JP7149447B1

JP7149447B1 - 建設機械

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Publication number: JP7149447B1
Application number: JP2022520933A
Authority: JP
Inventors: 政一関口; 秀敏森本; 博志小幡; 司馬場
Original assignee: JDC Corp
Current assignee: JDC Corp
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2021-09-27
Publication date: 2022-10-06
Anticipated expiration: 2041-09-27
Also published as: US20230417016A1; JP2024050858A; JP7436593B2; WO2022137688A1; JP2022180565A; JPWO2022137688A1

Abstract

温室効果ガスの排出を少なくするため、建設機械は、旋回部の旋回により旋回可能な本体部と、前記本体部の一端側に接続された作業装置と、前記本体部の他端側の内部に設けられ、水素を貯蔵する水素タンクと、前記本体部の内部に設けられ、前記水素タンクからの前記水素が供給される燃料電池と、を備えている。

Description

本発明は、掘削積込作業を行う油圧ショベル等の建設機械に係り、特に温室効果ガスの排出の少ない建設機械に関する。

従来より、温室効果ガスの排出の少ない車両の開発が行われており、建設機械のバックホウにも燃料電池を適用することが特許文献１に開示されている。また、最近では、建設機械の自動運転も特許文献２などで提案されてきている。

特開２０１０－１７３６３９号公報特開２０１９－６５６６１号公報

しかしながら、特許文献１は、燃料電池については詳細な開示があるものの、建設機械にどのように燃料電池を搭載するかの開示は無かった。このため、温室効果ガスの排出の少ない建設機械は実現されていなかった。
また、特許文献２は、自動運転においても運転席を備えているため、建設機械のレイアウトに制限があった。

そこで、本第１発明は、温室効果ガスの排出の少ない建設機械を提供することを目的とする。
また、本第２発明は、レイアウトの自由度の高い建設機械を提供することを目的とする。

本第１発明に係る建設機械は、第１旋回部の旋回により旋回可能な本体部と、前記本体部の一端側に接続された第１作業装置と、前記本体部の他端側に接続された第２作業装置と、前記第１旋回部とは異なる第２旋回部により旋回可能な収容部と、を備え、前記収容部は前記本体部より上方に配置され、水素を貯蔵する水素タンクと前記水素タンクから供給される前記水素により発電を行う燃料電池とを収容し、前記本体部には、前記第１作業装置と前記第２作業装置とを駆動する油圧装置が配置される。

本第１発明によれば、燃料電池により建設機械を駆動するので、温室効果ガスの排出の少ない建設機械を実現することができる。
本第２発明によれば、第１旋回部により旋回可能な本体部と、第２旋回部により旋回可能な収容部とを有しているのでレイアウトの自由度の高い建設機械を提供することができる。

本第１実施形態を表す建設機械の概要図であり、図１（ａ）は上面図であり、図１（ｂ）は正面図である。図１（ｂ）のＡ－Ａ矢視図である。本第１実施形態の主要部のブロック図である。本第２実施形態を表す建設機械の概要図であり、図４（ａ）は上面図であり、図４（ｂ）は正面図である。本第２実施形態を表す建設機械の部分断面図である。本第２実施形態の主要部のブロック図である。本実施形態の重機制御装置により実行されるフローチャートである。掘削動作を示す図であり、図８（ａ）は作業装置がイニシャルポジションにあるときを示す図であり、図８（ｂ）は掘削時の様子を示す図であり、図８（ｃ）は掘削終了時の様子を示す図であり、図８（ｄ）は旋回後の様子を示す図である。図８の掘削動作に続く動作を示す図であり、図９（ａ）は積込みの様子を示す図であり、図９（ｂ）は作業装置がイニシャルポジションにあるときを示す図であり、図９（ｃ）は上部本体装置を旋回させた後の様子を示す図であり、図９（ｄ）は掘削時の様子を示す図である。本第３実施形態を表す建設機械の概要図であり、点線で囲まれた部分を部分断面図として示している。本第４実施形態を表す建設機械の概要図であり、点線で囲まれた部分を部分断面図として示している。本第４実施形態の主要部のブロック図である。

以下に、本発明の第１実施形態の建設機械を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態により、本発明が限定されるものではない。本実施形態では建設機械として油圧ショベル１を例に説明を続ける。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態を表す油圧ショベル１を示す概要図であり、図１（ａ）は上面図であり、図１（ｂ）は正面図である。また、図２は図１（ｂ）のＡ－Ａ矢視図である。
以下、図１、図２を用いて油圧ショベル１の構成を説明する。図１から明らかなように、本実施形態の油圧ショベル１は、運転席が無い自動運転タイプのものであり、無人航空機であるＵＡＶ（Unmanned Aerial Vehicle、以下ドローン１００という）を有している。なお、油圧ショベル１は、建設現場での走行を自動運転とし、公道ではトレーラに載置して運搬するようにしてもよい。また、油圧ショベル１の操作は、自動操作でもよく、掘削場所から離れた遠隔地での遠隔操作でもよい。

本実施形態の油圧ショベル１は、燃料電池システム１０と、走行装置２０と、旋回装置３０と、本体装置４０と、作業装置６０と、を有している。また、油圧ショベル１は、本体装置４０の上面に設けられた離着陸部に離着可能なドローン１００を有している。なお、図１では１機のドローン１００を示しているがドローン１００は複数機でもよい。また、ドローン１００は電力により飛行するタイプでもよく、水素を用いた燃料電池により飛行するタイプでもよい。

