JP2005354479A - 作業機械の無線遠隔操縦システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の作業機械に対応する複数の操縦室側装置が操縦室内に設けられる作業機械の無線操縦システムにおいて、各作業機械の操縦者のそれぞれに対して、自身が操作する作業機械の音を、この音以外の音を遮らずに提供できるとともに、各操縦者に提供される音と他の操縦者に提供される音との交錯を防止することができる作業機械の無線操縦システムを提供することにある。
【解決手段】操縦室側装置５Ａの操縦装置８、モニタ装置７および狭指向性スピーカ９と、操縦室側装置５Ｂの操縦装置８、モニタ装置７および狭指向性スピーカ９は、操縦室４内において隣接させてある。各狭指向性スピーカ９は、例えば操縦者５０Ａ，５０Ｂ後方に位置するよう配置してある。狭指向性スピーカ９の指向角は、操縦者５０Ａ側と操縦者５０Ｂ側との間で音漏れが生じない角度に設定してある。
【選択図】図１

Description

本発明は、作業現場に配備される無人の作業機械を、作業現場から離れた遠隔地に設けられる操縦室において無線通信により操縦するための作業機械の遠隔操縦システムであって、作業機械の動作に対応する音情報を操縦室に送信し、この音情報を操縦室内においてスピーカにより音に変換して出力する無線遠隔操縦システムに関する。

作業機械が作業を行う作業現場には、災害復旧現場やダム工事現場等、安全上人の立ち入りが好ましくない作業現場がある。この作業現場で作業を行う場合、無人の作業機械を作業現場に配備し、作業現場から離れた遠隔地に設けた操縦室において、無線通信により遠隔操縦する、ということが行われる。

前記遠隔操縦を行うための従来の無線遠隔操縦システムは、操縦室およびその周辺に設けられる操縦室側装置と、作業機械およびその周辺に設けられる作業機械側装置とを備えている。

操縦室側装置は、手動操作される操作部を有しこの操作部の操作に対応した操作情報を生成する操作情報生成手段と、作業機械に操作情報を無線送信する操作情報送信手段と、作業機械からの撮像情報を受信する撮像情報受信手段と、撮像情報を映像に変換して表示する表示手段とを備えている。作業機械側装置は、操作情報を受信する操作情報受信手段と、操作情報に従って作業機械の動作を制御する制御手段と、作業状況を撮像して撮像情報を生成する撮像手段と、操縦室に撮像情報を無線送信する撮像情報送信手段とを備えている。

このように構成された作業機械の無線操縦システムでは、撮像手段が作業状況を撮像して撮像情報を生成し、撮像情報送信手段が操縦室に撮像情報を無線送信し、撮像情報受信手段が撮像情報を受信して、表示手段が撮像情報を作業状況の映像に変換して表示する。また、操作部が操作されると、操作情報発生手段が操作部の操作に対応した操作情報を生成し、操作情報送信手段が操作情報を作業機械に無線送信し、操作情報受信手段が操作情報を受信して、制御手段が操作情報に従って作業機械の動作を制御する。

つまり、操縦者は、遠隔地において、表示手段が表示した作業状況の映像を見ながら、操作情報発生手段の操作部を操作することによって、無人の作業機械の操縦を行うことができる。

さらに、従来の作業機械の遠隔操縦システムには、作業機械の動作に対応する音を操縦者に提供するための音提供システムを備えているものがある。

この音提供システムは、作業機械側装置に備えられ音に対応する音情報を生成する音情報生成手段と、作業機械側装置に備えられ音情報を操縦室に無線送信する音情報送信手段と、操縦室側装置に備えられ作業機械からの音情報を受信する音情報受信手段と、操縦室側装置に備えられ音情報を音に変換して出力するスピーカとから構成されている。

このように構成された音提供システムでは、音情報生成手段が作業機械の動作に対応する音情報を生成し、音情報送信手段が音情報を操縦室に無線送信し、音情報受信手段が音情報を受信して、スピーカが音情報を音に変換して操縦室内に出力する。

つまり、操縦者は、自身の操縦に対応する音をスピーカで聞くことによって、作業機械内で作業機械の操縦を行っているかような臨場感を得られる。
特開平９−１５８２５７号公報

