JP2019129453A

JP2019129453A - 無人移動体の遠隔操縦方法及び無人移動体の遠隔操縦システム

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Publication number: JP2019129453A
Application number: JP2018010812A
Authority: JP
Inventors: 康之植草; Yasuyuki Uekusa
Original assignee: IHI Corp; IHI Aerospace Co Ltd
Current assignee: IHI Corp; IHI Aerospace Co Ltd
Priority date: 2018-01-25
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2019-08-01
Anticipated expiration: 2038-01-25
Also published as: JP6980543B2

Abstract

【課題】無人移動中継車両を介して無人移動体と遠隔操縦装置との間でデータの送受信を行う場合に、無人移動中継車両に中継局としての機能を維持させ得る無人移動体の遠隔操縦方法及び無人移動体の遠隔操縦システムを提供する。【解決手段】送受信機３２と駆動用エンジン３９とオルタネータ４２とトランスミッション３６ａとフットブレーキ３５ａを搭載した無線移動式中継車両３を中継局として、遠隔操縦装置２及び無線移動式作業車両１間で無線の送受信を行うに際して、フットブレーキ３５ａによって無線移動式中継車両３を完全に停止させ、無線移動式中継車両３のトランスミッション３６ａのシフト位置をＤレンジからＮレンジ又はＰレンジに移した後、無線移動式中継車両３の駆動用エンジン３９のアイドルアップ制御を行ってオルタネータ４２の発電量を増加させつつ、遠隔操縦装置２及び無線移動式作業車両１間における無線の送受信を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、無人移動中継車両を中継局として、遠隔操縦装置から無人移動体にコマンド信号を送って遠隔操縦する無人移動体の遠隔操縦方法及び無人移動体の遠隔操縦システムに関するものである。

従来、上記した無人移動体の遠隔操縦システムとしては、例えば、特許文献１に記載された遠隔操縦システムが知られている。

この遠隔操縦システムは、エンジンを搭載した自律走行可能な無人移動体としての無人建設機械と、遠隔操縦装置としての有人操作部との間に、エンジン及び送受信機を搭載した中継局としての自律走行可能な無人移動中継車両を配置して、この無人移動中継車両を介して有人操作部からのコマンド信号を無人建設機械に送って遠隔操縦する構成を成している。

特開平08-084375号

上記した無人移動体の遠隔操縦システムにおいて、自律走行可能な無人建設機械や無人移動中継車両は、自律走行するが故に多くの電装品を搭載しているため、有人走行車両と
比べて多くの電力を必要とする。

ここで、作業を行う無人建設機械は、搭載しているエンジンのパワーが大きいうえ、頻繁にエンジンを高回転させて作業を行うので、その分だけオルタネータの発電量が多く、データ通信に必要な電力が不足するといった事態は生じない。

一方、中継局としての無人移動中継車両は、長時間停車してエンジンをアイドル回転させたままデータの送受信を行うことが多い。このように長時間停車してデータの送受信を行う場合には、オルタネータの発電量が追い付かずにデータ通信に必要な電力が不足してしまい、中継局としての機能を維持することができなくなる虞があるという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、無人移動中継車両を長時間停車させて、無人移動体と遠隔操縦装置との間でデータの送受信を行わせる場合において、無人移動中継車両に中継局としての機能を維持させることが可能である無人移動体の遠隔操縦方法及び無人移動体の遠隔操縦システムを提供することを目的としている。

上記した目的を達成するために、本発明の第１の態様は、無線機と駆動用エンジンとオルタネータとトランスミッションと制動装置を搭載した無人移動中継車両を中継局として、遠隔操縦装置から無人移動体にコマンド信号を送って前記無人移動体を遠隔操縦する遠隔操縦方法であって、前記無人移動中継車両の停車中に、該無人移動中継車両を中継局として前記遠隔操縦装置及び前記無人移動体間で無線の送受信を行うに際して、前記無人移動中継車両の前記制動装置によって前記無人移動中継車両を完全に停止させ、前記無人移動中継車両の前記トランスミッションのシフト位置をドライビングレンジからニュートラルレンジ又はパーキングレンジに移した後、前記無人移動中継車両の前記駆動用エンジンのアイドルアップ制御を行って前記オルタネータの発電量を増加させつつ、前記遠隔操縦装置及び前記無人移動体間における無線の送受信を行う構成としている。

