JP2006132265A - 建設機械の遠隔無線操縦システム - Google Patents

Abstract

【課題】 無線ＬＡＮによる中継で遠距離からの遠隔操作を可能とし、かつ、無線区間のエラー対策がなされた信号を用いた無線ＬＡＮでの中継を実現すること。
【解決手段】 操作機から、機械操作指令データに誤り検出符号データを付加した信号を、操作信号／ＬＡＮ信号変換手段へ入力して、インターネットプロトコルに対応する信号に変換し、この信号をＬＡＮ集線手段で多重化して、無線ＬＡＮ通信手段によって、基地ステーションから操作中継ステーションに送信する。操作中継ステーションでは、受信した信号を分配してＬＡＮ信号／操作信号変換手段に与え、ＬＡＮ信号／操作信号変換手段からの信号が出力される無線送信手段で、入力されてきた信号を高周波信号に変換した操作指令を、建設機械に対して特定小電力無線により送信する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、各種の自走式の建設機械や該建設機械に搭載された機器を、無線により遠隔操作（遠隔操縦）する建設機械の遠隔無線操縦システムに関する。

近年、災害復旧現場、ダム工事現場、火山活動が激しい現場などといった、人が立ち入ることが危険な作業現場においては、無人の建設機械を安全かつ効率よく運用し、施工や監視活動が行われることが望まれている。このような危険な作業現場で用いるための建設機械としては、４００ＭＨｚの特定小電力無線を利用して、遠隔から操作（操縦）できる遠隔操作型の建設機械が製品化されている。

そして、建設機械を遠隔地から効率よく制御するために、建設機械に搭載した監視用のカメラの撮影映像を無線伝送する技術や、カメラの向きやズーム倍率を上記の特定小電力無線を利用して遠隔地から操作する技術と、上記の遠隔操作型の建設機械の遠隔操作技術とを組み合わせて、遠隔無線操縦システムを構築し、危険な作業現場での施工に運用されている。

図５は、従来の建設機械の遠隔無線操縦システムの構成例を示す図である。図５において、Ｓｗは、各種の遠隔操作型の建設機械が稼動する作業現場、Ｓｖｒは、作業現場Ｓｗまたは作業現場Ｓｗに近い場所に設けられた無人の映像中継ステーション、Ｓｂは、作業現場Ｓｗと特定小電力無線による交信が可能な場所に設けられ、複数の操作機（無線操作機）を操作する複数のオペレータが駐在する基地ステーションであり、基地ステーションＳｂと映像中継ステーションＳｖｒとは、両者の間に映像伝送の障害となるものがない、もしくは映像伝送の障害となるものが可及的に少なくなるような、配置関係をとるように設定されている。

１００、１３１、１３３は、油圧ショベル、ブルドーザ、クローラダンプなどといった自走式の建設機械であり、１０２’、１３２’、１３４’は、建設機械１００、１３１、１３３にそれぞれ１対１に対応する操作機（無線操作機）である。各建設機械１００、１３１、１３３は、対応する操作機１０２’、１３２’、１３４’から送信される制御用電波により、それぞれ遠隔操作（遠隔操縦）される。また、建設機械１００には、監視用のカメラ１０６がカメラの撮影方向を上下左右に変更可能な電動雲台１０３を介して搭載されている（ここでは、建設機械１００を代表させてカメラを搭載させた例を示しているが、他の建設機械にも必要に応じて搭載される）。カメラ１０６の方向およびカメラ１０６のズーム倍率の制御は、操作機（無線操作機）１０５’から送信される制御用電波を受信する無線受信制御手段１０４からの指令に応じて、電動雲台１０３を駆動制御し、またカメラ１０６のズーム制御部を駆動制御することによって行われる。

建設機械１００のカメラ１０６で撮影した映像は、映像用無線機１０７から送信され、映像中継ステーションＳｖｒに設置した映像用無線機１０８で一旦受信される。映像用無線機１０８は指向性の高いアンテナを有しているため、映像用無線機１０８はカメラ１０９と共に電動雲台１１０上に固定されており、映像の受信に先立ち、カメラ１０９で撮影した映像を参照しながら、操作機（無線操作機）１２２の操作により、映像用無線機１０８のアンテナの方向を建設機械１００の映像用無線機１０７に向けるようになっている。

また、映像中継ステーションＳｖｒには、各建設機械１００、１３１、１３３の様子や作業現場Ｓｗの様子を監視するために、電動雲台１１２上に固定されたカメラ１１１が設置されており、このカメラ１１１により、各建設機械１００、１３１、１３３の様子や作業現場Ｓｗの様子が撮影可能となっている。

さらに、映像中継ステーションＳｖｒには、映像を基地ステーションＳｂに送信するための映像用無線機１１３、１１６が設置されており、映像用無線機１１３、１１６はそれぞれカメラ１１４、１１７と共に、電動雲台１１５、１１８に固定されている。この映像用無線機１１３、１１６からは、映像中継ステーションＳｖｒの各カメラ１０９、１１１、１１４、１１７で撮影した映像、映像用無線機１０８で受信した映像の中から、映像選択器１４０で選択された２つの映像が送信される。映像切替器１４０は、操作機（無線操作機）１２０’からの送信映像指定を受ける無線受信機１１９により制御されて、送信する映像の切り替えを行う。映像用無線機１１３、１１６から送信された映像は、基地ステーションＳｂに設置された映像用無線機１２３、１２６で受信され、映像切替器１４１を介してモニタ１２９、１３０上に表示される。

