建設機械の計測表示機構
【課題】 建設機械本体の姿勢を算定して建設機械の周辺状況と共に表示手段に正しく表示することができる建設機械の計測表示機構を提供する。
【解決手段】 下部走行体及び上部旋回体を有する車体と地中を掘削する作業機とを備えた建設機械に使用され一対のＧＰＳ受信機４３，４４での計測結果に基づいて作業機のモニタポイントの三次元位置を計測して、車体等を建設機械の周辺状況と共にモニタ４６ａに表示してオペレータに伝達する建設機械の計測表示機構において、ＧＰＳ受信機４３，４４での計測結果に基づいて上部旋回体の姿勢に係る値を演算する旋回体の姿勢演算手段と、この上部旋回体の姿勢演算手段で演算された上部旋回体の姿勢に係る値の水平方向の成分の変化に基づいて上部旋回体に対する下部走行体の姿勢に係る値を演算する走行体の姿勢演算手段を車載コンピュータ４６に設けて、車体をモニタ４６ａに表示する場合に下部走行体及び上部旋回体の各姿勢を表示できるように構成した。
【解決手段】 下部走行体及び上部旋回体を有する車体と地中を掘削する作業機とを備えた建設機械に使用され一対のＧＰＳ受信機４３，４４での計測結果に基づいて作業機のモニタポイントの三次元位置を計測して、車体等を建設機械の周辺状況と共にモニタ４６ａに表示してオペレータに伝達する建設機械の計測表示機構において、ＧＰＳ受信機４３，４４での計測結果に基づいて上部旋回体の姿勢に係る値を演算する旋回体の姿勢演算手段と、この上部旋回体の姿勢演算手段で演算された上部旋回体の姿勢に係る値の水平方向の成分の変化に基づいて上部旋回体に対する下部走行体の姿勢に係る値を演算する走行体の姿勢演算手段を車載コンピュータ４６に設けて、車体をモニタ４６ａに表示する場合に下部走行体及び上部旋回体の各姿勢を表示できるように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行体及びこの走行体上に設置された旋回体を有する建設機械本体とこの旋回体に設置され地中を掘削する作業機とを備えた建設機械に使用され、作業機に設定されたモニタポイントの三次元位置を計測して作業機及び建設機械本体を建設機械周辺の地勢等の建設機械の周辺状況と共に表示手段に表示できるようにした建設機械の計測表示機構に関し、特に、建設機械としての油圧ショベルや浚渫船に使用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベルのような掘削用の建設機械により掘削作業を行う建設施工現場では、掘削用の建設機械に設置した作業機に計測点としてのモニタポイントを予め設定し、作業機による作業時にこのモニタポイントに係る三次元位置を計測するようにした装置が最近多用されるようになっている。このモニタポイントの代表例としては、例えば、油圧ショベルのバケット先端の位置を挙げることができる。この種の装置では、こうしたモニタポイントの三次元位置に関する計測結果に基づいて、作業機により掘削して形成される地形を割り出してこの地形の各点の三次元位置を算出し、これより、掘削して形成される地形すなわち出来形に関する情報を取得するようにしている。
【０００３】
建設機械で掘削作業を実施する際には、未掘削状態の施工予定区域における多数の計測点について三次元位置を計測して、各計測点の水平位置に対応する高さのデータすなわち原地形の三次元のデータを取得する。また、掘削して最終的に形成することを予定している地形すなわち目標地形について各点の三次元の位置を設定して目標地形の三次元のデータを作成する。その上で、作業機に設定したモニタポイントの三次元位置を計測することにより前記の出来形に関する情報を取得すれば、この情報を逐次関係者に伝達して前記の原地形のデータや目標地形のデータと対比できるようにすることにより、掘削作業の進捗状況を把握して施工の管理を容易に行うことができるとともに、オペレータの掘削作業を支援することもできる。
【０００４】
作業機での作業時にこうした出来形に関する情報を取得する建設機械では、オペレータの掘削作業を支援するため、作業機に設定したモニタポイントの三次元位置を計測し、その過程で得られたデータを活用しながら作業機や建設機械本体を建設機械周辺の地勢等の建設機械の周辺状況と共に表示手段に表示してオペレータに伝達できるようにした機構を設けている。本明細書では、こうした機構を「建設機械の計測表示機構」と称している。本発明は、この建設機械の計測表示機構を改良しようとするものである。
【０００５】
建設機械にこの種の機構を設けた技術は、これまで種々の技術が提案されているが、ここでは、特許文献１に記載の技術を従来の技術として位置付けてその技術内容を以下に概説する。その際、特許文献１で使用している用語や符号を括弧内に付記しながら、本発明と関連する部分の技術内容を中心に説明する。
【０００６】
この特許文献１に記載の従来の技術では、ＧＰＳアンテナ（４５，４６）の設置位置を検出する三次元位置計測手段（三次元位置センサ３０）での計測結果とフロント角度センサ（角度センサ２７，２８，２９）での計測結果とに基づいて作業機（４７）のモニタポイントとしてのバケット先端（４４ａ）の位置（Ｐｇｔ）を演算により計測するようにしている。そして、このバケット先端の位置とメモリに記憶された目標地形（３次元目標地形５１）のデータとに基づいて、バケット先端が移動すべき目標地形上の交線（５８）を演算し、この交線とバケット（４４）との相対的な位置関係を、特許文献１の図６に図示のように表示手段（グラフィックインターフェース２４）のモニタ画面（表示画面２４ａ）に表示してオペレータを支援するようにしている。また、この種の画像中に建設機械（油圧ショベル４０）を表示してオペレータを支援するようにしたモニタ画面が特許文献１の図８及び図９に図示されている。
【特許文献１】特開２００１ー９８５８５号公報（第６−１０頁、第１−１０図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この特許文献１の図８に係る記述をみると、建設機械（油圧ショベル４０）全体を表示手段のモニタ画面に表示して上部旋回体（車体４１）に対する作業機の現在姿勢をモニタ画面から認識できるようにしてもよい旨が記載されている。また、特許文献１の図９に係る記述をみると、モニタ画面にこうしたことを表示することに加えて、作業機のモニタポイント（バケット先端４４ａ）の動作範囲を表示してもよい旨が記載されている。
【０００８】
特許文献１には、このように作業機の姿勢を表示手段に表示することについては言及されているものの、上部旋回体と下部走行体（履帯４９）とで構成された建設機械本体の姿勢（水平方向の姿勢）すなわち上部旋回体及び下部走行体のそれぞれの姿勢を表示手段に表示することについては何も言及されておらず、また、これらの姿勢を算定する手法についても言及されていない。こうしたことから、特許文献１に記載の従来の技術では、建設機械全体を表示手段に表示する場合に、上部旋回体及び下部走行体のそれぞれの姿勢を、実際の姿勢が分かるように正しく表示することについては、着眼していないと断じることができる。このことは、図８及び図９の何れもが、上部旋回体や下部走行体の水平方向の姿勢を識別しにくい図面であることからも明白である。
【０００９】
建設機械のオペレータは、表示手段のモニタ画面を見ながら掘削作業を行うが、上部旋回体が旋回しているにもかかわらず上部旋回体と下部走行体との姿勢が一致してしているというように、表示手段に表示される上部旋回体及び下部走行体の各姿勢が実際の姿勢と合致していないと、例えば、下部走行体について走行操作をした場合に、オペレータがモニタ画面を見て予測した走行方向とは異なる方向へ下部走行体が走る危険性がある。建設機械の設置スペースが狭い崖のような作業場所で作業をしている場合においてこうした事態が発生すると、最悪の場合には、建設機械が崖下に転落することもことも起こり得て作業を安全に行うことができない。そのため、建設機械を慎重に操作することがオペレータに要求され、掘削作業の作業効率の低下を招くこととなる。
【００１０】
ところで、建設機械の中には、台船に旋回体を旋回可能に設置し、この旋回体にバックホーのような作業機を搭載して、この作業機のバケットで水底を掘削して浚渫作業を行う浚渫船のようなものもある。この浚渫船は、台船を係留して停止させた状態で浚渫作業を行うが、台船は、水上を走ることができるので、本明細書では、この台船も、油圧ショベルの下部走行体と同様に「走行体」と称する。こうした浚渫船では、オペレータがバケットによる水底の掘削状況を目視できないことから、作業機のモニタポイントの三次元位置を計測して出来形に関する情報を取得し、この情報から得られる水底の掘削状況を表示手段に表示してオペレータに伝達するための計測表示機構を付設している。
【００１１】
こうした浚渫船でも、オペレータは、表示手段を見ながら浚渫作業を行うが、表示手段に表示される走行体としての台船及び旋回体の各姿勢が実際の姿勢と合致していないと、例えば、水底の掘削土砂を船内の所定の放土場所に放土する場合に予定外の場所に放土する危険性があり、浚渫の際の掘削作業の作業効率の低下を招くこととなる。以上述べたように、建設機械本体が走行体と旋回体とで構成された建設機械に使用される建設機械の計測表示機構にあっては、建設機械本体の姿勢を、実際の姿勢が分かるように建設機械の周辺状況と共に正しく表示することが必要であり、そうしないと、オペレータに混乱をもたらして、作業の安全面及び効率面で問題が生じることとなる。
【００１２】
本発明は、こうした従来の技術にみられる問題を解決するために創作されたものであって、その目的は、建設機械本体の姿勢を算定して建設機械の周辺状況と共に表示手段に正しく表示することができる建設機械の計測表示機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、こうした目的を達成するため、次のように構成した。
【００１４】
走行体及びこの走行体上に旋回可能に設置されて旋回駆動される旋回体を有する建設機械本体とこの旋回体に設置され地中を掘削する作業機とを備えた建設機械に使用され、旋回体上の異なる計測点を計測する複数の三次元位置計測手段での計測結果に基づいて作業機に設定されたモニタポイントの三次元位置を計測して、作業機及び建設機械本体を建設機械周辺の地勢等の建設機械の周辺状況と共に表示手段に表示してオペレータに伝達できるようにした建設機械の計測表示機構において、
複数の三次元位置計測手段での計測結果に基づいて旋回体の姿勢に係る値を演算する旋回体の姿勢演算手段を設けるとともに、この旋回体の姿勢演算手段で演算された旋回体の姿勢に係る値の水平方向の成分の変化に基づいて旋回体に対する走行体の姿勢に係る値を演算する走行体の姿勢演算手段を設けて、建設機械本体を表示手段に表示する場合に走行体及び旋回体の各姿勢を表示できるように構成した。
【００１５】
本発明に係る建設機械の計測表示機構は、作業機や建設機械本体を建設機械周辺の地勢等の建設機械の周辺状況と共に表示手段に表示してオペレータに伝達できるようにするものである。こうした計測表示機構を構成する場合、旋回体の姿勢演算手段と走行体の姿勢演算手段とを設けて前記のように構成しているので、作業機のモニタポイントの位置を計測するために従来設けられていた複数の三次元位置計測手段をそのまま活用して、これらの計測結果に基づいて旋回体の姿勢を旋回体の姿勢演算手段で算定することができ、さらには、この旋回体の姿勢演算手段での計測結果に基づいて旋回体に対する走行体の姿勢を走行体の姿勢演算手段で算定することができる。本建設機械の計測表示機構では、このように建設機械本体の姿勢をなす旋回体及び走行体の双方の姿勢を算定して表示手段に表示できるように構成しているので、建設機械本体の実際の姿勢を建設機械の周辺状況と共に表示手段に正しく表示することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以下の説明から明らかなように、本発明に係る建設機械の計測表示機構にあっては、前記の「課題を解決するための手段」の項に示したように構成しているので、建設機械本体の姿勢を算定して建設機械の周辺状況と共に表示手段に正しく表示することができる。その結果、建設機械のオペレータは、表示手段を見ながら安心して作業を行うことができ、掘削作業の作業効率の低下を招くことがない。
【００１７】
本建設機械の計測表示機構では、作業機のモニタポイントの位置を計測するための三次元位置計測手段をそのまま活用して旋回体や走行体の姿勢に係る値を演算することができるので、既存の三次元位置計測手段を二重に活用することができて有効に利用することができる。旋回体の姿勢すなわち旋回体の旋回角度を検出するのに、通常、旋回体と走行体との接続部に旋回角度センサを取り付けており、そのため、その接続部を改造して旋回角度センサを取り付けるという難作業を必要として構造の複雑化やコストアップを招くが、本建設機械の計測表示機構では、既存の三次元位置計測手段を利用して旋回体の旋回角度を演算で求めることができるので、こうした問題は生じない。
【００１８】
掘削作業中、時には走行体を旋回して走行させることもあり、これに伴って、旋回体も走行体と共に旋回するが、この旋回体の旋回は、旋回体に対する走行体の姿勢の変化ではないので、走行体の姿勢演算手段での演算結果に、こうした走行旋回による旋回体の旋回が影響しないようにすることが望ましい。本発明に係る建設機械の計測表示機構を具体化する場合に、特に、特許請求の範囲の請求項２に記載のように具体化すれば、旋回体が旋回駆動されていると旋回体の駆動判定手段で判定されたときに初めて旋回体に対する走行体の姿勢に係る値が走行体の姿勢演算手段で演算されるので、建設機械を掘削作業中に走行旋回させても、建設機械本体の姿勢を正しく算定することができる。
【００１９】
旋回体に対する走行体の姿勢に係る値を走行体の姿勢演算手段で演算するたびに、若干の誤差が生じて累積して行くので、走行体の姿勢演算手段での演算結果がこうした累積誤差の影響を受けないようにすることが望ましい。本発明に係る建設機械の計測表示機構を具体化する場合に、特に、特許請求の範囲の請求項３に記載のように具体化すれば、オペレータが走行体の姿勢と旋回体の姿勢とを一致させるように操作した後、走行体の姿勢演算手段で演算された旋回体に対する走行体の姿勢に係る値を走行体の姿勢リセット手段で初期値に適宜リセットすることにより、建設機械本体の姿勢を累積誤差に影響されないように正しく算定することができる。
【００２０】
特に、建設機械本体の姿勢を算定して表示手段に表示する場合、正しく算定して表示することに加えて、オペレータに分かりやすいように表示することが望ましい。本発明に係る建設機械の計測表示機構を具体化する場合に、特に、特許請求の範囲の請求項４に記載のように具体化すれば、走行体及び旋回体の各姿勢の相互関係や作業機等が鳥瞰図で表示手段に表示されるので、特に、上部旋回体及び下部走行体のそれぞれの姿勢が正しく表示されることに加えて、オペレータが各姿勢の相互関係を識別しやすいように表示され、かつ、作業機の姿勢も分かるように表示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明が実際上どのように具体化されるのかを図１乃至図１１に基づいて説明することにより、本発明を実施するための望ましい形態を明らかにする。
【００２２】
まず、図１乃至図５に基づき、本発明に係る建設機械の計測表示機構を具現するためのシステムの一例について説明する。図１は、本発明に係る建設機械の計測表示機構を使用した建設機械の一例を示す斜視図、図２は、図１の建設機械の油圧アクチュエータを駆動するための油圧回路を示す油圧回路図、図３は、図１の建設機械の油圧アクチュエータを操作する油圧パイロット圧を送るための油圧回路を示す油圧回路図、図４は、本発明を具体化して構成した建設機械の計測表示機構の一例を示すブロック図、図５は、図４の建設機械の計測表示機構に関連して設置された管理事務所内に配備されたシステムの一例を示すブロック図である。
【００２３】
本発明を具体化して構成した以下に述べる建設機械の計測表示機構は、すでに述べた従来の技術に係る機構と同様、走行体及びこの走行体上に旋回可能に設置されて旋回駆動される旋回体を有する建設機械本体と、この旋回体に設置され地中を掘削する作業機とを備えた建設機械に使用される。そして、こうした建設機械本体や作業機を備えた建設機械に使用することにより、従来の技術に係る装置と同様、旋回体上の異なる計測点を計測する複数の三次元位置計測手段での計測結果に基づいて作業機に設定されたモニタポイントの三次元位置を計測して、作業機及び建設機械本体を建設機械周辺の地勢等の建設機械の周辺状況と共に表示手段に表示してオペレータに伝達できるようにする。ここでは、こうした計測表示機構を使用する建設機械が油圧ショベルである場合を例にして、以下の説明を行う。
【００２４】
図１の建設機械について説明すると、１は掘削作業等を行う自走式の建設機械としての油圧ショベル、２は上部旋回体３を設置するための基台となり作業現場を走行することが可能な下部走行体、３はこの下部走行体２上に旋回可能に搭載された旋回フレームとこの旋回フレームの上部に設置された諸装置とからなる上部旋回体、４は土砂の掘削作業や積載作業等を行うための油圧ショベル１のフロント作業機、５は後端部が上部旋回体３の前部に垂直方向に回動（傾動）可能に軸着されて設置されたブーム、６は後端部がこのブーム５の前端部に垂直方向に回動（揺動）可能に軸着されたアーム、７はこのアーム６の前端部に垂直方向に回動可能にかつ着脱可能に軸着されたバケット、８は伸縮させてブーム５を垂直方向に回動させるように駆動するブームシリンダ、９は同じく伸縮させてアーム６を回動させるように駆動するアームシリンダ、１０は同じく伸縮させてバケット７を回動させるように駆動するバケットシリンダである。
【００２５】
油圧ショベル１は、大別すると、クローラベルトにより走行する下部走行体２と、運転室１１や油圧駆動・制御用の機器等の諸装置を旋回フレーム上に設置して構成された上部旋回体３と、この上部旋回体３（旋回フレーム）に設置されたフロント作業機４とからなり、種々の作業を行うが、主たる作業として地山の掘削作業を行う。下部走行体２は、スプロケットで駆動されるエンドレスチェーン状のクローラベルトを左右に備えており、左右のスプロケットは、それぞれ、図１及び図２に示す左走行モータ１０６及び図２に示す右走行モータ１０７で回転駆動される。また、上部旋回体３は、図２に示す旋回モータ１０５で旋回駆動され、下部走行体２に対して姿勢を変える。本明細書では、下部走行体２のような走行体及び上部旋回体３のような旋回体を設けて構成さた車体の部分を建設機械本体と称している。フロント作業機４は、ブーム５、アーム６及びバケット７と、これらをそれぞれ回動させるように駆動するためのブームシリンダ８、アームシリンダ９及びバケットシリンダ１０とを設けて構成され、運転室１１の右側に設置される。
【００２６】
１１は後述する表示手段としてのモニタ４６ａが設置され下部走行体２やフロント作業機４の操縦等、油圧ショベルの操縦を行う運転室、２１はブーム５の回動角度（ブーム角度）を検出するブーム角度センサ、２２はブーム５に対するアーム６の回動角度（アーム角度）を検出するアーム角度センサ、２３はアーム６に対するバケット７の回動角度（バケット角度）を検出するバケット角度センサ、２４は上部旋回体３のピッチ方向（前後方向）の傾斜角度（ピッチ角度）を検出する傾斜角度センサ、３１，３２は後述する建設機械側（計測表示機構２００側、図４参照）のＧＰＳ受信機４３，４４の無線アンテナ、３３は後述するＧＰＳ受信機５５（図５参照）で作成した補正データに係る信号を受信する建設機械側の無線機４１の無線アンテナ、３４は後述する建設機械側の送信用の無線機４７（図４参照）の無線アンテナである。
【００２７】
ブーム角度センサ２１、アーム角度センサ２２、バケット角度センサ２３及び傾斜角度センサ２４は、後述するように、フロント作業機４に設定したモニタポイントに係る三次元位置を計測するために設けている。図１には図示していないが、油圧ショベル１には、以上述べた計器のほか、オペレータにより操作される後述する走行体角度リセットスイッチ２８（図４参照）を運転室１１に設けている。また、図４に示す計測表示機構２００が設置されることと関連して、こうした走行体角度リセットスイッチ２８に加えて旋回パイロット圧力センサ２７（図４参照）を設けている。これらについては、計測表示機構２００について説明をする際に詳述する。
