JP2013204260A - 車両の遠隔操作装置、車両及び車両の遠隔操作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】転倒や干渉に関する車両の状態をオペレータにフィードバックすることができる車両の制御装置及びその方法を提供する。
【解決手段】車両を操作するための操作部２１と、前記車両から得られる前記車両に関するパラメータに基づいて、前記操作部２１に加える負荷荷重指令を算出し、前記操作部２１へ出力する操作制御部２２とを備える車両の遠隔操作装置１００であって、前記操作制御部２２は、前記車両の防止すべき特定状態に対する余裕度を算出する余裕度算出部と、前記余裕度を小さくする操作がされた場合に、前記余裕度に応じて、前記操作を妨げるように前記操作部２１に加える負荷荷重指令を生成する負荷荷重指令部とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両の遠隔操作装置、該遠隔操作装置によって操作される車両、並びに、車両の遠隔操作方法に関する。

油圧ショベル、ブルドーザ、ホイールローダ、ダンプトラック等の重機は、作業現場の危険性等の理由から、オペレータが重機に乗車せず、無線等を使った遠隔操作により、重機を操作し、作業を行うことがある。

遠隔操作される重機においては、誤操作や危険の察知の遅れ等によって、重機がバランスを崩し、転倒してしまうおそれがあった。

このような重機の転倒を防止する技術として、例えば、特許文献１には、重機全体の重心が転倒支点に対して安全域にあるか転倒域にあるかを判定する技術が開示されている。この技術では、安定域から転倒域に急変する場合であっても、このように急変する直前にブーム、アーム、バケットの回動を停止可能としている。

実開平６−７４６６１号公報

しかしながら、特許文献１の転倒防止装置では、オペレータに車両の状態が伝わらないため、転倒域から安全域への復旧するための操作に時間がかかってしまう場合があり、作業効率が落ちるおそれがあった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、車両の状態をオペレータにフィードバックすることができる車両の遠隔操作装置、該遠隔操作装置のよって操作される車両、並びに、車両の遠隔操作方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明は、車両を操作するための操作部と、前記車両から得られる前記車両に関するパラメータに基づいて、前記操作部に加える負荷荷重指令を算出し、前記操作部へ出力する操作制御部とを備える車両の遠隔操作装置であって、前記操作制御部は、前記車両の防止すべき特定状態に対する余裕度を算出する余裕度算出部と、前記余裕度を小さくする操作がされた場合に、前記余裕度に応じて、前記操作を妨げるように前記操作部に加える負荷荷重指令を生成する負荷荷重指令部とを有することを特徴としている。

このような構成によれば、防止すべき特定状態に対する余裕度を小さくする操作がされた場合に、操作部に対し、そのような操作を妨げる負荷荷重をかけることができ、オペレータは、操作部を通じて車両の状態を体感で把握することができる。

前記遠隔操作装置において、前記余裕度算出部は、前記車両におけるゼロモーメントポイントの座標を算出するゼロモーメントポイント座標算出部と、前記車両の接地領域から車両姿勢安定領域を算出するとともに、前記接地領域における中心点から前記ゼロモーメントポイントまでの距離、及び、前記中心点から前記中心点と前記ゼロモーメントとを通過する直線の前記車両姿勢安定領域の外縁との交点までの距離に基づいて、車両の安定性についての前記余裕度である車両姿勢安定余裕度を算出する車両姿勢安定余裕度算出部とを有し、前記負荷荷重指令部は、予め設定された前記車両姿勢安定余裕度と負荷荷重との関係を表す関数によって、前記負荷荷重指令を生成する第一負荷荷重指令部を有することを特徴としている。

このような構成によれば、車両の安定性についての余裕度をゼロモーメントポイントから算出することができ、余裕度に応じた負荷荷重を操作部に加えることができる。

前記の遠隔操作装置において、前記余裕度算出部は、前記車両に関するパラメータに基づいて、前記車両の動作を推定して他の車両との干渉の有無を判定し、干渉有と判定した場合、干渉が発生し得る干渉位置と、干渉についての前記余裕度である干渉余裕度として干渉発生までの猶予時間とを出力する干渉余裕度算出部を有し、前記負荷荷重指令部は、予め設定された前記干渉余裕度と負荷荷重との関係を表す関数によって、前記負荷荷重指令を生成する第二負荷荷重指令部を有することを特徴としている。

このような構成によれば、他の車両との干渉についての余裕度を、干渉までに要する時間から算出することができ、余裕度に応じた負荷荷重を操作部に加えることができる。

前記の遠隔操作装置において、前記車両はアームを有し、前記操作制御部は、前記アームの操作中に前記車両姿勢安定余裕度が所定の許容値以下になった場合に、前記アームの操作方向と逆方向に前記車両を動かす指令を生成する自律アシスト指令部を有することを特徴としている。

このような構成によれば、アームを有する車両についてアームの操作中によって余裕度が小さくなった場合、自律アシスト指令によって車両を動かすことで、余裕度を大きくすることができる。

