趙 磊

（內(nèi)蒙古平莊煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司元寶山露天煤礦，內(nèi)蒙古 赤峰 024076）

礦山行業(yè)一直是我國(guó)能源、工業(yè)產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)基礎(chǔ)行業(yè)，其開(kāi)采的各種礦產(chǎn)資源，滿(mǎn)足了社會(huì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域發(fā)展的各種需求，為國(guó)家貢獻(xiàn)了巨大的財(cái)富。伴隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)智能化水平的提升，礦山行業(yè)在近年來(lái)逐步進(jìn)入了現(xiàn)代化、智能化的發(fā)展階段，各種現(xiàn)代化設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用不僅提升了效率和效益，也大大推進(jìn)了安全、高效生產(chǎn)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，尤其是作為高效運(yùn)輸環(huán)節(jié)的膠帶運(yùn)輸，在作業(yè)過(guò)程中可能伴隨著各種的突發(fā)情況，通過(guò)智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用，巡檢更具智能、高效，實(shí)現(xiàn)了對(duì)運(yùn)輸全過(guò)程的監(jiān)督和管控，保障了正常的生產(chǎn)秩序。

1 礦山膠帶運(yùn)輸智能巡檢機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)

1.1 移動(dòng)平臺(tái)技術(shù)

礦山膠帶運(yùn)輸智能巡檢機(jī)器人的總體構(gòu)成相對(duì)復(fù)雜，移動(dòng)平臺(tái)僅僅是其中的一個(gè)部分，雖然在當(dāng)下的發(fā)展條件下有了多種的移動(dòng)平臺(tái)，但不同的平臺(tái)下所對(duì)應(yīng)的工作方式有呈現(xiàn)出各自的獨(dú)特性。各個(gè)礦山企業(yè)在移動(dòng)平臺(tái)的選擇上，一般要綜合考慮巡檢現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件，對(duì)比輪式、履帶式或者軌道式的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇最符合自身的移動(dòng)平臺(tái)技術(shù)[1]。相比較而言，履帶式和輪式移動(dòng)平臺(tái)的靈活性相對(duì)較高，但膠帶機(jī)地表基礎(chǔ)要求較高，整個(gè)的移動(dòng)平臺(tái)選擇時(shí)，還需綜合考慮防潮、防振、防塵等方面的因素，如果選用的是軌道式移動(dòng)平臺(tái)，一般要在巷道頂部進(jìn)行軌道式移動(dòng)平臺(tái)的安裝，但移動(dòng)軌跡固定，靈活性受限。

1.2 定位與導(dǎo)航技術(shù)

