WO2015147140A1 - 作業機械の遠隔操縦システム - Google Patents

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remote control
communication
work machine
control system
abnormality
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星野 和則
信一 魚津
菅原 一宏
靖彦 金成
貴彦 黒瀬
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日立建機株式会社
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    • G08C17/02Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02FDREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/20Drives; Control devices
    • E02F9/2025Particular purposes of control systems not otherwise provided for
    • E02F9/205Remotely operated machines, e.g. unmanned vehicles
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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    • E02F9/00Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26Indicating devices
    • E02F9/267Diagnosing or detecting failure of vehicles
    • GPHYSICS
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    • G05D1/00Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/0011Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots associated with a remote control arrangement
    • G05D1/0022Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots associated with a remote control arrangement characterised by the communication link
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08CTRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C2201/00Transmission systems of control signals via wireless link
    • G08C2201/50Receiving or transmitting feedback, e.g. replies, status updates, acknowledgements, from the controlled devices
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04QSELECTING
    • H04Q2209/00Arrangements in telecontrol or telemetry systems
    • H04Q2209/80Arrangements in the sub-station, i.e. sensing device
    • H04Q2209/86Performing a diagnostic of the sensing device

Definitions

  • the present invention relates to a remote control system for remotely controlling a work machine such as a hydraulic excavator or a dump truck.
  • the work machine is equipped with multiple cameras and transceivers, wirelessly transmits images captured by each camera to a remote control room, and an operator in the control room operates the remote control device while viewing the images.
  • the operation signal is transmitted wirelessly to the work machine to remotely operate the work machine.
  • Patent Document 1 When the work machine is remotely controlled in this way, there is a possibility that the work machine may become uncontrollable if an abnormality occurs in a device that performs communication and communication is interrupted. Therefore, for example, in the following Patent Document 1, two wireless communication means are provided, and when an abnormality occurs in communication by the first wireless communication means, the remote operation is continued by switching to the second wireless communication means. Technologies have been proposed.
  • the present invention has been devised to solve these problems, and its purpose is to provide a novel work machine that can quickly and easily identify the location of an abnormality when an abnormality occurs in the communication means.
  • a remote control system is provided.
  • a first invention is a remote control system for a work machine in which the work machine and a remote control device can be bidirectionally communicated by a first communication means via a relay station.
  • the machine and the remote control device can be bidirectionally communicated by a second communication means different from the communication path by the first communication means, and the work machine, the remote control device and the relay station are connected to the remote control device.
  • an abnormality diagnosis means for diagnosing an abnormality of each device that constitutes each of the devices, wherein the abnormality diagnosis means outputs an operation confirmation signal in the order set in advance for each device using the communication path of the first communication means.
  • an operation confirmation signal is transmitted in order to each device after the device that does not respond using the communication path of the second communication means, and the operation confirmation signal No response
  • a working machine radio control system characterized by identifying the device as a break occurrence equipment.
  • the work machine and the remote control device When the work machine and the remote control device are connected in a daisy chain via one or more relay stations, for devices that do not respond to the operation confirmation signal, that is, for devices after the device that caused the abnormality Since an operation confirmation signal cannot be sent, it is not known whether or not those devices are operating normally. Therefore, as in the present invention, the work machine and the remote control device can be bidirectionally communicated by the second communication means different from the communication path by the first communication means, and the communication path of the second communication means is used.
  • the present invention enables bidirectional communication between the work machine and the remote control device using the second wireless communication unit different from the communication path of the first wireless communication unit. Since the operation confirmation signal is sequentially transmitted to each device after the device that does not respond using the communication path, if the presence / absence of the response of the operation confirmation signal is confirmed, only the first malfunctioning device identified In addition, when an abnormality occurs in a subsequent device, the abnormality-occurring device can be identified quickly and easily.
  • FIG. 1 is an overall view showing an embodiment of a remote control system 100 for a work machine according to the present invention. It is a functional block diagram of each part which comprises the remote control system 100 of the working machine which concerns on this invention. It is a flowchart figure which shows the flow of the process by the remote control system 100 of the working machine which concerns on this invention. It is a flowchart figure which shows the flow of the process by the remote control system 100 of the working machine which concerns on this invention.
  • FIG. 1 is an overall view showing an embodiment of a remote control system 100 for a work machine according to the present invention.
  • A is a cockpit
  • B is a relay point for radio signals
  • C is a work site
  • a remote control device 1 is disposed in the cockpit A
  • a first radio that relays radio waves to the relay point B is shown.
  • a relay station 2 and a second radio relay station 3 are arranged, and a photographing vehicle 4 and a hydraulic excavator 5 which is a mobile work machine are arranged at the work site C, respectively.
  • the number of wireless relay stations 2 and 3 is not limited to two, and there are cases where one or three or more radio relay stations 2 and 3 are arranged, and there are cases where two or more photographing vehicles 4 are arranged or not.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the function of each part of the remote control system 100 of the present invention configured as described above.
  • the remote control device 1 disposed in the cockpit A includes a wireless communication device 1a, a hub (HUB) 1b, a diagnostic device 1c, an audio device 1d, a decoder 1e, a monitor 1g, and a control signal converter 1f.
  • the remote control unit 1h and the spare radio 1j are mainly configured.
