JP2007013554A - 無人作業装置の遠隔通信システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 無人作業装置が作業を行う作業場所と無人作業装置に対する制御所との間に電波障害物などがあっても、これに関係なく、作業機械などの無人作業装置と制御所との間の通信を確実かつ容易にする。
【解決手段】 制御所１と作業場所３内における無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂとの間に複数の中継用無線機５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃを互いに送受信が可能な距離をおいて配置することにより、作業用無線機９１，１１１，１３１Ａ，１３１Ｂの無線中継回線５を構築し、作業用無線機９１，１１１，１３１Ａ，１３１Ｂを無線中継回線５との無線通信が可能な無線ゾーン内にある中継用無線機５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃに無線通信可能に接続し、無線中継回線５を介して作業用無線機９１，１１１，１３１Ａ，１３１Ｂとの間で情報の伝送を可能にした。
【選択図】図１

Description

本発明は、制御所から離れた場所で作業する建設機械や点検車などの無人作業装置と制御所との間の通信を無線により行うようにした無人作業装置の遠隔通信システム及び方法に関するものである。

従来において、人間が立入れない危険な作業場所、例えば、火山の噴火に伴い堆積された土砂を運搬するような作業現場では、遠隔制御により無人運転されるクローラダンプ、ブルトーザ、パワーショベルなどの作業機械が用いられ、作業機械に応じた各種の作業が無人で行われる。また、そのような作業現場の土砂は、遠隔制御により無人運転されるバックホー等の作業機械によりクローラダンプ等の作業機械に積み込まれ、上記作業現場から離れた場所に運搬される。
また、バックホー等の作業機械を遠隔操作する際にスプレットスペクトラム（ＳＳ）無線機を用いて制御することが知られている。このＳＳ無線機は、電波の吸収や散乱または遮蔽することのない見通しのよい地点間での通信が可能で、その通信距離に限度を有する特徴がある（特許文献１参照）。

また、従来、トンネルなどのように延在する内部空間を有する構造物の点検は、例えば作業員が点検車に乗って構造物内を移動しつつ行なうのが一般的である。
しかしながら、このような構造物においては、有毒ガス、落盤、漏水などが発生するおそれがあるため、カメラやガス検知装置を備えた点検車や点検ロボットを遠隔操作して点検を行なうことが要請されている。
特開平８−５１６７３号公報

ところが、従来の遠隔通信システムに用いられるＳＳ無線機の通信距離は、周辺への電波障害をなくす関係上、精々１ｋｍ程度である。このため、作業現場と制御所との間の距離が１ｋｍ以上になった場合や作業現場が１ｋｍ以上の広いエリアになると、ＳＳ無線による作業機械の遠隔操作は不可能となってしまう。
また、作業現場が１ｋｍ以下のエリアであっても、作業現場と制御所との間に林や山あるいは建物などで電波の吸収や散乱または遮蔽する障害物が存在する場合やクローラダンプ等の作業機械の運搬通路が狭隘で曲がりくねっている場合には無線による作業機械の遠隔操作は不可能となる。
また、トンネルなどの構造物内では、ＳＳ無線機の通信距離が更に短くなってしまうことが予想され、数ｋｍ以上の長さを有するトンネルなどの構造物では、点検車や点検ロボットを用いた無人作業装置の遠隔操作が困難であった。

本発明は前記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、作業機械などの無人作業装置が作業を行う作業場所と無人作業装置に対する制御所との間に電波障害物があっても、及び制御所から遠く離れて無線ゾーンを大幅に越える場所であっても、これに関係なく、無線ゾーンの限定された無線機を利用して作業機械などの無人作業装置と制御所との間の通信を確実かつ容易になし得るようにした無人作業装置の遠隔通信システム及び方法を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、制御所と、前記制御所から離れた作業場所で作業する無人作業装置との間で無線通信により情報の双方伝送を可能にする無人作業装置の遠隔通信システムにおいて、前記制御所と前記作業場所との間に複数の中継用無線機を互いに隣り合う無線ゾーン内で送受信が可能な距離をおいて配置することにより無線ＬＡＮ方式の無線中継回線を構築し、前記無人作業装置には該無人作業装置に搭載された撮像カメラと、前記無人作業装置に搭載され前記撮像カメラで撮像された映像情報や前記無人作業装置の作業データ及び前記制御所からの前記無人作業装置の無人運転用制御情報とを送受信する作業用無線機とが装備され、前記制御所には前記無人作業装置を遠隔操作する操作盤と、前記無人作業装置の前記撮像カメラで撮像された映像を表示するモニターと、前記中継用無線機の１つに通信ケーブルを介して接続され前記操作盤からの制御情報を送出可能な信号に変換して前記１つの中継用無線機に送出するとともに前記１つの中継用無線機を通して送られてくる前記撮像カメラの映像を表示可能な信号に変換して前記モニターに出力する信号処理手段とが設けられ、前記複数の中継用無線機は、該中継用無線機と前記作業用無線機との間で前記映像情報や作業データ及び前記制御情報を前記中継用無線機に設けられた第１のアンテナを介して所定の無線チャネルで送受信するとともに、無線ゾーンが互いに隣り合う前記中継用無線機同士間で前記映像情報や作業データ及び前記制御情報を該中継用無線機に設けられた第２のアンテナを介して前記無線チャネルと異なる無線チャネルで送受信する送受信手段を備え、前記作業用無線機は前記無線中継回線と無線通信が可能な無線ゾーン内にある前記中継用無線機との間での通信が可能なようにアクセスされることを特徴とする。

