JP6633052B2 - ショベル - Google Patents

Description

本発明は、マシンガイダンス機能を有するショベルに関する。

建設機械としてのショベルの操作者には、アタッチメントによる掘削などの作業を効率的且つ正確に行うために、熟練した操作技術が要求される。そこで、ショベルの操作経験が少ない操作者でも作業を効率的且つ正確に行うことができるように、ショベルの操作をガイドする機能（マシンガイダンスと称する）が設けられたショベルがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１４８８９３号公報

マシンガイダンス機能を有するショベルでは、運転席の斜め前方に設置された表示装置の画面上に作業状態などの情報を表示することが多い。ショベルの操作者は、表示装置に表示される情報を視認することで、ショベルによる作業状態を確認することができる。

表示装置は操作者の前方の視界で邪魔にならないよう、その大きさは制限される。したがって、表示装置に表示される画像も小さく、操作者は表示装置の画面を注視しなければ欲しい情報を得られないことがある。

また、ショベルの操作者は、通常、運転席の前方に位置するバケットの爪先や掘削場所を見ながら作業を行うため、作業中に表示装置を長時間見ることはできない。例えば、ショベルの操作者が作業中に表示装置を見たとしても、表示装置を見ている時間は極短時間であり、その時間内に表示装置に表示された画像から所望の情報を認識することは難しい場合が多い。

そこで、操作者が表示装置に表示された画像を短時間見るだけで、あるいは、表示画面に意識を集中しなくても、作業状態に関する情報を操作者に通報することのできる表示装置を有するショベルを提供することを目的とする。

ある実施形態によれば、作業を行うアタッチメントと、該アタッチメントの操作をガイダンスするガイダンス装置と、前記アタッチメントによる作業に関する情報とカメラ画像とが表示される表示装置とを有するショベルであって、前記アタッチメントは、バケットを含み、前記ガイダンス装置は、前記バケットの位置と前記作業の基準となる目標面との間の距離に応じて表示される前記バケットを正面から見た画像と前記バケットを含む前記ショベルの一部を側面から見た画像、及び、前記カメラ画像とは異なる表示領域において、実際の作業における前記アタッチメントの位置と前記目標面との間の距離に応じて、前記表示装置の表示画面における前記アタッチメントの位置と前記目標面との間の距離を示す画像の周囲の一部領域又は全体領域の色を変化させる、ショベルが提供される。

開示した実施形態によれば、ショベルの操作者は、表示装置に意識を集中しなくても、表示装置で通報しようとしている情報を作業中に確実に認識することができる。

本発明の一実施形態によるショベルの側面図である。 ショベルのコントローラと画像表示装置との接続を示すブロック図である。 コントローラ及びマシンガイダンス装置の機能構成を示すブロック図である。 ショベルによる法面掘削作業を示す図である。 キャビン内の運転席からショベルの前方を見た図である。 図５に示すような法面掘削作業を行なっているときの、画像表示部上の表示を示す図である。 図６に示す画像表示部上の表示例において、バケットが目標面に近づいたときの表示例を示す図である。 図６に示す表示領域の変形例が表示された画像表示部上の表示を示す図である。 図８に示す表示領域の形状が変化した画像表示部上の表示を示す図である。 図８に示す表示領域の形状（大きさ）が変化した画像表示部上の表示を示す図である。 図１０に示す表示領域の形状が変化した画像表示部上の表示を示す図である。 画像表示部に表示される画像の別の例を示す図である。

図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は一実施形態によるショベルの側面図である。ショベルの下部走行体１には旋回機構２を介して上部旋回体３が搭載される。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられる。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられる。エンドアタッチメントとして、法面用バケット、浚渫用バケット等が用いられてもよい。

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

ブーム角度センサＳ１は、ブーム４の回動角度を検出する。本実施形態では、ブーム角度センサＳ１は、水平面に対する傾斜を検出して、上部旋回体３に対するブーム４の回動角度を検出する加速度センサである。アーム角度センサＳ２は、アーム５の回動角度を検出する。本実施形態では、アーム角度センサＳ２は、水平面に対する傾斜を検出して、ブーム４に対するアーム５の回動角度を検出する加速度センサである。バケット角度センサＳ３は、バケット６の回動角度を検出する。本実施形態では、バケット角度センサＳ３は、水平面に対する傾斜を検出して、アーム５に対するバケット６の回動角度を検出する加速度センサである。掘削アタッチメントがバケットチルト機構を備える場合、バケット角度センサＳ３は、チルト軸回りのバケット６の回動角度を追加的に検出する。ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びバケット角度センサＳ３は、可変抵抗器を利用したポテンショメータ、対応する油圧シリンダのストローク量を検出するストロークセンサ、連結ピン回りの回動角度を検出するロータリエンコーダ等であってもよい。

上部旋回体３にはキャビン１０が設けられ、且つエンジン１１等の動力源が搭載される。キャビン１０の頂部には、ＧＰＳ装置（ＧＮＳＳ受信機）Ｇ１が設けられる。ＧＰＳ装置Ｇ１は、ショベルの位置をＧＰＳ機能により検出し、位置データをコントローラ３０内のマシンガイダンス装置５０に供給する。また、キャビン１０内には、入力装置Ｄ１、音声出力装置Ｄ２、表示装置Ｄ３、記憶装置Ｄ４、及びコントローラ３０が設置される。

