近日，黑龍江科技大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一款煤礦智能協(xié)作式巡檢機(jī)器人，該機(jī)器人憑借其先進(jìn)的技術(shù)、卓越的性能以及強(qiáng)大的適應(yīng)性，有望徹底改變傳統(tǒng)煤礦巡檢模式，為礦山安全保駕護(hù)航。項(xiàng)目一經(jīng)推出，便受到多家煤礦企業(yè)的高度關(guān)注，成果轉(zhuǎn)換前景廣闊。
　　
　　一、技術(shù)亮點(diǎn)：多技術(shù)融合助力智能巡檢
　　
　�。ㄒ唬┒嘣慈诤蠈�(dǎo)航技術(shù)
　　
　　針對(duì)煤礦井下環(huán)境復(fù)雜、GPS信號(hào)缺失等問題，該機(jī)器人創(chuàng)新性地融合了激光雷達(dá)、視覺相機(jī)與慣性測(cè)量單元（IMU），構(gòu)建起激光雷達(dá)慣性視覺里程測(cè)量系統(tǒng)（LIVO）。其中，激光雷達(dá)負(fù)責(zé)掃描環(huán)境并生成高精度點(diǎn)云數(shù)據(jù)，視覺相機(jī)則提供豐富的紋理信息用于特征提取，IMU用于測(cè)量機(jī)器人的姿態(tài)和加速度。在融合過程中，機(jī)器人首先對(duì)激光雷達(dá)掃描中的運(yùn)動(dòng)失真進(jìn)行補(bǔ)償，然后計(jì)算幀-映射點(diǎn)-平面殘差；同時(shí)，從視覺全局地圖中提取當(dāng)前視場(chǎng)角內(nèi)的視覺子地圖，并剔除離群點(diǎn)，進(jìn)行稀疏直接視覺對(duì)齊以計(jì)算幀到地圖的圖像光度誤差。最終，通過誤差狀態(tài)迭代卡爾曼濾波器，將激光雷達(dá)點(diǎn)面殘差和圖像光度誤差與IMU傳播緊密融合，實(shí)現(xiàn)精確的定位與建圖。即使在礦井下復(fù)雜的退化環(huán)境中，機(jī)器人也能憑借此技術(shù)精準(zhǔn)地進(jìn)行自定位和探索，為后續(xù)的巡檢工作提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。
　　
　�。ǘ�）5G+VPN通信技術(shù)
　　
　　為解決礦井下通信信號(hào)弱、不穩(wěn)定的問題，機(jī)器人采用了5G+VPN的通信方案。5G網(wǎng)絡(luò)以其高帶寬、低延遲、高可靠性的特點(diǎn)，為機(jī)器人提供了高速穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸通道。而VPN技術(shù)則在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了安全的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋Ｃ苄院屯暾�性。通過將VPN部署于云服務(wù)器并與5G網(wǎng)絡(luò)傳輸相結(jié)合，機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)與控制中心的實(shí)時(shí)、安全通信。在礦井下，機(jī)器人可以將采集到的各類數(shù)據(jù)，如環(huán)境參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、視頻圖像等，實(shí)時(shí)傳輸至地面控制中心；同時(shí)，控制中心也能及時(shí)向機(jī)器人下達(dá)指令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控和協(xié)同作業(yè)。這種通信方案不僅提高了巡檢工作的效率和準(zhǔn)確性，還有效降低了因通信故障導(dǎo)致的安全風(fēng)險(xiǎn)。 　�。ㄈ�）VR+數(shù)字孿生技術(shù)
　　
　　機(jī)器人配備了先進(jìn)的VR+數(shù)字孿生技術(shù)，為操作人員提供了一個(gè)沉浸式的遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作平臺(tái)。通過在VR平臺(tái)下構(gòu)建礦井的數(shù)字孿生模型，操作人員仿佛身臨其境，可以直觀地觀察礦井下的環(huán)境和機(jī)器人的工作狀態(tài)。在這個(gè)虛擬環(huán)境中，操作人員能夠?qū)崟r(shí)獲取機(jī)器人的位置、姿態(tài)、傳感器數(shù)據(jù)等信息，并根據(jù)實(shí)際需求對(duì)機(jī)器人進(jìn)行精準(zhǔn)控制。例如，操作人員可以通過VR設(shè)備觀察機(jī)器人在巷道中的巡檢情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，立即下達(dá)指令調(diào)整機(jī)器人的行動(dòng)路徑或工作任務(wù)。此外，數(shù)字孿生模型還能夠?qū)ΦV井環(huán)境和機(jī)器人的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)模擬和預(yù)測(cè)，幫助操作人員提前制定應(yīng)對(duì)策略，提高巡檢工作的主動(dòng)性和前瞻性。 　　二、創(chuàng)新優(yōu)勢(shì)：集群式協(xié)作提升巡檢效能
　　
　　（一）空地協(xié)同，覆蓋更廣
　　
