挖掘机械的显示系统、挖掘机械以及图像显示方法

挖掘机械的显示系统、挖掘机械以及图像显示方法
【专利摘要】本发明提供一种挖掘机械的显示系统，所述挖掘机械具有包含铲斗的工作装置以及安装所述工作装置的主体部，所述显示系统包含：铲斗位置信息生成部，其生成所述铲斗的位置信息；存储部，其存储所述铲斗的尺寸信息以及表示施工对象的目标形状的目标施工面的信息；显示部，其将所述目标施工面的图像显示于画面；以及处理部，其使提取与从侧面观察所述铲斗时的底面相对应的部分而生成的线性图像与所述目标施工面的图像一起显示于所述显示部。
【专利说明】
挖掘机械的显示系统、挖掘机械以及图像显示方法
技术领域
[0001] 本发明涉及挖掘机械的显示系统、挖掘机械以及图像显示方法。
【背景技术】
[0002] 一般液压式挖掘机等挖掘机械通过操作人员操作控制杆，来驱动包含铲斗的工作 装置，对作业对象的地面等进行挖掘。例如，专利文献1中记载了在画面中用数值来表示铲 斗的底部的坡度。
[0003] 在先技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1 :JP特开平10-103925号公报

【发明内容】

[0006] 发明要解决的课题
[0007] 在使用液压式挖掘机等挖掘机械，将施工对象的设计面的一部分作为目标施工 面，对施工对象的地面进行挖掘以形成目标施工面的情况下，挖掘机械的操作人员需要关 于目标施工面和工作装置之间的位置关系的信息。专利文献1所记载的技术是用数值来表 示铲斗的底部的坡度，但有可能无法向操作人员提供容易理解的关于目标施工面和包含铲 斗的工作装置之间的位置关系的信息。
[0008] 本发明的目的在于，在挖掘机械的操作人员推进施工的方面，向操作人员提供容 易理解的有关施工状态的?目息。
[0009] 用于解决课题的手段
[0010] 本发明是一种挖掘机械的显示系统，所述挖掘机械具有包含铲斗的工作装置以及 安装所述工作装置的主体部，所述显示系统包含：铲斗位置信息生成部，其生成所述铲斗的 位置信息；存储部，其存储所述铲斗的尺寸信息以及表示施工对象的目标形状的目标施工 面的信息；显示部，其将所述目标施工面的图像显示于画面；和处理部，其使提取与从侧面 观察所述铲斗时的底面相对应的部分而生成的线性图像与所述目标施工面的图像一起显 示于所述显示部。
[0011] 优选的是，所述处理部将所述铲斗的图像与所述线性图像个别地生成，并以与所 述线性图像不同的显示形态与所述线性图像一起显示于所述显示部。
[0012] 优选的是，所述显示部还使所述铲斗的图像与所述线性图像一起显示。
[0013] 优选的是，所述处理部根据所述铲斗的底面与所述目标施工面的角度，使所述线 性图像的显示方式不同。
[0014] 优选的是，所述处理部根据所述铲斗的底面与所述目标施工面的距离，使所述线 性图像的显示方式不同。
[0015] 本发明是一种挖掘机械的显示系统，所述挖掘机械具有包含铲斗的工作装置以及 安装所述工作装置的主体部，所述显示系统包含：铲斗位置信息生成部，其生成所述铲斗的 铲尖的位置信息；存储部，其存储所述铲斗的尺寸信息以及表示施工对象的目标形状的目 标施工面的信息；显示部，其将所述铲斗的图像以及所述目标施工面的图像显示于画面； 处理部，其使从侧面观察所述铲斗时的图像以及所述目标施工面的图像显示于所述显示 部，并且，使用所述铲斗的位置信息以及所述铲斗的尺寸信息，在与从侧面观察所述铲斗时 的底面相对应的位置生成线性图像并使其显示于所述显示部；和显示切换装置，其对所述 线性图像的显示与非显示进行切换。
[0016] 本发明是一种挖掘机械的显示系统，所述挖掘机械具有包含铲斗的工作装置以及 安装所述工作装置的主体部，所述显示系统包含：铲斗位置信息生成部，其生成所述铲斗的 位置信息；存储部，其存储所述铲斗的尺寸信息以及表示施工对象的目标形状的目标施工 面的信息；显示部，其将所述目标施工面的图像显示于画面；和处理部，其使所述显示部显 示表示与从侧面观察所述铲斗时的底面相对应的部分的线性图像，并且以与所述线性图像 不同的显示形态显示与所述底面相对应的部分以外的所述铲斗的图像。
[0017] 本发明是具备前述的挖掘机械的显示系统的挖掘机械。
[0018] 本发明是一种图像显示方法，在在使图像显示于具有包含铲斗的工作装置、安装 所述工作装置的主体部以及至少将表示施工对象的目标形状的目标施工面的图像显示于 画面的显示部的挖掘机械的所述显示部时，包括：使所述目标施工面的图像显示于所述显 示部的步骤；和提取与从侧面观察所述铲斗时的所述底面相对应的部分来生成线性图像并 显示于所述显示部的步骤。
[0019] 本发明在挖掘机械的操作人员推进施工时，能够向操作人员提供一种容易理解的 有关施工状态的信息。
【附图说明】
[0020] 图1是本实施方式所涉及的液压式挖掘机的立体图。
[0021 ] 图2是液压式挖掘机的侧视图。
[0022] 图3是液压式挖掘机的后视图。
[0023] 图4是表示液压式挖掘机所具备的控制系统的框图。
[0024] 图5是表示由设计地形数据所示的设计地形的图。
[0025] 图6是表不引导画面的一例的图。
[0026] 图7-1是表不引导画面的一例的图。
[0027] 图7-2是表示引导画面的一例的图。
[0028] 图8是用于说明在将线性图像显示于显示部时求取铲斗的位置信息的方法的一 例的图。
[0029] 图9是用于说明在将线性图像显示于显示部时求取铲斗的位置信息的方法的一 例的图。
[0030] 图10是表示为了生成线性图像所需要的铲斗的信息的侧视图。
[0031] 图11是用于说明求取铲斗的底面的长度的方法的图。
[0032] 图12是表示为了根据倾斜面施工用的铲斗生成线性图像所需要的信息的侧视 图。
【具体实施方式】
[0033] 参照附图来详细说明用于实施本发明的方式（实施方式）。
[0034] 〈挖掘机械的整体构成〉
[0035] 图1是本实施方式所涉及的液压式挖掘机100的立体图。图2是液压式挖掘机 100的侧视图。图3是液压式挖掘机100的后视图。图4是表示液压式挖掘机100所具备 的控制系统的框图。图5是表示由设计地形数据所示的设计地形的图。
[0036] 在本实施方式中，作为挖掘机械的液压式挖掘机100具有作为主体部的车辆主体 1和工作装置2。车辆主体1具有作为回转体的上部回转体3和行走装置5。上部回转体3 在机械室3EG的内部，容纳有未图示的动力产生装置以及液压栗等装置。机械室3EG配置 于上部回转体3的一端侧。
[0037] 在本实施方式中，液压式挖掘机100例如以柴油发动机等的内燃机为动力产生装 置，但液压式挖掘机100并不限于此。液压式挖掘机100例如也可以具备将内燃机、发电电 动机以及蓄电装置进行了组合的、所谓混合动力方式的动力产生装置等。
[0038] 上部回转体3具有驾驶室4。驾驶室4被载置于上部回转体3的另一端侧。即，驾 驶室4配置于与配置有机械室3EG的一侧相反的一侧。在驾驶室4内，如图4所示，配置显 示输入装置38以及操作装置25。关于这些在后面叙述。在上部回转体3的下方，具备行走 装置5。行走装置5具有履带5a、5b。行走装置5通过液压电动机5c进行驱动，履带5a、5b 进行旋转而行走，从而使液压式挖掘机100行走。工作装置2安装于上部回转体3的驾驶 室4的侧方侧。
[0039] 另外，液压式挖掘机100也可以取代履带5a、5b而具备轮胎，并具备能够将未图示 的柴油发动机的驱动力经由变速器向轮胎传递来行走的行走装置。例如作为这样的方式的 液压式挖掘机100可以是轮式液压式挖掘机。
[0040] 上部回转体3配置有工作装置2以及驾驶室4的一侧为前，配置有机械室3EG的一 侧为后。面向前左侧为上部回转体3的左，面向前右侧为上部回转体3的右。此外，液压式 挖掘机100或车辆主体1以上部回转体3为基准则行走装置5侧为下，以行走装置5为基 准则上部回转体3侧为上。在液压式挖掘机100设置于水平面的情况下，下为铅垂方向即 重力的作用方向侧，上为与铅垂方向相反的一侧。在上部回转体3上，设置有扶手9。如图 1 所不，在扶手 9 上，可拆装地设置有 RTK-GNSS (Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite Systems，GNSS称作全球导航卫星系统）用的2个天线21、22(以下适当称为 GNSS 天线 21、22)。
