JP7787864B2 - 建設機械のアシスト方法 - Google Patents

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のアシスト方法に係り、特に自動運転用の建設機械のアシスト方法に関する。

従来より、油圧ショベル等の建設機械の自動運転の検討が進められており、手動運転と自動運転とを切替えることが特許文献１に開示されている。

特開２０１６－８９５５９号公報

しかしながら、手動運転と自動運転とを切替えるため有人での作業が前提となっていた。

そこで、本発明は、複数の無人飛行体により建設機械のアシストをすることができる建設機械のアシスト方法を提供することを目的とする。

本発明に係る建設機械のアシスト方法は、第１撮像装置を備えた第１無人飛行体および第２撮像装置を備えた第２無人飛行体が離着陸する離着陸部を備えた建設機械に、前記第１及び第２無人飛行体を干渉させることなく着陸させるステップと、前記第１無人飛行体及び前記第２無人飛行体がそれぞれの測量領域において第１の所定の距離保たれる飛行経路を用いて、互いに衝突を回避しながら飛行させるステップと、前記第１無人飛行体と前記第２無人飛行体とを前記建設機械と前記建設機械が掘削した掘削物が積み込まれるダンプトラックとに対して第２の所定の距離を離しながら、前記第１撮像装置により前記建設機械に備えられたバケットを撮像し、前記第２撮像装置により前記建設機械と前記ダンプトラックとを撮像するステップと、を含んでいる。

本発明に係る建設機械のアシスト方法によれば、複数の無人飛行体により建設機械のアシストをすることができる。

本第１実施形態を表す建設機械システムの概要図である。 本第１実施形態の建設機械システムのブロック図である。 図３（ａ）は本第１実施形態の本体装置の断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ-Ａ矢視図である。 油圧ショベルを上面から見た概要図であり、図４（ａ）は第１スイングシリンダと第２スイングシリンダとがイニシャル位置にあるときの概要図であり、図４（ｂ）は第１スイングシリンダにより第１作業装置を反時計回りに駆動し、第２スイングシリンダにより第２作業装置を時計回りに駆動した様子を示している。 本第１実施形態の中央制御装置により実行されるフローチャートである。 本第１実施形態の重機制御装置により実行される掘削に関するフローチャートである。 建設現場で２機のドローンが測量を行い、２機のドローンが油圧ショベルの本体装置に設けられた離着陸部で充電を行っている様子を示す概要図である。 測量領域ＡＲを２つの領域ＡＲ１とＡＲ２に分けた様子を示す概要図である。 測量領域ＡＲを別の２つの領域ＡＲ３とＡＲ４に分けた様子を示す概要図である。 掘削している第１バケットをドローンが撮像している様子を示す図である。

以下に、本発明の第１実施形態の建設機械システム１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１０を例に説明を続ける。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態を表す建設機械システム１を示す概要図である。図２は、本実施形態の建設機械システム１のブロック図である。以下、図１、図２を用いて建設機械システム１の構成を説明していく。本実施形態の建設機械システム１は、油圧ショベル１０と、ダンプトラック８５と、中央制御装置９０とを有している。なお、ブロック図を簡単にするために図２では１つのドローン１００のブロック図のみを図示している。
また、図１から明らかなように、本実施形態の油圧ショベル１０は、運転席が無い自動運転タイプの物であり、後述の作業装置６０を複数有するとともに、無人航空機であるＵＡＶ（Unmanned Aerial Vehicle、以下ドローン１００という）を複数有している。なお、油圧ショベル１０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１０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。

（油圧ショベル１０）
本実施形態の油圧ショベル１０は、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１０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複数のドローン１００を有している。
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１０を走行させている。なお、走行装置２０を構成する内燃機関のエンジン２４は、本体装置４０に配置することができる。また、走行装置２０は、内燃機関のエンジン２４に代えて、バッテリーとモータにより駆動するようにしてもよく、内燃機関のエンジン２４とモータとを組み合わせたハイブリッドタイプにしてもよい。なお、走行装置２０は、タイヤタイプのホイール方式としてもよい。

旋回装置３０は、走行装置２０と本体装置４０との間に配設されている。旋回装置３０は、不図示のベアリングと、旋回油圧モータ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。

図３（ａ）は本第１実施形態の本体装置４０の断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ-Ａ矢視図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）には、第１質量体４２と、第１ガイド軸４３と、第１ウエイトシリンダ４４と、第２質量体４５と、第２ガイド軸４６と、第２ウエイトシリンダ４７と、姿勢検出計４８と、が図示されている。

