JP6073827B2 - 建設機械の遠隔操縦システム - Google Patents

Description

本発明は、油圧ショベルやダンプトラックなどの建設機械を遠隔で操縦するための遠隔操縦システムに関するものである。

従来から、車両に人が搭乗することなく遠隔でその車両を操縦する技術があり、これを油圧ショベルやダンプトラックなどの建設機械にも応用する提案がなされている。例えば建設機械に複数台のカメラと送受信機とを搭載し、各カメラで写された画像を遠隔にある制御室に無線送信し、制御室内のオペレータがこのカメラ画像をモニターしながらマニピュレータを操作し、その操作信号を建設機械に無線送信することで建設機械を遠隔操縦しようとするものである。

このように無線によって建設機械を遠隔操縦する場合、制御室（送信機）と建設機械（受信機）との距離が離れるなどして電波状況が悪くなって通信が途絶えると、建設機械が操縦不能に陥るおそれがある。そのため、例えば以下の特許文献１では、車両の移動軌跡の位置座標を逐次記録し、電波が途切れたときには、車両自体がそれまで記録された位置座標を逆に辿って、少なくとも送信機から送信された電波を受信できる電波到達域内まで戻るように自走する技術が提案されている。

特開２０１０−１７６５８７号公報

しかしながら、電波状況が悪化して通信が途切れる原因は、必ずしも制御室（送信機）と建設機械（受信機）との距離が離れる場合に限られるものでなく、制御室（送信機）と建設機械（受信機）との間に障害物が入ったりしたことが原因となる場合もある。また、油圧ショベルのように姿勢が大きく変化する車両の場合には、受信機（アンテナ）の位置関係によっては一時的に電波状態が低下して通信が途切れる場合もある。

例えば、油圧ショベルは、走行体上に旋回体とフロント作業機を備えた構成となっているが、旋回体の向きやフロント作業機の位置によっては、受信機（アンテナ）部分がフロント作業機の陰に隠れてしまい、受信状況が一時的に低下することがある。このような場合にも前記公知技術のように一律に車両全体を移動軌跡を逆に辿って戻るように移動するのは不効率な上に、車両が勝手に移動することにより、却って通信状況が悪くなる場合もある。

そこで、本発明はこれらの課題を解決するために案出されたものであり、その目的は、電波状況が悪化したり、通信が途切れたりした場合には、無駄な動きをすることなく効率的に通信状況を改善できる新規な建設機械の遠隔操縦システムを提供するものである。

前記課題を解決するために第１の発明は、建設機械に指令信号を電波の形で送信する無線リモコン装置と、前記建設機械に設けられ、前記受信した指令信号に基づいて前記建設機械の動作を制御する動作制御装置とを備えた建設機械の遠隔操縦作システムであって、
前記動作制御装置は、前記建設機械の位置および姿勢を計測する位置姿勢計測手段と、前記位置姿勢計測手段で計測された位置および姿勢を時系列に記憶する位置姿勢記憶手段と、前記無線リモコン装置から送信される電波の受信状況を判断する受信状況判断手段と、前記姿勢記憶手段で記憶された姿勢情報に基づいて前記建設機械の姿勢を過去の任意の時点まで戻す自動復帰手段とを備え、
前記自動復帰手段は、前記受信状況判断手段が前記無線リモコン装置から送信される電波が受信できないと判断したときは、前記位置姿勢記憶手段に記憶された位置姿勢記録情報に基づいて、前記建設機械の姿勢を、前記電波を受信できた時点まで戻すことを特徴とする建設機械の遠隔操縦システムである。

このような構成によれば、建設機械の姿勢変化、例えば油圧ショベルのアームを上昇させたり、旋回体を旋回させるなどといった姿勢の変化が原因で電波が途切れた場合には、その姿勢を、電波が途切れる前に戻すだけで電波状況を改善することが可能となる。これによって、建設機械をその移動軌跡を逆に辿るように移動させる必要がなく、効率的に通信を回復できる。

第２の発明は、第１の発明において、前記自動復帰手段は、前記受信状況判断手段が前記無線リモコン装置から送信される電波が受信できないと判断したときは、前記電波を最後に受信できた時点の直前の指令信号に基づいてその指令信号による建設機械の動作の途中で前記電波が受信できなくなったと判断したときにのみ、前記建設機械の姿勢を、前記電波を受信できた時点まで戻すことを特徴とする建設機械の遠隔操縦システムである。

このように電波を最後に受信できた時点の直前の指令信号の解析等を行った結果、その指令信号による建設機械の動作の途中で電波が受信できなくなったと判断したときには、建設機械の姿勢変化が原因で電波が途切れた可能性が高く、それ以外は建設機械の姿勢が原因ではないと考えることができる。そのため、このような判断を行った場合にのみ前記のような姿勢を戻す動作を行い、それ以外の場合は、直ちに建設機械をその移動軌跡を逆に辿るように移動させることで、建設機械の姿勢を戻すような無駄な動作を行うことなく、効率的に通信状況を回復することができる。

第３の発明は、第１または第２の発明において、前記動作制御装置は、前記建設機械の前後左右の傾斜角を検出する傾斜情報検出手段をさらに備え、
前記自動復帰手段は、前記傾斜情報検出手段によって検出された前記建設機械の傾斜角が一定値を超えていないと判断したときは、前記建設機械の姿勢を、前記電波を受信できた時点まで戻すことを特徴とする建設機械の遠隔操縦システムである。

