JP3547332B2 - 建設機械 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠隔操縦される建設機械に係わり、特に、急傾斜地や遠隔操縦する場所との間に高低差のある場所で作業する建設機械から送信される撮像信号に基づいて遠隔操縦される建設機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、建設機械の遠隔操縦が実用化されている。この遠隔操縦は、建設機械に搭載されたカメラによって撮像された信号を操縦側に伝送し、操縦側では受信した撮像信号を映像モニタ画面で見ながら建設機械を操縦する。従って、この遠隔操縦では、建設機械を運転するために必要な操縦信号を伝送する無線機と、撮像信号を伝送する無線機とが必要となる。
【０００３】
通常、日本国内では、無線従事者が免許なしに、無線信号を伝送することのできる無線装置としては、微弱無線機、小電力無線機（ＳＳ無線機）、および５０ＧＨｚ帯簡易無線機の３つがある。このうち、微弱無線機は１５ｍ程度しか到達距離がなく、遠隔操縦用には適しない。また、小電力無線機（ＳＳ無線機）は電波の周波数が１波しかなく、複数の作業機械を同時に遠隔操縦する場合には対応することができない。従って、５０ＧＨｚ帯の簡易無線機のみが実用的に使える唯一の無線機であり、建設機械の遠隔操縦には、５０ＧＨｚ簡易無線機が使われる。
【０００４】
この５０ＧＨｚ帯簡易無線機は、使用周波数帯域からｍｍ波無線機と呼ばれ、５０ＧＨｚ無線機では波長が約６ｍｍと短く、従って、この無線機は周波数が高いために高いアンテナゲインが得られるが、その反面、アンテナの指向角が鋭く、例えば、２５ｍｍのホーンアンテナでは、アンテナゲインは約２０ｄＢｉあるが、ビーム半値幅は１７度と狭い。また、３０ｃｍの円形パラボラアンテナでは、ゲインは約４０ｄＢｉと高いが、半値指向角（ビーム幅）は約１．５度と非常に狭い。このため、建設機械にｍｍ波無線機を使用することは大変難しい問題を伴う。従来、ｍｍ波無線機を使用して建設機械を遠隔操縦するものとしては、例えば、東急建設技術研究所報Ｎｏ．２０（ｐ２０９〜ｐ２１４）に示されるものが知られている。これらの建設機械には、一定の方位を向ける追尾雲台を設置して、追尾雲台にｍｍ波無線機を搭載し、操縦側には電動雲台上にｍｍ波無線機を搭載して撮像信号を受信している。
【０００５】
図１０は、山の崖が崩落して、トンネルが陥没したり道路が岩石で覆われたような災害現場の一例を示す図であり、図１１は、土砂崩れや土石流によって河川が土砂に埋もれた災害現場の一例を示す図である。このような災害現場では、引き続き、崖の崩落、土砂崩れ、土石流の流入等が起きる恐れがあっても、人名救助の立場等から、緊急に復旧工事を行う必要があり、また、この工事に当たっては２次災害の発生を極力防止しなければならない。特に、我が国では、このような災害の発生し易い場所が多く、このような災害現場での工事には、遠隔操縦による建設機械の作業は欠かせない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常、災害現場は、図１０および図１１に示すように、平担な場所ではなく、建設機械と遠隔操縦する場所とに高低差があったり、建設機械が傾斜した状態で作業したりするのが一般的である。また、このような災害現場の復旧工事では、２次災害を避けるために、２００〜３００ｍ離れた地点から建設機械を遠隔操縦する必要がある。図１０に示すような道路上への崖の崩落現場では、建設機械は、遠隔操縦される場所から離れた崩落しまた傾斜した土石上で作業することになる。また、図１１に示すような河川の土石流の災害現場では、建設機械は、谷底で作業し、遠隔操縦する場所は建設機械よりも高い位置に設置されることになる。
【０００７】
このように、災害現場での建設機械は、傾斜した場所を移動したり、作業する必要があり、また、遠隔操縦する場所との間に大きな高低差があるのが特徴である。
【０００８】
一方、このような災害現場で、建設機械を所望通りに遠隔操縦するために、ｍｍ波無線機を利用して撮像信号を伝送しようとすると、建設機械上にアンテナを一定の方向に向ける追尾雲台を設ける必要がある。しかし、一般に、追尾雲台は構造が複雑であるため高価であり、さらにその制御装置を含めると非常に高価なものとなる。そのため、現実に実用化されている雲台は、旋回方向のみ追尾可能なものを用い、垂直方向への追尾機能は備えていない。
【０００９】
しかし、このような追尾装置には次のような問題がある。本発明が想定している災害現場は、建設機械と遠隔操縦装置間の距離が２００〜３００ｍで高低差が５０ｍ程度、即ち、両者間の傾斜角度１４°にもなり得る。従って、図１２に示すように、このような現場で、ｍｍ波無線機のアンテナとしてホーンアンテナを使用した場合は、ビーム幅は１７度（片側８．５。）しかないので、斜度１０°にもなると伝送が不可能となる。即ち、建設機械側に搭載されたｍｍ波無線機のビーム幅から操縦室側のｍｍ波無線機は外れてしまうことになる。同様に、建設機械としてクローラを駆動輪とする油圧ショベルを用いる場合には、この油圧ショベルは急傾斜地の登坂能力があり、災害現場では２０°程度までの傾斜地で作業する場合がある。従って、このような作業現場では、操縦室側のアンテナは建設機械側のアンテナのビーム幅からは大きく外れ、撮像信号の伝送は不可能となる。
【００１０】
本発明の目的は、上記の種々の問題点に鑑みて、先の災害現場のような、建設機械が傾斜した状態で作業したり、また建設機械と遠隔操縦される場所との間に大きな高低差があるような作業現場においても、高価な追尾装置等を使用することなく、このような状況に適合することのできる安価なアンテナ設備を使用するとともに、アンテナを建設機械上の最適な位置に設置して、遠隔操縦されることを可能にした建設機械を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
【００１２】
その手段は、上部旋回体と、作業状況を撮像する撮像手段と、上部旋回体に設置され、撮像された撮像信号を送信する機械側ｍｍ波無線機とを備え、遠隔の場所に設けられる操縦側ｍｍ波無線機によって受信された前記撮像信号に基づいて機械側が遠隔操縦され、かつ、機械側を操縦側から２００ｍ〜３００ｍ離した状態の下に、機械側のアンテナが操縦 側のアンテナに対して３０°傾斜するような作業現場で、機械側を遠隔操縦することができるようにした建設機械であり、
前記機械側ｍｍ波無線機のアンテナに、水平方向には無指向性で、垂直方向に４０度以上のビーム幅を有する送受信特性を有するオムニアンテナを用いて、このアンテナを、雲台を介さずに機械側に設置し、前記操縦側ｍｍ波無線機のアンテナにパラボラアンテナを用いて、このアンテナを、雲台を介して設置するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
