WO2017110382A1 - 作業車両および作業車両の制御方法 - Google Patents

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WO2017110382A1
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work
target design
display
display device
control unit
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憲史 大岩
正男 山村
智裕 中川
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Komatsu Ltd
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Komatsu Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • E02F3/28Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with digging tools mounted on a dipper- or bucket-arm, i.e. there is either one arm or a pair of arms, e.g. dippers, buckets
    • E02F3/36Component parts
    • E02F3/42Drives for dippers, buckets, dipper-arms or bucket-arms
    • E02F3/43Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations
    • E02F3/435Control of dipper or bucket position; Control of sequence of drive operations for dipper-arms, backhoes or the like
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
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    • G02B27/0101Head-up displays characterised by optical features
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00Three-dimensional [3D] modelling for computer graphics
    • G06T17/05Geographic models

Definitions

  • the present invention relates to a work vehicle and a work vehicle control method, and more particularly to display of an image on the work vehicle.
  • a work vehicle such as hydraulic excavators
  • Such a work vehicle has a main body part and a working machine connected to the main body part.
  • a working machine for a hydraulic excavator includes a boom, an arm, and a bucket in order from the main body side.
  • Patent Document 1 discloses a hydraulic excavator as an example of a work vehicle.
  • the hydraulic excavator includes a cab, a work implement, a display device, and a display position control unit.
  • the work machine operates by an operation of an operator in the cab.
  • the display device is provided in the cab and displays a predetermined image.
  • the display device provided in the front of the cab is a transmissive display device, and is provided so that an operator in the cab can visually observe the working machine.
  • An object of the present invention is made in view of the above points, and is to provide a work vehicle and a work vehicle control method capable of further improving work efficiency.
  • a work vehicle includes a work implement, a main body, a display device, and a display control unit.
  • the main body is attached with a work machine and has a cab.
  • the display device is provided in the driver's cab and displays work support information superimposed on the actual scene of the work site.
  • the display control unit displays the target design landform on the display device as work support information.
  • the display control unit causes the display device to display the final target design landform after completion of the work at the start of the work, and then switches to display of the target design landform to be achieved according to the work process to be executed.
  • the operator who is working can check the final target design landform after completion of work at the start of work, and then check the target design landform to be achieved according to the work process. It is possible to accurately grasp the above and further improve the work efficiency.
  • a storage unit for storing the final target design landform in a plurality of segments is further provided.
  • the display control unit switches the target design landform corresponding to the first segment displayed on the display device to display the target design landform corresponding to the second segment.
  • the operator who is working can confirm the target design landform divided for each segment, and it is possible to secure a wide working field of view. It is possible to improve.
  • the display control unit switches the target design terrain corresponding to the first segment displayed on the display device to the display of the target design terrain corresponding to the second segment in accordance with the operation instruction of the operator in the cab.
  • an information acquisition unit for acquiring information on the current topography is further provided.
  • the display control unit converts the target design landform corresponding to the first segment displayed on the display device to the target design landform corresponding to the second segment based on the comparison between the current landform information acquired by the information acquisition unit and the target design landform. Switch to display.
  • a work vehicle control method includes a work machine, a main body unit to which the work machine is attached and having a driver's cab, a display provided in the driver's cab and displaying work support information superimposed on an actual scene of the work site.
  • a work vehicle control method provided with a device, the step of displaying the final target design terrain after the completion of work on the display device at the start of work as work support information, and the display of the final target design terrain. Switching to the display of the target design terrain to be achieved according to the work process.
  • the operator who is working can check the final target design landform after completion of work at the start of work, and then check the target design landform to be achieved according to the work process. It is possible to accurately grasp the above and further improve the work efficiency.
  • the work efficiency can be further improved.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the appearance of a work vehicle 101 based on the embodiment.
  • a hydraulic excavator will be described as an example of the work vehicle 101 based on the embodiment.
  • the work vehicle 101 mainly includes the traveling body 1, the turning body 3, and the work implement 4.
  • the main body of the work vehicle 101 is composed of a traveling body 1 and a revolving body 3.
  • a work machine 4 is attached to the main body.
  • the traveling body 1 has a pair of left and right crawler belts.
  • the turning body 3 is mounted so as to be turnable via the turning mechanism of the traveling body 1.
  • the swivel body 3 has a cab 8 or the like.
  • the work machine 4 is pivotally supported in the revolving structure 3 so as to be operable in the vertical direction, and performs work such as excavation of earth and sand.
  • the work machine 4 includes a boom 5, an arm 6, and a bucket 7.
  • the work machine 4 is provided at a position visually recognized from the cab 8 to the right front.
  • the base of the boom 5 is movably connected to the revolving unit 3.
  • the arm 6 is movably connected to the tip of the boom 5.
  • the bucket 7 is movably connected to the tip of the arm 6.
  • the bucket 7 is movable in the vertical direction with respect to the cab 8. Further, the bucket 7 is also movable in the front-rear direction with respect to the cab 8.
  • the bucket 7 has a cutting edge 7A.
  • the cab 8 has a windshield 2.
  • the windshield 2 is fixed by a frame 9.
  • the windshield 2 includes a windshield 2A and a windshield 2B below the windshield 2A.
  • the windshield 2A is provided inside the opening frame 9A (inside the opening frame), and the windshield 2B is provided inside the lower opening frame 9B.
  • the windshields 2 ⁇ / b> A and 2 ⁇ / b> B are provided separately according to the bent shape of the frame 9 in front of the cab 8.
  • the display device 44 is attached in front of the driver's seat of the cab 8 of the work vehicle 101.
  • the display device 44 includes a member (such as a film) that transmits external light incident on the cab 8 and a projector (projector).
  • the image projected by the projector is displayed as a real image on a member (film or the like) that transmits external light.
  • the display area of the display device 44 is provided in the opening frame 9 ⁇ / b> A on the front surface of the cab 8 of the work vehicle 101. The operator of the cab 8 can see the actual scene of the work site including the work machine 4 through the display area of the display device 44.
  • the display device 44 displays information (work support information) for assisting the operation (work) of the work machine 4 by the operator, superimposed on the actual scene of the work site.
