(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に設けられた作業具で所定の目標面を掘削するための作業装置と、
前記作業装置を操作するための操作装置と、
前記作業具の画像と前記目標面の画像を表示画面に表示して前記作業具と前記目標面の位置関係を示す表示装置と、
前記表示装置の表示を制御する制御ユニットとを備える建設機械において、
前記制御ユニットは、
前記作業装置の位置と姿勢に関する状態量に基づいて第１座標系における前記作業具の位置と姿勢を演算する位置・姿勢演算部と、
前記第１座標系における前記目標面の位置が記憶された記憶部と、
前記表示画面に設定された第２座標系に設定した基準位置に前記作業具の画像を、前記第１座標系における前記作業具の位置と姿勢に基づいて表示する作業具表示制御部と、
前記表示画面上の前記基準位置に前記作業具の画像を表示したときに前記表示画面内に含まれる前記目標面の画像を、前記第１座標系における前記作業具の位置と姿勢と前記目標面の位置とに基づいて、前記表示画面に表示する目標面表示制御部とを有し、
前記制御ユニットは、さらに、前記位置・姿勢演算部の演算値と、前記操作装置の操作量の少なくとも一方に基づいて前記作業具の予測移動方向を演算する移動方向演算部を有し、
前記作業具表示制御部は、前記移動方向演算部で前記作業具の移動が予測された場合、前記表示画面上における前記作業具の画像の表示位置を前記予測移動方向に応じて前記基準位置から他の位置に変更し、
前記他の位置は、前記表示画面上で前記作業具の画像から前記予測移動方向側に位置する領域の面積が、前記作業具の画像を前記基準位置に表示する場合よりも広くなるように前記第２座標系に設定された位置であり、
前記目標面表示制御部は、前記移動方向演算部で前記作業具の移動が予測された場合、前記表示画面上の前記他の位置に前記作業具の画像を表示したときに前記表示画面内に含まれる前記目標面の画像を、前記第１座標系における前記作業具の位置と姿勢と前記目標面の位置とに基づいて、前記表示画面に表示することを特徴とする建設機械。
【請求項２】
請求項１に記載の建設機械において、
前記作業具表示制御部は、前記表示画面の左右方向の一方に前記建設機械の本体が位置するように前記作業具の画像を表示しており、
前記作業具表示制御部は、（１−１）前記本体から前記作業具が離れる方向に移動すると前記移動方向演算部で予測された場合は、前記他の位置として前記表示画面上で前記基準位置よりも前記本体に近い位置に前記作業具の画像を表示し、（１−２）前記本体に近づく方向に前記作業具が移動すると前記移動方向演算部で予測された場合は、前記他の位置として前記表示画面上で前記基準位置よりも前記本体から離れた位置に前記作業具の画像を表示し、（２）前記（１−１）及び前記（１−２）以外の場合は前記表示画面上の前記基準位置に前記作業具の画像を表示することを特徴とする建設機械。
【請求項３】
請求項１に記載の建設機械において、
前記他の位置は、前記移動方向演算部で演算された前記予測移動方向の反対方向に向かって前記基準位置から所定の距離離れた位置であることを特徴とする建設機械。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の建設機械において、
前記制御ユニットは、前記表示画面内に前記目標面の画像が表示されない場合には、当該目標面が存在する方向を前記表示画面上に表示する目標面方向ガイド部をさらに備えることを特徴とする建設機械。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の建設機械において、
前記制御ユニットは、前記記憶部に記憶された前記目標面のデータから、前記作業具の位置を基準とする所定範囲に含まれるデータを抽出するデータ抽出部をさらに備え、
前記目標面表示制御部は、前記データ抽出部で抽出されたデータに基づいて前記目標面の画像を前記表示画面に表示することを特徴とする建設機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業装置の先端に設けられた作業具で所定の目標面を形成するに際に用いられる建設機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
建設機械の作業装置の先端に設けられた作業具で掘削作業または盛土作業を行うことで所定の目標形状を形成するに際して、その目標形状の一部を成す面（目標面）と作業具の画像を表示画面に表示することで両者の位置関係を明示して掘削作業を支援する建設機械の表示システムが知られている。
【０００３】
特開２００１−１２３４７６号公報には、表示画面の縮尺を作業具（バケット）と目標面の鉛直距離に応じて変更することで、作業具と目標面（目標掘削面）の鉛直距離が変化しても目標面と作業具の双方を表示画面内に収めることができる表示システムが開示されている。
【０００４】
また、特開２０１２−２３３４０４号公報には、建設機械（掘削機械）と目標面（表示対象面）を表示画面（案内画面）に表示する際に、目標面の断面の上端の高さ位置を示す上部境界線の位置と、目標面の断面の下端の高さ位置を示す下部境界線の位置とを算出し、その算出した上部境界線あるいは下部境界線と建設機械の位置との上下方向の位置関係によって表示画面の表示範囲を決定し、これにより表示画面における目標面の表示位置を上下方向に移動する表示システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１２３４７６号公報
【特許文献２】特開２０１２−２３３４０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
掘削作業中には、作業具の現在位置の周辺の目標面の形状だけでなく、これから作業具を移動させるつもりの場所の周辺の目標面の形状（例えば、表示画面外や表示画面の端に存在する目標面の形状）をオペレータが予め把握したい場合がある。例えば、目標形状の表面を目標面に合わせて平らにする仕上げ作業（均し作業）では、作業具の先端を上下方向に繰り返し移動させて掘削対象を積極的に掘り進めるよりも、平面（目標面）を形成するために目標面付近で建設機械の前後方向に作業具を移動させることが多くなる。そのため、作業具の現在位置よりも前方の目標面を予め把握できた方が仕上げ作業をスムーズに進め易いことがある。
【０００７】
この点に関し、特開２００１−１２３４７６号公報の技術は、作業具の現在位置を基準にして表示範囲を決定しているので、目標面の形状把握を所望する場所の近傍まで作業具を実際に移動させないとその形状が画面上に表れないことがある。
【０００８】
