WO2017150454A1 - 作業機および作業機の操作システム - Google Patents

Abstract

作業機を、被操作機能部と、外部ネットワークを介して操作端末に接続される車載ネットワークと、被操作機能部の操作に関する真性操作信号を車載ネットワークに送出する操作部と、車載ネットワークを介して操作部に接続され、操作端末が生成する疑似操作信号と真性操作信号との何れか一方の信号に基づいて被操作機能部を制御する制御部と、を備えるように構成する。

Description

作業機および作業機の操作システム

　本発明は、作業機および作業機の操作システムに関する。さらに詳しくは、本発明は、作業機の操作装置が故障した場合などに操作装置の代替手段となる構成を備える作業機および操作システムに関する。

　移動式クレーンには制御装置と各種の操作装置とが搭載されている（例えば、特許文献１）。作業員は、操作装置を操作することにより、車両およびクレーン装置の設定を変更できる。この操作装置が故障した場合、作業員は移動式クレーンを操作できず、復旧が困難である。

特開２０１５－１８２８５７号公報

　本発明は上記事情に鑑み、作業機の操作装置が故障した場合などに操作装置の代替手段となる構成を備える作業機および操作システムの提供を目的とする。

　本発明のうち作業機に係る発明は、被操作機能部と、被操作機能部の操作に関する真性操作信号を送出する操作部と、作業機に外部ネットワークを介して接続される操作端末が送出する疑似操作信号と真性操作信号との何れか一方の信号に基づいて被操作機能部を制御する制御部と、を備える。

　本発明のうち作業機の操作システムに係る発明は、上述の作業機と、作業機に外部ネットワークを介して接続された操作端末と、を備え、操作端末は作業機を操作する擬似操作信号を外部ネットワークに送出し、制御部が、疑似操作信号と作業機の操作部が送出する真性操作信号との何れか一方の信号に基づいて前記作業機の被操作機能部を制御する。

　本発明によれば、作業機の操作装置が故障した場合などに操作装置の代替手段となる構成を備える作業機および操作システムを実現できる。

本発明の実施形態１に係る作業機および作業機の操作システムＡのブロック図である。

　＜１．実施形態１について＞
　つぎに、本発明の実施形態１について図面に基づき説明する。
　本発明の実施形態１に係る操作システムＡは後述の各種作業機に適用される。作業機は移動式クレーン、高所作業車、軌陸車、油圧ショベルなどである。操作システムＡは特に大型の移動式クレーンに好適である。以下、移動式クレーン１を操作するための操作システムＡについて説明する。

　＜１．１　操作システムについて＞
　図１に示すように、操作システムＡは、作業機である移動式クレーン１と、操作端末２１と、外部ネットワーク２０と、を備えている。
　移動式クレーン１は、制御装置１１と、操作装置１２と、表示装置１３と、コンバータ１４と、を備えている。これら各構成は、車載ネットワーク１０を介して互いに接続されている。

　＜１．２　車載ネットワークについて＞
　車載ネットワーク１０は車載機器（制御装置１１、操作装置１２、表示装置１３、コンバータ１４など）を相互に接続する通信線などで構成されている。車載ネットワーク１０の通信プロトコルは特に限定されない。車載ネットワーク１０のプロトコルとして、例えば、ＣＡＮ、ＬＩＮ、ＦｌｅｘＲａｙなどの車両制御に使用される各種プロトコルが挙げられる。

　＜１．３　制御装置について＞
　制御装置１１は、入力端子、出力端子、ＣＰＵ、およびメモリなどで構成された車載コンピュータである。制御装置１１は、制御部であって、移動式クレーン１を制御する機能を有する。制御装置１１の数は１つに限定されない。制御装置１１は機能ごとに複数設けられてもよい。例えば、移動式クレーン１の車両を制御する車両制御用の制御装置と、移動式クレーン１のクレーン装置を制御するクレーン制御用の制御装置と、過負荷防止装置を制御する制御装置とが個々の制御装置として設けられてもよい。なお、移動式クレーン１の車両、クレーン装置、および過負荷防止装置などが作業機の被操作機能部である。その他、移動式クレーン１が備える各種構造および各種機能が被操作機能部である。