映像中継ステーションＳｖｒのカメラ１０９、１１１、１１４、１１７の方向およびカメラ１０９、１１１、１１４、１１７のズーム倍率の制御は、操作機（無線操作機）１２２’から送信される制御用電波を受信する無線受信制御手段１２１からの指令に応じて、電動雲台１１０、１１２、１１５、１１８を駆動制御し、カメラ１０９、１１１、１１４、１１７のズーム制御部を駆動制御することによって行われる。また、３つの電動雲台１１０、１１５、１１８を駆動制御することによって、映像中継ステーションＳｖｒの映像用無線機１０８の指向性の高いアンテナを、建設機械１００の映像用無線機１０７の指向性の高いアンテナに対向させ、映像用無線機１１３、１１６の指向性の高いアンテナを、基地ステーションＳｂの映像用無線機１２３、１２６の指向性の高いアンテナにそれぞれ対向させるようになっている。なお、基地ステーションＳｂの映像用無線機１２３、１２６も、方向調整のためにカメラ１２４、１２７と共に、電動雲台１２５、１２８上に固定されており、基地ステーションＳｂの映像用無線機１２３、１２６側においても、カメラの方向（アンテナの方向）を調整可能になっている。

ところで、上述した図５の従来の建設機械の遠隔無線操縦システムにおいては、映像信号を除いた操作用の制御信号の無線伝送には、４００ＭＨｚの特定小電力無線を利用しており、この特定小電力無線の通信可能距離は最大でも３００ｍ程度である。したがって、火山活動が激しい作業現場などのように、できるだけ遠距離から無線による遠隔操作を行いたいという要求を満たすことができない。また、さまざまな無線機器を使用していることから、これらの無線機器をなるべくまとめて扱いたいという要求もある。

そこで、基地局において、操作機からの操作指令であるシリアル信号をＬＡＮ伝送用のインターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)形式）に変換して、ＬＡＮの集線装置（ハブ）により複数の操作機による操作指令を多重化し、インターネットプロトコルに対応する操作指令を、１つの無線ＬＡＮユニットから送信するようにして、この無線ＬＡＮによる送信信号を、現場を遠隔制御により無人走行する車両に設けた中継局の無線ＬＡＮユニットで受信して、中継局のＬＡＮ集線装置で分配したインターネットプロトコルに対応する操作指令を、特定小電力無線による操作指令に変換して、各作業機械に送信するようにしたシステムが提案されている（特許文献１参照）。
特開２００１−６１１９２号公報

しかしながら、操作指令のシリアル信号をＬＡＮ伝送用のインターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）に変換するだけでは、無線による遠隔操作の制御が確実に動作するかは不確かであり、動作検証と不具合発生時の対策に時間がかかる場合がある。さらに、操作機によっては、操作指令のシリアル信号を出力しない機器があるため、これらの操作機については、操作機の新規開発が必要となるため、無線通信可能な距離を延ばしたいというニーズには迅速に対応できないことになる。
これについて、以下に説明する。

図６は、従来の特定小電力無線を利用した建設機械の遠隔無線操縦システムの概要を示す図で、上段が送信側、下段が受信側である。送信側（操作機側）では、操作機のレバーやスイッチ２００ａ〜２００ｄのレバー角度状態やＯＮ／ＯＦＦ状態をデータとして読み取り（２０１段の回路）、読み込んだデータが規定値内であれば、機械操作指令（シリアル信号）を生成する（２０２段の回路）。生成した機械操作指令は、無線通信区間でのノイズ混入を検出する目的で、機械操作指令にエラー検出のためのデータ（誤り検出符号）を付加する（２０３段の回路）。機械操作指令にエラー検出データを付加したシリアル信号は、操作機の高周波回路入力に好適な信号変調が施され（２０４段の回路）、最後に、高周波信号に変換されて（２０５段の回路）、アンテナ２０６より電波として送信される。

受信側（建設機械側）では、アンテナ２１０で受信した電波を低周波信号に変換し（２１１段の回路）、この低周波信号を復調してシリアル信号に変換する（２１２段の回路）。受信してシリアル信号に戻されたデータは、エラー検出のために付加したデータを用いて通信エラーが発生しているかを検出し、エラーがなければ次段に機械操作指令のデータを出力する（２１３段の回路）。次に、機械操作指令が機械操作が可能な規定値内にあるかチェックして、問題がなければ次段に機械操作指令のデータを出力し（２１４段の回路）、続いて、機械操作指令に基づき各アクチュエータにアクチュエータ操作指令を出力し（２１５の回路）、これにより各アクチュエータ２１６ａ〜２１６ｄが動作するようになっている。なお、図示していないが、受信側では、データエラーを検出した場合、適切なエラー処理がなされるようになっている（エラー処理の内容は、操作機によって異なる）。

