土砂の積み込み作業を自動化

バックホウ自律運転システム

熟練技能者のノウハウと、それを再現する高精度制御により高い生産性と安全性を確保します

バックホウ自律運転システムとは?

地盤の造成やトンネル掘削といった土木工事や大規模建築物の地下掘削などで発生する大量の土砂の積み込み作業は膨大な作業量となります。バックホウ自律運転システムは、土砂の積み込み作業を自動化し、生産性の向上、省人化を図るシステムです。

システム構成図

土砂の積み込み作業は、バックホウのアームやブーム、バケットを巧みに操る熟練技能が必要で自律化が困難でした。バックホウ自律運転システムでは、大林組保有の汎用遠隔操縦装置「サロゲート」(大裕と共同開発)を装着、掘削範囲における盛土の状況を3Dスキャナにて確認し、一回に積み込む土砂の量が最大になるポイントを掘削、待機しているダンプトラックへ旋回しステレオカメラで確認しながら積み込みを繰り返し行います。

実証実験の様子

また、作業の高精度化のために、対象土砂やダンプトラックの状況に応じた動作計画を大林組のノウハウをもとに作成し、刻々と変動するバックホウの動特性(※1)や応答遅延による影響を加味した制御を行うため「適応予測制御技術(※2)」(NEC開発)を活用して制御します。
さらに、熟練技能者の作業データを分析、AI技術で学習することで効率的な動作を数値化し、土砂の状況や作業ごとに異なるバックホウやダンプトラックの配置に応じて補正することで、熟練技能者の動きを模した高い生産性を実現します。

お客様のメリット

正確・安全で高い生産性を実現

  • 積み込んだ土砂がダンプトラックの規定重量に達した時点で作業を停止し、次のダンプトラックが入って来るまで待機するため、周辺には一切作業員が立ち入る必要がありません。万が一、作業員が立ち入ったとしても、大林組が開発した「クアトロアイズ」の搭載により接触を防止するなど、今まで培ってきたフェイルセーフ対策によって安全性を確保します。

バックホウのメーカーや機種を選ばず後付けで容易に自律化

  • バックホウの制御は、電気信号などで直接制御するのでなく、汎用遠隔操縦装置「サロゲート」を介して行います。サロゲートは、操作レバー部に装着するアタッチメントで、メーカーや機種を問わず対応が可能なため、バックホウに後付けで装着し、自律運転が可能です。
  • 自動運転とオペレータによる遠隔操縦の切り替えが容易にできるため、自律運転中に発生した突発的な事象や、自律運転では難しい複雑な作業が必要になった場合には、迅速で臨機応変な対応が可能です。

大幅な省人化を可能にする統合制御システム

  • バックホウ自律運転システムは、作業エリアや建設機械の姿勢・位置を認識するためのさまざまなセンサを多数配置し、それらを通信ネットワークで統合して制御する「ネットワークドコントロールシステム(※3)」によって管理しています。そのため、搭乗視点のみならず俯瞰的な視点も加えることができ、これらの豊富な情報を管理者が遠隔で確認できます。
  • 今後、次世代通信技術「5G」を活用することで、より高速・大容量・低遅延な通信が可能となり、一人の監視者によって複数種類の建設機械を同時に自律化させることで、さらなる生産性向上と省人化が可能です。
掘削位置のセンシング
  • ※1 動特性
    入力(バックホウではレバー操作)が時間的に変化する場合の出力(バックホウではアームの動き)の特性。バックホウの場合、作業内容によってレバー操作とそれに伴うアームの動き方が大きく異なる

  • ※2 適応予測制御技術
    制御対象の動特性の変化に適応する「適応制御」と制御対象の動きを予測することで応答遅延に対応する「予測制御」を融合したNEC独自の制御技術

  • ※3 ネットワークドコントロールシステム
    制御システムの一形態。通信ネットワークで制御に必要なセンサデータを収集し、通信ネットワーク経由で対象を制御するシステム

東日本ロボティクスセンターで行ったバックホウ自律運転システムのデモの様子を動画でご覧いただけます

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