【ZiDongHua 之方案應用場收錄關(guān)鍵詞：雷克智能  機器人   智能礦山   機器視覺   】
　　
　　“煤黑子”變成“煤亮子”，機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因素如影隨形，這就是孫少平工作的大牙灣煤礦。在機器自動化造福千行百業(yè)的今天，煤礦減人戰(zhàn)略依舊舉步維艱，即使用自動掘進機代替鎬頭，卻依然有工人幾個月見不到日光。
　　
　　地面上，5G基站星羅棋布，專家期望將5G信號應用到地下，解決4G網(wǎng)絡下煤礦工業(yè)環(huán)網(wǎng)寬帶不足、復雜信息傳輸延時不可控、井下狀況感知不透明的行業(yè)痛點，由此衍生出“5G煤礦”的概念。
　　
　　“5G煤礦”是數(shù)字化在煤礦場景的深度滲透。在5G通信的覆蓋下，井下通風自動化系統(tǒng)、選煤自動化系統(tǒng)和安全監(jiān)測系統(tǒng)等一系列自動化系統(tǒng)的運作數(shù)據(jù)，被悉數(shù)傳輸至井上操控平臺。以掘進工作面智能設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)絡難以承托的。然而，由于井下防爆要求嚴，信號基站建設成本高， 5G煤礦大規(guī)模落地應用尚待時日。在這樣青黃不接的技術(shù)截斷期，山西綜電科技有限公司（以下簡稱“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)更智能的井下機器人設備，在煤礦智能化的藍圖上增添可圈可點的一筆。
　　
　　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、智能化應用需求，研發(fā)智能化高、質(zhì)量過關(guān)的煤礦井下機器人產(chǎn)品，打造出四擺臂救援機器人和輪式搬運機器人，在真實場景中發(fā)揮重要作用。
　　
　　

　　
　　圖1 山西綜電四擺臂救援機器人
　　
　　四擺臂救援機器人
　　
　　在應急救援場景小試牛刀
　　
　　國家礦山安全監(jiān)察局針對煤礦機器人20種不同的應用場景，將煤礦機器人分為掘進類、采煤類、運輸類、安控類，以及救援類五大類。其中，煤礦救援機器人是不可或缺的一部分。
　　
　　近年來，蛇形機器人越來越多地出現(xiàn)在應急救援現(xiàn)場。應用在煤礦環(huán)境中，蛇形機器人在布滿障礙的廢墟中占據(jù)多地形運動的優(yōu)勢，但也有環(huán)境感知的弊端。蛇形機器人往往會在辨識度低的環(huán)境中喪失方位感，而輪式和履帶式機器人的攝像頭視野更符合人眼視物習慣，方便操控者掌握環(huán)境特征和機器人位置。相比僅有兩條履帶的機器人，四擺臂的設計也為機器人越障性能增幅良多。
　　
　
　　圖2 團隊測試四擺臂救援機器人的越障性能
　　
　　煤礦井下的危險是眾所周知的。根據(jù)形成原因的不同，煤礦井下易發(fā)生的災害主要有五種：瓦斯突出、煤塵突出、礦井火災、礦井水災和頂板事故。“在機器人設計之初，我們就充分考慮到了每種災害的應對方案。煤礦五大災害救援無人化巡視系統(tǒng)提高了對這五大災害的防治能力，并提高了煤礦安全監(jiān)督水平和災害救援的效率。”山西綜電董事長冷永紅著重強調(diào)了救援型機器人對煤礦安全、穩(wěn)定、高效運行的重大意義。
　　
　　CD4氣體和溫濕度探測設備在煤礦井下廣泛應用，可用來防治瓦斯突出、煤塵突出等災害。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力作用下突然噴射而出的地質(zhì)災害。在這種災害發(fā)生前，一般會出現(xiàn)瓦斯氣體濃度異常、溫度忽高忽低的預兆。通過測定甲烷、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%），機器人檢測這些環(huán)境指標達到警戒線后，將通過揚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)的靈敏識別來防治。
　　
　　
　　
　　圖3 四擺臂救援機器人在陽煤救援大隊
　　
　　應對礦井火災和頂板事故，需要用到機器人搭載的視覺識別模塊。發(fā)現(xiàn)火焰后，將標注位置，向總控中心發(fā)送火焰大小、位置，結(jié)合機器人采集到的環(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擴大的潛在危險因素，命令機器人采取力所能及的滅火操作。同理，機器人在巷道行駛途中使用攝像頭收集頂板圖像，通過智能識別裂縫寬度來評估發(fā)生頂板事故的風險。此外，機器識別模塊的對象還包括警示牌和人形等。機器人識別到警示牌后，通過和學習庫對比，“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，將采取躲避動作，避免對人員造成傷害，保障人機交互的安全可靠。山西綜電自建機器學習數(shù)據(jù)庫，隨著應用規(guī)模擴大和時間延申，定期更新，助力機器人視覺模塊識別準確率和智能化水平得到進一步提升。