このような構成によれば、建設機械の前後左右の傾斜角が一定値を超えたような不安定な状況のときに、その姿勢が勝手に戻ることによって却ってさらに不安定な状況を招くような事態を回避することができる。

第４の発明は、第１乃至第３の発明において、前記動作制御装置は、前記建設機械の動作が掘削状態か否かを判断する掘削状態判断手段をさらに備え、前記自動復帰手段は、前記掘削状態判断手段によって掘削状態でないと判断したときは、前記建設機械の姿勢を、前記電波を受信できた時点まで戻すことを特徴とする建設機械の遠隔操縦システムである。

このような構成によれば、建設機械が掘削作業途中に、その作業を中断してその姿勢が勝手に戻ることによって掘削している土砂をこぼしてしまうような事態を回避することができる。

第５の発明は、第１乃至第４の発明において、前記無線リモコン装置は、前記指令信号を送信する第１の送信機と、前記第１の送信機が指令信号を送っているか否かの確認信号を送信する第２の送信機とを備えると共に、前記動作制御装置は、前記第１の送信機によって送信される前記指令信号を受信する第１の受信機と、前記第２の送信機によって送信される確認信号を受信する第２の受信機とを備え、前記受信状況判断手段は、前記第１の送信機からの指令信号のみが受信できないときに、前記無線リモコン装置から送信される電波が受信できないと判断することを特徴とする建設機械の遠隔操縦システムである。

このように第２の送信機によって送信される確認信号は受信できるものの、第１の送信機からの指令信号のみが受信できないときは、前記のような建設機械の姿勢変化が原因で電波が途切れた可能性が極めて高い。従って、その姿勢を、第１の送信機からの指令信号が途切れる直前に戻すだけで電波状況を改善できるため、建設機械をその移動軌跡を辿るように移動させる必要がなく、効率的に通信を回復できる。

第６の発明は、第５の発明において、前記受信状況判断手段は、前記第１の送信機からの指令信号および前記第２の送信機によって送信される確認信号のいずれも受信できないときは、通信不能と判断し、前記自動復帰手段は、前記受信状況判断手段が通信不能と判断したときは、前記建設機械の位置姿勢を維持することを特徴とする建設機械の遠隔操縦システムである。

このように前記第１の送信機からの指令信号および前記第２の送信機によって送信される確認信号のいずれも受信できないときは、建設機械の姿勢変化よりも他の要因、例えば無線リモコン装置と建設機械の間に障害物が入ってきたり、あるいは送信機の故障や電源遮断により送信できなかったりしたことが要因となって電波が途切れた可能性が高い。このような場合には、位置姿勢記憶手段で記憶された位置情報に基づいて、建設機械の位置を前記指令信号または確認信号を最後に受信できた時点まで戻しても、通信を回復させることが困難である可能性が高い。このような場合には、建設機械の位置姿勢を維持することで、移動させることによって却って通信が不安定な状況を招くような事態を回避することができる。

第７の発明は、建設機械に指令信号を電波の形で送信する無線リモコン装置と、前記建設機械に設けられ、前記受信した指令信号に基づいて前記建設機械の動作を制御する動作制御装置とを備えた建設機械の遠隔操縦システムであって、
前記無線リモコン装置は、前記指令信号を送信する第１の送信機と、前記第１の送信機が指令信号を送っているか否かの確認信号を送信する第２の送信機とを備えると共に、
前記動作制御装置は、前記第１の送信機によって送信される前記指令信号を受信する第１の受信機と、前記第２の送信機によって送信される確認信号を受信する第２の受信機と、
前記建設機械の位置を計測する位置計測手段と、前記位置計測手段で計測された位置を時系列に記憶する位置記憶手段と、前記無線リモコン装置から送信される電波の受信状況を判断する受信状況判断手段と、前記位置記憶手段で記憶された位置情報に基づいて前記建設機械の位置を過去の任意の時点まで戻す自動復帰手段とを備え、
前記受信状況判断手段は、前記第１の送信機からの指令信号と第２の送信機からの確認信号のいずれも受信できないときに、前記無線リモコン装置から電波が送信されていないと判断し、前記自動復帰手段は、前記受信状況判断手段が前記無線リモコン装置から送信される電波が受信できないと判断したときは、前記位置記憶手段に記憶された位置記録情報に基づいて、前記建設機械の位置姿勢を維持することを特徴とする建設機械の遠隔操縦システムである。

第１の送信機からの指令信号または第２の送信機からの確認信号のいずれも受信できないときは、その原因が建設機械の姿勢ではなく、例えば無線リモコン装置と建設機械の間に障害物が入ってきたり、あるいは送信機の故障や電源遮断により送信できなかったりしたことが要因となって電波が途切れた可能性が高い。位置姿勢記憶手段で記憶された位置情報に基づいて、建設機械の位置を前記指令信号または確認信号を最後に受信できた時点まで戻しても，通信を回復させることが困難である可能性が高い。このような場合には、建設機械の位置姿勢を維持することで、移動させることによって却って通信が不安定な状態を招くような事態を回避することができる。