ところで、上記の操作機（無線操作機）から操作指令であるシリアル信号は、操作機の仕様により、図４のＡまたはＢまたはＣのいずれか１つから出力されるように限定される。したがって、シリアル信号を無線ＬＡＮ用のインターネットプロトコルに対応する信号に変換して、遠隔操作を行う場合には、Ａから出力される信号は受信側のＡ’に入れ、Ｂから出力される信号は受信側のＢ’に入れ、Ｃから出力される信号は受信側のＣ’に入れ、Ｄから出力される信号は受信側のＤ’に入れることで、遠隔操作を実現できる。しかしながら、無線区間で発生する通信エラーを考慮した遠隔操作が行えるのは、送信側のＣと受信側のＣ’、または送信側のＤと受信側のＤ’を無線ＬＡＮで接続した場合のみである。このため、遠隔操作用の操作機のシリアル出力がＡまたはＢである場合には、遠隔操作の不具合が発生する可能性があるため、十分な事前検討が必要であり、危険地域に建設機械が進入してから不具合が確認された場合の対策が困難になるという問題がある。前記した特許文献１に示された技術では、このような観点での配慮がなされていない。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、無線ＬＡＮによる中継で遠距離からの安定した遠隔操作を可能とするとともに、無線区間のエラー対策がなされた信号を用いた無線ＬＡＮでの中継を実現することで、遠隔操作の信頼性を高めることにある。

本発明は上記した目的を達成するため、操作場所から離れた場所で遠隔操作される２台以上の自走式の建設機械を動作させるための遠隔無線操縦システム、または、操作場所から離れた場所で遠隔操作される１台以上の自走式の建設機械および該建設機械に搭載されて遠隔操作される１つ以上の被操作機器を動作させるための遠隔無線操作システムにおいて、
前記操作場所である基地ステーションには、オペレータによって操作される前記建設機械に１対１に対応する操作機またはオペレータによって操作される前記被操作機器に１対１に対応する操作機と、該各操作機から出力される操作信号をインターネットプロトコルに対応する信号にそれぞれ変換する複数の操作信号／ＬＡＮ信号変換手段と、該各操作信号／ＬＡＮ信号変換手段からそれぞれ出力されるインターネットプロトコルに対応する操作信号を多重化するＬＡＮ集線手段（ＨＵＢ）と、該ＬＡＮ集線手段から多重化されて出力されるインターネットプロトコルに対応する操作信号を無線ＬＡＮで送信する無線ＬＡＮ通信手段とを、設け、
前記基地ステーションと所定距離をおいて設置される操作中継ステーションには、前記基地ステーションの前記無線ＬＡＮ通信手段からの送信信号を受信する無線ＬＡＮ通信手段と、該無線ＬＡＮ通信手段で受信したインターネットプロトコルに対応する操作信号が入力され、入力された信号を分配するＬＡＮ集線手段（ＨＵＢ）と、該ＬＡＮ集線手段で分配されたインターネットプロトコルに対応する操作信号を、元の操作信号に変換する複数のＬＡＮ信号／操作信号変換手段と、該各ＬＡＮ信号／操作信号変換手段から出力される操作信号に基づき、対応する前記建設機械または前記被操作機器にそれぞれ特定小電力無線方式で操作指令を送信する複数の無線送信機とを、設けた、
構成をとる。
さらに、前記操作信号／ＬＡＮ信号変換手段に入力される前記操作信号は、前記操作機をオペレータが操作したことに基づく機械操作指令データに誤り検出符号データを付加した信号、あるいは、前記操作機をオペレータが操作したことに基づく機械操作指令データに誤り検出符号データを付加した信号を高周波信号に変換して無線で送信し、受信した高周波信号を低周波信号に変換した信号とされる。

本発明によれば、操作中継ステーションに設置する再送信のための無線送信機として、音声信号入力に対応した市販の送信用無線機が採用できるため、無線送信機の新規開発・検証を行う必要がなく、短期間で安価な遠隔無線操作システムが構築できる。また、無線ＬＡＮ通信を行うシステムとすることにより、簡易なシステムとすることができ、かつ、インターネットプロトコルに適合した機器を自由に接続できることから、システムの機能付加が容易となる。
さらに、本発明では、無線ＬＡＮ通信であっても、従来の無線操作機で行われていたのと同様の、機械操作指令データに誤り検出符号データを付加した信号を、操作信号／ＬＡＮ信号変換手段への入力信号としているので、通信エラー対策を施した遠距離の無線操作システムを実現することができ、以って、遠隔操作の不具合発生を可及的に低減できる。また、通信エラー処理のための新規開発・検証を行う必要がないので、安全性に優れたシステムを、短期間で安価に構築できる。
さらに、基地ステーションにおいて、操作機として従来からの無線操作機からの無線出力を無線受信機で受信し、これをインターネットプロトコルに対応する信号に変換するようにした構成をとると、従来の無線操作機に何らの変更を加えることなく（適宜の信号処理段から信号を取り出すための端子や信号線を設けることを行わず）、そのまま用いることができ、しかも、ワイヤレスで無線ＬＡＮに接続できることから、基地ステーションでの操作機（無線操作機）のレイアウトの自由度が高まる。また、無線ＬＡＮに接続するための、無線操作機の無線出力を受信する無線受信機は、市販の音声信号受信機でよいため、短期間で安価なシステムが構築できる。また、基地ステーションと作業現場とで同一の周波数が使用できるため、電波の有効活用が図れる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る建設機械の遠隔無線操縦システムの構成を示す図である。図１において、Ｓｗは、各種の遠隔操作型の建設機械が稼動する作業現場、Ｓｒは、作業現場Ｓｗまたは作業現場Ｓｗに近い場所に固定的に設けられた無人の操作中継ステーション、Ｓｂは、操作中継ステーションＳｒと無線ＬＡＮ通信による交信が可能な距離範囲内に設けられ、複数の操作機を操作する複数のオペレータが駐在する基地ステーションであり、基地ステーションＳｂと操作中継ステーションＳｒとは、両者間での無線ＬＡＮ通信が安定して行える固定的な配置関係となるように設定されており、かつ、両者の間に映像伝送の障害となるものがない、もしくは映像伝送の障害となるものが可及的に少なくなるような、配置関係をとるように設定されている。なお、図１において、図５に示した構成要素と同一のものには同一符号を付してある。

