以下に、本開示につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本開示は、以下の実施形態の記載に限定されるものではない。また、以下の実施形態における構成要素には、当業者が置換可能、且つ、容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態における構成要素は、本開示の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。以下の実施形態では、本開示の実施形態を例示する上で、必要となる構成要素を説明し、その他の構成要素を省略する。
(実施形態)
[建機監視システムの構成]
図1を用いて、本開示の実施形態に係る建機制御装置20(図2参照)を搭載する複数の建機10を含む建機監視システム1について説明する。図1は、実施形態に係る建機監視システム1の一例を示すブロック図である。建機監視システム1は、建設現場に配置される建機10に関する情報を図2に示す建機制御装置20を介して送信し、遠隔にある情報端末70からモニタリングすることが可能なシステムである。
建機監視システム1は、n(nは1以上の整数)台の建機10-1、10-2、・・・、10-i(iは1以上n以下の整数)、・・・、10-nと、管理装置40と、情報端末70と、を備える。なお、以下の説明において、n台の建機10-1、10-2、・・・、10-i、・・・、10-nをそれぞれ区別する必要がない場合には、建機10と記載される。また、建機監視システム1におけるモニタリング対象の建機10の数nは、建設現場における作業工程に応じて増減し得る。
建機10は、建設現場に配置され建設作業に使用される、油圧ショベル、バックホー、クローラダンプ等の各種の建設機械である。実施形態において、建機10は、建設現場内を移動する建設車両を想定する。各々の建機10は、通信ネットワーク(WAN又はインターネット)を介して、管理装置40と通信可能である。建機10のシステム構成については、後述にて詳細に説明する。
管理装置40は、建設現場から遠隔に設けられた装置、インターネット上のサーバ又はクラウドサーバ(Cloud Server)等に設けられる。管理装置40は、通信ネットワーク(WAN又はインターネット)を介して、各々の建機10と通信可能である。また、管理装置40は、通信ネットワーク(LAN、WAN又はインターネット)を介して、各々の情報端末70と通信可能である。管理装置40のシステム構成については、後述にて詳細に説明する。
情報端末70は、建設現場から遠隔に設けられ、建設現場に配置された建機10をモニタリングする装置である。情報端末70は、例えば、情報端末70によって建機10をモニタリングする監視者が操作するパソコン、タブレット端末、スマートフォン等である。情報端末70は、通信ネットワーク(LAN、WAN又はインターネット)を介して、管理装置40と通信可能である。情報端末70は、管理装置40を介して、建機10の位置及び状況をモニタリング可能である。情報端末70は、管理装置40の一部として構成されてもよい。また、情報端末70は、複数であってもよい。情報端末70のシステム構成については、後述にて詳細に説明する。
[建機のシステム構成]
図2を用いて、建機10の詳細なシステム構成について説明する。図2は、図1に示す建機10のシステム構成の一例を示すブロック図である。実施形態の建機10は、位置検出部11と、姿勢検出部12と、積荷検出部13と、障害物検出部14と、各部のアクチュエータ15と、通信部17と、建機制御装置20と、を備える。
位置検出部11は、建機10の建設現場における位置を検出する。位置検出部11は、例えば、全地球航法衛星システム(GNSS:Global Navigation Satellite System)を利用して建機10の位置を検出するGNSS受信機(GNSSセンサ)を含み、建機10のグローバル座標系の位置を検出する。位置検出部11は、建機10の位置情報を、後述の建機制御装置20の位置情報取得部21へ出力する。
姿勢検出部12は、建機10の姿勢を検出する。姿勢には、例えばロール角、ピッチ角、及びヨー角を含む。姿勢検出部12は、例えば、3軸補ジャイロセンサ及び3方向の加速度センサにより3次元の角速度及び加速度を検出する慣性計測装置(IMU:Inertial Measurement Unit)を含む。姿勢検出部12は、建機10の姿勢情報を、後述の建機制御装置20の姿勢情報取得部22へ出力する。
積荷検出部13は、建機10に積載される積荷の有無及び重量を検出する。積荷検出部13は、例えば、重量計を含む。積荷検出部13は、建機10の積荷情報を、後述の建機制御装置20の積荷情報取得部23へ出力する。なお、積荷情報は、重量計等の積荷検出部13により実際の積荷の有無及び重量が検出された実施形態のものに限定されず、後述の動作指示取得部26が取得した動作指示情報Dc、アクチュエータ制御部25が取得した各部のアクチュエータ15の駆動状況を示す駆動情報(動作のフィードバック情報)等により、事前の動作予定及び現在の工程に基づいて予測されたものでもよい。
障害物検出部14は、建機10周囲の障害物の位置及び移動速度を検出する。障害物検出部14は、例えば、可視光カメラや赤外線(IR:Infrared Rays)カメラ等の撮像装置、又は、測域センサ、レーザスキャナ、LRF(Laser Range Finder)、LIDAR(Light Detection and Ranging)等の計測器等を含む。障害物検出部14が撮像装置を含む場合、障害物検出部14は、例えば、建機10の全方位を撮像可能に複数配置され、建機10の周囲を撮像し、撮像した撮像画像から建機10の障害物情報を得ることができる。障害物検出部14が計測器を含む場合、障害物検出部14は、例えば、周囲に向かって複数本のレーザ光を放射状に照射し、周囲に存在する物体の表面で反射された光を受光し、照射方向及び照射から受光までの所要時間に基づいて、物体の表面の位置を示す点の集合体である点群の情報を取得する。障害物検出部14は、この点群の情報を建機10の障害物情報として得る。障害物検出部14は、建機10周囲の障害物情報を、後述の建機制御装置20の障害物情報取得部24へ出力する。
各部のアクチュエータ15は、実施形態において、建機10の移動及び建設作業を実行するためのアクチュエータ15を含む。建設作業は、例えば、積荷、廃土、掘削等を含む。アクチュエータ15は、後述の建機制御装置20のアクチュエータ制御部25から出力された制御信号に基づいて、所定の制御を実行する。アクチュエータ15は、アクチュエータ制御部25に、アクチュエータ15の駆動状況を示す駆動情報(動作のフィードバック情報)を出力する。
