(57)【要約】【課題】オペレータの錬度にかかわらず精密な作業を容易に行うことが可能な操作支援装置を提供する。【解決手段】操作支援装置１００は、作業を行うエリアを表わすデータと、完成後のエリアを表わすデータと、を重ねて表示する表示部２５と、表示部の特定の箇所を指定するオペレータの操作が入力される操作部２５と、操作部２５によって指定された箇所を設定領域として設定し、設定された領域内で自動的に作業を行う制御手段２６と、を備える。【選択図】図４Ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体及び掘削用バケットを有する掘削車両の操作支援装置であって、
掘削作業を行うエリアの地形を表わす測量データと、前記エリアの掘削完了後の地形を表わす施工データと、を重ねて表示する表示部と、
前記表示部の特定の箇所を指定するオペレータの操作が入力される操作部と、
前記操作部によって指定された箇所を掘削領域として設定し、前記車体及び前記掘削用バケットを制御して前記掘削領域の掘削を行う制御手段と、
を備える操作支援装置。
【請求項２】
前記制御手段は、オペレータが前記操作部によって前記表示部上の一点を指定し続けた場合、前記一点に対応する箇所を掘削可能な位置まで前記車体を移動させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の操作支援装置。
【請求項３】
前記制御手段は、オペレータが前記操作部によって前記表示部上を直線状に指定した場合、指定部分の始点と終点とを対角とする矩形領域を掘削領域として設定する、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の操作支援装置。
【請求項４】
前記車体及び前記掘削用バケットにそれぞれ設けられ、前記車体及び前記掘削用バケットの傾斜を検出する傾斜検出器と、
前記車体の位置を検出する位置検出手段と、
をさらに備え、
前記制御手段は、前記車体の位置及び傾斜並びに前記掘削用バケットの傾斜に基づいて前記車体及び前記掘削用バケットを制御する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の操作支援装置。
【請求項５】
車体から掘削領域を見た映像を撮影する撮影手段をさらに備え、
前記表示部は、前記測量データ及び前記施工データに加えて、前記撮影手段によって撮影された映像と前記掘削用バケットの位置及び傾斜とを重ねて表示する、
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の操作支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、操作支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複雑な３次元地形を掘削する油圧ショベル等の掘削用建設機械が知られている。特許文献１は、より精度よく掘削作業を行うため、マシンガイダンスシステムを搭載した油圧ショベルを開示している。この油圧ショベルは、予め取得された掘削作業現場の測量データ及び施工データと現在のバケット位置とを、運転席に設置した表示装置に表示することで、オペレータの掘削作業をアシストする。
【０００３】
オペレータは、表示装置に表示された測量データ及び施工データを確認しながら操作レバーを操作して、掘削するべき場所に車両を移動させるとともに、車体の向き、ブームの角度、アームの角度及びバケットの角度を調整して掘削作業を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−９８５８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このようなマシンガイダンスシステムを搭載した油圧ショベルであっても、実際に車体、ブーム、アーム、及びバケットを操作するのはオペレータであるので、その操作には熟練を要する。
【０００６】