前記の遠隔操作装置において、前記自律アシスト指令部は、オペレータの操作による前記アームの旋回量から前記車両の車両姿勢変化量を算出する車両姿勢変化量算出部と、前記オペレータによる操作による前記アームのリーチ増加量から前記車両の車両前進量を算出する車両前進量算出部と、前記車両姿勢変化量と前記車両前進量とに対応する前記車両のクローラ移動量を算出するクローラ移動量算出部と、前記クローラ移動量に応じて、自律的にクローラ部を移動させる指令を生成するクローラ自律移動指令生成部とを有することを特徴としている。

このような構成によれば、アームの旋回量及びリーチ増加量からクローラ移動量を算出し、該クローラ移動量に基づいて車両を自律的に動かすことができるため、確実にアームの操作による重機の転倒及び干渉を防ぐことができる。

車両であって、前記アームと、前記遠隔操作装置に対し、前記車両に関するパラメータを送信する通信部と、前記遠隔操作装置から操作指令を受信するコントローラとを備え、前記遠隔操作装置からの操作指令によって遠隔操作されることを特徴としている。

このような構成によれば、転倒及び干渉を確実に防ぐことのできる車両を提供することができる。

車両の遠隔操作方法であって、車両から得られる前記車両に関するパラメータに基づいて、前記操作部に加える負荷荷重指令を算出し、前記操作部へ出力する車両の遠隔操作方法であって、前記車両の防止すべき特定状態に対する余裕度を算出し、前記余裕度を小さくする操作がされた場合に、前記余裕度に応じて、前記操作を妨げるように操作部に加える負荷荷重指令を生成することを特徴としている。

このような構成によれば、防止すべき特定状態に対する余裕度を小さくする操作がされた場合に、操作部に対し、そのような操作を妨げる負荷荷重をかけることができ、オペレータは、操作部を通じて車両の状態を体感で把握することができる。

本発明の車両の遠隔操作装置、該遠隔操作装置によって遠隔操作される車両、並びに、車両の遠隔操作方法によれば、防止すべき特定状態に対する余裕度を小さくする操作がされた場合にオペレータが操作部を通じて車両の状態を体感で把握することができ、即ち、車両の状態をオペレータにフィードバックすることができる。

本発明の第１実施形態に係る遠隔操作装置によって操作される重機の外観図である。 本発明の第１実施形態に係る重機及び遠隔操作装置のブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る遠隔操作装置の外観図である。 本発明の第１実施形態に係る遠隔操作装置における操作制御部のブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る遠隔操作装置における余裕度算出部及び負荷荷重指令部のブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る遠隔操作装置におけるブームの姿勢の算出の説明のための図である。 本発明の第１実施形態に係る遠隔操作装置におけるアーム各部の重心位置及びバスケットにかかる負荷の算出を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係る遠隔操作装置における重機の接地領域の算出及び車両姿勢安定余裕度を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係る遠隔操作装置における車両姿勢安定余裕度と負荷荷重の関係を表す関数である。 本発明の第２実施形態に係る遠隔操作装置における余裕度算出部及び負荷荷重指令部のブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る遠隔操作装置における干渉余裕度と負荷荷重の関係を表す関数である。 本発明の第３実施形態に係る遠隔操作装置における操作制御部のブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る遠隔操作装置における自律アシスト指令部のブロック図である。 本発明の第３実施形態に係る遠隔操作装置における車両動作の選択方法の説明図である。 本発明の第３実施形態に係る遠隔操作装置における変形例の説明図である。

以下、本発明に係る第１実施形態について図面を参照して説明する。
第１実施形態の遠隔操作装置１００は、重機１に対して操作指令を出力する操作部２１と、操作部２１に加える負荷荷重指令を生成する操作制御部２２と、重機１から重機１に関するパラメータを取得する通信部１２とを有する。

図１に、遠隔操作装置１００によって操作される重機１の外観図を示す。重機（車両
）１は、車体部２と、アーム３と、クローラ部４と、通信部２３とを備える。
車体部２とクローラ部４とは、旋回軸５を介してクローラ部４が車体部２に対して旋回可能となるように取り付けられている。
アーム３は、ブーム３１と、スティック３２と、バスケット３３とからなる（以下、アーム３各部と呼ぶ）。アーム３各部には油圧シリンダー７がそれぞれ備えられている（それぞれ、油圧シリンダー７ａ、７ｂ、７ｃとする）。
通信部１２は、車体部２に取り付けられ、遠隔操作装置１００と双方向通信を行う。

また、図１には図示していないが、図２に示すように、重機１は、遠隔操作装置１００からの入力される操作指令に基づいて、重機１を駆動させるコントローラ１１と、重機１に関するパラメータを計測、取得するセンサ６とを有する。

センサ６としては、具体的には、車体部２にそれぞれ搭載された重機１の位置座標を測定するＧＰＳ受信機６１と、オイラー角で表される重機１の姿勢を測定する３軸姿勢センサ６２とを採用している。また、旋回軸５には、旋回軸５の回転角を測定する回転角センサ６３が搭載されている。アーム３各部に備えられた各油圧シリンダー７には、それぞれ、対応する油圧シリンダー７のストロークを測定する油圧シリンダー用ストロークセンサ６４ａ、６４ｂ、６４ｃと、対応する油圧シリンダーの圧力を測定する油圧シリンダー用圧力センサ６５ａ、６５ｂ、６５ｃがそれぞれ搭載されている。