一般的に、作業現場では、ダンプトラックやショベル等の作業機械を複数使用する。このため、複数の作業機械に対応する複数の操縦室側装置が、操縦室に設けられる。そして、各操縦室側装置ごとに各作業機械の操縦者が配備される。

この場合、作業機械の音をスピーカにより操縦者に提供すると、操縦室内において複数の作業機械の音が交錯するので、各操縦者は各作業機械の音を聞き分けて自身の操縦する作業機械の音を聞き取る必要がある。このため、各操縦者が自身の操縦する作業機械の音を聞き間違うおそれがある、という問題が生じる。

この問題の解決手段としては、各操縦者にヘッドホンを装着させて、各作業機械の音を各操縦者ごとに個別に聞かせるようにすることが考えられる。この場合、操縦者はヘッドホンの装着によって他の操縦者の声を遮られるので、複数の作業機械を協働させて作業を行う際に、操縦者同士の意思の疎通が行いにくいという別の問題が発生する。

本発明は、上述の実状を考慮してなされたものであり、その目的は、複数の作業機械に対応する複数の操縦室側装置が操縦室内に設けられる作業機械の無線操縦システムにおいて、各作業機械の操縦者のそれぞれに対して、自身が操作する作業機械の音を、この音以外の音を遮らずに提供できるとともに、各操縦者に提供される音と他の操縦者に提供される音との交錯を防止することができる作業機械の無線操縦システムを提供することにある。

前述の目的を達成するために、本発明は、次の〔１〕〜〔３〕のように構成してある。

〔１〕 本発明は、作業現場に配備される無人の作業機械を、作業現場から離れた遠隔地に設けられる操縦室において無線通信により操縦するための作業機械の遠隔操縦システムであって、前記操縦室に設けられ手動操作される操作部を有しこの操作部の操作に対応した操作情報を生成する操作情報生成手段、前記操縦室に設けられ前記作業機械に前記操作情報を無線送信する操作情報送信手段、前記操縦室に設けられ前記作業現場からの撮像情報を受信する撮像情報受信手段、前記操縦室に設けられ前記撮像情報を映像に変換して表示する表示手段、前記操縦室に設けられ前記作業機械からの音情報を受信する音情報受信手段、および、前記操縦室に設けられ前記音情報を音に変換して出力するスピーカを有する操縦室側装置と、前記作業機械に設けられ前記操作情報を受信する操作情報受信手段、前記作業機械に設けられ前記操作情報に従って前記作業機械の動作を制御する制御手段、前記作業機械およびその周辺の少なくとも一方に設けられ作業状況を撮像して前記撮像情報を生成する撮像手段、前記作業機械およびその周辺の少なくとも一方に設けられ前記操縦室に前記撮像情報を無線送信する撮像情報送信手段、前記作業機械に設けられ前記作業機械の動作に対応する前記音情報を生成する音情報生成手段、および、前記作業機械に設けられ前記音情報を前記操縦室に無線送信する音情報送信手段を有する作業機械側装置とを備える作業機械の遠隔操縦システムにおいて、前記作業現場に複数配備された前記作業機械のそれぞれに対応する複数の操縦室側装置が、前記操縦室に設けられ、前記スピーカが、狭指向性スピーカからなることを特徴とする。

このように構成した本発明では、各操縦者に対して、自身の操縦する作業機械の音が、狭指向性スピーカにより提供される。これにより、各操縦者に対して、自身が操縦する作業機械の音を、この音以外の音を遮らずに提供できるとともに、各操縦者に提供される音と他の操縦者に提供される音との交錯を防止することができる。

〔２〕 本発明は、〔１〕記載の発明において、前記音情報生成手段が、前記作業機械の動作に伴って前記作業機械から発生する音を集音して前記音情報に変換する集音装置からなることを特徴とする。

〔３〕 本発明は、〔１〕記載の発明において、前記音が、前記作業機械の動作に対応させて予め設定した仮想音であり、前記音情報生成手段が、前記作業機械の動作に応じて前記仮想音に対応する前記音情報を生成する仮想音情報生成装置からなることを特徴とする。