〔発明が解決しようとする課題〕の項で述べたように、特にｍｍ波無線機を使用して遠隔操縦される建設機械にあっては、災害現場で復旧工事を行う場合のように、建設機械の機械側と操縦側とに高低差のある場所や傾斜地のような特殊な作業現場（本発明が想定している〔０００９〕に記載の災害現場のような作業現場、すなわち、遠隔操縦側から２００〜３００ｍ離れ、遠隔操縦側との間に高低差が１５°近くある場所又は２０度程度の傾斜地）で建設作業を行う場合、機械側での作業状況に関する撮像信号を操縦側に伝送する必要上、従来は、無人の機械側における無線機のアンテナを操縦側の無線機のアンテナに常に自動的に向けるようにするための、垂直方向への追尾機能も備えた追尾雲台やこれの制御装置を機械側に設置することが必要不可欠であると認識されていた。しかしながら、特に、上部旋回体が旋回したり振動したりする建設機械の機械側にこうした設備を設置すると、追尾雲台やその制御装置が非常に高価なものになるという問題があった。そのため、従来の建設機械では、機械側の追尾雲台に、垂直方向への追尾機能をもたないものを実際には用いていて、前記の特殊な作業現場では、機械側の撮像信号を操縦側に伝送することができなかった。
【００１４】
こうした建設機械の技術分野特有の問題を解消するため、技術開発を進めた結果、機械側ｍｍ波無線機のアンテナに、水平方向には無指向性で垂直方向に４０度以上のビーム幅を有する送受信特性を有するオムニアンテナを用いると、操縦者のいる操縦側に手動又は自動の何らかの雲台を設置するだけで、機械側には、追尾雲台やその制御装置を備えた高価なアンテナ設備を設置しなくても、機械側を操縦側から２００ｍ〜３００ｍ離した状態の下に、機械側のアンテナが操縦側のアンテナに対して３０°傾斜するような作業現場で、機械側の撮像信号を操縦側に伝送するように設計することが可能であることを見い出した。その場合、機械側のアンテナを上部旋回体の所望の位置に設置しても、上部旋回体の旋回操作時に機械側の撮像信号を操縦側に伝送するようにすることができる。
【００１５】
そして、こうした性能を有する建設機械であれば、本発明が想定している前記の災害現場のような特殊な作業現場でも、上部旋回体の旋回操作時に機械側の撮像信号を操縦側に伝送することができる。したがって、本発明によれば、災害現場のような、建設機械が傾斜した状態で作業したり、また建設機械と遠隔操縦される場所との間に大きな高低差があるような作業現場においても、高価な追尾装置等を使用することなく、このような状況に適合することのできる安価なアンテナ設備を使用するとともに、アンテナを建設機械上の最適な位置に設置するととにより、上部旋回体の旋回操作時でも、機械側の撮像信号を操縦側に伝送して遠隔操縦されることを可能にした建設機械を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
はじめに、本発明の第１の実施形態を図１から図８を用いて説明する。
【００１７】
図２は、本実施形態に係わる油圧ショベルとこの油圧ショベルを遠隔操縦する遠隔操作室との配置を示す斜視図である。
【００１８】
同図において、１は建設機械としての油圧ショベル、１１は油圧ショベル１に設けられ、油圧ショベル１の作業状況を撮像する複数個のカメラ、１２は、後に詳述するように、油圧ショベル１の上部旋回体４に設置され、遠隔操縦室２にカメラ１１によって撮像された撮像信号を送信する機械側ｍｍ波無線機としての５０ＧＨｚ簡易無線機、２は油圧ショベル１から遠隔の場所に設置され、油圧ショベル１を遠隔操縦する遠隔操縦室、２１は遠隔操縦室２に設けられ、油圧ショベル１の５０ＧＨｚ簡易無線機１２から送信された撮像信号を受信する操縦側ｍｍ波無線機としての５０ＧＨｚ簡易無線機、４は油圧ショベル１の上部旋回体、５は上部旋回体４に設けられる運転室、６は上部旋回体４に設けられるフロント機構である。
【００１９】
ここで、遠隔操縦室２は、油圧ショベル１の５０ＧＨｚ簡易無線機１２から送信された撮像信号を５０ＧＨｚ簡易無線機２１で受信し、映像モニタを見ながら油圧ショベル１に操縦信号を送信し遠隔操縦する。また、遠隔操縦する場所としては、例えば、ワンボックスカー、小型バス、ブレハブ小屋等を遠隔操縦室２として利用することもできる。
【００２０】
図１は、遠隔操縦に係わる油圧ショベル側装置および遠隔操縦室側装置の構成を示す図である。
【００２１】
同図において、１３はカメラＤに設けられる雲台、１４は合成分割器、１５はインターフェース、１６は雲台・ズーム制御器、１７は油圧ショベル側の特定小電力無線機、１８は油圧ショベル１に設けられるコントローラ、２２は油圧ショベル１の５０ＧＨｚ簡易無線機１２を撮像するカメラ、２３は５０ＧＨｚ簡易無線機２１およびカメラ２２が載置される雲台、２４はインターフェース、２５は５０ＧＨｚ簡易無線機２１によって受信された撮像信号を再生して映像するモニタ、２６はカメラ２２によって撮像された撮像信号を再生して映像するモニタ、２７，２８は操作盤、２９は操作機、３０は特定小電力無線機、３１は５０ＧＨｚ簡易無線機２１のパラボラアンテナである。なお、その他の構成は図２に示す同符号のものと同じである。
【００２２】
ここで、５０ＧＨｚ簡易無線機１２，２１間では、油圧ショベル１側から遠隔操縦室２側に撮像信号を、また、遠隔操縦室２側から油圧ショベル１側にカメラＤおよびカメラ雲台１３の操作信号が送信される。また、特定小電力無線機３０から特定小電力無線機１７に車体の操作に係わる操作信号が送信される。このように、本実施形態では遠隔操縦される油圧ショベル１には２系統の無線設備が必要である。
【００２３】
また、油圧ショベル１には４台のカメラ１１が搭載されており、そのうち、カメラＡ〜カメラＣは固定カメラであり、カメラＤは電動雲台１３に搭載される。４台のカメラ１１によって撮像された信号は合成分割器１４に入力され、インターフェース１８を介して５０ＧＨｚ簡易無線機１２本体に入力される。
【００２４】
油圧ショベル１の５０ＧＨｚ簡易無線機１２のアンテナは後述するように、オムニアンテナが使われ、５０ＧＨｚ簡易無線機１２からの撮像信号を送信する。また、遠隔操縦室２の上部には５０ＧＨｚ簡易無線機２１が設置され、受信された撮像信号は遠隔操縦室２内部に導かれ、インターフェース２４を介してモニタ２５に映し出される。油圧ショベル１の合成分割器１４では、カメラＡ〜カメラＤによって撮像された４画面を合成することも、また特定の１画面を選択することもできるが、その合成選択は遠隔操縦室２の操作盤２７からの操作によって行われる。
【００２５】
また、カメラＤやカメラ雲台１３を操作する場合は、操作盤２７からの操作により出力される操作信号がインターフェース２４を介して５０ＧＨｚ簡易無線機２１から撮像信号の周波数とは別の周波数で送信され、５０ＧＨｚ簡易無線機１２で受信される。受信された操作信号はインターフェース１５を介して、雲台・ズーム制御器１６からカメラＤまたはカメラ雲台１３に入力され、カメラＤのズームまたはカメラ雲台１３を制御する。ここで、５０ＧＨｚ簡易無線機２１は高利得のパラボラアンテナ３１を使う。パラボラアンテナ３１の方向は電動雲台２３を操作盤２８からの操作によって方向制御し、油圧ショベル側の５０ＧＨｚ無線機１２の方向に向ける。電動雲台２３の上にはカメラ２２が５０ＧＨｚ簡易無線機２１の方向と同軸に設置し、カメラ２２の撮像画像をモニタ２６に映しているので、電動雲台２３は操作盤２８を操作することにより、モニタ２６の画面中央に５０ＧＨｚ簡易無線機１２のアンテナを映し出すように制御することができる。
【００２６】
このように、本実施形態によれば、油圧ショベル１側の５０ＧＨｚ簡易無線機１２には、特別の追尾雲台等の方向制御装置を必要としないものである。また、遠隔操縦室２側では、油圧ショベル１を遠望するカメラ２２によって５０ＧＨｚ簡易無線機１２のアンテナを中央に映し出し、操作盤２８からの操作により電動雲台２３の制御により手動追尾機能を実現している。勿論、自動追尾の機能を付ければ、この部分は自動化できる。
