WO2019176208A1 - 建設機械 - Google Patents

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WO2019176208A1
WO2019176208A1 PCT/JP2018/046416 JP2018046416W WO2019176208A1 WO 2019176208 A1 WO2019176208 A1 WO 2019176208A1 JP 2018046416 W JP2018046416 W JP 2018046416W WO 2019176208 A1 WO2019176208 A1 WO 2019176208A1
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航平 廣松
枝穂 泉
大斗 坂井
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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    • E02F3/963—Arrangements on backhoes for alternate use of different tools
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    • E02F3/36—Component parts
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    • E02F3/965—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with arrangements for alternate or simultaneous use of different digging elements of metal-cutting or concrete-crushing implements
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    • E02F3/966—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven with arrangements for alternate or simultaneous use of different digging elements of hammer-type tools
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool

Definitions

  • the present invention relates to a construction machine such as a hydraulic excavator.
  • a construction machine such as a hydraulic excavator performs construction such as excavation of a ground or the like to be worked by an operator operating an operation lever to drive a working machine including a bucket.
  • Construction by construction machines is performed based on design drawings.
  • design drawings In order to perform construction according to the design drawing, it is necessary to accurately grasp the positional relationship between the construction target surface and the work tool, but it is difficult for the operator to visually perform this.
  • the technique which displays the positional relationship of the construction object surface seen from the side surface of the working machine and a work tool is proposed (for example, patent document 1).
  • Patent Document 1 discloses a display system for a work machine having a work machine to which a bucket is attached, and drawing information for drawing an image in which the bucket is viewed from the side using information on the shape and dimensions of the bucket.
  • the information includes the distance between the blade edge of the bucket and the bucket pin that attaches the bucket to the working machine, the angle between the straight line that connects the blade edge and the bucket pin, and the straight line that indicates the bottom surface of the bucket in a side view of the bucket ,
  • the position of the cutting edge, the position of the bucket pin, and the front from the portion connecting the bucket to the working machine to the cutting edge Comprising at least one location outside of the bucket, the working machine of the display system is disclosed (paragraphs [0006]).
  • work breakers for construction machinery include hydraulic breakers and rippers used for crushing work (work tools having a sharp tip shape) and small pieces used for dismantling work. Machines, grapples, etc. (work tools that have movable parts and perform crushing and gripping).
  • the work machine display system described in Patent Document 1 does not support work tools other than buckets, it is not suitable for construction machines that are used for other than excavation work.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a construction machine that can display various work tools including a bucket on a display device without a sense of incongruity.
  • the present invention is based on a working machine having a work tool rotatably attached via a first connection pin and a second connection pin, and drawing information and dimension information of the work tool.
  • a display controller for creating a drawing graphic representing the side surface of the work tool and creating a target surface graphic representing the target surface based on the target surface information, and a display device for displaying the drawing graphic and the target surface graphic.
  • the dimensional information of the work tool includes the first connection point located on the central axis of the first connection pin, the second connection point located on the central axis of the second connection pin, and the operation.
  • Image information of a first drawing figure representing at least a part of the work implement including the robot, and the display controller calculates the posture of the work implement, and obtains the posture information of the work implement and the dimension information of the work implement.
  • the first connection point in the first drawing figure Based on the coordinate values of the first connection point, the second connection point, and the first monitor point in the coordinate system on the image of the display device, the first connection point in the first drawing figure, A triangle whose vertex is the second connection point and the first monitor point is a triangle whose vertex is the first connection point, the second connection point, and the first monitor point in the coordinate system on the image of the display device.
  • the first drawing figure is deformed so as to be congruent with the first drawing figure, and the first connected point in the first transformation drawing figure is created.
  • the positions of the second connection point and the first monitor point coincide with the positions of the first connection point, the second connection point, and the first monitor point in the coordinate system on the image of the display device, respectively.
  • the first deformed drawing figure is arranged on the screen of the display device.
  • a triangle having apexes of the first connection point, the second connection point, and the first monitor point in the first drawing figure representing at least a part of the work tool is an image of the display device.
  • a first modified drawing graphic is created so as to be congruent with a triangle having the first connection point, the second connection point, and the first monitor point as vertices in the upper coordinate system.
  • the respective positions of the connection point, the second connection point, and the first monitor point coincide with the positions of the first connection point, the second connection point, and the first monitor point in the coordinate system on the image of the display device, respectively.
  • the first deformed drawing figure is arranged on the screen of the display device.
  • various work tools including buckets can be displayed on the display device without a sense of incongruity.
  • FIG. 1 is a side view of a hydraulic excavator as an example of a construction machine according to an embodiment of the present invention. It is a block diagram which shows the structure of the vehicle body control system and display system which were mounted in the hydraulic shovel shown in FIG. It is a block diagram which shows the structure of the calculating part of the display controller shown in FIG. It is a flowchart which shows an example of the drawing calculation process of the display controller which concerns on 1st Example of this invention. It is a figure which shows the outline of the method of arrange
  • FIG. 1 is a side view of a hydraulic excavator according to an embodiment of the present invention.
  • the excavator 1 includes a lower traveling body 5, an upper turning body 4, and a work implement 3.
  • the upper swing body 4 and the lower traveling body 5 constitute a vehicle body 2.
  • the lower traveling body 5 has crawler belts 15a and 15b on both sides.
  • the crawler belts 15a and 15b are driven by the travel motors 16a and 16b rotating by hydraulic pressure, and the excavator 1 travels.
  • the upper turning body 4 is connected to the lower traveling body 5 via a turning wheel 17 so as to be rotatable, and is driven by being rotated hydraulically by a turning motor 13.
  • the upper swing body 4 has a hydraulic control device 14 (shown in FIG. 2) that includes an operator cab 12, a swing motor 13, an engine (not shown), a hydraulic pump, a hydraulic control valve, and the like.
  • a vehicle body operation device 18 and a display device 19 described later are installed in the cab 12.
  • a vehicle body inclination angle sensor 32 that detects the inclination of the vehicle body is attached to the upper swing body 4.
  • Antennas 23 a and 23 b are attached to the upper part of the upper swing body 4.
  • the antennas 23a and 23b are used for receiving a signal from an artificial satellite (not shown) and detecting the current position of the excavator 1 on the earth.
  • the work machine 3 includes a boom 6, an arm 7, a work tool 8 (a bucket 8 b in the example illustrated in FIG. 1), a first cylinder 9, a second cylinder 10, and a third cylinder 11.
  • the boom 6 is rotatably attached to the upper swing body 4 via a first link pin 20.
  • the arm 7 is rotatably attached to the tip end portion of the boom 6 via a second link pin 21.
  • the work tool 8 is rotatably attached to the distal end portion of the arm 7 via a third link pin (first connection pin) 22.
  • the first cylinder 9 is rotatably attached to the boom 6 via a first cylinder pin 42
  • the second cylinder 10 is rotatably attached to the arm 7 via a second cylinder pin 43
  • the third cylinder 11 is rotatably attached to the work tool 8 via a third cylinder pin (second connecting pin) 44.
  • the first cylinder 9 drives the boom 6,
  • the second cylinder 10 drives the arm 7,
  • the third cylinder 11 drives the work tool 8 by expanding and contracting by hydraulic pressure.
  • the boom 6, the arm 7, and the work tool 8 are attached with first to third rotation angle sensors 33-35 that detect the respective postures.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the vehicle body control system 24 and the display system 25 mounted on the excavator 1.
  • the vehicle body control system 24 includes a first cylinder 9, a second cylinder 10, a third cylinder 11, a turning motor 13, travel motors 16a and 16b, a hydraulic control device 14, a vehicle body.
  • An operating device 18 and a vehicle body controller 26 are included.
  • the hydraulic control device 14 distributes and supplies the hydraulic oil discharged from the hydraulic pump to a plurality of hydraulic actuators including the first cylinder 9, the second cylinder 10, the third cylinder 11, the turning motor 13, and the traveling motors 16a and 16b. Drive these.
  • the vehicle body operation device 18 includes an operation member 27 and an operation amount detection unit 28.
  • the operation member 27 is a member (for example, work) for an operator who enters the cab 12 to instruct the driving of the first cylinder 9, the second cylinder 10, the third cylinder 11, the turning motor 13, and the traveling motors 16a and 16b. Lever).
  • the operation amount detector 28 detects the operation amount of the operation member 27 and sends a detection signal to the vehicle body controller 26.
  • the vehicle body controller 26 includes an input / output unit 29 such as an A / D converter, a D / A converter and a digital input / output device, and an arithmetic unit 30 such as a CPU.
  • an input / output unit 29 such as an A / D converter, a D / A converter and a digital input / output device
  • an arithmetic unit 30 such as a CPU.
  • the input / output unit 29 of the vehicle body controller 26 sends signals input from the vehicle body operating device 18 and the hydraulic control device 14 to the calculation unit 30 and sends the calculation results of the calculation unit 30 to the hydraulic control device 14.
  • the calculation unit 30 of the vehicle body controller 26 calculates a command value to the hydraulic control device 14 based on the operation amount sent by the operation amount detection unit 28 and the state amount of the hydraulic control device 14.
  • the display system 25 includes a vehicle body tilt angle sensor 32, a first to third rotation angle sensor 33-35, a correction information receiver 36, antennas 23a and 23b, a display device 19, and a display controller 31.
  • the vehicle body inclination angle sensor 32 is, for example, an inertial measurement device (IMU), and is generally a sensor that combines an angular velocity sensor and an acceleration sensor.
  • the vehicle body inclination angle sensor 32 is attached to the upper swing body 4 and has a horizontal direction in the operation plane of the work implement 3. This is used to detect the angle between the front and rear direction of the upper swing body 4 and the vertical (gravity) direction in the left-right direction when the left-right direction is perpendicular to the operation plane of the work implement 3.
  • the 1-3 rotation angle sensor 33-35 is, for example, an IMU, and is attached to the boom 6, the arm 7, and the work tool 8, respectively, and the boom 6, the arm 7, and the work tool around the 1-3 link pin 20-22. 8 is detected, and the angle of the boom 6 with respect to the upper swing body 4, the angle of the arm 7 with respect to the boom 6, and the angle of the work tool 8 with respect to the arm 7 are output.
  • the correction information receiver 36 is, for example, a wireless communication device, and receives correction information that is transmitted by radio from a correction information transmitter (not shown) outside the excavator 1 and used for calculation of the global position. .
  • the display device 19 includes an operation unit 37 and a display unit 38.
  • the operation unit 37 of the display device 19 is, for example, a switch, which is operated by an operator to switch display information, coordinate information of a target surface stored in a storage unit 41 of the display controller 31 described later, the type of the work tool 8, Add or change drawing information settings such as dimensions.
  • the display unit 38 of the display device 19 is, for example, a liquid crystal display or a speaker, and displays drawing information calculated by the calculation unit 40 of the display controller 31 so that the worker can confirm the work content.
  • the display device 19 may be one in which the operation unit 37 and the display unit 38 are integrated, such as a touch panel.
  • the display controller 31 includes an input / output unit 39 such as an A / D converter, a D / A converter, and a digital input / output device, a calculation unit 40 such as a CPU, and a storage unit 41 such as a ROM and a RAM.
  • an input / output unit 39 such as an A / D converter, a D / A converter, and a digital input / output device
  • a calculation unit 40 such as a CPU
  • a storage unit 41 such as a ROM and a RAM.
  • the input / output unit 39 of the display controller 31 is input from the angle signal input from the vehicle body inclination angle sensor 32 and the first to third rotation angle sensor 33-35, the detection signals of the antennas 23a and 23b, and the operation unit 37 of the display device 19.
  • the operation signal thus sent is sent to the calculation unit 40, and the calculation result of the calculation unit 40 is sent to the display unit 38 of the display device 19.
  • the input / output unit 39 of the display controller 31 further includes an external connection terminal (for example, a USB terminal) that can be connected to an external storage device (for example, a USB (Universal Serial Bus) memory) 90, and is stored in the external storage device 90. It is possible to save target surface information and work tool drawing information edited by other electronic devices in the storage unit 41.
  • an external connection terminal for example, a USB terminal
  • an external storage device for example, a USB (Universal Serial Bus) memory
  • the display controller 31 includes the storage unit 41 that stores drawing information and dimension information of the work tool 8 and the input / output unit 39 that can be connected to the external storage device 90.
  • the drawing information and dimensional information of the work tool 8 stored in 90 can be stored in the storage unit 41 via the input / output unit 39.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the calculation unit 40 of the display controller 31.
  • the calculation unit 40 of the display controller 31 includes a global position calculation unit 40a, a posture calculation unit 40b, a work tool position calculation unit 40c, and a drawing calculation unit 40d.
  • the storage unit 41 of the display controller 31 stores vehicle body dimension parameters, angle conversion parameters, target surface information, and work tool drawing information.
  • vehicle body dimension parameters include, for example, the dimensions of the boom 6, the arm 7, and the work tool 8, and the relative position (such as a three-dimensional vector) between the antennas 23 a and 23 b and the first link pin 20.
  • target surface information includes the coordinates of the cross section in at least one plane that the hydraulic excavator 1 is to work on.
  • the work tool drawing information includes image information of a drawing figure of the work tool 8 and coordinate values on the image associated with the drawing figure.
  • the global position calculation unit 40a is an RTK-GNSS (RealTime Kinetic-Global Navigation Satellite System, GNSS is a global navigation satellite. System) is used to calculate the current position of the antennas 23a and 23b in the global (earth) coordinate system.
  • RTK-GNSS RealTime Kinetic-Global Navigation Satellite System
  • the posture calculation unit 40b is configured to incline the left and right tilt of the upper swing body 4 based on the detection signal of the vehicle body tilt angle sensor 32, the angle signal of the first to third rotation angle sensors 33-35, and the angle conversion parameter of the storage unit 41.
  • An angle ⁇ 3 around the third link pin 22 with respect to is calculated.
  • the work tool position calculation unit 40c is based on the angle ⁇ 1- ⁇ 3, which is the calculation result of the posture calculation unit 40b, and the vehicle body dimension parameter of the storage unit 41, and is based on the center of the first link pin 20 as the origin.
  • the Z axis passes through the origin and the center of the second and third link pins 21 and 22 and the upward direction of gravity is positive, and the X axis is perpendicular to the Z axis and the extension direction of the work implement 3 is positive.
  • a machine operation plane (XZ plane) is defined, and the coordinates of the first monitor point MP1 that is a point of interest on the work in the work tool 8 on the work machine operation plane (XZ plane) and the central axis of the third link pin 22 And the coordinate of the central axis of the third cylinder pin 44 are calculated.
  • the work tool position calculation unit 40c further includes a global (earth) coordinate system based on the angles ⁇ 0x and ⁇ 0y which are calculation results of the posture calculation unit 40b, the calculation results of the global position calculation unit 40a, and the vehicle body dimension parameters of the storage unit 41.
  • the first monitor point MP1, the center axis coordinate of the third link pin 22, and the center axis coordinate of the third cylinder pin 44 are calculated.
  • the drawing calculation unit 40d is information on the type and size of the work tool 8 set by the operation unit 37 of the display device 19, the calculation result of the work tool position calculation unit 40c, the target surface information in the storage unit 41, and the work tool drawing. Based on the information, a guidance image is created and output to the display unit 38.
  • a hydraulic excavator 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the excavator 1 according to this embodiment includes a hydraulic breaker as the work tool 8.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of the drawing calculation process of the display controller 31 according to the present embodiment.
  • the display controller 31 is configured so that the target surface and the work tool 8 are in a positional relationship according to the flowchart shown in FIG. A side image (guidance image) showing is created.
  • step S1 target surface information is read from the storage unit 41, and a target surface graphic 48 (shown in FIG. 5A) is created.
  • the target surface information is, for example, polygon data composed of line segments and planes arranged in the global coordinate system.
  • the target plane graphic 48 is an intersection line between the work machine operation plane (XZ plane) and the plane constituting the polygon data, and is defined in the local coordinate system of the work machine operation plane (XZ plane).
  • the work machine operation plane (XZ plane) is the position of the first to third link pins 20-22 relative to the antennas 23a and 23b obtained by the global position calculation unit 40a and the antennas 23a and 23b included in the vehicle body dimension parameter of the storage unit 41.
  • the target surface graphic 48 is sequentially updated when the excavator 1 moves or rotates with respect to the target surface information by a traveling operation or a turning operation.
  • step S2 the target surface graphic 48 obtained from step S1 and the work tool position obtained from the work tool position calculation unit 40c are used to place them in the coordinate system on the image.
  • the maximum value [pxmax, pymax] in the vertical direction and the horizontal direction is defined by the size of the screen of the display unit 38, and therefore, at least one of the entire work tool 8 and the target surface graphic 48 is formed.
  • the scale Ksc and the offset OP1 are determined in order to arrange to include two line segments.
  • FIG. 5 shows a drawing figure and a target of the hydraulic breaker 8a based on the positions of the first monitor point MP1, the third link pin 22, the third cylinder pin 44, and the target surface figure 48 on the work machine operation plane (XZ plane).
  • positioning the surface figure 48 to the coordinate system on an image is shown.
  • a point located at the tip of the hydraulic breaker 8a (a point located on the contour of the hydraulic breaker 8a projected on the work machine operation plane (XZ plane)) is defined as a first monitor point MP1
  • a point where the central axis of the third link pin 22 intersects the actuator operating plane (XZ plane) (hereinafter referred to as “third link pin central point” as appropriate) is defined as a point LP3, and the central axis of the third cylinder pin 44 is formed.
  • a point that intersects the motivation operation plane (XZ plane) (hereinafter referred to as “third cylinder pin center point” as appropriate) is defined as a point CP3.
  • the distances between all the line segments constituting the target surface graphic 48 and the point MP1 are calculated, and the closest line segment of the target surface graphic 48 is the nearest line.
  • the first nearest target surface point TP1 included in the nearest neighbor line segment is acquired.
  • the offset OP1 is calculated by the following expression so that the center of the acquired maximum and minimum values of the four points is the origin.
  • the scale Ksc1 is obtained by dividing the maximum value [pxmax, pymax] of the screen size by the difference between the maximum value and the minimum value of the four points on the work machine operation plane (XZ plane).
  • the scale Ksc1 is calculated by the following equation.
  • Min in the expression is an operator for selecting the minimum value from the arguments, and “ ⁇ sc1” is a positive real number for displaying four points on the work machine operation plane (XZ plane) on the inner side from the screen end. Is the coefficient.
  • the screen coordinate system generally has an x-axis with the upper left corner of the screen as the origin, a positive direction in the right direction, and a y-axis in which the lower direction is positive.
  • XZ plane work machine operation plane
  • a point MP1, a point LP3, a point CP3, and a point TP1 of the work tool position and the target plane graphic 48 on the work machine operation plane (XZ plane) are converted into a point mp1, a point lp3, Conversion to point cp3 and point tp1, respectively.
  • step S3 the work tool type information set by the operation unit 37 of the display device 19 using the three points of points mp1, lp3, and cp3 indicating the position of the work tool in the coordinate system on the image calculated in step S2. Performs a process of deforming the drawing figure included in the work tool drawing information associated with the hydraulic breaker 8a.
  • the work tool drawing information associated with the work tool type information being the hydraulic breaker 8a includes the first monitor point MP1, the third link pin center point (first connection point) LP3, and the third cylinder pin center of the hydraulic breaker 8a.
  • Image information of the first drawing figure 49 (shown in FIG. 6A) including the point (second connection point) CP3, the first monitor point MP1 in the coordinate system on the first drawing figure 49, and the center of the third link pin It includes a point LP3, a point mp1a indicating the position of the third cylinder pin center point CP3, a point lp3a, and a coordinate value of the point cp3a.
  • FIG. 6 shows an example of a method of deforming the first drawing figure 49 representing the hydraulic breaker 8a based on the working tool dimension information of the actually installed hydraulic breaker 8a and the working tool drawing information indicating the hydraulic breaker 8a. Yes.
  • a linear mapping is used as a method for deforming the first drawing figure 49.
  • the linear map is expressed by the following equation.
  • the image deformation matrix A used for the linear mapping that deforms the first drawing figure 49 can be obtained from the work tool size information of the hydraulic breaker 8a and the coordinate information on the image plane.