通信部17は、通信ネットワークを介して、管理装置40との間で各種データをやりとりするためのデータ通信を実行する。通信部17は、後述の建機制御装置20の通信制御部27から出力された通信制御信号に基づいて、管理装置40へ各種データを送信する。通信部17は、例えば、建機情報Dv及び建機状況情報Dsを送信する。通信部17は、管理装置40から受信した各種データを、通信制御部27へ出力する。通信部17は、例えば、動作指示情報Dcを受信する。
建機情報Dvは、例えば、後述の建機制御装置20の記憶装置に予め記憶される情報である。建機情報Dvは、例えば、建機10のモデル名、機種名、重量等の建機10の仕様、予定される走行速度、作業種類、有人操縦であるか無人操縦であるか等の情報を含む。すなわち、通信部17は、通信部17が搭載される建機10自身の建機情報Dvを送信する。
建機状況情報Dsは、後述の建機制御装置20の建機状況情報生成部29において生成される情報である。建機状況情報Dsは、建機10の現在位置を示す位置情報、及び建機10の姿勢状況を示す姿勢情報を少なくとも含む。建機状況情報Dsは、例えば、建機10の移動速度等を含む走行情報、建機10に運搬される土砂等の積荷状況、建機10周囲の障害物の位置及び移動速度を含む障害物情報、建機10の各部のアクチュエータ15の駆動状況を示す駆動情報(フィードバック情報)等を含んでもよい。すなわち、通信部17は、通信部17が搭載される建機10自身の建機状況情報Dsを送信する。
動作指示情報Dcは、建機10が指定されたシナリオ動作指示を含む。シナリオは、建機10が実行する動作をシーケンスで記載したものである。建機10-1が受信する動作指示情報Dcに含まれる動作は、例えば、「A地点まで走行」「B地点で掘削」「建機10-2に積荷」「C地点まで走行」等である。建機10-2が受信する動作指示情報Dcに含まれる動作は、例えば、「B地点まで走行」「B地点で積荷」「D地点まで走行」「D地点で廃土」「E地点まで走行」等である。すなわち、通信部17は、通信部17が搭載される建機10自身に指示される動作指示情報Dcを受信する。
建機制御装置20は、予め定められる制御プログラムを実行する演算処理装置、各種の制御プログラム及び各種の制御処理に用いられるデータが記憶される記憶装置、及び建機10の各種の機器との通信手段としての入出力インターフェース装置等を含む。建機制御装置20は、1つの演算処理装置又は複数の演算処理装置と、1つの記憶装置又は複数の記憶装置と、複数の入出力インターフェースを含んで実装される。
演算処理装置は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、MCU(Micro Controller Unit)、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、GPU(Graphics Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、又はシステムLSI(Large Scale Integration)等のプロセッサにより実装されてよい。記憶装置は、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、HDD(Hard Disk Drive)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、EEPROM(登録商標)(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)等の不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、又はDVD(Digital Versatile Disc)により実装されてよい。
建機制御装置20は、位置情報取得部21と、姿勢情報取得部22と、積荷情報取得部23と、障害物情報取得部24と、アクチュエータ制御部25と、動作指示取得部26と、通信制御部27と、送信間隔記憶部28と、建機状況情報生成部29と、路面状況判断部30と、走行状況判断部31と、積荷状況判断部32と、障害物状況判断部33と、動作状況判断部34と、送信間隔設定部35と、を含む。
位置情報取得部21は、位置検出部11から、位置検出部11が取得した建設現場における建機10の位置情報を取得する。位置情報取得部21は、取得した位置情報を、建機状況情報生成部29、路面状況判断部30、及び走行状況判断部31へ出力する。
姿勢情報取得部22は、姿勢検出部12から、姿勢検出部12が取得した建機10の姿勢情報を取得する。姿勢情報取得部22は、取得した姿勢情報を、建機状況情報生成部29、及び路面状況判断部30へ出力する。
積荷情報取得部23は、積荷検出部13から、積荷検出部13が取得した建機10の積荷情報を取得する。積荷情報取得部23は、取得した積荷情報を、建機状況情報生成部29、及び積荷状況判断部32へ出力する。
障害物情報取得部24は、障害物検出部14から、障害物検出部14が取得した建機10周囲の障害物情報を取得する。障害物情報取得部24は、取得した障害物情報を、建機状況情報生成部29、及び障害物状況判断部33へ出力する。
アクチュエータ制御部25は、アクチュエータ制御部25は、後述の動作指示取得部26が取得した動作指示情報Dcに従って、各部のアクチュエータ15を制御するための制御信号を出力する。すなわち、アクチュエータ制御部25は、動作指示情報Dcに記載されたシナリオに従った建機10の各部の動作を実現するために、各部のアクチュエータ15を駆動するための駆動信号を出力する。アクチュエータ制御部25は、アクチュエータ15から、建機10の各部のアクチュエータ15の駆動状況を示す駆動情報(動作のフィードバック情報)を取得する。アクチュエータ制御部25は、取得した駆動情報を、建機状況情報生成部29、及び動作状況判断部34へ出力する。
動作指示取得部26は、通信部17が受信した動作指示情報Dcを取得して記憶する。動作指示取得部26は、新たな動作指示情報Dcを通信部17が受信した場合、既に記憶済みの動作指示情報Dcに追加して新たな動作指示情報Dcを記憶する、又は記憶済みの動作指示情報Dcを新たな動作指示情報Dcで上書きして記憶する。
