油圧ショベルの位置誘導システム及び位置誘導システムの制御方法
【課題】本発明の課題は、オペレータへの作業負担を軽減することができる油圧ショベルの位置誘導システム及び位置誘導システムの制御方法を提供することにある。
【解決手段】油圧ショベルの位置誘導システムにおいて、判定部は、油圧ショベルが走行状態であるのか否かを判定する。判定部は、油圧ショベルが走行停止状態から走行状態に変化したと判定したときには、表示部に表示させる案内画面を、作業モードの案内画面（５３，５４）から、走行モードの案内画面（５１，５２）に切り換える。作業モードの案内画面（５３，５４）は、目標作業対象と作業機との位置関係を示す。走行モードの案内画面（５１，５２）は、作業エリアでの油圧ショベルの現在位置を示す。
【解決手段】油圧ショベルの位置誘導システムにおいて、判定部は、油圧ショベルが走行状態であるのか否かを判定する。判定部は、油圧ショベルが走行停止状態から走行状態に変化したと判定したときには、表示部に表示させる案内画面を、作業モードの案内画面（５３，５４）から、走行モードの案内画面（５１，５２）に切り換える。作業モードの案内画面（５３，５４）は、目標作業対象と作業機との位置関係を示す。走行モードの案内画面（５１，５２）は、作業エリアでの油圧ショベルの現在位置を示す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベルの位置誘導システム及び位置誘導システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベルなどの作業車両を、目標作業対象まで誘導する位置誘導システムが知られている。例えば、特許文献１に開示されている位置誘導システムは、３次元の設計地形を示す設計データを有している。また、ＧＰＳなどの位置計測手段によって、油圧ショベルの現在位置が検出される。位置誘導システムは、油圧ショベルの現在位置を示す案内画面を表示部に表示することによって、油圧ショベルを目標作業対象まで誘導する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１９５８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
油圧ショベルのオペレータにとって必要な案内画面は、油圧ショベルの状況によって異なる。例えば、油圧ショベルが、作業エリアにおいて目標作業対象から遠く離れた位置から目標作業対象に向かって移動する場合には、走行モードの案内画面が好ましい。走行モードの案内画面は、作業エリアでの油圧ショベルの現在位置を示す。従って、オペレータは、走行モードの案内画面によって、油圧ショベルを目標作業対象の近くまで容易に移動させることができる。また、油圧ショベルが掘削などの作業を行っている場合には、作業モードの案内画面が好ましい。作業モードの案内画面は、目標作業対象と作業機との位置関係を示す。従って、オペレータは、作業機を操作して、目標作業対象に対して精度よく作業を行うことができる。
【０００５】
しかし、上述したような従来の位置誘導システムでは、案内画面の切換は、オペレータによって手動で行われている。従って、オペレータが油圧ショベルを目標作業対象へ移動させるときには、オペレータ自身が、走行モードの案内画面に切り換える操作を行う必要がある。このため、オペレータへの作業負担が大きい。
【０００６】
本発明の課題は、オペレータへの作業負担を軽減することができる油圧ショベルの位置誘導システム及び位置誘導システムの制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムは、車両本体と前記車両本体に取り付けられる作業機とを有する油圧ショベルを、作業エリア内の目標作業対象まで誘導する位置誘導システムである。位置誘導システムは、記憶部と、位置検出部と、表示部と、判定部とを備える。記憶部は、目標作業対象の位置を示す地形データを記憶する。位置検出部は、油圧ショベルの現在位置を検出する。表示部は、油圧ショベルを目標作業対象まで案内するための案内画面を表示する。判定部は、油圧ショベルが走行状態であるのか否かを判定する。判定部は、油圧ショベルが走行停止状態から走行状態に変化したと判定したときには、表示部に表示させる案内画面を、作業モードの案内画面から、走行モードの案内画面に切り換える。作業モードの案内画面は、目標作業対象と作業機との位置関係を示す。走行モードの案内画面は、作業エリアでの油圧ショベルの現在位置を示す。
【０００８】
本発明の第２の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムは、第１の態様の油圧ショベルの位置誘導システムであって、作業モードの案内画面は、目標作業対象と作業機との位置関係を示す側面図を含む。
【０００９】
本発明の第３の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムは、第１又は第２の態様の油圧ショベルの位置誘導システムであって、走行モードの案内画面は、作業エリアと油圧ショベルの現在位置とを示す上面図を含む。
【００１０】
本発明の第４の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムは、第１から第３の態様のいずれかの油圧ショベルの位置誘導システムであって、判定部は、作業モードの案内画面として、粗作業モードの案内画面と、繊細作業モードの案内画面とを選択可能である。繊細作業モードの案内画面は、粗作業モードよりも目標作業対象と作業機との位置関係を詳細に示す。油圧ショベルが走行状態に変化したと判定されたときには、判定部は、現在表示部に表示されている案内画面が、粗作業モードと繊細作業モードとのいずれの案内画面であっても、走行モードの案内画面に切り換える。
【００１１】
本発明の第５の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムは、第１から第４の態様のいずれかの油圧ショベルの位置誘導システムであって、案内画面の切り換えを操作するための画面切換操作部をさらに備える。判定部は、油圧ショベルが走行状態から走行停止状態に変化したと判定されても、走行モードの案内画面を維持する。判定部は、画面切換操作部が操作されたときには、走行モードの案内画面から作業モードの案内画面に切り換える。
【００１２】
本発明の第６の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムは、第１から第５の態様のいずれかの油圧ショベルの位置誘導システムであって、判定部は、油圧ショベルの走行を操作するための走行操作部材が操作されたときに、油圧ショベルが走行状態であると判定する。
【００１３】
本発明の第７の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムは、第１から第６の態様のいずれかの油圧ショベルの位置誘導システムであって、判定部は、走行モードの案内画面として、詳細走行モードの案内画面と、広域走行モードの案内画面とを選択可能である。詳細走行モードの案内画面は、作業機の作業可能範囲が表示されている。広域走行モードの案内画面は、詳細走行モードよりも広範囲を示す。判定部は、目標作業対象と油圧ショベルとの間の距離を示す接近離れ判定距離を算出し、接近離れ判定距離が所定の閾値以下であるときには詳細走行モードの案内画面を表示部に表示させ、接近離れ判定距離が所定の閾値より大きいときには広域走行モードの案内画面を表示部に表示させる。
【００１４】
本発明の第８の態様に係る油圧ショベルは、第１から第７の態様のいずれかの油圧ショベルの位置誘導システムを備える。
【００１５】
本発明の第９の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムの制御方法は、車両本体と前記車両本体に取り付けられる作業機とを有する油圧ショベルを、作業エリア内の目標作業対象まで誘導する位置誘導システムの制御方法である。位置誘導システムは、記憶部と、位置検出部と、表示部とを備える。記憶部は、目標作業対象の位置を示す地形データを記憶する。位置検出部は、油圧ショベルの現在位置を検出する。表示部は、油圧ショベルを目標作業対象まで案内するための案内画面を表示する。位置誘導システムの制御方法は、次のステップを備える。ステップ１は、油圧ショベルが走行状態であるのか否かを判定する。ステップ２は、油圧ショベルが走行停止状態から走行状態に変化したと判定したときには、表示部に表示させる案内画面を、作業モードの案内画面から走行モードの案内画面に切り換える。作業モードの案内画面は、目標作業対象と作業機との位置関係を示す。走行モードの案内画面は、作業エリアでの油圧ショベルの現在位置を示す。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の第１の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムでは、走行停止状態から走行状態に変化したと判定されたときは、作業モードの案内画面から走行モードの案内画面に自動的に切り換えられる。従って、油圧ショベルを移動させるときに、オペレータは自ら案内画面の切換を操作する必要が無い。このため、オペレータへの作業負担が軽減される。
【００１７】
本発明の第２の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムでは、オペレータは、目標作業対象と作業機とを示す側面図により、目標作業対象と作業機との位置関係を容易に確認することができる。
【００１８】
本発明の第３の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムでは、オペレータは、作業エリアと油圧ショベルの現在位置とを示す上面図により、作業エリアでの油圧ショベルの現在位置を容易に確認することができる。
【００１９】
本発明の第４の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムでは、油圧ショベルが走行状態に変化したと判定されたときには、現在表示部に表示されている案内画面が、粗作業モードと繊細作業モードとのいずれの案内画面であっても、走行モードの案内画面に切り換えられる。従って、油圧ショベルを移動させるときに、オペレータは自ら案内画面の切換を操作する必要が無い。このため、オペレータへの作業負担が軽減される。
【００２０】
本発明の第５の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムでは、作業モードの案内画面から走行モードの案内画面への切換は自動で行われるが、走行モードの案内画面から作業モードの案内画面への切換は自動的には行われずに、オペレータが画面切換操作部を操作することによって行われる。もし、案内画面が走行モードと作業モードとの間で双方向に自動的に切り換えられると、走行中に一時停止してから再走行するときであっても、一時停止したときに必ず作業モードの案内画面に切換わってしまう。しかし、走行中に一時停止してから再走行するような状況の場合は、オペレータは、走行モードの案内画面でどこに移動すればよいのかを確認したいことが多い。そこで、上記のように、走行モードの案内画面から作業モードの案内画面への切換が自動的に実行されないことにより、油圧ショベルが走行中に一時停止したときには、走行モードの案内画面が維持される。これにより、オペレータの意思に反して案内画面が切り換えられることが防止される。また、オペレータは、走行モードの案内画面でどこに移動すればよいのかを容易に確認することができる。また、再走行するのではなく停止した状態で作業を行うときには、オペレータは、画面切換操作部を操作することにより、手動で作業モードの案内画面に切り換えることができる。
【００２１】
本発明の第６の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムでは、走行操作部材が操作されたときに、作業モードの案内画面から走行モードの案内画面に切り換えられる。従って、オペレータが油圧ショベルを走行させようとする際に、適確に案内画面を切り換えることができる。
【００２２】
本発明の第７の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムでは、油圧ショベルを目標作業対象付近に移動する操作と作業に適した位置に微調整する操作を含む一連の位置誘導操作において、オペレータは画面操作をすることなしに油圧ショベルの位置誘導を行なうことが可能となる。
【００２３】
本発明の第８の態様に係る油圧ショベルでは、走行停止状態から走行状態に変化したと判定されたときは、作業モードの案内画面から走行モードの案内画面に自動的に切り換えられる。従って、油圧ショベルを移動させるときに、オペレータは自ら案内画面の切換を操作する必要が無い。このため、オペレータへの作業負担が軽減される。
【００２４】
本発明の第９の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムの制御方法では、走行停止状態から走行状態に変化したと判定されたときは、作業モードの案内画面から走行モードの案内画面に自動的に切り換えられる。従って、油圧ショベルを移動させるときに、オペレータは自ら案内画面の切換を操作する必要が無い。このため、オペレータへの作業負担が軽減される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】油圧ショベルの斜視図。
【図２】油圧ショベルの構成を模式的に示す図。
【図３】油圧ショベルが備える制御系の構成を示すブロック図。
【図４】設計地形データによって示される設計地形を示す図。
【図５】複数の案内画面の切換方法を示す図。
【図６】広域走行モードの案内画面を示す図。
【図７】第１画面切換キーによるポップアップ表示を示す図。
【図８】詳細走行モードの案内画面を示す図。
【図９】バケットの先端の現在位置を求める方法を示す図。
【図１０】粗掘削モードの案内画面を示す図。
【図１１】繊細掘削モードの案内画面を示す図。
【図１２】広域走行モードと詳細走行モードとの間での案内画面の切換制御のフロー。
【図１３】接近離れ判定距離の算出方法を示す図。
【図１４】掘削モードから走行モードへの案内画面の切換制御のフロー。
【図１５】他の実施形態において車両本体と目標面との最短距離を算出する方法を示す図。
【図１６】接近離れ判定距離の算出方法の変形例１を示す図。
【図１７】接近離れ判定距離の算出方法の変形例２を示す図。
【図１８】接近離れ判定距離の算出方法の変形例３を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
１．構成
１−１．油圧ショベルの全体構成
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る油圧ショベルの位置誘導システムについて説明する。図１は、位置誘導システムが搭載される油圧ショベル１００の斜視図である。油圧ショベル１００は、車両本体１と作業機２とを有する。車両本体１は、上部旋回体３と運転室４と走行装置５とを有する。上部旋回体３は、図示しないエンジンや油圧ポンプなどの装置を収容している。運転室４は上部旋回体３の前部に載置されている。運転室４内には、後述する表示入力装置３８及び操作装置２５が配置される（図３参照）。走行装置５は履帯５ａ，５ｂを有しており、履帯５ａ，５ｂが回転することにより油圧ショベル１００が走行する。