図２、図３に示すように、遠隔操作装置１００は、通信部２３と、操作制御部２２と、操作部２１とを有する。通信部２３は操作制御部２２と接続されており、操作制御部２２は、操作部２１と接続されている。

通信部２３は、重機１における通信部１２から、重機１に関するパラメータを受信する。そして、受信したパラメータを、操作制御部２２へ出力する。
操作部２１は、重機１に対する操作指令を生成し、出力する。操作部２１は、４つのレバー２１０を有し、オペレータによる該レバー２１０の操作により、重機１の移動方向と、重機１のアーム３各部の回転方向とについて、操作指令を生成する。操作部２１は、アーム３各部それぞれの回転方向についての操作指令を生成し、重機１へ出力する。

操作制御部２２は、通信部２３から入力された重機１に関するパラメータを取得し、取得したパラメータから、重機１における防止すべき特定状態に対する余裕度を算出する。そして、余裕度が小さくなるような操作がされた場合に、算出した余裕度に応じて、操作部２１へと加える負荷荷重を算出し、負荷荷重指令を生成し、操作部２１へ出力する。
ここで、本実施形態において、防止すべき特定状態とは、重機１の転倒を指す。

図４に示すように、操作制御部２２は、通信部２３から取得したパラメータを処理し、余裕度の算出に必要なパラメータを算出するパラメータ算出部２２１と、パラメータ算出部２２１にて算出したパラメータに基づいて余裕度を算出する余裕度算出部２２２と、余裕度算出部２２２で算出された余裕度に応じて操作部２１への負荷荷重指令を生成する負荷荷重指令部２２３とを有する。

図５に示すように、余裕度算出部２２２は、転倒に対する余裕度を算出するために、ゼロモーメントポイント座標算出部２２４と、車両姿勢安定余裕度算出部２２５とを有する。また、負荷荷重指令部２２３は、余裕度算出部２２２で算出された車両姿勢安定余裕度に応じて、操作部２１に加える負荷荷重指令を生成する第一負荷荷重指令部２２６を有する。

なお、図３に示すように、複数台の重機１を遠隔操作する場合、操作制御部２２に、複数の操作部２１を接続しても良い。

次に、本実施形態の遠隔操作装置１００における、負荷荷重指令の生成方法について、図面を適宜参照しながら、説明する。
図２において、まず、重機１における各センサ６が、重機１に関するパラメータをそれぞれ計測、取得し、重機１における通信部１２へ出力する。重機１における通信部１２は、各センサ６から入力された重機１に関するパラメータを、遠隔操作装置１００における通信部２３へ出力する。

遠隔操作装置１００における通信部２３は、重機１における通信部１２から入力された重機１に関するパラメータを取得する。遠隔操作装置１００における通信部２３は、取得した重機１に関するパラメータを操作制御部２２へ出力する。

操作制御部２２におけるパラメータ算出部２２１は、通信部２３から入力された重機１に関するパラメータから、必要なパラメータを算出する。本実施形態においてパラメータ算出部２２１は、重機１における車両の重心位置・姿勢と、アーム３各部の重心位置・姿勢と、バスケット３３にかかる負荷とを算出する。

パラメータ算出部２２１は、重機１における車両の重心位置を、ＧＰＳの測定値（Ｘ_ｐ、Ｙ_ｐ、Ｚ_ｐ）を用いて算出する。
また、パラメータ算出部２２１は、重機１における車両の姿勢を、３軸姿勢センサ６２の測定値を用いて算出する。ここで、３軸姿勢センサ６２の測定値は、例えば、Ｚ−Ｙ−Ｘ軸系の、それぞれの軸回りの回転角から求められるオイラー角（α_ｐ、β_ｐ、γ_ｐ）で表される。

パラメータ算出部２２１は、旋回軸５の姿勢を、旋回軸５に設置された回転角センサ６３の測定値γ_１を用いて算出する。

パラメータ算出部２２１は、アーム３各部の姿勢を、各部に対応する油圧シリンダー７それぞれに設置された油圧シリンダー用ストロークセンサ６４の測定値である、油圧シリンダーのストロークＳ_ｋを用いて算出する。
具体的な算出方法について、アーム３各部におけるブーム３１を例にして、図６を用いて説明する。ブーム３１の姿勢β_１は、ブーム３１のジョイント部３４からみたブーム３１の角度（ジョイント角度）で定義される。ここで、重機１の外観形状を表す既知の長さ及び角度であるＬ_１、Ａ_１、Ｂ_１、θ_１を、図６に示すように設定すると、以下の（１）式、（２）式が成り立つ。

（１）と（２）をそれぞれ２乗し、両辺足し合わせると、左辺はＳ_１ ²となる。Ｌ_１、Ａ_１、Ｂ_１は既知であるため、β_１を求めることができる。
同様の方法で、スティック３２、バスケット３３の姿勢も求めることができる。