通信制御部27は、通信部17における通信を制御する。通信制御部27は、例えば、建機10の起動時、又は建機10が建機監視システム1におけるモニタリング対象に参加した時等に、建機10の建機情報Dvを含む通信情報を通信部17へ出力する。通信制御部27は、例えば、通信部17に、建機情報Dvを、管理装置40に対して送信させる。通信制御部27は、例えば、通信部17が受信した動作指示情報Dcを、動作指示取得部26へ出力する。通信制御部27は、例えば、建機状況情報生成部29から出力された建機状況情報Dsを取得する。通信制御部27は、取得した建機状況情報Dsを含む通信情報を通信部17へ出力する。通信制御部27は、通信部17に、建機状況情報Dsを、送信間隔記憶部28に記憶された送信間隔STで、管理装置40に対して送信させる。
送信間隔記憶部28は、後述の送信間隔設定部35により設定された送信間隔STを記憶する。送信間隔記憶部28は、送信間隔設定部35が送信間隔STを更新した場合、更新された新たな送信間隔STを設定する。なお、更新された新たな送信間隔STは、上書きして記憶されてもよい。
建機状況情報生成部29は、管理装置40へ送信するための建機状況情報Dsを生成する。建機状況情報生成部29は、位置情報取得部21が取得した建設現場における建機10の位置情報を取得する。建機状況情報生成部29は、姿勢情報取得部22から、姿勢情報取得部22が取得した建機10の姿勢情報を取得する。建機状況情報生成部29は、積荷情報取得部23から、積荷情報取得部23が取得した建機10の積荷情報を取得する。建機状況情報生成部29は、障害物情報取得部24から、障害物情報取得部24が取得した建機10周囲の障害物情報を取得する。建機状況情報生成部29は、アクチュエータ制御部25から、アクチュエータ制御部25が取得した建機10の各部のアクチュエータ15の駆動状況を示す駆動情報を取得する。建機状況情報生成部29は、取得した位置情報、姿勢情報、積荷情報、障害物情報、及び駆動情報に基づいて、建機状況情報Dsを生成する。建機状況情報生成部29は、生成した建機状況情報Dsを、通信制御部27へ出力する。
路面状況判断部30は、位置情報取得部21から、位置情報取得部21が取得した建設現場における建機10の位置情報を取得する。路面状況判断部30は、姿勢情報取得部22から、姿勢情報取得部22が取得した建機10の姿勢情報を取得する。路面状況判断部30は、取得した位置情報及び姿勢情報に基づいて建機10が走行する路面の路面状況を判断する。より詳しくは、路面状況判断部30は、位置検出部11が検出した建機10の位置、及び姿勢検出部12が検出した建機10の3次元の角速度及び加速度に基づいて、建機10が走行する路面の凹凸、通路の蛇行度等を含む路面状況を判断する。路面状況判断部30は、例えば、検出された各測定値や、各測定値に基づいて予め設定された計算式で算出される値と、路面状況の指標を示す指数と、の対応表を予め設定し、対応表に基づいて路面状況を判断してもよい。路面状況判断部30は、路面状況の判断結果を、送信間隔設定部35へ出力する。
走行状況判断部31は、位置情報取得部21から、位置情報取得部21が取得した建設現場における建機10の位置情報を取得する。走行状況判断部31は、取得した位置情報に基づいて、建機10の走行速度を含む走行状況を判断する。走行状況判断部31は、走行状況の判断結果を、送信間隔設定部35へ出力する。
積荷状況判断部32は、積荷情報取得部23から、積荷情報取得部23が取得した建機10の積荷情報を取得する。積荷状況判断部32は、取得した積荷情報に基づいて、建機10に積載された積荷の重さを含む積荷状況を判断する。積荷状況判断部32は、積荷情報の判断結果を、送信間隔設定部35へ出力する。
障害物状況判断部33は、障害物情報取得部24から、障害物情報取得部24が取得した建機10周囲の障害物情報を取得する。障害物情報は、例えば、所定距離以内の物体の有無、物体の移動速度及び移動方向等、建機10の動作継続に対して衝突等の危険性に関する情報を含む。障害物状況判断部33は、取得した障害物情報に基づいて、建機10の周囲の障害物の位置及び移動速度を含む障害物状況を判断する。障害物状況判断部33は、障害物状況の判断結果を、送信間隔設定部35へ出力する。
動作状況判断部34は、アクチュエータ制御部25から、アクチュエータ制御部25が取得した建機10の各部のアクチュエータ15の駆動状況を示す駆動情報を取得する。動作状況判断部34は、取得した駆動情報に基づいて、建機10の動作状況を判断する。動作状況とは、例えば、旋回中、掘削中、停止中、アームの伸縮中等の建機10の各部のアクチュエータ15による建機10の動作の状態を示す。動作状況判断部34は、例えば、旋回中、掘削中、停止中等の建機10の周囲への影響が低い動作か、アームの伸長等の建機10の周囲への影響が高い動作か等、各部のアクチュエータ15の動作による建機10の動作領域を判断する。動作状況判断部34は、動作状況の判断結果を、送信間隔設定部35へ出力する。
送信間隔設定部35は、通信制御部27の制御により通信部17が建機状況情報Dsを送信する送信間隔STを設定する。送信間隔設定部35は、例えば、建機10の起動時、又は建機10が建機監視システム1におけるモニタリング対象に参加した時等に、送信間隔初期値STinitに基づいて、送信間隔STを設定する。送信間隔初期値STinitは、例えば、個々の建機10に予め設定される値である。送信間隔初期値STinitは、例えば、建機制御装置20の記憶装置が予め記憶する建機情報Dvに含まれてもよいし、外部から入力されることで設定されてもよい。初期値の送信間隔STは、例えば、ST=STinit、に示される数式によって算出される。送信間隔初期値STinitは、例えば、1[s]である。
送信間隔設定部35は、送信間隔設定部35は、路面状況判断部30から、路面状況の判断結果を取得する。送信間隔設定部35は、少なくとも路面状況、に基づいて送信間隔STを更新して設定する。送信間隔設定部35は、走行状況判断部31から、走行状況の判断結果を取得する。送信間隔設定部35は、積荷状況判断部32から、積荷情報の判断結果を取得する。送信間隔設定部35は、障害物状況判断部33から、障害物状況の判断結果を取得する。送信間隔設定部35は、動作状況判断部34から、動作状況の判断結果を取得する。送信間隔設定部35は、走行状況、積荷状況、障害物状況、及び動作状況の少なくともいずれかに基づいて送信間隔STを更新して設定してもよい。送信間隔設定部35は、設定した送信間隔STを、送信間隔記憶部28へ出力する。
[管理装置のシステム構成]
図3を用いて、管理装置40の詳細なシステム構成について説明する。図3は、図1に示す管理装置40のシステム構成の一例を示すブロック図である。管理装置40は、記憶部41と、通信部42と、演算部43と、を備える。
