JP2005204256A - 建設機械及び建設機械の無線遠隔操縦システム - Google Patents

Abstract

【課題】建設機械と遠隔操縦室との高低差に応じて建設機械に備えられた無線機からの電波の放射方向と遠隔操縦室に備えられた無線機による電波の受信方向とを一致させることができるアンテナ装置を搭載した建設機械を提供すること、及びこの建設機械の無線遠隔操縦システムを提供すること。
【解決手段】建設機械１０に、作業状況を撮像する撮像手段１１ａ，１１ｂと、当該撮像手段１１ａ，１１ｂより出力される撮像信号を遠隔操縦室２０に送信するｍｍ波無線送信機１３とを備える。ｍｍ波無線送信機１３のアンテナ装置１として、水平方向に無指向性な送受信特性を有するオムニアンテナを設けると共に、このオムニアンテナの電波の放射方向を上向き又は下向きに変更する放射方向変更手段を設け、高低差のある作業現場での遠隔操縦の作業効率を高める。
【選択図】図１０

Description

本発明は、建設機械及び建設機械の無線遠隔操縦システムに係り、特に、遠隔操縦室から送信される操縦信号を受けて高低差のある作業現場にて無人で作業する建設機械に好適な映像信号の無線送信手段に関する。

近年、危険な作業現場における作業を安全かつ効率的なものにするため、建設機械に搭載されたカメラの撮像信号を遠隔操縦室に送信して遠隔操縦室に備えられたモニタ画面に作業現場の状況を映し出し、遠隔操縦室より作業現場の状況に応じた操縦信号を建設機械に送信して建設機械を無人で操縦する建設機械の無線遠隔操縦システムが実用化されている。この無線遠隔操縦システムは、モニタ画面に映し出された作業現場の状況に応じて建設機械を操縦するので、建設機械には鮮明な撮像信号をリアルタイムで数１０ｍ以上離れた遠隔操縦室に送信可能な無線送信機を備える必要がある。

通常、日本国内で無線従事者の免許なしに無線信号を送信できる無線装置としては、微弱無線機、小電力無線機（ＳＳ無線機）及び５０ＧＨｚ帯簡易無線機の３種があるが、このうち鮮明な撮像信号をリアルタイムで数１０ｍ以上送信可能な無線機は５０ＧＨｚ帯簡易無線機しかなく、実用化されている従来の無線遠隔操縦システムにも、この５０ＧＨｚ帯簡易無線機が搭載されている。

ところで、この５０ＧＨｚ帯簡易無線機は、波長が約６ｍｍと短いことからｍｍ波無線機とも呼ばれるもので、周波数が高いために高いアンテナゲインが得られる反面、アンテナの指向性が鋭いという特性を有している。即ち、この５０ＧＨｚ帯簡易無線機に付設されるアンテナ装置としては、通常、ホーンアンテナ又は円形パラボラアンテナが用いられるが、例えば２５ｍｍのホーンアンテナを装備した場合にはアンテナゲインが約２０ｄＢでビーム半値幅が約１７度になり、３０ｃｍの円形パラボラアンテナを装備した場合には、アンテナゲインが約４０ｄＢで半値指向性（ビーム幅）が約１．５度になる。このように５０ＧＨｚ帯簡易無線機（以下、これを「ｍｍ波無線機」という。）は非常に鋭い指向性を有しているので、これを建設機械に固定したのでは、建設機械が作業中に旋回すると、ｍｍ波無線機の送信方向が遠隔操縦室側に備えられた受信部の受信方向からずれて、鮮明な撮像信号の受信ができなくなる。

従来より、かかる不都合を解決するため、ｍｍ波無線機を垂直軸の回りに回転するダイレクトドライブモータと建設機械の回転角度を検出する光ファイバージャイロとからなり、光ファイバージャイロにて検出された建設機械の回転角度に基づいてダイレクトドライブモータの駆動を制御し、ｍｍ波無線機の向きを常時受信部側に向ける自動回転追尾装置を建設機械に備える技術が従来より提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載の技術によれば、建設機械が旋回した場合におけるｍｍ波無線機の送信方向と受信部の受信方向との水平面内でのずれに伴う撮像信号の受信不良という不都合は解消できるが、ｍｍ波無線機を水平軸の回りに回転する手段を備えていないので、高低差を有する作業現場で作業する建設機械の作業位置や姿勢（車体の傾き）が変わった場合におけるｍｍ波無線機の送信方向と受信部の受信方向との垂直方向のずれに伴う撮像信号の受信不良という不都合については解消することができない。また、自動追尾装置は駆動装置及びその制御装置を必要とするので高価であるばかりでなく、機械的な故障や摩耗を避けられないために設備のメンテナンスが必要になって、建設機械のランニングコストも高価になる。特に、ｍｍ波無線機を２軸方向に駆動可能な自動追尾装置を備えた場合には、かかるコスト上の問題が顕著になる。さらに、自動追尾装置を備えると、作業ごとに制御装置の設定操作が必要となるので、建設機械の立ち上げに長時間を要するという不都合もある。

