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JP2016079677A - Area limited excavation control device and construction machine - Google Patents

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JP2016079677A
JP2016079677A JP2014212099A JP2014212099A JP2016079677A JP 2016079677 A JP2016079677 A JP 2016079677A JP 2014212099 A JP2014212099 A JP 2014212099A JP 2014212099 A JP2014212099 A JP 2014212099A JP 2016079677 A JP2016079677 A JP 2016079677A
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Japan
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control device
information
signal
work machine
excavation
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Application number
JP2014212099A
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Japanese (ja)
Inventor
小倉 弘
Hiroshi Ogura
弘 小倉
靖彦 金成
Yasuhiko Kanari
靖彦 金成
貴彦 黒瀬
Takahiko Kurose
貴彦 黒瀬
修一 廻谷
Shuichi Meguriya
修一 廻谷
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an area limited excavation control device and a construction machine which enable a work machine control device to appropriately implement area limited excavation control in accordance with a signal protocol of an external operation unit.SOLUTION: An area limited excavation control device comprises: an external operation unit 30 which carries out an operation of difference information between a position of a work machine 20 and an excavation target surface on the basis of positional information of a vehicle body 10 of a construction machine, posture information on the vehicle body 10 and the work machine 20, and three-dimensional information on the given excavation target surface; a display device 38 which displays a positional relation between the work machine 20 and the excavation target surface on the basis of the difference information input through the external operation unit 30; a work machine control device 40 which executes area limited excavation control on the basis of a signal input through the external operation unit 30; and a signal conversion device 47 which performs protocol conversion of the signal output from the external operation unit 30 to the work machine control device 40 into a signal protocol of the work machine control device 40.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、領域制限掘削制御装置及び建設機械に関する。   The present invention relates to an area limited excavation control device and a construction machine.

特許文献1の建設機械においては、操作装置からの操作信号等に基づいて作業機の駆動系に動作指令信号を出力する作業機制御装置(作業機コントローラ)に対し、外部演算ユニット(外部コントローラ)が接続できるようになっている。外部演算ユニットには、建設機械に搭載された測位装置及び各部センサの信号を基にして車体や作業機の位置情報を演算する機能や掘削目標面(目標地形)の三次元情報が与えられていて、外部演算ユニットから作業機制御装置に掘削目標面の三次元情報や作業機の位置情報を出力することで掘削目標面に沿って作業機を動作させられるようになっている。   In the construction machine of Patent Document 1, an external arithmetic unit (external controller) is used for a work machine control device (work machine controller) that outputs an operation command signal to a drive system of the work machine based on an operation signal from the operation device. Can be connected. The external calculation unit is given a function for calculating the position information of the vehicle body and work implement based on the signals of the positioning device mounted on the construction machine and the sensors of each part, and three-dimensional information of the excavation target plane (target landform). Thus, the work machine can be operated along the excavation target plane by outputting the three-dimensional information of the excavation target plane and the position information of the work implement to the work implement control device from the external arithmetic unit.

特開2001−98585号公報JP 2001-98585 A

しかし、採用され得る外部演算ユニットのメーカ等は様々であるところ、信号プロトコルがメーカ等によって異なり、通信形式、速度、データフォーマット等が統一されていないのが実情である。従って、掘削目標面に沿って作業機を適正に動作させるためには、採用される外部演算ユニットの信号プログラムに仕様を合わせた作業機制御装置を用意しなければならない。   However, there are various manufacturers of external arithmetic units that can be adopted, and the actual situation is that the signal protocol differs depending on the manufacturer and the communication format, speed, data format, etc. are not unified. Therefore, in order to properly operate the work machine along the excavation target surface, it is necessary to prepare a work machine control device that matches the specifications with the signal program of the external arithmetic unit to be employed.

本発明は、外部演算ユニットの信号プロトコルに応じて作業機制御装置に適正に領域制限掘削制御を実行させることができる領域制限掘削制御装置及び建設機械を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an area limited excavation control apparatus and a construction machine that can cause a work machine control apparatus to appropriately perform area limited excavation control according to a signal protocol of an external arithmetic unit.

上記目的を達成するために、本発明は、掘削目標面を越えて掘削しないように建設機械の作業機を制御する領域制限掘削制御を実行する領域制限掘削制御装置であって、前記建設機械の車体の位置情報、前記車体及び前記作業機の姿勢情報及び与えられた掘削目標面の三次元情報を基に、前記作業機の位置と前記掘削目標面との差分情報を演算する外部演算ユニットと、前記外部演算ユニットから入力した差分情報を基に前記作業機と前記掘削目標面との位置関係を表示する表示装置と、前記外部演算ユニットから入力された信号を基に、前記領域制限掘削制御を実行する作業機制御装置とを備え、前記外部演算ユニットから前記作業機制御装置に出力される信号を前記作業機制御装置の信号プロトコルにプロトコル変換する信号変換装置を備えていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides an area limited excavation control apparatus for executing area limited excavation control for controlling a work machine of a construction machine so as not to excavate beyond a target excavation surface. An external calculation unit that calculates difference information between the position of the work implement and the excavation target surface based on the position information of the vehicle body, the posture information of the vehicle body and the work implement, and the given three-dimensional information of the excavation target plane; A display device that displays a positional relationship between the work implement and the excavation target surface based on the difference information input from the external arithmetic unit; and the region-limited excavation control based on a signal input from the external arithmetic unit A signal conversion device that converts a signal output from the external arithmetic unit to the work implement control device into a signal protocol of the work implement control device. For example, characterized in that is.

また、他の発明は、車体と、前記車体に設けた作業機と、前記車体の位置情報を取得する測位装置と、前記車体及び前記作業機の姿勢情報を検出する姿勢検出器と、前記領域制限掘削制御装置とを備えた建設機械であることを特徴とする。   In another aspect of the invention, there is provided a vehicle body, a work machine provided on the vehicle body, a positioning device that acquires position information of the vehicle body, a posture detector that detects posture information of the vehicle body and the work machine, and the region A construction machine including a limited excavation control device.

本発明によれば、外部演算ユニットの信号プロトコルに応じて作業機制御装置に適正に領域制限掘削制御を実行させることができる。   According to the present invention, it is possible to cause the work implement control device to appropriately execute the area limited excavation control according to the signal protocol of the external arithmetic unit.

本発明に係る領域制限掘削制御装置を適用する建設機械の一例である油圧ショベルの外観構成を表す斜視図である。1 is a perspective view illustrating an external configuration of a hydraulic excavator that is an example of a construction machine to which an area limited excavation control device according to the present invention is applied. 図1に示した油圧ショベルに備えられた油圧駆動装置を領域制限掘削制御装置とともに示す図である。It is a figure which shows the hydraulic drive device with which the hydraulic shovel shown in FIG. 1 was equipped with the area | region limited excavation control apparatus. 領域制限掘削制御装置を形成する作業機制御装置、表示装置及び外部演算ユニットのブロック図である。It is a block diagram of a work machine control device, a display device, and an external calculation unit forming an area limited excavation control device. 領域制限掘削制御装置を形成する外部演算ユニットに備えられた基礎情報送信装置で抽出される特徴点を例示した図である。It is the figure which illustrated the feature point extracted with the basic information transmission apparatus with which the external arithmetic unit which forms an area limited excavation control apparatus was equipped. 領域制限掘削制御装置を形成する外部演算ユニットから作業機制御装置に送信される特徴点情報の一態様を表した模式図である。It is the schematic diagram showing the one aspect | mode of the feature point information transmitted to the working machine control apparatus from the external arithmetic unit which forms an area | region limited excavation control apparatus. 領域制限掘削制御装置を形成する外部演算ユニットによる基礎情報の演算及び送信の手順を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the procedure of the calculation and transmission of the basic information by the external arithmetic unit which forms an area | region limited excavation control apparatus. 領域制限掘削制御装置を形成する作業機制御装置に備えられた信号変換装置による信号変換の設定手順を表すフローチャートである。It is a flowchart showing the setting procedure of the signal conversion by the signal converter with which the working machine control apparatus which forms an area | region limited excavation control apparatus was equipped. 領域制限掘削制御装置を形成する作業機制御装置に備えられた信号変換装置による信号変換の設定画面の一例を表す図である。It is a figure showing an example of the setting screen of the signal conversion by the signal converter with which the working machine control apparatus which forms an area | region limited excavation control apparatus was equipped. 作業時に表示装置に表示されるグラフィック画像を含む表示画面を例示する図である。It is a figure which illustrates the display screen containing the graphic image displayed on a display apparatus at the time of work. 作業機の爪先が掘削目標面に近付いた際に表示される爪先付近の拡大表示画面を例示する図である。It is a figure which illustrates the enlarged display screen of the vicinity of a toe | toe displayed when the toe | toe of a working machine approaches an excavation target surface.