  • the display device 44 functions as a head-up display that directly displays an image in the visual field of the operator.
  • a member that transmits external light such as a film of the display device 44, is installed so as to be superimposed on the windshield 2A.
  • the display device 44 has a display area up to the edge of the windshield 2A. Note that the size of the windshield 2A may be the same as the display area of the display device 44 or may be different.
  • the display device 44 a configuration for displaying an image projected by a projector (projector) on a member (film or the like) that transmits external light incident on the cab 8 will be described.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a control system provided in work vehicle 101 based on the embodiment.
  • the work vehicle 101 includes an operation device 10, a work machine controller 20, a work machine drive device 30, and a display system 40.
  • the operation device 10 includes operation members 11L and 11R, an operation detection unit 12, a travel operation member 13, and a travel operation detection unit 14.
  • the operating device 10 has an operation button which can accept various operations besides these.
  • an operation button for operating the engine and an operation button for inputting a predetermined command to the display system 40 are also included.
  • the predetermined command is a command for instructing to change the content of the target design landform displayed on the display device 44.
  • the operation members 11L and 11R are used by an operator to operate the work machine 4 and the swing body 3.
  • the operation member 11 ⁇ / b> R is used for an operator to operate the boom 5 and the bucket 7.
  • the operation member 11L is used for an operator to operate the swing body 3 and the arm 6.
  • the operation detection unit 12 detects an operator's operation on the operation member 11L.
  • the operation detection unit 12R detects an operator's operation on the operation member 11R.
  • the traveling operation member 13 is used for an operator to operate the traveling of the work vehicle 101.
  • the traveling operation detector 14 generates a pilot flow rate according to the operation content of the traveling operation member 13.
  • the work vehicle 101 moves at a speed according to the pilot flow rate.
  • the work machine controller 20 includes a storage unit 21 and a calculation unit 22.
  • the storage unit 21 includes a memory such as a RAM (Random Access Memory) and a ROM (Read Only Memory).
  • the calculation unit 22 is configured by a calculation processing device such as a CPU (Central Processing Unit).
  • the work machine controller 20 mainly controls the operation of the work machine 4 and the turning of the revolving structure 3.
  • the work machine controller 20 generates a control signal for operating the work machine 4 and the swing body 3 in accordance with the operation of the operation members 11L and 11R.
  • the work machine controller 20 outputs the generated control signal to the work machine drive device 30.
  • the work machine drive device 30 includes a proportional control valve 31.
  • the proportional control valve 31 operates based on a control signal from the work machine controller 20.
  • the proportional control valve 31 supplies hydraulic oil having a flow rate corresponding to the control signal to the hydraulic cylinder and the swing motor. Thereby, the working machine 4 operates and the revolving structure 3 turns.
  • the display device 44 of the display system 40 displays various images such as work support information.
  • the display system 40 includes a position information acquisition unit 41, a display control unit 43, a display device 44, a memory 45, and an operation input reception unit 46.
  • the position information acquisition unit 41 acquires position information for working with the work machine 4 of the work vehicle 101.
  • position information can be acquired using GPS (Global Positioning System) or the like.
  • the memory 45 stores data for displaying the target design landform associated with the position information.
  • the display control unit 43 includes a display content control unit 430 and an image generation unit 433.
  • the display control unit 43 causes the display device 44 to display work support information.
  • the image generation unit 433 generates an image of the target design landform for the current landform as work support information based on the data stored in the memory 45.
  • the image generation unit 433 may generate an image representing work support information other than the target design landform.
  • the display content control unit 430 causes the display device 44 to display an image of the target design topography for the current topography generated by the image generation unit 433.
  • the display content control unit 430 changes the content of the work support information according to the work process, and causes the display device 44 to display the changed content.
  • the operation input receiving unit 46 receives an operation input from the operation device 10. For example, the operation input receiving unit 46 receives an input of an operation button for inputting a predetermined command to the display system 40 provided in the operation device 10. As an example, the operation input receiving unit 46 receives an input of a command for instructing a change in the content of the target design landform displayed on the display device 44 in accordance with an input of an operation button.
  • Each functional block of the display system 40 is realized by using a program stored in an arithmetic processing device such as a CPU or a storage device (memory) such as a RAM and a ROM.
  • an arithmetic processing device such as a CPU or a storage device (memory) such as a RAM and a ROM.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the display contents of the work support information of the display device 44 based on the embodiment.
  • FIG. 3 here, an example of work support information displayed when the work is started is shown. Specifically, an overall image IA of the final target design terrain after completion of work on the current terrain is displayed.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating another display content of the work support information of the display device 44 based on the embodiment.
  • ⁇ Construction on the final target design terrain may be performed through multiple work processes.
  • the target design topography to be achieved is different for each work process. Therefore, the display control unit 43 displays the target design landform to be achieved according to the current work process, as shown in FIG.
  • the current work process may be grasped from the current landform (details will be described later), or may be grasped by an operator switching instruction.
  • target design terrain to be achieved for each work process is a part of the target design terrain of the final target design terrain and the design terrain on the way from the final target design terrain. It may be.
  • an image IB4 showing a part of the target design landform of the final target design landform is displayed.
  • the operator can grasp the target design landform to be achieved in the current work process.
  • displaying the image showing the target design landform for each work process ensures a wide field of view.
  • the target design topography can be clearly grasped by the operator for each work process, so that the work efficiency can be further improved.
  • the target design topography for each work process may be freely switched by advancing or returning the work process by a button operation by the operator. Further, a part of the target design terrain among the final target design terrain (final target design terrain) may be selected and displayed by button operation.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the target design landform based on the embodiment. As shown in FIG. 5A, the entire image IA of the final target design landform is divided into a plurality of area images for each work process.
  • the final target design terrain is divided into images IB1 to IB4 corresponding to a part of the target design terrain.
  • FIG. 5B is a diagram for explaining target design landform data stored in the memory 45. As shown in FIG. 5B, the target design landform data is stored in association with the position information.
  • target design landform data associated with the position information is read from the memory 45 and displayed on the display device 44.
  • target design landform data corresponding to images IB1 to IB4 corresponding to some target design landforms obtained by dividing the entire image IA of the final target design landform into four segments for each construction process is shown.
