『建機システムの自動運転』の高まるニーズに応えるAZAPAのモデルベース技術
建設業界では人手不足や安全性への社会的要求、労働基準法改正を背景に、自動化へのニーズが高まっています。建機の自動運転・遠隔運転は、危険作業の無人化や複数重機の同時運用を可能にし、特に熟練作業員の不足に対する解決策として期待されています。一方で、自動化には大きな課題も存在します。建設機械はパワーショベル、ダンプ、クレーンなど多種多様で、高度な機器制御技術が求められるほか、不整地での走行や対象物の違いに応じた環境認識も必要です。さらに、実際の工事現場での検証は安全性やコストの面からも容易ではありません。
ロボティクスとモデルベース開発で実現する、建機自動運転の革新
AZAPAは、建設現場における人手不足・安全性・効率性といった課題に対し、車両制御・ロボティクス・センシング・3Dシミュレーションといった多様な技術を統合し、安全かつスマートな建機自動運転の開発を実現しています。
1. 開発スピードと展開性を両立するAZAPAの建機自動運転開発プロセス
仮想環境（MILS）から実機実装までをシームレスに繋ぐことで、効率的かつ柔軟な開発プラットフォームを構築しています。
2. 多様な建機に対応する高度な制御技術
AZAPAは、建機の自動運転・遠隔運転に必要な幅広い技術を統合してシステムインテグレーションを行います。
・ロボティックス技術
バックホウのムーブ・アーム・バケットの制御では、運動学・逆運動学を駆使して滑らかで高度な作業を行う自動運転制御を実現しています。
・３次元計測・認識技術
単に対象物の種別や位置を認識するだけでなく、例えば、土砂の掘削においては、土砂の３次元形状を計測し、最適な掘削位置の推定と、それを掘削するためのバックホウのバケットの最適な起動を自動生成します。
・環境センシング
建機が走行する様々な環境においても安全に自動運転が出来るように、種々のセンサーを用いたセンサフュージョンを最適に構成して環境に対してロバストで安定した自動運転を実現します。
・建機走行制御
自由度の高い構造を持つ建機を、坂道や屈曲した走行経路においても安定して滑らかな走行ができるように、ＡＺＡＰＡで蓄積した車両の運転制御に加えて建機固有の車両特性も考慮した建機車両の自動運転制御を実現しています。
・Fusion MAP
建機が自動運転を行うための経路や作業のみならず、走行する種々の環境や、安全な走行に必要な情報を統合的に管理したFusion MAPを構成し、安全で円滑な建機の自動運転が出来ることを支えます。
3. 高精度な 「原理モデル」 による仮想検証3. 高精度な 「原理モデル」 による仮想検証
建設の制御開発と仮想検証(MILS)を実現するため、個々のコンポーネントの数学・物理モデルを開発、このモデルに基づき、実際にシミュレーションできるように実装モデルを開発します。
4. 多様なセンサーを統合し、環境を正確に認識する 「センサフュージョン」
建機が走行する多様な環境に対応し、する種々のセンサーの特性を相互に補完する様に構成します。これにより、自己位置推定はセンサフュージョンによりロバストネス(堅牢性)を向上させています。
5. 自律走行の種々のデータを一元管理する統合データベース 「Fusion MAP」
建設機械の自動運転に必要な全ての情報を一元的に管理するデータベース 「Fusion MAP」 を構築し、建機の自動運転の種々の動作、走行環境に対応します。
6. 自動運転 建機の例
種々の建設機械の自動運転をAZAPAのモデルベース技術で実現しています。
・タワークレーン
クレーンでは、熟練作業者の動きから得たデータを分析し、振り子周期を活用することで横揺れを最小限に抑制し、建材の衝突を回避した運転を実現します。
・バックホウ
バックホウに搭載したステレオカメラで不定形な土砂の3D形状を計測し、コンピュータビジョンにより最適な掘削ポイントを推定。さらに、ダンプの位置と形状を3次元で認識し、適切な放土位置を判断することで、効率的かつ的確な土砂掘削と積載を実現しています。
運動学・逆運動学により多関節の最適な動きを制御し、熟練者の操作データと融合して滑らかで効率的な掘削作業を実現します。
・アーティキュレートダンプ
アーティキュレートダンプの自動運転では、CIMや点群データから3D環境モデルを構築。車両の構造・運動特性を表す原理モデルと連携し、仮想空間上での連成シミュレーションを実現。これにより、安全かつ効率的な自動運転システムの開発が可能にしています。
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