DE112012000106B4

DE112012000106B4 - Displaysystem in einem Hydraulikbagger und Steuerverfahren dafür

Info

Publication number: DE112012000106B4
Application number: DE112012000106.0T
Authority: DE
Inventors: Azumi Nomura; Takashi Kurihara; Etsuo Fujita; Masao Ando
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2012-02-08
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2032-02-09
Also published as: JP5054832B2; KR101411454B1; US20130158787A1; JP2012172425A; US8942895B2; KR20130038387A; WO2012114869A1; CN103080437A; CN103080437B; DE112012000106T5

Abstract

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Displaysystem in einem Hydraulikbagger und ein Steuerverfahren dafür anzugeben, womit Baggerarbeiten mit Präzision durchgeführt werden können. Das Displaysystem in dem Hydraulikbagger hat eine Recheneinheit und eine Displayeinheit. Die Recheneinheit berechnet den Abstand zwischen einer Modellfläche (45) und der zu dieser Modellfläche (45) am nächsten liegenden Position von den Positionen der Messerkante (C1 bis C5) eines Baggerlöffels (8) in der Breitenrichtung der Messerkante auf der Grundlage von Informationen für die Messerkante und die Modellfläche (45). Die Displayeinheit zeigt ein Leitbild an. Das Leitbild enthält eine Abbildung, die das Positionsverhältnis zwischen der Modellfläche (45) und der Messerkante des Baggerlöffels (8) und eine Information zeigt, die den Abstand zwischen der Modellfläche (45) und der nächstgelegenen Position angibt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Displaysystem in einem Hydraulikbagger und ein Steuerverfahren dafür.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Bei einem Hydraulikbagger wird eine Arbeitsmaschine, die mit einem Baggerlöffel ausgestattet ist, normalerweise bedient, indem der Maschinenführer einen Bedienhebel betätigt. Dabei ist es schwierig für den Maschinenführer, allein durch die Beobachtung der Bewegungen der Maschine festzustellen, ob beim Baggern eines Grabens mit einer vorgegebenen Tiefe oder einer Böschung mit einem vorgegebenen Neigungsgrad präzise die Zielform hergestellt wird. Aus diesem Grund wird bei dem in Patentdokument 1 beschriebenen Displaysystem eines Hydraulikbaggers das Positionsverhältnis zwischen der zu bearbeitenden Zielfläche und einer Messerkante des Baggerlöffels als Abbildung auf einem Monitor angezeigt. Ebenso wird ein numerischer Wert, der den Abstand zwischen der zu bearbeitenden Zielfläche und der Messerkante des Baggerlöffels angibt, auf dem Monitor angezeigt. Dadurch ist ein Maschinenführer in der Lage, die Maschine in geeigneter Weise zu navigieren, so dass eine vorgegebene zu bearbeitende Zielfläche mit dem Bagger bearbeitet wird.
Literatur des Standes der Technik
Patentliteratur

Patentdokument 1: offengelegte japanische Patentanmeldungspublikation JP 2004-068 433 A

Übersicht
Durch die Erfindung zu lösende Probleme
Da jedoch die Messerkante des Baggerlöffels in ihrer Breitenrichtung eine vorgegebene Größe hat, ist der Abstand zwischen der Messerkante des Baggerlöffels und der zu bearbeitenden Zielfläche entlang der Messerkante des Baggerlöffels in deren Breitenrichtung nicht an allen Positionen der gleiche, wenn die Messerkante des Baggerlöffels nicht parallel zu der zu bearbeitenden Zielfläche orientiert ist. Nimmt man beispielsweise den Abstand zwischen der Mitte der Messerkante des Baggerlöffels in deren Breitenrichtung und der zu bearbeitenden Zielfläche als Referenzabstand, kann der Abstand zwischen einem Ende der Messerkante des Baggerlöffels in deren Breitenrichtung und der zu bearbeitenden Zielfläche kleiner sein als der Referenzabstand. Umgekehrt kann der Abstand zwischen dem Ende der Messerkante des Baggerlöffels in deren Breitenrichtung und der zu bearbeitenden Zielfläche auch größer sein als der Referenzabstand. Wenn der Maschinenführer in ersterem Fall einen Baggervorgang durchführt und sich dabei auf den Referenzabstand bezieht, der auf dem Monitor angezeigt wird, könnte dies dazu führen, dass über die zu bearbeitende Zielfläche hinaus gegraben wird. Wenn der Maschinenführer in letzterem Fall einen Baggervorgang durchführt und sich dabei auf den Referenzabstand bezieht, der auf dem Monitor angezeigt wird, könnte es schwierig werden, die zu bearbeitende Zielfläche zu erreichen. Präzises Baggern mit den vorstehend beschriebenen bekannten Displaysystemen ist daher schwierig, selbst wenn dabei auf den Abstand zwischen der Messerkante des Baggerlöffels und der zu bearbeitenden Zielfläche, die auf dem Monitor angezeigt wird, Bezug genommen wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Displaysystem für einen Hydraulikbagger und ein Steuerverfahren dafür anzugeben, womit ein Baggervorgang mit Präzision durchgeführt werden kann.
Mittel zur Lösung des Problems
Ein Displaysystem in einem Hydraulikbagger (oder für einen Hydraulikbagger) gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Displaysystem in einem Hydraulikbagger, der eine Arbeitsmaschine mit einem Baggerlöffel und einen Hauptkörper hat, an dem die Arbeitsmaschine befestigt ist. Das Displaysystem umfasst eine Positionsdetektoreinheit, eine Speichereinheit, eine Recheneinheit und eine Displayeinheit. Die Positionsdetektoreinheit erfasst Informationen bezüglich einer aktuellen Position des Hydraulikbaggers. Die Speichereinheit speichert Positionsinformationen für eine Modellfläche, die die Zielform eines Arbeitsobjekts angibt. Die Recheneinheit berechnet eine Position der Messerkante (kann auch als Schneidkante bezeichnet werden) des Baggerlöffels auf der Basis der Information bezüglich der aktuellen Position des Hydraulikbaggers. Die Recheneinheit berechnet auf der Basis der Positionsinformation für die Messerkante und die Modellfläche den Abstand zwischen der Modellfläche und derjenigen Position, die von den Positionen der Messerkante in der Breitenrichtung der Messerkante am nächsten zur Modellfläche liegt. Die Displayeinheit zeigt ein Leitbild an. Das Leitbild enthält eine Abbildung des Positionsverhältnisses zwischen der Modellfläche und der Messerkante des Baggerlöffels und eine Information, die den Abstand zwischen der Modellfläche und der nächstgelegenen Position angibt.
Ein Displaysystem in einem Hydraulikbagger gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Displaysystem in dem Hydraulikbagger nach dem ersten Aspekt, wobei die Abbildung, die das Positionsverhältnis zwischen der Modellfläche und der Messerkante des Baggerlöffels zeigt, eine Frontalansicht des Baggerlöffels enthält. Die nächstgelegene Position wird in der Frontalansicht des Baggerlöffels ebenfalls angezeigt.
Ein Displaysystem in einem Hydraulikbagger gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Displaysystem in dem Hydraulikbagger nach dem ersten Aspekt, wobei ein Teil der Modellfläche als Zielfläche gewählt wird. Eine Information, die den Abstand zwischen der Zielfläche und der Position angibt, die von den Positionen der Messerkante in der Breitenrichtung der Messerkante am nächsten zur Zielfläche liegt, wird in dem Leitbild ebenfalls angezeigt.
Ein Displaysystem in einem Hydraulikbagger gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Displaysystem in dem Hydraulikbagger nach dem dritten Aspekt, wobei eine Information, die den Abstand zwischen einer die Zielfläche ausschließenden Nichtzielfläche der Modellfläche und einer Position angibt, die von den Positionen der Messerkante in der Breitenrichtung der Messerkante am nächsten zur Nichtzielfläche liegt, unter Verwendung eines Merkmals angezeigt wird, das sich von der Information unterscheidet, die den Abstand zwischen der Zielfläche und der am nächsten zur Zielfläche liegenden Position angibt, wenn die Nichtzielfläche näher zur Messerkante des Baggerlöffels liegt als die Zielfläche.
Ein Displaysystem in einem Hydraulikbagger gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Displaysystem in dem Hydraulikbagger nach dem dritten Aspekt, wobei die Information, die den Abstand zwischen einer äußeren Abgrenzung der Zielfläche und einer Position angibt, die von den Positionen der Messerkante in der Breitenrichtung der Messerkante am nächsten zur äußeren Abgrenzung der Zielfläche liegt, in dem Leitbild angezeigt wird, wenn sich die Messerkante des Baggerlöffels außerhalb eines Bereichs befindet, der senkrecht zur Zielfläche orientiert ist.
Ein Displaysystem in einem Hydraulikbagger gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Displaysystem in dem Hydraulikbagger nach dem fünften Aspekt, wobei in dem Leitbild eine Information angezeigt wird, die angibt, welcher der Abstände zwischen der äußeren Begrenzung der Zielfläche und der Position, die von den Positionen der Messerkante in der Breitenrichtung der Messerkante am nächsten zu äußeren Begrenzung der Zielfläche liegt, und zwischen der Zielfläche und der Position, die von den Positionen der Messerkante in der Breitenrichtung der Messerkante am nächsten zur Zielfläche liegt, der kleinere ist, wenn ein Teil der Messerkante des Baggerlöffels außerhalb eines zur Zielfläche senkrecht orientieren Bereichs und ein anderer Teil der Messerkante des Baggerlöffels innerhalb des zur Zielfläche senkrecht orientierten Bereichs liegt.
Ein Displaysystem in einem Hydraulikbagger gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Displaysystem in dem Hydraulikbagger nach dem dritten Aspekt, wobei in dem Leitbild die Information angezeigt wird, die den Abstand zwischen einer verlängerten Ebene der Zielfläche und der Position angibt, die von den Positionen der Messerkante in der Breitenrichtung der Messerkante am nächsten zu der verlängerten Ebene liegt, wenn sich die Messerkante des Baggerlöffels außerhalb eines Bereichs befindet, der senkrecht zur Zielfläche orientiert ist.
Ein Displaysystem in einem Hydraulikbagger gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Displaysystem in dem Hydraulikbagger nach dem ersten Aspekt, wobei der Abstand zwischen der Modellfläche und einer Position, die in einer Richtung parallel zu einer zur Breitenrichtung senkrechten Ebene am nächsten zur Modellfläche liegt, als der Abstand zwischen der Modellfläche und der nächstgelegenen Position berechnet wird.
Ein Displaysystem in einem Hydraulikbagger gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Displaysystem in dem Hydraulikbagger nach dem ersten Aspekt, wobei der kürzeste Abstand zwischen der Modellfläche und der Position, die in jeder Richtung am nächsten zur Modellfläche liegt, als der Abstand zwischen der Modellfläche und der nächstgelegenen Position berechnet wird.
Ein Displaysystem in einem Hydraulikbagger gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Displaysystem in einem Hydraulikbagger nach dem ersten Aspekt, wobei die Abbildung, die das Positionsverhältnis zwischen der Modellfläche und der Messerkante des Baggerlöffels zeigt, ein Liniensegment enthält, das bei seitlicher Betrachtung einen Querschnitt der Modellfläche darstellt, und wobei ein Bereich, der näher zum Boden liegt als das Liniensegment, und ein Bereich, der näher zur Luft liegt als das Liniensegment, verschiedenfarbig angezeigt werden.
Ein Hydraulikbagger gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist mit einem Displaysystem in dem Hydraulikbagger nach einem der Aspekte eins bis zehn ausgestattet.
