JP2008144378A - 遠隔操縦作業機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無線により遠隔操縦が可能な遠隔操縦作業機において、簡素な構成でコストを低減させることができ、作業機周辺の状況を容易に把握することができるようにした、遠隔操縦作業機の制御装置を提供する。
【解決手段】上部旋回体に設けられたブーム及びアームと、無線信号で遠隔操縦するための無線操縦装置と、を有する遠隔操縦作業機の制御装置であって、該ブーム，該アーム及び該上部旋回体のうち少なくとも一つの位置を含む複数の位置に固設され機体から周囲の障害物までの距離を検出する複数の距離センサ１ａ〜１ｅと、距離センサ１ａ〜１ｅの各々に近接して固設され、該障害物の方向を撮像する複数の撮像カメラ２ａ〜２ｄと、該距離に基づいて撮像カメラ２ａ〜２ｄで撮像された複数の画像の中から所望の画像を選択する画像選択器１３と、画像選択器１３で選択された画像を表示する第１表示装置２４とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、無線により遠隔操縦が可能な遠隔操縦作業機の制御装置に関する。

従来、災害復旧工事や製鉄所，産業廃棄物処理場等、容易に人の近づけない作業現場において各種作業を行うための作業機として、遠隔操縦作業機が知られている。遠隔操縦作業機とは、油圧ショベルに代表される作業機に搭載されたエンジンや油圧アクチュエータを、無線を用いて遠隔操作できるようにしたものである。
例えば、通常の油圧ショベルにおいてキャブ内に配置される操作レバーや操作スイッチ類と同様の各種入力装置が携帯型のコントローラに設けられ、コントローラの操作内容が無線により油圧ショベルへと送信されて、油圧ショベルがコントローラの操作内容通りに作動するようになっている。これによりオペレータは、油圧ショベルのキャブ外部から、つまり油圧ショベルから離れた位置から、油圧ショベルの動作を制御できる。上記のような遠隔操縦作業機としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。

特許文献１に記載の技術では、遠隔操作が可能な建設機械において、バケット刃先を自動追尾して撮像する作業用カメラを建設機械のキャブ上に搭載するとともに、作業用カメラで撮影された画像信号を無線電波で伝送してディスプレイに表示させる構成が開示されている。つまり、オペレータは、ディスプレイ上の画像を参照しながら建設機械を遠隔操作することで、実際のバケット刃先の状況を把握しつつ作業を進めることができるようになっている。

ところで、狭隘な作業現場で作業を行う際には、機体がその周囲の障害物と接触しないように作業機を操作する必要がある。しかし、オペレータが遠隔操縦作業機から離れた場所で遠隔操縦を行っている場合には、作業機の周囲の状況を把握することが難しい。そこで、作業機周辺の障害物を検出するセンサを機体に設けて、衝突防止措置を講じる作業機が開発されている。

例えば、特許文献２には、油圧パワーショベルの動作範囲内の障害物（対象物）を検出する複数の対象物検出センサを機体に配設し、操作レバーの動作と関連する対象範囲内に障害物が検出された場合に、油圧パワーショベルの動作を停止させるとともに警報を発する構成が開示されている。このような構成により、対象物検出センサで検出された障害物の位置が機械の動作範囲内にある場合には、機械停止及び警報発信といった衝突予防措置を講ずることができ、また、障害物の位置が機械の動作範囲以外の場所である場合には、不必要な衝突予防措置を回避することができるようになっている。
特開平８−７４２９６号公報 特開平５−５９７５２号公報

だが、遠隔操縦作業機においては、特許文献２に記載された技術のように機械の動作を停止させ、あるいは警報を発するだけでは、作業機周囲の状況を把握できない場合がある。また、この技術では、作業機と障害物との衝突を予防することはできるものの、障害物を回避するように作業機を動作させることが難しい。
上述のような課題に対し、例えば作業用カメラの死角となる作業機周囲を撮像する、作業用カメラとは別のカメラを作業機に複数個装備することが考えられる。つまり、作業機周囲の死角がなくなるように複数のカメラを増設することで、作業機周辺の状況を把握しようとするものである。

しかしながら、この場合複数のカメラの各々が撮影した画像を無線電波で伝送するための複数の送受信機及び複数の表示装置が必要となり、コストが高騰してしまう。また、たとえ複数の送受信機及び複数の表示装置を用意したとしても、実際にコントローラを操作するオペレータが注視できる表示装置の表示内容には限度があり、必ずしも作業機周辺の状況を容易に把握できるとは言い切れない。

また、特に遠隔操縦作業機においては、無線電波の利用制限により、このような構成が実現し得ない場合も考えられる。すなわち、通常、無線電波の利用においては、使用可能な電波帯域やチャンネル数が限られている。したがって、むやみにカメラを増設しても、同時に送受信可能なカメラ画像数が制限されてしまい、全てのカメラ画像を同時に確認できないことがある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、無線により遠隔操縦が可能な遠隔操縦作業機において、簡素な構成でコストを低減させることができ、作業機周辺の状況を容易に把握することができるようにした、遠隔操縦作業機の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明の遠隔操縦作業機の制御装置は、上部旋回体に設けられた作業装置としてのブーム及びアームと、無線信号を用いて該作業装置を遠隔操縦するための無線操縦装置と、を有する遠隔操縦作業機の制御装置であって、該ブーム，該アーム及び該上部旋回体のうち少なくとも一つの位置を含む複数の位置に固設され、該遠隔操縦作業機の機体から障害物までの距離を検出する複数の距離センサと、該複数の距離センサの各々に近接して該遠隔操縦作業機に固設され、該複数の距離センサの各々が検出する該障害物の方向を撮像する複数の撮像カメラと、該距離センサで検出された該障害物の距離に基づいて、該複数の撮像カメラで撮像された複数の画像の中から所望の画像を選択する画像選択器と、該画像選択器で選択された画像を表示する第１表示装置とを備えたことを特徴としている。