記憶部41は、管理装置40の各種の制御プログラム、各種の制御処理に用いられるデータ、及び建機監視システム1によりモニタリングする対象に関するデータが記憶される記憶装置を含む。記憶装置は、例えば、RAM、ROM、HDD、フラッシュメモリ、EPROM、EEPROM(登録商標)等の不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、又はDVDにより実装されてよい。記憶部41は、地図情報Dmと、建機情報Dvと、を記憶する。地図情報Dmは、建設現場における建機10の作業領域の、建設対象物、資材置き場、廃土置き場、及び移動経路等がマッピングされた情報を含む。地図情報Dmは、予め記憶部41に記憶される。記憶部41に記憶された建機情報Dvは、複数の建機10から各々通信ネットワークを介して通信部42が受信した情報である。
通信部42は、通信ネットワークを介して、複数の建機10及び情報端末70との間で各種データをやりとりするためのデータ通信を実行する。通信部42は、複数の建機10及び情報端末70から受信した各種データを、演算部43へ出力する。通信部42は、演算部43から出力された通信制御信号に基づいて、複数の建機10及び情報端末70へ各種データを送信する。
通信部42は、例えば、記憶部41に予め記憶している地図情報Dmを、情報端末70へ送信する。通信部42は、例えば、各々の建機10から、建機情報Dvを受信する。通信部42は、例えば、各々の建機10から受信し記憶部41に記憶された建機情報Dvを、情報端末70へ送信する。通信部42は、例えば、情報端末70から、各々の建機10に対する動作指示情報Dcを受信する。通信部42は、例えば、動作指示情報Dcを、各々の建機10へ送信する。通信部42は、例えば、各々の建機10から、建機状況情報Dsを受信する。通信部42は、例えば、各々の建機10の建機状況情報Dsを、情報端末70へ送信する。
演算部43は、管理装置40の各種機能を実現するための予め定められる制御プログラムを実行する演算処理装置を含む。演算処理装置は、例えば、CPU、MCU、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、GPU、DSP、又はシステムLSI等のプロセッサにより実装されてよい。演算部43は、記憶部41及び通信部42を制御する。演算部43は、通信部42が新たな建機10の建機情報Dvを受信した場合、記憶部41に建機情報Dvを蓄積して記憶させる。演算部43は、通信制御信号を通信部42に出力する。
演算部43は、例えば、所定の地図情報Dmを送信することを要求する指示信号を受信した場合に、要求された地図情報Dmを含む通信情報を出力し、情報端末70へ送信させる。演算部43が地図情報Dmを要求されるタイミングは、例えば、建機監視システム1が起動されたタイミング、建設現場に配置された建機10のモニタリングを開始したタイミング、又は情報端末70を操作する使用者が所定の操作を行ったタイミング等である。
演算部43は、例えば、情報端末70から建機情報Dvを送信することを要求する指示信号を受信した場合に、要求された建機情報Dvを情報端末70に送信する。演算部43が建機情報Dvを要求されるタイミングは、例えば、建機監視システム1が起動されたタイミング、建設現場に配置された建機10のモニタリングを開始したタイミング、新規の建機10が建設現場に配置されたタイミング、又は情報端末70を操作する使用者が所定の操作を行ったタイミング等である。
演算部43は、例えば、建機状況情報Dsの送信を開始することを要求する指示信号を受信した場合に、建機状況情報Dsを情報端末70へ送信することを開始し、各々の建機10から所定の送信間隔STで送信される建機状況情報Dsを、都度、情報端末70に送信する。演算部43が建機状況情報Dsの送信開始を要求されるタイミングは、例えば、建機監視システム1が起動されたタイミング、建設現場に配置された建機10のモニタリングを開始したタイミング、新規の建機10が建設現場に配置されたタイミング、又は情報端末70を操作する使用者が所定の操作を行ったタイミング等である。
[情報端末のシステム構成]
図4を用いて、情報端末70の詳細なシステム構成について説明する。図4は、図1に示す情報端末70のシステム構成の一例を示すブロック図である。情報端末70は、操作部71と、表示部72と、通信部73と、演算部74と、を備える。
操作部71は、演算部74に対する各種の操作を受け付け可能である。操作部71は、例えば、建設現場の地図情報Dm、及び複数の建機10の建機情報Dvを、管理装置40に要求するための操作を受け付け可能である。操作部71は、例えば、複数の建機10の建機状況情報Dsの定期送信を開始するよう管理装置40に要求するための操作を受け付け可能である。操作部71は、各々の建機10を指定してシナリオ動作指示するための操作を受け付け可能である。操作部71は、受け付けた操作に応じた操作信号を、演算部74へ出力する。操作部71は、例えば、物理的なスイッチ、キーボード、又は表示部72に設けられたタッチパネル等で実現することができる。
表示部72は、演算部74から出力された映像信号に基づいて、種々の映像を表示する。表示部72は、例えば、建設現場の地図情報Dm、地図情報Dmに建機10の位置情報を重ね合わせたマッピング情報、建機10の動作状況、路面状況等を表示する。表示部72は、液晶ディスプレイ(LCD:Liquid Crystal Display)、有機ELディスプレイ(OELD:Organic Electro-Luminescence Display)、又は無機ELディスプレイ(IELD:Inorganic Electro-Luminescence Display)等の表示デバイスを含んでよい。表示部72は、タッチスクリーン等の入力デバイスを含んでよい。
通信部73は、通信ネットワークを介して、管理装置40との間で各種データをやりとりするためのデータ通信を実行する。通信部73は、管理装置40から受信した各種データを、演算部74へ出力する。通信部73は、演算部74から出力された通信制御信号に基づいて、管理装置40へ各種データを送信する。通信部73は、例えば、操作部71から入力された動作指示情報Dcを、管理装置40へ送信する。通信部73は、例えば、管理装置40から、地図情報Dm、各々の建機10の建機情報Dv、各々の建機10の建機状況情報Dsを受信する。