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

コントローラ３０は、ショベルの操作をガイドするマシンガイダンス装置５０としても機能する。本実施形態では、マシンガイダンス装置５０は、例えば、操作者が設定した目標地形の表面とアタッチメントの作業部位との鉛直方向における距離を視覚的に且つ聴覚的に操作者に報知する。アタッチメントの作業部位は、エンドアタッチメントとしてのバケット６の先端（爪先）、バケット６の背面、エンドアタッチメントとしてのブレーカの先端等を含む。これにより、マシンガイダンス装置５０は操作者によるショベルの操作をガイドする。なお、マシンガイダンス装置５０は、その距離を視覚的に操作者に知らせるのみであってもよく、聴覚的に操作者に知らせるのみであってもよい。

本実施形態では、マシンガイダンス装置５０はコントローラ３０に組み込まれているが、マシンガイダンス装置５０をコントローラ３０とは別個に設けることとしてもよい。この場合、マシンガイダンス装置５０は、コントローラ３０と同様、ＣＰＵ及び内部メモリを含む演算処理装置で構成される。マシンガイダンス装置５０の各種機能はＣＰＵが内部メモリに格納されたプログラムを実行することで実現される。

入力装置Ｄ１は、ショベルの操作者がマシンガイダンス装置５０を含むコントローラ３０に各種情報を入力するための装置である。本実施形態では、入力装置Ｄ１は、表示装置Ｄ３の表面に取り付けられるメンブレンスイッチである。入力装置Ｄ１としてタッチパネル等を用いてもよい。

音声出力装置Ｄ２は、コントローラ３０に含まれるマシンガイダンス装置５０からの音声出力指令に応じて各種音声情報を出力する。本実施形態では、音声出力装置Ｄ２として、マシンガイダンス装置５０に接続される車載スピーカが利用される。なお、音声出力装置Ｄ２として、ブザー等の警報器が利用されてもよい。

表示装置Ｄ３は、コントローラ３０に含まれるマシンガイダンス装置５０からの指令に応じて各種画像情報を表示する。本実施形態では、表示装置Ｄ３として、マシンガイダンス装置５０に接続される車載液晶ディスプレイが利用される。

記憶装置Ｄ４は、各種情報を記憶するための装置である。本実施形態では、記憶装置Ｄ４として、半導体メモリ等の不揮発性記憶媒体が用いられる。記憶装置Ｄ４は、マシンガイダンス装置５０を含むコントローラ３０等が出力する各種情報を記憶する。

ゲートロックレバーＤ５は、ショベルが誤って操作されるのを防止する機構である。本実施形態では、ゲートロックレバーＤ５は、キャビン１０のドアと運転席との間に配置される。キャビン１０から操作者が退出できないようにゲートロックレバーＤ５が引き上げられた場合に、各種操作装置は操作可能となる。一方、キャビン１０から操作者が退出できるようにゲートロックレバーＤ５が押し下げられた場合には、各種操作装置は操作不能となる。

図２はショベルのコントローラ３０と画像表示装置４０との接続を示すブロック図である。画像表示装置４０は、上述の表示装置Ｄ３に相当し、マシンガイダンス装置５０から供給される情報を表示画面上に表示する。本実施形態では、画像表示装置４０は、Controller Area Network (CAN)、Local Interconnect Network(LIN)等の通信ネットワークを介してマシンガイダンス装置５０を含むコントローラ３０に接続される。なお、画像表示装置４０は、専用線を介してコントローラ３０に接続されてもよい。

画像表示装置４０は、画像表示部４１上に表示する画像を生成する変換処理部４０ａを含む。本実施形態では、変換処理部４０ａは、撮像装置８０の出力に基づいて画像表示部４１上に表示するカメラ画像を生成する。そのため、撮像装置８０は、例えば専用線を介して画像表示装置４０に接続される。

変換処理部４０ａは、画像表示装置４０に対して入力されるデータのうち画像表示部４１上に表示する情報のデータを画像信号に変換する。画像表示装置４０に対して入力されるデータは、撮像装置８０からの画像データを含む。撮像装置８０は、例えば、左側方監視カメラ、後方監視カメラ、及び右側方監視カメラを含んでいてもよい。その場合、左側方監視カメラ、後方監視カメラ、及び右側方監視カメラのそれぞれが出力する画像データが画像表示装置４０に入力される。

変換処理部４０ａは、コントローラ３０の出力に基づいて画像表示部４１上に表示する画像を生成する。本実施形態では、変換処理部４０ａは、コントローラ３０に対して入力されるデータのうち画像表示部４１上に表示する情報のデータを画像信号に変換する。コントローラ３０に対して入力されるデータは、例えば、エンジン冷却水の温度を示すデータ、作動油の温度を示すデータ、尿素水の残量を示すデータ、燃料の残量を示すデータ等を含む。変換処理部４０ａは、変換した画像信号を画像表示部４１に対して出力し、対応する画像を画像表示部４１上に表示させる。

