挖掘機械的顯示系統、挖掘機械和挖掘機械的顯示方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及挖掘機械的顯示系統、挖掘機械和挖掘機械的顯示方法。
【背景技術】
[0002] -般而言，液壓挖掘機通過由操作員對設置于駕駛席附近的操縱桿進行操作，使 包含鏟斗的作業機械或上部回轉體動作。此時，在挖掘規定坡度的斜面或規定深度的槽等 的情況下，僅通過操作員目視作業機械的動作，難以判斷是否按照設定目標形狀精確地挖 掘。此外，操作員能夠按照設定目標形狀高效且精確地挖掘這種規定坡度的斜面需要熟練 的經驗。因此，例如存在下述技術：在設置于駕駛席附近的顯示裝置中顯示位于作業機械前 端的鏟斗的位置信息，來輔助操作員對操縱桿的操作。例如在專利文獻1中，記載有作為表 示與目標面正對的方向和應使液壓挖掘機回轉的方向的圖標而顯示正對羅盤的技術。
[0003] 專利文獻1 :日本特開2012-172431號公報
【發明內容】
[0004] 在專利文獻1中沒有明確地記載如何使正對羅盤轉動等，考慮到鏟斗的種類、或 者目標面與液壓挖掘機的位置關系等，需要對操作員提示用于使鏟斗與目標面正對的更適 當的信息。
[0005] 本發明的目的在于對操作員提示用于使鏟斗與目標面正對的適當的信息。
[0006] 本發明涉及的挖掘機械的顯示系統，其用于挖掘機械，該挖掘機械能夠使包含具 有鏟斗的作業機械的上部回轉體以規定的回轉中心軸為中心進行回轉，上述挖掘機械的顯 示系統包括：車輛狀態檢測部，其檢測與上述挖掘機械的當前位置和姿勢相關的信息；存 儲部，其至少存儲表示作業對象的目標形狀的目標面的位置信息；以及處理部，其基于包含 通過與上述挖掘機械的當前位置和姿勢相關的信息而求出的上述鏟斗的齒尖的方向的信 息、包含與上述目標面正交的方向的信息和包含上述回轉中心軸的方向的信息，求取為了 使上述鏟斗的齒尖與上述目標面正對所需要的、表示包含上述作業機械的上述上部回轉體 的回轉量的目標回轉信息，并將與所得到的目標回轉信息對應的圖像顯示在顯示裝置中。
[0007] 優選的是，上述處理部，在上述目標回轉信息不確定的情況或者無法求出上述目 標回轉信息的情況下，使顯示在上述顯示裝置中的與上述目標回轉信息對應的圖像的顯示 形式與上述目標回轉信息確定的情況或者能夠求出上述目標回轉信息的情況不同。
[0008] 優選的是，上述處理部，在上述鏟斗的上述齒尖與上述目標面正對之前和正對之 后，使顯示在上述顯示裝置的畫面中的上述圖像的形式不同。
[0009] 優選的是，上述鏟斗通過以第1軸為中心轉動，并且以與上述第1軸正交的第2軸 為中心轉動，使得齒尖相對于與上述第1軸及上述第2軸正交的第3軸傾斜，進而，具有檢 測上述鏟斗的傾斜角度的鏟斗傾斜檢測部，上述處理部基于上述鏟斗的傾斜角檢測部檢測 出的上述鏟斗的傾斜角度、與上述挖掘機械的當前位置和姿勢相關的信息，求取上述鏟斗 的齒尖的方向。
[0010] 本發明涉及的挖掘機械的顯示系統，其用于挖掘機械，該挖掘機械能夠使包含具 有鏟斗的作業機械的上部回轉體以規定的回轉中心軸為中心進行回轉，上述挖掘機械的顯 示系統包括：車輛狀態檢測部，其檢測與上述挖掘機械的當前位置和姿勢相關的信息；存 儲部，其至少存儲表示作業對象的目標形狀的目標面的位置信息；以及處理部，其基于包含 通過與上述挖掘機械的當前位置和姿勢相關的信息而求出的上述鏟斗的齒尖的方向的信 息、包含與上述目標面正交的方向的信息和包含上述回轉中心軸的方向的信息，求取直到 上述鏟斗的齒尖與上述目標面平行為止所需要的、包含上述作業機械的上述上部回轉體的 回轉量來作為目標回轉信息，并將與所得到的目標回轉信息對應的圖像、以及與上述挖掘 機械對應的圖像和與上述目標面對應的圖像一起顯示在顯示裝置中，上述處理部，在上述 鏟斗的上述齒尖與上述目標面正對之前和正對之后，使顯示在上述顯示裝置的畫面中的與 上述目標回轉信息對應的圖像的形式不同。
