WO2023089891A1 - スクレーパ車両および牽引車両 - Google Patents

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WO2023089891A1
WO2023089891A1 PCT/JP2022/031602 JP2022031602W WO2023089891A1 WO 2023089891 A1 WO2023089891 A1 WO 2023089891A1 JP 2022031602 W JP2022031602 W JP 2022031602W WO 2023089891 A1 WO2023089891 A1 WO 2023089891A1
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WO
WIPO (PCT)
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scraper
vehicle
control device
towing
excavation
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/031602
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
朝倉健夫
森本秀敏
関口政一
Original Assignee
日本国土開発株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by 日本国土開発株式会社 filed Critical 日本国土開発株式会社
Priority to JP2023562141A priority Critical patent/JPWO2023089891A1/ja
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/64—Buckets cars, i.e. having scraper bowls
    • E02F3/65—Component parts, e.g. drives, control devices
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F3/00—Dredgers; Soil-shifting machines
    • E02F3/04—Dredgers; Soil-shifting machines mechanically-driven
    • E02F3/76—Graders, bulldozers, or the like with scraper plates or ploughshare-like elements; Levelling scarifying devices

Definitions

  • the present invention relates to a scraper vehicle and a tow vehicle with an excavable scraper.
  • scraper vehicles equipped with scrapers for excavating the ground or the like have been used at civil engineering sites.
  • This scraper vehicle has rear wheels, which can be assisted by an electric motor.
  • the scraper vehicle is towed by a tractor having an internal combustion engine, and is normally driven by the tractive force of the tractor, with the rear wheels being assisted by an electric motor as needed.
  • Patent Document 1 does not disclose any distortion of the scraper vehicle caused by excavation. Further, Patent Document 1 does not disclose any control by the tractor caused by the distortion of the scraper vehicle caused by excavation.
  • an object of the present invention is to provide a scraper vehicle capable of detecting distortion of the scraper vehicle caused by excavation.
  • Another object of the present invention is to provide a towing vehicle that can control the scraper vehicle due to distortion of the scraper vehicle.
  • a scraper vehicle is a movable scraper vehicle, and includes a scraper that excavates the ground during movement, and a detection device that is provided on the scraper vehicle and detects a change in strain due to excavation by the scraper. ing.
  • a towing vehicle according to the present invention is a towing vehicle that tows a scraper vehicle having a scraper that excavates the ground during movement, and includes a detection device that is provided on the scraper vehicle and detects a change in strain due to excavation by the scraper.
  • a receiving device is provided for receiving the detection results.
  • the detector detects a change in the strain of the scraper due to excavation, it is possible to realize a scraper vehicle that can detect the strain of the scraper vehicle caused by excavation.
  • the receiving device receives the detection result of the detecting device that detects the change in strain due to excavation of the scraper. can do.
  • FIG. 2 is a block diagram of main parts of the scraper vehicle of the first embodiment;
  • FIG. It is a figure which shows the load cell provided under the axle of 1st Embodiment.
  • 4 is a flowchart executed by a scraper vehicle control device;
  • 4 is a flow chart executed by a towing vehicle controller;
  • It is a schematic diagram which shows the towing vehicle and scraper vehicle of 2nd Embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a towing vehicle 1 and a scraper vehicle 20, which are driving vehicles of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram of main parts of the towing vehicle 1 and the scraper vehicle 20 of the first embodiment.
  • One cycle of the scraper vehicle 20 includes an excavating process, a transporting process, a discharging process, and a forwarding process.
  • the towing vehicle 1 tows a scraper vehicle 20, and is connected (coupled) to the scraper vehicle 20 by a hitch 21, which is a coupling device.
  • the hitch 21 is detachable from the towing vehicle 1 and has a flexible ball joint 22 provided at one end on the towing vehicle 1 side.
  • the towing vehicle 1 of the present embodiment is of automatic driving type without a driver's seat. Further, in this embodiment, instead of the internal combustion engine, the towing vehicle 1 uses a fuel cell 2 and in-wheel motors 3 (see FIG. 2) provided for each of the two front wheels and the four rear wheels. is running (driving). Note that the in-wheel type motor 3 may be provided so as to be coaxially connected to the hubs of the front and rear wheels.
  • the towing vehicle 1 may be of a remote control type, a type having a driver's seat, an engine using an internal combustion engine, or an engine driven by ammonia or hydrogen as fuel.
  • the towing vehicle 1 of this embodiment includes a hydrogen tank 4 that supplies hydrogen to the fuel cell 2, a storage battery 5, a GNSS 6 (Global Navigation Satellite System), a speedometer 7, a communication device 8, and a memory 9. , and a control device 10 .
  • GNSS 6 Global Navigation Satellite System
  • the fuel cell 2 is a power generator that produces electricity by causing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen.
  • the hydrogen tank 4 stores hydrogen compressed to several tens of MPa, and supplies the hydrogen to the fuel cell 2 via a hydrogen supply channel (not shown).
  • the storage battery 5 is a secondary battery that stores electric power generated by the fuel cell 2 .
  • the storage battery 5 can supply the stored electric power to the motor 3, the storage battery 33 provided in the scraper vehicle 20, and the like.
  • the towing vehicle 1 is provided with a first connector 11 (e.g., a female connector) connected to the storage battery 5 , and the scraper vehicle 20 is engaged with the first connector 11 .
  • a mating second connector 35 (eg a male connector) is provided.
  • the fuel cell 2 and the hydrogen tank 4 are arranged on the front side of the towing vehicle 1.
  • an internal combustion engine was arranged and a driver's seat was provided.
  • a large space can be provided in front of the towing vehicle 1, and many hydrogen tanks 4 can be arranged, and the fuel cell 2 can be arranged freely. can be secured.
  • the storage battery 5 is shown near the center of the towing vehicle 1 in FIG.
  • GNSS6 measures the position of the traction vehicle 1 using an artificial satellite.
  • the speedometer 7 detects the speed of the towing vehicle 1, and various sensors such as a vehicle speed sensor that detects the number of rotations of a shaft connected to the driving wheels and a sensor that uses the output of the GNSS 6 can be applied. can.
  • the communication device 8 is a wireless communication unit that accesses a communication device 40 (to be described later) provided on the scraper vehicle 20 side and a wide area network such as the Internet. drive and control information to the communication device 40 .
  • the communication device 8 also receives data from the communication device 40 resulting from calibration of the scraper vehicle 20, which will be described later.
