JP4067821B2

JP4067821B2 - 油圧ショベルの遠隔操作システム

Info

Publication number: JP4067821B2
Application number: JP2001389320A
Authority: JP
Inventors: 誠二山下; 一宏菅原; 裕二前原
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2021-12-21
Also published as: JP2003189376A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、応答性の高い近距離遠隔操作と耐ノイズ性の高い遠距離遠隔操作を特定小電力無線装置で行う油圧ショベルの遠隔操作システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、作業者が近寄り難い災害現場での復旧工事などでは、操作者と建設機械（油圧ショベルなど）や作業車両（ダンプトラック）などが数１00ｍ〜数ｋｍ離れた場所で遠隔操作されて使用される。また、深穴掘削や側溝掘りなどでは運転者と作業機械が数ｍ〜数１０ｍ離れた場所で遠隔操作される。
【０００３】
前者に代表される第１の遠隔操作では、通信距離の長い耐ノイズ性に優れた無線電波が使用され、後者に代表される第２の遠隔操作では、通信距離は短いが通信速度が速い無線電波が使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、第１の遠隔操作で使用される無線通信装置（送受信装置）と第２の遠隔操作で使用される無線通信装置（送受信装置）とを別々に用いている。したがって、１台の建設機械を第１および第２の遠隔操作で使用することが事実上できなかった。
【０００５】
本発明の目的は、通信距離の長い耐ノイズ性に優れた第１の遠隔操作と通信距離は短いが通信速度が速い第２の遠隔操作を１台の特定小電力無線装置で行うことができるようにした油圧ショベルの遠隔操作システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る本発明は、特定小電力無線方式により１つの通信チャンネルを用いて、通信速度を切換える油圧ショベルの遠隔操作システムであって、（Ａ）油圧操作レバー装置、油圧操作レバー装置の操作信号により駆動されて油圧を制御するメインバルブ、および前記メインバルブで制御された油圧で駆動される油圧アクチュエータを備える油圧ショベルと、（Ｂ）操作者による操作指令を指示する操作指示器、少なくとも第１および第２の通信速度（＞第１の通信速度）のいずれかを操作者が手動操作で切換える通信速度切換スイッチ、および前記操作指令に基づいて、前記第１の通信速度に手動操作で切換えられているときは前記第１の通信速度の指令信号を特定小電力無線方式に基づいて単一チャンネル上に送信し、前記第２の通信速度に手動操作で切換えられているときは前記第２の通信速度の指令信号を前記特定小電力無線方式に基づいて単一チャンネル上に送信する送信回路を備え、前記油圧ショベルから数１００ m 〜数Ｋｍ離れた作業現場もしくは、数ｍ〜数１０ｍ離れた作業現場に配置される送信機とを備え、（Ｃ）前記油圧ショベルに搭載する機器として、（Ｃ−１）前記通信速度切換スイッチにより手動操作で切換えられた通信速度に応じて前記送信機から送信される少なくとも前記第１の通信速度および第２の通信速度による複数の指令信号をそれぞれ復調して複数の復調信号を生成し、前記通信速度切換スイッチにより手動操作で切換えられた通信速度の指令信号により切り換わるスイッチにより前記複数の復調信号のいずれか一つを切換えて出力する復調器、および前記復調器から出力される復調信号による指令信号に基づいてアクチュエータ駆動信号を生成する駆動信号生成回路を備えた受信機と、（Ｃ−２）前記受信機から供給された前記アクチュエータ駆動信号を入力して前記メインバルブを駆動するための比例電磁弁駆動信号を生成するコントローラと、（Ｃ−３）前記比例電磁弁駆動信号に応答して作動する比例電磁弁と、（Ｃ−４）前記比例電磁弁から出力される油圧信号、および前記油圧操作レバー装置の操作に基づいた前記油圧信号のいずれか一方を選択して前記メインバルブに供給することにより、有人操作と無線遠隔操作とを切換える切換弁とを有する。
