(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ付き第１無線装置を用いて、無線操縦により作業現場にて移動可能に作業しうる無線移動式作業機械と、
アンテナ付き第２無線装置を用いて、該無線移動式作業機械を無線操縦により操作する遠隔操縦装置とをそなえ、
上記の第１無線装置及び第２無線装置が、それぞれコニカルスキャンアンテナ付きの固定式無線装置として構成されるとともに、該コニカルスキャンアンテナが回動可能なビーム偏向用電波レンズを備え、
各コニカルスキャンアンテナと対向する位置に姿勢調整が可能な電波反射部材を有する電波反射機構が設けられて、
該電波反射部材及び該ビーム偏向用電波レンズを制御してビームスキャンを行なって方位誤差を検出した後、方位誤差に基づいて自動追尾制御を実行する自動追尾制御手段が設けられていることを特徴とする、遠隔無線操縦システム。
【請求項２】
アンテナ付き無線装置を用いて、遠隔操縦装置からの無線操縦により作業現場にて移動可能に作業しうる無線移動式作業機械において、
該無線装置がコニカルスキャンアンテナ付きの固定式無線装置として構成されるとともに、該コニカルスキャンアンテナが回動可能なビーム偏向用電波レンズを備え、
該コニカルスキャンアンテナと対向する位置に姿勢調整が可能な電波反射部材を有する電波反射機構が設けられており、
該電波反射部材及び該ビーム偏向用電波レンズを制御してビームスキャンを行なって方位誤差を検出した後、方位誤差に基づいて自動追尾制御を実行する自動追尾制御手段が設けられていることを特徴とする、無線移動式作業機械。
【請求項３】
アンテナ付き無線装置を用いて、無線移動式作業機械を無線操縦により操作する遠隔操縦装置において、
該無線装置がコニカルスキャンアンテナ付きの固定式無線装置として構成されるとともに、該コニカルスキャンアンテナが回動可能なビーム偏向用電波レンズを備え、
該コニカルスキャンアンテナと対向する位置に姿勢調整が可能な電波反射部材を有する電波反射機構が設けられており、
該電波反射部材及び該ビーム偏向用電波レンズを制御してビームスキャンを行なって方位誤差を検出した後、方位誤差に基づいて自動追尾制御を実行する自動追尾制御手段が設けられていることを特徴とする、遠隔操縦装置。
【請求項４】
遠隔無線操縦システムに使用されるアンテナ付き無線装置において、
該無線装置がコニカルスキャンアンテナ付きの固定式無線装置として構成されるとともに、該コニカルスキャンアンテナが回動可能なビーム偏向用電波レンズを備え、
該コニカルスキャンアンテナと対向する位置に姿勢調整が可能な電波反射部材を有する電波反射機構が設けられており、
該電波反射部材及び該ビーム偏向用電波レンズは、該遠隔無線操縦システムにおいて自動追尾制御を実行する場合に、方位誤差検出のためのビームスキャンを行なうために用いられることを特徴とする、電波反射機構付きの無線装置。
【請求項５】
該電波反射機構が、該コニカルスキャンアンテナを中心にして回動する環状部材をそなえ、
該電波反射部材が、該環状部材の回動軸と交差する方向の軸のまわりに回動しうるように、該環状部材に取り付けられていることを特徴とする、請求項４記載の電波反射機構付きの無線装置。
【請求項６】
該コニカルスキャンアンテナ付きの固定式無線装置及び該電波反射機構を覆うように電波透過カバー部材が設けられていることを特徴とする、請求項４記載の電波反射機構付きの無線装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油圧ショベルやブルドーザ，ダンプトラック等の移動式作業機械を無線により遠隔操縦する遠隔無線操縦システムに関するとともに、この遠隔無線操縦システムに用いて好適な遠隔操縦装置，無線移動式作業機械及び電波反射機構付きの無線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、油圧ショベルやブルドーザ，ダンプトラック等の建設機械を無線により遠隔操縦する技術に関する研究・開発が盛んに行なわれるようになってきている。特に、災害復旧現場やダム工事現場，採石場，製鉄所などの作業現場においては、無人の建設機械を無線を用いて遠隔地から操作して各種作業を安全且つ効率良く行なえるようにすることが望まれている。
【０００３】
このため、建設機械を無線により遠隔操縦する技術、即ち遠隔無線操縦システムが考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような遠隔無線操縦システムでは、建設機械と遠隔操縦装置との双方に無線装置を設けることが必要になるが、この無線装置としては、５０ＧＨｚ帯という強い電波指向性を有する電波により超遠距離（１ｋｍ以上）の双方向通信を行なえる５０ＧＨｚ簡易無線機を採用することが考えられている。
【０００５】
そして、この５０ＧＨｚ簡易無線機によって、遠隔操縦装置から送られてくる建設機械に対する操縦信号を受信する一方、建設機械のテレビカメラで撮影した映像（画像情報）やマイクで集音した建設機械の運転音，作業音などの音声情報，自己の運転状態をあらわす車両モニタ情報（例えば、エンジン回転数，油圧ポンプの吐出量，作動油温，冷却水温）等を遠隔操縦装置へ送信するのである。
【０００６】