【００２７】
油圧ショベル１本体の操縦は、遠隔操縦室２に設置される操作機２９を操作することによって行われ、この操作信号は特定小電力無線機３０から特定小電力無線機１７に送信され、受信された操作信号はコントローラ１８に入カされ、さらに図示されていない電磁弁を駆動し、油圧ショベル１のパイロット圧を制御して、油圧ショベル１を操縦する。
【００２８】
次に、５０ＧＨｚ簡易無線機１２の油圧ショベル１上の設置位置について図３を用いて説明する。
【００２９】
図３（ａ）は、５０ＧＨｚ簡易無線機１２が油圧ショベル１の運転室５の屋上に設置された油圧ショベル１の正面図、図３（ｂ）は、同上油圧ショベル１の平面図、図３（ｃ）は５０ＧＨｚ簡易無線機１２の設置位置の拡大図である。
【００３０】
次に、本実施形態に係わる油圧ショベル１に設置される５０ＧＨｚ簡易無線機１２の詳細な構成を図４から図６を用いて説明する。
【００３１】
図４は、５０ＧＨｚ簡易無線機１２の概観を示す図であり、１２１は５０ＧＨｚ簡易無線機１２の無線機本体、１２２は５０ＧＨｚ簡易無線機本体１２１上に設置されるオムニアンテナである。
【００３２】
図５（ａ）はオムニアンテナ１２２、図５（ｂ）はオムニアンテナ１２２のスロットアンテナ部、のそれぞれの詳細な構成を示す図である。
【００３３】
これらの図において、１２３はスロットアンテナ部を防水する等の目的で設けられるレドーム、１２４はスロットアンテナ部、１２５は導波管、１２６はフランジである。
【００３４】
図４に示すよう、無線機本体１２１の上部には導波管１２５で接続されたオムニアンテナ１２２が取付られており、また、図５に示すように、フランジ１２６が無線機本体１２１に固定されると、導波管１２５が無線機本体１２１の導波管と一致し、電波の電力はスロットアンテナ部１２４に伝達され、スロット１２９から電波として放出される。ここで、導波管１２５は、例えば、銅や、黄銅製の導電性の板状の金属体が用いられる。
【００３５】
図６（ａ）は、導波管１２５のスロット１２９ａ〜１２９ｂが設けられている一方の面を示し、図６（ｂ）は、スロット１２９ａ’〜１２９ｄ’が設けられている前記面と対向する他方の面を示す図である。
【００３６】
これらの図に示すように、導波管１２５の両面には、使用する電波波長に応じて所定の位置にスロット１２９ａ〜１２９ｂ、スロット１２９ａ’〜１２９ｄ’が設けられ、スロツト１２９はアンテナとして動作する。このアンテナは導波管１２５のＨ面のスロットアンテナとして知られている。各スロット１２９はアンテナとして動作するので複数のスロット１２９を設けることは、アレーアンテナの原理に従って、スロット１２９の位置と配置に従ったアンテナの指向特性を有することなる。特に、スロット１２９の数は垂直方向のビーム幅とアンテナのゲインを左右する。
【００３７】
５０ＧＨｚ帯のスロットアンテナの場合、図６（ａ），（ｂ）に示すように、各スロットを同相で励起するには、通常のアレーアンテナのように一直線上には配置できず、アンテナの長さ方向に対して中心から左右に大きくずれた配置となる。また、スロット数が奇数個の場合は、アンテナでは周方向の特性が大きくアンバランスとなるために、偶数個にしてアンテナゲインの周方向の特性を均一化することが望ましい。
【００３８】
また、スロット数はアンテナの垂直指向性、即ち、垂直のビーム幅を左右する。
【００３９】
表１に、スロットアンテナのスロット数と垂直ビーム幅、アンテナゲインとの関係を示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
この表に示すごとく、スロット数を増大すると、アンテナゲインは大きくなるが、垂直ビーム幅が小さくなることがわかる。
【００４２】
図７に、本実施形態に係わる油圧ショベル１側の５０ＧＨｚ簡易無線機１２と遠隔操縦室２側の５０ＧＨｚ簡易無線機２１との構成の概要を示す。
【００４３】
同図に示すように、本実施形態の５０ＧＨｚ簡易無線機１２において、オムニアンテナ１２２を用いることにより、水平方向の全方向に対して無指向性を有し、また垂直方向には所定のビーム幅をもつ送受信特性を有しているので、油圧ショベル１が旋回したとしても、水平方向および垂直方向の広範囲にわたって電波を放射することができ、油圧ショベル１には追尾装置等の特別の装置を設けなくてもよい。
【００４４】
図８は、５０ＧＨｚ簡易無線機１２のオムニアンテナ１２２と５０ＧＨｚ簡易無線機２１のパラボラアンテナの中心間距離の位置ずれに対する、オムニアンテナ１２２から放射された電波の伝送距離との関係を示す図である。
【００４５】
同図において、各計算値は、オムニアンテナがパラボラアンテナに対してそれぞれ３０°傾斜している場合を前提とし、ａはスロットアンテナから放射されるビーム幅が３０°の場合の計算値であり、ｂはスロットアンテナから放射されるビーム幅が４０°の場合の計算値であり、ｃはスロットアンテナから放射されるビーム幅が９０°の場合の計算値である。
【００４６】
ここで、傾斜角度を３０°で計算したのは、本発明が想定している災害現場の油圧ショベルの傾斜角度や遠隔操縦する場所との高低差との関係を考慮して設定されたものである。また、油圧ショベル側の５０ＧＨｚ簡易無線機の出力は１５ｍＷ、受信感度は−７０ｄＢｍ、周波数は５０ＧＨｚとし、遠隔操縦室側の５０ＧＨｚ簡易無線機はゲインが４０ｄＢｉの高ゲインの３００ｍｍのパラボラアンテナを用いた場合を想定して計算したものである。また、スロットアンテナの垂直方向の指向特性は電界強度が、ビームの半値幅θｍ、アンテナの中心からの角度θとするとき、ｃｏｓ2（２θ／θｍ） で変化するものとして計算している。
【００４７】
この計算結果によれば、ビーム幅４０°、伝送距離２００ｍの位置では、３００ｍｍのパラボラアンテナの中心からスロットアンテナが２．７ｍ位置ずれていても伝送できることを意味している。また、ビーム幅を３０°としたときは、伝送距離は災害現場において必要とする２００ｍに満たず、ビーム幅４０°〜９０°の範囲で、２００ｍ以上の伝送距離が得られることがわかる。従って、５０ＧＨｚ簡易無線機を災害現場で使うには、スロットアンテナのビーム幅は少なくとも４０°以上なければ撮像信号を伝送できないことになる。
【００４８】
ビーム幅を４０°以上とするためには、表１に示すように、オムニアンテナ１２２のスロット数が２個以下で実現することができ、この場合、油圧ショベル側の５０ＧＨｚ簡易無線機には、特別の追尾装置は不要となる。また、遠隔操縦室側においても、電動雲台に搭載したカメラと同軸の５０ＧＨｚ簡易無線機を備えるだけいでよいので簡単な構成となり、全体として安価な遠隔操縦可能な油圧ショベルを実現することができる。
【００４９】
次に、本発明の第２の実施形態を図９を用いて説明する。
【００５０】
図９は、油圧ショベル１の５０ＧＨｚ簡易無線機１２に設けられるオムニアンテナの構成を示す図である。本実施形態は、第１の実施形態と比べて、オムニアンテナ１２２の構造が異なる点で相違している。
【００５１】
同図において、１２２０はレドーム、１２２１はレンズ部、１２２２はスロットアンテナ部である。
【００５２】
