JPH10232431A

JPH10232431A - 遠隔操縦機械のカメラ方向制御装置

Info

Publication number: JPH10232431A
Application number: JP3793997A
Authority: JP
Inventors: Takao Kurosawa; 隆雄黒沢; Ryuji Takada; 龍二高田; Yutaka Watanabe; 豊渡辺; Yasuo Tanaka; 康雄田中; Kazuhiro Sugawara; 一宏菅原; Seiji Yamashita; 誠二山下
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 1998-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】遠隔操縦者が必要なときに必要な位置を見る
ことができる遠隔操縦機械のカメラ方向制御装置を提供
すること。【解決手段】油圧ショベル１の上部旋回体１２には、
カメラ８を装着した雲台８１が取り付けられ、カメラ８
の映像信号は遠隔地のモニタ９へ送信される。遠隔地の
オペレータは操作側コントローラ４、無線機６、車体側
コントローラ５を介して油圧ショベル１を遠隔操縦す
る。カメラ８はバケット１５のピン１５ｐを自動追尾す
る。操作レバー群３の記憶用スイッチ３Ｓ₁ をＯＮする
とそのときのカメラ８の視野中心の角度が記憶され、操
作用スイッチ３Ｓ₂ をＯＮするとカメラ８の視野中心が
記憶された角度を向き、ＯＦＦすると自動追尾に戻る。
記憶用スイッチ３Ｓ₁ と操作用スイッチ３Ｓ₂ を適宜操
作するとことにより、遠隔操縦の自動追尾中であっても
必要なときに必要な位置を見ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、遠隔操縦される機
械に備えられ、遠隔操縦のために必要な所定の個所を撮
影するカメラの向きを制御する遠隔操縦機械のカメラ方
向制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】油圧ショベル、油圧クレーン、ブルドー
ザ等の作業機械は、通常はオペレータが搭乗して作業を
行なうが、災害地、地下等の危険な個所や、高温な環
境、粉塵が発生する環境等劣悪な環境では、オペレータ
は搭乗せず、作業機械は遠隔地点にいるオペレータによ
り無人操縦（遠隔操縦）される。この場合、オペレータ
が作業現場を目視できるときは何等の支障もないが、充
分に又は全く目視できないときは作業現場又は作業機械
に設置されたカメラの映像を見ながら遠隔操縦がなされ
る。この場合、作業機械の予め定められた個所を１つの
カメラで自動追尾することにより、１つのモニタに常に
所要の個所の画像を表示する自動追尾手段が用いられ
る。なお、自動追尾手段は、例えば特開平４−３１０３
９５号公報等により知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この自動追尾手段は、
カメラもモニタも１台で済み低コストで構成することが
でき、かつ、操縦者は別途雲台の操作をする必要がない
ので、機械の操縦に専念することができ操縦が容易であ
る。しかし、自動追尾では常に上記所定個所を追尾する
ので、機械の操縦中に他の個所を見たくても当該個所を
見ることはできず、操縦に不便を生じる場合がある。例
えば、作業機械として油圧ショベルが用いられ、掘削し
た土砂をトラック位置まで運んで当該トラック上に放土
し、再び掘削位置に戻って掘削を行なう作業を繰り返す
場合、油圧ショベルにオペレータが搭乗している場合に
は、オペレータは掘削する前又は放土する前に掘削位置
又は放土位置を確かめるのが通常である。しかし、自動
追尾を行なっている遠隔操縦の場合には、掘削位置や放
土位置を確かめることはできず、したがって、油圧ショ
ベルに実際に搭乗している場合と同じ状態での操作がで
きず、円滑な操縦ができない場合がある。