  • target design landform data corresponding to another segment is read from the target design landform data corresponding to one segment, and the read target design is read.
  • An image based on the terrain data is displayed on the display device 44.
  • the order in which the target design topographic data is read out is determined in advance.
  • the target design landform is changed in the order of the images IB1 to IB4.
  • FIG. 6 is a flowchart for explaining the process of displaying work support information based on the embodiment.
  • the display control unit 43 determines whether the work has been started (step S2). Specifically, as an example, the display content control unit 430 may determine that the work has started when an ignition plug of the engine is ignited, or when an operation input from the operation device 10 is received. It may be determined that the work has started. Further, it may be determined that the work has been started in accordance with a predetermined button operation.
  • the display control unit 43 waits until the work is started (NO in step S2), and when it is determined that the work is started (YES in step S2), acquires position data of the work vehicle ( Step S4). Specifically, the position information acquisition unit 41 acquires position information of the work vehicle 101.
  • the display control unit 43 acquires target design landform data corresponding to the position (step S6). Specifically, the image generation unit 433 acquires target design landform data stored in the memory 45 based on the position information of the work vehicle 101 acquired by the position information acquisition unit 41.
  • the display control unit 43 displays the entire image that is the final target design landform based on the target design landform data.
  • the image generation unit 433 generates an image of the final target design landform for the current landform as work support information based on the data stored in the memory 45.
  • the display content control unit 430 displays the final target design landform image generated by the image generation unit 433.
  • the display content control unit 430 displays the entire image IA of the final target design landform described with reference to FIG.
  • the display control unit 43 displays the final target design landform after the work is completed, and then switches to the display of the target design landform corresponding to the first work process (step S10).
  • the image generation unit 433 generates an image of the target design landform corresponding to the first work process for the current landform as work support information based on the data stored in the memory 45.
  • the display content control unit 430 displays the image of the target design landform generated by the image generation unit 433.
  • the display content control unit 430 displays the target design landform image IB described in FIG. 4 on the display device 44.
  • the display control unit 43 determines whether there is a selection instruction (step S14). Specifically, the operation input receiving unit 46 determines whether an operation input (selection instruction) from the operation device 10 has been received.
  • step S14 the display control unit 43 waits until there is a selection instruction (NO in step S14), and if it is determined that there is a selection instruction (YES in step S14), does the next target design landform data exist? It is determined whether or not (step S16).
  • the display content control unit 430 determines whether or not the next target design landform data stored in the memory 45 is stored.
  • step S16 when it is determined that the next target design landform data is present (YES in step S16), the display control unit 43 displays the target design landform corresponding to the next work process (step S18).
  • the display content control unit 430 determines that the next target design landform data is stored in the memory 45 when the operation input reception unit 46 receives an operation input, the display content control unit 430 corresponds to the next target design. Display images based on topographic data.
  • step S16 when the display control unit determines that there is no next target design landform data (NO in step S16), the process ends (END).
  • the display content control unit 430 ends the process when determining that the next target design landform data is not stored in the memory 45.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a control system included in work vehicle 101 based on the first modification of the embodiment.
  • FIG. 7 is different from the configuration of FIG. 2 in that the display system 40 is replaced with a display system 40A.
  • the display system 40A is different from the display system 40 in that a construction information acquisition unit 42 is further added. Since other configurations are the same as those described in FIG. 2, detailed description thereof will not be repeated.
  • the construction information acquisition unit 42 acquires construction information on the current terrain. Specifically, the construction information acquisition unit 42 acquires an image of the current terrain imaged with a camera or the like as the construction information.
  • the display control unit 43 receives the input of the construction information acquired by the construction information acquisition unit 42 and determines the construction status. Specifically, the display content control unit 430 determines the construction status based on the construction information and the target design landform data. The display content control unit 430 determines whether or not the terrain of the target design terrain data is substantially the same based on the construction information.
  • the display content control unit 430 determines that the terrain of the target design terrain data is substantially the same as the terrain of the target design terrain data based on the construction information, the display content control unit 430 determines that the work process is completed and sets the target design corresponding to the next work process.
  • the target design terrain based on the terrain data is displayed on the display device 44.
  • FIG. 8 is a flowchart for explaining work support information display processing based on the first modification of the embodiment.
  • steps S11 to S13 are provided instead of step S14. Since other flows are the same, detailed description thereof will not be repeated.
  • step S10 the display control unit 43 switches to the display of the target design landform corresponding to the first work process.
  • the image generation unit 433 generates a target design landform for the current landform corresponding to the first work process as work support information based on the data stored in the memory 45.
  • the display content control unit 430 displays the target design landform generated by the image generation unit 433.
  • the display content control unit 430 displays the target design landform image IB described in FIG. 4 on the display device 44.
  • the display control unit 43 acquires construction information (step S11). Specifically, the display content control unit 430 acquires an image of the current terrain imaged with the camera or the like as the construction information in the construction information acquisition unit 42.
  • the display control unit 43 confirms the construction status (step S12).
  • the display content control unit 430 compares the terrain of the target design terrain data based on the acquired construction information, and confirms the construction status.
  • the display control unit 43 determines whether or not the work for the target design landform has been completed (step S13). Specifically, the display content control unit 430 determines whether or not the terrain of the target design terrain data is substantially the same based on the acquired construction information.
  • step S13 if the display control unit 43 determines that the work for the target design landform is completed (YES in step S13), the process proceeds to the next step S16. Specifically, if the display content control unit 430 determines that the terrain of the target design terrain data is substantially the same as the terrain of the target design terrain data based on the acquired construction information, the display content control unit 430 determines that the work has been completed, Determine whether there is data.
  • step S13 determines in step S13 that the work on the target design landform has not been completed (NO in step S13)
  • the process returns to step S11 and repeats the above processing.
  • the display content control unit 430 determines that the terrain of the target design terrain data is not substantially the same based on the acquired construction information
  • the display content control unit 430 determines that the work is not completed and returns to step S11. Repeat the above process.
  • the work vehicle 101 may include a display device having a configuration different from that of the display device 44. Specifically, the work vehicle 101 may include a combiner as a display device.