請求項２係る本発明は、請求項１に記載の油圧ショベルの遠隔操作システムにおいて、前記送信回路から放射される電波は４２９ＭＨｚ帯域の搬送波で放射され、前記第１の通信速度の指令信号は、通信速度２４００ｂｐｓのＭＳＫ変調によって生成され、前記第２の通信速度の指令信号は、通信速度４８００ｂｐｓのＦＳＫ変調によって生成される。請求項３係る本発明は、請求項１または２に記載の油圧ショベルの遠隔操作システムにおいて、前記送信機は無線リモコン装置であり、前記無線リモコン装置には、前記油圧アクチュエータを操作する複数のジョイスティックで構成された前記操作指示器と、前記通信速度切換スイッチとが設けられる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１〜図１０により本発明による無線リモコン式建設機械を油圧ショベルに適用した一実施の形態について説明する。以下の説明では、４２９ＭＨｚ帯域の電波を使用する一台の特定小電力無線装置により、４８００ｂｐｓの高速通信と２４００ｂｐｓの低速通信を切換えて遠隔操作する場合について説明する。
【０００８】
図１は、油圧ショベル１０と、油圧ショベル１０を無線で遠隔操作する送信機（無線リモコン装置）２０とから構成される無線リモコン式油圧ショベルシステムを示す。油圧ショベル１０は、左右油圧走行モータで駆動される走行体１１と、油圧旋回モータで旋回する旋回体１２と、油圧作業シリンダで駆動されるフロント装置１３と、油圧操作レバー装置１４とを備える。この実施の形態の油圧ショベル１０は、オペレータが油圧ショベル１０に搭乗して油圧操作レバー装置１４により運転する有人操作と、油圧ショベル１０から離れた場所からオペレータが無線リモコン装置（送信機）２０で運転する遠隔操作とを選択的に使い分けることができる。
【０００９】
図２は無線リモコン式油圧ショベルシステムの構成を示すブロック図である。送信機２０は、３本のジョイスティック２１と、押しボタンスイッチ群２２と、通信速度切換スイッチ２３と、３本〜５本のジョイスティック２１および押しボタンスイッチ群２２の操作に応じた無線電波を生成する送信回路２４と、生成された無線電波を放射するアンテナ２５と、有線信号出力端子２６とを備えている。
【００１０】
３本のジョイスティック２１はそれぞれ前後左右に操作され、操作方向と操作量に応じた信号を出力する。そのため、ジョイスティック２１は、前後方向と左右方向の２軸の操作方向を検出し、操作方向と操作量に応じた操作指令信号を出力する角度検出器を内蔵している。押しボタンスイッチ群２２はオンオフ信号を出力する。通信速度切換スイッチ２３は、第１通信方式と第２通信方式のいずれかを選択する。第１通信方式は、遠距離通信が可能な通信方式であり、耐ノイズ性は高いが通信速度は遅い通信方式である。第２通信方式は、応答性の速い近距離通信用の通信方式であり、第１通信方式に比べて通信速度は速いが耐ノイズ性は低い通信方式である。
【００１１】
図２において、油圧ショベル１０には、受信機３１と、コントローラ３２と、パイロット圧制御用油圧機器３３とが搭載されている。受信機３１は、送信機２０から送信される操作信号を受信してシリアル操作信号（アクチュエータ駆動信号）を生成してコントローラ３２へ送る。コントローラ３２は、受信した操作信号に応じてパイロット圧制御用油圧機器３３を駆動する信号を出力する。パイロット圧制御用油圧機器３３は、油圧アクチュエータ駆動用圧油を生成する比例電磁減圧弁（以下、比例電磁弁）３３１と、オンオフ弁３３２と、油圧操作レバー装置１４から出力される油圧パイロット圧力と比例電磁弁３３１から出力される油圧パイロット圧力とのいずれかを選択するシャトル弁３３３とを有する。シャトル弁３３３で選択された油圧パイロット圧力によりメインバルブ１５が駆動され、左右走行モータ１６，旋回モータ１７，油圧シリンダ１８ａ〜１８ｃが操作される。
【００１２】
