JP7317251B2 - トレイン式スクレーパ車両 - Google Patents

Description

本発明は、複数台のスクレーパ車両が連結されたトレイン式スクレーパ車両に関する。

従来より、地面等を掘削するスクレーパを備えたスクレーパ車両が土木現場にて使用されている。スクレーパ車両にはスクレーパが掘削した掘削物を収容するボウルが設けられている。このボウルに収容された掘削物の重量を測定することが特許文献１に記載されている。

特開平２－８０７２０号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている重量測定では、ボウルを上下動するボウルシリンダの油圧を検出する圧力センサによりボウル内の積載重量を測定していた。このため、従来は、簡単な構成で安価に積載重量を測定することができていなかった。また、複数のスクレーパ車両が連結されたトレイン式スクレーパ車両についての提案はほとんどなかった。
また、スクレーパ車両を牽引する牽引車両は、内燃機関を用いており、二酸化炭素などの温室効果ガスを排出していた。
また、牽引車両などの移動機械の安全装置については、更なる安全性が求められており、特に、自動運転の場合の安全性が求められていた。

そこで、本第１の発明では、簡単な構成で安価に掘削物の重量を測定することができるトレイン式スクレーパ車両を提供することを目的とする。
また、本第２の発明では、温室効果ガスの排出を抑えたトレイン式スクレーパ車両を実現することを目的とする。

本発明に係る第１のトレイン式スクレーパ車両は、第１掘削部を有した第１スクレーパ車両と、第２掘削部を有し、連結部材により前記第１スクレーパ車両に連結された第２スクレーパ車両と、前記連結部材の歪の変化を検出する第１検出装置と、前記第１検出装置によって検出された歪みの変化に基づいて、前記第２スクレーパ車両に積載された掘削物の重量を演算する演算装置と、を備えている。
本発明に係る第２のトレイン式スクレーパ車両は、燃料電池を備え、前記燃料電池により発生した電力により駆動する牽引車両と、第１掘削部を有し、前記牽引車両に接続された第１スクレーパ車両と、第２掘削部を有し、前記第１スクレーパ車両に連結された第２スクレーパ車両と、前記第１スクレーパ車両の車輪と前記第２スクレーパ車両の車輪との少なくとも一方の車輪を前記燃料電池により発生した電力により駆動するインホイールモータと、を備えている。

本第１の発明によれば、連結部材の歪の変化を検出する第１検出装置によって検出された歪みの変化に基づいて、第２スクレーパ車両に積載された掘削物の重量を演算するので、簡単な構成で安価に掘削物の重量を測定することができる。
本第２の発明によれば、第１スクレーパ車両の車輪と前記第２スクレーパ車両の車輪との少なくとも一方の車輪を燃料電池により発生した電力により駆動するので、温室効果ガスの排出を抑えたトレイン式スクレーパ車両を実現することができる。

第１実施形態の牽引車両とスクレーパ車両とを示す概要図である。 第１実施形態のスクレーパ車両の主要部のブロック図である。 第１実施形態の車軸の下方に設けられたロードセルを示す図である。 第１実施形態の牽引車両の制御装置により実行されるフローチャートを示す図である。 第１実施形態のスクレーパ車両の制御装置により実行されるフローチャートを示す図である。 ボウルを前後に分割した変形例を示す図であり、図６（ａ）～図６（ｃ）は後部のボウルの掘削工程を示す図であり、図６（ｄ）～図６（ｇ）は前部のボウルの掘削工程を示す図である。 牽引車両を前面から見た概要図である。 土木現場で複数台の牽引車両がスクレーパ車両を牽引している様子を示す概要図である。 作業員の様子を示す概要図である。

以下に、本発明の第１実施形態を、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。

（第１実施形態）
本第１実施形態に係るスクレーパ車両２０は、１両目のスクレーパ車両２０ａと、最後列である２両目のスクレーパ車両２０ｂとが接続（連結）されたトレイン式である。なお、トレイン式のスクレーパ車両２０は、３両以上としてもよい。スクレーパ車両２０は、掘削工程と、運搬工程と、排出工程と、回送工程と、を１サイクルとしているので、トレイン式を採用することにより車両数に応じて掘削量および排出量（撒き出し量）を多くすることができる。これにより、工期を短縮することが可能である。本実施形態のトレイン式のスクレーパ車両２０は、大型トラックやその他の牽引車両１により牽引される被牽引車として利用される。

本実施形態において、１両目のスクレーパ車両２０ａと、２両目のスクレーパ車両２０ｂとは同じ構成であるため、スクレーパ車両２０ａを中心にその構成を説明し、スクレーパ車両２０ａの構成には符号の後にａを付し、スクレーパ車両２０ｂの構成には符号の後にｂを付す。なお、各構成を総称する場合には、符号の後のａまたはｂは省略して説明する。

図１は、本第１実施形態の駆動車両である牽引車両１とスクレーパ車両２０とを示す概要図である。また、図２は本第１実施形態の牽引車両１とスクレーパ車両２０の主要部のブロック図である。
図１に示すように、牽引車両１は、スクレーパ車両２０ａとスクレーパ車両２０ｂとを牽引するものであり、連結装置であるヒッチ２１ａによりスクレーパ車両２０ａに接続（連結）されている。ヒッチ２１ａは、牽引車両１から着脱可能であり、牽引車両１側の一端に設けられたフレキシブルなボールジョイント２２ａを有している。

（牽引車両）
本実施形態の牽引車両１は、図１から明らかなように、運転席が無い自動運転タイプの物である。また、本実施形態では、内燃機関に代えて燃料電池２と、２つの前輪と４つの後輪とのそれぞれに設けられたインホイール式のモータ３（図２参照）とを用いて牽引車両１を走行（駆動）している。なお、インホイール式のモータ３は前輪および後輪のハブと同軸に繋がるように設けてもよい。
なお、牽引車両１は、遠隔操作式でもよく、運転席が設けられたタイプでもよく、内燃機関を用いたエンジンを用いてもよい。