  • FIG. 9 is a diagram showing another display device having a configuration different from the display device 44 of the embodiment.
  • the display device 70 is provided in the cab 8 and includes a projector 71, a lens engineering system 72, and a combiner 73.
  • Projector 71 is a projector.
  • the lens engineering system 72 is installed between the projector 71 and the combiner 73.
  • the lens engineering system 72 has a plurality of lenses. In the lens engineering system 72, some of the plurality of lenses are movable in the optical axis direction.
  • the combiner 73 is installed on the windshield 2A.
  • the combiner 73 may be installed on the windshield 2A and the windshield 2B.
  • the combiner 73 is composed of a half mirror that reflects part of the light and transmits the remaining light.
  • the combiner 73 reflects the image projected by the projector 71 to the operator side in the cab 8 and transmits light from outside the cab 8 into the cab 8.
  • the operator can grasp the image projected on the combiner 73 as a virtual image that is displayed superimposed on the real scene in front of the cab 8.
  • the display device 44 may display the inside of the opening frame 9B as a display area. That is, the cab 8 may be configured to include a transparent dual display. In this case, the display control unit 43 controls the display in the two display areas. Note that another display device may be provided for the display area of the opening frame 9B.
  • the work support information can also be displayed in the display area of the lower display device.
  • a hydraulic excavator has been described as an example, but the present invention can also be applied to a backhoe loader and other work vehicles.

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Abstract

作業車両は、作業機と、本体部と、表示装置と、表示制御部とを備える。本体部は、作業機が取り付けられ、かつ運転室を有する。表示装置は、運転室に設けられ、作業現場の実景と重ね合わせて作業支援情報を表示する。表示制御部は、表示装置に、作業支援情報として目標設計地形を表示する。表示制御部は、表示装置に作業開始時に作業完了後の最終目標設計地形を表示させた後、実行される作業工程に応じて達成されるべき目標設計地形の表示に切り替える。

Description

作業車両および作業車両の制御方法
 本発明は、作業車両および作業車両の制御方法に関し、特に、当該作業車両における画像の表示に関する。
 従来、油圧ショベル等の作業車両が知られている。このような作業車両は、本体部と、当該本体部に接続された作業機とを有している。たとえば、油圧ショベルの作業機は、本体部側から順に、ブームと、アームと、バケットとを有する。
 特開2009-243073号公報(特許文献1)には、作業車両の一例として油圧ショベルが開示されている。当該油圧ショベルは、運転室と、作業機と、表示装置と、表示位置制御部とを備えている。作業機は、運転室内のオペレータの操作により動作する。表示装置は、運転室に設けられ、所定の画像を表示する。
特開2009-243073号公報
 ところで、運転室の前面に設けられる表示装置は、透過型の表示装置であって、運転室内のオペレータが作業機を目視することが可能に設けられている。
 したがって、目視される作業機を効率的に操作しつつ、表示装置に表示される所定の画像から必要な情報を適切に取得するためには、作業工程に応じて適切な情報を提示する必要がある。
 本発明の目的は、上記の点を鑑みてなされたものであって、作業効率のさらなる向上を図ることが可能な作業車両および作業車両の制御方法を提供することにある。
 ある局面に従う作業車両は、作業機と、本体部と、表示装置と、表示制御部とを備える。本体部は、作業機が取り付けられ、かつ運転室を有する。表示装置は、運転室に設けられ、作業現場の実景と重ね合わせて作業支援情報を表示する。表示制御部は、表示装置に、作業支援情報として目標設計地形を表示する。表示制御部は、表示装置に作業開始時に作業完了後の最終目標設計地形を表示させた後、実行される作業工程に応じて達成されるべき目標設計地形の表示に切り替える。
 したがって、作業しているオペレータは、作業開始時に作業完了後の最終目標設計地形を確認し、その後、作業工程に応じて達成されるべき目標設計地形を確認することが可能であるため、作業内容を正確に把握して作業効率のさらなる向上を図ることが可能である。
 好ましくは、最終目標設計地形を複数のセグメントに分けて記憶する記憶部をさらに備える。表示制御部は、表示装置に表示した第1セグメントに対応する目標設計地形を第2セグメントに対応する目標設計地形の表示に切り替える。
 したがって、作業しているオペレータは、セグメント毎に分けられた目標設計地形を確認することが可能であり、作業視界を広く確保することが可能となり、作業内容を正確に把握して作業効率のさらなる向上を図ることが可能である。