また、これらの５０ＧＨｚ簡易無線機は、安定した通信を行なえるように、アンテナを方位系において３６０度回転自在に、且つ仰角系において基準水平面を０度として約−２０度〜約＋７０度の幅で回動自在に取り付け、さらに自動追尾装置も取り付けて、常に、建設機械に搭載された５０ＧＨｚ簡易無線機のアンテナの電波放射面と、遠隔操縦装置に搭載された５０ＧＨｚ簡易無線機のアンテナの電波放射面とが対向するよう自動調整することが考えられている。
【０００７】
しかしながら、単に、建設機械に搭載された５０ＧＨｚ簡易無線機のアンテナの電波放射面と、遠隔操縦装置に搭載された５０ＧＨｚ簡易無線機のアンテナの電波放射面とが対向するように、自動追尾装置によって５０ＧＨｚ簡易無線機のアンテナ自体を回動させるようにすると、建設機械及び遠隔操縦装置の５０ＧＨｚ簡易無線機を介して送受信する信号をスリップリングを介して伝送することになるため、信号伝送系（信号ライン）の信頼性を高めるのは難しい。
【０００８】
また、このように５０ＧＨｚ簡易無線機のアンテナ自体を自動追尾装置によって回動させるようにする場合、５０ＧＨｚ簡易無線機のアンテナや自動追尾装置は必然的に大がかりなものになってしまう。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、無線装置に接続される信号伝送系の信頼性を向上させるとともに、無線装置のコンパクト化を図れるようにした、遠隔無線操縦システム並びに無線移動式作業機械及び遠隔操縦装置並びに電波反射機構付きの無線装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の遠隔無線操縦システムは、アンテナ付き第１無線装置を用いて、無線操縦により作業現場にて移動可能に作業しうる無線移動式作業機械と、アンテナ付き第２無線装置を用いて、該無線移動式作業機械を無線操縦により操作する遠隔操縦装置とをそなえ、上記の第１無線装置及び第２無線装置が、それぞれコニカルスキャンアンテナ付きの固定式無線装置として構成されるとともに、該コニカルスキャンアンテナが回動可能なビーム偏向用電波レンズを備え、各コニカルスキャンアンテナと対向する位置に姿勢調整が可能な電波反射部材を有する電波反射機構が設けられて、該電波反射部材及び該ビーム偏向用電波レンズを制御してビームスキャンを行なって方位誤差を検出した後、方位誤差に基づいて自動追尾制御を実行する自動追尾制御手段が設けられていることを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の本発明の無線移動式作業機械は、アンテナ付き無線装置を用いて、遠隔操縦装置からの無線操縦により作業現場にて移動可能に作業しうる無線移動式作業機械において、該無線装置がコニカルスキャンアンテナ付きの固定式無線装置として構成されるとともに、該コニカルスキャンアンテナが回動可能なビーム偏向用電波レンズを備え、該コニカルスキャンアンテナと対向する位置に姿勢調整が可能な電波反射部材を有する電波反射機構が設けられており、該電波反射部材及び該ビーム偏向用電波レンズを制御してビームスキャンを行なって方位誤差を検出した後、方位誤差に基づいて自動追尾制御を実行する自動追尾制御手段が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
請求項３記載の本発明の遠隔操縦装置は、アンテナ付き無線装置を用いて、無線移動式作業機械を無線操縦により操作する遠隔操縦装置において、該無線装置がコニカルスキャンアンテナ付きの固定式無線装置として構成されるとともに、該コニカルスキャンアンテナが回動可能なビーム偏向用電波レンズを備え、該コニカルスキャンアンテナと対向する位置に姿勢調整が可能な電波反射部材を有する電波反射機構が設けられており、該電波反射部材及び該ビーム偏向用電波レンズを制御してビームスキャンを行なって方位誤差を検出した後、方位誤差に基づいて自動追尾制御を実行する自動追尾制御手段が設けられていることを特徴としている。
【００１２】
請求項４記載の本発明の電波反射機構付きの無線装置は、遠隔無線操縦システムに使用されるアンテナ付き無線装置において、該無線装置がコニカルスキャンアンテナ付きの固定式無線装置として構成されるとともに、該コニカルスキャンアンテナが回動可能なビーム偏向用電波レンズを備え、該コニカルスキャンアンテナと対向する位置に姿勢調整が可能な電波反射部材を有する電波反射機構が設けられており、該電波反射部材及び該ビーム偏向用電波レンズは、該遠隔無線操縦システムにおいて自動追尾制御を実行する場合に、方位誤差検出のためのビームスキャンを行なうために用いられることを特徴としている。
【００１３】
請求項５記載の本発明の電波反射機構付きの無線装置は、請求項４記載の装置において、該電波反射機構が、該コニカルスキャンアンテナを中心にして回動する環状部材をそなえ、該電波反射部材が、該環状部材の回動軸と交差する方向の軸のまわりに回動しうるように、該環状部材に取り付けられていることを特徴としている。
【００１４】
請求項６記載の本発明の電波反射機構付きの無線装置は、請求項４記載の装置において、該コニカルスキャンアンテナ付きの固定式無線装置及び該電波反射機構を覆うように電波透過カバー部材が設けられていることを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の一実施形態にかかる遠隔無線操縦システム（以下、単に「システム」ということがある）は、図１に示すように、無線操縦により作業現場にて移動可能に作業しうる油圧ショベルやブルドーザ，ホイールローダなどの各種の無人建設機械（移動局）１と、現場事務所等に固定設置されてこれらの建設機械を無線により遠隔操縦するための遠隔操縦装置（固定局）２とをそなえて構成されている。
