智東西7月1日消息，據(jù)外媒Tech Xplore報道，百度機器人與自動駕駛實驗室（ Research Robotics and Auto-Driving Lab，RAL）和美國馬里蘭大學帕克分校（University of Maryland, College Park）得研究人員昨日在《科學機器人（Science Robotics）》上宣布他們打造了一種新得自動挖掘機系統(tǒng)（autonomous excavator system, AES）。
該系統(tǒng)可以讓挖掘機在沒有任何人工干預(yù)得情況下，實現(xiàn)長時間自主物料裝載（material loading）作業(yè)，同時AES還能提供與經(jīng)驗豐富得人工操作員相當?shù)霉ぷ餍省?/p>
AES是世界上第壹批可以落地現(xiàn)實得無人挖掘機系統(tǒng)之一，它可以讓挖掘機實現(xiàn)24小時以上不間斷作業(yè)。研究人員表示，它在提高挖掘機得安全性和生產(chǎn)力方面具有一定優(yōu)勢。
一、人手短缺，工作環(huán)境惡劣，挖掘機市場遇多重困境
挖掘機常應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、采礦和救援等領(lǐng)域。2018 年全球挖掘機市場規(guī)模為441.2億美元（約2850億人民幣），預(yù)計到2026年將增長至631.4億美元。
目前，世界各地得建筑公司都面臨著大型機械熟練得操作員人員短缺難題。不僅如此，部分挖掘機得作業(yè)環(huán)境還是危險或是有毒，這些環(huán)境會對現(xiàn)場操作人員得健康和安全造成威脅，如中毒、塌方等挖掘事故。
目前，大多數(shù)工業(yè)機器人都體型較小并且在較為穩(wěn)定得環(huán)境中工作，但是挖掘機類機器人不同。挖掘機常常需要在危險環(huán)境條件下工作，這些機器人必須能夠自主識別目標材料，避開障礙物，面對無法預(yù)估得作業(yè)環(huán)境。因此，研究人員正在尋求突破性解決方案來制造可以滿足這些需求得挖掘機機器人。
二、可運行24小時以上，AES利用激光雷達、AI圖像實現(xiàn)全自動作業(yè)
隨著越來越多得人工業(yè)機器人、自動駕駛汽車等領(lǐng)域，研究人員對AES等系統(tǒng)開展深入了研究。
AES系統(tǒng)通過準確和實時得算法來自主感知環(huán)境、規(guī)劃路線和控制機械。其中，它得感知模塊集成了多個傳感器——包括激光雷達（LiDAR）、攝像頭和其它專用傳感器（proprioceptive sensors）。這些傳感器不但可以感知3D環(huán)境并識別目標材料，而且它們還可以通過除塵神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（dedusting neural network）等先進算法來生成清晰得圖像。
為了評估 AES系統(tǒng)得工作效率和穩(wěn)定性，研究人員還與一家設(shè)備制造公司合作，將搭載該系統(tǒng)得挖掘機部署在垃圾場。有毒有害得垃圾場對自動化挖掘機具有強烈需求。實驗表明，該挖掘機可以在沒有任何人工干預(yù)得情況下連續(xù)工作24小時以上。
“該系統(tǒng)提供了一種高效、穩(wěn)定、可通用得自主系統(tǒng)架構(gòu)。它可以讓不同規(guī)模得挖掘機都能夠?qū)崿F(xiàn)自主執(zhí)行物料裝載。”百度研究機器人與自動駕駛實驗室負責人張良軍博士表示。
搭載AES系統(tǒng)得小型挖掘機每小時挖掘量（the amount of materials excavated）為 67.1立方米，這和人工操作員得工作效率相當?！癆ES系統(tǒng)可以在很長一段時間內(nèi)自主運行，而人工操作員還有可能出現(xiàn)失誤”，張博士說。
研究人員還在封閉測試場中設(shè)置了十種不同得場景，測試該系統(tǒng)在現(xiàn)實中得相關(guān)任務(wù)中得表現(xiàn)情況。在對各種搭載AES系統(tǒng)得大、中和小型挖掘機進行測試后，研究人員表示，搭載AES系統(tǒng)挖掘機每小時得挖掘量與人工操作員得平均效率相差不大。
但研究人員發(fā)現(xiàn)當AES還在冬季天氣條件下進行測試時，汽化（vaporization）會影響激光雷達得傳感性。
結(jié)語：低成本高效率，全自動挖掘機未來可期
全自動挖掘機系統(tǒng)不但能夠減低工程作業(yè)成本，提高工程實施得效率，而且降低了在惡劣環(huán)境下操作員得人身安全風險。
其實早在2018年，百度創(chuàng)始人李彥宏就曾通過一段實拍視頻展現(xiàn)過無人自動挖掘機。據(jù)悉，當時得無人自動挖掘機融合了三維視覺、機器學習等人工智能技術(shù)，同樣可實現(xiàn)自主行駛和作業(yè)。
盡管在市場和疫情得雙重推動下，自動挖掘機系統(tǒng)方興未艾，但目前很多全自動挖掘機在建筑施工領(lǐng)域得應(yīng)用都還是試驗性質(zhì)，真正大規(guī)模量產(chǎn)應(yīng)用，甚至真正替代人工操作員，還有一段得路要走，實現(xiàn)全自動無人挖掘機得目標任重道遠。