パラメータ算出部２２１は、アーム３各部の重心位置Ｗ_１〜Ｗ_３を、算出したアーム３各部の姿勢と、予め記憶しておいたアーム３各部の長さから幾何学的に算出する。ここで、図７に示すように、アーム３各部の重心位置は、ブーム３１のジョイント部３４からの距離で表される。

パラメータ算出部２２１は、バスケット３３にかかる負荷を、以下のようにして算出する。
まず、パラメータ算出部２２１は、ブーム３１における油圧シリンダー用油圧センサ６５から取得した油圧Ｃ_１と、油圧シリンダー面積Ｄ_１から、油圧シリンダー７ａの推進力Ｆ_ｃを以下の（３）式で算出する。

次に、バスケット３３に働く負荷Ｆ_ｔと、ブーム３１における油圧シリンダー７ａの推進力Ｆ_ｃと、アーム３各部の自重Ｍ_１〜Ｍ_３とについての、ブーム３１のジョイント部３４回りのモーメントの釣り合い式を考える。Ｆ_ｔの力点とジョイント部３４との距離をＷ_ｔ、Ｆ_ｃの力点とジョイント部３４との距離をＷ_ｃとすると、Ｍ_１〜Ｍ_３の力点とジョイント部３４との距離は、Ｗ_１〜Ｗ_３であるため、モーメントの釣り合い式は以下の（４）式で表される。また、Ｗ_ＣとＬ_１との関係は、（５）式で表される。

ここで、Ｗ_１〜Ｗ_３は算出済みであり、Ｗ_Ｃ、Ｗ_Ｔについても、幾何学的に算出可能である。また、パラメータ算出部２２１は、Ｍ_１〜Ｍ_３を予め記憶しており、Ｍ_１〜Ｍ_３は既知であるため、Ｆ_ｔを算出することができる。

パラメータ算出部２２１は、こうして算出した車両の重心位置、アーム３の重心位置及びバスケット３３にかかる負荷をゼロモーメントポイント座標算出部２２４へ出力する。また、予め記憶していた車両の重量と、アーム３各部の重量も、同様にゼロモーメントポイント座標算出部２２４へ出力する。

図５に示すように、ゼロモーメントポイント座標算出部２２４は、パラメータ算出部２２１から出力された車両の重量とその重心位置、アーム３の重量とその重心位置、及びバスケット３３にかかる負荷を用いて、ゼロモーメントポイント座標を算出する。なお、バスケット３３にかかる負荷は、把持物の重量とみなして算出を行う。

ここで、ゼロモーメントポイント１０とは、重機１にはたらく路面反力が、ある一点にかかっているとして、置き換えた作用点である。ゼロモーメントポイント座標とは、その座標のことを指す。ゼロモーメントポイント１０が、重機１が路面に接地している点で形成される多角形（接地領域）内に存在していれば、重機１の姿勢は安定状態であり、転倒しない。

ゼロモーメントポイント座標算出部２２４は、以下の（６）式によって、ゼロモーメントポイント座標Ｐ_ｚｍｐを算出する。

ここで、Ｘ_ｚｍｐ、Ｙ_ｚｍｐ、Ｚ_ｚｍｐはゼロモーメントポイント１０の各座標を表す。ｘ_ｉ、 ｙ_ｉ、ｚ_ｉは、車両、旋回軸５、アーム３各部（ブーム３１、スティック３２、バスケット３３）、把持物の重心（ｉ＝１〜６）を表す。

は、車両、旋回軸５、アーム３各部（ブーム３１、スティック３２、バスケット３３）、把持物の重心の移動加速度（ｉ＝１〜６）を表す。ｇ_ｘ、ｇ_ｙ、ｇ_ｚは、重力加速度のＸ、Ｙ、Ｚ成分であり、予め記憶されている。ｍ_iは、車両、旋回軸５、アーム３各部（ブーム３１、スティック３２、バスケット３３）、把持物の質量（ｉ＝１〜６）を表す。
ここで、

は、ｘ_ｉ、 ｙ_ｉ、ｚ_ｉの変化から，その移動加速度を計算することで求められる。

ゼロモーメントポイント座標算出部２２４は、こうして算出したゼロモーメントポイントの座標を、車両姿勢安定余裕度算出部２２５へ出力する。

車両姿勢安定余裕度算出部２２５は、ゼロモーメントポイント座標を用いて、車両姿勢安定余裕度を算出する。具体的には、以下の手順で算出する。
車両姿勢安定余裕度算出部２２５は、まず、重機１の接地領域７１を生成する。ここで、図８に示すように、接地領域７１とは、路面において、クローラ部４が接地している点である接地点７１１を頂点として形成される多角形の領域である。本実施形態では、路面においてクローラ部４の接地点７１１である４点で形成される長方形の領域が、接地領域７１である。

次に、車両姿勢安定余裕度算出部２２５は、接地領域７１内に、接地領域７１から所定のマージンを持たせた領域を、車両姿勢安定領域７２として生成する。これは、センサ６の計測誤差等、安全を考慮するためである。ゼロモーメントポイント１０が、車両姿勢安定領域の範囲内にある場合は、重機１は転倒せず、車両姿勢を安定にして保つことができる。

