Автономный экскаватор: исследователи ETH Zurich в сотрудничестве с Gramazio Kohler Research, лабораторией робототехнических систем, лабораторией Vision for Robotics Lab и кафедрой ландшафтной архитектуры разработали автономный экскаватор HEAP. HEAP был задействован для строительства стены из сухого камня высотой 6 м и длиной 65 м в ландшафтно-парковой зоне с цифровым планированием и автономным экскаватором. Проект является частью Национального центра компетенции по исследованиям в области цифрового производства (NCCR dfab) и был описан в журнале Science Robotics.
HEAP использует датчики для автономного создания 3D-карты строительной площадки, определения местоположения строительных блоков и камней для стены, а также специально разработанные инструменты и методы машинного зрения для сканирования и захвата крупных камней в ближайшем окружении. Он также может оценить вес и центр тяжести этих камней.
С помощью алгоритма HEAP определяет оптимальное положение каждого камня и автономно устанавливает их в нужные места. Экскаватор способен разместить от 20 до 30 камней за одну партию, что значительно повышает эффективность по сравнению с традиционными ручными методами доставки.
Описываемая система представляет собой автоматизированный строительный процесс, использующий робототехнику для эффективного использования местных материалов при строительстве в удаленных районах. Она включает в себя роботизированный экскаватор, оснащенный лопатой и захватным устройством для планирования и строительства каменных стен и ландшафтов произвольной формы из разнородных материалов. Система обучается на основе реальных и смоделированных данных обнаруживать и сегментировать экземпляры камней на пространственных картах, что позволяет роботу захватывать и выполнять 3D-сканирование отдельных камней и обломков.
При ограниченном количестве оцифрованных камней алгоритм геометрического планирования определяет, как расположить эти камни для формирования устойчивой и специфической структуры, используя ограниченную регистрацию и классификацию "знак-расстояние-поле". Этот подход используется для автономного манипулирования сложными объектами при строительстве из сухих камней и формировании рельефа на одной строительной площадке.
Система была продемонстрирована на примере строительства отдельно стоящей каменной стены, постоянной подпорной стены и террасы с роботизированными контурами. Этот процесс демонстрирует возможности автономных тяжелых строительных машин по адаптивному строительству с использованием нестандартных, богатых и устойчивых материалов, не требующих значительных затрат на транспортировку и предварительную обработку.