また、本発明は、制御所から離れた作業場所で作業する無人作業装置との間で無線通信により情報の双方伝送を可能にする無人作業装置の遠隔通信方法であって、前記制御所と前記作業場所との間に複数の中継用無線機を互いに隣り合う無線ゾーン内で送受信が可能な距離をおいて配置することにより無線ＬＡＮ方式の無線中継回線を構築し、前記無人作業装置に撮像カメラと、前記撮像カメラで撮像された映像情報や前記無人作業装置の作業データ及び前記制御所からの前記無人作業装置の無人運転用制御情報とを送受信する作業用無線機を装備し、前記制御所に前記無人作業装置を遠隔操作する操作盤と、前記無人作業装置の前記撮像カメラで撮像された映像を表示するモニターとを設け、前記複数の中継用無線機は送受信手段を備え、前記中継用無線機と前記作業用無線機との間で前記映像情報や作業データ及び前記制御情報を前記送受信手段及び第１のアンテナにより所定の無線チャネルで送受信するとともに、無線ゾーンが互いに隣り合う前記中継用無線機同士間で前記映像情報や作業データ及び前記制御情報を前記送受信手段及び第２のアンテナにより前記無線チャネルと異なる無線チャネルで送受信し、前記作業用無線機は前記無線中継回線と無線通信が可能な無線ゾーン内にある前記中継用無線機との間での通信が可能なようにアクセスされることを特徴とする。

本発明にかかる無人作業装置の遠隔通信システム及び方法によれば、制御所と作業場所との間に複数の中継用無線機を互いに隣り合う無線ゾーン内で送受信が可能な距離をおいて配置することにより無線ＬＡＮ方式の無線中継回線を構築し、作業用無線機が無線中継回線と無線通信が可能な無線ゾーン内にある中継用無線機との間での通信ができるようにアクセス可能にし、そして、中継用無線機と作業用無線機との間は前記送受信手段と第１のアンテナにより映像情報や作業データ及び制御情報等を無線チャネルを利用して送受信するとともに、無線ゾーンが互いに隣り合う中継用無線機同士間では送受信手段と第２のアンテナにより映像情報や作業データ及び制御情報等を前記無線チャネルと異なる無線チャネルを利用して送受信するようにしたので、作業機械などの無人作業装置が作業を行う場所と無人作業装置に対する制御所との間に電波障害物があっても、及び制御所から遠く離れて無線ゾーンを大幅に越える場所であっても、これに関係なく、無線ゾーンの限定された無線機を利用して作業機械などの無人作業装置と制御所との間の通信を確実かつ容易に行うことができる。

（実施例１）
次に、本発明にかかる無人作業装置の遠隔通信システム及び方法について図面を参照して説明する。
図１は本発明方法を適用した無人作業装置の遠隔通信システムの実施例１における全体の概略構成図、図２は本実施例１における無線中継回線の制御所側中継用無線機の一例を示すブロック図、図３は本実施例１における無線中継回線の中間に位置する中継用無線機の一例を示すブロック図、図４は本実施例１における無線中継回線の作業場所側中継用無線機の一例を示すブロック図、図５は本実施例１における作業用無線機の一例を示すブロック図である。

図１において、１は制御所、３は人間が立入れない危険で、かつ制御所１から遠く離れた作業場所のエリヤ、５は制御所１と作業場所３との間を繋ぐ作業道路７沿い設置された無線中継回線を示している。
前記作業場所３内には、無人のバックフォー９やブルドーザ１１等の作業機械が投入され、さらに、ダンプトラック１３Ａ，１３Ｂ等の無人の運搬機械が投入される。また、前記作業道路７は、作業場所３で積み込まれた土砂等を搬送するダンプトラック１３Ａ，１３Ｂ等の運搬機械を無人走行させるためのものである。

なお、無人のバックフォー９やブルドーザ１１などの無人の運搬機械、および、無人のダンプトラック１３Ａ，１３Ｂ等の無人の作業機械を、以下、無人作業装置と呼称する。
また、前記制御所１と作業場所３との間には、図１に示すように、林１５や山１７あるいは建物などが存在し、しかも、ダンプトラック１３Ａ，１３Ｂ等の走行用作業道路７が狭隘で曲がりくねっている。このため、制御所１と作業場所３との間での無線通信に使用される電波は林１５や山１７などに吸収または散乱されたり、遮蔽されたりする環境にある。したがって、本実施例１では、このような環境で遠隔通信する場合を例にとって説明する。

前記制御所１は、図１に示すように、上述したような人間が立入れない危険な作業場所３から遠く離れた安全な場所に設けられる。
前記制御所１には、図１に示すように、前記バックフォーやブルドーザ、ダンプトラックなどの４台の無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂに対応するモニター１９，２１，２３，２５と、無線中継回線５のアクセスポイントにある中継用無線機５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃの撮像カメラ５１Ａ４，５１Ｂ７，５１Ｃ４で撮像された映像を表示するモニター２７，２９と、前記４台の無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂを別々に遠隔操作するとともにこれら無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂに搭載された撮像カメラ２１６を遠隔操作する操作盤３１，３３，３５，３７と、無線中継回線５の制御所１近傍のアクセスポイントにある中継用無線機５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃの撮像カメラ５１Ａ４，５１Ｂ７，５１Ｃ４を遠隔操作する操作盤３９，４１，４２が信号処理装置１０１，集線装置（ＨＵＢ）１０２及び通信ケーブル１０３を介して中継用無線機５１Ａに接続されている。

前記信号処理装置１０１は、操作盤３１，３３，３５，３７，３９，４１，４２から発生する制御信号をディジタル量に変換し符号化した後、例えば時分割多重化して集線装置１０２に送出するとともに、中継用無線機５１Ａから通信ケーブル１０３及び集線装置１０２を通して取り込まれる無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂからの映像情報や作業データ及び中継用無線機５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃの撮像カメラ５１Ａ４，５１Ｂ７，５１Ｃ４からの映像情報を時分割複信処理し後復号化した後、アナログ量に変換して、対応するモニター１９，２１，２３，２５，２７，２９，３０に出力するものである。

