plane (target plane angle and target plane height) is determined, excavation with respect to the target plane
  • the main operation in the work is also uniquely determined.
  • an angle change amount of the boom 11 with respect to the vehicle body (upper turning body 10) and an angle change amount of the arm 12 with respect to the boom 11 when the work point moves on the target surface are known geometry. Calculation is performed using calculation, and based on these comparisons, the operation with the larger amount of angle change is determined as the main operation.
  • An operation with a higher moving speed may be determined as a main operation based on a comparison between the speed components in the horizontal direction of the points.
  • the present embodiment shows a case where control is performed so that the posture of the bucket (work tool) 8 with respect to the target surface during excavation work does not change based on information such as target surface information and posture information. ing.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a determination result when the main operation is determined by changing the target surface angle and the target surface height of the target surface.
  • the determination result of the main operation is a position where the work point does not reach geometrically and the angle change amount of the areas where the excavation work cannot be performed (areas where excavation is not possible) 51 and 52 and the boom 11 is relatively large.
  • FIG. 5 can be referred to as a main operation determination table that receives the target surface angle and the target surface height of the target surface and gives the main operation determination result (main operation determination) as an output.
  • FIG. 5 illustrates the first and second determination methods by way of example
  • the main operation may be determined using other determination methods.
  • the result of determining the main operation using both the first and second determination methods is combined into one determination result.
  • a determination result main operation determination table
  • the boom main operation region 53 is set to the main operation determination result shown in FIG.
  • a determination result with a reduced range is obtained.
  • Each region of the main operation determination result (main operation determination table) is geometrically determined from the structure of the members constituting the upper swing body 10 and the front device 15 and the relative driveable range. It is not necessarily symmetric with respect to the origin O of the target surface angle and the target surface height, and each coordinate axis passing through the origin O.
  • the recommended operation calculation unit 150 includes a target surface (target surface angle) set by the target surface setting unit 120, a target surface distance calculated by the target surface distance calculation unit 130, and a determination result (main main determination unit 140). Based on the operation determination) and operation signals from the operation levers (operation devices) 1c and 1d, sub operation instruction information, which is support information related to the sub operation, is calculated and output to the teaching device (display device) 200.
  • the subordinate operation instruction information includes information such as a subordinate recommended operation amount and a recommended operation direction that are recommended values for the subordinate operation, and the current operation amount (including information on the operation direction).
  • FIG. 6 is a flowchart showing the calculation process of the subordinate operation instruction information by the recommended operation calculation unit.
  • the recommended operation calculation unit 150 first determines the angular velocity (main operation angular velocity) of the driven member of the main operation based on the operation signal of the driven member (boom 11 or arm 12) of the front device 15 determined to be the main operation. ) Is calculated (step S100). For example, when the boom 11 is the main operation, the expansion / contraction speed of the boom cylinder 5 is calculated according to the boom operation signal, and the expansion / contraction speed of the boom cylinder is converted into a boom angular speed based on the boom angle signal.
  • the expansion / contraction speed of the arm cylinder 6 is calculated according to the arm operation signal, and the expansion / contraction speed of the arm cylinder is converted into the arm angular speed based on the arm angle signal.
  • the main operation angular velocity may be calculated by differentiating the angle signals from the inertial measuring devices 13b and 13c of the boom 11 and the arm 12.
  • a target vertical speed that is a target speed in a direction perpendicular to the target surface is calculated based on the target surface distance (step S110).
  • the target surface distance is positive, that is, when the work point is away from the target surface, the target vertical speed is negative, and when the target surface distance is negative, that is, when the work point has entered the target surface, the target vertical speed is Speed is positive.
  • the target vertical speed is calculated so that the work point moves along the target surface.
  • the slave operation target angular velocity is calculated according to the angle signal based on the main operation angular velocity and the target vertical velocity (step S120).
  • the target angular velocity ⁇ 2t of the arm 12 that is the subordinate operation is calculated using the following equation (1).
  • v zt is the target vertical speed
  • ⁇ 1 is the boom angular speed
  • a 21 and a 22 are components of a known Jacobian matrix, which are calculated based on the target angular velocity and the angle signal, respectively, and work points on the target plane corresponding to the boom angular velocity and the arm angular velocity, respectively. It is a coefficient when calculating the vertical speed of.
  • the target angular velocity ⁇ 1t of the boom 11 that is a subordinate operation is calculated using the following equation (2).
  • v zt is a target vertical speed
  • ⁇ 2 is an arm angular speed
  • a 21 and a 22 are components of a known Jacobian matrix.
  • a slave operation amount target value (recommended operation amount) and a recommended operation direction which are recommended values of the slave operation are calculated (step S130).
  • slave operation instruction information is generated and transmitted to the teaching device 200 (step S140).
  • the subordinate operation instruction information is operation instruction information of the subordinate operation (the boom 11 or the arm 12).
  • the recommended operation amount and the recommended operation direction of the subordinate arm 12 are displayed. If it is, the recommended operation amount and the recommended operation direction of the boom 11 are transmitted as the sub operation instruction information.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing the inside of the cab where the teaching device is arranged.
  • FIG. 8 is a diagram showing the display contents of the teaching device.
  • the operator's cab 16 includes a right operation lever device 1c and a left operation lever device 1d, which are operation levers (operation devices) provided on the front left and right sides of the seat 16a where the operator sits, and an operator outside the vehicle. And a teaching device 200 disposed in front of the right operation lever device 1c on the right side of the seat 16a so as not to obstruct the field of view when viewing.
  • a boom raising operation and a boom lowering operation are assigned in the front-rear direction of the right operation lever device 1c, and an arm dump operation and an arm cloud operation are assigned in the front-rear direction of the left operation lever device 1d.
  • illustration and description are abbreviate
  • the teaching device 200 includes a slave operation name display unit 201 that displays the slave operation name determined by the information processing device 100, a slave operation recommended operation amount, a recommended operation direction, and a current operation.
  • a sub-operation display unit 202 that indicates the amount and a work device operation display unit 203 that displays the positional relationship between the current target surface and the front device 15 are displayed.
  • FIG. 8 illustrates a case where excavation work is performed using a wall surface facing the front of the front device 15 as a target surface.
  • the arm 12 is a slave operation
  • the slave operation name display unit 201 displays “arm” as the slave operation.
  • the sub-operation display unit 202 has a display area extending in the vertical direction corresponding to the operation direction (that is, the front-rear direction) of the operation lever 1c corresponding to the sub-operation, and a graphic displayed in the display area is displayed.
  • the recommended operation amount and the recommended operation direction of the slave operation are indicated by the position in the vertical direction and the presence or absence of highlighting of the graphic displayed in the display area.
  • the sub-operation display unit 202 has a figure (non-operation display) 202b (illustrated as a circular figure here) indicating that the operation lever 1c is not operated in a substantially central part in the vertical direction of the display area. Is arranged.
  • a figure (recommended operation amount display) 202a (illustrated by a square figure with two triangles) indicating a recommended operation amount and a recommended operation direction is displayed on the sub operation display unit 202 in the vertical direction of the display area. It is arranged at any position (the lower side of the non-operation display 202b in FIG. 8).
  • a plurality of other figures 202c in this case, so as to complement parts other than the non-operation display (figure 202b) and the recommended operation amount display (figure 202a)) (Illustrated by an arrow-shaped graphic indicating the direction of the graphic 202a).
  • the upward direction corresponding to the forward operation (arm dump operation) of the operation lever 1d is the arm dump, and the backward direction of the operation lever 1d.
  • the downward direction corresponding to the operation (arm cloud operation) indicates the arm cloud.
  • the operation amount of the operation lever 1d is indicated by the vertical distance from the non-operation display (figure 202b).
  • the current operation amount of the operation lever 1d is indicated by highlighting the graphic of the corresponding operation amount and operation direction more than other graphics (current operation amount display).
  • the recommended operation amount and the recommended operation direction of the operation lever 1d are the display position of the recommended operation amount display (figure 202a) viewed from the non-operation display (figure 202b), that is, the non-operation display ( The distance and direction from the figure 202b) are shown.
  • FIG. 8 illustrates a case where the recommended operation direction of the operation lever 1d is the arm cloud direction and the recommended operation amount is an operation amount represented by a distance corresponding to three figures 202b to 202a. Further, the case where the operation lever 1d is not operated at present and the figure 202b is highlighted more than other figures is illustrated.
  • FIG. 8 the case where the arm 12 is a slave operation has been described as an example.
  • the same display is performed when the boom 11 is a slave operation. That is, when the boom 11 is a subordinate operation, “boom” is displayed as a subordinate operation of the subordinate operation name display unit 201, and an upward direction corresponding to a forward operation (boom lowering operation) of the operation lever 1c. Indicates that the boom is lowered, the operation corresponding to the backward operation (boom raising operation) of the operation lever 1c indicates that the boom is raised, the non-operation display (figure 202b), the recommended operation amount display (figure 202a), A plurality of figures 202c and the like are displayed.
  • the work device operation display unit 203 displays the current positional relationship between the target surface and the front device 15.
  • FIG. 8 illustrates the case where the excavation work of the target surface set along the z axis so as to face the front of the front device 15 is performed as described above. Note that only the current positional relationship between the target surface and the front device 15 is displayed on the work device operation display unit 203, but FIG. 8 shows three positional relationships between the target surface and the front device 15 at the same time for the sake of explanation. Yes.
  • the recommended operation amount and the recommended operation of the subordinate operation are changed.
  • the operating direction can be taught to the operator. That is, since the operation direction of the operation lever 1d matches the direction of the display content of the teaching device 200, the operator selects the work point (that is, the bucket 8 which is a work tool) based on the information from the teaching device 200.
  • FIGS. 18 to 21 are diagrams illustrating various positional relationships between the target surface and the front device.
  • the vehicle bodies 9 and 10 and the hydraulic actuators 5 to 7 are not shown.
  • an operator in an operation for constructing a terrain sufficiently below a front device composed of a boom, an arm, a bucket, etc. of a hydraulic excavator on a horizontal target terrain (so-called horizontal pulling operation), an operator
  • the excavation speed in the direction parallel to the design surface is adjusted by operating the arm, and the excavation height is adjusted by operating the boom.
  • the operator operates the boom by referring to information (hereinafter referred to as distance information) indicating the distance between the closest position of the bucket and the design surface as taught in the prior art. Can be done appropriately.
  • the bucket 8 Although it moves along the terrain, when the bucket 8 is at a position lower than the origin O of the front coordinate system as in the posture 152, if the arm cloud operation is performed while performing the boom lowering operation, the bucket 8 leaves the target terrain. End up. In other words, since the operation direction of the arm by the operator is reversed, it is difficult to perform an appropriate operation only with the distance information.
  • the boom 11, the arm 12, and the bucket (work tool) 8 are connected so as to be rotatable in the vertical direction, and the vehicle body (upper turn) of the excavator 600 (construction machine) is configured. Operation signals for operating the articulated front device 15 and the boom 11, arm 12, and bucket 8 of the front device 15, which are supported by the body 10 and the lower traveling body 9) so as to be rotatable in the vertical direction.
  • Operation levers (operation devices) 1c and 1d to be output Operation levers (operation devices) 1c and 1d to be output, inertial measurement devices 13a to 13c (posture information detection devices) for detecting posture information of the boom 11, the arm 12, and the bucket 8, and inertia measurement devices 13a to 13c
  • Information processing apparatus 1 that performs information processing based on detection information on the surface, design surface information that is information on the target shape of the excavation target, and operation signals from the operation levers 1c and 1d
  • the information processing apparatus 100 includes a work point position calculation unit 110 that calculates a relative position of the work point set on the bucket 8 with respect to the vehicle bodies 9 and 10 based on the posture information, and a design.
  • the target surface setting unit 120 that sets a target surface that is a target of excavation work based on the surface information, and the operation of either the boom 11 or the arm 12 when the work point is moved along the target surface is the main operation.
  • a main operation determination unit 140 that determines whether the operation is an operation, and a recommended operation amount and a recommended operation direction of a sub operation that is another operation different from the main operation among the operations of the boom 11 and the arm 12 when performing excavation work.