[0011] 本發明涉及的挖掘機械包括：上部回轉體，其安裝有具有鏟斗的作業機械，以規定 的回轉中心軸為中心進行回轉；以及行駛裝置，其設置于上述上部回轉體的下方。
[0012] 本發明涉及的挖掘機械的顯示方法，其用于挖掘機械，該挖掘機械能夠使包含具 有鏟斗的作業機械的上部回轉體以規定的回轉中心軸為中心進行回轉，其中，基于包含通 過與上述挖掘機械的當前位置和姿勢相關的信息而求出的上述鏟斗的齒尖的方向的信息、 包含與上述目標面正交的方向的信息和包含回轉中心軸的方向的信息，求取為了使上述鏟 斗的齒尖與上述目標面正對所需要的、表示包含上述作業機械的上述上部回轉體的回轉量 的目標回轉信息，將與所得到的目標回轉信息對應的圖像顯示在顯示裝置中。
[0013] 優選的是，在上述目標回轉信息不確定的情況或者無法求出上述目標回轉信息的 情況下，使顯示在上述顯示裝置中的與上述目標回轉信息對應的圖像的顯示形式與上述目 標回轉信息確定的情況或者能夠求出上述目標回轉信息的情況不同。
[0014] 本發明能夠對操作員提示用于使鏟斗與目標面正對的適當的信息。
【附圖說明】
[0015] 圖1是本實施方式涉及的液壓挖掘機的立體圖。
[0016] 圖2是本實施方式涉及的液壓挖掘機具備的鏟斗的正視圖。
[0017] 圖3是本實施方式涉及的液壓挖掘機具備的另一示例涉及的鏟斗的立體圖。
[0018] 圖4是液壓挖掘機的側視圖。
[0019] 圖5是液壓挖掘機的后視圖。
[0020] 圖6是表示液壓挖掘機具備的控制系統的框圖。
[0021] 圖7是表示基于設計地形數據示出的設計地形的圖。
[0022] 圖8是表示引導畫面的一個示例的圖。
[0023] 圖9是表示引導畫面的一個示例的圖。
[0024] 圖10是用于說明鏟斗與目標面正對的圖。
[0025] 圖11是用于說明鏟斗與目標面正對的圖。
[0026] 圖12是用于說明齒尖矢量的圖。
[0027] 圖13是表示目標面的法線矢量的圖。
[0028] 圖14是表示正對羅盤與目標回轉角的關系的圖。
[0029] 圖15是表示姿勢信息顯示控制的一個示例的流程圖。
[0030] 圖16是用于說明求取齒尖矢量的方法的一個示例的圖。
[0031] 圖17是用于說明求取齒尖矢量的方法的一個示例的圖。
[0032] 圖18是用于說明求取齒尖矢量的方法的一個示例的圖。
[0033] 圖19是用于說明求取齒尖矢量的方法的一個示例的圖。
[0034] 圖20是用于說明求取齒尖矢量的方法的一個示例的圖。
[0035] 圖21是用于說明求取目標回轉角度的方法的俯視圖。
[0036] 圖22是用于說明車輛主體坐標的單位矢量的圖。
[0037] 圖23是用于說明齒尖矢量和目標齒尖矢量的圖。
[0038] 圖24是用于說明齒尖矢量和目標齒尖矢量的圖。
[0039] 圖25是用于說明目標回轉角度的圖。
[0040] 圖26是用于說明選擇用于正對羅盤的顯示的第1目標回轉角度或第2目標回轉 角度的方法的俯視圖。
[0041 ] 圖27是表示液壓挖掘機與目標面的關系的圖。
[0042] 圖28是表示液壓挖掘機與目標面的關系的圖。
[0043] 圖29是表示液壓挖掘機與目標面的關系的圖。
