(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業機械に設置され、送信機から送信された制御信号を受信して前記作業機械をロボットアームにより操作する遠隔操作ロボットであって、
前記作業機械の位置を検出する位置検出手段と、
前記作業機械の傾斜を検出する傾斜検出手段と、
前記位置検出手段の検出結果及び前記傾斜検出手段の検出結果に基づいて、前記作業機械に損傷又は動作停止の危険があるか否かを判断する危険判断手段とを備えることを特徴とする遠隔操作ロボット。
【請求項２】
前記危険判断手段が前記作業機械に前記危険があると判断した場合に、前記制御信号によることなく前記危険がなくなるように前記ロボットアームを動作させる危険回避手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の遠隔操作ロボット。
【請求項３】
前記ロボットアームによる前記作業機械の操作の履歴を記憶する操作履歴記憶手段を備え、
前記危険回避手段が、前記操作履歴記憶手段の記憶結果に基づいて、前記ロボットアームを動作させることを特徴とする請求項２に記載の遠隔操作ロボット。
【請求項４】
前記危険に関する情報を前記送信機に送信する危険情報送信手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の遠隔操作ロボット。
【請求項５】
前記作業機械の周囲を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段の撮影画像を前記送信機に送信する画像送信手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の遠隔操作ロボット。
【請求項６】
前記送信機から送信された前記送信機の位置に関する情報を受信する位置情報受信手段と、
前記位置検出手段の検出結果及び前記位置情報受信手段の受信結果に基づいて、前記作業機械と前記送信機との距離を算出する距離算出手段と、
前記距離算出手段が算出した距離に関する情報を前記送信機に送信する距離情報送信手段とを備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の遠隔操作ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信機から送信された制御信号を受信して作業車等の作業機械を操作する遠隔操作ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
悪天候や地震、火山活動による地盤崩壊やトンネル崩落、あるいは、原子力発電所における放射能漏れ等の災害が生じた場合に、災害現場では二次災害の危険から作業者が復旧作業を行えないことがあり、このような場合に好適なロボットとして、特許文献１には、既存の作業車に設置して作業車を遠隔操作することができる遠隔操作システムが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１８６２１８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記遠隔操作システムでは、作業者が遠隔操作ユニットを操作してロボットアームを動作させ、作業車を遠隔的に運転することになるが、例えば作業車が急斜面で転倒し、損傷を受けたり動作が停止したりするおそれがあるとか、作業車の旋回動作等により作業車の一部が何かにぶつかって、損傷を受けたり動作が停止したりするおそれがあるとか、作業車が泥濘や窪地に差し掛かり、そこに進入すると脱出不能となって動作が停止するおそれがあるといった危険な状況を確かめるには、作業者が作業車に近づいて目視しなければならなかった。
【０００５】