本実施形態のオムニアンテナは、スロット数が４個のスロットアンテナに、レンズ部１２２１によって電波レンズを構成し、出射する電波のビーム幅を拡げるようにしたものである。ここでは、レンズ部１２２１は、レドーム１２２０に屈折率が１より大きい誘電体を用いて構成する。このレンズ部１２２１によって電波の指向性を拡げることはできるが、実用的には２倍以下であり、これ以上拡げるためにはレドーム１２２０に屈折率の大きな材料を用いなければならない。例えば、このような材料として、４弗化塩化エチレンを用いた場合は、誘電率２．５程度、屈折率１．６であって、ビーム幅は２倍程度の拡大が可能である。
【００５３】
次に、表２に、油圧ショベル１が遠隔操縦室２から２００ｍ離れ３０°傾斜している（オムニアンテナ１２２がパラボラアンテナ３１に対して３０°傾斜している）状態において、オムニアンテナ１２２から各垂直ビーム幅で放射された電波がパラボラアンテナ３１に伝送可能な、オムニアンテナ１２２の油圧ショベル１の旋回中心からの許容距離（油圧ショベル１の旋回中心からオムニアンテナ１２２を離してもよい距離）を示す。この表２に記載されている旋回中心からの許容距離の値（ｍ）は、図８における横軸２００（伝送距離（ｍ））の地点における縦軸の値（中心からの距離（ｍ））を各ビーム幅毎に記入し たものである。なお、オムニアンテナから放射される電波のビーム幅が３０°の場合には、既述の図８から分かるように、電波の伝送距離が２００ｍに達しないので、許容距離の数値は記入せずに横線を引いている。
【００５４】
【表２】
【００５５】
この計測結果によれば、油圧ショベル１の傾斜が３０°以内で、オムニアンテナ１２２のビーム幅が４０°の場合は、オムニアンテナ１２２の旋回中心からの設置許容距離は２．６ｍ以内であり、オムニアンテナ１２２のビーム幅が９０°の場合は、オムニアンテナ１２２の旋回中心からの設置許容距離は３．２ｍ以内であることがわかる。また、前述した図８によれば、油圧ショベル１が遠隔操縦室２から３００ｍ離れ３０°傾斜している状態において、オムニアンテナ１２２のビーム幅が９０°の場合は、オムニアンテナ１２２の旋回中心からの設置許容距離は略３ｍ以内であることがわかる。これらの距離は、図３（ｂ）に示すように、上部旋回体４をカバーする範囲である。したがって、オムニアンテナ１２２を、垂直方向に４０°以上のビーム幅を有するものの中から、災害現場の状態に応じて適宜選択して用いれば、オムニアンテナ１２２を上部旋回体４の所望の位置に設置することができる。
【００５６】
上記の各実施形態で述べたように、各実施形態の油圧ショベル１に搭載される５０ＧＨｚ簡易無線機１２およびそのオムニアンテナ１２２は簡単な構成を有するものであるから、従来のものと容易に取り換えることができ、また、油圧ショベル１に容易に取り付けることができるものである。即ち、油圧ショベル１に簡単に５０ＧＨｚ簡易無線機１２を取り付けることができるので、緊急を要する災害現場の復旧作業の際に、簡単に油圧ショベルを実用的な遠隔操縦可能な油圧ショベル１に改造することができ、また、その結果として、安価に遠隔操縦可能な油圧ショベルを実現することができるものである。
【００５７】
上記のごとく、本発明は、同じ災害現場でも、遠距離の伝送距離を必要としたり、平坦な場所間での遠隔操縦に適用するものではなく、２００ｍ〜３００ｍという比較的短距離の間での遠隔操縦であって、しかも、油圧ショベルが２０度程度の傾斜地で作業したり、また、油圧ショベルと遠隔操縦側との間に高低差が１５°近くある場所で作業したりするというような特殊な作業現場（〔発明が解決しようとする課題〕の項で述べたような災害現場）に適用することにより、極めて有効に機能させることができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、通常の災害現場で復旧工事をする場合のように、遠隔操縦する場所から２００〜３００ｍ離れた場所で、しかも建設機械と遠隔操縦側との間に高低差が１５°近くあり、または建設機械が２０度程度の傾斜地で作業するような場合に、建設機械に、高価な追尾装置を使用することなく、このような状況に適合する安価なアンテナ設備を用いるとともに、このアンテナを建設機械上の最適な位置に設置することにより、建設機械で撮像された信号を、上部旋回体の旋回操作時でも、遠隔操縦側に安定確実に伝送することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる遠隔操縦される油圧ショベル側装置および遠隔操縦室側装置の構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係わる油圧ショベル１とこの油圧ショベル１を遠隔操縦する遠隔操作室２との配置を示す斜視図である。
【図３】本実施形態に係わる５０ＧＨｚ簡易無線機１２の運転室５上に設置された油圧ショベル１の正面図および平面図、５０ＧＨｚ簡易無線機１２の設置位置の拡大図である。
【図４】本実施形態に係わる５０ＧＨｚ簡易無線機１２の概観を示す図である。
【図５】本実施形態に係わるオムニアンテナ１２２およびオムニアンテナ１２２のスロットアンテナ部１２４の詳細な構成を示す図である。
【図６】本実施形態に係わる導波管１２５のスロット１２９ａ〜１２９ｂが設けられている一方の面、およびスロット１２９ａ’〜１２９ｄ’が設けられている前記面と対向する他方の面を示す図である。
【図７】本実施形態に係わる油圧ショベル１側の５０ＧＨｚ簡易無線機１２と遠隔操縦室２側の５０ＧＨｚ簡易無線機２１との構成の概要を示す図である。
【図８】本実施形態に係わる５０ＧＨｚ簡易無線機１２のオムニアンテナ１２２と５０ＧＨｚ簡易無線機２１のパラボラアンテナ３１の中心間距離の位置ずれに対する、オムニアンテナ１２２から放射された電波の伝送距離との関係を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係わる５０ＧＨｚ簡易無線機１２に設けられるオムニアンテナ１２２の構成を示す図である。
【図１０】本発明が適用される、山の崖が崩落して、トンネルが陥没したり道路が岩石で覆われたような災害現場の一例を示す図である。
【図１１】本発明が適用される、土砂崩れや土石流によって河川が土砂に埋もれた災害現場の一例を示す図である。
【図１２】従来技術に係わる油圧ショベル１側の５０ＧＨｚ簡易無線機と遠隔操縦室側の５０ＧＨｚ簡易無線機２１との災害現場における位置関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 油圧ショベル
１１ カメラ
１２ ５０ＧＨｚ簡易無線機
１２１ 無線機本体
１２２ オムニアンテナ
１２２１ レンズ部
１２３、１２２０ レドーム
１２４，１２２２ スロットアンテナ部
１２５ 導波管
１２６ フランジ
１２９ スロット
１３ 雲台
１７ 小電力無線機
１８ コントローラ
２ 遠隔操縦室
２１ ５０ＧＨｚ簡易無線機
２２ カメラ
２３ 電動雲台
２５，２６ モニタ
２７，２８ 操作盤
２９ 操作機
３０ 小電力無線機
４ 上部旋回体
５ 運転室
６ フロント機構
