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潞安集团常村煤矿动筛车间：选矸用上了智能机器人
【创新成果】选矸用上了智能机器人（图1幅） ■郝丽丽 “咱们车间有了选矸机器人了，以后就不用咱们脏兮兮地趴在皮带上捡矸石了，轻松了很多！”近日，在潞安集团常村煤矿动筛车间，职工们的激动程度不亚于中了大奖——智能分拣矸石机器人即“智能选矸机器人”在他们车间成功应用，这意味着他们能够从繁重的选矸工作中解脱出来了，怎能不令人振奋不已呢？选矸是煤矿生产过程中的必须工序，选矸车间噪声大、粉尘多，一直以来全部靠人工捡矸，劳动强度大，粉尘环境也给职工的健康带来很大威胁，智能化改造迫在眉睫。但是，煤矿生产，粉尘大、环境差、危险多，防震、防尘、防爆……这些都对“智能选矸机器人”的研发提出了更高的要求。综合分析了这些困难之后，2017年年底，常村煤矿决定把动筛选矸车间作为试验点，与山西康宝科泰自动化科技有限公司（以下简称科泰公司）合作，成立联合攻关小组进行机器人研发。科泰公司生产煤矿设备20余年，熟悉煤矿设备的要求，业务涉及煤矿、工业机器人、智能化产品、出口产品等，曾经开发研制过焊接机器人，具有研发选矸机器人的基础和条件。常村煤矿选派了技术人员和动筛选矸车间的部分技术骨干参与机器人研发，这为机器人后来在现场快速适用打下了基础。经过研发小组成员多次探讨交流，他们决定采用“引进+改造”的方式进行攻关，即选择市面上现有的智能机器人作为中枢神经系统，在此基础上进行适用性改造。首先是引进合适的机器人。由于矸石表面附着有煤粉，其颜色和煤炭较为相近，增加了图像识别难度，传统的灰度识别无法达到识别率要求；而且，矸石都是散乱堆叠在煤炭中，布局没有一定规律。小组成员认为，必须采用光谱识别和3D扫描定位相结合的方式，分辨和拾取矸石，但是，实现矸石这种无规则、无整形、大质量物体的识别，也是必须考虑的前提之一；同时，可以采用国际先进的图像卷积处理技术，对图像进行预处理，提高煤矸的识别率。所以根据以上种种分析，小组成员对国内外机器人进行了层层筛选，最终选择了ABB第七代大型机器人，该机器人专为工业生产设计，通过6关节的运动达到选矸需求的灵活度，同时刚性更好，无故障运行时间更长，平均故障间隔时间最低达到40万小时，为连续抓取拾矸提供了保证。引进的机器人经过一些必要的技术调试之后，还要结合现场情况进行改造。虽然有班组骨干力量的参与，但小组成员还是低估了现场环境对机器人的干扰作用。由于噪音大、煤尘多、环境潮湿，再加上其他设备同时使用造成的震动，现场环境条件已经远远低于机器人在实验室里的实验环境条件，对机器人工作的准确度造成很大干扰。小组成员不得不重新调试。经过长时间地现场调研分析，考虑到诸多环境因素，他们采用各个击破的方法逐一解决。他们在机器人中枢系统上做了IP65和分装、电磁干扰等专用设计，还有专门应对这种复杂环境的产品专用设计，同时，他们还为机器人配置了新一代电机和紧凑型齿轮箱，增强了机器人的定位功能，也使结构更加稳固和精准。历经18个月，“智能选矸机器人”研发工作终于获得成功。该机器人首次采用机器视觉识别技术，360度全角移位，将视觉识别、神经网络技术、AI算法大数据分析技术和工业机器人完美地结合在一起，能够抓取300毫米至1米以上的大块矸石，持重达250公斤，基本识别率可以达到95%～98%，基本上可以代替人眼识别，而且不受人为情绪干扰，不受操作人员水平高低的干扰，基本达到最初设想状态。经历了无数不眠之夜，上百次的设备调试，上千次的数据采集，选矸机器人终于在2019年年底经过最后调试阶段，于今年年初投入使用。该机器人不仅代替了每班15～20人（大部分为女性职工）的人工，捡矸量达到340吨，降低了人工上岗的安全风险，还彻底解决了用工难、管理难等问题。“智能选矸机器人”的研制成功，是常村煤矿乃至整个潞安集团智能化建设的开端，为进一步引入视觉识别系统和人工智能技术提供了宝贵经验。图为已经投用的智能选矸机器人
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