JP6808377B2 - ショベルの表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、ショベルの表示装置に関する。

建設機械の操作に対する燃費の良否判定を表示する表示装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００８−２４０３６１号公報

しかしながら、特許文献１の表示装置は、燃費に関する良否判定が表示されるのみである。そのため操作者は、自身の操作が具体的にどのようなものであったかを客観的に理解できない。また、具体的にどのような操作を行えば自身の操作効率を改善できるのかを理解できない。

上述に鑑み、操作者に自身の操作状況を客観的に理解させ、操作効率の向上を支援できるショベルの表示装置を提供することが望ましい。

本発明の一実施形態に係るショベルの表示装置は、
ブーム、アーム、及びエンドアタッチメントを含むアタッチメントを有するショベルの表示装置であって、
前記表示装置は、
前記ショベルの操作解析を開始し、該操作解析の履歴を蓄積させる操作解析開始入力部と、
前記操作解析の結果に基づき、前記ショベルの操作履歴をショベルのモデルにより表示し、
前記ショベルの動きに連動した前記アタッチメントに加わる力をベクトルで表示して前記ショベルに作用する荷重に係る安定度情報を表示させる安定度確認入力部と、
を有することを特徴とする。

上述の手段により、操作者に自身の操作状況を客観的に理解させ、操作効率の向上を支援できるショベルの表示装置を提供できる。

ショベルの側面図である。 図１のショベルの構成例を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るショベルの表示装置の処理を説明するフローチャートである。 操作解析を開始させる開始画面の一例を示す図である。 操作解析を開始させる開始画面の他の例を示す図である。 履歴画面の一例を示す図である。 第１安定度確認画面の一例を示す図である。 第２安定度確認画面の一例を示す図である。 第３安定度確認画面の一例を示す図である。

図１は本発明の実施形態に係るショベル（掘削機）の側面図である。ショベルの下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が旋回可能に搭載される。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられる。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられる。エンドアタッチメントとして、法面用バケット、浚渫用バケット等が用いられてもよい。

ブーム４、アーム５、及びバケット６は、アタッチメントの一例として掘削アタッチメントを構成し、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、及びバケットシリンダ９によりそれぞれ油圧駆動される。ブーム４にはブーム角度センサＳ１が取り付けられ、アーム５にはアーム角度センサＳ２が取り付けられ、バケット６にはバケット角度センサＳ３が取り付けられる。掘削アタッチメントには、バケットチルト機構が設けられてもよい。

ブーム角度センサＳ１はブーム４の回動角度を検出する。

アーム角度センサＳ２はアーム５の回動角度を検出する。

バケット角度センサＳ３はバケット６の回動角度を検出する。掘削アタッチメントがバケットチルト機構を備える場合、バケット角度センサＳ３はチルト軸回りのバケット６の回動角度を追加的に検出する。

ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びバケット角度センサＳ３は、可変抵抗器を利用したポテンショメータ、対応する油圧シリンダのストローク量を検出するストロークセンサ、連結ピン回りの回動角度を検出するロータリエンコーダ等であってもよい。

ブーム４にはブーム加速度センサＳ４が取り付けられ、アーム５にはアーム加速度センサＳ５が取り付けられ、バケット６にはバケット加速度センサＳ６が取り付けられる。

ブーム加速度センサＳ４は、ブーム４のＸＹＺ軸の３方向の加速度を１デバイスで測定できる３軸加速度センサである。

アーム加速度センサＳ５は、アーム５のＸＹＺ軸の３方向の加速度を１デバイスで測定できる３軸加速度センサである。

バケット加速度センサＳ６は、バケット６のＸＹＺ軸の３方向の加速度を１デバイスで測定できる３軸加速度センサである。

なお、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びバケット角度センサＳ３は、水平面に対する傾斜を検出して上部旋回体３に対する回動角度を検出する加速度センサであってよい。その場合、ブーム加速度センサＳ４、アーム加速度センサＳ５、バケット加速度センサＳ６は必須ではない。

上部旋回体３には運転室であるキャビン１０が設けられ且つエンジン１１等の動力源が搭載される。また、上部旋回体３には旋回角速度センサＳ７、加速度センサＳ８、及びカメラＳ９が取り付けられる。

旋回角速度センサＳ７は、例えばジャイロセンサであり、上部旋回体３の旋回角速度を検出する。なお、旋回角速度センサＳ７は、レゾルバ、ロータリエンコーダ等であってもよい。

加速度センサＳ８は、上部旋回体３のＸＹＺ軸の３方向の加速度を１デバイスで測定できる３軸加速度センサである。

カメラＳ９は、ショベルの周辺の画像を取得する装置である。本実施形態では、カメラＳ９は上部旋回体３の後方側に取り付けられる１又は複数台のカメラである。

キャビン１０内には、コントローラ３０、表示装置４０が設置される。

コントローラ３０は、ショベルの駆動制御を行う主制御部として機能する。本実施形態では、コントローラ３０は、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置で構成される。コントローラ３０の各種機能は、ＣＰＵが内部メモリに格納されたプログラムを実行することで実現される。

表示装置４０は、コントローラ３０からの指令に応じて各種情報を出力する。本実施形態では、表示装置４０として、コントローラ３０に直接接続される車載液晶ディスプレイが利用され、タッチパネル等が用いられてよい。本実施形態の表示装置４０は、操作者のショベル操作を解析した操作解析情報などを表示する。また本実施形態の表示装置４０は、タブレッドやスマートフォンなどの携帯電話、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）などであってよい。

次に、図２を参照してショベルの基本システムについて説明する。ショベルの基本システムは、主に、エンジン１１、メインポンプ１４、パイロットポンプ１５、コントロールバルブ１７、操作装置２６、コントローラ３０、及びエンジン制御装置（ＥＣＵ）７４等を含む。