  • a vector v2 [v2x, v2y] connecting lp3a to the point mp1a is assumed.
  • Matrices P1 and Q1 respectively created from the vectors u1 and u2 and the vectors v1 and v2 are expressed by the following equations.
  • the vectors v1 and u1 and the vectors v2 and u2 are vectors corresponding to the hydraulic breaker 8a actually attached to the hydraulic excavator 1 as the work tool 8 and the hydraulic breaker 8a on the image, respectively. From 6), the method of converting from the matrix P1 to the matrix Q1 using the image deformation matrix A1 is expressed by the following equation.
  • the image transformation matrix A1 is expressed by the following equation using the matrix Q1 and the inverse matrix P1 ⁇ 1 of the matrix P1.
  • the inverse matrix P1 ⁇ 1 of the matrix P1 exists when the matrix P1 is regular. For example, as a determination when the matrix P1 is not regular, when the determinant of the matrix P1 is 0, step S4 The calculation of the drawing calculation unit 40d is terminated without proceeding to the next step.
  • the first drawing figure 49 of the hydraulic breaker 8a is deformed by using the image deformation matrix A obtained by the equation (8).
  • a first modified drawing figure 49a (shown in FIG. 6B) is created, and the process proceeds to step S4.
  • step S4 the screen of the display unit 38 is obtained from the first deformed drawing figure 49a of the hydraulic breaker 8a obtained in step S3, and the arrangement of the work tool 8 and the target surface figure 48 on the drawing screen obtained from step S2. Create a drawing image.
  • the first post-deformation drawing figure 49a of the hydraulic breaker 8a includes three points, a point mp1a, a point lp3a, and a point cp3a (shown in FIG. 6B) included in the image, corresponding work tools included in the drawing image. By aligning with the three points of the position point mp1, the point lp3, and the point cp3 (shown in FIG. 6A), they are arranged in the drawing image.
  • the image of the target surface figure 48 passes through the point tp1 and extends a straight line having the same inclination as the nearest segment TL1 to both sides of the point tp1.
  • Equation (3) is applied in order from the line segment included in the target surface graphic 48 and adjacent to the nearest line segment TL1, so that the target surface graphic 48 in the coordinate system on the image is within the range that fits on the screen. draw.
  • the work machine 3 having the work tool 8 rotatably attached via the first connection pin 22 and the second connection pin 44, and the drawing information and the dimension information of the work tool 8 are used.
  • a display controller 31 for creating a drawing graphic representing the side surface of the work tool 8 and for creating a target surface graphic representing the target surface based on the target surface information are provided with a display controller 31 for creating a drawing graphic representing the side surface of the work tool 8 and for creating a target surface graphic representing the target surface based on the target surface information, and a display device 19 for displaying the drawing graphic and the target surface graphic.
  • the dimension information of the work tool 8 includes the first connection point LP3 located on the central axis of the first connection pin 22, the second connection point CP3 located on the central axis of the second connection pin 44, And the position information of the first monitor point MP1 located on the contour of the work tool 8 projected onto the operation plane of the work machine 3, and the drawing information of the work tool 8 includes the first connection point LP3, the second connection point CP3, and the like.
  • the display controller 31 includes image information of the first drawing figure 49 representing at least a part of the work tool 8 including the first monitor point MP1, the posture calculation unit 40b for calculating the posture of the work implement 3, and the work implement 3 Based on the posture information and the dimensional information of the work tool 8, the work tool position that calculates the coordinate values of the first connection point LP3, the second connection point CP3, and the first monitor point MP1 in the coordinate system on the image of the display device 19.
  • the first connecting point LP3 in the coordinate system on the image of the display device 19 is a triangle having the computing unit 40c and the first connecting point LP3, the second connecting point CP3, and the first monitor point MP1 in the first drawing figure 49 as vertices.
  • the first drawing figure 49 is deformed so as to be congruent with the triangle having the second connection point CP3 and the first monitor point MP1 as vertices.
  • the first post-deformation drawing figure 49a is created, and the positions of the first connection point LP3, the second connection point CP3, and the first monitor point MP1 in the first post-deformation drawing figure 49a are displayed on the image of the display device 19.
  • a drawing operation unit that arranges the first deformed drawing figure 49a on the screen of the display device 19 so as to coincide with the positions of the first connection point LP3, the second connection point CP3, and the first monitor point MP1 in the coordinate system. 40d.
  • the first connection point lp3a, the second connection point cp3a, and the first monitor point mp1a in the first drawing figure 49 representing the hydraulic breaker 8a are the apexes.
  • the first post-deformation drawn figure 49a is congruent with the triangle having the first connection point lp3, the second connection point cp3, and the first monitor point mp1 as vertices in the coordinate system on the image of the display device 19.
  • the first connection point lp3a, the second connection point cp3a, and the first monitor point mp1a that are created in the first deformed drawing figure 49a are the first connection point lp3 and the second connection point in the coordinate system on the image of the display device 19. Drawing after the first deformation so as to coincide with cp3 and the first monitor point mp1 Shape 49a is placed on the screen of the display device 19. As a result, the hydraulic breakers 8a having different dimensions and shapes can be displayed on the display device 19 without a sense of incongruity.
  • the hydraulic breaker 8a is illustrated as the work tool 8.
  • the work breaker 8 is not limited as long as the work tool 8 includes the first monitor point MP1, the third link pin 22, and the third cylinder pin 44. It may be replaced with a single claw ripper.
  • a hydraulic excavator 1 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the hydraulic excavator 1 according to this embodiment includes a bucket as the work tool 8.
  • the bucket 8b as the work tool 8 includes at least one monitor point different from the first monitor point MP1, and the work tool. 8 includes one structural feature point and 8 includes at least two drawing figures used for drawing the work tool 8.
  • the work tool position calculation unit 40c (shown in FIG. 3) further includes second and third monitor points that are different from the first monitor point MP1 on the work in the work tool 8.
  • MP2 and MP3 and the structural feature points of the work tool 8 (hereinafter referred to as “first feature points”) FP1 are calculated on the work machine operation plane (XZ plane) and the global coordinate system.
  • the drawing calculation unit 40d (shown in FIG. 3) is similar to the first embodiment, and information on the type and size of the work tool set by the operation unit 37 of the display device 19 and the calculation of the work tool position calculation unit 40c.
  • a guidance image is created based on the result and the target surface information and work implement drawing information in the storage unit 41, and is output to the display unit 38.
  • FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of the drawing calculation process of the display controller 31 according to the present embodiment.
  • the display controller 31 is configured so that the target surface and the work tool 8 are in a positional relationship according to the flowchart shown in FIG. A side image (guidance image) showing is created.
  • step S11 the target surface information is read from the storage unit 41 as in step S1 in the first embodiment.
  • step S12 the target surface graphic 48 obtained from step S11 and the work tool position obtained from the work tool position calculation unit 40c are used to place them in the coordinate system on the image.
  • the maximum value [pxmax, pymax] in the vertical direction and the horizontal direction is defined by the size of the screen of the display unit 38, and therefore, at least one of the entire work tool 8 and the target surface graphic 48 is formed.
  • the scale Ksc1 and the offset OP1 are determined in order to arrange to include two line segments.
  • FIG. 8 shows the first monitor point MP1, the second and third monitor points MP2, MP3, the first feature point FP1, the third link pin center point LP3, and the third cylinder pin center point on the work machine operation plane (XZ plane).
  • An outline of a method of arranging the drawing figure of the bucket 8b and the target plane figure 48 in the coordinate system on the image based on the positions of the CP3 and the target plane figure 48 is shown.
  • a point located at the tip of the bucket 8b (a point located on the outline of the bucket 8b projected onto the work machine operation plane (XZ plane)) is defined as a first monitor point MP1, and the bucket 8b
  • the points (points located on the outline of the bucket 8b projected on the work machine operation plane (XZ plane)) are defined as second and third monitor points MP2 and MP3.
  • it is located on the outline of the bucket 8b projected on the joint point (work machine operation plane (XZ plane)) of the member for attaching the bucket 8b to the arm 7 and the third cylinder 11 and the member to be the back plate of the bucket 8b.
  • Point is defined as a first feature point FP1.
  • the distances between all the line segments constituting the target surface graphic 48 and the point MP1 are calculated, and the closest line segment of the target surface graphic 48 is the nearest line.
  • the first nearest target surface point TP1 included in the nearest neighbor line segment is acquired.
  • the offset OP1 is calculated by the equation (1) so that the center of the acquired maximum value and minimum value of the seven points is the origin.
  • the scale Ksc1 is obtained by dividing the maximum value [pxmax, pymax] of the screen size by the difference between the maximum value and the minimum value of the seven points on the work machine operation plane (XZ plane).
  • the scale Ksc1 is calculated by the equation (2).
  • a point MP1, a point MP2, a point MP3, a point FP1, a point LP3, a point CP3, and a point TP1 of the work tool position and the target plane figure 48 on the work machine operation plane (XZ plane) (local coordinate system) are expressed by the following equation (3).
  • the point mp1, the point mp2, the point mp3, the point fp1, the point lp3, the point cp3, and the point tp1 in the coordinate system on the image are respectively converted.
  • step S13 the work tool type information set by the operation unit 37 of the display device 19 using the three points of the point mp1, the point lp3, and the point cp3 indicating the position of the work tool in the coordinate system on the image calculated in step S12.
  • the first drawing figure 53 included in the work tool drawing information associated with the bucket 8b is deformed.
  • the work tool drawing information associated with the work tool type information being the bucket 8b is the first drawing figure including the first monitor point MP1, the third link pin center point LP3, and the third cylinder pin center point CP3 of the bucket 8b. 53, point mp1a, point lp3a, point cp3a indicating the positions of the first monitor point MP1, the third link pin center point LP3, and the third cylinder pin center point CP3 in the coordinate system on the first drawing figure 53 Coordinate value of
  • FIG. 9 shows an example of a method for deforming the first drawing figure 53 of the bucket 8b based on the work tool dimension information of the bucket 8b actually attached and the work tool drawing information indicating the bucket 8b.
  • a linear mapping is used as in the first embodiment.
  • the linear map is expressed by Expression (4).
  • the image deformation matrix A1 used for the linear mapping for converting the first drawing figure 53 can be obtained from the work tool size information of the bucket 8b and the position information at the coordinates of the first drawing figure 53.
  • a vector u1 [u1x, u1y] connecting the point lp3 to the point cp3
  • a vector u2 [u2x, u2y] connecting the point lp3 to the point mp1
  • a vector v1 [v1x, v1y] and a point connecting the point lp3a to the point cp3a
  • the image deformation matrix A1 is expressed by equations (5)-(8).
  • the inverse matrix P1 ⁇ 1 of the matrix P1 exists when the matrix P1 is regular. For example, as a determination when the matrix P1 is not regular, if the determinant of the matrix P1 is 0, step S14 The calculation of the drawing calculation unit 40d is terminated without proceeding to the next step.
  • the first drawing figure 53 of the bucket 8b is deformed by using the image deformation matrix A1 obtained by the equation (8) to obtain the first A deformed drawing figure 53a (shown in FIG. 9B or FIG. 10) is created, and the process proceeds to step S14.
  • step S14 the same loop process as the number of monitor points different from the first monitor point MP1 is performed N times.
  • N the number of monitor points different from the first monitor point MP1
  • the point mp (k), the point mp (k + 1), the point fp1 indicating the position of the work tool in the coordinate system on the image calculated in step S12, that is, the number of loops k 1, mp1, point mp2, and point fp1 are 3 Using the points, a process of deforming the second drawing figure 54 included in the work tool drawing information associated with the work tool type information set by the operation unit 37 of the display device 19 being the bucket 8b is performed.
  • the work tool drawing information associated with the work tool type information being the bucket 8b is a second drawing which is a triangle having the first monitor point MP1, the second monitor point MP2, and the first feature point FP1 of the bucket 8b as vertices.
  • the triangle exists when all of the three points mp1b, mp2b, and fp1b constituting the triangle do not exist on the same straight line.
  • the step is performed. Without proceeding to S15, the calculation of the drawing calculation unit 40d is terminated.
  • step S15 When the three points do not exist on the same straight line, the second drawing graphic 54 is deformed so that the triangle connecting the points mp1, mp2, and fp1 and the triangle that is the second drawing graphic 54 are congruent. Thus, a second post-deformation drawing figure 54a (shown in FIG. 10) is created, and the process proceeds to step S15.
  • the work tool drawing information associated with the work tool type information being the bucket 8b is a third drawing which is a triangle having the second monitor point MP2, the third monitor point MP3, and the first feature point FP1 of the bucket 8b as vertices.
  • the image information of the graphic 55 and the coordinate values of the points mp2c, mp3c, and fp1c indicating the positions of the second monitor point MP2, the third monitor point MP3, and the first feature point FP1 in the coordinate system on the third drawing graphic 55 Including.
  • the triangle exists when all of the three points mp2c, mp3c, and fp1c constituting the triangle do not exist on the same straight line.
  • the step is performed. Without going to S15, the calculation of the drawing calculation unit 40d is terminated.
  • the third drawing figure 55 is deformed so that the triangle connecting the points mp2, mp3, and fp1 and the triangle that is the third drawing figure 55 are congruent.
  • the third post-deformation drawing figure 55a (shown in FIG. 10) is created, and the process proceeds to step S17.
  • step S18 the first and third post-deformation drawing figures 53a-55a of the bucket 8b obtained in steps S13, S14, and S16, the arrangement of the work tool 8 and the target surface figure 48 on the drawing screen obtained from step S12, and Then, a drawing image is created on the screen of the display unit 38.
  • FIG. 10 shows a state in which the first to third modified drawing figures 53a to 55a representing the bucket 8b are arranged in the drawing image.
  • the first post-deformation drawing figure 53a of the bucket 8b includes three points, a point mp1a, a point lp3a, and a point cp3a included in the image, and a point mp1, a point lp3, and a point cp3 at the corresponding work tool positions included in the drawing image. By aligning them with the three points, they are arranged in the drawn image.
  • the second post-deformation drawing figure 54a of the bucket 8b has three points of points mp1b, mp2b, and fp1b included in the image, and points mp1, mp2, and fp1 of the corresponding work tool positions included in the drawing image. By aligning them with the three points, they are arranged in the drawn image.
  • the third post-deformation drawing figure 55a of the bucket 8b includes three points mp2c, mp3c, and fp1c included in the image, and points mp2, mp3, and fp1 of the corresponding work tool positions included in the drawing image. By aligning them with the three points, they are arranged in the drawn image.
  • the image of the target surface figure 48 is drawn within the range that fits on the screen, as in the first embodiment.
  • the work tool 8 is a bucket
  • the first monitor point MP1 is located at the tip of the bucket 8
  • the dimensional information of the work tool 8 is the first monitor point MP1 on the back of the bucket 8. It further includes position information of the second monitor point MP2 at the position and the first feature point FP1 at another position on the back of the bucket 8, and the drawing information of the work tool 8 includes the first monitor point MP1, the second monitor It further includes image information of a second drawing figure 54 representing a part of the work tool 8 including the point MP2 and the first feature point FP1, and the work tool position calculation unit 40c is based on the dimensional information of the work tool 8 and stores the second information.
  • the coordinate values of the monitor point MP2 and the first feature point FP1 are calculated, and the drawing calculation unit 40d has the first monitor point MP1, the second monitor point MP2, and the first monitor point in the second drawing figure 54.
  • the triangles having the vertex FP1 as the vertex are congruent with the triangles having the first monitor point MP1, the second monitor point MP2, and the first feature point FP1 as the vertex in the coordinate system on the image of the display device 19.
  • the second drawn graphic 54 is deformed to create a second deformed drawn graphic 54a, and the positions of the first monitor point MP1, the second monitor point MP2, and the first feature point FP1 in the second drawn graphic 54 are displayed on the display device 19.
  • the second post-deformation drawing figure 54a is arranged on the screen of the display device 19 so as to coincide with the positions of the first monitor point MP1, the second monitor point MP2 and the first feature point FP1 in the coordinate system on the image. To do.
  • the dimensional information of the work tool 8 further includes position information of the second monitor point MP2, the first feature point FP1, and the third monitor point MP3 located on the back surface of the bucket 8, and the drawing information of the work tool 8 Further includes image information of a third drawing figure 55 representing a part of the work tool 8 including the second monitor point MP2, the third monitor point MP3, and the first feature point FP1, and the work tool position calculation unit 40c Based on the dimensional information of the tool 8, the coordinate value of the third monitor point MP3 is calculated, and the drawing calculation unit 40d performs the second monitor point MP2, the third monitor point MP3, and the first feature point FP1 in the third drawing figure 55.
  • the third drawing figure 55 is deformed so as to be congruent with the shape to create a third post-deformation drawing figure 55a, and the second monitor point MP2, the third monitor point MP3, and the first monitor point in the third post-deformation drawing figure 55a
  • the third post-deformation drawn graphic so that each position of the feature point FP1 matches each position of the second monitor point MP2, the third monitor point MP3, and the first feature point FP1 in the coordinate system on the image of the display device 19.
  • 55 a is arranged on the screen of the display device 19.
  • the bucket 8b having different dimensions and shapes can be displayed on the display device 19 without a sense of incongruity.
  • the bucket 8b is illustrated as the work tool 8.
  • the work tool 8 includes a plurality of monitor points, the third link pin 22, and the third cylinder pin 44. It may be replaced with.
  • the number of monitor points is three, but the number of monitor points may be two or more, and the number is not limited.
  • the second and third drawing figures 54 and 55 are deformed so that the triangles are congruent.
  • a linear mapping may be used. .
  • the deformation of the second and third drawing figures 54 and 55 is executed so that the triangles are congruent, so that the image of the bucket 8b to be drawn becomes angulated at the monitor point.
  • step S18 by using a spline curve that passes through an arbitrary monitor point and a point including the first feature point FP1, the region between the spline curve and the second and third drawing figures 54 and 55 is filled, so that FIG. As shown by the bottom surface 56 (broken line portion) of the bucket 8b shown in FIG.
  • a hydraulic excavator 1 according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the excavator 1 according to the present embodiment includes a crusher as a work tool 8.
  • the split crusher 8c as the work tool 8 includes a work tool frame (base part) 57 and a work tool arm (first driven part).
  • the work tool frame 57 includes the first monitor point MP1
  • the work tool arm 58 includes the second monitor point MP2
  • the work tool frame 57 includes the second monitor point MP2.
  • the first feature point FP1 is rotated around the first feature point FP1 and two drawing figures of the work tool 8 are included.
  • the work tool arm 58 is rotatably connected to the work tool frame 57 via a fourth link pin (third connection pin) 59 and is driven by the fourth cylinder 63. That is, the first feature point FP1 is a point on the central axis of the fourth link pin 59.
  • the work tool arm 58 is provided with a fourth rotation angle sensor 64 as a first posture detecting device for detecting the posture.
  • the fourth rotation angle sensor 64 is, for example, an IMU, is attached to the work tool arm 58, detects an angle formed with the vertical (gravity) direction of the work tool arm 58 around the fourth link pin 59, and detects the angle with respect to the work tool frame 57. The angle of the work tool arm 58 is output.
  • the posture calculation unit 40b (shown in FIG. 3) further includes a work tool for the work tool arm 58 based on the angle signal of the fourth rotation angle sensor 64 and the angle conversion parameter of the storage unit 41. An angle ⁇ 4 around the fourth link pin 59 with respect to the frame 57 is calculated.
  • the work tool position calculation unit 40c (shown in FIG. 3) further includes a second monitor point MP2 included in the work tool arm 58 based on the angle ⁇ 4 calculated by the posture calculation unit 40b, and a work The position on the work machine operation plane (XZ plane) of the structural first feature point FP1 included in the tool frame 57 and the position in the global coordinate system are calculated.
  • the drawing calculation unit 40d (shown in FIG. 3) is similar to the first embodiment, and information on the type and size of the work tool set by the operation unit 37 of the display device 19 and the calculation of the work tool position calculation unit 40c. A guidance image is created based on the result and the target surface information and work implement drawing information in the storage unit 41.
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of the drawing calculation process of the display controller 31 according to the present embodiment.