【００１６】
移動局としての建設機械（無線移動式作業機械）１には、図１に示すように、自動追尾装置３付きの５０ＧＨｚ簡易無線機（無線装置，アンテナ付き無線装置，アンテナ付き第１無線装置，５０ＧＨｚアンテナともいう）４，バックアップ用無線機５，ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）  アンテナ６が搭載されている。なお、図１中、二点鎖線はビームスキャンの様子を示している。
【００１７】
なお、ここでは図示しないが、建設機械１には、雲台付きテレビカメラ，固定式テレビカメラ，マイク及び雲台付きライト等も取り付けられており、テレビカメラによって撮影された建設機械１の作業状態の映像（画像情報）が５０ＧＨｚ簡易無線機４から遠隔操縦装置２へ送信されるようになっている。また、マイクで集音された音声情報も５０ＧＨｚアンテナ５から遠隔操縦装置２へ送信されるようになっている。
【００１８】
このうち、５０ＧＨｚ簡易無線機４は、図２に示すように、遠隔操縦装置２との間で５０ＧＨｚ帯という強い電波指向性を有する電波により超遠距離（１ｋｍ以上）の双方向通信を行なうためのもので、ここでは、遠隔操縦装置２から送られてくる建設機械１に対する操縦信号（建設機械制御信号）を受信する一方、テレビカメラで撮影した映像（画像情報）やマイクで集音した建設機械１の運転音，作業音などの音声情報，自己（建設機械１）の運転状態を表す車両モニタ情報（例えば、エンジン回転数，油圧ポンプの吐出量，作動油温，冷却水温）等を遠隔操縦装置２へ送信するようになっている。
【００１９】
なお、このように５０ＧＨｚ帯の電波を使用するのは、現在、１ｋｍ程度の遠隔無線操縦に使用できる電波の周波数が電波法により５０ＧＨｚ帯と後述する２．４ＧＨｚ帯に限定されており、２．４ＧＨｚ帯の電波では映像（画像情報）の伝送が不可能であるためである。
このように、本実施形態では５０ＧＨｚ簡易無線機４を使用し、５０ＧＨｚ帯という非常に指向性の強い電波を使用するようにしているが、この場合であっても、常に安定した通信を行なえるように、この５０ＧＨｚ簡易無線機４には自動追尾装置３が取り付けられており、この自動追尾装置３によって、常に、その電波放射面が遠隔操縦装置２に搭載された５０ＧＨｚ簡易無線機４の電波放射面と対向するよう自動調整できるようにしている。
【００２０】
なお、５０ＧＨｚ簡易無線機４は、図示しない制御レバー／スイッチ群の固定局用５０ＧＨｚ簡易無線機制御レバーを操作することにより、その電波放射面の向きを手動により調整することも可能である。
この自動追尾装置３は、図２に示すように、５０ＧＨｚ簡易無線機４に取り付けられるコニカルスキャンアンテナ７，レフレクタ８を備える電波反射機構９，自動追尾制御手段（方位誤差検出追尾制御手段）としての計算機１０を備えて構成される。なお、図２中、符号１５は防振ゴムなどの簡易インシュレータである。
【００２１】
なお、５０ＧＨｚ簡易無線機４には、コニカルスキャンアンテナ７が取り付けられ、このコニカルスキャンアンテナ７は電波反射機構９における可動レフレクタ８を介して電波の送受を行なうが、このコニカルスキャンアンテナ７を含め、５０ＧＨｚ簡易無線機４以外は固定式となっているため、これをコニカルスキャンアンテナ７付きの固定式無線機ともいう。
【００２２】
５０ＧＨｚ簡易無線機４のコニカルスキャンアンテナ７は、図３に示すように、１次放射器としてのホーンアンテナ１６と、ホーンアンテナ１６に取り付けられたビーム偏向用電波レンズ１７とを備えて構成される。なお、図３中、符号１８は直線偏波／円偏波変換器である。
ここで、ビーム偏向用電波レンズ１７は、方位誤差検出のためのビームスキャン（図３中、二点鎖線で示す）を行なうためのもので、ホーンアンテナ１６に回動可能に取り付けられている。
【００２３】
電波反射機構９を構成するリフレクタ（電波反射部材）８は、５０ＧＨｚ簡易無線機４のコニカルスキャンアンテナ７と対向する位置に取り付けられており、このリフレクタ８を水平方向（図３中、矢印ｘで示す）又は垂直方向（図３中、矢印ｙで示す）に回動させることで、アンテナ自動追尾のためにビームを水平方向又は垂直方向に回転させることができるようになっている。
【００２４】
このため、リフレクタ８を備える電波反射機構９には、図２に示すように、リフレクタ８の姿勢調整を行なえるように、さらに水平方向ビーム追尾機構１９，ビームスキャン駆動部２０，垂直方向ビーム追尾機構２１が備えられている。
水平方向ビーム追尾機構１９は、リフレクタ８の方位系の角度調整を行なうべく、リフレクタ８を水平方向（図３中、矢印ｘで示す）に回動させるためのもので、コニカルスキャンアンテナ７を中心にして回動する環状部材１９Ａを備えて構成される。そして、この環状部材１９Ａを、図４に示すように、モータ１９Ｂによって回動させて、リフレクタ８を水平方向に回動させるようにしている。なお、モータ１９Ｂにはエンコーダ１９Ｃが取り付けられている。
【００２５】
ビームスキャン駆動部２０は、方位誤差検出のためのビームスキャンを行なうべく、コニカルスキャンアンテナ７のビーム偏向用電波レンズ１７を回動させるためのものである。
