來源：《智能礦山》2022年第5期”煤礦機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用實(shí)踐“專題報(bào)道

作者：王雷，研究員，現(xiàn)任中國(guó)煤科沈陽研究院特種機(jī)器人事業(yè)部總經(jīng)理，中國(guó)煤炭科工集團(tuán)三級(jí)首席科學(xué)家，中煤科工集團(tuán)沈陽研究院有限公司一級(jí)首席科學(xué)家

編者按

近些年來，國(guó)家各部委印發(fā)了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》《煤礦機(jī)器人重點(diǎn)研發(fā)目錄》等系列文件，旨在通過煤礦機(jī)器人技術(shù)推動(dòng)智能化與煤炭產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，提升煤礦智能化水平。煤炭行業(yè)相關(guān)企事業(yè)單位也相繼開展了智能感知、高效驅(qū)動(dòng)、精準(zhǔn)導(dǎo)航等多項(xiàng)煤礦機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐，研制了主運(yùn)輸系統(tǒng)和變電所、水泵房等井下多場(chǎng)景巡檢機(jī)器人群，并在機(jī)器人群協(xié)同指揮調(diào)度、科學(xué)精準(zhǔn)管理、高效分析決策等方面取得突破，形成了一大批具有代表性的技術(shù)成果，為煤礦智能化建設(shè)提供了技術(shù)與應(yīng)用支撐。

為促進(jìn)煤礦機(jī)器人技術(shù)成果交流與分享，推進(jìn)煤礦機(jī)器人技術(shù)成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用，提升煤礦智能化水平，《智能礦山》于2022年第5期策劃開展了“煤礦機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用實(shí)踐”專題，對(duì)智能巡檢機(jī)器人集群與協(xié)同指揮調(diào)度技術(shù)與實(shí)踐應(yīng)用情況進(jìn)行了報(bào)道。“煤礦機(jī)器人創(chuàng)新發(fā)展與應(yīng)用實(shí)踐”專題屬長(zhǎng)期策劃?rùn)谀?，將不定期刊載，以期匯聚機(jī)器人專業(yè)領(lǐng)域人才，交流煤礦機(jī)器人技術(shù)，助力智能安全型礦井建設(shè)。

本期專題主編：王雷 研究員

為推動(dòng)工業(yè)機(jī)器人、智能裝備在危險(xiǎn)工序和環(huán)節(jié)替代人工，原國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局在2019年1月發(fā)布了《煤礦機(jī)器人重點(diǎn)研發(fā)目錄》，聚焦關(guān)鍵崗位、危險(xiǎn)崗位。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，未來應(yīng)用到煤礦的機(jī)器人種類不少于70種，大致分為安控類、掘進(jìn)類、救援類、運(yùn)輸類以及采煤類，煤礦多場(chǎng)景機(jī)器人化已經(jīng)成為煤礦智能化發(fā)展的必然趨勢(shì)。因此，如何對(duì)多種機(jī)器人進(jìn)行必要的指揮調(diào)度，使其能夠協(xié)同作業(yè)、協(xié)同感知、協(xié)同決策是未來亟待解決的問題。

筆者研究了煤礦機(jī)器人群調(diào)度指揮系統(tǒng)技術(shù)體系，構(gòu)建了系統(tǒng)整體架構(gòu)，分析了當(dāng)前現(xiàn)有機(jī)器人在煤礦場(chǎng)景下應(yīng)用的問題難點(diǎn)，并重點(diǎn)闡述了關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展思路；提出了煤礦機(jī)器人群調(diào)度指揮系統(tǒng)應(yīng)具備的功能，以達(dá)到科學(xué)分管、精準(zhǔn)調(diào)度的集群管理目標(biāo)，提升煤礦機(jī)器人群的管理水平和工作效率。

01 機(jī)器人群協(xié)同指揮研究現(xiàn)狀

機(jī)器人指揮控制概念起源于軍事領(lǐng)域，概念模型有認(rèn)知過程模型、能力層級(jí)模型、OODA模型、HEAT模型、ALBERT模型等。隨著指揮控制系統(tǒng)的發(fā)展，其應(yīng)用已深入多種專業(yè)領(lǐng)域。

