JP2013150233A

JP2013150233A - 重機車両の遠隔操作システム

Info

Publication number: JP2013150233A
Application number: JP2012010815A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ito; 崇伊藤; Hideki Hanami; 英樹花見; Hirotaka Yasue; 弘貴安江
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2012-01-23
Filing date: 2012-01-23
Publication date: 2013-08-01

Abstract

【課題】遠隔操作システムにおいて遠隔操作不能といった異常事態に際して、重機車両及び車両の周囲の安全性を向上させた重機車両の遠隔操作システムを提供する。
【解決手段】本発明においては、通信装置、通信装置とケーブルで接続される車両制御装置、車両制御装置に接続される入出力装置、入出力装置からの制御信号によって動作する操作機器を搭載機器として備える重機車両を、遠隔からの遠隔操作要求に応じて操作するための重機車両の遠隔操作システムにおいて、搭載機器の異常を検知して操作機器を直ちに停止する非常停止運転モードと、搭載機器の異常を検知して操作機器による所定の安全確保動作を実行した後に停止する安全停止運転モードとを備え、異常の内容に応じて処理することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、通信を用いて遠隔から重機車両を操作する遠隔操作システムに係り、特に対象重機車両及び周辺の安全性の向上を図ることができる重機車両の遠隔操作システムに関する。

従来、通信を用いて遠隔から車両を操作する遠隔操作システムが考えられおり、安全性を確保、向上させるための方法が考えられている。

例えば特許文献１では、車両の車内もしくは、車両の周辺に人または動物の有無を判別して遠隔操作指令の実行許可を判断する。特許文献２では、車両ユーザと車両との間の距離が短いほど遠隔操作実行時に稼動するフェールセーフ項目が減ってフェールセーフ基準が緩やかになるように、車両ユーザと車両との間の距離に応じて遠隔操作実行時のフェールセーフ基準を変更することで、最適化されたフェールセーフ機能を提供する。

また、通信装置や制御装置といった機器の異常や、無線通信において電波が何らかの障害物で遮断される事により遠隔操作が不能になった場合は、車両及び車両に搭載されるモーターやポンプといった遠隔操作対象となる全ての機器を停止させる非常停止回路を設ける方法が考えられる。

特願２００５−１２３７０７号公報特許第４５０１７１９号公報

しかしながら、重機車両を遠隔操作させる場合には、遠隔操作が不能になったときに車両搭載の全ての機器を停止させる事が必ずしもフェールセーフ動作とならない場合がある。

例えば、ダンプカーで荷台から土砂を下ろす作業を遠隔操作する場合、遠隔操作不能となった時には、荷台を元に戻してから停止する方が安全である場合がある。

一方で、荷台を元に戻す動作のために、停止までに一定の時間が必要となるため、作業現場の状況によっては荷台を元に戻さない方が安全な場合もあり得る。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、遠隔操作システムにおいて遠隔操作不能といった異常事態に際して、重機車両及び車両の周囲の安全性を向上させた重機車両の遠隔操作システムを提供する事を主たる目的とする。

以上のことから本発明においては、通信装置、通信装置とケーブルで接続される車両制御装置、車両制御装置に接続される入出力装置、入出力装置からの制御信号によって動作する操作機器を搭載機器として備える重機車両を、遠隔からの遠隔操作要求に応じて操作するための重機車両の遠隔操作システムにおいて、搭載機器の異常を検知して操作機器を直ちに停止する非常停止運転モードと、搭載機器の異常を検知して操作機器による所定の安全確保動作を実行した後に停止する安全停止運転モードとを備え、異常の内容に応じて処理することを特徴とする。

また車両制御装置は、通信装置を介して得た遠隔からの遠隔操作要求に応じて操作機器を操作する制御回路と、非常停止運転モードでの処理を実行する非常停止回路と、安全停止運転モードでの処理を実行する安全停止回路とを備えることを特徴とする。

