(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機と、該原動機で駆動される油圧ポンプと、該油圧ポンプにて発生する油圧で駆動されるアクチュエータとを備え、操作手段によりこれら原動機、油圧ポンプ、アクチュエータの駆動を制御して所望の作業を行う作業機において、前記原動機、油圧ポンプ、アクチュエータから選択される少なくともいずれか１つの機器の稼働状況を検出する稼働状況検出手段と、当該検出手段にて検出された稼働状況信号を送受信する送信手段及び受信手段と、記憶エリアが複数のブロックに区分され、各ブロックごとに異なる仮想音信号が予め記憶された記憶手段と、前記受信手段にて受信された稼働状況信号により前記記憶手段中の特定のブロックを選択し、当該選択されたブロックに記憶された仮想音信号を読み出す仮想音信号読出し手段と、前記記憶手段から読み出された仮想音信号を可聴音に変換する可聴音生成手段とを備えたことを特徴とする作業機の操作用仮想音生成装置。
【請求項２】
請求項１において、前記記憶手段として、半導体メモリを用いたことを特徴とする作業機の操作用仮想音生成装置。
【請求項３】
請求項１において、前記各ブロックの情報記憶容量が一定になるように、前記記憶手段を区分したことを特徴とする作業機の操作用仮想音生成装置。
【請求項４】
請求項１において、前記ブロックのアドレスを上位アドレスと下位アドレスとに区分し、上位アドレスを前記稼働状況信号により選択すると共に、下位アドレスを信号発生器の出力信号により選択し、当該信号発生器の出力信号を仮想音信号の時間軸として、前記稼働状況信号の変化に応じた音色の仮想音信号を連続的に読み出すことを特徴とする作業機の操作用仮想音生成装置。
【請求項５】
請求項４において、前記信号発生器からの出力信号の周波数を前記稼働状況信号に応じて調整し、可聴音生成手段から発生する仮想音の音色と高低とを同時に変化させるようにしたことを特徴とする作業機の操作用仮想音生成装置。
【請求項６】
請求項１において、前記記憶手段として複数個の半導体メモリを備えると共に、各半導体メモリから読み出された仮想音信号をミキシングして前記可聴音生成手段に供給するミキシング回路を備えたことを特徴とする作業機の操作用仮想音生成装置。
【請求項７】
請求項１において、前記各ブロックの先頭アドレスに記憶される仮想音信号の信号レベルと最終アドレスに記憶される仮想音信号の信号レベルとが、同一又はそれに近似した大きさになっていることを特徴とする作業機の操作用仮想音生成装置。
【請求項８】
請求項１において、隣合う各ブロック間に、音質が近似した仮想音信号を記憶したことを特徴とする作業機の操作用仮想音生成装置。
【請求項９】
請求項１において、前記操作手段が、前記作業機を遠隔操縦する装置に備えられたものであることを特徴とする作業機の操作用仮想音生成装置。
【請求項１０】
請求項１において、前記操作手段が、前記作業機に備えられたものであることを特徴とする作業機の操作用仮想音生成装置。
【請求項１１】
請求項１において、前記稼働状況検出手段が、前記原動機の回転数検出センサ、前記作業機を構成する各作業機構に作用する応力の検出センサ、若しくは前記油圧ポンプから吐出される圧油又は前記アクチュエータに供給される圧油の圧力検出センサから選択される少なくともいずれか１つのセンサであることを特徴とする作業機の操作用仮想音生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、油圧ショベル、油圧クレーン、ブルドーザ等の各種作業機の操作に使用される仮想音生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
作業機は、オペレータが１つ又は複数の操作レバーを操作し、対応するアクチュエータを選択的に駆動することによって、所望の作業を行なう。このような作業機として、図１１に油圧ショベルを例示し、その概略構成を説明する。
【０００３】
図１１は、油圧ショベルの側面図である。この図で、１は下部走行体、２は下部走行体１上に旋回可能に設けられた上部旋回体を示している。３はフロント機構であって、上部旋回体２に可回動に取り付けられたブーム４、ブーム４に可回動に取り付けられたアーム５、アーム５に可回動に取り付けられたバケット６より成る。４Ｓはブーム４を駆動する油圧シリンダ、５Ｓはアーム５を駆動する油圧シリンダ、６Ｓはバケット６を駆動する油圧シリンダである。７は上部旋回体２上に設けられた運転室であり、内部に操作レバーを備えている。オペレータが運転室７内の操作レバーのうちの所要の操作レバーを操作することにより図示しないコントロールバルブを作動させ、これに対応する油圧シリンダ等（本明細書では、これらを「アクチュエータ」と総称する。）をその操作量に応じた速度で駆動し、地面Ｇの掘削個所Ｇ１  を掘削したり、その他の所要の作業を行なう。
