JPH1028265A - 遠隔操縦作業機械の作業現場モニタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作業現場を撮影している複数のカメラのうち
最適のカメラを選択することができる遠隔操縦作業機械
の作業現場モニタ装置を提供すること。 【解決手段】 遠隔の操作室５０の操作レバー群５１に
より操作されるケーソンショベル１０は走行装置３０で
レール２０上を走行しながら作業を行う。作業現場には
複数のカメラ６１、６２、６３が所定位置に設置され、
ケーソンショベル１０の所定点を撮影している。ケーソ
ンショベル１０に設置された車体コントローラ４０はケ
ーソンショベル１０のピン１０３、１０６を結ぶ方向
と、各カメラ６１、６２、６３とピン１０６を結ぶ線分
との角度を演算し、予めＲＯＭ４２に格納されている角
度と優先度の関係から、演算された各角度の優先度を求
め、最大優先度の角度にあるカメラを選択してその映像
をモニタ５２に送信する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、遠隔地の作業現場
に備えられた複数のカメラからの映像を見ながら当該作
業現場の作業機械を操縦する場合、各カメラのうちの最
適のカメラを選択してその映像を当該遠隔地のモニタに
写すための遠隔操縦作業機械の作業現場モニタ装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】作業機械、例えば油圧ショベルによる作
業は、通常、オペレータが運転室に搭乗し、操作レバー
を操作して行なわれるが、危険な個所での作業、例え
ば、崖の近辺、崩壊のおそれのある建造物の近辺、河川
等における橋梁基礎作業、火山の土石流の除去作業、立
坑掘削等の作業を行なう場合には、オペレータが搭乗し
て作業をするのは危険であるので、遠隔操縦手段が用い
られる。この遠隔操縦手段は、作業現場に数台のカメラ
を設置し、作業現場から遠隔地にある操作室に設けられ
たモニタに上記カメラの映像を写し、この映像を観察し
ながら当該操作室に設けられた操作装置を操作し、その
操作信号を作業機械の車体に設けられた車体コントロー
ラへ有線又は無線で送信することにより当該作業機械を
遠隔地から操縦する手段である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の遠隔操縦手段で
は、遠隔地の操作室にいるオペレータが、現場に設置さ
れた複数のカメラのうち最適と思われるカメラを切換装
置で選択し、その映像をモニタに写して作業を行ってい
た。しかし、このようなカメラの選択は、操作装置によ
り作業機械を遠隔操作しているオペレータにとっては大
きな負担であり、円滑な操縦を阻害するばかりでなく、
適切なカメラを選択するのが困難であり、もし、不適切
なカメラを選択した場合には、作業機械の近辺に物体が
あるにもかかわらず作業機械の蔭になって当該物体をモ
ニタに写すことができず、作業機械と物体とが衝突して
両者又は一方が破損するという事態を生じる。

【０００４】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、最適のカメラを選択することができる遠隔
操縦作業機械の作業現場モニタ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、作業機構を備えた作業機械の作業現場か
ら遠隔個所に設置された操作室の操作装置により前記作
業機械を操縦するため、前記作業現場の所定個所に複数
のカメラを備え、これらカメラの映像を前記操作室に備
えられたモニタに送信する遠隔操縦作業機械の作業現場
モニタ装置において、前記作業機械の作業機構の所定個
所と前記各カメラとを結ぶカメラ方向、およびこれらカ
メラ方向と当該作業機構の方向との間の各角度を演算す
る演算手段と、前記カメラ方向と前記作業機構の方向と
の間の角度に対する優先度の関係を格納した記憶部と、
前記演算手段により演算された各角度および前記記憶部
に格納された前記優先度に基づいて前記各カメラのうち
の１つを選択しこのカメラの映像を前記モニタへ送信す
るカメラ選択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
遠隔操縦作業機械の作業現場モニタ装置を示す図であ
る。本実施の形態では、前述の橋梁基礎工事又は立坑の
掘削等において用いられる周知のケーソン工法による作
業を例示して説明する。図１で１０はケーソンショベル
を示す。１０１はケーソンショベルの本体、１０２はブ
ーム、１０３は本体１０１に対してブーム１０２を回動
自在に支持するピン、１０４は伸縮アーム、１０５はバ
ケット、１０６は伸縮アーム１０４にバケット１０５を
回動自在に支持するバケットピン、１０７はバケットリ
ンク、１０８はブームシリンダ、１０９はケーソンショ
ベル１０を旋回させる旋回装置である。なお、１１０は
ブーム１０２と伸縮アーム１０４とを連結する連結部を
示す。ブーム１０２、伸縮アーム１０４、バケット１０
５、および連結部１１０により作業機構が構成される。