  • the display controller 31 A side image (guidance image) indicating the positional relationship between the target surface and the work tool 8 is created according to the flowchart shown in FIG.
  • step S21 the target surface information is read from the storage unit 41 in the same manner as in step S1 in the first embodiment.
  • step S22 the target surface graphic 48 obtained from step S21 and the work tool position obtained from the work tool position calculation unit 40c are used to place them in the coordinate system on the image.
  • the maximum value [pxmax, pymax] in the vertical direction and the horizontal direction is defined by the size of the screen of the display unit 38, and therefore, at least one of the entire work tool 8 and the target surface graphic 48 is formed.
  • the scale Ksc1 and the offset OP1 are determined in order to arrange to include two line segments.
  • FIG. 12 shows the first monitor point MP1, the second monitor point MP2, the first feature point FP1, the third link pin center point LP3, the third cylinder pin center point CP3, and the target plane on the work machine operation plane (XZ plane).
  • An outline of a method of arranging the drawing figure of the crusher 8c and the target plane figure 48 in the coordinate system on the image based on the positions of the figure 48 is shown.
  • the first monitor point MP1 is a point located at the tip of the work implement frame 57 (a point located on the contour of the work implement frame 57 projected onto the work implement operation plane (XZ plane)).
  • a point located at the tip of the work tool arm 58 (a point located on the contour of the work tool arm 58 projected onto the work machine operation plane (XZ plane)) is set as the second monitor point MP2, and the work tool arm 58 is operated.
  • a point where the central axis of the fourth link pin 59 that is rotatably connected to the tool frame 57 intersects with the actuator operating plane (XZ plane) is defined as a first feature point FP1.
  • the distances between all the line segments constituting the target surface graphic 48 and the point MP1 are calculated, and the closest line segment of the target surface graphic 48 is the nearest line.
  • the first nearest target surface point TP1 included in the nearest neighbor line segment is acquired.
  • the offset OP1 is calculated by Expression (1) so that the center of the maximum value and the minimum value of the obtained six points is the origin.
  • the scale Ksc1 is obtained by dividing the maximum value [pxmax, pymax] of the screen size by the difference between the maximum value and the minimum value of the six points on the work machine operation plane (XZ plane).
  • the scale Ksc1 is calculated by the equation (2).
  • a point MP1, a point MP2, a point FP1, a point LP3, a point CP3, and a point TP1 of the work tool position and the target plane figure 48 on the work machine operation plane (XZ plane) (local coordinate system) are represented by an equation (3).
  • the points are converted to point mp1, point mp2, point fp1, point lp3, point cp3, and point tp1 in the upper coordinate system.
  • step S23 the work tool type information set by the operation unit 37 of the display device 19 using the three points of the point mp1, the point lp3, and the point cp3 indicating the work tool position in the coordinate system on the image calculated in step S22. Performs a process of deforming the first drawing figure 65 included in the work tool drawing information associated with the fact that is a split crusher 8c.
  • the work tool drawing information associated with the work tool type information being the crusher 8c includes the first monitor point MP1, the third link pin center point LP3, and the third cylinder pin center point CP3 of the crusher 8c.
  • Image information of the first drawing figure 65 including the three points, and the positions of the first monitor point MP1, the third link pin center point LP3, and the third cylinder pin center point CP3 in the coordinate system on the first drawing figure 65.
  • the coordinate value of the point mp1a, the point lp3a, and the point cp3a includes the first monitor point MP1, the third link pin center point LP3, and the third cylinder pin center point CP3 of the crusher 8c.
  • FIG. 13 shows a part of the crusher 8c (work tool frame 57) based on the work tool size information of the actually installed crusher 8c and the work tool drawing information indicating the crusher 8c. An example of a method for deforming the first drawing figure 65 to be represented is shown.
  • a linear mapping is used as in the first embodiment.
  • the linear map is expressed by Expression (4).
  • the image deformation matrix A1 used for the linear mapping for converting the first drawing figure 65 can be obtained from the work tool size information of the crusher 8c and the position information at the coordinates of the first drawing figure 65.
  • a vector u1 [u1x, u1y] connecting the point lp3 to the point cp3
  • a vector u2 [u2x, u2y] connecting the point lp3 to the point mp1
  • a vector v1 [v1x, v1y] and a point connecting the point lp3a to the point cp3a
  • the image deformation matrix A1 is expressed by equations (5)-(8).
  • the inverse matrix P1 ⁇ 1 of the matrix P1 exists when the matrix P1 is regular. For example, as a determination when the matrix P1 is not regular, if the determinant of the matrix P1 is 0, step S24 The calculation of the drawing calculation unit 40d is terminated without proceeding to the next step.
  • the first drawing figure 65 of the split crusher 8c is transformed using the image transformation matrix A1 obtained by the equation (8).
  • the first post-deformation drawing figure 65a (shown in FIG. 13B or FIG. 14) is created, and the process proceeds to step S24.
  • step S24 the work tool type information set by the operation unit 37 of the display device 19 is subdivided using the two points mp2 and fp1 indicating the work tool position in the coordinate system on the image calculated in step S22.
  • a process of deforming the second drawing figure 66 included in the work tool drawing information associated with the crusher 8c is performed.
  • the work tool drawing information associated with the work tool type information being the crusher 8c is the second drawing graphic 66 including the second monitor point MP2 and the first feature point FP1 of the crusher 8c. And the coordinate values of the points mp2b and fp1b indicating the positions of the second monitor point MP2 and the first feature point FP1 in the coordinate system on the second drawing figure 66.
  • the deformation process of the second drawing figure 66 is performed by dividing the length of the line connecting point mp2b and point fp1b by the length of the line connecting point mp2 and point fp1, and the quotient has the aspect ratio of the second drawing figure 66.
  • a second deformed drawing figure 66a (shown in FIG. 14) is created by reducing or enlarging it to be constant.
  • step S25 the first and second post-deformation drawing figures 65a and 66a of the crusher 8c obtained in steps S23 and S24, and the work tool 8 and the target surface figure 48 on the drawing screen obtained from step S22.
  • a drawing image is created on the screen of the display unit 38 from the arrangement.
  • FIG. 14 shows a state where the first and second post-deformation drawing figures 65a and 66a representing the crusher 8c are arranged in the drawing image.
  • the first post-deformation drawing figure 65a of the split crusher 8c includes three points mp1a, lp3a, and cp3a included in the image, and points mp1 and lp3 of the corresponding work tool positions included in the drawing image. By aligning with the three points cp3, they are arranged in the drawn image.
  • the second post-deformation drawing figure 66a of the split crusher 8c has two points, mp2b and fp1b included in the image, and two points mp2 and fp1 of the corresponding work tool positions included in the drawing image. By matching with, it is arranged in the drawn image.
  • the image of the target surface figure 48 is drawn within the range that fits on the screen, as in the first embodiment.
  • the work tool 8 is rotatable via the third connection pin 59 to the base 57 including the first connection point LP3, the second connection point CP3, and the first monitor point MP1.
  • the construction machine 1 further includes a first posture detection device 64 that detects the posture of the first driven portion 58, and the dimensional information of the work tool 8 includes the first driven portion 58 attached to the first driven portion 58.
  • the first feature point FP1 located on the central axis of the three connecting pins 59 and the second monitor point MP2 located at the tip of the first driven part 58 are further included.
  • the work tool position calculation unit 40c further includes image information of the second drawing figure 66 representing the first driven part 58 including the one feature point FP1 and the second monitor point MP2, and the work tool position calculation unit 40c includes the dimension information and the first posture of the work tool 8.
  • the coordinate values of the first feature point FP1 and the second monitor point MP2 are calculated based on the attitude of the driven unit 58, and the drawing calculation unit 40d is configured to calculate the first feature point FP1 and the second monitor in the second drawing figure 66.
  • the second drawing figure so that the length of the line connecting the point MP2 matches the length of the line connecting the first feature point FP1 and the second monitor point MP2 in the coordinate system on the image of the display device 19.
  • the second post-deformation drawing figure 66a is generated to create a second post-deformation drawing figure 66a, and the positions of the first feature point FP1 and the second monitor point MP2 in the second post-deformation drawing figure 66a are the first feature points in the coordinate system on the image.
  • the second post-deformation drawing figure 66a is arranged on the screen of the display device 19 so as to coincide with the positions of the FP1 and the second monitor point MP2.
  • the hydraulic excavator 1 configured as described above, it is possible to display the work tool 8 (for example, the crusher 8c) having one driven part on the display device 19 without a sense of incongruity. .
  • the split crusher 8c is illustrated as the work tool 8, but the base including the third link pin 22, the third cylinder pin 44, and at least one monitor point, and at least the monitor point. It is not limited as long as it includes one driven part that rotates around one point and the work tool 8 that includes the driving part, and may be replaced with a hydraulic cutter having the same structure.
  • the first drawing figure 65 that is an image of the base including the third link pin 22, the third cylinder pin 44, and at least one monitor point of the work tool 8, and at least one monitor point are included.
  • the second drawing figure 66 which is an image of the driven part that rotates around a certain point, is drawn.
  • a driving part such as a hydraulic cylinder may be drawn.
  • a hydraulic excavator 1 according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the excavator 1 according to this embodiment includes a large crusher as the work tool 8.
  • the large crusher 8d as the work tool 8 has one work tool frame (base part) 67 and a pair of first and second pairs.
  • Work tool arms (first and second driven parts) 68 and 69 the work tool frame 67 includes a first monitor point MP 1, and the first and second work tool arms 68 and 69 are second.
  • the second monitor point MP2 rotates around the structural first feature point FP1 included in the work tool frame 67, and the third monitor point MP3 moves to the work tool frame.
  • the second feature point FP2 on the structure included in 67 and the drawing feature used for drawing the work tool 8 are included.
  • the first work tool arm 68 is rotatably connected to the work tool frame 67 via the fourth link pin 75 and is driven by the fourth cylinder 76.
  • the second work tool arm 69 is rotatably connected to the work tool frame 67 via a fifth link pin (fourth connection pin) 77 and is driven by a fifth cylinder 78. That is, the first feature point FP1 is a point on the central axis of the fourth link pin 75, and the second feature point FP2 is a point on the central axis of the fifth link pin 77.
  • the first and second work tool arms 68 and 69 are provided with fourth and fifth rotation angle sensors 79 and 80 as first and second posture detection devices for detecting their postures.
  • the fourth and fifth rotation angle sensors 79 and 80 are, for example, IMUs, which are attached to the first and second work tool arms 68 and 69, respectively, and the first and second around the fourth and fifth link pins 75 and 77, respectively. 2 Detect the angle between the work tool arms 68 and 69 and the vertical (gravity) direction, and output the angle of the first work tool arm 68 with respect to the work tool frame 67 and the angle of the second work tool arm 69 with respect to the work tool frame 67, respectively. To do.
  • the posture calculation unit 40b (shown in FIG. 3) is further configured based on the angle signals of the fourth and fifth rotation angle sensors 79 and 80 and the angle conversion parameter of the storage unit 41. Then, angles ⁇ 4 and ⁇ 5 around the fourth and fifth link pins 75 and 77 with respect to the work tool frame 67 of the second work tool arms 68 and 69 are calculated.
  • the work tool position calculation unit 40c (shown in FIG. 3) includes first and second work tool arms 68 and 69 based on the angles ⁇ 4 and ⁇ 5 calculated by the posture calculation unit 40b. The positions of the first and second feature points FP1 and FP2 on the work machine operation plane (XZ plane) and the position in the global coordinate system are calculated. To do.
  • the drawing calculation unit 40d (shown in FIG. 3) is similar to the first embodiment, and information on the type and size of the work tool set by the operation unit 37 of the display device 19 and the calculation of the work tool position calculation unit 40c. A guidance image is created based on the result and the target surface information and work implement drawing information in the storage unit 41.
  • FIG. 15 is a flowchart illustrating an example of the drawing calculation process of the display controller 31 according to the present embodiment.
  • the display controller 31 is configured as shown in FIG.
  • a side image (guidance image) indicating the positional relationship between the target surface and the work tool 8 is created according to the flowchart shown in FIG.
  • step S31 the target surface information is read from the storage unit 41 as in step S1 in the first embodiment.
  • step S32 the target surface graphic 48 obtained from step S31 and the work tool position obtained from the work tool position calculation unit 40c are used to place them in the coordinate system on the image.
  • the maximum value [pxmax, pymax] in the vertical direction and the horizontal direction is defined by the size of the screen of the display unit 38, and therefore, at least one of the entire work tool 8 and the target surface graphic 48 is formed.
  • the scale Ksc1 and the offset OP1 are determined in order to arrange to include two line segments.
  • FIG. 16 shows the first to third monitor points MP1 to MP3, the first and second feature points FP1 and FP2, the third link pin center point LP3, the third cylinder pin center point CP3 on the work machine operation plane (XZ plane) Based on each position of the target surface graphic 48, an outline of a method for arranging the drawing graphic of the large crusher 8d and the target surface graphic 48 in the coordinate system on the image is shown.
  • the first monitor point MP1 is a point located at the tip of the work implement frame 67 (a point located on the contour of the work implement frame 67 projected onto the work implement operation plane (XZ plane)). And points located at the tips of the first and second work tool arms 68 and 69 (positioned on the contours of the first and second work tool arms 68 and 69 projected on the work machine operation plane (XZ plane)).
  • the central axis of the fourth link pin 75 that pivotally connects the first work tool arm 68 to the work tool frame 67 is the actuator operating plane (XZ plane).
  • the first feature point FP1 is a point that intersects with the second work tool arm 69, and the central axis of the fifth link pin 77 that rotatably connects the work tool frame 67 intersects the actuator operating plane (XZ plane).
  • the point is set as the second feature point FP2.
  • the distances of all the line segments constituting the target surface graphic 48 and the points MP1, MP2, and MP3 are calculated.
  • the nearest line segment is set as the nearest neighbor line segment TL1, and the first nearest neighbor target surface point TP1 included in the nearest neighbor line segment is acquired.
  • the offset OP1 is calculated by equation (1) so that the center of the acquired maximum and minimum values of the eight points is the origin.
  • the scale Ksc1 is obtained by dividing the maximum value [pxmax, pymax] of the screen size by the difference between the maximum value and the minimum value of 8 points on the work machine operation plane (XZ plane).
  • the scale Ksc1 is calculated by the equation (2).
  • XZ plane work implement operation plane
  • step S33 the work tool type information set by the operation unit 37 of the display device 19 using the three points of point mp1, point lp3, and point cp3 indicating the position of the work tool in the coordinate system on the image calculated in step S32. Performs a process of deforming the first drawing figure 81 included in the work tool drawing information associated with the large crusher 8d.
  • the work tool drawing information associated with the work tool type information being the large crusher 8d includes the first crusher MP1, the third link pin center point LP3, and the third cylinder pin center point CP3.
  • the image information of the first drawing figure 81 representing a part of 8d, and the positions of the first monitor point MP1, the third link pin center point LP3, and the third cylinder pin center point CP3 in the coordinate system on the first drawing figure 81 Point mp1a, the point lp3a, and the coordinate value of the point cp3a.
  • FIG. 17 shows a part of the large crusher 8d (work tool frame 67) based on the work tool dimension information of the actually installed crusher 8d and the work tool drawing information indicating the crusher 8d. An example of a method of deforming the first drawing figure 81 to be represented is shown.
  • linear mapping is used as in the first embodiment.
  • the linear map is expressed by Expression (4).
  • the image deformation matrix A1 used for the linear mapping for converting the first drawing figure 81 can be obtained from the work tool size information of the large crusher 8d and the position information at the coordinates of the first drawing figure 81.
  • a vector u1 [u1x, u1y] connecting the point lp3 to the point cp3
  • a vector u2 [u2x, u2y] connecting the point lp3 to the point mp1
  • a vector v1 [v1x, v1y] and a point connecting the point lp3a to the point cp3a
  • the image deformation matrix A1 is expressed by equations (5)-(8).
  • the inverse matrix P1 ⁇ 1 of the matrix P1 exists when the matrix P1 is regular. For example, as a determination when the matrix P1 is not regular, when the determinant of the matrix P1 is 0, step S34 is performed. The calculation of the drawing calculation unit 40d is terminated without proceeding to the next step.
  • the first drawing figure 81 of the large crusher 8d is transformed using the image transformation matrix A1 obtained by the equation (8).
  • the first post-deformation drawing figure 81a (shown in FIG. 17B or FIG. 18) is created, and the process proceeds to step S34.
  • step S34 the work tool type information set by the operation unit 37 of the display device 19 is roughly divided using the two points of the point mp2 and the point fp1 indicating the position of the work tool in the coordinate system on the image calculated in step S32.
  • a process of deforming the second drawing figure 82 included in the work tool drawing information associated with the crusher 8d is performed.
  • the work tool drawing information associated with the work tool type information being the crusher 8d is the second drawing figure 82 including the second monitor point MP2 and the first feature point FP1 of the crusher 8d. And the coordinate values of the point mp2b and the point fp1b indicating the positions of the second monitor point MP2 and the first feature point FP1 in the coordinate system on the second drawing figure 82.
  • the deformation process of the second drawing figure 82 is performed by dividing the length of the line connecting point mp2b and point fp1b by the length of the line connecting point mp2 and point fp1, and the quotient gives the aspect ratio to the second drawing figure 82. This is done by reducing or enlarging it to be constant.
  • step S35 the work tool type information set by the operation unit 37 of the display device 19 is roughly divided using the two points mp3 and fp2 indicating the work tool position in the coordinate system on the image calculated in step S32.
  • a process of deforming the third drawing figure 83 included in the work tool drawing information associated with the crusher 8d is performed.
  • the work tool drawing information associated with the work tool type information being the large crusher 8d is a third drawing graphic 83 including two points of the third monitor point MP3 and the second feature point FP2 of the large crusher 8d. And the coordinate values of the third monitor point MP3, the point mp3c indicating the position of the second feature point FP2 in the coordinate system on the third drawing figure 83, and the coordinate value of the point fp2c.
  • the third drawing figure 83 is deformed by dividing the length of the line connecting the points mp3c and fp2c by the length of the line connecting the points mp3 and fp2, and the quotient gives the aspect ratio to the third drawing figure 83. This is done by reducing or enlarging it to be constant.
  • step S36 the first to third modified drawing figures 81a-83a of the large crusher 8d obtained in steps S33, S34, and S35, the work tool 8 on the drawing screen obtained from step S32, and the target surface figure 48 are obtained.
  • a drawing image is created on the screen of the display unit 38 from the above arrangement.
  • FIG. 18 shows a state in which the first to third modified drawing figures 81a to 83a representing the large crusher 8d are arranged in the drawing image.
  • the first post-deformation drawing figure 81a of the large crusher 8d corresponds to a point mp1a, a point lp3a, and a point cp3a (shown in FIG. 17A) included in the image included in the drawing image.
  • a point mp1a a point mp1a
  • a point lp3a a point included in the image included in the drawing image.
  • a point cp3a shown in FIG. 17A
  • the second post-deformation drawing figure 82a of the large crusher 8d includes two points mp2b and fp1b included in the drawing figure, and two points mp2 and fp1 of the corresponding work tool positions included in the drawing image. By matching the points, they are arranged in the drawn image.
  • the third post-deformation drawing figure 83a of the large crusher 8d includes two points mp3c and fp2c included in the drawing figure, and two points mp3 and fp2 of the corresponding work tool positions included in the drawing image. By matching the points, they are arranged in the drawn image.
  • the image of the target surface figure 48 is drawn within the range that fits on the screen, as in the first embodiment.
  • the work tool 8 further includes the second driven portion 69 that is rotatably attached to the base portion 67 via the fourth connecting pin 77, and the construction machine 1 includes the second driven portion 69.
  • the second posture detecting device 80 for detecting the posture of the drive unit 69 is further provided, and the dimension information of the work tool 8 includes a second feature point FP2 located on the central axis of the fourth connecting pin 77, and a second driven portion.
  • 69 further includes position information of the third monitor point MP3 located at the tip of the 69, and the drawing information of the work tool 8 is a third drawing representing the second driven portion 69 including the second feature point FP2 and the third monitor point MP3.
