來自百度研究機器人與自動駕駛實驗室 (RAL) 和馬里蘭大學帕克分校的研究人員推出了一種自動挖掘機系統(tǒng) (AES)，該系統(tǒng)可以在沒有任何人工干預的情況下長時間執(zhí)行材料裝載任務，同時提供非常相似的性能到經(jīng)驗豐富的人工操作員。

AES 是世界上首批部署在現(xiàn)實場景中并連續(xù)運行 24 小時以上的無人挖掘系統(tǒng)之一，在提高安全性和生產(chǎn)力方面帶來了行業(yè)領先的優(yōu)勢。

研究人員在 2021 年 6 月 30 日發(fā)表在Science Robotics上的研究論文中描述了他們的方法。

“這項工作提出了一種高效、穩(wěn)健、通用的自主系統(tǒng)架構，使各種尺寸的挖掘機能夠在現(xiàn)實世界中自主執(zhí)行物料裝載任務，”通訊作者、百度研究機器人與自動化負責人張良軍博士說。駕駛實驗室。

挖掘機對于基礎設施建設、采礦和救援應用至關重要。2018 年全球挖掘機市場規(guī)模為 441.2 億美元，預計到 2026 年將增長至 631.4 億美元。

鑒于這一預計的市場增長，世界各地的建筑公司都面臨著熟練的重型機械操作員，尤其是挖掘機的招聘短缺。此外， 繼續(xù)加劇勞動力短缺危機。另一個影響因素是危險和有毒的工作環(huán)境，這些環(huán)境會影響現(xiàn)場操作人員的健康和安全，包括塌方、地面坍塌或其他挖掘事故，僅在美國每年就造成大約 200 人傷亡。

因此，該行業(yè)正在采取科學方法，并尋求創(chuàng)造能夠提供突破性解決方案來滿足這些需求的挖掘機機器人，隨著其他機器人在制造、倉庫和自動駕駛汽車中的實施，AES 等系統(tǒng)的開發(fā)成為一個增長趨勢。

雖然大多數(shù)工業(yè)機器人相對較小并且在更可預測的環(huán)境中運行，但挖掘機機器人需要在廣泛的危險環(huán)境條件下運行。他們必須能夠識別目標材料、避開障礙物、處理無法控制的環(huán)境，并在惡劣的天氣條件下繼續(xù)運行。

AES 使用準確和實時的算法進行感知、規(guī)劃和控制以及新架構，以將這些功能整合到自主操作中。感知模塊集成了多個傳感器——包括激光雷達、攝像頭和本體感受傳感器，以感知 3D 環(huán)境并識別目標材料，以及諸如除塵神經(jīng)網(wǎng)絡等先進算法來生成干凈的圖像。

通過這種模塊化設計，AES 架構可以被各種尺寸的挖掘機有效利用——包括 6.5 和 7.5 公噸緊湊型挖掘機、33.5 公噸標準挖掘機和 49 公噸大型挖掘機——并且適用于各種應用。

為了評估 AES 的效率和穩(wěn)健性，研究人員與一家領先的設備制造公司合作，將該系統(tǒng)部署在廢物處理場，這是一個對自動化有強烈需求的有毒有害現(xiàn)實世界場景。盡管任務具有挑戰(zhàn)性，但 AES 能夠在沒有任何人工干預的情況下連續(xù)運行 24 小時以上。AES 還在冬季天氣條件下進行了測試，在這種情況下，蒸發(fā)會對 LiDAR 的傳感性能構成威脅。緊湊型挖掘機每小時挖掘的材料量(濕式和干式)均為 67.1 立方米，這符合傳統(tǒng)人工操作員的表現(xiàn)。“AES 在很長一段時間內(nèi)始終如一且可靠地運行，而人工操作員的性能可能不確定，”張博士說。

研究人員還在封閉的測試場中設置了十種不同的場景，以了解系統(tǒng)在眾多現(xiàn)實世界任務中的表現(xiàn)。在對各種大型、中型和緊湊型挖掘機進行測試后，AES 最終被證明在每小時挖掘的材料量方面與人工操作員的平均效率相匹配。

馬里蘭大學帕克分校計算機科學與電氣與計算機工程杰出教授 Dinesh Manocha 博士說：“這是朝著部署長時間運行的機器人邁出的關鍵一步，即使在不受控制的室內(nèi)和室外環(huán)境中也是如此。”

展望未來，百度研究院RAL將繼續(xù)完善AES的核心模塊，進一步探索可能存在極端天氣或環(huán)境條件的場景。

百度一直與多家世界領先的工程機械公司合作，利用AES實現(xiàn)傳統(tǒng)重型工程機械的自動化。百度首席技術官王海峰博士表示：“我們的目標是利用我們強大而安全的平臺，注入我們強大的人工智能和云功能來改變建筑行業(yè)。”

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