(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バケットを含む作業機と、前記作業機が取り付けられる本体部とを有する掘削機械の表示システムであって、
設計面の位置情報を少なくとも記憶する記憶部と、
前記設計面の位置情報を画面に表示する表示部と、
前記設計面のうち、前記設計面に存在する第１平面を含み、かつ前記第１平面の周囲の少なくとも一部に存在する第２平面の外縁を、前記外縁の内側及び外側とは異なる形態で前記表示部の画面に表示する処理部と、
を含み、
前記処理部は、前記第１平面と前記第２平面とは同一の平面に存在すると判定する同一面判定を行う、
掘削機械の表示システム。
【請求項２】
前記処理部は、前記同一面判定を、幾何学的条件に基づいて行う、
請求項１に記載の掘削機械の表示システム。
【請求項３】
前記幾何学的条件は、
前記第２平面が、前記第１平面と直交する方向かつ前記第１平面から所定距離だけ離れた位置に存在する２つの平面で囲まれる範囲に存在すること、
または、
前記第１平面と前記第２平面とのなす角度が所定の閾値以下であること、
である、
請求項２に記載の掘削機械の表示システム。
【請求項４】
前記処理部は、前記設計面の位置情報、前記外縁及び前記掘削機械に対応する絵柄を前記表示部の同一の画面に表示する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の掘削機械の表示システム。
【請求項５】
前記処理部は、
複数の異なる前記第１平面と、それぞれの前記第１平面に対応する前記第２平面の外縁を、前記外縁の内側及び外側とは異なる形態で前記表示部の同一の画面に表示する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の掘削機械の表示システム。
【請求項６】
前記処理部は、
前記設計面に所定の方向から光を照射したときに発生する明暗を、前記設計面とともに前記表示部の画面に表示する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の掘削機械の表示システム。
【請求項７】
前記処理部は、
前記掘削機械に取り付けられるライトの位置から前記光を照射する、請求項６に記載の掘削機械の表示システム。
【請求項８】
前記外縁の内側を、前記外縁の外側とは異なる形態で表示させるための表示切替指令を発信する表示切替部を有し、
前記処理部は、
前記表示切替部からの前記表示切替指令を受信した場合、前記外縁の内側を、前記外縁の外側とは異なる形態で前記表示部の画面に表示する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の掘削機械の表示システム。
【請求項９】
前記処理部は、
少なくとも前記バケットの直下に存在する前記第２平面の外縁を、前記外縁の内側及び外側とは異なる形態で前記表示部の画面に表示する、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の掘削機械の表示システム。
【請求項１０】
バケットを含む作業機と、前記作業機が取り付けられる本体部とを有する掘削機械の表示システムであって、
複数の面要素で分割された設計面の位置情報を少なくとも記憶する記憶部と、
前記設計面の位置情報を画面に表示する表示部と、
前記掘削機械の現在位置に関する情報を少なくとも検出する車両状態検出部と、
前記設計面のうち、前記設計面に存在する第１平面を含み、かつ前記第１平面の周囲の少なくとも一部に存在する第２平面の外縁を、前記外縁の内側及び外側とは異なる形態で前記表示部の画面に表示し、さらに、前記掘削機械に対応する絵柄を前記第２平面の外縁と同一の画面に表示する処理部と、を含み、
前記処理部は、前記第１平面と前記第２平面とは同一の平面に存在すると判定する同一面判定を行う、掘削機械の表示システム。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の掘削機械の表示システムを備えた掘削機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削機械の表示システム及びこれを備えた掘削機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油圧ショベル等の掘削機械は、オペレータが操作レバーを操作することで、バケットを含む作業機が駆動されて、作業対象の地面等を掘削する。このような掘削作業において、オペレータを補助するため、目標とする掘削面をガイダンスする技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１０７９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されている技術は、３次元目標地形を構成する多数の小平面と、建設機械の本体及び少なくとも作業機の先端部を含む建設機械の全体又は一部分のイラストを第１画面として表示手段に表示し、かつその第１画面において、３次元目標地形を構成する多数の小平面のうちその法線方向が作業機の動作面と許容誤差の範囲内で平行であるものを目標掘削面として識別表示するものである。
【０００５】
ところで、目標地形は、３次元のみならず２次元で表示装置に表示される場合もある。例えば、目標地形は、建設機械の上方から見た２次元の画像で表示装置に表示されることがある。この場合、目標地形が異なる面を有している場合、それぞれを区別して表示することが困難になることがある。その結果、表示装置に表示された施工対象の設計面を視認した掘削機械の操作者に対して、施工に関する情報を理解しやすく提供できない可能性がある。
【０００６】
本発明は、掘削機械の操作者が設計面にしたがって施工を進めるにあたって、操作者に対して施工に関する情報を理解しやすく提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、バケットを含む作業機と、前記作業機が取り付けられる本体部とを有する掘削機械の表示システムであって、設計面の位置情報を少なくとも記憶する記憶部と、前記設計面の位置情報を画面に表示する表示部と、前記設計面のうち、前記設計面に存在する第１平面を含み、かつ前記第１平面の周囲の少なくとも一部に存在する第２平面の外縁を、前記外縁の内側及び外側とは異なる形態で前記表示部の画面に表示する処理部と、を含む、掘削機械の表示システムが提供される。
【０００８】
前記設計面は、複数の面要素で分割されており、前記第１平面は、前記複数の面要素のうちの１つであり、前記第２平面は、前記複数の面要素のうちの、前記第１平面の周囲に存在する少なくとも１つであり、かつ前記第１平面に対応する面要素と同一の平面に存在すると見なすことができるものであることが好ましい。
【０００９】
前記処理部は、前記設計面の位置情報、前記外縁及び前記掘削機械に対応する絵柄を前記表示部の同一の画面に表示することが好ましい。
【００１０】
前記処理部は、複数の異なる前記第１平面と、それぞれの前記第１平面に対応する前記第２平面の外縁を、前記外縁の内側及び外側とは異なる形態で前記表示部の同一の画面に表示することが好ましい。
【００１１】
前記処理部は、前記設計面に所定の方向から光を照射したときに発生する明暗を、前記設計面とともに前記表示部の画面に表示することが好ましい。
【００１２】
前記処理部は、前記掘削機械に取り付けられるライトの位置から前記光を照射することが好ましい。
【００１３】
前記外縁の内側を、前記外縁の外側とは異なる形態で表示させるための表示切替指令を発信する表示切替部を有し、前記処理部は、前記表示切替部からの前記表示切替指令を受信した場合、前記外縁の内側を、前記外縁の外側とは異なる形態で前記表示部の画面に表示することが好ましい。
【００１４】
前記処理部は、少なくとも前記バケットの直下に存在する前記第２平面の外縁を、前記外縁の内側及び外側とは異なる形態で前記表示部の画面に表示することが好ましい。