[0041] 工作装置2具有大臂6、小臂7、铲斗8、大臂油缸10、小臂油缸11和铲斗油缸12。 大臂6的基端部经由大臂销13可转动地安装于车辆主体1的前部。小臂7的基端部经由 小臂销14可转动地安装于大臂6的前端部。在小臂7的前端部，经由铲斗销15安装有铲 斗8 〇
[0042] 铲斗8具备多个铲8B。多个铲8B安装于铲斗8的与安装铲斗销15的一侧相反的 一侧的端部、即铲斗8的距离安装铲斗销15的一侧最远的端部。多个铲8B在与铲斗销15 平行的方向上排列成1列。铲尖8T是铲8B的前端部。铲尖8T是工作装置2产生挖掘力 的铲斗8的前端。
[0043] 铲斗8经由销16与铲斗油缸12连结，通过铲斗油缸12进行伸缩，从而铲斗8转 动。即，铲斗8以与小臂7的延伸方向正交的轴为中心进行转动。大臂销13、小臂销14和 铲斗销15配置为全都平行的位置关系。即，各销的中心轴成为相互平行的位置关系。
[0044] 另外，以下所示的"正交"意味着在空间上，2条线（或轴）彼此、线（或轴）与面 或者面与面这样的2个对象正交的位置关系。例如，包含一条线（或轴）的平面与包含另 一条线（或轴）的平面平行，在对于这些面中的任一个面从垂直方向观察的情况下，一条线 与另一条线处于正交的状态也表现为一条线与另一条线正交。线（轴）与面处于正交的状 态、面与面处于正交的状态也同样地表现为正交。
[0045] 如图2所示，大臂6的长度、即从大臂销13的中心轴线到小臂销14的中心轴线的 长度为L1。小臂7的长度、即从小臂销14的中心轴线到铲斗销15的中心轴线AX1的长度 为L2。铲斗8的长度、即从铲斗销15的中心轴线AX1到铲尖8T的长度为L3。铲斗8的长 度是沿着与铲斗销15的中心轴线AX1正交且通过铲斗8的铲尖8T的轴线AX3的长度。
[0046] 图1所示的大臂油缸10、小臂油缸11和铲斗油缸12是分别根据液压油的压力（以 下适当称为液压）或流量而调整伸缩和速度来进行动作的液压油缸。大臂油缸10使大臂6 进行动作，使大臂6以大臂销13的中心轴为中心上下转动。小臂油缸11使小臂7进行动 作，使小臂7以小臂销14的中心轴为中心进行转动。铲斗油缸12使铲斗8进行动作，使铲 斗8以铲斗销15的中心轴为中心进行转动。在大臂油缸10、小臂油缸11以及铲斗油缸12 等的液压油缸与图4所示的液压栗47之间，配置有图4所示的工作用控制阀37W。通过后 述的工作装置用电子控制装置26对工作用控制阀37W进行控制，从而控制向大臂油缸10、 小臂油缸11以及铲斗油缸12供给的液压油的流量。结果，控制大臂油缸10、小臂油缸11 以及铲斗油缸12的动作。
[0047] 如图2以及图4所示，在大臂6、小臂7和铲斗8,分别设置有第1行程传感器18A、 第2行程传感器18B和第3行程传感器18C。这些第1行程传感器18A，第2行程传感器 18B以及第3行程传感器18C是对工作装置2的姿势进行检测的姿势检测部。第1行程传 感器18A对大臂油缸10的行程长度进行检测。
[0048] 图4所示的显示控制装置39根据第1行程传感器18A所检测到的大臂油缸10的 行程长度，来计算出大臂6相对于后述的车辆主体坐标系的Za轴的倾斜角度Θ1。第2行 程传感器18B对小臂油缸11的行程长度进行检测。显示控制装置39根据第2行程传感器 18B所检测到的小臂油缸11的行程长度，来计算出小臂7相对于大臂6的倾斜角度Θ 2。 第3行程传感器18C对铲斗油缸12的行程长度进行检测。显示控制装置39根据第3行程 传感器18C所检测到的铲斗油缸12的行程长度，来计算出铲斗8相对于小臂7的倾斜角度 Θ 3〇
[0049] 如图2所示，车辆主体1具备位置检测部19。位置检测部19对液压式挖掘机100 的当前位置进行检测。位置检测部19包含GNSS天线21、22、全局坐标运算部23和倾斜角 度传感器24。位置检测部19也可以包含三维位置传感器。GNSS天线21、22设置于车辆主 体1，更具体来说设置在上部回转体3上。在本实施方式中，GNSS天线21、22例如沿着与图 2以及图3所示的车辆主体坐标系[Xa，Ya，Za]的Ya轴平行的轴线隔开一定距离地设置。
[0050] 上部回转体3以及安装于其的工作装置2以及铲斗8以给定的回转中心轴为中心 进行转动。车辆主体坐标系[Xa，Ya，Za]是车辆主体1的坐标系。在本实施方式中，车辆主 体坐标系[Xa，Ya，Za]将工作装置2等的回转中心轴设为Za轴，将与Za轴正交并且与工 作装置2的动作平面平行的轴设为Xa轴，将与Za轴以及Xa轴正交的轴设为Ya轴。工作 装置2的动作平面是指例如与大臂销13正交的平面。Xa轴对应于上部回转体3的前后方 向，Ya轴对应于上部回转体3的宽度方向。
[0051] 优选的是，GNSS天线21、22设置在上部回转体3上、且设置在液压式挖掘机100的 前后方向（图2以及图3所示的车辆主体坐标系[Xa，Ya，Za]的Xa轴的方向）或左右方 向（图2以及图3所示的车辆主体坐标系[Xa，Ya，Za]的Ya轴的方向）上离开的两端位 置。如上所述，在本实施方式中，如图1所示，GNS天线21、22安装于分别安装在上部回转 体3的宽度方向两侧的扶手9。GNSS天线21、22安装于上部回转体3的位置并不限定于扶 手9,但由于GNSS天线21、22设置于尽可能离开的位置会提高液压式挖掘机100的当前位 置的检测精度，故优选。此外，优选GNSS天线21、22设置在尽量不阻碍操作人员的视野的 位置。GNSS天线21、22也可以设置在上部回转体3上、且设置于在图1所示的上部回转体 3的后端设置的配重3CW或驾驶室4的后方。
[0052] 与由GNSS天线21、22接收到的GNSS电波相应的信号输入到全局坐标运算部23 中。GNSS天线21从定位卫星接收表示自身的设置位置的基准位置数据PI。GNSS天线22 从定位卫星接收表示自身的设置位置的基准位置数据P2。GNSS天线21、22例如以10Hz周 期来接收基准位置数据PI、P2。基准位置数据Pl、P2是设置有GNSS天线的位置的信息。 GNSS天线21、22每次接收基准位置数据Pl、P2就向全局坐标运算部23输出。
[0053] 全局坐标运算部23取得由全局坐标系表示的2个基准位置数据P1、P2 (多个基准 位置数据）。全局坐标运算部23基于2个基准位置数据Pl、P2,来生成表示上部回转体3 的配置的回转体配置数据。在本实施方式中，在回转体配置数据中，包含2个基准位置数据 P1、P2中的一方的基准位置数据P以及基于2个基准位置数据P1、P2而生成的回转体方位 数据Q。回转体方位数据Q基于根据GNSS天线21、22所取得的基准位置数据P而决定的方 位相对于全局坐标的基准方位（例如北）所成的角度来决定。回转体方位数据Q表示上部 回转体3即工作装置2所朝向的方位。全局坐标运算部23例如每次以10Hz的频率从GNSS 天线21、22取得2个基准位置数据Pl、P2,就对回转体配置数据即基准位置数据P和回转 体方位数据Q进行更新，并输出给显示控制装置39。
[0054] 如图3所示，倾斜角度传感器24安装于上部回转体3。倾斜角度传感器24对车辆 主体1的宽度方向相对于重力作用的方向、即铅垂方向Ng的倾斜角度Θ 4(以下适当称为 横摇角度Θ 4)进行检测。倾斜角度传感器24也可以是例如頂U(Inertial Measurement Unit :惯性计量装置）。在本实施方式中，铲斗8的宽度方向指的是与连结多个铲尖8T的 直线平行的方向。铲斗8的宽度方向与上部回转体3的宽度方向、即上部回转体3的左右 方向一致。如上所述，作为车辆状态检测部的位置检测部19以及姿势检测部能够检测挖掘 机械、在本实施方式中为液压式挖掘机100的当前位置以及姿势之类的车辆状态。
