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検索 放射能环境下での重机の自动化技术

现在,当社は东京电力福岛第一原子力発电所3号机のがれき撤去?解体工事を担当しています。
この工事には,当社が保有する様々な重机の远隔操作や自动运転技术を适用し,オペレータの被ばく量低减,
作业効率の向上を図っています。そのなかで,がれきの搬送作业では,人手を介さない完全自动化を実现。
开発者から技术导入の背景とその効果について话を闻きました。

人手を介さない自动走行を実现

ダンプやクレーン,ブルドーザーなどの重機は,建設工事に不可欠な機械です。当社は,施工の合理化や効率化を進めるために重機の自動化?無人化技術の開発を積極的に行うとともに,災害時の復旧工事に活用して建設業としての社会的使命を果たしてきました。その一例が,オペレータがカメラの画像を見ながら重機を遠隔操作する無人化施工システムで,危険な場所での作業を回避できるのが最大のメリットです。雲仙普賢岳噴火の除石工事(1994年)に初めて導入し,放射線环境下で行われている福島第一原子力発電所3号機のがれき撤去?解体工事にも,この技術を応用したシステムを活用しています。

3号机のがれき撤去?解体工事では,発生した鉄筋コンクリートガラや鉄骨を,钢製コンテナに格纳し,クローラダンプとフォークリフトにより构内の保管施设へ运搬しています。この作业において「クローラダンプ自动走行システム」と「フォークリフト自动走行システム」を开発し,昨年夏,オペレータ操作が必要ない完全自动化を実现しました。人手を介さずに,障害物や走行ルートを机械が自动的に认识?判断する自动走行システムです。

図版:がれき运搬作业について2つのシステムを开発。オペレータ操作が必要ない完全自动化?无人化を実现した

がれき运搬作业について2つのシステムを开発。オペレータ操作が必要ない完全自动化?无人化を実现した

図版:福岛第一原子力発电所3号机の现况(东京电力贬笔より)

福岛第一原子力発电所3号机の现况(东京电力贬笔より)

改ページ

クローラダンプ自动走行システム

クローラダンプは,高线量のがれきが格纳されたコンテナを积んで,构内の保管施设の入口まで约1办尘走行します。これまではクローラダンプ前方を走行する先导车にオペレータが乗って,车両を直接见て走行ルートから外れないように,远隔操作していました。この方法の课题は,対面しての操作が非常に难しいことと,夜间作业のため照明が届く距离(30尘程度)まで先导车が近づかなければならないことです。そのため,安定走行とオペレータの被ばく线量を低减できる技术が求められていました。

そこで,当社は従来から大型造成工事などで活用してきた情报化施工技术を応用したシステムを提案しました。クローラダンプに,骋笔厂アンテナや方位计,监视用カメラ,レーザスキャナなどを搭载し,あらかじめ设定したルートに沿って,误差や前方障害物の有无を自らが判断しながら走行,停止,方向転换などを自动的に行います。オペレータは监视画面上にリアルタイムで表示される位置,方位,障害物の検出状况などを确认するだけで済みます。

図版:クローラダンプに様々な计器やセンサを搭载して自动走行を実现

クローラダンプに様々な计器やセンサを搭载して自动走行を実现

また,車両を直接目視する必要がないため,先導車は無線が届く約100mまで離れることができます。その結果,これまでの約30mと比較して,オペレータの被ばく量を1/10程度に低減できるようになりました。今回の走行ルートには,全域に有効な無線LANの構築が難しく,先導車を利用して監視を行いましたが,無線LAN环境が整備できれば,被ばく量を考慮する必要のない遠隔地からの監視も可能です。

図版:【クローラダンプ自动走行システム】先导车内のオペレータは监视画面を确认するだけで済む

【クローラダンプ自动走行システム】先导车内のオペレータは监视画面を确认するだけで済む

図版:【従来】先导车に乗ったオペレータがコントローラを使って対面での难しい远隔操作を行っていた

【従来】先导车に乗ったオペレータがコントローラを使って対面での难しい远隔操作を行っていた

改ページ

フォークリフト自动走行システム

保管施设の入口まで搬送されてきたコンテナは,フォークリフトに积み替えられ,地下の保管场所まで运ばれます。当初は,フォークリフトを远隔操作することを考えました。しかし,スロープや切り返し作业などの复雑な动きを含む走行(往復约800尘)を,监视カメラの映像だけで操作するのは困难で,壁などに衝突しコンテナが落下するリスクがあります。また,工场などで使われている走行面(床)に信号线を埋设して,车両を诱导する方式の适用も検讨しましたが,埋设工事における工期上の制约から,现実的ではありませんでした。

そこで,フォークリフトの自動走行に挑戦しました。課題は地下でGPSが使えないことです。自動走行制御では,車両の位置と姿勢が基本情報となります。活用したのは,当社と産業総合技术研究所が共同開発した「レーザスキャナ方式による位置姿勢計測技術」。シールドトンネル内での資材搬送を自動化するために開発し,GPSが使えないトンネルや地下での自動走行には欠かせない技術です。フォークリフトの前后左右に计4台のレーザスキャナを设置し,保管施設の図面および事前に実測した設備位置などの形状から得られた地図と,走行時の計測データをマッチングさせ,位置と姿勢の情報を求めて自動走行を可能にしました。保管施設内は無線LANが配備されているため,約500m離れた場所から被ばく量を懸念せずに,フォークリフトの自動走行制御ができます。

現在も福島第一原子力発電所では,この2つのシステムを用いてクローラダンプと フォークリフトによる運搬作業が続いており,目標とする作業時間をクリアし,安定的に作業が行われています。

図版:フォークリフトの前后左右に计4台のレーザスキャナを设置

フォークリフトの前后左右に计4台のレーザスキャナを设置

図版:フォークリフト自动走行システムの概念図

フォークリフト自动走行システムの概念図

改ページ

「復興の速度を上げたい~使命感が生んだシステム~

ここで紹介したシステムは,汎用重機をベースにしていることが特徴の一つです。これまで自動化やロボット技術には,特殊な専用機械を用いることが多かったのですが,開発コストや導入期間がかかることが課題でした。汎用重機を用いた自動運転システムを,実際の建設現場で適用したのは日本初で,平成24年度土木学会赏?技術開発賞を受賞しました。将来の施工のあり方を変革する技術開発として評価されたと考えています。しかし,私たちを突き動かしたのは,未来志向より,少しでも作業环境を改善し,作業効率を向上させ,復興の速度を上げたいという使命感でした。試験走行で,初めて走行ルートを自動で重機が走り切った時,遠隔操作のオペレータから自然発生的に起こった大きな拍手を決して忘れません。あの時の感動を胸に刻み,これからも復興を支援できる技術開発に取り組んでいきます。

図版:平成24年度土木学会赏?技术开発赏受赏者

平成24年度土木学会赏?
技术开発赏受赏者
左から技术研究所 浜本研一主任研究員,東京土木支店 小林弘茂課長,技术研究所 三浦悟主席研究員,黒沼出主任研究員,東京土木支店 山口功課長

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