したがって、作業車がそのような危険な状況にあると考えられる場合、又は、現に危険が実現し、作業車が損傷したり動作停止したりして復旧作業の継続が困難になった場合には、作業者が結局二次災害の危険を負わざるを得ず、これを回避するには、作業車が安全を維持することができると遠隔の作業者が考える範囲内でのみ作業を行うしかなく、迅速な災害復旧の妨げとなっていた。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、作業者の目視によらずに作業車等の作業機械を損傷や動作停止の危険から保護することができる遠隔操作ロボットを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、作業機械に設置され、送信機から送信された制御信号を受信して前記作業機械をロボットアームにより操作する遠隔操作ロボットであって、前記作業機械の位置を検出する位置検出手段と、前記作業機械の傾斜を検出する傾斜検出手段と、前記位置検出手段の検出結果及び前記傾斜検出手段の検出結果に基づいて、前記作業機械に損傷又は動作停止の危険があるか否かを判断する危険判断手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
作業機械には、例えば、油圧ショベル等の掘削機械、木材伐採機械、ブルドーザ、スクレーパ等の種々の建設機械のほか、水中作業を行う機械等も含まれる。遠隔操作ロボットと送信機との送受信は、無線、有線のいずれで行われても、それらを併用して行われてもよい。位置検出手段及び傾斜検出手段は、遠隔操作ロボットが作業機械に取り付けられて、遠隔操作ロボット自体の位置や傾斜を検出することにより作業機械の位置や傾斜を検出するものでも、遠隔操作ロボットが作業機械に近づいて、作業機械の位置や傾斜を外部的に検出するものでもかまわない。
【０００９】
本発明に係る遠隔操作ロボットによれば、作業機械の位置を検出する位置検出手段と、作業機械の傾斜を検出する傾斜検出手段と、位置検出手段の検出結果及び傾斜手段の検出結果に基づいて、作業機械に損傷又は動作停止の危険があるか否かを判断する危険判断手段とを備えるので、作業者の目視によらずに作業機械に損傷又は動作停止の危険があるか否かを判断することが可能となり、作業機械をその危険から保護することができる。
【００１０】
また、遠隔操作ロボットが、前記危険判断手段が前記作業機械に前記危険があると判断した場合に、前記制御信号によることなく前記危険がなくなるように前記ロボットアームを動作させる危険回避手段を備えれば、いわば自動的に危険を回避することができ、具体的には、例えば、遠隔操作ロボットが、前記ロボットアームによる前記作業機械の操作の履歴を記憶する操作履歴記憶手段を備え、前記危険回避手段が、前記操作履歴記憶手段の記憶結果に基づいて、前記操作手段を動作させることによって、危険な状況になる前の状況に自動的に復帰することができる。
【００１１】
一方、遠隔操作ロボットが、前記危険に関する情報を前記送信機に送信する危険情報送信手段を備えれば、送信機側で遠隔的に危険を認識し、送信機により遠隔操作ロボットを制御することにより、その危険を回避することができる。
【００１２】
さらに、遠隔操作ロボットが、作業機械の周囲を撮影する撮影手段と、前記撮影手段の撮影画像を前記送信機に送信する画像送信手段とを備えれば、送信機側で作業機械の周囲を確認しながら危険を回避することができ、遠隔操作ロボットが、前記送信機から送信された前記送信機の位置に関する情報を受信する位置情報受信手段と、前記位置検出手段の検出結果及び前記位置情報受信手段の受信結果に基づいて、前記作業機械と前記送信機との距離を算出する距離算出手段と、前記距離算出手段が算出した距離に関する情報を前記送信機に送信する距離情報送信手段とを備えれば、送信機側で作業機械までの距離を確認しながら（遠隔操作ロボットが通信可能な距離から逸脱しないように確認しながら）危険を回避することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、遠隔操作ロボットが、作業者の目視によらずに作業機械を損傷や動作停止の危険から保護することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】発明を実施するための形態に係る遠隔操作ロボットが操作する油圧ショベルを示す説明図である。
【図２】発明を実施するための形態に係る遠隔操作ロボットの外観を示す説明図である。
【図３】図２の遠隔操作ロボットを遠隔操作するためのマスター送信機の外観を示す説明図である。
