(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バケットを有した作業機を含む上部旋回体を、所定の旋回中心軸を中心として旋回させることができる掘削機械に用いられるものであり、
前記掘削機械の現在位置及び姿勢に関する情報を検出する車両状態検出部と、
作業対象の目標形状を示す目標面の位置情報を少なくとも記憶する記憶部と、
前記掘削機械の現在位置及び姿勢に関する情報に基づいて求めた前記バケットの刃先の方向を含む情報と、前記目標面と直交する方向を含む情報と、前記旋回中心軸の方向を含む情報と、前記掘削機械と前記目標面との位置関係とに基づいて、前記バケットの刃先が前記目標面と正対するために必要な、前記作業機を含む前記上部旋回体の旋回量を示す目標旋回情報を２つ求めて、前記掘削機械と前記目標面との位置関係により定まる方向角範囲に前記２つの目標旋回情報が入るか否かに基づいて、前記２つの目標旋回情報のいずれかを選択し、選択された目標旋回情報に対応する画像を表示装置に表示する処理部と、
を含む掘削機械の表示システム。
【請求項２】
前記処理部は、
前記目標旋回情報が定まらない場合又は前記目標旋回情報が求められない場合、前記表示装置に表示する前記目標旋回情報に対応する画像の表示態様を、前記目標旋回情報が定まる場合又は前記目標旋回情報が求められる場合とは異ならせる、請求項１に記載の掘削機械の表示システム。
【請求項３】
前記処理部は、
前記バケットの前記刃先が前記目標面に正対する前と、正対した後とで、前記表示装置の画面に表示する前記画像の態様を異ならせる、請求項１又は請求項２に記載の掘削機械の表示システム。
【請求項４】
前記バケットは、第１軸を中心として回動し、かつ前記第１軸と直交する第２軸を中心として回動することにより前記第１軸及び前記第２軸と直交する第３軸に対して刃先が傾斜し、
さらに、前記バケットの傾斜角度を検出するバケット傾斜検出部を有し、
前記処理部は、前記バケットの傾斜角検出部が検出した前記バケットの傾斜角度、前記掘削機械の現在位置及び姿勢に関する情報に基づいて前記バケットの刃先の方向を求める、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】
バケットを有した作業機を含む上部旋回体を、所定の旋回中心軸を中心として旋回させることができる掘削機械に用いられるものであり、
前記掘削機械の現在位置及び姿勢に関する情報を検出する車両状態検出部と、
作業対象の目標形状を示す目標面の位置情報を少なくとも記憶する記憶部と、
前記掘削機械の現在位置及び姿勢に関する情報に基づいて求めた前記バケットの刃先の方向を含む情報と、前記目標面と直交する方向を含む情報と、前記旋回中心軸の方向を含む情報と、前記掘削機械と前記目標面との位置関係とに基づいて、前記バケットの刃先が前記目標面と平行になるまでに必要な、前記作業機を含む前記上部旋回体の旋回量を目標旋回情報として２つ求めて、前記掘削機械と前記目標面との位置関係により定まる方向角範囲に前記２つの目標旋回情報が入るか否かに基づいて、前記２つの目標旋回情報のいずれかを選択し、選択された目標旋回情報に対応する画像を表示装置に表示する処理部と、を含み、
前記バケットの前記刃先が前記目標面に正対する前と、正対した後とで、前記表示装置の画面に表示する前記目標旋回情報に対応する画像の態様を異ならせる、掘削機械の表示システム。
【請求項６】
バケットを有した作業機が取り付けられて、所定の旋回中心軸を中心として旋回する上部旋回体と、
前記上部旋回体の下に備えられた走行装置と、
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と、
を含む掘削機械。
【請求項７】
バケットを有した作業機を含む上部旋回体を、所定の旋回中心軸を中心として旋回させることができる掘削機械に用いられるものであり、
前記掘削機械の現在位置及び姿勢に関する情報に基づいて求めた前記バケットの刃先の方向を含む情報と、作業対象の目標形状を示す目標面と直交する方向を含む情報と、旋回中心軸の方向を含む情報と、前記掘削機械と前記目標面との位置関係とに基づいて、前記バケットの刃先が前記目標面と正対するために必要な、前記作業機を含む前記上部旋回体の旋回量を示す目標旋回情報を２つ求め、
前記掘削機械と前記目標面との位置関係により定まる方向角範囲に前記２つの目標旋回情報が入るか否かに基づいて、前記２つの目標旋回情報のいずれかを選択し、選択された目標旋回情報に対応する画像を表示装置に表示する、
掘削機械の表示方法。
【請求項８】
前記目標旋回情報が定まらない場合又は前記目標旋回情報が求められない場合、前記表示装置に表示される前記目標旋回情報に対応する画像の表示態様を、前記目標旋回情報が定まる場合又は前記目標旋回情報が求められる場合と異ならせる、請求項７に記載の掘削機械の表示方法。
【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、掘削機械及び掘削機械の表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油圧ショベルは、運転席近傍に設けられた操作レバーがオペレータにより操作されることで、バケットを含む作業機又は上部旋回体が動作する。このとき、所定勾配の法面又は所定深さの溝等を掘削する場合には、オペレータが作業機の動作を目視するだけで目標とする形状通りに正確に掘削されているか否かを判断することは困難である。また、オペレータが、そのような所定勾配の法面を、目標とする形状通りに効率よく正確に掘削できるようになるには熟練を要する。このため、例えば、作業機の先端に位置するバケットの位置情報を、運転席近傍に設けられた表示装置に表示して、オペレータによる操作レバーの操作を補助する技術がある。例えば、特許文献１には、目標面に対する正対方向と油圧ショベルを旋回させるべき方向とを示すアイコンとして正対コンパスを表示させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１７２４３１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には、正対コンパスをどのように動かすか等については明確な記載がなく、バケットの種類、又は目標面と油圧ショベルとの位置関係等を考慮して、オペレータに対し、バケットを目標面に正対させるための、より適切な情報を提示することが望まれる。【０００５】
本発明は、バケットを目標面に正対させるための適切な情報をオペレータに対して提示することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、バケットを有した作業機を含む上部旋回体を、所定の旋回中心軸を中心として旋回させることができる掘削機械に用いられるものであり、前記掘削機械の現在位置及び姿勢に関する情報を検出する車両状態検出部と、作業対象の目標形状を示す目標面の位置情報を少なくとも記憶する記憶部と、前記掘削機械の現在位置及び姿勢に関する情報に基づいて求めた前記バケットの刃先の方向を含む情報と、前記目標面と直交する方向を含む情報と、前記旋回中心軸の方向を含む情報と、に基づいて、前記バケットの刃先が前記目標面と正対するために必要な、前記作業機を含む前記上部旋回体の旋回量を示す目標旋回情報を求めて、得られた目標旋回情報に対応する画像を表示装置に表示する処理部と、を含む掘削機械の表示システムである。【０００７】
前記処理部は、前記目標旋回情報が定まらない場合又は前記目標旋回情報が求められない場合、前記表示装置に表示する前記目標旋回情報に対応する画像の表示態様を、前記目標旋回情報が定まる場合又は前記目標旋回情報が求められる場合とは異ならせることが好ましい。【０００８】
前記処理部は、前記バケットの前記刃先が前記目標面に正対する前と、正対した後とで、前記表示装置の画面に表示する前記画像の態様を異ならせることが好ましい。【０００９】
前記バケットは、第１軸を中心として回動し、かつ前記第１軸と直交する第２軸を中心として回動することにより前記第１軸及び前記第２軸と直交する第３軸に対して刃先が傾斜し、さらに、前記バケットの傾斜角度を検出するバケット傾斜検出部を有し、前記処理部は、前記バケットの傾斜角検出部が検出した前記バケットの傾斜角度、前記掘削機械の現在位置及び姿勢に関する情報に基づいて前記バケットの刃先の方向を求めることが好ましい。【００１０】
本発明は、バケットを有した作業機を含む上部旋回体を、所定の旋回中心軸を中心として旋回させることができる掘削機械に用いられるものであり、前記掘削機械の現在位置及び姿勢に関する情報を検出する車両状態検出部と、作業対象の目標形状を示す目標面の位置情報を少なくとも記憶する記憶部と、前記掘削機械の現在位置及び姿勢に関する情報に基づいて求めた前記バケットの刃先の方向を含む情報と、前記目標面と直交する方向を含む情報と、前記旋回中心軸の方向を含む情報と、に基づいて、前記バケットの刃先が前記目標面と平行になるまでに必要な、前記作業機を含む前記上部旋回体の旋回量を目標旋回情報として求めて、得られた目標旋回情報に対応する画像を、前記掘削機械に対応する画像及び前記目標面に対応する画像とともに表示装置に表示する処理部と、を含み、前記処理部は、前記バケットの前記刃先が前記目標面に正対する前と、正対した後とで、前記表示装置の画面に表示する前記目標旋回情報に対応する画像の態様を異ならせる、掘削機械の表示システムである。【００１１】
本発明は、バケットを有した作業機が取り付けられて、所定の旋回中心軸を中心として旋回する上部旋回体と、前記上部旋回体の下に備えられる走行装置と、前述した掘削機械の表示システムと、を含む掘削機械である。【００１２】
本発明は、バケットを有した作業機を含む上部旋回体を、所定の旋回中心軸を中心として旋回させることができる掘削機械に用いられるものであり、前記掘削機械の現在位置及び姿勢に関する情報に基づいて求めた前記バケットの刃先の方向を含む情報と、前記目標面と直交する方向を含む情報と、旋回中心軸の方向を含む情報と、に基づいて、前記バケットの刃先が前記目標面と正対するために必要な、前記作業機を含む前記上部旋回体の旋回量を示す目標旋回情報を求め、得られた目標旋回情報に対応する画像を表示装置に表示する、掘削機械の表示方法である。【００１３】
前記目標旋回情報が定まらない場合又は前記目標旋回情報が求められない場合、前記表示装置に表示される前記目標旋回情報に対応する画像の表示態様を、前記目標旋回情報が定まる場合又は前記目標旋回情報が求められる場合と異ならせることが好ましい。【００１４】
本発明は、バケットを目標面に正対させるための適切な情報をオペレータに対して提示することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本実施形態に係る油圧ショベルの斜視図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る油圧ショベルが備えるバケットの正面図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る油圧ショベルが備える他の例に係るバケットの斜視図である。
【図４】図４は、油圧ショベルの側面図である。
【図５】図５は、油圧ショベルの背面図である。
【図６】図６は、油圧ショベルが備える制御系を示すブロック図である。
【図７】図７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８】図８は、案内画面の一例を示す図である。
【図９】図９は、案内画面の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、バケットが目標面に正対することを説明するための図である。
【図１１】図１１は、バケットが目標面に正対することを説明するための図である。
【図１２】図１２は、刃先ベクトルを説明するための図である。
【図１３】図１３は、目標面の法線ベクトルを示す図である。
【図１４】図１４は、正対コンパスと目標回動角との関係を示す図である。
【図１５】図１５は、姿勢情報表示制御の一例を示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、刃先ベクトルを求める手法の一例を説明するための図である。
【図１７】図１７は、刃先ベクトルを求める手法の一例を説明するための図である。
【図１８】図１８は、刃先ベクトルを求める手法の一例を説明するための図である。
【図１９】図１９は、刃先ベクトルを求める手法の一例を説明するための図である。
【図２０】図２０は、刃先ベクトルを求める手法の一例を説明するための図である。
【図２１】図２１は、目標回動角度を求める方法を説明するための平面図である。
【図２２】図２２は、車両本体座標における単位ベクトルを説明するための図である。
【図２３】図２３は、刃先ベクトル及び目標刃先ベクトルを説明するための図である。
【図２４】図２４は、刃先ベクトル及び目標刃先ベクトルを説明するための図である。
【図２５】図２５は、目標回動角度を説明するための図である。
【図２６】図２６は、正対コンパスの表示に用いる第１目標回動角度又は第２目標回動角度を選択する方法を説明するための平面図である。
