WO2003000997A1

WO2003000997A1 - Systeme de telecommande et systeme de telereglage d'engins de construction

Info

Publication number: WO2003000997A1
Application number: PCT/JP2002/004783
Authority: WO
Inventors: Kazuo Fujishima; Tooru Kurenuma; Hiroshi Ogura; Hideto Ishibashi
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co., Ltd.
Priority date: 2001-06-20
Filing date: 2002-05-17
Publication date: 2003-01-03
Also published as: US20030147727A1; EP1452651A1; US6782644B2; JPWO2003000997A1

Description

建設機械の遠隔制御システム及び遠隔設定システム技術分野

本発明は、油圧ショベル等の多関節型のフロント作業機を有する建設機械の遠隔制御システム及び遠隔設定システムに係わり、特に、目標作業面の設定情報を用いてその目標作業面を形成するようフロント作業機の動作を制御する領域制限掘削制御等のフロント制御手段を備えた建設機械の遠隔制御システム及び遠隔設定システムに関する。背景技術

建設機械の代表例として、油圧ショベルがある。油圧ショベルでは、フロント作業機を構成するブーム、アームなどのフロント部材を、それぞれの手動操作レバーによって操作しているが、それぞれが関節部によつて連結され回動運動を行うものであるため、これらフロント部材を操作して所定の領域、特に直線状に設定された領域を掘削することは非常に困難な作業である。そこで、このような作業を自動化して行うためのものとして、例えば国際公開番号 WO 9 5 / 3 0 0 5 9号公報の提案がある。この提案は、車体基準で掘削可能領域を設定し、フロント作業機の一部、例えば、パケットが掘削可能領域の境界に近づくと、パケットの当該境界に向かう方向の動きのみを減速し、バケツトが掘削可能領域の境界に達すると、バケツトは掘削可能領域の外には出ないが掘削可能領域の境界に沿つては動けるようにしている。

また、そのような作業を自動化して行う場合、車体が移動すると作業現場の地形の変化で油圧ショベル自身の姿勢、高さが変化し、車体基準で設定していた領域を車体が移動するごとに設定し直さなくてはならない。そこで、このような不具合を解決するものとして特開平 3— 2 9 5 9 3 3号公報ゃ特開 2 0 0 0 - 2 0 4 5 8 0号公報の提案がある。この提案は、掘削地表面に設置したレーザ発振器のレーザ光により車体に設置したセサにて車体の高さを検出し、その検出した車体高さに基づいて掘削深さ（前者の例の制限領域に相当する）を決定して車体を停止した状態で所定長さだけ直線掘削し、その後に車体を所定距離走行させて停止状態で再び直線掘削する際に前記レーザ光により車体高さ変位量を検出し、その高さ変位量によって掘削深さを補正するものである。

更に、そのような自動掘削制御でレーザ光などの外部基準を用い目標掘削面の設定を容易に行えるようにしたものとして国際公開番号 WO 0 1 / 2 5 5 4 9号公報に記載の設定装置がある。この設定装置では、車体に制御ユニットと表示装置を搭載し、表示装置に車体と外部基準と目標掘削面の位置関係を表示し、この画面を見ながら外部基準に対する位置関係で目標掘削面を設定できるようにするものである。 ·

一方、油圧ショベル等の建設機械の遠隔操作に関する従来技術として特許番号第 2 6 2 8 0 0 4号公報や特開昭 5 8 - 2 6 1 3 0号公報に記載にものがある。特許番号第 2 6 2 8 0 0 4号公報では、油圧ショベルの動作状況を監視カメラで撮影し、現場事務所に設置したコンピュータのモニタテレビにその画像を表示すると共に、溝や法面の設計線をその力メラ画像に重ねて表示できるようにしており、操作員はその画像を見ながら油圧ショベルを遠隔操作し掘削することができる。特開昭 5 8 - 2 6 1 3 0号公報では、建設機械の位置を基準点との情報交換によって検出し、建設機械を全自動で運転する技術を開示している。この場合、自動運転の制御プログラムは遠隔設置のコンピュータ側に記憶し、自動制御が開始されるとそのプログラムに基づく指令信号を建設機械に無線で送信し、建設機械から種々のセンサ情報を無線で受信する。制御プログラムには、作業現場や地域によりその都度変更される作業仕様プログラムが含まれる。発明の開示

建設機械は、近年、遠隔操縦に対する要望が大きく、例えば、災害地域の復旧作業には安全性の観点から遠隔操縦のできる建設機械を用いて、土砂の除去や泥流ダムの造成を行わなければならない場合が多々ある。このような作業を行う場合、建設機械が今いる場所はもちろんのこと、どこをどの程度掘削しなければならないかを計画して作業を行わなければならない。従来は、作業する建設機械を遠くからカメラ等で監視するか、建設機械にカメラ等を装着し、そのカメラ画像等で掘削作業位置を確認して作業を行っていた。しかし、災害地域は道路はもとよりほとんど土砂で埋もれているため、掘削作業位置を正確に特定することは困難であった。また、遠隔で建設機械を操縦するため、水平引きや法面形成作業等は特に熟練が必要であり、またカメラ画像を見ての作業であるため作業効率の低いものであった。

WO 95/30059号公報ゃ特開平 3— 295933号公報、特開 2000 一 204580号公報及び W〇 01/25549号公報に記載の技術は、全て建設機械にオペレータが乗車して操作を行うものであり、遠隔操作で建設機械を操縦したり、遠隔操作で目標掘削面を設定することはできなかった。

特許番号第 2628004号公報に記載の技術は、溝や法面の設計線を作業現場の力メラ画像に重ねて表示することによりオペレー夕はそれを見ながら遠隔で掘削作業を行うことができる。しかし、油圧ショベルの操作は手動で行われるため、設計線通りに掘削するようオペレー夕は注意深く作業を行わなければならず、オペレータの負担が大きいという問題があった。

特開昭 58 - 26130号公報に記載の技術は、全自動であるためオペレータに負担はかからない。しかし、全自動であるため種々の作業現場にきめ細かく迅速に対応するのは困難であり、実用化は難しい。

また、近年、建設 CALS (Continuous Acquisition & Lifecycle Support；生産 ·調達 ·運用支援統合情報システム）が叫ばれる中、電子データを持って施ェ図面が管理され、更にこの電子データを持って車体の制御に応用しょうとする動きが見られる。具体的には、施工現場における車体の位置を計測し、車体に持たせた施工図面を参照して自動的に車体を制御しようするものである。しかし、施工現場によって状況は異なるが、一般に施工デ一夕は車体に記憶させるには膨大なデジタルデ一夕であり、車体に記憶できる施工デ一夕は全体のほんの一部である場合がほとんどである。よって、上記のような制御を行う場合、頻繁に施工デ一夕を車体に記憶させる必要がある。また、 CD— Rのような記憶メディアを車体に設置し、施工データを随時読み込み更新する手段もあるが、 CD— Rを駆動する装置を車体に設置せねばならず、高価なものになってしまう。更に、建設機械のように衝撃や温度 ·湿度などに対する環境性も問われるため、決して有効な方法とは言えない。 '

本発明の第 1の目的は、種々の作業現場における目標作業面の遠隔設定と建設機械の遠隔操縦を容易に行うことのできる建設機械の遠隔制御システムを提供することである。

本発明の第 2の目的は、膨大な電子データである施工データを利用した目標作業面の遠隔設定を容易に行うことのできる建設機械の遠隔制御システム及び遠隔設定システムを提供することである。

( 1 ) 上記第 1の目的を達成するために、本発明は、多関節型のフロント作業機を構成する上下方向に回動可能な複数のフロント部材を含む複数の被駆動部材と、前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数の油圧ァクチユエ一夕と、前記複数の油圧ァクチユエ一夕に供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制御弁と、この複数の油圧制御弁を制御し予め設定された目標作業面を形成するよう前記フロント作業機の動作を制御するフロント制御手段とを備えた建設機械の遠隔制御システムにおいて、前記建設機械に搭載された機体側制御手段と、前記建設機械を無線操縦する遠隔操作端末とを備え、前記遠隔操作端末は、前記複数の被駆動部材の動作を指示する無線操縦信号を出力する遠隔操作手段と、前記目標作業面の設定情報を入力する入力手段と、前記無線操縦信号と設定情報を前記建設機械に送信する第 1無線通信手段と、前記建設機械と目標作業面との位置関係を表示する表示手段とを有し、前記機体側制御手段は、前記遠隔操作端末から前記無線操縦信号と設定情報を受信する第 2無線通信手段を有し、前記フロント制御手段は、前記無線操縦信号と設定情報に基づき前記油圧制御弁を制御し前記目標作業面を形成するよう前記フロント作業機の動作を制御するものとする。このように目標作業面を形成するようフロント作業機の動作を制御するフロント制御手段を備えた建設機械に対し、機体側制御手段と遠隔操作端末を設け、その目標作業面の設定情報の入力と無線操縦を遠隔操作端末側で行えるようにし、かつ遠隔操作端末に建設機械と目標作業面との位置関係を表示する表示手段を設けることにより、オペレータは表示手段の画面を見ながら遠隔で目標作業面の設定を行うことができるとともに、遠隔でフロント作業機を操縦し、フロント制御手段の制御機能を利用して目標作業面を形成することができ、これにより目標作業面の遠隔設定と建設機械の遠隔操縦を容易に行うことができる。

また、フロント制御手段は、遠隔操作手段の無線操縦信号と設定情報に基づいてフロント作業機の動作を制御する半自動制御方式であるので、手動方式に比べオペレータの負担は格段に減り、力、つ設定情報を変えるだけで種々の作業現場に容易に対応することができる。

( 2 ) 上記（1 ) において、好ましくは、前記遠隔操作端末の入力手段は、前記建設機械の外部基準に関連付けられた設定情報を入力する手段であり'、前記表示手段は、前記建設機械と目標作業面との位置関係を前記外部基準に関連付けて表示する手段であり、前記機体側制御手段と遠隔操作端末のいずれか一方は、前記建設機械の外部基準に関連付けられた目標作業面の設定情報を、建設機械と目標作業面の位置関係に変換する設定情報変換手段を更に有し、前記フロント制御手段は、前記無線操縦信号と、前記建設機械と目標作業面の位置関係に変換された設定情報とに基づき前記油圧制御弁を制御し前記目標作業面を形成するよう前記フ口ント作業機の動作を制御する。

このように遠隔操作端末側での目標作業面の設定情報の入力を建設機械の外部基準に関連付けられたデータにより行い、機体側制御手段と遠隔操作端末のいずれか一方で、目標作業面の設定情報を建設機械と目標作業面の位置関係に変換することにより、外部基準を用いて目標作業面を設定することができる。また、このとき遠隔操作端末の表示手段に建設機械と目標掘削面との位置関係を外部基準に関連付けて表示するので、オペレータは表示手段の画面を見ながら容易に目標作業面を設定することができる。

( 3 ) 上記（2 ) において、好ましくは、前記外部基準はレーザ燈台が発するレーザ光により形成されるレーザ基準面であり、前記入力手段は、前記設定情報として前記レーザ基準面と目標作業面の位置関係を入力する手段であり、前記設定情報変換手段は、前記建設機械と前記レーザ基準面の位置関係を計測する計測手段と、前記設定手段で入力したレーザ基準面と目標作業面の位置関係と前記計測手段で計測した建設機械とレーザ基準面の位置関係とを用いて建設機械と目標作業面の位置関係を求める演算手段とを有する。これにより外部基準としてレーザ基準面を用い、目標作業面の遠隔設定と建設機械の遠隔操縦を容易に行うことができる。

( 4 ) 上記（2 ) において、好ましくは、前記遠隔操作端末の表示手段は、設定モードと遠隔操作モードに切り換え可能であり、前記設定モードにあるときは、前記外部基準と目標作業面と建設機械の位置関係を表示し、前記遠隔操作モードに切り換えられると、前記目標作業面と前記フロント作業機の位置関係を表示するものとする。

これにより遠隔操作時は表示手段を遠隔操作モ一ドに切り換えることにより、遠隔操作時も表示手段の画面を見ながら遠隔操縦でき、遠隔操作時の操作性が一層良好となる。

( 5 ) また、上記第 2の目的を達成するために、本発明は、上記（2 ) において、前記外部基準は、前記建設機械の外側に設定され、位置及び姿勢が既知である外部座標系であり、前記入力手段は、前記設定情報として前記外部座標系に関連付けられた施工データを入力する手段であり、前記設定情報変換手段は前記遠隔操作端末に備えられ、前記施工データから前記外部座標系での目標作業面の設定情報を生成し、この設定情報を前記建設機械に設定された機体座標系での目標作業面の設定情報に変換する手段であるものとする。

これにより外部座標系に関連付けられた施工データを用い、建設機械に設定された機体座標系での目標作業面の設定情報を生成することができる。また、設定手段と設定情報変換手段は遠隔操作端末に備えられるので、施工データが膨大な電子データであっても、その施工データを機体側制御手段に記憶する必要がなくなり、膨大な電子デ一夕である施工データを利用した目標作業面の遠隔設定と建設機械の遠隔操縦を容易に行うことができる。

( 6 ) 上記（5 ) において、.好ましくは、前記外部座標系は、地球の準拠楕円体の中心を原点とする直交座標系である。

これにより地球の緯度、経度、高さ情報を用いて作成した施工データを外部座標系（地球の準拠楕円体の中心を原点とする直交座標系）に関連付けられた施工データとして利用することができ、地球の緯度、経度、高さ情報を用いて作成した施工デ一夕を利用した目標作業面の遠隔設定と建設機械の遠隔操縦を容易に行うことができる。

( 7 ) 上記（5 ) において、好ましくは、前記設定情報変換手段は、前記機体座標系の位置及び姿勢を前記外部座標系の値として求める機体座標計測演算手段と、この機体座標計測演算手段で求めた外部座標系での機体座標系の位置及び姿勢に基づき、前記外部座標系での目標作業面の設定情報を前記機体座標系での目檩作業面の設定情報に変換する設定情報演算手段とを有する。

これにより建設機械が移動しても、その都度、機体座標系の位置及び姿勢を外部座標系の値として求めることにより外部座標系に対する建設機械の位置及び姿勢を特定し、機体座標系での目標作業面の設定情報を生成することができる。

( 8 ) 上記（7 ) において、好ましくは、前記設定情報変換手段は、前記外部座標系での機体座標系の位置及び姿勢と前記施工データとを比較して、前記機体座標系の位置及び姿勢における施工データ部分を抽出し、その施工デ一夕部分から前記外部座標系での目標作業面の設定情報を生成する手段を更に有する。