【００２７】
作業機２は、車両本体１の前部に取り付けられており、ブーム６とアーム７とバケット８とブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とを有する。ブーム６の基端部は、ブームピン１３を介して車両本体１の前部に揺動可能に取り付けられている。アーム７の基端部は、アームピン１４を介してブーム６の先端部に揺動可能に取り付けられている。アーム７の先端部には、バケットピン１５を介してバケット８が揺動可能に取り付けられている。
【００２８】
図２は、油圧ショベル１００の構成を模式的に示す図である。図２（ａ）は油圧ショベル１００の側面図であり、図２（ｂ）は油圧ショベル１００の背面図である。図２（ａ）に示すように、ブーム６の長さ、すなわち、ブームピン１３からアームピン１４までの長さは、Ｌ１である。アーム７の長さ、すなわち、アームピン１４からバケットピン１５までの長さは、Ｌ２である。バケット８の長さ、すなわち、バケットピン１５からバケット８のツースの先端までの長さは、Ｌ３である。
【００２９】
図１に示すブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とは、それぞれ油圧によって駆動される油圧シリンダである。ブームシリンダ１０はブーム６を駆動する。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動する。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動する。ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２などの油圧シリンダと図示しない油圧ポンプとの間には、比例制御弁３７が配置されている（図３参照）。比例制御弁３７が後述する作業機コントローラ２６によって制御されることにより、油圧シリンダ１０−１２に供給される作動油の流量が制御される。これにより、油圧シリンダ１０−１２の動作が制御される。
【００３０】
図２（ａ）に示すように、ブーム６とアーム７とバケット８には、それぞれ第１〜第３ストロークセンサ１６−１８が設けられている。第１ストロークセンサ１６は、ブームシリンダ１０のストローク長さを検出する。後述する位置誘導コントローラ３９（図３参照）は、第１ストロークセンサ１６が検出したブームシリンダ１０のストローク長さから、後述する車両本体座標系のＺａ軸（図９参照）に対するブーム６の傾斜角θ１を算出する。第２ストロークセンサ１７は、アームシリンダ１１のストローク長さを検出する。位置誘導コントローラ３９は、第２ストロークセンサ１７が検出したアームシリンダ１１のストローク長さから、ブーム６に対するアーム７の傾斜角θ２を算出する。第３ストロークセンサ１８は、バケットシリンダ１２のストローク長さを検出する。位置誘導コントローラ３９は、第３ストロークセンサ１８が検出したバケットシリンダ１２のストローク長さから、アーム７に対するバケット８の傾斜角θ３を算出する。
【００３１】
車両本体１には、位置検出部１９が備えられている。位置検出部１９は、油圧ショベル１００の現在位置を検出する。位置検出部１９は、ＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite Systems、ＧＮＳＳは全地球航法衛星システムをいう。）ＧＮＳＳ用の２つのアンテナ２１，２２（以下、「ＧＮＳＳアンテナ２１，２２」と呼ぶ）と、３次元位置センサ２３と、傾斜角センサ２４とを有する。ＧＮＳＳアンテナ２１，２２は、後述する車両本体座標系Ｘａ−Ｙａ−ＺａのＹａ軸（図９参照）に沿って一定距離だけ離間して配置されている。ＧＮＳＳアンテナ２１，２２で受信されたＧＮＳＳ電波に応じた信号は３次元位置センサ２３に入力される。３次元位置センサ２３は、ＧＮＳＳアンテナ２１，２２の設置位置Ｐ１，Ｐ２の位置を検出する。図２（ｂ）に示すように、傾斜角センサ２４は、重力方向（鉛直線）に対する車両本体１の車幅方向の傾斜角θ４（以下、「ロール角θ４」と呼ぶ）を検出する。
【００３２】
図３は、油圧ショベル１００が備える制御系の構成を示すブロック図である。油圧ショベル１００は、操作装置２５と、作業機コントローラ２６と、作業機制御装置２７と、位置誘導システム２８を備える。操作装置２５は、作業機操作部材３１と、作業機操作検出部３２と、走行操作部材３３と、走行操作検出部３４とを有する。作業機操作部材３１は、オペレータが作業機２を操作するための部材であり、例えば操作レバーである。作業機操作検出部３２は、作業機操作部材３１の操作内容を検出して、検出信号として作業機コントローラ２６へ送る。走行操作部材３３は、オペレータが油圧ショベル１００の走行を操作するための部材であり、例えば操作レバーである。走行操作検出部３４は、走行操作部材３３の操作内容を検出して、検出信号として作業機コントローラ２６へ送る。
【００３３】
作業機コントローラ２６は、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部３５や、ＣＰＵなどの演算部３６を有している。作業機コントローラ２６は、主として作業機２の制御を行う。作業機コントローラ２６は、作業機操作部材３１の操作に応じて作業機２を動作させるための制御信号を生成して、作業機制御装置２７に出力する。作業機制御装置２７は比例制御弁３７を有しており、作業機コントローラ２６からの制御信号に基づいて比例制御弁３７が制御される。作業機コントローラ２６からの制御信号に応じた流量の作動油が比例制御弁３７から流出され、油圧シリンダ１０−１２に供給される。油圧シリンダ１０−１２は、比例制御弁３７から供給された作動油に応じて駆動される。これにより、作業機２が動作する。
【００３４】
１−２．位置誘導システム２８の構成
位置誘導システム２８は、作業エリア内の目標作業対象まで油圧ショベル１００を誘導するためのシステムである。位置誘導システム２８は、上述した第１〜第３ストロークセンサ１６−１８、３次元位置センサ２３、傾斜角センサ２４のほかに、表示入力装置３８と、位置誘導コントローラ３９とを有している。
【００３５】
表示入力装置３８は、タッチパネル式の入力部４１と、ＬＣＤなどの表示部４２とを有する。表示入力装置３８は、作業エリア内の目標作業対象まで油圧ショベル１００を誘導するための案内画面を表示する。また、案内画面には、各種のキーが表示される。オペレータは、案内画面上の各種のキーに触れることにより、位置誘導システム２８の各種の機能を実行させることができる。案内画面については後に詳細に説明する。
【００３６】
位置誘導コントローラ３９は、位置誘導システム２８の各種の機能を実行する。位置誘導コントローラ３９は、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部４３や、ＣＰＵなどの演算部４４を有している。演算部４４は本発明の判定部に相当する。記憶部４３は、作業機データを記憶している。作業機データは、上述したブーム６の長さＬ１、アーム７の長さＬ２、バケット８の長さＬ３を含む。また、作業機データは、ブーム６の傾斜角θ１、アーム７の傾斜角θ２、バケット８の傾斜角θ３のそれぞれの最小値及び最大値を含む。位置誘導コントローラ３９と作業機コントローラ２６とは、無線あるいは有線の通信手段により互いに通信可能となっている。位置誘導コントローラ３９の記憶部４３には、作業エリア内の３次元の設計地形の形状及び位置を示す設計地形データが予め作成されて記憶されている。位置誘導コントローラ３９は、設計地形データや上述した各種のセンサからの検出結果などのデータに基づいて、案内画面を表示入力装置３８に表示させる。具体的には、図４に示すように、設計地形は、三角形ポリゴンによってそれぞれ表現される複数の設計面４５によって構成されている。なお、図４では複数の設計面のうちの１つのみに符号４５が付されており、他の設計面の符号は省略されている。目標作業対象は、これらの設計面４５のうちの１つ、或いは、複数の設計面である。オペレータは、これらの設計面４５のうちの１つ、或いは、複数の設計面を目標面７０として選択する。位置誘導コントローラ３９は、油圧ショベル１００を目標面７０まで誘導するための案内画面を表示入力装置３８に表示させる。
【００３７】
２．案内画面
以下、案内画面について詳細に説明する。図５は、複数の案内画面の切換方法を示す図である。案内画面には、走行モードの案内画面５１，５２と、掘削モードの案内画面５３，５４とがある。走行モードの案内画面５１，５２は、油圧ショベル１００を走行させて目標面７０の近くまで誘導するための画面であり、作業エリアでの油圧ショベル１００の現在位置を示す。掘削モードの案内画面５３，５４は、掘削作業の対象である地面が目標面７０と同じ形状になるように油圧ショベル１００の作業機２を誘導するための画面である。掘削モードの案内画面５３，５４は、目標面７０と作業機２との位置関係を、走行モードの案内画面５１，５２よりも詳細に示す。走行モードの案内画面５１，５２は、広域走行モードの案内画面５１（以下、「広域走行画面５１」と呼ぶ）と詳細走行モードの案内画面５２（以下、「詳細走行画面５２」と呼ぶ）とを有する。また、掘削モードの案内画面５３，５４は、粗掘削モードの案内画面５３（以下、「粗掘削画面５３」と呼ぶ）と、繊細掘削モードの案内画面５４（以下、「繊細掘削画面５４」と呼ぶ）とを有する。
【００３８】
２−１．広域走行画面５１
図６に広域走行画面５１を示す。広域走行画面５１は、作業エリアの設計地形と油圧ショベル１００の現在位置とを示す上面図５１ａを含む。上面図５１ａは、複数の三角形ポリゴンによって上面視による設計地形を表現している。上面図５１ａは、グローバル座標系の水平面を投影面として表現している。また、目標作業対象として選択された目標面７０は、他の設計面と異なる色で表示される。なお、図６では、油圧ショベル１００の現在位置が上面視による油圧ショベルのアイコン６１で示されているが、他のシンボルによって示されてもよい。
【００３９】
広域走行画面５１には、複数の操作キーが表示される。操作キーは、例えば、スクロールキー６２、拡大キー６３、縮小キー６４、第１画面切換キー６５、第２画面切換キー６６などを有する。スクロールキー６２は、設計地形を示す上面図５１ａをスクロールさせるための操作キーである。拡大キー６３は、設計地形を示す上面図５１ａの縮尺を大きくするためのキーである。縮小キー６４は、設計地形を示す上面図５１ａの縮尺を小さくするためのキーである。
【００４０】
第１画面切換キー６５は、走行モードの案内画面５１，５２と掘削モードの案内画面５３，５４との間の切換を手動で実行させるためのキーである。すなわち、第１画面切換キー６５は、本発明の画面切換操作部に相当する。第１画面切換キー６５が一度押されると、図７に示すように、走行モード選択キー６７と、粗掘削モード選択キー６８と、繊細掘削モード選択キー６９とがポップアップ表示される。ここで、走行モード選択キー６７が押されると、図５に示すように走行モードの案内画面５１，５２が選択される。粗掘削モード選択キー６８が押されると、粗掘削画面５３が選択される。繊細掘削モード選択キー６９が押されると、繊細掘削画面５４が選択される。なお、ポップアップ表示状態ではない通常の表示状態では、走行モード選択キー６７と、粗掘削モード選択キー６８と、繊細掘削モード選択キー６９とのうち、現在表示されている案内画面に対応する選択キーのアイコンが第１画面切換キー６５として案内画面上に表示される。例えば、図６では、広域走行画面５１が表示されているため、走行モード選択キー６７のアイコンが第１画面切換キー６５として表示されている。また、図５に示すように、第２画面切換キー６６は、広域走行画面５１と詳細走行画面５２との間の切換を手動で実行させるためのキーである。
【００４１】
また、図６に示すように、広域走行画面５１には、油圧ショベル１００を目標面７０まで誘導するための情報が表示される。具体的には、方位インジケータ７１が表示される。方位インジケータ７１は、油圧ショベル１００に対する目標面７０の方向を示すアイコンである。従って、オペレータは、広域走行画面５１によって、油圧ショベル１００を目標面７０の近くまで容易に移動させることができる。また、広域走行画面５１は後述する詳細走行画面５２よりも広範囲の設計地形を示す。このため、広域走行画面５１は、作業地までの移動、或いは、作業の見通しのために使用される。
【００４２】
２−２．詳細走行画面５２
図８に詳細走行画面５２を示す。詳細走行画面５２には、広域走行画面５１と同様の複数の操作キーが表示される。また、詳細走行画面５２は、作業エリアの設計地形と油圧ショベル１００の現在位置とを示す上面図５２ａと、目標面７０と油圧ショベル１００と作業機２の作業可能範囲７６とを示す側面図５２ｂとを含む。
【００４３】
詳細走行モードの上面図５２ａは、上述した広域走行モードの上面図５１ａと概ね同様である。ただし、詳細走行モードの上面図５２ａは、目標作業位置を示す情報と、油圧ショベル１００を目標面７０に対して正対させるための情報をさらに含んでいる。目標作業位置は、油圧ショベル１００が目標面７０に対して掘削を行うために最適な位置であり、目標面７０の位置と後述する作業可能範囲７６とから算出される。目標作業位置は、上面図５２ａにおいて直線７２で示されている。油圧ショベル１００を目標面７０に対して正対させるための情報は、正対コンパス７３として表示される。正対コンパス７３は、目標面７０に対する正対方向と油圧ショベル１００を旋回させるべき方向とを示すアイコンである。オペレータは、正対コンパス７３により、目標面７０への正対度を確認することができる。
【００４４】
詳細走行モードの側面図５２ｂは、設計面線７４と、目標面線７９と、側面視による油圧ショベル１００のアイコン７５と、作業機２の作業可能範囲７６と、目標作業位置を示す情報を含む。設計面線７４は、目標面７０以外の設計面４５の断面を示す。目標面線７９は目標面７０の断面を示す。設計面線７４と目標面線７９とは、図４に示すように、バケット８の先端Ｐ３の現在位置を通る平面７７と設計地形との交線８０を算出することにより求められる。目標面線７９は、設計面線７４と異なる色で表示される。なお、図８では線種を変えて、目標面線７９と設計面線７４とを表現している。作業可能範囲７６は、作業機２が実際に届くことができる車両本体１の周囲の範囲を示す。作業可能範囲７６は、記憶部４３に記憶されている作業機データから算出される。また、後述する作業機２の最大リーチ長さを示すデータも作業機データから算出される。最大リーチ長さは、作業機２を最大限まで延ばしたときの作業機２の長さ、すなわち、作業機２を最大限まで延ばしたときのブームピン１３とバケット８の先端との間の長さである。側面図５２ｂに示される目標作業位置は、上述した上面図５２ａに示される目標作業位置に相当し、三角形のアイコン８１で示される。また、油圧ショベル１００の基準位置も三角形のアイコン８２によって示される。オペレータは、基準位置のアイコン８２が目標作業位置のアイコン８１と合致するように油圧ショベル１００を移動させる。
【００４５】