図２では省略しているが、比例電磁弁３３１は左右走行モータ１６，旋回モータ１７，油圧シリンダ１８ａ〜１８ｃ用にそれぞれ一対ずつ設けられている。また、メインバルブ１５には、左右走行モータ１６，旋回モータ１７，油圧シリンダ１８ａ〜１８ｃ用にそれぞれ一つずつスプールが設けられている。各比例電磁弁３３１は、入力される駆動信号に応じたパイロット圧力を発生し、対応するメインバルブ１５の操作方向と操作量を制御する。
【００１３】
オンオフ弁３３２は、比例電磁弁３３１のパイロット圧力の一次圧入力ポートに設けられ、オンオフ弁３３２がオフの時には、比例電磁弁３３１に電流を流したとしても比例電磁弁３３１から駆動圧油が出力されないように構成されている。なお、送信機２０からエンジン始動／停止信号やエンジン回転数制御信号も送信される。これらの信号はコントローラ３２から油圧ショベルのメインコントローラ３４へ送信されてエンジン制御機器（たとえば、燃料カット弁）３５が制御される。
【００１４】
―送信機２０―
図３および図４により送信機２０について詳細に説明する。
図３は送信機２０の送信回路２４の詳細例を示す。送信回路２４は、操作信号を処理する1チップマイコンを主体とする信号変換回路２４０と、操作信号をアンテナから放射送信するための高周波モジュール２５０とを有する。信号変換回路２４０は、上述したジョイスティック２１から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２４１と、押しボタンスイッチ群２２から出力される１，０（ハイレベル、ローレベル）の信号を入力して出力するデジタルインターフェイス（Ｄ／Ｉ）２４２と、ＣＰＵ２４３と、ＲＯＭ２４４と、ＲＡＭ２４５と、シリアルインターフェイス（Ｉ／Ｆ）２４６と、Ｄ／Ｏ回路２４７とを備えている。
【００１５】
図３に示すように、ジョイスティック２１から出力される操作アナログ電圧信号は、Ａ／Ｄ変換器２４１に入力されてデジタル操作信号に変換される。同様に、各種押しボタンスイッチ群２２から出力されるデジタルスイッチ信号は、デジタルインターフェイス２４２に入力される。信号変換回路２４０は、Ａ／Ｄ変換器２４１とデジタルインターフェイス２４２のデジタル出力信号を周期的に取り込み、予め決められた順序(固定フォーマット)に信号を並び替えてシリアル信号に変換する。このシリアル信号は、シリアルインターフェイス（Ｉ／Ｆ回路）２４６から高周波モジュール２５０へ出力される。
【００１６】
高周波モジュール２５０は、クロック信号発生器２５１と、高周波電源２５２と、高周波発振器２５３と、変調信号発生回路２５４と、周波数変調器（ＶＣＯ）２５５と、ミキサ２５６と、フィルタ２５７と、高周波アンプ２５８と、有線信号用アンプ２５９とを備えている。クロック信号発生器２５１は、通信速度切換スイッチ２３により高速通信が選択されているときは４８００ｂｐｓのクロック信号を発生し、低速通信が選択されているときは２４００ｂｐｓのクロック信号を発生する。クロック信号はシリアルＩ／Ｆ回路２４６と変調信号発生回路２５４に入力される。シリアルＩ／Ｆ回路２４６は、高速通信選択時は４８００ｂｐｓの速度でシリアル信号（図９（ａ））を出力し、低速通信選択時は２４００ｂｐｓの速度でシリアル信号（図９（ｄ））を出力する。
【００１７】
ＶＣＯ２５５は、変調信号発生回路２５４からの信号の大きさにしたがって、ＶＣＯ２５５の出力周波数を変える。すなわち、周波数変調を行う。変調信号発生回路２５４は後で詳細に説明する。周波数変調された信号は、高周波発振器２５３の出力とミキサ２５６で混合され、フィルタ２５７を通って電力増幅を行う高周波アンプ２５８へ入力される。高周波アンプ２５８から出力される高周波電力はアンテナ２５０Ａから電波として放出される。
【００１８】
有線信号用アンプ２５９は変調信号発生回路２５４からの信号を有線信号出力端子２６へ出力する。したがって、有線信号出力端子２６を油圧ショベルとケーブルで接続することにより、有線操作が可能となる。
【００１９】
なお、高周波発振器２５３は簡略化して示しているが、水晶発振器のシンセサイザ方式によって周波数が設定される。すなわち、ＣＰＵ２４３からシンセサイザの分周比を制御することによって、使用する無線チャネルを設定している。
