挖掘机械的显示系统及挖掘机械的制作方法
【专利摘要】挖掘机械的显示系统(28)包括：对与具备包括铲斗在内的工作机的挖掘机械的当前位置及姿态相关的信息进行检测的车辆状态检测部；对工作对象的表示目标形状的目标面的位置信息进行储存的储存部(43)；将铲斗、设计面及所述目标面的位置信息显示于画面的显示部(42)；根据与挖掘机械的当前位置及姿态相关的信息来求出铲斗的齿尖的位置，并在铲斗的至少一部分进入了与目标面正交的方向上的目标面的周围的规定范围时，使根据齿尖的位置求出的、存在于规定范围内的齿尖的轨迹显示在显示部(42)的画面中的处理部(44)。
【专利说明】挖掘机械的显示系统及挖掘机械
【技术领域】
[0001]本发明涉及挖掘机械的显示系统及具备其的挖掘机械。
【背景技术】
[0002]通常而言，液压挖掘机等挖掘机械通过操作人员对操作杆进行操作，由此对包括铲斗在内的工作机进行驱动，从而对工作对象的地面等进行挖掘。例如，在专利文献I中记载有在由挖掘疏浚船进行的疏浚时，能够将铲斗的爪尖的深度的轨迹以短时间的方式保持在监视画面中的技术。
[0003]【在先技术文献】
[0004]【专利文献】
[0005]【专利文献I】:日本特开2009-150218号公报
【发明内容】
[0006]【发明要解决的课题】
[0007]采用液压挖掘机等挖掘机械，将施工对象的设计面的一部分作为目标面，在按照上述的方式来对工作对象的地面进行挖掘时，挖掘机械的操作者尤其需要目标面的附近处的信息。专利文献I的技术从较浅的位置到目标疏浚深度为止来显示爪尖的轨迹，故在显示装置的画面中还显示有目标面的附近以外的信息。由此，在专利文献I的技术中，存在对于以施工对象的设计面的一部分作为目标面，并按照该内容对工作对象的地面进行挖掘的挖掘机械的操作者而言，无法易于理解地提供与施工结果相关的信息的可能性。
[0008]本发明的目的在于，在挖掘机械的操作者按照设计面来推进施工时，易于理解地对操作者提供与施工结果相关的信息。
[0009]【用于解决课题的手段】
[0010]根据本发明，提供一种挖掘机械的显示系统，该挖掘机械具有:包括铲斗在内的工作机；安装所述工作机的主体部，所述挖掘机械的显示系统包括:车辆状态检测部，其对与所述挖掘机械的当前位置及姿态相关的信息进行检测；储存部，其对工作对象的设计面的位置信息和表示目标形状的目标面的位置信息进行储存；显示部，其在画面中显示所述铲斗、所述设计面及所述目标面的位置信息；处理部，其根据与所述挖掘机械的当前位置及姿态相关的信息来求出所述铲斗的齿尖的位置，并在所述铲斗的至少一部分进入了与所述目标面正交的方向上的所述目标面的周围的规定范围时，使根据所述齿尖的位置求出的、存在于所述规定范围内的所述齿尖的轨迹显示在所述显示部的画面中。
[0011]在本发明中，优选的是，在所述铲斗从所述规定范围离开之后，所述铲斗再次进入了所述规定范围时，所述处理部将已经处于表示中的所述齿尖的轨迹消除，并使再次进入了所述规定范围的所述铲斗的所述齿尖的轨迹显示在所述画面中。
[0012]在本发明中，优选的是，所述处理部根据作为沿相对于所述目标面垂直的方向扩展的空间且包括基于所述铲斗的挖掘范围在内的规定的范围和所述铲斗的位置关系，对所述轨迹的至少一部分进行消除。
[0013]在本发明中，优选的是，包括所述挖掘范围在内的规定的范围比所述铲斗的宽度大。
[0014]在本发明中，优选的是，所述处理部根据搭载所述工作机的上部回旋体回旋的情况，对所述轨迹的至少一部分进行消除。
[0015]在本发明中，优选的是，所述处理部根据所述主体部移动的情况，对所述轨迹的至少一部分进行消除。
[0016]在本发明中，优选的是，在所述目标面变得不为工作对象时或者在所述目标面发生了变更时，所述处理部将显示在所述显示装置的所述画面中的所述轨迹消除。
[0017]在本发明中，优选的是，所述规定范围的大小能够变更。
[0018]在本发明中，优选的是，所述规定范围的大小为与对所述设计面进行施工时的公差相当的大小。
[0019]在本发明中，优选的是，所述处理部根据所述铲斗的所述齿尖与所述目标面或者所述设计面的距离，报知作为警报的声音。