本体装置４０は、上面がフラットな形状をしており、側面に作業装置６０が接続されている。本体装置４０の内部には、前述のエンジン２４と、油圧装置４１と、第１質量体４２と、第１質量体４２をガイドする第１ガイド軸４３と、第１質量体４２を第１ガイド軸４３に沿って移動させる第１ウエイトシリンダ４４と、第２質量体４５と、第２質量体４５をガイドする第２ガイド軸４６と、第２質量体４５を第２ガイド軸４６に沿って移動させる第２ウエイトシリンダ４７と、姿勢検出計４８とが設けられている。油圧装置４１は、エンジン２４に接続された油圧ポンプや、油圧制御弁などを有しており、作業装置６０に設けられているアクチュエータとしての複数のシリンダの駆動を行うものである。複数のシリンダの一部には、第１ウエイトシリンダ４４と、第２ウエイトシリンダ４７とが含まれる。

第１質量体４２および第２質量体４５は、作業装置６０の駆動により油圧ショベル１０に作用する偏荷重を補正するものであり、カウンターマスとして機能するものである。後述の第１バケット６６が掘削を行う場合には、－Ｘ方向の偏荷重が油圧ショベル１０に作用するので、第１質量体４２を＋Ｘ方向に移動することにより、油圧ショベル１０に作用する偏荷重を補正することができる。

また、掘削を行った第１バケット６６が旋回装置３０により時計方向に沿って旋回する場合には、＋Ｙ方向の偏荷重が油圧ショベル１０に作用するので、第１質量体４２を－Ｙ方向に移動することにより、油圧ショベル１０に作用する偏荷重を補正することができる。
第１質量体４２および第２質量体４５を駆動しない場合に比べて、第１質量体４２および第２質量体４５を駆動することにより、第１質量体４２および第２質量体４５の重量を小さくすることができる。

第１ガイド軸４３は、Ｘ方向に沿って設けられており、第１質量体４２の移動をガイドするものである。第１ウエイトシリンダ４４は、本実施形態では油圧シリンダが用いられており、油圧により第１質量体４２を移動させる。

第２ガイド軸４６は、Ｙ方向に沿って設けられており、第２質量体４５の移動をガイドするものである。第２ウエイトシリンダ４７は、本実施形態では油圧シリンダが用いられており、油圧により第２質量体４５を移動させる。

なお、第１質量体４２および第２質量体４５の移動は、油圧シリンダではなく、リニアモータによるものでもいい。この場合、固定子をコイルとし、第１質量体４２および第２質量体４５側に磁石を設けたムービングマグネット型のリニアモータとすれば、磁石の重量も利用して油圧ショベル１０に作用する偏荷重を補正することができる。

第１質量体４２および第２質量体４５としては、金属ブロックでもよく、エンジン２４を利用してもよく、前述のバッテリーとしてもよい。エンジン２４やバッテリーなどの部品を流用することにより、部品点数を少なくすることができる。
なお、第１質量体４２と第２質量体４５とのいずれか一方を省略するような構成としてもよい。

姿勢検出計４８は、本体装置４０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４８としては、傾斜計や水準器などを用いることができる。第１質量体４２および第２質量体４５の移動は、姿勢検出計４８が検出した本体装置４０の姿勢に応じて行うことができる。なお、図３に示される姿勢検出計４８は、本体装置４０の下方周辺に設けられている。これは、本体装置４０の下方の中央部には、エンジン２４の出力を走行装置２０に伝達するための機械部品や電子部品が設けられているからである。

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１ＧＮＳＳ４９（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）と、第１通信装置５０と、第１メモリ５１と、油圧ショベル１０全体を制御する重機制御装置５２と、を有している。第１ＧＮＳＳ４９は、人工衛星を利用して油圧ショベル１０の位置を測位するものである。

第１通信装置５０は、中央制御装置９０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５０は、第１ＧＮＳＳ４９が検出した油圧ショベル１０の位置を第２通信装置９２を介して中央制御装置９０に送信するとともに、第２通信装置９２を介して中央制御装置９０から本体装置４０の自動運転に関するデータを受信する。

第１メモリ５１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１０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１０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５１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。なお、複数のドローン１００の飛行経路に関するデータは、後述の中央制御装置９０の第２メモリ９３に記憶させるようにしてもよい。

重機制御装置５２は、ＣＰＵを備えており、油圧ショベル１０全体を制御する制御装置である。重機制御装置５２による油圧ショベル１０の制御については、図６を用いて後述する。

作業装置６０は、第１作業装置６１と第２作業装置７３とを有している。図１に示すように、第１作業装置６１と第２作業装置７３とはＸ方向に沿って１８０度ずらして設けているが、９０度ずらして設けるようにしてもよい。また、作業装置６０の数は２つに限らず３つ以上としてもよい。
本実施形態において、第１作業装置６１と第２作業装置７３とは同じ構成としているので、第１作業装置６１の構成につき説明を続ける。第１作業装置６１は、第１ブーム６２と、第１ブームシリンダ６３と、第１アーム６４と、第１アームシリンダ６５と、第１バケット６６と、第１バケットシリンダ６７と、第１スイング部６８と、を有している。