エンジン１１はショベルの駆動源であり、例えば、所定の回転数を維持するように動作するディーゼルエンジンである。エンジン１１の出力軸はメインポンプ１４及びパイロットポンプ１５の入力軸に接続される。

メインポンプ１４は、高圧油圧ライン１６を介して作動油をコントロールバルブ１７に供給する油圧ポンプであり、例えば、斜板式可変容量型油圧ポンプである。メインポンプ１４は、斜板の角度（傾転角）を変更することでピストンのストローク長を調整し、吐出流量、すなわち、ポンプ出力を変化させることができる。メインポンプ１４の斜板は、レギュレータ１４ａにより制御される。レギュレータ１４ａは、電磁比例弁（不図示）に対する制御電流の変化に対応して、斜板の傾転角を変化させる。例えば、制御電流を増加させることにより、レギュレータ１４ａは、斜板の傾転角を大きくして、メインポンプ１４の吐出流量を多くする。また、制御電流を減少させることにより、レギュレータ１４ａは、斜板の傾転角を小さくして、メインポンプ１４の吐出流量を少なくする。

パイロットポンプ１５は、パイロットライン２５を介して各種油圧制御機器に作動油を供給するための油圧ポンプであり、例えば、固定容量型油圧ポンプである。

コントロールバルブ１７は、油圧制御バルブである。コントロールバルブ１７は、後述するレバー又はペダル２６Ａ〜２６Ｃの操作方向及び操作量に応じた圧力変化に応じて、例えば、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、走行用油圧モータ１Ａ（左用）、走行用油圧モータ１Ｂ（右用）、及び旋回用油圧モータ２Ａのうちの一又は複数のものに対し、メインポンプ１４から高圧油圧ライン１６を通じて供給された作動油を選択的に供給する。なお、以下の説明では、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、走行用油圧モータ１Ａ（左用）、走行用油圧モータ１Ｂ（右用）、及び旋回用油圧モータ２Ａを集合的に「油圧アクチュエータ」と称する。

ブームシリンダ７には、圧力センサ５１が接続されている。圧力センサ５１は、ブームシリンダ７のロッド側の圧力とボトム側の圧力を検出する。アームシリンダ８には、圧力センサ５２が接続されている。圧力センサ５２は、アームシリンダ８のロッド側の圧力とボトム側の圧力を検出する。バケットシリンダ９には、圧力センサ５３が接続されている。圧力センサ５３は、バケットシリンダ９のロッド側の圧力とボトム側の圧力を検出する。

旋回用油圧モータ２Ａの左右には、圧力センサ５４と圧力センサ５５が接続されている。

操作装置２６は、操作者が油圧アクチュエータの操作のために用いる装置である。操作装置２６は、パイロットライン２５を介してパイロットポンプ１５から供給された作動油をパイロットライン２５ａを通じて、油圧アクチュエータのそれぞれに対応する流量制御弁のパイロットポートに供給する。なお、パイロットポートのそれぞれに供給される作動油の圧力は、油圧アクチュエータのそれぞれに対応するレバー又はペダル２６Ａ〜２６Ｃの操作方向及び操作量に応じた圧力とされる。なお本実施形態では、操作レバー２６Ａは、ブーム４とバケット６を操作する運転席の右側に配置される操作レバーである。操作レバー２６Ｂは、アーム５と上部旋回体３を操作する運転席の左側に配置される操作レバーである。

コントローラ３０は、ショベルを制御するための制御装置であり、例えば、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を備えたコンピュータで構成される。コントローラ３０のＣＰＵは、ショベルの動作や機能に対応するプログラムをＲＯＭから読み出してＲＡＭにロードしながらプログラムを実行することで、それらプログラムのそれぞれに対応する処理を実行させる。

コントローラ３０は、メインポンプ１４の吐出流量の制御を行う。例えば、ネガコン弁（不図示）のネガコン圧に応じて上記制御電流を変化させ、レギュレータ１４ａを介してメインポンプ１４の吐出流量を制御する。

エンジン制御装置（ＥＣＵ）７４は、エンジン１１を制御する装置である。例えば、コントローラ３０からの指令に基づき、後述するエンジン回転数調整ダイヤル７５により操作者が設定したエンジン回転数（モード）に応じてエンジン１１の回転数を制御するための燃料噴射量等をエンジン１１に出力する。

エンジン回転数調整ダイヤル７５は、キャビン１０内に設けられるエンジンの回転数を調整するためのダイヤルであり、本実施形態ではエンジン回転数を４段階で切り換えできるようにする。即ち、エンジン回転数調整ダイヤル７５により、ＳＰモード、Ｈモード、Ａモード、及びアイドリングモードの４段階でエンジン回転数を切り換えることができるようにする。なお、図２は、エンジン回転数調整ダイヤル７５でＳＰモードが選択された状態を示す。

ＳＰモードは、作業量を優先したい場合に選択される回転数モードであり、最も高いエンジン回転数を利用する。Ｈモードは、作業量と燃費を両立させたい場合に選択される回転数モードであり、二番目に高いエンジン回転数を利用する。Ａモードは、燃費を優先させながら低騒音でショベルを稼働させたい場合に選択される回転数モードであり、三番目に高いエンジン回転数を利用する。アイドリングモードは、エンジンをアイドリング状態にしたい場合に選択される回転数モードであり、最も低いエンジン回転数を利用する。エンジン１１は、エンジン回転数調整ダイヤル７５で設定された回転数モードのエンジン回転数で一定回転数に制御される。なお、ここでは、エンジン回転数調整ダイヤル７５による４段階でのエンジン回転数調整の事例を示したが、４段階には限られず何段階であってもよい。