　＜１．４　操作装置について＞
　操作装置１２は、操作部であって、移動式クレーン１を操作するのに用いられるスイッチやレバーなどである。操作装置１２は移動式クレーン１の運転室などに設けられる。操作装置１２の数は特に限定されないが、操作装置１２の数は通常複数である。具体的には、操作装置１２は、例えば、移動式クレーン１の走行、アウトリガーの作動（例えば、張り出し、格納）、ブームの作動（例えば、起伏、伸縮、旋回）、フックの作動（例えば、上昇、降下）、およびジブの作動（例えば、張り出し、格納）などの操作に関するスイッチおよびレバー（以下、クレーン操作部という）を含む。

　操作装置１２は、車載ネットワーク１０を介して制御装置１１に接続されている。操作装置１２は、作業員の操作に応じて、特定の操作信号を車載ネットワーク１０に送出する。その操作信号は車載ネットワーク１０を介して制御装置１１に入力される。制御装置１１は、受領した操作信号に基づき移動式クレーン１を制御する。これにより、作業員が操作装置１２を用いて移動式クレーン１を操作できる。

　操作装置１２は例えば車両系スイッチでもよい。車両系スイッチには、サスペンションレベルの設定スイッチ、四輪駆動・二輪駆動の切り換えスイッチ、ステアリングモード（ノーマル、クランプ、クラブ、リア）の切り換えスイッチなどが含まれる。通常、車両系スイッチおよび上記クレーン操作部は機能ごとに１つしか搭載されない。そのため、車両系スイッチまたは上記クレーン操作部が故障すると他の手段で移動式クレーン１を操作できない。具体的には、例えば、移動式クレーン１のブームが起きた状態で、ブームの作動に関する操作装置１２が故障すると、作業員はブームを倒す操作を行えない。

　＜１．５　表示装置について＞
　表示装置１３は液晶ディスプレイなどである。表示装置１３は移動式クレーン１の運転室などに設けられる。表示装置１３は例えば過負荷防止装置のディスプレイである。表示装置１３の数は１つでもよいし、複数でもよい。

　表示装置１３は車載ネットワーク１０を介して制御装置１１に接続されている。制御装置１１は移動式クレーン１の各種情報を示す作業機情報信号を車載ネットワーク１０に出力する。作業機情報信号は車載ネットワーク１０を介して表示装置１３に入力される。表示装置１３は作業機情報信号に基づき移動式クレーン１の各種情報を表示する。これにより、作業員が表示装置１３を通じて移動式クレーン１の状態を把握できる。

　＜１．６　コンバータについて＞
　コンバータ１４は車載ネットワーク１０の通信プロトコルと外部ネットワーク２０の通信プロトコルとを変換する機能を有する。外部ネットワーク２０には操作端末２１が接続されている。すなわち、操作端末２１は外部ネットワーク２０を介してコンバータ１４と接続されている。

　コンバータ１４は車載ネットワーク１０に対して着脱可能であり、必要時にのみ車載ネットワーク１０に接続される。なお、コンバータ１４は車載ネットワーク１０に対して着脱不可能であってもよい。すなわち、コンバータ１４は車載ネットワーク１０に常に接続していてもよい。

　外部ネットワーク２０は無線ネットワークでもよいし、有線ネットワークでもよい。無線ネットワークとして、Ｗｉ－Ｆｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などが挙げられる。有線ネットワークとして、ＵＳＢなどが挙げられる。

