JP2005186218A - 遠隔操作システム - Google Patents

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和博 茶山
Kenji Kawashima
健嗣 川嶋
Toshio Mori
利夫 森
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Abstract

【課題】運搬や設置を簡単に行なえる遠隔操作システムを提供する。
【解決手段】作業車10には、2つのロボットアーム30が設けられ、各ロボットアーム30は複数の空気圧作動式ゴム製伸縮部材3008、3010、3012を含んで構成され、各空気圧作動式ゴム製伸縮部材が操作ユニット50の各操作部材506の操作に応じてそれぞれ駆動されることで、各ロボットアーム30の把持部材3006によって作業レバー104、105および走行レバー106、107の何れかが把持され、ロボットアーム30が旋回あるいは揺動されることで、作業レバー104、105と走行レバー106、107が操作され、作業車10が遠隔操作される。
【選択図】 図1

Description

本発明は作業者が入り込めない災害復旧現場等において、作業車を遠隔操作するのに好適な遠隔操作システムに関する。
従来、作業者が入り込めない災害復旧現場等において、クローラダンプやバックフォー等の作業車を遠隔操作する場合は、この作業車を操作するハンドルやレバー類自体を機種やメーカー別に遠隔操作可能とするために作業車本体を改造し、この改造した作業車の制御装置と遠隔制御装置間を無線回線で接続し、遠隔制御装置の遠隔操作用ジョイスティック装置等を操作することにより、スレーブ側の作業車を遠隔制御するようにした遠隔操作システムが提案されている。
そして、本出願人は、既存の作業車に簡単に設置でき、作業車を遠隔操作できるようにした遠隔操作システムを提案している(例えば特許文献1参照)。
特開平11−350535号公報
しかしながら、上述した遠隔操作システムでは、複数の空気シリンダを用いているため、それら空気シリンダの取付けに手間取り、また、システム自体も重量増となり運搬や設置作業を簡単に行なえない不具合があった。
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的は、運搬や設置を簡単に行なえる遠隔操作システムを提供することにある。
上述の目的を達成するため、本発明の遠隔操作システムは、操作部材が配設された作業車を遠隔操作する遠隔操作システムであって、前記作業車に配設され前記操作部材を操作する操作手段と、前記操作手段を駆動する操作駆動手段と、前記操作手段を遠隔操作する操作指令情報を生成する情報生成手段と、前記情報生成手段で生成された前記操作指令情報を送信する通信手段と、前記送信された操作指令情報に基づいて前記操作駆動手段を制御する制御手段とを備え、前記操作手段は、剛性を有する部材から細長形状に形成されたフレーム部材と、前記フレーム部材の先端に前記操作部材を把持できるように開閉可能に結合された把持部材と、前記フレーム部材を揺動させかつ前記把持部材を開閉させるための複数の空気圧作動式ゴム製伸縮部材とを含んで構成され、前記各空気圧作動式ゴム製伸縮部材はその内部に空間部を有し、該空間部へのエアの給排によりその長さが変化するように構成され、前記操作駆動手段は、エア供給源と、このエア供給源の空気を前記各空気圧作動式ゴム製伸縮部材の空間部に供給すると共に各空気圧作動式ゴム製伸縮部材の空間部のエアの排出を行なう切換弁を含んで構成されていることを特徴とする。
本発明によれば、空気圧作動式ゴム製伸縮部材によって操作部材を操作する操作手段を備え、情報生成手段で生成された操作指令情報を通信手段によって送信し、その送信された操作指令情報に基づいて操作手段を駆動制御するようにした。したがって、作業車本体の改造をすることなく、かつ機種に関係なく既存の作業車を容易に遠隔操作することができ、かつ、操作手段を含むシステム全体の軽量化および操作手段の取付作業の簡素化を図る上で有利となる。
システム全体の軽量化および操作手段の取付作業の簡素化を図るという目的を、空気圧作動式ゴム製伸縮部材によって操作部材を操作する操作手段を設けることによって実現した。
