在多數(shù)人的印象中，下井鑿巖是一項(xiàng)具有較高風(fēng)險(xiǎn)的工作，需要工人在陰暗封閉、悶熱潮濕、粉塵彌漫的巷道中完成。但在如今，工人不用下井，直接在操控臺(tái)上輕點(diǎn)指尖，就可以遠(yuǎn)程控制井下鑿巖臺(tái)車(chē)完成從精準(zhǔn)定位到自動(dòng)鉆孔的所有工序。

近日，來(lái)自湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的殷俊杰、廖子琛等學(xué)生，在老師的帶領(lǐng)下，自主研發(fā)了無(wú)人化高精度礦用鑿巖裝備智能控制系統(tǒng)，讓井下無(wú)人化作業(yè)成為現(xiàn)實(shí)。該系統(tǒng)集硬件和軟件于一體，實(shí)現(xiàn)鑿巖設(shè)備的智能化、自動(dòng)化管理。

據(jù)了解，目前該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成了3代研發(fā)，集成了多種技術(shù)，并申請(qǐng)了5項(xiàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。憑借這一項(xiàng)目，他們獲得湖南省大學(xué)生創(chuàng)新大賽（2024）一等獎(jiǎng)。
 

△團(tuán)隊(duì)在學(xué)校電氣自動(dòng)化實(shí)訓(xùn)基地進(jìn)行PLC控制程序調(diào)試。
 

△團(tuán)隊(duì)師生在鑿巖臺(tái)車(chē)上進(jìn)行控制系統(tǒng)調(diào)試。
 

△團(tuán)隊(duì)在企業(yè)進(jìn)行鑿巖臺(tái)車(chē)定位測(cè)試。
 

△團(tuán)隊(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行巖石壓力測(cè)試。
 

“鑿巖鉆孔是礦山開(kāi)采與隧道施工的重要環(huán)節(jié)。無(wú)論是過(guò)去的人工鑿巖，還是近些年的機(jī)械化鑿巖，均需要工人在礦井現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行操作，存在較大安全隱患。” 來(lái)自世界銻都湖南冷水江市的殷俊杰介紹，因?yàn)閺男∧慷蒙磉呌H人投身礦井開(kāi)采，作業(yè)環(huán)境差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，讓他的心靈受到了觸動(dòng)。長(zhǎng)大后，他立志研發(fā)一款智能化鑿巖裝備，實(shí)現(xiàn)井下無(wú)人化作業(yè)。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，電氣自動(dòng)化技術(shù)專業(yè)的殷俊杰與學(xué)校工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等專業(yè)的技能尖兵十余人組成了團(tuán)隊(duì)，在老師的指導(dǎo)下，開(kāi)始了研發(fā)之旅。

“臺(tái)車(chē)臂架定位對(duì)孔是鑿巖作業(yè)的第一步，定位偏差會(huì)影響鑿巖精度和準(zhǔn)確度。”學(xué)校電氣創(chuàng)新工作室負(fù)責(zé)人、曾獲全國(guó)職業(yè)院校技能大賽二等獎(jiǎng)的廖子琛同學(xué)介紹，在項(xiàng)目初期，他們首選激光雷達(dá)獲取工作面點(diǎn)云輪廓，進(jìn)行定位對(duì)孔。不過(guò)在雷達(dá)性能測(cè)試時(shí)便遇到一個(gè)難題：他們使用水泥面、石板面、瓷磚面等模擬了多種鑿巖臺(tái)車(chē)作業(yè)的場(chǎng)景以及各種工況。“我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)測(cè)試一些比較光滑的平面時(shí)，雷達(dá)獲取的數(shù)據(jù)會(huì)有所缺失。這意味著在真實(shí)施工環(huán)境中，如遇到地下水滲透等情況，設(shè)備將無(wú)法識(shí)別。”

在隨后的一個(gè)月里，團(tuán)隊(duì)成員加班加點(diǎn)、連續(xù)作戰(zhàn)。他們使用10余種不同類型的傳感器進(jìn)行測(cè)試，完成了50多次設(shè)備的布線、安裝、調(diào)試，最終選用工業(yè)相機(jī)獲取圖像數(shù)據(jù)的方式，補(bǔ)全這一部分的數(shù)據(jù)缺失，實(shí)現(xiàn)了基于工業(yè)相機(jī)、激光雷達(dá)、編碼器多源感知融合的高精度無(wú)人化快速定位功能。“定位精度提升至20mm內(nèi)，幾乎達(dá)到國(guó)內(nèi)最高水平! ”

據(jù)悉，在兩年時(shí)間，團(tuán)隊(duì)成員忙碌于實(shí)驗(yàn)室、模擬隧道、施工現(xiàn)場(chǎng)，開(kāi)展控制程序編寫(xiě)測(cè)試、硬件選型、軟硬件聯(lián)合調(diào)試、系統(tǒng)集成與優(yōu)化等，共進(jìn)行測(cè)試600余次，不斷優(yōu)化與改進(jìn)方案。

“該系統(tǒng)內(nèi)置的智能路徑規(guī)劃模塊，能夠根據(jù)隧道地形、巖石特性及施工要求，自動(dòng)計(jì)算出最優(yōu)鉆孔路徑，同時(shí)基于鑿巖數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)態(tài)調(diào)整鉆孔參數(shù)，真正實(shí)現(xiàn)‘一鍵智鑿’。” 殷俊杰表示，通過(guò)精準(zhǔn)控制和高效作業(yè)，減少了三分之二的操作人員需求，施工效率卻大幅提升，僅鉆孔定位時(shí)間就從30分鐘縮短至5分鐘。

殷俊杰還透露，團(tuán)隊(duì)在研發(fā)中獲得了學(xué)校很大的幫助，“學(xué)校為我們提供國(guó)家級(jí)實(shí)訓(xùn)基地、湖南省‘楚怡’產(chǎn)教融合實(shí)訓(xùn)基地，以及多學(xué)科的博士教師指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)。”未來(lái)，團(tuán)隊(duì)將秉持綠色發(fā)展理念，以精湛技能奉獻(xiàn)制造強(qiáng)國(guó)建設(shè)。