以上のように、詳細走行画面５２は、目標作業位置を示す情報と油圧ショベル１００を目標面７０に対して正対させるための情報とを含む。このため、オペレータは、詳細走行画面５２により、目標面７０に対して、作業を行うために最適な位置及び方向に油圧ショベル１００を配置することができる。従って、詳細走行画面５２は、油圧ショベル１００の位置決めをするために使用される。
【００４６】
なお、上述したように、目標面線７９はバケット８の先端の現在位置から算出される。表示コントローラ３９は、３次元位置センサ２３、第１〜第３ストロークセンサ１６−１８、傾斜角センサ２４などからの検出結果に基づき、グローバル座標系｛Ｘ，Ｙ，Ｚ｝でのバケット８の先端の現在位置を算出する。具体的には、バケット８の先端の現在位置は、次のようにして求められる。
【００４７】
まず、図９に示すように、上述したＧＮＳＳアンテナ２１の設置位置Ｐ１を原点とする車両本体座標系｛Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ｝を求める。図９（ａ）は油圧ショベル１００の側面図である。図９（ｂ）は油圧ショベル１００の背面図である。ここでは、油圧ショベル１００の前後方向すなわち車両本体座標系のＹａ軸方向がグローバル座標系のＹ軸方向に対して傾斜しているものとする。また、車両本体座標系でのブームピン１３の座標は（０，Ｌｂ１，−Ｌｂ２）であり、予め表示コントローラ３９の記憶部４３に記憶されている。
【００４８】
３次元位置センサ２３はＧＮＳＳアンテナ２１，２２の設置位置Ｐ１，Ｐ２を検出する。検出された座標位置Ｐ１、Ｐ２から以下の（１）式よってＹａ軸方向の単位ベクトルが算出される。
Ｙａ＝（Ｐ１−Ｐ２）／｜Ｐ１−Ｐ２｜・・・（１）
図９（ａ）に示すように、ＹａとＺの２つのベクトルで表される平面を通り、Ｙａと垂直なベクトルＺ’を導入すると、以下の関係が成り立つ。
（Ｚ’，Ｙａ）＝０・・・（２）
Ｚ’＝（１−ｃ）Ｚ＋ｃＹａ・・・（３）
ｃは定数である。
（２）式および（３）式より、Ｚ’は以下の（４）式のように表される。
Ｚ’＝Ｚ＋｛（Ｚ，Ｙａ）／（（Ｚ，Ｙａ）−１）｝（Ｙａ−Ｚ）・・・（４）
さらに、ＹａおよびＺ’と垂直なベクトルをＸ’とすると、Ｘ’は以下の（５）式のようのように表される。
Ｘ’＝Ｙａ⊥Ｚ’・・・（５）
図９（ｂ）に示すように、車両本体座標系は、これをＹａ軸周りに上述したロール角θ４だけ回転させたものであるから、以下の（６）式のように示される。
・・・（６）
【００４９】
また、第１〜第３ストロークセンサ１６−１８の検出結果から、上述したブーム６、アーム７、バケット８の現在の傾斜角θ１、θ２、θ３が算出される。車両本体座標系内でのバケット８の先端Ｐ３の座標（ｘａｔ、ｙａｔ、ｚａｔ）は、傾斜角θ１、θ２、θ３およびブーム６、アーム７、バケット８の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３を用いて、以下の（７）〜（９）式により算出される。
ｘａｔ＝０・・・（７）
ｙａｔ＝Ｌｂ１＋Ｌ１ｓｉｎθ１＋Ｌ２ｓｉｎ（θ１＋θ２）＋Ｌ３ｓｉｎ（θ１＋θ２＋θ３）・・・（８）
ｚａｔ＝−Ｌｂ２＋Ｌ１ｃｏｓθ１＋Ｌ２ｃｏｓ（θ１＋θ２）＋Ｌ３ｃｏｓ（θ１＋θ２＋θ３）・・・（９）
なお、バケット８の先端Ｐ３は、車両本体座標系のＹａ−Ｚａ平面上で移動するものとする。
そして、グローバル座標系でのバケット８の先端Ｐ３の座標が以下の（１０）式から求められる。
Ｐ３＝ｘａｔ・Ｘａ＋ｙａｔ・Ｙａ＋ｚａｔ・Ｚａ＋Ｐ１・・・（１０）
図４に示すように、位置誘導コントローラ３９は、上記のように算出したバケット８の先端の現在位置と、記憶部４３に記憶された設計地形データとに基づいて、３次元設計地形とバケット８の先端Ｐ３を通るＹａ−Ｚａ平面７７との交線８０を算出する。そして、位置誘導コントローラ３９は、この交線のうち目標面７０を通る部分を上述した目標面線７９として案内画面に表示する。
【００５０】
２−３．粗掘削画面５３
図１０に粗掘削画面５３を示す。粗掘削画面５３には、上述した走行モードの案内画面５１，５２と同様の第１画面切換キー６５が表示される。なお、図１０では、粗掘削画面５３が表示されているため、粗掘削モード選択キー６８のアイコンが第１画面切換キー６５として表示されている。また、粗掘削画面５３は、作業エリアの設計地形と油圧ショベル１００の現在位置とを示す上面図５３ａと、目標面７０と油圧ショベル１００とを示す側面図５３ｂとを含む。
【００５１】
粗掘削画面５３の上面図５３ａは、上述した詳細走行画面５２の上面図５２ａと異なり、油圧ショベルの旋回平面を投影面として設計地形を表現している。従って、上面図５３ａは、油圧ショベル１００の真上から見た図であり、油圧ショベル１００が傾いたときには設計面が傾くことになる。粗掘削画面５３の側面図５３ｂは、設計面線７４と、目標面線７９と、側面視による油圧ショベル１００のアイコン７５と、バケット８と目標面７０との位置関係を示す情報を含む。バケット８と目標面７０との位置関係を示す情報は、数値情報８３とグラフィック情報８４とを含む。数値情報８３は、バケット８の先端と目標面線７９との最短距離を示す数値である。グラフィック情報８４は、バケット８の先端と目標面線７９との最短距離をグラフィックで示した情報である。具体的には、グラフィック情報８４は、インデックスバー８４ａと、インデックスバー８４ａのうちバケット８の先端と目標面線７９との距離がゼロに相当する位置を示すインデックスマーク８４ｂとを含む。インデックスバー８４ａは、バケット８の先端と目標面線７９との最短距離に応じて、各インデックスバー８４ａが点灯するようになっている。なお、グラフィック情報８４の表示のオン／オフがオペレータの操作により変更可能とされてもよい。
【００５２】
以上のように、粗掘削画面５３では、目標面線７９と油圧ショベル１００との相対位置関係と、バケット８の先端と目標面線７９との最短距離を示す数値が表示される。オペレータは、目標面線７９を示すラインに沿ってバケット８の先端を移動させることによって、現在の地形が３次元設計地形になるように、容易に掘削することができる。
【００５３】
２−４．繊細掘削画面５４
図１１に、繊細掘削画面５４を示す。繊細掘削画面５４は、粗掘削画面５３よりも目標面７０と油圧ショベル１００との位置関係を詳細に示す。繊細掘削画面５４には、上述した走行モードの案内画面５１，５２と同様の第１画面切換キー６５が表示される。なお、図１１では、繊細掘削画面５４が表示されているため、繊細掘削モード選択キー６９のアイコンが第１画面切換キー６５として表示されている。また、繊細掘削画面５４は、目標面７０とバケット８とを示す正面図５４ａと、目標面７０とバケット８とを示す側面図５４ｂとを含む。繊細掘削画面５４の正面図５４ａには、正面視によるバケット８のアイコン８９と、正面視による目標面７０の断面を示す線（以下、「目標面線７８」と呼ぶ）とを含む。繊細掘削画面５４の側面図５４ｂには、側面視によるバケット８のアイコン９０と、設計面線７４と、目標面線７９とを含む。また、繊細掘削画面５４の正面図５４ａと側面図５４ｂとには、それぞれ、目標面７０とバケット８との位置関係を示す情報が表示される。
【００５４】
正面図５４ａにおいて目標面７０とバケット８との位置関係を示す情報は、距離情報８６ａと角度情報８６ｂとを含む。距離情報８６ａは、バケット８の先端と、目標面線７８との間のＺａ方向の距離を示したものである。また、角度情報８６ｂは、目標面線７８とバケット８との間の角度を示す情報である。具体的には、角度情報８６ｂは、バケット８の複数のツースの先端を通る仮想線と目標面線７８との間の角度である。
【００５５】
側面図５４ｂにおいて目標面７０とバケット８との位置関係を示す情報は、距離情報８７ａと角度情報８７ｂとを含む。距離情報８７ａは、バケット８の先端と、目標面線７９との間の最短距離、すなわち目標面線７９の垂線方向におけるバケット８の先端と目標面線７９との間の距離を示したものである。また、角度情報８７ｂは、目標面線７９とバケット８との間の角度を示す情報である。具体的には、側面図５４ｂに表示される角度情報８７ｂは、バケット８の底面と目標面線７９との間の角度である。
【００５６】
なお、繊細掘削画面５４は、バケット８の先端と目標面線７９との最短距離をグラフィックで示すグラフィック情報８８を含む。グラフィック情報８８は、粗掘削画面５３のグラフィック情報８４と同様に、インデックスバー８８ａとインデックスマーク８８ｂとを有する。
【００５７】
以上のように、繊細掘削画面５４では、目標面線７８，７９とバケット８との相対位置関係が表示される。オペレータは、目標面線７８，７９を示すラインに沿ってバケット８の先端を移動させることによって、現在の地形が３次元設計地形と同じ形状になるように、さらに容易に掘削することができる。
【００５８】
３．案内画面の切換制御
図５に示すように、広域走行モード、詳細走行モード、粗掘削モード、繊細掘削モードの各案内画面は、自動的に或いは手動により互いに切り換えることができる。図５において実線矢印は、案内画面の切換が自動で行われることを示している。また、破線矢印は、案内画面の切換が手動で行われることを示している。以下、位置誘導システム２８によって実行される案内画面の切換制御について説明する。
【００５９】
３−１．広域走行モード−詳細走行モードの切換
図１２は、広域走行モードと詳細走行モードとの間での案内画面の切換制御のフローを示している。以下、広域走行モードと詳細走行モードとの間で自動的に案内画面を切り換えるための処理について説明する。
【００６０】
まず、走行判定がＯＮであるか否かが判定される。走行判定がＯＮであるとは、油圧ショベル１００が走行停止状態から走行状態に変化したことを意味する。ここでは、位置誘導コントローラ３９は、走行操作検出部３４からの検出信号により、走行操作部材３３が操作されたか否かを検出する。位置誘導コントローラ３９は、走行操作部材３３が中立位置から前進方向或いは後進方向に操作されたことを検出したときに、走行判定がＯＮであると判定する。
【００６１】
ステップＳ１において、走行判定がＯＮではない、すなわち、走行判定がＯＦＦであると判定されたときには、再びステップＳ１に戻る。ステップＳ１では、走行中でない場合には、オペレータが手動により切換えた画面が優先されるため、オペレータの意思に反して案内画面が切り換えられることが防止される。
【００６２】
ステップＳ１において、走行判定がＯＮであると判定されたときには、ステップＳ２に進む。ステップＳ２において、油圧ショベル１００の現在位置が検出される。ここでは、位置誘導コントローラ３９は、上述した位置検出部１９によって車両本体１の現在位置を検出する。
【００６３】
ステップＳ３において、接近離れ判定距離が算出される。接近離れ判定距離は、目標面７０と作業機２のリーチ範囲との間の距離を示す。位置誘導コントローラ３９は、設計地形データと車両本体１の現在位置と作業機データとに基づいて、接近離れ判定距離を算出する。具体的には、図１３に示すように、設計地形データと車両本体１の現在位置とから、ブームピン１３と目標面７０との間の最短距離が、目標面７０と車両本体１との間の距離Ｄ０として、算出される。このとき、ブームピン１３に対する目標面７０上の最近接点Ｐ４が選択され、この最近接点Ｐ４とブームピン１３との間の距離が、目標面７０と車両本体１との間の距離Ｄ０として算出される。そして、目標面７０と車両本体１との間の距離Ｄ０から、作業機２の最大リーチ長さＬｍａｘを引いた距離Ｄ１が、接近離れ判定距離として算出される。
【００６４】
次に、ステップＳ４において、接近離れ判定距離が所定の判定閾値以下であるか否かが判定される。このとき、後述する位置ステータスが離れ状態であるときには、接近判定閾値が判定閾値として用いられる。すなわち、接近判定閾値は、油圧ショベル１００が目標面７０から離れた位置から目標面７０に接近しようとしているときに用いられる。位置ステータスが接近状態であるときには、離れ判定閾値が判定閾値として用いられる。すなわち、離れ判定閾値は、油圧ショベル１００が目標面７０に近接した位置から目標面７０から離れようとしているときに用いられる。離れ判定閾値は接近判定閾値よりも大きな値である。
【００６５】
ステップＳ４において、接近離れ判定距離が判定閾値以下であると判定されたときには、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、詳細走行画面５２が表示部４２に表示される。そして、ステップＳ６において、位置ステータスが接近状態に設定される。従って、接近離れ判定距離が判定閾値以下であると判定されると、次回の判定では、離れ判定閾値が判定閾値として設定される。
【００６６】
ステップＳ４において、接近離れ判定距離が判定閾値より大きいと判定されたときには、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、広域走行画面５１が表示部４２に表示される。そして、ステップＳ８において、位置ステータスが離れ状態に設定される。従って、接近離れ判定距離が判定閾値より大きいと判定されると、次の判定では、接近判定閾値が判定閾値として設定される。なお、油圧ショベル１００がキーONされたときの判定閾値としては、接近判定閾値が初期値として設定される。
【００６７】
走行モードの案内画面５１，５２が表示されている間は、以上のフローが繰り返し実行される。なお、図５に示すように、広域走行モードと詳細走行モードとの間での案内画面の切換は、オペレータが上述した第２画面切換キー６６を操作することによっても実行される。すなわち、オペレータは、広域走行画面５１が表示されている状態で第２画面切換キー６６を押すことにより、詳細走行画面５２に切り換えることができる。また、オペレータは、詳細走行画面５２が表示されている状態で第２画面切換キー６６を押すことにより、広域走行画面５１に切り換えることができる。
【００６８】
３−２．走行モード−掘削モードの切換
次に、走行モードと掘削モードとの間での案内画面の切換制御について説明する。図１４は、掘削モードから走行モードへの案内画面の切換制御のフローを示している。以下、掘削モードから走行モードへ自動的に案内画面を切り換えるための処理について説明する。
【００６９】
まず、ステップＳ１１において、油圧ショベル１００の現在位置が検出される。ここでは、位置誘導コントローラ３９は、上述した位置検出部１９によって車両本体１の現在位置を検出する。
【００７０】
次に、ステップＳ１２において、走行判定がＯＮであるか否かが判定される。走行判定がＯＮであるとは、油圧ショベル１００が走行停止状態から走行状態に変化したことを意味する。ここでは、位置誘導コントローラ３９は、走行操作検出部３４からの検出信号により、走行操作部材３３が操作されたか否かを検出する。位置誘導コントローラ３９は、走行操作部材３３が中立位置から前進方向或いは後進方向に操作されたことを検出したときに、走行判定がＯＮであると判定する。
【００７１】
ステップＳ１２において、走行判定がＯＮであると判定されたときには、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、走行モードの案内画面５１，５２が表示される。すなわち、油圧ショベル１００が走行停止状態から走行状態に変化したときには、掘削モードの案内画面５３，５４から走行モードの案内画面５１，５２に自動的に切り換えられる。このとき、位置誘導コントローラ３９は、表示部４２に現在、表示されている案内画面が、粗掘削画面５３と繊細掘削画面５４とのいずれの案内画面であっても、走行モードの案内画面５１，５２に切り換える。また、このとき、上述したステップＳ３と同様に、接近離れ判定距離が判定閾値以下であるか否かによって、広域走行画面５１と詳細走行画面５２とのどちらの案内画面を表示するかが決定される。
