在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展新形勢下,居民生活和社會生產(chǎn)對煤礦資源的需求量持續(xù)增加,帶動了煤礦行業(yè)的快速發(fā)展,煤礦開采是煤礦生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié),當(dāng)前在智能化以及信息技術(shù)的支撐下,其逐漸趨于智能化方向發(fā)展,應(yīng)用智能化機(jī)械設(shè)備可以提升開采效率和質(zhì)量,對推動煤礦行業(yè)的升級轉(zhuǎn)型具有積極意義和重要價值。

我國煤礦巷道掘進(jìn)，智能化尚處于發(fā)展階段

       目前，我國煤礦巷道掘進(jìn)的機(jī)械化程度約為60％，普遍存在采掘失衡、掘支失衡等問題，尤其是掘、支、錨、運(yùn)協(xié)同作業(yè)尚處于初步發(fā)展階段，主要表現(xiàn)在以下方面：

       掘進(jìn)工作面空間狹小、作業(yè)工序復(fù)雜，掘、支、錨、運(yùn)協(xié)同作業(yè)困難。受煤層賦存條件及安全作業(yè)要求，巷道掘進(jìn)后需要進(jìn)行及時支護(hù)，復(fù)雜條件巷道的空頂距很小，難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)；根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》等相關(guān)文件規(guī)定，要求有掘必探，地質(zhì)探測、掘進(jìn)、支護(hù)、錨護(hù)等相關(guān)工序均需要協(xié)同配合，現(xiàn)有技術(shù)尚難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜條件的各工序自動化連續(xù)作業(yè)。

       掘、支、錨裝備普遍存在因設(shè)備體積龐大而導(dǎo)致應(yīng)用范圍受限制的問題。且絕大多數(shù)裝備采用輪式或履帶式行進(jìn)方案，而輪胎或履帶在環(huán)境較為惡劣的煤礦巷道下長時間工作，容易損壞且維修困難；龐大的行進(jìn)動力組件，增加了整套裝備的重量，在軟巖巷道作業(yè)時，存在下陷的風(fēng)險(xiǎn)。

       掘進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)龐大而復(fù)雜，涉及機(jī)械、液壓、電氣、控制等領(lǐng)域，各種技術(shù)的協(xié)同和融合是關(guān)鍵。需要以智能化控制為核心，將產(chǎn)品研發(fā)和過程控制作為一個完整的系統(tǒng)，貫穿于設(shè)計(jì)和制造的全過程。

聚力研發(fā)攻克掘進(jìn)、錨護(hù)、支護(hù)協(xié)同作業(yè)技術(shù)難關(guān)

       如何破解“采掘速度失調(diào)”難題？通過掘進(jìn)、錨護(hù)、支護(hù)協(xié)同作業(yè)在狹小的巷道里靈活作業(yè)，提高掘進(jìn)作業(yè)效率和安全性？

       中科深谷助力國內(nèi)某高校研究的全新綜掘工作面邁步式掘錨支協(xié)同機(jī)器人給出了解決方案。

       中科深谷綜掘工作面邁步式掘錨支協(xié)同機(jī)器人，由撐網(wǎng)系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、地面支撐系統(tǒng)和動力及轉(zhuǎn)彎系統(tǒng)組成，基于新型錨護(hù)工藝下的圍巖特性，應(yīng)用智能變頻驅(qū)動技術(shù)、多錨桿鉆孔自動接續(xù)技術(shù)、全斷面自動鋪網(wǎng)技術(shù)以及空間多維度同步支護(hù)技術(shù)，最大程度實(shí)現(xiàn)了掘錨支多工序并行作業(yè)。

       機(jī)身結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小總機(jī)尺寸為，長 2.2 米，寬 0.9 米，高 1.5 米，重約：1.42t。整體裝備的體積較小，適用于空間體積小且環(huán)境較為惡劣的煤礦巷道，且裝置主要部件具有可收縮功能，可以根據(jù)巷道的實(shí)際工況及時調(diào)整裝備的姿態(tài)，以便高效率作業(yè)。

行走系統(tǒng)，行進(jìn)平穩(wěn)，穩(wěn)定性強(qiáng)。

       地面支撐液壓缸組依次收縮離開巷道底板，依靠內(nèi)部的推進(jìn)液壓缸作用，實(shí)現(xiàn)邁步行進(jìn)的動作。

如下圖所示行走系統(tǒng)共3組液壓缸：2組液壓支腿，一組橫向推移油缸。其中，第一組4個液壓缸一起聯(lián)動，第二組4個液壓缸一起聯(lián)動，兩橫向推移油缸一起聯(lián)動。

       該運(yùn)動過程，摩擦阻力較小，且地面支撐液壓缸組可依據(jù)巷道底板的不平整度自動調(diào)節(jié)液壓缸的伸縮量，確保整套設(shè)備的穩(wěn)定性。

轉(zhuǎn)彎靈活，機(jī)動性能好。

       由回轉(zhuǎn)臺、與液壓馬達(dá)組成，回轉(zhuǎn)臺上部連接機(jī)架，下部連接第二組支腿，通過安裝于機(jī)身上的兩個轉(zhuǎn)彎液壓缸協(xié)同推動撐網(wǎng)系統(tǒng)中的主梁和地面支撐系統(tǒng)中的地面支撐液壓缸組運(yùn)動。同時，設(shè)備采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，各模塊長度較短且彼此間允許擺動一定角度，增加了綜掘工作面邁步式掘錨支協(xié)同機(jī)器人轉(zhuǎn)彎的靈活性。

