(57)【要約】【課題】作業機を水平方向にオフセットできる旋回作業車において、側溝掘りなどの施工の操作支援に有用な旋回作業車の表示システム、旋回作業車、及び、旋回作業車の表示方法を提供する。【解決手段】バケット８を有する作業機５を上部旋回体３に対して水平方向にオフセットできる旋回作業車に用いられ、その旋回作業車に設置された位置検知装置による検知結果に基づいてバケット８の位置を演算するとともに、掘削予定領域９０の側縁にバケット８の側方部８Ｓを揃えるために必要な上部旋回体３の必要旋回量及び作業機５の必要オフセット量を演算する演算装置と、バケット８と掘削予定領域９０との位置関係を表示する表示装置とを備える。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バケットを有する作業機を上部旋回体に対して水平方向にオフセットできる旋回作業車に用いられ、
前記旋回作業車に設置された位置検知装置による検知結果に基づいて前記バケットの位置を演算するとともに、掘削予定領域の側縁に前記バケットの側方部を揃えるために必要な前記上部旋回体の必要旋回量及び前記作業機の必要オフセット量を演算する演算装置と、
前記バケットと前記掘削予定領域との位置関係を表示する表示装置とを備える、旋回作業車の表示システム。
【請求項２】
前記表示装置が、前記必要旋回量に応じた前記上部旋回体の操作量と、前記必要オフセット量に応じた前記作業機の操作量とを教示するための情報を表示する請求項１に記載の旋回作業車の表示システム。
【請求項３】
前記バケットが前記掘削予定領域の側縁を超えないように前記上部旋回体の旋回及び前記作業機のオフセットを規制する安全装置を備える請求項１または２に記載の旋回作業車の表示システム。
【請求項４】
前記作業機のオフセットが、前記上部旋回体に対して前記作業機を左右にスイングさせることにより行われる請求項１〜３いずれか１項に記載の旋回作業車の表示システム。
【請求項５】
前記表示装置が、少なくとも前記バケットと前記掘削予定領域とを平面視で表示する請求項１〜４いずれか１項に記載の旋回作業車の表示システム。
【請求項６】
前記表示装置が、前記掘削予定領域の延在方向に延びた仮想線によって前記掘削予定領域の側縁を表示する請求項１〜５いずれか１項に記載の旋回作業車の表示システム。
【請求項７】
請求項１〜６いずれか１項に記載の旋回作業車の表示システムと、下部走行体と、前記下部走行体の上方で旋回可能に設けられた前記上部旋回体と、前記上部旋回体に対して水平方向にオフセットできる前記作業機とを備えた旋回作業車。
【請求項８】
バケットを有する作業機を上部旋回体に対して水平方向にオフセットできる旋回作業車に用いられ、前記旋回作業車に設置された位置検知装置による検知結果に基づいて前記バケットの位置を演算するとともに、掘削予定領域の側縁に前記バケットの側方部を揃えるために必要な前記上部旋回体の必要旋回量及び前記作業機の必要オフセット量を演算し、前記バケットと前記掘削予定領域との位置関係を表示装置の画面に表示する、旋回作業車の表示方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、旋回作業車の表示システム、旋回作業車、及び、旋回作業車の表示方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バックホーなどの旋回作業車では、作業機の施工端部の位置を検知することで、高精度な制御が可能となり、作業の自動化や周辺の安全確保に役立てることができる。特許文献１〜３には、バケットを有する作業機の施工端部（つまりは、バケットの刃先）の位置を検知する手段を備えた旋回作業車としての油圧ショベルが記載されている。
【０００３】
また、特にミニショベルでは、狭い場所での作業性を高めるために、上部旋回体に対して作業機を水平方向にオフセットできる機能が装備されている場合がある。作業機のオフセットは、一つの態様では、上部旋回体に対して作業機を左右にスイングさせることによって実現され、別の態様では、上部旋回体に対して作業機を左右に平行移動させることによって実現される。
【０００４】
特許文献１には、作業機に設置された複数のポジションセンサからの出力と、建設機械本体に設置された２つのＧＰＳ用アンテナからの位置情報とに基づいて施工端部の位置を検知する技術が記載されている。しかし、上記のように作業機を水平方向にオフセットできる旋回作業車に適用した場合には、ポジションセンサからの出力とアンテナからの位置情報との相対関係が作業機のオフセットに応じて変化するため、施工端部の位置を検知することができない。
【０００５】
