基于5G的煤矿全地形多功能智能机器人

导语：煤矿机器人是煤矿智能化建设的重点方向，是实现煤矿机械化减人、智能化无人的重要手段。本期转化果平台推荐的《基于5G的煤矿全地形多功能智能机器人》，可以根据用户不同作业任务需求搭载不同作业模块，实现煤矿固定岗位无人值守、危险复杂环境抢险救援、多任务多工种的辅助运输和危险偏远场所巡视检查作业的机器人替代，应用前景广阔！

北京华电力拓能源科技有限公司积极响应能源局、安监局下发的《煤矿机器人重点研发目录》、《煤矿智能化建设指南（2021年版）》提出井工矿智能化建设目标，重点开展了煤矿井下机器人巡检、无人驾驶运输、应急救援机器人等危险、繁重岗位机器人系列关键技术与装备的攻关，将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、5G、无人化等技术与现代煤炭开发利用深度融合，开发了基于5G的煤矿全地形多功能智能机器人，此款煤矿全地形智能机器人平台可以根据用户不同作业任务需求搭载不同作业模块，实现了煤矿固定岗位无人值守、危险复杂环境抢险救援、多任务多工种的辅助运输和危险偏远场所巡视检查作业的机器人替代。实现了煤矿减人、增安、提效，推动了煤矿作业的“少人则安”和“无人则安”，提升矿井本质安全水平，实现了传统煤矿的智能化转型升级。

一、概述

智能机器人系统框架如图所示。

智能机器人业务流程如图所示。

智能机器人由机器人本体、机器人控制系统和智能调度管控系统组成。应用于煤矿巡检、辅助运输和抢险救援。

机器人拥有卓越的性能。本机器人系统源于军工技术，适用于爬沟越壑、上坡绕障、涉水趟泥、雪地穿行、装载牵引，可以最大限度满足复杂地面地形和煤矿井工巷道的环境。

机器人本体轻便小巧，上装能力丰富；通过模块化设计，可搭载不同场景用的功能，除了运输功能之外，还可以搭载各类传感器用于煤矿巡检，搭载各种抢险救援模块用于灭火、运输、排烟和救护等抢险救援功能。

二、本体性能参数   

机器人本体设计有蹼纹轮胎和枢轴平衡机构，具备在煤矿地面和井工巷道的沟壑、坑洼、陡坡等复杂环境下通行。轮胎还可与三角履带互换，确保机器人能够适应野外雪地、沼泽地、沙滩以及煤矿巷道等特殊环境。

机器人采用外太空探测机器人的运动控制算法，使机器人在不同的环境下具备了超强的平稳性和优越的转向能力。能实现原地360°内任意角度转向，无需转弯半径。机器人具备自动跟随、一键返航、近/远程遥控和无人驾驶等功能，满足不同距离及环境下的控制需求，并可快速转换。机器人可拓展应急通讯系统，快速实现特殊环境（如：矿井巷道事故现场等）下控制及通讯信号的无缝对接。

机器人主要性能参数如表所示。

三、控制系统

控制系统的架构如图所示。

控制系统的控制模式如下：

机器人支持遥控、跟随和无人驾驶多种控制模式。同时支持多接管模式。机器人操作手通过人机交互设备或调度中心管控系统完成对机器人的近/远程可视化控制或远程紧急接管。近距离2.4G遥控与机器人是1对1；远程4G/5G遥控器是多对多；系统平台接管是1对多；APP接管是多对多。

四、智能调度管控系统

大数据智能调度管控系统配备PC端和手机端安装移动端APP（安卓），可在电脑端和移动端完成机器人控制方式切换；实现机器人系统参数监测（车辆的电量、速度、航向、位置等机器人相关数据）；完成厂区内建图、路径规划和任务执行，实现机器人自主跟随、无人驾驶和遥控驾驶。包含自动驾驶、集群调度和远程管控三个模块，能完全满足矿场工况需求。通过系统路径规划，调度机器人自主进行矿井内外特种运输作业，按照规划的最优路径运输，到指定的装点进行装卸作业。基于仿真平台生成海量可靠的大数据，在线上即可进行各种极端工况下的无人驾驶，将节省大量的人力和运营成本。系统运用可视化技术、人工智能、云计算等，打造全方位的矿山无人驾驶调度管理平台。实现云端调度平台建设和车辆编组运行。后期在机器人上加装机械手，系统即可拓展为“装、运、卸”全作业流程完全无人自主运行。

1．建图、路径规划与调度

建图：利用激光雷达及惯导建立地图，并在地面园区/厂区和煤矿井下规划可行驶区域、不可行驶区域和未知区域。其中可行驶的区域分为两种等级：一级区域为优先行驶区域，如厂区道路等；二级区域为次级可行驶区域，如厂房内通道、消防通道、广场区域、路沿区域等。同时实现地图与定位信息的融合匹配，融合后使机器人在实际中的位置精度达到5~10cm。为机器人的无人驾驶提供可靠的数据保障。

任务调度：机器人在系统的调度和指挥下进行作业。系统为每辆车生成作业任务，然后以指令的形式下发到机器人终端，机器人能接收到系统下达的相关指令且按照系统规划的路径自主进行导航、定位和自主移动到指定的停靠点。包括机器人的目的地/返航/配送等。

路径规划：通过路径算法从当前已经存在的可行驶区域或道路网中综合考虑运输距离，运输时间、电量损耗，路面状况等因素计算出一条从起点到指定终点之间的最优路径。系统可任意设置机器人可行的任务点，系统优先在一级可行使区域自动全局路径规划，机器人按照规划的路径到达设定的任务点。同时根据路况可规划次级可行驶区域路径。

２．数据可视化与监测

数据可视化与监测界面如图所示。

３．移动端APP系统

移动端APP系统可完成对机器人的近/远程可视化控制或远程紧急接管；可规划机器人行驶路径；可切换机器人操作模式；可一键启停/返航；可查询机器人状态。

五、应用场景

１．煤炭领域

煤矿巡检：如：巷道巡检、气体检测、管线巡检、安全检查、巡逻等；

辅助运输：如：班中餐、检修作业、辅料运输、野外运输等；

抢险救援：如：事故查探、医疗救护、灭火、排烟、抢险抢修、消防应急等。

２．其他领域

应急救援领域：搭载水炮、救援担架/吊篮、细水雾灭火系统和排烟等上装，并可携行多种消防装备，如破拆工具、水带等；

军事领域：搭载探测、医疗救护、火箭炮和运输等上装，实现空投区域和作战区域之间的武器装备运输，同时可作为常规化的作战装备。

复杂地形的巡逻：可拓展自导航无人驾驶系统，实现无人驾驶巡逻，如边境巡逻、电力巡线和油气勘测等。

电力领域：可用于火电、风电、光伏发电的巡检、运维。核电方面用于远程喷射。

农业和林业：可装载药物喷射装置，实现农林的药物喷洒。