【図４】（ａ）は図２の遠隔操作ロボットの構成を示すブロック図、（ｂ）は図３のマスター送信機の構成を示すブロック図である。
【図５】図４（ａ）のコントローラの処理の例を示す説明図である。
【図６】図４（ａ）のコントローラの処理の他の例を示す説明図である。
【図７】図３のマスター送信機におけるモニタ表示例を示す説明図である。
【図８】図４（ａ）のコントローラの処理のさらに他の例を示す説明図である。
【図９】送信機にモニタが外付けされている例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１は、本実施の形態に係る遠隔操作ロボット１００が取り付けられて操作する油圧ショベル２００を示す。この油圧ショベル２００は、クローラ２０１と、運転室２０２と、ブーム２０３と、アーム２０４と、バケット２０５とを有する。
【００１７】
運転室２０２の内部には、運転席２０６と、運転席の前方に左右に並んで位置する一対の走行レバー２０７，２０７と、この一対の走行レバー２０７，２０７を挟んで左右外側に位置する一対の作業レバー２０８，２０８とが設けられている（図１においては、左側の走行レバー２０７及び左側の作業レバー２０８のみ図示している。）。油圧ショベル２００は、一対の走行レバー２０７，２０７の操作により前進、後退を行い、一対の作業レバー２０８，２０８の操作によりブーム２０３、アーム２０４及びバケット２０５の掘削動作や旋回動作を行う。
【００１８】
運転席２０６には、図２に詳細を示す遠隔操作ロボット１００が着脱自在に取り付けられる。遠隔操作ロボット１００は分割可能で、分割部分ごとに運転席２０６に固定されることによって、その着脱が１〜２名の作業者でも容易に行えるようになっている。
【００１９】
遠隔操作ロボット１００は、運転席２０６に固定されるマウントフレーム１０１と、油圧ショベル２００に関する固有の情報（メーカー、型式等）の入力や各種の設定（遠隔操作ロボット１００の初期取付位置等の設定）が可能で、遠隔操作ロボット１００を制御するコントローラボックス１０２と、走行レバー２０７，２０７を操作するためのロボットアーム１０３，１０３と、作業レバー２０８，２０８を操作するためのロボットアーム１０４，１０４と、運転室２０６の前部に取り付けられて油圧ショベル２００の周囲の状況を撮影するカメラ１０５と、運転室２０６の後壁に取り付けられて油圧ショベル２００の周囲の状況を撮影するカメラ１０６とを有する（図１参照）。
【００２０】
コントローラボックス１０２には、図４（ａ）に示すように、ＣＰＵ等からなるコントローラ１０７と、メモリ等からなる記憶モジュール１０８と、後述するマスター送信機３００との無線通信を行うための無線通信モジュール１０９と、遠隔操作ロボット１００の位置（緯度、経度、向き（方位）、高度）を検出するためのＧＰＳモジュール１１０と、遠隔操作ロボット１００の傾き（ＸＹＺ、ピッチ、ロー、ヨー）を検出するためのジャイロモジュール１１１とが内蔵されている。記憶モジュール１０８には、油圧ショベル２００に関する固有の情報や各種の設定、遠隔操作ロボット１００による油圧ショベル２００の操作履歴、作業現場周辺の土地形状に関する情報（マッピングデータ）等が記憶されている。
【００２１】
ロボットアーム１０３は、圧縮空気等の加圧流体により伸縮する人工筋肉が用いられた上腕部１１２と、上腕部１１２の下端の関節部１１３から前方に延伸する前腕部１１４と、前腕部１１４の前端の関節部１１５に設けられた把持部１１６とを有する。上腕部１１２は、コントローラ１０７が図示を略すソレノイドバルブをＰＩＤ制御して加圧流体の人工筋肉に対する流入、排出を制御することにより、鉛直軸を中心とする一定領域内で前後自由に可動する。前腕部１１４は、関節部１１３を通る略水平の軸を中心に矢印α１方向に回動可能となっている。把持部１１６は、関節部１１５を通る略水平の軸を中心に矢印β１方向に回動可能であるとともに、前腕部１１４に沿う軸を中心に矢印γ１方向に回動可能であり、その先端に走行レバー２０７を把持する指部１１７を有する。
【００２２】