本願出願人は、先に、かかる不都合を解消するため、ｍｍ波無線機に付設されるアンテナ装置として、図１４に示すように、スロット１０１ａが開口されたアンテナ本体１０１と、当該アンテナ本体１０１に接続された導波管１０２と、当該導波管１０２のフランジ部１０２ａに固定され、前記アンテナ本体１０１の外周を覆う筒状のレドーム１０３とを備え、図１５に示すように、水平方向に関して無指向性を有するスロットアンテナ（オムニアンテナ）であって、ビーム幅Ｗを垂直方向に拡大するための工夫が施されたアンテナ装置を備えた建設機械を提案した（例えば、特許文献２参照。）。

この建設機械を用いれば、ｍｍ波無線機に付設されるアンテナ装置として、水平方向に無指向性を有しかつ垂直方向にビーム幅を拡大したスロットアンテナを用いたので、水平方向及び垂直方向の広範囲にわたって電波を放射することができ、ｍｍ波無線機の受信方向と受信部の受信方向との水平面内でのずれ及び垂直方向のずれに伴う撮像信号の受信不良を同時に改善することができる。よって、建設機械に自動追尾装置を備える必要がないので建設機械の無線遠隔操縦システムを安価に構築でき、また建設機械のメンテナンスを容易化することができるので無線遠隔操縦システムの長期の運用が可能になり、さらには建設機械の立ち上げ時間も短縮化することができる。
特開平８−３３１６６０号公報 特開２０００−２３２３１８

しかしながら、特許文献２に開示の技術は、オムニアンテナから電波を水平方向に放射するので、遠隔操縦室との間に高低差がある作業現場にて建設機械を稼働する場合、建設機械に備えられたオムニアンテナからの電波の放射方向と受信部の受信方向とを一致させることが困難で、２００ｍ〜３００ｍ程度の通信距離しか得ることができないという問題がある。また、砂防ダム工事現場のように遠隔操縦室側の受信部との間の高低差が異なる複数の工区に複数の建設機械を配置し、これら複数の建設機械を同時に稼働する場合、各工区に配置された建設機械より送信される撮像信号に混信を生じやすいという問題もある。

本発明は、かかる従来技術の不備を解決するためになされたものであり、その目的は、建設機械と遠隔操縦室との高低差に応じて建設機械に備えられた無線機からの電波の放射方向と遠隔操縦室に備えられた無線機による電波の受信方向とを一致させることができ、通信距離の延長と混信の抑制とを図ることができるアンテナ装置を搭載した建設機械及びこの建設機械の無線遠隔操縦システムを提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、建設機械に関しては、作業状況を撮像する撮像手段と当該撮像手段より出力される撮像信号を遠隔操縦室に送信するｍｍ波無線送信機とを備え、前記遠隔操縦室より無線送信される操縦信号に基づいて遠隔操縦される建設機械において、前記ｍｍ波無線送信機のアンテナ装置として、水平方向に無指向性の送受信特性を有するオムニアンテナを設けると共に、当該オムニアンテナの外周に当該オムニアンテナより放射される電波の放射方向を上向き又は下向きに変更する放射方向変更手段を設け、高低差のある作業現場での遠隔操縦の作業効率を高めるという構成にした。

このように、ｍｍ波無線送信機のアンテナ装置として水平方向に無指向性の送受信特性を有するオムニアンテナを設けると共に、当該オムニアンテナの外周に当該オムニアンテナより放射される電波の放射方向を上向き又は下向きに変更する放射方向変更手段を設けると、何ら特別な駆動機構を設けることなくアンテナ装置より放射される電波の放射方向を放射方向変更手段の形状に応じた方向に変更することができるので、安価にして電波の放射方向が用途に応じて所望の方向に調整された遠隔操縦用の建設機械を得ることができ、高低差のある作業現場での遠隔操縦の作業効率を高めることができる。また、アンテナ装置に自動追従装置を設ける必要がないことから、建設機械の低コスト化、メンテナンスの容易化及び立ち上げ時間の短縮化を図ることができる。

また、本発明は、前記構成の建設機械において、前記放射方向変更手段を前記オムニアンテナに対して着脱自在に設けるという構成にした。

このように、放射方向変更手段をオムニアンテナに対して着脱自在に設けると、用途に応じて適宜の放射方向変更手段を適宜着脱することができるので、１台のアンテナ装置を各種の用途に使用することができ、アンテナ装置ひいてはこれを備えた建設機械の汎用性を高めることができる。

また、本発明は、前記構成の建設機械において、前記オムニアンテナは、スロットが開口されたアンテナ本体と、当該アンテナ本体の外周を覆う筒状のレドームとを備え、前記放射方向変更手段は、比誘電率が１より大きい誘電体をもって筒状に形成され、かつ、前記アンテナ本体の外周に配置されて、前記スロットより水平方向に放射される電波の放射方向を上向き又は下向きに変更する電波レンズであるという構成にした。

このように、オムニアンテナをスロットが開口されたアンテナ本体と当該アンテナ本体の外周を覆う筒状のレドームとを備えるという構成にし、放射方向変更手段を比誘電率が１より大きい誘電体をもって筒状に形成され、かつ、前記アンテナ本体の外周に配置されて、前記スロットより水平方向に放射される電波の放射方向を上向き又は下向きに変更する電波レンズをもって構成にすると、何ら特別な駆動機構を設けることなくオムニアンテナより放射される電波の放射方向を放射方向変更手段の形状に応じた方向に変更することができるので、安価にして電波の放射方向が用途に応じて所望の方向に調整された遠隔操縦用の建設機械を得ることができ、高低差のある作業現場での遠隔操縦の作業効率を高めることができる。