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠隔操縦される建設機械に係わり、特に、急傾斜地や遠隔操縦する場所との間に高低差のある場所で作業する建設機械から送信される撮像信号に基づいて遠隔操縦される建設機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、建設機械の遠隔操縦が実用化されている。この遠隔操縦は、建設機械に搭載されたカメラによって撮像された信号を操縦側に伝送し、操縦側では受信した撮像信号を映像モニタ画面で見ながら建設機械を操縦する。従って、この遠隔操縦では、建設機械を運転するために必要な操縦信号を伝送する無線機と、撮像信号を伝送する無線機とが必要となる。
【０００３】
通常、日本国内では、無線従事者が免許なしに、無線信号を伝送することのできる無線装置としては、微弱無線機、小電力無線機（ＳＳ無線機）、および５０ＧＨｚ帯簡易無線機の３つがある。このうち、微弱無線機は１５ｍ程度しか到達距離がなく、遠隔操縦用には適しない。また、小電力無線機（ＳＳ無線機）は電波の周波数が１波しかなく、複数の作業機械を同時に遠隔操縦する場合には対応することができない。従って、５０ＧＨｚ帯の簡易無線機のみが実用的に使える唯一の無線機であり、建設機械の遠隔操縦には、５０ＧＨｚ簡易無線機が使われる。
【０００４】
この５０ＧＨｚ帯簡易無線機は、使用周波数帯域からｍｍ波無線機と呼ばれ、５０ＧＨｚ無線機では波長が約６ｍｍと短く、従って、この無線機は周波数が高いために高いアンテナゲインが得られるが、その反面、アンテナの指向角が鋭く、例えば、２５ｍｍのホーンアンテナでは、アンテナゲインは約２０ｄＢｉあるが、ビーム半値幅は１７度と狭い。また、３０ｃｍの円形パラボラアンテナでは、ゲインは約４０ｄＢｉと高いが、半値指向角（ビーム幅）は約１．５度と非常に狭い。このため、建設機械にｍｍ波無線機を使用することは大変難しい問題を伴う。従来、ｍｍ波無線機を使用して建設機械を遠隔操縦するものとしては、例えば、東急建設技術研究所報Ｎｏ．２０（ｐ２０９〜ｐ２１４）に示されるものが知られている。これらの建設機械には、一定の方位を向ける追尾雲台を設置して、追尾雲台にｍｍ波無線機を搭載し、操縦側には電動雲台上にｍｍ波無線機を搭載して撮像信号を受信している。
【０００５】
図１０は、山の崖が崩落して、トンネルが陥没したり道路が岩石で覆われたような災害現場の一例を示す図であり、図１１は、土砂崩れや土石流によって河川が土砂に埋もれた災害現場の一例を示す図である。このような災害現場では、引き続き、崖の崩落、土砂崩れ、土石流の流入等が起きる恐れがあっても、人名救助の立場等から、緊急に復旧工事を行う必要があり、また、この工事に当たっては２次災害の発生を極力防止しなければならない。特に、我が国では、このような災害の発生し易い場所が多く、このような災害現場での工事には、遠隔操縦による建設機械の作業は欠かせない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、通常、災害現場は、図１０および図１１に示すように、平担な場所ではなく、建設機械と遠隔操縦する場所とに高低差があったり、建設機械が傾斜した状態で作業したりするのが一般的である。また、このような災害現場の復旧工事では、２次災害を避けるために、２００〜３００ｍ離れた地点から建設機械を遠隔操縦する必要がある。図１０に示すような道路上への崖の崩落現場では、建設機械は、遠隔操縦される場所から離れた崩落しまた傾斜した土石上で作業することになる。また、図１１に示すような河川の土石流の災害現場では、建設機械は、谷底で作業し、遠隔操縦する場所は建設機械よりも高い位置に設置されることになる。
【０００７】
このように、災害現場での建設機械は、傾斜した場所を移動したり、作業する必要があり、また、遠隔操縦する場所との間に大きな高低差があるのが特徴である。
【０００８】
一方、このような災害現場で、建設機械を所望通りに遠隔操縦するために、ｍｍ波無線機を利用して撮像信号を伝送しようとすると、建設機械上にアンテナを一定の方向に向ける追尾雲台を設ける必要がある。しかし、一般に、追尾雲台は構造が複雑であるため高価であり、さらにその制御装置を含めると非常に高価なものとなる。そのため、現実に実用化されている雲台は、旋回方向のみ追尾可能なものを用い、垂直方向への追尾機能は備えていない。
【０００９】
しかし、このような追尾装置には次のような問題がある。本発明が想定している災害現場は、建設機械と遠隔操縦装置間の距離が２００〜３００ｍで高低差が５０ｍ程度、即ち、両者間の傾斜角度１４°にもなり得る。従って、図１２に示すように、このような現場で、ｍｍ波無線機のアンテナとしてホーンアンテナを使用した場合は、ビーム幅は１７度（片側８．５。）しかないので、斜度１０°にもなると伝送が不可能となる。即ち、建設機械側に搭載されたｍｍ波無線機のビーム幅から操縦室側のｍｍ波無線機は外れてしまうことになる。同様に、建設機械としてクローラを駆動輪とする油圧ショベルを用いる場合には、この油圧ショベルは急傾斜地の登坂能力があり、災害現場では２０°程度までの傾斜地で作業する場合がある。従って、このような作業現場では、操縦室側のアンテナは建設機械側のアンテナのビーム幅からは大きく外れ、撮像信号の伝送は不可能となる。
【００１０】
本発明の目的は、上記の種々の問題点に鑑みて、先の災害現場のような、建設機械が傾斜した状態で作業したり、また建設機械と遠隔操縦される場所との間に大きな高低差があるような作業現場においても、高価な追尾装置等を使用することなく、このような状況に適合することのできる安価なアンテナ設備を使用するとともに、アンテナを建設機械上の最適な位置に設置して、遠隔操縦されることを可能にした建設機械を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
【００１２】
その手段は、上部旋回体と、作業状況を撮像する撮像手段と、上部旋回体に設置され、撮像された撮像信号を送信する機械側ｍｍ波無線機とを備え、遠隔の場所に設けられる操縦側ｍｍ波無線機によって受信された前記撮像信号に基づいて機械側が遠隔操縦され、かつ、機械側を操縦側から２００ｍ〜３００ｍ離した状態の下に、機械側のアンテナが操縦 側のアンテナに対して３０°傾斜するような作業現場で、機械側を遠隔操縦することができるようにした建設機械であり、
前記機械側ｍｍ波無線機のアンテナに、水平方向には無指向性で、垂直方向に４０度以上のビーム幅を有する送受信特性を有するオムニアンテナを用いて、このアンテナを、雲台を介さずに機械側に設置し、前記操縦側ｍｍ波無線機のアンテナにパラボラアンテナを用いて、このアンテナを、雲台を介して設置するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
〔発明が解決しようとする課題〕の項で述べたように、特にｍｍ波無線機を使用して遠隔操縦される建設機械にあっては、災害現場で復旧工事を行う場合のように、建設機械の機械側と操縦側とに高低差のある場所や傾斜地のような特殊な作業現場（本発明が想定している〔０００９〕に記載の災害現場のような作業現場、すなわち、遠隔操縦側から２００〜３００ｍ離れ、遠隔操縦側との間に高低差が１５°近くある場所又は２０度程度の傾斜地）で建設作業を行う場合、機械側での作業状況に関する撮像信号を操縦側に伝送する必要上、従来は、無人の機械側における無線機のアンテナを操縦側の無線機のアンテナに常に自動的に向けるようにするための、垂直方向への追尾機能も備えた追尾雲台やこれの制御装置を機械側に設置することが必要不可欠であると認識されていた。しかしながら、特に、上部旋回体が旋回したり振動したりする建設機械の機械側にこうした設備を設置すると、追尾雲台やその制御装置が非常に高価なものになるという問題があった。そのため、従来の建設機械では、機械側の追尾雲台に、垂直方向への追尾機能をもたないものを実際には用いていて、前記の特殊な作業現場では、機械側の撮像信号を操縦側に伝送することができなかった。