１００、１３１、１３３は、油圧ショベル、ブルドーザ、クローラダンプなどといった自走式の建設機械、１０６は、撮影方向を上下左右に変更可能な電動雲台１０３を介して、建設機械１００に搭載された監視用のカメラであり（ここでは、建設機械１００を代表させてカメラを搭載させた例を示しているが、他の建設機械にも必要に応じて搭載される）、１０４は、カメラ１０６の方向およびカメラ１０６のズーム倍率の制御指令を受けるために建設機械１００に搭載された無線受信制御手段、１０７は、カメラ１０６で撮影した映像を送信するために建設機械１００に搭載された映像用無線機である。各建設機械１００、１３１、１３３は、操作中継ステーションＳｒから送信される制御用電波により、それぞれ遠隔操作（遠隔操縦）され、カメラ１０６の方向およびカメラ１０６のズーム倍率の制御は、操作中継ステーションＳｒから送信される制御用電波を受信する無線受信制御手段１０４からの指令に応じて、電動雲台１０３を駆動制御し、あるいはカメラ１０６のズーム制御部を駆動制御することによって行われる。なお、図示していないが、各建設機械１００、１３１、１３３および無線受信制御手段１０４には、操作中継ステーションＳｒから４００ＭＨｚの特定小電力無線によって送信されてくる制御電波を受信して各部を制御するため、図６の受信側の構成と同一の構成が備えられている。

建設機械１００のカメラ１０６で撮影した映像は、映像用無線機１０７から送信され、操作中継ステーションＳｒに設置した映像用無線機１０８で一旦受信される。映像用無線機１０８は指向性の高いアンテナを有しているため、映像用無線機１０８はカメラ１０９と共に電動雲台１１０上に固定されており、映像の受信に先立ち、カメラ１０９で撮影した映像を参照しながら、基地ステーションＳｂからの遠隔操作により、映像用無線機１０８のアンテナの方向を建設機械１００の映像用無線機１０７に向けるようになっている。また、操作中継ステーションＳｒには、各建設機械１００、１３１、１３３の様子や作業現場Ｓｗの様子を監視するために、電動雲台１１２上に固定されたカメラ１１１が設置されており、このカメラ１１１により、各建設機械１００、１３１、１３３の様子や作業現場Ｓｗの様子が撮影可能となっている。

さらに、操作中継ステーションＳｒには、映像を基地ステーションＳｂに送信するための映像用無線機１１３、１１６が設置されており、映像用無線機１１３、１１６はそれぞれカメラ１１４、１１７と共に、電動雲台１１５、１１８に固定されている。この映像用無線機１１３、１１６からは、操作中継ステーションＳｒの各カメラ１０９、１１１、１１４、１１７で撮影した映像、映像用無線機１０８で受信した映像の中から、映像選択器１４０で選択された２つの映像が送信される。映像切替器１４０は、基地ステーションＳｂからの遠隔操作により、送信映像指定を受ける制御手段１４３により制御されて、送信する映像の切り替えを行う。映像用無線機１１３、１１６から送信された映像は、基地ステーションＳｂに設置された映像用無線機１２３、１２６で受信され、映像切替器１４１を介してモニタ１２９、１３０上に表示される。

操作中継ステーションＳｒのカメラ１０９、１１１、１１４、１１７の方向およびカメラ１０９、１１１、１１４、１１７のズーム倍率の制御は、基地ステーションＳｂからの遠隔操作による制御指令を受ける制御手段１４４からの指令に応じて、電動雲台１１０、１１２、１１５、１１８を駆動制御し、カメラ１０９、１１１、１１４、１１７のズーム制御部を駆動制御することによって行われる。また、３つの電動雲台１１０、１１５、１１８を駆動制御することによって、操作中継ステーションＳｒの映像用無線機１０８の指向性の高いアンテナを、建設機械１００の映像用無線機１０７の指向性の高いアンテナに対向させ、映像用無線機１１３、１１６の指向性の高いアンテナを、基地ステーションＳｂの映像用無線機１２３、１２６の指向性の高いアンテナにそれぞれ対向させるようになっている。なお、基地ステーションＳｂの映像用無線機１２３、１２６も、方向調整のためにカメラ１２４、１２７と共に、電動雲台１２５、１２８上に固定されており、基地ステーションＳｂの映像用無線機１２３、１２６側においても、カメラの方向（アンテナの方向）を調整可能になっている。