【図２７】図２７は、油圧ショベルと目標面との関係を示す図である。
【図２８】図２８は、油圧ショベルと目標面との関係を示す図である。
【図２９】図２９は、油圧ショベルと目標面との関係を示す図である。
【図３０】図３０は、正対コンパスを示す図である。
【図３１】図３１は、目標面と、単位ベクトルと、法線ベクトルとの関係を示す図である。
【図３２】図３２は、目標回動角度が求まらない場合（解無し状態）の一例を示す概念図である。
【図３３】図３３は、目標旋回情報が求まらない場合における正対コンパスの表示例を示す図である。
【図３４ａ】図３４ａは、目標回動角度が求まらない場合又は定まらない場合（不定解状態）の一例を示す概念図である。
【図３４ｂ】図３４ｂは、目標回動角度が求まらない場合又は定まらない場合（不定解状態）の一例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
＜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、本実施形態に係る油圧ショベル１００が備えるバケット９の正面図である。図３は、本実施形態に係る油圧ショベル１００が備える他の例に係るバケット９ａの斜視図である。図４は、油圧ショベル１００の側面図である。図５は、油圧ショベル１００の背面図である。図６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７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。
【００１８】
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、旋回体としての上部旋回体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。
【００１９】
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。
【００２０】
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６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。上部旋回体３の下には、走行装置５が備えられている。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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。上部旋回体３の上には、手すり３Ｇが設けられている。図１に示すように、手すり３Ｇには、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）が、着脱可能なように取り付けられている。
【００２３】
作業機２は、ブーム６とアーム７とバケット９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とチルトシリンダ１３とを有する。なお、図１又は図２に示す矢印ＳＷと矢印ＴＩＬとは、バケット９が回動可能な方向を示している。ブーム６の基端部は、ブームピン１４を介して車両本体１の前部に回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１５を介してブーム６の先端部に回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１６を介して連結部材８が取り付けられている。連結部材８は、チルトピン１７を介してバケット９に取り付けられている。連結部材８は、図示しないピンを介してバケットシリンダ１２と連結されており、バケットシリンダ１２が伸縮することで、バケット９が回動（図１に示すＳＷ参照）する。つまり、バケット９がアーム７の延在方向と直交する軸を中心として回動できるように取り付けられている。ブームピン１４とアームピン１５とバケットピン１６とは、いずれも平行な位置関係に配置されている。すなわち、それぞれのピンの中心軸は、互いに平行な位置関係になっている。
【００２４】
なお、以下に示す「直交」とは、空間上で、２つの線（又は軸）同士、線（又は軸）と面又は面と面、といった２つの対象が直交する位置関係を意味する。例えば、一つの線（又は軸）が含まれる平面と、他の線（又は軸）が含まれる平面とが平行であって、それらの面のどちらかの面に対し垂直方向から見た場合、一つの線と他の線とが直交している状態も、一つの線と他の線とは直交していると表現する。線（軸）と面、面と面の場合も同様である。
【００２５】
（バケット９）
本実施形態において、バケット９は、チルトバケットと呼ばれるものである。バケット９は、連結部材８を介し、さらにバケットピン１６を介してアーム７に連結されている。さらに、連結部材８において、連結部材８のバケットピン１６が取り付けられる側とは反対のバケット９側には、チルトピン１７を介してバケット９が取り付けられている。チルトピン１７は、バケットピン１６と直交している。すなわち、チルトピン１７の中心軸を含む平面は、バケットピン１６の中心軸と直交する。このように、バケット９は、チルトピン１７を介して、チルトピン１７の中心軸を中心として回動（図１及び図２に示す矢印ＴＩＬ参照）できるように連結部材８に取り付けられている。このような構造により、バケット９は、バケットピン１６の中心軸（第１軸）を中心として回動でき、かつチルトピン１７の中心軸（第２軸）を中心として回動できるようになっている。
【００２６】
バケットピン１６の軸方向に延びる中心軸は第１軸ＡＸ１であり、バケットピン１６と直交するチルトピン１７の延在方向における中心軸は、第１軸ＡＸ１と直交するチルト中心軸（以下、適宜）第２軸ＡＸ２と称する）である。このため、バケット９は、第１軸ＡＸ１を中心として回動し、かつ第２軸ＡＸ２を中心として回動することができる。つまり、バケット９は、第１軸ＡＸ１及び第２軸ＡＸ２の両者と直交する位置関係にある第３軸ＡＸ３を基準とした場合、その基準に対して左右（図２に示す矢印ＴＩＬ）に回動することが可能である。そして、バケット９を左右のいずれかに回動させることで、刃先９Ｔ（より具体的には刃先列９ＴＧ）を地面に対して傾斜させることができる。
【００２７】
バケット９は、複数の刃９Ｂを備えている。バケット９において複数の刃９Ｂは、バケット９のチルトピン１７が取り付けられる側とは反対側の端部に取り付けられている。複数の刃９Ｂは、チルトピン１７と直交する方向、すなわち、第１軸ＡＸ１と平行な位置関係で１列に配列されている。刃先９Ｔは、刃９Ｂの先端部である。本実施形態において、刃先列９ＴＧとは、１列に配列されて並んでいる複数の刃先９Ｔをいう。刃先列９ＴＧは、刃先９Ｔの集合体である。刃先列９ＴＧを表現するにあたって、本実施形態では、複数の刃先９Ｔを結んだ直線（以下、適宜刃先列ラインという）ＬＢＴを用いる。
【００２８】
チルトシリンダ１３は、バケット９と、連結部材８とを連結している。すなわち、チルトシリンダ１３のシリンダロッドの先端がバケット９の本体側に連結され、チルトシリンダ１３のシリンダチューブ側が連結部材８に連結されている。本実施形態においては、２本のチルトシリンダ１３、１３がバケット９及び連結部材８の左右両側で両者を連結しているが、少なくとも１本のチルトシリンダ１３が両者を連結していればよい。一方のチルトシリンダ１３が伸びると他方のチルトシリンダ１３が縮むことにより、バケット９は、チルトピン１７の周りを回動する。その結果、チルトシリンダ１３、１３は、刃先９Ｔ、より具体的には、刃先列ラインＬＢＴで表される刃先９Ｔの集合体である刃先列９ＴＧを、第３軸ＡＸ３に対して傾斜させることができる。
【００２９】
チルトシリンダ１３、１３の伸縮は、運転室４内の図示しないスライド式スイッチ又は足踏み式ペダルといった操作装置によって行うことができる。その操作装置がスライド式スイッチである場合、油圧ショベル１００のオペレータがスライド式スイッチを操作することで、作動油がチルトシリンダ１３、１３に供給又はチルトシリンダ１３、１３から排出され、チルトシリンダ１３、１３が伸縮する。その結果、チルトバケット（バケット９）は、第３軸ＡＸ３を基準として、その操作の量に応じた量だけ左右（図２に示す矢印ＴＩＬ）に回動（刃先９Ｔが傾斜）する。
【００３０】
図３に示すバケット９ａは、チルトバケットの一種であって、主として法面を施工するために用いられる。バケット９ａは、チルトピン１７の中心軸を中心として回動する。バケット９ａは、チルトピン１７が取り付けられる側とは反対側の端部に、一枚の板状の刃９Ｂａを備えている。刃９Ｂａの先端部である刃先９Ｔａは、チルトピン１７の中心軸と直交する方向、すなわち、図２に示す第１軸ＡＸ１と平行な位置関係にあり、バケット９ａの幅方向に向かって延在した直線状の部分である。バケット９ａが一枚の刃９Ｂａを備える場合、刃先９Ｔａと刃先列９ＴＧａとは同じ場所を示す。刃先９Ｔａ又は刃先列９ＴＧａを表現するにあたって、本実施形態では、刃先列ラインＬＢＴを用いる。刃先列ラインＬＢＴは、刃先９Ｔａが延在する方向の直線である。
【００３１】
図４に示すように、ブーム６の長さ、すなわち、ブームピン１４からアームピン１５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１５の中心からバケットピン１６の中心までの長さはＬ２である。連結部材８の長さ、すなわち、バケットピン１６の中心からチルトピン１７の中心までの長さはＬ３である。連結部材８の長さＬ３は、バケット９がバケットピン１６の中心軸を中心として回動する半径である。バケット９の長さ、すなわち、チルトピン１７の中心からバケット９の刃先９Ｔまでの長さはＬ４である。
【００３２】
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とチルトシリンダ１３とは、それぞれ作動油の圧力（以下、適宜油圧という）又は流量に応じて伸縮と速度が調整されて駆動する油圧シリンダである。ブームシリンダ１０はブーム６を駆動させるものであり、これを上下に回動させる。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動させるものであり、アームピン１５の中心軸を中心としてアーム７を回動させる。バケットシリンダ１２は、バケット９を駆動させるものであり、バケットピン１６の中心軸を中心としてバケット９を回動させる。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及びチルトシリンダ１３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６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、バケットシリンダ１２及びチルトシリンダ１３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、バケットシリンダ１２及びチルトシリンダ１３の動作が制御される。
【００３３】
図４に示すように、ブーム６とアーム７とバケット９とには、それぞれ第１ストロークセンサ１８Ａと第２ストロークセンサ１８Ｂと第３ストロークセンサ１８Ｃとバケット傾斜検出部としてのバケット傾斜センサ１８Ｄとが設けられている。これらの第１ストロークセンサ１８Ａ、第２ストロークセンサ１８Ｂ及び第３ストロークセンサ１８Ｃ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１８Ａ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６参照）は、第１ストロークセンサ１８Ａ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の傾斜角度θ１を算出する。第２ストロークセンサ１８Ｂ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１８Ｂ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の傾斜角度θ２を算出する。第３ストロークセンサ１８Ｃ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１８Ｃ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９の傾斜角度θ３を算出する。バケット傾斜センサ１８Ｄは、バケット９の傾斜角度θ４、すなわち、第３軸ＡＸ３に対するバケット９の刃先９Ｔ又は刃先列９ＴＧの傾斜角度θ４を検出する。本実施形態において、前述のように刃先列９ＴＧは、刃先列ラインＬＢＴで表されるので、バケット９の傾斜角度θ４は、第３軸ＡＸ３を基準として、その基準に対する刃先列ラインＬＢＴの傾斜角度である。
【００３４】