前記無線中継回線５は、制御所１と作業場所３との間の無線通信の中継と、作業場所３内に投入された無人作業装置９，１１，１３Ａ及び作業道路７を走行するダンプトラック１３Ｂ等の無人作業装置が無線中継回線５へのアクセスポイントにある中継用無線機に自動的に接続（ローミング）するためのもので、互いに送受信が可能な距離をおいて作業道路７沿い配置された複数の中継用無線機５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃを備える。
前記中継用無線機５１Ａは、図１に示すように、制御所１の近傍に位置した場所に設置され、前記中継用無線機５１Ｂは、図１に示すように、作業道路７のほぼ中間に位置する場所に設置され、さらに、前記中継用無線機５１Ｃは、図１に示すように、作業場所３の近傍（または作業場所３内）で、作業場所３内の無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂを見通し得る場所に設置されている。

前記中継用無線機５１Ａは、例えば２．４ＧＨｚ帯域のＳＳ無線機から構成されるもので、図２に示すように、中継用無線機５１Ａと無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂの作業用無線機９１，１１１，１３１Ａ，１３１Ｂ（図１参照）との間で、撮像カメラ２１６で撮像された映像情報や無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂの作業データ及び操作盤３１，３３，３５，３７，３９，４１，４２からの制御情報を中継用無線機５１Ａに設けられた無指向性コリニアアンテナなどからなる第１のアンテナ５１Ａ１を介して所定の無線チャネル（例えば、２４１２ＭＨｚの周波数帯域）で送受信し変復調するとともに、無線ゾーンが互いに隣り合う中継用無線機同士間、例えば中継用無線機５１Ａと中継用無線機５１Ｂとの間で前記映像情報や作業データ及び前記制御情報を中継用無線機５１Ａに設けられた指向性八木アンテナなどからなる第２のアンテナ５１Ａ２を介して前記無線チャネル（例えば、２４１２ＭＨｚの周波数帯域）と異なる無線チャネル（例えば、２４４２ＭＨｚの周波数帯域）で送受信し変復調するスペクトル拡散方式の送受信・変復調部５１Ａ３を備え、この送受信・変復調部５１Ａ３は通信ケーブル１０３を介して制御所１の集線装置１０２に接続されている。

また、中継用無線機５１Ａには、中継用無線機５１Ａの設置場所の周囲などを撮像する監視用の撮像カメラ５１Ａ４と、この撮像カメラ５１Ａ４で撮像された映像信号をディジタル信号に変換した後、通信ケーブル１０３を介して制御所１の集線装置１０２に送出する画像処理部５１Ａ５と、操作盤３９から信号処理装置１０１を介して送出されるカメラ制御信号を集線装置１０２及び通信ケーブル１０３を通して受けることにより、撮像カメラ５１Ａ４の撮影方向やレンズのズーミングなどを遠隔制御するカメラ制御部５１Ａ６が設けられている。さらに、中継用無線機５１Ａは、太陽光を電気エネルギに変換して充電できる蓄電池などの二次電池電源または商用電源からなる電源装置５１Ａ７を備え、この電源装置５１Ａ７から中継用無線機５１Ａの各部に電力を供給できるように構成されている。なお、５１Ａ８は撮像カメラ５１Ａ４の雲台である。

前記中継用無線機５１Ｂは、例えば２．４ＧＨｚ帯域のＳＳ無線機から構成されるもので、図３に示すように、中継用無線機５１Ｂと無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂの作業用無線機９１，１１１，１３１Ａ，１３１Ｂ（図１参照）との間で、撮像カメラ５１７で撮像された映像情報や無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂの作業データ及び操作盤３１，３３，３５，３７，３９，４１，４２からの制御情報を中継用無線機５１Ｂに設けられた無指向性コリニアアンテナなどからなる第１のアンテナ５１Ｂ１を介して所定の無線チャネル（例えば、２４１２ＭＨｚの周波数帯域）で送受信し変復調するスペクトル拡散方式の第１送受信・変復調部５１Ｂ２と、無線ゾーンが互いに隣り合う中継用無線機同士間、例えば中継用無線機５１Ｂと中継用無線機５１Ａの間で前記映像情報や作業データ及び前記制御情報を中継用無線機５１Ｂに設けられた指向性八木アンテナなどからなる第２のアンテナ５１Ｂ３を介して前記無線チャネル（例えば、２４１２ＭＨｚの周波数帯域）と異なる無線チャネル（例えば、２４４２ＭＨｚの周波数帯域）で送受信し変復調するとともに、中継用無線機５１Ｂと中継用無線機５１Ｃとの間で前記映像情報や作業データ及び前記制御情報を中継用無線機５１Ｂに設けられた指向性八木アンテナなどからなる第３のアンテナ５１Ｂ４を介して前記無線チャネル（例えば、２４４２ＭＨｚの周波数帯域）と異なる無線チャネル（例えば、２４７２ＭＨｚの周波数帯域）で送受信し変復調するスペクトル拡散方式の第２送受信・変復調部５１Ｂ５とを備え、この第１送受信・変復調部５１Ｂ２と第２送受信・変復調部５１Ｂ５との間は集線装置５１Ｂ６により接続され、第１送受信・変復調部５１Ｂ２と第２送受信・変復調部５１Ｂ５との間の前記映像情報や作業データ及び前記制御情報の授受は集線装置５１Ｂ６によってなされるように構成されている。