[0055] 如图4所示，液压式挖掘机100具备操作装置25、工作装置用电子控制装置26、车 辆控制装置27以及挖掘机械的显示系统（以下适当称作显示系统）101。操作装置25具有 作为操作部的工作装置操作构件31L、31R以及行走操作构件33L、33R、和工作装置操作检 测部32L、32R以及行走操作检测部34L、34R。在本实施方式中，工作装置操作构件31L、31R 以及行走操作构件33L、33R是先导压力式的杆，但不限定于此。工作装置操作构件31L、31R 以及行走操作构件33L、33R例如也可以是电气式的杆。工作装置操作检测部32L、32R以及 行走操作检测部34L、34R作为对作为操作部的工作装置操作构件31L、31R以及行走操作构 件33L、33R的输入进行检测的操作检测部而发挥作用。
[0056] 工作装置操作构件31L、31R是用于操作人员对工作装置2或上部回转体3进行操 作的构件，例如是具备操纵杆那样的握持部分与棒材的控制杆。这样的结构的工作装置操 作构件31L、31R能够握住握持部向前后左右倾倒。如图4所示，工作装置操作检测部32L、 32R分别对应于工作装置操作构件31L、31R。在驾驶室4内的未图示的驾驶员座椅的左右， 设置有工作装置操作构件31L或工作装置操作构件31R。例如，通过操作设置于左侧的工作 装置操作构件31L，能够使小臂7以及上部回转体3进行动作，通过操作设置于右侧的工作 装置操作构件31R，能够使铲斗8以及大臂6进行动作。
[0057] 工作装置操作检测部32L、32R根据对工作装置操作构件31L、31R的输入即操作内 容而产生先导压力，并向车辆控制装置27所具备的工作用控制阀37W供给所产生的液压油 的先导压力。根据该先导压力的大小，工作用控制阀37W进行动作，从未图示的液压栗向图 1所示的大臂油缸10、小臂油缸11以及铲斗油缸12等供给液压油。在工作装置操作构件 31L、31R是电气式的杆的情况下，工作装置操作检测部32L、32R例如使用电位计等来检测 对工作装置操作构件31L、31R的输入即操作内容，并将输入转换为电信号（检测信号）向 工作装置用电子控制装置26发送。工作装置用电子控制装置26基于该检测信号来控制工 作用控制阀37W。
[0058] 行走操作构件33L、33R是用于操作人员操作液压式挖掘机100的行走的构件。行 走操作构件33L、33R例如是具备握持部和棒材的控制杆（以下适当称为行走杆）。这样的 行走操作构件33L、33R能够由操作人员握住握持部使其向前后倾倒。对于行走操作构件 33L、33R而言，若使2个控制杆同时向前倾倒，则液压式挖掘机100前进，若向后倾倒，则液 压式挖掘机100后退。此外，行走操作构件33L、33R是能够通过操作人员用脚进行踩踏来 操作的未图示的踏板，是压板式的踏板。能够通过踩下踏板的前侧或后侧的任意一方，与前 述的控制杆同样地产生先导压力，控制行走用控制阀37D，液压电动机5c进行驱动，使液压 挖掘机100前进或者后退。若同时踩下2个踏板的前侧，则液压式挖掘机100前进，若踩下 后侧，则液压式挖掘机100后退。或者，若踩下其中一个踏板的前侧或后侧，则仅履带5a、5b 的一侧进行旋转，能够使液压式挖掘机100回转。
[0059] 这样，只要操作人员在想要使液压式挖掘机100行走的情况下，执行用手使控制 杆向前后倾倒或者用脚踩下踏板的前侧或后侧中的任意一方，就能够使行走装置5的液压 电动机5c进行驱动。如图4所示，行走操作检测部34L、34R分别对应于行走操作构件33L、 33R。在驾驶室4内的未图示的操作人员座椅的前方左右并排地设置有行走操作构件33L、 33R。通过操作设置于左侧的行走操作构件33L，能够使图1所示的左侧的液压电动机5c进 行驱动而使左侧的履带5b进行动作。通过操作设置于右侧的行走操作构件33R，能够使右 侧的液压电动机5c进行驱动而使右侧的履带5a进行动作。
[0060] 行走操作检测部34L、34R根据对行走操作构件33L、33R的输入即操作内容来产生 先导压力，并向车辆控制装置27所具备的行走用控制阀37D供给所产生的先导压力。根据 该先导压力的大小，行走用控制阀37D进行动作，向图1所示的行走用的液压电动机5c供 给液压油。在行走操作构件33L、33R是电气式的杆的情况下，行走操作检测部34L、34R例 如使用电位计等来检测对行走操作构件33L、33R的输入即操作内容，并将输入转换为电信 号（检测信号）向工作装置用电子控制装置26发送。工作装置用电子控制装置26基于该 检测信号来控制行走用控制阀37D。
[0061] 如图4所示，工作装置用电子控制装置26具有包含RAM(Random Access Memory， 随机存取存储器）以及R〇M(Read Only Memory，只读存储器）中的至少一方的工作装置侧 存储部35以及CPU (Central Processing Unit)等运算部36。工作装置用电子控制装置 26主要控制工作装置2以及上部回转体3的动作。在工作装置侧存储部35中，存储有用于 控制工作装置2的计算机程序、本实施方式所涉及的挖掘机械的显示用计算机程序以及车 辆主体坐标系的坐标信息等。在图4所示的显示系统101中，工作装置用电子控制装置26 与显示控制装置39分离，但并不限定于这样的方式。例如，显示系统101也可以是工作装 置用电子控制装置26与显示控制装置39形成为一体而不分离的控制装置。
[0062] 车辆控制装置27是具备液压控制阀等的液压设备，具有行走用控制阀37D以及工 作用控制阀37W。它们是比例控制阀，通过来自工作装置操作检测部32L、32R以及行走操 作检测部34L、34R的先导压力而被控制。在工作装置操作构件31L、31R以及行走操作构件 33L、33R是电气式的杆的情况下，行走用控制阀37D以及工作用控制阀37W基于来自工作装 置用电子控制装置26的控制信号而被控制。
[0063] 在行走操作构件33L、33R是先导压力式的行走杆的情况下，若液压式挖掘机100 的操作人员向它们给予输入来进行操作，则与来自行走操作检测部34L、34R的先导压力相 应的流量的液压油从行走用控制阀37D流出，供给给行走用的液压电动机5c。若对行走操 作构件33L、33R中的一方或双方进行操作，则图1所示的左右的液压电动机5c中的一方或 双方进行驱动。结果，履带5a、5b的至少一方旋转，液压式挖掘机100前后行走或者回转。
[0064] 车辆控制装置27具备检测向行走用控制阀37D供给的先导压力的大小并生成相 对应的电信号的液压传感器37Slf、37Slb、37Srf、37Srb。液压传感器37Slf检测左前进的 先导压力，液压传感器37Slb检测左后退的先导压力，液压传感器37Srf检测右前进的先导 压力，液压传感器37Srb检测右后退的先导压力。工作装置用电子控制装置26取得表示由 液压传感器37Slf、37Slb、37Srf、37Srb检测并生成的液压油的先导压力的大小的电信号。 该电信号在发动机或者液压栗的控制或者后述的施工管理装置的动作等中使用。如上所 述，在本实施方式中，工作装置操作构件31L、31R以及行走操作构件33L、33R是先导压力式 的杆。在该情况下，液压传感器37Slf、37Slb、37Srf、37Srb以及后述的液压传感器37SBM、 37SBK、37SAM、37SRM作为检测对作为操作部的工作装置操作构件31L、31R以及行走操作构 件33L、33R的输入的操作检测部而发挥作用。
[0065] 在工作装置操作构件31L、31R是先导压力式的控制杆的情况下，若液压式挖掘机 100的操作人员操作这些控制杆，则与根据工作装置操作构件31L、31R的操作而产生的先 导压力相对应的流量的液压油从工作用控制阀37W流出。从工作用控制阀37W流出的液压 油供给到大臂油缸10、小臂油缸11、铲斗油缸12以及回转电动机中的至少1者。然后，图1 所示的大臂油缸10、小臂油缸11、铲斗油缸12以及回转电动机中的至少1者，通过从工作 用控制阀37W供给的液压油，从而各油缸进行伸缩动作，回转电动机被回转驱动。结果，工 作装置2以及上部回转体3的至少一方进行动作。