.これにより膨大な電子デ一夕である施工データから必要なデータのみ抽出し、外部座標系での目標作業面の設定情報を生成することができる。

( 9 ) 上記（7 ) において、好ましくは、前記機体座標計測演算手段は、前記建設機械の異なる位置に設置された少なくとも 2個の G P S受信手段と、前記 2 個の G P S受信手段の受信情報に基づき、前記機体座標系の位置及び姿勢を前記外部座標系の値として求める座標位置演算手段とを有する。

これにより少なくとも 2個の G P S受信手段を用いて機体座標系の位置及び姿勢を外部座標系（グローバル座標系）の値として求め、機体座標系での目標作業面の設定情報を生成することができる。

( 1 0 ) 上記（9 ) において、好ましくは、前記機体座標計測演算手段は、前記建設機械の傾斜量を計測する傾斜量計測手段を更に有し、前記座標位置演算手段は、前記 2個の G P S受信手段の受信情報と前記傾斜量計測手段の計測結果とに基づき、前記機体座標系の位置及び姿勢を前記外部座標系の値として求める。これにより建設機械が傾斜していても機体座標系の位置及び姿勢を外部座標系の値として精度良く求めることができる。

( 1 1 ) 上記（9 ) において、好ましくは、前記建設機械は、下部走行体と、この下部走行体上に旋回可能に搭載された上部旋回体とを有し、前記フロント作業機は前記上部旋回体上下方向に回動可能に取り付けられており、前記 2個の G P S受信手段は前記上部旋回体上の異なる位置に設置された 2個の G P Sアンテナを有し、前記機体座標系は、前記上部旋回体の回転軸近傍の位置で前記下部走行体に固定して設定された直交座標系であり、前記機体座標計測演算手段は、前記下部走行体に対する上部旋回体の回転角を計測する角度計測手段を更に有し、前記座標位置演算手段は、前記 2個の G P S受信手段の受信情報と前記角度計測手段の計測結果とに基づき、前記機体座標系の位置及び姿勢を前記外部座標系の値として求める。

これにより G P S受信手段が上部旋回体に設置されていても、下部走行体に固定して設定された機体座標系の位置及び姿勢を外部座標系の値として求めることができる。

( 1 2 ) 上記（7 ) において、好ましくは、前記機体座標計測演算手段は、前記外部座標系に対する位置関係が既知である地上の特定位置に設置され、その特定位置から前記建設機械の特定位置までの距離と方位を計測する 3次元位置計測手段と、前記建設機械に設置されたレーザ受光器と、前記レーザ受光器に向けてレーザ光を発するレーザ灯台と、前記レーザ受光器が前記レーザ灯台の発するレ一ザ光を受光したことをトリガーとして前記地上の特定位置に対する前記レ一ザ光の位置関係を演算し、この演算結果と前記 3次元位置計測手段の計測結果とに基づき、前記地上の特定位置に対する前記機体座標系の位置及び姿勢を求める座標位置演算手段とを有する。

これにより G P Sを直接用いずに、機体座標系の位置及び姿勢を外部座標系 (グローバル座標系）の値として求め、機体座標系での目標作業面の設定情報を生成することができる。

また、直接 G P Sを用いずに機体座標系の位置及び姿勢を外部座標系（グロ一バル座標系）の値として求めることができるので、建設機械が地下、ビル内、山間部など G P S衛星を捕捉できないような作業現場にあっても、また G P Sでは衛星からの電波が受信できないような気象条件であつても、それらに左右されず機体座標系の位置及び姿勢を外部座標系（グローバル座標系）の値として求めることができる。

( 1 3 ) 上記（1 2 ) において、好ましくは、前記機体座標計測演算手段は、前記建設機械の傾斜量を計測する傾斜量計測手段を更に有し、前記座標位置演算手段は、前記地上の特定位置に対する前記レーザ光の位置関係の演算結果と前記 3次元位置計測手段の計測結果と前記傾斜量計測手段の計測結果とに基づき、前記地上の特定位置に対する前記機体座標系の位置及び姿勢を求めるものである。これにより建設機械が傾斜していても、直接 G P Sを用いずに機体座標系の位置及び姿勢を外部座標系の値として精度良く求めることができる。

( 1 4 ) 上記（1 2 ) において、好ましくは、前記建設機械は、下部走行体と、この下部走行体上に旋回可能に搭載された上部旋回体とを有し、前記フロント作業機は前記上部旋回体上下方向に回動可能に取り付けられており、前記機体座標系が設定される建設機械の特定位置は前記上部旋回体の回転軸近傍の位置であり、前記機体座標系は前記下部走行体に固定して設定された直交座標系であり、前記機体座標計測演算手段は、前記下部走行体に対する上部旋回体の回転角を計測する角度計測手段を更に有し、前記座標位置演算手段は、前記地上の特定位置に対する前記レーザ光の位置関係の演算結果と前記 3次元位置計測手段の計測結果と前記角度計測手段の計測結果とに基づき、前記地上の特定位置に対する前記機体座標系の位置及び姿勢を求めるものである。

これにより G P S受信手段が上部旋回体に設置されていても、直接 G P Sを用いずに下部走行体に固定して設定された機体座標系の位置及び姿勢を外部座標系の値として求めることができる。

( 1 5 ) 上記（1 4 ) において、好ましくは、前記レーザ受光器は前記フロント作業機に設置され、前記機体座標計測演算手段は、前記フロント作業機を構成する複数のフロント部材の位置と姿勢を計測する位置 ·姿勢計測手段を更に有し、前記座標位置演算手段は、前記地上の特定位置に対する前記レーザ光の位置関係の演算結果と前記 3次元位置計測手段の計測結果と前記角度計測手段の計測結果と前記位置 ·姿勢計測手段の計測結果とに基づき、前記地上の特定位置に対する前記機体座標系の位置及び姿勢を求めるものである。

これにより多関節型のフロント作業機が上部旋回体上下方向に回動可能に取り付けられ、レーザ受光器がそのフロント作業機に設置されていても、下部走行体に固定して設定された機体座標系の位置及び姿勢を外部座標系の値として求めることができる。

( 1 6 ) 上記（1 2 ) において、好ましくは、前記 3次元位置計測手段は、前記建設機械の特定位置に設置されたリフレクタを追尾しその距離と方位を計測するレーザ追尾装置である。

これにより自動追尾トータルステーションシステムとして知られている既存のシステムを用いて 3次元位置計測手段を構成することができる。

( 1 7 ) また、上記第 2の目的を達成するために、本発明は、多関節型のフロント作業機を構成する上下方向に回動可能な複数のフロント部材を含む複数の被駆動部材と、前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数の油圧ァクチユエ一夕と、前記複数の油圧ァクチユエ一夕に供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制御弁と、この複数の油圧制御弁を制御し予め設定された目標作業面を形成するよう前記フロント作業機の動作を制御するフロント制御手段とを備えた建設機械の遠隔設定システムにおいて、前記建設機械に搭載された機体側制御手段と、遠隔操作端末とを備え、前記遠隔操作端末は、前記目標作業面の設定情報として、建設機械の外側に設定された位置及び姿勢が既知である外部座標系に関連付けられた施工データを入力する入力手段と、前記施工データから前記外部座標系での目標作業面の設定情報を生成し、この設定情報を前記建設機械に設定された機体座標系での目標作業面の設定情報に変換する設定情報変換手段と、前記機体座標系での目標作業面の設定情報を前記建設機械に送信する第 1無線通信手段と、前記建設機械と目標作業面との位置関係を前記外部座標系に関連付けて表示する表示手段とを有し、前記機体側制御手段は、前記遠隔操作端末から前記機体座標系での目標作業面の設定情報を受信する第 2無線通信手段を有し、前記フロント制御手段は、前記機体座標系での目標作業面の設定情報に基づき前記油圧制御弁を制御し前記目標作業面を形成するよう前記フロント作業機の動作を制御するものとする。

これにより外部座標系に関連付けられた施工データを用い、建設機械に設定された機体座標系での目標作業面の設定情報を生成することができる。また、設定手段と設定情報変換手段は遠隔操作端末に備えられるので、施工データが膨大な電子デー夕であっても、その施工デー夕を機体側制御手段に記憶する必要がなくなり、膨大な電子データである施工データを利用した目標作業面の遠隔設定を容易に行うことができる。

( 1 8 ) 上記（1 7 ) において、好ましくは、前記外部座標系は、地球の準拠楕円体の中心を原点とする直交座標系である。

これにより地球の緯度、経度、高さ情報を用いて作成した施工データを外部座標系（地球の準拠楕円体の中心を原点とする直交座標系）に関連付けられた施工データとして利用することができ、地球の緯度、経度、高さ情報を用いて作成した施工データを利用した目標作業面の遠隔設定を容易に行うことができる。

( 1 9 ) 上記（1 7 ) において、好ましくは、前記設定情報変換手段は、前記機体座標系の位置及び姿勢を前記外部座標系の値として求める機体座標計測演算手段と、この機体座標計測演算手段で求めた外部座標系での機体座標系の位置及び姿勢に基づき、前記外部座標系での目標作業面の設定情報を前記機体座標系での目標作業面の設定情報に変換する設定情報演算手段とを有する。

( 2 0 ) 上記（1 9 ) において、好ましくは、前記設定情報変換手段は、前記外部座標系での機体座標系の位置及び姿勢と前記施工デ一夕とを比較して、前記機体座標系の位置及び姿勢における施工データ部分を抽出し、その施工データ部分から前記外部座標系での目標作業面の設定情報を生成する手段を更に有する。

これにより膨大な電子データである施工デ一夕から必要なデータのみ抽出し、外部座標系での目標作業面の設定情報を生成することができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の一実施の形態に係わるよる建設機械の遠隔制御システムの全体構成を示す図である。

図 2は、油圧ショベルに搭載された制御ュニット及び無線通信装置の構成を示す図である。

図 3は、遠隔操作端末側に設置されたパソコンの制御装置及び無線通信装置の構成を示す図である。

図 4は、油圧ショベルに搭載された制御ュニットの R OMに記憶された制御プログラムの概要を示す機能ブロック図である。

図 5は、制御ュニットの設定 ·表示処理部の処理機能を示すブロック線図である。

図 6は、制御ュニットの掘削制御部の処理機能を示すブロック線図である。図 7は、遠隔操作端末側に設置されたパソコンの制御装置の R OMに記憶された制御プログラムの概要を示す機能ブロック図である。

図 8は、上側にパソコンの表示装置に表示される掘削設定画面を示し、下側にその表示内容を説明する図である。

図 9は、上側に同表示装置の掘削モニタ画面を示し、下側にその表示内容を説明する図である。

図 1 0は、同表示装置に表示される画面の遷移を示す図である。

図 1 1は、パソコンの制御装置に電源が投入されたときの処理手順を示すフロ一チヤ一トである。

図 1 2は、掘削設定画面のメニュー領域のカーソルを「深さ」に移動したときの処理手順を示すフローチャートである。

図 1 3は、掘削設定画面のメニュー領域の力一ソルを「勾配」に移動したときの処理手順を示すフローチャートである。

図 1 4は、掘削設定画面のメニュー領域のカーソルを「制御 O N/〇F F」に移動させたときの処理手順を示すフローチャートである。

図 1 5は、掘削設定画面から掘削モニタ画面に切り換えたときの処理手順を示すフローチャートである。

図 1 6は、掘削モニタ画面のメニュー領域のカーソルを「角度単位」に移動したときの処理手順を示すフローチャートである。

図 1 7は、本発明の第 2の実施の形態に係わる油圧ショベルの外観を示す図でめる。図 1 8は、第 2の実施の形態に係わる遠隔制御システム及び遠隔設定システムの全体構成を示す図である。

図 1 9は、グローバル座標系の概要を説明する図である。

図 2 0は、演算処理手順を示すフローチャートである。

図 2 1は、本発明の第 3の実施の形態に係わる油圧ショベルの外観とその周辺の作業状況及び装置を示す図である。

図 2 2は、第 3の実施の形態に係わる遠隔制御システム及び遠隔設定システムの全体構成を示す図である。

図 2 3は、第 3の実施の形態における計測原理を説明するための各部材の幾何学的関係を示す図である。

図 2 4は、第 3の実施の形態における計測原理を説明するための各部材の幾何学的関係を示す図である。

図 2 5は、演算処理手順を示すフローチャートである。

図 2 6は、演算処理手順を示すフローチャートである。

図 2 7は、レーザ灯台から出力するレーザ光波面とレーザ追尾装置との位置関係（レーザ光波面のワールド座標系での方程式）を同定する方法及び装置の一例を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。

図 1は本発明の第 1の実施の形態である建設機械の遠隔制御システムの全体構成を示す図である。

図 1において、 1は油圧ショベルであり、 1 0 0は油圧ショベル 1から離れた場所に設置された管理事務所である。

油圧ショベル 1は下部走行体 2、上部旋回体 3、フロント作業機 7を有し、上部旋回体 3は下部走行体に対して旋回可能に搭載され、フロント作業機 7は上部旋回体 3の前部に上下動可能に取り付けられている。上部旋回体 3は収納室 4、カウンタウェイト 5、運転室 6等から構成されている。フロント作業機 7はブ一ム 8、アーム 9、バケツト 1 0を有する多関節構造であり、ブーム 8はブームシリンダ 1 1により、アーム 9はアームシリンダ 12により、バケツト 10はバケットシリンダ 13によりそれぞれ回転駆動される。下部走行体 2は図示しない左右走行モー夕走行駆動され、上部旋回体 3は図示しない旋回モー夕により旋回駆動される。

ブ一ムシリンダ 11、アームシリンダ 12、バケットシリンダ 13はそれぞれ制御弁 24, 25, 26を介して坤圧ポンプ 19に接続され、流量制御弁 24，

25, 26によって油圧ポンプ 19から各シリンダ 11， 12, 13に供給される圧油の流量及び方向が調整される。ここで、図の簡単のため省略したが、上記左右走行モータ及び旋回モー夕に対しても同様に左右走行制御弁、旋回制御弁が設けられている。

制御弁 24， 25, 26及び旋回用制御弁に対しては操作レバー装置 303 L，

303 Rが設けられ、操作レバ一 303 L, 303 Rはそれぞれ操作レバ一 31 , 32とポテンショメータ 31 a， 31 b, 32 a, 32 bとを有し、操作レバー 31が前後方向 Aに操作されるとその操作量をポテンショメ一タ 31 aが検出し、当該操作量に応じた電気的な操作信号 XIを出力し、操作レバ一 31が左お方向 Bに操作されるとその操作量をポテンショメ一夕 3 l bが検出し、当該操作量に応じた電気的な操作信号 X 2出力し、操作レバ一 32が前後方向 Cに操作されるとその操作量をポテンショメータ 32 aが検出し、当該操作量に応じた電気的な操作信号 X 3を出力し、操作レバ一 32が左右方向 Dに操作されるとその操作量をポテンショメ.一夕 32 bが検出し、当該操作量に応じた電気的な操作信号 X 4 を出力する。