【００１４】
こうした建設機械の技術分野特有の問題を解消するため、技術開発を進めた結果、機械側ｍｍ波無線機のアンテナに、水平方向には無指向性で垂直方向に４０度以上のビーム幅を有する送受信特性を有するオムニアンテナを用いると、操縦者のいる操縦側に手動又は自動の何らかの雲台を設置するだけで、機械側には、追尾雲台やその制御装置を備えた高価なアンテナ設備を設置しなくても、機械側を操縦側から２００ｍ〜３００ｍ離した状態の下に、機械側のアンテナが操縦側のアンテナに対して３０°傾斜するような作業現場で、機械側の撮像信号を操縦側に伝送するように設計することが可能であることを見い出した。その場合、機械側のアンテナを上部旋回体の所望の位置に設置しても、上部旋回体の旋回操作時に機械側の撮像信号を操縦側に伝送するようにすることができる。
【００１５】
そして、こうした性能を有する建設機械であれば、本発明が想定している前記の災害現場のような特殊な作業現場でも、上部旋回体の旋回操作時に機械側の撮像信号を操縦側に伝送することができる。したがって、本発明によれば、災害現場のような、建設機械が傾斜した状態で作業したり、また建設機械と遠隔操縦される場所との間に大きな高低差があるような作業現場においても、高価な追尾装置等を使用することなく、このような状況に適合することのできる安価なアンテナ設備を使用するとともに、アンテナを建設機械上の最適な位置に設置するととにより、上部旋回体の旋回操作時でも、機械側の撮像信号を操縦側に伝送して遠隔操縦されることを可能にした建設機械を得ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
はじめに、本発明の第１の実施形態を図１から図８を用いて説明する。
【００１７】
図２は、本実施形態に係わる油圧ショベルとこの油圧ショベルを遠隔操縦する遠隔操作室との配置を示す斜視図である。
【００１８】
同図において、１は建設機械としての油圧ショベル、１１は油圧ショベル１に設けられ、油圧ショベル１の作業状況を撮像する複数個のカメラ、１２は、後に詳述するように、油圧ショベル１の上部旋回体４に設置され、遠隔操縦室２にカメラ１１によって撮像された撮像信号を送信する機械側ｍｍ波無線機としての５０ＧＨｚ簡易無線機、２は油圧ショベル１から遠隔の場所に設置され、油圧ショベル１を遠隔操縦する遠隔操縦室、２１は遠隔操縦室２に設けられ、油圧ショベル１の５０ＧＨｚ簡易無線機１２から送信された撮像信号を受信する操縦側ｍｍ波無線機としての５０ＧＨｚ簡易無線機、４は油圧ショベル１の上部旋回体、５は上部旋回体４に設けられる運転室、６は上部旋回体４に設けられるフロント機構である。
【００１９】
ここで、遠隔操縦室２は、油圧ショベル１の５０ＧＨｚ簡易無線機１２から送信された撮像信号を５０ＧＨｚ簡易無線機２１で受信し、映像モニタを見ながら油圧ショベル１に操縦信号を送信し遠隔操縦する。また、遠隔操縦する場所としては、例えば、ワンボックスカー、小型バス、ブレハブ小屋等を遠隔操縦室２として利用することもできる。
【００２０】
図１は、遠隔操縦に係わる油圧ショベル側装置および遠隔操縦室側装置の構成を示す図である。
【００２１】
同図において、１３はカメラＤに設けられる雲台、１４は合成分割器、１５はインターフェース、１６は雲台・ズーム制御器、１７は油圧ショベル側の特定小電力無線機、１８は油圧ショベル１に設けられるコントローラ、２２は油圧ショベル１の５０ＧＨｚ簡易無線機１２を撮像するカメラ、２３は５０ＧＨｚ簡易無線機２１およびカメラ２２が載置される雲台、２４はインターフェース、２５は５０ＧＨｚ簡易無線機２１によって受信された撮像信号を再生して映像するモニタ、２６はカメラ２２によって撮像された撮像信号を再生して映像するモニタ、２７，２８は操作盤、２９は操作機、３０は特定小電力無線機、３１は５０ＧＨｚ簡易無線機２１のパラボラアンテナである。なお、その他の構成は図２に示す同符号のものと同じである。
【００２２】
ここで、５０ＧＨｚ簡易無線機１２，２１間では、油圧ショベル１側から遠隔操縦室２側に撮像信号を、また、遠隔操縦室２側から油圧ショベル１側にカメラＤおよびカメラ雲台１３の操作信号が送信される。また、特定小電力無線機３０から特定小電力無線機１７に車体の操作に係わる操作信号が送信される。このように、本実施形態では遠隔操縦される油圧ショベル１には２系統の無線設備が必要である。
【００２３】
また、油圧ショベル１には４台のカメラ１１が搭載されており、そのうち、カメラＡ〜カメラＣは固定カメラであり、カメラＤは電動雲台１３に搭載される。４台のカメラ１１によって撮像された信号は合成分割器１４に入力され、インターフェース１８を介して５０ＧＨｚ簡易無線機１２本体に入力される。
【００２４】
油圧ショベル１の５０ＧＨｚ簡易無線機１２のアンテナは後述するように、オムニアンテナが使われ、５０ＧＨｚ簡易無線機１２からの撮像信号を送信する。また、遠隔操縦室２の上部には５０ＧＨｚ簡易無線機２１が設置され、受信された撮像信号は遠隔操縦室２内部に導かれ、インターフェース２４を介してモニタ２５に映し出される。油圧ショベル１の合成分割器１４では、カメラＡ〜カメラＤによって撮像された４画面を合成することも、また特定の１画面を選択することもできるが、その合成選択は遠隔操縦室２の操作盤２７からの操作によって行われる。
【００２５】
また、カメラＤやカメラ雲台１３を操作する場合は、操作盤２７からの操作により出力される操作信号がインターフェース２４を介して５０ＧＨｚ簡易無線機２１から撮像信号の周波数とは別の周波数で送信され、５０ＧＨｚ簡易無線機１２で受信される。受信された操作信号はインターフェース１５を介して、雲台・ズーム制御器１６からカメラＤまたはカメラ雲台１３に入力され、カメラＤのズームまたはカメラ雲台１３を制御する。ここで、５０ＧＨｚ簡易無線機２１は高利得のパラボラアンテナ３１を使う。パラボラアンテナ３１の方向は電動雲台２３を操作盤２８からの操作によって方向制御し、油圧ショベル側の５０ＧＨｚ無線機１２の方向に向ける。電動雲台２３の上にはカメラ２２が５０ＧＨｚ簡易無線機２１の方向と同軸に設置し、カメラ２２の撮像画像をモニタ２６に映しているので、電動雲台２３は操作盤２８を操作することにより、モニタ２６の画面中央に５０ＧＨｚ簡易無線機１２のアンテナを映し出すように制御することができる。
【００２６】
このように、本実施形態によれば、油圧ショベル１側の５０ＧＨｚ簡易無線機１２には、特別の追尾雲台等の方向制御装置を必要としないものである。また、遠隔操縦室２側では、油圧ショベル１を遠望するカメラ２２によって５０ＧＨｚ簡易無線機１２のアンテナを中央に映し出し、操作盤２８からの操作により電動雲台２３の制御により手動追尾機能を実現している。勿論、自動追尾の機能を付ければ、この部分は自動化できる。
【００２７】
油圧ショベル１本体の操縦は、遠隔操縦室２に設置される操作機２９を操作することによって行われ、この操作信号は特定小電力無線機３０から特定小電力無線機１７に送信され、受信された操作信号はコントローラ１８に入カされ、さらに図示されていない電磁弁を駆動し、油圧ショベル１のパイロット圧を制御して、油圧ショベル１を操縦する。
