JP2023172768A - ショベルの操作システム - Google Patents

Abstract

【課題】操作性を向上するショベルの操作システムを提供する。【解決手段】下部走行体と、前記下部走行体に対して旋回可能な上部旋回体と、前記上部旋回体に設けられるアタッチメントと、を有するショベルと、操作者によって操作され、前記上部旋回体の旋回及び前記アタッチメントの動作を入力する入力装置と、を備え、前記入力装置は、前記アタッチメントの動作を入力可能なアタッチメント入力装置と、前記アタッチメント入力装置から独立して設けられ、前記上部旋回体の旋回を入力可能な旋回入力装置と、を有する、ショベルの操作システム。【選択図】図４

Description

本開示は、ショベルの操作システムに関する。

特許文献１には、運転席の左側前方に一方のレバーが配置され、運転席の右側前方に他方のレバーが配置される操作装置を備えるショベルが開示されている。また、操作装置は、左側前方のレバーを前方に倒すとアームが開き、左側前方のレバーを後方に倒すとアームが閉じ、左側前方のレバーを左方に倒すと上部旋回体が上面視で反時計回りに左旋回し、左側前方のレバーを右方に倒すと上部旋回体が上面視で時計回りに右旋回することが開示されている。また、操作装置は、右側前方のレバーを前方に倒すとブームが下降し、右側前方のレバーを後方に倒すとブーム４が上昇し、右側前方のレバーを左方に倒すとバケットが閉じ、右側前方のレバーを右方に倒すとバケットが開くことが開示されている。

国際公開２０１３／１８３６５４号

ところで、特許文献１に開示された操作装置を備えるショベルでは、上部旋回体の旋回動作とアームの開閉動作とが１つのレバーで操作される。このため、アタッチメントの操作中に意図しない上部旋回体の旋回動作が発生するおそれがあった。

そこで、本発明は、操作性を向上するショベルの操作システムを提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係るショベルの操作システムは、下部走行体と、前記下部走行体に対して旋回可能な上部旋回体と、前記上部旋回体に設けられるアタッチメントと、を有するショベルと、操作者によって操作され、前記上部旋回体の旋回及び前記アタッチメントの動作を入力する入力装置と、を備え、前記入力装置は、前記アタッチメントの動作を入力可能なアタッチメント入力装置と、前記アタッチメント入力装置から独立して設けられ、前記上部旋回体の旋回を入力可能な旋回入力装置と、を有する。

本発明によれば、操作性を向上するショベルの操作システムを提供することができる。

ショベルの操作システムを説明する構成図である。 遠隔操作室の構成例を示す図である。 ショベルの操作システムの構成例を示す機能ブロック図である。 操作装置の一例の斜視図である。 操作装置の他の一例の斜視図である。 操作装置の更に他の一例の斜視図である。

次に、添付図面を参照しながら、本発明の限定的でない例示の実施形態について説明する。

図１は、ショベルの操作システムＳＹＳを説明する構成図である。ショベルの操作システムＳＹＳは、ショベル１００と、遠隔操作室ＲＣとを有する。

まず、ショベル１００について説明する。ショベル１００の下部走行体１には、旋回機構２を介して上部旋回体３が旋回可能に搭載されている。上部旋回体３にはブーム４が取り付けられている。ブーム４の先端にはアーム５が取り付けられ、アーム５の先端にはエンドアタッチメントとしてのバケット６が取り付けられている。

ブーム４、アーム５、及びバケット６は、アタッチメントの一例である掘削アタッチメントを構成している。ブーム４はブームシリンダ７により駆動され、アーム５はアームシリンダ８により駆動され、バケット６はバケットシリンダ９により駆動される。

ブーム４にはブーム角度センサＳ１が取り付けられ、アーム５にはアーム角度センサＳ２が取り付けられ、バケットリンクにはバケット角度センサＳ３が取り付けられている。上部旋回体３には、旋回角速度センサＳ４が取り付けられている。

ブーム角度センサＳ１は、姿勢検出センサの１つであり、ブーム４の回動角度を検出するように構成されている。本実施形態では、ブーム角度センサＳ１は、ブームシリンダ７のストローク量を検出するストロークセンサであり、ブームシリンダ７のストローク量に基づいて上部旋回体３とブーム４とを連結するブームフートピン回りのブーム４の回動角度を導き出す。

アーム角度センサＳ２は、姿勢検出センサの１つであり、アーム５の回動角度を検出するように構成されている。本実施形態では、アーム角度センサＳ２は、アームシリンダ８のストローク量を検出するストロークセンサであり、アームシリンダ８のストローク量に基づいてブーム４とアーム５とを連結する連結ピン回りのアーム５の回動角度を導き出す。

バケット角度センサＳ３は、姿勢検出センサの１つであり、バケット６の回動角度を検出するように構成されている。本実施形態では、バケット角度センサＳ３は、バケットシリンダ９のストローク量を検出するストロークセンサであり、バケットシリンダ９のストローク量に基づいてアーム５とバケット６とを連結する連結ピン回りのバケット６の回動角度を導き出す。

なお、ブーム角度センサＳ１、アーム角度センサＳ２、及びバケット角度センサＳ３のそれぞれは、ロータリエンコーダ、加速度センサ、ポテンショメータ（可変抵抗器）、傾斜センサ、又は、慣性計測装置等であってもよい。慣性計測装置は、例えば、加速度センサとジャイロセンサとの組み合わせで構成されていてもよい。

旋回角速度センサＳ４は、上部旋回体３の旋回角速度を検出するように構成されている。本実施形態では、旋回角速度センサＳ４は、ジャイロセンサである。旋回角速度センサＳ４は、旋回角速度に基づいて旋回角度を算出するように構成されていてもよい。旋回角速度センサＳ４は、ロータリエンコーダ等の他のセンサで構成されていてもよい。

上部旋回体３には、運転室としてのキャビン１０、エンジン１１、測位装置１８、集音装置Ａ１、撮像装置Ｃ１、及び通信装置Ｔ１等が搭載されている。また、キャビン１０内には、コントローラ３０が搭載されている。また、キャビン１０内には、運転席及び操作装置等が設置されている。但し、ショベル１００は、キャビン１０が省略された無人ショベルであってもよい。