ここで、アイドルアップ制御とは、駆動用エンジンのアイドリング回転数を増加させる制御のことを指す。駆動用エンジンには、レシプロエンジンやロータリーエンジンやディーゼルエンジン等を採用することができるが、いずれのものにも限定しない。

また、本発明の第２の態様は、前記制動装置によって前記無人移動中継車両を完全に停止させるステップと、前記無人移動中継車両の前記トランスミッションのシフト位置をドライビングレンジからニュートラルレンジ又はパーキングレンジに移すステップと、前記無人移動中継車両の前記駆動用エンジンのアイドルアップ制御を行うステップが、前記無人移動中継車両及び前記遠隔操縦装置のいずれか一方に搭載された制御部により順次実行される構成としている。

さらに、本発明の第３の態様は、無人移動体と、前記無人移動体との間で無線の送受信を行って該無人移動体を遠隔操縦する遠隔操縦装置と、前記無人移動体及び前記遠隔操縦装置間の無線の送受信を中継し且つ前記遠隔操縦装置との間で無線の送受信を行って該遠隔操縦装置により遠隔操縦される無人移動中継車両を備えた無人移動体の遠隔操縦システムにおいて、前記無人移動中継車両には、無線機と駆動用エンジンとオルタネータとトランスミッションと制動装置が搭載され、前記無人移動中継車両及び前記遠隔操縦装置のいずれか一方には、前記無人移動中継車両の前記駆動用エンジンと前記トランスミッションと前記制動装置を制御する制御部が搭載され、前記制御部は、前記無人移動中継車両を中継局とした無線の送受信を前記遠隔操縦装置及び前記無人移動体間で行わせるべく前記遠隔操縦装置から指令を受けたときに、前記制動装置によって前記無人移動中継車両を完全に停止させて、前記トランスミッションのシフト位置をドライビングレンジからニュートラルレンジ又はパーキングレンジに移し、前記無人移動中継車両の前記駆動用エンジンのアイドルアップ制御を行って前記オルタネータの発電量を増加させる構成としている。

また、駆動用エンジンのアイドルアップ制御は、トランスミッションのシフト位置をドライビングレンジからニュートラルレンジ又はパーキングレンジに移した状態で行うので、トランスミッションに負荷をかけることが回避されることとなる。

本発明に係る無人移動体の遠隔操縦方法及び無人移動体の遠隔操縦システムでは、無人移動中継車両を長時間停車させて無人移動体と遠隔操縦装置との間でデータの送受信を行わせる場合において、無人移動中継車両のトランスミッションに負荷がかかるのを回避したうえで、無人移動中継車両が必要とする電力を確保して中継局としての機能を維持させることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

また、本発明に係る無人移動体の遠隔操縦方法及び無人移動体の遠隔操縦システムでは、無人移動中継車両の停止から、トランスミッションのシフト位置のドライビングレンジからニュートラルレンジ又はパーキングレンジへの移行、及び、駆動用エンジンのアイドルアップ制御までが、制御部からの指令により順次実行されるので、上記動作が円滑になされることとなる。

本発明の一実施例による無人移動体の遠隔操縦システムの概要を示すシステム構成説明図である。図１における無人移動体の遠隔操縦システムで用いられる無人移動中継車両の構成機器の接続ブロック図である。図２における無人移動中継車両の駆動用エンジンの回転数とオルタネータの発電量との関係の一例を示すグラフである。図１における無人移動体の遠隔操縦システムに採用されるアイドルアップ制御のフローチャートである。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１〜図４は、本発明の一実施例による無人移動体の遠隔操縦システムを示している。

図１に示すように、この無人移動体の遠隔操縦システムは、無線移動式作業車両（無人移動体）１と、この無線移動式作業車両１との間で無線の送受信を行って遠隔操縦する遠隔操縦装置２と、無線移動式作業車両１及び遠隔操縦装置２間の無線の送受信を中継すると共に遠隔操縦装置２との間で無線の送受信を行ってこの遠隔操縦装置２により遠隔操縦される無線移動式中継車両（無人移動中継車両）３を備えている。

