德國(guó)高校研發(fā)采礦機(jī)器人，安全省錢兩不誤

本文作者：楊波

2016-10-26 16:27

導(dǎo)語(yǔ)：日前，來(lái)自德國(guó)弗萊貝格工業(yè)大學(xué)（TU Freiberg）的 Mining-ROX 項(xiàng)目研發(fā)了一款叫作 Julilus 的機(jī)器人。

眾所周知，礦工是世界上最辛苦、最危險(xiǎn)的工作之一。幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，包括坍塌、爆炸在內(nèi)的各類礦難無(wú)時(shí)無(wú)刻都在威脅著廣大礦工的生命安全。與危險(xiǎn)相伴的，還有礦井下惡劣的工作環(huán)境——炎熱、潮濕，而且含氧量很低。但悲劇的是，因?yàn)榈乇淼牡V產(chǎn)資源已經(jīng)被人類消耗殆盡，所以礦井就需要挖得越來(lái)越深，其中最深的礦井已經(jīng)到達(dá)地下四千米！相當(dāng)于十幢帝國(guó)大廈！

由于采礦工作的危險(xiǎn)系數(shù)不斷攀升，采礦機(jī)器人便應(yīng)運(yùn)而生了。日前，來(lái)自德國(guó)弗萊貝格工業(yè)大學(xué)（TU Freiberg）的 Mining-ROX 項(xiàng)目研發(fā)了一款叫作 Julilus 的機(jī)器人，它不但可以為整個(gè)采礦過(guò)程省下一大筆錢，還可以提升采礦的安全系數(shù)。

下面，就讓我們一起走進(jìn) Mining-ROX，一探究竟。

Mining-ROX 到底是什么？

Mining-ROX 是由TU Freiberg主導(dǎo)的研發(fā)項(xiàng)目。而TU Freiberg 是全歐洲唯一一個(gè)開(kāi)展此類研究，并且擁有教學(xué)礦井的高校。這個(gè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)希望利用自動(dòng)化機(jī)器人去采礦，從而避免礦工繼續(xù)從事危險(xiǎn)的工作。另外，采礦機(jī)器人也可以參與礦難救援。

這個(gè)項(xiàng)目其實(shí)是 Robots in Saxony（ROX）的一部分—— ROX 是德國(guó)多所高校的合作項(xiàng)目，旨在將自動(dòng)服務(wù)機(jī)器人應(yīng)用于非結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中。而德累斯頓工業(yè)大學(xué)的兄弟項(xiàng)目 Teaching Robots in Saxony（T-ROX）在今年以 Team WEIR 的身份進(jìn)入了 KUKA Innovation Award at Hannover Messe 的決賽。

目前，Mining-ROX 項(xiàng)目擁有兩個(gè)機(jī)器人：Alexander 和 Julius（都是以德國(guó)著名科學(xué)家的名字命名的）。下面，就讓我們來(lái)認(rèn)識(shí)一下這兩個(gè)機(jī)器人吧！

德國(guó)高校研發(fā)采礦機(jī)器人，安全省錢兩不誤

Alexander 是一個(gè)四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)，它利用了 ROS Indigo 系統(tǒng)。這個(gè)平臺(tái)是基于 Clearpath robotics Husky 打造的。它有兩個(gè)激光掃描器，一個(gè)照明系統(tǒng)，以太網(wǎng)攝像機(jī)和 RGB-D 攝像機(jī)。

德國(guó)高校研發(fā)采礦機(jī)器人，安全省錢兩不誤

Julius 也是一個(gè)四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)，但它是基于 Innok 機(jī)械車打造的。它也用了ROS Indigo系統(tǒng)，但是感應(yīng)器比 Alexander 少。它還擁有一個(gè) UR5 操控器和 Robotiq 三指抓握器。
Mining-ROX 項(xiàng)目的第三個(gè)機(jī)器人叫 Elisabeth，目前還處于研發(fā)中。

接下來(lái)，筆者針對(duì)“在未來(lái)的采礦業(yè)中，機(jī)器人有多重要”這個(gè)問(wèn)題，采訪了來(lái)自 TU Freiberg 的 Bernhard Jung 教授。