第１ブーム６２は、第１スイング部６８を介して本体装置４０に接続された回転Ｌ字状の部品であり、第１ブームシリンダ６３により回動するものである。
第１アーム６４は、第１ブーム６２の先端に接続されており、第１アームシリンダ６５により回動するものである。
第１バケット６６は、第１アーム６４の先端に接続されており、第１バケットシリンダ６７により回動するものである。なお、第１バケット６６に代えて、第１アーム６４の先端にブレーカを取り付けることも可能である。
本実施形態において、第１ブームシリンダ６３と、第１アームシリンダ６５と、第１バケットシリンダ６７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、第１ブームシリンダ６３と、第１アームシリンダ６５と、第１バケットシリンダ６７とは油圧装置４１により伸縮動作がなされるものである。

図４は、油圧ショベル１０を上面から見た概要図であり、図４（ａ）は第１スイングシリンダ７２と第２スイングシリンダ８４とがイニシャル位置にあるときの概要図であり、図４（ｂ）は第１スイングシリンダ７２により第１作業装置６１を反時計回りに駆動し、第２スイングシリンダ８４により第２作業装置７３を時計回りに駆動した様子を示している。

第１スイング部６８は、第１本体側部材６９と第１ブーム側部材７０とが第１軸支部材７１により軸支され、第１ブーム６２に接続された第１スイングシリンダ７２によりＺ軸回りに第１作業装置６１を回転させている。本実施形態において、第１スイング部６８が第１作業装置６１を回転させる角度は５度から１５度程度である。また、第１スイングシリンダ７２は、油圧シリンダであり、油圧装置４１により伸縮動作がなされるものである。

なお、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、本体装置４０の上面に天空から視認できる視認マーク５５が複数設けられている。視認マーク５５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つの視認マーク５５を視認して、着陸位置を認識させるものである。なお、複数の視認マーク５５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、第１の視認マーク５５上に第１のドローン１００が着陸している場合には、この第１の視認マーク５５は他のドローン１００からは視認できない状態となっている。また、複数の視認マーク５５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、視認マーク５５の形状は、円形状に限らず、矩形状でも楕円形上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。

送電装置９５は、ドローン１００側の後述の受電装置１０３に電力を供給するものであり、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９５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９５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。

ドローン１００が離着陸部に着陸した状態で油圧ショベル１０が凹凸のある建設現場を移動する場合に、ドローン１００が離着陸部から離れないように、ドローン１００と離着陸部とを機械的に係合したり、電磁的に接続するようにしたりすることが望ましい。本実施形態では、ドローン１００が離着陸部に着陸した際に機械的なロックをかけるロック機構が採用されている。

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４通信装置１０６と、第３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、離着陸部に着陸するドローンの機数は、図４では４機としているが任意に設定することができ、４機に限定されるものではない。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するものである。また、撮像装置１０２は、ドローン１００が離着陸部に着陸する際に１つの視認マーク５５を視認して、着陸位置を認識させるようにしている。なお、視認マーク５５内に送電装置９５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９５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４通信装置１０６と、第３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）との衝突回避するための赤外線センサや、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４通信装置１０６は、無線通信ユニットを有しており、第１通信装置５０や第２通信装置９２と通信するものである。本実施形態において、第４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２通信装置９２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３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を飛行す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。

（ダンプトラック８５）
ダンプトラック８５は、周知のダンプトラック８５を用いることもできるが、本実施形態では中央制御装置９０の制御による自動運転を行うため、第２ＧＮＳＳ８６と、第３通信装置８７と、ダンプトラック８５全体を制御する駆動制御装置８８とを有している。第２ＧＮＳＳ８６はダンプトラック８５の位置を測位するものである。なお、ダンプトラック８５は、建設現場での走行は自動運転とし、公道での走行は人による運転としてもよい。
第３通信装置８７は、第２ＧＮＳＳ８６が検出したダンプトラック８５の位置を第２通信装置９２を介して中央制御装置９０に通信するものである。また、第３通信装置８７は、中央制御装置９０から自動運転に関するデータを受信する。なお、第３通信装置８７は、無線通信ユニットを用いることができる。

（中央制御装置９０）
中央制御装置９０は、建設機械システム１全体を制御する制御装置である。中央制御装置９０は、制御装置９１と、第２通信装置９２と、第２メモリ９３とを有している。制御装置９１は、ＣＰＵを備えており、油圧ショベル１０やダンプトラック８５を制御するものである。第２通信装置９２は、無線通信ユニットであり、第１通信装置５０と第３通信装置８７と通信を行うものである。なお、第２通信装置９２は、インターネット等の広域ネットワークにもアクセス可能である。第２メモリ９３は、不揮発性のメモリ（例えばフラッシュメモリ）であり、複数のドローン１００を含む油圧ショベル１０やダンプトラック８５を制御するための各種データやプログラムが記憶されている。