基地ステーションＳｂには、建設機械１００、１３１、１３３にそれぞれ１対１に対応し各建設機械を遠隔操作するための操作機１０２、１３２、１３４と、建設機械１００に搭載されたカメラ１０６の撮影方向やズーム倍率を遠隔操作するための操作機１０５と、操作中継ステーションＳｒから基地ステーションＳｂへ送信される映像の切り替えを遠隔操作するための操作機１２０と、操作中継ステーションＳｒの各カメラの撮影方向・ズーム倍率および各映像用無線機のアンテナの向きを遠隔操作するための操作機１２２とが、設けられている。各操作機１２２、１３２、１３４、１０５、１０２、１２０からは、操作機をオペレータが操作したことに基づく機械操作指令データに誤り検出符号データを付加したシリアル信号を変調した信号（図６のＤに相当する信号）がそれぞれ出力され、各操作機１２２、１３２、１３４、１０５、１０２、１２０の出力信号は、信号線を通じて、各操作機に１対１に対応する操作信号／ＬＡＮ信号変換手段（ここでは音声信号／ＬＡＮ信号変換手段）１５０ａ〜１５０ｆにそれぞれ入力される。各操作信号／ＬＡＮ信号変換手段１５０ａ〜１５０ｆは、入力されてきたシリアル変調信号である操作信号をインターネットプロトコルに対応する信号に変換し（ＬＡＮの信号形式に変換し）、各操作信号／ＬＡＮ信号変換手段１５０ａ〜１５０ｆの出力は、ＬＡＮ集線手段（ＨＵＢ）１５１に入力される。ＬＡＮ集線手段（ＨＵＢ）１５１では、インターネットプロトコルに対応する操作信号を多重化し、この多重化された信号は、無線ＬＡＮ通信手段１５２から、操作中継ステーションＳｒに送信される。なお、各操作機１２２、１３２、１３４、１０５、１０２、１２０からは、操作機をオペレータが操作したことに基づく機械操作指令データに誤り検出符号データを付加したシリアル信号（図６のＣに相当する信号）を、各操作信号／ＬＡＮ信号変換手段１５０ａ〜１５０ｆに出力するようにしてもよく、このようにした場合も、通信エラー対策を施した遠距離の無線操作システムを実現することができる。

操作中継ステーションＳｒには、基地ステーションＳｂの無線ＬＡＮ通信手段１５２からの送信信号（無線ＬＡＮ信号）を受信する無線ＬＡＮ通信手段１５３が設けられていて、無線ＬＡＮ通信手段１５３は、無線ＬＡＮ通信手段１５２からのインターネットプロトコルに対応する多重化された操作信号を受信して、これをＬＡＮ集線手段（ＨＵＢ）１５４に出力する。ＬＡＮ集線手段１５４では、無線ＬＡＮ通信手段１５３から受け取った多重化された信号を識別して、識別結果に基づき、インターネットプロトコルに対応する操作信号を、それぞれ対応するＬＡＮ信号／操作信号変換手段（ここではＬＡＮ信号／音声信号変換手段）１５０ａ〜１５０ｆに分配・出力する。ここで、ＬＡＮ信号／操作信号変換手段１５５ｄ〜１５５ｆは操作機１０２、１３２、１３４にそれぞれ対応し、ＬＡＮ信号／操作信号変換手段１５５ｃは操作機１０５に対応し、ＬＡＮ信号／操作信号変換手段１５５ｂは操作機１２０に対応し、ＬＡＮ信号／操作信号変換手段１５５ａは操作機１２２に対応する。

各ＬＡＮ信号／操作信号変換手段１５５ａ〜１５５ｆは、インターネットプロトコルに対応する操作信号を、元の操作信号に変換し（図６のＤに相当する信号に戻し）、ＬＡＮ信号／操作信号変換手段１５５ｃ〜１５５ｆの出力は無線送信機１５６ａ〜１５６ｄに入力され、ＬＡＮ信号／操作信号変換手段１５５ｂの出力は制御手段１４３に入力され、ＬＡＮ信号／操作信号変換手段１５５ａの出力は制御手段１４４に入力される。