垂直方向ビーム追尾機構２１は、リフレクタ８の仰角系の角度調整を行なうべく、リフレクタ８を垂直方向（図３中、矢印ｙで示す）に回動させるためのもので、環状部材１９Ａに支持部材２２，２２を介して回動自在に支持される棒状部材２１Ａを備えて構成される。そして、この棒状部材２１Ａを、モータ２１Ｂによって回動させて、リフレクタ８を環状部材１９Ａの回動軸Ｘと交差する方向の軸Ｙのまわりで回動させるようにしている（図３参照）。例えば、リフレクタ８は、図３中、破線で示すように回動され、これにより、アンテナ自動追尾のためのビームが垂直方向へ回転される。なお、モータ２１Ｂにはエンコーダ２１Ｃが取り付けられている。
【００２６】
また、このようなコニカルスキャンアンテナ７を備える５０ＧＨｚ簡易無線機４及びリフレクタ８を備える電波反射機構９には、図２に示すように、これらを覆うようにレドーム（電波透過カバー部材）２３が設けられている。
このように、コニカルスキャンアンテナ７及びリフレクタ８を採用することで、以下のメリットが得られる。
【００２７】
まず、方位誤差検出を行なうとともに、アンテナ自動追尾のためのビームの回転を行なえるため、信号伝送系（信号ライン）の回転運動箇所を少なくすることができ、雑音信号を抑えることができるため、ＳＮ比（Ｓ／Ｎ）が良くなるという利点がある。
また、ビームを水平方向で全方位に回転させることができるため、建設機械１の水平方向の回転への対応が容易になる。また、映像信号の伝送のためのカップラーを設ける必要がなくなるという利点もある。
【００２８】
さらに、５０ＧＨｚ簡易無線機４のアンテナ全体を回転させる必要がないため、回転部分の負荷重量を少なくすることができ、アンテナ追尾性能を向上させることができるという利点もある。
また、コニカルスキャンアンテナの特性（垂直，水平ビーム幅）に自由度が大きいため、設定に際しての自由度が大きく、また、垂直，水平方向各々で別々に設定することもできる。
【００２９】
自動追尾制御手段としての計算機１０は、電波反射機構を制御して自動追尾制御を実行するように構成されている。この計算機１０では、方位誤差検出追尾制御を行なうようになっており、後述するように、コニカルスキャンアンテナ７のビーム位置とＡＧＣ信号から得られる受信電力とから方位誤差を算出するようになっている。そして、このようにして算出された方位誤差信号に基づいて自動追尾制御を行なうようになっている。
【００３０】
なお、図１，図２中、符号２４は慣性センサ（レート・ジャイロ）であり、この慣性センサ２４から計算機１０へ建設機械１の姿勢角データが送られるようになっている。この慣性センサ２４は、建設機械１の向き（方位角）や建設機械１の傾斜角を検出するためのものである。
ところで、バックアップ用無線機５は、図１に示すように、４２９ＭＨｚ受信アンテナ５Ａを備えて構成され、通常時には、遠隔操縦装置２からのアンテナ制御信号を受信する一方、５０ＧＨｚ簡易無線機４による通信が途絶えた時などの非常時には、４２９ＭＨｚ帯の特定小電力無線電波（通信可能距離が半径約１００ｍの無線電波）により遠隔操縦装置２から送られてくる建設機械制御信号の受信を可能にするためのものである。
【００３１】
つまり、この４２９ＭＨｚ受信アンテナ５Ａは、遠隔操縦装置２との間の５０ＧＨｚ帯のメインの通信が不可能になった場合の非常時用受信アンテナとして機能するもので、上記５０ＧＨｚ帯の通信が途絶えても、遠隔操縦装置２との距離が１００ｍ程度以内であれば、建設機械１が上記の建設機械制御信号を受信することを可能にして、遠隔操縦装置２側から建設機械１を安全な場所へ退避させたりするといった最低限必要な運転制御を行なうことが可能になっている。
【００３２】
なお、上記の４２９ＭＨｚ受信アンテナ５Ａは、ダイバーシティ構成となっており、受信感度（レベル）の良い方のアンテナの受信信号が採用され、採用された受信信号に基づいて５０ＧＨｚ簡易無線機４の制御や非常時の建設機械１の運転制御などがそれぞれ正確に行なわれるようになっている。
ＧＰＳアンテナ６は、人工衛星（図示略）からの信号（以下、衛星信号ということがある）を受信し、自己（建設機械１）の現在位置を遠隔操縦装置２へ送信するためのもので、遠隔操縦装置２側ではこの建設機械１から送信される現在位置情報を基に建設機械１の動き（現在位置）をリアルタイムに管理することができるようになっている。なお、このＧＰＳアンテナ６で受信された信号は、ＧＰＳ送受信機６Ａを介して、ＧＰＳデータとして計算機１０に送られるようになっている。
【００３３】
一方、固定局としての遠隔操縦装置２は、建設機械１を無線操縦により操作するもので、図１に示すように、自動追尾装置３０付き５０ＧＨｚ簡易無線機３１，バックアップ用無線機３２，ＧＰＳアンテナ３３及び自動追尾制御手段（方位誤差検出追尾制御手段）としての計算機３４を備えて構成される。なお、この遠隔操縦装置２は固定式のものでも良いし、ゆっくりと移動する移動式のものであっても良い。なお、図１中、二点鎖線はビームスキャンの様子を示している。
【００３４】
ここで、５０ＧＨｚ簡易無線機（無線装置，アンテナ付き無線装置，アンテナ付き第２無線装置）３１は、建設機械１との間で５０ＧＨｚ帯の強指向性の電波により双方向通信を行なうためのもので、運転操作レバー群，制御レバー／スイッチ群が操作されたときの操作情報を建設機械制御信号，アンテナ制御信号，カメラ／ライト制御信号等として建設機械１へ向けて送信する一方、建設機械１から送信されてくる映像や音声，車両モニタ情報等を受信するようになっている。なお、５０ＧＨｚ簡易無線機３１は、建設機械１の５０ＧＨｚ簡易無線機４の構成と同様である（図２参照）。