また、本実施形態の牽引車両１は、燃料電池２に水素を供給する水素タンク４と、蓄電池５と、ＧＮＳＳ６（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）と、速度計７と、通信装置８と、メモリ９と、制御装置１０と、を有している。

燃料電池２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４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２に水素を供給するものである。
蓄電池５は、２次電池であり、燃料電池２が発電した電力を蓄電するものである。蓄電池５は、蓄えた電力をモータ３や、スクレーパ車両２０に設けられた蓄電池３３などに供給可能である。蓄電池５の電力をスクレーパ車両２０に供給するために、牽引車両１には蓄電池５に接続された第１コネクタ１１（例えばメスコネクタ）が設けられ、スクレーパ車両２０には、第１コネクタ１１と係合する第２コネクタ３５（例えばオスコネクタ）が設けられている。

図１に示すように、燃料電池２や水素タンク４は、牽引車両１の前方側に配置されている。牽引車両１の前方は、従来は内燃機関が配置されたり、運転席が設けられたりしていた。本実施形態では、内燃機関や運転席を省略しているので、牽引車両１の前方に大きなスペースを設けることができ、多くの水素タンク４を配置したり、燃料電池２などの配置の自由度を確保したりすることができる。なお、蓄電池５は図１では牽引車両１の中央付近に図示されているが、牽引車両１の前方側に配置することも可能である。

ＧＮＳＳ６は、人工衛星を利用して牽引車両１の位置を測位するものである。
速度計７は、牽引車両１の速度を検出するものであり、駆動輪に接続されたシャフトの回転数を検出する車速センサや、ＧＮＳＳ６の出力を利用したセンサなど各種のセンサを適用することができる。

通信装置８は、後述の通信装置４０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り、本実施形態では、速度計７の検出結果や制御装置１０による各種の駆動および制御の情報を通信装置４０に送信している。

メモリ９は、不揮発性のメモリ（例えばフラッシュメモリ）であり、土木現場の地図情報や、牽引車両１を自動運転するためのプログラムや、後述のスクレーパ２５や、後述の不図示の油圧シリンダを制御するプログラムなどが記憶されている。

制御装置１０は、ＣＰＵを備えており、牽引車両１およびスクレーパ車両２０を制御する制御装置である。本実施形態において、制御装置１０は、土木現場における牽引車両１の自動運転や、後述のスクレーパ２５や、スクレーパ車両２０に設けられた不図示の油圧シリンダの駆動制御を行っている。制御装置１０による制御については図４のフローチャートを用いて後述する。

（スクレーパ車両）
スクレーパ車両２０は、前述のヒッチ２１およびボールジョイント２２に加えて、フレーム２３と、ボウル２４と、スクレーパ（ｓｃｒａｐｅｒ）２５と、車軸２６と、車輪２７と、歪ゲージ２８と、加速度計２９（図２参照）と、ロードセル３０（図３参照）と、を有している。
また、スクレーパ車両２０は、撮像装置３１と、発電装置である太陽光パネル３２と、２次電池である蓄電池３３と、モータ３４（図２参照）と、第２コネクタ３５と、第３コネクタ３６と、排土板３７と、速度計３８（図２参照）と、を有している。

図２に示すように、スクレーパ車両２０は、各種データを記憶しているメモリ３９と、通信装置４０と、スクレーパ車両２０全体を制御する制御装置４１と、を有している。

フレーム２３は、テーパ形状の金属部品であり、ボウル２４と対向する内面に撮像装置３１が設けられ、外面に複数の太陽光パネル３２が設けられている。
ボウル２４は上面が開放されており、スクレーパ２５が掘削した土砂などの掘削物を収容するものである。

スクレーパ２５は、地表等の走行面の土砂を削り取るための刃状或いはへら状の部材であり、本実施形態では、ボウル２４の底部にボウル２４と一体的に設けられている。
ボウル２４とスクレーパ２５とは一体的に設けられているので、不図示の油圧シリンダによりボウル２４を地面に向けて傾斜させることにより、スクレーパ２５が地面に食い込んで土砂を掘削することができる。また、ボウル２４には不図示の開口部が設けられており、ボウル２４が地面に向けて傾斜した状態の際に、スクレーパ２５が掘削した掘削物が不図示の開口部からボウル２４に収容される。

スクレーパ２５による掘削が終了すると、不図示の油圧シリンダによりボウル２４を地上に向けて傾斜させることにより、スクレーパ２５が地面から離れた状態となる。スクレーパ２５が地面から離れた状態になると、ボウル２４に収納された掘削物の荷重は、ボールジョイント２２と、車軸２６の荷重を受ける後述のピローブロック４２（図３参照）とに作用することになる。

車軸２６は牽引車両１の牽引力により回転し、車輪２７は車軸２６の両端に接続されており、車軸の回転に伴い回転する一対の従動輪である。なお、車輪２７はスクレーパ車両２０の前後に設けて前輪および後輪としてもよい。

歪ゲージ２８は、金属の抵抗体であり、電気絶縁物を介して被測定物であるヒッチ２１の下方に例えば接着されている。歪ゲージ２８は、ヒッチ２１に加わる力に比例して金属が伸縮し抵抗値が変化することにより、歪を測定している。スクレーパ２５が掘削した掘削物がボウル２４に収容されることにより、ボウル２４にこの掘削物による荷重が加わる。ボウル２４の荷重は、フレキシブルなボールジョイント２２と、車輪２７とに分離して加わる。フレキシブルなボールジョイント２２によりボウル２４の荷重の一部を支持しているので、ヒッチ２１の下方には引っ張り応力が作用する。歪ゲージ２８は、ヒッチ２１の引っ張り応力に起因する抵抗値の変化を測定し、制御装置４１は、歪ゲージ２８が検出した抵抗値からボウル２４の掘削物の重量を計測することができる。