一方、特開２０１２−２３３４０４号公報の技術は、掘削機械の上下方向における現在位置を基準にして表示範囲を決定しているので、目標面の形状把握を所望する場所の近傍まで掘削機械を実際に移動させないとその形状が画面上に表れないことがある。また、建設機械の運転室内に搭載されるディスプレイには、通常、建設機械を操作する際に必要となる種々の情報（例えば、通常、残燃料、エンジン回転数、エラー情報、周囲を撮影するカメラの情報および作業モード情報等）を表示する必要があるため、掘削機械と目標面を表示するスペースに限りがある。そのため、掘削機械と目標面を表示する際の範囲を拡張して目標面の形状の把握が可能な範囲を拡げると、掘削機械及び作業具と目標面の画像サイズが小さくなり、掘削機械及び作業具の現在位置と目標面の形状の把握が困難になる可能性が高い。
【０００９】
したがって、上記２文献の技術では、例えば、作業具の移動先の目標面の形状がオペレータの予測したものと異なった場合には、目標面の形状が判明した時点ではじめて作業具の位置の修正操作が必要となりスムーズな仕上げ作業が阻害されるおそれがある。
【００１０】
本発明の目的は、作業具の移動方向に位置する目標面の形状が容易に把握できる建設機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、先端に設けられた作業具で所定の目標面を掘削するための作業装置と、前記作業装置を操作するための操作装置と、前記作業具の画像と前記目標面の画像を表示画面に表示して前記作業具と前記目標面の位置関係を示す表示装置と、前記表示装置の表示を制御する制御ユニットとを備える建設機械において、前記制御ユニットは、前記作業装置の位置と姿勢に関する状態量に基づいて第１座標系における前記作業具の位置と姿勢を演算する位置・姿勢演算部と、前記第１座標系における前記目標面の位置が記憶された記憶部と、前記表示画面に設定された第２座標系に設定した基準位置に前記作業具の画像を、前記第１座標系における前記作業具の位置と姿勢に基づいて表示する作業具表示制御部と、前記表示画面上の前記基準位置に前記作業具の画像を表示したときに前記表示画面内に含まれる前記目標面の画像を、前記第１座標系における前記作業具の位置と姿勢と前記目標面の位置とに基づいて、前記表示画面に表示する目標面表示制御部とを有し、前記制御ユニットは、さらに、前記位置・姿勢演算部の演算値と、前記操作装置の操作量の少なくとも一方に基づいて前記作業具の予測移動方向を演算する移動方向演算部を有し、前記作業具表示制御部は、前記移動方向演算部で前記作業具の移動が予測された場合、前記表示画面上における前記作業具の画像の表示位置を前記予測移動方向に応じて前記基準位置から他の位置に変更し、前記他の位置は、前記表示画面上で前記作業具の画像から前記予測移動方向側に位置する領域の面積が、前記作業具の画像を前記基準位置に表示する場合よりも広くなるように前記第２座標系に設定された位置であり、
前記目標面表示制御部は、前記移動方向演算部で前記作業具の移動が予測された場合、前記表示画面上の前記他の位置に前記作業具の画像を表示したときに前記表示画面内に含まれる前記目標面の画像を、前記第１座標系における前記作業具の位置と姿勢と前記目標面の位置とに基づいて、前記表示画面に表示することを特徴とする建設機械。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、作業具の移動方向に位置する領域が表示画面上で広く映し出されるので、作業具の移動方向に位置する目標面の形状が容易に把握できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る油圧ショベルの回路図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る油圧ショベルの外観図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る制御ユニットのハードウェア構成図。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る制御ユニットの機能ブロック図。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る距離演算部１１０の機能ブロック図。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る油圧ショベルの座標系（Ｘ−Ｚ座標系）及び各部の寸法の説明図。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る合成表示部１１１の機能ブロック図。
【図８】本発明の第１の実施の形態に係る移動方向演算部１１１ｂが実行する処理のフローチャート。
【図９】本発明の第１の実施の形態に係るモニタの表示画面の座標系（Ｕ−Ｗ座標系）及びバケット画像の爪先位置の説明図。
【図１０】本発明の第１の実施の形態に係る表示位置補正部１１１ｃが実行する処理のフローチャート。
【図１１Ａ】本発明の第１の実施の形態に係る建設機械の表示システムによる表示画面の一例を示す図。
【図１１Ｂ】本発明の第１の実施の形態に係る建設機械の表示システムによる表示画面の一例を示す図。
【図１１Ｃ】本発明の第１の実施の形態に係る建設機械の表示システムによる表示画面の一例を示す図。
【図１２Ａ】本発明の第１の実施の形態に係る建設機械の表示システムによる表示画面の一例を示す図。
【図１２Ｂ】本発明の第１の実施の形態に係る建設機械の表示システムによる表示画面の一例を示す図。
【図１３】本発明の第１の実施の形態に係るモニタの表示画面上でのバケット画像の爪先位置の他の決定方法についての説明図。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る油圧ショベルの回路図。
【図１５】本発明の第１の実施の形態に係る制御ユニット及び目標面演算ユニットの機能ブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、本稿では、建設機械の表示システムを油圧ショベルに適用した例について説明するが、以下の実施の形態の適用対象は油圧ショベルに限らず、作業装置を有し、その作業装置の先端に設けられた作業具で掘削作業または盛土作業により所定の目標面を形成する建設機械であれば適用可能である。
【００１５】
図１に示す油圧ショベルは、油圧ポンプ２と、この油圧ポンプ２からの圧油により駆動されるブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃ、旋回モータ３ｄ及び左右の走行モータ３ｅ，３ｆを含む複数の油圧アクチュエータと、これら油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆのそれぞれに対応して設けられた複数の操作レバー装置４ａ〜４ｆと、これら操作レバー装置４ａ〜４ｆによって制御され、油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆに供給される圧油の流量を制御する複数の流量制御弁５ａ〜５ｆと、油圧ポンプ２の吐出圧力が設定値以上になった場合に開くリリーフ弁６と、操作レバー装置４ａ〜４ｆの操作信号を入力し流量制御弁５ａ〜５ｆを制御する機能を有する制御ユニット９とを有し、これらは油圧ショベルの被駆動部材を駆動する油圧駆動装置を構成している。