次に本発明の実施例1について図面を参照して説明する。
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図1は実施例1に係る遠隔制御システムを斜め前方左方から見た斜視図、図2は遠隔制御システムを斜め前方右方から見た斜視図、図3は遠隔制御システムを斜め後方右方から見た斜視図、図4は遠隔制御システムの側面図、図5は遠隔制御システムの正面図、図6遠隔制御システムの構成を示すブロック図である。
まず、図1〜図5において、10は、作業者が入り込めない災害復旧現場等において土砂の掘削、運搬などの作業に従事するクローラダンプやバックフォー等の作業車である。
作業車10はクローラ100Aにより走行する走行フレーム100を備え、走行フレーム100の上壁101上には、運転席(不図示)が着脱可能に取付けられる台座102が設けられている。台座102の前方には、上壁101から箱状のケース103が立設されており、ケース103の上部箇所から2つの作業レバー(特許請求の範囲の操作部材に相当)104、105と、2つの走行レバー106、107(特許請求の範囲の操作部材に相当)が立設されている。
2つの作業レバー104、105は前後方向への揺動及びこの前後方向と交叉する左右方向への揺動の組み合わせによって作業車による各種作業を行うための操作がなされるように構成されている。
また、2つの走行レバー106、107は前後方向に揺動することによって作業車の走行、旋回動作がなされるように構成されている。
上壁101上には、台座102の前後左右上下を囲むように枠体21が固定されており、該枠体21は台座102の後方まで延在形成されている。
そして、枠体21の上部には、第1の筐体202が固定され、図3に示すように、枠体21の後方には第2の筐体204と発動発電機22とが左右に並んで固定されている。
第1の筐体202は、後述する作業車側ユニット20(図6)の一部を構成する通信制御回路210、中央制御装置212、空圧サーボバルブ制御装置214、A/D変換回路216、D/A変換回路218、各空圧サーボバルブ220(特許請求の範囲の切換弁に相当)を収容している。
第2の筐体204は、後述する各空気圧作動式ゴム製伸縮部材3008に圧縮空気を供給するためのエアコンプレッサー203(特許請求の範囲のエア供給源に相当)を収容している。
発動発電機22は、通信制御回路210、中央制御装置212、空圧サーボバルブ制御装置214、A/D変換回路216、D/A変換回路218、各空圧サーボバルブ220、エアコンプレッサー203に対して電源を供給するように構成されている。
第1の筐体202には、2つのロボットアーム30が左右に間隔をおいて設けられている。
一方のロボットアーム30は一方の作業レバー105と一方の走行レバー106を操作するように構成され、他方のロボットアーム30は他方の作業レバー104と他方の走行レバー107を操作するように構成されている。
各ロボットアーム30は、その基部32が第1の筐体202を介して上壁101に水平方向に旋回可能かつ前後方向(上下方向)に揺動可能に支持されている。さらに詳しく説明すると、第1の筐体202の上壁202Aには上方に突設される2つの上支柱202Bが左右に間隔をおいて突設され、第1の筐体202の前壁202Cの下部には前方に突設される2つの前支柱202Dが左右に間隔をおいて突設されている。そして、上支柱202Bの上端と前支柱202Dの先端はそれぞれ直角に屈曲されたL字状に形成された連結柱202Eによって連結され、各ロボットアーム30の基部32の第1の筐体202への支持は、基部32が連結柱202Eの屈曲部202Fに揺動可能かつ旋回可能に支持されることによってなされている。
連結柱202Eのうち水平方向に延在する水平部202Gの周囲には、該水平部202Gに平行するように複数の空気圧作動式ゴム製伸縮部材3008が配設され、それらの基部は上支柱202Bに連結されそれらの先部は後述する第1のフレーム部材3002の基部3002Aに連結されている。