本実施形態においては、ボウル２４ａに加わる荷重Ｗａがボールジョイント２２ａと、ピローブロック４２ａと、にどのように分離されるかを事前に検出しておく。一例を挙げると、ボールジョイント２２ａには荷重Ｗの４０％が作用し、ピローブロック４２ａには荷重Ｗａの６０％が作用するとする。この場合、制御装置４１は、歪ゲージ２８ａが測定した抵抗値が荷重Ｗａの４０％であるため１００％となるように換算してボウル２４ａに加わる荷重Ｗａを演算することができる。

また、本実施形態において、ボウル２４ａが空の状態やボウル２４ａに１００Ｋｇの荷重がかかった状態の歪ゲージ２８ａの抵抗値を測定しておき、メモリ３９ａにテーブルとして記憶させておいてもよい。ボウル２４ａが空の状態は、スクレーパ車両２０ａの荷重のみが作用している状態であり、この状態からの変化量がボウル２４ａに収容された掘削物の重量となる。

また、メモリ３９ａに記憶されるテーブルには、ボウル２４ａに複数の荷重（例えば、２００Ｋｇ、３００Ｋｇ）がかかった際の歪ゲージ２８ａの抵抗値を記憶させてもよい。なお、図１において、１つの歪ゲージ２８ａを図示しているが複数でもよく、その数は限定されるものではない。なお、ヒッチ２１ａの左右方向であるＸ方向の中心の歪量が一番大きいので、ヒッチ２１ａの左右方向の中心であって、ヒッチ２１ａの上下方向であるＺ方向の下方に歪ゲージ２８ａを設けることが好ましい。

２両目のボウル２４ｂに加わる荷重Ｗｂがボールジョイント２２ｂと、ピローブロック４２ｂとにどのように作用するかについても上述した方法を用いることができる。この場合、ボウル２４ａは空の状態としてもよいが、ボウル２４ａに積載物が満載された状態のほうが好ましい。これは、本実施形態のトレイン式のスクレーパ車両２０は、スクレーパ車両２０ａがスクレーパ２５ａによる掘削を行っているときには、スクレーパ車両２０ｂがスクレーパ２５ｂによる掘削を行わないようにしており、スクレーパ車両２０ｂがスクレーパ２５ｂによる掘削を行うときにはボウル２４ａに積載物が満載されているからである。

加速度計２９は、本実施形態ではスクレーパ車両２０に作用する加速度を検出するものであり、機械式、光学式、半導体式などのいかなる方式を用いることができる。本実施形態では、加速度計２９は、歪ゲージ２８近傍のＺ軸方向の加速度を検出するものとするが、これに限定されるものではなく、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の加速度を検出してもよい。また、加速度計２９を設ける数は、１つでもよく、スクレーパ車両２０の複数個所にそれぞれ少なくとも１個ずつ設けてもよい。この場合、加速度計２９は、ロードセル３０が設けられる近傍に設けてもよく、牽引車両１に設けてもよい。牽引車両１に加速度計２９を設ける場合には、ボールジョイント２２の近傍に設けることが好ましい。

本実施形態では、制御装置４１は、加速度計２９の出力が閾値よりも小さいときに歪ゲージ２８が検出した歪量に基づいて、ボウル２４に収納された土砂などの掘削物の量を演算するものとする。これに代えて、制御装置４１は、加速度計２９の出力が小さいものＮ個（Ｎは自然数）の歪ゲージ２８の出力からボウル２４に収納された土砂などの掘削物の量を演算してもよく、加速度計２９の出力が小さいときに歪ゲージ２８の出力に重みづけをするように演算してもよい。なお、本第１実施形態において、メモリ３９に加速度計２９の出力に応じた歪ゲージ２８の出力の補正値を記憶させておけば、制御装置４１は、メモリ３９に記憶された補正値により、歪ゲージ２８の出力を補正することができる。このように、制御装置４１は、加速度計２９の出力を用いて歪ゲージ２８の検出結果を加工したり、選択したりしている。

図３は本実施形態の車軸２６の下方に設けられたロードセル３０を示す図である。図３に示すように、車軸２６は回転可能に軸受け４３により支持され、軸受け４３は軸受け台であるピローブロック４２により保持されている。
ロードセル３０は、車輪２７に作用するボウル２４の掘削物の荷重を検出できるように、ピローブロック４２の下方に設けられている。
ロードセル３０は、圧電型ロードセルや歪型ロードセルなど各種のロードセル３０を用いることができる。図３では２つのロードセル３０を図示しているが、ロードセル３０の数は１つでもよく、３つ以上でもよい。

本実施形態において、前述したようにボウル２４が空の状態やボウル２４に１００Ｋｇの荷重がかかった状態のロードセル３０の測定値をメモリ３９にテーブルとして記憶させておいてもよい。この場合、複数の荷重（例えば、２００Ｋｇ、３００ｋｇ）におけるロードセル３０の抵抗値を記憶させておくことが望ましい。ボウル２４の積載状態を変えて歪ゲージ２８およびロードセル３０による計測を行うキャリブレーションを行うことにより、ボールジョイント２２に加わる荷重と、ピローブロック４２に加わる荷重との比率を演算することができ、この比率はメモリ３９に記憶される。なお、このキャリブレーションは、牽引車両１およびスクレーパ車両２０が静止した状態で行うことが好ましいが、スクレーパ車両２０が牽引車両１により牽引された状態で行ってもよく、静止状態および牽引状態で行ってもよい。

