エッジAI搭載、群れで連携して働く「システム天井施工作業ロボット」を公開　テムザックと鹿島建設が共同開発　高所作業を自動化

株式会社テムザックと鹿島建設株式会社は、「システム天井施工ロボット」（プロトタイプ）の開発を共同で進めていることを2024年7月17日に発表した。
6台の建築ワークロイドが協調してシステム天井の骨組みを設置し、天板の組み付け作業を自動で作業する。これにより、人手による作業で必要になる高所作業用の足場の設置と撤去作業がなくなり、上を向いての長時間の天井ボード施工作業が自動化される。
各ロボットにエッジAIが搭載されていて、通信で協調し、各ロボットが役割をこなす群制御が特徴。システム天井施工の工程を幅広くカバーするロボットは世界で初という。

同日に報道関係者向け説明会と実機によるデモを開催し、テムザックの川久保社長が登壇、ロボットが群れで稼働している様子を実演公開した。商品化のリリース時期は未定だが、既に数カ所の建築現場で実機によるPoCは実施していて、今後も鹿島建設の実際の現場でブラッシュアップを継続していく。

システム天井施工ロボットとは

「システム天井施工ロボット」は、オフィスビルのシステム天井の取り付けを施工する群ロボットによる自動化システム。デモでは6台の自律移動式のアームロボットが協調して「一連の作業」を実施した。
一連の作業とは、まずは前工程の「吊りボルト」と「Tバー」を自律作業ロボットが連携して作業する。「吊りボルト」の組み付けには、予め高さ4mの天井に取り付けられている多数の「金具」の中から吊りボルト取り付けを意味する「白い色」の金具をカメラ等で自動判断して指定の「吊りボルト」を組み付ける工程、「吊りボルト」にフックを取り付けて「Tバー」を組み付ける工程、システム天井ボードを多数搭載した別のロボットが天井ボードの取り付けをおこなう工程がある。

この作業を人手によっておこなった場合、天井の高所作業になるために足場を組む必要がある。続いて、吊りボルト、Tバー施工、システム天井のボード組込は、上を向いた姿勢で長時間かけて作業を行うことになる。ロボット化によって足場を組む/撤去の作業はなくなり、上を向いた長時間の作業が自動化できる。

エッジAIの「群制御」ではロボット間が通信して協働作業

各ロボットには、テムザックが他のロボット開発においても得意としている「群制御」が活用されている。比較的小型のロボットを複数台用意し、各工程を担う複数のロボットにそれぞれ別の役割を持たせている。複数台のロボットで作業するにも関わらず、クラウドによる中央管理はおこなわず(エッジでの中央制御もおこなっていない)、それぞれのロボットに搭載したエッジAIがそれぞれに通信をおこなって群制御をおこない、１つのミッションを実行する点が最大の特徴だ。


また、上流工程のロボットは作業中に施工情報を共有し、それに応じて下流工程のロボットは作業内容を調整して施工する「工程間の連携」も実現している。なお、人は完全に施工業務を行わない環境になるわけではなく、天井にエアダクトが張り巡らされていたり、ロボットのAIが認識しにくい状況の場合など、工程の一部や端部では人が施工に携わることも前提としている。

1.吊りボルト施工

最初の作業は、天井に埋め込まれた金具の色を判別し、白い金具に吊りボルトをはめ込んでいく「吊りボルト施工」作業。

金具は吊りボルト用だけでなく、照明器具用などさまざまなモノがあるが、色分けされている。ロボットは位置と色から判断して、正しい金具にだけ吊りボルトを装着していく。

■ 1.吊りボルトの施工作業の自動化

2.3. Tバー施工

吊りボルトにフックを取り付け、正方形のシステム天井ボードを組み込むためのTバーを設置する作業。これは3台のロボットが連携しておこなう。

■ 2.Tバー施工作業の自動化

4. システム天井のボード施工

Tバーが格子状に張り巡らされた天井にシステム天板を設置する作業。

■ 3.システム天井のボード施工作業の自動化

技術的なポイント

各ロボットは上半身と下半身が別の自律ロボットで連結されているとも言える。上半身はそれぞれ担当する作業によって異なる機能のロボットが搭載され、下半身は九州工業大学発の協調移動ロボットベンチャーの株式会社トライオーブが開発した「3球台車」が活用されている。3つの球体と3つのモータのシンプルな構成で全方向に自由自在に移動できるロボットの技術だ。下半身は生成したマップを基に自律移動しているので、6台のロボットとはいうものの上半身と下半身も分ければ12台のロボットに搭載されたAIがそれぞれに連携して群制御されている、とも言える。

各ロボットに搭載されたエッジAIの完成度は高い。基本的な作業の機械学習は予めおこなわれたものとなっていて、各現場に導入した後は、LiDARによるマップ作成をおこなうだけですぐに作業に入れる簡便さも実現しているという。


比較的小型のロボットを群で動作させることにより、施工現場の広さに応じたロボット投入や、搬入出条件が厳しい環境下での利用、一部の工程のみ実施したい場合への対応など、ロボット活用条件・適用範囲の調整が容易に行える実用性も備えている。

このロボットシステムは、すでに鹿島建設の国内の複数ヶ所のオフィスビル建設現場での試験施工を実施している。テムザックは「今後も完成を目指して、開発を継続し、さらに改良を重ねて参ります」とコメントしている。

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