  • the work tool position calculation unit 40 c further includes image information of the figure 83, and the work tool position calculation unit 40 c is based on the dimension information of the work tool 8 and the posture of the second driven unit 69 detected by the second posture detection device 80. And each coordinate value of the third monitor point MP3 is calculated.
  • the drawing calculation unit 40d determines that the length of the line segment connecting the second feature point FP2 and the third monitor point MP3 in the drawing figure is the second feature point FP2 and the third monitor point in the coordinate system on the image of the display device 19.
  • the third drawing figure 83 is deformed so as to match the length of the line segment connecting with MP3 to create a third deformed drawing figure 83a, and the second feature point FP2 and the third feature point FP2 in the third deformed drawing figure 83a are created.
  • the third post-deformation drawing figure 83a is displayed on the screen of the display device 19 so that each position of the monitor point MP3 coincides with each position of the second feature point FP2 and the third monitor point MP3 in the coordinate system on the image. Deploy.
  • the work tool 8 (for example, the large crusher 8d) having two driven parts can be displayed on the display device 19 without a sense of incongruity. .
  • the crusher 8d is illustrated as the work tool 8, but the base including at least one third monitoring point, the third link pin 22, the third cylinder pin 44, and the monitoring point.
  • the base including at least one third monitoring point, the third link pin 22, the third cylinder pin 44, and the monitoring point.
  • it is not limited as long as it is two working parts that rotate around one point and a work tool 8 that includes the driving part, and may be replaced by a grapple or the like.
  • the third link pin 22, the third cylinder pin 44, and the first drawing figure 81 that is an image of the base including at least one monitor point, and at least one monitor point are included in the working tool 8.
  • the second and third drawing figures 82 and 83 which are images of two driven parts that rotate around a certain point, are drawn, but a driving part such as a hydraulic cylinder may be drawn.
  • a hydraulic excavator 1 according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the hydraulic excavator 1 according to this embodiment includes a bucket as the work tool 8 as in the second embodiment.
  • the setting method of at least one monitor point different from the first monitor point MP1 in the work tool 8 is omitted, but in the present embodiment, at least one different from the first monitor point MP1 is used.
  • An easy setting method of monitor points will be described.
  • FIG. 19 is a block diagram illustrating a configuration of the calculation unit 40 of the display controller 31 according to the present embodiment.
  • the calculation unit 40 of the display controller 31 further includes a monitor point setting calculation unit 40e.
  • the monitor point setting calculation unit 40e is information on the size of the work tool set by the operation unit 37 of the display device 19 and the dimensions of the boom 6, the arm 7 and the work tool 8 relating to the first monitor point MP1, for example, the third link pin center. Based on the calculation result of the work tool position calculation unit 40c such as the length Lmp1 from the point LP3 to the first monitor point MP1, information on the dimensions of at least one monitor point different from the first monitor point MP1 is set.
  • FIG. 20 is a flowchart illustrating an example of the monitor point setting calculation process of the display controller 31 according to the present embodiment.
  • the work tool 8 attached to the excavator 1 has a plurality of monitor points, dimension information of one monitor point (first monitor point MP1) among them is already set, and other monitor points.
  • first monitor point MP1 dimension information of one monitor point
  • other monitor points other monitor points.
  • step S41 upon receiving a signal for starting the monitor point setting calculation process from the operation unit 37, the display unit 38 is caused to touch the fixed mark 86 that does not move even when the work tool 8 touches the first monitor point MP1. indicate.
  • step S42 upon receiving a signal indicating that the operator has confirmed that the first monitor point MP1 and the mark 86 are in contact with each other from the operation unit 37, the work tool position calculation unit 40c performs the work implement of the first monitor point MP1.
  • the position on the operation plane (XZ plane) is calculated, and the position [Xmp1a, Zmp1a] of the mark 86 that is in contact with the first monitor point MP1 is stored in the storage unit 41.
  • a warning is displayed on the display unit 38 so as not to move other than the work implement 3 until the monitor point setting calculation processing is completed so that the positional relationship between the center of the mark and the mark 86 does not change.
  • step S43 the setting process of at least one monitor point different from the first monitor point MP1 and the kth monitor point (the initial value of k is 2) is started.
  • the set monitor point When receiving a signal indicating that the setting of the monitor point is completed from the operation unit 37, the set monitor point is stored in the storage unit 41, and the process is terminated.
  • step S44 the mark 86 is displayed on the display unit 38 so that the point inside the work tool 8 set as the kth monitor point, here the second monitor point MP2, is touched.
  • step S45 upon receiving a signal indicating that the operator has confirmed that the second monitor point MP2 and the mark 86 are in contact with each other from the operation unit 37, the work tool position calculation unit 40c is connected to the third link pin center point LP3.
  • the position of the first monitor point MP1 on the work machine operation plane (XZ plane) is calculated, and the storage unit stores the position [Xlp3b, Zlp3b] of the third link pin center point LP3 and the position [Xmp1b, Zmp1b] of the first monitor point MP1. 41.
  • step S46 the position of the second monitor point MP2 in the work tool 8 is determined from the position of the mark 86 stored in step S42 and the position of the third link pin LP3 and the first monitor point MP1 stored in step S45. Calculate.
  • FIG. 21 shows the work tool 8 when the position of the first monitor point MP1 is aligned with the position of the fixed mark 86 and the work tool 8 when the position of the second monitor point MP2 is aligned with the position of the mark 86. Is shown by a solid line.
  • monitor point setting calculation unit 40e sets w1 as a vector connecting the third monitor pin MP3 to the first monitor point MP1 from the third link pin center point LP3, and w2 as a vector connecting the second monitor point MP2 from the third link pin center point CP3. 2
  • the position of the monitor point MP2 inside the work tool 8 is calculated as the length Lmp2 of the vector w2 and the angle ⁇ mp2 formed by the vectors w1 and w2.
  • the length Lmp2 of the vector w2 is expressed by the following formula.
  • angle ⁇ mp2 formed by the vectors w1 and w2 is expressed by the following equation using the inner product.
  • step S47 a monitor point is further set from the operation unit 37, or a signal indicating that the setting of the monitor point is completed is displayed on the display unit 38, and the input of the operation unit 37 is awaited. Do.
  • the monitor point is further set, the numerical value of k is increased by 1.
  • the setting process of the third monitor point MP3 is performed in the same manner as the setting process of the second monitor point MP2.
  • step S45 upon receiving a signal indicating that the operator has confirmed that the third monitor point MP3 and the mark 86 are in contact with each other from the operation unit 37, the work tool position calculation unit 40c is connected to the third link pin 22 and the first link.
  • the position of the monitor point MP1 on the work machine operation plane (XZ plane) is calculated, and the position [Xlp3c, Zlp3c] of the third link pin center point LP3 and the position [Xmp1c, Zmp1c] of the first monitor point MP1 are stored in the storage unit 41.
  • step S46 the third monitor is determined from the position of the mark 86 stored in step S42 and the positions of the third link pin center point LP3 and the first monitor point MP1 stored in step S45 in the setting process of the third monitor point MP3.
  • the position of the point MP3 inside the work tool 8 is calculated.
  • the position of the three monitor points MP3 inside the work tool 8 is calculated as the length Lmp3 of the vector w3 and the angle ⁇ mp3 formed by the vectors w1 and w3.
  • the length Lmp3 of the vector w3 is expressed by the following formula.
  • angle ⁇ mp3 formed by the vectors w1 and w3 is expressed by the following equation using the inner product.
  • step S47 after the setting of the third monitor point MP3 is completed, a signal indicating that the setting of the monitor point is completed is input, and the setting process is terminated.
  • the work tool position calculation unit 40c sets the coordinate value of the fixed mark 86 in a state where the position of the first monitor point MP1 in which the dimension information is set is matched with the position of the fixed mark 86.
  • the display controller 31 performs the calculation from the first connection point LP3 to the first connection point LP3 in a state where the positions of the unset monitor points MP2 and MP3 for which the dimension information on the work tool 8 is not set are aligned with the fixed mark 86.
  • An angle between the first vector w1 connecting the monitor points MP1 and the second vectors w2 and w3 connecting the fixed mark 86 from the first connection point LP3 and the lengths of the second vectors w2 and w3 are calculated, and unset monitor points It further has a monitor point setting calculation unit 40e that is set as dimension information of MP2 and MP3.
  • the coordinate value of the fixed mark 86 is set in a state where the position of the first monitor point MP1 in which the dimension information is set is aligned with the fixed mark 86.
  • the calculation unit 40c calculates the position on the work machine operation plane (XZ plane), and the monitor point setting calculation process is performed so that the positional relationship between the center of the first link pin 20 and the mark 86 on the display unit 38 does not change. However, if the excavator 1 includes the correction information receiver 36 and the antennas 23a and 23b, the work tool position calculation unit 40c calculates the warning. Since the position in the global coordinate system is used by the monitor point setting calculation unit 40e, the movement of the position of the center of the first link pin 20 that is the origin can be grasped. Setting calculation processing.
