[发明专利]一种自主推土机器人

说明书

一种自主推土机器人，依靠环境感知、卫星定位、机器视觉与自动控制等装置，实现自主规划行驶路径、自动推土作业、自主在线作业质量评估功能，是一种无人化、智能化的建筑施工机械。自主推土机器人根据任务与作业区域，利用卫星定位测量位姿、利用机器视觉感知与认知作业环境，自主决策推土机器人任务顺序、行驶路线、铲刀位姿，以及依据视觉测量的作业效果与评估作业质量。其中卫星定位系统采用卫星定位接收机组实时精确感知推土机器人的位姿；机器视觉系统采用固定基线摄像机对感知推土机器人周围环境以及评估推土作业质量状况；自动控制系统基于现场总线由上位机与下位控制器组成机载自动化控制网络。自主推土机器人也可由人工驾驶或遥控操作。

技术领域

本发明属于工程机械技术领域，特别涉及一种自主推土机器人，是一种自主决策、无人驾驶、智能化推土作业的土石方建筑施工机械。

背景技术

我国工程建设机械化已成为一个长期发展趋势，其中推土机在土木、水利、采矿、农林、油田及国防等各类建筑工程中担负繁重土石方作业任务，是施工中不可缺少的关键设备。近年来，随着微处理器的不断发展，低成本计算机、传感与通讯等技术的实用性的增加，使工程建设自动化技术，特别是推土机器人变为可能。

工程机械自动化技术是一项先进的机械化技术，它可以使一些重要的循环工作变得程序化，从而提高生产率、降低生产成本。但工程建设不同于机械制造业有固定场所进行批量生产，而是在一个开放的户外场所，进行规模庞大但个性化非批量生产。因此，工程建设机械都是可移动或是可重新定位的系统，要求机动性作为完成工作过程中的必备功能，这不同于大多数工业机器人。

工程建设机器智能化是在工程机械机电液一体化的基础上，与计算机自动化相结合发展起来的。其目之一是以简化驾驶员操作，提高车辆的动力性、经济性、作业效率，以及节省能源为目的；目的之二是提高作业质量。

目前工程建设智能化机器通常可分三类。第一类是遥控操作工程机机械。遥操作是指对机器和系统通过有线或无线的远程控制。这主要为了减少工程机械操作人员劳动强度、提高碾压机施工质量，采用遥控无人驾驶技术。遥操作的思想与方法最早出现在航控与核工业领域，目前在建筑行业中应用也很广泛。如日本的机器操控推土机、遥控水下推土机、山推的遥控推土机等。在遥控操作推土机技术中，推土机并非完全自主运行，而是要由人控制，环境的感知与数据的解释都需要人工来完成。

第二类是可编程建筑机器。这类工程机械的操作员能够通过选择预编程的功能菜单或者示教机器完成新任务的方式，来调整工作任务以便在某些约束条件下来完成。通常来讲，软件可编程的建筑机器可以等同于传统的机器，利用施工现场一部分电子设备去控制全部或部分机械运行，仅增加了作业辅助系统，如同目前小汽车辅助驾驶系统一样。目前应用比较好的是推土机作业引导系统，利用从3D模型得来的数据结合卫星定位系统或激光测量系统，控制推土机的铲刀作业，实现自动找平功能，然而推土机还是需要人来操作。

第三类是智能建筑机器人系统。不同于遥控操作与软件可编程的建筑机械，全自动建筑机器人需要在特定的范围内，在无人干预的情况下完成任务；而半自动建筑机器人则需要在人的监督下进行某种程度的计划互动来完成任务。在各种情况下，建筑机器人都需要适应周围环境，为执行任务制定计划，必要时需要重新制定计划。当建筑机器人在不能执行任务时应该能够做出判断并请求帮助。这类智能建筑机器人是目前研究的热点，少有成功的案例，目前仅是简单将工业机器人从工厂搬到工地机械上，而不是直接对工程机械发展建筑机器人技术。