燃料電池システム１０は、燃料電池１１と、水素タンク１２と、蓄電池１３とを有している。燃料電池１１は水素と酸素を電気化学反応させて電気を作る発電装置である。水素タンク１２は、数十ＭＰａに圧縮された水素を蓄えるものであり、不図示の水素供給流路を介して燃料電池１１に水素を供給するものである。本実施形態では図２に示すように３４個（本）の水素タンク１２を用いているがその数は、油圧ショベル１のサイズひいては本体装置４０の大きさに応じて任意に設定することができる。また、図１（ｂ）では水素タンク１２を立てて配置しているが、水素タンクを横向きにして配置するようにしてもよい。また、詳細は後述するものの、本実施形態では水素タンク１２を油圧ショベル１の偏荷重補正を行うためのカウンタマスとして用いている。

蓄電池１３は、２次電池であり、燃料電池１１が発電した電力を蓄電するものである。蓄電池１３は、蓄えた電力により燃料電池１１を駆動するための補助電源として用いることもでき、油圧ショベル１を構成する各種モータや、走行装置２０や、旋回装置３０などにも電力を供給するものである。

走行装置２０は、遊動輪２１と駆動輪２２とを巻装した一対の履帯２３と、駆動輪２２を駆動する走行モータ２４（図３参照）とを有し、駆動輪２２により一対の履帯２３が駆動することにより油圧ショベル１を走行させている。なお、走行モータ２４は、駆動輪２２または駆動輪２２のハブと同軸に繋がるように設けられたインホイールモータが採用されている。

旋回装置３０は、走行装置２０と本体装置４０とに配設されている。旋回装置３０は、不図示のベアリングと、旋回モータ３１とを備え、本体装置４０と作業装置６０とを旋回するものである。なお、旋回装置３０による本体装置４０と作業装置６０との旋回は、後述の油圧装置４３を用いて行うようにしてもよい。

本体装置４０は、上面がフラットな形状をしており、側面にスイング部４１およびスイングシリンダ４２を介して作業装置６０が接続されている。本体装置４０の内部には、前述の燃料電池１１と、水素タンク１２と、蓄電池１３とに加えて、油圧装置４３と姿勢検出計４４とが設けられている。また、本体装置４０の上面は、ドローン１００の離着陸部となっているとともに、２次元コード部４５と、太陽光パネル４６とが設けられている。

スイング部４１は、本体装置４０に接続された部分と、ブーム５３に接続された部分とがＺ軸回りに回転可能なように軸支されている。スイングシリンダ４２は一端が本体装置４０に接続され、他端がスイング部４１に接続された油圧シリンダであり、油圧装置４３により伸縮動作がなされるものである。
スイングシリンダ４２の伸縮により、作業装置６０は、図１（ａ）の時計回り方向または反時計回り方向に駆動される。

油圧装置４３は、油圧制御弁などを有しており、図３に示してあるように蓄電池１３からの電力が供給されて、スイングシリンダ４２と、ブームシリンダ５４と、アームシリンダ５６と、バケットシリンダ５９との駆動を行うものである。
姿勢検出計４４は、本体装置４０の内部に取り付けられ、本体装置４０の姿勢を検出するセンサである。姿勢検出計４４としては、傾斜計や水準器などを用いることができる。

２次元コード部４５は、本実施形態ではＱＲコード（登録商標、以下同じ）を採用している。本実施形態のＱＲコードの情報は、ドローン１００の離着陸部であることである。なお、ＱＲコードの情報として、離着陸部が電力供給タイプ、水素供給タイプ、電力および水素が供給可能なタイプといったドローン１００へ供給するエネルギを示すものを含んでいてもよい。ＱＲコードは、破損や汚れにも強く、誤り訂正機能を有しているので土木現場にて用いて好適なコードである。２次元コード部４５は、ドローン１００が離着陸部に着陸する際に、後述の撮像装置１０２により１つのＱＲコードを読み取って着陸位置を認識させるものである。

なお、ＱＲコードの大きさは、ドローン１００の大きさよりも小さくなっており、ＱＲコード上に１機のドローン１００が着陸している場合には、このＱＲコードは他のドローン１００からは撮像できない状態となっている。また、複数の２次元コード部４５の間隔は、複数のドローン１００が離着陸部に着陸している際に、ドローン１００同士が干渉しないような間隔となっている。なお、２次元コード部４５に代えて視認マークを採用するようにしてもよい。この場合、視認マークの形状は、円形状でも、矩形状でも楕円形状でも三角形状でもよく、二重マークでも一重マークでもよい。

太陽光パネル４６は発電装置であり、太陽光パネル４６が発電した電力を蓄電池１３に蓄えるようにしてもよい。また、太陽光パネル４６が発電した電力により燃料電池１１を駆動するための補助電源としてもよい。なお、太陽光パネル４６が太陽光を受光しやすくなるように、本体装置４０の上面に傾斜機構を設けてもよい。

また、本実施形態において、本体装置４０は、全地球型測位システムである第１ＧＮＳＳ４７（Global Navigation Satellite System）と、第１通信装置４８と、第１メモリ４９と、油圧ショベル１全体を制御する重機制御装置５０と、を有している。第１ＧＮＳＳ４７は、人工衛星を利用して油圧ショベル１の位置を測位するものである。

第１通信装置４８は、後述の第２通信装置１０６やインターネット等の広域ネットワークにアクセスする無線通信ユニットである。本実施形態において、第１通信装置４８は、第１ＧＮＳＳ４７が検出した油圧ショベル１の位置に基づいて、複数のドローン１００の飛行経路を第２通信装置１０６へ通信する。