前述したように、本発明では、各作業機械の各操縦者に対して、自身が操作する作業機械の音を、この音以外の音を遮らずに提供できるとともに、各操縦者に提供される音と他の操縦者に提供される音との交錯を防止することができる。この結果、自身の操作する作業機械の音と他の操縦者の操作する作業機械の音とを操縦者が聞き間違うことを防止でき、かつ、操縦者同士の意思の疎通を行いやすくすることができる。

以下に本発明の作業機械の無線操縦システムの実施形態について図を用いて説明する。

図１は、本発明の作業機械の無線操縦システムの一実施形態の構成の概略を示す図、図２は、図１に示す実施形態に備えられる操縦室側装置および作業機械側装置の構成を示すブロック図である。

図１において、１は、無人のショベル１００および無人のダンプトラック２００が作業を行う災害復旧現場やダム工事現場等の、安全上人の立ち入りが好ましくない作業現場がである。なお、作業現場には、作業内容や作業効率を考慮して複数種類の作業機械が多数配備されるのが一般的であるが、本実施形態では説明を簡単にするために、作業現場１にショベル１００およびダンプトラック２００がそれぞれ１台ずつ配備されたことにしてある。

ショベル１００は、掘削作業を行うフロント作業機１０１、このフロント作業機１０１や運転室等が搭載される旋回体１０２、ショベル１００を走行させる走行体１０３を備えている。

フロント作業機１０１は、旋回体１０２に起伏可能に設けられるブーム１０１ａと、このブーム１０１ａを駆動するブームシリンダ１０１ｂと、ブーム１０１の先端に回動可能に設けられるアーム１０１ｃと、このアーム１０１ｃを駆動するアームシリンダ１０１ｄと、アーム１０１ｃの先端に回動可能に設けられるバケット１０１ｅと、このバケット１０１ｅを駆動するバケットシリンダ１０１ｆとを備えている。旋回体１０２と走行体１０３の間には、旋回モータ（図示せず）の回転により旋回体１０２を走行体１０３に対して旋回させる旋回装置（図示せず）が備えられている。走行体１０３は、走行モータ（図示せず）の動力により履帯１０３ａを回転させて走行するようになっている。

ブームシリンダ１０１ｄ、アームシリンダ１０１ｄ、バケットシリンダ１０１ｆ、旋回モータ、走行モータを駆動させるための油圧回路は、図示しないが、エンジン、このエンジンにより駆動して圧油を吐出するメインポンプおよびパイロットポンプ、メインポンプから各油圧アクチュエータへの圧油の流れを制御する方向切換弁、パイロットポンプから各方向切換弁へのパイロット圧油の流れを制御する電磁弁等を備えており、各油圧アクチュエータの動作が電子制御可能になっている。

ダンプトラック２００は、車体２０１と、この車体２０１に搭載されるダンプ装置２０２と、車体２０１を走行させる走行装置２０３とを備えている。

ダンプ装置２０２は、起伏可能に設けられ土砂や採石等が積み込まれるダンプボディ２０２と、このダンプボディ２０２を駆動するホイストシリンダ２０２ａを備えている。走行装置２０３は、走行用油圧モータ（図示せず）の動力により駆動する車輪２０３ａを備えている。

ホイストシリンダ２０２ａ、走行用油圧モータ等の油圧アクチュエータを駆動するための油圧回路は、図示しないが、エンジン、このエンジンにより駆動して圧油を吐出するメインポンプおよびパイロットポンプ、メインポンプから各油圧アクチュエータへの圧油の流れを制御する方向切換弁、パイロットポンプから各方向切換弁へのパイロット圧油の流れを制御する電磁弁等を備えており、各油圧アクチュエータの動作が電子制御可能になっている。

＜本実施形態の構成＞
本実施形態は、次のように構成してある。

本実施形態は、作業現場１から離れた遠隔地に設けられる操縦室４を備えている。この操縦室４は、トレーラ、ワンボックスカー、プレハブ小屋を利用して設けてある。また、操縦室４には、作業現場１に配備されるショベル１００およびダンプトラック２００のそれぞれに対応する２つの操縦室側装置５Ａ，５Ｂのそれぞれを設けてある。なお、作業現場１にショベル１００やダンプトラック２００以外にも作業機械が配備される場合、その作業機械に対応する操縦室側装置も操縦室４に設ける。