また、本発明は、前記構成の建設機械において、前記レドームを比誘電率が１より大きい誘電体をもって有蓋の筒状に形成し、当該レドームを前記電波レンズとして兼用するという構成にした。

このように、アンテナ本体の外周に配置される筒状のレドームを電波レンズとして兼用すると、レドームと電波レンズとを別個に備える必要がないので、部品点数の増加を防止することができ、電波の放射方向を用途に応じて所望の方向に調整可能なアンテナ装置ひいてはこれを備えた建設機械を安価に実施することができる。

また、本発明は、前記構成の建設機械において、前記レドームの内周又は外周に、比誘電率が１より大きい誘電体をもって筒状に形成された前記レドームとは独立の別体の電波レンズを装着するという構成にした。

このように、レドームの内周又は外周にレドームとは独立の別体に形成された筒状の電波レンズを装着すると、従来より標準品として装備されているレドームをそのまま使用することができるので、部品の無駄が発生せず、電波の放射方向を用途に応じて所望の方向に調整可能なアンテナ装置ひいてはこれを備えた建設機械を安価に実施することができる。また、レドームの内周に電波レンズを装着した場合には、レドームによって電波レンズの破損を防止できるので、アンテナ装置ひいてはこれを備えた建設機械の耐久性を高めることができる。

一方、本発明は、前記の課題を解決するため、建設機械の無線遠隔操縦システムに関しては、作業状況を撮像する撮像手段と当該撮像手段より出力される撮像信号を遠隔操縦室に送信するｍｍ波無線送信機とを備え、前記遠隔操縦室より無線送信される操縦信号に基づいて遠隔操縦される少なくとも１台の建設機械と、前記撮像信号の受信部と前記操縦信号の送信部とを備えた遠隔操縦室とから構築され、前記遠隔操縦室に備えられたモニタ画面に前記建設機械より送信された撮像信号を映し出し、前記送信部より前記映像信号に応じた操縦信号を前記建設機械に無線送信して前記建設機械を遠隔操縦する建設機械の無線遠隔操縦システムにおいて、前記ｍｍ波無線送信機のアンテナ装置として、水平方向に無指向性の送受信特性を有するオムニアンテナを設けると共に、当該オムニアンテナの外周に当該オムニアンテナより放射される電波の放射方向を上向き又は下向きに変更する放射方向変更手段を設け、高低差のある作業現場での遠隔操縦の作業効率を高めるという構成にした。

このように、ｍｍ波無線送信機のアンテナ装置として水平方向に無指向性の送受信特性を有するオムニアンテナを設けると共に、当該オムニアンテナの外周に当該オムニアンテナより放射される電波の放射方向を上向き又は下向きに変更する放射方向変更手段を設けると、建設機械の稼働位置と撮像信号を受信する遠隔操縦室側の受信部との高低差などに応じて適宜の放射方向変更手段を備えた建設機械を適所に配置することにより、アンテナ装置より放射される電波の放射方向を受信部の受信方向に合致させることができるので、撮像信号の送信距離を延長することができ、無線遠隔操縦システムの作業能率及び作業の安全性を高めることができる。また、アンテナ装置に自動追従装置を設ける必要がないので、建設機械ひいては無線遠隔操縦システムの低コスト化、メンテナンスの容易化及び立ち上げ時間の短縮化を図ることができる。

また、本発明は、前記構成の建設機械の無線遠隔操縦システムにおいて、複数の工区にそれぞれ１以上の建設機械又は１以上の建設機械群を配置し、前記複数の工区のそれぞれに配置された１以上の建設機械又は１以上の建設機械群ごとに前記アンテナ装置より放射される電波の放射方向を異なる方向に設定するという構成にした。

このように、複数の工区のそれぞれに配置された１以上の建設機械又は１以上の建設機械群ごとにアンテナ装置より放射される電波の放射方向を異なる方向に設定すると、例えば高低差を有する複数の工区に１以上の建設機械又は１以上の建設機械群を配置する場合において、上部の工区に配置された建設機械のアンテナ装置より放射される電波の放射方向に対して下部の工区に配置された建設機械のアンテナ装置より放射される電波の放射方向を相対的に下向きに設定することによって、各工区から送信される撮像信号の混信を防止することができるので、複数の工区に配置された複数の建設機械を同時に稼働することが可能になり、無線遠隔操縦システムの作業能率を高めることができる。

また、本発明は、前記構成の建設機械の無線遠隔操縦システムにおいて、１の工区に複数の建設機械又は複数の建設機械群を配置し、前記複数の建設機械又は複数の建設機械群のそれぞれごとに前記アンテナ装置より放射される電波の放射方向を異なる方向に設定するという構成にした。

このように、１の工区に配置された複数の建設機械又は建設機械群より放射される電波の放射方向を各建設機械又は建設機械群ごとに異なる方向に設定すると、各建設機械又は建設機械群から送信される撮像信号の混信を防止することができるので、広い工区に配置された多数の建設機械を同時に稼働することが可能になり、無線遠隔操縦システムの作業能率を高めることができる。