【０００４】
このような油圧ショベルによる作業は、通常、オペレータが運転室７に搭乗し、操作レバーを操作して行なわれるが、危険な個所での作業、例えば崖の近辺、崩壊のおそれのある建造物の近辺、河川等における作業、火山の土石流の除去作業等の作業を行なう場合には、オペレータが搭乗して作業をするのは危険であるので、安全な場所からの遠隔操縦によって作業が行われる。
【０００５】
遠隔操縦手段は、受信信号に応じて各コントロールバルブを作動させる作業機側の制御装置と、この制御装置に有線又は無線で信号を送信する遠隔操縦装置とで構成される。遠隔操縦装置には、作業機の操作レバーに対応する操作レバーが備えられ、オペレータは遠隔個所に設けられた遠隔操縦装置の各操作レバーを、作業機の操作レバーと同じように操作することにより、その操作量に応じた信号を作業機側の制御装置に送信し、作業機を操縦する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
オペレータが運転室７に搭乗して作業機を操作する場合、オペレータは、作業個所（例えば掘削作業の場合バケット６の先端）を見ながら、かつ、油圧回路のリリーフ音やエンジン音を聞きながら、それらに基づいて経験的に適切な操作を行なう。しかし、遠隔操縦手段による作業機の操縦では、遠隔操縦する個所と作業機とが遠く離れている場合がしばしばあり、この場合、遠隔操縦装置を操作しているオペレータは作業個所を見ることができず、又、運転室や作業個所で発生する作業音もほとんど聞こえないので（仮に聞こえたとしても、何の音か判らないので）、作業機に所望の作業を行なわせるように操縦することが困難になり、最悪の場合には、操縦が不可能となる。
【０００７】
この問題を解決するため、従来より、作業機にカメラ又はマイクロフォン或いはその両者を搭載し、カメラの映像やマイクロフォンの音声を遠隔操縦装置側で受信し、掘削個所の映像を見たり、音を聞いたりしながら作業機を遠隔操縦する手段が用いられている。しかしながら、カメラではその視野が限定されるので、常時作業個所を視野に収めることができず、又、マイクロフォンが介在すると、直接聞く場合とは異なった音に聞こえるばかりでなく、同一個所で複数の作業機が作業を行なっている場合には自己の作業機の音を聞き分けるのが困難になる。また、音に関しては、運転室７での油圧回路のリリーフ音やエンジンの回転音がマイクロフォンにより聞こえたとしても、作業個所における音は岩石を破砕する場合等の特殊な作業以外の作業においてはほとんど聞こえないのが実状である。このため、作業機にカメラやマイクロフォンを備えても、遠く離れた地点での適切な操縦は困難となるという問題があった。
【０００８】
なお、このような問題は、必ずしも遠隔操縦を行なう場合だけに生じるものではなく、オペレータが運転室７に搭乗して作業を行なう場合にも、同様の問題を生じ得る。例えば、油圧ショベルで図７に破線で示すように、地面より低い足元の掘削を行なう場合、オペレータは掘削個所Ｇ２  を運転室７から見ることができず、又、そこで発生している音も聞き取り難いので、油圧ショベルの適切な操作が困難となる。
【０００９】
本発明の目的は、上記従来技術における課題を解決し、遠隔操縦の場合や運転室から作業個所が見えない場合でも、作業状態を確実に把握し、作業機を適切に操作することができる作業機の操作用仮想音生成装置を提供することにある。
【００１０】
【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、原動機と、該原動機で駆動される油圧ポンプと、該油圧ポンプにて発生する油圧で駆動されるアクチュエータとを備え、操作手段によりこれら原動機、油圧ポンプ、アクチュエータの駆動を制御して所望の作業を行う作業機において、前記原動機、油圧ポンプ、アクチュエータから選択される少なくともいずれか１つの機器の稼働状況を検出する稼働状況検出手段と、当該検出手段にて検出された稼働状況信号を送受信する送信手段及び受信手段と、記憶エリアが複数のブロックに区分され、各ブロックごとに異なる仮想音信号が予め記憶された記憶手段と、前記受信手段にて受信された稼働状況信号により前記記憶手段中の特定のブロックを選択し、当該選択されたブロックに記憶された仮想音信号を読み出す仮想音信号読出し手段と、前記記憶手段から読み出された仮想音信号を可聴音に変換する可聴音生成手段とを備えたことを特徴とする。
【００１１】
【作用】