無線送信機１５６ｂからは、元の操作信号に戻したシリアル変調信号を、高周波信号に変換した信号（図６のアンテナ２０６からの出力に相当）が、無線出力として建設機械１００に送信され、建設機械１００はこれを受信することにより動作する。この場合、建設機械１００側では、図６のアンテナ２１０への無線入力に相当する操作指令が入力されるため、図６を用いて先に説明したように、従来の無線操作機を用いて遠隔操作を行った場合と同様に、通信エラー検出を行った後マシンの制御を行うため、通信距離延長のための中継無線通信に無線ＬＡＮを用いる構成であっても、通信エラーによる遠隔操作の不具合の発生を確実に防止することができるようになっている。同様に、無線送信機１５６ｃ、１５６ｄからは、元の操作信号に戻したシリアル変調信号を、高周波信号に変換した信号（図６のアンテナ２０６からの出力に相当）が、無線出力として建設機械１３１、１３３に送信され、建設機械１３１、１３３はこれを受信することにより動作し、無線送信機１５６ａからは、元の操作信号に戻したシリアル変調信号を、高周波信号に変換した信号（図６のアンテナ２０６からの出力に相当）が、無線出力として建設機械１００の無線受信制御手段１０４に送信され、無線受信制御手段１０４はこれを受信することにより、カメラ１０６の撮影方向およびカメラ１０６のズーム倍率の制御を行う。これらの場合も、建設機械１３１、建設機械１３２、無線受信制御手段１０４では、図６のアンテナ２１０への無線入力に相当する操作指令が入力されるため、図６を用いて先に説明したように、従来の無線操作機を用いて遠隔操作を行った場合と同様に、通信エラー検出を行った後、マシンの制御や、カメラの方向制御・ズーム制御を行うため、通信距離延長のための中継無線通信に無線ＬＡＮを用いる構成であっても、通信エラーによる遠隔操作の不具合の発生を確実に防止することができる。

また、ＬＡＮ信号／操作信号変換手段１５５ｂからは、元の操作信号に戻したシリアル変調信号（図６のＤに相当する信号）が制御手段１４３に出力される。この制御手段１４３は、図６における受信側の２１２段の回路から後段の各構成要素を少なくとも具備するものとなっていて、制御手段１４３の２１２段の回路にはＬＡＮ信号／操作信号変換手段１５５ｂからの出力が入力され（図６のＤ’入力に相当する）、したがって、制御手段１４３は、従来の無線操作機を用いて遠隔操作を行った場合と同様に、通信エラー検出を行った後、映像の切り替え動作を行うため、通信距離延長のための中継無線通信に無線ＬＡＮを用いる構成であっても、通信エラーによる遠隔操作の不具合の発生を確実に防止することができる。同様に、ＬＡＮ信号／操作信号変換手段１５５ａからは、元の操作信号に戻したシリアル変調信号（図６のＤに相当する信号）が制御手段１４４に出力される。この制御手段１４４も、図６における受信側の２１２段の回路から後段の各構成要素を少なくとも具備するものとなっていて、制御手段１４４の２１２段の回路にはＬＡＮ信号／操作信号変換手段１５５ａからの出力が入力され（図６のＤ’入力に相当する）、したがって、制御手段１４４は、従来の無線操作機を用いて遠隔操作を行った場合と同様に、通信エラー検出を行った後、操作中継ステーションＳｒのカメラの方向制御・ズーム制御、操作中継ステーションＳｒの映像用無線機のアンテナの向きの調整を行うため、通信距離延長のための中継無線通信に無線ＬＡＮを用いる構成であっても、通信エラーによる遠隔操作の不具合の発生を確実に防止することができる。

以上のように、本第１実施形態では、操作中継ステーションＳｒと基地ステーションＳｂとの間の無線ＬＡＮ通信を固定間通信としているので、送受信位置関係が変わることに起因する電波の受信強度の変化がなく、したがって、移動式の操作中継ステーションとするシステムに較べると、無線ＬＡＮ通信の安定化が図れ、かつ、より遠距離からの遠隔操作が可能な遠隔無線操作システムを構築できる。また、操作中継ステーションＳｒを固定配置することで、操作中継ステーションＳｒと基地ステーションＳｂとの間の映像通信も、互いの高指向性のアンテナを正対させることで品質のよい映像の授受を行うことができる。また、操作中継ステーションＳｒに設置する再送信のための無線送信機１５６ａ〜１５６ｄとして、音声信号入力に対応した市販の送信用無線機が採用できるため、無線送信機の新規開発・検証を行う必要がなく、短期間で安価な遠隔無線操作システムが構築できる。また、無線ＬＡＮ通信を行うシステムとすることにより、簡易なシステムとすることができ、インターネットプロトコルに適合した機器を自由に接続できることから、システムの機能付加が容易となる。さらに、無線ＬＡＮ通信であっても、従来の無線操作機で行われていたのと同様の、機械操作指令データに誤り検出符号データを付加した信号を、操作信号／ＬＡＮ信号変換手段１５０ａ〜１５０ｆへの入力信号としているので、通信エラー対策を施した遠距離の無線操作システムを実現することができ、以って、遠隔操作の不具合発生を可及的に低減できる。また、通信エラー処理のための新規開発・検証を行う必要がないので、安全性に優れたシステムを、短期間で安価に構築できる。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２は、本発明の第２実施形態に係る遠隔無線操縦システムの簡略化した構成図である。本第２実施形態では、説明の簡略化のために、建設機械１００と、該建設機械１００に搭載されたカメラの方向制御・ズーム制御とを行うシステムとしてあるが、図１と同様の各種の構成要素を備えたシステムとしても構築可能である（これは、以下の各実施形態においても同様である）。本第２実施形態では、基地ステーションＳｂに設ける操作機として、図６の送信側の同様の構成の無線操作機１０２’、１０５’を用い、無線操作機１０２’、１０５’から基地ステーションＳｂの無線受信機１６１、１６２に、図６のアンテナ２０６からの出力に相当する信号（つまり、無線操作機をオペレータが操作したことに基づく機械操作指令データに誤り検出符号データを付加したシリアル信号を変調した後、高周波信号に変換した信号）を無線で伝送する。無線受信機１６１、１６２は、受信した高周波信号を低周波信号に変換してシリアル変調信号とし、これを操作信号／ＬＡＮ信号変換手段（ここでは音声信号／ＬＡＮ信号変換手段）１５０ｅ、１５０ｄに出力する。操作信号／ＬＡＮ信号変換手段１５０ｅ、１５０ｄ以降の動作は、図１の前記第１実施形態と同様である。