ポテンショメ一夕 3 l a, 31 b, 32 a, 32 bから出力された操作信号 X 1， X 2, X3, X 4は制御ユニット 52に送られ、この制御ユニット 52は操作信号 XI, X2, X3, X 4に基づいて所定の演算を行い、電磁比例弁 24 L， 24R, 25 L, 25 R, 26 L, 26 R及び図示しない旋回用制御弁に設けられた電磁比例弁に制御信号を出力する。電磁比例弁 24 L， 24R, 25L, 2 5 R, 26 L, 26 Rは制御弁 24， 25， 26のそれぞれの油圧駆動に対応して設けられ、制御弁 24, 25， 26は電磁比例弁 24 L, 24R, 25L, 2 5 R, 26 L, 26 Rにより指示されるパイロット圧力により応じて切り替え方向及び開度を調整し、旋回用制御弁の電磁比例弁も同様であり、これにより油圧ポンプ 1 9からブームシリンダ 1 1、アームシリンダ 1 2、バケツトシリンダ 1 3、及び図示しない旋回モータへ供給される圧油の方向及び流量が制限される。図示しない左右走行制御弁に対してはそれぞれ操作レバーと操作ペダルが設けられ、操作レバーと操作ペダルの一方が操作されると同様に左右走行制御弁の切り替え方向及び開度が調整される。

以上のような油圧ショベル 1に本発明の遠隔制御システムが備えられている。この遠隔制御システムは、油圧ショベル 1に装備された機体側制御装置 1 0 1と事務所 1 0 0に設置された遠隔操作端末 1 0 2とで構成されている。まず、機体側制御装置 1 0 1について説明する。

ブ一ム 8にはブーム 8の回転角度を検出する角度センサ 3 4が、アーム 9にはアーム 9の回転角度を検出する角度センサ 3 5が、バケツト 1 0にはバケツト 1 0の回転角度を検出する角度センサ 3 6がそれぞれ設けられており、角度センサ 3 4 , 3 5， 3 6は、それぞれフロント作業機 7の姿勢に応じて電気的な角度信号 α、 β、ァを出力する。

更に、運転室 6内には車体の左右傾斜角度を検出する傾斜センサ 3 7が備えられており、車の左右傾斜角度に応じて電気的な角度信号 σを出力する。

油圧ショベル 1の外部にはレーザ光を発するレーザ灯台 5 1が設置され、油圧ショベル 1のアーム 9の側面にはレーザ光 Rを受光するとパルス信号てを発生するレ一ザ受光器 5 2が取り付けられている。レーザ灯台 5 1が発するレーザ光は外部基準となるレーザ基準面 Rを形成する。

角度センサ 3 4 , 3 5 , 3 6、傾斜センサ 3 7から出力された角度信号 α、 β、ァ、 σ及びレーザ受光器 5 2から出力されたパルス信号ては、制御ュニット 5 3 に入力される。制御ユニット 5 3は無線通信装置 5 4を備え、各角度信号ひ、 β、 Τ、 σ及びパルス信号てと、管理事務所 Gから送信され無線通信装置 5 4により受信する目標掘削面の設定情報に基づき、バケツト 1 0の先端位置や車体に対する目標掘削面の位置関係などを演算し、自動制御の設定値として記憶すると共に表示情報を無線通信装置 5 4により管理事務所 1 0 0の遠隔操作端末 1 0 2に送信する。また、制御ュニット 5 3は、管理事務所 1 0 0の遠隔操作端末 1 0 2から送信され無線通信装置 54により受信する設定情報や自動制御の開始指示（後述）及び無線操縦信号に従い、フロント作業機 7が設定された範囲を出ないように制御する範囲制限制御、フロント作業機 7が設定された範囲から出そうになるとその範囲に沿って動作させる領域制限掘削制御、あるいは設定された軌跡に沿つてフロント作業機 7を動作させる軌跡制御などを行う。

管理事務所 100において、遠隔操作端末 102はパソコン 71とジョイステイツク 72と無線通信装置 73， 74とを有している。パソコン 71は制御装置 71 a、表示装置 71 b、操作装置 71 cからなり、油圧ショベル 1の自動制御の設定手段として用いられる。表示装置 71 bは例えば LCDからなる画像表示部 71 dを備えている。操作装置 71 cは、公知の如く、文字入力キ一、カーソル移動キー（上下左右)、リターンキー、数値入力キー（テンキー）等を備えたキ一ボード及びマウスである。ジョイスティック 72は油圧ショベル 1の無線操縦を行うための遠隔操作手段であり、油圧ショベル 1に設けられた上述の操作レバ一装置 303 L, 303 R及び図示しない走行用の操作レバーと同等の機能を有し、ジョイスティック 72を操作するとフロント作業機 7に係わる制御弁 24 , 25， 26及び図示しない旋回制御弁、左右走行制御弁に対する操作信号が出力される。

無線通信装置 73はパソコン 71の制御装置 71 aに接続され、制御装置 71 aはこの無線通信装置 73を介して油圧ショベル 1の制御ュニット 53と情報のやりとりを行う。無線通信装置 74はジョイスティック 72に接続され、ジョイスティック 72は操作信号をこの無線通信装置 74を介して油圧ショベル 1の制御ユニット 53に送信する。

無線通信装置 54， 73， 74は、それぞれ、無線通信装置本体 54 a, 73 a, 74 aとアンテナ 54 b, 73 b, 74 bを備えている。

図 2に制御ュニット 53及び無線通信装置 54の構成を示す。制御ュニット 5 3は、角度センサ 34， 35， 36、傾斜センサ 37からそれぞれ入力される角度信号 α, β, τ, び、レーザ受光器 52から入力されるパルス信号て、及びポテンショメータ 3 l a, 31 b, 32 a, 32 bから入力される操作信号 X 1 , Χ2, Χ3, Χ4をディジタル信号に変換する AZD変換器 110、中央演算処理装置（CPU) 120、制御手順のプログラムや制御に必要な定数を格納するリードオンリ一メモリー（ROM) 130、演算結果あるいは演算途中の数値を一時的に記憶するランダムアクセスメモリ（RAM) 140、無線通信装置 54 の本体 54 aと通信を行うためのシリアルコミュニケ一ションィン夕ーフェース

(SC I) 150、ディジタル信号をアナログ信号に変換する D/A変換器 16 0を含むシングルチップマイコン 165と、機種別あるいはグレード別の制御定数、寸法データなどを記憶しておく不揮発性メモリ（EEPROM) 170と、増幅器 180とで構成されている。

無線通信装置 54の本体 54 aは、中央演算処理装置（CPU) 310、演算のプログラムや演算に必要な定数を格納するリードオンリーメモリー（ROM) 320、演算結果あるいは演算途中の数値を一時的に記憶するランダムアクセスメモリ（RAM) 330、制御ユニット 53と通信を行うためのシリアルコミュ二ケーシヨンイン夕一フェース（SC I) 340、無線通信用アンテナ 54 bで受信した信号を増幅する増幅器 350とで構成されている。

図 3にパソコン 71の制御装置 71 a及び無線通信装置 73の構成を示す。制御装置 71 aは、操作装置 71 cからの操作信号を取り込むインタ一フェース

(I/O) 210、中央演算処理装置（CPU) 220、制御手順のプログラムや制御に必要な定数を格納するリードオンリ一メモリ一（ROM) 230、演算結果あるいは演算途中の数値を一時的に記憶するランダムアクセスメモリ（RA M) 240、無線通信装置 73の本体 73 aと通信を行うためのシリアルコミュニケーションィンタ一フェース (SC I) 250を含むシングルチップマイコン 255と、不揮発性メモリ（EEPROM) 260と、表示装置 71 bに表示する表示内容を描画したり加工するためのメモリ 270と、表示装置 71 bに表示させるための演算を行う表示演算部 280と、表示演算部 280で作成された表示内容を表示装置 7 1 bに出力するためのインタ一フェース 290とで構成されている。

無線通信装置 73の本体 73 aは、無線通信装置本体 54 aと同様、中央演算処理装置（CPU) 410、リードオンリ一メモリー（ROM) 420、ランダムアクセスメモリ (RAM) 430、シリアルコミュニケーションインタ一フエース（S C I ) 4 4 0 , 増幅器 4 5 0とで構成されている。ジョイスティック 7 2の無線通信装置 7 4の本体 7 4 aも同様に構成されている。

図 4に、制御ュニット 5 3の R O M 1 3 0に記憶された制御プログラムの概要を機能ブロック図で示す。制御ユニット 5 3は、目標掘削面を設定すると共に遠隔操作端末 1 0 2に送信する表示情報の演算を行う設定 ·表示処理部 5 5と、領域制限掘削制御を行う掘削制御部 5 6とを有している。

設定 ·表示処理部 5 5は、角度センサ 3 4， 3 5， 3 6、傾斜センサ 3 7の角度信号 α , β , Ύ , σ , レーザ受光器 5 2のパルス信号てと遠隔操作端末 1 0 2 からの設定情報（後述）を入力し、油圧ショベル 1の下部走行体 2と上部旋回体 3からなる車体に関して設定された X— ζ座標系により目標掘削面及びレーザ基準面を演算し、目標掘削面を設定すると共に、遠隔操作端末 1 0 2の表示装置 7 1 bに表示される表示情報を演算する。

掘削制御部 5 6は、設定 ·表示処理部 5 5で設定された目標掘削面に基づき、公知の領域制限掘削制御を行うよう制御弁 2 6， 2 7， 2 8に対する指令信号を生成する処理を行う。

図 5に設定 ·表示処理部 5 5の処理機能をプロック線図で示す。設定 ·表示処理部 5 5は、バケツト爪先の座標演算部 5 5 aと、車体とレーザ基準面の位置関係演算部 5 5 bと、レーザ基準面と目標掘削面の位置関係（深さ）記憶部 5 5 c と、車体と目標掘削面の位置関係演算 ·記憶部 5 5 dと、パケットの爪先深さなどの数値データ演算部 5 5 eと、目標掘削面とバケツトの位置関係演算部 5 5 f と、レーザ基準面と目標掘削面と車体との位置関係演算部 5 5 gの各機能を有している。

バケツト爪先の座標演算部 5 5 aは、油圧ショベル 1の車体に関して設定された X— z座標系及び各部寸法と角度センサ 3 4 , 3 5 , 3 6の角度信号ひ， β， rに基づいて、パケット爪先の X— z座標系の座標値（P vx， P vz) を演算する。車体とレーザ基準面の位置関係演算部 5 5 bは、レーザ受光器 5 2によってレ一ザ光を受光した際のレーザ受光器 5 2の X— z座標系の座標値（P Lx， P Lz) と、傾斜センサ 3 7の角度信号 σと遠隔操作端末 1 0 2で設定された目標掘削面の勾配 εとから、 χ— ζ座標系におけるレーザ基準面 Rの一次式を演算する。レーザ基準面と目標掘削面の位置関係（深さ）記憶部 5 5 cは、遠隔操作端末 1 0 2で設定されたレーザ基準面 Rに対する目標掘削面の深さ（位置関係） L d を R AM 1 4 0に記憶する。 ' 車体と目標掘削面の位置関係演算 ·記憶部 5 5 dは演算部 5 5 bによって演算された車体とレーザ基準面との位置関係と、記憶部 5 5 cに記憶された深さ設定値 L dとから、 X— z座標系における目標掘削面の一次式を演算する。この目標掘削面の一次式は R AM 1 0に記憶され、掘削制御部 5 6において領域制限掘削制御の目標掘削面の設定値として用いられる。

数値データ演算部 5 5 eは、演算部 5 5 aによって演算されたバケツト爪先の座標値と、演算部 5 5 bによって演算された車体とレーザ基準面の位置関係と、演算部 5 5 dによって演算された車体と目標掘削面の位置関係とからバケツトの爪先深さ、バケツト勾配、目標掘削面の設定深さ、勾配などの数値を演算し表示情報とする。

目標掘削面とバケツトの位置関係演算部 5 5 f は、演算部 5 5 aによって演算されたバケツト爪先の座標値と、演算部 5 5 dによって演算された車体と目標掘削面の位置関係とから目標掘削面とバケツトの位置関係を演算し表示情報とする。レーザ基準面と目標掘削面と車体との位置関係演算部 5 5 gは、演算部 5 5 b によって演算された車体とレーザ基準面の位置関係と、演算部 5 5 dによって演算された車体と目標掘削面の位置関係とからレーザ基準面と目標掘削面と車体との位置関係を演算し表示情報とする。

演算部 5 5 e， 5 5 f , 5 5 gで演算された数値及び位置関係は表示情報として遠隔操作端末 1 0 2に送信される。

図 6に掘削制御部 5 6の処理機能をプロック線図で示す。掘削制御部 5 6は、操作信号の最大値選択部 5 6 aと領域制限掘削制御演算部 5 6 bの各機能を有している。最大値選択部 5 6 aでは操作レバー装置 3 0 3 L , 3 0 3 Rからの操作信号 X I〜X 3と遠隔操作端末 1 0 2のジョイスティック 7 2からの無線操縦のための操作信号の対応するものを比較し最大値を選択する。領域制限掘削制御演算部 5 6 bでは、その最大値として選択された操作信号と、角度センサ 3 4， 3 5 , 3 6の角度信号 α， β , ァと遠隔操作端末 1 0 2の操作装置 7 1 cからの制御開始 ·終了信号と上記演算 ·記憶部 5 5で記憶した目標掘削面の設定情報を入力し、領域制限掘削制御を行うよう演算処理を行い、流量制御弁 2 4， 2 5 , 2 6に制御信号を出力する。

ここで、領域制限掘削制御とは、車体基準で目標掘削面を設定し、操作レバ一を操作しフロント作業機 7の一部、例えば、パケット 1 0が目標掘削面に近づくと、バケツトの目標掘削面に向かう方向の動きのみを減速し、バケツト 1 0が目檩掘削面に達すると、バケツト 1 0は目標掘削面の外には出ないが目標掘削面に沿っては動けるようにフロント作業機 7を半自動で制御するものであり、その一例が国際公開番号 WO 9 5 / 3 0 0 5 9号公報に開示されている。また、領域制限掘削制御演算部 5 6 bは油圧制御弁 2 4， 2 5 , 2 6を制御し目標掘削面を形成するようフロント作業機 7の動作を制御するフロント制御手段を構成する。図 7に、パソコン 7 1の制御装置 7 1 aの R OM 2 3 0に記憶された制御プログラムの概要を機能ブロック図で示す。制御ュニット 7 1 aは、パソコン 7 1の操作装置 7 1 cにより入力した目標掘削面の深さ■勾配及び制御の開始 ·終了指示情報を送信可能な信号に処理する通信処理部 8 1と、油圧ショベル 1から送信された表示情報と操作装置 7 1 cからの操作信号に基づき表示演算処理を行い、その処理デ一夕を表示装置 7 1 bに表示させる表示演算処理部 8 とを有している。