以下に図面を用いて本発明の実施形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

1.建設機械
図1は本発明の一実施形態に係る領域制限掘削制御装置を適用する建設機械の一例である油圧ショベルの外観構成を表す斜視図である。以下の説明において断り書きのない場合は運転席の前方(同図中では左上方向)を機体の前方とする。
1. Construction Machine FIG. 1 is a perspective view showing an external configuration of a hydraulic excavator that is an example of a construction machine to which an area limited excavation control device according to an embodiment of the present invention is applied. When there is no notice in the following description, the front of the driver's seat (upper left direction in the figure) is the front of the aircraft.

図1では本発明に係る領域制限掘削制御装置を適用する建設機械として油圧ショベルを例示しているが、本発明はブルドーザやホイールローダ等の他の種類の建設機械にも適用され得る。本実施形態においては、油圧ショベルを適用対象とした例を説明する。概略すると、同図に示した油圧ショベルは、車体10及び作業機20を備えている。車体10は、走行体11及び車体本体12を備えている。   Although FIG. 1 illustrates a hydraulic excavator as a construction machine to which the region-limited excavation control device according to the present invention is applied, the present invention can also be applied to other types of construction machines such as a bulldozer and a wheel loader. In this embodiment, an example in which a hydraulic excavator is applied will be described. In brief, the hydraulic excavator shown in the figure includes a vehicle body 10 and a work implement 20. The vehicle body 10 includes a traveling body 11 and a vehicle body 12.

走行体11は、本実施形態では無限軌道履帯を有する左右のクローラ(走行駆動体)13a,13bを備えており、左右の走行モータ3e,3f(図2も参照)により左右のクローラ13a,13bをそれぞれ駆動することで走行する。走行モータ3e,3fには例えば油圧モータが用いられる。   In this embodiment, the traveling body 11 includes left and right crawlers (traveling drive bodies) 13a and 13b having endless track tracks, and left and right crawlers 13a and 13b by left and right traveling motors 3e and 3f (see also FIG. 2). It drives by driving each. For example, hydraulic motors are used as the traveling motors 3e and 3f.

車体本体12は、走行体11上に旋回可能に設けた旋回体である。車体本体12の前部(本実施形態では前部左側)には、操作者が搭乗する運転室14が設けられている。車体本体12における運転室14の後側には、エンジンや油圧駆動装置等を収容した動力室15が、最後部には機体の前後方向のバランスを調整するカウンタウェイト16が搭載されている。車体本体12を走行体11に対して連結する旋回フレーム(不図示)には旋回モータ3d(図2参照)が設けられており、この旋回モータ3dによって走行体11に対して車体本体12が旋回駆動される。旋回モータ3dには例えば油圧モータが用いられる。   The vehicle body 12 is a turning body provided on the traveling body 11 so as to be turnable. A driver's cab 14 in which an operator is boarded is provided at the front part of the vehicle body 12 (the left side of the front part in the present embodiment). On the rear side of the cab 14 in the vehicle body 12, a power chamber 15 that houses an engine, a hydraulic drive device, and the like is mounted, and a counterweight 16 that adjusts the balance in the front-rear direction of the fuselage is mounted at the rearmost portion. A turning frame (not shown) that connects the vehicle body 12 to the traveling body 11 is provided with a turning motor 3d (see FIG. 2), and the body body 12 turns relative to the traveling body 11 by the turning motor 3d. Driven. For example, a hydraulic motor is used as the turning motor 3d.

作業機20は、車体本体12の前部(本実施形態では運転室14の右側)に設けられている。作業機20は、ブーム21a、アーム21b、及びバケット21cを備えた多関節型の作業装置である。ブーム21aは、水平左右に延びるピン(不図示)によって車体本体12のフレームに連結され、ブームシリンダ3aによって車体本体12に対して上下に回動する。アーム21bは、水平左右に延びるピン(不図示)によってブーム21aの先端に連結され、アームシリンダ3bによってブーム21aに対して回動する。バケット21cは、水平左右に延びるピン(不図示)によってアーム21bの先端に連結され、バケットシリンダ3cによってアーム21bに対して回動する。ブームシリンダ3a、アームシリンダ3b及びバケットシリンダ3cには、例えば油圧シリンダが用いられる。このような構成によって前後方向に延びる鉛直面内で作業機20は俯仰動作する。俯仰動作する作業機20の軌跡を含む平面(本実施形態では前後方向に延びる鉛直面)を「動作平面」と記載する。   The work machine 20 is provided in the front part of the vehicle body 12 (in the present embodiment, on the right side of the cab 14). The work machine 20 is an articulated work device including a boom 21a, an arm 21b, and a bucket 21c. The boom 21a is connected to the frame of the vehicle body 12 by pins (not shown) extending horizontally and horizontally, and is pivoted up and down with respect to the vehicle body 12 by the boom cylinder 3a. The arm 21b is connected to the tip of the boom 21a by a pin (not shown) extending horizontally to the left and right, and is rotated with respect to the boom 21a by the arm cylinder 3b. The bucket 21c is connected to the tip of the arm 21b by a pin (not shown) extending horizontally to the left and right, and is rotated with respect to the arm 21b by the bucket cylinder 3c. For example, hydraulic cylinders are used as the boom cylinder 3a, the arm cylinder 3b, and the bucket cylinder 3c. With such a configuration, the work implement 20 moves up and down in a vertical plane extending in the front-rear direction. A plane including the trajectory of the working machine 20 that moves up and down (in this embodiment, a vertical plane extending in the front-rear direction) is referred to as an “operation plane”.

また、油圧ショベルには、位置や姿勢に関する情報を検出する検出器が適所に設けられている。例えば、ブーム21a、アーム21b及びバケット21cの各回動支点には、それぞれ角度検出器8a−8cが設けられている。角度検出器8a−8cは、作業機20の位置と姿勢に関する情報を検出する姿勢検出器として用いられ、それぞれブーム21a、アーム21b及びバケット21cの回動角を検出する。また、車体本体12には傾斜検出器8d、測位装置9a,9b、無線機9c(図2等参照)が備えられている。傾斜検出器8dは、車体本体12の前後方向の傾斜(動作平面内の傾き)又は/及び左右方向の傾斜を検出する。測位装置9a,9bには例えばRTK−GNSS(Real Time Kinematic - Global Navigation Satellite System)が用いられ、測位装置9a,9bによって車体本体12の位置情報が取得される。無線機9cは、基準局GNSS(不図示)からの補正情報を受信するものである。   In addition, the hydraulic excavator is provided with a detector for detecting information related to the position and orientation in place. For example, angle detectors 8a-8c are provided at the respective rotation fulcrums of the boom 21a, the arm 21b, and the bucket 21c. The angle detectors 8a-8c are used as posture detectors that detect information related to the position and posture of the work machine 20, and detect the rotation angles of the boom 21a, the arm 21b, and the bucket 21c, respectively. The vehicle body 12 is provided with an inclination detector 8d, positioning devices 9a and 9b, and a wireless device 9c (see FIG. 2 and the like). The inclination detector 8d detects the inclination of the vehicle body 12 in the front-rear direction (inclination in the operation plane) and / or the inclination in the left-right direction. For example, RTK-GNSS (Real Time Kinematic-Global Navigation Satellite System) is used for the positioning devices 9a and 9b, and the position information of the vehicle body 12 is acquired by the positioning devices 9a and 9b. The wireless device 9c receives correction information from a reference station GNSS (not shown).

2.油圧駆動装置
図2は図1に示した油圧ショベルに備えられた油圧駆動装置及び領域制限掘削制御装置を示す図である。説明済みのものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。
2. Hydraulic Drive Device FIG. 2 is a diagram showing a hydraulic drive device and an area limited excavation control device provided in the hydraulic excavator shown in FIG. For those already described, the same reference numerals as those in the above-mentioned drawings are given in FIG.

図2に示した油圧駆動装置は、油圧ショベルの被駆動部材を駆動する装置であって動力室15に収容されている。被駆動部材には、作業機20(ブーム21a、アーム21b及びバケット21c)、及び車体10(クローラ13a,13b及び車体本体12)が含まれる。この油圧駆動装置は、油圧アクチュエータ3a−3f、油圧ポンプ1、操作装置4a−4f、コントロールバルブ5a−5f、リリーフ弁6等を含む。   The hydraulic drive device shown in FIG. 2 is a device that drives a driven member of a hydraulic excavator and is accommodated in the power chamber 15. The driven members include the work machine 20 (the boom 21a, the arm 21b, and the bucket 21c) and the vehicle body 10 (the crawlers 13a and 13b and the vehicle body 12). The hydraulic drive device includes a hydraulic actuator 3a-3f, a hydraulic pump 1, an operation device 4a-4f, a control valve 5a-5f, a relief valve 6, and the like.

油圧アクチュエータ3a−3fは、それぞれブームシリンダ3a、アームシリンダ3b、バケットシリンダ3c、旋回モータ3d、走行モータ3e,3fである。これら油圧アクチュエータ3a−3fは、油圧ポンプ1から吐出される圧油により駆動される。   The hydraulic actuators 3a to 3f are a boom cylinder 3a, an arm cylinder 3b, a bucket cylinder 3c, a turning motor 3d, and traveling motors 3e and 3f, respectively. These hydraulic actuators 3 a to 3 f are driven by pressure oil discharged from the hydraulic pump 1.