[0044] 圖30是表示正對羅盤的圖。
[0045] 圖31是表示目標面、單位矢量和法線矢量的關系的圖。
[0046] 圖32是表示在無法求出目標回轉角度的情況（無解狀態）下的一個示例的概念 圖。
[0047] 圖33是表示在無法求出目標回轉信息的情況下的正對羅盤的顯示示例的圖。
[0048] 圖34a是表示在無法求出目標回轉角度的情況或者目標回轉角度不確定的情況 (不定解狀態）下的一個示例的概念圖。
[0049] 圖34b是表示在無法求出目標回轉角度的情況或者目標回轉角度不確定的情況 (不定解狀態）下的一個示例的概念圖。
[0050] 符號說明
[0051] 1 車輛主體
[0052] 2 作業機械
[0053] 3 上部回轉體
[0054] 4 駕駛室
[0055] 5 行駛裝置
[0056] 6 動臂
[0057] 7 斗桿
[0058] 8 鏟斗
[0059] 8 連接部件
[0060] 9、9a、9b 鏟斗
[0061] 9B、9Ba 刃
[0062] 9T、9Ta、9TC 齒尖
[0063] 9T1 第 1 齒尖
[0064] 9T2 第 2 齒尖
[0065] OTG、OTGa 齒尖列
[0066] 10 動臂缸
[0067] 11 斗桿缸
[0068] 12 鏟斗缸
[0069] 13 傾斜缸
[0070] 14 動臂銷
[0071] 15 斗桿銷
[0072] 16 鏟斗銷
[0073] 17 傾斜銷
[0074] 19 位置檢測部
[0075] 21、22 天線
[0076] 25 操作裝置
[0077] 26 作業機械用電子控制裝置
[0078] 27 車輛控制裝置
[0079] 35 作業機械側存儲部
[0080] 36 運算部
[0081] 37 比例控制閥
[0082] 37W 作業用控制閥
[0083] 37D 行駛用控制閥
[0084] 38 顯示輸入裝置
[0085] 39 顯示控制裝置
[0086] 41 輸入部
[0087] 42 顯示部
[0088] 43 存儲部
[0089] 44 處理部
[0090] 70 設計面
[0091] 70T1 一端部
[0092] 70T2 另一端部
[0093] 73 正對羅盤
[0094] 731 指針
[0095] 100 液壓挖掘機
[0096] 101 顯示系統
[0097] B 齒尖矢量
[0098] B' 目標齒尖矢量
[0099] ez 單位矢量
[0100] LBT 齒尖列線
[0101] N 法線矢量
[0102] α 第！目標回轉角度
[0103] β 第2目標回轉角度
[0104] γ 1 第1方向角
[0105] γ2 第2方向角
【具體實施方式】
[0106] 參照附圖，對用于實施本發明的方式（實施方式）進行詳細說明。
[0107] (挖掘機械的整體結構）
[0108] 圖1是本實施方式涉及的液壓挖掘機100的立體圖。圖2是本實施方式涉及的液 壓挖掘機100具備的鏟斗9的正視圖。圖3是本實施方式涉及的液壓挖掘機100具備的另 一示例涉及的鏟斗9a的立體圖。圖4是液壓挖掘機100的側視圖。圖5是液壓挖掘機100 的后視圖。圖6是表示液壓挖掘機100具備的控制系統的框圖。圖7是表示基于設計地形 數據示出的設計地形的圖。
[0109] 在本實施方式中，作為挖掘機械的液壓挖掘機100具有作為主體部的車輛主體1 和作業機械2。車輛主體1具有作為回轉體的上部回轉體3和行駛裝置5。上部回轉體3 在發動機室3EG的內部收納有未圖示的動力發生裝置和液壓栗等裝置。發動機室3EG配置 在上部回轉體3的一端側。
