[發明專利]一種智能挖掘施工機器人及工作方法

在審

• 申請號: 202111116960.0
• 申請日: 2021-09-23
• 公開（公告）號: CN113684877A
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 李冰;何心;徐武彬;顧同成;惠翔禹;李錚;黃龍;蘇來博;楊宇恒
• 申請（專利權）人: 廣西科技大學
• 主分類號: E02F3/28
• 分類號: E02F3/28;E02F3/36;E02F3/38;E02F3/42;E02F3/40;E02F9/04;E02F9/12;E02F9/26;E02F9/00;E02F9/22;E02F9/20
• 代理公司: 北京睿智保誠專利代理事務所(普通合伙) 11732
• 代理人: 孫盟盟

本發明公開了一種智能挖掘施工機器人及工作方法，屬于土方工程機械技術領域，其包括電液挖掘機、挖掘機姿態測量單元、遠程通信與定位單元、控制單元；挖掘機姿態測量單元安裝在電液挖掘機上，與控制單元連接；遠程通信與定位單元安裝在電液挖掘機上，與控制單元連接；控制單元安裝在電液挖掘機上，用于接收遠程控制臺的控制指令以及挖掘機姿態測量單元的監測與測量結果控制電液挖掘機的自主行走與自主作業。本發明提供的一種智能挖掘施工機器人，體積小，重量較輕，可以在實驗室室內環境下進行智能施工算法實驗，使用其進行前期算法驗證，降低研發人員和工程師的工作強度，提高研發效率，降低研發成本。

技術領域

本發明屬于土方工程機械技術領域，具體涉及一種智能挖掘施工機器人及工作方法。

背景技術

目前，沈陽的東北大學研發了一款小型挖掘機器人，在原有小型液壓挖掘機的基礎上增加了6套電液比例控制閥，實現自動控制功能。電液比例控制閥系統通過電液比例閥與比例放大器，分別控制各個執行器油路的通斷、換向與液壓油的流量如圖1所示。

北京的清華大學研制了一種自主3D挖掘施工機器人如圖2所示，主要利用機器視覺、衛星定位與自動控制裝置、3D數字模型等，實現自動化、智能化3D挖掘施工作業，在指定的非結構化區域內，利用衛星定位系統測量位姿信息、利用機器視覺系統感知與認知作業環境信息，自主決策挖掘機器人行駛路線、行駛速度、鏟斗作業位姿等。此外，還有類似的技術，如：小型挖鏟機器人、礦用挖掘機器人和管道挖掘機人等。

1.仿真模擬驗證：在電腦上將控制算法通過第三方仿真軟件(例如：ADAMS、EDEM、ROS Gazebo等)進行仿真，運行仿真軟件，使程序算法在搭建的虛擬環境下運行以此驗證挖掘機智能施工程序算法。優點是不受周圍環境限制，程序參數隨時可調，效率高；缺點是在電腦上搭建的仿真虛擬環境與實際環境相差較遠，許多影響因素無法引入，導致仿真驗證的智能施工控制算法可靠度較低。

2.純電動模型驗證：將控制算法寫入工程機械的電動小比例挖掘機模型上，工程師或研發人員通過上位機對電動挖掘機模型發送指令，以此驗證挖掘機智能施工程序算法。優點是驗證環境為現實環境，在通信、驅動、程序延時等細節問題上可以得到考慮，驗證的控制算法可靠度比仿真算法高，純電動模型體積較小，工程師或研發人員可以室內環境下進行算法驗證；缺點是純電動模型是以電機和電動絲杠作為驅動執行元件，而真實的液壓挖掘機是采用液壓馬達和油缸作為驅動執行元件。電機和電動絲杠的響應速度快、延時低，而液壓馬達和油缸的響應速度慢、延時高，因此使用純電動模型對智能施工控制算法進行驗證的可靠度依然不高。

3.實機改裝驗證：對原有的液壓挖掘機進行智能化改造，加裝多套電液比例控制系統，實現對各個執行器(液壓行走馬達、回轉臺、油缸等)的調速控制，并安裝控制裝置與無線通信設備，將控制算法寫入工控機，運轉程序并與上位機數據交互，以此驗證挖掘機智能施工程序算法。優點是驗證環境真實可靠，算法驗證的可靠度高；缺點是改裝成本高，而且實機體積大，因此只能在室外條件下進行實驗，工程師或研發人員的工作強度高。

另外，現有技術中的挖掘施工機器人體積大，重量重，無法滿足在實驗室室內環境下使用。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明采取了如下技術方案：

一種智能挖掘施工機器人，包括電液挖掘機、挖掘機姿態測量單元、遠程通信與定位單元以及控制單元；

所述挖掘機姿態測量單元安裝在所述電液挖掘機上，與所述控制單元連接，用于所述電液挖掘機的工作姿態監測與測量，并將監測與測量結果實時反饋給所述控制單元；

所述遠程通信與定位單元安裝在所述電液挖掘機上，與所述控制單元連接，用于所述電液挖掘機的定位，并負責所述控制單元與遠程控制臺的通訊連接；

所述控制單元安裝在所述電液挖掘機上，用于接收所述遠程控制臺的控制指令以及所述挖掘機姿態測量單元的監測與測量結果控制所述電液挖掘機的自主行走與自主作業。