SOLUTION 02 / Robotics

Yanmar는 자동 도킹 시스템 및 자동 탐색 로봇 보트로 작업 부하를 줄여 안전하고 안전한 미래를 만듭니다.

연구 개발 센터
사용자에게 항상 스트레스가되는 도킹 작업을 자동화함으로써 Yanmar는 오류 범위가 수십 센티미터 이내로 제한되는 안전한 도킹을 제공합니다. 이를 Auto-navigation Robotic Boat에 추가함으로써 Yanmar는 해양 사업에 기여할뿐만 아니라 어업 및 해양 사업에서 일하는 사람들의 작업량을 줄여서 대체 노동력과 해상 노동력 절감으로 이어집니다.

ISSUE

사용자의 부담을 줄이고 사람들이 안심하고 일할 수 있는 사회를 만들기 위한 새로운 도전

해양 사업은 Yanmar의 강점 중 하나입니다. 우리는 새로운 관점에서 태어난 다양한 제품과 서비스로 해외 근로자를 계속 지원합니다. Yanmar는 선박 항해 기술이 필요하지만 사용자에게는 큰 스트레스 인 "도킹"* 에 중점을 둡니다. Yanmar는 번거로운 작업없이 원활하고 안전하게 도킹 할 수있는 "자동 도킹 시스템"과 해상 항해를 제어하기 위해 안전한 경로를 자동으로 결정하는 "자동 항해 로봇 보트"를 개발했습니다. 이러한 시스템의 개발은 해양 사업뿐만 아니라 근로자 인구가 감소하고 양식에 대한 수요가 확대되는 수산 시장에도 큰 이점이 될 것이며, 해양 운영에 수반되는 위험에 도움이 될 것입니다. Yanmar는 2017 년부터 이러한 시스템을 개발하면서 근해 작업을 교체하고 줄임으로써 근해 근로자의 부담을 완화하는 방안을 고려하고 있습니다.

처음에는 자동차에서 볼 수있는 것과 유사하게 일반적으로 사용되는 단일 프로펠러 및 단일 고무 보트에 이 기술을 개발하기 시작했습니다. 프로젝트가 진행됨에 따라 단일 프로펠러 및 단일 타선의 도킹 제어가 어려우므로 개발에 막대한 공수가 필요하다는 것이 분명해졌습니다. 그 이유는 바람과 파도로부터 안정된 자세를 유지하는 데 취약 할뿐만 아니라 측면 운동에 직접 힘을 가할 수 있는 유연성이 부족하기 때문입니다. 가능한 한 빨리 신제품을 출시하고자 하는 바람에 우리는 여러 추진 장치가 장착 된 트윈 프로펠러 및 트윈 러더 선박을 적용하는 방식으로 전환하고 개발을 위한 공수를 통합하기로 결정했습니다. 선박을 어느 방향 으로든 이동할 수 있는 추진 분배 장비를 설치하고 2015 년에 개발 한 다이나믹 포지셔닝 시스템을 적용함으로써 Yanmar는 드디어 Auto-docking 및 Auto-navigation 시스템의 기본 기술을 완성했습니다. * 바다의 부두, 뗏목 또는 해안에 보트에 접근합니다.

SOLUTION

Yanmar는 고객의 문제를 해결하고 미래 사회를 만들고 사람들의 삶을 풍요롭게하는 도전을 계속할 것입니다.

자동 선박 조향의 핵심은 선박의 위치를 식별하기 위해 자체 위치를 추정하는 기능입니다. GPS를 포함한 GNSS에서는 수 미터의 편차가 발생하지만 오토 도킹 시스템으로 수십 센티미터 이내의 오차를 줄이는 것을 목표로했습니다. 개발 초기 단계에서 우리는 농업 분야에 적극적으로 참여하는 Yanmar의 로봇 트랙터에도 사용되는 Real time kinematic (RKT)을 채택했습니다. 항만 측에 기지국을 설치하고 정확도 향상을 위해 보정 신호를 출력하는 시스템을 개발했습니다. 하지만 기지국이 설치된 특정 포트에서만 사용할 수 있었으며 실제 주변 환경을 인식 할 수있는 센서가 없는 안전 문제도 있었다. 따라서 다음 단계는 주변 환경을 인식하는 센서 인 3D-LIDAR를 선박에 장착하고 주변 물체를 측정하여 자신의 위치를 고정밀도로 추정하는 시스템 개발에 집중하는 것이 었습니다.