また、中継用無線機５１Ｂには、中継用無線機５１Ｂの設置場所の周囲などを撮像する監視用の撮像カメラ５１Ｂ７と、この撮像カメラ５１Ｂ７で撮像された映像信号をディジタル信号に変換した後、集線装置５１Ｂ６を介して第２送受信・変復調部５１Ｂ５に送出する画像処理部５１Ｂ８と、操作盤４１から信号処理装置１０１及び中継用無線機５１Ａを介して送信されるカメラ制御信号を受信することにより、撮像カメラ５１Ｂ７の撮影方向やレンズのズーミングなどを遠隔制御するカメラ制御部５１Ｂ９が設けられている。また、中継用無線機５１Ａから送信されてくるカメラ制御信号は第２送受信・変復調部５１Ｂ５で受信され、かつ復調された後、集線装置５１Ｂ６を通してカメラ制御部５１Ｂ９に送出される構成になっている。
また、中継用無線機５１Ｂは、太陽光を電気エネルギに変換して充電できる蓄電池などの二次電池電源または商用電源からなる電源装置５１Ｂ１０を備え、この電源装置５１Ｂ１０から中継用無線機５１Ｂの各部に電力を供給できるように構成されている。なお、５１Ｂ１１は撮像カメラ５１Ｂ７の雲台である。

前記中継用無線機５１Ｃは、例えば２．４ＧＨｚ帯域のＳＳ無線機から構成されるもので、図４に示すように、中継用無線機５１Ｃと無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂの作業用無線機９１，１１１，１３１Ａ，１３１Ｂ（図１参照）との間で、撮像カメラ２１６で撮像された映像情報や無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂの作業データ及び操作盤３１，３３，３５，３７，３９，４１，４２からの制御情報を中継用無線機５１Ｃに設けられた無指向性コリニアアンテナなどからなる第１のアンテナ５１Ｃ１を介して所定の無線チャネル（例えば、２４１２ＭＨｚの周波数帯域）で送受信し変復調するとともに、無線ゾーンが互いに隣り合う中継用無線機同士間、例えば中継用無線機５１Ｃと中継用無線機５１Ｂとの間で前記映像情報や作業データ及び前記制御情報を中継用無線機５１Ｃに設けられた指向性八木アンテナなどからなる第２のアンテナ５１Ｃ２を介して前記無線チャネル（例えば、２４１２ＭＨｚの周波数帯域）と異なる無線チャネル（例えば、２４７２ＭＨｚの周波数帯域）で送受信し変復調するスペクトル拡散方式の送受信・変復調部５１Ｃ３を備える。

また、中継用無線機５１Ｃには、中継用無線機５１Ｃの設置場所の周囲などを撮像する監視用の撮像カメラ５１Ｃ４と、この撮像カメラ５１Ｃ４で撮像された映像信号をディジタル信号に変換した後、集線装置５１Ｃ９を介して送受信・変復調部５１Ｃ３に送出する画像処理部５１Ｃ５と、操作盤４２から信号処理装置１０１及び中継用無線機５１Ａを介して送信されるカメラ制御信号を受信することにより、撮像カメラ５１Ｃ４の撮影方向やレンズのズーミングなどを遠隔制御するカメラ制御部５１Ｃ６が設けられている。また、中継用無線機５１Ａから送信されてくるカメラ制御信号は送受信・変復調部５１Ｃ３で受信され、かつ復調された後、集線装置５１Ｃ９を通してカメラ制御部５１Ｃ６に送出される構成になっている。
また、中継用無線機５１Ｃは、太陽光を電気エネルギに変換して充電できる蓄電池などの二次電池電源または商用電源からなる電源装置５１Ｃ７を備え、この電源装置５１Ｃ７から中継用無線機５１Ｃの各部に電力を供給できるように構成されている。なお、５１Ｃ８は撮像カメラ５１Ｃ４の雲台である。

前記無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂは、例えば２．４ＧＨｚ帯域のＳＳ無線機から構成される作業用無線機９１，１１１，１３１Ａ，１３１Ｂを備える。
これら作業用無線機９１，１１１，１３１Ａ，１３１Ｂは、図４に示すように、無線中継回線５を介して無指向性ダイポールアンテナなどからなる送受信アンテナ２１１に到来する信号を受信するとともに作業用無線機９１，１１１，１３１Ａ，１３１Ｂからの映像信号などを送受信アンテナ２１１を通して送信するスペクトル拡散方式の送受信部２１２と、送受信部２１２で受信された信号を復調するとともに撮像カメラ２１６からの映像信号などをディジタル量に変換した後、変調して送受信部２１２に出力するスペクトル拡散方式の変復調部２１３から構成される。

さらに、作業用無線機９１，１１１，１３１Ａ，１３１Ｂには、無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂの設置場所の周囲などを撮像する監視用の撮像カメラ２１６と、この撮像カメラ２１６で撮像された映像信号をディジタル信号に変換して変復調部２１３に送出する画像処理部２１４と、変復調部２１３から撮像カメラ制御信号を抽出して撮像カメラ２１６の撮影方向を制御するための雲台２１６Ａの制御やレンズのズーミング制御などを行うカメラ制御部２１５と、メタンガス，一酸化炭素，酸素または無人作業装置の移動距離などを検出する検出手段２１７及び検出手段２１７で検出した検出信号をディジタル信号に変換して変復調部２１３に送出する信号処理部２１８と、変復調部２１３で復調された制御信号に基づいて無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂのクローラや車輪を駆動する走行用駆動源、操舵する操舵用駆動源、荷台を駆動する荷台用駆動源を制御する制御回路２１９と、送受信部２１２で受信された中継用無線機５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃからの受信信号の電界強度を検出する電界強度検出手段２２０と、無人作業装置１３Ａまたは１３Ｂが１つの中継用無線機５１Ｃの無線ゾーンから外れて他の中継用無線機５１Ｂの無線ゾーンへ移動する時に電界強度検出手段２２０で検出される電界強度を監視し、その電界強度が予め決めた設定値以下となる側の前記１つの中継用無線機５１Ｃと作業用無線機１３１Ａまたは１３１Ｂとの通信回線を切り離し、電界強度が予め決めた設定値以上となる側の他の中継用無線機５１Ｂと作業用無線機１３１Ａまたは１３１Ｂとの通信回線が確立されるように送受信部２１２を制御する制御部２２１（請求項に記載した制御手段に相当する）が設けられている。また、この制御部２２１は、電界強度検出手段２２０で検出された電界強度がいずれの中継用無線機５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃから送信される信号に対しても設定値以下と判断した時、無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂの作業領域の拡大に合わせて無線中継回線５の無線ゾーンが拡大されるように中継用無線機の増設を促す案内を前記制御所１に報知する機能を備えている。

