在多數(shù)人的印象中，下井鑿巖是一項(xiàng)具有較高風(fēng)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(diǎn)指尖，就可以遠(yuǎn)程控制井下鑿巖臺車完成從精準(zhǔn)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(xué)院的殷俊杰、廖子琛等學(xué)生，在老師的帶領(lǐng)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(shí)。該系統(tǒng)集硬件和軟件于一體，實(shí)現(xiàn)鑿巖設(shè)備的智能化、自動化管理。

據(jù)了解，目前該團(tuán)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(xiàng)知識產(chǎn)權(quán)。憑借這一項(xiàng)目，他們獲得湖南省大學(xué)生創(chuàng)新大賽（2024）一等獎。
 

△團(tuán)隊在學(xué)校電氣自動化實(shí)訓(xùn)基地進(jìn)行PLC控制程序調(diào)試。
 

△團(tuán)隊師生在鑿巖臺車上進(jìn)行控制系統(tǒng)調(diào)試。
 

△團(tuán)隊在企業(yè)進(jìn)行鑿巖臺車定位測試。
 

△團(tuán)隊學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)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(jī)械化鑿巖，均需要工人在礦井現(xiàn)場進(jìn)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?yàn)閺男∧慷蒙磉呌H人投身礦井開采，作業(yè)環(huán)境差，勞動強(qiáng)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(shí)現(xiàn)井下無人化作業(yè)。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，電氣自動化技術(shù)專業(yè)的殷俊杰與學(xué)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(tuán)隊，在老師的指導(dǎo)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(zhǔn)確度。”學(xué)校電氣創(chuàng)新工作室負(fù)責(zé)人、曾獲全國職業(yè)院校技能大賽二等獎的廖子琛同學(xué)介紹，在項(xiàng)目初期，他們首選激光雷達(dá)獲取工作面點(diǎn)云輪廓，進(jìn)行定位對孔。不過在雷達(dá)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(dāng)測試一些比較光滑的平面時，雷達(dá)獲取的數(shù)據(jù)會有所缺失。這意味著在真實(shí)施工環(huán)境中，如遇到地下水滲透等情況，設(shè)備將無法識別。”

在隨后的一個月里，團(tuán)隊成員加班加點(diǎn)、連續(xù)作戰(zhàn)。他們使用10余種不同類型的傳感器進(jìn)行測試，完成了50多次設(shè)備的布線、安裝、調(diào)試，最終選用工業(yè)相機(jī)獲取圖像數(shù)據(jù)的方式，補(bǔ)全這一部分的數(shù)據(jù)缺失，實(shí)現(xiàn)了基于工業(yè)相機(jī)、激光雷達(dá)、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(dá)到國內(nèi)最高水平! ”

據(jù)悉，在兩年時間，團(tuán)隊成員忙碌于實(shí)驗(yàn)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(jìn)行測試600余次，不斷優(yōu)化與改進(jìn)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(shí)現(xiàn)‘一鍵智鑿’。” 殷俊杰表示，通過精準(zhǔn)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(tuán)隊在研發(fā)中獲得了學(xué)校很大的幫助，“學(xué)校為我們提供國家級實(shí)訓(xùn)基地、湖南省‘楚怡’產(chǎn)教融合實(shí)訓(xùn)基地，以及多學(xué)科的博士教師指導(dǎo)團(tuán)隊。”未來，團(tuán)隊將秉持綠色發(fā)展理念，以精湛技能奉獻(xiàn)制造強(qiáng)國建設(shè)。