作業機が起動された状態で、作業機の操作手段又は遠隔操縦装置の操作手段を操作すると、その作業状況に応じて、作業機に搭載された原動機（エンジン）の回転数、各作業機構に作用する応力、若しくは油圧ポンプから吐出される圧油やアクチュエータに供給される圧油の圧力が変化する。これらの物理量は、適当なセンサを用いることによって検出できる。一方、作業機又は遠隔操縦装置には、半導体メモリ等の情報記憶手段を搭載することができ、これらの情報記憶手段には、音色（波形）、音の高低（周波数）、音の大小（振幅）等が異なる各種の音信号（仮想音信号）を、区分されたブロックごとに記憶することができる。したがって、センサの検出信号（稼働状況信号）に基づいて、情報記憶手段から特定の仮想音信号を選択的に読み出すようにすると、スピーカ等の可聴音生成手段より、作業機の作業状況と関連付けられた特定の仮想音を選択的に発生させることができる。かように、作業機の作業状況と関連付けられた特定の仮想音を可聴音生成手段より発生させると、オペレータは、発生した仮想音を聞くことにより作業状況を感覚的に把握することができるので、これに基づいて作業機の適切な操作を行なうことができる。
【００１２】
ところで、作業機のオペレータは、電波法で規定される無線従事者免許を取得していないのが普通である。このため、無線従事者免許を有しないオペレータが無線機を用いて作業機の遠隔操縦を行うためには、電波法の規制外の特定小電力無線機しか使用できず、送信側から受信側に無線送信される信号のデータ量は、限定されたものにならざるを得ない。しかし、前記手段によると、送信側から音声信号そのものではなく、それよりも格段にデータ量が少ない稼働状況信号を送信し、受信側に備えられた記憶装置から予め記憶された仮想音信号を読み出して仮想音を発生するようにしたので、特定小電力無線機を用いて必要な通信を実行できると共に、少ないデータ量で豊富なバリエーションの仮想音を発生させることができ、オペレータに多くの有用な情報を伝達することができる。
【００１３】
【実施例】
〈第１実施例〉
まず、第１実施例に係る仮想音生成装置が適用される油圧ショベル遠隔操縦システムの構成例を、図１に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、油圧ショベル遠隔操縦システムの構成図であって、この図から明らかなように本システムは、油圧ショベル１０と、油圧ショベル１０の作業現場から離れた安全な場所に設定された遠隔運転室２０とから構成される。
【００１５】
油圧ショベル１０には、遠隔運転室２０に備えられた運転室側無線通信装置２１との間で信号の送受信を行う作業機側無線通信装置１１と、油圧ショベル１０の稼働状況信号、例えばバケット６に作用する荷重信号、油圧ショベル１０に搭載されたエンジンの回転数信号、油圧ショベル１０の各部に発生する振動信号、油圧ショベル１０に搭載された油圧回路の圧力信号などから選択される１または２以上の信号を検出する１または２以上のセンサ（図示省略）と、作業現場の状況を撮影するカメラ（図示省略）と、運転室側無線通信装置２１からの送信信号に基づいて油圧ショベル１０の操作部を操作するドライバ（図示省略）とが備えられる。その他の部分については、図１１に示した従来の油圧ショベルと同じであるので、対応する部分に同一の符号を表示して説明を省略する。なお、油圧ショベル１０に作用する負荷を検出するセンサとしては、例えば特公平３−５００４７号公報に提示されている掘削力測定装置や、特開平３−９６８０６号公報に提示されている変形センサ等を用いることもできる。
【００１６】
一方、遠隔運転室２０には、作業機側無線通信装置１１との間で信号の送受信を行うための運転室側無線通信装置２１と、作業機側無線通信装置１１からの送信信号に基づいて作業現場で発生する音に近似した仮想音信号を生成する仮想音生成装置２２と、この仮想音生成装置２２によって生成された仮想音信号を可聴音に変換するスピーカ装置２３と、作業機側無線通信装置１１から送信された作業現場の映像を表示するＣＲＴや液晶表示装置等の映像表示装置２４と、オペレータが油圧ショベル１０を遠隔操縦するための全ての操縦装置２５が備えられる。操縦装置２５には、油圧ショベル１０を操縦するに必要な操作手段２６、例えばレバー等が備えられている。これらの操作手段は、油圧ショベル１０の運転室７内に配置された操作手段と異なる構成及び配列にすることもできるが、より臨場感にあふれた環境を作り出し、より正確な遠隔操縦を行うためには、操縦装置２５に備えられる操作手段を、油圧ショベル１０の運転室７内に配置された各操作手段と同一の構成及び配列で配置することが好ましい。
【００１７】
オペレータは、映像表示装置２４に写し出される作業現場の映像を監視しつつスピーカ装置２３から出力される仮想音を聞いて作業現場の状況を把握し、油圧ショベル１０によって所望の作業が行われるように操作手段２６を選択的に操作する。操作手段２６の操作信号は、運転室側無線通信装置２１及び作業機側無線通信装置１１を介して油圧ショベル１０に伝送され、図示しないドライバを駆動して、操作された操作手段２６に対応する装置を選択的に操作する。これによって、油圧ショベル１０の遠隔操縦が行われる。