油圧ポンプ1はエンジン(図示せず)により駆動される。油圧ポンプ1から吐出された圧油は吐出配管2aを流れ、コントロールバルブ5a−5fを介してそれぞれ油圧アクチュエータ3a−3fに供給される。油圧アクチュエータ3a−3fからの各戻り油は、それぞれコントロールバルブ5a−5fを介して戻り油配管2bに流れ込んでタンク7に戻される。吐出配管2aの最高圧力を規制するのがリリーフ弁6である。   The hydraulic pump 1 is driven by an engine (not shown). The pressure oil discharged from the hydraulic pump 1 flows through the discharge pipe 2a and is supplied to the hydraulic actuators 3a-3f via the control valves 5a-5f. Each return oil from the hydraulic actuator 3a-3f flows into the return oil pipe 2b via the control valve 5a-5f, and is returned to the tank 7. The relief valve 6 regulates the maximum pressure of the discharge pipe 2a.

操作装置4a−4fは、それぞれ油圧アクチュエータ3a−3fに対応する電気レバー装置であり、運転室14(図1参照)に備えられている。操作レバー4a−4fからの操作信号(電気信号)は作業機制御装置40に入力され、コントロールバルブ5a−5fを駆動する指令信号(電気信号)に変換される。コントロールバルブ5a−5fは、作業機制御装置40からの指令信号をパイロット圧に変換する電気油圧変換手段(例えば比例電磁弁)を両端に備えた電気・油圧操作方式の弁である。これらコントロールバルブ5a−5fは、それぞれ操作装置4a−4fの操作を基に作業機制御装置40から入力される指令信号によって切換制御され、油圧アクチュエータ3a−3fに供給される圧油の流量及び方向を制御する。なお、コントロールバルブ5a−5fは、指令信号(電気信号)に応じてスプールが作動するサーボ弁でも良い。また、操作レバー4a−4fは、操作レバーの操作量に応じたパイロット圧を発生させる、いわゆるリモコン弁であっても良い。この場合、操作レバーの操作量は、パイロット圧を圧力センサにより検出することにより求められる。   The operation devices 4a-4f are electric lever devices corresponding to the hydraulic actuators 3a-3f, respectively, and are provided in the cab 14 (see FIG. 1). An operation signal (electric signal) from the operation lever 4a-4f is input to the work machine control device 40 and converted into a command signal (electric signal) for driving the control valve 5a-5f. The control valves 5a to 5f are electro-hydraulic operation type valves provided at both ends with electro-hydraulic conversion means (for example, a proportional electromagnetic valve) that converts a command signal from the work machine control device 40 into pilot pressure. These control valves 5a-5f are switched and controlled by command signals input from the work machine control device 40 based on the operations of the operation devices 4a-4f, respectively, and the flow rate and direction of the pressure oil supplied to the hydraulic actuators 3a-3f. To control. The control valves 5a-5f may be servo valves whose spools operate in response to command signals (electrical signals). Further, the operation levers 4a to 4f may be so-called remote control valves that generate a pilot pressure corresponding to the operation amount of the operation lever. In this case, the operation amount of the operation lever can be obtained by detecting the pilot pressure with a pressure sensor.

3.領域制限掘削制御装置
図3は作業機制御装置、表示装置及び外部演算ユニットのブロック図である。説明済みのものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。領域制限掘削制御装置100は、外部演算ユニット30、表示装置(図2では図示省略)及び上記作業機制御装置40を備えている。次にこれら要素について説明していく。
3. 3 is a block diagram of a work machine control device, a display device, and an external arithmetic unit. For those already described, the same reference numerals as those in the above-mentioned drawings are given in FIG. The area limited excavation control device 100 includes an external arithmetic unit 30, a display device (not shown in FIG. 2), and the work machine control device 40. Next, these elements will be described.

・外部演算ユニット
外部演算ユニット30は、角度検出器8a−8c、傾斜検出器8d、測位装置9a,9b及び無線機9cから入力される信号を基に、領域制限掘削制御の基礎情報を演算し作業機制御装置40に出力するコントローラである。演算される基礎情報には作業機20の位置と掘削目標面(後述)との差分情報(位置関係)が含まれる。
External calculation unit The external calculation unit 30 calculates the basic information of the area limited excavation control based on the signals input from the angle detectors 8a-8c, the inclination detector 8d, the positioning devices 9a, 9b and the radio unit 9c. It is a controller that outputs to the work machine control device 40. The calculated basic information includes difference information (positional relationship) between the position of the work machine 20 and the excavation target surface (described later).

外部演算ユニット30は、入力ポート31、位置姿勢演算装置32、目標面記憶装置33、二次元情報抽出装置34、基礎情報送信装置35、記憶装置36、通信ポート37及び差分情報演算装置39を備えている。   The external computation unit 30 includes an input port 31, a position / orientation computation device 32, a target plane storage device 33, a two-dimensional information extraction device 34, a basic information transmission device 35, a storage device 36, a communication port 37, and a difference information computation device 39. ing.

入力ポート31は、測位装置9a,9bで受信した現在位置情報、無線機9cで受信した補正情報(位置情報の補正値)、角度検出器8a−8cの角度検出信号及び傾斜検出器8dの傾斜検出信号を入力する。通信ポート37は、作業機制御装置40及び表示装置38との間で情報を授受する。   The input port 31 includes the current position information received by the positioning devices 9a and 9b, the correction information received by the wireless device 9c (correction value of the position information), the angle detection signals of the angle detectors 8a-8c, and the inclination of the inclination detector 8d. Input the detection signal. The communication port 37 exchanges information between the work machine control device 40 and the display device 38.

位置姿勢演算装置32は、車体本体12上の二点(例えば測位装置9a,9bの位置)の位置情報を基に車体本体12の現在の位置や向き等を演算する。   The position / orientation calculation device 32 calculates the current position and orientation of the vehicle body 12 based on the position information of two points on the vehicle body 12 (for example, the positions of the positioning devices 9a and 9b).

目標面記憶装置33は、掘削目標面の三次元位置情報(設計データ)を格納している。掘削目標面とは、油圧ショベルで掘削形成する(造形する)目標地形のことをいう。掘削目標面の三次元位置情報とは、掘削目標面をポリゴンで表した地形データに位置データを付した情報をいう。この三次元位置情報は予め作成されて目標面記憶装置33に記憶される。   The target surface storage device 33 stores three-dimensional position information (design data) of the excavation target surface. The excavation target plane refers to a target landform that is excavated (formed) by a hydraulic excavator. The three-dimensional position information of the excavation target surface refers to information obtained by adding position data to topographic data representing the excavation target surface with polygons. This three-dimensional position information is created in advance and stored in the target surface storage device 33.

二次元情報抽出装置34は、目標面記憶装置33から読み出した掘削目標面の三次元位置情報、並びに測位装置9a,9b及び無線機9cから入力された油圧ショベルの現在位置情報を基に、作業装置20の動作平面上における基準面の二次元情報を抽出する。基準面とは、掘削目標面そのものをいう場合の他、掘削目標面を基に演算した面をいう場合もある。掘削目標面を基に演算した面とは、掘削目標面を設定距離だけシフトさせた面や設定角度だけ傾斜させた面等である。掘削目標面をシフト及び傾斜させた面も掘削目標面を基に演算した面に含まれる。基準面の二次元情報とは、油圧ショベルの前方の所定領域における作業機20の動作平面と基準面との交線又はこの交線を基に演算した線をいう。交線を基に演算した線とは、交線を設定距離だけシフトさせた線や設定角度だけ傾斜させた線等である。交線をシフト及び傾斜させた線も交線を基に演算した線に含まれる。以下、この基準面の二次元情報を基準線と記載する。   The two-dimensional information extraction device 34 operates based on the three-dimensional position information of the excavation target surface read from the target surface storage device 33 and the current position information of the excavator input from the positioning devices 9a and 9b and the radio device 9c. Two-dimensional information of the reference plane on the operation plane of the apparatus 20 is extracted. The reference surface may be a surface calculated based on the target excavation surface as well as the target excavation surface itself. The surface calculated based on the excavation target surface is a surface obtained by shifting the excavation target surface by a set distance, a surface inclined by a set angle, or the like. The surface obtained by shifting and tilting the excavation target surface is also included in the surface calculated based on the excavation target surface. The two-dimensional information of the reference plane refers to an intersection line between the operation plane of the work machine 20 and the reference plane in a predetermined area in front of the excavator or a line calculated based on the intersection line. The line calculated based on the intersection line is a line obtained by shifting the intersection line by a set distance, a line inclined by a set angle, or the like. A line obtained by shifting and tilting the intersection line is also included in the line calculated based on the intersection line. Hereinafter, the two-dimensional information of the reference plane is referred to as a reference line.