演算部74は、情報端末70の各種機能を実現するための予め定められる制御プログラムを実行する演算処理装置を含む。演算処理装置は、例えば、CPU、MCU、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、GPU、DSP、又はシステムLSI等のプロセッサにより実装されてよい。演算部74は、操作部71から各種の操作信号を受け付け可能である。演算部74は、表示部72及び通信部73を制御する。
[建機制御装置による処理]
図5から図8までを用いて、建機制御装置20による処理の流れについて説明する。まず、図5を用いて、建機10の位置情報及び姿勢情報を含む建機10の状況に関する情報を示す建機状況情報Dsを、建機10が管理装置40に対して送信する送信間隔STの初期設定の処理の流れについて説明する。図5は、建機制御装置20による送信間隔STの初期設定処理の流れの一例を示すフローチャートである。図5に示す処理は、建機制御装置20が、予め定められる制御プログラム及びデータに基づいて実行する。建機制御装置20は、例えば、建機10が起動される、又は建機10が建機監視システム1におけるモニタリング対象に参加することによって、図5に示すステップS11に移行して処理を開始する。
建機制御装置20は、ステップS11において、送信間隔設定部35が、送信間隔初期値STinitを設定する。送信間隔設定部35は、実施形態において、送信間隔初期値STinitを1[s]に設定する。例えば、送信間隔初期値STinitが建機制御装置20の記憶装置が予め記憶する建機情報Dvに含まれている場合、送信間隔設定部35は、建機情報Dvから送信間隔初期値STinitを呼び出して設定する。建機制御装置20は、ステップS12に移行する。
建機制御装置20は、ステップS12において、送信間隔設定部35が、送信間隔初期値STinitに基づいて、送信間隔STを設定する。送信間隔設定部35は、実施形態において、送信間隔STを、ST=STinit、に示される数式によって算出する。すなわち、初期値の送信間隔STは、実施形態において、1[s]である。建機制御装置20は、図5に示すフローチャートの処理を終了する。
次に、図6を用いて、建機10の位置情報及び姿勢情報を含む建機10の状況に関する情報を示す建機状況情報Dsを生成する生成処理の流れについて説明する。図6は、建機制御装置20による建機状況情報Dsの生成処理の流れの一例を示すフローチャートである。図6に示す処理は、建機制御装置20が、予め定められる制御プログラム及びデータに基づいて実行する。建機制御装置20は、所定の周期、例えば、送信間隔STと同一の周期で、図6に示す処理を繰り返し実行する。建機制御装置20は、例えば、建機10が起動される、建機10が建機監視システム1におけるモニタリング対象に参加する、又は前回建機状況情報Dsを生成してから所定の周期が経過することによって、図6に示すステップS21に移行して処理を開始する。
建機制御装置20は、ステップS21において、建機10の位置情報を取得する。具体的には、位置情報取得部21が、位置検出部11から、位置検出部11が取得した建設現場における建機10の位置情報を取得し、建機状況情報生成部29が、位置情報取得部21から位置情報を取得する。建機制御装置20は、ステップS22に移行する。
建機制御装置20は、ステップS22において、建機10の姿勢情報を取得する。具体的には、姿勢情報取得部22が、姿勢検出部12から、姿勢検出部12が取得した建機10の姿勢情報を取得し、建機状況情報生成部29が、姿勢情報取得部22から姿勢情報を取得する。建機制御装置20は、ステップS23に移行する。
建機制御装置20は、ステップS23において、建機10に積載された積荷の重さを含む積荷情報を取得する。具体的には、積荷情報取得部23が、積荷検出部13から、積荷検出部13が取得した建機10の積荷情報を取得し、建機状況情報生成部29が、積荷情報取得部23から積荷情報を取得する。建機制御装置20は、ステップS24に移行する。
建機制御装置20は、ステップS24において、建機10周囲の障害物の位置及び移動速度を含む障害物情報を取得する。具体的には、障害物情報取得部24が、障害物検出部14から、障害物検出部14が取得した建機10周囲の障害物情報を取得し、建機状況情報生成部29が、障害物情報取得部24から障害物情報を取得する。建機制御装置20は、ステップS25に移行する。
建機制御装置20は、ステップS25において、建機10の駆動情報を取得する。具体的には、アクチュエータ制御部25が、アクチュエータ15から、建機10の各部のアクチュエータ15の駆動状況を示す駆動情報(動作のフィードバック情報)を取得し、建機状況情報生成部29が、アクチュエータ制御部25から駆動情報を取得する。建機制御装置20は、ステップS26に移行する。
建機制御装置20は、ステップS26において、建機状況情報Dsを生成する。具体的には、建機状況情報生成部29が、取得した位置情報、姿勢情報、積荷情報、障害物情報、及び駆動情報に基づいて、建機状況情報Dsを生成する。建機状況情報生成部29は、生成した建機状況情報Dsを、通信制御部27へ出力する。建機制御装置20は、図6に示すフローチャートの処理を終了する。
次に、図7を用いて、建機10の位置情報及び姿勢情報を含む建機10の状況に関する情報を示す建機状況情報Dsを、管理装置40へ送信する送信処理の流れについて説明する。図7は、建機制御装置20による送信処理の流れの一例を示すフローチャートである。図7に示す処理は、建機制御装置20が、予め定められる制御プログラム及びデータに基づいて実行する。建機制御装置20は、例えば、建機10が起動される、又は建機10が建機監視システム1におけるモニタリング対象に参加することによって、図7に示すステップS31に移行して処理を開始する。
建機制御装置20は、ステップS31において、経過時間tを0にリセットして(t=0)、カウントアップタイマを開始させる。建機制御装置20は、ステップS32に移行する。
建機制御装置20は、送信処理が終了されるまで、ステップS32からステップS39までのループ処理を実行する。建機制御装置20は、ステップS33に移行する。
建機制御装置20は、経過時間tが送信間隔STを超えるまで、すなわち、t>STを満たすまで、ステップS33からステップS37までのループ処理を実行する。建機制御装置20は、ステップS34に移行する。