近年來，以美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)等為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家大力加強(qiáng)跨領(lǐng)域、跨部門、跨平臺(tái)的機(jī)器人指揮控制系統(tǒng)架構(gòu)研究。歐盟建成的e-Risk系統(tǒng)，是基于衛(wèi)星通信，集成有線語音系統(tǒng)、無線語音系統(tǒng)、寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)，配合應(yīng)急管理平臺(tái)，保證指揮中心、聯(lián)動(dòng)單位、專家小組和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的高效通信。日本機(jī)器人調(diào)度系統(tǒng)，能夠在保障通信的同時(shí)收集各種災(zāi)害情報(bào)，并傳達(dá)行動(dòng)指令，保證機(jī)器人所在場(chǎng)所長(zhǎng)時(shí)間無人值守。

目前在煤礦應(yīng)用領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人群協(xié)同指揮功能還面臨諸多挑戰(zhàn)，具體包括以下3個(gè)方面：

（1）缺少完整的基礎(chǔ)理論研究。機(jī)器人群與協(xié)同指揮控制系統(tǒng)結(jié)合的新機(jī)制、新理論研究還較為薄弱，缺少將煤礦機(jī)器人群與煤礦現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的理論指導(dǎo)，對(duì)如何提升機(jī)器人群在任務(wù)執(zhí)行過程中的監(jiān)測(cè)監(jiān)控和自我分析決策能力研究較少。

（2）未充分形成信息集成優(yōu)勢(shì)。機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)的過程中，場(chǎng)景分散且獨(dú)立，每臺(tái)機(jī)器人所獲信息共享率低，容易造成機(jī)器人任務(wù)規(guī)劃模糊、突發(fā)煤礦事件應(yīng)對(duì)遲緩等局面。

（3）機(jī)器人群多場(chǎng)景多任務(wù)的協(xié)同規(guī)劃研究仍處于探索階段。當(dāng)前研究主要面向的是同一種類機(jī)器人的路徑規(guī)劃和任務(wù)分配，針對(duì)異構(gòu)機(jī)器人及其群體的總體規(guī)劃、相互協(xié)作及控制指令下達(dá)少有研究。

因此，將較為成熟的機(jī)器人指揮系統(tǒng)與煤礦機(jī)器人特征有效結(jié)合，打造針對(duì)煤礦多場(chǎng)景下的機(jī)器人群協(xié)同調(diào)度指揮與管理平臺(tái)十分必要。筆者主要對(duì)其中的關(guān)鍵問題進(jìn)行研究，重點(diǎn)攻克機(jī)器人群的體系化建設(shè)和整合、協(xié)同監(jiān)控與預(yù)警、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匯集與分類管理、輔助決策、仿真模擬、智能決策調(diào)度，同時(shí)將多個(gè)機(jī)器人獲取的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整合，完成了數(shù)據(jù)挖掘、分類及一體化決策，完成了煤礦機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)維管理，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人群數(shù)據(jù)通信的標(biāo)準(zhǔn)化，提高了機(jī)器人群平臺(tái)的交互性，以及機(jī)器人群的作業(yè)效率，并借助數(shù)字孿生系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)管理人員信息獲取的立體化。

02 煤礦機(jī)器人群調(diào)度指揮系統(tǒng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)

總體架構(gòu)

