SOLUTION 02 / Robotics

Yanmar underlättar arbetsbelastningen med autodockningssystem och automatisk navigeringsrobot för att skapa en trygg och säker framtid

Forsknings- och utvecklingscentrum
Genom att automatisera dockningsoperationen som alltid har varit påfrestande för användarna, erbjuder Yanmar säker dockning med ett felområde begränsat till endast inom några tiotals centimeter. Genom att lägga till detta till Auto-navigation Robotic Boat bidrar Yanmar inte bara till den marina verksamheten, utan minskar också arbetsbelastningen för dem som arbetar inom fiskeri- och marinbranschen, vilket leder till alternativa arbetskrafts- och arbetsbesparingar ute på havet.

ISSUE

En ny utmaning för att minska användarnas börda och skapa ett samhälle där människor kan arbeta med sinnesro

Marin verksamhet är en av Yanmars styrkor. Vi fortsätter att stödja offshorearbetare med en mängd av våra produkter och tjänster från ett nytt perspektiv. Yanmar fokuserar på "dockning"* vilket kräver skicklighet i fartygsnavigering men är en enorm stress för användarna. Yanmar har tagit på sig utvecklingen av ett "Auto-dockningssystem" för smidig och säker dockning utan någon besvärlig drift, och en "Auto-navigation Robotic Boat" som automatiskt bestämmer säker väg för att kontrollera segling till sjöss. Utvecklingen av dessa system kommer att vara en stor fördel inte bara för den marina verksamheten, utan också för fiskerimarknaden där befolkningen av arbetare minskar och efterfrågan på vattenbruk ökar, vilket gynnar farorna med offshoreverksamhet. Sedan 2017 har Yanmar utvecklat dessa system samtidigt som man övervägt att lindra bördan för offshorearbetare genom att ersätta och minska offshorearbetet.

Till en början började vi utveckla den här tekniken för den vanligt använda enpropeller- och enkelgummibåten, liknande de som finns i bilar. När projektet fortskred stod det klart att en enorm mängd mantimmar krävdes för utvecklingen på grund av svårigheten att kontrollera dockningen för ett enpropeller- och enrodersfartyg. Anledningen är inte bara dess sårbarhet för att hålla en stabil position från vindar och vågor, utan också dess brist på flexibilitet för att direkt applicera kraft i en sidorörelse. Med önskan att släppa en ny produkt så snabbt som möjligt, bytte vi till att använda ett fartyg med två propeller och dubbelroder utrustat med flera framdrivningsenheter och beslutade att konsolidera mantimmar för utveckling. Genom att installera en framdrivningsdistributionsutrustning som kan flytta fartyget i vilken riktning som helst och tillämpa det dynamiska positioneringssystem som vi utvecklade 2015, slutförde Yanmar äntligen den grundläggande tekniken för autodocknings- och autonavigationssystemet. * Att närma sig båten till piren, flotten eller stranden på havet.

SOLUTION

Yanmar kommer att lösa kundproblem och fortsätta anta utmaningen att skapa ett framtida samhälle och berika människors liv.

Nyckeln till automatisk fartygsstyrning är förmågan att uppskatta sin egen position för att identifiera fartygets plats. Även om avvikelser på flera meter förekommer med GNSS inklusive GPS, strävade vi efter att minska felet inom några tiotals centimeter med vårt autodockningssystem. Under det tidiga utvecklingsskedet anammade vi realtidskinematik (RKT), som även används i Yanmars robottraktorer som är aktivt involverade i jordbruket. Vi satte upp en basstation på hamnsidan och utvecklade systemet som matar ut korrigeringssignaler för att förbättra noggrannheten. Den kunde dock bara användas vid en specifik port där basstationen sattes upp, och det fanns också ett säkerhetsproblem att inte ha sensorer för att känna igen den faktiska omgivande miljön. Av denna anledning var nästa steg att utrusta fartyget med 3D-LIDAR, som är en sensor som känner igen den omgivande miljön, och fokusera på att utveckla ett system som uppskattar sin egen position med hög precision genom att mäta omgivande föremål.