  • the memory 9 is a non-volatile memory (for example, a flash memory), and contains map information of the civil engineering site, a program for automatically driving the towing vehicle 1, a scraper 25 described later, and a hydraulic cylinder (not illustrated later). A program to do is stored. Further, the memory 9 stores calibration data of the scraper vehicle 20 received by the communication device 8 .
  • the control device 10 has a CPU and is a control device that controls the towing vehicle 1 and the scraper vehicle 20 .
  • the control device 10 automatically drives the towing vehicle 1 at a civil engineering site, and drives and controls a scraper 25 (to be described later) and a hydraulic cylinder (not shown) provided in the scraper vehicle 20 .
  • the control device 10 also controls the driving and stopping of a motor 34, which will be described later, provided on the scraper vehicle 20 side. Note that the control by the control device 10 will be described later using the flowchart of FIG.
  • the scraper vehicle 20 includes, in addition to the hitch 21 and ball joint 22 previously described, a frame 23, a bowl 24, a scraper 25, an axle 26, wheels 27, strain gauges 28, and an accelerometer 29 (Fig. 2), a load cell 30 (see FIG. 3), and an inclinometer 48.
  • the scraper vehicle 20 also includes an imaging device 31, a solar panel 32 that is a power generation device, a storage battery 33 that is a secondary battery, a motor 34 (see FIG. 2), a second connector 35, and a third connector 36. , a dumping plate 37, and a speedometer 38 (see FIG. 2).
  • the scraper vehicle 20 has a memory 39 that stores various data, a communication device 40, and a control device 41 that controls the scraper vehicle 20 as a whole.
  • the frame 23 is a tapered metal part, and has an imaging device 31 on its inner surface facing the bowl 24 and a plurality of solar panels 32 on its outer surface.
  • the bowl 24 has an open upper surface and accommodates excavated material such as earth and sand excavated by the scraper 25 .
  • the scraper 25 is a blade-like or spatula-like member for scraping off earth and sand on the running surface such as the ground surface. Since the bowl 24 and the scraper 25 are provided integrally, by inclining the bowl 24 toward the ground with a hydraulic cylinder (not shown), the scraper 25 can dig into the ground and excavate the earth and sand.
  • the bowl 24 is provided with an opening (not shown), and when the bowl 24 is tilted toward the ground, the excavated material excavated by the scraper 25 is received in the bowl 24 through the opening (not shown). be.
  • the scraper 25 When the excavation by the scraper 25 is completed, the scraper 25 is separated from the ground by inclining the bowl 24 toward the ground with a hydraulic cylinder (not shown). When the scraper 25 is lifted off the ground, the load of the excavated material contained in the bowl 24 acts on the ball joint 22 and a pillow block 42 (see FIG. 3) which receives the load of the axle 26. Become.
  • the axle 26 is rotated by the tractive force of the towing vehicle 1, and the wheels 27 are connected to both ends of the axle 26 and are a pair of driven wheels that rotate as the axle rotates.
  • the wheels 27 may be provided on the front and rear sides of the scraper vehicle 20 as front and rear wheels.
  • the strain gauge 28 is a metal resistor, and is adhered, for example, below the hitch 21, which is the object to be measured, via an electrical insulator.
  • the strain gauge 28 measures strain as the metal expands and contracts in proportion to the force applied to the hitch 21 and the resistance value changes.
  • the strain detected by the strain gauge 28 includes strain due to the excavated material excavated by the scraper 25 being accommodated in the bowl 24 and strain due to the scraper 25 digging into the ground during excavation.
  • the load of the excavated material is applied to the bowl 24 .
  • the load of the bowl 24 is applied separately to the flexible ball joint 22 and the wheel 27 . Because the flexible ball joint 22 supports a portion of the load of the bowl 24 , there is a tensile stress under the hitch 21 .
  • the strain gauge 28 measures the change in resistance due to the tensile stress of the hitch 21, and the controller 41 can measure the weight of the excavated material in the bowl 24 from the resistance detected by the strain gauge 28.
  • the calibration may be performed in a stationary state in which the scraper vehicle 20 is stationary, or in a moving state in which the scraper vehicle 20 is towed by the towing vehicle 1, or in a stationary state and a moving state. may be performed.
  • the calibration in the moving state is preferably corrected according to the posture of the scraper vehicle 20. This is because a compressive stress acts on the hitch 21 when the ground slopes down, whereas a tensile stress acts on the hitch 21 when the ground slopes up.
  • the inclination of the scraper vehicle 20 with respect to the ground can be detected by an inclinometer 48 provided on the lower surface of the frame 23 . Note that the inclinometer 48 may be provided on the upper surface of the frame 23 .
  • the strain due to the excavating force when the scraper 25 bites into the ground and excavates is determined by measuring the strain gauge 28 with the scraper 25 biting into the ground by a predetermined amount in the moving state, and by removing the scraper 25 from the ground. Calibration can be performed from the difference from the measurement of the strain gauge 28 in a remote state.
  • the amount of the scraper 25 digging into the ground may be set in a program for automatically driving the towing vehicle 1 .
  • the number of steps may be set such as 1 step or 2 steps, and the driving amount of the scraper 25 may be set such as 10 mm, 20 mm or 30 mm.
  • the calibration of the distortion caused by the scraper 25 digging into the ground may be performed in different loading states by varying the loading state of the bowl 24 . It should be noted that it is preferable to correct the distortion caused by the scraper 25 digging into the ground according to the posture of the scraper vehicle 20 .
  • how the load W applied to the bowl 24 is separated between the ball joint 22 and the pillow block 42 is detected in advance. For example, assume that 40% of the load W acts on the ball joint 22 and 60% of the load W acts on the pillow block 42 . In this case, since the resistance value measured by the strain gauge 28 is 40% of the load W, the controller 41 can calculate the load W applied to the bowl 24 by converting it to 100%.
  • the resistance values of the strain gauge 28 may be measured in advance when the bowl 24 is empty or when a load of 100 kg is applied to the bowl 24, and stored in the memory 39 as a table. When the bowl 24 is empty, only the load of the scraper vehicle 20 is acting, and the amount of change from this state is the weight of the excavated material contained in the bowl 24 .
  • the table stored in the memory 39 may store the resistance values of the strain gauge 28 when a plurality of loads (eg, 200 Kg and 300 Kg) are applied to the bowl 24 .
  • a plurality of strain gauges may be used, and the number is not limited. Since the amount of strain is the largest at the center of the hitch 21 in the X direction, which is the horizontal direction, a strain gauge 28 is provided at the center of the hitch 21 in the horizontal direction and below the hitch 21 in the Z direction, which is the vertical direction. is preferred.