【００２８】
次に、５０ＧＨｚ簡易無線機１２の油圧ショベル１上の設置位置について図３を用いて説明する。
【００２９】
図３（ａ）は、５０ＧＨｚ簡易無線機１２が油圧ショベル１の運転室５の屋上に設置された油圧ショベル１の正面図、図３（ｂ）は、同上油圧ショベル１の平面図、図３（ｃ）は５０ＧＨｚ簡易無線機１２の設置位置の拡大図である。
【００３０】
次に、本実施形態に係わる油圧ショベル１に設置される５０ＧＨｚ簡易無線機１２の詳細な構成を図４から図６を用いて説明する。
【００３１】
図４は、５０ＧＨｚ簡易無線機１２の概観を示す図であり、１２１は５０ＧＨｚ簡易無線機１２の無線機本体、１２２は５０ＧＨｚ簡易無線機本体１２１上に設置されるオムニアンテナである。
【００３２】
図５（ａ）はオムニアンテナ１２２、図５（ｂ）はオムニアンテナ１２２のスロットアンテナ部、のそれぞれの詳細な構成を示す図である。
【００３３】
これらの図において、１２３はスロットアンテナ部を防水する等の目的で設けられるレドーム、１２４はスロットアンテナ部、１２５は導波管、１２６はフランジである。
【００３４】
図４に示すよう、無線機本体１２１の上部には導波管１２５で接続されたオムニアンテナ１２２が取付られており、また、図５に示すように、フランジ１２６が無線機本体１２１に固定されると、導波管１２５が無線機本体１２１の導波管と一致し、電波の電力はスロットアンテナ部１２４に伝達され、スロット１２９から電波として放出される。ここで、導波管１２５は、例えば、銅や、黄銅製の導電性の板状の金属体が用いられる。
【００３５】
図６（ａ）は、導波管１２５のスロット１２９ａ〜１２９ｂが設けられている一方の面を示し、図６（ｂ）は、スロット１２９ａ’〜１２９ｄ’が設けられている前記面と対向する他方の面を示す図である。
【００３６】
これらの図に示すように、導波管１２５の両面には、使用する電波波長に応じて所定の位置にスロット１２９ａ〜１２９ｂ、スロット１２９ａ’〜１２９ｄ’が設けられ、スロツト１２９はアンテナとして動作する。このアンテナは導波管１２５のＨ面のスロットアンテナとして知られている。各スロット１２９はアンテナとして動作するので複数のスロット１２９を設けることは、アレーアンテナの原理に従って、スロット１２９の位置と配置に従ったアンテナの指向特性を有することなる。特に、スロット１２９の数は垂直方向のビーム幅とアンテナのゲインを左右する。
【００３７】
５０ＧＨｚ帯のスロットアンテナの場合、図６（ａ），（ｂ）に示すように、各スロットを同相で励起するには、通常のアレーアンテナのように一直線上には配置できず、アンテナの長さ方向に対して中心から左右に大きくずれた配置となる。また、スロット数が奇数個の場合は、アンテナでは周方向の特性が大きくアンバランスとなるために、偶数個にしてアンテナゲインの周方向の特性を均一化することが望ましい。
【００３８】
また、スロット数はアンテナの垂直指向性、即ち、垂直のビーム幅を左右する。
【００３９】
表１に、スロットアンテナのスロット数と垂直ビーム幅、アンテナゲインとの関係を示す。
【００４０】
【表１】
この表に示すごとく、スロット数を増大すると、アンテナゲインは大きくなるが、垂直ビーム幅が小さくなることがわかる。
【００４２】
図７に、本実施形態に係わる油圧ショベル１側の５０ＧＨｚ簡易無線機１２と遠隔操縦室２側の５０ＧＨｚ簡易無線機２１との構成の概要を示す。
【００４３】
同図に示すように、本実施形態の５０ＧＨｚ簡易無線機１２において、オムニアンテナ１２２を用いることにより、水平方向の全方向に対して無指向性を有し、また垂直方向には所定のビーム幅をもつ送受信特性を有しているので、油圧ショベル１が旋回したとしても、水平方向および垂直方向の広範囲にわたって電波を放射することができ、油圧ショベル１には追尾装置等の特別の装置を設けなくてもよい。
【００４４】
図８は、５０ＧＨｚ簡易無線機１２のオムニアンテナ１２２と５０ＧＨｚ簡易無線機２１のパラボラアンテナの中心間距離の位置ずれに対する、オムニアンテナ１２２から放射された電波の伝送距離との関係を示す図である。
【００４５】
同図において、各計算値は、オムニアンテナがパラボラアンテナに対してそれぞれ３０°傾斜している場合を前提とし、ａはスロットアンテナから放射されるビーム幅が３０°の場合の計算値であり、ｂはスロットアンテナから放射されるビーム幅が４０°の場合の計算値であり、ｃはスロットアンテナから放射されるビーム幅が９０°の場合の計算値である。
【００４６】
ここで、傾斜角度を３０°で計算したのは、本発明が想定している災害現場の油圧ショベルの傾斜角度や遠隔操縦する場所との高低差との関係を考慮して設定されたものである。また、油圧ショベル側の５０ＧＨｚ簡易無線機の出力は１５ｍＷ、受信感度は−７０ｄＢｍ、周波数は５０ＧＨｚとし、遠隔操縦室側の５０ＧＨｚ簡易無線機はゲインが４０ｄＢｉの高ゲインの３００ｍｍのパラボラアンテナを用いた場合を想定して計算したものである。また、スロットアンテナの垂直方向の指向特性は電界強度が、ビームの半値幅θｍ、アンテナの中心からの角度θとするとき、ｃｏｓ2（２θ／θｍ） で変化するものとして計算している。
【００４７】
この計算結果によれば、ビーム幅４０°、伝送距離２００ｍの位置では、３００ｍｍのパラボラアンテナの中心からスロットアンテナが２．７ｍ位置ずれていても伝送できることを意味している。また、ビーム幅を３０°としたときは、伝送距離は災害現場において必要とする２００ｍに満たず、ビーム幅４０°〜９０°の範囲で、２００ｍ以上の伝送距離が得られることがわかる。従って、５０ＧＨｚ簡易無線機を災害現場で使うには、スロットアンテナのビーム幅は少なくとも４０°以上なければ撮像信号を伝送できないことになる。
【００４８】
ビーム幅を４０°以上とするためには、表１に示すように、オムニアンテナ１２２のスロット数が２個以下で実現することができ、この場合、油圧ショベル側の５０ＧＨｚ簡易無線機には、特別の追尾装置は不要となる。また、遠隔操縦室側においても、電動雲台に搭載したカメラと同軸の５０ＧＨｚ簡易無線機を備えるだけいでよいので簡単な構成となり、全体として安価な遠隔操縦可能な油圧ショベルを実現することができる。
【００４９】
次に、本発明の第２の実施形態を図９を用いて説明する。
【００５０】
図９は、油圧ショベル１の５０ＧＨｚ簡易無線機１２に設けられるオムニアンテナの構成を示す図である。本実施形態は、第１の実施形態と比べて、オムニアンテナ１２２の構造が異なる点で相違している。
【００５１】
同図において、１２２０はレドーム、１２２１はレンズ部、１２２２はスロットアンテナ部である。
【００５２】
本実施形態のオムニアンテナは、スロット数が４個のスロットアンテナに、レンズ部１２２１によって電波レンズを構成し、出射する電波のビーム幅を拡げるようにしたものである。ここでは、レンズ部１２２１は、レドーム１２２０に屈折率が１より大きい誘電体を用いて構成する。このレンズ部１２２１によって電波の指向性を拡げることはできるが、実用的には２倍以下であり、これ以上拡げるためにはレドーム１２２０に屈折率の大きな材料を用いなければならない。例えば、このような材料として、４弗化塩化エチレンを用いた場合は、誘電率２．５程度、屈折率１．６であって、ビーム幅は２倍程度の拡大が可能である。