【００２８】
油圧ショベル１に設置されたブームシリンダ８、アームシリンダ９及びバケットシリンダ１０等の油圧アクチュエータを駆動、操作するための油圧回路について、図２及び図３に基づき説明する。
【００２９】
まず、図２の油圧回路の基本的な骨組みについて説明すると、１０１，１０２は図示しないエンジンで駆動されブームシリンダ８、アームシリンダ９等の油圧ショベルの種々の油圧アクチュエータを駆動するための圧油を発生する可変容量型の油圧ポンプ、１０３は以下に述べる種々の弁やこれらの周辺の管路の集合体として形成されてユニットをなす弁装置、１０３ｊ，１０３ｋはそれぞれ油圧ポンプ１０１，１０２で発生した圧油が送られるセンターバイパス管路、１１１，１１２はそれぞれ油圧ポンプ１０１，１０２から吐出した圧油をセンターバイパス管路１０３ｊ，１０３ｋへ送る吐出管路、１０３ｍは可変容量型の油圧ポンプ１０１，１０２の吐出圧力の最大値を決定するメインリリーフ弁、１０３ｎはセンターバイパス管路１０３ｊ，１０３ｋの圧油を作動油タンクに戻すための共通の油路であるタンク管路である。
【００３０】
センターバイパス管路１０３ｊには、油圧ショベル１の各種油圧アクチュエータの運動を制御するためのセンタバイパス型の方向制御弁１０３ａ〜１０３ｄからなる第１の方向制御弁群が位置し、センターバイパス管路１０３ｋには、同じく各種油圧アクチュエータの運動を制御するためのセンタバイパス型の方向制御弁１０３ｅ〜１０３ｉからなる第２の方向制御弁群が位置している。これらの方向制御弁１０３ａ〜１０３ｄ及び方向制御弁１０３ｅ〜１０３ｉは、中立位置に操作したときに、それぞれ、油圧ポンプ１０１及び油圧ポンプ１０２の圧油をセンタバイパス管路１０３ｊ及びセンタバイパス管路１０３ｋにより下流側に流通させ、タンク管路１０３ｎを経て作動油タンクに戻す。これらの方向制御弁１０３ａ〜１０３ｉは、図３に示す操作装置１３５における操作パイロット装置１３８，１３９、操作装置１３６における操作パイロット装置１４０，１４１、操作装置１３７における操作パイロット装置１４２，１４３及び操作パイロット装置１４４を操作することにより、対応する各方向制御弁１０３ａ〜１０３ｉの信号受け部に油圧パイロット圧が送られて中立位置から右位置又は左位置に切り換えられる。
【００３１】
図２の油圧回路について、図３に図示の事項を引用しながら具体的に説明すると、１０３ａは油圧ポンプ１０１から左走行モータ１０６へ供給される圧油の流れや流量を切り換えて同モータ１１の運動を制御する左走行用の方向制御弁、１０３ｂは油圧ポンプ１０１からバケットシリンダ１０へ供給される圧油の流れや流量を切り換えて同シリンダ１０の運動を制御するバケット用の方向制御弁、１０３ｃは油圧ポンプ１０１からブームシリンダ８へ供給される圧油の流れや流量を切り換えて同シリンダ８の運動を制御するブーム用の第１の方向制御弁、１０３ｄは油圧ポンプ１０１からアームシリンダ９へ供給される圧油の流れを切り換えて同シリンダ９の運動を制御するアーム用の第２の方向制御弁、１０６は下部走行体２の左のスプロケットを回転駆動する既述の左走行モータである。
【００３２】
左走行用の方向制御弁１０３ａは、操作パイロット装置１３８の操作ペダル１３８ｃの操作方向により操作パイロット圧ＴＲ３，ＴＲ４がそれぞれ左右の信号受け部に送られて中立位置から左右の位置に切り換えられ、これにより、センターバイパス管路１０３ｊから左走行モータ１０６へ供給される油圧ポンプ１０１の圧油の流れを切り換えて同走行モータ１０６を正逆所望の方向に回転させることができる。その場合、操作ペダル１３８ｃの操作量に応じてこの方向制御弁１０３ａの開口量を調節することにより、左走行モータ１０６の回転速度を制御することができる。
【００３３】
バケット用の方向制御弁１０３ｂは、操作パイロット装置１４０の操作レバー１４０ｃの操作方向により操作パイロット圧ＢＫＣ，ＢＫＤがそれぞれ左右の信号受け部に送られて中立位置から左右の位置に切り換えられ、左位置に切り換えられたときには、センターバイパス管路１０３ｊの圧油をバケットシリンダ１０のボトム側に供給するとともに、これのロッド側の圧油をタンク管路１０３ｎに排出し、これによりバケットシリンダ１０を伸長させることができる。また、右位置に切り換えられたときには、センターバイパス管路１０３ｊの圧油をバケットシリンダ１０のロッド側に供給するとともに、これのボトム側の圧油をタンク管路１０３ｎに排出し、これによりバケットシリンダ１０を縮小させることができる。その場合、操作レバー１４０ｃの操作量に応じて開口量を調節することにより、バケットシリンダ１０の伸縮する速度を制御することができる。
【００３４】
ブーム用の第１の方向制御弁１０３ｃは、操作パイロット装置１４１の操作レバー１４０ｃの操作方向により操作パイロット圧ＢＯＵ，ＢＯＤがそれぞれ左右の信号受け部に送られて中立位置から左右の位置に切り換えられ、左位置に切り換えられたときには、センタバイパス管路１０３ｊの圧油をブームシリンダ８のボトム側に供給するとともに、これのロッド側の圧油をタンク管路１０３ｎに排出し、これによりブームシリンダ８を伸長させることができる。また、右位置に切り換えられたときには、センタバイパス管路１０３ｊの圧油をブームシリンダ８のロッド側に供給するとともに、これのボトム側の圧油をタンク管路１０３ｎに排出し、これによりブームシリンダ８を縮小させることができる。その場合、操作レバー１４０ｃの操作量に応じて開口量を調節することにより、ブームシリンダ８の伸縮する速度を制御することができる。なお、アーム用の第２の方向制御弁１０３ｄについては、後述するアーム用の第１の方向制御弁１０３ｆの説明の際に説明する。
【００３５】
１０３ｅは油圧ポンプ１０２から旋回モータ１０５へ供給される圧油の流れや流量を切り換えて同モータ１０５の運動を制御する旋回モータ用の方向制御弁、１０３ｆは油圧ポンプ１０１，１０２からアームシリンダ９へ供給される圧油の流れや流量を切り換えて同シリンダ９の運動を制御するアーム用の第１の方向制御弁、１０３ｇは油圧ポンプ１０２からブームシリンダ８へ供給される圧油の流れや流量を切り換えて同シリンダ８の運動を制御するブーム用の方向制御弁、１０３ｈはアタッチメント駆動用油圧アクチュエータ１０８の運動を制御する予備の方向制御弁、１０３ｉは油圧ポンプ１０２から右走行モータ１０７へ供給される圧油の流れや流量を切り換えて同モータ１１の運動を制御する右走行用の方向制御弁、１０３ｋ’はセンタバイパス管路１０３ｋと分岐し油圧ポンプ１０２の圧油が送られる分岐管路、１０３ｐはセンタバイパス管路１０３ｊの圧油をアーム用の第１の方向制御弁１０３ｆの流入側において分岐管路１０３ｋ’の圧油と合流させるための合流管路、１０５は旋回体３を旋回駆動する既述の旋回モータ、１０７は下部走行体２の右のスプロケットを回転駆動する既述の右走行モータ、１０８はアタッチメントとしての作業具を駆動するアタッチメント駆動用油圧アクチュエータである。
【００３６】
旋回モータ用の方向制御弁１０３ｅは、操作パイロット装置１４３の操作レバー１４２ｃの操作方向により操作パイロット圧ＳＷ１，ＳＷ２がそれぞれ左右の信号受け部に送られて中立位置から左右の位置に切り換えられ、これにより、センターバイパス管路１０３ｋから旋回モータ１０５へ供給される油圧ポンプ１０２の圧油の流れを切り換えて旋回モータ１０５を正逆所望の方向に回転させることができる。その場合、操作レバー１４２ｃの操作量に応じて開口量を調節することにより、旋回モータ１０５の回転速度を制御することができる。
【００３７】
アーム用の第１の方向制御弁１０３ｆは、操作パイロット装置１４２の操作レバー１４２ｃの操作方向により操作パイロット圧ＡＲＤ，ＡＲＣがそれぞれ左右の信号受け部に送られて中立位置から左右の位置に切り換えられ、左位置に切り換えられたときには、分岐管路１０３ｋ’の圧油をアームシリンダ９のロッド側に供給するとともに、これのボトム側の圧油をタンク管路１０３ｎに排出し、これによりアームシリンダ９を縮小させることができる。また、右位置に切り換えられたときには、分岐管路１０３ｋ’の圧油をアームシリンダ９のボトム側に供給するとともに、これのロッド側の圧油をタンク管路１０３ｎに排出し、これによりアームシリンダ９を伸長させることができる。その場合、操作レバー１４２ｃの操作量に応じて開口量を調節することにより、アームシリンダ９の伸縮する速度を制御することができる。
【００３８】
前述したアーム用の第２の方向制御弁１０３ｄは、こうして操作レバー１４２ｃを操作してアーム用の第１の方向制御弁１０３ｆを切り換えると、この切換え操作に連動して切り換えられ、操作レバー１４２ｃの操作方向により操作パイロット圧ＡＲＤ，ＡＲＣがそれぞれ左右の信号受け部に送られて中立位置から左右の位置に切り換えられる。そして、左位置に切り換えられたときには、センタバイパス管路１０３ｊの圧油がタンク管路１０３ｎに逃げるのを阻止してその圧油を合流管路に１０３ｐに導くとともに、ロッド側よりも容量の多いアーム用の第１の方向制御弁１０３ｆのボトム側の圧油を、第２の方向制御弁１０３ｄを通じてもタンク管路１０３ｎに排出させることができるようにする。
【００３９】
また、このアーム用の第２の方向制御弁１０３ｄが右位置に切り換えられたときには、センタバイパス管路１０３ｊの圧油がタンク管路１０３ｎに逃げるのを阻止してその圧油を合流管路に１０３ｐに導くとともに他の圧油の流れも阻止する。したがって、操作パイロット装置１４２の操作レバー１４２ｃを操作してアーム用の第１の方向制御弁１０３ｆを切り換えたときには、左右の何れの位置に切り換えたときでも、センタバイパス管路１０３ｊの圧油が分岐管路１０３ｋ’の圧油と合流して、第１の方向制御弁１０３ｆを通じてアームシリンダ９のボトム側及びロッド側の何れかに供給されることとなる。
【００４０】
ブーム用の第２の方向制御弁１０３ｇは、操作パイロット装置１４１の操作レバー１４０ｃによる前述のブーム用の第１の方向制御弁１０３ｃの操作と連動して中立位置から左右何れかの位置に切り換えられ、これにより、ブームシリンダ８へ供給される油圧ポンプ１０２の圧油の流れを切り換えるが、その作用は、ブーム用の第１の方向制御弁１０３ｃの作用と変わらない。したがって、ブームシリンダ８は、油圧ポンプ１０１，１０２の圧油を同時に供給することにより、所望の速度で伸縮させることができる。
【００４１】
予備の方向制御弁１０３ｈは、操作パイロット装置１４４の操作ペダル１４４ｃの操作方向により操作パイロット圧ＡＵ１，ＡＵ２がそれぞれ左右の信号受け部に送られて中立位置から左右の位置に切り換えられる。そして、アタッチメント駆動用油圧アクチュエータ１０８が例えば図３に図示の油圧シリンダのようなものである場合において左位置に切り換えられたときには、分岐管路１０３ｋ’の圧油をのロッド側に供給するとともに、これのボトム側の圧油をタンク管路１０３ｎに排出し、これによりアタッチメント駆動用油圧アクチュエータ１０８を縮小させることができる。また、右位置に切り換えられたときには、分岐管路１０３ｋ’の圧油をアタッチメント駆動用油圧アクチュエータ１０８のボトム側に供給するとともに、これのロッド側の圧油をタンク管路１０３ｎに排出し、これによりアタッチメント駆動用油圧アクチュエータ１０８を伸長させることができる。
【００４２】
右走行用の方向制御弁１０３ｉは、操作パイロット装置１３９の操作ペダル１３９ｃの操作方向により操作パイロット圧ＴＲ１，ＴＲ２がそれぞれ左右の信号受け部に送られて中立位置から左右の位置に切り換えられ、これにより、センターバイパス管路１０３ｋから右走行モータ１０７へ供給される油圧ポンプ１０２の圧油の流れを切り換えて同走行モータ１０７を正逆所望の方向に回転させることができる。その場合、操作ペダル１３９ｃの操作量に応じて開口量を調節することにより、右走行モータ１０７の回転速度を制御することができる。
【００４３】
以上述べた種々の方向制御弁１０３ａ〜１０３ｉを操作するための図３の油圧回路について説明すると、左走行モータ１０６の操作パイロット装置１３８は、油圧パイロット圧を出力する一対のパイロット弁（減圧弁）１３８ａ，１３８ｂと、上下に揺動操作され揺動方向によりパイロット弁１３８ａ，１３８ｂの一方から揺動量に応じた油圧パイロット圧を出力させる操作ペダル１３８ｃとを設けて構成されている。また、右走行モータ１０７の操作パイロット装置１３９も、同様の一対のパイロット弁１３９ａ，１３９ｂと操作ペダル１３９ｃとを設けて構成されている。
【００４４】
バケットシリンダ１０の操作パイロット装置１４０は、油圧パイロット圧を出力する一対のパイロット弁１４０ａ，１４０ｂと、傾動操作され傾動方向によりパイロット弁１４０ａ，１４０ｂの一方から傾動量に応じた油圧パイロット圧を出力させる操作レバー１４０ｃとを設けて構成されている。ブームシリンダ８の操作パイロット装置１４１は、同様の一対のパイロット弁１４１ａ，１４１ｂと、バケットシリンダ１０の操作パイロット装置１４０と共用される操作レバー１４０ｃとを設けて構成されている。
【００４５】
同様に、アームシリンダ９の操作パイロット装置１４２は、一対のパイロット弁１４２ａ，１４２ｂと油圧パイロット圧を出力させる操作レバー１４２ｃとを設けて構成され、旋回モータ１０５の操作パイロット装置１４３は、一対のパイロット弁１４３ａ，１４３ｂと、アームシリンダ９の操作パイロット装置１４２と共用される操作レバー１４２ｃとを設けて構成されている。アタッチメント駆動用油圧アクチュエータ１０８の操作パイロット装置１４４は、一対のパイロット弁１４４ａ，１４４ｂと操作ペダル１４４ｃとを設けて構成されている。
【００４６】
第１の方向制御弁群の方向制御弁１０３ａ〜１０３ｄを操作する操作パイロット装置１３８，１４０，１４１，１４２の一対のパイロット弁１３８ａ・１３８ｂ，１４０ａ・１４０ｂ，１４１ａ・１４１ｂ，１４２ａ・１４２ｂにそれぞれ接続された一対の出力ラインには、それぞれ、高圧の方の油圧パイロット圧を選択するシャトル弁１５１，１５３，１５４，１５５が接続されている。そして、シャトル弁１５１，１５３で選択された高圧の方の各油圧パイロット圧は、シャトル弁１５８により更に高圧の方の油圧パイロット圧が選択されてシャトル弁１６１に導かれる。また、シャトル弁１５４，１５５で選択された高圧の方の各油圧パイロット圧は、シャトル弁１５９により更に高圧の方の油圧パイロット圧が選択されてシャトル弁１６１に導かれる。
【００４７】
これらのシャトル弁１６１に導かれた油圧パイロット圧は、シャトル弁１６１により高圧の方の油圧パイロット圧が選択されて油圧ライン１７１に導かれ、かくして、パイロット弁１３８ａ・１３８ｂ，１４０ａ・１４０ｂ，１４１ａ・１４１ｂ，１４２ａ・１４２ｂが出力する油圧パイロット圧の中から最高圧力のものが選択されて油圧ライン１７１に送られることとなる。この油圧ライン１７１に送られた油圧パイロット圧は、可変容量型の油圧ポンプ１０１をポジティブ制御するための油圧パイロット圧ＰＰ１として用いられる。
【００４８】
第２の方向制御弁群の方向制御弁１０３ｅ〜１０３ｉを操作する操作パイロット装置１３９，１４１，１４２，１４３，１４４の一対のパイロット弁１３９ａ・１３９ｂ，１４１ａ・１４１ｂ，１４２ａ・１４２ｂ，１４３ａ・１４３ｂ，１４４ａ・１４４ｂにそれぞれ接続された一対の出力ラインには、それぞれ、高圧の方の油圧パイロット圧を選択するシャトル弁１５２，１５４，１５５，１５６，１５７が接続されている。そして、シャトル弁１５４，１５５で選択された高圧の方の各油圧パイロット圧は、シャトル弁１５９で更に高圧の方の油圧パイロット圧が選択されてシャトル弁１６２に導かれる。また、シャトル弁１５６，１５７で選択された高圧の方の各油圧パイロット圧は、シャトル弁１６０で更に高圧の方の油圧パイロット圧が選択されてシャトル弁１６２に導かれる。
【００４９】
これらのシャトル弁１６２に導かれた油圧パイロット圧は、シャトル弁１６２で更に高圧の方の油圧パイロット圧が選択されてシャトル弁１６３に導かれる。一方、シャトル弁１５２で選択された高圧の方の各油圧パイロット圧もシャトル弁１６３に導かれ、両シャトル弁１５２，１６２で選択された高圧の方の各油圧パイロット圧は、シャトル弁１６３により更に高圧の方の油圧パイロット圧が選択されて油圧ライン１７２に導かれる。かくして、パイロット弁１３９ａ・１３９ｂ，１４１ａ・１４１ｂ，１４２ａ・１４２ｂ，１４３ａ・１４３ｂ，１４４ａ・１４４ｂが出力する油圧パイロット圧の中から最高圧力のものが選択されて油圧ライン１７２に送られることとなる。この油圧ライン１７２に送られた油圧パイロット圧は、可変容量型の油圧ポンプ１０２をポジティブ制御するための油圧パイロット圧ＰＰ２として用いられる。
【００５０】
この図３の油圧回路では、こうした可変容量型の油圧ポンプ１０１，１０２をポジティブ制御するための回路を設けるほか、旋回モータ１０５の操作パイロット装置１４３の一対のパイロット弁１４３ａ，１４３ｂが出力する油圧パイロット圧の中から、シャトル弁１５６で選択された高圧の方の油圧パイロット圧を導くための油圧ライン１７３を特別に設けている。この油圧ライン１７３に導かれた油圧パイロット圧は、旋回パイロット圧力センサ２７により旋回パイロット圧力Ｐｓとして検出される。この油圧ライン１７３は、後の説明から分かるように、本発明を具体化する上で有用なパイロット管路である。
【００５１】
次に、図４に基づき、計測表示機構２００の具体的な仕組みについて説明する。
【００５２】
図４において、２１，２２，２３は既述のフロント角度センサ（ブーム角度センサ、アーム角度センサ、バケット角度センサ）、２４は上部旋回体３のピッチ角度を検出する既述の傾斜角度センサ、２７は前記油圧ライン１７３に導かれた油圧パイロット圧を検出して旋回パイロット圧力Ｐｓを検出する旋回パイロット圧力センサ、２８は本発明を具体化する上で有用な後に詳述する走行体角度リセットスイッチである。
【００５３】
旋回パイロット圧力センサ２７は、旋回モータ用の方向制御弁１０３ｅを切換え操作するための操作パイロット装置１４３の操作パイロット圧ＳＷ１，ＳＷ２のうちの高い方の圧力を検出することにより、旋回モータ１０５を実際に駆動させているか否かを判定するためのものである。したがって、こうした手段に代えて、旋回モータ用の方向制御弁１０３ｅから旋回モータ１０５への圧油の供給路の圧力を検出したり、操作パイロット装置１４３の操作レバーを旋回モータ１０５の操作専用のものにしてこれの動作を検出したりする等の手段を用いることもできる。本発明に係る計測表示機構２００では、上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢に係る値（図７における走行体角度θｒｎ）を演算により求めるが、走行体角度リセットスイッチ２８は、こうした演算を繰り返すことにより生じる累積誤差を、前記下部走行体２の姿勢に係る値を後述する方法でリセットして解消するために設けたものである。
【００５４】
４１は無線アンテナ３３が付設され管理事務所５１（図５参照）で生成された補正データに係る信号を受信する無線機、４２は無線機４１で受信した補正データを一対のＧＰＳ受信機４３，４４に分配する分配機、４３，４４はＧＰＳアンテナ３１，３２がそれぞれ付設され各ＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置をそれぞれ計測するＧＰＳ受信機（図２ではＧＰＳ−Ａ，ＧＰＳ−Ｂと略記）である。
【００５５】
ＧＰＳ受信機４３，４４は、ＧＰＳ衛星の信号を受信して、その信号に基づいてＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置をそれぞれリアルタイムに計測する。そして、これらの計測結果に基づいて上部旋回体３の三次元の位置（例えば旋回フレーム上面と旋回中心軸線との交点（後述する図７中の原点Ｏ３）のような基準点となる上部旋回体３の位置）が演算により計測される。ＧＰＳアンテナ３１とＧＰＳ受信機４３、ＧＰＳアンテナ３２とＧＰＳ受信機４４は、それぞれ１セットのＧＰＳを構成し、各ＧＰＳアンテナ３１，３２は、図１に示すように、上部旋回体３の旋回中心から外れた上部旋回体３後部の左右に配置される。ところで、ＧＰＳ衛星の信号に基づいて計測されたＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測値には、ある程度の誤差が不可避的に生じるため、ここでは、こうした誤差を補正して高精度の計測を行い得るようにしている。そのため、管理事務所５１から送られた補正データを無線機４１で受信してＧＰＳ受信機４３，４４に入力するようにしていが、この点の詳細については後述する。