  • the accelerometer 29 detects the acceleration acting on the scraper vehicle 20 in this embodiment, and any method such as mechanical, optical, semiconductor, etc. can be used.
  • the accelerometer 29 detects acceleration in the Z-axis direction near the strain gauge 28, but is not limited to this, and detects acceleration in the X-axis direction and the Y-axis direction. good too.
  • the number of accelerometers 29 provided may be one, or at least one accelerometer may be provided at each of a plurality of locations on the scraper vehicle 20 .
  • the accelerometer 29 may be provided near where the load cell 30 is provided, or may be provided on the towing vehicle 1 . If the towing vehicle 1 is provided with an accelerometer 29 , it is preferably provided near the ball joint 22 .
  • the control device 41 calculates the amount of excavated material such as earth and sand stored in the bowl 24 based on the amount of strain detected by the strain gauge 28 when the output of the accelerometer 29 is smaller than the threshold value. shall be Alternatively, the control device 41 may calculate the amount of excavated material such as earth and sand stored in the bowl 24 from the outputs of N (N is a natural number) strain gauges 28 with small outputs of the accelerometers 29. Calculations may be performed so that the output of the strain gauge 28 is weighted when the output of the accelerometer 29 is small.
  • the control device 41 can The output of strain gauge 28 can be corrected.
  • the control device 41 uses the output of the accelerometer 29 to process or select the detection result of the strain gauge 28 .
  • FIG. 3 shows a load cell 30 provided below the axle 26 of this embodiment.
  • the axle 26 is rotatably supported by a bearing 43, and the bearing 43 is held by a pillow block 42 which is a bearing base.
  • a load cell 30 is provided below the pillow block 42 so as to detect the excavation load of the bowl 24 acting on the wheel 27 .
  • Various load cells 30 such as a piezoelectric load cell and a strain load cell can be used as the load cell 30 . Although two load cells 30 are illustrated in FIG. 3, the number of load cells 30 may be one, or three or more.
  • the memory 39 may store the measured values of the load cell 30 when the bowl 24 is empty or when a load of 100 kg is applied to the bowl 24 as a table. In this case, it is desirable to store the resistance values of the load cell 30 at a plurality of loads (for example, 200 kg and 300 kg).
  • loads for example, 200 kg and 300 kg.
  • the calibration may be performed only once, may be performed periodically, and may be performed when the wheels 27 are replaced or after the air pressure of the wheels 27 is adjusted. Further, the calibration may be performed when the wheels of the towing vehicle 1 are replaced or after adjusting the air pressure of the wheels.
  • the second and subsequent calibrations may be performed only when the bowl 24 is empty, or may be performed with fewer measurement items and less number of measurements than the first calibration, such as with a load of 100 kg.
  • the load measurement by the load cell 30 may be performed when the excavated material excavated by the scraper 25 is stored in the bowl 24 in addition to being used during the calibration described above. Also in this case, the amount of excavated material such as earth and sand stored in the bowl 24 is calculated based on the load detected by the load cell 30 when the output of the accelerometer 29 is smaller than the threshold value.
  • the control device 41 may calculate the amount of excavated material such as earth and sand stored in the bowl 24 from the outputs of N (N is a natural number) load cells 30 with small outputs of the accelerometers 29. , the output of the load cell 30 may be weighted when the output of the accelerometer 29 is small.
  • the control device 41 uses the output of the accelerometer 29 to process or select the detection result of the load cell 30 .
  • the imaging device 31 is a digital camera that has a lens, an imaging device, an image processing engine, etc., and captures moving images and still images.
  • the imaging device 31 is used to image the excavated material stored in the bowl 24 and detect whether the bowl 24 is fully loaded.
  • a non-contact rangefinder such as an ultrasonic rangefinder or a laser rangefinder may be provided on the frame 23 to detect whether or not the bowl 24 is fully loaded.
  • the control device 41 may start the measurement by the strain gauge 28, the accelerometer 29, etc. in response to the bowl 24 being full.
  • the solar panel 32 is a power generation device and is provided on the frame 23 .
  • the reason why the side surface of the frame 23 is tapered is that the side surface of the frame 23 provided on the side surface of the frame 23 can easily receive sunlight. If a tilting mechanism is provided on the upper surface of the frame 23, the solar panel 32 provided on the upper surface of the frame 23 can easily receive sunlight.
  • the towing vehicle 1 may be provided with a solar panel 32 and the electric power generated by the solar panel 32 may be stored in the storage battery 5 . Further, the electric power generated by the solar panel 32 may be used as an auxiliary power source for driving the fuel cell 2 .
  • the storage battery 33 stores power generated by the fuel cell 2 via the second connector 35 and stores power generated by the solar panel 32 . Electric power stored in the storage battery 33 is used to drive a motor 34 that directly drives the wheels 27 .
  • the storage battery 33 is preferably provided in front (-X direction) of the scraper vehicle 20, and is provided in the hitch 21 in this embodiment.
  • the motor 34 is an in-wheel motor provided inside the wheel 27 or coaxially connected to the hub of the wheel 27 .
  • the scraper 25 bites into the ground surface and the running resistance increases. In this case, the drive wheels of the towing vehicle 1 may idle and the scraper vehicle 20 cannot be towed by the traction force of the towing vehicle 1 alone, and the pusher may be used.
  • the wheels 27 are driven by the motor 34 when it is difficult to tow the scraper vehicle 20 with the towing vehicle 1 alone.
  • the drive of the wheels 27 by the motor 34 eliminates the need for a pusher and saves the trouble of connecting the pusher to the scraper vehicle 20, thereby shortening the construction period.
  • the motor 34 functions as an auxiliary drive.
  • the towing vehicle 1 and the motor 34 are driven by the electric power generated by the fuel cell, emissions of greenhouse gases such as carbon dioxide can be suppressed. Electric power generated by the solar panel 32 may be used instead of the fuel cell or in combination with the fuel cell.
  • the second connector 35 engages with the first connector 11 to supply the power stored in the storage battery 5 to the storage battery 33 .
  • the third connector 36 is a connector for supplying electric power stored in the storage battery 33 to the second scraper vehicle 20 when the second scraper vehicle 20 is connected after the scraper vehicle 20 .
  • the unloading plate 37 is a mechanical part made of metal, and discharges the excavated material stored in the bowl 24 at the unloading site in the unloading process.