機(jī)器人群調(diào)度指揮系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)主要分為以下3個(gè)部分：①機(jī)器人實(shí)體群，由安控類、掘進(jìn)類、救援類、運(yùn)輸類、采煤類5大類機(jī)器人組成，分布于煤礦各個(gè)場(chǎng)景，系統(tǒng)支持單一場(chǎng)景中同時(shí)布置多個(gè)機(jī)器人，這些機(jī)器人可通過調(diào)度指揮系統(tǒng)協(xié)作完成指定工作；②數(shù)據(jù)傳輸層，負(fù)責(zé)對(duì)機(jī)器人本體數(shù)據(jù)和工作環(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集，并實(shí)現(xiàn)調(diào)度和決策信息的下發(fā)；③數(shù)據(jù)處理和展示層，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)圖像、聲音、各種數(shù)字量、模擬量等所有數(shù)據(jù)信息，并進(jìn)行綜合分析處理，通過數(shù)據(jù)挖掘，最終實(shí)現(xiàn)生成決策意見、規(guī)劃?rùn)C(jī)器人行走路徑、生成多種數(shù)據(jù)報(bào)表、機(jī)器人狀態(tài)評(píng)估等功能。煤礦機(jī)器人群調(diào)度指揮系統(tǒng)支持安卓移動(dòng)端實(shí)時(shí)操作，手機(jī)端可支持鴻蒙系統(tǒng)，PC端可支持鯤鵬系統(tǒng)；此外，還支持煤礦多場(chǎng)景模擬仿真，系統(tǒng)顯示效果如圖2所示。

圖1 機(jī)器人群調(diào)度指揮系統(tǒng)總體架構(gòu)

圖2 煤礦機(jī)器人群調(diào)度指揮系統(tǒng)顯示效果

關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展思路

機(jī)器人群調(diào)度指揮系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)包括高保真數(shù)據(jù)采集與穩(wěn)定傳輸技術(shù)，機(jī)器人狀態(tài)、環(huán)境感知等關(guān)鍵元素的在線監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程診斷技術(shù)，以及基于礦區(qū)環(huán)網(wǎng)的煤礦機(jī)器人群云端運(yùn)維管理技術(shù)、煤礦機(jī)器人及其場(chǎng)景的3D仿真建模技術(shù)等。由于部分巡檢類和少量作業(yè)類煤礦機(jī)器人現(xiàn)已開始在煤礦場(chǎng)景內(nèi)實(shí)際應(yīng)用，但缺少能夠?qū)⑦@些機(jī)器人全部接入其中并能夠進(jìn)行調(diào)度指揮的系統(tǒng)，因此上述的前3項(xiàng)技術(shù)是目前亟需發(fā)展突破的關(guān)鍵技術(shù)。

（1）高保真數(shù)據(jù)采集與穩(wěn)定傳輸技術(shù)

由于煤礦井下粉塵、淋水、潮濕等環(huán)境因素的復(fù)雜性，以及大型設(shè)備產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集和傳輸過程中容易發(fā)生數(shù)據(jù)缺失、數(shù)據(jù)異常、數(shù)據(jù)精度不可靠的問題。因此，機(jī)器人群的數(shù)據(jù)管理平臺(tái)需要高保真的數(shù)據(jù)采集與穩(wěn)定傳輸技術(shù)作為支撐。高保真數(shù)據(jù)采集與穩(wěn)定傳輸技術(shù)流程如圖3所示。

圖3 高保真數(shù)據(jù)采集與穩(wěn)定傳輸技術(shù)流程

在數(shù)據(jù)實(shí)際使用過程中，采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)常存在異常、缺失、突變、干擾等數(shù)據(jù)粗糙情況，從數(shù)據(jù)庫中采集到目標(biāo)數(shù)據(jù)后，必須對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和處理，不但增加了傳輸負(fù)擔(dān)，也使后期數(shù)據(jù)處理的工作量大幅增加。主要解決方法為：對(duì)于出現(xiàn)歸零或極大值的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行多一步的替換或清除處理；對(duì)缺失的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)齊處理等，盡量降低對(duì)結(jié)果的干擾，保證預(yù)測(cè)結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。煤礦機(jī)器人分布于多場(chǎng)景應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，因此提出煤礦機(jī)器人群高保真數(shù)據(jù)采集技術(shù)，將煤礦機(jī)器人得到的包括生產(chǎn)設(shè)備、傳感器等多源時(shí)序異構(gòu)數(shù)據(jù)、文本數(shù)據(jù)、監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，構(gòu)建一種協(xié)議解析引擎與網(wǎng)絡(luò)通信相分離機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換接口與信息采集。