差分情報演算装置39は、例えば測位装置9a,9bの受信情報に基づく(又は位置姿勢演算装置32で演算された)車体10の現在の位置及び向きの情報、角度検出器8a−8c及び傾斜検出器8dの信号に基づく車体10及び作業機20の現在の姿勢情報、及び与えられた掘削目標面(後述)の三次元情報を基に、作業機20の例えば爪先の位置、及び爪先の位置と掘削目標面の位置との差分情報(距離)を演算する。この差分情報演算装置39の演算結果は表示装置38にも出力され、表示装置38には、差分情報に基づく掘削目標面と作業機20の位置関係のグラフィック画像がリアルタイム表示される。その際のグラフィック画像については図9及び図10に例示する。   The difference information calculation device 39 is, for example, information on the current position and orientation of the vehicle body 10 based on information received by the positioning devices 9a and 9b (or calculated by the position / orientation calculation device 32), angle detectors 8a-8c, and inclination detection. For example, the position of the toe and the position of the toe of the work machine 20 based on the current posture information of the vehicle body 10 and the work machine 20 based on the signal of the device 8d and the given three-dimensional information of the excavation target surface (described later) Difference information (distance) from the position of the excavation target surface is calculated. The calculation result of the difference information calculation device 39 is also output to the display device 38, and a graphic image of the positional relationship between the excavation target surface and the work implement 20 based on the difference information is displayed on the display device 38 in real time. The graphic image at that time is illustrated in FIG. 9 and FIG.

基礎情報送信装置35は、二次元情報抽出装置34で抽出した上記基準線上の複数の特徴点(後述)の情報、角度検出器8a−8c及び傾斜検出器8dの信号を、領域制限掘削制御の基礎情報として通信ポート37を介して作業機制御装置40に送信する。角度検出器8a−8c及び傾斜検出器8dの信号に加えて又は代わりに、差分情報演算装置39で演算された作業機20の爪先の位置情報を基礎情報に含めても良い。基礎情報送信装置35で抽出される特徴点の詳細については後述する。   The basic information transmitting device 35 uses the information of a plurality of feature points (described later) on the reference line extracted by the two-dimensional information extracting device 34, the signals of the angle detectors 8a-8c and the inclination detector 8d, for region limited excavation control. The basic information is transmitted to the work machine control device 40 via the communication port 37. In addition to or instead of the signals from the angle detectors 8a-8c and the inclination detector 8d, the toe position information of the work implement 20 calculated by the difference information calculation device 39 may be included in the basic information. Details of the feature points extracted by the basic information transmitting device 35 will be described later.

記憶装置36は、油圧ショベルの各種寸法データや各種演算に使用する定数、プログラム等を格納した領域の他、位置姿勢演算装置32や二次元情報抽出装置34、差分情報演算装置39等の演算値等を記憶する領域を備えている。   The storage device 36 is an area for storing various size data of hydraulic excavators, constants used for various calculations, programs, and the like, as well as calculated values of the position and orientation calculation device 32, the two-dimensional information extraction device 34, the difference information calculation device 39, and the like. And so on.

・表示装置
外部演算ユニット30及び作業機制御装置40には表示装置38が接続されている。この表示装置38は、外部演算ユニット30や作業機制御装置40からの表示信号を基に情報を表示する装置であり、外部演算ユニット30や作業機制御装置40に対する設定や指示をしたりする操作部を備えている。この表示装置38はタッチパネルであって表示部が操作部を兼ねているが、機械式のボタンやレバー等による操作部と代える、又は併用する構成であっても良い。
Display Device A display device 38 is connected to the external arithmetic unit 30 and the work machine control device 40. The display device 38 is a device that displays information based on display signals from the external arithmetic unit 30 and the work machine control device 40, and performs operations for setting and giving instructions to the external arithmetic unit 30 and the work machine control device 40. Department. The display device 38 is a touch panel, and the display unit also serves as an operation unit. However, the display unit 38 may be configured to replace or use an operation unit using mechanical buttons, levers, or the like.

・作業機制御装置
作業機制御装置40は、基本的な機体制御機能の他、領域制限掘削制御機能を備えたコントローラである。作業機制御装置40には、外部演算ユニット30が接続されていて、領域制限掘削制御の基礎情報が外部演算ユニット30から入力される。基本的な機体制御機能とは、操作装置4a−4fの操作に応じてコントロールバルブ5a−5fに指令信号を出力する機能である。領域制限掘削制御機能とは、操作装置4a−4fからの操作信号に加え、外部演算ユニット30を介して取得する信号(特徴点(後述)の情報、角度検出器8a−8c及び傾斜検出器8dの検出信号を含む基礎情報)を基に、掘削目標面を越えて掘削しないように作業機20の油圧シリンダ3a−3c(厳密にはコントロールバルブ5a−5c)を制御し、作業機20の動作領域を制限する機能である。
-Work implement control device The work implement control device 40 is a controller provided with an area limited excavation control function in addition to a basic machine control function. An external arithmetic unit 30 is connected to the work machine control device 40, and basic information on area limited excavation control is input from the external arithmetic unit 30. The basic machine control function is a function for outputting a command signal to the control valves 5a-5f in response to an operation of the operation device 4a-4f. The area limited excavation control function is a signal (information of feature points (described later), angle detectors 8a-8c and inclination detectors 8d) acquired via the external arithmetic unit 30 in addition to the operation signals from the operation devices 4a-4f. The hydraulic cylinders 3a-3c (strictly, the control valves 5a-5c) of the work machine 20 are controlled so as not to dig beyond the excavation target surface. This is a function that limits the area.

作業機制御装置40は、入力ポート41、信号変換装置47、基礎情報受信装置42、記憶装置43、指令信号演算装置44、通信ポート45及び出力ポート46を備えている。   The work machine control device 40 includes an input port 41, a signal conversion device 47, a basic information reception device 42, a storage device 43, a command signal calculation device 44, a communication port 45, and an output port 46.

入力ポート41は、操作装置4a−4fからの操作信号を入力する。信号変換装置47は、通信ポート45を介して外部演算ユニット30から入力される信号(基礎情報)を外部演算ユニット30の種類に応じて作業機制御装置40で採用されている信号プロトコルにプロトコル変換する。この信号変換装置47の記憶領域には、外部演算ユニット30の出力信号の信号プロトコルを作業機制御装置40の信号プロトコルに変換するための通信プログラムが外部演算ユニット30の種類毎に用意されている。基礎情報受信装置42は、信号変換装置47で変換処理された基礎情報を受信して記憶する。記憶装置43は、領域制限掘削制御に関するプログラムや定数を格納している。指令信号演算装置44は、記憶装置43から読み出したプログラムに従って、操作装置4a−4fからの操作信号、外部演算ユニット30から入力された基礎情報を基にコントロールバルブ5a−5fに対する指令信号を演算し、出力ポート46を介してコントロールバルブ5a−5fに指令信号を出力する。その結果、掘削目標面を越えて掘削しない範囲で操作に応じて作業装置20が動作する。   The input port 41 inputs an operation signal from the operation device 4a-4f. The signal conversion device 47 converts the signal (basic information) input from the external arithmetic unit 30 via the communication port 45 into a signal protocol adopted by the work machine control device 40 according to the type of the external arithmetic unit 30. To do. In the storage area of the signal conversion device 47, a communication program for converting the signal protocol of the output signal of the external arithmetic unit 30 into the signal protocol of the work machine control device 40 is prepared for each type of the external arithmetic unit 30. . The basic information receiver 42 receives and stores the basic information converted by the signal converter 47. The storage device 43 stores programs and constants related to area limited excavation control. The command signal calculation device 44 calculates a command signal for the control valves 5a-5f based on the operation signal from the operation devices 4a-4f and the basic information input from the external calculation unit 30 in accordance with the program read from the storage device 43. The command signal is output to the control valves 5a-5f via the output port 46. As a result, the work device 20 operates according to the operation within a range where the excavation target surface is not excavated.

領域制限掘削制御については適宜公知技術が適用できるため説明を省略することとし、外部演算ユニット30から作業機制御装置40に提供される基礎情報が含まれる特徴点、外部演算ユニット30による作業機制御装置40への基礎情報の送信手順、及び外部演算ユニット30からの入力信号の作業機制御装置40におけるプロトコル変換の設定手順について次に順次説明していく。   Description of the area-limited excavation control will be omitted as appropriate because known techniques can be applied as appropriate, and feature points including basic information provided from the external arithmetic unit 30 to the work implement control device 40, work implement control by the external arithmetic unit 30 Next, a procedure for transmitting basic information to the apparatus 40 and a protocol conversion setting procedure in the work machine control apparatus 40 for an input signal from the external arithmetic unit 30 will be sequentially described.

4.特徴点
図4は本実施形態において基礎情報送信装置35で抽出される上記特徴点を例示した図である。説明済みのものについては、同図において既出図面と同符号を付して説明を省略する。
4). Feature Points FIG. 4 is a diagram illustrating the feature points extracted by the basic information transmitting apparatus 35 in the present embodiment. For those already described, the same reference numerals as those in the above-mentioned drawings are given in FIG.