第８の発明は、第７の発明において、
前記無線リモコン装置は、さらに前記建設機械の姿勢を計測する姿勢計測手段と、前記姿勢計測手段で計測された姿勢を時系列に記憶する姿勢記憶手段とを備え、
前記受信状況判断手段は、前記第１の送信機からの指令信号のみが受信できないときは、通信不能と判断し、前記自動復帰手段は、前記受信状況判断手段が通信不能と判断したときは、前記姿勢記憶手段で記憶された位置情報に基づいて、前記建設機械の姿勢を、前記第１の送信機からの指令信号を最後に受信できた時点まで戻すことを特徴とする建設機械の遠隔操縦システム。

このような構成によれば、前記のような建設機械の姿勢変化が原因で電波が途切れたと考えることができるため、他の要因、例えば無線リモコン装置と建設機械との間に障害物が入ることなどによって電波が途切れたときにまで前記建設機械の姿勢を戻すような無駄な動作を回避することができる。

第９の発明は、第７の発明において、前記動作制御装置は、前記建設機械の前後左右の傾斜角を検出する傾斜情報検出手段をさらに備え、
前記自動復帰手段は、前記傾斜情報検出手段によって検出された前記建設機械の傾斜角が一定値を超えていないと判断したときは、前記建設機械の姿勢を、前記電波を受信できた時点まで戻すことを特徴とする建設機械の遠隔操縦システムである。

このような構成によれば、第３の発明と同様に建設機械の前後左右の傾斜角が一定値を超えたような不安定な状況のときに、その姿勢が勝手に戻ることによって却ってさらに不安定な状況を招くような事態を回避することができる。

第１０の発明は、第７または第９の発明において、前記動作制御装置は、前記建設機械の動作が掘削状態か否かを判断する掘削状態判断手段をさらに備え、
前記自動復帰手段は、前記掘削状態判断手段によって掘削状態でないと判断したときは、前記建設機械の姿勢を、前記電波を受信できた時点まで戻すことを特徴とする建設機械の遠隔操縦システムである。

このような構成によれば、第４の発明と同様に建設機械が掘削作業途中に作業を中断してその姿勢が勝手に戻ることによって掘削している土砂をこぼしてしまうような事態を回避することができる。

本発明の遠隔操縦作システムによれば、建設機械の姿勢変化、例えば油圧ショベルのアームを上昇させたり、旋回体を旋回させるなどといった姿勢の変化が原因で電波が途切れた場合には、その姿勢を、電波が途切れる前に戻すだけで電波状況を改善することが可能となる。これによって、建設機械をその移動軌跡を逆に辿るように移動させる必要がなく、効率的に通信を回復できる。

本発明に係る建設機械の遠隔操縦システム１００の実施の一形態を示す概念図である。 無線リモコン装置２０の構成を示すブロック図である。 動作制御装置３０の構成を示すブロック図である。 処理の状態遷移を示す状態遷移図である。 通常状態Ｊ０における処理の流れを示すフローチャート図である。 自動復帰状態Ｊ５における処理の流れを示すフローチャート図である。

次に、本発明の実施の形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る建設機械の遠隔操縦システム１００の実施の一形態を示したものである。図示するように、この遠隔操縦システム１００は、建設機械の１つである油圧ショベル１０１と、この油圧ショベル１０１に指令信号を電波の形で送信する無線リモコン装置２０と、受信した指令信号に基づいて建設機械の動作を制御する動作制御装置３０とから主に構成されている。

この油圧ショベル１０１は、自身の走行を可能とする走行体１と、この走行体１上に旋回可能に設けられる旋回体２と、この旋回体２の前部に設けられるブーム５，アーム６およびバケット７を回動可能に連結してなるフロント作業機３を備えている。

この油圧ショベル１０１は、走行体１、旋回体２およびフロント作業機３を油圧で駆動する油圧駆動装置７０を備えている。この油圧駆動装置７０は、図３に示すように複数の油圧アクチュエータ７１、すなわち走行体を駆動する一対の走行モータ、旋回体２を駆動する旋回モータ、ブーム５を駆動する一対のブームシリンダ８（図１では一方のブームシリンダ８のみを示す）、アーム６を駆動するアームシリンダ９，およびバケット７を駆動するバケットシリンダ１０を備えている。

また、この油圧ショベル１０１は、これらの油圧アクチュエータ７１に供給する圧油を吐出するメインポンプ１１を備えており、さらに、このメインポンプ１１を駆動するエンジン１２ａと、このエンジン１２ａを制御するエンジン制御機器およびこのエンジン制御機器を制御するエンジン用コントローラとがまとまったエンジンユニット１２を備えている。

ブームシリンダ８、アームシリンダ９およびバケットシリンダ１０には、図３に示すようにシリンダストロークセンサ８ａ，９ａ，１０ａがそれぞれ備えられており、各シリンダストロークセンサ８ａ，９ａ，１０ａによってそれぞれのシリンダの伸縮時の長さを計測して、動作制御装置３０の動作制御部（コントローラ）６０に出力するようになっている。

また、ブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０のそれぞれのボトム側とロッド側には、図３に示すようにシリンダボトム圧センサ８ｂ、９ｂ、１０ｂとシリンダロッド圧センサ８ｃ、９ｃ、１０ｃとがそれぞれ備えられており、これらの圧力センサによってブームシリンダ８、アームシリンダ９、バケットシリンダ１０のそれぞれにかかる負荷を計測して動作制御部（コントローラ）６０に出力するようになっている。

