JP7225935B2 - 遠隔操作システム - Google Patents

Description

本発明は、作業機械の動作を遠隔操作するための遠隔操作システムに関する。

タワークレーンを遠隔操作するため、遠隔操作室において操作員が着座する操作席を、当該タワークレーンのブームに同調させて旋回させかつ当該タワークレーンに設置された操作席の傾斜に同調させて傾斜させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これにより、操作員が操作席に着座してタワークレーンを遠隔操作する際に、あたかもタワークレーンにおける仮想の操作席に着座しているかのような状態がリアルタイムに再現され、従来どおりの感覚でタワークレーンを遠隔操作することが可能である。

特開２０１３－１１６７７３号公報

しかし、遠隔操作室にいるオペレータにとっては、着座している操作席の旋回および傾斜などによってタワークレーン等の作業機械の操作状況が再現されるだけでは、例えば、当該作業機械に転倒可能性がある状況など、その動作状態を正確に把握することが困難な場合がある。

そこで、本発明は、オペレータが遠隔操作室の操作席に着座して作業機械を遠隔操作する際に、当該作業機械の動作状況をより明確にオペレータに認識させることができる遠隔操作システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、オペレータによる作業機械の遠隔操作を支援するための遠隔操作システムであって、作業機械の動作状況を検知するための検知要素と、作業機械から離れた遠隔操作室に設けられた、オペレータが着座する操作席および操作席を駆動する駆動機構と、検知要素により検知された作業機械の動作状況が、作業機械を安定状態から不安定状態に遷移させるような指定条件を満たす場合、操作席の少なくとも角速度を含む駆動速度が不連続的に変化するように駆動機構の動作を制御する制御要素と、を備えていることを特徴とする。

本発明の遠隔操作システムによれば、作業機械の動作状況が、作業機械を安定状態から不安定状態に遷移させるような指定条件を満たす場合、遠隔操作室に設置された操作席の少なくとも角速度を含む駆動速度が不連続的に変化するように駆動機構の動作が制御される。一般に、操作席の駆動には、操作席の旋回駆動、傾斜駆動および並進駆動のうち少なくとも１つが含まれている。これにより、操作席に着座しているオペレータの身体に慣性力が作用するため、作業機械の動作状況が、作業機械を安定状態から不安定状態に遷移させるような状況であることを当該オペレータにより明確に認識させることができる。

本発明において、制御要素が、検知要素により検知された作業機械の動作状況が指定条件を満たす場合、操作席の駆動速度が不連続的に変化した後、元に戻るために不連続的に変化するように駆動機構の動作を制御することが好ましい。

当該構成の遠隔操作システムによれば、操作席の駆動速度が２回にわたって不連続的に変化するので、操作席に着座しているオペレータの身体に２回にわたって慣性力が作用する。また、操作席の駆動速度の「増速後に減速」および「減速後に増速」のいずれの場合も、操作席の駆動速度の減速を伴う分だけ操作席の駆動量が抑制されうる。したがって、操作席の動きによってオペレータに過度の不安または違和感を与える事態を回避しながら、作業機械の動作状況が、作業機械を安定状態から不安定状態に遷移させるような状況であることを当該オペレータにより明確に認識させることができる。

本発明の一実施形態に係る遠隔操作システムの構成を示す図である。 遠隔操作システムの電気的な構成を示すブロック図である。 遠隔操作装置の構成を示す図である。 指定条件判定処理を示すフローチャートである。 動作状態制御処理を示すフローチャートである。 制御結果の一例を示すタイミングチャートである。 駆動機構による操作席の駆動状態を示す図である。 作業機械の支持多角形における安定領域及び不安定領域を示す図である。 作業機械の重心が安定領域にある状態を示す図である。 作業機械が傾斜して重心が不安定領域にある状態を示す図である。 作業機械が平地に位置して重心が不安定領域にある状態を示す図である。 操作席の傾斜量の算出に用いるマップの一例を示す図である。

以下、図１～７を参照しながら、本発明の一実施形態に係る遠隔操作システムについて説明する。本実施形態は、例えば、オペレータ３が遠隔操作装置４０によって作業機械１０を遠隔操作できるように構成された遠隔操作システム１に適用されたものである。

この作業機械１０は、例えば油圧ショベルであり、アタッチメント１１、アーム１２、ブーム１３、旋回体１４及び走行体１５などを備えている。この走行体１５は、図示例ではクローラ式の走行体であり、図示しない走行用油圧モータによって駆動される。なお、走行体１５は、車輪型の走行体であってもよい。

また、旋回体１４は、走行体１５の上側に配置され、図示しない旋回用油圧モータにより走行体１５に対してヨー軸回りに旋回するように駆動される。この旋回体１４の後部は、機械室１４ｂになっており、この機械室１４ｂには、図示しない油圧回路及び油圧機器（油圧ポンプ、方向切換弁及び作動油タンクなど）と、油圧ポンプなどの動力源である図示しないエンジンなどが収容されている。