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであり、オペレータの錬度にかかわらず精密な掘削作業を容易に行うことが可能な操作支援装置を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】
本発明は、車体及び掘削用バケットを有する掘削車両の操作支援装置であって、掘削作業を行うエリアの地形を表わす測量データと、エリアの掘削完了後の地形を表わす施工データと、を重ねて表示する表示部と、表示部の特定の箇所を指定するオペレータの操作が入力される操作部と、操作部によって指定された箇所を掘削領域として設定し、車体及び掘削用バケットを制御して掘削領域の掘削を行う制御手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、オペレータが、表示部に重ねて表示される測量データ及び施工データを見て掘削すべき箇所を操作部によって指定するだけで、車体及び掘削用バケットが制御されて当該箇所が掘削されるので、オペレータの錬度にかかわらず精密な掘削作業を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る操作支援装置を備えた掘削用建設機械を示す構成図である。
【図２】操作支援装置の制御システムを示す図である。
【図３】コントローラの処理内容を示すフローチャートである。
【図４Ａ】測量データを表示したタッチパネルを示す図である。
【図４Ｂ】施工データを表示したタッチパネルを示す図である。
【図４Ｃ】測量データと施工データとを重ねて表示したタッチパネルを示す図である。
【図５Ａ】オペレータがタッチパネル上の一点にタッチし続けた様子を示す図である。
【図５Ｂ】オペレータがタッチパネル上の一点にタッチし続けた様子を示す図である。
【図６Ａ】オペレータがタッチパネル上を下方へとドラッグした様子を示す図である。
【図６Ｂ】オペレータがタッチパネル上を斜め下方へとドラッグした様子を示す図である。
【図７Ａ】障害物を表示したタッチパネルを示す図である。
【図７Ｂ】オペレータがタッチパネル上で障害物の輪郭に沿ってドラッグした様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
図１は、本実施形態における操作支援装置１００を備えた掘削用建設機械１を示す構成図である。掘削用建設機械１は油圧ショベルであり、車体２、ブーム３、アーム４及びバケット５を備える。
【００１２】
車体２は、一対の履帯６の上部に支持され、履帯６に対して左右に旋回可能である。一対の履帯６は、それぞれ独立に回転可能であり、各回転速度を調整することで車体２をあらゆる方向へ移動させることができる。車体２の旋回及び履帯６の回転は、図示しない油圧モータを駆動させることで行われる。
【００１３】
ブーム３は、車体２の前方（図１の左側）に連結され、図示しない油圧シリンダの伸縮に伴って車体２に対して上下方向に回動する。アーム４は、ブーム３の前端に連結され、図示しない油圧シリンダの伸縮に伴って車体２に対して上下方向に回動する。バケット５は、アーム４の前端に連結され、図示しない油圧シリンダの伸縮に伴って車体２に対して上下方向に回動する。
【００１４】
掘削用建設機械１はさらに、ブーム３の傾斜を検出するブーム用チルトセンサ３１と、アーム４の傾斜を検出するアーム用チルトセンサ４１と、バケット５の傾斜を検出する傾斜検出器としてのバケット用チルトセンサ５１と、車体２の傾斜を検出する傾斜検出器としてのピッチセンサ２１と、衛星等から車体２の位置情報を受信する位置検出手段としてのＧＮＳＳ受信機２２と、車体２の上部からバケット方向を撮影する撮影手段としてのビデオカメラ２３と、オペレータが乗車する車体２上のキャビン２４内に設けられるタッチパネル２５と、掘削用建設機械１の移動及び掘削動作を制御する制御手段としてのコントローラ２６と、を備える。
【００１５】
コントローラ２６には、掘削作業を行うエリアの地形を表わす測量データと、エリアを掘削した後の完成状態を表わす施工データと、が予め保存されている。タッチパネル２５は、同一エリアの測量データと施工データとを重ねて表示する。さらに、タッチパネル２５は、ビデオカメラ２３が撮影した実際の映像と、バケット５の位置及び傾斜とを重ねて表示する。