なお、無線中継回線５の中継用無線機５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃから無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂの作業用無線機９１，１１１，１３１Ａ，１３１Ｂに送信される制御命令は、それら無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３ＢのＳＳ無線機の送受信部に対して一斉に制御命令を行う一斉同報方式や、それら無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３ＢのＳＳ無線機の送受信部に対して一対一で制御命令を行う一対一方式等が採用可能である。
本実施例では、一対一方式により通信を行う構成とされており、この場合には、それぞれの通信コマンドフォーマットに従ったパケットにして交互に制御命令を送出する、所謂、多重通信により各無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂとの間で通信が行える構成となっている。

次に上記構成の遠隔通信システムにより各々の無人作業装置を遠隔制御する場合について説明する。
作業場所３内の無人作業装置９，１１，１３Ａ及び作業道路７上の無人作業装置１３Ｂの遠隔制御は、制御所１に設けられた操作盤３１，３３，３５，３７，３９，４１，４２のうち、遠隔制御しようとする無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂに対応した操作盤３１，３３，３５，３７を操作することにより行われる。
そして、これらの操作盤３１，３３，３５，３７を操作すると、これら操作盤３１，３３，３５，３７から出力されるそれぞれの制御信号は信号処理装置１０１でディジタル量に変換され符号化された後、時分割多重化され、集線装置１０２から通信ケーブル１０３を通して中継用無線機５１Ａの送受信・変復調部５１Ａ３に入力される。この送受信・変復調部５１Ａ３では、制御信号を変調し、かつ電力増幅した後、第１のアンテナ５１Ａ１及び第２のアンテナ５１Ａ２から異なる無線チャネルで送信する。

ここで、中継用無線機５１Ａの第２のアンテナ５１Ａ２から送信される信号は中継用無線機５１Ｂの第２のアンテナ５１Ｂ３を通して第２送受信・変復調部５１Ｂ５で受信され復調された後、この復調信号は第２送受信・変復調部５１Ｂ５で変調され、さらに、受信時と異なる無線チャネルで第３のアンテナ５１Ｂ４から次の中継用無線機５１Ｃに向け送信される。また、中継用無線機５１Ｂの第３のアンテナ５１Ｂ４から送信される信号は中継用無線機５１Ｃの第２のアンテナ５１Ｃ２を通して送受信・変復調部５１Ｃ３で受信され復調された後、この復調信号は送受信・変復調部５１Ｃ３で変調され、さらに、受信時と異なる無線チャネルで第１のアンテナ５１Ｃ１から作業場所３内の無人作業装置９，１１，１３Ａに向け送信される。
また、前記中継用無線機５１Ｂの第２送受信・変復調部５１Ｂ５で受信され復調された後の復調信号は集線装置５１Ｂを通して第１送受信・変復調部５１Ｂ２に送られる。この第１送受信・変復調部５１Ｂ２では、前記復調信号を変調し電力増幅した後、その第１のアンテナ５１Ｂ１から、中継用無線機５１Ｂの周辺で作業する無人作業装置に向けて、２４１２ＭＨｚの周波数帯域の無線チャネルで送信される。

無人作業装置９，１１，１３Ａの各作業用無線機９１，１１１，１３１Ａでは、中継用無線機５１Ｃから送信されてくる制御信号は送受信アンテナ２１１を通して送受信部２１２で受信され、変復調部２１３で復調された後、その復調信号はアナログ信号に変換されて制御回路２１９に出力する。制御回路２１９では、復調された制御信号に基づいて無人作業装置９，１１，１３Ａの走行用駆動源、操舵用駆動源、荷台用駆動源を駆動制御することによって、操作盤３１，３３，３５，３７に対応した無人作業装置９，１１，１３Ａを遠隔操作することができる。
例えば、ブルドーザに相当する無人作業装置１１を遠隔操作することにより作業場所３の土砂を集積する。また、バックフォーに相当する無人作業装置９を遠隔操作することにより、作業場所３の土砂をダンプトラックに相当する無人作業装置１１に積み込む操作を行う。また、ダンプトラックに相当する無人作業装置１３Ａを所定の待機場所から土砂を積み込む場所まで走行させたり、土砂を積み終わってから所定の廃棄場所まで作業道路７上を走行させたり、さらに、廃棄場所で荷台を駆動して土砂を積み下ろすなどの遠隔制御が行なわれる。

また、カメラ用レバーを操作することにより操作盤３１，３３，３５，３７，３９から出力されるカメラ制御信号は、上記無人作業装置９，１１，１３Ａの運転制御信号の場合と同様な無線通信経路を経て、それぞれの無人作業装置９，１１，１３Ａの作業用無線機９１，１１１，１３１Ａに送信される。これにより、無人作業装置９，１１，１３Ａに搭載された撮像カメラ２１６の向きあるいはレンズをズームイン操作することにより、無人作業装置９，１１の作業位置や作業状況または無人作業装置１３Ａの運行状況などを撮影することができる。