  • the Example of this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included.
  • the rotation angle of the boom 6, the arm 7 and the work tool 8 is detected by the IMU.
  • a linear encoder for measuring the cylinder stroke length is mounted on the first-3 cylinder 9-11.
  • the rotation angle of the boom 6, the arm 7 and the work tool 8 may be obtained by link calculation from the length of the cylinder extended and contracted and the vehicle body dimension parameter stored in the storage unit 41.
  • SYMBOLS 1 Hydraulic excavator (construction machine), 2 ... Vehicle main body, 3 ... Working machine, 4 ... Upper turning body, 5 ... Lower traveling body, 6 ... Boom, 7 ... Arm, 8 ... Work tool, 8a ... Hydraulic breaker, 8b DESCRIPTION OF SYMBOLS Bucket, 8c ... Split crusher, 8d ... Split crusher, 9 ... 1st cylinder, 10 ... 2nd cylinder, 11 ... 3rd cylinder, 12 ... cab, 13 ... Swing motor, 14 ... Hydraulic control device , 15a ... crawler belt, 15b ... crawler belt, 15c ... display control unit, 16a ... travel motor, 16b ...
  • Calculation unit 40a Global position calculation unit 40b ... Posture calculation unit 40c ... Work tool position calculation unit, 40d: Drawing operation unit, 41 ... Storage unit, 42 ... First cylinder pin, 43 ... Second cylinder pin, 44 ... Third cylinder pin (second connecting pin), 48 ... Target surface figure, 49 ... First drawing figure , 49a ... first deformed drawing figure, 53 ... first drawing figure, 53a ... first transformed drawing figure, 54 ... second drawing figure, 54a ... second transformed drawing figure, 55 ... third drawing figure, 55a ... Drawing figure after third transformation, 56 ... Bottom surface 57 ... Work tool frame (base part), 58 ... Work tool arm, 59 ... Fourth link pin (third connection pin), 63 ... Fourth cylinder, 64 ...
  • Fourth rotation angle sensor (first posture detection device), 65 ... 1st drawing figure, 65a ... Drawing figure after 1st modification, 66 ... 2nd drawing figure, 66a ... Drawing figure after 2nd transformation, 67 ... Work tool frame (base), 68 ... 1st work tool arm (1st Driven part), 69 ... second working tool arm (second driven part), 75 ... fourth link pin (third connecting pin), 76 ... fourth cylinder, 77 ... fifth link pin (fourth connecting pin) , 78... 5th cylinder, 79... 4th rotation angle sensor (first attitude detection device), 80... 5th rotation angle sensor (second attitude detection device), 81. Post-drawn figure, 82 ... second drawn figure, 82a ...
  • External storage device CP3 ... 3rd cylinder pin center point (2nd connection point), FP1 ... 1st feature point, FP2 ... Second feature point, LP3 ... third link pin center point (first connection point), MP1 ... first monitor point, MP2 ... second monitor point (unset monitor point), MP3 ... third monitor point (unset monitor) Point), OP1 ... offset, w1 ... first vector, w2, w3 ... second vector.

Landscapes

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Abstract

バケットを含む種々の作業具を表示装置に違和感無く表示させることができる建設機械を提供する。 表示コントローラは、第1描画図形における第1連結ポイント、第2連結ポイントおよび第1モニタポイントを頂点とする三角形が、表示装置の画像上の座標系における前記第1連結ポイント、前記第2連結ポイントおよび前記第1モニタポイントを頂点とする三角形と合同になるように、前記第1描画図形を変形させて第1変形後描画図形を作成し、前記第1変形後描画図形における前記第1連結ポイント、前記第2連結ポイントおよび前記第1モニタポイントの各位置が、前記画像上の座標系における前記第1連結ポイント、前記第2連結ポイントおよび前記第1モニタポイントの各位置とそれぞれ一致するように、前記第1変形後描画図形を前記表示装置の画面上に配置する。

Description

建設機械
 本発明は、油圧ショベル等の建設機械に関する。
 一般に、油圧ショベル等の建設機械は、オペレータが操作レバーを操作することで、バケットを含む作業機が駆動されて、作業対象となる地面等を掘削する等の施工を行う。建設機械による施工は設計図面を基に行なわれる。設計図面通りの施工を行うためには、施工対象面と作業具との位置関係を正確に把握する必要があるが、これをオペレータの目視で行うことは困難である。そこで、作業機の側面から見た施工対象面と作業具との位置関係を表示する技術が提案されている(例えば特許文献1)。
 特許文献1には、バケットが取り付けられた作業機を有する作業機械の表示システムであって、前記バケットの形状及び寸法の情報を用いて前記バケットを側面視した画像を描画するための描画情報を生成する生成部と、前記生成部によって生成された前記描画情報に基づいて前記バケットを側面視した画像及び地形の断面を示す画像を表示する表示部と、を含み、前記バケットの形状及び寸法の情報は、前記バケットの側面視において、前記バケットの刃先と前記バケットを前記作業機に取り付けるバケットピンとの距離、前記刃先及び前記バケットピンを結ぶ直線と、前記バケットの底面を示す直線とのなす角度、前記刃先の位置、前記バケットピンの位置、及び前記バケットを前記作業機に連結する部分から前記刃先までにおける前記バケットの外側の少なくとも1つの位置を含む、作業機械の表示システムが開示されている(段落[0006])。
特許第6080983号公報
 特許文献1に記載の作業機械の表示システムによれば、作業機に取り付けられているバケットの種類が変更された場合に、表示部に表示されたバケットの形状を変更されたバケットの形状に対応させることにより、オペレータの違和感を低減することができる。
 ところで、建設機械の作業具には、掘削作業で使用されるバケットの他、破砕作業で使用される油圧ブレーカ、リッパー等(鋭い先端形状を有する作業具)や、解体作業で使用される小割機、グラップル等(可動部を有し圧砕や把持を行う作業具)がある。しかし、特許文献1に記載の作業機械の表示システムは、バケット以外の作業具に対応していないため、掘削作業以外でも使用される建設機械には不向きである。
 本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、バケットを含む種々の作業具を表示装置に違和感無く表示させることができる建設機械を提供することにある。
 上記目的を達成するために、本発明は、第1連結ピンおよび第2連結ピンを介して回動可能に取り付けられた作業具を有する作業機と、前記作業具の描画情報および寸法情報を基に前記作業具の側面を表す描画図形を作成しかつ目標面情報を基に目標面を表す目標面図形を作成する表示コントローラと、前記描画図形および前記目標面図形を表示する表示装置とを備えた建設機械において、前記作業具の寸法情報は、前記第1連結ピンの中心軸上に位置する第1連結ポイント、前記第2連結ピンの中心軸上に位置する第2連結ポイント、および前記動作平面に投影した前記作業具の輪郭上に位置する第1モニタポイントの位置情報を含み、前記作業具の描画情報は、前記第1連結ポイント、前記第2連結ポイントおよび前記第1モニタポイントを含む前記作業具の少なくとも一部を表す第1描画図形の画像情報を含み、前記表示コントローラは、前記作業機の姿勢を演算し、前記作業機の姿勢情報および前記作業具の寸法情報を基に、前記表示装置の画像上の座標系における前記第1連結ポイント、前記第2連結ポイントおよび前記第1モニタポイントの各座標値を演算し、前記第1描画図形における前記第1連結ポイント、前記第2連結ポイントおよび前記第1モニタポイントを頂点とする三角形が、前記表示装置の画像上の座標系における前記第1連結ポイント、前記第2連結ポイントおよび前記第1モニタポイントを頂点とする三角形と合同になるように、前記第1描画図形を変形させて第1変形後描画図形を作成し、前記第1変形後描画図形における前記第1連結ポイント、前記第2連結ポイントおよび前記第1モニタポイントの各位置が、前記表示装置の画像上の座標系における前記第1連結ポイント、前記第2連結ポイントおよび前記第1モニタポイントの各位置とそれぞれ一致するように、前記第1変形後描画図形を前記表示装置の画面上に配置するものとする。
 以上のように構成した本発明によれば、作業具の少なくとも一部を表す第1描画図形における第1連結ポイント、第2連結ポイントおよび第1モニタポイントを頂点とする三角形が、表示装置の画像上の座標系における第1連結ポイント、第2連結ポイントおよび第1モニタポイントを頂点とする三角形と合同になるように、第1変形後描画図形が作成され、第1変形後描画図形における第1連結ポイント、第2連結ポイントおよび第1モニタポイントの各位置が、表示装置の画像上の座標系における第1連結ポイント、第2連結ポイントおよび第1モニタポイントの各位置とそれぞれ一致するように、第1変形後描画図形が表示装置の画面上に配置される。これにより、種々の作業具を表示装置に違和感無く表示させることが可能となる。
 本発明に係る建設機械によれば、バケットを含む種々の作業具を表示装置に違和感無く表示させることができる。
本発明の実施の形態に係る建設機械の一例としての油圧ショベルの側面図である。 図1に示す油圧ショベルに搭載された車体制御システムおよび表示システムの構成を示すブロック図である。 図2に示す表示コントローラの演算部の構成を示すブロック図である。 本発明の第1の実施例に係る表示コントローラの描画演算処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の第1の実施例に係る油圧ブレーカの描画図形と目標面図形を画像上の座標系へ配置する方法の概略を示す図である。 本発明の第1の実施例に係る油圧ブレーカを表す第1描画図形の変形方法の一例を示す図である。 本発明の第2の実施例に係る表示コントローラの描画演算処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の第2の実施例に係るバケットの描画図形と目標面図形を画像上の座標系へ配置する方法の概略を示す図である。 本発明の第2の実施例に係るバケットの一部を表す第1描画図形の変形方法の一例を示す図である。 本発明の第2の実施例に係るバケットを表す第1-3変形後描画図形を描画画像に配置した状態を示す図である。 本発明の第3の実施例に係る表示コントローラの描画演算処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の第3の実施例に係る小割破砕機の描画図形と目標面図形を画像上の座標系へ配置する方法の概略を示す図である。 本発明の第3の実施例に係る小割破砕機の一部(作業具フレーム)を表す第1描画図形の変形方法の一例を示す図である。 本発明の第3の実施例に係る小割破砕機を表す第1、第2変形後描画図形を描画画像に配置した状態を示す図である。 本発明の第4の実施例に係る表示コントローラの描画演算処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の第4の実施例に係る大割破砕機の描画図形と目標面図形を画像上の座標系へ配置する方法の概略を示す図である。 本発明の第4の実施例に係る大割破砕機の一部(作業具フレーム)を表す第1描画図形の変形方法の一例を示す図である。 本発明の第4の実施例に係る大割破砕機を表す第1-3変形後描画図形を描画画像に配置した状態を示す図である。 本発明の第5の実施例に係る表示コントローラの演算部の構成を示すブロック図である。 本発明の第5の実施例に係る表示コントローラのモニタポイント設定演算処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の第5の実施例に係るバケットの第1、第2モニタポイントの位置をそれぞれ固定の目印の位置に合わせた状態を示す図である。
 以下、本発明の実施の形態に係る建設機械として油圧ショベルを例に挙げ、図面を参照して説明する。なお、各図中、同等の部材には同一の符号を付し、重複した説明は適宜省略する。
 図1は、本発明の実施の形態に係る油圧ショベルの側面図である。
 図1において、油圧ショベル1は、下部走行体5と、上部旋回体4と、作業機3とを備えている。上部旋回体4と下部走行体5は、車両本体2を構成している。
 下部走行体5は、履帯15a,15bを両側に有する。走行モータ16a,16bが油圧により回転することで履帯15a,15bがそれぞれ駆動され、油圧ショベル1は走行する。
 上部旋回体4は、下部走行体5に旋回輪17を介して回動可能に接続されており、旋回モータ13により油圧により回転することで駆動される。上部旋回体4は、運転室12や旋回モータ13、図示しないエンジンや油圧ポンプ、油圧制御弁などで構成される油圧制御装置14(図2に示す)を有する。運転室12の中には、後述する車体操作装置18及び表示装置19が設置されている。上部旋回体4には、車体の傾きを検出する車体傾斜角センサ32が取り付けられている。上部旋回体4の上部には、アンテナ23a,23bが取り付けられている。アンテナ23a,23bは、図示しない人工衛星からの信号を受信し、油圧ショベル1の地球上における現在位置を検出するために用いられる。
 作業機3は、ブーム6と、アーム7と、作業具8(図1に示す例ではバケット8b)と、第1シリンダ9と、第2シリンダ10と、第3シリンダ11とを有する。ブーム6は上部旋回体4に第1リンクピン20を介して回動可能に取り付けられている。アーム7はブーム6の先端部に第2リンクピン21を介して回動可能に取り付けられている。作業具8はアーム7の先端部に第3リンクピン(第1連結ピン)22を介して回動可能に取り付けられている。第1シリンダ9はブーム6に対して第1シリンダピン42を介して回動可能に取り付けられ、第2シリンダ10はアーム7に対して第2シリンダピン43を介して回動可能に取り付けられ、第3シリンダ11は作業具8に対して第3シリンダピン(第2連結ピン)44を介して回動可能に取り付けられている。第1シリンダ9はブーム6を、第2シリンダ10はアーム7を、第3シリンダ11は作業具8をそれぞれ油圧によって伸縮することで駆動する。ブーム6、アーム7および作業具8には、それぞれの姿勢を検出する第1-3回転角度センサ33-35が取り付けられている。
 図2は、油圧ショベル1に搭載された車体制御システム24および表示システム25の構成を示すブロック図である。
 図2に示すように、車体制御システム24は、第1シリンダ9と、第2シリンダ10と、第3シリンダ11と、旋回モータ13と、走行モータ16a,16bと、油圧制御装置14と、車体操作装置18と、車体制御コントローラ26とを有する。
 油圧制御装置14は、油圧ポンプから吐出された作動油を第1シリンダ9、第2シリンダ10、第3シリンダ11、旋回モータ13、走行モータ16a,16bを含む複数の油圧アクチュエータに分配供給し、これらを駆動する。
 車体操作装置18は、操作部材27と、操作量検出部28とを有する。
 操作部材27は、運転室12に搭乗する作業者が、第1シリンダ9、第2シリンダ10、第3シリンダ11、旋回モータ13、走行モータ16a,16bの駆動を指示するための部材(例えば作業レバー)である。操作量検出部28は、操作部材27の操作量を検出して、検出信号を車体制御コントローラ26へ送る。
 車体制御コントローラ26は、A/D変換器、D/A変換器やデジタル入出力装置などの入出力部29と、CPUなどの演算部30とを有する。
 車体制御コントローラ26の入出力部29は、車体操作装置18と油圧制御装置14より入力した信号を演算部30へ送り、演算部30の演算結果を油圧制御装置14へ送る。
 車体制御コントローラ26の演算部30は、操作量検出部28が送る操作量や油圧制御装置14の状態量に基づき、油圧制御装置14への指令値を演算する。
 表示システム25は、車体傾斜角センサ32と、第1-3回転角度センサ33-35と、補正情報受信機36と、アンテナ23a,23bと、表示装置19と、表示コントローラ31とを有する。
 車体傾斜角センサ32は、例えば慣性計測装置(IMU)であり、一般的には角速度センサと加速度センサを組み合せたセンサで、上部旋回体4に取り付けられ、作業機3の動作平面における水平方向を前後方向、作業機3の動作平面と垂直方向を左右方向したとき、上部旋回体4の前後方向及び左右方向の鉛直(重力)方向となす角をそれぞれ検出するために用いられる。
 第1-3回転角度センサ33-35は、例えばIMUであり、それぞれブーム6、アーム7、作業具8に取り付けられ、第1-3リンクピン20-22周りのブーム6、アーム7、作業具8の鉛直(重力)方向となす角を検出し、上部旋回体4に対するブーム6の角度、ブーム6に対するアーム7の角度、アーム7に対する作業具8の角度をそれぞれ出力する。
 補正情報受信機36は、例えば、無線通信機であり、油圧ショベル1の外にある図示しない補正情報送信機から無線にて送信される、グローバル位置の演算に利用するための補正情報を受信する。
 表示装置19は、操作部37と、表示部38とを有する。
 表示装置19の操作部37は、例えばスイッチであり、作業者が操作し、表示情報の切り替えや、後述する表示コントローラ31の記憶部41が記憶する目標面の座標情報や作業具8の種類や寸法といった描画情報の設定の追加や変更を行う。
 表示装置19の表示部38は、例えば液晶ディスプレイやスピーカであり、作業者が作業内容を確認するため、表示コントローラ31の演算部40が演算した描画情報を表示する。
 表示装置19は、例えばタッチパネルのように、操作部37と表示部38が一体となっているものでも良い。
 表示コントローラ31は、A/D変換器、D/A変換器やデジタル入出力装置などの入出力部39と、CPUなどの演算部40と、ROMやRAMなどの記憶部41とを有する。
 表示コントローラ31の入出力部39は、車体傾斜角センサ32及び第1-3回転角度センサ33-35より入力した角度信号およびアンテナ23a,23bの検出信号、ならびに表示装置19の操作部37から入力した操作信号を演算部40へ送り、演算部40の演算結果を表示装置19の表示部38へ送る。
 表示コントローラ31の入出力部39は、更に、外部記憶装置(例えばUSB(Universal Serial Bus)メモリ)90と接続可能な外部接続端子(例えばUSB端子)を有し、外部記憶装置90に記憶されている他の電子機器で編集した目標面情報や作業具描画情報を記憶部41に保存することが可能である。
 このように本実施例では、表示コントローラ31は、作業具8の描画情報および寸法情報を記憶する記憶部41と、外部記憶装置90と接続可能な入出力部39とを有し、外部記憶装置90に記憶された作業具8の描画情報および寸法情報を入出力部39を介して記憶部41に記憶することが可能である。
 図3は、表示コントローラ31の演算部40の構成を示すブロック図である。
 図3に示すように、表示コントローラ31の演算部40は、グローバル位置演算部40aと、姿勢演算部40bと、作業具位置演算部40cと、描画演算部40dとを有する。
 表示コントローラ31の記憶部41は、車体寸法パラメータ、角度変換パラメータ、目標面情報、作業具描画情報を記憶している。車体寸法パラメータは例えば、ブーム6、アーム7、作業具8の寸法、アンテナ23a,23bと第1リンクピン20との相対位置(3次元ベクトルなど)を含む。目標面情報は油圧ショベル1が作業対象とする少なくとも1つの平面における断面の座標を含む。
 作業具描画情報は、作業具8の描画図形の画像情報と、当該描画図形と関連付けられている画像上の座標値とを含む。
 グローバル位置演算部40aは、アンテナ23a,23bの人工衛星からの検出信号と補正情報受信機36からの補正情報を基に、RTK-GNSS(RealTime Kinematic-Global Navigation Satellite System、GNSSは全地球航法衛星システムという)を利用して、アンテナ23a,23bのグローバル(地球)座標系における現在位置を演算する。
 姿勢演算部40bは、車体傾斜角センサ32の検出信号と、第1-3回転角度センサ33-35の角度信号と、記憶部41の角度変換パラメータとを基に、上部旋回体4の左右傾斜角θ0x、上部旋回体4の前後傾斜角θ0y、ブーム6の車体に対する第1リンクピン20周りの角度θ1、アーム7のブーム6に対する第2リンクピン21周りの角度θ2、作業具8のアーム7に対する第3リンクピン22周りの角度θ3を演算する。