  • the earth removal plate 37 is positioned in the +X direction except in the discharge process, and is moved in the -X direction by a hydraulic cylinder (not shown) in the discharge process to discharge the excavated material.
  • the forwarding process following the discharge process is a process in which the scraper vehicle 20 moves from the unloading site to the excavation site.
  • the speedometer 38 detects the speed of the scraper vehicle 20, and includes various sensors such as a vehicle speed sensor that detects the number of rotations of the axle 26 and a sensor that uses the output of a GNSS (not shown) that measures the position of the scraper vehicle 20. can be applied. Note that the speedometer 38 may be omitted.
  • non-volatile semiconductor memory for example, flash memory
  • the memory 39 stores various programs for driving the scraper vehicle 20, measurement results measured by the strain gauge 28, the accelerometer 29, and the load cell 30, calculation results calculated by the control device 41, and the like.
  • the memory 39 stores various data obtained by the calibration described above.
  • the communication device 40 communicates with the communication device of the base station, the communication device provided at the dumping site in the discharging process, and the communication device 8 on the towing vehicle 1 side.
  • the communication device 40 can use any communication method, but in this embodiment, wireless LAN such as Wi-Fi (registered trademark) is used to perform wireless data communication regarding the weight of the bowl 24.
  • the communication device 8 on the towing vehicle 1 side may communicate the acceleration detected by the accelerometer to the communication device 40 when the towing vehicle 1 is provided with an accelerometer.
  • the control device 41 includes a CPU (Central Processing Unit) and controls the scraper vehicle 20 as a whole. It is something to do.
  • CPU Central Processing Unit
  • FIG. 4 is a flow chart executed by the control device 41 of the scraper vehicle 20
  • FIG. 5 is a flow chart executed by the control device 10 of the towing vehicle 1. As shown in FIG.
  • the control device 41 performs strain measurement while the scraper vehicle 20 is stationary (step S1).
  • the controller 41 causes the memory 39 to store resistance values of the strain gauge 28 when a plurality of known loads (for example, 200 kg and 300 kg) are applied to the bowl 24 with the scraper 25 kept off the ground.
  • the strain measurement in step S1 is not limited to the civil engineering site, but may be performed anywhere such as a test field, factory, or warehouse. Moreover, the strain measurement in step S1 may be performed on a flat ground or on a slope. In the strain measurement in step S1 on a slope, it is desirable to correct the strain acting on the strain gauge 28 due to the slope based on the output of the inclinometer 48. FIG. For example, the control device 41 may correct the strain measurement result obtained on the sloped ground based on the strain measurement result obtained on the flat ground, and store it in the memory 39 along with the inclination angle.
  • the control device 41 performs strain measurement while the scraper vehicle 20 is moving in a test field, a civil engineering site, or the like (step S2).
  • the control device 41 controls the strain when a plurality of known loads (for example, 200 kg and 300 kg) are applied to the bowl 24 in each of the state where the scraper 25 is separated from the ground and the state where the scraper 25 is bitten into the ground.
  • the resistance value of gauge 28 is stored in memory 39 .
  • step S2 it is desirable to change the amount of bite of the scraper 25 into the ground. Also in the strain measurement in step S2, it is desirable to correct the strain acting on the strain gauge 28 due to the tilt based on the output of the inclinometer 48. FIG.
  • Strain measurement in a moving state may change the measurement results of the strain gauge 28 even in soil properties such as test fields and civil engineering sites. For this reason, soil properties such as the water content ratio and cone index of the soil are measured, and the results of strain measurement are stored in the memory 39 together with the soil properties.
  • soil properties such as the water content ratio and cone index of the soil are measured, and the results of strain measurement are stored in the memory 39 together with the soil properties.
  • For detecting the water content ratio for example, a near-infrared moisture meter, a microwave oven, and a weighing scale can be used. Cone index detection can use, for example, a cone penetrometer.
  • the hardness of the soil may be classified into several stages (eg, 3 to 5 stages) based on the properties of the measured soil, and the strain acting on the strain gauge 28 may be corrected based on the hardness of the soil.
  • the control device 41 determines whether the strain measurement while the scraper vehicle 20 is moving, that is, whether the dynamic strain measurement has been completed (step S3).
  • the control device 41 repeats step S2 if the dynamic strain measurement has not been completed, and proceeds to step S4 if the dynamic strain measurement has been completed.
  • step S3 it is assumed that the dynamic strain measurement has been completed, and the process proceeds to step S4.
  • the control device 41 determines the difference between the measurement of the strain gauge 28 with the scraper 25 biting into the ground by a predetermined amount and the measurement of the strain gauge 28 with the scraper 25 separated from the ground. Strain due to excavation is calculated (step S4). Note that the control device 41 may calculate the strain from the difference between the average values of the measurement results in each state. Based on the measurement results of the inclinometer 48, the control device 41 also controls the difference between the average values when the scraper vehicle 20 is moving uphill, and the average value when the scraper vehicle 20 is moving downhill. A difference in values and a difference in average values when the scraper vehicle 20 is moving on flat ground may be calculated. These calculation results are stored in the memory 39 .
  • strain measurement in a stationary state may be omitted if past data can be applied. Also, strain measurement in a moving state may be performed prior to strain measurement in a stationary state.
  • the control device 10 receives data stored in the memory 39 through communication between the communication device 8 and the communication device 40 of the scraper vehicle 20 (step S101).
  • the control device 10 receives data relating to the calibration explained in the flowchart of FIG. 4 and stores it in the memory 9 . It should be noted that the control device 10 omits step S101 when data relating to the calibration of the scraper vehicle 20 to be towed has already been stored in the memory 9 .
  • the control device 10 starts moving while pulling the scraper vehicle 20, and controls a hydraulic cylinder (not shown) to cause the scraper 25 to dig into the ground and start excavation (step S102).
  • the control device 10 starts excavation based on a program for automatically driving the towing vehicle 1 and a program for controlling hydraulic cylinders (not shown).
  • the control device 10 acquires various data during excavation and stores them in the memory 9 (step S103).
  • the control device 10 acquires detection results (measurement results) of the strain gauge 28, the accelerometer 29, the load cell 30, and the speedometer 38 through communication between the communication device 8 and the communication device 40 of the scraper vehicle 20. , is stored in the memory 9 .
  • the control device 10 receives image data from the imaging device 31 and stores it in the memory 9 .
  • the control device 10 may omit reception of the detection result of the speedometer 38 when using the detection result of the speedometer 7 .
  • the control device 10 may acquire the detection result of the inclinometer 48 .