Ein Verfahren zum Steuern eines Displaysystems in einem Hydraulikbagger (oder für einen Hydraulikbagger) gemäß einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern eines Displaysystems in einem Hydraulikbagger, der eine Arbeitsmaschine mit einem Baggerlöffel und einen Hauptkörper umfasst, an dem die Arbeitsmaschine befestigt ist. Das Steuerverfahren umfasst die folgenden Schritte. In dem ersten Schritt wird die Information bezüglich einer aktuellen Position des Hydraulikbaggers erfasst. In dem zweiten Schritt wird eine Position der Messerkante (kann auch als Schneidkante bezeichnet werden) des Baggerlöffels auf der Basis der Information bezüglich der aktuellen Position des Hydraulikbaggers berechnet. In dem dritten Schritt wird der Abstand zwischen einer Modellfläche, die eine Zielform des Arbeitsobjekts angibt, und einer Position, die von den Positionen der Messerkante in der Breitenrichtung der Messerkante am nächsten zur Modellfläche liegt, auf der Basis der Positionsinformation für die Modellfläche und der Position der Messerkante des Baggerlöffels berechnet. In dem vierten Schritt wird ein Leitbild angezeigt, das ein Positionsverhältnis zwischen der Modellfläche und der Messerkante des Baggerlöffels und eine Information enthält, die den Abstand zwischen der Modellfläche und der nächstgelegenen Position angibt.
Wirkungen der Erfindung
Bei dem Displaysystem in dem Hydraulikbagger gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Information berechnet, die den Abstand zwischen der Modellfläche und der Position angibt, die von den Positionen der Messerkante in der Breitenrichtung der Messerkante des Baggerlöffels am nächsten zur Modellfläche liegt. Dadurch ist ein Maschinenführer in der Lage, den Abstand von der Modellfläche zu der Position der Messerkante des Baggerlöffels, die am nächsten zur Modellfläche liegt, auf einfache Weise zu ermitteln, auch wenn der Baggerlöffel nicht parallel zur Modellfläche orientiert ist. Dadurch kann der Maschinenführer den Baggervorgang präzise durchführen.
Bei dem Displaysystem in dem Hydraulikbagger gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Maschinenführer die am nächsten zur Modellfläche liegende Position in der Frontalansicht des Baggerlöffels ohne weiteres ermitteln. Dies ermöglicht dem Maschinenführer eine präzise Durchführung des Baggervorgangs.
Bei dem Displaysystem in dem Hydraulikbagger gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Maschinenführer in der Lage, einen Baggervorgang an einer gewählten Zielfläche präzise durchzuführen.
Bei dem Displaysystem in dem Hydraulikbagger gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung lässt sich auf einfache Weise feststellen, dass eine an die Zielfläche angrenzende Nichtzielfläche näher zur Messerkante des Baggerlöffels liegt. Dadurch wird verhindert, dass der Maschinenführer anstelle der Zielfläche irrtümlicherweise eine angrenzende Nichtzielfläche mit dem Bagger bearbeitet.
Bei dem Displaysystem in dem Hydraulikbagger gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Maschinenführer auf einfache Weise feststellen, wie weit die Messerkante des Baggerlöffels von der Zielfläche entfernt ist, wenn sich die Messerkante des Baggerlöffels außerhalb eines Bereichs befindet, der in Richtung auf die Zielfläche orientiert ist.
Bei dem Displaysystem in dem Hydraulikbagger gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, wenn sich ein Teil der Messerkante des Baggerlöffels in der Nähe der Zielfläche befindet, der Abstand zwischen der Messerkante des Baggerlöffels und der Zielfläche auch angezeigt, wenn sich ein anderer Teil der Messerkante des Baggerlöffels außerhalb eines Bereichs befindet, der in Richtung auf die Zielfläche orientiert ist,. Dadurch wird verhindert, dass ein Maschinenführer irrtümlicherweise eine über die Zielfläche hinausgehende Bearbeitung durchführt.
Bei dem Displaysystem in dem Hydraulikbagger gemäß dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung lässt sich eine Zielfläche auf einfache Weise formen/gestalten, indem die Messerkante des Baggerlöffels derart manövriert wird, dass sich die Messerkante von einer von der Zielfläche entfernten Position (zum Beispiel die verlängerte Ebene der Zielfläche) in einer Richtung parallel zur Zielfläche bewegt. Folglich verhindert eine Formung nach dem Positionieren der Messerkante an dem oberen Ende des Gefälles, dass Erdreich oberhalb des oberen Endes des Gefälles einstürzt oder dass eine saubere Formung durch den Stoß der Arbeitsmaschine verhindert wird, wenn diese zu arbeiten beginnt.
Bei dem Displaysystem in dem Hydraulikbagger gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Maschinenführer auf einfache Weise den Abstand zwischen der Modellfläche und der Position ermitteln, die in einer Richtung parallel zu einer zur Breitenrichtung senkrechten Ebene am nächsten zur Modellfläche liegt. Wenn ein Maschinenführer die Arbeitsmaschine bedient, wird der Baggerlöffel normalerweise in einer zur Breitenrichtung senkrechten Ebene bewegt. Dadurch, dass die vorgenannte Abstandsinformation in dem Leitbild angezeigt wird, kann der Maschinenführer beim Bedienen der Arbeitsmaschine den Abstand zwischen der Messerkante des Baggerlöffels und der Modellfläche präzise feststellen.
Bei dem Displaysystem in einem Hydraulikbagger gemäß dem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Maschinenführer den kürzesten Abstand zwischen der Modellfläche und der am nächsten zur Modellfläche liegenden Position ohne weiteres ermitteln, und zwar ungeachtet der Richtung, in welche die Arbeitsmaschine bewegt wird. Wenn der Hauptkörper des Hydraulikbaggers beispielsweise nach links oder nach rechts gekippt wird, bewegt sich der Baggerlöffel gegebenenfalls nicht nur in der Antriebsrichtung der Arbeitsmaschine, sondern auch in der Breitenrichtung der Arbeitsmaschine. Hinzukommt, dass sich der Baggerlöffel bei einem schwenkbaren Hauptkörper in der Breitenrichtung bewegt, wenn auch der Hauptkörper schwenkt. Dadurch, dass die vorgenannte Abstandsinformation in dem Leitbild angezeigt wird, kann der Maschinenführer beim Bewegen des Hauptkörpers den Abstand zwischen der Messerkante des Baggerlöffels und der Modellfläche präzise feststellen.
Bei dem Displaysystem in einem Hydraulikbagger gemäß dem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden ein Bereich, der näher zum Boden liegt als das Liniensegment, und ein Bereich, der näher zur Luft liegt als das Liniensegment, in dem Leitbild in verschiedenen Farben angezeigt. Dadurch ist es einfach für den Maschinenführer festzustellen, wenn die Messerkante des Baggerlöffels weit von der Modellfläche weg bewegt wird, dass der Baggerlöffel in einem Bereich positioniert ist, in dem die Modellfläche nicht vorhanden ist.
Bei dem Hydraulikbagger gemäß dem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Information berechnet, die den Abstand zwischen der Modellfläche und der Position angibt, die von den Positionen der Messerkante in der Breitenrichtung der Messerkante am nächsten zur Modellfläche liegt. Es ist daher einfach für den Maschinenführer, den Abstand zur Modellfläche anhand der Position der Messerkante zu ermitteln, die am nächsten zur Modellfläche liegt, auch wenn die Messerkante des Baggerlöffels nicht parallel zur Modellfläche orientiert ist. Dies ermöglicht dem Maschinenführer eine präzise Durchführung des Baggervorgangs.
Bei dem Verfahren zum Steuern eines Displaysystems in einem Hydraulikbagger gemäß dem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Information berechnet, die den Abstand zwischen der Modellfläche und der Position angibt, die von den Positionen der Messerkante des Baggerlöffels in der Breitenrichtung der Messerkante des Baggerlöffels am nächsten zur Modellfläche liegt. Dies ermöglicht dem Maschinenführer ein einfaches Ermitteln des Abstands zur Modellfläche anhand der Position an der Messerkante, die am nächsten zur Modellfläche liegt, auch wenn die Messerkante des Baggerlöffels nicht parallel zur Modellfläche orientiert ist. Dadurch kann der Maschinenführer den Baggervorgang präzise durchführen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Hydraulikbaggers;
2 ist eine schematische Darstellung der Konfiguration des Hydraulikbaggers;
3 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung der Konfiguration eines Steuersystems, das der Hydraulikbagger umfasst;
4 ist die Darstellung eines Geländemodells, das durch Geländemodelldaten angezeigt wird;
5 ist eine Darstellung eines Grobbaggermodus in einem Leitbild;
6 ist eine Darstellung eines Feinbaggermodus in einem Leitbild;
7 zeigt ein Verfahren zum Berechnen der aktuellen Position einer Messerkante eines Baggerlöffels;
8 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Berechnen des Abstands zwischen der Messerkante des Löffelbaggers und einer Modellfläche;
9 ist eine Darstellung von berechneten Punkten an der Messerkante des Baggerlöffels;
10 ist eine perspektivische Darstellung eines Beispiels, in dem die Messerkante des Baggerlöffels sowohl über einer Zielfläche als auch über einer Nichtzielfläche positioniert ist;
11 ist eine Seitenansicht eines berechneten Punkts, der innerhalb des Zielbereichs liegt;
12 ist eine Seitenansicht eines berechneten Punkts, der innerhalb eines Nichtzielbereichs liegt;
13 ist eine Seitenansicht eines berechneten Punkts, der in einem Spaltbereich zwischen einem Zielbereich und einem ersten Nichtzielbereich liegt;
14 ist eine Seitenansicht eines berechneten Punkts, der innerhalb eines Bereichs liegt, in dem sich ein Zielbereich und ein zweiter Nichtzielbereich überlappen;
15 ist eine Seitenansicht eines berechneten Punkts, der in einem Bereich liegt, in dem sich ein Zielbereich und ein zweiter Nichtzielbereich überlappen;
16 zeigt ein Verfahren zum Bestimmen des kürzesten Abstands zwischen einem berechneten Punkt und einer Modellfläche in einer weiteren Ausführungsform; und
17 zeigt ein Verfahren zum Berechnen des kürzesten Abstands, wenn ein berechneter Punkt in einem Spaltbereich zwischen einem Zielbereich und einem ersten Nichtzielbereich liegt, in einer weiteren Ausführungsform.
BESTE ART UND WEISE FÜR DIE DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
1. Konfiguration
1-1. Gesamtkonfiguration des Hydraulikbaggers
Es folgt eine Beschreibung eines Displaysystems in einem Hydraulikbagger gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Hydraulikbaggers 100, in dem ein Displaysystem installiert ist. Der Hydraulikbagger 100 hat einen Fahrzeughauptkörper 1 und eine Arbeitsmaschine 2. Der Fahrzeughauptkörper 1 ist äquivalent zu dem Hauptkörper vorliegender Erfindung. Der Fahrzeughauptkörper 1 hat einen oberen Drehkörper 3, eine Kabine 4 und eine Fahreinheit 5. Der obere Drehkörper 3 enthält Vorrichtungen wie eine Antriebsmaschine, eine Hydraulikpumpe und/oder dergleichen, die in den Zeichnungen nicht dargestellt sind. Die Kabine 4 ist an der Vorderseite des oberen Drehkörpers 3 angeordnet. Eine Display-Eingabeeinheit 38 und eine Bedienvorrichtung 25, die nachstehend beschrieben werden, sind in der Kabine 4 angeordnet (siehe 3). Die Fahreinheit 5 hat Raupenketten 5a, 5b, und die Drehung der Raupenketten 5a, 5b bewirkt die Fahrbewegung des Hydraulikbaggers 100.