無線移動式作業車両１はショベルカータイプの車両であって、駆動機構１１の作動により走行する車両本体１２と、この車両本体１２上に位置して旋回する上部旋回体１３と、この上部旋回体１３とともに旋回する作業装置１４から主として構成されており、この無線移動式作業車両１には、自己位置認識手段であるＧＰＳ１５や無線機１６（アンテナのみ示す）が搭載されているほか、図示はしないが、車両制御用コンピュータや遠隔操縦用カメラが搭載されている。

車両制御用コンピュータは、ＧＰＳ１５で取得した自己位置情報及び遠隔操縦用カメラで捉えた画像データを遠隔操縦装置２に対して無線機１６を介して送信する機能を有していると共に、遠隔操縦装置２から送信されるコマンド信号に基づいて、車両本体１２の駆動機構１１を作動、停止させる機能を有している。

なお、無線移動式作業車両１に、レーザセンサや自律移動用カメラや自律移動用コンピュータを搭載してもよく、この場合には、自己位置認識手段で取得した各種自己位置情報及びレーザセンサや自律移動用カメラで取得した周囲距離情報に基づいて、自律移動用コンピュータにより無線移動式作業車両１の走行可能な経路及び移動可能速度を算出することで、車両制御用コンピュータによる自律走行が可能になる。

一方、遠隔操縦装置２は、無線移動式作業車両１の遠隔操縦用カメラで得た画像を映し出すモニタ２１と、操作部２２と、無線移動式作業車両１側の車両制御用コンピュータと無線移動式中継車両３を介して画像信号及びコマンド信号のやり取りをする無線機２３と、操縦装置側コンピュータ２４と自己位置認識手段であるＧＰＳ２５を具備している。なお、無線移動式作業車両１側の車両制御用コンピュータとの信号のやり取りを直接行える状況では、必ずしも無線移動式中継車両３を介す必要はない。

また、無線移動式作業車両１及び遠隔操縦装置２間の無線の送受信を中継する無線移動式中継車両３は、自己位置認識手段であるＧＰＳ３１や無線の送受信を中継する送受信機（無線機）３２の他に、図２に示すように、送受信機３２を介して遠隔操縦装置２との間での無線の送受信を行う車両搭載コンピュータ（制御部）３３を具備している。

この車両搭載コンピュータ３３は、遠隔操縦装置２から指示を受けて制御信号等を生成するようになっており、無線移動式中継車両３には、車両搭載コンピュータ３３で生成された各種制御信号を受けてそれぞれ動作するアクセル駆動機構３４と、ブレーキ駆動機構３５と、ミッション駆動機構３６と、パーキングブレーキ駆動機構３７が搭載されている。

アクセル駆動機構３４は、車両搭載コンピュータ３３で生成された制御信号を受けてアクセルペダル３４ａを駆動して、ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）３８を介して駆動用エンジン３９の回転数を増減させる。

ブレーキ駆動機構３５は、車両搭載コンピュータ３３で生成された制御信号を受けてフットブレーキ（制動装置）３５ａを駆動し、ミッション駆動機構３６は、車両搭載コンピュータ３３で生成された制御信号を受けてトランスミッション３６ａのシフト位置を変更し、パーキングブレーキ駆動機構３７は、車両搭載コンピュータ３３で生成された制御信号を受けてサイドブレーキ（パーキングブレーキ）３７ａを操作する。

つまり、車両搭載コンピュータ３３で生成された各種制御信号が、アクセル駆動機構３４をはじめとして他の各機構３５〜３７にそれぞれ送られて無線移動式中継車両３全体の制御が行われる。

この場合、無線移動式中継車両３には、駆動用エンジン３９に対してプーリー４０及びベルト４１を介して接続するオルタネータ４２が搭載されている。このオルタネータ４２は、無線移動式中継車両３に搭載された電装品の全てに電力を供給するものであり、駆動用エンジン３９の回転数が増加すると、これに応じてオルタネータ４２の回転数も増加する。

この実施例に係るオルタネータ４２は、図３に示すように、駆動用エンジン３９の回転数が600〜700rpmの低回転のときには極端に発電量が少ないが、駆動用エンジン３９の回転数が1000rpmを超えて1500 rpm位になると十分に大きな発電を行い得る特性を有している。