図4に示すように、まず油圧ショベルに対して予め設定した基準点Oから作業機20の動作平面に沿って前方に延ばした軸をX座標軸、基準点から動作平面に沿って上方に延ばした軸をZ座標軸とする。油圧ショベルの姿勢によらず、X座標軸は常に基準点Oから動作平面に沿って水平前方に延び、Z座標軸は基準点Oから動作平面に沿ってX座標軸に直交する方向に延びる。基準点OはXZ座標系の原点である。ここで、基準点Oとは、油圧ショベルに対して設定した任意の一点又はこの任意の一点に基づいて演算された点をいう。任意の一点に基づいて演算された点とは、任意の一点に対して予め設定された位置関係にある点等である。本実施形態では、例えばブーム21aの基部の支点を基準点Oとするが、ブーム21aの基部の支点と一定の位置関係にある点等も基準点Oとなり得る。従って、油圧ショベル上の点以外も基準点Oとなり得る。   As shown in FIG. 4, first, an axis extending forward from the reference point O set in advance to the excavator along the operation plane of the work machine 20 is extended upward along the operation plane from the reference point and the X coordinate axis. Let the axis be the Z coordinate axis. Regardless of the attitude of the excavator, the X coordinate axis always extends horizontally forward from the reference point O along the operation plane, and the Z coordinate axis extends from the reference point O along the operation plane in a direction perpendicular to the X coordinate axis. The reference point O is the origin of the XZ coordinate system. Here, the reference point O means an arbitrary point set for the hydraulic excavator or a point calculated based on the arbitrary one point. A point calculated based on an arbitrary point is a point having a preset positional relationship with respect to the arbitrary point. In the present embodiment, for example, the fulcrum of the base of the boom 21a is set as the reference point O. However, a point having a fixed positional relationship with the fulcrum of the base of the boom 21a can also be the reference point O. Accordingly, the reference point O can be other than the points on the excavator.

同図に示した線分Lは二次元情報抽出装置34で抽出された上記基準線(二次元情報)である。以下、線分Lを基準線Lと呼び替える。この基準線Lは、作業機20の動作平面で切った目標地形断面の外形線又はこの外形線と一定の関係にある線に等しい。   The line segment L shown in the figure is the reference line (two-dimensional information) extracted by the two-dimensional information extraction device 34. Hereinafter, the line segment L is referred to as the reference line L. The reference line L is equal to the outline of the target terrain cross section cut by the operation plane of the work machine 20 or a line having a certain relationship with the outline.

基礎情報送信装置35が抽出する特徴点P1,P2,・・・Pnは、X座標が一定間隔の基準線L上の複数の点である。特徴点P1のX座標は基準点OのX座標(つまり0)である。特徴点P1,P2,・・・PnのX座標の間隔ΔXは、特に限定されないが例えば20cm程度とすることができる。基礎情報送信装置35から作業機制御装置40に送信される特徴点情報は、これら特徴点P1,P2,・・・PnのZ座標のみである。   The feature points P1, P2,... Pn extracted by the basic information transmitting device 35 are a plurality of points on the reference line L whose X coordinate is a constant interval. The X coordinate of the feature point P1 is the X coordinate (that is, 0) of the reference point O. The distance ΔX between the X coordinates of the feature points P1, P2,... Pn is not particularly limited, but can be, for example, about 20 cm. The feature point information transmitted from the basic information transmitting device 35 to the work implement control device 40 is only the Z coordinates of these feature points P1, P2,.

図5は本実施形態において外部演算ユニット30から作業機制御装置40に送信される特徴点情報の一態様を表した模式図である。   FIG. 5 is a schematic diagram showing one aspect of the feature point information transmitted from the external arithmetic unit 30 to the work machine control device 40 in the present embodiment.

外部演算ユニット30から作業機制御装置40の通信にCAN(Controller Area Network)を用いた場合、8バイトの情報が1メッセージとして送信される。1つの位置情報に2バイトを要するため、1メッセージ当たり4つの位置情報が含まれる。具体例を説明すると、図5に示したメッセージID−1には特徴点P1−P4のZ座標Z1−Z4が、メッセージID−2には特徴点P5−P8のZ座標Z5−Z8が含まれている。特徴点P1,P2・・・PnのX座標は予め設定されていて既知であるため、作業機制御装置40においては特徴点P1,P2・・・PnのZ座標を受信することで、特徴点P1,P2・・・PnのXZ座標が特定される。   When a CAN (Controller Area Network) is used for communication from the external processing unit 30 to the work machine control device 40, 8-byte information is transmitted as one message. Since one piece of location information requires 2 bytes, four pieces of location information are included per message. To explain a specific example, the message ID-1 shown in FIG. 5 includes the Z coordinates Z1-Z4 of the feature points P1-P4, and the message ID-2 includes the Z coordinates Z5-Z8 of the feature points P5-P8. ing. Since the X coordinates of the feature points P1, P2,... Pn are preset and known, the work machine control device 40 receives the Z coordinates of the feature points P1, P2,. XZ coordinates of P1, P2,... Pn are specified.

なお、図4において作業機20による掘削動作のX座標軸方向の範囲をRとして、掘削動作範囲RをX座標軸方向に設定数nで等分した場合、各区分のX座標軸方向の寸法を間隔ΔXとすると、掘削動作範囲Rによって間隔ΔXは変化するが、特徴点の数はnに定まり送信データ数は一定になる。   In FIG. 4, when the range in the X coordinate axis direction of the excavation operation by the work machine 20 is R, and the excavation operation range R is equally divided by the set number n in the X coordinate axis direction, the dimension in the X coordinate axis direction of each section is an interval ΔX. Then, although the interval ΔX varies depending on the excavation operation range R, the number of feature points is determined as n, and the number of transmission data is constant.

5.基礎情報の演算手順
図6は外部演算ユニット30による基礎情報の演算及び送信の手順を表すフローチャートである。
5. Basic Information Calculation Procedure FIG. 6 is a flowchart showing a basic information calculation and transmission procedure by the external calculation unit 30.

・スタート
運転室14で電源を入れると、外部演算ユニット30に電源が投入され、所定の初期処理の後、図6の手順が開始される。外部演算ユニット30は、同図の手順(スタートからエンドまで)を一定周期(例えば200ms)で繰り返し実行する。
Start When the power is turned on in the cab 14, the external arithmetic unit 30 is turned on, and the procedure shown in FIG. 6 is started after a predetermined initial process. The external arithmetic unit 30 repeatedly executes the procedure (from start to end) in the figure at a constant cycle (for example, 200 ms).

・ステップS100
ステップS100に手順を移すと、外部演算ユニット30は、入力ポート31を介して各センサ類から検出情報等を取得して記憶装置36に記憶する。ここで取得される検出情報等には、測位装置9a,9bの位置情報(測位情報)、無線機9cによる補正情報、角度検出器8a−8cによる角度検出信号、傾斜検出器8dによる傾斜検出信号が含まれる。そして、外部演算ユニット30は、測位装置9a,9bからの位置情報、及び無線機9cからの補正情報を基に、位置姿勢演算装置32によって車体本体12上の二点(ここでは測位装置9a,9bの位置)のそれぞれの正確な三次元現在位置情報(X,Y,Z)を演算する。Y座標軸は、XZ座標軸に(作業機20の動作平面に)基準点Oで直交する座標軸である。位置姿勢演算装置32で演算された測位装置9a,9bの現在位置情報は、演算の基礎となった検出情報等とともに記憶装置36に格納される。
Step S100
When the procedure proceeds to step S100, the external arithmetic unit 30 acquires detection information and the like from each sensor via the input port 31 and stores them in the storage device 36. The detection information acquired here includes position information (positioning information) of the positioning devices 9a and 9b, correction information by the wireless device 9c, an angle detection signal by the angle detectors 8a-8c, and a tilt detection signal by the tilt detector 8d. Is included. Then, the external arithmetic unit 30 uses the position / orientation arithmetic unit 32 based on the position information from the positioning devices 9a and 9b and the correction information from the wireless device 9c (here, the positioning device 9a, 9b position) is calculated for each accurate three-dimensional current position information (X, Y, Z). The Y coordinate axis is a coordinate axis orthogonal to the XZ coordinate axis (on the operation plane of the work machine 20) at the reference point O. The current position information of the positioning devices 9a and 9b calculated by the position / orientation calculation device 32 is stored in the storage device 36 together with detection information and the like that are the basis of the calculation.

・ステップS110
ステップS110に手順を移すと、外部演算ユニット30は、測位装置9a,9bの三次元位置情報、及び車体本体12上における測位装置9a,9bの取り付け位置の情報(既知)を記憶装置36から読み出し、位置姿勢演算装置32によって基準点O(本実施形態ではブーム21aの基端側の支点位置)の現在位置の三次元情報を演算する。基準点Oと測位装置9a,9bの位置関係は既知である。位置姿勢演算装置32で演算された基準点Oの現在位置情報は、記憶装置36に格納される。
Step S110
When the procedure proceeds to step S110, the external arithmetic unit 30 reads out the three-dimensional position information of the positioning devices 9a and 9b and the information (known) of the mounting positions of the positioning devices 9a and 9b on the vehicle body 12 from the storage device 36. Then, the three-dimensional information of the current position of the reference point O (in this embodiment, the fulcrum position on the base end side of the boom 21a) is calculated by the position / orientation calculation device 32. The positional relationship between the reference point O and the positioning devices 9a and 9b is known. The current position information of the reference point O calculated by the position / orientation calculation device 32 is stored in the storage device 36.