また、ショベルには、運転者による運転を補助するために表示装置４０をキャビン１０の運転席の近傍に配置する。運転者は表示装置４０の入力部４２を利用して情報や指令をコントローラ３０に入力できる。また、ショベルの運転状況や制御情報、操作解析情報を表示装置４０の画像表示部４１に表示させることで、運転者に情報を提供できる。

表示装置４０は、画像表示部４１及び入力部４２を含む。表示装置４０は、運転席内のコンソールに固定される。なお、一般的に、運転席に着座した運転者からみて右側にブーム４が配置されており、運転者はブーム４の先端に取り付けられたアーム５、バケット６を視認しながらショベルを運転することが多い。キャビン１０の右側前方のフレームは運転者の視界の妨げとなる部分であるが、本実施形態では、この部分を利用して表示装置４０を設けている。これにより、もともと視界の妨げとなっていた部分に表示装置４０が配置されるので、表示装置４０自体が運転者の視界を大きく妨げることは無い。フレームの幅にもよるが、表示装置４０全体がフレームの幅に入るように、表示装置４０は、画像表示部４１が縦長となるように構成されてもよい。

本実施形態の表示装置４０の画像表示部４１は、操作解析を開始し、該操作解析の履歴を蓄積させる操作解析開始入力部としての操作解析開始ボタンを有する。また、画像表示部４１は、操作解析に基づいたショベルの安定度情報を表示させる安定度確認入力部としての安定度確認ボタンを有している。この点は後述する。

本実施形態では、表示装置４０は、ＣＡＮ、ＬＩＮ等の通信ネットワークを介してコントローラ３０に接続される。なお、表示装置４０は、専用線を介してコントローラ３０に接続されてもよい。

また、表示装置４０は、入力部４２としてのスイッチパネルを含む。スイッチパネルは、各種ハードウェアスイッチを含むパネルである。本実施形態では、スイッチパネルは、ハードウェアボタンとしてのライトスイッチ４２ａ、ワイパースイッチ４２ｂ、及びウインドウォッシャスイッチ４２ｃ、画面切替えボタン４２ｄ、カーソル移動ボタン４２ｅを含む。ライトスイッチ４２ａは、キャビン１０の外部に取り付けられるライトの点灯・消灯を切り換えるためのスイッチである。ワイパースイッチ４２ｂは、ワイパーの作動・停止を切り換えるためのスイッチである。また、ウインドウォッシャスイッチ４２ｃは、ウインドウォッシャ液を噴射するためのスイッチである。画面切替えボタン４２ｄは、表示装置４０の画像表示部４１上に表示される画面を切替えるためのボタンである。カーソル移動ボタン４２ｅは、表示装置４０の画像表示部４１上に表示されるカーソルを移動させて各種設定項目などを選択・決定するボタンである。

また、表示装置４０は、蓄電池７０から電力の供給を受けて動作する。なお、蓄電池７０はエンジン１１のオルタネータ１１ａ（発電機）で発電した電力で充電される。蓄電池７０の電力は、コントローラ３０及び表示装置４０以外のショベルの電装品７２等にも供給される。また、エンジン１１のスタータ１１ｂは、蓄電池７０からの電力で駆動され、エンジン１１を始動する。

エンジン１１は、上述のとおり、エンジン制御装置（ＥＣＵ）７４により制御される。ＥＣＵ７４からは、エンジン１１の状態を示す各種データ（例えば、水温センサ１１ｃで検出される冷却水温（物理量）を示すデータ）がコントローラ３０に常時送信される。

まず、可変容量式油圧ポンプであるメインポンプ１４のレギュレータ１４ａから斜板の傾転角を示すデータがコントローラ３０に供給される。また、メインポンプ１４の吐出圧力を示すデータが、吐出圧力センサ１４ｂからコントローラ３０に送られる。これらのデータ（物理量を表すデータ）は一次記憶部３０ａに格納される。また、メインポンプ１４が吸入する作動油が貯蔵されたタンクとメインポンプ１４との間の管路には、油温センサ１４ｃが設けられており、その管路を流れる作動油の温度を表すデータが、油温センサ１４ｃからコントローラ３０に供給される。

また、レバー又はペダル２６Ａ〜２６Ｃを操作した際に、パイロットライン２５ａを通じてコントロールバルブ１７に送られるパイロット圧が、油圧センサ１５ａ、１５ｂで検出され、検出したパイロット圧を示すデータがコントローラ３０に供給される。更に、圧力センサ５１〜５５からの各圧力値がコントローラ３０に供給される。

エンジン回転数調整ダイヤル７５からは、エンジン回転数の設定状態を示すデータがコントローラ３０に常時送信される。

本実施形態のコントローラ３０は、各検出値を先ず一次記憶部３０ａに記憶する。一次記憶部３０ａは、各種情報を記憶するための装置である。本実施形態では、一次記憶部３０ａとして、半導体メモリ等の不揮発性記憶媒体が用いられる。

一次記憶部３０ａへの記憶は、所定の容量が蓄積されると順次、消去される。本実施形態では検出された圧力値が閾値を超えた場合、コントローラ３０は一次記憶部３０ａに記憶された検出値（以下、操作履歴ともいう）を主記憶部３１へ移す。主記憶部３１は、容量の制限はあるが永久的にデータを記憶可能なメモリである。

主記憶部３１又は一次記憶部３０ａは、コントローラ３０が操作解析の際に使用するショベル操作に関する基準データなどを記憶してよい。

コントローラ３０は、油圧センサ１５ａ、１５ｂからのパイロット圧、各圧力センサ５１〜５５からの圧力値、吐出圧力センサ１４ｂからの吐出圧と、ブーム加速度センサＳ４、アーム加速度センサＳ５、バケット加速度センサＳ６、加速度センサＳ８により検出された加速度情報とに基づいて操作解析を行う。