　＜１．７　操作端末について＞
　操作端末２１はＣＰＵやメモリなどで構成された汎用コンピュータである。操作端末２１は、例えばパーソナルコンピュータ、タブレット端末、スマートフォンである。外部ネットワーク２０の構成にもよるが、操作端末２１は移動式クレーン１の運転室の外に配置できる。

　操作端末２１には移動式クレーン１を操作するアプリケーションがインストールされている。作業員は、操作端末２１を操作しこのアプリケーションを実行することにより、移動式クレーン１を操作する。

　具体的には以下の処理が行われる。作業員が操作端末２１を操作すると、操作端末２１から特定の操作信号が外部ネットワーク２０に送出される。その操作信号は外部ネットワーク２０を介してコンバータ１４に入力される。コンバータ１４は操作信号をプロトコル変換して車載ネットワーク１０に出力する。操作信号は車載ネットワーク１０を介して制御装置１１に入力される。制御装置１１は操作信号に基づき移動式クレーン１を制御する。これにより、作業員が操作端末２１を用いて移動式クレーン１を操作できる。

　以下では、操作装置１２が送出する操作信号を「真性操作信号」と称する。一方、操作端末２１が送出する操作信号を「擬似操作信号」と称する。真性操作信号と擬似操作信号とは同一のメッセージ構成でもよいし、異なるメッセージ構成でもよい。メッセージ内に真性操作信号と擬似操作信号とを識別する識別子が付加されてもよい。このような識別子を付加することなく、真性操作信号と擬似操作信号とが識別不可能であってもよい。

　＜１．８　操作システムＡの処理について＞
　つぎに、操作装置１２が故障した場合を例に操作システムＡの処理を説明する。
　操作装置１２が故障した場合、作業員はコンバータ１４を車載ネットワーク１０に接続する。つぎに、作業員が操作端末２１を操作し、操作用のアプリケーションを起動する。そして、操作端末２１が外部ネットワーク２０に接続される。

　作業員が操作端末２１を操作すると、操作端末２１が、擬似操作信号を外部ネットワーク２０に送出する。擬似操作信号は外部ネットワーク２０および車載ネットワーク１０を介して制御装置１１に伝達される。制御装置１１は擬似操作信号に基づき移動式クレーン１を制御する。

　このように、操作端末２１から送出された擬似操作信号が制御装置１１に伝達されるため、作業員は、操作端末２１を用いて移動式クレーン１を操作できる。これにより、作業員は、操作装置１２が故障した場合などに操作装置１２の代替手段として操作端末２１を使用できる。

　操作システムＡは操作端末２１に移動式クレーン１の各種情報を表示する機能も有する。以下、その詳細を説明する。

　制御装置１１には移動式クレーン１の各種情報が記憶されている。制御装置１１は移動式クレーン１の各種情報を示す作業機情報信号を車載ネットワーク１０に出力する。作業機情報信号は車載ネットワーク１０を介してコンバータ１４に入力される。コンバータ１４は作業機情報信号をプロトコル変換して外部ネットワーク２０に出力する。作業機情報信号は外部ネットワーク２０を介して操作端末２１に入力される。すなわち、作業機情報信号は車載ネットワーク１０および外部ネットワーク２０を介して操作端末２１に伝達される。操作端末２１は作業機情報信号に基づき移動式クレーン１の各種情報を表示する。

　このように、操作端末２１に移動式クレーン１の各種情報が表示されることにより、作業員が操作端末２１を通じて移動式クレーン１の状態を把握できる。このため、操作端末２１を用いた移動式クレーン１のメンテナンスが容易となる。

　また、以下の構成とすることにより、移動式クレーン１の各種情報がリアルタイムで操作端末２１に表示される。

　制御装置１１は作業機情報信号を車載ネットワーク１０に常時出力する。コンバータ１４は車載ネットワーク１０から入力された作業機情報信号をプロトコル変換して外部ネットワーク２０に常時出力する。操作端末２１は外部ネットワーク２０から入力された作業機情報信号に基づき移動式クレーン１の各種情報を表示部に表示する。作業情報信号が更新された場合には、操作端末２１は上記表示部の表示内容を更新する。