好ましくは、該複数の距離センサが、該ブームの先端部近傍，該アーム先端部近傍及び該上部旋回体後端部のそれぞれの位置に固設される。
また、請求項２記載の本発明の遠隔操縦作業機の制御装置は、請求項１記載の構成において、該画像選択器が、該距離センサで検出された該障害物までの距離の小さい順に、該障害物の方向が撮像された画像を該所望の画像として選択する第１選択手段を有し、該第１表示装置が、該第１選択手段で選択された該所望の画像を順に表示することを特徴としている。

また、請求項３記載の本発明の遠隔操縦作業機の制御装置は、請求項１記載の構成において、該画像選択器が、該距離センサで検出された該障害物のうち、該遠隔操縦作業機に対する距離の最も小さい障害物の方向の画像を該所望の画像として選択する第２選択手段を有し、該第１表示装置が、該第２選択手段で選択された該所望の画像を表示することを特徴としている。

また、請求項４記載の本発明の遠隔操縦作業機の制御装置は、請求項１〜３の何れか１項に記載の構成において、該画像選択器で選択された画像のデータを無線で送信する送信機と、該送信機から送信された該データを受信する受信機と、をさらに備え、該第１表示装置が、該受信機で受信された該データに基づいて該画像を表示することを特徴としている。

また、請求項５記載の本発明の遠隔操縦作業機の制御装置は、請求項１〜４の何れか１項に記載の構成において、該遠隔操縦作業機の姿勢を検出する姿勢検出センサと、該複数の距離センサで検出された該距離及び該姿勢検出センサで検出された該姿勢を画像化する演算処理器と、該画像化演算処理器で画像化された該距離及び該姿勢を表示する第２表示装置と、をさらに備えたことを特徴としている。

本発明の遠隔操縦作業機の制御装置（請求項１）によれば、障害物の距離に基づく画像の選択により、遠隔操作者が的確に所望の障害物を視認することができ、作業機周辺の状況を容易に把握することができる。また、複数の撮像カメラで撮像される画像の数に関わらず、第１表示装置の数を減らすことができる。
また、本発明の遠隔操縦作業機の制御装置（請求項２）によれば、遠隔操縦作業機に対する距離の近い障害物から順番に視認することができ、遠隔操作者にとって周囲の状況を容易に把握することができる。

また、本発明の遠隔操縦作業機の制御装置（請求項３）によれば、遠隔操縦作業機に対する距離の最も近い障害物を視認することができ、遠隔操作者にとってより的確に状況把握を行うことができる。
また、本発明の遠隔操縦作業機の制御装置（請求項４）によれば、複数の撮像カメラで撮像された複数の画像のうち、所望の画像のデータのみが送信機及び受信機間で電送されるため、多数の画像の情報を同時に無線で送受信する必要がなく、電波帯域を節約することができる。また、送信機や受信機の数を減少させることができる。

また、本発明の遠隔操縦作業機の制御装置（請求項５）によれば、遠隔操作者が、画像化された遠隔操縦作業機の姿勢と障害物とを客観的に視認することができ、より正確に周囲の状況を把握することができる。

以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図５は本発明の一実施形態に係る遠隔操縦作業機の制御装置を説明するものであり、図１は本制御装置を備えた作業機の全体構成を示す模式図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）はその上面図、図２は本制御装置の全体構成を示す制御ブロック図、図３は本制御装置の第１表示装置に表示される画像選択に係る制御内容を説明するためのフローチャート、図４は本制御装置の第２表示装置に表示される画像に係る制御内容を示すフローチャート、図５は本制御装置の第２表示装置に表示される画像の一例である。

［構成］
〔１．油圧ショベル〕
本制御装置は、図１（ａ），（ｂ）に示す油圧ショベル１０に適用されている。この油圧ショベル１０は、クローラ式の油圧走行装置を装備した下部走行体７と、下部走行体７の上に旋回自在に搭載された上部旋回体６とを備えて構成されている。

上部旋回体６には、機体前方へ向けて延出する油圧駆動式の作業装置５やオペレータ（運転者）が搭乗可能なキャブ６ａ，エンジンや油圧ポンプが配置されるエンジンルーム６ｂ，機体の重量バランスを保つためのカウンタウェイト６ｃ等が備えられている。
作業装置５は、ブーム５ａ，アーム５ｂ及びバケット５ｃの三つの部位から構成される。これらの各部位間には油圧シリンダが設けられており、各油圧シリンダを作動させることで各部位が独立して駆動される。図１（ａ），（ｂ）中では、ブーム５ａを駆動するためのブームシリンダ５Ａ，アーム５ｂを駆動するためのアームシリンダ５Ｂ及びバケット５ｃの角度を制御するためのバケットシリンダ５Ｃが示されている。