  • the photographing vehicle 4 is provided with a wireless communication device 4a, an encoder 4b, and a camera 4c on a self-propelled vehicle body. Then, a radio signal (radio wave) re-radiated from the second radio relay station 3 is received by the antenna 4d of the radio communication device 4a of the photographing vehicle 4, and similarly subjected to amplification processing, etc. Re-radiated from the antenna 4d toward the excavator 5 which is a work machine.
  • a radio signal radio wave
  • the hydraulic excavator 5 includes a wireless communication device 5a, a hub (HUB) 5b, an encoder 5c, a camera 5d, as shown in FIG. 2, in addition to the general configuration of a hydraulic excavator such as a hydraulic system and an engine system (not shown).
  • An audio device 5e a control signal converter 5f, a vehicle body operation unit 5g, a spare radio device 5h, a hydraulic control unit 5j, and an engine control unit 5k.
  • the radio signal (radio wave) emitted from the photographing vehicle 4 is received by the antenna 5n of the radio communication device 5a, converted into a communication signal by the radio communication device 5a, and sent to the control signal converter 5f via the hub 5b.
  • the vehicle body operation unit 5g After being converted into a control signal, it is input to the vehicle body operation unit 5g.
  • the control signal input to the vehicle body operation unit 5g is sent to the hydraulic control unit 5j and the engine control unit 5k.
  • the hydraulic control unit 5j and the engine control unit 5k operate the hydraulic excavator 5 by controlling the hydraulic system and the engine system by this control signal.
  • the vehicle body operation unit 5g is operated in advance according to a control signal from the remote control unit 1h of the remote control device 1, signals from various sensors (not shown) attached to the hydraulic excavator 5, and an abnormality occurrence state. Based on the control information, a predetermined control signal is transmitted to the hydraulic control unit 5j and the engine control unit 5k, and the hydraulic system and the engine system are controlled to operate the front unit 5p and the traveling body of the hydraulic excavator 5. And excavation work.
  • the remote control device 1 is further provided with a spare radio device 1j and a spare antenna 1m
  • the hydraulic excavator 5 is also provided with a spare radio device 5h and a spare antenna 5m.
  • a sub wireless communication route is formed between the standby wireless device 1j and the standby wireless device 5h to perform standby wireless communication. It can be done. That is, the remote control device 1, the first wireless relay station 2, the second wireless relay station 3, the photographing vehicle 4, and the hydraulic excavator 5 are arranged in a daisy chain to form a main wireless communication path. At the same time, the remote control device 1 and the excavator 5 are connected by a sub wireless communication path so that they form an annular communication path.
  • the communication from the wireless communication device 1a as the main wireless communication path employs a communication method capable of large-capacity data communication such as video data signals and audio data signals in addition to operation signals.
  • the standby communication between the standby wireless devices 1j and 5h serving as the sub wireless communication paths employs a communication method using a frequency band with excellent radio wave propagation characteristics, such as a specific low power wireless.
  • the sub wireless communication path is a wireless communication system that can reliably maintain the communication state although the amount of data communication is small compared with the communication through the main wireless communication path.
  • All of these wireless communication paths are capable of two-way communication. Not only an operation command signal from the remote control device 1 to the hydraulic excavator 5 side but also video data and audio captured by the camera 5d of the hydraulic excavator 5 are provided. Large-capacity data such as voice data collected by the device 5e is sent from the wireless communication device 5a side to the remote control device 1 side via the wireless relay station 3 or the like.
  • video data captured by the camera 5d of the excavator 5 is converted into a communication signal by the encoder 5c, converted into a radio signal through the hub 5b and the wireless communication device 5a, and radiated from the antenna 5n toward the imaging vehicle 4.
  • the sound around the hydraulic excavator 5 is collected by the sound device 5e and converted into a communication signal.
  • the sound is converted into a wireless signal through the hub 5b and the wireless communication device 5a, and directed from the antenna 5n to the photographing vehicle 4. Is emitted.
  • This photographing vehicle 4 is for photographing a working hydraulic excavator 5 with a camera 4c. Therefore, the captured video signal is converted into a communication signal by the encoder 4b and converted into a radio signal by the wireless communication device 4a, and the second wireless signal is transmitted from the antenna 4d together with the wireless signal (video and audio signal) received from the hydraulic excavator 5. Radiated toward the relay station 3. After the radio signal radiated from the antenna 4d is received by the antenna 3a of the second radio relay station 3 and subjected to amplification processing, the radio signal is radiated from the antenna 3a toward the first radio relay station 2. Similarly, the signal is received by the antenna 2a of the first radio relay station 2, subjected to amplification processing and the like, and then radiated from the antenna 2a toward the remote control device 1.
  • the radio signal emitted toward the remote control device 1 is received by the antenna 1k of the remote control device 1, converted into a communication signal by the radio communication device 1a, and input to the decoder 1e and the audio equipment 1d through the hub 1b.
  • the input communication signal is converted into a video signal photographed by the camera 4c of the photographing vehicle 4 and a video signal photographed by the camera 5d of the hydraulic excavator 5, and sent to the monitor 1g to reproduce each video. To do.
  • the input communication signal is converted into an audio signal and reproduced from a speaker (not shown) as an audio around the hydraulic excavator 5. Then, the operator manually operates the remote controller 1h while confirming these images and sounds, and appropriately remotely controls the hydraulic excavator 5.