Som ett resultat lyckades vi hålla självpositionsuppskattningsfelet inom några tiotals centimeter även utan en basstation. Dessutom blev det möjligt att automatiskt styra båten med hjälp av dess omgivande miljö bara genom att ange platsen för att lägga till. Sedan utvecklingsstarten har vi kunnat minska tiden det tar för autodockning från fyra minuter till mer praktiska två och en halv minut. Under navigering offshore skapas en grov karta över stora områden med en radar för att ställa in navigeringsrutt. När du seglar längs denna rutt utforskas den omgivande miljön i detalj med hjälp av 3D-LIDAR, så att närliggande hinder kan upptäckas. Dessutom används 3D-LIDAR för att generera högupplöst karta för navigering och dockning i trånga utrymmen. Autodockningssystem väljer en säker rutt med mindre risk för kollision och driver automatiskt processen från navigering till dockning. Det framgångsrika resultatet uppnåddes från utvecklingsteamets orubbliga beslutsamhet att skapa ett system där användare kan navigera säkert och fritt docka fartyget i dess position utan stress.

3D-LIDAR av bågen fångar den omgivande miljön exakt.

Bredområdeskarta skapades offshore för att ställa in navigeringsrutt.

Högupplöst karta genererades för inuti en liten hamn eller för dockning.

RESULT & FUTURE

Tillämpa teknik inom olika områden

Utveckling genom trial and error. Det finns inget annat sätt att kontrollera om systemet fungerar säkert och smidigt förutom genom att testa i en verklig miljö. Men att välja en testmiljö är extremt svårt på grund av bristen på testfält i Japan. Med Yanmar Marinas samarbete kunde vi erhålla tillstånd från lokal förvaltning såsom stad och prefektur samt fiske inklusive lokala invånare att designa och konstruera en skenmiljö som visar en verklig hamn. Vi kunde utvärdera helt under en skenmiljö i en och en halv månad. Vi kunde helt utvärdera under en skenmiljö i en och en halv månad och testa under olika väderförhållanden som regn, snö och starka vindar.

Det var många oväntade problem som hände om vi inte testade en sådan utvärdering med faktiska fartyg. Till exempel var utseendet på bojar och flottar när de observerades av radar i detta system annorlunda än vad vi förväntade oss. Vi fick också reda på risken att fånga repet mellan bojen och dess ankare även om bojar kunde undvikas, och vi blev också medvetna om att dessa positioner är instabila på grund av förändringar i väderförhållandena. Genom att inkludera miljöinformation i ruttplanen, kombinera flera sensorer för att förbättra detekteringshastigheten och så vidare, etablerade vi ett mer tillförlitligt och säkert navigationssystem. För ytterligare säkerhet arbetar vi även med åtgärder mot hårt konditionerat väder. Angående vind så blev det möjligt att navigera inom ett fel på 50cm när man seglade med en vindhastighet på 7 m/s.

Yanmar strävar alltid efter att etablera ett säkert och mycket exakt system. I framtiden kommer vi att fortsätta forskning och utveckling för att tillämpa tekniken på olika områden.

Dockningstest vid Yanmar Marina

Undvikande provning för boj och flotte

INTERVIEWAtt etablera en hållbar robotteknik för att sträva efter välstånd för människor och natur

Medan Auto-docking System utvecklades har många företag och myndigheter frågat om systemet. Yanmar kan också erbjuda konsekvens från grundforskning från motorer och skrov till system, utveckling och produktion av fartyg. Yanmars styrka är att vi kan ta ansvar för all tillverkning och hantera anpassning med flexibilitet. På så sätt kommer en bred introduktion av användningen av autonavigationsrobotbåtar och autodockningssystem att befria arbetare från tuffa miljöer inom fiske- och marinindustrin, vilket leder till arbete med säkerhet och sinnesfrid.

Naohito Hara, ansvarig för styrteknik, sa: "Den här utvecklande tekniken har bara börjat. För närvarande är dessa system endast effektiva under begränsade förhållanden som i en hamn. Vi vill tillhandahålla tekniken till personer som arbetar i vattenbruksbranschen eller är involverade i olika verksamheter ute på havet, för att erbjuda en mer praktisk systemmiljö.” Tomoya Fukukawa, ansvarig för forskning och utveckling av Auto-navigation Robotic-teknologi, säger: "För att erbjuda genuin säkerhet kan vi närma oss den psykologiska och känslomässiga aspekten av kunden när vi utövar teknik." Yuichiro Dake, ansvarig för igenkänningsteknologi säger "Vi skulle vilja lansera robotteknik som kommer att fortsätta att vara praktisk snarare än att bara släppa ut på marknaden." På så sätt kommer Yanmar att lösa kundproblem och fortsätta anta utmaningen att skapa ett framtida samhälle och berika människors liv.