[0020]在本发明中，优选的是，所述处理部根据所述铲斗的所述齿尖与所述目标面或者所述设计面的距离，对报知所述声音的形态进行变更。
[0021]在本发明中，优选的是，所述处理部在所述显示部的所述画面中显示用于表示所述铲斗的齿尖的位置的引导用的指标。
[0022]根据本发明，提供一种具备上述的挖掘机械的显示系统的挖掘机械。
[0023]本发明在挖掘机械的操作者按照设计面来推进施工时，能够易于理解地对操作者提供与施工结果相关的信息。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本实施方式所涉及的液压挖掘机100的立体图。
[0025]图2是液压挖掘机100的侧视图。
[0026]图3是液压挖掘机100的后视图。
[0027]图4是表示液压挖掘机100所具备的控制系统的框图。
[0028]图5是表示由设计地形数据示出的设计地形的图。
[0029]图6是表示引导画面的一例的图。
[0030]图7是表示引导画面的一例的图。
[0031]图8是用于对求出铲斗8的齿尖P3的当前位置的方法的一例进行说明的图。
[0032]图9是用于对求出铲斗8的齿尖P3的当前位置的方法的一例进行说明的图。
[0033]图10是表示在显示部42的画面42P中显示铲斗8的齿尖P3的轨迹TLi的例子的图。
[0034]图11是表示使齿尖轨迹TLi显示于显示部42的画面42P中的显示顺序的一例的流程图。
[0035]图12是表示显示有齿尖轨迹TLi的显示部42的画面42P的状态的图。
[0036]图13是表示显示有齿尖轨迹TLi的显示部42的画面42P的状态的图。
[0037]图14是表示显示有齿尖轨迹TLi的显示部42的画面42P的状态的图。[0038]图15是表示显示有齿尖轨迹TLi的显示部42的画面42P的状态的图。
[0039]图16是表示齿尖轨迹TLi的显示形态的图。
[0040]图17是用于对作为沿相对于目标面70垂直的方向扩展的空间，且包括基于铲斗8的目标面70的挖掘范围在内的规定的范围进行说明的图。
[0041]图18是表示铲斗8移动时的齿尖轨迹TLi的显示形态的图。
[0042]图19是表示铲斗8移动时的齿尖轨迹TLi的显示控制的处理顺序的一例的流程图。
[0043]图20是表示铲斗8与水平方向规定范围AS的关系的图。
[0044]图21是表示铲斗8与水平方向规定范围AS的关系的图。
[0045]图22是表示铲斗8与水平方向规定范围AS的关系的图。
[0046]图23-1是用于对作为沿相对于目标面70垂直的方向扩展的空间，且包括基于铲斗8的目标面70的挖掘范围在内的规定的范围进行说明的图。
[0047]图23-2是用于对作为沿相对于目标面70垂直的方向扩展的空间，且包括基于铲斗8的目标面70的挖掘范围在内的规定的范围进行说明的图。
[0048]图24-1是表示铲斗8与水平方向规定范围AS的关系的图。
[0049]图24-2是表示铲斗8与水平方向规定范围AS的关系的图。
【具体实施方式】
[0050]关于用于实施本发明的方式(实施方式)，边参考附图边进行详细的说明。并不是通过以下的实施方式所记载的内容来限定本发明。另外，以下的实施方式对作为挖掘机械的一例的液压挖掘机进行说明，但在以下的实施方式中作为对象的挖掘机械只要具有挖掘或者回填的功能，并不是局限于液压挖掘机。
[0051]<挖掘机械的整体结构>
[0052]图1是本实施方式所涉及的液压挖掘机100的立体图。图2是液压挖掘机100的侧视图。图3是液压挖掘机100的后视图。图4是表示液压挖掘机100所具备的控制系统的框图。图5是表示由设计地形数据示出的设计地形的图。在本实施方式中，作为挖掘机械的液压挖掘机100具有作为主体部的车辆主体I和工作机2。车辆主体I具有上部回旋体3和行驶装置5。上部回旋体3在发动机室3EG的内部收容有未图示的动力产生装置及液压泵等装置。发动机室3EG配置在上部回旋体3的一端侧。
