JP2010018141A - 建設機械におけるディスプレイ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】施工計画図に基づいて建設機械で作業を行なう場合に、施工精度や作業効率の向上を図る。
【解決手段】運転室内５のオペレータの前方視界に画像を表示するディスプレイ装置９と、該ディスプレイ装置９に表示画像のデータを出力する制御装置１０とを設けると共に、該制御装置１０は、施工計画情報に基づき、オペレータがフロントガラス８から目視する施工面に重なるように施工計画図の画像を作成してディスプレイ装置９に表示するように構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械におけるディスプレイ装置の技術分野に属するものである。

従来、油圧ショベル等の建設機械を用いて土木作業を行なう場合は、予め作成された施工計画図に基づいて、位置や高さの基準となる杭打ちや丁張りを施し、これらを目印にして掘削等の作業が行なわれていた。しかるに、杭打ちや丁張りは手間がかかる面倒な作業であって、作業効率に劣るという問題があった。
そこで、建設機械に、施工面と基準目印とバケットの位置を自動計測する計測装置を設け、該計測装置の計測結果に基づいて形成されるべき目標面に相当する仮想線を演算すると共に、施工面とバケットと仮想線とを示す画像を、運転室に配設された液晶ディスプレイパネル等の表示装置に表示するように構成された技術が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。
一方、前記特許文献１のような画像を表示するために建設機械の運転室に配設される表示装置としては、運転席の前方右側に配置され、液晶ディスプレイパネル等の画面を有するモニタ装置が広く知られている（例えば、特許文献２参照。）。また、近年、自動車等において実用化されているディスプレイ装置を用いて、建設機械のフロントガラスの上部に、障害物情報等の作業情報を表示するようにした技術も提唱されている（特許文献３参照）。
ＷＯ２００５／２４１４４号公報 特許４０７９１１３号公報 特開平６−１５６１１９号公報

しかるに、前記特許文献１のものでは、オペレータは、運転室内の表示装置に表示された施工面とバケットと仮想線とを視ながら、フロントガラスから見える実際の施工面を施工することになるから、表示装置に表示された仮想線通りに施工するのは難しく、施工精度や作業効率に劣る許りか、絶えず実際の施工面と運転室内の表示画面とを見比べなければならず、オペレータの疲労も増大するという問題があり、ここに本発明が解決しようとする課題がある。

本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、建設機械に、運転室内のオペレータの前方視界に画像を表示するディスプレイ装置と、該ディスプレイ装置に表示画像のデータを出力する制御装置とを設けると共に、該制御装置は、予め入力された建設機械の施工計画情報に基づき、オペレータがフロントガラスから目視する施工面に対応した施工計画図の画像を作成してディスプレイ装置に表示させることを特徴とする建設機械におけるディスプレイ装置である。
請求項２の発明は、制御装置は、施工計画図の画像を作成するにあたり、オペレータがフロントガラスから目視する実際の施工面に、ディスプレイ装置により表示される施工計画図の画像が重なるように、オペレータの視線に合わせて投影処理された投影図を施工計画図の画像として作成することを特徴とする請求項１に記載の建設機械におけるディスプレイ装置である。
請求項３の発明は、建設機械に、該建設機械の現在位置を検出する位置検出手段を設ける一方、制御装置は、該位置検出手段により検出される建設機械の現在位置に応じて施工計画図の画像を作成することを特徴とする請求項１または２に記載の建設機械におけるディスプレイ装置である。
請求項４の発明は、建設機械に、運転室の向きを検出する方位検出手段を設ける一方、制御装置は、該方位検出手段により検出される運転室の向きに応じて施工計画図の画像を作成することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の建設機械におけるディスプレイ装置である。
請求項５の発明は、建設機械に、建設機械の車体の傾斜を検出する傾斜検出手段を設ける一方、制御装置は、該傾斜検出手段により検出される建設機械の車体の傾斜に応じて施工計画図の画像を作成することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の建設機械におけるディスプレイ装置である。
請求項６の発明は、運転室に、オペレータが装着するヘルメットの位置を検出するヘルメット位置検出手段を設ける一方、制御装置は、該ヘルメット位置検出手段により検出されるヘルメットの位置に応じて施工計画図の画像を作成することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の建設機械におけるディスプレイ装置である。