【００１６】
本実施形態では、操作レバー装置４ａ〜４ｆは、操作信号として電気信号を出力する電気レバー装置であり、流量制御弁５ａ〜５ｆは電気信号をパイロット圧に変換する電気油圧変換装置、例えば比例電磁弁を両端に備えた電気・油圧操作方式の弁である。制御ユニット９は、操作レバー装置４ａ〜４ｆの操作信号を入力し、入力信号に応じた流量制御弁駆動信号を生成して流量制御弁５ａ〜５ｆを駆動・制御する。
【００１７】
また、図２に示すように、油圧ショベルは、上部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅからなる車体１Ｂと、垂直方向にそれぞれ回動するブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃからなり上部旋回体１ｄの前方に取り付けられた多関節型の作業装置１Ａとで構成され、作業装置１Ａのブーム１ａの基端は上部旋回体１ｄの前部に支持されている。
【００１８】
図２のブーム１ａ、アーム１ｂ、バケット１ｃ、上部旋回体１ｄ及び下部走行体１ｅは、それぞれ、図１に示すブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂ、バケットシリンダ３ｃ、旋回モータ３ｄ及び左右の走行モータ３ｅ，３ｆによりそれぞれ駆動され、それらの動作は操作レバー装置４ａ〜４ｆにより指示される。
【００１９】
以上のような油圧ショベルに本実施形態に係わる掘削制御装置と作業状態表示装置が設けられている。これらの装置は、目標面の設定に用いられる設定器７と、ブーム１ａ，アーム１ｂ及びバケット１ｃのそれぞれの回動支点に設けられ、作業装置１Ａの位置と姿勢に関する状態量としてそれぞれの回動角を検出する角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃと、運転室内に設置された表示モニタ（表示装置）１２と、後述する処理機能を実行するコンピュータ（例えばマイクロコンピュータ）である制御ユニット９とを備えている。
【００２０】
図３に、制御ユニット９のハードウェア構成を示す。制御ユニット９は、入力部９１と、プロセッサである中央処理装置（ＣＰＵ）９２と、記憶装置であるリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）９３及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）９４と、出力部９５とを有している。入力部９１は、操作レバー装置４ａ〜４ｆからの操作信号、設定器７からの指示信号（設定信号及びメインスイッチ信号）、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃからの角度信号を入力し、Ａ／Ｄ変換を行う。ＲＯＭ９３は、制御プログラム（後述）が記憶された記録媒体であり、ＣＰＵ９２は、ＲＯＭ９３に記憶された制御プログラムに従って入力部９１及びメモリ９３，９４から取り入れた信号に対して所定の演算処理を行う。出力部９５は、ＣＰＵ９２での演算結果に応じた出力用の信号を作成し、その信号を流量制御弁５ａ〜５ｆやモニタ１２に出力することで、油圧アクチュエータ３ａ〜３ｆを駆動・制御したり、車体１Ｂ、バケット１ｃ及び目標面等の画像をモニタ１２の表示画面上に表示させたりする。なお、図３の制御ユニット９は、記憶装置としてＲＯＭ９３及びＲＡＭ９４という半導体メモリを備えているが、ハードディスクドライブ等の磁気記憶装置を備え、これに制御プログラムを記憶しても良い。
【００２１】
設定器７は、例えば操作レバー装置４ａ〜４ｆのグリップ上に設けられた複数のスイッチ又はこれに類する操作装置で構成されている。本実施の形態の設定器７は、目標面の設定に用いられるスイッチ７ａと、一旦設定された目標面を解除するスイッチ７ｂを備えている。スイッチ７ａが押下されるとそのときのバケット１ｃの爪先の位置が制御ユニット９に記憶される。スイッチ７ａの押下操作を繰り返すと２点以上の地点が制御ユニット９に記憶され、当該２点以上の地点で定義される形状により目標面が設定される。一方、スイッチ７ｂが押下されるとスイッチ７ａにより設定された目標面が解除できる。
【００２２】
なお、本実施の形態では、スイッチ７ａにより定義される全ての点は後述するＸ−Ｚ座標（図６参照）上に設定するものとし、Ｘ−Ｚ座標上の２点で定義される直線（線分）を含みかつＸ−Ｚ座標が形成する面に直交する面を目標面とすることで、２点による目標面の設定を可能としている。
【００２３】
スイッチ７ａにより設定された目標面は、モニタ１２上に模式図として表示したり数値で表示したりして、設定された目標面をオペレータが確認できるように構成しても良い。
【００２４】
図４に、制御ユニット９のＲＯＭ９３に記憶された制御プログラムの概要を機能ブロック図で示す。制御ユニット９は、掘削制御を行う掘削制御部１０と、目標面の設定処理と共にモニタ１２の表示処理を行う設定・表示処理部１１とを有している。掘削制御部１０は、操作レバー装置４ａ〜４ｆからの操作信号に基づいて流量制御弁５ａ〜５ｆに対する指令信号を生成する処理を行う。
【００２５】
設定・表示処理部１１は、設定器７から出力された信号に基づいて、油圧ショベルの座標系（図６参照）に対して目標面を演算・設定し、その目標面の模式図（画像）をモニタ１２に表示する。また、設定・表示処理部１１は、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃの検出信号に基づいてバケット１ｃの位置と姿勢を演算し、その演算した位置と姿勢のバケット１ｃを油圧ショベル側面から眺めた場合の模式図（画像）をモニタ１２に表示する。これにより油圧ショベル側面から眺めた場合のバケット１ｃと目標面の模式図を合成処理され、モニタ１２に表示される。
【００２６】
設定・表示処理部１１は、距離演算部１１０と合成処理部１１１とを備えている。距離演算部１１０は、角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃの検出信号からの信号を入力し、バケット１ｃの姿勢を演算して、その姿勢と設定された目標面との位置関係からバケット１ｃの爪先と目標面との鉛直距離を演算する。合成処理部１１１は、バケット１ｃの姿勢と目標面との鉛直距離と目標面の位置及び勾配からバケット１ｃと目標面との相対的な位置関係を演算し、油圧ショベル側面から眺めた場合のバケット１ｃと目標面の模式図を合成処理し、運転室内に設置された表示モニタ１２上に表示する。