 好ましくは、表示制御部は、運転室内のオペレータの操作指示に従って、表示装置に表示した第1セグメントに対応する目標設計地形を第2セグメントに対応する目標設計地形の表示に切り替える。
 したがって、操作指示に従って、セグメント毎に分けられた目標設計地形を確認することが可能であるため作業工程に応じて目標設計地形を簡易に切り替えることが可能であり作業効率のさらなる向上を図ることが可能である。
 好ましくは、現況地形の情報を取得する情報取得部をさらに備える。表示制御部は、情報取得部で取得した現況地形の情報と目標設計地形との比較に基づいて表示装置に表示した第1セグメントに対応する目標設計地形を第2セグメントに対応する目標設計地形の表示に切り替える。
 したがって、情報取得部で取得した現況地形の情報と目標設計地形との比較に基づいて第1セグメントに対応する目標設計地形を第2セグメントに対応する目標設計地形の表示に切り替えることが可能であるためユーザの操作が必要ではなく、作業効率のさらなる向上を図ることが可能である。
 ある局面に従う作業車両の制御方法は、作業機と、作業機が取り付けられ、かつ運転室を有する本体部と、運転室に設けられ、作業現場の実景と重ね合わせて作業支援情報を表示する表示装置とが設けられた作業車両の制御方法であって、作業支援情報として作業開始時に作業完了後の最終目標設計地形を表示装置に表示するステップと、最終目標設計地形を表示した後、実行される作業工程に応じて達成されるべき目標設計地形の表示に切り替えるステップとを備える。
 したがって、作業しているオペレータは、作業開始時に作業完了後の最終目標設計地形を確認し、その後、作業工程に応じて達成されるべき目標設計地形を確認することが可能であるため、作業内容を正確に把握して作業効率のさらなる向上を図ることが可能である。
 本発明の作業車両および作業車両の制御方法によれば、作業効率のさらなる向上を図ることが可能である。
実施形態に基づく作業車両101の外観を説明する図である。 実施形態に基づく作業車両101が備える制御系の構成を表したブロック図である。 実施形態に基づく表示装置44の作業支援情報の表示内容を説明する図である。 実施形態に基づく表示装置44の作業支援情報の別の表示内容を説明する図である。 実施形態に基づく目標設計地形を説明する図である。 実施形態に基づく作業支援情報の表示処理を説明するフロー図である。 実施形態の第1の変形例に基づく作業車両101が備える制御系の構成を表したブロック図である。 実施形態の第1の変形例に基づく作業支援情報の表示処理を説明するフロー図である。 実施形態の表示装置44とは異なる構成を有する他の表示装置を表した図である。
 以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の説明では、同一部品には、同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。なお、以下の説明において、「上」「下」「前」「後」「左」「右」とは、運転席に着座したオペレータを基準とする用語である。
 <A.全体構成>
 図1は、実施形態に基づく作業車両101の外観を説明する図である。
 図1に示されるように、実施形態に基づく作業車両101として、油圧ショベルを例に挙げて説明する。
 作業車両101は、走行体1と、旋回体3と、作業機4とを主に有している。
 作業車両101の本体部は、走行体1と旋回体3とにより構成される。本体部には、作業機4が取り付けられている。走行体1は、左右1対の履帯を有している。旋回体3は、走行体1の旋回機構を介して旋回可能に装着される。旋回体3は、運転室8等を有する。
 作業機4は、旋回体3において、上下方向に作動可能に軸支されており、土砂の掘削などの作業を行う。作業機4は、ブーム5と、アーム6と、バケット7とを含む。作業機4は、運転室8から右前方に視認される位置に設けられている。
 ブーム5は、基部が旋回体3に可動可能に連結されている。アーム6は、ブーム5の先端に可動可能に連結されている。バケット7は、アーム6の先端に可動可能に連結されている。バケット7は、運転室8に対して上下方向に移動可能である。また、バケット7は、運転室8に対して前後方向にも移動可能である。バケット7は、刃先7Aを有する。
 運転室8は、フロントガラス2を有する。フロントガラス2は、フレーム9によって固定されている。フロントガラス2は、フロントガラス2Aと、フロントガラス2Aより下側のフロントガラス2Bとによって構成される。フロントガラス2Aは、開口枠9Aの内側(開口枠内)に設けられ、フロントガラス2Bは、下部の開口枠9Bの内側に設けられている。運転室8の前方のフレーム9の屈曲形状に合わせてフロントガラス2Aと、2Bとを分離して設ける。フロントガラス2Aと2Bとを分離した構成とすることによりオペレータからの広い視界を確保しつつフレーム等の強度を確保することが可能である。
 表示装置44は、作業車両101の運転室8の運転席の前方に取り付けられている。本例においては、表示装置44は、運転室8に入射する外光を透過する部材(フィルム等)と、投影機(プロジェクタ)とによって構成される。投影機によって投影された映像は、実像として外光を透過する部材(フィルム等)に表示される。表示装置44の表示領域は、作業車両101の運転室8の前面の開口枠9A内に設けられる。運転室8のオペレータは、表示装置44の表示領域を透して、作業機4を含む作業現場の実景を目視することができる。表示装置44は、作業現場の実景と重ね合わせて、オペレータによる作業機4の操作(作業)を支援するための情報(作業支援情報)を表示する。表示装置44は、オペレータの視野に直接映像を映し出すヘッドアップディスプレイとして機能する。
 表示装置44のフィルム等の外光を透過する部材は、フロントガラス2Aに重畳されて設置されている。表示装置44は、フロントガラス2Aの縁部まで表示領域を有する。なお、フロントガラス2Aの大きさは、表示装置44の表示領域と同じであっても良いし、異なる場合であっても良い。
 本例においては、表示装置44として、運転室8に入射する外光を透過する部材(フィルム等)に対して投影機(プロジェクタ)によって投影された映像を表示する構成について説明するが、これに限られず透明のディスプレイ(たとえば、透過型の液晶ディスプレイ)である表示装置44を備えた構成とすることも可能である。
 <B.制御系の構成>
 図2は、実施形態に基づく作業車両101が備える制御系の構成を表したブロック図である。
 図2に示されるように、作業車両101は、操作装置10と、作業機コントローラ20と、作業機駆動装置30と、表示システム40とを有する。
 (b1.操作装置10)
 操作装置10は、操作部材11L、11Rと、操作検出部12と、走行操作部材13と、走行操作検出部14とを有する。なお、操作装置10は、図示しないがこれら以外にも、各種の操作受付が可能な操作ボタンを有する。たとえば、エンジンを動作させる操作ボタンや、表示システム40に対して所定の指令を入力するための操作ボタン等も含む。本例においては、所定の指令として、表示装置44に表示されている目標設計地形の内容の変更を指示する指令とする。