　　該機(jī)器人創(chuàng)新性地采用了空地協(xié)同工作模式，集群包括履帶式巡檢機(jī)器人、變胞式空地兩棲巡檢機(jī)器人和工作協(xié)助機(jī)器人。履帶式機(jī)器人配備多種傳感器，可在復(fù)雜巷道中穩(wěn)定行駛，對(duì)井下設(shè)備和環(huán)境進(jìn)行近距離檢測(cè)；變胞式空地兩棲機(jī)器人則能根據(jù)任務(wù)需求，在陸地行駛和空中飛行模式間自由切換，輕松跨越障礙物，快速到達(dá)指定位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦井的全方位、大范圍巡檢。在實(shí)際應(yīng)用中，空地機(jī)器人相互協(xié)作，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。例如，在檢測(cè)礦井通風(fēng)情況時(shí)，空地兩棲機(jī)器人可快速飛至通風(fēng)口處進(jìn)行氣體檢測(cè)，而履帶式機(jī)器人則在巷道內(nèi)進(jìn)行設(shè)備巡檢，兩者協(xié)同工作，大大提高了巡檢效率和覆蓋范圍。
　　
　�。ǘ�）變胞設(shè)計(jì)，適應(yīng)多樣
　　
　　變胞式空地兩棲機(jī)器人的獨(dú)特設(shè)計(jì)使其具備強(qiáng)大的適應(yīng)性。其模態(tài)切換系統(tǒng)采用高精度數(shù)字舵機(jī)和閉環(huán)控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)飛行與陸地模式的快速、可靠切換。在飛行模式下，機(jī)器人利用螺旋槳產(chǎn)生的升力在空中飛行，可有效避開地面障礙物，快速抵達(dá)人工難以到達(dá)的區(qū)域；在陸地模式下，機(jī)器人則切換至輪式行駛，通過定制的外轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪轂，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定行駛。此外，機(jī)器人的機(jī)臂采用T700碳纖維管和3K斜紋碳纖維材質(zhì)輪轂，既保證了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，又減輕了自重，提高了機(jī)動(dòng)性和續(xù)航能力。這種變胞設(shè)計(jì)使得機(jī)器人能夠在不同地形和任務(wù)場(chǎng)景中靈活切換，適應(yīng)煤礦井下多變的環(huán)境條件。
　　
　　（三）三重抗干擾，穩(wěn)定可靠
　　
　　機(jī)器人搭載的三重抗干擾FOC控制系統(tǒng)，能夠有效抵御煤礦巷道內(nèi)的電磁噪聲。FOC控制系統(tǒng)通過精確控制電機(jī)的磁場(chǎng)定向，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電機(jī)驅(qū)動(dòng)。在煤礦井下，由于存在大量的電氣設(shè)備和金屬結(jié)構(gòu)，電磁干擾問題十分突出。該三重抗干擾設(shè)計(jì)通過硬件濾波、軟件算法優(yōu)化以及電磁屏蔽等多重措施，確保機(jī)器人在復(fù)雜電磁環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。即使在強(qiáng)電磁干擾的情況下，機(jī)器人也能準(zhǔn)確接收和執(zhí)行控制指令，保持穩(wěn)定的行駛和工作狀態(tài)，保障巡檢任務(wù)的順利進(jìn)行。
　　
　　三、性能卓越：穩(wěn)定可靠的“礦山衛(wèi)士”
　　
　�。ㄒ唬├m(xù)航能力出色
　　
　　在性能測(cè)試中，該機(jī)器人展現(xiàn)出了令人驚嘆的續(xù)航能力。陸地機(jī)器人在模擬礦井環(huán)境中，能夠連續(xù)不間斷作業(yè)8小時(shí)左右，滿足煤礦長(zhǎng)時(shí)間巡檢的需求。其高效的能源管理系統(tǒng)功不可沒，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電池狀態(tài)，對(duì)電池進(jìn)行智能充放電控制，并通過優(yōu)化的電源分配策略，確保各部件在工作過程中獲得穩(wěn)定的電力供應(yīng)。同時(shí)，機(jī)器人還配備了超級(jí)電容模組作為備用電源，當(dāng)主電池電量不足時(shí)，超級(jí)電容能夠及時(shí)提供電力支持，進(jìn)一步延長(zhǎng)機(jī)器人的工作時(shí)間，確保巡檢任務(wù)的連續(xù)性。
　　
　�。ǘ�）自定位精度高
　　
　　陸地機(jī)器人自定位誤差控制在0.01m-0.05m范圍內(nèi)，這一驚人的精度水平為巡檢工作的準(zhǔn)確性提供了有力保障。在礦井下，機(jī)器人的高精度自定位能力使其能夠按照預(yù)設(shè)的巡檢路徑精準(zhǔn)行駛，避免因定位誤差導(dǎo)致的巡檢遺漏或重復(fù)。無論是狹窄的巷道還是復(fù)雜的交叉口，機(jī)器人都能準(zhǔn)確地識(shí)別自己的位置并執(zhí)行相應(yīng)的巡檢任務(wù)。例如，在對(duì)礦井中的管道和電纜進(jìn)行巡檢時(shí)，機(jī)器人能夠沿著管道和電纜的走向精準(zhǔn)移動(dòng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患。 　　（四）飛行與陸地模式性能優(yōu)異