また、作業機械１０は、運転者が搭乗して操縦することも可能なタイプのものであり、旋回体１４の前部には、運転室１４ａが設けられている。この運転室１４ａには、作業機械１０の操縦用の操作装置１７（図２参照）が配置されており、この操作装置１７は、操作レバー、操作ペダル及び操作スイッチ（いずれも図示せず）などを備えている。

ブーム１３は、旋回体１４に対して揺動可能に旋回体１４の前部に取り付けられており、油圧シリンダ１３ａによって旋回体１４に対して揺動するように駆動される。また、アーム１２は、ブーム１３に対して揺動可能にブーム１３の先端部に取り付けられており、油圧シリンダ１２ａによってブーム１３に対して揺動するように駆動される。

さらに、アタッチメント１１は、アーム１２に対して揺動可能にアーム１２の先端部に取り付けられており、油圧シリンダ１１ａによってアーム１２に対して揺動するように駆動される。

なお、図１では、アタッチメント１１として、バケットが例示されているが、アタッチメント１１は、他の種類のもの（例えば、破砕機、ブレーカ及びマグネットなど）であってもよい。

また、作業機械１０は、上述した走行用油圧モータ、旋回用油圧モータ及び油圧シリンダ１１ａ～１３ａ以外のアクチュエータ（例えば、ドーザの駆動用の油圧アクチュエータ、破砕機などのアタッチメントに含まれる油圧アクチュエータなど）をさらに備えていてもよい。さらに、作業機械１０の一部のアクチュエータ（例えば、旋回用アクチュエータ）は、電動アクチュエータであってもよい。

以上の構成の作業機械１０では、エンジンを作動させた状態で、操作装置１７の操作レバー又は操作ペダルを操作することで、走行用油圧モータ、旋回用油圧モータ及び油圧シリンダ１１ａ～１３ａなどのアクチュエータをそれぞれ作動させ、それにより、作業機械１０を操縦することができる。この場合、操作装置１７の操作に応じた各アクチュエータの作動は、例えば公知の作業機械と同様に実行される。

また、本実施形態では、作業機械１０の遠隔操作を可能とするために、図２に示すように、操作装置１７を駆動する操作駆動装置１８が作業機械１０に搭載されている。この操作駆動装置１８は、複数の電動モータ（図示せず）を有する電動式のものであり、運転室１４ａに設置されている。

さらに、操作駆動装置１８は、操作装置１７の操作レバー又は操作ペダルなどの各々を電動モータによって駆動することができるように、操作装置１７に接続されている。なお、操作駆動装置１８は、作業機械１０の遠隔操作を実施しない場合には、作業機械１０から取り外すことができるように構成されている。

一方、前述した油圧回路内には、多数の電磁制御弁１９（図２に１つのみ図示）が設けられており、後述する作業機側制御装置２９によって、これらの電磁制御弁１９の開閉状態が制御される。

また、図２に示すように、作業機械１０は、作業機側制御装置２９及び無線通信装置３０などを備えている。この作業機側制御装置２９には、前述した操作駆動装置１８、上述した電磁制御弁１９、操作状態センサ２０、角速度センサ２１、加速度センサ２２、油圧センサ２３、運転状態センサ２４、姿勢検知センサ２５、相対角度検出センサ２６、複数のカメラ２７（１つのみ図示）及びマイク２８が電気的に接続されている。

操作状態センサ２０は、複数のセンサ（図示せず）で構成されており、上述した操作装置１７の操作レバー及び操作ペダルの操作状態を検知して、それらを表す検知信号を作業機側制御装置２９に出力する。作業機側制御装置２９は、この操作状態センサ２０の検知信号に応じて、電磁制御弁１９の開閉状態を制御することにより、上述した油圧シリンダ１１ａ～１３ａ及び２つの油圧モータなどへの作動油の供給状態を制御する。それにより、３つの要素１１～１３の動作状態、旋回体１４の旋回状態及び走行体１５のクローラの回転状態が制御される。

なお、操作状態センサ２０に代えて、油圧センサを用い、操作レバー及び操作ペダルの操作によるパイロット圧の変化を検知することにより、操作レバー及び操作ペダルの操作状態を検知するように構成してもよい。

一方、角速度センサ２１は、複数のセンサ素子（図示せず）を組み合わせて構成されており、旋回体１４のピッチ角速度ωｐ、ロール角速度ωｒ及びヨー角速度ωｙを検知して、それらを表す検知信号を作業機側制御装置２９に出力する。作業機側制御装置２９は、この検知信号に基づき、旋回体１４のピッチ角θｐ、ロール角θｒ及びヨー角θｙを算出する。

この場合、ピッチ角θｐは、旋回体１４が水平な状態にあるときの位置を原点（すなわち値０）として、旋回体１４を右側面視したときのピッチ軸の反時計回りの角度を正値として算出される。また、ロール角θｒは、旋回体１４が水平な状態にあるときの位置を原点（すなわち値０）として、旋回体１４を正面視したときのロール軸の反時計回りの角度を正値として算出される。さらに、ヨー角θｙは、アーム１２及びブーム１３が走行体１５の前後方向の中心軸と平行な状態にあるときの旋回体１４の位置を原点（すなわち値０）として、旋回体１４を平面視したときのヨー軸の反時計回りの角度を正値として算出される。