【００７２】
ステップＳ１２において、走行判定がＯＮではない、すなわち、走行判定がＯＦＦであると判定されたときには、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、掘削モードの案内画面５３，５４が表示される。すなわち、油圧ショベル１００が走行状態でない状態から走行状態に変化していないと判定されたときには、掘削モードの案内画面５３，５４が維持される。例えば、油圧ショベル１００の走行を停止させて掘削を行なっている間には、粗掘削画面５３又は繊細掘削画面５４が維持される。
【００７３】
以上のように、走行判定がＯＮであると判定されたときには、案内画面が掘削モードから走行モードに自動的に切り換えられる。しかし、走行判定がＯＦＦであると判定されても、案内画面は走行モードから掘削モードに自動的には切り換えられず、走行モードの案内画面５１，５２が維持される。
【００７４】
なお、上述したように、第１画面切換キー６５が操作されたときには、案内画面が走行モードから掘削モードに切り換えられる。具体的には、図５に示すように、オペレータが、走行モードの案内画面５１，５２の表示中に、粗掘削モード選択キー６８を押すと、案内画面が走行モードの案内画面５１，５２から粗掘削画面５３に切り換えられる。また、オペレータが、走行モードの案内画面５１，５２の表示中に、繊細掘削モード選択キー６９を押すと、案内画面が走行モードの案内画面５１，５２から繊細掘削画面５４に切り換えられる。
【００７５】
また、粗掘削画面５３の表示中に、走行モード選択キー６７が押されたときには、案内画面が粗掘削モードから走行モードに切り換えられる。また、繊細掘削画面５４の表示中に、走行モード選択キー６７が押されたときには、案内画面が繊細掘削画面５４から走行モードの案内画面５１，５２に切り換えられる。これらの場合、上述した広域走行画面５１と詳細走行画面５２との間の切換制御と同様に、接近離れ判定距離が判定閾値以下であるか否かによって、広域走行画面５１と詳細走行画面５２とのどちらの案内画面を表示するかが決定される。
【００７６】
３−３．粗掘削モード−繊細掘削モードの切換
粗掘削画面５３と繊細掘削画面５４との切換は、上述した第１画面切換キー６５により手動で行われる。すなわち、図５に示すように、オペレータが粗掘削モード選択キー６８を押すと、粗掘削画面５３が表示される。また、オペレータが繊細掘削モード選択キー６９を押すと、繊細掘削画面５４が表示される。
【００７７】
４．特徴
本実施形態に係る油圧ショベル１００の位置誘導システム２８は、走行停止状態から走行状態に変化したと判定されたときは、掘削モードの案内画面５３，５４から走行モードの案内画面５１，５２に自動的に切り換えられる。従って、油圧ショベル１００を大きく移動させるときに、オペレータは自ら案内画面の切換を操作する必要が無い。このため、オペレータへの作業負担が軽減される。
【００７８】
また、走行モードの案内画面５１，５２は、接近離れ判定距離に応じて、広域走行画面５１と詳細走行画面５２との間で自動的に切り換えられる。従って、油圧ショベル１００の位置を微調整するときに、オペレータは自ら案内画面の切換を操作する必要が無い。これにより、オペレータへの作業負担がさらに軽減される。また、詳細走行画面５２には、作業可能範囲７６が表示されるため、オペレータは、油圧ショベル１００の位置の微調整を容易に行うことができる。
【００７９】
掘削モードの案内画面５３，５４から走行モードの案内画面５１，５２への切換は自動で行われるが、走行モードの案内画面５１，５２から掘削モードの案内画面５３，５４への切換は自動的には行われずに手動でのみ行われる。もし、走行判定のON/OFFによって、案内画面が走行モードと掘削モードとの間で双方向に自動的に切り換えられるようにすると、走行中に一時停止してから再走行するときであっても、一時停止したときに必ず掘削モードに切換わってしまう。しかし、走行中に一時停止してから再走行するような状況の場合は、オペレータは、走行操作部材３３を操作する前に走行モードの案内画面５１，５２でどこに移動すればよいのか（例えば作業エリア内での目標面７０の位置）を確認したいことが多い。また、一時停止後に再び走行判定がONとなると、案内画面が掘削モードから走行モードに切り換わるが、これでは遅い。そこで、本実施形態では上記のような切換制御により、走行中に一時停止したときには、走行モードの案内画面５１，５２が維持される。これにより、オペレータの意思に反して案内画面が切り換えられることが防止される。また、オペレータは、走行モードの案内画面５１，５２でどこに移動すればよいのかを容易に確認することができる。なお、再走行するのではなく停止した状態で掘削を行いたいときには、オペレータは手動で掘削モードの案内画面５３，５４に切り換えることができる。
【００８０】
接近離れ判定距離は、目標面７０と車両本体１との間の距離から作業機２の最大リーチ長さを引くことにより算出される。油圧ショベル１００の作業機２は、ブーム６とアーム７とバケット８との間の角度が変化することにより、リーチ長さが変化する。従って、車両本体１が同じ位置であっても、バケット８の先端の現在位置と目標面７０との間の距離は一定ではない。このため、もし、バケット８の先端の現在位置と目標面７０との間の距離によって案内画面の切り換えを行った場合には、案内画面が切り換えられるタイミングがバケット８の先端の現在位置に応じて異なることとなる。また、油圧ショベル１００が作業を行うのに適した位置は、バケット８の先端の現在位置ではなく、作業機２のリーチ範囲との関係で定まる。作業機２のリーチ範囲は、作業機２が届くことができると想定される範囲であり、例えば図１３におけるブームピン１３とバケット８の先端Ｐ３との間の範囲である。そこで、接近離れ判定距離の算出に作業機２の最大リーチ長さを用いることにより、作業機２のリーチ範囲が目標面７０に近づいたときに、案内画面を切り換えることができる。これにより、オペレータは、油圧ショベル１００を、作業を行うために最適な作業位置に容易に配置することができる。
【００８１】
油圧ショベル１００の位置ステータスが離れ状態であるときには、接近判定閾値が判定閾値として用いられる。また、油圧ショベル１００の位置ステータスが接近状態であるときには、接近判定閾値よりも大きい離れ判定閾値が判定閾値として用いられる。このため、油圧ショベル１００の僅かな距離の移動によって、案内画面の切換が頻繁に繰り返されることが抑えられる。
【００８２】
５．他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、各案内画面の内容は上記のものに限られず、適宜、変更されてもよい。また、位置誘導コントローラ３９の機能の一部、或いは、全てが、油圧ショベル１００の外部に配置されたコンピュータによって実行されてもよい。また、目標作業対象は、上述したような平面に限らず、点、線、或いは３次元の形状であってもよい。表示入力装置３８の入力部４１は、タッチパネル式のものに限られず、ハードキーやスイッチなどの操作部材によって構成されてもよい。
【００８３】
上記の実施形態では、オペレータが作業機操作部材３１を操作することにより、手動で掘削を行う場合が説明されているが、自動掘削モードがさらに備えられてもよい。自動掘削モードが選択されているときには、上述した目標面線７９がバケット８の先端を移動させるべき目標移動経路となる。位置誘導コントローラ３９は、目標移動経路に沿ってバケット８の先端を自動的に移動させるための制御信号を作業機制御装置２７に出力する。これにより、作業機２による掘削が自動的に実行される。
【００８４】
上記の実施形態では、作業機２は、ブーム６、アーム７、バケット８を有しているが、作業機２の構成はこれに限られない。また、作業機２によって実行される作業は掘削に限らず他の作業が行われてもよい。すなわち、上記の実施形態では、作業モードの案内画面として掘削モードの案内画面が例示されているが、掘削以外の他の作業に適した作業モードの案内画面が用いられてもよい。
【００８５】
上記の実施形態では、第１〜第３ストロークセンサ１６−１８によって、ブーム６、アーム７、バケット８の傾斜角を検出しているが、傾斜角の検出手段はこれらに限られない。例えば、ブーム６、アーム７、バケット８の傾斜角を検出する角度センサが備えられてもよい。
【００８６】
上記の実施形態では、油圧ショベル１００がキーONされたときの判定閾値として、接近判定閾値が初期値として設定されている。しかし、判定閾値の初期値は、これに限らず、他の値に設定されてもよい。
【００８７】
各案内画面に含まれる画面は、上記のものに限られない。例えば、繊細掘削画面５４において、上述した正面図５４ａに代えて油圧ショベル１００の上面図が表示されてもよい。また、広域走行画面５１において、油圧ショベル１００の現在位置を示す上面図ではなく、３Ｄ鳥瞰図が表示されてもよい。
【００８８】
上記の実施形態では、接近離れ判定距離の算出のために、図１５（ａ）に示すような目標面７０上の全ての部分から最近接点Ｐ４が目標面の位置として選択されている。しかし、図１５（ｂ）に示すように、目標面７０の外周辺上から最近接点Ｐ４が目標面の位置として選択されてもよい。
【００８９】
上記の実施形態では、接近離れ判定距離は、目標面７０と車両本体１との間の距離から作業機２の最大リーチ長さを引くことにより算出されている。しかし、接近離れ判定距離は、これに限られず、他の方法により算出されてもよい。例えば、以下の変形例１−３に示す方法により、接近離れ判定距離が算出されてもよい。
【００９０】
（変形例１）
図１６に示すように、位置誘導コントローラ３９は、設計地形データと車両本体１の現在位置とから目標面７０と車両本体１との間の距離Ｄ０を算出する。そして、位置誘導コントローラ３９は、目標面７０と車両本体１との間の距離Ｄ０から、目標面７０と車両本体１とを結ぶ経路上における作業可能範囲７６の長さＬ１を引いた距離Ｄ２を接近離れ判定距離として算出する。
【００９１】
（変形例２）
位置誘導コントローラ３９は、検出された車両本体１の現在位置から、図１７に示すような仮想円Ｃ１の位置を算出する。この仮想円Ｃ１は、車両本体１における作業機２の取付位置、すなわちブームピン１３を中心に最大リーチ長さＬｍａｘを半径とする円である。そして、位置誘導コントローラ３９は、目標面７０と仮想円Ｃ１との間の最短距離Ｄ３を接近離れ判定距離として算出する。
【００９２】
（変形例３）
図１８に示すように、位置誘導コントローラ３９は、作業可能範囲７６と目標面７０との間の最短距離Ｄ４を接近離れ判定距離として算出する。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、オペレータへの作業負担を軽減することができる効果を有し、油圧ショベルの位置誘導システム及び位置誘導システムの制御方法として有用である。
【符号の説明】
【００９４】
１９ 位置検出部
２８ 位置誘導システム
３３ 走行操作部材
４２ 表示部
４３ 記憶部
４４ 演算部（判定部）
５１ 広域走行モードの案内画面
５２ 詳細走行モードの案内画面
５３ 粗掘削モード（作業モード）の案内画面
５４ 繊細掘削モード（作業モード）の案内画面
６５ 第１画面切換キー（画面切換操作部）
７０ 目標面（目標作業対象）
１００ 油圧ショベル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧ショベルの位置誘導システム及び位置誘導システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧ショベルなどの作業車両を、目標作業対象まで誘導する位置誘導システムが知られている。例えば、特許文献１に開示されている位置誘導システムは、３次元の設計地形を示す設計データを有している。また、ＧＰＳなどの位置計測手段によって、油圧ショベルの現在位置が検出される。位置誘導システムは、油圧ショベルの現在位置を示す案内画面を表示部に表示することによって、油圧ショベルを目標作業対象まで誘導する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１９５８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
油圧ショベルのオペレータにとって必要な案内画面は、油圧ショベルの状況によって異なる。例えば、油圧ショベルが、作業エリアにおいて目標作業対象から遠く離れた位置から目標作業対象に向かって移動する場合には、走行モードの案内画面が好ましい。走行モードの案内画面は、作業エリアでの油圧ショベルの現在位置を示す。従って、オペレータは、走行モードの案内画面によって、油圧ショベルを目標作業対象の近くまで容易に移動させることができる。また、油圧ショベルが掘削などの作業を行っている場合には、作業モードの案内画面が好ましい。作業モードの案内画面は、目標作業対象と作業機との位置関係を示す。従って、オペレータは、作業機を操作して、目標作業対象に対して精度よく作業を行うことができる。
【０００５】
しかし、上述したような従来の位置誘導システムでは、案内画面の切換は、オペレータによって手動で行われている。従って、オペレータが油圧ショベルを目標作業対象へ移動させるときには、オペレータ自身が、走行モードの案内画面に切り換える操作を行う必要がある。このため、オペレータへの作業負担が大きい。
【０００６】
本発明の課題は、オペレータへの作業負担を軽減することができる油圧ショベルの位置誘導システム及び位置誘導システムの制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムは、車両本体と前記車両本体に取り付けられる作業機とを有する油圧ショベルを、作業エリア内の目標作業対象まで誘導する位置誘導システムである。位置誘導システムは、記憶部と、位置検出部と、表示部と、判定部とを備える。記憶部は、目標作業対象の位置を示す地形データを記憶する。位置検出部は、油圧ショベルの現在位置を検出する。表示部は、油圧ショベルを目標作業対象まで案内するための案内画面を表示する。判定部は、油圧ショベルが走行状態であるのか否かを判定する。判定部は、油圧ショベルが走行停止状態から走行状態に変化したと判定したときには、表示部に表示させる案内画面を、作業モードの案内画面から、走行モードの案内画面に切り換える。作業モードの案内画面は、目標作業対象と作業機との位置関係を示す。走行モードの案内画面は、作業エリアでの油圧ショベルの現在位置を示す。
【０００８】
本発明の第２の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムは、第１の態様の油圧ショベルの位置誘導システムであって、作業モードの案内画面は、目標作業対象と作業機との位置関係を示す側面図を含む。
【０００９】
本発明の第３の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムは、第１又は第２の態様の油圧ショベルの位置誘導システムであって、走行モードの案内画面は、作業エリアと油圧ショベルの現在位置とを示す上面図を含む。
【００１０】