【００２７】
次に、図５を用いて、距離演算部１１０の処理機能について説明する。図５は、距離演算部１１０の処理機能をブロック図で表したものであり、距離演算部１１０は、バケット１ｃの位置・姿勢演算部１１０ａと、車体１Ｂと目標面の位置関係演算・記憶部１１０ｂと、バケット爪先と目標面の距離演算部１１０ｃとを備えている。
【００２８】
バケット位置・姿勢演算部１１０ａは、図６に示す油圧ショベルの座標系及び各部寸法に基づいてバケット爪先のＸ−Ｚ座標（Ｐvx，Ｐvz）を、以下の式（１）、（２）より演算する。LVはバケット爪先からバケット回動中心まで距離であり、LAはバケット回動中心からアーム回動中心までの距離であり、LBはアーム回動中心からブーム回動中心までの距離である。ブーム回動中心の座標は（LF1，LF2）とする。  
Ｐvx＝LV×cos（αB＋αA＋αV）＋LA×cos（αB＋αA）＋LB×cosαB＋LF１（１）
Ｐvz＝−LV×sin（αB＋αA＋αV）−LA×sin（αB＋αA）−LB×sinαB＋LF２（２）
【００２９】
また、バケットの位置・姿勢演算部１１０ａは、バケット背面の地面に対する角度αＧを、以下の式（３）より演算する。  
αG＝−αB−αA−αV−αtip＋１８０°（３）
【００３０】
車体と目標面の位置関係演算・記憶部１１０ｂは、設定器７のスイッチ７ａから信号が入力された場合、バケット位置・姿勢演算部１１０ａで演算されたバケット爪先座標（Ｐvx，Ｐvz）を記憶する。そして、スイッチ７ａが押され信号が入力されるたびにバケット爪先座標を記憶し、スイッチ７ａが２回以上押された場合（２以上の点が設定された場合）に、その２以上の点により目標面を規定する１次式を演算し、その一次式を目標面の位置を示すものとして記憶する。３以上の点を設定した場合の目標面の設定方法としては、例えば、設定した順に点を結んで描かれるＸ−Ｚ平面上の折れ線により目標面を規定するものや、３点以上設定しても直近の２点のみで目標面を規定するもの等があるが、その他の設定方法でも良い。なお、折れ線で目標面を規定した場合には、目標面を規定する１次式は複数存在することになる（具体的には折れ線を構成する線分の数だけ１次式が存在することになる）。
【００３１】
図６の例では、位置関係演算・記憶部１１０ｂにバケット爪先座標として記憶された点として、４つの点Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４が存在する。これら４点のうちＸ方向において隣り合う２点により折れ線状の目標面が定義されている。
【００３２】
バケット爪先と目標面の距離演算部１１０ｃは、バケットの位置・姿勢演算部１１０ａにおいて演算された現在のバケット爪先座標（Ｐvx，Ｐvz）と、車体と目標面の位置関係演算・記憶部１１０ｂにおいて演算された目標面の一次式とにより、バケット爪先と目標面の鉛直距離Ｌtipを演算する。具体的には、バケット爪先座標（Ｐvx，Ｐvz）と目標面の一次式が規定する直線との距離を鉛直距離Ｌtipとして演算する。なお、目標面を示す一次式（直線）が複数存在する場合には、現在のバケット爪先位置からＺ方向において最も近い位置に存在する直線（つまりバケット爪先の真下又は真上に存在する直線の中で最も近いもの）までの鉛直距離Ｌtipを演算することとする。
【００３３】
次に図７を用いて合成処理部１１１の処理機能について説明する。図７は、合成処理部１１１の処理機能をブロック図で表したものであり、合成処理部１１１は、作業具表示制御部１１１ｅと、移動方向演算部１１１ｂと、目標面表示制御部１１１ｄとを備えている。
【００３４】
作業具表示制御部１１１ｅは、移動方向演算部１１１ｂでバケット１ｃの移動が予測された場合は、モニタ１２の表示画面上でバケット１ｃの画像からその予測移動方向側に位置する領域の面積が、バケット１ｃの画像を基準位置（表示画面上にバケット１ｃの画像を表示する際の基準となる位置のことであり、例えば図９の点Ｃが該当する）に表示する場合よりも広くなるように、予測移動方向に応じてバケット１ｃの画像の表示位置を変更する処理を実行する。また、上記以外の場合（例えば、移動方向演算部１１１ｂによるバケット１ｃの予測移動方向の特定が不能な場合や、予測移動方向に伴うバケット１ｃの画像の表示位置変更処理を行わない場合）、作業具表示制御部１１１ｅはモニタ１２の表示画面上の基準位置にバケット１ｃの画像を表示する。この処理を実行するために、作業具表示制御部１１１ｅは、通常表示決定部１１１ａと、表示位置補正制御部１１１ｃとを備えている。
【００３５】
通常表示決定部１１１ａは、バケット位置・姿勢演算部１１０ａの演算値に基づいて、モニタ１２の表示画面上にバケット１ｃの画像を表示する際の基準となる位置（基準位置）にバケット１ｃの画像を表示する際のバケット１ｃの姿勢を決定する
通常表示決定部１１１ａは、モニタ１２の表示画面上に予め設定した基準位置にバケット１ｃの画像を表示する際の姿勢を、バケット位置・姿勢演算部１１０ａの演算値に基づいて決定する部分である。「基準位置」とは、バケット１ｃの画像の爪先を表示画面上に表示する際の基準となる位置であり、モニタ１２の表示画面に設定した座標系Ｕ−Ｗの座標で設定された点（図９の点Ｃ）である。図９はモニタ１２の表示画面に設定した座標系Ｕ−Ｗの一例を示しており、表示画面の右下が点Ｏに設定されている。図９に太線で示した矩形は表示画面の輪郭を示し、Ｗ方向の表示画面寸法をＭＬＷ、Ｕ方向の表示画面寸法をＭＬＵとする。図９上の点Ｃ（ＭＬＵ／２, ＭＬＷ−ＭＬＵ／４）が基準位置である。
【００３６】
移動方向演算部１１１ｂは、位置・姿勢演算部１１０ａの演算値と、作業装置１Ａを制御する３つの操作レバー４ａ〜４ｃの操作量（操作信号）との少なくとも一方に基づいて、表示画面のＵ−Ｗ平面におけるバケット１ｃの予測移動方向を演算する処理を行う部分である。
【００３７】
ここで、移動方向演算部１１１ｂの処理について、図８のフローチャートを用いて説明する。図８のフローチャートが開始されると、Ｓ１００に進み、３つの操作レバー４ａ〜４ｃのいずれかからの操作信号の入力が移動方向演算部１１１ｂに有るか否かを判断する。
【００３８】
Ｓ１００で操作信号の入力があると判断された場合（すなわち、作業装置１Ａが動作している場合）には、Ｓ１１０に進み、操作レバー４ａ〜４ｃから入力された操作信号と、位置・姿勢演算部１１０ａの演算値から求められるそのときの作業装置１Ａの姿勢とに基づいてバケット１ｃの予測移動方向を演算する。より具体的には、まず、移動方向演算部１１１ｂは、位置・姿勢演算部１１０ａの演算値から求められるそのときのブーム１ａ、アーム１ｂ、バケット１ｃの角度αB，αA，αVを演算する。また、制御ユニット９内の記憶装置には、各操作レバー４ａ〜４ｃの操作量に対する各油圧シリンダ３ａ〜３ｃの動作スピードが記憶されており、移動方向演算部１１１ｂは、角度αB，αA，αVと、各操作レバー４ａ〜４ｃの操作量及びそれから導き出される動作スピードとに基づいてブーム１ａ、アーム１ｂ、バケット１ｃそれぞれの所定制御周期後の回動角を求め、これによりバケット爪先の予測移動方向の演算を行う。
