JP2998463B2

JP2998463B2 - 建設機械のモニタリング装置

Info

Publication number: JP2998463B2
Application number: JP4304369A
Authority: JP
Inventors: 健一安島; 正和羽賀; 康雄田中
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1992-10-19
Filing date: 1992-10-19
Publication date: 2000-01-11
Anticipated expiration: 2015-01-11
Also published as: JPH06128987A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、油圧ショベルその他の
建設機械における車両の状態を運転者により監視できる
ようにするためのモニタリング装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】油圧ショベル等の建設機械は、走行体上
に旋回体が設置され、この旋回体にフロント作業機構を
備え、旋回体には運転室が設けられている。この建設機
械の操作を行うオペレータは、運転室に設けたレバーや
ペダル等からなる操作手段を操作することによって、種
々の作業を行うようになされている。例えば、土砂を掘
削して、ダンプトラックに積み込む作業を行う場合にお
いては、まず掘削位置でフロント作業機構を操作して、
土砂の掘削を行い、次いで旋回体を旋回させて、ダンプ
トラックの位置に移行させて、フロント作業機構を動か
して、掘削した土砂を積み込むようにする。また土砂掘
削位置とダンプトラックの位置とが離れている場合等に
おいては、走行体を作動させて、この土砂掘削位置とダ
ンプトラックの位置との間で往復移動させたりする。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】而して、油圧ショベル
等の建設機械は、走行体にフロント作業機構を連結した
旋回体が旋回可能に装着される関係から、この旋回体に
設けられている運転室の方向と走行体の方向とが一致し
ない場合がある。運転室において操作を行っているオペ
レータは、走行体をその視野範囲に納めることができる
ので、この走行体の方向を確認することは可能である。
ただし、旋回体が１８０°旋回した状態となっている
と、走行体自体は旋回体に設けた運転室から見て前後方
向を向いているが、この状態でレバー，ペダル等の走行
用の操作手段を作動させる際には、前進方向と後進方向
とを逆に操作しなければ、車両を意図した方向に走行さ
せることができない。

【０００４】作業現場では、作業者が車両外で作業して
いる場合があり、また周囲に障害物等が存在する狭い作
業現場で作業する場合もあるが、例えば前方位置に作業
者や障害物が位置している状態で、オペレータがそれを
確認して、これらを避けるために走行操作手段を操作し
た時に、旋回体が１８０°旋回しているにも拘らず、走
行操作手段を誤って後進方向に操作すると、車両が前進
してしまい、極めて危険である。即ち、安全性や、操作
性の観点からは、少なくとも旋回体と走行体との角度関
係をオペレータが的確に把握することが必要である。し
かしながら、従来技術の建設機械にあっては、この旋回
体と走行体との角度関係、即ち旋回体側から見て走行体
の走行方向をオペレータに認識させる手段を備える構成
とはなっていなかった。

【０００５】本発明は車両の操作における正確性及び安
全確保等の重要性に鑑みて、少なくとも旋回体側から見
た走行体の走行方向や、旋回体に対するフロント作業機
構の位置関係等を確実かつ正確にオペレータに認識させ
ることができるようにすることを目的としてなされたも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明は、走行体と、この走行体に旋回可能に
設けた旋回体と、この旋回体に装着したフロント作業機
構とを備えた建設機械に設けられ、前記旋回体と走行体
との間の相対角度を検出する角度検出器を設けると共
に、前記旋回体の運転室にディスプレイを設置して、こ
のディスプレイに、固定的に表示される旋回体画像と、
前記角度検出器からの出力信号に応じて回転する走行体
画像と、前進方向の表示部とを平面状態で表示する建設
機械のモニタリング装置において、前記フロント作業機
構の旋回体への連結部から先端部の突出位置を測定する
位置検出器を設け、前記ディスプレイには、さらに前記
旋回体に対するフロント作業機構の位置関係を表示する
構成としたことをその特徴とするものである。