また、連結柱202Eのうち鉛直方向に延在する鉛直部202Hの周囲には、該鉛直部202Hに平行するように複数の空気圧作動式ゴム製伸縮部材3008が配設され、それらの基部は前支柱202Dに連結されそれらの先部は第1のフレーム部材3002の基部3002Aに連結されている。
そして、複数の空気圧作動式ゴム製伸縮部材3008は、その空間部へのエアの給排によりその長さが変化するように構成されており、該長さが変化することにより基部32に対して第1のフレーム部材3002が基部3002Aごと水平方向に旋回するとともに、前後方向に揺動するように構成されている。より詳細には、その内部の空間部へのエアの供給により長さが伸長し、エアの排出により弾性によりその長さが短くなるように形成されている。
各ロボットアーム30は、第1のフレーム部材3002と、第2のフレーム部材3004と、把持部材3006と、複数の空気圧作動式ゴム製伸縮部材3010、3012とを含んで構成され、複数の空気圧作動式ゴム製伸縮部材3010、3012の構成は前記空気圧作動式ゴム製伸縮部材3008と同様である。
第1、第2のフレーム部材3002、3004は、剛性を有する部材から細長形状に形成されている。
第1のフレーム部材3002の基部3002Aは、ロボットアーム30の基部32を構成しており、第1のフレーム部材3002の基部3002Aは、上述したように屈曲部202Fに対して揺動可能かつ旋回可能に結合されている。
第2のフレーム部材3004は、その基部3004Aが第1のフレーム部材3002の先端に揺動可能に結合されている。
把持部材3006は、開閉可能な一対の把持片を有し、これら一対の把持片の基部によって把持部材3006の基部3006Aが構成され、該基部3006Aが第2のフレーム部材3004に揺動可能に結合されている。
把持部材3006は一対の把持片が開閉することでこれら把持片の間に作業レバー104、105、走行レバー106、107を把持できるように構成されている。
第1のフレーム部材3002の周囲に該第1のフレーム部材3002に平行するように複数の空気圧作動式ゴム製伸縮部材3010が配設され、それらの基部は第1のフレーム部材3002の基部3002Aに連結されそれらの先部は第2のフレーム部材3004の基部3004Aに連結されている。
そして、複数の空気圧作動式ゴム製伸縮部材3010は、その空間部へのエアの給排によりその長さが変化し、該長さが変化することにより第1のフレーム部材3002の先部に対して第2のフレーム部材3004が揺動するように構成されている。
また、第2のフレーム部材3004の周囲に該第2のフレーム部材3004に平行するように複数の空気圧作動式ゴム製伸縮部材3012が配設され、それらの基部は第2のフレーム部材3004の基部3004Aに連結されそれらの先部は把持部材3006の基部3006Aに連結されている。
そして、複数の空気圧作動式ゴム製伸縮部材3012は、その空間部へのエアの給排によりその長さが変化し、該長さが変化することにより第2のフレーム部材3004の先部に対して把持部材3006が揺動するとともに、前記把持片が開閉するように構成されている。
次に、制御系の構成について説明する。
図1において208は、第1の筐体202に収容されている通信制御回路210と接続
される無線機であり、作業車10に搭載されるものである。
50は、作業者が操作する遠隔操作ユニットであり、後述する操作指令情報を無線回線によって無線機208に送信する無線機502と、それに接続される操作卓504とを備えている。
操作卓504には、ロボットアーム30に対応してロボットアーム30の操作を行なうための操作部材506(特許請求の範囲の遠隔操作側操作部材に相当)がそれぞれ設けられている。
各操作部材506は、ロボットアーム30の揺動、旋回および把持部材3006の把持操作を行なうためのものであり、例えばジョイスティックや操作スイッチなどから構成されている。
次に、図6を参照して遠隔操作ユニットと作業車側ユニットの構成について詳細に説明する。
遠隔操作ユニット50の操作卓504は、各操作部材506と、操作部材506から入力された操作信号に基づいて、作業レバー106、107と走行レバー108、109を操作するための操作指令情報を生成する中央制御装置(特許請求の範囲の操作指令情報生成部に相当)514と、無線機502の動作を制御してこの操作指令情報を無線機502から作業車側の無線機208に送信させる通信制御回路516とを備えている。中央制御装置514は、例えばマイクロコンピュータによって構成されている。