また、本実施形態は、ショベル２に設けられ操縦室側装置５Ａと信号の送受を行う作業機械側装置６Ａと、ダンプトラック３に設けられ操縦室側装置５Ｂと信号の送受を行う作業機械側装置６Ｂとを備えている。

〔操縦室側装置の構成〕
操縦室側装置５Ａ，５Ｂは、次のように構成してある。操縦室側装置５Ａ，５Ｂの基本的な構成は同様なので、操縦室側装置５Ａを例に挙げて説明する。

図２に示すように、操縦室側装置５Ａは、手動操作される操作部として操作レバー８１や操作ボタン８２を有し、操作レバー８１や操作ボタン８２の操作に応じてショベル２に対する操作情報（電気信号）を生成する操作情報生成手段、すなわち操縦装置８と、操作情報を電波に変換して無線送信する操作情報送信手段、すなわち無線機１１を備えている。また、ショベル１００からの撮像情報（電波）を受信して電気信号に変換する撮像情報受信手段、すなわち無線機１０と、撮像情報（電気信号）を映像に変換して表示する表示手段、すなわちモニタ装置７とを備えている。また、ショベル１００からの音情報（電波）を受信して電気信号に変換する音情報受信手段、すなわち無線機１２と、この無線機１２からの音情報（電気信号）を音に変換して出力する狭指向性スピーカ９とを備えている。

また、図１に示すように、操縦室側装置５Ａの操縦装置８、モニタ装置７および狭指向性スピーカ９と、操縦室側装置５Ｂの操縦装置８、モニタ装置７および狭指向性スピーカ９は、操縦室４内において隣接させてある。狭指向性スピーカ９は、操縦者の前方か後方に位置するよう、例えば後方に位置するよう配置してある。

狭指向性スピーカ９は、音を放射する角度、すなわち指向角を、所定の角度に設定したスピーカである。図１に示す点線は、狭指向性スピーカ９の指向角を示している。各狭指向性スピーカ９の指向角は、操縦者５０Ａ側と操縦者５０Ｂ側との間で音漏れが生じない角度に設定してある。

〔作業機械側装置の構成〕
作業機械側装置６Ａ，６Ｂは、次のように構成してある。作業機械側装置６Ａ，６Ｂの基本的な構成は同様なので、作業機械側装置６Ａを例に挙げて説明する。

図２に示すように、作業機械側装置６Ａは、無線機１１から送信された操作情報（電波）を受信して電気信号に変換する操作情報受信手段、すなわち無線機１４と、この無線機１４からの操作情報（電気信号）に従ってショベル１００の動作を制御する制御手段、すなわち制御装置１７とを備えている。また、作業状況を撮像して撮像情報（電気信号）を生成する撮像手段、すなわちテレビカメラ１６と、このテレビカメラ１６が生成した撮像情報（電気信号）を電波に変換して操縦室４に無線送信する撮像情報送信手段、すなわち無線機１３とを備えている。また、ショベル１００の動作に対応する音情報（電気信号）を生成する音情報生成手段、例えば集音装置１８と、この集音装置１８が生成した音情報（電気信号）を電波に変換して操縦室４に無線送信する音情報送信手段、すなわち無線機１５とを備えている。

制御装置１７は、フロント作業機の各シリンダ１０１ｂ，１０１ｄ，１０１ｆ、走行モータ、旋回モータ等の各動作を制御するための目標値を操作情報から算出し、目標値に対応する制御信号を、油圧回路に備えられる電磁弁や、エンジンの調速装置、メインポンプの押し退け容量可変装置等に出力するものである。なお、ダンプトラック２００の制御装置は、ホイストシリンダ２０２ａや走行用油圧モータ等の各動作を制御するための目標値を操作情報から算出し、目標値に対応する制御信号を、油圧回路に備えられる電磁弁や、エンジンの調速装置、メインポンプの押し退け容量可変装置等に出力するものである。

なお、無線機１０〜１５としては、５０ＧＨｚ簡易無線機（ｍｍ波無線機）や特定小電力無線機を使用している。また、無線機から無線機へ電波が届かない場合、中継車や、中継装置を設けた櫓などを中継局として設ける。