【０００７】

【作用】既に説明したように、走行体に旋回体が旋回可
能に設けられている建設機械にあっては、旋回体に設け
た運転室の前後方向と、走行方向における前進方向及び
後進方向とが必ずしも一致しない。そこで、ディスプレ
イにこの旋回体側から見た走行体の走行方向、例えば旋
回体を中心として、それに対する走行体の角度関係と、
現在の走行体の前進方向とを表示する。この結果、オペ
レータは、ディスプレイを目視することによって、走行
操作手段をどの方向に操作すれば、車両がどの方向に進
むかを的確に認識できて、車両の操作性が向上すると共
に、オペレータが意図しない方向に車両が進行するとい
う、安全確保の観点から最も危険な事態の発生を確実に
避けることができる。しかも、フロント作業機構の旋回
体への連結部から先端部の突出位置を測定する位置検出
器を設けて、ディスプレイには、さらに旋回体に対する
フロント作業機構の位置関係を表示するようにしている
ので、オペレータは油圧ショベル全体の姿勢や状態を的
確に判断できるようになる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。まず、図１に建設機械の一例として油圧シ
ョベルの全体構成を示す。同図において、１は左右一対
の履帯１ａ，１ｂを有するクローラ式の走行体、２は走
行体１上に設けた旋回体、３はフロント作業機構をそれ
ぞれ示す。旋回体２は、旋回輪４を介して走行体のフレ
ームに連結されて、３６０°旋回可能となっている。ま
た、旋回体２には、運転室５が設けられており、この運
転室５の近傍位置にフロント作業機構３を構成するブー
ム６が連結されている。ブーム６の先端には、アーム７
が連結されており、アーム７の先端には、作業手段とし
て、例えばバケット８が装着されるようになっている。

【０００９】運転室５内の概略構造を図２に示す。図中
において、１０は運転席を示し、この運転席１０の周囲
にはレバー，ペダル，スイッチ等の操作手段が多数設け
られている。例えば、運転席１０の右側には、旋回及び
アーム操作用の右レバー１１が、また左側には、ブーム
操作用及びバケット操作用の左レバー１２が設けられて
おり、これら左右のレバー１１，１２は左右方向と前後
方向に傾動操作することによって、異なる作業手段を作
動させることができるようになっている。一方、運転席
１０の前方には、２組のペダル１３及び一対からなる前
方レバー１４が配置されており、これらは走行体１を構
成する一対の履帯１ａ，１ｂをそれぞれ独立に駆動する
ための走行操作手段である。また、運転室５には、これ
らの操作手段に加えて、表示部１５が配置されており、
この表示部１５には、燃料残量や作動油温等を表示する
インジケータが設けられている。

【００１０】オペレータは、この旋回体４における運転
室５の運転席１０に座って、その周囲に配置された各操
作手段を操作することによって、車両を前進，後進方向
に走行させたり、旋回体２を旋回させたり、またフロン
ト作業機構３を作動させたり、さらには前述した動作を
複合させて行わせる等によって、土砂の掘削等の作業を
行うことができるようになっている。

【００１１】油圧ショベルは概略以上のように構成され
るが、この油圧ショベルの姿勢や状態をオペレータがモ
ニタリングできる構成となっている。このために、油圧
ショベルの略図を表示部１５に設けたディスプレイ１６
に油圧ショベルの現在の状態を表示して、それをオペレ
ータに的確に認識させるようにしている。

【００１２】まず、ディスプレイ１６における車両のモ
ニタリング用の表示についての基本形態を図３に示す。
ここで、符号１６Ａで示されているディスプレイには、
油圧ショベルの走行体１と旋回体２との略図化した走行
体画像Ａ１と旋回体画像Ａ２とが平面的に表示されるよ
うになっている。また、走行体１の前進方向が矢印Ａで
示されている。旋回体画像Ａ２はディスプレイ１６Ａの
中心に固定的に位置し、走行体画像Ａ１はこの旋回体画
像Ａ２を中心として回転するようになっている。即ち、
旋回体２の旋回角度を検出して、この検出信号に基づい
て走行体画像Ａ２の表示方向が変化するようになってい
る。