特許文献２には、アームの施工端部に設置されたＧＰＳ用アンテナからの位置情報と、建設機械本体に設置されたＧＰＳ用アンテナからの位置情報とに基づいてアームの旋回中心位置を検知し、更に複数のポジションセンサからの出力に基づいて施工端部の位置を検知する技術が記載されている。しかし、作業中に大きな振動と衝撃が加えられる施工端部にアンテナを設置する必要があるため、施工端部の位置検知を高精度に行うには都合が悪い。
【０００６】
特許文献３には、バケットの刃先が目標面と正対するために求めた目標旋回情報を画面に表示する技術が記載されている。しかし、上記のように作業機を水平方向にオフセットできる旋回作業車に適用した場合には、オフセットによって変化したバケットの位置情報を反映できない。また、側溝掘りなどの施工では、掘削予定領域の側縁にバケットの側方部を揃える必要があるものの、この技術は、作業機のオフセットやバケットの側方部を考慮したものではなく、オペレータに高度な技能が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１８１５３８号公報
【特許文献２】特開２００２−１８１５３９号公報
【特許文献３】国際公開２０１５／１７３９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、作業機を水平方向にオフセットできる旋回作業車において、側溝掘りなどの施工の操作支援に有用な旋回作業車の表示システム、旋回作業車、及び、旋回作業車の表示方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る旋回作業車の表示システムは、バケットを有する作業機を上部旋回体に対して水平方向にオフセットできる旋回作業車に用いられ、前記旋回作業車に設置された位置検知装置による検知結果に基づいて前記バケットの位置を演算するとともに、掘削予定領域の側縁に前記バケットの側方部を揃えるために必要な前記上部旋回体の必要旋回量及び前記作業機の必要オフセット量を演算する演算装置と、前記バケットと前記掘削予定領域との位置関係を表示する表示装置 とを備える。かかる構成によれば、作業機を水平方向にオフセットできる旋回作業車において、側溝掘りなどの施工の操作支援に資する。
【００１０】
前記表示装置は、前記必要旋回量に応じた前記上部旋回体の操作量と、前記必要オフセット量に応じた前記作業機の操作量とを教示するための情報を表示することが好ましい。これにより、掘削予定領域の側縁にバケットの側方部を揃えるための上部旋回体の旋回及び作業機のオフセットに関して、オペレータに操作ガイダンスを行うことができる。
【００１１】
前記バケットが前記掘削予定領域の側縁を超えないように前記上部旋回体の旋回及び前記作業機のオフセットを規制する安全装置を備えることが好ましい。これにより、壁際掘削を行う場合において壁面に対するバケットの衝突を防止できる。
【００１２】
前記作業機のオフセットが、前記上部旋回体に対して前記作業機を左右にスイングさせることにより行われるものでもよい。
【００１３】
前記表示装置が、少なくとも前記バケットと前記掘削予定領域とを平面視で表示することが好ましい。これにより、掘削予定領域の側縁にバケットの側方部を揃えるうえで有用となるバケットと掘削予定領域との位置関係を、オペレータに的確に伝えることができる。
【００１４】
前記表示装置が、前記掘削予定領域の延在方向に延びた仮想線によって前記掘削予定領域の側縁を表示することが好ましい。掘削予定領域の側縁の位置を表示させることによって、オペレータの操作を効果的に支援できる。
【００１５】
本発明に係る旋回作業車は、上述した旋回作業車の表示システムと、下部走行体と、前記下部走行体の上方で旋回可能に設けられた前記上部旋回体と、前記上部旋回体に対して水平方向にオフセットできる前記作業機とを備える。かかる旋回作業車によれば、上述した表示システムを備えることにより、側溝掘りなどの施工の操作支援に資する。
【００１６】
本発明に係る旋回作業車の表示方法は、バケットを有する作業機を上部旋回体に対して水平方向にオフセットできる旋回作業車に用いられ、前記旋回作業車に設置された位置検知装置による検知結果に基づいて前記バケットの位置を演算するとともに、掘削予定領域の側縁に前記バケットの側方部を揃えるために必要な前記上部旋回体の必要旋回量及び前記作業機の必要オフセット量を演算し、前記バケットと前記掘削予定領域との位置関係を表示装置の画面に表示するものである。かかる方法によれば、作業機を水平方向にオフセットできる旋回作業車において、側溝掘りなどの施工の操作支援に資する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る旋回作業車の一例を示す斜視図
【図２】図１の旋回作業車の右側面図
【図３】旋回作業車が備える制御系を示すブロック図
【図４】座標系と旋回作業車を概念的に示す左側面図
【図５】座標系と旋回作業車を概念的に示す平面図
【図６】座標系と旋回作業車を概念的に示す平面図
