如果能给挖掘机一套CAD图纸，然后让它自动开工，并且知道它能按照指令精确到毫米级，那会怎么样？你能想象能节省多少时间、金钱和人力吗？
总部位于瑞士的 Gravis Robotics 公司正在开发一种可安装在单个挖掘机上的模块，使挖掘机能够在作业现场导航并根据需要执行任务，而无需人类操作员在场。
像这样的技术越来越常见，无人驾驶机器的概念在许多建筑行业的顶级展会上都有展示，例如宝马展、Conexpo展和Intermat展。
Neil Woodfin，Gravis Robotics 首席业务发展官。Gravis Robotics 的首席业务发展官 Neil Woodfin 最近出席了在葡萄牙里斯本举行的欧洲租赁协会 (ERA) 大会，他在会上谈到了公司将机器人的精确性、安全性和效率带到当今工作场所的计划。
源自“狗”
Gravis Robotics 是瑞士苏黎世联邦理工学院机器人实验室的衍生公司，该实验室由 Marco Hutter 教授领导，他带领 25 名博士生开发人工智能软件，最初是为四足机器人“狗”设计的。这些“四足机器人”可以探索环境并返回 3D 地图。（可以参考波士顿动力公司的“Spot”。）
伍德芬说：“马尔科决定将那款软件应用到挖掘机上。我们现在有了一个可以安装在驾驶室顶部的机器人模块。机器人模块内部有一个配备摄像头的中央处理器，可以提供360度全景视野，还有一个激光雷达。”
挖掘机上的传感器使机器能够感知臂架、铲斗和斗杆的位置。激光雷达（LIDAR）用于测量机器在现场的位置，而全球导航卫星系统（GNSS）传感器则为机器提供GPS参考坐标。因此，机器能够在作业间隙自主导航。
伍德芬解释说：“机器人模块会学习操作挖掘机，并在挖掘时始终力求实现铲斗100%的装载率。它能够利用人工智能软件来适应挖掘过程中遇到的各种复杂环境。”
他补充道：“我们非常擅长挖掘。经过所有这些研发工作，我们计划在7月份之前将机器人挖掘机投入建筑工地使用。届时，我们就能真正了解我们能够取得的成果，这些成果涵盖生产力、安全性、可持续性和可预测性等方面。”
指导挖掘工作
挖掘机是如何知道该做什么的？
伍德芬解释说，一旦机器人模块安装到挖掘机上，它就开始学习如何操作机器。“然后你可以上传需要挖掘的CAD图纸，”他说。“我们还会提供一个放在驾驶室内的触摸屏平板电脑，你可以直接用手指在现场画出要挖掘的沟槽位置。你可以输入沟槽的深度和宽度，然后挖掘机就会根据这些信息进行挖掘。”
伍德芬解释说，也可以简单地将铲斗放到地面上，然后推断出要挖掘的区域的尺寸。
“例如，如果你要扩建房屋，你可以把铲斗放到地面上，然后说：‘我希望从铲斗接触地面的位置开始，所有地方都比地面低250毫米。’然后，挖掘机就会显示一个网格，标出所有比地面低250毫米的地方，以及所有高于或低于这个高度的地方。挖掘机随后就会按照你把铲斗放在地面上设定的高度进行挖掘。”
使用 Gravis 模块的唯一机器前提条件是电液系统。
伍德芬说：“如果挖掘机没有电液系统，我们就给它装上一个电液控制阀。然后把模块插到CAN总线系统上。所以它需要有现代化的电子系统，我们才能把它连接到该系统上。”
他补充道：“如果挖掘机没有惯性测量单元（IMU）传感器，我们会将其安装到挖掘机上。除此之外，其余部分都包含在我们安装在挖掘机上的屋顶自动化控制套件中。”
Gravis 目前正与六家 OEM 厂商合作，其中一家是现代/Develon，这是在 2024 年 1 月于拉斯维加斯举行的 CES 展会上宣布的合作关系的一部分。
伍德芬说：“我们正在与他们合作，实现挖掘机的自动化。我们与其他制造商合作过10吨级的挖掘机，但我们主要合作的是20吨级的挖掘机，因为这是业内最流行的挖掘机尺寸级别。”