なお、キャリブレーションは、１回だけ行ってもよく、定期的に行ってもよく、車輪２７を交換したときや、車輪２７の空気圧を調整した後に行うようにしてもよい。また、キャリブレーションは、牽引車両１の車輪を交換したときや、車輪の空気圧を調整した後に行ってもよい。２回目以降のキャリブレーションは、ボウル２４が空の状態だけで行ったり、１００Ｋｇの荷重で行うなど１回目のキャリブレーションよりも計測項目や計測回数を減らして行ったりしてもよい。

ロードセル３０による荷重計測は、前述のキャリブレーションの際に用いるのに加えて、スクレーパ２５が掘削した掘削物がボウル２４に収容された際にも行ってもよい。この場合も、加速度計２９の出力が閾値よりも小さいときにロードセル３０が検出した荷重に基づいて、ボウル２４に収納された土砂などの掘削物の量を演算するものとする。これに代えて、制御装置４１は、加速度計２９の出力が小さいものＮ個（Ｎは自然数）のロードセル３０の出力からボウル２４に収納された土砂などの掘削物の量を演算してもよく、加速度計２９の出力が小さいときにロードセル３０の出力に重みづけをするように演算してもよい。
このように、制御装置４１は、加速度計２９の出力を用いてロードセル３０の検出結果を加工したり、選択したりしている。

撮像装置３１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３１は、ボウル２４に収納された掘削物を撮像してボウル２４が満載になったかどうかを検出するために用いられる。なお、撮像装置３１に代えて、超音波距離計、レーザ距離計などの非接触距離計をフレーム２３に設けてボウル２４が満載かどうかを検出してもよい。制御装置４１は、ボウル２４が満載であることに応じて、歪ゲージ２８や加速度計２９などによる測定を開始するようにしてもよい。

太陽光パネル３２は、発電装置であり、フレーム２３に設けられている。フレーム２３の側面がテーパ形状なのは、フレーム２３の側面に設けられたフレーム２３の側面が太陽光を受光しやすくするためである。なお、フレーム２３の上面に傾斜機構を設ければフレーム２３の上面に設けられた太陽光パネル３２が太陽光を受光しやすくすることができる。なお、牽引車両１に太陽光パネル３２を設けて、太陽光パネル３２が発電した電力を蓄電池５に蓄えるようにしてもよい。また、太陽光パネル３２が発電した電力により燃料電池２を駆動するための補助電源としてもよい。

蓄電池３３は、第２コネクタ３５を介して燃料電池２が発電した電力を蓄電したり、太陽光パネル３２が発電した電力を蓄電したりするものである。蓄電池３３が蓄電した電力は、車輪２７を直接駆動するモータ３４の駆動に用いられる。蓄電池３３はスクレーパ車両２０の前方（－Ｘ方向）に設けるのが好ましく、本実施形態ではヒッチ２１に設けている。

モータ３４は、車輪２７の内部または車輪２７のハブと同軸に繋がるように設けられているインホイールモータである。
スクレーパ２５による地表の削り代が大きい場合などには、スクレーパ２５が地表に噛み込んでしまって走行抵抗が大きくなる。この場合、牽引車両１の駆動輪が空転等してしまい牽引車両１の牽引力だけではスクレーパ車両２０を牽引できずにプッシャーを用いる場合があった。

そこで、本実施形態では、牽引車両１だけではスクレーパ車両２０の牽引が困難な場合にモータ３４により車輪２７を駆動するようにしている。モータ３４による車輪２７の駆動により、プッシャーが不要となり、プッシャーを最後列のスクレーパ車両２０ｂに接続する手間も省けるので工期を短縮することができる。このように、モータ３４は補助駆動装置として機能している。本実施形態では、牽引車両１およびモータ３４が燃料電池により発生した電力により駆動するので、二酸化炭素などの温室効果ガスの排出を抑えることができる。なお、燃料電池の代わりに、もしくは燃料電池と併用して太陽光パネル３２により発電した電力を用いるようにしてもよい。

第２コネクタ３５は、第１コネクタ１１と係合して、蓄電池５に蓄えられた電力を蓄電池３３に供給するものである。
第３コネクタ３６ａは、前方のスクレーパ車両２０ａの蓄電池３３ａに蓄えられた電力を後方のスクレーパ車両２０ｂの蓄電池３３ｂに蓄えるために第２コネクタ３５ｂと係合するものである。なお、第３コネクタ３６は、スクレーパ車両２０の後方（＋Ｘ方向）に設けるのが好ましい。

排土板３７は、金属製の機械部品であり、排出工程においてボウル２４に収容された掘削物を排土場にて排出するものである。排土板３７は、排出工程以外では＋Ｘ方向に位置しており、排出工程において不図示の油圧シリンダにより－Ｘ方向に移動することにより掘削物を排出する。

速度計３８は、スクレーパ車両２０の速度を検出するものであり、車軸２６の回転数を検出する車速センサや、スクレーパ車両２０を測位する不図示のＧＮＳＳの出力を利用したセンサなど各種のセンサを適用することができる。なお、速度計３８は省略してもよく、速度計３８ａと速度計３８ｂとのいずれか一方を省略するようにしてもよい。

メモリ３９は、どのようなタイプのメモリを用いてもよく、本実施形態では不揮発性の半導体メモリ（例えば、フラッシュメモリ）を用いるものとする。メモリ３９は、スクレーパ車両２０を駆動するための各種プログラムや、歪ゲージ２８や加速度計２９やロードセル３０が計測した計測結果や、制御装置４１が演算した演算結果などを記憶するものである。
通信装置４０は、基地局の通信装置や、排出工程の排土場に設けられた通信装置や、牽引車両１側の通信装置８と通信を行うものである。通信装置４０は、どのような通信方式を用いることができるが、本実施形態ではＷｉ－Ｆｉ（登録商標）のような無線ＬＡＮを用いて無線でボウル２４の重量に関するデータ通信をするものとする。
なお、牽引車両１側の通信装置８は、牽引車両１に加速度計が設けられた場合に、加速度計が検出した加速度を通信装置４０に通信してもよい。