Robotiq：您為什么認(rèn)為像 Julius 這樣的自動(dòng)化機(jī)器人對(duì)未來(lái)的采礦業(yè)而言非常重要？

Bernhard Jung 教授：你懂的，礦下的工作環(huán)境實(shí)在是太惡劣了。而且隨著礦井越挖越深，井內(nèi)將會(huì)變得非常炎熱，而通風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)的建設(shè)造價(jià)昂貴。這種時(shí)候，就需要機(jī)器人登場(chǎng)，它們可以去到那些環(huán)境特別艱苦以及缺少“老司機(jī)”礦工的地方。實(shí)際上，只要我們把眼光放長(zhǎng)遠(yuǎn)一些，就會(huì)知道在未來(lái)，礦工會(huì)越來(lái)越少。

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Robotiq：目前，您使用 Julilus 在哪些場(chǎng)景中進(jìn)行勘探了呢？

Bernhard Jung 教授：Julius 的一個(gè)作用是在勘探過(guò)程中扮演人類的小助手。它可以陪同一個(gè)調(diào)查員下井，搬一些重物，同時(shí)收集感應(yīng)到的數(shù)據(jù)。另外，它可以手握并且操作一些測(cè)量設(shè)備——這些設(shè)備如果是由調(diào)查員一直拿著的話，一定會(huì)筋疲力盡。

另外，Julius 還可以在危險(xiǎn)系數(shù)很高的礦井下進(jìn)行勘探，包括哪些礦難發(fā)生地、廢棄礦井或者是完全無(wú)人的礦井。

Robotiq：目前，您有兩款研究型機(jī)器人。它們二者肩負(fù)的研究目標(biāo)有什么不同呢？

Bernhard Jung 教授：我們希望用 Julius 在礦井中扮演移動(dòng)控制器的角色。它可以收集感應(yīng)數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)可以通過(guò)視覺(jué)定位功能進(jìn)行自動(dòng)歸類。同時(shí)，它可以操作那些為人類而設(shè)的手持設(shè)備。在勘探環(huán)境下，Julius 可以被人類遠(yuǎn)程遙控。另外，這些機(jī)器人需要和基站之間建立通訊聯(lián)系——這是靠貫穿礦井下的 WLAN 站實(shí)現(xiàn)的。

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而 Alexander 是我們用于井下 3D 測(cè)繪的另一個(gè)移動(dòng)機(jī)器人。它帶有幾個(gè)攝像機(jī)和激光雷達(dá)傳感器。

Robotiq：為什么您為 Julius 的控制器選擇了 Robotiq 三指抓握器？

Bernhard Jung 教授：我們想要尋找多功能，并且可以抓住形狀各異的物體的抓握器。但是因?yàn)槟抑行邼?，所以我們的備選范圍真的很小。這款機(jī)器人如果需要抓住人類使用的掃描設(shè)備（比如用于現(xiàn)場(chǎng)材料分析的 XRF-scanner），就需要擁有像手一樣的抓握器，所以這款三指抓握器就是我們最好的選擇了。另外，在地下采礦環(huán)境中，它還需要避免酸水腐蝕。幸運(yùn)的是，Robotiq 自帶一副防酸手套。

Robotiq：您使用了 ROS Indigo 系統(tǒng)來(lái)控制 Julius，那么 ROS 的兼容性會(huì)影響你對(duì)抓握器的選擇嗎？

Bernhard Jung 教授：ROS 的兼容性非常重要。我們所有的控制軟件都基于 ROS 系統(tǒng)：移動(dòng)機(jī)器人平臺(tái)，UR5 機(jī)械臂以及抓握器。沒(méi)有了 ROS 的支持，我們就不會(huì)選擇 Robotiq 抓握器了。

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Robotiq：UR5 的協(xié)作性對(duì)采礦機(jī)器人而言很重要嗎？

Bernhard Jung 教授： UR5 的輕量級(jí)設(shè)計(jì)對(duì)有效載荷以及電量都十分有限的移動(dòng)機(jī)器人而言非常重要。但是，更重要的是保證安全。UR5 的安全系統(tǒng)已經(jīng)通過(guò) TüV 的認(rèn)證，所以我們才在 Julius 機(jī)器人中使用它。

Robotiq：Mining-RO 和 Julius 機(jī)器人的下一步計(jì)劃是什么？

Bernhard Jung 教授：我們想做的事情還有很多。Julius 下一步的計(jì)劃是，在一個(gè)廢棄礦井內(nèi)建立無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)。而就 Mining-ROX 項(xiàng)目而言，我們的目標(biāo)是腦洞大開(kāi)，看看移動(dòng)機(jī)器人掃描的 3D 礦井模型還可以有什么用途——比如給礦工和救援團(tuán)隊(duì)定制 VR 訓(xùn)練模擬器等等。

Via Robohub