 操作部材11L、11Rは、オペレータが作業機4および旋回体3を操作するために用いられる。操作部材11Rは、オペレータがブーム5とバケット7とを操作するために用いられる。操作部材11Lは、オペレータが旋回体3とアーム6とを操作するために用いられる。
 操作検出部12は、操作部材11Lに対するオペレータの操作を検出する。操作検出部12Rは、操作部材11Rに対するオペレータの操作を検出する。
 走行操作部材13は、オペレータが作業車両101の走行を操作するために用いられる。走行操作検出部14は、走行操作部材13の操作内容に応じパイロット流量を発生する。作業車両101は、パイロット流量に応じた速度で移動する。
 (b2.作業機コントローラ20)
 作業機コントローラ20は、記憶部21と、演算部22とを有している。記憶部21は、RAM(Random Access Memory)およびROM(Read Only Memory)等のメモリで構成される。演算部22は、CPU(Central Processing Unit)等の演算処理装置で構成される。
 作業機コントローラ20は、主として、作業機4の動作と旋回体3の旋回とを制御する。作業機コントローラ20は、操作部材11L、11Rの操作に応じて、作業機4および旋回体3を動作させるための制御信号を生成する。作業機コントローラ20は、生成した制御信号を作業機駆動装置30に出力する。
 (b3.作業機駆動装置30)
 作業機駆動装置30は、比例制御弁31を有している。比例制御弁31は、作業機コントローラ20からの制御信号に基づいて動作する。比例制御弁31は、制御信号に応じた流量の作動油を、油圧シリンダおよび旋回モータに供給する。これにより、作業機4が動作し、旋回体3が旋回する。
 (b4.表示システム40)
 表示システム40の表示装置44は、作業支援情報等の各種の画像を表示する。
 表示システム40は、位置情報取得部41と、表示制御部43と、表示装置44と、メモリ45と、操作入力受付部46とを有する。
 位置情報取得部41は、作業車両101の作業機4により作業するための位置情報を取得する。たとえば、GPS(Global Positioning System)等を利用して位置情報を取得することが可能である。
 メモリ45は、位置情報と対応付けられた目標設計地形を表示するためのデータを格納している。
 表示制御部43は、表示内容制御部430と、画像生成部433とを有する。
 表示制御部43は、作業支援情報を表示装置44に表示させる。
 画像生成部433は、メモリ45に格納されているデータに基づいて作業支援情報として現況地形に対する目標設計地形の画像を生成する。画像生成部433は、目標設計地形以外の作業支援情報を表した画像を生成するようにしても良い。
 表示内容制御部430は、画像生成部433で生成された現況地形に対する目標設計地形の画像を表示装置44に表示させる。また、表示内容制御部430は、作業工程に応じて作業支援情報の内容を変更して、当該変更した内容を表示装置44に表示させる。
 操作入力受付部46は、操作装置10からの操作の入力を受け付ける。たとえば、操作入力受付部46は、操作装置10に設けられた表示システム40に対して所定の指令を入力するための操作ボタンの入力を受け付ける。操作入力受付部46は、一例として操作ボタンの入力に従って表示装置44に表示されている目標設計地形の内容の変更を指示する指令の入力を受け付ける。
 なお、表示システム40の各機能ブロックは、CPUなどの演算処理装置やRAMおよびROMなどの記憶装置(メモリ)に格納されているプログラムを用いることにより実現される。
 <C.作業支援情報の表示方法>
 図3は、実施形態に基づく表示装置44の作業支援情報の表示内容を説明する図である。
 図3に示されるように、ここでは、作業を開始する際に表示される作業支援情報の一例が示されている。具体的には、現況地形に対する作業完了後の最終目標設計地形の全体画像IAが表示されている。
 当該作業完了後の最終目標設計地形の全体画像IAを表示することにより、オペレータは、現況地形に対して最終的な目標設計地形を把握することが可能となり、作業内容を把握して作業効率のさらなる向上を図ることが可能である。
 図4は、実施形態に基づく表示装置44の作業支援情報の別の表示内容を説明する図である。
 図4に示されるように、ここでは、実行される作業工程に応じて達成されるべき作業支援情報の一例が示されている。
 最終目標設計地形への施工は、複数の作業工程を経て行われることがある。この場合、作業工程ごとに達成されるべき目標設計地形が異なる。したがって、表示制御部43は、図4に示されるように、現在の作業工程に応じた、達成されるべき目標設計地形を表示する。なお、現在の作業工程は、現況地形から把握されるようにしてもよく(詳細は後述)、オペレータの切り替え指示によって把握されるようにしてもよい。
 また、作業工程ごとに達成されるべき目標設計地形(作業工程ごとの目標設計地形)は、最終目標設計地形の一部の目標設計地形である場合と、最終目標設計地形からみて途中の設計地形である場合とがある。図4では、最終目標設計地形の一部の目標設計地形を示す画像IB4が表示されている。
 このように、作業工程ごとの目標設計地形を示す画像IB4を表示することによれば、オペレータは、現在の作業工程において達成されるべき目標設計地形を把握することが可能となる。当該表示により、最終的な目標設計地形(最終目標設計地形)を表示した状態を維持する場合と比較して、作業工程ごとに目標設計地形を示す画像を表示することは、作業視界を広く確保することが可能となるとともに、作業工程ごとに目標設計地形がオペレータに明確に把握可能となるので、作業効率のさらなる向上を図ることが可能である。
 なお、オペレータによるボタン操作によって、作業工程を進めたり、戻したりするようにして、作業工程ごとの目標設計地形を自由に切り替え可能としても良い。また、ボタン操作によって、最終的な目標設計地形(最終目標設計地形)のうちの一部の目標設計地形を選択して表示するようにしても良い。
 図5は、実施形態に基づく目標設計地形を説明する図である。
 図5(A)に示されるように、最終目標設計地形の全体画像IAは、作業工程毎に複数の領域画像に分割される。
 具体的には、4つの領域に分割されている場合が示されている。最終目標設計地形の一部の目標設計地形に対応する画像IB1~IB4に分割されている。
 図5(B)は、メモリ45に格納されている目標設計地形データを説明する図である。
 図5(B)に示されるように、目標設計地形データは、位置情報に関連付けられて格納されている。
 位置情報取得部41で取得された位置情報に基づいて、当該位置情報と関連付けられた目標設計地形データがメモリ45から読み出されて表示装置44に表示される。