[0053]在本实施方式中，液压挖掘机100将例如柴油发动机等内燃机作为动力产生装置，但液压挖掘机100不局限于这样的结构。液压挖掘机100也可以为例如具备由内燃机、发电电动机及蓄电装置组合而成的、所谓的混合动力方式的动力产生装置的结构等。
[0054]上部回旋体3具有驾驶室4。驾驶室4载置在上部回旋体3的另一端侧。S卩，驾驶室4配置在与配置有发动机室3EG的一侧的相反的一侧。在驾驶室4内配置有图4所示的显示输入装置38及操作装置25。关于这些装载在后叙述。行驶装置5具有履带5a、5b。行驶装置5通过未图示的液压马达驱动而使履带5a、5b旋转来行驶，从而使液压挖掘机100行驶。工作机2安装在上部回旋体3的驾驶室4的侧方侧。
[0055]需要说明的是，液压挖掘机100也可以为具备如下所述的行驶装置的挖掘机，即，该行驶装置具备代替履带5a、5b的轮胎，将未图示的柴油发动机的驱动力经由变速器向轮胎传递而能够行驶。例如，作为这样的方式的液压挖掘机100可以为轮式液压挖掘机。另夕卜，液压挖掘机100也可以例如为挖掘装载机，该挖掘装载机具有如下的结构，即，具备具有上述那样的轮胎的行驶装置，进而在车辆主体(主体部)安装有工作机，且不具备图1那样的上部回旋体及其回旋机构。即，挖掘装载机为具备在车辆主体安装有工作机而构成车辆主体的一部分的行驶装置的装置。
[0056]上部回旋体3的、配置有工作机2及驾驶室4的一侧为前方，配置有发动机室3EG的一侧为后方。面向前方的左侧为上部回旋体3的左方，面向前方的右侧为上部回旋体3的右方。另外，液压挖掘机100或者车辆主体I以上部回旋体3为基准而行驶装置5侧为下方，以行驶装置5为基准而上部回旋体3侧为上方。在液压挖掘机100设置在水平面上的情况下，下方为铅垂方向、即重力的作用方向侧，上方为铅垂方向的相反侧。
[0057]工作机2具有:斗杆6 ;动臂7 ;伊斗8 ;斗杆工作缸10 ;动臂工作缸11 ;铲斗工作缸12。斗杆6的基端部经由斗杆销13而能够摆动地安装在车辆主体I的前部。动臂7的基端部经由动臂销14而能够摆动地安装在斗杆6的前端部。在动臂7的前端部经由铲斗销15而能够摆动地安装有铲斗8。
[0058]如图2所示，斗杆6的长度、即从斗杆销13到动臂销14为止的长度为LI。动臂7的长度、即从动臂销14的中心到铲斗销15的中心为止的长度为L2。铲斗8的长度、即从铲斗销15的中心到铲斗8的齿尖P3为止的长度为L3。齿尖P3为安装在铲斗8的与铲斗销15相反的一侧上的齿8B的前端。
[0059]图1所示的斗杆工作缸10、动臂工作缸11及铲斗工作缸12分别为通过工作油的压力(以下，适当称为“液压”)来驱动的液压工作缸。斗杆工作缸10驱动斗杆6，使该斗杆6升降。动臂工作缸11驱动动臂7，使该动臂7围绕动臂销14转动。铲斗工作缸12驱动铲斗8，使该铲斗8围绕铲斗销15转动。在斗杆工作缸10、动臂工作缸11及铲斗工作缸12等液压工作缸与未图示的液压泵之间配置有图4所示的比例控制阀37。后述的工作机用电子控制装置26通过对比例控制阀37进行控制，由此对向斗杆工作缸10、动臂工作缸11及铲斗工作缸12供给的工作油的流量进行控制。其结果是，对斗杆工作缸10、动臂工作缸11及铲斗工作缸12的动作进行控制。
[0060]如图2所示，在斗杆6、动臂7及铲斗8上分别设有第一行程传感器16、第二行程传感器17及第三行程传感器18。第一行程传感器16、第二行程传感器17及第三行程传感器18为对工作机2的姿态进行检测的姿态检测部。第一行程传感器16对斗杆工作缸10的行程长度进行检测。后述的显示控制装置39 (参考图4)根据第一行程传感器16检测出的斗杆工作缸10的行程长度，来算出后述的斗杆6相对于车辆主体坐标系的Za轴的倾斜角Θ1。第二行程传感器17对动臂工作缸11的行程长度进行检测。显示控制装置39根据第二行程传感器17检测出的动臂工作缸11的行程长度，来算出动臂7相对于斗杆6的倾斜角Θ2。第三行程传感器18对铲斗工作缸12的行程长度进行检测。显示控制装置39根据第三行程传感器18检测出的铲斗工作缸12的行程长度，来算出铲斗8相对于动臂7的倾斜角Θ3。