  • a recommended operation calculating unit 150 that displays a recommended operation amount and a recommended operation direction of the slave operation on the teaching device (display device) 200. Since the can clearly conveying the appropriate operation to the operator.
  • main instruction instruction information (current operation amount and recommended operation direction of main operation) is displayed together with operation instruction information (recommended operation amount, recommended operation direction, and current operation amount) of the teaching device. To display.
  • FIG. 9 is a functional block diagram showing details of the information processing apparatus.
  • FIG. 10 is a diagram showing the display contents of the teaching device. In the figure, the same members as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the information processing apparatus 100A includes a work point position calculation unit 110, a target surface setting unit 120, a target surface distance calculation unit 130, a main operation determination unit 140, and a recommended operation calculation unit 150A.
  • the recommended operation calculation unit 150A is configured such that the target surface (target surface angle) set by the target surface setting unit 120, the target surface distance calculated by the target surface distance calculation unit 130, and the determination result of the main operation determination unit 140 (main Based on the operation determination) and operation signals from the operation levers (operation devices) 1c and 1d, the first and second operation instruction information (subordinate operation instruction information or main operation instruction information) is calculated, and the teaching apparatus 200 is operated. Send.
  • the first operation instruction information is operation instruction information related to boom operation
  • the second operation instruction information is operation instruction information related to arm operation. That is, when the operation of the boom 11 is a main operation, main operation instruction information (current operation amount and recommended operation direction of the main operation) is generated and transmitted as the first operation instruction information, and the second operation instruction information is transmitted. Subordinate operation instruction information (recommended operation amount and recommended operation direction of the subordinate operation) is generated and transmitted. When the operation of the arm 12 is the main operation, the sub operation instruction information is generated and transmitted as the first operation instruction information, and the main operation instruction information is generated and transmitted as the second operation instruction information.
  • the teaching device 200 includes a slave operation name display unit 201 that displays the slave operation name determined by the information processing device 100, a slave operation recommended operation amount, a recommended operation direction, and a current operation.
  • a secondary operation display unit 202 that indicates the amount
  • a primary operation name display unit 204 that displays the primary operation name determined by the information processing apparatus 100A
  • a primary operation display unit 205 that indicates the current operation amount and operation direction of the primary operation.
  • a work device operation display unit 203 that displays the current positional relationship between the target surface and the front device 15 is displayed.
  • FIG. 8 illustrates a case where excavation work is performed using a wall surface facing the front of the front device 15 as a target surface. In this case, since the arm 12 is a slave operation and the boom 11 is a master operation, the slave operation name display unit 201 displays “arm” as the slave operation, and the master operation name display unit 204 displays “ “Boom” is displayed.
  • the main operation display unit 205 has a display area extending in the vertical direction corresponding to the operation direction (that is, the front-rear direction) of the operation lever 1c corresponding to the main operation.
  • the current operation amount and the recommended operation direction of the main operation are indicated by the shape and presence / absence of highlighting of the graphic displayed in the display area.
  • a figure (non-operation display) 205a (in this case, illustrated as a circular figure) indicating that the operation lever 1c is not operated is substantially at the center in the vertical direction of the display area. Is arranged.
  • the main operation display unit 205 includes a plurality of figures (recommended operation direction display) 205b (illustrated by an arrow-shaped figure indicating the recommended operation direction) indicating the recommended operation direction of the operation lever 1c (non-operation display). They are arranged side by side in one of the vertical directions of 205a (the upper side of the non-operation display 205a in FIG. 10).
  • a plurality of other figures 205c (here, in order to complement the parts other than the non-operation display (figure 205a) and the recommended operation direction display (figure 205b)) (Illustrated by a rectangular figure).
  • the upward direction corresponding to the forward operation (boom lowering operation) of the operation lever 1c is the boom lowering, and the rearward of the operating lever 1c.
  • the downward direction corresponding to the operation (boom raising operation) indicates the boom raising.
  • the operation amount of the operation lever 1c is indicated by the vertical distance from the non-operation display (figure 205a).
  • the current operation amount of the operation lever 1c is indicated by highlighting the current operation amount and the operation direction figure more than other figures (current operation amount display).
  • the recommended operation direction of the operation lever 1c is indicated by the display direction of the recommended operation direction display (figure 205b) viewed from the non-operation display (figure 205a).
  • FIG. 8 illustrates a case where the recommended operation direction of the operation lever 1c is the boom lowering direction and the current operation amount is an operation amount represented by a distance corresponding to three pieces from the figure 205a to the figure 205b.
  • the main operation instruction information (current operation amount and recommended operation direction of the main operation) is displayed together with the operation instruction information (recommended operation amount, recommended operation direction, and current operation amount) of the teaching device 200. Therefore, it is possible to easily tell the operator which operation should be performed.
  • the present embodiment includes an auxiliary teaching device separately from the teaching device in the second embodiment, and first and second operation instruction information (subordinate operation instruction information or main operation instruction information) calculated by the information processing apparatus. Are transmitted separately to the teaching device and the auxiliary teaching device.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing an operation support system mounted on a hydraulic excavator.
  • members similar to those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the operation support system 500B forms part of a control device having various functions for controlling the operation of the excavator 600, and generates information (support information) for supporting the operator's excavation work.
  • An information processing device 100A a teaching device (display device) 200 such as a liquid crystal panel and an auxiliary teaching device (display device) 300 which are arranged in the cab 16 and teach the operator support information for excavation work. Yes.
  • the information processing apparatus 100A includes operation signals from the left and right operation lever devices 1c and 1d, detection signals (angle signals: attitude information) from the inertial measurement devices 13a to 13d, and a design from the design surface information input device 18. Surface information is input, and information processing is performed based on these inputs.
  • the information processing apparatus 100 ⁇ / b> A calculates first operation instruction information (subordinate operation instruction information or main operation instruction information) that is operation instruction information related to the boom operation and transmits the first operation instruction information to the teaching device 200 and is operation instruction information related to the arm operation.
  • Second operation instruction information (subordinate operation instruction information or main operation instruction information) is calculated and transmitted to the auxiliary teaching device 300. That is, when the operation of the boom 11 is a main operation, main operation instruction information (current operation amount and recommended operation direction of the main operation) is generated and transmitted as the first operation instruction information, and the second operation instruction information is transmitted.
  • Subordinate operation instruction information (recommended operation amount, recommended operation direction, and current operation amount) is generated and transmitted.
  • the sub operation instruction information is generated and transmitted as the first operation instruction information
  • the main operation instruction information is generated and transmitted as the second operation instruction information.
  • FIG. 12 is a diagram schematically showing the inside of the cab where the teaching device and the auxiliary teaching device are arranged.
  • FIG. 13 is a diagram showing the display contents of the teaching device and the auxiliary teaching device side by side for comparison.
  • the operator's cab 16 includes a right operation lever device 1c and a left operation lever device 1d, which are operation levers (operation devices) provided on the left and right sides of a seat 16a on which an operator sits, and an operator outside the vehicle.
  • the teaching device 200 disposed in front of the right operation lever device 1c on the right side of the seat 16a so as not to obstruct the view when viewing the vehicle.
  • the left operation on the left side of the seat 16a so as not to obstruct the view when the operator looks outside the vehicle
  • An auxiliary teaching device 300 disposed in front of the lever device 1d is installed.
  • the auxiliary teaching device 300 may be a mobile terminal such as a smartphone, and is installed in the auxiliary teaching device holder 301.
  • a boom raising operation and a boom lowering operation are assigned in the front-rear direction of the right operation lever device 1c, and an arm dump operation and an arm cloud operation are assigned in the front-rear direction of the left operation lever device 1d.
  • illustration and description are abbreviate
  • the teaching device 200 disposed in front of the right operation lever device 1c corresponding to the boom operation is displayed based on the first operation instruction information regarding the boom operation, and the left operation lever corresponding to the arm operation.
  • the auxiliary teaching device 300 arranged in front of the device 1d displays based on the second operation instruction information regarding the arm operation.
  • FIG. 13 illustrates a case where excavation work is performed using a wall surface facing the front of the front device 15 as a target surface.
  • the teaching device 200 is displayed based on the slave operation instruction information generated as the first operation instruction information by the information processing apparatus 100A.
  • the teaching device 300 displays based on the main operation instruction information generated as the second operation instruction information.
  • the teaching device 200 displays a main operation name display unit 204 that displays the main operation name determined by the information processing apparatus 100A, and the current main operation.
  • the main operation display unit 205 indicating the operation amount and the operation direction
  • the work device operation display unit 203 displaying the positional relationship between the current target surface and the front device 15 are displayed.
  • the auxiliary teaching device 300 also includes a slave operation name display unit 201 that displays the slave operation name determined by the information processing apparatus 100A, a slave operation recommended operation amount, a recommended operation direction, and a current operation amount.
  • the operation display unit 202 is displayed.
  • the subordinate operation name display unit 201 of the auxiliary teaching device 300 displays “arm” as a subordinate operation
  • the main operation name display unit 204 of the teaching device 200 displays “boom” as the main operation.
  • the teaching device 200 and the auxiliary teaching device 300 are arranged near the operation levers 1c and 1d corresponding to the operation amounts to be displayed, it is easy for the operator to understand the appropriate operation more intuitively. Become.
  • FIG. 14 is a diagram schematically showing the inside of the cab where the teaching device and the auxiliary teaching device are arranged.
  • FIG. 15 is a diagram showing the display contents of the auxiliary teaching device.
  • members similar to those in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the operator's cab 16 includes a right operation lever device 1c and a left operation lever device 1d, which are operation levers (operation devices) provided on the front left and right sides of a seat 16a on which an operator sits, and an operator outside the vehicle.
  • the teaching device 200 disposed in front of the right operation lever device 1c on the right side of the seat 16a so as not to obstruct the view when viewing the vehicle.
  • the left operation on the left side of the seat 16a so as not to obstruct the view when the operator looks outside the vehicle
  • An auxiliary teaching device 300C disposed in front of the lever device 1d is installed.
  • a boom raising operation and a boom lowering operation are assigned in the front-rear direction of the right operation lever device 1c, and an arm dump operation and an arm cloud operation are assigned in the left-right direction of the left operation lever device 1d.
  • illustration and description are abbreviate
  • the auxiliary teaching device 300C arranged in front of the left operation lever device 1d corresponding to the arm operation is displayed based on the second operation instruction information regarding the arm operation.
  • FIG. 15 illustrates a case where the arm 12 is a slave operation and the auxiliary teaching device 300 displays based on the main operation instruction information generated as the second operation instruction information.
  • the auxiliary teaching device 300C shows the subordinate operation name display unit 201 that displays the subordinate operation name determined by the information processing apparatus 100A, the subordinate recommended operation amount, the recommended operation direction, and the current operation amount.
  • a sub-operation display unit 202C is displayed.
  • the subordinate operation name display unit 201 of the auxiliary teaching device 300C displays “arm” as the subordinate operation.
  • the sub-operation display unit 202C has a display area extending in the left-right direction corresponding to the operation direction (that is, the left-right direction) of the operation lever 1d corresponding to the sub-operation, and the figure displayed in the display area
  • the current operation amount and the recommended operation direction of the slave operation are indicated by the shape and the presence / absence of highlighting of the graphic displayed in the display area.
  • a figure (non-operation display) 202b (illustrated as a circular figure here) indicating that the operation lever 1d is not in operation is displayed on the sub-operation display section 202C at a substantially central portion in the left-right direction of the display area. Is arranged.
  • a figure (recommended operation amount display) 202a (in this example, a square figure with two triangles) indicating the recommended operation amount and the recommended operation direction is displayed on the sub-operation display unit 202C in the horizontal direction of the display area. It is arranged at any position (on the right side of the non-operation display 202b in FIG. 8).
  • a plurality of other figures 202c (here, in order to complement parts other than the non-operation display (figure 202b) and the recommended operation amount display (figure 202a)) (Illustrated by an arrow-shaped graphic indicating the direction of the graphic 202a).