【００１８】
次に、作業機側無線通信装置１１内に備えられた稼働状況信号発生回路と稼働状況信号送信回路の構成を、図２に基づいて説明する。
【００１９】
図２から明らかなように、稼働状況信号発生回路１１１は、図示しないセンサの検出信号（又は、当該検出信号を所定のサンプリング周期でサンプリングして得られる信号。本明細書では、これらを総称して「検出信号」という。）が入力される所要数（図２では、２つ）のＡ／Ｄ変換器１１２と、所要の処理及び演算プログラムが格納されたＲＯＭ１１３と、ＲＯＭ１１３に格納されたプログラムにしたがって所要の演算及び処理を行うＣＰＵ１１４と、演算データ等を一時格納するＲＡＭ１１５と、ＣＰＵ１１４にて生成された稼働状況信号をシリアルデータに変換して出力するＳＣＩ（シリアル・コミュニケーション・インターフェース）１１６とからなる。また、稼働状況信号送信回路１１７は、ＳＣＩ１１６を介して送信された稼働状況信号を、例えばＦＭ変調等する発振変調器１１８と、変調信号を増幅するパワーアンプ１１９と、送信アンテナ１２０とからなる。なお、前記ＲＯＭ１１３には、油圧ショベル１０に備えられた各種のセンサ（図２では、荷重センサとエンジン回転数検出センサ）から出力される検出値を所定の手順でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換プログラム、各センサからの各検出値を所定の手順で合成して稼働状況信号を生成する稼働状況信号生成プログラム、それに生成された稼働状況信号を所定の手順でＳＣＩ１１６から出力する送信プログラム等が格納される。
【００２０】
以下、前記のように構成された稼働状況信号発生回路１１１の動作について説明する。油圧ショベル１０が起動され、遠隔運転室２０からの遠隔操縦によって作業を開始すると、その作業状況に応じて、図示しないセンサから出力される検出信号が連続的に変動する。ＣＰＵ１１４は、ＲＯＭ１１３に格納されたＡ／Ｄ変換プログラムにしたがって、Ａ／Ｄ変換器１１２にてアナログ信号である検出信号をデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換された検出信号は、一時ＲＡＭ１１５に格納される。次いで、ＣＰＵ１１４は、ＲＯＭ１１３に格納された稼働状況信号生成プログラムにしたがってＲＡＭ１１５から検出信号を取り出し、荷重センサから出力される荷重信号とエンジン回転数検出センサから出力されるエンジン回転数信号とを所定の配列で合成して、稼働状況信号を生成する。この稼働状況信号も、一時ＲＡＭ１１５に格納される。さらに、ＣＰＵ１１４は、ＲＯＭ１１３に格納された送信プログラムにしたがってＲＡＭ１１５から稼働状況信号を取り出し、ＳＣＩ１１６及び稼働状況信号送信回路１１７を介して、運転室側無線通信装置２１に無線送信する。
【００２１】
図３に、作業機側無線通信装置１１から運転室側無線通信装置２１に無線送信されるデータの構成例を示す。図３（ａ）に示すように、同期ビットを３バイト、稼働状況信号を６バイトで構成し、信号の１バイトを図３（ｂ）に示す構成にすると、電波法の規制外の通信速度が２４００ｂｐｓのデジタル無線通信装置を用いた場合、無線データの転送周期が６８．７５ｍｓとなる。このような周期の長いデータとなり、近距離の信号を十分に送信できる環境にないのが、作業機における無線遠隔操縦の特徴である。
【００２２】
次いで、運転室側無線通信装置２１の構成を、図４に基づいて説明する。    図４に示すように、運転室側無線通信装置２１は、受信アンテナ２１１と、無線受信器２１２と、ＳＣＩ２１３と、所要の処理及び演算プログラムが格納されたＲＯＭ２１４と、ＲＯＭ２１４に格納されたプログラムにしたがって所要の演算及び処理を行うＣＰＵ２１５と、演算データ等を一時格納するＲＡＭ２１６と、所要数（図４では、３つ）のデータ出力部（Ｄ／Ｏ）２１７〜２１９とからなる。なお、前記ＲＯＭ２１５には、前記作業機側無線通信装置１１から無線送信された稼働状況信号の受信動作を制御する受信プログラム、無線送信された稼働状況信号より、所望の音色選択信号を生成する音色選択信号生成プログラム、及び生成された音色選択信号を所定の手順でＳＣＩ２１３から出力する送信プログラム等が格納されている。
【００２３】