　　
　　變胞式空地兩棲無人機(jī)在飛行模式下，即便在無GPS信號(hào)且負(fù)載2kg的情況下，仍能實(shí)現(xiàn)位置漂移僅±3cm的穩(wěn)定懸停，最大飛行速度可達(dá)10.2m/s，單次續(xù)航10分鐘；切換至陸地模式，它在平坦地面行駛速度可達(dá)1m/s，具備跨越5cm臺(tái)階的越障能力，單次續(xù)航延長(zhǎng)至30分鐘。在飛行模式下，無人機(jī)能夠快速飛越礦井內(nèi)的各種障礙物，如支架、管道等，對(duì)礦井頂部和通風(fēng)口等難以到達(dá)的區(qū)域進(jìn)行全面檢測(cè)；在陸地模式下，無人機(jī)則可以穩(wěn)定行駛在巷道內(nèi)，對(duì)地面設(shè)備和環(huán)境進(jìn)行細(xì)致巡檢。其出色的越障能力和續(xù)航能力使得機(jī)器人能夠在復(fù)雜礦井環(huán)境中高效完成巡檢任務(wù)。
　　
　　四、團(tuán)隊(duì)實(shí)力：科研精英匯聚，創(chuàng)新成果頻出
　　
　�。ㄒ唬�專業(yè)指導(dǎo)教師引領(lǐng)
　　
　　該項(xiàng)目由黑龍江科技大學(xué)的資深教授領(lǐng)銜指導(dǎo)。指導(dǎo)教師在機(jī)器人技術(shù)、自動(dòng)化控制、人工智能等領(lǐng)域擁有深厚的專業(yè)知識(shí)和豐富的科研經(jīng)驗(yàn)。他們?yōu)閳F(tuán)隊(duì)提供了全面的技術(shù)指導(dǎo)和專業(yè)的建議，從項(xiàng)目的選題、方案設(shè)計(jì)到技術(shù)實(shí)現(xiàn)，全程參與并嚴(yán)格把關(guān)。在團(tuán)隊(duì)遇到技術(shù)難題時(shí)，指導(dǎo)教師憑借其深厚的學(xué)術(shù)造詣和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富，為學(xué)生提供了關(guān)鍵性的指導(dǎo)，幫助團(tuán)隊(duì)突破技術(shù)瓶頸，推動(dòng)項(xiàng)目的順利進(jìn)展。 　　（二）跨學(xué)科人才協(xié)同
　　
　　科研團(tuán)隊(duì)匯聚了來自不同學(xué)科的優(yōu)秀本科生，成員涵蓋機(jī)械工程、電子工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)、自動(dòng)化控制等多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域。這種跨學(xué)科的人才結(jié)構(gòu)為項(xiàng)目的研發(fā)提供了全面的技術(shù)支持。機(jī)械工程專業(yè)的學(xué)生負(fù)責(zé)機(jī)器人的機(jī)械設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，確保機(jī)器人具備良好的機(jī)動(dòng)性和穩(wěn)定性；電子工程專業(yè)的學(xué)生承擔(dān)了硬件電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試工作，為機(jī)器人搭建了高效可靠的電子系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)科學(xué)專業(yè)的學(xué)生則專注于導(dǎo)航算法、圖像處理、數(shù)據(jù)通信等軟件方面的研發(fā)，賦予了機(jī)器人智能化的“大腦”；自動(dòng)化控制專業(yè)的學(xué)生優(yōu)化機(jī)器人的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的精準(zhǔn)操控和自動(dòng)化作業(yè)。各專業(yè)學(xué)生在項(xiàng)目中充分發(fā)揮自己的專業(yè)優(yōu)勢(shì)，緊密合作，形成了強(qiáng)大的研發(fā)合力。
　　
　�。ㄈ�）科研成果豐碩
　　
　　團(tuán)隊(duì)自成立以來，在各類科技創(chuàng)新競(jìng)賽中屢獲佳績(jī)，先后榮獲國(guó)家級(jí)和省級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)多項(xiàng)，充分展示了團(tuán)隊(duì)的創(chuàng)新實(shí)力和科研水平。這些榮譽(yù)的取得不僅是對(duì)團(tuán)隊(duì)過往努力的肯定，也為項(xiàng)目的進(jìn)一步發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在項(xiàng)目研發(fā)過程中，團(tuán)隊(duì)成員積極參與科研訓(xùn)練，不斷提升自己的科研能力和創(chuàng)新思維。他們將競(jìng)賽中積累的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)應(yīng)用到本項(xiàng)目的研發(fā)中，成功解決了多個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難題，確保項(xiàng)目的順利推進(jìn)和高質(zhì)量完成。 　　五、成果轉(zhuǎn)化：為煤礦企業(yè)帶來福音
　　