【００３５】
この５０ＧＨｚ簡易無線機３１も、自動追尾装置３０により、方位系／仰角系回動自在に遠隔操縦装置２に取り付けられており、常に、その受信レベルが最大となるように（通信相手である建設機械１の５０ＧＨｚ簡易無線機３１と対向するように）電波放射面の向きが自動的に調整されるようになっている。
この自動追尾装置３０は、５０ＧＨｚ簡易無線機３１に取り付けられるコニカルスキャンアンテナ３５，レフレクタ３６を備える電波反射機構３７，自動追尾制御手段（方位誤差検出追尾制御手段）としての計算機３４を備えて構成される。なお、自動追尾装置３０を構成するコニカルスキャンアンテナ３５，レフレクタ３６を備える電波反射機構３７，計算機３４の構成は、建設機械１の自動追尾装置９の構成と同様である（図２参照）。
【００３６】
さらに、バックアップ用無線機３２は、５０ＧＨｚ簡易無線機３１による建設機械１との双方向通信が途絶えた時等の非常時に、代わりに建設機械１との間の双方向通信（建機制御信号の送信および車両モニタ情報の受信）を行なうためのものである。このバックアップ用無線機３２は、建設機械１に搭載された５０ＧＨｚ簡易無線機５の向きを制御するためのアンテナ制御信号を送信するためにも使用される。なお、このバックアップ用無線機３２は、上述した建設機械１のバックアップ用無線機５と同様に構成される。
【００３７】
ＧＰＳアンテナ３３は、人工衛星（図示略）からの信号（以下、衛星信号ということがある）を受信し、本遠隔操縦装置２の現在位置を検出するために使用するものである。なお、このＧＰＳアンテナ３３で受信された信号は、ＧＰＳ送受信機３３Ａを介して、ＧＰＳデータとして計算機３４へ送られるようになっている。
【００３８】
次に、本実施形態にかかるアンテナ自動追尾制御について説明すると、図４は本アンテナ自動追尾制御にかかる機能ブロック図である。
まず、本実施形態にかかる建設機械１側でのアンテナ自動追尾制御について説明する。
まず、建設機械１では、遠隔操縦装置２から送られる信号を５０ＧＨｚ簡易無線機４で受信し、この５０ＧＨｚ簡易無線機４から計算機１０へ送られるＡＧＣ信号（移動角度データ）を受信レベルモニタ信号として利用し、さらに慣性センサ２４からの姿勢角データに関する信号を取り込んで、これらのＡＧＣ信号とビーム位置（ビーム方位）とから方位誤差を算出して基準方位を設定し、これに基づいて自動追尾装置９によるアンテナ自動追尾制御を行なうようになっている。なお、５０ＧＨｚ簡易無線機４による通信が途絶えた場合、５０ＧＨｚ簡易無線機４に代わってバックアップ用無線機５で受信され計算機１０に送られる信号を利用して自動追尾制御が行なわれる。
【００３９】
つまり、建設機械１側では、起動時のアンテナビームのサーチは、まず自動追尾装置９のリフレクタ８を水平方向，垂直方向へ回動させてアンテナビームを回転させ、アンテナビームをコニカルスキャンアンテナ７に取り込み、次いで、コニカルスキャンアンテナ７に取り付けられたビーム偏向用電波レンズ１７を回動させることによって方位誤差検出のためのビームスキャンを行なって、５０ＧＨｚ簡易無線機４からのＡＧＣ信号が最大となる方位を検出し、これを基準方位として設定するようになっている（初期捕捉機能）。
【００４０】
このような初期捕捉後（ロックオン後）、建設機械１の移動や建設機械１の姿勢変化に対して慣性センサ２４からの角速度データ及び後述する遠隔操縦装置２から送信される移動角度データを用いてアンテナ自動追尾を行なうようになっている。つまり、初期捕捉後は、慣性センサ２４を用いたジンバル姿勢制御によってアンテナ自動追尾が行なわれる。なお、このアンテナ自動追尾制御は、軸を動かすことでアンテナを揺らせるようにして制御するため動揺制御という。
【００４１】
また、例えば建設機械１と遠隔操縦装置２との間に遮蔽物が入って電波が遮断され、追尾から外れた場合には、コニカルスキャンアンテナ７に取り付けられたビーム偏向用電波レンズ１７を回動させることによってアンテナビームを回転させ、５０ＧＨｚ簡易無線機４からのＡＧＣ信号が最大となる方位を検出し、これにより自動追尾制御に復帰するようになっている（初期捕捉機能）。
【００４２】
また、例えば慣性センサ２４からの姿勢角データがドリフトしてＡＧＣ信号の信号レベルが低下した場合には、ビーム偏向用電波レンズ１７を回動させることによってアンテナビームをスキャンさせ、ピークサーチ、即ち５０ＧＨｚ簡易無線機４からのＡＧＣ信号の最大方位検出を行なうようになっている。そして、このピークサーチを行なった後、基準方位を設定し直すのである。
【００４３】
これにより、建設機械１は、遠隔操縦装置２との相対位置が変化しても、５０ＧＨｚ簡易無線機４の電波放射面と遠隔操縦装置２に搭載された５０ＧＨｚ簡易無線機３１の電波放射面とが自動追尾装置９のリフレクタ８を介して常に対向するようになっており、遠隔操縦装置２との間で常に安定した通信を行なうことが可能になる。
【００４４】
また、本実施形態にかかる自動追尾制御では、さらにトランスロケーション方式ＤＧＰＳ位置測定装置を組み込み、通信相手局方位情報（ここでは建設機械の方位情報、即ちＤＧＰＳ測定位置データ）をアンテナビームのサーチに併用するようにしても良い。このように、アンテナビームのサーチに５０ＧＨｚ簡易無線機４からのＡＧＣ信号とＤＧＰＳ位置測定装置からのＤＧＰＳ測定位置データとを併用することによって、サーチ動作を迅速に行なえるようになる。
【００４５】