【図７】施工時の操作ガイダンスの一例を示すフローチャート
【図８】側溝掘りの施工時における表示装置の画面の一例を示す図
【図９】側溝掘りの施工時における表示装置の画面の一例を示す図
【図１０】側溝掘りの施工時における表示装置の画面の一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
［旋回作業車の概要］
図１，２に示すように、旋回作業車１は、下部走行体２と、下部走行体２の上方で旋回可能に設けられた上部旋回体３と、上部旋回体３に対して水平方向にオフセットできる作業機５とを備える。本実施形態では、旋回作業車１がブームスイング機能付きショベル（バックホー）として構成されており、作業機５のオフセットは、上部旋回体３に対して作業機５を左右にスイングさせることにより行われる。一般に、ブームスイング機能は、狭い場所での作業性が求められるミニショベルに装備される。
【００２０】
下部走行体２は、エンジン３０からの動力を受けて駆動し、旋回作業車１を走行させたり旋回させたりする。下部走行体２は、左右一対のクローラ２１，２１と、それらを駆動させる左右一対の走行モータ２２，２２とを備える。一対のクローラ２１，２１の間には、上部旋回体３を旋回自在に支持する基台２３が設けられている。また、下部走行体２には、一対のブレードアーム２４，２４と、それらの先端部の間で左右方向に延びた排土板としてのブレード２５と、ブレード２５を上下回動させるためのブレードシリンダ２６とが設けられている。
【００２１】
上部旋回体３は、その中央部で上下方向に延びる軸線回りに旋回動作可能に構成されている。図１，２には、その軸線に一致するＺ軸を描いている。上部旋回体３は、下部走行体２の横幅（左側のクローラ２１の外側端縁と右側のクローラ２１の外側端縁との間隔）内で旋回可能な平面視略円板状に形成されている。上部旋回体３には、エンジン３０、カウンターウェイト３１、キャビン３２などが配設されている。キャビン３２で囲まれた運転部には、オペレータが着座するための運転席（図示せず）や、オペレータが操作するための操作装置３３（図３参照）、各種情報を表示する表示装置３７（図３参照）などが装備されている。
【００２２】
旋回作業車１は、上部旋回体３に水平回動可能に支持された揺動体であるブームブラケット４を備える。ブームブラケット４は、上部旋回体３の前端部にステー３３を介して取り付けられている。ステー３３には、軸線ａ（図４参照）を上下方向に向けた枢軸ピン４０が設けられている。ブームブラケット４は、その枢軸ピン４０を中心にして水平回動自在に（即ち、左右へ揺動自在に）支持されている。ブームブラケット４は、軸線ａと直交する水平面（例えば、図５に示すＸＹ平面）上で回動する。上部旋回体３とブームブラケット４との間には、前後方向に伸縮作動するスイングシリンダ４１が設けられている。ブームブラケット４の水平回動は、スイングシリンダ４１の伸縮に応じて作動する。
【００２３】
作業機５は、エンジン３０からの動力を受けて駆動し、運転部での操作に応じて土砂の掘削作業などを行う。作業機５は、ブームブラケット４に上下回動可能に支持されている。ブームブラケット４には、軸線を水平方向に向けた枢軸ピン６０が設けられている。作業機５の基端部（後述するブーム６の基端部）は、その枢軸ピン６０を中心にして上下回動自在に支持されている。作業機５は、その枢軸ピン６０の軸線と直交する鉛直面（例えば、図４に示すＸＺ平面）上で回動する。作業機５は、ブームブラケット４の水平回動に連動してスイング動作を行うことにより、上部旋回体３に対して相対的に水平移動する（水平方向にオフセットする）。
【００２４】
作業機５は、ブーム６と、アーム７と、掘削用のアタッチメントであるバケット８とを有する。ブーム６は、ブームブラケット４に上下回動可能に取り付けられている。ブーム６は、ブームブラケット４に支持された基端部から上下方向に延在し、側面視ブーメラン形状をなして屈曲している。ブームブラケット４とブーム６の中途部との間には、伸縮自在に可動するブームシリンダ６ａが設けられている。ブームブラケット４に対するブーム６の上下回動は、ブームシリンダ６ａの伸縮に応じて作動する。
【００２５】
アーム７は、ブーム６に上下回動可能に取り付けられている。ブーム６の先端部には、軸線を水平方向に向けた枢軸ピン７０が設けられている。アーム７の基端部は、その枢軸ピン７０を中心にして上下回動（前後回動）自在に支持されている。ブーム６の中途部とアーム７の基端部との間には、伸縮自在に可動するアームシリンダ７ａが設けられている。ブーム６に対するアーム７の上下回動は、アームシリンダ７ａの伸縮に応じて作動する。
【００２６】