＜本実施形態の動作＞
本実施形態は次のように動作する。

テレビカメラ１６が作業状況を撮像して撮像情報（電気信号）を生成し、無線機１３が撮像情報（電気信号）を電波に変換して操縦室４に送信し、無線機１０が撮像情報（電波）を受信して電気信号に変換し、モニタ装置７が撮像情報（電気信号）を作業状況の映像に変換して表示する。また、操作レバー８１や操作ボタン８２が操作されると、操縦装置８が操作レバー８１や操作ボタン８２の操作に対応した操作情報（電気信号）を生成し、無線機１１が操作情報（電気信号）を電波に変換してショベル１００に送信し、無線機１４が操作情報（電波）を受信して電気信号に変換し、制御装置１７が操作情報（電気信号）に従ってショベル１００の動作を制御する。

つまり、操縦者５０Ａは、遠隔地において、モニタ装置７が表示した作業状況の映像を見ながら操縦装置８の操作レバー８１や操作ボタン８２を操作することによって、無人のショベル１００の操縦を行うことができる。

また、集音装置１８がショベル１００の動作に対応する音情報（電気信号）を生成し、無線機１６が音情報（電気信号）を電波に変換して操縦室４に送信し、無線機１２が音情報（電波）を受信して電気信号に変換し、狭指向性スピーカ９が音情報（電気信号）を音に変換して操縦者５０Ａに向かって出力する。

つまり、操縦者５０Ａは、自身の操縦に対応するショベル１００の音を、狭指向性スピーカ９で聞くことによって、ショベル１００内でショベル１００の操縦を行っているかような臨場感を得られる。

なお、操縦室側装置５Ｂと作業機側装置６Ｂによってダンプトラック２００を操縦する際の本実施形態の動作は、前述の操縦室側装置５Ａと作業機側装置６Ａによってショベル１００を操縦する場合と同様なので、その動作の説明を省略する。

また、本実施形態では、作業機械側装置６Ａ，６Ｂは、作業機械であるショベルまたはダンプに設けられているが、必ずしも作業機械に搭載されたものに限らずに、その周辺に設けられるものを含んでも良い。特にテレビカメラは、作業機械の外部に設置されて作業現場を撮像するものも使用されている。

＜３＞ 本実施形態の効果
本実施形態によれば次の効果が得られる。

本実施形態では、各操縦者５０Ａ，５０Ｂに対して、自身の操作する作業機械の音が、狭指向性スピーカ９により提供される。これにより、各操縦者５０Ａ，５０Ｂに対して、自身が操作する作業機械の音を、この音以外の音を遮らずに提供できるとともに、操縦者５０Ａに提供される音と操縦者５０Ｂに提供される音との交錯を防止することができる。この結果、自身の操作する作業機械の音と他の操縦者の操作する作業機械の音とを操縦者が聞き間違うことを防止でき、かつ、操縦者５０Ａ，５０Ｂ同士の意思の疎通を行いやすくすることができる。

なお、本実施形態は、音情報生成手段として集音装置１８を備えているが、本発明はこれに限るものではなく、集音装置１８の代わりに、図３に示す仮想音情報生成装置１９を備える構成にしてもよい。

仮想音情報生成装置１９は、フロント作業機１０１にかかる負荷を検出して検出信号（電気信号）を出力する負荷検出装置２１と、検出信号を予め設定された仮想音情報（電気信号）に変換して出力する変換装置２２とを備えている。負荷検出装置２１には、例えばバケット１０１ｅの回動角度と、バケットシリンダ１０１ｆ内の圧力とから算出されるバケット１０１ｅに作用する力、および、アーム１０１ｃとバケット１０ｅとを回動自在に連結するピンのひずみから算出されるバケット１０１ｅに作用する力を合成して掘削力（負荷）を測定する装置がある。この装置の他には、バケット１０１ｅにかかる負荷に伴うアーム１０１ｃの変形を、バケット１０１ｅにかかる負荷として検出する装置がある。

そして、仮想音情報生成装置１９を備える無線操縦システムでは、フロント作業機が掘削や放土を行った際、負荷検出装置２１が、フロント作業機１０１が掘削時や放土時に変化するバケット１０１ｅにかかる負荷を検出して検出信号（電気信号）を出力し、この検出信号から変換装置２２が仮想音情報（電気信号）を生成し、無線機１５が仮想音情報（電気信号）を電波に操縦室４に送信する。すると、無線機１２が仮想音情報（電波）を受信して電気信号に変換し、狭指向性スピーカ９が仮想音情報（電気信号）を音に変換して出力する。これにより、操縦者５０Ａは、フロント作業機１０１の掘削動作や放土動作に対応する音を、ダンプトラック２００やショベル１００から発生する他の音に妨害されることなく、確実に聞くことができる。