請求項１の発明とすることにより、オペレータは、ディスプレイ装置により前方視界に表示された施工計画図の画像を視ながら、フロントガラスから目視される施工面を施工すれば良いことになり、よって、施工精度の向上や作業効率の向上を達成できるうえ、オペレータの疲労も軽減することができる。
請求項２の発明とすることにより、フロントガラスから見える実際の施工面に施工計画図の画像が重なって見えることになるから、杭打ちや丁張り等が施されていなくても、オペレータは、施工計画図の画像を目標として施工すれば良いことになり、よって、杭打ちや丁張り等の面倒な作業を省略することができると共に、更なる施工精度の向上や作業効率の向上に貢献できる。
請求項３の発明とすることにより、建設機械が施工場所を移動しても、該施工場所に対応した施工計画図の画像を作成することができる。
請求項４の発明とすることにより、運転室の向きを変えても、該運転室の向きに対応した施工計画図の画像を作成することができる。
請求項５の発明とすることにより、建設機械が傾斜した状態で設置されていても、該車体の傾斜に対応した正確な施工計画図の画像を作成することができる。
請求項６の発明とすることにより、オペレータの個々の体格や姿勢等によりオペレータの目の位置が異なっても、該目の位置はヘルメットの位置から求めることができるから、オペレータの目の位置に応じた正確な施工計画図の画像を作成することができる。

次に、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図において、１は建設機械の一例である油圧ショベルであって、該油圧ショベル１は、下部走行体２、該下部走行体２に旋回自在に支持される上部旋回体３、該上部旋回体３に装着されるフロント作業部４等の各部から構成されている。

さらに、５は前記上部旋回体３に設けられる運転室であって、該運転室５には、オペレータが座する運転席６や、操作レバー等の操作具７が配設されると共に、オペレータの前方視界に画像を表示するディスプレイ装置９と、該ディスプレイ装置９に油圧ショベル１の行なう施工計画図の画像を表示させるべく、ディスプレイ装置９に表示画像のデータを出力する制御装置１０とが設けられている。

前記ディスプレイ装置９は、フロントガラス８に貼付されるフィルム１１と、該フィルム１１に画像表示光を出力する画像出力装置１２とを備えて構成されている。前記フィルム１１は、フレキシブル有機ＥＬ（Electro Luminescence）デバイス等を用いて形成されており、そして、該フィルム１１に画像出力装置１２から出力された画像表示光を映し出すことで、オペレータの前方視界に虚像画像が形成される一方、オペレータは、該虚像画像を、フロントガラス８から見える外部の風景に重ね合わせて視認することができるようになっている。尚、本実施の形態では、前記画像出力装置１２および制御装置１０は、運転席６の左右側方に配設されるコンソールボックス１３に収納されている。

一方、制御装置１０は、マイクロコンピュータ等を用いて構成されるものであって、図３のブロック図に示す如く、油圧ショベル１のグローバル座標系での現在位置（緯度、経度）を検出するＧＰＳ（Global Positioning System）１４（本発明の位置検出手段を構成する）、運転室５の向きを検出する方位検出センサ１５（本発明の方位検出手段を構成し、例えば、地磁気方位センサや上部旋回体３の旋回角度を検出する旋回角度センサ等が用いられる）、油圧ショベル１の前後方向の傾斜角度を検出する第一傾斜角度検出センサ１６、油圧ショベル１の左右方向の傾斜角度を検出する第二傾斜角度検出センサ１７（第一傾斜角度センサ１６および第二傾斜角度検出センサ１７は、本発明の傾斜検出手段を構成する）、後述するヘルメット位置検出センサ１８（本発明のヘルメット位置検出手段を構成する）等からの検出信号を入力し、これら検出信号および記憶媒体１９から入力される施工計画情報に基づいて、オペレータがフロントガラス８から目視する施工面に対応した施工計画図の画像を作成し、該施工計画図の画像をオペレータの前方視界に表示させるべく前記画像出力装置１２に画像データを出力する。尚、図１中、１４ａはＧＰＳ１４用のアンテナである。

ここで、前記記憶媒体１９は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、或いはハードディスク等から構成されるものであって、該記憶媒体１９には、油圧ショベル１の行なう施工計画の三次元の図面情報が格納されている。

また、前記ヘルメット位置検出センサ１８は、オペレータが装着するヘルメット２０の三次元位置を検出するためのセンサであって、ヘルメット２０に設けられる発信器１８ａと、運転室５内に配置され、該発信器１８ａからの信号を受信してヘルメット２０の位置を検出する検出部１８ｂとから構成されている。

扨、制御装置１０は、前述したように、各種検出信号および記憶媒体１９に格納された施工計画情報に基づいて、オペレータがフロントガラス８から目視する施工面に対応した施工計画図の画像を作成するが、該画像作成の手順について、図４のフロー図に基づいて説明する。