【００３９】
Ｓ１１０の演算で得られる予測移動方向はＸ−Ｚ平面上のベクトルで表されるが、本実施の形態では説明及び処理を簡略化するために当該ベクトルのＸ成分のみを予測移動方向とみなすことにする。すなわち、予測移動方向は図６中の左方向（＋Ｘ方向）または右方向（−Ｘ方向）となる。なお、Ｓ１１０の演算で予測移動方向が特定できない場合（例えば、Ｘ成分が無い場合（上方向または下方向）や、左右方向のいずれに移動するか不明な場合）には「予測不能」とみなすものとする。
【００４０】
一方、Ｓ１００で操作信号の入力が無いと判断された場合（すなわち、作業装置１Ａが静止している場合）には、Ｓ１２０に進み、位置・姿勢演算部１１０ａの演算値から求められるそのときの作業装置１Ａの姿勢のみに基づいてバケット１ｃの予測移動方向を演算する。
【００４１】
Ｓ１２０における作業装置１Ａの姿勢のみによる予測移動方向の演算方法の一例として、本実施の形態では次の方法を採用している。まず、図６中に示したように、ブーム１ａ、アーム１ｂ及びバケット１ｃを動作させたときにバケット１ｃの爪先の到達可能な水平距離の最大値をＲmaxとし、さらに、上部旋回体１ｄの旋回中心からＲmaxに向かって順番に３つの閉領域（第１領域Ｓ１、第２領域Ｓ２、第３領域Ｓ３）を設定する。そして、作業装置１Ａの姿勢に基づいて、（１）バケット爪先が第３領域Ｓ３内にあると判断された場合には、その後第２領域Ｓ２の方向に向かってバケット１ｃが移動するとみなして、上部旋回体１ｄに近づく方向（図６中の−Ｘ方向）をバケット１ｃの予測移動方向とし、また、（２）バケット爪先が第１領域Ｓ１内にあると判断された場合には、その後第２領域Ｓ２の方向に向かってバケット１ｃが移動するとみなして、上部旋回体１ｄから離れる方向（図６中の＋Ｘ方向）をバケット１ｃの予測移動方向とし、（３）バケット爪先が第２領域Ｓ２内にあると判断された場合には、上部旋回体１ｄに近づく方向と離れる方向のいずれにも動く可能性があるため予測移動方向の特定不能（予測不能）と判断する。
【００４２】
Ｓ１１０又はＳ１２０の処理が終了したら、移動方向演算部１１１ｂは演算した予測移動方向を表示位置補正部１１１ｃに出力し、次の制御周期まで待機する。
【００４３】
通常表示決定部１１１ａは、モニタ１２の表示画面上の基準位置にバケット１ｃの画像を表示する場合の表示態様（通常表示）を決定する部分である。本実施の形態の通常表示決定部１１１ａは、バケット１ｃの画像を基準位置に表示する場合の当該画像の「姿勢」を、バケット位置・姿勢演算部１１０ａの演算値に基づいて決定している。具体的には、バケットの位置・姿勢演算部１１０ａによって演算されたバケット背面の地面に対する角度αＧを利用し、その角度αＧだけバケット背面を傾けたバケット側面図（一方の側面を含む正投影図）の画像をバケット画像として表示する。バケット側面図の画像は、バケット１ｃの側面の図面や写真等を適切な尺度で表示したものだけでなく、爪先が認識できればデフォルメしたものでも良い。また、バケット側面図の画像の縮尺は予め設定した値とする。縮尺を固定にしておくと、縮尺を変更する場合に比べてオペレータがバケット爪先と目標面との距離感を把握し易くなる。
【００４４】
上記の処理により、通常表示決定部１１１ａによる通常表示は、角度αＧだけバケット背面を傾けた所定の縮尺のバケット画像（バケット側面図の画像）を、その画像の爪先が基準位置Ｃに位置するように表示したものとなる。
【００４５】
表示位置補正部１１１ｃは、移動方向演算部１１１ｂの演算した予測移動方向に応じて、表示画面上におけるバケット画像の表示位置を基準位置（点Ｃ）から変更する処理を実行する部分である。通常表示決定部１１１ａで決定したバケット画像の姿勢は、表示位置補正部１１１ｃによる表示位置の変更処理の後でも保持される。表示位置補正部１１１ｃには、通常表示決定部１１１ａの決定した表示位置（基準位置Ｃ）及びバケット画像の姿勢と、移動方向演算部１１１ｂの演算した予測移動方向とが入力されている。
【００４６】
表示位置補正部１１１ｃの処理について、図１０のフローチャートを用いて説明する。図１０のフローチャートが開始されると、まず、移動方向演算部１１１ｂの演算した予測移動方向が＋Ｘ方向か否かを判断（Ｓ２００）し、＋Ｘ方向（上部旋回体１ｄから離れる方向）である場合には、バケット画像の爪先位置を基準位置Ｃから点Ｆ（図９参照）に変更し、点Ｆに爪先が位置するようにバケット画像を表示する（Ｓ２１０）。点Ｆの座標は（ＭＬＵ／４, ＭＬＷ−ＭＬＵ／４）である。点Ｃよりも上部旋回体１ｄに近い位置に点Ｆを設定しているので、バケット画像を点Ｆに表示したときに表示画面上でバケット画像から予測移動方向側（＋Ｘ方向（＋Ｕ方向））に位置する領域の面積は、バケット画像を点Ｃ（ＭＬＵ／２, ＭＬＷ−ＭＬＵ／４）に表示する場合よりも広くなる。そして、表示位置補正部１１１ｃは、点Ｆに爪先を表示することを目標面表示制御部１１１ｄに出力する。
【００４７】
Ｓ２００で予測移動方向が＋Ｘ方向でないと判断された場合には、次に予測移動方向が−Ｘ方向（上部旋回体１ｄに近づく方向）か否かを判断する（Ｓ２２０）。Ｓ２２０で−Ｘ方向であると判断された場合には、表示位置補正部１１１ｃは、バケット画像の爪先位置を基準位置Ｃから点Ｎ（図９参照）に変更し、点Ｎに爪先が位置するようにバケット画像を表示する（Ｓ２３０）。点Ｎの座標は（３ＭＬＵ／４, ＭＬＷ−ＭＬＵ／４）である。点Ｃよりも上部旋回体１ｄから遠ざかる位置に点Ｎを設定しているので、バケット画像を点Ｎに表示したときに表示画面上でバケット画像から予測移動方向側（−Ｘ方向（−Ｕ方向））に位置する領域の面積は、バケット画像を点Ｃ（ＭＬＵ／２, ＭＬＷ−ＭＬＵ／４）に表示する場合よりも広くなる。そして、表示位置補正部１１１ｃは、点Ｎに爪先を表示することを目標面表示制御部１１１ｄに出力する。
【００４８】
Ｓ２２０で予測移動方向が−Ｘ方向でないと判断された場合（例えば、予測移動方向が特定不能（予測不能）の場合）には、表示位置補正部１１１ｃは、バケット画像の爪先位置を基準位置Ｃのままとし、点Ｃに爪先が位置するようにバケット画像を表示する（Ｓ２４０）。また、表示位置補正部１１１ｃは、点Ｃに爪先を表示することを目標面表示制御部１１１ｄに出力する。
【００４９】
Ｓ２１０、２３０、２４０でバケット画像を表示画面上に表示するに際して、３点Ｃ，Ｆ，Ｎのいずれかの座標と、所定の縮尺係数と、角度αＧの情報を利用して、バケット画像を描画する。所定の縮尺係数とは、バケット画像の全体が表示画面上に表示されるような値又は範囲に予め設定された１未満の数値である。
【００５０】