Die Arbeitsmaschine 2 ist an der Vorderseite des Fahrzeughauptkörpers 1 befestigt und hat einen Ausleger 6, einen Arm 7, einen Baggerlöffel 8, einen Auslegerzylinder 10, einen Armzylinder 11 und einen Baggerlöffelzylinder 12. Das Basisende des Auslegers 6 ist schwenkbar an der Vorderseite des Hauptfahrzeugkörpers befestigt, wobei ein Auslegerbolzen 13 zwischengeschaltet ist. Das Basisende des Arms 7 ist schwenkbar an dem vorderen Ende des Auslegers 6 befestigt, wobei ein Arm 14 zwischengeschaltet ist. Das vordere Ende des Arms 7 ist schwenkbar an dem Baggerlöffel 8 befestigt, wobei ein Löffelbolzen 15 zwischengeschaltet ist.
2 ist eine schematische Darstellung der Konfiguration des Hydraulikbaggers 100. 2(a) ist eine Seitenansicht des Hydraulikbaggers 110, und 2(b) ist eine Rückansicht des Hydraulikbaggers 100. Wie in 2(a) gezeigt ist, ist L1 die Länge des Auslegers 6, d. h. die Länge von dem Auslegerbolzen 13 zu dem Armbolzen 14. L2 ist die Länge des Arms 7, d. h. die Länge von dem Armbolzen 14 zu dem Baggerlöffelbolzen 15. L3 ist die Länge des Baggerlöffels 8, d. h. die Länge von dem Baggerlöffelbolzen 15 zur Messerkante des Baggerlöffels 8.
Der Auslegerzylinder 10, der Armzylinder 11 und der Baggerlöffelzylinder 12, die in 1 gezeigt sind, sind Hydraulikzylinder, die jeweils durch Hydraulikdruck angetrieben werden. Der Auslegerzylinder 10 treibt den Ausleger 6 an. Der Armzylinder 11 treibt den Arm 7 an. Der Baggerlöffelzylinder 12 treibt den Baggerlöffel 8 an. Ein Proportionalsteuerventil 37 (siehe 3) ist zwischen einer in den Zeichnungen nicht dargestellten Hydraulikpumpe und den Hydraulikzylindern wie beispielsweise dem Auslegerzylinder 10, dem Armzylinder 11, dem Baggerlöffelzylinder 12 und dergleichen angeordnet. Das Proportionalsteuerventil 37 wird durch eine Arbeitsmaschinensteuerung 26 gesteuert, die nachstehend beschrieben wird. Dadurch wird die Durchflussrate des Hydrauliköls gesteuert, das zu den Hydraulikzylindern 10–12 geleitet wird. Auf diese Weise werden die Bewegungen der Hydraulikzylinder 10–12 gesteuert.
Wie in 2(a) gezeigt ist, sind der Ausleger 6, der Arm 7 und der Baggerlöffel 8 jeweils mit einem ersten bis dritten Hubsensor 16–18 versehen. Der erste Hubsensor 16 detektiert die Hublänge des Auslegerzylinders 10. Ein Display-Controller 39 (siehe 3) berechnet einen Neigungswinkel θ1 des Auslegers 6 relativ zu einer Achse Za (siehe 7) eines nachstehend beschriebenen Fahrzeughauptkörper-Koordinatensystems unter Verwendung der Hublänge des Auslegerzylinders 10, die durch den ersten Hubsensor 16 detektiert wurde. Der zweite Hubsensor 17 detektiert die Hublänge des Armzylinders 11. Der Display-Controller 39 berechnet einen Neigungswinkel θ2 des Arms 7 relativ zu dem Ausleger 6 unter Verwendung der Hublänge des Armzylinders 11, die durch den zweiten Hubsensor 17 detektiert wurde. Der dritte Hubsensor 18 detektiert die Hublänge des Baggerlöffelzylinders 12. Der Display-Controller 39 berechnet einen Neigungswinkel θ3 des Baggerlöffels 8 relativ zu dem Arm 7 unter Verwendung der Hublänge des Baggerlöffelzylinders 12, die durch den dritten Hubsensor 18 detektiert wurde.
Der Fahrzeughauptkörper 1 ist mit einer Positionsdetektoreinheit 19 ausgestattet. Die Positionsdetektoreinheit 19 detektiert die aktuelle Position des Hydraulikbaggers 100. Die Positionsdetektoreinheit 19 hat zwei globale Echtzeitkinematik-Navigationssatellitensystem-(RTK-GNSS)-Antennen 21, 22 (im Folgenden als ”GNSS-Antennen 21, 22” bezeichnet), einen dreidimensionalen Positionssensor 23 und einen Neigungswinkelsensor 24. Die GNSS-Antennen 21, 22 sind in einem festen Abstand entlang einer Ya-Achse (siehe 7) eines nachstehend beschriebenen Fahrzeughauptkörper-Koordinatensystems Xa-Ya-Za angeordnet. Signale, die GNSS-Funkwellen entsprechen, die durch die GNSS-Antennen 21, 22 empfangen werden, werden in den dreidimensionalen Positionssensor 23 eingegeben. Der dreidimensionale Positionssensor 23 detektiert Montagepositionen P1, P2 der GNSS-Antennen 21, 22. Wie in 2(b) dargestellt ist, detektiert der Neigungswinkelsensor 24 einen Neigungswinkel θ4 (im Folgenden als ”Rollwinkel θ4” bezeichnet) der Breitenrichtung des Fahrzeughauptkörpers 1 hinsichtlich der Schwerkraftrichtung (eine vertikale Linie). In der vorliegenden Ausführungsform bezieht sich der Begriff ”Breitenrichtung” auf die Breitenrichtung des Baggerlöffels 8 und ist die gleiche wie die Breitenrichtung des Fahrzeugs. Wenn die Arbeitsmaschine 2 jedoch mit einer Kippschaufel ausgestattet ist, wie nachstehend beschrieben, entspricht die Breitenrichtung des Baggerlöffels möglicherweise nicht der Breitenrichtung des Fahrzeugs.
3 ist ein Blockdiagramm der Konfiguration eines Steuersystems, das der Hydraulikbagger 100 umfasst. Der Hydraulikbagger 100 umfasst die Betätigungsvorrichtung 25, den Arbeitsmaschinen-Controller 26, eine Arbeitsmaschinensteuervorrichtung 27 und ein Displaysystem 28. Die Betätigungsvorrichtung 25 hat ein Arbeitsmaschinen-Betätigungselement 31, eine Arbeitsmaschinenbetätigungs-Detektoreinheit 32, ein Fahrbetätigungselement 33 und eine Fahrbetätigungs-Detektoreinheit 34. Das Arbeitsmaschinen-Betätigungselement 31 ist ein Element, das dem Maschinenführer die Betätigung der Arbeitsmaschine 2 ermöglicht, und ist beispielsweise ein Bedienhebel. Die Arbeitsmaschinenbetätigungs-Detektoreinheit 34 detektiert die Details der Betätigung, die über das Arbeitsmaschinen-Betätigungselement 31 eingegeben werden und sendet die Details als Detektionssignal an den Arbeitsmaschinen-Controller 26. Das Fahrbetätigungselement 33 ist ein Element, das dem Maschinenführer den Fahrbetrieb des Hydraulikbaggers 100 erlaubt, und ist zum Beispiel ein Bedienhebel. Die Fahrbetätigungs-Detektoreinheit 34 detektiert die Details der Betätigung, die über das Fahrbetätigungselement 33 eingegeben werden, und sendet die Details als Detektionssignal an den Arbeitsmaschinen-Controller 26.
Der Arbeitsmaschinen-Controller 26 hat eine Speichereinheit 35 wie beispielsweise ein RAM oder ROM und eine Recheneinheit 36 wie beispielsweise eine CPU. Der Arbeitsmaschinen-Controller 26 steuert in erster Linie die Arbeitsmaschine 2. Der Arbeitsmaschinen-Controller 26 erzeugt ein Steuersignal, das die Arbeitsmaschine 2 veranlasst, entsprechend der Betätigung des Arbeitsmaschinen-Betätigungselements 31 zu arbeiten, und gibt das Signal an die Arbeitsmaschinensteuervorrichtung 27 aus. Die Arbeitsmaschinensteuervorrichtung 27 hat ein Proportionalsteuerventil 37, und das Proportionalsteuerventil 37 wird auf der Basis des Steuersignals von dem Arbeitsmaschinen-Controller 26 gesteuert. Hydrauliköl wird mit einer Flussrate, die dem Steuersignal von dem Arbeitsmaschinen-Controller 26 entspricht, aus dem Proportionalsteuerventil abgelassen und den Hydraulikzylindern 10–12 zugeführt. Die Hydraulikzylinder 10 bis 12 werden entsprechend dem Hydrauliköl angetrieben, das von dem Proportionalsteuerventil 37 zugeführt wird. Dies bewirkt, dass die Maschine 2 arbeitet.
1-2. Konfiguration des Displaysystems 28
Das Displaysystem 28 ist ein System, das für den Maschinenführer Informationen für die Bearbeitung des Geländes innerhalb eines Arbeitsbereichs bereitstellt, um eine Form zu schaffen, die einer im Folgenden beschriebenen Modellfläche entspricht. Das Displaysystem 28 umfasst eine Display-Eingabevorrichtung 28 und einen Display-Controller 39 zusammen mit dem ersten bis dritten Hubsensor 16 bis 18, dem dreidimensionalen Positionssensor 23 und dem Neigungswinkelsensor 24, wie oben beschrieben.
Die Display-Eingabevorrichtung 38 hat eine Eingabeeinheit 41 wie beispielsweise ein Tastfeld und eine Displayeinheit 42 wie beispielsweise ein LCD. Die Display-Eingabevorrichtung 38 zeigt ein Leitbild an, das Informationen für den Baggervorgang bereitstellt. In dem Leitbild ist eine Vielfalt von Tasten gezeigt. Ein Maschinenführer kann die Vielfalt von Funktionen des Displaysystems 28 ausführen, indem er die Tasten in dem Leitbild berührt. Das Leitbild wird an späterer Stelle im Detail beschrieben.
Der Display-Controller 39 führt eine Vielfalt von Funktion des Displaysystems 28 aus. Der Display-Controller 39 hat eine Speichereinheit 43 wie beispielsweise ein RAM oder ROM und eine Recheneinheit 44 wie beispielsweise eine CPU. Die Speichereinheit 43 speichert Daten der Arbeitsmaschine. Die Daten der Arbeitsmaschine umfassen die Länge L1 des Auslegers 6, die Länge L2 des Arms 7 und die Länge L3 des Baggerlöffels 8, wie vorstehend beschrieben. Die Daten der Arbeitsmaschine umfassen auch die jeweiligen Minimal- und Maximalwerte für den Neigungswinkel θ1 des Auslegers, den Neigungswinkel θ2 des Arms 7 und den Neigungswinkel θ3 des Baggerlöffels 8. Der Display-Controller 39 und der Arbeitsmaschinen-Controller 26 können über eine verdrahtete oder drahtlose Kommunikationseinrichtung miteinander in Verbindung stehen. Die Daten des Geländemodells werden vorab erstellt und in der Speichereinheit 43 des Display-Controllers 39 gespeichert. Die Daten des Geländemodells sind Informationen bezüglich der dreidimensionalen Gestalt und der Lage des Geländemodells. Das Geländemodell zeigt eine Zielform für das Gelände an, das das Arbeitsobjekt darstellt. Der Display-Controller 39 zeigt auf der Basis von Daten wie jenen des Geländemodells und der Detektionsergebnisse der vorstehend beschriebenen verschiedenen Sensoren auf der Display-Eingabevorrichtung 38 ein Leitbild an. Wie 4 zeigt, enthält das Geländemodell eine Mehrzahl von Modellflächen 45, deren jede mit Hilfe eines Dreieck-Polygons dargestellt wird. In 45 ist nur eine der Mehrzahl von Modellflächen mit dem Bezugszeichen 45 gekennzeichnet, wohingegen die Kennzeichnung der anderen Modellflächen entfällt. Das Ziel-Arbeitsobjekt ist eine Modellfläche oder eine Mehrzahl von Modellflächen der Modellflächen 45. Der Maschinenführer wählt von den Modellflächen 45 eine oder mehrere als Zielfläche 70 aus. Der Display-Controller 39 veranlasst die Anzeige eines Leitbilds durch die Anzeige-Eingabevorrichtung 38, um den Maschinenführer über die Position der Zielfläche 70 zu informieren.
