JP7135056B2 - 作業機械の表示システム及び作業機械 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械のオペレータが作業機械の傾きや方向を必要に応じて精度高く認識することができるモニタ表示水準器を表示する作業機械の表示システム及び作業機械に関する。

従来、油圧ショベルやブルドーザ等の作業機械では運転席に気泡管水準器を設置していた。そして、作業機械で足場の整地作業を行う場合、気泡管水準器を参照して作業機械の傾き状態を認識していた。しかし、運転席には、各種の表示装置などが配置されるため、気泡管水準器が表示装置に隠れてしまう場合がある。この場合、オペレータは気泡管水準器による作業機械の傾き状態を認識するために、オペレータ自身の姿勢を変える必要があり、作業性が悪化することになる。

特許文献１には、旋回体にクレーン本体が設けられ、クレーン本体の傾斜状態を検出し、旋回体の運転席の表示装置に、この傾斜状態を表示装置の表示画面上に表示するクレーンの表示装置が記載されている。また、特許文献２には、重機の水平状態に対する前後、左右の傾きを検出するセンサを取り付け、このセンサからの信号に基づいて重機の姿勢情報表示画像を表示する姿勢認識装置が記載されている。

特開２００１－３９６８０号公報 特開２００１－３４８９１４号公報

ところで、作業機械による作業内容によっては、オペレータは作業機械の傾き及び方向を精度の高く認識する必要がある。しかし、運転席に設けられて作業機械の傾斜表示を行う従来の表示装置では、作業機械の傾き及び方向を示す表示内容が固定されており、作業機械の傾き及び方向を精度高く認識できず、オペレータに対する傾斜認識支援が不十分な場合があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、作業機械のオペレータが作業機械の傾きや方向を必要に応じて精度高く認識することができるモニタ表示水準器を表示する作業機械の表示システム及び作業機械を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる作業機械の表示システムは、作業機械のピッチ角とロール角とを検出する傾斜センサと、検出したピッチ角とロール角をもとに、前記作業機械の傾きの大きさと傾きの方向とを示す極座標上の傾斜位置を演算する演算部と、各種情報を表示する表示部と、前記傾斜位置と予め設定した傾きの大きさを示す標線とを極座標表示したモニタ表示水準器を、前記表示部の表示画面上の所定領域に表示する表示処理部と、前記モニタ表示水準器の表示内容を変更設定する設定処理部と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる作業機械の表示システムは、上記の発明において、前記設定処理部は、前記標線が示す傾きの大きさを変更設定する標線設定処理部を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる作業機械の表示システムは、上記の発明において、前記設定処理部は、前記極座標表示の画面に表示する前記傾きの大きさの表示倍率を変更設定する倍率設定処理部を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる作業機械の表示システムは、上記の発明において、前記表示処理部は、前記傾斜位置の傾きの大きさが前記標線を超えた場合に、前記極座標表示の画面の色を変更することを特徴とする。

また、本発明にかかる作業機械の表示システムは、上記の発明において、前記設定処理部は、前記極座標表示の画面の色の変更設定を行う色変更設定処理部を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる作業機械の表示システムは、上記の発明において、前記傾斜位置は、前記極座標表示の画面上で該傾斜位置を中心とした円である泡として表示することを特徴とする。

また、本発明にかかる作業機械の表示システムは、前記傾斜センサを前記作業機械内に設け、前記演算部、前記表示部、前記表示処理部、前記設定処理部の少なくとも１つは、前記作業機械外に設けたことを特徴とする。

また、本発明にかかる作業機械は、上記の発明のいずれか一つに記載の作業機械の表示システムを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、標線が示す傾きの大きさを変更設定する標線設定処理部あるいは極座標表示の画面に表示する傾きの大きさの表示倍率を変更設定する倍率設定処理部などの設定処理部を備えているので、作業機械のオペレータが作業機械の傾きや方向を必要に応じて精度高く認識することができる。

図１は、本実施の形態に係るモニタ表示水準器を表示する表示システムを備えた作業機械の斜視図である。 図２は、油圧ショベルの制御系を示すブロック図である。 図３は、ガイダンス画像の一例を示す図である。 図４は、演算部の処理を説明する説明図である。 図５は、標線を超えた場合に色変更表示を行う一例を示す図である。 図６は、段階的な色変化を示す図である。 図７は、連続的な色変化を示す図である。 図８は、標線の傾きの大きさを大きくする変更を行った場合のモニタ表示水準器の表示状態を示す図である。 図９は、表示倍率を大きくした場合のモニタ表示水準器の表示状態を示す図である。 図１０は、設定メニュー画面の一例を示す図である。 図１１は、設定メニュー画面の他の一例を示す図である。 図１２は、標線設定画面の一例を示す図である。 図１３は、倍率設定画面の一例を示す図である。 図１４は、色変更設定画面の一例を示す図である。 図１５は、泡変更設定画面の一例を示す図である。 図１６は、泡の半径を考慮して表示領域の周縁部を拡大した一例を示す図である。 図１７は、油圧ショベルを遠隔操作する場合の表示装置を説明する図である。 図１８は、油圧ショベルの外部で、携帯端末装置の表示部にモニタ表示水準器を表示する一例を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

＜作業機械の全体構成＞
図１は、本実施の形態に係るモニタ表示水準器を表示する表示システムを備えた作業機械の斜視図である。作業機械の一例である油圧ショベル１００は、本体部としての車両本体１と作業機２とを有する。車両本体１は、旋回体である上部旋回体３と走行体としての走行装置５とを有する。上部旋回体３は、機械室３ＥＧの内部に、エンジン及び油圧ポンプ等の装置を収容している。

上部旋回体３は、運転室４を有する。運転室４は、上部旋回体３の他端側に設置されている。すなわち、運転室４は、機械室３ＥＧが配置されている側とは反対側に設置されている。運転室４内には、図２に示される、表示部２９及び操作装置２５が配置される。上部旋回体３の上方には、手すり９が取り付けられている。