本発明の第４の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムは、第１から第３の態様のいずれかの油圧ショベルの位置誘導システムであって、判定部は、作業モードの案内画面として、粗作業モードの案内画面と、繊細作業モードの案内画面とを選択可能である。繊細作業モードの案内画面は、粗作業モードよりも目標作業対象と作業機との位置関係を詳細に示す。油圧ショベルが走行状態に変化したと判定されたときには、判定部は、現在表示部に表示されている案内画面が、粗作業モードと繊細作業モードとのいずれの案内画面であっても、走行モードの案内画面に切り換える。
【００１１】
本発明の第５の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムは、第１から第４の態様のいずれかの油圧ショベルの位置誘導システムであって、案内画面の切り換えを操作するための画面切換操作部をさらに備える。判定部は、油圧ショベルが走行状態から走行停止状態に変化したと判定されても、走行モードの案内画面を維持する。判定部は、画面切換操作部が操作されたときには、走行モードの案内画面から作業モードの案内画面に切り換える。
【００１２】
本発明の第６の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムは、第１から第５の態様のいずれかの油圧ショベルの位置誘導システムであって、判定部は、油圧ショベルの走行を操作するための走行操作部材が操作されたときに、油圧ショベルが走行状態であると判定する。
【００１３】
本発明の第７の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムは、第１から第６の態様のいずれかの油圧ショベルの位置誘導システムであって、判定部は、走行モードの案内画面として、詳細走行モードの案内画面と、広域走行モードの案内画面とを選択可能である。詳細走行モードの案内画面は、作業機の作業可能範囲が表示されている。広域走行モードの案内画面は、詳細走行モードよりも広範囲を示す。判定部は、目標作業対象と油圧ショベルとの間の距離を示す接近離れ判定距離を算出し、接近離れ判定距離が所定の閾値以下であるときには詳細走行モードの案内画面を表示部に表示させ、接近離れ判定距離が所定の閾値より大きいときには広域走行モードの案内画面を表示部に表示させる。
【００１４】
本発明の第８の態様に係る油圧ショベルは、第１から第７の態様のいずれかの油圧ショベルの位置誘導システムを備える。
【００１５】
本発明の第９の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムの制御方法は、車両本体と前記車両本体に取り付けられる作業機とを有する油圧ショベルを、作業エリア内の目標作業対象まで誘導する位置誘導システムの制御方法である。位置誘導システムは、記憶部と、位置検出部と、表示部とを備える。記憶部は、目標作業対象の位置を示す地形データを記憶する。位置検出部は、油圧ショベルの現在位置を検出する。表示部は、油圧ショベルを目標作業対象まで案内するための案内画面を表示する。位置誘導システムの制御方法は、次のステップを備える。ステップ１は、油圧ショベルが走行状態であるのか否かを判定する。ステップ２は、油圧ショベルが走行停止状態から走行状態に変化したと判定したときには、表示部に表示させる案内画面を、作業モードの案内画面から走行モードの案内画面に切り換える。作業モードの案内画面は、目標作業対象と作業機との位置関係を示す。走行モードの案内画面は、作業エリアでの油圧ショベルの現在位置を示す。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の第１の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムでは、走行停止状態から走行状態に変化したと判定されたときは、作業モードの案内画面から走行モードの案内画面に自動的に切り換えられる。従って、油圧ショベルを移動させるときに、オペレータは自ら案内画面の切換を操作する必要が無い。このため、オペレータへの作業負担が軽減される。
【００１７】
本発明の第２の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムでは、オペレータは、目標作業対象と作業機とを示す側面図により、目標作業対象と作業機との位置関係を容易に確認することができる。
【００１８】
本発明の第３の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムでは、オペレータは、作業エリアと油圧ショベルの現在位置とを示す上面図により、作業エリアでの油圧ショベルの現在位置を容易に確認することができる。
【００１９】
本発明の第４の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムでは、油圧ショベルが走行状態に変化したと判定されたときには、現在表示部に表示されている案内画面が、粗作業モードと繊細作業モードとのいずれの案内画面であっても、走行モードの案内画面に切り換えられる。従って、油圧ショベルを移動させるときに、オペレータは自ら案内画面の切換を操作する必要が無い。このため、オペレータへの作業負担が軽減される。
【００２０】
本発明の第５の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムでは、作業モードの案内画面から走行モードの案内画面への切換は自動で行われるが、走行モードの案内画面から作業モードの案内画面への切換は自動的には行われずに、オペレータが画面切換操作部を操作することによって行われる。もし、案内画面が走行モードと作業モードとの間で双方向に自動的に切り換えられると、走行中に一時停止してから再走行するときであっても、一時停止したときに必ず作業モードの案内画面に切換わってしまう。しかし、走行中に一時停止してから再走行するような状況の場合は、オペレータは、走行モードの案内画面でどこに移動すればよいのかを確認したいことが多い。そこで、上記のように、走行モードの案内画面から作業モードの案内画面への切換が自動的に実行されないことにより、油圧ショベルが走行中に一時停止したときには、走行モードの案内画面が維持される。これにより、オペレータの意思に反して案内画面が切り換えられることが防止される。また、オペレータは、走行モードの案内画面でどこに移動すればよいのかを容易に確認することができる。また、再走行するのではなく停止した状態で作業を行うときには、オペレータは、画面切換操作部を操作することにより、手動で作業モードの案内画面に切り換えることができる。
【００２１】
本発明の第６の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムでは、走行操作部材が操作されたときに、作業モードの案内画面から走行モードの案内画面に切り換えられる。従って、オペレータが油圧ショベルを走行させようとする際に、適確に案内画面を切り換えることができる。
【００２２】
本発明の第７の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムでは、油圧ショベルを目標作業対象付近に移動する操作と作業に適した位置に微調整する操作を含む一連の位置誘導操作において、オペレータは画面操作をすることなしに油圧ショベルの位置誘導を行なうことが可能となる。
【００２３】
本発明の第８の態様に係る油圧ショベルでは、走行停止状態から走行状態に変化したと判定されたときは、作業モードの案内画面から走行モードの案内画面に自動的に切り換えられる。従って、油圧ショベルを移動させるときに、オペレータは自ら案内画面の切換を操作する必要が無い。このため、オペレータへの作業負担が軽減される。
【００２４】
本発明の第９の態様に係る油圧ショベルの位置誘導システムの制御方法では、走行停止状態から走行状態に変化したと判定されたときは、作業モードの案内画面から走行モードの案内画面に自動的に切り換えられる。従って、油圧ショベルを移動させるときに、オペレータは自ら案内画面の切換を操作する必要が無い。このため、オペレータへの作業負担が軽減される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】油圧ショベルの斜視図。
【図２】油圧ショベルの構成を模式的に示す図。
【図３】油圧ショベルが備える制御系の構成を示すブロック図。
【図４】設計地形データによって示される設計地形を示す図。
【図５】複数の案内画面の切換方法を示す図。
【図６】広域走行モードの案内画面を示す図。
【図７】第１画面切換キーによるポップアップ表示を示す図。
【図８】詳細走行モードの案内画面を示す図。
【図９】バケットの先端の現在位置を求める方法を示す図。
【図１０】粗掘削モードの案内画面を示す図。
【図１１】繊細掘削モードの案内画面を示す図。
【図１２】広域走行モードと詳細走行モードとの間での案内画面の切換制御のフロー。
【図１３】接近離れ判定距離の算出方法を示す図。
【図１４】掘削モードから走行モードへの案内画面の切換制御のフロー。
【図１５】他の実施形態において車両本体と目標面との最短距離を算出する方法を示す図。
【図１６】接近離れ判定距離の算出方法の変形例１を示す図。
【図１７】接近離れ判定距離の算出方法の変形例２を示す図。
【図１８】接近離れ判定距離の算出方法の変形例３を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
１．構成
１−１．油圧ショベルの全体構成
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る油圧ショベルの位置誘導システムについて説明する。図１は、位置誘導システムが搭載される油圧ショベル１００の斜視図である。油圧ショベル１００は、車両本体１と作業機２とを有する。車両本体１は、上部旋回体３と運転室４と走行装置５とを有する。上部旋回体３は、図示しないエンジンや油圧ポンプなどの装置を収容している。運転室４は上部旋回体３の前部に載置されている。運転室４内には、後述する表示入力装置３８及び操作装置２５が配置される（図３参照）。走行装置５は履帯５ａ，５ｂを有しており、履帯５ａ，５ｂが回転することにより油圧ショベル１００が走行する。
【００２７】
作業機２は、車両本体１の前部に取り付けられており、ブーム６とアーム７とバケット８とブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とを有する。ブーム６の基端部は、ブームピン１３を介して車両本体１の前部に揺動可能に取り付けられている。アーム７の基端部は、アームピン１４を介してブーム６の先端部に揺動可能に取り付けられている。アーム７の先端部には、バケットピン１５を介してバケット８が揺動可能に取り付けられている。
【００２８】
図２は、油圧ショベル１００の構成を模式的に示す図である。図２（ａ）は油圧ショベル１００の側面図であり、図２（ｂ）は油圧ショベル１００の背面図である。図２（ａ）に示すように、ブーム６の長さ、すなわち、ブームピン１３からアームピン１４までの長さは、Ｌ１である。アーム７の長さ、すなわち、アームピン１４からバケットピン１５までの長さは、Ｌ２である。バケット８の長さ、すなわち、バケットピン１５からバケット８のツースの先端までの長さは、Ｌ３である。
【００２９】
図１に示すブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とは、それぞれ油圧によって駆動される油圧シリンダである。ブームシリンダ１０はブーム６を駆動する。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動する。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動する。ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２などの油圧シリンダと図示しない油圧ポンプとの間には、比例制御弁３７が配置されている（図３参照）。比例制御弁３７が後述する作業機コントローラ２６によって制御されることにより、油圧シリンダ１０−１２に供給される作動油の流量が制御される。これにより、油圧シリンダ１０−１２の動作が制御される。
【００３０】
図２（ａ）に示すように、ブーム６とアーム７とバケット８には、それぞれ第１〜第３ストロークセンサ１６−１８が設けられている。第１ストロークセンサ１６は、ブームシリンダ１０のストローク長さを検出する。後述する位置誘導コントローラ３９（図３参照）は、第１ストロークセンサ１６が検出したブームシリンダ１０のストローク長さから、後述する車両本体座標系のＺａ軸（図９参照）に対するブーム６の傾斜角θ１を算出する。第２ストロークセンサ１７は、アームシリンダ１１のストローク長さを検出する。位置誘導コントローラ３９は、第２ストロークセンサ１７が検出したアームシリンダ１１のストローク長さから、ブーム６に対するアーム７の傾斜角θ２を算出する。第３ストロークセンサ１８は、バケットシリンダ１２のストローク長さを検出する。位置誘導コントローラ３９は、第３ストロークセンサ１８が検出したバケットシリンダ１２のストローク長さから、アーム７に対するバケット８の傾斜角θ３を算出する。
【００３１】
車両本体１には、位置検出部１９が備えられている。位置検出部１９は、油圧ショベル１００の現在位置を検出する。位置検出部１９は、ＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite Systems、ＧＮＳＳは全地球航法衛星システムをいう。）ＧＮＳＳ用の２つのアンテナ２１，２２（以下、「ＧＮＳＳアンテナ２１，２２」と呼ぶ）と、３次元位置センサ２３と、傾斜角センサ２４とを有する。ＧＮＳＳアンテナ２１，２２は、後述する車両本体座標系Ｘａ−Ｙａ−ＺａのＹａ軸（図９参照）に沿って一定距離だけ離間して配置されている。ＧＮＳＳアンテナ２１，２２で受信されたＧＮＳＳ電波に応じた信号は３次元位置センサ２３に入力される。３次元位置センサ２３は、ＧＮＳＳアンテナ２１，２２の設置位置Ｐ１，Ｐ２の位置を検出する。図２（ｂ）に示すように、傾斜角センサ２４は、重力方向（鉛直線）に対する車両本体１の車幅方向の傾斜角θ４（以下、「ロール角θ４」と呼ぶ）を検出する。
【００３２】
図３は、油圧ショベル１００が備える制御系の構成を示すブロック図である。油圧ショベル１００は、操作装置２５と、作業機コントローラ２６と、作業機制御装置２７と、位置誘導システム２８を備える。操作装置２５は、作業機操作部材３１と、作業機操作検出部３２と、走行操作部材３３と、走行操作検出部３４とを有する。作業機操作部材３１は、オペレータが作業機２を操作するための部材であり、例えば操作レバーである。作業機操作検出部３２は、作業機操作部材３１の操作内容を検出して、検出信号として作業機コントローラ２６へ送る。走行操作部材３３は、オペレータが油圧ショベル１００の走行を操作するための部材であり、例えば操作レバーである。走行操作検出部３４は、走行操作部材３３の操作内容を検出して、検出信号として作業機コントローラ２６へ送る。
【００３３】