以下、この運転室側無線通信装置２１の動作について説明すると、作業機側無線通信装置１１から無線送信された稼働状況信号（図３参照）は、受信アンテナ２１１、無線受信器２１２、ＳＣＩ２１３を介して制御部に取り込まれる。ＲＯＭ２１４の受信プログラムは、常時起動されており、送信信号が入力されると、これをＲＡＭ２１６に一時格納してＣＰＵ２１５に割込みを行ない、送信信号の入力を報せる。これにより、ＣＰＵ２１５は、ＲＯＭ２１４に格納された受信プログラムにしたがって送信された稼働状況信号を受信する。前記したように、前記作業機側無線通信装置１１から無線送信される稼働状況信号には、油圧ショベル１０に取り付けられた各種のセンサによって検出された各種の信号が合成されている。ＣＰＵ２１５は、ＲＯＭ２１４に格納された音色選択信号生成プログラムにしたがって、ＳＣＩ２１３より出力される稼働状況信号を所要の音色選択信号に変換し、変換された音色選択信号を一時ＲＡＭ２１６に格納する。次いで、ＣＰＵ２１５は、ＲＯＭ２１４に格納された送信プログラムにしたがってＲＡＭ２１６から音色選択信号を取り出し、ＳＣＩ２１３及びＤ／Ｏ２１７〜２１９を介して、仮想音生成装置２２にパラレルに出力する。なお、音色選択信号は、後に説明する仮想音生成装置２２に備えられたＲＯＭ２２１（図５参照）に記憶された仮想音信号を選択するものであって、仮想音信号に付された通しの番号又は仮想音信号が記憶されたＲＯＭ２２１のアドレスに対応する信号が出力される。音色選択信号を８ビット構成にすれば２５６種類の仮想音信号を選択でき、１２ビット構成にすれば４０９６種類の仮想音信号を選択できる。
【００２４】
次に、遠隔運転室２０に備えられる仮想音生成装置２２の構成を、図５〜図７に基づいて説明する。
図５に示すように、仮想音生成装置２２は、所定の仮想音信号が予め記憶されたＲＯＭ（読出し専用の半導体メモリ）２２１と、Ｄ／Ｏ２１７から出力された音色選択信号をラッチし、当該ラッチされた音色選択信号によりＲＯＭ２２１の上位アドレスを選択するラッチ回路２２２と、発振器２２３と分周回路２２４とカウンタ２２５とからなり、カウンタ２２５からの出力信号によってＲＯＭ２２１の下位アドレスを選択する信号発生器２２６と、ＲＯＭ２２１から読み出されたデジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器２２７と、アナログ変換された仮想音信号を増幅して出力するオーディオアンプ２２８とから構成されている。なお、図５においては、１つのＤ／Ｏ２１７に対応する１つの仮想音生成装置２２のみ示されているが、運転室側無線通信装置２１に備えられたＤ／Ｏの数量に応じた数の仮想音生成装置２２を備えることもできる。また、図５においては、信号発生器２２６に、出力信号の周波数を変更する手段が何ら設けられていないが、これに適宜の周波数変更手段を設け、信号発生器２２６からの出力信号の周波数を可変にすることも可能である。
【００２５】
ＲＯＭ２２１は、図６に示すように、複数のブロック２２１ａ，２２１ｂ，２２１ｃ，・・・・に区分されており、各ブロックごとに異なる仮想音信号（１）〜（Ｎ）が記憶されている。なお、ＲＯＭ２２１は、任意の記憶容量ごとに、また任意の区分数に区分することができるが、記憶容量の無駄を防止するためには、各ブロックの記憶容量を一定の値にすることが好ましい。また、区分された各ブロックには、任意の配列で任意の仮想音信号を記憶することができるが、操縦装置２５の操作に応じて仮想音がより自然な感じで変化するように、アドレスの若いブロックの順に、音色、音の高低、音の大小又はこれらの組合せ等の音質が互いに近似した仮想音信号を順番に記憶することが好ましい。例えば、バケット６を操作しての掘削作業を表現する仮想音については、図７に示すように、アドレスの若いブロックの順に、静音から重掘削音までの各仮想音信号を順番に記憶することが好ましい。
【００２６】
以下、この仮想音生成装置２２の動作について説明する。運転室側無線通信装置２１のＤ／Ｏ２１７（図４参照）からパラレル信号である音色選択信号が出力されると、ラッチ回路２２２は、予め設定されたサンプリング周期で音色選択信号をラッチし、ＲＯＭ２２１の上位アドレス、すなわちブロックを選択する。一方、信号発生器２２６は、発振器２２３の出力信号を分周回路２２４にて分周して得られる信号をカウンタ２２５にてカウントし、カウント値が予め定められた値になるごとにカウンタ２２５から信号を発生して、ＲＯＭ２２１の下位アドレス、すなわちブロックの先頭アドレスから最終アドレスまでのアドレスを選択する。これによって、Ｄ／Ｏ２１７から出力された音色選択信号に対応する仮想音信号が、カウンタ２２５の設定値に対応する周期で連続的に読み出される。ＲＯＭ２２１の読出し信号は、Ｄ／Ａ変換器２２７でアナログ信号に変換された後、オーディオアンプ２２８を介してスピーカ装置２３に入力し、可聴音である仮想音に変換される。
【００２７】
仮想音は、作業機の稼働状況に応じた音色と高さと大きさになる。例えば、バケット６を駆動しての高負荷掘削作業時には、バケット６を駆動したときの音色であって、高音かつ大音量の仮想音となり、低負荷作業時には、同様の音色で、低音かつ小音量の仮想音となる。遠隔操縦装置２５のオペレータは、この仮想音により油圧ショベルの作業状態を感覚的に把握する。そして、これに応じて遠隔操縦装置２５に備えられた操作レバー等を選択的に操作し、適切に油圧ショベルを駆動して、掘削等の所望の作業を行なう。