（フローチャートの説明）
図５は本実施形態の中央制御装置９０により実行されるフローチャートであり、図６は本第１実施形態の重機制御装置５２により実行される掘削に関するフローチャートである。以下、図５と図６のフローチャートについて順次説明を続ける。

中央制御装置９０は、建設現場にある油圧ショベル１０に対して掘削場所に移動するように指示する（ステップＳ１）。中央制御装置９０は、第１通信装置５０と第２通信装置９２との通信を成立させて、油圧ショベル１０に掘削場所に向けた移動を指示する。

中央制御装置９０は、建設現場にあるダンプトラック８５に対して掘削場所近傍の放土場所に移動するように指示する（ステップＳ２）。中央制御装置９０は、第２通信装置９２と第３通信装置８７との通信を成立させて、ダンプトラック８５に放土場所に向けた移動を指示する。

中央制御装置９０は、油圧ショベル１０による掘削が可能かどうか判断する（ステップＳ３）。中央制御装置９０は、油圧ショベル１０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８５が放土場所に到着していればステップＳ５に進み、そうでなければステップＳ４に進む。ここではステップＳ４に進むものとして説明を続ける。なお、中央制御装置９０は、ステップＳ３の判断としてダンプトラック８５を考慮せずに油圧ショベル１０が掘削場所近傍にいることで工程の判断をしてもよい。

中央制御装置９０は、第１通信装置５０と第２通信装置９２との通信や、第２通信装置９２と第３通信装置８７との通信により、油圧ショベル１０とダンプトラック８５との相対位置の調整が必要であることを認識し、ダンプトラック８５の位置を調整する指示を出す。また、中央制御装置９０は、掘削に先立って複数のドローン１００による測量を指示してもよい。なお、測量の指示は、中央制御装置９０から行ってもよく、重機制御装置５２から行ってもよい。中央制御装置９０は、上述した各種の調整を実施して、再度ステップＳ３に進む（ステップＳ４）。

中央制御装置９０は、油圧ショベル１０による掘削が可能かどうか判断し（ステップＳ３）、第１通信装置５０と第２通信装置９２との通信および第２通信装置９２と第３通信装置８７との通信とにより、油圧ショベル１０とダンプトラック８５との相対位置が所定の範囲に入ったとしてステップＳ５に進む。ここで、所定の範囲は、ダンプトラック８５の近傍に位置するバケット（図１では第２バケット７８）がダンプトラック８５の荷台に放土可能な範囲にあることをいう。

中央制御装置９０は、油圧ショベル１０に掘削を指示する（ステップＳ５）。油圧ショベル１０の掘削については、図６のフローチャートを用いて後述する。
中央制御装置９０は、油圧ショベル１０によるダンプトラック８５への放土が終了しているかどうか判断する（ステップＳ６）。中央制御装置９０は、ダンプトラック８５の荷台が掘削物によりほぼ一杯になるまでステップＳ５よびステップＳ６を繰り返す。

中央制御装置９０は、ダンプトラック８５の荷台が掘削物によりほぼ一杯になると、ダンプトラック８５を交換するかどうか判断する（ステップＳ７）。中央制御装置９０は、ダンプトラック８５の荷台が掘削物によりほぼ一杯になったかどうかをドローン１００の撮像装置１０２の撮像により判断するようにしてもよい。この場合、ドローン１００は、センサ群１０４の赤外線センサによりダンプトラック８５の荷台を認識して、ダンプトラック８５とドローン１００との衝突を回避しながら、ダンプトラック８５の荷台に近づくことができる。中央制御装置９０は、当日の作業が終了していなければ、ダンプトラック８５の交換が必要であるので、ステップＳ８に進み、当日の作業が終了していれば、ダンプトラック８５の交換は不要であるので、ダンプトラック８５を放土場所から移動させて本フローチャートを終了する。ここでは、中央制御装置９０がダンプトラック８５の交換が必要と判断するものとして説明を続ける。

中央制御装置９０は、ダンプトラック８５を交換するために、放土場所にいるダンプトラック８５を放土場所から移動させるとともに、荷台が空のダンプトラック８５（不図示）を放土場所に移動させる。なお、中央制御装置９０は、ダンプトラック８５の交換時間を短くするために、荷台が空のダンプトラック８５（不図示）を予め放土場所の近傍に待機させるようにしてもよい。

中央制御装置９０は、ダンプトラック８５の交換が終了すると次の掘削を行うために、ステップＳ３からステップＳ８を繰り返す。そして、中央制御装置９０は、予定の掘削量に達するとステップＳ７の判断をＮｏとして本フローチャートを終了する。なお、図５のフローチャートは、中央制御装置９０に代えて重機制御装置５２により行わせるようにしてもよい。