【００１５】
本発明によれば、バケットを含む作業機と、前記作業機が取り付けられる本体部とを有する掘削機械の表示システムであって、複数の面要素で分割された設計面の位置情報を少なくとも記憶する記憶部と、前記設計面の位置情報を画面に表示する表示部と、前記掘削機械の現在位置に関する情報を少なくとも検出する車両状態検出部と、前記設計面のうち、前記設計面に存在する第１平面を含み、かつ前記第１平面の周囲の少なくとも一部に存在する第２平面の外縁を、前記外縁の内側及び外側とは異なる形態で前記表示部の画面に表示し、さらに、前記掘削機械に対応する絵柄を前記第２平面の外縁と同一の画面に表示する処理部と、を含み、前記第２平面は、前記第１平面と直交する方向かつ前記第１平面から所定距離だけ離れた位置に存在する２つの平面で囲まれる範囲に存在する、掘削機械の表示システムが提供される。
【００１６】
本発明によれば、上述した掘削機械の表示システムを備えた掘削機械が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、掘削機械の操作者が設計面にしたがって施工を進めるにあたって、操作者に対して施工に関する情報を理解しやすく提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本実施形態に係る油圧ショベル１００の斜視図である。
【図２】図２は、油圧ショベル１００の側面図である。
【図３】図３は、油圧ショベル１００の背面図である。
【図４】図４は、油圧ショベル１００が備える制御系を示すブロック図である。
【図５】図５は、設計地形データによって示される設計地形を示す図である。
【図６】図６は、案内画面の一例を示す図である。
【図７】図７は、案内画面の一例を示す図である。
【図８】図８は、バケット８の刃先Ｐｂの現在位置を求める方法の一例を説明するための図である。
【図９】図９は、バケット８の刃先Ｐｂの現在位置を求める方法の一例を説明するための図である。
【図１０】図１０は、表示部４２の画面４２Ｐに粗掘削画面５３での設計面４５を表示した例を示す図である。
【図１１】図１１は、表示部４２の画面４２Ｐに粗掘削画面５３での設計面４５を表示した例を示す図である。
【図１２】図１２は、設計面４５に含まれる平面の外縁を他とは異なる形態で表示する処理を説明するための図である。
【図１３】図１３は、設計面４５が有する複数の面要素４７ａ〜４７ｅを示す平面図である。
【図１４】図１４は、設計面４５が有する複数の面要素４７ａ〜４７ｄを示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態は、掘削機械の一例として油圧ショベルを説明するが、以下の実施形態で対象とされる掘削機械は、バケット等のアタッチメントを装着して作業をする建設機械であれば、油圧ショベルに限定されるものではない。例えば、本実施形態で対象とされる掘削機械は、バックホウローダに適用されてもよい。
【００２０】
＜掘削機械の全体構成＞
図１は、本実施形態に係る油圧ショベル１００の斜視図である。図２は、油圧ショベル１００の側面図である。図３は、油圧ショベル１００の背面図である。図４は、油圧ショベル１００が備える制御系を示すブロック図である。図５は、設計地形データによって示される設計地形を示す図である。本実施形態において、掘削機械としての油圧ショベル１００は、本体部としての車両本体１と作業機２とを有する。車両本体１は、上部旋回体３と走行装置５とを有する。上部旋回体３は、機関室３ＥＧの内部に、図示しない動力発生装置及び油圧ポンプ等の装置を収容している。機関室３ＥＧは、上部旋回体３の一端側に配置されている。
【００２１】
本実施形態において、油圧ショベル１００は、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関を動力発生装置としているが、油圧ショベル１００はこのようなものに限定されない。油圧ショベル１００は、例えば、内燃機関と発電電動機と蓄電装置とを組み合わせた、いわゆるハイブリッド方式の動力発生装置を備えるもの等であってもよい。
【００２２】
上部旋回体３は、運転室４を有する。運転室４は、上部旋回体３の他端側に載置されている。すなわち、運転室４は、機関室３ＥＧが配置されている側とは反対側に配置されている。運転室４内には、図４に示す、表示入力装置３８及び操作装置２５が配置される。これらについては後述する。走行装置５は、履帯５ａ、５ｂを有している。走行装置５は、図示しない油圧モータが駆動し、履帯５ａ、５ｂが回転することにより走行して、油圧ショベル１００を走行させる。作業機２は、上部旋回体３の運転室４の側方側に取り付けられている。
【００２３】
なお、油圧ショベル１００は、履帯５ａ、５ｂの代わりにタイヤを備え、図示しないディーゼルエンジンの駆動力を、トランスミッションを介してタイヤへ伝達して走行が可能な走行装置を備えたものであってもよい。例えば、このような形態の油圧ショベル１００としてホイール式油圧ショベルであってもよい。また、油圧ショベル１００は、このようなタイヤを有した走行装置を備え、さらに車両本体（本体部）に作業機が取り付けられ、図１のような上部旋回体及びその旋回機構を備えていない構造を有する、例えばバックホウローダであってもよい。すなわち、バックホウローダは、車両本体に作業機が取り付けられ、車両本体の一部を構成する走行装置を備えたものである。
【００２４】
上部旋回体３は、作業機２及び運転室４が配置されている側が前であり、機関室３ＥＧが配置されている側が後である。前に向かって左側が上部旋回体３の左であり、前に向かって右側が上部旋回体３の右である。また、油圧ショベル１００又は車両本体１は、上部旋回体３を基準として走行装置５側が下であり、走行装置５を基準として上部旋回体３側が上である。油圧ショベル１００が水平面に設置されている場合、下は鉛直方向、すなわち重力の作用方向側であり、上は鉛直方向とは反対側である。
【００２５】
作業機２は、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。
【００２６】
図２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の中心からバケットピン１５の中心までの長さはＬ２である。バケット８の長さ、すなわち、バケットピン１５の中心からバケット８の刃先Ｐｂまでの長さはＬ３である。刃先Ｐｂは、バケット８のバケットピン１５とは反対側に取り付けられた刃８Ｂの先端である。
【００２７】
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、それぞれ作動油の圧力（以下、適宜油圧という）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を駆動して、これを昇降させる。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動して、アームピン１４の周りを回動させる。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動して、バケットピン１５の周りを回動させる。ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２等の油圧シリンダと図示しない油圧ポンプとの間には、図４に示す比例制御弁３７が配置されている。後述する作業機用電子制御装置２６が比例制御弁３７を制御することにより、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２に供給される作動油の流量が制御される。その結果、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２の動作が制御される。
【００２８】
上部旋回体３の作業機２側には、作業機２のバケット８側に光を照射するライト２０Ａが取り付けられている。また、作業機２のブーム６には、作業機２のバケット８側に光を照射するライト２０Ｂが取り付けられている。ライト２０Ａ、２０Ｂにより、夕方又は夜間における作業が容易になる。
