[发明专利]一种自主3D挖掘施工机器人

摘要

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。

主权项

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，并与其它传感器信息融合，基于机器学习方法，认知信息规律，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、任务要求以及基于机器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。