ブーム５ａは、図１（ａ）に示すように、その下端部を上部旋回体６に軸支された部材である。ブームシリンダ５Ａを伸縮作動させることで、ブーム５ａの先端側が上下方向へ揺動するようになっている。なお、ブーム５ａと上部旋回体６との軸支部分には、ブーム５ａの回動角度（上部旋回体６に対する回動角度）を検出する角度センサ（姿勢検出センサ）４ａが設けられている。

アーム５ｂは、ブーム５ａの先端に軸支された部材であり、アームシリンダ５Ｂを伸縮作動させると、アーム５ｂの前端側が上下方向へ揺動するようになっている。また、ブーム５ａと同様に、アーム５ｂのブーム５ａに対する軸支部分には、アーム５ｂの回動角度（ブーム５ａに対する回動角度）を検出する角度センサ４ｂが設けられている。
また、バケット５ｃはアーム５ｂの先端に軸支された部材であり、バケットシリンダ５Ｃを伸縮作動させることによって開閉動作させることができるようになっている。バケット５ｃのアーム５ｂに対する軸支部分には、バケット５ｃの回動角度（アーム５ｂに対する回動角度）を検出する角度センサ４ｃが設けられている。

キャブ６ａの後方に配置されたエンジンルーム６ｂ内には、本油圧ショベル１０の駆動源となるエンジンや油圧装置を駆動するための油圧ポンプ，制御ユニット１１等が配置されている。
なお、本油圧ショベル１０は、キャブ６ａ内に装備された操作装置によるエンジンや油圧アクチュエータの操作が可能なだけでなく、携帯型のコントローラを用いた無線での遠隔操作が可能な、遠隔操縦作業機となっている。また、上部旋回体６の前方上部には、バケット５ｃの刃先を撮像するための作業用カメラ３が２台設置されている。これにより、オペレータが油圧ショベル１０から離れた場所にいたとしても、作業用カメラ３の撮像画面を確認することで、実際のバケット５ｃの刃先の状況を把握しながら作業を進めることができるようになっている。

なお、本実施形態では、作業用カメラ３の撮像画面を確認するためのモニタ装置等を備えた基地局から、オペレータが遠隔操作を行うものとする。また、制御ユニット１１は、このような遠隔操作のための信号の送受信に係る演算処理を行う電子制御装置であるが、例えばエンジンや油圧アクチュエータの操作に係る制御内容については、本明細書では説明を省略する。

また、図１（ａ），（ｂ）に示すように、本油圧ショベル１０には、上記の作業用カメラ３とは別に、複数の撮像カメラ２と複数の距離センサ１とが備えられている。まず、ブーム５ａの先端部近傍には、その上方の障害物を検出する距離センサ１ａと、この距離センサ１ａの検知領域を撮像する撮像カメラ２ａが設置されている。距離センサ１ａの検知方向及び撮像カメラ２ａの撮像方向は略同一に設定されており、これを図１中に矢印Ａで示す。例えば、距離センサ１ａの検知範囲内において何らかの障害物が検出された場合には、その障害物が撮像カメラ２ａの撮像範囲内に入り、画像（映像）として撮影されることになる。

なお、距離センサ１ａとしては、例えば超音波センサやレーザーレーダ等が用いることができる。少なくとも、検知範囲内に障害物が存在するか否かを検出可能なセンサであればよいが、本実施形態では、その障害物までの距離を計測するセンサが用いられている。
また、アーム５ｂの先端部近傍にも、距離センサ１ｂ及び撮像カメラ２ｂが並設されている。距離センサ１ｂの検知方向及び撮像カメラ２ｂの撮像方向は、ともにアーム５ｂの外側（アームシリンダ５Ｂを縮めたときにアーム５ｂが回動する方向）へ向けて設定されており、これを図１（ａ）中に矢印Ｂで示す。同様に、カウンタウェイト６ｃの後端部にも、距離センサ１ｃ，１ｄ，１ｅ及び撮像カメラ２ｃ，２ｄが並設されており、これらの検知方向及び撮像方向を図１（ａ）中に矢印Ｃで示す。これらの距離センサ１ｃ，１ｄ，１ｅは、それぞれカウンタウェイト６ｃの後端部における右側，幅方向中央及び左側に固設されている。

これらの複数の距離センサ１ａ〜１ｅにより、油圧ショベル１０の機体の周囲に存在する障害物までの距離が把握されることになる。また、複数の撮像カメラ２ａ〜２ｄにより、その障害物が撮影されることになる。
前述の各角度センサ４ａ〜４ｃで検出された角度情報及び各距離センサ１ａ〜１ｅで検出され得る障害物までの距離情報は、制御ユニット１１へ入力された後に、遠隔操作に係る基地局（基地局については後述する）へと無線送信されるようになっている。また、各撮像カメラ２ａ〜２ｄで撮影された画像についても、制御装置を介してこの基地局へと無線送信されている。図１（ａ）に示すように、キャブ６ａの上面には、これらの無線送信のための第１送信機（送信機）１４及び第２送信機１５が固設されている。

以下、各角度センサ４ａ〜４ｃで検出される角度のことをθ₁〜θ₃と記述し、各距離センサ１ａ〜１ｅで検出される障害物までの距離のことをD₁〜D₅と記述する。
〔２．制御ユニット〕
図２に示すように、制御ユニット１１は、演算処理器１２及び画像選択器１３を備えて構成される。