コントローラ３０は、検出された加速度情報と主記憶部３１又は一次記憶部３０ａに記憶されている基準データとを比較して、閾値を超えている場合に操作解析に基づいた安定度情報を表示装置４０の画像表示部４１上に表示する。本実施例では安定度情報は、ベクトルにより表示する。安定度情報は主記憶部３１に記憶される。

次に、図３を参照しながら、本実施形態の一連の作業流れについて具体的に説明する。

図３（Ａ）は、操作解析を開始する処理を説明するフローチャートである。図３（Ｂ）は、画像表示部４１上に操作解析を表示する処理を説明するフローチャートである。

図３（Ａ）において操作者は操作解析を希望する場合、ステップ（以下、ＳＴと略す）１で、画像表示部４１上に表示された操作解析開始ボタン５０Ｓを押圧して、操作解析開始を入力する。そして、操作者はショベルの操作を行う。

すると、コントローラ３０は、ＳＴ２で各加速度センサからの加速度情報を取得する。本実施形態ではコントローラ３０は、ブーム加速度センサＳ４、アーム加速度センサＳ５、バケット加速度センサＳ６、及び加速度センサＳ８からの加速度情報を取得する。そして、コントローラ３０は、取得した加速度情報を主記憶部３１又は一次記憶部３０ａの基準データと比較して、閾値を超えているか否かを判定する。

取得した加速度情報が閾値を超えていない場合、（ＳＴ２のＮ）、コントローラ３０は、ＳＴ２の処理を繰り返す。

取得した加速度情報が閾値を超えている場合、（ＳＴ２のＹ）、コントローラ３０は、閾値を超えた前後の操作状況を操作解析履歴として主記憶部３１に記憶する（ＳＴ３）。記憶される操作状況の時間は、閾値を超えた前後５秒間としてよい。

ここで、図４、図５を参照しながら、画像表示部４１上に表示される操作解析開始ボタン５０Ｓの一例を説明する。図４は、操作解析を開始させる開始画面の一例を示す図である。図５は、操作解析を開始させる開始画面の他の例を示す図である。

図４に示す操作解析開始ボタン５０Ｓは、メニュー画面４００上に表示される。メニュー画面４００は、通常、ショベル操作の開始時に最初に表示される画面である。

したがって、操作者はショベル操作を開始する前に、自身のショベル操作に対する操作解析の開始を入力できる。なお、メニュー画面４００上の操作解析開始ボタン５０Ｓの箇所は、操作者により該操作解析開始ボタン５０Ｓが押圧された後、安定度確認ボタン５０Ｃに切替わる。勿論、メニュー画面４００には、操作解析開始ボタン５０Ｓと安定度確認ボタン５０Ｃの両方が表示されていてもよい。

メニュー画面４００には、各種設定項目が表示されている。また本実施形態では画像表示部４１上に各種設定項目上を移動可能な選択領域ＣＳが表示されている。図示例の選択領域ＣＳは、一例としてカーソル領域ＣＳが表示されている。そのため、カーソル領域ＣＳを移動操作することより言語変更、画面明るさなどの調整が可能である。また、メンテナンス情報画面、時刻調整画面等への移動も可能である。カーソル領域ＣＳの移動操作は、図２に示したカーソル移動ボタン４２ｅにより行える。なお画像表示部４１がタッチパネルなどである場合には、タッチ操作などにより各種設定項目上を移動可能な選択領域が表示されてよい。

操作解析開始ボタン５０Ｓは、図５に示すメイン画面４１０上に表示されてもよい。メイン画面４１０は、通常、ショベルの操作中に表示される画面である。なお、図４に示すメニュー画面４００と、図５のメイン画面４１０とは、図２に示す画面切替えボタン４２ｄにより画面切替えができる。

図５に示すように、メイン画面４１０は、日時表示領域４１ａ、走行モード表示領域４１ｂ、エンドアタッチメント表示領域４１ｃ、エンジン制御状態表示領域４１ｅ、エンジン作動時間表示領域４１ｆ、冷却水温表示領域４１ｇ、燃料残量表示領域４１ｈ、回転数モード表示領域４１ｉ、作動油温表示領域４１ｋ、カメラ画像表示領域４１ｍ、アラーム表示領域４１ｐ、及び向き表示アイコン４１ｘ、操作解析開始ボタン５０Ｓを含む。

なお、メイン画面４１０上の操作解析開始ボタン５０Ｓの箇所は、操作者により該操作解析開始ボタン５０Ｓが押圧された後、安定度確認ボタン５０Ｃに切替わる。勿論、メイン画面４１０には、操作解析開始ボタン５０Ｓと安定度確認ボタン５０Ｃの両方が表示されていてもよい。

日時表示領域４１ａは、現在の日時を画像表示する領域である。

走行モード表示領域４１ｂは、現在の走行モードを画像表示する領域である。走行モードは、可変容量ポンプを用いた走行用油圧モータの設定状態を表す。具体的には、走行モードは、低速モード及び高速モードを有する。低速モードは、「亀」を象ったマークで表示され、高速モードは「兎」を象ったマークで表示される。

エンドアタッチメント表示領域４１ｃは、現在装着されているエンドアタッチメントを表す画像を画像表示する領域である。図５に示す実施形態では、バケットを象ったマークが表示されている。

エンジン制御状態表示領域４１ｅは、エンジン１１の制御状態を画像表示する領域である。図５に示す実施形態では、運転者は、エンジン１１の制御状態として「自動減速・自動停止モード」が選択されていることを認識できる。その他、エンジン１１の制御状態には、「自動減速モード」、「自動停止モード」、「手動減速モード」等がある。

