JP7376440B2 - Remote control device and remote control system - Google Patents
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Description
本発明は、作業機械を遠隔操作するための装置に関する。 The present invention relates to a device for remotely controlling a work machine.
作業部を備えた作業機械を操作席に設けたコントローラにより無線で遠隔操作する遠隔操作システムにおいて、モニタの表示に画像遅れが生じたことによる作業効率の低下を回避するための技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。具体的には、作業機械に設けられたカメラの撮影映像の作業部に対応した位置に当該作業部の線画が作成され、当該線画が無線で伝送されてカメラの撮影映像に重ねられてモニタに表示される。このため、伝送によるタイムラグが小さい線画が用いられて、実際の位置に近い位置に作業部が表示される。これにより、操作者は、モニタの表示に画像遅れが生じても、モニタに表示された線画に基づいてモニタの画像遅れを補完しながら作業部の操作を行うことができる。 In a remote control system in which a working machine equipped with a working part is remotely controlled wirelessly by a controller installed at the operator's seat, a technology has been proposed to avoid a decrease in work efficiency due to image delay in monitor display. (For example, see Patent Document 1). Specifically, a line drawing of the working part is created at a position corresponding to the working part in the image taken by a camera installed on the working machine, and the line drawing is transmitted wirelessly and superimposed on the image taken by the camera to be displayed on a monitor. Is displayed. For this reason, a line drawing with a small time lag due to transmission is used, and the work unit is displayed at a position close to the actual position. Thereby, even if an image delay occurs in the display on the monitor, the operator can operate the work unit while supplementing the image delay on the monitor based on the line drawing displayed on the monitor.
しかし、線画を作成するための手段が作業機械に搭載されているため、線画の伝送に障害が生じた場合、カメラの撮影映像に重ねられる線画が一時的に消失し、あるいは、作業部の実際の位置に対する線画の位置の乖離が大きくなる可能性がある。 However, since the means for creating line drawings is installed in the work machine, if a problem occurs in the transmission of line drawings, the line drawings superimposed on the camera footage may be temporarily lost, or the actual work part There is a possibility that the deviation between the position of the line drawing and the position of the line drawing becomes large.
そこで、本発明は、実空間における作業部の位置に対する、画像における線画等の当該作業部の標識画像の位置の乖離の低減または解消を図りうる遠隔操作装置および遠隔操作システムを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a remote control device and a remote control system that can reduce or eliminate the discrepancy between the position of a marking image of a working part such as a line drawing in an image with respect to the position of a working part in real space. shall be.
本発明の遠隔操作装置は、
作業機構を有する作業機械を遠隔操作するための遠隔操作装置であって、
前記作業機械に搭載されている実機無線通信機器との通信機能を有している遠隔無線通信機器と、
遠隔画像出力装置と、
遠隔操作機構と、
オペレータによる前記遠隔操作機構の操作態様を認識し、当該操作態様に応じた指令信号を前記遠隔無線通信機器に前記実機無線通信機器に対して送信させる遠隔制御要素と、
前記作業機械に搭載されている撮像装置を通じて取得され、前記実機無線通信機器から送信され、前記遠隔無線通信機器により受信された前記作業機構の作業部を含む作業環境画像を前記遠隔画像出力装置に出力させる第1出力制御要素と、
前記遠隔制御要素により認識された第1時点における前記遠隔操作機構の操作態様に基づいて当該第1時点よりも後の第2時点における前記作業部の空間占有態様を推定し、当該推定された前記第2時点における前記作業部の空間占有態様を前記作業部の視認性を損なわずに表わす標識画像を、前記第1時点から前記第2時点までの期間に含まれる第3時点において前記作業環境画像に重畳して前記遠隔画像出力装置に出力させる第2出力制御要素と、を備えている。
The remote control device of the present invention includes:
A remote control device for remotely controlling a working machine having a working mechanism,
a remote wireless communication device having a communication function with an actual wireless communication device installed in the work machine;
a remote image output device;
a remote control mechanism;
a remote control element that recognizes an operation mode of the remote control mechanism by an operator and causes the remote wireless communication device to transmit a command signal according to the operation mode to the actual wireless communication device;
A working environment image including a working part of the working mechanism, which is acquired through an imaging device mounted on the working machine, transmitted from the actual wireless communication device, and received by the remote wireless communication device, is sent to the remote image output device. a first output control element to output;
estimating the space occupation mode of the working section at a second time point after the first time point based on the operation mode of the remote control mechanism at the first time point recognized by the remote control element; A sign image representing the space occupation mode of the working area at a second time point without impairing the visibility of the working area is added to the working environment image at a third time point included in the period from the first time point to the second time point. a second output control element superimposed on the image output device and outputting the image to the remote image output device.
本発明の遠隔操作システムは、本発明の遠隔操作装置と、前記作業機械と、により構成されている。 The remote control system of the present invention includes the remote control device of the present invention and the working machine.