  • the auxiliary teaching device 300 (or teaching device 200) corresponding to the operation lever is directed in a direction (for example, lateral direction) according to the changed operation lever pattern. Since the direction of the operation lever and the direction of the display content of the auxiliary teaching device 300 (or the teaching device 200) coincide with each other, the operator can more intuitively understand the appropriate operation.
  • the lever operation by the operator is not performed on the recommended operation amount and the recommended operation direction of the slave operation calculated and displayed based on the operation amount and the operation direction of the main operation in the second embodiment. In some cases, calculation and display are performed in a predictive manner.
  • FIG. 16 is a functional block diagram showing details of the information processing apparatus.
  • members similar to those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the information processing apparatus 100D includes a work point position calculation unit 110, a target surface setting unit 120, a target surface distance calculation unit 130, a main operation determination unit 140, a recommended operation calculation unit 150D, and an addition operator 170. ing.
  • the recommended operation calculation unit 150 ⁇ / b> D is configured such that the target surface (target surface angle) set by the target surface setting unit 120, the target surface distance calculated by the target surface distance calculation unit 130, and the determination result of the main operation determination unit 140 (main Based on the operation determination) and operation signals from the operation levers (operation devices) 1c and 1d, the first and second operation instruction information (subordinate operation instruction information or main operation instruction information) is calculated, and the teaching apparatus 200 is operated. Send.
  • the recommended operation calculation unit 150D artificially calculates the angular velocity (pseudo main operation angular velocity) of the driven member for the main operation.
  • an angle signal (pseudo posture signal) corresponding to the pseudo main operation angular velocity is generated in a pseudo manner and output to the addition operator 170.
  • the recommended operation calculation unit 150D acquires the calculation result of the target surface distance calculation unit 130 in a pseudo manner by acquiring the calculation result of the work point position calculation unit 110 in a pseudo manner based on the pseudo posture signal.
  • the target operation target angular velocity is obtained.
  • the pseudo posture signal is obtained by integrating the pseudo main operation angular velocity and the slave operation target angular velocity.
  • the addition operator 170 is provided in the input unit of the angle signal (posture signal) to the information processing device 100D, and the angle operator (posture signal) input from the inertial measurement devices 13a to 13d to the information processing device 100D is
  • the angle signal (pseudo posture information) generated in a pseudo manner by the recommended operation calculation unit 150D is added and output to the work point position calculation unit 110 and the recommended operation calculation unit 150D.
  • FIG. 17 is a flowchart showing the calculation process of the subordinate operation instruction information by the recommended operation calculation unit.
  • the recommended operation calculation unit 150D first determines whether or not the operation levers 1c and 1d are operated based on the operation signal (step S200). If the determination result is YES, it is determined as the main operation. Based on the operation signal of the driven member (boom 11 or arm 12) of the front device 15, the angular velocity (main operation angular velocity) of the driven member of the main operation is calculated (step S210). When the determination result in step S200 is NO, that is, when it is determined that the operation levers 1c and 1d are not operated, the angular velocity (pseudo main operation angular velocity) of the driven member of the main operation is simulated. Calculation is performed (step S211).
  • step S210 or S211 when the main operation angular velocity or the pseudo main operation angular velocity is calculated, the target vertical velocity that is the target velocity in the direction perpendicular to the target surface is calculated based on the target surface distance (step S220). Subsequently, the slave operation target angular velocity is calculated according to the angle signal based on the main operation angular velocity or the pseudo main operation angular velocity and the target vertical velocity (step S230). Subsequently, based on the target angular velocity of the slave operation, the slave operation amount target value (recommended operation amount) and the recommended operation direction which are recommended values of the slave operation are calculated (step S240). Subsequently, the sub operation instruction information is generated based on the main operation determination, the operation signal, and the sub operation amount target value, and is transmitted to the teaching device 200 together with the main operation instruction information (step S250).
  • step S260 it is determined again whether or not the operation levers 1c and 1d are operated based on the operation signal (step S260). If the determination result is NO, an angle signal (pseudo attitude signal) corresponding to the pseudo main operation angular velocity is determined. ) Is pseudo-generated and an angle addition value calculation process is input to the information processing apparatus 100D via the addition operator 170 (step S261), and the process ends. If the determination result in step S260 is YES, an angle addition value initialization process for resetting the angle signal (pseudo attitude signal) output to the addition operator 170 to 0 (zero) is executed (step S270), the process ends.
  • the target action and / or the recommended operation is displayed on the teaching device 200 before the operator starts the operation, and the operator can easily understand the appropriate operation.
  • the boom 11, the arm 12, and the work tool are connected so as to be rotatable in the vertical direction, and the vehicle body of the construction machine (for example, the hydraulic excavator 600).
  • the multi-joint type front device 15 supported by the upper swing body 10 and the lower traveling body 9 so as to be rotatable in the vertical direction, the boom 11, the arm 12, and the work tool of the front device 15 are respectively operated.
  • An operation device for example, operation levers 1c and 1d
  • posture information detection devices for example, inertial measurement devices 13a to 13c
  • the information processing apparatus 100 includes a work point position calculation unit 110 that calculates a relative position of the work point set on the work tool with respect to the vehicle body based on the posture information, and design surface information. Based on the target surface setting unit 120 that sets a target surface that is a target for excavation work, and when the work point is moved along the target surface, any operation of the boom 11 and the arm 12 is a main operation.
  • the main operation determination unit 140 for determining whether or not the recommended operation amount and the recommended operation direction of the sub-operation, which is another operation different from the main operation among the operations of the boom 11 and the arm 12, are used.
  • a recommended operation calculation unit 150 that calculates according to the operation amount and the operation direction of the operation and displays the recommended operation amount and the recommended operation direction of the slave operation on the teaching device (for example, the teaching device 200). It was.
  • This configuration makes it possible to convey an appropriate operation to the operator in an easy-to-understand manner.
  • the recommended operation calculation unit is configured to operate the operation amount and the operation direction of the main operation simultaneously with the recommended operation amount and the recommended operation direction of the slave operation. Is displayed on the teaching device.
  • the main operation instruction information (current operation amount and recommended operation direction of the main operation) is displayed together with the operation instruction information (recommended operation amount, recommended operation direction, and current operation amount) of the teaching device. Since it is configured as described above, it is possible to easily tell the operator which operation should be performed.
  • the teaching device displays a display area that extends in accordance with the operation direction of the operation device corresponding to the main operation. It was changed in accordance with the operation direction of the main operation.
  • the teaching device displays a display area that extends in accordance with the operation direction of the operation device corresponding to the sub operation. It was changed in accordance with the recommended operation direction of the slave operation.
  • the operator uses the information from the teaching device to set the work point (that is, the bucket 8 as the work tool) as the target plane. This makes it easy to intuitively understand the appropriate recommended operation amount and recommended operation direction of the slave operation to be operated along.
  • the recommended operation calculation unit is assumed in excavation work corresponding to the target surface when the operation device is not operated.
  • a pseudo operation amount and a pseudo operation direction assuming the operation amount and operation amount of the main operation are set, and a recommended operation amount of a sub operation that is another operation different from the main operation among the operations of the boom and the arm, and
  • the recommended operation direction is calculated according to the pseudo operation amount and the pseudo operation direction of the main operation, and the recommended operation amount and the recommended operation direction of the sub operation are displayed on the teaching device.
  • the target action and / or the recommended operation is displayed on the teaching device before the operator starts the operation, and the operator can easily understand the appropriate operation.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications and combinations within the scope not departing from the gist thereof. Further, the present invention is not limited to the one having all the configurations described in the above embodiment, and includes a configuration in which a part of the configuration is deleted. Moreover, you may implement
  • Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by the processor.
  • SYMBOLS 1 Front device (front work machine), 1a ... Traveling right operation lever device, 1b ... Traveling left operation lever device, 1c ... Right operation lever device (operation device), 1d ... Left operation lever device (operation device), DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Hydraulic pump apparatus, 3b ... Traveling hydraulic motor, 4 ... Swing hydraulic motor, 5 ... Boom cylinder, 6 ... Arm cylinder, 7 ... Bucket cylinder, 8 ... Bucket (work implement), 8a ... Bucket link, 9 ... Lower part traveling Body, 10 ... upper revolving body, 11 ... boom, 12 ... arm, 13a to 13d ...
  • IMU inertia measurement device
  • 14 engine (prime mover), 15 ... front device (front work machine), 16 ... cab, 16a ... Seat, 17a to 17c ... Pressure sensor, 18 ...
  • Design surface information input device 20 ... Control valve, 51 ... Non-excavation area, 52 ... Non-excavation area, 53, 54 ... Main operation area, 55 ... arm main operation area, 100, 100A, 100D ... information processing apparatus, 110 ... work point position calculation unit, 120 ... target surface setting unit, 130 ... target surface distance calculation unit, 140 ... main operation determination 150, 150A, 150D ... recommended operation calculation unit, 170 ... addition operator, 200 ... teaching device (display device), 201 ...