エンジン１１は、ショベル１００の駆動源である。本実施形態では、エンジン１１は、ディーゼルエンジンである。エンジン１１の出力軸は、コントロールバルブユニット（図示せず）を介して油圧アクチュエータに作動油を供給するメインポンプ（図示せず）及び各種油圧制御機器に作動油を供給するパイロットポンプ（図示せず）のそれぞれの入力軸に連結されている。

測位装置１８は、ショベル１００の位置を測定するように構成されている。本実施形態では、測位装置１８は、ＧＮＳＳコンパスであり、上部旋回体３の位置及び向きを測定できるように構成されている。

集音装置Ａ１は、ショベル１００の周囲で発生する音を集めるように構成されている。本実施形態では、集音装置Ａ１は、上部旋回体３に取り付けられたマイクである。

撮像装置Ｃ１は、ショベル１００の周囲を撮像するように構成されている。本実施形態では、撮像装置Ｃ１は、上部旋回体３の上面後端に取り付けられた後カメラＣ１Ｂ、キャビン１０の上面前端に取り付けられた前カメラＣ１Ｆ、上部旋回体３の上面左端に取り付けられた左カメラＣ１Ｌ、及び、上部旋回体３の上面右端に取り付けられた右カメラＣ１Ｒを含む。撮像装置Ｃ１は、キャビン１０内の所定位置に設置された全天球カメラであってもよい。所定位置は、例えば、キャビン１０内に設置された運転席に着座する操作者の目の位置に対応する位置である。

通信装置Ｔ１は、ショベル１００の外部にある機器との通信を制御するように構成されている。本実施形態では、通信装置Ｔ１は、無線通信網を介し、通信装置Ｔ１とショベル１００の外部にある機器との間の無線通信を制御するように構成されている。具体的には、通信装置Ｔ１は、無線通信を介し、遠隔操作室ＲＣに設置された通信装置Ｔ２との間で情報を送受信するように構成されている。本実施形態では、通信装置Ｔ１と通信装置Ｔ２とは、第５世代移動通信回線（５Ｇ回線）、ＬＴＥ回線、又は衛星回線等を介して情報を送受信するように構成されている。

コントローラ３０は、各種演算を実行する演算装置である。本実施形態では、コントローラ３０は、ＣＰＵ及びメモリを含むマイクロコンピュータで構成されている。そして、コントローラ３０の各種機能は、ＣＰＵがメモリに格納されたプログラムを実行することで実現される。

ショベル１００の駆動系は、エンジン１１、レギュレータ、メインポンプ、パイロットポンプ、コントロールバルブユニット、コントローラ３０、及び電磁弁ユニット４５（図３参照）等で構成されている。エンジン１１は、エンジンコントロールユニットにより駆動制御される。

メインポンプは、作動油ラインを介して作動油をコントロールバルブユニットに供給する。本実施形態では、メインポンプは、斜板式可変容量型油圧ポンプである。

レギュレータは、メインポンプの吐出量を制御するように構成されている。本実施形態では、レギュレータは、メインポンプの吐出圧又はコントローラ３０からの制御信号等に応じてメインポンプの斜板傾転角を調節するように構成されている。メインポンプは、レギュレータにより１回転当たり吐出量（押し退け容積）が制御される。

パイロットポンプは、パイロットラインを介して各種油圧制御機器に作動油を供給するように構成されている。本実施形態では、パイロットポンプは、固定容量型油圧ポンプである。但し、パイロットポンプは、省略されてもよい。この場合、パイロットポンプが担っていた機能は、メインポンプによって実現されてもよい。すなわち、メインポンプは、コントロールバルブユニットに作動油を供給する機能とは別に、絞り等を介して電磁弁ユニット４５等に作動油を供給する機能を備えていてもよい。

コントロールバルブユニットは、メインポンプから受け入れた作動油を１又は複数の油圧アクチュエータに選択的に供給できるように構成されている。本実施形態では、コントロールバルブユニットは、複数の油圧アクチュエータに対応する複数の制御弁を含む。そして、コントロールバルブユニットは、１又は複数の油圧アクチュエータに対し、メインポンプから吐出される作動油を選択的に供給できるように構成されている。油圧アクチュエータは、例えば、ブームシリンダ７、アームシリンダ８、バケットシリンダ９、左側走行用油圧モータ、右側走行用油圧モータ、及び旋回用油圧モータを含む。

コントローラ３０は、通信装置Ｔ１を通じて受信する操作信号に基づき、電磁弁ユニット４５を制御するように構成されている。本実施形態では、操作信号は、遠隔操作室から送信されてくる。操作信号は、キャビン１０内に設けられた操作装置によって生成されてもよい。

電磁弁ユニット４５は、パイロットポンプとコントロールバルブユニット内の各制御弁のパイロットポートとを繋ぐ各パイロットラインに配置された複数の電磁弁を含む。

本実施形態では、コントローラ３０は、複数の電磁弁のそれぞれの開口面積を個別に制御することで、各制御弁のパイロットポートに作用するパイロット圧を制御することができる。そのため、コントローラ３０は、各油圧アクチュエータに流入する作動油の流量、及び、各油圧アクチュエータから流出する作動油の流量を制御することができ、ひいては、各油圧アクチュエータの動きを制御することができる。

このようにして、コントローラ３０は、遠隔操作室ＲＣ等の外部からの操作信号に応じ、ブーム４の上げ下げ、アーム５の開閉、バケット６の開閉、上部旋回体３の旋回、及び下部走行体１の走行等を実現できる。

次に、遠隔操作室ＲＣについて説明する。遠隔操作室ＲＣには、遠隔コントローラ４０、音出力装置Ａ２、室内撮像装置Ｃ２、表示装置Ｄ１、及び通信装置Ｔ２等が設置されている。また、遠隔操作室ＲＣには、ショベル１００を遠隔操作する操作者ＯＰが座る運転席ＤＳが設置されている。

遠隔コントローラ４０は、各種演算を実行する演算装置である。本実施形態では、遠隔コントローラ４０は、コントローラ３０と同様、ＣＰＵ及びメモリを含むマイクロコンピュータで構成されている。そして、遠隔コントローラ４０の各種機能は、ＣＰＵがメモリに格納されたプログラムを実行することで実現される。