[0061]车辆主体I具备位置检测部19。位置检测部19对液压挖掘机100的当前位置进行检测。位置检测部 19 具有:RTK-GNSS(Real Time Kinematic-Global NavigationSatellite Systems, GNSS称为“全球导航卫星系统”)用的两个天线21、22(以下,适当称为“GNSS天线21、22”)；三维位置传感器23 ;倾斜角传感器24。GNSS天线21、22设置在车辆主体1、更具体而言上部回旋体3上。在本实施方式中，GNSS天线21、22沿着后述的车辆主体坐标系的Ya轴而分离恒定距离地设置。需要说明的是，能够通过对位置检测部19和上述的姿态检测部(这些车辆状态检测部)来对挖掘机械的位置及姿态这样的车辆状态进行检测。
[0062]需要说明的是，优选的是，GNSS天线21、22设置在作为上部回旋体3之上的、沿着液压挖掘机100的左右方向分离的两端位置处。另外，也可以设置在作为上部回旋体3之上的、未图示的平衡重(上部回旋体3的后端)或者驾驶室4的后方。无论是哪种设置方式，GNSS天线21、22设置在尽可能分离的位置时可提高液压挖掘机100的当前位置的检测精度。另外，优选GNSS天线21、22设置在尽量不妨碍操作人员的视野的位置。另外，能够通过位置检测部19和姿态检测部(这些车辆状态检测部)来对挖掘机械(本实施方式中为液压挖掘机100)的当前位置及姿态这样的车辆状态进行检测。
[0063]GNSS天线21、22接收到的与GNSS电波相应的信号向三维位置传感器23输入。三维位置传感器23对GNSS天线21、22的设置位置P1、P2的位置进行检测。如图3所示，倾斜角传感器24对重力所作用的方向、即车辆主体I的宽度方向相对于铅垂方向Ng的倾斜角Θ4(以下，适当称为“倾滚角Θ4”)进行检测。需要说明的是，在本实施方式中，宽度方向是指铲斗8的宽度方向，且与上部回旋体3的宽度方向、即左右方向一致。不过，在工作机2具备后述的倾斜式铲斗的情况下，也有可能铲斗的宽度方向与上部回旋体3的宽度方向不一致。
[0064]液压挖掘机100具备:操作装置25 ;工作机用电子控制装置26 ;工作机控制装置27 ;挖掘机械的显示系统(以下，适当称为“显示系统”)101。操作装置25具有:工作机操作构件31 ;工作机操作检测部32 ;行驶操作构件33 ;行驶操作检测部34。工作机操作构件31为操作人员用于操作工作机2的构件,例如为控制手柄或者操作杆。另外，工作机操作构件31及工作机操作检测部32为两组(图4中仅仅图示出一组)。在驾驶室4内的未图示的操作人员座席的左右各自设有工作机操作构件31。例如通过对设置在右方的工作机操作构件31进行操作，由此能够使铲斗8及斗杆6动作，通过对设置在左方的工作机操作构件31进行操作，由此能够使动臂7及上部回旋体3动作。工作机操作检测部32对工作机操作构件31的操作内容进行检测，并将其作为检测信号向工作机用电子控制装置26输送。
[0065]行驶操作构件33为操作人员用于对液压挖掘机100的行驶进行操作的构件，例如为控制手柄或者操作杆。另外，行驶操作构件33及行驶操作检测部34为两组(图4中仅仅图示出一组)。在驾驶室4内的未图示的操作人员座席的前方沿着左右排列地设置有行驶操作构件33。通过对设置在右侧的行驶操作构件33进行操作，由此能够使右侧的履带5a动作，通过对设置在左侧的行驶操作构件33进行操作，由此能够使左侧的履带5b动作。行驶操作检测部34对行驶操作构件33的操作内容进行检测，并将其作为检测信号向工作机用电子控制装置26输送。
[0066]工作机用电子控制装置26具有包括RAM (Random Access Memory)及ROM (ReadOnly Memory)中的至少一方的工作机侧储存部35及CPU (Central Processing Unit)等运算部36。工作机用电子控制装置26主要对工作机2进行控制。工作机用电子控制装置26生成用于与工作机操作构件31的操作对应而使工作机2动作的控制信号，并将该控制信号向工作机控制装置27输出。工作机控制装置27具有比例控制阀37，根据来自工作机用电子控制装置26的控制信号对比例控制阀37进行控制。与来自工作机用电子控制装置26的控制信号对应的流量的工作油从比例控制阀37流出，向斗杆工作缸10、动臂工作缸11及韦产斗工作缸12中的至少一个供给。于是，图1所示的斗杆工作缸10、动臂工作缸11及伊斗工作缸12与从比例控制阀37供给来的工作油对应地被驱动。其结果是，工作机2动作。