考慮到機(jī)器人群個(gè)體中采集的數(shù)據(jù)存在非線性/非穩(wěn)態(tài)、樣本龐大、數(shù)據(jù)海量、傳輸實(shí)時(shí)性差等特點(diǎn)，構(gòu)建了機(jī)器人運(yùn)行環(huán)境和狀態(tài)的復(fù)合觸發(fā)機(jī)制，提出了機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)采集與無損壓縮傳輸方法，實(shí)現(xiàn)了單體狀態(tài)信號(hào)、環(huán)境感知信息以及全體交互信息的快速精準(zhǔn)采集?；贏I視頻采集分析裝置、溫度紅外監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線雙向通信接口等模塊組件，構(gòu)建溫度、濕度、風(fēng)速、巷道斷面等多元多維度數(shù)據(jù)智能分析決策系統(tǒng)。針對(duì)ZigBee/Wi-Fi等多節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)、光纖集成、4G/5G網(wǎng)絡(luò)等傳輸媒介，提出抗干擾編碼技術(shù)與多參量冗余信號(hào)全域網(wǎng)絡(luò)融合的傳輸方法，實(shí)現(xiàn)了廣域分布式海量運(yùn)行數(shù)據(jù)的無損傳輸。

（2）機(jī)器人狀態(tài)、環(huán)境感知等關(guān)鍵元素在線

監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程診斷技術(shù)結(jié)合設(shè)備診斷實(shí)時(shí)性的要求，以及人機(jī)交互友好的原則，對(duì)機(jī)器人群監(jiān)測(cè)和管理平臺(tái)及移動(dòng)APP等遠(yuǎn)程設(shè)備訪問接口進(jìn)行研究，形成了機(jī)器人狀態(tài)、環(huán)境感知等關(guān)鍵元素的在線監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程診斷技術(shù)。基于對(duì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的評(píng)估與診斷結(jié)果，構(gòu)建了機(jī)器人智能決策模型，結(jié)合提出的遠(yuǎn)程控制策略，實(shí)現(xiàn)了危險(xiǎn)因素預(yù)警、遠(yuǎn)程啟停機(jī)操作。基于數(shù)據(jù)采集模塊、在線分析模塊和狀態(tài)預(yù)測(cè)模塊，搭建了數(shù)據(jù)庫與多個(gè)采集前端一對(duì)多的通信模型，提出了獨(dú)立于硬件采集前端的統(tǒng)一的測(cè)試數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各類采集前端數(shù)據(jù)統(tǒng)一平臺(tái)管理。針對(duì)機(jī)器人故障類型、故障程度、故障位置、故障部件等，建立多維度故障標(biāo)簽?zāi)Ｐ?，針?duì)不同環(huán)境參數(shù)需求建立多種類信息監(jiān)測(cè)模型，計(jì)算出不同故障形式及環(huán)境信息對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)特征大小量級(jí)，形成知識(shí)并存儲(chǔ)。針對(duì)機(jī)器人的實(shí)際監(jiān)控情況，從系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中提取目標(biāo)數(shù)據(jù)，通過對(duì)目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)清理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等一系列操作后，根據(jù)工作區(qū)域劃分不同的安全等級(jí)，對(duì)影響數(shù)據(jù)變化的因素進(jìn)行分類，基于目標(biāo)數(shù)據(jù)利用分析算法對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，挖掘期望的目標(biāo)結(jié)果，得到指標(biāo)之間的強(qiáng)關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的遠(yuǎn)程診斷。機(jī)器人關(guān)鍵元素在線監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程診斷技術(shù)流程及機(jī)器人作業(yè)監(jiān)測(cè)界面如圖4、圖5所示。

圖4 機(jī)器人關(guān)鍵元素在線監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程診斷技術(shù)流程

圖5 機(jī)器人作業(yè)監(jiān)測(cè)界面

（3）基于礦區(qū)環(huán)網(wǎng)的煤礦機(jī)器人群云端運(yùn)維管理技術(shù)