本発明の建設機械は、ｍｍ波無線送信機のアンテナ装置として水平方向に無指向性の送受信特性を有するオムニアンテナを設けると共に、当該オムニアンテナの外周に当該オムニアンテナより放射される電波の放射方向を上向き又は下向きに変更する放射方向変更手段を設けたので、何ら特別な駆動機構を設けることなくアンテナ装置より放射される電波の放射方向を放射方向変更手段の形状に応じた方向に変更することができる。よって、安価にして電波の放射方向が用途に応じて所望の方向に調整された遠隔操縦用の建設機械を得ることができ、高低差のある作業現場での遠隔操縦の作業効率を高めることができると共に、アンテナ装置に自動追従装置を設ける必要がないので、建設機械ひいては無線遠隔操縦システムの低コスト化、メンテナンスの容易化及び立ち上げ時間の短縮化を図ることができる。

本発明の建設機械の無線遠隔操縦システムは、ｍｍ波無線送信機のアンテナ装置として水平方向に無指向性の送受信特性を有するオムニアンテナを設けると共に、当該オムニアンテナの外周に当該オムニアンテナより放射される電波の放射方向を上向き又は下向きに変更する放射方向変更手段を設けたので、建設機械の稼働位置と撮像信号を受信する遠隔操縦室側の受信部との高低差などに応じて適宜の放射方向変更手段を備えた建設機械を適所に配置することにより、アンテナ装置より放射される電波の放射方向を受信部の受信方向に合致させることができて、撮像信号の送信距離を延長することができ、無線遠隔操縦システムの作業能率及び作業の安全性を高めることができる。また、アンテナ装置に自動追従装置を設ける必要がないので、建設機械ひいては無線遠隔操縦システムの低コスト化、メンテナンスの容易化及び立ち上げ時間の短縮化を図ることができる。

本願発明の実施形態を説明するに先立ち、本願発明に適用されるアンテナ装置の構成を図１乃至図８を用いて説明する。図１は第１構成例に係るアンテナ装置の要部断面図、図２は第１構成例に係るアンテナ装置の電波放射特性を示す説明図、図３は第２構成例に係るアンテナ装置の要部断面図、図４は第２構成例に係るアンテナ装置の電波放射特性を示す説明図、図５は第３構成例に係るアンテナ装置の要部断面図、図６は第４構成例に係るアンテナ装置の要部断面図、図７は第５構成例に係るアンテナ装置の要部断面図、図８は第６構成例に係るアンテナ装置の要部断面図である。

図１、図３、図５及び図６に図示するアンテナ装置１は、スロット２ａを有するアンテナ本体２と、当該アンテナ本体２に接続された導波管３と、前記アンテナ本体２の外周を覆う有蓋筒状に形成され、前記導波管３のフランジ部３ａに締結されたレドーム兼用電波レンズ４と、当該レドーム兼用電波レンズ４を前記導波管３のフランジ部３ａに締結するボルト５とをもって構成されており、図７及び図８に図示するアンテナ装置１は、スロット２ａを有するアンテナ本体２と、当該アンテナ本体２に接続された導波管３と、当該導波管３のフランジ部３ａに締結され、前記アンテナ本体２の外周を覆う有蓋筒状のレドーム６と、前記導波管３のフランジ部３ａに固定され、前記レドーム６の外周に配置された無蓋筒状の電波レンズ７と、前記レドーム６及び前記電波レンズ７を前記導波管３のフランジ部３ａに締結するボルト５とをもって構成されている。なお、図７及び図８の例では、電波レンズ７がレドーム６の外周に配置されているが、電波レンズ７をレドーム６の内周に配置することも勿論可能である。

前記レドーム兼用電波レンズ４及び電波レンズ７は、比誘電率が１より大きい誘電体からなり、前記スロット２ａより放射される電波の放射方向を前記導波管３の軸心方向と直交する面に対して上向き又は下向きに変更するように外形が形成されている。

即ち、図１のアンテナ装置１は、レドーム兼用電波レンズ４の内面が上方に至るほど直径が小さくなる円錐形に形成されており、図２に示すように、スロット２ａより放射される電波の放射特性が、導波管３の軸心Ｙ−Ｙと直交する面Ｘ−Ｘに対して上向きになっている。また、図３のアンテナ装置１は、レドーム兼用電波レンズ４の外面が下方に至るほど直径が小さくなる逆円錐形に形成されており、図４に示すように、スロット２ａより放射される電波の放射特性が、導波管３の軸心Ｙ−Ｙと直交する面Ｘ−Ｘに対して下向きになっている。また、図５のアンテナ装置１は、レドーム兼用電波レンズ４の外面が上方に至るほど直径が小さくなる円錐形に形成されており、図２に示すように、スロット２ａより放射される電波の放射特性が、導波管３の軸心Ｙ−Ｙと直交する面Ｘ−Ｘに対して上向きになっている。また、図６のアンテナ装置１は、レドーム兼用電波レンズ４の内面が下方に至るほど直径が小さくなる逆円錐形に形成されており、図４に示すように、スロット２ａより放射される電波の放射特性が、導波管３の軸心Ｙ−Ｙと直交する面Ｘ−Ｘに対して下向きになっている。さらに、図７のアンテナ装置１は、電波レンズ７の外面が上方に至るほど直径が小さくなる円錐形に形成されており、図２に示すように、スロット２ａより放射される電波の放射特性が、導波管３の軸心Ｙ−Ｙと直交する面Ｘ−Ｘに対して上向きになっている。また、図８のアンテナ装置１は、電波レンズ７の外面が下方に至るほど直径が小さくなる逆円錐形に形成されており、図４に示すように、スロット２ａより放射される電波の放射特性が、導波管３の軸心Ｙ−Ｙと直交する面Ｘ−Ｘに対して下向きになっている。