なお、変換処理部４０ａは、画像表示装置４０が有する機能としてではなく、コントローラ３０が有する機能として実現されてもよい。この場合、撮像装置８０は、画像表示装置４０ではなく、コントローラ３０に接続される。

画像表示装置４０は、入力部４２としてのスイッチパネル４２を含む。スイッチパネル４２は、各種ハードウェアスイッチを含むパネルである。本実施形態では、スイッチパネル４２は、ハードウェアボタンとしてのライトスイッチ４２ａ、ワイパースイッチ４２ｂ、及びウインドウォッシャスイッチ４２ｃを含む。ライトスイッチ４２ａは、キャビン１０の外部に取り付けられるライトの点灯・消灯を切り換えるためのスイッチである。ワイパースイッチ４２ｂは、ワイパーの作動・停止を切り換えるためのスイッチである。また、ウインドウォッシャスイッチ４２ｃは、ウインドウォッシャ液を噴射するためのスイッチである。

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

エンジン１１は、エンジン制御装置（ＥＣＵ）７４により制御される。ＥＣＵ７４からは、エンジン１１の状態を示す各種データ（例えば、水温センサ１１ｃで検出される冷却水温（物理量）を示すデータ）がコントローラ３０に常時送信される。したがって、コントローラ３０は内部の一時記憶部（メモリ）３０ａにこのデータを蓄積しておき、必要なときに画像表示装置４０に送信することができる。

コントローラ３０には以下のように各種のデータが供給され、コントローラ３０の一時記憶部３０ａに格納される。

まず、可変容量式油圧ポンプであるメインポンプ１４のレギュレータ１４ａから斜板角度を示すデータがコントローラ３０に供給される。また、メインポンプ１４の吐出圧力を示すデータが、吐出圧力センサ１４ｂからコントローラ３０に送られる。これらのデータ（物理量を表すデータ）は一時記憶部３０ａに格納される。また、メインポンプ１４が吸入する作動油が貯蔵されたタンクとメインポンプ１４との間の管路には、油温センサ１４ｃが設けられており、その管路を流れる作動油の温度を表すデータが、油温センサ１４ｃからコントローラ３０に供給される。

操作レバー２６Ａ〜２６Ｃを操作した際にコントロールバルブ１７に送られるパイロット圧が、油圧センサ１５ａ，１５ｂで検出され、検出したパイロット圧を示すデータがコントローラ３０に供給される。操作レバー２６Ａ〜２６Ｃには、スイッチボタン２７が設けられる。操作者は、操作レバー２６Ａ〜２６Ｃを操作しながらスイッチボタン２７を操作することで、コントローラ３０に指令信号を送ることができる。コントローラ３０は、スイッチボタン２７の操作により供給される指令信号に基づき、マシンガイダンス機能や他のショベルの機能を制御する。

また、本実施形態では、ショベルは、キャビン１０内にエンジン回転数調整ダイヤル７５を備える。エンジン回転数調整ダイヤル７５は、エンジンの回転数を調整するためのダイヤルであり、本実施例ではエンジン回転数を４段階で切り換えできるようにする。また、エンジン回転数調整ダイヤル７５からは、エンジン回転数の設定状態を示すデータがコントローラ３０に常時送信される。また、エンジン回転数調整ダイヤル７５は、ＳＰモード、Ｈモード、Ａモード、及びアイドリングモードの４段階でエンジン回転数を切り換えできるようにする。なお、図５は、エンジン回転数調整ダイヤル７５でＨモードが選択された状態を示す。

ＳＰモードは、作業量を優先したい場合に選択される回転数モードであり、最も高いエンジン回転数を利用する。Ｈモードは、作業量と燃費を両立させたい場合に選択される回転数モードであり、二番目に高いエンジン回転数を利用する。Ａモードは、燃費を優先させながら低騒音でショベルを稼働させたい場合に選択される回転数モードであり、三番目に高いエンジン回転数を利用する。アイドリングモードは、エンジンをアイドリング状態にしたい場合に選択される回転数モードであり、最も低いエンジン回転数を利用する。そして、エンジン１１は、エンジン回転数調整ダイヤル７５で設定された回転数モードのエンジン回転数で一定に回転数制御される。

次に、図３を参照しながら、コントローラ３０及びマシンガイダンス装置５０に設けられた各種機能要素について説明する。図３は、コントローラ３０及びマシンガイダンス装置５０の構成を示す機能ブロック図である。

本実施形態では、コントローラ３０は、ショベル全体の動作の制御に加えて、マシンガイダンス装置５０によるガイダンスを行なうか否かを制御する。具体的には、コントローラ３０は、ゲートロックレバーＤ５の状態と油圧センサ１５ａ，１５ｂからの検出信号等に基づいて、ショベルが休止中か否かを判定する。そして、コントローラ３０は、ショベルが休止中であると判定したときは、マシンガイダンス装置５０によるガイダンスを中止するように、マシンガイダンス装置５０にガイダンス中止指令を送る。