【００２０】
図４は変調信号発生回路２５４の詳細を示す図である。変調信号発生回路２５４には、シリアルインターフェイス（Ｉ／Ｆ回路）２４６からシリアル信号が、クロック信号発生器２５１からクロック信号が、通信速度切換スイッチ２３から切換信号がそれぞれ入力される。変調信号発生回路２５４は、シリアル信号を所定の電圧値で制限するリミッタ２５４１と、リミッタ２５４１で制限された信号の低周波成分を通過させるローパスフィルタ２５４２と、所定周波数の副搬送波を発生する副搬送波発生器２５４３と、ローパスフィルタ２５４２の出力および副搬送波発生器２５４３の出力のいずれか一方を選択して取り出すスイッチ２５４４と、通信速度切換信号でスイッチ２５４４を切換えるリレー２５４５とを備える。
【００２１】
図５は、無線区間の固定データフォーマットの一例を示す。固定データの１組で1フレームを構成する。ここで1つの区切りが1バイトの信号を示している。無線回線の1フレームの信号は、無線回線の同期のための信号であるＳＹＮの後、データの始まりを示す信号ＳＴＸ、無線機固有のＩＤの後に、無線操作信号のＤａｔａが続き、信号の終了信号であるＥＴＸ、最後にデータの誤り検出信号ＣＲＣで構成される。
【００２２】
―受信機３１―
図６および図７により受信機３１を詳細に説明する。
受信機３１は、送信機２０からの電波を受信してデジタル信号に変換し、信号の誤り検出を行った後に、操作信号としてコントローラ２２へ送出する。そのため、受信機３１は、アンテナ３１１と、高周波アンプ３１２と、ミキサ３１３と、フィルタ３１４と、ＦＭ復調器（同期検波器）３１５と、信号復調器３１６と、局部発振器３１７と、１チップマイコン３１８とを有する。１チップマイコン３１８は、シリアルインターフェイス（Ｉ／Ｆ）３１８１と、ＣＰＵ３１８２と、ＲＯＭ３１８３と、ＲＡＭ３１８４と、シリアルインターフェイス（Ｉ／Ｆ）３１８７と、Ｄ／Ｏ回路３１８６とを備えている。
【００２３】
アンテナ３１１で受信された電波は高周波アンプ３１２で増幅されてミキサ３１３へ入力される。ミキサ３１３では、増幅された信号が受信機３１の局部発信器３１７の信号と混合されて周波数変換される。周波数変換された信号は、フィルタ３１４を通ってＦＭ復調器(検波器)３１５へ入力され、送信機２０の変調信号と同じ形に復調される。復調された信号はさらに、信号復調器３１６でデジタル信号に変換される。デジタル信号はここで、送信機２０のシリアルインタフェース２４６からの操作信号と同一の信号に戻る。復調されたデジタルシリアル信号は、１チップマイコン３１８のシリアルインターフェイス（Ｉ／Ｆ）３１８１を介してＣＰＵ３１８２へ入力される。ＣＰＵ３１８２は、入力されたシリアル信号の誤りをチェックし、その後、シリアルインターフェイス（Ｉ／Ｆ）３１８７を介してコントローラ２２へ操作信号（アクチュエータ駆動信号）を出力する。
【００２４】
信号復調器３１６は、図７に示すように、ＦＭ復調器３１５で復調された信号を増幅するアンプ３１６１と、その増幅された信号から低周波数成分だけを取り出すローパスフィルタ３１６２と、ローパスフィルタ３１６２で抽出された信号の平均値をとる平均信号発生回路３１６４と、平均信号発生回路３１６４からの信号とローパスフィルタ３１６２からの信号を比較するコンパレータ３１６３と、アンプ３１６１で増幅された信号から所定周波数帯域成分を取り出すバンドパスフィルタ３１６７と、副搬送波復調器３１６８と、入力される切換信号に応じた周波数のクロック信号を副搬送波復調器３１６８に出力するクロック信号発生器３１６９と、コンパレータ３１６３からの比較信号および副搬送波復調器３１６８からの信号のいずれかを選択して出力するスイッチ３１６５と、通信速度切換信号でスイッチ３１６５を切換えるリレー３１６６とを有する。なお、受信機３１は通信速度切換信号を受信し、信号復調器３１６へこの切換信号が入力される。これにより、リレー３１６６によりスイッチ３１６５が切換えられる。
切換信号数を増やし、切換信号をクロック信号発生器に入力してクロック周波数を下げれば、２４００ｂｐｓよりもさらに低速の１２００ｂｐｓの信号を使用することもできる。すなわち、３段階切換ができる。