　　目前，該項(xiàng)目已與多家大型煤礦企業(yè)達(dá)成合作意向，有望實(shí)現(xiàn)科研成果的快速轉(zhuǎn)化。對(duì)于煤礦企業(yè)而言，引入該智能協(xié)作巡檢機(jī)器人將帶來多方面的顯著效益。
　　
　�。ㄒ唬┙档腿斯こ杀�
　　
　　傳統(tǒng)煤礦巡檢主要依賴人工，需要投入大量的人力和時(shí)間。而該機(jī)器人的應(yīng)用將大大減少人工巡檢的頻次和工作量，降低企業(yè)的人力成本投入。一臺(tái)機(jī)器人可以承擔(dān)相當(dāng)于多名巡檢人員的工作任務(wù)，且能夠?qū)崿F(xiàn)24小時(shí)不間斷作業(yè)，提高了巡檢工作的效率和經(jīng)濟(jì)性。
　　
　�。ǘ�）提升安全水平
　　
　　煤礦井下環(huán)境惡劣，人工巡檢面臨著巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)。機(jī)器人代替人工進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行巡檢，有效避免了因人工操作失誤或環(huán)境因素導(dǎo)致的安全事故，保障了礦工的生命安全。同時(shí)，機(jī)器人能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)礦井環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患并發(fā)出警報(bào)，為企業(yè)采取預(yù)防措施提供了充足的時(shí)間，從而降低事故發(fā)生率，提升煤礦企業(yè)的整體安全管理水平。
　　
　�。ㄈ�）提高生產(chǎn)效率
　　
　　該機(jī)器人具備高效的巡檢能力和快速響應(yīng)機(jī)制，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障和生產(chǎn)過程中的問題，并將信息反饋至控制中心。企業(yè)可以迅速安排維修人員進(jìn)行處理，減少設(shè)備停機(jī)時(shí)間和生產(chǎn)中斷的頻率，提高生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。此外，機(jī)器人還可以通過對(duì)礦井環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為企業(yè)的生產(chǎn)決策提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，幫助企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)布局和工藝流程，進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。
　　
　�。ㄋ模┓�合政策導(dǎo)向
　　
　　隨著國(guó)家對(duì)煤礦安全生產(chǎn)和智能化建設(shè)的重視程度不斷提高，相關(guān)政策對(duì)煤礦企業(yè)的智能化升級(jí)改造提出了明確要求。該智能協(xié)作巡檢機(jī)器人的應(yīng)用，將助力煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)智能化轉(zhuǎn)型，滿足政策法規(guī)的要求，提升企業(yè)的社會(huì)形象和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。企業(yè)可以借此機(jī)會(huì)樹立良好的行業(yè)標(biāo)桿，引領(lǐng)煤礦行業(yè)的技術(shù)發(fā)展潮流。
　　
　　六、未來展望：引領(lǐng)礦山巡檢智能化發(fā)展
　　
　　黑龍江科技大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)的煤礦智能協(xié)作式巡檢機(jī)器人，為礦山安全巡檢提供了一種智能化、高效化、可靠化的全新解決方案。該項(xiàng)目在技術(shù)創(chuàng)新、系統(tǒng)性能、團(tuán)隊(duì)建設(shè)以及成果轉(zhuǎn)化等方面均取得了顯著成效，具有廣闊的應(yīng)用前景和重要的行業(yè)意義。
　　
　　在未來的發(fā)展中，隨著技術(shù)的不斷成熟和完善，煤礦智能協(xié)作巡檢機(jī)器人將在更多煤礦企業(yè)中得到推廣應(yīng)用，為我國(guó)煤炭工業(yè)的安全生產(chǎn)和智能化發(fā)展注入強(qiáng)大動(dòng)力。同時(shí)，該機(jī)器人的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)成果也將為其他相關(guān)領(lǐng)域的智能化裝備研發(fā)提供有益借鑒，推動(dòng)我國(guó)智能機(jī)器人技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。我們有理由相信，在科研團(tuán)隊(duì)的持續(xù)努力和煤礦企業(yè)的積極配合下，煤礦智能協(xié)作巡檢機(jī)器人將在礦山安全領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用，開啟礦山智能巡檢的新紀(jì)元，為我國(guó)的能源產(chǎn)業(yè)安全發(fā)展保駕護(hù)航。