一方、無人作業装置９，１１，１３Ａ搭載の検出手段２１７で検出されたメタンガス，一酸化炭素，酸素または無人作業装置の移動距離などの検出信号は信号処理部２１８でディジタル信号に変換された後変復調部２１３で変調され、さらに送受信部２１２で電力増幅された後、その送受信アンテナ２１１から無線中継回線５の中継用無線機５１Ｃに向けて送信される。また、同様にして、無人作業装置９，１１，１３Ａ搭載の撮像カメラ２１６で撮像された映像信号は画像処理部２１４でディジタル信号に変換され、かつ変復調部２１３で変調された後、検出信号と共に送受信部２１２で電力増幅され、送受信アンテナ２１１から無線中継回線５の中継用無線機５１Ｃに向けて送信される。その後、中継用無線機５１Ｃ，５１Ｂ及び５１Ａを経由して、制御所１に送信される。
制御所１の信号処理装置１０１では、中継用無線機５１Ａから通信ケーブル１０３、集線装置１０２を通して取り込まれた検出信号または映像信号を復号化した後アナログ信号に変換して、無人作業装置９，１１，１３Ａに対応するそれぞれのモニター１９，２１，２３，２５に出力する。これにより、無人作業装置９，１１，１３Ａの各撮像カメラ２１６で撮像された映像は各々のモニター１９，２１，２３，２５に表示される。したがって、このモニター画像を見ることにより、無人作業装置９，１１，１３Ａの作業状況を監視できる。また、検出手段２１７の検出結果をモニター１９，２１，２３，２５に表示すれば、メタンガス，一酸化炭素，酸素または無人作業装置の移動距離などを監視できる。

次に、ダンプトラックに相当する無人作業装置１３Ｂが作業場所３から作業道路７を通って土砂廃棄場所等へ運行させる場合の動作について説明する。
この例は、図１に示すように、無人作業装置１３Ｂが中継用無線機５１Ｃの無線ゾーンから中継用無線機５１Ｂの無線ゾーンへ移動する場合である。この場合、電界強度検出手段２２０が動作して、無人作業装置１３Ｂから到来する受信電波の電界強度を継続して検出する。そして、無人作業装置１３Ｂが中継用無線機５１Ｃから遠ざかるとともに中継用無線機５１Ｂに近づくと、無人作業装置１３Ｂの作業用無線機１３１Ｂに対する中継用無線機５１Ｃからの受信電界強度が低下し、同時に作業用無線機１３１Ｂに対する中継用無線機５１Ｂからの受信電界強度が高くなる。この時、電界強度検出手段２２０が検出する電界強度は制御部２２１で監視されているため、中継用無線機５１Ｃからの受信電界強度が設定値以下になるとともに、中継用無線機５１Ｂからの受信電界強度が設定値以上になると、今まで通信状態にあった中継用無線機５１Ｃと作業用無線機１３１Ｂとの間の通信回線が切り離され、同時に中継用無線機５１Ｂと作業用無線機１３１Ｂとの間の通信回線が確立されるように、制御部２２１が作業用無線機１３１Ｂの送受信部２１２を制御する。

すなわち、作業道路７を走行するダンプトラック１３Ｂ等の無人作業装置を無線中継回線５のアクセスポイントである中継用無線機５１Ｂに自動的に接続するためのローミングを行わせることができる。
これにより、無人作業装置１３Ｂの撮像カメラ２１６で撮像された映像信号は、作業用無線機１３１Ｂから中継用無線機５１Ａを通して制御所１に送信され、更に、信号処理装置１０１を通してモニター２７に出力され、撮像カメラ５１７で撮像された映像が表示される。したがって、このモニター画像を見ることにより、無人作業装置１３Ｂの運行状況を監視できる。

また、制御部２２１は、無線中継回線５の無線ゾーンが拡大するために中継用無線機の増設を促すように案内する報知機能を備える。すなわち、無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂに設けた電界強度検出手段２２０が中継用無線機５１Ａまたは５１Ｂ，５１Ｃから送信される信号に基づいて電界強度を検出する場合において、無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂがこれら中継用無線機５１Ａまたは５１Ｂ，５１Ｃの無線ゾーンを越えて移動する時、いずれの中継用無線機５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃから送信されを信号の電界強度を電界強度検出手段２２０で検出しても、その電界強度は、いずれも設定値以下であるとして制御部２２１が判断する。これに伴い、制御部２２１は、無線中継回線５の無線ゾーンを拡大させるのに必要な中継用無線機の増設を促す案内情報を制御所１に報知する。
すなわち、作業場所３において、無人作業装置９または１１が中継用無線機５１Ｃの無線ゾーン外へ移動することにより情報の伝送に支障を来たす場合、無人作業装置９または１１の電界強度検出手段２２０が検出した中継用無線機５１Ｃからの送信される信号の電界強度が設定値以下であることを制御部２２１で判断し、中継用無線機の増設が必要である旨の案内情報を制御所１に設けた前記モニターと別の図示省略のモニターに表示する。例えば、中継用無線機５１Ｃと無線通信が可能な別の中継用無線機を中継用無線機５１Ｃから離間して設置するように指示すればよい。
このように無線中継回線５を構成する中継用無線機を増設するだけで、無線中継回線５の無線ゾーンを無人作業装置の作業領域の拡大に応じて任意に拡張することができる。