【００１６】
図２は操作支援装置１００の制御システムを示す図である。
【００１７】
ブーム用チルトセンサ３１は、ブーム３の傾斜を検出してコントローラ２６へ出力する。アーム用チルトセンサ４１は、アーム４の傾斜を検出してコントローラ２６へ出力する。バケット用チルトセンサ５１は、バケット５の傾斜を検出してコントローラ２６へ出力する。ピッチセンサ２１は、車体２の傾斜を検出してコントローラ２６へ出力する。ＧＮＳＳ受信機２２は、衛星等から受信した車体２の位置情報をコントローラ２６へ出力する。ビデオカメラ２３は、車体２の上部からバケット方向を撮影した映像をコントローラ２６へ出力する。
【００１８】
コントローラ２６は、ブーム用チルトセンサ３１から入力されるブーム３の傾斜と、アーム用チルトセンサ４１から入力されるアーム４の傾斜と、バケット用チルトセンサ５１から入力されるバケット５の傾斜と、ピッチセンサ２１から入力される車体２の傾斜と、ＧＮＳＳ受信機２２から入力される車体２の位置情報と、ビデオカメラ２３から入力される映像と、に基づいてタッチパネル２５に情報を表示させる。
【００１９】
さらに、コントローラ２６は、上記入力信号と、タッチパネル２５に入力されたオペレータの操作と、に基づいて必要な車体２の移動量、掘削位置及び掘削動作を演算し、車体コントローラ２７に対して車体２の移動を指示するとともに、掘削コントローラ２８に対して掘削位置及び掘削動作を指示する。
【００２０】
図３は、コントローラ２６の処理内容を示すフローチャートである。このフローチャートによって示される処理は所定時間（例えば１０ｍｓ）毎に繰り返し実行される。
【００２１】
ステップＳ１においてコントローラ２６は、タッチパネル２５に測量データ及び施工データを表示させる。図４Ａは実際の地形を表わす測量データのみをポリゴンデータとして表示させた様子を示し、図４Ｂは掘削完了後の地形を表わす施工データのみをポリゴンデータとして表示させた様子を示している。測量データ及び施工データは、予め取得されてコントローラ２６に記憶されており、掘削エリアにおける各データの位置が合致するように測量データ及び施工データをタッチパネル２５上に重ねて表示する（図４Ｃ）。
【００２２】
なお、ビデオカメラ２３が撮影した実際の映像とバケット５の位置及び傾斜とは、必要に応じて又はオペレータの操作に応じて、タッチパネル２５上に重ねて表示することが可能である。また、図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃはそれぞれ別々のディスプレイ上に表示させてもよいし、図４Ｃのみを単一のディスプレイ上に表示させてもよい。
【００２３】
ステップＳ２においてコントローラ２６は、タッチパネル２５からの入力が有ることを判定する。タッチパネル２５からの入力が有ると判定されると処理がステップＳ３へ進み、判定が成立しない場合には処理が終了する。オペレータがタッチパネル２５に対して何らかの操作を行った時、タッチパネル２５からの入力が有ると判定される。
【００２４】
ステップＳ３においてコントローラ２６は、入力情報を取得する。入力情報は、オペレータがタッチパネル２５上で操作した操作態様であり、タッチ、ドラッグなどの触れ方や、触れる速度などである。
【００２５】
ステップＳ４においてコントローラ２６は、入力情報が移動指示であることを判定する。移動指示であると判定されると処理がステップＳ５へ進み、判定が成立しない場合には処理がステップＳ７へ進む。オペレータがタッチパネル２５上の一点をタッチし続けた場合、この入力情報は移動指示であると判定される。判定成立を判断するタッチ操作の継続時間は、単なるタッチ操作と区別でき、なおかつ移動指示が判定されるまでの時間が長くなり過ぎない程度の時間に予め設定される。
【００２６】
ステップＳ５においてコントローラ２６は、車体２の移動方向及び移動量を演算する。車体２の移動方向及び移動量は、車体２の現在位置とオペレータが指示した位置とに基づいて演算される。