支、錨協(xié)同作業(yè)，負(fù)載能力強(qiáng)。

錨桿鉆機(jī)靈活度高、作業(yè)區(qū)域大且彼此間可進(jìn)行協(xié)同工作，提高了錨固的速度。

       負(fù)載系統(tǒng)與行走系統(tǒng)、支護(hù)系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)獨(dú)立，且三組液壓缸組相互獨(dú)立，每一組內(nèi)部液壓缸需滿足同步要求，三組液壓缸之間可實(shí)現(xiàn)同步升降動作、異步升降動作，負(fù)載可達(dá)3000kg。

機(jī)電液一體化智能控制系統(tǒng)

       電液傳動與傳統(tǒng)機(jī)械傳動比較，體積小、質(zhì)量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，而且元件布局靈活，十分有利于設(shè)備的快速連接、啟動、制動，便于快頻率的換向?qū)崿F(xiàn)大范圍的調(diào)速?？刂破骱托畔⑻幚碓O(shè)備是機(jī)電液一體化設(shè)備的核心部分，通過控制器實(shí)現(xiàn)智能化、信息化控制，實(shí)現(xiàn)高度自動化控制，加速產(chǎn)品推廣應(yīng)用。

整套裝備安全防護(hù)系統(tǒng)等級高

       為保證本裝置的各子系統(tǒng)在作業(yè)和移動的過程中不發(fā)生碰撞，利用超聲波測距系統(tǒng)，且將該信息反饋至動力系統(tǒng)控制單元中，構(gòu)成閉環(huán)的安全連鎖系統(tǒng)，從而避免該裝備與其他裝備、人員發(fā)生碰撞等事故的發(fā)生。

MBD工程開發(fā)方法 提升50%開發(fā)效率

       綜掘工作面邁步式掘錨支協(xié)同機(jī)器人的開發(fā)中，如果用傳統(tǒng)的開發(fā)方式需要經(jīng)歷項(xiàng)目設(shè)計(jì)、概念構(gòu)架、立項(xiàng)、運(yùn)維、驗(yàn)證等環(huán)節(jié)，過程繁瑣、流程復(fù)雜，且時間、人力、物力成本都很高。

       中科深谷采用基于模型設(shè)計(jì)（Model-Based Design,簡稱MBD）的開發(fā)方法，打破原有的產(chǎn)品開發(fā)思路，將設(shè)計(jì)任務(wù)從實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場轉(zhuǎn)移到電腦桌面，改變研究人員原有的產(chǎn)品開發(fā)方式，是一種解決復(fù)雜控制、信號處理和算法設(shè)計(jì)驗(yàn)證等工程問題的數(shù)學(xué)和可視化方法，通過MBD工程開發(fā)方法，提高綜掘工作面邁步式掘錨支協(xié)同機(jī)器人的開發(fā)效率，降低研發(fā)成本。

高級算法開源提高電機(jī)硬度和液壓系統(tǒng)剛度

       傳統(tǒng)的PLC控制器沒法進(jìn)行開源，需要深度開源進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，測試驗(yàn)證算法先進(jìn)性與穩(wěn)定性。中科深谷通過采用CSPACE半實(shí)物仿真與控制系統(tǒng)，針對復(fù)雜的液壓機(jī)器人設(shè)備，構(gòu)建精確的系統(tǒng)控制模型，反復(fù)聯(lián)調(diào)測試改進(jìn)，直至每個液壓單元正常工作，實(shí)際效果與仿真一致，同時基于MBD方式優(yōu)化改進(jìn)控制算法，高效解決機(jī)電液系統(tǒng)動態(tài)參數(shù)辨識、泵閥復(fù)合電液控制功率匹配與自適應(yīng)協(xié)同控制、電控系統(tǒng)脈動監(jiān)測與抑制等核心技術(shù)難點(diǎn)。

       此外，中科深谷研發(fā)團(tuán)隊(duì)根據(jù)課題需要以液壓驅(qū)動系統(tǒng)為研究對象，建立開放的永磁電機(jī)及電液控制系統(tǒng)驅(qū)動器，實(shí)現(xiàn)高級算法驗(yàn)證，達(dá)到提高電機(jī)硬度和液壓系統(tǒng)剛度的目的，保障綜掘工作面邁步式掘錨支協(xié)同機(jī)器人高效作業(yè)。

       在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展新形勢下,社會生產(chǎn)和居民生活對煤礦資源的需求量持續(xù)增加,在科學(xué)技術(shù)的支撐下,煤礦開采也逐漸趨于機(jī)械化、智能化以及信息化方向發(fā)展，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新研發(fā)的全新的綜掘工作面邁步式掘錨支協(xié)同機(jī)器人，應(yīng)用智能化技術(shù),可以提升開采作業(yè)的效率和質(zhì)量,避免發(fā)生安全事故,確保企業(yè)生產(chǎn)安全、降低生產(chǎn)成本,對提升煤礦安全生產(chǎn)水平和保障煤炭穩(wěn)定供應(yīng)具有重要意  義。