バケット８は、アーム７に上下回動可能に取り付けられている。アーム７の先端部には、軸線を水平方向に向けた枢軸ピン８０が設けられている。バケット８の基端部は、その枢軸ピン８０を中心にして上下回動（前後回動）自在に支持されている。アーム７の先端部とバケット８との間には、バケットリンク８１が介在している。バケットリンク８１は、バケット８に駆動力を伝達するリンクとして構成されている。バケットリンク８１とアーム７の基端部との間には、伸縮自在に可動するバケットシリンダ８ａが設けられている。アーム７に対するバケット８の上下回動は、バケットシリンダ８ａの伸縮に応じて作動する。バケット８は、施工端部となる刃先８Ｅと、側板により形成された側方部８Ｓとを含む。
【００２７】
［旋回作業車の制御系］
旋回作業車１が備える制御系の一例について簡単に説明する。この旋回作業車１は、図３に示すように、操作装置３３と、車両制御装置である本機コントローラ３４と、作業機制御装置３５と、表示制御装置である表示コントローラ３６と、表示装置３７とを備える。操作装置３３には、レバーやスイッチ、ペダル、操作パネルなどが含まれる。操作パネルが表示装置３７を兼ねてもよい。本機コントローラ３４は、操作装置３３からの制御信号に基づいて、下部走行体２の走行動作や上部旋回体３の旋回動作を制御する。また、本機コントローラ３４は、操作装置３３からの制御信号に基づいて、作業機制御装置３５及び表示コントローラ３６を制御する。
【００２８】
作業機制御装置３５は、作業機５の動作を制御する。この動作には、ブーム６、アーム７及びバケット８の各々の上下回動だけでなく、ブームブラケット４の水平回動による作業機５のスイング動作（オフセット）も含まれる。表示コントローラ３６は、記憶装置３６ａと、演算装置３６ｂと、安全装置３６ｃとを備える。記憶装置３６ａは、ＲＡＭやＲＯＭなどで構成され、後述する種々のデータを記憶している。演算装置３６ｂは、記憶装置３６ａに記憶されたデータや、位置検知装置１１，１２からの検知信号などに基づいて、所定の演算処理を実行する。表示コントローラ３６は、その演算処理の結果などを表示装置３７の画面に表示させることができる。
【００２９】
表示システム５０は、バケット８を有する作業機５を上部旋回体１に対して水平方向にオフセットできる旋回作業車１に用いられ、側溝掘りなどの掘削工事において施工の操作支援に有用な情報をオペレータに提供する。表示システム５０は、上述した演算装置３６ｂと表示装置３７とを備える。演算装置３６ｂは、旋回作業車１に設置された位置検知装置１１，１２による検知結果に基づいてバケット８の位置を演算するとともに、掘削予定領域９０（図８参照）の側縁にバケット８の側方部８Ｓを揃えるために必要な上部旋回体３の必要旋回量及び作業機５の必要オフセット量を演算する。表示装置３７は、バケット８と掘削予定領域９０との位置関係を表示する。
【００３０】
［バケットの位置検知］
次に、バケット８の位置を検知する手法について説明する。厳密にはバケット８の刃先８Ｅの位置を検知し、それに基づいて側方部８Ｓの位置を演算する。図３に示すように、旋回作業車１は、位置検知装置１１（第１の位置検知装置）と、位置検知装置１２（第２の位置検知装置）とを備える。位置検知装置１１は、上部旋回体３に対するブームブラケット４の水平方向位置を検知する。位置検知装置１２は、上部旋回体３に対する作業機５の上下方向位置を検知する。この位置検知装置１１，１２による検知結果に基づいて、演算装置３６ｂが刃先８Ｅの位置を演算する。
【００３１】
本実施形態において、位置検知装置１１は、図２のようにブームブラケット４に設置された位置センサにより構成されている。位置センサは、ブームブラケット４の可動な面上での動き、より具体的には、枢軸ピン４０の軸線ａに垂直な水平面上での動きを検知する。かかる位置センサをブームブラケット４に設置することにより、上部旋回体３に対するブームブラケット４の水平方向位置を比較的簡易に検知できる。本実施形態では、位置検知装置１１を構成する位置センサとして加速度センサを使用し、上部旋回体３に対するブームブラケット４のスイング角θ２を検知する例を示す。
【００３２】
位置検知装置１１を構成する位置センサは、スイングシリンダ４１に設置することも可能である。また、位置センサとしては、上記のように加速度センサなどの慣性センサを用いることができるが、これに限定されず、例えばジャイロセンサや角度センサ（傾斜センサ）、シリンダセンサ（ストロークセンサ）を用いることも可能である。シリンダセンサを利用した場合は、スイングシリンダ４１の伸縮量（ストローク量）に基づいてスイング角θ２を検知し、上部旋回体３に対するブームブラケット４の水平方向位置を検知することができる。
【００３３】
本実施形態において、位置検知装置１２は、図１のようにブーム６に設置された位置センサ１２ａと、アーム７に設置された位置センサ１２ｂと、バケットリンク８１に設置された位置センサ１２ｃとを有する。位置センサ１２ａ〜１２ｃは、それぞれ作業機５の可動な面上での動き、より具体的には、枢軸ピン４０の軸線ａを含む鉛直面上での動きを検知する。本実施形態では、位置センサ１２ａ〜１２ｃとして加速度センサを使用し、後述の角度α、β及びγを検知する例を示す。位置検知装置１１と同様に、位置検知装置１２を構成する位置センサは、加速度センサなどの慣性センサに限られない。
