建設業における生産性向上、働き方改革を実現するにあたっては、ICTを活用した施工や、生産プロセスそのものの変革が重要であり、建設重機の自動化や遠隔操縦、自律化に大きな期待が寄せられています。特にバックホウは、地盤の造成やトンネル掘削といった土木工事、大規模建築物の地下掘削における土砂の積み込みなど、施工における膨大な作業に用いるため、その自律化による効果が非常に高い建設重機です。
3社は2019年に、センシング技術とそれらを統合管理する「ネットワークドコントロールシステム(注1)」や、NECの「適応予測制御技術(注2)」、大林組と大裕が共同で開発したメーカや機種を問わず対応が可能な汎用遠隔操縦装置「new windowサロゲート」を活用したバックホウ自律運転システムを開発しました。今般、建設現場に適用するための機能を拡張のうえ、大林組が施工するトンネル現場において、複数台の異なるメーカのバックホウが、土砂ピット内に堆積した土砂を掘削しダンプトラックに積み込む一連の作業を、自律運転にて実施しました。また、自律運転中は、遠隔地から1人のオペレータが監視し、いつでも遠隔操縦に切り替えられる体制を整備することで、バックホウに搭乗するオペレータの省人化を実現しました。
本実証の成果および追加機能は以下のとおりです。
1. 1人のオペレータが複数台のバックホウを遠隔地から監視することで省人化を実現
自律運転は、ダンプトラックの運転手が現場に備えつけたボタンを押すことで開始され、一定量の積み込みが完了すると自動で停止するため、その間、人手による作業が発生しません。自律運転中、オペレータは、遠隔地に設置したモニターで、施工ヤード各所に配置した複数台のカメラからの俯瞰映像や、バックホウの姿勢や状態、掘削エリアとダンプトラックへ積み込んだ土砂形状などのセンシング情報をリアルタイムで監視します。加えて、遠隔操縦に切り替えることで、オペレータは、現場のカメラ映像や作業音などをもとにバックホウを操作できます。1人のオペレータが複数台のバックホウを同時に監視することで、省人化を実現しました。
2. 効率の良い掘削・積み込み作業により、人手と同等の作業を実現
効率の良い掘削作業を実施するためには、バックホウが掘削しやすい位置に土砂をかき寄せ、安定した土砂量を正確に掘削できることが重要です。また、ダンプトラックで搬出・運搬する際には、過積載の抑制や運搬中に崩れ落ちないよう適切な荷姿を形成する必要があります。
今回、従来は人手で行っていた作業を自律運転で実施するため、センサを活用してピット内の土砂形状をもとに土砂を最適な位置にかき寄せる機能や、掘削したバケット内の土砂体積を推定する機能を開発し制御に組み込むことで、搬出時の総重量を目標値の98～100％の精度で積載することができました。加えて、バックホウの動作を高精度に制御することで、正確な掘削作業と公道運搬に適した荷姿に整形するなど、一連の作業を通じて、単に同じ動作を反復するのではなく、人手と同等の作業を実現しました。また、ベッセル(荷台)の形状を深度カメラで認識し積み込みを制御することで、あらゆる形状のダンプトラックに適応できます。
本システムは、実際の建設現場に導入可能な実用性と機能性が評価され、国際学会2021 IEEE 17th International Conference on Automation Science and Engineering (CASE)に採択されました。今後は、施工現場への実適用はもとより、台数を増加させることによるさらなる生産性向上や、屋外環境への対応、他の建設重機との連携といった技術の拡張に取り組む予定です。
各社のコメント
大林組は、建設重機の自律運転などを通じて、少ない技能者でも高い生産性と安全性を実現する次世代型の建設生産システムを推進しています。将来的には、複数種類、複数台の連携自律運転を可能とするプラットフォームを開発したうえで、これらのシステムの外販を通じて建設業全体の生産性向上をめざします。
NECは、今回の開発成果を活用してさまざまな産業分野における自動化を促進し、サステナブルな社会の実現に貢献していきます。また、建設重機の自律運転と遠隔操縦を組み合わせ、無人化施工を建設現場だけでなく製造プラントや産廃施設などさまざまな産業に展開することで、ネットワークを柔軟に活用し、人・モノに必要なデータを賢くつなぐ「NEC Smart Connectivity(注3)」の提供を加速し、新たな社会価値を創造していきます。
大裕は、あらゆる建設重機・産業機械の遠隔・自律操縦を身近なものにすることをめざし、遠隔操縦技術の一層の開発と普及を推進します。
本リリースの詳細は下記をご参照ください。
https://jpn.nec.com/press/202109/20210913_01.html
概要：日本電気株式会社（NEC)
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