【００２９】
図２に示すように、ブーム６とアーム７とバケット８とには、それぞれ第１ストロークセンサ１６と第２ストロークセンサ１７と第３ストロークセンサ１８とが設けられている。第１ストロークセンサ１６、第２ストロークセンサ１７及び第３ストロークセンサ１８は、作業機２の姿勢を検出する姿勢検出部である。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。後述する表示制御装置３９（図４参照）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。表示制御装置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。表示制御装置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。
【００３０】
車両本体１は、位置検出部１９を備える。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）用の２個のアンテナ２１、２２（以下、適宜ＧＮＳＳアンテナ２１、２２という）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、車両本体１、より具体的には上部旋回体３に設置される。本実施形態において、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は、後述する車両本体座標系のＹａ軸に沿って一定距離だけ離して設置されている。なお、位置検出部１９と上記の姿勢検出部（これらの車両状態検出部）により、掘削機械の位置及び姿勢といった車両状態を検出することができる。
【００３１】
なお、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は上部旋回体３の上であって、油圧ショベル１００の左右方向に離れた両端位置に設置されることが好ましい。また、上部旋回体３の上であって、図示しないカウンタウエイト（上部旋回体３の後端）又は運転室４の後方に設置されてもよい。いずれにしても、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は、可能な限り離れた位置に設置される方が、油圧ショベル１００の現在位置の検出精度は向上する。また、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は、オペレータの視界を極力妨げない位置に設置されることが好ましい。また、位置検出部１９と姿勢検出部（これらの車両状態検出部）により、掘削機械（本実施形態では油圧ショベル１００）の現在位置及び姿勢といった車両状態を検出することができる。
【００３２】
ＧＮＳＳアンテナ２１、２２が受信した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３に示すように、傾斜角センサ２４は、重力の作用する方向、すなわち鉛直方向Ｎｇに対する車両本体１の幅方向の傾斜角θ４（以下、適宜ロール角θ４という）を検出する。なお、本実施形態において、幅方向とは、バケット８の幅方向を意味しており、上部旋回体３の幅方向、すなわち左右方向と一致している。ただし、作業機２が後述するチルトバケットを備える場合には、バケット８の幅方向と上部旋回体３の幅方向とが一致しないこともあり得る。
【００３３】
油圧ショベル１００は、操作装置２５と、作業機用電子制御装置２６と、作業機制御装置２７と、掘削機械の表示システム（以下、適宜表示システムという）２８とを備える。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、ジョイスティック又は操作レバーである。また、作業機操作部材３１及び作業機操作検出部３２は、２組（図４では１組のみ図示）ある。運転室４内の図示しないオペシートの左右各々に作業機操作部材３１が設置されている。例えば右に設置された作業機操作部材３１を操作することで、バケット８及びブーム６を動作させることができ、左に設置された作業機操作部材３１を操作することで、アーム７及び上部旋回体３を動作させることができる。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用電子制御装置２６へ送る。
【００３４】
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、ジョイスティック又は操作レバーである。また、走行操作部材３３及び走行操作検出部３４は、２組（図４では１組のみ図示）ある。運転室４内の図示しないオペシートの前方に左右に並んで走行操作部材３３が設置されている。右側に設置された走行操作部材３３を操作することで、右側の履帯５ａを動作させることができ、左側に設置された走行操作部材３３を操作することで、左側の履帯５ｂを動作させることができる。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用電子制御装置２６へ送る。
【００３５】
作業機用電子制御装置２６は、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）の少なくとも一方を含む作業機側記憶部３５及びＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算部３６を有している。作業機用電子制御装置２６は、主として作業機２を制御する。作業機用電子制御装置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、作業機用電子制御装置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。作業機用電子制御装置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から流出し、ブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２の少なくとも１つに供給される。すると、図１に示すブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ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。その結果、作業機２が動作する。
【００３６】
＜表示システム２８＞
表示システム２８は、作業エリア内の地面を掘削して後述する設計面４５のような形状に形成するための情報をオペレータに提供するためのシステムである。表示システム２８は、３次元位置センサ２３、傾斜角センサ２４、第１ストロークセンサ１６、第２ストロークセンサ１７及び第３ストロークセンサ１８の他に、表示装置としての表示入力装置３８と、表示制御装置３９とを有している。
【００３７】
表示入力装置３８は、タッチパネル式の入力部４１と、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示部４２とを有する。表示入力装置３８は、掘削を行うための情報を提供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。操作者であるオペレータ（油圧ショベル１００を点検又は修理する際はサービスマン）は、案内画面上の各種のキーに触れることにより、表示システム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。
【００３８】
表示制御装置３９は、表示システム２８の各種の機能を実行する。表示制御装置３９は、ＲＡＭ及びＲＯＭの少なくとも一方を含む記憶部４３、ＣＰＵ等の処理部４４を有する電子制御装置である。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と、アーム７の傾斜角θ２と、バケット８の傾斜角θ３とのそれぞれの最小値及び最大値を含む。