図４に示すように、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、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２と、３次元位置センサ２３と、傾斜角度センサ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の上に設置される。本実施形態において、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は、図４及び図５に示す車両本体座標系Ｘａ−Ｙａ−ＺａのＹａ軸と平行な軸線に沿って一定距離だけ離して設置されている。
【００３５】
上部旋回体３並びにこれに取り付けられた作業機２及びバケット９は、所定の旋回中心軸を中心として回動する。車両本体座標系Ｘａ−Ｙａ−Ｚａは、車両本体１の座標系である。車両本体座標系Ｘａ−Ｙａ−Ｚａは、作業機２等の旋回中心軸をＺａ軸とし、Ｚａ軸と直交し、かつ作業機２の動作平面と平行な軸をＸａ軸とし、Ｚａ軸とＸａ軸とに直交する軸をＹａ軸とする。作業機２の動作平面とは、例えば、ブームピン１４と直交する平面である。Ｘａ軸は上部旋回体３の前後方向に対応し、Ｙａ軸は上部旋回体３の幅方向に対応する。
【００３６】
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の前後方向（図４及び図５に示す車両本体座標系Ｘａ−Ｙａ−ＺａのＸａ軸の方向）又は左右方向（図４及び図５に示す車両本体座標系Ｘａ−Ｙａ−ＺａのＹａ軸の方向）に離れた両端位置に設置されることが好ましい。前述したように、本実施形態において、ＧＮＳアンテナ２１、２２は、図１に示すように、上部旋回体３の幅方向両側にそれぞれ取り付けられた手すり３Ｇに取り付けられる。ＧＮＳＳアンテナ２１、２２が上部旋回体３に取り付けられる位置は手すり３Ｇに限定されるものではないが、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ので好ましい。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。ＧＮＳＳアンテナ２１、２２は、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。
【００３７】
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５に示すように、傾斜角度センサ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の幅方向の傾斜角度θ５（以下、適宜ロール角度θ５という）を検出する。傾斜角度センサ２４は、例えば、ＩＭＵ（Inertial  Measurement  Unit：慣性計測装置）であってもよい。本実施形態において、バケット９の幅方向とは、刃先列ラインＬＢＴと平行な方向である。バケット９が傾斜していないとき及びバケット９がチルト機能を有していないときにおいて、バケット９の幅方向は、上部旋回体３の幅方向、すなわち左右方向と一致する。バケット９が第３軸ＡＸ３を基準として回動した場合、バケット９の幅方向と上部旋回体３の幅方向とは一致しない。以上のように、  車両状態検出部としての位置検出部１９及び姿勢検出部は、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。
【００３８】
図６に示すように、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、車両制御装置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）１０１を備える。操作装置２５は、操作部としての作業機操作部材３１Ｌ、３１Ｒ及び走行操作部材３３Ｌ、３３Ｒと、作業機操作検出部３２Ｌ、３２Ｒ及び走行操作検出部３４Ｌ、３４Ｒとを有する。本実施形態において、作業機操作部材３１Ｌ、３１Ｒ及び走行操作部材３３Ｌ、３３Ｒは、パイロット圧方式のレバーであるが、これに限定されない。作業機操作部材３１Ｌ、３１Ｒ及び走行操作部材３３Ｌ、３３Ｒは、例えば、電気方式のレバーであってもよい。作業機操作検出部３２Ｌ、３２Ｒ及び走行操作検出部３４Ｌ、３４Ｒは、操作部としての作業機操作部材３１Ｌ、３１Ｒ及び走行操作部材３３Ｌ、３３Ｒに対する入力を検出する操作検出部として機能する。
【００３９】
作業機操作部材３１Ｌ、３１Ｒ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、ジョイスティックのような握り部分と棒材とを備えた操作レバーである。このような構造の作業機操作部材３１Ｌ、３１Ｒは、握り部を握って前後左右に傾倒させることが可能である。図４に示すように、作業機操作部材３１Ｌ、３１Ｒ及び作業機操作検出部３２Ｌ、３２Ｒは、それぞれ２組存在する。運転室４内の図示しない運転席の左右各々に作業機操作部材３１Ｌ、３１Ｒが設置されている。例えば左に設置された作業機操作部材３１Ｌ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、右に設置された作業機操作部材３１Ｒ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る。
【００４０】
作業機操作検出部３２Ｌ、３２Ｒは、作業機操作部材３１Ｌ、３１Ｒに対する入力、すなわち操作内容に応じてパイロット圧を発生させ、車両制御装置２７が備える作業用制御弁３７Ｗに発生した作動油のパイロット圧を供給する。このパイロット圧の大きさに応じて、作業用制御弁３７Ｗが動作して、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等に、図示しない油圧ポンプから作動油が供給される。作業機操作部材３１Ｌ、３１Ｒが電気方式のレバーである場合、作業機操作検出部３２Ｌ、３２Ｒは、作業機操作部材３１Ｌ、３１Ｒに対する入力、すなわち操作内容を、例えば、ポテンショメータ等を用いて検出し、入力を電気信号（検出信号）に変換して作業機用電子制御装置２６へ送る。作業機用電子制御装置２６は、この検出信号に基づいて、作業用制御弁３７Ｗを制御する。
【００４１】
走行操作部材３３Ｌ、３３Ｒ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る。走行操作部材３３Ｌ、３３Ｒは、例えば、握り部と棒材とを備えた操作レバー（以下、適宜走行レバーと称呼する）である。このような走行操作部材３３Ｌ、３３Ｒは、オペレータが握り部を握って前後に傾倒させることが可能である。走行操作部材３３Ｌ、３３Ｒは、２つの操作レバーを同時に前に傾倒すれば油圧ショベル１００が前進し、後ろに傾倒すれば油圧ショベル１００は後進する。また、走行操作部材３３Ｌ、３３Ｒは、オペレータが足で踏むことで操作が可能な図示しないペダルであって、シーソー式のペダルである。ペダルの前側又は後側のいずれかを踏むことで前述した操作レバーと同様にパイロット圧が発生し、走行用制御弁３７Ｄが制御され、油圧モータ５ｃが駆動し油圧ショベル１００を前進又は後進させることができる。２つのペダルを同時に、かつ前側を踏めば油圧ショベル１００は前進し、後側を踏めば油圧ショベル１００は後進する。あるいは、片方のペダルの前側又は後側を踏めば、履帯５ａ、５ｂの片側のみが回転し、油圧ショベル１００を旋回させることができる。このように、オペレータは、油圧ショベル１００を走行させたい場合、手で操作レバーを前後に傾倒させるか又は足でペダルの前側又は後側を踏むかのうちいずれか一方を実行すれば、走行装置５の油圧モータ５ｃを駆動させることができる。図４に示すように、走行操作部材３３Ｌ、３３Ｒ及び走行操作検出部３４Ｌ、３４Ｒは、２組存在する。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３３Ｌ、３３Ｒが設置されている。左側に設置された走行操作部材３３Ｌを操作することで、左側の油圧モータ５ｃを駆動させて左側の履帯５ｂを動作させることができる。右側に設置された走行操作部材３３Ｒを操作することで、右側の油圧モータ５ｃを駆動させて右側の履帯５ａを動作させることができる。
【００４２】
走行操作検出部３４Ｌ、３４Ｒは、走行操作部材３３Ｌ、３３Ｒに対する入力、すなわち操作内容に応じてパイロット圧を発生させ、車両制御装置２７が備える走行用制御弁３７Ｄに発生したパイロット圧を供給する。このパイロット圧の大きさに応じて、走行用制御弁３７Ｄが動作して、走行用の油圧モータ５ｃに作動油が供給される。走行操作部材３３Ｌ、３３Ｒが電気方式のレバーである場合、走行操作検出部３４Ｌ、３４Ｒは、走行操作部材３３Ｌ、３３Ｒに対する入力、すなわち操作内容を、例えばポテンショメータ等を用いて検出し、入力を電気信号（検出信号）に変換して作業機用電子制御装置２６へ送る。作業機用電子制御装置２６は、この検出信号に基づいて、走行用制御弁３７Ｄを制御する。
【００４３】
図６に示すように、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及び上部旋回体３の動作を制御する。作業機側記憶部３５には、作業機２を制御するためのコンピュータプログラム、本実施形態に係る掘削機械の表示用コンピュータプログラム及び車両本体座標系の座標の情報等が記憶されている。図６に示す表示システム１０１は、作業機用電子制御装置２６と表示制御装置３９とが分離されているが、このような形態に限定されない。例えば、表示システム１０１は、作業機用電子制御装置２６と表示制御装置３９とが分離されずに一体とされた制御装置であってもよい。
【００４４】
車両制御装置２７は、油圧制御弁等を備えた油圧機器であって、走行用制御弁３７Ｄ及び作業用制御弁３７Ｗを有している。これらは、比例制御弁であって、作業機操作検出部３２Ｌ、３２Ｒ及び走行操作検出部３４Ｌ、３４Ｒからのパイロット圧によって制御される。作業機操作部材３１Ｌ、３１Ｒ及び走行操作部材３３Ｌ、３３Ｒが電気方式のレバーである場合、走行用制御弁３７Ｄ及び作業用制御弁３７Ｗは、作業機用電子制御装置２６からの制御信号に基づいて制御される。
【００４５】
走行操作部材３３Ｌ、３３Ｒがパイロット圧方式の走行レバーである場合、油圧ショベル１００のオペレータがこれらに入力を与えて操作すると、走行操作検出部３４Ｌ、３４Ｒからのパイロット圧に応じた流量の作動油が走行用制御弁３７Ｄから流出し、走行用の油圧モータ５ｃに供給される。走行操作部材３３Ｌ、３３Ｒの片方又は両方が操作されると、図１に示す左右の油圧モータ５ｃの片方又は両方が駆動する。その結果、履帯５ａ、５ｂの少なくとも一方が回転して、油圧ショベル１００が走行する。
【００４６】
車両制御装置２７は、走行用制御弁３７Ｄに供給されるパイロット圧の大きさを検出して対応する電気信号を生成する油圧センサ３７Ｓｌｆ、３７Ｓｌｂ、３７Ｓｒｆ、３７Ｓｒｂを備えている。油圧センサ３７Ｓｌｆは左前進のパイロット圧を検出し、油圧センサ３７Ｓｌｂは左後進のパイロット圧を検出し、油圧センサ３７Ｓｒｆは右前進のパイロット圧を検出し、油圧センサ３７Ｓｒｂは右後進のパイロット圧を検出する。作業機用電子制御装置２６は、油圧センサ３７Ｓｌｆ、３７Ｓｌｂ、３７Ｓｒｆ、３７Ｓｒｂが検出し、生成した作動油のパイロット圧の大きさを示す電気信号を取得する。この電気信号は、エンジン又は油圧ポンプの制御又は後述する施工管理装置の動作等に使用される。前述したように、本実施形態では、作業機操作部材３１Ｌ、３１Ｒ及び走行操作部材３３Ｌ、３３Ｒは、パイロット圧方式のレバーである。この場合、油圧センサ３７Ｓｌｆ、３７Ｓｌｂ、３７Ｓｒｆ、３７Ｓｒｂ及び後述する油圧センサ３７ＳＢＭ、３７ＳＢＫ、３７ＳＡＭ、３７ＳＲＭが、操作部としての作業機操作部材３１Ｌ、３１Ｒ及び走行操作部材３３Ｌ、３３Ｒに対する入力を検出する操作検出部として機能する。
【００４７】
作業機操作部材３１Ｌ、３１Ｒがパイロット圧方式の操作レバーである場合、油圧ショベル１００のオペレータがこれらの操作レバーを操作すると、作業機操作部材３１Ｌ、３１Ｒの操作に応じて発生したパイロット圧に対応した流量の作動油が作業用制御弁３７Ｗから流出する。作業用制御弁３７Ｗから流出した作動油は、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及び旋回モータの少なくとも１つに供給される。そして、図１に示すブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２及び旋回モータのうちの少なくとも１つは、作業用制御弁３７Ｗから供給された作動油に応じて、各シリンダは伸縮動作し、旋回モータは旋回駆動される。その結果、作業機２及び上部旋回体３の少なくとも一方が動作する。
【００４８】
車両制御装置２７は、作業用制御弁３７Ｗに供給されるパイロット圧の大きさを検出して電気信号を生成する油圧センサ３７ＳＢＭ、３７ＳＢＫ、３７ＳＡＭ、３７ＳＲＭを備えている。油圧センサ３７ＳＢＭはブームシリンダ１０に対応するパイロット圧を検出し、油圧センサ３７ＳＢＫはアームシリンダ１１に対応するパイロット圧を検出し、油圧センサ３７ＳＡＭはバケットシリンダ１２に対応するパイロット圧を検出し、油圧センサ３７ＳＲＭは旋回モータに対応するパイロット圧を検出する。作業機用電子制御装置２６は、油圧センサ３７ＳＢＭ、３７ＳＢＫ、３７ＳＡＭ、３７ＳＲＭが検出し、生成したパイロット圧の大きさを示す電気信号を取得する。この電気信号は、エンジン又は油圧ポンプの制御等に使用される。