このような本実施例１にかかる遠隔通信システムによれば、制御所１と作業場所３との間に複数の中継用無線機５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃを互いに隣り合う無線ゾーン内で送受信が可能な距離をおいて配置することにより無線ＬＡＮ方式の無線中継回線５を構築し、無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂの作業用無線機９１，１１１，１３１Ａ，１３１Ｂが無線中継回線５と無線通信が可能な無線ゾーン内にある中継用無線機５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃとの間での通信ができるようにアクセス可能にし、そして、中継用無線機５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃと作業用無線機９１，１１１，１３１Ａ，１３１Ｂとの間は送受信手段と第１のアンテナにより映像情報や作業データ及び制御情報等を無線チャネルを利用して送受信するとともに、無線ゾーンが互いに隣り合う中継用無線機同士間では送受信手段と第２のアンテナにより映像情報や作業データ及び制御情報等を前記無線チャネルと異なる無線チャネルを利用して送受信するようにしたので、作業機械などの無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂが作業を行う作業場所３と無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂに対する制御所１との間に電波障害物があっても、及び制御所１から遠く離れて無線ゾーンを大幅に越える場所や作業機械の運搬通路が狭隘で曲がりくねっていて無線による作業機械の遠隔操作が不能なエリアであっても、これに関係なく、無線ゾーンの限定された無線機を利用して作業機械などの無人作業装置と制御所１との間の通信を確実かつ容易に行うことができる。

また、無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂの作業用無線機９１，１１１，１３１Ａ，１３１Ｂは電界強度検出手段２２０を備えているので、無人作業装置９，１１，１３Ａ，１３Ｂと無線中継回線５の中継用無線機５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃとの間の遠隔操作距離を把握することができ、これにより、無線中継回線５のアクセスポイントへの中継用無線機の設置を適宜行うことができる。
また、制御部２２１は、いずれの中継用無線機５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃから送信された信号の電界強度を電界強度検出手段２２０で検出しても、その電界強度は、いずれも設定値以下であるとして判断し、無線中継回線５の無線ゾーンを拡大させるのに必要な中継用無線機の増設を促す案内情報を制御所１に報知するようにしたので、無線中継回線５を構成する中継用無線機を増設するだけで、無線中継回線５の無線ゾーンを無人作業装置の作業領域の拡大に応じて任意に拡張することができる。

また、無線中継回線５の中継用無線機５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃに電力を供給する電源装置に二次電池電源を利用することにより、無線中継回線５のアクセスポイントへの中継用無線機の設置及び撤去が容易になる。
また、本実施例１によれば、ダンプトラック１３Ｂ等の無人作業装置の作業用無線機が無線中継回線５のアクセスポイントである中継用無線機に自動的に接続するためのローミング機能を備えるため、ダンプトラック１３Ｂ等のような運搬機械を目的とする場所に何らの無線障害を生じさせることなく、円滑かつ確実に遠隔制御することができる。

なお、実施例１では、前記無人作業装置及び制御所と無線中継回線との間でなされる無線通信が２．４ＧＨｚ帯のＳＳ無線でなされるものとして説明したが、前記無線通信の帯域や形式は任意である。

本発明方法を適用した無人作業装置の遠隔通信システムの実施例１における全体の概略構成図である。 本実施例１における無線中継回線の制御所側中継用無線機の一例を示すブロック図である。 本実施例１における無線中継回線の中間に位置する中継用無線機の一例を示すブロック図である。 本実施例１における無線中継回線の作業場所側中継用無線機の一例を示すブロック図である。 本実施例１における作業用無線機の一例を示すブロック図である。

符号の説明

１……制御所、３……作業場所、５……無線中継回線、５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ……中継用無線機、９，１１，１３Ａ，１３Ｂ……無人作業装置、９１，１１１，１３１Ａ，１３１Ｂ……作業用無線機、３１，３３，３５，３７，３９，４１，４２……操作盤、１９，２１，２３，２５，２７，２９，３０……モニター、５１Ａ４，５１Ｂ７，５１Ｃ４，２１６……撮像カメラ、２１１，５１Ａ１，５１Ａ２，５１Ｂ１，５１Ｂ２，５１Ｂ３，５１Ｂ４，５１Ｃ１，５１Ｃ２，２１１……アンテナ、５１Ａ３，５１Ｂ２，５１Ｂ５，５１Ｃ３……送受信・変復調部、５１Ａ７，５１Ｂ１０，５１Ｃ８……電源装置、２１２……送受信部、２１３……変復調部、２１７……検出手段、２１８……信号処理部、２２０……電界強度検出手段、２２１……制御部、１０１……信号処理装置、１０２……集線装置。

Claims (11)