  • the control device 10 determines whether or not to change the excavation conditions based on the various data acquired in step S103 (step S104).
  • the control device 10 determines whether or not to change the excavation conditions based on the amount of bite of the scraper 25, the running resistance caused by the weight of the excavated material loaded on the bowl 24, the movement speed, the excavation amount so far, and the like. to decide.
  • the actual excavation amount is smaller than the planned excavation amount and that the excavation condition is changed, and the process proceeds to step S105.
  • the control device 10 changes the excavation conditions so as to increase the excavation amount (step S105). Specifically, the control device 10 increases the amount of bite of the scraper 25 into the ground. Alternatively or in combination with this, the control device 10 may reduce the moving speed of the towing vehicle 1 .
  • the control device 10 determines whether auxiliary driving is necessary (step S106). Here, the control device 10 judges that the running resistance increases due to the increase in the biting amount of the scraper 25 and the increase in the weight of the excavated material loaded on the bowl 24, and proceeds to step S107. If the control device 10 determines that the auxiliary drive is unnecessary, the process proceeds to step S108. In step S106, the control device 10 may add, as a criterion for determination, whether the road on which the vehicle is to be traveled is uphill and the running resistance increases or the road is downhill and the running resistance decreases. In addition, the control device 10 may add running resistance due to the hardness of the running road on which the vehicle is to run from now on as a criterion for determination.
  • the control device 10 instructs the control device 41 of the scraper vehicle 20 to perform auxiliary driving (step S107).
  • the control device 41 applies driving force to the rear wheels by the motor 34, which is an auxiliary driving device.
  • the control device 10 can prevent the towing vehicle 1 from stopping.
  • the control device 10 may make the determination in step S106 before step S104, or may make the determination in step S106 before or after step S104.
  • the control device 10 determines whether the excavation amount has reached a predetermined amount (for example, whether the bowl 24 is fully loaded) (step S108). The control device 10 determines whether the excavation amount has reached a predetermined amount based on at least one of the detection result of the strain gauge 28, the detection result of the load cell 30, and the image data captured by the imaging device 31. .
  • control device 10 repeats step S103 and subsequent steps. Carry out the transportation process for When the amount of excavation reaches a predetermined amount, the control device 10 or the control device 41 calculates the load (for example, how many tons) from the detection result of the strain gauge 28, and stores it in the memory 9 or 39. Just do it. Note that the control device 10 moves the scraper 25 to a position away from the ground except during the excavation process. Here, if the amount of excavation has reached the predetermined amount, the control device 10 ends this flowchart.
  • load for example, how many tons
  • part of the determination in the flow chart of FIG. 5 may be performed by a remote worker or by a remotely located central control unit.
  • This central control device may acquire various data from the communication device 40 , make various judgments, and transmit the judgment results to the control device 10 and the control device 41 .
  • the central control unit may control a plurality of towing vehicles 1.
  • the master towing vehicle 1 acquires the excavation conditions
  • the other towing vehicles 1 acquire the excavation conditions and the motor 34 assisting the acquired excavation conditions. Driving conditions and the like may be transmitted.
  • the master towing vehicle 1 may transmit excavation conditions to the other towing vehicles 1 .
  • the scraper 25 is driven into the ground, which is the biting amount, and the auxiliary drive by the motor 34 is controlled. Therefore, automated towing vehicle 1 and scraper vehicle 20 can be realized.
  • the scraper vehicle 20 according to the second embodiment is of a train type in which a first scraper vehicle 20a and a second scraper vehicle 20b in the rearmost row are connected (coupled). It should be noted that the number of train-type scraper vehicles 20 may be three or more.
  • the first scraper vehicle 20a and the second scraper vehicle 20b have the same configuration, so the configuration of the first vehicle is denoted by a, and the configuration of the second vehicle is denoted by b. attached.
  • the first scraper vehicle 20a and the second scraper vehicle 20b are coupled and the first bowl 24a is fully loaded with excavated material or equivalent. It is desirable to do this with a heavy object loaded. It should be noted that the calibration associated with the strain gauge 28b may be performed with the bowl 24a empty or loaded with any known heavy object.
  • the scraper 25b is driven into the ground, which is the amount of bite, and the auxiliary drive by the motor 34b is controlled. Therefore, an automated towing vehicle 1 and scraper vehicle 20b can be realized.
  • the tow vehicle 1 is used as the driving vehicle, but a push-type driving vehicle that pushes the scraper vehicle from behind the scraper vehicle 20 may be used.
  • the strain gauge 28 may be provided at a location where a tensile stress is generated by the load.
  • the scraper vehicle 20 is provided with a gyro sensor for detecting the angular velocity from the Coriolis force, and when the angular velocity acting on the scraper vehicle 20 is small, the strain gauge 28, the accelerometer 29, and the load cell 30 are used for measurement.
  • a gyro sensor may be used instead of the acceleration sensor or in combination with the acceleration sensor.
  • the drive control of the motor 34 is performed by the control device 10 on the towing vehicle 1 side, but instead of this, the drive control of the motor 34 may be performed by the control device 41 on the scraper vehicle 20 side.
  • the control device 41 preferably acquires from the towing vehicle 1 data related to the movement state of the towing vehicle 1, such as the detection result of the speedometer 7 and the state of a shift lever (not shown).