また重機車両は各所に異常検知手段を備えており、制御回路は異常検知手段の出力に応じて非常停止回路と安全停止回路のいずれかによる停止操作を行なわしめることを特徴とする。

また重機車両は各所に異常検知手段を備えており、異常検知手段の種別に応じて非常停止回路と安全停止回路のいずれかによる停止操作が決定されていることを特徴とする。

本発明によれば、非常時に複数の停止モードを備えることにより安全性の高い重機車両の遠隔操作システムを提供する事ができる。

安全停止回路を具備した重機車両の遠隔操作システムのブロック図。非常停止回路、安全停止回路の入力、内部処理、出力の関係を示した図。停止操作を決定するための処理フローチャートの一例を示す図。安全停止処理の具体的な処理内容を示す処理フローチャートの一例を示す図。非常停止回路の機能確認のための検出回路の例を示した図。複数の車両を同時操作する遠隔操作システムの構成例を示す図。光ケーブルにより重機車両の遠隔操作を実現するシステム構成例を示す図。

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。

まず本発明の一実施例に係る重機車両遠隔操作システム及び該システムにおいて用いられる制御装置及び通信装置について説明する。

図１は、安全停止回路を具備した重機車両の遠隔操作システムのブロック図の一例である。重機車両Ｗは例えばコンクリートポンプ車であり、車両後部に設置された５つの間接部を持つブームの上下操作や、ブーム先端からのコンクリートの注入操作等を遠隔地から行う。

重機車両Ｗ（コンクリートポンプ車）を上記のように操作する為の遠隔操作システムは、遠隔地より操作を行うための車両コントローラ１と、車両コントローラ１とケーブルで接続される通信装置２と、遠隔操作対象となる重機車両Ｗに搭載された搭載機器とから構成される。

重機車両Ｗに搭載された搭載機器としては、通信装置２と無線通信を行うための通信装置３と、通信装置３とケーブルで接続される車両制御装置ＣＰＵと、車両制御装置ＣＰＵに接続される入出力装置１２と、入出力装置１２から出力される制御信号によって動作する操作機器７（コンクリートを注入させるためのポンプやブームを上下動作させるためのモーター）を含む。

通信装置２と通信装置３はアンテナ及び無線アクセスポイントで構成され、例えばＩＥＥＥ８０２．１１規格による無線通信を行う。このとき、メモリ転写方式を用いることで、通信の応答性の確保を図る。通信装置２と通信装置３の通信は、距離が短く、ケーブル接続が可能な環境の場合には有線通信を用いてもよい。

車両制御装置ＣＰＵは、制御回路６と、非常停止回路５と、安全停止回路４を具備する。このうち、制御回路６は通信装置２、３を介して車両コントローラ１から伝送された操作信号を受けて入出力装置１２を介して重機車両Ｗに搭載されるポンプやモーター等の操作機器７に制御信号を出力する。

さらに本発明の遠隔操作システムは、図１に図示していないが危険状態を検知するための各種の検出手段を備えている。例えば車両コントローラ１及び重機車両Ｗに搭載される非常用停止ボタンを備える。また遠隔操作システム各部の異常を検出する異常検出手段を備える。更には、車両周囲の障害物の有無を判断する障害物センサを備える。

図１の車両制御装置ＣＰＵに搭載された非常停止回路５および安全停止回路４は、これらからの信号を基にして以後の危険回避や安全確保の処理を実行する。

図２は非常停止回路５および安全停止回路４の入力、内部処理、出力の関係を対比して示した図である。まず非常停止回路で５は、車両コントローラ１及び重機車両Ｗに搭載される非常用停止ボタンが押されると、非常停止動作のための処理を実行し、車両に対して非常停止信号を出力する。この場合の出力はアナログ出力、ディジタル出力ともに値をゼロにすることで、入出力装置１２から出力される制御信号によって動作する操作機器７を停止状態あるいは初期状態とする。例えば、コンクリートを注入させるためのポンプや、ブームを上下動作させるためのモーターを直ちに停止する。