第１メモリ４９は、不揮発性のメモリ（例えばフラッシュメモリ）であり、油圧ショベル１を駆動するための各種データやプログラム、油圧ショベル１を自動運転するための各種データやプログラムが記憶されている。また、第１メモリ４９は、複数のドローン１００の飛行経路に関するデータを記憶している。

重機制御装置５０は、ＣＰＵを備えており、油圧ショベル１全体を制御する制御装置であり、一例を挙げると作業装置６０の掘削動作や、旋回動作や、ドローン１００の飛行動作の制御を行っている。また、本体装置４０の上面には、ドローン１００側の後述の受電装置１０３に電力を供給する送電装置５１が設けられている。

送電装置５１は、本実施形態においてはワイヤレス給電を採用している。ワイヤレス給電は、非接触で電力を受電装置１０３に供給するものであり、磁界共鳴方式や電磁誘導方式などが知られている。本実施形態の送電装置５１は、電源や、制御回路や、送電コイルを備えている。この送電コイルは離着陸部に設けることが好ましい。
なお、ワイヤレス給電に代えて接触式の給電方式としてもよい。この場合、送電装置５１と受電装置１０３とのそれぞれに金属製の接点を設けて、互いの接点を機械的に接続して給電してもよい。例えば、離着陸部に凹形状の接点を設けて、ドローン１００側に凸形状の接点を設けるようにしてもよい。凹形状の接点と、凸形状の接点とはそれぞれ１つでもよく、複数設けるようにしてもよい。

本体装置４０には、スイング部４１とスイングシリンダ４２とを介して作業装置６０が接続されている。作業装置６０は、ブーム５３と、ブームシリンダ５４と、アーム５５と、アームシリンダ５６と、バケット５８と、バケットシリンダ５９と、を有している。

ブーム５３は、スイング部４１を介して本体装置４０に接続されたへの字状の部品であり、ブームシリンダ５４により回動するものである。
アーム５５は、ブーム５３の先端に接続されており、アームシリンダ５６により回動するものである。
バケット５８は、アーム５５の先端に接続されており、バケットシリンダ５９により回動するものである。なお、バケット５８に代えて、アーム５５の先端にブレーカなどを取り付けることも可能である。
本実施形態において、ブームシリンダ５４と、アームシリンダ５６と、バケットシリンダ５９とは油圧シリンダであり、油圧により伸縮するものである。また、ブームシリンダ５４と、アームシリンダ５６と、バケットシリンダ５９とは油圧装置４３により伸縮動作がなされるものである。

本実施形態のドローン１００は、飛行装置１０１と、撮像装置１０２と、受電装置１０３と、センサ群１０４と、バッテリー１０５と、第２通信装置１０６と、第２メモリ１０７と、ＵＡＶ制御装置１０８と、を備えている。
飛行装置１０１は、不図示のモータと、複数のプロペラと、を有しており、ドローン１００を空中に浮上させるとともに、空中での移動を行う推力を発生させるものである。なお、前述したように離着陸部に着陸するドローン１００の機数は任意に設定することができる。また、それぞれのドローン１００の構成も同じでもよく、その一部を変更してもよい。更に、それぞれのドローン１００の大きさも同じとしてもよく、異なる大きさとしてもよい。

撮像装置１０２は、レンズや撮像素子や画像処理エンジンなどを有し、動画や静止画を撮像するデジタルカメラである。本実施形態において、撮像装置１０２は、測量を行ったり、掘削箇所の撮像を行なったり、２次元コード部４５を撮像したりするものである。なお、２次元コード部４５内に送電装置５１の送電コイルまたは接点を設ければ、ドローン１００が離着陸部に着陸した後、速やかに受電装置１０３を介してバッテリー１０５を充電することができる。

図１の一点鎖線で囲む拡大図において、撮像装置１０２のレンズはドローン１００の側面（正面）に取り付けられているが、撮像装置１０２のレンズをドローン１００の下面に取り付けてもよく、複数のレンズをドローン１００に設けてもよい。また、側面に取り付けたれたレンズを下面に向けて移動させる移動機構を設けるようにしてもよい。また、撮像装置１０２をＺ軸回りに回転する機構を設けて撮像装置１０２のレンズをＺ軸回りの任意の位置に位置決めするようにしてもよい。また、４機のドローン１００が離着陸部に着陸している際に、それぞれのレンズ位置を－Ｘ方向、＋Ｘ方向、－Ｙ方向、＋Ｙ方向に向けて位置決めすれば、従来の油圧ショベルの運転席からオペレータが視認する画像に近い画像を複数の方向から撮像することができる。
なお、撮像装置１０２として全方位型カメラ（３６０度カメラ）を用いてもよく、撮像装置１０２の代わりに３次元スキャナを用いてもよい。

受電装置１０３は、ドローン１００の脚部１０９に設けられた受電コイルや充電回路などを有しており、バッテリー１０５に送電装置５１からの電力を充電させるものである。
バッテリー１０５は、受電装置１０３に接続された二次電池であり、リチウムイオン二次電池やリチウムポリマー二次電池などを用いることができるがこれに限定されるものではない。バッテリー１０５は、飛行装置１０１と、撮像装置１０２と、第２通信装置１０６と、第２メモリ１０７と、ＵＡＶ制御装置１０８とに電力を供給することが可能である。