【００３９】
表示制御装置３９と作業機用電子制御装置２６とは、無線又は有線の通信手段を介して互いに通信可能となっている。表示制御装置３９の記憶部４３は、予め作成された設計地形データを記憶している。設計地形データは、３次元の設計地形の形状及び位置に関する情報である。設計地形は、作業対象となる地面の目標形状（目標地形）を示す。表示制御装置３９は、設計地形データ及び上述した各種のセンサからの検出結果等の情報に基づいて、案内画面を表示入力装置３８に表示させる。具体的には、図５に示すように、設計地形は、面要素４７によって表現される設計面４５によって構成されている。すなわち、設計面４５は、少なくとも１つの面要素４７を含む。本実施形態において、面要素４７は平面要素であり、例えば、ＴＩＮ（Triangulated  Irregular  Network）である。ＴＩＮとは、地理情報システム（ＧＩＳ：Geographic  Information  System）で利用するための、地表面を三角形の集合で表現するデジタルデータ構造である。ＴＩＮは、不整三角形網、不整三角網、不規則三角網とも呼ばれる。面要素４７はＴＩＮに限定されず、例えば、四角形、五角形等の平面要素であってもよい。
【００４０】
目標作業対象は、設計面４５の一部又は全部である。オペレータは、設計面４５のうち１つの面要素４７又は複数の面要素４７を目標面７０として選択する。目標面７０は、複数の面要素４７を含む設計面４５のうち、これから掘削される面である。表示制御装置３９は、目標面７０の位置をオペレータに知らせるための案内画面を表示入力装置３８に表示させる。
【００４１】
＜案内画面＞
図６、図７は、案内画面の一例を示す図である。案内画面は、目標面７０とバケット８の刃先Ｐｂとの位置関係を示し、作業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。図６及び図７に示すように、案内画面は、粗掘削モードの案内画面（以下、適宜粗掘削画面５３という）と、繊細掘削モードの案内画面（以下、適宜繊細掘削画面５４という）とを含む。
【００４２】
（粗掘削画面５３）
図６に示す粗掘削画面５３は、表示部４２の画面４２Ｐに表示される。粗掘削画面５３は、作業エリアの設計地形（目標面７０を含む設計面４５）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との位置関係を示す側面図５３ｂとを含む。粗掘削画面５３の上面図５３ａ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。より具体的には、上面図５３ａは、油圧ショベル１００が旋回する平面である旋回平面を投影面として設計地形を表現している。したがって、上面図５３ａは、油圧ショベル１００の真上から見た俯瞰図であり、油圧ショベル１００が傾いたときには設計面４５も傾くことになる。
【００４３】
また、設計面４５から目標作業対象として選択された目標面７０は、設計面４５の他の部分とは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１００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。また、上面図５３ａは、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含んでいる。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、目標面正対コンパス７３として表示される。目標面正対コンパス７３は、例えば、矢印形状の指針７３Ｉが矢印Ｒ方向に回転して、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。油圧ショベル１００のオペレータは、目標面正対コンパス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】
粗掘削画面５３の側面図５３ｂは、目標面７０とバケット８の刃先Ｐｂとの位置関係を示す画像と、目標面７０とバケット８の刃先Ｐｂとの間の距離を示す距離情報とを含む。具体的には、側面図５３ｂは、設計面４５の断面を示す線７４と、目標面７０の断面を示す線７９と、側面視による油圧ショベル１００のアイコン７５とを含む。設計面４５の断面を示す線７４は、目標面７０以外の設計面４５の断面を示す。目標面７０の断面を示す線７９は目標面７０の断面を示す。設計面４５の断面を示す線７４と目標面７０の断面を示す線７９とは、図５に示すように、バケット８の刃先Ｐｂの現在位置を通る平面７７と設計面４５との交線８０を算出することにより求められる。交線８０は、表示制御装置３９の処理部４４が求める。バケット８の刃先Ｐｂの現在位置を求める方法については後に説明する。
【００４５】
側面図５３ｂにおいて、目標面７０の断面を示す線７９は、設計面４５の断面を示す線７４と異なる色で表示される。なお、図６では線種を変えて、目標面７０の断面を示す線７９と設計面４５の断面を示す線７４とを表現している。また、側面図５３ｂでは、目標面７０の断面を示す線７９及び設計面４５の断面を示す線７４よりも地中側の領域と、これらの線分よりも空中側の領域とは異なる色で示される。図６では、目標面７０の断面を示す線７９及び設計面４５の断面を示す線７４よりも地中側の領域にハッチングを付することにより、色の違いを表現している。
【００４６】
目標面７０とバケット８の刃先Ｐｂとの間の距離を示す距離情報は、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の刃先Ｐｂと目標面７０との間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の刃先Ｐｂと目標面７０との距離をグラフィックで示した情報である。グラフィック情報８４は、バケット８の刃先Ｐｂの位置を示すための案内用の指標である。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の刃先Ｐｂと目標面７０との間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７０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／オフが油圧ショベル１００のオペレータによる入力部４１の操作により変更可能とされてもよい。
【００４７】
上述したように、粗掘削画面５３では、目標面７０の断面を示す線７９と油圧ショベル１００との相対位置関係及びバケット８の刃先Ｐｂと目標面７０の断面を示す線７９との最短距離を示す数値が表示される。油圧ショベル１００のオペレータは、目標面７０の断面を示す線７９に沿ってバケット８の刃先Ｐｂを移動させることによって、現在の地形が設計地形になるように、容易に掘削することができる。なお、粗掘削画面５３には案内画面を切り換えるための画面切換キー６５が表示される。オペレータは、画面切換キー６５を操作することにより、粗掘削画面５３から繊細掘削画面５４へ切り換えることができる。
【００４８】
（繊細掘削画面５４）
図７に示す繊細掘削画面５４は、表示部４２の画面４２Ｐに表示される。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している。すなわち、繊細掘削画面５４は、粗掘削画面５３よりも目標面７０とバケット８の刃先Ｐｂとの位置関係を詳細に示している。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を示すアイコン８９と、正面視による目標面７０の断面を示す線７８とが含まれる。正面視とは、図１、図２に示すバケット８を車両本体１側から見ることであり、後述する車両本体座標系のＹａ軸と平行な方向から見ることである。
【００４９】