また、加速度センサ２２は、複数のセンサ素子（図示せず）を組み合わせて構成されており、旋回体１４の前後方向及び左右方向の加速度（以下「前後Ｇ及び左右Ｇ」という）を検知して、それらを表す加速度信号を作業機側制御装置２９に出力する。作業機側制御装置２９は、この加速度信号に基づき、旋回体１４の前後左右方向の並進速度を算出する。

また、油圧センサ２３は、油圧回路内の所定箇所の油圧Ｐｏｉｌを検知して、それを表す検知信号を作業機側制御装置２９に出力する。

さらに、運転状態センサ２４は、エンジン回転数などのエンジンの運転状態（以下「エンジン運転状態」という）を検知して、それを表す検知信号を作業機側制御装置２９に出力する。

一方、姿勢検知センサ２５は、例えばエンコーダやポテンションメータで構成され、アタッチメント１１、アーム１２及びブーム１３の姿勢を検知して、それらを表す検知信号を作業機側制御装置２９に出力する。

また、相対角度センサ２６は、例えばエンコーダで構成され、旋回体１４と走行体１５の相対角度を検知して、それを表す検知信号を作業機側制御装置２９に出力する。

一方、複数のカメラ２７は、アーム１２、ブーム１３及び旋回体１４の所定部位に設けられており、アタッチメント１１付近の映像や、旋回体１４の前方及び左右方向の映像を撮影し、それらを表す動画データ信号を作業機側制御装置２９に出力する。

また、マイク２８は、旋回体１４周辺の音をデータとして含む音響データ信号を作業機側制御装置２９に出力する。

一方、作業機側制御装置２９は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されている。作業機側制御装置２９は、前述した各種のセンサ２１～２６の検知信号から作業機械１０の動作状況を表す動作状況データ（旋回体１４のピッチ角速度θｐ、ロール角θｒ、ヨー角θｙ、前後左右方向の並進速度、油圧Ｐｏｉｌ＿ｉ、３つの要素１１～１３の姿勢、旋回体１４と走行体１５の相対角度及びエンジン運転状態）を取得する。そして、作業機側制御装置２９は、これらの動作状況データを含む動作状況データ信号を無線通信装置３０に出力する。

また、作業機側制御装置２９は、複数のカメラ２７からの動画データ信号及びマイク２８からの音響データ信号を無線通信装置３０に出力する。なお、以下の説明では、動作状況データ信号、動画データ信号及び音響データ信号をまとめて「各種データ信号」という。

一方、無線通信装置３０では、上記のように、各種データ信号が作業機側制御装置２９との間で入出力されるとともに、遠隔操作装置４０の後述する無線通信装置４１との間で無線通信が実行される。例えば、無線通信装置３０は、各種データ信号が作業機側制御装置２９から入力されたときには、これを無線通信装置４１に送信する。

また、無線通信装置３０は、例えば、無線通信装置４１から後述する操作指令信号を受信したときには、これを作業機側制御装置２９に出力する。作業機側制御装置２９は、無線通信装置３０から入力された操作指令信号に応じて、前述した操作駆動装置１８による操作装置１７の駆動状態を制御する。それにより、後述するように、操作駆動装置１８によって操作装置１７の操作レバー又は操作ペダルなどが駆動されることで、前述した油圧回路内の多数の電磁制御弁１９の開閉状態が制御される。その結果、作業機械１０の動作状態が制御される。

次に、遠隔操作装置４０について説明する。遠隔操作装置４０は、図２及び図７に示すように、無線通信装置４１、マスタ側制御装置４２、スピーカ４３、ディスプレイ４４、駆動機構４５及び操作装置５０を備えている。これらの要素４１～４５，５０はいずれも、遠隔操作室２内に設けられている。

無線通信装置４１は、前述したように、無線通信装置３０との間で無線通信を実行するとともに、マスタ側制御装置４２との間で、各種データの入出力を実行する。例えば、無線通信装置４１は、前述した動作状況データ信号、動画データ信号及び音響データ信号を無線通信装置３０から受信したときには、これらのデータ信号をマスタ側制御装置４２に出力する。また、無線通信装置４１は、例えば、マスタ側制御装置４２から操作指令信号を受信したときには、これを無線通信装置３０に送信する。

また、マスタ側制御装置４２（制御要素）は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＩ／Ｏインターフェース（いずれも図示せず）などからなるマイクロコンピュータで構成されている。このマスタ側制御装置４２は、前述したアタッチメント１１、アーム１２、ブーム１３、旋回体１４及び走行体１５の重心位置情報を予め記憶している。