[0066] 车辆控制装置27具备检测向工作用控制阀37W供给的先导压力的大小并生成电 信号的液压传感器37SBM、37SBK、37SAM、37SRM。液压传感器37SBM检测与大臂油缸10相对 应的先导压力，液压传感器37SAM检测与小臂油缸11相对应的先导压力，液压传感器37SBK 检测与铲斗油缸12相对应的先导压力，液压传感器37SRM检测与回转电动机相对应的先导 压力。工作装置用电子控制装置26取得表示由液压传感器37SBM、37SBK、37SAM、37SRM检 测并生成的先导压力的大小的电信号。该电信号在发动机或液压栗的控制等中使用。
[0067] 在本实施方式中，工作装置操作构件31L、31R以及行走操作构件33L、33R是先导 压力式的控制杆，但它们也可以是电气式的杆。在该情况下，工作装置用电子控制装置26 根据工作装置操作构件31L、31R或行走操作构件33L、33R的操作而生成用于使工作装置2、 上部回转体3或行走装置5动作的控制信号，并向车辆控制装置27输出。
[0068] 车辆控制装置27基于来自工作装置用电子控制装置26的控制信号对工作用控制 阀37W以及行走用控制阀37D进行控制。与来自工作装置用电子控制装置26的控制信号 相应的流量的液压油从工作用控制阀37W流出，供给到大臂油缸10、小臂油缸11以及铲斗 油缸12中的至少1者。图1所示的大臂油缸10、小臂油缸11以及铲斗油缸12根据从工作 用控制阀37W供给的液压油而被驱动。结果，工作装置2进行动作。
[0069] 〈挖掘机械的显示系统101>
[0070] 挖掘机械的显示系统（以下适当称为显示系统）101是用于将由液压式挖掘机100 对工作区域内的地面进行挖掘以施工成后述的设计面那样的形的信息提供给操作人员的 系统。显示系统101除了包含前述的全局坐标运算部23以及倾斜角度传感器24以外，还 包含第1行程传感器18A、第2行程传感器18B、第3行程传感器18C之类的各行程传感器、 作为显示装置的显示输入装置38、显示控制装置39、工作装置用电子控制装置26、以及包 含用于通知警报音的扬声器等的声音产生装置46。此外，显示系统101具备图2所示的位 置检测部19。为了方便起见，在图4中，示出了位置检测部19中的全局坐标运算部23以及 倾斜角度传感器24,省略了 2个天线21、22。
[0071] 显示输入装置38是具有输入部41和显示部42的显示装置。作为输入部41的 例子，可以举出按钮、键盘或触摸面板或它们的组合。作为显示部42的例子，可以举出 LCD(Liquid Crystal Display，液晶显不器）或有机EL(Electro Luminescence，电致发光） 显示器之类的显示面板。显示输入装置38显示用于将用于进行使用了工作装置2的挖掘 的信息提供给操作人员的引导画面。此外，在引导画面中显示各种键。作为操作者的操作 人员通过碰触到引导画面上的各种键，能够使显示系统101的各种功能得以执行。关于引 导画面在后面叙述。
[0072] 显示控制装置39执行显示系统101的各种功能。显示控制装置39是具有包含 RAM以及ROM的至少一方的存储部43、CPU等处理部44的电子控制装置。存储部43存储 有工作装置数据。工作装置数据包含前述的大臂6的长度L1、小臂7的长度L2以及铲斗8 的长度L3。在更换了铲斗8的情况下，对于作为工作装置数据的铲斗8的长度L3,从输入 部41输入与交换后的铲斗8的尺寸相应的值并存储到存储部43中。此外，工作装置数据 包含大臂6的倾斜角度Θ 1、小臂7的倾斜角度Θ 2、铲斗8的倾斜角度Θ 3各自的最小值 以及最大值。在存储部43中，存储有图像显示用的计算机程序。处理部44读出并执行存 储在存储部43中的本实施方式所涉及的图像显示用的计算机程序，由此使引导画面显示 于显示部42,或使与挖掘中的工作装置2以及铲斗8与目标施工面的位置关系等相关的的 信息显示于显示部42,或使用于对液压式挖掘机100的操作人员引导铲斗8的操作的姿势 信息显示于显示部42。
[0073] 显示控制装置39与工作装置用电子控制装置26能够通过无线或者有线的通信手 段而相互通信。显示控制装置39的存储部43存储有预先作成的设计地形数据。设计地形 数据是与三维的设计地形的形状以及位置相关的信息，成为图5所示的设计面45的信息。 设计地形表示成为作业对象的地面的目标形状。显示控制装置39基于设计地形数据以及 来自前述的各种传感器的检测结果等信息，使引导画面显示于显示输入装置38。具体来说， 如图5所示，设计地形由通过三角形多边形分别表现的多个设计面45构成。另外，在图5 中，仅对多个设计面中的1个标注了标号45,省略了其他的设计面的标号。作业对象是这些 设计面45中的1个或多个。操作人员将这些设计面45中的1个或多个选择为目标施工面 70。目标施工面70是多个设计面45中的从现在起要挖掘的面。目标施工面70示出施工 对象的目标形状。目标施工面70是设计面45中的1个或多个，设计面45由存储在存储部 43中的设计地形数据来确定。因此，显示控制装置39的存储部43成为存储目标施工面70 的信息。显示控制装置39使用于使操作人员得知目标施工面70的位置的引导画面显示于 显示输入装置38。
[0074] 〈引导画面〉
[0075] 图6、图7_1以及图7_2是表不引导画面的一例的图。引导画面是表不目标施工 面70与铲斗8的铲尖8T之间的位置关系，并用于对液压式挖掘机100的操作人员引导工 作装置2的操作以使得作为作业对象的地面成为与目标施工面70相同的形状。如图6、图 7-1以及图7-2所示，引导画面包含粗挖掘模式的引导画面（以下适当称为粗挖掘画面53) 以及精细挖掘模式的引导画面（以下适当称为精细挖掘画面54)。
[0076] (粗挖掘画面53的一例）
[0077] 图6所示的粗挖掘画面53显示于显示部42的画面42P。粗挖掘画面53包含：主 视图53a，其示出工作区域的设计地形（包含目标施工面70的设计面45)与液压挖掘机100 的当前位置；以及侧视图53b，其示出目标施工面70与液压式挖掘机100之间的位置关系。 粗挖掘画面53的主视图53a通过多个三角形多边形而表现了主视时的设计地形。如图6 的主视图53a所示，显示控制装置39将多个三角形多边形汇集在一起作为设计面45或目 标施工面70而显示于显示部42。图6示出了在设计地形是倾斜面的情况下，液压式挖掘 机100面对倾斜面的状态。因此，主视图53a在液压式挖掘机100倾斜时表示设计地形的 设计面45也会倾斜。主视图53a也可以以俯视图那样的三维形态来显示设计地形（包含 目标施工面70的设计面45)与液压式挖掘机100的当前位置。
[0078] 此外，从多个设计面45 (图6中仅对1个标注了标号）中选择为目标作业对象的 目标施工面70以与其他设计面45不同的颜色来显示。另外，在图6的主视图53a中，液压 式挖掘机100的当前位置是用从背面观察液压式挖掘机100时的图标61表示的，但也可以 利用其他符号来表示。此外，主视图53a包含有用于使液压式挖掘机100与目标施工面70 正对的信息。用于使液压式挖掘机100与目标施工面70正对的信息作为正对罗盘仪73来 显示。正对罗盘仪73例如是箭头形状的指针731按箭头R所示的那样进行旋转，用于引导 相对于目标施工面70的正对方向与应使液压式挖掘机100回转的方向的图案或图标这样 的姿势信息。
[0079] 所谓姿势信息是有关铲斗8的姿势的信息，包含图案、数值或数字等。为了使液压 式挖掘机100与目标施工面70正对，也可以操作液压式挖掘机100使液压式挖掘机100 (铲 斗8)与目标施工面70正对。例如，操作人员既可以使行走装置5动作来使液压式挖掘机 100移动，使液压式挖掘机100 (铲斗8)与目标施工面70正对，也可以使上部回转体3回 转来使液压式挖掘机100 (铲斗8)与目标施工面70正对。液压式挖掘机100的操作人员 能够通过正对罗盘仪73,来确认对目标施工面70的正对度。若正对罗盘仪73根据对目标 施工面70的正对度旋转，液压式挖掘机100或铲斗8与目标施工面70正对，则例如从操作 人员看来，指针731的指示方向会朝向画面42P的上方。例如，如图6所示，在指针731为 三角形形状的情况下，三角形的顶点所指的方向表示越靠近上方，便表示液压式挖掘机100 或铲斗8与目标施工面70越正对。因此，操作人员通过基于指针731的旋转角度来操作液 压式挖掘机100,能够容易地使液压式挖掘机100或铲斗8与目标施工面70正对。
