自主挖掘机准备好全天候部署

来自百度研究机器人与自动驾驶实验室 (RAL) 和马里兰大学帕克分校的研究人员推出了一种自动挖掘机系统 (AES)，该系统可以在没有任何人工干预的情况下长时间执行材料装载任务，同时提供非常相似的性能到经验丰富的人工操作员。

AES 是世界上首批部署在现实场景中并连续运行 24 小时以上的无人挖掘系统之一，在提高安全性和生产力方面带来了行业领先的优势。

研究人员在 2021 年 6 月 30 日发表在Science Robotics上的研究论文中描述了他们的方法。

“这项工作提出了一种高效、稳健、通用的自主系统架构，使各种尺寸的挖掘机能够在现实世界中自主执行物料装载任务，”通讯作者、百度研究机器人与自动化负责人张良军博士说。驾驶实验室。

挖掘机对于基础设施建设、采矿和救援应用至关重要。2018 年全球挖掘机市场规模为 441.2 亿美元，预计到 2026 年将增长至 631.4 亿美元。

鉴于这一预计的市场增长，世界各地的建筑公司都面临着熟练的重型机械操作员，尤其是挖掘机的招聘短缺。此外， 继续加剧劳动力短缺危机。另一个影响因素是危险和有毒的工作环境，这些环境会影响现场操作人员的健康和安全，包括塌方、地面坍塌或其他挖掘事故，仅在美国每年就造成大约 200 人伤亡。

因此，该行业正在采取科学方法，并寻求创造能够提供突破性解决方案来满足这些需求的挖掘机机器人，随着其他机器人在制造、仓库和自动驾驶汽车中的实施，AES 等系统的开发成为一个增长趋势。

虽然大多数工业机器人相对较小并且在更可预测的环境中运行，但挖掘机机器人需要在广泛的危险环境条件下运行。他们必须能够识别目标材料、避开障碍物、处理无法控制的环境，并在恶劣的天气条件下继续运行。

AES 使用准确和实时的算法进行感知、规划和控制以及新架构，以将这些功能整合到自主操作中。感知模块集成了多个传感器——包括激光雷达、摄像头和本体感受传感器，以感知 3D 环境并识别目标材料，以及诸如除尘神经网络等先进算法来生成干净的图像。

通过这种模块化设计，AES 架构可以被各种尺寸的挖掘机有效利用——包括 6.5 和 7.5 公吨紧凑型挖掘机、33.5 公吨标准挖掘机和 49 公吨大型挖掘机——并且适用于各种应用。

为了评估 AES 的效率和稳健性，研究人员与一家领先的设备制造公司合作，将该系统部署在废物处理场，这是一个对自动化有强烈需求的有毒有害现实世界场景。尽管任务具有挑战性，但 AES 能够在没有任何人工干预的情况下连续运行 24 小时以上。AES 还在冬季天气条件下进行了测试，在这种情况下，蒸发会对 LiDAR 的传感性能构成威胁。紧凑型挖掘机每小时挖掘的材料量(湿式和干式)均为 67.1 立方米，这符合传统人工操作员的表现。“AES 在很长一段时间内始终如一且可靠地运行，而人工操作员的性能可能不确定，”张博士说。

研究人员还在封闭的测试场中设置了十种不同的场景，以了解系统在众多现实世界任务中的表现。在对各种大型、中型和紧凑型挖掘机进行测试后，AES 最终被证明在每小时挖掘的材料量方面与人工操作员的平均效率相匹配。

马里兰大学帕克分校计算机科学与电气与计算机工程杰出教授 Dinesh Manocha 博士说：“这是朝着部署长时间运行的机器人迈出的关键一步，即使在不受控制的室内和室外环境中也是如此。”

展望未来，百度研究院RAL将继续完善AES的核心模块，进一步探索可能存在极端天气或环境条件的场景。

百度一直与多家世界领先的工程机械公司合作，利用AES实现传统重型工程机械的自动化。百度首席技术官王海峰博士表示：“我们的目标是利用我们强大而安全的平台，注入我们强大的人工智能和云功能来改变建筑行业。”

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