【００５６】
４５はＧＰＳ受信機４３，４４の計測値及び各種センサの検出結果等に関する種々のデータや走行体角度リセットスイッチ２８の操作信号が入力されて集約されるコントローラ、４６はこのコントローラ４５から送られた種々のデータに基づいて、フロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置を演算する図８に示す演算を行ったり上部旋回体３に対する下部走行体３の姿勢に係る値（走行体角度θｒｎ）を演算する図１０に示す演算を行ったりする運転室１１内の車載コンピュータ、４６ａはこれらの演算結果に基づいて作成された掘削作業の支援資料等の種々の資料を表示する車載コンピュータ４６のモニタ、４７は無線アンテナ３４が付設され車載コンピュータ４６での演算により得られた種々のデータを管理事務所５１へ送信する無線機、４８はオペレータにより携帯され運転室１１内の車載コンピュータ４６や管理事務所５１内のサーバコンピュータ５８（図５参照）とのデータの授受を行うＩＣカードである。
【００５７】
コントローラ４５は、フロント角度センサ２１，２２，２３及び傾斜角度センサ２４の角度の検出値に関するデータ、旋回パイロット圧力センサ２７の圧力の検出値に関するデータ、走行体角度リセットスイッチ２８の操作信号並びにＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測値に関するデータを整理して、順次、車載コンピュータ４６に送る働きをする。この車載コンピュータ４６は、これらのデータや操作信号に基づいて種々の演算を行い、これに伴って種々の演算手段を備えているが、そのうち、本発明に直接関係する手段は、フロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置を演算により計測する手段（以下「モニタポイントの計測手段」という。）と、上部旋回体３の姿勢に係る値を演算する手段（以下「旋回体の姿勢演算手段」という。）と、上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢に係る値（図７に示す走行体角度θｒｎ）を演算する手段（以下「走行体の姿勢演算手段」という。）である。
【００５８】
モニタポイントの計測手段は、フロント角度センサ２１，２２，２３、傾斜角度センサ２４の角度の検出値及びＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測値に関するデータに基づいて、フロント作業機４に予め設定したモニタポイント（ここに示す例では、後述するようにバケット７に設定している。）に係る三次元位置を演算する。こうしたモニタポイントに係る三次元位置を車載コンピュータ４６で演算する手法については、図６乃至図８に基づいて後に詳述する。
【００５９】
こうした演算を行う過程で得られるＧＰＳ受信機４３，４４でのＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測値に関するデータに基づいて上部旋回体３の姿勢（上部旋回体３の方向）に係る値を演算で求めることができる。車載コンピュータ４６は、こうした演算を行うため旋回体の姿勢演算手段を備えているが、走行体の姿勢演算手段は、この旋回体の姿勢演算手段で演算された上部旋回体３の姿勢に係る値の水平方向の成分の変化に基づいて、上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢に係る値である後述する走行体角度θｒｎを演算する。本発明に係る計測表示機構２００は、こうした走行体角度θｒｎを演算することにより、下部走行体２及び上部旋回体３のそれぞれの姿勢（水平面上での下部走行体２及び上部旋回体３のそれぞれの方向）をフロント作業機４や油圧ショベル１の周辺状況と共に車載コンピュータ４６のモニタ４６ａに正しく表示できるように構成している。これらの点については、図８乃至図１１に基づいて後に詳述する。
【００６０】
車載コンピュータ４６は、こうした演算を行うほか、当然のことながら、ＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の各計測値に関するデータに基づいて油圧ショベル１の位置を演算する。無線機４７は、以上述べたフロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置や油圧ショベル１の位置や姿勢に関するデータ等、車載コンピュータ４６での演算により得られた所定のデータを管理事務所５１へ送信する。
【００６１】
ＩＣカード４８には、施工予定区域における原地形のデータや最終的な出来形である目標地形のデータが記憶されており、オペレータは、作業を開始するに際し、ＩＣカード４８を車載コンピュータ４６に接続してこれらのデータを入力する。この車載コンピュータ４６では、フロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置の計測結果から割り出した出来形に関するデータと油圧ショベル１の位置や姿勢に関するデータとＩＣカード４８から入力した原地形及び目標地形に関するデータとに基づき、現在の作業状況をオペレータに伝達するための適宜の支援情報を作り出して車載コンピュータ４６のモニタ４６ａに表示する。その場合、支援情報として、下部走行体２及び上部旋回体３のそれぞれの姿勢も、モニタ４６ａに併せて表示する。オペレータは、作業が終了したときには、このＩＣカード４８を車載コンピュータ４６に接続して、車載コンピュータ４６で得られた出来形に関するデータや所定のデータをＩＣカード４８に記録する。
【００６２】
図５に基づき、こうした計測表示機構２００に付帯して設置された管理事務所５１について説明する。
【００６３】
図５において、５１はＧＰＳによる位置計測の精度を高めるための補正データや掘削作業の管理や支援に役立つ資料等の種々の情報を生成する管理事務所、５５はＧＰＳアンテナ５２が付設されＧＰＳ衛星の信号を受信して補正データを生成するＧＰＳ受信機、５６は無線アンテナ５３が付設されこのＧＰＳ受信機５５で生成された補正データを計測表示機構２００の無線機４１へ送信する無線機、５７は無線アンテナ５４が付設され計測表示機構２００の無線機４７からのデータを受信する無線機、５８はこの無線機５７で受信したデータを記憶し同データに基づいて油圧ショベル１やフロント作業機４の位置や姿勢を表示したり掘削作業を管理したりするためのデータ等を演算してモニタ画面に表示することができるサーバコンピュータである。
【００６４】
管理事務所５１は、例えば、当該建設工事に係る施工会社の管理者等が管理し、ＧＰＳ衛星の信号を受信して、ＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測を高精度で実施できるようにするための補正データを生成する。また、計測表示機構２００で生成された基礎的な各種データや原地形及び目標地形に関するデータを保存し、これらのデータに基づいて、施工を管理するための管理データやオペレータの掘削作業の遂行に役立つデータ等、種々の資料を作成する。無線アンテナ５２とＧＰＳ受信機５５は、１セットのＧＰＳを構成し、補正データを生成するために設置される。
【００６５】
すでに述べたように、ＧＰＳ衛星の信号に基づいてＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置をＧＰＳ受信機４３，４４で計測したときに若干の誤差が生じるため、管理事務所５１では、周知の手法で補正データを生成する。その手法について概説すると、管理事務所５１では、ＧＰＳ受信機５５の無線アンテナ５２の実際の地球上の三次元位置（緯度、経度、高度）を予め正確に測定して確定した上で、別途、ＧＰＳ衛星の信号に基づいてこの無線アンテナ５２の三次元位置をＧＰＳ受信機５５により計測する。そうすると、ＧＰＳ受信機５５による無線アンテナ５２の位置の計測結果が同アンテナ５２の実際の正確な位置に対してどの程度の誤差があるのかを求めることができるので、この誤差に基づいて補正データを生成することができる。
【００６６】
この補正データは、無線機５６を通じて計測表示機構２００の無線機４１へ一定周期で送信されてＧＰＳ受信機４３，４４にそれぞれ入力される。このＧＰＳ受信機４３，４４では、同受信機４３，４４での計測結果を補正データで補正してＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置を高精度でリアルタイムに計測するＲＴＫ（リアルタイム・キネマティック）計測を行う。こうしたＲＴＫ計測により、ＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置を約±１〜２ｃｍの精度で計測することができる。
【００６７】
無線機５７には、計測表示機構２００からのフロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置や油圧ショベル１の位置及び姿勢に関するデータを受信してサーバコンピュータ５８に入力されるが、サーバコンピュータ５８では、これらのデータを保存するとともに、これらのデータに基づいて種々の資料を作成して同コンピュータ５８のモニタ画面に表示し、これにより、油圧ショベル１による掘削作業の状態を管理事務所５１で看視することができる。また、サーバコンピュータ５８には、予め計測された原地形に関するデータや予め設定された目標地形に関するデータが記憶されている。このサーバコンピュータ５８には、ＩＣカード４８が接続できるようになっており、原地形及び目標地形に関するデータをＩＣカード４８へ入力したり、車載コンピュータ４６からＩＣカード４８へ入力された当該オペレータの施工領域に係る出来形等に関する所定のデータを出力したりすることができるようになっている。
【００６８】
次に、フロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置を演算するためのモニタポイントの計測手段や油圧ショベル１の位置及び姿勢を演算するための計測手段について、図６乃至図９を用いて説明する。
【００６９】
図６は、グローバル座標系の概要を示す斜視図、図７は、フロント作業機のモニタポイントと油圧ショベルの位置及び姿勢とを演算するために使用する座標系を示す斜視図、図８は、フロント作業機のモニタポイントの位置と油圧ショベルの位置及び姿勢とを演算する手順を示す流れ図、図９は、車載コンピュータ及びサーバコンピュータのモニタ画面に表示される画像の一例を示す鳥瞰図である。
【００７０】
フロント作業機４のモニタポイントの位置と油圧ショベル１の位置及び姿勢に関する計測値は、ここに示す例では最終的にグローバル座標系で算出する。このグローバル座標系で算出した値は、必要に応じて、わが国で慣用されているローカル平面直角座標系や他の適宜の座標系の値に変換することもできる。ここに例示するグローバル座標系は、ＧＰＳにおいて高さの基準として用いている準拠楕円体に設定した座標系である。このグローバル座標系の概念を図６に基づいて概説する。
【００７１】
同図において、ＧはＧＰＳで用いている準拠楕円体であり、グローバル座標系Σ０（後述する図５でこの座標系に符号Σ０を付している。）の原点Ｏ０は、準拠楕円体Ｇの中心に設定されている。このグローバル座標系Σ０のｘ０軸方向は、赤道Ａ及び子午線Ｂの交点Ｃと準拠楕円体Ｇの中心とを通る線上に位置し、ｚ０軸方向は、準拠楕円体Ｇの中心から南北に延ばした線上に位置し、ｙ０軸方向は、ｘ０軸とｚ０軸とに直交する線上に位置している。ＧＰＳでは、地球上の位置を緯度と経度と準拠楕円体Ｇに対する高さとで表すので、こうしたグローバル座標系Σ０を使用することにより、ＧＰＳでの三次元位置の計測値に関するデータをグローバル座標系Σ０の値に簡単に変換することができる。こうした変換を行うための演算式は、よく知られているので、ここでは説明を省略する。
【００７２】
以上を確認の上、計測表示機構２００の車載コンピュータ４６により、フロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置を演算したり、油圧ショベル１の位置及び姿勢を演算したりする手法を図７及び図８に基づいて説明する。
【００７３】
フロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置を演算する手法について以下に説明する際に、ここでは、そのモニタポイントをバケット７の先端に一個所設定した場合を例にして説明するが、モニタポイントは、後述するように、バケット７の先端以外のフロント作業機４の個所や複数個所に設定することもできる。その場合にも、以下に説明する手法に準じてモニタポイントに係る三次元位置を演算することができる。
【００７４】
図７において、Σ０は、準拠楕円体Ｇの中心に原点Ｏ０を有するグローバル座標系、Σ３は、油圧ショベル１の上部旋回体３に固定され、上部旋回体３の基盤をなす旋回フレームにおける上面と上部旋回体３の旋回中心軸線との交点に原点Ｏ３を有する上部旋回体座標系、Σ７は、バケット７に固定され、バケット７の先端（フロント作業機４のモニタポイント）に中心Ｏ７を有するバケット先端座標系である。図７中、Ｏｃは、下部走行体２が接地している地面と上部旋回体３の旋回中心軸線との交点である。なお、フロント作業機４に複数のモニタポイントを設定して各モニタポイントに係る三次元位置を演算する場合には、各モニタポイントをそれぞれ中心とするバケット先端座標系Σ７に準じた座標系を複数設定して、以下の手法に準じて演算すればよい。
【００７５】
各ＧＰＳアンテナ３１，３２に対する上部旋回体座標系Σ３の原点Ｏ３の位置関係は、距離ｘｇａ，ｘｇｂ，ｙｇａ，ｙｇｂ，ｚｇａ，ｚｇｂが定まっていて既知であることから、グローバル座標系Σ０での上部旋回体座標系Σ３の位置及び姿勢は、グローバル座標系Σ０でのＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置と油圧ショベル１（上部旋回体３）のピッチ角度θ２とが分かれば、演算により求めることができる。このうち、グローバル座標系Σ０での上部旋回体座標系Σ３の姿勢は、上部旋回体３の姿勢すなわちグローバル座標系Σ０での上部旋回体３の方向を意味するから、上部旋回体３の姿勢の水平方向の成分の変化に基づいて、上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢を演算により求めることができる。
【００７６】
この点は、本発明に直接関係する事項であるので、その詳細は、図１０に基づいて後に説明する。以上の演算を行う場合において、ＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測結果に基づいて旋回体の姿勢（グローバル座標系Σ０での上部旋回体座標系Σ３の姿勢）に係る値を演算するような手段を、本明細書では「旋回体の姿勢演算手段」と称する。また、この旋回体の姿勢演算手段で演算された上部旋回体３の姿勢に関する水平方向の成分の変化に基づいて上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢に係る値（例えば走行体角度θｒｎ）を演算するような手段を、本明細書では「「走行体の姿勢演算手段」と称する。
【００７７】
更に言及すると、上部旋回体座標系Σ３の原点Ｏ３に対する前記の交点Ｏｃの位置関係は、距離αｃが定まっていて既知であることから、上部旋回体座標系Σ３での下部走行体２の位置及び姿勢は、後述する走行体角度θｒｎのような上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢に係る値が分かれば、演算で求めることができる。すでに述べたことから明らかなように、走行体角度θｒｎは、ＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測結果に基づいて演算により求めることができることから、結局、ＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測値と傾斜角度センサ２４によるピッチ角度θ２の検出値とが得られれば、油圧ショベル１の位置及び姿勢（上部旋回体３の位置及び姿勢と下部走行体２の姿勢、下部走行体２の位置は上部旋回体３の位置と同じ。）を演算により求めることができる。
【００７８】
一方、上部旋回体座標系Σ３の原点Ｏ３に対するブーム５の基端の位置関係は、距離α３，α４，β４、ブーム５の寸法α５、アーム６の寸法α６及びバケット７の寸法α７が定まっていて既知であることから、上部旋回体座標系Σ３でのバケット先端座標系Σ７の位置及び姿勢は、ブーム角度θ５とアーム角度θ６とバケット角度θ７とが分かれば、演算により求めることができる。そして、前記したように、グローバル座標系Σ０での上部旋回体座標系Σ３の位置及び姿勢は、グローバル座標系Σ０でのＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置と油圧ショベル１のピッチ角度θ２に基づいて求めることができるので、結局、ＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測値と傾斜角度センサ２４によるピッチ角度θ２の検出値とフロント角度センサ２１，２２，２３によるブーム角度θ５、アーム角度θ６及びバケット角度θ７の各検出値とが得られれば、モニタポイントとしてのバケット７の先端位置を演算により求めることができる。
【００７９】
以上のことから、ＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測値とフロント角度センサ２１，２２，２３によるブーム角度θ５、アーム角度θ６及びバケット角度θ７の各検出値と傾斜角度センサ２４によるピッチ角度θ２の検出値とを車載コンピュータ４６に入力して、これらの計測値や検出値を取捨選択しながら用いて車載コンピュータ４６で座標変換演算を行うことにより、油圧ショベル１の位置及び姿勢やバケット７の先端位置をグローバル座標系Σ０の値で求めることができる。
【００８０】
図８に基づき、上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢を始めとする油圧ショベル１の位置及び姿勢とバケット７の先端位置（モニタポイントの位置）とを演算する手順について説明する。
【００８１】
油圧ショベル１で作業を開始すると、ＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測値が車載コンピュータ４６に入力される。そして、車載コンピュータ４６では、まず、ステップＳ１０において、ＧＰＳアンテナ３１の三次元位置の計測値をグローバル座標系Σ０の値０Ｐ１に変換する。同様にして、ステップＳ２０において、ＧＰＳアンテナ３２の三次元位置の計測結果もグローバル座標系Σ０の値０Ｐ２に変換する。次いで、ステップＳ３０において、傾斜角度センサ２４によるピッチ角度θ２の検出値を車載コンピュータ４６に入力する。
【００８２】
しかる後、ステップＳ４０において、車載コンピュータ４６では、記憶装置に予め記憶されている、各ＧＰＳアンテナ３１，３２に対する上部旋回体座標系Σ３の原点Ｏ３の位置関係を特定するための距離ｘｇａ，ｘｇｂ，ｙｇａ，ｙｇｂ，ｚｇａ，ｚｇｂのデータを使用しながら、ステップＳ１０，Ｓ２０でそれぞれ求めたグローバル座標系Σ０でのＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の値０Ｐ１，０Ｐ２とステップＳ３０で入力したピッチ角度θ２の検出値とに基づいて、上部旋回体座標系Σ３の位置及び姿勢を演算によりグローバル座標系Σ０の値０Σ３で求める。この演算は、座標変換であって、一般的な数学的手法により行うことができる。以上により、油圧ショベル１の位置や姿勢の一つである上部旋回体３の位置や姿勢をグローバル座標系Σ０で求めることができる。また、こうして求めた前記のグローバル座標系Σ０の値０Σ３は、後述するように、油圧ショベル１の姿勢の他の一つである下部走行体２の姿勢とバケット７の先端位置とを演算するためのデータとしても利用される。