また、各操作部材506と、中央制御装置514とによって情報生成手段が構成されている。
なお、操作部材506は、上述したジョイスティックや操作スイッチを用いる構成の他、ジョイスティックと類似した操作によって操作位置を入力し得る従来公知の操作部材を用いることも可能である。
作業車側ユニット20には、各空気圧作動式ゴム製伸縮部材3008、3010、3012に対応して空圧サーボバルブ220がそれぞれ設けられており、エアコンプレッサー203からのエア(圧縮空気)は、各空圧サーボバルブ220を介して各空気圧作動式ゴム製伸縮部材3008の空間部に給排されるように構成されている。
なお、各空圧サーボバルブ20はそれぞれ2つの空気圧作動式ゴム製伸縮部材にエアを給排するように構成されている。なお、図6では図面を簡略化するため、2つのロボットーアーム30のうち、一方のロボットアーム30に対応する空気圧作動式ゴム製伸縮部材3008、3010、3012のみを示しているが、実際には、2つのロボットアーム30を構成する合計12個の空気圧作動シート状基材ゴム製伸縮部材が設けられている。
また、ロボットアーム30には、第1のフレーム部材3002の揺動位置および旋回位置、第2のフレーム部材3004の揺動位置、把持部材3004の揺動位置および把持片の開閉位置を検知して検知信号を出力する複数の角度センサ222が設けられている。この角度センサとしては種々のエンコーダを用いることができる。
また、各空気圧作動式ゴム製伸縮部材3008には、該空気圧作動式ゴム製伸縮部材3008の空間部に給排されるエアの空気圧を検知して検知信号を出力する圧力センサ224(圧力検知手段)が設けられている。
また、作業車側ユニット20には、先に述べた無線機208と、この無線機208の動作を制御して無線機502から送信された操作指令情報を受信する通信制御回路210と、この操作指令情報に基づいて作業レバー104、105と走行レバー106、107の操作量を空圧サーボバルブ制御装置214に指示する中央制御装置(特許請求の範囲の制御手段に相当)212と、空圧サーボバルブ制御装置214(特許請求の範囲の切換弁制御装置に相当)とが設けられている。中央制御装置212と空圧サーボバルブ制御装置214は、それぞれ例えばマイクロコンピュータによって構成されている。
空圧サーボバルブ制御装置214は、中央制御装置212の指示と、先に述べた各角度センサ222及び圧力センサ224の検知信号に基づいて各空圧サーボバルブ220をサーボ制御するものである。
すなわち、空圧サーボバルブ制御装置214から出力される各デジタル信号がD/A変換回路218によって各アナログ信号に変換され、このD/A変換回路218から与えられる各アナログ信号に基づいて各空圧サーボバルブ220は、各空気圧作動式ゴム製伸縮部材3008、3010、3012の空間部へのエアの給排を制御するようになっている。
一方、各角度センサ222および圧力センサ224の検知信号は、A/D変換回路216を介してデジタル信号に変換され、これらのデジタル信号が空圧サーボバルブ制御装置214に入力されるようになっている。
したがって、空圧サーボバルブ制御装置214は、各角度センサ222からの検知信号に基づいてロボットアーム30の把持部材3006の位置を演算により求めて該位置を監視し、各圧力センサ224の検知信号に基づいてながら各空気圧作動式ゴム製伸縮部材3008を駆動制御するように構成されている。
また、本実施例においては、ロボットアーム30によって操作手段が構成されている。また、エアコンプレッサー203と、空圧サーボバルブ制御装置214と、A/D変換回路216と、D/A変換回路218と、空圧サーボバルブ220と、角度センサ222および圧力センサ224とによって操作駆動手段が構成されている。また、通信制御回路210、516と無線機208、502によって通信手段が構成されている。
次に、上述のように構成された本実施例の遠隔制御システムの動作について説明する。
