編者按：

2022世界機器人大會主論壇群星璀璨，產、學、研各領域大咖齊聚首，共話巔峰，為機器人未來發(fā)展領航。

峰會現(xiàn)場，中信重工開誠智能裝備有限公司董事長陸文濤發(fā)表了題為《煤礦機器人的應用實踐》的演講。以下為陸文濤演講內容的整理。

災事故探測，以及采空區(qū)封閉工作面起風、井巷修復等危險作業(yè)區(qū)域環(huán)境探測。

同時，隨著機器人種類越來越多，為了便于機器人的管理和維護，我們還提供機器人云平臺。機器人云平臺是結合虛擬現(xiàn)實、數(shù)據(jù)采集和數(shù)字孿生技術，用數(shù)字化的手段結合現(xiàn)場實際建設各類監(jiān)控系統(tǒng)內容，實現(xiàn)虛擬場景關鍵指標、生產狀態(tài)和真實場景孿生映射，達到信息管理集控化、監(jiān)控內容可視化和信息獲取及時化的目的。上面向大家展示是基于GES和數(shù)字孿生實現(xiàn)機器人云平臺的展示，可以對煤礦多品種多款機器人進行管理。

剛才向大家報告的是煤礦機器人應用簡單的實踐，煤礦機器人在實際應用中還要通過人工智能進行驅動。如何讓機器人像人一樣感知和理解，我們在機器人中使用人工智能相關技術，通過視覺、觸覺、嗅覺、聽覺等方式感知環(huán)境，然后提取相應特征多模態(tài)融合，完成對場景理解，模仿人去完成工作。我們識別目標主要涵蓋人員安全、設備安全、生產過程安全和環(huán)境安全相關因素。人工智能在煤礦機器人領域解決主要關鍵問題，包括檢測人員穿戴是否安全、危險行為等，生產過程中皮帶跑偏、堆煤、泄漏、噴射等檢測，閥門、電機、線路儀表、異常聲音等設備狀態(tài)的安全檢測。

在實現(xiàn)機器人智能化過程，我們使用了以下相關技術，包括圖像處理技術、音頻處理技術、機器學習、深度學習，圖像領域技術主要是邊緣檢測、圖像分割、形象學處理、特征匹配；音頻處理主要是時域分析、頻域分析；機器學習和深度協(xié)定主要基于決策樹、循環(huán)神經網絡和卷積神經網絡。通過對煤礦井下數(shù)據(jù)分析和挖掘，建立數(shù)據(jù)庫并逐步完善數(shù)據(jù)庫，通過大數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)智能控制。

這是三個煤礦井下機器人應用主要技術，一是環(huán)境感知技術，機器人視覺、聽覺、嗅覺、觸覺以及空間檢測分析和多模態(tài)感知融合分析。導航技術主要是利用激光、視覺、管道傳感器進行自主導航和避障，智能交互包括AR和VR。

首先是機器人視覺檢測分析，主要基于可見光攝像頭，對關鍵過程、目標設備、人員相關檢測和異物相關檢測。機器人觸覺主要是紅外熱成像技術，它會對煤礦井下旋轉部件溫度信息進行檢測和報警。機器人聽覺檢測分析主要是聲文檢測，也就是音頻檢測，尤其是音頻異響的檢測，采用Clear Speech自適應動態(tài)降噪處理技術，結合音頻特征，提取與檢測算法識別，判斷是否有異常聲音。嗅覺技術是機器人集成多參數(shù)氣體探測傳感器和煙霧傳感器，能夠準確檢測環(huán)境中的甲烷、硫化氫、一氧化碳、氧氣等氣體濃度和煙霧是否超線，及時發(fā)現(xiàn)氣體超標或者氣體泄漏進行預警。機器人的空間感知分析主要是通過激光點云，對井下構建，尤其是井下巷道進行檢測和分析，機器人集成激光雷達掃描系統(tǒng)，利用三維激光掃描儀對井下巷道進行探測，識別巷道結構面，提取分析傾角、跡長、間距等，監(jiān)測巷道形變、片幫、底鼓、地位水平、垂直位移等。機器人導航與避障，主要是基于激光SLAM、視覺SLAM和磁導航融合，集成了激光、視覺、慣性等傳感器，在井下的水泵房、變電所、運輸打巷等不同場景下自主導航避障。多傳感器融合技術，實際上是把多種傳感器感知到目標進行數(shù)據(jù)治理，通過數(shù)據(jù)治理來逐漸提取特征，最后提供邏輯決策。右面這張圖是一個應用案例，通過可見光和多線激光融合，提高識別準確率，降低單一傳感器因環(huán)境變化導致的誤檢概率。