定位與導(dǎo)航技術(shù)同樣是智能巡檢機(jī)器人中的核心技術(shù)，在這一技術(shù)的輔助下，整個(gè)的巡檢工作進(jìn)行中，定位更為精準(zhǔn)?，F(xiàn)階段隨著現(xiàn)代智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，在智能巡檢機(jī)器人的定位和導(dǎo)航技術(shù)中做了大量的研究，也為智能巡檢機(jī)器人的定位與導(dǎo)航技術(shù)提供了平臺(tái)支持，一些研究學(xué)者提出了磁軌跡引導(dǎo)理論，在這一理論下，經(jīng)由與RFID電子標(biāo)簽的結(jié)合，為保障其定位精度，需在巡檢機(jī)器人運(yùn)行路徑上進(jìn)行磁軌跡的預(yù)埋，并在機(jī)器人停靠位置上埋設(shè)RFID電子標(biāo)簽，雖然表現(xiàn)出定位精度高、抗干擾性強(qiáng)的突出優(yōu)勢(shì)，但整體的實(shí)現(xiàn)難度大，對(duì)于技術(shù)的要求相對(duì)較高，再加上運(yùn)行線(xiàn)路的靈活性不足，使得整個(gè)的智能巡檢機(jī)器人導(dǎo)航定位時(shí)存在一定的問(wèn)題。隨后，部分學(xué)者利用地面引導(dǎo)標(biāo)志研發(fā)了單目視覺(jué)導(dǎo)航方法，這一方式下，能夠通過(guò)圖像采集的方式來(lái)記錄引導(dǎo)標(biāo)志的自主識(shí)別，也就可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行巡檢路徑、?？课恢玫鹊淖灾鞔_定，但這一導(dǎo)航方式下，對(duì)于外界光線(xiàn)的敏感性較強(qiáng)，一旦在露天礦山開(kāi)采作業(yè)環(huán)境內(nèi)的光線(xiàn)不足或者地面引導(dǎo)標(biāo)志不清晰，都會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)航定位的精度不高[2]。為避免光線(xiàn)對(duì)導(dǎo)航定位精度的不利影響，隨后出現(xiàn)了人工路標(biāo)的激光導(dǎo)航系統(tǒng)，這一系統(tǒng)在智能巡檢機(jī)器人中的應(yīng)用，大幅度改善了傳統(tǒng)的導(dǎo)航定位技術(shù)局限，導(dǎo)航精度顯著提升，但為達(dá)到最佳的應(yīng)用效果，一般要保障人工路標(biāo)的激光符合要求，應(yīng)用的范圍相對(duì)有限。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，在智能巡檢機(jī)器人導(dǎo)航定位領(lǐng)域，專(zhuān)業(yè)研究人員更傾向于通過(guò)高精度差分GPS定位技術(shù)來(lái)進(jìn)行機(jī)器人的精準(zhǔn)定位，在這一技術(shù)下，為保障定位工作的順利進(jìn)行，需保障露天采礦作業(yè)環(huán)境內(nèi)無(wú)線(xiàn)傳輸信號(hào)的穩(wěn)定性，一旦在定位系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)周邊存在一定強(qiáng)度的電磁擾動(dòng)，將會(huì)導(dǎo)致GPS信號(hào)無(wú)法實(shí)時(shí)到達(dá)，即發(fā)生延遲，如果現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，甚至?xí)霈F(xiàn)GPS信號(hào)丟失等問(wèn)題，可能造成巡檢機(jī)器人脫離運(yùn)行軌跡。針對(duì)當(dāng)下的輪式和履帶式智能巡檢機(jī)器人，在導(dǎo)航定位中多采用的是激光導(dǎo)航+GPS定位技術(shù)，或者單目視覺(jué)導(dǎo)航+GPS定位技術(shù)。

1.3 圖像識(shí)別技術(shù)

圖像識(shí)別技術(shù)在智能巡檢機(jī)器人中的應(yīng)用，可以通過(guò)高清圖像的拍攝錄制來(lái)對(duì)巡檢范圍內(nèi)設(shè)備運(yùn)行情況等加以全面監(jiān)測(cè)和判定。圖像識(shí)別包含了儀表讀數(shù)、指示燈狀態(tài)、開(kāi)關(guān)位置、設(shè)備運(yùn)行情況、設(shè)備主要部件形變等類(lèi)型，在近幾年的發(fā)展過(guò)程中，我國(guó)的圖像識(shí)別技術(shù)日漸成熟，取得了一定的發(fā)展成效，比如，儀表讀數(shù)的識(shí)別方面，完全可以將所采集到的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)字模板圖像庫(kù)直接匹配，匹配結(jié)束后自動(dòng)輸出結(jié)果。針對(duì)指示燈、開(kāi)關(guān)位置和設(shè)備狀態(tài)等的識(shí)別，利用圖像識(shí)別技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的識(shí)別，首先進(jìn)行被識(shí)別對(duì)象位置的確定，此位置指的是該對(duì)象在圖像中的位置，在位置確定以后，分析被識(shí)別對(duì)象的現(xiàn)狀特點(diǎn)，利用Hougu變換判斷的方式來(lái)進(jìn)一步確定顏色和狀態(tài)方面的信息。露天采礦作業(yè)進(jìn)行中，雖然其作業(yè)環(huán)境相比井下作業(yè)環(huán)境簡(jiǎn)單，但智能巡檢機(jī)器人的使用同樣面臨著來(lái)自環(huán)境方面的挑戰(zhàn)，露天開(kāi)采作業(yè)中涉及的設(shè)備相對(duì)較多，圖像識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用關(guān)鍵是要對(duì)儀表讀數(shù)加以識(shí)別，為保障識(shí)別結(jié)果的有效性，對(duì)于一些相對(duì)復(fù)雜的設(shè)備，需建立專(zhuān)用的識(shí)別模板和算法，必要情況下還需進(jìn)行智能巡檢機(jī)器人深度識(shí)別[3]。因?yàn)樵谥悄苎矙z機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和組網(wǎng)方式都有各自的特殊性，圖像識(shí)別方面包含了后臺(tái)處理和就地處理兩種模式，其中，前者指的是將所拍攝到的圖像直接經(jīng)由無(wú)線(xiàn)技術(shù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)端服務(wù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)識(shí)別，整體的識(shí)別和傳輸需消耗較長(zhǎng)的時(shí)間，實(shí)時(shí)性較差且容易導(dǎo)致設(shè)備損壞及故障擴(kuò)大；而就地處理是通過(guò)自行搭載的邊緣計(jì)算模塊來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的識(shí)別信息和圖像處理的，整體的識(shí)別準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性高，設(shè)備出現(xiàn)故障實(shí)時(shí)發(fā)送停機(jī)信息至膠帶機(jī)控制單元停機(jī)，并呼叫值班室將故障圖像及故障說(shuō)明發(fā)送至值班室，開(kāi)展故障確認(rèn)消除工作。