さらに、マスタ側制御装置４２には、スピーカ４３、複数のディスプレイ４４（図３に２つのみ図示）、駆動機構４５及び操作状態センサ５３が電気的に接続されている。

マスタ側制御装置４２は、前述した音響データ信号が無線通信装置４１から入力されたときには、これをスピーカ４３に出力する。それにより、音響データ信号に含まれる音が、スピーカ４３から遠隔操作室２内に出力されることで、遠隔操作室２のオペレータ３は、旋回体１４の運転室１４ａ内にいるような臨場感を得ることができる。

また、マスタ側制御装置４２は、前述した動画データ信号が無線通信装置４１から入力されたときには、これをディスプレイ４４に出力する。それにより、動画データ信号に含まれる動画がディスプレイ４４に表示されることで、遠隔操作室２のオペレータ３は、旋回体１４のキャビン内から外部を見ているような臨場感を得ることができる。

さらに、駆動機構４５は、旋回台、傾斜台、複数の電動アクチュエータ及び電動モータ（いずれも図示せず）を組み合わせたものであり、これらの複数の電動アクチュエータ及び電動モータは、マスタ側制御装置４２に電気的に接続されている。旋回台は、電動モータによってヨー軸線回りに旋回するように駆動され、その際、傾斜台は、旋回台と一体に旋回する。

また、傾斜台は、旋回台の上側に複数の電動アクチュエータを介して設けられており、これらの電動アクチュエータによって、旋回台に対して相対的にピッチングしたり、ローリングしたり、前後左右方向に平行移動（すなわち並進）したりするように駆動される。この駆動機構４５の上面の中央部には、操作席４６が設けられており、この操作席４６は、傾斜台に固定されている。

以上の構成により、この駆動機構４５では、複数の電動アクチュエータ及び電動モータがマスタ側制御装置４２によって制御されることによって、傾斜台すなわち操作席４６がピッチングしたり、ローリングしたり、ヨーイングしたり、前後左右方向に並進したりするように駆動される。それにより、操作席４６に座ったオペレータ３は、作業機械１０の動作中に旋回体１４のキャビン内にいるときのような、旋回体１４のピッチング、ローリング、ヨーイング及び前後左右方向の並進などの動作を仮想的に体感することができる。

また、マスタ側制御装置４２は、前述した動作状況データ信号が無線通信装置４１から入力されたときには、動作状況データ信号に含まれる、旋回体１４のピッチ角速度θｐ、ロール角θｒ、ヨー角θｙ、前後Ｇ及び左右Ｇが駆動機構４５によって再現されるように、駆動機構４５の動作状態を制御する。それにより、オペレータ３は、旋回体１４の傾きや加速度などを仮想的に体感することができる。これに加えて、マスタ側制御装置４２は、後述するように、指定条件判定処理などの制御処理を実行する。

また、操作装置５０は、作業機械１０を遠隔操作するために、オペレータ３によって操作される。この操作装置５０は、操作ペダル５０ａｐ付きの操作レバー５０ａと、操作席４６の左右のコンソール４６ｂにそれぞれ搭載された操作レバー５０ｂ（１つのみ図示）と、操作スイッチ（図示せず）と、操作状態センサ５３などを備えている。

この場合、操作装置５０は、作業機械１０の操作装置１７と異なる構成のものであってもよい。例えば、操作装置５０は、ジョイスティック、操作ボタン等を有する携帯型の操作装置であってもよい。

この操作状態センサ５３は、オペレータ３による操作ペダル５０ａｐ、操作レバー５０ａ、操作レバー５０ｂ及び操作スイッチの操作状態を検知して、それらを表す操作状態信号をマスタ側制御装置４２に出力する。

マスタ側制御装置４２は、操作状態センサ５３から操作状態信号が入力されたときに、操作指令信号を、無線通信装置４１を介して作業機械１０の無線通信装置３０に送信する。この操作指令信号は、操作装置５０の操作状態に対応して、作業機械１０の操作装置１７を駆動するためのものである。

以上の構成により、この遠隔操作システム１では、オペレータ３は、作業機械１０を遠隔操作する際、遠隔操作室２内の操作席４６に着座した状態で、スピーカ４３からの音及びディスプレイ４４の動画映像を視聴しながら、操作装置５０を操作する。それに伴い、オペレータ３の操作装置５０の操作状態に対応して、操作指令信号が遠隔操作装置４０の無線通信装置４１から作業機械１０の無線通信装置３０に送信される。

そして、操作指令信号が無線通信装置３０から作業機側制御装置２９に入力されると、作業機側制御装置２９は、操作指令信号に応じて、前述した操作駆動装置１８による操作装置１７の駆動状態を制御する。具体的には、操作装置１７の操作レバー、操作ペダル及び操作スイッチの動作状態（操作状態）が、オペレータ３による操作装置５０の操作レバー５０ａ，５０ｂ、操作ペダル５０ａｐ及び操作スイッチの操作状態と同期するように、操作装置１７が操作駆動装置１８によって駆動される。それにより、前述した油圧回路内の多数の電磁制御弁１９の開閉状態が制御されることで、オペレータ３による操作装置５０の操作に対応して、作業機械１０の動作状態が制御される。すなわち、オペレータ３によって作業機械１０が遠隔操作される。