また、コントローラ３０は、オートアイドルストップ指令をエンジンコントローラＤ７に対して出力する際に、ガイダンス中止指令をマシンガイダンス装置５０に対して出力してもよい。なお、エンジンコントローラＤ７は、図２におけるＥＣＵ７４に相当する。あるいは、コントローラ３０は、ゲートロックレバーＤ５が押し下げられた状態にあると判定した場合に、ガイダンス中止指令をマシンガイダンス装置５０に対して出力してもよい。

次に、マシンガイダンス装置５０について説明する。本実施形態では、マシンガイダンス装置５０は、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、バケット角度センサＳ３、ＧＰＳ装置Ｇ１、入力装置Ｄ１、及びコントローラ３０から供給される各種信号及びやデータを受信する。マシンガイダンス装置５０は、受信した信号及びデータに基づいてアタッチメント（例えば、バケット６）の実際の動作位置を算出する。そして、マシンガイダンス装置５０は、アタッチメントの実際の動作位置が目標動作位置とは異なる場合に、音声出力装置Ｄ２及び表示装置Ｄ３に通報指令を送信し、その旨を操作者に通報させる。マシンガイダンス装置５０がコントローラ３０と別個に設けられた場合は、マシンガイダンス装置５０とコントローラ３０とは、ＣＡＮ（Controller Area Network）を通じて互いに通信可能に接続される。

マシンガイダンス装置５０は、様々な機能を行なう機能部を含む。本実施形態では、マシンガイダンス装置５０は、アタッチメントの動作をガイダンスするための機能部として、高さ算出部５０３、比較部５０４、表示制御部５０５、及びガイダンスデータ出力部５０６を含む。

高さ算出部５０３は、センサＳ１〜Ｓ３の検出信号から算出されたブーム４、アーム５、バケット６の角度から、バケット６の先端（爪先）の高さを算出する。

比較部５０４は、高さ算出部５０３が算出したバケット６の先端（爪先）の高さと、ガイダンスデータ出力部５０６から出力されるガイダンスデータで示されるバケット６の先端（爪先）の目標高さとを比較する。

表示制御部５０５は、比較部５０４での比較結果に基づいて、表示が必要と判断した場合には表示制御指令を、表示装置Ｄ３に送信する。表示装置Ｄ３は、表示制御指令を受けると所定の表示（目標線とバケットの位置を示す画像等）を表示装置の画面に表示してショベルの操作者に比較結果を通報する。

ガイダンスデータ出力部５０６は、上述のように、マシンガイダンス装置５０の記憶装置に予め格納されていたガイダンスデータから、バケット６の目標高さのデータを抽出して、比較部５０４に対して出力する。

次に、本実施形態において、マシンガイダンス装置５０の表示制御部５０５が行なう表示制御について説明する。

以下に説明する表示制御は、ショベルのバケット６により、図４に示すような法面（傾斜面）を掘削する作業を行なっている最中に、画像表示装置４０でガイダンス表示を行なう場合の表示制御である。本実施形態による表示制御は、法面の掘削作業に限られず、水平掘削作業や他の作業にも適用することができる。

図５は、ショベルのキャビン１０内から前方を見たときの図である。キャビン１０の前面の窓からは、バケット６を見ることができる。図５の中央の下部には、運転席１０ａの座面が示されており、その両脇に操作レバー２６Ａ，２６Ｂが示されている。操作者は運転席に座って、左手で操作レバー２６Ａを握り、右手で操作レバー２６Ｂを握りながらバケット６を所望の位置に移動させて掘削作業を行なう。

画像表示装置４０の画像表示部（表示画面）４１は、前面の窓枠の右下部分に配置されている。ショベルの操作者が窓の外のバケット６での作業を見ている状態では、操作者の視界の片隅に画像表示部４１がある。しかし、操作者の視界の範囲内において画像表示部４１は比較的小さな領域であるため、画像表示部に表示された情報を確認するためには、画像表示部に視線を移して画像を注視する必要がある。

そこで、本実施形態では、画像表示部４１の一部又は全部の領域の表示色を変化させることで、画像だけでなく色の変化により作業者に情報を通知する。以下にそのような表示制御について説明する。

図６は、図５に示すような法面掘削作業を行なっているときの、画像表示部（表示画面）４１上に表示される画像の例を示す図である。以下、画像表示部４１を「表示画面４１」とも称する。

図６に示す表示画面４１では、画面中の右側領域に、どこまで掘削するのかを示す目標面が目標線ＴＬ（傾斜した線）で示され、且つ、目標線に対する現在のバケット６の位置がバケットの外形で示されている。表示画面４１で、バケット６の爪先と目標線ＴＬとの間の垂直方向距離Ｄは、実際のバケット６の爪先と目標面との間の垂直方向距離に応じて変化する。この表示から作業者が知りたい情報として、バケット６の先端（爪先）がどの程度、目標線ＴＬ（実際は目標面）に近づいたかという情報がある。このような情報を得るには、操作者は、小さな表示画面上のバケットの画像と目標線ＴＬとを見比べて、それらの間の距離を確認し、実際の距離を判断しなければならない。すなわち、操作者は、バケット６による作業を行ないながら、ときどき表示画面４１に目を配って、表示画面４１上での目標線ＴＬに対するバケット６の先端の位置を確認しなければならない。