 作業具位置演算部40cは、姿勢演算部40bの演算結果である角度θ1-θ3と、記憶部41の車体寸法パラメータを基に、2次元座標系として、第1リンクピン20の中心を原点として、原点と第2、第3リンクピン21,22の中心を通り、重力方向上向きを正とするZ軸、Z軸と垂直をなして作業機3の延伸方向を正とするX軸とする作業機動作平面(XZ平面)を定義し、この作業機動作平面(XZ平面)における作業具8内の作業上の着目点である第1モニタポイントMP1の座標と、第3リンクピン22の中心軸の座標と、第3シリンダピン44の中心軸の座標とを演算する。
 作業具位置演算部40cは更に、姿勢演算部40bの演算結果である角度θ0x、θ0yと、グローバル位置演算部40aの演算結果、記憶部41の車体寸法パラメータを基に、グローバル(地球)座標系における第1モニタポイントMP1と、第3リンクピン22の中心軸の座標と、第3シリンダピン44の中心軸の座標とを演算する。
 描画演算部40dは、表示装置19の操作部37より設定される作業具8の種類と寸法の情報と、作業具位置演算部40cの演算結果と、記憶部41の目標面情報および作業具描画情報とを基に、ガイダンス画像を作成し、表示部38に出力する。
 本発明の第1の実施例に係る油圧ショベル1について、図4~図6を用いて説明する。本実施例に係る油圧ショベル1は、作業具8として油圧ブレーカを備えている。
 図4は、本実施例に係る表示コントローラ31の描画演算処理の一例を示すフローチャートである。表示コントローラ31は、油圧ショベル1に取り付けられた作業具8が1つのモニタポイントを有する作業具(例えば油圧ブレーカ8a)である場合に、図4に示すフローチャートに従って目標面と作業具8の位置関係を示す側面画像(ガイダンス画像)を作成する。
 ステップS1において、記憶部41より目標面情報を読み込み、目標面図形48(図5(a)に示す)を作成する。目標面情報は、例えば、グローバル座標系に配置された線分と平面で構成されたポリゴンデータである。目標面図形48は、作業機動作平面(XZ平面)とポリゴンデータを構成する平面との交線であり、作業機動作平面(XZ平面)のローカル座標系において定義される。
 作業機動作平面(XZ平面)は、グローバル位置演算部40aで得られるアンテナ23a,23bと、記憶部41の車体寸法パラメータに含まれるアンテナ23a,23bに対する第1-3リンクピン20-22の位置とから演算され、目標面図形48は、油圧ショベル1が走行操作や旋回操作などにより目標面情報に対して移動や回転をした際に、逐次更新される。
 ステップS2において、ステップS1から得られる目標面図形48と、作業具位置演算部40cから得られる作業具位置とを用いて、画像上の座標系に配置する。
 画像上の座標系は表示部38の画面の大きさにより縦方向と横方向の最大値[pxmax,pymax]が規定されることから、作業具8の全体と目標面図形48を構成する少なくとも1つの線分が含まれるよう配置するため、縮尺Ksc及びオフセットOP1を決定する。
 図5は、作業機動作平面(XZ平面)における第1モニタポイントMP1、第3リンクピン22、第3シリンダピン44及び目標面図形48の各位置を基に、油圧ブレーカ8aの描画図形と目標面図形48を画像上の座標系へ配置する方法の概略を示している。
 図5(a)に示すように、油圧ブレーカ8aの先端に位置する点(作業機動作平面(XZ平面)に投影した油圧ブレーカ8aの輪郭上に位置する点)を第1モニタポイントMP1とし、第3リンクピン22の中心軸が作動機動作平面(XZ平面)と交差する点(以下適宜「第3リンクピン中心点」という。)を点LP3とし、第3シリンダピン44の中心軸が作動機動作平面(XZ平面)と交差する点(以下適宜「第3シリンダピン中心点」という。)を点CP3とする。
 目標面図形48から描画用の少なくとも1つの線分を抽出するため、目標面図形48を構成する全ての線分と点MP1の距離を演算し、目標面図形48の最も近い線分を最近傍線分TL1とし、最近傍線分内に含まれる第1の最近傍目標面点TP1を取得する。
 次に、点MP1、点LP3、点CP3、点TP1の4点から、作業機動作平面(XZ平面)のX軸の最大値、最小値PXmax、PXmin及びZ軸の最大値、最小値PZmax、PZminを取得する。
 図5(b)に示すように、取得した4点の最大値、最小値の中心が原点となるようオフセットOP1を以下の式で演算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 縮尺Ksc1は、画面の大きさの最大値[pxmax,pymax]を、作業機動作平面(XZ平面)における4点の最大値と最小値の差で割り、その最小値から得られる。縮尺Ksc1は以下の式で演算する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 式中のminは、引数の中から最小値を選択する演算子であり、αsc1は、正の実数であり、作業機動作平面(XZ平面)における4点を画面端からより内側に表示させるための係数である。
 画面の座標系は一般的に、画面左上を原点とし、右方向を正とするx軸と、下方向を正とするy軸とを有する。作業具8を左から見る側面図を作成する場合、作業機動作平面(XZ平面)上(ローカル座標系)におけるある点Pnは、画像上の座標系におけるある点pnに以下の式で変換される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 作業具位置と目標面図形48の作業機動作平面(XZ平面)上における点MP1、点LP3、点CP3、点TP1を、式(3)により、画像上の座標系における点mp1、点lp3、点cp3、点tp1にそれぞれ変換する。
 ステップS3において、ステップS2において演算した画像上の座標系における作業具位置を示す点mp1、点lp3、点cp3の3点を用いて、表示装置19の操作部37より設定される作業具種類情報が油圧ブレーカ8aであることに関連付けられた作業具描画情報が含む描画図形を変形する処理を行う。
 作業具種類情報が油圧ブレーカ8aであることに関連付けられた作業具描画情報は、油圧ブレーカ8aの第1モニタポイントMP1と第3リンクピン中心点(第1連結ポイント)LP3と第3シリンダピン中心点(第2連結ポイント)CP3を含む第1描画図形49(図6(a)に示す)の画像情報と、第1描画図形49上の座標系における第1モニタポイントMP1、第3リンクピン中心点LP3、第3シリンダピン中心点CP3の各位置を示す点mp1a、点lp3a、点cp3aの座標値とを含む。
 図6は、実際に取り付けられた油圧ブレーカ8aの作業具寸法情報と油圧ブレーカ8aを示す作業具描画情報を基に、油圧ブレーカ8aを表す第1描画図形49を変形する方法の一例を示している。
 第1描画図形49の変形処理の手法として、線形写像を用いる。線形写像は、画像変形行列Aを用い、画像上のある座標pi=[pxi,pyi]に含まれる画素情報を別の座標qi=[qxi,qyi]に移動させることで画像を変形する。線形写像は以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 第1描画図形49を変形する線形写像に用いる画像変形行列Aは、油圧ブレーカ8aの作業具寸法情報と、画像平面上における座標情報とから求めることができる。
 点lp3から点cp3を結ぶベクトルu1=[u1x,u1y]及び点lp3から点mp1を結ぶベクトルu2=[u2x,u2y]とし、点lp3aから点cp3aを結ぶベクトルv1=[v1x,v1y]及び点lp3aから点mp1aを結ぶベクトルv2=[v2x,v2y]とする。ベクトルu1,u2と、ベクトルv1,v2とからそれぞれ作られる行列P1,Q1は以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 ベクトルv1とu1及び、ベクトルv2とu2はそれぞれ実際に作業具8として油圧ショベル1に取り付けられている油圧ブレーカ8aと画像上の油圧ブレーカ8aで対応するベクトルであるため、式(4)~(6)より、行列P1から画像変形行列A1を用いて行列Q1へ変換する方法は以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 よって、画像変形行列A1は行列Q1と行列P1の逆行列P1-1を用いて、以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 ただし、行列P1の逆行列P1-1が存在するのは、行列P1が正則であるときであり、例えば、正則でないときの判定として、行列P1の行列式が0である場合には、ステップS4へは進まずに、描画演算部40dの演算を終了する。
 行列Pが正則であり、行列P1の逆行列P1-1が存在するときは、式(8)で求まった画像変形行列Aを用いて、油圧ブレーカ8aの第1描画図形49を変形させて第1変形後描画図形49a(図6(b)に示す)を作成し、ステップS4へ進む。
 ステップS4において、ステップS3で得られた油圧ブレーカ8aの第1変形後描画図形49aと、ステップS2から得られる描画画面上の作業具8と目標面図形48の配置とから、表示部38の画面に描画画像を作成する。
 油圧ブレーカ8aの第1変形後描画図形49aは、画像内に含まれる点mp1a、点lp3a、点cp3a(図6(b)に示す)の3点を、描画画像内に含まれる対応する作業具位置の点mp1、点lp3、点cp3(図6(a)に示す)の3点に一致させることで、描画画像に配置する。
 目標面図形48の画像は、点tp1を通り、最近傍線分TL1と同じ傾きを持つ直線を点tp1の両側に伸ばす。
 線分TL1の端点の位置を式(3)により画像上の座標系に変換したものが、最大値[pxmax,pymax]を下回る場合は、または、最小値[0,0]を上回る場合は、端点まで線分を描画する。
 一方、線分TL1の端点の位置を式(3)により画像上の座標系に変換したものが、最大値[pxmax,pymax]を上回る場合は、線分と画面の外周部の交点に新たな線分の仮端点を作成し、仮端点まで線分を描画する。
 同様に、目標面図形48に含まれる、最近傍線分TL1に隣接している線分から順に、式(3)を適用し、画像上の座標系における目標面図形48が、画面に収まる範囲内で描画する。
 このように本実施例では、第1連結ピン22および第2連結ピン44を介して回動可能に取り付けられた作業具8を有する作業機3と、作業具8の描画情報および寸法情報を基に作業具8の側面を表す描画図形を作成しかつ目標面情報を基に目標面を表す目標面図形を作成する表示コントローラ31と、描画図形および目標面図形を表示する表示装置19とを備えた建設機械1において、作業具8の寸法情報は、第1連結ピン22の中心軸上に位置する第1連結ポイントLP3、第2連結ピン44の中心軸上に位置する第2連結ポイントCP3、および作業機3の動作平面に投影した作業具8の輪郭上に位置する第1モニタポイントMP1の位置情報を含み、作業具8の描画情報は、第1連結ポイントLP3、第2連結ポイントCP3および第1モニタポイントMP1を含む作業具8の少なくとも一部を表す第1描画図形49の画像情報を含み、表示コントローラ31は、作業機3の姿勢を演算する姿勢演算部40bと、作業機3の姿勢情報および作業具8の寸法情報を基に、表示装置19の画像上の座標系における第1連結ポイントLP3、第2連結ポイントCP3および第1モニタポイントMP1の各座標値を演算する作業具位置演算部40cと、第1描画図形49における第1連結ポイントLP3、第2連結ポイントCP3および第1モニタポイントMP1を頂点とする三角形が、表示装置19の画像上の座標系における第1連結ポイントLP3、第2連結ポイントCP3および第1モニタポイントMP1を頂点とする三角形と合同になるように、第1描画図形49を変形させて第1変形後描画図形49aを作成し、第1変形後描画図形49aにおける第1連結ポイントLP3、第2連結ポイントCP3および第1モニタポイントMP1の各位置が、表示装置19の画像上の座標系における第1連結ポイントLP3、第2連結ポイントCP3および第1モニタポイントMP1の各位置とそれぞれ一致するように、第1変形後描画図形49aを表示装置19の画面上に配置する描画演算部40dとを有する。
 以上のように構成した本実施例に係る油圧ショベル1によれば、油圧ブレーカ8aを表す第1描画図形49における第1連結ポイントlp3a、第2連結ポイントcp3aおよび第1モニタポイントmp1aを頂点とする三角形が、表示装置19の画像上の座標系における第1連結ポイントlp3、第2連結ポイントcp3および第1モニタポイントmp1を頂点とする三角形と合同になるように、第1変形後描画図形49aが作成され、第1変形後描画図形49aにおける第1連結ポイントlp3a、第2連結ポイントcp3aおよび第1モニタポイントmp1aが、表示装置19の画像上の座標系における第1連結ポイントlp3、第2連結ポイントcp3および第1モニタポイントmp1とそれぞれ一致するように、第1変形後描画図形49aが表示装置19の画面上に配置される。これにより、寸法や形状の異なる油圧ブレーカ8aを表示装置19に違和感無く表示させることが可能となる。
 なお、本実施例では、作業具8として油圧ブレーカ8aを例示しているが、第1モニタポイントMP1と第3リンクピン22と第3シリンダピン44を含む作業具8であれば限定されず、1本爪リッパ-などに置き換えても良い。
 本発明の第2の実施例に係る油圧ショベル1について、図7~図10を用いて説明する。本実施例に係る油圧ショベル1は、作業具8としてバケットを備えている。
 第1の実施例との相違点は、図8(a)に示すように、作業具8としてのバケット8bの内部に第1モニタポイントMP1とは異なるモニタポイントを少なくとも1つ含む点、作業具8の構造上の特徴点を1つ含む点、作業具8の描画に使用する描画図形を少なくとも2つ含む点である。
 作業具位置演算部40c(図3に示す)は、第1の実施例に加え、更に作業具8内の作業上の第1モニタポイントMP1とは異なる着目点である第2、第3モニタポイントMP2,MP3および作業具8の構造上の特徴点(以下「第1特徴点」という。)FP1の作業機動作平面(XZ平面)における位置とグローバル座標系における位置を演算する。
 描画演算部40d(図3に示す)は、第1の実施例と同様に、表示装置19の操作部37より設定される作業具の種類と寸法の情報と、作業具位置演算部40cの演算結果と、記憶部41の目標面情報および作業具描画情報とを基に、ガイダンス画像を作成し、表示部38に出力する。
 図7は、本実施例に係る表示コントローラ31の描画演算処理の一例を示すフローチャートである。表示コントローラ31は、油圧ショベル1に取り付けられた作業具8がモニタポイントを少なくとも2つ有する作業具(例えばバケット8b)である場合に、図7に示すフローチャートに従って目標面と作業具8の位置関係を示す側面画像(ガイダンス画像)を作成する。
 ステップS11において、第1の実施例おけるステップS1と同様に、記憶部41より目標面情報を読み込む。
 ステップS12において、ステップS11から得られる目標面図形48と、作業具位置演算部40cから得られる作業具位置とを用いて、画像上の座標系に配置する。
 画像上の座標系は表示部38の画面の大きさにより縦方向と横方向の最大値[pxmax,pymax]が規定されることから、作業具8の全体と目標面図形48を構成する少なくとも1つの線分が含まれるよう配置するため、縮尺Ksc1及びオフセットOP1を決定する。
 図8は、作業機動作平面(XZ平面)における第1モニタポイントMP1、第2、第3モニタポイントMP2,MP3、第1特徴点FP1、第3リンクピン中心点LP3、第3シリンダピン中心点CP3及び目標面図形48の各位置を基に、バケット8bの描画図形と目標面図形48を画像上の座標系へ配置する方法の概略を示している。
 図8(a)に示すように、バケット8bの先端に位置する点(作業機動作平面(XZ平面)に投影したバケット8bの輪郭上に位置する点)を第1モニタポイントMP1とし、バケット8bの背面上に位置する点(作業機動作平面(XZ平面)に投影したバケット8bの輪郭上に位置する点)を第2、第3モニタポイントMP2,MP3とする。また、バケット8bをアーム7及び第3シリンダ11に取り付けるための部材とバケット8bの背面板となる部材のつなぎ目の端点(作業機動作平面(XZ平面)に投影したバケット8bの輪郭上に位置する点)を第1特徴点FP1とする。
 目標面図形48から描画用の少なくとも1つの線分を抽出するため、目標面図形48を構成する全ての線分と点MP1の距離を演算し、目標面図形48の最も近い線分を最近傍線分TL1とし、最近傍線分内に含まれる第1の最近傍目標面点TP1を取得する。
 次に、点MP1、点MP2、点MP3、点FP1、点LP3、点CP3、点TP1の7点から、作業機動作平面(XZ平面)のX軸の最大値、最小値PXmax、PXmin及びZ軸の最大値、最小値PZmax、PZminを取得する。
 図8(b)に示すように、取得した7点の最大値、最小値の中心が原点となるようオフセットOP1を式(1)で演算する。
 縮尺Ksc1は、画面の大きさの最大値[pxmax,pymax]を、作業機動作平面(XZ平面)における7点の最大値と最小値の差で割り、その最小値から得られる。縮尺Ksc1は式(2)で演算する。
 作業具位置と目標面図形48の作業機動作平面(XZ平面)上(ローカル座標系)における点MP1、点MP2、点MP3、点FP1、点LP3、点CP3、点TP1を、式(3)により、画像上の座標系における点mp1、点mp2、点mp3、点fp1、点lp3、点cp3、点tp1にそれぞれ変換する。
 ステップS13において、ステップS12において演算した画像上の座標系における作業具位置を示す点mp1、点lp3、点cp3の3点を用いて、表示装置19の操作部37より設定される作業具種類情報がバケット8bであることに関連付けられた作業具描画情報が含む第1描画図形53を変形する処理を行う。
 作業具種類情報がバケット8bであることに関連付けられた作業具描画情報は、バケット8bの第1モニタポイントMP1と第3リンクピン中心点LP3と第3シリンダピン中心点CP3を含む第1描画図形53の画像情報と、第1描画図形53上の座標系における第1モニタポイントMP1、第3リンクピン中心点LP3、第3シリンダピン中心点CP3の各位置を示す点mp1a、点lp3a、点cp3aの座標値とを含む。
 図9は、実際に取り付けられたバケット8bの作業具寸法情報とバケット8bを示す作業具描画情報を基に、バケット8bの第1描画図形53を変形する方法の一例を示している。
 第1描画図形53の変形処理の手法として、第1の実施例と同様に線形写像を用いる。線形写像は、式(4)で表される。
 第1描画図形53を変換する線形写像に用いる画像変形行列A1は、バケット8bの作業具寸法情報と、第1描画図形53の座標における位置情報とから求めることができる。
 点lp3から点cp3を結ぶベクトルu1=[u1x,u1y]及び点lp3から点mp1を結ぶベクトルu2=[u2x,u2y]とし、点lp3aから点cp3aを結ぶベクトルv1=[v1x,v1y]及び点lp3aから点mp1aを結ぶベクトルv2=[v2x,v2y]とすると、画像変形行列A1は式(5)-(8)で表される。
 ただし、行列P1の逆行列P1-1が存在するのは、行列P1が正則であるときであり、例えば、正則でないときの判定として、行列P1の行列式が0である場合には、ステップS14へは進まずに、描画演算部40dの演算を終了する。
 行列P1が正則であり、行列P1の逆行列P1-1が存在するときは、式(8)で求まった画像変形行列A1を用いて、バケット8bの第1描画図形53を変形させて第1変形後描画図形53a(図9(b)または図10に示す)を作成し、ステップS14へ進む。
 ステップS14において、第1モニタポイントMP1と異なるモニタポイントの個数と同じループ処理をN回行う。本実施例においては、第1モニタポイントMP1と異なるモニタポイントの個数は2個であるため、N=2である。
 ステップS12において演算した画像上の座標系における作業具位置を示す点mp(k)、点mp(k+1)、点fp1、つまりループ回数k=1であるから、mp1、点mp2、点fp1の3点を用いて、表示装置19の操作部37より設定される作業具種類情報がバケット8bであることに関連付けられた作業具描画情報が含む第2描画図形54を変形する処理を行う。
 作業具種類情報がバケット8bであることに関連付けられた作業具描画情報は、バケット8bの第1モニタポイントMP1と第2モニタポイントMP2と第1特徴点FP1を頂点とする三角形である第2描画図形54の画像情報と、第2描画図形54上の座標系における第1モニタポイントMP1と第2モニタポイントMP2と第1特徴点FP1の各位置を示す点mp1b、点mp2b、点fp1bの座標値とを含む。
 ただし、三角形が存在するのは、三角形を構成する3点である点mp1b、点mp2b、点fp1bのすべてが同一直線上に存在しないときであり、3点が同一直線上に存在するときはステップS15へ進まずに、描画演算部40dの演算を終了する。
 3点が同一直線上に存在しない時は、第2描画図形54の変形処理として、点mp1、点mp2、点fp1を結ぶ三角形と、第2描画図形54である三角形とが合同になるよう変形させて第2変形後描画図形54a(図10に示す)を作成し、ステップS15へ進む。
 ステップS15において、ループ継続判定を行う。このときループ回数はk=1であり、k<N=2であるから、kの数を増やしてループ処理に戻る。
 ステップS16において、ステップS12で演算した画像上の座標系における作業具位置を示す点mp(k)、点mp(k+1)、点fp1、つまりループ回数k=2であるから、点mp2、点mp3、点fp1の3点を用いて、表示装置19の操作部37より設定される作業具種類情報がバケット8bであることに関連付けられた作業具描画情報が含む第3描画図形55を変形する処理を行う。
 作業具種類情報がバケット8bであることに関連付けられた作業具描画情報は、バケット8bの第2モニタポイントMP2と第3モニタポイントMP3と第1特徴点FP1を頂点とする三角形である第3描画図形55の画像情報と、第3描画図形55上の座標系における第2モニタポイントMP2と第3モニタポイントMP3と第1特徴点FP1の各位置を示す点mp2c、点mp3c、点fp1cの座標値とを含む。
 ただし、三角形が存在するのは、三角形を構成する3点である点mp2c、点mp3c、点fp1cのすべてが同一直線上に存在しないときであり、3点が同一直線上に存在するときはステップS15へ進まずに、描画演算部40dの演算を終了する。
3点が同一直線上に存在しない時は、第3描画図形55の変形処理として、点mp2、点mp3、点fp1を結ぶ三角形と、第3描画図形55である三角形とが合同になるよう変形させて第3変形後描画図形55a(図10に示す)を作成し、ステップS17へ進む。
 ステップS17において、ステップS14から続くループの継続判定を行う。このときループ回数はk=2=Nであるから、ループ処理を終了し、ステップS18へ進む。
 ステップS18において、ステップS13,S14,S16で得られたバケット8bの第1-3変形後描画図形53a-55aと、ステップS12から得られる描画画面上の作業具8と目標面図形48の配置とから、表示部38の画面に描画画像を作成する。
 図10は、バケット8bを表す第1-3変形後描画図形53a-55aを描画画像に配置した状態を示している。
 バケット8bの第1変形後描画図形53aは、画像内に含まれる点mp1a、点lp3a、点cp3aの3点を、描画画像内に含まれる対応する作業具位置の点mp1、点lp3、点cp3の3点に一致させることで、描画画像に配置する。
 バケット8bの第2変形後描画図形54aは、画像内に含まれる点mp1b、点mp2b、点fp1bの3点を、描画画像内に含まれる対応する作業具位置の点mp1、点mp2、点fp1の3点に一致させることで、描画画像に配置する。
 バケット8bの第3変形後描画図形55aは、画像内に含まれる点mp2c、点mp3c、点fp1cの3点を、描画画像内に含まれる対応する作業具位置の点mp2、点mp3、点fp1の3点に一致させることで、描画画像に配置する。
 目標面図形48の画像は、第1の実施例と同様に、画面に収まる範囲内で描画する。
 このように本実施例では、作業具8はバケットであり、第1モニタポイントMP1はバケット8の先端に位置し、作業具8の寸法情報は、第1モニタポイントMP1、バケット8の背面上の位置にある第2モニタポイントMP2、およびバケット8の背面上の他の位置にある第1特徴点FP1の位置情報を更に含み、作業具8の描画情報は、第1モニタポイントMP1、第2モニタポイントMP2および第1特徴点FP1を含む作業具8の一部を表す第2描画図形54の画像情報を更に含み、作業具位置演算部40cは、作業具8の寸法情報を基に、第2モニタポイントMP2および第1特徴点FP1の各座標値を演算し、描画演算部40dは、第2描画図形54における第1モニタポイントMP1、第2モニタポイントMP2および第1特徴点FP1を頂点とする三角形が、表示装置19の画像上の座標系における第1モニタポイントMP1、第2モニタポイントMP2および第1特徴点FP1を頂点とする三角形と合同になるように、第2描画図形54を変形させて第2変形後描画図形54aを作成し、第2描画図形54における第1モニタポイントMP1、第2モニタポイントMP2および第1特徴点FP1の各位置が、表示装置19の画像上の座標系における第1モニタポイントMP1、第2モニタポイントMP2および第1特徴点FP1の各位置とそれぞれ一致するように、第2変形後描画図形54aを表示装置19の画面上に配置する。