  • the diagnostic device 1c of the remote control device 1 includes the equipment and arrangement of each part constituting the main communication path, the signal communication path, and the like. The information regarding is stored in advance.
  • the diagnostic device 1c issues an operation confirmation signal, for example, a response request signal such as a ping command, to the devices in order from the remote control device 1 periodically or when communication is malfunctioning. By monitoring the presence or absence of a response from each device, the communication connection is confirmed to confirm whether each device is operating normally. Further, in the above description, the example in which the operation confirmation signal is issued in the order from the remote control device 1 when determining whether or not it is normal has been described.
  • the wireless communication device 5a of the excavator 5 farthest from the remote control device 1 is set as the target of bidirectional communication, and direct bidirectional communication or a preset device, for example, Two-way communication may be performed up to the second wireless relay station.
  • the diagnostic device 1c determines that the device is operating normally. If the device is faulty, no response is returned, so the diagnostic device 1c determines that an abnormality has occurred in the device and notifies the operator via the monitor 1g or the like. For example, when an abnormality occurs in the second wireless repeater 3, the second wireless repeater 3 cannot issue a response signal in response to a response request from the diagnostic device 1c. For this reason, since the response from the second wireless repeater 3 is not returned, the diagnostic device 1c determines that an abnormality has occurred in the second wireless repeater 3, and displays that fact on the monitor 1g. Inform about the occurrence and the location (device) where the abnormality occurred.
  • the diagnostic device 1c uses the standby radio 1j to directly connect to the standby radio 5h of the excavator 5 by radio.
  • an operation confirmation signal is sent to each device in order from the opposite direction to the main communication path to issue a response request. That is, as shown in FIG.
  • the wireless communication device 1a, the first wireless relay station 2, the second wireless relay station 3, the wireless communication device 4a, the wireless communication device 5a, the standby communication device 5h, and the standby communication device 1j are
  • the antennas 1k, 2a, 3a, 4d, the hub 5b, the antennas 5n, 5m, 1m, and the hub 1a are connected in a ring shape to transmit not only the operation confirmation signal from the wireless communication device 1a side but also the standby communication device 1j side. Also, an operation confirmation signal is transmitted.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the flow of these series of processes.
  • the diagnostic device 1c of the remote control device 1 determines in the first step S100 whether or not a wireless communication connection is established through the main communication path from the wireless communication device 1a, and determines that it is not established. If (No), the process is terminated as it is, but if it is determined that it has been established (Yes), the process proceeds to the next step S102.
  • step S102 a ping command is then transmitted to the devices constituting the main communication path in the order from the remote control device 1, and the process proceeds to the next step S104.
  • step S104 when there is a response from all the target devices constituting the main communication path as a result of transmitting the ping command in order (Yes), it is determined that there is no abnormality, and the process returns to step S102. However, if there is no response (No), the process proceeds to the next step S106.
  • step S106 a device that has not responded is identified based on data stored in advance, and this is notified to the operator via the monitor 1g or the like.
  • the diagnostic device 1c uses a spare communication path to transmit a ping command to each device in the order from the remote control device 1 in the reverse direction, and proceeds to the next step S110.
  • step S110 by confirming whether or not there is a response from each device to these ping commands, the device in which an abnormality has occurred is specified, and this is notified to the operator via the monitor 1g and the process is terminated.
  • step S106 For example, as a result of transmitting the ping command from the remote control device 1 to the respective devices from the reverse direction in the order from the remote control device 1 in the reverse direction using the spare communication path as described above, all the target devices except for the device first identified in step S106 are used. When there is a response, it can be understood that the abnormality has occurred only in the device first identified in step S106. For this reason, it is possible to promptly and accurately take measures such as repair and replacement of the device. On the other hand, if there is no response from a device other than the device specified first in step S106, an abnormality occurs in the device positioned between them as well as the device specified first. Therefore, it is possible to respond quickly and accurately based on the prediction.
  • the present invention can identify the device or the location where the abnormality has occurred, and thus immediately implements a repair work or the like. It becomes possible to do.
  • the devices constituting the remote control system 100 of the present invention are classified according to their functions, (1) a communication device for transmitting / receiving an operation signal for operating the hydraulic excavator 5 and the like, image and sound shooting and sound collection. And (2) video / audio equipment for performing encoding, decoding, reproduction, and the like, and (3) control equipment for controlling the operation of the hydraulic excavator 5.
  • the abnormality occurrence device is, for example, (2) a part of a video / audio device, and (1) a communication device or (3) All other devices such as control devices may be operating normally.
  • the diagnostic device 1c cuts off the control signal from the remote control operation unit 1h, for example, by stopping the operation of the control signal converter 1f, and transmits an abnormal signal to the hydraulic excavator 5.
  • the hydraulic excavator 5 that has received the abnormal signal transmits a hydraulic lock signal for stopping the operation of the hydraulic system from the vehicle body operation unit 5g to the hydraulic control unit 5i, and stops the operation of the front portion of the hydraulic excavator. Thereafter, an engine speed instruction or an engine stop instruction determined at the time of abnormality is issued to the engine controller 5k.