  • subordinate operation name display unit 202,202C ... subordinate operation display unit, 202a ... recommended operation amount Display 202b Non-operation display 202c Graphic 203 Operation device operation display unit 204 Main operation name display unit 205 Main operation display unit 205a Non-operation display 205b Recommended operation direction display 205c Graphic, 300 ... auxiliary teaching device (display device), 301 ... auxiliary teaching device holder, 500, 500B ... operation support system, 600 ... hydraulic excavator

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Abstract

姿勢情報に基づいてバケット８上に設定された作業点の上部旋回体１０に対する相対位置を演算する作業点位置演算部１１０と、設計面情報に基づいて掘削作業の対象となる目標面を設定する目標面設定部１２０と、目標面に沿って作業点を移動させる場合にブーム１１及びアーム１２のいずれの操作が主たる操作である主操作であるかを判定する主操作判定部１４０と、掘削作業を行う場合に、ブーム１１及びアーム１２の操作のうち主操作とは異なる他の操作である従操作の推奨操作量及び推奨操作方向を主操作の操作量及び操作方向に応じて演算し、従操作の推奨操作量及び推奨操作方向を教示装置２００に表示する推奨操作演算部１５０とを備える。これにより、オペレータに適切な操作を分かりやすく伝えることができる。

Description

建設機械
　本発明は、建設機械に関する。
　建設機械（例えば、油圧ショベル）によって元の地形を３次元の目標地形に施工する際に、掘削作業におけるオペレータの操作を支援する操作支援システムがある。このような操作支援システムとしては、例えば、従来の施工に用いられていた丁張りの代わりに目標地形とバケットなどの作業具の位置関係をモニタ上に表示するマシンガイダンスを行うものや、目標地形と作業具の位置との偏差に応じて建設機械を半自動で制御するマシンコントロールを行うものなどが知られている。
　また、例えば、特許文献１には、掘削作業を精度よく行うことを可能とすることを目的として、目標地形である設計面と作業具であるバケットの刃先との位置関係を示す画像と、バケットの最近接位置と設計面との間の距離を示す情報とを含む案内画面を表示部に表示する油圧ショベルの表示システムが開示されている。
国際公開第２０１２／１１４８６９号
　ところで、例えば、油圧ショベルのブームやアーム、バケット等によって構成されるフロント装置よりも十分下方の地形を水平な目標地形に施工する作業（いわゆる、水平引き作業）において、オペレータは、アームの操作によって設計面に平行な方向の掘削速度を調節し、ブームの操作によって掘削高さを調整する。このような場合、オペレータは、上記従来技術で教示されるようなバケットの最近接位置と設計面との間の距離を示す情報（以降、距離情報を称する）を参照することによってブームの操作を適切に行うことができる。
　しかしながら、フロント装置に対する設計面の位置によっては、距離情報だけではオペレータによる適切な操作が困難な場合がある。すなわち、例えば、目標地形として切り立った壁面を掘削するような場合、バケットを設計面に沿って上方から下方に移動させると、ブーム支点の高さを境にアームに必要な動作方向（目標面の高さ方向の速度）が逆転してしまう。つまり、オペレータによるアームの操作方向も逆転してしまうため、距離情報だけでは適切な操作を行うことが困難である。また、フロント装置よりも高所の水平引き作業、或いは、下方手前側の壁面を目標地形とする掘削作業を行うような場合には、掘削高さを調節するためブームの操作によってアームに必要な掘削速度が大きく変化してしまう。つまり、オペレータはブームの操作によって生じるアームに必要な速度の変化に対応しなければならず、この場合にも距離情報だけで十分な掘削精度を得ることは困難であった。
　本発明は上記に鑑みてなされたものであり、オペレータに適切な操作を分かりやすく伝えることができる建設機械を提供することを目的とする。
　本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、ブーム、アーム、及び作業具を垂直方向に回動可能に連結して構成され、建設機械の車体に垂直方向に回動可能に支持された多関節型のフロント作業機と、前記フロント作業機の前記ブーム、アーム、及び作業具をそれぞれ操作するための操作信号を出力する操作装置と、前記ブーム、アーム、及び作業具のそれぞれの姿勢情報を検出する姿勢情報検出装置と、前記姿勢情報検出装置により検出された姿勢情報と、掘削対象の目標形状の情報である設計面情報と、前記操作装置からの前記操作信号とに基づいて情報処理を行う情報処理装置とを備えた建設機械において、前記情報処理装置は、前記姿勢情報に基づいて前記作業具上に設定された作業点の前記車体に対する相対位置を演算する作業点位置演算部と、前記設計面情報に基づいて掘削作業の対象となる目標面を設定する目標面設定部と、前記目標面に沿って前記作業点を移動させる場合に前記ブーム及び前記アームのいずれの操作が主たる操作である主操作であるかを判定する主操作判定部と、前記掘削作業を行う場合に、前記ブーム及び前記アームの操作のうち前記主操作とは異なる他の操作である従操作の推奨操作量及び推奨操作方向を前記主操作の操作量及び操作方向に応じて演算し、前記従操作の推奨操作量及び推奨操作方向を教示装置に表示する推奨操作演算部とを備えたものとする。
　本発明によれば、オペレータに適切な操作を分かりやすく伝えることができる。
第１の実施の形態に係る建設機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す図である。 油圧ショベルに搭載される操作支援システムを概略的に示す図である。 情報処理装置の詳細を示す機能ブロック図である。 目標面と車体との位置関係を模式的に示す側面図である。 目標面の目標面角度および目標面高さをそれぞれ変化させて主操作を判定した場合の判定結果を示す図である。 推奨操作演算部による従操作指示情報の演算処理を示すフローチャートである。 教示装置が配置される運転室内の様子を模式的に示す図である。 教示装置の表示内容を示す図である。 第２の実施の形態に係る情報処理装置の詳細を示す機能ブロック図である。 第２の実施の形態に係る教示装置の表示内容を示す図である。 第３の実施の形態に係る油圧ショベルに搭載される操作支援システムを概略的に示す図である。 第３の実施の形態に係る教示装置及び補助教示装置が配置される運転室内の様子を模式的に示す図である。 第３の実施の形態に係る教示装置及び補助教示装置の表示内容を比較のために並べて示す図である。 第４の実施の形態に係る教示装置及び補助教示装置が配置される運転室内の様子を模式的に示す図である。 第４の実施の形態に係る補助教示装置の表示内容を示す図である。 第５の実施の形態に係る情報処理装置の詳細を示す機能ブロック図である。 第５の実施の形態に係る推奨操作演算部による従操作指示情報の演算処理を示すフローチャートである。 目標面とフロント装置の種々の位置関係をそれぞれ例示する図である。 目標面とフロント装置の種々の位置関係をそれぞれ例示する図である。 目標面とフロント装置の種々の位置関係をそれぞれ例示する図である。 目標面とフロント装置の種々の位置関係をそれぞれ例示する図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。なお、本実施の形態では、建設機械の一例として、フロント作業機の先端に作業具としてバケットを備える油圧ショベルを例示して説明するが、バケット以外のアタッチメントを備える油圧ショベルに本発明を適用することも可能である。
　＜第１の実施の形態＞
  本発明の第１の実施の形態を図１～図８を参照しつつ説明する。
　図１は、本実施の形態に係る建設機械の一例である油圧ショベルの外観を模式的に示す図である。
　図１において、油圧ショベル６００は、垂直方向にそれぞれ回動する複数の被駆動部材（ブーム１１、アーム１２、バケット（作業具）８）を連結して構成された多関節型のフロント装置（フロント作業機）１５と、車体を構成する上部旋回体１０及び下部走行体９とを備え、上部旋回体１０は下部走行体９に対して旋回可能に設けられている。また、フロント装置１５のブーム１１の基端は上部旋回体１０の前部に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム１２の一端はブーム１１の基端とは異なる端部（先端）に垂直方向に回動可能に支持されており、アーム１２の他端にはバケットリンク８ａを介してバケット８が垂直方向に回動可能に支持されている。ブーム１１、アーム１２、バケット８、上部旋回体１０、及び下部走行体９は、油圧アクチュエータであるブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、旋回油圧モータ４、及び左右の走行油圧モータ３ｂ（ただし、一方の走行油圧モータのみ図示）によりそれぞれ駆動される。
　ブーム１１、アーム１２、及びバケット８は、フロント装置１５を含む平面上で動作し、以下ではこの平面を動作平面と称することがある。つまり動作平面とは、ブーム１１、アーム１２、及びバケット８の回動軸に直交する平面であり、ブーム１１、アーム１２、及びバケット８の幅方向の中心に設定することができる。
　オペレータが搭乗する運転室１６には、フロント装置１５の油圧アクチュエータ５～７、及び上部旋回体１０の旋回油圧モータ４を操作するための操作信号を出力する操作レバー（操作装置）である右操作レバー装置１ｃ及び左操作レバー装置１ｄと、下部走行体９の左右の走行油圧モータ３ｂを操作するための操作信号を出力する走行用右操作レバー装置１ａ及び走行用左操作レバー装置１ｂとが設けられている。
　操作レバー１ｃ，１ｄはそれぞれ前後左右に傾倒可能であり、操作信号であるレバーの傾倒量、すなわちレバー操作量を電気的に検知する図示しない検出装置を含み、検出装置が検出したレバー操作量を制御装置の一部を構成する情報処理装置１００（図２参照）に電気配線を介して出力する。つまり、操作レバー１ｃ，１ｄの前後方向または左右方向に、油圧アクチュエータ４～７の操作がそれぞれ割り当てられている。
　ブームシリンダ５、アームシリンダ６、バケットシリンダ７、旋回油圧モータ４、及び左右の走行油圧モータ３ｂの動作制御は、エンジンや電動モータなどの原動機（本実施の形態では、エンジン１４）によって駆動される油圧ポンプ装置２から各油圧アクチュエータ３ｂ，４～７に供給される作動油の方向及び流量をコントロールバルブ２０で制御することにより行う。コントロールバルブ２０は、図示しないパイロットポンプから電磁比例弁を介して出力される駆動信号（パイロット圧）により行われる。操作レバー１ｃ，１ｄからの操作信号に基づいて制御装置で電磁比例弁を制御することにより、各油圧アクチュエータ３ｂ，４～７の動作が制御される。ブーム１１はブームシリンダ５の伸縮により上部旋回体１０に対して上下方向に回動され、アーム１２はアームシリンダ６の伸縮によりブーム１１に対して上下及び前後方向に回動され、バケット８はバケットシリンダ７の伸縮によりアーム１２に対して上下及び前後方向に回動される。
　なお、操作レバー１ｃ，１ｄは油圧パイロット方式であってもよく、それぞれオペレータにより操作される操作レバー１ｃ，１ｄの操作方向及び操作量に応じたパイロット圧をコントロールバルブ２０に駆動信号として供給し、各油圧アクチュエータ３ｂ，４～７を駆動するように構成しても良い。
　ブームシリンダ５には、ブームシリンダ５のボトム側圧力を検出するブームボトム圧力センサ１７ａと、ブームシリンダ５のロッド側圧力を検出するブームロッド圧力センサ１７ｂとが備えられている。また、アームシリンダ６には、アームシリンダ６のボトム側圧力を検出するアームボトム圧力センサ１７ｃが備えられている。なお、本実施の形態では、ブームシリンダ５及びアームシリンダ６に圧力センサ１７ａ～１７ｃを備える場合を例示しているが、例えば、コントロールバルブ２０、或いは、コントロールバルブ２０と各油圧アクチュエータ５，６を繋ぐ配管の途中に圧力センサを設けるように構成しても良い。
