挖掘机器人技术消除了人为因素对挖掘作业的影响。

肯尼斯·格雷在工程机械行业拥有丰富的从业经验，其中包括在卡特彼勒公司长达33年的职业生涯，最终他成为了卡特彼勒全球挖掘机业务的负责人。在此期间，他亲眼目睹了人为因素对设备性能的影响。他曾记录到，在同一工地、相同操作条件下，同一台挖掘机，由客户公司两位最优秀的操作员操作，其生产率竟相差20%。

这对于评估机器的潜在投资回报率具有重要意义。“大多数挖掘机原始设备制造商在推出新款或升级款机器时，声称的性能提升幅度是多少——通常是5%或7%？”格雷指出，“客户很难感知到这种差异，因为操作性能受人为因素影响很大。”

Gray 现任Dig Robotics 的首席绩效官，该公司致力于为操作员创造公平的竞争环境，从而最大限度地提高机器生产力。

肯尼斯·格雷，Dig Robotics首席绩效官兼联合创始人。（照片：贝基·舒尔茨）

“理想情况下，我们的使命是让每个运营商都达到最佳运营商的水平，”他说，“并帮助最佳运营商找到能够提高其业绩的见解。”

实时运行智能

Dig Robotics成立于2023年10月，当时Gray与他的联合创始人——首席挖掘官Noam Rotem和首席科学家Oded Media——致力于开发一款智能挖掘工具，为操作员和现场管理人员提供操作员绩效的实时信息。其目标是通过帮助操作员更精准、更快速、更稳定地完成工作，从而“增强”挖掘机的性能。

他们开发的这款工具利用人工智能 (AI)、3D 扫描和先进的运动学或运动规划技术，以 3D 方式绘制整个作业现场，查看铲斗的几何形状和精确运动，并准确计算每个循环移动的土方量。

格雷解释说：“我们会对铲斗的运动轨迹进行精确规划，确保铲斗能够准确地穿过操作员想要装载的物料区域。然后，我们会引入计算机视觉技术——我们使用激光雷达将理想轨迹与实际情况进行比较。”

激光雷达传感器在机器作业时实时采集数据，同时算法根据场地地形、机器几何形状、铲斗尺寸和物料特性，计算出任意时刻的最佳挖掘路径。然后，系统将操作员的实际操作与最佳路径进行比较。

格雷说：“我们正在记录挖掘深度、铲斗旋转角度和铲斗取出时间等数据点，并测量每次铲斗装载的土方量和所需时间。”

操作员随后可通过驾驶室内的简易彩色指示器立即获得视觉反馈。这使得新手和经验丰富的操作员都能准确地看到需要调整的位置。

一台配备了 Dig Robotics 系统的斗山 DX140LC 拖拉机（图片由 Dig Robotics 提供）

“如果你是一名优秀的操作员，那很可能是因为你在这方面下了功夫。这不是偶然，对吧？但如果我能告诉操作员，他们在挖沟里待的时间太长了，他们会怎么做？他们会尝试更快地离开挖沟，并调查发生了什么，”格雷评论道。“这正是我们想要做的。我们不想控制他们。我们想提供一些信息，比如……也许你应该尝试更浅的挖沟，或者也许你转动铲斗的时间太早或太晚了。”

格雷表示：“我们仅仅通过告知运营商他们的趋势，就看到了非常显著的性能提升。而且在很多情况下，我们也看到了燃油消耗量的相应减少。”

早期的一个例子是，这套系统安装在一台使用了20年的利勃海尔R 984 C拖拉机上，该拖拉机由一位经验丰富的操作员操作，他从这台机器出厂时就开始使用它。安装后，操作员发现机器性能提高了10%，油耗降低了约20%。

目标是满载的卡车

操作员和现场管理人员均可获得有关卡车装载水平、已装载卡车数量、每辆卡车所需的装载周期等数据驱动的见解。

“我们在操作界面方面发现了两点。第一，操作员对了解自身操作习惯的反应要好得多，”格雷说，“如果有相应的建议，他们也会根据自己的习惯做出调整。此外，他们还想知道卡车是否装满了。因为通常情况下，当我们用五次装卸的方式装载卡车时——卡车当时是否装满了？你怎么知道？嗯，我们会精确测量装载量。”

他继续说道：“运送满载货物的机会只有一次。这就是我们努力的方向。我们不仅要确保下游的挖掘机高效运转，还要确保每车货物都能发挥最大的效益。”