走行装置５の上には、上部旋回体３が搭載されている。走行装置５は、履帯５ａ，５ｂを有している。走行装置５は、左右に設けられた油圧モータ５ｃの一方又は両方によって駆動される。走行装置５の履帯５ａ，５ｂが回転することにより、油圧ショベル１００を走行させる。作業機２は、上部旋回体３の運転室４の側方側に取り付けられている。

作業機２は、ブーム６とアーム７と作業具の一例であるバケット８とブームシリンダ１０とアームシリンダ１１とバケットシリンダ１２とを有する。ブーム６の基端部は、ブームピン１３を介して車両本体１の前部に回動可能に取り付けられている。アーム７の基端部は、アームピン１４を介してブーム６の先端部に回動可能に取り付けられている。アーム７の先端部には、バケットピン１５を介してバケット８が取り付けられている。バケット８は、リンクピン１６及びリンク１７を介してバケットシリンダ１２と連結されている。バケット８は、バケットピン１５を中心として回動する。バケット８は、バケットピン１５とは反対側に複数の刃８Ｂが取り付けられている。刃先８Ｔは、刃８Ｂの先端である。

バケット８は、複数の刃８Ｂを有していなくてもよい。つまり、図１に示すような複数の刃８Ｂを有しておらず、刃先が鋼板によってストレート形状に形成されたようなバケットであってもよい。作業機２は、例えば、チルトバケットを備えていてもよい。チルトバケットとは、バケットチルトシリンダを備え、バケットが左右にチルト傾斜することで油圧ショベル１００が傾斜地にあっても、斜面、平地を自由な形に成形したり、整地したりすることができる。バケット８は、底板プレートによる転圧作業もできるバケットであってもよい。

図１に示されるブームシリンダ１０、アームシリンダ１１及びバケットシリンダ１２は、それぞれ作動油の圧力によって駆動される油圧シリンダである。ブームシリンダ１０はブーム６を駆動して、昇降させる。アームシリンダ１１は、アーム７を駆動して、アームピン１４の周りを回動させる。バケットシリンダ１２は、バケット８を駆動して、バケットピン１５の周りを回動させる。

上部旋回体３の上部には、アンテナ２１，２２が取り付けられている。アンテナ２１，２２は、油圧ショベル１００の現在位置を検出するために用いられる。アンテナ２１，２２は、図２に示されるグローバル座標演算部２３と電気的に接続されている。

図２は、油圧ショベル１００の制御系を示すブロック図である。油圧ショベル１００は、グローバル座標演算部２３と、操作装置２５と、作業機コントローラ２６と、センサコントローラ２７と、表示コントローラ２８と、表示部２９とを有する。操作装置２５は、コントロールバルブ５７を制御することにより、エンジン５５によって駆動される油圧ポンプ５６からブームシリンダ１０、アームシリンダ１１、バケットシリンダ１２、油圧モータ５ｃ及び上部旋回体３を旋回させる旋回モータ５８に供給される作動油の流量を制御する。

グローバル座標演算部２３は、油圧ショベル１００の位置を検出する。グローバル座標演算部２３は、ＲＴＫ－ＧＮＳＳ（Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite Systems、ＧＮＳＳは全地球航法衛星システムをいう）を利用して油圧ショベル１００の現在位置を検出する。アンテナ（ＧＮＳＳアンテナ）２１，２２が受信したＧＮＳＳ電波に応じた信号は、グローバル座標演算部２３に入力される。グローバル座標演算部２３は、グローバル座標系におけるＧＮＳＳアンテナ２１，２２の設置位置を求める。

グローバル座標演算部２３は、グローバル座標系で表される２つの基準位置データＰ１１，Ｐ１２を取得する。グローバル座標演算部２３は、２つの基準位置データＰ１１，Ｐ１２に基づいて、上部旋回体３の配置を示す旋回体配置データを生成する。旋回体配置データには、２つの基準位置データＰ１１，Ｐ１２の少なくとも一方と、２つの基準位置データＰ１１，Ｐ１２に基づいて生成された上部旋回体３の方位の情報とが含まれる。これら２個のＧＮＳＳアンテナ２１，２２によりＧＰＳコンパスを構成し、上部旋回体３の方位の情報を得るようにしてもよい。つまり、グローバル座標演算部２３は、両方のＧＮＳＳアンテナ２１，２２の基準位置データＰ１１、Ｐ１２は出力せず、２つのＧＮＳＳアンテナ２１，２２の相対位置から方位角を算出し、その方位角を旋回体の方位としてもよい。

操作装置２５は、左操作レバー２５Ｌ、右操作レバー２５Ｒ、左走行用レバー２５ＦＬ及び右走行用レバー２５ＦＲを有している。油圧ショベル１００のオペレータは、左操作レバー２５Ｌ及び右操作レバー２５Ｒを操作することにより、作業機２及び上部旋回体３の動作を制御し、作業対象となる地面等に対して、例えば掘削等の施工を行う。オペレータは、左走行用レバー２５ＦＬ及び右走行用レバー２５ＦＲを操作することにより、油圧モータ５ｃを駆動させて油圧ショベル１００を走行させる。本実施の形態では、左操作レバー２５Ｌ、右操作レバー２５Ｒ、左走行用レバー２５ＦＬ及び右走行用レバー２５ＦＲはパイロット圧方式のレバーであるが、これに限定されない。左操作レバー２５Ｌ、右操作レバー２５Ｒ、左走行用レバー２５ＦＬ及び右走行用レバー２５ＦＲは、例えば、電気方式のレバーであってもよい。

作業機コントローラ２６は、処理部２６Ｐ及び記憶部２６Ｍを有する。作業機コントローラ２６は、作業機２の動作を制御する装置である。処理部２６Ｐは作業機２の動作を制御し、記憶部２６Ｍは作業機２の動作を制御するために必要なコンピュータプログラム及び制御用のデータを記憶する。油圧ショベル１００の施工時において、作業機２の位置、本実施の形態ではバケット８の刃先８Ｔの位置が、施工対象の目標形状を示す目標施工面を侵食しないように作業機２を制御する。なお、本実施の形態では、刃先８Ｔの位置は表示コントローラ２８によって求められるが、表示コントローラ２８以外の装置によって求められてもよい。