また、作業機械１０の動作中、前述した各種センサ２１～２６、カメラ２７及びマイク２８から、前述した各種データ信号が作業機側制御装置２９に入力されると、これが作業機側制御装置２９及び無線通信装置３０を介して無線通信装置４１に送信された後、無線通信装置４１からマスタ側制御装置４２に入力される。

それにより、音響データ信号に含まれる音がスピーカ４３から遠隔操作室２内に出力され、動画データ信号に含まれる動画がディスプレイ４４に表示される。さらに、動作状況データ信号に含まれる動作状況データ、すなわち旋回体１４のピッチ角速度ωｐ、ロール角速度ωｒ、ヨー角速度ωｙ、前後左右方向の並進速度が駆動機構４５によって再現される。それにより、オペレータ３は、旋回体１４のキャビン内で作業機械１０を操縦したときの傾きや速度などを仮想的に体感することができる。

次に、マスタ側制御装置４２によって実行される指定条件判定処理について説明する。この指定条件判定処理は、作業機械１０の動作状況が、作業機械１０が安定状態から不安定状態に遷移するような指定条件を満たす状況にあるか否かを判定するものであり、マスタ側制御装置４２によって所定の制御周期で実行される。

なお、本実施形態の場合、作業機械１０が安定状態又は不安定状態にあるということは以下に述べる状態を意味する。すなわち、作業機械１０が安定状態にあるということは、図８及び図９に示すように、作業機械１０を平面視したときに、作業機械１０の重心（又はＺＭＰ）が作業機械１０の支持多角形内の領域である安定領域（図中にハッチングで示す領域）に位置していることを意味する。

一方、作業機械１０が不安定状態にあるということは、図１０に示すように、作業機械１０を平面視したときに、作業機械１０の重心（又はＺＭＰ）が安定領域から外れ、その外側の不安定領域（図中に網掛けで示す領域）に位置していることを意味する。

指定条件判定処理は、具体的には、図４に示すように実行される。まず、前述した動作状況データを読み込む（図４／ＳＴＥＰ１）。次いで、動作状況データに含まれるエンジン運転状態に基づき、作業機械１０が運転中であるか否かを判定する（図４／ＳＴＥＰ２）。この判定は、具体的には、エンジンが運転中であるか否かに基づいて実行される。

この判定が否定で（図４／ＳＴＥＰ２…ＮＯ）、作業機械１０が運転停止中であるときには、そのまま本処理を終了する。

一方、この判定が肯定であるとき（図４／ＳＴＥＰ２…ＹＥＳ）には、ピッチ角の絶対値｜θｐ｜が所定しきい値θｐ＿ｌｍｔ以上であるか否かを判定する（図４／ＳＴＥＰ３）。この所定しきい値θｐ＿ｌｍｔは、作業機械１０が安定状態から不安定状態に遷移するか否かを判定できる値、すなわち、作業機械１０の重心が安定領域から不安定領域に移行するか否かを判定できる値であり、作業機械１０が前傾しているときには、作業機械１０が後傾しているときよりも小さい値が用いられる。

この判定が肯定で（図４／ＳＴＥＰ３…ＹＥＳ）、｜θｐ｜≧θｐ＿ｌｍｔが成立しているときには、作業機械１０が安定状態から不安定状態に遷移するような指定条件が満たされたと判定して、それを表すために、指定条件フラグＦ＿ＣＯＮＤＩを「１」に設定する（図４／ＳＴＥＰ４）。その後、本処理を終了する。

一方、上述した判定が否定（図４／ＳＴＥＰ３…ＮＯ）で、｜θｐ｜＜θｐ＿ｌｍｔが成立しているときには、ロール角の絶対値｜θｒ｜が所定しきい値θｒ＿ｌｍｔ以上であるか否かを判定する（図４／ＳＴＥＰ５）。この所定しきい値θｒ＿ｌｍｔは、作業機械１０が安定状態から不安定状態に遷移するか否かを判定できる値、すなわち、作業機械１０の重心が安定領域から不安定領域に移行するか否かを判定できる値に設定されている。

この判定が肯定で（図４／ＳＴＥＰ５…ＹＥＳ）、｜θｒ｜≧θｒ＿ｌｍｔが成立しているときには、作業機械１０が安定状態から不安定状態に遷移するような指定条件が満たされたと判定して、前述したように、指定条件フラグＦ＿ＣＯＮＤＩを「１」に設定する（図４／ＳＴＥＰ４）。その後、本処理を終了する。

一方、上述した判定が否定（図４／ＳＴＥＰ５…ＮＯ）で、｜θｒ｜＜θｒ＿ｌｍｔが成立しているときには、油圧Ｐｏｉｌが所定しきい値Ｐｌｍｔ以上であるか否かを判定する（図４／ＳＴＥＰ６）。この所定しきい値Ｐｌｍｔは、作業機械１０が安定状態から不安定状態に遷移する動作状況にあるか否かを判定できるような値に設定されている。