目標面７０の断面を示す線７８は以下のようにして求められる。バケット８の刃先Ｐｂから、鉛直方向（重力方向）に垂線を下ろした際、その垂線を含む平面が目標面７０と交わった際にできる交線が目標面７０の断面を示す線７８である。すなわち、グローバル座標系における目標面７０の断面を示す線７８となる。一方、車両本体１の上下方向の線と平行な位置関係であることを条件として、さらにバケット８の刃先Ｐｂから目標面７０に向かって線を下ろした際に、その線を含む平面が目標面７０と交わった際にできる交線を目標面７０の断面を示す線７８としてもよい。すなわち、車両本体座標系における目標面７０の断面を示す線７８となる。どちらの座標系で目標面７０の断面を示す線７８を表示させるかは、オペレータが入力部４１の図示しない切替キーを操作することで選択することができる。
【００５０】
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４５の断面を示す線７４と、目標面７０の断面を示す線７９とが含まれる。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。側面視とは、図１、図２に示すバケットピン１５の延在方向（バケット８の回動中心軸方向）から見ることであり、後述する車両本体座標系のＸａ軸と平行な方向から見ることである。
【００５１】
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の刃先Ｐｂと、目標面７０との間の車両本体座標系におけるＺａ方向における距離を示したものである。ここで、正面図５４ａに示される距離情報８６ａは、グローバル座標系Ｚにおける距離であってもよい。この距離は、バケット８の刃先Ｐｂの幅方向における位置のうち目標面７０に対する最近接位置と、目標面７０の断面を示す線７８との間の距離である。なお、距離情報８６ａは、非表示に設定することもできる。正面図５４ａには、最近接位置を示すマーク８６ｃが正面視によるバケット８のアイコン８９に重ねて表示される。角度情報８６ｂは、目標面７０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の刃先Ｐｂを通る仮想線分と目標面７０の断面を示す線７８との間の角度である。
【００５２】
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の刃先Ｐｂと目標面７０との間の最短距離、すなわち目標面７０の面に垂直な方向におけるバケット８の先端と目標面７０との間の距離を示したものである。あるいは、側面図５４ｂにおいて、バケット８の刃先と、その刃先Ｐｂから鉛直方向に降ろした線と目標面７０とが交わる点との距離を距離情報８７ａとして示してもよい。また、角度情報８７ｂは、目標面７０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７０の断面を示す線７９との間の角度である。
【００５３】
繊細掘削画面５４は、上述したバケット８の刃先Ｐｂと目標面７０との距離をグラフィックで示すグラフィック情報８４を含む。グラフィック情報８４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８４ａとインデックスマーク８４ｂとを有する。上述したように、繊細掘削画面５４では、目標面７０の断面を示す線７８及び目標面７０の断面を示す線７９とバケット８の刃先Ｐｂとの相対位置関係が詳細に表示される。油圧ショベル１００のオペレータは、目標面７０の断面を示す線７８及び目標面７０の断面を示す線７９に沿ってバケット８の刃先Ｐｂを移動させることによって、現在の地形が３次元の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。なお、繊細掘削画面５４には、上述した粗掘削画面５３と同様に画面切換キー６５が表示される。オペレータは、画面切換キー６５を操作することにより、繊細掘削画面５４から粗掘削画面５３へ切り換えることができる。
【００５４】
＜バケット８の刃先Ｐｂの現在位置を求める方法＞
目標面７０の断面を示す線７９はバケット８の刃先Ｐｂの現在位置から算出される。表示制御装置３９は、３次元位置センサ２３、第１ストロークセンサ１６、第２ストロークセンサ１７、第３ストロークセンサ１８及び傾斜角センサ２４等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の刃先Ｐｂの現在位置を求める。本実施形態において、バケット８の刃先Ｐｂの現在位置は、次のようにして求められる。
【００５５】
図８、図９は、バケット８の刃先Ｐｂの現在位置を求める方法の一例を説明するための図である。図８は、油圧ショベル１００の側面図であり、図９は、油圧ショベル１００の背面図である。バケット８の刃先Ｐｂの現在位置を求めるにあたって、表示制御装置３９は、図８、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。本例では、油圧ショベル１００の前後方向、すなわち車両本体１の座標系（車両本体座標系）ＣＯＭのＹａ軸方向が、グローバル座標系ＣＯＧ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ＣＯＭでのブームピン１３の座標は（０、Ｌｂ１、−Ｌｂ２）であり、予め表示制御装置３９の記憶部４３に記憶されている。
【００５６】
図２及び図４に示す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。検出された設置位置Ｐ１、Ｐ２の座標位置から、式（１）によってＹａ軸方向の単位ベクトルが算出される。
【００５７】
【数１】
0005624108.tif 000002
【００５８】
図８に示すように、ＹａとＺとの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、式（２）及び式（３）の関係が成り立つ。式（３）のｃは定数である。式（２）及び式（３）から、Ｚ’は式（４）のように表される。さらに、Ｙａ及びＺ’と垂直なベクトルをＸ’とすると、Ｘ’は式（５）で示すようになる。
【００５９】
【数２】
0005624108.tif 000003
【００６０】
【数３】
0005624108.tif 000004
【００６１】
【数４】
0005624108.tif 000005
【００６２】
【数５】
0005624108.tif 000006
【００６３】
図９に示すように、車両本体座標系ＣＯＭ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、式（６）のように表される。
【００６４】
【数６】
0005624108.tif 000007
【００６５】
また、第１ストロークセンサ１６、第２ストロークセンサ１７及び第３ストロークセンサ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ＣＯＭ内におけるバケット８の刃先Ｐｂの座標（ｘａｔ、ｙａｔ、ｚａｔ）は、傾斜角θ１、θ２、θ３及びブーム６、アーム７、バケット８の長さＬ１、Ｌ２、Ｌ３を用いて、式（７）、式（８）及び式（９）で求めることができる。バケット８の刃先Ｐｂは、車両本体座標系ＣＯＭのＹａ−Ｚａ平面内を移動するものとする。グローバル座標系ＣＯＧにおけるバケット８の刃先Ｐｂの座標は、式（１０）で求めることができる。グローバル座標系ＣＯＧにおける刃先Ｐｂの座標が刃先Ｐｂの位置である。
【００６６】
【数７】
0005624108.tif 000008
【００６７】
【数８】
0005624108.tif 000009
【００６８】
【数９】
0005624108.tif 000010
【００６９】
【数１０】
0005624108.tif 000011
【００７０】