センサコントローラ２７は、処理部２７Ｐ及び記憶部２７Ｍを有する。センサコントローラ２７は、油圧ショベル１００の状態を検出する各種のセンサ類が接続される。センサコントローラ２７は、各種のセンサ類から取得した情報を、油圧ショベル１００が有する他の装置が取り扱うことのできる形式に変換して出力する。油圧ショベル１００の状態の情報は、例えば、油圧ショベル１００の姿勢の情報及び作業機２の姿勢の情報等である。図２に示される例では、油圧ショベル１００の状態の情報を検出するセンサ類として、ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit：慣性計測装置）２４、第１作業機姿勢検出部１８Ａ、第２作業機姿勢検出部１８Ｂ及び第３作業機姿勢検出部１８Ｃがセンサコントローラ２７に接続されているが、接続されるセンサ類はこれらに限定されない。

ＩＭＵ２４は、油圧ショベル１００の角速度及び加速度を検出する傾斜センサである。油圧ショベル１００の角速度及び加速度から、油圧ショベル１００の姿勢角が得られる。第１作業機姿勢検出部１８Ａはブームシリンダ１０の動作量を検出し、第２作業機姿勢検出部１８Ｂはアームシリンダ１１の動作量を検出し、第３作業機姿勢検出部１８Ｃはバケットシリンダ１２の動作量を検出する。ブームシリンダ１０の動作量、アームシリンダ１１の動作量及びバケットシリンダ１２の動作量から、作業機２の姿勢を表す情報が得られる。作業機２の姿勢を表す情報は、例えば、ブーム６と上部旋回体３とのなす角度θ１、ブーム６とアーム７とのなす角度θ２、及びアーム７とバケット８とのなす角度θ３によって規定される。第１作業機姿勢検出部１８Ａ、第２作業機姿勢検出部１８Ｂ、及び第３作業機姿勢検出部１８Ｃは、角度θ１，角度θ２，及び角度θ３を検出するポテンショメータであってもよい。

センサコントローラ２７は、グローバル座標演算部２３によって求められた油圧ショベル１００のグローバル座標における位置及び上部旋回体３の方位の情報と、ＩＭＵ２４によって得られた油圧ショベル１００の角速度及び加速度の情報と、作業機２の姿勢を表す情報とを取得する。センサコントローラ２７は、取得した油圧ショベル１００のグローバル座標における位置及び上部旋回体３の方位の情報と、作業機２の姿勢を表す情報とを、表示コントローラ２８に出力する。センサコントローラ２７の処理部２７Ｐは、センサコントローラ２７の機能を実現する。記憶部２７Ｍは、センサコントローラ２７の機能を実現するために必要なコンピュータプログラム及びデータを記憶する。

表示コントローラ２８は、処理部２８Ｐ及び記憶部２８Ｍを有する。表示コントローラ２８には、表示部２９が接続される。表示部２９は、画像等の各種情報を表示する装置であり、例えば操作機能と表示機能とを備えたタッチパネルを用いることができる。表示部２９は、例えば液晶表示パネル又は有機ＥＬ（Electro Luminescence）パネル等が用いられる。表示コントローラ２８は、表示部２９に表示される画像の描画情報を生成する。図２に示される例では、表示部２９に、油圧ショベル１００が施工対象を施工する際のガイダンス画像ＩＧの一例が表示されている。ガイダンス画像ＩＧは、油圧ショベル１００及びバケット８を側面から見た状態、すなわちバケット８を側面視したときの画像である。

また、ガイダンス画像ＩＧには、例えば施工対象の目標形状を示す目標施工面７０の断面を示す線（後述する目標施工面線７９）、施工対象ではないが油圧ショベル１００の接地面、及び周囲の地面の断面を示す線が表示される。つまり、表示コントローラ２８は、ガイダンス画像ＩＧに地形の断面を示す画像を表示する。ガイダンス画像ＩＧには、バケット８を含む油圧ショベル１００の全体を表示させてもよいし、作業機２を含むバケット８を抽出して表示させてもよい。あるいは、ガイダンス画像ＩＧには、バケット８を抽出して表示させてもよい。また、ガイダンス画像ＩＧには、モニタ表示水準器４０と正対コンパス７３とが表示される。なお、油圧ショベル１００は、作業機械の一例であり、作業機械は、傾斜状態検知が必要なブルドーザなどの他の作業機械を含む。

表示コントローラ２８は、センサコントローラ２７から取得した油圧ショベル１００のグローバル座標における位置及び上部旋回体３の方位と、作業機２の姿勢を表す情報と、作業機２の寸法を示す情報とを用いて、作業機２の位置を求める。作業機２の寸法を示す情報は、例えば表示コントローラ２８の記憶部２８Ｍに予め記憶される。表示コントローラ２８によって求められる作業機２の位置は、例えばバケット８の刃先８Ｔの位置である。表示コントローラ２８によって求められたバケット８の刃先８Ｔの位置は、グローバル座標系における位置である。表示コントローラ２８は、ガイダンス画像ＩＧを表示部２９に表示させる場合、求めた刃先８Ｔの位置と、目標施工面７０とを同時に表示部２９に表示させる。油圧ショベル１００のオペレータは、表示部２９に表示されたガイダンス画像ＩＧから、刃先８Ｔの位置と目標施工面７０との位置関係を容易に把握できるので、作業効率が向上する。本実施の形態において、刃先８Ｔの位置は表示コントローラ２８によって求められるが、表示コントローラ２８以外の装置によって求められてもよい。

表示コントローラ２８は、例えば、ガイダンス画像ＩＧを表示部２９に表示させる場合、バケット８の形状及び寸法の情報を用いて、バケット８の側面を描画するための描画情報を生成する。表示部２９は、表示コントローラ２８によって生成された描画情報に基づいて、バケット８の側面の画像を表示する。

