【ZiDongHua 之方案應(yīng)用場(chǎng)收錄關(guān)鍵詞：雷克智能  機(jī)器人   智能礦山   機(jī)器視覺   】
　　
　　“煤黑子”變成“煤亮子”，機(jī)器人描繪智能礦山發(fā)展大格局
　　
　　路遙在《平凡的世界》中描寫了這樣一個(gè)地方：陰暗潮濕的地下數(shù)百米仿佛與世隔絕，瓦斯爆炸、巷道冒頂?shù)任ｋU(xiǎn)因素如影隨形，這就是孫少平工作的大牙灣煤礦。在機(jī)器自動(dòng)化造福千行百業(yè)的今天，煤礦減人戰(zhàn)略依舊舉步維艱，即使用自動(dòng)掘進(jìn)機(jī)代替鎬頭，卻依然有工人幾個(gè)月見不到日光。
　　
　　地面上，5G基站星羅棋布，專家期望將5G信號(hào)應(yīng)用到地下，解決4G網(wǎng)絡(luò)下煤礦工業(yè)環(huán)網(wǎng)寬帶不足、復(fù)雜信息傳輸延時(shí)不可控、井下狀況感知不透明的行業(yè)痛點(diǎn)，由此衍生出“5G煤礦”的概念。
　　
　　“5G煤礦”是數(shù)字化在煤礦場(chǎng)景的深度滲透。在5G通信的覆蓋下，井下通風(fēng)自動(dòng)化系統(tǒng)、選煤自動(dòng)化系統(tǒng)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等一系列自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)作數(shù)據(jù)，被悉數(shù)傳輸至井上操控平臺(tái)。以掘進(jìn)工作面智能設(shè)備為代表的煤礦終端的數(shù)字化程度越來越高，它們所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量是4G網(wǎng)絡(luò)難以承托的。然而，由于井下防爆要求嚴(yán)，信號(hào)基站建設(shè)成本高， 5G煤礦大規(guī)模落地應(yīng)用尚待時(shí)日。在這樣青黃不接的技術(shù)截?cái)嗥冢轿骶C電科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱“山西綜電”）基于Wi-Fi無線通信系統(tǒng)的煤礦井下通信解決方案，研發(fā)更智能的井下機(jī)器人設(shè)備，在煤礦智能化的藍(lán)圖上增添可圈可點(diǎn)的一筆。
　　
　　立足煤炭大省，山西綜電放眼煤炭行業(yè)廣泛存在的現(xiàn)代化、智能化應(yīng)用需求，研發(fā)智能化高、質(zhì)量過關(guān)的煤礦井下機(jī)器人產(chǎn)品，打造出四擺臂救援機(jī)器人和輪式搬運(yùn)機(jī)器人，在真實(shí)場(chǎng)景中發(fā)揮重要作用。
　　
　　

　　
　　圖1 山西綜電四擺臂救援機(jī)器人
　　
　　四擺臂救援機(jī)器人
　　
　　在應(yīng)急救援場(chǎng)景小試牛刀
　　
　　國家礦山安全監(jiān)察局針對(duì)煤礦機(jī)器人20種不同的應(yīng)用場(chǎng)景，將煤礦機(jī)器人分為掘進(jìn)類、采煤類、運(yùn)輸類、安控類，以及救援類五大類。其中，煤礦救援機(jī)器人是不可或缺的一部分。
　　
　　近年來，蛇形機(jī)器人越來越多地出現(xiàn)在應(yīng)急救援現(xiàn)場(chǎng)。應(yīng)用在煤礦環(huán)境中，蛇形機(jī)器人在布滿障礙的廢墟中占據(jù)多地形運(yùn)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，但也有環(huán)境感知的弊端。蛇形機(jī)器人往往會(huì)在辨識(shí)度低的環(huán)境中喪失方位感，而輪式和履帶式機(jī)器人的攝像頭視野更符合人眼視物習(xí)慣，方便操控者掌握環(huán)境特征和機(jī)器人位置。相比僅有兩條履帶的機(jī)器人，四擺臂的設(shè)計(jì)也為機(jī)器人越障性能增幅良多。
　　
　
　　圖2 團(tuán)隊(duì)測(cè)試四擺臂救援機(jī)器人的越障性能
　　