　ブーム１１の上部旋回体１０との連結部近傍と、アーム１２のブーム１１との連結部近傍と、バケットリンク８ａと、上部旋回体１０とには、それぞれ、姿勢センサとして慣性計測装置（IMU: Inertial Measurement Unit）１３ａ～１３ｄが配置されている。慣性計測装置１３ａは水平面に対するブーム１１の角度（ブーム角度）を検出するブーム姿勢センサであり、慣性計測装置１３ｂは水平面に対するアーム１２の角度（アーム角度）を検出するアーム姿勢センサであり、慣性計測装置１３ｃは水平面に対するバケットリンク８ａの角度を検出するバケット姿勢センサである。また、慣性計測装置１３ｄは、水平面に対する上部旋回体１０の傾斜角度（ロール角、ピッチ角）を検出する車体姿勢センサである。
　慣性計測装置１３ａ～１３ｄは、角速度及び加速度を計測するものである。慣性計測装置１３ａ～１３ｄが配置された上部旋回体１０や各被駆動部材８，１１，１２が静止している場合を考えると、各慣性計測装置１３ａ～１３ｄに設定されたＩＭＵ座標系における重力加速度の方向（つまり、鉛直下向き方向）と、各慣性計測装置１３ａ～１３ｄの取り付け状態（つまり、各慣性計測装置１３ａ～１３ｄと上部旋回体１０や各被駆動部材８，１１，１２との相対的な位置関係）とに基づいて、上部旋回体１０や各被駆動部材８，１１，１２の水平面に対する角度を検出することができる。ここで、慣性計測装置１３ａ～１３ｃは、ブーム１１、アーム１２、及びバケット（作業具）８のそれぞれの姿勢情報（角度信号）を検出する姿勢情報検出装置を構成している。
　なお、姿勢情報検出部は慣性計測装置に限られるものではなく、例えば、傾斜角センサを用いても良い。また、各被駆動部材８，１１，１２の連結部分にポテンショメータを配置し、上部旋回体１０や各被駆動部材８，１１，１２の相対的な向き（姿勢情報）を検出し、検出結果から各被駆動部材８，１１，１２の姿勢（水平面に対する角度）を求めても良い。また、ブームシリンダ５、アームシリンダ６、及びバケットシリンダ７にそれぞれストロークセンサを配置し、ストローク変化量から上部旋回体１０や各被駆動部材８，１１，１２の各接続部分における相対的な向き（姿勢情報）を算出し、その結果から各被駆動部材８，１１，１２の姿勢（水平面に対する角度）を求めるように構成しても良い。
　図２は、油圧ショベルに搭載される操作支援システムを概略的に示す図であり、図３は情報処理装置の詳細を示す機能ブロック図である。
　図２において、油圧ショベル６００に搭載される操作支援システム５００は、油圧ショベル６００の動作を制御するための種々の機能を有する制御装置の一部を構成し、オペレータの掘削作業を支援するための情報（支援情報）を生成する情報処理装置１００と、運転室１６に配置されてオペレータに掘削作業の支援情報などを教示する液晶パネルなどの教示装置（表示装置）２００とを有している。情報処理装置１００には、左右の操作レバー装置１ｃ，１ｄからの操作信号と、各慣性計測装置１３ａ～１３ｄからの検出信号（角度信号：姿勢情報）と、設計面情報入力装置１８からの設計面情報とが入力されており、これらの入力に基づいて情報処理を行っている。
　設計面情報入力装置１８は、複数の目標面（線分）が連なって設定された掘削対象の目標形状の情報（目標形状情報）である設計面情報を情報処理装置１００に入力するものである。設計面情報入力装置１８は、例えば記憶装置であり、作業機械の位置情報と掘削対象の目標形状（例えば法面形状）の３次元形状をポリゴンで定義した３次元施工図面とを用いて演算された目標形状情報が記憶されている。
　なお、情報処理装置１００は、例えば、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵによる処理を実行するための各種プログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）やＨＤＤ（Hard Disc Drive）などの記憶装置と、ＣＰＵがプログラムを実行する際の作業領域となるＲＡＭ（Random Access Memory）とを含むハードウェアを用いて構成されている。
　図３において、情報処理装置１００は、作業点位置演算部１１０、目標面設定部１２０、目標面距離演算部１３０、主操作判定部１４０、及び推奨操作演算部１５０を有している。
　作業点位置演算部１１０は、慣性計測装置１３ａ～１３ｄからの角度信号（姿勢情報）に基づいて、バケット（作業具）８上に設定された作業点の車体（上部旋回体１０）に対する相対位置を演算し、作業点位置として教示装置２００に送信するとともに、目標面設定部１２０と目標面距離演算部１３０へ出力する。ここで、バケット（作業具）８上に設定する作業点は、例えば、バケット８のつめ先中心とする。なお、作業点位置を表す座標系としては、ブーム１１の回動中心を原点Ｏとして車体に固定し、上部旋回体１０の前方にｘ軸、上方にｚ軸を設定したフロント座標系を用いる。
　目標面設定部１２０は、作業点位置演算部１１０で演算された作業点位置に基づいて、設計面情報入力装置１８から入力される設計面情報から作業対象となる目標面を抽出し、教示装置２００に送信するとともに、目標面距離演算部１３０と主操作判定部１４０へ出力する。なお、設計面情報からの目標面の抽出には種々の方法が適用できるが、例えば、作業点に対して鉛直下方にある設計面を目標面としてもよい。また、作業点の鉛直下方に設計面が存在しない場合は、作業点に対して前方あるいは後方にある設計面を目標面としてもよい。
　図４は、目標面と車体との位置関係を模式的に示す側面図である。なお、図４においては図示の簡単のために油圧アクチュエータ５～７の図示を省略している。
　図４に示すように、フロント座標系において、目標面設定部１２０で設定される目標面の車体前方を基準とした目標面の傾き、すなわち、目標面のｘ軸とのなす角を目標面角度と定義する。また、目標面のブーム１１の回動中心からの垂直距離、すなわち、目標面とフロント座標系の原点Ｏの距離を目標面高さと定義する。例えば、フロント座標系のｘ軸に平行で原点Ｏと同じ高さに上向きに設定された目標面例を考えると、目標面角度および目標面高さはそれぞれ０（ゼロ）になる。また、目標面例よりも車体前方側（ｘ軸正側）が下がるような傾斜の目標面では目標面角度が正になり、目標面例よりも車体前方側が上がるような傾斜の目標面では目標面角度が負になる。また、また、目標面例よりも上方にある目標面（つまり、フロント座標系の原点Ｏが目標面の表面側に無い場合）では目標面高さが正になり、目標面例よりも下方にある目標面（つまり、フロント座標系の原点Ｏが目標面の表面側にある場合）では目標面高さが負になる。
　目標面距離演算部１３０は、目標面設定部１２０で設定された目標面から作業点位置演算部１１０で演算された作業点位置までの距離である目標面距離を演算し、教示装置２００に送信するとともに、推奨操作演算部１５０へ出力する。
　主操作判定部１４０は、目標面設定部１２０で設定された目標面に対してフロント装置１５で掘削作業を行う場合に、ブーム１１とアーム１２のいずれの操作が主たる操作である主操作となるかを判定するものである。主操作判定部１４０は、目標面設定部１２０で設定された目標面の目標面角度と目標面高さとに応じて主操作を判定し、主操作判定として推奨操作演算部１５０へ出力する。
　ここで、掘削作業における主たる操作（主操作）とは、フロント装置１５を動作させる場合の動作方向の主成分となる動きをする被駆動部材（本実施の形態ではブーム１１又はアーム１２）に該当する操作のことである。つまり、ある目標面に沿って作業点を移動させるように掘削作業を行う場合に、ブーム１１又はアーム１２のうち動作速度や動作量が大きい方を主操作とする。この主操作は、作業点の位置や移動方向によってブーム１１又はアーム１２いずれの操作が該当するかは異なるが、目標面（目標面角度および目標面高さ）が決まれば、その目標面に対する掘削作業における主操作も一意に決まる。
　例えば、第１の判定方法としては、作業点が目標面上を移動した場合の車体（上部旋回体１０）に対するブーム１１の角度変化量とブーム１１に対するアーム１２の角度変化量を公知の幾何学計算を用いて演算し、これらの比較に基づいて、角度変化量の大きい方の操作を主操作と判定する。また、第２の判定方法としては、作業点が目標面上にある状態でブーム１１及びアーム１２を回動駆動させた場合のブーム角速度に対する作業点の水平方向の速度成分と、アーム角速度に対する作業点の水平方向の速度成分とを演算し、これらの比較に基づいて、移動速度の大きい方の操作を主操作と判定してもよい。なお、図示しないが、本実施の形態では、目標面情報や姿勢情報などの情報に基づいて、掘削作業での目標面に対するバケット（作業具）８の姿勢が変わらないように制御する場合を示している。
　図５は、目標面の目標面角度および目標面高さをそれぞれ変化させて主操作を判定した場合の判定結果を示す図である。
　図５において、主操作の判定結果は、幾何学的に作業点が届かない位置であり掘削作業が出来ない領域（掘削不可領域）５１，５２と、ブーム１１の角度変化量が比較的大きいためブーム１１の操作を主操作として判定する領域（ブーム主操作領域）５３と、アーム角速度に応じた作業点の水平方向の速度成分が比較的小さいためブーム１１操作を主操作として判定する領域（ブーム主操作領域）５４と、アーム１２の操作を主操作として判定するその他の領域（アーム主操作領域５５）と有している。ここで、図５は、目標面の目標面角度および目標面高さを入力とし、主操作の判定結果（主操作判定）を出力として与える主操作判定テーブルということができる。
　なお、図５では、第１及び第２の判定方法を例示して説明したが、他の判定方法を用いて主操作の判定を行ってもよい。また、図５では、第１及び第２の判定方法の両方を用いて主操作を判定した結果を合わせて一つの判定結果としたが、例えば、第２の判定方法のみを用いて主操作の判定結果（主操作判定テーブル）を設定してもよい。この場合には、図５に示した主操作の判定結果に対してブーム主操作領域５４が無くなってアーム主操作領域となった判定結果が得られる。また、例えば、第１の判定方法のみを用いて主操作の判定結果（主操作判定テーブル）を設定した場合には、図５に示した主操作の判定結果に対してブーム主操作領域５３の範囲が縮小された判定結果が得られる。また、主操作の判定結果（主操作判定テーブル）の各領域は、上部旋回体１０やフロント装置１５を構成する部材の構造や相対的な駆動可能範囲から幾何学的に決まるものであり、目標面の目標面角度や目標面高さの原点Ｏや、原点Ｏを通る各座標軸に対して対称であるとは限らない。
　推奨操作演算部１５０は、目標面設定部１２０で設定された目標面（目標面角度）と、目標面距離演算部１３０で演算された目標面距離と、主操作判定部１４０の判定結果（主操作判定）と、操作レバー（操作装置）１ｃ，１ｄからの操作信号とに基づいて、従操作に係る支援情報である従操作指示情報を演算し、教示装置（表示装置）２００に出力する。従操作指示情報は、従操作の推奨値である従操作の推奨操作量および推奨操作方向、現在操作量（操作方向の情報を含む）などの情報を含んでいる。
　図６は、推奨操作演算部による従操作指示情報の演算処理を示すフローチャートである。
　図６において、推奨操作演算部１５０は、まず、主操作と判定したフロント装置１５の被駆動部材（ブーム１１又はアーム１２）の操作信号に基づいて主操作の被駆動部材の角速度（主操作角速度）を演算する（ステップＳ１００）。例えば、ブーム１１が主操作である場合は、ブーム操作信号に応じてブームシリンダ５の伸縮速度を演算し、ブーム角度信号に基づきブームシリンダの伸縮速度をブーム角速度に変換する。アームが主操作である場合も同様に、アーム操作信号に応じてアームシリンダ６の伸縮速度を演算し、アーム角度信号に基づきアームシリンダの伸縮速度をアーム角速度に変換する。なお、ブーム１１及びアーム１２の慣性計測装置１３ｂ，１３ｃからの角度信号を微分することで主操作角速度を演算してもよい。
　続いて、目標面距離に基づいて目標面に対する垂直方向の目標速度である目標上下速度を演算する（ステップＳ１１０）。目標面距離が正の場合、すなわち作業点が目標面から離れている場合は目標上下速度を負とし、目標面距離が負の場合、すなわち作業点が目標面へ侵入している場合は目標上下速度を正とする。これにより、作業点が目標面に沿って動作するように目標上下速度が演算される。
　続いて、主操作角速度と目標上下速度とに基づいて、角度信号に応じて従操作目標角速度を演算する（ステップＳ１２０）。例えば、ブーム１１の操作が主操作である場合は、以下の式（１）を用いて従操作であるアーム１２の目標角速度ω２ｔを演算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、ｖｚｔは目標上下速度であり、ω１はブーム角速度である。また、ａ２１及びａ２２は公知のヤコビ行列の成分であって、目標角速度と角度信号とに基づいて演算されるものであり、それぞれ、ブーム角速度およびアーム角速度に応じた目標面上における作業点の垂直方向速度を演算するときの係数である。