表示コントローラ２８の処理部２８Ｐは、表示コントローラ２８の機能、例えばバケット８を側面視した画像を描画するための描画情報を生成したり、ガイダンス画像ＩＧに含まれる目標施工面７０の描画情報を生成したりする。記憶部２８Ｍは、表示コントローラ２８の機能を実現するために必要なコンピュータプログラム及びデータを記憶する。このデータには、例えば、目標施工面７０を生成するための設計地形の情報及び作業機２の寸法の情報等が含まれる。

表示コントローラ２８には、入力装置２８Ｉが接続されている。入力装置２８Ｉは、バケット８の形状及び寸法の情報を表示コントローラ２８に入力したり、表示部２９の表示を切り替えたりする指令を表示コントローラ２８に出力したり、後述する設定処理部３３への指令を表示コントローラ２８に出力する。本実施の形態において、入力装置２８Ｉは、タッチパネル式、又はハードキー若しくはスイッチ等の操作部材によって構成されたものである。入力装置２８Ｉがタッチパネル式である場合は、前述のように表示部２９がタッチパネルであって、入力装置２８Ｉ及び表示部２９は一体となったものである。

作業機コントローラ２６の処理部２６Ｐ、センサコントローラ２７の処理部２７Ｐ及び表示コントローラ２８の処理部２８Ｐは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサ及びメモリによって実現される。作業機コントローラ２６の記憶部２６Ｍ、センサコントローラ２７の記憶部２７Ｍ及び表示コントローラ２８の記憶部２８Ｍは、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）等の不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク及び光磁気ディスクのうち少なくとも１つが用いられる。

＜ガイダンス画像ＩＧ＞
図３は、ガイダンス画像ＩＧの一例を示す図である。ガイダンス画像ＩＧは、目標施工面７０とバケット８の刃先８Ｔとの位置関係を示す。ガイダンス画像ＩＧは、施工対象の一例である地面が目標施工面７０で示されたものと同じ形状になるように、油圧ショベル１００のオペレータに対して作業機２の操作を案内させるための画像である。

ガイダンス画像ＩＧは、例えば、表示部２９の表示画面２９Ｐに表示される。ガイダンス画像ＩＧは、施工エリアの設計地形、すなわち目標施工面７０を含む設計面４５及び油圧ショベル１００の現在位置を示す正面図５３ａと、目標施工面７０及び油圧ショベル１００の位置関係を示す側面図５３ｂとを含む。ガイダンス画像ＩＧの正面図５３ａは、複数の三角形ポリゴンによって正面視による設計地形を表現している。正面図５３ａに示されるように、表示コントローラ２８は、複数の三角形ポリゴンをまとめて設計面５９又は目標施工面７０として表示部２９に表示させる。図３は、設計地形が法面である場合に、油圧ショベル１００が法面に向かい合った状態を示している。正面図５３ａは、設計地形、すなわち目標施工面７０を含む設計面５９と油圧ショベル１００の現在位置とを鳥瞰図のような３次元形態で表示するものであってもよい。

また、複数の設計面５９から目標作業対象として選択された目標施工面７０は、他の設計面５９と異なる色で表示される。例えば、表示部２９にタッチパネルが用いられる場合、油圧ショベル１００のオペレータが表示画面２９Ｐに表示された複数の設計面５９の中から目標施工面７０に相当する場所を指で触れることで、目標施工面７０を選択することができる。図３の正面図５３ａでは、油圧ショベル１００の現在位置が、油圧ショベル１００を背面から見たアイコン６１で示されているが、他のシンボルによって示されてもよい。正面図５３ａは、油圧ショベル１００を目標施工面７０に対して正対させるための情報を含んでいる。油圧ショベル１００を目標施工面７０に対して正対させるための情報は、油圧ショベル１００（バケット８の刃先８Ｔ）と目標施工面７０との位置関係を演算した結果に基づいて、正対コンパス７３として表示される。正対コンパス７３は、例えば、矢印形状の指針７３Ｉが矢印Ｒで示すように回転して、目標施工面７０に対する正対方向と油圧ショベル１００を旋回させるべき方向を案内するための絵柄又はアイコンといった姿勢情報である。また、上述したように、モニタ表示水準器４０が表示される。

ガイダンス画像ＩＧは、目標施工面７０とバケット８の刃先８Ｔとの位置関係を示す画像と、目標施工面７０とバケット８の刃先８Ｔとの間の距離を示す距離情報とを含む。本実施の形態において、側面図５３ｂは、目標施工面線７９と、側面視による油圧ショベル１００のアイコン７５と、側面視によるバケット８のアイコン９０と、油圧ショベル１００が接地する地面ＬＮＤとを含む。目標施工面線７９は目標施工面７０の断面を示す。目標施工面線７９は、バケット８の刃先８Ｔの現在位置を通る作業機中心と平行な平面と設計面５９との交線を算出することにより求められる。交線は、表示コントローラ２８の処理部２８Ｐが求める。作業機中心と平行な平面は、例えば、図１に示されるバケットピン１５の幅方向中心を通り、かつバケットピン１５が延びる方向と直交する平面である。

側面図５３ｂにおいて、目標施工面７０とバケット８の刃先８Ｔとの間の距離を示す距離情報は、グラフィック情報８４を含む。目標施工面７０とバケット８の刃先８Ｔとの間の距離は、例えば刃先８Ｔから鉛直方向（重力方向）に目標施工面７０に向かって下ろした線が目標施工面７０と交わる点と、刃先８Ｔとの距離である。また、目標施工面７０とバケット８の刃先８Ｔとの間の距離は、刃先８Ｔから目標施工面７０に垂線を下ろしたときの交点と、刃先８Ｔとの距離であってもよい。

グラフィック情報８４は、バケット８の刃先８Ｔと目標施工面７０との距離をグラフィックで示した情報である。グラフィック情報８４は、バケット８の刃先８Ｔの位置を示すための案内用の指標である。ガイダンス画像ＩＧに、目標施工面線７９と油圧ショベル１００との位置関係を示すために、両者の距離を図示しない数値で表示してもよい。油圧ショベル１００のオペレータは、目標施工面線７９に沿ってバケット８の刃先８Ｔを移動させることによって、現在の地形が設計地形（目標施工面７０）になるように、容易に掘削することができる。