【００２５】
図７の信号復調器３１６は次のように動作する。切換信号がＨ(高速通信)の場合、リレー３１６６によりスイッチ３１６５が上側に切り換わる。ＦＭ復調器３１５の出力は、アンプ３１６１で増幅された後、ローパスフィルタ３１６２で高周波成分がカットされる。ローパスフィルタ３１６２の出力は平均信号発生回路３１６４に入力され、平均値が算出されてコンパレータ３１６３に入力される。平均信号発生回路３１６４は、非常に時定数の長い、例えば０.1秒といった時間の信号の平均値(直流分を含む)を出力する。コンパレータ３１６３は、平均信号発生回路３１６４からの平均値信号とローパスフィルタ３１６２の出力信号とを比較する。ローパスフィルタ３１６２の出力が平均値信号よりも大きいときにコンパレータ３１６２からハイレベル信号が出力される。このシリアル信号は、送信側の変調信号とほぼ同一の電気信号となる。
【００２６】
一方、切換信号がＬ(低速通信)の場合、リレー３１６６により切換スイッチ３１６５は下側に切り換わる。アンプ３１６１の出力はバンドパスフィルタ３１６７を通過して所定周波数帯域成分の信号となり、副搬送波復調器３１６８に入力する。副搬送波復調器３１６８は周波数１８００Ｈｚの信号を内部で発生しており、バンドパスフィルタ３１６７から出力されるMSK信号がハイレベル、ローレベルの信号１，０に変換される。副搬送波１８００Ｈｚの信号の位相が進みと遅れを判別する復調方式には各種の方法がある。細かい復調方法についての説明は省略する。
【００２７】
図８は、受信機３１から車体コントローラ２２ヘの送信信号の構成を示す。この例では、無線回線の同期信号を取り去り、残りのＳＴＸからＣＲＣまでの信号を受信機３１から車体コントローラ２２へ送信している。信号の誤りを検出するＣＲＣ信号を無線回線に入れ、ＣＲＣ信号によって、誤りでない場合に初めて動作するように動作の論理が組まれる。シリアルで送られてくる信号をチェックしてデータに誤りがあるかないかを判断し、正常なデータであれば受信信号に対応して比例電磁弁の電流やリレー回路を駆動する。
【００２８】
このような送受信装置２０，３０を使用した遠隔装置について説明する。
−送信機２０−
図９は、図４の送信機２０における変調信号発生回路２５４の信号波形を説明する図である。図９（ａ）は、高速通信選択時にシリアルＩ／Ｆ２４６から出力される１，０（ハイレベル、ローレベル）状態を示す。（ｂ）は高速通信時の４８００ｂｐｓの信号波形図である。このシリアル信号は、図４のリミッタ２５４１に入力されて振幅が制限されてローパスフィルタ２５４２に入力される。図９（ｃ）は、４８００ｂｐｓのシリアル信号がローパスフィルタ２５４２に入力されたときの出力信号波形である。高速通信が選択されているとき、スイッチ２５４４は上側に切換えられており、図９（ｃ）に示す信号がＦＳＫ変調信号として変調信号発生回路２５４からＶＣＯ２５５へ出力される。
【００２９】
図９（ｄ）は、低速通信選択時にシリアルＩ／Ｆ２４６から出力される１，０（ハイレベル、ローレベル）状態を示す。図９（ｅ）は低速通信時の２４００ｂｐｓの信号波形図である。このシリアル信号は、図４の副搬送波発生器２５４３に入力される。副搬送波発生器２５４３には１８００Ｈｚのクロック信号が入力されている。図９（ｆ）は副搬送波発生器２５４３から出力される２４００ｂｐｓのＭＳＫ信号を示す。
【００３０】
ＭＳＫ信号は１８００Ｈｚの副搬送波の位相変調を行って得られる。シリアル信号が１の時、位相を４５°遅らせる操作をする。結果的に１２００Ｈｚの周波数の半波成分とした信号が得られる。シリアル信号が０の時は、位相を４５度進める信号が生成される。その結果、２４００Ｈｚの1半波形の形の信号が得られる。ＭＳＫ信号の場合、シリアル信号と比較すれば明らかなように、信号が連続して１、あるいは０であっても、高周波を変調する信号は必ず交流の成分として出力される。
【００３１】
この２４００ｂｐｓの例では、周波数成分は１２００ｂｐｓと２４００ｂｐｓの成分しかない。すなわち、変調信号の周波数帯域は１２００〜２４００Ｈｚの限られた成分が受信できれば信号が再生できる。２値のＦＳＫでは、基本的に直流の成分から最大の変調信号までの成分が必要である。