表示演算処理部 8 2の処理内容を図 8〜図 1 6により説明する。

まず、表示装置 7 1 bの画像表示部 7 1 dに表示する内容を説明する。

図 8及び図 9は画像表示部 7 1 dに選択的に表示する 2種類の画面を示すものであり、図 8は自動制御のための目標掘削面の深さ、勾配の設定状態を表示する掘削設定画面 6 1を、図 9は掘削設定画面で設定した目標掘削面とパケットの相対位置を拡大表示する掘削モニタ画面 6 2をそれぞれ示している。これら画面 6 1， 6 2はそれぞれ目的とする情報を表示する主画面領域 6 3と、その右側に位置する副画面領域としてのメニュー領域 6 4とを有し、メニュー領域 6 4にはそれぞれの画面情報に応じて複数の項目が設定されている。また、メニュー領域 6 4の各項目の選択 ·実行は、例えばパソコン 7 1の操作装置（キーボード） 7 1 cの力一ソル移動キー（上下左右）とリターンキーを用いて行う。つまり、メニユー領域 6 4には各項目を反転表示するカーソルが表示されており、操作装置 7 1 cの上下のカーソル移動キーを操作してカーソルを上下に移動し、メニュー領域 6 4上の希望する項目を選び、リターンキーを押すことで反転表示した項目の内容を決定し実行する。これらのキーを用いる代わりにマウスを用い項目を選択し、クリックすることで決定 ·実行を行ってもよい。

掘削設定画面 6 1及び掘削モニタ画面 6 2の詳細を説明する。

図 8において、掘削設定画面 6 1の主画面領域 6 3は、車体をシンボルで表示すると共に、自動制御のための目標掘削面の深さ、勾配の設定状態を数値と設定値に応じて動く直線で表示する。また、レーザ基準面を外部基準として用いた場合は、当該レーザ基準面を上下に動く破線で表示する。

また、掘削設定画面 6 1のメニュー領域 6 4には「制御〇NZ〇F F」、「勾配」、「深さ」、「画面切換」の各項目がある。操作装置 7 1 cの上下のカーソル移動キ一を用いてメニュー領域 6 4の「勾配」を選択し、数値入力キーを操作して数値を入力することで目標掘削面の勾配を設定することができる。このとき、数値を入力すると画面上の勾配の数値が変更され、かつ目標掘削面を示す直線の傾きが変化する。また、レーザ基準面を用いるときは、目標掘削面はレーザ基準面に平行に表示され、数値入力キーを操作するとレーザ基準面を示す破線の傾きも変化する。レーザ基準面は、前述したようにフロント作業機のアームに取り付けたレーザ受光器 5 2がレ一ザ基準面一致したときに、レーザ受光器 5 2がパルス信号を出力することにより設定 ·表示される。レーザ基準面を用いないときは、目標掘削面の勾配は例えば車体下面の中心を基準として設定 ·表示される。また、同様に上下の力一ソル移動キ一を用いて「深さ」を選択し、数値入力キ一を操作して数値を入力することで目標掘削面の深さを設定することができる。このとき、数値を入力すると画面上の設定深さの数値が変更され、かつ目標掘削面を示す直線が上下に移動する。また、レーザ基準面を用いるときは、目標掘削面の深さはレーザ基準面からの値として設定され、レーザ基準面に対して上下に移動する。レーザ基準面を用いないときは、目標掘削面の深さは例えば地面を基準として設定 ·表示される。

操作装置 7 1 cの上下のカーソル移動キーとリタ一ンキーを用いてメニュー領域 6 4の「制御 ONZO F F」を選択 ·実行すると自動制御が開始される。制御中は画面中に図示の如く「制御中」の表示を行う。この「制御中」の表示は他画面、つまりこれから説明する図 9に示す掘削モニタ画面 6 2に切り換えたときにも行う。また、上記の目標掘削面の設定は制御の ONZO F Fに係わらず行える。再度、「制御 ONZO F Fj を選択 ·実行すると自動制御を終了させる。

メニュー領域 6 4の「画面切換」を選択，実行すると、掘削設定画面 6 1から掘削モニタ画面 6 2に切り替わる。

掘削モニタ画面 6 2の主画面領域 6 3は、掘削設定画面 6 1で設定した目標掘削面とバケツト 1 0の位置関係を数値と動くイラス卜で拡大表示する。目標掘削面の表示は、掘削設定画面 6 1と同様、設定状態に応じて動く直線を表示することにより行う。バゲット 1 0のイラスト表示は、油圧ショベル 1側の制御ュニット 5 3で計算されたバケツト 1 0の姿勢及び目標掘削面との位置関係に応じて移動、回転するパケットのシンボルを表示することにより行う。管理事務所のオペレ一タはこの画面を見ることでバケツト先端の位置と目標掘削面との位置を常時確認しながら作業することができる。また、自動制御が O F Fでもこの画面でジョィスティック 7 2を用いてそのような作業を行うことができる。

掘削モニタ画面 6 2のメニュー領域 6 4には「角度単位」、「画面切換」の各項目がある。操作装置 7 1 cの上下のカーソル移動キーとリターンキーを用いて、メニュー領域 6 4の「角度単位」を選択，実行すると、主画面領域 6 3に表示される左右傾斜角度とパケット角の角度単位を「° 」 → 「％」 → 「割分」表示に順次切り替えることができる。

メニュー領域 6 4の「画面切換」を選択 ·実行すると、掘削モニタ画面 6 2から掘削設定画面 6 1に切り替わる。

図 1 0は前述した「掘削設定画面 6 1」と「掘削モニタ画面 6 2」の画面遷移を示す。オペレータは操作装置 7 1 cの上下のカーソル移動キーとリターンキーを用い、上述したように各画面でメニュー領域 6 4の「画面切換」を選択し実行することで、自由に表示内容を切り換えることができる。

図 1 1〜図 1 6に上記のような表示制御を行う表示演算処理部 8 2の処理手順をフローチャートで示す。図 11はパソコン 71の制御装置 71 aに電源が投入されたときの処理手順を示すフローチャートである。制御装置 71 aの電源が投入されると、初期画面として掘削設定画面 61を表示し、メニュー領域 64のカーソル初期位置を「画面切換」に設定する（ステップ S 104)。次いで、操作装置 71 cのリタ一ンキ一が押され決定操作がなされたかどうか（ステップ S 141)、あるいは上下のカーソル移動キーが押されメニュー（上）又は（下）操作がなされたかかどうかを判断する（ステップ S 142、 143)。このとき、メニュー領域のカーソルは「画面切換」にあり、操作装置 71 cのリターンキーが押されると、掘削モニタ画面 62に切り換え（ステップ S 144)、上カーソル移動キーが押されるとカーソルを「深さ」に移動し（ステップ S 145)、下カーソル移動キ一が押されると力一ソルを「制御 ONZ〇FF」に移動する（ステップ S 146)。

図 12は、図 1 1に示したフローチヤ一トのステップ S 145で、掘削設定画面 61のメニュー領域 64のカーソルを「深さ」に移動したときの処理手順を示すフローチャートである。操作装置 71 cの上下のカーソル移動キーが押されたかどうか（ステップ S 151、 1512)、あるいは数値入力キーが押された数値が入力されたかどうかを判断する（ステップ S 153)。上カーソル移動キーが押されるとカーソルを「勾配」に移動させ（ステップ S 155)、下カーソル移動キ —が押されるとカーソルを「画面切換」に移動させる (ステップ S 156)。また、数値入力キ一が押されると深さ設定値の数値を入力した数値に変更する（ステツプ S 157)。

図 13は、図 12に示したフローチャートのステップ S 155で、掘削設定画面 61のメニュー領域 64のカーソルを「勾配」に移動したときの処理手順を示すフローチャートである。操作装置 71 cの上下のカーソル移動キーが押されたかどうか（ステップ S 161、 162)、あるいは数値入力キーが押され数値が入力されたかどうかを判断する（ステップ S 163)。上カーソル移動キーが押されるとカーソルを「制御〇NZOFF」に移動させ（ステップ S 165)、下力一ソル移動キーが押されるとカーソルを「深さ」に移動させる（ステップ S 166)。また、数値入力キーが押されると勾配設定値の数値を入力した数値に変更する (ステップ S 167)。図 14は、図 13に示したフローチャートのステップ S 165で、掘削設定画面 61のメニュー領域 64のカーソルを「制御〇NZOFF」に移動させたときの処理手順を示すフローチャートである。操作装置 71 cの上下のカーソル移動キーが押されたかどうか（ステップ S 171、 172)、あるいはリターンキーが押されたかどうかを判断する（ステップ S 172)。上カーソル移動キーが押されるとカーソルを「画面切換」に移動させ（ステップ S 174)、下カーソル移動キ —が押されるとカーソルを「勾配」に移動させる（ステップ S 175)。リターンキーが押されると、制御状態で「制御中」が表示されているかどうかを判断し

(ステップ S 176)、制御状態であると「制御中」の表示を OFFにし、かつ制御ュニットに制御 OFF指令のコマンドを送る（ステップ S 177)。制御状態でないと「制御中」を表示し、かつ制御ユニット 52に制御 ON指令のコマンドを送る（ステップ S 178)。

図 15は、図 11に示したフローチャートのステップ S 144で、掘削モニタ画面 62に切り換えたときの処理手順を示すフローチャートである。このとき、カーソルは「画面切換」位置にある。また、掘削モニタ画面 62に表示されるバケット角の角度の単位の初期値は「° 」を表示する。次いで、操作装置 71 cのリターンキーが押されたかどうか（ステップ S 181)、あるいは上下のカーソル移動キーが押されたかどうかを判断する（ステップ S 182， 183)。リターンキーが押されると掘削設定画面 61に切り換える（ステップ S 182)。上カーソレ移動キ一またはしたカーソル移動キ一が押されると力一ソルを「角度単位」に移動させ（ステップ S 184)。

図 16は、図 15に示したフローチャートのステップ S 184で、カーソルを「角度単位」に移動させたときの処理手順を示すフローチャートである。操作装置 71 cのリタ一ンキーが押されたかどうか（ステップ S 111)、あるいは上下のカーソル移動キーが押されたかどうかを判断する（ステップ S 1 12、 11 3)。リターンキーが押されると、現在の角度単位が「° 」であるかどうか（ステップ S 1 14)、あるいは「％」であるかどうか（ステップ S 116) が判断され、その判断結果に応じて角度単位を「％」（ステップ S 1 15)、「割分」（ステップ S 117)、「° 」（ステップ S 1 18) に設定する。掘削モニタ画面 62にはバゲット角の角度単位の初期値として「° 」が表示されており、'電源投入後、始めてリターンキーが押された場合は、現在の角度単位が「° 」であるのでステップ S 1 1 4で肯定され、ステップ S 1 1 5で角度単位を「％」に変更する。その後、再度リターンキーが押されると、ステップ S 1 1 4で否定され、ステップ S 1 1 5で肯定され、ステップ S 1 1 7で角度単位を「割分」に変更する。その後、更にリターンキーが押されると、ステップ S 1 1 4 , S 1 1 5で否定され、ステツプ S 1 1 8で角度単位を「° 」に変更する。

また、上カーソル移動キー又は下カーソル移動キーが押されるとカーソルを「画面切換」に移動する（ステップ S 1 2 0 )。

以上の遠隔制御システムを用いた作業例を説明する。

まず、作業現場において、これから掘削しょうとする目標掘削面の近くに油圧ショベル 1を移動設置し、かつレーザ灯台 5 1を適所に設置する。レーザ灯台 5 1の設置箇所としては、目標掘削面に平行にレーザ基準面（外部基準） Rを形成できかつ油圧ショベル 1のアーム 9に取り付けたレーザ受光器 5 2がそのレーザ基準面のレ一ザ光を受光できる場所を選択する。次いで、レーザ基準面 Rの角度をこれから掘削しょうとする目標掘削面の角度に合わせるようレーザ灯台 5 1のレーザ光の発射方向を調整するとともに、制御ユニット 5 3の電源を入れ、作業現場での準備作業を完了する。作業員は準備作業の完了を携帯電話などで管理事務所 1 0 0側のオペレータに知らせる。

一方、遠隔操作端末 1 0 2を設置した管理事務所 1 0 0においては、パソコン 7 1の電源を入れ、表示装置 7 1 bの表示部に掘削設定画面 6 1を表示する。ここで、制御ユニット 5 3の電源 O N時、目標掘削面の深さ及びレーザ基準面の一次式の初期値としてはそれらが掘削設定画面 6 1に表示されない値が設定されるようにしておく。これにより掘削設定画面 6 1の初期画面では建設機械 1の車体は表示されるが、目標掘削面及びレーザ基準面は表示されない。また、目標掘削面の勾配としては 0 ° を設定しておく。

作業現場から準備作業が完了したことを知らされると、管理事務所のオペレー夕はジョイスティック 7 1を操作して油圧ショベル 1のフロント作業機 7を遠隔で操縦し、レーザ受光器 5 2にレーザ灯台 5 1のレーザ光を受光させる。レーザ受光器 5 2がレーザ光を受光すると、前述したように油圧ショベル 1に搭載された制御ュニット 5 3の設定 ·表示処理部 5 5において、演算部 5 5 bにて車体とレーザ基準面の位置関係が演算され、演算部 5 5 gにてレーザ基準面と目標掘削面と車体との位置関係が演算される。演算部 5 5 gの演算結果は表示情報として管理事務所側に無線で送信され、表示装置 7 1 bの掘削設定画面 6 1には油圧ショベル 1の車体とレーザ基準面が表示される。このとき、目標掘削面の設定情報としては上述した初期値が用いられるので、掘削設定画面 6 1ではレーザ基準面は水平に表示される。

次いで、管理事務所側では、オペレータはパソコン 7 1の操作装置 7 1 cを用いて目標掘削面の深さと勾配（設定情報）を入力する。この操作は、掘削設定画面 6 1のメニュー領域 6 4の「深さ」又は「勾配」の項目を選択し、主画面領域 6 3を見ながら行う。オペレータが入力した設定情報は無線で油圧ショベル 1の制御ュニット 5 3に送信され、演算部 5 5 b , 5 5 dにてその設定情報を用いて車体とレーザ基準面の位置関係、車体と目標掘削面の位置関係が演算され、演算部 5 5 gにてレーザ基準面と目標掘削メント車体の位置関係が演算される。その演算結果は表示情報として管理事務所側に無線で送り戻され、表示装置 7 1 の掘削設定画面 6 1にオペレータの入力値に応じてレーザ基準面と目標掘削面が表示される。例えば、目標掘削面の勾配を入力すれば、それに応じて掘削設定画面 6 1に表示されるレーザ基準面の角度が変わり、目標掘削面の深さを入力すれば、それに応じた位置にレーザ基準面と平行に目標掘削面が表示され、目標掘削面の深さの数値を変えれば、それに応じて目標掘削面はレーザ基準面に対し平行移動する。このようにオペレータは、掘削設定画面 6 1を見ながら最適の位置に目標掘削面を設定することができる。