この判定が肯定で（図４／ＳＴＥＰ６…ＹＥＳ）、Ｐｏｉｌ≧Ｐｌｍｔが成立しているときには、作業機械１０が安定状態から不安定状態に遷移するような指定条件が満たされたと判定して、前述したように、指定条件フラグＦ＿ＣＯＮＤＩを「１」に設定する（図４／ＳＴＥＰ４）。その後、本処理を終了する。

一方、上述した判定が否定のとき（図４／ＳＴＥＰ６…ＮＯ）、すなわち｜θｐ｜＜θｐ＿ｌｍｔ、｜θｒ｜＜θｒ＿ｌｍｔ及びＰｏｉｌ＜Ｐｌｍｔがいずれも成立しているときには、上述した指定条件が満たされていないと判定して、前述した指定条件フラグＦ＿ＣＯＮＤＩを「０」に設定する（図４／ＳＴＥＰ７）。その後、本処理を終了する。

なお、図４の指定条件判定処理において、以下に述べるように、作業機械１０の重心の位置及び安定領域を算出し、作業機械１０の重心が安定領域にあるか否かに応じて、前述した指定条件フラグＦ＿ＣＯＮＤＩの値を設定するように構成してもよい。

まず、マスタ側制御装置４２が予め記憶している５つの要素１１～１５の重心位置情報、姿勢検知センサ２５からの３つの要素１１～１３の姿勢、及び相対角度センサ２６からの旋回体１４と走行体１５の相対角度に基づいて、作業機械１０の重心の位置を演算する。

さらに、旋回体１４と走行体１５の相対角度、旋回体１４のピッチ角θｐ及びロール角θｒなどに基づいて、作業機械１０の安定領域を算出する。そして、作業機械１０の重心が安定領域にあるときには、指定条件フラグＦ＿ＣＯＮＤＩを「０」に設定し、作業機械１０の重心が安定領域にないときすなわち不安定領域にあるときには、指定条件フラグＦ＿ＣＯＮＤＩを「１」に設定する。以上のように構成した場合でも、図４と同様に、作業機械１０が安定状態から不安定状態に遷移するような指定条件を満たす状況にあるか否かを適切に判定することができる。

次に、図５を参照しながら、マスタ側制御装置４２によって実行される動作状態制御処理について説明する。この動作状態制御処理は、駆動機構４５の動作状態を制御するものであり、マスタ側制御装置４２によって所定の制御周期で実行される。

まず、前述した動作状況データを読み込む（図５／ＳＴＥＰ１０）。次いで、動作状況データに含まれるエンジン運転状態に基づき、作業機械１０が運転中であるか否かを判定する（図５／ＳＴＥＰ１１）。

この判定が否定で（図５／ＳＴＥＰ１１…ＮＯ）、作業機械１０が運転停止中であるときには、そのまま本処理を終了する。一方、この判定が肯定であるとき（図５／ＳＴＥＰ１１…ＹＥＳ）には、前述した指定条件フラグＦ＿ＣＯＮＤＩが「１」であるか否かを判定する（図５／ＳＴＥＰ１２）。

この判定が否定であるとき（図５／ＳＴＥＰ１２…ＮＯ）には、通常制御処理を実行する（図５／ＳＴＥＰ）。この通常制御処理では、旋回体１４のピッチ角速度ωｐ、ロール角速度ωｒ、ヨー角速度ωｙ及び前後左右方向の並進速度などの動作状況データに基づき、オペレータ３が作業機械１０の実際の動作状況をリアルタイムで体感できるように、駆動機構４５の動作状態が制御される（図６参照）。

より具体的には、操作席４６のピッチ角速度、ロール角速度、ヨー角速度、前後左右方向の並進速度などが、旋回体１４の値と同じになるように、駆動機構４５の動作状態が制御される。以上のように、通常制御処理を実行した後、本処理を終了する。

一方、上記の判定が肯定であるとき（図５／ＳＴＥＰ１２…ＹＥＳ）、すなわち指定条件が満たされているときには、指定制御処理を実行する。この指定制御処理では、通常制御処理から移行したときに、操作席４６の駆動速度すなわちオペレータ３が体感していた速度が不連続的に変化するように、駆動機構４５の動作状態が制御される（図６参照）。

より具体的には、後述するように、操作席４６のピッチ角速度ωｐ’及びロール角速度ωｒ’が、旋回体１４と一時的に異なる値に変化した後、旋回体１４と同じ値まで復帰するように、駆動機構４５の動作状態が制御される。この指定制御処理の実行中、図示しないが、操作席４６のピッチ角速度及びロール角速度が、旋回体１４と同じ値まで復帰したタイミングで、前述した指定条件フラグＦ＿ＣＯＮＤＩが「０」にリセットされる。以上のように、指定制御処理を実行した後、本処理を終了する。

次に、図６を参照しながら、以上のように、マスタ側制御装置４２によって、指定条件判定処理及び動作状態制御処理が実行されたときの制御結果の一例について説明する。なお、同図は、作業機械１０のロール角θｒ及び油圧Ｐｏｉｌにおいて、｜θｒ｜＜θｒ＿ｌｍｔ及びＰｏｉｌ＜Ｐｌｍｔがいずれも成立しているときの、旋回体１４のピッチ角θｐ及びピッチ角速度ωｐと、操作席４６のピッチ角速度ωｐ'などの推移を示したものである。