〔２−１．演算処理器〕
演算処理器１２は、各角度センサ４ａ〜４ｃ及び各距離センサ１ａ〜１ｅで検出された角度θ₁〜θ₃及び距離D₁〜D₅の情報に基づいて、基地局２０へ送信するための送信データを作成する機能を備えている。ここで作成された送信データは、第２送信機１５から無線で伝播されるようになっている。なお、本実施形態では、この送信データ中に全ての角度θ₁〜θ₃及び距離D₁〜D₅の情報が含まれている。

また、この演算処理器１２は、各距離センサ１ａ〜１ｅで検出された距離D₁〜D₅の情報から、各距離センサ１ａ〜１ｅが取り付けられた位置周辺における障害物への近接度を判断する機能を有している。
まず、演算処理器１２には、近接度の判断基準となる閾値として、第１設定距離D_cが設定されている。第１設定距離D_cは、油圧ショベル２０の機体に対する障害物の距離が、遠隔操作に注意を要する距離であると判断される閾値である。

例えば、本実施形態では、第１設定距離D_cが各距離センサ１ａ〜１ｅについて１ｍに設定されている。各距離センサ１ａ〜１ｅで検出された距離D₁〜D₅が第１の閾値D_cよりも大きい場合には、「何ら問題がない距離（つまり、距離センサ１ａ〜１ｅの検知範囲に障害物がない場合を含む）」と判断される。また、距離D₁〜D₅が第１の閾値D_c以下の場合には、「注意を要する距離」と判断される。

このような第１設定距離D_cに基づき、演算処理器１２は、各距離センサ１ａ〜１ｅが取り付けられた位置周辺における障害物への近接度を判断し、判断結果を画像選択器１３へと出力するようになっている。

〔２−２．画像選択器〕
画像選択器１３は、各撮像カメラで撮影された画像の中から、演算処理器１２で判定された障害物の近接度に基づいて、所望の画像を選択する機能を備えている。ここでは、各距離センサ１ａ〜１ｅのうち、二箇所以上の距離センサで「注意を要する距離」との判定がなされた場合には、その距離の小さい順に所定の時間間隔で、それらの距離センサに対応する撮像カメラで撮影されている画像が選択され、画像データが第１送信機１４へ入力される。また、一カ所の距離センサのみで「注意を要する距離」との判定がなされた場合には、その距離センサに対応する撮像カメラで撮影されている画像が選択され、画像データが第１送信機１４へ出力される。

また、ここで選択された画像のデータは、第１送信機１４から無線で伝播されるようになっている。これにより、油圧ショベル１０の機体に対する近接度の高い障害物が複数存在する場合には、近接度の高い順にそれらの障害物の像を捉えた画像データが第１送信機１４から無線送信され、また、障害物が一つのみの場合には、その障害物の像を捉えた画像データのみが第１送信機１４から無線送信されることになる。

〔３．基地局〕
基地局２０には、油圧ショベル１０側から送信される無線電波を受信するための第１受信機（受信機）２１及び第２受信機２２，撮像カメラ２ａ〜２ｄで撮影された画像を表示するためのテレビモニタ（第１表示装置）２４，距離センサ１ａ〜１ｅ及び角度センサ４ａ〜４ｃでの検出結果に基づく仮想的なＣＧ画像を表示するためのＣＧモニタ（第２表示装置）２６，ＣＧモニタ２６に表示するＣＧ画像を作成する電子制御装置としての画像化演算処理器２３，油圧ショベル１０に対する障害物の接触の可能性をオペレータに報知するための警報器２５が備えられている。

第１受信機２１では、第１送信機１４から無線で送信された、障害物の像を捉えた画像データが受信される。一方、第２受信機２２では、第２送信機１５から無線で送信された角度θ₁〜θ₃及び距離D₁〜D₅の情報が受信される。
テレビモニタ２４は、油圧ショベル１０側の第１送信機１４から送信され、第１受信機２１で受信された画像データを表示するものである。つまり、このテレビモニタ２４は、制御ユニット１１の画像選択器１３で選択された画像を表示する機能を有している。

一方、ＣＧモニタ２６は、画像化演算処理器２３で作成された画像データを表示するものである。
まず、画像化演算処理器２３には、障害物の近接度の判断基準となる閾値として、第２設定距離D_d（ただし、０＜D_d＜D_c）が設定されている。この第２設定距離D_dは、油圧ショベル２０の機体に対する障害物の距離が、接触のおそれのある距離であると判断される閾値である。本実施形態では、第２設定距離D_dが各距離センサ１ａ〜１ｅについて５０ｃｍに設定されている。各距離センサ１ａ〜１ｅで検出された距離D₁〜D₅が第２の閾値D_d以下の場合には、「接触のおそれのある距離」と判断される。

なお、第２設定距離D_dが第１設定距離D_cよりも小さい値に設定されているため、画像化演算処理器２３では演算処理器１２よりも高度な近接度が判断されることになる。各距離センサ１ａ〜１ｅで検出された距離D₁〜D₅のうち、一つでも「接触のおそれのある距離」と判断された場合には、画像化演算処理器２３が警報器２５を制御し、警報を発するようになっている。