智能交互首先是VR技術，也就是通過全景攝像裝置展示井下全景圖像。AR控制基于增強技術AR場景輸出，AR在煤礦中應用將真實煤礦關鍵場景和虛擬世界信息無縫集成增強現(xiàn)實技術。AR模擬仿真將真實信息映射到虛擬世界，直觀映射真實工作狀態(tài)。

第四部分是向大家匯報一下煤礦機器人的發(fā)展趨勢。煤礦機器人當前剛完成了0—1的步驟，雖然經歷了很多年，但是到目前剛剛完成0—1的步驟，從1到N我們還有漫長的路要走，所以我提供幾點煤礦機器人幾個發(fā)展方向，并不一定很全。第一是多機器人協(xié)同作業(yè)技術；第二是機器人智能化以及結構上小型化、模塊化；第三可靠通信技術；第四驅動系統(tǒng)高適應性技術；第五安全充電及新能源電池應用；第六防爆材料輕量化。

多機器人協(xié)作技術看，當前煤礦井下應用機器人有些巷道、作業(yè)面環(huán)境非常復雜，任務也非常復雜，通常需要多個或者多種機器人協(xié)同作業(yè)，隨著機器人數(shù)量的增加，機器人信息有效處理及決策控制會成為問題。多傳感器信息感知、協(xié)同軌跡歸還、作業(yè)碰撞與干涉規(guī)避、多機器人多位信息協(xié)同和導航算法技術都是當前通用機器人行業(yè)已經逐步解決，但是煤礦機器人領域面對這種場景是復雜難題，組織多個機器人完成復雜任務，實現(xiàn)復雜地形環(huán)境中多任務協(xié)同控制、多機器人協(xié)同控制與高效作業(yè)，是今后煤礦機器人研究一個新的課題。智能化、小型化和模塊化，智能化通過多種智能化技術融合，進一步提升機器人智能化水平，提升對環(huán)境的適應性，使煤礦井下機器人替代人更廣泛，這是當前一個主要的發(fā)展路徑。第二是小型化，在保證機器人功能的基礎上，盡量使機器人小型化，增加機器人的靈活性。第三是模塊化，采用模塊化設計，更換不同模塊即可實現(xiàn)不同功能，增加機器人的通用性。通訊技術，煤礦井下當前發(fā)展通訊主要是4G、5G、WiFi6，目前這些技術也在做融合，在不同場景下不同技術有可靠性的基礎，機器人隨著通訊技術可靠性逐漸延伸使用環(huán)境。

第四是驅動系統(tǒng)的適應性技術。煤礦井下環(huán)境復雜惡劣，所以機器人動力學建模較為困難，運動適應性差，整機能耗高，所以效率低下，機器人運動穩(wěn)定性差，面對環(huán)境單一驅動方式，很多場景下無法滿足，因此需要研究適用于煤礦環(huán)境復合驅動技術，比如說輪腿式、仿生式。安全充電與新能源電池，充電在通用行業(yè)，充電是一個很簡單的問題，但是煤礦井下充電安全性已經被提了嚴格要求和限制，如何進一步提高煤礦機器人充電安全性，使煤礦井下更廣泛應用機器人，這是當前非常重要的課題。第二為了讓機器人更輕便，如何來采用新能源的電池，比如說納米電池、石墨烯電池，讓機器人更輕便更小巧。最后一點也是希望機器人更輕便也就是防爆材料輕量化，目前機器人基本采用隔爆型，目前材料采用Q235鋼板，它比較笨重，導致整個機器人比較笨重。所以要研究新非金屬材料或者是輕制金屬材料，來把機器人變的更輕便。

隨著機器人等智能科技不斷發(fā)展和成熟，煤礦機器人及智能化裝備必將越來越多地應用到實際生產中，實現(xiàn)各生產管理環(huán)節(jié)的智能化運行。未來，科學院所、大學、裝備制造企業(yè)、煤礦使用單位將展開更深入的合作，圍繞煤礦生產管理需求發(fā)揮技術創(chuàng)新優(yōu)勢，研制出更多適用于不同場景煤礦智能機器人，推動煤礦行業(yè)的轉型升級和高質量發(fā)展。

以上是我匯報的內容，不足之處還請大家指正，謝謝！

—— 陸文濤