同図に示すように、旋回体１４が前傾姿勢になり、そのピッチ角速度ωｐ及びピッチ角θｐが増大している状況下では、操作席４６のピッチ角速度ωｐ’が旋回体のピッチ角速度ωｐと同じになるように、駆動機構４５の動作状態が制御される。これと同時に、図７に示すように、操作席４６のピッチ角θｐ’もピッチ角θｐと同様に増大するように、駆動機構４５の動作状態が制御される。

その際、旋回体１４のピッチ角θｐが所定しきい値θｐ＿ｌｍｔ未満であるときには、指定条件判定処理において、指定条件フラグＦ＿ＣＯＮＤＩが「０」に設定され、動作状態制御処理において、通常制御処理が実行される。

そして、ピッチ角θｐがさらに増大し、θｐ≧θｐ＿ｌｍｔが成立したタイミング（時刻ｔ1）で、指定条件フラグＦ＿ＣＯＮＤＩが「１」に設定され、指定制御処理が開始される。それにより、旋回体のピッチ角速度ωｐが連続して増大し続けるのに対して、操作席４６のピッチ角速度ωｐ’は不連続的に変化する。

具体的には、操作席４６のピッチ角速度ωｐ’は、一時的に急減した後、反転して急増し、旋回体のピッチ角速度ωｐと同じ値になるように急増する。この場合の操作席４６のピッチ角速度ωｐ’の変化量は、オペレータ３に過度の不安感又は違和感を与えないような値に設定されている。

そして、ωｐ’＝ωｐが成立したタイミング（時刻ｔ２）で、指定制御処理が終了し、指定条件フラグＦ＿ＣＯＮＤＩが「０」にリセットされると、それ以降、通常制御処理が実行される。

なお、作業機械１０のロール角θｒにおいて、｜θｒ｜≧θｒ＿ｌｍｔが成立したときは、指定制御処理において、操作席４６のロール角速度ωｒ’が以上のピッチ角速度ωｐ’と同様に制御される。また、作業機械１０の油圧ＰｏｉｌにおいてＰｏｉｌ≧Ｐｌｍｔが成立したときには、指定制御処理において、操作席４６のピッチ角速度ωｐ’及び／又はロール角速度ωｒ’が以上のピッチ角速度ωｐ’と同様に制御される。

以上のように、本実施形態の遠隔操作システム１によれば、作業機械１０の動作状況が、作業機械１０を安定状態から不安定状態に遷移させるような指定条件を満しているとき、すなわち図４のＳＴＥＰ３，５，６のいずれかがＹＥＳであるときには、図５の駆動状態制御処理において、指定制御処理が実行される。この指定制御処理では、操作席４６のピッチ角速度ωｐ’が、旋回体１４のピッチ角速度ωｐよりも急減した後、旋回体１４と同じ値まで急増するように、駆動機構４５の動作状態が制御される。

これにより、操作席４６に着座しているオペレータ３は、ピッチ角速度ωｐ’の急減及び急増に起因して、加速度の増減を体感することになり、慣性力が自身の体に２回作用するのを体感することになる。その結果、作業機械１０の動作状況が作業機械１０を安定状態から不安定状態に遷移させるような状況であることを、より明確にオペレータ３に認識させることができる。また、その際のピッチ角速度ωｐ’の変化量は、オペレータ３に過度の不安感又は違和感を与えないような値に設定されているので、上記の状況のみをオペレータ３に適切に認識させることができる。

なお、本実施形態の作業機械１０の場合、作業機械１０が平地に位置しているときでも、作業機械１０の姿勢によっては、作業機械１０の重心が安定領域から不安定領域に移動し、作業機械１０が安定状態から不安定状態に移行することがある。

例えば、前述した図９に示すような、作業機械１０が平地に位置しかつ安定状態の姿勢にある状態から、作業機械１０のブーム１３と旋回体１４との間の角度、及びブーム１３とアーム１２との間の角度が増大側に変化すると、図１１に示すように、作業機械１０の重心が安定領域から不安定領域に移動し、作業機械１０が安定状態から不安定状態に移行することがある。このような重心の移動は、上記２つの角度の変化に加えて、走行体１５と旋回体１４との間の角度の変化や、アーム１２とアタッチメント１１との間の角度にも起因して発生する。

したがって、作業機械１０が平地に位置している場合でも、以下に述べるように、上述した指定制御（ＳＴＥＰ１４）を実行してもよい。まず、前述した手法によって、作業機械１０の重心の位置を演算する。さらに、相対角度センサ２６からの旋回体１４と走行体１５の相対角度などに基づいて、作業機械１０の安定領域を算出する。

