JPH09219811A - 遠隔操縦機械のカメラ方向制御装置 - Google Patents

遠隔操縦機械のカメラ方向制御装置

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JPH09219811A
JPH09219811A JP8024317A JP2431796A JPH09219811A JP H09219811 A JPH09219811 A JP H09219811A JP 8024317 A JP8024317 A JP 8024317A JP 2431796 A JP2431796 A JP 2431796A JP H09219811 A JPH09219811 A JP H09219811A
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JP
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camera
light
receiver
remote
revolving
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Application number
JP8024317A
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English (en)
Inventor
Ryuji Takada
龍二 高田
Yasuo Tanaka
康雄 田中
Kazuhiro Sugawara
一宏 菅原
Yutaka Watanabe
豊 渡辺
Takao Kurosawa
隆雄 黒沢
Seiji Yamashita
誠二 山下
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 1台のカメラのみで、雲台操作用の操作レバ
ーも使用せずに、かつ、旋回後の個所の状況を迅速に観
察することができ、操作性を向上させることができる遠
隔操縦機械のカメラ方向制御装置を提供すること。 【解決手段】 油圧ショベル1の上部旋回体12には、
カメラ8を装着した雲台81、旋回台221により旋回
されるレーザ受発光器22が取り付けられ、カメラ8の
映像信号は遠隔地のモニタ9へ送信される。遠隔地のオ
ペレータは操作側コントローラ4、無線機6、車体側コ
ントローラ5を介して油圧ショベル1を遠隔操縦する。
車体側コントローラ5は上部旋回体12の旋回時にレー
ザ受発光器22を旋回させて旋回目標個所のミラーによ
るレーザ光を受光することにより当該目標個所を検出
し、レーザ受発光器22をカメラ8で追尾させて目標個
所の周辺を撮影させる。これにより、旋回に先立って目
標個所が観察できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、遠隔操縦される機
械に備えられ、遠隔操縦のために必要な所定の個所を撮
影するカメラの向きを制御する遠隔操縦機械のカメラ方
向制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】油圧ショベル、油圧クレーン、ブルドー
ザ等の作業機械は、通常はオペレータが搭乗して作業を
行なうが、災害地、地下等の危険な個所や、高温な環
境、粉塵が発生する環境等劣悪な環境では、オペレータ
は搭乗せず、作業機械は遠隔地点にいるオペレータによ
り無人操縦(遠隔操縦)される。この場合、オペレータ
が作業現場を目視できるときは何等の支障もないが、充
分に又は全く目視できないときは作業現場又は作業機械
に設置されたカメラの映像を見ながら遠隔操縦がなされ
る。従来、このようなカメラの使用方法としていくつか
の方法が提案されている。以下にこれらの方法を列挙す
る。
【0003】(1)作業現場に複数台のカメラを設置
し、各カメラの映像をそれぞれ遠隔地のモニタに表示
し、オペレータはこれら映像を見ながら遠隔操縦を行な
う。 (2)1台のカメラを雲台に取付け、オペレータは遠隔
地から雲台を操作してカメラを必要な個所に向けてその
映像を得る。 (3)例えば特開平6−78308号公報に記載されて
いるように、走行車両に複数台のカメラを設置してお
き、操舵用操作レバーに連動して2台のカメラを切り換