これに対し安全停止回路４では、異常検出手段からの異常検出信号によってシステムを構成する機器の異常を検出すると、まず安全停止動作の処理実行後に非常停止動作のための処理を実行する。この二段階処理のため、入出力装置１２から出力される制御信号によって動作する操作機器７は、まず安全停止信号による動きを行った後に停止状態あるいは初期状態とする。

この場合の第一段階でのアナログ出力、ディジタル出力は、安全停止の動作処理実行により暫時有意の数値状態にあり、その後ともに値をゼロにすることで、入出力装置１２から出力される制御信号によって動作する操作機器７を停止状態あるいは初期状態とする。これにより例えば、コンクリートを注入させるためのポンプやブームを上下動作させるためのモーターを停止する前に、安全停止処理としてコンクリートの排出を停止し、あるいはブームの折りたたみ処理を実行する。これらの安全停止処理の具体内容については適宜の用途や場面で適切に設定される必要がある。

なお以上の説明では、非常停止回路５の入力として非常用停止ボタンの例を示したが、それ以外にも異常検出手段からの信号、車両周囲の障害物の有無を判断する障害物センサからの信号によってトリガがかけられるものであってもよい。また、安全停止回路４の入力についても、要望に応じて種々のものが採用可能である。これらの組み合わせは任意にすることができる。

また、制御回路６により異常検出信号を検知し、この内容により非常停止回路５および安全停止回路４のいずれを稼動させるのがよいか、適宜判断実行せしめることも可能である。さらに制御回路６において安全停止のための動作内容を適宜決定するように構成することもできる。

要するにこれら検出手段により検知された状態のときに直ちに停止すべきであれば非常停止回路５の入力として採用され、停止前に安全動作を優先させるべきであれば安全停止回路の入力に用いればよい。本発明ではいずれの対応も取れるように構成されている点に特徴がある。

図３は遠隔操作システムの車両制御装置ＣＰＵにおける停止操作を決定するための処理フローチャートの一例を示す図である。この判断事例では、最初に処理ステップＳ１００において非常停止ボタンを確認する。ボタンが押されたときには処理ステップＳ１０１において直ちに非常停止処理を実行する。

ボタンが押されていないときには、処理ステップＳ１０２において異常検出手段を確認する。異常検出がされており、この状態で障害物センサの状態を確認（処理ステップＳ１０３）し障害ありとされたときには処理ステップＳ１０１に移り、直ちに非常停止処理を実行する。

処理ステップＳ１０２において異常検出がされており、この状態で処理ステップＳ１０３の障害物センサの状態が障害なしとされたときには、処理ステップＳ１０４に移り、安全停止処理を実行する。なお、安全停止処理には最終停止処理を含む。

なお、処理ステップＳ１０２において異常検出がされないときには通常運転処理を実行する。

図４は安全停止処理の具体的な処理内容を示す処理フローチャートの一例を示す図である。ここでは要するに、コンクリートを注入させるためのポンプやブームを上下動作させるためのモーターを停止する前に、安全停止処理としてコンクリートの排出を停止し、あるいはブームの折りたたみ処理を実行する。

この事例では、安全停止が指示されたときにまず処理ステップＳ１１０において、注水量をゼロとするためのアナログ出力を与え、処理ステップＳ１１１において第１段ブームの移動速度を第１段設定値とするアナログ出力を与え、処理ステップＳ１１２においてブームダウンさせて収納を確認する。処理ステップＳ１１１と処理ステップＳ１１２の操作を次に第２段ブームに対して実行し、これを繰り返して処理ステップＳ１１３で全ての段のブームの収納処理を実施する。処理ステップＳ１１４ではブームの移動速度をゼロとする。

処理ステップＳ１１５ではブームの収納を判定し、収納完了していれば処理ステップＳ１１６で停止処理完了とする。収納完了していなければ、処理ステップＳ１１７で主導操作のために待機する。