次いで、図６のフローチャートを用いて、重機制御装置５２により実行される掘削について説明を続ける。なお、図６のフローチャートは、前述したように、図５のフローチャートのステップＳ５で中央制御装置９０からの掘削指示を第１通信装置５０が受信すると開始される。なお、図６のフローチャートでは４機のドローン１００を例にして説明するので、便宜上ドローン１００ａ、ドローン１００ｂ、ドローン１００ｃ、ドローン１００ｄと符号を付けて説明を行う。

重機制御装置５２は、掘削を開始するのに先立ち、ドローン１００ａおよびドローン１００ｂの撮像装置１０２による測量を実施する（ステップＳ１０１）。なお、測量の際には、撮像装置１０２のレンズは下面（－Ｚ方向）に向けられている。
図７は、建設現場でドローン１００ａおよびドローン１００ｂが測量領域ＡＲにて測量を行い、ドローン１００ｃおよびドローン１００ｄが油圧ショベル１０の本体装置４０に設けられた離着陸部で充電を行っている様子を示す概要図である。また、図８は、測量領域ＡＲを２つの領域ＡＲ１とＡＲ２に分けた様子を示す概要図である。

重機制御装置５２は、第１メモリ５１に記憶された領域ＡＲ１の飛行経路ＦＰ１をドローン１００ａに送信するとともに、第１メモリ５１に記憶された領域ＡＲ２の飛行経路ＦＰ２をドローン１００ｂに送信する。図８の矢印は、領域ＡＲ１の飛行経路ＦＰ１および領域ＡＲ２の飛行経路ＦＰ２を示している。飛行経路ＦＰ１と飛行経路ＦＰ２とは、ドローン１００ａとドローン１００ｂとが所定の距離を保つように設定されている。これにより、ドローン１００ａとドローン１００ｂとが接触したり衝突したりすることを防止している。

図９は、測量領域ＡＲを別の２つの領域ＡＲ３と領域ＡＲ４に分けた様子を示す概要図である。領域ＡＲ３は領域ＡＲ１および領域ＡＲ２と同様に森林がない領域であり、領域ＡＲ４は森林のある森林領域である。本実施形態では、領域ＡＲ３では撮像装置１０２による測量を行い、領域ＡＲ４ではレーザを用いた３次元スキャナによる測量を行っている。この場合、ドローン１００ｂは、撮像装置１０２に代えて、もしくは撮像装置１０２に加えて３次元スキャナを搭載すればよい。これにより、測量領域ＡＲに森林領域が含まれていた場合でも精度のよい測量を行うことができる。

本実施形態では、複数のドローン１００による測量を行っているので、１機のドローンによる測量に比べて測量時間を短くすることができる。なお、測量領域ＡＲは２分割に限らず３分割以上としてもよく、この場合３機以上のドローン１００を用いればよい。測量が終了すると、ドローン１００ａとドローン１００ｂとは、油圧ショベル１０の本体装置４０に設けられた離着陸部に着陸して充電を開始する。一方、ドローン１００ｃが離着陸部から離陸して油圧ショベル１０の上方から撮像装置１０２による撮像を行う。

重機制御装置５２は、測量が終了すると、第１スイングシリンダ７２を駆動して第１バケット６６位置の微調整を行う（ステップＳ１０２）。なお、掘削を開始するのに先立ち、第１バケット６６位置の微調整が必要でなければステップＳ１０２を省略してもよい。
次いで、重機制御装置５２は、第１バケット６６による掘削を行う（ステップＳ１０３）。重機制御装置５２は、油圧装置４１により第１ブームシリンダ６３と、第１アームシリンダ６５と、第１バケットシリンダ６７とを駆動制御して、第１バケット６６による掘削を行う。

重機制御装置５２は、ステップＳ１０３の掘削と並行して、ドローン１００ｃの撮像装置１０２からの画像データに基づき掘削状況の確認が必要かどうかを判断する（ステップＳ１０４）。ここでは、第１バケット６６の状態を確認する必要があるものとしてステップＳ１０５に進むものとする。なお、ドローン１００ｃの撮像装置１０２に代えて、もしくは併用して離着陸部に着陸しているドローン１００ａとドローン１００ｂとの少なくとも一方の撮像装置１０２からの画像データに基づき掘削状況の確認が必要かどうかを判断してもよい。離着陸部に着陸しているドローン１００ａの撮像装置１０２が撮像する画像は、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対応している。このため、離着陸部に着陸しているドローン１００ａの撮像装置１０２が撮像した画像を用いることにより、従来の運転席から視認した感覚で掘削状況の確認が必要かどうかを判断することができる。