　　煤礦井下的危險(xiǎn)是眾所周知的。根據(jù)形成原因的不同，煤礦井下易發(fā)生的災(zāi)害主要有五種：瓦斯突出、煤塵突出、礦井火災(zāi)、礦井水災(zāi)和頂板事故。“在機(jī)器人設(shè)計(jì)之初，我們就充分考慮到了每種災(zāi)害的應(yīng)對(duì)方案。煤礦五大災(zāi)害救援無人化巡視系統(tǒng)提高了對(duì)這五大災(zāi)害的防治能力，并提高了煤礦安全監(jiān)督水平和災(zāi)害救援的效率。”山西綜電董事長(zhǎng)冷永紅著重強(qiáng)調(diào)了救援型機(jī)器人對(duì)煤礦安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行的重大意義。
　　
　　CD4氣體和溫濕度探測(cè)設(shè)備在煤礦井下廣泛應(yīng)用，可用來防治瓦斯突出、煤塵突出等災(zāi)害。煤塵和瓦斯突出是指采掘過程中大量破碎煤塊和瓦斯氣體在地應(yīng)力作用下突然噴射而出的地質(zhì)災(zāi)害。在這種災(zāi)害發(fā)生前，一般會(huì)出現(xiàn)瓦斯氣體濃度異常、溫度忽高忽低的預(yù)兆。通過測(cè)定甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氧氣這四種氣體的濃度和溫度（-20℃~80℃），以及濕度（0.1%~98%），機(jī)器人檢測(cè)這些環(huán)境指標(biāo)達(dá)到警戒線后，將通過揚(yáng)聲器放出示警音并把消息同步給總控中心，從而有效地幫助防治煤塵和瓦斯突出。此外，礦井水災(zāi)是指采礦過程中地表水或地下水涌入礦井和采區(qū)（通常稱“透水”），征兆主要體現(xiàn)在煤壁掛汗、頂板淋水增大、底板鼓起滲水，以及氣溫降低，同樣能通過上述環(huán)境指數(shù)的靈敏識(shí)別來防治。
　　
　　
　　
　　圖3 四擺臂救援機(jī)器人在陽煤救援大隊(duì)
　　
　　應(yīng)對(duì)礦井火災(zāi)和頂板事故，需要用到機(jī)器人搭載的視覺識(shí)別模塊。發(fā)現(xiàn)火焰后，將標(biāo)注位置，向總控中心發(fā)送火焰大小、位置，結(jié)合機(jī)器人采集到的環(huán)境氣體數(shù)據(jù)和周圍圖像信息，總控中心工作人員可以初步判定事故緣由，如煤和硫化礦石自燃，并判斷周邊有無使火勢(shì)擴(kuò)大的潛在危險(xiǎn)因素，命令機(jī)器人采取力所能及的滅火操作。同理，機(jī)器人在巷道行駛途中使用攝像頭收集頂板圖像，通過智能識(shí)別裂縫寬度來評(píng)估發(fā)生頂板事故的風(fēng)險(xiǎn)。此外，機(jī)器識(shí)別模塊的對(duì)象還包括警示牌和人形等。機(jī)器人識(shí)別到警示牌后，通過和學(xué)習(xí)庫對(duì)比，“讀出”該警示牌的含義，按照要求執(zhí)行操作；發(fā)現(xiàn)人形后，將采取躲避動(dòng)作，避免對(duì)人員造成傷害，保障人機(jī)交互的安全可靠。山西綜電自建機(jī)器學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫，隨著應(yīng)用規(guī)模擴(kuò)大和時(shí)間延申，定期更新，助力機(jī)器人視覺模塊識(shí)別準(zhǔn)確率和智能化水平得到進(jìn)一步提升。
　　
　　“小黃車”跑遍地下礦網(wǎng)
　　
　　這個(gè)設(shè)想正行于路上
　　
　　“我曾聽到一種‘急平結(jié)合’的理念，這個(gè)理念能很好地指導(dǎo)未來一段時(shí)間內(nèi)煤礦機(jī)器人的發(fā)展方向。”據(jù)冷永紅介紹，所謂“急”，是面向發(fā)生煤礦事故后的應(yīng)急救援場(chǎng)景，“平”是面向煤礦平時(shí)生產(chǎn)場(chǎng)景中的環(huán)境檢測(cè)、物品運(yùn)輸?shù)热粘９δ堋?ldquo;急平結(jié)合”是指煤礦不僅要發(fā)展救援機(jī)器人這樣工作在特殊場(chǎng)景中的機(jī)器人，同時(shí)也要研發(fā)輔助生產(chǎn)的通用性機(jī)器人。在四擺臂機(jī)器人順利投入應(yīng)用后，冷永紅研發(fā)團(tuán)隊(duì)開始思考一種通用的輪式煤礦井下機(jī)器人，經(jīng)過權(quán)衡，他們將目光轉(zhuǎn)向搬運(yùn)類機(jī)器人。
　　