【０００７】２０は天井Ｃに固定されたレール、３０は
ケーソンショベル１０を吊り下げてレール２０上を走行
する走行装置である。さきの旋回装置１０９は走行装置
３０に対してケーソンショベル１０を旋回させる装置で
ある。

【０００８】４０はケーソンショベル１０の本体１０１
に設置された車体コントローラであり、マイクロコンピ
ュータにより構成されている。４１は所定の演算、制御
を行う中央処理ユニット（ＣＰＵ）、４２はＣＰＵ４１
の処理手順、各種設定値、後述する優先度特性等が格納
されたリードオンリメモリ（ＲＯＭ）、４３は演算結果
等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、
４４はアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ
変換部、４５、４７はディジタル信号をアナログ信号に
変換するＤ／Ａ変換部、４６、４８はシリアル入出力部
（ＳＩＯ）、４９はディジタル出力部（Ｄ／Ｏ）であ
る。

【０００９】５０はケーソンショベル１０からは離れた
地点に設置された操作室である。この操作室５０には、
ケーソンショベル１０を操作する操作レバー群５１、ケ
ーソンショベル１０の姿勢のモニタやケーソンショベル
１０の故障診断等を行うコンピュータ５２、後述するカ
メラから送信される映像信号を受信してその映像を表示
するモニタ５３等が備えられている。操作レバー群５１
の各操作レバーは、ケーソンショベル１０のブーム１０
２、伸縮アーム１０４、バケット１０５、旋回装置１０
９、走行装置３０を操作するためのものである。

【００１０】６０はケーソンショベル１０の作業現場の
所定個所に設けられたカメラ群であり、本実施の形態で
は、３つのカメラ６１、６２、６３より成る。各カメラ
６１、６２、６３は雲台６１Ｕ、６２Ｕ、６３Ｕ上に設
けられ、これら雲台６１Ｕ、６２Ｕ、６３Ｕを雲台コン
トローラ７２により制御することにより、各カメラ６
１、６２、６３に水平方向の回転（パン）、垂直方向の
傾き（チルト）を自在に行わせることができる。図のθ
_P はパン角、θ_T はチルト角を示す。なお、カメラ６
１、６２、６３自体、ズーム機能を備えている。各カメ
ラ６１、６２、６３から出力される映像信号は、映像信
号切換器７３で切り換えられ、モニタ５３へ送信され
る。

【００１１】ケーソンショベル１０のブーム１０２、伸
縮アーム１０４、バケット１０５はそれぞれブームシリ
ンダ、伸縮アームシリンダ、バケットシリンダにより、
又、旋回装置１０９は旋回モータにより駆動される。
又、走行装置３０は走行モータにより駆動される。これ
らブームシリンダ、伸縮アームシリンダ、バケットシリ
ンダ、旋回モータ、走行モータ（各油圧アクチュエー
タ）は、それぞれ、その駆動方向と流量を制御するコン
トロールバルブおよび当該コントロールバルブを駆動す
る比例弁を有する。図では、上記各油圧アクチュエー
タ、各コントロールバルブ、各比例弁を代表してブーム
シリンダ１０８、そのコントロールバルブ７０、および
その比例弁７１のみが記載され、他の油圧アクチュエー
タ、コントロールバルブ、および比例弁の記載は省略さ
れている。

【００１２】さらに、図示されていないが、ピン１０
３、１０６にはブーム１０２、バケット１０５の回転角
度を検出する角度センサが取り付けられ、旋回装置１０
９には旋回角度を検出する角度センサが取り付けられ、
伸縮アーム１０４にはその伸縮量を検出する距離センサ
が取り付けられ、走行装置３０には走行距離を検出する
走行センサが取り付けられている。θ₁₀はブーム角、バ
ケット角および旋回角を検出する各角度センサの検出信
号、Ｐ₃₀は走行装置３０の上記走行センサの検出信号、
Ｄ₁₀は上記距離センサの検出信号を示す。なお、図中、
Ｌ₁₀はピン１０３、１０６間の水平距離、Ｈ₁₀は垂直距
離を示す。

【００１３】図２はケーソンショベル１０の作業現場の
平面図である。図２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。レール２０は円形軌
道を構成し、ケーソンショベル１０は走行装置３０によ
り当該円形軌道上を自由に移動して所要の作業を行う。
各カメラ６１、６２、６３は予め定められた位置に設置
されている。−Ｘ、−ＹはＸ軸、Ｙ軸、Ｏは原点を示
し、図示されていないが、原点Ｏを通りＸ、Ｙ軸に垂直
な軸（紙面に垂直な軸）がＺ軸とされ、これらによりＸ
ＹＺ座標が設定されている。又、Ａは作業機構の方向
（ピン１０３とピン１０６とを結ぶ線の方向）、直線状
の破線Ｂ₆₁、Ｂ₆₂、Ｂ₆₃は各カメラ６１、６２、６３と
バケット１０５のピン１０６とを結ぶ線、弧状の破線α
₆₁、α₆₂、α₆₃は方向Ａを基準にした各破線Ｂ₆₁、
Ｂ₆₂、Ｂ₆₃の角度を示す。