(遠隔操作システムの構成)
図1に示されている本発明の一実施形態としての遠隔操作システムは、遠隔操作装置20と、遠隔操作装置20による遠隔操作対象である作業機械40と、により構成されている。遠隔操作装置20および作業機械40は相互にネットワーク通信可能に構成されている。遠隔操作装置20および作業機械40の相互通信にサーバ10が介在していてもよく、当該サーバ10が遠隔操作システムの一部を構成していてもよい。
(Remote control system configuration)
A remote control system as an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 includes a
(遠隔操作装置の構成)
遠隔操作装置20は、遠隔入力インターフェース210と、遠隔出力インターフェース220と、遠隔制御装置24と、を備えている。遠隔入力インターフェース210は、遠隔操作機構211を備えている。遠隔出力インターフェース220は、画像出力装置221と、遠隔無線通信機器222と、を備えている。遠隔制御装置24は、遠隔制御要素240と、第1出力制御要素241と、第2出力制御要素242と、を備えている。各要素は、演算処理装置(シングルコアプロセッサまたはマルチコアプロセッサもしくはこれを構成するプロセッサコア)により構成され、メモリなどの記憶装置から必要なデータおよびソフトウェアを読み取り、当該データを対象として当該ソフトウェアにしたがった演算処理を実行する。
(Configuration of remote control device)
The
遠隔制御要素240は、オペレータによる遠隔操作機構211の操作態様を認識し、当該操作態様に応じた指令信号を遠隔無線通信機器222に実機無線通信機器422に対して送信させる。第1出力制御要素241は、作業機械40に搭載されている実機撮像装置412を通じて取得され、実機無線通信機器422から送信され、遠隔無線通信機器222により受信された作業アタッチメント44(=作業機構)のバケット445(=作業部)を含む作業環境画像Img1を画像出力装置221に出力させる。第2出力制御要素242は、遠隔制御要素240により認識された第1時点t=t1における遠隔操作機構211の操作態様に基づいて第1時点よりも後の第2時点t=t2におけるバケット445の空間占有態様を推定する。第2出力制御要素242は、バケット445の推定空間占有態様を作業部(バケット445)の視認性を損なわずに表わす標識画像Img2(t2)を、第3時点t=t3において作業環境画像Img1(t3)に重畳して画像出力装置221に出力させる。
The
遠隔操作機構211には、走行用操作装置と、旋回用操作装置と、ブーム用操作装置と、アーム用操作装置と、バケット用操作装置と、が含まれている。各操作装置は、回動操作を受ける操作レバーを有している。走行用操作装置の操作レバー(走行レバー)は、作業機械40の下部走行体41を動かすために操作される。走行レバーは、走行ペダルを兼ねていてもよい。例えば、走行レバーの基部または下端部に固定されている走行ペダルが設けられていてもよい。旋回用操作装置の操作レバー(旋回レバー)は、作業機械40の旋回機構43を構成する油圧式の旋回モータを動かすために操作される。ブーム用操作装置の操作レバー(ブームレバー)は、作業機械40のブームシリンダ442を動かすために操作される。アーム用操作装置の操作レバー(アームレバー)は作業機械40のアームシリンダ444を動かすために操作される。バケット用操作装置の操作レバー(バケットレバー)は作業機械40のバケットシリンダ446を動かすために操作される。遠隔操作機構211は、作業機械40に搭載されている実機操作機構411と同様の構成であるが、操作指令が入力されるタッチパネル方式またはボタン方式の操作機構など、実機操作機構411とは異なる構成の操作機構であってもよい。
The
遠隔操作機構211を構成する各操作レバーは、例えば、図2に示されているように、オペレータが着座するためのシートStの周囲に配置されている。シートStは、アームレスト付きのハイバックチェアのような形態であるが、ヘッドレストがないローバックチェアのような形態、または、背もたれがないチェアのような形態など、遠隔オペレータが着座できる任意の形態でもよい。
For example, as shown in FIG. 2, the operating levers constituting the
シートStの前方に左右のクローラに応じた左右一対の走行レバー2110が左右横並びに配置されている。一の操作レバーが複数の操作レバーを兼ねていてもよい。例えば、図3に示されているシートStの右側フレームの前方に設けられている右側操作レバー2111が、前後方向に操作された場合にブームレバーとして機能し、かつ、左右方向に操作された場合にバケットレバーとして機能してもよい。同様に、図2に示されているシートStの左側フレームの前方に設けられている左側操作レバー2112が、前後方向に操作された場合にアームレバーとして機能し、かつ、左右方向に操作された場合に旋回レバーとして機能してもよい。レバーパターンは、オペレータの操作指示によって任意に変更されてもよい。
A pair of left and
画像出力装置221は、例えば図2に示されているように、シートStの右斜め前方、前方および左斜め前方のそれぞれに配置された右斜め前方画像出力装置2211、前方画像出力装置2212および左斜め前方画像出力装置2213により構成されている。当該画像出力装置2211~2213は、スピーカ(音声出力装置)をさらに備えていてもよい。
For example, as shown in FIG. 2, the
(作業機械の構成)
作業機械40は、実機制御装置400と、実機入力インターフェース410と、実機出力インターフェース420と、作業アタッチメント44と、を備えている。実機制御装置400は、演算処理装置(シングルコアプロセッサまたはマルチコアプロセッサもしくはこれを構成するプロセッサコア)により構成され、メモリなどの記憶装置から必要なデータおよびソフトウェアを読み取り、当該データを対象として当該ソフトウェアにしたがった演算処理を実行する。
(Composition of working machine)
The
作業機械40は、例えばクローラショベル(建設機械)であり、図3に示されているように、クローラ式の下部走行体41と、下部走行体41に旋回機構43を介して旋回可能に搭載されている上部旋回体42と、を備えている。旋回機構43は作業機構の1つに該当する。上部旋回体42の前方左側部にはキャブ(運転室)424が設けられている。上部旋回体220の前方中央部には作業アタッチメント44が設けられている。
The