図２に示される表示コントローラ２８は、前述したように、バケット８の形状及び寸法の情報を用いてバケット８の側面を描画するための描画情報を生成する。この描画情報に基づいて表示部２９に表示されたバケット８は、側面視の画像が表示される。バケット８の側面視とは、バケットピン１５が延びる方向からバケット８を見ることである。バケット８の側面視には、バケット８の底面８ＢＴを示す画像が含まれる。

＜モニタ表示水準器の表示制御系＞
表示部２９の表示画面、例えばガイダンス画像ＩＧの表示領域には、モニタ表示水準器４０が表示される。モニタ表示水準器４０は、気泡管水準器を上面からみた表示態様となっている。モニタ表示水準器４０は、極座標系で示され、泡４１の中心位置が傾斜位置として油圧ショベル１００の傾きの大きさと傾きの方向とを示している。泡４１は、極座標系上の傾斜位置を示す。モニタ表示水準器４０には、標線Ｌが表示される。標線Ｌは、予め設定した傾きの大きさを示す指標であり、極座標系の原点を中心にした円で示される。

ＩＭＵ２４は、上述したように、油圧ショベル１００の角速度及び加速度を検出する。油圧ショベル１００の動作にともない、油圧ショベル１００には、走行時に発生する加速度、旋回時に発生する角加速度及び重力加速度といった様々な加速度が生じるが、ＩＭＵ２４は少なくとも重力加速度を含む加速度を検出し、各加速度の種類を区別することなく検出した加速度を出力する。重力加速度は、重力に対応した加速度である。ＩＭＵ２４は、図１に示される車体座標系（ｘ、ｙ、ｚ）において、ｘ軸方向、ｙ軸方向及びｚ軸方向の加速度と、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸周りの角速度ωとを検出する。

ＩＭＵ２４は、上部旋回体３に取り付けられている。ＩＭＵ２４は、より高い精度で加速度等を検出するために、例えば、油圧ショベル１００の上部旋回体３の旋回中心軸上に設けられることが望ましいが、ＩＭＵ２４は運転室４の下部に設置されてもよい。

ＩＭＵ２４は、少なくとも図１に示したｘ軸周りの角速度を時間積分したピッチ角θｐ、ｙ軸周りの角速度を時間積分したロール角θｒ、ｙ軸周りの角速度を時間積分したヨー角θｙをセンサコントローラ２７を介して表示コントローラ２８に出力する。なお、ＩＭＵ２４は、センサコントローラ２７を介さず、直接表示コントローラ２８に接続してもよい。ＩＭＵ２４を直接、表示コントローラ２８に接続した場合、センサコントローラ２７で行っていた処理は、表示コントローラ２８で実施する。また、ＩＭＵ２４は、所定の周期で油圧ショベル１００の加速度及び角速度を更新する。

図２に示すように、処理部２８Ｐは、演算部３１、表示処理部３２、設定処理部３３を有する。また、設定処理部３３は、標線設定処理部３４、倍率設定処理部３５、色変更設定処理部３６、泡変更設定処理部３７のいずれか１つを有する。演算部３１は、ＩＭＵ２４が検出した油圧ショベル１００のピッチ角θｐ及びロール角θｒとをもとに、油圧ショベル１００の傾きの大きさと傾きの方向とを示す極座標上の傾斜位置を演算する。すなわち、水平面（ｘｙ平面）に対する油圧ショベル１００の傾きの大きさと傾きの方向とを演算する。表示処理部３２は、演算部３１が求めた傾斜位置と予め設定した傾きの大きさを示す標線Ｌとを極座標表示した水準器表示を、表示部２９のモニタ画面上の所定領域、例えばガイダンス画像ＩＧ上に表示する。なお、ＩＭＵ２４は、傾斜センサの一例であり、傾斜センサは、油圧ショベル１００のピッチ角θｐ及びロール角θｒを検出できるものであればよい。ここで、表示システムは、ＩＭＵ２４などの傾斜センサ、演算部３１、表示処理部３２、設定処理部３３、表示部２９を備える。

標線設定処理部３４は、モニタ表示水準器４０内の標線Ｌが示す傾きの大きさを変更設定する。倍率設定処理部３５は、モニタ表示水準器４０における傾きの大きさの表示倍率を変更設定する。色変更設定処理部３６は、モニタ表示水準器４０の画面の色の変更設定を行う。泡変更設定処理部３７は、モニタ表示水準器４０内で傾きの大きさと傾きの方向とを示す泡４１の大きさや色の変更設定を行う。泡変更設定処理部３７は、標識画像の一例である泡４１の大きさや色の変更設定を行う標識画像変更設定処理部として機能する。なお、記憶部２８Ｍには、モニタ表示水準器４０の設定情報が水準器情報Ｄとして記憶されている。

＜演算部の演算処理＞
図４に示すように、演算部３１は、ＩＭＵ２４によって取得されたピッチ角θｐとロール角θｒとを用い（図４（ａ）参照）、次式（１），（２）を適用して極座標上の傾斜位置Ｐ１（ｘ１，ｙ１）（図４（ｂ）参照）を求める。
ｘ１＝－Ａ・sinθｒ・cosθｐ …（１）
ｘ２＝－Ａ・sinθｐ …（２）
なお、Ａは定数である。

図４（ｂ），（ｃ）に示すように、モニタ表示水準器４０の極座標表示では、中心Ｏからの半径方向の大きさで傾きの大きさを表現する円の表示領域Ｅ内に、傾斜位置Ｐ１を中心とする円で描かれた泡４１を表示する。中心Ｏから傾斜位置Ｐ１までの距離が傾きの大きさを示し、ｘ軸からの角度θが傾きの方向を示す。なお、標線Ｌは、中心Ｏから、予め設定した傾きの大きさｒＬを示す円として表示される。