煤礦機(jī)器人運(yùn)行環(huán)境極為復(fù)雜，機(jī)器人本身結(jié)構(gòu)也超出常見的工業(yè)機(jī)器人，維護(hù)成本高，要求作業(yè)人員具備較強(qiáng)的操作能力。為解決這一問題，煤礦機(jī)器人集群調(diào)度指揮系統(tǒng)提出了4G/5G邊緣計(jì)算智能網(wǎng)關(guān)，建立井下煤礦機(jī)器人智能遠(yuǎn)程運(yùn)維管理系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)部署在云端，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控、實(shí)時(shí)報(bào)警通知和故障診斷分析、遠(yuǎn)程故障定位和程序升級(jí)、設(shè)備資產(chǎn)管理、設(shè)備預(yù)防性維護(hù)以及大數(shù)據(jù)挖掘等功能，云端運(yùn)維模式如圖6所示。結(jié)合煤礦環(huán)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)特征，提出了具有誤差控制能力的最短路徑求解優(yōu)化算法，對(duì)煤礦機(jī)器人進(jìn)行資源快速搜索和路徑規(guī)劃；提出了應(yīng)用非線性插值法計(jì)算誤差控制參數(shù)的方法；提出了應(yīng)用逆Dijkstra算法對(duì)最近的煤礦機(jī)器人資源進(jìn)行搜索。運(yùn)維平臺(tái)技術(shù)路線如圖7所示。

圖6 通過云端的運(yùn)維模式

圖7 運(yùn)維平臺(tái)技術(shù)路線

機(jī)器人群通過礦區(qū)環(huán)網(wǎng)將各自的傳感器數(shù)據(jù)、位置信息、任務(wù)信息等大量、多頻次的狀態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送云平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)故障實(shí)時(shí)報(bào)警、在線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析對(duì)比及分析挖掘，并可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人群運(yùn)維系統(tǒng)的在線遠(yuǎn)程診斷。單體機(jī)器人調(diào)度監(jiān)控信息及機(jī)器人本體信息如圖8、圖9所示。

圖8 單體機(jī)器人調(diào)度監(jiān)控信息

圖9 機(jī)器人本體信息

03 煤礦機(jī)器人群調(diào)度指揮系統(tǒng)主要功能

煤礦機(jī)器人群是基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)信息是支撐，集群運(yùn)維管理是目標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)真正面向煤礦場(chǎng)景的煤礦機(jī)器人群指揮協(xié)同，機(jī)器人群調(diào)度指揮系統(tǒng)功能應(yīng)至少包括機(jī)器人群指揮調(diào)度引擎（圖10）、煤礦多場(chǎng)景模擬仿真、機(jī)器人狀態(tài)診斷評(píng)估、集群統(tǒng)一運(yùn)維、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、任務(wù)使命下達(dá)、機(jī)器人定位融合等。其中，機(jī)器人指揮調(diào)度功能、煤礦多場(chǎng)景模擬仿真功能和機(jī)器人狀態(tài)診斷評(píng)估功能是本系統(tǒng)緊密結(jié)合煤礦特殊場(chǎng)景及煤礦機(jī)器人特種裝備，創(chuàng)新提出貼合現(xiàn)狀并能真正解決用戶痛點(diǎn)的創(chuàng)造性功能。

圖10 機(jī)器人群指揮調(diào)度引擎

機(jī)器人指揮調(diào)度功能

通過智能化信息數(shù)字系統(tǒng)替代傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人群指揮系統(tǒng)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化及智能化。利用計(jì)算機(jī)智能硬件和網(wǎng)絡(luò)成熟技術(shù)以及必要的音頻、視頻和信息技術(shù)，將其相互融合，構(gòu)建出具備有效調(diào)度、快速響應(yīng)、智能分析決策、智能任務(wù)規(guī)劃以及任務(wù)執(zhí)行效率評(píng)估等功能的智能調(diào)度指揮系統(tǒng)，可提高人員決策的效率、縮短決策時(shí)間，使復(fù)雜任務(wù)的指揮更為智能。