エンジン作動時間表示領域４１ｆは、エンジン１１の累積作動時間を画像表示する領域である。図５に示す実施形態では、単位「ｈｒ（時）」を用いた値が表示される。

冷却水温表示領域４１ｇは、現在のエンジン冷却水の温度状態を画像表示する領域である。

燃料残量表示領域４１ｈは、燃料タンクに貯蔵されている燃料の残量状態を画像表示する領域である。

回転数モード表示領域４１ｉは、現在の回転数モードを画像表示する領域である。回転数モードは、例えば、上述のＳＰモード、Ｈモード、Ａモード、及びアイドリングモードＩＤＬＥの４つを含む。図５に示す実施形態では、ＳＰモードを表す記号「ＳＰ」が表示されている。

作動油温表示領域４１ｋは、作動油タンク内の作動油の温度状態を画像表示する領域である。

カメラ画像表示領域４１ｍは、カメラ画像を画像表示する領域である。本実施形態では、ショベルは、運転者の視界以外の部分を撮像するためのカメラＳ９（図１参照。）を備える。カメラＳ９は、撮像したカメラ画像を表示装置４０の変換処理部４０ａに送る。これにより、運転者はカメラＳ９が撮像したカメラ画像を表示装置４０のメイン画面４１０で視認できる。

向き表示アイコン４１ｘは、表示画面に表示される撮像画像を撮像した撮像装置の向きとショベル（上部旋回体３のアタッチメント）の向きとの相対的関係を表すアイコンである。

操作解析開始ボタン５０Ｓは、メイン画面４１０上のエンジン作動時間表示領域４１ｆと冷却水温表示領域４１ｇとの間に表示されることが好ましいが、この限りではない。

図５に示すように操作解析開始ボタン５０Ｓは、ショベルの操作中に表示されるメイン画面４１０上に表示されるため、操作者はショベル操作の途中であっても、自身のショベル操作に対する操作解析の開始を入力できる。

次に、図３（Ｂ）を参照しながら表示装置４０の画像表示部４１上に操作解析に基づいたショベルの安定度情報を表示する一連の処理について具体的に説明する。

図３（Ｂ）において、操作者は操作解析結果の確認を希望する場合、ステップ２１で、画像表示部４１上に表示された安定度確認ボタン５０Ｃを押圧して、操作解析結果の確認を入力する。

本実施例の表示装置４０は、操作者がＳＴ１で操作解析開始ボタン５０Ｓを押圧すると、操作解析の終了後のメニュー画面４００又はメイン画面４１０上の操作解析開始ボタン５０Ｓを安定度確認ボタン５０Ｃに切替える。

したがって、ＳＴ２１のとき安定度確認ボタン５０Ｃは、図４のメニュー画面４００又はメイン画面４１０上の操作解析開始ボタン５０Ｓの箇所に表示されている。

操作者は、ダンプ車両を待っている間などショベル操作を行わない時間に安定度確認ボタン５０Ｃを押して、自身のショベル操作に関する安定度情報を見ることができる。

ＳＴ２１で操作者が安定度確認ボタン５０Ｃを押圧すると、表示装置４０は図６に示す履歴画面４２０を画像表示部４１上に表示させる（ＳＴ２２）。

履歴画面４２０には、図３（Ａ）のＳＴ３でコントローラ３０が主記憶部３１に記憶した操作解析履歴の一覧が表示される。

図６に示す履歴画面４２０には、操作解析履歴４２１〜４２３など複数の操作解析履歴が表示可能である。例えば図示した操作解析履歴４２１には、閾値を超えた際の日時データ４２１ａと解析種類４２１ｂが表示されている。他の操作解析履歴４２２、４２３も同様の表示がされている。本実施形態では「効率解析」又は「安定度解析」が表示されている。効率解析は、コントローラ３０が、閾値を超えた圧力値を検出している場合に表示される。安定度解析は、コントローラ３０が、閾値を超えた加速度を検出している場合に表示される。

ＳＴ２３で、操作者が履歴画面４２０の操作解析履歴の一覧から所望の操作解析履歴を選択すると、表示装置４０は、図７に示す第１安定度確認画面４３０を画像表示部４１に表示させる（ＳＴ２４）。本実施形態では、操作者が履歴画面４２０上の操作解析履歴４２２（安定度解析）を選択したと仮定して、以下の説明を展開する。なお図７は、掘削時における操作の一例を示している。

第１安定度確認画面４３０は、ショベル動作表示領域４３１を含む。

ショベル動作表示領域４３１は、コントローラ３０が解析した操作解析に基づいたショベルの安定度をショベルのモデルにより動的に表示する領域である。本実施形態では、主記憶部３１に記憶された閾値を超えた前後５秒（合計１０秒）の操作履歴に基づいたショベルの動きがアニメーション再生される。

ショベル動作表示領域４３１は、操作履歴をショベルのモデルによりアニメーション再生する動作表示部４３１ａと、動作表示部４３１ａの再生位置を表示するシークバー４３１ｂを有している。シークバー４３１ｂは、ブロック４３１ｃが右側へ移動するにしたがって時刻が経過する。シークバー４３１ｂは、左右方向に延在するバーであり、バーの長さがアニメーションの再生時間に相当する。シークバー４３１ｂ上に表示した時刻Ｔ２は、加速度が閾値を超えた時刻であり、時刻Ｔ１は、時刻Ｔ２の５秒前の時刻である。また右端位置は、閾値を超えた時点から５秒後（５Ｓ）の時点を指す。