なお、図９に示した例における３点Ｃ，Ｆ，ＮのＷ座標（Ｍｖｗ）は「ＭＬＷ−ＭＬＵ／４」で共通であり、各点のＵ座標（Ｍｖｕ）は表示画面の横幅（ＭＬＵ）を４等分する点を基準に定めたが、これは一例に過ぎず、０から＋Ｕ方向に沿って３点Ｆ，Ｃ，Ｎがこの順番で配置されるのであれば、当該３点のＵ座標は上記の値である必要はなく、また、当該３点のＷ座標は上記のように同一である必要はない。
【００５１】
図７に戻り、目標面表示制御部１１１ｄは、作業具表示制御部１１１ｅ（通常表示決定部１１１ａ及び表示位置補正制御部１１１ｃ）で決定された表示位置（点Ｃ，Ｆ，Ｎのいずれか）にバケット画像を表示したときに表示画面内に含まれる目標面の輪郭の画像を表示画面に表示する処理を実行する部分である。
【００５２】
表示画面上に目標面を表示する際には、Ｘ−Ｙ平面に対するＵ−Ｗ平面の縮尺（表示画面の縮尺）と、Ｘ−Ｙ平面とＵ−Ｗ平面におけるバケット爪先位置の座標と、Ｘ−Ｙ平面における目標面の位置情報と、Ｘ−Ｙ平面におけるバケット爪先と目標面の鉛直距離Ｌtipとを利用する。
【００５３】
以上の演算結果を表示画面に表示した例を図１１Ａ、図１１Ｂ、図１１Ｃに示す。図１１Ａはバケットが−Ｘ方向に動くと判断された場合（図１０のＳ２３０を通過した場合）の表示画面例で、図１１Ｂはバケットが＋Ｘ方向に動くと判断された場合（図１０のＳ２１０を通過した場合）の表示画面例で、図１１Ｃはバケットが＋Ｘ方向と−Ｘ方向のどちらに動くか不明であると判断された場合（図１０のＳ２４０を通過した場合）の表示画面例である。なお、図１１中には点Ｎ，Ｃ，Ｆを表示しているが、これは図９と図１１の関係性の把握を容易にするためのものであり、実際の画面上では点Ｎ，Ｃ，Ｆは非表示とするのが好ましい。
【００５４】
上記のように構成された本実施の形態に係る建設機械の表示システムによれば、バケット１ｃの予測移動方向が−Ｘ方向と判断された場合には、図１１Ａのように点Ｎにバケット画像５０の爪先が表示され、バケット画像５０から−Ｘ方向（予測移動方向）に位置する領域が表示画面上で広く映し出されるので、バケット１ｃの移動方向（−Ｘ方向）に位置する目標面５６の形状を容易に把握できる。同様に、バケット１ｃの予測移動方向が＋Ｘ方向と判断された場合には、図１１Ｂのように点Ｆにバケット画像５０の爪先が表示され、バケット画像から＋Ｘ方向（予測移動方向）に位置する領域が表示画面上で広く映し出されるので、バケット１ｃの移動方向（＋Ｘ方向）に位置する目標面５２の形状を容易に把握できる。また、バケット１ｃの予測移動方向が特定不能の場合には、図１１Ｃのように点Ｃにバケット画像５０の爪先が表示され、バケット画像から＋Ｘ方向に位置する領域と−Ｘ方向に位置する領域の面積が略同じになるので、バケット１ｃをいずれの方向に移動させてもその移動方向に位置する目標面５２，５６の形状を把握できる。
【００５５】
また、モニタ１２の表示画面上では、バケットと目標面の画像を表示するスペースに限りがあるが、本実施の形態のようにバケット１ｃの予測移動方向に応じてバケット画像の表示位置を変更すると予測移動方向に応じて目標面が表示されるスペースを変更できるので、作業具の移動方向に位置する目標面の形状把握が表示画面のサイズを保持したままでも容易となる。
【００５６】
ところで、バケット爪先から垂直上方向又は垂直下方向に位置する目標面（つまり、バケット爪先の真下又は真上に位置する目標面）からバケット爪先までの距離が充分に離れていて表示画面上に当該目標面を表示できない場合がある。この場合には、当該目標面が存在する方向を文字、図形、記号等（例えば矢印）で表示画面上に表示したり、当該目標面が存在する方向を音声ガイドしたりする目標面方向ガイド部１１１ｆ（図７参照）をさらに備えることが好ましい。
【００５７】
本実施の形態の目標面方向ガイド部１１１ｆには、目標面表示制御部１１１ｄからバケット１ｃの表示位置が入力されており、車体と目標面の位置関係演算・記憶部１１０ｂから目標面の位置情報が入力されている。目標面方向ガイド部１１１ｆはこれらの入力情報に基づいて、バケット爪先の真下又は真上に位置する目標面は表示画面内に表示可能か否かの判断を行い、当該目標面の表示が不可能である（つまり当該目標面は表示画面外に存在する）と判断された場合には当該目標面の存在する方向を記号（矢印６０）で表示画面上に表示する。
【００５８】
表示画面外に存在する目標面の方向を矢印６０の画像で示した表示画面の例を図１２Ａ、図１２Ｂに示す。図１２Ａはバケット爪先の真下に位置する目標面が表示画面外に存在するため、表示画面の下端を示す矢印６０の画像が表示された表示画面例である。図１２Ｂはバケット爪先の真上に位置する目標面が表示画面外に存在するため、表示画面の上端を示す矢印６０の画像が表示された表示画面例である。なお、図１２Ｂのようにバケット１ｃの情報に目標面が位置する具体的な場面としては、盛り土をするときや目標面を掘削し過ぎたときが該当する。
【００５９】
図１２Ａと図１２Ｂの例では目標面の一部が表示されているが、表示画面の縮尺を所定の値に保持した場合等には、バケット画像５０のみが画面上に表れ、目標面が全く表れないこともある。このように目標面の把握が難しい場合又は全くできない場合において、上記のように目標面方向ガイド部１１１ｆを備えた建設機械の表示システムを用いれば、表示画面上に目標面が表れない場合でも、表示画面外に存在する目標面がどちらの方向に存在するかを容易に把握することができる。これにより目標面の形状を把握するために無駄な操作を行う必要が無くなり、作業効率の低下を防止できる。
【００６０】
なお、上記の例では画面に表示される矢印６０の長さは一定としたが、バケット爪先から目標面までの距離に応じて矢印の長さを変更して表示しても良い。
【００６１】
また、図１２Ａ、図１２Ｂでは、バケット画像５０の爪先が点Ｃ（図示せず）に位置する場合を例に挙げて説明したが、爪先が点Ｆや点Ｎに位置した場合も同様であることはいうまでもない。
【００６２】
さらに、上記の例では、バケット爪先の真下又は真上に位置する目標面の存在する方向を表示画面上に表示したが、バケット爪先から最も近い目標面の存在する方向を表示画面上に表示しても良いし、その他の条件を満たす目標面の存在する方向を表示画面上に表示しても良い。要は、特定の条件を満たす目標面の存在する方向を表示画面上に表示すれば良い。
【００６３】
ところで、上記では図８のＳ１１０及びＳ１２０において、説明及び処理の簡略化の観点から予測移動方向をＸ成分のみで定義したが、Ｓ１１０及びＳ１２０のいずれの場合もＺ成分も考慮して予測移動方向を求めても良い。この場合のバケット画像の爪先位置の決定方法としては例えば次のようなものがある。まず、Ｓ１１０又はＳ１２０で演算された予測移動方向のベクトルの逆ベクトルをＸＺ座標系上で生成し、これに所定の縮尺係数を乗じる等してＵＷ座標系上のベクトルに変換する。そして、当該変換後の逆ベクトルの始点が基準位置Ｃ（ＭＬＵ／２，ＭＬＷ／２）に一致するようにＵＷ座標上で移動し、移動後の逆ベクトルＶ１ｒ上またはその延長線上で基準位置Ｃから所定距離Ｒ離れた点をバケット画像の爪先を表示する位置Ｐに設定する（図１３参照）。つまり、移動方向演算部１１１ｂで演算された予測移動方向の反対方向に向かって基準位置Ｃから所定距離Ｒ離れた位置を、表示画面上におけるバケット画像の表示位置Ｐとする。このようにバケット画像の表示位置を設定すると、予測移動方向とは反対方向にバケット画像が表示され、予測移動方向側にはスペースが確保されることになるので、当該スペースに位置する目標面を表示画面に表示できるようになる。