【００２８】
すなわち、バケット６を地面に食い込ませて掘削を行う場合を例にとって説明すると、スピーカ装置２３から出力される仮想音が高音かつ大音量である場合には、バケット６に過大な負荷がかかっており、それ以上操作レバーを継続して操作しても掘削力は増加せず、無駄に動力を消費するだけであることがオペレータに判り、オペレータは、一旦掘削動作を中止してバケット６を戻し、少し姿勢を変えて再度掘削を行なう方が良いことに気付く。逆に、スピーカ１７の音が低音であれば、オペレータは、さらに深くバケット６を地面に食い込ませて、より多くの量を掘削できることを知り、これに沿った操作を行なうことができる。結局、オペレータは、掘削個所が遠隔地点にあって見えない場合でも、掘削状態を確実に把握することができ、油圧ショベルの適切な操作を行なうことができる。
【００２９】
このように、本実施例では、バケットに作用する荷重信号、エンジンの回転数信号、作業機各部に発生する振動信号、油圧回路の圧力信号などの稼働状況信号より音色選択信号を生成し、当該音色選択信号によりＲＯＭ２２１に予め記憶された仮想音信号を選択的に読み出すようにしたので、少ない信号量の音色選択信号で、スピーカ装置より豊富なバリエーションの仮想音を発生させることができる。よって、作業個所が見えない遠隔地点にあっても油圧ショベルの作業状態を確実に把握することができ、油圧ショベルを適切に操作することができる。
【００３０】
また、従来のカメラやマイクロフォンを用いる装置では、これらの映像信号や音声信号に広い周波数帯域を占有されるために、操縦に必要なデータの送信が大きく制限される事態が生じていたが、本実施例では負荷信号をデジタル信号で送信するだけであるので、上記事態の発生を完全に避けることができる。
【００３１】
〈第２実施例〉
本発明に係る仮想音生成装置の第２例を、図８に基づいて説明する。図８は、第２実施例に係る仮想音生成回路の回路図である。
【００３２】
この図から明らかなように、本例の仮想音生成回路は、仮想音の記憶手段である２つのＲＯＭ２２１ａ，２２１ｂと、運転室側無線通信装置２１に備えられたＤ／Ｏ２１７，２１８から出力された２種類の音色選択信号を別個にラッチする２つのラッチ回路２２２ａ，２２２ｂと、２つの信号発生器２２６ａ，２２６ｂと、各ＲＯＭ２２１ａ，２２１ｂから読み出されたデジタル信号を別個にアナログ信号に変換する２つのＤ／Ａ変換器２２７ａ，２２７ｂと、アナログ変換された仮想音信号をミキシングするミキシング回路２２９と、ミキシングされた仮想音信号を増幅して出力するオーディオアンプ２２８とから構成されている。
【００３３】
前記２つのＲＯＭ２２１ａ，２２１ｂのそれぞれには、例えば掘削音に対応する仮想音とエンジンの排気音に対応する仮想音など、音質が異なる仮想音が別個に記憶される。また、前記２つのラッチ回路２２２ａ，２２２ｂのそれぞれには、運転室側無線通信装置２１（図４参照）に備えられた３つのＤ／Ｏ２１７から出力される３種類の音色選択信号より選択される所定の音色選択信号が、選択的に入力される。また、前記２つの信号発生器２２６ａ，２２６ｂのうち、第１の信号発生器２２６ａは、ラッチ回路２２２ａの出力信号をアナログ変換するＤ／Ａ変換器２２３ａと、当該Ｄ／Ａ変換器２２３ａの出力電圧によって発振信号の周波数を変更する電圧制御可変周波数発振器（ＶＣＯ）２２４ａと、ＶＣＯ２２４ａからの出力信号をカウントし、カウント数が予め定められた設定値になったときに信号を発生して第１のＲＯＭ２２１ａの下位アドレスを選択するカウンタ２２５ａとからなる。一方、第２の信号発生器２２６ｂは、前記第１実施例に係る信号発生器２２６と同様の発振器２２３と分周器２２４とカウンタ２２５とから構成されている。
【００３４】
なお、図８においては、２つのＲＯＭ２２１ａ，２２１ｂとそれに付属する２組の電子部品群を備えた仮想音生成装置が表示されているが、ＲＯＭ及びその付属部品の数量はこれに限定されるものではなく、３つ以上のＲＯＭとそれに付属する３組以上の電子部品群を備えることも勿論可能である。また、図８の仮想音生成装置においては、一方のＲＯＭ２２１ａの下位アドレスをＤ／Ａ変換器２２３ａとＶＣＯ２２４ａとカウンタ２２５ａとからなる第１の信号発生器２２６ａにて選択し、他方のＲＯＭ２２１ｂの下位アドレスを発振器２２３と分周器２２４とカウンタ２２５とから第２の信号発生器２２６ｂにて選択する構成としたが、２つのＲＯＭ２２１ａ，２２１ｂのそれぞれの下位アドレスを、共に前記第１の信号発生器２２６ａ又は第２の信号発生器２２６ｂにて選択する構成とすることも勿論可能である。
