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Nikkei Robotics_2017.05 Cool Topic (p8~11)

Taisei(大成)건설, 건설현장용 자율형 청소로봇 개발
지바현의 외곽순환도로 공사에 도입, 야간 청소작업 성력화

로봇 청소기는 가정을 벗어나 건설현장에서도 이용이 확대될 것 같다. Taisei건설은 건설 현장에서 사람을 대신하여 자동으로 움직이는 청소 로봇「T-iROBO Cleaner」을 개발하였다. 건설에 직접 기여하지 않는 이차적인 작업인 청소 업무를 로봇으로 자동화하여, 건설업무 전체의 생산성을 향상시키는 것이 목적이다. 공사를 하지 않는 야간이나 휴식 시간에 로봇이 광범위하게 자동으로 청소함으로써, 기존의 수 십 명의 일손을 필요로 했던 청소 작업에 대한 부담을 10% 이하로 절감할 수 있다.

2017년 3월에는 Taisei건설이 공사를 맡은 도쿄 외곽순환도로의 지바현 구간 현장에 로봇을 시험 도입하였다. 시판 청소 로봇으로는 처리할 수 없었던, 분진량이 많은 건설자재가 산재해 있는 건설현장 청소가 가능해졌다. Taisei건설은 2017년 후반에는 이 청소 로봇을 건설업계용으로 판매한다. 가격은 200만 엔 이하를 예상하고 있으며, 첫해에는 200대 판매를 예상하고 있다. 건설기계 대여 사업자인 ACTIO를 통해 리스 판매한다.

-- 시판 로봇 청소기로는 대응 불가 --
Taisei건설이 이번에 개발한 로봇은, 공사의 초기 단계인「골조공사」나「내장공사」에서의 걸레질 청소에 대응시켰다. 건설 현장에서는 공사의 최종 단계에 해당하는「마무리공사」에 있어서, 수 년 전부터 시판되는 가정용이나 산업용 로봇 청소기의 활용이 늘어나기 시작하였다. Taisei건설도 Makita사가 만든 로봇 청소기를 활용하고 있다. 내장이 설치된 후에는 큰 쓰리기도 적어, 시판 로봇이라도 충분히 청소가 가능하기 때문이다.

한편으로, 골조공사 등 공사 초기 단계에 있어서 바닥은 분진의 양이 많을 뿐만 아니라 건설자재가 곳곳에 있고, 그 건설자재 주변을 트래픽 콘이 둘러싸고 있어 장애물도 많다. 그래서 Taisei건설은 2013년 6월 무렵부터 이러한 공사현장에서도 사용할 수 있는 로봇이 없는지 검색하기 시작하였다. Taisei건설의 기술센터 건축기술개발부는 우선 시판 가정용 로봇을 사용하여 건설 현장에서의 청소 능력을 검증하였다. 그 결과, (1)집진(集塵)능력, (2)답파(踏破)능력, (3)장해물 감지의 3개의 과제가 떠올랐다.

(1)에 관해서는, 몇 분 사이에 집진주머니가 가득 차서 정지해 버리는 현상이 발생하였다. (2)에 관해서는, 건설현장에 있는 약 2cm의 높이의 돌출된 부분이나 못이 있는 바닥에서는 로봇 본체가 걸려서 제대로 진행하지 못했다. (3)에 관해서는, 트래픽 콘과 바 등으로 둘러싼 시공 영역에 대해, 시판 로봇의 경우는 높이가 너무 낮아 바를 장해물로 감지하지 못하고 밑으로 지나가 버렸다. 옥외용 청소 로봇도 검토했지만, 가격도 비싸고 무게도 상당히 나가기 때문에 자사 개발을 결정하였다.

