JPH083192B2 - 建設機械の遠隔操作装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パワーショベル等の建設機械をディジタル
直列伝送方式によって遠隔操作する建設機械の遠隔操作
装置に関する。

〔従来の技術〕

近年土木工事において油圧式パワーショベルが占める
割合は増加の一途をたどっており、それゆえに、落石、
転落などの危険を伴なう現場や高温、有毒ガスなどの劣
悪環境下での作業も増えている。特に災害復旧工事では
作業の汎用性が大きいパワーショベルが主力機械として
使用されているが、常に落石、崖崩れなど、二次災害の
危険にさらされている。

そこでこうした劣悪環境下においてオペレータの搭乗
運転による危険を回避すべく、ラジコン操作によって無
人運転を行なうことのできるラジコンパワーショベルが
開発されている。

このラジコンパワーショベルでは、操作盤の各操作レ
バーの操作方向は、パワーショベルの作業機系、つまり
ブーム、アーム、バケット、旋回および走行系等の各油
圧操作弁を駆動する各電気サーボモータにそれぞれ対応
していて、所定の操作パターンを構成している。なお、
各操作レバーの操作量（レバーストローク）は、対応す
る作業機系の上昇（下降）スピードまたは走行系の走行
スピード等に対応している。

そしてオペレータが所要にこれら操作レバーを操作す
ると、操作盤の各操作レバーの操作方向（各アクチュエ
ータを示す）が所定の順序付けをされて、各操作量デー
タがディジタル伝送方式（FSK伝送方式）による無線で
車体側にサイクリック伝送される。すると、車体側で
は、送信されてきた電波を受信して、上記順序付けに基
づいて、操作量データを電気サーボモータに対応させ
て、各電気サーボモータを駆動制御することが行なわれ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところでこうしたラジコンパワーショベルでは、操作
盤の操作パターンが各メーカーごとにそれぞれ異なって
いる。

したがって、あるメーカー製のパワーショベルのユー
ザーが他メーカー製のパワーショベルに乗り換えた場合
には、すぐには異なる操作パターンに慣れることはでき
ず、その間作業効率を著しく損なうという事態を生じて
いる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたもので、ユ
ーザー（オペレータ）が慣れている操作パターンを選択
でき、その選択した操作パターンで運転を行なって、作
業効率を大幅に向上させることのできる建設機械の遠隔
操作装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕 そこでこの発明では、建設機械の各アクチュエータに
対応してそれぞれ異なる操作方向が割付けられる操作レ
バーと、該操作レバーの全操作方向についての操作変位
を示す操作レバー信号を所定の操作方向順にシリアルに
並べたフレーム信号を周期的に送信する送信手段とを有
する操作盤を具え、建設機械に搭載した受信機で前記フ
レーム信号を受信することにより、各アクチュエータを
対応する操作レバー信号に従って駆動制御する建設機械
の遠隔操作装置において、建設機械に前記１フレーム信
号内で所定の操作方向順に並べられた操作レバー信号を
建設機械の各アクチュエータに対応付ける対応付けデー
タを複数パターン記憶する記憶手段と、入力された選択
信号に基づき前記記憶手段に記憶された複数パターンの
対応付けデータのなかから１つの対応付けデータを選択
して出力する選択手段と、前記受信機を介して受信した
フレーム信号内に含まれる各操作レバー信号を前記選択
した対応付けデータに基づく対応関係をもって対応する
アクチュエータに割付けて各アクチュエータを駆動制御
する制御手段とを具えるようにしている。

〔作用〕

すなわち、記憶手段には予め操作盤の各操作方向に対
して建設機械の各アクチュエータが対応づけられて操作
方向に関して所定の順序付けをもって対応づけデータと
して複数パターン記憶されている。オペレータがこれら
対応づけデータのうち慣れている対応づけのされたデー
タを選択して、操作盤の各操作レバーを所要に操作する
と、操作盤から各操作方向に関して前記所定の順序付け
をもって操作量を示すフレーム信号がサイクリックに送
信される。車体側でこのフレーム信号が受信されると、
前記所定の順序の関連において、選択された対応づけデ
ータとフレーム信号の内容がつき合わされて、対応する
操作量によって対応するアクチュエータが駆動制御され
るので、オペレータの慣れている操作パターンによって
建設機械の運転が行なわれる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、本発明に係る建設機械の遠隔
操作装置の一実施例を説明する。