但是可以租到吗？
下一个自然而然的问题是，这些机器人控制的挖掘机是否可以出租。
伍德芬斯说：“我们与建筑公司和租赁公司密切合作。作为制造商，我们生产的是通用机器。真正使机器成为专用机器的是操作员。随着我们将机器人技术引入该行业，我们注定要成为专业公司，因为我们必须了解操作员在做什么。”
“我们发现，大型建筑公司会说，‘如果这项任务可以自动化……与其使用分包商，不如租用一台自动化机器来完成这项任务，然后再让分包商来完成所有尚未自动化的工作。’”
伍德芬继续说道：“对他们来说，租赁业务被视为一个巨大的机遇，我们正在开发更多可以自动化的任务。目前，我们专注于挖沟、土方工程和卡车装载。之后，我们将逐步增加更多可以自动化的任务。”
Gravis目前正与Morgan Sindall和Vinci合作，并正在与英国的Flannery and Lynch公司以及瑞士的Vesco公司洽谈。“我们一直在与瑞士军队合作，
总部位于瑞士的Gravis Robotics公司正在开发一种可安装在挖掘机上的模块，使挖掘机能够在无需人工操作的情况下自主导航并执行作业。（图片来源：LinkedIn）伍德芬说：“瑞士铁路也是如此。我们与终端用户和租赁公司建立了许多良好的联系，但我们希望进一步扩大这种联系。”
当被问及在租赁环境下是否可以将一个模块从一台机器转移到另一台机器时，伍德芬表示，这是长远目标。
“这就是计划。这并非我们最初考虑过的，但却是租赁公司提出的要求之一。没有理由说这不可能实现，”他说道。
“你唯一需要做的就是确保每台挖掘机上都已安装了模块框架。机器人模块需要一些时间来学习如何操作每台挖掘机。一旦它学会了如何操作挖掘机，那就没问题了，但人工智能软件必须操作所有设备才能了解它对各种不同控制的反应。”
今年七月即将到来
“7月份，我们计划将模块部署到实际环境中，之后会寻求合作伙伴，将自动化挖掘机引入现场。我们组建了一支由25名机器人专家组成的运营团队，负责研究如何将机器人技术融入到日常工作中。我们将与这些专家紧密合作，确保在他们需要技术支持时，我们能够及时提供帮助，并共同开发相应的运营模式，以便更好地整合这些技术。”
Gravis 目前专注于欧洲市场，并计划拓展到美洲和澳大利亚市场。
该模块的价格预计在 8 万至 9 万欧元之间，具体取决于挖掘机配备的硬件。“其中一部分是持续的软件成本，”伍德芬说。“我们已经尽力将成本降到最低。”
“我们意识到必须从这个机器人模块中创造价值，所以我们开发了一个价值计算器，通过提高料斗填充率、提升利用率以及减少现场部分劳动力来证明其价值。我们可以每周收回这些技术成本。”
为了实现其目标，Gravis Robotics正与多家合作伙伴展开合作，其中包括Moog Construction，该公司是当今建筑设备中许多自主技术的幕后推手。据Moog Construction称，该公司“正通过为建筑行业开发自动化功能，增强其在精确运动控制、功能安全和集成系统设计方面的专业知识；而Gravis Robotics则运用其在传感器融合、环境感知、高级远程操作、增强现实视觉和自主导航方面的专业知识，将大型工程机械转变为自主移动机器人。”
在2022年宝马展上，穆格建筑公司（Moog Construction）和格拉维斯机器人公司（Gravis Robotics）联合为一台门齐·穆克（Menzi Muck）步行式挖掘机配备了机器人挖掘功能，该功能可根据远程操作员的输入指令自动挖掘沟槽。操作员可以设置沟槽的长度、坡度等参数，挖掘机即可完成挖掘任务。
合作伙伴们相信，这些功能以及更多功能将使下一代工程机械在互联性、生产力和安全性方面达到新的水平。
|