まず、制御装置１０は、ヘルメット位置検出センサ１８から入力されるヘルメット２０の位置と、予め入力されている油圧ショベル１の車体形状データとに基づいて、油圧ショベル１の車体を基準とする座標系でのヘルメット２０の三次元位置（Ｘ_１，Ｙ_１，Ｚ_１）を演算する（ステップＳ１）。

次いで、前記ステップＳ１の演算結果と、方位検出センサ１５から入力される運転室５の向きと、第一、第二傾斜角度検出センサ１６、１７から入力される車体の前後方向および左右方向の傾斜角度とに基づいて、地面を基準とする座標系でのヘルメット２０の三次元位置（Ｘ_２，Ｙ_２，Ｚ_２）と、油圧ショベル１の車体の傾斜と、運転室５の向きとを演算する（ステップＳ２）。

さらに、前記ステップＳ２の演算結果と、ＧＰＳ１４から入力される油圧ショベル１の現在位置とに基づいて、グローバル座標系でのヘルメット２０の三次元位置（Ｘ_３，Ｙ_３，Ｚ_３）と、油圧ショベル１の車体の傾斜と、運転室５の向きとを演算する（ステップＳ３）。

さらに、制御装置１０は、前記記憶媒体１９に格納された施工計画の三次元の図面情報に基づいて、前記ステップＳ３で演算されたヘルメット位置（Ｘ_３，Ｙ_３，Ｚ_３）、車体の傾斜、運転席５の向きのときに、オペレータがフロントガラス８から目視する施工面に対応した施工計画図を作成する。さらに、オペレータから視て、フロントガラス８から目視する実際の施工面に、ディスプレイ装置９により表示される施工計画図の画像が重なり合うように、前記作成した施工計画図をオペレータの視線に合わせて投影処理して投影図を作成する（ステップＳ４）。この場合、オペレータの目の位置は、前記ヘルメット位置（Ｘ_３，Ｙ_３，Ｚ_３）により求められる。

さらに、制御装置１０は、予め入力されているフロントガラス８の形状（傾斜角等）データに基づき、前記ステップＳ４で作成した投影図を基にして施工計画図の画像を作成する（ステップＳ５）。

そして、制御装置１０は、前記作成した施工計画図の画像を表示させるべく、前記画像出力装置１２に画像データを出力する。これにより、オペレータの前方視界に、オペレータがフロントガラス８から目視する実際の施工面に重なり合う状態で、該施工面に対応した施工計画図の画像が表示されるようになっている。

叙述の如く構成された本形態において、油圧ショベル１には、運転室５内のオペレータの前方視界に画像を表示するディスプレイ装置９と、該ディスプレイ装置９に表示画像のデータを出力する制御装置１０とが設けられていると共に、該制御装置１０は、記憶媒体１９から入力される油圧ショベル１の施工計画情報に基づき、オペレータがフロントガラス８から目視する施工面に対応した施工計画図の画像を作成してディスプレイ装置９に表示させることになる。

この結果、オペレータは、ディスプレイ装置９により前方視界に表示された施工計画図を視ながら、フロントガラス８から目視される施工面を施工すれば良いことになって、施工精度の向上や作業効率の向上を達成できるばかりか、オペレータの疲労も軽減することができる。

しかもこのものにおいて、制御装置１０は、フロントガラス８から目視する実際の施工面にディスプレイ装置９により表示される施工計画図の画像が重なるように、オペレータの視線に合わせて投影処理された投影図を、施工計画図の画像として作成することになる。この結果、フロントガラス８から見える実際の施工面に施工計画図の画像が重なって見えることになるから、杭打ちや丁張り等が施されていなくても、オペレータは、施工計画図の画像を目標として施工すれば良いことになり、而して、杭打ちや丁張り等の面倒な作業を省略することができると共に、更なる施工作業の作業効率向上に大きく貢献できる。

さらに、油圧ショベル１には、該油圧ショベル１の現在位置を検出するＧＰＳ１４が設けられていると共に、制御装置１０は、該ＧＰＳ１４検出される油圧ショベル１の現在位置に応じて施工計画図の画像を作成する構成であるから、油圧ショベル１が施工場所を移動しても、該施工場所に対応した施工計画図の画像を作成することができる。

また、油圧ショベル１には、運転室５の向きを検出する方位検出センサ１５が設けられていると共に、制御装置１０は、該方位検出センサ１５により検出される運転室５の向きに応じて施工計画図の画像を作成する構成であるから、上部旋回体２を旋回させて運転室５の向きを変えても、該運転室５の向きに対応した施工計画図の画像を作成することができる。