なお、前記レドーム兼用電波レンズ４及び前記電波レンズ７は、比誘電率が１より大きく、かつｍｍ波の損失が小さいことから、例えば４フッ化エチレン樹脂などのフッ素樹脂を用いて形成される。また、アンテナ装置１に関するその他の構成については、特許文献２に記載の技術を応用することができる。

このように、前記各構成例に係るアンテナ装置１は、アンテナ本体２の外周に、比誘電率が１より大きい誘電体をもって筒状に形成され、アンテナ本体２より放射される電波の放射方向を導波管３の軸心Ｙ−Ｙと直交する面Ｘ−Ｘに対して上向き又は下向きに変更するレドーム兼用電波レンズ４又は電波レンズ７を設けたので、何ら特別な駆動機構を設けることなくアンテナ装置１より放射される電波の放射方向をレドーム兼用電波レンズ４又は電波レンズ７の形状に応じた方向に変更することができ、安価にして電波の放射方向が用途に応じて所望の方向に調整されたアンテナ装置を得ることができる。

また、図１、図３、図５及び図６に図示するアンテナ装置１は、レドーム兼用電波レンズ４を用いるので、レドームと電波レンズとを別個に備える必要がなく、部品点数の増加を防止することができて、電波の放射方向を用途に応じて所望の方向に調整可能なアンテナ装置を安価に実施することができる。

また、図７及び図８に図示するアンテナ装置１は、レドーム６と電波レンズ７とを独立の別体に形成したので、従来より標準品として装備されているレドーム６をそのまま使用することができ、部品の無駄を防止できて、電波の放射方向を用途に応じて所望の方向に調整可能なアンテナ装置を安価に実施することができる。また、レドーム６の内周に電波レンズ７を装着した場合には、レドーム６によって電波レンズ７の破損を防止できるので、アンテナ装置１の耐久性を高めることができる。

さらに、前記各構成例に係るアンテナ装置１は、レドーム兼用電波レンズ４又はレドーム６と電波レンズ７とをボルト５にて導波管３のフランジ部３ａに締結するので、フランジ部３ａに対するレドーム兼用電波レンズ４又は電波レンズ７の着脱を容易に行うことができ、１台のアンテナ装置を各種の用途に使用することができて、アンテナ装置の汎用性を高めることができる。

次に、前記アンテナ装置１を撮像信号の送信アンテナとして備えた建設機械の実施形態を、図９及び図１０に基づいて説明する。図９は実施形態に係る建設機械の構成とこれを遠隔操縦する遠隔操縦室の構成とを示す斜視図、図１０は実施形態に係る建設機械とこれを遠隔操縦する遠隔操縦室に備えられる無線送受信系の構成図である。

図９及び図１０に示すように、本実施形態においては、建設機械として油圧ショベル１０が用いられており、当該油圧ショベル１０には、当該油圧ショベル１０の作業状況を撮像する複数台のカメラ１１ａ，１１ｂと、カメラ１１ａ，１１ｂの撮像信号をインターフェース１２及びアンテナ装置１を介して遠隔操縦室２０に送信するｍｍ波無線機としての５０ＧＨｚ簡易無線機１３と、遠隔操縦室２０からの操縦信号を受信する特定小電力無線機１４と、当該特定小電力無線機１４にて受信された操縦信号に基づいて油圧ショベル１０の各部を制御する車体コントローラ１５とが備えられている。前記複数台のカメラ１１ａ，１１ｂは、図１０に示すように、固定雲台１６ａ及び電動雲台１６ｂに個別に搭載されており、電動雲台１６ｂに取り付けられたカメラ１１ｂについては油圧ショベル１０の車体に対するカメラの姿勢を変更できるようになっている。また、インターフェース１２には、映像合成切替器１２ａと無線機インターフェース１２ｂと雲台・ズーム制御器１２ｃとが備えられており、前記無線機インターフェース１２ｂに前記アンテナ装置１が接続されている。その他、図９の符号１７は油圧ショベル１０の上部旋回体、符号１８は上部旋回体１６に設けられる運転室、符号１９は上部旋回体１６に設けられたフロント機構を示している。前記アンテナ装置１としては、図１、図３、図５〜図８に例示したレドーム兼用電波レンズ４又は電波レンズ７を備えたものが用いられる。