作業者が入り込めない災害復旧現場において、作業車10を遠隔操作する場合には、作業車10の上壁101内の台座102から運転席を取外して、枠体21を上壁101に取着し、該枠体21に第1の筐体202、第2の筐体204、発動発電機22を固定する。
そして、作業車10のエンジンを投入して操作可能な状態に設定するとともに、発動発電機22を作動させることによって作業車側ユニット20に必要な電源を供給し、中央制御装置212と空圧サーボバルブ制御装置214を初期状態に設定する。
次いで、操作卓504の電源を投入し、中央制御装置514を初期状態に設定する。
そして、操作卓504の操作部材506を操作することによって操作部材506から操作信号が中央制御装置514に入力する。中央制御装置514は、入力された操作信号に基づいて、作業レバー104、105と走行レバー106、107を操作するための操作指令情報を生成し、この操作指令情報を通信制御回路516に与える。通信制御回路516は、入力された操作指令情報を無線機502から作業車側ユニット20の無線機208に送信する。
無線機208は、受信した操作指令情報を通信制御回路210に与える。この通信制御回路210は、操作指令情報を中央制御装置212に入力する。この中央制御装置212は、入力された操作指令情報に基づいて各空気圧作動式ゴム製伸縮部材3008、3010、3012を駆動制御する指令を空圧サーボバルブ制御装置214に与える。
上記指令を受けた空圧サーボバルブ制御装置214は、それらの指令に応じ他デジタル信号をD/A変換回路218に与え、このD/A変換回路218によって変換されたアナログ信号が各空圧サーボバルブ220に入力される。
各空圧サーボバルブ220は入力されたアナログ信号に基づいて各空気圧作動式ゴム製伸縮部材3008、3010、3012に対するエアの供給を制御する。
また、空圧サーボバルブ制御装置214は、各角度センサ222および各圧力センサ224からA/D変換回路216を介して入力されるデジタル信号に変換された検知信号を監視しており、各検知信号に基づいて把持部材3006の位置が中央制御装置212から与えられた指令と合致するように、各空気圧作動式ゴム製伸縮部材3008、3010、3012の駆動制御を行う。
この結果、各空気圧作動式ゴム製伸縮部材3008、3010、3012が各操作部材506の操作に応じてそれぞれ駆動されることで、把持部材3006によって作業レバー104、105および走行レバー106、107の何れかが把持されるとともに、ロボットアーム30が旋回あるいは揺動されることで、作業レバー104、105と走行レバー106、107が操作され、作業車10が遠隔操作される。
したがって、作業者は、作業車10を目視しながら操作卓504の各操作部材506を操作することにより、作業車10を遠隔制御することができる。
なお、操作指令情報を無線回線で送受信する代わりに、操作指令情報を有線で通信してもよい。
本実施例では、作業レバー104、105および走行レバー106、107を操作するロボットアーム30のアクチュエータとして複数の空気圧作動式ゴム製伸縮部材3008、3010、3012を用いたので、軽量化を図ることができ、運搬や設置作業を簡単に行なう上で有利となる。
また、作業レバー104、105および走行レバー106、107を操作するロボットアーム30のアクチュエータとして複数の空気圧作動式ゴム製伸縮部材3008、3010、3012を用いたので、運転席に代えて取付ける筐体に、それら複数の空気圧作動式ゴム製伸縮部材3008、3010、3012を含んだロボットアーム30を組付けることができ、したがって、筐体を作業車10に設置することで組み付けが終了し、組み付けを簡単に行なう上で極めて有利となる。
なお、本実施例では操作部材として作業レバー104、105および走行レバー106、107を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば回転式のハンドルやエンジンキー、あるいはアクセルペダル(アクセルレバー)であってもよい。
実施例1に係る遠隔制御システムを斜め前方左方から見た斜視図である。 遠隔制御システムを斜め前方右方から見た斜視図である。 遠隔制御システムを斜め後方右方から見た斜視図である。 遠隔制御システムの側面図である。 遠隔制御システムの正面図である。 遠隔制御システムの構成を示すブロック図である。
