建設機械の遠隔操作の目的

 株式会社 小松製作所様(以下、コマツ様)は従来より、建設現場での生産性向上、働き方改革のための技術開発を進めている。昨今の日本の社会問題の一つとして働き手不足問題が挙げられており、特に建設業界でも深刻な問題となっている。建設機械の遠隔操作技術は、操作者が建設現場にわざわざ赴くことなく、快適な環境から遠隔の建設機械を操作でき、働き方改革と働き手不足問題を解決できる一つの策として、有望視されている。

建設機械遠隔操作に必要な技術要件

動き回る建設機械を遠隔操作するには無線通信が必須である。遠隔操作を効率的かつ実効的に実現するには、二つの技術要件が必要である。

(1)高速無線通信

工事現場では、作業の進捗に伴って環境は刻一刻と変化する。操作者が建設機械を遠隔操作するには、常に工事現場の状況を視認して作業を進める必要がある。建設機械周辺の状況を高精細映像で伝送するために、高速な無線通信が必要となる。

(2)低遅延無線通信

操作者が違和感なく建設機械を操作するためには、現場の映像伝送に加え、建設機械の操作も低遅延で伝達しなければならない。微妙な建設機械の操作には油圧動作による機械操作の遅延と同程度以下に伝送遅延を抑える必要がある。

従来、コマツ様は無線システムとして特定小電力無線やWiFi等を利用していたが、実際の建設現場環境で高速性と低遅延性の要求を安定して実現することが困難であった。より高性能かつ安定した無線システムを必要とされていた。5Gの高速性、低遅延性という特徴は、まさに建設機械の遠隔操作のために必要な無線通信に対する要求を満たすことができる。

コマツ様とドコモは建設機械の遠隔操作への5G活用に関する実証実験を実施することに2017年5月に合意し複数の実証実験を進めている。

ショベルカーの遠隔操作

最初の実証実験は、2017年9月にコマツ様の平塚の試験場でショベルカーを利用して実施した(図1)。

図1 ショベルカーの遠隔操作実験

遠隔操作は、遠隔操作用コックピット、5G無線基地局、5G移動機とショベルカーから構成される。コックピットは試験場内の屋内に設置され、基地局と接続されている。基地局は、安定した無線環境を実現するために、異なる場所に設置した二つのアンテナを使用した(図2)。5G移動機は、当時まだサイズが大きく、全てをショベルカーに搭載できなかったこともあり、アンテナ含む一部分のみショベルカーの屋根上に設置し、残りの機器は地上に設置した。このため、ショベルカーの走行はできず、旋回およびアームの操作のみ実施した。

図2 2つのアンテナによる5G 伝送

コックピットは操作者がショベルカーの周囲の状況を充分に視認できるように十字型に設置した5枚のディスプレイを配置し、運転席の正面と上下左右の視界を高精細映像(Full HD品質)で表示きるようにしている(図3)。

図3 4 画面遠隔操作コックピット

操作者の視認から操作までをトータルで低遅延にするために、伝送だけでなく映像の符号化・復号化の処理も低遅延にする必要がある。短時間の処理遅延で符号化・復号化するためには映像の圧縮率を下げざるをえず、その結果符号化された映像データが大きくなり、大容量の無線通信が必要となる。今回の実験では映像の伝送速度は5枚分合計で約300Mbpsであった。この速度を安定して無線伝送するために、5Gの高速性が生かされている。

このような工夫により、コックピットの操作者は、高精細な5枚の映像と低遅延な操作環境により、何らストレスなくショベルカーを操作できることができ、建設機械の遠隔操作に対して5Gが有効であることを実証できた。

ブルドーザーの遠隔操作

2018年5月に東京のドコモ本社に隣接するビルと、コマツ様の千葉市美浜区の試験場にあるブルドーザーを光回線と5G無線回線で結び、遠隔操作の実証実験を実施した(図4)。

図4 ブルドーザーの遠隔操作実験

5G移動機が小型化したことに伴い、全ての移動機の機器をブルドーザーの屋根上に設置し、建設機械の走行とともに、ブルドーザーのブレード操作を遠隔で操作可能であることを実証した。本実験では、ブルドーザーの前後映像、地面上のブレードの位置を確認するための左右2枚の映像、俯瞰映像、コマツ様のスマートコンストラクション映像の計6枚のディスプレイを用いた(図5)。

図5 ブルドーザー運転席屋根上に設置した移動機と5G 基地局

コマツ様のブレードの自動制御機能を持つスマートコンストラクションと、5Gを介したブルドーザーの遠隔操作の組み合わせにより、遠隔から実践的に現場での整地工事を実施できることが確認できた。

<ドコモの5Gのことなら下記へ>

https://www.nttdocomo.co.jp/corporate/technology/rd/tech/5g/index.html