近日，由baidu研究院机器人与自动驾驶实验室（RAL）团队牵头开发的全新无人挖掘机功课体系（AES）这一最新技能成果，登上了国际顶级期刊《Science》子刊《Science Robotics》，并获得了评审专家与期刊编委的高度评价。
该研究融合了感知、活动布局和控制体系，可驱动挖掘机自主完成挖装恣意，从事24小时连续无人化功课，并成为全球首个实际落地的、可长时间功课的无人挖掘机体系，在工程机械自动化、无人化功课领域具有重要价值和影响。
随着新型基础设施建设的大力推进，工程机械行业乘风而上，并不断向数字化、智能化方向演进。挖掘机被誉为工程机械“皇冠上的明珠”，在资源开采、产业生产、建设施工和抢险救灾等领域应用广泛，且拥有十分可观的全球市场份额。
为什么要将挖掘机无人化？实际上，由于工作情况和能力要求等原因，挖掘机行业普遍存在招工难的人力短缺问题；挖掘机操纵手还会遇到塌方、恶劣天气等问题，这些问题为产业生产带来巨大挑战。基于此，baidu无人挖掘机功课体系（AES）应运而生。
挖掘机恶劣工况和功课情况
通用型无人挖掘功课体系
baiduRAL实验室牵头提出了baidu无人挖掘机功课体系（AES）的研究，并联合马里兰大学和baidu智能云事业部合作开发。AES包含一套以三维情况感知、实时活动布局、鲁棒活动控制为核心的AI算法,可在不同工作情况下从事无人化功课。
无人挖掘机体系（AES）硬件体系
技能上，AES实行了三个方面的提升：使用多种传感器融合和感知算法，感知模块可以支持无人挖掘机在不同的工况和恶劣情况下从事无人化功课，保证了AES体系的功课效率、鲁棒性和泛化能力；功课和活动布局模块融合了数据驱动的学习算法和优化算法，可以有效计算挖掘位置和挖掘机铲斗轨迹，确保功课效率；高精度活动控制体系，有效实行挖掘机各机构的精准活动控制。
无人挖掘机体系（AES）框架图
具体而言，首先，感知体系利用低成本相机和激光雷达，实时生成高精度的三维情况地图，通过计算机视觉和深度学习等算法，AES可以检测功课情况中的运输卡车、障碍物、石块、标识和人员等，并对卡车、障碍物等物体从事准确的三维姿态估计，同时也可以识别功课物料材质等信息。其次，基于感知体系的信息反馈，通过学习和优化算法，AES能够快速从事功课布局和多自由度的挖掘机各关节活动路径布局，确保提升功课效率的同时降低机械损耗。最后，通过高精度活动闭环控制算法，AES能够实行挖掘机各机构的精准活动控制，解决了传统工程机械中活动控制无法闭环、轨迹难以跟踪、跟踪精度差等难题。此外，AES还包含一整套软件和界面设计，协助终端用户完成体系的操纵、部署和使用。
AES视觉感知体系功能模块
以石块操纵恣意为例，AES体系的操纵流程如下。感知体系以“从粗到细”的方式对场景信息从事处置惩罚。首先对图像从事增强处置惩罚，消除粉尘对整个识别体系的影响；之后对功课区域的物料从事材质识别；然后将图像中石块所在区域从事语义和实例分割算法处置惩罚。通过融合二维实例分割结果和LiDAR三维点云，确定石块的精确三维位置。感知模块最后将石块三维位置反馈给布局和控制模块，AES最后通过挖掘机多自由度活动布局和活动闭环控制，实行移除石块的恣意。
AES石块操纵示例
目前，AES已在多种复杂的室内和室外不同工况下从事了挖装测试、石块操纵及挖沟恣意等，充分显示了AES体系具备处置惩罚多种挖掘机恣意的能力，证明了AES体系的技能先进性、功课恣意兼容性、体系稳定性和鲁棒性。
AES测试场景
实行落地应用 baiduAI助力产业生产智能化
AES已经落地产业废物处置惩罚相关领域，在实际的无人化、自动化应用中发挥重要作用。AES实行了产业废物连续24小时自动上料功能，助力产业废物处置惩罚产线实行全程的无人化处置惩罚。在产业废物上料过程中，AES感知模块首先从事产业废物的地形三维重建，确定待挖掘区域；活动布局模块根据感知模块的信息反馈设计活动轨迹，控制模块根据活动轨迹从事产业废物处置惩罚。目前AES赋能的无人挖掘机体系已在产业废物处置惩罚产线上无故障功课了数千小时，充分显示了AES体系的稳定性和鲁棒性，有效减少了产业废物对挖掘机操纵手的损害，并为客户大幅节省人力成本。
AES连续24小时无人功课
在AES体系的基础上，baiduRAL联合baidu智能云事业部开发的“盘古工程机械无人功课平台”，已成为国内首个基于智能云平台、软硬一体、技能领先的工程机械无人功课平台。基于盘古平台的挖掘机，在没有驾驶员操纵的情况下，自主感知功课情况、布局恣意并完成功课。
目前，baidu盘古团队和徐工等工程机械头部厂商打磨合作，优化和落地无人化功课体系，帮助工程机械用户提升生产安全性、降本增效，推动产业生产向数字化、智能化、安全化、绿色化的目标迈进。
“baidu盘古”赋能工程机械无人化功课
建设与发展是人类社会的主旋律，产业生产的自动化和智能化是未来的主流趋势。baidu将继续创新与迭代AI技能，瞄准产业生产细分领域，为产业生产真实场景技能转型突破赋能，持续推动技能落地产业实际应用。
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