センサ群１０４は、ＧＮＳＳや、ドローン１００と他の装置（例えば作業装置６０）との衝突を回避するための赤外線センサや、高度を測定する気圧センサや、方位を検出する磁気センサや、ドローン１００の姿勢を検出するジャイロセンサや、ドローン１００に作用する加速度を検出する加速度センサなどである。

第２通信装置１０６は、無線通信ユニットを有しており、インターネット等の広域ネットワークにアクセスしたり、第１通信装置４８と通信したりするものである。本実施形態において、第２通信装置１０６は、撮像装置１０２が撮像した画像データやセンサ群１０４が検出した検出結果を第２通信装置９２に送信したり、第１通信装置４８からの飛行指令をＵＡＶ制御装置１０８に送信したりするものである。

第２メモリ１０７は、不揮発性のメモリ（例えばフラッシュメモリ）であり、ドローン１００を飛行させるための各種データやプログラムを記憶したり、撮像装置１０２が撮像した画像データやセンサ群１０４が検出した検出結果などを記憶したりするものである。

ＵＡＶ制御装置１０８は、ＣＰＵや、姿勢制御回路や、飛行制御回路などを備えており、ドローン１００全体を制御するものである。また、ＵＡＶ制御装置１０８は、バッテリー１０５の残量から離着陸部における充電のタイミングを判断したり、撮像装置１０２の撮像位置や画角やフレームレートなどを制御したりするものである。

以上のように構成された本実施形態の油圧ショベル１は、ドローン１００が作業装置６０の掘削に先立って掘削領域を測量し、また、作業装置６０の掘削中には上空からの撮像や、バケット５８付近でのバケットの撮像ができるので作業者が掘削領域にいなくとも掘削を行うことができる。また、ドローン１００が離着陸部にて撮像を行えば、従前の油圧ショベルの運転席からとほぼ同じ位置からの撮像を行うことができる。

また、複数のドローン１００を用いることにより、１機目のドローン１００が飛行している際には２機目のドローン１００を離着陸部にて充電させることができるので、１機目のドローン１００と２機目のドローン１００とを交互に飛行させることができる、なお、ドローン１００の機数は３機以上でも構わない。

また、作業装置６０が掘削を行う際に本体装置４０には、図１の＋Ｘ方向に偏荷重が作用する。しかしながら、本実施形態においては、作業装置６０が接続されている反対側（図１の－Ｘ方向）に複数の水素タンク１２を設けているので、作業装置６０が掘削を行う際に本体装置４０に作用する偏荷重を複数の水素タンク１２の荷重により相殺することができる。本体装置４０に作用する作業装置６０の偏荷重は、バケット５８の容積に依存している。このため、バケット５８の容積に応じて、カウンタマスの重量としては概ね１．５ｔｏｎから４ｔｏｎが必要とされる。水素タンク１２が鉄製であれば水素が充填されていない状態で５０ｋｇ程度の重量なので、３４本の水素タンク１２の総重量は１７００ｋｇとなる。水素タンク１２の総重量だけでは重量が足りない場合は、本体装置４０の－Ｘ方向に別途、質量体としてカウンタマスを設ければよい。

なお、水素タンク１２として水素吸蔵合金を用いてもよい。水素吸蔵合金は、水素吸蔵能力に優れたＴｉ、Ｚｒ、Ｐｄ、Ｍｇと、水素放出能力の高いＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉと、を合金化することにより、水素吸蔵能力と水素放出能力とを兼ね備えた合金である。水素吸蔵合金で水素を貯蔵する場合には、高圧で水素を貯蔵する必要がなく貯蔵した水素を扱いやすい。また、従来では欠点とされていた重量が重いこともカウンタマスとして用いる場合は利点となる。水素吸蔵合金を用いた水素タンク１２の重量は１２５ｋｇ程度であるため、３４本の水素タンク１２の総重量は４２５０ｋｇとなり、カウンタマスの重量としてはほぼ満足することができる。また、水素タンク１２として数十ＭＰａに圧縮された水素を貯蔵するものと、水素吸蔵合金のものとの両方を用いてもよい。この場合、重量の重たい水素吸蔵合金のタンクを数十ＭＰａに圧縮された水素を貯蔵するタンクの外側（－Ｘ方向側）に設けることにより、本体装置４０からの距離が稼げるので水素吸蔵合金のタンクをカウンタマスとして有効利用することができる。

また、本実施形態の油圧ショベル１は、燃料電池１１や太陽光パネル４６を用いているので、温室効果ガスの排出の少ない建設機械を実現することができる。本実施形態では、運転席を廃止したスペースを利用しているので、多くの水素タンク１２を収容することができる。このため、水素の供給が難しい山中の土木現場であっても燃料電池１１による油圧ショベル１の駆動が可能となる。なお、水素吸蔵合金から水素を取り出す際には加熱装置が必要となるが、燃料電池１１の排熱を利用して水素吸蔵合金を加熱すればよい。この場合は、水素吸蔵合金の近傍に燃料電池１１を設けるようにすればよい。

（第２実施形態）
以下、図４～図６を用いて第２実施形態につき説明するが、第１実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、その説明を割愛もしくは簡略化する。なお、図４および図５においてはドローン１００の図示を省略している。
図４は本第２実施形態を表す建設機械の一例を表す油圧ショベル１の概要図であり、図４（ａ）は上面図であり、図４（ｂ）は正面図である。また、図５は本第２実施形態を表す油圧ショベル１の点線で囲まれた部分を部分断面図として示しており、図６は本第２実施形態の主要部のブロック図である。以下、図４～図６を用いて本第２実施形態につき説明を行う。