なお、実施例では、建設機械としてパワーショベルを
想定している。

第１図は、パワーショベルの遠隔操作装置を概念的に
示すブロック図である。

同図に示すようにこの遠隔操作装置は大きくは、パワ
ーショベルから離れて、オペレータとともに移動自在な
操作盤10とパワーショベルに搭載される車上装置20とか
ら構成されている。

操作盤10は、オペレータのパワーショベル１に対する
操作指令を車上装置20に無線で送り出す装置である。

ここに、上記無線の方式としては、パワーショベル
は、複合（多機能同時操作）、微動作が要求されるた
め、情報量を大量かつ高速に送ることのできるディジタ
ル直列伝送方式（FSK伝送方式）を採用している。これ
については以下述べる。

第２図は、上記操作盤10の外観を示す斜視図であり、
同図に示すように操作盤10の上面パネルには、Ａ方向お
よびＣ方向に移動自在の操作レバー11と、Ｂ方向および
Ｄ方向に移動自在の操作レバー12と、後述する異なる２
つの操作パターンを選択するための切換スイッチ13とが
配設されている。アンテナ14は上記操作レバー11,12お
よび切換スイッチ13の操作指令を電波としてパワーショ
ベル本体に伝送するための送信アンテナである。

第３図および第４図は、上記切換スイッチ13によって
選択される操作パターンＥおよびＦをそれぞれ示す図で
ある。

すなわち切換スイッチ13が操作パターンＥを選択する
方向に押動された場合には、第３図（ａ）に示すように
操作レバー11の操作方向A,Cがそれぞれブームおよびバ
ケットに、同図（ｂ）に示すように操作レバー12の操作
方向B,Dがそれぞれアームおよび旋回に対応し、オペレ
ータはこうした操作パターンでラジコン操作を行なうこ
とができる。

一方、切換スイッチ13が操作パターンＦを選択する方
向に押動された場合も同様に、第４図（ａ），（ｂ）に
示すように操作レバー11,12の各操作方向A,B,C,Dに作業
機系および走行系の各要素が対応して、ラジコン操作を
行なうことができる。

第１図に示すように上記操作スイッチ13が接点13aの
側に押動された場合には、＋Ｖの電圧が、また同操作ス
イッチ13が接点13b側に押動された場合には、零の電圧
がそれぞれ操作パターンＥまたは操作パターンＦを示す
操作パターン選択信号として信号処理回路15に加えられ
る。

一方、上記操作レバー11,12が所要に操作されると、
操作量、つまり操作レバー11,12の中立点Ｎ（第３図、
第４図参照）からのレバーストローク量に応じたポテン
ショメータ電圧が操作量信号として信号処理回路15に加
えられる。

信号処理回路15は、マイクロコンピュータを中心に構
成され、上記操作量信号および操作パターン選択信号の
ディジタル信号変換およびFSK（freqency shift keyin
g）変調を行なう。

ここで上記ディジタル信号は、第５図に示すように１
の操作方向における操作量を示すデータが所定の順序、
つまりこの実施例では、A,B,C,Dの順序で連続してつな
がり、これを１フレームとしてサイクリックに変換がな
されたものである。

なお、同図においては上記操作パターン選択信号を示
すデータを示していないが、＋Ｖの電圧および零の電圧
に応じた論理“1",“0"レベルのディジタルデータが上
記１サイクルの先頭または後尾に付加されるものとす
る。

周波数変調の１つである上記FSK変調は、第６図
（ａ）に例示するようなディジタル信号を同図（ｂ）に
示すような２周波数f₁,f₂（音声帯域信号）の信号に変
調する方式である。

