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面向多人−多机复杂协作任务的煤矿XR智能运维系统
煤炭是我国能源体系的基石,而煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。煤矿机器人作为煤炭开采技术革命的重要标志,在煤矿智能化建设中发挥着重要作用。2019年,国家煤矿安监局发布《煤矿机器人重点研发目录》。2021年,中国煤炭学会将“煤矿智能化机器人”列为“十四五”期间煤炭十大重点领域之一。2023年,工信部等十七部门联合印发《“机器人+”应用行动实施方案》,指出应深化煤炭领域“机器人+”应用。随着需求迁移与政策推动,煤矿机器人已成为实现煤矿智能化愿景的重要基础,正推动煤矿智能化建设迈向高水平。
随着研发与应用的深入,煤矿机器人已能够提供精准服务,代替煤矿操作员完成部分工作,这使煤矿操作员的劳动强度得到了有效降低。但由于煤矿井下设备众多且关联性强、作业任务复杂,因此即使在煤矿井下减人增效的大背景下,人仍然在煤矿生产系统中扮演重要角色。在面对设备安装、拆除、维护、现场清理、钻孔、封孔等程序冗杂、随机性强的辅助作业任务时,需要人机协作乃至多人−多机协作完成。煤矿机器人可执行一些重复性、危险性或高强度的任务,而煤矿操作员则可专注于更复杂、需要人类智慧和判断的工作。2者协同作业,通过可靠及时的信息共享与意图捕捉,能够将人的智能判断能力与机器人的高效执行能力相结合,实现互补,在提高生产效率的同时降低工作风险。
图 1 系统构成
图 2 VR 运维子系统各模块耦合运行关系
图 3 系统协同运行关系
图 4 人机状态监测界面
图 5 整体任务场景的构建过程
图 6 基于 5W2H 的人机任务分配
图 7 全局与局部导航
图 8 AR 对象虚实映射
王学文(1979-),男,工学博士,力学博士后,太原理工大学教授,博士生导师,煤矿综采装备山西省重点实验室主任,煤炭机械工业综采装备数字化工程技术研究中心主任。兼任中国煤炭工业协会煤矿智能化与新技术专委会委员、中国煤炭工业协会信息化分会理事、中国煤炭学会煤矿机电一体化专委会委员、《绿色矿山》编委、《煤炭科学技术》青年编委、《International Journal of Coal Science & Technology》学术编辑等。曾获山西省“三晋英才”、山西省优秀青年学术带头人、山西省131优秀中青年拔尖创新人才等称号。
研究方向
煤机装备设计理论与信息化技术
主要成果
将数字孪生、虚拟现实、互联网+等新一代信息技术与综采装备基础理论及关键技术研究深度融合,提出了面向综采装备的虚拟智能监测理论框架,开发了应用系统;提出了面向产品全生命周期的“CAD+VR”虚拟装配与仿真方法,设计开发了面向煤机装备的虚拟现实装配技术与系统,为煤机装备协同设计资源实时互动与有效配置提供了解决方案;针对煤岩散料与煤机装备间的耦合行为,提出了刚散耦合力学模型建立方法和耦合效应分析路径,为煤机装备刚散耦合接触件结构设计与优化提供了理论依据。
来源:
王学文,刘曙光,王雪松,等. 面向多人−多机复杂协作任务的煤矿 XR 智能运维系统[J]. 煤炭学报,2024,49(4):2124−2140.
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