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  • 德国高校研发采矿机器人,安全省钱两不误

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    • 时间:2016-10-27
    • 来源: 雷锋网
    • 编译:zy
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       众所周知,矿工是世界上最辛苦、最危险的工作之一。几个世纪以来,包括坍塌、爆炸在内的各类矿难无时无刻都在威胁着广大矿工的生命安全。与危险相伴的,还有矿井下恶劣的工作环境——炎热、潮湿,而且含氧量很低。但悲剧的是,因为地表的矿产资源已经被人类消耗殆尽,所以矿井就需要挖得越来越深,其中最深的矿井已经到达地下四千米!相当于十幢帝国大厦!
     
     
      由于采矿工作的危险系数不断攀升,采矿机器人便应运而生了。日前,来自德国弗莱贝格工业大学(TU Freiberg)的 Mining-ROX 项目研发了一款叫作 Julilus 的机器人,它不但可以为整个采矿过程省下一大笔钱,还可以提升采矿的安全系数。
     
      下面,就让我们一起走进 Mining-ROX,一探究竟。
     
      Mining-ROX 到底是什么?
     
      Mining-ROX 是由TU Freiberg主导的研发项目。而TU Freiberg 是全欧洲唯一一个开展此类研究,并且拥有教学矿井的高校。这个研发团队希望利用自动化机器人去采矿,从而避免矿工继续从事危险的工作。另外,采矿机器人也可以参与矿难救援。
     

     
      这个项目其实是 Robots in Saxony(ROX) 的一部分—— ROX 是德国多所高校的合作项目,旨在将自动服务机器人应用于非结构化的环境中。而德累斯顿工业大学的兄弟项目 Teaching Robots in Saxony(T-ROX)在今年以 Team WEIR 的身份进入了 kuka Innovation Award at Hannover Messe 的决赛。
     
      目前,Mining-ROX 项目拥有两个机器人:Alexander 和 Julius(都是以德国著名科学家的名字命名的)。下面,就让我们来认识一下这两个机器人吧!
     
     
      Alexander 是一个四轮驱动电动移动平台,它利用了 ROS Indigo 系统。这个平台是基于 ClearPath robotics Husky 打造的。它有两个激光扫描器,一个照明系统,以太网摄像机和 RGB-D 摄像机。
     

     
      Julius 也是一个四轮驱动电动移动平台,但它是基于 Innok 机械车打造的。它也用了ROS Indigo系统,但是感应器比 Alexander 少。它还拥有一个 UR5 操控器和 Robotiq 三指抓握器。
     
      Mining-ROX 项目的第三个机器人叫 Elisabeth,目前还处于研发中。
     
      接下来,笔者针对“在未来的采矿业中,机器人有多重要”这个问题,采访了来自 TU Freiberg 的 Bernhard Jung 教授。
     
      Robotiq:您为什么认为像 Julius 这样的自动化机器人对未来的采矿业而言非常重要?
     
      Bernhard Jung 教授:你懂的,矿下的工作环境实在是太恶劣了。而且随着矿井越挖越深,井内将会变得非常炎热,而通风系统和空调的建设造价昂贵。这种时候,就需要机器人登场,它们可以去到那些环境特别艰苦以及缺少“老司机”矿工的地方。实际上,只要我们把眼光放长远一些,就会知道在未来,矿工会越来越少。
     
      Robotiq:目前,您使用 Julilus 在哪些场景中进行勘探了呢?
     
      Bernhard Jung 教授:Julius 的一个作用是在勘探过程中扮演人类的小助手。它可以陪同一个调查员下井,搬一些重物,同时收集感应到的数据。另外,它可以手握并且操作一些测量设备——这些设备如果是由调查员一直拿着的话,一定会筋疲力尽。
     
      另外,Julius 还可以在危险系数很高的矿井下进行勘探,包括哪些矿难发生地、废弃矿井或者是完全无人的矿井。
     
      Robotiq:目前,您有两款研究型机器人。它们二者肩负的研究目标有什么不同呢?
     
      Bernhard Jung 教授:我们希望用 Julius 在矿井中扮演移动控制器的角色。它可以收集感应数据,而这些数据可以通过视觉定位功能进行自动归类。同时,它可以操作那些为人类而设的手持设备。在勘探环境下,Julius 可以被人类远程遥控。另外,这些机器人需要和基站之间建立通讯联系——这是靠贯穿矿井下的 WLAN 站实现的。
     
      而 Alexander 是我们用于井下 3D 测绘的另一个移动机器人。它带有几个摄像机和激光雷达传感器。
     
      Robotiq:为什么您为 Julius 的控制器选择了 Robotiq 三指抓握器 ?
     
      Bernhard Jung 教授:我们想要寻找多功能,并且可以抓住形状各异的物体的抓握器。但是因为囊中羞涩,所以我们的备选范围真的很小。这款机器人如果需要抓住人类使用的扫描设备(比如用于现场材料分析的 XRF-scanner),就需要拥有像手一样的抓握器,所以这款三指抓握器就是我们最好的选择了。另外,在地下采矿环境中,它还需要避免酸水腐蚀。幸运的是,Robotiq 自带一副防酸手套。
     
      Robotiq:您使用了 ROS Indigo 系统来控制 Julius,那么 ROS 的兼容性会影响你对抓握器的选择吗?
     
      Bernhard Jung 教授:ROS 的兼容性非常重要。我们所有的控制软件都基于 ROS 系统:移动机器人平台,UR5 机械臂以及抓握器。没有了 ROS 的支持,我们就不会选择 Robotiq 抓握器了。
     
      Robotiq:UR5 的协作性对采矿机器人而言很重要吗?
     
      Bernhard Jung 教授: UR5 的轻量级设计对有效载荷以及电量都十分有限的移动机器人而言非常重要。但是,更重要的是保证安全。UR5 的安全系统已经通过 T?V 的认证,所以我们才在 Julius 机器人中使用它。
     
      Robotiq:Mining-RO 和 Julius 机器人的下一步计划是什么?
     
      Bernhard Jung 教授:我们想做的事情还有很多。Julius 下一步的计划是,在一个废弃矿井内建立无线通讯网络。而就 Mining-ROX 项目而言,我们的目标是脑洞大开,看看移动机器人扫描的 3D 矿井模型还可以有什么用途——比如给矿工和救援团队定制 VR 训练模拟器等等。
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