그 결과, 기지국 없이도 자기 위치 추정 오차를 수십 센티미터 이내로 유지하는 데 성공했습니다. 또한, 정박 할 위치를 지정하는 것만으로 주변 환경을 활용하여 자동으로 보트를 지시 할 수있게되었습니다. 개발 시작 이후 자동 도킹에 걸리는 시간을 4 분에서 보다 실용적인 2 분 30 초로 줄일 수 있었습니다. 해상 내비게이션 중에 레이더를 사용하여 대략적인 광역지도를 생성하여 내비게이션 경로를 설정합니다. 이 경로를 따라 항해하는 동안 3D-LIDAR를 사용하여 주변 환경을 자세히 탐색하여 주변 장애물을 감지 할 수 있습니다. 또한 3D-LIDAR는 좁은 공간에서 내비게이션 및 도킹을위한 고해상도 지도를 생성하는 데 사용됩니다. 자동 도킹 시스템은 충돌 위험이 적은 안전한 경로를 선택하고 내비게이션에서 도킹까지 프로세스를 자동으로 운영합니다. 성공적인 결과는 사용자가 안전하고 자유롭게 항해 할 수 있는 시스템을 만들겠다는 개발팀의 확고한 의지로 이루어졌습니다.

활의 3D-LIDAR는 주변 환경을 정확하게 포착합니다.

내비게이션 경로를 설정하기 위해 해상에서 광역지도를 만들었습니다.

작은 항구 내부 또는 도킹을 위해 고해상도지도가 생성되었습니다.

RESULT & FUTURE

다양한 분야에 기술 적용

시행 착오를 통한 개발. 실제 환경에서 테스트하는 것 외에는 시스템이 안전하고 원활하게 작동하는지 확인할 수 있는 다른 방법이 없습니다. 그러나 일본에는 테스트 분야가 부족하여 테스트 환경을 선택하는 것이 매우 어렵습니다. 얀마 마리나와의 협력으로 시, 현 등 지자체와 지역 주민을 포함한 어업의 허가를 받아 실제 항구를 묘사한 모의 환경을 설계하고 시공 할 수 있었습니다. 우리는 1 개월 반 동안 모의 환경에서 완전히 평가할 수 있었습니다. 모의 환경에서 1 개월 반 동안 완벽하게 평가하고 비, 눈, 강풍 등 다양한 기상 조건에서 테스트 할 수 있었습니다.

실제 선박에서 이러한 평가를 테스트하지 않으면 예상치 못한 문제가 많이 발생했습니다. 예를 들어, 이 시스템에서 레이더로 관찰했을 때 부표와 뗏목의 모양은 우리가 예상했던 것과 달랐습니다. 또한 부표를 피할 수 있어도 부표와 닻 사이에 로프가 붙을 위험이 있음을 알게 되었고, 기상 조건의 변화로 인해 이러한 위치가 불안정하다는 사실도 알게 되었습니다. 경로 계획에 환경 정보를 통합하고 여러 센서를 결합하여 탐지율을 높이는 등보다 안정적이고 안전한 내비게이션 시스템을 구축했습니다. 더욱 안전을 위해 우리는 악천후에 대한 대책을 마련하고 있습니다. 바람의 경우 풍속 7m / s로 항해하면서 오차 50cm 이내로 항해할 수 있게 되었습니다.

Yanmar는 항상 안전하고 매우 정확한 시스템을 구축하는 것을 목표로 합니다. 앞으로도 기술을 다양한 분야에 적용하기 위한 연구 개발을 계속할 것입니다.

Yanmar Marina에서 도킹 테스트

부표 및 뗏목에 대한 회피 테스트

INTERVIEW사람과 자연의 번영을 추구하는 지속 가능한 로봇 기술 구축

Auto-docking System이 개발되는 동안 많은 기업과 정부 기관에서 시스템에 대해 문의했습니다. 또한 Yanmar는 엔진 및 선체의 기본 연구부터 시스템, 개발 및 선박 생산에 이르기까지 일관성을 제공할 수 있습니다. Yanmar의 강점은 모든 제조를 책임지고 사용자 정의를 유연하게 처리할 수 있다는 것입니다. 이러한 방식으로 Auto-navigation Robotic Boat 및 Auto-docking System의 사용을 널리 도입하면 어업 및 해양 산업의 열악한 환경에서 근로자를 해방시켜 안전하고 안심하고 작업할 수 있습니다.

제어 기술 담당 Naohito Hara는“이 개발 기술은 이제 막 시작되었습니다. 현재 이러한 시스템은 항구 내부와 같은 제한된 조건에서만 효과적입니다. 더 실용적인 시스템 환경을 제공하기 위해 양식업에 종사하거나 해상에서 다양한 작업을 수행하는 사람들에게 기술을 제공하고 싶습니다.” Auto-navigation Robotic 기술의 연구 개발을 담당하는 Tomoya Fukukawa는 "진정한 보안을 제공하기 위해 기술을 추구할 때 고객의 심리적, 정서적 측면에 접근할 수 있습니다."라고 말합니다. 인식 기술을 담당하는 Yuichiro Dake는“단순히 시장에 출시하는 것이 아니라 계속해서 실용적 일 수 있는 로봇 기술을 출시하고 싶다"라고 말했다. 이러한 방식으로 Yanmar는 고객 문제를 해결하고 미래 사회를 만들고 사람들의 삶을 풍요롭게 하는 도전을 계속할 것입니다.