表示制御装置３９は、上記のように算出したバケット８の刃先Ｐｂ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、図５に示すように、３次元設計地形とバケット８の刃先Ｐｂを通る平面（以下、適宜Ｙａ−Ｚａ平面７７という）との交線８０を算出する。そして、表示制御装置３９は、この交線８０のうち目標面７０を通る部分を上述した目標面７０の断面を示す線７９として案内画面に表示する。次に、図４に示す表示制御装置３９が、設計面４５又は目標面７０を表示部４２の画面４２Ｐに表示する例を説明する。
【００７１】
＜設計面４５又は目標面７０の表示＞
図１０、図１１は、表示部４２の画面４２Ｐに粗掘削画面５３での設計面４５を表示した例を示す図である。次においては、粗掘削画面５３での設計面４５又は目標面７０の表示を説明するが、繊細掘削画面５４も同様である。図５に示したように、設計面４５は複数の面要素４７を含んでいる。設計面４５又は目標面７０を画面４２Ｐの上面図５３ａに表示する場合、面要素４７も同時に表示すると、油圧ショベル１００のオペレータは、設計面４５又は目標面７０を視認しにくくなる。したがって、表示制御装置３９、より具体的には処理部４４は、面要素４７を消去して設計面４５又は目標面７０を表示部４２の画面４２Ｐに表示する。
【００７２】
設計面４５又は目標面７０が表示部４２の画面４２Ｐに表示される場合、上面図５３ａからは分からないが、側面図５３ｂに示すように、設計面４５は、第１面４５ａに隣接した第２面４５ｂを有している。このため、処理部４４は、所定の方向、本例ではアイコン６１で示される油圧ショベル１００の後方（アイコン８９で示されるバケット８とは反対側）から設計面４５に光を照射したときに発生する明暗を画面４２Ｐに表示する。その結果、設計面４５の一部の平面である第１面４５ａは、暗部としての影が表示されるので、設計面４５の他の面と区別することができる。処理部４４は、前述した明暗を画面４２Ｐに表示する場合、油圧ショベル１００の後方から設計面４５に平行光を照射したときに発生する明暗を画面４２Ｐに表示する。
【００７３】
油圧ショベル１００の上部旋回体３が旋回したり、油圧ショベル１００が移動又は旋回したりすると、処理部４４は、それに対応して油圧ショベル１００を示すアイコン６１と設計面４５との位置関係を変化させて画面４２Ｐに表示する。このとき、本実施形態において、処理部４４は、常に油圧ショベル１００の後方から設計面４５に光を照射する。
【００７４】
油圧ショベル１００の移動等によって設計面４５に光が照射される方向が変更されるため、設計面４５が第１面４５ａ以外にも複数の面を有している場合、油圧ショベル１００が移動等することによって、第１面４５ａ以外の面にも明暗が表示される。このため、油圧ショベル１００が移動等することによって、オペレータは、設計面４５が有する複数の面のうち第１面４５ａ以外の面を視認することができる。しかし、油圧ショベル１００が移動等をしない場合、例えば、設計面４５が複数の面を有していても、オペレータは、そのうちの１つ（図１０に示す例では第１面４５ａ）のみしか見分けられない可能性もある。一般に、面の明暗は、光の反射率によって決定される。このため、例えば、Ｖ字形状の谷が有する２個の法面のように、まったく異なる複数の面であっても、例えば、反射率が近似していれば明暗差が小さくなる結果、これらの面を識別できない場合がある。その結果、オペレータは、設計面４５を表示した画面４２Ｐから十分な情報を得られない可能性がある。特に、設計面４５を上面図５３ａ、すなわち、油圧ショベル１００の上方から見た俯瞰画像により２次元で表現する場合、異なる平面を見分けられないという問題はより顕著になる。
【００７５】
このため、本実施形態において、表示部４２は、図１１に示すように、設計面４５が有する複数の面（平面）の外縁を、他の部分とは異なる形態で画面４２Ｐに表示する。この例では、面の外縁を実線で表示している。このようにすることで、油圧ショベル１００のオペレータは、設計面４５が有する複数の面（平面）を識別することができるので、設計面４５を表示した画面４２Ｐから十分な情報を得ることができる。特に、油圧ショベル１００の上方から見た俯瞰画像に設計面４５を２次元で表現する場合、異なる複数の平面を容易に識別することができる。また、複数の面要素４７は表示されていないので、オペレータは、設計面４５が有する複数の面が視認しやすくなる。
【００７６】
図１１に示す例では、設計面４５は、第１面４５ａ、第２面４５ｂ、第３面４５ｃ、第４面４５ｄ、第５面４５ｅ及び第６面４５ｆを有している。それぞれの面の外縁４８ａ〜４８ｆが実線で表示されることにより、油圧ショベル１００のオペレータは、画面４２Ｐに表示された上面図５３ａから設計面４５の詳しい情報を得ることができる。次に、処理部４４が、第１面４５ａ等の外縁４８ａを他とは異なる形態で表示する処理について説明する。
【００７７】
図１２は、設計面４５に含まれる平面の外縁を他とは異なる形態で表示する処理を説明するための図である。図１３は、設計面４５が有する複数の面要素４７ａ〜４７ｅを示す平面図である。図１３は、便宜上、設計面４５が有する複数の面要素（三角形で示されているもの）のうち５個に符号４７ａ〜４７ｅを付している。次において、面要素４７ａ〜４７ｅを区別しない場合、単に面要素４７という。
【００７８】
図１２に示すように、本実施形態において、処理部４４は、設計面４５のうち、設計面４５に存在する第１平面４５Ｐａを含み、かつ第１平面４５Ｐａの周囲の少なくとも一部（この例では周囲の全部）に存在する第２平面４５Ｐｂの外縁４８Ｐを、外縁４８Ｐの内側及び外側とは異なる形態で表示部４２の画面４２Ｐに表示する。
【００７９】
本実施形態において、図１２に示す第１平面４５Ｐａは、図１３に示す面要素４７ａである。図１２に示す第２平面４５Ｐｂは、図１３に示す、面要素４７ａの周囲の少なくとも一部に存在する面要素４７ｂ〜４７ｅ等のうち、面要素４７ａと同一の平面と見なすことができるものである。設計面４５は、例えば、測量したデータ等を元に作られている。また、設計面４５は、上述したように複数の面要素４７を含んでいるが、面要素４７は有限の大きさを有しているため、設計面４５は複数の面要素４７によって離散的に表現される。したがって、設計面４５が平面であったとしても、これに含まれる複数の面要素４７がすべて同一の平面に存在するとは限らない。このため、第２平面４５Ｐｂは、第１平面４５Ｐａとしての面要素４７ａの周囲の少なくとも一部に存在する面要素４７のうち、面要素４７ａと同一の平面と見なすことができるもので構成される。処理部４４は、設計面４５が有する複数の面要素４７のうち同一の平面に存在すると見なすことのできるものを抽出し、抽出された面要素４７の集合を第２平面４５Ｐｂとする。そして、処理部４４は、第２平面４５Ｐｂの外縁４８Ｐの位置情報を外縁４８Ｐの内側及び外側とは異なる形態で表示部４２の画面４２Ｐに表示する。
【００８０】
図１４は、設計面４５が有する複数の面要素４７ａ〜４７ｄを示す側面図である。図１４を用いて、設計面４５が有する１つの面要素４７ａの周囲の少なくとも一部に存在する面要素４７ｂ〜４７ｄが面要素４７ａと同一の平面に存在すると見なすことの判定（以下、適宜同一面判定という）の一例について説明する。なお、同一面判定は次に説明する例に限定されるものではない。
【００８１】
同一面判定を実行するにあたって、まず、面要素４７ａ（次の説明においては、適宜特定面要素４７ａという）が存在する平面Ｐ１を考える。特定面要素４７ａは、平面Ｐ１の一部である。同一面判定の基準となる特定面要素４７ａとしては、例えば、刃先Ｐｂの直下に存在する面要素又は図６に示す粗掘削画面５３の上面図５３ａの中心に存在する面要素等が挙げられる。また、平面Ｐ１、すなわち、第１平面４５Ｐａとしての特定面要素４７ａと直交する方向かつ平面Ｐ１からそれぞれ反対方向に所定距離ｔｕ、ｔｄだけ離れた位置に存在する２つの平面Ｐｃｕ、Ｐｃｄを考える。所定距離ｔｕ、ｔｄは、例えば、±５０ｍｍ程度とすることができるが、これに限定されるものではない。本実施形態において、例えば、平面Ｐｃｕ、Ｐｃｄで囲まれる範囲に存在する、特定面要素４７ａ以外の面要素４７は、特定面要素４７ａと同一の平面に存在すると判定される。この同一面判定によれば、面要素４７ｂ、４７ｄは平面Ｐｃｕ、Ｐｃｄで囲まれる範囲にすべてが存在するため、特定面要素４７ａと同一平面にあり、第２平面４５Ｐｂとなる。面要素４７ｃは平面Ｐｃｕ、Ｐｃｄで囲まれる範囲にすべてが存在しないため、特定面要素４７ａと同一平面はなく、第２平面４５Ｐｂとはならない。