そこで、本実施形態による表示制御によれば、図６に示すように、表示画面４１の左側領域に、バケット位置を表示する表示領域１００を設けて、バケット６の爪先と目標面との間の距離を簡単に視認できるようにしている。表示領域１００には、目標面（目標線）を表すバー（目標面表示バー）１０２が表示され、その上下に所定の間隔でバケットの位置を示すバー（バケット位置表示バー）１０４−１〜１０４−５が表示される。これらのバーはそれぞれ以下のような情報を示すために表示される。

目標面表示バー１０２は、バケット６の爪先の位置が、目標面に対して例えば±５ｃｍを越えない範囲にあることを示す。

目標面表示バー１０２の上側の３本のバーのうち最上部に位置するバケット位置表示バー１０４−３は、例えば、バケット６の爪先から目標面までの垂直距離が５０ｃｍ以上１００ｃｍ未満であることを示す。また、目標面表示バー１０２の上側の３本のバーの中で、中央に位置するバケット位置表示バー１０４−２は、例えば、バケット６の爪先から目標面までの垂直距離が２０ｃｍ以上５０ｃｍ未満であることを示す。さらに、目標面表示バー１０２の上側の３本のバーの中で、一番下で目標面表示バー１０２に最も近いバケット位置表示バー１０４−１は、例えば、バケット６の爪先から目標面までの垂直距離が５ｃｍ以上２０ｃｍ未満であることを示す。

また、目標面表示バー１０２の下側の２本のバーの中で、目標面表示バー１０２に近いほうのバケット位置表示バー１０４−４は、例えば、バケット６の爪先から目標面までの垂直距離が−５ｃｍ以上−１０ｃｍ未満であること示す。すなわち、バケット位置表示バー１０４−４は、バケット６の爪先が目標面を越えて５ｃｍから２０ｃｍの深さまで掘削しすぎたことを示す。さらに、目標面表示バー１０２の下側の２本のバーの中で、目標面表示バー１０２から遠いほうのバケット位置表示バー１０４−５は、例えば、バケット６の爪先から目標面までの垂直距離が−１０ｃｍ以上−３０ｃｍ未満であることを示す。すなわち、バケット位置表示バー１０４−５は、バケット６の爪先が目標面を越えて１０ｃｍから３０ｃｍの深さまで掘削しすぎたことを示す。

本実施形態による表示制御によれば、表示領域１００において、目標面表示バー１０２の外形を示す枠は、バケット位置表示バー１０４−１〜１０４−５の外形を示す枠より大きく表示される。これにより、目標面表示バー１０２とバケット位置表示バー１０４−１〜１０４−５とを見分けることができる。例えば、バケット位置表示バー１０４−１〜１０４−５の外形を示す枠を破線で表示することにより、目標面表示バー１０２とバケット位置表示バー１０４−１〜１０４−５とをより一層明瞭に見分けることができる。

目標面表示バー１０２とバケット位置表示バー１０４−１〜１０４−５とは例えば黒色の枠で表示され、そのうち、バケット６の爪先の現在位置に対応するバケット位置表示バーの枠内が黒で塗りつぶされる。図６では、バケット６の爪先の現在位置に対応するバケット位置表示バーは、バケット位置表示バー１０４−３であるので、バケット位置表示バー１０４−３の枠内のみが黒で塗りつぶされている。また、他のバケット位置表示バーの枠内は白で塗りつぶされる。これにより、バケット６の爪先の位置が、目標面からどのくらいの距離にあるのかを容易に視認することができる。なお、バケット６の爪先が目標面付近にある場合には、目標面表示バー１０２の枠内が黒色に塗りつぶされて表示され、バケット位置表示バー１０４−１〜１０４−５の枠内が白色に塗りつぶされて表示される。また、目標面表示バー１０２の枠のみが実線で表され、バケット位置表示バー１０４−１〜１０４−５の枠が破線等の他の線種で表されてもよい。また、目標面表示バー１０２及びバケット位置表示バー１０４−１〜１０４−５の枠内の色は黒と白に限定されない。また、白で塗りつぶされることなく枠のみが表示されてもよい。

そして、図６に示す表示例では、バケット６の爪先と目標面との間の距離Ｄにより、表示領域１００全体の色を変化させる。バケット６の爪先と目標面との間が図６に示す距離Ｄであった場合、バケット位置表示バー１０４−３のみが黒色で塗りつぶされ、且つ、表示領域１００の全体が赤色で表示される。

バケット６の爪先と目標面との間の距離Ｄが短くなるにつれ、表示領域１００全体の表示色は変更される。例えば、バケット６の爪先の位置がバケット位置表示バー１０４−１に対応する位置となり、距離Ｄが短くなった場合、図７に示すように、バケット位置表示バー１０４−１のみが黒色で塗りつぶされ、且つ、表示領域１００全体が黄色で表示される。

もちろん、バケット６の爪先の位置がバケット位置表示バー１０４−２に対応する位置となった場合も同様に、バケット位置表示バー１０４−２のみが黒色で塗りつぶされ、且つ、表示領域１００全体が例えば赤色と黄色の間の橙色で表示されてもよい。