　また、同様に、アーム１２の操作が主操作である場合は、以下の式（２）を用いて従操作であるブーム１１の目標角速度ω１ｔを演算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　同様に、ｖｚｔは目標上下速度であり、ω２はアーム角速度であり、ａ２１及びａ２２は公知のヤコビ行列の成分である。
　続いて、従操作の目標角速度に基づいて、従操作の推奨値である従操作量目標値（推奨操作量）及び推奨操作方向を演算する（ステップＳ１３０）。
　続いて、主操作判定、操作信号、従操作量目標値に基づいて、従操作指示情報を生成し、教示装置２００へ送信する（ステップＳ１４０）。従操作指示情報は従操作（ブーム１１又はアーム１２）の操作指示情報であり、ブーム１１が主操作である場合は従操作のアーム１２の推奨操作量および推奨操作方向を、アーム１２が主操作である場合はブーム１１の推奨操作量および推奨操作方向を従操作指示情報として送信する。
　図７は、教示装置が配置される運転室内の様子を模式的に示す図である。また、図８は、教示装置の表示内容を示す図である。
　図７に示すように、運転室１６には、オペレータが座る座席１６ａの前方左右にそれぞれ設けられた操作レバー（操作装置）である右操作レバー装置１ｃ及び左操作レバー装置１ｄと、オペレータが車外を見る際に視界を妨げないように座席１６ａ右側の右操作レバー装置１ｃ前方に配置された教示装置２００とが設置されている。図７では、右操作レバー装置１ｃの前後方向にブーム上げ操作及びブーム下げ操作が割り当てられ、左操作レバー装置１ｄの前後方向にアームダンプ操作及びアームクラウド操作が割り当てられている。なお、運転室１６内に配置される走行用右操作レバー装置１ａ及び走行用左操作レバー装置１ｂを含む他の構成については図示及び説明を省略する。
　図８に示すように、教示装置２００には、情報処理装置１００で判定された従操作名を表示する従操作名表示部２０１と、従操作の推奨操作量、推奨操作方向、及び、現在操作量を示す従操作表示部２０２と、現在の目標面とフロント装置１５の位置関係を表示する作業装置動作表示部２０３とが表示されている。図８では、フロント装置１５の前方に対向する切り立った壁面を目標面として掘削作業を行う場合を例示している。この場合、アーム１２が従操作であり、従操作名表示部２０１には従操作として「アーム」の表示がなされている。
　従操作表示部２０２は、従操作に対応する操作レバー１ｃの操作方向（つまり、前後方向）に対応して上下方向に延在する表示領域を有しており、表示領域に表示される図形の上下方向の位置や、表示領域に表示される図形の強調表示の有無などによって従操作の推奨操作量および推奨操作方向を示している。
　従操作表示部２０２には、操作レバー１ｃが操作されていない状態であることを示す図形（非操作表示）２０２ｂ（ここでは、円形の図形で例示する）が表示領域の上下方向のほぼ中央部に配置されている。また、従操作表示部２０２には、推奨操作量及び推奨操作方向を示す図形（推奨操作量表示）２０２ａ（ここでは、２つの三角形を伴う方形の図形で例示する）が表示領域の上下方向のいずれかの位置（図８では非操作表示２０２ｂの下側）に配置されている。また、従操作表示部２０２の表示領域の上下方向において、非操作表示（図形２０２ｂ）及び推奨操作量表示（図形２０２ａ）以外の部分を補完するように、他の複数の図形２０２ｃ（ここでは、図形２０２ａの方向を指す矢印形状の図形で例示する）が配置されている。
　従操作表示部２０２においては、非操作表示（図形２０２ｂ）から見て、操作レバー１ｄの前方向への操作（アームダンプ操作）に対応する上方向がアームダンプを、操作レバー１ｄの後方向への操作（アームクラウド操作）に対応する下方向がアームクラウドを示している。また、非操作表示（図形２０２ｂ）からの上下方向の距離によって操作レバー１ｄの操作量を示している。従操作表示部２０２において、現在の操作レバー１ｄの操作量は、該当する操作量および操作方向の図形を他の図形よりも強調表示（現在操作量表示）することにより示す。また、従操作表示部２０２において、操作レバー１ｄの推奨操作量及び推奨操作方向は、非操作表示（図形２０２ｂ）から見た推奨操作量表示（図形２０２ａ）の表示位置、すなわち、非操作表示（図形２０２ｂ）からの距離および方向で示す。
　図８では、操作レバー１ｄの推奨操作方向がアームクラウド方向であって、推奨操作量が図形２０２ｂから図形２０２ａの３個分の距離で表される操作量である場合を例示している。また、現在は操作レバー１ｄが操作されておらず、図形２０２ｂが他の図形よりも強調表示されている場合を例示している。
　なお、図８ではアーム１２が従操作である場合を例示して説明したが、ブーム１１が従操作である場合にも同様に表示される。すなわち、ブーム１１が従操作である場合には、従操作名表示部２０１に従操作として「ブーム」の表示がなされ、操作レバー１ｃの前方向への操作（ブーム下げ操作）に対応する上方向がブーム下げを、操作レバー１ｃの後方向への操作（ブーム上げ操作）に対応する下方向がブーム上げを示すように非操作表示（図形２０２ｂ）や推奨操作量表示（図形２０２ａ）、他の複数の図形２０２ｃなどが表示される。
　作業装置動作表示部２０３には、現在の目標面とフロント装置１５の位置関係が表示されている。図８では、前述のように、フロント装置１５の前方に対向するようにｚ軸に沿って設定された目標面の掘削作業を行う場合を例示している。なお、作業装置動作表示部２０３には現在の目標面とフロント装置１５の位置関係のみが表示されるが、図８では説明のために目標面とフロント装置１５の３つの位置関係を同時に示している。
　例えば、図８の状態において、作業装置動作表示部２０３に示すフロント装置１５の状態２０３ａから状態２０３ｂを経て状態２０３ｃまでバケット８（作業点）が動作するように主操作であるブーム１１を操作すると、従操作であるアーム１２の推奨操作量表示（図形２０２ａ）の表示位置が図形２０２ａの位置から図形２０２ｂの位置を経て図形２０２ｃの位置まで移動する。
　このように、従操作に対応する操作装置の操作方向に対応して延在する表示領域の表示を、従操作の推奨操作方向に対応して変化させることにより、従操作の推奨操作量及び推奨操作方向をオペレータに教示することができる。つまり、操作レバー１ｄの操作方向と教示装置２００の表示内容の方向が一致しているので、オペレータは、教示装置２００からの情報によって、作業点（つまり、作業具であるバケット８）を目標面に沿って動作させるための従操作の適切な推奨操作量および推奨操作方向を直感的に理解しやすくなり、また、主操作であるブーム１１を操作するとともに、従操作表示部２０２の現在操作量表示（強調表示）が推奨操作量表示（図形２０２ａ）に一致するように従操作であるアーム１２の操作を行うことで、作業点（つまり、作業具であるバケット８）を目標面に沿って容易に動作させることができる。
　以上のように構成した本実施の形態の効果を図１８～図２１を参照しつつ説明する。
　図１８～図２１は、目標面とフロント装置の種々の位置関係をそれぞれ例示する図である。なお、図１８～図２１においては、車体９，１０や油圧アクチュエータ５～７の図示を省略する。
　例えば、図１８に示すように、油圧ショベルのブームやアーム、バケット等によって構成されるフロント装置よりも十分下方の地形を水平な目標地形に施工する作業（いわゆる、水平引き作業）において、オペレータは、アームの操作によって設計面に平行な方向の掘削速度を調節し、ブームの操作によって掘削高さを調整する。このような場合、オペレータは、上記従来技術で教示されるようなバケットの最近接位置と設計面との間の距離を示す情報（以降、距離情報を称する）を参照することによってブームの操作を適切に行うことができる。
　しかしながら、フロント装置に対する設計面の位置によっては、距離情報だけではオペレータによる適切な操作が困難な場合がある。すなわち、例えば、図１９に示すように、目標地形として切り立った壁面を掘削するような場合、バケットを設計面に沿って上方から下方に移動させると、ブーム支点の高さを境にアームに必要な動作方向（目標面の高さ方向の速度）が逆転してしまう。具体的には、図１９におけるフロント装置１５の姿勢１５１のようにバケット８がフロント座標系の原点Ｏよりも高い位置に有る場合にブーム下げ動作を行いながらアームクラウド動作を行うとバケット８が目標地形に沿って移動するが、姿勢１５２のようにバケット８がフロント座標系の原点Ｏよりも低い位置に有る場合にブーム下げ動作を行いながらアームクラウド動作を行うとバケット８が目標地形から離脱してしまう。つまり、オペレータによるアームの操作方向が逆転してしまうため、距離情報だけでは適切な操作を行うことが困難である。
　また、図２０に示すように、フロント装置１５よりも高所の水平引き作業、或いは、図２１に示すように、下方手前側の壁面を目標地形とする掘削作業を行うような場合には、掘削高さを調節するためブームの操作によってアームに必要な掘削速度が大きく変化してしまう。つまり、オペレータはブームの操作によって生じるアームに必要な速度の変化に対応しなければならず、この場合にも距離情報だけで十分な掘削精度を得ることは困難であった。
　これに対して本実施の形態においては、ブーム１１、アーム１２、及びバケット（作業具）８を垂直方向に回動可能に連結して構成され、油圧ショベル６００（建設機械）の車体（上部旋回体１０、下部走行体９）に垂直方向に回動可能に支持された多関節型のフロント装置１５と、フロント装置１５のブーム１１、アーム１２、及びバケット８をそれぞれ操作するための操作信号を出力する操作レバー（操作装置）１ｃ，１ｄと、ブーム１１、アーム１２、及びバケット８のそれぞれの姿勢情報を検出する慣性計測装置１３ａ～１３ｃ（姿勢情報検出装置）と、慣性計測装置１３ａ～１３ｃの検出情報と、掘削対象の目標形状の情報である設計面情報と、操作レバー１ｃ，１ｄからの操作信号とに基づいて情報処理を行う情報処理装置１００とを備えた油圧ショベル６００において、情報処理装置１００は、姿勢情報に基づいてバケット８上に設定された作業点の車体９，１０に対する相対位置を演算する作業点位置演算部１１０と、設計面情報に基づいて掘削作業の対象となる目標面を設定する目標面設定部１２０と、目標面に沿って作業点を移動させる場合にブーム１１及びアーム１２のいずれの操作が主たる操作である主操作であるかを判定する主操作判定部１４０と、掘削作業を行う場合に、ブーム１１及びアーム１２の操作のうち主操作とは異なる他の操作である従操作の推奨操作量及び推奨操作方向を主操作の操作量及び操作方向に応じて演算し、従操作の推奨操作量及び推奨操作方向を教示装置（表示装置）２００に表示する推奨操作演算部１５０とを備えて構成したので、オペレータに適切な操作を分かりやすく伝えることができる。
　＜第２の実施の形態＞
  本発明の第２の実施の形態を図９及び図１０を参照しつつ説明する。
　本実施の形態は、教示装置に従操作指示情報（従操作の推奨操作量、推奨操作方向、及び現在操作量）と併せて主操作指示情報（主操作の現在操作量及び推奨操作方向）を表示するものである。
　図９は、情報処理装置の詳細を示す機能ブロック図である。また、図１０は、教示装置の表示内容を示す図である。図中、第１の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
　図９において、情報処理装置１００Ａは、作業点位置演算部１１０、目標面設定部１２０、目標面距離演算部１３０、主操作判定部１４０、及び推奨操作演算部１５０Ａを有している。
　推奨操作演算部１５０Ａは、目標面設定部１２０で設定された目標面（目標面角度）と、目標面距離演算部１３０で演算された目標面距離と、主操作判定部１４０の判定結果（主操作判定）と、操作レバー（操作装置）１ｃ，１ｄからの操作信号とに基づいて、第１及び第２操作指示情報（従操作指示情報又は主操作指示情報）を演算し、教示装置２００に送信する。
　第１操作指示情報はブーム操作に関する操作指示情報であり、第２操作指示情報はアーム操作に関する操作指示情報である。つまり、ブーム１１の操作が主操作である場合には、第１操作指示情報として主操作指示情報（主操作の現在操作量及び推奨操作方向）を生成して送信し、第２操作指示情報として従操作指示情報（従操作の推奨操作量及び推奨操作方向）を生成して送信する。また、アーム１２の操作が主操作である場合には、第１操作指示情報として従操作指示情報を生成して送信し、第２操作指示情報として主操作指示情報を生成して送信する。