【００６４】
なお、図１３では基準位置Ｃを表示画面の中心に設定したが、その他の位置に設定しても構わない。図１３のベクトルＶ１は、ＸＺ座標系上で生成した予測移動方向のベクトルをＵＷ座標系上のベクトルに変換したものである。
【００６５】
上記では、予測移動方向のみに基づいてバケット画像の爪先の表示位置を変更したが、予測移動方向に加えて予測移動速度も推測し、予測移動方向および予測移動速度に基づいてバケット画像の爪先の表示位置を変更しても良い。予測移動速度は、所定距離Ｒ（図１３参照）の値を決定する際に利用し、例えば、予測移動速度と距離Ｒに比例関係が成立するように両者を関連づける方法がある。このように設定すると、予測移動速度が大きい場合にはバケット画像が表示画面の周囲に配置され、予測移動速度が小さい場合にはバケット画像が表示画面の中央近傍に配置されることになる。つまり、予測移動速度の大きさに応じて確保されるスペースの大きさを大きくできる。
【００６６】
上記の図８のＳ１１０では、操作レバー４ａ〜４ｃの操作信号と作業装置１Ａの姿勢に基づいてバケット１ｃの予測移動方向を演算したが、操作レバー４ａ〜４ｃの操作信号のみに基づいてバケット１ｃの予測移動方向を演算しても良い。この方法を採用した場合、例えば、油圧シリンダ３ａ〜３ｃの少なくとも１つが伸びきって又は縮みきってバケット１ｃを移動できないときにも操作レバー４ａ〜４ｃを操作すれば操作信号は出力されるので、表示画面でのバケット画像の表示位置を、操作レバー４ａ〜４ｃの操作に関連づけることができる一方で、バケット１ｃの移動方向と分離できる。これにより、実際のバケット爪先がＲｍａｘ（図６参照）上に存在しバケット１ｃをＲｍａｘよりも離れた位置に移動できない場合であっても、例えばアームダンプ操作をして予測移動方向が前方であると合成表示部１１１に認識させることで、Ｒｍａｘよりさらに離れた位置における目標面を画面上に表示することができ、オペレータはその形状を把握することができるようになる。
【００６７】
上記では、Ｓ１２０における作業装置１Ａの姿勢のみによる予測移動方向の演算方法の一例として、Ｘ方向に沿って３分割して規定した３つの閉領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に対して予め予測移動方向を関連づけておき、この３つの閉領域のどれにバケット爪先が位置するかに基づいて予測移動方向を推定したが、Ｘ方向に加えてＺ方向にも複数の閉領域を規定し、バケット爪先がどの閉領域に位置するかに基づいて予測移動方向を推定しても良い。Ｘ方向、Ｚ方向の分割数は３に限らず任意の数値の利用が可能である。
【００６８】
作業装置１Ａを制御する３つの操作レバー４ａ〜４ｃのみをバケット１ｃの予測移動方向の演算に利用したが、旋回体１ｄや走行体１ｅを動作させてもバケット１ｃが移動することになるのでこれらを制御する操作レバー４ｄ，４ｅ，４ｆの操作信号を加えて予測移動方向を演算しても良い。
【００６９】
上記の説明では、作業装置１Ａの位置と姿勢に関する状態量を検出するセンサとして角度検出器８ａ，８ｂ，８ｃを利用したが、ブーム１ａ、アーム１ｂおよびバケット１ｃの傾斜角を検出する傾斜角検出器や、ブームシリンダ３ａ、アームシリンダ３ｂおよびバケットシリンダ３ｃの伸縮量を検出する検出器なども利用可能である。
【００７０】
上記の説明ではバケット側面図の画像の縮尺を一定としたが、例えば最も近い目標面とバケット爪先の距離に応じて縮尺を可変にすることで、当該最も近い目標面とバケットが表示画面上に現れるように制御しても良い。
【００７１】
バケット１ｃや目標面の画像とともに、バケットの爪先から目標面までの距離情報や、バケット角度の情報等の文字情報を表示画面上に表示しても良い。
【００７２】
目標面上およびその上方のみ掘削ができるように（バケット爪先が位置するように）、目標面の位置情報とバケット爪先の位置情報に基づいて作業装置の動きを自動的に制御する領域制限と呼ばれる技術を上記の建設機械に搭載しても良い。
【００７３】
上記の説明では、操作レバー４ａ〜４ｃが操作信号として電気信号を出力する電気レバーの場合を例に挙げて説明したが、操作信号として油圧信号を出力する油圧パイロット方式のレバーを利用しても良い。その場合には、操作信号の油圧を圧力センサで検出し、当該検出圧から操作量を計測することができる。
【００７４】
上記の説明では、油圧ショベルを左側面から見たときのバケット画像をモニタ１２の表示画面上に表示する例について説明したが、油圧ショベルを右側面から見たときのバケット画像をモニタ１２上に表示しても良い。また、オペレータの好みに応じて両者を切り替え可能に構成しても良い。
【００７５】
上記では、設定器７を操作して記憶した２点以上のバケット爪先座標に基づいて目標面を設定したが、別途入力装置を設け、当該入力装置を介して入力される目標面の位置及び勾配を示す任意の数値に基づいて目標面を設定しても良い。また、目標面は、例えば、制御ユニット９内の記憶装置または制御ユニット９外の記憶装置（例えば、油圧ショベル外部の記憶装置）に記憶されたものを適宜読み込んで設定するようにしても良い。次に、制御ユニット９外の記憶装置に格納された目標面を利用してバケット１ｃの予測移動方向に存在する目標面を画面上に表示する際の実施の形態について図１４および図１５を用いて説明する。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略することがある。
【００７６】
図１４は、本発明の第２の実施形態による建設機械の表示システムが適用される油圧ショベルの概略構成図である。なお、本実施の形態に係る油圧ショベルの外観および座標については、第１の実施の形態と同じとする。
【００７７】
図１４に示した油圧ショベルは、油圧ショベル又はバケット１ｃ自身のグローバルな位置を検出するための位置検出装置（例えば、ＧＰＳ受信機）１３Ａと、油圧ショベル又はバケット１ｃ自身のグローバルな方位を検出するための方位検出装置（例えば、ＧＰＳ受信機やジャイロセンサ）１３Ｂと、モニタ１２の表示画面に表示する目標面を抽出する目標面演算ユニット９Ｂを備えている。
【００７８】
目標面演算ユニット９Ｂは、コンピュータ（例えばマイクロコンピュータ）であり、制御ユニット９と同様のハードウェア構成を備えている。目面演算ユニット９Ｂと制御ユニット９は相互に情報の通信が可能なインターフェースを備える。