[0067]<显示系统28>
[0068]显示系统28为用于向操作人员提供用于对工作区域内的地面进行挖掘而形成为后述的设计面那样的形状的信息的系统。显示系统28除了具有上述的斗杆工作缸10、动臂工作缸11及铲斗工作缸12、三维位置传感器23及倾斜角传感器24、第一行程传感器16、第二行程传感器17及第三行程传感器18以外，还具有作为显示装置的显示输入装置38、显示控制装置39、包括用于报知警报音的扬声器等的声音产生装置46。
[0069]显示输入装置38具有触摸面板式的输入部41和LCD (Liquid Crystal Display)等显示部42。显示输入装置38对用于提供进行挖掘用的信息的引导画面进行显示。另外，在引导画面中显示有各种键。作为操作者的操作人员(在对液压挖掘机100进行检查或者修理时修护人员)通过接触引导画面上的各种键，从而能够执行显示系统28的各种功能。关于引导画面在后进行详细的说明。
[0070]显示控制装置39执行显示系统28的各种功能。显示控制装置39为具有包括RAM及ROM中的至少一方的储存部43、CPU等处理部44的电子控制装置。储存部43储存有工作机数据。工作机数据包括上述的斗杆6的长度L1、动臂7的长度L2、铲斗8的长度L3。另外，工作机数据还包括斗杆6的倾斜角Θ 1、动臂7的倾斜角Θ 2及铲斗8的倾斜角Θ3各自的最小值及最大值。
[0071]显示控制装置39和工作机用电子控制装置26能够经由无线或者有线的通信机构而彼此通信。显示控制装置39的储存部43储存有预先制成的设计地形数据。设计地形数据为与三维的设计地形的形状及位置相关的信息。设计地形表示作为工作对象的地面的目标形状。显示控制装置39根据设计地形数据及来自上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中。具体而言，如图5所示，设计地形通过由三角形多面体分别表现出的多个设计面45来构成。需要说明的是，在图5中，仅仅对于多个设计面中的一个标以符号45，其他的设计面的符号省略。目标工作对象为这些设计面45中的一个或者多个设计面。操作人员选择这些设计面45中的一个或者多个设计面作为目标面70。目标面70为多个设计面45中的自此被挖掘的面。显示控制装置39在显示输入装置38中显示用于将目标面70的位置向操作人员通报的引导画面。
[0072]〈引导画面〉
[0073]图6、图7是表不引导画面的一例的图。引导画面为表不目标面70与纟产斗8的齿尖P3的位置关系，以使作为工作对象的地面形成为与目标面70相同的形状的方式对液压挖掘机100的工作机2进行引导的画面。如图6及图7所示，引导画面包括粗挖掘模式的引导画面(以下，适当称为“粗挖掘画面53”)和精细挖掘模式的引导画面(以下，适当称为“精细挖掘画面54”)。
[0074](粗挖掘画面53)
[0075]图6所示的粗挖掘画面53显示在显示部42的画面42P中。粗挖掘画面53包括:表示工作区域的设计地形(包括目标面70在内的设计面45)和液压挖掘机100的当前位置的俯视图53a ;表示目标面70和液压挖掘机100的位置关系的侧视图53b。粗挖掘画面53的俯视图53a通过多个三角形多面体而表现出在俯视观察下的设计地形。更具体而言，俯视图53a将作为液压挖掘机100回旋的平面的回旋平面作为投影面而表现出设计地形。因而，俯视图53a为从液压挖掘机100的正上方观察时的俯瞰图，且在液压挖掘机100倾斜时设计面45也倾斜。