一方、油圧ショベル 1側では、その目標掘削面は、制御ユニット 5 3の演算部 5 5 dにて車体と目標掘削面の位置関係（車体の X— z座標系における一次式）として記憶される。

なお、このように設定操作を行うとき、作業現場の作業員と携帯電話で連絡を取り合ったり、作業現場をカメラで撮影し、その画像情報を管理事務所 1 0 0側のモニタテレビに表示できるようにしておくことが好ましく、管理事務所 1 0 0 のオペレータはその携帯電話による連絡やモニタテレビの画像を通じて現場の地形情報を把握し、これにより一層適切に目標掘削面を設定することができる。以上のように目標掘削面が設定されると、管理事務所 1 0 0側のオペレータは、掘削設定画面 6 1のメニュー領域 6 4で「制御 O N/〇F F」の項目を選択実行し、油圧ショベル 1の領域制限掘削制御を開始する。この領域制限掘削制御では、オペレータはジョイスティック 7 2を操作し、油圧ショベル 1のフロント作業機 7を無線操縦することで、油圧ショベル 1はバケツト先端が目標掘削面を超えないように半自動で制御され、目標掘削面を容易に形成することができる。

また、この無線操縦による半自動制御では、表示装置 7 1 bの画面を掘削モニ夕画面 6 2に切り換えてもよい。掘削モニタ画面 6 2では、バゲットシンボルと目標掘削面の位置関係が拡大表示されているので、オペレータはその画面を見ながらバゲットと目標掘削面の位置関係を常時確認しながら作業を行うことができる。

以上のように構成した本実施の形態によれば次の効果が得られる。

1 ) 油圧ショベル 1にフロント作業機 7の動作を半自動で制御する領域制限掘削制御機能を搭載し、この油圧ショベル 1に対し遠隔操作端末 1 0 2を設け、目標掘削面の設定情報の入力と無線操縦を遠隔操作端末 1 0 2側で行えるようにし、かつ遠隔操作端末 1 0 2に油圧ショベル 1と目標掘削面との位置関係を表示する表示装置 7 1 bを設けたので、オペレータは表示装置 7 1 bの画面を見ながら遠隔で目標掘削面の設定を行うことができるとともに、遠隔でフロント作業機 7を操縦し、領域制限掘削制御の半自動制御機能を利用して目標掘削面を形成することができ、これにより目標掘削面の遠隔設定と油圧ショベル 1の遠隔操縦を容易に行うことができる。

2 ) 領域制限掘削制御は、ジョイスティック 7 2の無線操縦信号と操作装置 7 1 cの設定情報に基づいてフロント作業機の動作を制御する半自動制御であるので、手動方式に比べオペレータの負担は格段に減り、かつ設定情報を変えるだけで種々の作業現場に容易に対応することができる。

3 ) 遠隔操作端末 1 0 2側での目標掘削面の設定情報の入力は、油圧ショベル 1のレーザ基準面に対する目標掘削面の位置関係を入力することにより行い、油圧ショベル 1側でその設定情報を油圧ショベル 1に対する位置関係に変換するので、オペレータは外部基準であるレーザ基準面を用いて目標掘削面を設定することができる。また、このとき、遠隔操作端末 1 0 2の表示装置 7 1 bにレーザ基準面と目標掘削面と油圧ショベル 1の位置関係を表示するので、オペレ一タは表示装置の画面を見ながら容易に目標掘削面を設定することができる。

なお、上記実施の形態では、油圧ショベル 1側の制御ュニット 5 3の設定 ·表示処理部 5 5にバケツトの爪先深さなどの数値データ演算部 5 5 eと、目標掘削面とバケツトの位置関係演算部 5 5 f と、レーザ基準面と目標掘削面と車体との位置関係演算部 5 5 gを設けた力これらの演算部は遠隔操作端末 1 0 2側の制御装置 7 1 aに設けてもよい。

また、遠隔操作端末 1 0 2のパソコン 7 1とジョイスティック 7 2を離れた場所に設置してもよい。

また、遠隔操作端末 1 0 2ではパソコン 7 1用の無線通信装置 7 3とジョイスティック 7 2用の無線通信装置 7 4とを別個に構成したが、これらの無線通信装置は 1つにまとめてもよい。

更に、上記実施の形態では、管理事務所 1 0 0側のみに表示装置 7 1 bと操作装置 7 1 cを設置したが、油圧ショベル 1側にも表示装置と操作装置を設置してもよく、この場合は、状況に応じ、油圧ショベル 1にオペレータが搭乗し、有人で設定及び制御操作を行うことができる。

更に、上記の実施の形態では、自動制御に係わる作業の目標となる面や領域の設定状態を数値と動くイラストで表示する画面（掘削設定画面 6 1 ) 以外の画面として掘削モニタ画面 6 2を設けたが、これに代え、或いはこれに加え、別の画面を表示するようにしてもよい。別の画面としては、例えば燃料計、油圧温度計、エンジン冷却水温時計等の計器情報を表示する計器情報画面や、水温異常や油温異常を表示する異常警告情報画面、エンジン回転数、掘削負荷、走行負荷、旋回負荷等の稼動情報を表示する稼動情報画面等が考えられる。

本発明の他の実施の形態を説明する。

上記の実施の形態では、外部基準としてレーザ基準面を用いたが、位置及び姿勢が既知である外部座標系を外部基準として用いることができる。位置及び姿勢が既知である外部座標系の代表例としては G P S (grobal pos i t ioning sys tem) で用いるグローバル座標系がある。グローバル座標系とは地球の準拠楕円体の中心に原点を持つ直交座標系である。 G P Sによりグローバル座標系を外部基準として油圧ショベル 1の位置 ·方向を計測 ·把握するとともに、表示装置に G P S 情報と関連づけられた地形データと設計データを表示することにより、その設計デ一夕を目標作業面として用いることができる。

つまり、車体に G P Sアンテナを一個若しくは複数個設置し、複数の G P S衛星からの信号を用いて G P Sアンテナの位置を地球上の緯度 ·経度 ·海抜高さ情報として検出し、その情報をグローバル座標系の値に変換し、所定の演算処理を行うことにより油圧ショベルの位置や車体の方向を把握する。この演算処理は油圧ショベルに設置した制御装置で行ってもよいが、好ましくは管理事務所に設置したパソコンの制御装置で行う。パソコンの制御装置には地球上の緯度 ·経度 · 海抜高さ情報を用いて三次元に加工した施工データを設定しておく。この施工デ —夕には地形データと施工計画線（設計データ）が含まれる。パソコンの表示装置は油圧ショベルの位置 ·方向情報と三次元の施工データを入力し、それらを表示する。また、パソコンの制御装置は油圧ショベルの位置 ·方向情報と三次元の施工データとを比較して、現在の車体位置 ·方向における目標の掘削面を演算し、この目標掘削面の設定情報を油圧ショベルの車体基準の設定情報に変換し、油圧ショベルに送信する。油圧ショベルはその設定情報を記憶し、自動制御に使用する。施工データから得た目標掘削面の設定情報は油圧ショベルに送信し、油圧ショベル 1でその設定情報を車体基準の設定情報に変換してもよい。

図 1 7〜図 2 0は、グロ一バル座標系における油圧ショベルの位置 ·方向を特定する方法として 2個の G P Sアンテナを用いるものを本発明の第 2の実施の形態として示すものである。図中、図 1に示した部材と同等のものには同じ符号を付している。

図 1 7は本実施の形態に係わる油圧ショベルの外観を示す図である。油圧ショベル 1 Aには、ブーム回転角検出器 3 4、アーム回転角検出器 3 5、パケット回転角検出器 3 6に加え、下部走行体 2と上部旋回体 3の回転角（旋回角度）を検出する角度センサ 5 2 0、上部旋回体 3の前後方向の傾斜角（ピッチ角度）と左右方向の傾斜角（ロール角度）を検出する傾斜センサ 524が設けられている。また、油圧ショベル 1 Aには、 GPS衛星からの位置信号を受信する 2個の G PSアンテナ 531， 532、受信した位置信号を管理事務所 100に送信するための無線アンテナ 533、各種センサ 34〜36, 520, 524の信号を管理事務所 100に送信し、管理事務所 100から無線操縦信号や目標掘削面の設定情報及び表示情報（後述）の各種データを受信する無線アンテナ 535が設けられている。 2個の GP Sアンテナ 531, 532は上部旋回体 3の旋回中心から外れた旋回体後部の左右に設置されている。

図 18は本実施の形態に係わる遠隔制御システム及び遠隔設定システムの全体構成を示す図である。

機体側制御装置 101 Aは、車体コントローラ 633と、表示装置 634と、無線アンテナ 535及び無線機 635からなる無線通信装置 54 Aと、 GPSァンテナ 531, 532及び GP S受信機 543, 544と、無線アンテナ 533 及び無線機 547からなる無線通信装置 548とを備えている。

遠隔操作端末 102 Aは、制御装置 643、表示装置 644、操作装置 645 からなるパソコン 71 Aと、無線アンテナ 641及び無線機 642からなる無線通信装置 73 Aと、ジョイスティック 72と、無線機 74 a及び無線アンテナ 7 4 bからなる無線通信装置 74と、 GP Sアンテナ 552、無線アンテナ 553 及び無線機 556からなる無線通信装置 554と、 GP Sアンテナ 552、 GP S受信機 555及び GPSコンピュータ 557とを備えている。

機体側制御装置 101 A側の動作は、車体コントローラ 633がセンサ 34〜 36， 520， 524の信号を入力しアンテナ 535及び無線機 635を介して遠隔操作端末 102 Aに送信する点、アンテナ 535及び無線機 635を介して遠隔操作端末 102 Aから表示情報を受信し表示装置 634に表示させる点、 G PS受信機 543, 544が受信した GP Sアンテナ 531, 532の位置情報をアンテナ 533及び無線機 547を介して遠隔操作端末 102 Aに送信する点を除いて、第 1の実施の形態と実質的に同じである。

遠隔操作端末 102 A側では、機体側制御装置 101 Aから送信されたセンサ 34〜36， 520, 524の信号をアンテナ 641及び無線機 642で受信し、パソコン 71 Aの制御装置 643に入力するとともに、機体側制御装置 101 A から送信された GPSアンテナ 531, 532の位置情報をアンテナ 553及び無線機 556で受信し、 G P Sコンピュータ 557で補正した後、パソコン 71 Aの制御装置 643に入力する。

本実施の形態では高精度での位置計測を行うため、 RTK (リアルタイムキネマティック）計測を行う。 0? ァンテナ552、 GP S受信機 555及び GP Sコンピュータ 557はそのための基準局としての役割も持つものであり、 GP Sコンピュータ 557は予め計測したアンテナ 52の 3次元位置デ一夕と、 GP Sアンテナ 552により受信される GP S衛星からの位置信号とに基づき、 RT K計測のための補正データを生成し、この補正デー夕を用いて G P Sアンテナ 5 31， 532により受信した GPS衛星からの位置情報を補正し、 GPSアンテナ 531, 532の 3次元位置の RTK計測を行う。この RTK計測によって、 G P Sァンテナ 531, 532の 3次元位置が約士 1〜 2 c mの精度で計測される。そして、計測された 3次元位置デ一夕はパソコン 71 Aの制御装置 643に入力される。 ·

制御装置 643には、地球上の緯度 ·経度 ·海抜高さ情報を用いて三次元に加ェした施工データを入力し、記憶装置に記憶しておく。施工データの入力は操作装置 645を用いて行う。この場合、操作装置 645により施工デ一夕を作成し、記憶させてもよいし、外部で作成した施工データを MO等の記録メディアを用いて制御装置 643にインス！ ^一ルし、記憶させてもよい。このとき、その施工デ一夕を更に加工してもよい。この施工データには地形.データと施工計画線（設計データ）が含まれるのが好ましいが、施工計画線（設計データ）だけであってもよい。制御装置 643は、無線機 642及び GP Sコンピュータ 557から入力した情報に基づき、グローバル座標系にて現在の車体位置 ·方向における目標の掘削面を演算し、その目標掘削面を油圧ショベルのイラスト及び該当する施工デ一夕部分とともに表示装置 644に表示させる。また、制御装置 643は、その目標掘削面の設定情報を油圧ショベルの車体基準の設定情報に変換し、機体側制御装置 101 Aに送信する。機体側制御装置 101 Aではその設定情報を制御ュニット 643に記憶し、フロント作業機 7の制御に使用する。また、油圧ショベルの作業状態や施工状態を監視するため、制御装置 6 4 3はフロント作業機 7のバケツト先端位置をグロ一バル座標系にて演算し、表示装置 6 4 4に表示させるとともに、その表示情報を目標掘削面、油圧ショベルのイラストの表示情報とともに機体側制御装置 1 0 1 Aに送信する。機体側制御装置 1 0 1 Aではその表示情報を制御ュニット 6 4 3を介して表示装置 6 3 に表示させる。これにより、状況に応じ、油圧ショベル 1 Aにオペレータが搭乗し、有人で制御操作を行うことができる。

図 1 9はグローバル座標系の概念を説明する図である。

図 1 9において、 Gは地球の準拠楕円体であり、グロ一バル座標系 Σ ο原点 0。は準拠楕円体 Gの中心に設定されている。また、グロ一バル座標系∑_Gの x。軸方向は赤道 Aと子午線 Bの交点 Cと準拠楕円体 Gの中心とを通る線上に位置し、 z 0軸方向は準拠楕円体 Gの中心から南北に延ばした線上に位置し、 y。軸方向は X 。軸と z。軸に直交する線上に位置している。 G P Sでは、地球上の位置を緯度及び経度と、準拠楕円体 Gに対する高さ（深さ）で表現するので、このようにグロ —バル座標系∑。を設定することで、 G P Sの位置情報をグローバル座標系∑_Gの値に容易に変換することができる。