同様に、ロボットアーム１０４は、圧縮空気等の加圧流体により伸縮する人工筋肉が用いられた上腕部１１８と、上腕部１１８の下端の関節部１１９から前方に延伸する前腕部１２０と、前腕部１２０の前端の関節部１２１に設けられた把持部１２２とを有する。上腕部１１８は、コントローラ１０７が図示を略すソレノイドバルブをＰＩＤ制御して加圧流体の人工筋肉に対する流入、排出を制御することにより、鉛直軸を中心とする一定領域内で前後左右に自由に可動する。前腕部１２０は、関節部１１９を通る略水平の軸を中心に矢印α２方向に回動可能となっている。把持部１２２は、関節部１２１を通る略水平の軸を中心に矢印β２方向に回動可能であるとともに、前腕部１２０に沿う軸を中心に矢印γ２方向に回動可能であり、その先端に作業レバー２０８を把持する指部１２３を有する。
【００２３】
遠隔操作ロボット１００は、図３に示すマスター送信機３００からの制御信号を受信することによって、遠隔操作される。マスター送信機３００には、走行レバー２０７，２０７を遠隔操作するためのジョイスティック３０１，３０１と、作業レバー２０８，２０８を遠隔操作するためのレバー３０２，３０２と、コントローラボックス１０２と同様に油圧ショベル２００に関する固有の情報の入力や各種の設定を行うためのスイッチ３０３と、遠隔操作ロボット１００から送信されるカメラ１０５，１０６の撮影画像等が表示されるモニタ３０４とが設けられ、さらに、図４（ｂ）に示すように、ＣＰＵ等からなるコントローラ３０５と、遠隔操作ロボット１００との無線通信を行うための無線通信モジュール３０６と、マスター送信機３００の位置（緯度、経度、向き（方位）、高度）を検出するためのＧＰＳモジュール３０７とが設けられている。
【００２４】
遠隔操作ロボット１００により油圧ショベル２００を遠隔操作する作業者が、マスター送信機３００のジョイスティック３０１，３０１を操作すると、マスター送信機３００のコントローラ３０５は、無線通信モジュール３０６，１０９を介して遠隔操作ロボット１００のコントローラ１０７に走行用の制御信号を送信し、この制御信号を受信したコントローラ１０７が、ロボットアーム１０３，１０３により走行レバー２０７，２０７を操作することによって、油圧ショベル２００が作業現場まで走行移動する。
【００２５】
続いて、作業者がマスター送信機３００のレバー３０２，３０２を操作すると、マスター送信機３００のコントローラ３０５は、無線通信モジュール３０６，１０９を介して遠隔操作ロボット１００のコントローラ１０７に作業用の制御信号を送信し、この制御信号を受信したコントローラ１０７が、ロボットアーム１０４，１０４により作業レバー２０８，２０８を操作することによって、油圧ショベル２００が掘削作業を行う。
【００２６】
ところで、油圧ショベル２００の走行移動時や掘削作業時には、油圧ショベル２００が急斜面で転倒するおそれや、油圧ショベル２００の旋回動作、掘削動作によりバケット２０５等の一部が何かにぶつかるおそれや、油圧ショベル２００が泥濘や窪地に差し掛かってそこに進入すると脱出することができなくなるおそれ等の危険がある。
【００２７】
そこで、記憶モジュール１０８には、油圧ショベル２００が危険に晒される条件が予め記憶され、コントローラ１０７は、図５に示すように、ＧＰＳモジュール１１０の検出結果及びジャイロモジュール１１１の検出結果をリアルタイムでその条件と対比し、油圧ショベル２００が危険な状況にあるか否かを判断する。
【００２８】
ここで、「危険に晒される条件」としては、作業現場周辺の土地形状に関する情報（マッピングデータ）に基づいて決定される油圧ショベル２００の進入禁止領域・旋回禁止領域・掘削禁止領域の条件（ＧＰＳモジュール１１０が検出する緯度、経度等に関する条件）や、油圧ショベル２００に固有な情報に基づいて決定される油圧ショベル２００の危険姿勢（転倒等のおそれがある姿勢）の条件（ＧＰＳモジュール１１０が検出する位置ごとに定められた、ジャイロモジュール１１１が検出する傾斜に関する条件）等があり、コントローラ１０７は、油圧ショベル２００が「危険に晒される条件」を具備する場合、油圧ショベル２００が危険な状況にあると判断する。
【００２９】