[0076]另外，从多个设计面45作为目标工作对象所选择出的目标面70通过与其他的设计面45不同的颜色来表示。需要说明的是，在图6中，液压挖掘机100的当前位置由在俯视观察下的液压挖掘机100的图标61来表示，但也可以由其他的符号来表示。另外，俯视图53a包括用于使液压挖掘机100与目标面70正对的信息。用于使液压挖掘机100与目标面70正对的信息作为目标面正对罗盘73来表示。目标面正对罗盘73为例如箭头形状的指针731沿着箭头R方向旋转来表示相对于目标面70的正对方向和需要使液压挖掘机100回旋的方向的图标。液压挖掘机100的操作人员能够利用目标面正对罗盘73而对向目标面70的正对度进行确认。
[0077]粗挖掘画面53的侧视图53b包括:表示目标面70和铲斗8的齿尖P3的位置关系的图像；表示目标面70和铲斗8的齿尖P3之间的距离的距离信息。具体而言，侧视图53b包括:设计面线74 ；目标面线79 ;在侧视观察下的液压挖掘机100的图标75。设计面线74表示目标面70以外的设计面45的剖面。目标面线79表示目标面70的剖面。如图5所示，设计面线74和目标面线79通过算出通过铲斗8的齿尖P3的当前位置的平面77与设计面45的交线80而求出。交线80由显示控制装置39的处理部44求出。关于求出铲斗8的齿尖P3的当前位置的方法在后进行说明。
[0078]在侧视图53b中，目标面线79通过与设计面线74不同的颜色来表示。需要说明的是，在图6中改变线种类来表现出目标面线79和设计面线74。另外，在侧视图53b中，比目标面线79及设计面线74更靠地下侧的区域和比这些线段更靠空中侧的区域由不同的颜色来表示。在图6中，通过对于比目标面线79及设计面线74更靠地下侧的区域标以阴影，由此来表现出颜色的差异。
[0079]表示目标面70和铲斗8的齿尖P3之间的距离的距离信息包括数值信息83和图形信息84。数值信息83为表示铲斗8的齿尖P3与目标面70之间的最短距离的数值。图形信息84为以图形表示铲斗8的齿尖P3与目标面70的距离的信息。图形信息84为用于表示铲斗8的齿尖P3的位置的引导用的指标。具体而言，图形信息84包括:索引条84a ；表示索引条84a中的铲斗8的齿尖P3与目标面70之间的距离相当于零的位置的索引标记84b。索引条84a对应于铲斗8的前端与目标面70的最短距离而使各索引条84a亮灯。需要说明的是，图形信息84的显示的接通/断开设为能够通过液压挖掘机100的操作人员对于输入部41进行的操作来变更即可。
[0080]如上所述，在粗挖掘画面53中，显示出表示目标面线79与液压挖掘机100的相对位置关系及铲斗8的齿尖P3与目标面线79的最短距离的数值。液压挖掘机100的操作人员通过使铲斗8的齿尖P3沿着目标面线79移动，由此能够容易地将当前的地形挖掘为成为设计地形。需要说明的是，在粗挖掘画面53中显示有用于对引导画面进行切换的画面切换键65。操作人员通过对画面切换键65进行操作，由此能够从粗挖掘画面53向精细挖掘画面54切换。
[0081](精细挖掘画面54)
[0082]图7所示的精细挖掘画面54显示在显示部42的画面42P中。精细挖掘画面54与粗挖掘画面53相比，更为详细地示出了目标面70与液压挖掘机100的位置关系。S卩，精细挖掘画面54与粗挖掘画面53相比，更为详细地示出了目标面70与铲斗8的齿尖P3的位置关系。精细挖掘画面54包括:表示目标面70与纟产斗8的主视图54a ;表示目标面70与铲斗8的侧视图54b。在精细挖掘画面54的主视图54a中包含有表示在主视观察下的铲斗8的图标89和表示在主视观察下的目标面70的剖面的线78 (以下，适当称为“目标面线78”)。所谓“主视观察”，是指从与图1、图2所示的铲斗销15的延伸方向正交的方向观察的情况。
[0083]目标面线78如以下所述来求出。从铲斗8的齿尖P3向铅垂方向(重力方向)垂下垂线时，包含该垂线在内的平面与目标面70相交时所形成的交线为目标面线78。S卩，成为全局坐标系中的目标面线78。另一方面，在以作为与车辆主体I的上下方向的线平行的位置关系为条件，进而从铲斗8的齿尖P3朝向目标面70垂下线时，包含该线在内的平面与目标面70相交时所形成的交线也可以为目标面线78。即，成为车辆主体坐标系中的目标面线78。在哪一种坐标系中是否显示目标面线78均能够通过操作人员操作输入部41的未图示的切换键来进行选择。