＜モニタ表示水準器の色表示＞
図５に示すように、表示処理部３２は、泡４１の傾きの大きさが標線Ｌを超える場合、モニタ表示水準器４０の色を変えて、オペレータに傾きが標線Ｌを超えたことを知らしめる。なお、泡４１が標線Ｌを超えるか否かは、泡４１の円中心（傾斜位置Ｐ１）が標線を超えたか否かで判断する。この色変更は、明度、輝度、彩度などの各種色要素を変更するものであってもよい。また、色変更は、各色要素の値を大きくしてもよいし、小さくしてもよい。いずれにしても、泡４１の傾きの大きさが標線Ｌを超えたことを示せばよい。

また、図６に示すように、泡４１が標線を超えたときのみでなく、泡４１の傾きの大きさｒが大きくなるに従って色を段階的に変化させてもよい。さらに、図７に示すように、泡４１の傾きの大きさｒが大きくなるにしたがって色を連続的に変化させてよい。すなわち、色のグラデーションをかけてもよい。図６及び図７の場合のいずれにも、明度、輝度、彩度などの各種色要素を段階的あるいは連続的に変化させてもよい。

＜モニタ表示水準器の標線設定＞
図８に示すように、傾きの大きさｒ１をもつ標線Ｌ１（図８（ａ）参照）を、傾きの大きさｒ１よりも大きい傾きの大きさｒ２（＞ｒ１）をもつ標線Ｌ２（図８（ｂ）参照）に変更してもよい。この変更は、標線設定処理部３４によって設定される。油圧ショベル１００による作業内容が、高い水平維持を必要な場合には傾きの小さいｒ１をもつ標線Ｌ１に設定し、それほど高い水平維持が必要のない作業内容である場合には傾きの大きいｒ２をもつ標線Ｌ２に設定することが好ましい。

＜モニタ表示水準器の倍率設定＞
図９に示すように、モニタ表示水準器４０の表示倍率を変更してもよい。表示倍率を大きくすることは、極座標の中心Ｏから半径方向の座標目盛幅を大きくして拡大表示することである。この場合、泡４１の傾きの大きさｒ１の変化を精度高く観測することができる。この表示倍率を大きくすることは、表示感度を大きくすることでもある。表示感度を大きくすることは、式（１），（２）の定数Ａを大きくすることである。なお、図９（ｂ）に示すように表示倍率に応じて泡４１の大きさも対応して変化させるようにしてもよい。図９（ｂ）では、表示倍率が大きくなったので、この表示倍率に応じて泡４１の円を大きな泡４１´としている。

＜設定画面＞
標線設定、倍率設定、色変更設定、泡変更設定などの各種設定を行う場合、表示画面２９Ｐ上のモニタ表示水準器４０のアイコンをタッチすることによって選択する。この選択によって、図１０に示す設定メニュー画面ＰＵが表示画面２９Ｐ上にポップアップ表示される。設定メニュー画面ＰＵには、標線設定ｍ１、倍率設定ｍ２、色変更設定ｍ３、泡変更設定ｍ４の各メニュー項目が表示される。各メニュー項目のいずれかを選択すると、選択した項目の設定画面が表示される。また、戻りアイコンＩ２を選択すると設定メニュー画面ＰＵが表示画面２９Ｐ上から消える。

＜標線設定画面＞
図１０の標線設定ｍ１が選択されると、図１１に示した標線設定画面ＰＵ１が表示される。標線設定画面ＰＵ１には、画面左側に調整バーＢ１が表示され、この調整バーＢ１上のスライダＳＬ１をドラッグすることによって、標線Ｌの傾きの大きさｒを設定することができる。画面右側には、調整中のモニタ表示水準器４０の表示状態が表示される。画面下側の設定アイコンＩ１を選択すると、現在調整した内容が設定される。一方、戻りアイコンＩ２を選択すると、現在調整中の内容がキャンセルされて、設定メニュー画面ＰＵに戻る。

なお、標線設定画面ＰＵ１は、調整バーＢ１をスライドさせて標線Ｌの傾きの大きさｒを設定していたが、これに限らず、図１２に示すように、標線Ｌの傾きの大きさｒを傾き角度として数値入力欄ＢＸ内に数値入力できる標線設定画面ＰＵ１´としてもよい。この場合、数値入力欄ＢＸを選択すると図示しない数値入力キーなどがポップアップ表示される。なお、図１２に示した標線設定画面ＰＵ１´では、モニタ表示水準器４０の上部に、油圧ショベル１００の左右の傾きを示す液状気泡管ゲージＧＲを設けるとともに、モニタ表示水準器４０の左部に、油圧ショベル１００の前後の傾きを示す液状気泡管ゲージＧＰを設けている。液状気泡管ゲージＧＲは、ロール角θｒに対応した気泡を表示する。液状気泡管ゲージＧＰはピッチ角θｐに対応した気泡を表示する。これによって、モニタ表示水準器４０による油圧ショベル１００の傾き状態を認識しやすくなる。なお、液状気泡管ゲージＧＲ，ＧＰは、標線設定画面ＰＵ１´に限らず、図３に示した表示画面２９Ｐのモニタ表示水準器４０に表示してもよい。

＜倍率設定画面＞
図１０の倍率設定ｍ２が選択されると、図１３に示した倍率設定画面ＰＵ２が表示される。倍率設定画面ＰＵ２には、画面左側に調整バーＢ２が表示され、この調整バーＢ２上のスライダＳＬ２をドラッグすることによって、表示倍率を設定することができる。画面左側には、さらに、表示倍率の変更に伴って泡４１の大きさを同期させるか否かのチェックボックスＣＢ１が表示される。チェックボックスＣＢ１をチェックすると、泡４１の大きさが表示倍率に応じて同期する設定がなされる。この同期の設定がなされると、泡４１の大きさが表示倍率に応じで拡縮する。画面右側には、調整中のモニタ表示水準器４０の表示状態が表示される。画面下側の設定アイコンＩ１を選択すると、現在調整した内容が設定される。一方、戻りアイコンＩ２を選択すると、現在調整中の内容がキャンセルされて、設定メニュー画面ＰＵに戻る。なお、この倍率設定画面ＰＵ２は、標線設定画面ＰＵ１´と同様に、調整バーＢ２及びスライダＳＬ２に替えて表示倍率を数値入力できるものであってもよい。