したがって、この無人移動体の遠隔操縦システムにおいて、遠隔操縦装置２から無線移動式中継車両３の車両搭載コンピュータ３３に停止指令を与えたうえで、遠隔操縦装置２から車両搭載コンピュータ３３を介してアクセル駆動機構３４に指令を与えて、駆動用エンジン３９の回転数を1500 rpm程度に増加させるべくアイドルアップ制御を行わせれば、無線移動式中継車両３に搭載されたオルタネータ４２の発電量を大幅に増加させることができる。

この際、遠隔操縦装置２から車両搭載コンピュータ３３を介してミッション駆動機構３６にシフト位置をドライビングレンジ（以下、Ｄレンジ）からニュートラルレンジ（以下、Ｎレンジ）又はパーキングレンジ（以下、Ｐレンジ）に移す指令を与えておけば、トランスミッションに負荷をかけることなく駆動用エンジン３９の回転数を増加させることができる。

この無線移動式中継車両３においても、レーザセンサや自律移動用カメラや自律移動用コンピュータを搭載することができ、ＧＰＳ３１で取得した自己位置情報及びレーザセンサや自律移動用カメラで取得した周囲距離情報に基づいて、自律移動用コンピュータにより無線移動式中継車両３の走行可能な経路及び移動可能速度を算出することで、車両搭載コンピュータ３３による自律走行が可能になる。

このような構成の無人移動体の遠隔操縦システムにおいて、無線移動式中継車両３に停止指示を与えて、無線移動式中継車両３を中継局として遠隔操縦装置２及び無線移動式作業車両１間で無線の送受信を行うに際しては、まず、図４に示すように、ステップＳ１において遠隔操縦装置２による遠隔操縦で走行する無線移動式中継車両３が、ステップＳ２において遠隔操縦装置２から車両停止指示を受信した（Ｙｅｓ）の場合には、この車両停止指示を受けて無線移動式中継車両３の車両搭載コンピュータ３３で生成された制御信号によりブレーキ駆動機構３５が作動して、フットブレーキ３５ａがオン（フルブレーキ状態）になる。

次いで、ステップＳ３において無線移動式中継車両３に装備された速度センサで検出された車速ゼロから無線移動式中継車両３の停止が認識されると共に、ブレーキ駆動機構３５によるフットブレーキ３５ａのフルブレーキ状態が認識されて完全停止が確認された（停車中）の場合には、ステップＳ４においてパーキングブレーキ駆動機構３７によりサイドブレーキ３７ａがオン操作される。この際、ブレーキ駆動機構３５によるフットブレーキ３５ａのフルブレーキ状態は、そのまま維持してもよいし、解除してもよい。

一方、ステップＳ２において遠隔操縦装置２から車両停止指示を受信していない（Ｎｏ）の場合には、遠隔操縦装置２からの車両停止指示を受信するまで、ステップＳ１及びステップＳ２が繰り返され、また、ステップＳ３において無線移動式中継車両３の完全停止が確認されない（走行中）の場合には、完全停止が確認されるまで、ステップＳ３が繰り返し実行される。

そして、ステップＳ４においてパーキングブレーキ駆動機構３７によりサイドブレーキ３７ａがオン操作されると、ステップＳ５において車両搭載コンピュータ３３で生成された制御信号を受けてミッション駆動機構３６が作動して、トランスミッション３６ａのシフト位置がＤレンジからＮレンジ又はＰレンジにシフトチェンジされる。

このミッション駆動機構３６によるシフトチェンジの後、ステップＳ６において遠隔操縦装置２から車両搭載コンピュータ３３を介してアクセル駆動機構３４に、駆動用エンジン３９の回転数を1500 rpm程度に増加させる指示（アイドルアップ制御開始の指示）が与えられると、アイドリング回転数が増加するのに応じて、無線移動式中継車両３のオルタネータ４２の発電量が大幅に増加する。

この状態で遠隔操縦装置２及び無線移動式作業車両１間で無線の送受信を行わせれば、無線移動式中継車両３のトランスミッション３６ａに負荷がかかるのを回避したうえで、無線移動式中継車両３が必要とする電力が確保され、無線移動式中継車両３は中継局としての機能を十分に果たし得ることとなる。