[0084]精细挖掘画面54的侧视图54b中包括:在侧视观察下的铲斗8的图标90 ;设计面线74 ;目标面线79。另外，在精细挖掘画面54的主视图54a和侧视图54b中分别显示有表示目标面70与铲斗8的位置关系的信息。所谓“侧视观察”，是指从图1、图2所示的铲斗销15的延伸方向(铲斗8的转动中心轴向)观察的情况。
[0085]在主视图54a中表示目标面70与铲斗8的位置关系的信息包括距离信息86a和角度信息86b。距离信息86a表示铲斗8的齿尖P3与目标面70之间的车辆主体坐标系中的Za方向上的距离。在此，主视图54a所示的距离信息86a也可以为全局坐标系Z中的距离。该距离为铲斗8的齿尖P3的宽度方向上的位置中的相对于目标面70的最接近位置与目标面线78之间的距离。需要说明的是，距离信息86a也可以设定为非显示。在主视图54a中，表示最接近位置的标记86c与纟产斗8的主视图的图标89重叠显示出。角度信息86b为表示目标面70与铲斗8之间的角度的信息。具体而言，角度信息86b为通过铲斗8的齿尖P3的虚拟线段与目标面线78之间的角度。
[0086]在侧视图54b中，表示目标面70与铲斗8的位置关系的信息包括距离信息87a和角度信息87b。距离信息87a表示铲斗8的齿尖P3与目标面70之间的最短距离、即与目标面70的面垂直的方向上的铲斗8的前端与目标面70之间的距离。或者是，在侧视图54b中，也可以将铲斗8的齿尖和从该齿尖沿着铅垂方向垂下的线与目标面70相交的点的距离作为距离信息87a而示出。另外，角度信息87b为表示目标面70与铲斗8之间的角度的信息。具体而言，显示于侧视图54b中的角度信息87b为铲斗8的底面与目标面线79之间的角度。
[0087]精细挖掘画面54包括以图形表示上述的铲斗8的齿尖P3与目标面70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，具有索引条84a和索引标记84b。如上所述，在精细挖掘画面54中，详细地示出了目标面线78、79与铲斗8的齿尖P3的相对位置关系。液压挖掘机100的操作人员通过使铲斗8的齿尖P3沿着目标面线78、79移动，由此能够进一步容易地将当前的地形挖掘为成为与三维的设计地形相同的形状。需要说明的是，在精细挖掘画面54中与上述的粗挖掘画面53同样地显示有画面切换键65。操作人员通过对画面切换键65进行操作，由此能够从精细挖掘画面54向粗挖掘画面53切换。
[0088]<求出铲斗8的齿尖P3的当前位置的方法>
[0089]目标面线79根据铲斗8的齿尖P3的当前位置来算出。显示控制装置39根据三维位置传感器23、第一行程传感器16、第二行程传感器17、第三行程传感器18及倾斜角传感器24等的检测结果，来求出全局坐标系{X，Y，Z}下的铲斗8的齿尖Ρ3的当前位置。在本实施方式中，铲斗8的齿尖Ρ3的当前位置如以下所述来求出。
[0090]图8、图9是用于对求出铲斗8的齿尖Ρ3的当前位置的方法的一例进行说明的图。图8是液压挖掘机100的侧视图，图9是液压挖掘机100的后视图。在求出铲斗8的齿尖Ρ3的当前位置时，显示控制装置39如图8、图9所示，求出以上述的GNSS天线21的设置位置Pl作为原点的车辆主体坐标系{Xa,Ya,Za}。在本例中，液压挖掘机100的前后方向、即车辆主体I的坐标系(车辆主体坐标系)COM的Ya轴方向相对于全局坐标系COG的Y轴方向倾斜。另外，车辆主体坐标系COM下的斗杆销13的坐标为(0，Lbl，-Lb2)，且储存在预先显示控制装置39的储存部43中。
[0091]图2及图4所示的三维位置传感器23对GNSS天线21、22的设置位置P1、P2进行检测。根据检测出的设置位置PU P2的坐标位置，利用式(I)而算出Ya轴方向的单位矢量。
[0092]【数I】
[0093]Ya = (P1-P2)/|P1-P2...(I)