[0080] 粗挖掘画面53的侧视图53b包含表示目标施工面70与铲斗8的铲尖8T之间的 位置关系的图像、和表示目标施工面70与铲斗8的铲尖8T之间的距离的距离信息。具体 来说，侧视图53b包含目标施工面线79、和基于侧视的液压式挖掘机100的图标75。目标 施工面线79示出目标施工面70的剖面。如图5所示，目标施工面线79通过计算出通过铲 斗8的铲尖8T的当前位置的平面77与设计面45的交线80来求取。交线80由显示控制 装置39的处理部44求取。
[0081] 在侧视图53b中，表示目标施工面70与铲斗8的铲尖8T之间的距离的距离信息 包含图形信息84。目标施工面70与铲斗8的铲尖8T之间的距离是从铲尖8T沿铅垂方向 (重力方向）朝向目标施工面70降下的线和目标施工面70相交的点与铲尖8T之间的距 离。此外，目标施工面70与铲斗8的铲尖8T之间的距离也可以是从铲尖8T向目标施工面 70降下垂线时的交点与铲尖8T之间的距离。从铲尖8T向目标施工面70降下的垂线与目 标施工面70正交。
[0082] 图形信息84是以图像示出铲斗8的铲尖8T与目标施工面70之间的距离的信息。 图形信息84是用于表示铲斗8的铲尖8T的位置的引导用的指标。具体来说，图形信息84 包括索引栏84a和索引标记84b，该索引标记84b表示索引栏84a中的、铲斗8的铲尖8T与 目标施工面70之间的距离相当于零的位置。索引栏84a例如由划分成多个的块形成。对 于索引栏84a而言，根据铲斗8的前端与目标施工面70之间的最短距离，使各索引栏84a 点亮。另外，图形信息84的显示的开/关也能够通过液压式挖掘机100的操作人员所进行 的输入部41的操作来变更。
[0083] 在粗挖掘画面53中，也可以为了表示前述那样的目标施工面线79与液压式挖掘 机100之间的位置关系而显示未图示的距离（数值）。液压式挖掘机100的操作人员通过 使铲斗8的铲尖8T沿着目标施工面线79移动，能够容易地进行挖掘以使当前的地形形成 为设计地形。另外，在粗挖掘画面53中显示用于切换引导画面的画面切换键65。操作人员 能够通过操作画面切换键65,从粗挖掘画面53向精细挖掘画面54切换。
[0084] (精细挖掘画面54的一例）
[0085] 图7-1所示的精细挖掘画面54显示于显示部42的画面42P。该精细挖掘画面54 示出铲斗8的铲尖8T与图6所示的目标施工面70正对的状态。精细挖掘画面54与粗挖 掘画面53相比更详细地示出了目标施工面70与液压式挖掘机100之间的位置关系。即， 精细挖掘画面54与粗挖掘画面53相比更详细地示出了目标施工面70与铲斗8的铲尖8T 之间的位置关系。精细挖掘画面54包括示出目标施工面70和铲斗8的主视图54a、以及示 出目标施工面70和铲斗8的侧视图54b。在精细挖掘画面54的主视图54a中，包括示出主 视下的铲斗8的图标89、和示出主视下的目标施工面70的剖面的线78(以下，适当称为主 视时的目标施工面线78)。所谓主视指的是，与图1以及图2所示的铲斗销15的中心轴的 延伸方向（铲斗8的转动中心轴方向）正交的方向，是从液压式挖掘机100的后方来观察 铲斗8。
[0086] 主视时的目标施工面线78按如下方式求得。从铲斗8的铲尖8T沿铅垂方向（重 力方向）降下垂线时，包含该垂线的平面与目标施工面70相交时产生的交线是主视时的目 标施工面线78。即，成为全局坐标系中的主视时的目标施工面线78。另一方面，在以与车 辆主体1的上下方向的线平行的位置关系为条件，进一步从铲斗8的铲尖8T朝向目标施工 面70降下线时，也可以将包含该线的平面与目标施工面70相交时形成的交线作为主视时 的目标施工面线78。即，成为车辆主体坐标系中的、主视时的目标施工面线78。能够通过 操作人员操作输入部41的未图示的切换键来选择以哪个坐标系来显示主视时的目标施工 面线78。
[0087] 在精细挖掘画面54的侧视图54b中，包含从侧面观察铲斗8时即铲斗8的侧视的 图像的图标90和目标施工面线79。此外，在精细挖掘画面54的主视图54a以及侧视图54b 中，分别显示表示下面说明的目标施工面70与铲斗8之间的位置关系的信息。所谓侧视指 的是从图1以及图2所示的铲斗销15的中心轴的延伸方向即铲斗8的转动中心轴方向来 观察，是从液压式挖掘机100的左右任意一侧来观察。在本实施方式中，侧视是从液压式挖 掘机100的左侧观察的情况。
[0088] 在主视图54a中，作为表示目标施工面70与铲斗8之间的位置关系的信息，也可 以包含表示铲尖8T与目标施工面70之间的车辆主体坐标系的Za或全局坐标系的Z方向 上的距离的距离信息。该距离是铲斗8的铲尖8T的宽度方向上的位置中的相对于目标施 工面70最接近的位置与目标施工面70之间的距离。即，如上所述，目标施工面70与铲斗8 的铲尖8T之间的距离也可以是从铲尖8T沿铅垂方向朝向目标施工面70降下的线和目标 施工面70相交的点与铲尖8T之间的距离。此外，目标施工面70与铲斗8的铲尖8T之间 的距离也可以是从铲尖8T向目标施工面70降下垂线（该垂线与目标施工面70正交）时 的交点与铲尖8T之间的距离。
[0089] 精细挖掘画面54包含以图形示出前述的铲斗8的铲尖8T与目标施工面70之间的 距离的图形信息84。图形信息84与粗挖掘画面53的图形信息84同样地具有索引栏84a 和索引标记84b。如上所述，在精细挖掘画面54中，详细显示主视时的目标施工面线78以 及目标施工面线79与铲斗8的铲尖8T的相对位置关系。液压式挖掘机100的操作人员通 过使铲斗8的铲尖8T沿着主视下的目标施工面线78以及目标施工面线79移动，从而能够 更加容易地进行高精度挖掘，使得当前的地形成为与三维的设计地形相同的形状。另外，在 精细挖掘画面54中，与前述的粗挖掘画面53同样地显示画面切换键65。操作人员能够通 过操作画面切换键65,从而从精细挖掘画面54向粗挖掘画面53切换。
[0090] (表示铲斗8的底面8BT的线性图像91)
[0091] 显示控制装置39执行本实施方式所涉及的图像显示方法。具体来说，显示控制装 置39在粗挖掘画面53以及精细挖掘画面54的至少一方，同作为铲斗8的侧视的图像的图 标90 -起，在相当于1广斗8的底面8BT的位置显不表不|广斗8的底面8BT的线性图像91。 线性图像91是与从侧面观察铲斗8时的底面8BT相对应的图像。线性图像91通过与作为 铲斗8的侧视的图像的图标90不同的显示形态，显示于与从侧面观察铲斗8时的底面8BT 相对应的位置。即，线性图像91和作为铲斗8的侧视的图像的图标90以分别不同的显示 形态而显示于显示部42。例如，线性图像91以比图标90的轮廓线粗的线来显示，或者线性 画像91以与图标90的轮廓线不同的线种或颜色来显示。显示控制装置39可以不显示本 实施方式所示那样的粗挖掘画面53或精细挖掘画面54中所显示的那样的画面而只要显示 至少包含线性图像91和目标施工面70的画面即可。在该情况下，显示控制装置39也可以 除了线性图像91以及目标施工面70之类的图像以外，还使作为铲斗8的侧视的图像的图 标90显示于显示部42。此外，显示控制装置39也可以除了线性图像91以及目标施工面 70之类的图像以外，还使包含铲斗8的工作装置2的侧视的图像显示于显示部42。优选的 是，显示控制装置39只要使图6所示那样的侧视时的液压式挖掘机100的图标75、线性图 像91、目标施工面70至少包含这些在内的图像显示于显示部42即可。
[0092] 通过将线性图像91与表示目标施工面70的图像即目标施工面线79 -起显示于 粗挖掘画面53以及精细挖掘画面54的至少一方，从而液压式挖掘机100的操作人员能够 把握目标施工面70与铲斗8的位置关系，更具体来说能够把握目标施工面70与铲斗8的 底面8BT的位置关系。因此，操作人员在利用铲斗8的底面8BT沿着目标施工面对施工对 象进行施工的情况下，能够直观并且容易地把握铲斗8的底面8BT与目标施工面70的平行 度这两者的位置关系。结果，利用铲斗8的底面8BT沿着目标施工面70施工的作业效率提 高。利用铲斗8的底面8BT在对象的施工面上进行施工的作业可以举出例如基于夯实作业 或平整作业的施工面的平坦化作业、基于倾斜面作业的施工面的成型化作业以及用于形成 沟的沟挖掘作业等。