【００８３】
次に、ステップＳ５０において、ＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測結果に基づいて、走行体角度θｒｎを、後述する図１０に示す手法により演算し、この走行体角度θｒｎの演算値とステップＳ４０で求めたグローバル座標系Σ０の値０Σ３とに基づいて、下部走行体２の姿勢３Ｐ４を演算によりグローバル座標系Σ０で求める。また、ステップＳ６０において、フロント角度センサ２１，２２，２３によるブーム角度θ５、アーム角度θ６及びバケット角度θ７の各検出値を車載コンピュータ４６に入力する。そして、記憶装置に予め記憶されている、上部旋回体座標系Σ３の原点Ｏ３に対するブーム５の基端の位置関係を特定するための距離α３，α４，β４及び寸法α５，α６，α７のデータを使用しながら、そのブーム角度θ５、アーム角度θ６及びバケット角度θ７の各検出値に基づいて、バケット７の先端位置３Ｐ７を演算により上部旋回体座標系Σ３で求める。この演算は、座標変換であって、一般的な数学的手法により行うことができる。
【００８４】
しかる後、ステップＳ７０に移行し、前段のステップＳ６０において上部旋回体座標系Σ３で求めたバケット７の先端位置３Ｐ７とステップＳ４０で求めたグローバル座標系Σ０の値０Σ３とに基づいて、グローバル座標系Σ０でのバケット７の先端位置０Ｐ７を演算によりで求める。次いで、ステップＳ８０に移行し、油圧ショベル１の操縦時の外観及び出来形に関するデータに基づいて油圧ショベル１及び出来形を画像化し、更新された出来形を含む地形に係る画像を、油圧ショベル１に係る画像と重ね合わせて車載コンピュータ４６のモニタ４６ａに表示する。また、下部走行体２の姿勢を始めとする油圧ショベル１の位置や姿勢に関するデータやバケット７の先端位置に関するデータ等、こうした画像を作成するための素となるデータを無線機４７により管理事務所５１の無線機５７へ送信され、管理事務所５１のサーバコンピュータ５８でも同様の画像を表示する。
【００８５】
図９は、目標地形や出来形等の地形１００に油圧ショベル１を併せて表示したモニタ画面の画像の一例を示し、こうした画像は、車載コンピュータ４６やサーバコンピュータ５８のモニタ画面に表示する。この計測表示機構２００では、車体（建設機械本体）を表示手段としてのモニタ４６ａに表示する場合に、グローバル座標系Σ０での下部走行体２及び上部旋回体３のそれぞれの姿勢（走行体及び旋回体のそれぞれの方向）が表示されるので、上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢も把握することができ、車体の姿勢が地形１００等の油圧ショベル１の周辺状況と共に正しく表示される。
【００８６】
図９では、下部走行体２及び上部旋回体３の各姿勢の相互関係やフロント作業機４を地形１００と共に鳥瞰図で表示手段に表示しているので、特に、下部走行体２及び上部旋回体３のそれぞれの姿勢が正しく表示されることに加えて、オペレータが下部走行体２及び上部旋回体３の各姿勢の相互関係を識別しやすいように表示され、かつ、フロント作業機４の姿勢も分かるように表示される。ここに示す例では、油圧ショベル１と地形１００とを鳥瞰図で表示しているが、平面図で表示するようにしてもよく、その場合には、フロント作業機４の姿勢は識別しにくくなるが、上部旋回体３の各姿勢の相互関係は、一層識別しやすいように表示される。こうした平面図での表示を補完するため、側面図を併せて表示するようにしてもよく、地形１００に関するデータに代えて、又は地形１００に関するデータと共に地図データを表示するようにしてもよい。
【００８７】
前述したように、この計測表示機構２００では、旋回体の姿勢演算手段で演算された上部旋回体３の姿勢に係る値の水平方向の成分の変化に基づいて上部旋回体２に対する下部走行体２の姿勢に係る値を走行体の姿勢演算手段で演算するが、この走行体の姿勢演算手段の仕組みを、図１０及び図１１等を用いて説明する。図１０は、図４の計測表示機構の車載コンピュータにおける走行体の姿勢演算手段の作用を説明するための流れ図、図１１は、図１の建設機械において走行体角度リセットスイッチをオンにするときの建設機械の姿勢を示す平面図である。
【００８８】
車体が下部走行体２と上部旋回体３とを備えた油圧ショベル１にあっては、油圧ショベル１の運転開始時に、通常、図１１に示すように上部旋回体３が下部走行体２に対して水平面上で同じ方向を向くように重なり合って、両者の姿勢が一致しているが、運転の開始後、油圧ショベル１で種々の作業を行うと、上部旋回体３は、下部走行体２に対し旋回して姿勢を変化させ、下部走行体２の姿勢とは一致しなくなる。こうした上部旋回体３の姿勢の変化は、これまで、下部走行体２と上部旋回体３との接続部に取り付けた旋回角度センサにより計測していた。
【００８９】
この計測表示機構２００では、こうした旋回角度センサを備えてはいないが、作業機のモニタポイントの三次元位置を計測するためにＧＰＳ受信機４３，４４を上部旋回体３に設けていて、上部旋回体３には、上部旋回体３上の異なる計測点を計測する三次元位置計測手段を複数（必要最少限の二つ）設けている。こうしたことから、本計測表示機構２００では、旋回体の姿勢演算手段を特設することにより、このモニタポイントを計測するためのＧＰＳ受信機４３，４４を活用して、上部旋回体３の姿勢の変化を、グローバル座標系Σ０での計測値により直接的に計測することができるように構成している。
【００９０】
これに対し、下部走行体２は、こうした三次元位置計測手段を備えていないので、その姿勢を直接的に計測することができず、このままでは、車体を表示手段に表示する場合に上部旋回体３の姿勢は表示できても、下部走行体２の姿勢を表示することができない。こうしたことから、本計測表示機構２００では、走行体の姿勢演算手段を特設することにより、上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢に係る値を演算して、下部走行体２の姿勢を、上部旋回体３の姿勢を基準にしてグローバル座標系Σ０での計測値により間接的に計測することができるように構成している。ここでは、走行体の姿勢演算手段により演算される上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢に係る値として、走行体角度θｒｎを採用して演算するようにしている。走行体角度θｒｎとは、下部走行体２の方向（方向線）が上部旋回体２の方向（方向線）に対してなす角度のことであり、上部旋回体３が図１１のように下部走行体２と重なり合っているときには、走行体角度θｒｎはゼロである。
【００９１】
以上を確認の上、図１０に基づき、走行体の姿勢演算手段の作用を説明する。油圧ショベルの運転を開始すると、車載コンピュータ４６では、まず、ステップＳ５１において、旋回パイロット圧力Ｐｓが予め設定した閾値（しきい値）以上であるか否かを判定し、これにより、オペレータが旋回モータ１０５を実際に駆動させているか否かを判定する。この旋回パイロット圧力Ｐｓは、旋回モータ１０５を駆動するように旋回モータ用の方向制御弁１０３ｅを切り換え操作するための油圧パイロット圧のことであり、図３の説明で述べたように、油圧ライン１７３に導かれた油圧パイロット圧のことである。この旋回パイロット圧力Ｐｓは、図４に示す旋回パイロット圧力センサ２７により検出される。
【００９２】
このステップＳ５１での判定の結果、旋回パイロット圧力Ｐｓが閾値以上でないと判定されてＮＯのときには、後述するステップＳ５４に移行する。また、旋回パイロット圧力Ｐｓが閾値以上であると判定されてＹＥＳのときには、旋回モータ１０５を駆動するための図３の操作レバー１４２ｃによる旋回操作を行っているものと判断してステップＳ５２に移行する。ステップＳ５２に移行すると、車載コンピュータ４６では、上部旋回体３に関する旋回方向への角度の変化の量である旋回体角度変化を演算する。この旋回体角度変化は、図７における上部旋回体座標系Σ３のｘ３軸の前回値ｘ３−ｐｒｅと現在値ｘ３との内積（前回値ｘ３−ｐｒｅで特定された姿勢のｘ３軸と現在値ｘ３で特定された姿勢のｘ３軸とで挟まれた角度）により求め、その値を旋回体変化角度とする。
【００９３】
次いで、ステップＳ５３に移行し、車載コンピュータ４６では、
現在の走行体角度＝前回の走行体角度＋旋回体変化角度の計算式に従って現在の走行体角度を演算する。こうして、上部旋回体３の姿勢に係る値の水平方向の成分の変化（ｘ３軸の方向に係る値の変化）に基づいて上部旋回体２に対する下部走行体２の姿勢に係る値を演算で求めることができる。かくして、車体をモニタ４６ａに表示する場合に、上部旋回体３の姿勢だけではなく、下部走行体２の姿勢も表示することができる。
【００９４】
次いで、ステップＳ５４に移行し、走行体角度リセットスイッチ２８がオンになっているか否を判定する。この走行体角度リセットスイッチ２８は、こうした演算を繰り返すことにより生じる走行体角度θｒｎの演算結果に係る累積誤差を解消するために設けたものである。図１１に基づきその用法について説明すると、この走行体角度リセットスイッチ２８をオンにするときには、上部旋回体３を、図１１のように下部走行体２と重なり合った状態すなわち標準状態に操作してからオンにする。そうすると、走行体角度θｒｎは、上部旋回体３がこの標準状態に整えられた状態で初期値（通常ゼロ）にリセットされ、前記累積誤差は解消される。
【００９５】
このステップＳ５４での判定の結果、走行体角度リセットスイッチ２８がオンになっていないと判定されたときには、車載コンピュータ４６は、ステップＳ５３で演算された現在の走行体角度θｒｎに係るデータを記憶装置に記憶するとともに、このデータを使用して油圧ショベル１の画像を作成して下部走行体２及び上部旋回体３の双方の姿勢をモニタ４６ａに表示する。また、走行体角度リセットスイッチ２８がオンになっていると判定されたときには、ステップＳ５５に移行して走行体角度θｒｎを初期値（＝０）にリセットされる。その結果、車載コンピュータ４６は、この走行体角度θｒｎ＝０のデータを使用して油圧ショベル１の画像を作成し、モニタ４６ａには、上部旋回体３が標準状態に操作された油圧ショベル１を表示することとなる。以後、油圧ショベルの運転期間中、こうした過程を微小な周期で繰り返す。
【００９６】
本建設機械の計測表示機構２００は、以上述べたとおり、フロント作業機４や車体を油圧ショベル１の地勢等の油圧ショベル１の周辺状況と共に車載コンピュータ４６のモニタ４６ａに表示してオペレータに伝達できるようにするものである。こうした計測表示機構２００を構成する場合、車載コンピュータ４６に旋回体の姿勢演算手段と走行体の姿勢演算手段とを設けて前記のように構成しているので、フロント作業機４のモニタポイントの位置を計測するために従来設けられていた複数の三次元位置計測手段としてのＧＰＳ受信機４３，４４をそのまま活用して、これらの計測結果に基づいて上部旋回体３の姿勢を旋回体の姿勢演算手段で算定することができ、さらには、この旋回体の姿勢演算手段での計測結果に基づいて上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢を走行体の姿勢演算手段で算定することができる。
【００９７】
本建設機械の計測表示機構２００では、このように、車体の姿勢をなす下部走行体２及び上部旋回体３の双方の姿勢を算定して表示手段としてのモニタ４６ａに表示できるように構成しているので、車体の実際の姿勢を油圧ショベル１の周辺状況と共にモニタ４６ａに正しく表示することができる。その結果、油圧ショベル１のオペレータは、モニタ４６ａを見ながら安心して作業を行うことができて、掘削作業の作業効率の低下を招くことがない。
【００９８】
また、本建設機械の計測表示機構２００では、フロント作業機４のモニタポイントの位置を計測するためのＧＰＳ受信機４３，４４をそのまま活用して下部走行体２や上部旋回体３の姿勢に係る値を演算することができるので、既存のＧＰＳ受信機４３，４４を二重に活用することができて有効に利用することができる。上部旋回体３の姿勢すなわち上部旋回体３の旋回角度を検出するのに、通常、下部走行体２と上部旋回体３との接続部に旋回角度センサを取り付けており、そのため、その接続部を改造して旋回角度センサを取り付けるという難作業を必要として構造の複雑化やコストアップを招くが、本建設機械の計測表示機構２００では、既存のＧＰＳ受信機４３，４４を利用して上部旋回体３の旋回角度を演算で求めることができるので、こうした問題は生じない。
【００９９】
掘削作業中、時には下部走行体２を旋回して走行させることもあり、これに伴って、上部旋回体３も下部走行体２と共に旋回するが、この上部旋回体３の旋回は、上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢の変化ではないので、走行体の姿勢演算手段での演算結果に、こうした走行旋回による上部旋回体３の旋回が影響しないようにすることが望ましい。本建設機械の計測表示機構２００では、旋回パイロット圧力Ｐｓが閾値以上であるか否かを判定する旋回体の駆動判定手段を設けて、上部旋回体３が旋回駆動されているとこの駆動判定手段で判定されたときに初めて上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢に係る値が走行体の姿勢演算手段で演算されるので、油圧ショベル１を掘削作業中に走行旋回させても、車体の姿勢を正しく算定することができる。
【０１００】
前述したように、上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢に係る値を走行体の姿勢演算手段で演算するたびに、若干の誤差が生じて累積して行くので、走行体の姿勢演算手段での演算結果がこうした累積誤差の影響を受けないようにすることが望ましい。本建設機械の計測表示機構２００では、特に、走行体の姿勢リセット手段としての前述の走行体角度リセットスイッチ２８を付設しているので、オペレータが下部走行体２の姿勢と上部旋回体３の姿勢とを一致させるように操作した後、走行体の姿勢演算手段で演算された上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢に係る値を走行体角度リセットスイッチ２８で初期値に適宜リセットすることにより、車体の姿勢を累積誤差に影響されないように正しく算定することができる。
【０１０１】
特に、車体の姿勢を算定して表示手段に表示する場合、正しく算定して表示することに加えて、オペレータに分かりやすいように表示することが望ましい。本建設機械の計測表示機構２００では、下部走行体２及び上部旋回体３の各姿勢の相互関係やフロント作業機４等が鳥瞰図でモニタ４６ａに表示されるので、特に、下部走行体２及び上部旋回体３のそれぞれの姿勢が正しく表示されることに加えて、オペレータが各姿勢の相互関係を識別しやすいように表示され、かつ、フロント作業機４の姿勢も分かるように表示される。
【０１０２】
以上、本発明を油圧ショベル１に具体化した例を示したが、建設機械本体が走行体と旋回体を有する建設機械であれば、他の建設機械にも適用することができる。したがって、走行体としての台船に旋回体を旋回可能に設置してバックホーのような作業機で浚渫作業を行う既述の浚渫船のような建設機械にも当然適用することができる。以上述べた例は、オペレータが油圧ショベル１の運転室１１で操縦する油圧ショベル１の例であるが、本発明は、遠隔操作される油圧ショベルにも具体化することができ、その場合には、車体の姿勢が油圧ショベルの周辺状況と共に正しく表示された表示手段を見ながら遠隔操作により安心して作業を行うことができる。
【０１０３】
ところで、最近は、建設機械としてのクローラ式の油圧ショベルをベースマシンとした地雷処理機が開発されている。この地雷処理機は、事前に埋設位置を探知した地雷に表示手段を見ながら近付いて、この地雷をロータリカッタ等の処理具により破壊しようとするものである。本発明をこうした地雷処理機に具体化すれば、表示手段には、上部旋回体の姿勢だけではなく、下部走行体の姿勢も表示されるので、この表示手段を見ながら、下部走行体を、地雷に接触させないように適切に接近させることができて、地雷の除去作業を安全かつ効率的に実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明に係る建設機械の計測表示機構を使用した建設機械の一例を示す斜視図である。
【図２】図１の建設機械の油圧アクチュエータを駆動するための油圧回路を示す油圧回路図である。
【図３】図１の建設機械の油圧アクチュエータを操作する油圧パイロット圧を送るための油圧回路を示す油圧回路図である。
【図４】本発明を具体化して構成した建設機械の計測表示機構の一例を示すブロック図である。
【図５】図５は、図４の建設機械の計測表示機構に関連して設置された管理事務所内に配備されたシステムの一例を示すブロック図である。
【図６】グローバル座標系の概要を示す斜視図である。
【図７】フロント作業機のモニタポイントと油圧ショベルの位置及び姿勢とを演算するために使用する座標系を示す斜視図である。
【図８】フロント作業機のモニタポイントの位置と油圧ショベルの位置及び姿勢とを演算する手順を示す流れ図である。
【図９】車載コンピュータ及びサーバコンピュータのモニタ画面に表示される画像の一例を示す鳥瞰図である。
【図１０】図４の計測表示機構の車載コンピュータにおける走行体の姿勢演算手段の作用を説明するための流れ図である。
【図１１】図１の建設機械において走行体角度リセットスイッチをオンにするときの建設機械の姿勢を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１ 油圧ショベル
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ フロント作業機
５ ブーム
６ アーム
７ バケット
８ ブームシリンダ
９ アームシリンダ
１０ バケットシリンダ
１１ 運転室
２１ ブーム角度センサ
２２ アーム角度センサ
２３ バケット角度センサ
２４ 傾斜角度センサ
２７ パイロット圧力センサ
２８ 走行体角度リセットスイッチ
４３，４４ ＧＰＳ受信機
４６ 車載コンピュータ
４６ａ （車載コンピュータ４６の）モニタ
１０５ 旋回モータ
１０３ｃ 旋回モータ用の方向制御弁
１４３ 旋回モータの操作装置
１７３ 旋回パイロット圧の油圧ライン
２００ 計測表示機構
Ｐｓ 旋回パイロット圧力
θｒｎ 走行体角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、走行体及びこの走行体上に設置された旋回体を有する建設機械本体とこの旋回体に設置され地中を掘削する作業機とを備えた建設機械に使用され、作業機に設定されたモニタポイントの三次元位置を計測して作業機及び建設機械本体を建設機械周辺の地勢等の建設機械の周辺状況と共に表示手段に表示できるようにした建設機械の計測表示機構に関し、特に、建設機械としての油圧ショベルや浚渫船に使用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベルのような掘削用の建設機械により掘削作業を行う建設施工現場では、掘削用の建設機械に設置した作業機に計測点としてのモニタポイントを予め設定し、作業機による作業時にこのモニタポイントに係る三次元位置を計測するようにした装置が最近多用されるようになっている。このモニタポイントの代表例としては、例えば、油圧ショベルのバケット先端の位置を挙げることができる。この種の装置では、こうしたモニタポイントの三次元位置に関する計測結果に基づいて、作業機により掘削して形成される地形を割り出してこの地形の各点の三次元位置を算出し、これより、掘削して形成される地形すなわち出来形に関する情報を取得するようにしている。
【０００３】
