四足機(jī)器人在煤礦中的使用分析

張向東

摘 ?要：實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦機(jī)設(shè)備的自動(dòng)化、智能化、規(guī)范化管理，從根本上解決煤礦人機(jī)管理遇到的問題，現(xiàn)將四足機(jī)器人科學(xué)應(yīng)用煤礦中，用自動(dòng)化操作代替手工操作。首先針對(duì)煤礦存在的問題，介紹了四足機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，其次，探討了四足機(jī)器人在煤礦管理中的具體應(yīng)用。結(jié)果表明：四足機(jī)器人具有非常高的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景，不僅可以縮小人力成本、物力成本和財(cái)力成本，還能保證煤礦煤礦生產(chǎn)的高效性和安全性，起到了減員增效的作用。因此，四足機(jī)器人值得被進(jìn)一步推廣和應(yīng)用于煤礦中。

關(guān)鍵詞：四足機(jī)器人;煤礦;使用

1煤礦常見問題

1.1作業(yè)環(huán)境復(fù)雜危險(xiǎn)

煤礦 作業(yè)環(huán)境具有一定的復(fù)雜性和危險(xiǎn)性，在開展煤礦 作業(yè)期間，經(jīng)常遇到礦井水災(zāi)、礦井粉塵災(zāi)害、礦井火災(zāi)等災(zāi)害。在煤礦 開采深度不斷增加下，這些災(zāi)害出現(xiàn)的概率也在不斷上升。目前，煤礦 開采深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了500n，個(gè)別煤礦 開采深度甚至超過了900m，這無疑增加了礦井熱害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，為礦井的生產(chǎn)埋下了一系列的安全隱患。

1.2勞動(dòng)力密集

煤礦生產(chǎn)需要大量勞動(dòng)力，這無疑增加了企業(yè)勞動(dòng)力的密集度。對(duì)于大型礦井交接班而言，需要的作業(yè)人員達(dá)到了900人以上;對(duì)于災(zāi)害比較嚴(yán)重的礦井作業(yè)交接班而言，其作業(yè)人數(shù)達(dá)到了90人以上。采煤工作面單班作業(yè)人數(shù)規(guī)定如表1所示。 一旦礦井出現(xiàn)安全事故，將會(huì)危及作業(yè)人員的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。

1.3勞動(dòng)強(qiáng)度高

煤礦 作業(yè)人員在日常的工作中，其勞動(dòng)強(qiáng)度較高，具體表現(xiàn)在勞動(dòng)力消耗大和勞動(dòng)時(shí)間長。煤礦 作業(yè)人員所 使用的系統(tǒng)功能比較復(fù)雜，地面作業(yè)需要花費(fèi)的時(shí)間在3h以上，在這個(gè)過程中，需要人工搬運(yùn)大量的輔助運(yùn)人設(shè)備，其步行時(shí)間在2h以上。此外，由于礦井作業(yè)空間相對(duì)較小，無法使用大型設(shè)備，對(duì)較大設(shè)備進(jìn)行更換操作，這就需要作業(yè)人員手動(dòng)進(jìn)行搬運(yùn)和更換。另外，煤礦 作業(yè)人員的工作時(shí)間在17h以上，作業(yè)期間不能休息，需要持續(xù)不間斷地作業(yè)。

2四足機(jī)器人結(jié)構(gòu)

四足機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1所示，從圖中可以看出，該機(jī)器人主要由兩大部分組成，分別是四條仿生腿和機(jī)器人主體。其中，仿生腿主要由膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)和足端四個(gè)部分組成。根據(jù)仿生腿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)[1]，不難發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)中心端與踝關(guān)節(jié)中心端之間的距離為77.33mm;髖關(guān)節(jié)中心端與膝關(guān)節(jié)中心端之間的距離為37.72m;踝關(guān)節(jié)中心端與足端末端之間的距離為82.01mm。四足機(jī)器人在日常的行走中，需要借助支撐腿的力量，與地面接觸后，利用地面摩擦力，進(jìn)行定向運(yùn)動(dòng)。