え選択し、それらによる2つの画像を左右の目で見る。 (4)予め定められた所要の個所を1つのカメラで自動
追尾することにより、1つのモニタに常に所要の個所の
画像を表示する。なお、自動追尾技術は、例えば特開平
2−205494号公報等により知られている。 (5)例えば特開平6−110548号公報に記載され
ているように、走行車両に1台のカメラを雲台を介して
取付け、操舵量に所定の角度を加算した量だけカメラを
回転させてカメラを進行方向に向ける。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記(1)に記載の方
法は、作業現場の相当広い領域を把握することができる
が、作業機械の多様な作業に対応するには多数のカメラ
が必要であり、それに伴って通信回線、モニタも必要と
なり、コスト増を招き、かつ、複数のモニタをあれこれ
見なければならず、遠隔操縦の操作性が悪化する。上記
(2)に記載の方法は、1台のカメラ、1台のモニタで
あるので、上記(1)のコストの問題は避けることがで
きるが、作業機械の操作レバーとは別に雲台操作用の操
作レバーを操作しなければならないので、遠隔操縦の操
作性は著しく悪化する。上記(3)に記載の方法は、カ
メラの通信回線の数を減少させ、雲台操作用の操作レバ
ーも不要であり、モニタをあれこれ見る必要もなくすこ
とができるが、カメラの数が多く、かつ、カメラを切り
換えたときオペレータが見ている画像が不連続となるの
で、どの個所を見ているのか一時的に判らなくなり、遠
隔操縦の操作性が悪くなる。上記(4)に記載の方法
は、カメラもモニタも1台で済み、雲台の操作も必要が
ない。しかし、作業中に監視する必要がある個所は作業
部のみではなく、例えば旋回時には、安全確保のため、
作業部ではなく旋回方向の先方を見る必要がある。自動
追尾では、このような必要な状況に対応することができ
ない。上記(5)に記載の方法は、旋回の場合に旋回方
向の先方を見ることはできるが、見るべき先方は固定さ
れており、さらに先方を見る必要があってもこれを見る
ことができず、円滑な操作が困難になるおそれがある。
【0005】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、1台のカメラのみで、雲台操作用の操作レ
バーも使用せず、かつ、旋回体が旋回して作業を行なう
個所の状況を迅速に観察することができ操作性を向上さ
せることができる遠隔操縦機械のカメラ方向制御装置を
提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、旋回体と、この旋回体に取り付けられた
雲台と、この雲台に装着されたカメラとを備え、遠隔地
点に設置されたモニタで前記カメラから送信された映像
信号を受信し、前記モニタに表示された映像を見ながら
前記旋回体を遠隔操縦する遠隔操縦機械において、光を
放射するとともにこの放射された光の反射光を受光する
受発光器と、前記旋回体に取り付けられ前記受発光器を
旋回させる旋回台と、所定位置に設置され前記受発光器
からの光を反射するミラーと、前記旋回台を駆動して前
記受発光器を旋回させこの受発光器が前記ミラーの反射
光を検出したとき当該受発光器を停止させ、かつ、前記
カメラの向きを前記受発光器の向きにほぼ一致させるよ
うに前記雲台と前記旋回体を駆動する制御手段とを設け
たことを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。図1は本発明の実施の形態に係る
遠隔操縦油圧ショベルのカメラ方向制御装置のブロック
図である。この図で、1は油圧ショベルであり、下部走
行体11、上部旋回体12、ブーム13、アーム14、
バケット15で構成されている。13S、14S、15
Sはそれぞれブームシリンダ、アームシリンダ、バケッ
トシリンダである。16はこれら各油圧シリンダの駆動
を個々に制御する各コントロールバルブより成るコント
ロールバルブ群、17は各コントロールバルブのそれぞ
れに駆動信号を与える各比例弁より成る比例弁群を示
す。18はブーム13の回転角度を検出してこれに比例
した電気信号を出力するブーム角検出器である。アーム
の回転角度を検出するアーム角検出器およびバケットの
回転角度を検出するバケット角検出器も設けられている