作業機コントローラ２６は、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部３５や、ＣＰＵなどの演算部３６を有している。作業機コントローラ２６は、主として作業機２の制御を行う。作業機コントローラ２６は、作業機操作部材３１の操作に応じて作業機２を動作させるための制御信号を生成して、作業機制御装置２７に出力する。作業機制御装置２７は比例制御弁３７を有しており、作業機コントローラ２６からの制御信号に基づいて比例制御弁３７が制御される。作業機コントローラ２６からの制御信号に応じた流量の作動油が比例制御弁３７から流出され、油圧シリンダ１０−１２に供給される。油圧シリンダ１０−１２は、比例制御弁３７から供給された作動油に応じて駆動される。これにより、作業機２が動作する。
【００３４】
１−２．位置誘導システム２８の構成
位置誘導システム２８は、作業エリア内の目標作業対象まで油圧ショベル１００を誘導するためのシステムである。位置誘導システム２８は、上述した第１〜第３ストロークセンサ１６−１８、３次元位置センサ２３、傾斜角センサ２４のほかに、表示入力装置３８と、位置誘導コントローラ３９とを有している。
【００３５】
表示入力装置３８は、タッチパネル式の入力部４１と、ＬＣＤなどの表示部４２とを有する。表示入力装置３８は、作業エリア内の目標作業対象まで油圧ショベル１００を誘導するための案内画面を表示する。また、案内画面には、各種のキーが表示される。オペレータは、案内画面上の各種のキーに触れることにより、位置誘導システム２８の各種の機能を実行させることができる。案内画面については後に詳細に説明する。
【００３６】
位置誘導コントローラ３９は、位置誘導システム２８の各種の機能を実行する。位置誘導コントローラ３９は、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部４３や、ＣＰＵなどの演算部４４を有している。演算部４４は本発明の判定部に相当する。記憶部４３は、作業機データを記憶している。作業機データは、上述したブーム６の長さＬ１、アーム７の長さＬ２、バケット８の長さＬ３を含む。また、作業機データは、ブーム６の傾斜角θ１、アーム７の傾斜角θ２、バケット８の傾斜角θ３のそれぞれの最小値及び最大値を含む。位置誘導コントローラ３９と作業機コントローラ２６とは、無線あるいは有線の通信手段により互いに通信可能となっている。位置誘導コントローラ３９の記憶部４３には、作業エリア内の３次元の設計地形の形状及び位置を示す設計地形データが予め作成されて記憶されている。位置誘導コントローラ３９は、設計地形データや上述した各種のセンサからの検出結果などのデータに基づいて、案内画面を表示入力装置３８に表示させる。具体的には、図４に示すように、設計地形は、三角形ポリゴンによってそれぞれ表現される複数の設計面４５によって構成されている。なお、図４では複数の設計面のうちの１つのみに符号４５が付されており、他の設計面の符号は省略されている。目標作業対象は、これらの設計面４５のうちの１つ、或いは、複数の設計面である。オペレータは、これらの設計面４５のうちの１つ、或いは、複数の設計面を目標面７０として選択する。位置誘導コントローラ３９は、油圧ショベル１００を目標面７０まで誘導するための案内画面を表示入力装置３８に表示させる。
【００３７】
２．案内画面
以下、案内画面について詳細に説明する。図５は、複数の案内画面の切換方法を示す図である。案内画面には、走行モードの案内画面５１，５２と、掘削モードの案内画面５３，５４とがある。走行モードの案内画面５１，５２は、油圧ショベル１００を走行させて目標面７０の近くまで誘導するための画面であり、作業エリアでの油圧ショベル１００の現在位置を示す。掘削モードの案内画面５３，５４は、掘削作業の対象である地面が目標面７０と同じ形状になるように油圧ショベル１００の作業機２を誘導するための画面である。掘削モードの案内画面５３，５４は、目標面７０と作業機２との位置関係を、走行モードの案内画面５１，５２よりも詳細に示す。走行モードの案内画面５１，５２は、広域走行モードの案内画面５１（以下、「広域走行画面５１」と呼ぶ）と詳細走行モードの案内画面５２（以下、「詳細走行画面５２」と呼ぶ）とを有する。また、掘削モードの案内画面５３，５４は、粗掘削モードの案内画面５３（以下、「粗掘削画面５３」と呼ぶ）と、繊細掘削モードの案内画面５４（以下、「繊細掘削画面５４」と呼ぶ）とを有する。
【００３８】
２−１．広域走行画面５１
図６に広域走行画面５１を示す。広域走行画面５１は、作業エリアの設計地形と油圧ショベル１００の現在位置とを示す上面図５１ａを含む。上面図５１ａは、複数の三角形ポリゴンによって上面視による設計地形を表現している。上面図５１ａは、グローバル座標系の水平面を投影面として表現している。また、目標作業対象として選択された目標面７０は、他の設計面と異なる色で表示される。なお、図６では、油圧ショベル１００の現在位置が上面視による油圧ショベルのアイコン６１で示されているが、他のシンボルによって示されてもよい。
【００３９】
広域走行画面５１には、複数の操作キーが表示される。操作キーは、例えば、スクロールキー６２、拡大キー６３、縮小キー６４、第１画面切換キー６５、第２画面切換キー６６などを有する。スクロールキー６２は、設計地形を示す上面図５１ａをスクロールさせるための操作キーである。拡大キー６３は、設計地形を示す上面図５１ａの縮尺を大きくするためのキーである。縮小キー６４は、設計地形を示す上面図５１ａの縮尺を小さくするためのキーである。
【００４０】
第１画面切換キー６５は、走行モードの案内画面５１，５２と掘削モードの案内画面５３，５４との間の切換を手動で実行させるためのキーである。すなわち、第１画面切換キー６５は、本発明の画面切換操作部に相当する。第１画面切換キー６５が一度押されると、図７に示すように、走行モード選択キー６７と、粗掘削モード選択キー６８と、繊細掘削モード選択キー６９とがポップアップ表示される。ここで、走行モード選択キー６７が押されると、図５に示すように走行モードの案内画面５１，５２が選択される。粗掘削モード選択キー６８が押されると、粗掘削画面５３が選択される。繊細掘削モード選択キー６９が押されると、繊細掘削画面５４が選択される。なお、ポップアップ表示状態ではない通常の表示状態では、走行モード選択キー６７と、粗掘削モード選択キー６８と、繊細掘削モード選択キー６９とのうち、現在表示されている案内画面に対応する選択キーのアイコンが第１画面切換キー６５として案内画面上に表示される。例えば、図６では、広域走行画面５１が表示されているため、走行モード選択キー６７のアイコンが第１画面切換キー６５として表示されている。また、図５に示すように、第２画面切換キー６６は、広域走行画面５１と詳細走行画面５２との間の切換を手動で実行させるためのキーである。
【００４１】
また、図６に示すように、広域走行画面５１には、油圧ショベル１００を目標面７０まで誘導するための情報が表示される。具体的には、方位インジケータ７１が表示される。方位インジケータ７１は、油圧ショベル１００に対する目標面７０の方向を示すアイコンである。従って、オペレータは、広域走行画面５１によって、油圧ショベル１００を目標面７０の近くまで容易に移動させることができる。また、広域走行画面５１は後述する詳細走行画面５２よりも広範囲の設計地形を示す。このため、広域走行画面５１は、作業地までの移動、或いは、作業の見通しのために使用される。
【００４２】
２−２．詳細走行画面５２
図８に詳細走行画面５２を示す。詳細走行画面５２には、広域走行画面５１と同様の複数の操作キーが表示される。また、詳細走行画面５２は、作業エリアの設計地形と油圧ショベル１００の現在位置とを示す上面図５２ａと、目標面７０と油圧ショベル１００と作業機２の作業可能範囲７６とを示す側面図５２ｂとを含む。
【００４３】
詳細走行モードの上面図５２ａは、上述した広域走行モードの上面図５１ａと概ね同様である。ただし、詳細走行モードの上面図５２ａは、目標作業位置を示す情報と、油圧ショベル１００を目標面７０に対して正対させるための情報をさらに含んでいる。目標作業位置は、油圧ショベル１００が目標面７０に対して掘削を行うために最適な位置であり、目標面７０の位置と後述する作業可能範囲７６とから算出される。目標作業位置は、上面図５２ａにおいて直線７２で示されている。油圧ショベル１００を目標面７０に対して正対させるための情報は、正対コンパス７３として表示される。正対コンパス７３は、目標面７０に対する正対方向と油圧ショベル１００を旋回させるべき方向とを示すアイコンである。オペレータは、正対コンパス７３により、目標面７０への正対度を確認することができる。
【００４４】
詳細走行モードの側面図５２ｂは、設計面線７４と、目標面線７９と、側面視による油圧ショベル１００のアイコン７５と、作業機２の作業可能範囲７６と、目標作業位置を示す情報を含む。設計面線７４は、目標面７０以外の設計面４５の断面を示す。目標面線７９は目標面７０の断面を示す。設計面線７４と目標面線７９とは、図４に示すように、バケット８の先端Ｐ３の現在位置を通る平面７７と設計地形との交線８０を算出することにより求められる。目標面線７９は、設計面線７４と異なる色で表示される。なお、図８では線種を変えて、目標面線７９と設計面線７４とを表現している。作業可能範囲７６は、作業機２が実際に届くことができる車両本体１の周囲の範囲を示す。作業可能範囲７６は、記憶部４３に記憶されている作業機データから算出される。また、後述する作業機２の最大リーチ長さを示すデータも作業機データから算出される。最大リーチ長さは、作業機２を最大限まで延ばしたときの作業機２の長さ、すなわち、作業機２を最大限まで延ばしたときのブームピン１３とバケット８の先端との間の長さである。側面図５２ｂに示される目標作業位置は、上述した上面図５２ａに示される目標作業位置に相当し、三角形のアイコン８１で示される。また、油圧ショベル１００の基準位置も三角形のアイコン８２によって示される。オペレータは、基準位置のアイコン８２が目標作業位置のアイコン８１と合致するように油圧ショベル１００を移動させる。
【００４５】
以上のように、詳細走行画面５２は、目標作業位置を示す情報と油圧ショベル１００を目標面７０に対して正対させるための情報とを含む。このため、オペレータは、詳細走行画面５２により、目標面７０に対して、作業を行うために最適な位置及び方向に油圧ショベル１００を配置することができる。従って、詳細走行画面５２は、油圧ショベル１００の位置決めをするために使用される。
【００４６】
なお、上述したように、目標面線７９はバケット８の先端の現在位置から算出される。表示コントローラ３９は、３次元位置センサ２３、第１〜第３ストロークセンサ１６−１８、傾斜角センサ２４などからの検出結果に基づき、グローバル座標系｛Ｘ，Ｙ，Ｚ｝でのバケット８の先端の現在位置を算出する。具体的には、バケット８の先端の現在位置は、次のようにして求められる。
【００４７】
まず、図９に示すように、上述したＧＮＳＳアンテナ２１の設置位置Ｐ１を原点とする車両本体座標系｛Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ｝を求める。図９（ａ）は油圧ショベル１００の側面図である。図９（ｂ）は油圧ショベル１００の背面図である。ここでは、油圧ショベル１００の前後方向すなわち車両本体座標系のＹａ軸方向がグローバル座標系のＹ軸方向に対して傾斜しているものとする。また、車両本体座標系でのブームピン１３の座標は（０，Ｌｂ１，−Ｌｂ２）であり、予め表示コントローラ３９の記憶部４３に記憶されている。
【００４８】
３次元位置センサ２３はＧＮＳＳアンテナ２１，２２の設置位置Ｐ１，Ｐ２を検出する。検出された座標位置Ｐ１、Ｐ２から以下の（１）式よってＹａ軸方向の単位ベクトルが算出される。
Ｙａ＝（Ｐ１−Ｐ２）／｜Ｐ１−Ｐ２｜・・・（１）
図９（ａ）に示すように、ＹａとＺの２つのベクトルで表される平面を通り、Ｙａと垂直なベクトルＺ’を導入すると、以下の関係が成り立つ。
（Ｚ’，Ｙａ）＝０・・・（２）
Ｚ’＝（１−ｃ）Ｚ＋ｃＹａ・・・（３）
ｃは定数である。
（２）式および（３）式より、Ｚ’は以下の（４）式のように表される。
Ｚ’＝Ｚ＋｛（Ｚ，Ｙａ）／（（Ｚ，Ｙａ）−１）｝（Ｙａ−Ｚ）・・・（４）
さらに、ＹａおよびＺ’と垂直なベクトルをＸ’とすると、Ｘ’は以下の（５）式のようのように表される。
Ｘ’＝Ｙａ⊥Ｚ’・・・（５）
図９（ｂ）に示すように、車両本体座標系は、これをＹａ軸周りに上述したロール角θ４だけ回転させたものであるから、以下の（６）式のように示される。
・・・（６）
【００４９】
また、第１〜第３ストロークセンサ１６−１８の検出結果から、上述したブーム６、アーム７、バケット８の現在の傾斜角θ１、θ２、θ３が算出される。車両本体座標系内でのバケット８の先端Ｐ３の座標（ｘａｔ、ｙａｔ、ｚａｔ）は、傾斜角θ１、θ２、θ３およびブーム６、アーム７、バケット８の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３を用いて、以下の（７）〜（９）式により算出される。
ｘａｔ＝０・・・（７）
ｙａｔ＝Ｌｂ１＋Ｌ１ｓｉｎθ１＋Ｌ２ｓｉｎ（θ１＋θ２）＋Ｌ３ｓｉｎ（θ１＋θ２＋θ３）・・・（８）
ｚａｔ＝−Ｌｂ２＋Ｌ１ｃｏｓθ１＋Ｌ２ｃｏｓ（θ１＋θ２）＋Ｌ３ｃｏｓ（θ１＋θ２＋θ３）・・・（９）
なお、バケット８の先端Ｐ３は、車両本体座標系のＹａ−Ｚａ平面上で移動するものとする。
そして、グローバル座標系でのバケット８の先端Ｐ３の座標が以下の（１０）式から求められる。
Ｐ３＝ｘａｔ・Ｘａ＋ｙａｔ・Ｙａ＋ｚａｔ・Ｚａ＋Ｐ１・・・（１０）
図４に示すように、位置誘導コントローラ３９は、上記のように算出したバケット８の先端の現在位置と、記憶部４３に記憶された設計地形データとに基づいて、３次元設計地形とバケット８の先端Ｐ３を通るＹａ−Ｚａ平面７７との交線８０を算出する。そして、位置誘導コントローラ３９は、この交線のうち目標面７０を通る部分を上述した目標面線７９として案内画面に表示する。
【００５０】
２−３．粗掘削画面５３
図１０に粗掘削画面５３を示す。粗掘削画面５３には、上述した走行モードの案内画面５１，５２と同様の第１画面切換キー６５が表示される。なお、図１０では、粗掘削画面５３が表示されているため、粗掘削モード選択キー６８のアイコンが第１画面切換キー６５として表示されている。また、粗掘削画面５３は、作業エリアの設計地形と油圧ショベル１００の現在位置とを示す上面図５３ａと、目標面７０と油圧ショベル１００とを示す側面図５３ｂとを含む。
【００５１】
粗掘削画面５３の上面図５３ａは、上述した詳細走行画面５２の上面図５２ａと異なり、油圧ショベルの旋回平面を投影面として設計地形を表現している。従って、上面図５３ａは、油圧ショベル１００の真上から見た図であり、油圧ショベル１００が傾いたときには設計面が傾くことになる。粗掘削画面５３の側面図５３ｂは、設計面線７４と、目標面線７９と、側面視による油圧ショベル１００のアイコン７５と、バケット８と目標面７０との位置関係を示す情報を含む。バケット８と目標面７０との位置関係を示す情報は、数値情報８３とグラフィック情報８４とを含む。数値情報８３は、バケット８の先端と目標面線７９との最短距離を示す数値である。グラフィック情報８４は、バケット８の先端と目標面線７９との最短距離をグラフィックで示した情報である。具体的には、グラフィック情報８４は、インデックスバー８４ａと、インデックスバー８４ａのうちバケット８の先端と目標面線７９との距離がゼロに相当する位置を示すインデックスマーク８４ｂとを含む。インデックスバー８４ａは、バケット８の先端と目標面線７９との最短距離に応じて、各インデックスバー８４ａが点灯するようになっている。なお、グラフィック情報８４の表示のオン／オフがオペレータの操作により変更可能とされてもよい。