 本例においては、施工工程毎に最終目標設計地形の全体画像IAを4つのセグメントに分割した一部の目標設計地形に対応する画像IB1~IB4にそれぞれ対応する目標設計地形データが示されている。操作ボタンによる操作指令の入力が有った場合には、一のセグメントに対応する目標設計地形データから、別のセグメントに対応する目標設計地形データが読み出されて、当該読み出された目標設計地形データに基づく画像が表示装置44に表示される。
 また、目標設計地形データを読み出す順番が予め決められているものとする。本例においては、画像IB1~IB4の順番に目標設計地形が変更される。
 <D.制御フロー>
 図6は、実施形態に基づく作業支援情報の表示処理を説明するフロー図である。
 図6に示すとおり、表示制御部43は、作業が開始されたか否かを判断する(ステップS2)。具体的には、一例として表示内容制御部430は、エンジンの点火プラグが点火した場合に作業が開始されたと判断するようにしても良いし、操作装置10からの操作の入力を受け付けた場合に作業が開始されたと判断しても良い。また、所定のボタン操作に従って作業が開始されたと判断するようにしても良い。
 次に、表示制御部43は、作業が開始されるまで待機(ステップS2においてNO)し、作業が開始されたと判断した場合(ステップS2においてYES)には、作業車両の位置データを取得する(ステップS4)。具体的には、位置情報取得部41は、作業車両101の位置情報を取得する。
 次に、表示制御部43は、位置に対応する目標設計地形データを取得する(ステップS6)。具体的には、画像生成部433は、位置情報取得部41で取得した作業車両101の位置情報に基づいてメモリ45に格納されている目標設計地形データを取得する。
 次に、表示制御部43は、目標設計地形データに基づいて最終目標設計地形である全体の画像を表示する。具体的には、画像生成部433は、メモリ45に格納されているデータに基づいて作業支援情報として現況地形に対する最終目標設計地形の画像を生成する。表示内容制御部430は、画像生成部433で生成した最終目標設計地形の画像を表示する。一例として、表示内容制御部430は、表示装置44に図3で説明した最終目標設計地形の全体画像IAを表示する。
 次に、表示制御部43は、作業完了後の最終目標設計地形を表示させた後、最初の作業工程に対応する目標設計地形の表示に切り替える(ステップS10)。具体的には、画像生成部433は、メモリ45に格納されているデータに基づいて作業支援情報として現況地形に対する最初の作業工程に対応する目標設計地形の画像を生成する。表示内容制御部430は、画像生成部433で生成した目標設計地形の画像を表示する。一例として、表示内容制御部430は、表示装置44に図4で説明した目標設計地形の画像IBを表示する。
 次に、表示制御部43は、選択指示があったかどうかを判断する(ステップS14)。具体的には、操作入力受付部46は、操作装置10からの操作の入力(選択指示)を受け付けたかどうかを判断する。
 ステップS14において、表示制御部43は、選択指示が有るまで待機(ステップS14においてNO)し、選択指示があったと判断した場合(ステップS14においてYES)には、次の目標設計地形データが有るかどうかを判断する(ステップS16)。表示内容制御部430は、操作入力受付部46において操作の入力を受け付けた場合には、メモリ45に格納されている次の目標設計地形データが格納されているかどうかを判断する。
 例えば、図5(B)で説明した場合を例に挙げると、目標設計地形データとして画像IB1~IB3が表示されている場合には次の目標設計地形データが有ると判断される。一方、画像IB4が表示されている場合には次の目標設計地形データは無いと判断される。
 ステップS16において、表示制御部43は、次の目標設計地形データが有ると判断した場合(ステップS16においてYES)には、次の作業工程に対応する目標設計地形を表示する(ステップS18)。表示内容制御部430は、操作入力受付部46において操作の入力を受け付けた場合には、メモリ45に次の目標設計地形データが格納されていると判断する場合には、対応する次の目標設計地形データに基づく画像を表示する。
 そして、再び、ステップS14に戻る。以降の処理は同様であるのでその詳細な説明については繰り返さない。
 ステップS16において、表示制御部は、次の目標設計地形データがないと判断した場合(ステップS16においてNO)には、処理を終了する(エンド)。表示内容制御部430は、操作入力受付部46において操作の入力を受け付けた場合には、メモリ45に次の目標設計地形データが格納されていないと判断する場合には、処理を終了する。
 <E.変形例>
 (e1.第1の変形例)
 図7は、実施形態の第1の変形例に基づく作業車両101が備える制御系の構成を表したブロック図である。
 図7に示されるように、図2の構成と比較して、表示システム40を表示システム40Aに置換した点が異なる。
 表示システム40Aは、表示システム40と比較して、施工情報取得部42をさらに追加した点が異なる。その他の構成については図2で説明したのと同様であるのでその詳細な説明については繰り返さない。
 施工情報取得部42は、現況地形の施工情報を取得する。具体的には、施工情報取得部42は、施工情報としてカメラ等で撮像した現況地形の画像を取得する。
 表示制御部43は、施工情報取得部42で取得した施工情報の入力を受けて施工状況を判断する。具体的には、表示内容制御部430は、施工情報と、目標設計地形データに基づいて施工状況を判断する。表示内容制御部430は、施工情報に基づいて目標設計地形データの地形と略同一であるか否かを判断する。
 表示内容制御部430は、施工情報に基づいて目標設計地形データの地形と略同一であると判断した場合には、当該作業工程が完了したと判断して、次の作業工程に対応する目標設計地形データに基づく目標設計地形を表示装置44に表示する。
 図8は、実施形態の第1の変形例に基づく作業支援情報の表示処理を説明するフロー図である。
 図8に示すとおり、図6で説明したフローと比較して、ステップS14の代わりに、ステップS11~ステップS13を設けた点が異なる。その他のフローについては同様であるのでその詳細な説明については繰り返さない。
 ステップS10において、表示制御部43は、最初の作業工程に対応する目標設計地形の表示に切り替える。具体的には、画像生成部433は、メモリ45に格納されているデータに基づいて作業支援情報として最初の作業工程に対応する現況地形に対する目標設計地形を生成する。表示内容制御部430は、画像生成部433で生成した目標設計地形を表示する。一例として、表示内容制御部430は、表示装置44に図4で説明した目標設計地形の画像IBを表示する。
 次に、表示制御部43は、施工情報を取得する(ステップS11)。具体的には、表示内容制御部430は、施工情報取得部42において施工情報としてカメラ等で撮像した現況地形の画像を取得する。
 次に、表示制御部43は、施工状況を確認する(ステップS12)。次に、表示内容制御部430は、取得した施工情報に基づいて目標設計地形データの地形と比較し、施工状況を確認する。