がそれらの図示は省略する。19は上部旋回体12の旋
回角速度を検出する角速度検出器であり、ジャイロを用
いて構成され、検出した角速度ωに比例した電気信号を
出力する。21は上部旋回体12の旋回角度を検出する
角度検出器であり、検出した角度に比例した電機信号を
出力する。なお、θは検出されたブーム角、アーム角、
バケット角の検出信号を表わす。
【0008】3は油圧ショベル1から離れた遠隔地に設
置された操作レバー群であり、油圧ショベル1の各油圧
シリンダ、下部走行体11を走行させる走行モータ、上
部旋回体12を旋回させる旋回モータ等の油圧アクチュ
エータを操作する。4は遠隔地に設置されコンピュータ
により構成される操作側コントローラであり、操作レバ
ー群3の各操作レバーの操作量、操作方向の信号をディ
ジタル値に変換するA/D変換器41、所要の演算制御
を行なうCPU42、CPU42の処理手順を記憶する
ROM43、演算制御の結果等を記憶するRAM44、
および通信インタフェース45で構成されている。
【0009】5は油圧ショベル1に搭載されコンピュー
タで構成される車体側コントローラであり、通信インタ
フェース51、所要の演算制御を行なうCPU52、C
PU52の処理手順を記憶するROM53、演算制御の
結果等を記憶するRAM54、D/A変換器55、57
およびA/D変換器56、58で構成されている。RO
M53には、油圧ショベル1の姿勢をA/D変換器58
を介して入力した各角度検出器の検出信号θに基づいて
計算するための姿勢計算プログラム、各操作レバーの操
作量と操作方向をこれらに応じた各比例弁の駆動信号に
変換するレバー変換テーブル等が格納されている。変換
された駆動信号はD/A変換器57を介して各比例弁に
出力される。なお、カメラ制御プログラム、雲台駆動プ
ログラム、レーザ旋回台駆動プログラムについては後述
する。
【0010】6は操作側コントローラ4と車体側コント
ローラ5との間の信号の授受を無線で行なうための無線
機である。8は油圧ショベル1の上部旋回体12に雲台
81を介して取り付けられたカメラである。雲台81は
図示しないが2つのモータおよびこれら各モータに連結
されそれらの回転速度と回転角度を検出する各エンコー
ダで構成され、一方のモータを駆動することによりカメ
ラ8を垂直方向(紙面と平行な面内)に傾け、他方のモ
ータを駆動することによりカメラ8を水平方向(紙面に
垂直な面内)に回転させることができる。9は遠隔地に
設けられカメラ8で撮影した映像を表示するモニタ、1
0はカメラ8の映像信号を無線で送受信する無線機であ
る。
【0011】22はレーザ受発光器であり、上部旋回体
12の適宜個所に取り付けられた旋回台221により旋
回可能に支持されている。このレーザ受発光器22の詳
細を図2に示す。図2はレーザ受発光器の斜視図であ
る。レーザ受発光器22は、レーザ光源を内部に備えた
受発光部220、レーザ光を放射するスリット形状の発
光窓220S、反射されたレーザ光を受光する受光レン
ズ220L、前述の旋回台221、および旋回台221
を上部旋回体12に固定する固定部222で構成されて
いる。旋回台221は、上部旋回体12の旋回軸にほぼ
平行な軸22Cのまわりに受発光部220を旋回させる
モータ、およびこのモータに連結され、その回転速度と
回転角度を検出するエンコーダを有する。又、受光部2
20には、受光レンズ220Lが反射光を受光すると電
気信号を出力する機構が備えられている。
【0012】ここで、図1に示す車体側コントローラ5
のROM53に格納されているカメラ制御プログラムは
カメラ8の姿勢を制御するためのプログラム、雲台制御
プログラムは、雲台81のエンコーダからの信号をA/
D変換器56を介して入力し、カメラ制御プログラムに
従ったカメラ姿勢となるようにD/A変換器55を介し
て雲台81のモータに駆動信号を与えるためのプログラ
ム、レーザ旋回台プログラムは、旋回台221のエンコ
ーダからの信号をA/D変換器56を介して入力し、受
光レンズ220Lにより後述するミラーからの反射光が
受光されたときD/A変換器55を介して旋回台221
のモータに停止信号を与えるためのプログラムである。
【0013】図3は油圧ショベル1の掘削現場の平面図
である。この図で、図1に示す部分と同一部分には同一