車両姿勢余裕度算出部は、接地領域７１の中心点２０を算出する。そして、中心点２０からゼロモーメントポイント１０までの距離Ｑ_ｚｍｐと、前記中心点２０から前記中心点と前記ゼロモーメントポイント１０とを通過する直線の車両姿勢安定領域７２の外縁との交点３０までの距離Ｑ_{ｌｉｍｉｔ}とから、車両姿勢の安定性についての余裕度である車両姿勢安定余裕度Ｓ_ＬＳを算出する。具体的には、以下の（７）式で算出する。

車両姿勢安定余裕度Ｓ_ＬＳが負の値となると、重機１は転倒することとなる。車両姿勢算定余裕度算出部２２５は、車両姿勢安定余裕度を負荷荷重指令部２２３へ出力する。

負荷荷重指令部２２３における第一負荷荷重指令部２２６は、入力された車両姿勢安定余裕度を用いて、予め設定された車両姿勢安定余裕度と操作部２１への負荷荷重との関係を表す関数によって（図９参照）、操作部２１への負荷荷重指令を生成し、操作部２１へ出力する。
該負荷荷重指令は、オペレータが操作部２１において、車両姿勢安定余裕度が小さくなる方向に操作しようとした場合に、該操作を妨げる方向に荷重を加える指令である。負荷荷重は、車両姿勢安定余裕度が小さいほど、操作部２１に加える負荷荷重が大きくなるような関数により生成される。

本実施形態の遠隔操作装置１００における作用について、説明する。
重機１のゼロモーメントポイント１０が、車両姿勢安定領域の外延に近づくと、車両姿勢安定余裕度が小さくなる。車両姿勢安定余裕度が小さくなるにつれて、操作部２１に加わる負荷荷重が大きくなる。この負荷荷重は、オペレータが、余裕度が小さくなるような操作、つまり、重機１のゼロモーメントポイントが車両姿勢安定領域７２の外延へ近づく方向へ操作をしようとした際に、操作部２１に加えられる。この負荷荷重は、そのようなオペレータの操作を妨げる方向にはたらく。これによって、オペレータは、車両の姿勢の安定状態を体感で把握することができる。つまり、自身が操作部２１を操作した際に負荷荷重がかかって操作を妨げられていると感じた場合は、その方向への操作は重機１を転倒させる方向への操作であるため行うべきでない、と認知することができる。特に、無人重機１の遠隔操作においては、車両に搭載したカメラからの情報のみでは、重機１の状態が把握しにくいが、本実施形態の遠隔操作装置１００によれば、車両の姿勢の安定状態を操作部２１へフィードバックできるため、重機１の状態を容易に把握できる。したがって、重機１の転倒という事故を未然に防ぐことが可能となる。

また、車両姿勢安定余裕度が小さくなり不安定になった場合には、オペレータは、負荷荷重のはたらいていない方向に操作部２１を操作することで、安定な状態に復帰することができる。そのため、オペレータは、安全な状態への復帰を容易に行うことが可能となる。

なお、本実施形態においては、車両姿勢安定余裕度から負荷荷重を求め、操作部２１に対して負荷荷重を加えた。しかし、アーム３の速度係数、つまり、操作部２１における操作量を、重機１のアーム３の指令速度に変換する際のゲインと、車両姿勢安定余裕度との関係を表す関数によって、アーム３の速度係数を算出し、操作部２１へ出力しても良い。これによって、車両姿勢安定余裕度が大きくなるにつれて、操作部２１における操作量に対して、重機１のアーム３の速度を低下させ、重機１が転倒する方向への操作を妨げることができ、重機１の転倒を防止することが可能となる。

なお、車両姿勢安定余裕度が小さくなった場合、遠隔操作装置１００に備えられた画面において、車両姿勢安定余裕度が小さい重機１の色を変えて表示するようにしても良い。
または、警報装置によって警報音を発しても良い。これにより、オペレータは、視覚的・聴覚的にも車両の姿勢の安定状態を把握することができる。

次に、第２実施形態の遠隔操作装置２００について説明する。この第２実施形態については、第１実施形態と同様の構成要素については同様の符号を付して詳細な説明を省略する。以下の実施形態でも同様である。

図１０に示すように、本実施形態の遠隔操作装置２００における余裕度算出部２２２は、他の重機１との干渉の有無を判定し、干渉に対する余裕度である干渉余裕度を算出する干渉余裕度算出部２２７を有する。つまり、本実施形態における防止すべき特定状態とは、他の重機１との干渉を指す。ここで、他の重機１との干渉とは、他の重機１と接触、衝突することを指す。

干渉余裕度算出部２２７には、パラメータ算出部２２１にて算出された車両の位置・姿勢と、アーム３の姿勢が、パラメータ算出部２２１から入力される。また、干渉余裕度算出部２２７には、オペレータによる操作部２１の操作より検出された、車両の動作速度指令値とアーム３の動作速度指令値が、操作部２１から入力される。

ここで、干渉余裕度算出部２２７には、重機１の３Ｄ車両モデルが記憶されている。３Ｄ車両モデルとは、車両の形状データを３次元で表したものである。干渉余裕度算出部２２７は、入力された各パラメータ及び３Ｄ車両モデルに基づいて、干渉有無判定を行う。