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Abstract

掘削に起因して発生するスクレーパ車両の歪みを検出するため、移動可能なスクレーパ車両は、移動時に地面を掘削するスクレーパと、前記スクレーパ車両に設けられ、前記スクレーパの掘削による歪みの変化を検出する検出装置と、を備える。　

Description

スクレーパ車両および牽引車両
　本発明は掘削可能なスクレーパを備えたスクレーパ車両および牽引車両に関する。
　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。このスクレーパ車両は、後輪を有しており、この後輪を電気モータにより補助駆動することが可能である。
　スクレーパ車両は、内燃機関を有したトラクターに牽引されており、通常はトラクターの牽引力で駆動しており、必要に応じて電気モータにより後輪を補助駆動している。
米国特許出願公開第２０１７／０３０６５８９明細書
　しかしながら、特許文献１では、掘削に起因して発生するスクレーパ車両の歪みについては何ら開示されていなかった。
　また、特許文献１では、掘削に起因して発生するスクレーパ車両の歪みに起因したトラクターによる制御については何ら開示されていなかった。
　そこで、本発明は、掘削に起因して発生するスクレーパ車両の歪みを検出できるスクレーパ車両を提供することを目的とする。
　また、本発明は、スクレーパ車両の歪みに起因してスクレーパ車両を制御できる牽引車両を提供することを目的とする。
　本発明に係るスクレーパ車両は、移動可能なスクレーパ車両であって、移動時に地面を掘削するスクレーパと、前記スクレーパ車両に設けられ、前記スクレーパの掘削による歪みの変化を検出する検出装置と、を備えている。
　本発明に係る牽引車両は、移動時に地面を掘削するスクレーパを有したスクレーパ車両を牽引する牽引車両であって、前記スクレーパ車両に設けられ、前記スクレーパの掘削による歪みの変化を検出する検出装置の検出結果を受信する受信装置を備えている。
　本発明に係るスクレーパ車両によれば、検出装置がスクレーパの掘削による歪みの変化を検出するので、掘削に起因して発生するスクレーパ車両の歪みを検出できるスクレーパ車両を実現することができる。
　本発明に係る牽引車両によれば、受信装置がスクレーパの掘削による歪みの変化を検出する検出装置の検出結果を受信するので、スクレーパ車両の歪みに起因してスクレーパ車両を制御できる牽引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。 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である。 牽引車両の制御装置により実行されるフローチャートである。 第２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。
　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）
　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。なお、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。　
　図１に示すように、牽引車両１は、スクレーパ車両２０を牽引するものであり、連結装置であるヒッチ２１によりスクレーパ車両２０に接続（連結）されている。ヒッチ２１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２２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く、アンモニアもしくは水素を燃料として駆動するエンジンでもよい。
　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、スクレーパ車両２０側に設けられた後述の通信装置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。
　また、通信装置８は、後述するスクレーパ車両２０のキャリブレーションによるデータを通信装置４０から受信する。
　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。また、メモリ９は、通信装置８が受信したスクレーパ車両２０のキャリブレーションによるデータを記憶する。
　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。
　また、制御装置１０は、スクレーパ車両２０側に設けられた後述のモータ３４の駆動や停止の制御を行っている。
　なお、制御装置１０による制御については図５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、傾斜計４８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。歪ゲージ２８が検出する歪には、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る歪と、スクレーパ２５が地面に食い込むことにより掘削する際の歪とが含まれる。
　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。
　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る歪だけを検出する場合は、スクレーパ２５を地面から離れた状態とすることが好ましい。このため、スクレーパ２５を地面から離れた状態でボウル２４の積載状態を変えて歪ゲージ２８を用いた計測を行うキャリブレーションを行うことが好ましい。この場合、スクレーパ車両２０を静止した静止状態でキャリブレーションを行ってもよく、スクレーパ車両２０が牽引車両１により牽引された移動状態でキャリブレーションを行ってもよく、静止状態および移動状態でキャリブレーションを行ってもよい。
　移動状態におけるキャリブレーションは、スクレーパ車両２０の姿勢に応じて補正することが好ましい。これは、地面が下り傾斜であるときには、ヒッチ２１には圧縮応力が作用する一方、地面が上り傾斜であるときにはヒッチ２１に引っ張り応力が作用するからである。地面に対するスクレーパ車両２０の傾斜は、フレーム２３の下面に設けられた傾斜計４８により検出することができる。なお、傾斜計４８はフレーム２３の上面に設けてもよい。
　一方、スクレーパ２５が地面に食い込んで掘削する際の掘削力による歪は、移動状態において、スクレーパ２５を所定量地面に食い込ませた状態での歪ゲージ２８の計測と、前述のスクレーパ２５を地面から離れた状態での歪ゲージ２８の計測との差分からキャリブレーションすることができる。
　スクレーパ２５が地面に食い込むことによる歪のキャリブレーションは、スクレーパ２５の地面への食い込み量を変えながら行うことが望ましい。例えば、牽引車両１を自動運転するためのプログラムにスクレーパ２５の地面への食い込み量を設定しておけばよい。例えば、１段、２段といった段数を設定してもよく、１０ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍといったスクレーパ２５の駆動量を設定してもよい。また、スクレーパ２５が地面に食い込むことによる歪のキャリブレーションは、ボウル２４の積載状態を可変にして異なる積載状態で行うようにしてもよい。なお、スクレーパ２５が地面に食い込むことによる歪のキャリブレーションは、スクレーパ車両２０の姿勢に応じて補正することが好ましい。
　本第１実施形態においては、ボウル２４に加わる荷重Ｗがボールジョイント２２と、ピローブロック４２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２２には荷重Ｗの４０％が作用し、ピローブロック４２には荷重Ｗの６０％が作用するとする。この場合、制御装置４１は、歪ゲージ２８が測定した抵抗値が荷重Ｗの４０％であるため１００％となるように換算してボウル２４に加わる荷重Ｗ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２４が空の状態やボウル２４に１００Ｋｇの荷重がかかった状態の歪ゲージ２８の抵抗値を測定しておき、メモリ３９にテーブルとして記憶させておいてもよい。ボウル２４が空の状態は、スクレーパ車両２０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２４に収容された掘削物の重量となる。