符号を付して説明を省略する。30は掘削した土砂を運
搬するトラック、30Mはトラック30に取り付けられ
たミラー、40Mは掘削個所の目印として置かれている
ミラーである。又、U11は基準方向、例えば下部走行体
11の向き、U12は上部旋回体12の向き、Cはカメラ
8の向き、Lは受発光部220の向き、θ1 、θ2 、θ
3 はそれぞれ基準方向からの方向U12、方向C、方向L
の角度を示す。
【0014】次に、本実施の形態の動作を、図3、図
4、図5、および図6を参照して説明する。図4は上部
旋回体12、カメラ8、レーザ受発光器22の実際の動
きの一例を示す図であり、図4の(a)は上部旋回体1
2、カメラ8、およびレーザ受発光器22の向きの変化
を示す図、図4の(b)は上部旋回体12の回転角速度
の変化を示す図である。符号U12、C、Lは図3に示す
ものと同じく上部旋回体12、カメラ8、およびレーザ
受発光器22の向きを示し、θは各向きU12、C、Lの
基準方向U11に対する角度を示し、ωは上部旋回体の回
転角速度を示し、図4の(a)および図4の(b)とも
横軸に時間がとってある。なお、図4の(b)では、角
速度の正方向を左旋回方向、負方向を右旋回方向とされ
ている。角速度ω0 については後述する。
【0015】上部旋回体12の向きU12は、最初、図3
に示す掘削位置にあり、カメラ8もその掘削位置に向け
られている。掘削が終了し、掘削した土砂をトラック3
0に放土すべく上部旋回体12が旋回を開始し、その角
速度が、時刻t1 で図4の(b)に示すように角速度ω
0 を超えると、旋回台221が駆動され、受発光部22
0はレーザ光を放射窓220Sから放射しながらトラッ
ク30の方向へ旋回する。ここで、角速度ω0 は、上部
旋回体12を微操作する場合にカメラ8とレーザ受発光
器22を動かさないようにするために設けられた値であ
り、これにより、微操作時におけるカメラ8の細かな動
きを阻止してオペレータの目障りになるのを防止すると
ともに、レーザ受発光器22の不必要な旋回を防止す
る。
【0016】上記レーザ受発光部220の旋回により、
レーザ光は時刻t2 に到るとトラック30のミラー30
Mに達し、受光レンズ220Lはその反射光を受光す
る。同時に、雲台81によりカメラ8がレーザ受発光器
22とほぼ同一向きになるまで旋回され、停止される。
この時刻が時刻t3 で示されている。この状態で、カメ
ラ8はトラック30を中心とした区域を撮影することと
なる。遠隔地のオペレータは、時刻t2 以後は目標位置
であるトラック30とその周辺をモオニタ9で充分に観
察しながら、上部旋回体12を図4の(b)に示すよう
にオペレータの望む速度で旋回させる。そして、トラッ
ク30上の最適の位置に達すると、バケット15内の掘
削土砂をトラック30に放土する。
【0017】その後、バケットを掘削位置に戻すために
再び上部旋回体12を逆方向に旋回させると、上記と同
様の動作により、先ず、受発光部220が旋回し、その
レーザ光がミラー40Mに反射するとレーザ受発光器2
2は停止し、次いでカメラ8がレーザ受発光器22を追
尾して停止し、この状態でカメラ8は掘削個所を撮影す
る。オペレータはこれをモニタ9で観察しながら上部旋
回体12を旋回させ、最後にバケットを最適の掘削位置
に到達させる。
【0018】このように、オペレータは上部旋回体12
の旋回開始後、迅速かつ充分に目標位置であるトラック
30の周辺を観察することができ、安全の確認と土砂放
出の最適位置を予め決めることができ、よりよい操作を
行なうことができる。
【0019】次に、上記の動作を行なうための車体側コ
ントローラ5の処理を、図5に示すフローチャートを参
照して説明する。まず、CPU52は角速度検出器19
の検出信号(旋回角速度)ωをA/D変換器58を介し
て取り込み、、取り込んだ旋回角速度ωの絶対値が角速
度ω0 を超えたか否か判断し、上部旋回体12の旋回動
作を待つ(図5に示す手順S1 )。角速度ωの絶対値が
角速度ω0 を超え、旋回が開始されたと判断すると、C
PU52は角速度の正負を判断し(手順S2 )、正(例
えばトラック30方向の旋回)であれば旋回台221に
より受発光部220を左旋回させ(手順S3 )、受光レ
ンズ220Lがミラー30Mの反射光を受光したか否か