以上のような表示制御によれば、例えば、表示領域１００の全体が黄色で表示されているのを見た操作者は、瞬時にバケット６の爪先が目標面に近くなったこと、すなわち、目標面から５０ｃｍ以上１００ｃｍ未満の距離だけ目標面より高い位置にあることを瞬時に認識することができる。なお、表示領域１００全体の色は、違いが分るような色であれば特に赤色、橙色、黄色に限定されない。

なお、バケット６の爪先の現在位置が、目標面あるいはその近傍（±５ｃｍ）となったときは、目標面表示バー１０２が黒で塗りつぶされ、且つ、表示領域１００の全体が例えば青色で表示される。表示領域１００の全体が青色で表示されているのを見た操作者は、バケット６の爪先が目標面あるいはその近傍（±５ｃｍ）となったことを瞬時に認識することができる。

図６及び図７に示す表示方法において、表示色の変化に加えて、表示濃度を周期的に変化させたり（明滅又は点滅）、あるいは、バーの形状を変える（太くした長くしたりする）こととしてもよい。色の変化、明滅又は点滅、及び形状の変化を適宜組み合わせることで、より一層視認性を向上することができる。

次に図８を参照しながら、図６及び図７に示す表示方法の変形例について説明する。図８は、図５に示すような法面掘削作業を行なっているときの、画像表示部４１上の表示の他の例を示す図である。

図８に示す表示画面４１の左側領域には、上述の表示領域１００とは異なる表示領域１１０が設けられている。表示領域１１０は、表示領域１００と同様に、バケット６の爪先位置と目標面との間の距離Ｄを簡単に視認できるようにしている。表示領域１１０には、目標面（目標線）を表すバー（目標面表示バー）１１２が表示され、その上下に目標面からの距離を示す複数のバー（距離表示バー）１１４が所定の間隔で表示される。そして、距離表示バー１１４が並んだ列に沿って、バケット６を表すバケットアイコン１１６が表示される。

バケットアイコン１１６の下端の凹凸部はバケット６の爪先位置に対応する。すなわち、作業中にバケット６の爪先の現在位置が下がると（地面を掘り進むと）、バケット６と目標面との距離に応じてバケットアイコン１１６も表示領域１１０の中で上から下に移動する。

そこで、バケット６が、図８に示す位置から堀り進んで下降したときの表示画面４１を図９に示す。

図９に示す表示画面において、表示領域１１０は、図８の表示画面と比較して大きくなっている。すなわち、本表示方法では、バケット６の垂直方向の位置変化に応じて、表示領域の大きさが変化する。この場合、例えば、バケット６の爪先の位置と目標面との間の距離Ｄが大きいほど表示領域１１０が小さくなるように設定する。言い換えれば、バケット６の爪先の位置と目標面との間の距離Ｄが小さくなるほど、表示領域１１０が大きくなる。そして、表示領域１１０が大きくなると、表示領域１１０内のバケットアイコン１１６のサイズや目標面表示バー１１２及び距離表示バー１１４も大きくなる。このように、実際のバケット６の爪先の位置が目標面に近づくほど、表示領域１１０やバケットアイコン１１６が大きくなるので、操作者は容易にバケット６の爪先と目標面との間の距離Ｄがどのくらいであるかを知ることができる。

また、バケットアイコン１１６を明滅あるいは点滅させ、バケット６の爪先が目標面に近づくほど明滅あるいは点滅の時間間隔を短くすることとしてもよい。

なお、バケット６の爪先の位置が目標面を越えた場合は、表示領域１１０のサイズを小さくしたり、表示領域１１０を明滅あるいは点滅させたりするなど、様々な表示方法で操作者に通知することができる。

図８及び図９に示す表示方法においても、表示色の変化を加えたり、明滅表示又は点滅表示を加えたりすることで、より視認性が向上する。例えば、バケット６の位置が図８に示す状態のときはバケットアイコン１１６全体又は表示領域１１０全体を赤色とし、図９に示す状態のときはバケットアイコン１１６全体又は表示領域１１０全体を黄色とし、バケット６の爪先が目標面に一致した状態ではバケットアイコン１１６全体又は表示領域１１０全体を青色にするというように、次第に表示色を変えることとしてもよい。

また、図１０及び図１１に示すように、表示領域の形状を次第に変えることとしてもよい。図１０に示す表示領域１２０は、上下に長い楕円形である。バケット６が目標面に近づくにつれて、表示領域１２０は図１１に示すように次第に横長の楕円形に変化していく。バケット６の爪先が目標面に到達したら、表示領域１２０の楕円の縦横比は、図１０に示す縦長の楕円形とは反対となり、表示領域１２０の形状は完全に横長の楕円形となる。

あるいはまた、例えば、バケット６の爪先の位置と目標面との間の距離を示す画像が、ショベルに関する様々な情報とともに表示されるようにしてもよい。図１２は、画像表示部４１に表示される画像の別の例を示す図である。

図１２に示される表示画面には、時刻表示部４１１、回転数モード表示部４１２、走行モード表示部４１３、アタッチメント表示部４１４、エンジン制御状態表示部４１５、尿素水残量表示部４１６、燃料残量表示部４１７、冷却水温表示部４１８、エンジン稼働時間表示部４１９、撮影画像表示部４２０、および作業ガイダンス表示部４３０が含まれている。