[0093] 在图7-1所示的精细挖掘画面54中，同作为铲斗8的侧视的图像的图标90 -起， 在相当于铲斗8的底面8BT的位置显示表示铲斗8的底面8BT的线性图像91。但是，也可 以如图7-2所示的精细挖掘画面54A那样，仅显示线性图像91而不显示图标90。即，显示 控制装置39在显示部42的画面42P中，至少使线性图像91以及目标施工面线79进行显 不。
[0094] 〈线性图像91的生成〉
[0095] 图8以及图9是用于说明在将线性图像91显示于显示部42时求取铲斗8的位置 信息的方法的一例的图。图8是液压式挖掘机100的侧视图，图9是液压式挖掘机100的 后视图。在生成线性图像91时，显示控制装置39对铲斗8的铲尖8T的位置（以下适当称 为铲尖位置）进行求取。
[0096] 在本实施方式中，铲斗8的位置信息是铲尖8T的位置的信息。铲斗8的铲尖8T在 本实施方式中以车辆主体坐标系COM来使用，所以铲尖8T的位置的信息例如是车辆主体坐 标系COM中的铲尖8T的坐标。如图8所示，显示控制装置39使得车辆主体坐标系COM的 Za轴位于上部回转体3的回转中心轴上。在本例中，液压式挖掘机100的前后方向即车辆 主体坐标系COM的Xa轴方向相对于全局坐标系C0G的X轴方向而倾斜。此外，车辆主体坐 标系COM中的大臂销13的坐标是（Lbl，0, Lb2)，并预先存储在显示控制装置39的存储部 43中。大臂销13的Ya坐标也可以是0以外的值。
[0097] 图2以及图4所示的全局坐标运算部23对GNSS天线21、22的基准位置数据PI、 P2进行检测（运算）。处理部44取得所检测出的基准位置数据P1、P2的坐标，使用式（1) 来计算出Xa轴方向的单位向量。在式（1)中，P1、P2表示各基准位置数据P1、P2的坐标。
[0098] [式 1]
[0099] Xa = (P1-P2)/|P1_P2 卜.（1)
[0100] 如图8所示，若导入穿过由Xa与Za这2个向量表示的平面、且在空间上相对于向 量Xa垂直的向量Z'，则式（2)以及式（3)的关系成立。式（3)的c是常数。根据式（2)以 及式（3)，Z'如式（4)所示。而且，若以图9所示的、与Xa以及Z'垂直的向量为Y'，则Y' 如式（5)所示。
[0101] [式 2]
[0102] (Z'，Xa) = 0... (2)
[0103] [式 3]
[0104] Z' = (1-c) XZ+cXXa…（3)
[0105] [式 4]
[0106] Z' = Z+{(Z，XaV((Z，Xa)_l)} X (Xa-Z)…（4)
[0107] [式 5]
[0108] Y，= Xa 丄 Z，…（5)
[0109] 如图9所示，车辆主体坐标系COM通过使坐标系[Xa，Y'，Z' ]绕Xa轴旋转前述的 横摇角度Θ 4而得到，如式（6)所示。
[0110] [式 6]
[0112] 处理部44取得第1行程传感器18A、第2行程传感器18B、第3行程传感器18C的 检测结果，使用所取得的检测结果来求取前述的大臂6、小臂7、铲斗8的当前的倾斜角度 Θ 1、Θ 2、Θ 3。车辆主体坐标系COM内的铲斗8的铲尖8T的坐标P3(xa3, ya3, za3)能够 使用倾斜角度θ 1、Θ2、Θ3以及大臂6、小臂7、铲斗8各自的长度L1、L2、L3,通过式（7)、 式（8)以及式（9)来求取。坐标P3是铲斗8的宽度方向中心的铲尖8T的坐标。坐标P3 是铲斗8的位置信息，更具体来说是铲尖8T的位置信息。图4所示的显示控制装置39的 处理部44相当于生成铲斗8的位置信息的铲斗位置信息生成部。
[0113] [式 7]
[0114] xa3 = Lbl+LIXsin Θ l+L2Xsin( Θ 1+ Θ 2)+L3Xsin( Θ 1+ Θ 2+ Θ 3)…（7)
[0115] [式8]
[0116] ya3 = 0... (8)
[0117] [式9]
[0118] za3 = Lb2+LlXcos Θ l+L2Xcos( θ 1+ Θ 2)+L3Xcos( θ 1+ θ 2+ θ 3)... (9)
[0119] 显示控制装置39使用如上所述计算出的铲斗8的铲尖8Τ的当前位置和存储在存 储部43中的设计地形数据，来计算出如图5所示，3维设计地形与通过铲斗8的铲尖8Τ的 平面（以下适当称为Ya-Za平面77)的交线80。而且，显示控制装置39将该交线80中通 过目标施工面70的部分显示于引导画面作为上述的目标施工面线79。
[0120] 图10是表示为了生成线性图像91所需要的铲斗8的信息的侧视图。图11是用 于说明求取铲斗8的底面8BT的长度LBT的方法的图。图12是表示为了根据倾斜面施工 用的铲斗8a来生成线性图像91所需要的信息的信息的侧视图。如图10所示，铲斗8从铲 斗销15到铲尖8T的外侧8K即与开口部8G对置的部分突出。铲斗8具有在宽度方向上对 置设置的一对侧面8S，而铲斗8的外侧8K与一对侧面8S彼此接合。
[0121] 铲斗8的外侧具有曲面部8HH和底面8BT。曲面部8HH是在从铲斗销15到铲尖 8T之间由曲面形成的部分。底面8BT是从铲尖8T到铲斗销15之间由平面形成的部分。因 此，若从侧面8S侧观察铲斗8,则底面8BT为直线。底面8BT与曲面部8HH的边界是位置 A。曲面部8HH在从铲斗销15到位置A之间。底面8BT在从铲尖8T到位置A之间。
[0122] 根据铲斗8的尺寸信息，能够得到底面8BT的长度LBT以及图11所示的轴线AX3 与底面8BT所成的角度α。底面8BT的长度LBT通过式（10)来求取，角度α通过式（11) 来求取。L3是铲斗8的长度，(pa足连结中心轴线ΑΧ1以及铲尖8Τ的轴线ΑΧ3与连结中心 轴线AX1以及位置A的直线所成的角度，LA是中心轴线AX1与位置A之间的长度。角度中曰 以及LA是f产斗8的尺寸彳目息。
[0123]
[0124] a = acos{(L32+LBT2_LA2)/(2XL3XLA)} · · (11)
[0125] 通过式（7)到式（9)，能够得到铲尖8T的坐标P3(xa3, ya3, za3)，所以相对于轴 线AX3倾斜了角度α的方向、并且距铲尖8T长度LBT的位置为车辆主体坐标系COM中的 位置A。图4所示的显示控制装置39的处理部44对连结铲斗8的铲尖8T的坐标P3与铲 斗8的位置A的坐标（xl，yl，zl)的直线进行求取，并使其作为线性图像91而显示于显示 部42。这样，使用铲斗8的位置信息以及铲斗8的尺寸信息而生成的线性图像91为提取与 铲斗8的底面8BT相对应的部分而生成的。
[0126] 另外，显示于显示部42的线性图像91的长度也可以不是与铲斗3的底面8BT的 长度LBT相对应的长度。例如，也可以是比长度LBT长的线性图像91显示于显示部42。例 如，也可以是在线性图像91延伸的方向上，在铲斗3的铲尖8T的一侧，显示延长了的线性 图像91。或者，在线性图像91延伸的方向上，在与铲斗3的铲尖8T相反的一侧，显示延长 了的线性图像91。通过将比铲斗3的底面8BT的长度LBT长的线性图像91显示于显示部 42,从而操作人员变得容易识别铲斗8的底面8BT与目标施工面90是否平行。
[0127] 在使线性图像91的长度比铲斗3的底面8BT的长度LBT长的情况下，显示控制装 置39的处理部44也可以使超出底面8BT的长度LBT的线性图像91的部分以与底面8BT 所对应的线性图像91的部分不同的显示形态而显示于显示部42。若这样，则操作人员容易 把握实际上并非铲斗8的底面8BT的部分。显示控制装置39的处理部44能够例如使超出 底面8BT的长度LBT的线性图像91的部分用虚线来显示，或者使与底面8BT相对应的线性 图像91的部分用实线来显示，或者使超出底面8BT的长度LBT的线性图像91的部分与底 面8BT所对应的线性图像91的部分以不同的颜色来显示。