図 2 0は制御装置 6 4 3の演算処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、 G P Sコンピュータ 5 5 7で求めた G P Sアンテナ 5 3 1の 3次元位置 (緯度、経度、高さ）をグローバル座標系∑_cの値に変換する（ステップ S 5 1 0 )。このための演算式は一般的によく知られているものなので、ここでは省略する。同様に、 G P Sコンピュータ 5 5 7で求めた G P Sアンテナ 5 3 2の 3次元位置をグローバル座標系∑_Gの値 ^GP ₂に変換する（ステップ S 5 2 0 )。次いで、そのようにして求めた G P Sアンテナ 5 3 1 , 5 3 2のグローバル座標系∑_Gでの 3次元位置 ^e P ₂と、旋回角度センサ 5 2 0で検出した旋回角度、傾斜センサ 5 2 4で検出した傾角度（ピッチ角度及びロール角度）と、記憶装置に記憶したショベルベース座標系∑_{S B}の原点に対する G P Sアンテナ 5 3 1， 5 3 2の位置関係とからショベルベース座標系∑ _{S B}の位置及び姿勢（下部走行体 2の方向）をグローバル座標系∑_cの値 ^C∑_{S B}で求める（ステップ S 5 3 0 )。この演算は座標変換であり、一般的な数学的手法により行うことができる。ここで、ショベルベース座標系∑ SBとは、油圧ショベルの下部走行体 2に固定して設定され、 3軸のうちの 1軸が上部旋回体 3の回転軸上或いはその近傍に位置する直交座標系をいう。

次いで、制御装置 643の記憶装置に記憶した施工デ一夕を読みだし、それをグローバル座標系∑ Gのデータに変換し、この施工デー夕をグローバル座標系でのショベルベース座標系 ^G∑_SBと比較して、ショベルベース座標系 ^G∑_SBの位置 ·方向における 2次元データとしての施工データ部分を抽出し、この施工データ部分から目標掘削面（∑_G) を演算する（ステップ S 540)。次いで、ショベルべ一ス座標系 ^G∑ SBの座標データを用いてその目標掘削面（∑ G) をショベルベース座標系∑_SBの値に変換する（ステップ S 550)。この演算も座標変換であり、一般的な数学的手法により行うことができる。ショベルベース座標系∑ SBの値に変換した目標掘削面（∑_SB) はアンテナ 641及び無線機 642を介して機体側制御装置 101 Aに送信する（ステップ S 560)。機体側制御装置 101 Aでは、その設定情報を制御ュニット 643に記憶し、フロン卜作業機 7の制御に使用する。次いで、角度センサ 34〜36で検出したブーム角度、アーム角度、バケツト角度と、旋回角度センサ 520で検出した旋回角度と、記憶装置に記憶したショベルベース座標系∑ _SBの原点とブーム 8の基端との位置関係及びブーム 8、ァーム 9、バケツト 10の寸法とからショベルベース座標系∑_Bにてバケツト先端位置 ^BP_BKを求める (ステップ S 570)。この演算も座標変換であり、一般的な数学的手法により行うことができる。次いで、ステップ S 530で求めたグローバル座標系∑。でのショベルべ一ス座標系の値 ^e∑_SBとステップ S 570で求めたショベルベース座標系でのバゲット先端位置 ^B P BKとからグロ一バル座標系∑ Gでのバケット先端位置 ^GP_BKを求める（ステップ S 580)。そして、ステップ S 540 で求めたグローバル座標系での目標掘削面（∑_G) 及びステップ S 580で求めたグロ一バル座標系でのバケツト先端位置 ^GP_BKを経度、緯度、高さの 3次元データに変換する（ステップ S 590)。このための演算式は一般的によく知られているものなので、ここでは省略する。

次いで、経度、緯度、高さの 3次元データに変換した目標掘削面及びバケツト先端位置を表示装置 644に表示させ（ステップ S 600)、更にその目標掘削面及びバケツト先端位置の情報をアンテナ 6 4 1及び無線機 6 4 2を介して機体側制御装置 1 0 1 Aに送信する（ステップ S 6 1 0 )。機体側制御装置 1 0 1 Aでは、その情報を制御ュニット 6 4 3を介して表示装置 6 3 4に表示させる。なお、このとき、ステップ S 5 4 0で抽出したショベルベース座標系 ^G∑ S Bの位置 ·方向における 2次元データとしての施工データ部分に含まれる地形データも経度、緯度、高さの 3次元データに変換し、表示装置 6 4 4 , 6 3 4に表示してもよい。

以上のように構成した本実施の形態においては、油圧ショベル 1 Aの車体の一部である上部旋回体 3に搭載した 2個の G P Sアンテナ 5 3 1， 5 3 2を用いてグローバル座標系での油圧ショベル 1 Aの車体（下部走行体 2 ) の位置及び方向 (グロ一バル座標系でのショベルベース座標系 ^G∑_{S B}の位置及び姿勢）を特定するので、地球上の緯度 ·経度 ·海抜高さ情報を用いて三次元に加工した施工デ一夕を利用した目標作業面の遠隔設定と油圧ショベルの遠隔操縦を容易に行うことができる。また、油圧ショベルが走行し移動しても、車体の位置及び方向を特定することができるので、油圧ショベルの移動に係わらず施工データを利用した目標作業面の遠隔設定と油圧ショベルの遠隔操縦が可能となる。

更に、作業装置であるパケット 7の先端（モニタポイント）の位置を計測するので、作業状態や施工状態を監視することができる。

また、本実施の形態によれば、油圧ショベルが目標とする掘削面の設定情報が管理事務所の遠隔操作端末 1 0 2 Aから無線を通じて送られてくるので、膨大な電子デ一タである施工データを機体側制御装置 1 0 1 Aに記憶する必要が無く、かつ管理事務所で現在の車体位置における目標の掘削面を表示装置 6 3 4を見ながら把握することが可能となる。また、 C D— Rのように車体に記録メディアを駆動する装置を必要としないので、安価なシステムであり、耐環境性も良く信頼性に優れる。

なお、上記の実施の形態では、 2個の G P Sアンテナ 5 3 1 , 5 3 2と上部旋回体 3の傾斜角を検出する傾斜センサ 5 2 4とを用いてグローバル座標系でのショベルベース座標系の位置及び姿勢を求めたが、傾斜センサを設けずに、上部旋回体 3の旋回中心から外れた 3力所に 3個の G P Sアンテナを設けてもよく、この場合も 3個の G P Sアンテナの位置情報でグロ一バル座標系でのショベルベース座標系の位置及び姿勢を求めることができる。

また、油圧ショベル 1 Aにオペレータが搭乗し、有人で制御操作を行う方式に特化する場合は、遠隔操作手段であるジョイスティック 7 2及び無線通信装置 7 4は無くてもよい。

既知の外部座標系における油圧ショベルの位置 ·方向を特定する方法として直接 G P Sを用いない方法を本発明の第 3の実施の形態として図 2 1〜図 2 7により説明する。図中、図 1及び図 1 7に示した部材と同等のものには同じ符号を付している。

図 2 1は本実施の形態に係わる油圧ショベルの外観を示す図である。油圧ショベル 1 Bの上部旋回体 3の上部にはレーザ光のリフレクタ 7 6 1が設けられ、フロント作業機 7のアーム 9の側面にはレーザ受光器 7 2 5が設けられている。リフレクタ 7 6 1は上部旋回体 3の旋回中心である旋回軸近傍の位置に立てた柱の上端に設けられている。アンテナ類としては、各種センサ 3 4〜3 6， 5 2 0， 5 2 4の信号及びレーザ受光器 7 2 5の信号を管理事務所 1 0 0に送信し、管理事務所 1 0 0から無線操縦信号や目標掘削面の設定情報及び表示情報（後述）の各種データを受信する無線アンテナ 5 3 5が設けられているだけである。

また、油圧ショベル 1 Bの外部には、リフレクタ 7 6 1の位置をリアルタイムに追尾し、その距離と方位を計測するレーザ追尾装置 7 6 2と、レーザ受光器 7 2 5に対してレーザ光波面 7 6 3を投影するレーザ灯台 7 6 4が設置されている。レーザ追尾装置 7 6 2とレ一ザ灯台 7 6 4は共に地上に設置されている。リフレクタ 7 6 1とレ一ザ追尾装置 7 6 2は自動追尾！ ^一タルステーションシステムとして知られているものである。なお、レーザ追尾装置 7 6 2の設置位置にワールド座標系が設定される（後述)。

ここで、レ一ザ追尾装置 7 6 2の設置位置は事前に計測し、その位置を緯度、経度、高さの 3次元デ一夕として把握しておく。これによりその位置と前述したグローバル座標系との位置関係は既知となり、その位置に設定されたワールド座標系とグローバル座標系との位置関係も既知となる。

図 2 2は本実施の形態に係わる遠隔制御システム及び遠隔設定システムの全体構成を示す図である。機体側制御装置 1 0 1 Bは、車体コントローラ 6 3 3 Bにレーザ受光器 7 2 5 の受光信号が更に入力され、その受光信号もアンテナ 5 3 5及び無線機 6 3 5を介して送信される点、図 1 8に示した G P S受信システムが無い点を除いて、図 1 8に示した実施の形態のものと実質的に同じである。

遠隔操作端末 1 0 2 Bは、ァンテナ 6 4 1及び無線機 6 4 2で機体側制御装置 1 0 1 Bから送信されたレーザ受光器 7 2 5の受光信号を更に受信し、パソコン 7 1 Bの制御装置 6 4 3 Bに入力する点、図 1 8に示した G P S受信処理システムの代わりに、レ一ザ追尾装置 7 6 2で追尾している油圧ショベル 1 B上のリフレクタ 7 6 1の位置信号を有線又は無線によりパソコン 7 1 Bの制御装置 6 4 3 Bに入力する点を除いて、図 1 8に示した実施の形態のものと実質的に同じである。

レーザ追尾装置 7 6 2の設置位置（ワールド座標系）に対する下部走行体 2の位置と方向（姿勢）を同定する方法の詳細を図 2 3及び図 2 4を用いて説明する。図 2 1に示した法面掘削では、レーザ灯台 7 6 4の発光するレーザ光波面 7 6 3を、掘削動作を行うフロント作業機 7の適当な位置でレーザ受光器 7 2 5がよぎるように設置することができる。機体側制御装置 1 0 1 Bでは、各種角度センサ 3 4〜 3 6， 5 2 0の信号、傾斜計 5 2 4の信号及びレーザ受光器 2 5の信号を車体コントローラ 6 3 3 Bに取り込み、全ての入力データを遠隔操作端末 1 0 2 B側に送信する。遠隔操作端末 1 0 2 Bの制御装置 6 4 3 Bではこれらのデ一夕を受信する。オペレータの操作によりフロント作業機 7を動かし、レーザ受光器 7 2 5がレ一ザ灯台 7 6 4の発するレーザ光波面 7 6 3を受光したとき、遠隔操作端末 1 0 2 Bの制御装置 6 4 3 Bでは、そのことを卜リガ一としてそのときの受信データを用いて下部走行体 2の位置と方向を特定するための演算を開始する。

油圧ショベル 1 Bが水平に位置していると仮定すると、受信デ一夕のうちブーム角度計 3 4とアーム角度計 3 5の値から、リフレクタ 7 6 1を基準点としてレ一ザ受光器 7 2 5までの水平距離（水平面に対する投影長さ） 1 _{B K}と、水平面に対する仰角ひが求まる。実際には、油圧ショベル 1 Bは水平面に対し微少に傾斜して位置することが多い。このため、更に傾斜計 5 2 4も用い、上記の値を補正してリフレクタ 761を基準点としたレーザ受光器 725の水平距離 1 _BKと仰角 aを求める。

レーザ追尾装置 762を設置した位置とグロ一バル座標系との位置関係は既知であり、グロ一バル座標系の位置と方向は既知であるため、前述したようにその設置位置に便宜的な指標としてワールド座標系∑_wを設定する。リフレクタ 76 1 の位置は、レーザ追尾装置 762による計測結果により既知である。これをヮールド座標系で表現し ^wP_riとする。ここで Pは位置ベクトルであることを、左上付き添え宇 Wはワールド座標系であることを、右下付き添え宇 r f はリフレクタを表すものとする。

上記 1 _BKと aと ^WP _{r f}とからレーザ受光器 725が存在する可能性がある水平面内の領域をヮ一ルド座標系による円の方程式で表すことができる。これを受光器存在可能円と呼ぶことにする。

一方、レーザ光波面 763とレーザ追尾装置 762との位置関係は予め設定可能であり、既知であり、面の方程式で表現できる。例えば、油圧ショベル 1 Bが水平に位置していると仮定すると、レーザ光波面 763を垂直方向に設定した場合は、レーザ追尾装置 762とレーザ灯台 764の距離（ワールド座標系の y_w座標値）でレーザ光波面 763を表現できる。レーザ光波面 763とレーザ追尾装置 762との位置関係の一般的な同定方法については後述する。

上記受光器存在可能円とレーザ光波面の方程式よりそれらの交点である ^WP L, ^WPL' の 2点が求まる。油圧ショベル 1 Bの作業状況は、作業進行計画或いは監視力メラ等により把握でき、その作業状況に応じて ^WP_L, ^WPL' のうちの一方である ^WP_Lを選択することで、レーザ受光器 25の位置を特定できる。

ここで、リフレクタ 76 1の位置 ^wP_riはワールド座標系での上部旋回体 3の位置に該当し、レーザ受光器 725の位置 ^wPiJまワールド座標系での上部旋回体 3 の方向に該当する。つまり、 ^wP_riと ^WP_Lによりワールド座標系での上部旋回体 3 の位置と方向を特定できる。

このようにしてワールド座標系での上部旋回.体 3の位置と方向を特定できれば、角度センサ 520で検出した旋回角度の値 0_SWと傾斜センサ 524で検出したピッチ角とロール角の値から、ワールド座標系での下部走行体 2の位置と方向を特定できる。またこれにより、油圧ショベル 1 Bの下部走行体 2に固定して設定した、油圧ショベル 1 Bの動作を表現するベースとなる座標系であるショベルベース座標系 ^W∑ S Bが特定できる。

また、一度ショベルベース座標系が特定できれば、走行操作をしないか、あるいは下部走行体 2が位置ずれを起こさない限り、再度、ショベルベース座標系を演算する必要はない。図 2 1に示した法面掘削作業では、前述したように、上部旋回体 3を旋回させることではバケツト 1 0の先端が掘削したい位置に届かなくなると、油圧ショベル 1 Bを走行移動するので、このように油圧ショベルを移動させた場合は、再度、オペレータはフロント作業機 7を動かし、受光器 7 2 5の受光信号をトリガーとして上記の演算を行わせ、ショベルベース座標系 ^w∑ S Bを特定する。

以上のような演算を行うことによって、油圧ショベル 1 Bの位置が変わつても常にワールド座標系でのショベルべ一ス座標系 ^W∑ S Bを求めることができる。ここで、ワールド座標系∑_wを設定したレーザ追尾装置 7 6 2の設置位置とグロ一バル座標系との位置関係は既知であるため、ワールド座標系でのショベルベース座標系 ^W∑ S Bは容易にグローバル座標系での値 ^G∑ S Bに変換することができ、このグローバル座標系∑_Gでのショベルベース座標系 ^G∑_{S B}を用いることにより、地球上の緯度 ·経度 ·海抜高さ情報を用いて三次元に加工した施工データを利用することが可能となる。

