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2020年04月17日
山岳トンネル工事におけるホイールローダー遠隔操作システムを開発 -トンネル切羽近傍の掘削ずり運搬作業を無人化-

当社は、株式会社カナモト(北海道札幌市中央区 社長:金本哲男)とジオマシンエンジニアリング株式会社(東京都荒川区 社長:塚田純一)と共同で、山岳トンネル掘削時に切羽近傍のずり運搬に使用されるホイールローダー※1の遠隔操作システム「Tunnel RemOS - WL(トンネルリモス-WL)」を開発し、実際のずり運搬を模擬した遠隔操作実験により無人運転時の動作や操作性・安全性に問題ないことを確認しました。
このシステムでは、ホイールローダーの走行やバケット操作といった坑内のずり運搬作業に必要な運転動作を、車体に設置した複数のカメラ映像を見ながらほぼ遅れなく無線で遠隔操作することができます。
このような遠隔操作技術はトンネル掘削に使用する他の重機にも応用が可能であり、今回の開発を足掛かりにトンネル工事の無人化施工の実現に向けて取り組みを加速させていきます。

■背景
我が国における労働人口の減少の流れは今後さらに加速するとされており、とくに建設業における施工の省人化・無人化への取組みは喫緊の課題となっています。このような状況の中、狭隘な空間において複数の特殊重機による複雑な作業が必要な山岳トンネル工事においても、自動化・無人化技術の開発を推進していく必要がありました。
このような背景から、西松建設ではトンネル施工の各作業における無人化(遠隔操作)・自動化施工に関する要素技術の開発を進めており、今回開発したホイールローダーの遠隔操作システムもその一連の取り組みの一つとなっています。

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※1:ホイールローダー(Wheel Loader:WL)
岩石や土砂をダンプカーやベルトコンベア等の運搬機械(設備)に積み込む車両系建設機械です。トンネル掘削では、発破等により切羽で発生した掘削ずりを切羽から坑外搬出機械(設備)までの比較的短距離(最大100m程度)の運搬作業に使用されます。
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■概要
ホイールローダー遠隔操作システムは、『遠隔操作システム』、『映像・操作信号通信システム』および『安全走行システム』で構成されます(図1)。
①遠隔操作システム
本システムは運転操作に必要な装置で構成されています。ホイールローダーには、ハンドルやペダル操作等を無線受信により機械的に作動させる遠隔操作装置が外付けされています(写真1)。また、遠隔操作室には、実機と同じ仕様の操作コクピットおよびモニター(9画面)が配置されており、この画面を見ながら操作コクピットから遠隔操作を行います(写真2)。また、運転時の実機振動や作動音もコクピットに伝わるようにしており、実機運転とほぼ同じ環境下での遠隔運転が可能となっています。
②映像・操作信号通信システム
ホイールローダーには7台のHDカメラが設置されており(写真3)、それらの映像データは無線で遠隔操作室に伝送され、操作信号は遠隔操作室からホイールローダーに伝送されます。同時に、走行速度や走路、バケット稼働圧等の運転データも遠隔操作室に伝送され、その情報の一部はコクピットモニターに表示されるとともに、専用PCに運転データとして蓄積されます。
③安全走行システム
遠隔操作時の安全走行を確保するため、ホイールローダーの運転操作を自動的に緊急停止(ブレーキ作動・エンジン停止)させるシステムを備えています。緊急停止は、ホイールローダーへの人の異常接近をAIが認識した場合や無線にトラブルが発生した際に自動的に作動しますが、コクピットからも強制的に作動させることができます。また、ホイールローダー周辺の安全状況や坑内設備との接近は、遠隔操作室に設置された全周囲モニターによって確認することができます。

■模擬トンネルにおける遠隔操作実験
屋外ヤードに整備した模擬トンネルにおいて、開発システムを使用してホイールローダーの遠隔操作実験を実施しました(写真4)。
実験では、掘削ずりの運搬走路を約50m確保し、ずり投入位置にはクラッシャーを模擬した10tダンプを配置しました。実施工のずり投入時には、狭隘な空間において複雑な車体・バケット操作が必要であることから、今回の実験では断面積約50m2のトンネル形状および内空側に風管を配置した模擬トンネルを投入位置周辺に設営し、実作業に近い車体・バケット操作を再現できる空間を整備しました(写真5)。
上記実験ヤードにおいて実際のずり運搬を模擬した遠隔操作実験を実施した結果、遠隔操作上問題となるような映像や操作の遅れもなく、実機運転に近い遠隔操作が可能であることを確認することができました。

■今後の展開
開発したシステムは、国土交通省 北海道開発局 小樽開発建設部発注の『一般国道5号 仁木町外 新稲穂トンネルR側仁木工区工事』において6月より試験運用を開始する予定です。実施工での試験運用を通して更なる改良を加え、システムの早期実用化を目指します。
また西松建設では、本システムをはじめとした施工に使用する各重機の無人化技術を組み合わせた“トンネル掘削全般にわたる自動化・無人化施工技術「Tunnel RemOS(トンネルリモス)」”の構築を急ピッチで進めており(図2)、トンネル掘削作業の完全無人化の早期実現を目指して取組みを続けていきます。

 


図1 システムの概要

 


写真1 遠隔操作システム(WL操作装置)

 


写真2 遠隔操作システム(遠隔操作室・運転コクピット)

 


写真3 映像・操作信号通信システム(WL搭載装置)

 


写真4 遠隔操作実験状況(全景)

 


写真5 遠隔操作実験状況(模擬トンネル)

 


図2 西松建設の山岳トンネル遠隔施工システム構想