・ステップS120
ステップS120に手順を移すと、外部演算ユニット30は、ステップS100で演算した測位装置9a,9bの三次元位置情報、測位装置9a,9bの取り付け位置情報、及び傾斜検出器8dの検出信号を記憶装置36から読み出し、位置姿勢演算装置32によって車体本体12の姿勢を演算する。車体本体12の姿勢情報には、車体本体12の向き及び傾きが含まれる。車体本体12の向きは、例えば運転席の正面が向く方角である。車体本体12の傾きには、車体本体12の前後及び/又は左右の傾きが含まれる。車体本体12の前後の傾きは傾斜検出器8dからの検出信号を基に演算される。左右の傾きは測位装置9a,9bの三次元位置情報、及び測位装置9a,9bの取り付け位置情報を基に演算される。位置姿勢演算装置32で演算された車体本体12の姿勢情報は記憶装置36に格納される。
Step S120
When the procedure is moved to step S120, the external arithmetic unit 30 stores the three-dimensional position information of the positioning devices 9a and 9b, the mounting position information of the positioning devices 9a and 9b, and the detection signal of the inclination detector 8d calculated in step S100. Read out from the device 36, and the posture of the vehicle body 12 is calculated by the position / orientation calculation device 32. The posture information of the vehicle body 12 includes the orientation and inclination of the vehicle body 12. The direction of the vehicle body 12 is, for example, a direction in which the front of the driver's seat faces. The inclination of the vehicle body 12 includes front and rear and / or right and left inclinations of the vehicle body 12. The front / rear inclination of the vehicle body 12 is calculated based on the detection signal from the inclination detector 8d. The left and right inclinations are calculated based on the three-dimensional position information of the positioning devices 9a and 9b and the mounting position information of the positioning devices 9a and 9b. The posture information of the vehicle body 12 calculated by the position / orientation calculation device 32 is stored in the storage device 36.

・ステップS130
ステップS130に手順を移すと、外部演算ユニット30は、目標面記憶装置33から掘削目標面の三次元位置情報を読み込む。
Step S130
When the procedure moves to step S <b> 130, the external arithmetic unit 30 reads the three-dimensional position information of the excavation target surface from the target surface storage device 33.

・ステップS140
ステップS140に手順を移すと、外部演算ユニット30は、ステップS110,S120の演算結果を記憶装置36から読み出し、基準点Oの位置情報、車体本体12の姿勢情報、及び掘削目標面の三次元位置情報を基に、二次元情報抽出装置34によって前述したように基準面の二次元情報として基準線を抽出する。二次元情報抽出装置34で演算された基準線の情報は、記憶装置36に格納される。
Step S140
When the procedure moves to step S140, the external arithmetic unit 30 reads the calculation results of steps S110 and S120 from the storage device 36, and the position information of the reference point O, the posture information of the vehicle body 12 and the three-dimensional position of the excavation target surface. Based on the information, the reference line is extracted as the two-dimensional information of the reference plane by the two-dimensional information extraction device 34 as described above. The reference line information calculated by the two-dimensional information extraction device 34 is stored in the storage device 36.

・ステップS150
ステップS150に手順を移すと、外部演算ユニット30は、基準線を記憶装置36から読み出し、基礎情報送信装置35によって特徴点を抽出する。基礎情報送信装置35は、それら特徴点の情報を作業機制御装置40への送信用の情報に加工し、記憶装置36に格納する。ここで実行する情報の加工は、図4を用いて先に説明した特徴点P1,P2,・・・PnのZ座標(図5参照)を演算することである。
Step S150
When the procedure moves to step S150, the external arithmetic unit 30 reads the reference line from the storage device 36 and extracts the feature points by the basic information transmitting device 35. The basic information transmission device 35 processes the information on these feature points into information for transmission to the work machine control device 40 and stores the information in the storage device 36. The information processing performed here is to calculate the Z coordinates (see FIG. 5) of the feature points P1, P2,... Pn described above with reference to FIG.

・ステップS160
ステップS160に手順を移すと、外部演算ユニット30は、基礎情報送信装置35によって、通信ポート37を介して特徴点P1,P2,・・・Pnの情報(Z座標)、角度検出器8a−8c及び傾斜検出器8dの信号を記憶装置36から読み出し、これらを基礎情報として作業機制御装置40へ送信する。
Step S160
When the procedure moves to step S160, the external arithmetic unit 30 causes the basic information transmitting device 35 to transmit information (Z coordinate) of the feature points P1, P2,... Pn via the communication port 37, and the angle detectors 8a-8c. And the signal of the inclination detector 8d is read from the memory | storage device 36, and these are transmitted to the working machine control apparatus 40 as basic information.

・エンド
前述した通り、外部演算ユニット30は通電している間は、ステップS160の手順を終了したらステップS100に手順を戻し、図6の手順を繰り返し実行する。ステップS160の手順を終了した時点で電源が切られていれば、所定の終了処理を実行して停止する。
End As described above, while the external arithmetic unit 30 is energized, when the procedure of step S160 is completed, the procedure returns to step S100, and the procedure of FIG. 6 is repeatedly executed. If the power is turned off when the procedure of step S160 is completed, a predetermined termination process is executed and stopped.

なお、外部演算ユニット30による作業機制御装置40への基礎情報の送信手順が以上の通りであるが、外部演算ユニット30は、この他にも、測位装置9a,9b、無線機9c、角度検出器8a−8c及び傾斜検出器8dから得た情報を基に作業機20の爪先と掘削目標面との差分情報を差分情報演算装置39で演算し表示装置38に出力する機能を有する。表示装置38には、外部演算ユニット30からの入力信号を基にして後述する図9や図10に示したように作業機20の爪先と掘削目標面との位置関係を表すグラフィック画像がリアルタイム表示される。ここでいうリアルタイム表示とは、例えば図6の手順の実行周期(例えば200ms)又はその整数倍の周期で作業機20と掘削目標面との位置関係を繰り返し実行し表示を更新することである。   In addition, although the transmission procedure of the basic information to the work machine control device 40 by the external arithmetic unit 30 is as described above, the external arithmetic unit 30 is not limited to the positioning devices 9a and 9b, the radio device 9c, and the angle detection. The difference information calculation device 39 calculates the difference information between the tip of the work implement 20 and the excavation target surface based on the information obtained from the devices 8a-8c and the inclination detector 8d, and outputs it to the display device 38. The display device 38 displays in real time a graphic image representing the positional relationship between the tip of the work machine 20 and the excavation target surface as shown in FIGS. 9 and 10 described later based on an input signal from the external arithmetic unit 30. Is done. The real-time display here refers to updating the display by repeatedly executing the positional relationship between the work implement 20 and the excavation target surface, for example, in the execution cycle (for example, 200 ms) of the procedure of FIG.

6.信号変換手順
ここでは、信号変換装置47による信号変換の設定手順を説明する。ここで説明する手順による信号変換の設定は、外部演算ユニット30において一定周期で繰り返し実行される基礎情報の演算及び送信の手順と異なり、結果としては外部演算ユニット30を作業機制御装置40に接続した際等の特定の時機にサービスマン等のオペレータの操作に応じて実行される。オペレータによって信号変換の設定が適当になされれば、外部演算ユニット30の出力した信号のプロトコル(信号の解釈方法、通信速度等)が作業機制御装置40で採用されているプロトコルに変換され、外部演算ユニット30からの入力信号を基に作業機制御装置40により領域制限掘削制御が実行される結果、作業機制御装置40により制御される作業機20が掘削目標面に対して正常な軌道を描くようになる。
6). Signal Conversion Procedure Here, a signal conversion setting procedure by the signal converter 47 will be described. The signal conversion setting according to the procedure described here is different from the basic information calculation and transmission procedure that is repeatedly executed at a constant period in the external arithmetic unit 30. As a result, the external arithmetic unit 30 is connected to the work machine control device 40. It is executed in response to the operation of an operator such as a service person at a specific time such as when it is done. If the signal conversion is appropriately set by the operator, the protocol (signal interpretation method, communication speed, etc.) of the signal output from the external arithmetic unit 30 is converted into the protocol employed by the work machine control device 40, and the external As a result of the area limited excavation control being executed by the work implement control device 40 based on the input signal from the arithmetic unit 30, the work implement 20 controlled by the work implement control device 40 draws a normal trajectory with respect to the excavation target surface. It becomes like this.

図7は作業機制御装置40における信号変換装置47による信号変換の設定手順を表すフローチャートである。   FIG. 7 is a flowchart showing a signal conversion setting procedure by the signal conversion device 47 in the work machine control device 40.