制御装置４１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を備え、スクレーパ車両２０全体を制御するものであり、本実施形態では、ボウル２４に収容された掘削物の重量計測やモータ３４による補助駆動に関する制御を行うものである。

以上のように構成された牽引車両１およびスクレーパ車両２０の制御につき、図４および図５のフローチャートを用いて説明する。なお、図４は制御装置１０により実行されるフローチャートであり、図５は制御装置４１により実行されるフローチャートである。また、本実施形態のトレイン式のスクレーパ車両２０は、スクレーパ車両２０ａがスクレーパ２５ａによる掘削を行っているときには、スクレーパ車両２０ｂがスクレーパ２５ｂによる掘削を行わないようにしている。これは、掘削による掘削抵抗を抑制するためである。また、スクレーパ車両２０が３両以上の場合にも掘削を行うのは１両にすることが好ましい。

（フローチャートの説明）
図４のフローチャートは、牽引車両１が土木現場の掘削領域に入り、掘削工程を実施するタイミングで開始されるものとする。
制御装置１０は、ＧＮＳＳ６の出力から牽引車両１が掘削領域に入ったのを認識すると、不図示の油圧シリンダを制御してスクレーパ２５ａを地面に食い込ませて掘削を開始する（ステップＳ１）。

制御装置１０は、掘削が開始されると通信装置８により、速度計７が検出した速度や、シャフトの回転数や、掘削を行っていることを伝達する各種データなどを制御装置４１ａに送信する（ステップＳ２）。なお、制御装置４１ａは、ステップＳ２の各種データを受け取ると図５のフローチャートを開始する。

制御装置１０は、１両目のスクレーパ車両２０ａによる掘削量が所定量（例えばボウル２４ａに満載）に達したかどうかの判断を行う（ステップＳ３）。本実施形態において、制御装置１０は、撮像装置３１ａが撮像した画像に基づき、掘削量が所定量に達したかどうかの判断を行う。なお、撮像装置３１ａが撮像した画像を土木現場の事務所または遠隔地の事務所に送信して、作業員により掘削量が所定量に達したかの判断を行い、その結果を通信装置８を介して制御装置１０に送信するようにしてもよい。

制御装置１０は、掘削が終了するまでステップＳ２とステップＳ３とを繰り返す。なお、詳細は後述するものの、ステップＳ２を繰り返すのは、制御装置４１ａがモータ３４ａによる補助駆動を行うかどうかを判断するためである。
制御装置１０は、１両目のスクレーパ車両２０ａによる掘削量が所定量に達すると、不図示の油圧シリンダを制御してスクレーパ２５ａを地面から離れる位置まで駆動させる。

制御装置１０は、１両目のスクレーパ車両２０ａによる掘削に引き続き、２両目のスクレーパ車両２０ｂによる掘削を行うため、不図示の油圧シリンダを制御してスクレーパ２５ｂを地面に食い込ませて掘削を開始する（ステップＳ４）。

制御装置１０は、掘削が開始されると通信装置８により、速度計７が検出した速度や、シャフトの回転数や、掘削を行っていることを伝達する各種データなどを制御装置４１ｂに送信する（ステップＳ５）。なお、制御装置４１ｂは、ステップＳ５の各種データを受け取ると図５のフローチャートを開始する。

制御装置１０は、２両目のスクレーパ車両２０ｂによる掘削量が所定量（例えばボウル２４ｂに満載）に達したかどうかの判断を行う（ステップＳ６）。本実施形態において、制御装置１０は、撮像装置３１ｂが撮像した画像に基づき、掘削量が所定量に達したかどうかの判断を行う。なお、撮像装置３１ｂが撮像した画像を土木現場の事務所または遠隔地の事務所に送信して、作業員により掘削量が所定量に達したかの判断を行い、その結果を通信装置８を介して制御装置１０に送信するようにしてもよい。

制御装置１０は、掘削が終了するまでステップＳ５とステップＳ６とを繰り返す。なお、詳細は後述するものの、ステップＳ５を繰り返すのは、制御装置４１ｂがモータ３４ｂによる補助駆動を行うかどうかを判断するためである。
制御装置１０は、２両目のスクレーパ車両２０ｂによる掘削量が所定量に達すると、不図示の油圧シリンダを制御してスクレーパ２５ｂを地面から離れる位置まで駆動させる。

制御装置１０は、２両目のスクレーパ車両２０ｂによる掘削量が所定量に達すると掘削工程が終了したと判断して図４のフローチャートを終了し、引き続き運搬工程、排出工程、回送工程の制御を行っていく。
なお、制御装置１０は、上述のステップＳ２において、各種データなどを制御装置４１ｂにも送信するようにしてもよい。
同様に、制御装置１０は、上述のステップＳ５において、各種データなどを制御装置４１ａにも送信するようにしてもよい。

次いで、図５のフローチャートについて説明を続ける。図５のフローチャートは、図４のフローチャートの実施に応じて、制御装置４１ａが実施する場合と、制御装置４１ｂが実施する場合とがあるが、その内容は実質的に同じであるので、制御装置４１ａが実施する場合について説明を続ける。

制御装置４１ａは、スクレーパ２５ａが掘削位置にあるかどうかを判断する（ステップＳ１０１）。制御装置４１ａは、図４のフローチャートのステップＳ２において各種データを受け取るとスクレーパ２５ａが掘削位置にあると判断する。

制御装置４１ａは、撮像装置３１ａによる撮像を開始する（ステップＳ１０２）。撮像装置３１ａによる撮像は、ボウル２４ａが掘削物で満載になるまで行われる。ボウル２４ａが掘削物で満載になるまでには時間がかかるので、制御装置４１ａは、最初は撮像装置３１ａのフレームレートを下げて動画を撮像したり、静止画を撮像する間隔を数秒間隔として、時間の経過とともにフレームレートを上げて動画を撮像したり、静止画を撮像する間隔を短くするようにしてもよい。これにより、効率的な撮像を実施することができる。