建機制御装置20は、ステップS34において、送信処理を終了するか否かを判断する。建機制御装置20は、建機監視システム1によるモニタリングが終了される、建機10が建設現場から退場する、又は情報端末70から所定の終了信号を受信することによって、送信処理を終了する。送信処理を終了する場合(ステップS34;Yes)、建機制御装置20は、図7に示すフローチャートの処理を終了する。送信処理を終了しない場合(ステップS34;No)、建機制御装置20は、ステップS35に移行する。
建機制御装置20は、ステップS35において、送信間隔STを更新するか否かを判断する。具体的には、後述の図8に示すフローチャートの処理等により、送信間隔設定部35が送信間隔STを新たに設定したか否かを判断する。送信間隔STを更新する場合(ステップS35;Yes)、建機制御装置20は、ステップS36に移行する。送信間隔STが更新しない場合(ステップS35;No)、建機制御装置20は、ステップS37に移行する。
送信間隔STが更新された場合(ステップS35;Yes)、建機制御装置20は、ステップS36において、送信間隔STを更新する。具体的には、送信間隔記憶部28に記憶された送信間隔STについて、更新された送信間隔STを新たに参照して送信間隔STとする。建機制御装置20は、ステップS37に移行する。
建機制御装置20は、ステップS37において、t>STを満たさない場合、ステップS33に戻り、t>STを満たすまで、ステップS33からステップS37までのループ処理を繰り返し実行する。建機制御装置20は、ステップS37において、t>STを満たす場合、ステップS38に移行する。
建機制御装置20は、ステップS38において、送信処理を実行する。具体的には、通信制御部27が、建機状況情報生成部29から、図6に示すフローチャートの処理で生成した建機状況情報Dsを取得し、取得した建機状況情報Dsを含む通信情報を通信部17へ出力し、建機状況情報Dsを管理装置40に対して送信させる。建機制御装置20は、ステップS39に移行する。
建機制御装置20は、ステップS39において、経過時間t=0にリセットして(t←0)、ステップS32に戻り、ステップS34で送信処理が終了されるまで、ステップS32からステップS39までの処理を繰り返し実行する。
次に、図8を用いて、建機10の位置情報及び姿勢情報を含む建機10の状況に関する情報を示す建機状況情報Dsを、建機10が管理装置40に対して送信する送信間隔STの設定の処理の流れについて説明する。図8は、建機制御装置20による送信間隔STの設定処理の流れの一例を示すフローチャートである。図8に示す処理は、建機制御装置20が、予め定められる制御プログラム及びデータに基づいて実行する。建機制御装置20は、所定の周期、例えば、送信間隔STと同一の周期で、図8に示す処理を繰り返し実行する。建機制御装置20は、例えば、建機10が起動される、建機10が建機監視システム1におけるモニタリング対象に参加する、又は前回送信間隔STを設定してから所定の周期が経過することによって、図8に示すステップS41に移行して処理を開始する。
建機制御装置20は、ステップS41において、送信間隔設定部35が、倍率係数kを1にリセットする(k=1)。建機制御装置20は、ステップS42に移行する。
建機制御装置20は、ステップS42において、送信間隔設定部35が、倍率係数k1、k2、k3、k4、k5、k6を取得する。倍率係数k1、k2、k3、k4、k5、k6は、例えば、建機制御装置20の記憶装置に予め記憶される。倍率係数k1、k2、k3、k4、k5、k6は、送信間隔STを変更させる要因となる項目毎に予め設定される値であり、個々の建機10では異なる値であってもよい。
倍率係数k1は、実施形態において、k1=0.1である。倍率係数k2は、実施形態において、k2=0.2である。倍率係数k3は、実施形態において、k3=0.2である。倍率係数k4は、実施形態において、k4=0.2である。倍率係数k5は、実施形態において、k5=0.2である。倍率係数k6は、実施形態において、k6=2.0である。なお、倍率係数k1、k2、k3、k4、k5、k6は、実施形態の値に限定されず、全てが異なる値でもよいし、一部又は全てが同一の値でもよい。建機状況情報Dsを送信する際、周波数は同じ帯域を使用し、送信するデータを間引くことにより送信間隔STを変更する場合、倍率係数k1、k2、k3、k4、k5、k6は、2のべき乗であることが好ましい。建機制御装置20は、ステップS51に移行する。
建機制御装置20は、ステップS51において、建機10に積荷があるか否かを判断する。具体的には、積荷状況判断部32が、積荷情報取得部23が取得した建機10の積荷情報を取得し、取得した積荷情報に基づいて、建機10に積載された積荷の重さを含む積荷状況を判断する。積荷状況判断部32は、積荷情報の判断結果を、送信間隔設定部35へ出力する。なお、積荷があるとは、例えば、所定重量以上の積荷があることを示し、廃土後に建機10に土が少量残っていた場合等は除外される。建機10に積荷がある場合(ステップS51;Yes)、建機制御装置20は、ステップS52に移行する。建機10に積荷がない場合(ステップS51;No)、建機制御装置20は、ステップS53に移行する。
建機制御装置20は、ステップS52において、送信間隔設定部35が、倍率係数kをk1に更新する(k=k1)。建機制御装置20は、ステップS71に移行する。
建機制御装置20は、ステップS53において、建機10にかかる振動が所定値以上か否かを判断する。具体的には、路面状況判断部30が、位置情報取得部21が取得した建設現場における建機10の位置情報と、姿勢情報取得部22から、姿勢情報取得部22が取得した建機10の姿勢情報と、を取得し、取得した位置情報及び姿勢情報に基づいて、建機10が走行する路面の路面状況を判断する。路面状況判断部30は、路面状況の判断結果を、送信間隔設定部35へ出力する。なお、振動は、例えば、建機10にかかる加速度等の各測定値から所定の計算式で算出される値を含む。建機10にかかる振動が所定値以上である場合(ステップS53;Yes)、建機制御装置20は、ステップS54に移行する。建機10にかかる振動が所定値以上でない場合(ステップS53;No)、建機制御装置20は、ステップS55に移行する。
建機制御装置20は、ステップS54において、送信間隔設定部35が、倍率係数kをk2に更新する(k=k2)。建機制御装置20は、ステップS71に移行する。
建機制御装置20は、ステップS55において、建機10の走行速度が所定値以上か否かを判断する。具体的には、走行状況判断部31が、位置情報取得部21から取得した建設現場における建機10の位置情報を取得し、取得した位置情報に基づいて、建機10の走行速度を判断する。走行状況判断部31は、走行速度の判断結果を、送信間隔設定部35へ出力する。建機10の走行速度が所定値以上である場合(ステップS55;Yes)、建機制御装置20は、ステップS56に移行する。建機10の走行速度が所定値以上でない場合(ステップS55;No)、建機制御装置20は、ステップS57に移行する。