建設機械で掘削作業を実施する際には、未掘削状態の施工予定区域における多数の計測点について三次元位置を計測して、各計測点の水平位置に対応する高さのデータすなわち原地形の三次元のデータを取得する。また、掘削して最終的に形成することを予定している地形すなわち目標地形について各点の三次元の位置を設定して目標地形の三次元のデータを作成する。その上で、作業機に設定したモニタポイントの三次元位置を計測することにより前記の出来形に関する情報を取得すれば、この情報を逐次関係者に伝達して前記の原地形のデータや目標地形のデータと対比できるようにすることにより、掘削作業の進捗状況を把握して施工の管理を容易に行うことができるとともに、オペレータの掘削作業を支援することもできる。
【０００４】
作業機での作業時にこうした出来形に関する情報を取得する建設機械では、オペレータの掘削作業を支援するため、作業機に設定したモニタポイントの三次元位置を計測し、その過程で得られたデータを活用しながら作業機や建設機械本体を建設機械周辺の地勢等の建設機械の周辺状況と共に表示手段に表示してオペレータに伝達できるようにした機構を設けている。本明細書では、こうした機構を「建設機械の計測表示機構」と称している。本発明は、この建設機械の計測表示機構を改良しようとするものである。
【０００５】
建設機械にこの種の機構を設けた技術は、これまで種々の技術が提案されているが、ここでは、特許文献１に記載の技術を従来の技術として位置付けてその技術内容を以下に概説する。その際、特許文献１で使用している用語や符号を括弧内に付記しながら、本発明と関連する部分の技術内容を中心に説明する。
【０００６】
この特許文献１に記載の従来の技術では、ＧＰＳアンテナ（４５，４６）の設置位置を検出する三次元位置計測手段（三次元位置センサ３０）での計測結果とフロント角度センサ（角度センサ２７，２８，２９）での計測結果とに基づいて作業機（４７）のモニタポイントとしてのバケット先端（４４ａ）の位置（Ｐｇｔ）を演算により計測するようにしている。そして、このバケット先端の位置とメモリに記憶された目標地形（３次元目標地形５１）のデータとに基づいて、バケット先端が移動すべき目標地形上の交線（５８）を演算し、この交線とバケット（４４）との相対的な位置関係を、特許文献１の図６に図示のように表示手段（グラフィックインターフェース２４）のモニタ画面（表示画面２４ａ）に表示してオペレータを支援するようにしている。また、この種の画像中に建設機械（油圧ショベル４０）を表示してオペレータを支援するようにしたモニタ画面が特許文献１の図８及び図９に図示されている。
【特許文献１】特開２００１ー９８５８５号公報（第６−１０頁、第１−１０図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この特許文献１の図８に係る記述をみると、建設機械（油圧ショベル４０）全体を表示手段のモニタ画面に表示して上部旋回体（車体４１）に対する作業機の現在姿勢をモニタ画面から認識できるようにしてもよい旨が記載されている。また、特許文献１の図９に係る記述をみると、モニタ画面にこうしたことを表示することに加えて、作業機のモニタポイント（バケット先端４４ａ）の動作範囲を表示してもよい旨が記載されている。
【０００８】
特許文献１には、このように作業機の姿勢を表示手段に表示することについては言及されているものの、上部旋回体と下部走行体（履帯４９）とで構成された建設機械本体の姿勢（水平方向の姿勢）すなわち上部旋回体及び下部走行体のそれぞれの姿勢を表示手段に表示することについては何も言及されておらず、また、これらの姿勢を算定する手法についても言及されていない。こうしたことから、特許文献１に記載の従来の技術では、建設機械全体を表示手段に表示する場合に、上部旋回体及び下部走行体のそれぞれの姿勢を、実際の姿勢が分かるように正しく表示することについては、着眼していないと断じることができる。このことは、図８及び図９の何れもが、上部旋回体や下部走行体の水平方向の姿勢を識別しにくい図面であることからも明白である。
【０００９】
建設機械のオペレータは、表示手段のモニタ画面を見ながら掘削作業を行うが、上部旋回体が旋回しているにもかかわらず上部旋回体と下部走行体との姿勢が一致してしているというように、表示手段に表示される上部旋回体及び下部走行体の各姿勢が実際の姿勢と合致していないと、例えば、下部走行体について走行操作をした場合に、オペレータがモニタ画面を見て予測した走行方向とは異なる方向へ下部走行体が走る危険性がある。建設機械の設置スペースが狭い崖のような作業場所で作業をしている場合においてこうした事態が発生すると、最悪の場合には、建設機械が崖下に転落することもことも起こり得て作業を安全に行うことができない。そのため、建設機械を慎重に操作することがオペレータに要求され、掘削作業の作業効率の低下を招くこととなる。
【００１０】
ところで、建設機械の中には、台船に旋回体を旋回可能に設置し、この旋回体にバックホーのような作業機を搭載して、この作業機のバケットで水底を掘削して浚渫作業を行う浚渫船のようなものもある。この浚渫船は、台船を係留して停止させた状態で浚渫作業を行うが、台船は、水上を走ることができるので、本明細書では、この台船も、油圧ショベルの下部走行体と同様に「走行体」と称する。こうした浚渫船では、オペレータがバケットによる水底の掘削状況を目視できないことから、作業機のモニタポイントの三次元位置を計測して出来形に関する情報を取得し、この情報から得られる水底の掘削状況を表示手段に表示してオペレータに伝達するための計測表示機構を付設している。
【００１１】
こうした浚渫船でも、オペレータは、表示手段を見ながら浚渫作業を行うが、表示手段に表示される走行体としての台船及び旋回体の各姿勢が実際の姿勢と合致していないと、例えば、水底の掘削土砂を船内の所定の放土場所に放土する場合に予定外の場所に放土する危険性があり、浚渫の際の掘削作業の作業効率の低下を招くこととなる。以上述べたように、建設機械本体が走行体と旋回体とで構成された建設機械に使用される建設機械の計測表示機構にあっては、建設機械本体の姿勢を、実際の姿勢が分かるように建設機械の周辺状況と共に正しく表示することが必要であり、そうしないと、オペレータに混乱をもたらして、作業の安全面及び効率面で問題が生じることとなる。
【００１２】
本発明は、こうした従来の技術にみられる問題を解決するために創作されたものであって、その目的は、建設機械本体の姿勢を算定して建設機械の周辺状況と共に表示手段に正しく表示することができる建設機械の計測表示機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、こうした目的を達成するため、次のように構成した。
【００１４】
走行体及びこの走行体上に旋回可能に設置されて旋回駆動される旋回体を有する建設機械本体とこの旋回体に設置され地中を掘削する作業機とを備えた建設機械に使用され、旋回体上の異なる計測点を計測する複数の三次元位置計測手段での計測結果に基づいて作業機に設定されたモニタポイントの三次元位置を計測して、作業機及び建設機械本体を建設機械周辺の地勢等の建設機械の周辺状況と共に表示手段に表示してオペレータに伝達できるようにした建設機械の計測表示機構において、
複数の三次元位置計測手段での計測結果に基づいて旋回体の姿勢に係る値を演算する旋回体の姿勢演算手段を設けるとともに、この旋回体の姿勢演算手段で演算された旋回体の姿勢に係る値の水平方向の成分の変化に基づいて旋回体に対する走行体の姿勢に係る値を演算する走行体の姿勢演算手段を設けて、建設機械本体を表示手段に表示する場合に走行体及び旋回体の各姿勢を表示できるように構成した。
【００１５】
本発明に係る建設機械の計測表示機構は、作業機や建設機械本体を建設機械周辺の地勢等の建設機械の周辺状況と共に表示手段に表示してオペレータに伝達できるようにするものである。こうした計測表示機構を構成する場合、旋回体の姿勢演算手段と走行体の姿勢演算手段とを設けて前記のように構成しているので、作業機のモニタポイントの位置を計測するために従来設けられていた複数の三次元位置計測手段をそのまま活用して、これらの計測結果に基づいて旋回体の姿勢を旋回体の姿勢演算手段で算定することができ、さらには、この旋回体の姿勢演算手段での計測結果に基づいて旋回体に対する走行体の姿勢を走行体の姿勢演算手段で算定することができる。本建設機械の計測表示機構では、このように建設機械本体の姿勢をなす旋回体及び走行体の双方の姿勢を算定して表示手段に表示できるように構成しているので、建設機械本体の実際の姿勢を建設機械の周辺状況と共に表示手段に正しく表示することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以下の説明から明らかなように、本発明に係る建設機械の計測表示機構にあっては、前記の「課題を解決するための手段」の項に示したように構成しているので、建設機械本体の姿勢を算定して建設機械の周辺状況と共に表示手段に正しく表示することができる。その結果、建設機械のオペレータは、表示手段を見ながら安心して作業を行うことができ、掘削作業の作業効率の低下を招くことがない。
【００１７】
本建設機械の計測表示機構では、作業機のモニタポイントの位置を計測するための三次元位置計測手段をそのまま活用して旋回体や走行体の姿勢に係る値を演算することができるので、既存の三次元位置計測手段を二重に活用することができて有効に利用することができる。旋回体の姿勢すなわち旋回体の旋回角度を検出するのに、通常、旋回体と走行体との接続部に旋回角度センサを取り付けており、そのため、その接続部を改造して旋回角度センサを取り付けるという難作業を必要として構造の複雑化やコストアップを招くが、本建設機械の計測表示機構では、既存の三次元位置計測手段を利用して旋回体の旋回角度を演算で求めることができるので、こうした問題は生じない。
【００１８】
掘削作業中、時には走行体を旋回して走行させることもあり、これに伴って、旋回体も走行体と共に旋回するが、この旋回体の旋回は、旋回体に対する走行体の姿勢の変化ではないので、走行体の姿勢演算手段での演算結果に、こうした走行旋回による旋回体の旋回が影響しないようにすることが望ましい。本発明に係る建設機械の計測表示機構を具体化する場合に、特に、特許請求の範囲の請求項２に記載のように具体化すれば、旋回体が旋回駆動されていると旋回体の駆動判定手段で判定されたときに初めて旋回体に対する走行体の姿勢に係る値が走行体の姿勢演算手段で演算されるので、建設機械を掘削作業中に走行旋回させても、建設機械本体の姿勢を正しく算定することができる。
【００１９】
旋回体に対する走行体の姿勢に係る値を走行体の姿勢演算手段で演算するたびに、若干の誤差が生じて累積して行くので、走行体の姿勢演算手段での演算結果がこうした累積誤差の影響を受けないようにすることが望ましい。本発明に係る建設機械の計測表示機構を具体化する場合に、特に、特許請求の範囲の請求項３に記載のように具体化すれば、オペレータが走行体の姿勢と旋回体の姿勢とを一致させるように操作した後、走行体の姿勢演算手段で演算された旋回体に対する走行体の姿勢に係る値を走行体の姿勢リセット手段で初期値に適宜リセットすることにより、建設機械本体の姿勢を累積誤差に影響されないように正しく算定することができる。
【００２０】
特に、建設機械本体の姿勢を算定して表示手段に表示する場合、正しく算定して表示することに加えて、オペレータに分かりやすいように表示することが望ましい。本発明に係る建設機械の計測表示機構を具体化する場合に、特に、特許請求の範囲の請求項４に記載のように具体化すれば、走行体及び旋回体の各姿勢の相互関係や作業機等が鳥瞰図で表示手段に表示されるので、特に、上部旋回体及び下部走行体のそれぞれの姿勢が正しく表示されることに加えて、オペレータが各姿勢の相互関係を識別しやすいように表示され、かつ、作業機の姿勢も分かるように表示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明が実際上どのように具体化されるのかを図１乃至図１１に基づいて説明することにより、本発明を実施するための望ましい形態を明らかにする。
【００２２】
まず、図１乃至図５に基づき、本発明に係る建設機械の計測表示機構を具現するためのシステムの一例について説明する。図１は、本発明に係る建設機械の計測表示機構を使用した建設機械の一例を示す斜視図、図２は、図１の建設機械の油圧アクチュエータを駆動するための油圧回路を示す油圧回路図、図３は、図１の建設機械の油圧アクチュエータを操作する油圧パイロット圧を送るための油圧回路を示す油圧回路図、図４は、本発明を具体化して構成した建設機械の計測表示機構の一例を示すブロック図、図５は、図４の建設機械の計測表示機構に関連して設置された管理事務所内に配備されたシステムの一例を示すブロック図である。
【００２３】
本発明を具体化して構成した以下に述べる建設機械の計測表示機構は、すでに述べた従来の技術に係る機構と同様、走行体及びこの走行体上に旋回可能に設置されて旋回駆動される旋回体を有する建設機械本体と、この旋回体に設置され地中を掘削する作業機とを備えた建設機械に使用される。そして、こうした建設機械本体や作業機を備えた建設機械に使用することにより、従来の技術に係る装置と同様、旋回体上の異なる計測点を計測する複数の三次元位置計測手段での計測結果に基づいて作業機に設定されたモニタポイントの三次元位置を計測して、作業機及び建設機械本体を建設機械周辺の地勢等の建設機械の周辺状況と共に表示手段に表示してオペレータに伝達できるようにする。ここでは、こうした計測表示機構を使用する建設機械が油圧ショベルである場合を例にして、以下の説明を行う。
【００２４】
図１の建設機械について説明すると、１は掘削作業等を行う自走式の建設機械としての油圧ショベル、２は上部旋回体３を設置するための基台となり作業現場を走行することが可能な下部走行体、３はこの下部走行体２上に旋回可能に搭載された旋回フレームとこの旋回フレームの上部に設置された諸装置とからなる上部旋回体、４は土砂の掘削作業や積載作業等を行うための油圧ショベル１のフロント作業機、５は後端部が上部旋回体３の前部に垂直方向に回動（傾動）可能に軸着されて設置されたブーム、６は後端部がこのブーム５の前端部に垂直方向に回動（揺動）可能に軸着されたアーム、７はこのアーム６の前端部に垂直方向に回動可能にかつ着脱可能に軸着されたバケット、８は伸縮させてブーム５を垂直方向に回動させるように駆動するブームシリンダ、９は同じく伸縮させてアーム６を回動させるように駆動するアームシリンダ、１０は同じく伸縮させてバケット７を回動させるように駆動するバケットシリンダである。
【００２５】
油圧ショベル１は、大別すると、クローラベルトにより走行する下部走行体２と、運転室１１や油圧駆動・制御用の機器等の諸装置を旋回フレーム上に設置して構成された上部旋回体３と、この上部旋回体３（旋回フレーム）に設置されたフロント作業機４とからなり、種々の作業を行うが、主たる作業として地山の掘削作業を行う。下部走行体２は、スプロケットで駆動されるエンドレスチェーン状のクローラベルトを左右に備えており、左右のスプロケットは、それぞれ、図１及び図２に示す左走行モータ１０６及び図２に示す右走行モータ１０７で回転駆動される。また、上部旋回体３は、図２に示す旋回モータ１０５で旋回駆動され、下部走行体２に対して姿勢を変える。本明細書では、下部走行体２のような走行体及び上部旋回体３のような旋回体を設けて構成さた車体の部分を建設機械本体と称している。フロント作業機４は、ブーム５、アーム６及びバケット７と、これらをそれぞれ回動させるように駆動するためのブームシリンダ８、アームシリンダ９及びバケットシリンダ１０とを設けて構成され、運転室１１の右側に設置される。
【００２６】
１１は後述する表示手段としてのモニタ４６ａが設置され下部走行体２やフロント作業機４の操縦等、油圧ショベルの操縦を行う運転室、２１はブーム５の回動角度（ブーム角度）を検出するブーム角度センサ、２２はブーム５に対するアーム６の回動角度（アーム角度）を検出するアーム角度センサ、２３はアーム６に対するバケット７の回動角度（バケット角度）を検出するバケット角度センサ、２４は上部旋回体３のピッチ方向（前後方向）の傾斜角度（ピッチ角度）を検出する傾斜角度センサ、３１，３２は後述する建設機械側（計測表示機構２００側、図４参照）のＧＰＳ受信機４３，４４の無線アンテナ、３３は後述するＧＰＳ受信機５５（図５参照）で作成した補正データに係る信号を受信する建設機械側の無線機４１の無線アンテナ、３４は後述する建設機械側の送信用の無線機４７（図４参照）の無線アンテナである。
【００２７】
ブーム角度センサ２１、アーム角度センサ２２、バケット角度センサ２３及び傾斜角度センサ２４は、後述するように、フロント作業機４に設定したモニタポイントに係る三次元位置を計測するために設けている。図１には図示していないが、油圧ショベル１には、以上述べた計器のほか、オペレータにより操作される後述する走行体角度リセットスイッチ２８（図４参照）を運転室１１に設けている。また、図４に示す計測表示機構２００が設置されることと関連して、こうした走行体角度リセットスイッチ２８に加えて旋回パイロット圧力センサ２７（図４参照）を設けている。これらについては、計測表示機構２００について説明をする際に詳述する。
【００２８】
油圧ショベル１に設置されたブームシリンダ８、アームシリンダ９及びバケットシリンダ１０等の油圧アクチュエータを駆動、操作するための油圧回路について、図２及び図３に基づき説明する。
【００２９】
まず、図２の油圧回路の基本的な骨組みについて説明すると、１０１，１０２は図示しないエンジンで駆動されブームシリンダ８、アームシリンダ９等の油圧ショベルの種々の油圧アクチュエータを駆動するための圧油を発生する可変容量型の油圧ポンプ、１０３は以下に述べる種々の弁やこれらの周辺の管路の集合体として形成されてユニットをなす弁装置、１０３ｊ，１０３ｋはそれぞれ油圧ポンプ１０１，１０２で発生した圧油が送られるセンターバイパス管路、１１１，１１２はそれぞれ油圧ポンプ１０１，１０２から吐出した圧油をセンターバイパス管路１０３ｊ，１０３ｋへ送る吐出管路、１０３ｍは可変容量型の油圧ポンプ１０１，１０２の吐出圧力の最大値を決定するメインリリーフ弁、１０３ｎはセンターバイパス管路１０３ｊ，１０３ｋの圧油を作動油タンクに戻すための共通の油路であるタンク管路である。
【００３０】
センターバイパス管路１０３ｊには、油圧ショベル１の各種油圧アクチュエータの運動を制御するためのセンタバイパス型の方向制御弁１０３ａ〜１０３ｄからなる第１の方向制御弁群が位置し、センターバイパス管路１０３ｋには、同じく各種油圧アクチュエータの運動を制御するためのセンタバイパス型の方向制御弁１０３ｅ〜１０３ｉからなる第２の方向制御弁群が位置している。これらの方向制御弁１０３ａ〜１０３ｄ及び方向制御弁１０３ｅ〜１０３ｉは、中立位置に操作したときに、それぞれ、油圧ポンプ１０１及び油圧ポンプ１０２の圧油をセンタバイパス管路１０３ｊ及びセンタバイパス管路１０３ｋにより下流側に流通させ、タンク管路１０３ｎを経て作動油タンクに戻す。これらの方向制御弁１０３ａ〜１０３ｉは、図３に示す操作装置１３５における操作パイロット装置１３８，１３９、操作装置１３６における操作パイロット装置１４０，１４１、操作装置１３７における操作パイロット装置１４２，１４３及び操作パイロット装置１４４を操作することにより、対応する各方向制御弁１０３ａ〜１０３ｉの信号受け部に油圧パイロット圧が送られて中立位置から右位置又は左位置に切り換えられる。
【００３１】
図２の油圧回路について、図３に図示の事項を引用しながら具体的に説明すると、１０３ａは油圧ポンプ１０１から左走行モータ１０６へ供給される圧油の流れや流量を切り換えて同モータ１１の運動を制御する左走行用の方向制御弁、１０３ｂは油圧ポンプ１０１からバケットシリンダ１０へ供給される圧油の流れや流量を切り換えて同シリンダ１０の運動を制御するバケット用の方向制御弁、１０３ｃは油圧ポンプ１０１からブームシリンダ８へ供給される圧油の流れや流量を切り換えて同シリンダ８の運動を制御するブーム用の第１の方向制御弁、１０３ｄは油圧ポンプ１０１からアームシリンダ９へ供給される圧油の流れを切り換えて同シリンダ９の運動を制御するアーム用の第２の方向制御弁、１０６は下部走行体２の左のスプロケットを回転駆動する既述の左走行モータである。
【００３２】