 また、作業具8の寸法情報は、第2モニタポイントMP2、第1特徴点FP1、およびバケット8の背面上の位置にある第3モニタポイントMP3の位置情報を更に含み、作業具8の描画情報は、第2モニタポイントMP2、第3モニタポイントMP3および第1特徴点FP1を含む作業具8の一部を表す第3描画図形55の画像情報を更に含み、作業具位置演算部40cは、作業具8の寸法情報を基に、第3モニタポイントMP3の座標値を演算し、描画演算部40dは、第3描画図形55における第2モニタポイントMP2、第3モニタポイントMP3および第1特徴点FP1を頂点とする三角形が、表示装置19の画像上の座標系における第2モニタポイントMP2、第3モニタポイントMP3および第1特徴点FP1を頂点する三角形と合同になるように、第3描画図形55を変形させて第3変形後描画図形55aを作成し、第3変形後描画図形55aにおける第2モニタポイントMP2、第3モニタポイントMP3および第1特徴点FP1の各位置が、表示装置19の画像上の座標系における第2モニタポイントMP2、第3モニタポイントMP3および第1特徴点FP1の各位置とそれぞれ一致するように第3変形後描画図形55aを表示装置19の画面上に配置する。
 以上のように構成した本実施例に係る油圧ショベル1によれば、寸法や形状の異なるバケット8bを表示装置19に違和感無く表示させることが可能となる。
 なお、本実施例では、作業具8としてバケット8bを例示しているが、複数のモニタポイントと第3リンクピン22と第3シリンダピン44を含む作業具8であれば限定されず、マグネットなどに置き換えても良い。
 また、本実施例では、モニタポイントの個数が3個の場合を例示しているが、モニタポイントの個数は2個以上であれば良く、個数は制限しない。
 また、本実施例では、第2、第3描画図形54,55の変形は、三角形が合同となるように実行しているが、第1描画図形53と同様に線形写像を利用しても良い。
 また、本実施例では、第2、第3描画図形54,55の変形は、三角形が合同になるように実行しているため、描画されるバケット8bの画像はモニタポイントで角張ったものとなるが、ステップS18において、任意のモニタポイントと第1特徴点FP1を含む点を通るスプライン曲線を利用し、スプライン曲線と第2、第3描画図形54,55の間の領域を塗りつぶすことで、図10に示すバケット8bの底面56(破線部)のように、滑らかに表現することも可能である。
 本発明の第3の実施例に係る油圧ショベル1について、図11~図14を用いて説明する。本実施例に係る油圧ショベル1は、作業具8として小割破砕機を備えている。
 第1の実施例との相違点は、図12(a)に示すように、作業具8としての小割破砕機8cが作業具フレーム(基部)57と作業具アーム(第1被駆動部)58とを有し、作業具フレーム57の内部に第1モニタポイントMP1を含み、作業具アーム58に第2モニタポイントMP2を含む点と、第2モニタポイントMP2が作業具フレーム57が含む構造上の第1特徴点FP1を中心に回転移動する点と、作業具8の描画図形を2つ含んでいる点である。
 作業具アーム58は、作業具フレーム57に第4リンクピン(第3連結ピン)59を介して回動可能に接続されており、第4シリンダ63により駆動される。つまり、第1特徴点FP1は第4リンクピン59の中心軸上の点である。作業具アーム58には、その姿勢を検出する第1姿勢検出装置としての第4回転角度センサ64が取り付けられている。第4回転角度センサ64は、例えばIMUであり、作業具アーム58に取り付けられ、第4リンクピン59周りの作業具アーム58の鉛直(重力)方向となす角を検出し、作業具フレーム57に対する作業具アーム58の角度を出力する。
 姿勢演算部40b(図3に示す)は、第1の実施例に加え、更に第4回転角度センサ64の角度信号と、記憶部41の角度変換パラメータを基に、作業具アーム58の作業具フレーム57に対する第4リンクピン59周りの角度θ4を演算する。
 作業具位置演算部40c(図3に示す)は、第1の実施例に加え、姿勢演算部40bで演算した角度θ4を基に、更に作業具アーム58が含む第2モニタポイントMP2と、作業具フレーム57が含む構造上の第1特徴点FP1の作業機動作平面(XZ平面)における位置とグローバル座標系における位置を演算する。
 描画演算部40d(図3に示す)は、第1の実施例と同様に、表示装置19の操作部37より設定される作業具の種類と寸法の情報と、作業具位置演算部40cの演算結果と、記憶部41の目標面情報および作業具描画情報を基に、ガイダンス画像を作成する。
 図11は、本実施例に係る表示コントローラ31の描画演算処理の一例を示すフローチャートである。表示コントローラ31は、油圧ショベル1に取り付けられた作業具8が2つのモニタポイントを有しかつ2つのモニタポイント間の距離が変化する作業具(例えば小割破砕機8c)である場合に、図11に示すフローチャートに従って目標面と作業具8の位置関係を示す側面画像(ガイダンス画像)を作成する。
 ステップS21において、第1の実施例おけるステップS1と同様に、記憶部41より目標面情報を読み込む。
 ステップS22において、ステップS21から得られる目標面図形48と、作業具位置演算部40cから得られる作業具位置とを用いて、画像上の座標系に配置する。
 画像上の座標系は表示部38の画面の大きさにより縦方向と横方向の最大値[pxmax,pymax]が規定されることから、作業具8の全体と目標面図形48を構成する少なくとも1つの線分が含まれるよう配置するため、縮尺Ksc1及びオフセットOP1を決定する。
 図12は、作業機動作平面(XZ平面)における第1モニタポイントMP1、第2モニタポイントMP2、第1特徴点FP1、第3リンクピン中心点LP3と、第3シリンダピン中心点CP3及び目標面図形48の各位置を基に、小割破砕機8cの描画図形と目標面図形48を画像上の座標系へ配置する方法の概略を示している。
 図12(a)に示すように、作業具フレーム57の先端に位置する点(作業機動作平面(XZ平面)に投影した作業具フレーム57の輪郭上に位置する点)を第1モニタポイントMP1とし、作業具アーム58の先端に位置する点(作業機動作平面(XZ平面)に投影した作業具アーム58の輪郭上に位置する点)を第2モニタポイントMP2とし、作業具アーム58を作業具フレーム57に回動可能に連結する第4リンクピン59の中心軸が作動機動作平面(XZ平面)と交差する点を第1特徴点FP1とする。
 目標面図形48から描画用の少なくとも1つの線分を抽出するため、目標面図形48を構成する全ての線分と点MP1の距離を演算し、目標面図形48の最も近い線分を最近傍線分TL1とし、最近傍線分内に含まれる第1の最近傍目標面点TP1を取得する。
 次に、点MP1、点MP2、点FP1、点LP3、点CP3、点TP1の6点から、作業機動作平面(XZ平面)のX軸の最大値、最小値PXmax、PXmin及びZ軸の最大値、最小値PZmax、PZminを取得する。
 図12(b)に示すように、取得した6点の最大値、最小値の中心が原点となるようオフセットOP1を式(1)で演算する。
 縮尺Ksc1は、画面の大きさの最大値[pxmax,pymax]を、作業機動作平面(XZ平面)における6点の最大値と最小値の差で割り、その最小値から得られる。縮尺Ksc1は式(2)で演算する。
 作業具位置と目標面図形48の作業機動作平面(XZ平面)上(ローカル座標系)における点MP1、点MP2、点FP1、点LP3、点CP3、点TP1を、式(3)により、画像上の座標系における点mp1、点mp2、点fp1、点lp3、点cp3、点tp1に変換する。
 ステップS23において、ステップS22において演算した画像上の座標系における作業具位置を示す点mp1、点lp3、点cp3の3点を用いて、表示装置19の操作部37より設定される作業具種類情報が小割破砕機8cであることに関連付けられた作業具描画情報が含む第1描画図形65を変形する処理を行う。
 作業具種類情報が小割破砕機8cであることに関連付けられた作業具描画情報は、小割破砕機8cの第1モニタポイントMP1と第3リンクピン中心点LP3と第3シリンダピン中心点CP3の3点を含む第1描画図形65の画像情報と、第1描画図形65上の座標系における第1モニタポイントMP1と第3リンクピン中心点LP3と第3シリンダピン中心点CP3の各位置を示す点mp1a、点lp3a、点cp3aの座標値とを含む。
 図13は、実際に取り付けられた小割破砕機8cの作業具寸法情報と小割破砕機8cを示す作業具描画情報を基に、小割破砕機8cの一部(作業具フレーム57)を表す第1描画図形65を変形する方法の一例を示している。
 第1描画図形65の変形処理の手法として、第1の実施例と同様に線形写像を用いる。線形写像は、式(4)で表される。
 第1描画図形65を変換する線形写像に用いる画像変形行列A1は、小割破砕機8cの作業具寸法情報と、第1描画図形65の座標における位置情報とから求めることができる。
 点lp3から点cp3を結ぶベクトルu1=[u1x,u1y]及び点lp3から点mp1を結ぶベクトルu2=[u2x,u2y]とし、点lp3aから点cp3aを結ぶベクトルv1=[v1x,v1y]及び点lp3aから点mp1aを結ぶベクトルv2=[v2x,v2y]とすると、画像変形行列A1は式(5)-(8)で表される。
 ただし、行列P1の逆行列P1-1が存在するのは、行列P1が正則であるときであり、例えば、正則でないときの判定として、行列P1の行列式が0である場合には、ステップS24へは進まずに、描画演算部40dの演算を終了する。
 行列P1が正則であり、行列P1の逆行列P1-1が存在するときは、式(8)で求まった画像変形行列A1を用いて、小割破砕機8cの第1描画図形65を変形させて第1変形後描画図形65a(図13(b)または図14に示す)を作成し、ステップS24へ進む。
 ステップS24において、ステップS22において演算した画像上の座標系における作業具位置を示す点mp2、点fp1の2点を用いて、表示装置19の操作部37より設定される作業具種類情報が小割破砕機8cであることに関連付けられた作業具描画情報が含む第2描画図形66を変形する処理を行う。
 作業具種類情報が小割破砕機8cであることに関連付けられた作業具描画情報は、小割破砕機8cの第2モニタポイントMP2と第1特徴点FP1の2点を含む第2描画図形66の画像情報と、第2描画図形66上の座標系における第2モニタポイントMP2と第1特徴点FP1の各位置を示す点mp2b、点fp1bの座標値とを含む。
 第2描画図形66の変形処理は、点mp2b、点fp1bを結ぶ線分の長さを点mp2、点fp1を結ぶ線分の長さで割り、その商により第2描画図形66に縦横比が一定になるように縮小または拡大して第2変形後描画図形66a(図14に示す)を作成する。
 ステップS25において、ステップS23、S24で得られた小割破砕機8cの第1、第2変形後描画図形65a,66aと、ステップS22から得られる描画画面上の作業具8と目標面図形48の配置とから、表示部38の画面に描画画像を作成する。
 図14は、小割破砕機8cを表す第1、第2変形後描画図形65a,66aを描画画像に配置した状態を示している。
 小割破砕機8cの第1変形後描画図形65aは、画像内に含まれる点mp1a、点lp3a、点cp3aの3点を、描画画像内に含まれる対応する作業具位置の点mp1、点lp3、点cp3の3点に一致させることで、描画画像に配置する。
 小割破砕機8cの第2変形後描画図形66aは、画像内に含まれる点mp2b、点fp1bの2点を、描画画像内に含まれる対応する作業具位置の点mp2、点fp1の2点に一致させることで、描画画像に配置する。
 目標面図形48の画像は、第1の実施例と同様に、画面に収まる範囲内で描画する。
 このように本実施例では、作業具8は、第1連結ポイントLP3、第2連結ポイントCP3および第1モニタポイントMP1を含む基部57と、基部57に第3連結ピン59を介して回動可能に取り付けられた第1被駆動部58とを有し、建設機械1は、第1被駆動部58の姿勢を検出する第1姿勢検出装置64を更に備え、作業具8の寸法情報は、第3連結ピン59の中心軸上に位置する第1特徴点FP1、および第1被駆動部58の先端に位置する第2モニタポイントMP2の位置情報を更に含み、作業具8の描画情報は、第1特徴点FP1および第2モニタポイントMP2を含む第1被駆動部58を表す第2描画図形66の画像情報を更に含み、作業具位置演算部40cは、作業具8の寸法情報と第1姿勢検出装置64で検出した第1被駆動部58の姿勢とを基に第1特徴点FP1および第2モニタポイントMP2の各座標値を演算し、描画演算部40dは、第2描画図形66における第1特徴点FP1と第2モニタポイントMP2とを結ぶ線分の長さが、表示装置19の画像上の座標系における第1特徴点FP1と第2モニタポイントMP2とを結ぶ線分の長さと一致するように、第2描画図形66を変形させて第2変形後描画図形66aを作成し、第2変形後描画図形66aにおける第1特徴点FP1および第2モニタポイントMP2の各位置が、画像上の座標系における第1特徴点FP1および第2モニタポイントMP2の各位置とそれぞれ一致するように、第2変形後描画図形66aを表示装置19の画面上に配置する。
 以上のように構成した本実施例に係る油圧ショベル1によれば、1つの被駆動部を有する作業具8(例えば小割破砕機8c)を表示装置19に違和感無く表示させることが可能となる。
 なお、本実施例では、作業具8として小割破砕機8cを例示しているが、第3リンクピン22と第3シリンダピン44とモニタポイントを少なくとも1つとを含む基部と、モニタポイントを少なくとも1つ含み、ある1点を中心に回動する被駆動部と、その駆動部を含む作業具8であれば限定されず、同じ構造の油圧カッターなどに置き換えても良い。
 また、本実施例では、作業具8の第3リンクピン22と第3シリンダピン44とモニタポイントを少なくとも1つとを含む基部の画像である第1描画図形65と、モニタポイントを少なくとも1つ含み、ある1点を中心に回動する被駆動部の画像である第2描画図形66とを描画しているが、例えばさらに油圧シリンダなどの駆動部を描画しても良い。
 本発明の第4の実施例に係る油圧ショベル1について、図15~図18を用いて説明する。本実施例に係る油圧ショベル1は、作業具8として大割破砕機を備えている。
 第1の実施例との相違点は、図16(a)に示すように、作業具8としての大割破砕機8dが1つの作業具フレーム(基部)67と、一対の第1、第2作業具アーム(第1、第2被駆動部)68,69とを有し、作業具フレーム67の内部に第1モニタポイントMP1を含み、第1、第2作業具アーム68、69が第2、第3モニタポイントMP2,MP3をそれぞれ含む点と、第2モニタポイントMP2が作業具フレーム67が含む構造上の第1特徴点FP1を中心に回転移動し、第3モニタポイントMP3が作業具フレーム67が含む構造上の第2特徴点FP2を中心に回転移動する点と、作業具8の描画に使用する描画図形を3つ含んでいる点である。
 第1作業具アーム68は、作業具フレーム67に第4リンクピン75を介して回動可能に接続されており、第4シリンダ76により駆動される。同様に、第2作業具アーム69は、作業具フレーム67に第5リンクピン(第4連結ピン)77を介して回動可能に接続されており、第5シリンダ78により駆動される。つまり、第1特徴点FP1は第4リンクピン75の中心軸上の点であり、第2特徴点FP2は第5リンクピン77の中心軸上の点である。第1、第2作業具アーム68,69には、それぞれの姿勢を検出する第1、第2姿勢検出装置としての第4、第5回転角度センサ79,80が取り付けられている。第4、第5回転角度センサ79,80は、例えばIMUであり、それぞれ第1、第2作業具アーム68,69に取り付けられ、第4、第5リンクピン75,77周りの第1、第2作業具アーム68,69の鉛直(重力)方向となす角を検出し、それぞれ作業具フレーム67に対する第1作業具アーム68の角度、作業具フレーム67に対する第2作業具アーム69の角度を出力する。
 姿勢演算部40b(図3に示す)は、第1の実施例に加え、更に第4、第5回転角度センサ79,80の角度信号と、記憶部41の角度変換パラメータを基に、第1、第2作業具アーム68,69の作業具フレーム67に対する第4、第5リンクピン75,77周りの角度θ4,θ5を演算する。
 作業具位置演算部40c(図3に示す)は、第1の実施例に加え、姿勢演算部40bで演算した角度θ4,θ5を基に、更に第1、第2作業具アーム68,69が含む第2、第3モニタポイントMP2,MP3、作業具フレーム67が含む構造上の第1、第2特徴点FP1,FP2の作業機動作平面(XZ平面)における位置とグローバル座標系における位置を演算する。
 描画演算部40d(図3に示す)は、第1の実施例と同様に、表示装置19の操作部37より設定される作業具の種類と寸法の情報と、作業具位置演算部40cの演算結果と、記憶部41の目標面情報および作業具描画情報とを基に、ガイダンス画像を作成する。
 図15は、本実施例に係る表示コントローラ31の描画演算処理の一例を示すフローチャートである。表示コントローラ31は、油圧ショベル1に取り付けられた作業具8が3つのモニタポイントを有しかつ各モニタポイント間の距離が変化する作業具(例えば大割破砕機8d)である場合に、図15に示すフローチャートに従って目標面と作業具8の位置関係を示す側面画像(ガイダンス画像)を作成する。
 ステップS31において、第1の実施例おけるステップS1と同様に、記憶部41より目標面情報を読み込む。
 ステップS32において、ステップS31から得られる目標面図形48と、作業具位置演算部40cから得られる作業具位置とを用いて、画像上の座標系に配置する。
 画像上の座標系は表示部38の画面の大きさにより縦方向と横方向の最大値[pxmax,pymax]が規定されることから、作業具8の全体と目標面図形48を構成する少なくとも1つの線分が含まれるよう配置するため、縮尺Ksc1及びオフセットOP1を決定する。
 図16は、作業機動作平面(XZ平面)における第1-3モニタポイントMP1-MP3、第1、第2特徴点FP1,FP2、第3リンクピン中心点LP3、第3シリンダピン中心点CP3及び目標面図形48の各位置を基に、大割破砕機8dの描画図形と目標面図形48を画像上の座標系へ配置する方法の概略を示している。
 図16(a)に示すように、作業具フレーム67の先端に位置する点(作業機動作平面(XZ平面)に投影した作業具フレーム67の輪郭上に位置する点)を第1モニタポイントMP1とし、第1、第2作業具アーム68,69の各先端に位置する点(作業機動作平面(XZ平面)に投影した第1、第2作業具アーム68,69の各輪郭上に位置する点)を第2、第3モニタポイントMP2,MP3とし、第1作業具アーム68を作業具フレーム67に回動可能に連結する第4リンクピン75の中心軸が作動機動作平面(XZ平面)と交差する点を第1特徴点FP1とし、第2作業具アーム69を作業具フレーム67に回動可能に連結する第5リンクピン77の中心軸が作動機動作平面(XZ平面)と交差する点を第2特徴点FP2とする。
 目標面図形48から描画用の少なくとも1つの線分を抽出するため、目標面図形48を構成する全ての線分と点MP1、点MP2、点MP3の各距離を演算し、目標面図形48の最も近い線分を最近傍線分TL1とし、最近傍線分内に含まれる第1の最近傍目標面点TP1を取得する。
 次に、点MP1、点MP2、点MP3、点FP1、点FP2、点LP3、点CP3、点TP1の8点から、作業機動作平面(XZ平面)のX軸の最大値、最小値PXmax、PXmin及びZ軸の最大値、最小値PZmax、PZminを取得する。
 図16(b)に示すように、取得した8点の最大値、最小値の中心が原点となるようオフセットOP1を式(1)で演算する。
 縮尺Ksc1は、画面の大きさの最大値[pxmax,pymax]を、作業機動作平面(XZ平面)における8点の最大値と最小値の差で割り、その最小値から得られる。縮尺Ksc1は式(2)で演算する。
 作業具位置と目標面図形48の作業機動作平面(XZ平面)上(ローカル座標系)における点MP1、点MP2、点MP3、点FP1、点FP2、点LP3、点CP3、点TP1を、式(3)により、画像上の座標系における点mp1、点mp2、点mp3、点fp1、点fp2、点lp3、点cp3、点tp1にそれぞれ変換する。
 ステップS33において、ステップS32において演算した画像上の座標系における作業具位置を示す点mp1、点lp3、点cp3の3点を用いて、表示装置19の操作部37より設定される作業具種類情報が大割破砕機8dであることに関連付けられた作業具描画情報が含む第1描画図形81を変形する処理を行う。
 作業具種類情報が大割破砕機8dであることに関連付けられた作業具描画情報は、第1モニタポイントMP1、第3リンクピン中心点LP3および第3シリンダピン中心点CP3を含む大割破砕機8dの一部を表す第1描画図形81の画像情報と、第1描画図形81上の座標系における第1モニタポイントMP1、第3リンクピン中心点LP3、第3シリンダピン中心点CP3の各位置を示す点mp1a、点lp3a、点cp3aの座標値とを含む。
 図17は、実際に取り付けられた大割破砕機8dの作業具寸法情報と大割破砕機8dを示す作業具描画情報を基に、大割破砕機8dの一部(作業具フレーム67)を表す第1描画図形81を変形する方法の一例を示している。
 第1描画図形81の変形処理の手法として、第1の実施例と同様に線形写像を用いる。線形写像は、式(4)で表される。
 第1描画図形81を変換する線形写像に用いる画像変形行列A1は、大割破砕機8dの作業具寸法情報と、第1描画図形81の座標における位置情報とから求めることができる。
 点lp3から点cp3を結ぶベクトルu1=[u1x,u1y]及び点lp3から点mp1を結ぶベクトルu2=[u2x,u2y]とし、点lp3aから点cp3aを結ぶベクトルv1=[v1x,v1y]及び点lp3aから点mp1aを結ぶベクトルv2=[v2x,v2y]とすると、画像変形行列A1は式(5)-(8)で表される。
 ただし、行列P1の逆行列P1-1が存在するのは、行列P1が正則であるときであり、例えば、正則でないときの判定として、行列P1の行列式が0である場合には、ステップS34へは進まずに、描画演算部40dの演算を終了する。
 行列P1が正則であり、行列P1の逆行列P1-1が存在するときは、式(8)で求まった画像変形行列A1を用いて、大割破砕機8dの第1描画図形81を変形させて第1変形後描画図形81a(図17(b)または図18に示す)を作成し、ステップS34へ進む。
 ステップS34において、ステップS32において演算した画像上の座標系における作業具位置を示す点mp2、点fp1の2点を用いて、表示装置19の操作部37より設定される作業具種類情報が大割破砕機8dであることに関連付けられた作業具描画情報が含む第2描画図形82を変形する処理を行う。
 作業具種類情報が大割破砕機8dであることに関連付けられた作業具描画情報は、大割破砕機8dの第2モニタポイントMP2と第1特徴点FP1の2点を含む第2描画図形82の画像情報と、第2描画図形82上の座標系における第2モニタポイントMP2と第1特徴点FP1の各位置を示す点mp2b、点fp1bの座標値とを含む。
 第2描画図形82の変形処理は、点mp2b、点fp1bを結ぶ線分の長さを点mp2、点fp1を結ぶ線分の長さで割り、その商により第2描画図形82に縦横比が一定になるように縮小、または、拡大することで行う。
 ステップS35において、ステップS32において演算した画像上の座標系における作業具位置を示す点mp3、点fp2の2点を用いて、表示装置19の操作部37より設定される作業具種類情報が大割破砕機8dであることに関連付けられた作業具描画情報が含む第3描画図形83を変形する処理を行う。
 作業具種類情報が大割破砕機8dであることに関連付けられた作業具描画情報は、大割破砕機8dの第3モニタポイントMP3と第2特徴点FP2の2点を含む第3描画図形83の画像情報と、第3描画図形83上の座標系における第3モニタポイントMP3、第2特徴点FP2の各位置を示す点mp3c、点fp2cの座標値とを含む。
 第3描画図形83の変形処理は、点mp3c、点fp2cを結ぶ線分の長さを点mp3、点fp2を結ぶ線分の長さで割り、その商により第3描画図形83に縦横比が一定になるように縮小、または、拡大することで行う。
 ステップS36において、ステップS33,S34,S35で得られた大割破砕機8dの第1-3変形後描画図形81a-83aと、ステップS32から得られる描画画面上の作業具8と目標面図形48の配置とから、表示部38の画面に描画画像を作成する。