1.4 自主充電技術(shù)

隨著工業(yè)智能化時(shí)代的到來(lái)，越來(lái)越多的礦山企業(yè)都在積極采用智能巡檢機(jī)器人，在機(jī)器人研究領(lǐng)域，用戶(hù)希望機(jī)器人的工作電池具有極強(qiáng)的續(xù)航能力，這就使得智能巡檢機(jī)器人領(lǐng)域，也需要保障電池的續(xù)航性能。隨著電池技術(shù)研究的深入，同步的在智能機(jī)器人領(lǐng)域，自主充電技術(shù)也已然成為了重要性的技術(shù)，在開(kāi)展電池研究設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要適當(dāng)增大電池容量，更要使得智能巡檢機(jī)器人具備良好的自主充電能力，以達(dá)到智能化巡檢的要求?，F(xiàn)階段，關(guān)于智能巡檢機(jī)器人自主充電技術(shù)的研究主要表現(xiàn)在以下方面：有關(guān)人員將導(dǎo)航光源作為導(dǎo)航信息，來(lái)實(shí)現(xiàn)巡檢機(jī)器人進(jìn)入充電位置實(shí)現(xiàn)與充電站的可靠連接充電，但這一技術(shù)下，環(huán)境光線(xiàn)可能會(huì)對(duì)導(dǎo)航光源造成一定的干擾；相關(guān)人員提出了巡檢機(jī)器人自主充電系統(tǒng)，在這一系統(tǒng)基礎(chǔ)上，根據(jù)已知的環(huán)境地圖來(lái)實(shí)現(xiàn)巡檢機(jī)器人與充電站的可靠連接，但一旦在充電過(guò)程中環(huán)境地圖受到其他因素而出現(xiàn)了明顯的改變，智能巡檢機(jī)器人將無(wú)法識(shí)別充電位置，充電無(wú)法正常進(jìn)行；在充電站上進(jìn)行色塊和IR二極管的設(shè)置，在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)巡檢機(jī)器人來(lái)完成與充電站的對(duì)接充電，再利用激光傳感器、PTZ彩色攝像機(jī)、里程來(lái)輔助智能巡檢機(jī)器人到達(dá)自主充電目標(biāo)，但這種充電模式下，對(duì)接誤差容忍度異常小，環(huán)境光線(xiàn)、粉塵等造成的色差即導(dǎo)致無(wú)法識(shí)別充電站位置；利用磁軌道來(lái)引導(dǎo)與RFID標(biāo)簽定位，導(dǎo)航定位過(guò)程中不需人工干預(yù)就可實(shí)現(xiàn)，一旦將該巡檢機(jī)器人與充電樁對(duì)接，就可自動(dòng)檢測(cè)充電結(jié)構(gòu)位置、極片電壓，看是否符合充電標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樵谠摮潆姍C(jī)構(gòu)中有漏斗形對(duì)接窗口的設(shè)置，使得對(duì)接誤差容忍度相對(duì)較高，即使面臨復(fù)雜的露天礦山開(kāi)采環(huán)境，也同樣可以滿(mǎn)足自主充電的要求[4]。未來(lái)隨著智能巡檢機(jī)器人在礦山企業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用范圍的逐步擴(kuò)大，自主充電技術(shù)勢(shì)必有著巨大的技術(shù)發(fā)展?jié)摿?，?yīng)從接觸式和非接觸式的角度來(lái)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，隨著無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的不斷成熟，智能巡檢機(jī)器人必定會(huì)實(shí)現(xiàn)非接觸式以及實(shí)時(shí)充電技術(shù)。

1.5 后臺(tái)管理及診斷技術(shù)