【００３２】
−受信機３０−
図１０は、受信機３０の各部の信号波形図である。図１０（ａ）〜（ｅ）が高速通信（４８００ｂｐｓ）の場合を、図１０（ｆ）〜（ｈ）が低速通信（２４００ｂｐｓ）の場合をそれぞれ示す。まず、通信速度切換スイッチ２３により高速通信が選択されている場合について説明する。
【００３３】
ＦＭ復調器３１５でＦＭ検波されたＦＭ検波信号は、アンプ３１６１で増幅されてローパスフィルタ３１６２に入力される。図１０（ａ）の信号Ｓ１はローパスフィルタ３１６２の出力波形を示す。信号Ｓ１は平均信号発生回路３１６４に入力され、図１０（ａ）の信号Ｓ２のような信号を出力する。信号Ｓ１とＳ２はコンパレータ３１６３で比較され、コンパレータ３１６３は、信号Ｓ１およびＳ２の大小に応じて図１０（ｂ）に示す方形波信号を出力する。高速通信が選択されているとき、スイッチ３１６５は上側に切換えられており、図１０（ｂ）に示す信号が復調シリアル信号として１チップマイコン３１８に出力される。
【００３４】
図１０（ｂ）に示す方形波信号は、１チップマイコン３１８のシリアルＩ／Ｆ３１８１からＣＰＵ３１８２に送出される。ＣＰＵ３１８２では、図１０（ｃ）に示すようなサンプリングのタイミングで、シリアルＩ／Ｆ３１８１からの信号をラッチする。図１０（ｄ）に示す方形波信号がＣＰＵ３１８２にラッチされたシリアル信号である。図１０（ｅ）はそのシリアル信号の状態を示す。
【００３５】
ここで、受信されるシリアル信号の周期(送信速度)は受信機２０のもつサンプリングのタイミング信号とは必ずしも一致しない。その理由は、クロック信号としてクリスタルを使ったとしても、発信周波数はわずかな誤差を持つために、発信側と受信側では同じ周波数、タイミングとはならないからである。
【００３６】
このため、高速通信であるＦＳＫ信号を使った通信では、調歩同期での通信となる。すなわち、信号1バイトを送るには、少なくともスタート、ストップビットが必要であり、同期式の通信よりも信号の構成ビットは多くなることもある。
【００３７】
図１０（ｆ）〜（ｈ）を参照して、通信速度切換スイッチ２３により低速通信（２４００ｂｐｓ）が選択された場合について説明する。図１０（ｆ）は、低速通信時に送信機２０から送られるＭＳＫ信号を復調したＭＳＫ信号を示す。すなわち、バンドパスフィルタ３１６７の出力波形である。ＭＳＫ信号では、前述したように、ＦＭ復調した後の信号は必ず交流成分が得られる。そして、例えば２４００ｂｐｓの例では、高い周波数が２４００Ｈｚ、低い周波数は１２００Ｈｚの成分である。そこで、バンドパスフィルタ３１６７は周波数２４００Ｈｚ〜周波数１２００ＨｚまでのＭＳＫ信号を通すように構成されている。
【００３８】
一般的には、２４００ｂｐｓのＭＳＫ信号では、ＦＭ復調後のフィルタの構成によって、信号対ノイズの比（Ｓ／Ｎ比）が、ＦＳＫ信号と比較して約１０ｄＢの優位差がある。このため、通信速度が遅い場合には、電波のノイズが多い環境下でも、最終的なシリアル信号レベルでは信号の誤りが少ない、すなわち、遠方でも信号が届くことになる。
【００３９】
ＣＰＵ３１８２はラッチしたシリアル信号の誤り検出を行う。まず、受信バッファにラッチされた信号データからＣＲＣの計算を行う。ＣＲＣを含む最後尾まで受信したら、受信信号のＣＲＣと計算されたＣＲＣとを比較して誤り検出を行う。最後尾まで受信した後、受信信号のＣＲＣも含むデータでＣＲＣを計算して誤り検出を行ってもよい。この場合、最後尾まで含まれた計算値が０かどうかがで判断する。すなわち、誤り検出された場合にはＣＲＣは０でなく、０以外では誤り検出がされたことを意味する。誤り検出がされないとき、送信機２０から送信されてくるシリアル信号に応じてコントローラ３２に信号を送出し、コントローラ３２が油圧ショベルを制御する。
【００４０】
