[发明专利]一种自主3D挖掘施工机器人

说明书

一种自主3D挖掘施工机器人，利用机器视觉、卫星定位与自动控制装置、3D数字模型等，实现自动化、智能化3D挖掘施工作业，在指定的非结构化区域内，利用卫星定位系统测量位姿信息、利用机器视觉系统感知与认知作业环境信息，自主决策挖掘机器人行驶路线、行驶速度、铲斗作业位姿等。其中卫星定位系统采用卫星定位接收机组实时感知挖掘机器人的位置与姿态；机器视觉系统采用固定基线摄像机对感知挖掘机器人周围环境与AR增强现实能力；自动控制系统基于CAN总线由机载上位控制计算机与下位控制器组成，下位控制器包括发动机控制器、行驶控制器、铲斗作业控制器、故障诊断控制器等。本发明的自主3D挖掘施工机器人也可人工驾驶或遥控操作。

技术领域

本发明属于建筑工程机械技术领域，特别涉及一种自主3D挖掘施工机器人。

背景技术

我国工程建设机械化已成为一个长期发展趋势，其中挖掘机在土木、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，特别是挖掘机器人、推土机器人等变为可能。

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。

例如挖掘机上安装数字引导系统，工程人员可远程输入开挖设计边线等指标。在无需现场测量放样的情况下，控制单元实时计算出挖掘机铲斗与设计边线的偏差，并实时显示在驾驶室和集控室，引导操作手准确完成开挖工作，保证开挖尺寸符合设计要求。

建筑工程作业环境具有许多特性，特别是土石方工程。一是施工环境的时变性，工程开始设计3D数字模型，然后施工按照设计模型开展工作，这不同于农业耕作、航空飞行等领域作业环境固定，可以采用事先准备的电子地图规划导航线路，特别是制定的导航路线可以重复使用。二是作业环境填筑的随机性、不均匀性。工程建设的作业面环境随着工程建设进程不断变化，导致规划导航线路需要跟踪建设场地作业面地图，而所需场地工作面地图并不是事先确定的，需要根据施工进度确定。三是挖掘作业的往复性，需要挖土、提升、卸土及倒退几个工序。挖掘机作业需要根据工程建设进度与作业场地不断规划挖土位置与行驶线路，并且需要实时评估挖掘作业质量。

目前，国内外工程建设领域还没有相应的自主挖掘机器人相应技术。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种自主3D挖掘施工机器人，可自主决策、无人驾驶、智能化挖掘作业，不但可提高作业质量，而且作业过程中不需要人为干预，可实现无人驾驶智能化自主作业。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

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；