干渉余裕度算出部２２７は、干渉有と判定した場合、干渉余裕度を算出する。干渉余裕度算出部２２７は、干渉余裕度を負荷荷重指令部２２３へ出力する。

負荷荷重指令部２２３は、干渉余裕度に応じて、操作部２１に加える負荷荷重指令を生成する第二負荷荷重指令部２２８を有する。第二負荷荷重指令部２２８は、入力された干渉余裕度から、負荷荷重指令を生成し、操作部２１へ出力する。

次に、本実施形態の遠隔操作装置２００による負荷荷重指令の生成方法について、説明する。
干渉余裕度算出部２２７は、パラメータ算出部２２１から車両の位置・姿勢、アーム３の姿勢についてパラメータを取得する。また、操作部２１から車両及びアーム３の動作速度指令値を取得し、干渉の有無の判定を行う。

干渉余裕度算出部２２７は、記憶している３Ｄ車両モデルに、前記各パラメータを入力し、数秒先までの重機１の動作を推定する。そして、他の重機１と干渉しないか判定を行う。干渉の判定は、他の重機１の３Ｄ車両モデルを構成する面と、交点が存在するか否かで行う。交点が存在する場合は、干渉有と判定し、交点が存在しない場合は、干渉無と判定する。

干渉有と判定した場合、干渉余裕度算出部２２７は、重機１における干渉が発生し得る干渉位置と、干渉発生までの猶予時間を出力する。ここで、干渉発生までの猶予時間を、干渉についての余裕度である干渉余裕度Ｓ_ＬＣとする。干渉余裕度算出部２２７は、干渉余裕度Ｓ_ＬＣを負荷荷重指令部２２３へ出力する。

負荷荷重指令部２２３における第二負荷荷重指令部２２８は、入力された干渉余裕度を用いて、予め設定された干渉余裕度と負荷荷重との関係を表す関数によって、操作部２１への負荷荷重指令を生成する。この関数は、干渉余裕度が小さいほど、操作部２１へ加える負荷荷重が大きくなるような関数である（図１１参照）。第二負荷荷重指令部２２８は、生成した負荷荷重指令を操作部２１へ出力する。

本実施形態における遠隔操作装置２００の作用について、説明する。
重機１が、他の重機１と干渉することが予測される時間が短くなると、干渉余裕度が小さくなる。干渉余裕度が小さくなるにつれて、操作部２１への負荷荷重が大きくなる。そうすると、オペレータが、干渉余裕度が小さくなるような操作、つまり、他の重機１に対して、車両やアーム３が近づくような操作をしようとした際に、操作部２１に負荷荷重がかかる。この負荷荷重は、オペレータの該操作を妨げる方向にはたらく。これによって、オペレータは、他の重機１との干渉状態を体感で把握することができる。特に、無人重機１の遠隔操作においては、車両に搭載したカメラからの情報のみでは、他の重機１との干渉状態が把握しにくいが、本実施形態の遠隔操作装置２００によれば、干渉状態を、操作部２１へフィードバックできるため、干渉状態を容易に把握できる。つまり、自身が操作部２１を操作した際に負荷荷重がかかって操作を妨げられていると感じた場合は、その方向への操作は、他の重機１と干渉してしまう方向への操作であるため行うべきでない、と認知することができる。したがって、他の重機１の干渉という事故を未然に防ぐことが可能となる。

また、干渉余裕度が小さくなり、他の重機１との距離が近くなった場合には、オペレータは、負荷荷重のはたらいていない方向に操作部２１を操作することで、他の重機１から離れる方向に重機１を操作することができる。これによって、オペレータは、干渉から遠ざかる方向への操作を容易に行うことが可能となる。

なお、干渉余裕度が小さくなった場合、遠隔操作装置２００に備えられた画面において、各重機１の干渉位置を、色を変えて表示するようにしても良い。
または、警報装置によって警報音を発しても良い。これにより、オペレータは、視覚的・聴覚的にも干渉状態を把握することができる。

次に、第３実施形態の遠隔操作装置３００について、説明する。
図１２に示すように、本実施形態の遠隔操作装置３００において、操作制御部２２は、重機１を自律的に動かす指令を生成する自律アシスト指令部２３０を有する。自律アシスト指令部２３０は、車両姿勢安定余裕度算出部２２５から車両姿勢安定余裕度を、ゼロモーメントポイント座標算出部２２４からゼロモーメントポイント座標を、操作部２１からアーム３の旋回量及びリーチ増加量をそれぞれ取得し、クローラ部４に対して、自律的に移動するための指令を出力する。

図１３に示すように、自律アシスト指令部２３０は、車両姿勢安定余裕度と、その許容値とを比較する車両姿勢安定余裕度比較部２３１と、自律アシスト指令による車両動作を選択する車両動作選択部２３２と、重機１の車両の姿勢の変化量を算出する車両姿勢変化量算出部２３３と、重機１の車両の前進量を算出する車両前進量算出部２３４と、重機１のクローラ部４の移動量を算出するクローラ移動量算出部２３５と、自律的にクローラ部４への移動指令を生成、出力するクローラ自律移動指令生成部２３６とを有する。