一方、遠隔操縦室２０には、図９及び図１０に示すように、５０ＧＨｚ簡易無線機１３からの撮像信号を受信する５０ＧＨｚ簡易無線機２１と、当該５０ＧＨｚ簡易無線機２１に備えられたパラボラアンテナ２１ａと、５０ＧＨｚ簡易無線機２１にて受信された撮像信号をインターフェース２２を介して映し出す第１モニタ２３と、パラボラアンテナ２１ａと同軸に設置され、油圧ショベル１０におけるアンテナ装置１の設定位置を撮影するカメラ２４と、カメラ２４を取り付ける電動雲台２５と、パラボラアンテナ２１ａ及びカメラ２４並びに電動雲台２５の操作盤２６と、カメラ２４の撮像信号を映し出す第２モニタ２７と、油圧ショベル１０に搭載されたカメラ１１ａ，１１ｂ及び電動雲台１６ｂの操作盤２８と、油圧ショベル１０に操縦信号を送信する特定小電力無線機２９と、当該特定小電力無線機２９の操作機２９ａとが備えられている。前記インターフェース２２には、映像分解分配器２２ａと無線機インターフェース２２ｂとディジタルインターフェース２２ｃとが備えられており、前記無線機インターフェース２２ｂに前記パラボラアンテナ２１ａが接続されている。前記遠隔操縦室２０としては、例えば、ワンボックスカー、小型バス、ブレハブ小屋等を利用することができる。

油圧ショベル１０の遠隔操縦は、油圧ショベル１０に搭載された５０ＧＨｚ簡易無線機１３から送信されたカメラ１１ａ、１１ｂの撮像信号を遠隔操縦室２０に備えられた５０ＧＨｚ簡易無線機２１で受信し、第１モニタ２３に映し出されたカメラ１１ａ、１１ｂの撮像信号及び第２モニタ２７に映し出されたカメラ２４の撮像信号の双方を見ながらオペレータが遠隔操縦室２０に備えられた特定小電力無線機２９の操作機２９ａを操作し、油圧ショベル１０に搭載された特定小電力無線機１４に所要の操縦信号を送信することにより行われる。

即ち、油圧ショベル１０に搭載された５０ＧＨｚ簡易無線機１３から送信されたカメラ１１ａ、１１ｂの撮像信号は、インターフェース１２，アンテナ装置１及びパラボラアンテナ２１ａを介して、遠隔操縦室２０に備えられた５０ＧＨｚ簡易無線機２１に受信される。５０ＧＨｚ簡易無線機２１にて受信されたカメラ１１ａ、１１ｂの撮像信号は遠隔操縦室２０の内部に導かれ、インターフェース２２を介して第１モニタ２３に映し出される。油圧ショベル１０の映像合成切替器１２ａでは、カメラ１１ａ，１１ｂにて撮像された２画面を合成することも、また特定の１画面を選択することもできるが、その選択は遠隔操縦室２０の操作盤２８からの操作信号によって行われる。

また、カメラ１１ａ，１１ｂや電動雲台１６ｂを操作する場合は、操作盤２８から出力される操作信号がインターフェース２２を介して５０ＧＨｚ簡易無線機２１から撮像信号の周波数とは別の周波数で送信され、５０ＧＨｚ簡易無線機１３に受信される。受信された操作信号はインターフェース１２の雲台・ズーム制御器１２ｃを介してカメラ１１ａ，１１ｂ又は電動雲台１６ｂに入力され、カメラ１１ａ，１１ｂのズーム又は電動雲台１６ｂの姿勢制御が行われる。

さらに、５０ＧＨｚ簡易無線機２１には高利得のパラボラアンテナ２１ａが備えられ、当該パラボラアンテナ２１ａの向きは、電動雲台２５の姿勢を操作盤２６からの操作信号にて変更することにより制御され、常時、油圧ショベル１０に備えられた５０ＧＨｚ無線機１３の方向に向けられる。即ち、電動雲台２５の上にはカメラ２４が５０ＧＨｚ簡易無線機２１の方向と同軸に設置され、カメラ２４の撮像画像を第２モニタ２７に映し出しているので、オペレータは操作盤２６を操作し、第２モニタ２７の画面中央に５０ＧＨｚ簡易無線機１３のアンテナ装置１が映し出されるように電動雲台２５ひいてはパラボラアンテナ２１ａの姿勢を制御することにより、常時パラボラアンテナ２１ａの向きを油圧ショベル１０に備えられたアンテナ装置１の方向に向けることができる。したがって、本実施形態の油圧ショベル１０は、５０ＧＨｚ簡易無線機１３について追尾雲台等の特別な方向制御装置を備える必要が無く、安価に実施することができる。

また、油圧ショベル１０の操縦は、遠隔操縦室２０に設置された操作機２９ａを操作することによって行われ、この操作信号は遠隔操縦室２０に設置された特定小電力無線機２９から油圧ショベル１０に設置された特定小電力無線機１４に送信される。特定小電力無線機１４に受信された操作信号は車体コントローラ１５に入カされ、電磁弁を駆動する。これによって、油圧ショベル１０の所要のパイロット圧が制御され、油圧ショベル１０の操縦が行われる。

本例の油圧ショベル１０は、ｍｍ波無線送信機１３のアンテナ装置１として、アンテナ本体２より放射される電波の放射方向を導波管３の軸心Ｙ−Ｙと直交する面Ｘ−Ｘに対して上向き又は下向きに変更するレドーム兼用電波レンズ４又は電波レンズ７を設けたものを備えたので、油圧ショベル１０の稼働位置と撮像信号を受信するパラボラアンテナ２１ａの設置位置との高低差などに応じて適宜のレドーム兼用電波レンズ４又は電波レンズ７を備えた油圧ショベル１０を適所に配置することにより、アンテナ装置１より放射される電波の放射方向をパラボラアンテナ２１ａの受信方向に合致させることができる。よって、アンテナ装置に自動追従装置を設ける必要がなく、建設機械の低コスト化、メンテナンスの容易化及び立ち上げ時間の短縮化を図ることができる。