【０００４】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、遠隔操縦者が必要なときに必要な位置を見
ることができる遠隔操縦機械のカメラ方向制御装置を提
供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、作業機構と、雲台に取り付けられ前記作
業機構の所定個所を撮影するカメラとを備え、遠隔地点
に設置されたモニタで前記カメラから送信された映像信
号を受信し、前記モニタに表示された映像を見ながら当
該遠隔地点に設置された操作装置を操作して前記作業機
構を遠隔操縦する遠隔操縦機械において、この遠隔操縦
機械の操縦中に前記モニタに所要個所の映像が表示され
たときの前記カメラの視野中心の角度を記憶させる記憶
手段と、前記作業機構の遠隔操縦中に前記カメラの視野
中心を前記記憶手段により記憶された角度とするように
前記雲台に指令するカメラ方向指示手段とを設けたこと
を特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態に係る
遠隔操縦油圧ショベルのカメラ方向制御装置のブロック
図である。この図で、１は油圧ショベルであり、下部走
行体１１、上部旋回体１２、ブーム１３、アーム１４、
バケット１５で構成されている。ブーム１３、アーム１
４、バケット１５で作業部材を構成している。１３Ｓ、
１４Ｓ、１５Ｓはそれぞれブームシリンダ、アームシリ
ンダ、バケットシリンダである。１５ｐはアーム１４と
バケット１５とを結合するピンである。１６はこれら各
油圧シリンダの駆動を個々に制御する各コントロールバ
ルブより成るコントロールバルブ群、１７は各コントロ
ールバルブのそれぞれに駆動信号を与える各比例弁より
成る比例弁群を示す。１８はブーム１３の回転角度を検
出してこれに比例した電気信号を出力するブーム角検出
器である。アームの回転角度を検出するアーム角検出器
およびバケットの回転角度を検出するバケット角検出器
も設けられているがそれらの図示は省略する。なお、θ
は、上記ブーム角検出器１８、図示されていないアーム
角検出器、および図示されていないバケット角検出器で
検出されたブーム角度、アーム角度、バケット角度の各
検出信号を総合して表わす。

【０００７】３は油圧ショベル１から離れた遠隔地に設
置された操作レバー群であり、油圧ショベル１の各油圧
シリンダ、下部走行体１１を走行させる走行モータ、上
部旋回体１２を旋回させる旋回モータ等の油圧アクチュ
エータを操作する各操作レバーより成る。３Ｓ₁ はある
操作レバーに設置された記憶用スイッチ、３Ｓ₂ は当該
操作レバーとは異なる操作レバー又は同じ操作レバーの
異なる位置に設置された操作用スイッチである。これら
記憶用スイッチＳ₁ および操作用スイッチＳ₂の機能に
ついては後述する。

【０００８】４は遠隔地に設置されコンピュータにより
構成される操作側コントローラであり、操作レバー群３
の各操作レバーの操作量および操作方向の信号をディジ
タル値に変換するＡ／Ｄ変換器４１ａ、上記記憶用スイ
ッチＳ₁ および操作用スイッチＳ₂ からの信号を入力す
る入力部４１ｂ、所要の演算制御を行なうＣＰＵ４２、
ＣＰＵ４２の処理手順を記憶するＲＯＭ４３、演算制御
の結果等を記憶するＲＡＭ４４、および通信インタフェ
ース４５で構成されている。

【０００９】５は油圧ショベル１に搭載されコンピュー
タで構成される車体側コントローラであり、通信インタ
フェース５１、所要の演算制御を行なうＣＰＵ５２、Ｃ
ＰＵ５２の処理手順を記憶するＲＯＭ５３、演算制御の
結果やその他の値等を記憶するＲＡＭ５４、Ｄ／Ａ変換
器５５、５７およびＡ／Ｄ変換器５６、５８で構成され
ている。ＲＯＭ５３には、油圧ショベル１の姿勢をＡ／
Ｄ変換器５８を介して入力したブーム角検出器１８、ア
ーム角検出器、およびバケット角検出器の各検出信号θ
に基づいて計算するための姿勢計算プログラム、各操作
レバーの操作量と操作方向をこれらに応じた各比例弁の
駆動信号に変換するレバー変換テーブル等が格納されて
いる。変換された駆動信号はＤ／Ａ変換器５７を介して
各比例弁に出力される。なお、姿勢計算プログラムによ
る姿勢計算は、例えば特開昭５７−１０４７３１号公報
等によりよく知られている。又、ＲＯＭ５３におけるカ
メラ制御プログラム、雲台駆動プログラム、雲台回転角
テーブルについては後述する。