左走行用の方向制御弁１０３ａは、操作パイロット装置１３８の操作ペダル１３８ｃの操作方向により操作パイロット圧ＴＲ３，ＴＲ４がそれぞれ左右の信号受け部に送られて中立位置から左右の位置に切り換えられ、これにより、センターバイパス管路１０３ｊから左走行モータ１０６へ供給される油圧ポンプ１０１の圧油の流れを切り換えて同走行モータ１０６を正逆所望の方向に回転させることができる。その場合、操作ペダル１３８ｃの操作量に応じてこの方向制御弁１０３ａの開口量を調節することにより、左走行モータ１０６の回転速度を制御することができる。
【００３３】
バケット用の方向制御弁１０３ｂは、操作パイロット装置１４０の操作レバー１４０ｃの操作方向により操作パイロット圧ＢＫＣ，ＢＫＤがそれぞれ左右の信号受け部に送られて中立位置から左右の位置に切り換えられ、左位置に切り換えられたときには、センターバイパス管路１０３ｊの圧油をバケットシリンダ１０のボトム側に供給するとともに、これのロッド側の圧油をタンク管路１０３ｎに排出し、これによりバケットシリンダ１０を伸長させることができる。また、右位置に切り換えられたときには、センターバイパス管路１０３ｊの圧油をバケットシリンダ１０のロッド側に供給するとともに、これのボトム側の圧油をタンク管路１０３ｎに排出し、これによりバケットシリンダ１０を縮小させることができる。その場合、操作レバー１４０ｃの操作量に応じて開口量を調節することにより、バケットシリンダ１０の伸縮する速度を制御することができる。
【００３４】
ブーム用の第１の方向制御弁１０３ｃは、操作パイロット装置１４１の操作レバー１４０ｃの操作方向により操作パイロット圧ＢＯＵ，ＢＯＤがそれぞれ左右の信号受け部に送られて中立位置から左右の位置に切り換えられ、左位置に切り換えられたときには、センタバイパス管路１０３ｊの圧油をブームシリンダ８のボトム側に供給するとともに、これのロッド側の圧油をタンク管路１０３ｎに排出し、これによりブームシリンダ８を伸長させることができる。また、右位置に切り換えられたときには、センタバイパス管路１０３ｊの圧油をブームシリンダ８のロッド側に供給するとともに、これのボトム側の圧油をタンク管路１０３ｎに排出し、これによりブームシリンダ８を縮小させることができる。その場合、操作レバー１４０ｃの操作量に応じて開口量を調節することにより、ブームシリンダ８の伸縮する速度を制御することができる。なお、アーム用の第２の方向制御弁１０３ｄについては、後述するアーム用の第１の方向制御弁１０３ｆの説明の際に説明する。
【００３５】
１０３ｅは油圧ポンプ１０２から旋回モータ１０５へ供給される圧油の流れや流量を切り換えて同モータ１０５の運動を制御する旋回モータ用の方向制御弁、１０３ｆは油圧ポンプ１０１，１０２からアームシリンダ９へ供給される圧油の流れや流量を切り換えて同シリンダ９の運動を制御するアーム用の第１の方向制御弁、１０３ｇは油圧ポンプ１０２からブームシリンダ８へ供給される圧油の流れや流量を切り換えて同シリンダ８の運動を制御するブーム用の方向制御弁、１０３ｈはアタッチメント駆動用油圧アクチュエータ１０８の運動を制御する予備の方向制御弁、１０３ｉは油圧ポンプ１０２から右走行モータ１０７へ供給される圧油の流れや流量を切り換えて同モータ１１の運動を制御する右走行用の方向制御弁、１０３ｋ’はセンタバイパス管路１０３ｋと分岐し油圧ポンプ１０２の圧油が送られる分岐管路、１０３ｐはセンタバイパス管路１０３ｊの圧油をアーム用の第１の方向制御弁１０３ｆの流入側において分岐管路１０３ｋ’の圧油と合流させるための合流管路、１０５は旋回体３を旋回駆動する既述の旋回モータ、１０７は下部走行体２の右のスプロケットを回転駆動する既述の右走行モータ、１０８はアタッチメントとしての作業具を駆動するアタッチメント駆動用油圧アクチュエータである。
【００３６】
旋回モータ用の方向制御弁１０３ｅは、操作パイロット装置１４３の操作レバー１４２ｃの操作方向により操作パイロット圧ＳＷ１，ＳＷ２がそれぞれ左右の信号受け部に送られて中立位置から左右の位置に切り換えられ、これにより、センターバイパス管路１０３ｋから旋回モータ１０５へ供給される油圧ポンプ１０２の圧油の流れを切り換えて旋回モータ１０５を正逆所望の方向に回転させることができる。その場合、操作レバー１４２ｃの操作量に応じて開口量を調節することにより、旋回モータ１０５の回転速度を制御することができる。
【００３７】
アーム用の第１の方向制御弁１０３ｆは、操作パイロット装置１４２の操作レバー１４２ｃの操作方向により操作パイロット圧ＡＲＤ，ＡＲＣがそれぞれ左右の信号受け部に送られて中立位置から左右の位置に切り換えられ、左位置に切り換えられたときには、分岐管路１０３ｋ’の圧油をアームシリンダ９のロッド側に供給するとともに、これのボトム側の圧油をタンク管路１０３ｎに排出し、これによりアームシリンダ９を縮小させることができる。また、右位置に切り換えられたときには、分岐管路１０３ｋ’の圧油をアームシリンダ９のボトム側に供給するとともに、これのロッド側の圧油をタンク管路１０３ｎに排出し、これによりアームシリンダ９を伸長させることができる。その場合、操作レバー１４２ｃの操作量に応じて開口量を調節することにより、アームシリンダ９の伸縮する速度を制御することができる。
【００３８】
前述したアーム用の第２の方向制御弁１０３ｄは、こうして操作レバー１４２ｃを操作してアーム用の第１の方向制御弁１０３ｆを切り換えると、この切換え操作に連動して切り換えられ、操作レバー１４２ｃの操作方向により操作パイロット圧ＡＲＤ，ＡＲＣがそれぞれ左右の信号受け部に送られて中立位置から左右の位置に切り換えられる。そして、左位置に切り換えられたときには、センタバイパス管路１０３ｊの圧油がタンク管路１０３ｎに逃げるのを阻止してその圧油を合流管路に１０３ｐに導くとともに、ロッド側よりも容量の多いアーム用の第１の方向制御弁１０３ｆのボトム側の圧油を、第２の方向制御弁１０３ｄを通じてもタンク管路１０３ｎに排出させることができるようにする。
【００３９】
また、このアーム用の第２の方向制御弁１０３ｄが右位置に切り換えられたときには、センタバイパス管路１０３ｊの圧油がタンク管路１０３ｎに逃げるのを阻止してその圧油を合流管路に１０３ｐに導くとともに他の圧油の流れも阻止する。したがって、操作パイロット装置１４２の操作レバー１４２ｃを操作してアーム用の第１の方向制御弁１０３ｆを切り換えたときには、左右の何れの位置に切り換えたときでも、センタバイパス管路１０３ｊの圧油が分岐管路１０３ｋ’の圧油と合流して、第１の方向制御弁１０３ｆを通じてアームシリンダ９のボトム側及びロッド側の何れかに供給されることとなる。
【００４０】
ブーム用の第２の方向制御弁１０３ｇは、操作パイロット装置１４１の操作レバー１４０ｃによる前述のブーム用の第１の方向制御弁１０３ｃの操作と連動して中立位置から左右何れかの位置に切り換えられ、これにより、ブームシリンダ８へ供給される油圧ポンプ１０２の圧油の流れを切り換えるが、その作用は、ブーム用の第１の方向制御弁１０３ｃの作用と変わらない。したがって、ブームシリンダ８は、油圧ポンプ１０１，１０２の圧油を同時に供給することにより、所望の速度で伸縮させることができる。
【００４１】
予備の方向制御弁１０３ｈは、操作パイロット装置１４４の操作ペダル１４４ｃの操作方向により操作パイロット圧ＡＵ１，ＡＵ２がそれぞれ左右の信号受け部に送られて中立位置から左右の位置に切り換えられる。そして、アタッチメント駆動用油圧アクチュエータ１０８が例えば図３に図示の油圧シリンダのようなものである場合において左位置に切り換えられたときには、分岐管路１０３ｋ’の圧油をのロッド側に供給するとともに、これのボトム側の圧油をタンク管路１０３ｎに排出し、これによりアタッチメント駆動用油圧アクチュエータ１０８を縮小させることができる。また、右位置に切り換えられたときには、分岐管路１０３ｋ’の圧油をアタッチメント駆動用油圧アクチュエータ１０８のボトム側に供給するとともに、これのロッド側の圧油をタンク管路１０３ｎに排出し、これによりアタッチメント駆動用油圧アクチュエータ１０８を伸長させることができる。
【００４２】
右走行用の方向制御弁１０３ｉは、操作パイロット装置１３９の操作ペダル１３９ｃの操作方向により操作パイロット圧ＴＲ１，ＴＲ２がそれぞれ左右の信号受け部に送られて中立位置から左右の位置に切り換えられ、これにより、センターバイパス管路１０３ｋから右走行モータ１０７へ供給される油圧ポンプ１０２の圧油の流れを切り換えて同走行モータ１０７を正逆所望の方向に回転させることができる。その場合、操作ペダル１３９ｃの操作量に応じて開口量を調節することにより、右走行モータ１０７の回転速度を制御することができる。
【００４３】
以上述べた種々の方向制御弁１０３ａ〜１０３ｉを操作するための図３の油圧回路について説明すると、左走行モータ１０６の操作パイロット装置１３８は、油圧パイロット圧を出力する一対のパイロット弁（減圧弁）１３８ａ，１３８ｂと、上下に揺動操作され揺動方向によりパイロット弁１３８ａ，１３８ｂの一方から揺動量に応じた油圧パイロット圧を出力させる操作ペダル１３８ｃとを設けて構成されている。また、右走行モータ１０７の操作パイロット装置１３９も、同様の一対のパイロット弁１３９ａ，１３９ｂと操作ペダル１３９ｃとを設けて構成されている。
【００４４】
バケットシリンダ１０の操作パイロット装置１４０は、油圧パイロット圧を出力する一対のパイロット弁１４０ａ，１４０ｂと、傾動操作され傾動方向によりパイロット弁１４０ａ，１４０ｂの一方から傾動量に応じた油圧パイロット圧を出力させる操作レバー１４０ｃとを設けて構成されている。ブームシリンダ８の操作パイロット装置１４１は、同様の一対のパイロット弁１４１ａ，１４１ｂと、バケットシリンダ１０の操作パイロット装置１４０と共用される操作レバー１４０ｃとを設けて構成されている。
【００４５】
同様に、アームシリンダ９の操作パイロット装置１４２は、一対のパイロット弁１４２ａ，１４２ｂと油圧パイロット圧を出力させる操作レバー１４２ｃとを設けて構成され、旋回モータ１０５の操作パイロット装置１４３は、一対のパイロット弁１４３ａ，１４３ｂと、アームシリンダ９の操作パイロット装置１４２と共用される操作レバー１４２ｃとを設けて構成されている。アタッチメント駆動用油圧アクチュエータ１０８の操作パイロット装置１４４は、一対のパイロット弁１４４ａ，１４４ｂと操作ペダル１４４ｃとを設けて構成されている。
【００４６】
第１の方向制御弁群の方向制御弁１０３ａ〜１０３ｄを操作する操作パイロット装置１３８，１４０，１４１，１４２の一対のパイロット弁１３８ａ・１３８ｂ，１４０ａ・１４０ｂ，１４１ａ・１４１ｂ，１４２ａ・１４２ｂにそれぞれ接続された一対の出力ラインには、それぞれ、高圧の方の油圧パイロット圧を選択するシャトル弁１５１，１５３，１５４，１５５が接続されている。そして、シャトル弁１５１，１５３で選択された高圧の方の各油圧パイロット圧は、シャトル弁１５８により更に高圧の方の油圧パイロット圧が選択されてシャトル弁１６１に導かれる。また、シャトル弁１５４，１５５で選択された高圧の方の各油圧パイロット圧は、シャトル弁１５９により更に高圧の方の油圧パイロット圧が選択されてシャトル弁１６１に導かれる。
【００４７】
これらのシャトル弁１６１に導かれた油圧パイロット圧は、シャトル弁１６１により高圧の方の油圧パイロット圧が選択されて油圧ライン１７１に導かれ、かくして、パイロット弁１３８ａ・１３８ｂ，１４０ａ・１４０ｂ，１４１ａ・１４１ｂ，１４２ａ・１４２ｂが出力する油圧パイロット圧の中から最高圧力のものが選択されて油圧ライン１７１に送られることとなる。この油圧ライン１７１に送られた油圧パイロット圧は、可変容量型の油圧ポンプ１０１をポジティブ制御するための油圧パイロット圧ＰＰ１として用いられる。
【００４８】
第２の方向制御弁群の方向制御弁１０３ｅ〜１０３ｉを操作する操作パイロット装置１３９，１４１，１４２，１４３，１４４の一対のパイロット弁１３９ａ・１３９ｂ，１４１ａ・１４１ｂ，１４２ａ・１４２ｂ，１４３ａ・１４３ｂ，１４４ａ・１４４ｂにそれぞれ接続された一対の出力ラインには、それぞれ、高圧の方の油圧パイロット圧を選択するシャトル弁１５２，１５４，１５５，１５６，１５７が接続されている。そして、シャトル弁１５４，１５５で選択された高圧の方の各油圧パイロット圧は、シャトル弁１５９で更に高圧の方の油圧パイロット圧が選択されてシャトル弁１６２に導かれる。また、シャトル弁１５６，１５７で選択された高圧の方の各油圧パイロット圧は、シャトル弁１６０で更に高圧の方の油圧パイロット圧が選択されてシャトル弁１６２に導かれる。
【００４９】
これらのシャトル弁１６２に導かれた油圧パイロット圧は、シャトル弁１６２で更に高圧の方の油圧パイロット圧が選択されてシャトル弁１６３に導かれる。一方、シャトル弁１５２で選択された高圧の方の各油圧パイロット圧もシャトル弁１６３に導かれ、両シャトル弁１５２，１６２で選択された高圧の方の各油圧パイロット圧は、シャトル弁１６３により更に高圧の方の油圧パイロット圧が選択されて油圧ライン１７２に導かれる。かくして、パイロット弁１３９ａ・１３９ｂ，１４１ａ・１４１ｂ，１４２ａ・１４２ｂ，１４３ａ・１４３ｂ，１４４ａ・１４４ｂが出力する油圧パイロット圧の中から最高圧力のものが選択されて油圧ライン１７２に送られることとなる。この油圧ライン１７２に送られた油圧パイロット圧は、可変容量型の油圧ポンプ１０２をポジティブ制御するための油圧パイロット圧ＰＰ２として用いられる。
【００５０】
この図３の油圧回路では、こうした可変容量型の油圧ポンプ１０１，１０２をポジティブ制御するための回路を設けるほか、旋回モータ１０５の操作パイロット装置１４３の一対のパイロット弁１４３ａ，１４３ｂが出力する油圧パイロット圧の中から、シャトル弁１５６で選択された高圧の方の油圧パイロット圧を導くための油圧ライン１７３を特別に設けている。この油圧ライン１７３に導かれた油圧パイロット圧は、旋回パイロット圧力センサ２７により旋回パイロット圧力Ｐｓとして検出される。この油圧ライン１７３は、後の説明から分かるように、本発明を具体化する上で有用なパイロット管路である。
【００５１】
次に、図４に基づき、計測表示機構２００の具体的な仕組みについて説明する。
【００５２】
図４において、２１，２２，２３は既述のフロント角度センサ（ブーム角度センサ、アーム角度センサ、バケット角度センサ）、２４は上部旋回体３のピッチ角度を検出する既述の傾斜角度センサ、２７は前記油圧ライン１７３に導かれた油圧パイロット圧を検出して旋回パイロット圧力Ｐｓを検出する旋回パイロット圧力センサ、２８は本発明を具体化する上で有用な後に詳述する走行体角度リセットスイッチである。
【００５３】
旋回パイロット圧力センサ２７は、旋回モータ用の方向制御弁１０３ｅを切換え操作するための操作パイロット装置１４３の操作パイロット圧ＳＷ１，ＳＷ２のうちの高い方の圧力を検出することにより、旋回モータ１０５を実際に駆動させているか否かを判定するためのものである。したがって、こうした手段に代えて、旋回モータ用の方向制御弁１０３ｅから旋回モータ１０５への圧油の供給路の圧力を検出したり、操作パイロット装置１４３の操作レバーを旋回モータ１０５の操作専用のものにしてこれの動作を検出したりする等の手段を用いることもできる。本発明に係る計測表示機構２００では、上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢に係る値（図７における走行体角度θｒｎ）を演算により求めるが、走行体角度リセットスイッチ２８は、こうした演算を繰り返すことにより生じる累積誤差を、前記下部走行体２の姿勢に係る値を後述する方法でリセットして解消するために設けたものである。
【００５４】
４１は無線アンテナ３３が付設され管理事務所５１（図５参照）で生成された補正データに係る信号を受信する無線機、４２は無線機４１で受信した補正データを一対のＧＰＳ受信機４３，４４に分配する分配機、４３，４４はＧＰＳアンテナ３１，３２がそれぞれ付設され各ＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置をそれぞれ計測するＧＰＳ受信機（図２ではＧＰＳ−Ａ，ＧＰＳ−Ｂと略記）である。
【００５５】
ＧＰＳ受信機４３，４４は、ＧＰＳ衛星の信号を受信して、その信号に基づいてＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置をそれぞれリアルタイムに計測する。そして、これらの計測結果に基づいて上部旋回体３の三次元の位置（例えば旋回フレーム上面と旋回中心軸線との交点（後述する図７中の原点Ｏ３）のような基準点となる上部旋回体３の位置）が演算により計測される。ＧＰＳアンテナ３１とＧＰＳ受信機４３、ＧＰＳアンテナ３２とＧＰＳ受信機４４は、それぞれ１セットのＧＰＳを構成し、各ＧＰＳアンテナ３１，３２は、図１に示すように、上部旋回体３の旋回中心から外れた上部旋回体３後部の左右に配置される。ところで、ＧＰＳ衛星の信号に基づいて計測されたＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測値には、ある程度の誤差が不可避的に生じるため、ここでは、こうした誤差を補正して高精度の計測を行い得るようにしている。そのため、管理事務所５１から送られた補正データを無線機４１で受信してＧＰＳ受信機４３，４４に入力するようにしていが、この点の詳細については後述する。
【００５６】
４５はＧＰＳ受信機４３，４４の計測値及び各種センサの検出結果等に関する種々のデータや走行体角度リセットスイッチ２８の操作信号が入力されて集約されるコントローラ、４６はこのコントローラ４５から送られた種々のデータに基づいて、フロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置を演算する図８に示す演算を行ったり上部旋回体３に対する下部走行体３の姿勢に係る値（走行体角度θｒｎ）を演算する図１０に示す演算を行ったりする運転室１１内の車載コンピュータ、４６ａはこれらの演算結果に基づいて作成された掘削作業の支援資料等の種々の資料を表示する車載コンピュータ４６のモニタ、４７は無線アンテナ３４が付設され車載コンピュータ４６での演算により得られた種々のデータを管理事務所５１へ送信する無線機、４８はオペレータにより携帯され運転室１１内の車載コンピュータ４６や管理事務所５１内のサーバコンピュータ５８（図５参照）とのデータの授受を行うＩＣカードである。
【００５７】
コントローラ４５は、フロント角度センサ２１，２２，２３及び傾斜角度センサ２４の角度の検出値に関するデータ、旋回パイロット圧力センサ２７の圧力の検出値に関するデータ、走行体角度リセットスイッチ２８の操作信号並びにＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測値に関するデータを整理して、順次、車載コンピュータ４６に送る働きをする。この車載コンピュータ４６は、これらのデータや操作信号に基づいて種々の演算を行い、これに伴って種々の演算手段を備えているが、そのうち、本発明に直接関係する手段は、フロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置を演算により計測する手段（以下「モニタポイントの計測手段」という。）と、上部旋回体３の姿勢に係る値を演算する手段（以下「旋回体の姿勢演算手段」という。）と、上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢に係る値（図７に示す走行体角度θｒｎ）を演算する手段（以下「走行体の姿勢演算手段」という。）である。
【００５８】
モニタポイントの計測手段は、フロント角度センサ２１，２２，２３、傾斜角度センサ２４の角度の検出値及びＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測値に関するデータに基づいて、フロント作業機４に予め設定したモニタポイント（ここに示す例では、後述するようにバケット７に設定している。）に係る三次元位置を演算する。こうしたモニタポイントに係る三次元位置を車載コンピュータ４６で演算する手法については、図６乃至図８に基づいて後に詳述する。
【００５９】