【００２７】
ステップＳ６においてコントローラ２６は、車体２を掘削位置まで移動させる。つまり、図５Ａに示すように、オペレータがタッチパネル２５上の一点２５１をタッチし続けた場合、この箇所が掘削可能となるように、上記点２５１がタッチパネル２５上の中央に位置するまで車体２を移動させる（図５Ｂ）。コントローラ２６は、車体コントローラ２７へ履帯６の回転及び車体２の旋回を指示し、車体コントローラ２７は、油圧モータへの油圧の給排を制御して履帯６の回転及び車体２の旋回を行う。
【００２８】
一方、ステップＳ４において入力情報が移動指示であると判定されなかった場合、ステップＳ７においてコントローラ２６は、入力情報が掘削指示であることを判定する。掘削指示であると判定されると処理がステップＳ８へ進み、判定が成立しない場合には処理がステップＳ１７へ進む。オペレータがタッチパネル２５上を直線状にドラッグ操作した場合、この入力情報は掘削指示であると判定される。
【００２９】
ステップＳ８においてコントローラ２６は、掘削領域を演算する。オペレータによるドラッグ操作の始点から終点までが掘削領域として演算される。
【００３０】
図６Ａに示すように、オペレータが直下方向へとドラッグ操作した場合には、ドラッグ操作の始点から終点までの領域２５２が掘削領域として演算される。この掘削領域２５２は、幅がバケット５の幅とほぼ同一に設定されており、車体２の移動を伴うことなくブーム３、アーム４及びバケット５のみで掘削可能な領域である。
【００３１】
図６Ｂに示すように、オペレータが斜め下方へとドラッグ操作した場合には、ドラッグ操作の始点と終点とを対角とする矩形領域２５３が掘削領域として演算される。この掘削領域２５３は図６Ａに示す掘削領域２５２より幅が広いので、車体２の移動を伴って掘削される。
【００３２】
ステップＳ９においてコントローラ２６は、入力情報が掘削領域の一括指定であることを判定する。入力情報が一括指定であると判定されると処理がステップＳ１２へ進み、判定が成立しない場合には処理がステップＳ１０へ進む。掘削領域の一括指定とは、バケット５による１回の掘削動作だけでは掘削できない広範囲の領域を掘削領域として指定することである。ステップＳ８において演算された掘削領域が図６Ｂに示す領域である場合、掘削領域が一括指定であると判定され、図６Ａに示す領域である場合、一括指定であると判定されない。
【００３３】
ステップＳ１０においてコントローラ２６は、掘削領域をタッチパネル２５に表示させる。本ステップが実行される場合、掘削領域は一括指定ではないので、図６Ａに示すように掘削領域２５２が表示される。
【００３４】
ステップＳ１１においてコントローラ２６は、掘削領域２５２を掘削する。コントローラ２６は、ステップＳ１０において表示された掘削領域２５２に沿ってブーム３、アーム４及びバケット５を制御して車体２の移動を伴うことなく掘削を行う。
【００３５】
このとき、オペレータのドラッグ操作の速度に応じて１回の掘削で掘る深さが設定される。例えば、ドラッグ操作の速度が遅いほど掘る深さを深くするように設定することが可能である。
【００３６】
一方、ステップＳ９において掘削領域が一括指定であると判定されなかった場合、ステップＳ１２においてコントローラ２６は、掘削領域をタッチパネル２５に表示させる。本ステップが実行される場合、掘削領域は一括指定であるので、図６Ｂに示すように掘削領域２５３が表示される。
【００３７】
ステップＳ１３においてコントローラ２６は、掘削領域２５３を掘削完了したことを判定する。掘削領域２５３を掘削完了したと判定されると処理が終了し、判定が成立しない場合には処理がステップＳ１４へ進む。掘削完了したことは、掘削領域２５３と掘削済み領域とを比較することで判断される。
【００３８】
ステップＳ１４においてコントローラ２６は、車体２の移動方向及び移動量を演算する。車体２の移動方向及び移動量は、現在の車体位置と掘削領域２５３と掘削済み領域とに基づいて決定される掘削位置に応じて演算される。
【００３９】
ステップＳ１５においてコントローラ２６は、車体２を掘削位置まで移動させる。