また、画像化演算処理器２３は、各角度センサ４ａ〜４ｃで検出された角度θ₁〜θ₃から、ブーム５ａ，アーム５ｂ及びバケット５ｃの姿勢を把握して油圧ショベル１０の姿勢データを作成する。ここで作成される姿勢データは、油圧ショベル１０の状態を示す仮想的なＣＧ画像のデータである。さらに、画像化演算処理器２３は、演算処理器１２及び自らが判定した近接度の判断結果をこのＣＧ画像に反映させて、ＣＧモニタ２６へ出力する。
つまり、ＣＧモニタ２６は、画像化演算処理器２３で画像化された障害物の距離情報及び油圧ショベル１０の姿勢を表示する機能を有している。

［作用］
〔１．画像選択フロー〕
次に、図３を用いて油圧ショベル１０の制御ユニット１１で実施される制御フローを説明する。

ステップＡ１０では、各距離センサ１ａ〜１ｅで検出された距離D₁〜D₅が演算処理器１２に読み込まれる。この距離D₁〜D₅は、各距離センサ１ａ〜１ｅの検知範囲に検出された障害物までの距離の実測値であるが、検知範囲内に障害物が検出されない場合においてはその距離センサの最大検出距離よりも大きい値（例えば、２ｍ等）とする。
続くステップＡ２０では、各距離センサ１ａ〜１ｅにおける第１設定距離D_cが読み込まれる。ここでは、全ての距離センサ１ａ〜１ｅについて、第１設定距離D_c＝１ｍが読み込まれる。なお、例えば距離センサD₁〜D₅毎に異なる第１設定距離D_cを設定してもよいし、このような第１設定距離D_cの設定内容をオペレータが選択，変更できるように構成してもよい。

続くステップＡ３０では、距離センサ１ａで検出された距離D₁が距離センサ１ａの第１設定距離D_c1以下であるか否かが判定される。つまりこのステップでは、距離センサ１ａの検知範囲側における障害物の近接度が低い（あるいは障害物がない）かどうかが判定される。距離センサ１ａはブーム５ａの上方へ向けて固設されているため、ここでは、ブーム５ａの上方の空間的余裕が判断されることになる。ここで、D₁≦D_c1である場合には、ステップＡ４０へ進んでブームフラグF_BがF_B＝１に設定され、ステップＡ５０へ進む。一方、D₁＞D_c1である場合には、そのままステップＡ５０へ進む。

ブームフラグF_Bとは、ブーム５ａ上方における障害物の近接度を示す指標となるものであり、制御ユニット１１内で設定されるフラグである。このフラグの初期値はF_B＝０であり、障害物の近接度が低い（あるいは、障害物がない）ことを意味する。また、F_B＝１は、障害物の近接度がやや高い（遠隔操作に注意を要する程度に障害物が近接している）ことを意味する。なお、さらに障害物の近接度が高い場合には、このフラグがF_B＝２に設定されるようになっているが、これについては後述する。

なお、このブームフラグF_Bと同様に、制御ユニット１１内では、アーム５ｂ前方における障害物の近接度を示す指標となるアームフラグF_A，カウンタウェイト６ｃ後方における障害物の近接度を示す指標となる後部右フラグF_C1，後部中央フラグF_C2及び後部左フラグF_C3が設定されるようになっている。
ステップＡ５０では、距離センサ１ｂで検出された距離D₂が距離センサ１ｂの第１設定距離D_c2以下であるか否かが判定される。距離センサ１ｂは、アーム５ｂの先端部近傍の外側へ向けて固設されているため、ここでは、アーム５ｂの外側の空間的余裕が判断されることになる。ここで、D₂≦D_c2である場合には、ステップＡ６０へ進んでアームフラグF_AがF_A＝１に設定され、ステップＡ７０へ進む。一方、D₂＞D_c2である場合には、そのままステップＡ７０へ進む。

ステップＡ７０では、距離センサ１ｃで検出された距離D₃が距離センサ１ｃの第１設定距離D_c3以下であるか否かが判定される。距離センサ１ｃは、カウンタウェイト６ｃの右側後端部に固設されているため、ここでは、カウンタウェイト６ｃの後方における右方の空間的余裕が判断される。ここで、D₃≦D_c3である場合には、ステップＡ８０へ進んで後方右フラグF_C1がF_C1＝１に設定され、ステップＡ９０へ進む。一方、D₃＞D_c3である場合には、そのままステップＡ９０へ進む。

ステップＡ９０では、距離センサ１ｄで検出された距離D₄が距離センサ１ｄの第１設定距離D_c4以下であるか否かが判定される。距離センサ１ｄは、カウンタウェイト６ｃの後端部における幅方向中央に固設されているため、ここでは、カウンタウェイト６ｃの直後方の空間的余裕が判断される。ここで、D₄≦D_c4である場合には、ステップＡ１００へ進んで後方右フラグF_C2がF_C2＝１に設定され、ステップＡ１１０へ進む。一方、D₄＞D_c4である場合には、そのままステップＡ１１０へ進む。

ステップＡ１１０では、距離センサ１ｅで検出された距離D₅が距離センサ１ｅの第１設定距離D_c5以下であるか否かが判定される。距離センサ１ｅは、カウンタウェイト６ｃの後端部における左方に固設されているため、ここでは、カウンタウェイト６ｃの直後方の空間的余裕が判断される。ここで、D₅≦D_c5である場合には、ステップＡ１２０へ進んで後方右フラグF_C3がF_C3＝１に設定され、ステップＡ１３０へ進む。一方、D₅＞D_c5である場合には、そのままステップＡ１３０へ進む。