[0128] 图4所示的显示控制装置39的存储部43存储了铲斗8的尺寸信息。铲斗8的 信息例如是铲斗长度L3、中心轴线AX1到位置A、位置B、位置C、位置D以及位置E的长度 1^、1^、1^：、0)以及1^、角度9￡1、91)、^]€、屮(：1、.中6:￡)角度93.、屮1>、屮?.、屮<1、屮€是车由线 AX3与连结中心轴线AX1以及位置A、B、C、D、E的各直线所成的角度。位置A、位置B、位置 C、位置D以及位置E是铲斗8的外侧的位置，所以能够通过位置A、位置B、位置C、位置D 以及位置E来把握铲斗8的外侧形状的概略。因此，长度L3、LA、LB、LC、LD以及LE、角度 (pa、（pb、（pc, Cpd, Cpe是铲斗8的尺寸信息，同时也是表示铲斗8的形状的信息。
[0129] 对于图12所示的倾斜面施工用的铲斗8a而言，一块平板即底板8BP沿铲斗8a的 宽度方向设置，并且与对置配置的一对侧面8Sa彼此接合。而且，倾斜面施工用的铲斗8a 设置与底板8BP的端部（与铲尖8Ta相反的一侧的端部）以及侧面8Sa的端部（与铲斗8a 的开口侧相反的一侧的端部）接合的背面板8Ba。在倾斜面施工用的铲斗8a中，底板8BP 的外侧的整个面成为底面8BTa。底板8BP的铲斗销15侧的端部是成为底面8BTa与底面 8BTa以外的部分的边界的位置A。倾斜面施工用的铲斗8a也是从铲尖8Ta到位置A的长 度成为底面8BTa的长度LBT。倾斜面施工用的铲斗8a也与图10所示的铲斗8同样地，使 用式（10)以及式（11)，能够得到底面8BTa的长度LBT以及轴线AX3与底面8BTa所成的角 度α 〇
[0130] 通过前述的方法，图4所示的显示控制装置39的处理部44能够根据铲斗8的铲 尖位置的坐标Ρ3和铲斗8的形状以及尺寸信息，来生成线性图像91。由于铲斗8的铲尖位 置的坐标Ρ3是铲斗8的宽度方向中心的铲尖8Τ的坐标，所以线性图像91表示铲斗8的宽 度方向中心的铲斗8的底面8ΒΤ。在想要将铲斗8的宽度方向中心以外的底面8ΒΤ作为线 性图像91的情况下，只要使用想要作为线性图像91来显示的铲斗8的剖面形状以及车辆 主体坐标系COM的Ya轴上的该剖面的位置的Ya坐标来求取铲斗8的铲尖位置的坐标Ρ3 即可。所谓铲斗8的剖面指的是，用与铲斗销15的中心轴线AX1正交的平面切割铲斗8时 的剖面。
[0131] 线性图像91与目标施工面线79 -起显示于图6所示的粗挖掘画面53或图7所 示的精细挖掘画面54。线性图像91以车辆主体坐标系COM来表示。目标施工面线79根据 图5所示的设计面45来生成，但设计面45根据与三维的设计地形的形状以及位置有关的 信息即设计地形数据来生成。由于设计地形数据是全局坐标系，所以显示控制装置39的处 理部44将设计地形数据从全局坐标系变换为车辆主体坐标系COM之后生成目标施工面线 79,从而显示于粗挖掘画面53或精细挖掘画面54。
[0132] 线性图像91是与铲斗8的图标90不同的颜色。通过如此处理，线性图像91的目 识别性提高。显示控制装置39的处理部44通过操作人员所进行的输入部41的操作，能够 变更线性图像91的颜色。处理部44不选择显示于显示部42的图像已经使用的颜色，而选 择未使用的颜色作为线性图像91的颜色。而且，处理部44通过操作人员所进行的输入部 41的操作，也能够变更线性图像91的粗度，或者变更实线以及虚线这样的线种。
[0133] 显示控制装置39也可以不分别准备或者生成铲斗8的图标90的图像数据和线性 图像91的图像数据，使双方的图像数据重叠进行显示，而是生成将铲斗8的图标90与线性 图像91 一体化的数据，使该生成的数据显示于显示部42。在任何一种情况下，显示控制装 置39只要使表示与从侧面观察铲斗8时的底面8BT相对应的部分的线性图像91和与底面 8BT相对应的部分以外的铲斗8的图像以不同的显示形态显示于显示部42即可。
[0134] 〈变形例1>
[0135] 显示控制装置39的处理部44也可以使线性图像91的显示方式在线性图像91与 目标施工面70所对应的目标施工面线79成为平行之前和成为平行之后不同。若这样，则 液压式挖掘机100的操作人员变得容易识别铲斗8的底面8BT与目标施工面70已经平行， 所以利用了铲斗8的底面8BT的对目标施工面70的施工变得容易。作为使线性图像91的 显示方式在线性图像91与目标施工面70所对应的目标施工面线79成为平行之前和成为 平行之后不同的示例，可以举出使线性图像91的颜色不同、使线性图像91从闪烁状态变为 点亮状态或从点亮状态变为闪烁状态或者变更线性图像91的粗度或将这其中至少2个进 行组合。作为一例，可以举出，显示控制装置39在线性图像91与目标施工面70所对应的 目标施工面线79成为平行之前使红色的线性图像91显示于显示部42,而在两者成为平行 之后使蓝色的线性图像91显示于显示部42。
[0136] 线性图像91相对于图11所示的轴线AX3而倾斜了角度α。因此，线性图像91相 对于图8所示的车辆主体坐标系COM的Za轴而倾斜了（ Θ 1+ Θ 2+ Θ 3-180+ α )度。目标施 工面线79以车辆主体坐标系COM来表示，所以能够求取在车辆主体坐标系COM中相对于Za 轴的倾斜角度。因此，处理部44能够求取线性图像91与目标施工面线79的角度。在本变 形例中，处理部44在线性图像91与目标施工面线79的角度成为0度时或成为给定阈值以 下时，判定为线性图像91与目标施工面线79已经平行。
[0137] 显示控制装置39的处理部44也可以若线性图像91与目标施工面线79成为平行， 则使例如图4所示的声音产生装置46产生声音，以向操作人员通知铲斗8的底面8BT与目 标施工面70成为了平行的情况。若这样，则操作人员能够根据图像和声音的任意一方或双 方来识别铲斗8的底面8BT与目标施工面70成为了平行的情况。在本变形例中，显示控制 装置39在将铲斗8的底面8BT与目标施工面70成为了平行通知给操作人员的情况下，既 可以使用显示方式的变更以及基于声音的通知这两者，也可以使用两者中的任意一者。
[0138] 〈变形例2>
[0139] 显示控制装置39的处理部44也可以根据铲斗8的底面8BT与目标施工面70的 角度，使线性图像91的显示方式不同。若这样，则液压式挖掘机100的操作人员变得容易 识别铲斗8的底面8BT与目标施工面70的相对位置关系发生了变化的情况，因此利用了铲 斗8的底面8BT的对目标施工面70的施工变得容易。使线性图像91的显示方式不同的示 例以及求取线性图像91与目标施工面线79的角度的方法与变形例1中所说明的相同。处 理部44既可以按照铲斗8的底面8BT与目标施工面70的角度产生变化，使线性图像91的 显示方式连续地变化，也可以阶段性地变化。作为使线性图像91的显示方式连续地变化的 示例，可以举出使线性图像91的色调渐渐地变化为不同的色调，或者使线性图像91的颜色 的亮度渐渐地变化。作为一例，可以举出，显示控制装置39在铲斗8的底面8BT与目标施 工面70的角度为预先规定的阈值以上的情况下使红色的线性图像91显示于显示部42,而 在两者的角度小于预先规定的阈值的情况下使蓝色的线性图像91显示于显示部42。
[0140] 〈变形例3>
[0141] 显示控制装置39的处理部44也可以根据铲斗8的底面8BT与目标施工面70的 距离，使线性图像91的显示方式不同。以此方式，液压式挖掘机100的操作人员也变得容 易识别铲斗8的底面8BT与目标施工面70的相对位置关系发生了变化的情况，因此利用了 铲斗8的底面8BT的对目标施工面70的施工变得容易。作为一例，可以举出，显示控制装 置39在铲斗8的底面8BT与目标施工面70的距离为预先规定的阈值以上的情况下使红色 的线性图像91显示于显示部42,而在两者的距离小于预先规定的阈值的情况下使蓝色的 线性图像91显示于显示部42。线性图像91与目标施工面线79的距离例如也可以以线性 图像91的与铲斗8的铲尖8T相当的部分为基准来求取。此外，也可以将线性图像91与目 标施工面线79的最短距离作为线性图像91与目标施工面线79的距离。使线性图像91的 显示方式不同的示例与变形例1以及变形例2中所说明的相同。
[0142] 〈变形例4>