（1）單體機(jī)器人自主調(diào)度

單體機(jī)器人的主要任務(wù)是在煤礦固定場(chǎng)景下進(jìn)行巡檢或作業(yè)，其操作方式包括自動(dòng)和手動(dòng)模式（圖11），以保障所在區(qū)域內(nèi)安全穩(wěn)定。在中小型煤礦中，機(jī)器人工作區(qū)域范圍和功能需求數(shù)量有限，因此對(duì)單體煤礦機(jī)器人調(diào)度的硬性需求不明顯。然而在大型煤礦中，煤礦固定場(chǎng)所中擁有數(shù)量龐大且種類繁多的待檢設(shè)備和目標(biāo)以及多樣的作業(yè)需求，復(fù)雜的局部和整體路況狀態(tài)，導(dǎo)致單純的自主運(yùn)行不能完全適應(yīng)環(huán)境的發(fā)展和變化。因此，提出單體機(jī)器人自主調(diào)度功能，從而解決初始設(shè)置不全面導(dǎo)致的功能固化問題。機(jī)器人單體調(diào)度平臺(tái)效果如圖12所示。

圖11 機(jī)器人手動(dòng)控制界面

圖12 機(jī)器人單體調(diào)度平臺(tái)界面

（2）同類機(jī)器人覆蓋作業(yè)調(diào)度

同類機(jī)器人覆蓋作業(yè)調(diào)度主要是為了解決區(qū)域范圍內(nèi)的突發(fā)問題，同時(shí)也能完成區(qū)域內(nèi)正常的巡檢作業(yè)任務(wù)。該功能依托于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層，采用網(wǎng)格化管理，將同類機(jī)器人應(yīng)用場(chǎng)景劃分為若干區(qū)域，按區(qū)域分配機(jī)器人來保障每一場(chǎng)景下的正常巡檢。網(wǎng)格化管理應(yīng)以調(diào)度時(shí)間為準(zhǔn)，調(diào)度時(shí)間是衡量機(jī)器人響應(yīng)快慢的主要指標(biāo)，在有限的機(jī)器人資源配置下，進(jìn)行合理部署才能保障區(qū)域內(nèi)機(jī)器人響應(yīng)時(shí)間最短。在日常調(diào)度指揮中，單體機(jī)器人自主調(diào)度和同類機(jī)器人覆蓋作業(yè)調(diào)度雖然是2種不同類型的資源部署方法，但兩者在實(shí)際應(yīng)用中往往相互結(jié)合使用。首先對(duì)關(guān)鍵緊急場(chǎng)景進(jìn)行任務(wù)下達(dá)，在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行區(qū)域移動(dòng)巡檢作業(yè)的部署。同類機(jī)器人覆蓋作業(yè)調(diào)度流程如圖13所示。

圖13 同類機(jī)器人覆蓋作業(yè)調(diào)度流程

（3）異構(gòu)機(jī)器人協(xié)同作業(yè)調(diào)度

在煤礦日常生產(chǎn)中，較易發(fā)生突發(fā)性事故，單體調(diào)度和同類機(jī)器人調(diào)度不能完全滿足多場(chǎng)景下的事故處理需要，因此需要實(shí)現(xiàn)異構(gòu)機(jī)器人系統(tǒng)作業(yè)調(diào)度功能。通過掌握不同類型機(jī)器人的資源狀況，提高機(jī)器人執(zhí)行效率，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)機(jī)器人任務(wù)使命下達(dá)是更為合理高效的機(jī)器人調(diào)派模式。比如，根據(jù)煤礦機(jī)器人所在位置情況，結(jié)合實(shí)際環(huán)境路況信息，搜索事故地點(diǎn)距離最近的有效機(jī)器人資源，規(guī)劃最快的救援路徑。

煤礦機(jī)器人在未來煤礦生產(chǎn)中的發(fā)展趨勢(shì)是協(xié)同作業(yè)，單體機(jī)器人通常只具備一種功能，多種類型的煤礦機(jī)器人協(xié)同作業(yè)，拓展了機(jī)器人集群的適用范圍，使得執(zhí)行任務(wù)具有多樣化，且很大程度上提高了任務(wù)的可靠性。異構(gòu)機(jī)器人覆蓋作業(yè)調(diào)度效果如圖14所示。

