SOLUTION 02 / Robotics

Yanmar letter arbeidsmengden med autodockingsystem og autonavigasjonsrobotbåt for å skape en trygg og sikker fremtid

Forsknings- og utviklingssenter
Ved å automatisere dokkingoperasjonen, som alltid har vært stressende for brukerne, tilbyr Yanmar sikker dokking med et feilområde begrenset til bare noen få titalls centimeter. Ved å legge dette til Auto-navigation Robotic Boat, bidrar Yanmar ikke bare til den marine virksomheten, men reduserer også arbeidsbelastningen for de som jobber i fiskeri- og marinebransjen, noe som fører til alternativ arbeidskraft og arbeidsbesparelser ute på havet.

ISSUE

En ny utfordring for å redusere brukernes byrde og skape et samfunn der folk kan jobbe med trygghet

Marine virksomhet er en av Yanmars styrker. Vi fortsetter å støtte offshorearbeidere med en rekke av våre produkter og tjenester født fra et nytt perspektiv. Yanmar fokuserer på "dokking"* som krever ferdigheter i skipsnavigasjon, men er et stort stress for brukerne. Yanmar har påtatt seg utviklingen av et "Auto-docking System" for jevn og sikker dokking uten noen plagsom drift, og en "Auto-navigation Robotic Boat" som automatisk bestemmer sikker rute for å kontrollere seiling til sjøs. Utviklingen av disse systemene vil være en stor fordel, ikke bare for den marine virksomheten, men også for fiskerimarkedet der befolkningen av arbeidere minker og etterspørselen etter akvakultur øker, noe som gagner farene forbundet med offshore-operasjoner. Siden 2017 har Yanmar utviklet disse systemene mens de har vurdert å lette byrden for offshorearbeidere ved å erstatte og redusere offshorearbeid.

Til å begynne med begynte vi å utvikle denne teknologien for den vanlig brukte båten med en propell og en gummi, lik de man ser i biler. Etter hvert som prosjektet skred frem, var det klart at en enorm mengde arbeidstimer var nødvendig for utvikling på grunn av vanskelighetene med å kontrollere dokking for et skip med en propell og ett ror. Årsaken er ikke bare dens sårbarhet for å holde en stabil posisjon fra vind og bølger, men også dens mangel på fleksibilitet for direkte å påføre kraft i en sidebevegelse. Med ønsket om å lansere et nytt produkt så raskt som mulig, gikk vi over til å bruke et skip med to propell og to ror utstyrt med flere fremdriftsenheter og bestemte oss for å konsolidere arbeidstimer for utvikling. Ved å installere et fremdriftsdistribusjonsutstyr som kan bevege skipet i alle retninger og bruke det dynamiske posisjoneringssystemet som vi utviklet i 2015, fullførte Yanmar endelig den grunnleggende teknologien for autodokking- og autonavigasjonssystemet. * For å nærme seg båten til brygga, flåten eller kysten på havet.

SOLUTION

Yanmar vil løse kundeproblemer og fortsette å ta utfordringen med å skape et fremtidig samfunn og berike folks liv.

Nøkkelen til automatisk skipsstyring er muligheten til å estimere sin egen posisjon for å identifisere fartøyets plassering. Selv om avvik på flere meter forekommer med GNSS inkludert GPS, hadde vi som mål å redusere feilen innen noen få titalls centimeter med vårt autodockingsystem. I det tidlige utviklingsstadiet tok vi i bruk sanntidskinematikken (RKT), som også brukes i Yanmars robottraktorer som er aktivt involvert i landbruksfeltet. Vi satte opp en basestasjon på havnesiden og utviklet systemet som sender ut korreksjonssignaler for å forbedre nøyaktigheten. Den kunne imidlertid bare brukes ved en bestemt port der basestasjonen ble satt opp, og det var også et sikkerhetsproblem med å ikke ha sensorer for å gjenkjenne det faktiske omgivelsesmiljøet. Av denne grunn var neste steg å utstyre skipet med 3D-LIDAR, som er en sensor som gjenkjenner omgivelsene, og fokusere på å utvikle et system som estimerer sin egen posisjon med høy presisjon ved å måle omkringliggende objekter.