重機制御装置５２は、ドローン１００ｄに対して第１バケット６６の撮像を指示する（ステップＳ１０５）。ＵＡＶ制御装置１０８は、飛行装置１０１によりドローン１００ｄを第１バケット６６に近づけるとともに撮像装置１０２による撮像を指示する。図１０は掘削している第１バケット６６をドローン１００ｄが撮像している様子を示す図である。
ＵＡＶ制御装置１０８は、センサ群１０４の赤外線センサにより第１バケット６６を認識して、第１バケット６６とドローン１００ｄとの衝突を回避しながら、ドローン１００ｄを第１バケット６６に近づけることができる。なお、重機制御装置５２は、ドローン１００ｃの撮像装置１０２の撮像に基づいて、油圧ショベル１０とダンプトラック８５とが所定距離（例えば数十ｃｍ～１ｍ）に近づいたときに、油圧ショベル１０とダンプトラック８５との少なくとも一方の移動を中止するようにしてもよい。これにより、油圧ショベル１０とダンプトラック８５との接触や衝突を防ぐことができる。

本実施形態において、重機制御装置５２は、掘削の際に、ドローン１００ｃの撮像装置１０２を用いて油圧ショベル１０の上方から建設現場を撮像させ、より詳細な撮像が必要な場合にドローン１００ｄが対象領域（例えば、第１バケット６６）に飛行してドローン１００ｄの撮像装置１０２を用いた撮像を行なっている。このため、重機制御装置５２は、詳細な掘削状況の画像を取得することができる。また、中央制御装置９０が第１通信装置５０と第２通信装置９２とを介して詳細な掘削状況の画像を取得することにより、中央制御装置９０が遠隔地に設置されていた場合においても詳細な掘削状況をほぼリアルタイムで取得することができる。なお、ドローン１００ｄの撮像装置１０２による撮像は、ドローン１００ｃの撮像装置１０２による撮像よりも高度が低い位置で行われている。一例を挙げると、ドローン１００ｃの撮像は地上６ｍ～１２ｍ程度であるのに対して、ドローン１００ｄの撮像は、地上６ｍ以下で行われている。また、ドローン１００ｄの撮像装置１０２の撮像間隔は、ドローン１００ｃの撮像装置１０２の撮像間隔よりも短く、より多くの画像を取得するように設定されている。

なお、重機制御装置５２は、ドローン１００ｃを油圧ショベル１０の上方の－Ｘ方向に位置させるとともに、ドローン１００ｄを油圧ショベル１０の上方の＋Ｘ方向に位置させて、ドローン１００ｃとドローン１００ｄとにより油圧ショベル１０の上方から建設現場を撮像させてもよい。この場合、詳細な撮像が必要な位置に応じて、ドローン１００ｃとドローン１００ｄとの一方を移動させるようにしてもよい。また、ドローン１００ｃとドローン１００ｄとのバッテリー１０５の残量が少なくなった場合には、ドローン１００ｃとドローン１００ｄとを離着陸部に着陸させてバッテリー１０５に充電させ、ドローン１００ａとドローン１００ｂとを離陸させて、それぞれの撮像装置１０２による撮像を行うようにすればいい。なお、離着陸部に着陸したドローン１００ｃとドローン１００ｄとの少なくとも一方の撮像装置１０２を用いて撮像を行ってもよい。

重機制御装置５２は、ステップＳ１０３の掘削制御と並行して、第１質量体４２及び第２質量体４５の移動による油圧ショベル１０の偏荷重補正を行う（ステップＳ１０６）。前述したように、重機制御装置５２は、第１バケット６６が掘削を行う際に、－Ｘ方向の偏荷重が油圧ショベル１０に作用するので、第１質量体４２を＋Ｘ方向に移動させて油圧ショベル１０に作用する偏荷重を補正している。この場合、重機制御装置５２は、第１ブームシリンダ６３と、第１アームシリンダ６５と、第１バケットシリンダ６７との駆動量から油圧ショベル１０に作用する偏荷重を演算して、ステップＳ１０３の掘削開始とともに、第１質量体４２及び第２質量体４５を移動させるフィードフォワード制御を行う。また、重機制御装置５２は、姿勢検出計４８の検出結果に基づいて第１質量体４２及び第２質量体４５の移動を制御するフィードバック制御を行う。なお、第１バケット６６および第２バケット７８に重量計を設けて、この重量計により掘削物の重量を測定して、前述のフィードフォワード制御およびフィードバック制御に用いてもよい。

重機制御装置５２がフィードフォワード制御を行うことにより、油圧ショベル１０に偏荷重が作用するとほぼ同時に偏荷重補正を行うので、油圧ショベル１０に大きな偏荷重が作用する前に油圧ショベル１０に作用する偏荷重補正を早く行うことができる。また、重機制御装置５２が姿勢検出計４８の検出結果に基づくフィードバック制御を行うので、油圧ショベル１０に作用する偏荷重を精度よく補正することができる。なお、重機制御装置５２は、第１バケット６６が掘削を行う際に第２バケット７８を駆動することにより偏荷重補正を行ってもよく、第１質量体４２と、第２質量体４５と、第２バケット７８とを併用してもよい。この場合、前述のフィードフォワード制御を行う際に、第２バケット７８の駆動を考慮したフィードバック制御とすることが好ましい。