【００３４】
図４は、座標系と旋回作業車１を概念的に示す左側面図である。この座標系は、図４で左右に延びる水平方向のＸ軸と、図４の紙面に垂直となる水平方向のＹ軸（図５参照）と、図４で上下に延びる鉛直方向のＺ軸とにより定まる直交座標系である。Ｘ軸は、下部走行体２の前後方向に延びており、Ｙ軸は、下部走行体２の左右方向（幅方向）に延びている。Ｚ軸は、上部旋回体３の旋回中心となる軸線に一致する。原点Ｏを含むＸＹ平面は、枢軸ピン６０の軸線の高さに位置し、そのＸＹ平面に枢軸ピン４０の軸線ａが直交している。
【００３５】
図５は、座標系と旋回作業車１を概念的に示す平面図である。図４に示した作業機５の位置は、図５において鎖線で表している。図４，５では、枢軸ピン４０の軸線ａがＸ軸上に配置されている。下部走行体２に対する上部旋回体３の旋回角θ１（図６参照）は、この状態を基準とし、図４，５において旋回角θ１はゼロである。また、図４では、枢軸ピン４０の軸線ａとＺ軸とを含む鉛直面（ＸＺ平面）上に作業機５が配置されている。上部旋回体３に対するブームブラケット４のスイング角θ２は、この状態を基準とし、図４においてスイング角θ２はゼロである。
【００３６】
図４では、作業機５がＸＺ平面上で可動な状態にあり、つまりはブーム６、アーム７及びバケット８の各々がＸＺ平面上で上下回動（前後回動）しうる状態にある。角度αは、枢軸ピン４０の軸線ａを基準としたブーム６の傾斜角度（回動角度）である。角度βは、ブーム６の延在方向（長さＬ１の方向）を基準としたアーム７の傾斜角度（回動角度）である。角度γは、アーム７の延在方向（長さＬ２の方向）を基準としたバケット８の傾斜角度（回動角度）である。既述のように、これらの角度α、β及びγは、位置検知装置１２を構成する位置センサ１２ａ〜１２ｃによって検知できる。
【００３７】
長さＬ１は、ブーム６の基端部から先端部までの長さであり、より具体的には、枢軸ピン６０の軸線から枢軸ピン７０の軸線までの直線距離に相当する。長さＬ２は、アーム７の基端部から先端部までの長さであり、より具体的には、枢軸ピン７０の軸線から枢軸ピン８０の軸線までの直線距離に相当する。長さＬ３は、バケット８の基端部から先端部までの長さであり、より具体的には、枢軸ピン８０の軸線から刃先８Ｅまでの直線距離に相当する。長さＬ１〜Ｌ３のデータは、予め記憶装置３６ａに記憶されている。
【００３８】
本実施形態の旋回作業車１は、２つのＧＰＳ用のアンテナ９，９を備えている。アンテナ９，９の三次元位置情報は、受信装置１９（図３参照）によって受信される。アンテナ９，９は、旋回作業車１の所定位置に固定されている。本実施形態では、ＸＹ平面に平行な水平面上にアンテナ９，９が配置されている。アンテナ９，９に対する、上部旋回体３の旋回中心となる軸線（即ち、Ｚ軸）の相対位置、延いては原点Ｏの相対位置（グローバル座標）は、旋回作業車１のスペックに基づいて、または事前の計測に基づいて予め知得され、そのデータが記憶装置３６ａに記憶されている。
【００３９】
図６は、図５と同じく座標系と旋回作業車１を概念的に示す平面図であるが、上部旋回体３が旋回している点で図５と異なる。図６では、スイング角θ２がゼロのときの作業機５の位置を鎖線で表している。軸線ａの旋回半径ｒは予め知得できるため、そのデータが記憶装置３６ａに記憶されている。下部走行体２に対する上部旋回体３の旋回角θ１は、アンテナ９，９の三次元位置情報、及び、記憶装置３６ａに記憶されたデータに基づいて計算可能であり、その処理は演算装置３６ｂによって行われる。旋回角θ１の計算に必要な情報が得られる限り、旋回作業車１におけるアンテナ９，９の設置箇所は特に限定されない。
【００４０】
まず、図４及び図５に鎖線で示したように上部旋回体３を旋回させず且つ作業機５をスイングさせていない状態（即ち、θ１＝０、θ２＝０）において、ＸＹ平面上の軸線ａの位置を基点とした刃先８Ｅの三次元座標を（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）とするとき、その座標（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）は下記の式によって求めることができる。
Ｘａ＝Ｌ１ｓｉｎα＋Ｌ２ｓｉｎ（α＋β）＋Ｌ３ｓｉｎ（α＋β＋γ）
Ｙａ＝０
Ｚａ＝Ｌ１ｃｏｓα＋Ｌ２ｃｏｓ（α＋β）＋Ｌ３ｃｏｓ（α＋β＋γ）
【００４１】
次に、図５に実線で示したように上部旋回体３を旋回させずに作業機５をスイングさせた状態（θ１＝０、θ２≠０）において、ＸＹ平面上の軸線ａの位置を基点とした刃先８Ｅの三次元座標を（Ｘａ１，Ｙａ１，Ｚａ１）とするとき、その座標（Ｘａ１，Ｙａ１，Ｚａ１）は下記の式によって求めることができる。