次に、前記のように構成された油圧ショベル１０と遠隔操縦室２０とを利用した建設機械の無線遠隔操縦システムについて説明する。

図１１は実施形態に係る無線遠隔操縦システムの第１例を示す図であって、土石流が発生した谷底に配置された油圧ショベル１０を、高所に配置された遠隔操縦室２０からの操縦信号により遠隔操縦する場合を示している。この場合、油圧ショベル１０のｍｍ波無線送信機１３には、図２に示すように、アンテナ本体２より放射される電波の放射方向を導波管３の軸心Ｙ−Ｙと直交する面Ｘ−Ｘに対して上向きに変更するレドーム兼用電波レンズ４又は電波レンズ７を設けたアンテナ装置１が備えられる。

図１２は実施形態に係る無線遠隔操縦システムの第２例を示す図であって、崖の崩落が発生した山道に配置された油圧ショベル１０を、低所に配置された遠隔操縦室２０からの操縦信号により遠隔操縦する場合を示している。この場合、油圧ショベル１０のｍｍ波無線送信機１３には、図４に示すように、アンテナ本体２より放射される電波の放射方向を導波管３の軸心Ｙ−Ｙと直交する面Ｘ−Ｘに対して下向きに変更するレドーム兼用電波レンズ４又は電波レンズ７を設けたアンテナ装置１が備えられる。

このように、第１実施形態及び第２実施形態に係る無線遠隔操縦システムは、油圧ショベル１０とこれを遠隔操縦する遠隔操縦室２０との高低差に応じて、適宜のレドーム兼用電波レンズ４又は電波レンズ７を油圧ショベル１０側のｍｍ波無線送信機１３のアンテナ装置１に備えたので、アンテナ装置１より放射される電波の放射方向を遠隔操縦室２０側のパラボラアンテナ２１ａの受信方向に合致させることができ、撮像信号の送信距離を延長することができて、無線遠隔操縦システムの作業能率及び作業の安全性を高めることができる。また、アンテナ装置１に自動追従装置を設ける必要がないので、油圧ショベル１０ひいては無線遠隔操縦システムの低コスト化、メンテナンスの容易化及び立ち上げ時間の短縮化を図ることができる。

図１３は実施形態に係る無線遠隔操縦システムの第３例を示す図であって、高低差を有する第１工区３０及び第２工区４０にそれぞれ複数台の建設機械３１〜３６と４１〜４６が配置され、第１工区３０で稼働する建設機械３１〜３６を第１遠隔操縦室３７からの操縦信号により遠隔操縦し、第２工区４０で稼働する建設機械４１〜４６を第２遠隔操縦室４７からの操縦信号により遠隔操縦する場合を示している。なお、図中の符号３８，４８は、遠隔操縦室３７，４７側の５０ＧＨｚ簡易無線機２１及び特定小電力無線機２９（図９、図１０参照）が設置される高所やぐらである。この場合、高所である第１工区３０で稼働する建設機械３１〜３６のｍｍ波無線送信機１３（図９、図１０参照）には、図２に示すように、アンテナ本体２より放射される電波の放射方向を導波管３の軸心Ｙ−Ｙと直交する面Ｘ−Ｘに対して上向きに変更するレドーム兼用電波レンズ４又は電波レンズ７を設けたアンテナ装置１が備えられ、低所である第２工区４０で稼働する建設機械４１〜４６のｍｍ波無線送信機１３には、図４に示すように、アンテナ本体２より放射される電波の放射方向を導波管３の軸心Ｙ−Ｙと直交する面Ｘ−Ｘに対して下向きに変更するレドーム兼用電波レンズ４又は電波レンズ７を設けたアンテナ装置１が備えられる。なお、ｍｍ波無線送信機１３は全ての建設機械３１〜３６，４１〜４６に装備する必要はなく、各工区について少なくとも１台の建設機械に装備すれば足りる。

このように、第３実施形態に係る無線遠隔操縦システムは、高所である第１工区３０で稼働する建設機械３１〜３６のｍｍ波無線送信機１３からは撮像信号を上向きに送信するようにし、また、低所である第２工区４０で稼働する建設機械４１〜４６のｍｍ波無線送信機１３からは撮像信号を下向きに送信するようにしたので、各工区３０，４０に配置された建設機械から送信される撮像信号の混信を防止することができ、各工区３０，４０に配置された複数の建設機械の同時稼働が可能になって、無線遠隔操縦システムの作業能率を高めることができる。

なお、高低差のない１の工区内で多数の建設機械を稼働する場合において、複数の建設機械又は複数の建設機械群のそれぞれごとにアンテナ装置１より放射される電波の放射方向を異なる方向に設定するという無線遠隔操縦システムにすることもできる。この場合にも、各建設機械又は建設機械群から送信される撮像信号の混信を防止することができるので、広い工区に配置された多数の建設機械を同時に稼働することが可能になり、無線遠隔操縦システムの作業能率を高めることができる。

