近日，黑龍江科技大學(xué)科研團隊成功研發(fā)出一款煤礦智能協(xié)作式巡檢機器人，該機器人憑借其先進的技術(shù)、卓越的性能以及強大的適應(yīng)性，有望徹底改變傳統(tǒng)煤礦巡檢模式，為礦山安全保駕護航。項目一經(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：多技術(shù)融合助力智能巡檢
　　
　　（一）多源融合導(dǎo)航技術(shù)
　　
　　針對煤礦井下環(huán)境復(fù)雜、GPS信號缺失等問題，該機器人創(chuàng)新性地融合了激光雷達、視覺相機與慣性測量單元（IMU），構(gòu)建起激光雷達慣性視覺里程測量系統(tǒng)（LIVO）。其中，激光雷達負責掃描環(huán)境并生成高精度點云數(shù)據(jù)，視覺相機則提供豐富的紋理信息用于特征提取，IMU用于測量機器人的姿態(tài)和加速度。在融合過程中，機器人首先對激光雷達掃描中的運動失真進行補償，然后計算幀-映射點-平面殘差；同時，從視覺全局地圖中提取當前視場角內(nèi)的視覺子地圖，并剔除離群點，進行稀疏直接視覺對齊以計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，將激光雷達點面殘差和圖像光度誤差與IMU傳播緊密融合，實現(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，機器人也能憑借此技術(shù)精準地進行自定位和探索，為后續(xù)的巡檢工作提供堅實的技術(shù)支撐。
　　
　　（二）5G+VPN通信技術(shù)
　　
　　為解決礦井下通信信號弱、不穩(wěn)定的問題，機器人采用了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，為機器人提供了高速穩(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，機器人能夠?qū)崿F(xiàn)與控制中心的實時、安全通信。在礦井下，機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，實時傳輸至地面控制中心；同時，控制中心也能及時向機器人下達指令，實現(xiàn)遠程操控和協(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確性，還有效降低了因通信故障導(dǎo)致的安全風(fēng)險。 　　（三）VR+數(shù)字孿生技術(shù)
　　
　　機器人配備了先進的VR+數(shù)字孿生技術(shù)，為操作人員提供了一個沉浸式的遠程監(jiān)控和操作平臺。通過在VR平臺下構(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)境和機器人的工作狀態(tài)。在這個虛擬環(huán)境中，操作人員能夠?qū)崟r獲取機器人的位置、姿態(tài)、傳感器數(shù)據(jù)等信息，并根據(jù)實際需求對機器人進行精準控制。例如，操作人員可以通過VR設(shè)備觀察機器人在巷道中的巡檢情況，當發(fā)現(xiàn)異常時，立即下達指令調(diào)整機器人的行動路徑或工作任務(wù)。此外，數(shù)字孿生模型還能夠?qū)ΦV井環(huán)境和機器人的運行狀態(tài)進行實時模擬和預(yù)測，幫助操作人員提前制定應(yīng)對策略，提高巡檢工作的主動性和前瞻性。 　　二、創(chuàng)新優(yōu)勢：集群式協(xié)作提升巡檢效能
　　
　　（一）空地協(xié)同，覆蓋更廣
　　
　　該機器人創(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器人、變胞式空地兩棲巡檢機器人和工作協(xié)助機器人。履帶式機器人配備多種傳感器，可在復(fù)雜巷道中穩(wěn)定行駛，對井下設(shè)備和環(huán)境進行近距離檢測；變胞式空地兩棲機器人則能根據(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，快速到達指定位置，實現(xiàn)對礦井的全方位、大范圍巡檢。在實際應(yīng)用中，空地機器人相互協(xié)作，優(yōu)勢互補。例如，在檢測礦井通風(fēng)情況時，空地兩棲機器人可快速飛至通風(fēng)口處進行氣體檢測，而履帶式機器人則在巷道內(nèi)進行設(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。
　　
　　（二）變胞設(shè)計，適應(yīng)多樣
　　