判断する(手順S4 )。受光していなければ処理を手順
3 に戻してさらに受発光部220を左旋回させる。な
お、上部旋回体12が右旋回(掘削個所方向の旋回)で
ある場合には、手順S5 、S6 の処理がなされる。
【0020】ミラー30Mの反射光の受光が検出される
と、CPU52はミラー追尾制御をONにする(手順S
7 )。即ち、雲台81を駆動してカメラ8をレーザ受発
光器22の方向へ旋回追尾させる(手順S8 )。このと
きの雲台81の角速度の特性が図6に示されている。図
6で、横軸に(θ3 −θ2 )、即ち、レーザ受発光器2
2の向きとカメラ8の向きとの角度の差がとってあり、
縦軸に雲台回転角速度指令値がとってある。両者の差が
θN 以上のときには雲台81は角速度ωN で駆動され、
両者の差がθL (予め設定された値)以上θN 未満のと
きには雲台81は角度の差に比例した角速度で駆動され
る。このような特性は、予めROM53又はRAM54
に格納されている。
【0021】なお、この雲台81の駆動特性は図6に示
す特性に限ることはなく、任意の特性を設定することが
できる。その一例が図7に示されている。図7で、横軸
には(θ3 −θ2 )、縦軸には雲台回転角指令値がとっ
てある。この図7に示す特性では、雲台81はレーザ受
発光器22の向きとカメラ8の向きとの角度差に比例し
て変化する。
【0022】図6(又は図7)の特性に従って雲台81
を駆動し続けると、やがて雲台81は角度差(θ3 −θ
2 )の絶対値が上記θL の絶対値未満となる状態を保持
し続けることになる。即ち、一旦カメラ8がミラー30
Mの方向を向くと、その方向を向き続けることになる。
旋回台221をミラー追尾制御により追尾し続け、雲台
81を図6(又は図7)の特性に従って制御し続けてい
る間も、上部旋回体12は図4の(a)に示すように旋
回を続ける。この間、CPU52は、上部旋回体12と
雲台81の角度差(θ2 −θ1 )が予め定められた微小
な値θS 未満になったか否か判断し(手順S9 )、角度
差(θ2 −θ1 )が値θS 以上のときは上記特性に従っ
て雲台81を駆動し続け(手順S8 )、角度差(θ2
θ1 )が値θS 未満になったとき、即ち、上部旋回体1
2の向きとカメラ8の向きとがほぼ一致したとき、CP
U52は雲台81および旋回台221を停止し、処理を
手順S1 に戻して、上部旋回体12がトラック30への
放土を終了して掘削個所へ戻されるのを待つ。掘削個所
への戻り動作の場合には、上部旋回体12は右旋回とな
るので、処理は手順S5 、S6 を経ることとなり、又、
レーザ光を反射するミラーは掘削個所相当位置に置かれ
たミラー40Mとなる。
【0023】このように、本実施の形態では、上部旋回
体12の旋回に応じてレーザ受発光器22を旋回させて
目標位置(トラック30又は掘削個所)に備えられたミ
ラー30M又はミラー40Mにより目標位置を検出し、
このレーザ受発光器22をカメラ8に追尾させて目標位
置周辺をカメラ8で撮影させるようにしたので、オペレ
ータは上部旋回体12が目標位置に到達する以前に目標
位置周辺の状況を観察することができ、安全の確認と作
業(土砂放出又は掘削)の最適位置を予め決めることが
でき、よりよい操作を行なうことができる。
【0024】なお、上記実施の形態の説明における各設
定値および各特性は、ROM53、RAM54に格納さ
れるが、これら以外にも、別途EEPROMを設けてこ
れに格納してもよい。又、上記実施の形態の説明では、
油圧ショベルの上部旋回体を例示して説明したが、他の
作業機械にも適用できるのは明らかであり、かつ、さき
に述べた特開平6−110548号公報に記載のような
遠隔操縦される車両にも適用することができる。このよ
うに、車両に適用する場合には、車体(旋回体)に角速
度検出器を取付ければよい。車両を予め定められた通過
路における曲折個所で曲折させる場合、所定の位置にミ
ラーを設置しておけば、車両の速度が早くても、これに
応じて曲折方向のミラー周辺をより早く見ることがで
き、安全を確保することができ、操作も容易となる。さ
らに、上記実施の形態の説明ではレーザ光を用いる例を
挙げたがその他の光線を使用することもできる。
【0025】
【発明の効果】以上述べたように、本発明では、受発光