【００４０】
ステップＳ１６においてコントローラ２６は、掘削領域２５３を掘削する。コントローラ２６は、ステップＳ１２において表示された掘削領域２５３に沿ってブーム３、アーム４及びバケット５を制御して掘削を行う。なお、本ステップでもステップＳ１１と同様にオペレータのドラッグ操作の速度に応じて掘削深さを変化させてもよい。その後、処理がステップＳ１３へ戻る。
【００４１】
つまり、ステップＳ１３〜Ｓ１６を繰り返すことで、掘削と車体２の移動とが順次繰り返され、一括指定された掘削領域２５３が端から順に掘削される。
【００４２】
一方、ステップＳ７において入力情報が掘削指示であると判定されなかった場合、ステップＳ１７においてコントローラ２６は、入力情報が障害物掘り出し指示であることを判定する。障害物掘り出し指示であると判定されると処理がステップＳ１８へ進み、判定が成立しない場合には処理が終了する。掘削作業中に図７Ａに示すように障害物２５４が現れた場合、図７Ｂに示すようにオペレータがタッチパネル２５上で障害物２５４の輪郭を環状にドラッグ操作すると、この入力情報は障害物掘り出し指示であると判定される。
【００４３】
ステップＳ１８においてコントローラ２６は、掘削領域を演算する。オペレータによるドラッグ操作の環状の軌跡、すなわち障害物の外周が掘削領域２５５として演算される。
【００４４】
ステップＳ１９においてコントローラ２６は、掘削領域２５５をタッチパネル２５に表示させる。掘削領域２５５は図７Ｂに示すように表示される。
【００４５】
ステップＳ２０においてコントローラ２６は、掘削領域２５５を掘削完了したことを判定する。掘削領域２５５を掘削完了したと判定されると処理が終了し、判定が成立しない場合には処理がステップＳ２１へ進む。掘削完了したことは、掘削領域２５５と掘削済み領域とを比較することで判断される。
【００４６】
ステップＳ２１においてコントローラ２６は、車体２の移動方向及び移動量を演算する。車体２の移動方向及び移動量は、現在の車体位置と掘削領域２５５と掘削済み領域とに基づいて決定される掘削位置に応じて演算される。
【００４７】
ステップＳ２２においてコントローラ２６は、車体２を掘削位置まで移動させる。
【００４８】
ステップＳ２３においてコントローラ２６は、掘削領域２５５を掘削する。コントローラ２６は、ステップＳ１９において表示された掘削領域２５５に沿ってブーム３、アーム４及びバケット５を制御して掘削を行う。なお、本ステップでもステップＳ１１と同様にオペレータのドラッグ操作の速度に応じて掘削深さを変化させてもよい。その後、処理がステップＳ２０へ戻る。
【００４９】
つまり、ステップＳ２０〜Ｓ２３を繰り返すことで、掘削と車体２の移動又は旋回とが順次繰り返され、障害物の外周である掘削領域２５５が順に掘削される。
【００５０】
以上のように、コントローラ２６は、タッチパネル２５に測量データ及び施工データを重ねて表示させ、タッチパネル２５上でのオペレータの操作に応じて掘削領域を設定する。コントローラ２６はさらに、掘削領域に基づいて履帯６及び車体２を制御する車体コントローラ２７に指示を出力するとともに、ブーム３、アーム４及びバケット５を制御する掘削コントローラ２８へ指示を出力する。
【００５１】
以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【００５２】
オペレータが、タッチパネル２５上に重ねて表示される測量データ及び施工データを見ながら掘削すべき箇所をタッチ操作するだけで、車体２、ブーム３、アーム４及びバケット５が制御されて当該箇所が掘削されるので、オペレータの錬度にかかわらず精密な掘削作業を容易に行うことができる。
【００５３】
さらに、オペレータがタッチパネル２５上の一点をタッチし続けた場合、この入力情報は移動指示であると判定され、対応する箇所を掘削可能な位置まで車体２が移動するので、掘削用建設機械の移動を簡単な操作によって行うことができる。
【００５４】