【００７９】
図１５は、制御ユニット９の記憶装置（ＲＯＭ９３）および目標面演算ユニット９Ｂの記憶装置に記憶された制御プログラムの概要を機能ブロックで示した図である。
【００８０】
制御ユニット９は、表示処理部１１と掘削制御部１０に加えて、表示範囲指令部１６を備えている。表示処理部１１は、第１の実施の形態の設定・表示処理部１１の実行する処理から目標面の設定処理を除いたものを実行する。これは、本実施の形態では、目標面のデータを目標面演算ユニット９Ｂから入力しているためである。
【００８１】
目標面演算ユニット９Ｂは、目標面の３次元データが記憶された目標面記憶部１７と、目標面記憶部１７に記憶された目標面の３次元データからバケット１ｃの現在位置を基準とする所定範囲に含まれる目標面のデータを抽出するデータ抽出部１８とを備えている。
【００８２】
本実施の形態のデータ抽出部１８は、２次元目標面生成部１４と、部分的２次元目標面生成部１５を備えている。
【００８３】
２次元目標面生成部１４は、バケット１ｃを含む作業装置１Ａの中心を通過する平面（図６のＸ−Ｚ平面がこの平面に相当する）をバケット１ｃの方位から規定し、当該平面で３次元データを切断して表れる２次元の図形を目標面のデータ（２次元目標面データ）として抽出する。通常、ここで取得される２次元の図形は折れ線となる。
【００８４】
部分的２次元目標面生成部１５は、２次元目標面生成部１４が抽出した２次元目標面データから、バケット１ｃの位置を基準とする所定範囲に含まれるデータを抽出し、これを部分的２次元目標面データとして制御ユニット９内の表示処理部１１に出力する。部分的２次元目標面生成部１５によるデータ抽出の例としては、バケット１ｃの位置を基準として、車体前後方向（＋Ｘ方向及び−Ｘ方向）に所定の距離の範囲内に位置するデータのみを目標面データとする方法や、表示画面上のバケット１ｃの爪先位置（モニタ位置）を表示範囲指令部１６から入力し、そのモニタ位置を基準として、車体前後方向に所定の距離の範囲内に位置するデータのみを目標面データとする方法がある。
【００８５】
表示範囲指令部１６は、表示位置補正部１１１ｃから入力されるバケット爪先のモニタ位置（バケット画像の表示位置）に応じて、２次元目標面データから部分的２次元目標面データを抽出する範囲を部分的２次元目標面生成部１５に出力する。抽出範囲は、バケット爪先位置を基準とした＋Ｘ方向および−Ｘ方向の距離で定義する場合がある。また、通常、２次元目標面データは複数の点（図６の点Ｔ１、点Ｔ２、点Ｔ３、点Ｔ４が該当）を結んで成る折れ線で定義されるので、バケット爪先位置を基準とした＋Ｘ方向および−Ｘ方向の点の数で定義しても良い。また、距離と点の数のいずれで定義する場合も、バケット爪先のモニタ位置は、バケットの予測移動方向に応じて変化するので、モニタ位置の変化に応じて目標面データを抽出する車体前後方向の距離又は点の数を変化させることが好ましい。なお、バケット爪先のモニタ位置（Ｕ−Ｗ座標系）ではなく、グローバル座標系におけるバケット爪先位置に応じて部分的２次元目標面データの抽出範囲を決定する場合には、部分的２次元目標面生成部１５だけで抽出範囲が決定可能であるため、表示範囲指令部１６は省略可能である。
【００８６】
表示処理部１１内の目標面表示制御部１１１ｄは、部分的２次元目標面生成部１５から入力される部分的２次元目標面データに基づいて目標面の画像を表示画面に表示する。
【００８７】
以上のように構成した本実施の形態の建設機械の表示システムによれば、目標面演算ユニット９Ｂと制御ユニット９の間で目標面の送受信を行う場合に、モニタ１２の表示範囲またはそれに近い範囲の目標面のデータに限定して送受信が行われることになるため、送受信されるデータ量の増加を抑制でき、これによりデータの送受信に伴う処理遅延の発生を抑制できる。
【００８８】
なお、上記の説明では、制御ユニット９と目標面演算ユニット９Ｂを別のコンピュータで構成する場合について説明したが、両者を１つのコンピュータで構成しても良い。さらに、制御ユニット９と目標面演算ユニット９Ｂの各機能を３つ以上のコンピュータに適宜分散させても良い。この場合にも、複数のコンピュータ間または単一のコンピュータ内で送受信されるデータ量の増加を抑制できるので処理遅延の発生を抑制できる。
【００８９】
また、上記の説明では目標面の３次元データから２次元目標面データおよび部分的２次元目標面データを抽出したが、目標面の２次元データから部分的２次元目標面データを抽出するように構成しても良い。
【００９０】
なお、本発明は、上記の各実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の各実施の形態で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施の形態に係る構成の一部を、他の実施の形態に係る構成に追加又は置換することが可能である。
【００９１】
また、上記のコンピュータ（制御ユニット９、目標面演算ユニット９Ｂ）に係る各構成や当該各構成の機能及び実行処理等は、それらの一部又は全部をハードウェア（例えば各機能を実行するロジックを集積回路で設計する等）で実現しても良い。また、上記のコンピュータに係る構成は、演算処理装置（例えばＣＰＵ）によって読み出し・実行されることで当該コンピュータの構成に係る各機能が実現されるプログラム（ソフトウェア）としてもよい。当該プログラムに係る情報は、例えば、半導体メモリ（フラッシュメモリ、ＳＳＤ等）、磁気記憶装置（ハードディスクドライブ等）及び記録媒体（磁気ディスク、光ディスク等）等に記憶することができる。
【００９２】
また、上記の各実施の形態の説明では、制御線や情報線は、当該実施の形態の説明に必要であると解されるものを示したが、必ずしも製品に係る全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えて良い。
【符号の説明】
【００９３】
１Ａ…作業装置、１ｃ…バケット（作業具）、８ａ，８ｂ，８ｃ…角度検出器、１２…モニタ、１４…２次元目標面生成部、１５…部分的２次元目標面生成部、１１０ａ…バケット位置・姿勢演算部（位置・姿勢演算部）、１１１ａ…通常表示決定部、１１１ｂ…移動方向演算部、１１１ｃ…表示位置補正部、１１１ｄ…目標面表示制御部、１１１ｅ…作業具表示制御部、１１１ｆ…目標面方向ガイド部、１７…目標面記憶部、１８…データ抽出部、５０…バケット画像（作業具の画像）、５２，５４，５６…目標面の画像
【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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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