손장우 (Harrison Jangwoo Son)     넷매니아즈 | (주)엔앰씨컨설팅그룹 대표이사     son@netmanias.com

본 블로그에서는 5G 특화망의 농업 분야 활용 사례로,

무인자율주행 농업로봇의 안정성을 확보하기 위한 원격감시 및 원격조작(긴급정지, 재발진 등) 사례에 대해 알아본다.

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일본은 농업 종사자 고령화와 신규 취농자 부족으로 농업인구가 해마다 감소하고 있다.

그림 1. 일본 농업인구수 추이와 65세 이상 고령 인구 비율 (출처: 일본 농림수산성)

일본 차(Tea) 출하량 1위인 가고시마현의 시부시 경우에도 전체 인구 중 65세 이상 비율이 30.3%에 이르러 고령화가 진행중이며 노동력 부족이 심각한 상황이다.

시부시에서는 신규 취농자 대상으로 다양한 보조금을 지원하고 있으나, 노동력 부족 문제는 채엽기, 중절기, 트랙터 등 다양한 자율주행 농업로봇 도입을 통한 농업의 자동 기계화•디지탈전환이 해결책이라고 보고 있다.

간사이 브로드밴드(실증 총괄), 후지쯔(로컬 5G망 장비제공 및 구축), 가고사마제작소(농업로봇 제공, 원격제어장치 개발) 등은 무인자율주행 농업로봇 주행의 안전성을 확보해주는 농업로봇 원격 감시•조작¹ 시스템을 가고시마현 시부시의 농장에 구축했다.

1. 무인자율주행 + 원격감시: 일본 국토교통성이 정한 자율주행 3단계로 차량은 무인자율주행으로 운행되고 원격에서 사람이 상시 모니터링하고, 긴급상황 발생시 정지 등 을 원격에서 조작하는 것

그림 2. 무인 자율주행 농업로봇의 안정성 확보를 위한 원격 감시•조작

(농장에는 RU만 설치)

농업 로봇의 원격 감시와 원격 조작

채엽기(차잎을 채취하는 농기계)에 탑재된 카메라의 영상이 대용량•저지연망인 5G 특화망을 통해 원격 작업 거점으로 실시간 전달되며, 원격 감시원은 이를 상시 모니터링한다.   평상시 채엽기는 자율주행으로 운행되며, 원격 감시원이 AI의 도움을 받아가며 이상 상황*을 인식**하면 수동 원격 조작으로 전환하여 채엽기를 긴급 정지시키거나 좌우, 전후로 이동시킨다.   원격 감시원의 조작 신호(예, 긴급정지)는 PC에서 원격제어 장치로 전달되고 이는 다시 채엽기내 원격제어장치로 5G 특화망을 통해 전달되어 채엽기를 정지시킨다.   * 작업장내 사람의 침입, 이물질 방치, 자율주행기능 오류 등

** AI가 이상 상황을 검지하여 감시화면에 표시해줌

무인 자율주행의 높은 안정성을 확보하기 위해 이상 상황이 발생시 채엽기의 제동까지의 긴급정지거리를 1m이하(채엽기 속도가 초속 0.55m이므로 1.8초 이내)로 목표하였고 실증시 0.48m, 1.29초***를 달성하였다.

*** 채엽기 카메라 인코딩 시간, 영상의 네트워크 전송 시간(5G 특화망), 감시원 PC 디코딩시간, 감시원의 반응 시간, 조작신호의 네트워크 전송시간(5G 특화망), 채엽기 원격제어장치가 농기계를 정지 지시를 전달되어 정지하는 데 소요 시간 포함

안전을 위해, 채엽기와 원격작업거점내 원격제어장치간에 통신 중단이 발생한 경우 채엽기측 원격제어장치에서 검지하여 자동 정지하는 기능(3초 이상 통신 두절이면 정지)도 실장했다.

향후 핸들로 조정할 수 있도록 업그레이드할 예정이며, 인간의 반응시간을 짧게 하기 위해 정지 조작을 터치방식에서 버튼 방식으로 업그레이드할 예정이다.

도입 효과

한 명이 감시원이 농업로봇을 1:1로 감시•조작하면 인건비 부담이 발생하므로 한 명의 감시원이 복수대의 농업 로봇을 감시•조작하여 경제성을 확보했다.

혼자서 여러 대의 농업로봇(취엽기, 중절기, 트랙터, 콤바인 등)을 조작할 수 있어 인손 부족 해소에 큰 도움이 된다. 또한 1인당 작업 가능한 면적이 확대되어 농장의 대규모화도 실현 가능해진다.

시부시는 무인 자율주행 농업로봇 도입으로 시골의 농업 인력 부족 문제를 해결했고, 원격 감시조작 시스템의 도입으로 무인 로봇 운행의 안전성을 확보했다.