また、この油圧駆動装置７０は、メインポンプ１１から複数の油圧アクチュエータ７１のそれぞれに供給する圧油の流れを制御する油圧制御回路を備えている。この油圧制御回路は、図３に示すように複数のメインコントロールバルブ７２、すなわち走行モータ制御用メインコントロールバルブ、旋回モータ制御用メインコントロールバルブ、ブームシリンダ制御用メインコントロールバルブ、アームシリンダ制御用メインコントロールバルブおよびバケットシリンダ制御用メインコントロールバルブを備えている。

また、これらのメインコントロールバルブ７２に与えるパイロット圧の油圧源となるパイロットポンプ（図示せず）、各メインコントロールバルブ７２に対応して複数設けられてパイロットポンプの吐出圧を一次圧としてパイロット圧を生成し出力する比例電磁弁７３を備えている。また、これら比例電磁弁７３とパイロットポンプを初期位置で連通させ、作動位置で遮断する電磁式のオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）弁７４を備えている。図１中符号１３は、前述した複数のメインコントロールバルブ７２と、複数の電磁比例弁７３と、オン／オフ弁７４とを一体化したメインコントロールバルブユニットである。

この油圧ショベル１０１は、図１に示すように旋回体２の後部の左右側部のそれぞれに黄色回転灯１４，１５が設けられており、後述するような本発明に係る遠隔操縦時に点灯するようになっている。また、運転席２ａの前部の左上側には、遠隔操縦が行われていることを報知する青色回転灯１６が設けられていると共に、運転席２ａの前部の右上側には、油圧ショベル１０１が非常停止した状態であることを報知する赤色回転灯１７が設けられている。

また、黄色回転灯１４，１５の前方には、それぞれＧＰＳアンテナ１８ａ、１８ｂが設けられており、油圧ショベル１０１の位置情報を三次元で取得し出力するようになっている。さらに、旋回体２の前部の右側には、前後左右傾斜角センサ１９が設けられており、油圧ショベル１０１の前後と左右の傾斜角を計測して出力するようになっている。

一方、無線リモコン装置２０は、図２に示すように筐体上に起動スイッチ２１、非常停止スイッチ２２、エンジンスイッチ２３、アーム・旋回操作部２４、ブーム・バケット操作部２５などを備えると共に、その内部には、各スイッチなどの操作に応じて所定の処理を行う情報処理部（コンピュータ）２８と、２つの送信機Ａ２９，Ｂ４０を備えている。

起動スイッチ２１は、操作ボタン２１ａの押圧操作に伴って押圧操作信号を情報処理部（コンピュータ）２８に出力するようになっている。この情報処理部２８は、電源投入後の最初の押圧操作信号に応じて専用の制御システムを起動させ、その次の押圧操作信号に応じて制御システムを終了させるように設定されている。つまり、情報処理部２８は、起動スイッチ２１からの押圧操作信号の出力がある毎に制御システムの起動と終了を交互に行うようになっている。

非常停止スイッチ２２は、操作ボタン２２ａの押圧操作に伴って押圧操作信号を情報処理部２８に出力するようになっている。情報処理部２８は、この非常停止スイッチ２２から与えられる押圧操作信号に応じて油圧ショベル１０１の非常停止を指定する非常停止指令信号を出力するようになっている。

エンジンスイッチ２３は、操作ボタン２３ａの押圧操作に伴って押圧操作信号を情報処理部２８に出力するようになっている。この情報処理部２８は、制御システムの起動後、最初にエンジンスイッチ２３から与えられる押圧操作信号に応じてエンジン始動指令信号を出力するように設定されており、その次にエンジンスイッチ２３から与えられる押圧操作信号に応じてエンジン停止指令信号を出力するように設定されている。つまり、情報処理部２８は、このエンジンスイッチ２３からの押圧操作信号の出力がある毎にエンジン始動指令信号とエンジン停止指令信号とを交互に出力するようになっている。

アーム・旋回操作部２４は、運転室２ａの前後方向における操作レバー２４ａの傾倒角度に相応する前後操作信号および同左右方向における操作レバー２４ａの傾倒角度に相応する左右操作信号を情報処理部２８に出力するようになっている。この情報処理部２８は、このアーム・旋回操作部２４からの前後操作信号に対応するアーム指令信号および左右操作信号に対応する旋回指令信号を出力するようになっている。アーム指令信号は、アーム６の回動方向および回動速度を指令する信号であり、旋回指令信号は旋回体２の旋回方向および旋回角度を指令する信号である。

ブーム・バケット操作部２５は、運転室２ａの前後方向における操作レバー２５ａの傾倒角度に相応する前後操作信号および同左右方向における操作レバー２５ａの傾倒角度に相応する左右操作信号を情報処理部２８に出力するようになっている。この情報処理部２８は、このブーム・バケット操作部２５からの前後操作信号に対応するブーム指令信号および左右操作信号に対応するバケット指令信号を出力するようになっている。