建機制御装置20は、ステップS56において、送信間隔設定部35が、倍率係数kをk3に更新する(k=k3)。建機制御装置20は、ステップS71に移行する。
建機制御装置20は、ステップS57において、建機10が走行中か否かを判断する。具体的には、走行状況判断部31が、ステップS55において取得した位置情報に基づいて、建機10の走行状況を判断する。走行状況の判断結果を、送信間隔設定部35へ出力する。建機10が走行中である場合(ステップS57;Yes)、建機制御装置20は、ステップS58に移行する。建機10が走行中でない場合(ステップS57;No)、建機制御装置20は、ステップS59に移行する。
建機制御装置20は、ステップS58において、送信間隔設定部35が、倍率係数kをk4に更新する(k=k4)。建機制御装置20は、ステップS71に移行する。
建機制御装置20は、ステップS59において、建機10周囲に障害物があるか否かを判断する。具体的には、障害物状況判断部33が、障害物情報取得部24から取得した建機10周囲の障害物情報を取得し、取得した障害物情報に基づいて、建機10の周囲の障害物の位置及び移動速度を含む障害物状況を判断する。なお、障害物があるとは、例えば、所定の第1距離以内に障害物がある、第1距離より長い所定の第2距離以内に障害物がありかつ建機10と接近中である、第2距離より長い所定の第3距離以内に障害物がありかつ建機10と所定速度以上で接近中であること等を示す。建機10周囲に障害物がある場合(ステップS59;Yes)、建機制御装置20は、ステップS60に移行する。建機10周囲に障害物がない場合(ステップS59;No)、建機制御装置20は、ステップS61に移行する。
建機制御装置20は、ステップS60において、送信間隔設定部35が、倍率係数kをk5に更新する(k=k5)。建機制御装置20は、ステップS71に移行する。
建機制御装置20は、ステップS61において、建機10の各部のアクチュエータ15が周囲に大きな影響を及ぼす動作をしているか否かを判断する。具体的には、動作状況判断部34が、アクチュエータ制御部25から取得した建機10の各部のアクチュエータ15の駆動情報を取得し、取得した駆動情報に基づいて、建機10の動作領域を含む動作状況を判断する。建機10の動作領域が所定値以上である場合(ステップS61;Yes)、建機制御装置20は、ステップS62に移行する。建機10の動作領域が所定値以上でない場合(ステップS61;No)、建機制御装置20は、ステップS71に移行する。
建機制御装置20は、ステップS62において、送信間隔設定部35が、倍率係数kをk6に更新する(k=k6)。建機制御装置20は、ステップS71に移行する。
建機制御装置20は、ステップS71において、送信間隔設定部35が、送信間隔STを設定する。具体的には、送信間隔STは、ST=STinit×k、に示される数式によって算出される。すなわち、ステップS52、ステップS54、ステップS56、ステップS58、ステップS60、又はステップS62において倍率係数kが更新されている場合、送信間隔STは、更新された倍率係数kに応じて更新される。送信間隔設定部35は、設定した送信間隔STを、送信間隔記憶部28へ出力する。建機制御装置20は、図8に示すフローチャートの処理を終了する。
(実施形態の作用効果)
以上説明したように、実施形態の建機制御装置20は、建機10の位置情報を取得する位置情報取得部21と、建機10の姿勢情報を取得する姿勢情報取得部22と、位置情報及び姿勢情報を含む建機10の状況に関する建機状況情報Dsを所定の送信間隔STで送信する通信制御部27と、位置情報及び姿勢情報に基づいて建機10が走行する路面の路面状況を判断する路面状況判断部30と、路面状況に基づいて送信間隔STを更新して設定する送信間隔設定部35と、を備える。
建機10が作業する建設現場の路面は、凹凸や石、土質のバラつきにより、一般の舗装された道路を走行する場合と比較してがたつきが大きく生じる。このようながたつきが大きくなる路面を通過する際には、積載した土砂が落下したり転倒したりする等の事故の発生率が上がる。実施形態の建機制御装置20は、建機10が走行する路面の路面状況に基づいて送信間隔STを変更する、すなわち、例えば、事故の発生率が上がるがたつきの大きい場所を通過する際には、送信間隔STを短くして、高頻度で建機状況情報Dsを出力することができる。これにより、建機10の状況を遠隔の情報端末70から監視する監視者が、建機状況情報Dsを高頻度で受け取ることができ、リアルタイムでの状況把握が可能である。一方で、建機10が比較的がたつきの小さい場所を走行中には、送信間隔STを長くして、低頻度で建機状況情報Dsを出力することで、通信量を抑制することができる。したがって、実施形態の建機制御装置20は、建機10と遠隔の情報端末70との間の通信頻度を適応的に変更することができ、通信量を最適化することができる。
また、実施形態の建機制御装置20は、位置情報に基づいて建機10の走行速度を含む走行状況を判断する走行状況判断部31を更に備え、送信間隔設定部35は、走行状況に基づいて送信間隔STを更新して設定する。建機10の移動速度が大きい場合に、送信間隔ST間で移動する距離が大きくなる。すなわち、送信間隔ST毎に出力される建機状況情報Dsに含まれる位置情報の連続性が低下する。この際、建機10の走行速度に基づいて送信間隔STを変更する、すなわち、例えば、建機10の走行速度が大きい場合に送信間隔STを短くして、高頻度で建機状況情報Dsを出力することができる。これにより、建機10の状況を遠隔の情報端末70から監視する監視者が、建機10の位置情報を高頻度で受け取ることができ、建機10の移動足跡の連続的な把握が可能である。一方で、建機10の走行速度が小さい場合には、送信間隔STを長くして、低頻度で建機状況情報Dsを出力することで、通信量を抑制することができる。