制御装置４１ａは、モータ３４ａによる補助駆動が必要かどうかを判断する（ステップＳ１０３）。制御装置４１ａは、速度計７の速度が所定速度より遅くなった場合や、速度計７の速度と回転数とを比較して、回転数が高い割には速度が遅い場合、すなわち牽引車両１の車輪が空回りしている場合などは、モータ３４ａにより車輪２７ａを駆動する（ステップＳ１０４）。また、制御装置４１ａは、牽引車両１の車輪が空回りしている場合に、通信装置４０ａを介して制御装置１０に車輪の回転数を下げるように指示する。

なお、制御装置４１ａは、モータ３４ａによる補助駆動では駆動力が足りない場合には、通信装置４０ａを介して制御装置４１ｂにモータ３の駆動を行うように指示する。この場合においても、制御装置４１ａは、牽引車両１の車輪や、車輪２７ａや、車輪２７ｂが空回りをしていると判断した場合には、該当する車輪の回転数を落とすような制御を行う。
なお、制御装置４１ａは、速度計７の速度が所定速度より早くなった場合に、モータ３４ａによる補助駆動を終了する。

制御装置４１ａは、スクレーパ２５ａによる掘削量が所定量に達したかどうかを判断する（ステップＳ１０５）。ここでは、制御装置４１ａは、図４のフローチャートのステップＳ３の判断に基づいて、掘削量が所定量に達したかどうかを判断する。制御装置４１ａは、スクレーパ２５ａによる掘削量が所定量に達するまでステップＳ１０３以降を繰り返す。

制御装置４１ａは、歪ゲージ２８ａと加速度計２９ａとによる測定を実施する（ステップＳ１０６）。制御装置４１ａは、スクレーパ車両２０ａの移動中に歪ゲージ２８ａによりボールジョイント２２ａに加わる荷重をボールジョイント２２ａのＺ方向に作用する加速度とともに計測する。
制御装置４１ａは、ロードセル３０ａと加速度計２９ａとによる測定を複数回実施してもよい。

制御装置４１ａは、ステップＳ１０６の測定に続いて、ボウル２４ａに収容された掘削物の重量の演算を実施する（ステップＳ１０７）。本実施形態において、制御装置４１ａは、ボールジョイント２２ａに設けられた加速度計２９ａの出力が閾値よりも小さいときに歪ゲージ２８ａが検出した歪量に基づいて、ボウル２４ａに収納された土砂などの掘削物の量を演算する。この際に、制御装置４１ａは、ピローブロック４２ａに設けられた加速度計２９ａの出力が閾値よりも小さいときにロードセル３０ａが検出した重量を用いるようにしてもよい。

なお、制御装置４１ａは、加速度計２９ａの出力が小さいものＮ個（Ｎは自然数）の歪ゲージ２８ａおよびロードセル３０ａの出力からボウル２４ａに収納された土砂などの掘削物の重量を演算してもよく、加速度計２９ａの出力が小さいときに歪ゲージ２８ａおよびロードセル３０ａの出力に重みづけをするように演算してもよい。

ヒッチ２１ａは温度により歪が発生する場合もある。このため、掘削を行う際の温度に応じた補正係数をメモリ３９ａに記憶させておいてもよい。この場合、前述のキャリブレーション時や図５のステップＳ１０６における計測時の実測により補正係数を求めてもよく、ヒッチ２１ａの材質の線膨張係数（熱膨張率）から補正係数を求めてもよい。また、ヒッチ２１ａの熱歪を減少するために、歪ゲージ２８ａを断熱材でカバーするようにしてもよい。
なお、ロードセル３０ａが設けられるピローブロック４２ａに関しても熱歪の補正係数を求めてメモリ３９ａに記憶させてもよい。

制御装置４１ａは、ステップＳ１０７のボウル２４ａに収納された掘削物の重量の演算が終了すると、この演算結果を通信装置４０ａにより基地局の通信装置に送信する。なお、制御装置４１ａは、この演算結果を排出工程の排土場に設けられた通信装置に送信するようにしてもよい。

前述したように、２両目の制御装置４１ｂは、図４のフローチャートのステップＳ５の各種データを受け取ると、図５のフローチャートを実施する。制御装置４１ｂは、ボウル２４ｂに収納された掘削物の重量の演算が終了すると、この演算結果を通信装置４０ｂにより基地局または排土場の通信装置に送信する。基地局または排土場に設けられた不図示の制御装置は、ボウル２４ａに収納された掘削物の重量と、ボウル２４ｂに収納された掘削物の重量とからスクレーパ車両２０が掘削した掘削物の重量を演算する。なお、基地局または排土場に設けられた不図示の制御装置に変わり、制御装置１０と、制御装置４１ａと、制御装置４１ｂとのいずれか１つの制御装置がスクレーパ車両２０により掘削された掘削物の重量を演算してもよい。

図４および図５のフローチャートでは、ボウル２４が満載になったのをトリガーにして、ボウル２４に収納された掘削物の重量を検出したが、これに限定されるものではない。例えば、ボウル２４に収容する掘削物の重量が決まっている場合には、制御装置４１はスクレーパ２５が掘削を行っている際に、ボウル２４に収容された掘削物の重量を検出するようにし、決まっている重量になったり、決まっている重量になりそうになったりした時点で制御装置１０に通信するようにしてもよい。制御装置１０は、制御装置４１からの通信を受けた後に不図示の油圧シリンダによりスクレーパ２５を地上に向けて傾斜させて掘削工程を終了させるようにしてもよい。