遠隔操作システムで非常用停止回路５を構成する場合には、非常停止回路５が正常に機能している事を確認するために検出回路を設けるのがよい。検出回路の例を、図５を用いて説明する。図５は非常停止回路のリードバック回路の例である。

リードバック回路は、入出力装置１２に実装される出力基板１１２と入出力基板１１３とから構成される。非常停止信号は、正常時は０（ＯＦＦ）、異常時は１（ＯＮ）のディジタル信号である。車両搭載の操作機器７へ制御信号を出力する出力基板２に不具合が発生すると、操作機器７へ非常停止信号を出力する事ができなくなる。

これを検出するために、非常停止信号がＯＮとなった場合、出力基板１１２によって、リレー１１４のコイルが励磁され、リレー１１４のａ接点（常開接点）１１４ａがＯＮとなり入力基板１１３を介してＯＮ状態が車両制御装置ＣＰＵに取り込まれる。逆に非常停止信号がＯＦＦとなる正常状態の場合は、リレー１１４のコイルが無励磁となり入力基板１１３を介してＯＦＦが車両制御装置ＣＰＵに取り込まれる。

この出力基板１１２から出力される直前の車両制御装置ＣＰＵのメモリＭ１の値と、リレー１１４を介して入力基板から取り込まれた直後のメモリＭ２の値を比較する。２つの値が異なる場合はリードバック異常として、車両制御装置ＣＰＵ及び遠隔制御装置に搭載される警報を発報し、遠隔操作者に非常停止回路の異常を知らせる。

この時２つの値は制御装置の演算周期及び入出力装置１２のサンプリング周期により、出力信号が変化した場合、入力基板直後の値が少し遅れることになるため、この遅れを考慮して比較する事で不要な警報発報を防いでいる。

図６は、複数の車両を同時操作する遠隔操作システムの構成図である。遠隔制御装置２０及び、中継局２６〜２８を設け、それらがＨＵＢ２９を介して接続する事で、複数の作業場所２１，２２，２３に設置される複数の重機車両Ｗ１，Ｗ２の遠隔操作を実現している。中継局２６〜２８は、無線アンテナ及びアクセスポイント及びアクセスポイントと通信ケーブルで接続された有線通信装置を備える。

図６では、別の作業場所（２１，２３）に異なる重機車両（Ｗ１，Ｗ２）が設置されているが、１つの中継局からの無線通信範囲である１つの作業場所に複数の種類の重機車両を設置可能である。遠隔制御装置２０を複数設置する事で、複数の遠隔地から遠隔操作する事が可能である。

この場合、常に単一の遠隔コントローラ（例えば１Ａ）が先着優先で遠隔操作権を持ち、他の遠隔コントローラ（例えば１Ｂ）から同一の重機車両を遠隔操作できないように排他制御回路を設け、安全性を考慮している。

排他制御回路は、例えば車両コントローラ１Ａに搭載されるホーンボタンを３秒以上押すこと事で、そのコントローラが操作権を獲得し、他の車両コントローラが同様の方法で操作権を獲得するまで、コントローラ１Ａ以外から操作不能とする回路を車両制御装置が備える。

図７は、光ケーブルを用いて作業場所からより離れた場所からの重機車両の遠隔操作を実現するシステム構成の例である。この場合、現場及び重機車両Ｗに設置される遠隔監視手段によって遠隔操作を実現する。本システムは中継局４０に光通信と電気通信を変換させるメディアコンバータ４２を備える事で、光通信を可能としている。なお、手元の遠隔操作ボックス３０には、メディアコンバータ４２に対応するメディアコンバータ３５、入出力装置３２と計算機３３を備える遠隔制御装置が備えられる。

