[發(fā)明專(zhuān)利]一種自主3D挖掘施工機(jī)器人

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810639038.1
• 申請(qǐng)日: 2018-06-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108797669B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉天云;王恩志;張建民
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): E02F3/43
• 分類(lèi)號(hào): E02F3/43;E02F9/20;E02F9/26
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 段俊濤

一種自主3D挖掘施工機(jī)器人，利用機(jī)器視覺(jué)、衛(wèi)星定位與自動(dòng)控制裝置、3D數(shù)字模型等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化3D挖掘施工作業(yè)，在指定的非結(jié)構(gòu)化區(qū)域內(nèi)，利用衛(wèi)星定位系統(tǒng)測(cè)量位姿信息、利用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)感知與認(rèn)知作業(yè)環(huán)境信息，自主決策挖掘機(jī)器人行駛路線(xiàn)、行駛速度、鏟斗作業(yè)位姿等。其中衛(wèi)星定位系統(tǒng)采用衛(wèi)星定位接收機(jī)組實(shí)時(shí)感知挖掘機(jī)器人的位置與姿態(tài)；機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)采用固定基線(xiàn)攝像機(jī)對(duì)感知挖掘機(jī)器人周?chē)h(huán)境與AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)能力；自動(dòng)控制系統(tǒng)基于CAN總線(xiàn)由機(jī)載上位控制計(jì)算機(jī)與下位控制器組成，下位控制器包括發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、行駛控制器、鏟斗作業(yè)控制器、故障診斷控制器等。本發(fā)明的自主3D挖掘施工機(jī)器人也可人工駕駛或遙控操作。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于建筑工程機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種自主3D挖掘施工機(jī)器人。

背景技術(shù)

我國(guó)工程建設(shè)機(jī)械化已成為一個(gè)長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì)，其中挖掘機(jī)在土木、水利、采礦、農(nóng)林、油田及國(guó)防等各類(lèi)建筑工程中擔(dān)負(fù)繁重土石方作業(yè)任務(wù)，是施工中不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備。近年來(lái)，隨著微處理器的不斷發(fā)展，低成本計(jì)算機(jī)、傳感與通訊等技術(shù)的實(shí)用性的增加，使工程建設(shè)自動(dòng)化技術(shù)，特別是挖掘機(jī)器人、推土機(jī)器人等變?yōu)榭赡堋?/p>

工程機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)是一項(xiàng)先進(jìn)的機(jī)械化技術(shù)，它可以使一些重要的循環(huán)工作變得程序化，從而提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本。但工程建設(shè)不同于機(jī)械制造業(yè)有固定場(chǎng)所進(jìn)行批量生產(chǎn)，而是在一個(gè)開(kāi)放的戶(hù)外場(chǎng)所，進(jìn)行規(guī)模龐大但個(gè)性化非批量生產(chǎn)。因此，工程建設(shè)機(jī)械都是可移動(dòng)或是可重新定位的系統(tǒng)，要求機(jī)動(dòng)性作為完成工作過(guò)程中的必備功能，這不同于大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人。

工程建設(shè)機(jī)器智能化是在工程機(jī)械機(jī)電液一體化的基礎(chǔ)上，與計(jì)算機(jī)自動(dòng)化相結(jié)合發(fā)展起來(lái)的。其目之一是以簡(jiǎn)化駕駛員操作，提高車(chē)輛的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、作業(yè)效率，以及節(jié)省能源為目的；目的之二是提高作業(yè)質(zhì)量。

例如挖掘機(jī)上安裝數(shù)字引導(dǎo)系統(tǒng)，工程人員可遠(yuǎn)程輸入開(kāi)挖設(shè)計(jì)邊線(xiàn)等指標(biāo)。在無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放樣的情況下，控制單元實(shí)時(shí)計(jì)算出挖掘機(jī)鏟斗與設(shè)計(jì)邊線(xiàn)的偏差，并實(shí)時(shí)顯示在駕駛室和集控室，引導(dǎo)操作手準(zhǔn)確完成開(kāi)挖工作，保證開(kāi)挖尺寸符合設(shè)計(jì)要求。

建筑工程作業(yè)環(huán)境具有許多特性，特別是土石方工程。一是施工環(huán)境的時(shí)變性，工程開(kāi)始設(shè)計(jì)3D數(shù)字模型，然后施工按照設(shè)計(jì)模型開(kāi)展工作，這不同于農(nóng)業(yè)耕作、航空飛行等領(lǐng)域作業(yè)環(huán)境固定，可以采用事先準(zhǔn)備的電子地圖規(guī)劃導(dǎo)航線(xiàn)路，特別是制定的導(dǎo)航路線(xiàn)可以重復(fù)使用。二是作業(yè)環(huán)境填筑的隨機(jī)性、不均勻性。工程建設(shè)的作業(yè)面環(huán)境隨著工程建設(shè)進(jìn)程不斷變化，導(dǎo)致規(guī)劃導(dǎo)航線(xiàn)路需要跟蹤建設(shè)場(chǎng)地作業(yè)面地圖，而所需場(chǎng)地工作面地圖并不是事先確定的，需要根據(jù)施工進(jìn)度確定。三是挖掘作業(yè)的往復(fù)性，需要挖土、提升、卸土及倒退幾個(gè)工序。挖掘機(jī)作業(yè)需要根據(jù)工程建設(shè)進(jìn)度與作業(yè)場(chǎng)地不斷規(guī)劃挖土位置與行駛線(xiàn)路，并且需要實(shí)時(shí)評(píng)估挖掘作業(yè)質(zhì)量。

目前，國(guó)內(nèi)外工程建設(shè)領(lǐng)域還沒(méi)有相應(yīng)的自主挖掘機(jī)器人相應(yīng)技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種自主3D挖掘施工機(jī)器人，可自主決策、無(wú)人駕駛、智能化挖掘作業(yè)，不但可提高作業(yè)質(zhì)量，而且作業(yè)過(guò)程中不需要人為干預(yù)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛智能化自主作業(yè)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種自主3D挖掘施工機(jī)器人，包括挖掘機(jī)、挖掘機(jī)載自主測(cè)控裝置、遠(yuǎn)程調(diào)度管理裝置和衛(wèi)星定位裝置，其特征在于：

所述挖掘機(jī)載自主測(cè)控裝置包括衛(wèi)星定位接收機(jī)組6、通訊收發(fā)天線(xiàn)4、攝像機(jī)對(duì)5、動(dòng)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(dá)1、回轉(zhuǎn)傳感器2、集成控制器3、發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)器和行駛電磁驅(qū)動(dòng)器；

所述遠(yuǎn)程調(diào)度管理裝置包括遠(yuǎn)端收發(fā)天線(xiàn)11、調(diào)度管理服務(wù)器10以及遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)z像機(jī)；

所述衛(wèi)星定位裝置包括定位導(dǎo)航衛(wèi)星13、數(shù)傳電臺(tái)以及固定的定位基準(zhǔn)站 12；