また、アンテナ自動追尾中でも、建設機械１と遠隔操縦装置２とが遠距離となり、５０ＧＨｚ簡易無線機４のＡＧＣ信号の信号レベルが低くなったときは、自動追尾制御の補助として、同様に、ＤＧＰＳ測定位置データを併用するようにしても良い。この場合、建設機械１と遠隔操縦装置２とが近距離で、かつ建設機械１の移動速度が高い状態では５０ＧＨｚ簡易無線機４で受信される電波によって自動追尾を行ない、建設機械１と遠隔操縦装置２とが遠距離で受信電力が小さく、建設機械１の移動速度も低い状態ではＤＧＰＳ測定位置データによって自動追尾を行なうことが考えられる。
【００４６】
このような自動追尾制御を行なうために、建設機械１の計算機１０には、図４に示すように、５０ＧＨｚ簡易無線機４から、多芯ケーブル４０，コネクションボックス４１を介してＡＧＣ信号が入力されるようになっている。なお、５０ＧＨｚ簡易無線機４からは、多芯ケーブル４０，コネクションボックス４１を介して音声（制御）信号も送信されるようになっている。また、５０ＧＨｚ簡易無線機４では映像入出力も行なわれるようになっている。このように、５０ＧＨｚ簡易無線機４によって受信された信号は、スリップリングを介さずに計算機１０や図示しない主計算機へ入力されるようになっており、これにより雑音信号を少なくすることができるため、信号伝送系の信頼性を高めることができることになる。
【００４７】
また、計算機１０には、スリップリング４２を介して複数の慣性センサ２４（レート・ジャイロ）からの信号も入力されるようになっている。そして、計算機１０は、これらの慣性センサ２４で検出された方位角，傾斜角と５０ＧＨｚ簡易無線機４での信号（電波）受信レベルとに基づいて５０ＧＨｚ簡易無線機４での信号受信レベルが最大となるアンテナの向き（方位角，仰角）を演算により求めるようになっている。
【００４８】
なお、この計算機１０での演算結果は、適宜、車両モニタ情報（モニタ信号）として遠隔操縦装置２へ送信され、遠隔操縦装置２のディスプレイに、５０ＧＨｚ簡易無線機４の現在の向き（方位角／仰角）をリアルタイムに表示させるようにしている。
また、計算機１０には、リフレクタ８を水平方向に回動させるべく、水平方向ビーム追尾機構１９の環状部材１９Ａを回動させるモータ１９Ｂに取り付けられたエンコーダ１９ＣからＡＺ角度信号が入力されるようになっている。また、計算機１０には、リフレクタ８を垂直方向に回動させるべく、垂直方向ビーム追尾機構２１の棒状部材２１Ａを回動させるモータ２１Ｂに取り付けられたエンコーダ２１ＣからＥＬ角度信号が入力されるようになっている。
【００４９】
一方、計算機１０は、ＡＺ角指令をモータドライバ４３を介してモータ１９Ｂに送り、モータ１９Ｂを駆動させて水平方向ビーム追尾機構１９の環状部材１９Ａを回動させるようにしている。また、計算機１０は、ＥＬ角指令をスリップリング４５，モータドライバ４４を介してモータ２１Ｂに送り、モータ２１Ｂを駆動させて垂直方向ビーム追尾機構２１の棒状部材２１Ａを回動させるようにしている。なお、モータドライバ４４やモータ２１Ｂは、安定化電源４６，スリップリング４５を介してＡＣ１００Ｖの電源に接続されている。
【００５０】
ここで、モータドライバ４３は、この計算機１０で得られた方位角に応じて方位系のモータ１９Ｂを駆動させることによって、５０ＧＨｚ簡易無線機４を上記の方位角分だけ回動させるものであり、モータドライバ４４は、同様に計算機１０で得られた仰角に応じて仰角系のモータ２１Ｂを駆動させることによって、５０ＧＨｚ簡易無線機４を上記の仰角分だけ回動させるものである。
【００５１】
つまり、この自動追尾装置８は、５０ＧＨｚ簡易無線機４での信号受信レベルが常に最大となるように遠隔操縦装置２側の５０ＧＨｚ簡易無線機３１から送信される５０ＧＨｚ帯の無線電波をサーチして（自動追尾信号に応答して）、遠隔操縦装置２に搭載された５０ＧＨｚ簡易無線機３１の電波放射面を自動的に追尾する応答部として機能するもので、これにより、遠隔操縦装置２との相対位置が変化しても遠隔操縦装置２との通信を常に安定して行なえるようになっているのである。
【００５２】
また、計算機１０は、方位誤差検出を行なうためにコニカルスキャンアンテナ７のビーム偏向用電波レンズ１７を駆動すべく、ビームスキャン駆動部２０との間でスキャン指令／ビーム方位に関する信号がやりとりされるようになっている。
なお、バックアップ無線機５にて遠隔操縦装置２からのアンテナ制御信号が受信された場合、自動追尾装置９は、計算機１０により、そのアンテナ制御信号に応じて各ドライバ４３，４４が駆動される。つまり、遠隔操縦装置２側から手動により５０ＧＨｚ簡易無線機４の向きを調整することも可能である。このため、計算機１０には、手動設定信号も入力されるようになっている。
【００５３】
また、上述のようにＤＧＰＳ測定位置データを併用する場合、計算機１０には、ＧＰＳレシーバデータが入力され、またＤＧＰＳ測定位置データ等の情報が出力される。
なお、ＡＣ１００Ｖの電源に接続された安定化電源４６から各ユニットへ電力が供給されるようになっている。
【００５４】
次に、本実施形態にかかる遠隔操縦装置２側のアンテナ自動追尾制御について説明する。