 図18は、大割破砕機8dを表す第1-3変形後描画図形81a-83aを描画画像に配置した状態を示している。
 大割破砕機8dの第1変形後描画図形81aは、画像内に含まれる点mp1a、点lp3a、点cp3a(図17(a)に示す)の3点を、描画画像内に含まれる対応する作業具位置の点mp1、点lp3、点cp3(図17(a)に示す)の3点に一致させることで、描画画像に配置する。
 大割破砕機8dの第2変形後描画図形82aは、描画図形内に含まれる点mp2b、点fp1bの2点を、描画画像内に含まれる対応する作業具位置の点mp2、点fp1の2点に一致させることで、描画画像に配置する。
 大割破砕機8dの第3変形後描画図形83aは、描画図形内に含まれる点mp3c、点fp2cの2点を、描画画像内に含まれる対応する作業具位置の点mp3、点fp2の2点に一致させることで、描画画像に配置する。
 目標面図形48の画像は、第1の実施例と同様に、画面に収まる範囲内で描画する。
 このように本実施例では、作業具8は、基部67に第4連結ピン77を介して回動可能に取り付けられた第2被駆動部69を更に有し、建設機械1は、第2被駆動部69の姿勢を検出する第2姿勢検出装置80を更に備え、作業具8の寸法情報は、第4連結ピン77の中心軸上に位置する第2特徴点FP2、および第2被駆動部69の先端に位置する第3モニタポイントMP3の位置情報を更に含み、作業具8の描画情報は、第2特徴点FP2および第3モニタポイントMP3を含む第2被駆動部69を表す第3描画図形83の画像情報を更に含み、作業具位置演算部40cは、作業具8の寸法情報と第2姿勢検出装置80で検出した第2被駆動部69の姿勢とを基に第1特徴点FP1および第3モニタポイントMP3の各座標値を演算し、描画演算部40dは、描画図形における第2特徴点FP2と第3モニタポイントMP3とを結ぶ線分の長さが、表示装置19の画像上の座標系における第2特徴点FP2と第3モニタポイントMP3とを結ぶ線分の長さと一致するように、第3描画図形83を変形させて第3変形後描画図形83aを作成し、第3変形後描画図形83aにおける第2特徴点FP2および第3モニタポイントMP3の各位置が、画像上の座標系における第2特徴点FP2および第3モニタポイントMP3の各位置とそれぞれ一致するように、第3変形後描画図形83aを表示装置19の画面上に配置する。
 以上のように構成した本実施例に係る油圧ショベル1によれば、2つの被駆動部を有する作業具8(例えば大割破砕機8d)を表示装置19に違和感無く表示させることが可能となる。
 なお、本実施例では、作業具8として大割破砕機8dを例示しているが、第3リンクピン22と第3シリンダピン44とモニタポイントを少なくとも1つ含む基部と、モニタポイントを少なくとも1つ含み、ある1点を中心に回動する2つの被駆動部と、その駆動部を含む作業具8であれば限定されず、グラップルなどに置き換えても良い。
 また、本実施例では、作業具8の第3リンクピン22と第3シリンダピン44とモニタポイントを少なくとも1つ含む基部の画像である第1描画図形81と、モニタポイントを少なくとも1つ含み、ある1点を中心に回動する2つの被駆動部の画像である第2、第3描画図形82,83を描画しているが、例えば油圧シリンダなどの駆動部を描画しても良い。
 本発明の第5の実施例に係る油圧ショベル1について、図19~図21を用いて説明する。本実施例に係る油圧ショベル1は、第2の実施例と同様に、作業具8としてバケットを備えている。
 第2の実施例では、作業具8の内部に第1モニタポイントMP1とは異なる少なくとも1つのモニタポイントの設定方法について省略したが、本実施例において、第1モニタポイントMP1とは異なる少なくとも1つのモニタポイントの容易な設定方法を説明する。
 図19は、本実施例に係る表示コントローラ31の演算部40の構成を示すブロック図である。
 図19に示すように、表示コントローラ31の演算部40は、モニタポイント設定演算部40eをさらに有する。
 モニタポイント設定演算部40eは、表示装置19の操作部37より設定される作業具の種類とブーム6、アーム7、作業具8の第1モニタポイントMP1に関する寸法の情報、例えば第3リンクピン中心点LP3から第1モニタポイントMP1までの長さLmp1など、さらに作業具位置演算部40cの演算結果とを基に、第1モニタポイントMP1と異なる少なくとも1つのモニタポイントの寸法の情報を設定する。
 図20は、本実施例に係る表示コントローラ31のモニタポイント設定演算処理の一例を示すフローチャートである。表示コントローラ31は、油圧ショベル1に取り付けられた作業具8が複数のモニタポイントを有し、その内の1つのモニタポイント(第1モニタポイントMP1)の寸法情報が設定済みでかつその他のモニタポイントの寸法情報が未設定である場合に、図20に示すフローチャートに従って未設定のモニタポイントの寸法情報を設定する。
 ステップS41において、操作部37よりモニタポイントの設定演算処理を開始する信号を受けて、第1モニタポイントMP1を作業具8が接触しても移動しない固定の目印86に触れさせるよう表示部38に表示する。
 ステップS42において、操作部37より第1モニタポイントMP1と目印86が接触していることをオペレータが確認したことを示す信号を受けて、作業具位置演算部40cは第1モニタポイントMP1の作業機動作平面(XZ平面)における位置を演算し、第1モニタポイントMP1に接触する目印86の位置[Xmp1a,Zmp1a]を記憶部41に記憶し、以降の操作で、原点である第1リンクピン20の中心と目印86の位置関係に変動がないよう、モニタポイントの設定演算処理が終了するまで作業機3以外を動かさないようにする警告を表示部38に表示する。
 ステップS43において、第1モニタポイントMP1とは異なる少なくとも1つのモニタポイント、第kモニタポイント(kの初期値は2)の設定処理を開始する。
 車体操作装置18の操作量検出部の監視を開始し、旋回モータ13、または走行モータ16a,16bを駆動させる操作を検出した場合には、モニタポイントを設定することなく、処理を終了する。
 操作部37よりモニタポイントの設定を完了したことを示す信号を受けた場合は、設定したモニタポイントを記憶部41に記憶し、処理を終了する。
 上記以外の場合は処理を継続する。
 ステップS44において、第kモニタポイント、ここでは第2モニタポイントMP2として設定する作業具8の内部の点を目印86に触れさせるよう表示部38に表示する。
 ステップS45において、操作部37より第2モニタポイントMP2と目印86が接触していることをオペレータが確認したことを示す信号を受けて、作業具位置演算部40cは第3リンクピン中心点LP3と第1モニタポイントMP1の作業機動作平面(XZ平面)における位置を演算し、第3リンクピン中心点LP3の位置[Xlp3b,Zlp3b]と第1モニタポイントMP1の位置[Xmp1b,Zmp1b]を記憶部41に記憶する。
 ステップS46において、ステップS42で記憶した目印86の位置と、ステップS45で記憶した第3リンクピンLP3と第1モニタポイントMP1の位置とから、第2モニタポイントMP2の作業具8の内部における位置を演算する。
 図21は、第1モニタポイントMP1の位置を固定の目印86の位置に合わせたときの作業具8を破線で、第2モニタポイントMP2の位置を目印86の位置に合わせたときの作業具8を実線で示している。
 モニタポイント設定演算部40eは、第3リンクピン中心点LP3から第1モニタポイントMP1を結ぶベクトルをw1、第3リンクピン中心点CP3から第2モニタポイントMP2を結ぶベクトルをw2としたとき、第2モニタポイントMP2の作業具8の内部における位置を、ベクトルw2の長さLmp2とベクトルw1とw2のなす角度θmp2として演算する。
 ベクトルw2の長さLmp2は以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 また、ベクトルw1とw2のなす角度θmp2は内積を用いた以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 ステップS47において、操作部37よりモニタポイントの設定をさらに行うか、または、モニタポイントの設定を完了したことを示す信号を入力するように、表示部38に表示し、操作部37の入力待ちを行う。モニタポイントの設定をさらに行う場合、kの数値を1増やす。
 本実施例では、第3モニタポイントMP3を設定するためにここでは、モニタポイントの設定をさらに行う信号を入力する。
 第3モニタポイントMP3の設定処理も第2モニタポイントMP2の設定処理と同様に行う。
 ステップS45において、操作部37より第3モニタポイントMP3と目印86が接触していることをオペレータが確認したことを示す信号を受けて、作業具位置演算部40cは第3リンクピン22と第1モニタポイントMP1の作業機動作平面(XZ平面)における位置を演算し、第3リンクピン中心点LP3の位置[Xlp3c,Zlp3c]と第1モニタポイントMP1の位置[Xmp1c,Zmp1c]を記憶部41に記憶する。
 ステップS46において、ステップS42で記憶した目印86の位置と、第3モニタポイントMP3の設定処理におけるステップS45で記憶した第3リンクピン中心点LP3と第1モニタポイントMP1の位置とから、第3モニタポイントMP3の作業具8の内部における位置を演算する。
 モニタポイント設定演算部40eは、第3リンクピン中心点LP3から第1モニタポイントMP1を結ぶベクトルをw1、第3リンクピン中心点LP3から第3モニタポイントMP3を結ぶベクトルをw3としたとき、第3モニタポイントMP3の作業具8の内部における位置を、ベクトルw3の長さLmp3とベクトルw1とw3のなす角度θmp3として演算する。
 ベクトルw3の長さLmp3は以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 また、ベクトルw1とw3のなす角度θmp3は内積を用いた以下の式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 ステップS47において、第3モニタポイントMP3の設定が完了した後にモニタポイントの設定を了したことを示す信号を入力し、設定処理を終了する。
 このように本実施例では、作業具位置演算部40cは、寸法情報が設定されている第1モニタポイントMP1の位置を固定の目印86の位置に合わせた状態で固定の目印86の座標値を演算し、表示コントローラ31は、作業具8上の寸法情報が設定されていない未設定モニタポイントMP2,MP3の位置を固定の目印86の位置に合わせた状態で、第1連結ポイントLP3から第1モニタポイントMP1を結ぶ第1ベクトルw1と第1連結ポイントLP3から固定の目印86を結ぶ第2ベクトルw2,w3とのなす角度および第2ベクトルw2,w3の長さを演算し、未設定モニタポイントMP2,MP3の寸法情報として設定するモニタポイント設定演算部40eを更に有する。
 以上のように構成した本実施例に係る油圧ショベル1によれば、寸法情報が設定されている第1モニタポイントMP1の位置を固定の目印86に合わせた状態で固定の目印86の座標値を演算し、寸法情報が設定されていない第2、第3モニタポイントMP2,MP3(未設定モニタポイント)の位置を固定の目印86に合わせた状態で、第3リンクピン中心点(第1連結ポイント)LP3から第1モニタポイントMP1を結ぶベクトルw1(第1ベクトル)と第3リンクピン中心点LP3から固定の目印86を結ぶベクトルw2,w3(第2ベクトル)とのなす角度およびベクトルw2,w3の長さを演算することにより、第2、第3モニタポイントMP2,MP3の寸法情報を設定することが可能である
 なお、本実施例では、作業具位置演算部40cは作業機動作平面(XZ平面)における位置を演算し、表示部38に原点である第1リンクピン20の中心と目印86の位置関係に変動がないよう、モニタポイントの設定演算処理が終了するまで作業機3以外を動かさないようにする警告を表示しているが、補正情報受信機36、アンテナ23a,23bを含む油圧ショベル1であれば、作業具位置演算部40cが演算するグローバル座標系における位置をモニタポイント設定演算部40eが利用することで、原点である第1リンクピン20の中心の位置の移動も把握できるため、作業機3以外の操作が行われてもモニタポイントの設定演算処理ができる。
 以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記の実施例では、ブーム6、アーム7、作業具8の回転角度をIMUで検出しているが、例えば第1-3シリンダ9-11にシリンダストローク長を計測するリニアエンコーダを搭載し、シリンダの伸縮した長さと記憶部41が記憶する車体寸法パラメータとからリンク計算により、ブーム6、アーム7、作業具8の回転角度を求めても良い。
 また、上記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。さらに、ある実施例の構成に他の実施例の構成の一部を加えることも可能であり、ある実施例の構成の一部を削除し、あるいは、他の実施例の一部と置き換えることも可能である。
 1…油圧ショベル(建設機械)、2…車両本体、3…作業機、4…上部旋回体、5…下部走行体、6…ブーム、7…アーム、8…作業具、8a…油圧ブレーカ、8b…バケット、8c…小割破砕機、8d…大割破砕機、9…第1シリンダ、10…第2シリンダ、11…第3シリンダ、12…運転室、13…旋回モータ、14…油圧制御装置、15a…履帯、15b…履帯、15c…表示制御部、16a…走行モータ、16b…走行モータ、17…旋回輪、18…車体操作装置、19…表示装置、20…第1リンクピン、21…第2リンクピン、22…第3リンクピン(第1連結ピン)、23…アンテナ、23a,23b…アンテナ、24…車体制御システム、25…表示システム、26…車体制御コントローラ、27…操作部材、28…操作量検出部、29…入出力部、30…演算部、31…表示コントローラ、32…車体傾斜角センサ、33…第1回転角度センサ、34…第2回転角度センサ、35…第3回転角度センサ、36…補正情報受信機、37…操作部、38…表示部、39…入出力部、40…演算部、40a…グローバル位置演算部、40b…姿勢演算部、40c…作業具位置演算部、40d…描画演算部、41…記憶部、42…第1シリンダピン、43…第2シリンダピン、44…第3シリンダピン(第2連結ピン)、48…目標面図形、49…第1描画図形、49a…第1変形後描画図形、53…第1描画図形、53a…第1変形後描画図形、54…第2描画図形、54a…第2変形後描画図形、55…第3描画図形、55a…第3変形後描画図形、56…底面、57…作業具フレーム(基部)、58…作業具アーム、59…第4リンクピン(第3連結ピン)、63…第4シリンダ、64…第4回転角度センサ(第1姿勢検出装置)、65…第1描画図形、65a…第1変形後描画図形、66…第2描画図形、66a…第2変形後描画図形、67…作業具フレーム(基部)、68…第1作業具アーム(第1被駆動部)、69…第2作業具アーム(第2被駆動部)、75…第4リンクピン(第3連結ピン)、76…第4シリンダ、77…第5リンクピン(第4連結ピン)、78…第5シリンダ、79…第4回転角度センサ(第1姿勢検出装置)、80…第5回転角度センサ(第2姿勢検出装置)、81…第1描画図形、81a…第1変形後描画図形、82…第2描画図形、82a…第2変形後描画図形、83…第3描画図形、83a…第3変形後描画図形、86…目印、90…外部記憶装置、CP3…第3シリンダピン中心点(第2連結ポイント)、FP1…第1特徴点、FP2…第2特徴点、LP3…第3リンクピン中心点(第1連結ポイント)、MP1…第1モニタポイント、MP2…第2モニタポイント(未設定モニタポイント)、MP3…第3モニタポイント(未設定モニタポイント)、OP1…オフセット、w1…第1ベクトル、w2,w3…第2ベクトル。

Claims (7)

  1.  第1連結ピンおよび第2連結ピンを介して回動可能に取り付けられた作業具を有する作業機と、
     前記作業具の描画情報および寸法情報を基に前記作業具の側面を表す描画図形を作成しかつ目標面情報を基に目標面を表す目標面図形を作成する表示コントローラと、
     前記描画図形および前記目標面図形を表示する表示装置とを備えた建設機械において、
     前記作業具の寸法情報は、前記第1連結ピンの中心軸上に位置する第1連結ポイント、前記第2連結ピンの中心軸上に位置する第2連結ポイント、および前記作業機の動作平面に投影した前記作業具の輪郭上に位置する第1モニタポイントの位置情報を含み、
     前記作業具の描画情報は、前記第1連結ポイント、前記第2連結ポイントおよび前記第1モニタポイントを含む前記作業具の少なくとも一部を表す第1描画図形の画像情報を含み、
     前記表示コントローラは、
     前記作業機の姿勢を演算し、
     前記作業機の姿勢情報および前記作業具の寸法情報を基に、前記表示装置の画像上の座標系における前記第1連結ポイント、前記第2連結ポイントおよび前記第1モニタポイントの各座標値を演算し、
     前記第1描画図形における前記第1連結ポイント、前記第2連結ポイントおよび前記第1モニタポイントを頂点とする三角形が、前記表示装置の画像上の座標系における前記第1連結ポイント、前記第2連結ポイントおよび前記第1モニタポイントを頂点とする三角形と合同になるように、前記第1描画図形を変形させて第1変形後描画図形を作成し、
     前記第1変形後描画図形における前記第1連結ポイント、前記第2連結ポイントおよび前記第1モニタポイントの各位置が、前記表示装置の画像上の座標系における前記第1連結ポイント、前記第2連結ポイントおよび前記第1モニタポイントの各位置とそれぞれ一致するように、前記第1変形後描画図形を前記表示装置の画面上に配置する
     ことを特徴とする建設機械。
  2.  請求項1に記載の建設機械において、
     前記作業具はバケットであり、
     前記第1モニタポイントは前記バケットの先端に位置し、
     前記作業具の寸法情報は、前記第1モニタポイント、前記バケットの背面上の位置にある第2モニタポイント、および前記バケットの背面上の他の位置にある第1特徴点の位置情報を更に含み、
     前記作業具の描画情報は、前記第1モニタポイント、前記第2モニタポイントおよび前記第1特徴点を含む前記作業具の一部を表す第2描画図形の画像情報を更に含み、
     前記表示コントローラは、
     前記作業具の寸法情報を基に、前記第2モニタポイントおよび前記第1特徴点の各座標値を演算し、
     前記第2描画図形における前記第1モニタポイント、前記第2モニタポイントおよび前記第1特徴点を頂点とする三角形が、前記表示装置の画像上の座標系における前記第1モニタポイント、前記第2モニタポイントおよび前記第1特徴点を頂点とする三角形と合同になるように、前記第2描画図形を変形させて第2変形後描画図形を作成し、
     前記第2描画図形における前記第1モニタポイント、前記第2モニタポイントおよび前記第1特徴点の各位置が、前記表示装置の画像上の座標系における前記第1モニタポイント、前記第2モニタポイントおよび前記第1特徴点の各位置とそれぞれ一致するように、前記第2変形後描画図形を前記表示装置の画面上に配置する
     ことを特徴とする建設機械。
  3.  請求項2に記載の建設機械において、
     前記作業具の寸法情報は、前記第2モニタポイント、前記第1特徴点、および前記バケットの背面上の位置にある第3モニタポイントの位置情報を更に含み、
     前記作業具の描画情報は、前記第2モニタポイント、前記第3モニタポイントおよび前記第1特徴点を含む前記作業具の一部を表す第3描画図形の画像情報を更に含み、
     前記表示コントローラは、
     前記作業具の寸法情報を基に、前記第3モニタポイントの座標値を演算し、
     前記第3描画図形における前記第2モニタポイント、前記第3モニタポイントおよび前記第1特徴点を頂点とする三角形が、前記表示装置の画像上の座標系における前記第2モニタポイント、前記第3モニタポイントおよび前記第1特徴点を頂点する三角形と合同になるように、前記第3描画図形を変形させて第3変形後描画図形を作成し、
     前記第3変形後描画図形における前記第2モニタポイント、前記第3モニタポイントおよび前記第1特徴点の各位置が、前記表示装置の画像上の座標系における前記第2モニタポイント、前記第3モニタポイントおよび前記第1特徴点の各位置とそれぞれ一致するように前記第3変形後描画図形を前記表示装置の画面上に配置する
     ことを特徴とする建設機械。
  4.  請求項1に記載の建設機械において、
     前記作業具は、前記第1連結ポイント、前記第2連結ポイントおよび前記第1モニタポイントを含む基部と、前記基部に第3連結ピンを介して回動可能に取り付けられた第1被駆動部とを有し、
     前記建設機械は、前記第1被駆動部の姿勢を検出する第1姿勢検出装置を更に備え、
     前記作業具の寸法情報は、前記第3連結ピンの中心軸上に位置する第1特徴点、および前記第1被駆動部の先端に位置する第2モニタポイントの位置情報を更に含み、
     前記作業具の描画情報は、前記第1特徴点および前記第2モニタポイントを含む前記第1被駆動部を表す第2描画図形の画像情報を更に含み、
     前記表示コントローラは、
     前記作業具の寸法情報と前記第1姿勢検出装置で検出した前記第1被駆動部の姿勢とを基に前記第1特徴点および前記第2モニタポイントの各座標値を演算し、
     前記第2描画図形における前記第1特徴点と前記第2モニタポイントとを結ぶ線分の長さが、前記表示装置の画像上の座標系における前記第1特徴点と前記第2モニタポイントとを結ぶ線分の長さと一致するように、前記第2描画図形を変形させて第2変形後描画図形を作成し、
     前記第2変形後描画図形における前記第1特徴点および前記第2モニタポイントの各位置が、前記画像上の座標系における前記第1特徴点および前記第2モニタポイントの各位置とそれぞれ一致するように、前記第2変形後描画図形を前記表示装置の画面上に配置する
     ことを特徴とする建設機械。
  5.  請求項4に記載の建設機械において、
     前記作業具は、前記基部に第4連結ピンを介して回動可能に取り付けられた第2被駆動部を更に有し、
     前記建設機械は、前記第2被駆動部の姿勢を検出する第2姿勢検出装置を更に備え、
     前記作業具の寸法情報は、前記第4連結ピンの中心軸上に位置する第2特徴点、および前記第2被駆動部の先端に位置する第3モニタポイントの位置情報を更に含み、
     前記作業具の描画情報は、前記第2特徴点および前記第3モニタポイントを含む前記第2被駆動部を表す第3描画図形の画像情報を更に含み、
     前記表示コントローラは、
     前記作業具の寸法情報と前記第2姿勢検出装置で検出した前記第2被駆動部の姿勢とを基に前記第1特徴点および前記第3モニタポイントの各座標値を演算し、
     前記描画図形における前記第2特徴点と前記第3モニタポイントとを結ぶ線分の長さが、前記表示装置の画像上の座標系における前記第2特徴点と前記第3モニタポイントとを結ぶ線分の長さと一致するように、前記第3描画図形を変形させて第3変形後描画図形を作成し、
     前記第3変形後描画図形における前記第2特徴点および前記第3モニタポイントの各位置が、前記画像上の座標系における前記第2特徴点および前記第3モニタポイントの各位置とそれぞれ一致するように、前記第3変形後描画図形を前記表示装置の画面上に配置する
     ことを特徴とする建設機械。
  6.  請求項1に記載の建設機械において、
     前記表示コントローラは、
     寸法情報が設定されている前記第1モニタポイントの位置を固定の目印の位置に合わせた状態で前記固定の目印の座標値を演算し、
     前記作業具上の寸法情報が設定されていない未設定モニタポイントの位置を前記固定の目印の位置に合わせた状態で、前記第1連結ポイントから前記第1モニタポイントを結ぶ第1ベクトルと前記第1連結ポイントから前記固定の目印を結ぶ第2ベクトルとのなす角度および前記第2ベクトルの長さを演算し、前記未設定モニタポイントの寸法情報として設定する
     ことを特徴とする建設機械。
  7.  請求項1に記載の建設機械において、
     前記表示コントローラは、
     外部記憶装置と接続可能であり、
     前記外部記憶装置に記憶された前記作業具の描画情報および寸法情報を記憶することが可能である
     ことを特徴とする建設機械。
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