時刻表示部４１１は、現在の時刻を表示する。図１２に示す例では、現在時刻（１０時５分）が示されている。

回転数モード表示部４１２は、回転数モードを表示する。図１２に示す例では、ＳＰモードを表す記号「ＳＰ」が表示されている。

走行モード表示部４１３は、走行モードを表示する。例えば、走行モードは、低速モード及び高速モードを有し、低速モードでは「亀」のマークが表示され、高速モードでは「兎」のマークが表示される。図１２に示す例では、「亀」のマークが表示されている。

アタッチメント表示部４１４は、例えば、装着されているアタッチメントを表す画像を表示する。

エンジン制御状態表示部４１５は、エンジン１１の制御状態を表示する。図１２に示す例では、エンジン１１の制御状態として「自動減速・自動停止モード」が選択されている。なお、「自動減速・自動停止モード」は、エンジン負荷が小さい状態の継続時間に応じて、エンジン回転数を自動的に低減し、エンジン負荷が小さい状態がさらに継続するとエンジン１１を自動的に停止させる制御状態を意味する。その他、エンジン１１の制御状態には、「自動減速モード」、「自動停止モード」、「手動減速モード」等がある。

尿素水残量表示部４１６には、尿素水タンクに貯蔵されている尿素水の残量状態を表すバーグラフが表示されている。

燃料残量表示部４１７には、燃料タンクに貯蔵されている燃料の残量状態を表すバーグラフが表示されている。

冷却水温表示部４１８には、エンジン冷却水の温度状態を表すバーグラフが表示されている。

エンジン稼働時間表示部４１９は、エンジン１１の累積稼働時間を表示する。エンジン稼働時間表示部４１９には、ショベルが製造されてからの累積稼働時間又は操作者によりタイマがリスタートされてからの累積稼働時間が表示される。

撮影画像表示部４２０は、撮像装置によって撮影された画像が表示され、例えば、後方監視カメラ、左側方監視カメラ、右側方監視カメラなどによって撮像された画像が表示される。

撮影画像表示部４２０には、表示中の画像を撮影した撮像装置の向きを表す撮像装置アイコン４２１が表示されている。撮像装置アイコン４２１は、ショベルの上面視の形状を表すショベルアイコン４２１ａと、表示中の画像を撮像した撮像装置の向きを表す帯状の方向表示アイコン４２１ｂとで構成されている。

図１２に示す例では、ショベルアイコン４２１ａの下側（アタッチメントの反対側）に方向表示アイコン４２１ｂが表示されており、撮影画像表示部４２０には、後方監視カメラによって撮影されたショベルの後方の画像が表示されていることが表されている。

操作者は、例えば、キャビン１０内に設けられている画像切替ボタンを押下することで、撮影画像表示部４２０に表示する画像を他のカメラにより撮影された画像等に切り替えることができる。

なお、ショベルに撮像装置が設けられていない場合には、撮影画像表示部４２０の代わりに、異なる情報が表示されてもよい。

作業ガイダンス表示部４３０には、例えば、図９を参照して上述した、バケット６の爪先の位置と目標面との間の距離を示す画像が表示される。ここでは、作業ガイダンス表示部４３０の中で、表示領域１１０のサイズが大きく表示されている。このように、バケット６の爪先が目標面に近づくと、表示領域１１０が拡大されて表示される。バケット６の爪先の位置と目標面との間の距離に応じて表示領域１１０の表示の態様を変更（例えば、拡大／縮小、色の変更）することで、操作者は、画像表示部４１で通報しようとしている情報を確実に認識することができる。また、ここでは、数値情報画像４３４として、上部旋回体３の基準に対する旋回角度（１２０．０°）がショベルを示すアイコンと共に表示されている。さらに、数値情報画像４３４として、目標面からバケット６の爪先までの距離（０．２３ｍ）が、所定のアイコンと共に表示されている。

また、例えば、ショベルが操作されているときは、図９に示される画像が画像表示部４１に表示され、ショベルが操作されていないときは、図１２に示される画像が画像表示部４１に表示されるようにしてもよい。なお、ショベルが操作されているか否かは、例えば、コントローラ３０が油圧センサ１５ａ，１５ｂの検出結果に基づいて判定することができる。

なお、以上の実施形態では、表示画面４１の一部の領域を表示領域として、その表示色、大きさ、形状、表示濃度（明滅又は点滅を含む）などを変更することで、視認性を向上させているが、表示画面４１の全体領域の表示色や表示濃度（明滅又は点滅を含む）を変化させることとしてもよい。

