Экскаватор обучили автономному рытью траншей

Швейцарские и немецкие инженеры оснастили шагающий экскаватор датчиками и алгоритмами, позволяющими ему автономно рыть траншеи заданной формы. Эксперименты показали, что точность рытья составляет около трех сантиметров, рассказывают авторы статьи, представленной на конференции IROS 2019.

Инженеры работают над автоматизацией разных этапов строительства, в том числе и над подготовкой строительной площадки и выкапывании траншей. Потенциально автоматизация рытья траншей позволяет увеличить точность и скорость этого процесса. Однако эта задача связана с несколькими технологическими трудностями. Например, одна из них заключается в сложности отслеживания формы траншеи, потому что обычные методы создания карты окружающего пространства и определения местоположения на ней плохо работают в условиях сильно меняющегося окружения.

Инженеры под руководством Марко Хюттера (Marco Hutter) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха создали автономный экскаватор, способный эффективно рыть траншеи разных форм. За основу они взяли серийный шагающий экскаватор Menzi Muck M545. Инженеры заменили все гидроцилиндры в экскаваторе на другие, содержащие датчики усилия и степени раскрытия, необходимые для отслеживания взаимодействия с грунтом.

Кроме того, они оснастили экскаватор датчиками GPS и RTK-приемниками для повышения точности определения местоположения, двумя лидарами и инерциальными блоками. Благодаря им экскаватор может с высокой точностью отслеживать свое положение, а также составлять динамическую карту грунта перед ним.

Еще одна важная составляющая проекта заключается в алгоритмах, составляющих модель окружения, а также рассчитывающих траекторию движения ковша. Вторая группа алгоритмов особенно сложна в реализации, потому что при рытье часть грунта после подъема ковша неизбежно ссыпается вниз, и это необходимо учитывать в расчетах.

Оснастив экскаватор нужным оборудованием и алгоритмами, разработчики проверили его работу, поручив выкопать траншею с трапециевидным профилем. После окончания работ инженеры сравнили объемную карту вырытой траншеи с моделью и выяснили, что среднее отклонение от модели составило 2,7±3,5 сантиметра при длине траншеи в несколько метров, что превышает точность, полученную другими разработчиками.

Инженеры автоматизируют и другие этапы строительства. Например, уже созданы роботы, печатающие в паре бетонные конструкции, роботы, собирающие армирующие каркасы для заливки бетоном, и даже надзорный робот, который ездит по строительной площадки и отслеживает корректность выполняемых работ, сравнивая параметры возводимого здания с моделью.

Григорий Копиев