　　變胞式空地兩棲機器人的獨特設(shè)計使其具備強大的適應(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，快速抵達人工難以到達的區(qū)域；在陸地模式下，機器人則切換至輪式行駛，通過定制的外轉(zhuǎn)子無刷電機驅(qū)動輪轂，實現(xiàn)穩(wěn)定行駛。此外，機器人的機臂采用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)強度，又減輕了自重，提高了機動性和續(xù)航能力。這種變胞設(shè)計使得機器人能夠在不同地形和任務(wù)場景中靈活切換，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)通過精確控制電機的磁場定向，實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電機驅(qū)動。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，確保機器人在復(fù)雜電磁環(huán)境下的穩(wěn)定運行。即使在強電磁干擾的情況下，機器人也能準確接收和執(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)的順利進行。
　　
　　三、性能卓越：穩(wěn)定可靠的“礦山衛(wèi)士”
　　
　　（一）續(xù)航能力出色
　　
　　在性能測試中，該機器人展現(xiàn)出了令人驚嘆的續(xù)航能力。陸地機器人在模擬礦井環(huán)境中，能夠連續(xù)不間斷作業(yè)8小時左右，滿足煤礦長時間巡檢的需求。其高效的能源管理系統(tǒng)功不可沒，該系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測電池狀態(tài)，對電池進行智能充放電控制，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，機器人還配備了超級電容模組作為備用電源，當主電池電量不足時，超級電容能夠及時提供電力支持，進一步延長機器人的工作時間，確保巡檢任務(wù)的連續(xù)性。
　　
　　（二）自定位精度高
　　
　　陸地機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確性提供了有力保障。在礦井下，機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，機器人都能準確地識別自己的位置并執(zhí)行相應(yīng)的巡檢任務(wù)。例如，在對礦井中的管道和電纜進行巡檢時，機器人能夠沿著管道和電纜的走向精準移動，及時發(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在飛行模式下，即便在無GPS信號且負載2kg的情況下，仍能實現(xiàn)位置漂移僅±3cm的穩(wěn)定懸停，最大飛行速度可達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1m/s，具備跨越5cm臺階的越障能力，單次續(xù)航延長至30分鐘。在飛行模式下，無人機能夠快速飛越礦井內(nèi)的各種障礙物，如支架、管道等，對礦井頂部和通風(fēng)口等難以到達的區(qū)域進行全面檢測；在陸地模式下，無人機則可以穩(wěn)定行駛在巷道內(nèi)，對地面設(shè)備和環(huán)境進行細致巡檢。其出色的越障能力和續(xù)航能力使得機器人能夠在復(fù)雜礦井環(huán)境中高效完成巡檢任務(wù)。
　　
　　四、團隊實力：科研精英匯聚，創(chuàng)新成果頻出
　　
　　（一）專業(yè)指導(dǎo)教師引領(lǐng)
　　
　　該項目由黑龍江科技大學(xué)的資深教授領(lǐng)銜指導(dǎo)。指導(dǎo)教師在機器人技術(shù)、自動化控制、人工智能等領(lǐng)域擁有深厚的專業(yè)知識和豐富的科研經(jīng)驗。他們?yōu)閳F隊提供了全面的技術(shù)指導(dǎo)和專業(yè)的建議，從項目的選題、方案設(shè)計到技術(shù)實現(xiàn)，全程參與并嚴格把關(guān)。在團隊遇到技術(shù)難題時，指導(dǎo)教師憑借其深厚的學(xué)術(shù)造詣和實踐經(jīng)驗豐富，為學(xué)生提供了關(guān)鍵性的指導(dǎo)，幫助團隊突破技術(shù)瓶頸，推動項目的順利進展。 　　（二）跨學(xué)科人才協(xié)同
　　
　　科研團隊匯聚了來自不同學(xué)科的優(yōu)秀本科生，成員涵蓋機械工程、電子工程、計算機科學(xué)、自動化控制等多個專業(yè)領(lǐng)域。這種跨學(xué)科的人才結(jié)構(gòu)為項目的研發(fā)提供了全面的技術(shù)支持。機械工程專業(yè)的學(xué)生負責機器人的機械設(shè)計和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，確保機器人具備良好的機動性和穩(wěn)定性；電子工程專業(yè)的學(xué)生承擔了硬件電路的設(shè)計與調(diào)試工作，為機器人搭建了高效可靠的電子系統(tǒng)；計算機科學(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)，賦予了機器人智能化的“大腦”；自動化控制專業(yè)的學(xué)生優(yōu)化機器人的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了機器人的精準操控和自動化作業(yè)。各專業(yè)學(xué)生在項目中充分發(fā)揮自己的專業(yè)優(yōu)勢，緊密合作，形成了強大的研發(fā)合力。