ステップＡ１３０では、ブームフラグF_B，アームフラグF_A，後部右フラグF_C1，後部中央フラグF_C2及び後部左フラグF_C3の全てのフラグが０であるか否かが判定される。ここで、全てのフラグが０である場合、遠隔操作に注意を要する程度に油圧ショベル１０の周囲に障害物が近接していないと見なされ、そのままこのフローを終了する。一方、このステップでの条件が成立しない場合、次のステップＡ１４０へ進む。

ステップＡ１４０では、ブームフラグF_B，アームフラグF_A，後部右フラグF_C1，後部中央フラグF_C2及び後部左フラグF_C3のうち、二つ以上のフラグが１であるか否かが判定される。ここで、二つ以上のフラグが１であると判定された場合には、ステップＡ１５０へ進む、一つのフラグのみが１である場合にはステップＡ１６０へ進む。
ステップＡ１５０では、距離D₁〜D₅のうちフラグを１とする条件に該当する距離を検出した距離センサに対応する撮像カメラで撮影されている画像が、距離の小さい順に所定の時間間隔で選択され、画像選択器１３へ出力される。そして続くステップＡ１７０では、画像選択器１３において画像データが第１送信機１４へ出力される。

例えば、ブームフラグF_B，アームフラグF_A及び後部右フラグF_C1が１であり、D₁＝８０ｃｍ，D₂＝６０ｃｍ，D₃＝７０ｃｍである場合には、撮像カメラ２ｂで撮影された画像，撮像カメラ２ｃで撮影された画像，撮像カメラ２ａで撮影された画像の順に、所定の時間間隔で画像が選択され、画像データが第１送信機１４へ出力されることになる。
一方、ステップＡ１６０では、フラグを１とする条件に該当する距離を検出した距離センサに対応する撮像カメラで撮影されている画像のみが画像選択器１３へ出力され、続くステップＡ１７０でその画像データが第１送信機１４へ出力される。

〔２．ＣＧ画像化フロー〕
続いて、図４を用いて基地局の画像化演算処理器２３で実施される制御フローを説明する。
ステップＢ１０では、画像化演算処理器２３において、各距離センサ１ａ〜１ｅで検出された距離D₁〜D₅及び各角度センサ４ａ〜４ｃで検出された角度θ₁〜θ₃が読み込まれる。続いてステップＢ２０では、各距離センサ１ａ〜１ｅにおける第２設定距離D_dが読み込まれる。ここでは、全ての距離センサ１ａ〜１ｅについて、第２設定距離D_d＝５０ｃｍが読み込まれる。なお、例えば距離センサD₁〜D₅毎に異なる第２設定距離D_dを設定してもよいし、このような第２設定距離D_dの設定内容をオペレータが選択，変更できるように構成してもよい。

続くステップＢ３０では、距離センサ１ａで検出された距離D₁が距離センサ１ａの第２設定距離D_d1以下であるか否かが判定される。つまりこのステップでは、距離センサ１ａの検知範囲側における障害物の近接度が高い（すなわち、遠隔操作に注意を要する距離に障害物が存在する）かどうかが判定される。第２設定距離D_dは第１設定距離D_cよりも小さい値に設定されているため、このステップでの判定条件は、前述のフローチャートにおけるステップＡ３０での判定条件よりも厳しい条件であり、この判定条件が成立した場合にはブーム５ａがその上方に存在する障害物と接触のおそれのある距離に位置することになる。

ここで、D₁≦D_d1である場合には、ステップＢ４０へ進んでブームフラグF_BがF_B＝２に設定され、ステップＢ５０へ進む。一方、D₁＞D_d1である場合には、そのままステップＢ５０へ進む。
ステップＢ５０では、距離センサ１ｂで検出された距離D₂が距離センサ１ｂの第２設定距離D_d2以下であるか否かが判定される。距離センサ１ｂは、アーム５ｂの先端部近傍の外側へ向けて固設されているため、ここでは、アーム５ｂの外側における障害物の近接度が判断されることになる。ここで、D₂≦D_d2である場合には、ステップＢ６０へ進んでアームフラグF_AがF_A＝２に設定され、ステップＢ７０へ進む。一方、D₂＞D_d2である場合には、そのままステップＢ７０へ進む。

ステップＢ７０では、距離センサ１ｃで検出された距離D₃が距離センサ１ｃの第２設定距離D_d3以下であるか否かが判定される。距離センサ１ｃは、カウンタウェイト６ｃの右側後端部に固設されているため、ここでは、カウンタウェイト６ｃの後方における障害物の近接度が判断される。ここで、D₃≦D_d3である場合には、ステップＢ８０へ進んで後方右フラグF_C1がF_C1＝２に設定され、ステップＢ９０へ進む。一方、D₃＞D_d3である場合には、そのままステップＢ９０へ進む。

ステップＢ９０では、距離センサ１ｄで検出された距離D₄が距離センサ１ｄの第２設定距離D_d4以下であるか否かが判定される。距離センサ１ｄは、カウンタウェイト６ｃの後端部における幅方向中央に固設されているため、ここでは、カウンタウェイト６ｃの直後方における障害物の近接度が判断される。ここで、D₄≦D_d4である場合には、ステップＡ１００へ進んで後方右フラグF_C2がF_C2＝２に設定され、ステップＢ１１０へ進む。一方、D₄＞D_d4である場合には、そのままステップＢ１１０へ進む。