そして、作業機械１０の重心が安定領域から外れているときすなわち不安定領域に移動したときには、図１２に示すマップを検索することにより、操作席４６の傾斜量（すなわち操作席４６のピッチ角θｐ）を算出し、操作席４６の実際の傾斜量が算出された傾斜量になるように、駆動機構４５が制御される。この場合、図１２のマップ値の設定により、重心が不安定領域により入り込むほど、操作席４６の傾斜量がより増大するように、駆動機構４５が制御される。また、作業機械１０が若干、傾斜している場合において、重心が安定領域から不安定領域に移動したときには、操作席４６の傾斜量が、図１２のマップ値分だけ上乗せされるように、駆動機構４５が制御される。

このような操作席４６の傾斜量の増大制御に加えて、前述した図６に示す状態と同様に、操作席４６のピッチ角速度ωｐ’が不連続的に変化するように、駆動機構４５が制御される。以上のように、指定制御処理を実行した場合でも、作業機械１０の動作状況が作業機械１０を安定状態から不安定状態に遷移させるような状況であることをオペレータ３に認識させることができる。

なお、実施形態は、作業機械として、作業機械１０を用いた例であるが、本発明の作業機械はこれに限らず、オペレータ３によって遠隔操作できるものであればよい。例えば、作業機械として、クレーン装置などを用いてもよい。

また、実施形態は、作業機械の動作状況として、ピッチ角θｐ、ロール角θｒ及び油圧Ｐｏｉｌを用いた例であるが、本発明の作業機械の動作状況はこれらに限らず、作業機械の動作状況を表すものであればよい。例えば、作業機械の動作状況として、ピッチ角速度ωｐ及びロール角速度ωｒを用いてもよい。その場合には、ピッチ角速度ωｐが所定のしきい値以上になったとき、及び／又はロール角速度ωｒが所定のしきい値以上になったときに、指定条件が満たされたと判定すればよい。

また、作業機械の動作状況として、油圧Ｐｏｉｌの変動量（油圧Ｐｏｉｌの今回値と前回値との偏差）や、エンジン回転数、エンジン回転数の変動量（エンジン回転数の今回値と前回値との偏差）などを用いてもよい。その場合には、油圧Ｐｏｉｌの変動量が所定のしきい値以上になったときや、エンジン回転数が所定のしきい値以上になったとき、エンジン回転数の変動量が所定のしきい値以上になったときに、指定条件が満たされたと判定すればよい。また、油圧Ｐｏｉｌとして、油圧回路の複数箇所における油圧Ｐｏｉｌの値を用いてもよい。

さらに、作業機械の動作状況として、作業機械１０の動作中、土砂がバケットタイプのアタッチメント１１内に収容されている状態で、アーム１２及びブーム１３を伸ばした場合において、例えば、アーム１２とブーム１３との間の角度（劣角）が所定値以上になったときに、指定条件が満たされたと判定してもよい。

また、実施形態は、操作席４６の駆動速度として、ピッチ角速度ωｐ’及びロール角速度ωｒ’を用いた例であるが、本発明の操作席の駆動速度はこれに限らず、駆動機構によって操作席が駆動されたときの速度であればよい。例えば、駆動速度として、操作席のヨー角速度や、前後左右方向の並進速度を用いてもよい。

一方、実施形態は、指定条件が満たされたときに、操作席４６のピッチ角速度ωｐ’が一時的に急減した後、反転して旋回体のピッチ角速度ωｐと同じ値まで急増するように、駆動機構４５を制御した例であるが、指定条件が満たされたときに、操作席４６の駆動速度が不連続的に変化するように、駆動機構４５が制御される手法であればよい。例えば、操作席４６のピッチ角速度ωｐ’が一時的に急増した後、反転して旋回体のピッチ角速度ωｐと同じ値まで急減するように、駆動機構４５を制御してもよい。

また、実施形態は、作業機側制御装置２９及びマスタ側制御装置４２が互いに無線通信を実行するように構成したが、これに代えて、両者が互いに有線通信を実行するように構成してもよい。

１ 遠隔操作システム
２ 遠隔操作室
３ オペレータ
１０ 作業機械
２１ 角速度センサ
２３ 油圧センサ
４２ マスタ側制御装置（制御要素）
４５ 駆動機構
４６ 操作席

Claims (2)

1. オペレータによる作業機械の遠隔操作を支援するための遠隔操作システムであって、
   前記作業機械の動作状況を検知するための検知要素と、
   前記作業機械から離れた遠隔操作室に設けられた、前記オペレータが着座する操作席および当該操作席を駆動する駆動機構と、
   前記検知要素により検知された前記作業機械の動作状況が、前記作業機械を安定状態から不安定状態に遷移させるような指定条件を満たす場合、前記操作席の少なくとも角速度を含む駆動速度が不連続的に変化するように前記駆動機構の動作を制御する制御要素と、を備えていることを特徴とする遠隔操作システム。
2. 請求項１に記載の遠隔操作システムにおいて、
   前記制御要素が、前記検知要素により検知された前記作業機械の動作状況が前記指定条件を満たす場合、前記操作席の駆動速度が不連続的に変化した後、元に戻るために不連続的に変化するように前記駆動機構の動作を制御することを特徴とする遠隔操作システム。

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