本実施形態によれば、ヒッチ２１の歪からボウル２４に収容された掘削物の重量を検出しているので、簡単な構成で安価に掘削物の重量を検出することができる。また、スクレーパ車両２０の移動中にボウル２４に収容された掘削物の重量を検出しているので、効率的にボウル２４に収容された掘削物の重量を検出することができる。

（変形例）
上述の実施形態は、様々な変形や機能の追加が可能であり、以下、その説明を行う。図６はボウル２４を前後に分割した変形例を示す図であり、図６（ａ）～図６（ｃ）は後部のボウル２４ｒの掘削工程を示す図であり、図６（ｄ）～図６（ｇ）は前部のボウル２４ｆの掘削工程を示す図である。なお、図６ではボウル２４を中心に図示しており、他の部分は省略して図示している。また、スクレーパ２５も省略しているが、スクレーパ２５は前部のボウル２４ｆおよび後部のボウル２４ｒに一体的に形成されている。なお、図６において図１では図示省略した車体フレーム４５を図示している。

車体フレーム４５は、前部のボウル２４ｆを保持している。車体フレーム４５は、後部のボウル２４ｒが可動可能となるように回転支点部材４６を介して後部のボウル２４ｒを保持している。また、車体フレーム４５は、不図示の開口部を有している。この不図示の開口部には、エプロン４７が摺動可能に設けられている。エプロン４７は、掘削工程の終了後に前部のボウル２４ｆの前側（－Ｘ方向側）から掘削した掘削物がこぼれないように、前部のボウル２４ｆの開口を塞ぐものである。これとは逆に、エプロン４７は、排出工程では前部のボウル２４ｆの開口から掘削物が排出できるようにボウル２４ｆの前側から退避する。

本変形例において、ボウル２４を前後に分割するのは、掘削した掘削物がボウル２４内で－Ｘ方向から＋Ｘ方向に移動する距離を短くすることにより、掘削物がボウル２４内を移動するときの抵抗を小さくするためである。これにより、牽引車両１に係る抵抗が少なくなるので、モータ３４による補助駆動回数を減らせたり、モータ３４を省略したりすることも可能となる。

制御装置１０は、図６（ａ）に示すように後部のボウル２４ｒを傾斜させることにより掘削を開始し、図６（ｂ）に示すように後部のボウル２４ｒが掘削物で満載になるまで掘削を行う。制御装置１０は、後部のボウル２４ｒが掘削物で満載になると、図６（ｃ）に示すように後部のボウル２４ｒを元の位置に戻す。

次いで、制御装置１０は、図６（ｄ）に示すように前部のボウル２４ｆと後部のボウル２４ｒとを傾斜させるとともに、エプロン４７をボウル２４ｆの前側から退避させることにより掘削を開始し、図６（ｅ）に示すように前部のボウル２４ｆが掘削物で満載になるまで掘削を行う。制御装置１０は、前部のボウル２４ｆが掘削物で満載になると、図６（ｆ）に示すように前部のボウル２４ｆの開口を塞いで、図６（ｇ）に示すように前部のボウル２４ｆを元の位置に戻す。

上述の変形例では、図６のＸ方向においてボウル２４を分割したが、図６のＹ方向（紙面垂直方向）においてボウル２４とスクレーパ２５とを２つに分割してもよい。これにより、スクレーパ２５のＹ方向の寸法が短くなるため掘削抵抗を小さくすることができる。なお、ボウル２４とスクレーパ２５とを図６のＹ方向（紙面垂直方向）に分割する数は３つ以上でもよい。

次に本実施形態の安全対策として２次元コードであるＱＲコード（登録商標、以下同じ）を用いた例につき説明を続ける。
図７は牽引車両１を前面から見た概要図であり、図８は土木現場５０で複数台の牽引車両１がスクレーパ車両２０を牽引している様子を示す概要図である。牽引車両１の前面のフロント部１５には、ＱＲコードが形成されたＱＲコード部１２と、コードリーダ１３と、一対の前照灯であるヘッドライト１４などが設けられている。また、ＱＲコード部１２は、スクレーパ車両２０の後面にも設けられている。なお、コードリーダ１３をスクレーパ車両２０の後面に設けるようにしてもよい。また、フロント部１５の内側に燃料電池２や水素タンク４などが設けられている。

ＱＲコードの内容は、本実施形態においては、任意の文字列であり進入禁止や停止などを意味する内容である。図８に示す標識５１にも進入禁止を意味するＱＲコードが形成されている。
コードリーダ１３は、ＱＲコード部１２を読み取る撮像部を有する。コードリーダ１３で読み取られたＱＲコードは、制御装置１０で解析される。制御装置１０は、解析結果に基づいて牽引車両１を制御する。なお、コードリーダ１３の撮像部は、牽引車両１の速度に基づいてレンズの焦点距離などが設定されている。また、ＱＲコードの大きさは適宜決定することができ、牽引車両１の速度や撮像部の仕様により決定することができる。

制御装置１０は、土木現場５０のＸ方向の両端に設けられ、Ｙ方向に沿って所定間隔で複数設けられた標識５１に設けられたＱＲコードをコードリーダ１３により読み取り、進入禁止領域と判断して停止したり右折したりする。また、制御装置１０は、牽引車両１同士が正面衝突したり、牽引車両１がスクレーパ車両２０ｂに衝突したりしないように牽引車両１全面のＱＲコード部１２やスクレーパ車両２０ｂの後面に設けられたＱＲコード部１２を読み取った場合には不図示のブレーキにより停止するようにしている。

本実施形態では、ＱＲコード部１２およびコードリーダ１３などを用いているので、簡単な構成で牽引車両１の自動運転をサポートすることができる。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５０にて用いて好適である。また、制御装置１０は、コードリーダ１３の近傍に設けられたヘッドライト１４によりＱＲコード部１２を照明すれば、夜間においてもコードリーダ１３がＱＲコード部１２を読み取ることができるので、夜間施工を安全に実施することができる。