器を旋回させて目標位置に備えられたミラーにより目標
位置を検出し、この受発光器をカメラに追尾させて目標
位置周辺をカメラで撮影させるようにしたので、オペレ
ータは旋回体が目標位置に到達する以前に目標位置周辺
の状況を観察することができ、安全の確認と作業の最適
位置を予め決めることができ、よりよい操作を行なうこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る遠隔操縦油圧ショベ
ルのカメラ方向制御装置のブロック図である。
【図2】図1に示すレーザ受発光器の斜視図である。
【図3】油圧ショベルの掘削現場の平面図である。
【図4】上部旋回体、カメラ、レーザ受発光器の実際の
動きの一例を示す図である。
【図5】図1に示す装置の動作を説明するフローチャー
トである。
【図6】カメラおよびレーザ受発光器の角度差と雲台角
速度の関係を示す図である。
【図7】カメラおよびレーザ受発光器の角度差と雲台角
速度の関係を示す図である。
【符号の説明】
1 油圧ショベル 4 操作側コントローラ 5 車体側コントローラ 8 カメラ 9 モニタ 12 上部旋回体 19 角速度検出器 22 レーザ受発光器 81 雲台 221 旋回台
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 豊 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 黒沢 隆雄 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機エ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 山下 誠二 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 旋回体と、この旋回体に取り付けられた
    雲台と、この雲台に装着されたカメラとを備え、遠隔地
    点に設置されたモニタで前記カメラから送信された映像
    信号を受信し、前記モニタに表示された映像を見ながら
    前記旋回体を遠隔操縦する遠隔操縦機械において、光を
    放射するとともにこの放射された光の反射光を受光する
    受発光器と、前記旋回体に取り付けられ前記受発光器を
    旋回させる旋回台と、所定位置に設置され前記受発光器
    からの光を反射するミラーと、前記旋回台を駆動して前
    記受発光器を旋回させこの受発光器が前記ミラーの反射
    光を検出したとき当該受発光器を停止させ、かつ、前記
    カメラの向きを前記受発光器の向きにほぼ一致させるよ
    うに前記雲台と前記旋回体を駆動する制御手段とを設け
    たことを特徴とする遠隔操縦機械のカメラ方向制御装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記受発光器の光源
    は、レーザ光源であることを特徴とする遠隔操縦機械の
    カメラ方向制御装置。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2において、前記受
    発光器は、その旋回軸と同一方向に形成されて光を放射
    するスリットを備えていることを特徴とする遠隔操縦機
    械のカメラ方向制御装置。
  4. 【請求項4】 請求項1において、前記制御手段におけ
    る前記旋回台の駆動は、前記旋回体の所定値以上の旋回
    速度を検出したとき、その旋回方向と同一方向に行なわ
    れることを特徴とする遠隔操縦機械のカメラ方向制御装
    置。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至請求項4において、前記旋
    回体は、作業機械の旋回体であることを特徴とする遠隔
    操縦機械のカメラ方向制御装置。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至請求項4において、前記旋
    回体は、走行車両の車体であることを特徴とする遠隔操
    縦機械のカメラ方向制御装置。
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