【００３５】
本例の仮想音生成装置は、複数のＲＯＭ２２１ａ，２２１ｂと、複数のラッチ回路２２２ａ，２２２ｂと、複数の信号発生器２２６ａ，２２６ｂと、複数のＤ／Ａ変換器２２７ａ，２２７ｂと、複数のＲＯＭ２２１ａ，２２１ｂから読み出された仮想音信号をミキシングするミキシング回路２２９とを備えたので、例えば掘削作業によって発生する音に対応する仮想音とエンジンの排気音に対応する仮想音など、音質が異なる複数種の仮想音を合成して出力することができ、スピーカ装置２３から出力される仮想音を、より実際の作業に即した音にすることができる。また、本例の仮想音生成装置は、第１の信号発生器２２６ａにＶＣＯ２２４ａを備え、音色選択信号の変化に応じてカウンタ２２５ａから出力される信号の周期を変更するようにしたので、音色選択信号の変化に応じてＲＯＭ２２１ａから読み出される仮想音信号の音色と周波数とを同時に変更することができ、スピーカ装置２３から出力される仮想音を、より実際の作業に即した音にすることができる。これらのことから、オペレータは、作業状況をより確実に把握することができ、作業の確実性及び安全性をより向上できる。
【００３６】
〈第３実施例〉
本発明に係る仮想音生成装置の第３例を、図９及び図１０に基づいて説明する。図９は仮想音記憶手段に記憶される仮想音の波形調整方法の第１例を示す説明図であり、図１０はその第２例を示す説明図である。
【００３７】
本例の仮想音生成装置は、図５に示した仮想音記憶用のＲＯＭ２２１又は図８に示した仮想音記憶用のＲＯＭ２２１ａ，２２１ｂに、図９又は図１０の方法で波形が調整された仮想音信号を記録したことを特徴とする。
【００３８】
すなわち、第１実施例及び第２実施例の説明欄で説明したように、仮想音記憶用のＲＯＭ２２１又はＲＯＭ２２１ａ，２２１ｂは、複数のブロックに区分され、各ブロックごとに異なる音色の仮想音信号が記憶されている。そして、仮想音信号の読み出しは、作業機の稼働状況の変化に応じて変化する音色選択信号によってＲＯＭの上位アドレス、すなわちブロックを選択すると共に、信号発生器２２６又は信号発生器２２６ａ，２２６ｂの出力信号によってＲＯＭの下位アドレス、すなわちブロックの先頭アドレスから最終アドレスまでのアドレスを選択することによって行われる。したがって、音色選択信号が一定に保持されている場合には、当該音色選択信号によって選択される１のブロックに記憶された仮想音信号が繰り返し出力される。
【００３９】
この場合、１のブロックの先頭アドレスに記憶された仮想音信号の信号レベルと当該ブロックの最終アドレスに記憶された仮想音信号の信号レベルとが著しくかけ離れたものであると、スピーカ装置２３より出力される音が不自然な音になり、オペレータが作業機の稼働状況を正確に把握しにくくなる。そこで、本実施例においては、かかる不都合を解消するため、図９（ｃ）又は図１０に示すように、１のブロックの先頭アドレスに記憶された仮想音信号の信号レベルと、当該ブロックの最終アドレスに記憶された仮想音信号の信号レベルとを、同一又はこれに近似したレベルに調整している。
【００４０】
仮想音信号の波形調整方法の第１例を図９に基づいて説明する。図９（ａ）は仮想音記憶用のＲＯＭ２２１又はＲＯＭ２２１ａ，２２１ｂに記憶しようとする仮想音信号の原波形図であり、図９（ｂ）は原波形に乗算される係数マップである。本例においては、ブロックの先頭アドレス及び最終アドレスに対応する係数が“０”で、中間部のアドレスに対応する係数が“１”に設定され、それらの間が滑らかに増加又は減少する係数マップになっている。図９（ａ）の原波形と図９（ｂ）の係数マップを乗算すると、原波形は図９（ｃ）に示すように、先頭アドレスの信号レベルと最終アドレスの信号レベルが共に“０”になる。仮想音記憶用ＲＯＭの各ブロックには、この図９（ｃ）の信号が記憶される。
【００４１】
このようにすると、ブロックの最終アドレスから読み出される信号に基づいて生成される仮想音とブロックの先頭アドレスから読み出される信号に基づいて生成される仮想音とが滑らかに連続するので、オペレータに違和感を与えることがない。
【００４２】
次いで、仮想音信号の波形調整方法の第２例を図１０に基づいて説明する。図１０（ａ）は仮想音調整用の係数図であって、ブロックの先頭アドレス及び最終アドレスに対応する係数が“０．５”で、中間部のアドレスに対応する係数が“１”に設定されている。いま、図１０（ａ）に示すように、区分されたブロックのメモリ容量をＭワードとし、先頭アドレスからｍワードの区間と、最終アドレスまでのｍワードの区間とを共に直線で重み付けすると、図１０（ｂ）に示す第１式〜第３式によって、原信号ａｉ  （ｉ＝０〜Ｍ）の各区間における記憶信号ｂｉ  （ｉ＝０〜Ｍ）を求めることができる。仮想音記憶用ＲＯＭの各ブロックには、このｂｉ  （ｉ＝０〜Ｍ）で示される記憶信号が記憶される。