  • the remote control operation is invalidated and the communication device is operating normally. Since the hydraulic system of the hydraulic excavator 5 is remotely stopped by using, for example, the remote controller operation unit 1h is erroneously operated without the operator being able to confirm the image on the monitor 1g, the hydraulic excavator 5 performs an unintended operation. Such a situation can be avoided.
  • an abnormality occurrence device is specified by the process shown in the flow of FIG. 3, and in the next step S202, it is determined whether or not the abnormality occurrence device is a device constituting the video / audio device. To do. When it is determined that the abnormality occurrence device is not a device that constitutes a video / audio device (No), the process is terminated, but when it is determined that the abnormality occurrence device is a device that constitutes a video / audio device (Yes). Disables the remote control operation and proceeds to the next step S204.
  • step S204 it is further determined whether or not the main communication device for transmitting and receiving an operation signal for operating the excavator 5 is normal. If it is determined that the main communication device is normal (Yes), the process jumps to step S208. However, when it is determined that it is not normal (Yes), the process proceeds to the next step S206 and it is determined whether or not the spare communication device is normal. When it is determined that the spare communication device is not normal (No), the processing is terminated as it is. However, when it is determined that the spare communication device is normal (Yes), the process proceeds to step S210 and the spare communication device is completed. The hydraulic system of the excavator 5 is remotely stopped using the equipment.
  • the control signal conversion unit 5f of the hydraulic excavator 5 always monitors the communication status, and either communication from the main communication path or communication from the backup communication path is performed. If the predetermined time has elapsed after the interruption, a control signal is sent to the vehicle body operation unit 5g, and the vehicle body operation unit 5g operates the operation of the front part 5p of the hydraulic excavator 5 that is set in advance when the communication with the hydraulic control unit 5k is abnormal. An instruction is given and control is performed so as to shift to a standby posture including bucket grounding.
  • the vehicle body operation unit 5g transmits an engine stop signal to the engine control unit 5k to stop the engine. You may do it.
  • the abnormal device is quickly identified, and the hydraulic excavator 5 is quickly put on standby. Therefore, it is possible to prevent the operation unintended by the operator.