[0094]如图8所示，当将通过由Ya与Z这两个矢量表示的平面且与Ya垂直的矢量Z’导入时，式⑵及式⑶的关系成立。式⑶的c为常数。根据式⑵及式(3)，Z’如式(4)那样来表示。当将与Ya及Z’垂直的矢量设为X’时，X’由式(5)来表示。
[0095]【数2】
[0096]{I' ,Ya) = O …(2)
[0097]【数3】
[0098]V = (1-c) XZ+cXYa…⑶
[0099]【数4】
[0100]V = Z+{(Z，Ya)/((Z，Ya)-1)} X (Ya-Z)...(4)
[0101]【数5】
[0102]V =Ya 丄 Z'...(5)
[0103]如图9所示，车辆主体坐标系COM为使其围绕Ya轴旋转了上述的倾滚角Θ 4的坐标系，故如式(6)那样来表不。
[0104]【数6】
【权利要求】
1.一种挖掘机械的显示系统，该挖掘机械具有:包括铲斗在内的工作机；安装所述工作机的主体部， 所述挖掘机械的显示系统包括: 车辆状态检测部，其对与所述挖掘机械的当前位置及姿态相关的信息进行检测； 储存部，其对工作对象的设计面的位置信息和表示目标形状的目标面的位置信息进行储存； 显示部，其在画面中显示所述铲斗、所述设计面及所述目标面的位置信息； 处理部，其根据与所述挖掘机械的当前位置及姿态相关的信息来求出所述铲斗的齿尖的位置，并在所述铲斗的至少一部分进入了与所述目标面正交的方向上的所述目标面的周围的规定范围时，使根据所述齿尖的位置求出的、存在于所述规定范围内的所述齿尖的轨迹显示在所述显示部的画面中。
2.如权利要求1所述的挖掘机械的显示系统,其中， 在所述铲斗从所述规定范围离开之后，所述铲斗再次进入了所述规定范围时，所述处理部将已经处于表示中的所述齿尖的轨迹消除，并使再次进入了所述规定范围的所述铲斗的所述齿尖的轨迹显示在所述画面中。
3.如权利要求1或2所述的挖掘机械的显示系统，其中， 所述处理部根据作为沿相对于所述目标面垂直的方向扩展的空间且包括基于所述铲斗的挖掘范围在内的规定的范围和所述铲斗的位置关系，对所述轨迹的至少一部分进行消除。
4.如权利要求3所述的·挖掘机械的显示系统，其中， 包括所述挖掘范围在内的规定的范围比所述铲斗的宽度大。
5.如权利要求1或2所述的挖掘机械的显示系统，其中， 所述处理部根据搭载所述工作机的上部回旋体回旋的情况，对所述轨迹的至少一部分进行消除。
6.如权利要求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主体部移动的情况，对所述轨迹的至少一部分进行消除。
7.如权利要求1~6中任一项所述的挖掘机械的显示系统，其中， 在所述目标面变得不为工作对象时或者在所述目标面发生了变更时，所述处理部将显示在所述显示部的所述画面中的所述轨迹消除。
8.如权利要求1~7中任一项所述的挖掘机械的显示系统，其中， 所述规定范围的大小能够变更。
9.如权利要求8所述的挖掘机械的显示系统，其中， 所述规定范围的大小为与对所述设计面进行施工时的公差相当的大小。
10.如权利要求1~9中任一项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所述齿尖与所述目标面或者所述设计面的距离，报知作为警报的声音。
11.如权利要求10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所述齿尖与所述目标面或者所述设计面的距离，对报知所述声音的形态进行变更。
12.如权利要求1~11中任一项所述的挖掘机械的显示系统,其中， 所述处理部在所述显示部的所述画面中显示用于表示所述铲斗的齿尖的位置的引导用的指标。
13.—种挖掘 机械，具备权利要求1~12中任一项所述的挖掘机械的显示系统。
【文档编号】E02F9/26GK103857852SQ201280003987
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年11月30日 优先权日:2012年10月5日
【发明者】野村安昙, 桥本隆宽, 藤田悦夫, 深野亮 申请人:株式会社小松制作所