　このような構成にすれば、操作端末２１に作業機情報信号が常時入力されるため、移動式クレーン１の各種情報が操作端末２１の表示部にリアルタイムで表示される。そのため、移動式クレーン１の状態の把握が容易である。なお、本明細書において「常時」とは、時間的に間断なく続く意味のほか、所定時間間隔で続く意味も含まれる。

　操作端末２１は、コンバータ１４による作業機情報信号の外部ネットワーク２０への常時出力の開始と停止とを切り換え可能であってもよい。具体的には例えば以下の構成が考えられる。作業員が操作端末２１で開始操作を行うと、操作端末２１はコンバータ１４に開始信号を出力する。その後、コンバータ１４は作業機情報信号を外部ネットワーク２０に常時出力する。作業員が操作端末２１で停止操作を行うと、操作端末２１はコンバータ１４に停止信号を出力する。その後、コンバータ１４は作業機情報信号を外部ネットワーク２０に出力しなくなる。

　このような構成とすることにより、外部ネットワーク２０の通信トラフィックが低減される。そのため、操作端末２１から送出される擬似操作信号のデータ量が多い場合でも、擬似操作信号がコンバータ１４に確実に伝達される。また、外部ネットワーク２０の通信量に従い通信料が発生する場合には、通信料が削減される。

　＜２．実施形態２について＞
　つぎに、本発明の実施形態２に係る操作システムを説明する。本実施形態の操作システムの構成は実施形態１の操作システムＡと同様であるため、説明を省略する（図１参照）。

　本実施形態の制御装置１１は、操作装置１２の故障を検知した場合に、操作端末２１から送出された擬似操作信号に基づき移動式クレーン１を制御する。操作装置１２の故障の検知は例えば以下のように行われる。操作装置１２は真性操作信号を車載ネットワーク１０に常時出力する。

　この際、操作装置１２が常時出力する信号として、例えば、操作装置１２が操作されていないことを示す信号が挙げられる。また、操作装置１２が常時出力する信号は、操作装置１２が正常動作中であることを示す信号であってもよい。何れにしても、操作装置１２が常時出力する信号を、制御装置１１は正常信号として受領してよい。

　操作装置１２が正常な場合は、真性操作信号が制御装置１１に常時入力（受領）される。操作装置１２が故障すると真性操作信号が送出されなくなる。制御装置１１は真性操作信号が検知できない場合に、操作装置１２の故障と判断する。

　あるいは、操作装置１２は、操作装置１２の故障を検出した場合に、操作装置１２の故障を示す異常通知信号を制御装置１１に送出してもよい。この場合に、操作装置１２の故障検出は、例えば、操作装置１２の制御部（図示省略）により行われる。上記異常通知信号は上記制御部により送出される。そして、制御装置１１は、操作装置１２からの異常通知信号を受領した場合に、操作装置１２の故障と判断する。

　あるいは、制御装置１２は、操作装置１２に向けて状態確認信号を定期的に送出してもよい。そして、上記状態確認信号に対する操作装置１２からの確認信号を受領できない場合に、制御装置１２は、操作装置１２の故障と判断する。

　本実施形態では、制御装置１１が操作装置１２の故障を検知した場合に、制御装置１１は、操作端末２１から送出された擬似操作信号に基づき移動式クレーン１を制御する。この際、制御装置１１は、操作装置１２の真性操作信号を受け付けない状態となる。このため、操作装置１２と操作端末２１との両方で同時に移動式クレーン１が操作されることがなく安全である。