音出力装置Ａ２は、音を出力するように構成されている。本実施形態では、音出力装置Ａ２は、スピーカであり、ショベル１００に取り付けられている集音装置Ａ１が集めた音を再生するように構成されている。

室内撮像装置Ｃ２は、遠隔操作室ＲＣ内を撮像するように構成されている。本実施形態では、室内撮像装置Ｃ２は、遠隔操作室ＲＣの内部に設置されたカメラであり、運転席ＤＳに着座する操作者ＯＰを撮像するように構成されている。

通信装置Ｔ２は、ショベル１００に取り付けられた通信装置Ｔ１との無線通信を制御するように構成されている。

本実施形態では、運転席ＤＳは、通常のショベルのキャビン内に設置される運転席と同様の構造を有する。具体的には、運転席ＤＳの左側には左コンソールボックスが配置され、運転席ＤＳの右側には右コンソールボックスが配置されている。そして、左コンソールボックスの上面前端には左操作レバーが配置され、右コンソールボックスの上面前端には右操作レバーが配置されている。また、運転席ＤＳの前方には、走行レバー及び走行ペダルが配置されている。更に、右コンソールボックスの上面中央部には、エンジン回転数調整ダイヤル７５（図２参照）が配置されている。左操作入力デバイス２６Ｌ（図２参照）、右操作入力デバイス２６Ｒ（図２参照）、走行レバー、走行ペダル、及びエンジン回転数調整ダイヤル７５（図２参照）のそれぞれは、操作装置２６を構成している。

エンジン回転数調整ダイヤル７５は、エンジン１１の回転数を調整するためのダイヤルであり、例えばエンジン回転数を４段階で切り換えできるように構成されている。

具体的には、エンジン回転数調整ダイヤル７５はＳＰモード、Ｈモード、Ａモード、及びアイドリングモードの４段階でエンジン回転数の切り換えができるように構成されている。エンジン回転数調整ダイヤル７５は、エンジン回転数の設定に関するデータをコントローラ３０に送信する。

ＳＰモードは、操作者ＯＰが作業量を優先させたい場合に選択される回転数モードであり、最も高いエンジン回転数を利用する。Ｈモードは、操作者ＯＰが作業量と燃費を両立させたい場合に選択される回転数モードであり、二番目に高いエンジン回転数を利用する。Ａモードは、操作者ＯＰが燃費を優先させながら低騒音でショベルを稼働させたい場合に選択される回転数モードであり、三番目に高いエンジン回転数を利用する。アイドリングモードは、操作者ＯＰがエンジンをアイドリング状態にしたい場合に選択される回転数モードであり、最も低いエンジン回転数を利用する。そして、エンジン１１は、エンジン回転数調整ダイヤル７５を介して選択された回転数モードのエンジン回転数で一定に回転数制御される。

操作装置２６には、操作装置２６の操作内容を検出するための操作センサ２９が設置されている。操作センサ２９は、例えば、操作レバーの傾斜角度を検出する傾斜センサ、又は、操作レバーの揺動軸回りの揺動角度を検出する角度センサ等である。操作センサ２９は、圧力センサ、電流センサ、電圧センサ、又は距離センサ等の他のセンサで構成されていてもよい。操作センサ２９は、検出した操作装置２６の操作内容に関する情報を遠隔コントローラ４０に対して出力する。遠隔コントローラ４０は、受信した情報に基づいて操作信号を生成し、生成した操作信号をショベル１００に向けて送信する。操作センサ２９は、操作信号を生成するように構成されていてもよい。この場合、操作センサ２９は、遠隔コントローラ４０を経由せずに、操作信号を通信装置Ｔ２に出力してもよい。

表示装置Ｄ１は、ショベル１００の周囲の状況に関する情報を表示するように構成されている。本実施形態では、表示装置Ｄ１は、縦３段、横３列の９つのモニタで構成されるマルチディスプレイであり、ショベル１００の前方、左方、及び右方の空間の様子を表示できるように構成されている。各モニタは、液晶モニタ又は有機ＥＬモニタ等である。但し、表示装置Ｄ１は、１又は複数の曲面モニタで構成されていてもよく、プロジェクタで構成されていてもよい。

表示装置Ｄ１は、操作者ＯＰが着用可能な表示装置であってもよい。例えば、表示装置Ｄ１は、ヘッドマウントディスプレイであり、無線通信によって、遠隔コントローラ４０との間で情報を送受信できるように構成されていてもよい。ヘッドマウントディスプレイは、遠隔コントローラ４０に有線接続されていてもよい。ヘッドマウントディスプレイは、透過型ヘッドマウントディスプレイであってもよく、非透過型ヘッドマウントディスプレイであってもよい。ヘッドマウントディスプレイは、片眼型ヘッドマウントディスプレイであってもよく、両眼型ヘッドマウントディスプレイであってもよい。

表示装置Ｄ１は、遠隔操作室ＲＣにいる操作者ＯＰがショベル１００の周囲を視認できるようにする画像を表示するように構成されている。すなわち、表示装置Ｄ１は、操作者ＯＰが遠隔操作室ＲＣにいるにもかかわらず、あたかもショベル１００のキャビン１０内にいるかのように、ショベル１００の周囲の状況を確認することができるように、画像を表示する。

次に、遠隔操作室ＲＣにおける基準点Ｒ１を原点とする第１座標系と、ショベル１００における基準点Ｒ２を原点とする第２座標系との関係について説明する。なお、以下の説明では、第１座標系は、操作室座標系と称され、第２座標系は、ショベル座標系と称される。

操作室座標系は、遠隔操作室ＲＣにおける基準点Ｒ１を原点とする３次元ＵＶＷ直交座標系であり、運転席ＤＳの前後方向に平行に伸びるＵ軸、運転席ＤＳの左右方向に平行に伸びるＶ軸、及び、Ｕ軸とＶ軸に直交するＷ軸を有する。