符号の説明
10 作業車
104、105 作業レバー(操作部材)
106、107 走行レバー(操作部材)
203 エアコンプレッサー
212 中央制御装置(制御手段)
214 空圧サーボバルブ制御手段
220 空圧サーボバルブ(切換弁)
222 角度センサ
224 圧力センサ
3008、3010、3012 空気圧作動式ゴム製伸縮部材
506 操作部材(遠隔操作側操作部材)
510 角度センサ(操作位置センサ)
514 中央制御装置(操作指令情報生成部)

Claims (5)

  1. 操作部材が配設された作業車を遠隔操作する遠隔操作システムであって、
    前記作業車に配設され前記操作部材を操作する操作手段と、
    前記操作手段を駆動する操作駆動手段と、
    前記操作手段を遠隔操作する操作指令情報を生成する情報生成手段と、
    前記情報生成手段で生成された前記操作指令情報を送信する通信手段と、
    前記送信された操作指令情報に基づいて前記操作駆動手段を制御する制御手段とを備え、
    前記操作手段は、剛性を有する部材から細長形状に形成されたフレーム部材と、前記フレーム部材の先端に前記操作部材を把持できるように開閉可能に結合された把持部材と、前記フレーム部材を揺動させかつ前記把持部材を開閉させるための複数の空気圧作動式ゴム製伸縮部材とを含んで構成され、
    前記各空気圧作動式ゴム製伸縮部材はその内部に空間部を有し、該空間部へのエアの給排によりその長さが変化するように構成され、
    前記操作駆動手段は、エア供給源と、このエア供給源の空気を前記各空気圧作動式ゴム製伸縮部材の空間部に供給すると共に各空気圧作動式ゴム製伸縮部材の空間部のエアの排出を行なう切換弁を含んで構成されている、
    ことを特徴とする遠隔操作システム。
  2. 前記フレーム部材は第1のフレーム部材および第2のフレーム部材として2つ設けられ、前記空気圧作動式ゴム製伸縮部材は、前記第1のフレーム部材および第2のフレーム部材並びに把持部材の作動用としてそれぞれ複数設けられ、前記操作手段は、基部が前記作業車に旋回可能かつ揺動可能に支持されたアームを有し、前記アームは、前記基部に揺動可能に結合された前記第1のフレーム部材と、前記第1のフレーム部材に基部が揺動可能に結合された前記第2のフレーム部材と、前記第2のフレーム部材の先端に設けられた把持部材と、前記作業車と各第1のフレーム部材の基部との間に設けられた前記複数の空気圧作動式ゴム製伸縮部材と、前記第1のフレーム部材の周囲で該第1のフレーム部材の基部と第2のフレーム部材の基部との間に設けられた前記複数の空気圧作動式ゴム製伸縮部材と、前記第2のフレーム部材の周囲で該第2のフレーム部材の基部と前記把持部材との間に設けられた前記複数の空気圧作動式ゴム製伸縮部材とを含んで構成されていることを特徴とする請求項1記載の遠隔操作システム。
  3. 前記作業車には、前記操作駆動手段と、前記通信手段の一部と、前記制御手段とが収納された筐体が設置され、前記操作部材は、前記所定方向に揺動可能に配設された前記作業車による各種作業を行わせるための作業レバーおよび前記所定方向に揺動可能に配設された前記作業車を走行させるための走行レバーの少なくとも一方であることを特徴とする請求項1記載の遠隔操作システム。
  4. 前記操作駆動手段は、前記把持部材の位置を検知する位置検知手段と、前記空気圧作動式ゴム製伸縮部材に供給されている空気圧を検知する圧力検知手段と、前記制御手段から指令及び前記位置検知手段と前記圧力検知手段の検知結果に基づいて前記切換弁をサーボ制御する切換弁制御装置とを有することを特徴とする請求項1記載の遠隔操作システム。
  5. 前記情報生成手段は、前記操作部材のそれぞれに対応した遠隔操作側操作部材と、前記各遠隔操作側部材の操作位置に応じた検知信号をそれぞれ出力する操作位置センサと、前記各検知信号に応じて前記操作指令情報を生成する操作指令情報生成部とを備えることを特徴とする請求項1記載の遠隔操作システム。
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