圖14 異構(gòu)機(jī)器人覆蓋作業(yè)調(diào)度

煤礦多場(chǎng)景模擬仿真功能

通過研發(fā)機(jī)器人3D集成開發(fā)環(huán)境，使其包含單體計(jì)算模塊（逆運(yùn)動(dòng)學(xué)、物理/動(dòng)力學(xué)、碰撞檢測(cè)、最小距離計(jì)算、路徑規(guī)劃等）以及分布式控制架構(gòu)（無限數(shù)量的控制腳本，線程或非線程），同時(shí)具備若干擴(kuò)展機(jī)制（插件和客戶端應(yīng)用程序等）。為了保證多種不同類別機(jī)器人能夠在同一場(chǎng)景下協(xié)同工作，研發(fā)了面向于機(jī)器人群復(fù)合作業(yè)的交互仿真平臺(tái)。煤礦多場(chǎng)景模擬仿真功能可實(shí)時(shí)調(diào)用每個(gè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)信息、結(jié)構(gòu)參數(shù)信息以及規(guī)劃軌跡信息，并對(duì)整個(gè)作業(yè)流程進(jìn)行合理規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人群的整體仿真。煤礦機(jī)器人相關(guān)理論算法、結(jié)構(gòu)參數(shù)以及運(yùn)動(dòng)性能均可在仿真平臺(tái)驗(yàn)證與優(yōu)化，為機(jī)器人群在煤礦場(chǎng)景下的實(shí)際應(yīng)用提供了重要的技術(shù)支撐。

機(jī)器人狀態(tài)診斷評(píng)估功能

綜合多個(gè)評(píng)估體系，煤礦機(jī)器人群調(diào)度指揮系統(tǒng)將導(dǎo)航能力評(píng)估、運(yùn)行性能評(píng)估、續(xù)航能力評(píng)估、集群作業(yè)能力評(píng)估作為機(jī)器人群的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。導(dǎo)航能力評(píng)估涵蓋磁導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航、激光導(dǎo)航等多種導(dǎo)航方式，可視指標(biāo)包括定位精確、規(guī)劃路徑靈活度、覆蓋范圍大小等參數(shù)；運(yùn)行性能評(píng)估包括接地比壓、驅(qū)動(dòng)能力、地面阻力、轉(zhuǎn)向能力、越障能力、平順性、穩(wěn)定性等，可涵蓋輪式、履帶式、輪-腿-履帶復(fù)合式、四周履帶式、連續(xù)履帶式等不同驅(qū)動(dòng)方式的機(jī)器人；續(xù)航能力評(píng)估包括對(duì)放電電壓、電流、SOC等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以及對(duì)定時(shí)系統(tǒng)電量信息進(jìn)行分析；集群作業(yè)能力評(píng)估包括機(jī)器人集群任務(wù)條件概率計(jì)算、任務(wù)可靠性預(yù)測(cè)等。機(jī)器人健康評(píng)估效果如圖15所示。

圖15 機(jī)器人健康評(píng)估

04 結(jié)語

論述了機(jī)器人群調(diào)度指揮系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀，指出了在煤礦領(lǐng)域內(nèi)機(jī)器人群協(xié)同指揮應(yīng)用存在的問題；構(gòu)建的基于煤礦機(jī)器人集群，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息采集-挖掘-分析-決策一體化、統(tǒng)一協(xié)同指揮調(diào)度智能化、機(jī)器人及場(chǎng)景融合仿真平臺(tái)化的集群調(diào)度指揮系統(tǒng)架構(gòu)；提出了推進(jìn)煤礦機(jī)器人群調(diào)度指揮系統(tǒng)建設(shè)的覆蓋化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展思路；指出了煤礦機(jī)器人群調(diào)度指揮系統(tǒng)應(yīng)具備的功能。

研究成果充實(shí)了我國(guó)煤礦機(jī)器人領(lǐng)域的集群調(diào)度指揮相關(guān)理論基礎(chǔ)和技術(shù)方法，煤礦機(jī)器人群調(diào)度指揮系統(tǒng)可為煤礦機(jī)器人群資源合理部署和應(yīng)急機(jī)器人動(dòng)態(tài)調(diào)度提供技術(shù)手段，為煤礦信息化系統(tǒng)建設(shè)奠定技術(shù)基礎(chǔ)，對(duì)建立科學(xué)高效的機(jī)器人運(yùn)維管理機(jī)制具有重要的理論價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。