Som et resultat lyktes vi med å holde selvposisjonsestimatfeilen innenfor noen få titalls centimeter selv uten basestasjon. Dessuten ble det mulig å automatisk dirigere båten ved å bruke omgivelsene rundt bare ved å angi stedet for å legge til. Siden starten av utviklingen har vi kunnet redusere tiden det tar for autodokking fra fire minutter til mer praktisk to og et halvt minutt. Under navigering til havs blir det laget et grovt kart med en radar for å angi navigasjonsrute. Mens du seiler langs denne ruten, utforskes det omkringliggende miljøet i detalj ved hjelp av 3D-LIDAR, slik at nærliggende hindringer kan oppdages. I tillegg brukes 3D-LIDAR til å generere kart med høy oppløsning for navigasjon og dokking på trange steder. Automatisk dokkingsystem velger en sikker rute med mindre risiko for kollisjon og driver automatisk prosessen fra navigasjon til dokking. Det vellykkede resultatet ble oppnådd fra utviklingsteamets urokkelige besluttsomhet for å lage et system som brukere kan navigere trygt og fritt til kai fartøyet i sin posisjon uten stress.

3D-LIDAR av baugen fanger nøyaktig miljøet rundt.

Bredt områdekart ble laget offshore for å angi navigasjonsrute.

Høyoppløselig kart ble generert for inne i en liten havn eller for dokking.

RESULT & FUTURE

Ta i bruk teknologi på ulike felt

Utvikling gjennom prøving og feiling. Det er ingen annen måte å sjekke om systemet fungerer sikkert og jevnt enn ved å teste i et virkelig miljø. Men å velge et testmiljø er ekstremt vanskelig på grunn av mangelen på testfelt i Japan. Med samarbeidet med Yanmar Marina, var vi i stand til å få tillatelse fra lokal administrasjon som by og prefektur samt fiskerier inkludert lokale innbyggere til å designe og konstruere et falskt miljø som viser en faktisk havn. Vi var i stand til å evaluere fullt ut under et falskt miljø i en og en halv måned. Vi var i stand til å evaluere fullstendig under et falskt miljø i halvannen måned og teste under forskjellige værforhold som regn, snø og sterk vind.

Det var mange uventede problemer som skjedde med mindre vi testet en slik evaluering med faktisk fartøy. For eksempel var utseendet til bøyer og flåter når de ble observert av radar i dette systemet forskjellig fra det vi forventet. Vi fant også ut risikoen for å fange tauet mellom bøyen og dens anker selv om bøyer kunne unngås, og vi ble også klar over at disse posisjonene er ustabile på grunn av endringer i værforholdene. Ved å inkludere miljøinformasjon i ruteplanen, kombinere flere sensorer for å forbedre deteksjonshastigheten, og så videre, etablerte vi et mer pålitelig og trygt navigasjonssystem. For ytterligere sikkerhet jobber vi også med tiltak mot hardt vær. Angående vind ble det mulig å navigere innenfor en feil på 50cm mens man seiler med en vindhastighet på 7 m/s.

Yanmar har alltid som mål å etablere et trygt og svært nøyaktig system. I fremtiden vil vi fortsette forskning og utvikling for å anvende teknologien på ulike felt.

Dokkingtest ved Yanmar Marina

Unnvikende testing for bøye og flåte

INTERVIEWÅ etablere en bærekraftig robotteknologi for å forfølge velstand for menneskene og naturen

Mens Auto-docking System ble utviklet, har mange selskaper og offentlige etater spurt om systemet. Yanmar er også i stand til å tilby konsistens fra grunnleggende forskning fra motorer og skrog til systemer, utvikling og produksjon av skip. Yanmars styrke er at vi kan ta ansvar for all produksjon og håndtere tilpasning med fleksibilitet. På denne måten vil en bred introduksjon av bruken av autonavigasjonsrobotbåter og autodokkingssystem frigjøre arbeidere fra tøffe miljøer i fiskeri- og marinevirksomheter, noe som fører til arbeid med sikkerhet og trygghet.

Naohito Hara, ansvarlig for kontrollteknologi, sa: "Denne utviklingsteknologien har bare begynt. Foreløpig er disse systemene kun effektive under begrensede forhold, for eksempel inne i en havn. Vi ønsker å gi teknologien til folk som jobber i akvakulturbransjen eller involvert i ulike operasjoner ute på havet, for å tilby et mer praktisk systemmiljø.» Tomoya Fukukawa, ansvarlig for forskning og utvikling av autonavigasjonsrobotteknologi, sier: "For å tilby ekte sikkerhet, kan vi nærme oss det psykologiske og emosjonelle aspektet ved kunden når vi søker teknologi." Yuichiro Dake, ansvarlig for gjenkjennelsesteknologi, uttaler "Vi ønsker å lansere robotteknologi som vil fortsette å være praktisk i stedet for bare å slippe ut i markedet." På denne måten vil Yanmar løse kundeproblemer og fortsette å ta utfordringen med å skape et fremtidig samfunn og berike folks liv.

SOLUTION 02 Other Solution Technology

Robottraktor som forbedrer effektiviteten og presisjonen samtidig som belastningen på arbeiderne holdes på et minimum.

Fish counting system Reducing burdens on workers for sustainable fisheries.