【００１０】６は操作側コントローラ４と車体側コント
ローラ５との間の信号の授受を無線で行なうための無線
機である。８は油圧ショベル１の上部旋回体１２に雲台
８１を介して取り付けられたカメラである。雲台８１は
図示しないが２つのモータおよびこれら各モータの回転
角度を検出する各エンコーダで構成され、一方のモータ
を駆動することによりカメラ８を垂直方向（紙面と平行
な面内）に傾け、他方のモータを駆動することによりカ
メラ８を水平方向（紙面に垂直な面内）に回転させるこ
とができる。９は遠隔地に設けられカメラ８で撮影した
映像を表示するモニタ、１０はカメラ８の映像信号を無
線で送受信する無線機である。

【００１１】ここで、車体側コントローラ５のＲＯＭ５
３に格納されているカメラ制御プログラムはカメラ８の
姿勢を制御するためのプログラム、雲台制御プログラム
は、雲台８１のエンコーダからの信号をＡ／Ｄ変換器５
６を介して入力し、カメラ制御プログラムに従ったカメ
ラ姿勢となるようにＤ／Ａ変換器５５を介して雲台８１
のモータに駆動信号を与えるためのプログラムである。

【００１２】図２は油圧ショベル１の側面図である。こ
の図で、図１に示す部分と同一部分には同一符号を付し
て説明を省略する。Ｃ_B は油圧ショベル１の車体、例え
ば上部旋回体１２に対して定められた姿勢計算の基準と
なる水平線（車体水平線）、両側の線Ｃ_A 、Ｃ_A はカメ
ラ８の視野範囲、Ｃ_C はカメラ８の視野中心を示す。視
野中心Ｃ_C は、雲台８１のエンコーダからの信号により
求められる。Ｂはカメラ８から見たピン１５ｐの方向を
示す。この方向は、姿勢計算プログラムに基づいて計算
したピン１５ｐの位置と、雲台８１の駆動状態から得ら
れるカメラ８の中心位置から算出される。φ_C は車体水
平線Ｃ_B に対する視野中心Ｃ_C の角度を示し、φ_B は車
体水平線Ｃ_B に対するピン１５ｐの方向Ｂの角度を示
す。

【００１３】次に、本実施の形態の動作を、図３および
図４を参照して説明する。図３の（ａ）は前記記憶用ス
イッチＳ₁ および操作用スイッチＳ₂ の信号を示す図、
図３の（ｂ）はピン１５ｐの方向Ｂおよびカメラ８の方
向Ｃ_C の変化を示す図、図３の（ｃ）は上部旋回体１２
の旋回位置（角度）を示す図であり、いずれも横軸に時
間がとってある。なお、図３の（ｂ）において実線はピ
ン１５ｐ方向の変化、破線はカメラ８の視野中心方向の
変化を示す。

【００１４】最初、油圧ショベル１の上部旋回体１２は
掘削角度θ_A の位置に旋回され、その位置で掘削を行な
うべくバケット１５（ピン１５ｐ）を下降させてゆき、
カメラ８もこれに追従して下方を向く。この状態が図３
の（ｂ）、（ｃ）に示す時刻０から時刻ｔ₁ までの状態
である。

【００１５】時刻ｔ₁ になってバケット１５が掘削開始
位置に到達し、遠隔位置のオペレータがモニタ９の映像
でこれを確認したとき、オペレータは操作レバーの記憶
用スイッチ３Ｓ₁ （例えば自動復帰型のスイッチ）を瞬
間的にＯＮとする。このＯＮ動作はパルス信号として入
力部４１ｂを介して操作側コントローラ４に取り込ま
れ、無線機６を介して車体側コントローラ５へ送信され
る。この送信により、ＣＰＵ５２はその時点でのカメラ
８の視野中心の角度φ_C0を取り込み、これをＲＡＭ５４
に格納する。なお、カメラ８の視野中心の角度φ_C は雲
台８１の基準角度を車体水平線Ｃ_B と一致させておけ
ば、Ａ／Ｄ変換器５６から入力される雲台８１のエンコ
ーダの信号に比例することとなる。

【００１６】掘削が終了すると、図３の（ｂ）に示すよ
うにバケット１５は上方に持ち上げられ、カメラ８の視
野中心もこれを追尾して上方に移動する。そして、バケ
ット１５が必要な高さまで持ち上げられた時刻ｔ₂ にお
いて、図３の（ｃ）に示すように上部旋回体１２が図示
しないトラック方向に旋回を開始し、時刻ｔ₃ において
トラック位置θ_B に到達し、放土を行ない、時刻ｔ₄ に
おいて元の掘削位置に戻るべく逆方向の旋回を開始す
る。