【００１３】そこで、旋回体２の旋回角度を検出するた
めの機構を図４に示す。この旋回角度を検出する手段
は、旋回輪４の内部に設けられ、旋回体２に取り付けた
油圧ポンプから走行体１に設けられている走行駆動用の
油圧モータに圧油を供給するための圧油供給経路を構成
するスイベルジョイント１７に装着したアブソリュート
型のロータリエンコーダを装着してなるものである。ス
イベルジョイント１７は、周知のように、旋回輪４の旋
回中心位置に配設されており、旋回体２側に固定した回
転体１７ａと、走行体１のフレーム１８に固設した固定
体１７ｂとからなり、回転体１７ａは固定体１７ｂに回
転自在に嵌合されている。そして、回転体１７ａから固
定体１７ｂに圧油を供給する油路１８ａ，１８ｂが設け
られており、回転体１７ａがどのような回転位置にあっ
ても、固定体１７ｂ側に圧油を供給できるようになって
いる。スイベルジョイント１７における回転体１７ａに
エンコーダを構成する回転円板１９が固設されており、
この回転円板１９の回転角度を検出するために、フレー
ム１８上に光学センサ２０が取り付けられており、これ
ら回転円板１９と光学センサ２０とによって旋回体２の
旋回角度を検出できるようになっている。そして、この
光学センサ２０からの出力信号は表示制御回路２１Ａに
入力されて、旋回体２が旋回すると、この表示制御回路
２１Ａからの信号に基づいて、ディスプレイ１６Ａ上で
の走行体画像Ａ１の方向及び矢印Ａの方向が変わるよう
になっている。

【００１４】以上の構成を有する油圧ショベルは、走行
体１を走行させたり、フロント作業機構３を作動させる
ことにより、また適宜旋回体２を旋回させながら、土砂
の掘削等の作業が行われる。ここで、旋回体２を旋回さ
せると、旋回体２に設けた運転室５の運転席１０の前方
と、車両の進行方向における前方との間にずれが生じ
る。このままの状態で、走行操作手段を操作すると、オ
ペレータの意図しない方向に車両が進行することがあ
る。例えば、旋回体２が１８０°旋回した状態となって
いると、車両の前進方向と後進方向とは逆になるため
に、走行操作手段の操作方向は通常の状態とは反対にな
る。とりわけ、作業者が車両外で作業していたり、また
近くに障害物がある作業現場において油圧ショベルを作
動させる際に、走行操作手段の方向を間違えると、極め
て危険な状態となる。

【００１５】しかしながら、旋回体２が旋回すると、ス
イベルジョイント１７における回転体１７ａと共にエン
コーダを構成する回転円板１９が回転して、光学センサ
２０によりこの回転円板１９の回転角度が検出されて、
この光学センサ２０からの信号に基づいてディスプレイ
１６Ａに表示されている走行体画像Ａ１と走行方向前方
を示す矢印Ａの方向が変化する。従って、車両を走行さ
せようとする場合には、このディスプレイ１６Ａを目視
により確認することによって、走行操作手段の操作方向
と車両の走行方向を正確に認識でき、走行操作手段の方
向を誤るおそれはない。

【００１６】このように、ディスプレイに車両の走行方
向を表示するだけでも、安全性確保の観点から有利であ
るが、本発明は、より安全性を高めるために、さらにデ
ィスプレイ１６の表示表示内容を図５に示したように構
成している。同図に符号１６Ｂで示したディスプレイに
は、走行体画像がＢ１として示され、また旋回体画像が
Ｂ２として表示され、走行体１の前進方向が矢印Ｂとし
て表示されている他、フロント作業機構３がフロント作
業機構画像Ｂ３として表示されるようになっている。こ
こで、フロント作業機構画像Ｂ３は、そのブーム６にお
ける旋回体２との連結部から作業手段としてのバケット
８までの突出長さを表示するものであって、このため
に、ディスプレイ１６Ｂに接続されている表示制御回路
２１Ｂには、エンコーダを構成する光学センサ２０から
出力される旋回体２と走行体１との間の相対角度関係に
関するデータが入力されるだけでなく、フロント作業機
構３の位置に関するデータも入力されるようになってい
る。

【００１７】そこで、図６にフロント作業機構３の位置
検出機構を示す。同図において、ブーム６の旋回体２へ
の連結部をＰ₁ 、ブーム６とアーム７との連結部をＰ
₂ 、アーム７とバケット８との連結部をＰ₃ となし、こ
れら各連結部Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，Ｐ₃は、それぞれ相対回動可
能な関節として機能するものであって、例えばポテンシ
ョメータ等のように相互に連結される部材それぞれの相
対角度を検出する角度センサ２２，２３，２４が設けら
れている。これら各角度センサ２２〜２４からの角度検
出信号が距離演算回路２５に取り込まれて、この距離演
算回路２５で、ブーム６と旋回体２との連結部Ｐ₁ から
バケット８の先端部までの距離Ｄの演算が行われる。