図 2 5及び図 2 6は、上記の考え方に基づく遠隔操作端末 1 0 2 Bの制御装置

6 4 3 B内での演算処理手順の一例を示すフローチヤ一トである。

図 2 5において、まず、各種角度センサ 3 4〜3 6， 5 2 0、傾斜センサ 5 2 4の値、レーザ受光器 7 2 5が受光状態であるかどうかを示す信号、リフレクタ

7 6 1の位置 ^wP _{r f}の入力を行う（ステップ S 7 1 0 )。角度センサ 3 4〜3 6，

5 2 0、傾斜センサ 5 2 4の値とレーザ受光器 7 2 5が受光状態であるかどうかを示す信号に関しては、機体側制御装置 1 0 1 Bからアンテナ 6 4 1、無線機 6 4 2を介して入力する。リフレクタ 7 6 1の位置 ^wP _{r i}はレーザ追尾装置 7 6 2より入力する。

次に、レーザ受光器 7 2 5が受光状態であるかどうかを判定し（ステップ S 7 20)、受光状態ならステップ S 730へ進み、受光状態でなければステップ S 7 67へ飛ぶ。ステップ S 730では、受光器存在可能円の方程式を求める（ステップ S 730)。つまり、まず、角度センサ 34， 35のブーム角度、アーム角度と傾斜センサ 524のピッチ角及びロール角とから上述したようにレーザ受光器 725のリフレクタ 761に対する水平距離 1 _BKと水平面からの傾き αを求める。次に、この演算値 1 _ΒΚ，ひとリフレクタ 761の位置 ^wP_riとから水平面と平行な受光器存在可能円の方程式を求める。

次に、予め設定されているレーザ光波面の方程式とステップ S 730で求めた受光器存在可能円の方程式から、それらの交点 ^WP_L, ^wPi を演算する（ステツプ S 740)。そして、作業現場の条件（この例では、レーザ追尾装置 762に近い側）により、レーザ受光器 725の位置として ^WP_Lを選択する（ステップ S 7 以上のようにして求めた ^WP _riと ^wPiJこよりヮ一ルド座標系での上部旋回体 3の位置と方向を特定し、角度センサ 520の旋回角度、傾斜センサ 524のピッチ角及びロール角の値より、ヮ一ルド座標系におけるショベルベース座標系∑ SBの値 ^W∑_SB (位置と方向）を求める（ステップ S 760)。

次いで、制御装置 643 Bの記憶装置に記憶したグロ一バル座標系でのワールド座標系の値 ^G∑wを読みだし、ステップ S 760で求めたワールド座標系でのショベルべ一ス座標系値 w∑ s Bとそのグロ一バル座標系でのワールド座標系 ^c∑ wと力、らショベルベース座標系∑ _SBの位置及び姿勢（下部走行体 2の方向）をグローバル座標系の値 ^G∑ SBで求める（ステップ S 770)。

次いで、図 20に示したステップ S 540， S 550, S 560と同様の処理を行う。つまり、制御装置 643 Bの記憶装置に記憶した緯度 ·経度 ·海抜高さ情報に加工した施工データを読みだし、それをグローバル座標系∑_cのデータに変換し、この施工データをグロ一バル座標系でのショベルベース座標系 ^G∑ _SBと比較して、ショベルベース座標系 ^G∑_SBの位置 ·方向における 2次元データとしての施ェデ一夕部分を抽出し、この施工データ部分から目標掘削面（∑_G) を演算する (ステップ S 780)。次いで、ショベルベース座標系 ^G∑ _SBの座標データを用いてその目標掘削面（∑ G) をショベルベース座標系∑ SBの値に変換する（ステップ S 790)o ショベルベース座標系∑_SBの値に変換した目標掘削面（∑_SB) はアンテナ 641及ぴ無線機 642を介して機体側制御装置 101 Bに送信する（ステップ S 800)。機体側制御装置 101 Bでは、その設定情報を制御ュニット 64 3 Bに記憶し、フロント作業機 7の制御に使用する。

次いで、計算不可能状態が設定されていればそれをクリアし（ステップ S 81 0)、ステップ S 820に進む。ステップ S 820では、図 26に示す表示データの演算とその出力処理を行う。

図 26において、まず、計算不可能状態であるかどうかを判断し（ステップ S 830)、計算不可能状態であればステップ S 840に飛び、計算不可能状態でなければ、更にオペレ一夕が走行操作中であるかどうか判断し（ステップ S 85 0)、走行操作中であればステップ S 840に飛ぶ。ステップ S 840では、計算不可能状態であることを表示装置 644に表示して、ステップ S 710に戻る。ステップ S 850で走行操作中で無ければステップ S 860に行く。ステップ S 860では、油圧ショベル 1 Bの旋回中心が一定以上ずれたかどうか判定する。このためリフレクタ 761の前回の位置と今回の位置を比較し、その差分が ΔΧ 以上であればステップ S 840へ飛ぶ。差分が ΔΧ以下であればステップ S 87 0〜S 910へ進む。

ステップ S 870〜S 910の処理は図 20に示したステップ S 570〜S 6 10の処理と実質的に同じである。つまり、角度センサ 34〜36で検出したブーム角度、アーム角度、バケツト角度と、旋回角度センサ 520で検出した旋回角度と、記憶装置に記憶したショベルベース座標系∑ SBの原点とブーム 8の基端との位置関係及びブーム 8、アーム 9、バケツト 10の寸法とからショベルベース座標系∑_Bにてバケツト先端位置 ^BP_BKを求める（ステップ S 870)。次いで、ステップ S 770で求めたグローバル座標系∑_Gでのショベルべ一ス座標系の値 G ∑ _SBとステップ S 870で求めたショベルベース座標系でのバケツト先端位置 ^BP _BKとからグロ一パル座標系∑_Gでのバケツト先端位置 ^GP_BKを求める（ステップ S 880)。そして、ステップ S 780で求めたグローバル座標系での目標掘削面 (∑ G) 及びステップ S 880で求めたグローバル座標系でのバケツト先端位置 ^c P_BKを経度、緯度、高さの 3次元データに変換する（ステップ S 890)。次いで、経度、緯度、高さの 3次元データに変換した目標掘削面及びバケツト先端位置を表示装置 6 4 4 Bに表示させ（ステップ S 9 0 0 )、更にその目標掘削面及びバケツト先端位置の情報をアンテナ 6 4 1及び無線機 6 4 2を介して機体，側制御装置 1 0 1 Bに送信する（ステップ S 9 1 0 )。機体側制御装置 1 0 1 Bでは、その情報を制御ユニット 6 4 3 Bを介して表示装置 6 3 4に表示させる。なお、この場合も、ステップ S 7 8 0で抽出したショベルベース座標系 ^G∑_{S B}の位置 •方向における 2次元データとしての施工データ部分に含まれる地形データも経度、緯度、高さの 3次元デ一夕に変換し、表示装置 6 4 4， 6 3 4に表示してもよい。

以上の処理が終了したらステップ S 7 1 0に戻り、処理を繰り返す。

レーザ灯台 7 6 4から出力するレーザ光波面 7 6 3とレーザ追尾装置 7 6 2との位置関係（レーザ光波面 7 6 3のワールド座標系での方程式）を同定する方法及び装置の一例を、図 2 7により説明する。

レーザ灯台 7 6 4には、レーザ灯台 7 6 4の位置を特定するための代表点としてリフレクタ 7 6 1 Aを装着する。このときリフレクタ 7 6 1 Aの位置とレーザ灯台 7 6 4の発光の中心点の位置関係は、リフレクタ 7 6 1 Aの取付部材の寸法等から既知である。一方、 2つの地上設置型のレーザ受光器 7 6 5， 7 6 6を用意する。レーザ受光器 7 6 5にはリフレクタ 7 6 1 Bが、レーザ受光器 7 6 6にはリフレクタ 7 6 1 Cがそれぞれ装着されている。レーザ受光器 7 6 5の受光部とリフレクタ 7 6 1 Bの位置関係、レーザ受光器 7 6 6の受光部とリフレクタ 7 6 1 Cの位置関係は、リフレクタ 7 6 1 B , 7 6 1 Cの取付部材の寸法等から既知である。

レーザ灯台 7 6 4から発光するレーザ光波面 7 6 3を受光できる位置にレーザ受光器 7 6 5とレーザ受光器 7 6 6とを設置する。この状態でレーザ追尾装置 7 6 2を使用して、リフレクタ 7 6 1 A、リフレクタ 7 6 1 B、リフレクタ 7 6 1 Cそれぞれの位置を計測する。計測した 3点より、レーザ灯台 7 6 4の発光の中心点の位置、レーザ受光器 7 6 5の受光部の位置、レ一ザ受光器 7 6 6の受光部の位置が演算でき、この演算した 3点の位置を含む平面の方程式を求めることができる。これによりレーザ灯台 7 6 4から出力するレーザ光波面 7 6 3の方程式を同定することができる。

上記の例では 2つのレーザ受光器 7 6 5 , 7 6 6を用いたが、レ一ザ受光器が 1つだげの場合でも位置をずらし、それぞれの位置でリフレクタの位置を計測することにより、上記と同じくレーザ光波面 7 6 3上の 3点の位置を計測でき、同様にレーザ光波面 7 6 3の方程式を同定することができる。

以上のように構成した本実施の形態においては、第 2の実施の形態と同様、油圧ショベルの位置に係わらず地球上の緯度 ·経度 ·海抜高さ情報を用いて三次元に加工した施工データを利用した目標作業面の遠隔設定と油圧ショベルの遠隔操縦を容易にかつ安価な構成で行うことができる。

また、本実施の形態では、直接 G P S情報を用いずに、グローバル座標系での油圧ショベル 1 Aの車体（下部走行体 2 ) の位置及び方向（グロ一パル座標系でのショベルベース座標系 ^G∑ _{S B}の位置及び姿勢）を常に演算することができるので、油圧ショベルが地下、ビル内、山間部など G P S衛星を捕捉できないような作業現場にあっても、また G P Sでは衛星からの電波が受信できないような気象条件であっても、それらに左右されず地球上の緯度 ·経度 ·海抜高さ情報を用いて三次元に加工した施工データを利用した目標作業面の遠隔設定と油圧ショベルの遠隔操縦を行うことができる。

なお、本実施の形態においても、油圧ショベル 1 Bにオペレー夕が搭乗し、有人で制御操作を行う方式に特化する場合は、遠隔操作手段であるジョイスティック 7 2及び無線通信装置 7 4は無くてもよい。

以上、本発明の幾つかの実施の形態を説明したが、本発明はそれに制限されるものではなく、本発明の精神の範囲内で種々の変更、追加が可能である。例えば、上記実施の形態では、油圧ショベル 1で目標作業面として目標掘削面を形成する場合について説明したが、油圧ショベル 1のフロント作業機 7にハンドリング装置を取り付け、コンクリートブロックを敷設する作業に本発明を適用しても良く、この場合はコンクリートプロック敷設面が目標作業面となる。産業上の利用可能性

本発明によれば、オペレータは表示手段の画面を見ながら遠隔で目標作業面の設定を行うことができるとともに、遠隔でフロント作業機を操縦し、フロント制御手段の制御機能を利用して目標作業面を形成することができるので、目標作業面の遠隔設定と建設機械の遠隔操縦を容易に行うことができる。

また、フロント制御手段は、遠隔操作手段の無線操縦信号と設定情報に基づいてフロント作業機の動作を制御する半自動制御方式であるので、手動方式に比べオペレータの負担は格段に減り、かつ設定情報を変えるだけで種々の作業現楊に容易に対応することができる。

また、本発明によれば、遠隔操作端末側での目標作業面の設定情報の入力を建設機械の外部基準に関連付けられたデータにより行い、機体側制御手段と遠隔操作端末のいずれか一方で、目標作業面の設定情報を建設機械と目標作業面の位置関係に変換するので、オペレータは外部基準を用いて目標作業面を設定することができる。また、このとき隔操作端末の表示手段に外部基準と目標作業面と建設機械の位置関係を表示するので、オペレータは表示手段の画面を見ながら容易に目標作業面を設定することができる。

また、本発明によれば、外部座標系に関連付けられた施工データが膨大な電子データであっても、その施工データを用いて建設機械に設定された機体座標系での目標作業面の設定情報を設定手段と設定情報変換手段は遠隔操作端末に備えられるので、施工データが膨大な電子データであっても、その施工データを機体側制御手段に記憶する必要がなくなり、膨大な電子データである施工データを利用した目標作業面の遠隔設定を容易に行うことができ、更にその設定情報を用いて建設機械の遠隔操縦を容易に行うことができる。また、 C D— Rのように建設機械の車体に記録メディァを駆動する装置を必要としないので、安価なシステムであり、耐環境性も良く信頼性に優れる。

更に、本発明によれば、建設機械が移動しても、外部座標系に対する建設機械の位置及び姿勢を特定し、機体座標系での目標作業面の設定情報を生成することができる。

また、本発明によれば、直接 G P Sを用いずに機体座標系の位置及び姿勢を外部座標系（グローバル座標系）の値として求めることができるので、建設機械が地下、ビル内、山間部など G P S衛星を捕捉できないような作業現場にあっても、また G P Sでは衛星からの電波が受信できないような気象条件であっても、それらに左右されず機体座標系の位置及び姿勢を外部座標系（グローバル座標系）の値として求めることができる。

Claims

請求の範囲

1. 多関節型のフロント作業機（7)を構成する上下方向に回動可能な複数のフロント部材 (8， 9, 10)を含む複数の被駆動部材と、前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数の油圧ァクチユエ一夕（11， 12, 13)と、前記複数の油圧ァクチユエ一夕に供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制御弁（24, 25, 26)と、この複数の油圧制御弁を制御し予め設定された目標作業面を形成するよう前記フロント作業機の動作を制御するフロント制御手段（53，56;633;633B)とを備えた建設機械（1;1 A; 1B)の遠隔制御システムにおいて、

前記建設機械 (1； 1A; 1B)に搭載された機体側制御手段（101； 101A; 101B)と、前記建設機械を無線操縦する遠隔操作端末（102;102A;102B)とを備え、

前記遠隔操作端末は、前記複数の被駆動部材 (8， 9， 10)の動作を指示する無線操縦信号を出力する遠隔操作手段 (72)と、前記目標作業面の設定情報を入力する入力手段（71， 71c;71A, 645;71B, 645)と、前記無線操縦信号と設定情報を前記建設機械に送信する第 1無線通信手段 (73， 74;73A, 74)と、前記建設機械と目標作業面との位置関係を表示する表示手段（71， 71b;71A， 644;71B， 644)とを有し、