こうした演算を行う過程で得られるＧＰＳ受信機４３，４４でのＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測値に関するデータに基づいて上部旋回体３の姿勢（上部旋回体３の方向）に係る値を演算で求めることができる。車載コンピュータ４６は、こうした演算を行うため旋回体の姿勢演算手段を備えているが、走行体の姿勢演算手段は、この旋回体の姿勢演算手段で演算された上部旋回体３の姿勢に係る値の水平方向の成分の変化に基づいて、上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢に係る値である後述する走行体角度θｒｎを演算する。本発明に係る計測表示機構２００は、こうした走行体角度θｒｎを演算することにより、下部走行体２及び上部旋回体３のそれぞれの姿勢（水平面上での下部走行体２及び上部旋回体３のそれぞれの方向）をフロント作業機４や油圧ショベル１の周辺状況と共に車載コンピュータ４６のモニタ４６ａに正しく表示できるように構成している。これらの点については、図８乃至図１１に基づいて後に詳述する。
【００６０】
車載コンピュータ４６は、こうした演算を行うほか、当然のことながら、ＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の各計測値に関するデータに基づいて油圧ショベル１の位置を演算する。無線機４７は、以上述べたフロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置や油圧ショベル１の位置や姿勢に関するデータ等、車載コンピュータ４６での演算により得られた所定のデータを管理事務所５１へ送信する。
【００６１】
ＩＣカード４８には、施工予定区域における原地形のデータや最終的な出来形である目標地形のデータが記憶されており、オペレータは、作業を開始するに際し、ＩＣカード４８を車載コンピュータ４６に接続してこれらのデータを入力する。この車載コンピュータ４６では、フロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置の計測結果から割り出した出来形に関するデータと油圧ショベル１の位置や姿勢に関するデータとＩＣカード４８から入力した原地形及び目標地形に関するデータとに基づき、現在の作業状況をオペレータに伝達するための適宜の支援情報を作り出して車載コンピュータ４６のモニタ４６ａに表示する。その場合、支援情報として、下部走行体２及び上部旋回体３のそれぞれの姿勢も、モニタ４６ａに併せて表示する。オペレータは、作業が終了したときには、このＩＣカード４８を車載コンピュータ４６に接続して、車載コンピュータ４６で得られた出来形に関するデータや所定のデータをＩＣカード４８に記録する。
【００６２】
図５に基づき、こうした計測表示機構２００に付帯して設置された管理事務所５１について説明する。
【００６３】
図５において、５１はＧＰＳによる位置計測の精度を高めるための補正データや掘削作業の管理や支援に役立つ資料等の種々の情報を生成する管理事務所、５５はＧＰＳアンテナ５２が付設されＧＰＳ衛星の信号を受信して補正データを生成するＧＰＳ受信機、５６は無線アンテナ５３が付設されこのＧＰＳ受信機５５で生成された補正データを計測表示機構２００の無線機４１へ送信する無線機、５７は無線アンテナ５４が付設され計測表示機構２００の無線機４７からのデータを受信する無線機、５８はこの無線機５７で受信したデータを記憶し同データに基づいて油圧ショベル１やフロント作業機４の位置や姿勢を表示したり掘削作業を管理したりするためのデータ等を演算してモニタ画面に表示することができるサーバコンピュータである。
【００６４】
管理事務所５１は、例えば、当該建設工事に係る施工会社の管理者等が管理し、ＧＰＳ衛星の信号を受信して、ＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測を高精度で実施できるようにするための補正データを生成する。また、計測表示機構２００で生成された基礎的な各種データや原地形及び目標地形に関するデータを保存し、これらのデータに基づいて、施工を管理するための管理データやオペレータの掘削作業の遂行に役立つデータ等、種々の資料を作成する。無線アンテナ５２とＧＰＳ受信機５５は、１セットのＧＰＳを構成し、補正データを生成するために設置される。
【００６５】
すでに述べたように、ＧＰＳ衛星の信号に基づいてＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置をＧＰＳ受信機４３，４４で計測したときに若干の誤差が生じるため、管理事務所５１では、周知の手法で補正データを生成する。その手法について概説すると、管理事務所５１では、ＧＰＳ受信機５５の無線アンテナ５２の実際の地球上の三次元位置（緯度、経度、高度）を予め正確に測定して確定した上で、別途、ＧＰＳ衛星の信号に基づいてこの無線アンテナ５２の三次元位置をＧＰＳ受信機５５により計測する。そうすると、ＧＰＳ受信機５５による無線アンテナ５２の位置の計測結果が同アンテナ５２の実際の正確な位置に対してどの程度の誤差があるのかを求めることができるので、この誤差に基づいて補正データを生成することができる。
【００６６】
この補正データは、無線機５６を通じて計測表示機構２００の無線機４１へ一定周期で送信されてＧＰＳ受信機４３，４４にそれぞれ入力される。このＧＰＳ受信機４３，４４では、同受信機４３，４４での計測結果を補正データで補正してＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置を高精度でリアルタイムに計測するＲＴＫ（リアルタイム・キネマティック）計測を行う。こうしたＲＴＫ計測により、ＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置を約±１〜２ｃｍの精度で計測することができる。
【００６７】
無線機５７には、計測表示機構２００からのフロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置や油圧ショベル１の位置及び姿勢に関するデータを受信してサーバコンピュータ５８に入力されるが、サーバコンピュータ５８では、これらのデータを保存するとともに、これらのデータに基づいて種々の資料を作成して同コンピュータ５８のモニタ画面に表示し、これにより、油圧ショベル１による掘削作業の状態を管理事務所５１で看視することができる。また、サーバコンピュータ５８には、予め計測された原地形に関するデータや予め設定された目標地形に関するデータが記憶されている。このサーバコンピュータ５８には、ＩＣカード４８が接続できるようになっており、原地形及び目標地形に関するデータをＩＣカード４８へ入力したり、車載コンピュータ４６からＩＣカード４８へ入力された当該オペレータの施工領域に係る出来形等に関する所定のデータを出力したりすることができるようになっている。
【００６８】
次に、フロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置を演算するためのモニタポイントの計測手段や油圧ショベル１の位置及び姿勢を演算するための計測手段について、図６乃至図９を用いて説明する。
【００６９】
図６は、グローバル座標系の概要を示す斜視図、図７は、フロント作業機のモニタポイントと油圧ショベルの位置及び姿勢とを演算するために使用する座標系を示す斜視図、図８は、フロント作業機のモニタポイントの位置と油圧ショベルの位置及び姿勢とを演算する手順を示す流れ図、図９は、車載コンピュータ及びサーバコンピュータのモニタ画面に表示される画像の一例を示す鳥瞰図である。
【００７０】
フロント作業機４のモニタポイントの位置と油圧ショベル１の位置及び姿勢に関する計測値は、ここに示す例では最終的にグローバル座標系で算出する。このグローバル座標系で算出した値は、必要に応じて、わが国で慣用されているローカル平面直角座標系や他の適宜の座標系の値に変換することもできる。ここに例示するグローバル座標系は、ＧＰＳにおいて高さの基準として用いている準拠楕円体に設定した座標系である。このグローバル座標系の概念を図６に基づいて概説する。
【００７１】
同図において、ＧはＧＰＳで用いている準拠楕円体であり、グローバル座標系Σ０（後述する図５でこの座標系に符号Σ０を付している。）の原点Ｏ０は、準拠楕円体Ｇの中心に設定されている。このグローバル座標系Σ０のｘ０軸方向は、赤道Ａ及び子午線Ｂの交点Ｃと準拠楕円体Ｇの中心とを通る線上に位置し、ｚ０軸方向は、準拠楕円体Ｇの中心から南北に延ばした線上に位置し、ｙ０軸方向は、ｘ０軸とｚ０軸とに直交する線上に位置している。ＧＰＳでは、地球上の位置を緯度と経度と準拠楕円体Ｇに対する高さとで表すので、こうしたグローバル座標系Σ０を使用することにより、ＧＰＳでの三次元位置の計測値に関するデータをグローバル座標系Σ０の値に簡単に変換することができる。こうした変換を行うための演算式は、よく知られているので、ここでは説明を省略する。
【００７２】
以上を確認の上、計測表示機構２００の車載コンピュータ４６により、フロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置を演算したり、油圧ショベル１の位置及び姿勢を演算したりする手法を図７及び図８に基づいて説明する。
【００７３】
フロント作業機４のモニタポイントに係る三次元位置を演算する手法について以下に説明する際に、ここでは、そのモニタポイントをバケット７の先端に一個所設定した場合を例にして説明するが、モニタポイントは、後述するように、バケット７の先端以外のフロント作業機４の個所や複数個所に設定することもできる。その場合にも、以下に説明する手法に準じてモニタポイントに係る三次元位置を演算することができる。
【００７４】
図７において、Σ０は、準拠楕円体Ｇの中心に原点Ｏ０を有するグローバル座標系、Σ３は、油圧ショベル１の上部旋回体３に固定され、上部旋回体３の基盤をなす旋回フレームにおける上面と上部旋回体３の旋回中心軸線との交点に原点Ｏ３を有する上部旋回体座標系、Σ７は、バケット７に固定され、バケット７の先端（フロント作業機４のモニタポイント）に中心Ｏ７を有するバケット先端座標系である。図７中、Ｏｃは、下部走行体２が接地している地面と上部旋回体３の旋回中心軸線との交点である。なお、フロント作業機４に複数のモニタポイントを設定して各モニタポイントに係る三次元位置を演算する場合には、各モニタポイントをそれぞれ中心とするバケット先端座標系Σ７に準じた座標系を複数設定して、以下の手法に準じて演算すればよい。
【００７５】
各ＧＰＳアンテナ３１，３２に対する上部旋回体座標系Σ３の原点Ｏ３の位置関係は、距離ｘｇａ，ｘｇｂ，ｙｇａ，ｙｇｂ，ｚｇａ，ｚｇｂが定まっていて既知であることから、グローバル座標系Σ０での上部旋回体座標系Σ３の位置及び姿勢は、グローバル座標系Σ０でのＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置と油圧ショベル１（上部旋回体３）のピッチ角度θ２とが分かれば、演算により求めることができる。このうち、グローバル座標系Σ０での上部旋回体座標系Σ３の姿勢は、上部旋回体３の姿勢すなわちグローバル座標系Σ０での上部旋回体３の方向を意味するから、上部旋回体３の姿勢の水平方向の成分の変化に基づいて、上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢を演算により求めることができる。
【００７６】
この点は、本発明に直接関係する事項であるので、その詳細は、図１０に基づいて後に説明する。以上の演算を行う場合において、ＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測結果に基づいて旋回体の姿勢（グローバル座標系Σ０での上部旋回体座標系Σ３の姿勢）に係る値を演算するような手段を、本明細書では「旋回体の姿勢演算手段」と称する。また、この旋回体の姿勢演算手段で演算された上部旋回体３の姿勢に関する水平方向の成分の変化に基づいて上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢に係る値（例えば走行体角度θｒｎ）を演算するような手段を、本明細書では「「走行体の姿勢演算手段」と称する。
【００７７】
更に言及すると、上部旋回体座標系Σ３の原点Ｏ３に対する前記の交点Ｏｃの位置関係は、距離αｃが定まっていて既知であることから、上部旋回体座標系Σ３での下部走行体２の位置及び姿勢は、後述する走行体角度θｒｎのような上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢に係る値が分かれば、演算で求めることができる。すでに述べたことから明らかなように、走行体角度θｒｎは、ＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測結果に基づいて演算により求めることができることから、結局、ＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測値と傾斜角度センサ２４によるピッチ角度θ２の検出値とが得られれば、油圧ショベル１の位置及び姿勢（上部旋回体３の位置及び姿勢と下部走行体２の姿勢、下部走行体２の位置は上部旋回体３の位置と同じ。）を演算により求めることができる。
【００７８】
一方、上部旋回体座標系Σ３の原点Ｏ３に対するブーム５の基端の位置関係は、距離α３，α４，β４、ブーム５の寸法α５、アーム６の寸法α６及びバケット７の寸法α７が定まっていて既知であることから、上部旋回体座標系Σ３でのバケット先端座標系Σ７の位置及び姿勢は、ブーム角度θ５とアーム角度θ６とバケット角度θ７とが分かれば、演算により求めることができる。そして、前記したように、グローバル座標系Σ０での上部旋回体座標系Σ３の位置及び姿勢は、グローバル座標系Σ０でのＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置と油圧ショベル１のピッチ角度θ２に基づいて求めることができるので、結局、ＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測値と傾斜角度センサ２４によるピッチ角度θ２の検出値とフロント角度センサ２１，２２，２３によるブーム角度θ５、アーム角度θ６及びバケット角度θ７の各検出値とが得られれば、モニタポイントとしてのバケット７の先端位置を演算により求めることができる。
【００７９】
以上のことから、ＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測値とフロント角度センサ２１，２２，２３によるブーム角度θ５、アーム角度θ６及びバケット角度θ７の各検出値と傾斜角度センサ２４によるピッチ角度θ２の検出値とを車載コンピュータ４６に入力して、これらの計測値や検出値を取捨選択しながら用いて車載コンピュータ４６で座標変換演算を行うことにより、油圧ショベル１の位置及び姿勢やバケット７の先端位置をグローバル座標系Σ０の値で求めることができる。
【００８０】
図８に基づき、上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢を始めとする油圧ショベル１の位置及び姿勢とバケット７の先端位置（モニタポイントの位置）とを演算する手順について説明する。
【００８１】
油圧ショベル１で作業を開始すると、ＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測値が車載コンピュータ４６に入力される。そして、車載コンピュータ４６では、まず、ステップＳ１０において、ＧＰＳアンテナ３１の三次元位置の計測値をグローバル座標系Σ０の値０Ｐ１に変換する。同様にして、ステップＳ２０において、ＧＰＳアンテナ３２の三次元位置の計測結果もグローバル座標系Σ０の値０Ｐ２に変換する。次いで、ステップＳ３０において、傾斜角度センサ２４によるピッチ角度θ２の検出値を車載コンピュータ４６に入力する。
【００８２】
しかる後、ステップＳ４０において、車載コンピュータ４６では、記憶装置に予め記憶されている、各ＧＰＳアンテナ３１，３２に対する上部旋回体座標系Σ３の原点Ｏ３の位置関係を特定するための距離ｘｇａ，ｘｇｂ，ｙｇａ，ｙｇｂ，ｚｇａ，ｚｇｂのデータを使用しながら、ステップＳ１０，Ｓ２０でそれぞれ求めたグローバル座標系Σ０でのＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の値０Ｐ１，０Ｐ２とステップＳ３０で入力したピッチ角度θ２の検出値とに基づいて、上部旋回体座標系Σ３の位置及び姿勢を演算によりグローバル座標系Σ０の値０Σ３で求める。この演算は、座標変換であって、一般的な数学的手法により行うことができる。以上により、油圧ショベル１の位置や姿勢の一つである上部旋回体３の位置や姿勢をグローバル座標系Σ０で求めることができる。また、こうして求めた前記のグローバル座標系Σ０の値０Σ３は、後述するように、油圧ショベル１の姿勢の他の一つである下部走行体２の姿勢とバケット７の先端位置とを演算するためのデータとしても利用される。
【００８３】
次に、ステップＳ５０において、ＧＰＳ受信機４３，４４によるＧＰＳアンテナ３１，３２の三次元位置の計測結果に基づいて、走行体角度θｒｎを、後述する図１０に示す手法により演算し、この走行体角度θｒｎの演算値とステップＳ４０で求めたグローバル座標系Σ０の値０Σ３とに基づいて、下部走行体２の姿勢３Ｐ４を演算によりグローバル座標系Σ０で求める。また、ステップＳ６０において、フロント角度センサ２１，２２，２３によるブーム角度θ５、アーム角度θ６及びバケット角度θ７の各検出値を車載コンピュータ４６に入力する。そして、記憶装置に予め記憶されている、上部旋回体座標系Σ３の原点Ｏ３に対するブーム５の基端の位置関係を特定するための距離α３，α４，β４及び寸法α５，α６，α７のデータを使用しながら、そのブーム角度θ５、アーム角度θ６及びバケット角度θ７の各検出値に基づいて、バケット７の先端位置３Ｐ７を演算により上部旋回体座標系Σ３で求める。この演算は、座標変換であって、一般的な数学的手法により行うことができる。
【００８４】
しかる後、ステップＳ７０に移行し、前段のステップＳ６０において上部旋回体座標系Σ３で求めたバケット７の先端位置３Ｐ７とステップＳ４０で求めたグローバル座標系Σ０の値０Σ３とに基づいて、グローバル座標系Σ０でのバケット７の先端位置０Ｐ７を演算によりで求める。次いで、ステップＳ８０に移行し、油圧ショベル１の操縦時の外観及び出来形に関するデータに基づいて油圧ショベル１及び出来形を画像化し、更新された出来形を含む地形に係る画像を、油圧ショベル１に係る画像と重ね合わせて車載コンピュータ４６のモニタ４６ａに表示する。また、下部走行体２の姿勢を始めとする油圧ショベル１の位置や姿勢に関するデータやバケット７の先端位置に関するデータ等、こうした画像を作成するための素となるデータを無線機４７により管理事務所５１の無線機５７へ送信され、管理事務所５１のサーバコンピュータ５８でも同様の画像を表示する。
【００８５】
図９は、目標地形や出来形等の地形１００に油圧ショベル１を併せて表示したモニタ画面の画像の一例を示し、こうした画像は、車載コンピュータ４６やサーバコンピュータ５８のモニタ画面に表示する。この計測表示機構２００では、車体（建設機械本体）を表示手段としてのモニタ４６ａに表示する場合に、グローバル座標系Σ０での下部走行体２及び上部旋回体３のそれぞれの姿勢（走行体及び旋回体のそれぞれの方向）が表示されるので、上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢も把握することができ、車体の姿勢が地形１００等の油圧ショベル１の周辺状況と共に正しく表示される。
【００８６】