　また、メモリ３９に記憶されるテーブルには、ボウル２４に複数の荷重（例えば、２００Ｋｇ、３００Ｋｇ）がかかった際の歪ゲージ２８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２８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２１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２１の左右方向の中心であって、ヒッチ２１の上下方向であるＺ方向の下方に歪ゲージ２８を設けることが好ましい。
　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、プッシャーをスクレーパ車両２０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３６は、スクレーパ車両２０の後に２両目のスクレーパ車両２０が接続された場合に、蓄電池３３に蓄えられた電力を２両目のスクレーパ車両に供給するためのコネクタである。
　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。なお、排出工程に続く回送工程は、スクレーパ車両２０が排土場から掘削場所へ移動する工程である。
　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。また、メモリ３９は、前述のキャリブレーションで得られた各種データを記憶している。
　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もできるが、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はスクレーパ車両２０の制御装置４１により実行されるフローチャートであり、図５は牽引車両１の制御装置１０により実行されるフローチャートである。
　（フローチャートの説明）
　制御装置４１は、スクレーパ車両２０が静止状態での歪計測を実施する（ステップＳ１）。制御装置４１は、スクレーパ２５を地面から離れた状態として、ボウル２４に複数の既知の荷重（例えば、２００Ｋｇ、３００Ｋｇ）がかかった際の歪ゲージ２８の抵抗値をメモリ３９に記憶させる。
　なお、ステップＳ１の歪計測は、土木現場に限らず試験フィールドや工場や倉庫などのどこで行ってもよい。また、ステップＳ１の歪計測は、平地で行ってもよく、傾斜地で行ってもよい。なお、傾斜地におけるステップＳ１の歪計測は、傾斜計４８の出力に基づいて傾斜に起因して歪ゲージ２８に作用する歪を補正することが望ましい。一例を挙げると、制御装置４１は、平地で行った歪計測の結果に基づき、傾斜地で行った歪計測の結果を補正して、傾斜角度とともにメモリ３９に記憶させればよい。
　制御装置４１は、試験フィールドや土木現場などにおいて、スクレーパ車両２０が移動状態での歪計測を実施する（ステップＳ２）。制御装置４１は、スクレーパ２５を地面から離れた状態と、スクレーパ２５を地面に食い込ませた状態とのそれぞれにおいて、ボウル２４に複数の既知の荷重（例えば、２００Ｋｇ、３００Ｋｇ）がかかった際の歪ゲージ２８の抵抗値をメモリ３９に記憶させる。
　ステップＳ２の歪計測においても、スクレーパ２５の地面への食い込み量を変えながら行うことが望ましい。また、ステップＳ２の歪計測においても、傾斜計４８の出力に基づいて傾斜に起因して歪ゲージ２８に作用する歪を補正することが望ましい。
　移動状態での歪計測は、試験フィールドや土木現場などの土の性状においても歪ゲージ２８の計測結果に変化をもたらす可能性がある。このため、土の含水比や、コーン指数などの土の性状を測定して、土の性状とともに歪計測の結果をメモリ３９に記憶させればよい。含水比の検出は、例えば近赤外水分計や、電子レンジおよび重量計を用いることができる。コーン指数の検出は、例えばコーンペネトロメータを用いることができる。また、測定した土の性状から土の固さを数段階（例えば３～５段階）に分類して、土の固さに基づいて歪ゲージ２８に作用する歪を補正するようにしてもよい。
　制御装置４１は、スクレーパ車両２０が移動状態での歪計測、すなわち動的な歪計測が完了したかどうかの判断を行う（ステップＳ３）。制御装置４１は、動的な歪計測が完了していなければステップＳ２を繰り返し、動的な歪計測が完了していればステップＳ４へ進む。ここでは、動的な歪計測が完了しているものとして、ステップＳ４へ進むものとする。
　制御装置４１は、移動状態において、スクレーパ２５を所定量地面に食い込ませた状態での歪ゲージ２８の計測と、前述のスクレーパ２５を地面から離れた状態での歪ゲージ２８の計測との差分から掘削に伴う歪の演算を行う（ステップＳ４）。なお、制御装置４１は、それぞれの状態での計測結果の平均値の差分から歪の演算を行ってもよい。また、制御装置４１は、傾斜計４８の測定結果に基づいて、スクレーパ車両２０が上り傾斜を移動しているときの平均値の差分や、スクレーパ車両２０が下り傾斜を移動しているときの平均値の差分や、スクレーパ車両２０が平地を移動しているときの平均値の差分をそれぞれ演算するようにしてもよい。これらの演算結果は、メモリ３９に記憶される。
　図４のフローチャートにおいて、静止状態での歪計測は過去のデータを適用できるようであれば省略してもよい。また、静止状態での歪計測に先駆けて移動状態での歪計測を行うようにしてもよい。
　次に、牽引車両１の制御装置１０により実行される図５のフローチャートにつき、説明を行う。なお、本第１実施形態において、図５のフローチャートは、掘削場所による掘削工程が始まる前に開始されるものとする。
　制御装置１０は、通信装置８とスクレーパ車両２０の通信装置４０との通信により、メモリ３９に記憶されているデータを受信する（ステップＳ１０１）。本第１実施形態において、制御装置１０は、図４のフローチャートで説明したキャリブレーションに関するデータを受信し、メモリ９に記憶する。なお、制御装置１０は、牽引するスクレーパ車両２０のキャリブレーションに関するデータを既にメモリ９に記憶している場合は、ステップＳ１０１を省略する。
　制御装置１０は、スクレーパ車両２０を牽引した状態で移動を開始するとともに、不図示の油圧シリンダを制御してスクレーパ２５を地面に食い込ませて掘削を開始する（ステップＳ１０２）。ここで、制御装置１０は、牽引車両１を自動運転するためのプログラムおよび不図示の油圧シリンダを制御するプログラムに基づいて掘削を開始する。
　制御装置１０は、掘削中に各種データを取得してメモリ９に記憶する（ステップＳ１０３）。制御装置１０は、通信装置８とスクレーパ車両２０の通信装置４０との通信により、歪ゲージ２８と、加速度計２９と、ロードセル３０と、速度計３８との検出結果（計測結果）を取得して、メモリ９に記憶する。また、制御装置１０は、撮像装置３１による画像データを受信してメモリ９に記憶する。なお、制御装置１０は、速度計７による検出結果を用いる場合には、速度計３８の検出結果の受信を省略する場合もある。また、制御装置１０は、傾斜計４８の検出結果を取得するようにしてもよい。
　制御装置１０は、ステップＳ１０３で取得した各種データに基づいて、掘削条件を変更するかどうかを判断する（ステップＳ１０４）。制御装置１０は、スクレーパ２５の食い込み量やボウル２４に積載された掘削物の重量に起因する走行抵抗や、移動速度や、これまでの掘削量などに基づいて、掘削条件を変更するかどうかを判断する。ここでは、予定していた掘削量に対する実際の掘削量が少ないとして掘削条件を変えるものとしてステップＳ１０５に進むものとする。
　制御装置１０は、掘削量を増加するように、掘削条件を変更する（ステップＳ１０５）。具体的には、制御装置１０は、スクレーパ２５の地面への食い込み量を増加させる。なお、これに代えてもしくはこれと併用して、制御装置１０は、牽引車両１の移動速度を下げるようにしてもよい。