そして、コントローラ１０７は、油圧ショベル２００が危険な状況にあると判断すると、マスター送信機３００からの制御信号の受信によらずに、記憶モジュール１０８に記憶されている過去数分間（例えば１分間程度）の油圧ショベル２００の動作を逆に辿るように（いわば逆再生するように）ロボットアーム１０３，１０４を動作させ、ロボットアーム１０４により作業レバー２０８を、ロボットアーム１０３により走行レバー２０７を操作することによって、油圧ショベル２００を危険な状況になる前の状態（数分前の状態）に自動的に復帰させる。
【００３０】
この危険回避のための自動復帰制御は、ここでは、コントローラボックス１０２又はマスター送信機３００における設定でオフとすることも可能で、その場合には、図６に示すように、コントローラ１０７が、無線通信モジュール１０９，３０６を介してマスター送信機３００のコントローラ３０５にカメラ１０５，１０６の撮影画像とともに危険に関する情報を合成して送信する。これにより、モニタ３０４には、例えば図７に示すように、カメラ１０５，１０６の撮影画像と、危険に関する情報としての傾斜情報４００、マッピング情報４０１とが同時に表示される。
【００３１】
ここで、傾斜情報４００は、油圧ショベル２００を示すアイコン４０２と、油圧ショベル２００の現在位置を示すポジションマーク４０３と、その現在位置における地面の傾斜（油圧ショベル２００のクローラ２０１の前後方向についての傾斜）を示す傾斜軸４０４と、その現在位置における油圧ショベル２００の限界傾斜（この傾斜を超えて油圧ショベル２００が傾くと、転倒のおそれがある。）を示す危険傾斜軸４０５とを含み、マッピング情報４０１は、方位を示す方位軸４０６と、油圧ショベル２００の現在位置を示すポジションマーク４０７と、その現在位置における油圧ショベル２００の向き（クローラ２０１の向き又はブーム２０３及びアーム２０４の向き）を示す方向軸４０８と、その現在位置の周囲で作業を安全に行うことができる領域を示す安全地帯マーク４０９と、作業を注意して行わなければならない領域を示す注意地帯マーク４１０と、作業を行うことが危険な領域を示す危険地帯マーク４１１とを含む。
【００３２】
カメラ１０５，１０６の撮影画像と傾斜情報４００、マッピング情報４０１とを見た作業者は、作業現場の状況を視認することができるとともに、油圧ショベル２００の傾斜姿勢が転倒危険性のある域に達するまでどの程度余裕があるか、油圧ショベル２００の位置が注意地帯、危険地帯に達するまでどの程度余裕があるかを直感的に把握することができ、これにより、作業者が、油圧ショベル２００が危険から遠ざかるようにマスター送信機３００のジョイスティック３０１及びレバー３０２を操作することができるようになっている。
【００３３】
また、ここでは、コントローラボックス１０２における設定により、マスター送信機３００のモニタ３０４に遠隔操作ロボット１００（油圧ショベル２００）までの距離が表示されるようにすることもできる。この場合には、図８に示すように、マスター送信機３００のコントローラ３０５が、ＧＰＳモジュール３０７の検出結果に基づいて、マスター送信機３００の位置に関する情報を遠隔操作ロボット１００のコントローラ１０７に送信し、それを受信したコントローラ１０７は、ＧＰＳモジュール１１０の検出結果に基づいて、自身とマスター送信機３００との距離を算出し、この距離に関する情報をマスター送信機３００のコントローラ３０５に返送する。コントローラ３０５は、その距離をモニタ３０４に表示させ、これにより、作業者は、無線通信が途切れない距離に油圧ショベル２００がいることを確認することができ、あるいは、無線通信が途切れそうな距離に油圧ショベル２００がいるときは、ジョイスティック３０１を操作して油圧ショベル２００を呼び戻すことができる。
【００３４】
この実施の形態に係る遠隔操作ロボット１００によれば、油圧ショベル２００の位置を検出するＧＰＳモジュール１１０と、油圧ショベル２００の傾斜を検出するジャイロモジュール１１１と、ＧＰＳモジュール１１０の検出結果及びジャイロモジュール１１１の検出結果に基づいて、油圧ショベル２００に損傷又は動作停止の危険があるか否かを判断するコントローラ１０７とを備えるので、作業者の目視によらずに油圧ショベル２００に損傷又は動作停止の危険があるか否かを判断することが可能となり、油圧ショベル２００をその危険から保護することができる。