ショベル座標系は、上部旋回体３上の基準点Ｒ２を原点とする３次元ＸＹＺ直交座標系であり、上部旋回体３の前後方向に平行に伸びるＸ軸、上部旋回体３の左右方向に平行に伸びるＹ軸、及び、Ｘ軸とＹ軸に直交するＺ軸を有する。図４の例では、基準点Ｒ２は旋回軸上の点であり、ＸＹ平面は水平面であり、Ｚ軸は鉛直軸である。すなわち、図４の例では、ショベル１００が位置する仮想平面である接地面は水平面である。そして、Ｘ軸は、操作室座標系のＵ軸に対応し、Ｙ軸は、操作室座標系のＶ軸に対応し、Ｚ軸は、操作室座標系のＷ軸に対応している。また、上部旋回体３の旋回角度Ψとし、バケット６の開閉角度Θとする。

本実施形態では、操作室座標系における各三次元座標は、ショベル座標系における三次元座標の１つに予め対応付けられている。そのため、遠隔操作室ＲＣにおける操作者ＯＰの目の位置である操作者視点Ｅ１の三次元座標が決まれば、ショベル１００における仮想操作者の目の位置である仮想操作者視点Ｅ１'の三次元座標は一意に決まる。なお、操作者ＯＰの目の位置は、例えば、操作者ＯＰの左目の位置と右目の位置の中間点である。但し、操作者ＯＰの目の位置は、予め設定された位置であってもよい。すなわち、操作者視点Ｅ１及び仮想操作者視点Ｅ１'は固定点であってもよい。

図２は、遠隔操作室ＲＣ１の構成例を示す図である。表示装置Ｄ１は、図２に示すように、縦３段、横３列の９つのモニタで構成されるマルチディスプレイである。具体的には、表示装置Ｄ１は、中央モニタＤ１ａ、上モニタＤ１ｂ、下モニタＤ１ｃ、左モニタＤ１ｄ、右モニタＤ１ｅ、左上モニタＤ１ｆ、右上モニタＤ１ｇ、左下モニタＤ１ｈ、及び右下モニタＤ１ｉを含む。

但し、表示装置Ｄ１は、例えば、縦２段、横３列の６つのモニタで構成されるマルチディスプレイであってもよい。或いは、表示装置Ｄ１は、中央モニタ、上モニタ、左モニタ、下モニタ、及び右モニタの５つのモニタで構成されるマルチディスプレイであってもよい。或いは、表示装置Ｄ１は、複数のモニタが他の任意の配列態様で配列されたマルチディスプレイであってもよい。

上述の実施形態では、表示装置Ｄ１は、操作者ＯＰの前方、左前方、及び右前方に設置されているが、操作者ＯＰを取り囲むように角筒状又は円筒状に設置されていてもよい。すなわち、表示装置Ｄ１は、操作者ＯＰの後方に設置されたモニタを含んでいてもよい。或いは、表示装置Ｄ１は、操作者ＯＰを取り囲むように半球状に設置されていてもよい。すなわち、表示装置Ｄ１は、操作者ＯＰの真上に設置されたモニタを含んでいてもよい。

操作者ＯＰが座る運転席ＤＳには、左操作入力デバイス２６Ｌ及び右操作入力デバイス２６Ｒが設けられている。なお、左操作入力デバイス２６Ｌは、運転席ＤＳの左側前方に設けられる。運転席ＤＳに着座した操作者ＯＰは、左手で左操作入力デバイス２６Ｌを操作する。右操作入力デバイス２６Ｒは、運転席ＤＳの右側前方に設けられる。運転席ＤＳに着座した操作者ＯＰは、右手で右操作入力デバイス２６Ｒを操作する。

図３は、ショベルの操作システムＳＹＳの構成例を示す機能ブロック図である。

最初に、ショベル１００に搭載されているコントローラ３０が有する機能について説明する。コントローラ３０は、機能ブロックとして、画像生成部３１、ショベル状態特定部３２、及びアクチュエータ駆動部３３を有する。

画像生成部３１は、表示装置Ｄ１で表示される画像を含む周囲画像を生成するように構成されている。周囲画像は、表示装置Ｄ１での表示の際に利用される画像である。典型的には、周囲画像は、仮にキャビン１０内に操作者がいたならば操作者が見ることができたショベル１００の周囲の様子を表す画像である。本実施形態では、周囲画像は、撮像装置Ｃ１が撮像した画像に基づいて生成される。具体的には、画像生成部３１は、後カメラＣ１Ｂ、前カメラＣ１Ｆ、左カメラＣ１Ｌ、及び右カメラＣ１Ｒのそれぞれが撮像した画像に基づき、周囲画像としての第１仮想視点画像を生成する。但し、画像生成部３１は、後カメラＣ１Ｂ、前カメラＣ１Ｆ、左カメラＣ１Ｌ、及び右カメラＣ１Ｒの少なくとも１つが撮像した画像に基づき、周囲画像としての第１仮想視点画像を生成してもよい。第１仮想視点画像の仮想視点である第１仮想視点は、仮にキャビン１０内の運転席に操作者が着座していたときの操作者の目の位置に対応する仮想操作者視点Ｅ１'（図１参照。）である。但し、仮想操作者視点Ｅ１'は、キャビン１０の外にあってもよい。

本実施形態では、第１仮想視点である仮想操作者視点Ｅ１'の座標は、遠隔操作室ＲＣの運転席ＤＳに操作者ＯＰが着座したときの操作者ＯＰの目の位置である操作者視点Ｅ１（図１参照。）に基づいて導き出される。なお、操作者視点Ｅ１の座標は、遠隔コントローラ４０から送信されてくる。画像生成部３１は、操作室座標系における操作者視点Ｅ１の座標を、ショベル座標系における座標に変換することで、仮想操作者視点Ｅ１'の座標を導き出すことができる。但し、操作者視点Ｅ１の座標は、予め設定された固定値であってもよい。

また、本実施形態では、第１仮想視点画像は、第１仮想視点を取り囲む仮想的な円筒状の仮想投影面の内周面に投影された画像に相当する。仮想投影面は、第１仮想視点を取り囲む仮想的な球又は半球の内面であってもよく、第１仮想視点を取り囲む仮想的な直方体又は立方体の内面であってもよい。このように生成された第１仮想視点画像を見ることで、操作者ＯＰは、ショベル１００の周囲の状況を立体的に把握することができる。すなわち、操作者ＯＰは、第１仮想視点画像を見ることで、例えば、ショベル１００の前方に位置するダンプトラックの荷台の奥行き、地面にある盛り土の高さ、又は、地面にある穴の深さ等をより正確に把握できる。

