[發明專利]一種自主3D挖掘施工機器人

有效

• 申請號: 201810639038.1
• 申請日: 2018-06-20
• 公開（公告）號: CN108797669B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 劉天云;王恩志;張建民
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: E02F3/43
• 分類號: E02F3/43;E02F9/20;E02F9/26
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

1.一種自主3D挖掘施工機器人，包括挖掘機、挖掘機載自主測控裝置、遠程調度管理裝置和衛星定位裝置，其特征在于：

所述挖掘機載自主測控裝置包括衛星定位接收機組(6)、通訊收發天線(4)、攝像機對(5)、動臂升降傳感器(7)、斗桿位置傳感器(8)、鏟斗位姿傳感器(9)、防撞雷達(1)、回轉傳感器(2)、集成控制器(3)、發動機調速驅動器和行駛電磁驅動器；

所述遠程調度管理裝置包括遠端收發天線(11)、調度管理服務器(10)以及遠程監控攝像機；

所述衛星定位裝置包括定位導航衛星(13)、數傳電臺以及固定的定位基準站(12)；

所述集成控制器(3)包括機載計算機(3.1)、CAN總線(3.2)、行駛回轉控制器(3.3)、動臂控制器(3.4)、斗桿控制器(3.5)、鏟斗控制器(3.6)、機器視覺計算機(3.7)、發動機控制器以及故障診斷控制器；

其中，所述機載計算機(3.1)、通訊收發天線(4)、遠端收發天線(11)以及調度管理服務器(10)構成全雙工模式的場地無線通訊局域網絡，用于調度管理服務器(10)與各個挖掘機之間命令與狀態信息的傳送；

所述機載計算機(3.1)和行駛回轉控制器(3.3)、動臂控制器(3.4)、斗桿控制器(3.5)、鏟斗控制器(3.6)、機器視覺計算機(3.7)、發動機控制器以及故障診斷控制器構成機載CAN總線控制器網絡，用于挖掘機自主行駛與作業；

所述衛星定位接收機組(6)、定位導航衛星(13)、定位基準站(12)以及調度管理服務器(10)構成衛星定位網絡，用于獲取挖掘機當前位姿；

所述衛星定位接收機組(6)接收定位導航衛星(13)的信號以及定位基準站(12)傳遞的相位信號，通過RTK模式實現高精度定位；

所述機載計算機(3.1)結合工程建設進度和調度管理服務器(10)發送的作業場地的3D數字模型，適時生成施工作業面數字地圖，并基于作業面數字地圖自主規劃作業區域；

所述攝像機對(5)安裝于固定基線位置，與機器視覺計算機(3.7)構成機器視覺系統，立體視覺測量環境信息，確定作業場地狀況，并與3D數字模型融合，形成AR增強現實能力，自主確定作業目標與行駛方向，制定導航路線；

所述機載計算機(3.1)根據作業區域、任務要求以及基于AR增強現實視覺測量確定的作業目標，自主規劃作業區域內行駛路徑、遍歷模式；

所述機載計算機(3.1)根據定位信息與機器視覺測量的環境信息，以及作業3D數字模型要求，具有AR增強現實能力，即自主評估挖掘作業質量，自主決策重新挖掘作業范圍，以及所需工作量；

多臺所述自主3D挖掘施工機器人互聯所述場地無線通訊局域網絡、機載CAN總線控制器網絡以及衛星定位網絡構成挖掘機器人機群，協同作業。

2.根據權利要求1所述自主3D挖掘施工機器人，其特征在于，所述機載計算機(3.1)接收衛星定位接收機組(6)的位置信息，并利用該位置信息計算挖掘機姿態信息；依據導航路線和位姿信息，生成行駛回轉控制器(3.3)、動臂控制器(3.4)、斗桿控制器(3.5)與鏟斗控制器(3.6)的控制命令，并根據反饋信息實現閉環控制。

3.根據權利要求2所述自主3D挖掘施工機器人，其特征在于，采用三角形測量法計算挖掘機器人姿態信息，具體過程是：在至少三個不共線測點位置安裝衛星定位接收裝置，實時測出測點位置與高程；然后分別計算兩兩測點之間的相對位置與高差，即可確定出自主3D挖掘施工機器人的位姿。