　制御装置１０は、補助駆動が必要かどうかを判断する（ステップＳ１０６）。ここで、制御装置１０は、スクレーパ２５の食い込み量の増加やボウル２４に積載される掘削物の重量の増加による走行抵抗が増えるものとして補助駆動が必要と判断してステップＳ１０７に進む。なお、制御装置１０は、補助駆動が不要と判断した場合にはステップＳ１０８に進む。なお、制御装置１０は、ステップＳ１０６において、これから走行する走行路が上り坂で走行抵抗が増加するか、もしくは走行路が下り坂で走行抵抗が減少するかを判断材料に加えてもよい。また、制御装置１０は、これから走行する走行路の固さに起因する走行抵抗を判断材料に加えてもよい。
　制御装置１０は、スクレーパ車両２０の制御装置４１に対して補助駆動を指示する（ステップＳ１０７）。制御装置４１は、補助駆動装置であるモータ３４により後輪に駆動力を付与する。これにより、本第１実施形態において、制御装置１０は、牽引車両１が停止してしまうことを防ぐことができる。なお、制御装置１０は、ステップＳ１０４よりも前にステップＳ１０６の判断を行うようにしてもよく、ステップＳ１０４の前後にステップＳ１０６の判断を行うようにしてもよい。
　制御装置１０は、掘削量が所定量に達したかどうか（例えばボウル２４が満載かどうか）を判断する（ステップＳ１０８）。制御装置１０は、歪ゲージ２８の検出結果と、ロードセル３０の検出結果と、撮像装置３１が撮像した画像データとの少なくとも１つに基づいて、掘削量が所定量に達したかどうかを判断する。
　制御装置１０は、掘削量が所定量に達していなければステップＳ１０３以降を繰り返し、掘削量が所定量に達していれば本フローチャートを終了して、掘削した掘削物を排出する排出位置に移動するための運搬工程を実施する。制御装置１０または制御装置４１は、掘削量が所定量に達している際に、例えば歪ゲージ２８の検出結果から積載量（例えば、何トン）を演算してメモリ９またはメモリ３９に記憶させればよい。なお、制御装置１０は、掘削工程以外ではスクレーパ２５を地面から離れる位置へと移動させる。ここで、制御装置１０は、掘削量が所定量に達していれば本フローチャートを終了する。
　なお、図５のフローチャートの判断の一部を遠隔地にいる作業員が行うようにしてもよく、遠隔地に設けられた中央制御装置が行うようにしてもよい。この中央制御装置は、通信装置４０から各種データを取得して各種判断を行い、この判断結果を制御装置１０や制御装置４１に送信するようにすればよい。
　中央制御装置は、複数の牽引車両１を制御するようにしてもよく、この場合マスターとなる牽引車両１の掘削条件を取得して、他の牽引車両１に取得した掘削条件やモータ３４による補助駆動条件などを送信するようにしてもよい。これに代えて、マスターとなる牽引車両１が他の牽引車両１に掘削条件を送信するようにしてもよい。
　以上のように、本第１実施形態によれば、歪ゲージ２８の検出結果に基づいて、スクレーパ２５の地面への駆動量である食い込み量を制御したり、モータ３４による補助駆動を制御したりするので、自動化された牽引車両１やスクレーパ車両２０を実現することができる。
　（第２実施形態）
　以下、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。
　本第２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。
　本第２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、１両目の構成には符号ａを付し、２両目の構成には符号ｂを付している。
　歪ゲージ２８ｂに関連したキャリブレーションを行う際には、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とを連結するとともに、１両目のボウル２４ａは掘削物により満載とするか、それと同等の重さのものを積載した状態で行うことが望ましい。なお、歪ゲージ２８ｂに関連したキャリブレーションを行う際にボウル２４ａを空の状態や、任意の既知の重量物を積載した状態で行うようにしてもよい。
　以上のように、本第２実施形態によれば、歪ゲージ２８ｂの検出結果に基づいて、スクレーパ２５ｂの地面への駆動量である食い込み量を制御したり、モータ３４ｂによる補助駆動を制御したりするので、自動化された牽引車両１やスクレーパ車両２０ｂを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、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。
　上述の実施形態では、ヒッチ２１に歪ゲージ２８を設けたが、荷重によって引っ張り応力が発生する場所に歪ゲージ２８を設けるようにしてもよい。
　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。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。
　上述の実施形態では、牽引車両１側の制御装置１０により、モータ３４の駆動制御を行ったが、これに代えてスクレーパ車両２０側の制御装置４１により、モータ３４の駆動制御を行ってもよい。この場合、制御装置４１は、牽引車両１から速度計７の検出結果や、不図示のシフトレバーの状態などの牽引車両１の移動状態に関するデータを取得することが好ましい。
　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　　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　　４８　傾斜計
　

Claims (11)

  1. 　移動可能なスクレーパ車両であって、
    　移動時に地面を掘削するスクレーパと、
    　前記スクレーパ車両に設けられ、前記スクレーパの掘削による歪みの変化を検出する検出装置と、を備えたスクレーパ車両。
  2. 　前記検出装置は、前記スクレーパの駆動量を変えて前記スクレーパの掘削による歪みの変化を検出する請求項１記載のスクレーパ車両。
  3. 　前記スクレーパが掘削した掘削物を収容可能なボウルを備え、
    　前記検出装置は、前記ボウルへの荷重を変えて前記スクレーパの掘削による歪みの変化を検出する請求項１または請求項２記載のスクレーパ車両。
  4. 　前記スクレーパにより掘削される掘削物の性状を検出する性状検出装置を備えた請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のスクレーパ車両。
  5. 　前記スクレーパ車両は、第１スクレーパ車両と、該第１スクレーパ車両に連結された第２スクレーパ車両とを有し、
    　前記検出装置は、前記第１スクレーパ車両に設けられた第１検出装置と、前記第２スクレーパ車両に設けられた第２検出装置とを有している請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のスクレーパ車両。
  6. 　前記検出装置が検出した前記歪の変化を前記スクレーパ車両を牽引する牽引車両に通信する通信装置を備えた請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のスクレーパ車両。
  7. 　前記スクレーパ車両の傾斜を計測する傾斜計を備え、
    　前記通信装置は前記傾斜計の計測結果を前記牽引車両に通信する請求項６記載のスクレーパ車両。
  8. 　前記牽引車両からの指示を前記通信装置を介して受信して、前記スクレーパ車両を制御する制御装置を備えている請求項６または請求項７記載のスクレーパ車両。
  9. 　移動時に地面を掘削するスクレーパを有したスクレーパ車両を牽引する牽引車両であって、
    　前記スクレーパ車両に設けられ、前記スクレーパの掘削による歪みの変化を検出する検出装置の検出結果を受信する受信装置を備えた牽引車両。
  10. 　前記受信装置が受信した前記検出結果に基づいて、前記スクレーパの駆動量を制御する制御装置を備えた請求項９記載の牽引車両。
  11. 　前記スクレーパ車両は、該スクレーパ車両に設けられ前記スクレーパ車両を駆動可能な駆動装置を備え、
    　前記受信装置が受信した前記検出結果に基づいて、前記駆動装置を制御する制御装置を備えた請求項９記載の牽引車両。
    　
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