【００４９】
本実施形態において、作業機操作部材３１Ｌ、３１Ｒ及び走行操作部材３３Ｌ、３３Ｒはパイロット圧方式の操作レバーであるが、これらは電気方式のレバーであってもよい。この場合、作業機用電子制御装置２６は、作業機操作部材３１Ｌ、３１Ｒ又は走行操作部材３３Ｌ、３３Ｒの操作に応じて作業機２、上部旋回体３又は走行装置５を動作させるための制御信号を生成して、車両制御装置２７に出力する。
【００５０】
車両制御装置２７は、作業機用電子制御装置２６からの制御信号に基づいて作業用制御弁３７Ｗ及び走行用制御弁３７Ｄ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作業用制御弁３７Ｗ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。図１に示すブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２及びチルトシリンダ１３は、作業用制御弁３７Ｗ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。
【００５１】
＜表示システム１０１＞
表示システム１０１は、作業エリア内の地面を油圧ショベル１００によって掘削して後述する設計面のような形状に施工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１０１は、前述した３次元位置センサ２３及び傾斜角度センサ２４、バケット傾斜センサ１８Ｄの他に、第１ストロークセンサ１８Ａ、第２ストロークセンサ１８Ｂ、第３ストロークセンサ１８Ｃといった各ストロークセンサと、表示装置としての表示入力装置３８と、表示制御装置３９と、作業機用電子制御装置２６と、警報音を報知させるためのスピーカ等を含む音発生装置４６とを含む。また、表示システム１０１は、図４に示す位置検出部１９を備えている。便宜上、図６には、位置検出部１９のうち３次元位置センサ２３及び傾斜角度センサ２４を示してあり、２個のアンテナ２１、２２は省略している。
【００５２】
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とを有する表示装置である。表示入力装置３８は、掘削を行うための情報をオペレータに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。操作者としてのオペレータ（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１０１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述する。
【００５３】
表示制御装置３９は、表示システム１０１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、前述したブーム６の長さＬ１、アーム７の長さＬ２、連結部材８の長さＬ３及びバケット９の長さＬ４を含む。バケット９が交換された場合、作業機データとしての連結部材８の長さＬ３、バケット９の長さＬ４は、交換されたバケット９の寸法に応じた値が入力部４１から入力され記憶部４３に記憶される。また、作業機データは、ブーム６の傾斜角度θ１と、アーム７の傾斜角度θ２と、バケット９の傾斜角度θ３とのそれぞれの最小値及び最大値を含む。記憶部４３には、油圧ショベル１００、つまり掘削機械の表示用コンピュータプログラムが記憶されている。処理部４４は、記憶部４３に記憶された本実施形態に係る掘削機械の表示用コンピュータプログラムを読み出して実行することにより、案内画面を表示したり、油圧ショベル１００のオペレータにバケット９の操作を案内するための姿勢情報を、表示装置としての表示部４２に表示させたりする。
【００５４】
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り、設計面４５の情報となる。設計地形は、作業対象となる地面の目標形状を示す。表示制御装置３９は、設計地形データ及び前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７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７では、複数の設計面のうち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１つ又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１つ又は複数の設計面４５を目標面７０として選択する。目標面７０は、複数の設計面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。
【００５５】
＜案内画面＞
図８及び図９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９の刃先９Ｔ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のオペレータに対して作業機２の操作を案内させるための画面である。図８及び図９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。
【００５６】
（粗掘削画面５３の一例）
図８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正面図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の正面図５３ａは、複数の三角形ポリゴンによって正面視による設計地形を表現している。図８の正面図５３ａに示すように、表示制御装置３９は、複数の三角形ポリゴンをまとめて設計面４５又は目標面７０として表示部４２に表示させる。図８は、設計地形が法面である場合に、油圧ショベル１００が法面に向かい合った状態を示している。したがって、正面図５３ａは、油圧ショベル１００が傾いたときには設計地形を表す設計面４５も傾くことになる。
【００５７】
また、複数の設計面４５（図８では１つのみに符号を付している）から目標作業対象として選択された目標面７０は、他の設計面４５と異なる色で表示される。なお、図８の正面図５３ａでは、油圧ショベル１００の現在位置が、油圧ショベル１００を背面から見たアイコン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、正面図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、正対コンパス７３として表示される。正対コンパス７３は、例えば、矢印形状の指針７３Ｉが矢印Ｒで示すように回転して、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又はバケット９を第３軸ＡＸ３に対して傾斜させる方向を案内するための絵柄又はアイコンといった姿勢情報である。姿勢情報とは、バケット９の姿勢に関する情報であり、絵柄、数値又は数字等を含む。なお、油圧ショベル１００を目標面７０に正対させるために、走行装置５を動作させて油圧ショベル１００を移動し目標面７０に正対させてもよい。油圧ショベル１００のオペレータは、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。正対コンパス７３は、目標面７０への正対度に応じて回転し、油圧ショベル１００又はバケット９が目標面７０と正対すると、例えば、オペレータから見て指針７３Ｉの指示方向が画面４２Ｐの上方に向くようになっている。例えば、図８に示すように指針７３Ｉが三角形形状の場合、三角形の頂点が指している方向が、より上方を示すほど、油圧ショベル１００又はバケット９が目標面７０に、より正対していることを示す。このため、オペレータは、指針７３Ｉの回転角度に基づいて油圧ショベル１００を操作することにより、容易に油圧ショベル１００又はバケット９を目標面７０に対して正対させることができる。
【００５８】
粗掘削画面５３の側面図５３ｂは、目標面７０とバケット９の刃先９Ｔとの位置関係を示す画像と、目標面７０とバケット９の刃先９Ｔ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、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とを含む。目標面線７９は目標面７０の断面を示す。目標面線７９は、図７に示すように、バケット９の刃先９Ｔ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９の刃先９Ｔの現在位置を求める方法については後に説明する。
【００５９】
側面図５３ｂにおいて、目標面７０とバケット９の刃先９Ｔとの間の距離を示す距離情報は、グラフィック情報８４を含む。目標面７０とバケット９の刃先９Ｔとの間の距離は、刃先９Ｔから鉛直方向（重力方向）に目標面７０に向かって下ろした線が目標面７０と交わる点と刃先９Ｔとの距離である。また、目標面７０とバケット９の刃先９Ｔとの間の距離を、刃先９Ｔから目標面７０に垂線（その垂線と目標面７０とは直交する）を下ろしたときの交点と刃先９Ｔとの距離であってもよい。グラフィック情報８４は、バケット９の刃先９Ｔ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９の刃先９Ｔ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９の刃先と目標面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９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。
【００６０】
粗掘削画面５３に、前述したような目標面線７９と油圧ショベル１００との位置関係を示すために図示しない距離（数値）を表示してもよい。油圧ショベル１００のオペレータは、目標面線７９に沿ってバケット９の刃先９Ｔ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。
【００６１】
（繊細掘削画面５４の一例）
図９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。この繊細掘削画面５４は、バケット９の刃先９Ｔが、目標面７０に正対している状態を示している。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９の刃先９Ｔ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９とを示す正面図５４ａと、目標面７０とバケット９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９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（以下、適宜、正面視における目標面線７８という）とが含まれる。正面視とは、図１及び図２に示すバケットピン１６の中心軸の延在方向（バケット９の回動中心軸方向）と直交する方向であって、油圧ショベル１００の後方からバケット９を見ることである。
【００６２】
正面視における目標面線７８は、次のようにして求められる。バケット９の刃先９Ｔ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と交わった際に生じる交線が正面視における目標面線７８である。すなわち、グローバル座標系における正面視における目標面線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９の刃先９Ｔ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正面視における目標面線７８としてもよい。すなわち、車両本体座標系における、正面視における目標面線７８となる。どちらの座標系で正面視における目標面線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。
【００６３】
繊細掘削画面５４の側面図５４ｂには、側面視によるバケット９のアイコン９０と、目標面線７９とが含まれる。また、繊細掘削画面５４の正面図５４ａ及び側面図５４ｂには、それぞれ、次に説明するような目標面７０とバケット９との位置関係を示す情報が表示される。側面視とは、図１及び図２に示すバケットピン１６の中心軸の延在方向（バケット９の回動中心軸方向）から見たものであって、油圧ショベル１００の左右いずれかの一方側から見ることである。本実施形態において、側面視は、油圧ショベル１００の左側から見た場合としている。
【００６４】