　　
　　（三）科研成果豐碩
　　
　　團隊自成立以來，在各類科技創(chuàng)新競賽中屢獲佳績，先后榮獲國家級和省級獎項多項，充分展示了團隊的創(chuàng)新實力和科研水平。這些榮譽的取得不僅是對團隊過往努力的肯定，也為項目的進一步發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。在項目研發(fā)過程中，團隊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。他們將競賽中積累的經(jīng)驗和技術(shù)應(yīng)用到本項目的研發(fā)中，成功解決了多個關(guān)鍵技術(shù)難題，確保項目的順利推進和高質(zhì)量完成。 　　五、成果轉(zhuǎn)化：為煤礦企業(yè)帶來福音
　　
　　目前，該項目已與多家大型煤礦企業(yè)達成合作意向，有望實現(xiàn)科研成果的快速轉(zhuǎn)化。對于煤礦企業(yè)而言，引入該智能協(xié)作巡檢機器人將帶來多方面的顯著效益。
　　
　　（一）降低人工成本
　　
　　傳統(tǒng)煤礦巡檢主要依賴人工，需要投入大量的人力和時間。而該機器人的應(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。一臺機器人可以承擔相當于多名巡檢人員的工作任務(wù)，且能夠?qū)崿F(xiàn)24小時不間斷作業(yè)，提高了巡檢工作的效率和經(jīng)濟性。
　　
　　（二）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。機器人代替人工進入危險區(qū)域進行巡檢，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，機器人能夠?qū)崟r監(jiān)測礦井環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患并發(fā)出警報，為企業(yè)采取預(yù)防措施提供了充足的時間，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。
　　
　　（三）提高生產(chǎn)效率
　　
　　該機器人具備高效的巡檢能力和快速響應(yīng)機制，能夠及時發(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行處理，減少設(shè)備停機時間和生產(chǎn)中斷的頻率，提高生產(chǎn)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。此外，機器人還可以通過對礦井環(huán)境的實時監(jiān)測，為企業(yè)的生產(chǎn)決策提供準確的數(shù)據(jù)支持，幫助企業(yè)優(yōu)化生產(chǎn)布局和工藝流程，進一步提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益。
　　
　　（四）符合政策導(dǎo)向
　　
　　隨著國家對煤礦安全生產(chǎn)和智能化建設(shè)的重視程度不斷提高，相關(guān)政策對煤礦企業(yè)的智能化升級改造提出了明確要求。該智能協(xié)作巡檢機器人的應(yīng)用，將助力煤礦企業(yè)實現(xiàn)智能化轉(zhuǎn)型，滿足政策法規(guī)的要求，提升企業(yè)的社會形象和市場競爭力。企業(yè)可以借此機會樹立良好的行業(yè)標桿，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)科研團隊成功研發(fā)的煤礦智能協(xié)作式巡檢機器人，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。該項目在技術(shù)創(chuàng)新、系統(tǒng)性能、團隊建設(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)作巡檢機器人將在更多煤礦企業(yè)中得到推廣應(yīng)用，為我國煤炭工業(yè)的安全生產(chǎn)和智能化發(fā)展注入強大動力。同時，該機器人的研發(fā)經(jīng)驗和技術(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，推動我國智能機器人技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。我們有理由相信，在科研團隊的持續(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元，為我國的能源產(chǎn)業(yè)安全發(fā)展保駕護航。