【００１８】今、連結部Ｐ₁ と連結部Ｐ₂ との間を結ぶ
線Ｘの長さをＬ₁ 、連結部Ｐ₂ と連結部Ｐ₃ との間を結
ぶ線Ｙの長さをＬ₂ 、連結部Ｐ₃ とバケット８の先端と
を結ぶ線Ｚの長さをＬ₃ としたときに、これらＬ₁ ，Ｌ
₂ ，Ｌ₃ は既知である。そして、各連結部Ｐ₁ ，Ｐ₂ ，
Ｐ₃ を通る水平線をＨ₁ ，Ｈ₂ ，Ｈ₃ とすると、Ｈ₁と
線Ｘとの角度θ₁ は角度センサ２２により測定される。
また、線Ｘ，線Ｙ間の角度及び線Ｙ，線Ｚ間の角度θ₂
及びθ₃ はそれぞれ角度センサ２３，２４で測定され
る。これらから、Ｈ₂ と線Ｙと間の角度θ₄ は、θ₄ ＝
１８０°−（θ₁＋θ₂ ）となり、またＨ₃ と線Ｚとの
角度θ₅ は、θ₅ ＝１８０°−（θ₃ −θ₄ ）となる。
以上のことから、距離Ｄは、Ｄ＝Ｌ₁ ｃｏｓθ₁ ＋Ｌ₂
ｃｏｓ｜θ ₄ ｜＋Ｌ₃ ｃｏｓ｜θ₅ ｜となる。従って、
距離演算回路２５では、角度センサ２２〜２４で測定さ
れる角度θ₁ 〜θ₃ に基づいて、この距離Ｄを演算し
て、表示制御回路２１Ｂによって、旋回体２からのフロ
ント作業機構３の突出長さがディスプレイ１６Ｂに表示
される。

【００１９】このように、走行体１と旋回体２との位置
関係だけでなく、フロント作業機構３の旋回体２に対す
る位置関係をもディスプレイ１６Ｂに表示することによ
って、オペレータは油圧ショベル全体の姿勢，状態を的
確に判断できるようになる。この結果、前述した表示内
容の基本形態に基づく走行時の安全確保だけでなく、旋
回を行う際に、フロント作業機構３の旋回軌跡をも認識
できるようになるので、作業者や障害物の位置と、フロ
ント作業機構３との位置関係に基づいて、それらと衝突
することなく旋回できるか否かの判断を容易に、しかも
正確に行うことができ、油圧ショベルの作動制御及び安
全確保にとってより有利である。また、このディスプレ
イ１６Ｂに、フロント作業機構３の最大旋回軌跡（即
ち、フロント作業機構３のバケット８を最も前方に伸長
させた状態での旋回軌跡）を形成する円と最小旋回軌跡
（即ち、フロント作業機構３のバケット８を旋回体２側
に最も近づけた状態での旋回軌跡）を形成する円で表示
し、これら２つの円の間に目盛りを付しておけば、旋回
を行う際のフロント作業機構３の旋回範囲が極めて正確
に認識できることになる。

【００２０】さらに、図７にディスプレイの表示の第２
の実施例を示す。このディスプレイ１６Ｃは、第１の実
施例と同様の、走行体画像Ｃ１，旋回体画像Ｃ２，走行
体１の前進方向を示す矢印Ｃ及びフロント作業機構画像
Ｃ３が表示され、また最大及び最小旋回半径の円とその
間の目盛りが表示される他、作業現場で作業している作
業者の位置ＣＰと、走行及び旋回の各操作手段が操作さ
れた時に、その走行方向の前進方向ＣＦまたは後進方向
ＣＢのいずれかと、右旋回ＣＲまたは左旋回ＣＬのいず
れかがそれぞれ矢印で表示されるようになっている。

【００２１】これらの表示のうち、走行方向及び旋回方
向の表示は、操作レバーまたはペダルの操作方向を検出
するようになし、この検出信号を表示制御回路２１Ｃに
入力して、この入力信号から方向を割り出して表示を行
う。このために、操作レバーまたはペダルには、その操
作方向を検出する操作手段検出器２６が表示制御回路２
１ｃに接続されるようになっている。