また、実施形態の建機制御装置20において、建機10に積載された積荷の重さを含む積荷状況を判断する積荷状況判断部32を更に備え、送信間隔設定部35は、積荷状況に基づいて送信間隔STを更新して設定する。建機10に積荷が積載されている場合や、積荷の重量が大きい場合に、積載した土砂が落下したり、小さながたつきでも転倒したりする等の事故の発生率が上がる。この際、建機10の積荷状況に基づいて送信間隔STを変更する、すなわち、例えば、建機10に積荷がある場合や積荷の重量が大きい場合に送信間隔STを短くして、高頻度で建機状況情報Dsを出力することができる。これにより、建機10の状況を遠隔の情報端末70から監視する監視者が、建機10の建機状況情報Dsを高頻度で受け取ることができ、リアルタイムでの状況把握が可能である。一方で、建機10に積荷がない場合や積荷の重量が小さい場合には、送信間隔STを長くして、低頻度で建機状況情報Dsを出力することで、通信量を抑制することができる。
また、実施形態の建機制御装置20において、建機10の各部の駆動状況に基づく建機10の動作状況を判断する動作状況判断部34を更に備え、送信間隔設定部35は、動作状況に基づいて送信間隔STを更新して設定する。建機10が掘削や旋回等の動作を行っている場合、又は停止している場合、事故の発生率が下がる。この際、建機10の動作状況に基づいて送信間隔STを変更する、すなわち、例えば、建機10や各部のアクチュエータ15が建機10の周囲に移動しない場合に送信間隔STを長くして、低頻度で建機状況情報Dsを出力することで、通信量を抑制することができる。
また、実施形態の建機制御装置20において、建機10の周囲の障害物の位置及び移動速度を含む障害物状況を判断する障害物状況判断部33を更に備え、送信間隔設定部35は、障害物状況に基づいて送信間隔STを更新して設定する。建機10の周囲に障害物がある場合や、障害物と接近する場合、障害物が移動している場合に、障害物と接触する等の事故の発生率が上がる。この際、建機10周囲の障害物状況に基づいて送信間隔STを変更する、すなわち、例えば、建機10周囲に障害物積荷がある場合に送信間隔STを短くして、高頻度で建機状況情報Dsを出力することができる。これにより、建機10の状況を遠隔の情報端末70から監視する監視者が、建機10の建機状況情報Dsを高頻度で受け取ることができ、リアルタイムでの状況把握が可能である。一方で、建機10周囲に障害物がない場合には、送信間隔STを長くして、低頻度で建機状況情報Dsを出力することで、通信量を抑制することができる。
また、実施形態の建機監視システム1は、建機制御装置20を備える複数の建機10と、建機10から遠隔に設けられる情報端末70と、建機10及び情報端末70と通信可能な管理装置40と、を備え、管理装置40は、建機制御装置20から送信された建機状況情報Dsを受信し、情報端末70へ送信する。
実施形態の建機監視システム1は、建機10が走行する路面の路面状況に基づいて、建機状況情報Dsを管理装置40へ送信する送信間隔STを変更する。これにより、情報端末70を操作しリアルタイムで遠隔から建機10をモニタリングする使用者(監視者)にとって、建機状況情報Dsを高頻度で更新されることが望ましい場面では送信間隔STを短くし、それ以外の場面では送信間隔STを長くすることができる。したがって、実施形態の建機監視システム1は、建機10と遠隔の情報端末70との間の通信頻度を適応的に変更することができ、通信量を最適化することができる。
また、実施形態の建機監視システム1において、管理装置40は、建機状況情報Dsの送信を開始することを要求する指示信号を受信した場合に、建機制御装置20から送信間隔STで送信される建機状況情報Dsを都度、情報端末70へ送信することを開始する。これにより、モニタリングが不要な場面での通信を抑制することができ、通信量を抑制することができる。
なお、本開示は、上記実施形態に限定されるものではない。すなわち、本開示の骨子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、障害物状況判断部33が、建機10の動作継続に対して衝突等の危険性のある障害物があると判断した場合、建機制御装置20は、建機10のアクチュエータ15を緊急停止するための制御信号を出力してもよい。また、建機制御装置20は、更に、情報端末70を操作する使用者による所定の操作に基づいて、送信間隔記憶部28に記憶された送信間隔STを、使用者が設定した送信間隔STに更新して設定する制御信号を受信可能であってもよい。
また、建機監視システム1では、管理装置40が複数の建機10から各々取得した建機状況情報から、建機10同士の衝突や、他の建機10が情報を取得した障害物や悪路等に干渉する可能性を総合的に判断して判断結果を建機10に送信し、建機10が当該判断結果に基づいて、走行間隔STをさらに調整してもよい。
また、図8に示すフローチャートの処理では、1つの判断につき1つの閾値が設定され、倍率係数kを変更するか否かの2択として説明したが、1つの判断につき複数の閾値が設定され、各段階で異なる倍率係数kに変更するようにしてもよい。
また、図示した建機制御装置20、建機制御装置20を含む建機10、管理装置40、情報端末70、及び建機監視システム1の構成要素は、機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていなくてもよい。すなわち、建機制御装置20、建機制御装置20を含む建機10、管理装置40、情報端末70、及び建機監視システム1の具体的形態は、図示のものに限られず、建機制御装置20、建機制御装置20を含む建機10、管理装置40、情報端末70、及び建機監視システム1の処理負担や使用状況等に応じて、その全部又は一部を任意の単位で機能的又は物理的に分散又は統合してもよい。
また、例えば、建機制御装置20は、建機10に対して後付け可能に構成して、建機制御装置20を搭載しない場合でも建機10が動作するように構成されていてもよい。この場合、例えば、図2に示す構成に対し、アクチュエータ制御部25の機能を、既存の建機10と建機制御装置20とに分散させることで実現される。具体的には、アクチュエータ15の駆動を制御する駆動制御部は既存の建機10が有し、アクチュエータ15の駆動情報(動作のフィードバック情報)を取得する駆動情報取得部は建機制御装置20が有することによって実現される。
建機制御装置20、建機制御装置20を含む建機10、管理装置40、情報端末70、及び建機監視システム1の構成は、例えば、ソフトウェアとして、メモリにロードされたプログラム等によって実現される。上記実施形態では、これらのハードウェア又はソフトウェアの連携によって実現される機能ブロックとして説明した。すなわち、これらの機能ブロックについては、ハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、又は、それらの組み合わせによって種々の形で実現できる。