Ｘａ１＝Ｘａ・ｃｏｓθ２
＝｛Ｌ１ｓｉｎα＋Ｌ２ｓｉｎ（α＋β）＋Ｌ３ｓｉｎ（α＋β＋γ）｝ｃｏｓθ２
Ｙａ１＝Ｘａ・ｓｉｎθ２
＝｛Ｌ１ｓｉｎα＋Ｌ２ｓｉｎ（α＋β）＋Ｌ３ｓｉｎ（α＋β＋γ）｝ｓｉｎθ２
Ｚａ１＝Ｚａ
＝Ｌ１ｃｏｓα＋Ｌ２ｃｏｓ（α＋β）＋Ｌ３ｃｏｓ（α＋β＋γ）
【００４２】
また、図６に示すように上部旋回体３を旋回させた状態（θ１≠０）において、ＸＹ平面上の原点Ｏを起点とした軸線ａの三次元座標を（Ｘｏ０，Ｙｏ０，Ｚｏ０）とし、その軸線ａの旋回半径をｒとするとき、その座標（Ｘｏ０，Ｙｏ０，Ｚｏ０）は下記の式によって求めることができる。
Ｘｏ０＝ｒ・ｃｏｓθ１
Ｙｏ０＝ｒ・ｓｉｎθ１
Ｚｏ０＝０
【００４３】
そして、図６に鎖線で示したように上部旋回体３を旋回させて作業機５をスイングさせていない状態（θ１≠０、θ２＝０）において、ＸＹ平面上の原点Ｏを起点とした刃先８Ｅの三次元座標を（Ｘｏ１，Ｙｏ１，Ｚｏ１）とするとき、その座標（Ｘｏ１，Ｙｏ１，Ｚｏ１）は下記の式によって求めることができる。
Ｘｏ１＝Ｘａ・ｃｏｓθ１＋Ｘｏ０
＝｛Ｌ１ｓｉｎα＋Ｌ２ｓｉｎ（α＋β）＋Ｌ３ｓｉｎ（α＋β＋γ）｝ｃｏｓθ１＋ｒ・ｃｏｓθ１
Ｙｏ１＝Ｘａ・ｓｉｎθ１＋Ｙｏ０
＝｛Ｌ１ｓｉｎα＋Ｌ２ｓｉｎ（α＋β）＋Ｌ３ｓｉｎ（α＋β＋γ）｝ｓｉｎθ１＋ｒ・ｓｉｎθ１
Ｚｏ１＝Ｚａ＋Ｚｏ０
＝Ｌ１ｃｏｓα＋Ｌ２ｃｏｓ（α＋β）＋Ｌ３ｃｏｓ（α＋β＋γ）
【００４４】
更に、図６に実線で示したように上部旋回体３を旋回させて作業機５をスイングさせた状態（θ１≠０、θ２≠０）において、ＸＹ平面上の原点Ｏを起点とした刃先８Ｅの三次元座標を（Ｘｏ２，Ｙｏ２，Ｚｏ２）とするとき、その座標（Ｘｏ２，Ｙｏ２，Ｚｏ２）は下記の式によって求めることができる。
Ｘｏ２＝Ｘａ・ｃｏｓ（θ１＋θ２）＋Ｘｏ０
＝｛Ｌ１ｓｉｎα＋Ｌ２ｓｉｎ（α＋β）＋Ｌ３ｓｉｎ（α＋β＋γ）｝ｃｏｓ（θ１＋θ２）＋ｒ・ｃｏｓθ１
Ｙｏ２＝Ｘａ・ｓｉｎ（θ１＋θ２）＋Ｙｏ０
＝｛Ｌ１ｓｉｎα＋Ｌ２ｓｉｎ（α＋β）＋Ｌ３ｓｉｎ（α＋β＋γ）｝ｓｉｎ（θ１＋θ２）＋ｒ・ｓｉｎθ１
Ｚｏ２＝Ｚａ＋Ｚｏ０
＝Ｌ１ｃｏｓα＋Ｌ２ｃｏｓ（α＋β）＋Ｌ３ｃｏｓ（α＋β＋γ）
【００４５】
したがって、原点Ｏのグローバル座標を（Ａ，Ｂ，Ｃ）とするとき、下記の式によって刃先８Ｅの三次元座標（Ｘｏ２，Ｙｏ２，Ｚｏ２）を変換することにより、刃先８Ｅのグローバル座標（Ｘｇ２，Ｙｇ２，Ｚｇ２）を求めることができる。
Ｘｇ２＝Ｘｏ２＋Ａ
＝｛Ｌ１ｓｉｎα＋Ｌ２ｓｉｎ（α＋β）＋Ｌ３ｓｉｎ（α＋β＋γ）｝ｃｏｓ（θ１＋θ２）＋ｒ・ｃｏｓθ１＋Ａ
Ｙｇ２＝Ｙｏ２＋Ｂ
＝｛Ｌ１ｓｉｎα＋Ｌ２ｓｉｎ（α＋β）＋Ｌ３ｓｉｎ（α＋β＋γ）｝ｓｉｎ（θ１＋θ２）＋ｒ・ｓｉｎθ１＋Ｂ
Ｚｏ２＝Ｚｏ２＋Ｃ
＝Ｌ１ｃｏｓα＋Ｌ２ｃｏｓ（α＋β）＋Ｌ３ｃｏｓ（α＋β＋γ）＋Ｃ
【００４６】
このように、本実施形態では、上部旋回体３に対するブームブラケット４の水平方向位置（延いては、スイング角θ２）を位置検知装置１１により検知し、上部旋回体３に対する作業機５の上下方向位置（延いては、角度α、β及びγ）を位置検知装置１２により検知し、それらの検知結果に基づいて刃先８Ｅの位置を演算する。かかる演算処理は、記憶装置３６ａに記憶されたデータや、受信装置１９から送信された情報を適宜に参照しながら演算装置３６ｂによって実行される。演算の結果は、例えば表示装置３７に表示させることによりオペレータに通知できる。
【００４７】
以上の通り、本実施形態によれば、ブームスイング機能を有する旋回作業車１において、作業機５の施工端部である刃先８Ｅの位置を高精度に検知することができる。そして、その検知した刃先８Ｅの位置、及び、刃先８Ｅと側方部８Ｓとの相互の位置関係に基づき、演算装置３６ｂによって側方部８Ｓの位置を演算できる。刃先８Ｅと側方部８Ｓとの相互の位置関係は、作業機５のスペックに基づいて、または事前の計測に基づいて予め知得され、そのデータは記憶装置３６ａに記憶されている。
【００４８】
［施工時の操作ガイダンス］
次に、側溝掘りにおける施工時の操作ガイダンスについて説明する。図７は、施工時の操作ガイダンスを示すフローチャートである。図８〜１０は、それぞれ施工時の表示装置３７の画面を示す。この画面では、上部旋回体３、作業機５及びバケット８が、それぞれアイコン９３，９５，９８で示されている。本実施形態では、画面左側が、平面視の旋回作業車を示す表示欄Ｃ１として構成されている。旋回作業車は、上部旋回体３とバケット８を含む作業機５とにより模式的に表現されている。画面右側は、平面視の上部旋回体３と作業機５とを切り離して示す表示欄Ｃ２として構成されている。
【００４９】