図１１は、送信機２０の変調信号発生回路２５４Ａの他の実施の形態を示す。この例は、高速通信のときは前述した図４の場合と全く同様に変調信号が出力される。すなわち、高速通信選択時にシリアルＩ／Ｆ２４６から出力されるシリアル信号は、図１１のリミッタ２５４１に入力されて振幅が制限される。高速通信が選択されているとき、スイッチ２５４４は上側に切換えられており、リミッタ２５４１の出力はローパスフィルタ２５４７に入力される。したがって、高速通信が選択されているとき、図９（ｃ）に示す信号がＦＳＫ変調信号として変調信号発生回路２５４から出力される。
【００４１】
低速通信が選択されているときは、図９（ｅ）に示すようなシリアル信号がシリアルＩ／Ｆ２４６から出力される。このシリアル信号は、図１１の副搬送波発生器２５４３に入力され、図９（ｆ）に示すような２４００ｂｐｓのＭＳＫ信号が生成される。図１１の例では、副搬送波発生器２５４３からの交流ＭＳＫ信号を方形波生成回路２５４６に入力し、図９（ｇ）に示すようなシリアル信号を生成する。さらに、このシリアル信号をローパスフィルタ２５４７を通してＦＳＫ変調信号を生成する。
【００４２】
このような方式を採用すると、見かけ上は低速および高速通信ともに２つのＦＳＫ信号として送信されることになる。この回路構成をとれば、操作部（ジョイスティックなど）と無線機（送信機２０）を別体とした外部無線機の場合に有効である。すなわち、外部送信機として、２値のＦＳＫ送信機を用意しておき、高速通信の時は、シリアル信号をそのまま電気信号として入力し、低速通信の時はＭＳＫ信号を波形整形した信号を外部無線機に入力すれば、高速、低速の両信号を送出できる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、高速通信では４８００ｂｐｓ、低速通信は２４００ｂｐｓの通信速度としたが、低速通信を１２００ｂｐｓとして、更に遠方に同一の電波を使って信号伝送を行うことも可能である。さらに、本実施の形態では、高速、低速の２速度としたが、高速、中速、低速の３段階にすることもできる。例えば、高速はＦＳＫ、中速、低速をＭＳＫ信号とすることも可能である。
【００４４】
日本の電波法のＣＨ間隔１２．５ｋＨｚでは占有周波数帯域は８．５ｋＨｚに制限される。この制限から、通信の最高速度は４８００ｂｐｓのＦＳＫが最高の通信速度である。通信速度と通信の伝送距離の関係は明確に決定できるものではないが、通信速度の遅い場合には、ローパスフィルタのカットオフ周波数は低くできる。ノイズがホワイトノイズと仮定すれば、信号速度が半分になれば、ノイズ成分のエネルギは半分となる。同様に、ＭＳＫ信号のように周波数帯域が制限されれば、同様にノイズ成分をカットでき、同一のノイズが存在する環境であっても、信号の誤り(信号化け)を少なくすることができる。
【００４５】
このように、本発明は通信距離が短い場合には高速の通信速度で行い、災害地などの遠距離の遠隔運転では通信速度を遅くして信号伝送を確実にすることができる。また、中速以下をＭＳＫ信号で実現すれば、さらに周囲のノイズ成分の除去が可能であり、より遠距離または高いノイズの環境であっても、遠隔操作が可能になる。高低速通信をＦＳＫ変調とＭＳＫ変調で実現したが、これ以外の２種類の変調方式を使用して同様な作用効果を得るようにしてもよい。
【００４６】
以上では油圧ショベルを作業機械の一例として説明した。油圧ショベルのような建設機械の無線リモコンでは、操作信号の種類が多く、信号伝送時に１フレームの伝送遅延時間が発生することから、遅延時間を短くして操作感覚を向上させたい要求がある。一方、多少の操作感覚を犠牲にしても、確実に遠距離の現場まで信号を伝送したい要求もある。したがって、高速通信と低速通信の無線方式を切換えることにより、１台の特定小電力無線装置により遠近両方の操縦を行うことができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、油圧ショベルとその操作指示器とが離れている場合、たとえば、作業者が近寄り難い災害現場での復旧工事などでは、操作者と油圧ショベルが数１00ｍ〜数ｋｍ離れた場所で遠隔操作されるが、その場合は送信機側の手動操作により第１の通信方式を選択し、油圧ショベルとその操作指示器とが近い場合、たとえば、深穴掘削や側溝掘りなど操作者と油圧ショベルが数ｍ〜数１０ｍ離れた場所で遠隔操作される場合は送信機側の手動操作により第２の通信方式を選択すればよい。その結果、操作者が操作指示器を操作するだけで、操作感覚を重視する近距離運転と、より遠距離の確実な運転を要求する両極端の現場に１台の特定小電力無線装置で対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】遠隔操縦される油圧ショベルを示す図