このような構成をとる本第２実施形態では、基地ステーションＳｂにおいて、操作機として従来からの無線操作機１０２’、１０５’からの無線出力を無線受信機１６１、１６２で受信し、これをインターネットプロトコルに対応する信号に変換するようにしているので、従来の無線操作機に何らの変更を加えることなく（適宜の信号処理段から、信号を取り出すための端子を設けたり取り出し用の信号線を接続する作業を行う必要なく）、そのまま用いることができ、しかも、ワイヤレスで無線ＬＡＮに接続できることから、基地ステーションＳｂでの操作機のレイアウト変更が自由に行える。また、無線ＬＡＮに接続するための、無線操作機１０２’、１０５’の無線出力を受信する無線受信機１６１、１６２は、市販の音声信号受信機でよいため、短期間で安価なシステムが構築できる。

図３は、本発明の第２実施形態に係る遠隔無線操縦システムの変形例の簡略化した構成図である。本変形例が図２の構成と相違するのは、無線操作機１０２’から無線受信機１６１に送信する電波の周波数ｆ₀と、操作中継ステーションＳｒの無線送信機１５６ｂから建設機械１００に送信する電波の周波数ｆ₀とを同一に設定し、無線操作機から１０５’から無線受信機１６２に送信する電波の周波数ｆ_１と、操作中継ステーションＳｒの無線送信機１５６ａから無線受信制御手段１０４に送信する電波の周波数ｆ_１とを同一に設定した点にある。このように、基地ステーションの無線操作機から発信する周波数ｆ₀、ｆ_１と、建設機械側で受信する周波数ｆ₀、ｆ_１とを同一の周波数に設定しても、無線ＬＡＮ通信による中継距離が長ければ、特定小電力無線方式の電波の干渉が発生することがなく、基地ステーションＳｂと作業現場Ｓｗとで同一の周波数が使用できるため、電波の有効活用が図れる。なお、無線ＬＡＮ通信による中継距離が非常に短く、電波の干渉がある場合でも、無線ＬＡＮ通信による中継をスイッチ１６５により停止させることで、基地ステーションＳｂの無線送信機からの直接の遠隔操作に切り替えることが可能となる。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。図４は、本発明の第３実施形態に係る遠隔無線操縦システムの簡略化した構成図である。本第３実施形態では、基地ステーションＳｂと操作中継ステーションＳｒとの間に、通信距離延長用のサブ操作中継ステーションＳｒｓを設けて、基地ステーションＳｂの無線ＬＡＮ通信手段１５２からの信号を、サブ操作中継ステーションＳｒｓの無線ＬＡＮ通信手段１７２で受信して、これをＬＡＮ集線手段（ＨＵＢ）１７２を介して、サブ操作中継ステーションＳｒｓの無線ＬＡＮ通信手段１７３から、操作中継ステーションＳｒの無線ＬＡＮ通信手段１５３に送信するようにしている。

このような構成をとる本第３実施形態では、２段の無線ＬＡＮ通信による中継を行うので、さらなる遠距離からの遠隔装置を行うことが可能となる。また、通信距離延長用のサブ操作中継ステーションＳｒｓによる中継設備は、簡素な構成で実現することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る建設機械の遠隔無線操縦システムの構成図である。 本発明の第２実施形態に係る建設機械遠隔無線操縦システムの簡略化した構成図である。 本発明の第２実施形態に係る建設機械の遠隔無線操縦システムの変形例の簡略化した構成図である。 本発明の第３実施形態に係る建設機械の遠隔無線操縦システムの簡略化した構成図である。 従来の建設機械の遠隔無線操縦システムの構成図である。 従来の特定小電力無線を利用した建設機械の遠隔無線操縦システムの概要を示す説明図である。