FM送信器16は、操作量信号および操作パターン選択信
号（ディジタル信号）が上記のごとくFSK信号に変換さ
れると、これをたとえば無許可で使用可能な140MHz帯の
搬送波によってFM微弱電波に変換するものであり、周波
数はアンテナ14からパワーショベルに向けて送信され
る。

この場合、操作盤10のレバー操作位置が変化していな
い場合には、同じ内容のデータが、数フレーム連続して
周期的に送信されるが、操作盤10のレバー操作位置が変
化した場合には、その時点で変化に応じたデータが新た
なフレームの内容として継続して送信されることにな
る。

受信制御装置21は、操作盤10から送信されてきた電波
を受信し、該受信した電波ひ基づきパワーショベルの車
体各部の動作を制御する装置である。

すなわち、上記操作盤10から上記操作量信号および操
作パターン選択信号（ディジタル信号）をFSK変調した
電波が第５図に示す１フレームごとにサイクリックに送
信されると、この電波は、アンテナ22を介して、FM受信
器23で受信される。

このFM受信器23から出力される受信信号は受信制御回
路24に加えられる。

受信制御回路24は、マイクロコンピュータを中心に構
成されていて、上記受信信号を元のディジタル信号に復
調するとともに、第７図に示す処理を行なう。

以下同図を参照して、この受信制御回路24で行なわれ
る処理について説明する。

まず、ステップ101では、上記操作パターン選択信号
に基づいて操作パターンＥが選択されたか否かが判断さ
れる。

ここでメモリ25に記憶されている内容について説明す
ると、第８図（ａ）に示すように上記操作方向A,B,C,D
がそれぞれブーム、アーム、バケット、旋回に対応して
いることを示す操作パターンＥに対応する操作パターン
データｅが、また同図（ｂ）に示すように操作方向A,B,
C,Dがそれぞれアーム、バケット、旋回、ブームに対応
していることを示す操作パターンＦに対応する操作パタ
ーンデータｆがそれぞれA,B,C,Dの順序で記憶されてい
る。

ステップ101の判断結果がYESの場合、つまり操作パタ
ーンＥが選択されている場合には、メモリ25から操作パ
ターンデータｅが読み出される。

すると、前記するように第５図に示すデータフォーマ
ットでは、１フレームの先頭のデータが操作方向Ａを示
すデータ、次のデータが操作方向Ｂを示すデータという
具合に、何番目のデータがいずれの操作方向を示すデー
タかが特定されており、一方操作パターンデータｅにつ
いても何番目のデータがブーム、アーム、バケット、旋
回のいずれであるかが特定されいるので、両者の同一番
号の内容同士を対応させることにより、一のアクチュエ
ータ（たとえばブーム用のサーボモータ）に対して操作
量信号を与えることができる。

ステップ101の判断結果がNOの場合、つまり操作パタ
ーンＦが選択されている場合には、メモリ25から操作パ
ターンデータｆが読み出される。この場合も同様に、操
作量を示すディジタルデータと操作パターンデータｆの
同一番号の内容同士を対応させることにより、一のアク
チュエータに対して操作量信号を与えることができる
（ステップ102,103）。

ステップ102または103においてメモリ25からいずれか
の操作パターンデータｅまたはｆが読み出されると、制
御ルーチン処理が行なわれる。

すなわち、第５図に示すディジタル信号の１フレーム
の先頭から順にデータの内容を読み出して、この内容に
基づく指令値を操作パターンデータｅまたはｆのデータ
の内容に対応するアクチュエータの各サーボアンプ26に
先頭から順に加えていく。そして、この結果アクチュエ
ータである電気サーボモータ27に正転または逆転の駆動
力を与えて、図示していない油圧操作弁のスプール位置
を比較的に制御（つまり、操作盤10のの操作レバー11,1
2のレバーストロークおよびスピードと作業機または走
行系の作動スピードが一致するような制御）することが
行なわれる。