まずは、旋回作業車１の現在位置及び姿勢に関する情報を取得する（ステップＳ１）。この情報は、例えば、アンテナ９，９の三次元位置情報、及び、そのアンテナ９，９と上部旋回体３の旋回中心となる軸線との相対位置関係などから取得できる。続いて、バケット８の位置情報、具体的にはバケット８の刃先８Ｅの位置情報を求める（ステップＳ２）。この情報は、既述のように、旋回作業車１に設置された位置検知装置１１，１２による検知結果に基づき、演算装置３６ｂによって演算できる。そして、溝が掘削される掘削予定領域９０を設定する（ステップＳ３）。この設定は、例えば操作装置３３の操作パネルを用いて画面上で行われる。
【００５０】
図８は、ガイダンス表示前の状態を示す。表示欄Ｃ１には、ステップＳ１で求めた旋回作業車１の現在位置及び姿勢、並びに、ステップＳ２で求めたバケット８の位置が反映されている。壁際掘削を行う場合は、図８のように壁面Ｗを表示することが好ましい。壁面Ｗの位置と形状に関する情報は予め取得または作成され、そのデータが記憶装置３６ａに記憶されている。あるいは、操作パネルを用いて壁面Ｗを画面上で設定してもよい。表示欄Ｃ２には、掘削予定領域９０を設定した初期状態における上部旋回体３と作業機５が、それぞれ画面上方を向いた状態で表示されている。
【００５１】
表示欄Ｃ１には、ステップＳ３で設定した掘削予定領域９０が表示される。本実施形態では、掘削予定領域９０の延在方向（図８の上下方向）に延びた仮想線ＶＬによって掘削予定領域９０の側縁を表示している。この側縁は、掘削予定領域９０を規定する一対の側縁のうち、旋回作業車１の幅方向外側に位置する側縁を指す。このように掘削予定領域９０の側縁を表示することにより、オペレータの操作を効果的に支援できる。但し、これに限らず、掘削予定領域９０の中心線を表示したり、所定幅を有した帯状の領域として掘削予定領域９０を表示したりしてもよい。
【００５２】
表示装置３７は、図８のように、バケット８と掘削予定領域９０との位置関係を表示しており、本実施形態では、その位置関係がアイコン９８と仮想線ＶＬとにより看取される。掘削予定領域９０において溝を掘削するには、掘削予定領域９０の側縁である仮想線ＶＬにバケット８の側方部８Ｓを揃えた状態（以下、「セット状態」と呼ぶ）にしたうえで、作業機５を掘削動作させる必要がある。図８の初期状態からセット状態へ移行するには、上部旋回体３の旋回動作と作業機５のスイング動作とを駆使して旋回作業車の姿勢を変えなければならず、オペレータには高度な操作技能が求められる。
【００５３】
そこで、この表示システム５０では、施工の操作支援に役立つように、演算装置３６ｂが、掘削予定領域９０の側縁にバケット８の側方部８Ｓを揃えるために必要な上部旋回体３の必要旋回量と作業機５の必要オフセット量を演算する（ステップＳ４）。必要旋回量は、セット状態への移行に必要な上部旋回体３の旋回角と言い換えられる。また、必要オフセット量は、本実施形態ではセット状態への移行に必要な作業機５のスイング角と言い換えられる。このように、演算装置３６ｂは、側溝掘りを行うのに適した上部旋回体３の旋回角と作業機５のスイング角とを計算で求める。
【００５４】
表示装置３７は、必要旋回量に応じた上部旋回体３の操作量と、必要オフセット量に応じた作業機５の操作量とを教示するための情報を表示する（ステップＳ５）。図９は、かかる情報を表示したガイダンス画面の一例である。表示欄Ｃ１には、セット状態にある上部旋回体３及び作業機５を示すアイコン９３ｓ、９５ｓが表示されている。表示欄Ｃ２には、セット状態への移行に必要な旋回を教示する上部旋回体３のアイコン９３ｇと、同じく作業機５のアイコン９５ｇとが表示されている。この例では、上部旋回体３を右側へ旋回し、作業機５を左側へスイングする必要があることをオペレータに教示している。
【００５５】
図９に記載の表示欄Ｃ２のアイコン９３ｇは、演算した必要旋回量に応じた上部旋回体３の操作量となる旋回角θ３を反映させており、同じくアイコン９５ｇは、演算した必要オフセット量に応じた作業機５の操作量となるスイング角θ４を反映させている。オペレータは、アイコン９３とアイコン９３ｇとの位置関係により、上部旋回体３を右側へどれくらい旋回すればよいか視覚的に認知できる。また、オペレータは、アイコン９５とアイコン９５ｇとの位置関係により、作業機５を左側へどれくらいスイングすればよいか視覚的に認知できる。旋回角θ３及びスイング角θ４の数値や矢印Ａ３，Ａ４の表示は、適宜に省略して構わない。また、光を使って視覚効果を高めたり、音を使って音響効果を加えたりしてもよい。
【００５６】
オペレータが上部旋回体３を旋回させ、及び／または、作業機５をスイングさせると、その動作に応じたバケット８（の刃先８Ｅ）の位置情報を求め（ステップＳ６）、バケット８が仮想線ＶＬに接触したかどうかを判定する（ステップＳ７）。バケット８が仮想線ＶＬに接触していなければ、その上部旋回体３と作業機５の位置を画面（の表示欄Ｃ１）に表示し（ステップＳ８）、引き続きバケット８の位置情報を求める。バケット８が仮想線ＶＬに接触した場合は、上部旋回体３のそれ以上の旋回動作を禁止する（ステップＳ９）。
