[发明专利]一种自主3D挖掘施工机器人

权利要求书

1.一种自主3D挖掘施工机器人，包括挖掘机、挖掘机载自主测控装置、远程调度管理装置和卫星定位装置，其特征在于：

所述挖掘机载自主测控装置包括卫星定位接收机组(6)、通讯收发天线(4)、摄像机对(5)、动臂升降传感器(7)、斗杆位置传感器(8)、铲斗位姿传感器(9)、防撞雷达(1)、回转传感器(2)、集成控制器(3)、发动机调速驱动器和行驶电磁驱动器；

所述远程调度管理装置包括远端收发天线(11)、调度管理服务器(10)以及远程监控摄像机；

所述卫星定位装置包括定位导航卫星(13)、数传电台以及固定的定位基准站(12)；

所述集成控制器(3)包括机载计算机(3.1)、CAN总线(3.2)、行驶回转控制器(3.3)、动臂控制器(3.4)、斗杆控制器(3.5)、铲斗控制器(3.6)、机器视觉计算机(3.7)、发动机控制器以及故障诊断控制器；

其中，所述机载计算机(3.1)、通讯收发天线(4)、远端收发天线(11)以及调度管理服务器(10)构成全双工模式的场地无线通讯局域网络，用于调度管理服务器(10)与各个挖掘机之间命令与状态信息的传送；

所述机载计算机(3.1)和行驶回转控制器(3.3)、动臂控制器(3.4)、斗杆控制器(3.5)、铲斗控制器(3.6)、机器视觉计算机(3.7)、发动机控制器以及故障诊断控制器构成机载CAN总线控制器网络，用于挖掘机自主行驶与作业；

所述卫星定位接收机组(6)、定位导航卫星(13)、定位基准站(12)以及调度管理服务器(10)构成卫星定位网络，用于获取挖掘机当前位姿；

所述卫星定位接收机组(6)接收定位导航卫星(13)的信号以及定位基准站(12)传递的相位信号，通过RTK模式实现高精度定位；

所述机载计算机(3.1)结合工程建设进度和调度管理服务器(10)发送的作业场地的3D数字模型，适时生成施工作业面数字地图，并基于作业面数字地图自主规划作业区域；

所述摄像机对(5)安装于固定基线位置，与机器视觉计算机(3.7)构成机器视觉系统，立体视觉测量环境信息，确定作业场地状况，并与3D数字模型融合，形成AR增强现实能力，自主确定作业目标与行驶方向，制定导航路线；

所述机载计算机(3.1)根据作业区域、任务要求以及基于AR增强现实视觉测量确定的作业目标，自主规划作业区域内行驶路径、遍历模式；

所述机载计算机(3.1)根据定位信息与机器视觉测量的环境信息，以及作业3D数字模型要求，具有AR增强现实能力，即自主评估挖掘作业质量，自主决策重新挖掘作业范围，以及所需工作量；

多台所述自主3D挖掘施工机器人互联所述场地无线通讯局域网络、机载CAN总线控制器网络以及卫星定位网络构成挖掘机器人机群，协同作业。

2.根据权利要求1所述自主3D挖掘施工机器人，其特征在于，所述机载计算机(3.1)接收卫星定位接收机组(6)的位置信息，并利用该位置信息计算挖掘机姿态信息；依据导航路线和位姿信息，生成行驶回转控制器(3.3)、动臂控制器(3.4)、斗杆控制器(3.5)与铲斗控制器(3.6)的控制命令，并根据反馈信息实现闭环控制。

3.根据权利要求2所述自主3D挖掘施工机器人，其特征在于，采用三角形测量法计算挖掘机器人姿态信息，具体过程是：在至少三个不共线测点位置安装卫星定位接收装置，实时测出测点位置与高程；然后分别计算两两测点之间的相对位置与高差，即可确定出自主3D挖掘施工机器人的位姿。