【００５２】
以上のように、粗掘削画面５３では、目標面線７９と油圧ショベル１００との相対位置関係と、バケット８の先端と目標面線７９との最短距離を示す数値が表示される。オペレータは、目標面線７９を示すラインに沿ってバケット８の先端を移動させることによって、現在の地形が３次元設計地形になるように、容易に掘削することができる。
【００５３】
２−４．繊細掘削画面５４
図１１に、繊細掘削画面５４を示す。繊細掘削画面５４は、粗掘削画面５３よりも目標面７０と油圧ショベル１００との位置関係を詳細に示す。繊細掘削画面５４には、上述した走行モードの案内画面５１，５２と同様の第１画面切換キー６５が表示される。なお、図１１では、繊細掘削画面５４が表示されているため、繊細掘削モード選択キー６９のアイコンが第１画面切換キー６５として表示されている。また、繊細掘削画面５４は、目標面７０とバケット８とを示す正面図５４ａと、目標面７０とバケット８とを示す側面図５４ｂとを含む。繊細掘削画面５４の正面図５４ａには、正面視によるバケット８のアイコン８９と、正面視による目標面７０の断面を示す線（以下、「目標面線７８」と呼ぶ）とを含む。繊細掘削画面５４の側面図５４ｂには、側面視によるバケット８のアイコン９０と、設計面線７４と、目標面線７９とを含む。また、繊細掘削画面５４の正面図５４ａと側面図５４ｂとには、それぞれ、目標面７０とバケット８との位置関係を示す情報が表示される。
【００５４】
正面図５４ａにおいて目標面７０とバケット８との位置関係を示す情報は、距離情報８６ａと角度情報８６ｂとを含む。距離情報８６ａは、バケット８の先端と、目標面線７８との間のＺａ方向の距離を示したものである。また、角度情報８６ｂは、目標面線７８とバケット８との間の角度を示す情報である。具体的には、角度情報８６ｂは、バケット８の複数のツースの先端を通る仮想線と目標面線７８との間の角度である。
【００５５】
側面図５４ｂにおいて目標面７０とバケット８との位置関係を示す情報は、距離情報８７ａと角度情報８７ｂとを含む。距離情報８７ａは、バケット８の先端と、目標面線７９との間の最短距離、すなわち目標面線７９の垂線方向におけるバケット８の先端と目標面線７９との間の距離を示したものである。また、角度情報８７ｂは、目標面線７９とバケット８との間の角度を示す情報である。具体的には、側面図５４ｂに表示される角度情報８７ｂは、バケット８の底面と目標面線７９との間の角度である。
【００５６】
なお、繊細掘削画面５４は、バケット８の先端と目標面線７９との最短距離をグラフィックで示すグラフィック情報８８を含む。グラフィック情報８８は、粗掘削画面５３のグラフィック情報８４と同様に、インデックスバー８８ａとインデックスマーク８８ｂとを有する。
【００５７】
以上のように、繊細掘削画面５４では、目標面線７８，７９とバケット８との相対位置関係が表示される。オペレータは、目標面線７８，７９を示すラインに沿ってバケット８の先端を移動させることによって、現在の地形が３次元設計地形と同じ形状になるように、さらに容易に掘削することができる。
【００５８】
３．案内画面の切換制御
図５に示すように、広域走行モード、詳細走行モード、粗掘削モード、繊細掘削モードの各案内画面は、自動的に或いは手動により互いに切り換えることができる。図５において実線矢印は、案内画面の切換が自動で行われることを示している。また、破線矢印は、案内画面の切換が手動で行われることを示している。以下、位置誘導システム２８によって実行される案内画面の切換制御について説明する。
【００５９】
３−１．広域走行モード−詳細走行モードの切換
図１２は、広域走行モードと詳細走行モードとの間での案内画面の切換制御のフローを示している。以下、広域走行モードと詳細走行モードとの間で自動的に案内画面を切り換えるための処理について説明する。
【００６０】
まず、走行判定がＯＮであるか否かが判定される。走行判定がＯＮであるとは、油圧ショベル１００が走行停止状態から走行状態に変化したことを意味する。ここでは、位置誘導コントローラ３９は、走行操作検出部３４からの検出信号により、走行操作部材３３が操作されたか否かを検出する。位置誘導コントローラ３９は、走行操作部材３３が中立位置から前進方向或いは後進方向に操作されたことを検出したときに、走行判定がＯＮであると判定する。
【００６１】
ステップＳ１において、走行判定がＯＮではない、すなわち、走行判定がＯＦＦであると判定されたときには、再びステップＳ１に戻る。ステップＳ１では、走行中でない場合には、オペレータが手動により切換えた画面が優先されるため、オペレータの意思に反して案内画面が切り換えられることが防止される。
【００６２】
ステップＳ１において、走行判定がＯＮであると判定されたときには、ステップＳ２に進む。ステップＳ２において、油圧ショベル１００の現在位置が検出される。ここでは、位置誘導コントローラ３９は、上述した位置検出部１９によって車両本体１の現在位置を検出する。
【００６３】
ステップＳ３において、接近離れ判定距離が算出される。接近離れ判定距離は、目標面７０と作業機２のリーチ範囲との間の距離を示す。位置誘導コントローラ３９は、設計地形データと車両本体１の現在位置と作業機データとに基づいて、接近離れ判定距離を算出する。具体的には、図１３に示すように、設計地形データと車両本体１の現在位置とから、ブームピン１３と目標面７０との間の最短距離が、目標面７０と車両本体１との間の距離Ｄ０として、算出される。このとき、ブームピン１３に対する目標面７０上の最近接点Ｐ４が選択され、この最近接点Ｐ４とブームピン１３との間の距離が、目標面７０と車両本体１との間の距離Ｄ０として算出される。そして、目標面７０と車両本体１との間の距離Ｄ０から、作業機２の最大リーチ長さＬｍａｘを引いた距離Ｄ１が、接近離れ判定距離として算出される。
【００６４】
次に、ステップＳ４において、接近離れ判定距離が所定の判定閾値以下であるか否かが判定される。このとき、後述する位置ステータスが離れ状態であるときには、接近判定閾値が判定閾値として用いられる。すなわち、接近判定閾値は、油圧ショベル１００が目標面７０から離れた位置から目標面７０に接近しようとしているときに用いられる。位置ステータスが接近状態であるときには、離れ判定閾値が判定閾値として用いられる。すなわち、離れ判定閾値は、油圧ショベル１００が目標面７０に近接した位置から目標面７０から離れようとしているときに用いられる。離れ判定閾値は接近判定閾値よりも大きな値である。
【００６５】
ステップＳ４において、接近離れ判定距離が判定閾値以下であると判定されたときには、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、詳細走行画面５２が表示部４２に表示される。そして、ステップＳ６において、位置ステータスが接近状態に設定される。従って、接近離れ判定距離が判定閾値以下であると判定されると、次回の判定では、離れ判定閾値が判定閾値として設定される。
【００６６】
ステップＳ４において、接近離れ判定距離が判定閾値より大きいと判定されたときには、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、広域走行画面５１が表示部４２に表示される。そして、ステップＳ８において、位置ステータスが離れ状態に設定される。従って、接近離れ判定距離が判定閾値より大きいと判定されると、次の判定では、接近判定閾値が判定閾値として設定される。なお、油圧ショベル１００がキーONされたときの判定閾値としては、接近判定閾値が初期値として設定される。
【００６７】
走行モードの案内画面５１，５２が表示されている間は、以上のフローが繰り返し実行される。なお、図５に示すように、広域走行モードと詳細走行モードとの間での案内画面の切換は、オペレータが上述した第２画面切換キー６６を操作することによっても実行される。すなわち、オペレータは、広域走行画面５１が表示されている状態で第２画面切換キー６６を押すことにより、詳細走行画面５２に切り換えることができる。また、オペレータは、詳細走行画面５２が表示されている状態で第２画面切換キー６６を押すことにより、広域走行画面５１に切り換えることができる。
【００６８】
３−２．走行モード−掘削モードの切換
次に、走行モードと掘削モードとの間での案内画面の切換制御について説明する。図１４は、掘削モードから走行モードへの案内画面の切換制御のフローを示している。以下、掘削モードから走行モードへ自動的に案内画面を切り換えるための処理について説明する。
【００６９】
まず、ステップＳ１１において、油圧ショベル１００の現在位置が検出される。ここでは、位置誘導コントローラ３９は、上述した位置検出部１９によって車両本体１の現在位置を検出する。
【００７０】
次に、ステップＳ１２において、走行判定がＯＮであるか否かが判定される。走行判定がＯＮであるとは、油圧ショベル１００が走行停止状態から走行状態に変化したことを意味する。ここでは、位置誘導コントローラ３９は、走行操作検出部３４からの検出信号により、走行操作部材３３が操作されたか否かを検出する。位置誘導コントローラ３９は、走行操作部材３３が中立位置から前進方向或いは後進方向に操作されたことを検出したときに、走行判定がＯＮであると判定する。
【００７１】
ステップＳ１２において、走行判定がＯＮであると判定されたときには、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、走行モードの案内画面５１，５２が表示される。すなわち、油圧ショベル１００が走行停止状態から走行状態に変化したときには、掘削モードの案内画面５３，５４から走行モードの案内画面５１，５２に自動的に切り換えられる。このとき、位置誘導コントローラ３９は、表示部４２に現在、表示されている案内画面が、粗掘削画面５３と繊細掘削画面５４とのいずれの案内画面であっても、走行モードの案内画面５１，５２に切り換える。また、このとき、上述したステップＳ３と同様に、接近離れ判定距離が判定閾値以下であるか否かによって、広域走行画面５１と詳細走行画面５２とのどちらの案内画面を表示するかが決定される。
【００７２】
ステップＳ１２において、走行判定がＯＮではない、すなわち、走行判定がＯＦＦであると判定されたときには、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、掘削モードの案内画面５３，５４が表示される。すなわち、油圧ショベル１００が走行状態でない状態から走行状態に変化していないと判定されたときには、掘削モードの案内画面５３，５４が維持される。例えば、油圧ショベル１００の走行を停止させて掘削を行なっている間には、粗掘削画面５３又は繊細掘削画面５４が維持される。
【００７３】
以上のように、走行判定がＯＮであると判定されたときには、案内画面が掘削モードから走行モードに自動的に切り換えられる。しかし、走行判定がＯＦＦであると判定されても、案内画面は走行モードから掘削モードに自動的には切り換えられず、走行モードの案内画面５１，５２が維持される。
【００７４】
なお、上述したように、第１画面切換キー６５が操作されたときには、案内画面が走行モードから掘削モードに切り換えられる。具体的には、図５に示すように、オペレータが、走行モードの案内画面５１，５２の表示中に、粗掘削モード選択キー６８を押すと、案内画面が走行モードの案内画面５１，５２から粗掘削画面５３に切り換えられる。また、オペレータが、走行モードの案内画面５１，５２の表示中に、繊細掘削モード選択キー６９を押すと、案内画面が走行モードの案内画面５１，５２から繊細掘削画面５４に切り換えられる。
【００７５】
また、粗掘削画面５３の表示中に、走行モード選択キー６７が押されたときには、案内画面が粗掘削モードから走行モードに切り換えられる。また、繊細掘削画面５４の表示中に、走行モード選択キー６７が押されたときには、案内画面が繊細掘削画面５４から走行モードの案内画面５１，５２に切り換えられる。これらの場合、上述した広域走行画面５１と詳細走行画面５２との間の切換制御と同様に、接近離れ判定距離が判定閾値以下であるか否かによって、広域走行画面５１と詳細走行画面５２とのどちらの案内画面を表示するかが決定される。
【００７６】
３−３．粗掘削モード−繊細掘削モードの切換
粗掘削画面５３と繊細掘削画面５４との切換は、上述した第１画面切換キー６５により手動で行われる。すなわち、図５に示すように、オペレータが粗掘削モード選択キー６８を押すと、粗掘削画面５３が表示される。また、オペレータが繊細掘削モード選択キー６９を押すと、繊細掘削画面５４が表示される。
【００７７】
４．特徴
本実施形態に係る油圧ショベル１００の位置誘導システム２８は、走行停止状態から走行状態に変化したと判定されたときは、掘削モードの案内画面５３，５４から走行モードの案内画面５１，５２に自動的に切り換えられる。従って、油圧ショベル１００を大きく移動させるときに、オペレータは自ら案内画面の切換を操作する必要が無い。このため、オペレータへの作業負担が軽減される。
【００７８】
また、走行モードの案内画面５１，５２は、接近離れ判定距離に応じて、広域走行画面５１と詳細走行画面５２との間で自動的に切り換えられる。従って、油圧ショベル１００の位置を微調整するときに、オペレータは自ら案内画面の切換を操作する必要が無い。これにより、オペレータへの作業負担がさらに軽減される。また、詳細走行画面５２には、作業可能範囲７６が表示されるため、オペレータは、油圧ショベル１００の位置の微調整を容易に行うことができる。
【００７９】
掘削モードの案内画面５３，５４から走行モードの案内画面５１，５２への切換は自動で行われるが、走行モードの案内画面５１，５２から掘削モードの案内画面５３，５４への切換は自動的には行われずに手動でのみ行われる。もし、走行判定のON/OFFによって、案内画面が走行モードと掘削モードとの間で双方向に自動的に切り換えられるようにすると、走行中に一時停止してから再走行するときであっても、一時停止したときに必ず掘削モードに切換わってしまう。しかし、走行中に一時停止してから再走行するような状況の場合は、オペレータは、走行操作部材３３を操作する前に走行モードの案内画面５１，５２でどこに移動すればよいのか（例えば作業エリア内での目標面７０の位置）を確認したいことが多い。また、一時停止後に再び走行判定がONとなると、案内画面が掘削モードから走行モードに切り換わるが、これでは遅い。そこで、本実施形態では上記のような切換制御により、走行中に一時停止したときには、走行モードの案内画面５１，５２が維持される。これにより、オペレータの意思に反して案内画面が切り換えられることが防止される。また、オペレータは、走行モードの案内画面５１，５２でどこに移動すればよいのかを容易に確認することができる。なお、再走行するのではなく停止した状態で掘削を行いたいときには、オペレータは手動で掘削モードの案内画面５３，５４に切り換えることができる。
【００８０】