図９では、下部走行体２及び上部旋回体３の各姿勢の相互関係やフロント作業機４を地形１００と共に鳥瞰図で表示手段に表示しているので、特に、下部走行体２及び上部旋回体３のそれぞれの姿勢が正しく表示されることに加えて、オペレータが下部走行体２及び上部旋回体３の各姿勢の相互関係を識別しやすいように表示され、かつ、フロント作業機４の姿勢も分かるように表示される。ここに示す例では、油圧ショベル１と地形１００とを鳥瞰図で表示しているが、平面図で表示するようにしてもよく、その場合には、フロント作業機４の姿勢は識別しにくくなるが、上部旋回体３の各姿勢の相互関係は、一層識別しやすいように表示される。こうした平面図での表示を補完するため、側面図を併せて表示するようにしてもよく、地形１００に関するデータに代えて、又は地形１００に関するデータと共に地図データを表示するようにしてもよい。
【００８７】
前述したように、この計測表示機構２００では、旋回体の姿勢演算手段で演算された上部旋回体３の姿勢に係る値の水平方向の成分の変化に基づいて上部旋回体２に対する下部走行体２の姿勢に係る値を走行体の姿勢演算手段で演算するが、この走行体の姿勢演算手段の仕組みを、図１０及び図１１等を用いて説明する。図１０は、図４の計測表示機構の車載コンピュータにおける走行体の姿勢演算手段の作用を説明するための流れ図、図１１は、図１の建設機械において走行体角度リセットスイッチをオンにするときの建設機械の姿勢を示す平面図である。
【００８８】
車体が下部走行体２と上部旋回体３とを備えた油圧ショベル１にあっては、油圧ショベル１の運転開始時に、通常、図１１に示すように上部旋回体３が下部走行体２に対して水平面上で同じ方向を向くように重なり合って、両者の姿勢が一致しているが、運転の開始後、油圧ショベル１で種々の作業を行うと、上部旋回体３は、下部走行体２に対し旋回して姿勢を変化させ、下部走行体２の姿勢とは一致しなくなる。こうした上部旋回体３の姿勢の変化は、これまで、下部走行体２と上部旋回体３との接続部に取り付けた旋回角度センサにより計測していた。
【００８９】
この計測表示機構２００では、こうした旋回角度センサを備えてはいないが、作業機のモニタポイントの三次元位置を計測するためにＧＰＳ受信機４３，４４を上部旋回体３に設けていて、上部旋回体３には、上部旋回体３上の異なる計測点を計測する三次元位置計測手段を複数（必要最少限の二つ）設けている。こうしたことから、本計測表示機構２００では、旋回体の姿勢演算手段を特設することにより、このモニタポイントを計測するためのＧＰＳ受信機４３，４４を活用して、上部旋回体３の姿勢の変化を、グローバル座標系Σ０での計測値により直接的に計測することができるように構成している。
【００９０】
これに対し、下部走行体２は、こうした三次元位置計測手段を備えていないので、その姿勢を直接的に計測することができず、このままでは、車体を表示手段に表示する場合に上部旋回体３の姿勢は表示できても、下部走行体２の姿勢を表示することができない。こうしたことから、本計測表示機構２００では、走行体の姿勢演算手段を特設することにより、上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢に係る値を演算して、下部走行体２の姿勢を、上部旋回体３の姿勢を基準にしてグローバル座標系Σ０での計測値により間接的に計測することができるように構成している。ここでは、走行体の姿勢演算手段により演算される上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢に係る値として、走行体角度θｒｎを採用して演算するようにしている。走行体角度θｒｎとは、下部走行体２の方向（方向線）が上部旋回体２の方向（方向線）に対してなす角度のことであり、上部旋回体３が図１１のように下部走行体２と重なり合っているときには、走行体角度θｒｎはゼロである。
【００９１】
以上を確認の上、図１０に基づき、走行体の姿勢演算手段の作用を説明する。油圧ショベルの運転を開始すると、車載コンピュータ４６では、まず、ステップＳ５１において、旋回パイロット圧力Ｐｓが予め設定した閾値（しきい値）以上であるか否かを判定し、これにより、オペレータが旋回モータ１０５を実際に駆動させているか否かを判定する。この旋回パイロット圧力Ｐｓは、旋回モータ１０５を駆動するように旋回モータ用の方向制御弁１０３ｅを切り換え操作するための油圧パイロット圧のことであり、図３の説明で述べたように、油圧ライン１７３に導かれた油圧パイロット圧のことである。この旋回パイロット圧力Ｐｓは、図４に示す旋回パイロット圧力センサ２７により検出される。
【００９２】
このステップＳ５１での判定の結果、旋回パイロット圧力Ｐｓが閾値以上でないと判定されてＮＯのときには、後述するステップＳ５４に移行する。また、旋回パイロット圧力Ｐｓが閾値以上であると判定されてＹＥＳのときには、旋回モータ１０５を駆動するための図３の操作レバー１４２ｃによる旋回操作を行っているものと判断してステップＳ５２に移行する。ステップＳ５２に移行すると、車載コンピュータ４６では、上部旋回体３に関する旋回方向への角度の変化の量である旋回体角度変化を演算する。この旋回体角度変化は、図７における上部旋回体座標系Σ３のｘ３軸の前回値ｘ３−ｐｒｅと現在値ｘ３との内積（前回値ｘ３−ｐｒｅで特定された姿勢のｘ３軸と現在値ｘ３で特定された姿勢のｘ３軸とで挟まれた角度）により求め、その値を旋回体変化角度とする。
【００９３】
次いで、ステップＳ５３に移行し、車載コンピュータ４６では、
現在の走行体角度＝前回の走行体角度＋旋回体変化角度の計算式に従って現在の走行体角度を演算する。こうして、上部旋回体３の姿勢に係る値の水平方向の成分の変化（ｘ３軸の方向に係る値の変化）に基づいて上部旋回体２に対する下部走行体２の姿勢に係る値を演算で求めることができる。かくして、車体をモニタ４６ａに表示する場合に、上部旋回体３の姿勢だけではなく、下部走行体２の姿勢も表示することができる。
【００９４】
次いで、ステップＳ５４に移行し、走行体角度リセットスイッチ２８がオンになっているか否を判定する。この走行体角度リセットスイッチ２８は、こうした演算を繰り返すことにより生じる走行体角度θｒｎの演算結果に係る累積誤差を解消するために設けたものである。図１１に基づきその用法について説明すると、この走行体角度リセットスイッチ２８をオンにするときには、上部旋回体３を、図１１のように下部走行体２と重なり合った状態すなわち標準状態に操作してからオンにする。そうすると、走行体角度θｒｎは、上部旋回体３がこの標準状態に整えられた状態で初期値（通常ゼロ）にリセットされ、前記累積誤差は解消される。
【００９５】
このステップＳ５４での判定の結果、走行体角度リセットスイッチ２８がオンになっていないと判定されたときには、車載コンピュータ４６は、ステップＳ５３で演算された現在の走行体角度θｒｎに係るデータを記憶装置に記憶するとともに、このデータを使用して油圧ショベル１の画像を作成して下部走行体２及び上部旋回体３の双方の姿勢をモニタ４６ａに表示する。また、走行体角度リセットスイッチ２８がオンになっていると判定されたときには、ステップＳ５５に移行して走行体角度θｒｎを初期値（＝０）にリセットされる。その結果、車載コンピュータ４６は、この走行体角度θｒｎ＝０のデータを使用して油圧ショベル１の画像を作成し、モニタ４６ａには、上部旋回体３が標準状態に操作された油圧ショベル１を表示することとなる。以後、油圧ショベルの運転期間中、こうした過程を微小な周期で繰り返す。
【００９６】
本建設機械の計測表示機構２００は、以上述べたとおり、フロント作業機４や車体を油圧ショベル１の地勢等の油圧ショベル１の周辺状況と共に車載コンピュータ４６のモニタ４６ａに表示してオペレータに伝達できるようにするものである。こうした計測表示機構２００を構成する場合、車載コンピュータ４６に旋回体の姿勢演算手段と走行体の姿勢演算手段とを設けて前記のように構成しているので、フロント作業機４のモニタポイントの位置を計測するために従来設けられていた複数の三次元位置計測手段としてのＧＰＳ受信機４３，４４をそのまま活用して、これらの計測結果に基づいて上部旋回体３の姿勢を旋回体の姿勢演算手段で算定することができ、さらには、この旋回体の姿勢演算手段での計測結果に基づいて上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢を走行体の姿勢演算手段で算定することができる。
【００９７】
本建設機械の計測表示機構２００では、このように、車体の姿勢をなす下部走行体２及び上部旋回体３の双方の姿勢を算定して表示手段としてのモニタ４６ａに表示できるように構成しているので、車体の実際の姿勢を油圧ショベル１の周辺状況と共にモニタ４６ａに正しく表示することができる。その結果、油圧ショベル１のオペレータは、モニタ４６ａを見ながら安心して作業を行うことができて、掘削作業の作業効率の低下を招くことがない。
【００９８】
また、本建設機械の計測表示機構２００では、フロント作業機４のモニタポイントの位置を計測するためのＧＰＳ受信機４３，４４をそのまま活用して下部走行体２や上部旋回体３の姿勢に係る値を演算することができるので、既存のＧＰＳ受信機４３，４４を二重に活用することができて有効に利用することができる。上部旋回体３の姿勢すなわち上部旋回体３の旋回角度を検出するのに、通常、下部走行体２と上部旋回体３との接続部に旋回角度センサを取り付けており、そのため、その接続部を改造して旋回角度センサを取り付けるという難作業を必要として構造の複雑化やコストアップを招くが、本建設機械の計測表示機構２００では、既存のＧＰＳ受信機４３，４４を利用して上部旋回体３の旋回角度を演算で求めることができるので、こうした問題は生じない。
【００９９】
掘削作業中、時には下部走行体２を旋回して走行させることもあり、これに伴って、上部旋回体３も下部走行体２と共に旋回するが、この上部旋回体３の旋回は、上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢の変化ではないので、走行体の姿勢演算手段での演算結果に、こうした走行旋回による上部旋回体３の旋回が影響しないようにすることが望ましい。本建設機械の計測表示機構２００では、旋回パイロット圧力Ｐｓが閾値以上であるか否かを判定する旋回体の駆動判定手段を設けて、上部旋回体３が旋回駆動されているとこの駆動判定手段で判定されたときに初めて上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢に係る値が走行体の姿勢演算手段で演算されるので、油圧ショベル１を掘削作業中に走行旋回させても、車体の姿勢を正しく算定することができる。
【０１００】
前述したように、上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢に係る値を走行体の姿勢演算手段で演算するたびに、若干の誤差が生じて累積して行くので、走行体の姿勢演算手段での演算結果がこうした累積誤差の影響を受けないようにすることが望ましい。本建設機械の計測表示機構２００では、特に、走行体の姿勢リセット手段としての前述の走行体角度リセットスイッチ２８を付設しているので、オペレータが下部走行体２の姿勢と上部旋回体３の姿勢とを一致させるように操作した後、走行体の姿勢演算手段で演算された上部旋回体３に対する下部走行体２の姿勢に係る値を走行体角度リセットスイッチ２８で初期値に適宜リセットすることにより、車体の姿勢を累積誤差に影響されないように正しく算定することができる。
【０１０１】
特に、車体の姿勢を算定して表示手段に表示する場合、正しく算定して表示することに加えて、オペレータに分かりやすいように表示することが望ましい。本建設機械の計測表示機構２００では、下部走行体２及び上部旋回体３の各姿勢の相互関係やフロント作業機４等が鳥瞰図でモニタ４６ａに表示されるので、特に、下部走行体２及び上部旋回体３のそれぞれの姿勢が正しく表示されることに加えて、オペレータが各姿勢の相互関係を識別しやすいように表示され、かつ、フロント作業機４の姿勢も分かるように表示される。
【０１０２】
以上、本発明を油圧ショベル１に具体化した例を示したが、建設機械本体が走行体と旋回体を有する建設機械であれば、他の建設機械にも適用することができる。したがって、走行体としての台船に旋回体を旋回可能に設置してバックホーのような作業機で浚渫作業を行う既述の浚渫船のような建設機械にも当然適用することができる。以上述べた例は、オペレータが油圧ショベル１の運転室１１で操縦する油圧ショベル１の例であるが、本発明は、遠隔操作される油圧ショベルにも具体化することができ、その場合には、車体の姿勢が油圧ショベルの周辺状況と共に正しく表示された表示手段を見ながら遠隔操作により安心して作業を行うことができる。
【０１０３】
ところで、最近は、建設機械としてのクローラ式の油圧ショベルをベースマシンとした地雷処理機が開発されている。この地雷処理機は、事前に埋設位置を探知した地雷に表示手段を見ながら近付いて、この地雷をロータリカッタ等の処理具により破壊しようとするものである。本発明をこうした地雷処理機に具体化すれば、表示手段には、上部旋回体の姿勢だけではなく、下部走行体の姿勢も表示されるので、この表示手段を見ながら、下部走行体を、地雷に接触させないように適切に接近させることができて、地雷の除去作業を安全かつ効率的に実施することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明に係る建設機械の計測表示機構を使用した建設機械の一例を示す斜視図である。
【図２】図１の建設機械の油圧アクチュエータを駆動するための油圧回路を示す油圧回路図である。
【図３】図１の建設機械の油圧アクチュエータを操作する油圧パイロット圧を送るための油圧回路を示す油圧回路図である。
【図４】本発明を具体化して構成した建設機械の計測表示機構の一例を示すブロック図である。
【図５】図５は、図４の建設機械の計測表示機構に関連して設置された管理事務所内に配備されたシステムの一例を示すブロック図である。
【図６】グローバル座標系の概要を示す斜視図である。
【図７】フロント作業機のモニタポイントと油圧ショベルの位置及び姿勢とを演算するために使用する座標系を示す斜視図である。
【図８】フロント作業機のモニタポイントの位置と油圧ショベルの位置及び姿勢とを演算する手順を示す流れ図である。
【図９】車載コンピュータ及びサーバコンピュータのモニタ画面に表示される画像の一例を示す鳥瞰図である。
【図１０】図４の計測表示機構の車載コンピュータにおける走行体の姿勢演算手段の作用を説明するための流れ図である。
【図１１】図１の建設機械において走行体角度リセットスイッチをオンにするときの建設機械の姿勢を示す平面図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１ 油圧ショベル
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ フロント作業機
５ ブーム
６ アーム
７ バケット
８ ブームシリンダ
９ アームシリンダ
１０ バケットシリンダ
１１ 運転室
２１ ブーム角度センサ
２２ アーム角度センサ
２３ バケット角度センサ
２４ 傾斜角度センサ
２７ パイロット圧力センサ
２８ 走行体角度リセットスイッチ
４３，４４ ＧＰＳ受信機
４６ 車載コンピュータ
４６ａ （車載コンピュータ４６の）モニタ
１０５ 旋回モータ
１０３ｃ 旋回モータ用の方向制御弁
１４３ 旋回モータの操作装置
１７３ 旋回パイロット圧の油圧ライン
２００ 計測表示機構
Ｐｓ 旋回パイロット圧力
θｒｎ 走行体角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行体及びこの走行体上に旋回可能に設置されて旋回駆動される旋回体を有する建設機械本体とこの旋回体に設置され地中を掘削する作業機とを備えた建設機械に使用され、旋回体上の異なる計測点を計測する複数の三次元位置計測手段での計測結果に基づいて作業機に設定されたモニタポイントの三次元位置を計測して、作業機及び建設機械本体を建設機械周辺の地勢等の建設機械の周辺状況と共に表示手段に表示してオペレータに伝達できるようにした建設機械の計測表示機構において、複数の三次元位置計測手段での計測結果に基づいて旋回体の姿勢に係る値を演算する旋回体の姿勢演算手段を設けるとともに、この旋回体の姿勢演算手段で演算された旋回体の姿勢に係る値の水平方向の成分の変化に基づいて旋回体に対する走行体の姿勢に係る値を演算する走行体の姿勢演算手段を設けて、建設機械本体を表示手段に表示する場合に走行体及び旋回体の各姿勢を表示できるように構成したことを特徴とする建設機械の計測表示機構。
【請求項２】
請求項１に記載の建設機械の計測表示機構において、建設機械が発する信号に基づいて旋回体が旋回駆動されているか否を判定する旋回体の駆動判定手段を付設し、旋回体が旋回駆動されていると旋回体の駆動判定手段で判定されたときに、走行体の姿勢演算手段により旋回体に対する走行体の姿勢に係る値を演算するように構成したことを特徴とする建設機械の計測表示機構。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の建設機械の計測表示機構において、走行体の姿勢演算手段で演算された旋回体に対する走行体の姿勢に係る値を、走行体の姿勢と旋回体の姿勢とが一致しているときの初期値にリセットすることができる走行体の姿勢リセット手段を付設したことを特徴とする建設機械の計測表示機構。
【請求項４】
請求項１、請求項２又は請求項３に記載の建設機械の計測表示機構において、走行体及び旋回体の各姿勢の相互関係と作業機と建設機械周辺の地勢等の建設機械の周辺状況とを鳥瞰図で表示手段に表示するように構成したことを特徴とする建設機械の計測表示機構。
【請求項１】
走行体及びこの走行体上に旋回可能に設置されて旋回駆動される旋回体を有する建設機械本体とこの旋回体に設置され地中を掘削する作業機とを備えた建設機械に使用され、旋回体上の異なる計測点を計測する複数の三次元位置計測手段での計測結果に基づいて作業機に設定されたモニタポイントの三次元位置を計測して、作業機及び建設機械本体を建設機械周辺の地勢等の建設機械の周辺状況と共に表示手段に表示してオペレータに伝達できるようにした建設機械の計測表示機構において、複数の三次元位置計測手段での計測結果に基づいて旋回体の姿勢に係る値を演算する旋回体の姿勢演算手段を設けるとともに、この旋回体の姿勢演算手段で演算された旋回体の姿勢に係る値の水平方向の成分の変化に基づいて旋回体に対する走行体の姿勢に係る値を演算する走行体の姿勢演算手段を設けて、建設機械本体を表示手段に表示する場合に走行体及び旋回体の各姿勢を表示できるように構成したことを特徴とする建設機械の計測表示機構。
【請求項２】
請求項１に記載の建設機械の計測表示機構において、建設機械が発する信号に基づいて旋回体が旋回駆動されているか否を判定する旋回体の駆動判定手段を付設し、旋回体が旋回駆動されていると旋回体の駆動判定手段で判定されたときに、走行体の姿勢演算手段により旋回体に対する走行体の姿勢に係る値を演算するように構成したことを特徴とする建設機械の計測表示機構。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の建設機械の計測表示機構において、走行体の姿勢演算手段で演算された旋回体に対する走行体の姿勢に係る値を、走行体の姿勢と旋回体の姿勢とが一致しているときの初期値にリセットすることができる走行体の姿勢リセット手段を付設したことを特徴とする建設機械の計測表示機構。
【請求項４】
請求項１、請求項２又は請求項３に記載の建設機械の計測表示機構において、走行体及び旋回体の各姿勢の相互関係と作業機と建設機械周辺の地勢等の建設機械の周辺状況とを鳥瞰図で表示手段に表示するように構成したことを特徴とする建設機械の計測表示機構。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−２１４２３６（Ｐ２００６−２１４２３６Ａ）
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３０６６９（Ｐ２００５−３０６６９）
【出願日】平成１７年２月７日（２００５．２．７）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月７日（２００５．２．７）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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