さらにまた、油圧ショベル１には、油圧ショベル１の前後方向、左右方向の傾斜を検出する第一、第二傾斜角度検出センサ１６、１７が設けられていると共に、制御装置１０は、該第一、第二傾斜角度検出センサ１６、１７により検出される車体の傾斜に応じて施工計画図の画像を作成する構成であるから、油圧ショベル１が傾斜した状態で設置されていても、該車体の傾斜に対応した正確な施工計画図の画像を作成することができる。

またさらに、運転室５には、オペレータが装着するヘルメット２０の位置を検出するヘルメット位置検出センサ１８が設けられていると共に、制御装置１０は、該ヘルメット位置検出センサ１８により検出されるヘルメット２０の位置に応じて施工計画図の画像を作成する構成であるから、オペレータの個々の体格や姿勢等によりオペレータの目の位置が異なっても、該目の位置はヘルメット２０の位置から求めることができるから、オペレータの目の位置に応じた正確な施工計画図の画像を作成することができる。

尚、本発明は、前記実施の形態に限定されないことは勿論であって、例えば、建設機械の現在位置を検出する位置検出手段としては、作業現場に設置されたカメラや、レーザー装置等を用いて構成することもできる。
また、本発明は、油圧ショベルに限定されることなく、種々の建設機械に実施できることは勿論であるが、さらに、建設機械を固定した状態で使用する場合や、運転室の向きを変えないで使用する場合には、建設機械の現在位置を検出する位置検出手段、建設機械の車体の傾斜を検出する傾斜検出手段、或いは運転室の向きを検出する方位検出手段が設けられていなくても、本発明を実施できる。
さらに、上記実施の形態では、オペレータの目の位置を検出するために、オペレータが装着するヘルメットの位置を検出するヘルメット位置検出手段が設けられており、これにより、前述したように、個々のオペレータの目の位置に応じた正確な施工計画図の画像を作成することができるが、建設機械の形状のデータ等によりオペレータの目の位置を推測することはできるため、ヘルメット位置検出手段が設けられていなくても、本発明の実施は可能である。

油圧ショベルの側面図である。 運転室の内部を示す図である。 制御装置の入出力を示す図である。 施工計画図の画像の作成手順を示すフロー図である。 運転室内から視た施工計画図の画像の例を示す図である。

符号の説明

１ 油圧ショベル
５ 運転室
８ フロントガラス
９ ディスプレイ装置
１０ 制御装置
１１ フィルム
１２ 画像出力装置
１４ ＧＰＳ
１５ 方位検出センサ
１６ 第一傾斜角度検出センサ
１７ 第二傾斜角度検出センサ
１８ ヘルメット位置検出センサ
１９ 記憶媒体
２０ ヘルメット

Claims (6)

1. 建設機械に、運転室内のオペレータの前方視界に画像を表示するディスプレイ装置と、該ディスプレイ装置に表示画像のデータを出力する制御装置とを設けると共に、該制御装置は、予め入力された建設機械の施工計画情報に基づき、オペレータがフロントガラスから目視する施工面に対応した施工計画図の画像を作成してディスプレイ装置に表示させることを特徴とする建設機械におけるディスプレイ装置。
2. 制御装置は、施工計画図の画像を作成するにあたり、オペレータがフロントガラスから目視する実際の施工面に、ディスプレイ装置により表示される施工計画図の画像が重なるように、オペレータの視線に合わせて投影処理された投影図を施工計画図の画像として作成することを特徴とする請求項１に記載の建設機械におけるディスプレイ装置。
3. 建設機械に、該建設機械の現在位置を検出する位置検出手段を設ける一方、制御装置は、該位置検出手段により検出される建設機械の現在位置に応じて施工計画図の画像を作成することを特徴とする請求項１または２に記載の建設機械におけるディスプレイ装置。
4. 建設機械に、運転室の向きを検出する方位検出手段を設ける一方、制御装置は、該方位検出手段により検出される運転室の向きに応じて施工計画図の画像を作成することを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の建設機械におけるディスプレイ装置。
5. 建設機械に、建設機械の車体の傾斜を検出する傾斜検出手段を設ける一方、制御装置は、該傾斜検出手段により検出される建設機械の車体の傾斜に応じて施工計画図の画像を作成することを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の建設機械におけるディスプレイ装置。
6. 運転室に、オペレータが装着するヘルメットの位置を検出するヘルメット位置検出手段を設ける一方、制御装置は、該ヘルメット位置検出手段により検出されるヘルメットの位置に応じて施工計画図の画像を作成することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の建設機械におけるディスプレイ装置。

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