正面図５４ａは、目標面７０とバケット９との位置関係を示す情報として、刃先９Ｔと目標面７０との間の車両本体座標系のＺａ（又はグローバル座標系のＺ）方向における距離を示す距離情報を含んでいてもよい。この距離は、バケット９の刃先９Ｔ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との間の距離である。すなわち、前述のように、目標面７０とバケット９の刃先９Ｔとの間の距離は、刃先９Ｔから鉛直方向に目標面７０に向かって下ろした線が目標面７０と交わる点と、刃先９Ｔとの距離でもよい。また、目標面７０とバケット９の刃先９Ｔとの間の距離を、刃先９Ｔから目標面７０に垂線（その垂線と目標面７０とは直交）を下ろしたときの交点と、刃先９Ｔとの距離であってもよい。
【００６５】
繊細掘削画面５４は、前述したバケット９の刃先９Ｔ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。前述したように、繊細掘削画面５４では、正面視における目標面線７８及び目標面線７９とバケット９の刃先９Ｔ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、正面視における目標面線７８及び目標面線７９に沿ってバケット９の刃先９Ｔ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、さらに容易に精度よく掘削することができる。なお、繊細掘削画面５４には、前述した粗掘削画面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。
【００６６】
次に、本実施形態に係る掘削機械の表示方法を説明する。この表示方法は、図６に示す表示システム１０１が有する表示制御装置３９が実現する。表示制御装置３９は、本実施形態に係る掘削機械の表示方法として、表示部４２の画面４２Ｐに、油圧ショベル１００のオペレータに対して操作の指標を与えるための姿勢情報（例えば絵柄、数値又は数字等）を表示する制御（以下、適宜姿勢情報表示制御という）を実行する。
【００６７】
＜姿勢情報表示制御の一例＞
図１０及び図１１は、バケット９が目標面７０に正対することを説明するための図である。図１０に示すバケット９はチルト機能を有するものであり、図１１に示すバケット９ａはチルト機能を有さない、通常のバケットである。
【００６８】
姿勢情報表示制御は、バケット９の刃先９Ｔを目標面７０に対して正対させる際に、図８及び図９に示す正対コンパス７３の指標７３Ｉを動かすことによりオペレータの油圧ショベル１００に対する操作を補助するための制御である。バケット９の刃先９Ｔが目標面７０に対して正対するとは、バケット９の刃先９Ｔを結んだ直線である刃先列ラインＬＢＴが、目標面７０と平行となっている状態をいう。これは、目標面７０の表面に、刃先列ラインＬＢＴと平行な直線ＬＰを描くことができることを意味する。
【００６９】
図１０に示すバケット９の刃先９Ｔが目標面７０に対して正対する場合、図１に示す油圧ショベル１００の運転室４が目標面７０の正面に位置するとは限らない。これに対して、図１１に示す、チルト機能を有さないバケット９ｂの刃先９Ｔが目標面７０に対して正対する場合、油圧ショベル１００の運転室４が目標面７０の正面に位置する。チルト機能を有さないバケット９ｂの刃先９Ｔが目標面７０に対して正対している状態でブーム６、アーム７又はバケット９ｂを上下又は前後に移動させれば、目標面７０に沿って掘削対象を掘削できる。
【００７０】
図１２は、刃先ベクトルＢを説明するための図である。図１３は、目標面７０の法線ベクトルＮを示す図である。図１４は、正対コンパス７３と目標回動角度αとの関係を示す図である。図１２に示す刃先ベクトルＢは、バケット９の刃先列ラインＬＢＴと平行なベクトルである。すなわち、刃先ベクトルＢは、バケット９の刃先９Ｔを結ぶ方向、かつ所定の大きさを有するベクトルである。刃先ベクトルＢは、バケット９の刃先９Ｔの方向を含む情報である。バケット９の刃先９Ｔの方向は、油圧ショベル１００の現在位置及び姿勢に関する情報に基づいて求めることができる。
【００７１】
図１３に示す法線ベクトルＮは、目標面７０と直交する方向であって、所定の大きさを有するベクトルである。法線ベクトルＮは、目標面７０と直交する方向を含む情報である。バケット９の刃先９Ｔが目標面７０に対して正対するとは、バケット９の刃先ベクトルＢが目標面７０の法線ベクトルＮと直交することを意味し、図１１に示すチルト機能を有さないバケット９ｂも同様である。
【００７２】
姿勢情報表示制御では、バケット９の刃先ベクトルＢが目標面７０の法線ベクトルＮと直交するために必要な、バケット９を備えた作業機２を含む上部旋回体３の旋回量（以下、適宜回動量と称する）が決定される。本実施形態において、この回動量を目標回動量といい、目標回動量を示す情報を目標旋回情報という。目標回動量は、例えば、バケット９の刃先９Ｔが目標面７０と平行になるまでに必要な、作業機２を含む上部旋回体３の旋回中心軸周りにおける旋回角度（以下、適宜回動角度と称する）である。この回動角度を、適宜目標回動角度と称する。
【００７３】
姿勢情報表示制御では、決定された目標回動角度に基づき、図１４に示すように、正対コンパス７３の指針７３Ｉを回転させる。図１４中の角度αは目標回動角度である。バケット９の刃先ベクトルＢは、作業機２を含む上部旋回体３が旋回するにしたがってその方向が変化するので、目標回動角度αも作業機２を含む上部旋回体３の回動角度に応じて変化する。その結果、作業機２を含む上部旋回体３が旋回するとともに、正対コンパス７３の指針７３Ｉも回転する。
【００７４】
正対コンパス７３は、例えば、上方に正対マーク７３Ｍが設けられている。バケット９の刃先９Ｔが目標面７０に正対すると、指針７３Ｉが回転し、頂部７３ＩＴの位置が正対マーク７３Ｍの位置と合致する。油圧ショベルのオペレータは、指針７３Ｉの頂部７３ＩＴの位置が正対マーク７３Ｍの位置に合致したことで、バケット９の刃先９Ｔが目標面７０に正対したことを把握することができる。
【００７５】
本実施形態において、姿勢情報としての正対コンパス７３は、バケット９の刃先９Ｔが目標面７０に正対する前と、正対した後とで、図６に示す表示入力装置３８の表示部４２に表示される正対コンパス７３の態様が異なる。例えば、図６に示す表示制御装置３９の処理部４４は、正対コンパス７３の指針７３Ｉは、バケット９が目標面７０に正対する前と後とで指針７３Ｉの色を異ならせたり、正対コンパス７３の濃淡を変更したり、指針７３Ｉの表示の態様を点滅から点灯又は点灯から点滅に変化させたりする。
【００７６】
このような正対コンパス７３の表示態様とすることで、油圧ショベル１００のオペレータは、バケット９の刃先９Ｔと目標面７０とが正対したことを確実かつ直感的に認識できるので、作業の効率が向上する。例えば、傾斜地等に油圧ショベル１００がある場合、オペレータは、自分自身が傾いた状態で表示部４２又は外界の地形を見ることになり、指針７３Ｉの頂部７３ＩＴが示す方向を見ただけでは、バケット９の刃先９Ｔと目標面７０とが正対したことが直観的に認識しにくい。また、オペレータの運転席から表示部４２が離れて設置されている場合、正対コンパス７３を見ると、指針７３Ｉの頂部７３ＩＴの位置が正対マーク７３Ｍの位置に合致したことが正確に視認しにくい場合がある。そこで、バケット９の刃先９Ｔが目標面７０に正対する前後で、正対コンパス７３の表示の態様を異ならせることにより、オペレータはバケット９の刃先９Ｔの正対を直感的に把握することができる。
【００７７】
バケット９の刃先９Ｔが目標面７０に正対した場合、処理部４４は、正対コンパス７３のデザインの態様を正対前と変えて表示してもよい。例えばバケット９の刃先９Ｔが目標面７０に正対した場合、姿勢情報としての正対コンパス７３を、「正対完了」を意味するような文字に変えて表示したり、正対完了を直観できる所定のマークを姿勢情報として表示させたりしてもよい。また、姿勢情報として、正対コンパス７３の代わりに又は正対コンパス７３とともに、目標回動角度を表示部４２に表示させてもよい。オペレータは、表示された目標回動角度の大きさがゼロに近くなるように、油圧ショベル１００を操作してバケット９を目標面７０に対して正対させることができる。次に、本実施形態に係る姿勢情報表示制御について、より詳細に説明する。
【００７８】
図１５は、姿勢情報表示制御の一例を示すフローチャートである。姿勢情報表示制御を実行するにあたり、ステップＳ１において、表示制御装置３９、より具体的には処理部４４は、バケット９の傾斜角度（以下、適宜バケット傾斜角度という）θ４及び油圧ショベル１００の現在位置を取得する。バケット傾斜角度θ４は、図４及び図６に示すバケット傾斜センサ１８Ｄが検出する。油圧ショベル１００の現在位置は、図６に示すＧＮＳＳアンテナ２１、２２及び３次元位置センサ２３が検出する。処理部４４は、バケット傾斜センサ１８Ｄからバケット傾斜角度θ４を示す情報を取得し、ＧＮＳＳアンテナ２１、２２、傾斜角度センサ２４及び３次元位置センサ２３から油圧ショベル１００の現在位置を示す情報を取得する。
【００７９】
次に、ステップＳ２に進み、処理部４４は、バケット９の刃先ベクトルＢを求める。刃先ベクトルＢは、バケット９が複数の刃９を有する場合は、それぞれの刃先９Ｔを結んだ刃先列ラインＬＢＴ（図２参照）と同一方向のベクトルである。図３に示すバケット９ａのように、一枚の刃９Ｂａを備える場合、刃先ベクトルＢは、刃先９Ｔａが延びる方向に垂直な方向に延在するベクトルである。刃先ベクトルＢは、図２又は図４に示す第３軸ＡＸ３に対するバケット９の傾斜角度であるバケット傾斜角度θ４並びに油圧ショベル１００の現在位置及び姿勢に関する情報に基づいて求められる。次に、刃先ベクトルＢを求める手法の一例を説明する。
【００８０】
（刃先ベクトルＢを求める手法の一例）
図１６から図２０は、刃先ベクトルＢを求める手法の一例を説明するための図である。図１６は油圧ショベル１００の側面図であり、図１７は油圧ショベル１００の背面図であり、図１８は傾斜したバケット９を示す図であり、図１９及び図２０は車両本体座標系のＹａ−Ｚａ平面内における現在の刃先ベクトルＢを示す図である。本手法において、現在の刃先ベクトルＢは、バケット９の幅方向中心における刃先９Ｔの位置である。
【００８１】
刃先ベクトルＢを求めるにあたって、表示制御装置３９は、図１６に示すように、前述した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、すなわち車両本体座標系ＣＯＭのＸａ軸方向が、グローバル座標系ＣＯＧのＸ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１４の座標は（Ｌｂ１、０、−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。ブームピン１４のＹａ座標は、０でなくても所定の値をもったものでもよい。
【００８２】
図４及び図６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（演算）する。処理部４４は、検出された設置位置Ｐ１、Ｐ２の座標を取得し、式（１）を用いてＸａ軸方向の単位ベクトルを算出する。式（１）において、Ｐ１、Ｐ２は、それぞれの設置位置Ｐ１、Ｐ２の座標を表している。
【００８３】
【数１】
0005886962.tif 000002
【００８４】
図１６に示すように、ＸａとＺａとの２つのベクトルで表される平面を通り、ベクトルＸａに対して空間上で垂直なベクトル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）式のように表される。さらに、図１７に示す、Ｘａ及びＺ’と垂直なベクトルをＹ’とすると、Ｙ’は式（５）式で示すようになる。
【００８５】
【数２】
0005886962.tif 000003
【００８６】
【数３】
0005886962.tif 000004
【００８７】
【数４】
0005886962.tif 000005
【００８８】
【数５】
0005886962.tif 000006
【００８９】
図１７に示すように、車両本体座標系ＣＯＭは、座標系［Ｘａ、Ｙ’、Ｚ’］をＸａ軸周りに、前述したロール角度θ５だけ回転させたものであるから、式（６）のように表される。
【００９０】
【数６】
0005886962.tif 000007
【００９１】
また、処理部４４は、第１ストロークセンサ１８Ａ、第２ストロークセンサ１８Ｂ、第３ストロークセンサ１８Ｃの検出結果を取得し、取得した検出結果を用いて、前述したブーム６、アーム７、バケット９の現在の傾斜角度θ１、θ２、θ３を求める。車両本体座標系ＣＯＭ内における第２軸ＡＸ２上の座標Ｐ３（ｘａ３、ｙａ３、ｚａ３）は、傾斜角度θ１、θ２、θ３及びブーム６、アーム７、連結部材８の各々の長さ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。座標Ｐ３は、第２軸ＡＸ２であって、チルトピン１７の軸方向中心における座標である。
【００９２】
【数７】
0005886962.tif 000008
【００９３】
【数８】
0005886962.tif 000009
【００９４】
【数９】
0005886962.tif 000010
【００９５】