本第２実施形態の油圧ショベル１では、旋回装置３０および本体装置４０を２つに分けるとともに、作業装置６０を２つとしている。２つの旋回装置３０については、上部旋回装置３０ａおよび下部旋回装置３０ｂとして説明を行う。また、第１実施形態の旋回モータ３１は、上部旋回モータ３１ａおよび下部旋回モータ３１ｂと２つにしている。同様に、２つの本体装置４０については、上部本体装置４０ａおよび下部本体装置４０ｂとして説明を行う。また、２つの作業装置６０の構成は第１実施形態と同じであるので一方は作業装置６０ａとし、他方は作業装置６０ｂとし、作業装置６０ａ、６０ｂを構成する各要素についても符号の後にａもしくはｂを付している。

上部本体装置４０ａは、ベアリングを有した上部旋回装置３０ａにより旋回可能である。上部本体装置４０ａは、収容部としても機能しており、燃料電池１１、複数の水素タンク１２、蓄電池１３、上部本体装置４０ａを旋回するための上部旋回モータ３１ａの一部などを収納している。また、上部本体装置４０ａの下部中央には開口部が形成されており、後述するスリップリング機構の一部を構成する上部スリップリング３５がこの開口部に係合している。上部スリップリング３５は、開口を有しており、この開口から下部旋回モータ３１ｂや走行モータ２４への電力を供給する配線などが引き回されている。上部スリップリング３５の一部は、上部本体装置４０ａの旋回に伴って旋回する。

スリップリング機構は、この上部スリップリング３５に加えて、下部スリップリング３６と、上部スリップリング３５のうちの旋回しない部分と下部スリップリング３６のうちの旋回しない部分とに接続された固定部３７とを有している。下部スリップリング３６は、下部本体装置４０ｂに設けられており、固定部３７を外側から支持している。固定部３７は、下部旋回装置３０ｂを貫通するように設けられており、上部スリップリング３５からの配線を引き回すための開口を有している。このため、上部本体装置４０ａや下部本体装置４０ｂが旋回してもスリップリング機構により配線を引き回しているので、配線が絡まったり、断線したりすることがない。なお、液体（油圧や水）や気体などの配管をこのスリップリング機構を用いて引き回すようにしてもよい。

下部本体装置４０ｂは、ベアリングを有した下部旋回装置３０ｂにより旋回可能である。下部本体装置４０ｂは、－Ｘ方向側にスイング部４１ａとスイングシリンダ４２ａとを介して作業装置６０ａが接続され、＋Ｘ方向側にスイング部４１ｂとスイングシリンダ４２ｂとを介して作業装置６０ｂが接続されている。下部本体装置４０ｂに作業装置６０ａおよび作業装置６０ｂを接続することにより、油圧ショベル１の重心が高くなることを抑えることができる。

また、下部本体装置４０ｂは、下部旋回モータ３１ｂの一部や下部スリップリング３６や油圧装置４３などを収容し、中央部付近に固定部３７を貫通するための開口が形成されている。なお、図５では図示省略したものの、姿勢検出計４４は、カウンタウエイトとして機能する上部本体装置４０ａに設けることが好ましい。なお、上部本体装置４０ａに燃料電池１１や、複数の水素タンク１２や、蓄電池１３などを収容するには、上部本体装置４０ａの体積が８ｍ³～１０ｍ³程度あればよい。このため、上部本体装置４０ａの大きさの一例を挙げると、上部本体装置４０ａが円柱形状であれば、半径１．５ｍで高さが１．２ｍ程度あればよい。なお、上部本体装置４０ａは円柱状に限定されるものではなく、任意の形状とすることができる。

（フローチャートの説明）
図７は本実施形態の重機制御装置５０により実行されるフローチャートである。また、図８は掘削動作を示す図であり、図８（ａ）は作業装置６０がイニシャルポジションにあるときを示す図であり、図８（ｂ）は掘削時の様子を示す図であり、図８（ｃ）は掘削終了時の様子を示す図であり、図８（ｄ）は旋回後の様子を示す図である。また、図９は図８の掘削動作に続く動作を示す図であり、図９（ａ）は積込みの様子を示す図であり、図９（ｂ）は作業装置６０がイニシャルポジションにあるときを示す図であり、図９（ｃ）は上部本体装置４０ａを旋回させた後の様子を示す図であり、図９（ｄ）は掘削時の様子を示す図である。

以下、図７のフローチャートを図８および図９を参照しながら説明を行う。なお、図８および図９において、図５と同様に点線で囲まれた部分を部分断面図として示している。また、本実施形態において、イニシャルポジションとは、２つの作業装置６０が偏荷重の発生しにくい位置（すなわち、Ｘ方向に伸びる部分が少ない位置）にあるときのことをいう。なお、図７のフローチャートにおいて、その一部を例えば土木現場から離れた遠隔地にいる作業者により行っても構わない。

重機制御装置５０は、油圧ショベル１による掘削準備が完了しているかどうかを判断する（ステップＳ１）。重機制御装置５０は、図８（ａ）に示してあるように、油圧ショベル１が掘削場所に到着するとともに掘削が可能な状態であり、かつ、ダンプトラック７０が積込場所に到着していれば掘削準備が完了しているとしてステップＳ２に進み、そうでなければステップＳ１を繰り返す。ここでは、掘削準備が完了しているものとしてステップＳ２に進むものとする。なお、ダンプトラック７０には、ダンプトラック７０の積載量を示す２次元コード部７１が後部に設けられている。ドローン１００の撮像装置１０２が２次元コード部７１を撮像することにより、重機制御装置５０は、ダンプトラック７０の積載量を認識することができる。

