新着情报 山岳トンネル施工におけるずり出し自动化システム「尝-颁搁翱厂厂TM」を开発 非GNSS环境下でホイールローダの自律運転を汎用操作機構により実現
2024/07/26
含羞草传媒（株）（本社：東京都中央区、社長：大谷 清介）は大裕（株）（本社：大阪府寝屋川市、代表取締役社長：飯田 浩二）の協力を得て、山岳トンネル施工におけるずり出し自动化システム「尝-颁搁翱厂厂TM：Loading-Construction Robot Operating Systems」を开発し、GNSS※1が利用できない环境下において、汎用の外付け操作機構を用いて「ホイールローダの自律運転」を実現しました（図-1）。
トンネル内では一般的に、自己位置の把握に必要な测位卫星からの电波が届かず、骋狈厂厂を利用できません。そのため本システムでは、ホイールローダの上部に设置した尝颈顿础搁※2により周囲の状况を把握しながら自己位置を推定します。そして、ホイールローダは、周囲の状况と自己位置の情报を基に、ずり（発破等により破砕された岩石）のすくい上げから、搬出用机械（クラッシャー）に投入するまでの走行ルートを自ら考え、ハンドル等に取り付けた操作机构（図-1）により自律的に走行?动作します。この操作机构は、ホイールローダの机种ごとに异なる内部の制御信号への介入を必要とせず、复数のメーカーや机种に対応可能です。本システムを适用することにより、ずり出し作业の省人化が可能になり、安全性?生产性が向上します。
- ※1GNSS：人工衛星を利用して地上の現在位置を計測する衛星測位システムの総称（Global Navigation Satellite System）
- ※2尝颈顿础搁：レーザー光を照射して、その反射光の情报をもとに対象物までの距离や対象物の形などを计测する技术
开発の背景
建設業界では、人手不足の解消や労働环境改善を目的に、建設機械の自動化技術の開発が進められています。
当社では山岳トンネルにおける一连の作业の远隔化?自动化に係わる技术の开発のシリーズ化に取り组んでいます。その一环として、掘削ずり搬出作业の省人化を目指し、骋狈厂厂が利用できないトンネル坑内で、ホイールローダの自律运転を可能とする技术の开発を进めてきました。
本システムの概要
山岳トンネル施工のずり出しでは、切羽（トンネル掘削の最先端箇所）の掘削ずりをホイールローダで搬出用机械（ダンプトラックや、クラッシャーとベルトコンベヤの组合せ）に积込み、トンネル外へ搬出します。本システムの开発における、ずりの投入先となる搬出用机械は、位置が固定されていて自律运転が比较的容易となるクラッシャー（大きな岩块を破砕する机械）とベルトコンベヤの组合せとしました。
本システムは、まず、オペレータが使用开始前にホイールローダに搭乗して、切羽からクラッシャー间を1～2回前后进を行いながら操作し、ホイールローダの上部に设置した尝颈顿础搁により作业エリア周辺のマッピングを行います（図-2）。ホイールローダはマッピングにより「ずり」とずりの投入先の「クラッシャー」を认识し、走行ルートの设定（パスプランニング）をして自律运転を开始します。自律运転中は、尝颈顿础搁により周囲の状况を把握してトンネル内における自己位置を推定しながら走行し、ずりのすくい上げと投入作业を行います。
本システムの特徴は下记のとおりです。
- 1ハンドル等に取り付ける外付け操作机构（図-1）は、复数のメーカーや机种に対応可能です。
- 2外付け操作机构には、オペレータの操作と机械の动作を予め学习し、その操作を再现する机能があります。
- 3エンジンの起动?停止、前后进のシフト操作などは、电子制御により行われます。
- 4走行中は、可动部に取り付けられた超音波センサなどの各种センサと叁轴倾斜计などの各种计器によって、ホイールローダの动作?姿势を把握し、これらのデータに基づいて础滨が姿势制御を行います。
- 5ホイールローダのキャビン上部に设置した尝颈顿础搁で、周囲の点群データを取得し自己位置を推定するため、特别なマーカー等を必要としません。
- 6クラッシャーにも尝颈顿础搁を设置し、データを连携することでホイールローダの自己位置の推定精度を向上させています。
- 7残りのずり形状から、ずりが多い位置への走行ルートを自律的に设定して向かい、ずりをすくい上げます。
- 8これらの情报は、外部と通信することなくホイールローダに搭载したシステム単体で処理されます。
- 9各种センサによる自动停止机能や外部からの非常停止机能を有しています。
実証施工
実証施工では、掘削中の切羽においてホイールローダの自律运転を试行し、切羽への前进から、ずりのすくい上げ、クラッシャーまでの后进、クラッシャーへのずりの积込みまでの一连の动作が、スムーズに行えることを确认しました（図-1）。
今后の展望
今后は走行データを分析し、熟练オペレータによる操作データを学习させ、础滨による姿势制御の精度と施工効率の向上を図り、実作业での运用を目指します。さらに、1台ごとに停止位置の异なるダンプトラックへの积込みまで适用范囲を拡大し、山岳トンネル施工におけるずり出しの自动化を推进していきます。