ステップＢ１１０では、距離センサ１ｅで検出された距離D₅が距離センサ１ｅの第２設定距離D_d5以下であるか否かが判定される。距離センサ１ｅは、カウンタウェイト６ｃの後端部における左方に固設されているため、ここでは、カウンタウェイト６ｃの直後方における障害物の近接度が判断される。ここで、D₅≦D_d5である場合には、ステップＢ１２０へ進んで後方右フラグF_C3がF_C3＝２に設定され、ステップＢ１３０へ進む。一方、D₅＞D_d5である場合には、そのままステップＢ１３０へ進む。

ステップＢ１３０では、ステップＢ１０で読み込まれた角度θ₁〜θ₃に基づいて、油圧ショベル１０の作業姿勢が演算される。つまりここでは、油圧ショベル１０の上部旋回体６に対して、ブーム５ａ，アーム５ｂ及びバケット５ｃのそれぞれがどのような位置関係にあるかが算出され、油圧ショベル１０全体の姿勢を示す画像データが作成される。なお、ここで作成される画像データは、二次元的に油圧ショベル１０の姿勢を表現したものであってもよいし、立体的に表現したものであってもよい。

そして続くステップＢ１４０では、ステップＢ１３０で作成された画像データに基づいて、仮想的な油圧ショベル１０の姿勢がＣＧモニタ２６へ出力されるとともに、ブームフラグF_B，アームフラグF_A，後部右フラグF_C1，後部中央フラグF_C2及び後部左フラグF_C3の各フラグの値に基づいて、障害物の近接度が同モニタ２６上に重ね合わされて表示される。なお、値が２であるフラグが存在する場合には、画像化演算処理器２３によって警報器２５が制御され、警報が発せられる。

図５にＣＧモニタ２６での表示例を示す。ここでは、油圧ショベル１０の周囲に障害物が検出された各距離センサ１ａ〜１ｅについて、その検出範囲に着色が施された画像データが例示されている。例えば、ブームフラグF_B，後部右フラグF_C1及び後部中央フラグF_C2がそれぞれF_B＝F_C1＝F_C2＝０であり、後部左フラグF_C3がF_C3＝１，アームフラグF_AがF_A＝２の場合、アーム５ｂの距離センサ１ｂの検出範囲が赤色、カウンタウェイト６ｂの後端部左方の距離センサ１ｅの検出範囲が黄色、その他の距離センサ１ａ，１ｃ及び１ｄの検出範囲が緑色に着色される。またここでは、角度センサ４ａ〜３ｃの検出結果に応じた姿勢で、油圧ショベルが描かれる。

［効果］
上記のような制御により、本遠隔操縦作業機の制御装置によれば以下のような効果が得られる。
まず、油圧ショベル１０の制御ユニット１１では、演算処理器１２において油圧ショベル１０の周囲に存在する障害物の有無だけでなく、その近接度が判断される。さらに、画像選択器１３において、その近接度に基づいて、複数のカメラ画像の中から「注意を要する距離」にある障害物を捉えた画像が選択される。

つまり、障害物を撮像する複数のカメラ画像の中から、その障害物の距離に基づいて画像が選択されるため、オペレータは油圧ショベル１０の機体に対する近接度の高い障害物を視認することができ、作業機周囲の状況を容易に把握することができる。なお、障害物の回避操作も容易であるとともに、例えば作業現場の粉塵等によって距離センサ１ａ〜１ｅに誤検出が生じた場合であっても、カメラ画像によって即座に確認することができる。

また、近接度の高い順に、障害物の像を捉えた画像データが無線送信されるため、油圧ショベル１０に近い障害物から順番に視認することができる。したがって、オペレータにとって油圧ショベル１０の周囲の状況把握がより容易となる。
なお、各距離センサ１ａ〜１ｅのうち、一カ所の距離センサのみで障害物が検出された場合には、その障害物の像を捉えた画像データが無線送信されるため、オペレータは的確に作業機周囲の状況を把握することができる。

また、撮像カメラで得られた画像データの無線送信に関して、撮像カメラから得られる全ての画像データが送信されるのではなく、所望の画像データのみが送信される。すなわち、一カ所の距離センサで障害物が検出された場合には、これに対応する撮像カメラの画像データが、また、複数の距離センサで障害物が検出された場合には、それらに対応する撮像カメラの画像データが所定間隔で順番に一つずつ、第１送信機１４から送信される。

つまり、多数のカメラ画像を同時に無線で送受信することがなく、電波帯域を節約することができる。また、カメラ画像の送受信に係る送信機や受信機の数を減少させることができる。少なくとも、送信機及び受信機が一つずつあればよい。
また、本実施形態は、作業装置５のブーム５ａ，アーム５ｂ及びバケット５ｃのそれぞれの回動角度を検出する角度センサ４ａ〜４ｃを備え、これらの角度センサ４ａ〜４ｃを用いて油圧ショベル１０の姿勢を演算して、ＣＧモニタ２６へ出力するようになっている。

したがって、オペレータは、油圧ショベル１０の周囲の状況だけでなく、油圧ショベル１０本体の状態をも客観的に把握することができる。また、構成が簡素であり、コストを低減させることができる。