図１８に示す刃先ベクトルＢは、バケット９の幅方向の一端側における第１刃先９Ｔ１（第１刃先９Ｔ１）の座標Ｐ４Ａ（第１刃先座標Ｐ４Ａ）と、他端側における第２刃先９Ｔ（第２刃先９Ｔ２）の座標Ｐ４Ｂ（第２刃先座標Ｐ４Ｂ）とから求めることができる。第１刃先座標Ｐ４Ａと第２刃先座標Ｐ４Ｂとは、車両本体座標系ＣＯＭ内における、座標Ｐ３（ｘａ３、ｙａ３、ｚａ３）を基準とした第１刃先座標Ｐ４Ａ’（ｘａ４Ａ、ｙａ４Ａ、ｚａ４Ａ）と第２刃先座標Ｐ４Ｂ’（ｘａ４Ｂ、ｙａ４Ｂ、ｚａ４Ｂ）とから求めることができる。
【００９６】
第１刃先座標Ｐ４Ａ’（ｘａ４Ａ、ｙａ４Ａ、ｚａ４Ａ）は、バケット傾斜センサ１８Ｄが検出したバケット傾斜角度θ４と、バケット９の長さＬ４と、バケット９の幅方向における第１刃先９Ｔ１と第２刃先９Ｔ２との距離（以下、適宜最大刃先間距離と称する）Ｗを用いて、式（１０）、式（１１）及び式（１２）で求めることができる。第２刃先座標Ｐ４Ｂ’（ｘａ４Ｂ、ｙａ４Ｂ、ｚａ４Ｂ）は、バケット傾斜センサ１８Ｄが検出したバケット傾斜角度θ４と、バケット９の長さＬ４と、バケット９の幅方向における第１刃先９Ｔ１と第２刃先９Ｔ２との距離Ｗを用いて、式（１３）、式（１４）及び式（１５）で求めることができる。
【００９７】
式（１０）は、図１９に示す、座標ｘａ３Ａとｘａ４Ａ´との距離（ｘａ４Ａ）を求める式である。距離（ｘａ４Ａ）は、バケット９の幅方向中心軸ＣＬｂ、すなわち、最大刃先間距離の半分（Ｗ×（１／２）＝Ｗ／２）の位置における刃先９ＴＣの座標Ｐ４Ｃ’を基準として求めている。式（１１）は、図１８に示す距離（ｙａ４Ａ）を求める式である。距離（ｙａ４Ａ）は、第３軸ＡＸ３と直交する方向における第３軸ＡＸ３と第１刃先９Ｔ１との距離である。式（１２）は、図１９に示す、座標ｚａ３Ａとｚａ４Ａ´との距離（ｚａ４Ａ）を求める式である。
【００９８】
【数１０】
0005886962.tif 000011
【００９９】
【数１１】
0005886962.tif 000012
【０１００】
【数１２】
0005886962.tif 000013
【０１０１】
式（１３）は、図２０に示す、座標ｘａ３Ｂとｘａ４Ｂ´との距離（ｘａ４Ｂ）を求める式である。距離（ｘａ４Ｂ）は、前述した刃先９ＴＣの座標Ｐ４Ｃ’を基準として求めている。式（１４）は、図１８に示す距離（ｙａ４Ｂ）を求める式である。距離（ｙａ４Ｂ）は、第３軸ＡＸ３と直交する方向における第３軸ＡＸ３と第２刃先９Ｔ２との距離である。式（１５）は、図２０に示す、座標ｚａ３Ｂとｚａ４Ｂ´との距離（ｚａ４Ｂ）を求める式である。
【０１０２】
【数１３】
0005886962.tif 000014
【０１０３】
【数１４】
0005886962.tif 000015
【０１０４】
【数１５】
0005886962.tif 000016
【０１０５】
第１刃先座標Ｐ４Ａ’（ｘａ４Ａ、ｙａ４Ａ、ｚａ４Ａ）及び第２刃先座標Ｐ４Ｂ’（ｘａ４Ｂ、ｙａ４Ｂ、ｚａ４Ｂ）は、図１８に示すように、バケット９が第３軸ＡＸ３に対して傾斜角度θ４だけ傾斜したときの、バケット９の幅方向中心における第１刃先９Ｔ１及び第２刃先９Ｔ２の位置である。バケット傾斜角度θ４は、第３軸ＡＸ３を基準とした、複数の刃９Ｂの刃先９Ｔを結んだ直線である刃先列ラインＬＢＴの角度である。バケット傾斜角度θ４は、油圧ショベル１００の上部旋回体３側から見た場合に時計回りを正とする。
【０１０６】
図１８から分かるように、距離（ｙａ４Ａ）及び距離（ｙａ４Ｂ）は、バケット傾斜角度θ４、バケット９の長さＬ４及び最大刃先間距離Ｗを用いて式（１１）及び式（１４）のように求めることができる。
【０１０７】
図１９から分かるように、距離（ｘａ４Ａ）及び距離（ｚａ４Ａ）は、傾斜角度θ１、θ２、θ３、θ４及びバケット９の長さＬ４を用いて式（１０）及び式（１１）のように求めることができる。図１８に示すように、Ｌ４×ｓｉｎ（π−θ４）＋（Ｗ／２）×ｃｏｓ（π−θ４）を演算することにより求まる距離Ｌ４ａＡは、図１９に示す距離Ｌ４ａＡとなる。
【０１０８】
図２０から分かるように、距離（ｘａ４Ｂ）及び距離（ｚａ４Ｂ）は、傾斜角度θ１、θ２、θ３、θ４及びバケット９の長さＬ４を用いて式（１３）及び式（１５）のように求めることができる。図１８に示すように、Ｌ４×ｓｉｎ（π−θ４）＋（Ｗ／２）×ｃｏｓ（π−θ４）を演算することにより求まる距離Ｌ４ａＡからＷ×ｃｏｓ（π−θ４）を減算することにより求められた値、すなわちＬ４ａＡ−Ｗ×ｃｏｓ（π−θ４）は、図２０に示す距離Ｌ４ａＢとなる。
【０１０９】
前述した通り、第１刃先座標Ｐ４Ａ’（ｘａ４Ａ、ｙａ４Ａ、ｚａ４Ａ）及び第２刃先座標Ｐ４Ｂ’（ｘａ４Ｂ、ｙａ４Ｂ、ｚａ４Ｂ）は、第２軸ＡＸ２の座標Ｐ３（ｘａ３、ｙａ３、ｚａ３）を基準としたものである。車両本体座標系ＣＯＭにおける第１刃先９Ｔ１の第１刃先座標Ｐ４Ａ（ｘａｔＡ、ｙａｔＡ、ｚａｔＡ）は、図１９から分かるように、座標Ｐ３（ｘａ３、ｙａ３、ｚａ３）と第１刃先座標Ｐ４Ａ’（ｘａ４Ａ、ｙａ４Ａ、ｚａ４Ａ）とを用いて、式（１６）、式（１７）及び式（１８）を用いて求めることができる。
【０１１０】
【数１６】
0005886962.tif 000017
【０１１１】
【数１７】
0005886962.tif 000018
【０１１２】
【数１８】
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【０１１３】
車両本体座標系ＣＯＭにおける第２刃先９Ｔ２の第２刃先座標Ｐ４Ｂ（ｘａｔＢ、ｙａｔＢ、ｚａｔＢ）は、図２０から分かるように、座標Ｐ３（ｘａ３、ｙａ３、ｚａ３）と第２刃先座標Ｐ４Ａ’（ｘａ４Ｂ、ｙａ４Ｂ、ｚａ４Ｂ）とを用いて、式（１９）、式（２０）及び式（２１）を用いて求めることができる。第１刃先座標Ｐ４Ａ（ｘａｔＡ、ｙａｔＡ、ｚａｔＡ）及び第２刃先座標Ｐ４Ｂ（ｘａｔＢ、ｙａｔＢ、ｚａｔＢ）が得られると、これらの座標から刃先ベクトルＢを求めることができる。
【０１１４】
【数１９】
0005886962.tif 000020
【０１１５】
【数２０】
0005886962.tif 000021
【０１１６】
【数２１】
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【０１１７】
処理部４４は、ステップＳ２において、前述した手法に基づいて刃先ベクトルＢを求めたら、処理をステップＳ３に進める。ステップＳ３において、処理部４４は、ステップＳ２で求めた刃先ベクトルＢと目標面７０の法線ベクトルＮとを用いて、目標旋回情報としての目標回動角度αを求める。次に、目標回動角度αを求める手法について説明する。
【０１１８】
図２１は、目標回動角度αを求める方法を説明するための平面図である。図２２は、車両本体座標系ＣＯＭにおける単位ベクトルを説明するための図である。図２３及び図２４は、刃先ベクトルＢ及び目標刃先ベクトルＢ’を説明するための図である。図２５は、目標回動角度α、βを説明するための図である。
【０１１９】
図２３、図２４及び図２５において、円Ｃは、旋回中心軸を中心として上部旋回体３を旋回させた場合におけるバケット９の任意の点の軌跡を示す。円Ｃ上の破線は、目標面７０の内側にバケット９が入り込んだ場合の軌跡を示している。円Ｃ上の黒丸は、軌跡と目標面７０とが交わる点を示している。図２４は、ベクトルｅｚの始点が目標面７０の線上にあるが、これは説明上の図示であって、実際には、油圧ショベル１００のＺａ軸、すなわちベクトルｅｚの始点は、目標面７０から離れた位置にある。また、刃先ベクトルＢの始点及び目標刃先ベクトルＢ’の始点も目標面７０の線上にあるが、説明上の図示であって、両ベクトルの始点は、目標面７０から離れた位置にあってもよい。図２４では、刃先ベクトルＢが目標面７０に正対していないが、所定の目標回動角度によって作業機２を含む上部旋回体３を旋回させたときに目標刃先ベクトルＢ’が目標面７０に正対することを図示している。
【０１２０】
目標回動角度αを求める場合、本実施形態においては、刃先ベクトルＢと、目標刃先ベクトルＢ’とを用いる。作業機２及びこれに取り付けられているバケット９が現在の位置から、上部旋回体３を旋回させることで角度−α旋回したときに、目標面７０の法線ベクトルＮと刃先ベクトルＢとが直交したとする。この目標面７０は、油圧ショベル１００の目標作業対象として予めオペレータに選択されたものである。
【０１２１】
目標面７０の法線ベクトルＮと刃先ベクトルＢとが直交したときの刃先ベクトルＢを、目標刃先ベクトルＢ’とする。図２１に示す単位ベクトルｅｚは、図２２に示す車両本体座標系ＣＯＭのＺａ軸方向における単位ベクトルである。単位ベクトルｅｚは、車両本体座標系ＣＯＭのＸａ軸方向における単位ベクトルｅｘ及びＹａ軸方向における単位ベクトルｅｙと、｜ｅｘ｜＝｜ｅｙ｜＝｜ｅｚ｜＝１の関係が成立する。車両本体座標系ＣＯＭのＺａ軸は、バケット９を備えた作業機２を含む上部旋回体３の旋回中心軸である。このため、単位ベクトルｅｚは、旋回中心軸の方向を含む情報である。図２１に示す円Ｃは、Ｚａ軸方向から油圧ショベル１００及び目標面７０を見た場合であって、旋回中心軸を中心として上部旋回体３を旋回させた場合における、バケット９の任意の点の軌跡を示す。円Ｃ上の破線は、目標面７０の内側にバケット９が入り込んだ場合の軌跡を示している。円Ｃ上の黒丸は、軌跡と目標面７０とが交わる点を示している。
【０１２２】
目標刃先ベクトルＢ’と目標面７０の法線ベクトルＮとが直交すると、式（２２）が成立する。すなわち、目標刃先ベクトルＢ’と法線ベクトルＮとの内積は０になる。このとき、目標面７０において、刃先ベクトルＢと、目標刃先ベクトルＢ’と、法線ベクトルＮと、単位ベクトルｅｘとの関係は、図２３及び図２４で示すようになる。また、ベクトルの回転に関するロドリゲスの回転公式から、刃先ベクトルＢ、目標刃先ベクトルＢ’と単位ベクトルｅｘとの関係は、式（２３）のように表すことができる。
【０１２３】
【数２２】
0005886962.tif 000023
【０１２４】
【数２３】
0005886962.tif 000024
【０１２５】
式（２２）及び式（２３）から式（２４）が得られる。式（２４）を整理すると、式（２５）が得られる。式（２５）中のＰ、Ｑ及びＲは、それぞれ式（２６）に示すようになっており、式（２５）から目標回動角度αが求められるためには、Ｐ、Ｑ、Ｒは式（２７）の関係式を満たす必要がある。式（２５）は、三角関数の合成公式により、式（２８）に示すような形に書き換えることができる。この場合、式（２７）で示す関係が成立している。つまり、式（２７）が満たされるということは、目標回動角度αが実数解として得られることを示す。式（２８）中のφは、ｃｏｓφ＝Ｐ／√（Ｐ２＋（Ｑ＋Ｒ）２）及びｓｉｎφ＝（Ｑ＋Ｒ）／√（Ｐ２＋（Ｑ＋Ｒ）２）を満たす。式（２８）から、式（２９）に示すように目標回動角度αが求められる。
【０１２６】
【数２４】
0005886962.tif 000025
【０１２７】
【数２５】
0005886962.tif 000026
【０１２８】
【数２６】
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【０１２９】
【数２７】
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【０１３０】
【数２８】
0005886962.tif 000029
【０１３１】
【数２９】
0005886962.tif 000030
【０１３２】
目標回動角度αは、Ｐが０以上の場合は式（３０）で、Ｐが０より小さい場合には式（３１）で求めることができる。さらに、β＝−αと置き換えることにより、式（３２）及び式（３３）が得られる。式（３２）はＰが０以上の場合のβであり、式（３３）は、Ｐが０よりも小さい場合のβである。なお、βも、目標回動量の候補となり得るものであり、目標回動角度であり目標旋回情報である。本実施形態においては、以下において、適宜、目標回動角度αを第１目標回動角度α、目標回動角度βを第２目標回動角度βと称する。第１目標回動角度αは第１目標旋回情報であり、第２目標回動角度βは第２目標旋回情報である。図２５に示されるように、第１目標回動角度αと第２目標回動角度βとは、現在の刃先ベクトルＢの方向を中心として、振り分けられた関係にある。
【０１３３】
【数３０】
0005886962.tif 000031
【０１３４】
【数３１】
0005886962.tif 000032
【０１３５】
【数３２】
0005886962.tif 000033
【０１３６】
【数３３】
0005886962.tif 000034
【０１３７】
処理部４４は、単位ベクトルｅｚ、目標面７０の法線ベクトルＮ及びステップＳ２で求めた刃先ベクトルＢを用いて、前述した式（２６）及び式（３０）から式（３３）を用いて、第１目標回動角度α及び第２目標回動角度βを求める。単位ベクトルｅｚ、目標面７０の法線ベクトルＮは、図６に示す表示制御装置３９の記憶部４３に記憶されている。第１目標回動角度α及び第２目標回動角度βが求められたら、処理部４４は、いずれを用いて正対コンパス７３の表示状態を制御するかを決定する。
【０１３８】
