기계/자동차/부품

Nikkei Robotics_2023.10 Cool Topic (p12-14)

건설기계의 자동 제어를 실용화
DeepX, 교량 등의 케이슨 굴착용 셔블의 자동화 기술 개발

건설기계 등의 자동화를 전개하는 AI 스타트업 기업인 DeepX는 교량 등의 기초가 되는 케이슨 굴착용 셔블의 자동화 기술을 개발했다. '뉴매틱 케이슨(pneumatic caisson, 잠함)'이라는 공법을 전개하는 건설회사 오리엔탈 시라이시와 공동으로 개발. 2023년도 내에 오리엔탈 시라이시가 자사의 시공 현장에서 채택해 실용화할 계획이다.

2016년에 창업한 DeepX는 도쿄대학 마쓰오 교수의 연구실에서 출발한 AI 스타트업 기업이다. 각종 기계를 심층학습 등의 AI 기술로 자동화하는 사업을 전개하고 있다. 지금까지 대형 건설사인 후지타와 유압 셔블의 자동화 기술을 개발했고, 대형 크레인 기업인 타다노와 크레인 자동화 기술을 개발한 실적이 있다.

-- 원격 제어의 보급이 주효 --
이번 자동화의 대상이 된 뉴매틱 케이슨은 철근 콘크리트 등으로 만든 거대한 상자를 말하며, 지중이나 수중에 굴착/침하시켜 교량이나 지하 구조물 등의 기초가 된다.

크레인 아래측 공간(기밀작업실) 안으로 고압의 공기를 펌프로 보냄으로써 작업실 안으로 지하수 등이 들어오지 못하도록 해 지상과 같이 건조한 환경에서 작업을 할 수 있도록 하는 공법이다. 공기가 들어간 컵을 거꾸로 해서 수중에 넣는 것과 비슷한 이미지다.

다만 케이슨 하부의 작업실 안은 대기압보다 높은 0.5MPa 정도의 기압이 된다. 뉴매틱 케이슨 공법이 고안된 당시에는 사람이 이 작업실 안에 들어가 흙을 굴착했는데 (인력이나 건설기계 조작), 높은 기압 하에서 작업하는 것은 스쿠버 다이빙과 마찬가지로 감압증의 요인이 된다. 이 때문에 현재는 작업실 안의 굴착용 셔블을 원격으로 조작하게 되었다.

이처럼 원격 조작 방식이 이미 보급된 것이 이번에 건설기계의 자동제어를 실용화할 수 있는 요인이 되었다. 건설기계를 자동화하는 기본 기술 자체는 이미 개발되었지만 안전 상, 자동화한 경우는 건설기계 주변에 사람이 접근할 수 없게 되었고, 이것이 현장에서 자동 건설기계를 실용화할 때의 과제가 되었다.

뉴매틱 케이슨 공법이라면 건설기계의 주위에 사람이 없다는 것을 확인하기 쉽기 때문에 한전을 보장하기 쉬워 실용화가 쉬웠던 것이다.

굴착용 셔블과 마찬가지로 오리엔탈 시라이시가 개발한 것이다. 케이슨 안에서 천장 레일에 매달려 있다. 케이슨 외부에서 전원을 공급해 전동 유압으로 움직인다. 이번에 이 셔블의 원격 조작용 인터페이스에 자율제어용 PC를 접속했다.

셔블에는 지반 면의 모양을 계측하기 위한 3차원 LIDAR(중국 Livox Technology의 ‘AVIA’)를 2개 설치했다. 계측한 점군 정보를 바탕으로 어디를 팔지, 셔블을 어떻게 움직일지를 자동화 시스템이 판단한다.

목표하는 깊이까지 자동으로 굴착해 나간다. DeepX는 강화학습 기술을 전개하고 있지만 이번 시스템에서는 이 기술은 이용하지 않는다. 셔블의 동작은 MPC(모델 예측 제어)와 같은 스타일로 온라인에서 탐색하고 있다고 한다.

셔블은 케이슨 안에 여러 대를 설치하는 것이 일반적이기 때문에 간섭 회피 구조도 구현돼 있다. 지면을 굴착하는 셔블, 굴착한 토사를 지상 배출용 용기에 넣는 셔블 등의 역할 분담이 있다. 이번에는 전자의 역할인 셔블을 자동화했다. 앞으로 용기에 토사를 넣는 작업도 자동화해 나갈 계획이다.

제어용 PC는 작업실 내의 셔블에 가깝도록 지상 측 각각에 설치했다. 지상과 작업실 내는 Ethernet 및 무선LAN으로 연결돼 있다. 하지만 대역이 그렇게 넓지 않아 지반을 계측한 대량의 점군 정보를 보내기에는 적합하지 않았기 때문에 점군 처리 등을 포함해 셔블 측의 PC로 제어하도록 했다.

 -- 끝 --

Copyright © 2020 [Nikkei Robotics] / Nikkei Business Publications, Inc. All rights reserved.