実機入力インターフェース410は、実機操作機構411と、実機撮像装置412と、状態センサ群414と、を備えている。実機操作機構411は、キャブ424の内部に配置されたシートの周囲に遠隔操作機構211と同様に配置された複数の操作レバーを備えている。遠隔操作レバーの操作態様に応じた信号を受信し、当該受信信号に基づいて実機操作レバーを動かす駆動機構またはロボットがキャブ424に設けられている。なお、実機操作レバーが動かされるのではなく、油圧回路を構成するバルブの開度等が制御されることにより、作業機械40の動作態様が制御されてもよい。実機撮像装置412は、例えばキャブ424の内部に設置され、キャブ424のフロントウィンドウ越しに作業アタッチメント44の少なくとも一部を含む環境を撮像する。状態センサ群414は、下部走行体41に対する上部旋回体42の相対姿勢角度、上部旋回体42に対するブーム441の相対姿勢角度、ブーム441に対するアーム443の相対姿勢角度、および、アーム443に対するバケット445の相対姿勢角度など、作業機構の動作態様または動作状態を表わす信号を出力する各種センサにより構成されている。
The real
実機出力インターフェース420は、実機無線通信機器422を備えている。
The real
作業機構の1つとしての作業アタッチメント44は、上部旋回体42に起伏可能に装着されているブーム441と、ブーム441の先端に回動可能に連結されているアーム443と、アーム443の先端に回動可能に連結されている作業部としてのバケット445と、を備えている。作業アタッチメント44には、伸縮可能な油圧シリンダにより構成されているブームシリンダ442、アームシリンダ444およびバケットシリンダ446が装着されている。
The
ブームシリンダ442は、作動油の供給を受けることにより伸縮してブーム441を起伏方向に回動させるように当該ブーム441と上部旋回体42との間に介在する。アームシリンダ444は、作動油の供給を受けることにより伸縮してアーム443をブーム441に対して水平軸回りに回動させるように当該アーム443と当該ブーム441との間に介在する。バケットシリンダ446は、作動油の供給を受けることにより伸縮してバケット445をアーム443に対して水平軸回りに回動させるように当該バケット445と当該アーム443との間に介在する。
The
(機能)
前記構成の遠隔操作システムの機能について図4に示されているフローチャートを用いて説明する。当該フローチャートにおいて「C●」というブロックは、記載の簡略のために用いられ、データの送信および/または受信を意味し、当該データの送信および/または受信を条件として分岐方向の処理が実行される条件分岐を意味している。
(function)
The functions of the remote control system configured as described above will be explained using the flowchart shown in FIG. In the flowchart, the block "C●" is used to simplify the description, and means the transmission and/or reception of data, and the processing in the branch direction is executed on the condition that the data is transmitted and/or received. It means conditional branching.
遠隔操作装置20において、オペレータにより遠隔入力インターフェース210を通じた指定操作の有無が判定される(図4/STEP200)。「指定操作」は、例えば、遠隔入力インターフェース210を構成するタッチパネルにおけるタップ、スワイプ、フリックまたはピンチアウト/インなどのタッチ操作である。当該判定結果が否定的である場合(図4/STEP200‥NO)、一連の処理が終了する。その一方、当該判定結果が肯定的である場合(図4/STEP200‥YES)、第1出力制御要素241により、遠隔無線通信機器222を通じて作業環境画像要求が送信される(図4/STEP202)。作業環境画像要求には、遠隔操作装置20の識別子およびオペレータの識別子のうち少なくとも一方が含まれている。
In the
作業機械40において、実機無線通信機器422を通じて作業環境画像要求が受信された場合(図4/C41)、実機制御装置400が実機撮像装置412を通じて撮像画像を取得する(図4/STEP402)。実機制御装置400により、実機無線通信機器422を通じて、当該撮像画像を表わす撮像画像データが遠隔操作装置10に対して送信される(図4/STEP404)。撮像画像は、作業現場または作業機械40の外部に設置されている撮像装置を通じて取得されてもよい。
In the
遠隔操作装置20において、遠隔無線通信機器222を通じて撮像画像データが受信された場合(図4/C20)、当該撮像画像データに応じた作業環境画像が画像出力装置221に出力される(図4/STEP204)。作業環境画像は、撮像画像そのものの全部または一部またはこれに基づいて生成された模擬的な作業環境画像である。これにより、例えば図7に示されているように、作業機構としての作業アタッチメント44の一部であるブーム441、アーム443およびバケット445が映り込んでいる作業環境画像Img1が画像出力装置221に時系列的に表示される。
When the
遠隔操作装置20において、遠隔制御要素240により遠隔操作機構211の操作態様が認識され(図4/STEP206)、かつ、遠隔無線通信機器222を通じて、当該操作態様に応じた遠隔操作指令信号が遠隔操作サーバ10に対して送信される(図4/STEP208)。
In the
作業機械40において、実機制御装置400により、実機無線通信機器422を通じて操作指令が受信された場合(図4/C42)、作業アタッチメント44等の動作が制御される(図4/STEP406)。例えば、バケット445により作業機械40の前方の土をすくい、上部旋回体410を旋回させたうえでバケット445から土を落とす作業が実行される。
In the