例えば、図６に示す表示において、表示領域１００における表示色の変化は行なわず、表示領域１００内の表示は例えば白黒表示とする。その代わりに、バケット６の爪先から目標面までの距離Ｄに応じて、表示画面４１全体の背景色を次第に変化させる。例えば、バケット６の爪先の位置が、バケット６の爪先から目標面までが最も遠いことを示すバケット位置表示バー１０４−３に相当するときは、表示画面４１全体の背景色を赤色とする。そして、バケット６の爪先の位置が、バケット位置表示バー１０４−２、バケット位置表示バー１０４−１と、目標面に近づくに連れて、背景色を赤色から黄色へと変化させる。バケット６の爪先の位置が、目標面表示バー１０２になったら、表示画面４１全体の背景色を青色とする。これにより、操作者は、表示画面４１の表示内容を直接注視しなくても、視界の片隅にある表示画面４１全体の色の変化により、バケット６の位置を確認することができる。色の変化ではなく、表示画面４１全体の濃度を周期的に変化（明滅又は点滅）させ、明滅又は点滅の時間間隔を変化させることとすれば、より一層視認性を向上させることができる。

以上においては、アタッチメントの作業部位をバケット６の先端（爪先）とした例を説明したが、バケット６の任意の位置を作業部位としてもよい。例えば、法面に対する作業は、バケット６の背面を用いて行われることが多い。この場合、バケット６の背面が作業部位とされることが望ましい。

本国際特許出願は２０１５年３月２７日に出願した日本国特許出願第２０１５−０６７６８３号に基づきその優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１５−０６７６８３号の全内容を本願に援用する。

１ 下部走行体
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム
５ アーム
６ バケット
７ ブームシリンダ
８ アームシリンダ
９ バケットシリンダ
１０ キャビン
１１ エンジン
１４ メインポンプ
１５パイロットポンプ
１５ａ，１５ｂ 油圧センサ
１７ コントロールバルブ
２６Ａ〜２６Ｃ 操作レバー
３０ コントローラ
４０ 画像表示装置
４１ 画像表示部
５０ マシンガイダンス装置
１００，１１０，１２０ 表示領域
１０２，１１２ 目標面表示バー
１０４−１〜１０４−５ バケット位置表示バー
１１４ 距離表示バー
１１６ バケットアイコン
５０３ 高さ算出部
５０４ 比較部
５０５ 表示制御部
５０６ ガイダンスデータ出力部
Ｓ１ ブーム角度センサ
Ｓ２ アーム角度センサ
Ｓ３ バケット角度センサ
Ｇ１ ＧＰＳ装置（ＧＮＳＳ受信機）
Ｄ１ 入力装置
Ｄ２ 音声出力装置
Ｄ３ 表示装置
Ｄ４ 記憶装置
Ｄ５ ゲートロックレバー
Ｄ６ ゲートロック弁
Ｄ７ エンジンコントローラ

Claims (9)

1. 作業を行うアタッチメントと、
   該アタッチメントの操作をガイダンスするガイダンス装置と、
   前記アタッチメントによる作業に関する情報とカメラ画像とが表示される表示装置と
   を有するショベルであって、
   前記アタッチメントは、バケットを含み、
   前記ガイダンス装置は、前記バケットの位置と前記作業の基準となる目標面との間の距離に応じて表示される前記バケットを含む前記ショベルの一部を側面から見た画像、及び、前記カメラ画像とは異なる表示領域において、実際の作業における前記アタッチメントの位置と前記目標面との間の距離に応じて、前記表示装置の表示画面における前記アタッチメントの位置と前記目標面との間の距離を示す画像の周囲の一部領域又は全体領域の色を変化させる、ショベル。
2. 請求項１記載のショベルであって、
   前記ガイダンス装置は、前記アタッチメントの画像と前記目標面を示す目標線とを前記表示画面に表示する、ショベル。
3. 請求項１又は２記載のショベルであって、
   前記ガイダンス装置は、実際の作業における前記アタッチメントの位置と前記目標面との間の距離に応じて、前記表示画面の前記一部領域の形状又は大きさを変化させる、ショベル。
4. 請求項１乃至３のうちいずれか一項記載のショベルであって、
   前記ガイダンス装置は、前記表示画面の前記一部領域又は全体領域を明滅させ、実際の作業における前記アタッチメントの位置と前記目標面との間の距離に応じて、明滅の時間間隔を変化させる、ショベル。
5. 請求項１に記載のショベルであって、
   実際の作業における前記アタッチメントの位置と前記目標面との間の距離に応じて前記色が変化する領域には、前記表示画面の縦方向に並んで表示される位置表示バーであって、前記アタッチメントの前記目標面に対する位置を表すエンドアタッチメント位置表示バーが含まれる。
6. 請求項３に記載のショベルであって、
   実際の作業における前記アタッチメントの位置と前記目標面との間の距離に応じて、大きさが変化する領域には、前記表示画面の縦方向に並んで表示される位置表示バーであって、前記アタッチメントの前記目標面に対する位置を表すエンドアタッチメント位置表示バーが含まれる。
7. 請求項１に記載のショベルであって、
   前記ガイダンス装置は、
   前記バケットを正面から見た画像を、前記バケットの位置と前記目標面との間の距離に応じて表示する。
8. 請求項１に記載のショベルであって、
   前記ガイダンス装置は、さらに
   前記バケットの位置と前記目標面との間の距離を、所定のアイコンとともに表示する。
9. 請求項１に記載のショベルであって、
   前記ガイダンス装置は、さらに
   前記ショベルの上部旋回体の基準に対する旋回角度を、前記ショベルのアイコンとともに表示する。

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