図２６は、正対コンパス７３の表示に用いる第１目標回動角度α又は第２目標回動角度βを選択する方法を説明するための平面図である。図２７から図２９は、油圧ショベル１００と目標面７０との関係を示す図である。図３０は、正対コンパス７３を示す図である。
【０１３９】
図２６に示す円Ｃは、Ｚａ軸方向から油圧ショベル１００と目標面７０を見た場合であって、旋回中心軸を中心として上部旋回体３を旋回させた場合におけるバケット９の任意の点の軌跡を示す。また、Ｘａ軸に対して、第１目標回動角度αによって形成される方向を矢印で示す。同様にＸａ軸に対して、第２目標回動角度βによって形成される方向を矢印で示す。その他、図２６についての詳細は後述する。
【０１４０】
処理部４４は、正対コンパス７３の表示に用いる第１目標回動角度α又は第２目標回動角度βを選択するにあたり、第１の角度γ１及び第２の角度γ２を決定する。まず、旋回中心軸（Ｚａ軸）上の任意の点（任意点）から目標面７０の複数（本実施形態では４個）の端部７０Ｔ１、７０Ｔ２、７０Ｔ３、７０Ｔ４に対して、任意点と同じＺａ軸方向の座標であることを条件に４本の仮想線ＬＮ１、ＬＮ２、ＬＮ３、ＬＮ４を伸ばす。つまり、Ｚａ軸方向から目標面７０と油圧ショベル１００とを２次元平面としてみた状態で、Ｚａ軸から目標面７０の複数の端部７０Ｔ１、７０Ｔ２、７０Ｔ３、７０Ｔ４に仮想線ＬＮ１、ＬＮ２、ＬＮ３、ＬＮ４を伸ばす。図２６に示す例では、目標面７０は、四角形であるが、その四角形の頂点が端部である。目標面７０は、複数の三角形ポリゴンに対し、各々の三角形ポリゴンの面の傾きがほぼ同一と見なせるものを一つにまとめて四角形の目標面７０としているが、目標面７０は、三角形又は五角形といった多角形であってもよい。目標面７０が三角形又は五画形であっても、前述のように、端部に対して仮想線ＬＮ１、ＬＮ２、ＬＮ３、ＬＮ４を伸ばす。
【０１４１】
さらに、旋回中心軸（Ｚａ軸）に対して垂直であって、油圧ショベル１００の前方に伸ばした前方線を定める。前方線は、油圧ショベル１００のローカル座標系（Ｘａ−Ｙａ−Ｚａ）における前後方向軸であるＸａ軸の前方、すなわちＸａ軸の作業機２側の部分である。旋回中心軸（Ｚａ軸）側から見て、４つの仮想線ＬＮ１、ＬＮ２、ＬＮ３、ＬＮ４の各々と前方線（Ｘａ軸）とで形成される角度を各々求める。ここで、油圧ショベル１００を上から見て、かつ、Ｘａ軸を基準に、Ｚａ軸を中心として左回りを正の方向として右回りを負の方向と定義する。
【０１４２】
求められた複数（本実施形態では４つ）の角度のうち、最大値と最小値を取り上げる。最大値が第１の角度γ１であり、最小値が第２の角度γ２である。図２６に示す場合は、前述のように、Ｘａ軸を基準に、Ｚａ軸を中心として左回りを正の方向として右回りを負の方向と定義していることから、第１の角度γ１の方が第２の角度γ２に比べて角度の絶対値は大きいが、大小関係では、第１の角度γ１の方が第２の角度γ２よりも小さいことになる。つまり、図２６に示す例は、最小値が第１の角度γ１であり、最大値が第２の角度γ２である場合において、第１の角度γ１が形成される場合の目標面７０の端部が端部７０Ｔ１である。また、最小値が第１の角度γ１であり、最大値が第２の角度γ２である場合において、第２の角度γ２が形成される場合の目標面７０の端部が端部７０Ｔ２である。図２６に示す例は、端部７０Ｔ１、７０Ｔ２が選択された場合を示している。端部７０Ｔ１と７０Ｔ２とを結んだ辺７０Ｌａは、目標面７０を構成する一つの辺である。
【０１４３】
第１の角度（以下、適宜第１方向角と称する）γ１を、図２６を用いてさらに説明する。第１方向角γ１は、旋回中心軸、すなわちＺａ軸と直交し、かつ作業機２の動作平面と平行な方向であるＸａ軸と、目標面７０をＺａ軸側から見たときの一端部７０Ｔ１からＺａ軸を結ぶ仮想線（以下、適宜第１の直線と称する）ＬＮ１とがなす角度である。本実施形態において、作業機２の動作平面は、油圧ショベル１００の車両本体座標系のＸａ軸とＺａ軸とで形成される平面である。このため、本実施形態において、Ｚａ軸と直交し、かつ作業機２の動作平面と平行な方向は、油圧ショベル１００の車両本体座標系のＸａ軸方向である。第２の角度（以下、適宜第２方向角と称する）γ２は、Ｘａ軸と、目標面７０をＺａ軸側から見たときの他端部７０Ｔ２からＺａ軸を結ぶ仮想線（以下、適宜第２の直線と称する）直線ＬＮ２とがなす角度である。
【０１４４】
このように、第１の角度γ１は、Ｘａ軸と、Ｚａ軸及び目標面７０の各々の端部７０Ｔ１、７０Ｔ２、７０Ｔ３、７０Ｔ４を通る各々の仮想線ＬＮ１、ＬＮ２、ＬＮ３、ＬＮ４とがなす角度のうち角度の正負を考慮して比較したときに、最小値となる角度である。第２の角度は、Ｘａ軸と、各々の仮想線ＬＮ１、ＬＮ２、ＬＮ３、ＬＮ４とがなす角度のうち角度の正負を考慮して比較したときに、最大値となる角度である。本実施形態において、第１の角度γ１の絶対値は第２の角度γ２の絶対値よりも大きい。本実施形態において、Ｘａ軸と、Ｚａ軸及び目標面７０の各々の端部７０Ｔ１、７０Ｔ２、７０Ｔ３、７０Ｔ４を通る各々の仮想線ＬＮ１、ＬＮ２、ＬＮ３、ＬＮ４とのなす角度のうち、絶対値が最大のものが第１の角度γ１又は第２の角度γ２のいずれか一方であり、絶対値が最小のものが他方であるといってもよい。
【０１４５】
図２７に示す３つの例の１つは、油圧ショベル１００がａの位置にある場合である。目標面７０をＺａ軸側から見ると、前述した方法により選択された端部が端部７０Ｔ１ｂ及び端部７０Ｔ２となり、前者が第１端部、後者が第２端部となる。これに対して、油圧ショベル１００がｂの位置にある場合、目標面７０をＺａ軸側から見ると、前述の方法により選択された端部が端部７０Ｔ１ａ及び端部７０Ｔ２となり、前者が第１端部、後者が第２端部となる。
【０１４６】
図２８に示す例は、油圧ショベル１００の三方を設計面７０が囲む場合を示している。この場合、油圧ショベル１００は設計面７０に囲まれたｄの位置にあるが、前述の油圧ショベル１００がａの位置にある場合と同様に、目標面７０をＺａ軸側から見た場合、旋回中心軸（Ｚａ軸）上の任意の点（任意点）から目標面７０の端部（図２８中に示す黒丸）に対して、任意点と同じＺａ軸方向の座標であることを条件に仮想線としての第１の直線ＬＮ１及び第２の直線ＬＮ２を伸ばし、第１の角度γ１又は第２の角度γ２を求める。その結果、Ｘａ軸（ベクトルｅｘ）を基準に、第１の角度γ１又は第２の角度γ２で形成された第１の直線ＬＮ１又は第２の直線ＬＮ２を伸ばしたところに、端部７０Ｔ１及び端部７０Ｔ２が存在することになる。端部７０Ｔ１が第１端部、端部７０Ｔ２が第２端部となる。図２８に示す例は、第１の角度γ１と第２の角度γ２とが同一の場合であることを示したのではなく、あくまで油圧ショベル１００の三方を設計面７０が囲む場合を示している。
【０１４７】
図２７に示す３つの例の１つは、圧ショベル１００がｃの位置にある場合、つまり、目標面７０上に油圧ショベル１００がある場合である。また、図２９に示す例は、油圧ショベル１００の全周を設計面７０が囲む場合を示している。なお、油圧ショベル１００がｄ又はｅの位置にある場合、処理部４４は、油圧ショベル１００の周囲が目標面７０に囲まれていることを判断する処理を行う。
【０１４８】
処理部４４は、油圧ショベル１００のＺａ軸の位置情報及びＸａ軸の位置情報並びに目標面７０の位置情報に基づいて、第１方向角γ１及び第２方向角γ２を求める。そして、処理部４４は、第１方向角γ１及び第２方向角γ２に基づいて、第１目標回動角度α又は第２目標回動角度βのいずれか一方を、正対コンパス７３を表示するための情報として選択する。正対コンパス７３を表示することには、正対コンパス７３の表示の態様を変更すること、指針７３Ｉの傾きを決定すること及び指針７３Ｉを動かすこと等が含まれる。次に、この手法を説明する。
【０１４９】
まず、第１方向角γ１及び第２方向角γ２で定められる目標面７０への方向角範囲を定義する。図２６に示すように、方向角範囲は、第２方向角γ２及び第１方向角γ１によって形成される角度の中の範囲である。この方向角範囲に第１目標回動角度α及び第２目標回動角度βの両方が入っている場合、処理部４４は、第１目標回動角度α及び第２目標回動角度βの絶対値の大きさを比較する。例えば、処理部４４は、第１目標回動角度αの絶対値よりも第２目標回動角度βの絶対値が大きいのでれば、すなわち、｜α｜≦｜β｜の関係が成立するのであれば第１目標回動角度αを選択する。処理部４４は、第１目標回動角度αの絶対値よりも第２目標回動角度βの絶対値が小さければ、すなわち、｜α｜＞｜β｜の関係が成立するのであれば第２目標回動角度βを選択する。処理部４４は、選択された目標回動角度を目標回動量、すなわち目標旋回情報として、正対コンパス７３の表示に使用する。
【０１５０】
前述した方向角範囲に第１目標回動角度αのみが入っている場合、処理部４４は、第１目標回動角度αを選択して、目標旋回情報として正対コンパス７３の表示に使用する。図２６に示す例は、これに相当する。つまり、第１方向角γ１及び第２方向角γ２で定められる目標面７０への方向角範囲に、第１目標回動角度αのみが入っており、第２目標回動角度βは方向角範囲の外にある。一方、前述した方向角範囲に第２目標回動角度βのみが入っている場合、処理部４４は、第２目標回動角度βを選択して、正対コンパス７３の表示に使用する。
【０１５１】
前述した方向角範囲に第１目標回動角度α及び第２目標回動角度βの両方がともに入っていない場合、処理部４４は、式（３４）に基づいて、第１目標回動角度α又は第２目標回動角度βのいずれか一方を選択する。式（３４）において、θ１は第１方向角γ１であり、θ２は第２方向角γ２である。処理部４４は、第１方向角γ１と第１目標回動角度αとの差を求め、さらに、第２方向角γ２と第１目標回動角度αとの差を求める。さらに、処理部４４は、求められた２つの差の大小を比較し、小さい方を選択する。ここで、選択されたものを第１選択とする。さらに処理部４４は、第１方向角γ１と第２目標回動角度βとの差を求め、さらに、第２方向角γ２と第２目標回動角度βとの差を求める。処理部４４は、求められた２つの差の大小を比較し、小さい方を選択する。ここで、選択されたものを第２選択とする。さらに、処理部４４は、第１選択と第２選択との大小を比較する。
【０１５２】
つまり、（θ１−α）と（θ２−α）とのうち小さい方と、（θ１−β）と（θ２−β）とのうち小さい方とを比較する。処理部４４は、比較の結果、式（３４）が成立すれば第１目標回動角度αを選択し、式（３４）が成立しなければ第２目標回動角度βを選択して、目標旋回情報として正対コンパス７３の表示に使用する。
【０１５３】
【数３４】
0005886962.tif 000035
【０１５４】
図２７に示す３つの例の１つは、油圧ショベル１００がｃで示す位置にある場合である。すなわち、目標面７０の上に油圧ショベル１００がある場合、目標面７０に対する方向角範囲が全方向と見なされる。この場合、処理部４４は、前述した方向角範囲に第１目標回動角度α及び第２目標回動角度βの両方が入っている場合と同様な処理を実行し、第１目標回動角度α又は第２目標回動角度βのいずれか一方を選択して、目標旋回情報として正対コンパス７３の表示に使用する。図２９に示すように、油圧ショベル１００の周囲を目標面７０が囲む場合も、目標面７０の上に油圧ショベル１００がある場合と同様に取り扱われる。つまり、処理部４４は、前述した方向角範囲に第１目標回動角度α及び第２目標回動角度βの両方が入っている場合と同様な処理を行い、第１目標回動角度α又は第２目標回動角度βのいずれか一方を選択する。その結果、処理部４４は、第１目標回動角度α又は第２目標回動角度βのいずれか一方を選択して、目標旋回情報として正対コンパス７３の表示に使用する。
【０１５５】
第１目標回動角度α又は第２目標回動角度βのいずれか一方が、正対コンパス７３を表示するための目標旋回情報として選択されたら、処理部４４は、ステップＳ４に進み、選択された目標旋回情報に対応する画像、具体的には正対コンパス７３を図６に示す表示部４２に表示する。この場合、処理部４４は、目標刃先ベクトルＢ’の向きが正対コンパス７３の正対マーク７３Ｍの位置に相当し、かつ現在の刃先ベクトルＢの向きに応じた指針７３Ｉの頂部７３ＩＴの位置が表示されるように指針７３Ｉを回転させた状態で表示する。例えば、目標旋回情報として第１目標回動角度αが選択された場合、図３０に示すように、指針７３Ｉは、正対マーク７３Ｍに対して第１目標回動角度αだけ傾斜する。目標旋回情報として第２目標回動角度βが選択された場合、図３０に示すように、指針７３Ｉは、正対マーク７３Ｍに対して第２目標回動角度βだけ回転する。
【０１５６】
図３１は、目標面７０と、単位ベクトルｅｚと、法線ベクトルＮとの関係を示す図である。図３２は、目標回動角度が求まらない場合（解無し状態）の一例を示す概念図である。図３２は、作業機２を含む上部旋回体３を旋回させたときにバケット９の任意の位置が描く軌跡を横から見たときの旋回平面ＴＣＶと目標面７０との関係を示している。後述するように、図３３は、目標旋回情報が求まらない場合における正対コンパス７３の表示例を示す図である。図３４ｂ及び図３４ｂは、目標回動角度が求まらない場合又は定まらない場合（不定解状態）の一例を示す概念図である。
【０１５７】