[0143] 显示控制装置39的处理部44也可以使关于线性图像91的显示的菜单图像显示 于显示部42,通过操作人员所进行的输入部41的操作，从而能够切换线性图像91的显示与 非显示。在该情况下，输入部41相当于显示切换装置。若这样，则操作人员例如能够根据 液压式挖掘机100的作业模式，切换线性图像91的显示与非显示。作为一例，通过操作人 员的操作，从而在重挖掘模式下使线性图像91非显示，在利用铲斗8的底面8BT对对象的 施工面进行施工的作业模式下显示线性图像91。若这样，则在不需要铲斗8的底面8BT与 目标施工面70的位置关系的情况下，通过将线性图像91设为非显示而能够降低处理部44 的负荷。
[0144] 以上，本实施方式及其变形例使从侧面观察铲斗8时的图像以及目标施工面70的 图像显示于显示部42,并且使用铲斗8的位置信息以及铲斗8的形状的信息，提取与从侧面 观察铲斗8时的底面8BT相对应的部分来生成线性图像91，由此在与底面8BT相对应的位 置使线性图像91显示于显示部42。因此，操作人员能够直观并且容易地把握铲斗8的底面 8BT与目标施工面70的位置关系，因此进行利用铲斗8的底面8BT按照成为目标施工面70 的方式进行施工那样的作业时，作业的效率提高。这样，本实施方式及其变形例在作为挖掘 机械的液压式挖掘机100的操作人员推进施工时，能够向操作人员提供容易理解的有关施 工状态的信息。尤其是，本实施方式及其变形例在利用铲斗8的底面8BT对施工对象进行 施工的情况下很有效。
[0145] 在将铲斗8的形状正确地进行再现并显示于显示部42的情况下，显示控制装置39 的处理部44的负荷增大，并且需要将用于正确地再现铲斗8的形状的庞大的信息存储到存 储部43中。若这样正确地再现铲斗8的形状，则硬件资源的负担变大。本实施方式及其变 形例通过使用线性图像91从而能降低处理部44的负荷，而且因为无需正确地再现铲斗8 的形状所以使存储部43存储的信息也可以比正确地再现铲斗8的形状的情况少。这样，本 实施方式及其变形例在使铲斗8的底面8BT与目标施工面的关系显示于显示部42以使操 作人员把握的情况下，能够降低硬件资源的负荷。
[0146] 本实施方式及其变形例并不限定于前述内容。此外，前述的构成要素包含本领域 技术人员容易想到的、实质上相同的、所谓的等同范围内的构成要素。而且，前述的构成要 素能够进行适当的组合。而且，在不脱离本实施方式及其变形例的主旨的范围内，能够进行 构成要素的各种省略、置换或变更。
[0147] 例如，各引导画面的内容并不限定于前述的内容，也可以适当地变更。此外，显示 控制装置39的功能的一部分或者全部也可以由配置在液压式挖掘机100的外部的计算机 来执行。此外，目标作业对象也不限于前述那样的平面，也可以是点、线或三维的形状。显 示输入装置38的输入部41不限于触摸面板式，也可以由硬键（hard key)或开关等操作构 件构成。
[0148] 在本实施方式及其变形例中，工作装置2具有大臂6、小臂7、铲斗8,但工作装置2 并不限于此，只要至少具有铲斗8即可。此外，在上述的实施方式中，通过利用第1行程传 感器18A、第2行程传感器18B以及第3行程传感器18C，来检测各液压油缸的行程长度，从 而检测了大臂6、小臂7、铲斗8的姿势，但姿势的检测单元并不限于此。例如，也可以具备 对大臂6、小臂7、铲斗8的倾斜角进行检测的角度传感器。
[0149] 在本实施方式及其变形例中，具有铲斗8,但铲斗并不限于此，也可以是倾斜铲斗。 所谓倾斜铲斗具备倾斜油缸，是通过铲斗向左右倾斜从而即使液压式挖掘机处于倾斜地， 也能够将斜面、平地成型为自由的形状、进行整地，还能够进行基于底板板块的夯实作业的 铲斗。在倾斜铲斗的情况下，例如，能够使在底面的宽度方向上最接近目标施工面70的部 分作为线性图像91而显示于显示部42。
[0150] 标号说明
[0151] 1 车辆主体
[0152] 2 工作装置
[0153] 3 上部回转体
[0154] 6 大臂
[0155] 7 小臂
[0156] 8、8a 铲斗
[0157] 8B 铲
[0158] 8G 开口部
[0159] 8HH 曲面部
[0160] 8K 外侧
[0161] 8T、8Ta 铲尖
[0162] 8S、8Sa 侧面
[0163] 8BP 底板
[0164] 8BT、8BTa 底面
[0165] 19 位置检测部
[0166] 21、22 天线
[0167] 23 全局坐标运算部
[0168] 24 倾斜角度传感器
[0169] 25 操作装置
[0170] 26 工作装置用电子控制装置
[0171] 27 车辆控制装置
[0172] 35 工作装置侧存储部
[0173] 36 运算部
[0174] 38 显示输入装置
[0175] 39 显示控制装置
[0176] 43 存储部
[0177] 44 处理部
[0178] 45 设计面
[0179] 70 目标施工面
[0180] 79 目标施工面线
[0181] 90 图标
[0182] 91 线性图像
[0183] 100 液压式挖掘机
[0184] 101 显示系统
[0185] P3 坐标
【主权项】
1. 一种挖掘机械的显示系统，所述挖掘机械具有包含铲斗的工作装置以及安装所述工 作装置的主体部， 所述显示系统包含： 铲斗位置信息生成部，其生成所述铲斗的位置信息； 存储部，其存储所述铲斗的尺寸信息以及表示施工对象的目标形状的目标施工面的信 息； 显示部，其将所述目标施工面的图像显示于画面；和 处理部，其使提取与从侧面观察所述铲斗时的底面相对应的部分而生成的线性图像与 所述目标施工面的图像一起显示于所述显示部。2. 根据权利要求1所述的挖掘机械的显示系统，其中， 所述处理部将所述铲斗的图像与所述线性图像个别地生成，并以与所述线性图像不同 的显示形态与所述线性图像一起显示于所述显示部。3. 根据权利要求1或2所述的挖掘机械的显示系统，其中， 所述处理部使所述线性图像的显示方式在所述铲斗的底面与所述目标施工面成为平 行之前和成为平行之后不同。4. 根据权利要求1或2所述的挖掘机械的显示系统，其中， 所述处理部根据所述铲斗的底面与所述目标施工面的角度，使所述线性图像的显示方 式不同。5. 根据权利要求1或2所述的挖掘机械的显示系统，其中， 所述处理部根据所述铲斗的底面与所述目标施工面的距离，使所述线性图像的显示方 式不同。6. -种挖掘机械的显示系统，所述挖掘机械具有包含铲斗的工作装置以及安装所述工 作装置的主体部， 所述显示系统包含： 铲斗位置信息生成部，其生成所述铲斗的铲尖的位置信息； 存储部，其存储所述铲斗的尺寸信息以及表示施工对象的目标形状的目标施工面的信 息； 显示部，其将所述铲斗的图像以及所述目标施工面的图像显示于画面； 处理部，其使从侧面观察所述铲斗时的图像以及所述目标施工面的图像显示于所述显 示部，并且，使用所述铲斗的位置信息以及所述铲斗的尺寸信息，在与从侧面观察所述铲斗 时的底面相对应的位置生成线性图像并使其显示于所述显示部；和 显示切换装置，其对所述线性图像的显示与非显示进行切换。7. -种挖掘机械的显示系统，所述挖掘机械具有包含铲斗的工作装置以及安装所述工 作装置的主体部， 所述显示系统包含： 铲斗位置信息生成部，其生成所述铲斗的位置信息； 存储部，其存储所述铲斗的尺寸信息以及表示施工对象的目标形状的目标施工面的信 息； 显示部，其将所述目标施工面的图像显示于画面；和 处理部，其使所述显示部显示表示与从侧面观察所述铲斗时的底面相对应的部分的线 性图像，并且以与所述线性图像不同的显示形态显示与所述底面相对应的部分以外的所述 铲斗的图像。8. -种挖掘机械，其特征在于，具备权利要求1~7中任一项所述的挖掘机械的显示系 统。9. 一种图像显示方法，其特征在于， 在使图像显示于具有包含铲斗的工作装置、安装所述工作装置的主体部、以及至少将 表示施工对象的目标形状的目标施工面的图像显示于画面的显示部的挖掘机械的所述显 示部时，包括： 使所述目标施工面的图像显示于所述显示部的步骤；和 提取与从侧面观察所述铲斗时的所述底面相对应的部分来生成线性图像并显示于所 述显示部的步骤。
【文档编号】E02F9/26GK105992851SQ201480002654
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2014年9月9日
【发明人】岩永大司, 高浦健, 有松大毅
【申请人】株式会社小松制作所