1. 制御所と、前記制御所から離れた作業場所で作業する無人作業装置との間で無線通信により情報の双方伝送を可能にする無人作業装置の遠隔通信システムにおいて、
   前記制御所と前記作業場所との間に複数の中継用無線機を互いに隣り合う無線ゾーン内で送受信が可能な距離をおいて配置することにより無線ＬＡＮ方式の無線中継回線を構築し、
   前記無人作業装置には該無人作業装置に搭載された撮像カメラと、前記無人作業装置に搭載され前記撮像カメラで撮像された映像情報や前記無人作業装置の作業データ及び前記制御所からの前記無人作業装置の無人運転用制御情報とを送受信する作業用無線機とが装備され、
   前記制御所には前記無人作業装置を遠隔操作する操作盤と、前記無人作業装置の前記撮像カメラで撮像された映像を表示するモニターと、前記中継用無線機の１つに通信ケーブルを介して接続され前記操作盤からの制御情報を送出可能な信号に変換して前記１つの中継用無線機に送出するとともに前記１つの中継用無線機を通して送られてくる前記撮像カメラの映像を表示可能な信号に変換して前記モニターに出力する信号処理手段とが設けられ、
   前記複数の中継用無線機は、該中継用無線機と前記作業用無線機との間で前記映像情報や作業データ及び前記制御情報を前記中継用無線機に設けられた第１のアンテナを介して所定の無線チャネルで送受信するとともに、無線ゾーンが互いに隣り合う前記中継用無線機同士間で前記映像情報や作業データ及び前記制御情報を該中継用無線機に設けられた第２のアンテナを介して前記無線チャネルと異なる無線チャネルで送受信する送受信手段を備え、
   前記作業用無線機は前記無線中継回線と無線通信が可能な無線ゾーン内にある前記中継用無線機との間で通信が可能なようにアクセスされる、
   ことを特徴とする無人作業装置の遠隔通信システム。
2. 前記複数の作業用無線機は、前記中継用無線機から送信される信号の電界強度を検出する検出手段と、前記無人作業装置が前記１つの中継用無線機の無線ゾーンから外れて他の中継用無線機の無線ゾーンへ移動する時の前記検出手段で検出された電界強度を監視し、前記電界強度が予め決めた設定値以下となる側の前記１つの中継用無線機と前記作業用無線機との通信回線を切り離し、前記電界強度が予め決めた設定値以上となる側の前記他の中継用無線機と前記作業用無線機との通信回線が確立されるように前記作業用無線機を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項１記載の無人作業装置の遠隔通信システム。
3. 前記制御所の操作盤は、前記無人作業装置に搭載された前記撮像カメラの撮影方向及びレンズズーミングの少なくとも一方を遠隔制御する機能を備えることを特徴とする請求項１記載の無人作業装置の遠隔通信システム。
4. 前記複数の中継用無線機は該中継用無線機の設置周囲を撮像する撮像カメラを備え、前記制御所に前記撮像カメラで撮像された映像を表示する監視用モニターが設けられ、前記撮像カメラで撮像された映像情報は前記送受信手段及び前記第２のアンテナにより前記無線中継回線を経由して前記制御所に送信され、前記監視用モニターに表示されるように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の無人作業装置の遠隔通信システム。
5. 前記制御所は、前記中継用無線機毎に設けられ該中継用無線機の撮像カメラの撮影方向及びレンズズーミングの少なくとも一方を遠隔制御するカメラ操作盤を備えることを特徴とする請求項４記載の無人作業装置の遠隔通信システム。
6. 前記中継用無線機は二次電池電源及び商用電源のいずれか一方を備えることを特徴とする請求項１記載の無人作業装置の遠隔通信システム。
7. 制御所から離れた作業場所で作業する無人作業装置との間で無線通信により情報の双方伝送を可能にする無人作業装置の遠隔通信方法であって、
   前記制御所と前記作業場所との間に複数の中継用無線機を互いに隣り合う無線ゾーン内で送受信が可能な距離をおいて配置することにより無線ＬＡＮ方式の無線中継回線を構築し、
   前記無人作業装置に撮像カメラと、前記撮像カメラで撮像された映像情報や前記無人作業装置の作業データ及び前記制御所からの前記無人作業装置の無人運転用制御情報とを送受信する作業用無線機を装備し、
   前記制御所に前記無人作業装置を遠隔操作する操作盤と、前記無人作業装置の前記撮像カメラで撮像された映像を表示するモニターとを設け、
   前記複数の中継用無線機は送受信手段を備え、前記中継用無線機と前記作業用無線機との間で前記映像情報や作業データ及び前記制御情報を前記送受信手段及び第１のアンテナにより所定の無線チャネルで送受信するとともに、無線ゾーンが互いに隣り合う前記中継用無線機同士間で前記映像情報や作業データ及び前記制御情報を前記送受信手段及び第２のアンテナにより前記無線チャネルと異なる無線チャネルで送受信し、
   前記作業用無線機は前記無線中継回線と無線通信が可能な無線ゾーン内にある前記中継用無線機との間での通信が可能なようにアクセスされる、
   ことを特徴とする無人作業装置の遠隔通信方法。
8. 前記中継用無線機から送信される信号の電界強度を検出手段で検出し、前記無人作業装置が前記１つの中継用無線機の無線ゾーンから外れて他の中継用無線機の無線ゾーンへ移動する時の前記検出手段で検出された電界強度を監視し、前記電界強度が予め決めた設定値以下となる側の前記１つの中継用無線機と前記作業用無線機との通信回線を切り離し、前記電界強度が予め決めた設定値以上となる側の前記他の中継用無線機と前記作業用無線機との通信回線が確立されるように前記作業用無線機を制御手段により制御することを特徴とする請求項７記載の無人作業装置の遠隔通信方法。
9. 前記複数の中継用無線機は該中継用無線機の設置周囲を撮像する撮像カメラを備え、前記制御所に前記撮像カメラで撮像された映像を表示する監視用モニターが設けられ、前記撮像カメラで撮像された映像情報は前記送受信手段及び前記第２のアンテナにより前記無線中継回線を経由して前記制御所に送信され、前記監視用モニターに表示されるようにしたことを特徴とする請求項７または８記載の無人作業装置の遠隔通信方法。
10. 前記中継用無線機は二次電池電源及び商用電源のいずれか一方を備えることを特徴とする請求項７記載の無人作業装置の遠隔通信方法。
11. 前記制御手段は、前記検出手段で検出された電界強度が前記いずれの中継用無線機から送信される信号に対しても設定値以下と判断した時、前記無人作業装置の作業領域の拡大に合わせて前記無線中継回線の無線ゾーンが拡大されるように前記中継用無線機の増設を促す案内を前記制御所に報知する機能を備えることを特徴とする請求項７記載の無人作業装置の遠隔通信方法。
    

Images