重機制御装置５０は、図８（ｂ）に示すように、第１作業装置の一部を構成するバケット５８ａによる掘削を行う（ステップＳ２）。重機制御装置５０は、バケット５８ａによる掘削を行う際に、バケット５８ａの近傍にドローン１００を飛行させて、撮像装置１０２によりバケット５８ａによる掘削動作を撮像させることにより、掘削状況を確認することができる。本実施形態において、作業装置６０ａと作業装置６０ｂとは同じ構成であるので、重量も同じとしている。しかしながら、図８（ｂ）に示すように、作業装置６０ａが－Ｘ方向に伸びて、バケット５８ａに掘削物が収容されると、油圧ショベル１に－Ｘ方向の偏荷重が作用する。そこで、本実施形態では、上部本体装置４０aに収容されている複数の水素タンク１２を＋Ｘ方向に位置させることにより、この偏荷重を補正している。なお、複数の水素タンク１２の重量では偏荷重を十分に補正できない場合に、重機制御装置５０は、作業装置６０ｂをイニシャルポジションから＋Ｘ方向に伸ばすように駆動してもよい。また、上部本体装置４０aが複数の水素タンク１２とは異なる質量体をカウンタマスとして収容するようにしてもよい。

重機制御装置５０は、バケット５８ａによる掘削が終了したかどうかを判断する（ステップＳ３）。重機制御装置５０は、ドローン１００の撮像装置１０２の撮像によりバケット５８ａに所定量の掘削物が収容されていると判断した場合に、バケット５８ａによる掘削が終了したと判断する。これに代えて、遠隔地にいる作業者がドローン１００の撮像装置１０２の撮像結果に基づいてバケット５８ａによる掘削が終了したかどうかを判断してもよい。また、バケット５８ａに重量計を設けて、重機制御装置５０が重量計の計測結果に基づいてバケット５８ａに所定量の掘削物が収容されたかどうかを判断するようにしてもよい。ここでは、バケット５８ａによる掘削が終了したとしてステップＳ４に進むものとする。なお、重機制御装置５０は、バケット５８ａによる掘削が終了したと判断すると、図８（ｃ）に示すように、作業装置６０ａをイニシャルポジションへと移動させる。これは、ステップＳ４における作業装置６０ａによる旋回により下部本体装置４０ｂに作用する偏荷重を小さくするためと、安全に旋回を行うためである。

重機制御装置５０は、上部旋回モータ３１ａにより上部本体装置４０ａを１８０度旋回させるとともに、下部旋回モータ３１ｂにより下部本体装置４０ｂを１８０度旋回させる（ステップＳ４）。下部本体装置４０ｂを旋回させるのは、バケット５８ａが収納した掘削物をダンプトラック７０に積込むためと、第２作業装置の一部を構成するバケット５８ｂを掘削位置に移動させるためである。上部本体装置４０ａを旋回させるのは、下部本体装置４０ｂの旋回により油圧ショベル１に作用する偏荷重を補正するためである。これにより、下部本体装置４０ｂの旋回時に油圧ショベル１が浮いてしまったり、転倒してしまったりすることを防止できる。なお、油圧ショベル１に作用する偏荷重を小さくするために、上部本体装置４０ａと下部本体装置４０ｂとの旋回方向は同じとすることが好ましい。具体的には、重機制御装置５０は、上部本体装置４０ａが時計回り方向に旋回する場合は、下部本体装置４０ｂも時計回り方向に旋回させればよい。図８（ｄ）は、ステップＳ４の旋回を行った様子を示す図であり、バケット５８ａが＋Ｘ方向側に位置し、バケット５８ｂおよび水素タンク１２が－Ｘ方向側に位置している。

重機制御装置５０は、図９（ａ）に示すように、作業装置６０ａを駆動制御して、バケット５８ａに収容された掘削物をダンプトラック７０に積込む（ステップＳ５）。この際に、重機制御装置５０は、バケット５８ａの近傍にドローン１００を飛行させて、撮像装置１０２によりバケット５８ａによる積込み動作を撮像させることにより、積込み作業を確認することができる。なお、重機制御装置５０は、ステップＳ５において、スイング部４１ａおよびスイングシリンダ４２ａにより作業装置６０ａの位置を微調整するようにしてもよい。

重機制御装置５０は、撮像装置１０２の撮像もしくは重量計の計測結果に基づいて、バケット５８ａによる積込み作業が終了したかどうかを判断する（ステップＳ６）。なお、このステップＳ６の判断は、遠隔地にいる作業者が行うようにしてもよい。重機制御装置５０は、積込み作業が終了すると図９（ｂ）に示すように、作業装置６０ａをイニシャルポジションに移動させる。