智能巡檢機(jī)器人具有高度的智能化特點(diǎn)，正是因?yàn)槿绱?，使得在機(jī)器人設(shè)計(jì)時(shí)，后臺(tái)管理和診斷技術(shù)的應(yīng)用非常重要，在后臺(tái)管理和診斷技術(shù)的支持下，智能巡檢機(jī)器人可以對(duì)所采集到的信息加以全面分析，根據(jù)分析結(jié)果來(lái)及時(shí)發(fā)送診斷結(jié)果和處理方式。機(jī)器人運(yùn)行中的數(shù)據(jù)采集量相對(duì)較大，如果將這些數(shù)據(jù)直接上傳到后臺(tái)，采用人工處理的方式，將會(huì)產(chǎn)生巨大的工作量，且人工失誤必將影響到診斷結(jié)果，且通信系統(tǒng)的傳輸壓力也非常大。后臺(tái)管理和診斷技術(shù)應(yīng)用以后，使得智能巡檢機(jī)器人的后臺(tái)數(shù)據(jù)處理能力得到本質(zhì)提升，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的自動(dòng)化，即使在機(jī)器人使用過(guò)程中出現(xiàn)了故障，該模塊也可以快速根據(jù)所掌握到的信息來(lái)進(jìn)行故障識(shí)別和診斷，幫助專(zhuān)業(yè)人員快速制定有效的故障處理對(duì)策，達(dá)到快速恢復(fù)智能巡檢機(jī)器人工作正常狀態(tài)的目的。

2 礦山膠帶運(yùn)輸智能巡檢機(jī)器人的應(yīng)用

以某礦企業(yè)為例，在2019年1月，基于智能巡檢的要求，該礦山開(kāi)采作業(yè)中引入了膠帶運(yùn)輸智能巡檢機(jī)器人，根據(jù)相應(yīng)的應(yīng)用結(jié)果，應(yīng)用效果相對(duì)理想，完全取代了傳統(tǒng)人工巡檢工作模式的限制。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的工業(yè)性試驗(yàn)與應(yīng)用結(jié)果分析，膠帶運(yùn)輸智能巡檢機(jī)器人在使用時(shí)，可以對(duì)生產(chǎn)的全過(guò)程加以安全智能化監(jiān)控，且整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程中，保持著較高的可靠性與穩(wěn)定性，可以快速識(shí)別出現(xiàn)場(chǎng)的潛在故障并立即將故障信息反饋給相關(guān)人員，在應(yīng)用這一智能巡檢機(jī)器人以后，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的可視化目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，呈現(xiàn)出巡檢可視化、一鍵智能巡檢和智能報(bào)警等方面的突出優(yōu)勢(shì)，具體監(jiān)控畫(huà)面如圖1。

圖1 智能帶式輸送機(jī)巡檢機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控畫(huà)面

根據(jù)該機(jī)器人在采礦作業(yè)中的應(yīng)用成果，機(jī)器人中的相應(yīng)模塊能夠?qū)崟r(shí)獲取現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的全部參數(shù)加以實(shí)時(shí)獲取和分析，即使后臺(tái)管理人員需進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)或者現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面調(diào)取，也可以直接在相應(yīng)的存儲(chǔ)模塊直接提取?？傊?，膠帶運(yùn)輸智能巡檢機(jī)器人兼具實(shí)時(shí)監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)、參數(shù)設(shè)置等功能，克服了控制方面的時(shí)間和空間限制。根據(jù)調(diào)查，在智能巡檢機(jī)器人應(yīng)用之前，關(guān)于巡檢方面需調(diào)配85人，而在應(yīng)用了該機(jī)器人以后，人員僅僅為25個(gè)，人力資源投入量大大降低，減少人員勞動(dòng)強(qiáng)度，提高人員本質(zhì)安全且節(jié)約了人力成本。

3 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)階段的礦山生產(chǎn)作業(yè)中，智能化生產(chǎn)已然取得了顯著的發(fā)展成果，尤其是智能巡檢機(jī)器人在膠帶運(yùn)輸環(huán)節(jié)的使用，具有比人工巡檢突出的優(yōu)勢(shì)。但相應(yīng)的技術(shù)發(fā)展尚不成熟，未來(lái)還需進(jìn)一步加大智能巡檢機(jī)器人的研發(fā)和設(shè)計(jì)，提高巡檢機(jī)器人的性能。