【００１７】この旋回開始後の時刻ｔ₄₁において、オペ
レータは操作レバーの操作用スイッチ３Ｓ₂ をＯＮとす
る。なお、この操作用スイッチ３Ｓ₂ は、例えば、最初
の押圧でＯＮ、次の押圧でＯＦＦとなる型のスイッチを
使用する。操作用スイッチ３Ｓ₂ のＯＮにより、図３の
（ａ）に示すようにパルスが立上り、このパルス信号は
さきの記憶用スイッチＳ₁ の場合と同様、入力部４１ｂ
を介して操作側コントローラ４に取り込まれ、無線機６
を介して車体側コントローラ５へ送信される。この送信
により、ＣＰＵ５２はＲＡＭ５４からさきに格納した角
度φ_C0を取り出し、自動追尾を中止して当該角度信号を
Ｄ／Ａ変換器５５を介して雲台８１へ出力する。この角
度信号の指令に応じて雲台８１が駆動され、カメラ８の
視野中心は図３の（ｂ）に示すように急速に角度φ_C0と
される。この場合、視野中心方向Ｃ_C は下方を向くこと
になる。

【００１８】一方、上部旋回体１２は図３の（ｃ）に示
すように掘削位置の方へ旋回を続けているので、この旋
回中、カメラ８はバケット１５でなく地面を撮影してい
ることになる。したがって、旋回角度が掘削位置に近付
くとカメラ８は掘削位置を捉え、上部旋回体１２が旋回
角度θ_A に達した時点で掘削位置は視野の中心に捉えら
れた状態にある。このように、オペレータは上部旋回体
１２が掘削位置の角度θ_A まで旋回する間に、実際に搭
乗している場合と同じように、予め掘削位置の状態を確
認することができる。

【００１９】オペレータは上部旋回体１２が旋回角度θ
_A に達し旋回を停止した時刻ｔ₅ において操作用スイッ
チＳ₂ を押圧してこれをＯＦＦにする。このＯＦＦ信号
はさきのＯＮ信号と同様の経路で車体側コントローラ５
のＣＰＵ５２に伝えられ、ＣＰＵ５２はＤ／Ａ変換器５
５を介して雲台８１へピン１５ｐの追尾に戻るように指
令を出力する。これにより、カメラ８の視野中心は図３
の（ｂ）に示すように急速にピン１５ｐの方向に向き、
以後これを自動追尾する。さらにオペレータは操作レバ
ーを操作してバケット１５を図３の（ｂ）に示すよう
に、既に確認している掘削位置の方へ下降させ、再び掘
削を行なう。

【００２０】図４は上記油圧ショベル１の作業中におけ
るモニタ９の映像を示す図である。図で、９１はモニタ
９の表示画面、１５Ｅはバケット１５の映像、Ｇは掘削
される溝の映像、Ｄは土砂の映像を示す。図４の（ａ）
は時刻ｔ₁ における映像であり、バケット１５が掘削位
置に位置せしめられた状態を示す。図４の（ｂ）は時刻
ｔ₄ においてトラック上への土砂の放土を終了した状態
を示す。図４の（ｃ）は時刻ｔ₄₁においてカメラ８の視
野中心が角度φ_C0に向けられた状態の映像であり、この
場合バケット１５はまだ上方に位置し、かつ、溝は現在
の旋回角度θ_Bから離れた旋回角度θ_A 側にあるので、
表示画面９１にはバケット１５の映像１５Ｅも溝の映像
Ｇも表示されていない。なお、実際には表示画面９１に
は地面が表示されているがその図示は省略する。図４の
（ｄ）は時刻ｔ₅ の直前における表示画面９１を示し、
上部旋回体１２の角度θ_A 側への旋回中に、例えば表示
画面９１の左側から徐々に現われる溝の映像Ｇが、図示
のように時刻ｔ₅ に達する前に表示画面９１の中央に移
動してきて表示される。図４の（ｅ）は時刻ｔ₅ から僅
かに経過した時点における表示画面９１の映像であり、
図３の（ｂ）に示すように、このときはまだ上方にある
バケット１５の映像１５Ｅが表示され、これ以後バケッ
ト１５が降下してゆくとある時点で溝の映像１５Ｅが表
示画面９１に現われてくることになる。