  • radio is used as all communication methods.
  • the same operation and effect can be obtained even in a wired method in which some or all of the devices are connected by communication cables.
  • a hydraulic excavator has been described as a working machine, the same operation and effect can be obtained even with a dump truck or other construction machines.

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Abstract

油圧ショベル5と遠隔操縦装置1とを中継局を介した第1の通信手段によって双方向通信可能とした作業機械の遠隔操縦システムであり、油圧ショベル5と遠隔操縦装置1とを第1の通信手段による通信経路とは異なる第2の通信手段で双方向通信可能とし、この第2の通信手段の通信経路を用いて第1の通信経路とは逆方向に各機器に対して順に動作確認信号を送信し、その応答の有無を確認する。これによって、最初に特定された異常発生機器だけでなく、それ以降の機器に異常が発生した場合にはその異常発生機器を迅速かつ容易に特定することができる。

Description

作業機械の遠隔操縦システム
 本発明は、油圧ショベルやダンプトラックなどの作業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・作業機械にも応用する提案がなされている。例えば作業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映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映像を見ながらリモコン装置を操作し、その操作信号を作業機械に無線送信することで作業機械を遠隔操作しようとするものである。
 このように無線によって作業機械を遠隔操作する場合、通信を行う機器に異常が発生して通信が途絶えると、作業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、2つの無線通信手段を設け、第1の無線通信手段による通信に異常が発生した場合には、第2の無線通信手段に切り換えて遠隔操作を継続するような技術が提案されている。
特許第3364419号公報
 ところで、前記公知技術のように第1の無線通信手段に異常が発生した場合には、別の通信手段に切り換えて作業を継続するよりも、早急にその異常の原因を突き止め、その異常箇所の修復を優先しなければならない。また、この不具合は通信装置以外の映像伝送装置や制御装置などの故障による可能性もある。しかしながら、これらの通信装置や映像伝送装置などは、多種多様な機器やデバイスなどで構成されているため、異常が発生してもその異常を発生している箇所(機器)を迅速に特定するのは容易ではない。
 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、通信手段に異常が発生した場合、その異常発生箇所を迅速かつ容易に特定できる新規な作業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、作業機械と遠隔操縦装置とを中継局を介した第1の通信手段によって双方向通信可能とした作業機械の遠隔操縦システムであって、前記作業機械と前記遠隔操縦装置とを前記第1の通信手段による通信経路とは異なる第2の通信手段で双方向通信可能とし、前記遠隔操縦装置に、前記作業機械、前記遠隔操縦装置および前記中継局をそれぞれ構成する各機器の異常を診断する異常診断手段を備え、前記異常診断手段は、前記第1の通信手段の通信経路を用いて前記各機器に対して予め設定された順に動作確認信号を送信し、応答がない機器があったときは、前記第2の通信手段の通信経路を用いて前記応答がない機器以降の各機器に対して順に動作確認信号を送信し、前記動作確認信号の応答がない機器を異常発生機器として特定することを特徴とする作業機械の無線操縦システムである。
 作業機械と遠隔操縦装置との間が1つまたは2つ以上の中継局を介して数珠つなぎになっている場合、動作確認信号に対する応答がない機器、すなわち異常発生機器以降の機器に対しては動作確認信号を送ることができないため、それらの機器が正常に動作しているか否かは分からない。そのため、本発明のように作業機械と遠隔操縦装置とを前記第1の通信手段による通信経路とは異なる第2の通信手段で双方向通信可能とし、この第2の通信手段の通信経路を用いて前記応答がない機器以降の各機器に対して予め設定された順に動作確認信号を送信し、その応答の有無を確認すれば、最初に特定された異常発生機器だけでなく、それ以降の機器に異常が発生した場合にはその異常発生機器を迅速かつ容易に特定することができる。
 本発明は、前述したように作業機械と遠隔操縦装置とを前記第1の無線通信手段による通信経路とは異なる第2の無線通信手段で双方向通信可能とし、この第2の無線通信手段の通信経路を用いて前記応答がない機器以降の各機器に対して順に動作確認信号を送信するようにしたため、その動作確認信号の応答の有無を確認すれば、最初に特定された異常発生機器だけでなく、それ以降の機器に異常が発生した場合にはその異常発生機器も迅速かつ容易に特定することができる。
本発明に係る作業機械の遠隔操縦システム100の実施の一形態を示す全体図である。 本発明に係る作業機械の遠隔操縦システム100を構成する各部の機能ブロック図である。 本発明に係る作業機械の遠隔操縦システム100による処理の流れを示すフローチャート図である。 本発明に係る作業機械の遠隔操縦システム100によ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、本発明に係る作業機械の遠隔操縦システム100の実施の一形態を示す全体図である。図において、符号Aは操縦室、Bは無線信号の中継点、Cは作業現場であり、操縦室Aには遠隔操縦装置1が配置され、中継点Bには電波を中継する第1の無線中継局2と第2の無線中継局3とが配置され、作業現場Cには撮影車両4と移動式の作業機械である油圧ショベル5とがそれぞれ配置されている。なお、無線中継局2,3は2つとは限らず、1つあるいは3つ以上配置されるケースもあり、また、撮影車両4も2つ以上配置あるいは無いケースもある。