まず、遠隔操縦装置２では、建設機械１から送られる信号を５０ＧＨｚ簡易無線機３１で受信し、この５０ＧＨｚ簡易無線機３１から計算機３４へ送られるＡＧＣ信号を受信レベルモニタ信号として利用し、このＡＧＣ信号とビーム位置（ビーム方位）とから方位誤差を算出して基準方位を設定し、これに基づいて自動追尾装置３７によるアンテナ自動追尾制御を行なうようになっている。なお、５０ＧＨｚ簡易無線機３１による通信が途絶えた場合、５０ＧＨｚ簡易無線機３１に代わってバックアップ用無線機３２で受信され計算機３４へ送られる信号を利用して自動追尾制御が行なわれる。
【００５５】
つまり、遠隔操縦装置２側では、起動時のアンテナビームのサーチは、まず自動追尾装置３７のリフレクタ３６を水平方向，垂直方向へ回動させてアンテナビームを回転させ、アンテナビームをコニカルスキャンアンテナ３５に取り込み、次いで、コニカルスキャンアンテナ３５に取り付けられたビーム偏向用電波レンズ３８を回動させることによって方位誤差検出のためのビームスキャンを行なって、５０ＧＨｚ簡易無線機３１からのＡＧＣ信号が最大となる方位を検出し、これを基準方位として設定するようになっている（初期捕捉機能）。
【００５６】
このような初期捕捉後（ロックオン後）、アンテナビームスキャンによって方位追尾を行なう。この追尾はＮｕｌｌ点追尾方式による。
また、初期捕捉で設定された基準方位（基準位置）からの建設機械１の移動角度を遠隔操縦装置２のリフレクタ３６の回転角度から求める。そして、この移動角度データを遠隔操縦装置２の５０ＧＨｚ簡易無線機３１又はバックアップ無線機３２経由で建設機械１側へ送信する。なお、アンテナの基準方位の設定が自動で行なえない場合はマニュアルでアンテナ方位を制御してアンテナ基準方位の設定を行なう。
【００５７】
なお、このようなアンテナ自動追尾制御を行なうための計算機３４の構成は、上述の建設機械１の計算機１０の構成と略同様である。
上述のような自動追尾制御を行なうようにしているのは、無線通信の形態では送受信双方で同時に追尾のためのビームスキャンを行なうと２重に振幅変調がかかってしまい方位誤差の検出ができないからである。このため、上述のように、固定局としての遠隔操縦装置２側をメインのビームスキャンのアンテナとし、送受信双方の追尾を行なうようにしているのである。
【００５８】
次に、本実施形態にかかる遠隔操縦システムによるアンテナ追尾制御について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。
まず、ステップＳ１０で、手動モードか自動モードかを判定し、この判定の結果、自動モードであると判定された場合は、ステップＳ２０に進み、本システムが起動時であるか否かを判定する。
【００５９】
この判定の結果、システム起動時であると判定された場合は、ステップＳ３０に進み、初期捕捉機能によって初期捕捉制御を行なう。
一方、システム起動時でないと判定された場合は、ステップＳ４０に進み、アンテナ自動追尾機能によってシンバル姿勢制御によるアンテナ自動追尾制御を行なう。
【００６０】
その後、ステップＳ５０に進み、追尾から外れたか否かを判定し、この判定の結果、追尾から外れていたら、ステップＳ６０に進み、初期捕捉機能によって初期捕捉制御を行なう。
一方、追尾から外れていない場合は、ステップＳ４０に戻り、アンテナ自動追尾機能によるアンテナ自動追尾制御を続行する。以下、同様の処理が繰り返される。
【００６１】
ところで、ステップＳ１０で、手動モードであると判定された場合は、ステップＳ７０に進み、手動操作での追尾が行なわれる。
このように、本発明の一実施形態にかかる遠隔無線操縦システムによれば、建設機械１の５０ＧＨｚ簡易無線機４及び遠隔操縦装置２の５０ＧＨｚ簡易無線機３１がそれぞれコニカルスキャンアンテナ７，３５付きの固定式無線装置として構成され、また、コニカルスキャンアンテナ７，３５と対向する位置に姿勢調整が可能なリフレクタ８，３６を有する電波反射機構９，３７が設けられており、自動追尾制御手段としての計算機１０，３４が、この電波反射機構９，３７を制御して自動追尾制御を実行するようにしているため、建設機械１の５０ＧＨｚ簡易無線機４及び遠隔操縦装置２の５０ＧＨｚ簡易無線機３１のコンパクト化を図ることができ、信号伝送系の信頼性を向上させることができるという利点がある。
【００６２】
なお、本実施形態では、作業機械及び遠隔操縦装置の双方に電波反射機構９，３７付きの無線装置４，３１を設けているが、これに限られるものではなく、作業機械及び遠隔操縦装置のいずれか一方に電波反射機構付きの無線装置を設けるようにしても良い。
また、上述の本実施形態にかかる遠隔無線操縦システムによるアンテナ自動追尾制御は、一例にすぎず、上述のような制御に限られるものではない。
【００６３】
さらに、本実施形態にかかる電波反射機構付きの無線装置は、無線移動式作業機械の自動追尾制御を実行する遠隔無線操縦システムの作業機械及び遠隔操縦装置に設けているが、これに限られるものではなく、広く遠隔無線操縦を行ないうる遠隔無線操縦システムに適用しうるものである。
また、本実施形態にかかる各無線機の周波数は、上述のものに限定されるものではない。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項１記載の本発明の遠隔無線操縦システムによれば、無線移動式作業機械の第１無線装置及び遠隔操縦装置の第２無線装置がそれぞれコニカルスキャンアンテナ付きの固定式無線装置として構成されるとともに、該コニカルスキャンアンテナが回動可能なビーム偏向用電波レンズを備え、また、コニカルスキャンアンテナと対向する位置に姿勢調整が可能な電波反射部材を有する電波反射機構が設けられており、自動追尾制御手段が、電波反射部材及びビーム偏向用電波レンズを制御してビームスキャンを行なって方位誤差を検出した後、方位誤差に基づいて自動追尾制御を実行するようにしているため、第１無線装置及び第２無線装置のコンパクト化を図ることができ、信号伝送系の信頼性を向上させることができるという利点がある。