［その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施形態では、各距離センサ１ａ〜１ｅで検出された障害物までの距離D₁〜D₅に基づいて、第１設定距離D_cや第２設定距離D_dとの比較により３種類の近接度が判断されているが、近接度の判断手法はこれに限定されない。距離D₁〜D₅が大きいほど近接度が低く、距離D₁〜D₅が小さいほど近接度が高いものであるが、例えば、どの程度の距離よりも小さい場合に「接触のおそれのある距離」と判断するかは、その対象となる作業機のサイズや作業現場の状況等に応じて変更することができる。

また、上述の実施形態では、障害物の近接度を３種類の色分けでＣＧモニタ２６上に表示しているが、障害物までの距離や障害物の位置（油圧ショベル１０に対する相対位置）をＣＧモニタ２６上に表示させてもよい。このような構成にすれば、オペレータはより容易に油圧ショベル１０の周囲の状況を把握することができる。
なお、上述の実施形態では、本発明に係る遠隔操縦作業機の制御装置を油圧ショベル１０に適用したものを説明したが、これ以外の車両に適用することも考えられる。遠隔操縦が可能な作業機であれば、例えばブルドーザやホイールローダ等の作業機械全般に広く適用可能である。

また、上述の実施形態では、距離センサ１ａ〜１ｅが、ブーム５ａの先端部近傍，アーム５ｂの先端部近傍及びカウンタウェイト６ｃの後端部のそれぞれの位置に固設されているが、距離センサの固設位置はこれに限定されない。油圧ショベル１０の周囲の障害物を把握する上では、少なくとも、ブーム５ａ，アーム５ｂ及び上部旋回体６のうちの何れかの位置を含んで複数個設けられていればよいし、あるいは、より詳細な障害物の位置を把握するために、バケット５ｃや下部走行体７に距離センサを増設することも一案である。

本発明の一実施形態に係る遠隔操縦作業機の制御装置を備えた作業機の全体構成を示す模式図であって、（ａ）はその側面図、（ｂ）はその上面図である。 本制御装置の全体構成を示す制御ブロック図である。 本制御装置の第１表示装置に表示される画像選択に係る制御内容を説明するためのフローチャートである。 本制御装置の第２表示装置に表示される画像に係る制御内容を示すフローチャートである。 本制御装置の第２表示装置に表示される画像の一例である。

符号の説明

１ａ〜１ｅ 距離センサ
２ａ〜２ｄ 撮像カメラ
３ 作業用カメラ
４ａ〜４ｃ 角度センサ（姿勢検出センサ）
５ 作業装置
５ａ ブーム
５ｂ アーム
５ｃ バケット
６ 上部旋回体
６ａ キャブ
６ｂ エンジンルーム
６ｃ カウンタウェイト
７ 下部走行体
１０ 油圧ショベル
１１ 制御ユニット
１２ 演算処理器
１３ 画像選択器
１４ 第１送信機（送信機）
１５ 第２送信機
２１ 第１受信機（受信機）
２２ 第２受信機
２３ 画像演算処理器
２４ テレビモニタ（第１表示装置）
２５ 警報器
２６ ＣＧモニタ（第２表示装置）

Claims (5)

1. 上部旋回体に設けられた作業装置としてのブーム及びアームと、無線信号を用いて該作業装置を遠隔操縦するための無線操縦装置と、を有する遠隔操縦作業機の制御装置であって、
   該ブーム，該アーム及び該上部旋回体のうち少なくとも一つの位置を含む複数の位置に固設され、該遠隔操縦作業機の機体から周囲の障害物までの距離を検出する複数の距離センサと、
   該複数の距離センサの各々に近接して該遠隔操縦作業機に固設され、該複数の距離センサの各々が検出する該障害物の方向を撮像する複数の撮像カメラと、
   該距離センサで検出された該障害物の距離に基づいて、該複数の撮像カメラで撮像された複数の画像の中から所望の画像を選択する画像選択器と、
   該画像選択器で選択された画像を表示する第１表示装置と
   を備えたことを特徴とする、遠隔操縦作業機の制御装置。
2. 該画像選択器が、該距離センサで検出された該障害物までの距離の小さい順に、該障害物の方向が撮像された画像を該所望の画像として選択する第１選択手段を有し、
   該第１表示装置が、該第１選択手段で選択された該所望の画像を順に表示する
   ことを特徴とする、請求項１記載の遠隔操縦作業機の制御装置。
3. 該画像選択器が、該距離センサで検出された該障害物のうち、該遠隔操縦作業機に対する距離の最も小さい障害物の方向の画像を該所望の画像として選択する第２選択手段を有し、
   該第１表示装置が、該第２選択手段で選択された該所望の画像を表示する
   ことを特徴とする、請求項１記載の遠隔操縦作業機の制御装置。
4. 該画像選択器で選択された画像のデータを無線で送信する送信機と、
   該送信機から送信された該データを受信する受信機と、をさらに備え、
   該第１表示装置が、該受信機で受信された該データに基づいて該画像を表示する
   ことを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載の遠隔操縦作業機の制御装置。
5. 該遠隔操縦作業機の姿勢を検出する姿勢検出センサと、
   該複数の距離センサで検出された該距離及び該姿勢検出センサで検出された該姿勢を画像化する画像化演算処理器と、
   該画像化演算処理器で画像化された該距離及び該姿勢を表示する第２表示装置と、をさらに備えた
   ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の遠隔操縦作業機の制御装置。

Images