ブーム指令信号は、ブーム５の回動方向および回動速度を指令する信号であり、バケット指令信号は、バケット７の回動方向および回動速度を指令する信号である。なお、この無線リモコン装置２０は、操作部２４，２５の他にも油圧ショベル１０１の走行方向や走行速度を指令するための操作部やエンジン回転数を指令するための操作部なども備えている。

一方、送信機Ａ２９は、情報処理部２８が出力する指令信号を、電波の形で送信する無線送信機から構成されている。他方、送信機Ｂ４０は、送信機Ａ２９により前記の送信が行われているか否かの情報と、非常停止指令信号とを、電波の形で送信する無線送信機から構成されている。そして、この送信機Ｂ４０は、送信機Ａ２９よりは通信できる情報は少ないものの送信機Ａ２９よりも電波が回り込みやすくなっていて障害物の影響を受け難く、送信距離が長いといった特性を有している。具体的には、送信機Ａ２９では２．４〜５ＧＨｚの高周波数帯域の電波を使用し、送信機Ｂ４０では約５００ＭＨｚ程度の周波数帯域の電波を使用する。また、デジタル方式によるものかアナログ方式によるものかによって分けることもできる。

他方、油圧ショベル１０１側に設けられる動作制御装置３０は、図１および図３に示すように受信部５０と、動作制御部（コントローラ）６０とを備えている。受信部５０は、図３に示すように、無線リモコン装置２０の送信機Ａ２９からの送信情報を受信する受信機Ａ５１と、送信機Ｂ４０からの送信情報を受信する受信機Ｂ５２とを備えている。すなわち、受信機Ａ５１は、無線リモコン装置２０の情報処理部２８から出力された指令信号を受信し、受信機Ｂ５２は、情報処理部２８から送信機Ａ２９に出力された操作指令信号が送信されているか否かの情報と非常停止指令信号を受信するようになっている。

動作制御部６０は、起動スイッチ６１を備えており、この起動スイッチ６１は、操作ボタン６１ａの押圧操作に伴って押圧操作信号を動作制御部６０に出力するようになっている。この動作制御部６０は、電源投入後の起動スイッチ６１の最初の押圧操作による押圧指令信号に応じて制御システムを起動させ、その次の押圧操作信号に応じて制御システムを終了するように設定されている。すなわち、この動作制御部６０は、起動スイッチ６１から押圧操作信号を与えられる度に交互にシステムの起動と終了を行いようになっている。

そして、この動作制御部６０は、予め組み込まれた各種の制御プログラムによって動作する情報処理装置（コンピュータ）であり、受信機Ａ５１からの指令信号に応じて油圧ショベル１０１の油圧駆動装置７０を制御するようになっている。この油圧駆動装置７０は、図中一点鎖線で示すように、前述したオン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）電磁弁７４と，比例電磁弁７３と、メインコントロールバルブ７２と、油圧アクチュエータ（走行モータ、旋回モータ、ブームシリンダ、アームシリンダ、バケットシリンダ）７１と、エンジン用コントローラ７５と、エンジン制御機器７６とを有している。

この動作制御部６０は、前述したエンジン始動指令信号に応じてエンジン始動のための動作を油圧駆動装置７０のエンジン制御機器７６に行わせることを指令する指令信号を、エンジン用コントローラ７５に出力するように設定されている。また、前述したエンジン停止指令信号に応じてエンジンを停止させる動作をエンジン制御機器７６に行わせることを指令する指令信号をエンジン用コントローラ７５に出力するように設定されている。

また、この動作制御部６０は、前述した非常停止指令信号に応じて油圧ショベル１０１を非常停止制御を行うように設定されている。この非常停止制御は、エンジン停止のための動作をエンジン制御機器７６に行わせることを指令する指令信号をエンジン用コントローラ７５に出力する処理と、動作制御部６０が以後のエンジン始動指令信号を無効なものとして処理する状態になる処理と、オン／オフ弁７４を作動させる弁作動制御信号を出力する処理とからなっている。

また、この動作制御部６０は、アームシリンダ制御用メインコントロールバルブに対応する比例電磁弁を制御するアーム制御信号を、アーム指令信号に応じて出力するように設定されている。同様に、旋回モータ制御用メインコントロールバルブに対応する比例電磁弁を制御する旋回制御信号を旋回指令信号に応じて出力するように設定されている。同様にブームシリンダ制御用メインコントロールバルブに対応する比例電磁弁を制御するブーム制御信号をブーム指令信号に応じて出力するように設定されている。同様にバケットシリンダ制御用メインコントロールバルブに対応する比例電磁弁を制御するバケット制御信号をバケット指令信号に応じて出力するように設定されている。

さらに、この動作制御部６０は、前述したブームシリンダストロークセンサ８ａと、アームシリンダストロークセンサ９ａと、バケットシリンダストロークセンサ１０ａと、ＧＰＳ１８ａ、１８ｂと、前後左右傾斜角センサ１９の情報、およびシリンダ圧力センサ８ｂ、８ｃ、９ｂ、９ｃ、１０ｂ、１０ｃの情報などを入力し、その入力値に応じて各種演算を行い、その演算結果を一時的に保存できる記録領域（メモリ）を有している。また、この記録領域（メモリ）には演算に必要な各種寸法データなども予め保存されている。さらに、この動作制御部６０は、油圧ショベル１０１の状態に応じて前述した黄色回転灯１４，１５，青色回転灯１６，赤色回転灯１７を制御するようになっている。