【００１４】図３は優先度の特性図である。図で、横軸
には上記方向Ａに対する角度（α）、縦軸には優先度が
とってある。優先度は、あるカメラのある角度を基準と
し、そのときの任意の数値を基準数値とし、この数値に
対する他の角度の相対的数値で表されており、バケット
１０５近辺の状況を最もよく撮影できるカメラの角度の
数値（優先度）が最も大きくなるように設定してある。
この特性は車体コントローラ４０のＲＯＭ４２に格納さ
れている。

【００１５】次に、本実施の形態の動作を説明する。
今、あるカメラによる映像が操作室５０のモニタ５３に
写しだされているとする。操作室５０のオペレータはモ
ニタ５３の映像を見ながら操作レバー群５１の所要の操
作レバーを操作する。この操作信号は有線又は無線によ
り車体コントローラ４０のＳＩＯ４６に入力され、その
操作信号に比例した信号がＤ／Ａ４５から当該操作レバ
ーに対応する油圧アクチュエータの比例弁７１に出力さ
れ、コントロールバルブ７０が駆動され、操作信号に応
じた量だけ対応する油圧アクチュエータが駆動される。
このように、操作室５０の操作レバー群５１の所要の操
作レバーを操作することにより、ケーソンショベル１０
をレール２０上で走行させ、ブーム１０２、伸縮アーム
１０４、バケット１０５を駆動させてケーソンショベル
１０による所期の掘削作業が実施される。

【００１６】この掘削作業中、図２に示す角度α₆₁、α
₆₂、α₆₃が、車体コントローラ４０のＲＯＭ４２に格納
された演算処理手順により常時演算されている。以下
に、これら角度α₆₁、α₆₂、α₆₃の演算の概略を述べ
る。

【００１７】（演算Ｉ）図１に示す水平距離Ｌ₁₀と垂直
距離Ｈ₁₀の演算 ケーソンショベル１０の機械原点をピン１０３とし、各
カメラ６１、６２、６３の撮影中心をピン１０６とす
る。作業機構の各部の設計値は既知であるので、角度セ
ンサのブーム角検出信号θ₁₀と伸縮アーム１０４の距離
センサの検出信号Ｄ₁₀を入力し、これらの検出信号に基
づき水平距離Ｌ₁₀と垂直距離Ｈ₁₀を算出することができ
る。なお、機械原点を車体１０１のいずれに設定して
も、又、撮影中心をバケット１０５の任意の点、例えば
バケット先端に設定しても、そのような機械原点とピン
１０３、そのような撮影中心とピン１０６との距離は既
知であり、かつ、バケット角は角度センサにより検出さ
れるので、そのような機械原点と撮影中心との間の水平
距離と垂直距離の算出は可能である。

【００１８】（演算II）レール２０上の走行装置３０の
所定点の座標位置の演算 図２に示すように、レール２０の軌道は円形であり、こ
れは数式で表されるので、レール２０と座標原点Ｏとの
位置関係がどのような関係にあってもレール２０上の各
位置の座標は一義的に定まる。そこで、レール２０上の
走行装置３０の走行始点を定めておき、走行センサの検
出信号Ｐ₃₀（走行距離）を上記数式に入力すれば、レー
ル２０上の走行装置３０の所定点の座標位置（ＸＹＺ）
を算出することができる。なお、レールの軌道が数式で
表すことができないものである場合には、走行装置３０
の走行始点からのレールの距離（走行センサの検出信
号）と座標位置との関係を予め作成し、これをＲＯＭ４
２に格納しておけば、走行センサの検出信号に応じてレ
ール上の走行装置の座標位置を求めることができる。

【００１９】（演算III ）ピン１０３とピン１０６の座
標位置の演算 走行装置３０の所定点とピン１０３との距離は既知であ
るので、旋回装置１０９の角度センサの検出信号に基づ
いてピン１０３の座標位置（ＸＹＺ）を算出することが
でき、さらに、上記（演算Ｉ）でピン１０３とピン１０
６との間の距離が演算されているので、ピン１０６の座
標位置も算出することができる。

【００２０】（演算IV）各カメラ６１、６２、６３のパ
ン角とチルト角の演算 各カメラの座標位置は既知である。又、上記（演算III
）で、撮影中心であるピン１０６の座標位置も算出さ
れている。それ故、それらの座標位置に基づいて、ピン
１０６に対する各カメラの基準姿勢からのパン角、およ
びチルト角を算出することができる。