重機制御装置５２は、ステップＳ１０３の掘削が終了すると、旋回装置３０により本体装置４０および作業装置６０を１８０度旋回させる（ステップＳ１０７）。旋回装置３０による本体装置４０および作業装置６０の旋回により第１バケット６６がダンプトラック８５の近傍に位置するとともに、第２バケット７８が掘削場所近傍に位置するようになる。この場合も、第１バケット６６が旋回装置３０により時計方向に沿って旋回する場合には、＋Ｙ方向の偏荷重が油圧ショベル１０に作用するので、油圧ショベル１０に作用する偏荷重を補正するように第１質量体４２を移動することが好ましい。

重機制御装置５２は、第１バケット６６と第２バケット７８との少なくとも一方のバケット位置の微調整が必要であれば第１スイングシリンダ７２および第２スイングシリンダ８４を駆動して、第１バケット６６および第２バケット７８位置の微調整する（ステップＳ１０８）。具体的には、重機制御装置５２は、第１バケット６６がダンプトラック８５の荷台に放土できるように第１スイングシリンダ７２を駆動する。また、重機制御装置５２は、第２バケット７８が掘削場所に位置決めされるように第２スイングシリンダ８４を駆動する。

重機制御装置５２は、第１バケット６６が掘削した掘削物をダンプトラック８５の荷台に放土するとともに、第２バケット７８による掘削を行う（ステップＳ１０９）。重機制御装置５２は、油圧装置４１により第１ブームシリンダ６３と、第１アームシリンダ６５と、第１バケットシリンダ６７とを駆動制御して、第１バケット６６による放土を行う。また、重機制御装置５２は、油圧装置４１により第２ブームシリンダ７５と、第２アームシリンダ７７と、第２バケットシリンダ７９とを駆動制御して、第２バケット７８による掘削を行う。

重機制御装置５２は、ステップＳ１０９の掘削と並行して、ドローン１００ｃの撮像装置１０２からの画像データに基づき掘削状況の確認が必要かどうかを判断する（ステップＳ１１０）。掘削状況の確認動作（Ｓ１１１）は、基本的にはステップＳ１０４と同じなので、ここでは、重機制御装置５２は、その判断をＮｏとしてステップＳ１１２に進む。

重機制御装置５２は、ステップＳ１０９の掘削制御と並行して、第１質量体４２及び第２質量体４５の移動による油圧ショベル１０の偏荷重補正を行う（ステップＳ１１２）。重機制御装置５２は、ステップＳ１１２の偏荷重補正についてもフィードフォワード制御とフィードバック制御とを併用することが好ましい。

重機制御装置５２は、更なる掘削が必要かどうかの判断を行う（ステップＳ１１３）。重機制御装置５２は、当日予定されている掘削が終了していなければステップＳ１０７に進み、当日予定されている掘削が終了していればステップＳ１１４に進む。ここでは、重機制御装置５２は、当日予定されている掘削が終了しているものとしてステップＳ１１４に進むものとする。
重機制御装置５２は、旋回装置３０により本体装置４０および作業装置６０を１８０度旋回させる（ステップＳ１１４）。重機制御装置５２は、ステップＳ１０７において本体装置４０および作業装置６０を時計方向に沿って旋回した場合には、本体装置４０および作業装置６０を反時計方向に沿って旋回させる。これとは逆に、重機制御装置５２は、ステップＳ１０５において本体装置４０および作業装置６０を反時計方向に沿って旋回した場合には、本体装置４０および作業装置６０を時計方向に沿って旋回させる。このようにすることにより、１８０度の旋回範囲において、作業装置６０が他の装置と干渉しないようにすればよくなり、３６０度の旋回範囲において、作業装置６０が他の装置と干渉しないようにする場合に比べて安全確認が容易になるとともに、建設現場を有効に使用することができる。

重機制御装置５２は、掘削は行わないので、ダンプトラック８５の近傍にあるバケット位置の調整を行う（ステップＳ１１５）。重機制御装置５２は、第２バケット７８がダンプトラック８５の荷台に放土できるように第２スイングシリンダ８４を駆動する。なお、ダンプトラック８５の近傍にあるバケット位置の調整が不要であればステップＳ１１５は省略しても構わない。
次いで、重機制御装置５２は、第２バケット７８が掘削した掘削物をダンプトラック８５の荷台に放土する（ステップＳ１１６）。なお、ここでは、第１バケット６６による掘削は行われないので、油圧ショベル１０に大きな偏荷重は作用しない。このため、第１質量体４２及び第２質量体４５による偏荷重補正は行ってもよく、省略してもよい。

以上、詳述したように本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１０を実現することができる。また、本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ので、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。