本実施形態における、クローラ自律移動指令の生成方法について、説明する。
オペレータによって、遠隔操作装置３００に備えられたアシストモードスイッチがＯＮにされ、アシストモードがＯＮにされると、車両姿勢算定余裕度算出部２２５で算出された車両姿勢安定余裕度は、自律アシスト指令部２３０における車両姿勢安定余裕度比較部２３１に入力される。車両姿勢安定余裕度比較部２３１は、車両姿勢安定余裕度と予め設定された許容値とを比較する。車両姿勢安定余裕度が、予め設定された所定の許容値以下となった場合、車両姿勢変化量算出部２３３及び車両前進量算出部２３４へ、車両姿勢安定余裕度を出力する。

車両姿勢変化量算出部２３３は、車両姿勢安定余裕度と、オペレータによるアーム３の旋回量を取得し、以下の式（８）によって、車両姿勢の変化量△θを算出し、クローラ移動量算出部２３５へ出力する。ここで、Ｋは任意に設定されるアシスト係数であり、アシスト係数が大きいほど、クローラ部４へのアシスト量が大きくなる。

車両前進量算出部２３４は、車両姿勢安定余裕度と、オペレータによるアーム３のリーチ増加量を取得し、以下の式（９）によって、車両前進量△Ｌを算出し、クローラ移動量算出部２３５へ出力する。

車両動作選択部２３２は、ゼロモーメントポイント座標算出部２２４よりゼロモーメントポイント座標を取得する。車両動作選択部２３２は、ゼロモーメントポイント座標に応じて、前進、後進、右旋回、左旋回のいずれかの車両動作を選択する。車両動作選択部２３２は、選択した車両動作を、クローラ移動量算出部２３５へ出力する。

車両動作選択部２３２は、例えば、以下のように車両動作を選択する。
図１４（ａ）のように、ゼロモーメントポイントが、車両姿勢安定領域７２における車両の進行方向Ｐ側の領域に存在する場合、車両動作選択部２３２は、車両動作として、前進を選択する。図１４（ｂ）のように、ゼロモーメントポイントが、車両姿勢安定領域７２における車両の進行方向Ｐと逆側の領域に存在する場合、車両動作選択部２３２は、車両動作として、後進を選択する。図１４（ｃ）のように、ゼロモーメントポイントが、車両姿勢安定領域７２における進行方向Ｐの右側の領域に存在する場合、車両動作選択部２３２は、車両動作として、左旋回を選択する。図１４（ｄ）のように、ゼロモーメントポイントが、車両姿勢安定領域７２における進行方向Ｐの左側の領域に存在する場合、車両動作選択部２３は、車両動作として、右旋回を選択する。

クローラ移動量算出部２３５は、入力された車両姿勢変化量△θと車両前進量△Ｌから、入力された車両動作についての、クローラ部４の移動量を幾何学計算によって算出する。クローラ移動量算出部２３５は、こうして算出したクローラ部４の移動量を、選択された車両動作とともに、クローラ自律移動指令生成部２３６へ出力する。

クローラ自律移動指令生成部２３６は、入力された車両動作及びクローラ部４の移動量に基づいて、クローラ部４へ出力するクローラ自律移動指令を生成し、クローラ部４へ出力する。

クローラ部４は、入力されたクローラ自律移動指令に従って、自律的に移動する。クローラ部４が移動することで、車両姿勢安定余裕度が、予め設定された許容値より大きくなるようにする。

本実施形態における遠隔操作装置３００の作用について説明する。
オペレータがアーム３を操作することによって、車両姿勢安定余裕度が小さくなり、それが許容値以下となった場合、自律アシスト指令部２３０からクローラ部４へ自律移動指令が出力される。これによって、クローラ部４が自律的に移動し、車両姿勢安定余裕度が大きくなる。これによって、オペレータは操作することなく、車両を安定領域に維持することができる。

ここで、接地領域７１内においてゼロモーメントポイントが含まれる領域によって、転倒防止のための処理を変えても良い。
例えば、図１５に示すように、接地領域７１内を３つの領域に分ける。最も内側の領域Ａにゼロモーメントポイントが存在する場合は、車両姿勢は安定に保たれているため、特に転倒防止のための処理は行わない。領域Ａの外側の領域Ｂにゼロモーメントポイントが存在する場合は、本実施形態で説明したクローラ部４へ自律アシスト指令を出力することにより、車両姿勢の安定を保つようにする。なお、図１５において領域Ｂの外縁は、車両姿勢安定領域７２の外縁と一致する。領域Ｂの外側の領域Ｃにおいては、第一実施形態で説明した、操作部２１への負荷荷重指令を出力することにより、車両姿勢の安定を保つようにする。なお、図１５において領域Ｃの外縁は、接地領域７１の外縁と一致する。