ステップＳ６において遠隔操縦装置２からの指令に基づいて駆動用エンジン３９の回転数を1500 rpm程度に増加させている間に、ステップＳ７において遠隔操縦装置２から車両移動指示を受信した場合には、ステップＳ８においてアクセル駆動機構３４に対するアイドルアップ制御の指示が解除される。なお、ステップＳ６におけるアイドルアップ制御は、ステップＳ７において遠隔操縦装置２から車両移動指示を受信するまで継続して行われる。

そして、ステップＳ８においてアクセル駆動機構３４に対するアイドルアップ制御の指示が解除されると、ステップＳ９において車両搭載コンピュータ３３で生成された制御信号を受けてミッション駆動機構３６が作動して、トランスミッション３６ａのシフト位置がＮレンジ又はＰレンジからＤレンジに変更されると共に、パーキングブレーキ駆動機構３７によりサイドブレーキ３７ａが解除され、必要に応じて、ブレーキ駆動機構３５によるフットブレーキ３５ａのフルブレーキ状態が解除される。

上記した実施例では、無線移動式中継車両３が遠隔操縦装置２による遠隔操縦で走行して、遠隔操縦装置２からの指令に基づいて駆動用エンジン３９の回転数を増加させるアイドルアップ制御を行う場合を示したが、これに限定されるものではなく、無線移動式中継車両３が自律走行して、無線移動式中継車両３に搭載した車両搭載コンピュータ３３で判断してアイドルアップ制御を実施する構成としてもよい。

この場合には、図４のステップＳ１の括弧書きにおいて自律走行する無線移動式中継車両３が、自己位置認識手段で取得した各種自己位置情報及びレーザセンサや自律移動用カメラで取得した周囲距離情報に基づいて、ステップＳ２の括弧書きにおいて目標位置に到達したと判断した（Ｙｅｓ）の場合には、この判断に基づいて無線移動式中継車両３の車両搭載コンピュータ３３で生成された制御信号によりブレーキ駆動機構３５が作動して、フットブレーキ３５ａをオン（フルブレーキ状態）にする。

一方、ステップＳ２において目標位置に到達していない（Ｎｏ）の場合には、目標位置に到達するまで、ステップＳ１及びステップＳ２が繰り返され、また、ステップＳ３において無線移動式中継車両３の完全停止が確認されない（走行中）の場合には、完全停止が確認されるまで、ステップＳ３が繰り返し実行される。

このミッション駆動機構３６によるシフトチェンジの後、ステップＳ６において無線移動式中継車両３の車両搭載コンピュータ３３の判断で、駆動用エンジン３９の回転数を1500 rpm程度に増加させる制御（アイドルアップ制御）を開始すると、アイドリング回転数が増加するのに応じて、無線移動式中継車両３のオルタネータ４２の発電量が大幅に増加する。

ステップＳ６において車両搭載コンピュータ３３の判断でアイドルアップ制御を行っている間に、ステップＳ７において遠隔操縦装置２から車両移動指示を受信した場合には、ステップＳ８において車両搭載コンピュータ３３の判断によりアクセル駆動機構３４に対するアイドルアップ制御の指示を解除する。なお、ステップＳ６におけるアイドルアップ制御は、ステップＳ７において遠隔操縦装置２から車両移動指示を受信するまで継続して行われる。

そして、ステップＳ８においてアクセル駆動機構３４に対するアイドルアップ制御の指示を解除すると、ステップＳ９において車両搭載コンピュータ３３で生成された制御信号を受けてミッション駆動機構３６が作動して、トランスミッション３６ａのシフト位置がＮレンジ又はＰレンジからＤレンジに変更されると共に、パーキングブレーキ駆動機構３７によりサイドブレーキ３７ａが解除され、必要に応じて、ブレーキ駆動機構３５によるフットブレーキ３５ａのフルブレーキ状態が解除される。

なお、無線移動式作業車両１を長時間停車させる場合において、無線移動式中継車両３に対して行うアイドルアップ制御と同様のアイドルアップ制御を行って、無線移動式作業車両１の図示しないオルタネータの発電量を増加させるようにしてもよい。