次に、この動作制御装置４０の動作制御部（コントローラ）６０による動作処理について主に図４乃至図６を参照しながら説明する。図４は、処理の状態遷移を示す図であり、起動スイッチ６１が押されるとこの動作制御部６０が起動し、通常状態である状態Ｊ０から処理が開始される。図５は図４の通常状態Ｊ０における処理の流れを示すフローチャートであり、図６は図４の自動復帰状態Ｊ５における処理の流れを示すフローチャートである。なお、図５，図６のフローチャートは開始から終了までをある一定処理周期（例えば１０ミリ秒）で繰り返すものである。

まず、状態Ｊ０の通常状態の処理について図５を用いて説明する。動作制御部６０は、処理が開始されると最初のステップＳ１００に進み、まず第２の受信機である受信機Ｂ５２からの非常停止指令信号の入力があるか否かを判断する。非常停止指令信号があると判断したとき（Ｙｅｓ）は、図４の状態Ｊ１の非常停止状態に遷移し、前記の非常停止制御を行う。一方、非常停止指令信号がないと判断したとき（Ｎｏ）は、次のステップＳ１０２に移行して同じくこの受信機Ｂ５２で受信する確認信号に基づいて無線リモコン装置２０の第１の送信機である送信機Ａ２９から指令信号が出力されているか否かを判断する。

このステップＳ１０２において送信機Ａ２９から指令信号が出力されていないと判断したとき（Ｎｏ）は、図４の待機状態Ｊ２に進み、ある一定時間、例えば１０秒間待った後に終了処理状態Ｊ４に進み終了処理を行う。これに対し、ある一定時間、例えば１０秒間に第２の受信機である受信機Ｂ５２が、第１の送信機Ａ２９が指令信号を送信している確認信号を受信した場合には状態Ｊ０の通常状態に戻り処理を続ける。

一方、このステップＳ１０２において送信機Ａ２９から指令信号が出力されていると判断したとき（Ｙｅｓ）は、次のステップＳ１０４に移行して油圧ショベル１０１の位置と方向、傾き、フロント作業機３の姿勢とその先端に係る負荷を演算し、記憶部（メモリ）に記憶する。つまり、ＧＰＳ１８ａ、１８ｂの取付位置情報と予め保存されている寸法データから油圧ショベル１０１の位置と方向を演算すると共に、前後左右傾斜角センサ１９の出力値から油圧ショベル１０１の傾きを演算する。また、ブーム、アーム、バケットシリンダ８，９，１０にそれぞれ取り付けたストロークセンサ８ａ、９ａ、１０ａの出力値と予め保存されている寸法データからフロント作業機３の姿勢を演算する。さらに、前記ストロークセンサ８ａ、９ａ、１０ａの出力値とシリンダ圧センサ８ｂ、８ｃ、９ｂ、９ｃ、１０ｂ、１０ｃからの出力値からフロント作業機３の先端にかかる負荷を演算し、それぞれ記憶する。

このステップＳ１０４での処理が終了したならば、次のステップＳ１０６に移行し、受信機Ａ５１が指令信号を受信しているか否かを判断する。受信機Ａ５１が指令信号を受信していると判断したとき（Ｙｅｓ）は、次のステップＳ１０８に移行し、前述した通りアクチュエータを動かすなどの各指令値に応じた通常処理を行い、その指令値を記憶部（メモリ）に記憶する。

これに対し、受信機Ａ５１が指令信号を受信していないと判断したとき（Ｎｏ）、つまり、無線リモコン装置２０の送信機Ａ２９は指令信号を送信している（ステップＳ１０２で判断）にもかかわらず、受信機Ａ５１がその情報を受信できていないときは、図４の待機状態Ｊ３に遷移する。状態Ｊ３の待機状態では、ある一定時間、例えば１０秒間待った後に状態Ｊ５の自動復帰状態に遷移するが、ある一定時間内に受信機Ａ５１が指令信号を受信した場合には、状態Ｊ０の通常状態に戻り、処理を続ける。

次に、この状態Ｊ５の自動復帰処理について図６を用いて説明する。まず、最初のステップＳ２００では、通常状態Ｊ０と同じく非常停止スイッチ２２が押されて非常停止指令信号があるか否かを判断し、あると判断したとき（Ｙｅｓ）は、非常停止状態Ｊ１に遷移し、前述と同様に非常停止制御を行う。これに対し、非常停止指令信号がないと判断したとき（Ｎｏ）は、次のステップＳ２０２に移行する。

ステップＳ２０２では、１サイクル以上前の前記ステップＳ１０４で記憶された指令信号でアクチュエータへの動作指令があったか否かを判断する。動作指令がなかったと判断したとき、つまり油圧ショベル１０１が動作していないにもかかわらず、指令信号を受信できない状態になったとき（Ｎｏ）には、その原因が外部環境の変化であると判断して待機状態Ｊ２に遷移して前述と同様な待機処理を行う。これに対し、アクチュエータへの動作指令があったと判断したとき（Ｙｅｓ）は、油圧ショベル１０１が動作したことにより指令信号を受信できなくなったと判断して次のステップＳ２０４に移行する。