遠隔操作装置20において、遠隔制御要素240により認識された第1時点における遠隔操作機構211の操作態様に基づき、第2出力制御要素242により、作業アタッチメント44の作業部(バケット445)の第1時点t=t1またはこれよりも後の第2時点t=t2における空間占有態様が推定(または予測)され、作業部の空間占有態様を表わす標識画像Img2が生成される(図4/STEP210)。具体的には、操作機構211を構成する操作レバーの位置または傾斜角度に基づき、下部走行体41に対する上部旋回体42の相対姿勢角度、上部旋回体42に対するブーム441の相対姿勢角度、ブーム441に対するアーム443の相対姿勢角度、および、アーム443に対するバケット445の相対姿勢角度のそれぞれが実機動作態様として推定され、当該推定結果に基づいてバケット445(作業部)の実機座標系(作業機械40に対して位置および姿勢が固定されている座標系)における空間占有態様が推定される。そして、実機座標系における実機撮像装置412の位置および姿勢に応じた座標変換行列(回転行列または回転行列および並進行列の組み合わせ)にしたがって、実機座標系における作業部の空間占有態様を表わす座標値が、作業環境画像座標系における作業部の推定空間占有態様またはバケット445が存在する画像領域の推定延在態様を表わす座標値に座標変換される。
In the
バケット445に加えてまたは代えて、アーム443およびブーム441のうち少なくとも一方などの空間占有態様が作業部の空間占有態様として認識されてもよい。
In addition to or in place of the
第2時点t=t2における作業部の空間占有態様の推定に際して、第1通信遅れ時間TTD1、第1応答遅れ時間TRD1、第2通信遅れ時間TTD2および第2応答遅れ時間TRD2のうち一部または全部が勘案される。「第1通信遅れ時間TTD1」は、遠隔操作機構211の操作態様に応じた指令信号が、遠隔無線通信機器222から送信されてから実機無線通信機器422により受信されるまでの通信遅れ時間である。「第1応答遅れ時間TRD1」は、実機無線通信機器422により指令信号が受信されてから、当該指令信号に応じて実機制御装置400により作業機械40の動作が制御される(指令信号が作業機械40の動作に反映される)までの応答遅れ時間である。「第2通信遅れ時間TTD2」は、撮像画像データ(環境画像データ)が、実機無線通信機器422から送信されてから、遠隔無線通信機器222により受信されるまでの通信遅れ時間である。「第2応答遅れ時間TRD2」は、遠隔無線通信機器222により環境画像データが受信されてから、当該環境画像データに応じて画像出力装置221に環境画像が出力されるまでの応答遅れ時間である。
When estimating the space occupation mode of the work unit at the second time point t=t2, some or all of the first communication delay time TTD1, the first response delay time TRD1, the second communication delay time TTD2, and the second response delay time TRD2 are determined. will be taken into consideration. “First communication delay time TTD1” is a communication delay time from when a command signal corresponding to the operation mode of the
オペレータが遠隔操作機構211を操作している状況で、ある時点t=tにおいて画像出力装置221に映し出されている作業部の位置姿勢は、第2遅れ時間(第2通信遅れ時間TTD2および第2応答遅れ時間TRD2の合計時間)だけ前の時点t=t-(TTD2+TRD2)における作業部の実空間位置姿勢を表わしている。当該前の時点t=t-(TTD2+TRD2)における作業部の実空間位置姿勢は、第1遅れ時間(第1通信遅れ時間TTD1および第1応答遅れ時間TRD1の合計時間)だけさらに前の時点t=t-(TTD2+TRD2)-(TTD1+TRD1)における遠隔操作機構211の操作態様に対応している。このため、第1時点t=t1における遠隔操作機構211の操作態様に基づき、当該第1時点よりもTTD1+TRD1+TTD2+TRD2だけ後の時点である第2時点t=t2における作業部の空間占有態様が推定または予測される。
In a situation where the operator is operating the
ただし、遅れ時間が無視できるほどに小さい場合、当該遅れ時間は勘案されずに第2時点t=t2における作業部の空間占有態様が推定または予測されてもよい。例えば、通信速度のさらなる高速化によって第1通信遅れ時間TTD1および第2通信遅れ時間TTD2が無視できるほどに小さい場合、第1時点t=t1よりもTRD1またはTRD1+TRD2だけ後の時点である第2時点t=t2における作業部の空間占有態様が推定または予測されてもよい。また、第1応答遅れ時間TRD1および第2応答遅れ時間TRD2が無視できるほどに小さい場合、第1時点t=t1と同一またはこれよりも後のほぼ同一の時点である第2時点t=t2における作業部の空間占有態様が推定または予測されてもよい。 However, if the delay time is negligibly small, the space occupation mode of the work unit at the second time point t=t2 may be estimated or predicted without taking the delay time into consideration. For example, if the first communication delay time TTD1 and the second communication delay time TTD2 are negligibly small due to further increase in communication speed, the second time point is a time point that is after the first time point t=t1 by TRD1 or TRD1+TRD2. The space occupation mode of the working part at t=t2 may be estimated or predicted. In addition, if the first response delay time TRD1 and the second response delay time TRD2 are so small that they can be ignored, at the second time point t=t2, which is the same as the first time point t=t1 or almost the same time later than this, The space occupation aspect of the work station may be estimated or predicted.