この実施例では、無人移動中継車両３の駆動用エンジン３９とトランスミッション３６ａとフットブレーキ３５ａを制御する制御部としての車両搭載コンピュータ３３が、無線移動式中継車両３に搭載されている構成としているが、これに限定されるものではなく、制御部を遠隔操縦装置２に搭載する構成としてもよい。

また、この実施例では、無線移動式作業車両１，遠隔操縦装置２及び無線移動式中継車両３のそれぞれに搭載した自己位置情報を得る自己位置認識手段がいずれもＧＰＳ１５，２５，３１である構成としているが、自己位置認識手段はＧＰＳに限定されるものではなく、他の自己位置認識手段としてＩＮＳ（慣性航法センサ）を単独で或いはＧＰＳと組み合わせて用いることができるほか、地上無線局から発射されるビーコン（電波）を受信して自己位置情報を得る手法も採用することができる。

また、この実施例では、無人移動体がショベルカータイプの無線移動式作業車両１である場合を示したが、これに限定されるものではなく、無人移動体が自律歩行するロボットであってもよい。

本発明に係る無人移動体の遠隔操縦方法及び無人移動体の遠隔操縦システムの構成は、上記した実施例に限定されるものではない。

１無線移動式作業車両（無人移動体）
２遠隔操縦装置
３無線移動式中継車両（無人移動中継車両）
３２送受信機（無線機）
３３車両搭載コンピュータ（制御部）
３５ａフットブレーキ（制動装置）
３６ａトランスミッション
３９駆動用エンジン
４２オルタネータ

Claims

無線機と駆動用エンジンとオルタネータとトランスミッションと制動装置を搭載した無人移動中継車両を中継局として、遠隔操縦装置から無人移動体にコマンド信号を送って前記無人移動体を遠隔操縦する遠隔操縦方法であって、
前記無人移動中継車両の停車中に、該無人移動中継車両を中継局として前記遠隔操縦装置及び前記無人移動体間で無線の送受信を行うに際して、
前記無人移動中継車両の前記制動装置によって前記無人移動中継車両を完全に停止させ、
前記無人移動中継車両の前記トランスミッションのシフト位置をドライビングレンジからニュートラルレンジ又はパーキングレンジに移した後、
前記無人移動中継車両の前記駆動用エンジンのアイドルアップ制御を行って前記オルタネータの発電量を増加させつつ、前記遠隔操縦装置及び前記無人移動体間における無線の送受信を行う無人移動体の遠隔操縦方法。
前記制動装置によって前記無人移動中継車両を完全に停止させるステップと、
前記無人移動中継車両の前記トランスミッションのシフト位置をドライビングレンジからニュートラルレンジ又はパーキングレンジに移すステップと、
前記無人移動中継車両の前記駆動用エンジンのアイドルアップ制御を行うステップが、前記無人移動中継車両及び前記遠隔操縦装置のいずれか一方に搭載された制御部により順次実行される請求項１に記載の無人移動体の遠隔操縦方法。
無人移動体と、
前記無人移動体との間で無線の送受信を行って該無人移動体を遠隔操縦する遠隔操縦装置と、
前記無人移動体及び前記遠隔操縦装置間の無線の送受信を中継し且つ前記遠隔操縦装置との間で無線の送受信を行って該遠隔操縦装置により遠隔操縦される無人移動中継車両を備えた無人移動体の遠隔操縦システムにおいて、
前記無人移動中継車両には、無線機と駆動用エンジンとオルタネータとトランスミッションと制動装置が搭載され、
前記無人移動中継車両及び前記遠隔操縦装置のいずれか一方には、前記無人移動中継車両の前記駆動用エンジンと前記トランスミッションと前記制動装置を制御する制御部が搭載され、
前記制御部は、前記無人移動中継車両を中継局とした無線の送受信を前記遠隔操縦装置及び前記無人移動体間で行わせるべく前記遠隔操縦装置から指令を受けたときに、
前記制動装置によって前記無人移動中継車両を完全に停止させて、前記トランスミッションのシフト位置をドライビングレンジからニュートラルレンジ又はパーキングレンジに移し、前記無人移動中継車両の前記駆動用エンジンのアイドルアップ制御を行って前記オルタネータの発電量を増加させる無人移動体の遠隔操縦システム。