ステップＳ２０４では、まず、通常状態Ｊ０のステップＳ１０４にて記憶された油圧ショベル１０１の傾斜情報を読み出し、油圧ショベル１０１が前後か左右のいずれかで一定値以上、例えば１５度以上傾いているか否かを判断する。つまり、このステップＳ２０４では、油圧ショベル１０１が現在、平坦な場所にいるのかあるいは傾斜地などの不安定な場所にいるのか否かを判断する。そして、この油圧ショベル１０１が前後か左右のいずれかで一定値以上傾斜していると判断したとき（Ｙｅｓ）は、待機状態Ｊ２に遷移して前述したような処理を行う。これに対し、この油圧ショベル１０１が前後か左右のいずれも一定値以上傾斜していないと判断したとき（Ｎｏ）は、次のステップＳ２０６に移行する。

ステップＳ２０６では、前記ステップＳ１０４で演算・記憶されたフロント作業機３のブームシリンダ９の負荷情報により指令信号を受信できなくなる直前の動作が掘削動作か、あるいはそれ以外の動作をしていたかを判断する。ここで、掘削動作以外の動作とは、例えばバケット７に土砂などが入っていて運搬している状態やバケット７に外力がかかっていない状態などである。そして、指令信号を受信できなくなる直前の動作が掘削動作であると判断したとき（Ｙｅｓ）は、待機状態Ｊ２に遷移し、前述と同様な処理を行うが、掘削動作以外の動作をしていたと判断したとき（Ｎｏ）は、次のステップＳ２０８に移行する。

ステップＳ２０８では、この自動復帰状態Ｊ５に遷移してから一定時間、例えば１５秒間経過したか否かを判断し、一定時間経過したと判断したとき（Ｙｅｓ）は、待機状態Ｊ２に遷移して同様な処理を行うが、一定時間経過していないと判断したとき（Ｎｏ）は、次のステップＳ２１０に移行する。

ステップＳ２１０では、油圧ショベル１０１が自動復帰に適している状態、つまり油圧ショベル１０１の動作により指令信号は送られているにもかかわらず油圧ショベル１０１で受信できない状況に陥り、かつ現在は平坦な地盤にいて掘削動作以外の動作をしていた状態であると判断して自動復帰処理を行う。

この自動復帰処理は、前記ステップＳ１０４で記憶されている、ある一定時間前（ステップＳ２０８での一定時間と同等）までの油圧ショベル１０１の位置、方向、フロント作業機３の姿勢になるようにその動作軌跡を逆に辿るように比例電磁弁７３を駆動制御して油圧ショベル１０１の動作状態を一定時間前に戻す。なお、このときの戻る動作速度は、正常に動作していたときの速度よりも遅くなるように比例電磁弁７３を制御するのが望ましい。また、この自動復帰処理に際しては黄色回転灯１４，１５を動作させて自動復帰状態であることを周囲に報知するのが望ましい。

このような自動復帰処理が行われたならば、最後のステップＳ２１２に移行する。最後のステップＳ２１２では、この自動復帰処理によって送信機Ａ２９と受信機Ａ５１との通信が復帰したか否かを判断し、復帰したと判断したとき（Ｙｅｓ）は、通常状態Ｊ０に戻り、図５の制御フローに示すような通常の処理を行う。これに対し、この自動復帰処理によっても送信機Ａ２９と受信機Ａ５１との通信が復帰しないと判断したとき（Ｎｏ）は、最初のステップＳ２００に戻り、同様な処理を繰り返すことになる。

このように本発明の遠隔操縦システム１００によれば、油圧ショベル１０１の姿勢変化、例えば油圧ショベル１０１のアーム６を上昇させたり、旋回体２を旋回させるなどといった姿勢の変化が原因で電波が途切れた場合には、その姿勢をそれまで記録された姿勢情報に基づいて電波が途切れる前に戻すようにしたため、油圧ショベル１０１をその移動軌跡を逆に辿るように移動させる必要がなく、効率的に通信を回復できる。

また、さらに本発明の遠隔操縦システム１００は、指令信号を送る第１の送信機である送信機Ａ２９とは別に、送信機Ａ２９から指令信号を指令信号が送られているかを確認するための信号を送信する第２の送信機である送信機Ｂ４０を設けたため、指令信号が送られているか否かを正確に判断できる。この結果、送信機Ａ２９から指令信号が送られていると判断された場合にのみ自動復帰処理を行うことができるため、送信機Ａ２９から指令信号が送られていないときにまで復帰動作することがなくなり、効率的に復帰処理を行うことができる。

また、油圧ショベル１０１が平坦な地面上に存在し、かつ掘削動作をしていないときにのみ復帰処理を行うようにしたため、油圧ショベル１０１がさらに不安定な状態になったり、掘削している土砂をこぼしたりすることがなく、効率的な復帰処理を実行することができる。

一方、第１の受信機である受信機Ａ５１による指令信号のみならず、第２の受信機である受信機Ｂ５２による確認信号も受信できなくなった場合には、油圧ショベル１０１の姿勢変化よりも他の要因、例えば無線リモコン装置２０と油圧ショベル１０１との間に障害物が入ってきたり、送信機が電源遮断の故障により送信していなかったりすることが要因となって電波が途切れた可能性が高い。このような場合には、前記実施形態のように油圧ショベル１０１の姿勢を変化させても通信が回復することは期待できないため、油圧ショベル１０１の位置姿勢を維持するようにする。