・スタート−ステップS200
信号変換装置47は、キースイッチにより電源が投入されると図7の手順を開始し、電源が投入されている間、同図の手順を繰り返し実行する。同図の手順を開始すると、信号変換装置47は、まず信号変換の設定画面の呼び出し操作がされたか否かを判定する(ステップS200)。信号変換装置47は、呼び出し操作があるまでステップS200の手順を繰り返し、呼び出し操作を確認したら手順をステップS210に移す。設定画面の呼び出しは、例えば表示装置38に設定画面呼び出し用の機械的な又は画面上のボタンを用意し、そのボタン操作に応じて表示装置38から入力される操作信号に応じて信号変換装置47で実行されるようにすることができる。但し、不用意に信号変換の設定が変更されてしまうことを抑制する上では、例えば特定の者(例えばサービスマン)が知る特定の操作手続き(例えば表示装置38におけるパスワード入力や隠しコマンド)を経て表示装置38から入力される操作信号に応じて信号変換装置47により実行されるようにすることが好ましい。
・ Start-Step S200
The signal converter 47 starts the procedure of FIG. 7 when the power is turned on by the key switch, and repeatedly executes the procedure of FIG. 7 while the power is turned on. When the procedure shown in the figure is started, the signal conversion device 47 first determines whether or not a call operation for a signal conversion setting screen has been performed (step S200). The signal conversion device 47 repeats the procedure of step S200 until there is a call operation, and after confirming the call operation, moves the procedure to step S210. To call the setting screen, for example, a mechanical or on-screen button for calling the setting screen is prepared on the display device 38, and the signal conversion device 47 according to an operation signal input from the display device 38 according to the button operation. Can be executed in However, in order to prevent the signal conversion settings from being changed carelessly, for example, after a specific operation procedure (for example, password input or hidden command on the display device 38) known to a specific person (for example, a service person). It is preferable to be executed by the signal converter 47 in response to an operation signal input from the display device 38.

・ステップS210
ステップS210に手順を移すと、信号変換装置47は、表示装置38に表示信号を出力して信号変換の設定画面を表示装置38に表示させる。設定画面の一例を図8に示す。同図に示した設定画面54は信号変換の設定の選択装置の役割を果たすものであり、同画面には、信号変換の設定選択ボタン54a−54c及び終了ボタン54dが表示されている。この例では、設定選択ボタン54a−54cに外部演算ユニット30のメーカ名A−Cをそれぞれ表示させてあり、メーカ名A−Cで信号変換の設定を選択する場合を例示している。同一メーカでも外部演算ユニット30の機種によって信号プロトコルが異なる場合があれば、信号プロトコルの異なるメーカ及び機種毎に設定選択ボタンを用意すれば良い。また、設定選択ボタン54a−54cの表示はメーカ名に限らず、信号変換の設定が区別できる表示であれば良い。終了ボタン54dは設定画面54を閉じて前の画面に遷移させるためのボタンである。
Step S210
When the procedure proceeds to step S210, the signal conversion device 47 outputs a display signal to the display device 38 and causes the display device 38 to display a signal conversion setting screen. An example of the setting screen is shown in FIG. The setting screen 54 shown in the figure plays the role of a signal conversion setting selection device, on which a signal conversion setting selection button 54a-54c and an end button 54d are displayed. In this example, the manufacturer name AC of the external arithmetic unit 30 is displayed on the setting selection buttons 54a to 54c, respectively, and the case of selecting the signal conversion setting with the manufacturer name AC is illustrated. Even if the same manufacturer has a different signal protocol depending on the model of the external arithmetic unit 30, a setting selection button may be prepared for each manufacturer and model having a different signal protocol. The display of the setting selection buttons 54a to 54c is not limited to the manufacturer name, and any display that can distinguish the signal conversion setting may be used. The end button 54d is a button for closing the setting screen 54 and shifting to the previous screen.

・ステップS220
続くステップS220では、信号変換装置47は、信号変換の設定選択信号が表示装置38から入力されたか否かを判定する。例えば図8の設定選択ボタン54a−54cのいずれかが操作されて表示装置38から設定選択信号が入力された場合には、信号変換装置47はステップS230に手順を移し、設定選択ボタン54a−54cのいずれも操作されず表示装置38からの設定選択信号の入力がない場合にはステップS240に手順を移す。
Step S220
In subsequent step S <b> 220, the signal conversion device 47 determines whether or not a signal conversion setting selection signal is input from the display device 38. For example, when any of the setting selection buttons 54a to 54c in FIG. 8 is operated and a setting selection signal is input from the display device 38, the signal conversion device 47 moves the procedure to step S230, and the setting selection buttons 54a to 54c. If neither of these is operated and no setting selection signal is input from the display device 38, the procedure proceeds to step S240.

・ステップS230
ステップS230に手順を移したら、信号変換装置47は、設定選択信号に応じた通信プログラムを選択し、ステップS240に手順を移す。これにより、以降は選択した通信プログラムに従って外部演算ユニット30の出力信号がプロトコル変換され、作業機制御装置40では変換後の信号を基にして領域制限掘削制御が実行されることとなる。
Step S230
After moving the procedure to step S230, the signal converter 47 selects a communication program corresponding to the setting selection signal, and moves the procedure to step S240. As a result, the output signal of the external arithmetic unit 30 is subsequently converted in accordance with the selected communication program, and the work machine control device 40 executes the area limited excavation control based on the converted signal.

・ステップS240−エンド
ステップS240に手順を移すと、信号変換装置47は、信号変換の設定終了信号が表示装置38から入力されたか否かを判定する。例えば図8の終了ボタン54dが操作されず表示装置38からの設定終了信号の入力がない場合には、信号変換装置47はステップS220に手順を戻し、終了ボタン54dが操作されて表示装置38から設定終了信号が入力された場合には設定画面54を閉じて図7の手順を終了する。
Step S240—End When the procedure proceeds to step S240, the signal conversion device 47 determines whether or not a signal conversion setting end signal is input from the display device 38. For example, when the end button 54d in FIG. 8 is not operated and the setting end signal is not input from the display device 38, the signal conversion device 47 returns the procedure to step S220, and the end button 54d is operated and the display device 38 returns. When the setting end signal is input, the setting screen 54 is closed and the procedure of FIG. 7 is ended.

なお、以上のようにして信号変換の設定を終えたら、例えば設定操作をした者が建設機械を試運転し、外部演算ユニット30からの信号に応じて表示装置38に表示される数値や画像等(例えば図9及び図10参照)を作業機20の実際作業機20の動作と比べて両者が一致していることを確認することにより、信号変換の設定に問題がないことを確認することができる。図9に示した表示画面は、建設機械Aやその車体B及び作業機の爪先Cと掘削目標面Dとの位置関係、方位E、掘削目標面と正対するための旋回方向F及び旋回角G、掘削目標面と爪先との距離等の数値情報H、領域制限掘削制御の入り切りボタンI、数値情報等の保存の入り切りボタンJ、カメラ映像への切り換えボタンK、各種設定画面の呼び出しボタンL、終了ボタンM、自動ズームの入り切りボタンN、数値情報の単位変更ボタンO、状態表示部P、縮尺Q等を一画面に表示させた例である。図10では、自動ズームの入り切りボタンNで自動ズーム機能が有効に設定されている場合に作業機の爪先Cと掘削目標面Dとの距離が設定値以下になった場合に爪先Cの付近が自動拡大表示された場合の表示例を示している。   When the setting of signal conversion is completed as described above, for example, a person who performs the setting operation performs a trial operation of the construction machine, and numerical values and images displayed on the display device 38 according to the signal from the external arithmetic unit 30 ( For example, see FIG. 9 and FIG. 10), and comparing the operation of the work machine 20 with the actual work machine 20 to confirm that they match, it can be confirmed that there is no problem in the signal conversion setting. . The display screen shown in FIG. 9 shows the positional relationship between the toe C and the excavation target surface D of the construction machine A, the vehicle body B and the work machine, the azimuth E, the turning direction F and the turning angle G for facing the excavation target surface. Numerical information H such as the distance between the excavation target surface and the toe, area limit excavation control ON / OFF button I, numerical information storage ON / OFF button J, camera image switching button K, various setting screen call buttons L, In this example, an end button M, an automatic zoom on / off button N, a numerical information unit change button O, a status display portion P, a scale Q, and the like are displayed on one screen. In FIG. 10, when the automatic zoom function is set to be effective with the automatic zoom on / off button N, the vicinity of the toe C when the distance between the toe C of the work implement and the excavation target surface D is equal to or less than a set value. A display example in the case of automatic enlargement display is shown.

7.効果
本実施形態によれば、信号変換装置47を設けたことにより、外部演算ユニット30の信号プロトコルが機種によって異なっても、外部演算ユニット30から作業機制御装置40に出力される信号を作業機制御装置40で採用されている信号プロトコルにプロトコル変換することができる。従って、採用される外部演算ユニット30の信号プロトコルに仕様を合わせた作業機制御装置40を都度用意する必要がなく、外部演算ユニット30の機種によらず接続した外部演算ユニット30の出力信号を基に作業機制御装置40に適正に領域制限掘削制御を実行させることができる。
7). Effect According to the present embodiment, by providing the signal conversion device 47, the signal output from the external operation unit 30 to the work machine control device 40 is transmitted to the work machine even if the signal protocol of the external operation unit 30 differs depending on the model. The protocol can be converted into a signal protocol adopted by the control device 40. Therefore, it is not necessary to prepare the work machine control device 40 that matches the specifications with the signal protocol of the external arithmetic unit 30 to be adopted, and the output signal of the connected external arithmetic unit 30 is based on the model of the external arithmetic unit 30. Thus, it is possible to cause the work machine control device 40 to appropriately execute the area limited excavation control.