第１構成例に係るアンテナ装置の要部断面図である。 第１構成例に係るアンテナ装置の電波放射特性を示す説明図である。 第２構成例に係るアンテナ装置の要部断面図である。 第２構成例に係るアンテナ装置の電波放射特性を示す説明図である。 第３構成例に係るアンテナ装置の要部断面図である。 第４構成例に係るアンテナ装置の要部断面図である。 第５構成例に係るアンテナ装置の要部断面図である。 第６構成例に係るアンテナ装置の要部断面図である。 実施形態に係る建設機械の構成とこれを遠隔操縦する遠隔操縦室の構成とを示す斜視図である。 実施形態に係る建設機械とこれを遠隔操縦する遠隔操縦室に備えられる無線送受信系の構成図である。 実施形態に係る無線遠隔操縦システムの第１例を示す図である。 実施形態に係る無線遠隔操縦システムの第２例を示す図である。 実施形態に係る無線遠隔操縦システムの第３例を示す図である。 従来例に係るアンテナ装置の要部断面図である。 従来例に係るアンテナ装置の電波放射特性を示す説明図である。

符号の説明

１ アンテナ装置
２ａ スロット
２ アンテナ本体
３ 導波管
４ レドーム兼用電波レンズ（放射方向変更手段）
６ レドーム
７ 電波レンズ（放射方向変更手段）
１０ 油圧ショベル（建設機械）
１１ａ，１１ｂ カメラ（撮像手段）
１３ ｍｍ波無線機（５０ＧＨｚ簡易無線機）
１４ 特定小電力無線機
２０，３７，４７ 遠隔操縦室
２１ ｍｍ波無線機（５０ＧＨｚ簡易無線機）
２１ａ パラボラアンテナ
２３，２７ モニタ
２４ カメラ
２６，２８ 操作盤
２９ 特定小電力無線機
２９ａ 操作機
３０，４０ 工区
３１〜３６，４１〜４６ 建設機械

Claims (8)

1. 作業状況を撮像する撮像手段と当該撮像手段より出力される撮像信号を遠隔操縦室に送信するｍｍ波無線送信機とを備え、前記遠隔操縦室より無線送信される操縦信号に基づいて遠隔操縦される建設機械において、
   前記ｍｍ波無線送信機のアンテナ装置として、水平方向に無指向性の送受信特性を有するオムニアンテナを設けると共に、当該オムニアンテナの外周に当該オムニアンテナより放射される電波の放射方向を上向き又は下向きに変更する放射方向変更手段を設け、高低差のある作業現場での遠隔操縦の作業効率を高めたことを特徴とする建設機械。
2. 前記放射方向変更手段を前記オムニアンテナに対して着脱自在に設けたことを特徴とする請求項１に記載の建設機械。
3. 前記オムニアンテナは、スロットが開口されたアンテナ本体と、当該アンテナ本体の外周を覆う筒状のレドームとを備え、前記放射方向変更手段は、比誘電率が１より大きい誘電体をもって筒状に形成され、かつ、前記アンテナ本体の外周に配置されて、前記スロットより水平方向に放射される電波の放射方向を上向き又は下向きに変更する電波レンズであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の建設機械。
4. 前記レドームを比誘電率が１より大きい誘電体をもって有蓋の筒状に形成し、当該レドームを前記電波レンズとして兼用することを特徴とする請求項３に記載の建設機械。
5. 前記レドームの内周又は外周に、比誘電率が１より大きい誘電体をもって筒状に形成された前記レドームとは独立の別体の電波レンズを装着することを特徴とする請求項３に記載の建設機械。
6. 作業状況を撮像する撮像手段と当該撮像手段より出力される撮像信号を遠隔操縦室に送信するｍｍ波無線送信機とを備え、前記遠隔操縦室より無線送信される操縦信号に基づいて遠隔操縦される少なくとも１台の建設機械と、前記撮像信号の受信部と前記操縦信号の送信部とを備えた遠隔操縦室とから構築され、前記遠隔操縦室に備えられたモニタ画面に前記建設機械より送信された撮像信号を映し出し、前記送信部より前記映像信号に応じた操縦信号を前記建設機械に無線送信して前記建設機械を遠隔操縦する建設機械の無線遠隔操縦システムにおいて、
   前記ｍｍ波無線送信機のアンテナ装置として、水平方向に無指向性の送受信特性を有するオムニアンテナを設けると共に、当該オムニアンテナの外周に当該オムニアンテナより放射される電波の放射方向を上向き又は下向きに変更する放射方向変更手段を設け、高低差のある作業現場での遠隔操縦の作業効率を高めたことを特徴とする建設機械の無線遠隔操縦システム。
7. 複数の工区にそれぞれ１以上の建設機械又は１以上の建設機械群を配置し、前記複数の工区のそれぞれに配置された１以上の建設機械又は１以上の建設機械群ごとに前記アンテナ装置より放射される電波の放射方向を異なる方向に設定したことを特徴とする請求項６に記載の建設機械の無線遠隔操縦システム。
8. １の工区に複数の建設機械又は複数の建設機械群を配置し、前記複数の建設機械又は複数の建設機械群のそれぞれごとに前記アンテナ装置より放射される電波の放射方向を異なる方向に設定したことを特徴とする請求項６に記載の建設機械の無線遠隔操縦システム。

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