【００５７】
図１０は、バケット８が仮想線ＶＬに接触したときの画面の一例である。この状態から上部旋回体３が右側へ旋回すると、バケット８が壁面Ｗに衝突してしまうため、そうならないように上部旋回体３の右旋回が規制されている。同じ理由により、作業機５の右方向へのスイング動作を規制することもできる。表示システム５０は、バケット８が掘削予定領域９０の側縁を超えないように上部旋回体３の旋回及び作業機５のオフセット（本実施形態ではスイング）を規制する安全装置３６ｃを備える（図３参照）。安全装置３６ｃは、バケット８が仮想線ＶＬに接触したときに本機コントローラ３４に信号を送り、上記の如き旋回及びオフセットの規制を実行させる。旋回動作の禁止に加えて、画面を点滅させたり効果音を鳴らしたりすることで、バケット８が仮想線ＶＬに接触していることをオペレータに通知してもよい。
【００５８】
バケット８が仮想線ＶＬに接触すると、表示装置３７は、図１０のように、上部旋回体３の旋回が規制されていること、及び、セット状態への移行に必要な作業機５のスイング角を教示するための情報を表示する（ステップＳ１０）。このような画面の指示に従って上部旋回体３と作業機５を操作することで、バケット８を壁面Ｗに衝突させることなく、バケット８の側方部８Ｓを仮想線ＶＬに揃えたセット状態にすることができる。以上のように、表示システム５０は、上部旋回体３をどの方向にどれくらい旋回させ、作業機５をどの方向にどれくらいスイングさせればよいか、という側溝掘りの施工に有用な情報をオペレータに提供する。
【００５９】
本実施形態において、表示装置３７は、上部旋回体３と、その上部旋回体３の前端部から延びた作業機５とを表示しているが、これに限定されず、他の画面構成を採用することも可能である。但し、表示装置３７は、少なくともバケット８と掘削予定領域９０とを平面視で表示することが好ましい。この平面視は、上部旋回体３の旋回中心軸の軸方向に沿って上方から見たものでよい。また、掘削予定領域９０の表示は、その側縁だけで示すものでもよい。
【００６０】
本実施形態では、作業機のオフセットが、上部旋回体に対して作業機を左右にスイングさせることにより行われる例を示したが、これに限られず、上部旋回体に対して作業機（のアームまたはブーム）を左右に平行移動させることにより行われるものでもよい。そのような旋回作業車は、例えば本出願人による特開平８−３２６０８６号公報、特開２０１１−１８４９６５号公報などに開示されている。かかる場合は、上述した作業機のスイング角（ブームブラケットのスイング角）に代えて、作業機を左右に平行移動させるアクチュエータの作動量（例えば、シリンダの伸縮量）に基づいて、バケットの位置を演算するとともに、作業機の必要オフセット量を演算すればよい。
【００６１】
本実施形態では、バケットの刃先の三次元位置を演算する例を示したが、これに限られず、二次元位置を演算で求めてもよい。例えば、掘削予定領域を設定したときのバケットの刃先の位置を作業開始点とし、その刃先の位置と掘削予定領域との相互の位置関係を踏まえて、上述したような必要旋回量と必要オフセット量を演算してもよい。その場合、グローバル座標を使用しなくてもよいため、ＧＰＳ用のアンテナを省略できる。かかる場合、下部走行体に対する上部旋回体の旋回角は、上部旋回体に設置した位置センサ（例えば、角度センサ）により検知するように構成してもよい。
【００６２】
本発明は、上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１      旋回作業車
２      下部走行体
３      上部旋回体
４      ブームブラケット
５      作業機
６      ブーム
７      アーム
８      バケット
８ａ    バケットシリンダ
８Ｅ    刃先
８Ｓ    側方部
１１    位置検知装置
１２    位置検知装置
３６    表示コントローラ
３６ａ  記憶装置
３６ｂ  演算装置
３６ｃ  安全装置
３７    表示装置
５０    表示システム
９０    掘削予定領域
【図１】
2019167691.tif 000003
【図２】
2019167691.tif 000004
【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】
2019167691.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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