 図2は、このような構成をした本発明の遠隔操縦システム100の各部の機能を示すブロック図である。操縦室Aに配置される遠隔操縦装置1は、無線通信機1aと、ハブ(HUB)1bと、診断器1cと、音声機器1dと、デコーダ1eと、モニター1gと、制御信号変換器1fと、リモコン操作部1hと、予備無線機1jとから主に構成されている。
 このような構成をした遠隔操縦装置1にあっては、オペレータがリモコン操作部1hを操作すると、そのリモコン操作部1hから油圧ショベル5を動作させるための制御信号が発せられ、その制御信号が制御信号変換器1fにて通信信号に変換されてハブ1bを通じて無線通信機1aに送られ、ここで無線信号に変換されてアンテナ1kより電波の形で放射される。アンテナ1kより放射された無線信号(電波)は、第1の無線中継局2のアンテナ2aで受信され、増幅処理や誤り訂正処理などが行われた後、第2の無線中継局3に向けてアンテナ2aから再放射される。再放射された無線信号(電波)は、第2の無線中継局3のアンテナ3aで受信され、所定の処理が行われた後、作業現場Cの撮影車両4に向けてアンテナ3aから再放射される。
 この撮影車両4は、自走する車体に無線通信機4aと、エンコーダ4bと、カメラ4cとが備えられている。そして、第2の無線中継局3から再放射された無線信号(電波)は、この撮影車両4の無線通信機4aのアンテナ4dで受信され、同様に増幅処理などが行われた後、移動式作業機械である油圧ショベル5に向けてアンテナ4dから再放射される。
 この油圧ショベル5には、図示しない油圧システムやエンジンシステムなどの油圧ショベル一般の構成に加え、図2に示すように無線通信機5aと、ハブ(HUB)5bと、エンコーダ5cと、カメラ5dと、音声機器5eと、制御信号変換器5fと、車体操作部5gと、予備無線機5hと、油圧制御部5j、エンジン制御部5kとを備えている。そして、撮影車両4から放射された無線信号(電波)は、無線通信機5aのアンテナ5nで受信され、無線通信機5aにより通信信号に変換され、ハブ5bを介して制御信号変換器5fに送られ、ここで制御信号に変換された後、車体操作部5gに入力される。車体操作部5gに入力された制御信号は、油圧制御部5jおよびエンジン制御部5kに送られる。油圧制御部5jおよびエンジン制御部5kは、この制御信号により油圧システムやエンジンシステムを制御して油圧ショベル5を動作させるようになっている。
 すなわち、この車体操作部5gは、遠隔操縦装置1のリモコン操作部1hからの制御信号と、油圧ショベル5に取り付けた図示しない各種センサからの信号と、異常発生状態に応じて予め定められた動作制御情報とを基に油圧制御部5jおよびエンジン制御部5kに対して所定の制御信号を送信し、油圧システムおよびエンジンシステムの制御を行うことによって油圧ショベル5のフロント部5pや走行体を動作させて掘削作業などを行うようになっている。
 また、図2に示すように遠隔操縦装置1には、さらに予備無線機1jと予備アンテナ1mが備えられると共に、油圧ショベル5にも予備無線機5hと予備アンテナ5mが備えられており、前記のような無線通信機1aからのメインの無線通信経路が通信不能になったときに、これら予備無線機1jと予備無線機5hとの間でサブの無線通信経路を形成して予備の無線通信が行えるようになっている。すなわち、遠隔操縦装置1と、第1の無線中継局2と、第2の無線中継局3と、撮影車両4と、油圧ショベル5は、数珠つなぎ状に配置されてメインの無線通信経路を形成していると共に、遠隔操縦装置1と油圧ショベル5とをサブの無線通信経路で接続することにより、これらは環状の通信経路を構成するようになっている。
 そして、メインの無線通信経路となる無線通信機1aからの通信は、操作信号に加えて映像データ信号や音声データ信号のような大容量のデータ通信が可能な通信方式を採用しているのに対し、サブの無線通信経路となる予備無線機1j、5h間の予備通信は、例えば特定小電力無線のような電波伝搬特性に優れた周波数帯域を使用した通信方式を採用している。そのため、サブの無線通信経路は、メインの無線通信経路での通信に比べてデータ通信量は少ないものの、確実に通信状態を維持できる無線通信方式となっている。
 そして、これらの無線通信経路はいずれも双方向通信可能となっており、遠隔操縦装置1から油圧ショベル5側に対する操作指令信号のみならず、油圧ショベル5のカメラ5dで撮影された映像データや音声機器5eで集音された音声データなどの大容量のデータが無線通信機5a側から無線中継局3などを介して遠隔操縦装置1側に送られるようになっている。
 すなわち、油圧ショベル5のカメラ5dで撮影された映像データは、エンコーダ5cで通信信号に変換されてハブ5b、無線通信機5aを通じて無線信号に変換されてアンテナ5nから撮影車両4に向けて放射される。また、この油圧ショベル5の周囲の音声は、音声機器5eで集音されて通信信号に変換され、同様にハブ5b、無線通信機5aを通じて無線信号に変換されてアンテナ5nから撮影車両4に向けて放射される。
 この撮影車両4は、作業中の油圧ショベル5をカメラ4cで撮影するためのものである。そのため、撮影した映像信号はエンコーダ4bで通信信号に変換されて無線通信機4aにて無線信号に変換され、油圧ショベル5から受信した無線信号(映像、音声信号)と共にアンテナ4dから第2の無線中継局3に向けて放射される。アンテナ4dから放射された無線信号は第2の無線中継局3のアンテナ3aで受信され、増幅処理などを行われた後、そのアンテナ3aから第1の無線中継局2に向けて放射された後、同様に第1の無線中継局2のアンテナ2aで受信され、増幅処理などを行われた後、そのアンテナ2aから遠隔操縦装置1に向けて放射される。
 この遠隔操縦装置1に向けて放射された無線信号は、遠隔操縦装置1のアンテナ1kで受信され、無線通信機1aにより通信信号に変換され、ハブ1bを通じてデコーダ1e、音声機器1dに入力される。デコーダ1eでは、入力された通信信号を撮影車両4のカメラ4cで撮影された映像信号と油圧ショベル5のカメラ5dで撮影された映像信号とに変換してモニター1gに送り、それぞれの映像を再生する。
