터널 굴삭기 자율운전 / 닛케이 컨스트럭션 ('21.09.24)

[기사내용]

터널 현장에서 굴삭기 자율운전, 100% 정밀도로 적재
타니가와 히로시 닛케이 크로스텍/닛케이 컨스트럭션

大林組(오바야시구미) NEC, 大裕(오히로, 오사카부 네야가와시)는, 공동으로 개발한 유압 굴삭기의 자율 운전 시스템을 터널 공사의 토사의 적재에 적용하는 실증 실험을 실시했다. 관동 지방의 현장에서 다른 메이커의 2대의 유압 굴삭기를 사용해, 토사 두는 곳으로부터의 토사의 굴착이나 덤프트럭에의 적재를 자율화했다.

오바야시구미의 관동지방 터널공사 현장에서 2대의 유압삽에 의한 토사 굴착과 덤프트럭에 대한 적재를 자율화했다(사진:NEC).

굴삭기의 자율운전은 덤프트럭 옆에 배치한 강재 기둥에 부착한 버튼을 누르면 시작한다. 덤프트럭에 일정량의 토사를 실으면 자동으로 멈추는 구조다. 굴삭기 운영자는 그동안 원격지 모니터로 두 대의 움직임을 동시에 감시한다. 인력에 의한 작업은 발생하지 않았다.

자율운전 중 시스템 관리 화면(사진:오바야시구미)

이번 실증 실험으로 도입한 것은, 3사가 2019년에 개발한 시스템이다. 유압 셔블의 위치나 자세를 인식하는 센서를 차체나 작업 장소에 다수 배치하였다. 각 센서가 수집하는 데이터를 기본으로 운전석의 조작 레버에 장착하는 원격조종장치를 통신네트워크를 경유하여 제어한다.

오바야시구미의 노하우를 바탕으로 작성한 유압삽의 동작계획 외, 레버 조작과 암의 움직임이 작업내용에서 다른 동특성 등에 대응하기 위해 NEC가 개발한 적응예측제어기술을 사용하여 작업을 고정밀도로 실시할 수 있도록 제어한다. 게다가 숙련된 오퍼레이터의 조종 정보를 수집해, AI(인공 지능)를 사용해 그 동작을 재현한다.

원격 조종 장치는, 오바야시구미와 오히로가 16년에 공동 개발한 「사로게이트」를 채용한 것이다. 운전석 조작 레버 장착에 필요한 작업은 볼트 체결과 배선 케이블 접속뿐이다. 설치 금구를 바꾸면, 다양한 메이커나 기종에 대응할 수 있다.

이번 실증 실험에서는, 이 사로게이트의 특징을 살려, 다른 메이커의 유압삽을 2대 사용하였다. 서로의 충돌을 피하기 위해 한쪽이 접근할 때 다른 한쪽을 일시 정지시키는 인터록 기능을 도입했다. 또한 굴착과 적재 효율화를 도모하는 새로운 기능도 추가했다.

예를 들면, 굴착하기 쉬운 위치에 토사를 긁어모으는 기능이다. 천장면과 트리퍼거터 상부에 설치한 3D 레이저 스캐너(3D LiDAR)가 토사의 높이와 구배를 인식해, 버킷을 꽂는 각도나 깊이를 조정한다. 1회 적재하여 토사의 양이 최대가 되도록 토사를 굴착하기 쉬운 위치에 긁어 모은다.

2D LiDAR는 유압삽의 위치검출 외에 컨베이어벨트 빗대어 버킷이 접촉하는 것을 방지하기 위해 사용하였다. 경사 센서는 유압 셔블의 차체의 기울기와 버킷, 암, 붐의 각도를, 리니어 인코더는 차체의 선회량을 각각 검출하기 위해 탑재했다(자료: 오바야시 조).

암에 장착된 ToF 카메라를 이용해 버킷으로 퍼낸 토사의 부피를 추정하는 기능도 개발했다. 덤프 트럭에 실은 후는, 차량과 토사를 합한 중량을 트럭 스케일로 계측한다. 그 계측치로부터 트럭의 중량을 공제하고, 토사 부피의 중량을 산출한다.

암에 설치된 ToF 카메라(사진의 붉은 동그라미 표시)를 사용해 버킷으로 퍼낸 토사의 부피를 추정하는 기능을 개발했다(사진:NEC).

이것을 반복하는 것으로, AI가 토사의 부피와 중량의 관계를 기계 학습해, 1회 당 굴착량을 안정화할 수 있다. 또한 적재 최종 단계에서의 토사 중량 미세 조정도 가능해진다. 실증 실험에서는 반출 시의 총중량이 목표치의 98,100%였다.

토사의 적재 정밀도를 향상시키는 구조도 도입했다. 시스템에서는 굴삭기나 덤프트럭의 위치를 인식한다. 단, 복수의 센서의 오차가 겹치면, 굴삭기의 선회 각도와 트럭의 적재공간의 위치가 어긋날 수 있다. 거기서, 딥스(심도) 카메라로 적재공간의 테두리를 인식하고, 그 중심에 버킷이 오도록, 화상 처리로 선회 각도를 보정했다.

딥스 카메라로 덤프트럭의 적재공간의 형상을 인식하면 토사의 성형 범위와 길들이기를 조절할 수 있다. 어떤 형태의 적재공간에서도 토사를 적절하게 정리할 수 있어 다양한 종류의 트럭에 적용할 수 있다.

오바야시구미 등 3개사는 앞으로 시공현장에 투입할 자율운전 굴삭기 대수를 늘린다. 아울러 다른 자율운전 건설기계와 연계할 수 있는 기술 개발을 추진한다. 시스템의 외판도 목표로 한다.

 

출처 : 일간xtechhttps://xtech.nikkei.com/atcl/nxt/column/18/00107/00176/?P=2