重機制御装置５０は、バケット５８ａによる積込み作業が終了したと判断すると、作業装置６０ｂによる掘削作業に備えるため、上部本体装置４０ａを１８０度旋回させる（ステップＳ７）。上部本体装置４０ａの１８０度の旋回により、図９（ｃ）に示すように、水素タンク１２が＋Ｘ方向側に位置するので、作業装置６０ｂの掘削動作により油圧ショベル１に作用する偏荷重を補正することができる。なお、図９（ｂ）に示す作業装置６０ａのイニシャルポジションへの移動と、上部本体装置４０ａの旋回とをほぼ同時に行うことにより、作業装置６０ｂによる掘削作業を早く開始することができる。更に、作業装置６０ａのイニシャルポジションへの移動と、上部本体装置４０ａの旋回とを行っている際に、作業装置６０ｂをイニシャルポジションから掘削位置へ移動させてもよい。これにより、作業装置６０ｂによる掘削作業をより早く開始することができる。このように、作業装置６０ｂをイニシャルポジションから掘削位置へ移動させる場合には、バケット５８ｂには掘削物が収容されていないので、油圧ショベル１に大きな偏荷重が作用することはない。なお、上部本体装置４０ａの旋回による油圧ショベル１の偏荷重補正は、予期せぬ荷重が油圧ショベル１に作用した場合にも可能である。このような場合には、重機制御装置５０は、姿勢検出計４４の出力に基づいて上部本体装置４０ａを旋回すればよい。

重機制御装置５０は、所定量の掘削が終了したかどうかの判断を行う（ステップＳ８）。ここでは、重機制御装置５０は、まだ所定量の掘削が終了していないものとしてステップＳ２に戻る。そして、重機制御装置５０は、作業装置６０ｂによる一連の掘削動作を行い、その後、所定の掘削量に達するまで作業装置６０ａによる掘削と、作業装置６０ｂによる掘削とを交互に繰り返す。なお、重機制御装置５０は、ステップＳ８の判断を２次元コード部７１の情報であるダンプトラック７０の積載量に基づいて行うようにしてもよい。なお、図７のフローチャートを実行するためのプログラムは第１メモリ４９に記憶されている。

以上のように、本第２実施形態によれば、作業装置６０ａによる掘削と、作業装置６０ｂによる掘削とを交互に繰り返すので、掘削工事の工期短縮が可能となる。なお、図８および図９では１機のドローン１００を図示したが、複数機のドローン１００により図７のフローチャートを実行してもよい。また、ドローン１００の撮像装置１０２による撮像は、飛行中の撮影のみならず、上部本体装置４０ａの離着陸部に着陸している際に行ってもよい。上部本体装置４０ａの離着陸部からの撮像装置１０２の撮像は、従来の運転席から作業者が視認する画像として利用することができる。

なお、ドローン１００をバケット５８の近傍に飛行させる場合に、ＵＡＶ制御装置１０８は、センサ群１０４の赤外線センサによりバケット５８を認識することにより、バケット５８とドローン１００との衝突を回避することができる。
また、重機制御装置５０は、油圧ショベル１に故障が生じた際や、メンテナンスが必要かどうかを判断するために、ドローン１００の撮像装置１０２による撮像を行うようにしてもよい。
また、土木現場では２次元コード部７１が汚れて認識できなくなる場合もある。このような場合には、水素と酸素の反応を利用した燃料電池１１により生成される水を用いて２次元コード部７１を洗浄するようにしてもよい。

（第３実施形態）
図１０は、本第３実施形態を表す建設機械の一例を表す油圧ショベル１の概要図であり、点線で囲まれた部分を部分断面図として示している。なお、図１０においては、ドローン１００の図示を省略している。以下、図１０を用いて第３実施形態につき説明するが、第１実施形態および第２実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、その説明を割愛もしくは簡略化する。

本第３実施形態においては、下部本体装置４０ｂを収容部としており、上部本体装置４０ａにスイング部４１およびスイングシリンダ４２を介して２つの作業装置６０を接続させている点が第２実施形態と異なっている。このため、２つの作業装置６０に油圧を供給する油圧装置４３が上部本体装置４０ａ内に設けられている。

下部本体装置４０ｂは、燃料電池１１や、複数の水素タンク１２や、蓄電池１３や、下部旋回モータ３１ｂの一部や、下部スリップリング３６などを収容している。本実施形態において、下部本体装置４０ｂは、複数の水素タンク１２を寝かせた状態で収容しているがＺ方向の寸法を大きくして複数の水素タンク１２を立てた状態で収容するようにしてもよい。

本実施形態では、質量体である複数の水素タンク１２を収容した下部本体装置４０ｂがカウンタマスとして機能し、油圧ショベル１に作用する偏荷重を補正するように移動（旋回）している。このように、本実施形態においても１つの作業装置６０が掘削作業を行っている際に油圧ショベル１に作用する偏荷重を補正することができる。

（第４実施形態）
図１１は本第４実施形態を表す建設機械の一例を表す油圧ショベル１の概要図であり、点線で囲まれた部分を部分断面図として示している。また、図１１においてはドローン１００の図示を省略している。図１２は本第４実施形態の主要部のブロック図である。以下、図１１および図１２を用いて第４実施形態につき説明するが、第１実施形態から第３実施形態と同じ構成については同じ符号を付し、その説明を割愛もしくは簡略化する。

本第４実施形態では、燃料電池システム１０などに加えて、水素タンク１２に水素を供給する水素製造装置を上部本体装置４０ａに収容させている。水素製造装置は、水素発生装置１４と、気液分離器１５と、冷却器１６とを有している。また、水素を製造するための水を貯蔵するタンク１７を油圧ショベル１の下方に設けてある。タンク１７に貯蔵された水は、不図示のポンプにより配管１８を経由して水素発生装置１４に供給される。なお、配管１８は、下部スリップリング３６と固定部３７と上部スリップリング３５とのそれぞれの開口を通過するように設けられている。