表示装置Ｄ１で表示される第１仮想視点画像由来の画像は、画像生成部３１が生成する第１仮想視点画像の一部である。

なお、表示装置Ｄ１がヘッドマウントディスプレイである場合、第１仮想視点画像の全領域に占める、表示装置Ｄ１で表示される画像の領域は、遠隔操作室ＲＣの運転席ＤＳに着座している操作者ＯＰの視線の向きに基づいて決定されてもよい。この場合、操作者ＯＰの視線の向きに関する情報は、遠隔コントローラ４０から送信されてくる。画像生成部３１は、撮像装置Ｃ１が出力する画像と、遠隔コントローラ４０から送信されてくる操作者視点Ｅ１の座標とに基づいて周囲画像としての第１仮想視点画像を生成する。そして、画像生成部３１は、遠隔コントローラ４０から送信されてくる操作者ＯＰの視線の向きに関する情報に基づき、生成した第１仮想視点画像の一部を部分周囲画像として切り出し、切り出した部分周囲画像を遠隔操作室ＲＣにある表示装置Ｄ１に向けて送信する。

ショベル状態特定部３２は、ショベル１００の状態を特定するように構成されている。本実施形態では、ショベル１００の状態は、ショベル１００の位置と向きを含む。ショベル１００の位置は、例えば、ショベル１００における基準点Ｒ２の緯度、経度、及び高度である。ショベル状態特定部３２は、測位装置１８の出力に基づいてショベル１００の位置及び向きを特定する。

アクチュエータ駆動部３３は、ショベル１００に搭載されているアクチュエータを駆動するように構成されている。本実施形態では、アクチュエータ駆動部３３は、遠隔コントローラ４０から送信されてくる操作信号に基づき、電磁弁ユニット４５に含まれる複数の電磁弁のそれぞれに対する作動信号を生成して出力する。

作動信号を受けた各電磁弁は、コントロールバルブユニットにおける対応する制御弁のパイロットポートに作用するパイロット圧を増減させる。その結果、各制御弁に対応する油圧アクチュエータは、制御弁のストローク量に応じた速度で動作する。

次に、遠隔操作室ＲＣに設置されている遠隔コントローラ４０が有する機能について説明する。遠隔コントローラ４０は、機能ブロックとして、操作者状態特定部４１、画像合成部４２、及び操作信号生成部４３を有する。

操作者状態特定部４１は、遠隔操作室ＲＣにいる操作者ＯＰの状態を特定するように構成されている。操作者ＯＰの状態は、操作者ＯＰの目の位置と視線の向きを含む。操作者状態特定部４１は、室内撮像装置Ｃ２の出力に基づいて操作者ＯＰの目の位置及び視線の向きを特定する。具体的には、操作者状態特定部４１は、室内撮像装置Ｃ２が撮像した画像に各種画像処理を施し、操作室座標系における操作者ＯＰの目の位置の座標を操作者視点Ｅ１（図４参照。）の座標として特定する。また、操作者状態特定部４１は、室内撮像装置Ｃ２が撮像した画像に各種画像処理を施し、操作室座標系における操作者ＯＰの視線の向きを特定する。

操作者状態特定部４１は、遠隔操作室ＲＣに設置されたＬＩＤＡＲ、又は、表示装置Ｄ１としてのヘッドマウントディスプレイに取り付けられた慣性計測装置等、室内撮像装置Ｃ２以外の他の装置の出力に基づいて操作者視点Ｅ１の座標及び操作者ＯＰの視線の向きを導き出してもよい。なお、慣性計測装置は、測位装置を含んでいてもよい。

そして、操作者状態特定部４１は、通信装置Ｔ２を通じ、操作者視点Ｅ１の座標及び操作者ＯＰの視線の向きに関する情報をショベル１００に向けて送信する。

画像合成部４２は、コントローラ３０から送信されてくる部分周囲画像と、別の画像とを合成して合成画像を生成するように構成されている。

別の画像は、設計面情報ＤＩに基づいて生成される画像である設計面画像であってもよい。本実施形態では、画像合成部４２は、遠隔コントローラ４０を構成している不揮発性記憶装置に予め記憶されている設計面情報ＤＩに基づいて設計面の位置を表すコンピュータグラフィックス等の図形を、設計面画像として、部分周囲画像に重畳表示させる。設計面は、ショベル１００を用いた掘削作業が完了したときの地面である。操作者ＯＰは、設計面を見ることで、掘削作業が完了する前であっても、掘削作業が完了したときのショベル１００の周囲の状態を把握できる。この場合、画像合成部４２は、ショベル状態特定部３２が特定したショベル１００の位置及び向きに基づき、部分周囲画像における、設計面画像を重畳表示すべき位置を決定する。

操作信号生成部４３は、操作信号を生成するように構成されている。本実施形態では、操作信号生成部４３は、操作センサ２９の出力に基づいて操作信号を生成するように構成されている。

次に、図４を用いて操作装置２６について説明する。図４は、操作装置２６の一例の斜視図である。操作装置２６は、左操作入力デバイス２６Ｌ及び右操作入力デバイス２６Ｒを有する。また、操作センサ２９として、操作センサ２９ａ～２９ｄを有する。

左操作入力デバイス２６Ｌは、ショベル１００の上部旋回体３の旋回動作を入力するための操作入力装置である。また、左操作入力デバイス２６Ｌは、上部旋回体３の旋回角度Ψの速度目標値を入力する速度目標入力デバイスである。