標識画像Img2は、例えば半透明の画像である。作業環境画像Img1(t)においてエッジ点群が検出され、エッジ点群により囲まれる画像領域の形状パターンマッチングによって、作業部(バケット445)に相当する画像領域が認識され、当該画像領域にサイズおよび形状が合わせられて標識画像Img2が生成される。標識画像Img2は、半透明の画像のほか、当該画像領域の輪郭を表わす線画または当該画像領域の輪郭線上の一点を先端とする矢印状の画像など、作業環境画像Img1におけるバケット445の視認性を損なうことなく、当該バケット445の空間占有態様または位置姿勢を表わすさまざまな形状、サイズおよび色彩の組み合わせを有する画像であってもよい。
The marker image Img2 is, for example, a semi-transparent image. An edge point group is detected in the work environment image Img1(t), and by shape pattern matching of the image area surrounded by the edge point group, an image area corresponding to the work part (bucket 445) is recognized, and the size and size are added to the image area. The shapes are matched and a marker image Img2 is generated. In addition to a semi-transparent image, the marker image Img2 includes a line drawing representing the outline of the image area or an arrow-shaped image whose tip is a point on the outline of the image area, etc., to improve the visibility of the
そして、第2出力制御要素242により、第2時点t=t2における標識画像Img2が、第3時点t=t3において作業環境画像Img1に重畳されて画像出力装置221に出力される(図4/STEP212)。
Then, the second
第3時点t=t3は、第2時点t=t2と同一の時点であってもよい。第3時点t=t3は、第1時点t=t1および第2時点t=t2の中間時点t=t1+(1-α)t2(0<α<1)であってもよい。第3時点t=t3は、第1時点t=t1よりも第1通信遅れ時間TTD1、第1応答遅れ時間TRD1、第2通信遅れ時間TTD2および第2応答遅れ時間TRD2のうち一部の合計時間だけ後の時点であってもよい。例えば、第3時点t=t3は、第1時点t=t1よりも、第1通信遅れ時間TTD1および第1応答遅れ時間TRD1の重み付き和β1・TTD1+β2・TRD1(0≦β1≦1、0≦β2≦1。ただし、β1=β2=0である場合は除く。)だけ後の時点t=t1+β1・TTD1+β2・TRD1であってもよい。β1=0、β2=1である場合、第3時点t=t3は、第1時点t=t1よりも第1応答遅れ時間TRD1だけ後の時点t=t1+TRD1である。 The third time point t=t3 may be the same time point as the second time point t=t2. The third time t=t3 may be an intermediate time t=t1+(1−α)t2 (0<α<1) between the first time t=t1 and the second time t=t2. The third time point t=t3 is the total time of a part of the first communication delay time TTD1, first response delay time TRD1, second communication delay time TTD2, and second response delay time TRD2 than the first time point t=t1. It may be at a later point in time. For example, at the third time point t=t3, the weighted sum β1・TTD1+β2・TRD1 (0≦β1≦1, 0≦ β2≦1 (excluding the case where β1=β2=0) may be a later time point t=t1+β1·TTD1+β2·TRD1. When β1=0 and β2=1, the third time point t=t3 is a time point t=t1+TRD1 which is after the first time point t=t1 by the first response delay time TRD1.
図5には、画像出力装置221により出力される作業環境画像Img1の座標系における、作業部(バケット445)の位置姿勢(位置および姿勢のうち一方または両方)の座標値の変化態様が概念的に示されている。図5における破線は、受信された撮像画像データ(図4/C20参照)に応じて定まる作業部の位置姿勢の座標値の変化態様を表わしている。図5における実線は、遠隔操作機構211の操作態様に応じて予測される作業部の位置姿勢の座標値の変化態様を表わしている。
FIG. 5 conceptually shows how the coordinate values of the position and orientation (one or both of the position and orientation) of the work unit (bucket 445) change in the coordinate system of the work environment image Img1 output by the
ここでは、時点t=t0において遠隔操作機構211の操作が開始され、時点t=tnにおいて遠隔操作機構211の操作が停止されるまでの期間について考察される。作業環境画像系(u,v)における作業部の位置は2次元ベクトルにより表わされ、作業部の姿勢は後端部(アーム443への取り付け箇所)から先端部に向かう2次元ベクトルにより表わされる。
Here, a period from when the operation of the
図5に実線で示されているように、任意の第2時点における作業部の位置姿勢座標値が、当該第2時点よりも前の第1時点における遠隔操作機構211の操作態様に応じて実線で示されているように予測されている。
As shown by the solid line in FIG. 5, the position and orientation coordinate values of the working part at any second time point are determined by the solid line according to the operation mode of the
図5に破線で示されているように、期間t=t11~t12および期間t=t21~t22以外の期間においては、撮像画像データに応じて定まる作業部の位置姿勢座標値と、遠隔操作機構211の操作態様に応じて予測された作業部の位置姿勢座標値と、がほぼ一致している。この場合、例えば、図8に示されているように、バケット445を表わす画像領域にほぼ重なるように、当該バケット445を模した半透明の標識画像Img2(τ1)が作業環境画像Img(τ1)に重畳されて画像出力装置221に出力される。
As shown by the broken line in FIG. 5, in periods other than the period t=t11 to t12 and the period t=t21 to t22, the position and orientation coordinate values of the working part determined according to the captured image data and the remote control mechanism The position and orientation coordinate values of the working part predicted according to the operation mode of 211 are almost the same. In this case, for example, as shown in FIG. 8, a translucent sign image Img2(τ1) imitating the
その一方、期間t=t11~t12および期間t=t21~t22のそれぞれの前後において、遠隔操作装置20と作業機械40との通信障害等の原因により、作業環境画像における撮像画像データに応じた作業部の位置姿勢座標値が不連続的に変化しており、遠隔操作機構211の操作態様に応じて予測された作業部の位置姿勢座標値から乖離している。この場合、例えば、図9に示されているように、バケット445を表わす画像領域からずれているものの、本来的に存在すると予測される位置に、当該バケット445を模した半透明の標識画像Img2(τ2)が作業環境画像Img(τ2)に重畳されて画像出力装置221に出力される。期間t=t11~t12および期間t=t21~t22のそれぞれの初期において、第1時点が当該期間から外れているが、その後、第1時点が当該期間に含まれるように第1時点および第2時点の時間間隔が設定されてもよい。