【００２１】（演算V ）角度α₆₁、α₆₂、α₆₃の演算 上記（演算III ）によりピン１０３とピン１０６の座標
位置が算出されるので、両者間の線分が算出できる。
又、上記（演算III ）によりピン１０６の座標が算出さ
れるので、各カメラの座標位置とピン１０６間の線分が
算出できる。したがって、それら線分のＸ−Ｙ平面の投
影である方向Ａ、線分Ｂ₆₁、Ｂ₆₂、Ｂ₆₃も算出でき、こ
れに基づいて方向Ａに対する各線分Ｂ₆₁、Ｂ₆₂、Ｂ₆₃の
角度（図２では時計まわりの角度）を算出することがで
きる。

【００２２】車体コントローラ４０による上記演算（演
算IV）により各カメラのパン角とチルト角が算出される
と、車体コントローラ４０は雲台コントローラ７２に各
カメラ６１、６２、６３毎に、動作指令信号を出力す
る。これに従って各雲台６１Ｕ、６２Ｕ、６３Ｕが駆動
され、各カメラ６１、６２、６３はピン１０６へ向けら
れる。即ち、各カメラ６１、６２、６３はピン１０６を
終始追尾していることとなる。

【００２３】さらに、車体コントローラ４０は、角度α
₆₁、α₆₂、α₆₃を算出する（演算V）と、ＲＯＭ４２に
格納されている優先度特性から各角度毎の優先度を求め
る。そして、求められた各優先度を比較し、最大の優先
度の角度にあるカメラを選択する。図３に示す場合に
は、角度α₆₃の優先度Ｕ₆₃が最大であり、この角度α₆₃
にあるカメラ６３が選択される。なお、優先度が同一で
ある場合には、角度の大きい方又は小さい方のカメラを
選択するように定めておけばよい。車体コントローラ４
０は、カメラを選択すると映像信号切換器７３に当該選
択されたカメラに相当する信号を出力し、これにより、
映像信号切換器７３は各カメラの入力信号のうち選択さ
れたカメラの映像信号を、有線又は無線によりモニタ５
３へ送信する。

【００２４】このように、本実施例では、車体コントロ
ーラが自動的に最適のカメラを選択することができ、し
たがって、モニタには最適のカメラによる映像が写しだ
されることになり、この結果、操作室のオペレータは操
作中にカメラの切換を行う必要はなく、操作に専念する
ことができる。

【００２５】なお、上記実施の形態の説明では、作業機
械としてケーソン工法によるケーソンショベルを例示し
たが、これに限ることはなく、複数のカメラが備えられ
ている作業現場において、それらカメラとの位置関係が
常時把握できるものであればどのような作業機械にも適
用可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、作業機
械の作業機構の所定個所と各カメラとを結ぶカメラ方
向、およびこれらカメラ方向と当該作業機構の方向との
間の各角度を演算し、これら角度に対する優先度を求め
るようにしたので、この優先度に基づいて自動的に最適
のカメラを選択することができ、したがって、モニタに
は最適のカメラによる映像が写しだされることになり、
この結果、操作室のオペレータは操作中にカメラの切換
を行う必要はなく、操作に専念することができ、オペレ
ータの負担を軽減することができる。

【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作業機械の
作業現場モニタ装置を示す図である。

【図２】ケーソンショベル１０の作業現場の平面図であ
る。

【図３】優先度の特性図である。

【符号の説明】 １０ ケーソンショベル ２０ レール ３０ 走行装置 ４０ 車体コントローラ ５０ 操作室 ６０ カメラ群

───────────────────────────────────────────────────── 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 黒沢 隆雄 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機エ ンジニアリング株式会社内 (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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作業機構を備えた作業機械の作業現場か
   ら遠隔個所に設置された操作室の操作装置により前記作
   業機械を操縦するため、前記作業現場の所定個所に複数
   のカメラを備え、これらカメラの映像を前記操作室に備
   えられたモニタに送信する遠隔操縦作業機械の作業現場
   モニタ装置において、前記作業機械の作業機構の所定個
   所と前記各カメラとを結ぶカメラ方向、およびこれらカ
   メラ方向と当該作業機構の方向との間の各角度を演算す
   る演算手段と、前記カメラ方向と前記作業機構の方向と
   の間の角度に対する優先度の関係を格納した記憶部と、
   前記演算手段により演算された各角度および前記記憶部
   に格納された前記優先度に基づいて前記各カメラのうち
   の１つを選択しこのカメラの映像を前記モニタへ送信す
   るカメラ選択手段とを設けたことを特徴とする遠隔操縦
   作業機械の作業現場モニタ装置。