 音声機器1dでは、入力された通信信号を音声信号に変換して油圧ショベル5の周囲音声として図示しないスピーカーから再生する。そして、オペレータは、これらの映像と音声を確認しながらリモコン操作部1hを手動操作して油圧ショベル5を適宜遠隔操縦することになる。
 このような構成をした本発明に係る作業機械の無線操縦システム100にあっては、遠隔操縦装置1の診断器1cに、メインの通信経路を構成する各部の機器および配置ならびに信号の通信経路などに関する情報が予め記憶されている。そして、この診断器1cは、定期的にあるいは通信が不調になったときなどに前記各機器に対して遠隔操縦装置1から近い順に動作確認信号、例えばpingコマンドのような応答要求信号を発行して各機器からの応答の有無を監視することにより、各機器が正常に動作しているかの通信接続確認を行うようになっている。また、正常か否かの判断を行う際に、上述では遠隔操縦装置1から近い順に動作確認信号を発行した例で説明したが、これに拘るものでなく、通常の通信量を考慮する場合は通信頻度を下げた方がよいことから、遠隔操縦装置1から最も遠い油圧ショベル5の無線通信機5aまでを双方向通信の対象として設定し、直接双方向通信したり、予め設定した機器、例えば第2の無線中継局まで双方向通信したりするなどをしてもよい。
 すなわち、動作確認信号を送った機器が正常に動作している場合には、その機器から直ちに応答が帰ってくるため、診断器1cはその機器が正常に動作していると判断するが、その機器が故障している場合には、応答が帰ってこないため、診断器1cはその機器に異常が発生したと判断してモニター1gなどを介してオペレータに報知する。例えば、第2の無線中継器3に異常が発生して場合には、その第2の無線中継器3は、診断器1cからの応答要求に対して応答信号を発行できない。このため、診断器1cは第2の無線中継器3からの応答が帰ってこないので第2の無線中継器3に異常が発生していると判断してモニター1gにその旨を表示して異常発生およびその異常発生箇所(機器)を知らせる。
 これを知ったオペレータは、速やかに異常発生箇所(機器)の修理の手配などを行うことになるが、例えば落雷などが原因による故障の場合は、その機器だけでなく、さらにその周辺機器、例えば前記の例で言えば、第2の無線中継器3より油圧ショベル5側の機器でも同時に異常が発生している可能性がある。このような場合には、第2の無線中継器3が通信不能となっているため、それ以降の全ての機器からも応答が帰ってこず、それらの機器が正常に動作しているか否かを判断することができない。
 そこで、本発明ではこのようにメインの通信経路の機器に異常が発生した場合には、診断器1cが予備無線機1jを用いて油圧ショベル5の予備無線機5hとの間で直接無線接続し、このサブの通信経路を用いてメインの通信経路とは逆方向から順に各機器に対して動作確認信号を送って応答要求を発行するようにしたものである。すなわち、図2に示すように無線通信機1a、第1の無線中継局2、第2の無線中継局3、無線通信機4a、無線通信機5a、予備通信機5h、予備通信機1jは、それぞれアンテナ1k、2a、3a、4d、ハブ5b、アンテナ5n、5m、1m、ハブ1aを介して環状に繋げ、無線通信機1a側からの動作確認信号の送信のみならず、予備通信機1j側からも動作確認信号の送信するようにしたものである。
 図3は、これら一連の処理の流れを示したフローチャートである。先ず、遠隔操縦装置1の診断器1cは、最初のステップS100において、無線通信機1aからのメインの通信経路による無線通信の接続が確立された否かを判断し、確立されていないと判断したとき(No)は、そのまま処理を終了するが、確立されたと判断したとき(Yes)は、次のステップS102に移行する。ステップS102では、その後メインの通信経路を構成する各機器に対して遠隔操縦装置1から近い順にpingコマンドを送信し、次のステップS104に移行する。
 ステップS104では、pingコマンドを順に送信した結果、メインの通信経路を構成する全ての対象機器から応答があったとき(Yes)は、異常なしと判断してステップS102に戻り、所定時間経過後に同様の処理を繰り返すことになるが、応答がないとき(No)は、次のステップS106に移行する。ステップS106では、予め記憶されたデータに基づき、その応答がなかった機器を特定し、それをモニター1gなどを介してオペレータに報知する。
 さらに、この診断器1cは、次のステップS108において、予備の通信経路を用い、逆方向から各機器に対して遠隔操縦装置1から近い順にpingコマンドを送信し、次のステップS110に移行する。ステップS110では、これらpingコマンドに対する各機器からの応答の有無を確認することで、異常が発生している機器を特定し、それをモニター1gなどを介してオペレータに報知して処理を終了する。
 例えば、このように予備の通信経路を用い、逆方向から各機器に対して遠隔操縦装置1から近い順にpingコマンドを送信した結果、ステップS106で最初に特定された機器を除く全ての対象機器から応答があった場合には、異常が発生しているのはステップS106で最初に特定された機器のみであることを把握することができる。このため、その機器の修理や交換などの対応を迅速かつ的確に行うことができる。これに対し、ステップS106で最初に特定された機器以外の機器からも応答がなかった場合には、その機器と最初に特定された機器はもちろん、それらの間に位置する機器についても異常が発生していることが予測されるため、その予測に基づきその対応を迅速かつ的確に行うことができる。
 このように本発明は、メインの通信経路を構成する構成機器などに異常が発生した場合には、その異常を発生している機器や箇所を特定できるため、修復作業などの対応を早急に実施することが可能となる。
 また、本発明の遠隔操縦システム100を構成する機器をその機能ごとに分類すると、油圧ショベル5を操作する操作信号などを送受信するための(1)通信機器と、映像や音声の撮影および集音、エンコード、デコード、再生などを行うための(2)映像音声機器と、油圧ショベル5の動作の制御を行う(3)制御機器との3つに分けることができる。このような構成においては、前記のような方法により異常発生機器が特定された結果、その異常発生機器が、例えば(2)映像音声機器の一部であり、(1)通信機器や(3)制御機器といった他の機器は全て正常に動作している場合がある。