図９は作業員の様子を示す概要図であり、ヘルメットの前面や側面や天面にＱＲコードが形成されたＱＲコード部１２が設けられている。制御装置１０は、ヘルメットに設けられたＱＲコード部１２をコードリーダ１３にて読み取った場合は、牽引車両１の近傍に作業員がいると判断して牽引車両１を停止する。これにより、作業員と牽引車両１との接触事故を防止することができる。この場合も、制御装置１０は、光源（例えばＬＥＤ）を備えたヘッドライト１４により前方を照明することにより、夜間においてもヘルメットのＱＲコード部１２を読み取ることができる。なお、ヘルメットに加えて、もしくはヘルメットに代えて作業員の作業着の前面や後面などにＱＲコード部１２を設けるようにしてもよい。ヘルメットや作業着に複数のＱＲコード部１２を設けることにより、ＱＲコード部１２の認識率をより高めることができる。なお、複数のＱＲコード部１２は同じ情報のものでもよく、異なる情報のものであってもよい。

なお、ＱＲコード部１２は、進入禁止や停止などの情報に加えて右折、左折、走行速度、路面の傾斜などの情報を加えるようにしてもよい。また、ＱＲコード部１２は、粘着シールや、磁性体によりフロント部１５に着脱可能に設けてもよく、フロント部１５に印刷してもよく、フロント部１５に固設してもよい。ＱＲコード部１２およびコードリーダ１３は、牽引車両１のみならずバックホウなどの建設機械に設けてもよい。この場合もヘッドライト１４をバックホウに設けることが好ましい。

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、上述の実施形態では、駆動車両として牽引車両１を用いたが、スクレーパ車両２０の後方からスクレーパ車両をプッシュするプッシュ型の駆動車両を用いてもよい。
また、スクレーパ車両２０にコリオリの力から角速度を検出するジャイロセンサを設けて、スクレーパ車両２０に作用する角速度が小さいときに、歪ゲージ２８や、加速度計２９や、ロードセル３０による測定を行うようにしてもよい。

なお、スクレーパ車両２０が静止した状態で歪ゲージ２８や、加速度計２９や、ロードセル３０による測定を行うようにしてもよい。また、スクレーパ車両２０が静止した状態と、スクレーパ車両２０が移動した状態とでボウル２４に収容された掘削物の重量を検出し、静止状態の重量をリファレンスとして、移動状態での重量を補正し、この補正値をメモリ３９に記憶してもよい。そして、次回以降の移動状態での重量の演算の際に、メモリ３９に記憶された補正値により、演算した重量を補正してもよい。
また、加速度センサに代えて、もしくは加速度センサと併用してジャイロセンサを用いてもよい。

１ 牽引車両 ２ 燃料電池 ３ モータ ４ 水素タンク
７ 速度計 １０ 制御装置 １２ ＱＲコード部
２０ スクレーパ車両 ２１ ヒッチ ２２ ボールジョイント
２４ ボウル ２５ スクレーパ ２８ 歪ゲージ
２９ 加速度計 ３０ ロードセル ３９ メモリ ４０ 通信装置 ４１ 制御装置

Claims (12)

1. 第１掘削部を有した第１スクレーパ車両と、
   第２掘削部を有し、連結部材により前記第１スクレーパ車両に連結された第２スクレーパ車両と、
   前記連結部材の歪の変化を検出する第１検出装置と、
   前記第１検出装置によって検出された歪みの変化に基づいて、前記第２スクレーパ車両に積載された掘削物の重量を演算する演算装置と、を備えたトレイン式スクレーパ車両。
2. 前記第２スクレーパ車両の車軸を支持する第２支持部材に作用する荷重の変化を検出する第２検出装置を備え、
   前記演算装置は、前記第１検出装置と前記第２検出装置との検出結果に基づいて、前記第２スクレーパ車両に積載された掘削物の重量を演算する請求項１記載のトレイン式スクレーパ車両。
3. 前記第２スクレーパ車両の加速度を検出する加速度計と、
   前記加速度計の検出結果に基づいて、前記第１検出装置が検出した結果を加工する加工装置と、を備えた請求項１または請求項２記載のトレイン式スクレーパ車両。
4. 前記加工装置は、前記加速度計の検出結果に基づいて、前記第１検出装置が検出した結果を選択する請求項３記載のトレイン式スクレーパ車両。
5. 前記第１検出装置は、前記第１スクレーパ車両と前記第２スクレーパ車両が移動中に前記連結部材の歪の変化を検出する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のトレイン式スクレーパ車両。
6. 前記第２スクレーパ車両に２次元コードが形成された２次元コード部を備えた請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のトレイン式スクレーパ車両。
7. 燃料電池を備え、前記燃料電池により発生した電力により駆動する牽引車両と、
   第１掘削部を有し、前記牽引車両に接続された第１スクレーパ車両と、
   第２掘削部を有し、前記第１スクレーパ車両に連結された第２スクレーパ車両と、
   前記第１スクレーパ車両の車輪と前記第２スクレーパ車両の車輪との少なくとも一方の車輪を前記燃料電池により発生した電力により駆動するインホイールモータと、を備えたトレイン式スクレーパ車両。
8. 前記第１スクレーパ車両は、太陽光パネルを備えている請求項７記載のトレイン式スクレーパ車両。
9. 前記第２スクレーパ車両は、太陽光パネルを備えている請求項７または請求項８記載のトレイン式スクレーパ車両。
10. 一方の面に前記太陽光パネルを備え、他方の面に撮像装置が設けられたフレームを備えている請求項８または請求項９記載のトレイン式スクレーパ車両。
11. 前記牽引車両に２次元コードが形成された２次元コード部を備えた請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載のトレイン式スクレーパ車両。
12. 前記牽引車両に２次元コードを読み取るコードリーダを備えた請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載のトレイン式スクレーパ車両。

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