2. Leitbild
Es folgt eine Detailbeschreibung des Leitbildes. Das Leitbild ist ein Bild zur Darstellung des Positionsverhältnisses zwischen der Zielfläche 70 und der Messerkante des Baggerlöffels 8 und zum Lenken der Arbeitsmaschine 2 des Hydraulikbaggers 100 derart, dass das Gelände, das das Arbeitsobjekt bildet, die gleiche Form annimmt wie die Zielfläche 70. Wie in den 5 und 6 dargestellt ist, enthält das Leitbild einen Grobbaggermodus eines Leitbilds (im Folgenden ”Grobbaggerbild 53” genannt) und einen Feinbaggermodus eines Leitbilds (im Folgenden ”Feinbaggerbild 54” genannt).
2-1. Grobbaggerbild 53
5 zeigt das Grobbaggerbild 53. Das Grobbaggerbild 53 enthält eine obere Ansicht 53a zur Darstellung der Geländemodellform des Arbeitsbereichs und der aktuellen Position des Hydraulikbaggers 100, und eine Seitenansicht 53b, die das Positionsverhältnis zwischen der Zielfläche 70 und dem Hydraulikbagger 100 darstellt.
Die obere Ansicht 53a des Grobbaggerbildes 53 stellt mit Hilfe einer Mehrzahl von Dreieck-Polygonen die Geländemodellform von oben betrachtet dar. Insbesondere stellt die obere Ansicht 53a die Geländemodellform unter Verwendung der Schwenkebene der Hydraulikbaggers 100 als projizierte Ebene dar. Deshalb ist die obere Ansicht 53a eine Ansicht direkt von oberhalb des Hydraulikbaggers 100, und die Modellfläche kippt, wenn der Hydraulikbagger 100 kippt. Die Zielfläche 70, die aus einer Mehrzahl von Modellflächen 45 als Ziel-Arbeitsobjekt ausgewählt wurde, wird in einer anderen Farbe als der Rest der Modellflächen 45 dargestellt. In 5 wird die aktuelle Position des Hydraulikbaggers 100 von oben betrachtet als Piktogramm 61 dargestellt, wobei jedoch auch ein anderes Symbol verwendet werden kann, um die aktuelle Position anzuzeigen. Die obere Ansicht 53a umfasst Informationen, die dazu dienen, den Hydraulikbagger 100 direkt in eine Lage zu bringen, in der er der Zielfläche 70 zugewandt ist. Die Information, die dazu dient, den Hydraulikbagger 100 direkt in eine der Zielfläche 70 zugewandte Lage zu bringen, wird als Kompass 73 für die Gegenüberstellung dargestellt. Der Kompass 73 für die Gegenüberstellung ist ein Piktogramm, das die Richtung anzeigt, die der Zielfläche direkt gegenüberliegt, und die Richtung, in die der Hydraulikbagger 100 schwenken muss. Den Grad, unter welchem der Bagger der Zielfläche 70 zugewandt ist, kann der Maschinenführer mit Hilfe des Kompasses 73 für die Gegenüberstellung herausfinden.
Die Seitenansicht 53b des Grobbaggerbildes 53 enthält eine Abbildung, die das Positionsverhältnis zwischen der Zielfläche 70 und der Messerkante des Baggerlöffels 8 und eine Abstandsinformation zeigt, die den Abstand zwischen der Zielfläche 70 und der Messerkante des Baggerlöffels 8 angibt. Insbesondere enthält die Seitenansicht 53b eine Modellflächenlinie 74, eine Zielflächenlinie 79, und ein Piktogramm 75 des Hydraulikbaggers 100 bei seitlicher Betrachtung. Die Modellflächenlinie 74 gibt abgesehen von der Zielfläche 70 einen Querschnitt der Modellflächen 45 an. Die Zielflächenlinie 79 gibt einen Querschnitt der Zielfläche 70 an. Wie 4 zeigt, erhält man eine Modellflächenlinie 81 und eine Zielflächenlinie 81 durch die Berechnung einer Schnittstelle 80 der Modellflächen 45 und einer Ebene 77, die durch eine aktuelle Position der Messerkante P3 des Baggerlöffels 8 verläuft. Ein Verfahren zum Berechnen der aktuellen Position der Messerkante P3 des Baggerlöffels 8 wird an späterer Stelle beschrieben. In der Seitenansicht 53b ist die Zielflächenlinie 79 in einer anderen Farbe dargestellt als die Modellflächenlinie 74. In 5 werden verschiedene Linienarten verwendet, um die Zielflächenlinie 79 und die Modellflächenlinie 74 darzustellen. In der Seitenansicht 53b sind der Bereich, der näher zum Boden liegt als die Zielflächenlinie 79 und die Modellflächenlinie 74, und der Bereich auf der Seite, die näher zur Luft liegt als diese Liniensegmente, verschiedenfarbig dargestellt. In 5 stellt die Schraffur in dem Bereich, der näher zum Boden liegt als die Zielflächenlinie und die Modellflächenlinie 74, den Farbunterschied dar.
Die Abstandsinformation, die den Abstand zwischen der Zielfläche 70 und der Messerkante des Baggerlöffels 8 angibt, enthält eine Zahlenwert-Information 83 und eine graphische Information 84. Die Zahlenwert-Information 83 ist ein Zahlenwert, der den kürzesten Abstand zwischen der Messerkante des Baggerlöffels 8 und der Zielfläche 70 angibt. Die graphische Information 84 ist eine Information, die den Abstand zwischen der Messerkante des Baggerlöffels 8 und der Zielfläche 70 graphisch darstellt. Insbesondere umfasst die graphische Information 84 Ablesebalken 84a und Ablesemarken 84b, die von den Positionen des Ablesebalkens 84a diejenige Position angeben, an der der Abstand zwischen der Messerklinge des Baggerlöffels 8 und der Zielfläche 70 äquivalent zu Null ist. Die Ablesebalken 84a sind derart konfiguriert, dass sie in Übereinstimmung mit dem kürzesten Abstand zwischen dem vordersten Ende des Baggerlöffels 8 und der Zielfläche 70 aufleuchten. Die Anzeige der graphischen Information 84 kann durch den Maschinenführer aktiviert/deaktiviert werden. Das Verfahren zum Berechnen des Abstands zwischen der Messerklinge des Baggerlöffels 8 und der Zielfläche 70 wird an späterer Stelle im Detail beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben wurde, werden Zahlenwerte, die das relative Positionsverhältnis zwischen der Zielflächenlinie 79 und dem Hydraulikbagger 100 und den kürzesten Abstand zwischen dem vordersten Ende des Baggerlöffels 8 und der Zielflächenlinie 79 angeben, in dem Grobbaggerbild 53 angezeigt. Der Maschinenführer kann die Messerkante des Baggerlöffels 8 derart einstellen, dass diese sich entlang der Zielflächenlinie 79 bewegt, so dass die aktuelle Geländeform die Modellgeländeform wird, was zu einem einfach durchführbaren Baggervorgang führt.
Eine Bildumschalttaste 65 zum Umschalten zwischen den Leitbildern ist in dem Grobbaggerbild 53 dargestellt. Ein Maschinenführer kann von dem Grobbaggerbild 53 auf das Feinbaggerbild 54 umschalten, indem er die Bildschirm-Umschalttaste 65 drückt.
2-2. Feinbaggerbild 54
6 zeigt das Feinbaggerbild 54. Das Feinbaggerbild 54 zeigt das Positionsverhältnis zwischen der Zielfläche 70 und dem Hydraulikbagger 100 in größerem Detail. Insbesondere zeigt das Feinbaggerbild 54 das Positionsverhältnis zwischen der Zielfläche 70 und der Messerkante des Baggerlöffels 8 in größerem Detail als das Grobbaggerbild 53. Das Feinbaggerbild 54 zeigt eine Frontalansicht 54a, die die Zielfläche 70 und den Baggerlöffel 8 darstellt, und eine Seitenansicht 54b, die die Zielfläche 70 und den Baggerlöffel 8 darstellt. Die Frontalansicht 54a des Feinbaggerbilds 54 enthält ein Piktogramm 89 des Baggerlöffels bei Betrachtung von vorne und eine Linie 78, die einen Querschnitt der Zielfläche 70 bei Betrachtung von vorne zeigt (im Folgenden ”Zielflächenlinie 78” genannt). Die Seitenansicht 54b des Feinbaggerbilds 54 enthält ein Piktogramm 90 des Baggerlöffels 8 bei Betrachtung von der Seite und die Modellflächenlinie 74. Sowohl die Frontalansicht 54a als auch die Seitenansicht 54b des Feinbaggerbilds 54 zeigen eine Information, die das Positionsverhältnis zwischen der Zielfläche 70 und dem Baggerlöffel 8 angibt.
Die Information, die das Positionsverhältnis zwischen der Zielfläche 70 und dem Baggerlöffel 8 in der Frontalansicht 54a angibt, enthält eine Abstandsinformation 86a und eine Winkelinformation 86b. Die Abstandsinformation 86a gibt den Abstand zwischen der Messerkante des Baggerlöffels 8 und der Zielfläche 70 in der Richtung Za an. Wie später beschrieben wird, ist dieser Abstand der Abstand zwischen der Zielfläche 70 und der Position, die von den Positionen der Messerkante des Baggerlöffels in der Breitenrichtung am nächsten zur Zielfläche 70 liegt. In der Frontalansicht 54a ist eine Anzeigemarke 86c, die die nächstgelegene Position angibt, in Überdeckung des Piktogramms 89 der Frontalansicht des Baggerlöffels 8 dargestellt. Die Winkelinformation 86b ist eine Information, die den Winkel zwischen der Zielfläche 70 und dem Baggerlöffel 8 angibt. Insbesondere ist die Winkelinformation 86b der Winkel zwischen einem imaginären Liniensegment, das durch die Messerkante des Baggerlöffels 8 verläuft, und der Zielflächenlinie 78.
Die Information, die das Positionsverhältnis zwischen der Zielfläche 70 und dem Baggerlöffel 8 in der Seitenansicht 54b angibt, enthält eine Abstandsinformation 87a und eine Winkelinformation 87b. Die Abstandsinformation 87a gibt den kürzesten Abstand zwischen der Zielfläche 70 und dem Baggerlöffel 8 an, d. h. den Abstand zwischen der Zielfläche 70 und dem vorderen Ende des Baggerlöffels 8 in Richtung einer zur Zielfläche 70 senkrechten Linie. Die Winkelinformation 87b ist die Information, die den Winkel zwischen der Zielfläche 70 und dem Baggerlöffel 8 angibt. Insbesondere ist die in der Seitenansicht 54b angezeigte Winkelinformation 87b der Winkel zwischen der Bodenfläche des Baggerlöffels 8 und der Zielflächenlinie 79.
Das Feinbaggerbild 54 enthält graphische Informationen 88, die den Abstand zwischen der Messerkante des Baggerlöffels 8 und der Zielfläche 70 graphisch darstellen, wie vorstehend beschrieben. Die graphische Information 88 enthält ähnlich wie die graphische Information 84 des Grobbaggerbilds 53 einen Anzeigebalken 88a und Anzeigemarken 88b.
