일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2021.10.8

가시마의 전자동 공사
측위 기술을 심리스(Seamless)하게 구분해 사용
터널 안에서 토사를 옮기는 휠로더의 자율주행 제어

산악 터널 공사에서는 콘크리트 분사와 같은 굴삭 현장 부근에 중장비를 투입해 시공하는 작업들이 많다. 이러한 경우, 중장비의 위치 정보를 실시간으로 취득하지 않아도 작업 개시 전에 터널과의 상대적인 위치 관계를 측정해두면 제어가 가능하다.

하지만, 발파로 생긴 토사를 휠로더로 퍼서 굴삭 현장에서 벨트컨베이어의 호퍼까지 운반하는 작업은 다르다. 이동하는 휠로더의 위치를 파악해야 하기 때문이다.

터널 안은 GNSS(위성을 이용한 측위 시스템의 총칭) 전파가 닿지 않는다. 댐 시공 현장과 같이 GNSS를 자이로센서 등과 조합해 위치를 측정하기는 어렵다.

이에 가시마는 터널 내에서의 자율 주행을 제어하기 위해 ‘SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)’과 ‘iGPS’라고 하는 2개의 측정 기술을 검증하고 있다.

SLAM은 3D 레이저스캐너로 주위 환경 지도를 만들면서 자기 위치를 추정하는 기술이다. iGPS는 터널 안에 복수의 적외선 레이저 송신기를 설치해 중장비에 장착된 수신기의 위치를 삼각측량법으로 알아내는 기술이다. 검증을 통해 두 기술 모두 터널 내 중장비의 자율주행이 가능하다는 것을 확인했다고 한다.

-- 0.05초에 1회 간격으로 중장비 위치 포착 --
가시마는 6월에 실시한 언론 공개에서 iGPS를 이용해 실물 크기의 모의 터널 입구에서 굴삭 현장까지 휠로더가 약 40m를 주행. 토사를 퍼 올린 후 후진해 호퍼에 투입하는 작업을 선보였다. 이 작업은 통상적으로 1회 발파 때마다 50회 정도 반복할 필요가 있기 때문에 자동화의 혜택이 크다.

iGPS는 항공기 공장에서 치수 측정 등에 이용하는 기술이다. 측정 정밀도가 뛰어난 기술로, 오차가 수 밀리미터 이내이다. 측정 빈도는 20분의 1초 간격으로, 대상이 고속으로 움직여도 위치를 포착할 수 있다.

모의 터널에서는 갱 입구와 갱 내에 iGPS의 레이저 송신기를 2개씩 배치하고, 고마쓰의 휠로더 ‘WA470’에 수신기를 탑재했다.

위치 정보만 얻을 수 있다면 가시마가 댐 현장을 중심으로 개발해 도입한 덤프트럭 등 자율주행 기술 응용이 가능하다. 운영자가 지정한 포인트를 통과하도록 시스템이 경로를 구축, 토사 위치까지 주행할 수 있다.

하지만, GNSS를 대체할 수 있는 iGPS에는 약점도 있다. 정밀기기이기 때문에 분진이나 먼지에 약하다는 점이다. 1대로 측정할 수 있는 범위는 50m 정도로, 터널 전역을 커버하는 경우에는 여러 대를 설치해야 하기 때문에 시간과 인력이 소요된다.

한편, SLAM는 iGPS에 비해 분진 등에 강하고, 측정 범위가 넓다. 하지만 측정 오차가 수 센티미터에서 수 십 센티미터로, 비교적 크다.

“수 십 센티미터의 오차가 발생할 경우 호퍼에 정확하게 토사를 투입하는 것은 어렵다”(가시마기술연구소). SLAM 사용 시에는 최고 시속이 30km 미만으로, 속도를 내지 못한다는 점도 해결해야 할 과제라고 한다.

-- '스마트한’ 토사 이동을 실현 --
가시마는 향후 iGPS와 SLAM의 기술 조합 등을 검토해 자율주행 제어의 정밀도를 높일 방침이다. “두 개 중 어느 기술을 사용하느냐가 아닌, 각각을 심리스하게 구분해 사용하는 기술이 필요하다”. 가시마기술연구소 첨단·메카트로닉스그룹의 하마모토(浜本) 상석 연구원은 이렇게 말한다.

토사를 퍼 올리는 작업의 효율화도 필요하다. 현재는 버킷 끝부분이 쌓여있는 토사 더미에 닿으면 자동으로 퍼서 올린다. 하지만 현장 전방에 토사가 없어질 때까지 무턱대고 버킷으로 퍼는 것은 효율이 떨어진다.

토사의 종류와 형상에 따라 휠로더 별로 가속해 버킷으로 퍼야 하는 경우도 있다. 가시마는 토사의 형상을 레이저 스캐너로 측정하는 안을 검토하는 등, 자동화 기술의 고도화를 도모할 계획이다.

 -- 끝 --