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오바시구미와 게이오대학, 힘촉각 기술로 터널 발파 화약 장전 작업 무인화

오바야시구미는 게이오대학교 햅틱스 연구센터와 공동으로 원격에서 힘 촉각을 재현하는 기술을 응용한 ‘자동 화약 장전 시스템’에 기폭용 폭약의 공급 장치를 탑재했다. 이 시스템을 통해 위험한 작업 현장(터널 굴착면) 바로 아래에 작업자가 들어가지 않고도 조종실에서 장전 작업을 수행하는 데 성공했다고 2026년 1월 20일 발표했다.

-- 굴착면에서 50m 떨어진 곳에서 장전 --
장전 작업은 먼저 자동 화약 장전 시스템 로봇을, 화약을 넣기 위한 장약공 근처까지 이동시킨다. 이후 굴착면에서 떨어진 조종실에서 장약공 주변 영상을 확인하면서 원격으로 화약을 장전한다. 이때 원격 힘 촉각 재현 기술을 이용해 로봇이 느끼는 힘의 감각이 작업자에게 전달되므로, 작업자는 마치 굴착면에서 직접 작업하는 것과 같은 감각으로 작업할 수 있다.

이번 시스템 개량에서는 기폭용 폭약 공급 장치를 탑재함으로써 화약 공급을 기계화하고, 장전 로봇이 이를 자동으로 받아 사용할 수 있도록 했다. 또한 여러 개의 장약공에 동시에 장전할 수 있게 되었고, 로봇 팔 설치 방식을 개선해 장전 범위도 확대했다. 이를 통해 굴착면에서의 장전 작업 무인화를 실현했다.

구체적으로는 미리 준비한 여러 개의 기폭용 폭약을 벨트 컨베이어로 운반해 공급 장치의 받침대에 순차적으로 공급한다. 이후 로봇이 기폭용 폭약을 집어 들 때, 힘 촉각 기술을 통해 하중 수치와 촉감 정보가 조종실의 작업자에게 전달된다. 작업자는 과도한 하중이 발생하지 않는지 확인하면서 안전하게 기폭용 폭약을 장전할 수 있다. 또한 시스템과 기폭용 폭약 공급 장치의 설치 방향을 조정할 수 있도록 개선해 굴착면 아래쪽 부분에도 장착할 수 있게 되었다.

이 시스템은 국토교통부 간토지방정비국이 발주한 ‘R4 국도 20호 신사사고 터널 제1공사’에 시험 적용되었다. 시범 결과, 기존에는 굴착면 바로 아래에서 작업자 5명이 수행하던 장전 작업을, 굴착면에서 50m 떨어진 위치에서 1명이 수행할 수 있게 되었다. 이를 통해 안전성 향상과 인력 절감이 실현했다.

산악 터널 굴착 작업에서는 굴착면에서 발생하는 낙석 위험 때문에 대형 중장비 작업의 원격화·자동화가 진행되고 있다. 그러나 화약 등 위험성이 높은 물질을 다루는 작업은 섬세한 힘 조절과 손가락 감각이 필요해 기계화가 진행되지 않았다.

이에 오바야시구미와 게이오대학교 햅틱스 연구센터는 원격으로 힘 촉각을 재현하는 기술을 활용해 2023년에 자동 화약 장전 시스템을 개발하고, 실내 시험을 통해 원격·자동 장전 작업을 실현했다. 앞으로 두 기관은 여러 대의 로봇을 이용한 화약 장전, 대형 중장비의 자동 운전과 본 시스템의 연계 등을 추진해 일련의 기술의 현장 적용을 확대할 계획이다.

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