　図１０に示すように、教示装置２００には、情報処理装置１００で判定された従操作名を表示する従操作名表示部２０１と、従操作の推奨操作量、推奨操作方向、及び、現在操作量を示す従操作表示部２０２と、情報処理装置１００Ａで判定された主操作名を表示する主操作名表示部２０４と、主操作の現在の操作量および操作方向を示す主操作表示部２０５と、現在の目標面とフロント装置１５の位置関係を表示する作業装置動作表示部２０３とが表示されている。図８では、フロント装置１５の前方に対向する切り立った壁面を目標面として掘削作業を行う場合を例示している。この場合、アーム１２が従操作でありブーム１１が主操作であるので、従操作名表示部２０１には従操作として「アーム」の表示がなされ、主操作名表示部２０４には主操作として「ブーム」の表示がなされている。
　主操作表示部２０５は、主操作に対応する操作レバー１ｃの操作方向（つまり、前後方向）に対応して上下方向に延在する表示領域を有しており、表示領域に表示される図形の形状や、表示領域に表示される図形の強調表示の有無などによって主操作の現在操作量および推奨操作方向を示している。
　主操作表示部２０５には、操作レバー１ｃが操作されていない状態であることを示す図形（非操作表示）２０５ａ（ここでは、円形の図形で例示する）が表示領域の上下方向のほぼ中央部に配置されている。また、主操作表示部２０５には、操作レバー１ｃの推奨操作方向を示す複数の図形（推奨操作方向表示）２０５ｂ（推奨操作方向を指す矢印形状の図形で例示する）が図形（非操作表示）２０５ａの上下方向のいずれか（図１０では非操作表示２０５ａの上側）に並べて配置されている。また、主操作表示部２０５の表示領域の上下方向において、非操作表示（図形２０５ａ）及び推奨操作方向表示（図形２０５ｂ）以外の部分を補完するように、他の複数の図形２０５ｃ（ここでは、方形の図形で例示する）が配置されている。
　主操作表示部２０５においては、非操作表示（図形２０５ａ）から見て、操作レバー１ｃの前方向への操作（ブーム下げ操作）に対応する上方向がブーム下げを、操作レバー１ｃの後方向への操作（ブーム上げ操作）に対応する下方向がブーム上げを示している。また、非操作表示（図形２０５ａ）からの上下方向の距離によって操作レバー１ｃの操作量を示している。主操作表示部２０５において、現在の操作レバー１ｃの操作量は、該当する操作量および操作方向の図形を他の図形よりも強調表示（現在操作量表示）することにより示す。また、主操作表示部２０５において、操作レバー１ｃの推奨操作方向は、非操作表示（図形２０５ａ）から見た推奨操作方向表示（図形２０５ｂ）の表示方向で示す。図８では、操作レバー１ｃの推奨操作方向がブーム下げ方向であって、現在操作量が図形２０５ａから図形２０５ｂの３個分の距離で表される操作量である場合を例示している。
　その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
　以上のように構成した本実施の形態においても第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
　また、教示装置２００に従操作指示情報（従操作の推奨操作量、推奨操作方向、及び現在操作量）と併せて主操作指示情報（主操作の現在操作量及び推奨操作方向）を表示するように構成したので、オペレータにどの操作から行うべきかを分かり易く伝えることができる。
　＜第３の実施の形態＞
  本発明の第３の実施の形態を図１１～図１３を参照しつつ説明する。
　本実施の形態は、第２の実施の形態において教示装置とは別に補助教示装置を備え、情報処理装置で演算された第１及び第２操作指示情報（従操作指示情報又は主操作指示情報）を、教示装置と補助教示装置に分けて送信するものである。
　図１１は、油圧ショベルに搭載される操作支援システムを概略的に示す図である。図中、第１及び第２の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
　図１１において、操作支援システム５００Ｂは、油圧ショベル６００の動作を制御するための種々の機能を有する制御装置の一部を構成し、オペレータの掘削作業を支援するための情報（支援情報）を生成する情報処理装置１００Ａと、運転室１６に配置されてオペレータに掘削作業の支援情報などを教示する液晶パネルなどの教示装置（表示装置）２００及び補助教示装置（表示装置）３００とを有している。情報処理装置１００Ａには、左右の操作レバー装置１ｃ，１ｄからの操作信号と、各慣性計測装置１３ａ～１３ｄからの検出信号（角度信号：姿勢情報）と、設計面情報入力装置１８からの設計面情報とが入力されており、これらの入力に基づいて情報処理を行っている。
　情報処理装置１００Ａは、ブーム操作に関する操作指示情報である第１操作指示情報（従操作指示情報又は主操作指示情報）を演算して教示装置２００に送信するとともに、アーム操作に関する操作指示情報である第２操作指示情報（従操作指示情報又は主操作指示情報）を演算して補助教示装置３００に送信する。つまり、ブーム１１の操作が主操作である場合には、第１操作指示情報として主操作指示情報（主操作の現在操作量及び推奨操作方向）を生成して送信し、第２操作指示情報として従操作指示情報（従操作の推奨操作量、推奨操作方向、及び現在操作量）を生成して送信する。また、アーム１２の操作が主操作である場合には、第１操作指示情報として従操作指示情報を生成して送信し、第２操作指示情報として主操作指示情報を生成して送信する。
　図１２は、教示装置及び補助教示装置が配置される運転室内の様子を模式的に示す図である。また、図１３は、教示装置及び補助教示装置の表示内容を比較のために並べて示す図である。
　図１２に示すように、運転室１６には、オペレータが座る座席１６ａの前方左右にそれぞれ設けられた操作レバー（操作装置）である右操作レバー装置１ｃ及び左操作レバー装置１ｄと、オペレータが車外を見る際に視界を妨げないように座席１６ａ右側の右操作レバー装置１ｃ前方に配置された教示装置２００と、同様にオペレータが車外を見る際に視界を妨げないように座席１６ａ左側の左操作レバー装置１ｄ前方に配置された補助教示装置３００とが設置されている。なお、補助教示装置３００は、例えばスマートフォンなどの携帯端末でもよく、補助教示装置ホルダ３０１に設置される。
　図１２では、右操作レバー装置１ｃの前後方向にブーム上げ操作及びブーム下げ操作が割り当てられ、左操作レバー装置１ｄの前後方向にアームダンプ操作及びアームクラウド操作が割り当てられている。なお、運転室１６内に配置される走行用右操作レバー装置１ａ及び走行用左操作レバー装置１ｂを含む他の構成については図示及び説明を省略する。
　図１３に示すように、ブーム操作に対応する右操作レバー装置１ｃ前方に配置された教示装置２００にはブーム操作に関する第１操作指示情報に基づいた表示がなされ、アーム操作に対応する左操作レバー装置１ｄ前方に配置された補助教示装置３００にはアーム操作に関する第２操作指示情報に基づいた表示がなされる。図１３では、フロント装置１５の前方に対向する切り立った壁面を目標面として掘削作業を行う場合を例示している。この場合、アーム１２が従操作でありブーム１１が主操作であるので、教示装置２００には情報処理装置１００Ａで第１操作指示情報として生成された従操作指示情報に基づいた表示がなされ、補助教示装置３００には第２操作指示情報として生成された主操作指示情報に基づいた表示がなされる。
　つまり、アーム１２が従操作でありブーム１１が主操作であるので、教示装置２００には、情報処理装置１００Ａで判定された主操作名を表示する主操作名表示部２０４と、主操作の現在の操作量および操作方向を示す主操作表示部２０５と、現在の目標面とフロント装置１５の位置関係を表示する作業装置動作表示部２０３とが表示される。また、補助教示装置３００には、情報処理装置１００Ａで判定された従操作名を表示する従操作名表示部２０１と、従操作の推奨操作量、推奨操作方向、及び、現在操作量を示す従操作表示部２０２とが表示される。補助教示装置３００の従操作名表示部２０１には従操作として「アーム」の表示がなされ、教示装置２００の主操作名表示部２０４には主操作として「ブーム」の表示がなされている。
　その他の構成は第２の実施の形態と同様である。
　以上のように構成した本実施の形態においても第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
　また、教示装置２００と補助教示装置３００をそれぞれ表示対象とする操作量に対応した操作レバー１ｃ，１ｄの近くに配置するように構成したので、オペレータがより直感的に適切な操作を理解しやすくなる。
　＜第４の実施の形態＞
  本発明の第４の実施の形態を図１４及び図１５を参照しつつ説明する。
　本実施の形態は、第３の実施の形態において操作レバーのパターンが変更された場合に対応した表示を行うようにしたものである。
　図１４は、教示装置及び補助教示装置が配置される運転室内の様子を模式的に示す図である。また、図１５は、補助教示装置の表示内容を示す図である。図中、第１～第３の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
　図１４に示すように、運転室１６には、オペレータが座る座席１６ａの前方左右にそれぞれ設けられた操作レバー（操作装置）である右操作レバー装置１ｃ及び左操作レバー装置１ｄと、オペレータが車外を見る際に視界を妨げないように座席１６ａ右側の右操作レバー装置１ｃ前方に配置された教示装置２００と、同様にオペレータが車外を見る際に視界を妨げないように座席１６ａ左側の左操作レバー装置１ｄ前方に配置された補助教示装置３００Ｃとが設置されている。
　図１４では、右操作レバー装置１ｃの前後方向にブーム上げ操作及びブーム下げ操作が割り当てられ、左操作レバー装置１ｄの左右方向にアームダンプ操作及びアームクラウド操作が割り当てられている。なお、運転室１６内に配置される走行用右操作レバー装置１ａ及び走行用左操作レバー装置１ｂを含む他の構成については図示及び説明を省略する。
　図１５に示すように、アーム操作に対応する左操作レバー装置１ｄ前方に配置された補助教示装置３００Ｃには、アーム操作に関する第２操作指示情報に基づいた表示がなされる。図１５では、アーム１２が従操作であり、補助教示装置３００には、第２操作指示情報として生成された主操作指示情報に基づいた表示がなされる場合を例示する。この場合、補助教示装置３００Ｃには、情報処理装置１００Ａで判定された従操作名を表示する従操作名表示部２０１と、従操作の推奨操作量、推奨操作方向、及び、現在操作量を示す従操作表示部２０２Ｃとが表示される。補助教示装置３００Ｃの従操作名表示部２０１には従操作として「アーム」の表示がなされる。
　従操作表示部２０２Ｃは、従操作に対応する操作レバー１ｄの操作方向（つまり、左右方向）に対応して左右方向に延在する表示領域を有しており、表示領域に表示される図形の形状や、表示領域に表示される図形の強調表示の有無などによって従操作の現在操作量および推奨操作方向を示している。
　従操作表示部２０２Ｃには、操作レバー１ｄが操作されていない状態であることを示す図形（非操作表示）２０２ｂ（ここでは、円形の図形で例示する）が表示領域の左右方向のほぼ中央部に配置されている。また、従操作表示部２０２Ｃには、推奨操作量及び推奨操作方向を示す図形（推奨操作量表示）２０２ａ（ここでは、２つの三角形を伴う方形の図形で例示する）が表示領域の左右方向のいずれかの位置（図８では非操作表示２０２ｂの右側）に配置されている。また、従操作表示部２０２Ｃの表示領域の左右方向において、非操作表示（図形２０２ｂ）及び推奨操作量表示（図形２０２ａ）以外の部分を補完するように、他の複数の図形２０２ｃ（ここでは、図形２０２ａの方向を指す矢印形状の図形で例示する）が配置されている。
　その他の構成は第３の実施の形態と同様である。
　以上のように構成した本実施の形態においても第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
　また、操作レバーのパターンが変更された場合においても、その操作レバーに対応する補助教示装置３００（または、教示装置２００）を変更後の操作レバーのパターンに合わせた方向（例えば横方向）に向けて設置するように構成したので、操作レバーの方向と補助教示装置３００（または、教示装置２００）の表示内容の方向が一致するため、オペレータがより直感的に適切な操作を理解しやすくなる。
　＜第５の実施の形態＞
  本発明の第５の実施の形態を図１６及び図１７を参照しつつ説明する。
　本実施の形態は、第２の実施の形態において主操作の操作量及び操作方向に基づいて演算及び表示されていた従操作の推奨操作量及び推奨操作方向を、オペレータによるレバー操作がなされていない場合にも予測的に演算及び表示するようにしたものである。
　図１６は、情報処理装置の詳細を示す機能ブロック図である。図中、第１及び第２の実施の形態と同様の部材には同じ符号を付し、説明を省略する。
　図１６において、情報処理装置１００Ｄは、作業点位置演算部１１０、目標面設定部１２０、目標面距離演算部１３０、主操作判定部１４０、推奨操作演算部１５０Ｄ、及び加算演算子１７０を有している。