【図２】無線リモコン式油圧ショベルシステムの構成を示すブロック図
【図３】無線リモコン装置の送信機の一例を示すブロック図
【図４】送信機の変調信号発生回路の詳細例を示すブロック図
【図５】無線区間の伝送信号データ構成図
【図６】受信機の一例を示すブロック図
【図７】受信機の信号復調器の詳細例を示すブロック図
【図８】有線区間の伝送信号データ構成図
【図９】送信機の各部信号波形図
【図１０】受信機の各部信号波形図
【図１１】送信機の変調信号発生回路の他の詳細例を示すブロック図
【符号の説明】
１０：油圧ショベル２０：無線リモコン装置（送信機）
２１：ジョイスティック２３：通信速度切換スイッチ
２４：送信回路３１：受信機
２５４：変調信号発生回路３１６：信号復調器

Claims

特定小電力無線方式により１つの通信チャンネルを用いて、通信速度を切換える油圧ショベルの遠隔操作システムであって、
（Ａ）油圧操作レバー装置、油圧操作レバー装置の操作信号により駆動されて油圧を制御するメインバルブ、および前記メインバルブで制御された油圧で駆動される油圧アクチュエータを備える油圧ショベルと、
（Ｂ）操作者による操作指令を指示する操作指示器、少なくとも第１および第２の通信速度（＞第１の通信速度）のいずれかを操作者が手動操作で切換える通信速度切換スイッチ、および前記操作指令に基づいて、前記第１の通信速度に手動操作で切換えられているときは前記第１の通信速度の指令信号を特定小電力無線方式に基づいて単一チャンネル上に送信し、前記第２の通信速度に手動操作で切換えられているときは前記第２の通信速度の指令信号を前記特定小電力無線方式に基づいて単一チャンネル上に送信する送信回路を備え、前記油圧ショベルから数１００m〜数Ｋｍ離れた作業現場もしくは、数ｍ〜数１０ｍ離れた作業現場に配置される送信機とを備え、
（Ｃ）前記油圧ショベルに搭載する機器として、
（Ｃ−１）前記通信速度切換スイッチにより手動操作で切換えられた通信速度に応じて前記送信機から送信される少なくとも前記第１の通信速度および第２の通信速度による複数の指令信号をそれぞれ復調して複数の復調信号を生成し、前記通信速度切換スイッチにより手動操作で切換えられた通信速度の指令信号により切り換わるスイッチにより前記複数の復調信号のいずれか一つを切換えて出力する復調器、および前記復調器から出力される復調信号による指令信号に基づいてアクチュエータ駆動信号を生成する駆動信号生成回路を備えた受信機と、
（Ｃ−２）前記受信機から供給された前記アクチュエータ駆動信号を入力して前記メインバルブを駆動するための比例電磁弁駆動信号を生成するコントローラと、
（Ｃ−３）前記比例電磁弁駆動信号に応答して作動する比例電磁弁と、
（Ｃ−４）前記比例電磁弁から出力される油圧信号、および前記油圧操作レバー装置の操作に基づいた前記油圧信号のいずれか一方を選択して前記メインバルブに供給することにより、有人操作と無線遠隔操作とを切換える切換弁とを有する、
ことを特徴とする油圧ショベルの遠隔操作システム。
請求項１に記載の油圧ショベルの遠隔操作システムにおいて、
前記送信回路から放射される電波は４２９ＭＨｚ帯域の搬送波で放射され、
前記第１の通信速度の指令信号は、通信速度２４００ｂｐｓのＭＳＫ変調によって生成され、
前記第２の通信速度の指令信号は、通信速度４８００ｂｐｓのＦＳＫ変調によって生成されることを特徴とする油圧ショベルの遠隔操作システム。
請求項１または２に記載の油圧ショベルの遠隔操作システムにおいて、
前記送信機は無線リモコン装置であり、
前記無線リモコン装置には、前記油圧アクチュエータを操作する複数のジョイスティックで構成された前記操作指示器と、前記通信速度切換スイッチとが設けられることを特徴とする油圧ショベルの遠隔操作システム。