　　經(jīng)過兩年的深耕探索，輪式搬運(yùn)機(jī)器人終于研發(fā)成功。擺臂的成本和制造難度都非常高，在應(yīng)對(duì)常規(guī)場(chǎng)景下坑坑洼洼的障礙時(shí)，輪式AGV也能夠做到游刃有余。不同于四擺臂機(jī)器人將攝像頭架設(shè)在上部的設(shè)計(jì)，它的上部呈平臺(tái)狀，前后各帶兩盞礦燈，目前正在申請(qǐng)煤礦安全認(rèn)證。由于通體刷成亮黃色，冷永紅研發(fā)團(tuán)隊(duì)親切地叫它“小黃車”。“之所以給它的上部做成小平臺(tái)的設(shè)計(jì)，是為了適配將來更多應(yīng)用，比如焊接一個(gè)物料斗，就能讓它搬運(yùn)工具和物品，再比如裝載帶鉆孔末端的機(jī)械手，小黃車就有了操作手。”冷永紅舉例道，“當(dāng)然，機(jī)械手這類二次搭載的模塊也需要經(jīng)過煤安認(rèn)證。為確保生產(chǎn)安全，煤礦井下的礦燈都需要辦理認(rèn)證手續(xù)才能上崗，我們把小黃車送去煤安認(rèn)證，也是為了它將來能得到更廣泛的應(yīng)用和認(rèn)可。”
　　
　　
　　
　　與四擺臂救援機(jī)器人類似，“小黃車”上搭載了氣體探測(cè)模塊和機(jī)器視覺模塊，具備基礎(chǔ)的智能性。每臺(tái)“小黃車”上還配有一臺(tái)礦用平板電腦，其中集成了多項(xiàng)命令，如“從一號(hào)巷道出發(fā)，裝載工具，運(yùn)送到二號(hào)巷道”，工人忙碌時(shí)也可以通過語音輸入指令。“小黃車”又像一部可以移動(dòng)的無線衛(wèi)星通信電話，工作人員通過它即可聯(lián)絡(luò)到井上總控中心。
　　
　　通用化的平臺(tái)設(shè)計(jì)，讓“小黃車”能在井下?lián)碛卸嘀毓τ?，在煤礦安全認(rèn)證的加持下，煤礦機(jī)器人的應(yīng)用之路必將越走越寬。假如多臺(tái)通用化小車在各巷道之間穿梭，在井下自組了一張交通網(wǎng)，將煤礦變?yōu)?ldquo;物流中轉(zhuǎn)中心”，“這是機(jī)器人量大之后帶來的一種群體效應(yīng)，”冷永紅暢想道，“就像螞蟻一樣交頭接耳，我傳給你，你傳給他，甚至都不需要5G網(wǎng)絡(luò)就可以互相傳遞信息。”
　　
　　實(shí)現(xiàn)煤礦無人控制常態(tài)化
　　
　　還有很長(zhǎng)的路要走
　　
　　“安全第一”是所有煤礦人的共識(shí)?？陀^來講，煤礦管理者無法信任智能設(shè)備的安全性，是煤礦機(jī)器人市場(chǎng)破冰的阻礙因素之一。“我們從研發(fā)、生產(chǎn)、認(rèn)證、應(yīng)用這一系列流程來看，要考慮更多安全性的問題，生產(chǎn)制造設(shè)備的難度和成本就會(huì)有所提高。難度提高，就面臨著認(rèn)證過程難度增大。到防爆中心做防爆檢測(cè)，到煤安中心做煤安認(rèn)證，還面臨生產(chǎn)管理能力等各方面的綜合性考量，這又會(huì)帶來研發(fā)和生產(chǎn)的成本提高。”冷永紅嘆惋道，“真正落地應(yīng)用的煤礦機(jī)器人類型相當(dāng)少，這也是不得已的狀況。”
　　
　　煤礦機(jī)器人與家用等其他場(chǎng)景的機(jī)器人相比，環(huán)境條件更嚴(yán)苛，技術(shù)領(lǐng)域更專精，投產(chǎn)流程更漫長(zhǎng)。以煤礦機(jī)器人生產(chǎn)研發(fā)商的視野來看待行業(yè)時(shí)，冷永紅期待一座煤礦機(jī)器人創(chuàng)新基地的建成，各類型機(jī)器人可以在真實(shí)的礦下運(yùn)作起來。如果說煤安認(rèn)證是煤礦機(jī)器人通往落地的“大考”，勝敗在此一舉，創(chuàng)新基地相當(dāng)于給各類型機(jī)器人“模擬考試”的機(jī)會(huì)。在實(shí)景考驗(yàn)中及時(shí)鍛長(zhǎng)補(bǔ)短，而不是閉門研發(fā)、盲人摸象，僅憑認(rèn)證結(jié)果被告知技術(shù)缺陷所在，如此，才能真正給煤礦機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新“提提速”。
　　
　　煤礦安全生產(chǎn)路在何方？路在煤礦智能化。距離實(shí)現(xiàn)從煤礦到洗煤廠的“不落地生產(chǎn)”還有很長(zhǎng)的距離，煤礦機(jī)器人正在努力蛻變，從智能救援和煤礦減人兩個(gè)著力點(diǎn)出發(fā)，以更安全、更可靠、更智能的“礦蟻”角色，助推實(shí)現(xiàn)煤礦零死亡的目標(biāo)，默默守護(hù)萬戶煤礦家庭的平安。