 このような場合、診断器1cは、例えば制御信号変換器1fの動作を停止させることにより、リモコン操作部1hからの制御信号を遮断すると共に、油圧ショベル5に対して異常信号を発信する。この異常信号を受信した油圧ショベル5は、車体操作部5gから油圧制御部5iに対して油圧システムの動作を停止させる油圧ロック信号を送信し、油圧ショベルのフロント部の動作を停止させる。その後、エンジン制御部5kに対して異常時に定められたエンジン回転数の指示またはエンジン停止の指示を出すことになる。
 このように映像音声機器のみに異常が発生してモニター1gに撮影車両4や油圧ショベル5からの映像音声が表示されない場合には、リモコン操作を無効とすると共に、正常に動作している通信機器などを利用して油圧ショベル5の油圧システムを遠隔で停止させるようにしたため、オペレータがモニター1gの映像を確認できない状態でリモコン操作部1hを誤操作してしまい、油圧ショベル5が意図しない動作をするといった事態を回避することができる。
 さらに映像音声機器に加え、メインの通信機器にも異常が発生している場合には、予備の通信機器を用いることで同様な制御を実施することができる。これらの処理の流れを示したのが図4のフローチャートである。先ず、最初のステップS200では、図3のフローで示すような処理によって異常発生機器を特定し、次のステップS202では、その異常発生機器が映像音声機器を構成する機器であるか否かを判断する。その異常発生機器が映像音声機器を構成する機器でないと判断したとき(No)は、そのまま処理を終了するが、その異常発生機器が映像音声機器を構成する機器であると判断したとき(Yes)は、リモコン操作を無効にして次のステップS204に移行する。
 ステップS204では、さらに油圧ショベル5を操作する操作信号などを送受信するためのメインの通信機器は正常であるか否かを判断し、正常であると判断したとき(Yes)はステップS208までジャンプするが、正常でないと判断したとき(Yes)は次のステップS206に移行して予備の通信機器は正常であるか否かを判断する。予備の通信機器も正常でないと判断したとき(No)は、そのまま処理を終了するが、予備の通信機器は正常であると判断したとき(Yes)は、ステップS210に移行し、その予備の通信機器を利用して油圧ショベル5の油圧システムを遠隔で停止させることになる。
 また、本発明の作業機械の遠隔操縦システム100において、油圧ショベル5の制御信号変換部5fは常に通信状況を監視し、メインの通信経路からの通信および予備の通信経路からの通信のいずれの通信も途切れて所定時間経過した場合には、車体操作部5gに制御信号を送り、車体操作部5gは、油圧制御部5kに対して通信異常時に予め定められた油圧ショベル5のフロント部5pの動作指示を行い、バケット接地を含めた待機姿勢に移行するように制御する。
 また、さらに、油圧ショベル5を待機状態に制御してから所定時間経過しても通信が復旧しないときは、車体操作部5gは、エンジン制御部5kにエンジン停止信号を送信し、エンジンを停止させるようにしても良い。このようにして遠隔操縦システムを構成する各機器に異常が発生し、オペレータによる油圧ショベル5の操縦が不能になった場合でも速やかに異常機器の特定を行い、かつ油圧ショベル5を迅速に待機姿勢に移行および停止させることが可能となり、オペレータが意図しない動作を防ぐことができる。
 なお、本実施の形態では、全ての通信方式として無線を用いた例で説明したが、その一部あるいは全部の機器を通信ケーブルで接続した有線方式であっても同様な作用・効果が得られることは勿論である。また、作業機械として油圧ショベルの例で説明したが、これ以外にダンプトラックや他の建設機械であっても同様な作用・効果が得られる。
 100…作業機械の無線操縦システム
 1…遠隔操縦装置
 1a…無線通信機(第1の通信手段)
 1c…診断器(異常診断手段)
 1g…モニター(異常機器報知手段)
 1j…予備無線機(第2の通信手段)
 2…第1の無線中継局(中継局、第1の通信手段)
 3…第2の無線中継局(中継局、第1の通信手段)
 4…撮影車両(第1の通信手段)
 4a…無線通信機(第1の通信手段)
 5…油圧ショベル(作業機械)
 5a…無線通信機(第1の通信手段)
 5h…予備無線機(第2の通信手段)
 5i…油圧制御部(油圧システム)
 5k…エンジン制御部(エンジンシステム)
 A…操縦室
 B…無線信号の中継点
 C…作業現場

Claims (5)

  1.  作業機械と遠隔操縦装置とを中継局を介した第1の通信手段によって双方向通信可能とした作業機械の遠隔操縦システムであって、
     前記作業機械と前記遠隔操縦装置とを前記第1の無線通信手段による通信経路とは異なる第2の通信手段で双方向通信可能とし、
     前記遠隔操縦装置に、前記作業機械、前記遠隔操縦装置および前記中継局をそれぞれ構成する各機器の異常を診断する異常診断手段を備え、
     前記異常診断手段は、前記第1の通信手段の通信経路を用いて前記各機器に対して予め設定した順に動作確認信号を送信し、応答がない機器があったときは、前記第2の通信手段の通信経路を用いて前記応答がない機器以降の各機器に対して順に動作確認信号を送信し、前記動作確認信号の応答がない機器を異常発生機器として特定することを特徴とする作業機械の遠隔操縦システム。
  2.  請求項1に記載の作業機械の無線操縦システムにおいて、
     前記遠隔操縦装置と作業機械との間を、前記第1の通信手段と前記第2の通信手段により環状に通信可能に接続したことを特徴とする無線操縦システム。
  3.  請求項1に記載の作業機械の遠隔操縦システムにおいて、
     前記遠隔操縦装置は、前記異常診断手段により特定された異常発生機器の位置を報知する異常機器報知手段を備えたことを特徴とする無線操縦システム。
  4.  請求項1に記載の作業機械の遠隔操縦システムにおいて、
     前記作業機械は、油圧システムとエンジンシステムによって動作し、
     前記遠隔操縦装置は、前記異常診断手段により特定された異常発生機器が前記油圧システムとエンジンシステムの動作に影響を与えない機器であるときは、前記第2の通信手段を用いて前記油圧システムとエンジンシステムを制御して前記作業機械を待機状態に制御することを特徴とする作業機械の遠隔操縦システム。
  5.  請求項4に記載の作業機械の遠隔操縦システムにおいて、
     前記作業機械は、前記待機状態が所定時間経過したときは前記エンジンシステムを制御してエンジンを停止することを特徴とする作業機械の遠隔操縦システム。
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