 次に、表示制御部43は、目標設計地形に対する作業が完了したかどうかを判断する(ステップS13)。具体的には、表示内容制御部430は、取得した施工情報に基づいて目標設計地形データの地形と略同一であるか否かを判断する。
 ステップS13において、表示制御部43は、目標設計地形に対する作業が完了したと判断した場合(ステップS13においてYES)には、次のステップS16に進む。具体的には、表示内容制御部430は、取得した施工情報に基づいて目標設計地形データの地形と略同一であると判断した場合には、作業が完了したと判断し、次の目標設計地形データが有るか否かを判断する。
 一方、ステップS13において、表示制御部43は、目標設計地形に対する作業が完了していないと判断した場合(ステップS13においてNO)には、ステップS11に戻り上記処理を繰り返す。具体的には、表示内容制御部430は、取得した施工情報に基づいて目標設計地形データの地形と略同一でないと判断した場合には、作業が完了していないと判断し、ステップS11に戻り上記処理を繰り返す。
 上記処理により、操作装置10からの操作の入力(選択指示)が無い場合であっても、施工情報取得部42で取得した施工情報に基づいて、作業が完了したと判断した場合には自動的に次の目標設計地形データに基づく目標設計地形が表示される。
 したがって、表示を変更するためにユーザの操作が必要ではなく、作業効率のさらなる向上を図ることが可能である。また、施工情報に基づいて作業が完了したかどうかが判断されるためユーザの目視により作業が完了したことを判断する必要がなく作業効率のさらなる向上を図ることが可能である。
 (e2.第2の変形例)
 作業車両101は、表示装置44とは異なる構成の表示装置を備えていてもよい。具体的には、作業車両101は、表示装置としてコンバイナを備えていても良い。
 図9は、実施形態の表示装置44とは異なる構成を有する他の表示装置を表した図である。
 図9に示すとおり、表示装置70は、運転室8に設けられ、投影機71と、レンズ工学系72と、コンバイナ73とを有する。
 投影機71は、プロジェクタである。レンズ工学系72は、投影機71とコンバイナ73との間に設置されている。レンズ工学系72は、複数のレンズを有する。レンズ工学系72は、複数のレンズのうちの一部のレンズは、光軸方向に移動可能となっている。
 コンバイナ73は、フロントガラス2Aに設置されている。なお、コンバイナ73は、フロントガラス2Aとフロントガラス2Bとに設置されていてもよい。コンバイナ73は、一部の光を反射し、残りの光を透過するハーフミラーで構成されている。コンバイナ73は、投影機71によって投影された映像を運転室8内のオペレータ側に反射するとともに、運転室8の外部からの光を運転室8の内部に透過する。
 このため、表示装置70では、オペレータは、コンバイナ73に投影された映像を、運転室8前方の実景に重ねて表示される虚像として捉えることができる。
 このように、コンバイナ73を利用した表示装置70を備える作業車両であっても、実施形態の作業車両101と同様の効果を奏することができる。
 (e3.第3の変形例)
 上記においては、表示装置44が開口枠9A内の表示領域に表示する構成を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。表示装置44が開口枠9B内も表示領域として表示する構成としても良い。すなわち、運転室8が透明のデュアルディスプレイを備える構成であってもよい。この場合、表示制御部43は、2つの表示領域における表示を制御することになる。なお、開口枠9Bの表示領域について別の表示装置を設けた構成とすることも可能である。
 このような構成の作業車両であっても、上述した作業車両101で得られる効果と同様の効果を得ることができる。なお、この場合、作業支援情報は下側の表示装置の表示領域にも表示できる。
 なお、作業車両の一例として、油圧ショベルを例に挙げて説明したが、バックホーローダや他の作業車両にも適用可能である。
 今回開示された実施の形態は例示であって、上記内容のみに制限されるものではない。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
 1 走行体、2 フロントガラス、2A フロントガラス、2B フロントガラス、3 旋回体、4 作業機、5 ブーム、6 アーム、7 バケット、7A 刃先、8 運転室、9 フレーム、9A,9B 開口枠、10 操作装置、11L,11R 操作部材、12 操作検出部、13 走行操作部材、14 走行操作検出部、20 作業機コントローラ、21 記憶部、22 演算部、30 作業機駆動装置、31 比例制御弁、40 表示システム、41 位置情報取得部、42 施工情報取得部、43 表示制御部、44,70 表示装置、45 メモリ、46 操作入力受付部、71 投影機、72 レンズ工学系、73 コンバイナ、101 作業車両、430 表示内容制御部、433 画像生成部。

Claims (5)

  1.  作業機と、
     前記作業機が取り付けられ、かつ運転室を有する本体部と、
     前記運転室に設けられ、作業現場の実景と重ね合わせて作業支援情報を表示する表示装置と、
     前記表示装置に、前記作業支援情報として目標設計地形を表示する表示制御部とを備え、
     前記表示制御部は、前記表示装置に作業開始時に作業完了後の最終目標設計地形を表示させた後、実行される作業工程に応じて達成されるべき目標設計地形の表示に切り替える、作業車両。
  2.  前記最終目標設計地形を複数のセグメントに分けて記憶する記憶部をさらに備え、
     前記表示制御部は、前記表示装置に表示した第1セグメントに対応する目標設計地形を第2セグメントに対応する目標設計地形の表示に切り替える、請求項1記載の作業車両。
  3.  前記表示制御部は、前記運転室内のオペレータの操作指示に従って、前記表示装置に表示した第1セグメントに対応する目標設計地形を第2セグメントに対応する目標設計地形の表示に切り替える、請求項2に記載の作業車両。
  4.  現況地形の情報を取得する情報取得部をさらに備え、
     前記表示制御部は、前記情報取得部で取得した前記現況地形の情報と前記目標設計地形との比較に基づいて前記表示装置に表示した第1セグメントに対応する目標設計地形を第2セグメントに対応する目標設計地形の表示に切り替える、請求項2に記載の作業車両。
  5.  作業機と、前記作業機が取り付けられ、かつ運転室を有する本体部と、前記運転室に設けられ、作業現場の実景と重ね合わせて作業支援情報を表示する表示装置とが設けられた作業車両の制御方法であって、
     前記作業支援情報として作業開始時に作業完了後の最終目標設計地形を前記表示装置に表示するステップと、
     前記最終目標設計地形を表示した後、実行される作業工程に応じて達成されるべき目標設計地形の表示に切り替えるステップとを備える、作業車両の制御方法。
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