Wie vorstehend beschrieben, sind die relativen Positionsverhältnisse zwischen den Zielflächenlinien 78, 79 und der Messerkante des Baggerlöffels 8 in dem Feinbaggerbild 54 im Detail dargestellt. Der Maschinenführer kann die Messerkante des Baggerlöffels 8 einstellen, so dass diese sich entlang der Zielflächenlinien 78, 79 bewegt, derart, dass die aktuelle Geländeform die gleiche Gestalt wie das dreidimensionale Geländemodell annimmt, was dazu führt, dass die Baggerarbeit viel einfacher durchgeführt werden kann. Ebenso wie in dem Grobbaggerbild 53, das vorstehend beschrieben wurde, wird in dem Feinbaggerbild 54 eine Schaltfläche 65 für den Wechsel der Ansichten angezeigt, durch deren Betätigung der Maschinenführer von dem Feinbaggerbild 54 auf das Grobbaggerbild 53 umschalten kann.
2-3. Verfahren zum Berechnen der aktuellen Position des Messerkante des Baggerlöffels 8
Wie vorstehend beschrieben, wird die Zielflächenlinie 79 auf der Basis der aktuellen Position der Messerkante des Baggerlöffels 8 berechnet. Der Display-Controller 39 berechnet die aktuelle Position der Messerkante des Baggerlöffels 8 in einem globalen Koordinatensystem (X, Y, Z) auf der Basis der durch den dreidimensionalen Positionssensor 23, den ersten bis dritten Hubsensor 16–18, den Neigungssensor 24 und dergleichen detektierten Ergebnisse. Insbesondere wird die aktuelle Position der Messerkante des Baggerlöffels 8 wie folgt ermittelt.
Zunächst wird, wie in 7 gezeigt, ein Koordinatensystem (Xa, Ya, Za) des Fahrzeughauptkörpers erstellt, dessen Ausgangspunkt die Montageposition P1 der vorstehend beschriebenen GNSS-Antenne 21 bildet. 7(a) ist eine Seitenansicht des Hydraulikbaggers 100. 7(b) ist eine Rückansicht des Hydraulikbaggers 100. Vorliegend ist die Vorwärts-Rückwärts-Richtung des Hydraulikbaggers 100, d. h. die Ya-Achsenrichtung des Koordinatensystems des Fahrzeughauptkörpers relativ zur Y-Achsenrichtung des globalen Koordinatensystems geneigt. Die Koordinaten des Auslegerbolzens 13 in dem Koordinatensystem des Fahrzeughauptkörpers sind (0, Lb1, –Lb2) und werden vorab in der Speichereinheit 43 des Display-Controllers 39 gespeichert.
Der dreidimensionale Positionsfühler 23 detektiert die Montagepositionen P1, P2 der GNSS-Antennen 21, 22. Ein Einheitsvektor für die Ya-Achsenrichtung wird anhand der folgenden Formel (1) anhand der detektierten Koordinaten berechnet. Ya = (P1 – P2)/|P1 – P2| (1)
Wie in 7(a) gezeigt ist, werden durch die Einführung eines Vektors Z', der senkrecht zu Ya und durch die Ebene verläuft, die durch die beiden Vektoren Ya und Z beschrieben wird, die folgenden Beziehungen ermittelt: (Z', Ya) = 0 (2) Z' = (1 – c)Z + cYa (3) wobei c eine Konstante ist. Auf der Basis der Formeln (2) und (3) wird Z' anhand der folgenden Formel (4) ermittelt. Z' = Z + ((Ya – Z)/((Z, Ya) – 1)}(Ya – Z) (4)
Wenn ferner X' als ein Vektor senkrecht zur Ya und Z' definiert wird, ergibt sich X' in der folgenden Formel (5). X' = Ya⊥Z' (5)
Wie in 7(b) gezeigt ist, wird das Koordinatensystem des Fahrzeughauptkörpers unter einem Rollwinkel θ4 um die Ya-Achse gedreht und wird somit dargestellt wie in der folgenden Formel (6).
Die vorstehend beschriebenen jeweiligen aktuellen Neigungswinkel θ1, θ2, θ3 des Auslegers 6, des Arms 7 und des Baggerlöffels 8 werden aus den Ergebnissen berechnet, die durch den ersten bis dritten Hubsensor 16–18 ermittelt wurden. Die Koordinaten (xat, yat, zat) der Messerkante P3 des Baggerlöffels 8 in dem Koordinatensystem des Fahrzeughauptkörpers werden unter Verwendung der Neigungswinkel θ1, θ2, θ3 und der Längen L1, L2, L3 des Auslegers 6, des Arms 7 und des Baggerlöffels 8 durch die folgenden Formeln (7) bis einschließlich (9) berechnet. xat = 0 (7) yat = Lb1 + L1sinθ1 + L2sin(θ1 + θ2) + L3sin(θ1 + θ2 + θ3) (8) zat = –Lb2 + L1cosθ1 + L2cos(θ1 + θ2) + L3cos(θ1 + θ2 + θ3) (9), wobei sich die Messerkante P3 des Baggerlöffels 8 entlang der Ebene Ya-Zy in dem Koordinatensystem des Fahrzeughauptkörpers bewegt. Die Koordinaten der Messerkante P3 des Baggerlöffels 8 in dem globalen Koordinatensystem werden gemäß der folgenden Formel (10) ermittelt. P3 = xat·Xa + yat·Ya + zat·Za + P1 (10)
Wie in 4 gezeigt ist, berechnet der Display-Controller 39 auf der Basis der aktuellen Position der Messerkante des Baggerlöffels 8, die wie vorstehend beschrieben berechnet wurde, und der in der Speichereinheit 43 gespeicherten Geländemodelldaten eine Schnittstelle 80 des dreidimensionalen Geländemodells und einer Ya-Za-Ebene 77, durch welche die Messerkante P3 des Baggerlöffels 8 verläuft. Der Display-Controller 39 zeigt den durch die Zielfläche 70 verlaufenden Teil der Schnittstelle in dem Leitbild als Zielflächenlinie 79 an, wie vorstehend beschrieben.
2-4. Verfahren zum Berechnen des Abstands zwischen der Messerkante des Baggerlöffels 8 und der Zielfläche 70
Wie vorstehend beschrieben, ist der Abstand zwischen der Messerkante des Baggerlöffels 8 und der in dem Leitbild angezeigten Zielfläche 70 der Abstand zwischen der Zielfläche 70 und der Position von den Positionen der Messerkante in der Breitenrichtung der Messerkante, die zur Zielfläche 70 am nächsten liegt. Prozesse, die von dem Display-Controller 39 durchgeführt werden, um den Abstand zwischen der Messerkante des Baggerlöffels 8 und der Zielfläche 70 zu berechnen, werden unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
Zunächst wird in Schritt S1 die aktuelle Position des Hydraulikbaggers 100 detektiert. In diesem Schritt detektiert der Display-Controller 39 die aktuelle Position des Fahrzeughauptkörpers 1 auf der Basis des Detektionssignals von dem dreidimensionalen Positionssensor 23, wie vorstehend beschrieben.
In Schritt S2 wird eine Mehrzahl von berechneten Punkten an der Messerkante des Baggerlöffels 8 festgelegt. Wie 9 zeigt, hat der Baggerlöffel 8 eine Mehrzahl von Messern 8a–8e. Aus diesem Grund wird ein imaginäres Liniensegment LS1, das durch die vorderen Enden der Mehrzahl von Messern 8a–8e verläuft und das der Größe des Baggerlöffels 8 in der Breitenrichtung des Baggers 8 entspricht, vorausgesetzt. Das imaginäre Liniensegment LS1 ist in vier gleich lange Untersegmente unterteilt, und die fünf Punkte, die die Enden der Untersegmente angeben, werden als berechnete erste bis fünfte Punkte C1 bis C5 festgelegt. Insbesondere geben die berechneten ersten bis fünften Punkte C1 bis C5 eine Mehrzahl von Positionen der Messerkante des Baggerlöffels 8 in der Breitenrichtung der Messerkante an. Die aktuellen Positionen der ersten bis fünften berechneten Punkte C1 bis C5 werden dann auf der Basis der in Schritt S1 berechneten aktuellen Position des Hydraulikbaggers 100 berechnet. Insbesondere wird die aktuelle Position des zentralen berechneten Punkts C3 nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren zum Berechnen der aktuellen Position der Messerkante des Baggerlöffels 8 berechnet. Dann werden die aktuellen Positionen der anderen berechneten Punkte C1, C2, C4, C5 anhand der aktuellen Position des zentralen berechneten Punkts C3 und der Größe des Baggerlöffels 8 in der Breitenrichtung des Baggerlöffels 8 berechnet. Die Größe des Baggerlöffels 8 in der Breitenrichtung des Baggerlöffels 8 wird vorab in Form von Maschinendaten gespeichert, wie vorstehend beschrieben.
Anschließend wird in den Schritten S3 bis S9 der Abstand zwischen der Modellfläche 45 und dem berechneten Punkt, der von den ersten bis fünften berechneten Punkten C1 bis C5 am nächsten zur Modellfläche 45 liegt, auf der Basis der Positionsinformationen für die Modellfläche 45 und der aktuellen Positionen der ersten bis fünften berechneten Punkte C1 bis C5 berechnet. Die speziellen Prozesse sind wie folgt:
In Schritt S3 wird eine Schnittstelle Mi der Modellfläche 45 und einer Ya-Za-Ebene, die durch einen i-ten berechneten Punkt Ci verläuft, berechnet, wobei i eine Variable ist und wobei der Wert von i für den i-ten berechneten Punkt Ci zu Beginn des in 8 dargestellten Ablaufs auf 1 festgelegt wird. In diesem Schritt wird die Schnittstelle Mi der Modellfläche 45 und der Ya-Za-Ebene, die durch den i-ten berechneten Punkt Ci verläuft, nach einem Verfahren berechnet, das ähnlich ist wie das vorstehend beschriebene Verfahren zum Ermitteln der Schnittstelle 80, das in 4 dargestellt ist. Es sei zum Beispiel angenommen, dass die Messerkante des Baggerlöffels 8 sowohl über einer Zielfläche 70, die der Maschinenführer aus den Modellflächen 45 ausgewählt hat, und nichtausgewählten Nichtzielflächen 71, 72 angeordnet ist, wie in 10 dargestellt. Die Nichtzielflächen 71, 72 umfassen eine erste Nichtzielfläche 71 und eine zweite Nichtzielfläche 72, und die Zielfläche 70 liegt zwischen der ersten Nichtzielfläche 71 und der zweiten Nichtzielfläche 72. Hier umfasst die Schnittstelle Mi der Modellfläche und der Ya-Za-Ebene, die durch den i-ten berechneten Punkt Ci verläuft, eine Ziellinie MAi, eine erste Nichtziellinie MBi und eine zweite Nichtziellinie MCi, wie in 11 gezeigt. Die Ziellinie MAi ist die Schnittstelle der Zielfläche und der Ya-Za-Ebene, die durch den i-ten berechneten Punkt Ci verläuft, und ist eine gerade Linie, die das Profil der Zielfläche 70 angibt. Die erste Nichtziellinie MBi ist die Schnittstelle der ersten Nichtzielfläche 71 und der Ya-Za-Ebene, die durch den i-ten berechneten Punkt Ci verläuft, und ist eine gerade Linie, die das Profil der ersten Nichtzielfläche 71 angibt. Die zweite Nichtziellinie MCi ist die Schnittstelle der zweiten Nichtzielfläche 72 und der Ya-Za-Ebene, die durch den i-ten berechneten Punkt Ci verläuft, und ist eine gerade Linie, die das Profil der zweiten Nichtzielfläche 72 angibt.