左操作入力デバイス２６Ｌは、操作部２６０を有する。操作部２６０は、軸Ｃ１１を回転軸として、中立位置から右回り及び左回りに回転可能に構成されている。

左操作入力デバイス２６Ｌには、操作センサ２９ａが設けられている。操作センサ２９ａは、操作部２６０の操作角度ψを検出する。

左操作入力デバイス２６Ｌの操作センサ２９ａで検出された操作部２６０の操作角度ψは、操作信号生成部４３に入力される。操作信号生成部４３は、操作角度ψを操作信号として、通信装置Ｔ１，Ｔ２を介して、アクチュエータ駆動部３３に出力する。アクチュエータ駆動部３３は、操作角度ψに基づいて、上部旋回体３の旋回角速度（ｄΨ/ｄｔ）の目標値を算出する。そして、アクチュエータ駆動部３３は、算出した上部旋回体３の旋回角速度（ｄΨ/ｄｔ）の目標値に基づいて、電磁弁ユニット４５内の旋回機構２の旋回油圧モータを制御する制御弁にパイロット圧を供給する電磁弁を制御する。

また、左操作入力デバイス２６Ｌは、操作者ＯＰが操作部２６０から手を離すと、操作部２６０が中立位置に復帰する中立位置復帰機構（図示せず）を有している。

操作者ＯＰが操作部２６０から手を離すと、操作部２６０が中立位置に復帰して操作角度ψが０［°］となり、上部旋回体３の旋回角速度（ｄΨ/ｄｔ）が０［ｒａｄ／ｓ］となる。これにより、上部旋回体３の旋回を停止させることができる。

右操作入力デバイス２６Ｒは、ショベル１００のアタッチメント（ブーム４、アーム５、バケット６）の動作を入力するための操作入力装置である。また、右操作入力デバイス２６Ｒは、アタッチメントの位置目標値を入力する位置目標入力デバイスである。ここで、ブーム４、アーム５及びバケット６から構成されるアタッチメントにおいて、ブーム４、アーム５及びバケット６のそれぞれの位置は、例えば、アタッチメントの基準位置（アーム５とバケット６とを連結する連結ピンＰ１（図１参照）の位置）の位置座標（Ｘ，Ｚ）及びバケット６の開閉角度Θによって規定される。右操作入力デバイス２６Ｒは、（Ｘ，Ｚ，Θ）の位置目標値を入力する。なお、基準位置は、アーム５とバケット６とを連結する連結ピンＰ１の位置に限られるものではなく、アタッチメントの他の位置であってもよい。例えば、バケット６の爪先位置を基準位置としてもよい。

右操作入力デバイス２６Ｒは、操作部２６１と垂直移動部２６２と、水平移動部２６３と、回転部２６４と、を有する。操作部２６１は、回転部２６４を介して垂直移動部２６２に支持されている。垂直移動部２６２は、操作部２６１を上下方向に移動可能に支持する。水平移動部２６３は、垂直移動部２６２を前後方向に移動可能に支持する。回転部２６４は、操作部２６１と垂直移動部２６２との間に設けられ、軸Ｃ１２を回転軸として垂直移動部２６２に対し操作部２６１を右回り及び左回りに回転可能に支持する。

垂直移動部２６２には、操作センサ２９ｂが設けられている。操作センサ２９ｂは、垂直移動部２６２の上下方向のストローク量を検出することにより、操作部２６１の基準位置２６１ａの上下方向の操作量Ｗを検出する。水平移動部２６３には、操作センサ２９ｃが設けられている。操作センサ２９ｃは、水平移動部２６３の前後方向のストローク量を検出することにより、操作部２６１の基準位置２６１ａの前後方向の操作量Ｕを検出する。回転部２６４には、操作センサ２９ｄが設けられている。操作センサ２９ｄは、操作部２６１の操作角度θを検出する。

右操作入力デバイス２６Ｒの操作センサ２９ｂ～２９ｄで検出された操作部２６１の操作位置（Ｕ，Ｗ，θ）は、操作信号生成部４３に入力される。操作信号生成部４３は、操作位置（Ｕ，Ｗ，θ）を操作信号として、通信装置Ｔ１，Ｔ２を介して、アクチュエータ駆動部３３に出力する。アクチュエータ駆動部３３は、操作部２６１の操作位置（Ｕ，Ｗ，θ）に基づいて、アタッチメントの基準位置の位置座標（Ｘ，Ｚ）及びバケット６の開閉角度Θを算出する。そして、アクチュエータ駆動部３３は、算出したアタッチメントの基準位置の位置座標（Ｘ，Ｚ）に基づいて、電磁弁ユニット４５内のブームシリンダ７及びアームシリンダ８を制御する制御弁にパイロット圧を供給する電磁弁を制御する。また、アクチュエータ駆動部３３は、算出したバケット６の開閉角度Θに基づいて、電磁弁ユニット４５内のバケットシリンダ９を制御する制御弁にパイロット圧を供給する電磁弁を制御する。

右操作入力デバイス２６Ｒは、操作者ＯＰが操作部２６１から手を離しても、操作部２６１の操作位置（Ｕ，Ｗ，θ）が維持される自重補償機構（図示せず）を有している。自重補償機構は、例えば右操作入力デバイス２６Ｒの各可動部に設けられた電動アクチュエータであって、操作部２６１の位置が維持されるようにトルクを発生させる。また、右操作入力デバイス２６Ｒの各可動部に設けられた電動アクチュエータは、操作部２６１の操作に対して粘性を付与する粘性付与機構として機能してもよい。この場合、粘性は、各可動部に設けられた電動アクチュエータによるインピーダンス制御によって実現してもよい。

操作者ＯＰが操作部２６１から手を離すと、自重補償機構により、操作部２６１の操作位置（Ｕ，Ｗ，θ）が維持される。これにより、アタッチメントをその位置で停止させることができる。

ショベルの操作システムＳＹＳによれば、アタッチメントの動作を入力可能な右操作入力デバイス２６Ｒ（アタッチメント入力装置）と、右操作入力デバイス２６Ｒから独立して設けられ、上部旋回体３の旋回を入力可能な左操作入力デバイス２６Ｌ（旋回入力装置）と、を有する、操作装置２６を備えている。これにより、上部旋回体３の旋回を一方の入力デバイス（左操作入力デバイス２６Ｌ）で操作し、アタッチメントの動作を他方の入力デバイス（右操作入力デバイス２６Ｒ）で操作することができる。これにより、アタッチメントの操作中に意図しない上部旋回体３の旋回動作が発生ことを防止することができ、ショベル１００の操作性が向上する。