【００３５】
また、遠隔操作ロボット１００は、ロボットアーム１０３，１０４による油圧ショベル２００の操作の履歴を記憶する記憶モジュール１０８を備え、上述したように自動復帰制御がオンに設定されていると、コントローラ１０７が油圧ショベル２００に危険があると判断した場合に、マスター送信機３００からの制御信号によることなく、記憶モジュール１０８の記憶結果に基づいてロボットアーム１０３，１０４を動作させることによって、油圧ショベル２００を危険な状況になる前の状況に自動的に復帰させることができる。一方、自動復帰制御がオフに設定されていても、コントローラ１０７は、危険に関する情報をマスター送信機３００に送信するので、マスター送信機３００の側で遠隔的に危険を認識し、マスター送信機３００により遠隔操作ロボット１００を制御することによって、その危険を回避することができる。
【００３６】
さらに、遠隔操作ロボット１００は、油圧ショベル２００の周囲を撮影するカメラ１０５，１０６を備え、コントローラ１０７がカメラ１０５，１０６の撮影画像をマスター送信機３００に送信するので、マスター送信機３００の側で油圧ショベル２００の周囲を確認しながら危険を回避することができる。
【００３７】
加えて、ここでは、コントローラ１０７がマスター送信機３００の位置に関する情報を受信し、その受信結果及びＧＰＳモジュール１１０の検出結果に基づいて油圧ショベル２００とマスター送信機３００との距離を算出し、その距離に関する情報をマスター送信機３００に送信するので、既述のようにマスター送信機３００の側で油圧ショベル２００までの距離を確認しながら危険を回避することができる。
【００３８】
以上、本発明を実施するための形態について例示したが、本発明の実施形態は上述したものに限られず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更等してもよい。
【００３９】
例えば、作業機械が危険な状況にあるか否かを判断するために、位置情報や傾斜情報のみならず、作業現場の地質や気象状況（風速、風向、降雨、降雪等）、油圧ショベルの旋回位置並びにブーム、アーム及びバケットの上下位置等を参酌してもよい。
【００４０】
また、作業機械と送信機との距離は、遠隔操作ロボットの側で算出せず、遠隔操作ロボットが作業機械の位置情報を送信機に送信し、これを受信した送信機が自己の位置情報と対比してその距離を算出するようにしてもよい。これにより、１台の送信機で複数の作業機械を操作する場合に、複数の作業機械との距離が送信機において集約的に算出されるので、近隣の作業機械同士を相互に干渉しない間隔で安全に連携して作業させることもできる。
【００４１】
さらに、図９に示すように、送信機に外付けのモニタ５００を接続してここに撮影画像や危険に関する情報を表示させ、作業者の便宜に供してもかまわない。
【符号の説明】
【００４２】
１００  遠隔操作ロボット
１０３  ロボットアーム（操作手段）
１０４  ロボットアーム（操作手段）
１０５  カメラ（撮影手段）
１０６  カメラ（撮影手段）
１０７  コントローラ（危険判断手段、危険回避手段、危険情報送信手段、画像送信手段、位置情報受信手段、距離算出手段、距離情報送信手段）
１０８  記憶モジュール（操作履歴記憶手段）
１１０  ＧＰＳモジュール（位置検出手段）
１１１  ジャイロモジュール（傾斜検出手段）
２００  油圧ショベル（作業機械）
３００  マスター送信機（送信機）
３０４  モニタ
４００  傾斜情報（危険に関する情報）
４０１  マッピング情報（危険に関する情報）
５００  モニタ
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、作業機械を操作する遠隔操作ロボットに利用することができ、とりわけ災害復旧現場や水中等の作業者の立入が難しい場所における作業時に好適である。
【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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