【００２１】このように、本実施の形態では、記憶用ス
イッチにより掘削位置に対するカメラ視野中心の角度を
記憶させ、掘削、旋回、放土が順次実行され、放土が終
了して旋回に移ったとき、操作用スイッチにより記憶し
た角度を取り出してカメラの視野中心を当該角度に向け
るようにしたので、掘削前に掘削位置の状態を確認する
ことができ、遠隔操縦であっても円滑な掘削作業を行な
うことができる。

【００２２】なお、上記実施の形態の説明では、掘削、
旋回、放土の作業において、掘削位置のカメラ視野中心
の角度を記憶させる例を説明したが、放土位置を記憶さ
せるようにすることもできる。又、本発明は上記の作業
に限ることなく、他の作業にも適用できるのは当然であ
る。例えば、トンネル内の作業において、掘削後にバケ
ットを持ち上げるべくブーム、アームを上方へ起こす場
合、予めトンネルの天井をカメラで捉えることにより、
天井と作業機構との衝突を回避することができる。又、
記憶用スイッチおよび操作用スイッチは操作レバーに設
置する例について説明したが、オペレータが操作に便利
な個所であればどこに設けても差し支えない。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、遠隔操
縦機械の操縦中にカメラの視野中心の所要角度を記憶さ
せ、操縦中の所望の時点でカメラの視野中心を記憶手段
により記憶された角度に向くようにしたので、遠隔操縦
者が必要なときに必要な位置を見ることができ、遠隔操
縦であっても円滑な作業を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る遠隔操縦油圧ショベ
ルのカメラ方向制御装置のブロック図である。

【図２】油圧ショベルの側面図である。

【図３】油圧ショベルの実際の動作および図１に示す装
置の動作を説明する図である。

【図４】モニタの映像を示す図である。

【符号の説明】

１油圧ショベル３操作レバー群３Ｓ₁ 記憶用スイッチ３Ｓ₂ 操作用スイッチ４操作側コントローラ５車体側コントローラ８カメラ９モニタ１５バケット１５ｐバケットのピン８１雲台

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中康雄茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者菅原一宏茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者山下誠二茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】作業機構と、雲台に取り付けられ前記作
業機構の所定個所を撮影するカメラとを備え、遠隔地点
に設置されたモニタで前記カメラから送信された映像信
号を受信し、前記モニタに表示された映像を見ながら当
該遠隔地点に設置された操作装置を操作して前記作業機
構を遠隔操縦する遠隔操縦機械において、この遠隔操縦
機械の操縦中に前記モニタに所要個所の映像が表示され
たときの前記カメラの視野中心の角度を記憶させる記憶
手段と、前記作業機構の遠隔操縦中に前記カメラの視野
中心を前記記憶手段により記憶された角度とするように
前記雲台に指令するカメラ方向指示手段とを設けたこと
を特徴とする遠隔操縦機械のカメラ方向制御装置。
【請求項２】請求項１において、前記記憶手段は、記
憶を指示するスイッチと、このスイッチの指示により当
該カメラの視野中心の角度を記憶する記憶部とで構成さ
れていることを特徴とする遠隔操縦機械のカメラ方向制
御装置。
【請求項３】請求項２において、前記スイッチは、前
記操作装置に設けられていることを特徴とする遠隔操縦
機械のカメラ方向制御装置。
【請求項４】請求項２において、前記カメラ方向指示
手段は、前記記憶部に格納されている前記角度を取り出
す指示を与える他のスイッチと、この他のスイッチから
の指示に応じて前記記憶部から前記角度を取りだして前
記雲台に出力する出力手段とで構成されていることを特
徴とする遠隔操縦機械のカメラ方向制御装置。
【請求項５】請求項４において、前記他のスイッチ
は、前記操作装置における前記スイッチの設置位置とは
異なる位置に設置されていることを特徴とする遠隔操縦
機械のカメラ方向制御装置。