また、上部旋回体３は、後方に張り出したカウンタウェイトを有している。意図しない上部旋回体３の旋回動作を防止することで、カウンタウェイトが他の構造物等に接触することを防止することができる。

また、左操作入力デバイス２６Ｌは、操作部２６０を一の方向に回転させることにより上部旋回体３が一の方向に回転し、操作部２６０を他の方向に回転させることにより上部旋回体３が他の方向に回転する。これにより、直感的な操作を実現することができ、ショベル１００の操作性が向上する。

また、右操作入力デバイス２６Ｒは、操作部２６１の基準位置２６１ａを前方に移動させることでアタッチメントの基準位置（連結ピンＰ１）が前方に移動し、操作部２６１の基準位置２６１ａを後方に移動させることでアタッチメントの基準位置（連結ピンＰ１）が後方に移動し、操作部２６１の基準位置２６１ａを上昇させることでアタッチメントの基準位置（連結ピンＰ１）が上昇し、操作部２６１の基準位置２６１ａを下降させることでアタッチメントの基準位置（連結ピンＰ１）が下降する。これにより、直感的な操作を実現することができ、ショベル１００の操作性が向上する。

次に、図５を用いて他の操作装置２６について説明する。図５は、操作装置２６の他の一例の斜視図である。他の一例の操作装置２６は、図４に示す一例の操作装置２６と比較して、右操作入力デバイス２６Ｒの構成が異なっている。左操作入力デバイス２６Ｌは、同様の構成を有しており、重複する説明は省略する。

右操作入力デバイス２６Ｒは、操作部２７１と、関節部２７２と、リンク２７３と、関節部２７４と、リンク２７５と、関節部２７６と、基部２７７と、回転部２７８と、を有する。操作部２７１は、回転部２７８を介して関節部２７２と接続される。関節部２７２は、Ｖ軸方向を回転軸として、操作部２７１とリンク２７３との間の角度を変更可能に構成される。リンク２７３は、一端が関節部２７２と接続され、他端が関節部２７４と接続される。関節部２７４は、Ｖ軸方向を回転軸として、リンク２７３とリンク２７５との間の角度を変更可能に構成される。リンク２７５は、一端が関節部２７４と接続され、他端が関節部２７６と接続される。関節部２７６は、Ｖ軸方向を回転軸として、リンク２７５と基部２７７との間の角度を変更可能に構成される。基部２７７は、運転席ＤＳに固定される。回転部２７８は、操作部２７１と関節部２７２との間に設けられ、軸Ｃ１３を回転軸として操作部２７１を右回り及び左回りに回転可能に支持する。

関節部２７２，２７４，２７６には、操作センサ２９ｅ～２９ｇが設けられている。操作センサ２９ｅ～２９ｇは、各関節部２７２，２７４，２７６の開き角度θ１～θ３を検出する。回転部２７８には、操作センサ２９ｄが設けられている。操作センサ２９ｄは、操作部２７１の操作角度θ４を検出する。

右操作入力デバイス２６Ｒの操作センサ２９ｅ～２９ｈで検出された角度θ１～θ４は、操作信号生成部４３に入力される。操作信号生成部４３は、角度θ１～θ３に基づいて、操作部２７１の基準位置２７１ａの操作位置（Ｕ，Ｗ）を算出する。また、角度θ４をバケット６の開き角度に対応する操作角度θとする。操作信号生成部４３は、算出した操作部２７１の操作位置（Ｕ，Ｗ，θ）を操作信号として、通信装置Ｔ１，Ｔ２を介して、アクチュエータ駆動部３３に出力する。アクチュエータ駆動部３３は、操作部２７１の操作位置（Ｕ，Ｗ，θ）に基づいて、アタッチメントの基準位置の位置座標（Ｘ，Ｚ）及びバケット６の開閉角度Θを算出する。そして、アクチュエータ駆動部３３は、算出したアタッチメントの基準位置の位置座標（Ｘ，Ｚ）に基づいて、電磁弁ユニット４５内のブームシリンダ７及びアームシリンダ８を制御する制御弁にパイロット圧を供給する電磁弁を制御する。また、アクチュエータ駆動部３３は、算出したバケット６の開閉角度Θに基づいて、電磁弁ユニット４５内のバケットシリンダ９を制御する制御弁にパイロット圧を供給する電磁弁を制御する。

右操作入力デバイス２６Ｒは、操作者ＯＰが操作部２７１から手を離しても、操作部２７１の操作位置（Ｕ，Ｗ，θ）が維持される自重補償機構（図示せず）を有している。操作者ＯＰが操作部２６１から手を離すと、自重補償機構により、操作部２７１の操作位置（Ｕ，Ｗ，θ）が維持される。これにより、アタッチメントをその位置で停止させることができる。

また、図５に示す右操作入力デバイス２６Ｒにおいて、アタッチメントの自由度（図１の例では、３自由度）よりも操作部２７１の自由度（図５の例では、４自由度）が大きく構成されている。これにより、操作者ＯＰは操作部２７１を操作しやすい向きに傾けることができるので、右操作入力デバイス２６Ｒの操作性を向上させることができる。また、操作部２７１を鉛直下方に向けた状態で操作することができる。

次に、図６を用いて更に他の操作装置２６について説明する。図６は、操作装置２６の更に他の一例の斜視図である。更に他の一例の操作装置２６は、図４に示す一例の操作装置２６と比較して、右操作入力デバイス２６Ｒの構成が異なっている。左操作入力デバイス２６Ｌは、同様の構成を有しており、重複する説明は省略する。

右操作入力デバイス２６Ｒは、操作部２７１と、関節部２７２と、リンク２７３と、関節部２７４と、リンク２７５と、関節部２７６と、基部２７７と、を有する。操作部２７１は、回転部２７８を介して関節部２７２と接続される。関節部２７２は、Ｖ軸方向を回転軸として、操作部２７１とリンク２７３との間の角度を変更可能に構成される。リンク２７３は、一端が関節部２７２と接続され、他端が関節部２７４と接続される。関節部２７４は、Ｖ軸方向を回転軸として、リンク２７３とリンク２７５との間の角度を変更可能に構成される。リンク２７５は、一端が関節部２７４と接続され、他端が関節部２７６と接続される。関節部２７６は、Ｖ軸方向を回転軸として、リンク２７５と基部２７７との間の角度を変更可能に構成される。基部２７７は、運転席ＤＳに固定される。