なお、この制御は、操作指令信号と、油圧操作弁の実
ストローク信号（位置検出センサにより検出）を演算、
比較し、その偏差を電流増幅し、これを電気サーボモー
タ27に与えるフィードバック制御で行なわれる。

以上説明したように実施例によれば、オペレータが慣
れている操作パターンを選択でき、その選択された操作
パターンによってパワーショベルのラジコン運転ができ
るので、作業効率を大幅に向上させることができる。

なお実施例では、操作パターンの切換スイッチ13を操
作盤10に配設して、操作パターンを示す信号を車体側に
送信するようにしているが、このスイッチを車体側の車
上装置20に配設する実施も当然可能である。ちなみにこ
の場合は、オペレータは、予めパワーショベルに搭乗し
て、スイッチを投入してから、遠隔操作を開始すること
になる。

また、実施例では、操作盤10の操作パターン２種設
け、これらを選択するようにしているが、もちろん３種
以上の操作パターンを設け、これらを択一する実施も当
然可能である。

なおまた実施例では、適用対象をパワーショベルとし
ているが、オペレータによる搭乗運転が不可能な劣悪環
境下において遠隔操作が行なわれるいずれの建設機械に
対しても本発明の適用は当然可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、オペレータの熟
練している操作パターンによって建設機械の遠隔操作を
行なうことができるので、遠隔操作時における作業効率
を大幅に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る建設機械の遠隔操作装置の一実
施例を概念的に示すブロック図、第２図は、第１図に示
す操作盤の外観を示す斜視図、第３図および第４図は、
実施例における操作盤の操作パターンを示す図、第５図
は、実施例において採用されるディジタル直列伝送方式
のデータフォーマットを示すタイムチャート、第６図
は、FSK変調を説明するために用いる波形図、第７図
は、第１図に示す受信制御回路で行なわれる処理手順を
例示したフローチャート、第８図は、第１図に示すメモ
リに記憶される内容を示す概念図である。 10……操作盤、11,12……操作レバー、13……切換スイ
ッチ、14,22……アンテナ、15……信号処理回路、16…
…FM送信機、20……車上装置、21……受信制御回路、23
……FM受信器、24……受信制御回路、25……メモリ、26
……サーボアンプ、27……電気サーボモータ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】建設機械の各アクチュエータに対応してそ
   れぞれ異なる操作方向が割付けられる操作レバーと、該
   操作レバーの全操作方向についての操作変位を示す操作
   レバー信号を所定の操作方向順にシリアルに並べたフレ
   ーム信号を周期的に送信する送信手段とを有する操作盤
   を具え、建設機械に搭載した受信機で前記フレーム信号
   を受信することにより、各アクチュエータを対応する操
   作レバー信号に従って駆動制御する建設機械の遠隔操作
   装置において、 建設機械に 前記１フレーム信号内で所定の操作方向順に並べられた
   操作レバー信号を建設機械の各アクチュエータに対応付
   ける対応付けデータを複数パターン記憶する記憶手段
   と、 入力された選択信号に基づき前記記憶手段に記憶された
   複数パターンの対応付けデータのなかから１つの対応付
   けデータを選択して出力する選択手段と、 前記受信機を介して受信したフレーム信号内に含まれる
   各操作レバー信号を前記選択した対応付けデータに基づ
   く対応関係をもって対応するアクチュエータに割付けて
   各アクチュエータを駆動制御する制御手段と を具えるようにしたことを特徴とする建設機械の遠隔操
   作装置。
2. 【請求項２】前記選択信号は前記操作盤に設けられた操
   作スイッチの投入によって発生されるものであり、該選
   択信号は前記フレーム信号とともに送信される請求項
   （１）記載の建設機械の遠隔操作装置。
3. 【請求項３】前記選択信号は前記建設機械側に設けられ
   た操作スイッチの投入によって発生されるものである請
   求項（１）記載の建設機械の遠隔操作装置。