在多數(shù)人的印象中，下井鑿巖是一項具有較高風險的工作，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，直接在操控臺上輕點指尖，就可以遠程控制井下鑿巖臺車完成從精準定位到自動鉆孔的所有工序。

近日，來自湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院的殷俊杰、廖子琛等學生，在老師的帶領下，自主研發(fā)了無人化高精度礦用鑿巖裝備智能控制系統(tǒng)，讓井下無人化作業(yè)成為現(xiàn)實。該系統(tǒng)集硬件和軟件于一體，實現(xiàn)鑿巖設備的智能化、自動化管理。

據(jù)了解，目前該團隊已經(jīng)完成了3代研發(fā)，集成了多種技術(shù)，并申請了5項知識產(chǎn)權(quán)。憑借這一項目，他們獲得湖南省大學生創(chuàng)新大賽（2024）一等獎。
 

△團隊在學校電氣自動化實訓基地進行PLC控制程序調(diào)試。
 

△團隊師生在鑿巖臺車上進行控制系統(tǒng)調(diào)試。
 

△團隊在企業(yè)進行鑿巖臺車定位測試。
 

△團隊學生在實驗室進行巖石壓力測試。
 

“鑿巖鉆孔是礦山開采與隧道施工的重要環(huán)節(jié)。無論是過去的人工鑿巖，還是近些年的機械化鑿巖，均需要工人在礦井現(xiàn)場進行操作，存在較大安全隱患。” 來自世界銻都湖南冷水江市的殷俊杰介紹，因為從小目睹身邊親人投身礦井開采，作業(yè)環(huán)境差，勞動強度大，讓他的心靈受到了觸動。長大后，他立志研發(fā)一款智能化鑿巖裝備，實現(xiàn)井下無人化作業(yè)。

為了實現(xiàn)這一目標，電氣自動化技術(shù)專業(yè)的殷俊杰與學校工業(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隊，在老師的指導下，開始了研發(fā)之旅。

“臺車臂架定位對孔是鑿巖作業(yè)的第一步，定位偏差會影響鑿巖精度和準確度。”學校電氣創(chuàng)新工作室負責人、曾獲全國職業(yè)院校技能大賽二等獎的廖子琛同學介紹，在項目初期，他們首選激光雷達獲取工作面點云輪廓，進行定位對孔。不過在雷達性能測試時便遇到一個難題：他們使用水泥面、石板面、瓷磚面等模擬了多種鑿巖臺車作業(yè)的場景以及各種工況。“我們發(fā)現(xiàn)，當測試一些比較光滑的平面時，雷達獲取的數(shù)據(jù)會有所缺失。這意味著在真實施工環(huán)境中，如遇到地下水滲透等情況，設備將無法識別。”

在隨后的一個月里，團隊成員加班加點、連續(xù)作戰(zhàn)。他們使用10余種不同類型的傳感器進行測試，完成了50多次設備的布線、安裝、調(diào)試，最終選用工業(yè)相機獲取圖像數(shù)據(jù)的方式，補全這一部分的數(shù)據(jù)缺失，實現(xiàn)了基于工業(yè)相機、激光雷達、編碼器多源感知融合的高精度無人化快速定位功能。“定位精度提升至20mm內(nèi)，幾乎達到國內(nèi)最高水平! ”

據(jù)悉，在兩年時間，團隊成員忙碌于實驗室、模擬隧道、施工現(xiàn)場，開展控制程序編寫測試、硬件選型、軟硬件聯(lián)合調(diào)試、系統(tǒng)集成與優(yōu)化等，共進行測試600余次，不斷優(yōu)化與改進方案。

“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，自動計算出最優(yōu)鉆孔路徑，同時基于鑿巖數(shù)據(jù)庫動態(tài)調(diào)整鉆孔參數(shù)，真正實現(xiàn)‘一鍵智鑿’。” 殷俊杰表示，通過精準控制和高效作業(yè)，減少了三分之二的操作人員需求，施工效率卻大幅提升，僅鉆孔定位時間就從30分鐘縮短至5分鐘。

殷俊杰還透露，團隊在研發(fā)中獲得了學校很大的幫助，“學校為我們提供國家級實訓基地、湖南省‘楚怡’產(chǎn)教融合實訓基地，以及多學科的博士教師指導團隊。”未來，團隊將秉持綠色發(fā)展理念，以精湛技能奉獻制造強國建設。