On the other hand, before and after the period t=t11 to t12 and the period t=t21 to t22, due to a communication failure between the
(効果)
当該構成の遠隔操作システムによれば、遠隔操作装置20において標識画像Img2が生成されたうえで、作業環境画像Img1に重畳されて画像出力装置221に出力される(図4/STEP210→STEP212、図8および図9参照)。このため、線画等の標識画像Img2の伝送に障害が生じる場合がない。
(effect)
According to the remote control system with this configuration, the sign image Img2 is generated in the
撮像画像データの伝送遅れにより、遠隔操作装置20と作業機械40との通信障害等の原因により、作業環境画像における撮像画像データに応じた作業部の位置姿勢座標値が不連続的に変化しており、遠隔操作機構211の操作態様に応じて予測された作業部の位置姿勢座標値から乖離する場合がある。この場合、バケット445を表わす画像領域からずれた位置に、本来的に存在すると予測される位置に当該バケット445を模した半透明の標識画像Img2(τ2)が作業環境画像Img(τ2)に重畳されて画像出力装置221に出力される(図9参照)。
Due to a transmission delay in the captured image data, the position and orientation coordinate values of the working part according to the captured image data in the work environment image may change discontinuously due to communication failure between the
よって、実空間におけるバケット445(作業部)の位置に対する、作業環境画像Img1における当該バケット445の標識画像Img2の位置の乖離の低減または解消が図られる。
Therefore, it is possible to reduce or eliminate the discrepancy between the position of the bucket 445 (work unit) in the real space and the position of the marker image Img2 of the
(本発明の他の実施形態)
遠隔制御要素240が、作業機械40に搭載されている状態センサ414を通じて検知され、実機無線通信機器422から送信され、遠隔無線通信機器222により受信された作業機構(旋回機構43および作業アタッチメント44)の動作態様を認識し、第2出力制御要素242が、遠隔制御要素240により認識された第1時点における遠隔操作機構211の操作態様と、作業機構の動作態様との偏差に基づいて第2時点における作業部(バケット445)の空間占有態様を予測してもよい。
(Other embodiments of the present invention)
The
図6には、図5と同様に、画像出力装置221により出力される作業環境画像Img1の座標系における、作業部(バケット445)の位置姿勢の座標値の変化態様が概念的に示されている。図6における破線は、受信された撮像画像データ(図4/C20参照)に応じて定まる作業部の位置姿勢の座標値の変化態様を表わしている。
Similar to FIG. 5, FIG. 6 conceptually shows how the coordinate values of the position and orientation of the work unit (bucket 445) change in the coordinate system of the work environment image Img1 output by the
遠隔操作機構211(例えば旋回用レバー)が操作され、当該操作に応じて作業機構(例えば旋回機構43)が動作するまでに応答遅れが生じる場合がある。この場合、例えば、図6に一点鎖線で示されている遠隔操作機構211の操作態様に応じて予測される作業部の位置姿勢の座標値が、図6に二点鎖線で示されている作業機構40の動作態様に応じて推定される作業部の位置姿勢の座標値よりも先に変化が生じる。
When the remote control mechanism 211 (for example, the turning lever) is operated, a response delay may occur until the working mechanism (for example, the turning mechanism 43) operates in response to the operation. In this case, for example, the coordinate values of the position and orientation of the work unit predicted according to the operation mode of the
そこで、例えば、この応答遅れ(遠隔操作機構211の操作態様および作業機構40の動作態様の偏差)に応じて、第1時点t=t1と第2時点t=t2との時間間隔Δt=t2-t1が設定される。これにより、図6において破線で示されている撮像画像データに応じて定まる作業部の位置姿勢の座標値の変化態様に対して、座標値が不連続に変化する期間を除いて、ほぼ一致している図6に実線で示されているような作業部の位置姿勢の座標値の変化態様が予測される。よって、当該応答遅れによる影響を低減して、実空間におけるバケット445(作業部)の位置に対する、作業環境画像Img1における当該バケット445の標識画像Img2の位置の乖離のさらなる低減または解消が図られる。
Therefore, for example, depending on this response delay (deviation between the operation mode of the
第2出力制御要素242が、遠隔制御要素240により遠隔操作機構211の操作態様として第1指定操作(例えば旋回用レバーを通じた旋回操作)の停止が認識された場合、停止があったのと同時にまたは一定時間(例えば応答遅れ時間)後に画像出力装置221における標識画像Img2の出力を停止してもよい。これにより、第1指定操作が停止されたにもかかわらず、当該第1指定操作に応じて変位する指標画像Img2の残存によって画像出力装置221に出力されている作業環境画像Img1における作業部の視認性の低下が回避される。
When the
第2出力制御要素242が、遠隔制御要素240により遠隔操作機構211の操作態様として第2指定操作の開始が認識された場合、画像出力装置221に標識画像Img2を時限的に出力させてもよい。これにより、第2指定操作が開始されてから一定期間にわたり、当該第2指定操作に応じて変位する指標画像Img2が作業環境画像Img1に重畳されて画像出力装置221に出力される。第2指定操作は、第1指定操作と同じ種類の操作であってもよく、異なる種類の操作であってもよい。オペレータにとって必要な情報は遠隔操作機構211の操作入力に対して作業機械40が反応しているかどうかがわかることである。そのため、操作開始から一定期間だけ標識画像Img2が画像出力装置221に出力されることにより、当該一定期間の周期である第2時点t=t2よりも前の第1時点t=t1以降において、バケット445の空間占有態様の予測演算負荷を省略しながらオペレータによる遠隔操作効率の向上を図ることができる。
When the
10‥遠隔操作サーバ、20‥遠隔操作装置、24‥遠隔制御装置、40‥作業機械、210‥遠隔入力インターフェース、211‥遠隔操作機構、220‥遠隔出力インターフェース、221‥画像出力装置、222‥遠隔無線通信機器、240・遠隔制御要素、241‥第1出力制御要素、242‥第2出力制御要素、410‥実機入力インターフェース、412‥実機撮像装置、414‥状態センサ群、420‥実機出力インターフェース、440‥作業アタッチメント(作業機構)、445‥バケット(作業部)、Img1‥作業環境画像、Img2‥標識画像。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記作業機械に搭載されている実機無線通信機器との通信機能を有している遠隔無線通信機器と、
遠隔画像出力装置と、
遠隔操作機構と、
オペレータによる前記遠隔操作機構の操作態様を認識し、当該操作態様に応じた指令信号を前記遠隔無線通信機器に前記実機無線通信機器に対して送信させる遠隔制御要素と、
前記作業機械に搭載されている撮像装置を通じて取得され、前記実機無線通信機器から送信され、前記遠隔無線通信機器により受信された前記作業機構の作業部を含む作業環境画像を前記遠隔画像出力装置に出力させる第1出力制御要素と、