【００６５】
請求項２記載の本発明の無線移動式作業機械によれば、無線移動式作業機械のアンテナ付き無線装置がコニカルスキャンアンテナ付きの固定式無線装置として構成されるとともに、該コニカルスキャンアンテナが回動可能なビーム偏向用電波レンズを備え、コニカルスキャンアンテナと対向する位置に姿勢調整が可能な電波反射部材を有する電波反射機構が設けられており、自動追尾制御手段が、電波反射部材及びビーム偏向用電波レンズを制御してビームスキャンを行なって方位誤差を検出した後、方位誤差に基づいて自動追尾制御を実行するようにしているため、無線移動式作業機械のアンテナ付き無線装置のコンパクト化を図ることができ、信号伝送系の信頼性を向上させることができるという利点がある。
【００６６】
請求項３記載の本発明の遠隔操縦装置によれば、遠隔操縦装置のアンテナ付き無線装置がコニカルスキャンアンテナ付きの固定式無線装置として構成されるとともに、該コニカルスキャンアンテナが回動可能なビーム偏向用電波レンズを備え、コニカルスキャンアンテナと対向する位置に姿勢調整が可能な電波反射部材を有する電波反射機構が設けられており、自動追尾制御手段が、電波反射部材及びビーム偏向用電波レンズを制御してビームスキャンを行なって方位誤差を検出した後、方位誤差に基づいて自動追尾制御を実行するようにしているため、遠隔操縦装置のアンテナ付き無線装置のコンパクト化を図ることができ、信号伝送系の信頼性を向上させることができるという利点がある。
【００６７】
請求項４，５，６記載の本発明の電波反射機構付きの無線装置によれば、遠隔無線操縦システムに使用されるアンテナ付き無線装置がコニカルスキャンアンテナ付きの固定式無線装置として構成されるとともに、該コニカルスキャンアンテナが回動可能なビーム偏向用電波レンズを備え、コニカルスキャンアンテナと対向する位置に姿勢調整が可能な電波反射部材を有する電波反射機構が設けられており、自動追尾制御手段が、電波反射部材及びビーム偏向用電波レンズを制御してビームスキャンを行なって方位誤差を検出した後、方位誤差に基づいて自動追尾制御を実行するようにしているため、遠隔無線操縦システムに使用されるアンテナ付き無線装置のコンパクト化を図ることができ、信号伝送系の信頼性を向上させることができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる遠隔無線操縦システムの全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる電波反射機構付きの無線装置を示す模式的斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる電波反射機構付きの無線装置を説明するための模式図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる自動追尾装置の全体構成を示す模式図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる自動追尾制御のフローチャートである。
【符号の説明】
１  建設機械（移動局，無線移動式作業機械）
２  遠隔操縦装置（固定局）
３  自動追尾装置
４  ５０ＧＨｚ簡易無線機（無線装置，アンテナ付き無線装置，アンテナ付き第１無線装置）
５  バックアップ用無線機
５Ａ  ４２９ＭＨｚ受信アンテナ
６  ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）  アンテナ
６Ａ  ＧＰＳ送受信機
７  コニカルスキャンアンテナ
８  レフレクタ（電波反射部材）
９  電波反射機構
１０  計算機（自動追尾制御手段，方位誤差検出追尾制御手段）
１５  簡易インシュレータ
１６  ホーンアンテナ
１７  ビーム偏向用電波レンズ
１８  直線偏波／円偏波変換器
１９  水平方向ビーム追尾機構
１９Ａ  環状部材
１９Ｂ  モータ
１９Ｃ  エンコーダ
２０  ビームスキャン駆動部
２１  垂直方向ビーム追尾機構
２１Ａ  棒状部材
２１Ｂ  モータ
２１Ｃ  エンコーダ
２２  支持部材
２３  レドーム（電波透過カバー部材）
２４  慣性センサ（レート・ジャイロ）
３０  自動追尾装置
３１  ５０ＧＨｚ簡易無線機（無線装置，アンテナ付き無線装置，アンテナ付き第２無線装置）
３２  バックアップ用無線機
３３  ＧＰＳアンテナ
３３Ａ  ＧＰＳ送受信機
３４  計算機（自動追尾制御手段，方位誤差検出追尾制御手段）
３５  コニカルスキャンアンテナ
３６  レフレクタ（電波反射部材）
３７  電波反射機構
３８  ビーム偏向用電波レンズ
４０  多芯ケーブル
４１  コネクションボックス
４２  スリップリング
４３  モータドライバ
４４  モータドライバ
４５  スリップリング
４６  安定化電源
【図１】
0003612213.tif 000002
【図２】
0003612213.tif 000003
【図３】
0003612213.tif 000004
【図４】
0003612213.tif 000005
【図５】
0003612213.tif 000006