【００８２】
同一面判定は、処理部４４が実行する。この同一面判定を実行する場合、処理部４４は、図４に示す記憶部４３から設計面４５の位置情報を取得する。そして、処理部４４は、特定面要素４７ａを設定した上で、特定面要素４７ａの位置情報から平面Ｐｃｕ、Ｐｃｄを生成して、平面Ｐｃｕ、Ｐｃｄで囲まれる範囲にすべてが存在する面要素４７を抽出する。その後、処理部４４は、抽出された面要素４７及び特定面要素４７ａの位置情報から第２平面４５Ｐｂを生成して記憶部４３に保存する。処理部４４は、生成した第２平面４５Ｐｂの位置情報から外縁４８Ｐの位置情報を抽出し、外縁４８Ｐの内側及び外側とは異なる形態、例えば、線、色を異ならせる等の形態で外縁４８Ｐを表示部４２の画面４２Ｐに表示する。
【００８３】
また、他の同一面判定の例としては、特定面要素４７ａが存在する平面Ｐ１と、他の面要素４７又は他の面要素が存在する平面とのなす角度が所定の閾値θｔ以下である場合、そのような面要素４７は、特定面要素４７ａと同一の平面に存在すると判定するものがある。例えば、図１４に示す例では、特定面要素４７ａが存在する平面Ｐ１と面要素４７ｂが存在する平面Ｐ２とのなす角度θＡ及び特定面要素４７ａが存在する平面Ｐ１と、面要素４７ｄが存在する平面Ｐ４とのなす角度θＢは、いずれも閾値θｔ以下であるとする。この場合、面要素４７ｂ、４７ｄは特定面要素４７ａと同一平面にあり、第２平面４５Ｐｂとなる。また、特定面要素４７ａが存在する平面Ｐ１と面要素４７ｃが存在する平面Ｐ３とのなす角度θＣは、閾値θｔより大きいとする。この場合、面要素４７ｃは特定面要素４７ａと同一平面にはなく、第２平面４５Ｐｂとはならない。閾値θｔは、例えば、±１度とすることができるが、これに限定されるものではない。
【００８４】
上述した同一面判定を実行する場合、処理部４４は、図４に示す記憶部４３から設計面４５の位置情報を取得する。そして、処理部４４は、特定面要素４７ａを設定した上で、特定面要素４７ａの位置情報から平面Ｐ１を生成して、面要素４７ｂ、４７ｃ等が存在する平面Ｐ２、Ｐ３等と平面Ｐ１とのなす角度θＡ、θＣ等を求める。その後、処理部４４は、求めた角度θＡ、θＣ等と閾値θｔとを比較し、θｔ以下の角度の面要素４７を抽出する。処理部４４は、抽出された面要素４７及び特定面要素４７ａの位置情報から第２平面４５Ｐｂを生成して記憶部４３に保存する。処理部４４は、生成した第２平面４５Ｐｂの位置情報から外縁４８Ｐの位置情報を抽出し、これに基づいて、外縁４８Ｐの内側及び外側とは異なる形態で外縁４８Ｐを表示部４２の画面４２Ｐに表示する。
【００８５】
特定面要素４７ａが存在する平面Ｐ１と、他の面要素４７又は他の面要素が存在する平面とのなす角度の代わりに、平面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４等の法線ベクトルｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４等を用い、これらのなす角度によって同一面判定を実行してもよい。この場合、閾値θｔは、上述したものを用いることができる。法線ベクトルｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４等は、図４に示す表示制御装置３９の記憶部４３が設計面４５の情報の１つとして記憶している。このため、法線ベクトルｎ１、ｎ２、ｎ３、ｎ４等を用いることにより、処理部４４は、同一面判定を容易に実現することができる。
【００８６】
また、同一面判定は、次のように実行してもよい。まず、特定面要素４７ａとこれに隣接する面要素４７ｂ又は面要素４７ｃとの間で同一面判定が開始される。特定面要素４７ａと同一平面に存在すると判定された面要素４７がある場合、その面要素４７とこれに隣接する面要素４７との間で同一面判定が行われる。これを、特定面要素４７ａの全周囲にわたって、特定面要素４７ａと同一平面に存在すると判定された面要素４７が存在しなくなるまで繰り返す。
【００８７】
図１４に示す例では、処理部４４は、まず、特定面要素４７ａとこれに隣接する面要素４７ｂ、４７ｃとの同一面判定を実行する。特定面要素４７ａと面要素４７ｂとが同一の平面に存在すると判定されたら、処理部４４は、次に同一と判定された面要素４７ｂとこれに隣接する面要素４７ｄとの間で同一面判定を実行する。このように、処理部４４は、隣接する面要素４７と同一面にあると判定された面要素４７を基準として、順次同一面判定を実行する。同一面にないと判定された面要素４７（図１４に示す例では面要素４７ｃ）が存在する場合、処理部４４は、同一面判定を終了する。
【００８８】
隣接する面要素４７同士の間で順次同一面判定を行う場合、例えば、同一面判定の対象となる面要素４７同士のなす角度が閾値θｔ以下であるか否かが判定される。また、隣接する面要素４７同士の一方の面要素４７と直交する方向かつ一方の面要素４７からそれぞれ反対方向に所定距離だけ離れた位置に存在する２つの平面で囲まれる範囲に、他方の面要素４７が存在するか否かが判定される。
【００８９】
特定面要素４７ａを含む同一面判定が終了したら、処理部４４は、同一面判定の終了時において同一面にないと判定された面要素を新たな特定面要素とする。そして、処理部４４は、新たな特定面要素を用いて同一面判定を実行し、特定面要素と同一の平面に存在すると見なすことのできる複数の面要素を抽出する。処理部４４は、このようにして同一面判定を繰り返す。そして、処理部４４は、例えば、表示部４２の画面４２Ｐに表示されている、粗掘削画面５３の上面図５３ａの範囲全体に対して、同一の平面に存在すると見なすことのできる複数の面要素を有する複数の平面を抽出する。すなわち、処理部４４は、すべての設計面４５に対して同一面判定を実行する必要はない。
【００９０】
また、新たな特定面要素は、同一面判定の終了時において同一面にないと判定された面要素でなくてもよい。処理部４４は、例えば、図６に示す粗掘削画面５３の上面図５３ａにおいて、同一面判定が実行されておらず、かつ抽出された平面とは異なる位置に存在する面要素を新たな特定面要素としてもよい。複数の平面を抽出するための同一面判定の手順は上述したものに限定されない。
【００９１】
本実施形態においては、処理部４４が上述したような同一面判定を実行し、表示部４２の画面４２Ｐに表示された設計面４５から第２平面４５Ｐｂを生成する。そして、処理部４４は、生成された第２平面４５Ｐｂの外縁４８Ｐを抽出し、これの内側及び外側とは異なる形態で外縁４８Ｐを画面４２Ｐに表示する。このようにすることで、油圧ショベル１００のオペレータは、設計面４５が有する複数の面を視認することができる。その結果、図４に示す表示システム２８は、油圧ショベル１００のオペレータが設計面４５にしたがって施工を進めるにあたって、オペレータに対して施工に関する情報を理解しやすく提供することができる。
【００９２】
本実施形態において、処理部４４は、図１１に示すように、設計面４５の位置情報、外縁４８ａ〜４８ｆ及び油圧ショベル１００に対応する絵柄としてのアイコン６１を表示部４２の同一の画面４２Ｐに表示してもよい。このようにすることで、油圧ショベル１００のオペレータは、自身が操作する油圧ショベル１００と設計面４５との位置関係を把握しやすくなる。処理部４４は、位置検出部１９と上述した姿勢検出部としての車両状態検出部とが検出した油圧ショベル１００の位置及び姿勢に基づいて設計面４５に対してアイコン６１が表示される位置を計算し、アイコン６１を画面４２Ｐに表示する。
【００９３】