利勃海尔 9150 作业现场（图片由 Dig Robotics 提供）

为了进一步提高效率，该系统能够在运行过程中不断学习和调整。据 Dig Robotics 公司介绍，其机器学习组件能够自动评估物料状况，例如粘结性、粒度、是否存在巨石等，无需任何人工干预。每个铲斗都会为下一个铲斗提供信息，而在同一工地作业的机器之间也会共享信息，从而共同构建对挖掘物料的理解。

技术整合

Dig Robotics 的操作员引导工具目前被设计为“与 OEM 无关”的售后市场解决方案，可以改装到几乎任何挖掘机上，无论品牌或使用年限，通常只需一个工作日即可完成。

“我们希望满足客户对混合车队的战略需求，因为即使只看某一特定类型的机器，也很少有100%利勃海尔或100%卡特彼勒的车队，”格雷说。“我们希望能够满足所有客户的车队需求。这是我们的首要设计原则。”

设备经销商帮助这家初创公司评估了系统的技术性能、商业可行性、安装过程和长期支持需求。

目前，首批试点项目的重点是生产型铲斗机械，尤其是在那些生产效率提升能够带来显著经济效益的行业，例如大型民用基础设施项目、采石场和矿山。例如，特纳矿业集团将于2026年8月在实际生产环境中，使用日立EX1200和卡特彼勒374新一代挖掘机对该技术进行评估。

格雷表示，下一步将是与等级控制等技术进行整合。“技术栈类似。他们没有（计算机）视觉技术，而我们有……我们认为这些技术是互补的，一级供应商也这么认为。他们的看法也一样，”他断言道。

Dig Robotics 已在该领域取得进展，近期宣布将把其土方作业性能应用集成到 Trimble 生态系统中，并入围了 2026 年 Trimble Dimensions 0-60 英里/小时加速挑战赛的决赛。今年秋季的 Trimble Dimensions 用户大会上，该公司将在室内展区演示 Dig Dashboard 现场管理工具，并在场外演示区现场运行挖掘机操作指导工具。Gray 还将主持一场课堂讲座，供有兴趣深入了解该技术的人士参加。

彼岸是什么？

未来，Gray 设想将业务拓展到挖掘机以外的高产量应用领域，并最终直接与原始设备制造商 (OEM) 合作。

格雷评论道：“我们拥有的运动规划能力、团队的专业水平、深厚的理解力，以及过去在机器全自动化方面展现出的能力……我们掌握着一些非常罕见的专业技术。我认为原始设备制造商（OEM）会对此感兴趣，但信任不是凭空获得的……你必须努力赢得它。”

特纳矿业集团将对日立EX1200和卡特彼勒374新一代挖掘机（如图所示）上的Dig Robotics技术进行评估。（图片：AMI Attachments）

客户反馈至关重要。“我们目前处于试点阶段。我们正在测试生产意图设计，这意味着它涵盖了生产组件、生产装配和生产源，”格雷说道。“我们现在想要测试的是我们即将销售的产品……”

“我们正在寻找那种想要从这项技术中获益的‘疯子’，”他补充道，“并且认识到从现在到这项技术商业化应用之间还有一些发展阶段，而商业化应用可能要到明年年初。”

Dig Robotics计划销售的并非完全的自主性，尽管两者非常接近。“我们能以完全自动化20%的成本，甚至可能低于20%的成本，获得80%的收益，”Gray表示。

这一切都是在确保操作员始终处于关键地位的前提下实现的。“如果你要解决的问题是操作员是否在岗，那么你需要的是完全自动化。但如果你要解决的问题并非如此——而是生产力、成本或效率——那么取消操作员可能并不会给你带来任何好处，因为你大脑中的那台‘计算机’的处理能力非常强大。”

这种力量在装卸区尤其重要，格雷将其比作“混沌理论”。

他指出：“总会有一些意想不到的事情发生。”例如，操作员可能需要调整操作以适应倾倒物料的移动，或者在下一辆卡车倒车之前，移除掉落在路上的石头。

“如果我们能完美地装载卡车，我们当然会这么做，但物料的随机性不允许我们这样做，”格雷指出。“但你的大脑可以立即对这些变化——我们称之为极端情况——做出反应……人类处理这些意外变化的能力是真正难以替代的。”

因此，他认为，在公司寻求提供的产品和服务与完全自主之间，客户、经销商和 Dig Robotics 可以从中获得大量利润。

他总结道：“有很多步骤，而我们只是在迈出最初的几步。”