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Nikkei Robotics_2024.7 (p26-29)

Cool Topic
DeepX, 유압굴착기의 굴착, 적재를 자동화
히타치건기의 기체에 제어 유닛 추가

건설기계를 자동화하는 스타트업 기업 DeepX는 유압굴착기(백호)의 굴착 등을 자동화하는 기술을 개발했다. 국립연구개발법인인 토목연구소와 대형 건설사인 후지타와 공동 개발했다. 이바라키현 쓰쿠바시에 위치한 토목연구소의 건설기계용 실험장 ‘건설 DX 실험필드’에서 시연했다. 사람이 굴착 범위와 깊이를 지정하면, 굴착기가 자동으로 지면을 파 나간다. 파낸 흙은 근처에 세워 둔 덤프카(크롤러 덤프)의 짐칸에 자동으로 적재된다. 덤프카의 위치 등도 자동으로 인식한다.

DeepX는 이전부터 후지타와 공동으로 유압굴착기의 자동화 기술에 착수해 왔다. 이번 기술이 기존 기술들과 다른 점은 건설기계를 일부 개조해 제어 지령을 전자식으로 건설기계 측에 전달한다는 점이다. 토목연구소 등이 개발한 건설기계의 자동 조종용 플랫폼 ‘OPERA(Open Platform for Earthwork with Robotics and Autonomy)’를 통해 건설기계를 제어했다.

-- 아날로그에서 CAN 경유로 --
DeepX는 지금까지 건설기계의 운전석에 조종용 레버 등을 움직이는 액추에이터를 설치해, 아날로그적으로 레버를 움직여 조종하는 후지타의 기술을 이용해 건설기계를 제어해 왔다. 이 방식은 건설기계 업체에 상관없이 대응이 가능하다는 이점이 있지만, 액추에이터가 일체화된 로봇처럼 원격 조종 유닛을 공사 현장 등에 반입하지 않으면 자동화가 어렵다는 제약이 있었다. 이번처럼 건설기계와 전자적인 인터페이스로 접속할 수 있다면 그러한 하드웨어를 공사 현장까지 가져갈 필요가 없어진다.

토목연구소의 OPERA에서는 건설기계업체에 의존하지 않는 업계 공통의 제어 인터페이스를 규정하고 있다. 히타치건기의 유압굴착기 ‘ZX120’을 개조해 OPERA 전용의 제어 유닛을 탑재하고, ROS를 경유해 제어 지령을 내릴 수 있다. 이번 실험에서도 이 시스템을 이용했다. 건설기계에는 자율주행용 PC를 탑재하고, 여기서 CAN 경유로 OPERA의 제어 유닛에 제어 지령을 내린다.

굴착하는 땅의 모양이나 높이, 덤프카의 위치, 짐칸에 있는 흙의 양 등은 유압굴착기의 운전석 위에 설치한 3차원 LIDAR로 계측한다. 덤프카의 위치는 덤프카의 3차원 데이터와 계측 점군을 바탕으로 하여 뉴럴 네트워크로 검출한다. 검출에는 ‘DeltaConv’을 이용했다. 검출 정확도는 수십 cm라고 한다. 검출은 건설기계에 탑재한 자율주행용 PC로 한다. GPU는 특히 탑재하지 않는다. 실험은 기본적으로 사람이 입회하기 않는다는 전제로 운용하고 있으며, LIDAR로 침입한 사람 등을 감지하거나 하지 않는다.

굴착 장소는 지정된 굴착 범위 내를 약 6000개의 그리드로 분할하고, 그 그리드 안에서 가장 굴착량이 많다고 추정되는 장소를 선택한다. 이 연산에는 2초 정도가 소요된다. 굴착 후에는 굴착기를 덤프카 짐칸 상공으로 이동시키고, 거기서 굴착기를 회전시켜 흙을 짐칸으로 떨어뜨린다. 덤프카의 3차원 모델을 바탕으로 충돌하지 않는 경로를 자동 생성한다. 실험에서는 덤프카에 굴착기가 접촉할 위험을 피하기 위해 높은 위치에서 흙을 떨어뜨렸다.

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