　なお、制御装置１１は操作装置１２の故障を検知していない場合に、操作装置１２から送出された真性操作信号に基づき移動式クレーン１を制御する。

　この場合に、操作信号に関する情報が表示装置１３に表示されてもよい。上記操作信号に関する情報とは、制御装置１１が真性操作信号（つまり、操作装置１２）と擬似操作信号（つまり、操作端末２１）とのいずれに基づき移動式クレーン１を制御しているかに関する情報である。上記操作信号に関する情報は、制御装置１１から車載ネットワーク１０を介して表示装置１３に入力される。

　このようにすれば、移動式クレーン１の運転席に座っている作業員が操作装置１２と操作端末２１とのいずれで移動式クレーン１が操作されているかを認識できる。

　＜３．実施形態３について＞
　つぎに、本発明の実施形態３に係る操作システムを説明する。本実施形態の操作システムの構成は実施形態１の操作システムＡと同様であるため、説明を省略する（図１参照）。

　本実施形態の制御装置１１は操作装置１２から送出された真性操作信号と、操作端末２１から送出された擬似操作信号とが入力された場合に、擬似操作信号を受け付けず、真性操作信号に基づき移動式クレーン１を制御する。すなわち、制御装置１１は操作装置１２の操作を優先する。真性操作信号と擬似操作信号との識別は、メッセージ内に付加された識別子に基づいて行われる。

　また、制御装置１１は真性操作信号と擬似操作信号とのいずれか一方のみが入力された場合に、入力された方の操作信号に基づき移動式クレーン１を制御する。この場合に、制御装置１１は、操作装置１２の故障を検知した場合にのみ、擬似操作信号に基づき移動式クレーン１を制御するようにしてもよい。すなわち、制御装置１１は、操作装置１２の故障を検知していない場合には、擬似操作信号に基づいて移動式クレーン１を制御しなくてもよい。

　このように、本実施形態の場合、制御装置１１は操作装置１２から送出された真性操作信号を優先する。このため、操作装置１２と操作端末２１との両方により同時に移動式クレーン１が操作されることがなく安全である。

　本実施形態においても、制御装置１１が真性操作信号と擬似操作信号とのいずれに基づき移動式クレーン１を制御しているかを表示装置１３に表示してもよい。

　＜４．付記＞
　作業機の操作システムの参考例１として、作業機の操作システムは、作業機を制御する制御装置と、制御装置と車載ネットワークを介して接続され、車載ネットワークの通信プロトコルと外部ネットワークの通信プロトコルとを変換するコンバータと、コンバータと外部ネットワークを介して接続された操作端末と、を備え、操作端末は作業機を操作する擬似操作信号を外部ネットワークに出力し、コンバータは外部ネットワークから入力された擬似操作信号をプロトコル変換して車載ネットワークに出力し、制御装置は車載ネットワークから入力された擬似操作信号に基づき前記作業機を制御してもよい。

　上述の参考例１によれば、操作端末から出力された擬似操作信号が制御装置に伝達されるので、操作端末を用いて作業機を操作できる。そのため、操作装置が故障した場合などに操作装置の代替手段として操作端末を使用できる。

　作業機の操作システムの参考例２として、参考例１において、制御装置と車載ネットワークを介して接続され、作業機を操作する真性操作信号を車載ネットワークに常時出力する操作装置を備え、制御装置は真性操作信号が検知できない場合に、擬似操作信号に基づき作業機を制御してもよい。

　参考例２によれば、制御装置が操作装置の故障を検知した場合に、操作端末から出力された擬似操作信号に基づき作業機を制御するため、操作装置と操作端末との両方で同時に作業機が操作されることがなく安全である。

　作業機の操作システムの参考例３として、参考例１または参考例２において、制御装置と車載ネットワークを介して接続され、作業機を操作する真性操作信号を車載ネットワークに出力する操作装置を備え、制御装置は真性操作信号と擬似操作信号とが入力された場合に、真性操作信号に基づき作業機を制御してもよい。