前記遠隔制御要素により認識された第1時点における前記遠隔操作機構の操作態様に基づいて当該第1時点よりも後の第2時点における前記作業部の空間占有態様を推定し、当該推定された前記第2時点における前記作業部の空間占有態様を前記作業部の視認性を損なわずに表わす標識画像を、前記第1時点から前記第2時点までの期間に含まれる第3時点において前記作業環境画像に重畳して前記遠隔画像出力装置に出力させる第2出力制御要素と、を備えている
ことを特徴とする遠隔操作装置。 A remote control device for remotely controlling a working machine having a working mechanism,
a remote wireless communication device having a communication function with an actual wireless communication device installed in the work machine;
a remote image output device;
a remote control mechanism;
a remote control element that recognizes an operation mode of the remote control mechanism by an operator and causes the remote wireless communication device to transmit a command signal according to the operation mode to the actual wireless communication device;
A working environment image including a working part of the working mechanism, which is acquired through an imaging device mounted on the working machine, transmitted from the actual wireless communication device, and received by the remote wireless communication device, is sent to the remote image output device. a first output control element to output;
estimating the space occupation mode of the working section at a second time point after the first time point based on the operation mode of the remote control mechanism at the first time point recognized by the remote control element; A sign image representing the space occupation mode of the working area at a second time point without impairing the visibility of the working area is added to the working environment image at a third time point included in the period from the first time point to the second time point. a second output control element superimposed on the image output device and outputting the image to the remote image output device.
前記第2出力制御要素が、前記第1時点と前記第2時点との中間時点である前記第3時点において前記標識画像を前記作業環境画像に重畳して前記遠隔画像出力装置に出力させる
ことを特徴とする遠隔操作装置。 The remote control device according to claim 1,
The second output control element causes the remote image output device to output the sign image superimposed on the work environment image at the third time point that is an intermediate time point between the first time point and the second time point. Features a remote control device.
前記第2出力制御要素が、
前記遠隔操作機構の操作態様に応じた指令信号が、前記遠隔無線通信機器から送信されてから、前記実機無線通信機器により受信されるまでの通信遅れ時間である第1通信遅れ時間、および、前記指令信号が前記実機無線通信機器により受信されてから、当該指令信号に応じて前記作業機械の動作が制御されるまでの応答遅れ時間である第1応答遅れ時間のうち少なくとも一方である第1遅れ時間と、
前記作業環境画像が、前記実機無線通信機器から送信され、前記遠隔無線通信機器により受信されるまでの通信遅れ時間である第2通信遅れ時間、および、前記作業環境画像が、前記遠隔無線通信機器により受信されてから、前記遠隔画像出力装置に出力されるまでの応答遅れ時間である第2応答遅れ時間のうち少なくとも一方である第2遅れ時間と、
の合計である合計遅れ時間だけ前記第1時点よりも後の時点を前記第2時点として前記作業部の空間占有態様を推定し、
前記第1時点よりも前記第1遅れ時間だけ後の時点である前記第3時点において前記標識画像を前記作業環境画像に重畳して前記遠隔画像出力装置に出力させる
ことを特徴とする遠隔操作装置。 The remote control device according to claim 2,
The second output control element is
a first communication delay time that is a communication delay time from when a command signal corresponding to the operation mode of the remote control mechanism is transmitted from the remote wireless communication device until it is received by the actual wireless communication device; A first delay that is at least one of a first response delay time that is a response delay time from when a command signal is received by the actual wireless communication device until the operation of the work machine is controlled according to the command signal. time and
a second communication delay time that is a communication delay time from when the working environment image is transmitted from the actual wireless communication device to when it is received by the remote wireless communication device; a second delay time that is at least one of the second response delay times that are the response delay time from when the image is received by the remote image output device until the image is output to the remote image output device;
estimating the space occupancy mode of the work unit by setting a time point later than the first time point as the second time point by a total delay time that is the sum of;
The remote control device is characterized in that the sign image is superimposed on the work environment image and outputted to the remote image output device at the third time point that is after the first time point by the first delay time. .