符号の説明

Ｓｗ 作業現場
Ｓｒ 操作中継ステーション
Ｓｒｓ 通信距離延長用のサブ操作中継ステーション
Ｓｂ 基地ステーション
１００、１３１、１３３ 建設機械
１０２、１０５、１２０、１２２、１３２、１３４ 操作機
１０２’、１０５’、１２０’、１２２’、１３２’、１３４’ 無線操作機
１０３、１１０、１１２、１１５、１１８、１２５、１２８ 電動雲台
１０４ 無線受信制御手段
１０６、１０９、１１１、１１４、１１７、１２４、１２７ カメラ
１０７、１０８、１１３、１１６、１２３、１２６ 映像用無線機
１２９、１３０ モニタ
１４３、１４４ 制御手段
１４０、１４１ 映像切替器
１５０ａ〜１５０ｆ 操作信号（音声信号）／ＬＡＮ信号変換手段
１５１、１５４、１７２ ＬＡＮ集線手段（ＨＵＢ）
１５２、１５３、１７１、１７３ 無線ＬＡＮ通信手段
１５５ａ〜１５５ｆ ＬＡＮ信号／操作信号（音声信号）変換手段
１５６ａ〜１５６ｄ 無線送信機
１６１、１６２ 無線受信機
１６５ スイッチ

Claims (6)

1. 操作場所から離れた場所で遠隔操作される２台以上の自走式の建設機械を動作させるための遠隔無線操縦システム、または、操作場所から離れた場所で遠隔操作される１台以上の自走式の建設機械および該建設機械に搭載されて遠隔操作される１つ以上の被操作機器を動作させるための遠隔無線操作システムであって、
   前記操作場所である基地ステーションには、オペレータによって操作される前記建設機械に１対１に対応する操作機またはオペレータによって操作される前記被操作機器に１対１に対応する操作機と、該各操作機から出力される操作信号をインターネットプロトコルに対応する信号にそれぞれ変換する複数の操作信号／ＬＡＮ信号変換手段と、該各操作信号／ＬＡＮ信号変換手段からそれぞれ出力されるインターネットプロトコルに対応する操作信号を多重化するＬＡＮ集線手段（ＨＵＢ）と、該ＬＡＮ集線手段から多重化されて出力されるインターネットプロトコルに対応する操作信号を無線ＬＡＮで送信する無線ＬＡＮ通信手段とを、設け、
   前記基地ステーションと所定距離をおいて設置される操作中継ステーションには、前記基地ステーションの前記無線ＬＡＮ通信手段からの送信信号を受信する無線ＬＡＮ通信手段と、該無線ＬＡＮ通信手段で受信したインターネットプロトコルに対応する操作信号が入力され、入力された信号を分配するＬＡＮ集線手段（ＨＵＢ）と、該ＬＡＮ集線手段で分配されたインターネットプロトコルに対応する操作信号を、元の操作信号に変換する複数のＬＡＮ信号／操作信号変換手段と、該各ＬＡＮ信号／操作信号変換手段から出力される操作信号に基づき、対応する前記建設機械または前記被操作機器にそれぞれ特定小電力無線方式で操作指令を送信する複数の無線送信機とを、設けたことを特徴とする建設機械の遠隔無線操作システム。
2. 請求項１に記載の建設機械の遠隔無線操作システムにおいて、
   前記操作信号／ＬＡＮ信号変換手段に入力される前記操作信号は、前記操作機をオペレータが操作したことに基づく機械操作指令データに誤り検出符号データを付加した信号であることを特徴とする建設機械の遠隔無線操作システム。
3. 請求項１に記載の建設機械の遠隔無線操作システムにおいて、
   前記操作信号／ＬＡＮ信号変換手段に入力される前記操作信号は、前記操作機をオペレータが操作したことに基づく機械操作指令データに誤り検出符号データを付加した信号を高周波信号に変換して無線で送信し、受信した高周波信号を低周波信号に変換した信号であることを特徴とする建設機械の遠隔無線操作システム。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載の建設機械の遠隔無線操作システムにおいて、
   前記操作中継ステーションには、前記建設機械に搭載したカメラで撮影した映像を受信する映像用無線機と、前記建設機械や作業現場を撮影可能なカメラと、該カメラで撮影した映像や前記受信した映像を前記基地ステーションの映像無線機に送信する映像用無線機とが設けられ、
   前記操作中継ステーションにおける映像送信用の前記映像用無線機のアンテナに、前記基地ステーションにおける映像受信用の前記映像用無線機の高指向性のアンテナを向けるようにアンテナの方向調整が行われることを特徴とする建設機械の遠隔無線操作システム。
5. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の建設機械の遠隔無線操作システムにおいて、
   前記操作信号／ＬＡＮ信号変換手段として、音声信号／ＬＡＮ信号変換器を用い、前記ＬＡＮ信号／操作信号変換手段として、ＬＡＮ信号／音声信号変換器を用いることを特徴とする建設機械の遠隔無線操作システム。
6. 請求項１乃至４の何れか１項に記載の建設機械の遠隔無線操作システムにおいて、
   前記基地ステーションと前記操作中継ステーションとの間に、前記基地ステーションの前記無線ＬＡＮ通信手段からの無線ＬＡＮによる送信信号を受信する機能と、該機能により受信した信号を無線ＬＡＮで前記操作中継ステーションの前記無線ＬＡＮ通信手段に送信する機能とをもつ、通信距離延長用のサブ操作中継ステーションを設けたことを特徴とする建設機械の遠隔無線操作システム。

Images