このように受信機Ｂ５２による確認信号も受信できない場合には、油圧ショベル１０１の位置姿勢を維持し、移動させることにより却って通信状況を悪化させる状況に陥ることがなく、送信機の通信回復を待つにとどまり、送信機の回復を待って再び作業を続けることができる。

なお、本実施の形態では、建設機械として油圧ショベル１０１を用いた例で説明したが、荷台が昇降するダンプトラックやロードローラーなども遠隔操縦が可能であると共に、その姿勢が変化し、その姿勢変化によって通信状況が変化する場合があるため、これらの建設機械にも本発明の遠隔操縦システム１００を同様に適用することができる。

１００…建設機械の遠隔操縦システム
１０１…油圧ショベル（建設機械）
２０…無線リモコン装置
２１…起動スイッチ
２２…エンジンスイッチ
２３…非常停止スイッチ
２４…アーム・旋回操作部
２５…ブーム・バケット操作部
２８…情報処理部（コンピュータ）
２９…送信機Ａ（第１の送信機）
４０…送信機Ｂ（第２の送信機）
３０…動作制御装置（位置姿勢計測手段、位置姿勢記憶手段、受信状況判断手段、自動復帰手段、傾斜情報検出手段、掘削状態判断手段）
５０…受信部
５１…受信機Ａ（第１の受信機）
５２…受信機Ｂ（第２の受信機）
６０…動作制御部（コントローラ）（位置姿勢計測手段、位置姿勢記憶手段、受信状況判断手段、自動復帰手段、傾斜情報検出手段、掘削状態判断手段）
６１…起動スイッチ
７０…油圧駆動回路

Claims (6)

1. 建設機械に指令信号を電波の形で送信する無線リモコン装置と、前記建設機械に設けられ、前記受信した指令信号に基づいて前記建設機械の動作を制御する動作制御装置とを備えた建設機械の遠隔操縦システムであって、
   前記動作制御装置は、
   前記無線リモコン装置から送信される電波の受信状況を判断する受信状況判断手段と、
   前記建設機械の位置および姿勢を計測する位置姿勢計測手段と、
   前記位置姿勢計測手段で計測された位置および姿勢を、前記無線リモコン装置から送信される電波の受信状況と共に時系列に記憶する位置姿勢記憶手段と、
   前記位置姿勢記憶手段で記憶された姿勢情報に基づいて前記建設機械の姿勢を過去の任意の時点まで自動的に戻す自動復帰手段とを備え、
   前記自動復帰手段は、前記受信状況判断手段が前記無線リモコン装置から送信される電波が受信できないと判断したときは、前記位置姿勢記憶手段に記憶された姿勢記録情報に基づいて、前記建設機械の姿勢を、前記電波を受信できた時点まで戻すことを特徴とする建設機械の遠隔操縦システム
2. 請求項１に記載の建設機械の遠隔操縦システムにおいて、
   前記自動復帰手段は、前記受信状況判断手段が前記無線リモコン装置から送信される電波が受信できないと判断したときは、前記電波を最後に受信できた時点の直前の指令信号に基づいてその指令信号による建設機械の動作の途中で前記電波が受信できなくなったと判断したときにのみ、前記建設機械の姿勢を、前記電波を最後に受信できた時点まで戻すことを特徴とする建設機械の遠隔操縦システム。
3. 請求項１または２に記載の建設機械の遠隔操縦システムにおいて、
   前記動作制御装置は、前記建設機械の前後左右の傾斜角を検出する傾斜情報検出手段をさらに備え、
   前記自動復帰手段は、前記傾斜情報検出手段によって検出された前記建設機械の傾斜角が一定値を超えていないと判断したときは、前記建設機械の姿勢を、前記電波を受信できた時点まで戻すことを特徴とする建設機械の遠隔操縦システム。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の建設機械の遠隔操縦システムにおいて、
   前記動作制御装置は、前記建設機械の動作が掘削状態か否かを判断する掘削状態判断手段をさらに備え、
   前記自動復帰手段は、前記掘削状態判断手段によって掘削状態でないと判断したときは、前記建設機械の姿勢を、前記電波を受信できた時点まで戻すことを特徴とする建設機械の遠隔操縦システム。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の建設機械の遠隔操縦システムにおいて、
   前記無線リモコン装置は、前記指令信号を送信する第１の送信機と、前記第１の送信機が指令信号を送っているか否かの確認信号を送信する第２の送信機とを備えると共に、
   前記動作制御装置は、前記第１の送信機によって送信される前記指令信号を受信する第１の受信機と、前記第２の送信機によって送信される確認信号を受信する第２の受信機とを備え、
   前記受信状況判断手段は、前記第１の送信機からの指令信号のみが受信できないときに、前記無線リモコン装置から送信される電波が受信できないと判断することを特徴とする建設機械の遠隔操縦システム。
6. 請求項５に記載の建設機械の遠隔操縦システムにおいて、
   前記受信状況判断手段は、前記第１の送信機からの指令信号および前記第２の送信機によって送信される確認信号のいずれも受信できないときは、通信不能と判断し、
   前記自動復帰手段は、前記受信状況判断手段が通信不能と判断したときは、前記建設機械の位置姿勢を維持することを特徴とする建設機械の遠隔操縦システム。

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