In Schritt S4 wird bestimmt, ob der i-te berechnete Punkt Ci der Messerkante des Baggerlöffels 8 in der Richtung einer zur Schnittstelle Mi senkrechten Linie liegt. Wenn der i-te berechnete Punkt Ci zum Beispiel in einem Bereich liegt, der der Ziellinie MAi senkrecht gegenüberliegt (im Folgenden ”Zielbereich A1” genannt), wie in 11 dargestellt, wird bestimmt, dass der i-te berechnete Punkt Ci in der Richtung einer zur Schnittstelle Mi senkrechten Linie liegt. Wenn der i-te berechnete Punkt Ci in einem Bereich liegt, der der ersten Nichtziellinie MBi senkrecht gegenüberliegt (im Folgenden ”erster Nichtzielbereich A2” genannt), wie in 12 gezeigt, wird bestimmt, dass der i-te berechnete Punkt Ci der Messerkante des Baggerlöffels 8 ebenfalls in der Richtung einer zur Schnittstelle Mi senkrechten Linie liegt. Wenn jedoch der i-te berechnete Punkt Ci in einem Spaltbereich zwischen dem Zielbereich A1 und dem ersten Nichtzielbereich A2 liegt, wie in 13 gezeigt, wird bestimmt, dass der i-te berechnete Punkt Ci der Messerkante des Baggerlöffels 8 nicht in der Richtung einer zur Schnittstelle senkrechten Linie Mi liegt.
Wenn in Schritt S4 bestimmt wird, dass der i-te berechnete Punkt Ci der Messerkante des Baggerlöffels in der Richtung einer zur Schnittstelle Mi senkrechten Linie liegt, erfolgt anschließend die Abarbeitung von Schritt S5. In Schritt S5 werden die Abstände zwischen dem i-ten berechneten Punkt Ci und den geraden Linien MAi-MCi, die die Schnittstelle Mi bilden, berechnet. In diesem Schritt werden durch den i-ten berechneten Punkt Ci verlaufende, zu den die Schnittstelle Mi bildenden geraden Linien MAi-MCi senkrechten Linien und die Abstände zwischen den geraden Linien MAi-MCi und dem i-ten berechneten Punkt Ci berechnet. Wenn der i-te berechnete Punkt Ci zum Beispiel innerhalb des Zielbereichs A1 liegt, wie in 11 gezeigt, wird eine durch den i-ten berechneten Punkt Ci verlaufende, zur Ziellinie MAi senkrechte Linie berechnet, und es wird der kürzeste Abstand zwischen dem i-ten berechneten Punkt Ci und der Ziellinie MAi (im Folgenden ”Zielflächenabstand DAi” genannt) berechnet. Wenn der i-te berechnete Punkt Ci innerhalb des ersten Nichtzielbereichs A2 liegt, wie in 12 gezeigt, werden eine durch den i-ten berechneten Punkt Ci verlaufende, zur ersten Nichtziellinie MBi senkrechte Linie und der kürzeste Abstand zwischen dem i-ten berechneten Punkt Ci und der ersten Nichtziellinie MBi (im Folgenden ”Nichtzielflächenabstand DBi” genannt) berechnet. Wenn der i-te berechnete Punkt Ci innerhalb eines Bereichs liegt, in dem sich der Zielbereich A1 mit dem der zweiten Nichtziellinie MCi senkrecht gegenüberliegenden Bereich (im Folgenden ”zweiter Nichtzielbereich A3” genannt) überlappt, wie in den 14 und 15 gezeigt, werden zwei senkrechte Linien berechnet. Insbesondere werden eine durch den i-ten berechneten Punkt Ci verlaufende, zur Ziellinie MAi senkrechte Linie und eine durch den i-ten berechneten Punkt Ci verlaufende, zur zweiten Nichtziellinie MCi senkrechte Linie berechnet. Der Zielflächenabstand DAi an dem i-ten berechneten Punkt Ci und der kürzeste Abstand zwischen dem i-ten berechneten Punkt Ci und der zweiten Nichtziellinie MCi (im Folgenden zweiter ”Nichtzielflächenabstand DCi” genannt), werden berechnet.
Wenn in Schritt S4 bestimmt wird, dass der i-te berechnete Punkt Ci der Messerkante des Baggerlöffels 8 nicht in der Richtung einer zur Modellfläche 45 senkrechten Linie liegt, wird anschließend Schritt S6 abgearbeitet. In Schritt S6 wird ein Abstand zwischen einem i-ten berechneten Punkt Ci der Messerkante des Baggerlöffels 8 und jedem der Endpunkte der geraden Linien MAi-MCi für jede der geraden Linien MAi-MCi der Schnittstelle Mi berechnet. Zum Beispiel wird ein Abstand zwischen dem i-ten berechneten Punkt Ci und einem Endpunkt PAi der Ziellinie MAi (im Folgenden ”vorläufiger Zielflächenabstand DDi” genannt) berechnet, wie in 13 dargestellt.
In Schritt S7 wird bestimmt, ob die Abstandsberechnung für all die berechneten Punkte C1 bis C5 abgeschlossen ist oder nicht. In der vorliegenden Ausführungsform werden fünf berechnete Punkte C1 bis C5 festgelegt. Also wird bestimmt, ob die Abstandsberechnung der Schritte S3–S6 für den ersten bis fünften berechneten Punkt C1 bis C5 abgeschlossen ist oder nicht. Wenn die Abstandsberechnung für sämtliche berechneten Punkte nicht abgeschlossen ist, wird der i-Wert des i-ten berechneten Punkts Ci in Schritt S8 um 1 erhöht, und das Programm kehrt zurück zu Schritt S3. Die Prozesse von Schritt S3 bis einschließlich Schritt S6 werden dann wiederholt, und Schritt S9 wird anschließend abgearbeitet, sobald die Abstandsberechnung für sämtliche berechneten Punkte C1 bis C5 abgeschlossen ist.
In Schritt S9 wird von der Mehrzahl von berechneten Abständen der kürzeste als der ”kürzeste Abstand” festgelegt. Also wird der berechnete Punkt, der von der Mehrzahl von berechneten Punkten C1 bis C5 an der Messerkante des Baggerlöffels 8 am nächsten zur Modellfläche 45 liegt, als nächstgelegene Position bestimmt. Der der nächstgelegenen Position entsprechende Abstand zwischen der Modellfläche 45 und dem berechneten Punkt wird als der ”kürzeste Abstand” festgelegt.
In Schritt S10 wird bestimmt, ob der ”kürzeste Abstand” der für die Zielfläche 70 berechnete Wert ist oder nicht. Insbesondere wird bestimmt, ob der als der ”kürzeste Abstand” festgelegte Abstand jener ist, der für die Ziellinie MAi einschließlich des Endpunkts PAi berechnet wurde. Wenn der ”kürzeste Abstand” der für die Zielfläche 70 berechnete Wert ist, wird anschließend Schritt S11 abgearbeitet. Wenn bestimmt wird, dass der ”kürzeste Abstand” nicht der für die Zielfläche 70 berechnete Wert ist, wird anschließend Schritt S12 abgearbeitet.
In Schritt S11 und Schritt S12 wird der ”kürzeste Abstand” in dem Leitbild angezeigt. Insbesondere wird in Schritt S11 die Information, die den in Schritt S9 gewählten ”kürzesten Abstand” angibt, in dem Grobbaggerbild 53 und in dem Feinbaggerbild 54 zusammen mit einer Abbildung des Positionsverhältnisses zwischen der Modellfläche 45 und der Messerkante des Baggerlöffels 8 angezeigt. Zusätzlich wird, wie vorstehend beschrieben, die Ablesemarke 86c, die die der nächstgelegenen Position entsprechende Position des berechneten Punkts in Überdeckung mit der Frontalansicht 54a in dem Feinbaggerbild 54 angezeigt. Das Erscheinen der Anzeige der den ”kürzesten Abstand” angebenden Information in Schritt S11 wird im Folgenden als ”normales Display-Erscheinungsbild” bezeichnet. Insbesondere wenn in Schritt S10 bestimmt wird, dass der ”kürzeste Abstand” der für die Zielfläche 70 berechnete Wert ist, wird der ”kürzeste Abstand” in dem Leitbild mit dem normalen Display-Erscheinungsbild angezeigt.
In Schritt S12 wird der ”kürzeste Abstand” in dem Leitbild mit speziellen Kennzeichnungen angezeigt. In diesem Schritt erfolgt die Anzeige der den ”kürzesten Abstand” angebenden Information mit Kennzeichnungen, die sich von dem normalen Display-Erscheinungsbild in dem Grobbaggerbild 53 und in dem Feinbaggerbild 54 unterscheiden. Zum Beispiel unterscheiden sich die visuellen Elemente des Textes oder der Graphiken für die Information, die den ”kürzesten Abstand” angibt, zum Beispiel Farbe oder Größe, von dem normalen Display-Erscheinungsbild. Insbesondere wenn der ”kürzeste Abstand” der für die erste Nichtzielfläche 71 oder die zweite Nichtzielfläche 72 berechnete Wert ist, wird der ”kürzeste Abstand” in dem Leitbild mit speziellen Kennzeichnungen angezeigt.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird der ”kürzeste Abstand” berechnet und in dem Leitbild angezeigt. Ein spezielles Beispiel der Berechnung des kürzesten Abstands wird nachstehend angegeben.
Wenn sämtliche der ersten bis fünften berechneten Punkte C1 bis C5 innerhalb des Zielbereichs A1 liegen, wie in 11 gezeigt, wird der Zielflächenabstand DAi für jeden der ersten bis fünften berechneten Punkte C1 bis C5 berechnet. Der kürzeste der fünf Zielflächenabstände DAi wird als der ”kürzeste Abstand” gewählt. Insbesondere wird der Zielflächenabstand DAi für den berechneten Punkt, der am nächsten zur Zielfläche 70 liegt, als der ”kürzeste Abstand” festgelegt. Der ”kürzeste Abstand” wird dann in der normalen Display-Erscheinungsform in dem Leitbild angezeigt.
Wenn sämtliche der ersten bis fünften berechneten Punkte C1 bis C5 in dem ersten Nichtzielbereich A2 liegen, wie in 12 gezeigt, wird der erste Nichtzielflächenabstand DBi für jeden der ersten bis fünften berechneten Punkte C1 bis C5 berechnet. Der kürzeste der fünf ersten Nichtzielflächenabstände DBi wird als der ”kürzeste Abstand” gewählt. Insbesondere wird der Abstand DBi zur ersten Nichtzielfläche für den berechneten Punkt, der von den ersten bis fünften berechneten Punkten C1 bis C5 am nächsten zur Nichtzielfläche 71 liegt, als der ”kürzeste Abstand” festgelegt. Der ”kürzeste Abstand” wird dann mit speziellen Kennzeichnungen in dem Leitbild angezeigt.
Wenn sämtliche der ersten bis fünften berechneten Punkte C1 bis C5 in dem Spaltbereich zwischen dem Zielbereich A1 und dem ersten Nichtzielbereich A2 liegen, wie in 13 dargestellt, wird der vorläufige Abstand DDi zur Zielfläche für jeden der ersten bis fünften berechneten Punkte C1 bis C5 berechnet. Der kürzeste der fünf vorläufigen Abstände DDi zur Zielfläche wird als der ”kürzeste Abstand” gewählt. Insbesondere wird der vorläufige Abstand DDi zur Zielfläche für den berechneten Punkt, der von den ersten bis fünften berechneten Punkten C1 bis C5 am nächsten zur äußeren Begrenzung der Zielfläche 70 liegt, als der ”kürzeste Abstand” festgelegt. Der ”kürzeste Abstand” wird dann in dem üblichen Display-Erscheinungsbild in dem Leitbild angezeigt.