前記機体側制御手段は、前記遠隔操作端末から前記無線操縦信号と設定情報を受信する第 2無線通信手段（54； 54A)を有し、

前記フロント制御手段 (53,56:633; 633B)は、前記無線操縦信号と設定情報に基づき前記油圧制御弁 (24， 25, 26)を制御し前記目標作業面を形成するよう前記フロント作業機 (7)の動作を制御することを特徴とする建設機械の遠隔制御システム。

2. 請求項 1記載の建設機械の遠隔制御システムにおいて、

前記遠隔操作端末 (102；醒；誦)の入力手段 (71,71c; 71A, 645； 71B, 645)は、前記建設機械 (1;1A;1B)の外部基準 (R;∑_G) に関連付けられた設定情報を入力する手段であり、前記表示手段 (71，71b;71A，644;71B，644)は、前記建設機械と目標作業面との位置関係を前記外部基準に関連付けて表示する手段であり、

前記機体側制御手段（101;101A;1(HB)と遠隔操作端末（102, 102A, 102B)のいずれか一方は、前記建設機械の外部基準に関連付けられた目標作業面の設定情報を、建設機械と目標作業面の位置関係に変換する設定情報変換手段 (52， 53, 55， 55d ; 53 1, 532, 643, S510-S550 ; 725, 762, 764, 643B, S710-S790)を更に有し、

前記フロント制御手段（53，56 ; 633 ; 633B)は、前記無線操縦信号と、前記建設機械と目標作業面の位置関係に変換された設定情報とに基づき前記油圧制御弁（24, 25, 26)を制御し前記目標作業面を形成するよう前記フロント作業機 (7)の動作を制御することを特徴とする建設機械の遠隔制御システム。

3 . 請求項 2記載の建設機械の遠隔制御システムにおいて、

前記外部基準 (R)はレーザ燈台 (51)が発するレーザ光により形成されるレーザ基準面であり、前記入力手段（71，71c)は、前記設定情報として前記レーザ基準面と目標作業面の位置関係を入力する手段であり、前記設定情報変換手段 (52, 53， 55, 55d)は、前記建設機械 (1)と前記レーザ基準面の位置関係を計測する計測手段（52, 55b)と、前記設定手段で入力したレーザ基準面と目標作業面の位置関係と前記計測手段で計測した建設機械とレーザ基準面の位置関係とを用いて建設機械と目標作業面の位置関係を求める演算手段（55d)とを有することを特徴とする建設機械の遠隔制御システム。

•

4 . 請求項 2記載の建設機械の遠隔制御システムにおいて、

前記遠隔操作端末（102)の表示手段 (71b)は、設定モードと遠隔操作モードに切り換え可能であり、前記設定モードにあるときは、前記外部基準 (R)と目標作業面と建設機械 (1)の位置関係を表示し、前記遠隔操作モードに切り換えられると、前記目標作業面と前記フロント作業機 (7)の位置関係を表示することを特徴とする建設機械の遠隔制御システム。

5 . 請求項 2記載の建設機械の遠隔制御システムにおいて、

前記外部基準（∑_c) は、前記建設機械（1A; 1B)の外側に設定され、位置及び姿勢が既知である外部座標系であり、

前記入力手段（71A, 644 ; 71B, 644)は、前記設定情報として前記外部座標系に関連付けられた施工データを入力する手段であり、前記設定情報変換手段（531, 532, 643, S510-S550 ; 725, 762, 764, 643B, S710-S790) は前記遠隔操作端末（102 A； 102B)に備えられ、前記施工デー夕から前記外部座標系での目標作業面の設定情報を生成し、この設定情報を前記建設機械に設定された機体座標系（∑ S B)での目標作業面の設定情報に変換する手段であることを特徴とする建設機械の遠隔制御システム。

6 . 請求項 5記載の建設機械の遠隔制御システムにおいて、

前記外部座標系（∑ G) は、地球の準拠楕円体の中心を原点とする直交座標系であることを特徴とする建設機械の遠隔制御システム。

7 . 請求項 5記載の建設機械の遠隔制御システムにおいて、

前記設定情報変換手段（531， 532, 643, S510-S550 ; 725, 762, 764, 643B, S710-S790) は、前記機体座標系（∑ S B)の位置及び姿勢を前記外部座標系（∑_G) の値として求める機体座標計測演算手段（531，532, S510-S530 ; 725, 762, 764，S710-S770)と、この機体座標計測演算手段で求めた外部座標系での機体座標系の位置及び姿勢に基づき、前記外部座標系での目標作業面の設定情報を前記機体座標系での目標作業面の設定情報に変換する設定情報演算手段 (S550； S790)とを有することを特徴とする建設機械の遠隔制御システム。

8 . 請求項 7記載の建設機械の遠隔制御システムにおいて、

前記設定情報変換手段（643, S510- S550 ; 643B，S710- S790)は、前記外部座標系（∑

G ) での機体座標系（∑ S B)の位置及び姿勢と前記施工データとを比較して、前記機体座標系の位置及び姿勢における施工データ部分を抽出し、その施工データ部分から前記外部座標系での目標作業面の設定情報を生成する手段 (S540 ; S780)を更に有することを特徴とする建設機械の遠隔制御システム。

9 . 請求項 7記載の建設機械の遠隔制御システムにおいて、

前記機体座標計測演算手段（531， 532, S510-S530)は、

前記建設機械（1A)の異なる位置に設置された少なくとも 2個の G P S受信手段 (531 , 532)と、

前記 2個の G P S受信手段の受信情報に基づき、前記機体座標系（∑ _{S B})の位置及び姿勢を前記外部座標系（∑_G) の値として求める座標位置演算手段 (S510- S53 0)とを有することを特徴とする建設機械の遠隔制御システム。

1 0 . 請求項 9記載の建設機械の遠隔制御システムにおいて、

前記機体座標計測演算手段 (531 , 532, S510_S530)は、前記建設機械の傾斜量を計測する傾斜量計測手段 (524)を更に有し、

前記座標位置演算手段（S510-S530)は、前記 2個の G P S受信手段（531 , 532)の受信情報と前記傾斜量計測手段の計測結果とに基づき、前記機体座標系（∑ _{S B})の位置及び姿勢を前記外部座標系（∑_G) の値として求めることを特徴とする建設機械の遠隔制御システム。

1 1 . 請求項 9記載の建設機械の遠隔制御システムにおいて、

前記建設機械 (1A)は、下部走行体 (2)と、この下部走行体上に旋回可能に搭載された上部旋回体 (3)とを有し、前記フロント作業機 (7)は前記上部旋回体上下方向に回動可能に取り付けられており、

前記 2個の G P S受信手段 (531， 532)は前記上部旋回体上の異なる位置に設置された 2個の G P Sアンテナを有し、

前記機体座標系（∑ S B)は、前記上部旋回体の回転軸近傍の位置で前記下部走行体に固定して設定された直交座標系であり、

前記機体座標計測演算手段 (531， 532, S510-S530)は、前記下部走行体に対する上部旋回体の回転角を計測する角度計測手段（520)を更に有し、

前記座標位置演算手段 (S510- S530)は、前記 2個の G P S受信手段の受信情報と前記角度計測手段の計測結果とに基づき、前記機体座標系の位置及び姿勢を前記外部座標系（∑_G) の値として求めることを特徴とする建設機械の遠隔制御システム。

1 2 . 請求項 7記載の建設機械の遠隔制御システムにおいて、前記機体座標計測演算手段（725, 762, 764, S710-S770)は、

前記外部座標系（∑_G) に対する位置関係が既知である地上の特定位置に設置され、その特定位置から前記建設機械（1B)の特定位置までの距離と方位を計測する 3次元位置計測手段 (762)と、

前記建設機械に設置されたレーザ受光器 (725)と、

前記レーザ受光器に向けてレーザ光を発するレ一ザ灯台（764)と、

前記レーザ受光器が前記レーザ灯台の発するレーザ光を受光したことをトリガ一として前記地上の特定位置に対する前記レーザ光の位置関係を演算し、この演算結果と前記 3次元位置計測手段の計測結果とに基づき、前記地上の特定位置に対する前記機体座標系（∑_{S B})の位置及び姿勢を求める座標位置演算手段 (S710-S7 90)とを有することを特徴とする建設機械の遠隔制御システム。

1 3 . 請求項 1 2記載の建設機械の遠隔制御システムにおいて、

前記機体座標計測演算手段 (725， 762, 764, S710-S770)は、前記建設機械（1B)の傾斜量を計測する傾斜量計測手段 (524)を更に有し、

前記座標位置演算手段 (S710-S790)は、前記地上の特定位置に対する前記レーザ光の位置関係の演算結果と前記 3次元位置計測手段 (762)の計測結果と前記傾斜量計測手段の計測結果とに基づき、前記地上の特定位置に対する前記機体座標系（∑ _{S B})の位置及び姿勢を求めることを特徴とする建設機械の遠隔制御システム。

1 4 . 請求項 1 2記載の建設機械の遠隔制御システムにおいて、

前記建設機械 (1B)は、下部走行体 (2)と、この下部走行体上に旋回可能に搭載された上部旋回体 (3)とを有し、前記フロント作業機 (7)は前記上部旋回体上下方向に回動可能に取り付けられており、

前記機体座標系（∑ _{S B})が設定される建設機械の特定位置は前記上部旋回体の回転軸近傍の位置であり、

前記機体座標系（∑_{S B})は前記下部走行体に固定して設定された直交座標系であり、

前記機体座標計測演算手段 (725， 762, 764, S710-S770)は、前記下部走行体に対する上部旋回体の回転角を計測する角度計測手段 (520)を更に有し、

前記座標位置演算手段 (S710- S790)は、前記地上の特定位置に対する前記レーザ光の位置関係の演算結果と前記 3次元位置計測手段 (762)の計測結果と前記角度計測手段の計測結果とに基づき、前記地上の特定位置に対する前記機体座標系（∑s B)の位置及び姿勢を求めることを特徴とする建設機械の遠隔制御システム。

1 5 . 請求項 1 4記載の建設機械の遠隔制御システムにおいて、

前記レーザ受光器 (725)は前記フ口ント作業機 (7)に設置され、

前記機体座標計測演算手段（725, 762, 764, S710-S770)は、前記フロント作業機を構成する複数のフロント部材の位置と姿勢を計測する位置 ·姿勢計測手段 (34， 35, 36)を更に有し、

前記座標位置演算手段 (S710- S790)は、前記地上の特定位置に対する前記レーザ光の位置関係の演算結果と前記 3次元位置計測手段 (762)の計測結果と前記角度計測手段の計測結果と前記位置 ·姿勢計測手段の計測結果とに基づき、前記地上の特定位置に対する前記機体座標系（∑ _{S B})の位置及び姿勢を求めることを特徴とする建設機械の遠隔制御システム。

1 6 . 請求項 1 2記載の建設機械の遠隔制御システムにおいて、

前記 3次元位置計測手段（762)は、前記建設機械の特定位置に設置されたリフレク夕（761)を追尾しその距離と方位を計測するレーザ追尾装置であることを特徴とする建設機械の遠隔制御システム。

1 7 . 多関節型のフロント作業機 (7)を構成する上下方向に回動可能な複数のフロント部材（8， 9， 10)を含む複数の被駆動部材と、前記複数の被駆動部材をそれぞれ駆動する複数の油圧ァクチユエ一夕（11, 12, 13)と、前記複数の油圧ァクチユエ一夕に供給される圧油の流量を制御する複数の油圧制御弁（24， 25, 26)と、この複数の油圧制御弁を制御し予め設定された目標作業面を形成するよう前記フロント作業機の動作を制御するフロント制御手段（633 ; 633B)とを備えた建設機械（1A, 1B)の遠隔設定システムにおいて、前記建設機械 (1A， IB)に搭載された機体側制御手段 (101A; 101B)と、遠隔操作端末（102A; 102B)とを備え、

前記遠隔操作端末は、前記目標作業面の設定情報として、建設機械 (1A; 1B)の外側に設定された位置及び姿勢が既知である外部座標系に関連付けられた施工デー夕を入力する入力手段（71A, 645 ; 71B，645)と、前記施工データから前記外部座標系での目標作業面の設定情報を生成し、この設定情報を前記建設機械に設定された機体座標系（∑ _{S B})での目標作業面の設定情報に変換する設定情報変換手段（531, 5 32, 643, S510-S550 ; 725, 762, 764, 643B, S710-S790)と、前記機体座標系（∑ _{S B})での目標作業面の設定情報を前記建設機械に送信する第 1無線通信手段 (73A, 74)と、前記建設機械と目標作業面との位置関係を前記外部座標系に関連付けて表示する表示手段（71A，644; 71B, 644)とを有し、

前記機体側制御手段は、前記遠隔操作端末から前記機体座標系（∑ S B)での目標作業面の設定情報を受信する第 2無線通信手段（54A)を有し、

前記フロント制御手段 (633； 633B)は、前記機体座標系（∑ _{S B})での目標作業面の設定情報に基づき前記油圧制御弁 (24， 25, 26)を制御し前記目標作業面を形成するよう前記フロント作業機 (7)の動作を制御することを特徴とする建設機械の遠隔設定システム。

1 8 . 請求項 1 7記載の建設機械の遠隔設定システムにおいて、

前記外部座標系（∑_G) は、地球の準拠楕円体の中心を原点とする直交座標系であることを特徴とする建設機械の遠隔設定システム。

1 9 . 請求項 1 7記載の建設機械の遠隔設定システムにおいて、

前記設定情報変換手段（531， 532, 643, S510-S550 ; 725, 762, 764, 643B, S710-S790) は、前記機体座標系（∑ S B)の位置及び姿勢を前記外部座標系（∑_G) の値として求める機体座標計測演算手段（531，532，S510_S530 ; 725，762，764，S710-S770)と、この機体座標計測演算手段で求めた外部座標系での機体座標系の位置及び姿勢に基づき、前記外部座標系での目標作業面の設定情報を前記機体座標系での目標作業面の設定情報に変換する設定情報演算手段 (S550； S790)とを有することを特徴とする建設機械の遠隔設定システム。

20. 請求項 19記載の建設機械の遠隔設定システムにおいて、

前記設定情報変換手段（643,S510- S550;643B,S710- S790)は、前記外部座標系（∑ G) での機体座標系（∑_SB)の位置及び姿勢と前記施工データとを比較して、前記機体座標系の位置及び姿勢における施工データ部分を抽出し、その施工データ部分から前記外部座標系での目標作業面の設定情報を生成する手段 (S540;S780)を更に有することを特徴とする建設機械の遠隔設定システム。