なお、自律アシスト指令部２３０からの指令に基づく車両動作は、一定速度で行うことが好ましい。

また、クローラ部４の移動量に応じて、アーム３各部の操作量の補正値を定め、オペレータによるアーム３各部の操作量に補正値を付加して、アーム３を操作しても良い。これにより、自律アシスト指令により車両が移動しても、バスケット３３の位置の変化を防ぐことができ、オペレータの作業性を保つことが可能となる。

また、クローラ部４の移動量について、予め閾値を定めておき、クローラ部４の移動量がその閾値を超える場合には、アーム３の操作範囲に制限を加えることが好ましい。これにより、重機１の転倒をより確実に防ぐことができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。また、明細書中では、重機を例にして詳述したが、特にこれに限られるものではなく、遠隔操作される車両であれば、技術的範囲に含まれる。

１ 重機（車両）
３ アーム
４ クローラ部
２１ 操作部
２２ 操作制御部
７１ 接地領域
７２ 車両姿勢安定領域
２２２ 余裕度算出部
２２３ 負荷荷重指令部
２２４ ゼロモーメントポイント座標算出部
２２５ 車両姿勢安定余裕度算出部
２２６ 第一負荷荷重指令部
２２７ 干渉余裕度算出部
２２８ 第二負荷荷重指令部
２３０ 自律アシスト指令部
２３１ 車両姿勢安定余裕度比較部
２３２ 車両動作選択部
２３３ 車両姿勢変化量算出部
２３４ 車両前進量算出部
２３５ クローラ移動量算出部

Claims (7)

1. 車両を操作するための操作部と、
   前記車両から得られる前記車両に関するパラメータに基づいて、前記操作部に加える負荷荷重指令を算出し、前記操作部へ出力する操作制御部と
   を備える車両の遠隔操作装置であって、
   前記操作制御部は、
   前記車両の防止すべき特定状態に対する余裕度を算出する余裕度算出部と、
   前記余裕度を小さくする操作がされた場合に、前記余裕度に応じて、前記操作を妨げるように前記操作部に加える負荷荷重指令を生成する負荷荷重指令部と
   を有することを特徴とする車両の遠隔操作装置。
2. 前記余裕度算出部は、
   前記車両におけるゼロモーメントポイントの座標を算出するゼロモーメントポイント座標算出部と、
   前記車両の接地領域から車両姿勢安定領域を算出するとともに、前記接地領域における中心点から前記ゼロモーメントポイントまでの距離、及び、前記中心点から前記中心点と前記ゼロモーメントポイントとを通過する直線の前記車両姿勢安定領域の外縁との交点までの距離に基づいて、車両の安定性についての前記余裕度である車両姿勢安定余裕度を算出する車両姿勢安定余裕度算出部とを有し、
   前記負荷荷重指令部は、
   予め設定された前記車両姿勢安定余裕度と負荷荷重との関係を表す関数によって、前記負荷荷重指令を生成する第一負荷荷重指令部を有することを特徴とする請求項１に記載の車両の遠隔操作装置。
3. 前記余裕度算出部は、
   前記車両に関するパラメータに基づいて、前記車両の動作を推定して他の車両との干渉の有無を判定し、干渉有と判定した場合、干渉が発生し得る干渉位置と、干渉についての前記余裕度である干渉余裕度として干渉発生までの猶予時間とを出力する干渉余裕度算出部を有し、
   前記負荷荷重指令部は、
   予め設定された前記干渉余裕度と負荷荷重との関係を表す関数によって、前記負荷荷重指令を生成する第二負荷荷重指令部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の遠隔操作装置。
4. 前記車両はアームを有し、
   前記操作制御部は、
   前記アームの操作中に前記車両姿勢安定余裕度が所定の許容値以下になった場合に、前記車両姿勢安定余裕度が許容値より大きくなる方向に前記車両を動かす指令を生成する自律アシスト指令部を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の車両の遠隔操作装置。
5. 前記自律アシスト指令部は、
   オペレータの操作による前記アームの旋回量から前記車両の車両姿勢変化量を算出する車両姿勢変化量算出部と、
   前記オペレータによる操作による前記アームのリーチ増加量から前記車両の車両前進量を算出する車両前進量算出部と、
   前記車両姿勢変化量と前記車両前進量とに対応する前記車両のクローラ部の移動量を算出するクローラ移動量算出部と、
   前記クローラ移動量に応じて、自律的に前記クローラ部を移動させる指令を生成するクローラ自律移動指令生成部と
   を有することを特徴とする請求項４に記載の車両の遠隔操作装置。
6. 前記アームと、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の遠隔操作装置に対し、前記車両に関するパラメータを出力する通信部と、
   前記遠隔操作装置から操作指令を受信するコントローラと
   を備え、
   前記遠隔操作装置からの操作指令によって遠隔操作されることを特徴とする車両。
7. 車両から得られる前記車両に関するパラメータに基づいて、前記車両の操作部に加える負荷荷重指令を算出し、前記操作部へ出力する車両の遠隔操作方法であって、
   前記車両の防止すべき特定状態に対する余裕度を算出し、
   前記余裕度を小さくする操作がされた場合に、前記余裕度に応じて、前記操作を妨げるように操作部に加える負荷荷重指令を生成することを特徴とする車両の遠隔操作方法。

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