前記第2出力制御要素が、前記第1遅れ時間としての前記第1応答遅れ時間だけ前記第1時点よりも後の時点である前記第3時点において前記標識画像を前記作業環境画像に重畳して前記遠隔画像出力装置に出力させる
ことを特徴とする遠隔操作装置。 The remote control device according to claim 3,
The second output control element superimposes the sign image on the work environment image at the third time point that is after the first time point by the first response delay time as the first delay time. A remote control device configured to output to the remote image output device.
前記第2出力制御要素が、前記第2時点と同一の時点である前記第3時点において前記標識画像を前記作業環境画像に重畳して前記遠隔画像出力装置に出力させる
ことを特徴とする遠隔操作装置。 The remote control device according to claim 1,
The remote control is characterized in that the second output control element causes the remote image output device to output the sign image superimposed on the work environment image at the third time point, which is the same time point as the second time point. Device.
前記第2出力制御要素が、
前記遠隔操作機構の操作態様に応じた指令信号が、前記遠隔無線通信機器から送信されてから、前記実機無線通信機器により受信されるまでの通信遅れ時間である第1通信遅れ時間、および、前記指令信号が前記実機無線通信機器により受信されてから、当該指令信号に応じて前記作業機械の動作が制御されるまでの応答遅れ時間である第1応答遅れ時間のうち少なくとも一方である第1遅れ時間と、
前記作業環境画像が、前記実機無線通信機器から送信され、前記遠隔無線通信機器により受信されるまでの通信遅れ時間である第2通信遅れ時間、および、前記作業環境画像が、前記遠隔無線通信機器により受信されてから、前記遠隔画像出力装置に出力されるまでの応答遅れ時間である第2応答遅れ時間のうち少なくとも一方である第2遅れ時間と、
の合計である合計遅れ時間だけ前記第1時点よりも後の時点を前記第2時点として前記作業部の空間占有態様を推定する
ことを特徴とする遠隔操作装置。 The remote control device according to claim 5,
The second output control element is
a first communication delay time that is a communication delay time from when a command signal corresponding to the operation mode of the remote control mechanism is transmitted from the remote wireless communication device until it is received by the actual wireless communication device; A first delay that is at least one of a first response delay time that is a response delay time from when a command signal is received by the actual wireless communication device until the operation of the work machine is controlled according to the command signal. time and
a second communication delay time that is a communication delay time from when the working environment image is transmitted from the actual wireless communication device to when it is received by the remote wireless communication device; a second delay time that is at least one of the second response delay times that are the response delay time from when the image is received by the remote image output device until the image is output to the remote image output device;
The remote control device is characterized in that the space occupation mode of the working unit is estimated by setting a time point later than the first time point by a total delay time that is the sum of the above as the second time point.
前記遠隔制御要素が、前記作業機械に搭載されている状態センサを通じて検知され、前記実機無線通信機器から送信され、前記遠隔無線通信機器により受信された前記作業機構の動作態様を認識し、
前記第2出力制御要素が、前記遠隔制御要素により認識された前記第1時点における前記遠隔操作機構の操作態様と前記作業機構の動作態様との偏差に基づいて前記第2時点における前記作業部の空間占有態様を推定することを特徴とする遠隔操作装置。 The remote control device according to any one of claims 1 to 6,
the remote control element recognizes an operating mode of the working mechanism that is detected through a state sensor mounted on the working machine, transmitted from the actual wireless communication device, and received by the remote wireless communication device;
The second output control element controls the operation of the working unit at the second time point based on the deviation between the operation mode of the remote control mechanism at the first time point and the operation mode of the working mechanism, which is recognized by the remote control element. A remote control device characterized by estimating a space occupation mode.
前記第2出力制御要素が、前記遠隔制御要素により前記遠隔操作機構の操作態様として第1指定操作の停止が認識された場合、前記遠隔画像出力装置における前記標識画像の出力を停止することを特徴とする遠隔操作装置。 The remote control device according to any one of claims 1 to 7,
The second output control element is characterized in that when the remote control element recognizes that the first designated operation is stopped as the operation mode of the remote control mechanism, the second output control element stops outputting the marker image on the remote image output device. remote control device.
前記第2出力制御要素が、前記遠隔制御要素により前記遠隔操作機構の操作態様として第2指定操作の開始が認識された場合、前記遠隔画像出力装置に前記標識画像を時限的に出力させることを特徴とする遠隔操作装置。 The remote control device according to any one of claims 1 to 8,
The second output control element causes the remote image output device to output the marker image in a time-limited manner when the remote control element recognizes that the start of the second designated operation is an operation mode of the remote operation mechanism. Features a remote control device.
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