【００５３】
次に、表２に、油圧ショベル１が遠隔操縦室２から２００ｍ離れ３０°傾斜している（オムニアンテナ１２２がパラボラアンテナ３１に対して３０°傾斜している）状態において、オムニアンテナ１２２から各垂直ビーム幅で放射された電波がパラボラアンテナ３１に伝送可能な、オムニアンテナ１２２の油圧ショベル１の旋回中心からの許容距離（油圧ショベル１の旋回中心からオムニアンテナ１２２を離してもよい距離）を示す。この表２に記載されている旋回中心からの許容距離の値（ｍ）は、図８における横軸２００（伝送距離（ｍ））の地点における縦軸の値（中心からの距離（ｍ））を各ビーム幅毎に記入し たものである。なお、オムニアンテナから放射される電波のビーム幅が３０°の場合には、既述の図８から分かるように、電波の伝送距離が２００ｍに達しないので、許容距離の数値は記入せずに横線を引いている。
【００５４】
【表２】
この計測結果によれば、油圧ショベル１の傾斜が３０°以内で、オムニアンテナ１２２のビーム幅が４０°の場合は、オムニアンテナ１２２の旋回中心からの設置許容距離は２．６ｍ以内であり、オムニアンテナ１２２のビーム幅が９０°の場合は、オムニアンテナ１２２の旋回中心からの設置許容距離は３．２ｍ以内であることがわかる。また、前述した図８によれば、油圧ショベル１が遠隔操縦室２から３００ｍ離れ３０°傾斜している状態において、オムニアンテナ１２２のビーム幅が９０°の場合は、オムニアンテナ１２２の旋回中心からの設置許容距離は略３ｍ以内であることがわかる。これらの距離は、図３（ｂ）に示すように、上部旋回体４をカバーする範囲である。したがって、オムニアンテナ１２２を、垂直方向に４０°以上のビーム幅を有するものの中から、災害現場の状態に応じて適宜選択して用いれば、オムニアンテナ１２２を上部旋回体４の所望の位置に設置することができる。
【００５６】
上記の各実施形態で述べたように、各実施形態の油圧ショベル１に搭載される５０ＧＨｚ簡易無線機１２およびそのオムニアンテナ１２２は簡単な構成を有するものであるから、従来のものと容易に取り換えることができ、また、油圧ショベル１に容易に取り付けることができるものである。即ち、油圧ショベル１に簡単に５０ＧＨｚ簡易無線機１２を取り付けることができるので、緊急を要する災害現場の復旧作業の際に、簡単に油圧ショベルを実用的な遠隔操縦可能な油圧ショベル１に改造することができ、また、その結果として、安価に遠隔操縦可能な油圧ショベルを実現することができるものである。
【００５７】
上記のごとく、本発明は、同じ災害現場でも、遠距離の伝送距離を必要としたり、平坦な場所間での遠隔操縦に適用するものではなく、２００ｍ〜３００ｍという比較的短距離の間での遠隔操縦であって、しかも、油圧ショベルが２０度程度の傾斜地で作業したり、また、油圧ショベルと遠隔操縦側との間に高低差が１５°近くある場所で作業したりするというような特殊な作業現場（〔発明が解決しようとする課題〕の項で述べたような災害現場）に適用することにより、極めて有効に機能させることができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、通常の災害現場で復旧工事をする場合のように、遠隔操縦する場所から２００〜３００ｍ離れた場所で、しかも建設機械と遠隔操縦側との間に高低差が１５°近くあり、または建設機械が２０度程度の傾斜地で作業するような場合に、建設機械に、高価な追尾装置を使用することなく、このような状況に適合する安価なアンテナ設備を用いるとともに、このアンテナを建設機械上の最適な位置に設置することにより、建設機械で撮像された信号を、上部旋回体の旋回操作時でも、遠隔操縦側に安定確実に伝送することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる遠隔操縦される油圧ショベル側装置および遠隔操縦室側装置の構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係わる油圧ショベル１とこの油圧ショベル１を遠隔操縦する遠隔操作室２との配置を示す斜視図である。
【図３】本実施形態に係わる５０ＧＨｚ簡易無線機１２の運転室５上に設置された油圧ショベル１の正面図および平面図、５０ＧＨｚ簡易無線機１２の設置位置の拡大図である。
【図４】本実施形態に係わる５０ＧＨｚ簡易無線機１２の概観を示す図である。
【図５】本実施形態に係わるオムニアンテナ１２２およびオムニアンテナ１２２のスロットアンテナ部１２４の詳細な構成を示す図である。
【図６】本実施形態に係わる導波管１２５のスロット１２９ａ〜１２９ｂが設けられている一方の面、およびスロット１２９ａ’〜１２９ｄ’が設けられている前記面と対向する他方の面を示す図である。
【図７】本実施形態に係わる油圧ショベル１側の５０ＧＨｚ簡易無線機１２と遠隔操縦室２側の５０ＧＨｚ簡易無線機２１との構成の概要を示す図である。
【図８】本実施形態に係わる５０ＧＨｚ簡易無線機１２のオムニアンテナ１２２と５０ＧＨｚ簡易無線機２１のパラボラアンテナ３１の中心間距離の位置ずれに対する、オムニアンテナ１２２から放射された電波の伝送距離との関係を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係わる５０ＧＨｚ簡易無線機１２に設けられるオムニアンテナ１２２の構成を示す図である。
【図１０】本発明が適用される、山の崖が崩落して、トンネルが陥没したり道路が岩石で覆われたような災害現場の一例を示す図である。
【図１１】本発明が適用される、土砂崩れや土石流によって河川が土砂に埋もれた災害現場の一例を示す図である。
【図１２】従来技術に係わる油圧ショベル１側の５０ＧＨｚ簡易無線機と遠隔操縦室側の５０ＧＨｚ簡易無線機２１との災害現場における位置関係を示す図である。
【符号の説明】
１ 油圧ショベル
１１ カメラ
１２ ５０ＧＨｚ簡易無線機
１２１ 無線機本体
１２２ オムニアンテナ
１２２１ レンズ部
１２３、１２２０ レドーム
１２４，１２２２ スロットアンテナ部
１２５ 導波管
１２６ フランジ
１２９ スロット
１３ 雲台
１７ 小電力無線機
１８ コントローラ
２ 遠隔操縦室
２１ ５０ＧＨｚ簡易無線機
２２ カメラ
２３ 電動雲台
２５，２６ モニタ
２７，２８ 操作盤
２９ 操作機
３０ 小電力無線機
４ 上部旋回体
５ 運転室
６ フロント機構
Claims (1)
- 上部旋回体と、作業状況を撮像する撮像手段と、上部旋回体に設置され、撮像された撮像信号を送信する機械側ｍｍ波無線機とを備え、遠隔の場所に設けられる操縦側ｍｍ波無線機によって受信された前記撮像信号に基づいて機械側が遠隔操縦され、かつ、機械側を操縦側から２００ｍ〜３００ｍ離した状態の下に、機械側のアンテナが操縦側のアンテナに対して３０°傾斜するような作業現場で、機械側を遠隔操縦することができるようにした建設機械であって、
前記機械側ｍｍ波無線機のアンテナに、水平方向には無指向性で、垂直方向に４０度以上のビーム幅を有する送受信特性を有するオムニアンテナを用いて、このアンテナを、雲台を介さずに機械側に設置し、前記操縦側ｍｍ波無線機のアンテナにパラボラアンテナを用いて、このアンテナを、雲台を介して設置するようにしたことを特徴とする建設機械。
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