На угольной шахте Дахайцзэ в Юйлине, провинция Шэньси, ленточные конвейеры тянутся на километры вдоль выработок, десятки тысяч роликов вращаются днём и ночью, а отвечает за их «осмотр» и «хирургию» неутомимый и неунывающий «новый коллега» — робот для замены роликов.
Робот для замены роликов
Этот интеллектуальный робот создан командой профессора Чжан Цяна из Школы машиностроения и электроники Шаньдунского университета науки и технологий (далее — Шаньдунский УНиТ). В последние годы команда решает сложные задачи работы в особых условиях шахт с помощью интеграции множества технологий.
Ролики — это «суставы» конвейера. В подземных условиях с высокой влажностью, обилием пыли и большими нагрузками эти «суставы» чрезвычайно легко изнашиваются и заклинивают. Если их поломку вовремя не обнаружить, в лучшем случае лента сместится и просыплется уголь, в худшем — может произойти авария.
Насколько тяжело было менять ролики раньше? Шахтёрам приходилось нести десятки килограммов инструментов, шаг за шагом обходить выработки. Обнаружив проблему, нужно было сначала остановить оборудование, а затем человеку залезать в узкую щель между лентой и поперечинами, чтобы выполнить демонтаж и установку.
Инженерный прототип робота для замены роликов
Изменения начались с запроса шахты Дахайцзэ к Шаньдунскому УНиТ: можно ли создать робота, который заменит человека в осмотре и замене роликов? Чжан Цян, не раздумывая, отправился с командой в Юйлинь и спустился в шахту вместе с шахтёрами. Они прошли всю конвейерную линию пешком, точно замерив ключевые размеры: ширину выработки, высоту ленты от пола, расстояние между опорами роликов и т.д.
«В лаборатории манипулятору захватить стандартную деталь несложно, но в тесном и плохо освещённом подземелье сложность резко возрастает», — говорит Чжан Цян. Узкое пространство выработок и обилие взвешенной угольной пыли резко снижают распознаваемость машинного зрения. Кроме того, опоры роликов из-за длительных нагрузок и коррозии часто деформируются, и если робот будет пытаться позиционироваться и захватывать их по стандартным чертежам, он часто не сможет точно навестись.
Чжан Цян (в центре) руководит экспериментом студентов
Чтобы преодолеть эти трудности, команда Чжан Цяна на несколько месяцев «разбила лагерь» в шахте. Они многократно корректировали алгоритмы мультисенсорной интеграции и параметры управления, проведя десятки итераций в ходе подземных испытаний. В итоге робот обрёл уникальные навыки: автономное перемещение вдоль конвейера в узких выработках, точное выявление неисправных роликов с помощью технологии мультисенсорной интеграции и выполнение полного цикла операций по демонтажу, захвату и установке роликов в стеснённом пространстве.
Как робот для замены роликов ориентируется под землёй, где нет спутникового сигнала? В этом и заключается его самая крутая особенность. Чжан Цян говорит: «Чтобы робот действительно пригодился в шахте, ключевое — точное позиционирование без спутниковой навигации». Под землёй — темнота, пыль, вибрация, удары, а также помехи от различного оборудования. Команда разработала для этого систему многодиапазонного позиционирования, позволяющую роботу «понимать» подземную среду и достигать сантиметровой точности в экстремальных условиях.
Чжан Цян (слева) руководит экспериментом студентов
Сегодня этот робот для замены роликов уже освободил шахтёров от опасных и тяжёлых работ, но команда Чжан Цяна не останавливается на достигнутом. Недавно они возглавили выполнение ключевого специального проекта в рамках государственной программы, нацелившись на ещё более сложную задачу отрасли — интеллектуальную проходку твёрдых пород в выработках прямоугольного сечения.
«Проблемы отрасли — это наши исследовательские задачи», — говорит Чжан Цян. В ближайшее время команда сосредоточится на прорыве в ключевых технологиях, таких как эффективная резка твёрдых пород, адаптивное крепление выработок прямоугольного сечения и многооперационная координация проходки, крепления и транспортировки. Цель — создать роботизированную систему для совместной работы проходки, крепления и транспортировки, чтобы корни производительных сил нового качества уходили глубже и прочнее в угольные недра.