煤礦上的機器人

　　随着科技的不斷進步和對機器人代替人類工(gōng)作的不斷需求,人工(gōng)智能在煤礦的研究和應用得到了快速發展.《中(zhōng)國制造2025》發展規劃提出,要實現關鍵工(gōng)序智能化、關鍵崗位機器人替代、生(shēng)産過程智能控制以及建設重點領域智能工(gōng)廠,未來的煤礦将實現生(shēng)産設備網絡化和生(shēng)産現場無人化,這爲智能煤礦發展提供了借鑒性指導.在我(wǒ)國《能源技術革命創新行動計劃》中(zhōng),明确了要提升煤炭開(kāi)發效率和智能化水平,研發高效建井、快速掘進、智能化工(gōng)作面等技術,重點煤礦區基本實現工(gōng)作面無人化,全國采煤機械化程度達到95％以上.

　　煤礦機器人是依靠自身動力和控制能力來完成各種采礦操作任務的機器.評判煤礦機器人的性能水平包含3個因素,一(yī)是智能因素,是指記憶、運算、比較、判斷、決策、學習和邏輯推理等感知(zhī)能力;二是機能因素,是指變通性、通用性或空間占有性等運動能力;三是物(wù)理能因素,是指力、速度、可靠性和壽命等負載能力.

　　根據控制能力的自主程度,煤礦機器人可分(fēn)爲一(yī)般煤礦機器人和智能煤礦機器人.一(yī)般煤礦機器人是僅有一(yī)般編程能力和操作功能的機器人,可認爲是一(yī)種針對特定采礦任務而有可編程動作的特殊機器.智能煤礦機器人是自控機器人,它具有較爲齊全和可靠的傳感器和執行器,能夠像礦工(gōng)一(yī)樣自主完成各類采礦作業任務,它應具備3個要素,即感知(zhī)要素、反應要素和決策要素.

　　1、機器人将開(kāi)創智能采礦新時代

　　通常把機器人技術發展分(fēn)爲三代.第一(yī)代機器人指隻有操作器(手)的機器人,以可編程序或示教再現方式工(gōng)作,不具有對外(wài)界信息的反饋能力.第二代機器人指裝備各種傳感器(如力覺、觸覺、視覺等)的機器人,在一(yī)定程度上能感知(zhī)客觀環境的變化及動作的結果,即具有對外(wài)部信息的反饋能力,能适應客觀環境的變化.第三代機器人指智能機器人.智能機器人裝有豐富的傳感器,并将人工(gōng)智能技術與機器人相結合,使機器人不僅能夠感知(zhī)環境,而且能夠建立并适時修正環境模型,然後根據确定的任務,以實時模型爲基礎進行問題求解,作出決策及制訂規劃,并且具有一(yī)定的學習功能,它具有高度的自适應性及自治功能.

　　按照替代功能和應用領域劃分(fēn),機器人大(dà)緻可分(fēn)爲工(gōng)業機器人、服務機器人和特種機器人3類.工(gōng)業機器人指具有焊接、切割、搬運、塗裝、包裝和碼垛等功能的機器人;服務機器人包括能夠爲人類提供家政服務、醫療服務和公共服務的機器人;特種機器人則是指在軍事、救災、極地、高危作業以及采礦等領域所使用的機器人.

　　在采礦業中(zhōng),機器人将逐漸代替礦工(gōng)的勞動,從幾千年前的人工(gōng)挖煤,到100多年前的動力助人采煤,再到幾十年前的機械化替人采煤,發展到今天的自動化減人開(kāi)采,而且最終采礦業會實現無人智能化開(kāi)采.随着自動化程度的提高,生(shēng)産效率得到了極大(dà)的提高.采礦工(gōng)具發展曆程如圖所示.

　　采礦行業中(zhōng)有很多崗位是高危崗位,如果機器人能夠替代礦工(gōng)去(qù)完成這些高危作業,将從根源上解決煤炭行業的安全生(shēng)産問題.煤礦事故死亡人數占比較高的危險崗位主要分(fēn)布在掘進、采煤、運輸、電(diàn)氣、檢修、巡檢等作業地點.這些危險崗位的井下(xià)礦工(gōng)人數占到近60％,而事故死亡人數高達85％.如果這些高危崗位被機器人所替代,那麽将會在提高生(shēng)産效率的同時,極大(dà)程度地降低因煤礦生(shēng)産事故而死亡的人數.

　　2019年1月,爲了推動工(gōng)業機器人、智能裝備在危險工(gōng)序和環節替代應用,國家煤礦安全監察局發布了《煤礦機器人重點研發目錄》,聚焦關鍵崗位、危險崗位,重點研發應用掘進、采煤、運輸、安控和救援5類、38種煤礦機器人,并對每種機器人的功能提出了基本要求.

　　掘進類機器人包括掘進工(gōng)作面機器人群、掘進機器人、全斷面立井盾構機器人、臨時支護機器人、鑽錨機器人、噴漿機器人、探水鑽孔機器人、防突鑽孔機器人、防沖鑽孔機器人;采煤類機器人包括采煤工(gōng)作面機器人群、采煤機機器人、超前支護機器人、充填支護機器人和露天礦穿孔爆破機器人;運輸類機器人包括搬運機器人、破碎機器人、車(chē)場推車(chē)機器人、巷道清理機器人、煤倉清理機器人、水倉清理機器人、選矸機器人、巷道沖塵機器人、井下(xià)無人駕駛運輸車(chē)、露天礦電(diàn)鏟智能遠程控制自動裝載系統、露天礦卡車(chē)無人駕駛系統;安控類機器人包括工(gōng)作面巡檢機器人、管道巡檢機器人、通風監測機器人、危險氣體(tǐ)巡檢機器人、自動排水機器人、密閉砌築機器人、管道安裝機器人、皮帶機巡檢機器人、井筒安全智能巡檢機器人、巷道巡檢機器人;救援類機器人包括井下(xià)搶險作業機器人、礦井救援機器人、災後搜救水陸兩栖機器人