　　
　　“小黃車”跑遍地下礦網(wǎng)
　　
　　這個設想正行于路上
　　
　　“我曾聽到一種‘急平結(jié)合’的理念，這個理念能很好地指導未來一段時間內(nèi)煤礦機器人的發(fā)展方向。”據(jù)冷永紅介紹，所謂“急”，是面向發(fā)生煤礦事故后的應急救援場景，“平”是面向煤礦平時生產(chǎn)場景中的環(huán)境檢測、物品運輸?shù)热粘９δ堋?ldquo;急平結(jié)合”是指煤礦不僅要發(fā)展救援機器人這樣工作在特殊場景中的機器人，同時也要研發(fā)輔助生產(chǎn)的通用性機器人。在四擺臂機器人順利投入應用后，冷永紅研發(fā)團隊開始思考一種通用的輪式煤礦井下機器人，經(jīng)過權(quán)衡，他們將目光轉(zhuǎn)向搬運類機器人。
　　
　　經(jīng)過兩年的深耕探索，輪式搬運機器人終于研發(fā)成功。擺臂的成本和制造難度都非常高，在應對常規(guī)場景下坑坑洼洼的障礙時，輪式AGV也能夠做到游刃有余。不同于四擺臂機器人將攝像頭架設在上部的設計，它的上部呈平臺狀，前后各帶兩盞礦燈，目前正在申請煤礦安全認證。由于通體刷成亮黃色，冷永紅研發(fā)團隊親切地叫它“小黃車”。“之所以給它的上部做成小平臺的設計，是為了適配將來更多應用，比如焊接一個物料斗，就能讓它搬運工具和物品，再比如裝載帶鉆孔末端的機械手，小黃車就有了操作手。”冷永紅舉例道，“當然，機械手這類二次搭載的模塊也需要經(jīng)過煤安認證。為確保生產(chǎn)安全，煤礦井下的礦燈都需要辦理認證手續(xù)才能上崗，我們把小黃車送去煤安認證，也是為了它將來能得到更廣泛的應用和認可。”
　　
　　
　　
　　與四擺臂救援機器人類似，“小黃車”上搭載了氣體探測模塊和機器視覺模塊，具備基礎(chǔ)的智能性。每臺“小黃車”上還配有一臺礦用平板電腦，其中集成了多項命令，如“從一號巷道出發(fā)，裝載工具，運送到二號巷道”，工人忙碌時也可以通過語音輸入指令。“小黃車”又像一部可以移動的無線衛(wèi)星通信電話，工作人員通過它即可聯(lián)絡到井上總控中心。
　　
　　通用化的平臺設計，讓“小黃車”能在井下?lián)碛卸嘀毓τ?，在煤礦安全認證的加持下，煤礦機器人的應用之路必將越走越寬。假如多臺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”，“這是機器人量大之后帶來的一種群體效應，”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)絡就可以互相傳遞信息。”
　　
　　實現(xiàn)煤礦無人控制常態(tài)化
　　
　　還有很長的路要走
　　
　　“安全第一”是所有煤礦人的共識?？陀^來講，煤礦管理者無法信任智能設備的安全性，是煤礦機器人市場破冰的阻礙因素之一。“我們從研發(fā)、生產(chǎn)、認證、應用這一系列流程來看，要考慮更多安全性的問題，生產(chǎn)制造設備的難度和成本就會有所提高。難度提高，就面臨著認證過程難度增大。到防爆中心做防爆檢測，到煤安中心做煤安認證，還面臨生產(chǎn)管理能力等各方面的綜合性考量，這又會帶來研發(fā)和生產(chǎn)的成本提高。”冷永紅嘆惋道，“真正落地應用的煤礦機器人類型相當少，這也是不得已的狀況。”
　　
　　煤礦機器人與家用等其他場景的機器人相比，環(huán)境條件更嚴苛，技術(shù)領(lǐng)域更專精，投產(chǎn)流程更漫長。以煤礦機器人生產(chǎn)研發(fā)商的視野來看待行業(yè)時，冷永紅期待一座煤礦機器人創(chuàng)新基地的建成，各類型機器人可以在真實的礦下運作起來。如果說煤安認證是煤礦機器人通往落地的“大考”，勝敗在此一舉，創(chuàng)新基地相當于給各類型機器人“模擬考試”的機會。在實景考驗中及時鍛長補短，而不是閉門研發(fā)、盲人摸象，僅憑認證結(jié)果被告知技術(shù)缺陷所在，如此，才能真正給煤礦機器人技術(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。距離實現(xiàn)從煤礦到洗煤廠的“不落地生產(chǎn)”還有很長的距離，煤礦機器人正在努力蛻變，從智能救援和煤礦減人兩個著力點出發(fā)，以更安全、更可靠、更智能的“礦蟻”角色，助推實現(xiàn)煤礦零死亡的目標，默默守護萬戶煤礦家庭的平安。