　参考例３によれば、制御装置は操作装置から出力された真性操作信号を優先するため、操作装置と操作端末との両方で同時に作業機が操作されることがなく安全である。

　作業機の操作システムの参考例４として、参考例２または参考例３において、制御装置と車載ネットワークを介して接続された表示装置を備え、表示装置には、制御装置が真性操作信号と擬似操作信号とのいずれに基づき作業機を制御しているかが表示してもよい。

　参考例４によれば、作業員が操作装置と操作端末とのいずれで作業機が操作されているかを認識できる。

　作業機の操作システムの参考例５として、参考例１乃至４において、制御装置は作業機情報信号を車載ネットワークに出力し、コンバータは車載ネットワークから入力された作業機情報信号をプロトコル変換して外部ネットワークに出力し、操作端末は外部ネットワークから入力された作業機情報信号に基づき作業機の情報を表示してもよい。

　参考例５によれば、操作端末に作業機の情報が表示されるため、操作端末を用いた作業機のメンテナンスが容易となる。

　作業機の操作システムの参考例６として、参考例１乃至４において、制御装置は作業機情報信号を車載ネットワークに常時出力し、コンバータは車載ネットワークから入力された作業機情報信号をプロトコル変換して外部ネットワークに常時出力し、操作端末は外部ネットワークから入力された作業機情報信号に基づき作業機の情報を表示してもよい。

　第６発明によれば、操作端末に作業機情報信号が常時入力されるため、リアルタイムで作業機の情報を表示できる。

　２０１６年０３月０３日出願の特願２０１６－０４０６８２の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。

　Ａ　　操作システム
　１　　移動式クレーン
　１０　車載ネットワーク
　１１　制御装置
　１２　操作装置
　１３　表示装置
　１４　コンバータ
　２０　外部ネットワーク
　２１　操作端末

Claims (8)

1. 　作業機であって、
   　被操作機能部と、
   　前記被操作機能部の操作に関する真性操作信号を送出する操作部と、
   　前記作業機に外部ネットワークを介して接続される操作端末が送出する疑似操作信号と前記真性操作信号との何れか一方の信号に基づいて前記被操作機能部を制御する制御部と、を備える、
   　作業機。
2. 　前記制御部は、前記操作部からの異常通知信号を受領した場合に、前記疑似操作信号に基づいて前記被操作機能部を制御可能な状態となる、請求項１に記載の作業機。
3. 　前記操作部が、正常動作中に定期的に正常信号を送出し、
   　前記制御部は、前記正常信号を受領できない場合に、前記疑似操作信号に基づいて前記被操作機能部を制御可能な状態となる、請求項１に記載の作業機。
4. 　前記制御部は、前記操作部に向けて状態確認信号を定期的に送出し、
   　前記制御部は、前記状態確認信号に対する前記操作部からの確認信号を受領できない場合に、前記疑似操作信号に基づいて前記被操作機能部を制御可能な状態となる、請求項１に記載の作業機。
5. 　前記制御部は前記真性操作信号と前記擬似操作信号とが入力された場合に、前記真性操作信号を受け付けず、前記真性操作信号に基づき前記被操作機能部を制御する、請求項１に記載した作業機。
6. 　前記制御部が前記真性操作信号と前記擬似操作信号とのうちの何れの信号に基づいて前記作業機を制御しているかを表示する表示部を、さらに備える、請求項１に記載した作業機。
7. 　前記制御部が、前記作業機の状態に関する情報であって、前記操作端末の端末表示部に表示される作業機情報信号を前記操作端末に送信する、請求項１に記載の作業機。
8. 　請求項１に記載の作業機と、
   　前記作業機に外部ネットワークを介して接続された操作端末と、を備え、
   　前記操作端末は前記作業機を操作する擬似操作信号を前記外部ネットワークに送出し、
   　前記制御部が、前記疑似操作信号と前記作業機の操作部が送出する真性操作信号との何れか一方の信号に基づいて前記作業機の被操作機能部を制御する、
   　作業機の操作システム。

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