　推奨操作演算部１５０Ｄは、目標面設定部１２０で設定された目標面（目標面角度）と、目標面距離演算部１３０で演算された目標面距離と、主操作判定部１４０の判定結果（主操作判定）と、操作レバー（操作装置）１ｃ，１ｄからの操作信号とに基づいて、第１及び第２操作指示情報（従操作指示情報又は主操作指示情報）を演算し、教示装置２００に送信する。また、推奨操作演算部１５０Ｄは、操作レバー（操作装置）１ｃ，１ｄからの操作信号が無い場合には、擬似的に主操作の被駆動部材の角速度（擬似主操作角速度）の演算を行うとともに、擬似主操作角速度に対応する角度信号（擬似姿勢信号）を擬似的に生成して加算演算子１７０に出力する。推奨操作演算部１５０Ｄは、擬似姿勢信号に基づいて作業点位置演算部１１０の演算結果を擬似的に取得することにより、目標面距離演算部１３０の演算結果を擬似的に取得し、結果として擬似的に従操作目標角速度を得る。なお、擬似姿勢信号は、擬似主操作角速度および従操作目標角速度をそれぞれ積分したものである。
　加算演算子１７０は、情報処理装置１００Ｄへの角度信号（姿勢信号）の入力部に設けられており、慣性計測装置１３ａ～１３ｄから情報処理装置１００Ｄに入力される角度信号（姿勢信号）に、推奨操作演算部１５０Ｄで擬似的に生成した角度信号（擬似姿勢情報）を加算して、作業点位置演算部１１０及び推奨操作演算部１５０Ｄに出力する。
　図１７は、推奨操作演算部による従操作指示情報の演算処理を示すフローチャートである。
　図１７において、推奨操作演算部１５０Ｄは、まず、操作信号に基づいて操作レバー１ｃ，１ｄが操作されているかどうかを判定し（ステップＳ２００）、判定結果がＹＥＳの場合には、主操作と判定したフロント装置１５の被駆動部材（ブーム１１又はアーム１２）の操作信号に基づいて主操作の被駆動部材の角速度（主操作角速度）を演算する（ステップＳ２１０）。また、ステップＳ２００での判定結果がＮＯの場合、すなわち、操作レバー１ｃ，１ｄが操作されていないと判定した場合には、擬似的に主操作の被駆動部材の角速度（擬似主操作角速度）の演算を行う（ステップＳ２１１）。
　ステップＳ２１０又はＳ２１１において、主操作角速度又は擬似主操作角速度が演算されると、続いて、目標面距離に基づいて目標面に対する垂直方向の目標速度である目標上下速度を演算する（ステップＳ２２０）。続いて、主操作角速度又は擬似主操作角速度と目標上下速度とに基づいて、角度信号に応じて従操作目標角速度を演算する（ステップＳ２３０）。続いて、従操作の目標角速度に基づいて、従操作の推奨値である従操作量目標値（推奨操作量）及び推奨操作方向を演算する（ステップＳ２４０）。続いて、主操作判定、操作信号、従操作量目標値に基づいて、従操作指示情報を生成し、主操作指示情報とともに教示装置２００へ送信する（ステップＳ２５０）。
　ここで、操作信号に基づいて操作レバー１ｃ，１ｄが操作されているかどうかを再度判定し（ステップＳ２６０）、判定結果がＮＯの場合には、擬似主操作角速度に対応する角度信号（擬似姿勢信号）を擬似的に生成して加算演算子１７０を介して情報処理装置１００Ｄに入力する角度加算値演算処理を行い（ステップＳ２６１）、処理を終了する。また、ステップＳ２６０での判定結果がＹＥＳの場合には、加算演算子１７０に出力している角度信号（擬似姿勢信号）を０（ゼロ）にリセットする角度加算値初期化処理を実行し（ステップＳ２７０）、処理を終了する。
　その他の構成は第２の実施の形態と同様である。
　以上のように構成した本実施の形態においても第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
　また、オペレータによる操作がなされていない場合は、オペレータの操作開始前に目標動作およびまたは推奨操作が教示装置２００へ表示され、オペレータが適切な操作を理解しやすくなる。
　次に上記の各実施の形態の特徴について説明する。
　（１）上記の実施の形態では、ブーム１１、アーム１２、及び作業具（例えば、バケット８）を垂直方向に回動可能に連結して構成され、建設機械（例えば、油圧ショベル６００）の車体（例えば、上部旋回体１０及び下部走行体９）に垂直方向に回動可能に支持された多関節型のフロント装置１５と、フロント装置１５のブーム１１、アーム１２、及び作業具をそれぞれ操作するための操作信号を出力する操作装置（例えば、操作レバー１ｃ，１ｄ）と、ブーム１１、アーム１２、及びバケット８のそれぞれの姿勢情報を検出する姿勢情報検出装置（例えば、慣性計測装置１３ａ～１３ｃ）と、姿勢情報検出装置の検出情報と、掘削対象の目標形状の情報である設計面情報と、操作装置からの操作信号とに基づいて情報処理を行う情報処理装置１００とを備えた建設機械において、情報処理装置１００は、姿勢情報に基づいて作業具上に設定された作業点の車体に対する相対位置を演算する作業点位置演算部１１０と、設計面情報に基づいて掘削作業の対象となる目標面を設定する目標面設定部１２０と、目標面に沿って作業点を移動させる場合にブーム１１及びアーム１２のいずれの操作が主たる操作である主操作であるかを判定する主操作判定部１４０と、掘削作業を行う場合に、ブーム１１及びアーム１２の操作のうち前記主操作とは異なる他の操作である従操作の推奨操作量及び推奨操作方向を主操作の操作量及び操作方向に応じて演算し、従操作の推奨操作量及び推奨操作方向を教示装置（例えば、教示装置２００）に表示する推奨操作演算部１５０とを備えて構成した。
　このように構成することにより、オペレータに適切な操作を分かりやすく伝えることができる。
　（２）また、上記の実施の形態では、（１）の建設機械において、前記推奨操作演算部は、前記従操作の推奨操作量及び推奨操作方向と同時に、前記主操作の操作量及び操作方向を前記教示装置に表示するものとした。
　このように、教示装置に従操作指示情報（従操作の推奨操作量、推奨操作方向、及び現在操作量）と併せて主操作指示情報（主操作の現在操作量及び推奨操作方向）を表示するように構成したので、オペレータにどの操作から行うべきかを分かり易く伝えることができる。
　（３）また、上記の実施の形態では、（２）の建設機械において、前記教示装置は、前記主操作に対応する前記操作装置の操作方向に対応して延在する表示領域の表示を、前記主操作の操作方向に対応して変化させるものとした。
　このように、操作レバーの操作方向と教示装置の表示内容の方向が一致しているので、オペレータは、教示装置からの情報によって、主操作の操作量および操作方向を直感的に理解しやすくなる。
　（４）また、上記の実施の形態では、（１）の建設機械において、前記教示装置は、前記従操作に対応する前記操作装置の操作方向に対応して延在する表示領域の表示を、前記従操作の推奨操作方向に対応して変化させるものとした。
　このように、操作レバーの操作方向と教示装置の表示内容の方向が一致しているので、オペレータは、教示装置からの情報によって、作業点（つまり、作業具であるバケット８）を目標面に沿って動作させるための従操作の適切な推奨操作量および推奨操作方向を直感的に理解しやすくなる。
　（５）また、上記の実施の形態では、（１）の建設機械において、前記推奨操作演算部は、前記操作装置が操作されていない場合に、前記目標面に対応する掘削作業で想定される前記主操作の操作量及び操作量を仮定した擬似操作量及び擬似操作方向を設定し、前記ブーム及び前記アームの操作のうち前記主操作とは異なる他の操作である従操作の推奨操作量及び推奨操作方向を前記主操作の擬似操作量及び擬似操作方向に応じて演算し、前記従操作の推奨操作量及び推奨操作方向を教示装置に表示するものとした。
　これにより、オペレータによる操作がなされていない場合は、オペレータの操作開始前に目標動作およびまたは推奨操作が教示装置へ表示され、オペレータが適切な操作を理解しやすくなる。
　＜付記＞
　なお、上記の実施の形態においては、エンジン等の原動機で油圧ポンプを駆動する一般的な油圧ショベルを例に挙げて説明したが、油圧ポンプをエンジン及びモータで駆動するハイブリッド式の油圧ショベルや、油圧ポンプをモータのみで駆動する電動式の油圧ショベル等にも本発明が適用可能であることは言うまでもない。
　また、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例や組み合わせが含まれる。また、本発明は、上記の実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
１…フロント装置（フロント作業機）、１ａ…走行用右操作レバー装置、１ｂ…走行用左操作レバー装置、１ｃ…右操作レバー装置（操作装置）、１ｄ…左操作レバー装置（操作装置）、２…油圧ポンプ装置、３ｂ…走行油圧モータ、４…旋回油圧モータ、５…ブームシリンダ、６…アームシリンダ、７…バケットシリンダ、８…バケット（作業具）、８ａ…バケットリンク、９…下部走行体、１０…上部旋回体、１１…ブーム、１２…アーム、１３ａ～１３ｄ…慣性計測装置（ＩＭＵ）、１４…エンジン（原動機）、１５…フロント装置（フロント作業機）、１６…運転室、１６ａ…座席、１７ａ～１７ｃ…圧力センサ、１８…設計面情報入力装置、２０…コントロールバルブ、５１…掘削不可領域、５２…掘削不可領域、５３，５４…ブーム主操作領域、５５…アーム主操作領域、１００，１００Ａ，１００Ｄ…情報処理装置、１１０…作業点位置演算部、１２０…目標面設定部、１３０…目標面距離演算部、１４０…主操作判定部、１５０，１５０Ａ，１５０Ｄ…推奨操作演算部、１７０…加算演算子、２００…教示装置（表示装置）、２０１…従操作名表示部、２０２，２０２Ｃ…従操作表示部、２０２ａ…推奨操作量表示、２０２ｂ…非操作表示、２０２ｃ…図形、２０３…作業装置動作表示部、２０４…主操作名表示部、２０５…主操作表示部、２０５ａ…非操作表示、２０５ｂ…推奨操作方向表示、２０５ｃ…図形、３００…補助教示装置（表示装置）、３０１…補助教示装置ホルダ、５００，５００Ｂ…操作支援システム、６００…油圧ショベル

Claims (5)

  1. 　ブーム、アーム、及び作業具を垂直方向に回動可能に連結して構成され、建設機械の車体に垂直方向に回動可能に支持された多関節型のフロント作業機と、
    　前記フロント作業機の前記ブーム、アーム、及び作業具をそれぞれ操作するための操作信号を出力する操作装置と、
    　前記ブーム、アーム、及び作業具のそれぞれの姿勢情報を検出する姿勢情報検出装置と、
    　前記姿勢情報検出装置により検出された姿勢情報と、掘削対象の目標形状の情報である設計面情報と、前記操作装置からの前記操作信号とに基づいて情報処理を行う情報処理装置とを備えた建設機械において、
    　前記情報処理装置は、
    　前記姿勢情報に基づいて前記作業具上に設定された作業点の前記車体に対する相対位置を演算する作業点位置演算部と、
    　前記設計面情報に基づいて掘削作業の対象となる目標面を設定する目標面設定部と、
    　前記目標面に沿って前記作業点を移動させる場合に前記ブーム及び前記アームのいずれの操作が主たる操作である主操作であるかを判定する主操作判定部と、
    　前記掘削作業を行う場合に、前記ブーム及び前記アームの操作のうち前記主操作とは異なる他の操作である従操作の推奨操作量及び推奨操作方向を前記主操作の操作量及び操作方向に応じて演算し、前記従操作の推奨操作量及び推奨操作方向を教示装置に表示する推奨操作演算部と
    を備えたことを特徴とする建設機械。
  2. 　請求項１記載の建設機械において、
    　前記推奨操作演算部は、前記従操作の推奨操作量及び推奨操作方向と同時に、前記主操作の操作量及び操作方向を前記教示装置に表示することを特徴とする建設機械。
  3. 　請求項２記載の建設機械において、
    　前記教示装置は、前記主操作に対応する前記操作装置の操作方向に対応して延在する表示領域の表示を、前記主操作の操作方向に対応して変化させることを特徴とする建設機械。
  4. 　請求項１記載の建設機械において、
    　前記教示装置は、前記従操作に対応する前記操作装置の操作方向に対応して延在する表示領域の表示を、前記従操作の推奨操作方向に対応して変化させることを特徴とする建設機械。
  5. 　請求項１記載の建設機械において、
    　前記推奨操作演算部は、前記操作装置が操作されていない場合に、前記目標面に対応する掘削作業で想定される前記主操作の操作量及び操作量を仮定した擬似操作量及び擬似操作方向を設定し、前記ブーム及び前記アームの操作のうち前記主操作とは異なる他の操作である従操作の推奨操作量及び推奨操作方向を前記主操作の擬似操作量及び擬似操作方向に応じて演算し、前記従操作の推奨操作量及び推奨操作方向を教示装置に表示することを特徴とする建設機械。
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