接近離れ判定距離は、目標面７０と車両本体１との間の距離から作業機２の最大リーチ長さを引くことにより算出される。油圧ショベル１００の作業機２は、ブーム６とアーム７とバケット８との間の角度が変化することにより、リーチ長さが変化する。従って、車両本体１が同じ位置であっても、バケット８の先端の現在位置と目標面７０との間の距離は一定ではない。このため、もし、バケット８の先端の現在位置と目標面７０との間の距離によって案内画面の切り換えを行った場合には、案内画面が切り換えられるタイミングがバケット８の先端の現在位置に応じて異なることとなる。また、油圧ショベル１００が作業を行うのに適した位置は、バケット８の先端の現在位置ではなく、作業機２のリーチ範囲との関係で定まる。作業機２のリーチ範囲は、作業機２が届くことができると想定される範囲であり、例えば図１３におけるブームピン１３とバケット８の先端Ｐ３との間の範囲である。そこで、接近離れ判定距離の算出に作業機２の最大リーチ長さを用いることにより、作業機２のリーチ範囲が目標面７０に近づいたときに、案内画面を切り換えることができる。これにより、オペレータは、油圧ショベル１００を、作業を行うために最適な作業位置に容易に配置することができる。
【００８１】
油圧ショベル１００の位置ステータスが離れ状態であるときには、接近判定閾値が判定閾値として用いられる。また、油圧ショベル１００の位置ステータスが接近状態であるときには、接近判定閾値よりも大きい離れ判定閾値が判定閾値として用いられる。このため、油圧ショベル１００の僅かな距離の移動によって、案内画面の切換が頻繁に繰り返されることが抑えられる。
【００８２】
５．他の実施形態
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、各案内画面の内容は上記のものに限られず、適宜、変更されてもよい。また、位置誘導コントローラ３９の機能の一部、或いは、全てが、油圧ショベル１００の外部に配置されたコンピュータによって実行されてもよい。また、目標作業対象は、上述したような平面に限らず、点、線、或いは３次元の形状であってもよい。表示入力装置３８の入力部４１は、タッチパネル式のものに限られず、ハードキーやスイッチなどの操作部材によって構成されてもよい。
【００８３】
上記の実施形態では、オペレータが作業機操作部材３１を操作することにより、手動で掘削を行う場合が説明されているが、自動掘削モードがさらに備えられてもよい。自動掘削モードが選択されているときには、上述した目標面線７９がバケット８の先端を移動させるべき目標移動経路となる。位置誘導コントローラ３９は、目標移動経路に沿ってバケット８の先端を自動的に移動させるための制御信号を作業機制御装置２７に出力する。これにより、作業機２による掘削が自動的に実行される。
【００８４】
上記の実施形態では、作業機２は、ブーム６、アーム７、バケット８を有しているが、作業機２の構成はこれに限られない。また、作業機２によって実行される作業は掘削に限らず他の作業が行われてもよい。すなわち、上記の実施形態では、作業モードの案内画面として掘削モードの案内画面が例示されているが、掘削以外の他の作業に適した作業モードの案内画面が用いられてもよい。
【００８５】
上記の実施形態では、第１〜第３ストロークセンサ１６−１８によって、ブーム６、アーム７、バケット８の傾斜角を検出しているが、傾斜角の検出手段はこれらに限られない。例えば、ブーム６、アーム７、バケット８の傾斜角を検出する角度センサが備えられてもよい。
【００８６】
上記の実施形態では、油圧ショベル１００がキーONされたときの判定閾値として、接近判定閾値が初期値として設定されている。しかし、判定閾値の初期値は、これに限らず、他の値に設定されてもよい。
【００８７】
各案内画面に含まれる画面は、上記のものに限られない。例えば、繊細掘削画面５４において、上述した正面図５４ａに代えて油圧ショベル１００の上面図が表示されてもよい。また、広域走行画面５１において、油圧ショベル１００の現在位置を示す上面図ではなく、３Ｄ鳥瞰図が表示されてもよい。
【００８８】
上記の実施形態では、接近離れ判定距離の算出のために、図１５（ａ）に示すような目標面７０上の全ての部分から最近接点Ｐ４が目標面の位置として選択されている。しかし、図１５（ｂ）に示すように、目標面７０の外周辺上から最近接点Ｐ４が目標面の位置として選択されてもよい。
【００８９】
上記の実施形態では、接近離れ判定距離は、目標面７０と車両本体１との間の距離から作業機２の最大リーチ長さを引くことにより算出されている。しかし、接近離れ判定距離は、これに限られず、他の方法により算出されてもよい。例えば、以下の変形例１−３に示す方法により、接近離れ判定距離が算出されてもよい。
【００９０】
（変形例１）
図１６に示すように、位置誘導コントローラ３９は、設計地形データと車両本体１の現在位置とから目標面７０と車両本体１との間の距離Ｄ０を算出する。そして、位置誘導コントローラ３９は、目標面７０と車両本体１との間の距離Ｄ０から、目標面７０と車両本体１とを結ぶ経路上における作業可能範囲７６の長さＬ１を引いた距離Ｄ２を接近離れ判定距離として算出する。
【００９１】
（変形例２）
位置誘導コントローラ３９は、検出された車両本体１の現在位置から、図１７に示すような仮想円Ｃ１の位置を算出する。この仮想円Ｃ１は、車両本体１における作業機２の取付位置、すなわちブームピン１３を中心に最大リーチ長さＬｍａｘを半径とする円である。そして、位置誘導コントローラ３９は、目標面７０と仮想円Ｃ１との間の最短距離Ｄ３を接近離れ判定距離として算出する。
【００９２】
（変形例３）
図１８に示すように、位置誘導コントローラ３９は、作業可能範囲７６と目標面７０との間の最短距離Ｄ４を接近離れ判定距離として算出する。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本発明は、オペレータへの作業負担を軽減することができる効果を有し、油圧ショベルの位置誘導システム及び位置誘導システムの制御方法として有用である。
【符号の説明】
【００９４】
１９ 位置検出部
２８ 位置誘導システム
３３ 走行操作部材
４２ 表示部
４３ 記憶部
４４ 演算部（判定部）
５１ 広域走行モードの案内画面
５２ 詳細走行モードの案内画面
５３ 粗掘削モード（作業モード）の案内画面
５４ 繊細掘削モード（作業モード）の案内画面
６５ 第１画面切換キー（画面切換操作部）
７０ 目標面（目標作業対象）
１００ 油圧ショベル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両本体と前記車両本体に取り付けられる作業機とを有する油圧ショベルを、作業エリア内の目標作業対象まで誘導する位置誘導システムであって、
前記目標作業対象の位置を示す地形データを記憶する記憶部と、
前記油圧ショベルの現在位置を検出する位置検出部と、
前記油圧ショベルを前記目標作業対象まで案内するための案内画面を表示する表示部と、
前記油圧ショベルが走行状態であるのか否かを判定し、前記油圧ショベルが走行停止状態から前記走行状態に変化したと判定したときには、前記表示部に表示させる案内画面を、前記目標作業対象と前記作業機との位置関係を示す作業モードの案内画面から、前記作業エリアでの前記油圧ショベルの現在位置を示す走行モードの案内画面に切り換える判定部と、
を備える油圧ショベルの位置誘導システム。
【請求項２】
前記作業モードの案内画面は、前記目標作業対象と前記作業機との位置関係を示す側面図を含む、
請求項１に記載の油圧ショベルの位置誘導システム。
【請求項３】
前記走行モードの案内画面は、前記作業エリアと前記油圧ショベルの現在位置とを示す上面図を含む、
請求項１又は２に記載の油圧ショベルの位置誘導システム。
【請求項４】
前記判定部は、前記作業モードの案内画面として、粗作業モードの案内画面と、前記粗作業モードよりも前記目標作業対象と前記作業機との位置関係を詳細に示す繊細作業モードの案内画面とを選択可能であり、
前記油圧ショベルが前記走行状態に変化したと判定されたときには、前記判定部は、現在、前記表示部に表示されている案内画面が、前記粗作業モードと前記繊細作業モードとのいずれの案内画面であっても、前記走行モードの案内画面に切り換える、
請求項１から３のいずれかに記載の油圧ショベルの位置誘導システム。
【請求項５】
前記案内画面の切り換えを操作するための画面切換操作部をさらに備え、
前記判定部は、前記油圧ショベルが前記走行状態から前記走行停止状態に変化したと判定されても、前記走行モードの案内画面を維持し、
前記判定部は、前記画面切換操作部が操作されたときには、前記走行モードの案内画面から前記作業モードの案内画面に切り換える、
請求項１から４のいずれかに記載の油圧ショベルの位置誘導システム。
【請求項６】
前記判定部は、前記油圧ショベルの走行を操作するための走行操作部材が操作されたときに、前記油圧ショベルが前記走行状態であると判定する、
請求項１から５のいずれかに記載の油圧ショベルの位置誘導システム。
【請求項７】
前記判定部は、前記走行モードの案内画面として、前記作業機の作業可能範囲が表示される詳細走行モードの案内画面と、前記詳細走行モードよりも広範囲を示す広域走行モードの案内画面とを選択可能であり、
前記判定部は、前記目標作業対象と前記油圧ショベルとの間の距離を示す接近離れ判定距離を算出し、前記接近離れ判定距離が所定の閾値以下であるときには前記詳細走行モードの案内画面を前記表示部に表示させ、前記接近離れ判定距離が所定の閾値より大きいときには前記広域走行モードの案内画面を前記表示部に表示させる、
請求項１から６のいずれかに記載の油圧ショベルの位置誘導システム。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の油圧ショベルの位置誘導システムを備える油圧ショベル。
【請求項９】
車両本体と前記車両本体に取り付けられる作業機とを有する油圧ショベルを、作業エリア内の目標作業対象まで誘導する位置誘導システムであって、目標作業対象の位置を示す地形データを記憶する記憶部と、前記油圧ショベルの現在位置を検出する位置検出部と、前記油圧ショベルを前記目標作業対象まで案内するための案内画面を表示する表示部とを備える位置誘導システムの制御方法であって、
前記油圧ショベルが走行状態であるのか否かを判定するステップと、
前記油圧ショベルが走行停止状態から前記走行状態に変化したと判定したときには、前記表示部に表示させる案内画面を、前記目標作業対象と前記作業機との位置関係を示す作業モードの案内画面から、前記作業エリアでの前記油圧ショベルの現在位置を示す走行モードの案内画面に切り換えるステップと、
を備える油圧ショベルの位置誘導システムの制御方法。
【請求項１】
車両本体と前記車両本体に取り付けられる作業機とを有する油圧ショベルを、作業エリア内の目標作業対象まで誘導する位置誘導システムであって、
前記目標作業対象の位置を示す地形データを記憶する記憶部と、
前記油圧ショベルの現在位置を検出する位置検出部と、
前記油圧ショベルを前記目標作業対象まで案内するための案内画面を表示する表示部と、
前記油圧ショベルが走行状態であるのか否かを判定し、前記油圧ショベルが走行停止状態から前記走行状態に変化したと判定したときには、前記表示部に表示させる案内画面を、前記目標作業対象と前記作業機との位置関係を示す作業モードの案内画面から、前記作業エリアでの前記油圧ショベルの現在位置を示す走行モードの案内画面に切り換える判定部と、
を備える油圧ショベルの位置誘導システム。
【請求項２】
前記作業モードの案内画面は、前記目標作業対象と前記作業機との位置関係を示す側面図を含む、
請求項１に記載の油圧ショベルの位置誘導システム。
【請求項３】
前記走行モードの案内画面は、前記作業エリアと前記油圧ショベルの現在位置とを示す上面図を含む、
請求項１又は２に記載の油圧ショベルの位置誘導システム。
【請求項４】
前記判定部は、前記作業モードの案内画面として、粗作業モードの案内画面と、前記粗作業モードよりも前記目標作業対象と前記作業機との位置関係を詳細に示す繊細作業モードの案内画面とを選択可能であり、
前記油圧ショベルが前記走行状態に変化したと判定されたときには、前記判定部は、現在、前記表示部に表示されている案内画面が、前記粗作業モードと前記繊細作業モードとのいずれの案内画面であっても、前記走行モードの案内画面に切り換える、
請求項１から３のいずれかに記載の油圧ショベルの位置誘導システム。
【請求項５】
前記案内画面の切り換えを操作するための画面切換操作部をさらに備え、
前記判定部は、前記油圧ショベルが前記走行状態から前記走行停止状態に変化したと判定されても、前記走行モードの案内画面を維持し、
前記判定部は、前記画面切換操作部が操作されたときには、前記走行モードの案内画面から前記作業モードの案内画面に切り換える、
請求項１から４のいずれかに記載の油圧ショベルの位置誘導システム。
【請求項６】
前記判定部は、前記油圧ショベルの走行を操作するための走行操作部材が操作されたときに、前記油圧ショベルが前記走行状態であると判定する、
請求項１から５のいずれかに記載の油圧ショベルの位置誘導システム。
【請求項７】
前記判定部は、前記走行モードの案内画面として、前記作業機の作業可能範囲が表示される詳細走行モードの案内画面と、前記詳細走行モードよりも広範囲を示す広域走行モードの案内画面とを選択可能であり、
前記判定部は、前記目標作業対象と前記油圧ショベルとの間の距離を示す接近離れ判定距離を算出し、前記接近離れ判定距離が所定の閾値以下であるときには前記詳細走行モードの案内画面を前記表示部に表示させ、前記接近離れ判定距離が所定の閾値より大きいときには前記広域走行モードの案内画面を前記表示部に表示させる、
請求項１から６のいずれかに記載の油圧ショベルの位置誘導システム。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の油圧ショベルの位置誘導システムを備える油圧ショベル。
【請求項９】
車両本体と前記車両本体に取り付けられる作業機とを有する油圧ショベルを、作業エリア内の目標作業対象まで誘導する位置誘導システムであって、目標作業対象の位置を示す地形データを記憶する記憶部と、前記油圧ショベルの現在位置を検出する位置検出部と、前記油圧ショベルを前記目標作業対象まで案内するための案内画面を表示する表示部とを備える位置誘導システムの制御方法であって、
前記油圧ショベルが走行状態であるのか否かを判定するステップと、
前記油圧ショベルが走行停止状態から前記走行状態に変化したと判定したときには、前記表示部に表示させる案内画面を、前記目標作業対象と前記作業機との位置関係を示す作業モードの案内画面から、前記作業エリアでの前記油圧ショベルの現在位置を示す走行モードの案内画面に切り換えるステップと、
を備える油圧ショベルの位置誘導システムの制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１２−１７２４２４（Ｐ２０１２−１７２４２４Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３６１９６（Ｐ２０１１−３６１９６）
【出願日】平成２３年２月２２日（２０１１．２．２２）
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２２日（２０１１．２．２２）
【出願人】（０００００１２３６）株式会社小松製作所 (1,686)
【Ｆターム（参考）】
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