ホイールローダ远隔操作システムを山岳トンネル工事の実施工へ试験导入
お知らせ2024年03月01日
－山岳トンネル无人化?自动化施工システム『Tunnel RemOS』の実现に向けた大きな一歩－
当社は、ジオマシンエンジニアリング株式会社（东京都荒川区、社长：塚田纯一）、株式会社カナモト（北海道札幌市、社长：金本哲男）と共同开発した、ホイールローダ远隔操作システム『Tunnel RemOS-WL（トンネルリモス-ホイールローダ）』を実际の山岳トンネル施工に试験导入?运用し（図１）、远隔ずり出し作业（=掘削岩块の运搬作业）の施工性を确认しました。
山岳トンネル工事に使用する施工機械の中でも、高速かつ繊細な動作が要求されるホイールローダを正確に制御できる遠隔操作技术の構築は、現在構築を進めている他のトンネル施工機械とともに、山岳トンネル無人化?自動化施工システム『Tunnel RemOS』の実施工への本格的な运用に向けた大きな一歩となります。
図１ 実用机による実施工への试験运用（远隔ずり出し作业）状况
■ “実用”を目指した改良
本システムは、2020年4月に开発した试作机を改良し、実施工での実用を目指した実用机です（図2）。试作机による试験适用の结果、システムの実用化に向けた课题（操作性や耐久性）が明らかになりました。システムの実用化には、搭乗操作と同等の操作精度の再现が求められます。そのため、远隔操作した作业员との対话から改良効果を把握?検証し、作业员が実用的に使用できるように操作制御机构を改良しました。また、机体に搭载したカメラ等の机器类は、ずり出し作业で繰り返し受ける衝撃?振动に强い机器へ改良し、実施工においても操作性が高く耐久性にも优れた実用的なシステムとしました。
図2 Tunnel RemOS-WL実用機（左：遠隔仕様ホイールローダ ? 右：遠隔操作室）
【操作性の向上】
试作机では、ホイールローダのキャビン内にあるアーム?バケット操作レバーに対し、ロッド等をレバーに外付けする机械的制御を採用していましたが、実用机ではホイールローダ内部の电子回路へ信号を伝送する电気的制御としました（図3）。これによって、机械的操作によるレバー操作に比べて応答精度が向上しました。
また、実用机の试験运用により、バケット部の自动上昇机能や水平保持机能といった、远隔操作によるずり出し作业のサポート机能も搭载しました。
これら改良により、実机搭乗に近い操作感覚の実现と远隔操作におけるずり出し作业の简易化を図っています。
図3 キャビン内のアーム?バケット操作レバー部の改良（左：試作機 ? 右：実用機）
【耐久性の向上】
ホイールローダによるずり出し作业は、掘削で発生したずりを切羽から100m程度离れたずり破砕装置（クラッシャー）まで、运搬?投入を数十回繰り返します。その际、机体には激しい衝撃?振动が加わるため、システムの実用化にあたっては、これらの衝撃?振动から机体に搭载した机器类を保护する必要がありました。过去に実施した试作机での适用试験では、作业时の衝撃?振动によるカメラや制御盘内の电子部品が破损するトラブルも确认されました。
このため実用机では、より小型かつ軽量なカメラや衝撃に强い制御盘へと改良し、実机への固定もより坚固にすることで、作业时に繰り返し受ける激しい衝撃?振动の影响を低减させ、耐久性の向上を図りました（図4）。
図4 キャビン上部の搭載機器の改良（左：試作機 ? 右：実用機）
■ 実用机の施工効率検証
改良をおこなった実用机は、国土交通省四国地方整备局発注の「令和2-5年度 洼川佐贺道路不破原トンネル工事」のずり出し作业にて试験运用を繰り返し、施工性を确认しました。
その中で、搭乗操作によるホイールローダのずり出し作业にかかるサイクルタイムを基準とし、経験値の异なる远隔操作者2名（础：ホイールローダの远隔操作経験が浅い、叠：远隔操作経験が豊富）によるサイクルタイムの计测?比较を行い、実用机の施工効率を検証しました（表１）。
その结果、2名のサイクルタイムは平均75秒～95秒であり、搭乗操作のサイクルタイムの平均54秒を基準とした场合、远隔操作による施工効率は约60%～70%前后でした。しかし、远隔操作の経験が豊富なオペレータの最短时间记録は59秒で施工効率は约92%となり、施工効率の向上にオペレータの习熟度が寄与していることを确认できました。
また、これまでの试験运用において、システムに大きな动作不良や故障は発生しなかったことから、システムの耐久性向上も确认されました。
表１ サイクルタイム计测?比较结果
■ 今後の展開
本システムの本格的な実用化に向け、高い施工性を安定的に确保することを目指して、更なるシステム改良やオペレータの习熟度向上等の取组みを継続させていきます。
また、実際のずり出し作業では、ホイールローダに加えてバックホウやブレーカといった重機との協調?連携作業が必要となります。本システムの開発と並行して進めているバックホウ／ブレーカの遠隔操作システム『Tunnel RemOS-Excavator』とのシステム連携により、ずり出し作業における遠隔操作での切羽無人化、ひいては無人化?自動化の早期実現に向けた取り組みを着実に推し進めます。
そして、得られたノウハウは山岳トンネル施工で使用するその他施工機械の自動化へと展開し、山岳トンネル施工全体の無人化?自動化施工システム『Tunnel RemOS』の2027年度までの実用化を目指して取り組みを続けていきます。