＜色変更設定画面＞
図１０の色変更設定ｍ３が選択されると、図１４に示した色変更設定画面ＰＵ３が表示される。色変更設定画面ＰＵ３には、画面左上側に色サンプル５０が表示される。また、画面左下側には、各種の色変更設定が表示されている。具体的には、モニタ表示水準器４０全体の色を設定するチェックボックスＣＢ１１、泡４１が標線Ｌ未満の時の色と標線Ｌ以上の時の色を設定するチェックボックスＣＢ１２，ＣＢ１３、泡４１の傾きの大きさの変化に伴って色を連続的に変化させる全体グラデーションのチェックボックスＣＢ１４，ＣＢ１５、泡４１の傾きの大きさの変化に伴って色を段階的に変化させる全体グラデーションのチェックボックスＣＢ１６，ＣＢ１７、標線Ｌ自体の色を設定する標線のチェックボックスＣＢ１８が設けられている。チェックボックスＣＢ１１、ＣＢ１２，ＣＢ１３、ＣＢ１４，ＣＢ１５、ＣＢ１６，ＣＢ１７の４つのカテゴリは択一的に選択されるものである。各チェックボックスＣＢ１１～ＣＢ１８に対する色設定は、対応する色設定チェックボックスＣＢＧを選択し、選択された項目に対する色を色サンプル５０から選択し、選択された色が色ボックスＢＧに表示される。なお、泡４１が標線Ｌを超えた場合にモニタ表示水準器４０の画面を点滅させるチェックボックスを設けてもよい。画面右側には、色設定中のモニタ表示水準器４０の表示状態が表示される。この場合、泡４１を移動させて色の変化を繰り返し表示する。画面下側の設定アイコンＩ１を選択すると、現在調整した内容が設定される。一方、戻りアイコンＩ２を選択すると、現在調整中の内容がキャンセルされて、設定メニュー画面ＰＵに戻る。

＜泡変更設定画面＞
図１０の泡変更設定ｍ４が選択されると、図１５に示した泡変更設定画面ＰＵ４が表示される。泡変更設定画面ＰＵ４には、画面左上には、調整バーＢ３が表示され、この調整バーＢ３上のスライダＳＬ３をドラッグすることによって、泡の大きさを設定することができる。画面左中央には、色サンプル５１が表示される。また、画面左下側には、泡の色を設定するチェックボックスＣＢ２０と、泡４１が標線Ｌを超えた場合に泡を点滅させるチェックボックスＣＢ２１とが設けられる。ボックスＢ１１には、色サンプル５１で選択した色が表示される。画面右側には、泡設定中のモニタ表示水準器４０の表示状態が表示される。画面下側の設定アイコンＩ１を選択すると、現在調整した内容が設定される。一方、戻りアイコンＩ２を選択すると、現在調整中の内容がキャンセルされて、設定メニュー画面ＰＵに戻る。

なお、図１６に示すように、泡４１の傾きの大きさｒが最大値ｒｍａｘとなった時、最大値ｒｍａｘは、極座標の中心Ｏから泡４１の中心である傾斜位置Ｐ１までの距離であるため、モニタ表示水準器４０の表示領域Ｅは、泡４１の半径分、大きくすることが好ましい。

なお、本実施の形態では、表示部２９を油圧ショベル１００に搭載していたが、これに限らず、遠隔操作室から、油圧ショベル１００などの作業機械を遠隔操作する場合、表示部２９に対応する表示装置が遠隔操作室に設けられる。図１７は、油圧ショベル１００を遠隔操作する場合の表示装置２８０を説明する図である。油圧ショベル１００と遠隔操作室３００とは、図示しない通信装置を介して相互に無線通信可能である。図１７に示すように、遠隔操作室３００には、運転席１４０が備えてあり、運転席１４０の近傍に作業機操作部材１２０Ｌ、１２０Ｒが設置されている。また、運転席１４０の前方には走行操作部材１３０Ｌ、１３０Ｒが設置されている。作業機操作部材１２０Ｌ、１２０Ｒを操作することで、操作量や操作内容を示す信号が油圧ショベル１００に送信され、遠隔で作業機２や上部旋回体３を動作させることができる。また、走行操作部材１３０Ｌ、１３０Ｒを操作することで、操作量や操作内容を示す信号が油圧ショベル１００に送信され、遠隔で走行装置５を動作させることができる。

遠隔操作室３００には、モニタ装置１１０が運転席１４０から見て斜め前方に設置されている。油圧ショベル１００に設けられた各種センサによって検出されたデータが、通信装置を介して遠隔操作室３００に無線送信され、そのデータに基づいた各種情報がモニタ装置１１０に表示される。さらに、運転席１４０の前方には表示部２９に対応する表示装置２８０を含む表示装置が設置されている。なお、表示コントローラ２８は、遠隔操作室３００に設けても良いし、油圧ショベル１００に設けても良い。さらに、表示コントローラ２８を遠隔操作室３００に設ける場合、演算部３１のみを油圧ショベル１００側に設けても良い。すなわち、上述した表示部２９、演算部３１、表示処理部３２、設定処理部３３の少なくとも１つは油圧ショベル１００外に設けても良い。

従って、上述した実施の形態に示した表示部２９の表示画面２９Ｐ上に表示されたモニタ表示水準器４０と同様なモニタ表示水準器を、表示装置２８０で表示することができる。なお、図１８に示すように、遠隔操作室３００に設置される表示装置２８０に代えて、少なくとも表示部を備えた携帯端末装置３８０を表示装置として用いてもよい。この場合、表示コントローラ２８は油圧ショベル１００側に設けることが好ましい。