以上本発明の実施例について説明したが、この概要を整理すると以下のようである。まず本発明の実施例では、遠隔操作者からの遠隔操作要求に応じて車両に所定の操作を実行させる重機車両遠隔操作方法であって、重機車両もしくは通信装置及び車両制御装置の異常を検出する異常検出手段と、異常検出手段により異常を検出した際に、重機車両の緊急停止を行う非常停止回路と、重機車両が安全に停止するための車両動作制御を行ったのちに停止させる安全停止回路とを備える。

要するに異常時に直ちに停止する停止運転モードと、所定の安全確保動作を実行した後に停止する安全停止運転モードとを備え、これらを適宜選択運用する考えである。またこれらモードの選択に関し、ワイアードロジック回路により異常検知信号の種別に対応して一義的に決定することが可能である。また、制御回路が複数の異常検知信号の組み合わせから現在おかれている異常状態を判別して、モード選択するようにすることができる。更にその際、安全停止の処理内容を最適に決定することもできる。

なお異常検出手段は、例えば、制御装置の自己診断機能、あるいは、制御装置から車両へ出力される制御信号と前記制御信号のループバック信号とを比較する事で入出力装置異常を検出するものを採用することができる。

また非常停止回路は、遠隔操作対象となる重機車両搭載のモーターもしくはポンプ等の機器を、機器の異常を検出、もしくは非常停止ボタンを押した場合に、全て停止状態とする信号を出力する。

さらに安全停止回路は、車両及び車両搭載機器を停止する際に安全な状態とするための、制御信号を出力する。なお、安全な状態は遠隔操作対象となる重機車両によって異なる。例えば、ダンプカーを停止させる場合は、荷台を収納させた後に停止させる。

また車両制御回路、及び非常停止回路、安全停止回路は、異なる方法によって実現される事が望ましい。例えば、車両制御回路をＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ、シーケンサ）によるソフト回路によって実現し、非常停止回路及び安全停止回路は別の電気回路や電子回路基板によって実現する事で、それぞれの回路に不具合が起きた場合に他の回路の機能を維持する事が可能となる。

本発明によれば、事故現場等の過酷環境下や、爆発等が懸念される危険な可能性のある環境下で作業する重機車両を遠隔操作に利用できる。

１：車両コントローラ
２，３：通信装置
４：安全停止回路
５：非常停止回路
６：制御回路
７：操作機器
１２：入出力装置
CPU:車両制御装置
Ｗ：重機車両

Claims

通信装置、該通信装置とケーブルで接続される車両制御装置、該車両制御装置に接続される入出力装置、該入出力装置からの制御信号によって動作する操作機器を搭載機器として備える重機車両を、遠隔からの遠隔操作要求に応じて操作するための重機車両の遠隔操作システムにおいて、
前記搭載機器の異常を検知して前記操作機器を直ちに停止する非常停止運転モードと、前記搭載機器の異常を検知して前記操作機器による所定の安全確保動作を実行した後に停止する安全停止運転モードとを備え、前記異常の内容に応じて処理することを特徴とする重機車両の遠隔操作システム。
請求項１記載の重機車両の遠隔操作システムにおいて、
前記車両制御装置は、前記通信装置を介して得た遠隔からの遠隔操作要求に応じて前記操作機器を操作する制御回路と、前記非常停止運転モードでの処理を実行する非常停止回路と、前記安全停止運転モードでの処理を実行する安全停止回路とを備えることを特徴とする重機車両の遠隔操作システム。
請求項２記載の重機車両の遠隔操作システムにおいて、
前記重機車両は各所に異常検知手段を備えており、前記制御回路は前記異常検知手段の出力に応じて前記非常停止回路と安全停止回路のいずれかによる停止操作を行なわしめることを特徴とする重機車両の遠隔操作システム。
請求項２記載の重機車両の遠隔操作システムにおいて、
前記重機車両は各所に異常検知手段を備えており、該異常検知手段の種別に応じて前記非常停止回路と安全停止回路のいずれかによる停止操作が決定されていることを特徴とする重機車両の遠隔操作システム。