水素発生装置１４は、水を電気分解することにより酸素および数十ＭＰａの高圧水素を製造する高圧水電解装置である。高圧水電解装置は、例えば特開２０１５－１７５０３７号に開示されているように複数の水分解セルがＺ方向に沿って積層されている。気液分離器１５は、水素発生装置１４が発生した高圧水素に含まれている水を除去するものである。また、冷却器１６は、気液分離器１５を通過した水素を冷却するものである。冷却器１６により冷却された水素は、不図示の配管および不図示のバルブを通して複数の水素タンク１２に貯蔵される。

上部本体装置４０ａに燃料電池システム１０などに加えて、上述の水素製造装置を収容するには、上部本体装置４０ａの体積が１２ｍ³～１６ｍ³程度あればよい。このため、上部本体装置４０ａの大きさの一例を挙げると、上部本体装置４０ａが円柱形状であれば、半径１．６ｍで高さが１．６ｍ程度あればよい。なお、上部本体装置４０ａは円柱状に限定されるものではなく、任意の形状とすることができる。また、上部本体装置４０ａの体積は、収容する水素タンク１２の本数に応じて設定するようにしてもよい。

本実施形態によれば、水があれば水素を製造することができるので、水素の供給が難しい山中の土木現場であっても燃料電池１１による油圧ショベル１の駆動が可能となる。なお、水素製造装置は、油圧ショベル１ではなく、もしくは油圧ショベル１に加えて土木現場に設けるようにしてもよい。これにより、第１実施形態から第３実施形態の油圧ショベル１においても、水素タンク１２への水素の供給が容易となる。

なお、本実施形態では、水素製造装置として高圧水電解方式を用いたが、他の方式を用いても構わない。また、本実施形態の水素製造装置を第１実施形態から第３実施形態に用いても構わない。第３実施形態に用いる場合には、下部本体装置４０ｂに水素製造装置を設けるようにすればよい。

以上、詳述したように第２実施形態から第４実施形態においては、２つの作業装置６０を有しているので、掘削と積込み（放土）とをほぼ同時に行うことが可能なので、作業性のよい油圧ショベル１を実現することができる。また、第１実施形態から第４実施形態においては、複数のドローン１００により測量や、掘削状況の確認などを行っているので、測量時間や、掘削状況の確認時間を短縮することができる。また、飛行しているドローン１００のバッテリー１０５の残量が少なくなった場合でも、飛行していないドローン１００は充電を行っているので、飛行させるドローン１００を速やかに交換することができる。これにより、ドローン１００の飛行時間の制限を実質的に考慮しなくてもよくなる。

また、第１実施形態から第４実施形態によれば、ドローン１００が油圧ショベル１のアシストをするので自動化した土木工事を効率良く実現することができる。

以上で説明した実施形態は、本発明を説明するための例示に過ぎず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々変更を加え得ることは可能である。例えば、撮像装置１０２として赤外線カメラを用いれば夜間においても掘削や積込み（放土）などの一連の工事を行うことができ、工期を短縮することができる。第１バケットに代えてブレーカやフォークやリッパーやリフターをアーム５５に取り付けるようにしてもよい。

１油圧ショベル１０燃料電池システム２０走行装置
３０旋回装置３０ａ上部旋回装置３０ｂ下部旋回装置
４０本体装置４０ａ上部本体装置４０ｂ下部本体装置
４３油圧装置５０重機制御装置５１送電装置
６０作業装置１００ドローン１０２撮像装置
１０３受電装置

Claims

第１旋回部の旋回により旋回可能な本体部と、
前記本体部の一端側に接続された第１作業装置と、
前記本体部の他端側に接続された第２作業装置と、
前記第１旋回部とは異なる第２旋回部により旋回可能な収容部と、を備え、
前記収容部は前記本体部より上方に配置され、水素を貯蔵する水素タンクと前記水素タンクから供給される前記水素により発電を行う燃料電池とを収容し、
前記本体部には、前記第１作業装置と前記第２作業装置とを駆動する油圧装置が配置される建設機械。
前記第１作業装置と前記第２作業装置との少なくとも一方は、スイング部と前記油圧装置により作動するスイングシリンダとを介して、前記本体部に接続される請求項１に記載の建設機械。
前記収容部の下部に形成された開口部と係合し、前記本体部と接続されたスリップリング機構を備えた請求項１または請求項２に記載の建設機械。
前記燃料電池が発電した電力は、前記スリップリング機構を利用して前記第２旋回部に供給される請求項３に記載の建設機械。
前記収容部は、水素を製造する水素製造装置を収容している請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の建設機械。
前記水素製造装置へ供給する水を貯蔵するタンクを備えた請求項５に記載の建設機械。
前記タンクに貯蔵された水は、前記収容部の下部に形成された開口部に設けられた配管を経由して前記水素製造装置へ供給される請求項６に記載の建設機械。
前記水素タンクは水素吸蔵合金を有し、前記水素吸蔵合金から水素を取り出す際に前記燃料電池の排熱を利用する請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の建設機械。
前記収容部は質量体を収容し、
前記第１作業装置または前記第２作業装置の作業により生じる偏荷重を補正するように、前記第２旋回部により、前記質量体を収容した前記収容部を前記本体部と同じ方向に旋回させる制御装置を備えた請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の建設機械。
前記本体部の姿勢を検出する検出装置を備え、
前記制御装置は、前記検出装置による前記姿勢の検出結果に応じて前記収容部を旋回させて偏荷重を補正する請求項９に記載の建設機械。
発電を行う太陽光パネルと、
前記燃料電池が発電した電力と前記太陽光パネルが発電した電力とを蓄える蓄電池と、を備えた請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の建設機械。