また、本発明は、図４に示すように、集音装置１８および仮想音情報生成装置１９の両方と、音情報の生成元を集音装置１８および仮想音情報生成装置１９のいずれかに切換える切換装置２３と、操縦装置８に設けられ切換を指令するための操作部とを備える構成にしてもよい。

本発明の作業機械の無線操縦システムの一実施形態の構成の概略を示す図である。 図１に示す実施形態に備えられる操縦室側装置および作業機械側装置の構成を示すブロック図である。 音情報生成手段として、図２に示す集音装置の代わりに、仮想音情報生成装置を備える例を示すブロック図である。 音情報生成手段として、集音装置および仮想音情報生成装置の両方を備える例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 作業現場
４ 操縦室
５Ａ，５Ｂ 操縦室側装置
６Ａ，６Ｂ 作業機械側装置
７ モニタ装置（表示手段）
８ 操縦装置（操作情報発生手段）
８ａ 操作レバー（操作部）
８ｂ 操作ボタン（操作部）
９ 狭指向性スピーカ
１０ 無線機（撮像情報受信手段）
１１ 無線機（操作情報送信手段）
１２ 無線機（音情報受信手段）
１３ 無線機（撮像情報送信手段）
１４ 無線機（操作情報受信手段）
１５ 無線機（音情報送信手段）
１６ テレビカメラ（撮像手段）
１７ 制御装置（制御手段）
１８ 集音装置（音情報生成手段）
１９ 仮想音生成装置（仮想音情報生成手段）
５０Ａ，５０Ｂ 操縦者
１００ ショベル（作業機械）
２００ ダンプトラック（作業機械）

Claims (3)

1. 作業現場に配備される無人の作業機械を、作業現場から離れた遠隔地に設けられる操縦室において無線通信により操縦するための作業機械の遠隔操縦システムであって、
   前記操縦室に設けられ手動操作される操作部を有しこの操作部の操作に対応した操作情報を生成する操作情報生成手段、前記操縦室に設けられ前記作業機械に前記操作情報を無線送信する操作情報送信手段、前記操縦室に設けられ前記作業現場からの撮像情報を受信する撮像情報受信手段、前記操縦室に設けられ前記撮像情報を映像に変換して表示する表示手段、前記操縦室に設けられ前記作業機械からの音情報を受信する音情報受信手段、および、前記操縦室に設けられ前記音情報を音に変換して出力するスピーカを有する操縦室側装置と、
   前記作業機械に設けられ前記操作情報を受信する操作情報受信手段、前記作業機械に設けられ前記操作情報に従って前記作業機械の動作を制御する制御手段、前記作業機械およびその周辺の少なくとも一方に設けられ作業状況を撮像して前記撮像情報を生成する撮像手段、前記作業機械およびその周辺の少なくとも一方に設けられ前記操縦室に前記撮像情報を無線送信する撮像情報送信手段、前記作業機械に設けられ前記作業機械の動作に対応する前記音情報を生成する音情報生成手段、および、前記作業機械に設けられ前記音情報を前記操縦室に無線送信する音情報送信手段を有する作業機械側装置とを備える作業機械の遠隔操縦システムにおいて、
   前記作業現場に複数配備された前記作業機械のそれぞれに対応する複数の操縦室側装置が、前記操縦室に設けられ、
   前記スピーカが、狭指向性スピーカからなることを特徴とする作業機械の遠隔操縦システム。
2. 前記音情報生成手段が、前記作業機械の動作に伴って前記作業機械から発生する音を集音して前記音情報に変換する集音装置からなることを特徴とする請求項１記載の作業機械の遠隔操縦システム。
3. 前記音が、前記作業機械の動作に対応させて予め設定した仮想音であり、
   前記音情報生成手段が、前記作業機械の動作に応じて前記仮想音に対応する前記音情報を生成する仮想音情報生成装置からなることを特徴とする請求項１記載の作業機械の遠隔操縦システム。
   

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