離着陸部は例えば図１から明らかなように本体装置４０の頂部に設けられているので、ドローン１００は本体装置４０に遮られることなく、撮像装置１０２による撮像を行うことができる。
また、本実施形態によれば、ドローン１００が建設機械システム１のアシストをするので自動化した建設工事を効率良く実現することができる。

（変形例）
上述の実施形態では、油圧ショベル１０を掘削に適用する場合について説明したが、油圧ショベル１０の用途はこれに限定されるものではない。例えば、大型の台風などの自然災害で河川が氾濫し、孤立した集落が発生した場合にも油圧ショベル１０を適用することができる。重機制御装置５２は、作業装置６０を用いて障害物を除去しながら孤立した集落に近づいて、複数のドローン１００を孤立した集落に向けて飛行させる。複数のドローン１００の第４通信装置１０６は、孤立した集落の携帯電話の基地局として用いてもよい。この場合は、複数のドローン１００をほぼ均等の間隔で配置させるとともに、バッテリー１０５の消費を抑えるため複数のドローン１００を学校やホテルなどの建物に着陸させて飛行しない状態にすることが好ましい。また、複数のドローン１００のバッテリー１０５は電源として用いてもよい。また、複数のドローン１００により、食料、水、電池、毛布、などの生活必需品やＡＥＤや薬などの医療機器や医療品を搬送するようにしてもよい。

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、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第１アーム６４に取り付けるようにしてもよい。

１ 建設機械システム
１０ 油圧ショベル
２０ 走行装置
３０ 旋回装置
４０ 本体装置
４１ 油圧装置
４２ 第１質量体
４５ 第２質量体
４８ 姿勢検出計
５２ 重機制御装置
６０ 作業装置
６１ 第１作業装置
７３ 第２作業装置
８５ ダンプトラック
９０ 中央制御装置
９５ 送電装置
１００ ドローン
１０２ 撮像装置
１０３ 受電装置
１０４ センサ群
１０５ バッテリー
１０８ ＵＡＶ制御装置

Claims (7)

1. 第１撮像装置を備えた第１無人飛行体および第２撮像装置を備えた第２無人飛行体が離着陸する離着陸部を備えた建設機械に、前記第１及び第２無人飛行体を干渉させることなく着陸させるステップと、
   前記第１無人飛行体及び前記第２無人飛行体がそれぞれの測量領域において第１の所定の距離保たれる飛行経路を用いて、互いに衝突を回避しながら飛行させるステップと、
   前記第１無人飛行体と前記第２無人飛行体とを前記建設機械と前記建設機械が掘削した掘削物が積み込まれるダンプトラックとに対して第２の所定の距離を離しながら、前記第１撮像装置により前記建設機械に備えられたバケットを撮像し、前記第２撮像装置により前記建設機械と前記ダンプトラックとを撮像するステップと、
   を含む建設機械のアシスト方法。
2. 前記離着陸部が、前記第１及び第２無人飛行体に着陸位置を認識させる、所定間隔をおいて設けられた第１及び第２視認マークを有し、
   前記第１及び第２無人飛行体を前記第１及び第２視認マークに着陸させる、請求項１記載の建設機械のアシスト方法。
3. 前記第１及び第２無人飛行体が、赤外線センサを用いて飛行することで互いに衝突を回避する、請求項１又は２記載の建設機械のアシスト方法。
4. 前記建設機械は、前記飛行経路として、前記第１無人飛行体用の第１飛行経路と、前記第２無人飛行体用の第２飛行経路とをメモリに記憶しており、
   前記第１及び第２無人飛行体が、前記メモリに記憶された第１および第２飛行経路に関するデータを受信して飛行することで、互いに衝突を回避する、請求項１又は２記載の建設機械のアシスト方法。
5. 前記第１無人飛行体の前記第１撮像装置により、前記建設機械に備えられた駆動中のバケットを撮像するステップと、
   前記第２無人飛行体の前記第２撮像装置により、上空から前記建設機械の掘削の様子を撮像するステップと、を含む請求項１から４のいずれかに記載の建設機械のアシスト方法。
6. 前記離着陸部が、前記第１及び第２無人飛行体に電力を供給する電力供給部を有し、
   前記第１及び第２無人飛行体が前記離着陸部にて給電されている間に、互いに衝突を回避しながら第３及び第４無人飛行体を飛行させるステップと、を含む請求項１から５のいずれかに記載の建設機械のアシスト方法。
7. 前記第１無人飛行体の前記第１撮像装置により、前記建設機械に備えられた掘削中のバケットを撮像するステップと、
   前記第２無人飛行体の前記第２撮像装置により、前記建設機械と、該建設機械が掘削した掘削物が積み込まれるダンプトラックとを撮像するステップと、を含む請求項１から請求項６のいずれかに記載の建設機械のアシスト方法。