なお、図７に記載した各表示領域は、閾値を超えた時点から５秒後（５Ｓ）の時点における状態を示している。

ショベル動作表示領域４３１には、アニメーション再生と連動して、アタッチメントに加わる力Ｍと、ショベル本体を変位させようとする力Ｈとがそれぞれベクトル表示される。図７の事例では、アタッチメントへ力Ｍが加わった際の、クローラＣＲと地面との接触領域の前端を支点Ｐとしてショベル本体に加わる力が、ショベル本体を変位させようとする力Ｈとして示されている。

図７に示したショベル動作表示領域４３１は、便宜的に時刻Ｔ１と、時刻Ｔ２におけるショベルの状況を示している。時刻Ｔ２におけるブーム４の位置を点線で示している。

図７では、ブーム４の下げ動作が止まり、ブーム４の加速度が閾値を超えた場合の表示例を示している。

図７に示すショベル動作表示領域４３１には、時刻Ｔ１におけるアタッチメントに加わる力Ｍ１（加速度）と、ショベル本体に作用している変位しようとする力Ｈ１がベクトル表示されている。つまり、アタッチメントへ加わる力Ｍとショベル本体に加わる力Ｈのそれぞれの力の大きさと向きが、矢印の方向と長さとして表示される。図示例のアタッチメントに加わる力Ｍ１は、ブームシリンダ７を縮めようとする力（アタッチメントを下げようとする力）である。

操作者がブーム下げ操作を行うことで、ブームシリンダ７のロッド側に作動油が供給され、ブーム４に下向きの力が生じる。この力がＭ１で示されている。この際、アタッチメントに力Ｍ１が加わると、支点Ｐを中心としてショベル本体の後部には力Ｈ１が発生する。

時刻Ｔ１におけるショベル本体後部に働く力Ｈ１は小さいため、上部旋回体３は大きくは振動しない。一方、アタッチメントが下向きに動くと、バケット６には土砂が加わっているため、アタッチメントによる下向きのモーメントは大きくなる。

その後、操作者が急にブーム下げ操作を中止すると、アタッチメントによる下向きモーメントＬＭがブームシリンダ７のボトム側に加わるため、その反動としてブーム上げ方向に力Ｍ２が時刻Ｔ２において発生する。このとき、支点Ｐとしてアタッチメントによる下向きモーメントＬＭによって、ショベル本体の後部には上向きのモーメントＵＭが生じる。

このショベル本体の後部へ生じる上向きのモーメントＵＭにより、ショベル本体に作用している変位させようとする力Ｈ２が発生する。

ショベル動作表示領域４３１には、ブーム４の加速度が閾値を超えた時刻Ｔ２におけるアタッチメントに加わる力Ｍ２と、ショベル本体に作用している変位しようとする力Ｈ２がベクトル表示されている。図示例のアタッチメントに加わる力Ｍ２は、ブームシリンダ７を伸ばそうとする力（アタッチメントを上げようとする力）である。

アタッチメントに加わる力Ｍ１、Ｍ２の向きと大きさ（ベクトルの向きと長さ）は、ブーム４等のアタッチメントに配置された加速度センサやブーム角度センサＳ１から算出できる。

変位させようとする力Ｈ１とＨ２は、以下の要領で算出できる。先ず、アタッチメントに生じる下向きモーメントＬＭ（慣性力）を、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びバケット角度センサＳ３等の姿勢センサと加速度センサ、シリンダの圧力センサから算出する。次に、算出したアタッチメントの下向きモーメントＬＭ（慣性力）とショベル本体の回転中心となる支点Ｐに対するモーメントの釣り合いから、ショベル本体の後部に生じる上向きのモーメントＵＭを算出し、変位させようとする力Ｈ１とＨ２を算出する。

図７では、時刻Ｔ２において、ブームシリンダ７を伸ばそうとする力Ｍ２が大きくなると、ショベル本体に作用している変位させようとする力Ｈ２が大きくなり、揺れが生じることを示している。なお、上記したアタッチメントに加わる力Ｍ１、Ｍ２及び変位させようとする力Ｈ１、Ｈ２のベクトル表示は、安定度情報に含まれる。

したがって、操作者は、ショベル動作表示領域４３１の各ベクトル表示を確認することにより、自身のショベル操作によってショベル本体に作用する変位しようとする力を認識して、ショベル本体が揺れるメカニズムを客観的に理解できる。また、操作者は、ショベル動作表示領域４３１の各ベクトル表示（安定度情報）からショベルを安定的に操作するヒントを得ることができる。

本実施形態の画像表示部４１に表示される安定度の表示は図７の限りではない。

図３（Ｂ）に戻り、ＳＴ２４で、表示装置４０は、図７に示す第１安定度確認画面４３０を画像表示部４１に表示させた後、図８に示す第２安定度確認画面４４０を画像表示部４１に表示させてよい。また、表示装置４０は、第２安定度確認画面４４０のみを表示するようにしてもよい。

第２安定度確認画面４４０は、ショベル動作表示領域４４１を含む。第２安定度確認画面４４０は、第１安定度確認画面４３０と略同様の表示領域を有し、アタッチメントの操作も同じである。共通する部分には共通の符号を付す。図８においても、ブーム４の下げ動作が止まり、ブーム４の加速度が閾値を超えた場合の表示例を示している。

ショベル動作表示領域４４１は、操作履歴をショベルのモデルによりアニメーション再生する動作表示部４４１ａと、動作表示部４４１ａの再生位置を表示するシークバー４４１ｂを有している。シークバー４４１ｂは、ブロック４４１ｃが右側へ移動するにしたがって時刻が経過する。シークバー４４１ｂは、左右方向に延在するバーであり、バーの長さがアニメーションの再生時間に相当する。シークバー４４１ｂ上に表示した時刻Ｔ２は、加速度が閾値を超えた時刻であり、時刻Ｔ１は、時刻Ｔ２の５秒前の時刻である。また右端位置は、閾値を超えた時点から５秒後（５Ｓ）の時点を指す。