Wenn einige der ersten bis fünften berechneten Punkte C1 bis C5 innerhalb des Zielbereichs A1 liegen, wie in 11 gezeigt, und andere der ersten bis fünften berechneten Punkte C1 bis C5 innerhalb des ersten Nichtzielbereichs A2 liegen, wie in 13 gezeigt, wird von dem Zielflächenabstand DAi und von dem vorläufigen Zielflächenabstand DDi der kürzeste als der ”kürzeste Abstand” für die ersten bis fünften berechneten Punkte C1 bis C5 gewählt. Der ”kürzeste Abstand” wird dann in dem normalen Display-Erscheinungsbild in dem Leitbild angezeigt.
Wenn sämtliche der ersten bis fünften berechneten Punkte C1 bis C5 in einem Bereich liegen, in dem sich der Zielbereich A1 mit zweiten Nichtzielbereich A3 überlappt, wie in 14 und 15 dargestellt, wird von dem Zielflächenabstand DAi und dem zweiten Nichtzielflächenabstand DCi der kürzeste als der ”kürzeste Abstand” für die ersten bis fünften berechneten Punkte C1 bis C5 festgelegt. Deshalb wird, wenn die zweite Nichtzielfläche 72 näher zur Messerkante des Baggerlöffels 8 liegt als die Zielfläche 70, der Abstand DCi zur zweiten Nichtzielfläche für den berechneten Punkt, der am nächsten zur zweiten Nichtzielfläche 72 liegt, mit speziellen Kennzeichnungen in dem Leitbild angezeigt. Wenn die Zielfläche 70 näher zur Messerkante des Baggerlöffels 8 liegt als die zweite Nichtzielfläche 72, wird der Abstand DAi zur Zielfläche für den berechneten Punkt, der am nächsten zur Zielfläche 70 liegt, in der normalen Display-Erscheinungsform in dem Leitbild angezeigt.
Darüber hinaus wird ein Fall angenommen, in dem die ersten bis fünften berechneten Punkte C1 bis C5 in den Bereichen liegen, die in den 11 bis 15 dargestellt sind. Insbesondere liegt der berechnete erste Punkt C1 in dem ersten Nichtzielbereich A2, der in 12 gezeigt ist. Der berechnete zweite Punkt C2 liegt in dem Spaltbereich, der in 13 gezeigt ist. Der berechnete dritte Punkt C3 liegt in dem Zielbereich A1, der in 11 gezeigt ist. Der berechnete vierte Punkt C4 liegt in dem Bereich, in dem sich der Zielbereich A1 mit dem zweiten Nichtzielbereich A3 überlappt, wie in 14 gezeigt. Der berechnete fünfte Punkt C5 liegt in dem Bereich, in dem sich der Zielbereich A1 mit dem zweiten Nichtzielbereich A3 überlappt, wie in 15 gezeigt. In diesem Fall wird der in 12 dargestellte Abstand DBi zur ersten Nichtzielfläche für den ersten berechneten Punkt C1 berechnet. Der in 13 dargestellte vorläufige Abstand DDi zur Zielfläche wird für den zweiten berechneten Punkt C2 berechnet. Der in 11 dargestellte Abstand DAi zur Zielfläche wird für den dritten berechneten Punkt C3 berechnet. Der in 14 dargestellte Abstand DAi zur Zielfläche wird für den vierten berechneten Punkt C4 berechnet. Der in 15 dargestellte Abstand DCi zur zweiten Nichtzielfläche wird für den fünften berechneten Punkt C5 berechnet. Von dem Abstand DBi zur ersten Nichtzielfläche für den ersten berechneten Punkt C1, dem vorläufigen Abstand DDi zur Zielfläche für den zweiten berechneten Punkt C2, dem Abstand DAi zur Zielfläche für den dritten berechneten Punkt C3, dem Abstand DAi von der Zielfläche für den vierten berechneten Punkt C4 und dem Abstand DCi zur zweiten Nichtzielfläche für den fünften berechneten Punkt C5 wird der kürzeste dann als der ”kürzeste Abstand” gewählt. Wenn von dem vorläufigen Abstand DDi zur Zielfläche für den zweiten berechneten Punkt C2, dem Abstand DAi zur Zielfläche für den dritten berechneten Punkt C3 oder dem Abstand DAi zur Zielfläche für den vierten berechneten Punkt C4 einer als der ”kürzeste Abstand” gewählt wird, wird die Information, die den ”kürzesten Abstand” angibt, in dem normalen Display-Erscheinungsbild in dem Leitbild angezeigt. Wenn von dem Abstand DBi zur ersten Nichtzielfläche für den ersten berechneten Punkt C1 oder dem Abstand DCi zur zweiten Nichtzielfläche für den fünften berechneten Punkt C5 einer als der ”kürzeste Abstand” gewählt wird, wird die Information, die den kürzesten Abstand angibt, mit speziellen Kennzeichnungen in dem Leitbild angezeigt.
4. Merkmale
Das Hydraulikbagger-Displaysystem 28 gemäß vorliegender Ausführungsform hat folgende Merkmale.
Der Display-Controller 39 berechnet den Abstand zwischen der Modellfläche 45 und der Position, die von dem ersten berechneten Punkt C1 bis zu dem fünften berechneten Punkt C5 an der Messerkante des Baggerlöffels 8 am nächsten zur Modellfläche 45 liegt, als den ”kürzesten Abstand” und zeigt die den ”kürzesten Abstand” angebende Abstandsinformation in dem Leitbild an. Dadurch ist es für den Maschinenführer möglich, den Abstand von der nächstgelegenen Position an der Messerkante des Baggerlöffels zur Modelloberfläche 45 ohne weiteres zu ermitteln, auch wenn die Messerkante des Baggerlöffels 8 nicht parallel zur Modellfläche 45 positioniert ist, wie in 9 gezeigt. Dies ermöglicht dem Maschinenführer präzises Baggern.
Wie 6 zeigt, ist die Anzeigemarke 86c, die die am nächsten zur Modellfläche 45 liegende Position angibt, in der Frontalansicht des Baggerlöffels 8 dargestellt, die das Feinbaggerbild 54 bildet. Dadurch kann der Maschinenführer in der Frontalansicht des Baggerlöffels 8 problemlos die Position erkennen, die am nächsten zur Modellfläche 45 liegt. Dies ermöglicht dem Maschinenführer eine präzise Durchführung der Baggerarbeit.
Wenn der Abstand von der nächstgelegenen Position zur Nichtzielfläche als der kürzeste Abstand berechnet wird, wird die Information, die den kürzesten Abstand angibt, mit Kennzeichnungen angezeigt, die sich von dem normalen Erscheinungsbild unterscheiden. Auf diese Weise kann der Maschinenführer ohne weiteres erkennen, dass die an die Zielfläche 70 angrenzende Nichtzielfläche näher zur Messerkante des Baggerlöffels 8 liegt als die Zielfläche 70. Dadurch wird verhindert, dass der Maschinenführer irrtümlicherweise eine angrenzende Nichtzielfläche anstelle der Zielfläche 70 bearbeitet.
Wenn die Messerkante des Baggerlöffels 8 in einem Spaltbereich außerhalb des Zielbereichs A1 positioniert ist, wie in 13 gezeigt, wird der Abstand von der äußeren Begrenzung der Zielfläche 70 berechnet. Dadurch kann ein Maschinenführer ohne weiteres feststellen, wie weit die Messerkante des Baggerlöffels 8 von der Zielfläche 70 entfernt ist, wenn sich die Messerkante des Baggerlöffels 8 außerhalb eines Bereichs befindet, in dem die Messerkante der Zielfläche 70 gegenüberliegt.
Wenn einige der berechneten Punkte innerhalb des Zielbereichs A1 liegen und andere der berechneten Punkte in einem Spaltbereich außerhalb des Zielbereichs A1 liegen, wird der kürzeste der Abstände von den berechneten Punkten als der kürzeste Abstand gewählt. Selbst wenn ein Teil der Messerkante des Baggerlöffels 8 außerhalb des Zielbereichs A1 liegt, wird der Abstand zwischen der Messerkante des Baggerlöffels 8 und der Zielfläche 70 angezeigt, wenn sich ein weiterer Teil der Messerkante des Baggerlöffels 8 in der Nähe der Zielfläche 70 befindet. Dadurch wird verhindert, dass ein Maschinenführer irrtümlich über die Zielfläche 70 hinaus gräbt.
Wie 9 zeigt, werden die Abstände D1 bis D5 zwischen jedem der berechneten Punkte C1 bis C5 und der Modellfläche 45 in der Ya-Za-Ebene, die durch jeden der berechneten Punkte C1 bis C5 verläuft, berechnet. Es ist daher einfach für einen Maschinenführer, den kürzesten Abstand in einer zur Ya-Za-Ebene parallelen Richtung zu ermitteln. Wenn der Maschinenführer die Arbeitsmaschine 2 bedient, bewegt er den Baggerlöffel 8 in einer zur Za-Ya-Ebene parallelen Richtung. Dadurch, dass in dem Leitbild die vorgegebene Abstandsinformation angezeigt wird, kann der Maschinenführer den Abstand zwischen der Messerkante des Baggerlöffels 8 und der Modelfläche 45 ohne weiteres feststellen, wenn er die Arbeitsmaschine 2 bedient.
In der Seitenansicht 53b der des Grobbaggerbilds 53 und in der Seitenansicht 54b des Feinbaggerbilds 54 werden der Bereich, der näher zum Boden liegt als die Modellflächenlinie 74 und die Zielflächenlinie 79, und der Bereich, der näher zur Luft liegt als diese Liniensegmente, verschiedenfarbig dargestellt. Dadurch kann ein Maschinenführer ohne weiteres erkennen, dass der Baggerlöffel 8 in einem Bereich positioniert ist, in dem die Modellfläche 45 nicht vorhanden ist, wenn die Messerkante des Baggerlöffels 8 weit von der Modellfläche 45 entfernt ist.