また、上述した実施の形態では、設定処理部３３に対する設定操作は、表示部２９の表示画面上で行うようにしていたが、これに限らず、例えば油圧ショベル１００のコンソールや遠隔操作室３００のコンソールなどに設けたスイッチを用いて設定処理部３３に対する設定操作を行うようにしてもよい。

さらに、上述した実施の形態では、ＩＣＴ（Information and Communication Technology）技術を用いた建設機械に搭載されるモニタ上にモニタ表示水準器を表示する一例を説明したが、モニタ表示水準器は、一般の建設機械に搭載されるモニタ上に表示してもよい。

１ 車両本体、２ 作業機、３ＥＧ 機械室、３ 上部旋回体、４ 運転室、５ 走行装置、５ｃ 油圧モータ、５ａ，５ｂ 履帯、６ ブーム、７ アーム、８ バケット、８Ｂ 刃、８Ｔ 刃先、８ＢＴ 底面、９ 手すり、１０ ブームシリンダ、１１ アームシリンダ、１２ バケットシリンダ、１３ ブームピン、１４ アームピン、１５ バケットピン、１６ リンクピン、１７ リンク、１８Ａ 第１作業機姿勢検出部、１８Ｂ 第２作業機姿勢検出部、１８Ｃ 第３作業機姿勢検出部、２１，２２ アンテナ、２３ グローバル座標演算部、２４ ＩＭＵ（傾斜センサ）、２５ 操作装置、２５Ｒ 右操作レバー、２５ＦＲ 右走行用レバー、２５Ｌ 左操作レバー、２５ＦＬ 左走行用レバー、２６ 作業機コントローラ、２６Ｍ，２７Ｍ，２８Ｍ 記憶部、２６Ｐ，２７Ｐ，２８Ｐ 処理部、２７ センサコントローラ、２８ 表示コントローラ、２８Ｉ 入力装置、２９ 表示部、２９Ｐ 表示画面、３１ 演算部、３２ 表示処理部、３３ 設定処理部、３４ 標線設定処理部、３５ 倍率設定処理部、３６ 色変更設定処理部、３７ 泡変更設定処理部、４０ モニタ表示水準器、４１ 泡、４５ 設計面、５０，５１ 色サンプル、５３ａ 正面図、５３ｂ 側面図、５５ エンジン、５６ 油圧ポンプ、５７ コントロールバルブ、５８ 旋回モータ、５９ 設計面、６１，７５，９０ アイコン、７０ 目標施工面、７３Ｉ 指針、７３ 正対コンパス、７９ 目標施工面線、８４ グラフィック情報、１００ 油圧ショベル、１１０ モニタ装置、１２０Ｌ 作業機操作部材、１３０Ｌ，１３０Ｒ 走行操作部材、１４０ 運転席、２８０ 表示装置、３００ 遠隔操作室、３８０ 携帯端末装置、Ｂ１、Ｂ２，Ｂ３ 調整バー、Ｂ１１ ボックス、ＢＸ 数値入力欄、ＢＧ 色ボックス、ＣＢ１，ＣＢ１１～ＣＢ１８，ＣＢ２０，ＣＢ２１ チェックボックス、ＣＢＧ 色設定チェックボックス、Ｄ 水準器情報、Ｅ 表示領域、Ｉ１ 設定アイコン、Ｉ２ 戻りアイコン、ＩＧ ガイダンス画像、Ｌ，Ｌ１，Ｌ２ 標線、Ｏ 中心、Ｐ１ 傾斜位置、ＰＵ 設定メニュー画面、ＰＵ１，ＰＵ１´ 標線設定画面、ＰＵ２ 倍率設定画面、ＰＵ３ 色変更設定画面、ＰＵ４ 泡変更設定画面、ｒ 傾きの大きさ、ＳＬ１，ＳＬ２，ＳＬ３ スライダ、θ 角度、θｐ ピッチ角、θｒ ロール角

Claims (8)

1. 作業機械の各種情報を表示する表示部と、
   走行体を有する作業機械の傾斜角を検出する傾斜センサが検出したピッチ角とロール角をもとに、前記作業機械の傾きの大きさと傾きの方向とを示す極座標上の傾斜位置を演算する演算部と、
   前記傾斜位置と予め設定した傾きの大きさを示す標線とを極座標表示したモニタ表示水準器を、前記表示部の表示画面上の所定領域に表示する表示処理部と、
   前記モニタ表示水準器の前記極座標表示の画面に表示する前記傾きの大きさの表示倍率を変更設定する設定処理部と、
   を備え、
   前記表示処理部は、前記設定処理部によって前記表示倍率が変更された場合、前記モニタ表示水準器における前記傾斜位置の表示位置と前記標線が示す傾きの大きさの表示とを変更し、前記傾斜位置を、前記極座標表示の画面上で前記傾斜位置を中心とした図形として表示し、前記表示倍率の変更に応じて前記図形の大きさを変化させる、
   作業機械の表示システム。
2. 作業機械を操作する操作部材が設けられる遠隔操作室をさらに備え、
   前記表示部は前記遠隔操作室に設置される、
   請求項１に記載の作業機械の表示システム。
3. 前記表示処理部は、前記傾斜位置の傾きの大きさが前記標線を超えた場合に、前記極座標表示の画面の色を変更する、
   請求項１又は請求項２に記載の作業機械の表示システム。
4. 前記設定処理部は、前記標線が示す傾きの大きさを変更設定する標線設定処理部を有する、
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の作業機械の表示システム。
5. 前記設定処理部は、前記極座標表示の画面の色の変更設定を行う色変更設定処理部を有する、
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の作業機械の表示システム。
6. 前記傾斜位置は、前記極座標表示の画面上で該傾斜位置を中心とした円である泡として表示される、
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の作業機械の表示システム。
7. 前記傾斜センサは、前記作業機械内に設けられ、
   前記演算部、前記表示処理部、前記設定処理部の少なくとも１つは、前記作業機械外に設けられる、
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の作業機械の表示システム。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の作業機械の表示システムを備える、
   作業機械。

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