【００４３】
本例の場合には、ブロックの先頭アドレス及び最終アドレスに記憶される信号の信号レベルが、原信号の信号振幅の中間値となる。本例の波形調整方法を採用した場合も、ブロックの最終アドレスから読み出される信号に基づいて生成される仮想音とブロックの先頭アドレスから読み出される信号に基づいて生成される仮想音とが滑らかに連続するので、オペレータに違和感を与えることがない。
【００４４】
ブロックの先頭アドレス及び最終アドレスに記憶される信号の信号レベルは、必ずしも同一である必要はなく、スピーカ装置２３から出力される仮想音が、自然な連続音となる程度に近似していれば足りる。また、必ずしも、区分された全てのブロックについて波形が調整された信号を記憶する必要はなく、一部のブロックについてのみ波形が調整された信号を記憶することもできる。
【００４５】
なお、上記の各実施例においては、作業機として油圧ショベルを用いた場合を例にとって説明したが、他の作業機にも適用できるのは当然である。例えば、ブルドーザの排土板にかかる負荷を検出することによりブルドーザに適用でき、クレーンのブームにかかる負荷を検出することによりクレーンに適用できる。
【００４６】
また、上記の各実施例においては、作業機を遠隔操縦する場合を例にとって説明したが、本発明の要旨は遠隔操縦に限られるものではなく、運転室にオペレータが搭乗して作業機を操作する場合にも応用できる。例えば地面より低い足元の掘削を行なう場合等、オペレータから作業個所が見えない作業をする場合、本発明の仮想音生成装置が備えられていると、オペレータが稼働状況を感覚的に把握することができるので、作業を効率的にかつ安全に行うことができる。
【００４７】
さらに、上記の各実施例においては、作業機と遠隔運転室間の通信を無線によって行なう場合について説明したが、本発明の要旨は無線通信に限られるものではなく、有線による通信方式を採用する場合にも適用できる。有線通信方式によると、無線通信方式による場合よりも回路構成を簡略化できるので、装置の小型化及び低コスト化により有利である。なお、装置の大型化及び高コスト化が許容される場合には、有線通信回路と無線通信回路の２系統を備えることも勿論可能である。有線通信回路を備えた仮想音生成装置は、運転室にオペレータが搭乗して作業機を操作する場合に有利である。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によると、バケットに作用する荷重信号、エンジンの回転数信号、作業機各部に発生する振動信号、油圧回路の圧力信号などの稼働状況信号より音色選択信号を生成し、当該音色選択信号により仮想音記憶手段に予め記憶された仮想音信号を選択的に読み出すようにしたので、少ない信号量の音色選択信号で、スピーカ装置より豊富なバリエーションの仮想音を発生させることができる。よって、作業個所が見えない遠隔地点にあっても油圧ショベルの作業状態を確実に把握することができ、油圧ショベルを適切に操作することができる。また、稼働状況信号をデジタル信号で送信するので、その送信のための使用周波数帯域が狭く、他のデータの送受信に何等の支障も生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】油圧ショベル遠隔操縦システムの構成図である。
【図２】作業機側無線通信装置の回路図である。
【図３】作業機側無線通信装置から無線送信されるデータの構成図である。
【図４】運転室側無線通信装置の回路図である。
【図５】仮想音生成装置の第１例を示す回路図である。
【図６】仮想音記憶手段のブロック構成説明図である。
【図７】仮想音記憶手段からの信号読出し方法を模式的に示す説明図である。
【図８】仮想音生成装置の第２例を示す回路図である。
【図９】仮想音記憶手段に記憶される仮想音の波形調整方法の第１例を示す説明図である。
【図１０】仮想音記憶手段に記憶される仮想音の波形調整方法の第２例を示す説明図である。
【図１１】油圧ショベルの側面図である。
【符号の説明】
１０  油圧ショベル
１１  作業機側無線通信装置
１１１  稼働状況信号発生回路
１１２  Ａ／Ｄ変換器
１１３  ＲＯＭ
１１４  ＣＰＵ
１１５  ＲＡＭ
１１６  ＳＣＩ
１１７  稼働状況信号送信回路
２０  遠隔運転室
２１  運転室側無線通信装置
２２  仮想音生成装置
２２１  ＲＯＭ
２２２  ラッチ回路
２２６  信号発生器
２２７  Ｄ／Ａ変換器
２３  スピーカ装置
２４  映像表示装置
２５  遠隔操縦装置
２６  操作レバー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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