5. Weitere Ausführungsformen
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde vorstehend beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt. Verschiedene Modifikationen sind möglich, soweit sie nicht von dem Erfindungsgedanken abweichen. Die Leitbilder sind nicht auf jene in der vorstehenden Beschreibung beschränkt und können, soweit erforderlich, modifiziert werden. Einige oder sämtliche der Funktionen des Display-Controllers 39 können durch einen Computer ausgeführt werden, der außerhalb des Hydraulikbaggers 100 angeordnet ist. Das Zielarbeitsobjekt ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ebene beschränkt, sondern kann ein Punkt, eine Linie oder ein dreidimensionales Gebilde sein. Die Eingabeeinheit 41 der Anzeigeeinheit 38 ist nicht auf ein Tastfeld beschränkt, sondern kann auch ein Bedienelement wie eine Taste oder einen Schalter umfassen.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist ein Fall beschrieben, in dem ein Maschinenführer eine Baggerarbeit manuell durchführt, indem er das Bedienelement 31 der Arbeitsmaschine bedient. Es kann jedoch zusätzlich auch ein automatischer Baggermodus vorgesehen sein. Wird der automatische Baggermodus gewählt, ist die vorstehend beschriebene Zielfläche 79 eine Zielbewegungsbahn, entlang der die Messerkante des Baggerlöffels 8 zu bewegen ist. Der Display-Controller 39 gibt ein Steuersignal für die automatische Bewegung der Messerkante des Baggerlöffels 8 entlang der Zielbewegungsbahn an die Maschinensteuervorrichtung 27 aus. Damit führt die Arbeitsmaschine 2 die Baggerarbeit automatisch aus.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform hat die Arbeitsmaschine 2 einen Ausleger 6, einen Arm 7 und einen Baggerlöffel 8. Jedoch ist die Konfiguration der Arbeitsmaschine 2 nicht darauf beschränkt und kann zumindest einen Baggerlöffel 8 umfassen.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform werden die Neigungswinkel des Auslegers 6, des Arms 7 und des Baggerlöffels 8 durch den ersten bis dritten Hubsensor 16 bis 18 ermittelt. Jedoch sind die Mittel zum Detektieren der Neigungswinkel nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann zum Detektieren der Neigungswinkel des Auslegers 6, des Arms 7 und des Baggerlöffels 8 ein Winkelsensor vorgesehen sein.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform hat einen Baggerlöffel 8, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Es kann stattdessen eine Kippschaufel vorgesehen sein. Eine Kippschaufel umfasst einen Schaufelkippzylinder und ist eine Schaufel, die einer geneigten Fläche oder einem ebenen Gelände die gewünschte Form verleihen oder diese Fläche oder dieses ebene Gelände egalisieren kann, indem sie nach links oder nach rechts kippt, auch wenn der Hydraulikbagger an der geneigten Fläche positioniert ist, und die mittels einer Bodenplatte Verdichtungsarbeiten durchführen kann.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform sind, wie in 9 gezeigt ist, fünf berechnete Punkte C1 bis C5 festgelegt. Die Anzahl der berechneten Punkte ist jedoch nicht darauf beschränkt, solange eine Mehrzahl von berechneten Punkten festgelegt ist.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform werden, wie in 9 gezeigt ist, Abstände D1 bis D5 zwischen jedem der berechneten Punkte C1 bis C5 und der Modellfläche 45 in der Ya-Za-Ebene, die durch jeden der berechneten Punkte C1 bis C5 verläuft, berechnet. Es kann jedoch von den Abständen zwischen den berechneten Punkten C1 bis C5 und der Modellfläche 45 ungeachtet der Richtung der kürzeste Abstand berechnet werden. Wie beispielsweise in 16 gezeigt ist, kann statt des kürzesten Abstands D5 an der durch den berechneten Punkt C5 verlaufenden Ebene Ya-Za vielmehr der kürzeste Abstand D5' zur Modellfläche 45 in jeder Richtung für den Punkt C5 berechnet werden. In diesem Fall kann ein Maschinenführer ohne weiteres den kürzesten Abstand zwischen der Modellfläche 45 und der am nächsten zur Modellfläche 45 liegenden Position ermitteln, ungeachtet der Richtung, in der die Arbeitsmaschine 2 betätigt wird. Wenn der Fahrzeughauptkörper 1 des Hydraulikbaggers 100 zum Beispiel nach links oder nach rechts gekippt wird, kann sich der Baggerlöffel 8 nicht nur in der Antriebsrichtung der Arbeitsmaschine 2 bewegen, sondern auch in der Breitenrichtung der Arbeitsmaschine 2. Zusätzlich bewegt sich der Baggerlöffel 8 in der Breitenrichtung, wenn der obere Drehkörper 3 schwenkt. Dadurch, dass der kürzeste Abstand in jeder Richtung in dem Leitbild angezeigt wird, kann eine Bedienungsperson den Abstand zwischen der Messerkante des Baggerlöffels 8 und den Modellflächen 45 genau feststellen, wenn er den Fahrzeughauptkörper 1 bewegt.
Wenn die Messerkante des Baggerlöffels 8 in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform in einem Spaltbereich außerhalb des Zielbereichs A1 liegt, wird der Abstand zwischen dem i-ten berechneten Punkt Ci und dem Endpunkt PAi, der die äußere Begrenzung der Zielfläche 70 angibt, berechnet. Es kann jedoch der Abstand zwischen dem i-ten berechneten Punkt Ci und der verlängerten Ebene der Zielfläche 70 berechnet werden. Insbesondere kann, wie in 17 gezeigt ist, der Abstand zwischen dem i-ten berechneten Punkt Ci und der verlängerten Linie MAi' der Ziellinie MAi als vorläufiger Abstand DDi zur Zielfläche berechnet werden. In diesem Fall lässt sich die Zielfläche 70 ohne weiteres formen/gestalten, indem die Messerkante des Baggerlöffels 8 von einer Position, die von der Zielfläche 70 (zum Beispiel eine Position an der verlängerten Ebene der Zielfläche 70) parallel zur Zielfläche manövriert wird. Eine Formung nach der Positionierung der Messerkante an dem oberen Ende des Gefälles verhindert das Einstürzen von Erdreich oberhalb des oberen Endes des Gefälles oder die Beeinträchtigung einer sauberen Formung durch den Stoß der Arbeitsmaschine 2, wenn diese zu arbeiten beginnt.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung hat die vorteilhafte Wirkung, dass sie eine präzise Durchführung eines Baggervorgangs ermöglicht und ein Displaysystem in einem Hydraulikbagger und ein Steuerverfahren dafür bereitstellt.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeughauptkörper
2: Arbeitsmaschine
8: Baggerlöffel
19: Positionsdetektoreinheit
28: Displaysystem
42: Displayeinheit
43: Speichereinheit
44: Recheneinheit
45: Modellfläche
53: Grobbaggerbild (Leitbild)
54: Feinbaggerbild (Leitbild)
70: Zielfläche
71: erste Nichtzielfläche
72: zweite Nichtzielfläche
100: Hydraulikbagger

Claims

Displaysystem in einem Hydraulikbagger, der eine Arbeitsmaschine mit einem Baggerlöffel und einen Hauptkörper umfasst, an dem die Arbeitsmaschine befestigt ist; wobei das Displaysystem umfasst: eine Positionsdetektoreinheit zum Erfassen von Informationen bezüglich einer aktuellen Position des Hydraulikbaggers; eine Speichereinheit zum Speichern von Positionsinformationen für eine Modellfläche, die eine Zielform für ein Arbeitsobjekt angibt; eine Recheneinheit zum Berechnen einer Position einer Messerkante der Baggerschaufel auf der Basis von Informationen bezüglich der aktuellen Position des Hydraulikbaggers und zum Berechnen des Abstands zwischen der Modellfläche und der Position, die von den Positionen der Messerkante in der Breitenrichtung der Messerkante des Baggerlöffels am nächsten zur Modellfläche liegt, auf der Basis von Positionsinformationen für die Messerkante und die Modellfläche; und eine Displayeinheit zum Anzeigen eines Leitbilds, das eine Abbildung des Positionsverhältnisses zwischen der Modellfläche und der Messerkante des Baggerlöffels und eine Information zeigt, die den Abstand zwischen der Modellfläche und der nächstgelegenen Position angibt.
Displaysystem in dem Hydraulikbagger nach Anspruch 1, wobei die das Positionsverhältnis zwischen der Modellfläche und der Messerkante des Baggerlöffels zeigende Abbildung eine Frontalansicht des Baggerlöffels enthält; und wobei die nächstgelegene Position in der Frontalansicht des Baggerlöffels angezeigt wird.
Displaysystem in dem Hydraulikbagger nach Anspruch 1, wobei ein Teil der Modellfläche als Zielfläche gewählt wird und eine Information, die den Abstand zwischen der Zielfläche und der Position angibt, die von den Positionen der Messerkante in der Breitenrichtung der Messerkante am nächsten zur Zielfläche liegt, in dem Leitbild angezeigt wird.
Displaysystem in dem Hydraulikbagger nach Anspruch 3, wobei eine Information, die den Abstand zwischen einer die Zielfläche der Modellfläche ausschließenden Nichtzielfläche und einer Position angibt, die von den Positionen der Messerkante in der Breitenrichtung der Messerkante am nächsten zur Nichtzielfläche liegt, unter Verwendung einer Kennzeichnung angezeigt wird, die sich von der Information unterscheidet, die den Abstand zwischen der Zielfläche und der am nächsten zur Zielfläche liegenden Position angibt, wenn die Nichtzielfläche näher zur Messerkante des Baggerlöffels liegt als die Zielfläche.
Displaysystem in dem Hydraulikbagger nach Anspruch 3, wobei eine Information, die den Abstand zwischen einer äußeren Begrenzung der Zielfläche und einer Position angibt, die von den Positionen der Messerkante in der Breitenrichtung der Messerkante am nächsten zur äußeren Begrenzung liegt, in dem Leitbild angezeigt wird, wenn die Messerkante des Baggerlöffels sich außerhalb eines Bereichs befindet, der senkrecht zur Zielfläche orientiert ist.
Displaysystem in dem Hydraulikbagger nach Anspruch 5, wobei in dem Leitbild eine Information angezeigt wird, die angibt, welcher der Abstände zwischen der äußeren Begrenzung der Zielfläche und der am nächsten zur äußeren Begrenzung der Zielfläche liegenden Position und zwischen der Zielfläche und der Position, die von den Positionen der Messerkante in der Breitenrichtung der Messerkante am nächsten zur Zielfläche liegt, der kleinere ist, wenn sich ein Teil der Messerkante des Baggerlöffels außerhalb eines Bereichs befindet, der senkrecht zur Zielfläche orientiert ist, und ein anderer Teil der Messerkante des Baggerlöffels sich innerhalb des Bereichs befindet, der senkrecht zur Zielfläche orientiert ist.
Displaysystem in dem Hydraulikbagger nach Anspruch 3, wobei in dem Leitbild eine Information angezeigt wird, die den Abstand zwischen einer verlängerten Ebene der Zielfläche und der Position angibt, die von den Positionen der Messerkante in der Breitenrichtung der Messerkante am nächsten zu der verlängerten Ebene liegt, wenn sich die Messerkante des Baggerlöffels außerhalb des Bereichs befindet, der senkrecht zur Zielfläche orientiert ist.
Displaysystem in dem Hydraulikbagger nach Anspruch 1, wobei der Abstand zwischen der Modellfläche und einer am nächsten zur Modellfläche liegenden Position in einer Richtung, die parallel zu einer zur Breitenrichtung senkrechten Ebene liegt, als der Abstand zwischen der Modellfläche und der nächstgelegenen Position berechnet wird.
Displaysystem in dem Hydraulikbagger nach Anspruch 1, wobei der kürzeste Abstand zwischen der Modellfläche und der Position, die in jeder Richtung am nächsten zur Modellfläche liegt, als der Abstand zwischen der Modellfläche und der nächstgelegenen Position berechnet wird.
Displaysystem in dem Hydraulikbagger nach Anspruch 1, wobei die Abbildung, die das Positionsverhältnis zwischen der Modellfläche und der Messerkante des Baggerlöffels zeigt, ein Liniensegment enthält, das bei seitlicher Betrachtung einen Querschnitt der Modellfläche angibt; und und wobei ein Bereich, der näher zum Boden liegt als das Liniensegment, und ein Bereich, der näher zur Luft liegt als das Liniensegment, verschiedenfarbig angezeigt werden.
Hydraulikbagger, der mit einem Displaysystem in einem Hydraulikbagger gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgestattet ist.
Verfahren zum Steuern eines Displaysystems in einem Hydraulikbagger, der eine Arbeitsmaschine mit einem Baggerlöffel und einen Hauptkörper umfasst, an dem die Arbeitsmaschine befestigt ist; wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: das Erfassen einer Information bezüglich der aktuellen Position des Hydraulikbaggers; das Berechnen einer Position einer Messerkante des Baggerlöffels auf der Basis der Information bezüglich der aktuellen Position des Hydraulikbaggers; das Berechnen des Abstands zwischen einer Modellfläche, die eine Zielform eines Arbeitsobjekts angibt, und einer Position, die von den Positionen der Messerkante in der Breitenrichtung der Messerkante am nächsten zu der Modellfläche liegt, auf der Basis von Positionsinformationen für die Modellfläche und die Position der Messerkante des Baggerlöffels; und das Anzeigen eines Leitbilds, das ein Positionsverhältnis zwischen der Modellfläche und der Messerkante des Löffelbaggers und eine Information anzeigt, die den Abstand zwischen der Modellfläche und der nächstgelegenen Position angibt.