3四足機(jī)器人在煤礦中的應(yīng)用

3.1具體應(yīng)用

3.1.1煤礦工作者對(duì)四足機(jī)器人的應(yīng)用

我國煤礦具有資源豐富、能源消耗快等特點(diǎn)，而煤礦開采屬于一種高危險(xiǎn)職業(yè)，煤礦巡檢工作的有效開展在提高煤礦生產(chǎn)可靠性和安全性方面具有重要作用，而四足機(jī)器人的出現(xiàn)和應(yīng)用可以突破傳統(tǒng)巡檢方式的局限性，保證巡檢高效性和實(shí)時(shí)性。在開展煤礦作業(yè)期間，為了給作業(yè)人員提供安全、可靠的工作環(huán)境[2]，要利用四足機(jī)器人開展巡檢工作，使得人工巡檢工作完全被代替，這是由于四足機(jī)器人在軟硬件方面具有自動(dòng)化、智能化巡檢能力。從四足機(jī)器人硬件技術(shù)層面分析，發(fā)現(xiàn)四足機(jī)器人在硬件方面具有快速收集和整理煤礦信息數(shù)據(jù)的功能，同時(shí)，還能利用監(jiān)控?cái)z像技術(shù)，實(shí)時(shí)整理和匯報(bào)預(yù)警內(nèi)容，因此，四足機(jī)器人在煤礦巡檢工作應(yīng)用方面表現(xiàn)出較高的可靠性和安全性。另外，根據(jù)煤礦巡檢工作所在環(huán)境的特點(diǎn)，通過使用四足機(jī)器人，可以提高巡檢工作效率和效果，為縮小人力成本、物力成本和財(cái)力成本創(chuàng)造良好的條件。由此可見，為了充分發(fā)揮和利用四足機(jī)器人的應(yīng)用優(yōu)勢，相關(guān)人員要加強(qiáng)對(duì)礦井情況的深入調(diào)查，通過不斷修改、優(yōu)化和完善四足機(jī)器人設(shè)計(jì)情況，使得四足機(jī)器人具有功能強(qiáng)大、實(shí)用性強(qiáng)特點(diǎn)[3]，為煤礦作業(yè)人員的日常工作提供了極大的便利。

3.1.2四足機(jī)器人在工作過程中的應(yīng)用

四足機(jī)器人通過利用自動(dòng)化遙控方式，可以在無人值守的狀態(tài)下，借助支撐腿進(jìn)行移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)四周環(huán)境的實(shí)時(shí)巡檢，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行異常問題，四足機(jī)器人會(huì)通過探測環(huán)境溫度、濕度以及氣體成分和濃度，啟動(dòng)預(yù)警功能，以引起維修人員的注意，確保設(shè)備運(yùn)行異常問題能夠在第一時(shí)間內(nèi)被快速地分析和解決，為進(jìn)一步提高設(shè)備運(yùn)行性能，保證巡檢工作的開展效率產(chǎn)生積極的影響[4]。此外，四足機(jī)器人通過利用自身攜帶的攝像頭可以對(duì)煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場圖像、視頻的實(shí)時(shí)采集，同時(shí)，借助光纖以太網(wǎng)，利用云數(shù)據(jù)平臺(tái)，對(duì)可能威脅傳送皮帶運(yùn)行安全的鐵管、木頭、工具等物料的實(shí)時(shí)監(jiān)測和識(shí)別，另外，還能全面地采集和分析輸送皮帶機(jī)中斷點(diǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決輸送皮帶機(jī)運(yùn)行異常問題。最后，一旦煤礦生產(chǎn)遇到緊急情況，工作人員可以在第一時(shí)間內(nèi)開啟四足機(jī)器人，使得四足機(jī)器人進(jìn)入到煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場，對(duì)煤礦生產(chǎn)現(xiàn)場相關(guān)圖像和視頻進(jìn)行采集[5]，并將其傳輸?shù)街笓]中心，以達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的目的。

3.2應(yīng)用效果

某礦主斜井膠帶的機(jī)長、帶寬和提升能力分別達(dá)到了3349m、3m，1950萬t/a，現(xiàn)使用四足機(jī)器人代替人工巡檢。通過利用四足機(jī)器人在開展巡檢作業(yè)期間，通過利用機(jī)器人的智能化識(shí)別功能，對(duì)理膠帶的實(shí)際運(yùn)行圖像、溫度、煙霧、氣體濃度等信息進(jìn)行自動(dòng)化識(shí)別和追蹤，并借助大數(shù)據(jù)分析預(yù)警技術(shù)，對(duì)膠帶在實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的故障問題進(jìn)行超前預(yù)判，和預(yù)警。相對(duì)于人工巡檢模式而言，機(jī)器人巡檢模式可以確保膠帶故障停機(jī)時(shí)間縮小了0.6h，同時(shí)，替代的巡檢工人達(dá)到了13人，因此，機(jī)器人巡檢模式具有較高的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性。

結(jié)束語：

綜上所述，四足機(jī)器人憑借著自身可靠性高、安全性強(qiáng)、安裝簡單、操作方便、維護(hù)簡易等優(yōu)勢，被廣泛地應(yīng)用于煤礦中，不僅可以幫助作業(yè)人員輕松地應(yīng)對(duì)易燃易爆、有毒氣體危險(xiǎn)工作環(huán)境，還能有效地避免了因機(jī)電事故而導(dǎo)致煤礦停產(chǎn)進(jìn)而引發(fā)不必要的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)，還降低了操作人員的體力勞動(dòng)強(qiáng)度，為達(dá)到減員增效的目的發(fā)揮出重要作用。因此，將四足機(jī)器人應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)中是勢在必行。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉洋，陳佳品，程君實(shí).基于OpenGL的四足機(jī)器人步態(tài)仿真系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)工程，2020，33（5）：12-13.DOI：10.3969/j.issn.2096-711X.2020.05.006.