本実施形態において、単位ベクトルｅｚと法線ベクトルＮとの関係が、前述した式（２７）を満たさない場合、目標旋回情報が数学的に求まらない（解無し状態）。この解無し状態は、バケット９がチルトバケットであって、バケット９がチルトピン１７の周りを大きく回動して、その状態で上部旋回体３を旋回させたとしても、刃先９Ｔの刃先ベクトルＢと目標面７０の法線ベクトルＮとが直交しない状態である。図３２は、このような状態を示している。図３２は、第１目標回動角度及び第２目標回動角度が求まらない場合（解無し状態）の一例を示す概念図であって、作業機２を含む上部旋回体３を旋回させたときにバケット９の任意の位置が描く軌跡を横から見たときの旋回平面と目標面との関係を説明している。図３２から分かるように、解無し状態において、刃先ベクトルＢは、目標面７０とは平行にならない。言い換えれば、解無し状態において、刃先ベクトルＢと目標面７０の法線ベクトルとは直交せず、図３２のような場合は、目標旋回情報が数学的に求まらない。
【０１５８】
また、式（３５）で定められる関係を満たさない場合、目標旋回情報が一定値に定まらない（不定解状態）。図３１は、ＸとＺａ軸（ベクトルｅｚ）と目標面７０の法線ベクトルＮとの関係を示している。式（３５）中のＸは予め定められている。Ｘは、作業機２を含む上部旋回体３の旋回中心軸であるＺａ軸と目標面７０の法線ベクトルＮとが平行と見なせる程度の大きさである。
【０１５９】
【数３５】
0005886962.tif 000036
【０１６０】
目標旋回情報が不定解状態の場合、バケット９の刃先９Ｔは常に目標面７０に正対するため、指針７３Ｉを示して作業機２を含む上部旋回体３等の操作の案内自体が意味をなさないことになる。図３４ａ及び図３４ｂは、第１目標回動角度及び第２目標回動角度が求まらない場合（不定解状態）の一例を示す概念図である。図３４ａに示すように、油圧ショベル１００は、目標面７０の上にあり、バケット９の刃先ベクトルＢは、目標面７０に平行である。言い換えれば、刃先ベクトルＢは、目標面７０の法線ベクトルＮに直交している。このような場合、目標旋回情報は不定解状態になるので求められない。
【０１６１】
バケット９がチルトバケットである場合において、図３４ａの状態から図３４ｂに示すように、バケット９をチルトピン１７の周りに回動させて、刃先ベクトルＢが目標面７０に平行とならないようにしたとする。この状態で、上部旋回体３を旋回させたとしても、刃先ベクトルＢは、目標面７０の法線ベクトルＮと直交することはなく、やはり目標旋回情報は不定解状態として求められない。
【０１６２】
このため、処理部４４は、表示入力装置３８の表示部４２に表示される目標旋回情報に対応する画像の表示態様を、目標旋回情報が一定値に定まる場合とは異ならせる。本実施形態では、図３３に示すように、処理部４４は、正対コンパス７３をグレーアウトさせる。このようにすることで、正対コンパス７３が本来の情報である目標旋回情報を表示していないことを、オペレータは、直観的に認識できる。すなわち、図３３に示すように、処理部４４が正対コンパス７３をグレーアウトさせることで、オペレータは、作業機２を含む上部旋回体３が旋回するべき角度を正対コンパス７３が表示していないことを把握することができる。このとき、指針７３Ｉの動きを停止させてもよい。このようにすれば、オペレータがより作業に集中しやすくなる。
【０１６３】
次に、目標旋回情報が数学的に求められない、つまり、解無し状態について詳細に説明する。目標旋回情報が求められない場合は、指針７３Ｉの回転による作業機２を含む上部旋回体３等の操作の案内をすることができない。目標旋回情報が求められない場合は、例えば、図３２に示すように、刃先ベクトルＢの先端が描く軌跡を横から見たときの旋回平面ＴＣＶと目標面７０とが交差しない場合である。例えば、バケット９のチルト機能によりバケット９を傾けた結果、バケット傾斜角度θ４が過大になった場合に、図３２のような状態となって目標旋回情報が得られないことになる。このような場合、処理部４４は、目標旋回情報が一定値に定まらない不定解状態と同様に、表示部４２に表示される正対コンパス７３の表示態様を、目標旋回情報が求められる場合とは異ならせる。本実施形態では、正対コンパス７３がグレーアウトされる。このようにすることで、正対コンパス７３が本来の情報である目標旋回情報を表示していないことを、オペレータは、直観的に認識できる。すなわち、図３３のように正対コンパス７３をグレーアウトさせることで、作業機２を含む上部旋回体３が旋回すべき角度を正対コンパス７３は表示していないことを把握することができる。このとき、指針７３Ｉの動きを停止させてもよい。このようにすれば、オペレータがより作業に集中しやすくなる。
【０１６４】
本実施形態において、処理部４４は、表示部４２の画面４２Ｐに表示する正対コンパス７３の態様を変更させる際に、例えば、音による報知を併用してもよい。この場合、例えば、処理部４４は、バケット９の刃先９Ｔが目標面７０に正対する前は、図６に示す音発生装置４６から所定の間隔で音を報知し、刃先ベクトルＢと目標面７０とが平行に近くなるにしたがって音の間隔を短くする。そして、バケット９の刃先９Ｔが目標面７０に正対したら、処理部４４は、音を連続して所定時間報知した後、音の報知を停止する。このようにすれば、油圧ショベル１００のオペレータは、正対コンパス７３による視覚のみならず、音による聴覚の両方でバケット９の刃先９Ｔと目標面７０との正対を認識できるので、作業の効率がさらに向上する。
【０１６５】
バケット９がチルトバケットである場合、バケット９の刃先列ラインＬＢＴの向きの自由度が増加して、正対コンパス７３の指針７３Ｉを表示するための計算が煩雑になる。本実施形態において、表示システム１０１は、刃先ベクトルＢと、目標面７０の法線ベクトルＮと、作業機２を含む上部旋回体３の旋回中心軸であるＺａ軸方向の単位ベクトルｅｚとに基づいて、目標旋回情報としての第１目標回動角度α及び第２目標回動角度βを求める。このように、バケット９の刃先ベクトルＢを用いることで、表示システム１０１は、バケット９がチルトバケットであっても、目標面７０に対して刃先９Ｔを正対させるために必要な目標回動角度を容易に計算することができる。
【０１６６】
また、表示システム１０１は、バケット９の刃先ベクトルＢを用いることで、バケット９がチルト機能を有したチルトバケットであって、第２軸ＡＸ２を中心として回動し傾いている場合でも、バケット９がチルト機能を有していないものであっても、目標面７０に対して刃先９Ｔを正対させるために必要な目標回動角度を、正対コンパス７３に正しく表示できる。その結果、表示システム１０１は、作業機２の操作を補助するための情報を、オペレータが直感的に理解しやすい形態によって提供することができる。このため、例えば、チルトバケットの扱いに不慣れなオペレータでも、正対コンパス７３の表示にしたがって上部旋回体３を旋回操作するだけで容易にバケット９の刃先９Ｔを目標面７０に正対させることができる。このように、表示システム１０１は、バケット９の刃先９Ｔを目標面に正対させるための適切な情報を、油圧ショベル１００のオペレータに対して提示することができる。
【０１６７】
目標面７０の向き（傾き）のみを考えた場合、バケット９の刃先列ラインＬＢＴの向き、すなわち刃先ベクトルＢの向きからバケット９の刃先９Ｔが目標面７０に正対となる目標回動角度を求めると、一般に、その実数解は重解も含めて２つ求まる。これが第１目標回動角度α及び第２目標回動角度βである。表示システム１０１は、第１方向角γ１及び第２方向角γ２で定められる目標面７０への方向角範囲に基づき、第１目標回動角度α又は第２目標回動角度βのいずれかを目標旋回情報として選択する。このようにすることで、表示システム１０１は、有限の領域を有する目標面７０に正しく、かつより少ない回動量を示す目標旋回情報を選別することができるので、オペレータは正対コンパス７３が示す指針７３Ｉに従うことにより、無駄のない最小の旋回量によってバケット９の刃先９Ｔを目標面７０に正対させることができる。このように、表示システム１０１は、バケット９の刃先９Ｔを目標面に正対させるための適切な情報を、油圧ショベル１００のオペレータに対して提示することができる。
【０１６８】
以上、本実施形態を説明したが、前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、前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、前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。
【０１６９】
例えば、各案内画面の内容は前述したものには限られず、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。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、ハードキー又はスイッチ等の操作部材によるものであってもよい。すなわち、表示入力装置３８は、表示部４２と入力部４１が分離した構造であってもよい。
【０１７０】
前述した実施形態では、作業機２は、ブーム６、アーム７及びバケット９を有しているが、作業機２はこのようなものに限られない。例えば、ブーム６はオフセットブームであってもよい。また、バケット９はチルトバケットに限らず、チルト機能を有していないバケットであってもよい。
【０１７１】
前述した実施形態では、第１ストロークセンサ１８Ａ、第２ストロークセンサ１８Ｂ及び第３ストロークセンサ１８Ｃといった検出手段によって、ブーム６、アーム７、バケット９の姿勢及び位置を検出しているが、検出手段はこれらに限られない。例えば、検出手段として、ブーム６、アーム７、バケット９の傾斜角度を検出する角度センサが備えられてもよい。
【０１７２】
前述した実施形態では、図１６に示すように、第３軸ＡＸ３と第２軸ＡＸ２とが直交している構造の作業機２の場合であったが、第３軸ＡＸ３と第２軸ＡＸ２とが直交しない構造の作業機２であってもよい。この場合、必要な作業機データを記憶部４３に記憶させておけば、バケット９の刃先９Ｔを目標面に正対させるための適切な情報を、油圧ショベル１００のオペレータに対して提示することができる。
【０１７３】
また、本実施形態では、図４、図６に示すバケット傾斜センサ１８Ｄを用いてバケット傾斜角度θ４を検出したが、これに限定されるものではない。バケット傾斜センサ１８Ｄの代わりに、例えば、チルトシリンダ１３のストローク長さを検出するストロークセンサを用いてバケット傾斜角度θ４を検出してもよい。この場合、表示制御装置３９、より具体的には処理部４４は、このストロークセンサが検出したチルトシリンダ１３、１３のストローク長さから、バケット傾斜角度θ４として、第３軸ＡＸ３に対するバケット９の刃先９Ｔ又は刃先列９ＴＧの傾斜角度を求める。
【符号の説明】
【０１７４】
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
８  連結部材
９、９ａ、９ｂ  バケット
９Ｂ、９Ｂａ  刃
９Ｔ、９Ｔａ、９ＴＣ  刃先
９Ｔ１  第１刃先
９Ｔ２  第２刃先
９ＴＧ、９ＴＧａ  刃先列
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
１３  チルトシリンダ
１４  ブームピン
１５  アームピン
１６  バケットピン
１７  チルトピン
１９  位置検出部
２１、２２  アンテナ
２５  操作装置
２６  作業機用電子制御装置
２７  車両制御装置
３５  作業機側記憶部
３６  演算部
３７  比例制御弁
３７Ｗ  作業用制御弁
３７Ｄ  走行用制御弁
３８  表示入力装置
３９  表示制御装置
４１  入力部
４２  表示部
４３  記憶部
４４  処理部
７０  設計面
７０Ｔ１  一端部
７０Ｔ２  他端部
７３  正対コンパス
７３Ｉ  指針
１００  油圧ショベル
１０１  表示システム
Ｂ  刃先ベクトル
Ｂ’  目標刃先ベクトル
ｅｚ  単位ベクトル
ＬＢＴ  刃先列ライン
Ｎ  法線ベクトル
α  第１目標回動角度
β  第２目標回動角度
γ１  第１方向角
γ２  第２方向角
【要約】
掘削機械の表示システムは、作業機を含む上部旋回体を所定の旋回中心軸を中心として旋回させることができる掘削機械に用いられるものであり、前記掘削機械の現在位置及び姿勢に関する情報を検出する車両状態検出部と、作業対象の目標形状を示す目標面の位置情報を少なくとも記憶する記憶部と、前記掘削機械の現在位置及び姿勢に関する情報に基づいて求めた前記バケットの刃先の方向を含む情報と、前記目標面と直交する方向を含む情報と、前記旋回中心軸の方向を含む情報と、に基づいて、前記バケットの刃先が前記目標面と正対するために必要な前記作業機を含む前記上部旋回体の旋回量を示す目標旋回情報を求めて、得られた目標旋回情報に対応する画像を表示装置に表示する処理部と、を含む。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４ａ】
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【図３４ｂ】
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