なお図８に記載した各表示領域は、閾値を超えた時点から５秒後（５Ｓ）の時点における状態を示している。

ショベル動作表示領域４４１には、アニメーション再生と連動して、アタッチメントに加わる力Ｎと、ショベル本体の地点Ｘに作用する力Ｊとがそれぞれベクトル表示される。図８の事例では、アタッチメントへ力Ｎが加わった際の、クローラＣＲと地面との接触領域の後端を支点Ｘ２としてショベル本体の前部に作用する力Ｊが示されている。

図８に示したショベル動作表示領域４４１は、便宜的に時刻Ｔ１と、時刻Ｔ２におけるショベルの状況を示している。時刻Ｔ２におけるブーム４の位置を点線で示している。
力Ｊは、時刻Ｔ１におけるショベル本体の重力により地面に与える力Ｊ１と、時刻Ｔ２におけるショベル本体に加わる地面からの反力Ｊ２を含んでいる。

図８に示すショベル動作表示領域４４１には、時刻Ｔ１におけるアタッチメントに加わる力Ｎ１と、地点Ｘにおけるショベル本体の重力により地面に与える力Ｊ１がベクトル表示されている。図示例のアタッチメントに加わる力Ｎ１は、ブームシリンダ７を縮めようとする力（アタッチメントを下げようとする力）である。

なお、破線の下矢印Ｋは、アタッチメントが地面に接触していない時のショベル本体の重量による地面に与える力（下向きの力）を示している。

操作者がブーム下げ操作を行うことで、ブームシリンダ７のロッド側に作動油が供給され、ブーム４に下向きの力が生じる。この力がＮ１で示されている。この際、アタッチメントに力Ｎ１が加わると、バケット６の先端は地面に接触しているため、支点Ｘを中心としてショベル本体の前部には上向きの力が発生している。

時刻Ｔ１におけるショベル本体の前部に働く力は小さいため、上部旋回体３が持ち上がることはないが、ショベル本体の重量により地面に与える力（下向きの力）は小さな力Ｊ１となる。

その後、操作者がブーム下げ操作を継続させた場合、ブーム４に対して下げ方向に力Ｎ２が働く。この際、バケット６の先端は地面に接触しているため、ブーム４を下げることができない。したがって、支点Ｘに対して、ショベル本体の前部に生じる上向きの力は徐々に大きくなる。時刻Ｔ２において、ショベル本体の前部に生じる上向きの力がショベル本体の重量による地面に与える下向きの力より大きくなると、ショベル本体の前部は持ち上がってしまう。

また、ショベル動作表示領域４４１には、ブーム４に加わる力が閾値を超えた時刻Ｔ２におけるアタッチメントに加わる力Ｎ２と、ショベル本体の地点Ｘに加わる地面からの反力Ｊ２がベクトル表示されている。図示例のアタッチメントに加わる力Ｎ２は、ブームシリンダ７を縮めようとする力（アタッチメントを下げようとする力）である。

アタッチメントに加わる力Ｎ１、Ｎ２の方向は、ブーム角度センサＳ１から算出できる。アタッチメントに加わる力Ｎ１、Ｎ２の向きと長さは、圧力センサ５１からのシリンダ圧により算出できる。

アタッチメントに加わる力Ｎ１、Ｎ２の向きと大きさ（ベクトルの向きと長さ）は、ブーム角度センサＳ１の検出値、圧力センサ５１からのシリンダ圧等により算出できる。

ショベル本体の前部に作用する力Ｊ１、Ｊ２は、アタッチメントに加わる力Ｎ１、Ｎ２の向きと大きさと支点Ｘとの関係により算出できる。支点Ｘに対してショベル本体に加わる地面からの反力Ｊ２がショベルの重量よりも大きい場合に、クローラＣＲが地面から離れ、ショベル本体が持ち上がってしまう。

図８では、時刻Ｔ２において、ブームシリンダ７を収縮させようとする力Ｎ２が大きくなると、ショベル本体の前側に加わる地面からの反力Ｊ２が大きくなり、ショベル本体を前側から持ち上げようとする力が生じることを示している。

なお、上記したアタッチメントに加わる力Ｎ１、Ｎ２及びショベル本体の前部に作用する力Ｊ１、Ｊ２のベクトル表示は、安定度情報に含まれる。

したがって、操作者は、ショベル動作表示領域４４１の各ベクトル表示を確認することにより、自身のショベル操作によってショベル本体に加わる地面からの反力を認識して、ショベル本体が揺れるメカニズムを客観的に理解できる。また、操作者は、ショベル動作表示領域４４１の各ベクトル表示（安定度情報）からショベルを安定的に操作するヒントを得ることができる。

本実施形態の画像表示部４１に表示される安定度の表示は図７、図８の限りではない。

表示装置４０は、図９に示す第３安定度確認画面４５０を画像表示部４１上に表示させてよい。

第３安定度確認画面４５０は、ショベル動作表示領域４５１を含む。第３安定度確認画面４５０は、第１安定度確認画面４３０と略同様の表示領域を有しており、共通する部分の説明は省略する。

図９では、掘削時におけるアーム５の閉じ動作中に、バケット先端に生じる推力と、その推力によりショベル本体に生じる前向きの力の表示例を示している。便宜的に、任意の時刻における表示例を一例として示している。

図９の事例では、アーム５に対して閉じ方向に力Ｌが加わった際に、バケット６の先端に生じる推力Ｓと、その推力Ｓによりショベル本体に加わる力がショベル本体を変位させようとする力Ｋとして示されている。