[0110] 在本實施方式中，液壓挖掘機100例如將柴油發動機等內燃機作為動力發生裝 置，但是液壓挖掘機100不限于此。液壓挖掘機100例如也可以是將內燃機、發電電動機和 蓄電裝置組合而構成的、具備所謂混合動力方式的動力發生裝置的設備等。
[0111] 上部回轉體3具有駕駛室4。駕駛室4載置于上部回轉體3的另一端側。即，駕駛 室4配置在與配置有發動機室3EG的一側相反的一側。在駕駛室4內，如圖6所示，配置有 顯示輸入裝置38和操作裝置25。關于它們將在后文中描述。在上部回轉體3的下方設置 有行駛裝置5。行駛裝置5具有履帶5a、5b。行駛裝置5由未圖示的液壓電動機驅動，通過 履帶5a、5b旋轉而行駛，由此使液壓挖掘機100行駛。作業機械2安裝于上部回轉體3的 駕駛室4的側面一側。
[0112] 此外，液壓挖掘機100也可以具備輪胎來取代履帶5a、5b，其具有通過變速箱將未 圖示的柴油發動機的驅動力傳遞給輪胎而能夠行駛的行駛裝置。作為這種方式的液壓挖掘 機100,例如可以是輪式液壓挖掘機。
[0113] 在上部回轉體3中，配置有作業機械2和駕駛室4的一側為前方，配置有發動機室 3EG的一側為后方。朝向前方左側是上部回轉體3的左側，朝向前方右側是上部回轉體3 的右側。此外，液壓挖掘機100或車輛主體1如果以上部回轉體3為基準，則行駛裝置5的 一側為下方，如果以行駛裝置5為基準，則上部回轉體3的一側為上方。在液壓挖掘機100 設置于水平面的情況下，下方是垂直方向、即重力的作用方向側，上方是與垂直方向相反的 一側。在上部回轉體3的上方設置有扶手3G。如圖1所示，在扶手3G以能夠裝卸的方式 安裝有 RTK_GNSS(Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite Systems，實時動 態-全球導航衛星系統，GNSS稱為全球導航衛星系統）用的2個天線21、22(以下，簡稱為 GNSS 天線 21、22)。
[0114] 作業機械2具有動臂6、斗桿7、鏟斗9、動臂缸10、斗桿缸11、鏟斗缸12和傾斜缸 13。此外，圖1或圖2所示的箭頭SW和箭頭TIL表示鏟斗9能夠轉動的方向。動臂6的基 端部通過動臂銷14能夠轉動地安裝于車輛主體1的前部。斗桿7的基端部通過斗桿銷15 能夠轉動地安裝于動臂6的前端部。在斗桿7的前端部，通過鏟斗銷16安裝有連接部件8。 連接部件8通過傾斜銷17安裝于鏟斗9。連接部件8通過未圖示的銷與鏟斗缸12連接，通 過1產斗缸12進行伸縮，|產斗9轉動（參照圖1所示的SW)。也就是說，|產斗9能夠以與斗桿 7的延伸方向正交的軸為中心轉動地安裝。動臂銷14、斗桿銷15和鏟斗銷16以彼此都平 行的位置關系配置。即，各個銷的中心軸為相互平行的位置關系。
[0115] 此外，以下所示的"正交"是指在空間上2條線（或軸）彼此、線（或軸）與面、或 者面與面等2個對象正交的位置關系。例如在包含一條線（或軸）的平面與包含另一條線 (或軸）的平面平行并且從與這些面中的某個面垂直的方向觀察的情況下，一條線與另一 條線正交的狀態也表現為一條線與另一條線正交。線（軸）與面、面與面的情況也同樣如 此。
[0116] (鏟斗 9)
[0117] 在本實施方式中，鏟斗9有時被稱為傾斜斗。鏟斗9通過連接部件8、進一步通過 鏟斗銷16與斗桿7連接。進而，在連接部件8中，在連接部件8的與安裝鏟斗銷16的一側 相反的鏟斗9 一側，通過傾斜銷17安裝有鏟斗9。傾斜銷17與鏟斗銷16正交。即，包含傾 斜