また、処理部４４は、複数の異なる第１平面４５Ｐａと、それぞれの第１平面４５Ｐａに対応する第２平面４５Ｐｂの外縁４８Ｐを、外縁４８Ｐの内側及び外側とは異なる形態で表示部４２の同一の画面４２Ｐに表示してもよい。すなわち、処理部４４は、図１１に示すように、複数の第１面４５ａ〜第６面４５ｆ（これらは図１２に示す第２平面４５Ｐｂに相当する）及びこれらの外縁４８ａ〜４８ｆを同一の画面４２Ｐに表示してもよい。このようにすることで、油圧ショベル１００のオペレータは、設計面４５の情報を容易に把握することができる。このとき、処理部４４は、設計面４５のうち目標面７０を、他の設計面４５とは異なる形態、例えば、異なる色又は点滅等によって表示してもよい。このようにすることで、オペレータは、設計面４５の中から目標面７０を把握しやすくなる。
【００９４】
また、本実施形態において、処理部４４は、設計面４５に所定の方向から光を照射したときに発生する明暗を設計面４５とともに表示部４２の画面４２Ｐに表示する場合、油圧ショベル１００に取り付けられるライト２０Ａ又はライト２０Ｂの位置から光を照射してもよい。この場合は、点光源から照射される光になる。そして、ライト２０Ａ又はライト２０Ｂから照射された光によって設計面４５に発生する明暗を、表示部４２の画面４２Ｐに表示する。このようにすることで、上部旋回体３の旋回又は油圧ショベル１００の移動に応じて光が設計面４５に照射される方向を異ならせて明暗が表示される。その結果、油圧ショベル１００のオペレータは、自車両を基準とした視点で設計面４５の明暗を視認できるので、設計面４５の情報をより直感的に理解しやすくなる。
【００９５】
図４に示す表示システム２８は、第２平面４５Ｐｂの外縁４８Ｐの内側を、外縁４８Ｐの外側とは異なる形態で表示させるための表示切替指令を発信する表示切替部を有していてもよい。例えば、表示入力装置３８の入力部４１を表示切替部とすることができる。そして、処理部４４は、入力部４１からの表示切替指令を受信した場合、外縁４８Ｐの内側を、外縁４８Ｐの外側とは異なる形態、例えば、異なる色又は点滅表示等で表示部４２の画面４２Ｐに表示してもよい。このようにすることで、油圧ショベル１００のオペレータは、自身の意思で外縁４８Ｐの表示と非表示とを切り替えることができるので、利便性が向上する。また、オペレータは、設計面４５の情報をより理解しやすくなる。同一の画面４２Ｐに表示される第２平面４５Ｐｂが複数ある場合、それぞれの外縁４８Ｐの内側をそれぞれ異なる形態とすることが可能である。このようにすれば、オペレータは、それぞれの第２平面４５Ｐｂを区別しやすくなるので好ましい。
【００９６】
本実施形態では、処理部４４は、第２平面４５Ｐｂの外縁４８Ｐを、その内側及び外側とは異なる形態で表示させるが、設計面４５のうち、油圧ショベル１００のオペレータが指定した部分を含む平面について、その外縁をこれの内外とは異なる形態で表示してもよい。例えば、処理部４４は、図４に示す表示入力装置３８の入力部４１を用いてオペレータが指定した部分に対応する設計面４５の位置情報から、その部分を含む平面を第２平面４５Ｐｂとして生成し、その外縁４８Ｐを、外縁４８Ｐの内外とは異なる形態で画面４２Ｐに表示する。このようにすることで、オペレータは、自身の意思で外縁４８Ｐの表示と非表示とを切り替えることができるので、利便性が向上する。
【００９７】
また、処理部４４は、少なくともバケット８の直下に存在する第２平面４５Ｐｂの外縁４８Ｐを、外縁４８Ｐの内側及び外側とは異なる形態で表示部４２の画面４２Ｐに表示してもよい。図１１に示す例では、処理部４４は、バケット８に対応するアイコン８９の直下に存在する第３面４５ｃ（第２平面４５Ｐｂに対応する）の外縁４８ｃをその内外とは異なる態様で表示する。バケット８の直下は通常目標面７０なので、油圧ショベル１００のオペレータは、設計面４５の中から目標面７０を把握しやすくなる。
【００９８】
処理部４４は、上面図５３ａに設計面４５を表示する際には、例えば、茶色を基調とし、光の照射に応じた濃淡を加えて設計面４５を表示することが望ましい。このようにすると、より現実に近い表現になるため、油圧ショベル１００のオペレータは、より直感的に設計面４５の状態を視認しやすくなる。また、処理部４４は、オペレータが指定した部分を含む平面の外縁の内部を、例えば、白色で表示してもよい。さらに、処理部４４は、バケット８の直下に存在する平面の外縁の内部を、例えば、白色で表示してもよい。
【００９９】
以上、本実施形態を説明したが、上述した内容により本実施形態が限定されるものではない。また、上述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、上述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、本実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。
【０１００】
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、表示制御装置３９の機能の一部又はすべてが、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、線又は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。
【０１０１】
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はこれに限られず、少なくともバケット８を有するものであればよい。また、上記の実施形態では、第１ストロークセンサ１６、第２ストロークセンサ１７及び第３ストロークセンサ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。
【０１０２】
上記の実施形態では、作業機２はバケット８を有しているが、バケットはこれに限られず、チルトバケット又は法面バケット等の他のアタッチメントが装着されてもよい。チルトバケットとは、バケットチルトシリンダを備え、バケットが左右にチルト傾斜することで油圧ショベルが傾斜地にあっても、斜面、平地を自由な形に成形、整地をすることができ、底板プレートによる転圧作業もできるバケットである。法面バケットとは、底面が平らであって、平面又は法面の地固め作業に適したバケットである。
【符号の説明】
【０１０３】
１  車両本体
２  作業機
３  上部旋回体
４  運転室
５  走行装置
６  ブーム
７  アーム
８  バケット
８Ｂ  刃
１０  ブームシリンダ
１１  アームシリンダ
１２  バケットシリンダ
１９  位置検出部
２０Ａ、２０Ｂ  ライト
２３  ３次元位置センサ
２８  掘削機械の表示システム（表示システム）
３８  表示入力装置
３９  表示制御装置
４１  入力部
４２  表示部
４２Ｐ  画面
４３  記憶部
４４  処理部
４５  設計面
４５Ｐａ  第１平面
４５Ｐｂ  第２平面
４５ａ〜４５ｆ  第１面〜第６面
４７  面要素
４７ａ  特定面要素（面要素）
４７ｂ〜４７ｅ  面要素
４８Ｐ、４８ａ〜４８ｆ  外縁
５３  粗掘削画面
５４  繊細掘削画面
６１、７５、８９、９０  アイコン
７０  目標面
１００  油圧ショベル
Ｐｃｕ、Ｐｃｄ  平面
ｔｕ、ｔｄ  所定距離
【図１】
0005624108.tif 000012
【図２】
0005624108.tif 000013
【図３】
0005624108.tif 000014
【図４】
0005624108.tif 000015
【図５】
0005624108.tif 000016
【図６】
0005624108.tif 000017
【図７】
0005624108.tif 000018
【図８】
0005624108.tif 000019
【図９】
0005624108.tif 000020
【図１０】
0005624108.tif 000021
【図１１】
0005624108.tif 000022
【図１２】
0005624108.tif 000023
【図１３】
0005624108.tif 000024
【図１４】
0005624108.tif 000025