【００２２】一方、作業者の位置ＣＰを測定するため
に、図８に示したように、油圧ショベルの旋回体２の周
囲に多数の超音波送受信装置２７，２７，・・・を装着
しており、これら各超音波受信装置２７から所定の時間
間隔毎に超音波パルスを発信して、その反射エコーを受
信するようになっている。作業者が所定の範囲に入り込
むと、ある超音波送受信装置２７から出射された超音波
パルス信号の反射エコーが受信される。そして、この超
音波パルスの出射時から反射エコーの受信時までの時間
を計測することによって、各超音波送受信装置２７から
作業者までの距離が測定される。そこで、図９に示した
ように、相隣接する２個の超音波送受信装置２７で作業
者からの反射エコーを受信した時に、この超音波の伝播
時間から距離を割り出して、三角測量法によって当該の
作業者の位置を認識する構成としている。このために、
各超音波送受信装置２７をそれぞれ作業者距離演算回路
２８に接続し、この作業者距離演算回路２８のうち、相
隣接する位置にある２つの回路２８，２８を三角測量演
算部２８ａ，２８ａ，２８ａ，・・・に接続して、これ
ら各三角測量演算部２８ａにより作業者の位置を特定し
て、この信号を表示制御回路２１Ｃに伝送することによ
って、この作業者の位置ＣＰとしてディスプレイ１６Ｃ
上にプロットするようになっている。

【００２３】このように、作業者の位置ＣＰをディスプ
レイ１６Ｃをプロットし、しかも操作手段を操作した時
における、走行体１の走行方向及び旋回体２の旋回方向
を同時に表示することによって、オペレータは油圧ショ
ベルの姿勢，状態だけでなく、その周囲環境をも含めた
全体を一目瞭然に把握できるようになり、このディスプ
レイ１６Ｃを監視することによって、作業環境のより高
度な安全確保が図られる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、旋回体
と走行体との間の相対角度を検出する角度検出器を設け
て、この角度検出器からの出力信号に基づいて、旋回体
側から見た走行体の走行方向を検出して、それを旋回体
の運転室に設置したディスプレイに表示する構成とした
ので、１８０°旋回させた時には、走行操作手段の操作
方向と車両の走行方向とが逆になる建設機械における旋
回体側から見た走行体の走行方向を、オペレータに正確
に認識させることができ、しかもフロント作業機構の旋
回体への連結部から先端部の突出位置を測定する位置検
出器を設けて、ディスプレイには、さらに旋回体に対す
るフロント作業機構の位置関係を表示するようにしてい
るので、オペレータは油圧ショベル全体の姿勢や状態を
的確に判断できる車両の操作性及び安全確保に資すると
ころが極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】建設機械の一例としての油圧ショベルの全体構
成図である。

【図２】運転室の内部構造を示す説明図である。

【図３】本発明のモニタリング装置における表示内容に
関する基本形態を示す構成説明図である。

【図４】旋回体の旋回角度検出機構の構成説明図であ
る。

【図５】本発明の第１の実施例を示すモニタリング装置
の構成説明図である。

【図６】フロント作業機構の位置検出機構の構成説明図
である。

【図７】本発明の第２の実施例を示すモニタリング装置
の構成説明図である。

【図８】作業者の位置測定機構の構成説明図である。

【図９】ディスプレイに表示するための回路構成を示す
ブロック図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−52330（ＪＰ，Ａ) 実開平４−70362（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02F 9/24 E02F 9/26

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】走行体と、この走行体に旋回可能に設け
た旋回体と、この旋回体に装着したフロント作業機構と
を備えた建設機械に設けられ、前記旋回体と走行体との
間の相対角度を検出する角度検出器を設けると共に、前
記旋回体の運転室にディスプレイを設置して、このディ
スプレイに、固定的に表示される旋回体画像と、前記角
度検出器からの出力信号に応じて回転する走行体画像
と、前進方向の表示部とを平面状態で表示する建設機械
のモニタリング装置において、前記フロント作業機構の
旋回体への連結部から先端部の突出位置を測定する位置
検出器を設け、前記ディスプレイには、さらに前記旋回
体に対するフロント作業機構の位置関係を表示する構成
としたことを特徴とする建設機械のモニタリング装置。
【請求項２】前記建設機械には、その作動位置の周辺
で作業する作業者の位置を検出する作業者位置検出手段
を装着し、この作業者位置検出手段により作業者が建設
機械に近付いたときに、この作業者の位置を前記ディス
プレイに表示するように構成したことを特徴とする請求
項１記載の建設機械のモニタリング装置。
【請求項３】前記ディスプレイには、さらに最大旋回
領域，最小旋回領域，走行方向，旋回方向の少なくとも
いずれか１種類の情報を表示する構成としたことを特徴
とする請求項１記載の建設機械のモニタリング装置。