さらに、オペレータがタッチパネル２５上を直線状に直下方向へとドラッグ操作した場合、この入力情報は掘削指示であると判定され、掘削領域の掘削が行われる。よって、オペレータは掘削領域を指定するだけでコントローラ２６が掘削作業を自動的に行うので、掘削作業を容易に行うことができる。
【００５５】
さらに、オペレータがタッチパネル２５上を直線状に斜め下方へとドラッグ操作した場合、この入力情報は掘削指示であり、掘削領域の一括指示であると判定され、掘削領域を掘削可能な位置まで車体２が移動して掘削領域の掘削と車体２の移動とが順次行われる。よって、オペレータは広範囲に及ぶ掘削領域であっても簡単なドラッグ操作を行うだけでコントローラ２６が車体２の移動及び掘削作業を自動的に行うので、掘削作業を容易に行うことができる。
【００５６】
さらに、オペレータがタッチパネル２５上を環状にドラッグした場合、この入力情報は障害物掘り出し指示であると判定され、掘削領域を掘削可能な位置まで車体２が移動して掘削領域の掘削と車体２の移動とが順次行われる。よって、オペレータはタッチパネル２５上に表示される障害物２５４の輪郭をドラッグ操作するだけでコントローラ２６が障害物２５４を掘り出すように車体２の移動及び掘削作業を自動的に行うので、障害物２５４の掘り出し作業を容易に行うことができる。
【００５７】
さらに、オペレータのドラッグ操作の速度に応じて１回の掘削で掘る深さが設定されるので、オペレータは簡単な操作によって掘削作業で掘る深さを指定することができる。
【００５８】
さらに、コントローラ２６は、車体２の位置及び傾斜並びにブーム３、アーム４及びバケット５の傾斜に基づいて車体コントローラ２７及び掘削コントローラ２８に指示を出力するので、オペレータの操作によらず自動的にかつ正確に車体２、ブーム３、アーム４及びバケット５が制御される。よって、オペレータの錬度にかかわらず精密な掘削作業を容易に行うことができる。
【００５９】
さらに、タッチパネル２５上に、測量データ及び施工データに加えてビデオカメラ２３で撮影した映像とバケット５の位置及び傾斜とを重ねて表示するので、オペレータから掘削位置が直接目視できない状況であっても掘削領域を正確に指定することができ、より正確に掘削作業を行うことができる。
【００６０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００６１】
例えば、上記実施形態では、掘削用建設機械１として油圧ショベルを例に挙げて説明したが、これに限らずその他の掘削用建設機械であってもよい。
【００６２】
さらに、タッチパネル２５は、オペレータが直接画面にタッチするものに限らず、スタイラスペン等によって所望の位置を指定可能なタッチパネルであってもよい。
【００６３】
さらに、タッチパネル２５に代えて通常の表示装置（ディスプレイ）を用いてもよい。この場合、オペレータの操作によって掘削領域を指定するため、例えばマウスやタッチパッド等のポインティングデバイスが用いられる。
【符号の説明】
【００６４】
１  掘削用建設機械（掘削車両）
２  車体
５  バケット（掘削用バケット）
２１  チルトセンサ（傾斜検出器）
２２  ＧＮＳＳ受信機（位置検出手段）
２３  ビデオカメラ（撮影手段）
２５  タッチパネル（表示部、操作部）
２６  コントローラ（制御手段）
２５２  掘削領域
２５３  掘削領域
２５５  掘削領域
５１  バケット用チルトセンサ（傾斜検出器）
１００  操作支援装置
【図１】
2014055407.tif 000003
【図２】
2014055407.tif 000004
【図３】
2014055407.tif 000005
【図４Ａ】
2014055407.tif 000006
【図４Ｂ】
2014055407.tif 000007
【図４Ｃ】
2014055407.tif 000008
【図５Ａ】
2014055407.tif 000009
【図５Ｂ】
2014055407.tif 000010
【図６Ａ】
2014055407.tif 000011
【図６Ｂ】
2014055407.tif 000012
【図７Ａ】
2014055407.tif 000013
【図７Ｂ】
2014055407.tif 000014