ショベル動作表示領域４５１は、コントローラ３０が解析した操作解析に基づいたショベルの安定度をショベルのモデルにより表示する領域である。

ショベル動作表示領域４５１は、操作履歴をショベルのモデルによりアニメーション再生する動作表示部４５１ａと、動作表示部４５１ａの再生位置を表示するシークバー４５１ｂを有している。シークバー４５１ｂは、上述のシークバー４３１ｂ、４４１ｂと同様である。

ショベル動作表示領域４５１には、アニメーション再生と連動して、アタッチメントが出力する推力Ｓと、ショベル本体を変位させようとする力（引きずり力）Ｋ、及びアーム５（アタッチメント）に加わる力Ｌとがそれぞれベクトル表示される。図示例におけるアーム５に加わる力Ｌは、アームシリンダ８を伸ばそうとする力である。ショベル本体を変位させようとする力Ｋは、推力Ｓの反対向きの力に相当する。

操作者がアーム閉じ操作を行うことで、アームシリンダ８のボトム側に作動油が供給され、アーム５に閉じ方向の力が生じる。この力がＬで示されている。この際、アタッチメントに力Ｌが加わると、バケット６の先端は地中に位置しているため、閉じ方向に推力Ｓが発生する。このため、ショベル本体には前方向に力Ｋが発生する。

この際、バケット６の先端が地中深く位置している場合には、アーム５を閉じることができない。したがって、時刻Ｔ２において、ショベル本体を変位させようとする力Ｋが、ショベルの重量によりクローラＣＲと地面との間で生じる摩擦力よりも大きくなると、ショベル本体は前方へ引きずられる。

アーム５に加わる力Ｌの向きと大きさは、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２の検出値、圧力センサ５２からのシリンダ圧等により算出できる。本実施形態では、アームシリンダ８のボトム圧が使用される。

アタッチメントに加わる推力Ｓは、以下の要領で算出できる。先ずアタッチメントの姿勢を、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びバケット角度センサＳ３、更に、アーム５に加わる力Ｌだけでなく、ブーム４やバケット６に加わる力を用いて掘削力を算出する。そして、算出された掘削力から、アタッチメントが出力する推力Ｓを算出する。推力Ｓは、掘削力の水平成分に相当する。また、その推力Ｓ相当の力がショベル本体に力Ｋとして加わる。

なお、ショベル動作表示領域４５１は、図示例の限りではなくアタッチメントに加わる推力Ｓの反力と、ショベル本体を変位させようとする力Ｋの反力、及びアームシリンダ８を伸ばそうとする力をそれぞれベクトル表示してよい。

また、上記したアーム５に加わる力Ｌ、推力Ｓ、ショベル本体を変位させようとする力Ｋのベクトル表示は、安定度情報に含まれる。

したがって、操作者は、ショベル動作表示領域４５１の各ベクトル表示を確認することにより、自身のショベル操作によってショベル本体やアタッチメントに加わっている力を認識して、ショベル本体が前方へ引きずられるメカニズムを客観的に理解できる。また、操作者は、ショベル動作表示領域４５１の各ベクトル表示（安定度情報）からショベルを安定的に操作するヒントを得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなしに上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

１・・・下部走行体 ２・・・旋回機構 ３・・・上部旋回体 ４・・・ブーム ５・・・アーム ６・・・バケット ７・・・ブームシリンダ ８・・・アームシリンダ ９・・・バケットシリンダ １０・・・キャビン １１・・・エンジン １４・・・メインポンプ １５・・・パイロットポンプ １７・・・コントロールバルブ ２６・・・操作装置 ３０・・・コントローラ ３０ａ・・・一次記憶部 ３１・・・主記憶部 ４０・・・表示装置 ４１・・・画像表示部 ４００・・・メニュー画面 ４１０・・・メイン画面 ４２０・・・履歴画面 ４３０・・・第１安定度確認画面 ４３１・・・ショベル動作表示領域 ４４０・・・第２安定度確認画面 ４４１・・・ショベル動作表示領域 ４５０・・・第３安定度確認画面 ４５１・・・ショベル動作表示領域 ５１〜５５・・・圧力センサ ５０Ｓ・・・操作解析開始ボタン ５０Ｃ・・・安定度確認ボタン Ｓ１・・・ブーム角度センサ Ｓ２・・・アーム角度センサ Ｓ３・・・バケット角度センサ Ｓ４・・・ブーム加速度センサ Ｓ５・・・アーム加速度センサ Ｓ６・・・バケット加速度センサ Ｓ７・・・旋回角速度センサ Ｓ８・・・加速度センサ Ｓ９・・・カメラ

Claims (4)

1. ブーム、アーム、及びエンドアタッチメントを含むアタッチメントを有するショベルの表示装置であって、
   前記表示装置は、
   前記ショベルの操作解析を開始し、該操作解析の履歴を蓄積させる操作解析開始入力部と、
   前記操作解析の結果に基づき、前記ショベルの操作履歴をショベルのモデルにより表示し、
   前記ショベルの動きに連動した前記アタッチメントに加わる力をベクトルで表示して前記ショベルに作用する荷重に係る安定度情報を表示させる安定度確認入力部と、
   を有することを特徴とするショベルの表示装置。
2. 前記ショベルの動きに連動したショベル本体の変位を表示することにより、前記安定度情報の表示を行うことを特徴とする請求項１に記載のショベルの表示装置。
3. 前記ショベルの動きに連動したショベル本体に加わる地面からの反力を表示することにより、前記安定度情報の表示を行うことを特徴とする請求項１に記載のショベルの表示装置。
4. 前記ショベルの前記モデルを、動的に表示することを特徴とする請求項２又は３に記載のショベルの表示装置。