信号変換装置47は外部演算ユニット30側に設けてあっても勿論良いが、特に本実施形態においては、作業機制御装置40に設けることによって、作業機制御装置40に合わせて信号をプロトコル変換して出力する機能が外部演算ユニット30側に備わっていなくても上記効果が得られるメリットがある。   Of course, the signal conversion device 47 may be provided on the external arithmetic unit 30 side, but in the present embodiment, the signal conversion device 47 is provided in the work implement control device 40, thereby converting the protocol of the signal in accordance with the work implement control device 40. There is a merit that the above effect can be obtained even if the function to output is not provided on the external arithmetic unit 30 side.

また、選択装置を設けたことにより、信号変換の設定を行うためにサービスマン等が専用の設定器等を別途用意する必要がない。また、特定の操作手続きを経なければ信号変換の設定ができない選択装置を採用することにより、ユーザ等によって誤って信号変換の設定が変更されて領域制限掘削制御が正常に実行されなくなることを抑制することができる。特に、表示装置38における特定の画面操作を経て設定を行うこととした場合、機械式のボタン等によって設定ができる構成に比べて偶発的に体が操作装置に触れて設定が変更されるリスクを抑えられるメリットがある。   Further, since the selection device is provided, it is not necessary for a service person or the like to separately prepare a dedicated setting device or the like in order to set signal conversion. In addition, by adopting a selection device that cannot set signal conversion without passing through a specific operation procedure, it is possible to prevent the area conversion excavation control from being executed normally due to the user changing the signal conversion setting accidentally. can do. In particular, when setting is performed through a specific screen operation on the display device 38, there is a risk that the body may accidentally touch the operation device and change the setting compared to a configuration in which the setting can be performed by a mechanical button or the like. There is a merit that can be suppressed.

8.その他
以上においては、信号変換装置47を作業機制御装置40に設けた場合を例に挙げて説明したが、先に触れたように外部演算ユニット30に備わっていても良い。また、外部演算ユニット30から作業機制御装置40への信号のプロトコル変換の設定操作を表示装置38で行う場合を例に挙げて説明したが、例えば外部演算ユニット30の入力ポート31又は作業機制御装置40の入力ポート41に通信端末等の操作装置(機械式又はタッチパネル式の操作部を備えたもの)を接続し、この操作装置によって設定操作を行うようにすることもできる。タッチパネル式の操作部を備えた通信端末であれば、図8に示した設定画面54を選択装置として表示させることができる。また、表示装置38は、外部演算ユニット30又は作業機制御装置40から独立したモニタ装置を用いることもできるが、外部演算ユニット30又は作業機制御装置40に備わったモニタであっても良い。
8). Others In the above description, the case where the signal conversion device 47 is provided in the work machine control device 40 has been described as an example. However, as described above, the signal processing device 47 may be provided in the external arithmetic unit 30. Further, the case where the setting operation for the protocol conversion of the signal from the external arithmetic unit 30 to the work machine control device 40 is described as an example has been described, but for example, the input port 31 of the external arithmetic unit 30 or the work machine control An operation device such as a communication terminal (having a mechanical or touch panel type operation unit) may be connected to the input port 41 of the device 40 and a setting operation may be performed by this operation device. If the communication terminal includes a touch panel type operation unit, the setting screen 54 shown in FIG. 8 can be displayed as a selection device. The display device 38 may be a monitor device independent of the external arithmetic unit 30 or the work machine control device 40, but may be a monitor provided in the external arithmetic unit 30 or the work machine control device 40.

また、角度検出器8a−8cや傾斜検出器8d、測位装置9a,9b、無線機9cで取得された情報は外部演算ユニット30を介して作業機制御装置40に入力される構成を例に挙げて説明したが、それら情報が外部演算ユニット30を介さず作業機制御装置40に直接入力される構成としても良い。また、外部演算ユニット30に基礎情報演算機能を持たせたが、作業機制御装置40に対しては単に角度検出器8a−8cや傾斜検出器8d、測位装置9a,9b、無線機9cで取得された情報を出力し、これら情報を基にして作業機制御装置40で領域制限掘削制御装置が実行される構成としても良い。また、本願明細書で言う領域制限掘削制御には、作業機の描く軌跡を制御するいわゆる軌跡制御も含まれる。   The information acquired by the angle detectors 8a-8c, the inclination detector 8d, the positioning devices 9a, 9b, and the wireless device 9c is input to the work machine control device 40 via the external arithmetic unit 30 as an example. However, the information may be directly input to the work machine control device 40 without going through the external arithmetic unit 30. Further, the basic information calculation function is provided in the external calculation unit 30, but the work machine control device 40 is simply acquired by the angle detectors 8a-8c, the inclination detector 8d, the positioning devices 9a, 9b, and the wireless device 9c. It is good also as a structure by which the area | region limited excavation control apparatus is performed by the working machine control apparatus 40 based on such information being output. The area limited excavation control referred to in this specification includes so-called trajectory control for controlling the trajectory drawn by the work implement.

8a−8c 角度検出器(姿勢検出器)
8d 傾斜検出器(姿勢検出器)
9a,9b 測位装置
10 車体
20 作業機
30 外部演算ユニット
38 表示装置
40 作業機制御装置
47 信号変換装置
54 設定画面(選択装置)
100 領域制限掘削制御装置
8a-8c Angle detector (Attitude detector)
8d Tilt detector (Attitude detector)
9a, 9b Positioning device 10 Car body 20 Work implement 30 External operation unit 38 Display device 40 Work implement control device 47 Signal conversion device 54 Setting screen (selection device)
100 area limited excavation control device

Claims (5)

掘削目標面を越えて掘削しないように建設機械の作業機を制御する領域制限掘削制御を実行する領域制限掘削制御装置であって、
前記建設機械の車体の位置情報、前記車体及び前記作業機の姿勢情報及び与えられた掘削目標面の三次元情報を基に、前記作業機の位置と前記掘削目標面との差分情報を演算する外部演算ユニットと、
前記外部演算ユニットから入力した差分情報を基に前記作業機と前記掘削目標面との位置関係を表示する表示装置と、
前記外部演算ユニットから入力された信号を基に、前記領域制限掘削制御を実行する作業機制御装置とを備え、
前記外部演算ユニットから前記作業機制御装置に出力される信号を前記作業機制御装置の信号プロトコルにプロトコル変換する信号変換装置を備えていることを特徴とする領域制限掘削制御装置。
An area limited excavation control device that executes area limited excavation control for controlling a work machine of a construction machine so as not to excavate beyond a target excavation surface,
Based on the positional information of the vehicle body of the construction machine, the posture information of the vehicle body and the working machine, and the three-dimensional information of the given excavation target surface, the difference information between the position of the working machine and the excavation target surface is calculated. An external computing unit;
A display device that displays a positional relationship between the work implement and the excavation target surface based on difference information input from the external arithmetic unit;
Based on a signal input from the external arithmetic unit, a work machine control device that executes the area limited excavation control,
An area limited excavation control device comprising a signal conversion device that converts a signal output from the external arithmetic unit to the work implement control device into a signal protocol of the work implement control device.
請求項1の領域制限掘削制御装置において、
前記信号変換装置は、前記作業機制御装置に含まれていることを特徴とする領域制限掘削制御装置。
In the area limited excavation control device according to claim 1,
The signal conversion device is included in the work implement control device.
請求項1又は2の領域制限掘削制御装置において、
前記プロトコル変換の設定を選択する選択装置を備えていることを特徴とする領域制限掘削制御装置。
In the area limited excavation control device according to claim 1 or 2,
An area limited excavation control device comprising a selection device for selecting the protocol conversion setting.
請求項3の領域制限掘削制御装置において、
前記選択装置は、特定の操作手続きを経て前記表示装置又は他の端末に表示される設定画面であることを特徴とする領域制限掘削制御装置。
In the area limited excavation control device according to claim 3,
The area-limited excavation control device, wherein the selection device is a setting screen displayed on the display device or another terminal through a specific operation procedure.
車体と、
前記車体に設けた作業機と、
前記車体の位置情報を取得する測位装置と、
前記車体及び前記作業機の姿勢情報を検出する姿勢検出器と、
請求項1の領域制限掘削制御装置と
を備えたことを特徴とする建設機械。
The car body,
A working machine provided on the vehicle body;
A positioning device for acquiring position information of the vehicle body;
An attitude detector for detecting attitude information of the vehicle body and the work implement;
A construction machine comprising the region limited excavation control device according to claim 1.
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