-- 기존의 청소기를 자율주행형으로 개량 --
이번 로봇은, 건설현장에서 이용되는 Sweeper라고 불리는 시판 전동청소기를 개조한 것으로, Sweeper에 자율이동 기능을 추가하였다. 처음에는 Sweeper를 무인운반차(AGV)와 같이 견인하는 형태를 검토하였다고 한다.
그러나 내륜차(内輪差, 앞바퀴와 뒷바퀴의 위치 차) 등의 영향으로, 청소가 불가능한 영역이 많이 남았기 때문에, 자율주행 기능이 있는 로봇을 새로 개발하기로 하였다. Zaoh(蔵王)산업에서 만든 50만 엔 정도의 전동청소기를 바탕으로 한 것으로, 과제 (1)(2)를 해결하였다. 배터리를 추가하여 청소 능력은 그대로 유지하면서 9시간 연속 가동이 가능하게 되었다.

-- LIDAR로 장해물 감지하여 랜덤 주행 --
가장 많이 연구한 부분은 장해물을 회피하면서 자율 주행하는 것이다. 과제(3)에서 언급하였듯이, 가공 현장에는 시공도중인 장소나 건설자재를 에워싸고 있는 트래픽 콘이나 바 등의 장해물이 있어, 로봇이 접근을 금지하는 장소가 있다. 이들 장해물을 감지하기 위해 LIDAR를 이용하였다.

로봇은 전방 부분에 Hokuyo(北陽)전기에서 만든 2차원 LIDAR을 탑재하고 있다. 이 LIDAR을 상하방향으로 움직임으로써, 2차원 LIDAR의 빔을 상하 방향으로도 스캔하도록 하여 바와 같은 높은 곳에 있는 장해물을 감지할 수 있도록 하였다. 수평 화각 270도의 범위 내에 있는 벽이나 높이 약 70cm의 바라면 감지할 수 있다. 장해물을 감지하면, 장해물이 없는 방향으로 본체를 방향 전환하여 다시 직진한다. 장해물을 감지하는데 카메라 등의 센서는 사용하지 않기 때문에 조명은 필요 없다. 야간에도 운용할 수 있다. 그러나 LIDAR을 사용하고 있기 때문에, 외벽에 유리가 사용되었다거나 자동 도어 등이 있는 건물 안에서 사용하기에는 적합하지 않다. 2016년 12월에 시작(試作) 1호기를 발표한 후, 접촉 감지용 범퍼 센서를 전면 아래와 양측 아래에 추가하여 안전성을 높였다.

-- 현장의 목소리를 제품에 반영 --
개량한 2호기를 시험 도입한 도쿄 외곽도로순환도로 공사 현장에서는, 야간에 해당하는 20시~2시까지의 6시간 연속 가동시켰다. 4시간 정도면 95% 정도의 면적까지 청소가 가능하다고 한다. 도저히 청소가 불가능한 구석 등은 사람이 청소할 필요가 있었다.  시공이 끝난 지 얼마 되지 않는 장소나, 중장기나 건설자재가 있는 곳은 미리 트래픽 콘과 바로 둘러싸서 로봇의 진입을 막는다.

로봇을 도입하기 전에는 일주일에 한 번, 30분 정도 수 십 명의 현장 작업자가 청소 작업을 하였다.「카메라를 탑재하고 있지 않기 때문에, 촬영 영상이 남지 않는다. 작업자의 프라이버시도 고려할 수 있기 때문에 로봇의 도입에 대해 현장의 이해도 얻었다」라고, Taisei건설의 기술센터 건축기술개발본부 우에노(上野) 실장은 도입한 효과를 느끼고 있다.

Taisei건설은 앞으로 이러한 현장의 목소리를 제품에 반영해 나갈 생각이다. 예를 들면 안전성을 높이기 위해, 야간에도 시야 확인이 가능하도록 옥내 신호등을 설치하거나, 소리를 내도록 하는 것도 계획하고 있다. 또한 약 80kg의 로봇을 어른 둘이서 쉽게 운반할 수 있도록 손잡이도 만들 계획이다.

  -- 끝 --