関節部２７２，２７４，２７６には、操作センサ２９ｅ～２９ｇが設けられている。操作センサ２９ｅ～２９ｇは、各関節部２７２，２７４，２７６の開き角度θ１～θ３を検出する。

右操作入力デバイス２６Ｒの操作センサ２９ｅ～２９ｇで検出された角度θ１～θ３は、操作信号生成部４３に入力される。操作信号生成部４３は、角度θ１～θ３に基づいて、操作部２７１の基準位置２７１ａの操作位置（Ｕ，Ｗ）を算出する。また、操作信号生成部４３は、角度θ１～θ３に基づいて、操作部２７１の傾きを算出し、バケット６の開き角度に対応する操作角度θとする。操作信号生成部４３は、算出した操作部２７１の操作位置（Ｕ，Ｗ，θ）を操作信号として、通信装置Ｔ１，Ｔ２を介して、アクチュエータ駆動部３３に出力する。アクチュエータ駆動部３３は、操作部２７１の操作位置（Ｕ，Ｗ，θ）に基づいて、アタッチメントの基準位置の位置座標（Ｘ，Ｚ）及びバケット６の開閉角度Θを算出する。そして、アクチュエータ駆動部３３は、算出したアタッチメントの基準位置の位置座標（Ｘ，Ｚ）に基づいて、電磁弁ユニット４５内のブームシリンダ７及びアームシリンダ８を制御する制御弁にパイロット圧を供給する電磁弁を制御する。また、アクチュエータ駆動部３３は、算出したバケット６の開閉角度Θに基づいて、電磁弁ユニット４５内のバケットシリンダ９を制御する制御弁にパイロット圧を供給する電磁弁を制御する。

右操作入力デバイス２６Ｒは、操作者ＯＰが操作部２７１から手を離しても、操作部２７１の操作位置（Ｕ，Ｗ，θ）が維持される自重補償機構（図示せず）を有している。操作者ＯＰが操作部２６１から手を離すと、自重補償機構により、操作部２７１の操作位置（Ｕ，Ｗ，θ）が維持される。これにより、アタッチメントをその位置で停止させることができる。

以上、操作装置２６（左操作入力デバイス２６Ｌ、右操作入力デバイス２６Ｒ）の構成例を説明したが、操作装置２６はこれに限られるものではない。例えば、上部旋回体３の正解動作を操作する入力デバイスは、左操作入力デバイス２６Ｌであるものとして説明したが、これに限られるものではなく、傾倒させる操作レバーやペダル等であってもよい。

例えば、エンドアタッチメントがグラップル等の開閉機構を有するエンドアタッチメントである場合、操作部２６１，２７１にエンドエフェクタの開閉操作を入力する入力部をさらに設けてもよい。

また、図４に示す回転部２６４は回転角度を入力するものとして説明したが、これに限られるものではない。回転部２６４は、バケット６の連結ピンＰ１回りの回転速度（開閉速度）を入力するように構成されていてもよい。この場合、回転部２６４は、操作部２６１が軸Ｃ１２回りの中立位置に復帰する中立位置復帰機構を有していることが好ましい。同様に、図５に示す回転部２７８は回転角度を入力するものとして説明したが、これに限られるものではない。回転部２７８は、バケット６の連結ピンＰ１回りの回転速度（開閉速度）を入力するように構成されていてもよい。この場合、回転部２７８は、操作部２７１が軸Ｃ１３回りの中立位置に復帰する中立位置復帰機構を有していることが好ましい。

また、操作装置２６（左操作入力デバイス２６Ｌ、右操作入力デバイス２６Ｒ）は、ショベル１００を遠隔操作する遠隔操作室ＲＣに設けられるものとして説明したがこれに限られるものではない。ショベル１００のキャビン１０内の操作装置に図４から図６に示す操作装置２６（左操作入力デバイス２６Ｌ、右操作入力デバイス２６Ｒ）を適用してもよい。

また、右操作入力デバイス２６Ｒの各可動部に設けられた電動アクチュエータは、自重補償機構及び粘性付与機構として機能するものとして説明したが、これに限られるものではない。バケット６（エンドアタッチメント）に加わる外力（掘削時の反力等）を検出または推定するショベル１００において、電動アクチュエータは外力を右操作入力デバイス２６Ｒにフィードバックしてもよい。

１ 下部走行体
２ 旋回機構
３ 上部旋回体
４ ブーム（アタッチメント）
５ アーム（アタッチメント）
６ バケット（アタッチメント）
２６ 操作装置（入力装置）
２６Ｌ 左操作入力デバイス（旋回入力装置）
２６Ｒ 右操作入力デバイス（アタッチメント入力装置）
２９，２９ａ～２９ｈ 操作センサ
３０ コントローラ
４０ 遠隔コントローラ
ＲＣ 遠隔操作室

Claims (6)

1. 下部走行体と、前記下部走行体に対して旋回可能な上部旋回体と、前記上部旋回体に設けられるアタッチメントと、を有するショベルと、
   操作者によって操作され、前記上部旋回体の旋回及び前記アタッチメントの動作を入力する入力装置と、を備え、
   前記入力装置は、
   前記アタッチメントの動作を入力可能なアタッチメント入力装置と、
   前記アタッチメント入力装置から独立して設けられ、前記上部旋回体の旋回を入力可能な旋回入力装置と、を有する、
   ショベルの操作システム。
2. 前記旋回入力装置は、
   前記上部旋回体の旋回速度を入力する入力装置である、
   請求項１に記載のショベルの操作システム。
3. 前記旋回入力装置は、
   中立位置に復帰する中立位置復帰機構を有する、
   請求項２に記載のショベルの操作システム。
4. 前記アタッチメント入力装置は、
   前記アタッチメントの位置を入力する入力装置である、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のショベルの操作システム。
5. 前記アタッチメント入力装置は、
   自重補償機構を有する、
   請求項４に記載のショベルの操作システム。
6. 前記入力装置は、前記ショベルを遠隔操作する遠隔操作室に設けられる、
   請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のショベルの操作システム。

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